KR101073863B1 - 인쇄 전자 장치 및 그의 인쇄 전자 소자 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
인쇄 전자 장치 및 그의 인쇄 전자 소자 제조 방법이 제시된다. 기판 상에 코팅된 제1레이어를 패터닝하는 인쇄 전자 장치의 레이저 발생기는 레이저를 제1레이어로 조사하며, 조사되는 레이저에 의해 제1레이어가 패터닝되어 제1전자 소자가 형성될 수 있다.
Description
본 발명은, 인쇄 전자 장치 및 그의 인쇄 전자 소자 제조 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 레이저를 이용하여 다층 또는 단층의 레이어를 패터닝, 건조 및 경화하여 다양한 전자 소자를 생산하는 인쇄 전자 장치 및 그의 인쇄 전자 소자 제조 방법에 관한 것이다.
인쇄 전자 기술은 인쇄 기술을 활용하여 다양한 전자 부품을 생산하는 기술로서, 초박막형 및 높은 유연성을 가지는 인쇄 전자 소자를 대량생산할 수 있다. 인쇄 전자 기술은 대형 광고판, 안내판, 일회용 디스플레이, RFID(Radio-Frequency IDentification), 스마트 카드 등 생활 속에서 활용도가 매우 높다.
인쇄 전자 기술을 크게 전도성을 갖는 기능성 잉크를 진공 증착(Vacuum Deposition) 방식을 통해 기판, 종이, 필름 등의 절연체에 증착하면서 전자 회로를 패터닝하는 과정과, 패터닝된 전자회로에 열을 가하여 초소형 입자로 된 패턴을 건조 및 경화시키는 과정으로 구분되며, 이러한 과정을 통해 인쇄 전자 소자를 제조한다.
그러나, 기존의 인쇄 전자 기술은, 기판과 같은 절연체에 패터닝된 초소형 입자로 된 패턴에 열을 가하여 패턴을 건조 및 경화시킴으로써, 절연체가 열에 의해 손상되어 불량이 발생하고, 이에 따라 수율이 저하되는 문제를 야기시킨다.
또한, 절연체 상의 인쇄층(Layer)이 다층인 경우, 인쇄층 별 경화 시간 및 경화 정도, 강도 등의 차이로 인해 인쇄 품질 불량, 예컨대 과다한 열 침투 등에 의한 손상에 따른 품질 불량이 초래될 수 있고, 또한 불필요하게 경화 시간이 증가할 소지가 높아 택트 타임(tact time) 증가로 인해 생산성이 저하될 수 있으므로 이에 대한 새로운 방안이 요구된다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 절연체 상에 도포된 잉크를 진공 증착을 이용하지 않고 레이저와 같은 소스를 이용하여 패터닝한 후 건조 및 경화시킴으로써, 열에 의한 기판의 손상을 방지하여 불량을 줄이고 수율을 향상시킬 수 있는 인쇄 전자 장치 및 그의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출한 것으로, 본 발명의 목적은, 인쇄층이 다층으로 형성되더라도 레이어별 경화 시간 및 경화 정도, 강도를 효율적으로 조절하면서 적용할 수 있기 때문에 인쇄 품질 불량이 초래되는 현상을 종래보다 현격하게 감소시키고, 경화 시간을 단축시켜 생산성 향상을 도모할 수 있는 인쇄 전자 장치 및 그의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한, 기판 상에 코팅된 제1레이어를 패터닝하는 인쇄 전자 장치는, 레이저를 상기 제1레이어로 조사하는 제1레이저 발생기;를 포함하며, 상기 조사되는 레이저에 의해 상기 제1레이어가 패터닝되어 제1전자 소자가 형성된다.
상기 레이저는 상기 제1레이어 중 상기 제1전자 소자에 대응하는 제1전자 소자 영역에 조사되며, 상기 조사되는 레이저에 의해 상기 제1전자 소자 영역이 건조 및 경화된다.
상기 제1레이어 중 상기 제1전자소자 영역 외의 외부 영역을 제거하는 워싱기;를 더 포함한다.
상기 레이저는 상기 제1레이어 중 상기 제1전자 소자에 대응하는 제1전자 소자 영역 외의 외부 영역에 조사되어 상기 외부 영역을 제거한다.
상기 레이저는 상기 제1전자 소자 영역에 조사되어 상기 제1전자 소자 영역을 건조 및 경화시킨다.
상기 제1레이저 발생기는, 미리 결정된 대역에서 발진 파장이 변하는 레이저를 발생시키는 가변파장 레이저 발생기(TWLG: Tunable Wavelength Laser Generator)이다.
상기 제1레이어 상에 제2레이어가 코팅되면, 상기 제1레이저 발생기는 상기 제1레이어 및 상기 제2레이어를 향해 서로 다른 파장 대역의 레이저를 조사한다.
상기 제1레이어 상에 제2레이어가 코팅되면, 상기 제1레이저 발생기는 상기 제2레이어로 레이저를 조사하며, 상기 제2레이어로 조사되는 레이저에 의해 상기 제2레이어가 패터닝되어 제2전자 소자가 형성된다.
상기 레이저를 연속적으로 발생시키는 연속형 레이저 및 상기 레이저를 펄스 주기에 따라 발생시키는 펄스형 레이저 중 하나를 조사하도록 상기 제1레이저 발생기를 제어하는 제어기;를 더 포함한다.
상기 제1레이어 상에 코팅된 제2레이어에 레이저를 조사하는 제2레이저 발생기;를 더 포함하며, 상기 제2레이저 발생기로부터 조사되는 레이저에 의해 상기 제2레이어가 패터닝되어 제2전자 소자가 형성된다.
상기 제1레이저 발생기 및 상기 제2레이저 발생기에서 발생되는 레이저는 발진 파장이 서로 다르다.
상기 레이저를 연속적으로 발생시키는 연속적 레이저 및 상기 레이저를 펄스 주기에 따라 발생시키는 펄스 레이저 중 하나를 이용하도록 상기 제1레이저 발생기 및 상기 제2레이저 중 적어도 하나를 제어하는 제어기;를 더 포함한다.
상기 레이저가 상기 제1레이어로 조사되도록 상기 레이저의 조사 경로를 절환하는 경로 절환부;를 더 포함한다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 의한 인쇄 전자 소자 제조 방법은, 기판 상에 제1레이어를 코팅하는 단계; 제1레이저 발생기로부터 상기 제1레이어에 레이저를 조사하는 단계; 상기 레이저에 의해 상기 제1레이어를 패터닝하여 제1전자 소자를 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 조사하는 단계에서, 상기 레이저는 상기 제1레이어 중 상기 제1전자 소자에 대응하는 제1전자 영역에 조사된다.
상기 형성하는 단계는, 상기 조사되는 레이저에 의해 상기 제1전자 소자 영역이 건조 및 경화한다.
상기 제1레이어 중 상기 제1전자 소자 영역 외의 외부 영역을 제거하는 단계;를 더 포함한다.
상기 형성하는 단계는, 상기 제1레이어 중 상기 제1전자 소자에 대응하는 제1전자 소자 영역 외의 외부 영역에 상기 레이저를 조사하여 상기 외부 영역을 제거하는 단계; 및 상기 제1전자 소자 영역에 상기 레이저를 조사하여 상기 제1전자 소자 영역을 건조 및 경화하는 단계;를 더 포함한다.
상기 제1레이어 상에 제2레이어가 코팅되는 단계; 상기 제1레이저 발생기로부터 상기 제2레이어에 레이저를 조사하는 단계; 및 상기 제2레이어로 조사되는 레이저에 의해 상기 제2레이어를 패터닝하여 제2전자 소자를 형성하는 단계;를 더 포함한다.
또한, 상기 제1레이어 상에 제2레이어가 코팅되는 단계; 제2레이저 발생기로부터 상기 제2레이어에 레이저를 조사하는 단계; 및 상기 제2레이어로 조사되는 레이저에 의해 상기 제2레이어를 패터닝하여 제2전자 소자를 형성하는 단계;를 더 포함한다.
본 발명에 따르면, 인쇄층(layer)이 다층으로 형성되더라도 레이어별 경화 시간 및 경화 정도, 강도를 효율적으로 조절하면서 적용할 수 있기 때문에 인쇄 품질 불량이 초래되는 현상을 종래보다 현격하게 감소시킬 수 있으며, 무엇보다도 경화 시간을 단축시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1인쇄 전자 장치를 도시한 블록도,
도 2는 제1인쇄 전자 장치에 의한 패터닝 및 경화 처리의 일 예를 보여주는 도면,
도 3은 도 1에 도시된 제1제어기의 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2인쇄 전자 장치를 도시한 블록도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3인쇄 전자 장치를 도시한 블록도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 단층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제4인쇄 전자 장치를 도시한 블록도,
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 장치를 이용하여 다층의 유기전계효과트랜지스터(OFET: Organic Field Effect Transistor)를 제조하는 일련의 과정을 설명하기 위한 사시도,
도 11b는 도 11a의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 평면도,
도 11c는 도 11a의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 단면도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 전자 장치를 이용하여 다층의 OFET를 제조하는 일련의 과정을 설명하기 위한 사시도,
도 13은 도 12의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 평면도,
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 효과들 중 일부를 설명하기 위한 도면,
도 15와 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스를 이용하여 건조/경화시킨 결과를 나타내는 사진,
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하여 다계층 기판을 건조/경화시킨 결과를 나타내는 사진,
도 17b는 도 17a의 단면을 AFM 스캐닝한 것을 나타낸 도이고,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하여 건조/경화시킨 결과를 나타내는 사진,
도 19는 본 발명의 다양한 실시예들에 사용되는 나노 입자의 잉크의 특성을 설명하기 위한 도면,
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 장치의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 전자 장치의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저와 연속형 레이저를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 제1인쇄 전자 장치에 의한 패터닝 및 경화 처리의 일 예를 보여주는 도면,
도 3은 도 1에 도시된 제1제어기의 블록도,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2인쇄 전자 장치를 도시한 블록도,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3인쇄 전자 장치를 도시한 블록도,
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 단층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제4인쇄 전자 장치를 도시한 블록도,
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 장치를 이용하여 다층의 유기전계효과트랜지스터(OFET: Organic Field Effect Transistor)를 제조하는 일련의 과정을 설명하기 위한 사시도,
도 11b는 도 11a의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 평면도,
도 11c는 도 11a의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 단면도,
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 전자 장치를 이용하여 다층의 OFET를 제조하는 일련의 과정을 설명하기 위한 사시도,
도 13은 도 12의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 평면도,
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 효과들 중 일부를 설명하기 위한 도면,
도 15와 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스를 이용하여 건조/경화시킨 결과를 나타내는 사진,
도 17a는 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하여 다계층 기판을 건조/경화시킨 결과를 나타내는 사진,
도 17b는 도 17a의 단면을 AFM 스캐닝한 것을 나타낸 도이고,
도 18은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저를 이용하여 건조/경화시킨 결과를 나타내는 사진,
도 19는 본 발명의 다양한 실시예들에 사용되는 나노 입자의 잉크의 특성을 설명하기 위한 도면,
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 장치의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도,
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 전자 장치의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도, 그리고
도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저와 연속형 레이저를 설명하기 위한 도면이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하도록 한다. 아래의 특정 실시예들을 기술하는데 있어서, 여러 가지의 특정적인 내용들은 발명을 더 구체적으로 설명하고 이해를 돕기 위해 작성되었다. 하지만 본 발명을 이해할 수 있을 정도로 이 분야의 지식을 갖고 있는 독자는 이러한 여러 가지의 특정적인 내용들이 없어도 사용될 수 있다는 것을 인지할 수 있다. 어떤 경우에는, 발명을 기술하는 데 있어서 흔히 알려졌으면서 발명과 크게 관련 없는 부분들은 본 발명을 설명하는데 있어 별 이유 없이 혼돈이 오는 것을 막기 위해 기술하지 않음을 미리 언급해 둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1인쇄 전자 장치를 도시한 블록도, 도 2는 제1인쇄 전자 장치에 의한 패터닝 및 경화 처리의 일 예를 보여주는 도면이다.
도 1에 도시된 제1인쇄 전자 장치(100)는 인쇄 전자 기술이 적용되어 기판(11) 상에 단층(12) 혹은 다층(미도시)의 인쇄층, 즉, 레이어를 코팅하는 인쇄 시스템(미도시)과 연계되어 동작할 수 있다.인쇄 시스템은 오프셋(Offset) 인쇄법, 그라비아(Gravure) 인쇄법, 그라비아 오프셋 인쇄법, 플렉소(Flexo) 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법 등 주지된 다양한 인쇄법들 중 하나를 사용하여 레이어를 형성할 수 있다. 인쇄 시스템과 연동에 대해서는 도 12를 참조하여 후술한다.
기판이란, LCD(Liquid Crystal Display) 기판, PDP(Plasma Display Panel) 기판 및 OLED(Organic Light Emitting Diodes) 기판 등의 평면디스플레이(Flat Panel Display, FPD)를 비롯하여, 반도체용 웨이퍼(wafer), 태양전지용 웨이퍼가 될 수 있는데, 이하에서는 이들을 구분하지 않고, 기판이라 한다.
도 1을 참조하면, 제1인쇄 전자 장치(100)는 제1레이저 발생기(110), 제1워싱기(120) 및 제1제어기(130)를 포함할 수 있다.
제1레이저 발생기(110)는 인쇄 시스템에 의해 기판(11) 상에 코팅된 제1레이어(12)를 패터닝하기 위한 레이저를 발생하고, 발생된 레이저는 제1레이어(12)로 조사될 수 있다. 따라서, 제1레이저 발생기(110)로부터 조사되는 레이저는 제1레이어(12)를 패터닝하여 제1전자 소자(13)를 형성할 수 있다. 레이저가 패터닝하는 동작은 제1제어기(130)에 의해 제어될 수 있다. 제1레이어(12)는 나노 및/또는 마이크로 입자의 잉크가 기판(11)에 코팅되어 형성될 수 있으며, 레이저에 의해 경화(sintering)되어 패턴화될 수 있다.
특히, 제1레이저 발생기(110)로부터 조사되는 레이저는 제1레이어(12) 중 상기 제1전자 소자에 대응하는 영역인 제1전자 소자 영역(13)에 조사되어 제1레이어(12)를 패터닝할 수 있다. 이때, 조사되는 레이저는 제1전자 소자 영역(13)을 패터닝할뿐만 아니라 건조 및/또는 경화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면 제1레이저 발생기(110)는 연속형 레이저를 발행하여 조사할 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따르면 제1레이저 발생기(110)는 펄스형 레이저를 발생하여 조사할 수 있다. 도 22는 본 발명의 일 실시예에 따른 펄스형 레이저와 연속형 레이저를 설명하기 위한 도면이다. 도 22를 참조하면, (a)는 펄스형 레이저를 나타낸 것이고, (b)는 연속형 레이저를 나타낸 것이다. 도시된 바와 같이, 펄스형 레이저는 주기적으로 레이저가 on 또는 off 되는 것이고 연속형 레이저는 지속적으로 레이저가 on 되는 것이다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 펄스형 레이저를 사용하는 경우에는 그 펄스의 주기(즉, on 또는 off의 주기)가 짧을수록 기판의 표면만 가열하는 특성을 가질 수 있다. 따라서, 기판의 손상을 최소화시킬 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 연속형 레이저 및 펄스형 레이저 중 하나를 제1제어기(130)의 제어에 의해 선택적으로 발생하여 조사할 수 있다. 연속형 레이저의 경우, 제1레이저 발생기(110)는 레이저가 조사되지 않는 off 상태 없이 항상 on 상태로 레이저를 발생하는 연속형 레이저이다. 펄스형 레이저의 경우, 제1레이저 발생기(110)는 레이저가 조사되는 on 상태와 조사되지 않는 off 상태를 교번적으로 하여 레이저를 발생한다. 펄스 주기는 제1제어기(130)가 생성하거나 또는 제1레이저 발생기(110)가 자체적으로 생성할 수 있다.
또한, 제1레이저 발생기(110)는, 미리 결정된 대역에서 발진 파장이 변하는 레이저를 발생시키는 가변파장 레이저 발생기(TWLG: Tunable Wavelength Laser Generator)일 수 있다. 따라서, 패터닝이 완료된 제1레이어(12) 상에 제2레이어(미도시)가 코팅되면, 제1레이저 발생기(110)는 제1레이어(12) 및 제2레이어를 향해 서로 다른 파장 대역의 레이저를 순차적으로 조사할 수 있다. 이때, 제1레이저 발생기(110)는 제2레이어로 레이저를 조사하며, 제2레이어로 조사되는 레이저에 의해 제2레이어가 패터닝, 건조 및 경화되어 제2전자 소자(미도시)가 형성될 수 있다. 즉, 기판(11)에 멀티 레이어가 형성된 경우, 제1레이저 발생기(110)는 제1레이어(12)의 패터닝, 건조 및 경화를 위한 제1파장 대역의 레이저와, 제2레이어의 패터닝, 건조 및 경화를 위한 제2파장 대역의 레이저를 발생할 수 있다.
제1워싱기(120)는 제1레이어(12) 중 제1전자 소자 영역(13) 외의 외부 영역(즉, 식별번호 12 중 식별번호 13을 제외한 영역)을 제거하는 wash-out을 할 수 있다. 제1워싱기(120)는 일 예로, 유기용매(Organic Solvent)를 이용하여 외부 영역을 제거할 수 있으며, 이에 한정되지 않는다.
제1제어기(130)는 제1인쇄 전자 장치(100)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제1제어기(130)는 제1레이저 발생기(110)가 레이저를 조사하도록 제1레이저 발생기(110)를 제어하며, 특히, 제1레이저 발생기(110)에서 조사되는 레이저가 제1레이어를 패터닝할 수 있도록 제1레이저 발생기(110)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1제어기(130)는 레이저를 연속적으로 발생시키는 연속형 레이저(continuous laser) 및 레이저를 펄스 주기에 따라 발생시키는 펄스형 레이저 중 하나를 조사하도록 제1레이저 발생기(110)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1제어기(130)는 기판(11)에 멀티 레이어가 코팅되면, 각 레이어에 서로 다른 파장 대역의 레이저를 발생 및 조사하도록 제1레이저 발생기(110)를 제어할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 제1제어기의 기능 블록도이다.
제1제어기(130)는 도 3에 도시된 바와 같이, 중앙처리장치(131, CPU), 메모리(132, MEMORY) 및 서포트 회로(133, SUPPORT CIRCUIT)를 포함할 수 있다. CPU(131)는 본 실시예의 제1인쇄 전자 장치(100)를 제어하기 위해서 산업적으로 적용될 수 있는 다양한 컴퓨터 프로세서들 중 하나일 수 있다. 메모리(132, MEMORY)는 CPU(131)와 동작으로 연결된다. 메모리(132)는 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체로서 로컬 또는 원격지에 설치될 수 있으며, 예를 들면 랜덤 액세스 메모리(RAM), ROM, 플로피 디스크, 하드 디스크 또는 임의의 디지털 저장 형태와 같이 쉽게 이용가능한 적어도 하나 이상의 메모리이다. 서포트 회로(133, SUPPORT CIRCUIT)는 CPU(131)와 작용적으로 결합되어 프로세서의 전형적인 동작을 지원한다. 이러한 서포트 회로(133)는 캐시, 파워 서플라이, 클록 회로, 입/출력 회로, 서브시스템 등을 포함할 수 있다.
예를 들면, 본 실시예에 따른 제1인쇄 전자 장치(100)에서 제1레이저 발생기(110)로부터 소정 파장의 레이저가 조사되고, 조사된 레이저로 제1레이어(12)를 패터닝하여 제1전자 소자를 형성하고, 제1전자 소자 영역(13)에 다시 레이저를 조사하여 제1전자 소자 영역(13)을 건조 및/또는 경화하도록 하는 일련의 프로세스가 메모리(132)에 저장될 수 있다
또 다른 예를 들면, 제1레이저 발생기(110)로부터 서로 다른 파장 대역을 갖는 레이저가 제1레이어(12) 및 제2 레이어로 조사될 수 있도록 하는 일련의 프로세스 등이 메모리(132)에 저장될 수 있다. 전형적으로는 소프트웨어 루틴이 메모리(132)에 저장될 수 있다. 소프트웨어 루틴은 또한 다른 CPU(미도시)에 의해서 저장되거나 실행될 수 있으며, 그러한 다른 CPU(미도시)는 제1인쇄 전자 장치(100)와는 거리적으로 이격된 곳에 위치된 것일 수 있다.
본 발명에 따른 프로세스는 소프트웨어 루틴에 의해 실행되는 것으로 설명하였지만, 본 발명의 프로세스들 중 적어도 일부는 하드웨어에 의해 수행되는 것도 가능하다. 이처럼, 본 발명의 프로세스들은 컴퓨터 시스템 상에서 수행되는 소프트웨어로 구현되거나 또는 집적 회로와 같은 하드웨어로 구현되거나 또는 소프트웨어와 하드웨어의 조합에 의해서 구현될 수 있다.
이러한 구성에 의해, 제1레이저 발생기(110)에서 발생된 레이저가 연속형 레이저 또는 펄스형 레이저로 발생되어 제1레이어(12) 또는 제2레이어에 조사될 수 있다. 이와 같이 조사되는 레이저에 의해 제1레이어(12)가 패터닝, 건조 및 경화되어 배출된다. 이때, 예를 들어, 제1레이어(12)에 패터닝된 제1전자 회로의 패턴은 나노 크기 또는 마이크로 크기의 입자로 형성될 수 있다.
따라서, 상술한 구성에 의해, 제1레이어(12)가 레이저에 의해 패터닝되면, 패터닝된 제1레이어(12)는 다시 레이저에 의해 건조 및 경화될 수 있으며, 패터닝, 건조 및 경화는 동시에 진행될 수도 있다.
앞서도 기술한 바와 같이, 본 실시예의 제1인쇄 전자 장치(100)는 인쇄 시스템과 연계되어 동작될 수 있고, 그러한 것이 생산성 향상을 위해 바람직할 수 있지만 반드시 그러할 필요는 없다.
이와 같이, 본 실시예에 따르면, 인쇄층(layer)이 다층으로 형성되더라도 레이어별 경화 시간 및 경화 정도, 강도를 효율적으로 조절하면서 적용할 수 있기 때문에 인쇄 품질 불량이 초래되는 현상을 종래보다 현격하게 감소시킬 수 있으며, 무엇보다도 경화 시간을 단축시킬 수 있어 택트 타임(tact time) 감소에 따른 생산성 향상을 도모할 수 있게 된다. 또한, 건조 및 경화 단계에서, 상기 레이저 펄스는 제1레이어(12) 또는 기판(11)의 표면에만 영향을 미치고, 기판(11)의 내부에는 영향을 미치지 않으므로, 기판(11)이 열변형되거나 손상되지 않으며, 따라서, 기판(11)의 손상으로 인한 불량을 줄일 수 있어 수율을 높일 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 단층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 4를 참조하면, 기판(S1)에 잉크가 도포되어 코팅되면, 제1레이어(L1)가 형성된다. 제1레이저 발생기(110)로부터 발생되는 레이저는 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(41) 위로 조사되어 제1레이어(L1)를 패터닝한다. 이때, 레이저는 제1레이어(L1)를 패터닝할 뿐 아니라, 제1전자 소자 영역(41)을 건조 및 경화할 수 있다. 패터닝, 건조 및 경화는 동시에 또는 순차적으로 이루어질 수 있다. 패터닝, 건조 및 경화가 완료되면, 제1워싱기(120)는 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(41) 외의 영역인 외부 영역(42)을 제거한다. 제1워싱기(120)는 유기 용매를 외부 영역(42)에 도포하여 외부 영역(42)을 제거할 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 5를 참조하면, 기판(S1)에 잉크가 도포되어 코팅되면, 제1레이어(L1)가 형성된다. 제1레이저 발생기(110)로부터 발생되는 레이저는 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(41) 위로 조사되어 제1레이어(L1)를 패터닝한다. 이때, 레이저는 제1레이어(L1)를 패터닝할 뿐 아니라, 제1전자 소자 영역(41)을 건조 및 경화한다. 패터닝, 건조 및 경화가 완료되면, 제1워싱기(120)는 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(41) 외의 영역인 외부 영역(42)을 용매를 이용하여 제거한다. 이로써, 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(41)만이 기판(S1) 상에 남아 있게 되면, 1차 패터닝이 완료된다.
유전체는 기판(S1) 및 제1전자 소자 영역(41) 상에 도포되어 유전층(D1)을 형성하며, 유전층(D1)에 잉크가 도포 및 코팅되어 제2레이어(L2)가 형성된다. 제1레이저 발생기(110)로부터 발생되는 레이저는 제2레이어(L2) 중 제2전자 소자 영역(51, 52) 위로 조사되어 제2레이어(L2)를 패터닝한다. 이때, 레이저는 제2레이어(L2)를 패터닝할 뿐 아니라, 제2전자 소자 영역(51, 52)을 건조 및 경화한다. 패터닝, 건조 및 경화가 완료되면, 제1워싱기(120)는 제2레이어(L2) 중 제2전자 소자 영역(51, 52) 외의 영역인 외부 영역(53)을 용매를 이용하여 제거한다. 이로써, 2차 패터닝이 완료된다.
한편, 도 1을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1레이어(L1) 및 제2레이어(L2)로 조사되는 레이저의 발진 파장은 서로 다르거나 동일할 수 있으며, 연속형 레이저 또는 펄스형 레이저가 조사될 수 있다. 또한, 상술한 도 4 및 도 5에서는 잉크와 유기 용매를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제2인쇄 전자 장치를 도시한 블록도이다.
제2인쇄 전자 장치(200)는 도 5와 같은 프로세스를 수행하여 다층의 인쇄 전자 소자를 제조하는데 사용될 수 있다. 도 6을 참조하면, 제2인쇄 전자 장치(200)는 제1레이저 발생기(210), 제2워싱기(220), 제2레이저 발생기(230) 및 제2제어기(240)를 포함할 수 있다.
도 6의 제1레이저 발생기(210), 제2워싱기(220), 제2레이저 발생기(230) 및 제2제어기(240)는 도 1을 참조하여 설명한 제1레이저 발생기(110), 제1워싱기(120) 및 제1제어기(130)와 대부분 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
다만, 제1레이저 발생기(210)로부터 발생되는 레이저는 제1레이어(L1)로 조사되어 제1레이어(L1)를 패터닝, 건조 및 경화시킨다. 또한, 제2레이저 발생기(230)로부터 발생되는 레이저는 제1레이어(L1)의 상부에 코팅된 제2레이어(L2)로 조사되어 제2레이어(L2)를 패터닝, 건조 및 경화시킨다. 여기서 제1레이어(L1)의 상부라 함은 제1레이어(L1)의 표면 또는 유전층(D1)에 의해 이격된 거리를 갖는 상부일 수 있다.
이때, 제1레이저 발생기(210) 및 제2레이저 발생기(230)는 서로 다른 파장 대역의 레이저를 발생하여 각각 제1레이어(L1) 및 제2레이어(L2)로 조사할 수 있다. 즉, 제1레이저 발생기(210) 및 제2레이저 발생기(230)에서 발생되는 레이저는 발진 파장이 서로 다를 수 있다. 이를 위하여, 제2제어기(240)는 제1레이어(L1) 및 제2레이어(L2)를 향해 서로 다른 파장 대역의 레이저를 발생시키도록 제1레이저 발생기(210) 및 제2레이저 발생기(230)를 제어할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1레이저 발생기(210) 및 제2레이저 발생기(230)는 각각 연속형 레이저 및 펄스형 레이저 중 하나를 발생하여 조사할 수 있다. 이를 위하여, 제2제어기(240)는 연속형 레이저 및 펄스형 레이저 중 적어도 하나를 발생하도록 제1레이저 발생기(210) 및 제2레이저 발생기(230)를 제어할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 제1레이저 발생기(210)와 제2레이저 발생기(230)는 모두 연속형 레이저를 발생하여 조사할 수 있다. 다르게는, 제1레이저 발생기(210)와 제2레이저 발생기(230)는 모두 펄스형 레이저를 발생하여 조사할 수 있다. 다르게는, 제1레이저 발생기(210)는 연속형 레이저를 발생하여 조사하고, 제2레이저 발생기(230)는 펄스형 레이저를 발생하여 조사할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제3인쇄 전자 장치를 도시한 블록도이다.
도 7을 참조하면, 제3인쇄 전자 장치(300)는 제3레이저 발생기(310) 및 제3제어기(320)를 포함할 수 있다.
제3레이저 발생기(310)는 인쇄 시스템에 의해 기판 상에 코팅된 제1레이어를 패터닝하기 위한 레이저를 발생하고, 발생된 레이저를 제1레이어로 조사할 수 있다. 따라서, 제3레이저 발생기(310)로부터 조사되는 레이저는 제1레이어를 패터닝하여 제1전자 소자(13)를 형성할 수 있다. 레이저가 패터닝하는 동작은 제3제어기(320)에 의해 제어될 수 있다.
특히, 제3레이저 발생기(310)로부터 조사되는 레이저는 제1레이어 중 제1전자 소자 영역 외의 외부 영역에 조사되어 제1레이어를 패터닝할 수 있다. 제3레이저 발생기(310)로부터 조사되는 레이저에 의해 외부 영역은 제거 또는 식각되며, 따라서, 기판 상에는 제1레이어 중 제1전자 소자 영역만이 남아있게 된다. 제2레이어 중 외부 영역이 레이저에 의해 제거되면, 제3레이저 발생기(310)는 레이저를 발생하고, 발생된 레이저를 제1전자 소자 영역으로 조사할 수 있다. 조사되는 레이저에 의해 제1전자 소자 영역은 건조 및 경화될 수 있다.
한편, 제3레이저 발생기(310)는 연속형 레이저 및 펄스형 레이저 중 하나를 제3제어기(320)의 제어에 의해 선택적으로 발생하여 조사할 수 있다. 또한, 제3레이저 발생기(310)는, 미리 결정된 대역에서 발진 파장이 변하는 레이저를 발생시키는 가변파장 레이저 발생기일 수 있다. 따라서, 외부 영역의 제거에 쓰이는 레이저의 파장과 제1전자 소자 영역의 건조 및 경화에 쓰이는 레이저의 파장은 같거나 또는 다를 수 있다.
또한, 패터닝, 건조 및 경화가 완료된 제1레이어의 상부에 제2레이어가 코팅되면, 제3레이저 발생기(310)는 제2레이어를 향해 레이저를 조사하며, 이로써 제2레이어는 패터닝되고 제2레이어 중 제2전자 소자 영역에 대응하는 제2전자 소자 영역이 건조 및 경화될 수 있다. 이에 대해서는 도 9를 참조하여 자세히 설명한다.
제3제어기(320)는 제3인쇄 전자 장치(300)의 동작을 전반적으로 제어할 수 있다. 예를 들어, 제3제어기(320)는 제3레이저 발생기(310)가 레이저를 조사하도록 제3레이저 발생기(310)를 제어하며, 특히, 제1레이어를 패터닝할 수 있는 위치에서 레이저를 조사하도록 제3레이저 발생기(310)를 제어할 수 있다. 특히, 제2제어기(310)는 제1레이어 중 상기 외부 영역에 해당하는 영역에 레이저를 조사하여 외부 영역이 제거되면, 제1전자 소자 영역에 레이저를 조사하도록 제3레이저 발생기(310)를 제어할 수 있다.
또한, 제3제어기(320)는 레이저를 연속적으로 발생시키는 연속형 레이저 및 레이저를 펄스 주기에 따라 발생시키는 펄스형 레이저 중 하나를 조사하도록 제3레이저 발생기(310)를 제어할 수 있다.
또한, 제3제어기(320)는 기판에 멀티 레이어가 코팅되면, 각 레이어에 서로 다른 파장 대역의 레이저를 발생 및 조사하도록 제3레이저 발생기(310)를 제어할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따라 단층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 기판(S2)에 잉크가 도포되어 코팅되면, 제1레이어(L1)가 형성된다. 제3레이저 발생기(310)로부터 발생되는 레이저는 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(81, 82) 외의 외부 영역(83) 위로 조사되며, 이로써 제1레이어(L1)가 패터닝된다. 패터닝 과정에서, 레이저가 조사되는 위치가 가변하거나 또는 기판(S2)이 이동하여, 레이저는 외부 영역(83)을 제거할 수 있다. 외부 영역(83)이 제거되면, 제3레이저 발생기(310)는 레이저를 발생하며, 발생되는 레이저는 제1전자 소자 영역(81, 82)으로 조사되어 제1전자 소자 영역(81, 82)을 건조 및 경화할 수 있다. 이로써, 인쇄 전자 소자의 패터닝, 건조 및 경화가 마무리된다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 다층을 패터닝, 건조 및 경화하는 프로세스의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 7 및 도 9를 참조하면, 기판(S1)에 잉크가 도포되어 제1레이어(L1)가 형성되면, 제3레이저 발생기(310)로부터 발생되는 레이저는 제1레이어(L1) 중 외부 영역(83) 위로 조사되어 제1레이어(L1)를 패터닝한다. 패터닝 과정에서, 레이저는 외부 영역(83)을 제거할 수 있다. 외부 영역(83)이 제거되면, 제3레이저 발생기(310)는 레이저를 발생하며, 발생되는 레이저는 제1전자 소자 영역(81, 82)으로 조사되어 제1전자 소자 영역(81, 82)을 건조 및 경화할 수 있다. 이로써, 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(81, 82)이 기판(S1) 상에 남아 있게 되면, 1차 패터닝이 완료된다.
유전체는 기판(S1) 및 제1전자 소자 영역(81, 82) 상에 도포되어 유전층(D1)을 형성하며, 유전층(D1)에 잉크가 도포 및 코팅되어 제2레이어(L2)가 형성된다. 제3레이저 발생기(310)로부터 발생되는 레이저는 제2레이어(L2) 중 제2전자 소자 영역(91) 외의 외부 영역(92) 위로 조사되어 제2레이어(L2)를 패터닝한다. 패터닝 과정에서, 레이저는 외부 영역(92)을 제거하는 패터닝을 할 수 있다. 외부 영역(92)이 제거되면, 제3레이저 발생기(310)를 레이저를 발생하며, 발생되는 레이저는 제2전자 소자 영역(91)으로 조사되어 제2전자 소자 영역(91)을 건조 및 경화한다. 이로써, 2차 패터닝이 완료된다.
한편, 도 7을 참조하여 설명한 바와 같이, 제1레이어(L1) 및 제2레이어(L2)로 조사되는 레이저의 발진 파장은 서로 다르거나 동일할 수 있으며, 연속형 레이저 또는 펄스형 레이저가 조사될 수 있다. 또한, 상술한 도 4 및 도 5에서는 잉크와 유기 용매를 예로 들어 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 제4인쇄 전자 장치를 도시한 블록도이다.
제4인쇄 전자 장치(400)는 도 9와 같은 프로세스를 수행하여 다층의 인쇄 전자 소자를 제조하는데 사용될 수 있다. 도 10을 참조하면, 제4인쇄 전자 장치(400)는 제3레이저 발생기(410), 제4레이저 발생기(420) 및 제4제어기(430)를 포함할 수 있다. 도 10의 제3레이저 발생기(410), 제4레이저 발생기(420) 및 제4제어기(430)는 도 7을 참조하여 설명한 제3레이저 발생기(310) 및 제3제어기(320)와 대부분 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
다만, 제3레이저 발생기(410)로부터 발생되는 레이저는 제1레이어(L1) 중 외부 영역(83)으로 조사되어 외부 영역(83)을 제거함으로써 제1레이어(L1)를 패터닝한다. 외부 영역(83)이 제거되면, 제3레이저 발생기(410)는 레이저를 재발생하고, 재발생된 레이저는 제1전자 소자 영역(81, 82)으로 조사되어 제1전자 소자 영역(81, 82)을 건조 및 경화시킨다.
또한, 제4레이저 발생기(420)로부터 발생되는 레이저는 제1레이어(L1)의 상부에 코팅된 제2레이어(L2) 중 외부 영역(92)으로 조사되어 제2레이어(L2)를 패터닝한다. 패터닝에 의해 외부 영역(92)이 제거되면, 제4레이저 발생기(420)는 레이저를 재발생한다. 재발생된 레이저는 제2레이어(L2) 중 제2전자 소자 영역(91)으로 조사되어 제2전자 소자 영역(91)을 건조 및 경화시킨다.
제3레이저 발생기(410) 및 제4레이저 발생기(420)는 서로 다른 파장 대역의 레이저를 발생하여 각각 제1레이어(L1) 및 제2레이어(L2)로 조사할 수 있다. 이를 위하여, 제4제어기(430)는 제1레이어(L1) 및 제2레이어(L2)를 향해 서로 다른 파장 대역의 레이저를 발생시키도록 제3레이저 발생기(410) 및 제4레이저 발생기(420)를 제어할 수 있다.
또한, 제3레이저 발생기(410) 및 제4레이저 발생기(420)는 각각 연속형 레이저 및 펄스형 레이저 중 하나를 발생하여 조사할 수 있다. 이를 위하여, 제4제어기(430)는 연속형 레이저 및 펄스형 레이저 중 하나를 발생하도록 제3레이저 발생기(410) 및 제4레이저 발생기(420)를 각각 제어할 수 있다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 장치를 이용하여 다층의 유기전계효과트랜지스터(OFET: Organic Field Effect Transistor)를 제조하는 일련의 과정을 설명하기 위한 사시도, 도 11b는 도 11a의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 평면도, 도 11c는 도 11a의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 단면도이다.
도 11a의 OFET는 제1인쇄 전자 장치(100) 또는 제2인쇄 전자 장치(200)에서 제안하는 방식을 사용하여 제조될 수 있으며, 이하에서는 제2인쇄 전자 장치(200)를 예로 들어 설명한다. 도 11a에서 제1레이어(L1)와 외부 영역(42)의 표면은 동일한 나노 입자들에 의해 형성되었으므로, 동일한 해칭을 가지나, 구분의 편의를 위해 서로 다른 해칭으로 표시된다.
도 11a를 참조하면, (ⅰ)에서, 기판(S1)에 도포된 잉크에 의해 제1레이어(L1)가 코팅되면, 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(41) 위로 제1레이저 발생기(210)로부터 발생되는 레이저가 조사되며, 이로써 제1레이어(L1)가 패터닝, 건조 및 경화될 수 있다. 레이저가 조사되는 위치는 제2인쇄 전자 장치(200)에 의해 제어될 수 있다. 제2워싱기(220)는 유기용매를 이용하여 제1레이어(L1) 중 외부 영역(42)을 제거할 수 있으며, 이로써, 1차 패터닝이 완료된다.
(ⅱ)에서, 유전체가 기판(S1) 및 제1전자 소자 영역(41) 상에 도포되어 유전층(D1)이 형성된다.
(ⅲ-a)에서, 유전층(D1)에 잉크가 도포 및 코팅되어 제2레이어(L2)가 형성되면, 제2레이저 발생기(230)로부터 발생되는 레이저가 제2레이어(L2) 중 제2전자 소자 영역(51, 52) 위로 조사되어 제2레이어(L2)를 패터닝, 건조 및 경화한다. 패터닝, 건조 및 경화가 완료되면, 제2워싱기(220)는 유기용매를 이용하여 제2레이어(L2) 중 외부 영역(53)을 제거하며, 이로써, 2차 패터닝이 완료된다.
(ⅳ)에서, 제2인쇄 전자 장치(200) 또는 반도체 입자를 도포하는 장치는 제1전자 소자 영역(41)과 제2전자 소자 영역(51, 52)이 교차하는 부분의 상부에 예를 들어, 
와 같은 구조식을 가지는 화학물질을 도포할 수 있다.
상술한 도 11a에 의해 형성되는 인쇄 전자 소자의 제1전자 소자 영역(41)은 도 11b 및 도 11c에 도시된 바와 같이 OFET 중 게이트(G:gate), 제2전자 소자 영역(51, 52)은 소스(S:source) 및 드레인(D: drain)의 역할을 할 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 전자 장치를 이용하여 다층의 OFET를 제조하는 일련의 과정을 설명하기 위한 사시도, 도 13은 도 12의 과정에 의해 제조된 인쇄 전자 소자의 평면도이다.
도 12의 OFET는 제1인쇄 전자 장치(100) 및 제2인쇄 전자 장치(200) 중 하나와 제3인쇄 전자 장치(300) 및 제4인쇄 전자 장치(400) 중 하나에서 제안하는 방식을 혼용하여 제조될 수 있다. 도 12에 도시된 (ⅰ), (ⅱ) 및 (ⅳ)는 도 11a과 동일하므로 상세한 설명은 생략한다. 또한, 도 12에서 제1레이어(L1)와 외부 영역(42)의 표면은 동일한 나노 입자들에 의해 형성되었으므로, 동일한 해칭을 가지나, 구분의 편의를 위해 서로 다른 해칭으로 표시된다.
도 12의 (ⅰ)에서, 제1레이어(L1) 중 제1전자 소자 영역(41) 위로 레이저가 조사되면, 레이저에 의해 제1레이어(L1)가 패터닝, 건조 및 경화될 수 있다. 레이저가 조사되는 방향은 인쇄 전자 장치에 의해 제어될 수 있다. 인쇄 전자 장치는 유기용매를 이용하여 제1레이어(L1) 중 외부 영역(42)을 제거할 수 있다.
(ⅱ)에서, 유전체가 기판(S1) 및 제1전자 소자 영역(41) 상에 도포되어 유전층(D1)이 형성된다.
(ⅲ-b)에서, 유전층(D1)에 잉크가 도포 및 코팅되어 제2레이어(L2)가 형성되면, 인쇄 전자 장치로부터 발생되는 레이저가 제2레이어(L2)의 가운데 부분에 조사되어 가운데 영역을 제거할 수 있다. 이로써, 도 12의 경우 제2레이어(L2)는 두 개로 분할된다.
(ⅲ-c)에서, 인쇄 전자 장치는 제2레이어(L2) 중 제2전자 소자 영역(61, 62) 위로 조사되어 제2레이어(L2)를 패터닝, 건조 및 경화한다. 패터닝, 건조 및 경화가 완료되면, 인쇄 전자 장치는 유기용매를 이용하여 제2레이어(L2) 중 외부 영역(63, 64)을 제거하며, 이로써, 2차 패터닝이 완료된다.
(ⅳ)에서, 제2인쇄 전자 장치(200) 또는 반도체 입자를 도포하는 장치는 제1전자 소자 영역(41)과 제2전자 소자 영역(61, 62)이 교차하는 부분의 상부에 반도체를 구현할 수 있는 화학물질을 도포할 수 있다.
상술한 도 12에 의해 형성되는 인쇄 전자 소자의 제1전자 소자 영역(41)은 도 13에 도시된 바와 같이 OFET 중 게이트(G), 제2전자 소자 영역(61, 62)은 소스(S) 및 드레인(D)의 역할을 할 수 있다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 효과들 중 일부를 설명하기 위한 도면이다.
상술한 본 발명의 실시예들을 참조하여 설명한 바와 같이, 레이저를 이용하여 레이어를 패터닝, 건조 및 경화가 가능하다. 레이어의 패터닝, 건조 및 경화에 사용되는 레이저는 도 14의 (a)에 도시된 바와 같이 특정 파장 대역(예를 들어, 0.5μ 대역)에서 특정 에너지 흡수량이 높음을 알 수 있다. 또한, 레이어를 형성하는데 사용되는 나노 입자들은 특정 대역에서 에너지 흡수가 우수하다. 따라서, 특정 파장 대역에서 에너지 밀도가 우수한 레이저를 이용하여 나노 입자의 레이저를 패터닝, 건조 및 경화함으로써, 기판의 손상 등 기존의 문제점을 해결할 수 있다.
또한, 상술한 본 발명의 실시예들에 의하면, 레이저를 레이어 중 원하는 영역에 선택적으로 조사하여 레이어를 패터닝할 수 있으며, 결과적으로 레이어를 형성하는 나노 입자들을 선택적으로 소결(sintering)할 수 있다.
또한, 기존의 주지된 인쇄법들 대신 레이저를 이용하여 패터닝함으로써, 고해상도(High Resolution)의 인쇄 전자 소자를 제조할 수 있다. 해상도는 기판 또는 패터닝된 레이어의 표면의 균일도이다. 주지된 인쇄법들은 예를 들어, 오프셋 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 그라비아 오프셋 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법 등이 있다.
도 14의 (b)는 기존의 잉크젯 인쇄법과 본 발명의 실시예에 따른 레이저를 이용한 신터링을 적용한 경우, 각각의 해상도를 보여준다.
도 14의 (b)를 참조하면, width는 레이어의 폭, height는 패터닝된 레이어의 높이를 나타낸다. 잉크젯 인쇄법에 의해 패터닝된 레이어의 표면의 높이는 균일하지 않음을 알 수 있으며, 레이어가 20㎛~160㎛, 즉, 140㎛의 폭을 가지는 부분에서 패터닝된 레이어의 높이는 대략 최대 200㎚, 최소 50㎚로서, 높이의 차이가 크다. 반면, 레이저를 이용하여 레이어를 패터닝한 경우, 레이어가 대략 80㎛~90㎛, 즉, 10㎛의 폭을 가지는 부분에서 패터닝된 레이어의 높이는 대략 최대 50㎚, 최소 0㎚로서, 높이의 차이가 잉크젯 인쇄법에 비해 작음을 알 수 있다. 따라서, 레이저를 이용하는 경우 해상도가 기존에 비해 우수하다.
도 15와 도 16은 본 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스를 이용하여 건조/경화시킨 결과를 나타내는 사진이다.
도 15와 ITO 나노입자로 패터닝된 기판을 355nm 파장을 가진 레이저 펄스(전력 50mW)를 이용하여 건조 및 경화시킨 결과를 나타낸 사진이다. 도 15를 참조하면, 좌측 사진처럼 패터닝된 입자들에 대하여 본원 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스를 인가하면, 도 15의 우측 사진에 나타난 것처럼 경화가 될 수 있음을 보여준다.
도 16은 아연산화물(ZnO)과 산화티탄(TiO2) 나노입자들로 패터닝된 기판을 55nm 파장을 가진 레이저 펄스(전력 50mW)를 이용하여 건조 및 경화시킨 결과를 나타낸 사진이다. 도 16을 참조하면, 좌측 사진처럼 패터닝된 입자들에 대하여 본원 발명의 일 실시예에 따른 레이저 펄스를 인가하면, 도 16의 우측 사진에 나타난 것처럼 경화가 될 수 있음을 보여준다.
도 17a와 17b는 본 발명의 일 실시예에 따른 특정 파장 대역의 레이저를 이용하여 다계층 기판을 건조/경화시킨 결과를 나타내는 사진이다.
도 17a는 폴리머 기판의 위쪽에서 찍은 사진(즉, +z 축에서 -z 축 방향을 바라 보면서 찍은 사진)이고, 도 17b는 도 17a의 단면 방향(즉, +x 방향에서 -x 방향을 바라 보면서 찍은 사진)에서 찍은 AFM(Atomic Force MicroScope) 스캐닝 사진이다.
본 실시예는 폴리머 기판상에 패터닝된 메탈 나노 입자를 YAG 레이저(파장 532nm)을 이용하여, 선택적으로 건조 및 경화시킨 것을 나타낸다. 도 17a와 도 17b를 참조하면 알 수 있듯이, 본 발명에 따르면 고분자 기판인 폴리머 기판의 손상 없이 메탈 나노 입자만을 선택적으로 건조 및 경화시킬 수 있다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 특정 파장 대역의 레이저를 이용하여 건조 및 경화시킨 결과를 나타낸 사진이다.
도 18은 메탈 나노 입자가 패터닝된 기판을 248nm 파장을 가진 Excimer laser를 이용하여 건조 및 경화시킨 것을 나타낸 것으로, 본 발명에 따르면 표면만을 건조 및 경화시킬 수 있다.
도 19는 본 발명의 다양한 실시예들에 사용되는 나노 입자의 잉크의 특성을 설명하기 위한 도면이다.
도 19의 (a)~(d)에서, 실선은 나노 입자, 점선은 벌크형 입자를 나타낸다.
도 19의 (a)를 참조하면, 나노 입자가 녹는 온도(Melting Temperature)는 나노 입자의 직경(Particle Diameter)이 작을수록 낮다. 반면, 벌크가 녹는 온도는 벌크의 직경과는 상관없이 일정하게 유지된다. 즉, 나노 입자가 녹는 온도는 기존의 잉크젯이나 그 외의 입자들에 비해 낮으며, 이는, 나노 입자를 처리(즉, 패터닝, 건조 및 경화 중 적어도 하나)하는 온도가 낮음을 의미한다. 이로써 레이저를 이용하여 나노 입자로 코팅된 레이어를 패터닝하는 경우, 낮은 온도로 처리가 가능하므로 기판의 손상을 최소화하고, 빠른 속도로 처리할 수 있다.
도 19의 (b)를 참조하면, 나노 입자의 경우 온도가 낮을 때는 저항(Resistivity)가 매우 크다가, 어느 정도 이상의 온도가 되면 저항(Resistivity)가 급격히 갑소하게 된다. 이러한 특성은 레이저를 이용하여 인쇄 소자를 만드는데 장점이 될 수 있다.
도 19의 (c)에서, Reflectivity는 빛 반사율, 즉, 레이저가 기판 또는 레이어에서 반사되는 정도를 의미한다. (c)를 참조하면, 온도가 낮을수록 나노 입자의 처리에 사용되는 레이저의 빛 반사율이 낮음을 알 수 있다. 이는, 온도가 높을수록 레이저는 레이어에 흡수되지 못하고 반사됨을 의미한다. 따라서, 레이저는 낮은 온도를 가지는 환경에서 보다 우수한 빛 반사율로서 나노 입자의 레이어를 처리할 수 있다.
도 19의 (d)에서 Weight Loss는 나노 입자로부터 나노 입자 외의 비전도성 유전체(s, R)가 분리되는 정도인 중량 손실률을 의미한다. (d)를 참조하면, 중량 손실률은 온도에 반비례한다. 즉, 온도가 낮을수록 나노 입자의 중량 손실률은 증가하므로, 낮은 온도를 가지는 환경에서, 레이저를 이용하여 나노 입자의 레이저를 보다 우수하게 처리할 수 있다.
도 20은 본 발명의 일 실시예에 따른 인쇄 전자 장치의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 20의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 위한 인쇄 전자 장치는 제1인쇄 전자 장치(100) 또는 제2인쇄 전자 장치(200) 중 하나일 수 있다.
S2010단계에서, 인쇄 전자 장치는 기판에 코팅된 제1레이어 중 제1전자 소자 영역으로 레이저를 조사할 수 있다. 조사되는 레이저에 의해 제1레이어가 패터닝되며, 제1전자 소자 영역은 건조 및 경화될 수 있다. 제1전자 소자 영역은 제1레이어 중 제1전자 소자가 형성될 영역으로서, 예를 들어, 배선이 설비될 수 있다. S2010단계에서, 인쇄 전자 장치는 연속형 펄스 또는 주기형 펄스 중 하나를 이용하여 레이저를 조사할 수 있다.
S2020단계에서, 인쇄 전자 장치는 제1레이어 중 외부 영역을 용매를 이용하여 제거할 수 있다. 외부 영역은 제1레이어 중 제1전자 소자 영역을 제외한 영역이다.
S2030단계에서, 인쇄 전자 장치는 기판 및 제1전자 소자 영역 상에 유전체를 도포하여 유전층이 형성되도록 하며, 유전층 상에 잉크를 도포하여 제2레이어가 형성되도록 할 수 있다.
S2040단계에서, 인쇄 전자 장치는 제2레이어 중 제2전자 소자 영역으로 레이저를 조사할 수 있다. 조사되는 레이저에 의해 제2레이어가 패터닝되며, 제2전자 소자 영역은 건조 및 경화될 수 있다. 제2전자 소자 영역은 제2레이어 중 제2전자 소자가 형성될 영역이다.
상술한 S2010단계 및 S2040단계에서 사용되는 레이저는 연속형 레이저 또는 펄스형 레이저 중 하나일 수 있다. 또한, S2010단계와 S2040단계에서 사용되는 레이저의 발진 펄스는 서로 다르거나 또는 같을 수 있다.
S2050단계에서, 인쇄 전자 장치는 제2레이어 중 외부 영역을 용매를 이용하여 제거할 수 있다. 외부 영역은 제2레이어 중 제2전자 소자 영역을 제외한 영역이다. 이로써, OFET와 같은 인쇄 전자 소자가 제조될 수 있다.
도 20에서 S2010단계 및 S2020단계만 수행되는 경우, 인쇄 전자 장치는 단층의 인쇄 전자 소자를 제조할 수 있으며, S2050단계까지 모두 수행되는 경우, 인쇄 전자 장치는 다층의 인쇄 전자 소자를 제조할 수 있다.
도 21은 본 발명의 다른 실시예에 따른 인쇄 전자 장치의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다.
도 21의 인쇄 전자 소자 제조 방법을 위한 인쇄 전자 장치는 제3인쇄 전자 장치(300) 또는 제4인쇄 전자 장치(400) 중 하나일 수 있다.
S2110단계에서, 인쇄 전자 장치는 기판에 코팅된 제1레이어 중 제1전자 소자 영역을 제외한 외부 영역으로 레이저를 조사할 수 있다. 조사되는 레이저에 의해 제1레이어는 패터닝되며, 제1레이어 중 외부 영역은 제거될 수 있다.
S2120단계에서, 인쇄 전자 장치는 제1레이어 중 제1전자 소자 영역으로 레이저를 조사하여 제1전자 소자 영역을 건조 및 경화시킬 수 있다. 이는, 제1전자 소자 영역은 잉크와 같은 액체상태이기 때문이며, 제1전자 소자 영역이 에어로졸인 경우, 레이저에 의한 건조 및 경화단계는 선택적으로 생략될 수도 있다.
S2130단계에서, 인쇄 전자 장치는 기판 및 제1전자 소자 영역 상에 유전체를 도포하여 유전층이 형성되도록 하며, 유전층 상에 잉크를 도포하여 제2레이어가 형성되도록 할 수 있다.
S2140단계에서, 인쇄 전자 장치는 제2레이어 중 제2전자 소자 영역을 제외한 외부 영역으로 레이저를 조사할 수 있다. 조사되는 레이저에 의해 제2레이어는 패터닝되면, 제2레이어 중 외부 영역은 제거될 수 있다.
S2150단계에서, 인쇄 전자 장치는 제2레이어 중 제2전자 소자 영역으로 레이저를 조사하여 제2전자 소자 영역을 건조 및 경화시킬 수 있다.
상술한 S2110단계, S2120단계, S2140단계 및 S2150단계에서 사용되는 레이저는 연속형 레이저 또는 펄스형 레이저 중 하나일 수 있다. 또한, S2110단계와 S2140단계에서 사용되는 레이저의 발진 펄스는 서로 다르거나 또는 같을 수 있다.
도 21에서 S2110단계 및 S2120단계만 수행되는 경우, 인쇄 전자 장치는 단층의 인쇄 전자 소자를 제조할 수 있으며, S2150단계까지 모두 수행되는 경우, 인쇄 전자 장치는 다층의 인쇄 전자 소자를 제조할 수 있다.
이상 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하였지만 본 발명의 권리범위가 이에 제한되는 것은 아니다.
전술한 실시예들의 경우, 기판 상에 상하 방향을 따라 두개 층의 레이어가 마련되는 것에 관해 설명하였지만, 레이어의 개수는 3개 이상일 수 있으며, 이러한 경우에도 본 발명의 잉크 경화 시스템이 충분히 적용될 수 있다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100: 제1인쇄 전자 장치 110: 제1레이저 발생기
120: 제1워싱기 130: 제1제어기
200: 제2인쇄 전자 장치 210: 제1레이저 발생기
220: 제2워싱기 230: 제2레이저 발생기
240: 제2제어기 300: 제3인쇄 전자 장치
310: 제3레이저 발생기 320: 제3제어기
400: 제4인쇄 전자 장치 410: 제3레이저 발생기
420: 제4레이저 발생기 430: 제4제어기
120: 제1워싱기 130: 제1제어기
200: 제2인쇄 전자 장치 210: 제1레이저 발생기
220: 제2워싱기 230: 제2레이저 발생기
240: 제2제어기 300: 제3인쇄 전자 장치
310: 제3레이저 발생기 320: 제3제어기
400: 제4인쇄 전자 장치 410: 제3레이저 발생기
420: 제4레이저 발생기 430: 제4제어기
Claims (21)
- 기판 상에 코팅된 제1레이어를 패터닝하는 인쇄 전자 장치에 있어서,
레이저를 상기 제1레이어 중 제1전자 소자에 대응하는 제1전자 소자 영역에 조사하는 제1레이저 발생기; 및
상기 제1레이어 중 상기 제1전자소자 영역 외의 외부 영역을 제거하는 워싱기;를 포함하며,
상기 제1레이저 발생기에 의해 조사되는 레이저에 의해 상기 제1레이어가 패터닝되어 상기 제1전자 소자가 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1레이저 발생기에 의해 조사되는 레이저는 펄스형 레이저로서, 상기 기판이 손상되지 않도록 상기 펄스형 레이저의 펄스 주기가 조절된 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1레이저 발생기에 의해 조사되는 레이저에 의해 상기 제1전자 소자 영역이 건조 및 경화되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 삭제
- 삭제
- 제1항 또는 제3항에 있어서,
상기 제1레이저 발생기는, 레이저를 연속적으로 발생시키는 연속형 레이저 또는 펄스형 레이저 중 어느 하나를 조사하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1레이저 발생기는, 미리 결정된 대역에서 발진 파장이 변하는 레이저를 발생시키는 가변파장 레이저 발생기(TWLG: Tunable Wavelength Laser Generator)인 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 제7항에 있어서,
상기 제1레이어 상에 제2레이어가 코팅되면, 상기 제1레이저 발생기는 상기 제1레이어 및 상기 제2레이어를 향해 서로 다른 파장 대역의 레이저를 조사하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1레이어 상에 제2레이어가 코팅되면, 상기 제1레이저 발생기는 상기 제2레이어로 레이저를 조사하며, 상기 제2레이어로 조사되는 레이저에 의해 상기 제2레이어가 패터닝되어 제2전자 소자가 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 레이저를 연속적으로 발생시키는 연속형 레이저 및 상기 레이저를 펄스 주기에 따라 발생시키는 펄스형 레이저 중 하나를 조사하도록 상기 제1레이저 발생기를 제어하는 제어기;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 제1항에 있어서,
상기 제1레이어 상에 코팅된 제2레이어에 레이저를 조사하는 제2레이저 발생기;를 더 포함하며,
상기 제2레이저 발생기로부터 조사되는 레이저에 의해 상기 제2레이어가 패터닝되어 제2전자 소자가 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 장치. - 기판 상에 제1레이어를 코팅하는 단계;
상기 제1레이어 중 제1전자 소자에 대응하는 제1전자 소자 영역에 레이저를 조사하는 단계; 및
상기 제1레이어 중 상기 제1전자 소자가 형성되는 영역 외의 외부 영역을 제거하는 단계;를 포함하며,
상기 레이저를 조사하는 것에 의해 상기 제1레이어가 패터닝되어 상기 제1전자 소자가 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 제1전자 소자 영역에 조사되는 레이저는 펄스형 레이저로서, 상기 기판이 손상되지 않도록 상기 펄스형 레이저의 펄스 주기가 조절된 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 레이저를 조사하는 것에 의해, 상기 제1전자 소자 영역이 건조 및 경화되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 외부 영역을 제거하는 단계는,
워싱기를 이용하여 상기 외부 영역을 제거하는 단계인 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 외부 영역을 제거하는 단계는,
레이저를 조사하여 상기 외부 영역을 제거하는 단계인 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 제12항에 있어서,
상기 레이저의 파장은 미리 결정된 대역에서 발진 파장이 변하는 레이저인 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 제17항에 있어서,
상기 제1레이어 상에 제2레이어를 코팅하는 단계; 및
상기 제2레이어 중 제2전자 소자에 대응하는 제2전자 소자 영역에 레이저를 조사하는 단계;를 더 포함하며,
상기 제2레이어로 조사되는 레이저에 의해 상기 제2레이어가 패터닝되어 상기 제2전자 소자가 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 제18항에 있어서,
상기 제1레이어로 조사되는 레이저의 파장과 상기 제2레이어로 조사하는 레이저의 파장은 서로 다른 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 제18항에 있어서,
상기 제1레이어 및 상기 제2레이어로 조사되는 각각의 레이저는 연속적으로 발생되는 연속형 레이저 및 펄스 주기에 따라 발생되는 펄스형 레이저 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 인쇄 전자 소자 제조 방법. - 삭제
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- 2011-03-11 KR KR1020110021685A patent/KR101073863B1/ko active IP Right Grant
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