KR20100058083A - Flexible device using carbon nanotube and method for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 유연소자에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 휘어지기 쉬운 탄소나노튜브를 전기소자로 사용하는 탄소나노튜브를 갖는 유연소자 및 그 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a flexible device, and more particularly, to a flexible device having a carbon nanotube using a flexible carbon nanotube as an electric device and a manufacturing method thereof.
유연소자는 쉽게 구부러지는 특성을 가지고 있어서, 플렉시블 디스플레이, 터치 스크린 등의 구부러지는 전자 부품, 또는 자유 곡면 위에 부착 가능한 센서 등에 사용될 수 있다. 특히, 플렉시블 디스플레이(Flexible Display)는 초경량, 저전력, 휴대성 강화 등의 요구가 점차 확대되고 있는 유비쿼터스 및 디지털 컨버전스 시대에 적합한 차세대 디스플레이로 손꼽히고 있다. 플렉시블 디스플레이는 유연한 기판 위에 제작된 디스플레이로 특성의 손실 없이 휘거나 말 수 있는 디스플레이이다.The flexible element has an easily bent property, so that the flexible element can be used for flexible electronic parts, such as flexible displays and touch screens, or sensors that can be attached to free curved surfaces. In particular, flexible displays are regarded as next-generation displays suitable for the ubiquitous and digital convergence era, where demands for ultra-light weight, low power, and portability enhancement are gradually expanded. Flexible displays are displays built on flexible substrates that can bend or roll without loss of properties.
현재 플렉시블 디스플레이를 구현하기 위한 유연한 기판으로 플렉시블 글라스(Flexible Glass), 메탈 포일(Metal Foil), 폴리머 필름(Polymer Film) 등을 중심으로 많이 연구되고 있다.Currently, as a flexible substrate for implementing a flexible display, a lot of research has been focused on flexible glass, metal foil, and polymer film.
플렉시블 글라스는 유리를 특성 변화 없이 박형화해 유연성을 갖게 하는 것이다. 플렉시블 글라스는 제조비용이 저렴하고 투명하며, 표면 평탄도가 양호한 장점이 있으나, 충격에 약하고 연속공정에 적용하기 어려운 단점이 있다. 메탈 포일은 내충격성 확보에 유리하면서 유리에 가까운 물성을 확보할 수 있다. 그러나 표면이 거칠고 접착력이 떨어지며, 전기적 절연성을 위한 절연체 코팅 과정이 필요하다. 폴리머 필름은 무게가 가볍고, 가공이 용이해 플렉시블 디스플레이의 구현을 위해 가장 많이 연구되고 있다.Flexible glass is to thin the glass without any change in properties to give flexibility. Flexible glass has the advantages of low manufacturing cost and transparency, good surface flatness, but has a disadvantage of weak to impact and difficult to apply to a continuous process. The metal foil is advantageous in securing impact resistance and can secure properties close to glass. However, the surface is rough, the adhesion is poor, and an insulator coating process is required for electrical insulation. Polymer films are the most studied for the implementation of flexible displays because they are light in weight and easy to process.
플렉시블 디스플레이를 구현하기 위해서는 기판은 물론이고, 기판에 형성되는 전극 또한 유연한 성질을 가지고 있어야 한다. 전극은 플렉시블 디스플레이를 휘거나 접었을 때에도 기계적으로 안정될 수 있도록 높은 기계적 강도를 가지고 있어야 하고, 열적 특성 및 전기적 특성이 우수해야 한다.In order to realize a flexible display, not only the substrate but also the electrode formed on the substrate must have flexible properties. The electrode should have high mechanical strength and excellent thermal and electrical properties to be mechanically stable even when the flexible display is bent or folded.
이러한 플렉시블 디스플레이를 비롯한 유연소자의 제조공정으로 반도체 및 MEMS공정이 이용되어 왔다. 반도체 및 MEMS공정에서는 불순물을 실리콘 기판에 도핑(Doping)하여 전기소자로 사용하였다.Semiconductor and MEMS processes have been used for the manufacturing of flexible devices including such flexible displays. In the semiconductor and MEMS process, impurities are doped into a silicon substrate and used as an electric device.
종래의 반도체 및 MEMS공정에서는 실리콘 기판에 불순물을 도핑하여 전기소자로 사용하기 위해 고온 공정이 필수적이다. 예컨대, 플레시블 디스플레이용 투명 전극으로 사용되는 산화인듐주석(ITO; Indium Tin Oxide)은 박막화 과정에서 고온의 열처리 과정을 거쳐야 한다.In a conventional semiconductor and MEMS process, a high temperature process is essential for doping an impurity onto a silicon substrate to be used as an electric device. For example, indium tin oxide (ITO), which is used as a transparent electrode for a flexible display, must undergo a high temperature heat treatment process in a thin film formation process.
그런데 폴리머를 이용하여 유연소자를 제조하기 위해서는 유연소자의 특성이 저하되는 온도인 200oC 미만에서 제조공정이 수행되어야 하기 때문에, 1000oC 근처의 온도에서 저항 등 소자를 제작하는 반도체 공정은 유연소자의 제조에 적합하지 않다.However, in order to manufacture the flexible device using the polymer because it must be the production process carried out at a temperature of less than 200 o C which is the characteristics of the flexible device decreases, 1000 o C a semiconductor process for manufacturing a resistance such elements at a temperature near the flexible Not suitable for the manufacture of devices.
이러한 문제를 극복하기 위해, 실리콘 기판 등에 홈을 내고 홈을 폴리머를 채움으로서 구부러지는 소자를 만들거나, 실리콘 기판 위에 소자를 제작한 후 이를 얇게 갈아서 구부러지는 소자를 제작하는 연구가 보고된 바 있다. 이와 같은 방법은 제작공정이 발달된 실리콘 공정을 이용함으로서 수율 및 집적도를 향상시킬 수 있는 특징을 가지나, 폴리머로 채워진 부분만 부분적으로 휘어지거나 가시광선 영역에서 투과도가 낮은 단점을 가지고 있다.In order to overcome this problem, research has been reported to make a device that is bent by making a groove in a silicon substrate and filling the groove with a polymer, or fabricating a device on a silicon substrate and thinly bending it. Such a method has a feature of improving the yield and integration by using a silicon process, which has been developed, but has a disadvantage in that only a portion filled with a polymer is partially curved or has low transmittance in the visible light region.
또한, 폴리머와 같은 유연한 기판 위에서 유연소자를 제작하기 위해서는 유연소자 위에서 바로 공정을 진행하기가 어려우므로, 스테인레스 스틸 등으로 이루어진 지지부를 이용하여 유연기판에 인장을 주어 지지함으로써 소자 제조공정 시 유연기판이 휘거나 손상되는 단점을 극복하는 방법이 제안되었다. 이와 같은 방법은 별도의 부가공정이 없이 투명하고 유연소자를 제조할 수 있는 장점을 가지고 있으나, 유연기판을 다루기가 불편하며, 이로 인하여 수율이 저하되는 단점을 가지고 있다.In addition, in order to manufacture a flexible device on a flexible substrate such as a polymer, it is difficult to proceed directly on the flexible device, so that the flexible substrate is supported during the device manufacturing process by applying tension to the flexible substrate using a support part made of stainless steel or the like. A method has been proposed to overcome the disadvantages of bending or damage. Such a method has the advantage of manufacturing a transparent and flexible device without an additional process, but it is inconvenient to deal with the flexible substrate, and has a disadvantage in that the yield is reduced.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 고온 공정이 필요하지 않고, 저온 환경에서 재현성있고 용이하게 제조될 수 있는 탄소나노튜브를 갖는 유연소자 및 그 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.The present invention is to solve the above problems, it is an object to provide a flexible device having a carbon nanotube that can be produced in a low-temperature environment, reproducible and easily in a low-temperature environment and its manufacturing method.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유연소자의 제조방법은, a) 기판 위에 중간막을 형성하는 단계와, b) 상기 중간막 위에 탄소나노튜브 막을 적층하는 단계와, c) 상기 탄소나노튜브 막을 패터닝하여 상기 중간막 위에 탄소나노튜브 패턴을 형성하는 단계와, d) 상기 중간막 위에 폴리머 용액을 도포한 후 경화시켜 상기 탄소나노튜브 패턴을 포함하는 폴리머 막을 형성하는 단계와, e) 상기 탄소나노튜브 패턴을 갖는 상기 폴리머 막을 상기 중간막으로부터 분리하는 단계를 포함한다.A method of manufacturing a flexible device according to the present invention for achieving the above object, a) forming an intermediate film on a substrate, b) laminating a carbon nanotube film on the intermediate film, c) patterning the carbon nanotube film Forming a carbon nanotube pattern on the interlayer; d) applying a polymer solution on the interlayer and curing the polymer layer to form a polymer film including the carbon nanotube pattern; and e) the carbon nanotube pattern. Separating the polymer film having from the interlayer.
여기에서, 상기 중간막은 금속막이고, 상기 a) 단계는 상기 기판 위에 상기 금속막을 증착하는 것일 수 있다.The intermediate film may be a metal film, and the step a) may be to deposit the metal film on the substrate.
본 발명에 의한 유연소자의 제조방법은, 상기 d) 단계를 수행한 후, 상기 중간막을 상기 기판으로부터 분리하는 단계를 더 포함할 수 있고, 상기 e) 단계는 상기 중간막을 에칭하여 제거할 수 있다.The method of manufacturing a flexible device according to the present invention may further include separating the intermediate film from the substrate after performing step d), and the step e) may be removed by etching the intermediate film. .
그리고 상기 b) 단계는 상기 중간막이 형성된 상기 기판을 회전시키면서 탄소나노튜브가 분산용액에 분산되어 있는 탄소나노튜브 용액을 상기 중간막 위에 도포하는 회전 도포법을 이용할 수 있다.In the step b), the carbon nanotube solution in which the carbon nanotubes are dispersed in the dispersion solution while rotating the substrate on which the intermediate film is formed may be applied by a rotation coating method.
또한, 상기 b) 단계는, 탄소나노튜브가 분산용액에 분산되어 있는 탄소나노튜브 용액 중에서 상기 탄소나노튜브를 여과막과 진공펌프를 이용하여 상기 여과막 위에 포집하여 상기 탄소나노튜브 막을 형성하는 단계와, 상기 여과막 위에 형성된 상기 탄소나노튜브 막을 상기 여과막에서 분리하여 상기 중간막 위에 부착하는 단계를 포함할 수 있다.In addition, the step b), the carbon nanotubes in which carbon nanotubes are dispersed in a dispersion solution, collecting the carbon nanotubes on the filtration membrane using a filtration membrane and a vacuum pump to form the carbon nanotube membrane; And separating the carbon nanotube membrane formed on the filtration membrane from the filtration membrane and attaching the membrane.
또한, 상기 c) 단계는 사진식각기술(Photolithography)을 이용할 수 있다.In addition, step c) may use photolithography.
본 발명에 의한 유연소자의 제조방법은, 상기 탄소나노튜브 패턴을 갖는 상기 폴리머 막에 상기 탄소나노튜브 패턴과 연결되도록 금속 배선을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.The method of manufacturing a flexible device according to the present invention may further include forming a metal wire on the polymer film having the carbon nanotube pattern so as to be connected to the carbon nanotube pattern.
본 발명에 의한 유연소자의 제조방법은, f) 베이스 위에 몰드를 형성하는 단계와, g) 상기 몰드가 형성된 상기 베이스 위에 폴리머 용액을 도포한 후 경화시켜 폴리머 구조체를 형성하는 단계와, h) 상기 폴리머 구조체를 상기 베이스 및 상기 몰드로부터 분리하는 단계와, i) 상기 폴리머 구조체를 상기 탄소나노튜브 패턴을 갖는 상기 폴리머 막에 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.Method for manufacturing a flexible device according to the present invention, f) forming a mold on the base, g) applying a polymer solution on the base on which the mold is formed and cured to form a polymer structure, h) the Separating the polymer structure from the base and the mold, and i) attaching the polymer structure to the polymer film having the carbon nanotube pattern.
여기에서, 상기 i) 단계는 상기 폴리머 구조체를 상기 탄소나노튜브 패턴을 갖는 상기 폴리머 막에 가열 접착할 수 있다.Here, step i) may heat-bond the polymer structure to the polymer film having the carbon nanotube pattern.
또한, 상기 몰드는 포토레지스트(Photoresist)이고, 상기 f) 단계는 사진식 각기술을 이용하여 포토레지스트로 상기 몰드를 형성할 수 있다.In addition, the mold is a photoresist, and the step f) may form the mold with photoresist using a photolithographic technique.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 의한 유연소자는, 폴리머 막과, 상기 폴리머 막에 매립되어 있되, 그 일면이 상기 폴리머 막의 일면으로 노출된 탄소나노튜브 패턴을 포함한다.On the other hand, the flexible device according to the present invention for achieving the above object includes a polymer film and a carbon nanotube pattern embedded in the polymer film, one surface of which is exposed to one surface of the polymer film.
본 발명에 의한 유연소자는 상기 탄소나노튜브 패턴과 연결되도록 상기 폴리머 막의 일면에 부착된 금속 배선을 더 포함할 수 있다.The flexible device according to the present invention may further include a metal wire attached to one surface of the polymer film so as to be connected to the carbon nanotube pattern.
본 발명에 의한 유연소자는 상기 폴리머 막의 타면에 일체로 결합된 폴리머 구조체를 더 포함할 수 있다.The flexible device according to the present invention may further include a polymer structure integrally coupled to the other surface of the polymer film.
본 발명에 의한 유연소자는, 그 제조가 폴리머의 분해 및 녹는 온도 미만에서 수행되므로, 폴리머의 유연성, 투명성, 전기 절연성 등의 특성을 충분히 활용할 수 있고 대량생산이 가능하다.In the flexible device according to the present invention, since the manufacture is performed at a temperature below the decomposition and melting temperature of the polymer, the flexibility, transparency, electrical insulation, etc. of the polymer can be fully utilized, and mass production is possible.
또한, 본 발명에 의한 유연소자는, 주요 구성 요소인 폴리머 막 및 탄소나노튜브 패턴이 모두 유연성이 있고 매우 얇아서, 곡면에 부착할 수 있고, 이를 이용하여 초소형의 제품을 구현할 수 있다.In addition, in the flexible device according to the present invention, both the polymer film and the carbon nanotube pattern, which are the main components, are flexible and very thin, and thus can be attached to a curved surface, thereby realizing a very small product.
또한, 본 발명에 의한 유연소자는, 전기소자로 작용하는 탄소나노튜브 패턴이 폴리머 막의 일면으로 노출되되 폴리머 막에 매몰되어 있으므로, 폴리머 막과 탄소나노튜브 패턴의 결합력이 우수하다. 따라서, 제품의 신뢰성이 향상되고 내구성이 증대된다.In addition, in the flexible device according to the present invention, since the carbon nanotube pattern serving as an electric element is exposed to one surface of the polymer film and buried in the polymer film, the bonding force between the polymer film and the carbon nanotube pattern is excellent. Thus, the reliability of the product is improved and the durability is increased.
또한, 본 발명에 의한 유연소자는, 가시광선에 대하여 투과성이 있고, 전기 전도도, 열 전도도, 영률, 게이지 상수 등 전기적 기계적 성질이 우수한 탄소나노튜브 막을 전기소자로 사용함으로써, 압력센서 등의 센서, 구부러지는 디스플레이, 스피커, 초점가변형 렌즈 등 다양한 분야에 응용할 수 있다.In addition, the flexible device according to the present invention uses a carbon nanotube membrane that is transparent to visible light and has excellent electrical and mechanical properties such as electrical conductivity, thermal conductivity, Young's modulus, and gauge constant, so as to provide a sensor such as a pressure sensor, It can be applied to various fields such as a bent display, a speaker and a variable focus lens.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브를 이용한 유연소자 및 그 제조방법에 대하여 설명한다. 도면에서 구성요소의 크기와 형상 등은 발명의 이해를 돕기 위해 과장되거나 단순화되어 나타날 수 있다.Hereinafter, a flexible device using a carbon nanotube and a method of manufacturing the same according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. In the drawings, the size and shape of the components, etc. may be exaggerated or simplified to aid in understanding the invention.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자로서 유연한 압력센서를 나타낸 것이다.1 shows a flexible pressure sensor as a flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 1에 도시된 것과 같이, 유연한 압력센서(10)는 폴리머 막(11), 폴리머 막(11)을 지지하기 위해 폴리머 막(11)에 일체로 결합된 막 지지부(12), 폴리머 막(11)에 내장된 탄소나노튜브 패턴(13), 탄소나노튜브 패턴(13)에 연결된 금속 배선(14)을 포함한다. 폴리머 막(11)은 인가 압력에 따라 변형되고, 폴리머 막(11)이 변형되면 이에 내장된 탄소나노튜브 패턴(13)의 저항값이 달라져 압력을 감지할 수 있다. 탄소나노튜브 패턴(13)은 탄소나노튜브 층이 일정한 형태로 패터닝된 것이다. 이러한 유연한 압력센서(10)는 탄소나노튜브 패턴(13)의 저항 변화를 이용함으로써 감도가 높고, 곡면에 부착 가능한 장점이 있다.As shown in FIG. 1, the
잘 알려진 것과 같이, 탄소나노튜브는 탄소로 이루어진 탄소동소체로서 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브 형태를 이루고 있는 물질이다. 탄소나노튜브는 그 직경이 나노미터 수준으로 극히 미세하고, 전도성이 구리(Cu)의 약 1000배이고, 강도는 강철보다 100배 우수하다. 그리고 탄소나노튜브는 15%가 변형되더라도 끊어지지 않고 견딜 수 있는 특성이 있다. 이러한 특성 때문에, 탄소나노튜브는 폴리머 막(11)에 내장되어 폴리머 막(11)과 함께 변형될 수 있는 유연한 전기소자로서 적합하다.As is well known, carbon nanotubes are carbon allotrope consisting of carbon, in which one carbon is combined with other carbon atoms in a hexagonal honeycomb pattern to form a tube. Carbon nanotubes are extremely fine at the nanometer diameter, have a conductivity of about 1000 times that of copper (Cu), and are 100 times stronger than steel. And carbon nanotubes have the property of being able to withstand without breaking even if 15% is deformed. Because of this property, carbon nanotubes are suitable as flexible electric elements that can be embedded in the
또한, 탄소나노튜브는 180°가까이 구부려도 저항이 변하지 않는 장점이 있어서, 평면형 디스플레이의 투명 전극으로 유용하게 활용될 수 있으며, 탄소나노튜브 재질의 투명 전극은 구부리면 저항이 커지는 종래의 산화인듐주석 재질의 투명 전극에 비해 플렉시블 디스플레이에 적합하다.In addition, carbon nanotubes have an advantage that resistance does not change even when bent close to 180 °, can be usefully used as a transparent electrode of a flat-panel display, the transparent electrode of carbon nanotube material is a conventional indium tin oxide material that increases resistance when bent It is suitable for flexible displays compared to transparent electrodes.
탄소나노튜브 패턴(13)은 폴리머 막(11)에 매립되되, 그 일면이 폴리머 막(11)의 일면으로 노출되어 있다. 따라서, 탄소나노튜브 패턴(13)과 폴리머 막(11)의 결합력은 매우 크며, 탄소나노튜브 패턴(13)은 폴리머 막(11)으로부터 쉽게 분리되지 않는다.The
이하에서는 본 발명의 일실시예에 의한 탄소나노튜브를 이용한 유연소자의 제조방법에 대하여 설명한다.Hereinafter, a method of manufacturing a flexible device using carbon nanotubes according to an embodiment of the present invention will be described.
먼저, 도 2에 도시된 것과 같이, 기판(21)을 세척한 후 기판(21) 위에 중간막(22)을 형성한다. 기판(21)으로는 실리콘, 유리, 석영 등 단단한 재질의 것이 이용될 수 있다. 중간막(22)은 폴리머 막(26)이 형성되고 나면 제거될 부분으로, 기판(21)과의 결합력이 약한 것이 바람직하다. 또한, 중간막(22)은 기판(21)과의 결합력이 폴리머 막(26)과의 결합력에 비하여 약하고, 폴리머 막(26) 형성 시 손상을 받지 않으며, 폴리머 막(26) 형성 후에는 폴리머 막(26)을 손상시키지 않고 선택적 으로 용이하게 제거될 수 있는 것이 좋다.First, as shown in FIG. 2, after washing the
이러한 조건에 적합한 중간막(22)으로 다양한 재질의 박막이 이용될 수 있다. 중간막(22)으로 금(Au)과 같은 금속 박막을 예로 들 수 있다. 금속 박막은 기판과 결합력이 약하고, 탄소나노튜브와 폴리머 재료의 성장 및 식각 등 제조공정 중에 손상을 받지 않으며, 식각용액에 의해 폴리머를 손상시키지 않고 제거될 수 있다. 금속 박막은 전자빔 방식이나 스퍼터 방식 등으로 기판(21)에 증착될 수 있다.As the
기판(21)에 중간막(22)을 형성한 후, 중간막(22) 위에 탄소나노튜브 막(24)을 적층한다. 탄소나노튜브 막(24)을 적층하는 방법으로 회전 도포법이나 진공 여과법을 예로 들 수 있다.After the
도 3 및 도 4는 스핀 코터(Spin Coater, 40)를 이용한 회전 도포법으로 탄소나노튜브 막(24)을 형성하는 과정을 나타낸 것이다. 먼저, 도 3에 도시된 것과 같이, 중간막(22)이 형성된 기판(21)을 스핀 코터(40)의 턴 테이블(41) 위에 올려놓는다. 그리고, 도 4에 도시된 것과 같이, 턴 테이블(41)을 회전시키면서 탄소나노튜브 용액(23)을 회전하는 중간막(22) 위에 떨어뜨린다. 이때, 중간막(22)의 표면에는 탄소나노튜브 용액(23)이 일정한 두께로 도포된다. 이후, 중간막(22) 위에 도포된 탄소나노튜브 용액(23)을 건조시키면 일정한 두께의 탄소나노튜브 막(24)이 만들어진다.3 and 4 illustrate a process of forming a
여기에서, 탄소나노튜브 용액(23)은 분산 용액에 탄소나노튜브가 분산되어 있는 것이다. 분산 용액으로는 Sodium DodecylBenzene Sulfonate(SDBS) 용액이 이 용될 수 있다. 탄소나노튜브 막(24)의 두께는 탄소나노튜브 용액(23)의 양, 탄소나노튜브 용액(23) 내의 탄소나노튜브 밀도, 턴 테이블(41)의 회전 속도 등에 의해 조절된다.Here, the
한편, 도 5 및 도 6은 진공 여과법으로 탄소나노튜브 막(24)을 형성하는 과정을 나타낸 것이다. 먼저, 도 5에 도시된 것과 같이, 탄소나노튜브 용액(23)을 걸러낼 수 있는 여과막(43)을 흡입 부재(44)의 위에 올려놓고, 여과막(43) 위에 탄소나노튜브 막(24)의 형상에 대응하는 틀(45)을 올려놓는다. 그리고 틀(45)에 탄소나노튜브 용액(23)을 부으면서 흡입 부재(44)에 연결되어 있는 진공 펌프(46)를 작동시킨다. 이때, 분산 용액은 여과막(43)을 통과하여 흡입 부재(44)의 하부로 배출되고, 탄소나노튜브는 여과막(43)에 포집된다.5 and 6 illustrate a process of forming the
이렇게 여과막(43) 위에 포집되어 있는 탄소나노튜브를 건조시키면, 도 6에 도시된 것과 같이, 여과막(43)의 위에는 탄소나노튜브 막(24)이 형성된다. 이때, 탄소나노튜브 막(24)의 두께는 탄소나노튜브 용액의 양, 탄소나노튜브의 밀도, 여과막(43)의 공동도 등에 따라 가변된다. 이후, 여과막(43)에 만들어진 탄소나노튜브 막(24)을 중간막(22)으로 전사한다.When the carbon nanotubes collected on the
도 7은 상술한 것과 같은 회전 도포법 또는 진공 여과법으로 만들어진 탄소나노튜브 막(24)이 중간막(22) 위에 적층되어 있는 상태를 나타낸 것이다. 중간막(22) 위에 탄소나노튜브 막(24)을 적층한 후, 중간막(22) 위에 박막 형태로 적층되어 있는 탄소나노튜브를 열선, 배선 또는 각종 전기소자로 사용하기 위해 탄소나노튜브 막(24)을 사진식각(Photolithography) 공정을 통해 패터닝한다.FIG. 7 shows a state where the
탄소나노튜브 막(24)을 패터닝하는데 사용되는 사진식각 공정은, 중간막(22)은 그대로 두고 탄소나노튜브 막(24)을 일정 부분 제거할 수 있는 다양한 건식 또는 습식 방식이 이용될 수 있다. 사진식각 공정은 공지되어 있는 기술이므로, 이를 이용한 패터닝 과정에 대한 상세한 설명은 생략한다. 도 8은 탄소나노튜브 막(24)이 사진식각 공정을 통해 패터닝되어 중간막(22) 위에 탄소나노튜브 패턴(25)이 형성되어 있는 상태를 나타낸 것이다.In the photolithography process used to pattern the
탄소나노튜브 패턴(25)을 중간막(22) 위에 형성하고 나면, 도 9에 도시된 것과 같이, 액상의 폴리머 용액을 중간막(22) 위에 회전 도포한 후 경화시켜 탄소나노튜브 패턴(25)을 내장하는 폴리머 막(26)을 제조한다. 이때, 사용될 수 있는 폴리머로는 PDMS, 폴리이미드, UV 경화성 폴리머, PMMA 등 통상적으로 사용하는 액상이 가능한 다양한 폴리머가 사용할 수 있다. 폴리머가 적절한 두께로 도포되고 나면, 대류 오븐 등의 방법으로 이를 경화시킴으로서 화학 및 열에 안정한 폴리머 막(26)을 만들 수 있다.After the
이렇게 제조된 폴리머 막(26)은 압력, 음압, 열, 전기 등에 반응하여 움직이는 구조체로 작동한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 것과 같은 압력센서(10)의 경우, 폴리머 막(26)은 압력센서(10)의 멤브레인으로 작용된다. 폴리머 막(26)의 두께는 회전 속도와 도포 시간을 통하여 조절할 수 있다.The
폴리머 막(26)의 제조에 있어서, 폴리머 용액을 중간막(22) 위에 도포하는 방법은 회전 도포법 이외의 폴리머 용액을 적절한 두께로 도포할 수 있는 다양한 방법이 이용될 수 있다.In the production of the
한편, 도 10 내지 도 12는 상기와 같이 제조된 폴리머 막(26)을 지지하기 위한 두꺼운 폴리머 구조체(31)를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.10 to 12 illustrate a process of manufacturing a
먼저, 도 10에 도시된 것과 같이, 폴리머 구조체(31)의 역상을 갖는 몰드(29)를 기판(28) 위에 형성한다. 여기에서, 몰드(29)는 포토레지스트(PR)가 이용될 수 있고, 사진식각 공정을 통해 기판(28) 위에 형성될 수 있다. 본 발명에 있어서, 몰드(29)는 포토레지스트 이외의 다양한 재질로, 사진식각 공정 이외의 방법으로 기판(28) 위에 적층될 수 있다.First, as shown in FIG. 10, a
몰드(29)가 기판(28)에 형성되고 나면, 도 11에 도시된 것과 같이, 기판(28) 위에 폴리머 용액을 도포한 후 이를 경화시킨다. 이후, 도 12에 도시된 것과 같이, 기판(28) 위에 제조된 폴리머 구조체(31)를 기판으로부터 분리시킴으로써 이를 유연한 막 지지부(32)로 사용할 수 있다. 도 13에 도시된 것과 같이, 폴리머 구조체(31)는 먼저 만들어진 폴리머 막(26)에 일체로 결합된다. 폴리머 막(26)과 폴리머 구조체(31)의 결합은 열접합, 플라즈마 표면처리 등 다양한 접합방법이 이용될 수 있다.After the
폴리머 구조체(31)가 폴리머 막(26)에 일체로 접합되어 폴리머 막(26)의 일면에 막 지지부(32)가 형성되면, 도 14에 도시된 것과 같이, 중간막(22)을 기판(21)으로 떼어낸다. 중간막(22)은 기판(21)과의 결합력이 약하므로, 물리적인 힘을 가하거나 기판(21)과 중간막(22) 사이의 결합력을 약화시킬 수 있는 분리액을 이용함으로써 기판(21)으로부터 쉽게 분리할 수 있다. 또는, 중간막(22)을 식각하여 기판(21)으로부터 분리할 수 있다.When the
이후, 도 15에 도시된 것과 같이, 중간막(22)을 폴리머 막(26)으로부터 분리하면 탄소나노튜브를 이용한 유연소자(33)를 만들 수 있다. 중간막(22)은 물리적인 힘을 가하여 폴리머 막(26)으로부터 분리시킬 수 있고, 식각 공정을 통해 폴리머 막(26)에서 깨끗이 제거할 수 있다. 도시되지는 않았으나, 폴리머 막(26) 위에 탄소나노튜브 패턴(25)과 연결되는 금속 배선(14; 도 1 참조)을 패터닝할 수도 있다.Thereafter, as shown in FIG. 15, when the
이와 같은 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조방법은, 실리콘 불순물을 고온에서 확산 공정을 통해 도핑하여 전기소자로 제작하는 종래의 반도체 공정을 대체한다. 그리고 고온 공정없이 전도성이 좋은 탄소나노튜브로 이루어진 전기소자를 폴리머 막(26)에 내장시킬 수 있으므로, 투명하고 휘어지기 쉬운 디스플레이 분야 등 다양한 분야에 응용될 수 있다. 이러한 유연소자의 제조방법은 폴리머 MEMS 분야에 많은 적용 가능성이 있다. Such a method for manufacturing a flexible device according to an embodiment of the present invention replaces the conventional semiconductor process of fabricating an electric device by doping silicon impurities at a high temperature through a diffusion process. In addition, since the electrical device made of carbon nanotubes having good conductivity can be embedded in the
이상에서 설명한 본 발명의 일실시예에 의하면, 유연하고 전기 절연성 있는 폴리머 막(26)과 유연한 탄소나노튜브를 이용하여 유연소자(33)를 대량생산 할 수 있다. 이러한 유연소자(33)의 제조 공정은 모두 폴리머의 분해 및 녹는 온도 미만에서 수행되므로, 폴리머의 유연성, 투명성, 전기 절연성 등의 특성을 유연소자(33)에 충분히 활용할 수 있다. 그리고 이렇게 제조된 유연소자(33)는 폴리머 막(26) 및 탄소나노튜브 패턴(25) 모두 유연성이 있고 매우 얇게 할 수 있으므로, 곡면에 부착할 수 있고, 초소형의 제품을 구현할 수 있다.According to one embodiment of the present invention described above, the
또한, 본 발명의 일실시예에 의하면, 전기소자로 작용하는 탄소나노튜브 패턴(25)이 폴리머 막(26)의 일면으로 노출되되 폴리머 막(26)에 매몰되어 있으므로, 폴리머 막(26)과 탄소나노튜브 패턴(25)의 결합력이 우수하다. 따라서, 제품의 신뢰성이 향상되고 내구성이 증대된다.In addition, according to an embodiment of the present invention, since the
이러한 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자(33)는, 두께가 얇을 경우 가시광선에 대하여 투과성이 뛰어나고, 전기 전도도, 열 전도도, 영률, 게이지 상수 등 전기적 기계적 성질이 우수한 탄소나노튜브를 배선, 히터, 전계효과 트랜지스터(Field Effect Transistor; FET) 등 전원에 연결되는 전기소자로 사용함으로써, 상술한 압력센서 등의 센서, 구부러지는 디스플레이, 스피커, 초점가변형 렌즈 등 다양한 분야에 응용할 수 있다.The
이상에서 설명한 본 발명은 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되지 않는다. 즉, 본 발명은 기재된 특허청구범위의 사상 및 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능하다.The present invention described above is not limited to the configuration and operation as shown and described. That is, the present invention is capable of various changes and modifications within the spirit and scope of the appended claims.
도 1은 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자로 압력센서를 나타낸 사시도이다.1 is a perspective view showing a pressure sensor as a flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 2는 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 기판에 중각막을 적층한 상태를 나타낸 것이다.2 illustrates a state in which a middle film is stacked on a substrate during the manufacturing process of the flexible device according to the embodiment of the present invention.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 회전 도포법으로 탄소나노튜브 막을 제조하는 과정을 나타낸 것이다.3 and 4 illustrate a process of manufacturing a carbon nanotube film by a rotation coating method during the manufacturing process of the flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 5 및 도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 진공 여과법으로 탄소나노튜브 막을 제조하는 과정을 나타낸 것이다.5 and 6 illustrate a process of manufacturing a carbon nanotube membrane by vacuum filtration during the manufacturing process of the flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 중간막 위에 탄소나노튜브 막을 적층한 상태를 나타낸 것이다.FIG. 7 illustrates a state in which a carbon nanotube film is stacked on an intermediate film during the fabrication of a flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 8은 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 탄소나노튜브 막을 패터닝 하여 중간막 위에 탄소나노튜브 패턴을 형성한 상태를 나타낸 것이다.FIG. 8 illustrates a state in which a carbon nanotube pattern is formed on an intermediate layer by patterning a carbon nanotube layer during a manufacturing process of a flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 9는 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 중간막 위에 폴리머 막을 형성한 상태를 나타낸 것이다.9 illustrates a state in which a polymer film is formed on an intermediate film during a manufacturing process of a flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 10 내지 도 12는 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 탄소나노튜브 구조체를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.10 to 12 show a process of manufacturing a carbon nanotube structure during the manufacturing process of the flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 13은 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 탄소나노튜브 막에 탄소나노튜브 구조체를 결합하는 과정을 나타낸 것이다.FIG. 13 illustrates a process of bonding a carbon nanotube structure to a carbon nanotube film during a manufacturing process of a flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 14는 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 기판에서 중 간막을 분리하는 과정을 나타낸 것이다.14 illustrates a process of separating the intermediate film from the substrate during the manufacturing process of the flexible device according to an embodiment of the present invention.
도 15는 본 발명의 일실시예에 의한 유연소자의 제조과정 중에 폴리머 막에서 중간막을 제거한 상태를 나타낸 것이다.15 illustrates a state in which an intermediate film is removed from a polymer film during a manufacturing process of a flexible device according to an embodiment of the present invention.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명><Explanation of symbols for the main parts of the drawings>
10 : 압력센서 11, 26 : 폴리머 막10
12, 32 : 막 지지부 13 , 25 : 탄소나노튜브 패턴12, 32:
14 : 금속 배선 21, 28 : 기판14
22 : 중간막 23 : 탄소나노튜브 용액22: interlayer 23: carbon nanotube solution
24 : 탄소나노튜브 막 29 : 몰드24: carbon nanotube membrane 29: mold
31 : 탄소나노튜브 구조체 33 : 유연소자31: carbon nanotube structure 33: flexible device
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