KR102334753B1

KR102334753B1 - 탄소나노튜브 브러쉬를 포함한 인쇄유닛 및 이를 이용한 인쇄방법

Info

Publication number: KR102334753B1
Application number: KR1020200022764A
Authority: KR
Inventors: 석재영; 권신; 강동우; 김현창; 김현태
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2020-02-25
Filing date: 2020-02-25
Publication date: 2021-12-06
Also published as: KR20210108050A

Abstract

탄소나노튜브 브러쉬를 포함한 인쇄유닛 및 이를 이용한 인쇄방법에서, 상기 인쇄유닛은 챔버, 베이스부 및 브러쉬부를 포함한다. 상기 챔버는 내부공간을 형성한다. 상기 베이스부는 상기 챔버의 하면을 형성하며 적어도 하나의 토출부가 형성된다. 상기 브러쉬부는 상기 토출부의 주위에 소정 길이 연장되도록 형성된다. 상기 내부공간으로부터 상기 토출부로 토출되는 잉크는 상기 브러쉬부를 따라 제공되어 기판 상에 패턴을 형성한다.

Description

탄소나노튜브 브러쉬를 포함한 인쇄유닛 및 이를 이용한 인쇄방법{PRINTING UNIT HAVING CARBON NANO TUBE BRUSH AND METHOD FOR PRINTING USING THE SAME}

본 발명은 인쇄유닛 및 이를 이용한 인쇄방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 수직배양 성장된 탄소나노튜브를 브러쉬로 이용하여 기판 상에 미세 선폭을 가지는 패턴을 형성하는 탄소나노튜브 브러쉬를 포함한 인쇄유닛 및 이를 이용한 인쇄방법에 관한 것이다.

현재까지 알려진 바로 가장 미세한 선폭의 패턴을 형성할 수 있는 기술로는 대한민국 등록특허 제10-1094864호에서와 같은 리버스 오프셋(reverse offset) 프린팅 공정이 있다.

그러나, 종래 리버스 오프셋 프린팅 공정의 경우, 신뢰성이 유지되는 선폭보다 작은 선폭의 미세 패턴에 대한 신뢰성은 높지 않은 상황이다.

또한, 리버스 오프셋 프린팅의 경우, 오프(off) 공정을 통해 제거되는 잉크는 그대로 폐기되는 것으로 잉크 활용률이 높지 않아, 대면적의 패턴 형성이나 연속 패턴의 형성시 제조 단가가 증가하는 한계가 있다.

이에, 이러한 미세 선폭의 구현이 가능한 다양한 인쇄 공정들이 개발되고 있으며, 대한민국 공개특허 제10-2016-0110765호에서와 같이, 전기수력학적 제트 프린팅 기술도 도입되고 있다.

다만, 전기수력학적 제트 프린팅의 경우, 잉크의 제팅(jetting)을 통해 미세 구조체를 형성하는 공정으로 잉크의 낭비는 거의 없으나, 공정 시간이 증가하는 문제가 있다.

따라서, 잉크 사용의 효율성과 공정 효율성을 모두 향상시키면서, 미세한 선폭의 패턴을 효과적으로 형성할 수 있는 프린팅 공정에 대한 기술 개발이 필요한 상황이다.

대한민국 등록특허 제10-1094864호 대한민국 등록특허 제10-2016-0110765호

이에, 본 발명의 기술적 과제는 이러한 점에서 착안된 것으로 본 발명의 목적은 수직배양 성장된 탄소나노튜브를 브러쉬로 이용하여 기판 상에 미세 선폭을 가지는 패턴을 형성함으로써, 잉크의 사용 효율성 및 공정 효율을 향상시키며 미세 선폭의 형성이 가능한 탄소나노튜브 브러쉬를 포함한 인쇄유닛을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은 상기 인쇄유닛을 이용한 인쇄방법을 제공하는 것이다.

상기한 본 발명의 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 인쇄유닛은 챔버, 베이스부 및 브러쉬부를 포함한다. 상기 챔버는 내부공간을 형성한다. 상기 베이스부는 상기 챔버의 하면을 형성하며 적어도 하나의 토출부가 형성된다. 상기 브러쉬부는 상기 토출부의 주위에 소정 길이 연장되도록 형성된다. 상기 내부공간으로부터 상기 토출부로 토출되는 잉크는 상기 브러쉬부를 따라 제공되어 기판 상에 패턴을 형성한다.

일 실시예에서, 상기 브러쉬부는, 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)가 성장하여 형성될 수 있다.

일 실시예에서, 상기 베이스부의 저면에는, 상기 토출부의 주위에 촉매층이 형성되고, 상기 탄소나노튜브는 상기 촉매층으로부터 성장할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 토출부는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형 형상을 가지며, 상기 촉매층은 상기 토출부와 동일한 형상으로 상기 토출부보다 넓은 면적을 가질 수 있다.

일 실시예에서, 상기 토출부는 개방(opening)되거나, 기공부(porous)를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 브러쉬부는, 상기 토출부로 토출되는 잉크가 상기 브러쉬부를 따라 하강함에 따라, 끝단이 뾰족해지며 상기 기판 상에 패턴을 형성할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 베이스부와 상기 기판 사이의 전기신호를 바탕으로, 상기 브러쉬부의 끝단이 상기 기판 상에 위치하도록 상기 챔버의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 베이스부는, 실리콘(Si), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 금속의 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기한 본 발명의 다른 목적을 실현하기 위한 일 실시예에 의한 인쇄방법에서, 베이스부 상의 토출부 주위에 소정 길이 연장되는 브러쉬부를 형성한다. 챔버가 형성하는 내부공간으로 잉크를 제공한다. 상기 내부공간으로부터 상기 토출부로 토출되는 잉크가 상기 브러쉬부를 따라 제공되어 기판 상에 패턴을 형성한다.

일 실시예에서, 상기 브러쉬부를 형성하는 단계는, 상기 베이스부 상의 토출부 주위에 촉매층을 형성하는 단계, 및 상기 촉매층 상에 탄소나노튜브를 성장시켜 상기 브러쉬부를 형성하는 단계를 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 잉크를 제공하기 전에, 상기 브러쉬부와 상기 기판을 정렬하는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 기판 상에 패턴을 형성한 후에, 상기 내부공간으로 세정액을 제공하고, 상기 세정액이 상기 토출부를 통해 상기 브러쉬부로 제공되어, 상기 브러쉬부가 세정되는 단계를 더 포함할 수 있다.

일 실시예에서, 상기 세정액은, 상기 잉크의 용매일 수 있다.

본 발명의 실시예들에 의하면, 잉크가 토출되는 토출부의 주위에 소정 길이로 브러쉬부를 형성하여, 잉크가 브러쉬부의 끝단을 통해 공급될 수 있으며, 이를 통해 기판 상에 미세 패턴을 형성할 수 있어, 미세 패턴의 선폭을 줄이는 것은 물론, 잉크의 낭비를 최소화하고, 연속 패터닝이 가능하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

특히, 상기 브러쉬부는 촉매층으로부터 수직 배향 성장된 탄소나노튜브인 것으로, 상기 잉크가 모세관 힘을 통해 상기 탄소나노튜브로 끌려오고, 이 경우 탄소나노튜브가 서로 응집하며 끝단이 뾰족한 형태로 형성되므로, 상기 브러쉬부를 이용한 초미세 패턴의 형성이 가능하게 된다.

또한, 토출부의 형상을 다양하게 형성함으로써, 최적의 브러쉬부의 배열이 가능하여, 형성하고자 하는 패턴에 최적화된 인쇄유닛을 구성할 수 있다.

또한, 제어부를 통해 전기적 신호로 브러쉬부와 기판의 접촉을 일정하게 제어할 수 있으며, 특히, 복수의 브러쉬부들이 서로 다른 토출부들에 각각 형성되는 경우, 각각의 브러쉬부들과 기판과의 접촉을 균일하게 유지할 수 있어, 인쇄 공정의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

나아가, 별도의 세정 유닛을 이용하지 않고 세정액을 투입함으로써 브러쉬부에 대한 세정을 수행할 수 있어, 전반적인 인쇄 공정의 효율성을 향상시킬 수 있다.

특히, 이러한 인쇄 방식의 경우, 잉크젯 인쇄 등과 같이 패턴을 직접 인쇄하는 방식이므로 다양한 형상의 패턴을 상대적으로 빠르게 형성할 수 있어, 특히 다품종 소량 생산을 효과적으로 수행할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 인쇄유닛을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 인쇄유닛을 도시한 저면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 인쇄유닛을 도시한 단면도이다.
도 4는 도 1의 인쇄유닛을 이용한 인쇄방법을 도시한 흐름도이다.
도 5는 도 4의 브러쉬부와 기판을 정렬하는 단계를 도시한 공정도이며, 도 6은 도 5의 정렬 단계를 통해 정렬된 상태를 도시한 단면도이다.
도 7은 도 4의 기판 상에 패턴을 형성하는 단계를 도시한 공정도이다.
도 8은 도 4의 브러쉬부를 세정하는 단계를 도시한 공정도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 실시예들을 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다. 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다.

본 출원에서, "포함하다" 또는 "이루어진다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 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.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 인쇄유닛을 도시한 단면도이다. 도 2는 도 1의 인쇄유닛을 도시한 저면도이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 인쇄유닛(10)은 챔버(100), 오링(120), 베이스부(200), 촉매층(220), 브러쉬부(300) 및 제어부(500, 도 5 참조)를 포함한다.

상기 챔버(100)는 상기 인쇄유닛(10)의 상부 및 측부를 형성하며, 상기 베이스부(200)와 함께 내부에 내부공간(101)을 형성한다.

상기 내부공간(101)에는, 후술하겠으나, 패턴을 형성하기 위한 잉크가 저장되며, 세정을 수행하기 위한 세정액이 저장될 수 있다.

상기 챔버(100)의 상면에는 상기 잉크나 세정액이 제공되는 인입부(110)가 형성되며, 도시하지는 않았으나, 상기 인입부(110)는 별도의 잉크 또는 세정액의 공급부와 연결되어, 상기 잉크 또는 세정액을 제공받게 된다.

또한, 도면에서는, 상기 챔버(100) 및 상기 베이스부(200)가 전체적으로 사각형의 단면 형상을 가지는 것을 예시하였으나, 상기 챔버(100)는 상기 내부공간(101)을 형성한다면 그 형상이 제한되지는 않는다.

상기 베이스부(200)는 상기 챔버(100)의 하면을 형성하는 것으로, 상기 베이스부(200)와 상기 챔버(100)의 측부 사이에는 오링(120)이 개재될 수 있다.

그리하여, 상기 챔버(100)가 형성하는 내부공간(101)에 저장되는 잉크나 세정액의 누수를 방지하며 상기 베이스부(200)와 상기 챔버(100) 사이를 효과적으로 밀폐하게 된다.

상기 베이스부(200)는 소정 두께를 가지면서 평면 형상으로 연장될 수 있으며, 상기 베이스부(200)에는 적어도 하나 이상의 토출부(210)가 형성된다.

이 경우, 상기 토출부(210)는 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 베이스부(200)의 전체 영역에 균일한 간격으로 배열될 수 있으며, 상기 토출부(210)의 배열이나 개수는 최종적으로 형성하고자 하는 패턴의 형상이나 배열 등을 고려하여 다양하게 설계 변경될 수 있다.

상기 토출부(210)는 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 원형 형상을 가질 수 있으며, 상기 토출부(210)가 원형 형상을 가지는 경우, 상기 토출부(210)의 직경(a) 역시 상기 패턴의 형상 등을 고려하여 다양하게 설계될 수 있다.

이 경우, 상기 토출부(210)는 상기 베이스부(200)를 관통하는 개구(opening)로서, 상기 베이스부(200) 상에 포토리소그래피(photo-lithography) 등의 공정을 이용하여 형성될 수 있다.

이러한 토출부(210)의 형성 공정, 및 후술되는 상기 브러쉬부(300)의 성장을 고려하여, 상기 베이스부(200)는 예를 들어, 실리콘(Si), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 다양한 금속의 합금 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

상기 촉매층(220)은 상기 베이스부(200)의 저면에 형성되며, 상기 토출부(210)의 주위를 따라 소정의 너비로 형성된다.

이 때, 상기 촉매층(220)은, 상기 토출부(210)가 형성된 상기 베이스부(200)의 주위에 코팅 또는 패터닝 공정 등을 통해 형성될 수 있다.

상기 촉매층(220)은 후술되는 상기 브러쉬부(300)가 성장하기 위한 촉매(catalyst)인 것으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 토출부(210)가 형성하는 면적보다 넓은 면적을 차지하며, 상기 토출부(210)에 바로 인접하여 형성된다. 또한, 상기 촉매층(220)은 상기 토출부(210)의 외주면으로부터 균일한 길이만큼 연장되도록 형성될 수 있다.

예를 들어, 상기 토출부(210)가 원형 형상으로 제1 직경(a)을 형성하는 경우, 상기 촉매층(220) 역시 원형 형상으로 제1 직경(a)보다 큰 제2 직경(b)을 형성할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 직경(b)은 상기 제1 직경(a)의 대략 1.5 내지 2배일 수 있다.

이와 달리, 상기 토출부(210)가 타원형, 사각형 등과 같은 여타의 형상을 가지는 경우, 상기 촉매층(220)도 동일한 형상을 가지며, 상기 토출부(210)의 외곽을 따라 균일한 길이만큼 형성될 수 있다.

상기 브러쉬부(300)는 상기 촉매층(220)으로부터 성장하며, 성장이 완료되면 상기 베이스부(200)의 저면으로부터 전체적으로 균일한 길이로 연장되도록 형성된다.

상기 브러쉬부(300)는 상기 촉매층(220)이 형성된 부분 모두, 즉 상기 토출부(210)가 형성된 부분의 주위를 따라 연장되는 것으로, 상기 토출부(210)가 복수개 형성되는 경우 상기 브러쉬부(300)도 복수개가 형성된다.

이 경우, 하나의 브러쉬부(300)를 형성하는 각각의 가닥들이 도 1에서는 서로 소정 간격을 형성하며 이격되는 것을 도시되었으나, 이는 설명의 편의상 도시한 것이며, 실질적으로 상기 브러쉬부(300)를 구성하는 가닥들은, 예를 들어, 많은 가닥들이 브러쉬(brush)나 붓과 같이 서로 밀착되며 연장될 수 있다.

한편, 상기 브러쉬부(300)는 탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)가 성장하여 형성되는 것으로, 상기 촉매층(220)이 형성되는 영역에서, 화학기상증착법(chemical vapor deposition, CVD)을 이용하여 탄소나노튜브를 수직배향 성장하여 형성되는 것이다.

이 경우, 상기 수직배향 성장되는 탄소나노튜브는 상기 촉매층(220)의 코팅 조건에 따라 기공도(porosity)를 제어할 수 있는데, 예를 들어, 상기 탄소나노튜브의 기공도는 약 10~95%의 범위에서 제어될 수 있다.

또한, 상기 탄소나노튜브의 길이도 다양하게 제어될 수 있으며, 예를 들어, 약 5~100ㅅm의 범위에서 제어될 수 있다.

나아가, 상기 탄소나노튜브는 사용되는 잉크의 용매의 특성에 따라 다양한 표면 기능성 화학결합을 수행할 수 있도록 표면처리될 수 있으며, 예를 들어, 아민기(Amine group), 티올기(Thiol group), 히드록시기(Hydroxyl group), 카르복시기(Carboxyl group) 등을 통해 표면처리될 수 있다.

이러한 상기 탄소나노튜브, 즉 상기 브러쉬(300)에 대한 표면처리를 통해, 상기 잉크와의 점착력을 패턴 형성에 적합하도록 제어할 수 있다.

상기 제어부(500)는, 상기 인쇄유닛(10)을 이용하여 패턴을 형성하기 전에, 상기 브러쉬부(300)의 끝단이 기판(400, 도 5 참조) 상에 정확하게 위치하도록, 상기 인쇄유닛(10)의 위치 또는 자세를 제어하는 것으로, 이와 관련하여는 도 5를 참조하여 후술한다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 인쇄유닛을 도시한 단면도이다.

본 실시예에 의한 상기 인쇄유닛(11)은 토출부(210)의 구조를 제외하고는 도 1 및 도 2를 참조하여 설명한 상기 인쇄유닛(10)과 실질적으로 동일하므로, 동일한 구성요소에 대하여는 동일한 참조번호를 사용하고 중복되는 설명은 생략한다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에서의 상기 인쇄유닛(11)에서는, 상기 토출부(210)가 기공부(211)로 형성된다.

즉, 도 1 및 도 2의 인쇄유닛(10)에서는, 상기 토출부(210)는 포토리소그래피(photo-lithography) 공정 등을 통해 상기 베이스부(200)를 관통하도록 개구(opening)로 형성되는 것을 설명하였으나, 본 실시예에서의 상기 토출부(210)는 기공부(211)로 형성된다.

이 경우, 상기 토출부(210)를 상기 기공부(211)로 형성하기 위해, 우선, 상기 베이스부(200)를 관통하도록 개구되는 토출부(210)를 우선 형성하고, 상기 토출부(210)에 별도로 제작되는 기공부(211)를 삽입할 수 있다.

상기 기공부(211)는 내부에 다수의 기공(pore)들이 형성되는 것으로, 이를 통해 상기 내부공간(101)에 저장되는 잉크 또는 세정액은 보다 균일한 속도로 제어되며 상기 기공부(211)를 통과하여 상기 브러쉬부(300)로 제공될 수 있다.

이하에서는, 도 1 및 도 2의 인쇄유닛(10)을 이용한 인쇄방법에 대하여 상세히 설명한다.

도 4는 도 1의 인쇄유닛을 이용한 인쇄방법을 도시한 흐름도이다. 도 5는 도 4의 브러쉬부와 기판을 정렬하는 단계를 도시한 공정도이며, 도 6은 도 5의 정렬 단계를 통해 정렬된 상태를 도시한 단면도이다. 도 7은 도 4의 기판 상에 패턴을 형성하는 단계를 도시한 공정도이다. 도 8은 도 4의 브러쉬부를 세정하는 단계를 도시한 공정도이다.

도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 인쇄방법에서는, 우선, 상기 베이스부(200)에 형성되는 상기 토출부(210)의 주위에 상기 촉매층(220)을 형성한다(단계 S10).

이 경우, 상기 토출부(210)의 형성 공정에 대하여는 앞서 설명한 바와 같으며, 상기 촉매층(220) 역시, 상기 토출부(210)가 형성된 이후, 코팅 또는 패터닝을 통해 상기 토출부(210)의 주위에 형성되는 것도 이미 설명한 바와 같다.

이 후, 도 1, 도 2 및 도 4를 참조하면, 상기 촉매층(220) 상에 탄소나노튜브를 성장시켜 상기 브러쉬부(300)를 형성한다(단계 S20).

이 경우, 상기 탄소나노튜브는 상기 촉매층(22) 상에 화학기상증착법을 이용하여 수직배향 성장시키는 것으로, 상기 탄소나노튜브의 기공도 및 길이는 최종적으로 형성하고자 하는 패턴의 배열, 크기, 공정 조건 등을 전반적으로 고려하여 제어될 수 있다.

이 후, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 탄소나노튜브가 성장하여 형성되는 상기 브러쉬부(300)와 상기 기판(400)을 정렬한다(단계 S30).

상기 토출부(210)는 복수개가 상기 베이스부(200) 상에 형성될 수 있으며, 이에 따라 상기 브러쉬부(300)도 복수개가 형성될 수 있다.

상기 브러쉬부(300)의 경우, 성장 시간 등의 성장 조건을 일정하게 유지하면, 전체적으로 성장되는 길이는 일정하게 제어될 수 있다. 다만, 상기 브러쉬부(300)가 복수개가 서로 다른 위치에서 성장되는 경우, 도 5에 도시된 바와 같이, 상기 브러쉬부(300)들 각각의 끝단(301)의 위치는 상기 인쇄유닛(10)의 자세나 위치에 따라 서로 균일한 높이로 위치하지 않을 수 있다.

이와 같이, 상기 브러쉬부(300)들 각각의 끝단(301)의 위치가 상기 기판(400)과 서로 다른 간격으로 위치하게 되면, 후술되는 패턴 형성 공정에서의 패턴의 균일도 등의 신뢰성에 문제가 야기될 수 있다.

따라서, 상기 브러쉬부(300)와 상기 기판(400)을 정렬하는 것이 필요하며, 이러한 정렬은 상기 제어부(500)를 통해 수행된다.

구체적으로, 상기 제어부(500)는, 상기 베이스부(200)와 상기 기판(400)의 하부에 위치하는 스테이지(450) 사이의 전기 신호를 바탕으로, 상기 브러쉬부들(300) 모두가 상기 기판(400)의 상면 상에 위치하는가의 여부를 판단하고, 이를 바탕으로, 상기 인쇄유닛(10)의 위치 또는 자세를 제어한다.

상기 제어부(500)는, 상기 베이스부(200)와 상기 스테이지(450) 사이의 전압 등의 전기신호를 바탕으로, 상기 베이스부(200)와 상기 스테이지(450) 사이의 정전기 용량(capacitance) 또는 저항(resistance)을 지속적으로 측정하며, 이를 통해 상기 브러쉬부들(300)의 끝단(301) 모두가 상기 기판(400)의 상면 상에 균일하게 위치하는 가의 여부를 판단하게 된다.

즉, 상기 제어부(500)는 상기 전기신호를 바탕으로, 상기 브러쉬부들(300)의 끝단(301)과 상기 스테이지(450) 사이의 높이(h)가 일정하게 유지되는 가의 여부를 판단하게 된다.

또한, 이러한 판단 결과를 바탕으로, 상기 제어부(500)는 상기 인쇄유닛(10)의 구동부(미도시)를 제어하여, 상기 인쇄유닛(10)의 위치 또는 자세를 제어하게 된다.

그리하여, 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 브러쉬들(300)의 끝단(301)이 모두 상기 기판(400) 상에 위치하도록 하여, 즉, 상기 끝단(301)과 상기 스테이지(450) 사이의 높이(h)가 모두 균일하게 유지되도록 상기 브러쉬부(300)와 상기 기판(400)을 정렬하게 된다.

이상과 같이, 모든 브러쉬들(300)의 끝단(301)과 기판(400)이 균일하게 접촉하도록 제어되면, 상기 기판(400)의 모든 위치에서 균일한 인쇄 특성을 유지할 수 있으며, 이를 통해 후술되는 패턴(410) 형성 단계에서 균일한 패턴(410)을 형성할 수 있게 된다.

나아가, 상기 브러쉬들(300)의 끝단(301)과 상기 기판(400)의 접촉 정도, 즉 접촉면적을 서로 다르게 제어함으로써, 후술되는 패턴(410) 형성 단계에서 상기 형성되는 패턴(410)의 선폭을 다양하게 제어할 수 있다.

즉, 상기 제어부(500)는 상기 전기신호를 바탕으로, 상기 브러쉬들(300)의 끝단(301)의 위치를 다양하게 제어함으로써, 다양한 선폭을 가지는 패턴(410)을 균일하게 형성할 수 있게 된다.

이 후, 도 4 및 도 7을 참조하면, 상기 챔버(100)의 내부공간(101)으로 잉크(150)를 제공한다(단계 S40).

상기 잉크(150)는, 도시하지는 않았으나, 별도의 공급관을 통해 상기 인입부(110)를 거쳐 상기 내부공간(101)으로 공급될 수 있다.

이 경우, 상기 잉크(150)는 도시하지는 않았으나, 별도의 유량계를 통해 주입되는 잉크의 양이 정밀하게 제어될 수 있으며, 상기 브러쉬부(300)를 통해 토출되는 잉크가 모세관 힘을 통해 토출되므로 이러한 모세관 힘에 의해 자연스럽게 상기 잉크(150)가 상기 내부공간(101)으로 제공될 수 있다.

이와 같이, 상기 잉크(150)가 상기 내부공간(101)으로 유입됨과 동시에, 상기 브러쉬부(300)를 통해서는 상기 잉크(151)가 토출되며 상기 기판(400) 상에 소정의 패턴(410)이 형성된다(단계 S50).

이 경우, 상기 잉크(150)는 상기 토출부(210)를 통해 상기 브러쉬부(300)로 제공되는데, 상기 브러쉬부(300)는 탄소나노튜브가 성장되어 형성된 것으로, 상기 탄소나노튜브가 가지는 높은 기공도에 의해 상기 잉크(150)는 소위, 모세관 힘(capillary force)에 의해 상기 브러쉬부(300)의 끝단(301)을 향해 이동하게 된다.

이상과 같이, 상기 브러쉬부(300)의 끝단(301)을 향해 상기 잉크(151)가 제공됨에 따라, 상기 탄소나노튜브는 서로 응집하게 되며, 결과적으로 상기 탄소나노튜브, 즉 상기 브러쉬부(300)는 테일러 콘(Taylor cone)과 같은 뾰족한 형태로 형성된다.

그리하여, 상기 뾰족한 형태의 브러쉬부(300)를 통해 상기 기판(400)에 형성되는 패턴(410)은 선폭이 매우 작은, 소위, 초미세 패턴으로 형성될 수 있다.

한편, 상기 잉크(150)는 앞서 설명한 바와 같이, 유량계를 통해 상기 내부 공간(101)으로 제공되는 잉크의 양이 정밀하게 제어되므로 상기 브러쉬부(300)를 통해 토출되는 잉크(151) 역시 정밀하게 제어될 수 있다.

이와 달리, 유량계를 사용하지 않더라도, 상기 설명한 소위, 모세관 힘(capillary force)에 의해 상기 잉크(150)는 자연스럽게 상기 브러쉬부(300)를 통해 토출되므로, 상기 토출되는 잉크(151)의 양이 정밀하게 제어될 수 있다.

나아가, 도시하지는 않았으나, 상기 브러쉬부(300)와 상기 스테이지(450) 사이에 상대적으로 높은 전압을 인가함으로써, 전기수력(electro-hydrodynamic)을 이용하여 잉크(150)를 토출하며, 이를 통해 토출되는 잉크(151)의 양도 정밀하게 제어될 수 있다.

한편, 상기 기판(400) 상에 복수의 패턴들(410)을 어레이 형태로 형성하는 경우라면, 도 7에 도시된 바와 같이, 상기 인쇄유닛(10)을 화살표로 도시된 바와 같이 이송하거나, 이와 달리, 상기 기판(400) 및 상기 스테이지(450)를 이송할 수 있다.

이 후, 도 4 및 도 8을 참조하면, 상기 패턴(410) 형성 공정이 종료되거나, 다른 잉크를 사용하여야 하는 경우, 상기 브러쉬부(300)를 세정한다(단계 S60).

상기 브러쉬부(300)를 세정하는 경우, 상기 내부공간(101)으로 세정액(160)이 제공되며, 상기 세정액(160)의 제공은 앞서 설명한 상기 잉크(150)의 제공과 동일한 방법이 적용될 수 있다.

즉, 상기 세정액(160)도 별도의 공급관을 통해 상기 인입부(110)를 거쳐 상기 내부공간(101)으로 공급될 수 있다.

이 경우, 상기 세정액(160)은 별도의 유량계를 통해 주입되는 양이 정밀하게 제어될 수 있으며, 상기 브러쉬부(300)를 통해 토출되는 세정액이 모세관 힘을 통해 토출되므로 이러한 모세관 힘에 의해 자연스럽게 상기 세정액(160)도 상기 내부공간(101)으로 제공될 수 있다.

한편, 상기 세정액(160)이 상기 내부공간(101)으로 주입됨과 동시에 상기 토출부(210)를 통해 토출되어 상기 브러쉬부(300)로 제공된다.

즉, 상기 토출부(210)를 통해 토출되는 세정액(161)이 상기 브러쉬부(300)를 통해, 기판(420)으로 제공됨에 따라, 상기 브러쉬부(300)는 자연스럽게 상기 세정액(160)을 통해 세정될 수 있다.

이 경우, 상기 브러쉬부(300)를 통해 상기 세정액(161)이 유동되는 원리는, 앞서 설명한 상기 토출되는 잉크(151)가 상기 브러쉬부(300)를 통해 유동되는 원리와 동일하게 모세관 힘(capillary force)의 원리가 적용될 수 있다.

한편, 상기 기판(420)은 별도의 패턴이 형성되지 않은 기판일 수 있으며, 세정액(161)이 토출되도록 배치되는 기판일 수 있다.

또한, 상기 세정액(160)은, 상기 사용된 잉크(150)를 세정하기 위해 적절하게 선택될 수 있으며, 예를 들어, 상기 패턴(410) 형성을 위해 사용된 잉크(150)에서 용질을 제외한 용매만 포함하는 용액일 수 있다. 즉, 상기 세정액(160)은 앞선 패턴이 공정에서 사용된 잉크(150)의 용매일 수 있다.

상기와 같은 본 발명의 실시예들에 의하면, 잉크가 토출되는 토출부의 주위에 소정 길이로 브러쉬부를 형성하여, 잉크가 브러쉬부의 끝단을 통해 공급될 수 있으며, 이를 통해 기판 상에 미세 패턴을 형성할 수 있어, 미세 패턴의 선폭을 줄이는 것은 물론, 잉크의 낭비를 최소화하고, 연속 패터닝이 가능하여 공정 효율을 향상시킬 수 있다.

상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10, 11 : 인쇄 유닛 100 : 챔버
110 : 인입부 120 : 오링
150, 151 : 잉크 160, 161 : 세정액
200 : 베이스부 210 : 토출부
211 : 기공부 220 : 촉매층
300 : 브러쉬부 400, 420 : 기판
450 : 스테이지 500 : 제어부

Claims

내부공간을 형성하는 챔버;
상기 챔버의 하면을 형성하며 적어도 하나의 토출부가 형성되는 베이스부; 및
상기 토출부의 주위에 소정 길이 연장되도록 형성되는 브러쉬부를 포함하며,
상기 내부공간으로부터 상기 토출부로 토출되는 잉크는 상기 브러쉬부를 따라 제공되어 기판 상에 패턴을 형성하고,
상기 토출부로 잉크가 토출됨에 따라 상기 토출부 주위의 브러쉬부는 서로 응집하여 끝단이 뾰족해지는 것을 특징으로 하는 인쇄유닛.
제1항에 있어서, 상기 브러쉬부는,
탄소나노튜브(carbon nano tube, CNT)가 성장하여 형성되는 것을 특징으로 하는 인쇄유닛.
제2항에 있어서,
상기 베이스부의 저면에는, 상기 토출부의 주위에 촉매층이 형성되고,
상기 탄소나노튜브는 상기 촉매층으로부터 성장하는 것을 특징으로 하는 인쇄유닛.
제3항에 있어서,
상기 토출부는 원형, 타원형, 삼각형, 사각형 또는 다각형 형상을 가지며,
상기 촉매층은 상기 토출부와 동일한 형상으로 상기 토출부보다 넓은 면적을 가지는 것을 특징으로 하는 인쇄유닛,
제1항에 있어서,
상기 토출부는 개방(opening)되거나, 기공부(porous)를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄유닛.
제1항에 있어서, 상기 브러쉬부는,
상기 토출부로 토출되는 잉크가 상기 브러쉬부를 따라 하강함에 따라, 끝단이 뾰족해지며 상기 기판 상에 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 인쇄유닛.
제1항에 있어서,
상기 베이스부와 상기 기판이 위치하는 스테이지 사이의 정전기 용량 또는 저항을 지속적으로 측정하여, 상기 브러쉬부의 끝단이 상기 기판 상에 균일하게 위치하도록 상기 챔버의 위치를 제어하는 제어부를 더 포함하는 인쇄유닛.
제1항에 있어서, 상기 베이스부는,
실리콘(Si), 구리(Cu), 티타늄(Ti) 및 금속의 합금 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄유닛.
베이스부 상의 토출부 주위에 소정 길이 연장되는 브러쉬부를 형성하는 단계;
챔버가 형성하는 내부공간으로 잉크를 제공하는 단계;
상기 내부공간으로부터 상기 토출부로 토출되는 잉크가 상기 브러쉬부를 따라 제공되어 기판 상에 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 토출부로 잉크가 토출됨에 따라 상기 토출부 주위의 브러쉬부는 서로 응집하여 끝단이 뾰족해지는 것을 특징으로 하는 인쇄방법.
제9항에 있어서, 상기 브러쉬부를 형성하는 단계는,
상기 베이스부 상의 토출부 주위에 촉매층을 형성하는 단계; 및
상기 촉매층 상에 탄소나노튜브를 성장시켜 상기 브러쉬부를 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄방법.
제9항에 있어서, 상기 잉크를 제공하기 전에,
상기 브러쉬부와 상기 기판을 정렬하는 단계를 더 포함하는 인쇄방법.
제9항에 있어서, 상기 기판 상에 패턴을 형성한 후에,
상기 내부공간으로 세정액을 제공하고, 상기 세정액이 상기 토출부를 통해 상기 브러쉬부로 제공되어, 상기 브러쉬부가 세정되는 단계를 더 포함하는 인쇄방법.
제12항에 있어서, 상기 세정액은,
상기 잉크의 용매인 것을 특징으로 하는 인쇄방법.