KR101758317B1

KR101758317B1 - 섬모 구조를 이용한 전자소자의 전사인쇄 방법

Info

Publication number: KR101758317B1
Application number: KR1020150140859A
Authority: KR
Inventors: 고흥조; 윤종원; 정윤경; 유성광; 김희제; 황영규
Original assignee: 광주과학기술원
Priority date: 2015-10-07
Filing date: 2015-10-07
Publication date: 2017-07-14
Also published as: KR20170041440A; US10014473B2; US20170162791A1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 전자소자의 전사 인쇄방법은 핸들링 기판 위에 희생층을 형성하는 과정, 상기 희생층 위에 보호층을 형성하는 과정, 상기 보호층 위에 고분자 기판을 형성하는 과정, 상기 고분자 기판 위에 패턴을 형성하고, 상기 고분자 기판의 측면에 섬모 형상의 접착로드를 형성하는 과정, 상기 접착로드가 형성된 고분자 기판 위에 지지층을 형성하는 과정 및 상기 희생층 및 상기 보호층을 제거하고, 뒤집어 지지층을 용해시키면서 피인쇄체에 전사 인쇄하는 과정을 포함한다.

Description

섬모 구조를 이용한 전자소자의 전사인쇄 방법{Method for development of the transfer printing using cilia structure}

본 발명은 전자소자의 전사 인쇄 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 복잡한 표면 구조를 갖는 피인쇄체에 안정적으로 전자소자를 인쇄하는 전사 인쇄방법에 관한 것이다.

현재 다양한 형태의 차세대 유연전자소자들이 개발되고 있고, 이는 사용자들이 전자소자를 보관, 휴대, 이용, 폐기하는 데 있어서 제작자들에 의해 정형화 되어 있는 기존 딱딱한 형태의 소자들과 달리 사용자들에게 보다 높은 자유도를 제공하고 있다.

특히 그 중에서도 의류를 이용한 전자섬유는 사용자가 몸에 편히 입을 수 있고, 생활하는 동안에 자연스럽게 변형이 일어날 수 있으며, 땀과 공기 등을 배출할 수 있는 장점 때문에 많은 개발이 이루어지고 있다. 이러한 전자 섬유 제작에 있어서 두 가지의 접근방법이 있다.

첫번째는 전자 실 가닥(Electronic thread)을 제작하고 그것들을 엮는 방법으로 에너지 저장, 변환 소자, 발광 소자, 센서 등의 개발에 이용되고 있지만, 복잡한 형태의 고밀도 화소 배열 또는 고집적이 요구되는 소자에는 적합하지 않다. 두번째 방법은 소자를 이미 만들어져 있는 옷으로 전사 인쇄하는 방법으로 이는 기존의 웨이퍼 기반의 반도체 공정 기술과 호환이 가능하기 때문에 복잡한 논리회로, 전기변색 소자, 촉각센서 등 다양한 응용이 가능한 장점이 있다.

옷, 피부, 장기, 식물 등 표면이 매우 고르지 못한 위해 소자를 전사 인쇄하는 경우 소자와 기판 사이에 서로 다른 구조로부터 발생하는 계면에서의 불일치 문제가 발생하므로 이를 해결하기 위한 다양한 방법 들이 연구되고 있다.

매우 얇은 고분자 기판을 사용하여 기계적인 유연성을 확보하여 이를 적절하게 패터닝을 함으로써 복잡한 표면에 맞춰 변형이 되도록 하여 접촉시켜 만드는 방법이 있다. 이 때 소자가 늘리거나 휘어지는 등의 외부 변형을 잘 견딜 수 있어야 하며, 이를 위해 전기 배선을 위한 전극의 구조가 표면에서 떠 있는 뒤틀림(buckled) 구조나 구불구불(serpentine)한 구조를 이용할 수 있다. 그리고, 소자와 복잡한 기판 사이에 접착(adhesion)이 충분히 강해야 하므로 접착제(glue)를 사용 할 수 있지만 너무 많은 양을 사용하게 되면 천과 같은 기판의 경우 통기성 등의 성질을 약화시킬 수 있다.

이러한 문제점에도 불구 하고 천과 같이 복잡한 표면 위로 소자를 전사 인쇄할 수 있는 기술이 부족한 실정이다.

상기한 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 이러한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은, 매우 복잡한 구조의 표면 위로 전자소자를 전사 인쇄 할 때 계면에서의 불일치를 최소화 시키면서 두 표면을 잘 접착시키기 위해 충분한 접촉면적을 확보하고, 적은 양의 접착제만을 사용해 충분한 접착력을 확보하면서 동시에 기판의 특성을 유지시킬 수 있는 전자소자의 전사인쇄 방법을 제공하는 데 있다.

위 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자소자의 전사 인쇄방법은 핸들링 기판 위에 희생층을 형성하는 과정, 상기 희생층 위에 보호층을 형성하는 과정, 상기 보호층 위에 고분자 기판을 형성하는 과정, 상기 고분자 기판 위에 패턴을 형성하고, 상기 고분자 기판의 측면에 섬모 형상의 접착로드를 형성하는 과정, 상기 접착로드가 형성된 고분자 기판 위에 지지층을 형성하는 과정 및 상기 희생층 및 상기 보호층을 제거하고, 뒤집어 지지층을 용해시키면서 피인쇄체에 전사 인쇄하는 과정을 포함한다.

상기 핸들링 기판은 유리 또는 실리콘 기판일 수 있다.

상기 희생층은 물에 녹을 수 있는 게르마늄 산화물(GeO_x)을 포함할 수 있다.

상기 보호층은 물에 녹지 않는 실리콘 산화막, 금속 박막 및 고분자 박막 중에 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 고분자 기판은 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylen naphthalate, PEN), 폴리아릴레이트(Polyarylate, PAR) 및 SU-8 폴리머 중의 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 섬모 형태의 접착로드는 박막형태로서 일자형 또는 Y자형일 수 있다.

상기 지지층은 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA)을 포함할 수 있다.

상기 전사 인쇄과정은 유기용매와 접착제를 혼합한 접착용액을 투입하여 이루어지는 것일 수 있다.

상기 유기용매는 톨루엔, 아세톤 또는 헥산이며, 상기 접착제는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA)일 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전사인쇄용 전자소자 지지체는 피인쇄체의 표면에 안정적으로 유연 전자소자를 전사 인쇄하기 위한 전사 인쇄용 전자소자 지지체로서, 핸들링 기판, 상기 핸들링 기판 위에 형성된 희생층, 상기 희생층 위에 형성된 보호층, 상기 보호층 위해서 형성되며, 상면에 전자소자가 형성되도록 패터닝되어 있고, 측면에 섬모 형상의 접착로드가 형성되어 있는 고분자 기판 및 상기 고분자 기판 위에 형성되어 이를 지지하는 지지층을 포함할 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연 전자 소자는 피인쇄체의 표면에 전사 인쇄되어 있는 유연 전자 소자로서, 표면에 전자소자가 형성되도록 패터닝되어 있고, 측면에 섬모 형상의 접착로드가 형성되어 있는 고분자 기판을 포함하고, 상기 섬모 형상의 접착로드가 피인쇄체와 밀착되는 것을 특징으로 한다.

상기 피인쇄체는 구부러질 수 있는 표면이 변형이 일어날 수 있는 유연한 소재 또는 표면의 단차가 형성되어 불규칙적인 소재일 수 있다.

상기 섬모 형상의 접착로드는 박막형태로서 일자형 또는 Y자형일 수 있다.

상기 섬모 형상의 접착로드와 상기 피인쇄체의 표면은 접착제를 매개로 밀착되는 것일 수 있다.

본 발명에 따르면, 상기 고분자 기판 측면에 형성 된 섬모구조와 접착제 및 유기용매를 포함하는 접착용액에 의해 섬유를 포함하는 복잡한 구조를 갖는 표면에 견고히 부착될 수 있다.

또한, 얇고 긴 형태의 높은 종횡비(aspect ratio)를 갖는 상기 섬모 구조의 경우 섬유를 구성하는 실 가닥 표면을 따라 감쌀 수 있어 물리적으로 큰 접착력을 제공할 수 있다.

또한, 상기 접착제 및 유기용매를 포함하는 접착용액을 이용하여 상기 지지층 고분자 층을 녹일 수 있을 뿐만 아니라 상기 섬모 구조 주위에 접착제를 형성하여 복잡한 표면에 더 잘 부착할 수 있는 화학적 접착력을 제공할 수 있다.

한편, 상기 섬모구조와 그 주위로 형성되는 상기 접착제로 인한 접착력으로 소자가 섬유와 같이 복잡한 표면에 그 위치를 잘 유지할 수 있을 뿐만 아니라 기계적인 변형으로 인해 발생하는 응력(stress)을 완충시키는 역할을 수행 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 일 실시예에 따른 전자소자의 전사 인쇄방법의 공정순서도이다.
도 2 내지 도 4는 도 1-3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전사 인쇄용 기판의 제조방법을 순차적으로 설명하는 사시도 및 부분 단면도이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 고분자 기판을 핸들링 기판으로부터 섬유로 전사시키는 과정을 나타낸 사시도 및 부분 단면도이다.
도 8은 전사 인쇄 공정을 통해 섬유에 인쇄 된 고분자 기판의 실제 사진 및 주사현미경 이미지이다.
도 9는 섬유에 인쇄 된 고분자 기판의 섬모 형상의 접착로드 구조 유/무, 접착용액의 사용 유/무에 따른 접착력을 보기 위한 풍압실험에 관련된 사진 및 주사현미경 이미지이다.
도 10은 섬유에 인쇄 된 고분자 기판의 섬모 형상의 접착로드의 길이, 밀도, 접착용액의 농도 변화에 따른 접착력을 관찰하기 위한 풍압실험의 결과 그래프 및 주사현미경 이미지이다.
도 11은 실험예 1에 의해 다양한 모양과 크기의 고분자 기판을 섬유로 전사 인쇄 한 실제 사진과 주사현미경 이미지 및 다양한 표면 구조를 갖는 피인쇄 기판으로 전사 인쇄한 실제 사진 및 주사현미경 이미지이다.
도 12는 실험예 1에 의해 섬유로 전사 인쇄한 전극을 포함하는 고분자 기판의 인장변형 실험을 보여준다.
도 13a는 실험예 1에 의해 제조된 전극을 포함하는 고분자 기판을 섬유와 평행한 방향(A)으로 인쇄, 섬유와 대각선 방향(B)으로 인쇄, 섬유와 대각선 방향으로 인쇄 및 PDMS 도포(C), PDMS만 도포(D)하는 4가지 방법으로 샘플을 제작한 것을 보여주는 모식도와 실제 각 샘플에 인장변형을 인가한 후의 광학현미경 사진이다.
도 13b는 도 13a의 4가지 샘플에 대해 인장변형을 주었을 때의 인장 응력 및 전류변화 값을 보여주는 그래프이다.
도 13c는 도 13a의 4가지 샘플에 대해 반복적으로 1000번까지 인장변형을 주었을 때의 전류변화 값을 보여주는 그래프이다.
도 14는 도 13a의 B 샘플에 대한 주사현미경 이미지이다.
도 15는 실험예 1에 의해 제조된 전극을 포함하는 고분자 기판을 섬유와 대각선 방향으로 전사 인쇄한 소자에 15 V의 DC 전압을 인가 한 후 적외선 열카메라로 촬열한 실제 사진과 그 때의 열 분포를 보여주는 그래프이다.
도 16a 내지 도 16c는 실험예 1과 실험예 6에 의해 섬유 위에 전사 인쇄된 7-stage 링 오실레이터의 실제 사진과 주사현미경 이미지이다.
도 16d 내지 도 16g는 섬유 위 전사 인쇄된 링 오실레이터의 기본적인 동작 특성과 인장 변형을 주었을 때의 성능변화, 반복적인 인장 변형 후의 성능변화를 보여주는 그래프이다.

여기서 사용되는 전문용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 여기서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함하는"의 의미는 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분을 구체화하며, 다른 특정 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소, 성분 및/또는 군의 존재나 부가를 제외하는 것은 아니다.

다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미가 있다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미가 있는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 전자소자의 전사 인쇄방법에 대하여 설명하기로 한다.

종래에는 직접 공정이 어려운 불규칙한 표면에 전자소자들을 잘 접착시키기 위해 전사 인쇄 공정을 도입하였고, 얇은 고분자 기판을 이용하여 유연성을 높이거나 접착력을 높이기 위해 접착제를 사용하는 등의 방법을 이용하였다. 그러나 섬유 구조와 같이 매우 복잡한 표면의 경우에는 얇은 고분자 기판만으로는 충분한 접촉면적을 얻을 수 없기 때문에 접착력을 확보하기 어렵고, 접착제를 과량 사용하는 경우 기판 본래의 특성을 잃어 버리게 되는 문제가 있다. 이에 본 발명자는 매우 복잡한 구조의 표면 위로 전자소자를 전사 인쇄할 때 가장 중요한 계면에서의 불일치를 최소화 시키면서 접착력을 강화시키기 위해 섬모 형상의 접착로드를 도입하여 본 발명을 완성하였다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자의 전사 인쇄방법의 공정순서도이다. 도1를 참조하면 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자의 전사 인쇄방법은 핸들링 기판 위에 희생층을 형성하는 과정(S10), 상기 희생층 위에 보호층을 형성하는 과정(S20), 상기 보호층 위에 고분자 기판을 형성하는 과정(S30), 상기 고분자 기판 위에 패턴을 형성하고, 상기 고분자 기판의 측면에 섬모 형상의 접착로드를 형성하는 과정(S40), 상기 접착로드가 형성된 고분자 기판 위에 지지층을 형성하는 과정(S50) 및 상기 희생층 및 상기 보호층을 제거하고, 뒤집어 지지층을 용해시키면서 피인쇄체에 전사 인쇄하는 과정(S60)을 포함한다.

도 2 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자소자의 전사 인쇄방법을 순차적으로 설명하는 사시도 및 부분 단면도이다. 우선, 본 발명의 실시예에서, 도 2에 도시된 바와 같이, 전사 공정에서 공정의 용이성을 위해 핸들링 기판(100)을 준비하고, 이 핸들링 기판(100) 위에 희생층(110)을 형성하고(S10), 공정 중에 희생층(110)이 식각되지 않도록 보호하는 보호층(120)을 희생층 위에 형성시킨다(S20).

핸들링 기판(100)은 전사 공정에서 기판이 얇아 공정 상에서 취급이 용하도록 하기 위한 것으로서 유리 또는 실리콘 기판일 수 있다. 희생층(110)은 게르마늄 산화물(GeOx)과 같이 물에 녹을 수 있는 박막일 수 있다. 보호층(120)은 하부의 희생층(110)을 보호할 수 있도록 희생층 식각액에 식각되지 않는 박막으로서 실리콘 박막일 수 있다. 이러한 박막은 그 종류에 따라 다양한 형성방법이 사용될 수 있다. 예를 들면, 핸들링 기판(100) 상에 희생층(110)을 물에 녹을 수 있는 GeO_x로 스퍼터링 방법으로 형성시킬 경우, 보호층(120)은 물에 녹지 않는 실리콘 산화막, 금속, 고분자 박막 등을 스퍼터링, 플라즈마 화학 기상 증착(Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 전자빔 측장기(E-beam evaporator), 열 증착기(Thermal evaporator), 스핀 코팅, 바(Bar) 코팅, 스프레이 코팅 등을 이용하여 형성시킬 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 보호층(120) 위에 고분자 기판(130)을 형성시킨다(S30). 고분자 기판(130)은 전자 소자를 형성하기 위한 기판이 되며, 유연성을 가질 수 있도록 고분자 소재를 사용한다. 고분자 기판(130)에 사용되는 재료는 여러가지가 사용될 수 있다. 특히 온도에 따라 달라 질 수 있으며, 전사 인쇄 전체의 공정 온도가 200℃를 넘는 경우 폴리이미드(Polyimide)를 사용할 수 있고, 온도가 200℃를 넘지 않는 경우에는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylen naphthalate, PEN), 폴리아릴레이트(Polyarylate, PAR) 또는 SU-8 폴리머와 같은 유기물 박막을 사용할 수 있다.

도 4에 도시된 바와 같이, 보호층(120) 상에 형성한 고분자 기판을 식각 공정을 이용하여 패터닝 함으로써 소자가 형성되는 패터닝된 기판과(131)과 섬모 형상의 접착로드(132)로 형성할 수 있다(S40). 고분자 기판(130)을 패터닝하는 방법을 건식 식각 공정을 이용할 수 있다. 예를 들어 반응성 이온 시각(Reactive ion eching) 방법을 이용하여 산소 플라즈마를 발생시켜 폴리이미드 고분자 기판을 건식 식각하는 것이 가능하고, 또는 수산화칼륨(KOH)를 이용하여 폴리이미드 고분자 기판을 습식 식각할 수 있다.

건식 식각을 이용하는 경우 플라즈마로부터 고분자 기판을 보호할 수 있는 마스크 박막층으로 산소 플라즈마에 의해 식각되지 않고 폴리이미드 기판을 보호할 수 있는 실리콘 산화막, 금속박막, GeO_x, Si₃N₄등이 이용할 수 있다. 습식 식각을 이용하는 경우 마스크 박막층으로 알칼리 용액에 식각되지 않고 폴리이미드 기판을 보호할 수 있는 실리콘 산화막을 이용할 수 있다.

형성되는 섬모 형상의 접착로드 (132)는 높은 종횡비를 갖는 직사각형 모양 또는 Y자 모양으로 형성시킬 수 있다. 높은 종횡비를 갖는 직사각형의 경우 좌우 방향으로 다양한 모양의 섬모 형상의 접착로드들을 만들어 계층 구조를 형성할 수 있다. 또한 접착로드의 길이와 두께, 너비 등은 제작하는 소자나 전사 인쇄하는 대상에 따라 다양하게 변화시킬 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, 전자 소자를 원하는 대상으로 전사 인쇄하는 공정에서 상기 패터닝된 기판(131)과 섬모 형상의 접착로드(132)의 형태가 변형되지 않도록 이를 지지하는 지지층(140)을 형성시킨다(S50). 지지층(140)은 유기물 박막층으로 형성될 수 있으며, 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA)일 수 있다. 지지층(140)에 의해 전사 인쇄 되기 전에 섬모 형상의 접착로드(132)가 파손되는 것을 방지할 수 있다.

도6에 도시된 바와 같이, 전자소자를 전사 인쇄하기 위해 희생층 및 보호층을 제거하고, 뒤집어 지지층을 용해시키면서 피인쇄체에 전사 인쇄한다(S60). 소자를 섬유(200) 표면에 전사 인쇄 하기 위해 희생층 및 보호층을 식각용액 안에서 식각을 하게 되면 핸들링 기판(100)과의 접착력이 약해져서 핸들링 기판으로부터 패터닝된 기판(131)과 섬모 형상의 접착로드(131)가 쉽게 분리시킬 수 있다. 또한 부력을 통해 식각액에 부유된 소자를 바로 탈이온수에 옮겨 식각액을 제거시키고, 소자를 뒤집어서 섬유(200) 위로 전사 인쇄시켜 준다. 전자 소자를 섬유(200) 위로 완전히 전사 인쇄하기 위해 지지층(140)을 용해시킬 수 있는 유기용매를 바로 떨어뜨려 줌으로써 지지층과의 접착성을 높여줄 수 있다. 지지층(140)을 제거하는 동시 접착제를 형성시켜주기 위하여 지지층(140)을 용해시킬 수 있는 식각액에 접착제로 사용할 고분자를 용해시켜 접착용액을 만들어 준다. 섬유(200) 위에 전사 인쇄되어 있는 소자 위로 접착용액을 떨어뜨려 주면서 지지층(140)을 완전히 용해시킬 수 있고, 접착용액이 마르는 과정에서 모세관힘(Capillary force)에 의해 섬모 형상의 접착로드(132)가 실을 감쌀 수 있고, 접착제가 섬모 형상의 접착로드 주위로 모여서 큰 접착력을 형성시킬 수 있다.

접착제는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA) 등을 사용할 수 있다. 유기용매로는 톨루엔, 아세톤, 헥산 등을 사용할 수 있다.

이렇게 전자소자를 전사 인쇄하는 대상은 섬유로 설명하였으나, 이에 한정되는 것이 아니다. 예를 들어 다양한 재질과 모양의 섬유, 차 잎을 거르는 차 거름망, 붕대, 돌멩이 들 복잡한 표면을 갖는 대상에 전사 인쇄하는 것이 가능하다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위해 실험예를 통하여 보다 자세하게 설명한다.

<실험예 1: 전사 인쇄용 기판의 제조 및 전사과정>

1. 핸들링 기판 위에 희생층 및 보호층을 형성

실리콘(Si) 기판을 아세톤, 아이소프로필 알코올(IPA) 및 탈이온수를 이용하여 차례대로 세척하고 약 110℃에서 약 1분 동안 건조하였다. 건조된 실리콘(Si) 기판 위에 스퍼터링(KOREA VACUUM TECH, Ar/O₂ = 10/5 sccm, 2.5m Torr, 55~60W) 방법을 이용하여 물에 식각이 가능한 희생층인 GeO_x 박막을 300 nm의 두께로 증착하였다. 그리고 GeO_x의 보호층으로 SiO₂를 PECVD(SNTEK, gas flow: Ar = 90 sccm, SiH₄ = 10 sccm, N₂O = 100 sccm, 270℃)를 이용하여 100 nm 의 두께로 증착하였다.

2. 고분자 기판의 형성 및 기판 및 섬모구조 패터닝

약 2 ㎛ 두께의 폴리이미드 박막을 형성하기 위해 폴리이미드 전구체(SIGMA-ALDRICH, Poly(3,3',4,4′'-benzophenonetetracarboxylic dianhydride-co-4,4'-oxydianiline /1,3-phenylenediamine), amic acid solution)를 핸들링 기판 위에 적당량 떨어뜨린 후에 스핀코팅(3000rpm, 60초) 방식을 이용하여 핸들링 기판 위에 도포시켜 주었고, 120 에서 3분, 180 에서 10분, 그리고 250 에서 2시간 순차적으로 경화(imidization)시켜 주었다. 기판과 섬모 형상의 접착로드의 두께를 조절할 수 있도록 위 과정을 한 번 더 반복함으로써 총 4 ㎛ 두께의 폴리이미드 박막을 형성시켰다.

폴리이미드 박막의 패턴을 위해 스퍼터링(KOREA VACUUM TECH, Ar = 15 sccm, 5 mTorr, 270 V)을 이용하여 50 nm 두께의 크롬 박막을 증착하거나 PECVD(SNTEK, gas flow: Ar=90sccm, SiH₄=10sccm, N₂O=100sccm, 150)를 이용하여 100 nm 두께의 SiO₂ 박막을 형성시켜주었다. 크롬 또는 SiO₂ 박막을 패터닝하기 위해 HMDS(AZ AD Promoter-K, 4000rpm, 35초) 및 포토레지스트(PR)(AZ 1512, 4000rpm, 35초)를 차례로 코팅하고, 포토레지스트를 원하는 기판모양을 갖는 크롬 마스크(Supermask Co. Ltd.)를 이용하여 365nm UV를 노광시킨 후, 수성 염기성 현상액(AZ 500 MIF, AZ Electronics Materials)으로 현상하여 원하는 포토레지스트를 패터닝하였다. 크롬과 SiO₂ 박막을 각각 크롬 식각액(CYANTEK, CR-7)과 BOE(buffered oxide etchant, JT-BAKER)를 이용하여 식각함으로써 폴리이미드 기판 패터닝을 위한 마스크를 형성시켜주었다. 폴리이미드 박막은 반응성 이온 식각(RIE; Vacuum Science, 50mTorr, 20sccm, O2, 150W, 7분)을 이용하여 식각시켜주었다. 이때 폴리이미드 박막은 반 정도만 식각을 시켜주어 소자가 만들어질 기판 부분을 제외한 나머지 부분의 두께를 얇게 조절하였다. 크롬과 SiO₂ 박막 마스크는 크롬 식각액과 BOE를 이용하여 제거해주었다.

섬모 형상의 접착로드 패터닝을 위해 스퍼터링(KOREA VACUUM TECH, Ar=15 sccm, 5mTorr, 270 V)을 이용하여 50 nm 두께의 크롬 박막을 증착하거나 PECVD(SNTEK, gas flow: Ar=90sccm, SiH₄=10sccm, N₂O=100sccm, 150)를 이용하여 100 nm 두께의 SiO₂ 박막을 형성시켜주었다. 크롬 또는 SiO₂ 박막을 패터닝하기 위해 HMDS(AZ AD Promoter-K, 4000rpm, 35초) 및 포토레지스트(PR)(AZ 1512, 4000rpm, 35초)를 차례로 코팅하고, 포토레지스트를 섬모 형상의 접착로드의 크롬 마스크(Supermask Co., Ltd.)를 이용하여 365nm UV를 노광시킨 후, 수성 염기성 현상액(AZ 500 MIF, AZ Electronics Materials)으로 현상하여 원하는 포토레지스트를 패터닝하였다. 크롬과 SiO₂ 박막을 각각 크롬 식각액(CYANTEK, CR-7)과 BOE(buffered oxide etchant, JT-BAKER)를 이용하여 식각하였다. 이전 공정을 통해 얇아진 폴리이미드 박막을 반응성 이온 식각(RIE; Vacuum Science, 50 mTorr, 20sccm, O₂, 150W, 7분)을 이용하여 식각시켜주었다.

3. 지지층 형성과 희생층 및 보호층 제거

전사 인쇄 공정에서 패턴 된 기판과 섬모 형상의 접착로드의 모양을 유지시켜 주기 위해 지지층으로 PMMA(polymethyl methacrylate, MicroChem, A11)를 기판 위에 스핀코팅(3000 rpm, 60 sec) 방법을 통해 도포시켜주었다.

GeO_x 희생층을 제거하기 위해 기판을 70 ℃의 탈이온수에 4시간 가량 넣어주었고, 보호층인 SiO₂는 부력에 의해 물 위에 부유되어 있는 지지층에 의해 지지되어 있는 고분자 기판을 희석시킨 BOE 용액에 부유시켜 식각해 주었다. BOE 용액을 제거하기 위해 다시 기판을 물로 옮겨 세척해주었다.

4. 전사 인쇄

탈이온수에 부유되어 있는 기판을 뒤집어 섬유 위로 전사한 후에 섬유와 기판 사이의 접착력을 증가시키기 위해 톨루엔을 이용하여 지지층인 PMMA를 약간 용해시켰다. 지지층을 완전히 용해시키는 동시에 접착제를 형성하기 위해 1~5 wt.%로 PDMS(polydimethylsiloxane, Sylgard 184, Dow Corning) 또는 PMMA를 톨루엔에 용해시킨 접착용액을 이용했다. 120 ℃에서 2시간 기판을 어닐링 함으로써 접착용액을 증발시키고 접착제를 경화 및 가교 시켜 주었다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 전자소자의 전사방법에 의해 섬유 표면에 전사된 기판의 SEM 사진이다. 도 8에 도시된 바와 같이, 패터닝된 기판이 전사인쇄 공정에 의해 섬유 위에 접착된 것을 확인할 수 있다. 확대된 사진을 보면 섬모 형상의 접착로드가 섬유내 실 가닥들을 잘 감싸고 있어 일차적으로 기계적인 힘과 반데르발스 힘(Van der waals force)으로 접착이 가능하다. 또한, 접착용액이 마르는 과정에서 섬모 형상의 접착로드 끝에 모이는 접착제를 통하여 섬모 형상의 접착로드가 화학적인 결합을 통해 보다 더 강하게 실 가닥과 접착될 수 있음을 알 수 있다.

<실험예2: 접착력 측정을 위한 풍압 실험>

섬모 형상의 접착로드를 갖는 고분자 기판과, 섬모구조가 없는 고분자 기판을 섬유로 전사 인쇄한 뒤 풍압을 통하여 접착력을 비교하였다. 또한 섬모구조의 길이와 밀도, 접착용액의 농도가 접착력에 미치는 영향을 관찰하였다.

도9a는 고분자 기판을 섬유 위로 전사 인쇄한 뒤 접착용액을 사용하지 않고 지지층을 톨루엔 만으로 용해시킨 것으로서, 1*는 섬모 형상의 접착로드가 없는 기판, 2*는 섬모 형상의 접착로드가 있는 고분자 기판이다. 에어건을 통하여 질소를 분사하여 0.2 kPa의 풍압을 인가하여 주었을 때, 섬모 형상의 접착로드가 없는 기판의 경우 풍압을 견디지 못하고 떨어지는 반면에, 섬모 형상의 접착로드가 있는 기판의 경우 그 위치를 유지하면서 접착되어 있는 것을 확인할 수 있었다. 1.8 kPa 이상의 풍압을 인가했을 때 섬모 형상의 접착로드가 있는 기판이 접착성을 잃는 것을 볼 수 있고, 이 때 주사현미경 사진에서 보는 것과 같이 섬모 형상의 접착로드가 섬유를 감싸고 있다가 풍압에 의해 풀리거나 소량의 섬모구조들은 끊어지는 현상이 발생하는 것을 볼 수 있다.

도9b의 경우 접착제가 섬모 형상의 접착로드에 남아 있는 경우 훨씬 더 큰 힘으로 섬모 형상의 접착로드와 섬유가 접착되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 풍압에 의해 기판이 찢겨져 떨어질 수 있는 것을 주사현미경 사진으로 확인할 수 있었다.

섬모 형상의 접착로드의 길이를 0, 150, 300, 600 ㎛로 조절하고, 접착제는 사용하지 않고 고분자 기판을 전사 인쇄하여 접착력을 비교하기 위해 풍압실험을 하고 이를 도 10a에 도시하였다. 이 때 임계풍압(critical pressure)은 섬유에 전사 인쇄한 고분자 기판이 접착성을 잃어버리는 풍압을 의미한다. 섬모 형상의 접착로드의 너비는 10 ㎛, 섬모 형상의 접착로드의 밀도는 1 mm당 10개로 동일한 조건 하에 실험하였다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 섬모 형상의 접착로드의 종횡비가 커질수록 임계 풍압이 크게 증가 하는 것을 볼 수 있다. 이는 짧은 섬모 형상의 접착로드의 경우 충분히 섬유 내 실 가닥들과 접착이 이루어지지 않는 반면, 길이가 충분히 긴 경우 실 가닥들을 감쌀 수 있어 더 큰 접착력을 확보할 수 있다.

섬모 형상의 접착로드의 밀도를 1mm 당 0, 3, 10, 30개로 증가시키고 접착제 없이 전사인쇄 한 기판에 대한 임계 풍압을 측정한 것으로 섬모 형상의 접착로드의 길이는 0, 300, 600 ㎛일 때 밀도를 변화시키면서 그 결과를 도 10b에 도시하였다. 이때, 섬모 형상의 접착로드의 너비를 10㎛로 고정하였다. 도 10b에 도시된 바와 같이, 밀도가 증가할수록 임계풍압이 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 섬모 형상의 접착로드가 없는 경우 임계풍압은 0.19 kPa이며, 섬모 형상의 접착로드의 길이가 300㎛에서 밀도가 1mm 당 3, 10, 30개로 증가할 때 입계풍압 값은 0.68 kPa, 0.8 kPa, 1.8 kPa, 섬모 형상의 접착로드 길이가 600 ㎛에서 밀도가 1mm당 3, 10, 30개로 증가할 때 임계풍압 값은 0.63 kPa, 1.83 kPa, 1.93 kPa으로 증가했다. 도 10b의 주사현미경 사진에서 보면, 밀도가 증가할수록 더 많은 섬모 형상의 접착로드들이 섬유 내 실 가닥들과 접착이 가능할 수 있어 더 큰 접착력을 보여줄 수 있음을 알 수 있다.

전사 인쇄 과정에서 접착용액의 농도를 조절하면서 접착제를 사용하였을 때의 임계풍압을 측정하여 도 10c에 도시하였다. 전사 인쇄 과정에서 접착용액의 농도를 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5 wt.%로 조절하면서 섬모 형상의 접착로드의 길이는 600 ㎛, 너비는 10 ㎛, 밀도는 1 mm당 30개로 고정하였다. 이 때 접착 용액은 PDMS를 톨루엔에 각 농도에 맞게 용해시켜 사용하였다. 또한, 왼쪽의 막대그래프는 섬모 형상의 접착로드가 없이 전사인쇄 된 기판, 오른쪽은 섬모 형상의 접착로드를 갖고 전사인쇄 된 기판을 의미한다. 도 10c의 그래프에서 보는 것과 같이 접착용액의 농도가 증가 할수록 임계풍압이 크게 증가하는 것을 볼 수 있다. 섬모 형상의 접착로드가 없는 경우 임계풍압 값이 농도가 0, 1.1, 2.2, 3.3, 4.4, 5.5 wt.%로 증가할 때, 0.19, 0.31, 0.68, 0.87, 1.88, 2.7 kPa로 증가하고, 섬모 형상의 접착로드가 있는 경우, 1.93, 1.95, 2.61, 3.23, 5, 6.02 kPa로 증가했다. 도 10c의 주사현미경 이미지에서 보는 것과 같이 접착용액의 농도가 증가할수록 접착용액이 마르면서 섬모 형상의 접착로드 근처로 모이는 접착제가 크게 증가하면서 더 큰 접착성을 제공함을 알 수 있다. 따라서, 섬모 형상의 접착로드의 길이와 밀도, 접착용액의 농도를 다양하게 조절함으로써 전사인쇄 과정에서 섬모 형상의 접착로드와 섬유와의 큰 접착력을 확보할 수 있다. 한편, 본 실험 예는 한 가지 종류의 섬유에 대한 결과로서 섬유의 촘촘한 정도나 재질, 짜임 등에 따라 임계풍압이 변화될 수 있다.

<실험예3: 다양한 모양, 크기를 갖는 기판의 전사 인쇄와 다양한 표면 구조를 갖는 피인쇄체로의 전사 인쇄>

고분자 기판을 패터닝을 통해 다양한 모양과 크기로 제조하여 섬유로 전사 인쇄를 하였고, 섬유 이외에 다양한 구조를 갖는 표면인 차 거름망, 면봉, 돌멩이에 전사 인쇄함을 통해 본 공정의 효용성을 입증했다.

도 11a는 동그라미, 네모, 세모 모양으로 패턴하고 섬모 형상의 접착로드를 갖는 고분자 기판을 상기 방법으로 제작한 뒤에 붕대로 전사 인쇄한 상태를 나타낸 사진이다. 그 중에 가장 작은 기판에 대한 주사현미경 사진을 통해 섬모 형상의 접착로드가 다양한 모양과 크기를 갖는 기판들을 강한 접착력으로 섬유에 부착시킬 수 있을 알 수 있다.

도 11b는 1 cm 크기의 대면적 기판 역시 섬모 형상의 접착로드 또는 섬모 형상의 접착로드와 접착제를 통해 붕대로 전사 인쇄 할 수 있음을 알 수 있다. 섬모 형상의 접착로드가 없는 경우 접착력이 약해 모서리 부분이 말리거나 가운데가 뜨는 현상이 나타나는 것을 보여준다.

도11c 내지 도11e는 다양한 구조를 갖는 표면으로 고분자 기판을 전사 인쇄하는 사진과 주사현미경 이미지이다. 도 11c는 차 잎을 거르는 거름망으로 가는 실 형태의 철이 서로 짜여 있는 구조를 갖는 복잡한 구조이지만, 주사현미경 이미지에서 보는 것과 같이 섬모 형상의 접착로드와 접착제를 통해 큰 접착성을 가지고 전사 인쇄된 것을 알 수 있다. 또한 전사 인쇄 시에 지지층으로 도포된 고분자 기판을 그대로 또는 뒤집어서 전사를 해 주어도 똑 같은 섬모 형상의 접착로드들이 가는 철사를 잘 감싸고 있는 것을 알 수 있다. 도11d와 도11e는 실 가닥이 얽혀 뭉쳐있는 면봉과 표면이 거칠거칠한 돌과 같은 불규칙적인 표면에도 섬모 형상의 접착로드들이 그 표면을 따라 잘 붙고, 접착제를 통해 더 큰 접착력을 확보하면서 전사 인쇄되는 것을 확인 할 수 있다.

<실험예 4: 섬유 위로 전사 인쇄한 전극을 포함하는 전사인쇄용 기판의 인장 실험>

실험예1에 따른 과정에서, 고분자 기판 위에 크롬 5 nm와 금 70 nm를 스퍼터링 방법을 이용하여 증착해 전극을 형성하였다. 전극의 너비는 40 ㎛이고, 구조는 물결무늬로 함으로써 인장 실험에서 전극이 받는 응력을 줄였다. 또한 전극은 위 아래로 폴리이미드에 의해 캡슐화(Encapsulation)되어 있어 기계적 중립면(Mechanical neutral plane)에 놓여 응력을 최소화시켰다.

도 12는 섬유 위에 전사 인쇄한 전극을 포함한 전사 인쇄용 기판을 양쪽 지그에 물려 양쪽으로 인장변형을 준 사진이다. 이 때 전극을 바깥쪽으로 연결하여 특정 인장 변형률 구간에서 전류변화를 측정하였다.

도 13a를 참조하면, 본 실험예에서는 총 4가지 종류의 인장실험을 하였다. A는 실이 짜인 방향과 전극이 평행(parallel) 방향, B는 실이 짜인 방향과 전극이 대각선(diagonal) 방향, C는 실이 짜인 방향과 전극이 대각선이면서 천과 전극 위아래를 PDMS로 덮어 경화시킨 형태, D는 섬유가 없이 전극을 PDMS로만 덮어 경화시킨 형태이다. 각각의 경우에 대해 약 4N의 힘으로 샘플을 늘린 사진이 도시되어 있으며, 각각 샘플의 특성 때문에 다른 인장 변형률 값을 보인다. 섬유의 경우 실이 짜여 있는 방향으로 늘릴 경우 큰 응력에도 작은 인장 변형만 발생하며, 대각선 방향의 경우는 섬유가 위아래 방향으로 수축 변형이 일어나면서 작은 응력에도 큰 변형을 나타낸다. 또한, PDMS로 위 아래를 덮을 경우에는 PDMS가 탄성체임에도 불구하고 PDMS들이 실과 실 사이에서 경화되어 실이 자유롭게 움직일 수 없기 때문에 큰 응력에도 변형률이 작은 것을 볼 수 있다. PDMS 만으로 위아래를 덮을 경우는 탄성체의 특성을 보이면서 작은 응력에도 큰 변형이 일어나는 것을 알 수 있다.

도 13b는 A, B, C, D의 경우에 대해 인장 변형을 주었을 때의 응력 값과 전극에서 측정한 전류 변화값(I/I₀)를 보여준다. 여기서 I는 인장 변형을 주었을 때의 전류값이고, I₀는 인장 변형 전의 초기 전류값이다. 인장 변형에 따른 응력의 경우 위에 각 샘플의 특성에 따라 나타나는 것을 관찰할 수 있으며, 전류 변화값의 경우 A와 B의 경우는 각각 3%, 4.6%의 작은 변화를 보였고 C는 6%, D는 87%의 변화를 보였다. 특히 PDMS만으로 덮여있는 경우 기판과 경화된 PDMS 사이에 생기는 피닝효과(pinning effect)에 의해 전극의 결함(crack)이 극대화 되는 것을 볼 수 있다. 도 13c는 A, B, C, D의 경우에 대해 1000번까지 반복 인장변형을 주었을 때의 전류값 변화를 나타낸다. A와 B의 경우는 전류값 변화가 각각 1.2%, 1.1%로 매우 작은 반면에 C는 74%로 크게 감소하였다. D의 경우는 304번째 반복 측정에서 전극이 끊어지는 것을 확인했다. 이는 C와 D의 경우 PDMS와 전극을 포함하는 고분자 기판 사이의 피닝효과에 의해 큰 인장 응력이 발생한 것으로 생각할 수 있다.

도 14는 섬유에 전사 인쇄한 전극을 포함하는 전사인쇄용 고분자 기판의 주사현미경 이미지이다. 이때 섬유에 인장 변형을 약 10% 인가해 준 상태에서 전사인쇄용 고분자 기판과 섬모 형상의 접착로드를 동시에 관찰하였다. 가로로 놓인 전극을 포함한 고분자 기판과 섬모 형상의 접착로드를 참조하면, 섬유를 좌우방향으로 인장변형을 인가하면 위아래 방향으로 수축변형이 일어나며, 인장변형 방향과 반대로 놓여있는 섬모 형상의 접착로드들이 섬유와 같이 수축되면서 구부러진 형태를 취하는 것을 볼 수 있다. 또한, 인장 변형과 같은 방향으로 놓인 전극을 포함하는 고분자 기판은 물결모양이 펴지면서 늘어나는 것을 볼 수 있다. 세로로 놓인 전극을 포함한 고분자 기판과 섬모 형상의 접착로드의 경우, 섬유의 인장변형 방향과 같은 방향에 놓여있는 섬모 형상의 접착로드들이 같이 인장 응력을 받아 팽팽하게 펴지는 것을 주사현미경 이미지로 볼 수 있다. 또한 심하게 인장 응력을 받는 경우 섬모 형상의 접착로드가 끊어지는 것을 확인했다.

따라서 전극을 포함하는 전사인쇄용 고분자 기판의 경우 인장 응력이 가해질 경우 고분자 기판 주변으로 형성되어 있는 섬모 형상의 접착로드가 큰 접착력으로 실 가닥에 부착되어 있어 원래 위치를 잘 유지할 수 있는 동시에, 인가되는 응력을 고분자 기판과 전극이 아닌 섬모 형상의 접착로드 또는 섬모 형상의 접착로드와 연결되어 있는 고분자 기판의 일부분으로 분산시킬 수 있는 역할을 할 수 있다.

<실험예 5: 전사인쇄 기술을 이용한 전자섬유 응용: 열선>

실험 예 1과 4의 방법을 이용하여 도 13의 B와 같이 대각선 방향으로 전사인쇄 한 전극을 포함하는 전사인쇄용 고분자 기판을 제작했다.

도 15a는 DC 15 V를 전극에 인가해 주었을 때, 전극에서 발생하는 열을 적외선 열화상 카메라를 통해 찍은 사진과, 그 때의 온도 분포를 나타낸다. 열선을 따라 최대 약 45 ℃까지 온도가 증가하는 것을 관찰할 수 있다. 또한 도 15b는 DC 15 V를 인가한 상태에서 인장 변형을 인가해준 사진과 그 때의 온도 분포를 보여준다. 전극의 변형으로 인해 약간의 저항이 올라갈 수 있고 이에 의해 온도가 약 51℃까지 증가할 수 있음을 알 수 있다.

<실험예 6: 전사인쇄 기술을 이용한 전자섬유 응용: 7-stage 링 오실레이터 (ring oscillator)>

실험예 1과 유사한 방법으로 공정을 수행하되, 보호층 형성 후에 고분자 기판을 도포하고 그 위에 완층층으로 SiO₂를 PECVD를 이용하여 약 100 nm 두께로 형성시켜주었다. 이는 추후 공정에서 고분자 기판과 위 무기물 박막과의 열팽창 계수 차이를 완화시켜 주기 위함이다.

처음 완층층 위 도포한 고분자 기판 위에 크롬과 금을 각각 5 nm와 70 nm를 증착하여 추후 전극과 전극을 연결할 수 있는 연결선을 제작하였다. 그 후 각 인버터 내 트랜지스터의 게이트 전극으로 몰리브데늄을 70 nm 증착하고 그 위에 게이트 절연막으로 SiO₂를 PECVD를 이용하여 150 nm 증착하였다. 그 위에 채널로 반도체 물질인 IGZO(Indium gallium zinc oxide)를 15 nm 형성하고, 300 ℃에서 2시간 열처리를 진행했다. 그 후 소스와 드레인 및 외부 전극 라인들을 한 번에 크롬과 금을 각각 5 nm와 150 nm를 증착함으로써 형성시켜주었다. 그 후 접지를 위한 금속 전극 역시 크롬과 금을 각각 5 nm와 150 nm를 증착해 주었다. IGZO 채널을 보호하는 보호층으로 희석시킨 SU-8을 이용하여 100 nm를 형성시켜준 뒤에 다시 폴리이미드를 도포해 주었다.

그 이후 공정은 실험예 1과 동일하게 진행하였다.

도 16a와 도 16b는 완성한 링 오실레이터를 무늬가 있는 섬유로 전사 인쇄한 사진과 소자부분만을 확대한 사진을 보여준다. 도 16c는 링 오실레이터 내에 인버터 소자 하나를 주사현미경 이미지로 확대하여 보여준다.

도 16d는 섬유로 전사 인쇄한 소자에 대한 시간에 따른 출력 전압을 보여주는 그래프로 V_DD를 10 V로 인가시켜 주었을 때, 주기적으로 오실레이션을 하는 것을 보여준다. 또한 V_DD가 증가함에 따라 출력 전압의 오실레이션 주파수가 증가하고 그에 따라 전파지연(propagation delay)가 줄어드는 경향을 보여준다.

도 16f는 섬유로 전사 인쇄한 소자에 대한 기계적인 변형에 대한 안정성을 보여주기 위해 인장실험을 진행했다. 인장 변형률이 약 9.3%까지 늘어났을 때 인장 응력은 약 8.3 N이 작용하였으며, 이 때 오실레이션 주파수는 소폭 감소하고, 이에 따라 전파지연이 증가한 것을 볼 수 있다. 또한 다시 초기 상태로 소자가 회복되었을 때 약간의 오실레이션 주파수의 감소와 전파지연 증가를 볼 수 있지만, 소자의 동작에는 문제가 없음을 확인했다. 도 16g는 반복적으로 일정한 인장 변형률을 인가해 주었을 때 소자의 동작을 관찰한 것이다. 약 10000번 반복적으로 인장 변형률을 5.5%(인장 응력: 4.4 N)이 가해졌을 때, 소자의 오실레이션 주파수와 전파지연에는 약간의 증가와 감소가 있었지만, 소자의 파괴나 결함 등이 발생하지 않았음을 알 수 있다.

특히, 소자에 인장 변형을 인가시켜 줄 때, 소자의 전극 부분과 실버 페이스트를 이용해 만든 외부 접촉 전극 사이에 결함 등이 발생할 수 있어 소자의 성능에 영향을 줄 수 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변경된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 핸들링 기판 110: 희생층
120: 보호층 130: 고분자 기판
131: 패터닝된 기판 132: 섬모 형상의 접착로드
140: 지지층 150: 접착제
200: 섬유(피인쇄체)

Claims

핸들링 기판 위에 희생층을 형성하는 과정;
상기 희생층 위에 보호층을 형성하는 과정;
상기 보호층 위에 고분자 기판을 형성하는 과정;
상기 고분자 기판 위에 패턴을 형성하고, 상기 고분자 기판의 측면에 섬모 형상의 접착로드를 형성하는 과정;
상기 접착로드가 형성된 고분자 기판 위에 지지층을 형성하는 과정 및
상기 희생층 및 상기 보호층을 제거하고, 뒤집어 지지층을 용해시키면서 피인쇄체에 전사 인쇄하는 과정을 포함하는 전자소자의 전사 인쇄방법.
청구항1에 있어서,
상기 핸들링 기판은 유리 또는 실리콘 기판인 것을 특징으로 하는 전자소자의 전사 인쇄방법.
청구항1에 있어서,
상기 희생층은 물에 녹을 수 있는 게르마늄 산화물(GeOx)을 포함하는 전자소자의 전사 인쇄방법.
청구항 1에 있어서,
상기 보호층은 물에 녹지 않는 실리콘 산화막, 금속 박막 및 고분자 박막 중에 선택되는 어느 하나를 포함하는 전자소자의 전사 인쇄방법.
청구항1에 있어서,
상기 고분자 기판은 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylen naphthalate, PEN), 폴리아릴레이트(Polyarylate, PAR) 및 SU-8 폴리머 중의 선택되는 어느 하나를 포함하는 전자소자의 전사 인쇄방법.
청구항 1에 있어서,
상기 섬모 형상의 접착로드는 박막형태로서 일자형 또는 Y자형인 것을 특징으로 하는 전자소자의 전사 인쇄방법.
청구항 1에 있어서,
상기 지지층은 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA)을 포함하는 전사소자의 전사 인쇄방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전사 인쇄과정은 유기용매와 접착제를 혼합한 접착용액을 투입하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 전자소자의 전사 인쇄방법.
청구항 8에 있어서,
상기 유기용매는 톨루엔, 아세톤 또는 헥산이며, 상기 접착제는 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS) 또는 폴리메틸 메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate, PMMA)인 것을 특징으로 하는 전자소자의 전사 인쇄방법.
피인쇄체의 표면에 안정적으로 유연 전자소자를 전사 인쇄하기 위한 전사 인쇄용 전자소자 지지체로서,
핸들링 기판;
상기 핸들링 기판 위에 형성된 희생층;
상기 희생층 위에 형성된 보호층;
상기 보호층 위에 형성되며, 상면에 전자소자가 형성되도록 패터닝되어 있고, 측면에 섬모 형상의 접착로드가 형성되어 있는 고분자 기판 및
상기 고분자 기판 위에 형성되어 이를 지지하는 지지층을 포함하는 전사 인쇄용 전자소자 지지체.
청구항 10에 있어서,
상기 고분자 기판은 폴리이미드(Polyimide), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone, PES), 폴리스타이렌(polystyrene, PS), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(Polyethylen naphthalate, PEN), 폴리아릴레이트(Polyarylate, PAR) 및 SU-8 폴리머 중의 선택되는 어느 하나를 포함하는 전사 인쇄용 전자소자 지지체.
청구항 10에 있어서,
상기 섬모 형상의 접착로드는 박막형태로서 일자형 또는 Y자형인 것을 특징으로 하는 전사 인쇄용 전자소자 지지체.
피인쇄체의 표면에 전사 인쇄되어 있는 유연 전자 소자로서,
표면에 전자소자가 형성되도록 패터닝되어 있고, 측면에 섬모 형상의 접착로드가 형성되어 있는 고분자 기판을 포함하고, 상기 섬모 형상의 접착로드가 피인쇄체와 밀착되는 것을 특징으로 하는 유연 전자 소자.
청구항 13에 있어서,
상기 피인쇄체는 구부러질 수 있는 표면이 변형이 일어날 수 있는 유연한 소재 또는 표면의 단차가 형성되어 불규칙적인 소재인 것을 특징으로 하는 유연 전자 소자.
청구항 13에 있어서,
상기 섬모 형상의 접착로드는 박막형태로서 일자형 또는 Y자형인 것을 특징으로 하는 유연 전자 소자.
청구항 13에 있어서,
상기 섬모 형상의 접착로드와 상기 피인쇄체의 표면은 접착제를 매개로 밀착되는 것을 특징으로 하는 유연 전자 소자.