KR102015278B1 - 채널이 형성된 몰드를 이용한 나노와이어 패턴형성 방법 - Google Patents

채널이 형성된 몰드를 이용한 나노와이어 패턴형성 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 은나노와이어 패턴형성 방법은 몰드(mould)에 채널(channel)을 프린팅하는 프린팅단계; 상기 몰드를 다공성 필름의 상부에 설치하는 마운팅단계; 은나노와이어 용액을 상기 채널에 주입하여 리젝션단계; 상기 은나노와이어가 증착된 상기 몰드를 상기 다공성 필름으로부터 제거하는 리무브단계; 를 포함한다.

Description

채널이 형성된 몰드를 이용한 나노와이어 패턴형성 방법 {A method for forming a nanowire pattern using a mold having a channel}
본 발명은 나노와이어 패턴형성 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 채널이 형성된 몰드에 은나노와이어를 주입하여 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.
최근 전세계적으로 진행되는 고령화와 건강에 대한 관심에 의해 헬스케어 모니터, 인공 근육, 스마트 터치 인터페이스 등 웨어러블(wearable) 전자기기의 산업이 발전되고 있다.
이에 따라 웨어러블, 플렉시블(flexible) 기능을 효과적으로 구현할 수 있는 은나노와이어(Ag nanowire, AgNW) 패턴설계 기술에 대한 연구가 진행되고 있다.
종래의 경우 도 1의 (a)에서와 같이 은나노와이어 용액을 분사하거나 (b)에서와 같이 마스크(mask)를 이용하여 은나노와이어 패턴을 형성하는 공정을 이용하였다.
하지만 기존의 방법은 다음과 같은 한계가 있다.
첫째로, 코팅 또는 마스크 제거 공정이 필수적으로 요구되기 때문에 많은 양의 은나노와이어가 패턴 구현에 사용되지 못한다.
둘째로, 은나노와이어와 마스크가 필름 표면에 함께 붙어서 패턴을 형성하게 되어 마스크를 떼어낼 경우 도 2에서와 같이 패턴의 엣지(edge), 즉 모서리 부분의 은나노와이어가 쉽게 부러지게 되어 표면이 거칠게 구현된다.
셋째로, 마스크를 한번에 떼어낼 수 없어 격자 모양 등 폐회로(closed-loop) 형태의 패턴을 설계하기에 적절하지 않다.
본 발명의 채널이 형성된 몰드를 이용한 나노와이어 패턴형성 방법은 위와 같은 종래의 문제점을 해결하여 은나노와이어 패턴 형성을 효율적으로 할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제 10-2013-0057261호
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 발명으로서, 채널이 형성된 몰드를 이용하여 나노와이어의 패턴을 형성하는 방법을 제공하기 위함이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 은나노와이어 패턴형성 방법은 몰드(mould)에 채널(channel)을 프린팅하는 프린팅단계, 상기 몰드를 다공성 필름의 상부에 설치하는 마운팅단계, 은나노와이어 용액을 상기 채널에 주입하는 리젝션단계 및 상기 몰드를 상기 은나노와이어가 증착된 상기 다공성 필름으로부터 제거하는 리무브단계를 포함하고, 상기 프린팅단계는, 상기 채널과 연통되도록 상기 몰드에 기 설정된 형상에 따른 패턴을 식각하는 에칭단계를 포함하고, 상기 리무브단계에서 상기 채널에 의해 상기 은나노와이어가 훼손되는 것을 방지하기 위하여 상기 에칭단계는 상기 채널보다 폭이 넓게 상기 패턴을 식각하는 것을 특징으로 할 수 있다.
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상기한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 은나노와이어 패턴형성 방법은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 은나노와이어의 모서리 부분이 깨끗하게 형성될 수 있다.
둘째, 몰드의 설치와 제거가 편하고 신속하게 이루어져 소요시간이 단축될 수 있다.
셋째, 증착되지 못한 은나노와이어를 회수하여 재활용 할 수 있어 경제적이다.
넷째, 기존의 마스크를 이용할 경우와 비교하여 복잡한 패턴 형성이 가능하여 미세 구조의 패턴 구현이 가능할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 종래의 마스크를 이용한 은나노와이어 패턴형성 방법을 나타낸 도면이다.
도 2는 종래의 마스크를 이용하여 형성된 은나노와이어의 패턴을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 몰드에 채널을 프린팅하는 프린팅단계를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 다공성 필름에 몰드를 고정시키는 마운팅단계를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 채널에 은나노와이어 용액을 주입하는 리젝션단계를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 은나노와이어가 경화과정을 거치면서 증착되는 단계를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 몰드를 다공성 필름으로부터 제거하는 리무브단계를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 채널이 형성된 몰드를 이용하여 형성된 은나노와이어의 패턴을 나타낸 도면이다. 그리고,
도 9는 본 발명의 은나노와이어 패턴형성 방법의 블록 선도(block diagram)이다.
이하 본 발명의 목적이 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용되며 이에 따른 부가적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 채널(120)이 형성된 몰드(100)를 이용한 나노와이어(300) 패턴(140)형성 방법은 도 9에서와 같이 프린팅단계(S100), 마운팅단계(S200), 리젝션단계(S300) 및 리무브단계(S400)를 포함한다.
도 3을 참조하여 본 발명의 은나노와이어(300) 패턴(140) 형성 방법의 프린팅단계(S100)에 대하여 설명한다. 도 3은 본 발명의 몰드(100)에 채널(120)을 프린팅하는 프린팅단계(S100)를 나타낸 도면이다.
프린팅단계(S100)는 몰드(mould)(100)에 채널(channel)(120)을 프린팅하는 단계이다. 채널(120)은 후술할 은나노와이어(300)가 주입되어 필름(200)에 패턴(140)을 형성하게 하는 통로를 의미한다.
몰드(100)는 다양한 소재가 사용될 수 있으나 몰드(100) 제거 후에 형성되는 은나노와이어(300)의 패턴(140)의 깨끗한 모서리의 형성을 위해 PDMS 또는 고무와 같이 끈적끈적하면서 솔리드(solid)한 소재를 사용하는 것이 바람직 할 수 있다.
이 때, 프린팅단계(S100)는 에칭단계(S150)를 포함할 수 있다.
에칭단계(S150)는 몰드(100)에 프린팅 되는 채널(120)과 연통되도록, 사용자가 형성하고자 하는 패턴(140)을 프린팅되는 채널(120)에 대향되는 몰드(100)의 면에 식각하는 단계를 의미한다.
에칭되는 패턴(140)을 통해 은나노와이어(300)가 다공성 필름(200)에 증착되어야 하므로 채널(120)과 연통되도록 구비되어야 한다.
에칭단계(S150)에서 패턴(140)은 프린팅되는 채널(120)보다 폭이 넓도록 형성되는 것이 바람직하다.
채널(120)과 패턴(140)의 폭이 동일한 경우 이는 종래의 마스크와 큰 차이가 없을 수 있다. 그리고, 채널(120)의 폭이 패턴(140)의 폭보다 넓은 경우 은나노와이어(300)가 증착된 후에 몰드(100)를 필름(200)에서 제거할 때 채널(120)에 의해 은나노와이어(300)가 부러지는 것을 방지하기 위함이다.
위와 같이 에칭단계(S150)를 포함하는 프린팅단계(S100)를 거쳐 몰드(100)에 형성되는 채널(120)과 패턴(140)에 의해 종래와 달리 복잡한 패턴(140)의 구현이 가능하다는 효과를 갖는다.
구체적으로는, 종래의 마스크(mask)를 이용하여 은나노와이어(300) 패턴(140)을 형성하는 과정은 폐회로(closed-loop) 형태의 패턴(140)을 설계하기 위해 마스크를 여러 번 부착하고 떼어내는 과정이 요구된다.
이 과정에서 필름(200)에 증착되는 은나노와이어(300)가 쉽게 부러지는 등의 이유로 부착한 마스크의 패턴(140)과 동일한 모양을 유지하기 어렵다. 이러한 현상은 은나노와이어(300)의 필름(200)의 두께가 증가할수록 두드러진다.
그러나, 본 발명의 은나노와이어 패턴형성 방법은 별도의 몰드(100)에 채널(120)과 패턴(140)을 형성하므로 한 번의 공정을 통해 원하는 패턴(140)으로 은나노와이어(300)를 증착할 수 있다.
도 4를 참조하여 본 발명의 은나노와이어 패턴형성 방법의 마운팅단계(S200)에 대하여 설명한다. 도 4는 본 발명의 다공성 필름(200)에 몰드(100)를 고정시키는 마운팅단계(S200)를 나타낸 도면이다.
마운팅단계(S200)는 몰드(100)를 다공성 필름(200)의 상부에 설치하는 단계이다. 이 때, 채널(120)이 상부 방향으로 향하도록 즉 몰드(100)에 형성된 패턴(140)이 다공성 필름(200)에 접하도록 위치하는 것이 바람직하다. 이는 은나노와이어(300) 용액을 용이하게 투입하게 하기 위함이다.
몰드(100)를 다공성 필름(200)에 설치하는 방법은 다공성 필름(200)의 패턴(140)을 형성하고자 하는 위치에 몰드(100)를 위치시켜 고정할 수 있는 것이라면 다양하게 구성될 수 있다.
본 발명의 마운팅단계(S200)는 몰드(100)를 다공성 필름(200)의 상부에 설치하기 위해 마운팅 제1단계(S220) 및 마운팅 제2단계(S240)를 포함할 수 있다.
마운팅 제1단계(S220)는 프린팅 된 채널(120)이 다공성 필름(200)과 대향되도록, 몰드(100)를 다공성 필름(200)의 상부에 위치시키는 단계이다.
즉, 다공성 필름(200)에 원하는 패턴(140)의 형상에 따라 은나노와이어(300)를 증착시키기 위하여, 다공성 필름(200)과 패턴(140)이 접하도록 몰드(100)를 위치시킨다.
그리고, 마운팅 제2단계(S240)는 다공성 필름(200)에 외력을 가하여 몰드(100)를 다공성 필름(200)에 고정시키는 단계이다.
구체적으로는, 펌프 등을 이용하여 다공성 필름(200)의 하부를 흡입하는 과정을 거친다. 펌프의 흡입에 의하여 다공성 필름(200)의 하부는 저압상태로 되어 다공성 필름(200)의 공동을 통해 몰드(100)가 패턴(140)에 고정될 수 있다.
본 발명의 마운팅단계(S200)에 의해 종래 마스크를 이용하는 경우와 비교하여 신속하고 효과적으로 은나노와이어(300)의 패턴(140)의 형성이 가능하다.
즉, 종래의 마스크를 이용하는 경우와 비교하여 다공성 필름(200)의 하부의 압력을 변화시킴으로써 간단하게 몰드(100)의 설치 제거가 가능하다.
그리고, 몰드(100) 자체를 부착하거나 떼어내는 것이 아니라 몰드(100) 하부의 다공성 필름(200)을 이용하여 몰드(100)를 설치하고 제거하는 것이므로 제거 후에 형성되는 은나노와이어(300)의 패턴(140)의 모서리가 도 8에서와 같이 깨끗하게 형성될 수 있다.
이 때, 마운팅 제2단계(S240)는 은나노와이어(300)가 다공성 필름(200)에 증착되기 시작할 때, 외력의 크기를 줄이는 것이 바람직하다.
외력의 크기를 줄이는 정도는 몰드(100)가 다공성 필름(200)에 고정되는 정도를 의미하며, 외력의 크기가 지나치게 큰 경우 후술할 리젝션단계(S300)에서 은나노와이어(300)가 다공성 필름(200)에 증착되지 못하고 다공성 필름(200)의 하부로 흘러갈 수 있기 때문이다.
도 5를 참조하여 본 발명의 은나노와이어(300) 패턴형성 방법의 리젝션단계(S300)에 대하여 설명한다. 도 5는 본 발명의 채널(120)에 은나노와이어(300) 용액을 주입하는 리젝션단계(S300)를 나타낸 도면이다.
리젝션단계(S300)는 은나노와이어(300) 용액을 채널(120)에 주입하는 단계이다.
이 때, 은나노와이어(300)는 상대적으로 폭이 좁은 채널(120)에 주입되어 채널(120)과 연통되는 상대적으로 폭이 넓은 패턴(140)에 전달되면서 은나노와이어(300)가 다공성 필름(200)으로부터 차오르게 된다.
은나노와이어(300)가 채널(120)에 투입되는 경우 질량보존의 법칙에 의해 면적이 넓은 패턴(140)에서 은나노와이어(300)가 투입되는 속도는 채널(120)에서의 속도보다 낮다. 따라서, 은나노와이어(300)는 패턴(140)에서 서서히 차오르며 다공성 필름(200)에서 증착되기 시작한다.
다공성 필름(200)에 은나노와이어(300)가 채워지면서 도 6에서와 같이 경화과정 등을 거쳐 다공성 필름(200)에 은나노와이어(300)의 패턴(140)이 형성될 수 있다. 도 6은 본 발명의 은나노와이어(300)가 경화과정을 거치면서 증착되는 단계를 나타낸 도면이다.
도 7을 참조하여 본 발명의 은나노와이어 패턴형성 방법의 리무브단계(S400)에 대하여 설명한다. 도 7은 본 발명의 몰드(100)를 다공성 필름(200)으로부터 제거하는 리무브단계(S400)를 나타낸 도면이다.
본 발명의 리무브단계(S400)는 상술한 마운팅 제2단계(S240)를 역으로 이용하는 과정일 수 있다. 즉, 다공성 필름(200)에 가해지는 외력을 제거하거나 역으로 다공성 필름(200)을 밀어내어 몰드(100)가 다공성 필름(200)에서 제거되는 것을 특징으로 한다.
위와 같이 본 발명의 마운팅단계(S200)와 리무브단계(S400)에 의해 다공성 필름(200)에 몰드(100)를 용이하게 설치하고 제거할 수 있다는 장점이 있다. 이는 상술한 바와 같이 증착되는 은나노와이어(300)의 패턴(140)의 모양에도 영향을 미친다.
도 2에서 나타나는 종래의 방법에 따를 때 형성되는 은나노와이어(300)의 패턴(140)과 도 8에서의 본 발명에 따를 때 형성되는 은나노와이어(300)의 패턴(140)의 모양을 서로 비교할 때 본 발명에 따른 은나노와이어(300)의 패턴(140)이 깨끗하게 형성됨을 확인할 수 있다.
그리고, 본 발명의 은나노와이어 패턴형성 방법은 리사이클링단계(S500)를 포함할 수 있다.
리사이클링단계(S500)는 다공성 필름(200)에 증착되지 못한 은나노와이어(300)를 회수하여 재활용하는 단계이다.
즉, 상기 다공성 필름(200)의 하부에 별도의 유로를 설치하여 다공성 필름(200)을 통해 하부로 모이는 은나노와이어(300)를 회수하여 재활용할 수 있다.
본 발명의 리사이클링단계(S500)에 의해 종래의 마스크를 이용할 때 많은 양의 은나노와이어(300)가 경우와 비교하여, 버려지는 은나노와이어(300)를 회수하여 재활용할 수 있으므로 경제적이다.
이상과 같이 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 살펴보았으며, 앞서 설명된 실시예 이외에도 본 발명이 그 취지나 범주에서 벗어남이 없이 다른 특정 형태로 구체화될 수 있다는 사실은 해당 기술에 통상의 지식을 가진 이들에게는 자명한 것이다. 그러므로, 상술된 실시예는 제한적인 것이 아니라 예시적인 것으로 여겨져야 하고, 이에 따라 본 발명은 상술한 설명에 한정되지 않고 첨부된 청구항의 범주 및 그 동등 범위 내에서 변경될 수도 있다.
100: 몰드 120: 채널
140: 패턴 200: 다공성 필름
300: 은나노와이어 S100: 프린팅단계
S150: 에칭단계 S200: 마운팅단계
S220: 마운팅제1단계 S240: 마운팅제2단계
S300: 리젝션단계 S400: 리무브단계
S500: 리사이클링단계

Claims (7)

  1. 몰드(mould)에 채널(channel)을 프린팅하는 프린팅단계;
    상기 몰드를 다공성 필름의 상부에 설치하는 마운팅단계;
    은나노와이어 용액을 상기 채널에 주입하는 리젝션단계; 및
    상기 몰드를 상기 은나노와이어가 증착된 상기 다공성 필름으로부터 제거하는 리무브단계;
    를 포함하고,
    상기 프린팅단계는
    상기 채널과 연통되도록 상기 몰드에 기 설정된 형상에 따른 패턴을 식각하는 에칭단계;
    를 포함하고,
    상기 리무브단계에서 상기 채널에 의해 상기 은나노와이어가 훼손되는 것을 방지하기 위하여 상기 에칭단계는 상기 채널보다 폭이 넓게 상기 패턴을 식각하는 것을 특징으로 하는 은나노와이어 패턴형성 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 마운팅단계는
    상기 프린팅 된 채널이 상기 다공성 필름과 대향되도록, 상기 몰드를 상기 다공성 필름의 상부에 위치시키는 마운팅 제1단계; 및
    상기 다공성 필름에 외력을 가하여 상기 몰드를 상기 다공성 필름에 고정시키는 마운팅 제2단계;
    를 포함하는 은나노와이어 패턴형성 방법.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 마운팅 제2단계는
    상기 은나노와이어가 상기 다공성 필름에 증착되는 경우 상기 외력의 크기를 줄이는 것을 특징으로 하는 은나노와이어 패턴형성 방법.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 리무브단계는
    상기 외력을 제거하여 상기 몰드를 상기 다공성 필름으로부터 떨어뜨리는 것을 특징으로 하는 은나노와이어 패턴형성 방법.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 은나노와이어 패턴형성 방법은
    상기 다공성 필름에 증착되지 못한 상기 은나노와이어를 회수하여 재활용하는 리사이클링단계;
    를 포함하는 은나노와이어 패턴형성 방법.
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