KR102349089B1 - Infrared drying process method to minimize resistance of roll-to-roll printed electrode on plastic substrate - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 플라스틱 기판을 이용한 롤 투롤 인쇄 전극의 저항을 최소화하기 위한 적외선 건조 공정방법에 관한 것이다.The present invention relates to an infrared drying process method for minimizing the resistance of a roll-to-roll printing electrode using a plastic substrate.
도 6a은 배경이 되는 기술이다. 그러나 본원발명의 구성에서처럼 인쇄전극의 저항을 최소화하기 위한 건조공정에 대하여는 인용발명이 존재하지 않는다. 6A is the background technology. However, there is no cited invention for the drying process for minimizing the resistance of the printed electrode as in the configuration of the present invention.
롤투롤 인쇄시스템의 건조장치가 유기태양전지 모듈을 제조하는 장치에 적용된 예를 나타내는 공정도로서, 슬롯 다이에서 인쇄물 소재가 배출되어 기판에 패턴층이 형성되는 상태를 나타낸다. 도시한 바와같이, 복수의 슬롯 다이(10)가 필름형태의 기판(P)이 롤투롤(roll-to-roll) 인라인 방식으로 연속 공급되는 기판 이동 경로 상에 설치되고, 각 슬롯다이(10)를 통해 인쇄된 부분을 건조시키기 위한 복수의 건조기 (100)가 슬롯다이(10)를 지난 부분에 설치되어, 기판(P)에 소재를 박막으로 도포하여 건조시킴으로써 소정의 패턴을 형성한다.It is a process diagram showing an example in which the drying apparatus of the roll-to-roll printing system is applied to an apparatus for manufacturing an organic solar cell module, and shows a state in which a printed material is discharged from a slot die and a pattern layer is formed on a substrate. As shown, a plurality of
슬롯 다이(10)와 건조기(10')는 연속 공급되는 기판(P)의 이동 경로 상에 간격을 두고 설치되어 있다. 간격을 두고 설치된 슬롯 다이(10)에서는 인쇄물 소재가 배출되어 기판(P)에 도포되고, 각 건조기 (10')을 통과하면서 도포된 부분이 건조된다. 각 슬롯 다이(10)에서 배출되는 소재는 순차적으로 적층되어 하나의 기판(P) 위에 여러 패턴층(T)이 순차적으로 적층된다.The
패턴층(T)이 형성된 후에는 롤 프린팅기(20)를 통해 은 페이스트(Ag paste)을 롤에 묻혀 프린팅하여 은 전극을 형성하고, 이어서 다시 건조기(100')를 통과시켜 건조시킨 후, 밀봉필름(F)을 공급하여 라미네이팅기(30)에서 열접합하여 유기태양전지 모듈을 밀봉하고 권취롤에 권취하여 모듈을 롤 형태로 보관하거나, 일정한 길이로 절단하여 유기태양전지를 제작한다. 밀봉단계에서는 유기태양전지를 제작할 시에 배선단자를 형성하기 위해 은 전극의 일부를 노출시킬 수 있다.After the pattern layer T is formed, a silver electrode is formed by applying Ag paste to the roll through the
도 6b는 배경이 되는 발명의 제1실시예에 의한 롤투롤 인쇄시스템의 건조장치(건조기)를 나타내는 구성도이다. 도 6b에서는 세로 방향으로 세워진 건조장치(건조기)를 나타낸다. 도시한 바와 같이 건조장치 (10')는 건조 본체(11)와, 히터(12)와, 히터 케이스(13)와, 팬(14)을 포함한다.6B is a block diagram showing a drying apparatus (dryer) of the roll-to-roll printing system according to the first embodiment of the present invention as a background. 6B shows a drying device (dryer) erected in the vertical direction. As shown, the
건조 본체(11)는 기판(P)의 이동경로에 인접하여 설치되며, 이송되는 기판(P)이 통과하는 이송공간(11-1a)이 형성된 하우징(11-1)이 기판(P)를 감싸고 있다. 하우징(11-1)의 일측에는 히터(12)와 히터 케이스(13) 및 팬(140)이 설치된다. 하우징(11-1)은 팬(14)에서 기판(P)에 전달되는 공기의 흐름을 막지 않도록 프레임에 망이 설치된 구조로 되어 있을 수 있다. 하우징(11-1)은 이송공간(11-1a)을 사이에 두고 상부(좌측)의 제1하우징과 하부(우측)의 제2하우징으로 나누어진다.The
히터(12)는 건조 본체(11)의 내부에 설치되며, 기판(P)의 이송방향을 따라 배열된 복수의 핀 코일 히터로 되어 있다.The
히터 케이스(13)는 히터(12)를 감싸서 설치되며, 히터(12)를 향해 공기가 유입하는 복수의 유입구(13-1a)가 형성된 제1플레이트(13-1)와, 유입구(13-1a)를 통해 유입되어 히터(12)에 의해 가열된 공기가 기판(P)을 향해 유출되는 복수의 유출구(13-2a)가 형성된 제2플레이트(13-2)을 구비한다. 히터 케이스(13)는 각 히터별로 나누어져 모듈을 이룬다. 본 실시예에서는 3개의 모듈로 되어 있다. 유입구(13-1a)와 유출구(13-2a)는 히터(12)를 사이에 두고 서로 어긋나게 배열된다.The
배경기술에서 보는 바와 같이 본원발명이 해결하고자 하는 과제와는 거리가 있는 것이다.배경기술과 유사한 범위의 기술을 서치하였으나 관련되는 발명만 서치된 것이다.As can be seen from the background art, it is far from the problem to be solved by the present invention. Although a technology in a range similar to the background art was searched, only related inventions were searched.
본원발명은 적외선 건조 공정을 롤투롤 인쇄 전극 생산에 적용하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for applying an infrared drying process to the production of roll-to-roll printed electrodes.
이 방법을 활용하면 저항을 최소화하여 전극 생산에 활용될 수 있는 것이다.By using this method, resistance can be minimized and used for electrode production.
해결하고자 하는 과제는 상대적으로 제조 가격이 낮은 플라스틱 기판과 같은 소재를 활용하면서 짧은 건조 길이로 롤투롤 그라비어 인쇄 소자 전극의 저항을 최소화하기 위한 과제를 해결하기 위한 것이다.The task to be solved is to solve the task of minimizing the resistance of the electrode of the roll-to-roll gravure printing element with a short drying length while using a material such as a plastic substrate with a relatively low manufacturing cost.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여 하기와 같은 방법을 가진다.In order to solve the above problems, it has the following method.
플라스틱기판의 열안정성을 결정하는 열안정성결정단계;Thermal stability determining step of determining the thermal stability of the plastic substrate;
상기 열안정성결정단계 후에 플라스틱기판 및 잉크의 스펙트럼흡광도를 결정하는 스펙트럼흡광도결정단계;a spectral absorbance determination step of determining the spectral absorbance of the plastic substrate and the ink after the thermal stability determination step;
상기 스펙트럼흡광도결정단계 후에 적외선 방사체의 파장길이를 결정하는 적외선방사체파장길이결정단계;an infrared emitter wavelength length determination step of determining the wavelength length of the infrared emitter after the spectral absorbance determination step;
상기 적외선방사체파장길이결정단계 후에 전력밀도 및 건조시간의 범위를 결정하는 전력밀도 및 건조시간 결정단계;a power density and drying time determination step of determining a range of power density and drying time after the infrared emitter wavelength length determination step;
상기 전력밀도 및 건조시간 결정단계후에 목표저항값인지의 여부를 판단하는 목표저항값판단단계;를 가지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 이용한 롤 투롤 인쇄 전극의 저항을 최소화하기위한 적외선 건조 공정방법을 가진다.It has an infrared drying process method for minimizing the resistance of the roll-to-roll printed electrode using a plastic substrate, characterized in that it has; .
여기서 상기 열안정성결정단계에서 플라스틱기판의 소재 특성에 따른 열안정성 구간을 결정하여 구간별 장력을 설정하는 구간별장력결정단계를 가지는 것이 바람직하다.Here, in the thermal stability determination step, it is preferable to have a tension determination step for each section in which the thermal stability section is determined according to the material characteristics of the plastic substrate to set the tension for each section.
여기서 상기 스펙트럼흡광도결정단계에서는 흡광도가 높을수록 저항값이 감소하는 특징을 가진다.Here, in the spectral absorbance determination step, the higher the absorbance, the lower the resistance value.
여기서 상기 스펙트럼 흡광도결정단계에서 저항값을 감소시키는 적외선 파장을 선택하는 적외선파장결정단계를 가지는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to have an infrared wavelength determination step of selecting an infrared wavelength that reduces the resistance value in the spectral absorbance determination step.
여기서 상기 목표저항값판단단계에서 목표저항값을 결정하는 상기 전력밀도 및 건조시간 결정단계를 통하여 적외선 파장세기와 건조시간을 결정하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable to determine the infrared wavelength intensity and drying time through the power density and drying time determination step of determining the target resistance value in the target resistance value determination step.
발명의 효과는 상대적으로 제조 가격이 낮은 플라스틱 기판과 같은 소재를 활용하면서 짧은 건조 시간으로 롤투롤 그라비어 인쇄 소자 전극의 저항을 최소화하기 위한 적외선 건조 공정으로 비용이 저렴하면서도 저항을 최소화하여 전도도가 높아져서 전극으로 활용하는 효과가 있는 것이다.The effect of the invention is an infrared drying process to minimize the resistance of the electrode of the roll-to-roll gravure printing element with a short drying time while using a material such as a plastic substrate with a relatively low manufacturing cost. It is effective to use it as
제1도는 건조공정의 전체 순서도에 대하여 도시한 것이다.
제2도는 PET기판의 온도 특성에 대한 그래프를 도시한 것이다.
제3도는 PET 기판의 파장대역별 흡광도를 보이는 도이다.
제4도는 탄소페이스트잉크의 스팩트럼분석을 나타내는 도이다.
제5도는 건조 및 경화 조건에 따른 저항에 대하여 도시한 도이다.
제6도는 배경기술을 보이는 도이다.1 is a view showing the entire flow chart of the drying process.
2 is a graph showing the temperature characteristics of the PET substrate.
3 is a diagram showing absorbance for each wavelength band of a PET substrate.
4 is a diagram showing the spectrum analysis of carbon paste ink.
5 is a diagram showing resistance according to drying and curing conditions.
6 is a diagram showing the background technology.
일반적으로 인쇄 전극의 전도도를 향상시키기 위해서는 높은 온도와 긴 건조 길이(기구적인 길이)가 바람직하다. 이를 위해서는 긴 건조 길이와 열 안정성이 높은 기판을 사용하는 것이 필요한데, 이는 제조 가격을 증가시킨다. 긴 건조 길이는 건조기의 크기를 증가시켜 가격을 상승시키고, 열안정성이 높은 기판일수록 기판의 단가가 높아져 제조 가격을 증가시킨다.In general, in order to improve the conductivity of the printed electrode, a high temperature and a long drying length (mechanical length) are desirable. This requires the use of a substrate with a long dry length and high thermal stability, which increases the manufacturing cost. A long drying length increases the size of the dryer to increase the price, and the higher the thermal stability, the higher the substrate cost, thereby increasing the manufacturing cost.
적외선 건조 공정은 열풍 건조 방식에 비해 높은 속도와 출력이 가능하다는 것이 입증되어있다. 더우기 열방사선의 열 전달계수는 주로 인쇄된 전극이나 플라스틱 기판과 같은 대상 물체의 흡수에 따라 달라진다. 그 결과, 건조 과정이 플라스틱 기판을 크게 손상시키지 않도록 방출 파장을 선택해야 한다.It has been proven that the infrared drying process enables higher speed and output compared to the hot air drying method. Moreover, the heat transfer coefficient of thermal radiation mainly depends on the absorption of the target object, such as a printed electrode or a plastic substrate. As a result, the emission wavelength should be selected so that the drying process does not significantly damage the plastic substrate.
본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위하여, 상대적으로 제조 가격이 낮은 플라스틱 기판과 같은 소재를 활용하면서 짧은 건조 길이 및 시간으로 롤투롤 그라비어 인쇄 소자 전극의 저항을 최소화하기 위한 적외선 건조 공정 설계 방법을 제공하고자 한다.In order to solve the above problems, the present invention provides an infrared drying process design method for minimizing the resistance of the electrode of a roll-to-roll gravure printing element with a short drying length and time while utilizing a material such as a plastic substrate having a relatively low manufacturing cost. would like to provide
도면1 내지 5에 의하여 구체적으로 설명하면 하기와 같다.It will be described in detail with reference to FIGS. 1 to 5 as follows.
플라스틱기판의 열안정성을 결정하는 열안정성결정단계(S100)를 가진다.It has a thermal stability determining step (S100) to determine the thermal stability of the plastic substrate.
플라스틱 기판의 열 안정성은 영 계수 및 항복 응력을 결정하는 특징이 있다. 이러한 특성은 건조 온도 및 건조 시간과 관련하여 플라스틱 기판의 소성 변형을 방지하는 운전 장력을 설정하는 데 필요하다.Thermal stability of plastic substrates is characterized by determining Young's modulus and yield stress. These properties are necessary to establish the operating tension that prevents plastic deformation of the plastic substrate with respect to the drying temperature and drying time.
도 2 는 PET 소재의 온도 특성에 대한 그래프로 80도 이상의 높은 온도에서 소재의 변형이 일어남을 설명해주는 그래프이다.2 is a graph of the temperature characteristics of the PET material, and is a graph illustrating the deformation of the material at a high temperature of 80 degrees or more.
첫 번째 파란색 그래프는 Yong modulus (영률)에 따르면, 80도보다 높은 온도에서 소재의 변형이 일어날 수 있음을 보여준다. The first blue graph shows that, according to Yong modulus (Young's modulus), deformation of the material can occur at temperatures higher than 80 degrees.
두 번째 빨간색 그래프는 열팽창계수(CTE)에 대한 내용으로 이 또한 80도보다 높은 온도에서 열팽창계수에 따라 소재의 변형이 일어날 수 있음을 보여준다.The second red graph shows the coefficient of thermal expansion (CTE), which also shows that deformation of the material can occur depending on the coefficient of thermal expansion at a temperature higher than 80 degrees.
도3 및 도4에 의하여 설명하면 하기와 같다.3 and 4 will be described as follows.
상기 열안정성결정단계(S100) 후에 플라스틱기판 및 잉크의 스펙트럼흡광도를 결정하는 스펙트럼흡광도결정단계(S200)를 가진다.After the thermal stability determination step (S100), a spectral absorbance determination step (S200) of determining the spectral absorbance of the plastic substrate and the ink is performed.
복사 열 전달의 경우 파장에 대한 기판 및 잉크의 흡광도는 에너지 흡광도를 최대화하여 롤 투롤 인쇄 전극의 저항을 감소시키는 중요한 요소이다.In the case of radiative heat transfer, the absorbance of the substrate and ink with respect to wavelength is an important factor in maximizing the energy absorbance and thus reducing the resistance of the roll-to-roll printed electrode.
도 3과 4 는 각각 파장에 따른 PET 소재(기판)와 카본 잉크의 흡광도를 나타낸 그래프이다.3 and 4 are graphs showing absorbance of PET material (substrate) and carbon ink according to wavelength, respectively.
카본페이스트를 활용하여 실험을 통해 구한 두 개의 그래프를 함께 보여주고 있으며, 근적외선(NIR) 파장대인 약 0.7um - 2 um 에서는 PET기판에 비하여 Carbon 의 흡광도가 높은 것을 확인할 수 있다. 흡광도는 0 - 1 사이의 값으로 표현되면, 1은 최대값이다.The two graphs obtained through the experiment using carbon paste are shown together, and it can be seen that the absorbance of carbon is higher than that of the PET substrate in the near-infrared (NIR) wavelength range of about 0.7um - 2um. When the absorbance is expressed as a value between 0 and 1, 1 is the maximum value.
상기 스펙트럼흡광도결정단계(S200) 후에 적외선 방사체의 파장길이를 결정하는 적외선방사체파장길이결정단계(S300)를 가진다.After the spectral absorbance determination step (S200), there is an infrared emitter wavelength length determination step (S300) of determining the wavelength length of the infrared emitter.
단계 1과 단계 2에서 인쇄된 패턴의 흡광도를 극대화하고 일부 고체 물질에 깊숙이 침투하여 가열 과정을 통해 균일하게 되도록 적외선방사체(IR emitter)의 파장을 선택하고, 단파 복사는 0.7 ~ 2um 범위에서 선택한다.Select the wavelength of the IR emitter to maximize the absorbance of the printed pattern in
도5에 설명하면 하기와 같다.Referring to FIG. 5, it is as follows.
상기 적외선방사체파장길이결정단계(S300) 후에 전력밀도 및 건조시간의 범위를 결정하는 전력밀도 및 건조시간 결정단계(S400)를 가진다.After the infrared emitter wavelength length determination step (S300), there is a power density and drying time determination step (S400) for determining the range of the power density and drying time.
실험 방법은 전력 밀도 및 건조 시간의 범위를 결정하는 데 사용된다.Experimental methods are used to determine the range of power densities and drying times.
도 5는 건조/경화 조건에 따른 저항 값에 대하여 나타낸 그래프로, 파란색과 초록색 그래프는 각각 사용된 망점의 크기에 따라 다른 것을 표현하고 있으며, 조건으로 2분동안의 열풍건조, 30분동안의 핫플레이트, 40초/30초/20초 동안의 근적외선(NIR)을 사용하였다.5 is a graph showing resistance values according to drying/curing conditions. The blue and green graphs respectively represent different values depending on the size of the halftone dots used, and the conditions are hot air drying for 2 minutes and hot for 30 minutes. Plate, near infrared (NIR) for 40 sec/30 sec/20 sec was used.
근적외선 (NIR) 건조에서 열을 이용한 건조보다 저항치가 훨씬 낮은 값을 보이는 것을 나타낸다.It shows that the resistance value is much lower in near-infrared (NIR) drying than drying using heat.
저항치가 작을수록 전도도가 높아져 전극으로 활용하기 좋은 것이다.열풍(Hot Air) 과 핫플레이트 (Hot Plate)를 이용한 방식보다 NIR을 사용한 방식이 더 낮은 저항치를 보이므로 전극으로 활용하기 좋다.The lower the resistance, the higher the conductivity, so it is good to use it as an electrode. The method using NIR shows a lower resistance than the method using hot air and hot plate, so it is good to use it as an electrode.
Hot plate(가열교반기) 위에 전극을 인쇄한 패턴을 30분 동안 올려두고 변화를 관측한 것에 대한 결과이다.. This is the result of observing the change by placing the electrode printed pattern on a hot plate for 30 minutes.
hot air은 뜨거운 열공기를 통해 가열/경화 시킨 것이고, hot plate는 열을 직접적으로 주면서 가열/경화한 것이다.Hot air is heated/cured through hot air, and hot plate is heated/cured while directly applying heat.
상기 전력밀도 및 건조시간 결정단계후(S400)에 목표저항값인지의 여부를 판단하는 목표저항값판단단계(S500)를 가지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 이용한 롤 투롤 인쇄 전극의 저항을 최소화하기위한 적외선 건조 공정방법을 가진다.After the power density and drying time determination step (S400), a target resistance value determination step (S500) for determining whether or not the target resistance value is a target resistance value determination step (S500) for minimizing the resistance of a roll-to-roll printed electrode using a plastic substrate It has an infrared drying process method.
상기 열안정성결정단계(S100)에서 플라스틱기판의 소재 특성에 따른 열안정성 구간을 결정하여 구간별 장력을 설정하는 구간별장력결정단계를 가지는 것이다.In the thermal stability determining step (S100), the thermal stability section according to the material characteristics of the plastic substrate is determined to have a tension determination step for each section to set the tension for each section.
여기서 상기 스펙트럼흡광도결정단계(S200)에서는 흡광도가 높을수록 저항값이 감소하는 특징을 가지고 있다.Here, in the spectral absorbance determination step (S200), the higher the absorbance, the lower the resistance value.
또한, 상기 스펙트럼 흡광도결정단계(S200)에서 저항값을 감소시키는 적외선 파장을 선택하는 적외선파장결정단계를 가지는 것이다.In addition, in the spectral absorbance determination step (S200), it has an infrared wavelength determination step of selecting an infrared wavelength that reduces the resistance value.
또한, 상기 목표저항값판단단계(S500)에서 목표저항값을 결정하는 상기 전력밀도 및 건조시간 결정단계(S400)를 통하여 적외선 파장세기와 건조시간을 결정하는 것이다.In addition, the infrared wavelength intensity and drying time are determined through the power density and drying time determination step (S400) of determining the target resistance value in the target resistance value determination step (S500).
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.따라서, 본 명세서에 기재된 실시 예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시 예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들은 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.The terms or words used in the present specification and claims should not be construed as being limited to their ordinary or dictionary meanings, and the inventor may properly define the concept of the term in order to best describe his invention. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention based on the principle that there is It should be understood that, since they do not represent all the technical ideas of
Claims (5)
상기 열안정성결정단계 후에 플라스틱기판 및 잉크의 스펙트럼흡광도를 결정하되, 롤 투롤 인쇄 전극의 저항을 감소시키도록 흡광도를 결정하는 스펙트럼흡광도결정단계;
상기 스펙트럼흡광도결정단계 후에 적외선 방사체의 파장길이를 결정하는 적외선방사체파장길이결정단계;
상기 적외선방사체파장길이결정단계 후에 전력밀도 및 건조시간의 범위를 결정하는 전력밀도 및 건조시간 결정단계;
상기 전력밀도 및 건조시간 결정단계후에 목표저항값인지의 여부를 판단하는 목표저항값판단단계를 가지는 것을 특징으로 하는 플라스틱 기판을 이용한 롤 투롤 인쇄 전극의 저항을 최소화하기위한 적외선 건조 공정방법.
Thermal stability determining step of determining the thermal stability of the plastic substrate is determined within the temperature range of the first section in which the Young's modulus and the thermal expansion coefficient of the plastic substrate are discontinuously changed;
a spectral absorbance determining step of determining the spectral absorbance of the plastic substrate and the ink after the thermal stability determination step, and determining the absorbance to reduce the resistance of the roll-to-roll printed electrode;
an infrared emitter wavelength length determination step of determining the wavelength length of the infrared emitter after the spectral absorbance determination step;
a power density and drying time determination step of determining a range of power density and drying time after the infrared emitter wavelength length determination step;
An infrared drying process method for minimizing the resistance of a roll-to-roll printed electrode using a plastic substrate, characterized in that it has a target resistance value determination step of determining whether or not the target resistance value is a target resistance value after the power density and drying time determination step.
The roll-to-roll printed electrode using a plastic substrate according to claim 1, wherein the infrared wavelength intensity and drying time are determined through the power density and drying time determination step of determining the target resistance value in the target resistance value determination step Infrared drying process method to minimize resistance.
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