KR20160116826A - 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치 및 그를 이용한 유기태양전지 제조 방법 - Google Patents

롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치 및 그를 이용한 유기태양전지 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치 및 그를 이용한 유기 태양전지의 제조방법에 관한 것으로서, 웹의 이동경로 상에 설치되는 건조기, 건조기를 중심으로 상호 마주보며 배치되는 제1 로터리 스크린와 제2 로터리 스크린 및 웹을 이송하는 이송부를 포함하고, 이송부는, 웹이 제1 로터리 스크린 또는 제2 로터리 스크린에서 소재가 도포되어 인쇄 영역을 형성하면 인쇄 영역을 건조기로 회송한다.
본 발명에 따르면, 웹 이송 방향을 양방향으로 전환하면서 로터리 스크린 프린팅으로 복수의 재료를 한 장비에서 연속적으로 인쇄할 있으며, 로터리 스크린의 배열 순서와 관계없이 다양한 방식의 인쇄 조합이 가능하다. 또한, 웹 패스(Web pass)가 짧아 웹의 손실이 최소화되며, 설비 유지와 관리 및 조작이 용이하고 장치의 조작성, 유지 보수성이 향상될 수 있다.

Description

롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치 및 그를 이용한 유기태양전지 제조 방법 {ROLL TO ROLL rotary SCREEN APPARATUS AND METHOD FOR MANUFACTURING ORGARNIC SOLAR CELL}
본 발명은 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치 및 그를 이용한 유기 태양전지의 제조방법에 관한 것이다.
친환경 에너지원으로 각광받고 있는 태양전지는 태양광을 이용하여 전기를 생성하므로 공해 발생이 적으나, 실리콘 기판에 광전 변환층을 형성하고, 금속 산화물을 이용하여 광전 변환층과의 연결을 위한 투명 전극을 형성하는 제조 공정은 진공 환경을 요구하는 바, 발전 효율 대비 제조 비용이 높은 단점이 있다.
이에 대해, 실리콘 태양전지를 대신하여 고분자 필름에 광전 변환층과 전극을 형성함으로써 제조 단가를 획기적으로 낮추는 방안이 제안되었으며, 통상 "웹(web)"이라 지칭되는 고분자 필름의 이송 경로 상에서 로터리 스크린 소재를 토출하고, 웹에 적층하는 롤투롤(Roll To Roll) 인쇄장치가 제안되고 있다.
도 1은 복수의 건조기와 복수의 로터리 스크린을 결합한 멀티-롤 타입의 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치의 개념도를 나타낸다.
도 1에 도시된 멀티-롤 타입의 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치는, 2개의 건조기(31, 33), 2개의 로터리 스크린(21, 22)가 각각 로터리 스크린 - 건조기의 순서에 따라 교대로 배치된다. 이는 하나의 로터리 스크린에서 웹(5)에 소재를 도포 후, 웹(W)에 도포된 소재를 경화시키기 위한 것으로, 로터리 스크린과 건조기가 교번되게 배치되며, 공정에 필요한 수만큼, ‘로터리 스크린 - 건조기’셋트가 반복 배열된다. 그러나, 멀티-롤 타입의 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치는 로터리 스크린과 건조기가 반복 배열되는 횟수만큼 웹(W)의 패스가 증가한다. 이와 같이 복수재료를 연속적으로 인쇄가 가능한 다단 롤투롤 인쇄 설비는 설비 유지 및 제어가 복잡하고, 높은 설비가격과 큰 설치 면적이 필요하다는 단점이 있었다. 또한 공정 진행 시 웹 이송을 위해 많은 양의 필름을 소모해야 하는 단점 및 과량의 코팅 소재가 손실된다는 문제점이 있었다.
- 등록특허 제10-1434658 (유기 태양 전지의 제조방법) - 공개특허 제10-2014-0118023 (유기 태양 전지 및 이의 제조방법)
본 발명의 일 측면은 웹 이송 방향을 양방향으로 전환하면서 로터리 스크린 프린팅으로 복수의 재료를 한 장비에서 연속적으로 인쇄할 수 있는 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 제공한다.
본 발명의 다른 측면은 설비 구조가 간단하고 공정에 대한 유연성이 우수하며 이송을 위한 웹 패스를 최소화하는 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 제공함에 있다.
상기한 목적은 본 발명에 따라, 웹의 이동경로 상에 설치되는 건조기, 건조기를 중심으로 상호 마주보며 배치되는 제1 로터리 스크린와 제2 로터리 스크린 및 웹을 이송하는 이송부를 포함하고, 이송부는, 웹이 제1 로터리 스크린 또는 제2 로터리 스크린에서 소재가 도포되어 인쇄 영역을 형성하면 인쇄 영역을 건조기로 회송하는 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치에 의해 달성된다.
여기서, 이송부는, 웹의 종단에 설치되어 웹을 이송방향으로 견인하는 리와인더 및 웹을 이송방향의 역방향으로 견인하는 언와인더;를 포함하는 구성될 수 있다.
또한, 이송부는, 웹을 복수의 인쇄 단위로 구획하고, 인쇄 단위의 웹을 이송 경로 대비 정방향 또는 역방향으로 이송할 수 있다.
여기서, 제1 로터리 스크린 및 제2 로터리 스크린은, 각각 적어도 하나 이상이며, 웹 이송경로 상에 설치될 수 있다.
이때, 제1 로터리 스크린과 상기 제2 로터리 스크린은, 웹에 서로 상이한 소재를 도포하는 것일 수 있다.
또한 제1 로터리 스크린 및 상기 제2 로터리 스크린은, 웹이 이송방향 대비 정방향 또는 역방향을 향해 이송될 때 소재를 도포할 수 있다.
상기한 목적은 본 발명에 따라, 상기한 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 유기 태양전지를 구성하는 적층부 인쇄에 적용한 유기 태양전지를 제조하는 유기 태양전지 제조방법에 의해 달성된다.
여기서, 유기 태양전지를 구성하는 적층부는 음극, 광활성층, 전자전달층, 정공전달층, 금속 산화물 박막층, 양극 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
본 발명에 따르면, 웹 이송 방향을 양방향으로 전환하면서 로터리 스크린 프린팅으로 복수의 재료를 한 장비에서 연속적으로 인쇄할 있으며, 로터리 스크린의 배열 순서와 관계없이 다양한 방식의 인쇄 조합이 가능하다.
또한, 웹 패스(Web pass)가 짧아 웹의 손실이 최소화되며, 설비 유지와 관리 및 조작이 용이하고 장치의 조작성, 유지 보수성이 향상될 수 있다.
도 1은 복수의 건조기와 복수의 로터리 스크린을 결합한 멀티-롤 타입의 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 나타내는 개념도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 나타내는 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 이용하여 웹에 소재를 도포하는 방법의 일 예를 나타내는 개념도이다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치에서 로터리 스크린의 작동을 나타내는 개념도이다.
이하에서는 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치 및 그를 이용한 유기태양전지 제조 방법에 관하여 구체적으로 설명한다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 도면상에서 동일 부호는 동일한 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “상에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 상에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다.
또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 “포함”한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 또한, 명세서 전체에서, “~상에”라 함은 대상 부분의 위 또는 아래에 위치함을 의미하는 것이며, 반드시 중력 방향을 기준으로 상 측에 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 나타내는 개념도이다.
도 2를 참조하면, 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치(10)는 로터리 스크린(110, 120), 건조기(200) 및 이송부(300)를 포함하며, 이송부(300)는 언와인더(Unwinder, 310) 및 리와인더(Rewinder, 320)를 포함하여 구성될 수 있다.
언와인더(310)와 리와인더(320)는 웹을 정방향(A) 또는 역방향(B)로 이송할 수 있다. 언와인더(310)와 리와인더(320) 사이에 웹(W)이 감기고, 웹(W)은 언와인더(310)와 리와인더(320)의 회전에 의해 정방향(A) 또는 역방향(B)으로 이동할 수 있다. 이때, 웹(W)은 언와인더(310)와 리와인더(320) 사이의 이송 경로상에 배치되는 로터리 스크린(110, 120)에서 토출되는 소재에 의해 도포되어 인쇄 영역을 형성할 수 있다.
인쇄 영역은 각 로터리 스크린(110, 120)에서 토출되는 소재가 중첩되어 도포되어 하나의 층을 이루게 되는데, 본 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치(10)가 유기 태양전지 제조에 이용되는 경우, 유기 태양전지를 구성하는 적층물을 형성하는데 이용될 수 있다. 적층물은 유기 태양전지를 구성하는 음극, 광 활성층, 전자 전달층, 정공 전달층, 금속 산화물 박막층 및 양극의 층을 지칭할 수 있다.
여기서, 적층물은 로터리 스크린(110, 120)가 웹(W)에 도포하는 소재가 적층되어 구성되는데, 소재의 적층을 위해서는 각 로터리 스크린(110, 120)에서 소재를 도포 후, 건조기(200)에서 건조하는 과정이 요구된다.
이를 위해, 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치(10)는 이송부(300)를 구성하는 언와인더(310)와 리와인더(320)가 웹(W)을 정방향(A)으로 이동시키거나 또는 역방향(B)으로 이동시킬 필요가 있다. 이송부(300)는 웹(W)에 인쇄 영역이 형성되면, 인쇄 영역이 형성된 웹(W)을 건조기(200)로 회송시켜 건조를 시킨 후, 다음 공정에 필요한 로터리 스크린(110, 120 중 어느 하나)로 이동시키고, 해당 로터리 스크린을 구동하여 인쇄 영역이 건조된 웹(W)에 소재를 추가로 도포하며, 웹(W)에 소재가 추가로 도포되면 재차 인쇄 영역이 적층된 웹(W)을 건조기(200)로 이송시켜 건조시킨다. 이처럼, 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치(10)는 하나의 건조기(200)를 이용하여 모든 로터리 스크린(110, 120)에서 도포된 소재를 건조하고 있다.
이에 따라, 소재 건조를 위해 복수의 건조기가 요구되지 않고, 단일 건조기(200)만이 요구됨에 따라 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치의 크기와 부피는 대폭 감소하게 된다. 본 실시예에서는 두 개의 로터리 스크린을 구비한 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 예시로 들었으나, 세개 이상의 로터리 스크린을 구비한 경우에도 로터리 스크린이 건조기 양측에 나누어 배치되어 하나의 건조기로 건조할 수 있다.
한편, 웹(W)의 이송 방향이 정방향(A)으로 고정되는 기존의 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치와는 달리, 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치(10)는 웹(W)의 이송 방향이 양방향이며, 양방향의 특성을 이용하여 건조기(200)와 언와인더(310) 사이에 배치되는 제1 로터리 스크린(110), 및 건조기(200)와 리와인더(320) 사이에 배치되는 제2 로터리 스크린(120)에서 도포되는 소재는 단일 건조기(200)에서 건조될 수 있다. 따라서, 이송부(300)는 웹(W)을 이송 경로 중 적정한 위치에 포지셔닝 하고, 이후, 로터리 스크린(110, 120 중 어느 하나)를 구동함으로써 웹(W)에 인쇄 영역을 형성하고, 또한 형성된 인쇄 영역에 소재를 추가로 적층하고 건조하여 적층 인쇄 영역을 형성할 수도 있다. 따라서, 웹(W)은 2개의 로터리 스크린(110, 120)에서 도포되는 소재를 순차대로, 또는 공정 순서에 따라 적층 및 건조할 수 있다. 이는 도 3a 및 도 3b를 함께 참조하여 설명하도록 한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치를 이용하여 웹에 소재를 도포하는 방법의 일 예를 나타내는 개념도이다.
먼저, 도 3a는 웹(W)의 P0 영역에서 P1 영역으로 이동할 때, 제1 로터리 스크린(110)이 소재를 도포하는 과정을 도시한다. 도 3a에서 제1 로터리 스크린(110)이 P0 영역에 소재를 도포하면, 이송부(300)에 의해 웹(W)의 P0 영역은 P1 영역으로 이동하고, 이때, 건조기(200)를 통해 건조된다. 이때, 웹(W)의 P0 영역은 제1 로터리 스크린(110)이 도포한 소재가 건조기(200)에서 건조되어 인쇄 영역(L1)을 형성한다.
다음으로, 도 3b는 건조기(200)에서 건조된 웹(W)의 P1 영역이 P2 영역으로 이동하면서 제2 로터리 스크린(120)가 소재를 도포하는 과정을 도시한다.
도 3b를 참조하면, 제1 로터리 스크린(110)이 도포한 소재가 건조기(200)에서 건조되어 인쇄 영역(L1)을 형성하고 나면, 언와인더(310) 및 리와인더(320)의 회전 방향을 변경하여 웹(W)의 이송방향을 역방향으로 전환한다.
소재가 제1 로터리 스크린(110)에 의해 도포된 소재 위에 제2 로터리 스크린(110)을 통해 다른 소재를 도포한다. 이송부(300)의 의해 웹(W)이 계속으로 이동하면, 전조기(200)를 지나면서 소재가 건조되어 인쇄 영역(L2)를 형성한다(도 3의 P2 영역 참조).
통상적으로 웹(W)이 단방향(정방향)으로만 이동하는 경우, 로터리 스크린 하나 당 건조기가 하나씩 배당되어야 하나, 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄 장치(10)는 복수의 로터리 스크린(110, 120)이 하나의 건조기(200)를 공유하며, 이송부(300)가 웹(W)을 정방향 또는 역방향으로 이동시키면서 소재를 도포할 로터리 스크린으로 웹(W)을 이송하면서 유기 태양전지 공정을 처리할 수 있다. 본 실시예에서는 이해와 설명의 편의를 위해 2개의 로터리 스크린(110, 120) 만을 도시하고 설명하였으나, 로터리 스크린의 개수는 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치가 유기 태양전지의 적층물을 생성하는 공정의 수만큼 설치될 수 있으며, 그 수를 한정하지 않는다.
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치에서 로터리 스크린의 작동을 나타내는 개념도이다. 도 4a는 웹이 정방향으로 이송될 때 제1 로터리 스크린(110)의 동작을, 도 4b는 웹이 역방향으로 이송될 때 제2 로터리 스크린(120)의 동작을 나타낸다.
도 4a를 참고하면, 제1 로터리 스크린(110)은 개구부 패턴(112)이 구비된 원기둥 형상의 로터리 본체(110) 및 로터리 본체(110)의 내부에 안착되는 스퀴지(114)를 포함한다. 로터리 본체(110) 의 내부에 채워진 소재(M)는 로터리 본체(110)의 개구부 패턴(112)을 통해 로터리 본체(110)의 외부로 배출될 수 있다.
로터리 본체(110)는 내부에 빈 공간을 형성하고 있고, 이 빈 공간에 웹(W)에 인쇄될 소재(M)가 충진된다. 로터리 본체(110)의 외면에 형성되는 개구부 패턴(112)은 웹(W)에 형성되는 인쇄 패턴에 맞추어 다양한 패턴을 가지게 된다.
스퀴지(114)는 로터리 본체(110)의 내부에 안착되어 로터리 본체(110) 내부에 충진된 소재(M)를 압착한다. 충진된 소재(M)는 로터리 본체(110)가 회전함에 따라 스퀴지(114)의 인압에 의해 로터리 본체(110)에 구비된 개구부 패턴(112)을 통해 로터리 본체(110)의 외부로 나오게 된다.
로터리 본체(110)의 내부에 안착된 스퀴지(120)는 로터리 본체(110)의 회전에 영향을 받지 않고, 일정한 방향을 유지함으로써 로터리 본체(110)의 내부에 구비된 소재(M)의 유동을 막아 소재(M)를 로터리 본체(110)의 개구부 패턴(112)을 통해 나오게 하여 소재(M)를 웹(W) 상에 도포한다.
도 4b에 도시된 제2 로터리 스크린(120)은 도 1 로터리 스크린(110)과 반대방향으로 배치될 뿐 동작 원리는 동일하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치
110 : 제1 로터리 스크린 120 : 제2 로터리 스크린
200 : 건조기 300 : 이송부
310 : 언와인더 320 : 리와인더

Claims (7)

  1. 웹의 이동경로 상에 설치되는 건조기;
    상기 건조기를 중심으로 상호 마주보며 배치되는 제1 로터리 스크린과 제2 로터리 스크린; 및
    상기 웹을 이송하는 이송부;를 포함하고,
    상기 이송부는,
    상기 웹이 상기 제1 로터리 스크린 또는 상기 제2 로터리 스크린에서 소재가 도포되어 인쇄 영역을 형성하면 상기 인쇄 영역을 상기 건조기로 회송하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 웹의 종단에 설치되어 상기 웹을 이송방향으로 견인하는 리와인더; 및
    상기 웹을 이송방향의 역방향으로 견인하는 언와인더;를 포함하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 이송부는,
    상기 웹을 복수의 인쇄 단위로 구획하고,
    상기 인쇄 단위의 웹을 이송 경로 대비 정방향 또는 역방향으로 이송하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 로터리 스크린 및 상기 제2 로터리 스크린은,
    각각 적어도 하나 이상이며, 상기 웹 이송경로 상에 설치되는 것을 특징으로 하는 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 로터리 스크린 및 상기 제2 로터리 스크린은,
    상기 웹이 이송방향 대비 정방향 또는 역방향을 향해 이송될 때 상기 소재를 도포하는 것을 특징으로 하는 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치.
  6. 제1항에 따른 로터리 스크린을 이용하여 유기 태양전지를 구성하는 적층물을 인쇄하는 단계를 포함하는 유기 태양전지의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 유기 태양전지를 구성하는 적층물은 음극, 광활성층, 전자전달층, 정공전달층, 금속 산화물 박막층, 양극 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나인 것인 유기 태양전지의 제조 방법.
KR1020150045124A 2015-03-31 2015-03-31 롤투롤 로터리 스크린 인쇄장치 및 그를 이용한 유기태양전지 제조 방법 KR20160116826A (ko)

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