KR102050295B1 - Method for manufacturing smart lends including 3-dimensionally patterned interconnects and the smart lends manufatured by the method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 스마트 렌즈를 제조하는데 필요한 요소 기술에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 렌즈의 변형에 대응하는 플렉서블 기판 상에 소자를 연결하는 인터커넥트 패턴을 3차원으로 형성하여 스마트 렌즈를 제조하는 방법 및 상기 제조 방법에 의해 제조된 스마트 렌즈에 관한 것이다.The present invention relates to an element technology required for manufacturing a smart lens, and more particularly, to a method for manufacturing a smart lens by forming an interconnect pattern for connecting elements on a flexible substrate corresponding to the deformation of the lens in three dimensions. It relates to a smart lens manufactured by the method.
환자의 건강 상태를 분석하기 위해서는 환자의 신체 조직, 혈액 등을 채취하는 것이 일반적이었다. 그러나, 이러한 채취 과정에서 환자의 고통은 필수적이며, 채취의 횟수, 기간이 긴 장기 환자, 특히, 치료가 평생 지속되는 당뇨병 환자는 장기간 고통 속에서 생활해야 하는 불편이 있었다. 때문에, 당뇨병 환자에게 매우 효율적이고 고통 없는 진단을 가능하게 하는 비침습적 의료 기기(non-invasive medical devices)에 대한 필요성이 항상 요구되어 왔다. In order to analyze the health of the patient, it was common to collect the patient's body tissue, blood, and the like. However, the patient's pain is essential in this collection process, and long-term patients with a long collection period and a long period of time, in particular, diabetic patients whose treatment lasts a lifetime, have had inconveniences of living in long-term pain. Thus, there has always been a need for non-invasive medical devices that enable very efficient and painless diagnosis in diabetics.
최근에는 이러한 요구에 응답하여 소위 스마트 컨택트 렌즈라고 지칭되는, 혈액 채취 등을 요구하지 않는 콘택트 렌즈를 기반으로 한 다양한 건강 모니터링 도구의 개발이 시도되고 있다. 이 콘택트 렌즈는 바이오 센서, 박막 배터리(thin film battery), 센서 관련 칩(예컨대, sensor managing chip 등)과 같은 몇몇 구성요소를 기판으로서 높은 유연성을 제공하는 렌즈 상에 구성되어야 모니터링 기능을 발휘한다. In recent years, in response to such demands, various health monitoring tools based on contact lenses, which do not require blood collection and the like, called smart contact lenses, have been attempted. This contact lens requires some components, such as biosensors, thin film batteries, and sensor-related chips (eg, sensor managing chips, etc.) to be configured on a lens that provides high flexibility as a substrate for monitoring.
여기서, 렌즈 상에 배치된 구성요소를 전기적으로 연결하는 인터 커넥트(interconnects)는 기능성 스마트 콘택트 렌즈를 구현하기 위한 중요한 구성요소 중 하나이다. 이러한 인터커넥트는 여러가지 방법에 의해 구현될 수 있다. 예를 들어, 진공 증착에 의해 전도성 박막을 제조 하거나, 보다 용이하게는 프린팅에 의하여 인터커넥트 기능을 갖는 전도성 패턴을 형성하는 기술에 의해 구현될 수 있다. Here, interconnects that electrically connect the components disposed on the lens are one of the important components for implementing a functional smart contact lens. Such interconnects can be implemented by various methods. For example, the conductive thin film may be manufactured by vacuum deposition, or more easily, by printing to form a conductive pattern having an interconnect function by printing.
상기 인터커넥트 패턴은 여러 조건을 만족해야 한다. 예를 들어, 패턴은 기판 표면 및 각 단위 소자의 상부 표면 상에 형성된 전극 모두를 커버할 필요가 있다. 패턴의 기계적, 전기적 연속성은 콘택트렌즈 상에 위치하는 개별 소자의 높이를 극복하여 보장 되어야 한다. 또한, 콘택트 기판의 특수성으로 인해 패턴은 유연성을 가지고 반복적인 응력(stress)에 강해야 한다.The interconnect pattern must satisfy several conditions. For example, the pattern needs to cover both the substrate surface and the electrodes formed on the top surface of each unit element. The mechanical and electrical continuity of the pattern must be ensured by overcoming the height of the individual elements placed on the contact lens. In addition, due to the specificity of the contact substrate, the pattern must be flexible and resistant to repetitive stresses.
도 1은, 종래의 일 실시예에 따른, 진공 장비에 의해 시도 될 수 있는, 전도성 인터커넥트 패턴을 설명하기 위한 도면이다. 1 is a diagram for explaining a conductive interconnect pattern, which may be attempted by vacuum equipment, according to one conventional embodiment.
종래의 일 실시예는 진공 장비 내에서 전도성 물질의 증착에 의해 3차원 패턴을 직접 형성해야 하나, 2차원 패턴 형성에 최적화 된 기존의 공정으로 기판 표면상에 위치한 소자의 서로 다른 높이에 의해 생기는 단차를 연결해 가며 3차원 패턴을 형성하는 것에 한계가 있다. 결과적으로, 기존의 진공 장비를 사용할 경우, 도 1을 참조하면, 진공 상태의 기판 손상 및 단차(step height)를 가로 지르는 (즉, 기기의 측면을 가로 지르는) 도전성 코팅의 불량한 커버 성능을 가진다. One conventional embodiment has to form a three-dimensional pattern directly by the deposition of a conductive material in a vacuum equipment, but the step caused by the different height of the device located on the substrate surface by the conventional process optimized for the formation of the two-dimensional pattern There is a limit to forming a three-dimensional pattern by connecting. As a result, when using conventional vacuum equipment, referring to FIG. 1, it has poor cover performance of conductive coatings (ie, across the sides of the device) across substrate damage and step height in vacuum.
반면, 상온 상태에서도 전도성 잉크를 사용한 프린팅 공정이 수행될 수 있다. 그러나, 일반적인 전도성 잉크를 사용할 경우, 기판 상의 각 소자에 의해 주어지는 단차를 극복하여 소자의 윗 표면과 기판상의 패턴을 연결하는데 역시 한계를 갖게 된다. On the other hand, a printing process using a conductive ink may be performed even at room temperature. However, when using a general conductive ink, there is also a limit in connecting the pattern on the substrate with the top surface of the element by overcoming the step given by each element on the substrate.
또한, 전술한 종래의 실시예들은 고온에서 금속 증착 및 리소그래피 기반 진공 공정 과정에서 고온에서 열화되는 경향이 있는 플렉서블 기판 상에서 성공적인 3D 패턴을 형성하는데 한계가 있다.In addition, the foregoing conventional embodiments have limitations in forming successful 3D patterns on flexible substrates that tend to degrade at high temperatures in metal deposition and lithography based vacuum processes at high temperatures.
본 발명의 일 측면에 따르면, 3차원 인터커넥트 패턴을 포함한 스마트 렌즈를 제조하는 방법을 제공하고자 한다. According to an aspect of the invention, to provide a method for manufacturing a smart lens including a three-dimensional interconnect pattern.
이외에도, 상기 방법에 의해 제조된 스마트 렌즈를 제공하고자 한다.In addition, to provide a smart lens manufactured by the above method.
본 발명의 일 측면에 따른 스마트 렌즈를 제조하는 방법은 기판 상에 하나 이상의 칩(chips)을 배치하는 단계; 마스크를 통해 전도성 잉크를 상기 기판으로 분무하여 칩에 연결되도록 인터커넥트 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 인터커넥트 패턴이 형성된 패터닝 기판을 콘택트 렌즈 상에 전사하는 단계를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 기판은 플렉서블하고, 상기 마스크는 상기 패터닝 기판의 적어도 일부 단면에 대응하도록 에칭된다.A method of manufacturing a smart lens according to an aspect of the present invention comprises the steps of placing one or more chips on the substrate; Spraying conductive ink through the mask onto the substrate to form an interconnect pattern to connect to the chip; And transferring the patterning substrate on which the interconnect pattern is formed on a contact lens. Here, the substrate is flexible and the mask is etched to correspond to at least some cross section of the patterning substrate.
일 실시예에서, 상기 칩은 인접한 기판의 표면 보다 높은 높이를 가진다. 또한, 상기 칩은 1um 내지 1,000um의 높이를 가질 수 있다.In one embodiment, the chip has a height higher than the surface of the adjacent substrate. In addition, the chip may have a height of 1um to 1,000um.
일 실시예에서, 상기 전도성 잉크는 Ag, AgNW(Ag Nano-Wire), MWCNT(Multi-walled carbon nanotubes) 및 이들의 조합으로 이루어진 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 상기 전도성 잉크는 AgNW가 0.3wt%인 것을 특징으로 하는 Ag-AgNW 복합 잉크일 수 있다.In one embodiment, the conductive ink may be made of Ag, Ag Nano-Wire (AgNW), Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), or a combination thereof. In addition, the conductive ink may be Ag-AgNW composite ink, characterized in that the AgNW is 0.3wt%.
일 실시예에서, 상기 인터커넥트 패턴은 18℃ 내지 25℃에서 형성될 수 있다.In one embodiment, the interconnect pattern may be formed at 18 ℃ to 25 ℃.
일 실시예에서, 상기 기판은 C형으로 설계될 수 있다.In one embodiment, the substrate may be designed to be C-type.
일 실시예에서, 상기 기판은 PI(polymide), PDMS(poly(dimethylsiloxane)), Parylene, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 물질로 이루어질 수 있다.In one embodiment, the substrate may be made of a material selected from the group consisting of polymide (PI), poly (dimethylsiloxane) (PDMS), parylene, and combinations thereof.
일 실시예에서, 상기 패터닝 기판은 3mm 범위의 곡률 반경(bending radius)에 대응하는 변형 범위 내에서 변형 전후의 Rs(sheet resistance) 변화율이 15.2% 범위를 가질 수 있다.In one embodiment, the patterning substrate may have a rate of change of sheet resistance (Rs) before and after deformation within a range of 15.2% within a deformation range corresponding to a bending radius of 3 mm.
일 실시예에서, 상기 방법은 추가 렌즈로 상기 콘택트 렌즈 상에 전사된 패터닝 기판 부분을 덮는 단계를 더 포함할 수 있다. In one embodiment, the method may further comprise covering the patterned substrate portion transferred onto the contact lens with an additional lens.
일 실시예에서, 상기 콘택트 렌즈 상에 전사된 패터닝 기판은 상기 콘택트 렌즈의 형태에 의해 가해지는 전방향 굽힘 응력(omnidirectional bending stress)에 적응 가능할 수 있다.In one embodiment, the patterned substrate transferred onto the contact lens may be adaptable to omnidirectional bending stress exerted by the shape of the contact lens.
본 발명의 다른 일 측면에 따른 콘택트 렌즈 상에 전사된 패터닝 기판을 포함한 스마트 렌즈로서, 상기 패터닝 기판은 상기 패터닝 기판 상에 배치된 칩(chip)과 전극, 그리고 상기 칩과 전극 중 적어도 하나를 연결하는 인터커넥트 패턴 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 인터커넥트 패턴은 전도성 잉크가 마스크를 통해 상기 기판으로 분무되어 형성된 것으로서, 상기 마스크는 상기 인터커넥트 패턴이 형성된 패터닝 기판의 적어도 일부 단면에 대응하도록 에칭된다.A smart lens including a patterning substrate transferred onto a contact lens according to another aspect of the present invention, wherein the patterning substrate connects at least one of a chip and an electrode disposed on the patterning substrate, and at least one of the chip and the electrode. It may include at least one of the interconnect pattern. Here, the interconnect pattern is formed by spraying conductive ink onto the substrate through a mask, and the mask is etched to correspond to at least a partial cross section of the patterning substrate on which the interconnect pattern is formed.
본 발명의 일 측면에 따른 스마트 렌즈 제조 방법은 전도성 잉크를 스프레이 프린팅하여 전방위 곡면을 이루는 기판 상에 구성요소를 연결하는 인터커넥트를 패턴 형태로 구현할 수 있다. 여기서, 상기 패턴은 스마트 렌즈의 구성요소를 2차원적으로 연결하는 것은 물론, 서로의 높이가 다른 구성요소를 연결하는 3차원 인터커넥트로 기능할 수 있다. 예를 들어, 300um 두께를 갖는 소자(예를 들어 마이크로 칩, 등)의 윗 표면 전극과 연결하는 구조, 또는 표면 대 부피 비율이 높은 오목한 형상과 같은 다양한 3차원 구조의 전도성 패턴을 형성할 수 있다. 그리고 300um의 단차에 걸쳐 0.396Ω/□의 Rs(sheet resistance)를 가질 수 있다.Smart lens manufacturing method according to an aspect of the present invention can implement the interconnect in the form of a pattern for connecting the components on the substrate forming the omni-directional curved surface by spray printing a conductive ink. Here, the pattern may not only connect the components of the smart lens in two dimensions, but also function as a three-dimensional interconnect connecting components having different heights. For example, it is possible to form conductive patterns of various three-dimensional structures, such as a structure connecting to the top surface electrode of a device having a thickness of 300 μm (for example, a microchip, etc.), or a concave shape having a high surface-to-volume ratio. . And it may have a sheet resistance (RS) of 0.396Ω / □ over a step of 300um.
특히, 상기 스마트 렌즈의 패턴은 콘택트 렌즈 기능으로 인한 반복적인 응력이 기판에 작용하더라도 구성요소 간의 인터커넥트 성능을 보장한다. 예를 들어, 3mm의 곡률 반경(bending radius)에 대응하는 굽힘 응력(bending stress)에 적응하여 변형될 수 있다. 또한, 굽힘 응력이 적용되더라도 약 15%의 준수한 범위 내에서 변화하는 Rs값을 가진다. In particular, the pattern of the smart lens ensures the interconnect performance between components even if the repetitive stress due to the contact lens function acts on the substrate. For example, it may be deformed to adapt to bending stress corresponding to a bending radius of 3 mm. In addition, even when the bending stress is applied, it has a value of Rs that varies within the observed range of about 15%.
또한, 상기 제조 방법은 표면 대 부피 비율에 따라 잉크의 농도를 제어하여 단일 제조 공정(single fabrication process)으로 3차원 패턴을 형성할 수 있다. 특히, 금속 증발(metal evaporation) 또는 리소 그래피 기반 진공 공정과 같은 통상적인 전도성 패턴 제조 공정에 비해 매우 낮은 온도(예컨대, 상온(room temperature))에서 3차원 패턴을 형성할 수 있다. 따라서, 상기 제조 방법은 기판 상에 열적 손상을 주지 않는다. In addition, the manufacturing method can control the concentration of the ink according to the surface-to-volume ratio to form a three-dimensional pattern in a single fabrication process (single fabrication process). In particular, it is possible to form three-dimensional patterns at very low temperatures (eg, room temperature) compared to conventional conductive pattern fabrication processes such as metal evaporation or lithography based vacuum processes. Thus, the manufacturing method does not cause thermal damage on the substrate.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.The effects of the present invention are not limited to the above-mentioned effects, and other effects not mentioned will be clearly understood by those skilled in the art from the description of the claims.
본 발명 또는 종래 기술의 실시예의 기술적 해결책을 보다 명확하게 설명하기 위해, 실시예에 대한 설명에서 필요한 도면이 아래에서 간단히 소개된다. 아래의 도면들은 본 명세서의 실시예를 설명하기 목적일 뿐 한정의 목적이 아니라는 것으로 이해되어야 한다. 또한, 설명의 명료성을 위해 아래의 도면들에서 과장, 생략 등 다양한 변형이 적용된 일부 요소들이 도시될 수 있다.
도 1은, 종래의 일 실시예에 따른, 진공 장비에 의해 시도 될 수 있는, 전도성 인터커넥트 패턴을 설명하기 위한 도면이다.
도 2 는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스마트 렌즈를 제조하는 방법의 개념적인 흐름도이다.
도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 실험적인 스마트 렌즈를 도시한 이미지도이다.
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, SEM에 의해 촬영된, 전도성 잉크의 성분에 따른 인터커넥트 패턴의 미세 구조의 이미지도이다.
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스마트 렌즈의 인터커넥트 패턴에 대한 저항 관련 성능을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스마트 렌즈의 인터커넥트 패턴에 대한 굽힘 관련 성능을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 패터닝 기판(250)의 굽힘에 대한 전도성 잉크의 성분별 인터커넥트 패턴의 미세 구조의 이미지도이다.BRIEF DESCRIPTION OF DRAWINGS To describe the technical solutions in the embodiments of the present invention or in the prior art more clearly, the drawings required in the description of the embodiments are briefly introduced below. It is to be understood that the drawings below are for the purpose of describing the embodiments herein and are not intended to be limiting. In addition, some elements to which various modifications, such as exaggeration and omission, may be shown in the following drawings for clarity of explanation.
1 is a diagram for explaining a conductive interconnect pattern, which may be attempted by vacuum equipment, according to one conventional embodiment.
2 is a conceptual flowchart of a method of manufacturing a smart lens according to an embodiment of the present invention.
3 is an image diagram illustrating an experimental smart lens manufactured by the manufacturing method of FIG. 2 according to an embodiment of the present invention.
4 is an image diagram of the microstructure of the interconnect pattern according to the components of the conductive ink, taken by SEM, according to one embodiment of the invention.
FIG. 5 is a diagram illustrating resistance related performance of an interconnect pattern of a smart lens according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram of an interconnect pattern of a smart lens according to an embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating bending performance.
FIG. 7 is an image diagram of a microstructure of component-specific interconnect patterns of conductive inks for bending of the
본 발명에서 사용한 용어는 단지 확정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것이지, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 본 발명 및 첨부 된 특허청구의 범위에서 사용되는 단수 표현은 아래위 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현도 포함하는 것을 의도한다. 또한 본 발명에서 사용한 "및/또는"이라는 용어에 대해서는 하나 또는 복수의 관련되는 열거한 항목들의 임의 또는 모든 가능한 조합들을 포함하는 것으로 이해 하여야 한다.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular forms used in the present invention and the appended claims are intended to include the plural forms as well, unless the context clearly indicates otherwise. It is also to be understood that the term "and / or" as used herein includes any or all possible combinations of one or a plurality of related enumerated items.
어느 부분이 다른 부분의 "위에" 있다고 언급하는 경우, 이는 바로 다른 부분의 위에 있을 수 있거나 그 사이에 다른 부분이 수반될 수 있다. 대조적으로 어느 부분이 다른 부분의 "바로 위에" 있다고 언급하는 경우, 그 사이에 다른 부분이 수반되지 않는다.When a portion is referred to as being "above" another portion, it may be just above the other portion or may be accompanied by another portion in between. In contrast, when a part is mentioned as "directly above" another part, no other part is involved between them.
제1, 제2 및 제3 등의 용어들은 다양한 부분, 성분, 영역, 층 및/또는 섹션들을 설명하기 위해 사용되나 이들에 한정되지 않는다. 이들 용어들은 어느 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션을 다른 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 서술하는 제1 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 범위 내에서 제2 부분, 성분, 영역, 층 또는 섹션으로 언급될 수 있다.Terms such as first, second, and third are used to describe various parts, components, regions, layers, and / or sections, but are not limited to these. These terms are only used to distinguish one part, component, region, layer or section from another part, component, region, layer or section. Accordingly, the first portion, component, region, layer or section described below may be referred to as the second portion, component, region, layer or section without departing from the scope of the invention.
여기서 사용되는 전문 용어는 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 특성, 영역, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 성분의 존재나 부가를 제외시키는 것은 아니다.The terminology used herein is for reference only to specific embodiments and is not intended to limit the invention. As used herein, the singular forms “a,” “an,” and “the” include plural forms as well, unless the phrases clearly indicate the opposite. As used herein, the meaning of "comprising" embodies a particular characteristic, region, integer, step, operation, element and / or component, and the presence of other characteristics, region, integer, step, operation, element and / or component It does not exclude the addition.
다르게 정의하지는 않았지만, 여기에 사용되는 기술용어 및 과학용어를 포함하는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 의미와 동일한 의미를 가진다. 보통 사용되는 사전에 정의된 용어들은 관련기술문헌과 현재 개시된 내용에 부합하는 의미를 가지는 것으로 추가 해석되고, 정의되지 않는 한 이상적이거나 매우 공식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms including technical and scientific terms used herein have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art. Commonly defined terms used are additionally interpreted to have a meaning consistent with the related technical literature and the presently disclosed contents, and are not interpreted in an ideal or very formal sense unless defined.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대하여 상세히 살펴본다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스마트 렌즈를 제조하는 방법(이하, "제조 방법")을 개념적으로 설명하기 위한 흐름도이고, 도 3은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 도 2의 제조 방법에 의해 제조된 스마트 렌즈의 이미지도이다. 2 is a flowchart for conceptually explaining a method for manufacturing a smart lens (hereinafter, referred to as a "manufacturing method") according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a diagram according to an embodiment of the present invention. It is an image diagram of the smart lens manufactured by the manufacturing method of 2.
도 2를 참조하면, 상기 제조 방법은 기판(10) 상에 칩(chip)(210)을 배치하는 단계(S210), 상기 칩(210)에 연결된 인터커넥트 패턴(230)을 형성하기 위해 전도성 잉크를 마스크(220)를 통해 상기 기판(210)으로 분무하는 단계(S230); 및 단계(S230)를 통해 인터커넥트 패턴(230)이 형성된 패터닝 기판(250)을 콘택트 렌즈(270) 상에 전사하는 단계(S250)를 포함한다. 도 2의 제조 방법이 수행되면, 도 3에 도시된 바와 같이 칩(210)과 인터커넥트 패턴(230)을 포함한 회로로서, 변형 가능한 패터닝 기판(250)를 포함한 스마트 렌즈를 제조할 수 있다.Referring to FIG. 2, the manufacturing method includes disposing a chip 210 on a substrate 10 (S210) and using conductive ink to form an
단계(S210)에서, 기판(10)은 콘택트 렌즈의 변형 기능에 대응하기 위해 플렉서블 물질로 이루어진다. 기판(10)은 곡선형(예컨대, C형)으로 설계되거나, 또는 변형될 수 있어 상기 기판(10)은 콘택트 렌즈에 장착되면 콘택트 렌즈의 곡면 형태에 대응할 수 있다. 기판(10)은 PI(polymide), PDMS(poly(dimethylsiloxane)), Parylene 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 물질로 이루어질 수 있다. 일부 실시예에서, 기판(10)은 스마트 렌즈로 사용되기 위해 광투과성 물질을 갖는 플렉서블 폴리머로 이루어질 수 있다.In step S210, the
일 실시예에서, 상기 기판(10)은 물리적인 안정성, 열전기 절연성 및 화학적 저항(chemical resistance)을 가진 PI로 이루어질 수 있다. 기판(10)이 PI로 이루어진 경우, 다른 플렉서블 폴리머(예컨대, PDMS(poly(dimethylsiloxane)), 또는 Parylene 등)에 비해 상대적으로 우수한 특성 값(Rs, 치수 안정성, 열전도율 등)을 적어도 하나 가진다. 또한, 일부 실시예에서, 단계(S250)에서 전도성 잉크의 분무 직후 패턴 형성을 위해 냉각 공정이 가해지는 경우, 상기 PI로 이루어진 기판은 냉각 공정 동안 기판과 패턴 사이의 열 팽창 계수 차이에 의한 패턴의 균열이 상대적으로 발생하지 않는다. In one embodiment, the
기판(10)은 스마트 렌즈로 제조되기 적합한 크기, 두께를 가진다. The
단계(S210)에서, 칩(210)은 기판(10)의 용도에 연관된 기능을 수행하도록 구성될 수 있다. 일 실시예에서, 기판(10)의 사용 용도가 비침습 의료 기기에 사용되기 위한 것인 경우, 칩(210)은 센서에 연관된 기능, 예컨대, 센서 제어(sensor control), 센서 관리(sensor managing) 칩 등을 포함할 수 있다. 상기 칩(210)은 회로의 설계에 따라 하나 이상이 기판(10) 상에 배치될 수 있다.In step S210, the chip 210 may be configured to perform a function associated with the use of the
상기 칩(210)은 기판(10)의 표면과 비교하여 단차(step height)를 발생하도록 높이를 가진다. 일 실시예에서, 상기 높이는 1um 내지 1,000um일 수 있다. 예를 들어, 상기 칩(210)은 60um의 높이를 가질 수 있다. 일부 실시예에서, 상기 높이는 250um 내지 300um일 수 있다. The chip 210 has a height so as to generate a step height compared to the surface of the
다시 도 2를 참조하면, 인터커넥트 패턴(230)을 형성하기 위해 전도성 잉크를 기판(10)에 분무한다(S230). 전도성 잉크는 기판(10)과 분무기 사이에 위치한 마스크(220)를 통해 분무되어, 인터커넥트 패턴(230)을 포함한 패터닝 기판(250)이 제조된다(S250). 인터커넥트 패턴(250)은 도 2b 및 도 3에 도시된 바와 같이, 칩(210)에 연결될 수 있고, 또는 칩(210)과 전극(240) 사이를 연결할 수도, 또는 서로 다른 칩(210) 사이를 연결할 수도 있다. 인터커넥트 패턴(250)의 경로는 마스크(220)에 에칭된 형태에 의해 결정된다. 인터커넥트 패턴(250)은 도 2 에 도시된 바와 같이 형성될 수 있거나, 또는 스마트 렌즈를 활용하기 위한 목적에 부합하도록 설계된 패터닝 형태의 설계에 따라 형성될 수 있다. Referring back to FIG. 2, conductive ink is sprayed onto the
마스크(220)는 미리 설계된 패터닝 기판(250)의 일부, 또는 적어도 인터커넥트 패턴(230)의 일부 및/또는 모든 경로에 대응하도록 에칭된다. 마스크(220)의 단면은 콘택트 렌즈가 스마트 렌즈로 기능하도록 하는 회로의 단면에 대응된다. 예를 들어, 도 2b에 도시된 인터커넥트 패턴(230)을 형성하기 위해 도 2에 도시된 마스크(220)가 사용될 수 있다. The
추가적으로, 패터닝 기판(250)의 전극(240)은 인터커넥트 패턴(230)과 같이 분무가 수행되는 프린팅 공정에 의해 형성될 수 있다. 이 경우, 도 2에 도시된 바와 같이 전극(240)을 형성하는데 사용되 마스크(220)는 기판(10) 상에 회로의 전극(240)이 형성되도록 에칭될 수 있다. 다른 일 실시예에서, 전극(240)은 다른 기판 상에서 형성되어, 패터닝 기판(250)의 인터커넥트 패턴(230)에서 칩(210)에 연결되지 않은 다른 단에 연결되기 위해 전사될 수도 있다.In addition, the
전도성 잉크는 전기분무(electrospray) 방식에 의해 기판(10)으로 분무된다. Elctrosprary 방식에 의해 형성된 인터커텍트 패턴(230)은 기판(10) 상에 미세하고 균일하게 형성된다. 일 실시예에서, 전도성 잉크는 인터커넥트 패턴(230)이 하나 이상의 서브층을 포함하도록 분무될 수 있다. The conductive ink is sprayed onto the
전도성 잉크는 Ag, AgNW(Ag Nano-Wire), MWCNT(Multi-walled carbon nanotubes) 및 이들의 조합으로 이루어진다. 전도성 잉크는 프린팅되는 인터커넥트 패턴(230)의 서브층들을 지지하는 프레임 역할을 위해 AgNW, 또는 MWCNT를 포함할 수 있다. AgNW, 또는 MWCNT는 패터닝 기판(250)의 변형에 기초한 균열의 발생 및 균열의 전파(propagation)에 대해 패터닝 기판(250)에 내구성을 제공한다. The conductive ink consists of Ag, Ag Nano-Wire (AgNW), Multi-walled carbon nanotubes (MWCNT), and combinations thereof. The conductive ink may include AgNW, or MWCNT to serve as a frame for supporting the sublayers of the
도 4는, 본 발명의 일 실시예에 따른, SEM에 의해 촬영된, 전도성 잉크의 성분에 따른 인터커넥트 패턴의 미세 구조의 이미지도이다. 4 is an image diagram of the microstructure of the interconnect pattern according to the components of the conductive ink, taken by SEM, according to one embodiment of the invention.
일 실시예에서, 단계(S250)에서 사용되는 전도성 잉크는 AgNW가 0.3wt%인 것을 특징으로 하는 Ag-AgNW 복합 잉크일 수 있다. In one embodiment, the conductive ink used in step S250 may be an Ag-AgNW composite ink, characterized in that the AgNW is 0.3wt%.
도 4 a 내지 도 4c는 AgNW 함량에 따라 상이한 전도성 구조를 갖는 패턴의 미세 구조를 보여준다. 4 a to 4c show the microstructure of the pattern with different conductive structures depending on the AgNW content.
전도성 잉크가 전자가 쉽게 이동할 수 있는 경로로 기능하는, 결함 밀도가 낮은 이방성 물질(anisotropic material)인 AgNW를 함유하는 경우 (즉, Ag-AgNW 복합 잉크인 경우), 패터닝된 기판(250)의 인터커넥트 패턴(230)은 상대적으로 높은 전도성을 가진다. 도 4b 및 도 4c에 도시된 바와 같이 전도성 잉크가 AgNW를 함유하는 경우 인터커넥트 패턴(230)은 Ag의 소결정의 접점(contact point)을 지나는 고속도로와 같은 구조를 포함한다. 그러나, 전도성 잉크가 순수한 Ag로 이루어진 경우, 도 4a 에 도시된 바와 같이 패터닝 기판(250)에 형성된 인터커넥트 패턴(230)은 고속도로 구조가 없다. 따라서, Ag의 소결정(granules)의 접점에서의 전자 산란으로 인해 상대적으로 높은 저항(즉, 낮은 전도성)을 가진다. If the conductive ink contains AgNW, a low defect density anisotropic material that functions as a path for electrons to move easily (ie, Ag-AgNW composite ink), the interconnect of the patterned
도 4d 내지 도 4f는 AgNW 함량별 상이한 내부 구조를 갖는 인터커넥트 패턴(230)의 미세 구조를 보여준다. 전도성 잉크에 포함된 AgNW의 함량이 소정 기준 이상인 경우 (예를 들어, 0.3wt% 이상인 경우) 인터커넥트 패턴(230)는 도 4f에 도시된 바와 같이 300um의 두께를 갖도록 형성될 수 있다. 도 4d의 순수한 Ag 전도성 잉크와 달리 커피링 효과(coffee ring effect)에 의해 생성된 수십 um 직경을 가진 다수의 Ag 링을 포함하지 않기 때문이다. 또한, 도 4e의 소정 기준 미만의 AgNW를 포함한 전도성 잉크와 달리 AgNW의 함량이 상대적으로 많기 때문에 인터커넥트 패턴(230)의 서브층들의 두께가 270um 이상이어도 서브층들의 연결 부위에 원래 프린팅된 인터커넥트 패턴(230)의 내부 구조가 유지되기 때문이다. 4D-4F show the microstructure of
이와 같이 단계(S230)에서 표면 대 부피 비율에 따라 잉크의 농도를 제어하여 단일 제조 공정(single fabrication process)으로 3차원 패턴을 형성할 수 있다.As such, in step S230, the concentration of the ink may be controlled according to the surface-to-volume ratio to form a three-dimensional pattern in a single fabrication process.
단계(S230)에서 3차원 인터커넥트 패턴(230)은 상온(room temperature)에서 형성될 수 있다. 예를 들어, 18℃ 내지 25℃에서 형성될 수 있다. In operation S230, the three-
추가적으로, 전기 분무 이후에 기판 상에 전기 분무되는 전도성 잉크를 소정의 시간동안 가열하는 단계가 더 수행될 수 있다. 예를 들어, 전도성 잉크의 이온방울(droplets)에 9kV의 전압을 가해 30분 동안 120℃까지 가열하는 과정이 더 수행될 수 있다. 또한, 분사 이후 전도성 잉크를 냉각하는 과정이 더 수행될 수도 있다.Additionally, the step of heating the conductive ink electrosprayed onto the substrate after the electrospray for a predetermined time may be further performed. For example, a process of applying a voltage of 9 kV to the droplets of the conductive ink and heating to 120 ° C. for 30 minutes may be further performed. In addition, a process of cooling the conductive ink after the injection may be further performed.
이와 같은 전도성 잉크가 마스크(220)를 통과하여 분무된 결과, 플렉서블 기판(10) 상에 3차원으로 인터커넥트 패턴(230)을 형성하여 패터닝 기판(250)을 제조할 수 있다(S250). 따라서, 기판(10) 상에 배치되는 칩과 같은 소자, 또는 전극이 소정 범위 내의 높이를 갖더라도 소자와 소자 사이, 소자와 전극 사이를 3차원 인터커넥트 패턴(230)을 사용하여 연결할 수 있고, 나아가 패터닝 기판(250)을 스마트 렌즈를 제조하기 위해 사용할 수 있다.As a result of the spraying of the conductive ink through the
일 실시예에서, 전술한 단계들(S210 및 S250)에 의해 제조된 패터닝 기판(250)은 콘택트 렌즈(270) 상에 전사된다(S270). 전사된 패터닝 기판(250)은 도 2b에 도시된 바와 같이 콘택트 렌즈(270)의 형태에 의해 주어진 전방향 굽힘 응력에 적응하면서 변형될 수 있다. In one embodiment, the
일 실시예에서, 상기 패터닝 기판(250)을 외부 물질, 충격 등으로부터 보호하기 위해 추가 렌즈로 상기 콘택트 렌즈(270) 상에 전사된 패터닝 기판(250) 부분을 덮는 단계가 더 수행될 수 있다. 상기 추가 렌즈는 반드시 렌즈로 제한되지 않으며, 패터닝 기판(250) 부분을 덮을 수 있는 다양한 필름, 막 등으로 대체될 수 있다.In one embodiment, the step of covering the portion of the patterned
도 5는, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스마트 렌즈의 인터커넥트 패턴에 대한 저항 관련 성능을 설명하기 위한 도면이고, 도 6은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 스마트 렌즈의 인터커넥트 패턴에 대한 굽힘 관련 성능을 설명하기 위한 도면이다. FIG. 5 is a diagram illustrating resistance related performance of an interconnect pattern of a smart lens according to an embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a diagram of an interconnect pattern of a smart lens according to an embodiment of the present invention. It is a figure for demonstrating bending performance.
도 5 및 도 6은 다음의 실험 조건에 의해 측정된 실험 결과이다.5 and 6 are experimental results measured by the following experimental conditions.
제1 조건(패턴의 특성 분석): 프로브 스테이션(MSTECH 사, 한국)을 사용하여 4-point probe 방법으로 패터닝 기판(250)의 Rs를 측정하였다. Rs는 측정된 저항의 패턴의 기하학적 특성에 해당하는 0.9988의 보정 계수가 적용되었다. 패터닝 기판(250)의 Rs를 분석한 후 x축 액츄에이터(NAMIL OPTICAL INSTRUMENTS Co. 사, 한국)를 사용하여 굽힘 테스트를 수행하였다. 패턴의 미세 구조는 FE-SEM(field emission scanning electron microscope)(Inspect F 사, 일본)을 사용하여 촬영되었다. First condition (characteristic analysis of the pattern): Rs of the
제2 조건(인터커넥트 패턴(230)의 형성): 기판(10)으로서 C형 PI 필름(두께: 12.5um)가 준비된다. 또한, 실제 전자 칩의 예시적인 대안으로 3차원 높이 정의 PI 플레이크(PI flake)가 배치되었다. 마스크(220)는 금속 재질의 쉐도우 마스크(SCTECH 사, 한국)를 PI 기판(10) 상에 배치한 후 전기 분무 공정을 수행하였다. 2nd condition (formation of the interconnect pattern 230): As a board |
패터닝 기판(250)을 포함한 스마트 렌즈의 동적 특성은 전도성 잉크의 성분에 의존한다.The dynamic properties of the smart lens, including the
패터닝 기판(250)의 곡률 반경(bending radius)에 따른 저항 특성(Rs의 변화율(change ratio))은 다음의 수학식에 의해 산출된다.The resistance characteristic (change ratio of Rs) according to the bending radius of the
[수학식 1][Equation 1]
Rs의 변화율 = (Rsc - Rso) / RsoRate of change of Rs = (Rsc-Rso) / Rso
여기서, Rso는 변형 전의 패터닝 기판(250)의 Rs 이고, Rsc는 변형 후의 패터닝 기판(250)의 Rs를 나타낸다. 패터닝 기판(250)은 x 축 방향과 같이 굽힘이 점점 진행되면 인장 응력을 받는다. 곡률 반경이 14mm에서 3mm로 변하는 동안, Rs는 반지름에 반비례한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 패터닝 기판(250)은 임계 곡률 반경 범위 내에서 안정적인 Rs를 가진다. 특히, 0.3wt%의 AgNW를 포함한 Ag-AgNW 복합 잉크가 사용된 패터닝 기판(250)은 초기 Rs 대비 약 15%의 Rs 변화를 가진다. Here, Rso is Rs of the
일 실시예에서, 패터닝 기판(250)의 Rs 는 곡률 반경 3mm의 굽힘을 여러 번 반복하여도 거의 일정하게 유지된다. 특히, 0.3wt%의 AgNW를 포함한 Ag-AgNW 복합 잉크가 사용된 패터닝 기판(250)은 도 6에 도시된 바와 같이 1000번의 굽힘이 반복되어도 Rs 특성이 유지될 수 있다. In one embodiment, the Rs of the
도 7은, 본 발명의 일 실시예에 따른, 패터닝 기판(250)의 굽힘에 대한 전도성 잉크의 성분별 인터커넥트 패턴의 미세 구조의 이미지도이다. FIG. 7 is an image diagram of a microstructure of component-specific interconnect patterns of conductive inks for bending of the
굽힘이 반복되는 경우 인터커넥트 패턴(230)에 균열이 발생할 수 있다. 그러나, AgNW가 함유된 인터커넥트 패턴(230)은, 도 7에 도시된 바와 같이 균열 너머로 다리가 형성된 것과 같은 구조를 가진다. 따라서, AgNW에 의해 균열이 발생하더라도 전도성이 유지된다. If bending is repeated, cracks may occur in the
전술한 실험 조건은 단지 예시적인 것으로서, 본 발명의 스마트 렌즈의 제조 조건은 이에 제한되지 않는 것이 통상의 기술자에게 명백할 것이다. The foregoing experimental conditions are merely exemplary, and it will be apparent to those skilled in the art that the manufacturing conditions of the smart lens of the present invention are not limited thereto.
이상에서 살펴본 본 발명은 도면에 도시된 실시예들을 참고로 하여 설명하였으나 이는 예시적인 것에 불과하며 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 실시예의 변형이 가능하다는 점을 이해할 것이다. 그러나, 이와 같은 변형은 본 발명의 기술적 보호범위 내에 있다고 보아야 한다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention described above has been described with reference to the embodiments shown in the drawings, this is merely exemplary, and it will be understood by those skilled in the art that various modifications and variations may be made therefrom. However, such modifications should be considered to be within the technical protection scope of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined by the technical spirit of the appended claims.
본 발명의 일 측면에 따른 스마트 렌즈용 회로는 3차원 인터커넥트 패턴을 형성하는 프린팅 공정에 의해 제조된다. 3차원 인터커넥트 패턴을 상온에서 간단한 제조 공정에 의해 고품질로 제조할 수 있어 맞춤형 회로 제조에 매우 용이하다. The circuit for a smart lens according to an aspect of the present invention is manufactured by a printing process for forming a three-dimensional interconnect pattern. Three-dimensional interconnect patterns can be manufactured in high quality by a simple manufacturing process at room temperature, making it very easy to manufacture custom circuits.
이러한 스마트 렌즈용 회로는 특히 전방향 유연성(omnidirectional flexibility)을 가지기 때문에 미래의 플렉서블 전자 제품의 개발, 상용화에 큰 도움이 될 것이다. 또한, 전도성 잉크의 분무를 통해 패턴을 직접 3차원으로 프린팅함으로써 전도성 접착제를 추가로 사용하여 인터커넥트를 회로 소자와 연결되도록 고정하는 등의 공정이 불필요하다. 나아가, 이러한 프린팅 공정을 사용하면 매우 높은 공정 효율로 생의학 의료 기기 및 스마트 웨어러블 기기의 개발에 유용하게 사용될 수 있다.Such a smart lens circuit is particularly helpful in the development and commercialization of future flexible electronic products because of the omnidirectional flexibility. In addition, by printing the pattern directly three-dimensionally by spraying the conductive ink, a process such as additionally using a conductive adhesive to fix the interconnect to the circuit element is unnecessary. Furthermore, using such a printing process can be usefully used for the development of biomedical medical devices and smart wearable devices with very high process efficiency.
Claims (12)
기판 상에 하나 이상의 칩(chips)을 배치하는 단계 - 상기 칩은 인접한 기판의 표면 보다 높은 높이를 가지며, 상기 기판을 대향하는 표면 상에 위치한 전극을 포함함;
상기 칩의 전극을 연결하도록 상기 기판 상에 인터커넥트 패턴을 형성하는 단계 - 상기 인터커넥트 패턴은 표면 대 부피 비율에 따라 농도가 제어된 전도성 잉크를 마스크를 통해 분무하여 형성됨; 및
상기 인터커넥트 패턴이 형성된 패터닝 기판을 콘택트 렌즈 상에 전사하는 단계를 포함하되,
상기 기판은 플렉서블하고, 상기 마스크는 상기 패터닝 기판의 적어도 일부 단면에 대응하도록 에칭된 것을 특징으로 하는 방법.As a method of manufacturing a smart lens,
Placing one or more chips (chips) on the substrate, the chip also has a height greater than the adjacent surface of the substrate, an electrode located on a surface opposite to the substrate;
Forming an interconnect pattern on the substrate to connect the electrodes of the chip, wherein the interconnect pattern is formed by spraying a conductive ink whose concentration is controlled according to a surface-to-volume ratio through a mask ; And
Transferring the patterning substrate on which the interconnect pattern is formed onto a contact lens;
The substrate is flexible, and the mask is etched to correspond to at least some cross-section of the patterning substrate.
상기 높이는 1um 내지 1,000um인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
The height is characterized in that 1um to 1,000um.
상기 전도성 잉크는 Ag, AgNW(Ag Nano-Wire), MWCNT(Multi-walled carbon nanotubes) 및 이들의 조합으로 이루어진 물질로 이루어지는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
The conductive ink is Ag, AgNW (Ag Nano-Wire), MWCNT (Multi-walled carbon nanotubes) characterized in that made of a material consisting of a combination thereof.
상기 전도성 잉크는 AgNW가 0.3wt%인 것을 특징으로 하는 Ag-AgNW 복합 잉크인 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 4, wherein
The conductive ink is an Ag-AgNW composite ink, characterized in that AgNW is 0.3wt%.
상기 인터커넥트 패턴은 18℃ 내지 25℃에서 형성되는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
The interconnect pattern is formed at 18 ° C to 25 ° C.
상기 기판은 C형으로 설계된 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
And said substrate is designed to be C-type.
상기 기판은 PI(polymide), PDMS(poly(dimethylsiloxane)), Parylene, 및 이들의 조합으로 이루어진 그룹에서 선택된 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
Wherein the substrate is made of a material selected from the group consisting of poly (mide), poly (dimethylsiloxane), PDMS, parylene, and combinations thereof.
상기 패터닝 기판은 3mm 범위의 곡률 반경(bending radius)에 대응하는 변형 범위 내에서 변형 전후의 Rs(sheet resistance) 변화율이 15.2% 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 1,
And wherein said patterning substrate has a rate of change of sheet resistance (Rs) before and after deformation within a range of 15.2% within a deformation range corresponding to a bending radius in the range of 3 mm.
추가 렌즈로 상기 콘택트 렌즈 상에 전사된 패터닝 기판 부분을 덮는 단계를 더 포함하는 방법.The method of claim 1,
Covering the patterned substrate portion transferred onto the contact lens with an additional lens.
상기 콘택트 렌즈 상에 전사된 패터닝 기판은 상기 콘택트 렌즈의 형태에 의해 가해지는 전방향 굽힘 응력(omnidirectional bending stress)에 적응 가능한 것을 특징으로 하는 방법.The method of claim 10,
And the patterned substrate transferred onto the contact lens is adaptable to omnidirectional bending stress applied by the shape of the contact lens.
상기 기판 상에 배치된 칩은, 인접한 기판의 표면 보다 높은 높이를 갖는 표면 및 상기 기판의 표면 상에 위치한 제2 전극을 포함하고,
상기 인터커넥트 패턴은 상기 칩의 제2 전극에 연결되도록 상기 기판 상에 형성된 것으로서, 표면 대 부피 비율에 따라 제어된 전도성 잉크가 마스크를 통해 상기 기판 상으로 분무되어 형성되고, 상기 마스크는 상기 인터커넥트 패턴이 형성된 패터닝 기판의 적어도 일부 단면에 대응하도록 에칭된 것을 특징으로 하는 스마트 렌즈.A smart lens comprising a patterning substrate transferred onto a contact lens, wherein the patterning substrate comprises at least one chip and a first electrode disposed on the patterning substrate and an interconnect connecting at least one of the chip and the first electrode. Include at least one of the patterns,
The chip disposed on the substrate includes a surface having a height higher than that of an adjacent substrate and a second electrode located on the surface of the substrate,
The interconnect pattern is formed on the substrate so as to be connected to the second electrode of the chip, and a conductive ink controlled according to a surface-to-volume ratio is sprayed onto the substrate through a mask, and the mask is formed by the interconnect pattern. A smart lens etched to correspond to at least a partial cross section of the formed patterning substrate.
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KR1020180063606A KR102050295B1 (en) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | Method for manufacturing smart lends including 3-dimensionally patterned interconnects and the smart lends manufatured by the method |
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