KR101429003B1 - 하이브리드 방식의 용액 도포 장치 및 방법 - Google Patents

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최경현
당현우
김형찬
고정범
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제주대학교 산학협력단
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Abstract

본 발명은 용액을 미립화하여 기판에 도포하는 장치 및 방법에 대한 것으로서 특히 ESD 방식에 의해 용액을 일차 미립화하는 한편 표면 탄성파 유닛에 의해 용액을 이차 미립화하여 최종적으로 기판에 상기 미립화된 용액을 도포하여 입자의 크기를 서브 나노 스케일로 할 수 있는 것이다.

Description

하이브리드 방식의 용액 도포 장치 및 방법{APPARATUS FOR COATING SOLUTION BASED ON HYBRID TYPE AND METHOD THEREOF}
본 발명은 용액을 미립화하여 기판에 도포하는 장치 및 방법에 대한 것으로서 특히 ESD 방식에 의해 용액을 일차 미립화하는 한편 표면 탄성파 유닛에 의해 용액을 이차 미립화하여 최종적으로 기판에 상기 미립화된 용액을 도포하여 입자의 크기를 서브 나노 스케일로 할 수 있는 것이다.
지진이 발생하면, P파와 S파에 이어 지표를 따라서 진동이 물결처럼 전해져 온다. 이와 같이, 자유 표면의 탄성체에는 표면에 국재하여 전해지는 물결이 존재하는 이를 표면 탄성파(surface acoustic wave)라고 한다.
이를 위해 사용되는 압전성 재료는 외부로부터 신호가 가해지면 일그러지는 현상이 발생하게 되는데, 이러한 압전성 재료의 베이스 상에 빗살모양의 전극을 형성하고 신호를 가하면 표면탄성파를 일으킬 수 있게 된다.
한편, 이러한 표면 탄성파를 이용하여 액체를 미립화하여 이송하는 기술이 개발되어 왔으며, 도 1을 참조하여 설명한다.
도시된 바와 같이 기판(S)이 도면상 좌측에서 우측으로 이동하고 있으며, 일 측에서는 표면 탄성파를 이용하여 용액을 미립화시키는 표면 탄성파 유닛(2)이 배치된다.
이러한 표면 탄성파 유닛(2)에 의해 용액이 미립화된 후 기판(S)의 저면에 도포된다.
그러나, 종래의 표면탄성파 도포기술은 자유낙하 또는 용액에 담궈진 상태에서 입자를 미립화하는 과정을 이용하며, 이러한 경우 자유낙하를 통한 용액 공급 시 연속적이지 못한 용액 공급으로 표면탄성파 도포공정이 비연속적이어서 작업 효율이 낮고 도포된 용액의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 표면 탄성파를 발생시키기 위해 널리 알려진 IDT 기판을 사용하는 경우 상기 IDT기판을 용액상에 담근 후 표면탄성파를 발생할 경우, 상기 IDT기판에 인가되는 전압이 단락되어 IDT패턴이 벗겨지는 등의 데미지가 발생하는 문제점이 있었다.
한편, 상술한 바와 같은 표면 탄성파를 이용한 증착 또는 용액 도포 등의 기술은 널리 알려진 기술로서 특히 아래의 선행기술문헌에 자세히 기재되어 있는바 자세한 설명과 도시는 생략한다.
한국 등록 특허 제0285577호 한국 공개 특허 제10-2012-0081895호 한국 등록 특허 제10-1061518호 한국 공개 특허 제1061518호 한국 공개 특허 10-2011-0098829호 일본 공개 특허 제1998-112585호 일본 공개 특허 제2004-165399호 일본 공개 특허 제2000-244100호 일본 공개 특허 제1997-214107호
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 ESD 방식에 의해 용액을 일차 미립화하고 표면 탄성파 방식에 의해 용액을 이차 미립화하여 연속적인 용액 공급이 가능해져 작업 효율과 품질을 향상시킬 수 있는 한편 IDT와 같은 표면 탄성파 발생 유닛을 용액상에 담그지 않아도 되는 관계로 상기 표면 탄성파 발생 유닛에 발생하는 손상을 감소시킬 수 있는 하이브리드 방식의 용액 도포 장치 및 방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 용액을 일차 미립화하는 ESD 유닛(100)과, 상기 미립화된 용액을 이차 미립화하여 기판(S)에 상기 용액을 도포하는 표면 탄성파 유닛(200)을 포함하는 하이브리드 방식의 용액 도포 장치에 일 특징이 있다.
이때, 상기 ESD 유닛(100)은 전원이 인가된 상태에서 용액을 분출하는 금속 노즐(110)을 포함하는 것도 가능하다.
또한, 상기 표면 탄성파 유닛(200)은 상기 ESD유닛(100)의 금속 노즐(110) 일 측에 배치되는 것으로서 전원이 인가되어 상기 금속 노즐(110)에서 토출된 용액이 도달하며 일차 미립화되는 한편 표면 탄성파를 발생하는 표면 탄성파 발생 부재(210)와, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210) 일 측에 배치되되 전원이 인가되는 한편 일 측면이 개방부(221)가 형성된 제2전극(220)과, 상기 제2전극(220) 일 측에 배치되되 전원이 인가되는 한편 도포 대상이 되는 기판(S)이 안착되는 제1전극(230)을 포함하여, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)에서 이차 미립화된 용액이 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 기판(S)에 도포되는 것도 가능하다.
또한, 상기 표면 탄성파 유닛(200)의 표면 탄성파 발생 부재(210)는 상기 금속 노즐(110)의 저면에 위치하고, 상기 제2전극(220)은 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)의 상 측에 배치되며, 상기 제1전극(230)은 상기 제2전극(220)의 상 측에 배치되어, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)측으로 분출되어 일차 미립화된 용액은 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 제1전극(230)의 저면에 설치되어 있는 기판(S)에 이차 미립화되며 도포되는 것도 가능하다.
또한, 상기 표면 탄성파 유닛(200)의 표면 탄성파 발생 부재(210)는 상기 금속 노즐(110)의 저면에 위치하고, 상기 제2전극(220)은 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)의 하측에 배치되며, 상기 제1전극(230)은 상기 제2전극(220)의 하측에 배치되어, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)측으로 분출되어 일차 미립화된 용액은 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 제1전극(230)의 상면에 설치되어 있는 기판(S)에 이차 미립화되며 도포되는 것도 가능하다.
또한, 본 발명은 상술한 도포 장치를 이용하여 용액을 기판에 도포하는 방법으로서, ESD 유닛(100)에 의해 용액을 일차 미립화한 후 표면 탄성파 유닛(200)에 의해 용액을 이차 미립화하여 기판(S)에 상기 용액을 도포하는 하이브리드 방식의 용액 도포 방법에 또 다른 특징이 있다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다라는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 ESD 방식을 이용하여 용액을 일차 미립화하고 표면 탄성파 방식에 의해 용액을 이차 미립화하여 연속적인 용액 공급이 가능해져 작업 효율과 품질을 향상시킬 수 있는 한편 IDT와 같은 표면 탄성파 발생 유닛을 용액상에 담그지 않아도 되는 관계로 상기 표면 탄성파 발생 유닛에 발생하는 손상을 감소시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 표면 탄성파 유닛을 이용하여 기판에 용액을 도포하는 것을 설명하는 개념도,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도포 장치를 도시하는 개념도,
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도포 장치를 도시하는 개념도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, "제1", "제2", "일면", "타면"등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로서, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 이하 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지기술에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태를 상세히 설명하기로 한다.
첨부된 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 도포 장치를 도시하는 개념도이고, 도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 도포 장치를 도시하는 개념도이다.
본 발명은 상술한 바와 같이 도포하고자 하는 용액을 일차 미립화하는 ESD 유닛(100)과, 상기 일차 미립화된 용액을 이차 미립화하여 기판(S)에 상기 용액을 도포하는 표면 탄성파 유닛(200)을 포함하는 하이브리드 방식의 도포 장치(10)이다.
즉, 상술한 바와 같이 ESD 유닛(100)과 표면 탄성파 유닛(200)을 병용하여 용액을 기판(S)에 도포하는 것이다.
상술된 바와 같이 종래의 표면탄성파 도포기술은 자유낙하 또는 용액에 담궈진 상태에서 입자를 미립화하는 과정을 이용하며, 이러한 경우 자유낙하를 통한 용액 공급 시 연속적이지 못한 용액 공급으로 표면탄성파 도포공정이 비연속적이어서 작업 효율이 낮고 도포된 용액의 품질이 저하되는 문제점이 있었다.
또한, 표면 탄성파를 발생시키기 위해 널리 알려진 IDT 기판을 사용하는 경우 상기 IDT기판을 용액상에 담근 후 표면탄성파를 발생할 경우, 상기 IDT기판에 인가되는 전원이 단락되어 IDT패턴이 벗겨지는 등의 데미지가 발생하는 문제점이 있었다.
본 발명은 이러한 문제점을 해결한 것으로서, 상술된 바와 같이 ESD 유닛(100)과 표면 탄성파 유닛(200)을 병용하여 용액을 연속 공급하는 한편 용액을 2차에 걸쳐 미립화하여 용액 입자의 크기가 나노 스케일 이하로 미립화되고 이에 의해 용액의 도포 공정 및 품질을 향상시킬 수 있는 것이다.
또한, 상술된 바와 같이 표면 탄성 발생 유닛을 용액에 담그지 않아도 무방하므로 상기 표면 탄성파 발생 유닛의 손상을 감소시킬 수 있다.
한편, 일반적으로 ESD(Electrostatic Spray Deposition)방식의 도포 기법이라고 하는 것은 전기장을 이용하여 용액을 분사하는 기법을 말한다.
상기 방식은 전기장에 대전된 전도성 나노 입자/ 전도성 고분자/ 전도성 저분자 용액 등을 기판 위에 도포하여 인쇄 전자 소재를 패터닝시킬 수 있도록 개발된 것이다.
이러한 기술은 방울의 크기, 시료의 농도, 분사시간 등으로 도포량을 조절할 수 있어 고속 대면적 분사가 가능한 특징이 있으며, 이는 널리 알려진 기술로서 특히 한국등록특허 제1061518호에 자세히 기재되어 있으므로 자세한 설명과 도시는 생략한다.
본 발명의 ESD 유닛(100)은 상술한 ESD 방식의 기술을 이용하는 것으로서 도 2에 도시된 바와 같이 전원이 인가된 상태에서 용액을 분출하는 금속 노즐(110)을 포함한다.
즉, 상기 금속 노즐(110)에 전원이 인가되어 있으므로 상기 금속 노즐(110)에 저장되어 있는 용액 역시 전원이 인가되어 극성을 띠게 된다.
이때, 상기 금속 노즐(110) 일 측에 배치되는 것으로서 후술되는 표면 탄성파 발생 부재(210)의 경우도 전원이 인가되어 있으므로 상기 금속 노즐(110)과 표면 탄성파 발생 부재(210)사이에 전기장이 발생하여 상술한 바와 같은 방식에 의해 용액이 분출되며 일차 미립화된다.
즉, 상기 금속 노즐(110)과 표면 탄성파 발생 부재(210)사이의 전기장에 의해 상기 금속 노즐(110) 내부에 저장된 용액이 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)측으로 분출되면서 일차 미립화된다.
이러한 본 발명에 의해 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)측으로 분출되는 용액이 연속적으로 분출될 수 있어 상술한 바와 같이 작업 공정과 품질을 향상시킬 수 있다.
특히 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)의 경우 용액이 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)상에 미립화되면서 뿌려지게 되므로, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)가 용액에 담겨지지 않는다.
따라서, 종래에 발생하는 문제점 즉, 전원이 단락되어 IDT기판과 같은 표면 탄성파 발생 부재가 손상되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 상기 표면 탄성파 유닛(200)은 상기 ESD유닛(100)의 금속 노즐(110) 일 측에 배치되는 것으로서 전원이 인가되어 상기 금속 노즐(110)에서 토출된 용액이 도달하며 일차 미립화되는 한편 표면 탄성파를 발생하는 표면 탄성파 발생 부재(210)와, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210) 일 측에 배치되되 전원이 인가되는 한편 일 측면이 개방부(221)가 형성된 제2전극(220)과, 상기 제2전극(220) 일 측에 배치되되 전원이 인가되는 한편 도포 대상이 되는 기판(S)이 안착되는 제1전극(230)을 포함한다.
즉, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)는 상술된 바와 같이 금속 노즐(110)과 연계하여 ESD방식에 의해 용액을 일차 미립화하는 한편 표면 탄성파에 의해 상기 일차 미립화된 용액을 이차 미립화하며, 상기 제1전극(230)과 제2전극(220)의 전압 차에 의해 상기 용액이 상기 제1전극(230) 및 제2전극(220)측으로 향하게 된다.
이때, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)에서 이차 미립화된 용액이 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 기판(S)에 도포되는 것이다.
한편 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)는 상술한 바와 IDT 기판을 사용할 수 있으며 이는 널리 알려진 구성이므로 자세한 설명과 도시는 생략한다.
한편, 본 발명의 도포 장치(10)의 배치는 도 2에 도시된 바와 같이 상기 표면 탄성파 유닛(200)의 표면 탄성파 발생 부재(210)는 상기 금속 노즐(110)의 저면에 위치하고, 상기 제2전극(220)은 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)의 상 측에 배치되며, 상기 제1전극(230)은 상기 제2전극(220)의 상 측에 배치되도록 할 수 있다.
이때, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)측으로 분출되어 일차 미립화된 용액은 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 제1전극(230)의 저면에 설치되어 있는 기판(S)에 이차 미립화되며 도포되는 것이다.
한편, 상기 금속 노즐(110)은 도시된 바와 같이 ?극성을 가지도록 전원(V3)을 인가할 수 있고 상기 표면 탄성파 발생 유닛(210)은 +극성을 가지도록 전원(V4)을 인가할 수 있다.
또한, 상기 제1차 전극(230)과 제2차 전극(220) 역시 +극성을 가지도록 전원(V1,V2)를 인가할 수 있으며 상기 인가된 전압차이에 의해 상술한 바와 같은 도포가 가능해 진다.
한편, 상술한 바와 같은 전원을 공급하는 장치는 널리 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 발명의 도포 장치(10)의 배치는 도 3에 도시된 바와 같이 상기 표면 탄성파 유닛(200)의 표면 탄성파 발생 부재(210)는 상기 금속 노즐(110)의 저면에 위치하고, 상기 제2전극(220)은 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)의 하측에 배치되며, 상기 제1전극(230)은 상기 제2전극(220)의 하측에 배치되도록 할 수 있다.
이때, 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)측으로 분출되어 일차 미립화된 용액은 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 제1전극(230)의 상면에 설치되어 있는 기판(S)에 이차 미립화되며 도포된다.
이를 위해 상술한 표면 탄성파 발생 부재(210) 및 제1전극(230) 그리고 제2전극(220)의 전압을 조정하여 상술한 바와 같은 도포를 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 이상 설명한 바와 같은 도포 장치를 이용하여 용액을 기판에 도포하는 방법으로서, ESD 유닛(100)에 의해 용액을 일차 미립화한 후 표면 탄성파 유닛(200)에 의해 용액을 이차 미립화하여 기판(S)에 상기 용액을 도포한다.
이에 의해 ESD 방식을 이용하여 용액을 일차 미립화하고 표면 탄성파 방식에 의해 용액을 이차 미립화하여 연속적인 용액 공급이 가능해지고 입자의 크기도 나노 스케일 이하로 할 수 있어, 작업 효율과 품질을 향상시킬 수 있는 한편 IDT와 같은 표면 탄성파 발생 유닛을 용액상에 담그지 않아도 되는 관계로 상기 표면 탄성파 발생 유닛에 발생하는 손상을 감소시킬 수 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야의 통상을 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함이 명백하다.
본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 범주에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 명확해질 것이다.
100 : ESD 유닛 110 : 금속 노즐
200 : 표면 탄성파 유닛 210 : 표면 탄성파 발생 부재
220 : 제2전극 221 : 개방부
230 : 제1전극 S : 기판

Claims (6)

  1. 용액을 일차 미립화하는 ESD 유닛(100)과,
    상기 미립화된 용액을 이차 미립화하여 기판(S)에 상기 용액을 도포하는 표면 탄성파 유닛(200)을 포함하되,
    상기 표면 탄성파 유닛(200)은 상기 ESD유닛(100)의 금속 노즐(110) 일 측에 배치되는 것으로서,
    전원이 인가되어 상기 금속 노즐(110)에서 토출된 용액이 도달하며 일차 미립화되는 한편 표면 탄성파를 발생하는 표면 탄성파 발생 부재(210);
    상기 표면 탄성파 발생 부재(210) 일 측에 배치되되 전원이 인가되는 한편 일 측면이 개방부(221)가 형성된 제2전극(220); 및
    상기 제2전극(220) 일 측에 배치되되 전원이 인가되는 한편 도포 대상이 되는 기판(S)이 안착되는 제1전극(230)을 포함하여,
    상기 표면 탄성파 발생 부재(210)에서 이차 미립화된 용액이 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 기판(S)에 도포되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 용액 도포 장치.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면 탄성파 유닛(200)의 표면 탄성파 발생 부재(210)는 상기 금속 노즐(110)의 저면에 위치하고,
    상기 제2전극(220)은 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)의 상 측에 배치되며,
    상기 제1전극(230)은 상기 제2전극(220)의 상 측에 배치되어,
    상기 표면 탄성파 발생 부재(210)측으로 분출되어 일차 미립화된 용액은 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 제1전극(230)의 저면에 설치되어 있는 기판(S)에 이차 미립화되며 도포되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 용액 도포 장치.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 표면 탄성파 유닛(200)의 표면 탄성파 발생 부재(210)는 상기 금속 노즐(110)의 저면에 위치하고,
    상기 제2전극(220)은 상기 표면 탄성파 발생 부재(210)의 하측에 배치되며,
    상기 제1전극(230)은 상기 제2전극(220)의 하측에 배치되어,
    상기 표면 탄성파 발생 부재(210)측으로 분출되어 일차 미립화된 용액은 상기 제2전극(220)의 개방부(221)를 통해 상기 제1전극(230)의 상면에 설치되어 있는 기판(S)에 이차 미립화되며 도포되는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 용액 도포 장치.
  6. 청구항 1, 청구항 4 및 청구항 5 중 어느 한 항에 따른 도포 장치를 이용하여 용액을 기판에 도포하는 방법으로서,
    ESD 유닛(100)에 의해 용액을 일차 미립화한 후 표면 탄성파 유닛(200)에 의해 용액을 이차 미립화하여 기판(S)에 상기 용액을 도포하는 것을 특징으로 하는 하이브리드 방식의 용액 도포 방법.
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