KR20130029488A - 레이저 리프트-오프를 이용한 플렉서블 고상이차전지 제조방법 - Google Patents

레이저 리프트-오프를 이용한 플렉서블 고상이차전지 제조방법 Download PDF

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Abstract

레이저 리프트-오프를 이용한 플렉서블 고상이차전지 제조방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예는 플렉서블 고상이차전지 제조방법으로, 상기 방법은 희생기판 전면에 분리층을 형성하는 단계; 상기 분리층 상에 고상이차전지의 전지층을 제조하는 단계; 상기 희생기판 후면에 레이저를 조사하여, 상기 분리층을 제거하는 단계; 및 상기 분리층 제거에 따라 상기 희생기판으로부터 분리된 고상이차전지를 플렉서블 기판에 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 레이저가 투과될 수 있는 희생기판 상에 고상이차전지를 제조하는데, 상기 희생기판과 고상이차전지 사이에는 비정질의 실리콘층을 분리층으로 구비시킨다. 이 경우, 조사되는 레이저에 의하여 상기 수소가 함유된 비정질 실리콘(a-si(H))내의 수소가 기체화되어 외부로 유출되며, 이로써 희생기판과 고상 이차전지와 같은 고상이차전지는 분리될 수 있다. 본 발명은 이러한 방식으로 통하여 분리공정에 일반적으로 사용되는 습식식각 공정의 문제를 간단히 해결할 수 있으며, 경제적인 방식으로 플렉서블 고상이차전지를 제조할 수 있다.

Description

레이저 리프트-오프를 이용한 플렉서블 고상이차전지 제조방법{Method for manufacturing flexible solid secondary cells using laser lift-off}
본 발명은 레이저 리프트-오프를 이용한 플렉서블 고상이차전지 제조방법 및 이에 의하여 제조된 고상이차전지에 관한 것으로, 보다 상세하게는 레이저를 이용하여 희생기판에서 제조된 고상의 전지층을 희생기판에서 분리시키므로, 경제적이고, 안정된 방식으로 플렉서블 고상이차전지를 제조할 수 있는, 레이저 리프트-오프를 이용한 플렉서블 고상이차전지 제조방법 및 이에 의하여 제조된 고상이차전지에 관한 것이다.
현재 정보통신의 발달에 따라 새로운 형태의 고성능 유연 소자의 필요성이 대두되고 있다. 이러한 고상이차전지를 작동시키기 위해서는 고성능 반도체 소자와 더불어 에너지원을 공급하고 저장할 수 있는 유연 에너지 소자 기술이 필요한데 현재까지는 고온공정이 불가능한 플라스틱 기판의 한계에 의하여 고성능 에너지 저장 기술을 구현하는 것이 불가능하였다. 종래의 고상이차전지는 딱딱한 실리콘 기판에서 제조된 후 그 형태로 응용되고 있는데, 그 이유는 바로 이러한 소자들의 제조공정이 고온의 반도체 공정을 통하여 제조되기 때문이다. 하지만, 이러한 소자 기판의 한계는 압전소자, 이차전지 등의 응용 범위를 제한하는 문제가 있다.
특히 이러한 플렉서블 고상이차전지 제조에 있어서, 실리콘이나 유리, 사파이어 등과 같은 희생기판에서 제조된 이차전지 등의 고상이차전지를 기판에서 분리하는 기술이 매우 중요하다. 현재 일반적으로 연구되는 기술은 습식 식각 공정을 이용하는 것인데, 이 경우, 습식 공정의 제어가 어렵고, 또한 식각액 사용에 따른 공정상의 다양한 문제가 발생한다.
본 발명이 해결하려는 과제는 보다 쉽고, 용이하게 희생기판으로부터 고상이차전지를 분리할 수 있는 방식의 플렉서블 고상이차전지의 제조방법 및 이에 의하여 제조된 플렉서블 고상이차전지를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 플렉서블 고상이차전지 제조방법으로, 상기 방법은 희생기판 전면에 분리층을 형성하는 단계; 상기 분리층 상에 고상이차전지의 전지층을 제조하는 단계; 상기 희생기판 후면에 레이저를 조사하여, 상기 분리층을 제거하는 단계; 및 상기 분리층 제거에 따라 상기 희생기판으로부터 분리된 고상이차전지를 플렉서블 기판에 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 희생기판은 상기 후면에 조사되는 레이저가 투과될 수 있는 재질로 이루어지며, 상기 분리층은 수소 함유 비정질 실리콘층이다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 희생기판은 유리, 석영 또는 사파이어 기판이며, 상기 방법은 상기 분리층을 제거하는 단계 이전, 상기 고상이차전지 상에 지지층을 접합시키는 단계를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 수소 함유 비정질 실리콘층은 상기 조사되는 레이저에 의하여 수소가 함유된 비정질 실리콘(a-si(H))내의 수소가 기체화되어 외부로 유출된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 지지층은 폴리디메틸실록산이다.
본 발명은 상술한 과제를 해결하기 위하여, 플렉서블 이차전지 제조방법으로, 상기 방법은 희생기판 전면에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계; 상기 비정질 실리콘층상에 집전체/양극/전해질/음극/포장재를 순차적으로 적층하여, 이차전지의 전지층을 형성하는 단계; 상기 전지층 상에 지지층을 접합시키는 단계; 상기 희생기판 후면에 레이저를 조사하여, 상기 비정질 실리콘층에서 수소가스를 발생시키는 단계; 및 상기 수소가스 발생에 따라 희생기판으로부터 상기 전지층을 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지 제조방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 일면이 상기 지지층에 접합된 전지층의 또 다른 일면에 또 다른 지지층을 접합시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 방법은 일면이 상기 지지층에 접합된 전지층의 또 다른 일면에 상기 지지층과 동일 물질을 도포하여, 상기 지지층 내로 상기 전지층이 삽입된 구조를 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 희생기판은 유리, 석영 또는 사파이어 기판이다. 더 나아가, 본 발명의 일 실시예에서 상기 지지층은 폴리디메틸실록산이다.
본 발명에 따르면, 레이저가 투과될 수 있는 희생기판 상에 고상이차전지를 제조하는데, 상기 희생기판과 고상이차전지 사이에는 비정질의 실리콘층을 분리층으로 구비시킨다. 이 경우, 조사되는 레이저에 의하여 상기 수소가 함유된 비정질 실리콘(a-si(H))내의 수소가 기체화되어 외부로 유출되며, 이로써 희생기판과 고상 이차전지와 같은 고상이차전지는 분리될 수 있다. 본 발명은 이러한 방식으로 통하여 분리공정에 일반적으로 사용되는 습식식각 공정의 문제를 간단히 해결할 수 있으며, 경제적인 방식으로 플렉서블 고상이차전지를 제조할 수 있다.
도 1 내지 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고상이차전지 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 13 및 14는 본 발명에 따른 플렉서블 이차전지의 응용예를 나타내는 도면이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로서, 본 발명을 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 설명하는 실시예에 한정되는 것이 아니다. 그리고, 본 발명을 명확하게 설명하기 위하여 설명과 관계없는 부분은 생략되며, 도면의 동일한 참조부호는 동일한 부재임을 나타낸다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해결하기 위하여, 유리, Quartz, 사파이어 기판과 같이 후면에서 조사되는 레이저가 투과되어, 전면에 열을 전달할 수 있게 하는 기판을 희생기판으로 사용한다. 따라서, 본 발명은 희생기판의 전면에 상기 투과되는 레이저에 의하여 수소가 발생하여, 상기 희생기판 전면에 구비된 고상이차전지가 상기 희생기판으로부터 용이하게 분리된다. 이로써, 별도의 습식식각 공정을 사용하지 않고서도, 후면에 레이저를 간단히 조사함으로써 기판 전면에 형성된 이차전지와 같은 고상이차전지를 희생기판으로부터 용이하게 분리하며, 상기 분리된 고상이차전지는 다시 플렉서블 기판에 전사되어, 플렉서블 고상이차전지가 제조된다.
이하, 본 발명에 따른 플렉서블 고상이차전지 제조방법을 설명하나, 본 발명에서의 고상이차전지는 하기의 실시예에 제한되지 않으며, 실리콘이나 유리기판에서 제조될 수 있는 임의의 모든 종류의 고상이차전지가 본 발명의 범위에 속한다.
도 1 내지 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 고상이차전지 제조방법을 설명하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 희생기판으로 유리기판(700)이 개시된다. 하지만, 상술한 바와 같이 유리기판은 본 발명에 따른 희생기판의 일 예일 뿐이며, 후면에 조사되는 레이저가 투과되어, 전면에 열을 집중시킬 수 있는 임의의 모든 기판이 상기 희생기판에 속한다.
도 2를 참조하면, 상기 유리기판(700)의 일면(이하 전면)에 비정질 실리콘층(800)이 적층되는데, 본 발명에서 수소가 함유된 비정질 실리콘(a-si(H))내의 수소가 후면에서 조사되는 레이저에 의하여 기체화되어 외부로 유출되며, 이로써 상부의 고상이차전지를 하부의 희생기판으로부터 분리시키는, 일종의 분리층으로 사용된다.
도 3 내지 8을 참조하면, 상기 비정질 실리콘층(800) 상에 집전체(310)-양극(320)-전해질(330)-음극(340)-포장재(350)를 순차적으로 적층하여, 상술한 소자층으로 이루어지며 이차전지로 기능할 수 있는 이차전지 전지층(300)을 형성한다. 하지만, 상술한 바와 같이 본 발명의 범위는 상술한 이차전지로 고상이차전지가 한정되지 않으며, 비정질 실리콘과 유리기판에서 제조될 수 있는 임의의 모든 고상이차전지가 본 발명의 범위에 속한다.
도 9를 참조하면, 상기 비정질 실리콘층(800) 상에 형성된 고상이차전지, 즉, 이차전지(300) 상에 지지층(400)이 접촉된 후, 접합된다. 본 발명의 일 실시예에서 상기 지지층(400)은 폴리디메틸실록산이며, 고상이차전지와의 접착 효과를 증대시키기 위하여 상기 지지층(400)에는 별도의 접합층(미도시)이 형성되어 있을 수 있다.
도 10을 참조하면, 희생기판인 유리기판(700)의 후면에 레이저 빔을 조사한다. 상기 조사된 레이저 빔은 유리기판(700)을 투과하여, 유리기판(700) 전면에 구비되며, 고상이차전지 아래에 형성된 분리층인 비정질 실리콘층(800)에도 조사되며, 이로써 상기 비정질 실리콘층(800)에 함유된 수소는 가스화(outgasing)되며, 이로써 비정질 실리콘층(800)은 박리된 후, 제거된다.
상술한 바에 따라 레이저 빔 조사에 따라 희생기판으로부터 분리된 후, 접착층에 접착, 고정된 이차전지로부터 2 가지 방식으로 플렉서블 고상이차전지를 제조할 수 있는데, 이하 이를 설명한다.
도 11에서는 도 10의 지지층(이하 제 1 지지층(400))에 접착된 전지층(300)의 반대 쪽에 또 다른 지지층(이하 제 2 지지층(401))이 접착된다. 이로써 운모기판에서 제조된 후 전사된 전지층은 두 개의 폴리머층 사이에 끼워진 형태가 된다.
도 12에서는 또 다른 방식으로 지지층(400)에 접착된 전지층(300)위로 상기 지지층과 동일한 물질의 폴리머를 도포하여, 덮는 방식으로 개시한다. 이 경우, 전지층(300)은 지지층(400) 사이로 삽입되어, 외부로 노출되지 않게 된다.
도 13 및 14는 본 발명에 따른 플렉서블 이차전지의 응용예를 나타낸다.
즉, 도 13과 같이 플렉서블 디스플레이에 전력을 공급하는 수단으로, 또는 도 14와 같이 스마트 카드에 전력을 공급하는 수단으로, 본 발명에 따른 플렉서블 이차전지가 사용될 수 있다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.
따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

Claims (12)

  1. 플렉서블 고상이차전지 제조방법으로, 상기 방법은
    희생기판 전면에 분리층을 형성하는 단계;
    상기 분리층 상에 고상이차전지의 전지층을 제조하는 단계;
    상기 희생기판 후면에 레이저를 조사하여, 상기 분리층을 제거하는 단계; 및
    상기 분리층 제거에 따라 상기 희생기판으로부터 분리된 고상이차전지를 플렉서블 기판에 전사시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 희생기판은 상기 후면에 조사되는 레이저가 투과될 수 있는 재질로 이루어진 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 분리층은 수소 함유 비정질 실리콘층인 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 희생기판은 유리, 석영 또는 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 방법은
    상기 분리층을 제거하는 단계 이전, 상기 고상이차전지 상에 지지층을 접합시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 수소 함유 비정질 실리콘층은 상기 조사되는 레이저에 의하여 수소가 함유된 비정질 실리콘(a-si(H))내의 수소가 기체화되어 외부로 유출되는 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 지지층은 폴리디메틸실록산인 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
  8. 플렉서블 이차전지 제조방법으로, 상기 방법은
    희생기판 전면에 비정질 실리콘층을 형성하는 단계;
    상기 비정질 실리콘층상에 집전체/양극/전해질/음극/포장재를 순차적으로 적층하여, 이차전지의 전지층을 형성하는 단계;
    상기 전지층 상에 지지층을 접합시키는 단계;
    상기 희생기판 후면에 레이저를 조사하여, 상기 비정질 실리콘층에서 수소가스를 발생시키는 단계; 및
    상기 수소가스 발생에 따라 희생기판으로부터 상기 전지층을 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 방법은
    일면이 상기 지지층에 접합된 전지층의 또 다른 일면에 또 다른 지지층을 접합시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지 제조방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 방법은
    일면이 상기 지지층에 접합된 전지층의 또 다른 일면에 상기 지지층과 동일 물질을 도포하여, 상기 지지층 내로 상기 전지층이 삽입된 구조를 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉서블 이차전지 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 희생기판은 유리, 석영 또는 사파이어 기판인 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 지지층은 폴리디메틸실록산인 것을 특징으로 하는 플렉서블 고상이차전지 제조방법.
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