KR20230081478A - 탄소나노소재를 이용한 유연기판 접합방법 및 이를 통하여 제작된 유연기판접합체 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판 접합방법은 접합대상면을 가지는 제1유연기판 및 제2유연기판의 사이에 탄소나노소재를 배치하는 탄소나노소재를 배치하는 탄소나노소재 배치단계 및 상기 탄소나소소재가 배치된 제1유연기판 및 제2유연기판에 마이크로파를 인가하는 마이크로파 인가단계를 포함한다.
Description
본 발명은 탄소나노소재에 마이크로파를 인가하는 경우 국부적으로 가열이 되는 현상을 이용하여 유연기판을 접합하는 유연기판 접합방법 및 이를 통하여 제작된 유연기판에 관한 것이다.
최근 휘어질 수 있다는 유연기판의 장점이 부각되면서 유연기판에 대한 수요 및 관심이 증대되고 있다.
나아가 최근 대면적 디스플레이 등 대면적 유연기판에 대한 수요가 증가하고 있고, 유연기판의 다층으로 접합하여 배치되는 회로의 고집적화를 위한 시도가 이루어지고 있다.
이를 위하여는 다수의 유연기판의 접합을 위한 과정이 필수적이지만, 유연기판의 특성상 가압을 하는 경우 휘어질 수 있다는 문제점, 가열을 하는 경우 유연기판의 물성이 변화할 수 있다는 문제점 등 접합과정에서의 문제점이 있었다.
나아가 접합을 한 복수 개의 유연기판 접합체의 경우에도 유연기판의 특성상 복수회 휘어지는 경우, 유연기판 및 접합물질의 계면의 변형률의 차이로 인하여 쉽게 박리가 된다는 문제점이 있었다.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 마이크로파를 인가하는 경우 가열이 되는 탄소나노소재의 특성을 이용하여 기계적 결합강도가 우수한 유연기판 접합방법 및 이를 통하여 제작된 유연기판을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제가 상술한 과제로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 과제들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명의 유연기판 접합방법은 접합대상면을 가지는 제1유연기판 및 제2유연기판의 사이에 탄소나노소재를 배치하는 탄소나노소재를 배치하는 탄소나노소재 배치단계 및 상기 탄소나소소재가 배치된 제1유연기판 및 제2유연기판에 마이크로파를 인가하는 마이크로파 인가단계를 포함한다.
상기 탄소나노소재 배치단계는 탄소나노소재가 포함된 용액을 제1유연기판 및 제2유연기판 사이의 접합면에 도포할 수 있다.
상기 마이크로파 인가단계는 상기 탄소나노소재가 배치된 상기 제1유연기판 및 상기 제2유연기판을 상온유지가 되는 챔버에 고정시킨 다음 마이크로파를 인가할 수 있다.
상기 탄소나노소재는 탄소나노튜브 또는 그래핀을 포함할 수 있다.
본 발명의 유연기판 접합 방법을 통하여 제작되는 유연기판 접합체는
접합대상면을 가지는 제1유연기판, 적어도 일부가 상기 접합대상면에 배치되는 제2유연기판 및 상기 접합대상면에 배치되는 탄소나노소재를 포함한다.
상기 제1유연기판 및 상기 제2유연기판의 표면에는 인가되는 마이크로파에 의하여 가열된 탄소나노소재에 의하여 용융된 다음 응고되는 용융층을 포함하고, 상기 탄소나노소재의의 적어도 일부는 상기 용융층에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판 접합방법 및 이를 통하여 제작된 유연기판접합체는 아래와 같은 효과가 있다.
첫째, 마이크로파를 이용함에 따라 유연기판 자체에 인가되는 열을 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
둘째, 유연기판의 접합대상면의 국부가열을 통한 용융 및 탄소나노소재의 용융면의 침습을 통하여 접합을 하여 유연기판에 접합을 위한 별도의 압력을 인가하거나 인가되는 압력을 최소화할 수 있어, 접합과정에서 압력에 약한 유연기판이 파손되는 등의 문제를 최소화할 수 있다는 장점이 있다.
셋째, 유연기판의 접합면 일부에 탄소나노소재가 침습된 형태로 결합이 이루어지므로 유연기판접합체의 기계적인 특성이 우수하다는 장점이 있다.
본 발명의 효과가 상술한 효과들로 제한되는 것은 아니며, 언급되지 아니한 효과들은 본 명세서 및 첨부된 도면으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확히 이해될 수 있을 것이다.
도1은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법의 순서를 나타내는 순서도;
도2는 본 발명의 일실시예의 유연기판이 접합되기 전에 배치되는 상태를 설명하기 위한 도면;
도3는 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 유연기판 접합체를 제작하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면;
도4는 본 발명의 일실시예의 유연기판이 접합된 상태를 설명하기 위한 도면;
도5는 본 발명의 일실시예의 유연기판접합방법을 통하여 제작된 유연기판 접합체의 사진 및 접합대상면을 확대한 사진;
도6은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 기계적 유연성을 실험한 사진 및 결과에 대한 그래프;
도7은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 기계적 강건성을 평가한 결과에 대한 그래프;
도8은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 접합부의 반복 변형 내구성을 시험한 사진.
도2는 본 발명의 일실시예의 유연기판이 접합되기 전에 배치되는 상태를 설명하기 위한 도면;
도3는 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 유연기판 접합체를 제작하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면;
도4는 본 발명의 일실시예의 유연기판이 접합된 상태를 설명하기 위한 도면;
도5는 본 발명의 일실시예의 유연기판접합방법을 통하여 제작된 유연기판 접합체의 사진 및 접합대상면을 확대한 사진;
도6은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 기계적 유연성을 실험한 사진 및 결과에 대한 그래프;
도7은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 기계적 강건성을 평가한 결과에 대한 그래프;
도8은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 접합부의 반복 변형 내구성을 시험한 사진.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본원 발명 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
도1은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법의 순서를 나타내는 순서도이고, 도2는 본 발명의 일실시예의 유연기판이 접합되기 전에 배치되는 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도3는 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 유연기판 접합체를 제작하는 과정을 개략적으로 설명하기 위한 도면이고, 도4는 본 발명의 일실시예의 유연기판이 접합된 상태를 설명하기 위한 도면이고, 도5는 본 발명의 일실시예의 유연기판접합방법을 통하여 제작된 유연기판 접합체의 사진 및 접합대상면을 확대한 사진이다.
도1 내지 도5를 참조하면, 본 발명의 유연기판 접합방법은 탄소나노소재배치단계(S10) 및 마이크로파인가단계(S20)을 포함한다.
탄소나노소재배치단계(S10)은 접합대상면을 가지는 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200) 사이에 탄소나노소재(300)를 배치한다.
탄소나노소재(300)는 다양한 공지의 방법으로 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)의 사이에 배치될 수 있고, 본 실시예에서는 탄소나노소재(300)가 포함된 용액(310)을 제작하고, 상기 용액을 상기 접합대상면에 도포를 하는 방법으로 배치가 될 수 있을 것이다.
한편, 용액에 탄소나노소재를 분산시키는 방법 및 탄소나노소재가 포함된 용액을 접합대상면에 도포한 다음 용액을 휘발시키는 방법 등은 공지된 다양한 방법이 적용될 수 있을 것이다.
마이크로파인가단계(S20)은 탄소나노소재(300)가 도포된 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)에 마이크로파를 인가한다.
탄소나노소재(300)에 마이크로파를 인가하는 경우 탄소나노소재(300)는 국부가열이 되게 된다. 이에 따라 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)의 접합대상면의 특정 지점은 탄소나노소재(300)에서 발생하는 열에 의하여 국부용융이 되게 된다.
그리고 탄소나노소재(300)의 일부는 상기 용융된 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)의 표면으로 침습하여 위치하게 된다(도4 참조).
그리고 마이크로파의 인가 후 용융된 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)의 접합면을 다시 응고가 되게 되고, 탄소나노소재(300)의 침습된 부분이 용융부분에 위치한 상태로 응고가 됨에 따라 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)과 탄소나노소재(300) 사이에 견고한 기계적 결합구조가 만들어지게 된다.
마이크로파를 인가를 위하여 다양한 장비가 사용될 수 있으나, 본 실시예에서는 상온유지가 가능한 챔버에 제1유연기판(100), 제2유연기판(200) 사이에 탄노나노소재(200)가 배치된 상태의 유연기판접합체를 챔버 내부에 고정부(420)에 고정시킨 다음 마이크로파를 인가한다. 이 때 챔버(400)에는 카메라모듈(410)이 구비되어 접합과정에 대한 모니터링이 가능할 것이다.
한편, 본 발명의 유연기판 접합방법을 통하여 제작이 된 유연기판 접합체는 제1유연기판(100), 제2유연기판(200) 및 탄소나노소재(300)를 포함한다.
제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)은 서로 대향되게 접합되는 접합대상면을 가지고, 탄소나노소재(300)가 접합대상면의 적어도 일부에 위치한 상태로 결합이 되게 된다.
제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)은 접합대상면에서 일정 두께의 용융층(110, 210)을 포함한다. 용융층(110, 210)은 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)에서 국부 가열에 의하여 용융이 되었다가 응고가 되는 영역으로 정의한다.
구체적으로 본 실시예에서는 마이크로파가 인가됨에 따라 탄소나노소재가 가열이 되고, 이에 따라 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)의 접합대상면의 내측 적어도 일부 영역이 용융이 되었다가, 탄소나노소재(300)가 냉각이 됨에 따라 다시 응고가 되게 된다.
이에 따라 용융층(110, 210)이 용융이 된 상태에서 탄소나노소재(300)의 일부는 용융층(110, 210) 내부에 위치하게 되고, 내부에 남은 상태로 용융층(110, 210)이 응고가 됨에 따라 용융층(110, 210) 사이에 침습한 상태를 유지하게 된다.
결국 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)에 형성되는 용융층(110, 210) 및 용융층(110, 210) 내부에 침습하여 배치되는 탄소나노소재(300)는 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)의 기계적인 결합을 견고하게 하는 기능을 수행하게 된다.
도5은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판접합체의 사진이고, 도6은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 기계적 유연성을 실험한 사진 및 결과에 대한 그래프이고, 도7은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 기계적 강건성을 평가한 결과에 대한 그래프이고, 도8은 본 발명의 일실시예의 유연기판 접합방법을 통하여 접합된 유연기판의 접합부의 반복 변형 내구성을 시험한 사진이다.
도5 내지 도8을 참조하여, 본 발명의 유연기판 접합방법을 통하여 제작된 유연기판 접합체의 기계적 특성에 대하여 설명한다.
한편, 본 발명에서의 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)으로는 유연한 특성을 가지는 다양한 소재의 기판이 사용될 수 있고, 본 실시예에서는 PET(polyethylene terephthalate)를 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)으로 사용을 하였다. 그러나 탄소나노소재(300)의 마이크로파의 인가에 따라 접합대상면의 일부가 용융될 수 있는 특성을 가지는 다양한 소재가 채택될 수 있을 것이다.
탄소나노소재(300) 역시 그래핀 등 다양한 종류의 탄소구조물에 채택될 수 있으나, 본 실시예에서는 탄소나노튜브를 사용하여 접합을 시도하였다. 그러나 탄소나노소재도 1) 마이크로파의 인가에 의하여 국부 가열 특성이 있고, 2) 제1유연기판(100) 및 제2유연기판(200)에 형성되는 용융층(110, 210)에 침습할 수 있다는 소재의 선택에 제한은 없을 것이다.
도5에 도시된 것과 같이 PET 제1유연기판(100) 및 PET 제2유연기판(200)에 접합대상면에 탄소나노튜브(300)을 배치한 상태에서 마이크로파를 인가하여 국부가열을 한 상태의 접합대상면의 사진에서와 같이 용융층(110, 210)에 부분적으로 탄소나노튜브(300)가 침습된 상태를 확인할 수 있다.
도6에서와 같이 도5의 유연기판 접합체에 대한 기계적 유연성을 시험한 결과 PET 단층으로 형성되는 경우와 PET 2개층 및 탄소나노튜브 1개층으로 이루어진 경우 인가되는 스트레스가 유사한 결과를 확인할 수 있다.
도7에서와 같이 도5의 유연기판 접합체에 대한 횡방향으로의 접합강도를 측정한 결과 중간에 탄소나노튜브가 배치된 경우 횡방향으로의 접합강도가 우수하다는 시험결과를 얻었다.
또한 유연기판의 소재적인 장점인 반복 변형에 대한 시험에 있어서도 접합대상면의 박리 등이 없이 우수한 내구성이 확보된다는 시험결과를 얻었다.
즉, 본 발명의 유연기판 접합방법에 의하면, 마이크로파를 인가하는 간단한 공정의 추가를 통하여 유연기판의 일부를 용융시키면서 탄소나노소재를 용융된 유연기판에 침습시킴에 따라 우수한 기계적 특성을 가지는 유연기판 접합체를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
100 : 제1유연기판
110: 용융층
200: 제2유연기판 210: 용융층
300: 탄소나노소재
200: 제2유연기판 210: 용융층
300: 탄소나노소재
Claims (6)
- 접합대상면을 가지는 제1유연기판 및 제2유연기판의 사이에 탄소나노소재를 배치하는 탄소나노소재를 배치하는 탄소나노소재 배치단계; 및
상기 탄소나소소재가 배치된 제1유연기판 및 제2유연기판에 마이크로파를 인가하는 마이크로파 인가단계;
를 포함하는 유연기판 접합방법. - 제1항에 있어서,
상기 탄소나노소재 배치단계는 탄소나노소재가 포함된 용액을 제1유연기판 및 제2유연기판 사이의 접합면에 도포하는 유연기판 접합방법. - 제1항에 있어서,
상기 마이크로파 인가단계는 상기 탄소나노소재가 배치된 상기 제1유연기판 및 상기 제2유연기판을 상온유지가 되는 챔버에 고정시킨 다음 마이크로파를 인가하는 유연기판 접합단계; - 제1항에 있어서,
상기 탄소나노소재는 탄소나노튜브 또는 그래핀을 포함하는 유연기판 접합방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 유연기판 접합으로 제작되고,
접합대상면을 가지는 제1유연기판;
적어도 일부가 상기 접합대상면에 배치되는 제2유연기판; 및
상기 접합대상면에 배치되는 탄소나노소재;
를 포함하는 유연기판 접합체. - 제5항에 있어서,
상기 제1유연기판 및 상기 제2유연기판의 표면에는 인가되는 마이크로파에 의하여 가열된 탄소나노소재에 의하여 용융된 다음 응고되는 용융층을 포함하고,
상기 탄소나노소재의의 적어도 일부는 상기 용융층에 위치하는 유연기판 접합체.
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