KR102239833B1 - Method for depositing a functional material on a substrate - Google Patents

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Abstract

기능성 재료를 기판 상에 증착하기 위한 방법이 개시된다. 제1 표면 및 제2 표면을 가지는 판이 제공된다. 광 산란 재료의 층은 판의 제1 표면 상에 적용되며, 그리고 반사 재료의 층은 판의 제2 표면 상에 적용된다. 웰들의 그룹이 판의 제2 표면 상에 형성된 후에, 광-흡수 재료의 층은 판의 제2 표면 상에 적용된다. 다음으로, 웰들에는 기능성 재료가 충전된다. 그 후, 판은, 리시빙 기판 상의 웰들로부터 기능성 재료를 방출하기 위해 광-흡수 재료와 기능성 재료 사이의 인터페이스에 가스를 발생시키기 위해 광-흡수 재료를 가열하도록 광의 펄스로 조사된다.A method for depositing a functional material onto a substrate is disclosed. A plate is provided having a first surface and a second surface. A layer of light scattering material is applied on the first surface of the plate, and a layer of reflective material is applied on the second surface of the plate. After the group of wells is formed on the second surface of the plate, a layer of light-absorbing material is applied on the second surface of the plate. Next, the wells are filled with a functional material. The plate is then irradiated with a pulse of light to heat the light-absorbing material to generate a gas at the interface between the light-absorbing material and the functional material to release the functional material from the wells on the receiving substrate.

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Figure 112019074480210-pct00001

Description

기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법Method for depositing a functional material on a substrate

본 특허 출원은, 2016년 3월 16일자로 출원된, 계류중인 미국 출원 일련 번호 제15/072,180호에 관련된다.This patent application is related to pending U.S. application serial number 15/072,180, filed March 16, 2016.

본 발명은 일반적으로 인쇄 공정들에 관한 것이며, 특히, 기능성 재료를 기판 상에 선택적으로 증착시키기 위한 방법에 관한 것이다.TECHNICAL FIELD The present invention relates generally to printing processes and, in particular, to a method for selectively depositing a functional material on a substrate.

기능성 재료를 기판 상에 선택적으로 증착하기 위한 일반적인 방법은 인쇄를 통하는 것이다. 기능성 재료는, 기능성 재료가 기판 상에 인쇄될 수 있기 전에 다른 재료들로 제형화되어야(formulated) 한다. 제제(formulation)가 용제 또는 액체에서 기능성 재료를 분산시킴으로써 통상적으로 형성되기 때문에, 제제는 일반적으로 습윤형이다. 제제는, 점도에 따라, 종종 잉크(ink) 또는 페이스트(paste)로서 지칭된다.A common method for selectively depositing a functional material onto a substrate is through printing. The functional material must be formulated with other materials before the functional material can be printed on the substrate. Since the formulation is typically formed by dispersing the functional material in a solvent or liquid, the formulation is generally wettable. The formulation, depending on its viscosity, is often referred to as an ink or paste.

제제가 잉크 또는 페이스트라면, 제제는 인쇄 공정을 더 용이하게 그리고 더 신뢰가능하게 하도록 의도되는 특정한 첨가제들을 통상적으로 포함하지만, 이들의 첨가제들은 또한, 기능성 재료의 특성들을 방해할 수 있다. 제제 내의 첨가제들이 증착될 기능성 재료의 의도된 기능들을 실질적으로 간섭하지 않는다면, 첨가제들은 머무를 수 있으며; 그렇지 않으면, 첨가제들이 제거되어야 한다. 첨가제들의 제거는, 불가능하지 않다면, 다소 불편할 수 있다.If the formulation is an ink or paste, the formulation typically contains certain additives that are intended to make the printing process easier and more reliable, but their additives can also interfere with the properties of the functional material. Additives can stay if the additives in the formulation do not substantially interfere with the intended functions of the functional material to be deposited; Otherwise, the additives must be removed. The removal of additives, if not impossible, can be somewhat inconvenient.

본 개시는 기능성 재료를 기판 상에 인쇄하기 위한 개선된 방법을 제공한다.The present disclosure provides an improved method for printing a functional material onto a substrate.

본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 제1 표면 및 제2 표면을 가지는 판이 제공된다. 광 산란 재료의 층은 판의 제1 표면 상에 적용되며, 그리고 반사 재료의 층은 판의 제2 표면 상에 적용된다. 웰들의 그룹이 웰들의 표면 상에 형성된 후에, 광-흡수 재료의 층은 판의 제2 표면 상에 적용된다. 다음으로, 웰들에는 기능성 재료가 충전된다. 그 후, 판은, 리시빙 기판(receiving substrate) 상의 웰들로부터 기능성 재료를 방출하기 위해 광-흡수 재료와 기능성 재료 사이의 인터페이스에 가스를 발생시키기 위해 광-흡수 재료를 가열하도록 광의 펄스로 조사된다.According to a preferred embodiment of the present invention, a plate having a first surface and a second surface is provided. A layer of light scattering material is applied on the first surface of the plate, and a layer of reflective material is applied on the second surface of the plate. After the group of wells is formed on the surface of the wells, a layer of light-absorbing material is applied on the second surface of the plate. Next, the wells are filled with a functional material. The plate is then irradiated with a pulse of light to heat the light-absorbing material to generate a gas at the interface between the light-absorbing material and the functional material to release the functional material from the wells on the receiving substrate. .

본 발명의 모든 특징들 및 이점들은 하기에 상세히 기재된 설명에서 분명해질 것이다.All features and advantages of the present invention will become apparent from the detailed description below.

본 발명 자체뿐만 아니라 본 발명의 바람직한 이용 모드, 추가 목적들 및 이점들은 첨부 도면들과 함께 판독할 때 예시적 실시예의 하기 상세한 설명을 참조함으로써 가장 잘 이해될 것이다.
도 1a 및 도 1b는 레이저 유도된 전방 전달 공정을 묘사한다.
도 2는 기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법의 공정 흐름 선도이다.
도 3a 내지 도 3e는 도 2의 방법을 도표로 예시한다.The invention itself, as well as preferred modes of use, further objects and advantages of the invention, will be best understood by reference to the following detailed description of an exemplary embodiment when read in conjunction with the accompanying drawings.
1A and 1B depict a laser induced anterior delivery process.
2 is a process flow diagram of a method for depositing a functional material on a substrate.
3A-3E graphically illustrate the method of FIG. 2.

이상적으로는, 기능성 재료를 기판 상에 인쇄하는 것 대신에, 순수 기능성 재료를 기판 상에 선택적으로 증착시키는 것이 가장 바람직하지만, 이는 결코 거의 이루어지지 않는다. 특정한 정도로, 거의 순수한 기능성 재료, 예컨대 높은 고체 함량을 갖는 페이스트들을 인쇄하는 것은 LIFT(Laser Induced Forward Transfer) 공정을 사용함으로써 수행될 수 있다.Ideally, instead of printing the functional material onto the substrate, it is most desirable to selectively deposit the pure functional material onto the substrate, but this is rarely done. To a certain extent, printing of almost pure functional materials, such as pastes with high solids content, can be accomplished by using a LIFT (Laser Induced Forward Transfer) process.

이제, 도면들 및 특히 도 1a 및 도 1b를 참조하면, LIFT 공정이 묘사된다. 처음에는, 기능성 재료(11)가 적어도 부분적으로 광 투과성 도너(donor) 기판(10)의 일 측 상에 배치된다. 그 후, 레이저 빔(12)은 (기능성 재료(11)가 배치된 측으로부터 반대편인) 도너 기판(10)의 타 측 상에 배치되며, 그리고 레이저 빔(12)은 도 1a에서 도시되는 바와 같이, 기능성 재료(11)와 도너 기판(10) 사이의 인터페이스(15)에 가까운 지점으로 포커싱된다(focused). 후속하여, 가스(16)는 인터페이스(15)에서 발생되며, 그리고 도 1b에서 도시되는 바와 같이, 가스(16)는 기능성 재료(11)의 작은 부분을 리시버 기판(17)으로 몰고 간다.Referring now to the figures and in particular FIGS. 1A and 1B, a LIFT process is depicted. Initially, the functional material 11 is at least partially disposed on one side of the light-transmitting donor substrate 10. After that, the laser beam 12 is disposed on the other side of the donor substrate 10 (opposite from the side on which the functional material 11 is disposed), and the laser beam 12 is as shown in Fig. 1A. , Focused to a point close to the interface 15 between the functional material 11 and the donor substrate 10. Subsequently, gas 16 is generated at interface 15 and, as shown in FIG. 1B, gas 16 drives a small portion of functional material 11 to receiver substrate 17.

LIFT 공정에 대한 수개의 단점들이 존재한다. 첫째로, 증착이 두꺼워질수록, 최종 인쇄의 해상도가 낮아진다. 둘째로, 기능성 재료의 단지 단일의 스팟이 한번에 전달되기 때문에, LIFT 공정은 단지 직렬 방식으로 수행될 수 있다. 셋째로, LIFT 공정에서 상당한 양의 폐기물이 존재하는데, 이는 왜냐하면 단지 도너 기판 상의 상대적으로 작은 부분의 기능성 재료만이 활용되기 때문이다. 마지막으로, 그리고 아마 LIFT 공정의 가장 큰 단점들은, 인쇄될 기능성 재료의 동적 특성들에 대한 특정한 요건들이 존재한다는 점이다. 다시 말해, LIFT 공정은 모든 유형들의 기능성 재료들에 대해 적합하지 않으며, 그리고 인쇄 매개변수들은 각각의 유형의 기능성 재료들에 대해 미세 조정되어야(fine tuned) 한다. 조정을 위한 오차의 여유는 상대적으로 작은데, 이는 왜냐하면 층 두께 및 점도의 균일성이 전체 도너 기판에 걸쳐 변할 것이기 때문이다.There are several disadvantages to the LIFT process. First, the thicker the deposition, the lower the resolution of the final print. Second, since only a single spot of functional material is delivered at a time, the LIFT process can only be performed in a serial manner. Third, there is a significant amount of waste in the LIFT process because only a relatively small portion of the functional material on the donor substrate is utilized. Finally, and perhaps the biggest drawback of the LIFT process is that there are certain requirements for the dynamic properties of the functional material to be printed. In other words, the LIFT process is not suitable for all types of functional materials, and printing parameters must be fine tuned for each type of functional materials. The margin of error for adjustment is relatively small, since the uniformity of the layer thickness and viscosity will vary across the entire donor substrate.

이제 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 실시예에 따라, 기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법이 예시된다. 블록(20)에서 시작하여, 블록(21)에서 도시되는 바와 같이, 광 투과성 판이 제공된다. 광 투과성 판은 바람직하게는 석영으로 만들어진다. 도 3a에서 판(31)으로서 묘사되는 광 투과성 판은 제1 표면(32) 및 제2 표면(33)을 포함한다. 제1 표면(32)은 바람직하게는 평탄하지만, 제1 표면은 또한 곡선형일 수 있다. 제2 표면(33)은 바람직하게는 다수의 웰들(35a, 35b 및 35c)로 딤플링된다(dimpled). 각각의 웰들(35a 내지 35c)의 깊이는 바람직하게는 10㎚ 내지 1,000㎛이며, 그리고 웰의 정확한 깊이는 특정한 적용에 의존한다. 웰들(35a 내지 35c)은 바람직하게는 레이저 펨토초(femptosecond) 레이저 드릴링에 의해 형성되지만, 이 웰들은 또한 식각에 의해 형성될 수 있다. 비록 단지 3개의 웰들(35a 내지 35c)이 도 3a에서 도시되지만, 제2 표면(33)이 3개 초과의 웰들을 가질 수 있는 것이 당업자에 의해 이해된다.Referring now to Figure 2, a method for depositing a functional material onto a substrate is illustrated, in accordance with a preferred embodiment of the present invention. Starting at block 20, as shown at block 21, a light transmissive plate is provided. The light-transmitting plate is preferably made of quartz. The light transmissive plate depicted as plate 31 in FIG. 3A includes a first surface 32 and a second surface 33. The first surface 32 is preferably flat, but the first surface can also be curved. The second surface 33 is preferably dimpled into a number of wells 35a, 35b and 35c. The depth of each of the wells 35a to 35c is preferably 10 nm to 1,000 μm, and the exact depth of the well depends on the particular application. The wells 35a to 35c are preferably formed by laser femtosecond laser drilling, but these wells can also be formed by etching. Although only three wells 35a-35c are shown in FIG. 3A, it is understood by a person skilled in the art that the second surface 33 may have more than three wells.

광 산란(light scattering) 재료 층(37)은, 블록(22) 및 도 3b에서 묘사되는 바와 같이, 판(31)의 제1 표면(32)에 적용된다. 광 산란 재료 층(37)은 또한 이러한 방법의 이후의 단계에서 적용될 수 있다. 판(31)은 1보다 더 큰 굴절율을 가지면, 그리고 판(31) 상으로 충돌하는 입사 광은 판(31)의 평면으로부터 그려지는 법선 각도(normal angle)를 향하여 구부러지는 경향을 갖는다. 판(31)에 의한 입사 방사의 굽힘은 흡수 층의 조사(irradiation)를 덜 균일하게 만들며, 그리고 광 산란 층(37)을 판(31)의 제1 표면(32) 상에 적용함으로써, 이러한 효과는 완화될 수 있다. 다른 광 산란 재료 층은 또한, 반사 층이 증착되기 전에, 판(31)의 제2 표면(33) 상에 배치될 수 있다. 이러한 층은 또한 흡수 층 상에 충돌하는 광의 균일성을 증가시킨다. 광 산란 재료 층은 다양한 재료들, 예컨대 다공성 재료들, 마이크로렌즈 어레이들(microlens arrays), 패턴화된 구조물들, 및 메타재료들(metamaterials)로 만들어질 수 있다. 이는 또한 입사 표면(32)을 조면화함(roughening)으로써 발생될 수 있다.A layer of light scattering material 37 is applied to the first surface 32 of the plate 31, as depicted in block 22 and FIG. 3B. The light scattering material layer 37 can also be applied in a later step of this method. If the plate 31 has a refractive index greater than 1, and incident light impinging on the plate 31 has a tendency to bend toward a normal angle drawn from the plane of the plate 31. The bending of the incident radiation by the plate 31 makes the irradiation of the absorbing layer less uniform, and by applying the light scattering layer 37 on the first surface 32 of the plate 31, this effect Can be alleviated. Another layer of light scattering material may also be disposed on the second surface 33 of the plate 31 before the reflective layer is deposited. This layer also increases the uniformity of light impinging on the absorbing layer. The light scattering material layer can be made of a variety of materials, such as porous materials, microlens arrays, patterned structures, and metamaterials. This can also occur by roughening the incidence surface 32.

반사 재료 층(38)을 판(31)의 제2 표면(33) 상에 적용한 후에, 블록(23)에서 도시되는 바와 같이, 반사 재료 층(38)은 도 3b에서 도시되는 바와 같이 선택적으로 식각될 수 있다. 반사 재료 층(38)과 광-흡수 재료 층 사이에 높은 명암비를 가질 때, 판(31)의 제2 표면(33) 상이 아닌, 단지 웰들(35a 내지 35c) 내의 기능성 재료에서만 용제의 상변화 온도에 도달하는 것이 가능하다. 충전 웰들(35a 내지 35c)이 100% 클린 공정이 아닐 수 있기 때문에, 반사 재료 층(38)은, 판(31)의 제2 표면(33) 상의 임의의 기능성 재료가 기능성 재료에서의 용제의 상변화 온도에 도달하지 않는 것을 방지한다. 반사 재료 층(38)의 가능한 재료는 알루미늄이다.After applying the reflective material layer 38 on the second surface 33 of the plate 31, as shown in block 23, the reflective material layer 38 is selectively etched as shown in FIG. 3B. Can be. When having a high contrast ratio between the reflective material layer 38 and the light-absorbing material layer, the phase change temperature of the solvent only in the functional material in the wells 35a to 35c, not on the second surface 33 of the plate 31 It is possible to reach Since the filling wells 35a to 35c may not be a 100% clean process, the reflective material layer 38 is formed by any functional material on the second surface 33 of the plate 31 is the phase of the solvent in the functional material. Prevents from reaching the changing temperature. A possible material for the reflective material layer 38 is aluminum.

다음으로, 광-흡수 재료 층(34)은, 블록(24) 및 도 3b에서 묘사되는 바와 같이, 판(31)의 제2 표면(33)에 적용된다. 광-흡수 재료 층(34)은 열적으로 안정적이어야 한다(즉, 내열충격성이 있음). 바람직하게는, 광-흡수 재료 층(34)은 텅스텐으로 만들어진다.Next, a layer of light-absorbing material 34 is applied to the second surface 33 of the plate 31, as depicted in block 24 and FIG. 3B. The light-absorbing material layer 34 must be thermally stable (i.e., have thermal shock resistance). Preferably, the light-absorbing material layer 34 is made of tungsten.

그 후, 판(31)의 웰들(35a 내지 35c)에는, 블록(25) 및 도 3c에서 도시되는 바와 같이, 기능성 재료(36)가 충전된다. 기능성 재료(36)는 잉크 또는 페이스트의 형태일 수 있다. 스퀴지(squeegee) 또는 닥터 블레이드(doctor blade)가 기능성 재료(36)를 웰들(35a 내지 35c)에 충전하는 데 활용될 수 있다. 웰들(35a 내지 35c)이 기능성 재료(36)로 충전된 후에, 판(31)은, 블록(26) 및 도 3d에서 묘사되는 바와 같이, 바람직하게는 제1 표면(32) 상의 펄스형 광에 의해 조사된다. 바람직하게는, 펄스형 광은 플래쉬램프(37)에 의해 발생된다.Thereafter, the wells 35a to 35c of the plate 31 are filled with a functional material 36, as shown in the block 25 and FIG. 3C. The functional material 36 may be in the form of ink or paste. A squeegee or doctor blade may be utilized to fill the functional material 36 into the wells 35a-35c. After the wells 35a-35c are filled with the functional material 36, the plate 31 is exposed to pulsed light, preferably on the first surface 32, as depicted in block 26 and FIG. 3D. Is investigated by Preferably, the pulsed light is generated by the flashlamp 37.

펄스형 광이 판(31)에 충돌할 때, 광자들의 일부분은, 광-흡수 재료 층(34)을 후속하여 가열시키는 포논들(phonons)로 변환된다. 광-흡수 재료 층(34)이 가열되고 있으면서, 웰들(35a 내지 35c) 내의 기능성 재료(36)는 열확산(주로 전도)을 통해 가열될 것이다. 기능성 재료(36)의 하나 또는 다수의 컴포넌트들의 비등(boiling) 또는 승화(sublimation) 상변화 온도가 광-흡수 재료 층(34)과 기능성 재료(36) 사이의 인터페이스에 도달할 때, 광-흡수 재료 층(34)과 기능성 재료(36) 사이의 인터페이스에서 가스가 발생된다. 그 후, 가스는, 도 3e에서 도시되는 바와 같이, 기능성 재료(36)를 판(31)으로부터 리시빙 기판(38)으로 보낸다(expel). 기능성 재료(36)의 전달은 또한 중력으로 보조될 수 있다.When pulsed light strikes the plate 31, some of the photons are converted into phonons that subsequently heat the light-absorbing material layer 34. While the light-absorbing material layer 34 is being heated, the functional material 36 in the wells 35a-35c will be heated through thermal diffusion (mainly conduction). When the boiling or sublimation phase change temperature of one or more components of the functional material 36 reaches the interface between the light-absorbing material layer 34 and the functional material 36, light-absorbing A gas is generated at the interface between the material layer 34 and the functional material 36. Thereafter, the gas expel the functional material 36 from the plate 31 to the receiving substrate 38, as shown in FIG. 3E. Delivery of the functional material 36 may also be assisted by gravity.

위에서 언급된 단계들은 기능성 재료를 판(31)의 웰들(35a 내지 35c)로 다시 적용함으로써 반복될 수 있으며, 기능성 재료를 웰들(35a 내지 35c)로부터 리시빙 기판(37) 상으로 보내기 위해 플래쉬램프(37)로부터 펄스형 광의 다른 노출로 이어진다.The steps mentioned above can be repeated by applying the functional material back to the wells 35a to 35c of the plate 31, and a flashlamp to send the functional material from the wells 35a to 35c onto the receiving substrate 37. From (37) leads to another exposure of pulsed light.

웰 깊이들 이외에도, 웰들(35a 내지 35c)의 형상은 기능성 재료(36)의 축출(expulsion)을 제어하는 것을 도우도록, 그리고 기능성 재료(36)의 충전을 개선시키도록 조절될 수 있다.In addition to the well depths, the shape of the wells 35a-35c can be adjusted to help control the expulsion of the functional material 36 and to improve the filling of the functional material 36.

웰들(35a 내지 35c)의 기능성 재료(36)가 동시에 판(31)에 대한 부착을 잃도록, 기능성 재료(36)가 지속적인 방식으로 가열되는 것을 확실하게 하기 위해 열의 균일한 적용을 광-흡수 재료 층(34) 상에 공급하는 것이 중요하다. 그렇지 않다면, 기능성 재료(36)는 다양한 방향들로 방출될 것이다. 더욱이, 기능성 재료(36)가 지속적이지 않게 가열되었다면, 기능성 재료(36)는 축출 후에 지속적이지 않은 특성들을 가질 수 있다. 웰들(35a 내지 35c)로부터의 기능성 재료(36)의 방출은 거의 전단 응력들을 겪지 않아야 한다.A uniform application of heat is applied to the light-absorbing material to ensure that the functional material 36 is heated in a continuous manner, so that the functional material 36 of the wells 35a to 35c simultaneously loses adhesion to the plate 31. It is important to feed on layer 34. Otherwise, the functional material 36 will be released in various directions. Moreover, if the functional material 36 has been non-continuously heated, the functional material 36 may have non-persistent properties after being expelled. The release of functional material 36 from wells 35a-35c should experience little shear stresses.

광 흡수 재료 층(34) 상의 열의 균일한 적용은 바람직하게는 공간적으로 균일한 빔 프로파일을 갖는 비시준형(non-collimated) 광 소스를 사용함으로써 달성된다. 각각의 웰들(35a 내지 35c)이 곡선형 표면을 가짐에 따라, 웰들(35a 내지 35c)의 표면에서의 복사선속(radiant power)은 이 웰들의 표면 상에 충돌하는 광의 입사각의 코사인(cosine)에 대해 비례한다. 따라서, 광의 시준된 빔은 각각의 웰들(35a 내지 35c)에 걸친 광의 입사각의 1/코사인과 같이 빔의 공간 강도가 변경되지 않는 한, 균일한 가열 프로파일을 발생시키지 않을 것이다. 이러한 문제는, 펄스형 광이 비시준될 때, 존재하지 않는다.Uniform application of heat on the light absorbing material layer 34 is preferably achieved by using a non-collimated light source having a spatially uniform beam profile. As each of the wells 35a to 35c has a curved surface, the radiant power at the surface of the wells 35a to 35c is proportional to the cosine of the incident angle of light impinging on the surface of the wells. Is proportional to Thus, a collimated beam of light will not produce a uniform heating profile unless the spatial intensity of the beam is changed, such as 1/cosine of the incident angle of light across each of the wells 35a-35c. This problem does not exist when the pulsed light is uncollimated.

공간적으로 균일한 빔 세기를 가질 수 있는 비시준형 광 소스의 예는 위에서 언급된 플래쉬램프(37)이다. 비시준형 소스의 다른 예는 도파관에 커플링되는 레이저이다. 레이저는 홀로 가간섭성(coherent) 소스이지만, 도파관을 통과한 후에, 레이저로부터의 레이저 빔은 자신의 간섭성을 잃고, 그리고 이에 따라 비시준형이 된다. 레이저 빔의 강도가 공간적으로 균일할 때, 광 흡수 재료 층(34)의 균일한 가열이 달성될 수 있다.An example of a non-collimated light source that can have a spatially uniform beam intensity is the flashlamp 37 mentioned above. Another example of an uncollimated source is a laser coupled to a waveguide. The laser alone is a coherent source, but after passing through the waveguide, the laser beam from the laser loses its coherence and thus becomes non-collimated. When the intensity of the laser beam is spatially uniform, uniform heating of the light absorbing material layer 34 can be achieved.

플래쉬램프(37)와 같은 플래쉬램프를 광 소스로서 사용하기 위해, 플래쉬램프는 바람직하게는 5%미만 그리고 더 바람직하게는 2%미만의 빔 균일성을 가지며, 그리고 강도는 바람직하게는 5KW/cm2 보다 더 크고, 및 더 바람직하게는, 10KW/cm2보다 더 크다. 또한, 광의 펄스는 바람직하게는 1ms미만이고, 그리고 더 바람직하게는 0.2ms미만이다. 판(30)의 열 확산도(thermal diffusivity) 및 광-흡수 재료 층(34)이 높아질수록, 보다 높은 강도 및 보다 짧은 펄스 길이가 요구된다. 빔의 강도의 균일성은 바람직하게는 5%미만이고, 그리고 더 바람직하게는 2%미만이다.In order to use a flashlamp such as flashlamp 37 as a light source, the flashlamp preferably has a beam uniformity of less than 5% and more preferably less than 2%, and the intensity is preferably 5KW/cm. Greater than 2 , and more preferably, greater than 10 KW/cm 2. Further, the pulse of light is preferably less than 1 ms, and more preferably less than 0.2 ms. The higher the thermal diffusivity of the plate 30 and the light-absorbing material layer 34, the higher the intensity and the shorter the pulse length is required. The uniformity of the intensity of the beam is preferably less than 5%, and more preferably less than 2%.

전력이 부족한 플래쉬램프가 사용되었다면, 기능성 재료(36)는 웰들(35a 내지 35c)로부터 적합하게 방출되지 않을 것이다. 보다 구체적으로는, 너무 낮은 강도를 갖는 광의 펄스가 사용된다면, 보다 긴 시간 기간은, 판(31)으로부터 기능성 재료(36)를 방출하기 위해 요구되는 온도에 도달하도록 요구된다. 이는, 열 확산으로 인해, 기능성 재료가 결국 방출되기 전에, 기능성 재료(36) 중 많은 기능성 재료가 가열될 것을 의미한다. 이는 많은 유형의 기능성 재료들을 위해 바람직하지 않다. 따라서, 보다 작은 웰들을 위해, 보다 큰 양의 기능성 재료(36)는 영향을 받을 것이다.If a flashlamp lacking power was used, the functional material 36 would not be properly discharged from the wells 35a-35c. More specifically, if a pulse of light with too low intensity is used, a longer period of time is required to reach the temperature required to release the functional material 36 from the plate 31. This means that due to heat diffusion, many of the functional materials 36 will be heated before the functional materials are eventually released. This is undesirable for many types of functional materials. Thus, for smaller wells, a larger amount of functional material 36 will be affected.

광의 소스가 비시준되기 때문에, 기능성 재료를 비평면의 기판, 예컨대, 3차원 구조물 상에 인쇄하기 위해 본 발명을 활용하는 것이 가능하다. 이러한 경우에, 웰들을 가지는 표면은 리시빙 기판의 표면에 일치하도록 불연속적이거나 곡선형일 수 있다. 이는, 안테나를 곡선형 표면 상에 오목하게 또는 볼록하게 또는 심지어 불연속적인 표면들 위에 인쇄하는 것과 같은 유용한 적용들을 가질 수 있다.Since the source of light is uncollimated, it is possible to utilize the present invention to print the functional material onto a non-planar substrate, such as a three-dimensional structure. In this case, the surface having the wells may be discontinuous or curved to match the surface of the receiving substrate. This can have useful applications such as printing the antenna concave or convex on a curved surface or even on discontinuous surfaces.

다음은, 본 발명의 방법이 더욱 더 유연하고 더 유리한 것을 허용하는 부가의 유형들의 층들이다.Following are additional types of layers that allow the method of the present invention to be more flexible and more advantageous.

열적 버퍼 층Thermal buffer layer

열적 버퍼 층은, 판(31)의 제2 표면(33) 상의 광-흡수 재료 층(34)의 적용 전에, 판(31)의 제2 표면(33) 상에 적용될 수 있다. 열적 버퍼 층은 낮은 열 전도도를 나타낸다. 열적 버퍼 층이 판(31)보다 더 낮은 열 전도도를 가질 때, 이는 판(31)의 평탄한 부분 상에 광-흡수 재료 층(34)으로부터 열 펄스를 지연시킨다.A thermal buffer layer may be applied on the second surface 33 of the plate 31 prior to application of the light-absorbing material layer 34 on the second surface 33 of the plate 31. The thermal buffer layer exhibits low thermal conductivity. When the thermal buffer layer has a lower thermal conductivity than the plate 31, it delays the heat pulses from the light-absorbing material layer 34 on the flat portion of the plate 31.

열적 버퍼 층의 예는 폴리이미드와 같은 중합체이다. 폴리이미드는 약 0.5W/m-K의 열 전도도를 가지며, 이는 석영의 계수보다 대략 2.5배만큼 더 낮다. 열적 버퍼 층의 두께는 바람직하게는 10마이크론 미만이다.An example of a thermal buffer layer is a polymer such as polyimide. Polyimide has a thermal conductivity of about 0.5 W/m-K, which is approximately 2.5 times lower than that of quartz. The thickness of the thermal buffer layer is preferably less than 10 microns.

방출 층(release layer)Release layer

기능성 재료(36)의 적용 전에, 상대적으로 낮은 비등점을 가지는 재료의 얇은 층이 판(31)으로부터의 기능성 재료(36)의 방출을 용이하게 하도록 적용될 수 있다. 적용은 다수의 증착 기술들, 예컨대, 롤 코팅, 증기 증착, 미스팅(misting) 등에 의해 수행될 수 있다. 바람직하게는, 방출 층은 기능성 재료(36)에서의 용제들 또는 컴포넌트들 중 임의의 것과 동일하거나 이보다 더 낮은 상변화 온도를 갖는다. 방출 층을 위한 가능한 재료는 폴리(프로필렌 카보네이트)이다.Prior to application of the functional material 36, a thin layer of material having a relatively low boiling point may be applied to facilitate the release of the functional material 36 from the plate 31. Application can be carried out by a number of deposition techniques, such as roll coating, vapor deposition, misting, and the like. Preferably, the emissive layer has a phase change temperature equal to or lower than any of the solvents or components in the functional material 36. A possible material for the emissive layer is poly(propylene carbonate).

방출 층은 또한 광의 흡수성이 있을 수 있다. 이러한 경우에, 방출 층은 또한, 흡수 층으로서의 역할을 할 수 있다. 방출 층은 각각의 인쇄 단계 동안 다시 적용되어야 한다.The emissive layer may also be light absorbing. In this case, the emissive layer can also serve as an absorbing layer. The release layer has to be reapplied during each printing step.

다공성 방출 층Porous release layer

기능성 재료(36)의 방출 기구는, 기능성 재료(36)와 광-흡수 재료 층(34) 사이에 웰들(35a 내지 35c) 내의 얇은 마이크로 또는 나노-구조 층을 적용시킴으로써 개선될 수 있다. 방출 구조물은 용제를 함유할 수 있어야 해서, 방출 구조물은 기공들(pores)을 가져야 한다. 기능성 재료(36)의 입자 크기에 따라, 기공 크기는 마이크로미터 또는 나노미터-범위에 있을 수 있다. 방출 구조물에서의 기공들에는, 기능성 재료(36)의 적용 전에 낮은 비등점 용제가 충전된다. 통상적으로, 낮은 비등점 용제는 또한, 낮은 상변화 온도를 가지며, 이는 기능성 재료(36)가 보다 낮은 에너지 광 펄스로 인쇄될 수 있는 것을 의미한다. 대안적으로, 기능성 재료(36)로부터의 용제는, 용제가 적용될 때, 우선적으로 기공들로 나아갈 수 있다. 양자 모두의 경우들에서, 방출 구조물 내의 가스 발생은 기능성 재료(36)의 특성들에 덜 의존적이다. 이는 보다 균일한 공정으로 이어져야 한다. 또한, 기능성 재료(36)에 대한 열적 손상은, 기능성 재료가 직접적인 방식으로 가열되지 않음에 따라, 추가적으로 방지될 수 있다.The release mechanism of the functional material 36 can be improved by applying a thin micro or nano-structured layer in the wells 35a-35c between the functional material 36 and the light-absorbing material layer 34. The release structure must be capable of containing a solvent, so that the release structure must have pores. Depending on the particle size of the functional material 36, the pore size may be in the micrometer or nanometer-range. The pores in the emissive structure are filled with a low boiling point solvent prior to application of the functional material 36. Typically, low boiling point solvents also have a low phase change temperature, which means that the functional material 36 can be printed with lower energy light pulses. Alternatively, the solvent from the functional material 36 may preferentially advance into the pores when the solvent is applied. In both cases, gas evolution in the emissive structure is less dependent on the properties of the functional material 36. This should lead to a more uniform process. Further, thermal damage to the functional material 36 can be additionally prevented, as the functional material is not heated in a direct manner.

이는, 열적으로 취약한 생물학적 재료들을 인쇄할 때 중요할 수 있다. 심지어 방출 층이 없는 경우, 이는 많은 열을 전달할 시간이 거의 없기 때문에 “저온(cold)” 인쇄 공정이다. 기능성 재료(36)는, 기능성 재료가 상변화 온도에 도달할 때까지, 항상 가열될 것이다. 그러나, 상당히 가열되는 것은 재료의 통상적으로 1㎛ 미만이다. 그러나, 방출 층을 가지는 경우, 기능성 재료(36)에 의해 보이는 피크 온도는 더 감소된다.This can be important when printing thermally susceptible biological materials. Even without an emissive layer, this is a “cold” printing process because there is little time to transfer a lot of heat. The functional material 36 will always be heated until the functional material reaches the phase change temperature. However, it is typically less than 1 μm of the material that is significantly heated. However, with an emissive layer, the peak temperature seen by the functional material 36 is further reduced.

기능성 재료를 방출하는 것을 돕는 목적을 위한 다공성 방출 층 구조물에 대한 대안은, 인쇄 후에 그리고 더 많은 기능성 재료(36)의 후속하는 적용 전에 표면의 세정성(cleanability)을 보강할 뿐만 아니라 기능성 재료(36)의 방출을 보강하기 위해 광 흡수 재료 층(34)과 기능성 재료(36) 사이의 낮은 표면 장력 층을 적용하는 것이다. 낮은 표면 장력 층은 또한, 웰들(35a 내지 35c)의 요망되는 부분들 상의 기능성 재료(36)의 증착을 촉진하도록 웰 내에 선택적으로 적용될 수 있다.An alternative to the porous emissive layer structure for the purpose of helping to release the functional material is to reinforce the cleanability of the surface after printing and before the subsequent application of more functional material 36, as well as functional material 36. The application of a low surface tension layer between the light absorbing material layer 34 and the functional material 36 to reinforce the emission of ). A low surface tension layer may also be selectively applied within the well to facilitate deposition of functional material 36 on desired portions of wells 35a-35c.

광 흡수 재료 층(34)은, 기능성 재료(36)를 웰들(35a 내지 35c)로부터 방출하는 것을 보조하기 위해 기능성 재료(36)에 대해 낮은 표면 장력 층으로 선택적으로 코팅될 수 있다.The light absorbing material layer 34 may be selectively coated with a low surface tension layer over the functional material 36 to assist in releasing the functional material 36 from the wells 35a-35c.

설명된 바와 같이, 본 발명은 기능성 층을 기판 상에 증착시키기 위한 방법을 제공한다. LIFT 공정과 다르게, 본 발명의 방법은 스캐닝을 요구하지 않는다. LIFT 공정과 다르게, 거의 100%의 기능성 재료가 본 발명의 방법에 의해 활용된다. LIFT 공정과 다르게, 본 발명의 방법으로, 미사용된 페이스트 또는 전달 테이프와 같은 부산물 또는 폐기물이 존재하지 않는다.As described, the present invention provides a method for depositing a functional layer on a substrate. Unlike the LIFT process, the method of the present invention does not require scanning. Unlike the LIFT process, nearly 100% of the functional material is utilized by the method of the present invention. Unlike the LIFT process, with the method of the present invention, there are no waste or by-products such as unused paste or transfer tape.

본 발명의 추가의 이점은, 웰들의 형상 및 프로파일이 다양한 효과들을 달성하도록 변경될 수 있다는 점이다. 보다 흥미롭게도, 웰들의 깊이는 또한, 판에 걸쳐 변경될 수 있다. 웰의 깊이가 분배되고 있는 재료의 양과 관련되기 때문에, 본 발명은 상이한 두께들의 재료의 동시적인 증착을 허용한다. 이는 일부의 매우 실제적인 함의들(implications)을 갖는다. 예를 들어, 회로 보드들(circuit boards)에서, 전기 트레이스들이 얇고, 두꺼운 패드들에 접촉하는 것이 일반적이다. 일반적으로, 이는 2개의 별도의 인쇄를 요구할 것이며, 그리고 이들의 인쇄 중 제2의 인쇄는 제1의 인쇄에 레지스터링되어야(registered) 한다. 본 발명으로, 얇은 그리고 두꺼운 트레이스의 증착이 단일 단계에서 수행될 수 있으며, 이는 시간 절약적이고, 레지스트레이션(registration)이 요구되지 않음에 따라 인쇄의 품질을 증가시킨다.A further advantage of the present invention is that the shape and profile of the wells can be varied to achieve various effects. More interestingly, the depth of the wells can also be varied across the plate. Since the depth of the well is related to the amount of material being dispensed, the present invention allows simultaneous deposition of different thicknesses of material. This has some very practical implications. For example, in circuit boards, it is common for electrical traces to contact thin, thick pads. In general, this will require two separate prints, and the second of their prints must be registered with the first print. With the present invention, the deposition of thin and thick traces can be performed in a single step, which is time-saving and increases the quality of printing as no registration is required.

본 발명이 특히 바람직한 실시예들을 참조하여 도시 및 설명되고 있지만, 당업자들에 의해서 형태 및 상세의 다양한 변형예들이 본 발명의 사상 및 범주를 벗어나지 않으면서 본 발명 내에서 만들어질 수 있음이 이해될 것이다.Although the present invention has been shown and described with reference to particularly preferred embodiments, it will be understood that various modifications in form and detail may be made within the present invention without departing from the spirit and scope of the present invention by those skilled in the art. .

Claims (19)

기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법으로서,
상기 방법은,
제1 표면 및 제2 표면을 가지는 판을 제공하는 단계─상기 제1 표면에는 광 산란 층이 코팅되며, 그리고 상기 제2 표면은 광 흡수 재료로 코팅되는(coated) 복수의 웰들(wells)을 보유함─;
상기 복수의 웰들을 기능성 재료로 충전하는 단계;
상기 복수의 웰들로부터의 상기 기능성 재료를 리시빙 기판(receiving substrate) 상에 방출하기 위해 상기 광 흡수 재료와 상기 기능성 재료 사이의 인터페이스(interface)에서 가스를 발생시키기 위해 상기 광 흡수 재료를 가열하도록 펄스형 광으로 상기 판을 조사하는(irradiating) 단계; 및
상기 광 흡수 재료의 적용 후 및 상기 기능성 재료의 적용 전에 상기 판의 상기 제2 표면 상에 방출 층(release layer)을 적용하는 단계를 포함하는,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.As a method for depositing a functional material on a substrate,
The above method,
Providing a plate having a first surface and a second surface—the first surface is coated with a light scattering layer, and the second surface has a plurality of wells coated with a light absorbing material. Ham--;
Filling the plurality of wells with a functional material;
Pulse to heat the light absorbing material to generate a gas at an interface between the light absorbing material and the functional material to release the functional material from the plurality of wells onto a receiving substrate. Irradiating the plate with fluorescence; And
Applying a release layer on the second surface of the plate after application of the light absorbing material and prior to application of the functional material,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 판은 광 투과성인,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The plate is light transmissive,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 복수의 웰들의 깊이들은 10nm 내지 1,000㎛ 범위에 있는,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The depths of the plurality of wells are in the range of 10 nm to 1,000 μm,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 광 흡수 재료는 텅스텐인,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The light absorbing material is tungsten,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 펄스형 광 소스는 플래쉬램프(flashlamp)인,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The pulsed light source is a flashlamp,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 펄스형 광 소스는 레이저(laser)인,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The pulsed light source is a laser,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 펄스형 광의 세기는 10KW/cm2보다 더 큰,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The intensity of the pulsed light is greater than 10KW/cm 2,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 방법은 상기 제1 표면을 조면화하는(roughening) 단계를 더 포함하는,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The method further comprises roughening the first surface,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 제2 표면은 비평면인,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The second surface is non-planar,
A method for depositing a functional material onto a substrate. 제1 항에 있어서,
상기 리시빙 기판은 비평면인,
기능성 재료를 기판 상에 증착시키기 위한 방법.The method of claim 1,
The receiving substrate is non-planar,
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