KR102259270B1 - 3 dimension electronic device manufactured by thermoplasticization process and the manufactured method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 3차원 전자 소자에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 고분자 프레임의 열 가소화 공정을 통해 제조된 3차원 전자소자 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a three-dimensional electronic device, and more particularly, to a three-dimensional electronic device manufactured through a thermoplasticization process of a polymer frame and a method of manufacturing the same.
기존의 평면형 전자소자는 딱딱한 기판 위에 존재하였으나, 최근 나노기술, 생명공학기술, 정보통신기술, 에너지환경기술 등 기술 간의 융복합화가 가속화되면서, 인체 친화형 헤드마운트 디스플레이, 전자종이, 유연 디스플레이, 피부형 전자소자와 같은 휘고 접을 수 있으며 인체 적용이 가능한 가볍고 유연한 형태의 유연성 전자소자로 개발되어 왔다.Existing planar electronic devices existed on rigid substrates, but as the convergence between technologies such as nanotechnology, biotechnology, information and communication technology, and energy environment technology has accelerated recently, human-friendly head mounted display, electronic paper, flexible display, and skin type It has been developed as a flexible electronic device in a light and flexible form that can be bent and folded like an electronic device and can be applied to the human body.
이러한 유연성 전자소자는 디스플레이, 센서, 에너지변환 저장 및 회로설계 분야에서 광범위하게 개발되고 있는 분야로, 평면형 소자에 비해 광학적, 전기적, 공학적 측면에서 장점을 지님에 따라, 유연한 형태의 3차원 구조의 전자소자의 필요성 또한 커졌다.This flexible electronic device is a field that is being widely developed in the fields of display, sensor, energy conversion storage, and circuit design. The need for devices has also grown.
유연한 형태의 3차원 전자소자는 현재까지 깨지기 쉬운 세라믹 소재를 얇게 박막화하거나 용액으로 제조한 후 코팅 또는 프린팅 등에 의해 기판 상에 얇은 막을 형성하는 방식으로 개발되어 왔다. 이에 따라 어느 정도 구부릴 수 있을 뿐 웨어러블 장치 등에 적용되는 유연성을 가지는 전자소자로 이용하기에는 기계적, 전기적 특성이 현저히 부족하다는 문제가 있었다.A flexible three-dimensional electronic device has been developed by forming a thin film on a substrate by coating or printing after thinning a fragile ceramic material or preparing a solution. Accordingly, there is a problem in that mechanical and electrical properties are remarkably insufficient to be used as an electronic device that can be bent to some extent but has flexibility applied to wearable devices and the like.
이를 해결하기 위해 흑연을 원자 층 수준으로 얇게 만든 그래핀을 재료로 하여 유연성을 극대화시킨 박막을 제조하였고, 제조된 그래핀을 접었을 때 접힌 부위에서의 그래핀 곡률반경이 0.4mm까지 작아질 수 있도록 하였다.In order to solve this problem, a thin film was prepared using graphene, which is made as thin as an atomic layer of graphite, as a material, and when the prepared graphene is folded, the graphene curvature radius at the folded portion can be reduced to 0.4mm. did.
이러한 3차원 유연성 전자소자는 접힌 부위의 곡률 반경이 옹스트롬(angstrom) 수준으로 작아지더라도 그래핀의 C-C 결합은 끊어지지 않을 것이라 예상하였으나, 실상 기판과 그래핀 박막 사이의 계면에서 발생하는 스트레스로 인해 박막의 유연성이 급격하게 저하되어 신호전달 지연 등과 같이 전기적 특성이 저하되거나 C-C 결합이 끊어질 수 있는 또 다른 문제가 발생하였다. 구체적으로 그래핀과 같은 고체 재료를 원자 층 수준의 초 박막(ultra-thin film)으로 얇게 제조하더라도 이를 사용하기 위해서는 기판 상에 적층 해야 하며, 이때 기판과 박막 사이에 상호작용이 존재하므로, 접힌 부위의 계면에서 발생하는 스트레스로 인하여 초박막의 유연성 및 전기적 특성이 현저하게 낮아지는 문제가 발생한다.It was expected that the CC bond of graphene would not be broken even if the radius of curvature of the folded portion of this three-dimensional flexible electronic device was reduced to an angstrom level, but in fact, due to the stress generated at the interface between the substrate and the graphene thin film, Another problem occurred in that the flexibility of the thin film was rapidly reduced, and electrical properties such as signal transmission delay or the CC coupling could be broken. Specifically, even if a solid material such as graphene is thinly manufactured as an atomic layer-level ultra-thin film, it must be laminated on a substrate in order to use it. Due to the stress generated at the interface of the ultra-thin film, the flexibility and electrical properties of the ultra-thin film are significantly lowered.
이를 해결하기 위해 등록특허10-1767245호는 기판과 박막 사이에 액체 막을 구비함으로써 유연성과 전기적 특성을 더욱 향상시키고 복합박막이 휘는 경우 이의 접힌 부위에서 계면 스트레스를 억제하여 유연성 및 신호전달 지연 등의 전기적 특성이 저하되는 문제점을 해결하고자 하였다.In order to solve this problem, Patent Registration No. 10-1767245 discloses that by providing a liquid film between the substrate and the thin film, flexibility and electrical properties are further improved, and when the composite thin film is bent, interfacial stress is suppressed at the folded portion thereof to reduce the flexibility and signal transmission delay. An attempt was made to solve the problem of deterioration of characteristics.
하지만, 평면형 전자소자를 3차원으로 변형하기 위해서는 기판과 초박막 구조의 소자가 일정 각도 이상 접혀야 하고, 접히는 각도에 따라 기판이 파열되거나 소자에 균열이 발생하여 전도도가 하락하는 문제가 발생하는 문제를 해결하지는 못하였다.However, in order to transform a planar electronic device in three dimensions, the substrate and the device having an ultra-thin film structure must be folded at a certain angle or more, and depending on the folding angle, the substrate ruptures or cracks occur in the device, leading to a problem in that conductivity decreases. couldn't solve it.
이러한 이유로, 3차원 전자 소자의 제조를 위해 3D 프린팅과 같은 3차원 구조와 전자소자를 직접 제작하는 직접제작방법과 평면형 전자소자를 입체구조로 변형하는 간접제작방법이 개발되었다.For this reason, a direct manufacturing method of directly manufacturing a 3D structure such as 3D printing and an electronic device and an indirect manufacturing method of transforming a planar electronic device into a three-dimensional structure have been developed for manufacturing a 3D electronic device.
이러한 두 가지 3차원 전자 소자의 제조 방법 중 많은 공정기술의 발전에도 불구하고 직접제작방법은 소자의 성능을 평면형 소자만큼의 성능을 내기 어려운 반면, 간접제작방법은 기존의 평면형 반도체 공정을 도입하여 고성능 전자소자를 입체구조로 개발할 수 있다는 장점이 있다.Despite the development of many process technologies among these two 3D electronic device manufacturing methods, the direct manufacturing method is difficult to achieve the performance of a planar device as much as a planar device, whereas the indirect manufacturing method introduces the existing planar semiconductor process to achieve high performance. There is an advantage that electronic devices can be developed with a three-dimensional structure.
상술한 간접제작방법을 통해 3차원 구조의 전자소자를 제작하기 위해서는 얇은 박막 형 전자소자를 원하는 형태로 변형시키고, 일정한 형태를 유지하기 위한 보조 기판이 필요하다. 필요에 따라 (young' s ratio)을 조절할 수 있는 고분자 프레임을 사용할 경우, 형태 변형이 이루어질 때는 을 낮추어 부드럽게 하여, 형태 변형이 용이하게 이루어지게 하고, 형태 변형 과정에서 장착된 박막 형 전자소자의 손상을 막을 수 있다. 또한, 형태 변형이 이루어지고 난 뒤에는 다시 을 높여주어 안정적으로 형태를 유지할 수 있다.In order to manufacture an electronic device having a three-dimensional structure through the above-described indirect fabrication method, an auxiliary substrate is required to deform a thin thin film-type electronic device into a desired shape and maintain a constant shape. When using a polymer frame that can adjust (young's ratio) as needed, when the shape is deformed, it is lowered and softened to facilitate the shape change, and damage to the thin film-type electronic device mounted during the shape change process. can prevent In addition, after the shape deformation is made, the shape can be stably maintained by raising it again.
종래기술의 경우, 3차원 전자소자 제작을 위해 보조 기판의 을 낮추기 위해 유기 용매를 이용하여 고분자 프레임을 가소화시켜 이를 달성하였다. 하지만, 유기 용매를 사용할 경우, 인체에 해로운 화학물질이 사용될 수 있으며, 유기용매가 고분자 프레임에 침투하고 빠져 나오는 과정을 조절하기 어려운 단점이 있다.In the case of the prior art, this was achieved by plasticizing a polymer frame using an organic solvent to lower the sub-substrate for the fabrication of a three-dimensional electronic device. However, when an organic solvent is used, chemicals harmful to the human body may be used, and it is difficult to control the process in which the organic solvent penetrates and exits the polymer frame.
따라서 본 발명은 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 유기 용매를 사용함이 없이 고분자 프레임을 가소화시키고, 또한, 능동적으로 형태 변형을 이룰 수 있도록 함으로써, 용이하게 원하는 형상을 가지도록 제작된 이미지 센서, 디스플레이, 통신 기기 등의 고분자 프레임의 열 가소화 공정을 통해 제작된 3차원 전자소자 및 이의 제조 방법을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.Therefore, the present invention is to solve the problems of the prior art described above, and by plasticizing a polymer frame without using an organic solvent, and actively forming a shape change, it is manufactured to have a desired shape easily. An object to be solved is to provide a three-dimensional electronic device manufactured through a thermoplasticization process of a polymer frame such as an image sensor, a display, and a communication device, and a method for manufacturing the same.
상술한 해결과제의 해결을 위한 본 발명의 일 실시 예는, 열 가소화 시 이 낮아지며, 일 면 또는 양면에 형상 변화를 위한 응력선들이 형성된 고분자 프레임; 및 상기 응력선들이 형성된 상기 고분자 프레임의 일 면 또는 양면에 전사된 유연성 전자소자를 포함하고, 열처리에 의해 상기 응력선들이 수축되어 상기 고분자 프레임이 입체 형상으로 형상 변화되어 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자를 제공한다.An embodiment of the present invention for solving the above-described problem, the lower when plasticized, a polymer frame in which stress lines for shape change are formed on one side or both sides; and a flexible electronic device transferred to one side or both sides of the polymer frame in which the stress lines are formed, wherein the stress lines are contracted by heat treatment and the polymer frame is changed into a three-dimensional shape. Electronic devices are provided.
상기 유연성 전자소자는, 유연성 기판; 및 상기 유연성 기판 상에 형성된 하나 이상의 박막 형 전자소자들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The flexible electronic device may include: a flexible substrate; and one or more thin film-type electronic devices formed on the flexible substrate.
상기 박막 형 전자소자들의 소재는, 전이 금속류(Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), 전이후 금속류(Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), 준금속류 (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At 등), 다원자 비금속류(C, P, S, Se), 알칼리 금속류(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), 알칼리 토금속류(Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), 란타넘족(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 악티늄족(Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) 중 어느 하나의 원소를 포함하는 전도성 금속 및 이들의 조성비를 갖는 혼합금속 또는 Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si 같은 금속성 원소 기반의 0차원 소재(quantum dot, nano dot), 1차원 소재(nanowire, nanorod, nanofiber), 2차원 소재(2D materials) 및 탄소 기반 0차원 소재[풀러렌 (Fullerene), 그래핀 퀀텀닷(Graphene quantum dot)], 1차원 소재 (Carbon nanowire/nanotube/nanofiber), 그래핀 (Graphene)을 포함하는 전도성나노소재 또는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole) 폴리티오펜(polythiophen), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐렌비닐렌(polythienylene-vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리인돌(polyindole), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리아진(polyazine), 폴리퀴논(polyquinone), 폴리푸란(polyfuran), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene), 폴리메톡시에틸헥실옥시페닐렌비닐렌(poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), 폴리이소티안나프탈렌 (polyisothian naphthalene), 폴리에틸렌디옥시티오펜-테트라메타아크릴레이트(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), 폴리헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리옥틸티오펜(poly 3-octlythiophene), 폴리뷰틸티오펜(poly butylthiopehene)중 어느 하나를 포함하는 전도성 고분자 또는 상기 소재들의 혼합소재 중의 하나 이상일 수 있다.The material of the thin-film electronic devices is, transition metals (Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), post-transition metals (Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po , Cn), metalloids (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At, etc.), polyatomic nonmetals (C, P, S, Se), alkali metals (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), alkaline earth metals (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), lanthanides (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb) , Lu), a conductive metal containing any one element of the actinides (Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) and these 0-dimensional based on mixed metals having composition ratios or metallic elements such as Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si Materials (quantum dot, nano dot), one-dimensional materials (nanowire, nanorod, nanofiber), two-dimensional materials (2D materials) and carbon-based zero-dimensional materials [Fullerene, Graphene quantum dot], One-dimensional materials (Carbon nanowire/nanotube/nanofiber), conductive nanomaterials including graphene, or polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyethylenedioxythiophene (poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), polyisothianaphthene, polyphenylenevinylene (polyphenylene vinylene), polyphenylene (polyphenylene), polythienylene-vinylene, polyphenylenesulfide (polyphenylenesulfide), polysulfur nitride (polysulfur nitride), polypyridine (polypyridine), polyazulene ), polyindole, polycarbazole, polyazine, polyquinone, polyfuran, polynaphthalene, polyzepine, polyselenophene ), polytellurophene, poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), polyisothian naphthalene , polyethylenedioxythiophene-tetramethacrylate (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), polyhexylthiophene (poly 3-hexylthiophene), polyoctylthiophene (poly 3-octlythiophene), polybutylthiophene ( poly butylthiopehene) may be at least one of a conductive polymer including any one or a mixture of the above materials.
상기 응력선은, 상기 응력선의 길이 방향으로 수축되어 상기 응력선의 길이 방향에 수직인 방향으로 상기 고분자프레임을 휨 변형시키도록 구성되는 것을 특징으로 한다.The stress line is contracted in the longitudinal direction of the stress line, characterized in that it is configured to bend and deform the polymer frame in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the stress line.
상기 고분자 프레임 및 상기 응력선 형성을 위한 고분자 수지는, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이스터(polyester), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride), 폴리에테르설폰(polyethersulphone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리부타디엔테레프탈레이트(polybutadieneterephtalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 셀룰로오스트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinoate), 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate)중 어느 하나의 고분자물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.The polymer resin for forming the polymer frame and the stress line is acrylonitrile butadiene styrene, polymethyl methacrylate, polyacrylate, polyallylate, Polyimide, polyamide, polyamideimide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyester, polystyrene polystyrene), polymethylsilsesquioxane, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinylchloride, polyethersulfone ( polyethersulphone, polyetherimide, polyetheretherketone, polybutadieneterephtalate, polyethylene terephthalate, cellulose triacetate, cellulose acetate propionate propinoate), polyisocyanurate (polyisocyanurate), polymethylsilsesquioxane, polyphenylene sulfide, polyethylene naphthalate (polyethyelenen napthalate) .
상술한 해결과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 다른 실시 예는, 유연성 전자소자를 준비하는 유연성 전자소자 준비 단계; 열 가소화 시 In order to solve the above-described problem, another embodiment of the present invention, a flexible electronic device preparation step of preparing a flexible electronic device; upon thermal plasticization
이 낮아지는 고분자 프레임을 준비하는 고분자 프레임 준비 단계; 상기 유연성 전자소자를 상기 고분자 프레임에 전사하는 전사 단계; 상기 유연성 전자소자가 전사된 상기 고분자 프레임에 응력선들을 형성하는 응력선 형성 단계; 및 열처리에 의해 상기 응력선들을 수축시키는 것에 의해 상기 고분자 프레임을 입체 형상으로 성형하는 열처리 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자 소자 제조 방법을 제공한다.Polymer frame preparation step of preparing the lowering polymer frame; a transfer step of transferring the flexible electronic device to the polymer frame; a stress line forming step of forming stress lines in the polymer frame to which the flexible electronic device is transferred; and a heat treatment step of forming the polymer frame into a three-dimensional shape by shrinking the stress lines by heat treatment; provides a three-dimensional electronic device manufacturing method comprising a.
상기 유연성 전자소자 준비 단계는, 핸들링 기판 상에 희생 층을 형성하는 단계; 상기 희생 층의 상부에 유연성 기판을 형성하는 단계; 상기 유연성 기판에 박막 형 전자소자들을 형성하는 단계; 및 상기 희생 층을 제거하여 상기 유연성 기판과 상기 박막 형 전자소자들로 구성되는 유연성 전자소자를 제조하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The preparing of the flexible electronic device may include: forming a sacrificial layer on a handling substrate; forming a flexible substrate on the sacrificial layer; forming thin-film electronic devices on the flexible substrate; and manufacturing a flexible electronic device including the flexible substrate and the thin film type electronic device by removing the sacrificial layer.
상기 박막 형 전자소자들을 형성하는 단계의 상기 박막 형 전자소자들의 소재는, 전이 금속류(Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), 전이후 금속류(Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), 준금속류 (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At 등), 다원자 비금속류(C, P, S, Se), 알칼리 금속류(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), 알칼리 토금속류(Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), 란타넘족(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 악티늄족(Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) 중 어느 하나의 원소를 포함하는 전도성 금속 및 이들의 조성비를 갖는 혼합금속 또는 Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si 같은 금속성 원소 기반의 0차원 소재(quantum dot, nano dot), 1차원 소재(nanowire, nanorod, nanofiber), 2차원 소재(2D materials) 및 탄소 기반 0차원 소재[풀러렌 (Fullerene), 그래핀 퀀텀닷(Graphene quantum dot)], 1차원 소재 (Carbon nanowire/nanotube/nanofiber), 그래핀 (Graphene)을 포함하는 전도성나노소재 또는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole) 폴리티오펜(polythiophen), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐렌비닐렌(polythienylene-vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리인돌(polyindole), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리아진(polyazine), 폴리퀴논(polyquinone), 폴리푸란(polyfuran), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene), 폴리메톡시에틸헥실옥시페닐렌비닐렌(poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), 폴리이소티안나프탈렌 (polyisothian naphthalene), 폴리에틸렌디옥시티오펜-테트라메타아크릴레이트(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), 폴리헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리옥틸티오펜(poly 3-octlythiophene), 폴리뷰틸티오펜(poly butylthiopehene)중 어느 하나를 포함하는 전도성 고분자 또는 상기 소재들의 혼합소재 중의 하나 이상일 수 있다.The material of the thin-film electronic devices in the step of forming the thin-film electronic devices includes transition metals (Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), post-transition metals (Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn , Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), metalloids (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At, etc.), polyatomic nonmetals (C, P, S, Se), alkali metals ( Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), alkaline earth metals (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), lanthanides (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb) , Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), any one of the actinides (Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) Conductive metals containing the elements of and mixed metals having their composition ratios or Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, Metallic element-based zero-dimensional materials such as W and Si (quantum dot, nano dot), one-dimensional materials (nanowire, nanorod, nanofiber), two-dimensional materials (2D materials), and carbon-based zero-dimensional materials [Fullerene, yes Graphene quantum dot], one-dimensional material (Carbon nanowire/nanotube/nanofiber), conductive nanomaterial including graphene or polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, poly Thiophene (polythiophen), polyethylene dioxythiophene (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), polyisothianaphthene (polyisot) hianaphthene), polyphenylene vinylene, polyphenylene, polythienylene-vinylene, polyphenylenesulfide, polysulfur nitride, polypyridine (polypyridine), polyazulene (polyazulene), polyindole (polyindole), polycarbazole (polycarbazole), polyazine (polyazine), polyquinone (polyquinone), polyfuran (polyfuran), polynaphthalene (polynaphthalene), polyazepine ( polyzepine), polyselenophene, polytellurophene, poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), Polyisothian naphthalene, polyethylenedioxythiophene-tetramethacrylate (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), polyhexylthiophene, polyoctylthiophene (poly 3- It may be at least one of a conductive polymer including any one of octlythiophene) and polybutylthiophene, or a mixture of the above materials.
상기 고분자 프레임 준비 단계는, 유리 기판 상에 고분자 수지를 압출 전단 프린팅하여 다수의 고분자 수지 열을 형성하는 단계; 및 상기 다수의 고분자 수지 열에 열 가소화를 위한 열을 가하며 가압하여 판상으로 성형하는 것에 의해 열 가소화 시 영률인 낮아지는 고분자 프레임을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The polymer frame preparation step comprises: forming a plurality of polymer resin rows by extrusion shear printing of a polymer resin on a glass substrate; and forming a polymer frame whose Young's modulus is lowered during thermal plasticization by applying heat for thermal plasticization to the plurality of polymer resin rows and pressing the column to form a plate.
기 응력선들을 형성하는 단계는, 상기 고분자 프레임 면에 상기 고분자프레임을 휨 변형시키는 방향에 대해 수직인 방향으로 상기 응력선들을 형성하는 단계인 것을 특징으로 한다.The step of forming the stress lines is characterized in that the step of forming the stress lines in a direction perpendicular to the direction in which the polymer frame is bent and deformed on the surface of the polymer frame.
상기 고분자 프레임과 상기 응력선 형성을 위한 고분자 수지는, 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이스터(polyester), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride), 폴리에테르설폰(polyethersulphone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리부타디엔테레프탈레이트(polybutadieneterephtalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 셀룰로오스트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinoate), 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate)중 어느 하나의 고분자물질을 포함하는 것을 특징으로 한다.The polymer frame and the polymer resin for forming the stress line include acrylonitrile butadiene styrene, poly methyl methacrylate, polyacrylate, polyallylate, Polyimide, polyamide, polyamideimide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyester, polystyrene polystyrene), polymethylsilsesquioxane, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinylchloride, polyethersulfone ( polyethersulphone, polyetherimide, polyetheretherketone, polybutadieneterephtalate, polyethylene terephthalate, cellulose triacetate, cellulose acetate propionate propinoate), polyisocyanurate (polyisocyanurate), polymethylsilsesquioxane, polyphenylene sulfide, polyethylene naphthalate (polyethyelenen napthalate) .
상기와 같은 구성에 따른 본 발명의 효과는, 열 가소화 공정을 통해 고분자 프레임의 영률을 일시적으로 변화시켜 형태를 유지하기에 적합한 견고함과 형태 변형에도 파열이 일어나지 않는 유연함을 동시에 지닐 수 있다.According to the effect of the present invention according to the above configuration, it is possible to have both rigidity suitable for maintaining the shape by temporarily changing the Young's modulus of the polymer frame through the thermoplastic process and flexibility that does not occur rupture even when the shape is deformed.
또한, 상기 고분자 프레임을 변형시키면 상기 고분자 프레임이 물리적 완화 층(mechanical buffer layer)으로 작용하여 변형 시 소자에 가해지는 스트레스를 흡수하여 상기 소자의 변형을 보호 할 수 있다.In addition, when the polymer frame is deformed, the polymer frame acts as a mechanical buffer layer to absorb stress applied to the device during deformation to protect the device from deformation.
상기 고분자 프레임이 상기 소자의 변형을 보호하므로 상기 소자의 전도도 하락을 방지하고 전기적 특성을 유지할 수 있다.Since the polymer frame protects the deformation of the device, it is possible to prevent a decrease in conductivity of the device and maintain electrical properties.
또한, 응력선들을 형성하는 것에 의해 열 가소화 공정의 수행 시에 상기 고분자 프레임들을 원하는 입체 형상을 가지도록 성형할 수 있도록 하는 것에 의해 다양한 형태의 3차원 전자 소자의 제작을 용이하게 한다.In addition, by forming the stress lines, the polymer frames can be molded to have a desired three-dimensional shape when the thermoplasticization process is performed, thereby facilitating the manufacture of various types of three-dimensional electronic devices.
상기 고분자 프레임에 상기 유연성 전자소자를 전사한 후 가열 압착하는 것에 의해 상기 유연성 전자소자가 상기 고분자 프레임의 내부로 삽입됨으로써, 상기 전자소자와 상기 고분자 프레임 사이의 접착력을 향상시킬 수 있다.By transferring the flexible electronic device to the polymer frame and then heat-compressing the flexible electronic device, the flexible electronic device is inserted into the polymer frame, thereby improving adhesion between the electronic device and the polymer frame.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다. The effects of the present invention are not limited to the above effects, and should be understood to include all effects that can be inferred from the configuration of the invention described in the detailed description or claims of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 3차원 전자소자(1)들의 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시 예의 3차원 전자 소자 제조 방법의 처리과정을 나타내는 순서도.
도 3은 도 2의 처리과정에 따른 3차원 전자 소자 제작 공정도.
도 4는 응력선들이 프린팅 되는 속도에 따라 얼마나 수축되는 정도와 응력선들과 고분자 프레임의 두께, 간격, 높이 등의 따른 고분자 필름의 곡률 변화를 나타내는 도면.
도 5는 응력선(25)의 방향을 조절하여 고분자 프레임(20)의 휨 변형 방향의 제어를 나타나내는 도면.
도 6은 본 발명의 일 실시 예의 3차원 전자소자(1)의 수동 형상화(a)와 열가소화에 의한 형상화(b) 각각에 대한 전극의 안정성(c)을 나타내는 도면.
도 7은 열가소화 시의 고분자 프레임(20) 상의 유연성 전자소자(10)의 안정적인 전기연결에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면.
도 8은 본 발명의 실험 예로서, 박막 형 트랜지스터를 제작하고 이를 고분자 프레임에 전사한 후 압출 전단 프린팅과 열 가소화 과정을 통해 3차원 전자소자를 만드는 과정 및 결과물을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명의 일 실시 예의 3차원 전자소자(1)가 고분자 프레임 위의 박막 형 전자소자(11)가 열 가소화 과정에서 안정적인 전기적 연결을 유지할 수 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인한 결과를 나타내는 도면.1 is a perspective view of a three-dimensional electronic device (1) according to an embodiment of the present invention.
Figure 2 is a flowchart showing a processing process of a three-dimensional electronic device manufacturing method according to an embodiment of the present invention.
3 is a three-dimensional electronic device manufacturing process diagram according to the process of FIG.
4 is a view showing how much the stress lines are contracted according to the printing speed and the change in curvature of the polymer film according to the thickness, spacing, and height of the stress lines and the polymer frame.
5 is a view showing the control of the bending deformation direction of the
6 is a view showing the stability (c) of the electrode for each of the passive shaping (a) and the shaping by the thermoplastic (b) of the three-dimensional electronic device (1) according to an embodiment of the present invention (b).
7 is a view showing a simulation result for the stable electrical connection of the flexible
8 is a view showing the process and results of manufacturing a thin film transistor and transferring it to a polymer frame as an experimental example of the present invention, and then making a 3D electronic device through extrusion shear printing and thermoplasticization.
9 is a three-dimensional
하기에서 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 것이다.In the following description of the present invention, when it is determined that a detailed description of a related known function or configuration may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원서에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명은 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.Since the embodiment according to the concept of the present invention may have various changes and may have various forms, specific embodiments will be illustrated in the drawings and described in detail in the present specification or application. However, this is not intended to limit the embodiment according to the concept of the present invention to a specific disclosed form, and it should be understood that the present invention includes all changes, equivalents, or substitutes included in the spirit and scope of the present invention.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.When a component is referred to as being "connected" or "connected" to another component, it is understood that it may be directly connected or connected to the other component, but other components may exist in the middle. It should be. On the other hand, when a component is referred to as being "directly connected" or "directly connected" to another component, it should be understood that there is no other component in the middle. Other expressions describing the relationship between components, such as "between" and "directly between" or "adjacent to" and "directly adjacent to" should be interpreted as well.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.The terms used in the present specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In the present specification, terms such as "comprise" or "have" are intended to designate the presence of a set feature, number, step, action, component, part, or combination thereof, and one or more other features or numbers. It is to be understood that the possibility of addition or presence of, steps, actions, components, parts, or combinations thereof is not preliminarily excluded.
이하, 본 발명의 실시 예를 나타내는 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings showing embodiments of the present invention.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따르는 3차원 전자소자(1)들의 사시도이다.1 is a perspective view of three-dimensional
도 1과 같이, 본 발명의 일 실시 예의 상기 3차원 전자소자(1)는, 열 가소화 시 영률이 낮아지고, 일 면 또는 양면에 형상 변화를 위한 응력선(25)들이 형성된 고분자 프레임(20)과, 상기 고분자 프레임(20)에 전사된 유연성 전자소자(10)들을 포함하여, 열처리에 의해 상기 응력선들이 수축되어 상기 고분자 프레임(20)이 입체 형상으로 형상 변화되어 구성된 것을 특징으로 한다.As shown in Figure 1, the three-dimensional
상기 유연성 전자소자(10)는, 유연성 기판(13) 및 상기 유연성 기판(13) 상에 형성된 하나 이상의 박막 형 전자소자(11)들을 포함하여 구성된다. 이때, 상기 유연성 기판(13)은 폴리이미드(polyimide: PI)로 형성될 수 있다.The flexible
상기 박막 형 전자소자(11)들의 소재는, 전이 금속류(Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), 전이후 금속류(Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), 준금속류 (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At 등), 다원자 비금속류(C, P, S, Se), 알칼리 금속류(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), 알칼리 토금속류(Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), 란타넘족(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 악티늄족(Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) 중 어느 하나의 원소를 포함하는 전도성 금속 및 이들의 조성비를 갖는 혼합금속 또는 Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si 같은 금속성 원소 기반의 0차원 소재(quantum dot, nano dot), 1차원 소재(nanowire, nanorod, nanofiber), 2차원 소재(2D materials) 및 탄소 기반 0차원 소재[풀러렌 (Fullerene), 그래핀 퀀텀닷(Graphene quantum dot)], 1차원 소재 (Carbon nanowire/nanotube/nanofiber), 그래핀 (Graphene)을 포함하는 전도성나노소재 또는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole) 폴리티오펜(polythiophen), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐렌비닐렌(polythienylene-vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리인돌(polyindole), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리아진(polyazine), 폴리퀴논(polyquinone), 폴리푸란(polyfuran), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene), 폴리메톡시에틸헥실옥시페닐렌비닐렌(poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), 폴리이소티안나프탈렌 (polyisothian naphthalene), 폴리에틸렌디옥시티오펜-테트라메타아크릴레이트(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), 폴리헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리옥틸티오펜(poly 3-octlythiophene), 폴리뷰틸티오펜(poly butylthiopehene)중 어느 하나를 포함하는 전도성 고분자 또는 상기 소재들의 혼합소재 중의 하나 이상일 수 있다.The material of the thin-film
상기 응력선(25)들은 상기 고분자 프레임보다 높은 응력을 가지도록 구성되어, 상기 고분자 프레임(20)의 형상 제어를 위해, 상기 고분자 프레임(20)을 휨 변형시키는 방향에 대해 수직인 방향으로 압출 전단 프린팅되어 형성된다. The stress lines 25 are configured to have a higher stress than the polymer frame, and in order to control the shape of the
상기 고분자 프레임 및 상기 응력선 형성을 위한 고분자 수지는 아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이스터(polyester), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐 리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride), 폴리비닐 클로라이드(Polyvinylchloride), 폴리에테르설폰(polyethersulphone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리 에테르 에테르 케톤(polyetheretherketone), 폴리 부타디엔 테레프탈레이트(polybutadieneterephtalate), 폴리 에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinoate), 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate)중 어느 하나의 고분자물질을 포함할 수 있다.The polymer resin for forming the polymer frame and the stress line is acrylonitrile butadiene styrene, poly methyl methacrylate, polyacrylate, polyallylate, polyy Polyimide, polyamide, polyamideimide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyester, polystyrene ), polymethylsilsesquioxane, polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinylchloride, polyethersulfone ), polyetherimide, polyetheretherketone, polybutadieneterephtalate, polyethylene terephthalate, cellulose triacetate, cellulose acetate propionate propinoate), polyisocyanurate, polymethylsilsesquioxane, polyphenylene sulfide, and polyethylene naphthalate.
상술한 3차원 전자소자(1)는 열 가소화 시 영률이 낮아지는 고분자 프레임(20) 상에 유연성 전자소자(10)를 가열 및 가압하여 삽입 부착시킨 후, 고분자 수지를 고분자 프레임(20)의 형상 변화를 고려하여 고분자 프레임(20)의 일 면 또는 양면에 압출 전단 프린팅을 수행하여 응력을 내포하고 있는 응력선(25)들을 형성한 후, 열처리를 하여 응력선(25)들을 수축시켜 고분자 프레임(20)의 형상을 원하는 입체 형상으로 성형하는 것에 의해 다양한 형상으로 제작된다. The above-described three-dimensional
따라서 응력선(25)들의 압출 전단 프린팅되는 위치, 압출 전단 프린팅 속도, 응력선들의 두께, 배치되는 간격, 높이 등을 제어하는 것에 의해, 주걱 형(도 1의 (a)), 바구니 형(도 1의 (b)) 또는 S 곡면 형(도 1의 (c)) 등의 다양한 입체 형상을 가지는 3차원 전자소자(1)들을 제작할 수 있게 된다.Therefore, by controlling the extrusion shear printing position of the stress lines 25, the extrusion shear printing speed, the thickness of the stress lines, the spacing, the height, etc., the spatula type (Fig. 1 (a)), the basket type (Fig. 3D
도 2는 본 발명의 일 실시 예의 3차원 전자 소자 제조 방법의 처리과정을 나타내는 순서도이고, 도 3은 도 2의 처리과정에 따른 3차원 전자 소자 제조 공정도이다.FIG. 2 is a flowchart illustrating a processing process of a 3D electronic device manufacturing method according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a 3D electronic device manufacturing process diagram according to the processing process of FIG. 2 .
도 2와 같이, 본 발명의 3차원 전자 소자 제조 방법은, 유연성 전자소자(10)를 준비하는 유연성 전자소자 준비 단계(S10), 열 가소화 시 영률이 낮아지는 고분자 프레임(20)을 준비하는 고분자 프레임 준비 단계(S20), 상기 유연성 전자소자(10)를 상기 고분자 프레임(20)에 전사하는 전사 단계(S30), 상기 유연성 전자소자(10)가 전사된 상기 고분자 프레임(20)에 응력선(25)들을 형성하는 응력선 형성 단계(S40) 및 열처리에 의해 상기 응력선(25)들을 수축시키는 것에 의해 상기 고분자 프레임(20)을 입체 형상으로 성형하는 열처리 단계(S50)를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.As shown in FIG. 2, the three-dimensional electronic device manufacturing method of the present invention includes a flexible electronic device preparation step (S10) for preparing a flexible
이하, 도 3을 참조하여 상기 3차원 전자 소자 제조 방법의 각 처리 단계를 상세히 설명한다.Hereinafter, each processing step of the 3D electronic device manufacturing method will be described in detail with reference to FIG. 3 .
상기 유연성 전자 소자를 준비하는 단계(S10)는, 핸들링 기판(3) 상에 희생 층(5)을 형성하는 단계, 상기 희생 층(5)의 상부에 유연성 기판(13)을 형성하는 단계, 상기 유연성 기판(13)에 박막 형 전자소자(11)들을 형성하는 단계 및 상기 희생 층(5)을 제거하여 상기 유연성 기판과 상기 박막 형 전자소자(11)들로 구성되는 유연성 전자소자(10)를 제조하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The step of preparing the flexible electronic device (S10) includes: forming a
구체적으로, 핸들링 기판(3) 상에 희생 층(5)을 형성하는 단계에서 상기 핸들링 기판(3)은 유리 기판 등일 수 있다. 상기 핸들링 기판(3) 상에 수용성의 PAA(polyacrylic acid) 또는 덱스트란 등의 수용성 고분자를 코팅하여 상기 희생 층(5)을 형성한다. 이 후, 희생 층(5) 상에 폴리이미드 등의 고분자를 코팅하여 유연성 기판(13) 층을 형성한다. 다음으로, 유연성 기판(13)의 상부에 마스크 등을 개재하여 전자소자 소재를 스퍼터링 증착 등에 의해 형성하는 것에 의해 박막 형 전자소자(11)들을 형성한다. 이후, 물속에서 상기 희생 층(5)을 제거하여 유연성 기판(13)과 박막 형 전자소자(11)들로 구성된 유연성 전자소자(10)를 제조한다. 상기 유연성 전자소자(10)는 유리 기판(9) 상에서 물(7)에 의해 분리된 상태로 위치된다. Specifically, in the step of forming the
다음으로, 상기 고분자 프레임 준비 단계(S20)는 유리 기판(9) 상에 고분자 수지를 압출 전단 프린팅하여 다수의 고분자 수지 열(23)을 형성하는 단계 및 상기 다수의 고분자 수지 열(23)에 열 가소화를 위해 약 200 내지 220 ℃의 온도의 열을 가하며 롤러(8)로 가압하여 판상으로 성형하는 것에 의해 열 가소화된 고분자 기판 형태의 고분자 프레임(20)을 형성하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 고분자 수지 열(23)을 상기 롤러(8)로 가압하여 판상할 때 완충 역할을 수행하기 위해 상기 ABS 등의 고분자 프레임(20)과 롤러(8) 사이에 PDMS 기판이 삽입 될 수 있다.Next, the polymer frame preparation step (S20) is a step of extrusion shear printing a polymer resin on the
상기 전사 단계(S30)에서 상기 고분자 프레임(20)에 상기 유연성 전자소자(10)를 위치시킨 후 130 내지 150℃ 온도에서 가압하여 상기 유연성 전자소자(10)들이 상기 고분자 프레임(20)의 내부로 삽입되어 상기 고분자 프레임(20)과 상기 유연성 전자소자(10)가 일체로 접합시킨다.In the transfer step (S30), the flexible
상기 응력선(25)들을 형성하는 단계는, 상기 고분자 프레임(20)의 형상 제어를 위해, 상기 유연성 전자소자(10)가 전사된 상기 고분자 프레임(20)의 일 면 또는 양면에 상기 고분자 프레임(20)을 휨 변형시키는 방향에 대해 수직인 방향으로 상기 압출 전단 프린팅을 통해 응력선(25)들을 형성한다.The forming of the stress lines 25 is performed on one or both sides of the
이렇게 형성된 응력선(25)들은 입체 형상 변화를 위한 열처리 시 길이 방향으로 수축되는 것에 의해 고분자 프레임(20)을 응력선(25)들의 길이 방향에 수직인 방향으로 휨 변형시키는 것에 의해 응력선(25)들이 프린팅된 면이 내측으로 위치되는 휨 변형이 수행되어 고분자 프레임(20)이 입체 형상으로 성형된다. The stress lines 25 formed in this way are the stress lines 25 by bending and deforming the
도 4는 응력선(25)들이 프린팅 되는 속도에 따라 얼마나 수축되는 정도와 응력선(25)들과 고분자 프레임(20)의 두께, 간격, 높이 등의 비에 따른 고분자 프레임(고분자 필름)의 곡률(k) 변화를 나타내는 도면이다.Figure 4 shows how much the stress lines 25 are contracted according to the printing speed and the curvature of the polymer frame (polymer film) according to the ratio of the stress lines 25 and the thickness, spacing, height, etc. of the stress lines 25 and the polymer frame 20 (k) It is a diagram showing the change.
구체적으로 도 4는, 고분자 프레임(20)의 응력이 있는 응력선(25)의 프린팅 속도(vESP)와 열처리 시간(tTR)에 따른 수축변형 정도(a), 고분자 프레임(20)과 ABS 선 등의 응력선(25)의 구조 관계(b), 동일한 ABS 선 등의 응력선(25)의 프린팅 속도(vESP)에 의해 생성된 응력선(25)이 형성된 경우의 열처리 시간(tTR)에 따른 곡률(k)의 변화(c), 서로 다른 압출 전단 프린팅 속도(vESP)에 의해 생성된 응력선(25)을 가지는 경우의 동일한 열처리 시간(tTR)에 따른 곡률(k)의 변화(d), 고분자 프레임(20)의 높이(hfilim)와 응력선(25)의 높이(hline)의 비(H= hline/hfilim)에 따른 열처리 후의 곡률(k)의 변화(e) 및 응력선(25)의 폭(wline)과 응력선(25) 사이의 간격(wspace)의 비(W= wline/wspace)에 따른 열처리 후의 곡률(k)의 변화(f)를 나타낸다. Specifically, Figure 4 shows the degree of shrinkage deformation (a) according to the printing speed (v ESP ) and the heat treatment time (t TR ) of the stress line 25 with the stress of the polymer frame 20 (a), the
도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 3차원 전자소자(1)는 동일한 응력선(25)의 프린팅 속도(vESP), 생성된 응력선(25)이 형성된 경우의 열처리 시간(tTR), 고분자 프레임(20)의 높이(hfilim)와 응력선(25)의 높이(hline)의 비(H= hline/hfilim) 및 응력선(25)의 폭(wline)과 응력선(25) 사이의 간격(wspace)의 비(W= wline/wspace)를 제어하는 것에 의해 정밀하게 입체 형상이 제어될 수 있어, 원하는 다양한 형상의 3차원 전자소자를 용이하게 제작할 수 있도록 한다.As shown in FIG. 4 , the three-dimensional
도 5는 응력선(25)의 방향을 조절하여 고분자 프레임(20)의 휨 변형 방향의 제어를 나타나내는 도면이다.5 is a view showing the control of the bending deformation direction of the
도 5는 고분자 프레임(20)에 ABS 선 등의 응력선(25)을 프린팅해주는 방향에 따라 고분자 프레임이 휘어지는 방향을 조절 할 수 있음을 보여준다. 5 shows that the bending direction of the polymer frame can be adjusted according to the direction in which the stress line 25 such as an ABS line is printed on the
도 6은 본 발명의 일 실시 예의 3차원 전자소자(1)의 수동 형상화(a)와 열가소화에 의한 형상화(b) 각각에 대한 전극의 안정성(c)을 나타내는 도면이다.6 is a view showing the stability (c) of the electrode for each of the passive shaping (a) and the shaping by the thermoplastic (b) of the three-dimensional
도 6은 고분자 프레임(20)에 ABS 선 등의 응력선(25)을 프린팅하여 열처리 과정에서 형태 변형이 이루어지는 것을 이용하여, 고분자 프레임(20) 위에 전극(12)을 장착하였을 때 전극의 안정성을 보여준다. 고분자 프레임(20)의 열 가소화 과정이 아닌 손으로 접어주는 과정에서는 a와 c에서 보듯이 전극(12)이 물리적으로 끊어져 전류가 흐르지 않는 것을 확인할 수 있으며, 열 가소화 과정을 거칠 경우, b와 c에서 보듯이 안정적인 전기적 연결을 구현할 수 있음을 보여준다.6 shows the stability of the electrode when the
도 7은 열가소화 시의 고분자 프레임(20) 상의 유연성 전자소자(10)의 안정적인 전기연결에 대한 시뮬레이션 결과를 나타내는 도면이다.7 is a view showing a simulation result for the stable electrical connection of the flexible
고분자 프레임(20) 위의 전극(12)이 열 가소화 과정에서 안정적인 전기적 연결을 유지할 수 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인한 결과, 도 7과 같이, 열 가소화 과정 전에는 골드 전극(12)에 작용하는 응력과 변형도가 각각 극한 강도(ultimate strength)와 파괴 변형도 (fracture strain)를 넘게 되지만 열 가소화 과정을 거친 이후에는 그 보다 낮은 값을 갖는다. 또한, 고분자 프레임(20) 역시 열 가소화 과정을 거치지 않는 변형 과정에서는 부분적으로 극한 강도와 파괴 변형도보다 높은 응력과 변형도를 갖지만 열 가소화 과정 중에는 모든 지점에서 그 보다 낮은 값을 갖는다.As a result of confirming through computer simulation that the
도 8은 본 발명의 실험 예로서, 박막 형 트랜지스터를 제작하고 이를 고분자 프레임에 전사한 후 압출 전단 프린팅과 열 가소화 과정을 통해 3차원 전자소자를 만드는 과정 및 결과물을 보여주는 도면이다.8 is a view showing the process and results of manufacturing a thin film transistor and transferring it to a polymer frame as an experimental example of the present invention, and then making a three-dimensional electronic device through extrusion shear printing and thermoplasticization.
도 8과 같이, 실제로 박막 형 트랜지스터를 제작하고 이를 고분자 프레임(20)에 전사한 후 압출 전단 프린팅과 열 가소화 과정을 통해 3차원 전자소자(1)를 제작하고, 열 가소화 과정을 거치지 않고 물리적으로 접어 3차원의 수동형 입체 전자소자(2)를 제조하고 비교하였다. 수동형 입체 전자소자(2)의 경우 박막 형 트랜지스터뿐만 아니라 고분자 프레임(20)에도 파손이 일어나게 되고, 이로 인해 박막 형 트랜지스터가 전기적 특성을 잃는 것을 확인하였다. 그러나 열 가소화된 고분자 프레임(20)으로 제작된 3차원 전자소자(1)의 경우, 열 가소화 과정을 통해 형태를 변형시킨 과정이나, 형태 변형 후에도 안정적인 트랜지스터의 특성을 보여주는 것을 확인하였다.As shown in FIG. 8 , after actually manufacturing a thin film transistor and transferring it to the
도 9는 본 발명의 일 실시 예의 3차원 전자소자(1)가 고분자 프레임 위의 박막 형 전자소자(11)가 열 가소화 과정에서 안정적인 전기적 연결을 유지할 수 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인한 결과를 나타내는 도면이다.9 is a three-dimensional
도 9의 실험결과, 고분자 프레임(20) 위의 박막 형 전자소자(11)는 열 가소화 과정에서 안정적인 전기적 연결을 유지할 수 있음을 컴퓨터 시뮬레이션을 통해 확인할 수 있었다. 열 가소화 과정을 거칠 경우 박막 형 트랜지스터를 구성하는 모든 물질 층과 고분자 프레임(20)에서 발생하는 응력과 변형도가 각각의 극한 강도와 파괴 변형도보다 낮은 값을 가지는 것 또한 확인하였다.As a result of the experiment in FIG. 9 , it was confirmed through computer simulation that the thin film-type
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시 예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시 예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the technical idea of the present invention described above has been specifically described in the preferred embodiment, it should be noted that the embodiment is for the description and not the limitation. In addition, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will understand that various embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
1: 3차원 전자소자
2: 수동변형 입체 전자소자
3: 핸들링 기판
5: 희생 층
7: 물
8: 롤러
9: 유리 기판
10: 유연성 전자소자
11: 박막 형 전자소자
12: 전극
13: 유연성 기판
20: 고분자 프레임
21: 고분자 기판
23: 고분자 수지 열
25: 응력선(ABS 선)
H: hline/hfilim(고분자 프레임(20)의 높이(hfilim)와 응력선(25)의 높이(hline)의 비)
W: wline/wspace(응력선(25)의 폭(wline)과 응력선(25) 사이의 간격(wspace)의 비)1: 3D electronic device
2: Passive deformation stereoscopic electronic device
3: Handling board
5: sacrificial layer
7: water
8: roller
9: Glass substrate
10: flexible electronic device
11: Thin-film electronic device
12: electrode
13: flexible substrate
20: polymer frame
21: polymer substrate
23: polymer resin column
25: stress line (ABS line)
H: h line /h filim (ratio of the height of the polymer frame 20 (h filim ) and the height of the stress line 25 (h line ))
W: w line /w space (ratio of width w line of stress line 25 and spacing w space between stress line 25)
Claims (11)
상기 응력선들이 형성된 상기 고분자 프레임의 일 면 또는 양면에 전사된 유연성 전자소자를 포함하고,
열처리에 의해 상기 응력선들이 수축되어 상기 고분자 프레임이 입체 형상으로 형상 변화되어 구성된 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.a polymer frame in which the Young's modulus is lowered during thermal plasticization, and stress lines for shape change are formed on one or both sides; and
It includes a flexible electronic device transferred to one side or both sides of the polymer frame in which the stress lines are formed,
A three-dimensional electronic device, characterized in that the stress lines are contracted by heat treatment and the polymer frame is changed into a three-dimensional shape.
유연성 기판; 및
상기 유연성 기판 상에 형성된 하나 이상의 박막 형 전자소자들을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.According to claim 1, wherein the flexible electronic device,
flexible substrate; and
A three-dimensional electronic device comprising one or more thin film-type electronic devices formed on the flexible substrate.
전이 금속류(Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), 전이후 금속류(Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), 준금속류 (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At 등), 다원자 비금속류(C, P, S, Se), 알칼리 금속류(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), 알칼리 토금속류(Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), 란타넘족(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 악티늄족(Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) 중 어느 하나의 원소를 포함하는 전도성 금속 및 이들의 조성비를 갖는 혼합금속 또는 Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si 같은 금속성 원소 기반의 0차원 소재(quantum dot, nano dot), 1차원 소재(nanowire, nanorod, nanofiber), 2차원 소재(2D materials) 및 탄소 기반 0차원 소재[풀러렌 (Fullerene), 그래핀 퀀텀닷(Graphene quantum dot)], 1차원 소재 (Carbon nanowire/nanotube/nanofiber), 그래핀 (Graphene)을 포함하는 전도성나노소재 또는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole) 폴리티오펜(polythiophen), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐렌비닐렌(polythienylene-vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리인돌(polyindole), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리아진(polyazine), 폴리퀴논(polyquinone), 폴리푸란(polyfuran), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene), 폴리메톡시에틸헥실옥시페닐렌비닐렌(poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), 폴리이소티안나프탈렌 (polyisothian naphthalene), 폴리에틸렌디옥시티오펜-테트라메타아크릴레이트(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), 폴리헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리옥틸티오펜(poly 3-octlythiophene), 폴리뷰틸티오펜(poly butylthiopehene)중 어느 하나를 포함하는 전도성 고분자 또는 상기 소재들의 혼합소재 중의 하나 이상인 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.According to claim 2, wherein the material of the thin-film electronic device,
Transition metals (Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir , Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), post-transition metals (Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), metalloids (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At, etc.), polyatomic nonmetals (C, P, S, Se), alkali metals (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), alkaline earth metals (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), lanthanides (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), actinides (Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) a conductive metal containing any one element and a mixed metal having a composition ratio thereof or Au, Ag , Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si 0-dimensional material based on metallic elements (quantum dot, nano dot), One-dimensional materials (nanowire, nanorod, nanofiber), two-dimensional materials (2D materials) and carbon-based zero-dimensional materials [Fullerene, Graphene quantum dot], one-dimensional materials (Carbon nanowire/nanotube/ nanofiber), a conductive nanomaterial including graphene, or polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyethylenedioxythiophene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) ), polyisothianaphthene, polyphenylene vinylene ene), polyphenylene, polythienylene-vinylene, polyphenylenesulfide, polysulfur nitride, polypyridine, polyazulene, Polyindole, polycarbazole, polyazine, polyquinone, polyfuran, polynaphthalene, polyzepine, polyselenophene, Polytellurophene, poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), polyisothian naphthalene, polyethylene Deoxythiophene-tetramethacrylate (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), polyhexylthiophene (poly 3-hexylthiophene), polyoctylthiophene (poly 3-octlythiophene), polybutylthiophene (poly butylthiopehene) ) A three-dimensional electronic device, characterized in that at least one of a conductive polymer containing any one or a mixture of the above materials.
상기 응력선의 길이 방향으로 수축되어 상기 응력선의 길이 방향에 수직인 방향으로 상기 고분자프레임을 휨 변형시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.According to claim 1, wherein the stress line,
A three-dimensional electronic device, characterized in that it is configured to bend and deform the polymer frame in a direction perpendicular to the longitudinal direction of the stress line by shrinking in the longitudinal direction of the stress line.
아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이스터(polyester), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride), 폴리에테르설폰(polyethersulphone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리부타디엔테레프탈레이트(polybutadieneterephtalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 셀룰로오스트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinoate), 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate)중 어느 하나의 고분자물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 전자소자.According to claim 1, wherein the polymer frame and the polymer resin for forming the stress line,
Acrylonitrile butadiene styrene, poly methyl methacrylate, polyacrylate, polyallylate, polyimide, polyamide, polyamide Polyamideimide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyester, polystyrene, polymethylsilsesquioxane, polyethylene Polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinylchloride, polyethersulphone, polyetherimide, polyetheretherketone (polyetheretherketone), polybutadieneterephtalate, polyethylene terephthalate, cellulose triacetate, cellulose acetate propinoate, polyisocyanurate, polymethylsil A three-dimensional electronic device comprising a polymer material of any one of sesquioxane (polymethylsilsesquioxane), polyphenylene sulfide (polyphenylene sulfide), and polyethylene naphthalate (polyethyelenen napthalate).
열 가소화 시 영률이 낮아지는 고분자 프레임을 준비하는 고분자 프레임 준비 단계;
상기 유연성 전자소자를 상기 고분자 프레임에 전사하는 전사 단계;
상기 유연성 전자소자가 전사된 상기 고분자 프레임에 응력선들을 형성하는 응력선 형성 단계; 및
열처리에 의해 상기 응력선들을 수축시키는 것에 의해 상기 고분자 프레임을 입체 형상으로 성형하는 열처리 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자 소자 제조 방법.A flexible electronic device preparation step of preparing a flexible electronic device;
A polymer frame preparation step of preparing a polymer frame having a lower Young's modulus during thermal plasticization;
a transfer step of transferring the flexible electronic device to the polymer frame;
a stress line forming step of forming stress lines in the polymer frame to which the flexible electronic device is transferred; and
A three-dimensional electronic device manufacturing method comprising a heat treatment step of forming the polymer frame into a three-dimensional shape by shrinking the stress lines by heat treatment.
핸들링 기판 상에 희생 층을 형성하는 단계;
상기 희생 층의 상부에 유연성 기판을 형성하는 단계;
상기 유연성 기판에 박막 형 전자소자들을 형성하는 단계; 및
상기 희생 층을 제거하여 상기 유연성 기판과 상기 박막 형 전자소자들로 구성되는 유연성 전자소자를 제조하는 단계를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자 소자 제조 방법.The method of claim 6, wherein the preparing of the flexible electronic device comprises:
forming a sacrificial layer on the handling substrate;
forming a flexible substrate on the sacrificial layer;
forming thin-film electronic devices on the flexible substrate; and
and removing the sacrificial layer to manufacture a flexible electronic device including the flexible substrate and the thin-film electronic device.
전이 금속류(Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir, Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), 전이후 금속류(Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), 준금속류 (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At 등), 다원자 비금속류(C, P, S, Se), 알칼리 금속류(Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), 알칼리 토금속류(Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), 란타넘족(La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), 악티늄족(Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) 중 어느 하나의 원소를 포함하는 전도성 금속 및 이들의 조성비를 갖는 혼합금속 또는 Au, Ag, Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si 같은 금속성 원소 기반의 0차원 소재(quantum dot, nano dot), 1차원 소재(nanowire, nanorod, nanofiber), 2차원 소재(2D materials) 및 탄소 기반 0차원 소재[풀러렌 (Fullerene), 그래핀 퀀텀닷(Graphene quantum dot)], 1차원 소재 (Carbon nanowire/nanotube/nanofiber), 그래핀 (Graphene)을 포함하는 전도성나노소재 또는 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤 (polypyrrole) 폴리티오펜(polythiophen), 폴리에틸렌디옥시티오펜(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리이소티아나프텐 (polyisothianaphthene), 폴리페닐렌비닐렌 (polyphenylene vinylene), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리티에닐렌비닐렌(polythienylene-vinylene), 폴리페닐렌설파이드(polyphenylenesulfide), 폴리설퍼니트리드(polysulfur nitride), 폴리피리딘(polypyridine), 폴리아줄렌(polyazulene), 폴리인돌(polyindole), 폴리카바졸(polycarbazole), 폴리아진(polyazine), 폴리퀴논(polyquinone), 폴리푸란(polyfuran), 폴리나프탈렌(polynaphthalene), 폴리아제핀(polyzepine), 폴리셀레노펜(polyselenophene), 폴리텔루로펜(polytellurophene), 폴리메톡시에틸헥실옥시페닐렌비닐렌(poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), 폴리이소티안나프탈렌 (polyisothian naphthalene), 폴리에틸렌디옥시티오펜-테트라메타아크릴레이트(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), 폴리헥실티오펜(poly 3-hexylthiophene), 폴리옥틸티오펜(poly 3-octlythiophene), 폴리뷰틸티오펜(poly butylthiopehene)중 어느 하나를 포함하는 전도성 고분자 또는 상기 소재들의 혼합소재 중의 하나 이상인 것을 특징으로 하는 3차원 전자 소자 제조 방법.The method of claim 7, wherein the material of the thin-film electronic devices in the step of forming the thin-film electronic devices,
Transition metals (Sc, Y, Ti, V, Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu, Zr, Nb, Mo, Tc, Ru, Rh, Pd, Ag, Hf, Ta, W, Re, Os, Ir , Pt, Au, Rf, Db, Sg, Bh, Hs), post-transition metals (Al, Zn, Ga, Cd, In, Sn, Hg, Tl, Pb, Bi, Po, Cn), metalloids (B, Si, Ge, As, Sb, Te, At, etc.), polyatomic nonmetals (C, P, S, Se), alkali metals (Li, Na, K, Rb, Cs, Fr), alkaline earth metals (Be, Mg, Ca, Sr, Ba, Ra), lanthanides (La, Ce, Pr, Nd, Pm, Sm, Eu, Gd, Tb, Dy, Ho, Er, Tm, Yb, Lu), actinides (Ac, Th, Pa, U, Np, Pu, Am, Cm, Bk, Cf, Es, Fm, Md, No, Lr) a conductive metal containing any one element and a mixed metal having a composition ratio thereof or Au, Ag , Cu, Ni, Pt, Fe, Ti, Co, Nb, Mo, Cr, Zn, Cd, Ge, Mn, Zr, Pd, W, Si 0-dimensional material based on metallic elements (quantum dot, nano dot), One-dimensional materials (nanowire, nanorod, nanofiber), two-dimensional materials (2D materials) and carbon-based zero-dimensional materials [Fullerene, Graphene quantum dot], one-dimensional materials (Carbon nanowire/nanotube/ nanofiber), a conductive nanomaterial including graphene, or polyacetylene, polyaniline, polypyrrole, polythiophene, polyethylenedioxythiophene, poly(3,4-ethylenedioxythiophene) ), polyisothianaphthene, polyphenylene vinylene ene), polyphenylene, polythienylene-vinylene, polyphenylenesulfide, polysulfur nitride, polypyridine, polyazulene, Polyindole, polycarbazole, polyazine, polyquinone, polyfuran, polynaphthalene, polyzepine, polyselenophene, Polytellurophene, poly(2-methoxy-5-(2'-ethyl)hexyloxy-p-phenylenevinylene), polyisothian naphthalene, polyethylene Deoxythiophene-tetramethacrylate (Poly (3,4-ethylenedioxythiophene)-tetramethacrylate), polyhexylthiophene (poly 3-hexylthiophene), polyoctylthiophene (poly 3-octlythiophene), polybutylthiophene (poly butylthiopehene) ) A three-dimensional electronic device manufacturing method, characterized in that at least one of a conductive polymer containing any one or a mixture of the above materials.
유리 기판 상에 고분자 수지를 압출 전단 프린팅하여 다수의 고분자 수지 열을 형성하는 단계; 및
상기 다수의 고분자 수지 열에 열 가소화를 위한 열을 가하며 가압하여 판상으로 성형하는 것에 의해 열 가소화 시 영률이 낮아지는 고분자 프레임을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 3차원 전자 소자 제조 방법.According to claim 6, The polymer frame preparation step,
Forming a plurality of polymer resin rows by extrusion shear printing a polymer resin on a glass substrate; and
Forming a polymer frame in which the Young's modulus is lowered upon thermal plasticization by applying heat for thermal plasticization to the plurality of polymer resin columns and forming a plate shape by pressing; manufacturing method.
상기 고분자 프레임 면에 상기 고분자프레임을 휨 변형시키는 방향에 대해 수직인 방향으로 상기 응력선들을 형성하는 단계인 것을 특징으로 하는 3차원 전자 소자 제조 방법.7. The method of claim 6, wherein forming the stress lines comprises:
and forming the stress lines on the surface of the polymer frame in a direction perpendicular to a direction in which the polymer frame is bent and deformed.
아크릴로니트릴부타디엔스티렌(acrylonitrile butadiene styrene), 폴리메틸메타크릴레이트(poly methyl methacrylate), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드 (polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리아미드이미드(polyamideimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 폴리우레탄(polyurethane), 폴리이스터(polyester), 폴리스타이렌(polystyrene), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리에틸렌옥사이드(Polyethylene oxide), 폴리아크릴로나이트릴(Polyacrylonitrile), 폴리비닐리덴플로라이드(Polyvinylidene fluoride), 폴리비닐클로라이드(Polyvinylchloride), 폴리에테르설폰(polyethersulphone), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에테르에테르케톤(polyetheretherketone), 폴리부타디엔테레프탈레이트(polybutadieneterephtalate), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 셀룰로오스트리아세테이트(cellulose triacetate), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propinoate), 폴리이소시아누레이트(polyisocyanurate), 폴리메틸실세스퀴옥산(polymethylsilsesquioxane), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethyelenen napthalate)중 어느 하나의 고분자물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 전자 소자 제조 방법.According to claim 6, The polymer frame and the polymer resin for forming the stress line,
Acrylonitrile butadiene styrene, poly methyl methacrylate, polyacrylate, polyallylate, polyimide, polyamide, polyamide Polyamideimide, polycarbonate, polyethylene, polypropylene, polyurethane, polyester, polystyrene, polymethylsilsesquioxane, polyethylene Polyethylene oxide, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polyvinylchloride, polyethersulphone, polyetherimide, polyetheretherketone (polyetheretherketone), polybutadieneterephtalate, polyethylene terephthalate, cellulose triacetate, cellulose acetate propinoate, polyisocyanurate, polymethylsil A three-dimensional electronic device manufacturing method comprising any one of a polymer material of sesquioxane (polymethylsilsesquioxane), polyphenylene sulfide (polyphenylene sulfide), and polyethylene naphthalate (polyethyelenen napthalate).
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20010040631A (en) | 1998-02-10 | 2001-05-15 | 가부시키가이샤 코스모 소고 겐큐쇼 | Resin composition, molded article thereof, and process for producing resin composition |
| KR101767245B1 (en) | 2014-08-22 | 2017-08-23 | 건국대학교 산학협력단 | hybrid thin film having liquid layer, flexible device comprising thereof and manufacturing method of the same |
| KR20190108873A (en) * | 2018-03-15 | 2019-09-25 | 광주과학기술원 | Three-dimensional elctron device of polymer frame through organic solvent assisted plasticization and manufacturing method comprising the same |
-
2020
- 2020-01-21 KR KR1020200008012A patent/KR102259270B1/en active IP Right Grant
Patent Citations (3)
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