KR20100003159A - 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄 장치 - Google Patents

고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄 장치 Download PDF

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KR20100003159A
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Abstract

본 발명은 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄장치에 관한 것으로, 인-라인(in-line)으로 이동하는 캐리어와 그라비어 롤 코팅 장치, 임프린팅 패턴을 형성할 수 있는 임프린팅 롤러, 캐리어를 지지할 수 있는 슬라이더로 구성함으로써 서브마이크론급 및 그 이하의 규칙적 자유 패턴을 유연 또는 비유연 기판 상에 구현할 수 있으며 일반 투명 전극에 비해 광학적인 특성이 향상된 고특성 유기전자소자의 기능성 전극층을 구성할 수 있다.
유기전자소자, 고특성, 전극층, 임프린팅

Description

고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄 장치{Printing system of in-line printing for the high performance organic electronic device}
본 발명은 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄장치에 관한 것으로, 상세하게는 서브마이크론 급 및 그 이하의 규칙적/자유 패턴을 유연 또는 비유연 기판 상에 구현함으로써 일반 투명 전극에 비해 광학적인 특성이 향상된 고 특성 유기전자소자의 인쇄 인라인 공정에서 나노/마이크로 임프린팅에 의한 광학패턴형성 장치에 관련된 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄 장치에 관한 것이다.
최근 전통적 인쇄공정에서 사용하는 연속공정 롤투롤(Roll-to-Roll; R2R) 인라인 인쇄 방식을 통한 대량, 저가격의 전자소자 생산에 관심이 집중되고 있다.
전자소자 인쇄를 위한 주요 기술들은 메탈잉크(잉크 점도, 솔벤트 함유량, 금속소재 종류: 니켈, 은, 구리 등), 소재(substrate: 표면처리: 코로나 코팅 등, 표면 장력, 표면 조도, 빛 투과도 등 ), 공정 변수(장력, 속도, nip force 등), 셀 형상(cell shape: 피라미드, 사다리꼴 등, cell depth 크기), 건조(dry: 열풍 건조의 풍량, 풍속 등), 경화조건(curing: 경화 종류-IR(적외선), UV(자외선), electron beam(전자빔) 등) 등이 중요하다.
그러나, 기존의 배치(batch)방식을 통한 전자소자의 생산은 단속적인 생산 방식과 애칭(etching)등으로 인한 생산공정의 복잡성으로 인해 생산성이 높지 않았다.
반면 연속공정을 통한 인라인 방식의 생산은 소재를 연속적으로 생산할 수 있으며, 은이나 니켈 같은 금속 나노입자가 포함된 잉크를 직접 소재에 인쇄함으로써 생산속도가 급격히 증가하게 된다.
하지만 일반 인쇄매체에 사용되는 전통적인 인쇄공정을 전자소자 롤투롤 인쇄에 적용하기 위해서는 인쇄 정밀도를 높여야 하는 문제가 존재한다. 전통적인 인쇄공정의 정밀도는 100 마이크론(micron)이며, 이는 인간의 눈으로 구별할 수 있는 최소 오차를 의미한다. 하지만 전자소자는 그 적용 대상에 따라 1~50micron 혹은 그 이하의 인쇄정밀도를 요구한다.
이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 서브마이크론급 및 그 이하의 규칙적 자유형태 패턴을 유연(flexible) 또는 비유연(rigid) 기판 상에 구현함으로써 일반 투명 전극에 비해 광학적인 특성이 향상된 기능성 전극층을 구성한 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 서브마이크론급 규칙적 자유형태 광학 패턴을 형상할 수 있는 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 평면 슬라이더로 구성하여 롤의 회전속도와 동일하게 진행하면서 UV조사량을 늘릴 수 있는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 캐리어의 홈 부분의 깊이를 필름/글라스평판 시트의 깊이와 정확히 일치되도록 하여 롤 코팅 공정에서의 압력 불균일성에 의한 기판의 crack을 방지할 수 있는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치를 제공하는 것이다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일실시예에 의한 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치는 그라비어 임프린팅 스테이지, 인-라인(in-line)으로 이동하며 유연 또는 비유연성 기판을 고정시킬 수 있는 캐리어, 유연 또는 비유연성 기판 상에 코팅층을 형성시키는 그라비어 롤 코팅 장치, 코팅층에 임프린팅 패턴을 형성할 수 있는 임프린팅 롤러, 임프린팅 롤 표면의 여분의 잉크를 균일하게 긁어내는 닥터 블레이드 및 임프린팅 롤러와 동일속도로 미끄러지며 상기 캐리어를 지지할 수 있는 슬라이더를 포함하게 하고, 그라비어 임프린팅 스테이지는 정방향 또는 역방향 그라비어 코팅 방식에 의해 코팅막을 형성할 수 있도록 하고 UV 열경화 방식에 의해 코팅 레진의 패턴을 형성할 수 있는 것을 특징으로 한다.
임프린팅 스테이지에서 형성되는 레진의 임프린팅 패턴의 패턴폭은 20nm ~ 200um 이며 pitch는 50nm ~ 500um인 것을 특징으로 한다.
슬라이더는 평면 슬라이더로 구성하되 상기 임프린팅 롤러의 회전속도와 동일하게 진행방향으로 움직이도록 한다.
또한, 기판이 필름 또는 글라스평판 시트인 경우에는 캐리어의 홈 부분의 깊이를 상기 필름/글라스평판 시트의 깊이와 정확히 일치되도록 하여 상기 캐리어의 홈 부분에 파여진 위치에 정확히 고정되도록 하여 그라비아 롤을 통과하도록 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예에 의한 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치는 인-라인(in-line)으로 이동하며 유연 또는 비유연성 기판을 고정시킬 수 있는 캐리어와, 유연 또는 비유연성 기판 상에 코팅층을 형성시키는 그라비어 롤 코팅 장치와, 그라비아롤과 동일속도로 미끄러지며 상기 캐리어를 지지할 수 있는 슬라이더 및 코팅된 기판에 임프린팅 공정에 의해 패턴을 형성하는 UV 조사기를 포함하는 것을 특징으로 한다.
임프린팅 스테이지에서 형성되는 레진의 임프린팅 패턴의 패턴폭은 20nm ~ 200um 이며 pitch는 50nm ~ 500um인 것을 특징으로 한다.
슬라이더는 평면 슬라이더로 구성하되 상기 임프린팅 롤러의 회전속도와 동일하게 진행방향으로 움직이도록 한다.
또한, 기판이 필름 또는 글라스평판 시트인 경우에는 캐리어의 홈 부분의 깊이를 상기 필름/글라스평판 시트의 깊이와 정확히 일치되도록 하여 상기 캐리어의 홈 부분에 파여진 위치에 정확히 고정되도록 하여 그라비아 롤을 통과하도록 한다.
따라서, 투명 임프린팅 패턴 전극을 사용한 다양한 유기전자소자에서는 surface plasmon resonance effect, 2-dimensional photonic crystal의 효과로서 광전변환의 효율향상, 입사되는 광파장 제어 등 다양한 효과를 patter size 및 반복주기의 변화를 조절함으로써 얻을 수 있으며, 또한 필름형태 뿐만 아니라 다양한 필름 또는 글라스 기판에 대하여 연속공정인 인라인 롤 코팅과정을 적용할 수 있는 효과가 있다.
또한, 서브마이크론급 규칙적 자유형태 광학 패턴을 형상화할 수 있으며, 평면 슬라이더로 구성하기 때문에 UV조사량을 늘릴 수 있어 정확한 패턴을 형상화할수 있는 효과가 있다.유기전자소자의 인라인 인쇄 장치를 제공하는 것이다.
그리고, 캐리어의 홈과 시트의 깊이와 정확히 일치되도록 하여 롤 코팅 공정에서의 압력 불균일성에 의한 기판의 crack을 방지할 수 있는 효과가 있다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 바람직한 일 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정 해석되지 아니하며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
도 1은 본 발명의 롤 형태의 그라비아 코터(gravure coater)가 구성된 나노 임프린팅에 의한 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄 장치의 개략도로서, 도시된 바와 같이, 본 발명에 의한 인쇄 장치는 그라비어 임프린팅 스테이지에 하나 이상의 아이들 롤(Idle Roll;110), 임프린팅(imprinting) 롤러로 동작하는 그라비아 롤(Gravure Roll;160), 잉크충전수조(Ink Supplier,150), 닙롤(Nip roll;170), 캐리어(Carrier;120), 필름/글라스(Film/Glass)평판 시트(130) 그리고 그라비어 롤(160) 표면의 잉크를 균일하게 긁어내는 닥터 블레이드(Doctor Blade,140)를 포함하여 구성된다.
그라비아 롤(160)은 모양의 서브마이크론(submicron) 급 및 그 이하의 규칙적 자유 패턴을 플라스틱 필름에 형성하여 부착시켜 구성한다.
닙롤(170)은 가압롤러로 동작하며 배킹 롤(Backing roll)과 닙(Nip)으로 구성되며 그라비아 롤(160)의 셀에 남아 있는 잉크를 인쇄물에 전사하도록 구성된다.
그라비아 롤(160)과 닙롤(170)에 의하여 잉크충전수조(150)로부터의 잉크를 캐리어(120)상의 필름/글라스평판 시트(130)에 전사하도록 구성한다.
닥터 블레이드(140)는 잉크충전수조(150)에서 공급된 그라비아 롤(160) 표면상에 남아있는 여분의 잉크를 긁어 떨어뜨리는 기능을 수행한다.
따라서, 닥터 블레이드(140)로부터의 내성(耐性)을 확보하기 위해 표면에 10㎛ 정도의 경질 Cr 도금을 실시하는 것이 바람직하다.
잉크충전수조(150)는 잉크를 공급하는 장치로서 그 잉크는 안료, 혹은 염료를 색료로서 이용하고, 플라스틱 필름면에 접착성이 좋은 수지(결합제)와 함께 유기용제에 분산, 혹은 용제시킨 것이다. 결합제에는 셀룰로오스계, 고무계, 천연수지, 합성수지 등이 있고, 필름에 대한 접착성, 용제이탈성, 그 외 수지와의 사용성 등을 검토하여 선택하고 그 위에 유연선과 접착성을 증진시키는 가소제나, 인쇄피막의 당김 강도 및 블로킹 강도를 올리는 활성제 등이 첨가된다. 용제는 유기용제가 사용되고 있는데 증발소고가 적당한 점, 인체에 악영향이 적은 점이 필요조건이다. 종류로는 지방족탄화수소, 방향족탄화수소, 알콜, 케톤, 에스테르 등이 조합되어 사용된다. 플라스틱 필름에 인쇄된 피막은 특히 유연성과 신축성을 갖도록 하는 것이 필요하다.
따라서, 잉크 선택의 범위가 넓기 때문에 종이 이외의 재료, 즉 셀로판, 비닐, 폴리에틸렌, 금속, 나무 등에도 인쇄하기 쉽다는 장점이 있다.
필름/글라스평판 시트(130)의 경우에는 캐리어(120)의 홈 부분에 파여진 위치에 정확히 고정되도록 하여 롤 형태의 그라비아 롤(160)을 통과하도록 한다. 이때 캐리어(120)의 홈 부분의 깊이는 필름/글라스평판 시트(130)의 깊이와 정확히 일치되도록 하는 것이 바람직하다.
아이들 롤(Idle Roll;110)은 캐리어(120)를 지지할 수 있는 슬라이더로 동작한다.
그라비아 롤(160)에 잉크충전수조(150)에서 잉크가 분사되면서 그라비아 롤(160)에 인각되어 있는 패턴이 필름 또는 글라스 등의 substrate의 target 위치에 전이되도록 하는 것이다.
한편 도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 나노 임프린팅에 의한 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄장치의 개략도로서, 롤 형태의 그라비아 롤(270)로부터 기판상에 UV-curable resin이 공급되어 임프린팅(imprinting) 공정이 진행되도록 하는 것을 특징으로 한다.
그 장치는 임프린팅(imprinting) 롤 형태의 그라비아 롤(270), 평면 슬라이드(230), 아이들 롤(210), 캐리어(240), 필름/글라스 평판 시트(250) 그리고 UV 조사기(220)를 포함하여 구성된다.
상부의 임프린팅 그라비아 롤(270)에 다양한 모양의 서브마이크론급 및 그 이하의 규칙적/자유 패턴을 플라스틱 필름에 형성하여 부착시키고 일정 압력 하에서 필름/글라스 평판 시트(250)를 그라비아 롤(270)과 접촉하면서 통과시킨다.
이때 임프린팅 패턴의 패턴폭은 20nm ~ 200um 이며 피치(pitch)는 50nm ~ 500um로 하는 것이 바람직하다. 그라비아 롤(270)의 아래 부분은 UV 조사기(220)에서 UV조사량을 늘리기 위해서 롤 타입(roll type)이 아닌 평면 슬라이드(230)로 구성하되 그라비아 롤(270)의 회전속도와 동일하게 진행방향으로 움직이도록 한다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 필름 또는 글라스 등의 평판 시트를 본 발명에서 제시한 인라인 롤 타입 코팅/임프린팅(roll-type coating/imprinting) 공정에 의해 패턴을 형성하기 위해 고안된 캐리어의 구조를 도시한 도면이다.
기판 캐리어(Substrate carrier;310)의 홈 부분의 깊이를 glass 기판의 깊이와 정확히 일치되도록 하여 롤 코팅(roll coating) 공정에서의 압력 불균일성에 의한 기판의 균열(crack)을 방지하도록 한다. 필름 형태의 기판(substrate;320)인 경우에는 흡착(adhesion)을 높히기 위한 점착성 처리를 기판 캐리어(310) 표면에 할 수 있으며 역시 동일 높이의 필름으로 기판 캐리어(310)상에 bank 구조를 형성할 수 있다. 도 3a는 글라스 소재가 채워진 캐리어의 상면도, 3b는 빈 상태의 캐리어의 측면도 그리고 도 3c는 글라스 소재가 채워진 캐리어의 측면도를 각각 도시하였다.
도 4는 본 발명에 의해 제작된 소자를 기존 소자와 비교한 모식도로서, 통상은 기판(410) 상부에 전극(420)이 코팅되어 있으며 전극을 보호하기 위한 전극보호층(430)과 광흡수 변환층(440)과 전극(450)으로 구성되어 있으나, 본 발명에 의하면 유기전자소자용 기판을 사용하여, 본 발명의 장치에 의한 그라비아 프린팅(gravure printing)으로 기판(410)에 레진(resin)을 도포한 후 도 2의 UV 공정에서 UV-assisted imprinting 에 의한 패턴을 형성할 수 있으며, 형성된 레진의 패턴을 완전히 경화시킨후 전극 에칭을 하면 레진이 도포된 부분만 식각이 되지 않는다. 이후 레진을 제거하면 도 4의 하부 그림과 같은 모양의 패턴화된 전 극(patterned electrode;422)를 얻을 수 있다. 이러한 패턴화된 전극(422) 기판에 평탄화층(424)을 도포한 후 연속적으로 그라비아 코팅(gravure coating)을 여러번 하면 전극보호층(430), 광흡수변환층(440) 그리고 전극(450)의 기능층을 형성하여 유기 태양전지 소자나 printable gas sensor 등을 제작할 수 있는 것이다.
이상에서와 같이 본 발명은 제시한 기술적 과제들을 이루기 위하여 자외선 (UV) 경화형 임프린팅 공정에 의해 50-500nm 급의 규칙적 및 자유패턴을 형성할 수 있는 연속형 롤 타입 코터(roll type coater)와 임프린팅 롤러의 공정 장비를 제공할 수 있는 것이다. 이러한 장치는 유연 또는 비유연 기판을 공급할 수 있도록 하는 캐리어와, 기판을 적절한 압력 및 속도로 누르면서 패턴롤과 아이들 롤 사이를 지날 수 있게 하는 코팅장치, 그리고 UV 조사를 받으면서 미리 코팅된 기판에 임프린팅 공정에 의해 패턴을 형성하는 장치로 구분되는 것을 특징으로 한다. 또한, 연속형 롤 타입 코터와 임프린팅 롤러 장치는 인-라인(in-line)형으로 이루어 질수 있는 것을 특징으로 한다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.
도 1은 본 발명의 롤 형태의 gravure coater가 구성된 나노/마이크로 임프린팅에 의한 광학패턴형성 공정장치의 개략도,
도 2는 본 발명의 다른 일실시예에 의한 롤 형태의 gravure coater가 구성된 나노/마이크로 임프린팅에 의한 광학패턴형성 공정장치의 개략도,
도 3은 glass 등의 평판 sheet를 본 발명에서 제시한 인라인 roll-type coating/imprinting 공정에 의해 패턴을 형성하기 위해 고안된 carrier의 구조를 도시한 도면,
그리고,
도 4는 본 발명에 의해 제작된 소자를 기존 소자와 비교한 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 설명>
110,210 : 아이들 롤 120,240 : 캐리어
130,250 : 평판 시트 140 : 닥터 블레이드
150 : 잉크충전수조 160,270 : 그라비아 롤
170 : 닙 롤 220 : UV 조사기
230 : 평면 슬라이드

Claims (11)

  1. 인-라인(in-line)으로 이동하며 유연 또는 비유연성 기판을 고정시킬 수 있는 캐리어;
    상기 유연 또는 비유연성 기판 상에 코팅층을 형성시키는 그라비어 롤 코팅 장치;
    상기 코팅층에 임프린팅 패턴을 형성할 수 있는 임프린팅 롤러; 및
    상기 임프린팅 롤러와 동일속도로 미끄러지며 상기 캐리어를 지지할 수 있는 슬라이더;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그라비어 롤 코팅장치는
    정방향 또는 역방향 그라비어 코팅 방식에 의해 코팅막을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 임프린팅 롤러는
    UV 열경화 방식에 의해 코팅 레진의 패턴을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 레진의 임프린팅 패턴의 패턴폭은 20nm ~ 200um 이며 pitch는 50nm ~ 500um인 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 슬라이더는
    평면 슬라이더로 구성하되 상기 임프린팅 롤러의 회전속도와 동일하게 진행방향으로 움직이도록 하는 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 기판이 필름 또는 글라스평판 시트인 경우에는
    캐리어의 홈 부분의 깊이를 상기 필름/글라스평판 시트의 깊이와 정확히 일치되도록 하여 상기 캐리어의 홈 부분에 파여진 위치에 정확히 고정되도록 하여 그라비아 롤을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장 치.
  7. 인-라인(in-line)으로 이동하며 유연 또는 비유연성 기판을 고정시킬 수 있는 캐리어;
    상기 유연 또는 비유연성 기판 상에 코팅층을 형성시키는 그라비어 롤 코팅 장치;
    상기 그라비아롤과 동일속도로 미끄러지며 상기 캐리어를 지지할 수 있는 슬라이더; 및
    상기 코팅된 기판에 임프린팅 공정에 의해 패턴을 형성하는 UV 조사기;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 슬라이더는
    평면 슬라이더인 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 그라비아 롤에는
    다양한 모양의 서브마이크론급 및 그 이하의 규칙적 자유 패턴을 플라스틱 필름에 형성하여 부착시킨 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  10. 제 7항에 있어서,
    상기 기판이 필름 또는 글라스평판 시트인 경우에는
    캐리어의 홈 부분의 깊이를 상기 필름/글라스평판 시트의 깊이와 정확히 일치되도록 하여 상기 캐리어의 홈 부분에 파여진 위치에 정확히 고정되도록 하여 그라비아 롤을 통과하도록 하는 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
  11. 제 7항에 있어서,
    상기 임프린팅 패턴의 패턴폭은
    20nm ~ 200um 이며 pitch는 50nm ~ 500um인 것을 특징으로 하는 유기전자소자의 인라인 인쇄 장치.
KR1020080092324A 2008-06-30 2008-09-19 고특성 유기전자소자의 인라인 인쇄법에 의한 인쇄 장치 KR101039296B1 (ko)

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