KR101100408B1

KR101100408B1 - 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법

Info

Publication number: KR101100408B1
Application number: KR1020090064602A
Authority: KR
Inventors: 노지환; 이제훈; 정 서; 이택민
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2011-12-30
Also published as: KR20110006954A

Abstract

본 발명의 일 실시예는 소수성 기판의 기설정된 패턴을 따라 마이크로 요철을 형성하여 상대적으로 친수가능 부분을 형성하고, 이 친수 가능 부분에 수용액을 접촉시켜 수용액에 포함된 입자들로 기설정된 패턴을 형성하는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법은, 소수성 기판에 마이크로 요철을 형성하는 요철 형성 단계, 입자들이 포함된 수용액을 담고 있는 수용액조에 상기 소수성 기판을 투입하고 상기 수용액에 초음파를 가하여 상기 마이크로 요철에 수용액을 부착하는 수용액 부착 단계, 상기 수용액조로부터 상기 소수성 기판을 꺼내어 에어를 분사하여 상기 요철에 부착되는 상기 수용액을 남기고 상기 요철 외곽에 부착되는 상기 수용액을 제거하는 수용액 선택 단계, 및 상기 요철에 부착되어 있는 상기 수용액의 상기 입자들로 기설정된 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계를 포함한다.

마이크로 요철, 소수성, 기판, 패턴, 수용액

Description

소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법 {Patterning Method Against Non-aqueous phase Substrate}

본 발명은 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 마이크로 요철과 초음파를 이용하여 소수성 기판에 기설정된 패턴을 형성하는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

실리콘(silicone) 수지는 폴리디메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane)과올리고실록산(oligosiloxane) 분자들로 이루어진다.

PDMS를 포함하는 고분자 기판은 표면에 마이크로 요철이 없는 경우, 표면과 수용액 사이에 형성되는 접촉 각이 90도 이상인 소수성을 유지한다.

또한, 표면에 마이크로 요철이 있는 경우, PDMS 고분자 기판과 수용액 사이에 형성되는 수용액의 접촉 각이 예를 들면 150도 이상으로 더 커진다.

즉 PDMS 고분자 기판은 소수성을 가지며, 마이크로 요철이 있는 경우, 마이크로 요철 내의 에어 갭(air gap)에 의하여, 수용액의 접촉 각이 더욱 커지면서 더 강한 소수성을 가지게 된다.

PDMS 고분자 기판에서 마이크로 요철 내의 에어 갭을 제거하면, 마이크로 요 철은 마이크로 요철이 없는 부분에 비하여 수용액을 보다 강한 힘으로 당기는, 즉 상대적으로 친수 가능 부분을 가질 수 있게 된다.

본 발명의 일 실시예는 소수성 기판의 기설정된 패턴을 따라 마이크로 요철을 형성하여 상대적으로 친수 가능 부분을 형성하고, 이 친수 가능 부분에 수용액을 접촉시켜 수용액에 포함된 입자들로 기설정된 패턴을 형성하는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

상기 패턴 내에 형성되는 상기 요철에서 단위 철부의 폭은 1 내지 20㎛ 범위를 포함할 수 있다.

상기 패턴 내에 형성되는 상기 요철의 피치는 0.1 내지 100㎛ 범위를 포함할 수 있다.

상기 입자는 나노 전도성 입자로 형성될 수 있다.

상기 패턴 형성 단계는, 상기 요철에 남은 상기 수용액을 건조하고 상기 수용액의 상기 입자들을 상기 요철에 소결하여 상기 기판에 상기 패턴을 형성할 수 있다.

상기 패턴 형성 단계는, 상기 요철에 남은 상기 수용액을 피인쇄기판에 인쇄하여 상기 피인쇄기판에 상기 패턴을 형성하는 인쇄단계를 더 포함할 수 있다.

이와 같이 본 발명의 일 실시예에 따르면, 소수성 기판에 마이크로 요철을 형성하고, 수용액조에 소수성 기판을 투입하여 초음파를 가하므로, 마이크로 요철에 수용액을 부착하고, 요철 이외에 부착된 수용액에 에어를 분사하므로 요철에 부착된 수용액의 입자들로 패턴을 형성하는 효과가 있다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법의 순 서도이다. 도1을 참조하면, 일 실시예에 따른 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법(이하, "패턴 형성 방법"이라 한다)은 요철 형성 단계(ST10), 수용액 부착 단계(ST20), 수용액 선택 단계(ST30) 및 패턴 형성 단계(ST40)를 포함한다.

요철 형성 단계(ST10)는 소수성 기판(1)에 마이크로 상태의 요철(凹凸)(11)을 형성한다. 예를 들면, 기판(1)은 PDMS 고분자 기판으로 형성될 수 있고, 별도로 제작되는 금형(2)을 이용하여 제작될 수 있다.

소수성은 기판(1)은 수용액과 90도 초과의 접촉 각으로 접촉되어, 기판(1)에 대한 수용액의 접착력이 약한 기판을 의미한다. 따라서 소수성에 반대 의미를 가지는 친수성은 수용액과 기판의 접촉 각이 90도 미만으로 형성되어 기판에 대한 수용액의 접착력이 강한 것을 의미한다. 또한 마이크로 상태의 요철(11)은 1 내지 990㎛ 범위의 크기로 형성되는 요철을 포함한다.

금형(2)은 마이크로 상태의 요홈들(21)을 구비하여, 기판(1)에 마이크로 상태의 요철(11)을 형성할 수 있게 한다. 예를 들면, 기판(1)은 금형(2)의 요홈(21)에 의하여 표면에 형성되는 철부(111)를 포함한다.

요철(11)은 기판(1)의 표면에서 돌출되는 철부들(111)와, 철부들(111) 사이 및 기판(1)의 표면에 의하여 설정되는 공간으로 형성되는 요부들(112)을 포함한다. 금형(2)에 의하여 기판(1)에 형성되는 요철(11)은 기판(1)에서 기설정된 패턴(P1)을 형성한다. 도1의 기판(1)은 단위 패턴의 한 단면을 예시한다.

패턴(P1)을 형성하는 요철(11)에서 단위 철부(111)의 폭(W)은 1 내지 20㎛ 범위를 포함할 수 있다. 기판(1)은 소수성을 가지며, 표면에 요철(11)에 의한 패 턴(P1)을 더 형성하므로 요부(112)의 에어 갭(AG)에 의하여 더욱 소수성을 띠게 된다. 예를 들면, 요철(11)의 피치(PC)는 0.1 내지 100㎛ 범위를 포함할 수 있다.

제한된 기판(1)의 면적과, 이에 형성해야 할 패턴(P2)의 개수가 설정되므로 철부(111)의 폭(W) 크기, 예를 들면, 1 내지 20㎛는 기판(1)에 설정 개수의 패턴(P1) 형성을 가능하게 하고, 패턴(P1) 내에서 요철(11)의 피치(PC)를 0.1 내지 100㎛ 범위로 가능하게 한다.

철부(111)의 폭(W)이 1㎛ 미만이면 금형(2) 및 기판(1)의 형성이 어려워지고, 20㎛초과하면 기판(1) 내에 설정된 패턴(P2)의 개수를 형성하기 어려워진다. 또한 피치(PC)가 0.1㎛ 미만이면 에어 갭(AG)을 제거하는 경우, 수용액의 입경에 비하여 피치(PC)가 지나치게 작아서 요철(11)이 수용액을 당기는 힘이 약해지고, 100㎛ 초과이면 수용액의 입경에 비하여 피치(PC)가 지나치게 커서 제거될 에어 갭(GA)이 형성되지 않아 요철(11)에 의하여 수용액을 당기는 효과가 저하된다.

수용액 부착 단계(ST20)는 입자들이 포함된 수용액을 담고 있는 수용액조(3)에 기판(1)을 투입하고, 수용액에 초음파를 가하여 마이크로 요철(11)에 수용액을 부착한다.

이를 위하여, 수용액조(3)는 일측에 초음파 발생기(31)를 구비한다. 초음파 발생기(31)의 작동으로 발생되는 초음파 진동은 수용액을 통하여 기판(1)의 요부(112) 및 에어 갭(AG) 주위의 수용액에 전달되어 수용액을 요부(112)에 밀어 넣고 요부(112)에 형성되어 있던 에어 갭(AG)을 제거한다.

따라서 기판(1)이 소수성임에도 불구하고, 요철(11)의 철부(111)와 요 부(112)는 상대적으로 친수 가능 부분을 형성하여, 수용액을 끌어당겨 요철(11)로 형성되는 패턴(P1)에 수용액을 부착한다. 수용액은 입자들을, 예를 들면 나노 크기의 전도성 입자들을 포함한다. 물론, 기판(1)의 패턴(P1) 이외 부분에도 수용액이 부분적으로 부착된다.

수용액 선택 단계(ST30)는 수용액조(3)로부터 기판(1)을 꺼내어 에어를 분사함으로써 요철(11)에 부착되는 수용액(L1)을 부착 상태로 남기고, 요철(11) 외곽에 부착되어 있는 수용액(L2)을 제거한다.

이때, 요철(11)에 부착된 수용액(L1)은 기판(1)의 표면과의 사이에 90도보다 작은 접촉 각(A1)을 형성하므로 기판(1)과의 사이에 강한 부착력을 가지며, 요철(11)의 외곽에 부착된 수용액(L2)은 90보다 큰 접촉 각(A2)을 형성하므로 기판(1)과의 사이에 약한 부착력을 가진다.

패턴 형성 단계(ST40)는 노즐(32)로 기판(1)에 에어를 분사하므로 요철(11)의 외곽에 부착된 수용액(L2)은 제거되고, 요철(11)에 부착된 수용액(L1)만 남아서 요철(11)의 패턴(P1)에 대응하는 수용액(L1)을 남긴다. 노즐(32)에서 분사되는 에어의 압력은 요철(11)에 부착된 수용액(L1)을 부착 상태로 유지시킬 수 있는 범위 내에서, 기판(1)과 수용액 및 요철(11)의 구조에 따른 실험치에 의하여 설정 및 변경될 수 있다.

패턴 형성 단계(ST40)는 요철(11)에 부착된 상태로 남아 있는 수용액(L1)의 입자들로 요철(11)의 패턴(P1)에 대응하는 기설정된 패턴(P2)을 형성한다.

예를 들면, 패턴 형성 단계(ST40)는 요철(11)에 남은 수용액(L1)을 건조하 고, 잔류하는 수용액 입자를 요철(11)에 소결함으로써 요철(11)에 의한 패턴(P1)에 대응하는 패턴(P2)을 기판(1)에 형성할 수 있다. 건조 및 소결된 패턴은 패턴(P2)과 동일한 구조로 형성되므로 도시 생략한다.

소결 후, 입자들에 의하여 형성되는 최종 패턴(편의상, ST40을 참조하면)은 기판(1)과의 사이에 형성되는 접촉 각(A1)을 0보다 크고 90도보다 작게 형성한다. 최종 패턴을 소결 구조로 형성하는 경우, 기판(1)은 소결 온도에서 변형되지 않는 재질로, 예를 들면 글라스로 형성될 수 있다.

도2는 도1의 방법에 이어지는 공정을 더 포함하는 본 발명의 제2 실시예에 따른 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법의 순서도이다.

제1 실시예의 패턴 형성 방법은 요철(11)에 부착되는 수용액(L1)의 패턴(P2)을 건조 및 소결하여 기판(1)에 최종 패턴을 형성하는 데 비하여, 제2 실시예의 패턴 형성 방법은 요철(11)에 부착되는 수용액(L1)의 패턴(P2)을 통하여 별도의 피인쇄기판(4)에 패턴(P3)을 형성한다.

따라서 제2 실시예의 패턴 형성 방법에서 패턴 형성 단계(ST40)는 인쇄단계(ST50)를 더 포함한다. 인쇄단계(ST50)는 기판(1)의 요철(11)에 패턴(P2)을 형성한 후, 피인쇄기판(4)을 준비하고(ST51), 요철(11)에 형성된 수용액(L1) 패턴(P2)을 피인쇄기판(4)에 인쇄하여 피인쇄기판(4)에 패턴(P3)을 형성한다(ST52). 이때, 기판(1)의 요철(11)에는 수용액이 부분적으로 부착되어 있을 수 있다.

이와 같이 형성되는 최종 패턴은 디스플레이를 형성하는 글라스기판의 전극 패턴이나, 바이오 셀 등에 적용될 수 있다.

도3은 본 발명의 일 실시예를 적용한 실제 패턴의 사진(a), 패턴에 잉크를 묻힌 사진(b) 및 패턴에서 잉크를 불어낸 사진(b)이다.

(a)를 참조하면, PDMS를 포함하는 소수성 기판(1)에 요철(11)의 패턴(P1)이 형성되어 있다.

(b)를 참조하면, 기판(1)의 요철(11) 패턴(P1)을 물에서 초음파 세척한 후, 수용액에 대응하는 잉크를 묻히면 패턴(P1) 및 주위에 잉크가 묻어 잉크 패턴(P2)이 형성된다. 즉 굴절률로 인하여, 잉크 패턴(P2)에서 요철(11) 패턴(P)이 잘 보이지 않는 중간 부분에 많은 잉크가, 외곽에는 적은 잉크가 묻어 있다.

(c)를 참조하면, 잉크 패턴(P2)에서 잉크를 불어 내면, 요철(11) 외곽에 묻은 잉크가 제거되고, 요철(11)에 대응하는 부분에만 잉크가 남아서 요철(11)에 대응하는 잉크 패턴(P2)이 형성된다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

도1은 본 발명의 일 실시예에 따른 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법의 순서도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1 : 기판 2 : 금형

3 : 수용액조 4 : 피인쇄기판

11 : 요철 21 : 요홈

31 : 초음파 발생기 32 : 노즐

111 : 철부 112 : 요부

A1, A2 : 접촉 각 L1, L2 : 수용액

P1, P2, P3 : 패턴 PC : 피치

Claims

소수성 기판에 마이크로 요철을 형성하는 요철 형성 단계;

입자들이 포함된 수용액을 담고 있는 수용액조에 상기 소수성 기판을 투입하고 상기 수용액에 초음파를 가하여 상기 마이크로 요철에 수용액을 부착하는 수용액 부착 단계;

상기 수용액조로부터 상기 소수성 기판을 꺼내어 에어를 분사하여 상기 요철에 부착되는 상기 수용액을 남기고 상기 요철 외곽에 부착되는 상기 수용액을 제거하는 수용액 선택 단계; 및

상기 요철에 부착되어 있는 상기 수용액의 상기 입자들로 기설정된 패턴을 형성하는 패턴 형성 단계

를 포함하는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법.
제1 항에 있어서,

상기 패턴이 형성된 요철에서 단위 철부의 폭은 1 내지 20㎛ 범위를 포함하는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법.
제2 항에 있어서,

상기 패턴이 형성된 요철에서 상기 요철의 피치는 0.1 내지 100㎛ 범위를 포함하는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법.
제2 항에 있어서,

상기 입자는 나노 전도성 입자로 형성되는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법.
제1 항에 있어서,

상기 패턴 형성 단계는,

상기 요철에 남은 상기 수용액을 건조하고 상기 수용액의 상기 입자들을 상기 요철 상에서 소결하여 상기 기판에 상기 패턴을 형성하는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법.
제1 항에 있어서,

상기 패턴 형성 단계는,

상기 요철에 남은 상기 수용액을 피인쇄기판에 인쇄하여 상기 피인쇄기판에 상기 패턴을 형성하는 인쇄단계를 더 포함하는 소수성 기판에 대한 패턴 형성 방법.