KR101359949B1 - 탄소 전극 형성 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

기판에 CNT(carbon nano tube), 그래핀(grapheme)과 같은 탄소 전극을 형성하는 탄소 전극 형성 장치와 탄소 전극 형성 방법이 개시된다. 개시된 탄소 전극 형성 장치는, 탄소를 포함하는 전극 물질이 외주면에 적층된 전극 물질 공급 롤러, 점착 테이프가 권취된 롤러로서, 점착 테이프의 점착면과 전극 물질의 접촉에 의해 점착면에 전극 물질을 전이(轉移)하는 전사매체 공급 롤러, 전극 물질이 전이된 점착 테이프를 공급받아 전극 물질을 점착 테이프에서 기판(substrate)으로 전사(傳寫)하여 기판상에 탄소 전극(electrode)을 형성하는 전사 유닛, 및 전사 유닛을 통과한 점착 테이프를 재권취하는 전사매체 수거 롤러를 구비한다.

Description

탄소 전극 형성 장치 및 방법{Apparatus and method for forming carbon based electrodes on substrate}
본 발명은 기판에 CNT(carbon nano tube), 그래핀(grapheme)과 같은 탄소 전극을 형성하는 탄소 전극 형성 장치와 탄소 전극 형성 방법에 관한 것이다.
디스플레이 패널(display panel)이나 터치 패널(touch panel)에 픽셀(pixel) 단위로 전기신호를 인가하기 위하여 기판(substrate)에 투명 전극(electrode)이 형성된다. 대량 생산되는 디스플레이 패널 또는 터치 패널의 투명 전극의 소재로서 통상적으로 ITO(indium tin oxide)가 사용된다. 그런데, 희토류 금속인 인듐(indium)은 머지 않아 자원 고갈이 예측되고 있다. 인듐의 고갈에 대비하고, 전극의 향상된 성능 구현을 위해서, 예컨대 CNT(carbon nano tube) 또는 그래핀(graphene)과 같은 탄소(C)를 포함한 전극, 즉 탄소 전극이 ITO 전극의 대체재로서 관심이 증대되고 있다. 그러나, 실험실 수준의 연구를 제외하면 현재까지는 탄소 전극을 대량 생산하는 장치나 방법이 나타나고 있지 않은 현실에 있다.
본 발명은 점착 테이프를 이용한 전사(傳寫) 방식으로 기판에 탄소 전극을 형성하는 장치와 방법을 제공한다.
본 발명은, 탄소를 포함하는 전극 물질이 외주면에 적층된 전극 물질 공급 롤러, 점착 테이프가 권취된 롤러로서, 상기 점착 테이프의 점착면과 상기 전극 물질의 접촉에 의해 상기 점착면에 상기 전극 물질을 전이(轉移)하는 전사매체 공급 롤러, 상기 전극 물질이 전이된 상기 점착 테이프를 공급받아 상기 전극 물질을 상기 점착 테이프에서 기판(substrate)으로 전사(傳寫)하여 상기 기판상에 탄소 전극(electrode)을 형성하는 전사 유닛, 및 상기 전사 유닛을 통과한 점착 테이프를 재권취하는 전사매체 수거 롤러를 구비하는 탄소 전극 형성 장치를 제공한다.
상기 전극 물질은 CNT(carbon nano tube) 또는 그래핀(graphene) 일 수 있다.
상기 점착 테이프는 그 점착면이 바깥을 향하도록 상기 전사매체 공급 롤러에 권취될 수 있다.
본 발명의 탄소 전극 형성 장치는 상기 전극 물질이 전이된 점착 테이프를 상기 전사매체 공급 롤러에서 풀어내는 이형 롤러를 더 구비할 수 있다.
본 발명의 탄소 전극 형성 장치는, 상기 전사매체 공급 롤러에서 상기 전사 유닛으로 향하는 상기 점착 테이프의 경로 상에 마련되는 것으로, 상기 점착 테이프에 전이된 전극 물질을 조밀하게 압착하고 상기 점착 테이프에 안정적으로 정착시키는 정착 유닛을 더 구비할 수 있다.
상기 전사 유닛은 한 쌍의 롤러를 구비하고, 상기 기판과 상기 전극 물질이 전이된 점착 테이프가 상기 한 쌍의 롤러 사이를 통과하며 서로 밀착되어 상기 전극 물질이 상기 기판에 전사되도록 구성될 수 있다.
또한 본 발명은, 전극 물질 공급 롤러의 외주면에 적층된, 탄소를 포함하는 전극 물질에 점착 테이프의 점착면을 접촉시켜 상기 전극 물질을 상기 점착 테이프로 전이(轉移)시키는 전극 물질 전이 단계, 및 상기 점착 테이프에 전이된 전극 물질을 상기 점착 테이프에서 기판(substrate)으로 전사(傳寫)하여 상기 기판상에 탄소 전극(electrode)을 형성하는 전극 형성 단계를 구비하는 탄소 전극 형성 방법을 제공한다.
상기 전극 물질은 CNT(carbon nano tube) 또는 그래핀(graphene) 일 수 있다.
본 발명의 탄소 전극 형성 방법은, 상기 전극 물질 전이 단계 및 상기 전극 형성 단계 사이에 마련되는 것으로, 상기 점착 테이프에 전이된 전극 물질을 조밀하게 압착하고 상기 점착 테이프에 안정적으로 정착시키는 전극 물질 정착 단계를 더 구비할 수 있다.
상기 전극 형성 단계는, 상기 기판과 상기 전극 물질이 전이된 점착 테이프가 상기 한 쌍의 롤러 사이를 통과하며 서로 밀착되어 상기 전극 물질이 상기 기판에 전사되는 단계를 구비할 수 있다.
본 발명에 의하면, 점착 테이프를 탄소 전극 물질의 전사(傳寫) 매체로 사용해 기판에 탄소 전극을 형성함으로써 빠른 속도, 저렴한 비용으로 기판에 탄소 전극을 형성할 수 있고, 이를 통해 탄소 전극 기판을 대량 생산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 전극 형성 장치를 도시한 구성도이다.
도 2 내지 도 7은 도 1의 II 내지 VII 을 확대 도시한 단면도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 탄소 전극 형성 장치 및 탄소 전극 형성 방법을 상세히 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자 또는 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 탄소 전극 형성 장치를 도시한 구성도이고, 도 2 내지 도 7은 도 1의 II 내지 VII 을 확대 도시한 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 탄소 전극 형성 장치(10)는 전극 물질 공급 롤러(12), 전사매체 공급 롤러(15), 이형 롤러(21), 정착 유닛(23), 전사 유닛(30), 전사매체 수거 롤러(38), 제1 댄서 롤러(dancer roller)(28), 및 제2 댄서 롤러(35)를 구비한다.
전극 물질 공급 롤러(12)는 탄소(C)를 포함하는 전극 물질(14)이 외주면에 적층된 롤러이다. 전극 형성 작업 중에 상기 전사매체 공급 롤러(15)와 접촉을 유지하도록 전극 물질 공급 롤러(12)는 상기 전사매체 공급 롤러(15) 측으로 탄성 바이어스( bias)된다 . 예컨대, 전극 물질 공급 롤러(12)의 샤프트를 인장 스프링으로 지지하는 방법이 적용 가능하다. 전극 물질(14)은 예컨대, CNT(carbon nano tube), 그래핀(graphene)과 같은 물질이다. CNT나 그래핀은 탄소로 이루어져 전기 전도성이 우수하고, 나노(nano) 단위의 입자 크기를 가지며, 투명한 전극으로 형성 가능하다. 전극 물질(14)은 전극 물질 공급 롤러(12)의 외주면에 예컨대, 코팅(coating), 증착(vapor deposition)과 같은 방법으로 적층된다.
전사매체 공급 롤러(15)는 전사매체(transferring medium)로서 점착 테이프(17)가 권취된 롤러이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 점착 테이프(17)는 합성수지로 형성된 플렉시블(flexible)한 필름층(film layer)(18)과, 상기 필름층(18)의 일 측면에 도포된 점착제층(adhesive agent layer)(19)를 구비한다. 점착제층(19)이 도포된 면이 점착 테이프(17)의 점착면이 된다. 점착 테이프(19)는 상기 점착면이 바깥을 향하도록 전사매체 공급 롤러(15)에 권취된다. 상술한 바와 같이 전극 물질 공급 롤러(12)가 전사매체 공급 롤러(15)의 접착 테이프(17)와 접촉을 유지하므로, 전사매체 공급 롤러(15)가 일 방향으로 회전하면 점착제층(19), 즉 점착 테이프(17)의 점착면과 전극 물질(14)이 접촉하여 상기 점착면으로 전극 물질(14)이 전이(轉移)된다. 이로 인해 도 2에 도시된 바와 같이 전사매체 공급 롤러(15)의 가장 바깥 외주면에 권취된 점착 테이프(17)에는 전극 물질(14)이 도포된다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 이형 롤러(21)는 전사매체 공급 롤러(15)의 일 측에 접촉되도록 전사매체 공급 롤러(15) 측으로 탄성 바이어스되며, 전극 물질(14)이 전이된 점착 테이프(17)를 전사매체 공급 롤러(15)에서 풀어낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 점착 테이프(17)의 점착면이 이형 롤러(21)를 향한 상태로 점착 테이프(17)가 이송되므로, 점착 테이프(17)에 도포된 전극 물질(14)은 이형 롤러(21)의 외주면과 대면한다. 한편, 도 4를 참조하면, 이형 롤러(21)를 벗어나 진행하는 점착 테이프(17)는 그 점착제층(19)과, 그 위에 도포된 전극 물질(14)이 위를 향한다. 따라서, 점착 테이프(17)의 진행 중에 전극 물질(14)이 중력(重力)에 의해 떨어져 손실되지 않는다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 정착 유닛(23)은 전사매체 공급 롤러(15)에서 전사 유닛(30)으로 향하는 점착 테이프(17)의 경로 상에 마련된다. 정착 유닛(23)은 서로 밀착되는 제1 및 제2 롤러(24, 26)를 구비한다. 일정한 압력 조건으로 점착 테이프(17)가 가압될 수 있도록 제1 롤러(24)의 샤프트 및 제2 롤러(26)의 샤프트 중 적어도 하나는 예컨대, 유압 실린더를 포함하는 액추에이터( actuator )에 의해 상대편 롤러 측으로 가압되고 , 밀착되는 압력을 센싱(sensing)하는 센서( sensor )가 구비될 수 있다. 또한, 일정한 온도 조건으로 점착 테이프(17)가 가압될 수 있도록 제1 롤러(24) 및 제2 롤러(26) 중 적어도 하나에 예컨대, 열선, 할로겐 램프와 같은 전열체가 구비되고, 그 온도를 측정하는 온도 센서가 구비될 수 있다.
점착 테이프(17)가 제1 및 제2 롤러(24, 26) 사이의 닙(nip)을 통과할 때 상기 점착 테이프(17)에 도포된 전극 물질(14)이 가압된다. 이로써 전극 물질(14)이 조밀하게 응집되고 압착되어, 상기 닙을 통과한 후의 전극 물질(14)의 두께(T2)가 상기 닙 통과 전의 전극 물질(14)의 두께(T1)보다 얇게 된다. 또한, 전극 물질(14)이 점착 테이프(17)에 안정적으로 정착된다. 제1 댄서 롤러(28)는 정착 유닛(23)과 전사 유닛(30) 사이에 마련되어 전사 유닛(30)으로 유입되는 점착 테이프(17)의 장력(tension)을 적절하게 조절 유지한다.
도 1 및 도 6을 참조하면, 전사 유닛(30)은 점착 테이프(17)에 전이된 전극 물질(14)을 점착 테이프(17)에서 기판(substrate)(5)의 일 측면으로 전사(傳寫)하여 기판(5) 상에 전극 물질(14)로 된 탄소 전극(carbon electrode)을 형성한다. 기판(5)은 디스플레이 패널의 기판으로 통상적으로 사용되는 유리판일 수 있다.
전사 유닛(30)은 서로 밀착되는 전사 롤러(31)와 가압 롤러(33)를 구비한다. 기판(5)과 점착 테이프(17)는 전사 롤러(31)와 가압 롤러(33) 사이의 닙(nip)을 통과하며 서로 밀착된다. 전사 유닛(30) 내에서 일정한 압력 조건 하에서 전사가 진행되도록 가압 롤러(33)는 예컨대, 유압 실린더를 포함하는 액추에이터( actuator )에 의해 전사 롤러(31) 측으로 가압되고 , 밀착되는 압력을 센싱(sensing)하는 센서( sensor )가 구비될 수 있다. 또한, 전사 유닛(30) 내에서 일정한 온도 조건 하에서 전사가 진행되도록 전사 롤러(31)와 가압 롤러(33) 중 적어도 하나에 예컨대, 열선, 할로겐 램프와 같은 전열체가 구비되고, 그 온도를 측정하는 온도 센서가 구비될 수 있다.
점착 테이프(17)는 그 점착제층(19)이 아래를 향하도록 하여 전사 유닛(30)으로 진입하고, 기판(5)은 점착 테이프(17)의 아래에서 전사 유닛(30)으로 진입하므로 기판(5)과 점착 테이프(17)가 잠시 밀착되고 분리되는 동안 점착제층(19)에 전이 부착된 전극 물질(14)이 기판(5)의 상측면으로 전사 인쇄된다. 그리하여, 도 7에 도시된 바와 같이 전사 유닛(30)을 통과한 기판(5)의 상측면에는 전극 물질(14)로 이루어진 탄소 전극이 형성된다.
한편 도 1을 다시 참조하면, 제2 댄서 롤러(35)는 전사 유닛(30)과 전사매체 수거 롤러(38) 사이에 마련되어 전사매체 수거 롤러(38)로 유입되는 점착 테이프(17)의 장력(tension)을 적절하게 조절 유지한다. 전사매체 수거 롤러(38)는 전사 유닛(30)를 통과하여 전극 물질(14)이 분리된 점착 테이프(17)를 재권취한다.
이하에서는 도 1을 다시 참조하여 본 발명의 다른 측면인 탄소 전극 형성 방법을 설명한다. 본 발명의 탄소 전극 형성 방법은, 전극 물질 전이 단계, 전극 물질 정착 단계, 및 전극 형성 단계를 구비한다. 상기 전극 물질 전이 단계는 전극 물질 공급 롤러(12) 외주면에 적층된, 탄소를 포함하는 전극 물질(14)에 점착 테이프(17)의 점착면, 즉 점착제층(19)(도 2 참조)을 접촉시켜 전극 물질(14)을 점착 테이프(17)로 전이(轉移)시키는 단계를 포함한다. 전극 물질(14)의 전이 과정은 앞서 전극 물질 공급 롤러(12), 전사매체 공급 롤러(15), 및 이형 롤러(21)를 설명하면서 언급하였으므로 중복된 설명은 생략한다.
상기 전극 물질 정착 단계는 점착 테이프(17)에 전이된 전극 물질(14)을 조밀하게 압착하고 점착 테이프(17)에 안정적으로 정착시키는 단계를 포함한다. 전극 물질(14)의 압착 및 정착 과정은 앞서 정착 유닛(23)을 설명하면서 언급하였으므로 중복된 설명은 생략한다.
상기 전극 형성 단계는 점착 테이프(17)에 전이된 전극 물질(14)을 점착 테이프(17)에서 기판(5)으로 전사(傳寫)하여 기판(5) 상에 전극 물질(14)로 이루어진 탄소 전극을 형성하는 단계를 포함한다. 전극 물질(14)을 기판(5)으로 전사하는 과정은 앞서 전사 유닛(30)을 설명하면서 언급하였으므로 중복된 설명은 생략한다.
본 발명은 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.
5: 기판 10: 탄소 전극 형성 장치
12: 전극 물질 공급 롤러 15: 전사매체 공급 롤러
17: 점착 테이프 21: 이형 롤러
23: 정착 유닛 28, 35: 댄서 롤러
30: 전사 유닛 38: 전사매체 수거 롤러

Claims (10)

  1. 탄소를 포함하는 전극 물질이 외주면에 적층된 전극 물질 공급 롤러;
    점착 테이프가 권취된 롤러로서, 상기 점착 테이프의 점착면과 상기 전극 물질의 접촉에 의해 상기 점착면에 상기 전극 물질을 전이(轉移)하는 전사매체 공급 롤러;
    상기 전극 물질이 전이된 상기 점착 테이프를 공급받아 상기 전극 물질을 상기 점착 테이프에서 기판(substrate)으로 전사(傳寫)하여 상기 기판상에 탄소 전극(electrode)을 형성하는 전사 유닛; 및,
    상기 전사 유닛을 통과한 점착 테이프를 재권취하는 전사매체 수거 롤러;를 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 물질은 CNT(carbon nano tube) 또는 그래핀(graphene) 인 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 점착 테이프는 그 점착면이 바깥을 향하도록 상기 전사매체 공급 롤러에 권취되는 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 장치.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 전극 물질이 전이된 점착 테이프를 상기 전사매체 공급 롤러에서 풀어내는 이형 롤러를 더 구비한 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 전사매체 공급 롤러에서 상기 전사 유닛으로 향하는 상기 점착 테이프의 경로 상에 마련되는 것으로, 상기 점착 테이프에 전이된 전극 물질을 조밀하게 압착하고 상기 점착 테이프에 안정적으로 정착시키는 정착 유닛을 더 구비한 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 전사 유닛은 한 쌍의 롤러를 구비하고,
    상기 기판과 상기 전극 물질이 전이된 점착 테이프가 상기 한 쌍의 롤러 사이를 통과하며 서로 밀착되어 상기 전극 물질이 상기 기판에 전사되도록 구성된 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 장치.
  7. 전극 물질 공급 롤러의 외주면에 적층된, 탄소를 포함하는 전극 물질에 점착 테이프의 점착면을 접촉시켜 상기 전극 물질을 상기 점착 테이프로 전이(轉移)시키는 전극 물질 전이 단계; 및,
    상기 점착 테이프에 전이된 전극 물질을 상기 점착 테이프에서 기판(substrate)으로 전사(傳寫)하여 상기 기판상에 탄소 전극(electrode)을 형성하는 전극 형성 단계;를 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 방법.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 전극 물질은 CNT(carbon nano tube) 또는 그래핀(graphene) 인 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 방법.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 전극 물질 전이 단계 및 상기 전극 형성 단계 사이에 마련되는 것으로, 상기 점착 테이프에 전이된 전극 물질을 조밀하게 압착하고 상기 점착 테이프에 안정적으로 정착시키는 전극 물질 정착 단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 방법.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 전극 형성 단계는, 상기 기판과 상기 전극 물질이 전이된 점착 테이프가 상기 한 쌍의 롤러 사이를 통과하며 서로 밀착되어 상기 전극 물질이 상기 기판에 전사되는 단계를 구비하는 것을 특징으로 하는 탄소 전극 형성 방법.
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