KR101336850B1 - 피디엠에스 블렌드, 이를 이용한 기판의 표면처리 방법,그리고 이를 이용한 박막형성 방법 - Google Patents

피디엠에스 블렌드, 이를 이용한 기판의 표면처리 방법,그리고 이를 이용한 박막형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는, 기판을 친수성 영역과 소수성 영역으로 표면처리하기 위해 사용되는 몰드(mold)용 PDMS 블렌드(polydimethylsiloxane blend)로서, 메틸기(-CH3)를 포함하는 가교결합 형태의 제 1 PDMS와; 말단기에 메틸기를 갖으며 주쇄가 선형으로 이루어진 제 2 PDMS를 포함하며, 상기 제 2 PDMS는 블렌드 함량의 1 ~ 5 중량 %를 차지하는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드를 제공한다.

Description

피디엠에스 블렌드, 이를 이용한 기판의 표면처리 방법, 그리고 이를 이용한 박막형성 방법{POLYDIMETHYLSILOXANE BLEND, METHOD OF SURFACE TREATMENT OF SURFACE USING THE SAME, AND METHOD OF FORMING THIN FILM USING THE SAME}
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PDMS 블렌드의 구조식에 대한 도면.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 기판의 표면처리 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 PDMS 몰드가 표면 전사된 기판에 대한 SEM(scanning electronic microscope) 사진에 대한 도면.
〈도면의 주요부분에 대한 부호의 설명〉
210:PDMS 몰드 220: 기판
본 발명은 기판의 표면처리 방법에 관한 것이며, 특히 PDMS(polydimethylsiloxane) 몰드를 이용한 기판의 표면처리 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 표시장치용 기판 상에 일정 패턴을 형성학 위해서는 감광성 물질을 포함한 사진식각 공정(photolithography)이 이용되지만, 용액타입 물질을 일정 패턴으로 선택적 영역에만 성막하고자 하기 위해서는 사진식각 공정을 적용할 수도 있지만, 사진식각 공정은 노광, 현상 공정 등을 포함하므로 용액타입 물질의 물성 변화를 가져올 수도 있다.
대안으로, 잉크젯 프린팅(inkjet printing) 방법을 이용할 수도 있으나, 이 방법은 미세 패턴으로 균일하게 형성하는 것이 어렵고 또 이를 위해서는 별도의 격벽을 형성해야 하는 공정적인 번거로움이 따르는 문제점이 있었다.
상기 문제점들을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 별도의 사진식각 공정이나 잉크젯 프린팅 공정없이 용액타입의 물질을 기판 상에 일정 패턴으로 형성하기 위한 기판의 표면처리 방법 및 이를 이용한 박막의 형성방법을 제공하고자 한다.
이를 위하여, 본 발명에서는 소프트 몰드의 일종인 PDMS 몰드를 이용하여 기판 표면처리를 함에 있어서, 기판 표면에 소수성 영역을 용이하게 형성할 수 있도록 선형 폴리머 체인을 일정 함량 포함하는 PDMS 블렌드 물질을 이용하고자 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 제 1 특징에서는, 기판을 친수성 영역과 소수성 영역으로 표면처리하기 위해 사용되는 몰드(mold)용 PDMS 블렌드(polydimethylsiloxane blend)로서, 메틸기(-CH3)를 포함하는 가교결합 형태의 제 1 PDMS와; 말단기에 메틸기를 갖으며 주쇄가 선형으로 이루어진 제 2 PDMS를 포함하며, 상기 제 2 PDMS는 블렌드 함량의 1 ~ 5 중량 %를 차지하는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드를 제공한다.
상기 제 2 PDMS는 상기 제 1 PDMS보다 낮은 표면에너지를 가지는 것을 특징으로 하고, 상기 메틸기는 소수성 작용기로 이용되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 2 특징에서는, 기판을 친수성 영역과 소수성 영역으로 표면처리 하기위해 사용되는 몰드(mold)용 PDMS 블렌드(polydimethylsiloxane blend)로서, 메틸기(-CH3)를 포함하는 가교결합 형태의 제 1 PDMS(polydimethylsiloxane)와; 말단기에 메틸기를 갖으며 주쇄가 선형으로 이루어진 제 2 PDMS를 포함하며, 상기 제 2 PDMS는 블렌드 함량의 1 ~ 5 중량 %를 차지하는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드물질을 마스터 몰드(master mold)에 의해 PDMS 몰드로 형성하는 단계와; 상기 PDMS 몰드를 기판 표면에 일정시간 접촉시킨 다음, 상기 기판으℃로부터 떼어내는 단계와;
상기 PDMS 몰드의 메틸기가 소수성 작용기로서 상기 기판과 접촉된 영역으로 전사되어, 상기 기판 상에 소수성 영역을 정의하고, 그 외 영역은 친수성 영역으로 정의하는 단계를 포함하는 기판의 표면처리 방법을 제공한다.
상기 PDMS 몰드를 상기 기판에 접촉하는 단계에서, 상기 기판을 열처리하는 단계를 더 포함하고, 상기 열처리 단계의 온도범위는 25도(℃) ~ 80도(℃) 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하고, 상기 기판 표면에 상기 PDMS를 접촉시키는 시간은 1분(min) ~ 20분 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하며, 상기 PDMS 몰드를 형성하는 단계에서는, 상기 PDMS 블렌드 물질을 상기 마스터 몰드에 채우는 단계와, 상기 마스터 몰드에 채워진 PDMS 블렌드 물질을 경화시키는 단계와, 상기 경화된 PDMS 블렌드 물질을 상기 마스터 몰드로부터 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제 3 특징에서는, 기판을 친수성 영역과 소수성 영역으로 표면처리하기 위해 사용되는 몰드(mold)용 PDMS 블렌드(polydimethylsiloxane blend)로서, 메틸기(-CH3)를 포함하는 가교결합 형태의 제 1 PDMS(polydimethylsiloxane)와; 말단기에 메틸기를 갖으며 주쇄가 선형으로 이루어진 제 2 PDMS를 포함하며, 상기 제 2 PDMS는 블렌드 함량의 1 ~ 5 중량 %를 차지하는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드물질을 마스터 몰드(master mold)에 의해 PDMS 몰드로 형성하는 단계와; 상기 PDMS 몰드를 기판 표면에 일정시간 접촉시킨 다음, 상기 기판에서 떼어내는 단계와; 상기 PDMS 몰드의 메틸기가 소수성 작용기로서 상기 기판과 접촉된 영역으로 전사되어, 상기 기판 상에 소수성 영역을 정의하고, 그 외 영역은 친수성 영역으로 정의하는 단계와; 상기 소수성 영역 및 친수성 영역을 가지는 기판 상에 용액 타입의 재료 물질을 도포하고, 상기 영역의 특성 차이로 인한 표면 반발력을 이용하여 패터닝하는 단계를 포함하는 박막 형성방법을 제공한다.
상기 용액타입의 재료 물질은, 나노파티클(nano particles), 나노와이어(nano wire), 졸-겔 타입(sol-gel type) 유기물질, 유기/무기 하이브리드(hybrid) 물질, 고분자 유기전계발광 물질 또는 유기반도체 물질인 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명의 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 PDMS 블렌드의 구조식에 대한 도면이다.
도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 PDMS 몰드를 이루는 PDMS 블렌드(100)는 가교결합 형태의 제 1 PDMS(100a)와 주쇄가 선형으로 이루어진 제 2 PDMS(100b)로 이루어져 있다. 도면으로 제시하지 않았지만, 제 1, 2 PDMS(100a, 100b)는 각각 SiO2가 반복 배열된 형태로, 각각 소수성 작용기인 메틸기(-CH3)를 포함하며 특히 상기 제 2 PDMS(100b)는 말단기에 상기 메틸기를 포함한다.
본 발명에 따른 PDMS 블렌드(100)는 상기 제 2 PDMS(100b)를 선형 폴리머 체인으로 포함함으로써, 기판 표면에 접촉할 때 마다 소수성 작용기가 전사되어 선택적으로 패턴을 구현하는 것을 용이하게 할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 상기 선형 폴리머 체인인 제 2 PDMS(100b)를 일정 함량으로 가교결합 형태의 제 1 PDMS(100a)에 삽입하게 되면, 상기 선형 폴리머 체인은 가교결합 폴리머 체인에 비해 표면에너지가 낮아서 결합에너지가 낮고 이에 따라 표면밖으로 스며나오려는 특성이 있어 표면 전사가 용이하게 이루어져 소수성 영역을 형성하는데 더욱 용이하다.
바람직하게, 상기 제 2 PDMS(100b)의 함량은 전체 PDMS 블렌드(100)의 1 ~ 5 중량 % 사이의 범위에서 선택되는 것이다.
이러한 함량 범위를 가지면, 상기 PDMS 블렌드(100)을 이용하여 형성된 PDMS 몰드의 접촉각(contact angle)을 대략 90도(°) 정도의 값을 가지도록 할 수 있어 그 표면 처리 특성을 높일 수 있다.
상기 PDMS 블렌드(100)를 이용하여, 기판 표면처리를 한 다음 그 위에 형성가능한 용액타입의 물질로는 나노파티클(nano particles), 나노와이어(nano wire), 졸-겔 타입(sol-gel type) 유기물질, 유기/무기 하이브리드(hybrid) 물질, 고분자 유기전계발광 물질 또는 유기반도체 물질을 들 수 있다.
기존에는, 단순히 가교결합형태의 폴리머 체인으로 이루어진 PDMS 중합체를 몰드로 이용하는 기판 표면처리 방법이 제안되었는데, 이럴 경우 미경화된 단량체의 전사에 의해서만 표면처리가 이루어지므로 몰드 내구성에 문제가 있었지만, 본 발명에 따른 PDMS 블렌드(100)의 경우에는 일정 함량의 선형 폴리머 체인을 포함함에 따라 내구성을 향상시킬 수 있고 표면을 선택적으로 보다 용이하게 소수성 처리할 수 있다.
도 2a 내지 2d는 본 발명의 일실시예에 따른 기판의 표면처리 방법을 공정 순서에 따라 도시한 단면도이다.
도 2a는, 몰드 형상틀에 해당하는 마스터 몰드(200; master mold)에 PDMS 블렌드 물질을 붓고 경화시킨 후 분리시킴으로써, PDMS 몰드(210)를 형성하는 단계이 다.
상기 PDMS 블렌드는, 가교결합 형태의 폴리머 체인에 선형 폴리머 체인을 일정함량 삽입하여 이루어진 것으로, 바람직하게는 선형 폴리머 체인을 블렌드 함량의 1 ~ 5 중량 %로 포함하는 것이다.
도 2b는, 기판(220) 상에 상기 PDMS 몰드(210)를 올려놓고 일정시간 접촉시킨 후 기판(220)으로부터 떼어내는 단계이다.
상기 PDMS 몰드(210)는 기판(220)에 접촉시킬 때, 상기 기판(220)을 일정온도로 가열하게 되는데 , 그 온도 범위는 25도(℃) ~150도(℃)로 할 수 있으며, 바람직하게는 25도(℃) ~ 80도(℃)로 하는 것이다. 만약, 온도가 150도(℃) 이상으로 되면 몰드 고분자 사슬의 해중합(depolymerization)이 발생될 수 있으므로 접촉 온도 범위 설정은 중요하다. 그리고, 상기 PDMS 몰드(210)의 접촉시간은 원하는 접촉각을 획득하기 위해서는 적어도 1분(min) 이상 접촉하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1분~20분 범위로 설정하는 것이다.
이러한 공정조건에 의하면, 상기 PDMS 몰드(210)는 기판(220)과의 접촉각(θ)을 대략 90도(°)로 적절하게 유지할 수 있다.
도 2c는, 상기 PDMS 몰드(210)와 접촉되었던 기판 영역은 소수성 영역(HA1)으로 정의되고, 그 외 영역은 친수성 영역(HA2)으로 정의되는 단계이다. 상기 PDMS 몰드(210)와 접촉되었던 부분에는 미경화된 단량체 및 선형 폴리머 체인(212)이 전사되어 이들의 메틸기가 소수성 작용기로 작용하여 소수성을 띠게 되는 것을 특징으로 한다.
도 2d는, 친수성 또는 소수성 특성을 가지는 용액 타입의 유기재료물질, 유기/무기 하이브리드 물질, 나노파티클, 나노와이어 등의 재료를 도포한 다음, 표면 반발력을 이용하여 자동 얼라인 방식으로 박막 패턴(222)을 형성하는 단계이다.
만약, 해당 용액 타입 물질이 친수성을 띨 경우, 상기 용액 타입 물질은 소수성 영역과의 표면 반발력에 의해 친수성 영역에만 선택적으로 형성될 것이고, 반대의 경우라면 상기 용액 타입 물질은 친수성 영역과의 표면 반발력에 의해 소수성 영역에만 선택적으로 형성될 것이다.
도면으로 제시하지 않았지만, 상기 PDMS 몰드를 이용한 기판 표면처리 방법은 대표적으로 유기전계발광 소자에 있어서, 제 1 전극이 형성된 기판 상에 유기전계발광 물질로 이루어진 유기전계발광층을 형성할 때 적용할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 PDMS 몰드가 표면 전사된 기판에 대한 SEM(scanning electronic microscope) 사진에 대한 도면이다.
도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 PDMS 몰드로 기판 표면처리를 하게 되면, 전체 블랜드 함량의 1 ~ 5 중량 %를 차지하는 선형 폴리머 체인의 표면 전사 특성에 의해 보다 용이하게 PDMS 물질을 기판 표면 상에 전사시킬 수 있다. 이때, PDMS 몰드와 기판 접촉시간은 1분~ 20분 범위에서 이루어졌고, 기판 상에 표면거칠기를 주는 패턴들이 기판 표면에 전사되어 소수성 영역을 정의하는 PDMS 물질에 해당된다.
그러나, 본 발명은 상기 실시예 들로 한정되지 않고, 본 발명의 취지에 어긋나지 않는 한도 내에서 다양하게 변경하여 실시할 수 있다.
이상과 같이, 본 발명에 따른 PDMS 몰드를 이용한 기판의 표면처리 방법에 의하면, 별도의 사진식각 공정이나 잉크젯 프린팅 공정없이 간단하고 재료의 물성 변화없이 용액타입 물질의 패터닝 공정을 수행할 수 있고, 특히 선형 폴리머 체인을 일정 함량 포함함에 따라 기판의 표면 전사를 용이하게 하고 몰드 내구성을 향상시킬 수 있으며, 기판 접촉각을 원하는 각도범위로 가지는 것이 가능하여 보다 효과적인 기판 표면처리가 가능하다.

Claims (10)

  1. 기판을 친수성 영역과 소수성 영역으로 표면처리하기 위해 사용되는 몰드(mold)용 PDMS 블렌드(polydimethylsiloxane blend)로서,
    메틸기(-CH3)를 포함하는 가교결합 형태의 제 1 PDMS와;
    말단기에 메틸기를 갖으며 주쇄가 선형으로 이루어진 제 2 PDMS
    를 포함하며, 상기 제 2 PDMS는 블렌드 함량의 1 ~ 5 중량 %를 차지하는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 PDMS는 상기 제 1 PDMS보다 낮은 표면에너지를 가지는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 메틸기는 소수성 작용기로 이용되는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드.
  4. 기판을 친수성 영역과 소수성 영역으로 표면처리 하기위해 사용되는 몰드(mold)용 PDMS 블렌드(polydimethylsiloxane blend)로서, 메틸기(-CH3)를 포함하는 가교결합 형태의 제 1 PDMS(polydimethylsiloxane)와; 말단기에 메틸기를 갖으며 주쇄가 선형으로 이루어진 제 2 PDMS를 포함하며, 상기 제 2 PDMS는 블렌드 함량의 1 ~ 5 중량 %를 차지하는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드물질을 마스터 몰드(master mold)에 의해 PDMS 몰드로 형성하는 단계와;
    상기 PDMS 몰드를 기판 표면에 일정시간 접촉시킨 다음, 상기 기판으로부터 떼어내는 단계와;
    상기 PDMS 몰드의 메틸기가 소수성 작용기로서 상기 기판과 접촉된 영역으로 전사되어, 상기 기판 상에 소수성 영역을 정의하고, 그 외 영역은 친수성 영역으로 정의하는 단계
    를 포함하는 기판의 표면처리 방법.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 PDMS 몰드를 상기 기판에 접촉하는 단계에서, 상기 기판을 열처리하는 단계를 더 포함하는 기판의 표면처리 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 열처리 단계의 온도범위는 25도(℃) ~ 80도(℃) 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기판의 표면처리 방법.
  7. 제 4 항에 있어서,
    상기 기판 표면에 상기 PDMS를 접촉시키는 시간은 1분(min) ~ 20분 범위에서 선택되는 것을 특징으로 하는 기판의 표면처리 방법.
  8. 제 4 항에 있어서,
    상기 PDMS 몰드를 형성하는 단계에서는, 상기 PDMS 블렌드 물질을 상기 마스터 몰드에 채우는 단계와, 상기 마스터 몰드에 채워진 PDMS 블렌드 물질을 경화시키는 단계와, 상기 경화된 PDMS 블렌드 물질을 상기 마스터 몰드로부터 분리시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 기판의 표면처리 방법.
  9. 기판을 친수성 영역과 소수성 영역으로 표면처리하기 위해 사용되는 몰드(mold)용 PDMS 블렌드(polydimethylsiloxane blend)로서, 메틸기(-CH3)를 포함하는 가교결합 형태의 제 1 PDMS(polydimethylsiloxane)와; 말단기에 메틸기를 갖으며 주쇄가 선형으로 이루어진 제 2 PDMS를 포함하며, 상기 제 2 PDMS는 블렌드 함량의 1 ~ 5 중량%를 차지하는 것을 특징으로 하는 PDMS 블렌드물질을 마스터 몰드(master mold)에 의해 PDMS 몰드로 형성하는 단계와;
    상기 PDMS 몰드를 기판 표면에 일정시간 접촉시킨 다음, 상기 기판에서 떼어내는 단계와;
    상기 PDMS 몰드의 메틸기가 소수성 작용기로서 상기 기판과 접촉된 영역으로 전사되어, 상기 기판 상에 소수성 영역을 정의하고, 그 외 영역은 친수성 영역으로 정의하는 단계와;
    상기 소수성 영역 및 친수성 영역을 가지는 기판 상에 용액 타입의 재료 물질을 도포하고, 상기 영역의 특성 차이로 인한 표면 반발력을 이용하여 패터닝하는 단계
    를 포함하는 박막 형성방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 용액타입의 재료 물질은, 나노파티클(nano particles), 나노와이어(nano wire), 졸-겔 타입(sol-gel type) 유기물질, 유기/무기 하이브리 드(hybrid) 물질, 고분자 유기전계발광 물질 또는 유기반도체 물질인 것을 특징으로 하는 박막 형성방법.
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