KR101461075B1 - 전사 인쇄용 기판, 전사 인쇄용 기판 제조 방법 및 전사 인쇄 방법 - Google Patents

전사 인쇄용 기판, 전사 인쇄용 기판 제조 방법 및 전사 인쇄 방법 Download PDF

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Abstract

전사 인쇄 기술이 제공된다. 전사 인쇄 기판은 다수개의 기둥 구조와 그 위에 도포되는 희생층을 포함한다. 전사층의 정위치 정렬은 기둥 구조 및 그와 대응하는 전사층의 저면에 형성되는 오목 구조에 의한 구조적 구속 또는 기둥 구조와 전사층의 화학적 결합에 의해서 이루어진다. 구조적 구속에 의한 정위치 정렬에서는 제거되고 남은 희생층이 접착요소로서 역할을 할 수 있다. 전사 과정은 희생층에 의한 접착의 분리, 기둥 구조와 전사층의 화학적 결합 상태에서 기둥 구조의 절단, 또는 기둥 구조와 핸들링 기판 간의 접착의 분리에 의해서 이루어진다. 이러한 전사 인쇄 기판 및 그를 이용한 전사 인쇄 방법은 높은 정렬도 및 전사수율을 갖게 되며, 플렉시블한 초박막 소자를 다양한 전사면에 전사할 수 있다.

Description

전사 인쇄용 기판, 전사 인쇄용 기판 제조 방법 및 전사 인쇄 방법{TRANSFER PRINTING SUBSTRATE, MENUFACTURING METHOD THEREOF, AND METHOD OF TRANSFER PRINTING}
본 발명은 전사 인쇄 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기둥 구조를 이용함으로써 초박막 소자의 경우에도 높은 정렬도와 전사율을 구현할 수 있는 전사 인쇄용 기판, 전사 인쇄용 기판 제조 방법 및 전사 인쇄방법에 관한 것이다.
미래 전기 전자 소자들은 형상 가변성을 가질 필요가 있다. 예를 들어 소자들은 의복 또는 인체 장기와 같이 반복적인 형태 변형이 요구되거나 다양한 형태의 표면을 갖는 건물 외벽에 변형된 형태로 부착 및 유지될 수 있기 때문이다. 형태 변형을 위한 충분한 기계적 유연성과 신축성은 소자의 구조를 초박막화하거나 기판 자체의 두께를 줄임으로써 실현될 수 있다. 그러나 기판의 두께를 수십 마이크로미터 이하로 할 경우에는 제조 공정 과정 중에 틀어지거나 휘어지기 쉽다. 따라서 소자 공정에 요구되는 안정성을 확보하기 위해 초박막 기판을 지지해 주는 핸들링 기판을 사용하고 있다. 이와 같이 핸들링 기판에 의해 지지된 초박막 기판은 원하는 표면으로 부착하기 위해서는 높은 정렬도와 전사수율을 가지는 전사방법이 요구된다. 이를테면, 초박막 기판과 핸들링 기판 사이의 결합력을 조절하기 위해 기판 사이에 희생층을 도입하고 공정 후 희생층을 제거하는 방식이 이용되고 있다. 희생층을 제거하여 기판 사이의 결합력을 약화시킨 후 원하는 표면에 전사시킨다.
그러나 에칭 용액을 통해 희생층을 제거할 경우, 핸들링 기판 위의 초박막 기판이 부유하여 본래의 위치를 벗어나 정렬도를 떨어뜨리거나 에칭 과정 중 가라앉은 초박막 기판이 핸들링 기판과 강하게 결합하여 전사수율을 떨어뜨리게 된다.
이를 개선하기 위한 방법으로 핸들링 기판에 오목구조를 형성하여 기계적 결합을 유지하는 지지대를 도입하거나 고분자 희생층을 이용해 에칭 과정 중 구조적 형태에 구속된 잔여물에 의해 소자의 정렬도를 높이는 방법이 연구된 바 있고, 그 밖에 계면 사이의 결합력을 낮추기 위해 레이저를 이용하거나 열을 이용한 방법들이 개발된 바 있다. 그러나 손상 받기 쉬운 에칭 용액을 사용한다는 점, 오랜 에칭 시간에 따른 패턴의 부유 현상의 발생한다는 점, 고비용이 소요된다는 점, 열에 의해 손상 가능성이 있다는 점 등의 문제점이 있다.
따라서 높은 유연성과 신축성을 가지는 초박막 소자를 제조하는데 있어서, 공정의 안정성을 확보하는 동시에 높은 정렬도와 전사수율을 실현할 수 있는 방법이 필요하다.
한국특허공개 제10-2006-0125620호
본 발명은 기둥 구조와 희생층을 이용함으로써 소자의 손상을 최소화하면서 높은 전사수율과 정렬도를 구현하고 핸들링 기판과 초박막 기판 사이의 안정적인 결합력을 유지할 수 있는 전사 인쇄용 기판을 제공한다.
본 발명은 상술한 개선된 전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 상술한 개선된 전사 인쇄용 기판 및 그 제조방법을 이용하는 전사 인쇄 방법을 제공한다.
본 발명은 전사층을 지지하는 전사 인쇄용 기판을 제공하며, 이는: 핸들링 기판; 및 상기 핸들링 기판 상에 형성된 다수개의 기둥 구조;를 포함한다.
상기 핸들링 기판은 상기 다수개의 기둥 구조와의 접착을 강화하기 위한 접착 보강층을 포함할 수 있다.
상기 다수개의 기둥 구조를 포함하는 상기 핸들링 기판의 전면에 도포된 희생층을 더 포함하고, 상기 핸들링 기판과 상기 다수개의 기둥 구조 상에 도포되어 상기 다수개의 기둥 구조의 상부를 노출시키는 희생층을 더 포함한다.
상기 희생층은 상기 전사층, 상기 핸들링 기판, 및 상기 다수개의 기둥 구조에 대하여 선택적으로 제거 가능하다.
상기 희생층은 적어도 상기 기둥구조 및 상기 전사층과 접착력을 가진다.
상기 다수개의 기둥 구조는 상기 전사층과 화학적 결합이 가능한 물질로 형성된다.
본 발명은 또한 전사층을 지지하는 전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법을 제공하며, 이 방법은: (a) 핸들링 기판 상면에 다수개의 기둥 구조를 형성하는 단계; 및 (b) 희생층을 상기 핸들링 기판 상에 형성하되 상기 다수개의 기둥 구조를 포함하는 전체면을 덮거나 상기 다수개의 기둥 구조의 상부를 노출시키도록 형성하는 단계;를 포함한다.
상기 단계 (a)는: 핸들링 기판 상에 감광성 고분자 물질을 도포하는 단계; 및 상기 다수개의 기둥 구조를 형성하도록 포토리소 그래피 공정을 진행하는 단계;를 포함한다.
상기 감광성 고분자 물질을 도포하기 전에, 상기 핸들링 기판 상면에 상기 감광성 고분자 물질과 상기 핸들링 기판의 접착력을 높이는 접착 보강층을 먼저 형성할 수 있다.
상기 희생층은 적어도 상기 전사층 및 상기 다수개의 기둥 구조와 접착력을 가진다.
상기 희생층은 상기 핸들링 기판, 상기 다수개의 기둥 구조, 및 상기 전사층에 대하여 선택적인 제거가 가능한 것이다.
상기 다수개의 기둥 구조의 고분자 물질은 상기 전사층과 화학적 결합이 가능한 것이다.
상기 희생층은 상기 전사층이 전사 중간 매개체로 전사되기 전에 일부 또는 전부가 제거된다.
본 발명은 전사 인쇄 방법을 제공하며, 이 방법은: (1) 핸들링 기판 상면에 다수개의 기둥 구조를 형성하는 단계; (2) 희생층을 상기 핸들링 기판 상에 형성하되 상기 다수개의 기둥 구조를 포함하는 전체면을 덮거나 상기 다수개의 기둥 구조의 상부를 노출시키도록 형성하는 단계; (3) 상기 희생층의 상면 또는 상기 희생층과 상기 다수개의 기둥 구조의 상면을 포함하는 전체면에 전사층의 일부 또는 전부를 제조하는 단계; (4) 상기 희생층의 일부 또는 전부를 선택적으로 제거하는 단계; 및 (5) 상기 전사층을 전사 중간 매개체로 전사시키는 단계;를 포함한다.
상기 단계 (2) 전에 상기 핸들링 기판의 상면에 상기 다수개의 기둥 구조와의 접착을 강화하기 위한 접착 보강층을 형성하는 단계를 더 진행할 수 있다.
상기 희생층은 상기 전사층을 상기 핸들링 기판 및 상기 다수개의 기둥 구조와 접착력을 가진다.
상기 다수개의 기둥 구조는 상기 전사층과 화학적 결합이 가능한 물질이다.
상기 단계 (5)에서 상기 전사층의 상기 전사 중간 매개체로의 전사는 상기 희생층에 의한 상기 전사층과 상기 핸들링 기판 또는 상기 다수개의 기둥 구조 간의 접착의 분리 또는 상기 다수개의 기둥 구조의 절단, 또는 상기 핸들링 기판과 상기 다수개의 기둥 구조 간의 접착의 분리에 의한 것이다.
본 발명에 따르면, 핸들링 기판 상에 기둥 구조들을 형성하여 전사층과 핸들링 기판을 접착/분리하기 때문에 높은 정렬도와 전사수율을 구현할 수 있다. 이러한 기둥 구조들은 전사층의 하면에 오목구조를 형성하기 때문에, 전사층을 구조적으로 구속하게 된다. 희생층의 제거를 위한 공정을 진행하더라도 구조적으로 일부가 잔류하여 접착제로서 역할을 수행하거나, 기둥 구조와 전사층이 화학적으로 결합되어 전사층을 정위치에 구속하게 된다. 또한 희생층이 제거되더라도 핸들링 기판과 고분자 기판이 완전히 밀착되지 않아 결합력이 약해져 전사가 용이하다. 수용성 고분자를 이용한 희생층은 물과 같이 다른 식각액에 비해 완화된 조건에서 소자 공정을 진행할 수 있고 다른 여러 희생층 물질의 경우, 소자 공전 전에 미리 제거하여 소자 손상의 가능성을 제거할 수 있다. 기둥 구조는 다양한 물질로 제작 가능하며 높이, 모양, 두께 등 다양한 요소를 조절하여 결합력을 조절할 수 있다. 또한 여러 종류의 핸들링 기판 위에 손쉽게 기둥 구조를 형성할 수 있기 때문에 핸들링 기판 종류에 제한 받지 않는다. 이는 핸들링 기판 자체를 식각하여 지지체를 만드는 방식과 달리 핸들링 기판 위에 기둥 구조를 형성하기 때문에 방법적인 면에서 비용이 적고 간단한 공정으로 형성 가능하다. 이뿐만 아니라 기존의 방법과는 달리 에칭 용액 및 열과 같은 소자에 손상을 유발할 수 있는 요소를 미연에 제거할 수 있으며, 오랜 에칭 시간에도 기둥 구조를 통해 초박막 기판과 핸들링 기판 사이에 일정한 결합력을 유지하여 높은 전사수율과 정렬도를 갖게 된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전사 인쇄용 기판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전사 인쇄용 기판의 제조방법 및 전사 인쇄 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 전사 인쇄 방법에서 희생층의 도포 양에 따른 정렬도(AD)와 전사수율(TY)을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 전사 인쇄 방법에서 희생층 제거를 위한 에칭 시간에 따른 정렬도와 전사수율을 나타낸 그래프이다.
도 5 는 본 발명의 전사 인쇄 방법에서 롤러를 이용해 테이프(전사 중간 매개체)로 전사 인쇄되는 과정을 보여주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 전사 인쇄 방법에서 10μm의 높이로 형성된 기둥 구조를 이용할 경우의 전사 과정을 보여주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 전사 인쇄 방법을 이용하여 다양한 모양을 갖는 전사층을 다양한 형태와 종류의 표면에 전사한 예를 보여주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 전사 인쇄 방법에서 전사층으로서 OLED 소자를 적용한 제조 과정을 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명의 전사 인쇄 방법에 따라 반도체 장치를 전사 인쇄한 과정을 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 전사 인쇄 방법에 따라 실시한 다양한 전사 인쇄의 예를 보여주는 도면이다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
먼저 간략히 설명하면, 본 발명에서는 예로서 실리콘웨이퍼와 같은 핸들링 기판 상에 예로서 스핀코팅을 이용하여 고분자를 코팅한 후 포토리소 그래피 공정을 통해 다수개의 기둥 구조를 형성한다. 이때, 핸들링 기판과 고분자 기둥 구조의 결합력을 높이기 위해 고분자를 필름형태로 코팅한 다음 그 위에 기둥 구조를 형성할 수도 있다. 다수개의 기둥 구조가 형성된 핸들링 기판에 상면에 예로서 스프레이 코팅, 스핀 코팅 등의 다양한 방법을 통해 희생층을 도포한다. 이러한 희생층은 기둥 구조의 높이가 낮을 경우 기둥 구조를 포함하는 핸들링 기판 전체면을 덮도록 도포된다. 기둥 구조의 높이가 높을 경우 기둥 구조의 상부가 노출되도록 핸들링 기판에 도포된다. 이때는 희생층이 핸들링 기판 상면과 기둥 구조의 하층부에만 도포되어 기둥 구조의 상부는 희생층이 없는 부분으로 남게 된다. 이러한 차이는 그 위에 형성되는 전사층과의 결합과 전사를 위한 분리에서 다른 방식이 적용되며, 각 방식마다 다른 원리로 정렬도와 전사수율을 조절할 수 있다. 예를 들어, 낮은 기둥 구조의 경우, 구조적인 구속으로 인해 기둥 구조들의 윗면 또는 주변에 잔여 희생층이 존재하게 되어 접착제 역할을 하게 된다. 이와 달리 높은 기둥 구조의 경우에는 기둥 구조 상부의 노출된 부위가 전사층과 화학적 결합을 이루게 된다. 양자 모두에서 거의 100%에 달하는 정렬도와 전사수율을 얻을 수 있다. 낮은 기둥 구조의 경우에는 전사 시 희생층에 의한 상기 전사층과 상기 핸들링 기판 또는 상기 다수개의 기둥 구조 간의 접착의 분리에 의해 전사가 이루어지고, 높은 기둥 구조의 경우 화학적 결합을 이루고 있는 기둥 구조의 절단(끊어짐)에 의해 전사가 이루어진다. 전사층은 기둥 구조가 형성된 핸들링 기판에 의해 지지된 상태에서 제조과정이 진행된다. 이를테면, 적층, 포토리소 그래피, 에칭 등과 같은 반도체 장치의 제조과정이 진행된다. 또한 경우에 따라서는 전사층이 유/무기 디스플레이 소자, 태양전지 등과 같은 소자일 경우에 소자의 구성요소가 희생층 제거 시에 손상되는 것을 방지하기 위해 전사층의 기판을 형성한 후 희생층을 제거한 상태로 소자 구성요소들을 형성하는 과정을 진행할 수 있다.
도 1의 (a) 및 (b)는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전사 인쇄용 기판을 개략적으로 도시한 도면이다.
도면을 참조하여, 본 발명의 전사 인쇄용 기판(1)은 핸들링 기판(11) 및 다수개의 기둥 구조(121 또는 122)를 포함한다. 또한 본 발명의 전사 인쇄용 기판(1)은 희생층(13)을 포함한다.
핸들링 기판(11)은 예를 들어 실리콘웨이퍼를 포함하여 그 위에 형성되는 기둥 구조(121, 122)들과 접착할 수 있는 물질로 이루어진 여느 기판일 수 있다. 바람직하게는 핸들링 기판(11)은 상면층에 기둥 구조(121, 122)들과 접착을 보강하기 위한 접착보강층(미도시)를 포함하는 것일 수 있다. 이러한 접착보강층은 예로서 고분자 물질로서 핸들링 기판(11) 상에 도포된 것일 수 있다.
핸들링 기판(11) 상면에 형성된 다수개의 기둥 구조(121, 122)는 예를 들어 SU-8과 같은 감광성 고분자 물질일 수 있다. 이러한 물질은 포토리소 그래피 공정과 같이 상대적으로 간단한 과정을 통해 기둥 구조(121, 122)를 형성할 수 있다. 다수개의 기둥 구조(121, 122)들의 형상은 특별한 제약이 없지만, 도시한 바와 같이 평단면 형상이 십자형 등과 같은 형태를 가질 때 추후 형성되는 전사층(21)과의 접촉면적을 상대적으로 넓히게 되는 효과를 가질 수 있다.
본 발명에 채용되는 다수개의 기둥 구조(121, 122)는 기둥 구조의 높이에 따른, 또는 다수개의 기둥 구조(121, 122)와 그 위에 형성되는 전사층(21)과의 결합방식에 따른 2가지 예를 가질 수 있다. 이를 테면, 일예는 다수개의 기둥 구조(121, 122)의 높이가 낮아서 희생층(13)이 핸들링 기판(11)과 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 모두 덮도록 형성되는 것이다. 또한 다른 예는 다수개의 기둥 구조(121, 122)의 높이가 상대적으로 높아서 핸들링 기판(11) 상에 도포되는 희생층(13)이 다수개의 기둥 구조(121, 122)의 상부를 노출시키도록 형성되는 것이다. 이러한 본 발명의 2가지 경우에 따라 기둥 구조(121, 122)들 간의 배치간격 및 도포되는 희생층(13)의 높이(두께)를 조절하여 100%에 가까운 정렬도 및 전사수율을 달성할 수 있게 된다.
이하 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전사 인쇄용 기판의 제조방법 및 전사 인쇄 방법을 상세하게 설명한다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전사 인쇄용 기판의 제조방법 및 전사 인쇄 방법을 설명하기 위해 도시한 도면이다. 도면에서 좌측은 사시도이고, 우측은 실제 제작된 기판의 전자 현미경 사진이다. 특히, 우측의 전자현미경 사진에서는 다수개의 기둥 구조(121, 122)의 높이가 2종류로서 이들은 각각 본 발명의 제조방법의 2가지 실시예를 나타낸다.
도면을 참조하여, 본 발명의 전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법은 도 2a와 같이 핸들링 기판(11) 상면에 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 형성하는 단계를 포함한다.
이를테면, 실리콘웨이퍼와 같은 핸들링 기판(11)에 SU-8과 같은 감광성 고분자 물질을 도포한 후 포토리소 그래피 공정을 통해 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 형성한다. 상술한 바와 같이 다수개의 기둥 구조(121, 122)는 추후 형성되는 전사층(21)과의 접착 방식에 따라서 다른 높이를 가질 수 있다. 즉, 희생층(13)을 통해 다수개의 기둥 구조(121)와 전사층(21)이 결합되는 경우에는 기둥 구조(121)들이 상대적으로 낮은 높이를 갖고, 기둥 구조(122)들이 전사층(21)과 화학적 결합을 하는 경우에는 상대적으로 높은 높이를 갖는다. 본 발명의 실시예들에서는 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 각각 2μm와 10μm의 높이로 형성하였다.
이어, 도 2b에 도시한 바와 같이, 핸들링 기판(11) 상에 희생층(13)을 형성한다. 희생층(13)을 위한 물질로는 예로서 고분자 물질인 2% 덱스트란을 적용하였고, 이는 예로서 스프레이코팅 또는 스핀코팅과 같은 방식으로 도포될 수 있다.
희생층(13)은 유기 또는 무기 물질을 사용할 수 있다. 예를 들어, 유기물의 경우 덱스트란, PAA(polyacylic acid), PMMA(polymethyl methacrylate), 폴리스틸렌(polystyrene) 등을 사용할 수 있고, 이는 스핀 코팅, 스프레이 코팅으로 도포할 수 있다. 무기물의 경우 니켈, 구리, 크롬, 알루미늄 등을 사용할 수 있고, 이는 전자빔 증착, 스퍼터링 증착, 열증착 등으로 형성할 수 있다.
도 2b의 전자현미경 사진에서 왼쪽과 같이 다수개의 기둥 구조(121)가 2μm와 같이 낮은 높이를 가지는 경우에는 희생층(13)이 핸들링 기판(11)과 다수개의 기둥 구조(121)를 포함하는 전체면을 덮고 있는 상태가 된다.
도 2b의 전자현미경 사진의 오른쪽에서와 같이 다수개의 기둥 구조(122)가 10μm와 같이 높은 높이를 가지는 경우, 희생층(13)이 다수개의 기둥 구조(122)의 상부를 부분적으로 노출시키도록 핸들링 기판(11) 위에 도포된다.
상술한 희생층(13)으로 이용되는 물질은 고분자 물질로서 적어도 추후에 형성되는 전사층(21) 및 다수개의 기둥 구조(121, 122)와 접착력을 가지는 물질이다. 물론, 희생층(13)은 핸들링 기판(11)과도 접착력을 가질 수 있다. 또한 희생층(13)으로 이용되는 물질은 핸들링 기판(11), 다수개의 기둥 구조(121, 122) 및 전사층(21)에 대하여 선택적으로 제거될 수 있는 물질이다.
다음에 도 2c와 같이 희생층(13)의 상면에 전사층(21)을 형성한다. 전사층(21)은 미세 반도체 장치와 같이 다층 구조를 이루는 것일 수 있고, 본 단계에서는 전사층(21)의 모든 층이 형성되거나 전사층의 기판과 같은 일부분이 형성되는 것일 수 있다.
도 2c의 사진에서 보면, 희생층(13) 위에 500μm x 500μm 크기의 초박막 기판이 적층된 것을 보여준다. 이는 예를 들어 감광성 고분자 물질인 SU-8을 포토리소 그래피 공정을 통해 형성할 수 있다. 전자 현미경을 이용하여 얻은 절단면의 사진은 각각의 다수개의 기둥 구조(121, 122)가 전사층(21)의 초박막 기판 안쪽에 박혀있는 모습을 보여준다. 이는 다음 단계에서 희생층(13) 제거 후 핸들링 기판(11) 상에 전사층(21)인 초박막 기판이 부유하거나 본래의 위치를 잃어버리지 않게 한다.
도 2d와 같이 희생층(13)의 일부 또는 전부를 선택적으로 제거한다. 예를 들어 덱스트란 식각 용액인 3차 증류수를 이용해 50°C 온도에서 희생층(13)을 제거하였으며, 사진에서 희생층(13)이 제거된 후에도 전사층(21)이 고정되어 있는 것을 확인할 수 있다.
이는 2μm 와 같이 낮은 높이를 가지는 기둥 구조(121)의 경우, 희생층(13)의 일부분이 잔류하여 전사층(21)을 접착시킨다. 이는 구조적인 구속으로서, 주로 다수개의 기둥 구조(121)에 의해 전사층(21)의 저면에 오목부위가 형성되기 때문에 그 근처에서 완전히 제거되지 않고, 희생층의 일부분이 잔류하면서 접착요소 역할을 하게 된다.
또한 10μm와 같이 높은 높이를 가지는 기둥 구조(122)의 경우 희생층(13) 외부로 노출된 기둥 구조(122)의 상부 부위가 전사층(21)의 초박막 기판과 화학적 결합을 이루게 된다. 예를 들어, 다수개의 기둥 구조(121, 122)로 이용된 SU-8과 전사층(21)의 초박막 기판으로 이용된 SU-8이 화학적 결합을 하게 된다. 이러한 화학적 결합의 경우에는 희생층(13)을 제거하기 위한 에칭 시간에 관계없이 일정한 결합력을 만들어주게 된다.
희생층(13)의 제거 시점은 전사층(21)의 구성요소들의 성분에 따라서 선택될 수 있다. 예를 들어, 희생층(13)을 전사층(21), 다수개의 기둥 구조(121, 122), 및 핸들링 기판(11)에 대하여 선택적으로 제거할 수 있는 시점이 될 수 있다.
이후, 도 2e와 2f에서 보여주는 사진에서와 같이 롤링 방법을 통해 100%의 정렬도와 전사수율을 유지한 상태로 테이프(전사 중간 매개체)에 전사될 수 있다.
다수개의 기둥 구조(121)가 2μm인 경우에는 잔여 희생층 부위가 접착 분리되면서 전사가 이루어지고, 10μm인 경우에는 다수개의 기둥 구조(122)가 절단되면서 전사가 이루어진다.
도 3의 (a) 및 (b)는 2μm의 높이를 갖는 기둥 구조 위에 희생층(13)의 도포 양에 따른 정렬도(AD)와 전사수율(TY)을 나타낸다. 희생층(13)으로서 2% 덱스트란을 십자 모양의 기둥 구조 위에 다양한 두께로 스프레이 코팅법을 이용하여 도포하였다. 핸들링 기판(11) 위에 0.09mg/cm2이하(Ⅰ,Ⅱ)의 양을 도포하였을 경우, 기둥 구조 및 핸들링 기판 표면에 도포되지 않은 부분이 초박막 기판과 직접 접촉하여 강한 결합력을 나타내기 때문에 정렬도는 높지만 전사수율은 낮아진다. 반대로 0.2mg/cm2의 양(Ⅳ)을 도포하였을 경우, 핸들링 기판(11) 및 다수개의 기둥 구조(121)를 너무 두꺼운 두께로 덮게 되어 다수개의 기둥 구조(121)의 역할을 제한하기 때문에 전사수율은 높지만 정렬도는 낮아지게 된다. 실시예에서 100%의 정렬도와 전사수율은 0.122~0.177mg/cm2의 양(Ⅲ)을 도포하였을 경우에 얻어졌다. 이 경우에는 희생층(13)이 제거되면서 기둥 구조에 남은 잔여 희생층이 결합력을 유지하기 때문이다.
도 4는 본 발명에서 희생층(13) 제거를 위한 에칭 시간에 따른 정렬도와 전사수율을 나타낸 그래프이다. 기둥 구조의 높이는 각각 2μm와 10μm로 형성하고 간격은 20~90μm로 다양하게 하였다. 희생층인 덱스트란은 앞선 실험에서 확인한 0.122~0.177mg/cm2의 양으로 도포하였다. 높이가 낮은 기둥 구조의 경우, 에칭 시간에 따라 정렬도가 점점 낮아지고 간격이 넓을수록 변화 정도는 커진다. 반대로 전사수율은 증가하였다. 100%의 정렬도와 전사수율은 20μm의 간격을 갖는 기둥 구조에서 얻을 수 있었다. 기둥 구조의 높이가 높은 경우에는 정렬도는 기둥구조의 화학적 결합으로 인해 일정하게 유지되어 간격에 상관없이 에칭시간에 따라 100%를 유지하였으나 전사수율은 에칭 시간이 짧을수록 떨어졌으며 기둥 구조의 간격이 좁을수록 변화율이 더 크다. 100%의 정렬도와 전사수율은 각 간격에서 다양한 에칭 시간에서 나타났다.
도 5의 (a) 내지 (c)는 롤러를 이용해 테이프(전사 중간 매개체)로 전사 인쇄되는 과정을 보여주는 도면이다. 각각 2μm와 10μm로 형성된 기둥 구조를 이용할 경우 앞서 설명한 바와 같이 잔여 희생층에 의한 접착력과 다수개의 기둥 구조(122)와 전사층(21)의 초박막 기판 사이의 화학적 결합력을 이용한 서로 다른 원리를 이용해 전사된다. 2μm 높이의 기둥 구조(121)는 전사 후에도 핸들링 기판 위에 본래의 구조를 유지하고 있으며 테이프로 전사된 전사층(21)은 기둥 구조(121)의 움푹 파인 형태와 안쪽에 잔여 희생층을 확인할 수 있다(도 5의 (b) 및 (c)의 좌측 참조). 10μm 높이의 기둥 구조의 경우에는 핸들링 기판(11)에 끊어진 기둥 구조(122)를 확인할 수 있으며 테이프로 전사된 전사층(21)의 초박막 기판의 표면에 끊어진 기둥 구조(122)가 박혀 있는 모습을 볼 수 있다(도 5의 (b) 및 (c)의 우측 참조).
도 6의 (a) 내지 (d)는 10μm의 높이로 형성된 기둥 구조(122)를 이용할 경우 전사 과정이 기둥 구조(122)의 끊어짐 또는 분리를 통해 진행되는 것을 보여준다. 핸들링 기판(11)과 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 직접 결합시킨 경우에는, 전사 과정이 기둥 구조(122)의 절단이나 기둥 구조(122)가 핸들링 기판(11)으로부터 분리되면서 이루어질 수 있다(도 6의 (a) 및 (b) 참조). 다르게는 핸들링 기판(11) 상에 기둥 구조(122)를 형성하기 전에 핸들링 기판(11) 상에 접착 보강층으로서 고분자 물질을 도포한 후 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 형성하면 핸들링 기판(11)과 기둥 구조(122) 사이의 결합력이 강화되어 기둥 구조(122)의 끊어짐 현상으로서만 전사 과정이 진행될 수 있다(도 6의 (c) 및 (d) 참조).
도 7의 (a) 내지 (d)는 본 발명의 전사 인쇄 방법을 이용하여 다양한 모양(500μm x 500μm의 사각형, 숫자, 문자 등등)을 갖는 전사층(21)을 비평면 형태의 유리병 표면, 신발, 인체 피부, 종이와 같은 다양한 형태와 종류의 표면에 전사할 수 있음을 보여준다. 이는 유/무기 디스플레이, 태양전지와 같이 다양한 소자를 초박막 기판 위에 제작할 경우 다양한 기능을 갖는 스티커 형태의 초박막 유연성 소자를 만들 수 있다는 것을 보여준다.
도 8의 (a) 내지 (f)는 본 발명의 전사 인쇄 방법의 실시의 예로서 전사층(21)으로서 OLED 소자를 제조하는 과정을 보여주는 도면이다.
도 8의 (a)에서와 같이 먼저 핸들링 기판(11) 상에 접착 보강층으로서 고분자 물질인 SU-8을 도포하고 그 위에 같은 물질인 SU-8을 이용해 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 형성하였다. 도 8의 (b)와 같이 다수개의 기둥 구조(121, 122)가 형성된 핸들링 기판(11) 상면에 덱스트란을 스프레이 코팅을 이용하여 도포하여 희생층(13)을 형성하였다. 다수개의 기둥 구조(121, 122)의 높이와 희생층 도포 양은 상술환 바와 같이 원하는 조건에 맞게 조절할 수 있다. 그 다음으로 도 8의 (c)와 같이 전사층(21)의 일부인 초박막 기판을 다수개의 다수개의 기둥 구조(121, 122)와 희생층(13)이 형성된 핸들링 기판(11) 상면에 형성하였다. 이를테면 초박막 기판으로서 SU-8을 스핀 코팅 방법으로 도포하고 포토리소 그래피 공정을 통해 원하는 모양으로 형성하였다. 도 8의 (d)와 같이 전극 물질인 ITO(150nm)를 스퍼터링 장비로 증착하고 희생층(13)에 맞는 식각 용액인 50°C 온도의 3차 증류수를 이용하여 희생층(13)을 제거함으로써 소자 손상 가능성이 있는 습식 식각 공정을 먼저 진행하였다. 다음에 도 8의 (e)와 같이 나머지 소자 공정을 진행하였다. 이를테면, OLED의 정공 전달층, 활성층, 전자 전달층(NPD: 40nm, Alq3: 50nm, LiF: 2nm)과 알루미늄 전극(100nm)을 증착하였다. 이렇게 전사층(21)의 제조가 완료되면 도 8의 (f)와 같이 다양한 표면에 전사 인쇄하였다.
도 9의 (a) 내지 (d)는 실리콘 핸들링 기판(11) 위에 2μm 높이의 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 20μm 간격으로 형성한 후 전사층인 소자 공정이 완료된 사진을 보여준다. 도 9의 (a)는 전사 현미경을 이용한 절단면 사진은 각 구조 및 물질의 증착을 통해 만들어진 소자를 나타내며 전체 두께는 13μm의 초박막 형태이다. 이는 롤투롤 과정의 예로 롤러에 테이프를 고정한 후 샘플 위에 직접 롤링을 하여 전사 가능하며 만들어진 소자는 높은 유연성을 갖는다(도 9의 (b) 내지 (d) 참조).
도 10의 (a) 내지 (d)는 본 발명을 이용해 100μm의 간격을 가지는 10μm의 높이의 다수개의 기둥 구조(121, 122)를 형성하고 그 위에 디스플레이의 한 예로서, OLED를 형성한 후 평평한 유리 기판, 곡면을 갖는 유리병, 달력, 시계줄과 같이 다양한 종류의 표면과 물질, 그리고 비평면 구조를 갖는 기판에 전사시킨 후 구동을 확인하였다. 전사 가능한 초박막 기판 위에 만들어진 소자는 얇은 테이프 또는 양면 테이프로 전사하여 다양한 표면에 직접적으로 부착하여 작동 시킬 수 있음을 확인하였다.
이상, 본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시예에 관해서 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서 여러 가지 변형이 가능함은 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명하다 할 것이다.
11: 핸들링 기판 121, 122: 다수개의 다수개의 기둥 구조
13: 희생층 21: 전사층

Claims (17)

  1. 전사층을 지지하는 전사 인쇄용 기판으로서:
    전사층;
    핸들링 기판; 및
    상기 핸들링 기판 상에 형성되어 상기 전사층과 결합된 다수개의 기둥 구조;를 포함하고,
    상기 전사층은 상기 다수개의 기둥 구조와의 결합이 분리되어 전사되는 것인,
    전사 인쇄용 기판.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 핸들링 기판은 상기 다수개의 기둥 구조와의 접착을 강화하기 위한 접착 보강층을 포함하는 것인,
    전사 인쇄용 기판.
  3. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 다수개의 기둥 구조를 포함하는 상기 핸들링 기판의 전면에 도포된 희생층을 더 포함하고,
    상기 희생층은 상기 다수개의 기둥 구조를 덮거나 상기 다수개의 기둥 구조의 상부를 노출시키며,
    상기 희생층은 상기 전사층, 상기 핸들링 기판, 및 상기 다수개의 기둥 구조에 대하여 선택적으로 제거 가능한 것인,
    전사 인쇄용 기판.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 희생층은 적어도 상기 다수개의 기둥 구조 및 상기 전사층과 접착력을 가져서 상기 다수개의 기둥구조와 상기 전사층은 상기 희생층에 의해 결합된 것인,
    전사 인쇄용 기판.
  5. 청구항 3에 있어서,
    상기 다수개의 기둥 구조는 상기 전사층과 화학적 결합이 가능한 물질로 형성되어 상기 다수개의 기둥 구조와 상기 전사층은 화학적으로 결합된 것인,
    전사 인쇄용 기판.
  6. 전사층을 지지하는 전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법으로서:
    (a) 핸들링 기판 상면에 다수개의 기둥 구조를 형성하는 단계; 및
    (b) 희생층을 상기 핸들링 기판 상에 형성하되 상기 다수개의 기둥 구조를 포함하는 전체면을 덮거나 상기 다수개의 기둥 구조의 상부를 노출시키도록 형성하는 단계;를 포함하는,
    전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 단계 (a)는:
    핸들링 기판 상에 감광성 고분자 물질을 도포하는 단계; 및
    상기 다수개의 기둥 구조를 형성하도록 포토리소 그래피 공정을 진행하는 단계;를 포함하는 것인,
    전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 감광성 고분자 물질을 도포하기 전에, 상기 핸들링 기판 상면에 상기 감광성 고분자 물질과 상기 핸들링 기판의 접착력을 높이는 접착 보강층을 먼저 형성하는 것인,
    전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 희생층은 적어도 상기 전사층 및 상기 다수개의 기둥 구조와 접착력을 가지는 것인,
    전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 희생층은 상기 핸들링 기판, 상기 다수개의 기둥 구조, 및 상기 전사층에 대하여 선택적인 제거가 가능한 것인,
    전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 다수개의 기둥 구조의 고분자 물질은 상기 전사층과 화학적 결합이 가능한 것인,
    전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 희생층은 상기 전사층이 전사 중간 매개체로 전사되기 전에 일부 또는 전부가 제거되는 것인,
    전사 인쇄용 기판을 제조하는 방법.
  13. 전사 인쇄 방법으로서:
    (1) 핸들링 기판 상면에 다수개의 기둥 구조를 형성하는 단계;
    (2) 희생층을 상기 핸들링 기판 상에 형성하되 상기 다수개의 기둥 구조를 포함하는 전체면을 덮거나 상기 다수개의 기둥 구조의 상부를 노출시키도록 형성하는 단계;
    (3) 상기 희생층의 상면 또는 상기 희생층과 상기 다수개의 기둥 구조의 상면을 포함하는 전체면에 전사층의 일부 또는 전부를 제조하는 단계;
    (4) 상기 희생층의 일부 또는 전부를 선택적으로 제거하는 단계; 및
    (5) 상기 전사층을 전사 중간 매개체로 전사시키는 단계;를 포함하는,
    전사 인쇄 방법.
  14. 청구항 13에 있어서,
    상기 단계 (2) 전에 상기 핸들링 기판의 상면에 상기 다수개의 기둥 구조와의 접착을 강화하기 위한 접착 보강층을 형성하는 단계를 더 진행하는 것인,
    전사 인쇄 방법.
  15. 청구항 13에 있어서,
    상기 희생층은 상기 전사층을 상기 핸들링 기판 및 상기 다수개의 기둥 구조와 접착시키는 것인,
    전사 인쇄 방법.
  16. 청구항 14에 있어서,
    상기 다수개의 기둥 구조는 상기 전사층과 화학적 결합이 가능한 물질인
    전사 인쇄 방법.
  17. 청구항 16에 있어서,
    상기 단계 (5)에서 상기 전사층의 상기 전사 중간 매개체로의 전사는 상기 희생층에 의한 상기 전사층과 상기 핸들링 기판 또는 상기 다수개의 기둥 구조 간의 접착의 분리, 상기 다수개의 기둥 구조의 절단, 또는 상기 다수개의 기둥 구조와 상기 핸들링 기판 간의 접착의 분리에 의한 것인,
    전사 인쇄 방법.
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