롤투롤 공정

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1. 개요
2. 전자 장치 분야
- 2.1. LED (발광 다이오드)
- 2.2. 박막 전지
3. 전기화학 장치 분야
참조

1. 개요

롤투롤 공정은 전자 장치 및 전기화학 장치 제조에 사용되는 기술로, 제조 비용을 절감하는 데 기여한다. 특히 태양 전지, 유연 디스플레이, LED, 박막 전지, 배터리, 슈퍼커패시터, 연료 전지, 수전해 장치 등의 생산에 활용된다. 전자 장치 분야에서는 플렉시블 LED, OLED 등을 제작하며, 박막 전지 생산에는 증착 속도 향상을 위한 다양한 기술이 사용된다. 전기화학 장치 분야에서는 금속 포일, 멤브레인 등 다양한 필름 기판에 전극을 안정적으로 생산하는 데 기여한다.

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롤투롤 공정
개요
정의	롤투롤 공정(Roll-to-roll processing, R2R)은 유연한 기판을 롤에서 롤로 연속적으로 이송하면서 다양한 공정을 수행하는 방식임.
특징	대량 생산에 적합하며, 인쇄 전자, 태양 전지, 디스플레이, 기능성 필름 등 다양한 분야에 적용됨.
공정 기술
인쇄 기술	그라비아 인쇄 플렉소 인쇄 잉크젯 인쇄 스크린 인쇄
코팅 기술	슬롯 다이 코팅 마이크로 그라비아 코팅 스프레이 코팅
증착 기술	스퍼터링 진공 증착
기타 기술	레이저 패터닝 UV 경화 열처리
적용 분야
인쇄 전자	RFID, 센서, 회로 등
태양 전지	유기 태양 전지, 박막 태양 전지 등
디스플레이	OLED, LCD 등
기능성 필름	광학 필름, 보호 필름 등
장점
대량 생산	높은 생산성 및 낮은 생산 비용
연속 공정	기판의 연속적인 이송으로 공정 효율성 향상
다양한 재료	다양한 종류의 유연한 기판 및 잉크 사용 가능
단점
높은 초기 투자 비용	R2R 장비 구축에 높은 초기 투자 비용 필요
공정 제어	고속 공정에서 정밀한 공정 제어의 어려움
기판 안정성	유연한 기판의 팽창 및 수축으로 인한 문제 발생 가능

2. 전자 장치 분야

롤투롤 공정은 대면적 전자 장치를 제조하는 데 활용되어 생산 비용을 절감하는 효과가 있다.^[4]^[2] 이 공정을 통해 박막 트랜지스터와 같은 소자를 이용하여 최대 50km 길이에 달하는 대형 기판 위에 집적 회로 패턴을 형성할 수 있다. 패턴을 만드는 방식으로는 잉크젯 프린터가 잉크를 분사하는 것과 유사하게 직접 패턴을 형성하는 방법도 있지만, 대부분의 반도체 소자는 광 식각 기술을 사용하여 패턴을 만든다.

롤투롤 공정은 특히 태양 전지 분야에서 주목받는다. 기존의 단결정 또는 다결정 실리콘을 이용한 태양 전지 제조 방식은 단위 면적당 비용이 높아 시장 확대에 어려움이 있었는데, 롤투롤 공정은 이러한 비용 문제를 해결할 가능성을 제시한다. 이 외에도 기판의 유연한 특성을 활용하여 의류에 내장되는 전자 제품, 대면적 유연 디스플레이, 롤업 휴대용 디스플레이 등 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다.

2. 1. LED (발광 다이오드)

'''무기 발광 다이오드 (LED)''': 플렉서블 LED는 롤투롤 공정을 사용하여 일반적으로 25m, 50m, 100m 또는 그 이상의 길이로 된 스트립 형태로 제작된다. 긴 네온 LED 튜브는 이러한 긴 플렉서블 스트립을 활용하며, PVC 또는 실리콘 재질의 확산 캡슐로 감싸서 만든다.
'''유기 발광 다이오드 (OLED)''': 폴더블 폰 스크린에 사용되는 OLED는 롤투롤 공정 기술을 채택하여 생산된다.

2. 2. 박막 전지

롤투롤 박막 전지 생산 시스템에서 중요한 문제 중 하나는 증착 속도이다. 이 문제를 해결하기 위한 접근 방식으로는 다음 네 가지가 있다.^[5]

초고주파 플라즈마 화학 기상 증착 (VHF-PECVD)
마이크로파(MW)-PECVD
열선 화학 기상 증착 (hot-wire CVD)
인라인 공정에서 초음파 노즐 사용

3. 전기화학 장치 분야

롤투롤 공정은 배터리,^[6] 슈퍼커패시터,^[7] 연료 전지,^[8]^[9] 및 수전해 장치^[10]와 같은 전기화학 장치의 제조에 사용되어 왔다. 이러한 분야에서 롤투롤 공정은 전극 제조에 활용되며, 금속 포일, 멤브레인, 확산 매체 및 분리막과 같은 다양한 필름 기판에 전극을 안정적으로 생산하여 제조 비용을 절감하는 핵심 기술이다.^[11]

참조

_[1] 웹사이트 Digital roll-to-roll web processing revolutionizes printed electronic production https://www.controle[...] 2013-03-12
_[2] 논문 Roll-to-Roll Nanoforming of Metals Using Laser-Induced Superplasticity 2018-05-18
_[3] 논문 Roll-to-roll sputter deposition on flexible glass substrates https://www.research[...]
_[4] 서적 Flexible Electronics: Materials and Applications Springer
_[5] 웹사이트 PV projects in FP6 http://ec.europa.eu/[...] 2008-11-25
_[6] 특허 Roll-to-roll slot die coating method to create interleaving multi-layered films with chemical slurry coatings https://patents.goog[...]
_[7] 논문 Flexible supercapacitor fabrication by room temperature rapid laser processing of roll-to-roll printed metal nanoparticle ink for wearable electronics application https://www.scienced[...] 2014-01-15
_[8] 논문 Roll-to-roll coated PBI membranes for high temperature PEM fuel cells https://pubs.rsc.org[...] 2012-03-01
_[9] 논문 Gravure Coating for Roll-to-Roll Manufacturing of Proton-Exchange-Membrane Fuel Cell Catalyst Layers https://iopscience.i[...] 2018-09-11
_[10] 논문 Roll-to-roll production of catalyst coated membranes for low-temperature electrolyzers 2020-12-15
_[11] 논문 Economies of scale in battery cell manufacturing: The impact of material and process innovations 2021-03-15
_[12] 웹인용 Digital roll-to-roll web processing revolutionizes printed electronic production https://www.controle[...] 2013-03-12
_[13] 서적 Flexible Electronics: Materials and Applications https://books.google[...] Springer

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