KR101000715B1 - 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및이를 이용한 패터닝 방법 - Google Patents

전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및이를 이용한 패터닝 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법에 관한 것으로, 전도성 입자가 포함된 용액(2)을 수력학적 압력에 의해 분무하는 노즐(10); 상기 노즐(10)과 상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 패터닝되는 패터닝대상물(1) 사이에 위치되는 중간전극(20); 및 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 전위차를 두고 전압을 공급하는 전원공급장치(40);를 포함하여 구성됨을 기술적 요지로 하여, 패터닝대상물 아래에 접지전극을 별도로 설치하지 않고도 안정적으로 패터닝을 구현할 수 있으며, 패터닝대상물의 종류와 두께 등에 상관없이 일정한 성능으로 안정적인 패터닝을 수행가능한 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법에 관한 것이다.
전기수력학, 패터닝, 접지전극, 유전체

Description

전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법{device for patterning conductive line by electrohydrodynamic spray type and patterning method using the same}
본 발명은 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기수력학적 분사 기술을 적용하여 마이크로 사이즈의 미세한 패턴을 안정적으로 형성시킬 수 있도록 하는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법에 관한 것이다.
PCB인쇄회로 기판이나 LCD, PDP TV에 들어가는 전극들의 경우 일반적으로 반도체 공정을 이용하여 제작되고 있으나, 직접쓰기 기술의 하나인 전기수력학적 분무방식의 패터닝을 이용할 경우 반도체 공정의 여러 복잡한 과정을 획기적으로 줄일수 있고 식각(etching)공정에서 발생하는 환경 오염물질 배출을 막을 수 있다.
전기수력학적 분사(electrohydrodynamic spray) 기술은 용액에 고전압을 인가하여 전하를 부여한 후 전하를 갖는 용액을 초미립화하는 기술로, 일반적으로 전기수력학적 분무방식의 패터닝 장치는 컴퓨터 제어에 의해 이동되는 지지대와 상기 지지대 상측에 설치된 마이크로모세관 노즐로 이루어져 있으며, 상기 노즐을 통해 분무시킨 미세한 잉크 방울을 상기 지지대와 함께 이동중인 기판 위에 부착시키며 패턴을 인쇄하게 된다.
종래의 잉크젯을 이용한 방법에 따르면, 노즐의 크기가 액적의 크기에 미치는 영향이 절대적이므로, 미세한 액적을 분무하기 위해서는 노즐의 크기가 비례적으로 미세해져야 하는데, 미세한 크기의 노즐을 이용할수록 노즐 출구에서 노즐 막힘 현상이 빈번히 발생하고, 분사되는 액적이 공기중에서의 브라운 운동 등의 영향으로 기판 표면의 지정위치에 정확하게 부착되기 어렵다는 한계가 있었다.
종래의 전기수력학적 분무방식은 패터닝대상물 아래에 원형, 핀형, 판형 등의 접지전극(ground electrode)이 항상 필요한 pin-pin방식으로 구현하였는데, 이러한 전기수력학적 분사기술에 의하면 선폭의 미세화에는 긍적적인 영향을 줄 수 있는 반면에, 접지전극 설치와 운용에 따른 한계를 가지게 되며, 패터닝대상물의 소재나 두께에 따라 전기적인 영향을 다르게 받아 안정적으로 패턴을 형성시키기 어려운 경우가 발생하게 된다는 문제점이 있었다.
상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 패터닝대상물 아래에 접지전극을 별도로 설치하지 않고도 안정적으로 패터닝을 구현할 수 있으며, 패터닝대상물의 종류와 두께 등에 상관없이 일정한 성능으로 안정적인 패터닝을 수행가능한 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상술한 바와 같은 목적 달성을 위한 본 발명은, 전도성 입자가 포함된 용액(2)을 수력학적 압력에 의해 분무하는 노즐(10); 상기 노즐(10)과 상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 패터닝되는 패터닝대상물(1) 사이에 위치되는 중간전극(20); 및 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 전위차를 두고 전압을 공급하는 전원공급장치(40);를 포함하여 구성되는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치를 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 중간전극(20)은, 상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 통과가능한 관통홀이 형성된 링 형상을 가지는 것이 바람직하다.
또한, 직경 20nm의 실버나노 입자가 에틸렌글리콜에 5:1의 비율로 혼합된 잉크를 용액(20)으로 하며, 상기 노즐(10)이 140~860㎛의 내경을 가지고, 0.1~10㎕/min의 유량으로 용액(2)을 분무하는 경우, 상기 전원공급장치(40)는 상기 용액(2)의 유량에 비례하여 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 1~10kv의 전위차를 부여하며, 상기 중간전극(20)은 상기 전위차에 비례하여 상기 패터닝대상물(1)과 10㎛~2mm의 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 패터닝대상물(1)이 상면에 안착, 고정되며, 상기 패터닝대상물(1)을 지정경로로 이동시키며 정위치에 정지된 상태의 상기 노즐(10)에서 분사되는 용액(2)을 지정형상으로 패터닝시키는 스테이지;를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 노즐(10)에서 분무되는 용액(2)과 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적간의 전기적인 영향을 차단가능한 유전소재로 구성되어 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 위치되는 유전체(30);를 더 포함하여 구성되는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 유전체(30)는, 상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 통과가능한 관통홀이 형성된 막 형상을 가지는 것이 바람직하다.
여기서, 직경 20nm의 실버나노 입자가 에틸렌글리콜에 5:1의 비율로 혼합된 잉크를 용액(20)으로 하며, 상기 노즐(10)이 140~860㎛의 내경을 가지고, 0.1~10㎕/min의 유량으로 용액(2)을 분무하는 경우, 상기 전원공급장치(40)는 상기 용액(2)의 유량에 비례하여 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 1~10kv의 전위차를 부여하며, 상기 중간전극(20)은 상기 전위차에 비례하여 상기 패터닝대상물(1)과 10㎛~2mm의 간격을 두고 설치되고, 상기 유전체(30)는 상기 중간전극(20)과 0~1.99mm의 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은, 전도성 물질을 패터닝하는 방법에 있어서, 전도성 입자가 포함된 용액(2)을 수력학적 압력에 의해 분무하는 용액분무단계; 용액(2)을 분무하는 노즐(10)과 상기 노즐(10) 하측에 이격설치된 중간전극(20) 사이에 형성되는 전기장에 의해 상기 노즐(10)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지도록 상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액적을 원뿔형상으로 변환시키는 전기장적용단계; 및 상기 노즐(10)과 중간전극(20) 사이에 형성되는 전기장에 의해 축경된 액주를 상기 중간전극(20)을 통과하여 패터닝대상물(1)측으로 공급하며 패터닝을 수행하는 패터닝단계;를 포함하여 구성되는 미세 전도성라인 패터닝 방법을 다른 기술적 요지로 한다.
여기서, 상기 전기장적용단계는, 상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액적이 원뿔형상으로 변환되도록 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 전위차를 두고 전압을 인가, 조정하여 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 패터닝단계는, 상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액적이 원뿔형상으로 변환된 상태를 유지하면서 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 패터닝단계는, 상기 노즐(10)을 정위치에 유지하면서 용액(2)을 상기 패터닝대상물(1)측으로 분사시키고, 상기 패터닝대상물(1)을 지정경로로 이동시키면서 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 패터닝단계는, 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 설치된 유전체(30)에 의해 상기 노즐(10)에서 분무되는 용액(2)과 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적간의 전기적인 영향이 차단된 상태로 이루어지는 것이 바람직하다.
그리고, 상기 패터닝단계는, 상기 노즐(10)에서 분무되는 용액(2)이 링 형상의 상기 중간전극(20)과, 상기 중간전극(20)에 대응되는 위치에 관통홀이 형성된 막 형상의 유전체(30)를 순차적으로 통과하며 이루어지는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성에 의한 본 발명은, 노즐과 중간전극이 모두 패터닝대상물의 일측에 위치된 상태로 패터닝을 수행하게 됨에 따라, 패터닝대상물의 재질, 두께 등에 따라 노즐과 접지전극 사이의 전기장이 수시로 변형되던 기존과 비교하여, 패터닝대상물의 소재와 두께, 형상 등에 상관없이 일정한 성능으로 안정적으로 패터닝을 수행할 수 있다는 효과가 있다.
또한, 중간전극과 패터닝대상물 사이에 유전체를 추가로 위치시킴으로써, 노즐에서 분사되는 용액과 패터닝대상물에 패터닝된 액적간에 발생하는 전기적 반발력을 억제시키고 패터닝 폭의 오차를 줄일 수 있어, 패터닝의 정밀도 및 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다는 다른 효과가 있다.
이에 따라, 마이크로 내지 서브마이크로 사이즈의 정밀한 패터닝을 요구하는 제품을 전기수력학적 분무방식을 이용하여 저렴하고 환경친화적으로 생산할 수 있을 뿐 아니라, 기존에 다양한 소재나 형태의 기판에 패터닝하기 어려웠던 문제를 해결함으로써, 산업용 PCB기판 제조분야를 포함하여 전기수력학적 분무 기술을 적용가능한 응용분야 전반에 걸쳐 보다 광범위하게 적용가능하다는 다른 효과가 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법을 다음의 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예를 도시한 개략도이고, 도 2는 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제2실시예를 도시한 개략도이며, 도 3은 본 발명에 따른 미세 전도성라인 패터닝 방법의 제1실시예를 도시한 흐름도이다.
먼저, 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예는, 도 1에 도시된 바와 같이, 크게 노즐(10), 중간전극(20), 전원공급장치(40)로 이루어지며, 상기 노즐(10)은 전도성 입자가 포함된 용액(2)을 수력학적 압력에 의해 패터닝대상물(1)측으로 분무하고, 상기 중간전극(20)은 상기 전원공급장치(40)에 의해 상기 노즐(10)과 전위차를 두고 상기 노즐(10)과 패터닝대상물(1) 사이에 위치되는 구조를 가진다.
상기 노즐(10)은, 용액수용체(미도시)로부터 전도성 입자가 포함된 용액(2)을 공급받아 수력학적 압력에 의해 분무가능한 구조를 가지며, 전도성 소재로 구성되어 상기 전원공급장치(40)와 전기적으로 연결되며, 상기 전원공급장치(40)로부터 전압을 인가받아 전원전극의 기능을 하게된다.
상기 중간전극(20)은, 상기 노즐(10)과 상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 패터닝되는 상기 패터닝대상물(1) 사이에 위치되며, 전도성 소재로 구성되어 상기 전원공급장치(40)와 전기적으로 연결되며, 상기 전원공급장치(40)로부터 상기 노즐(10)측으로 공급되는 전압보다 작은 전압을 인가받는 음전극 또는 접지전극의 기능을 하게된다.
상기 중간전극(20)은, 상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 통과가능하다면 상기 패터닝대상물(1)측으로 갈수록 내경이 좁아지는 원추형상이나 반구형상으로 형성되는 실시예를 포함하여 특정한 형상과 구조, 재질로 한정되지 아니하나, 상기 노즐(10)에서 상기 패터닝대상물(1)까지의 수㎛에서 수mm에 해당되는 미소거리에 삽입 및 위치조정이 용이하고, 용액(2)의 분사형태를 측방향에서 용이하게 확인가능하도록, 용액(2)이 통과가능한 관통홀이 형성되고 상, 하면이 평탄한 링 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 전원공급장치(40)는, 상기 노즐(10)과 중간전극(20) 사이에 전기장이 형성될 수 있도록 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 전위차를 두고 전압을 공급하는 구성요소로, 상기 중간전극(20)을 접지시키는 접지연결부(미도시)를 구비한 실시예를 포함하여 특정한 구조와 형태로 한정되지 않으나, 분사유량이나 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1)간의 간격에 따라 상기 노즐(10)과 중간전극(20)으로 공급되는 전압을 개별적으로 조정하여 적용가능한 제어부(미도시)를 구비하는 것이 바람직하다.
상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 인가되는 전압의 차이가 클수록 상기 노 즐(10)과 중간전극(20) 사이에 형성되는 전기장의 세기가 증가되면서 상기 노즐(10)의 말단에 맺힌 액적이 원뿔형상이 되고, 원뿔형상의 뾰족한 말단에서 상기 패터닝대상물(1)까지 형성되는 액주의 직경이 미세해지면서 안정적인 형상을 유지하게 된다
그러나, 이러한 액적 및 액주형상을 가진 상태에서 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 인가되는 전압의 차이를 더 크게하면, 액주는 안정성을 잃고 전기장의 영향으로 흔들리게 되거나, 지정되지 않은 다수의 분사방향을 가지는 다수의 액주가 분산 형성되므로, 패터닝작업을 안정적으로 수행함에 있어서는 상기 노즐(10)의 내경, 분사유량 등을 고려하여 상기 노즐(10)의 말단에 맺힌 액적을 원뿔형상으로 형성할 수 있는 적정전압을 적용하는 것이 바람직하다.
CABOT사에서 제작된 에틸렌글리콜(ethylene glycol) 대비 직경 20nm의 실버나노 입자가 5:1의 비율로 혼합된 잉크를 용액(20)으로 하여 패터닝을 수행함에 있어서, 상기 노즐(10)이 140~860㎛의 내경을 가지고, 0.1~10㎕/min의 유량으로 용액(2)을 분무하는 경우, 분사유량이 클수록 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 걸리는 전위차가 커야하므로, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에는 상기 용액(2)의 유량에 비례하여 1~10kv의 전위차를 부여하는 것이 바람직하다.
그리고, 분사유량이 클수록 액주의 직경이 커지고 액주의 형태를 안정적으로 유지할 수 있어 상기 패터닝대상물(1)에 패턴을 안정적으로 연속되게 형성가능함에 따라, 상기와 같은 조건하에서는 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1)간의 간격 또한, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 걸리는 전위차에 비례하여 10㎛~2mm로 설치 되는 것이 바람직하다.
상기 패터닝대상물(1)을 상면에 안착, 고정시킨 상태로 지정경로로 이동시키는 스테이지(미도시)를 구비하면, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)을 정위치에 정지시킨 상태에서 상기 노즐(10)에서 분사되는 용액(2)의 액적 및 액주형상을 안정적으로 유지한 상태로 지정형상의 패터닝을 수행할 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치에 의하면, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)이 모두 상기 패터닝대상물(1)의 일측에 위치된 상태로 패터닝을 수행하게 됨에 따라, 상기 패터닝대상물(1)의 재질, 두께 등에 따라 노즐과 접지전극 사이의 전기장이 수시로 변형되어 패터닝의 정밀도를 구현하기 어렵던 기존과 비교하여, 패터닝대상물의 소재와 두께, 형상 등에 상관없이 일정한 성능으로 안정적으로 패터닝을 수행할 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제2실시예에 대해 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제2실시예는, 도 2에 도시된 바와 같이, 크게 노즐(10), 중간전극(20), 전원공급장치(40), 유전체(30)로 이루어진 구성을 가진다.
상기 노즐(10)은 전도성 입자가 포함된 용액(2)을 수력학적 압력에 의해 상기 패터닝대상물(1)측으로 분무하고, 상기 중간전극(20)은 상기 전원공급장치(40)에 의해 상기 노즐(10)과 전위차를 두고 상기 노즐(10)과 패터닝대상물(1) 사이에 위치되며, 상기 유전체(30)는 상기 노즐(10)에서 분사되는 용액(2)의 액주와 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적간의 전기적 영향을 차단가능하도록 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 위치되는 구조를 가진다.
상기 노즐(10), 중간전극(20), 전원공급장치(40)는, 상기 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예와 동일한 구성 및 작동원리를 가지는 가지는 바, 그 상세한 설명의 중복을 생략하기로 한다.
분사유량, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 인가되는 전압, 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1)간의 간격을 반복적인 실험에 의해 최적으로 설정한 상태에서도, 상기 전원공급장치(40)에 의해 (+)로 대전된 상태로 상기 노즐(10) 외부로 분사되는 용액(2)과, 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 상태에서 (+)로 대전된 상태를 유지하고 있는 액적간의 전기적 반발력으로 인해 상기 노즐(10)에서 분사되는 용액(2)의 액주가 휘어져 안정적으로 패터닝을 수행하기 어려운 경우가 있었다.
상기 유전체(30)는, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 구성요소로, 상기 노즐(10)에서 분무되는 용액(2)과 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적간의 전기적인 영향과, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)간의 전위차에 의해 형성되는 전기장이 상기 패터닝대상물(1)에 인접한 위치에서의 액주 및 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적에 끼치는 영향을 차단가능한 유전소재로 구성되어 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 위치된다.
상기 유전체(30)는, 상기 노즐(1)에서 분무된 용액(2)이 상기 중간전극(20)과 유전체(30)를 순차적으로 통과가능하다면 상기 중간전극(20)과 같이 링형상으로 형성되거나, 원추형상, 반구형상으로 형성되는 실시예를 포함하여 특정한 형상과 구조, 재질로 한정되지 아니하나, 동일한 양으로 보다 확장된 면적을 형성하면서 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적이 끼치는 전기적 영향을 최소화할 수 있도록 상기 패터닝대상물(1)의 표면형상에 대응되는 막 형상으로 형성되는 것이 바람직하다.
상기 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예의 설명에서는, 상기 노즐(10)이 140~860㎛의 내경을 가지고, 0.1~10㎕/min의 유량으로 용액(2)을 분무하는 경우, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 부여하는 전위차와, 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1)간의 간격의 바람직한 실시예에 대해 설명하였다.
상기와 같이 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 1~10kv의 전위차가 부여되고, 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1)이 10㎛~2mm의 간격을 두고 설치됨에 있어서, 상기 유전체(30)는 상기 유전체(30) 자체의 두께를 무시한다는 가정하에서 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에서 상기 중간전극(20)으로부터 0~1.99mm의 간격을 두고 설치되는 것이 바람직하다.
상기 중간전극(20)과 유전체(30)간의 거리는, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 부여하는 전위차와, 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1)간의 간격과 같이 분사유량에 비례하거나 반비례하여 적용될 필요없이, 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적과 명확하게 이격될 수 있다면 0~1.99mm의 범위 중 어느 간격으로 적용하여도 무방하나, 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적의 두께, 분사유량에 비례하는 액주의 안정성, 상기 패터닝대상물(1)을 이동시키는 스테이지의 진동상태를 종합적으로 고려하여 분사유량이 많을수록 그 간격을 줄여서 적용함으로써 안정적으로 패터닝을 수행가능하도록 하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 구성을 가지는 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제2실시예에 의하면, 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 유전체(30)를 추가로 위치시킴으로써, 상기 노즐(10)에서 분사되는 용액과 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적간에 발생하는 전기적 반발력을 억제시키고 패터닝 폭의 오차를 줄일 수 있어, 패터닝의 정밀도 및 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있다.
다음으로, 본 발명에 따른 미세 전도성라인 패터닝 방법의 제1실시예에 대해 설명하기로 한다.
상기 본 발명에 따른 미세 전도성라인 패터닝 방법의 제1실시예는, 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치를 이용하여 전도성 물질을 패터닝하는 방법에 관한 것으로, 도 3에 도시된 바와 같이 크게 용액분무단계, 전기장적용단계, 패터닝단계로 이루어진다.
상기 용액분무단계에서는 전도성 입자가 포함된 용액(2)을 수력학적 압력에 의해 분무하며, 상기 전기장적용단계에서는 용액(2)을 분무하는 노즐(10)과 상기 노즐(10) 하측에 이격설치된 중간전극(20) 사이에 형성되는 전기장에 의해 상기 노즐(10)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지도록 상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액 적을 원뿔형상으로 변환시키고, 상기 패터닝단계에서는 상기 노즐(10)과 중간전극(20) 사이에 형성되는 전기장에 의해 축경된 액주를 상기 중간전극(20)을 통과하여 패터닝대상물(1)측으로 공급하며 패터닝을 수행하게 된다.
상기 전기장적용단계는, 상기 패터닝대상물(1)과 같은 별도의 중간매개부재 없이 상기 노즐(10)과 중간전극(20) 사이에 형성되는 전기장에 의해 상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액적이 원뿔형상으로 변환되도록 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 전위차를 두고 전압을 인가, 조정하여 이루어진다.
상기 패터닝단계에서는, 상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액적이 원뿔형상으로 변환된 상태를 유지하면서 상기 패터닝대상물(1)에 용액(2)을 분무하며 패터닝을 수행하게 되며, 상기 스테이지를 이용해 상기 노즐(10)을 정위치에 유지한 상태로 용액(2)을 상기 패터닝대상물(1)측으로 분사시키면서, 상기 패터닝대상물(1)을 지정경로로 이동시키며 지정형상의 패터닝을 형성한다.
상기 유전체(30)를 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 설치시킨 상태로 상기 패터닝단계를 수행하면, 상기 노즐(10)에서 분무되는 용액(2)은, 상기 유전체(30)에 의해, 하전된 상태로 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝되어 있는 액적과의 전기적인 영향이 차단된 상태로, 링 형상의 상기 중간전극(20)과, 상기 중간전극(20)에 대응되는 위치에 관통홀이 형성된 막 형상의 상기 유전체(30)를 순차적으로 통과하며 액주형태를 안정적으로 유지하면서 상기 패터닝대상물(1) 표면까지 안정되게 공급될 수 있다.
상기와 같은 구성을 가지는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치 및 이를 이용한 패터닝 방법에 의하면, 상기 노즐(10)과 중간전극(20)이 모두 상기 패터닝대상물(1)의 일측에 위치된 상태로 패터닝을 수행하게 됨에 따라, 상기 패터닝대상물(1)의 소재와 두께, 형상 등에 상관없이 일정한 성능으로 안정적으로 패터닝을 수행할 수 있으며, 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 유전체를 추가로 위치시킴으로써, 상기 노즐(10)에서 분사되는 용액과 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적간에 발생하는 전기적 반발력을 억제시킬 수 있다.
상기와 같이 상기 패터닝대상물(1)의 소재와 두께, 형상 등에 상관없이 일정한 성능으로 안정적으로 패터닝을 수행할 수 있고, 액적단의 반발력에 의한 패터닝 폭의 오차를 줄일 수 있어, 패터닝의 정밀도 및 신뢰성을 보다 향상시킬 수 있으며, 이에 따라 마이크로 내지 서브마이크로 사이즈의 정밀한 패터닝을 요구하는 제품 및 전기수력학적 분무 기술을 적용가능한 응용분야 전반의 선진화에 기여할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 들어 설명하였으나, 본 발명은 이러한 실시예에 한정되는 것이 아니고, 상기 실시예들을 기존의 공지기술과 단순히 조합적용한 실시예와 함께 본 발명의 특허청구범위와 상세한 설명에서 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 변형하여 이용할 수 있는 기술은 본 발명의 기술범위에 당연히 포함된다고 보아야 할 것이다.
도 1 - 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제1실시예를 도시한 개략도
도 2 - 본 발명에 따른 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치의 제2실시예를 도시한 개략도
도 3 - 본 발명에 따른 미세 전도성라인 패터닝 방법의 제1실시예를 도시한 흐름도
<도면에 사용된 주요 부호에 대한 설명>
1 : 패터닝대상물 2 : 용액
10 : 노즐 20 : 중간전극
30 : 유전체 40 : 전원공급장치

Claims (13)

  1. 전도성 입자가 포함된 용액(2)을 수력학적 압력에 의해 분무하는 노즐(10);
    상기 노즐(10)과 상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 패터닝되는 패터닝대상물(1) 사이에 위치되는 중간전극(20);
    상기 노즐(10)에서 분무되는 용액(2)과 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적간의 전기적인 영향을 차단가능한 유전소재로 구성되어 상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 위치되는 유전체(30); 및
    상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 전위차를 두고 전압을 공급하는 전원공급장치(40);
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 중간전극(20)은,
    상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 통과가능한 관통홀이 형성된 링 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    직경 20nm의 실버나노 입자가 에틸렌글리콜에 5:1의 비율로 혼합된 잉크를 용액(20)으로 하며, 상기 노즐(10)이 140~860㎛의 내경을 가지고, 0.1~10㎕/min의 유량으로 용액(2)을 분무하는 경우,
    상기 전원공급장치(40)는 상기 용액(2)의 유량에 비례하여 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 1~10kv의 전위차를 부여하며, 상기 중간전극(20)은 상기 전위차에 비례하여 상기 패터닝대상물(1)과 10㎛~2mm의 간격을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 패터닝대상물(1)이 상면에 안착, 고정되며, 상기 패터닝대상물(1)을 지정경로로 이동시키며 정위치에 정지된 상태의 상기 노즐(10)에서 분사되는 용액(2)을 지정형상으로 패터닝시키는 스테이지;
    를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서, 상기 유전체(30)는,
    상기 노즐(10)에서 분무된 용액(2)이 통과가능한 관통홀이 형성된 막 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    직경 20nm의 실버나노 입자가 에틸렌글리콜에 5:1의 비율로 혼합된 잉크를 용액(20)으로 하며, 상기 노즐(10)이 140~860㎛의 내경을 가지고, 0.1~10㎕/min의 유량으로 용액(2)을 분무하는 경우,
    상기 전원공급장치(40)는 상기 용액(2)의 유량에 비례하여 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 1~10kv의 전위차를 부여하며, 상기 중간전극(20)은 상기 전위차에 비례하여 상기 패터닝대상물(1)과 10㎛~2mm의 간격을 두고 설치되고, 상기 유전체(30)는 상기 중간전극(20)과 0~1.99mm의 간격을 두고 설치되는 것을 특징으로 하는 전기수력학적 분무방식의 미세 전도성라인 패터닝 장치.
  8. 전도성 물질을 패터닝하는 방법에 있어서,
    전도성 입자가 포함된 용액(2)을 수력학적 압력에 의해 분무하는 용액분무단계;
    용액(2)을 분무하는 노즐(10)과 상기 노즐(10) 하측에 이격설치된 중간전극(20) 사이에 형성되는 전기장에 의해 상기 노즐(10)의 내경에 비해 보다 축소된 직경을 가지도록 상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액적을 원뿔형상으로 변환시키는 전기장적용단계; 및
    상기 중간전극(20)과 패터닝대상물(1) 사이에 설치된 유전체(30)에 의해 상기 노즐(10)에서 분무되는 용액(2)과 상기 패터닝대상물(1)에 패터닝된 액적간의 전기적인 영향이 차단된 상태에서, 상기 노즐(10)과 중간전극(20) 사이에 형성되는 전기장에 의해 축경된 액주를 상기 중간전극(20)을 통과하여 패터닝대상물(1)측으로 공급하며 패터닝을 수행하는 패터닝단계;
    를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 전기장적용단계는,
    상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액적이 원뿔형상으로 변환되도록 상기 노즐(10)과 중간전극(20)에 전위차를 두고 전압을 인가, 조정하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 방법.
  10. 제8항에 있어서, 상기 패터닝단계는,
    상기 노즐(10) 하단에 맺힌 액적이 원뿔형상으로 변환된 상태를 유지하면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 방법.
  11. 제8항에 있어서, 상기 패터닝단계는,
    상기 노즐(10)을 정위치에 유지하면서 용액(2)을 상기 패터닝대상물(1)측으로 분사시키고, 상기 패터닝대상물(1)을 지정경로로 이동시키면서 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 방법.
  12. 삭제
  13. 제8항에 있어서, 상기 패터닝단계는,
    상기 노즐(10)에서 분무되는 용액(2)이 링 형상의 상기 중간전극(20)과, 상기 중간전극(20)에 대응되는 위치에 관통홀이 형성된 막 형상의 유전체(30)를 순차적으로 통과하며 이루어지는 것을 특징으로 하는 미세 전도성라인 패터닝 방법.
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