KR20230068524A - 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름 - Google Patents

플렉시블 그래핀 라이트닝 필름 Download PDF

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KR20230068524A
KR20230068524A KR1020210154394A KR20210154394A KR20230068524A KR 20230068524 A KR20230068524 A KR 20230068524A KR 1020210154394 A KR1020210154394 A KR 1020210154394A KR 20210154394 A KR20210154394 A KR 20210154394A KR 20230068524 A KR20230068524 A KR 20230068524A
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Abstract

본 발명은 플렉시블한 기판(110)에 그래핀이 전사되어 기판에 그래핀층(120)이 적층되는 그래핀층 형성 단계와, 상기 그래핀층(120)에 패턴이 형성되는 패턴 형성 단계와, 그래핀층(120)의 상부로 발광층(130)이 코팅 형성되는 발광층 형성 단계와, 상기 발광층(130) 상부로 투명 전극(130)이 전사되는 투명 전극 적층 단계로 제조되는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100)에 관한 것이다.

Description

플렉시블 그래핀 라이트닝 필름{A Flexible Graphene Lightening Film}
본 발명은 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름에 관한 것으로, 보다 상세하게는 굴곡 변형에 의해서 전도성이 유지되는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름에 관한 것이다.
그래핀(graphene)은 탄소원자가 2차원(2D) 격자 내로 채워진 평면 단일층 구조를 의미하며, 이것은 모든 다른 차원구조의 흑연 물질의 기본 구조를 이룬다. 그래핀은 0차원 구조인 풀러린(fullerene), 1차원 구조인 나노튜브 또는 3차원 구조로 적층된 흑연의 기본 구조가 될 수 있다.
최근 많은 연구그룹이 그래핀이 갖는 허니콤(벌집) 형태의 결정 구조, 두 개의 상호침투하는 삼각 형태의 하위 격자 구조, 및 하나의 원자 크기에 해당하는 두께 등에 의하여 그래핀이 특이한 물리적 특성(예를 들면 제로 밴드갭)을 보이는 점에 주목한다. 또한, 그래핀은 특이한 전하 운송 특성을 갖는데, 이로 인하여 그래핀은 종래에는 관찰되지 않았던 독특한 현상을 보여준다. 예를 들면, 반정수 양자 홀 효과 및 바이폴라 초전류 트랜지스터 효과 등이 그 예이며, 이 또한 상기 설명한 그래핀의 특유한 구조에 기인하는 것으로 여겨진다.
이와 같은 그래핀층은 면저항이 작아 전도성 물질, 예를 들면 ITO와 같은 투명전도성 산화막을 대체할 수 있는 전극물질로 여겨지고 있다. 또한, 고품질의 단일층 그래핀을 성장시키고, 그 밴드 갭을 제어할 수 있다면, 그래핀은 실리콘을 대체할 수 있는 차세대 반조체 소자로서도 활용될 수 있는 것으로 알려져 있다.
그래핀을 이용하여 플렉시블한 발광 패널을 제조하려는 시도가 있으나, 충분한 전기 전도성을 가지지 못하였으며, 굴곡된 상태에서는 전기 전도성이 떨어지고, 측방으로 당기는 힘에 대한 신축성이 충분하지 못하며, 제조하는데 많은 비용이 소요되는 문제점이 있었다.
대한민국 공개번호 제10-2013-0112228호 공개특허공보 대한민국 공개번호 제10-2016-0012268호 공개특허공보
본 발명은 상기와 같은 종래 기술이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 높은 전기 전도성을 가지며, 굴곡 상태에서도 높은 전기 전도성이 유지되는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 위하여, 본 발명은 플렉시블한 기판에 그래핀이 전사되어 기판에 그래핀이 전사 적층되는 그래핀층 형성 단계와, 상기 그래핀층에 패턴이 형성되는 패턴 형성 단계와, 그래핀층의 상부로 발광층이 코팅 형성되는 발광층 형성 단계와, 상기 발광층 상부로 투명 전극이 전사되는 투명 전극 적층 단계를 포함하는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름을 제공한다.
상기에서, 발광층의 상부로 투명전극이 적치되고 롤러 가압되어 투명 전극이 적층되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 패턴 형성 단계에서는 레이저빔이 그래핀층에 조사되어 식각되어 그래핀층에 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 그래핀층은 2층 이상으로 적층 형성되며, 상기 패턴 형성 단계에서 그래핀층 패턴의 폭은 300±30㎛ 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기에서, 그래핀층은 2층으로 적층 형성되며, 상기 패턴 형성 단계에서 그래핀층 패턴의 폭은 300±30㎛ 범위로 형성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100)에 의하면, 향상된 전기 전도성을 가지며, 굴곡 상태에서도 전기 전도성이 유지되며, 옆에서 당기는 외력에 대한 신축성이 높아 파손 위험이 감소하며, 제조 비용이 저렴한 효과가 있다.
도 1은 본 발명에 따르는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름을 도시한 단면도이며,
도 2는 본 발명에 따르는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름을 이루는 그래핀층을 예시적으로 도시한 평면도이다.
본 발명의 설명에 사용되는 모든 기술적 용어들 및 과학적 용어들은, 달리 정의되지 않는 한, 본 개시가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 의미를 갖는다. 본 개시에 사용되는 모든 용어들은 본 개시를 더욱 명확히 설명하기 위한 목적으로 선택된 것이며 본 개시에 따른 권리범위를 제한하기 위해 선택된 것이 아니다.
본 발명의 설명에 사용되는 "포함하는", "구비하는", "갖는" 등과 같은 표현은, 해당 표현이 포함되는 어구 또는 문장에서 달리 언급되지 않는 한, 다른 실시예를 포함할 가능성을 내포하는 개방형 용어(open-ended terms)로 이해되어야 한다.
본 발명의 설명에 사용되는 단수형의 표현은 달리 언급하지 않는 한 복수형의 의미를 포함할 수 있으며, 이는 청구범위에 기재된 단수형의 표현에도 마찬가지로 적용된다.
본 발명의 설명에서 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "결합되어" 있다고 언급된 경우, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 직접적으로 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로, 또는 새로운 다른 구성요소를 매개로 하여 연결될 수 있거나 결합될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
이하에서 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명에 따르는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름을 도시한 단면도이며, 도 2는 본 발명에 따르는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름을 이루는 그래핀층을 설명하기 위하여 예시적으로 도시한 평면도이다.
본 발명에 따르는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100)은 플렉시블한 기판(110)과, 상기 플렉시블한 기판(110) 위에 적층되며 패턴이 형성된 그래핀층(120)과, 상기 그래핀층(120) 위에 적층된 발광층(120)과, 상기 발광층(120) 위에 적층된 투명전극(130)을 포함하여 구성된다.
상기 그래핀층 형성 단계에서 그래핀층(120)은 플렉시블한 기판(110) 위에 전사되어 적층된다. 플렉시블한 기판(110)은 투명한 폴리머 필름으로, PET를 예로 들 수 있다. 상기 그래핀층(120)은 단층으로 형성될 수도 있으나, 전사가 반복되어 2층 이상의 복층으로 적층되어 구비된다. 상기 그래핀층(120)을 이루는 그래핀은 육각형의 허니컴 격자 구조이다.
본 발명에 따르는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100)에서 그래핀층(120)은 플렉시블한 기판(110)에 전사된 후에 패턴이 형성된다(패턴 형성 단계). 상기 패턴 형성 단계에서 그래핀층(120)에 레이저가 조사되어 패턴이 형성된다. 레이저가 조사된 부분의 그래핀이 제거되어 그래핀층(120)에 패턴이 형성된다. 레이저 조사에 의하여 그래핀층(120)에 패턴(121)이 형성됨으로써 저렴한 비용으로 패턴(121)을 형성할 수 있으며, 다양하고 복잡한 패턴(121) 형성이 가능하다.
도 2에 도시된 바와 같이, 그래핀층(120)의 패턴(121)은 외력이 작용하는 방향에 수직한 방향으로 길이를 가지며, 패턴(121) 사이에 간격(123)이 형성되도록 하는 것이 바람직하다. 그래핀층(120)에 외력(A)이 작용하는 방향에 수직한 방향으로 길이를 가지는 패턴(121)이 형성됨으로써 변형 저항이 감소하여 외력(A)에 의한 그래핀층(120)의 파손이 억제될 수 있다. 그리고 굴곡에 대한 변형 저항도 감소하여 굴곡 상태에서 파손 등에 의한 전기 전도성이 떨어지는 것이 방지될 수 있다.
상기에서 그래핀층(120)을 2층으로 하고 패턴 형성에 있어서 패턴(121)의 폭을 300±30㎛ 범위로 하는 것이 바람직하다. 그래핀층(120)을 2층으로 함으로써, 투명성과 전기 전도성이 확보된다. 그리고 그래핀층(120)을 2층으로 한 상태에서 패턴(121)의 폭을 300±30㎛ 범위로 형성함으로써, 표면 저항을 180∼210Ω/sq 범위인 낮은 저항 범위로 유지할 수 있다.
패턴이 형성된 그래핀층(120) 위로 발광층(130)이 적층되어 구비된다. 상기 발광층(130)의 예로 전자와 정공의 재결합에 의해 빛을 방출하는 반도체 재료로 형성될 수 있다.
발광층(130)이 패턴이 형성된 그래핀층(120) 위로 적층되고, 그 위로 박판 상의 투명 전극(130)이 적치되며, 상부에서 롤러(도시하지 않음)가 회전하면서 가압하여, 발광층(130)의 상부로 투명 전극(130)이 결합되어 적층된다. 상기 투명 전극(130)의 예로 ITO(인듐 주석 산화물)를 들 수 있다. 투명 전극(130)에 전기를 주면 그래핀층(120)과 투명 전극(130) 사이에 적층된 발광층(130)으로 전류가 흘러 발광층(130)이 발광하게 된다.
상기 플렉시블한 기판(110)과 투명 전극(130) 사이에 발광층(130)의 가장자리 외측에 씰링제가 구비되고, 롤러 가압시 씰링제가 가열되면서 열융착되어 플렉시블한 기판(110)과 투명 전극(130)이 접합된다. 상기 씰링제는 열융착되어 발광층(130)의 가장자리 외측에서 폐회로를 이룬다. 따라서 이물질이 상기 플렉시블한 기판(110)과 투명 전극(130) 사이로 들어오는 것을 막는 작용도 한다.
상기 투명 전극(130)의 외측으로 또 하나의 플렉시블한 기판이 구비되고, 기판 사이에 씰링제가 구비되며 롤러 가압시 씰링제가 가열되면서 열융착되어 양측의 기판이 접합될 수도 있다.
본 발명에 따르는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100)은 발광층(130)의 하부로 패턴이 형성된 그래핀층(120)이 구비되고, 발광층(130)의 상부로 또 하나의 전극층인 투명 전극(130)이 적층 구비됨으로써 의류 등에 부착되어 굴곡 변형되는 경우에도 전기 전도성이 유지되어 발광 상태가 유지된다.
그리고 상기 그래핀층(120)에 도 2에 도시된 바와 같이 패턴(121)이 길이를 가지며 패턴(121) 사이에 패턴(121)의 길이 방향을 따라 형성된 간격(123)이 형성되고, 패턴(121)의 일측 단부가 연결된 상태로 형성됨으로써, 패턴(121)의 길이 방향이 외력(A)에 수직한 방향으로 설치될 때, 외력(A)에 수직한 방향으로 변형이 용이하게 되어, 외력(A)에 의한 파손 가능성이 낮아져 외력(A)이 작용하는 환경에서도 전기 전도성이 유지될 수 있으며, 굴곡된 상태에서도 전기 전도성이 유지될 수 있게 된다.
100: 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름 110: 기판
120: 그래핀층 130: 발광층
140: 투명 전극

Claims (5)

  1. 플렉시블한 기판(110)에 그래핀이 전사되어 기판에 그래핀층(120)이 적층되는 그래핀층 형성 단계와, 상기 그래핀층(120)에 패턴이 형성되는 패턴 형성 단계와, 그래핀층(120)의 상부로 발광층(130)이 코팅 형성되는 발광층 형성 단계와, 상기 발광층(130) 상부로 투명 전극(130)이 전사되는 투명 전극 적층 단계로 제조되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100).
  2. 제1 항에 있어서, 상기 발광층(120)의 상부로 투명전극(130)이 적치되고 롤러 가압되어 투명 전극이 적층되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 패턴 형성 단계에서는 레이저빔이 그래핀층(110)에 조사되어 식각되어 그래핀층(110)에 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100).
  4. 제3 항에 있어서, 상기 그래핀층(110)은 2층 이상으로 적층 형성되며, 상기 패턴 형성 단계에서 그래핀층(110) 패턴의 폭(W)은 300±30㎛ 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100).
  5. 제4 항에 있어서, 상기 그래핀층(110)은 2층으로 적층 형성되며, 상기 패턴 형성 단계에서 그래핀층(110) 패턴(W)의 폭은 300±30㎛ 범위로 형성되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 그래핀 라이트닝 필름(100).
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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