KR100801670B1 - Fine electrode pattren manufacturing methode by the ink jet printing - Google Patents
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Abstract
Description
도 1은 본 발명에 따른 미세 전극 패턴 제조 방법을 설명하기 위한 과정도,1 is a process chart for explaining a method for manufacturing a fine electrode pattern according to the present invention,
도 2a는 소수성의 기판위에 탄소나노튜브 잉크를 떨어뜨렸을 때 잉크가 건조되는 모습의 이미지, Figure 2a is an image of the ink is dried when the carbon nanotube ink is dropped on a hydrophobic substrate,
도 2b는 소수성의 기판위에 탄소나노튜브 잉크를 떨어뜨렸을 때 잉크가 건조된 후의 이미지, Figure 2b is an image after the ink is dried when the carbon nanotube ink is dropped on a hydrophobic substrate,
도 3은 인쇄 횟수에 따른 기판상 탄소나노튜브의 분포 이미지와 투명도, 전도도를 측정한 결과를 도시한 도표, 3 is a chart showing the results of measuring the distribution image and transparency, the conductivity of the carbon nanotubes on the substrate according to the number of prints,
도 4는 위와 같은 방법으로 제작한 탄소나노튜브의 전계 방출효과를 측정한 결과를 도시한 도표, Figure 4 is a chart showing the results of measuring the field emission effect of the carbon nanotubes produced by the above method,
도 5는 잉크젯 방법에 의하여 탄소나노튜브를 이용한 "Nanptechnology" 글자를 패터닝한 이미지, Figure 5 is an image of the patterned "Nanptechnology" letters using carbon nanotubes by the inkjet method,
본 발명은 미세 전극 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 상세하게는 투명도가 우수한 전도성 박막을 쉽게 제작할 수 있도록 잉크젯 프린팅 방법에 의해 탄소나노튜브 박막 전극 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for forming a fine electrode pattern, and more particularly, to a method of forming a carbon nanotube thin film electrode pattern by an inkjet printing method so as to easily produce a conductive thin film having excellent transparency.
전기, 전자 기술의 발달과 더불어 전기 전자 부품 및 장비의 소형화가 급속히 진행되고 있다. With the development of electrical and electronic technologies, miniaturization of electrical and electronic components and equipment is rapidly progressing.
이러한 전기, 전자 장비에는 서로 다른 기능을 하는 다수의 소자를 상호 연결하여 독특한 기능을 갖는 모듈이 만들어지고 있으며, 이러한 기능 모듈들은 통상적으로 회로 기판에 형성된 전극 패턴의 해당 부분에 소자를 접합하여 구성된다. In such electrical and electronic equipment, a module having a unique function is formed by interconnecting a plurality of devices having different functions, and these functional modules are typically formed by bonding elements to corresponding portions of an electrode pattern formed on a circuit board. .
이러한 전극 패턴을 형성하는 방법에는 많은 종류가 있으나 최근 그 사용이 늘고 있는 방법으로는 탄소나노튜브 박막을 이용한 것이 있다. There are many kinds of methods for forming the electrode pattern, but the method of increasing the use of the carbon nanotube thin film is recently used.
이러한 탄소나노튜브 박막은 1㎛ 이하 수준의 두께를 갖는 나노구조물을 의미하는 것으로, 이러한 나노필름 구조물은 광투과성을 가질 수 있고, 전도체로서 전계 전자 방출 디스플레이(Field emitted display), X-ray source, Microwave amplifier의 전자빔과 같은 Cold Cathode Source 장치로도 사용할 수 있으며, 고강도를 지닌 복합재료, 화학 및 바이오 센서, 태양 전지, 에너지 저장물질, 분자전자소자, 고집적회로 제조 등에 활용이 가능하다. The carbon nanotube thin film means a nanostructure having a thickness of 1 μm or less, and the nanofilm structure may have a light transmittance, and as a conductor, a field emission display, an X-ray source, It can also be used as a Cold Cathode Source device, such as an electron beam from a microwave amplifier, and can be used to manufacture high-strength composites, chemical and biosensors, solar cells, energy storage materials, molecular electronics, and integrated circuits.
또한 탄소나노튜브를 화학결합을 이용해 전자소자와 접목시키면 차세대 센서, 자기기록매체, 트랜지스터와 같은 장치로 개발할 수 있을 뿐만 아니라 탄소나노튜브 관련 기술은 화학의 분자 개념을 기초로 발전한 분자생물학, 소재나 재료공학, 전자공학 등 관련 산업 발전으로 이어질 수 있다. In addition, by incorporating carbon nanotubes into electronic devices using chemical bonds, not only can they be developed as devices such as next-generation sensors, magnetic recording media, and transistors, but also technologies related to carbon nanotubes are based on molecular biology, materials, It can lead to the development of related industries such as materials engineering and electronic engineering.
나노박막을 제작하는 일반적인 방법은 전기 절연 물질상에서 건식법 또는 습 식법에 의하여 형성된다. 건식법에서는 스퍼터링법, 이온 도금법, 진공 증착법을 포함하는 물리적 증착방법(PVD) 또는 화학적 증착방법(CVD)을 사용하여 금속 산화물 형태, 예컨대, 인듐-주석 혼합 산화물(ITO; tin-indium mixed oxide), 안티몬-주석 혼합 산화물(ATO; antimony-tin mixed oxide), 플루오르-도핑 주석 산화물(FTO; fluorine-doped tin oxide), 알루미늄-도핑 아연산화물(AZO; aluminium-doped zinc oxide)의 박막을 형성시킨다. The general method of manufacturing the nano thin film is formed by a dry method or a wet method on the electrically insulating material. In the dry method, a physical oxide method (PVD) or chemical vapor deposition method (CVD), including sputtering, ion plating, vacuum deposition, is employed to form metal oxides such as indium-tin mixed oxide (ITO), A thin film of antimony-tin mixed oxide (ATO), fluorine-doped tin oxide (FTO), and aluminum-doped zinc oxide (AZO) is formed.
이러한 건식법은 우수한 투명성 및 우수한 전도성을 모두 갖는 필름을 생산할 수 있으나, 진공 시스템을 포함하는 복잡한 장치를 필요로 하며, 환경에 따라 수율이 달라져 생산성이 낮은 문제가 있을 뿐만 아니라 사진용 필름과 같은 플렉서블(flexible)하고 연속적이거나 큰 기판에는 패턴을 형성하기가 어렵운 문제가 있었다. Such a dry method can produce a film having both excellent transparency and good conductivity, but requires a complicated device including a vacuum system, and the yield varies depending on the environment, which leads to low productivity and a flexible film such as a photographic film. Flexible and continuous or large substrates have a problem that it is difficult to form a pattern.
습식법은 전기 전도성 분말, 예컨대 상기 중 한 개의 혼합 산화물 및 결합제를 이용하여 전도성 코팅 조성물을 형성시키는 방법으로 이러한 습식법은 건식법에 비해 상대적으로 단순한 장치를 필요로 하고, 생산성이 높고, 연속적이거나 큰 물질에 도포하는데 용이하다. The wet method is a method of forming a conductive coating composition using an electrically conductive powder, such as a mixed oxide and a binder of any of the above, which requires a relatively simple device compared to the dry method, and is a highly productive, continuous or large material. Easy to apply
이러한 습식법으로 사용되는 전기 전도성 분말은 생성 필름의 투명성을 방해하지 않도록 평균 기본 입경이 0.5㎛ 이하인 매우 미세한 분말을 사용하고 있으며, 투명한 코팅 필름을 얻기 위하여, 전도성 분말은 가시광선을 흡수하지 않고 가시광선의 산란을 억제하도록 가시광선의 최단 파장의 1/2 이하(0.2 ㎛)를 가져야 한다.The electrically conductive powder used in this wet method uses a very fine powder having an average basic particle size of 0.5 μm or less so as not to interfere with the transparency of the resulting film. In order to obtain a transparent coating film, the conductive powder does not absorb visible light and does not absorb visible light. It should have less than 1/2 (0.2 μm) of the shortest wavelength of visible light to suppress scattering.
그러나 이러한 기존의 방법으로 탄소나노튜브를 박막화시키는 데에는 많은 제약이 따른다. 탄소나노튜브는 제조 단계에서 결정성 흑연인 그래펀시트(graphene sheet)가 튜브형상으로 감겨있는 구조를 가지며, 이를 스퍼터링 등 건식법에 의하여 박막화시키는 것은 불가능하며, 액체로 분산시켜 기판에 전이시키는 방법은 균일한 박막을 형성시킬 수는 있으나. 그 방법상 효율성이 매우 낮고, 넓은 면적에 패턴을 형성하는데 어려운 단점이 있다. However, there are many restrictions in thinning the carbon nanotubes by the conventional method. Carbon nanotubes have a structure in which a graphene sheet, which is crystalline graphite, is wound in a tubular shape in the manufacturing step, and it is impossible to thin it by a dry method such as sputtering. Although it is possible to form a uniform thin film. Its method is very low in efficiency and difficult to form a pattern in a large area.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 극소량의 탄소나노튜브를 사용하여 우수한 전기 전도성을 갖는 패턴을 형성할 수 있고, 투명하고 유연한 전극을 제작할 수 있도록 용액에 탄소나노튜브를 분산시켜 잉크를 탄소나노튜브 잉크를 제조하고, 제조된 탄소나노튜브 잉크를 잉크젯 프린팅 방법에 의하여 기판 상에 박막 전극 패턴을 형성시키는 잉크젯 프린팅법에 의한 나노소재의 미세 전극 패턴 제조 방법을 제공함을 목적으로 한다.The present invention has been made to solve the problems of the prior art as described above, by using a very small amount of carbon nanotubes can form a pattern having excellent electrical conductivity, carbon nano solution in a solution to produce a transparent and flexible electrode Provides a method for producing a nano-electrode fine electrode pattern by the inkjet printing method by dispersing the tube to prepare the carbon nanotube ink ink, and forming the thin film electrode pattern on the substrate by the inkjet printing method. For the purpose.
상기와 같은 본 발명의 목적에 따른 잉크젯 프린팅법에 의한 나노소재의 미세 전극 패턴 제조 방법은 탄소나노튜브가 포함된 탄소나노튜브 잉크를 기판 상에 투명도 10%내지 99%, 표면저항 1Ω/sq 내지 106 Ω/sq로 젯팅하여 이루어짐을 특징으로 한다. The method of manufacturing a fine electrode pattern of the nanomaterial by the inkjet printing method according to the object of the present invention as described above, the carbon nanotube ink containing carbon nanotubes on the
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 기술되는 바람직한 실시예를 통하여 본 발명을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 기술하기로 한다. Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily understand and reproduce.
본 발명에 따른 잉크젯 프린팅법에 의한 나노 소재의 미세 전극 패턴 제조 방법은 상기한 바와 같이 탄소나노튜브가 포함된 탄소나노튜브 잉크를 기판 상에 투명도 10%내지 99%, 표면저항 1Ω/sq 내지 106 Ω/sq로 젯팅(jetting)하여 이루어진다. 상기의 탄소나노튜브 잉크는 용액에 포함된 탄소나노튜브의 중량이 0.01%이상인 것을 특징으로 한다. 조성된 잉크 조성물로서 투명도를 10%내지 99%, 표면저항 1Ω/sq 내지 106 Ω/sq로 유지하기 위해서는 두께를 1nm∼1㎛ 이하의 두께로 젯팅한다. According to the present invention, a method of manufacturing a nano-electrode pattern of a nano material by the inkjet printing method may be performed by using a carbon nanotube ink containing carbon nanotubes as described above on a substrate having a transparency of 10% to 99% and a surface resistance of 1 Ω / sq to 10 Jetting at 6 μs / sq. The carbon nanotube ink is characterized in that the weight of the carbon nanotubes contained in the solution is 0.01% or more. In order to maintain a transparency of 10% to 99% and surface resistance of 1 Pa / sq to 10 6 Pa / sq as the prepared ink composition, the thickness is jetted to a thickness of 1 nm to 1 μm or less.
상기 탄소나노튜브는 직경이 수 nm, 길이는 수백∼수천㎚로서 반도체·초전도 등 다양한 성질을 가지는 것으로 단일벽탄소나노튜브, 이중벽탄소나노튜브, 다중벽탄소나노튜브, 탄소나노섬유 등 튜브 형태로 이루어진 탄소 군에서 선택된 1종을 선택적으로 사용하거나, 또는 이러한 것들의 표면에 금, 은, 동 중 어느 하나의 나노 입자가 표면수식(SURFACE-MODIFIED)된 것을 사용할 수 있다. The carbon nanotubes have diameters of several nm, lengths of several hundreds to thousands of nm, and have various properties such as semiconductor and superconductivity. In the form of tubes such as single-walled carbon nanotubes, double-walled carbon nanotubes, multi-walled carbon nanotubes, and carbon nanofibers One kind selected from the group consisting of carbons may be selectively used, or a surface-modified (SURFACE-MODIFIED) nanoparticle of any one of gold, silver, and copper may be used on the surface thereof.
상기 탄소나노튜브 잉크를 젯팅(jetting)할 때 기판의 온도는 상온보다 높은 온도인 30℃이상 유지되게 함으로서 탄소나노튜브 잉크가 건조할 때 충분히 넓게 퍼져 균일한 전극 패턴이 형성될 수 있으며, 이보다 온도를 높일 경우에는 지나치게 빨리 잉크가 건조됨으로 잉크가 충분히 퍼지지 않은 상태에서 잉크가 건조되어 균일한 전극 패턴을 형성할 없으며, 이보다 낮은 온도일 경우에는 잉크가 건조되지 않은 상태에서 기판이 이동될 수 있어 패턴이 변형되는 문제가 있다.When jetting the carbon nanotube ink, the temperature of the substrate is maintained at 30 ° C. or higher, which is higher than room temperature, so that the carbon nanotube ink is sufficiently spread when the carbon nanotube ink is dried to form a uniform electrode pattern. Increasing the ink causes the ink to dry too quickly, so that the ink dries in a state where the ink does not spread sufficiently, and at lower temperatures, the substrate may move in a state where the ink is not dried. There is a problem of this deformation.
상기 기판의 표면은 잉크가 넓게 퍼지도록 친수성을 띄도록 표면 처리하고, 금속기판, 불투명 무기기판, 투명 무기기판, 폴리머 기판 , 투명 전도성 무기기판, 투명 전도성 폴리머기판으로 이루어진 군에서 선택된 1종을 사용하여 제작할 수 있다. The surface of the substrate is surface treated to have a hydrophilic property so that the ink spreads widely, and one type selected from the group consisting of a metal substrate, an opaque inorganic substrate, a transparent inorganic substrate, a polymer substrate, a transparent conductive inorganic substrate, and a transparent conductive polymer substrate is used. Can be produced.
또한, 상기 기판은 잉크의 크기가 표면 위에서 최소화되도록 하기 위해 패턴 형성 표면이 소수성 처리한다. 즉, 이렇게 소수성 처리함으로서 잉크가 기판에 보다 쉽게 흡착되어 잉크가 번지는 것을 방지하여 보다 선명한 전극 패턴을 형성할 수 있다. In addition, the substrate is hydrophobized on the patterned surface to ensure that the size of the ink is minimized above the surface. In other words, the hydrophobic treatment thus allows the ink to be more easily adsorbed onto the substrate to prevent the ink from spreading, thereby forming a clearer electrode pattern.
또한, 상기 기판에 탄소나노튜브가 프린팅된 후 기판상에는 탄소나노튜브 이외의 이물질이 잔류할 수 있으며, 이러한 이물질을 제거하기 위해 고온 열처리하는 과정을 더 수행할 수 있다. 이러한 고온 열처리과정은 대개 200~300도 정도에서 이루어질 수 있으며, 기판의 종류에 따라 그 온도범위를 달리 설정하게 된다. In addition, after the carbon nanotubes are printed on the substrate, foreign substances other than the carbon nanotubes may remain on the substrate, and a high temperature heat treatment may be further performed to remove these foreign substances. This high temperature heat treatment process can be generally performed at about 200 to 300 degrees, and the temperature range is set differently according to the type of substrate.
상기와 같이 탄소나노튜브를 젯팅하여 패턴을 형성하는 과정에서 탄소나노튜브 잉크를 젯팅하기 전에 기판의 표면에 요철과 구멍을 먼저 형성하고, 이렇게 형성된 요철과 구멍에 탄소나노튜브 잉크가 페인팅되게 함으로서 요철이나 구멍을 갖는 기판의 요철이나 구멍에도 탄소나노튜브 잉크가 젯팅 될 수 있게 하여 별도로 요철이나 구멍에 젯팅하는 과정을 수행하지 않게 하였다. In the process of jetting the carbon nanotubes as described above, before the carbon nanotube ink is jetted, the unevenness and the hole are first formed on the surface of the substrate, and the unevenness and the hole are painted so that the carbon nanotube ink is painted. Carbon nanotube ink can also be jetted to the unevenness or hole of the substrate having the hole or hole so that the process of jetting to the unevenness or hole is not performed.
또한, 요철 또는 구멍에 인쇄된 탄소나노튜브의 외부에 인쇄된 불필요한 부분은 세정과정을 통해 제거한다. In addition, the unnecessary portions printed on the outside of the carbon nanotubes printed on the unevenness or holes are removed through a cleaning process.
상기 세정과정은 순도가 높은 증류수 등을 사용하여 이루어진다. 상기 기판에 형성된 요철 또는 구멍 또는 이들의 주위의 잉크가 인쇄되지 않아야 할 부분은 서로 다른 친수성을 갖도록 표면 처리함으로서 상기 세정 과정을 수행하지 않을 수 있다. 즉, 잉크가 인쇄될 부분은 친수성을 높이고, 인쇄되지 말아야 할 부분을 친수성을 낮추어 잉크가 인쇄되지 않게 함으로서 세정과정에서 단순한 수세만으로 불필요한 부분의 잉크를 제거할 수 있다. The cleaning process is performed using high purity distilled water or the like. The unevenness or hole formed in the substrate or the portion where the ink around them is not to be printed may not be performed by surface treatment to have different hydrophilicity. That is, the portion where the ink is to be printed may be improved in hydrophilicity, and the portion that should not be printed may be reduced in hydrophilicity so that the ink is not printed.
또한 상기와 같은 방법으로 탄노나노튜브 전극 패턴을 형성할 때 상기 기판을 전도성을 가지는 재질을 사용함으로서 탄소나노튜브 전계 발광 소자를 제작할 수 있다. 이때 제작된 탄소나노튜브 전계발광 소자는 전도성 기판에 형성된 탄소나노튜브를 포함하여 전체의 투명도가 10%내지 99%를 가지게 한다. In addition, the carbon nanotube electroluminescent device may be fabricated by using a material having conductivity as the substrate when forming the tandem nanotube electrode pattern. In this case, the manufactured carbon nanotube electroluminescent device includes carbon nanotubes formed on the conductive substrate to have a total transparency of 10% to 99%.
본 발명의 잉크젯 인쇄 방법으로 전극 패턴을 인쇄하되 필름 형태로 제작할 경우, 필름으 두께는 1nm이상 1㎛이하가 되도록 형성하는 것이 바람직하다. When the electrode pattern is printed by the inkjet printing method of the present invention, but is produced in the form of a film, it is preferable that the thickness of the film is formed to be 1 nm or more and 1 m or less.
본 발명은 탄소나노튜브가 필름의 형태로 기판의 표면상에 잉크젯 프린팅을 이용하여 박막 형성시키는 방법으로 고안되어 탄소나노튜브의 전도성을 효율적으로 이용 할 수 있도록 하였다. 따라서 본 발명에 의하면 투명 탄소나노튜브 전극의 제조에 있어서 탄소나노소재의 사용량을 최소화 할 뿐 아니라, 수십 ㎛ 이하의 정밀도를 갖는 정밀 패터닝이 가능하며, 종래의 넓은 면적에 박막화가 불가능한 단점을 개선하였다.The present invention is designed to form a thin film of carbon nanotubes using inkjet printing on the surface of the substrate in the form of a film to efficiently use the conductivity of the carbon nanotubes. Therefore, the present invention not only minimizes the amount of carbon nanomaterials used in the manufacture of transparent carbon nanotube electrodes, but also enables accurate patterning with a precision of several tens of micrometers or less, and improves the disadvantage that thin film is impossible in the conventional large area. .
이하에서는 첨부도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것을 이해하여야 한다.Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in detail a preferred embodiment according to the present invention. It is to be understood that these examples are only for illustrating the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited to these examples.
[실시 예 1]Example 1
잉크젯 프린터를 이용하여 탄소나노튜브의 박막을 형성시키기 위해서는 잉크에 분산되어 있는 탄소나노튜브가 기판에 드롭(drop)되었을 때 망(network) 형태로 연결되어야 하며, 이렇게 망 형태로 연결되기 위한 효율적인 조건으로는 탄소나노튜브의 길이와 기판의 표면 상태, 잉크의 건조시간 등을 조절해 주어야 한다. In order to form a thin film of carbon nanotubes using an inkjet printer, the carbon nanotubes dispersed in the ink should be connected in a network form when dropped onto a substrate. The length of the carbon nanotubes, the surface condition of the substrate and the drying time of the ink should be adjusted.
예를 들어 기판이 소수성의 표면 성질을 갖고 있으면 잉크 방울의 접촉각이 커지게 되고 잉크 방울의 가장자리와 가운데 부분의 건조 시간이 다르게 되어 잉크의 건조시 잉크에 분산되어 있는 탄소나노튜브가 가운데로 모이게 된다. 도 2a는 소수성의 기판위에 탄소나노튜브 잉크를 떨어뜨렸을 때 잉크가 건조되는 모습의 이미지이다. For example, if the substrate has a hydrophobic surface property, the contact angle of the ink droplets is increased, and the drying time of the edges and the center portion of the ink droplets is different so that the carbon nanotubes dispersed in the ink when the ink is dried are collected in the center. . Figure 2a is an image of the ink is dried when the carbon nanotube ink is dropped on the hydrophobic substrate.
본 발명에서는 이러한 문제점을 개선하고 탄소나노튜브 망 형성이 효과적으로 이루어지게 하기 위해 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다. 탄소나노튜브 잉크 제조 시 탄소나노튜브의 길이를 5㎛이상으로 제조함으로써, 탄소나노튜브 망 형성이 원활하게 이루어지게 한다. In the present invention, the following method can be used to improve this problem and to effectively form the carbon nanotube network. When manufacturing carbon nanotube ink, the length of the carbon nanotubes is 5 μm or more, so that the carbon nanotube network is formed smoothly.
이러한 방법으로 제작된 탄소나노튜브 잉크를 인쇄할 기판의 표면을 플라즈마 처리를 비롯한 다양한 방법으로 친수성을 갖게 처리함으로써 탄소나노튜브 잉크의 접촉각을 작게 하고 잉크의 건조시간이 전체적으로 고르게 하여 탄소나노튜브가 뭉치지 않게 한다. 도 2b는 소수성의 기판위에 탄소나노튜브 잉크를 떨어뜨렸을 때 잉크가 건조된 후의 이미지이다. By treating the surface of the substrate to be printed with carbon nanotube ink produced in this way to have hydrophilicity by various methods including plasma treatment, the contact angle of the carbon nanotube ink is reduced and the drying time of the ink is evenly distributed, so that the carbon nanotubes do not aggregate. Do not FIG. 2B is an image after the ink is dried when the carbon nanotube ink is dropped onto the hydrophobic substrate.
[실시 예 2]Example 2
실시 예 2에서는 실시 예 1과 같은 과정으로 이루어지는 패턴 형성 과정에서 탄소나노튜브 잉크의 건조시간을 단시간에 이루어지게 하기 위한 한 방법으로 기판의 표면 온도를 높여주는 방법을 사용한다. In Example 2, a method of increasing the surface temperature of the substrate is used as a method for shortening the drying time of the carbon nanotube ink in a pattern forming process consisting of the same process as in Example 1.
기판의 온도는 30℃이상으로 하되 90℃ 이하로 하는 것이 적당하다. 기판의 온도를 높여 주면 탄소나노튜브가 반데르발스 힘에 의해 서로 뭉치기 전에 용액을 증발시킬 수 있게 되어, 기판 표면에 골고루 분산된 형태로 탄소나노튜브 망을 형성시킬 수 있게 된다.The temperature of the substrate is preferably 30 ℃ or more, but 90 ℃ or less. Increasing the temperature of the substrate allows the carbon nanotubes to evaporate before the carbon nanotubes agglomerate with each other by van der Waals forces, thereby forming a carbon nanotube network evenly distributed on the substrate surface.
기판의 온도가 너무 낮으면 탄소나노튜브는 넓게 퍼지지 않고, 외곽부분과 안쪽 부분에 집중적으로 응집되는 현상이 발생하게 되고, 지나치게 높으면 용액이 표면에 닿기도 전에 증발하기 시작되므로 정확한 네트워킹이 잘 이루어지지 않는다. If the temperature of the substrate is too low, the carbon nanotubes will not spread widely, but will be concentrated in the outer and inner parts. If the temperature is too high, the solution will start to evaporate before it reaches the surface. Do not.
[실시 예 3]Example 3
도 3은 인쇄 횟수에 따른 기판상 탄소나노튜브의 분포 이미지와 투명도, 전도도를 측정한 결과이다.3 is a result of measuring a distribution image, transparency, and conductivity of carbon nanotubes on a substrate according to the number of prints.
상기 실시 예 1, 2에 의한 방법으로 탄소나노튜브가 박막층을 형성하고 일정 수준의 전도도와 투명도 등을 갖게 하기 위해서는 1nm∼1㎛ 이하의 두께를 형성하는 것이 바람직하다. In order to form a thin film layer and have a certain level of conductivity and transparency by the method according to Examples 1 and 2, it is preferable to form a thickness of 1 nm to 1 ㎛ or less.
탄소나노튜브는 일정한 농도 이상으로 용액에 분산시키기가 어려우며 이 경우 탄소나노튜브 잉크 한 방울에 포함되어 있는 탄소나노튜브의 양은 한정되어 있게 된다. It is difficult to disperse the carbon nanotubes in a solution above a certain concentration, in which case the amount of carbon nanotubes contained in one drop of ink is limited.
따라서 탄소나노튜브를 잉크젯 방법에 의하여 박막화할 경우 여러 번의 인쇄 가 필요하다. 또한 일반적인 탄소나노튜브 분산용액은 점도가 매우 낮기 때문에 잉크젯 방법에 의하여 기판에 인쇄를 하였을 경우 용액이 건조되기까지 수초간의 시간이 필요하다. 따라서 잉크 방울을 겹치게 인쇄하였을 경우 서로간의 응집력에 의해 잉크 방울이 뭉치게 되며 원하는 크기의 패터닝(patterning)이 불가능하게 된다. Therefore, when carbon nanotubes are thinned by the inkjet method, a plurality of prints are required. In addition, since the general carbon nanotube dispersion solution has a very low viscosity, it takes several seconds to dry the solution when the substrate is printed by the inkjet method. Therefore, when the ink droplets are printed in an overlapped manner, the ink droplets are aggregated by the cohesion force of each other and patterning of the desired size is impossible.
본 발명에서는 이러한 점을 해결하기 위하여 잉크 방울과 방울 사이의 간격을 일정정도 띄워서 첫 번째 인쇄를 실시하고, 재차, 삼차 인쇄 시 잉크 방울과 방울 사이에 인쇄를 실시하여 잉크방울이 서로 겹치지 않게 인쇄를 하였다.In the present invention, in order to solve the above problems, the first printing is performed by raising the interval between the ink drops and the drops to a certain degree, and again, the third printing is performed between the ink drops and the drops so that the ink drops do not overlap each other. .
[실시 예 4]Example 4
상기 실시 예 3에 의하여 인쇄된 탄소나노튜브 박막에는 분산용액이 완전 건조되지 않고 남아있을 수가 있다. In the carbon nanotube thin film printed according to Example 3, the dispersion solution may remain without being completely dried.
이러한 분산 용액 찌꺼기는 탄노나노튜브 박막의 전도성을 저해하게 되므로 잉크가 건조된 후 남아있는 잔여 분산용액은 진공이나 대기 환경 중에서 고온 열처리를 통해 제거할 수 있다. Since the dispersion solution debris inhibits the conductivity of the thin film, the residual dispersion solution remaining after the ink is dried can be removed by high temperature heat treatment in a vacuum or air environment.
또한 탄소나노튜브의 경우 고온에서 나노튜브간의 상호 접촉 저항을 줄이기 위해 고온에서의 열처리를 수행할 수 있다. 이 외에도 물리적으로 필름을 눌러 줌으로써 나노튜브간의 접촉력을 개선할 수 있다. 또한 금속 용액 안에서 담가 둠으로써 전도성을 개선하는 과정을 수행할 수 있다. 이러한 후처리 과정은 탄소나노튜브 박막의 표면 저항을 감소시키고, 기판과 탄소나노튜브의 접착력을 개선하는데 기여할 수 있다. In addition, in the case of carbon nanotubes, heat treatment at a high temperature may be performed to reduce mutual contact resistance between the nanotubes at a high temperature. In addition, physically pressing the film can improve the contact force between nanotubes. It is also possible to carry out a process of improving conductivity by soaking in a metal solution. This post-treatment process may reduce the surface resistance of the carbon nanotube thin film and contribute to improving the adhesion between the substrate and the carbon nanotube.
[실시 예 5]Example 5
상기 실시 예 1, 2, 3에서 기판으로 ITO를 사용할 수 있다. 이 경우 ITO 박막 위에 탄소나노튜브가 위치하게 되며, 탄소나노튜브를 전계 방출원으로 사용할 수 있게 된다. In Examples 1, 2, and 3, ITO may be used as a substrate. In this case, carbon nanotubes are positioned on the ITO thin film, and the carbon nanotubes can be used as a field emission source.
도 4는 위와 같은 방법으로 제작한 탄소나노튜브의 전계 방출효과를 측정한 결과이다. Figure 4 is the result of measuring the field emission effect of the carbon nanotubes produced by the above method.
잉크젯 방법에 의한 탄소나노튜브 전계 방출 소자 제작은 기존의 롤투롤(roll-to-roll)법이나 스프레이법, 스크린 인쇄법 등에 의한 제작 방법보다 간단하며, 마스크 등을 사용하지 않고 직접 미세 패터닝이 가능하여 공정이 단순한 장점이 있다. Fabrication of carbon nanotube field emission devices by the inkjet method is simpler than the conventional roll-to-roll method, spray method, screen printing method, and the like, and enables fine patterning directly without using a mask. The process has a simple advantage.
도 5는 잉크젯 방법에 의하여 탄소나노튜브를 이용한 "Nantechnology" 글자를 패터닝한 이미지이다. 이와 같이 잉크를 젯팅하는 방법에 의해서 다양한 패턴은 직접적으로 그릴 수 있는 장점이 있다. FIG. 5 is an image of “Nantechnology” letters patterned using carbon nanotubes by an inkjet method. FIG. As such, various patterns may be directly drawn by the method of jetting ink.
[실시 예 6]Example 6
상기 기판위에 요철을 가지는 패턴을 먼저 만든 후에 그 요철이 형성된 곳에 잉크를 젯팅하게 되면 여러 가지 이점이 있다. There are various advantages to jetting ink where the unevenness is formed after first forming a pattern having unevenness on the substrate.
예를 들어 젯팅되는 잉크의 직경은 헤드에서 출발할 때에 비해 고체 표면에 떨어졌을 때, 표면위에 퍼짐으로 인해 그 직경이 헤드에서 떨어져 나왔을 때 보다 커지는 것이 일반적이어서 대체적으로 잉크젯헤드의 노즐 크기에 비해 커지게 된 다. For example, the diameter of the jetted ink is generally larger than when it is dropped from the head when it falls on a solid surface compared to when starting from the head, so that the diameter is generally larger than the nozzle size of the inkjet head as it is spread out from the head. do.
본 발명에서는 이러한 점을 보상하기 위해 격벽이나 구멍을 기판위에 형성하고, 캐필러리 포스(capillary force)에 의해 격벽이나 구멍 밖보다는 그 안에 잉크가 떨어져서 그대로 건조되어 최종적으로 건조된 후의 패턴 크기가 줄어드는 효과를 얻을 수 있다. In the present invention, a barrier rib or a hole is formed on a substrate to compensate for this point, and ink is dropped therein rather than outside the barrier rib or hole by a capillary force, and the pattern size after drying is reduced. The effect can be obtained.
또한 목적하는 위치에서 약간 벗어나더라도 격벽이나 구멍 밖에 떨어져 있는 잉크의 경우는 세정 과정 등을 통해 제거함으로써 최종적으로 원하는 위치에 잉크를 패터닝할 수 있도록 하는데 그 목적이 있다. 특히 이러한 격벽이나 구멍의 구조는 반드시 원형일 필요는 없으며, 직선이나 곡선의 형태를 가질 수 있다. In addition, even if slightly out of the desired position, the ink is separated from the partition or hole through the cleaning process to remove the ink can be finally patterned to the desired position. In particular, the structure of such a partition or hole does not necessarily have to be circular, but may have a straight or curved shape.
또한 선택적으로 격벽이나 구멍안과 밖의 표면처리를 달리하여 격벽이나 구멍안으로 떨어진 잉크가 모아지도록 만들 수도 있다. 예를 들어, 구멍이나 격벽 주위를 소수성으로 표면처리하게 되면 구멍 근처에 떨어진 잉크들은 구멍으로 빨려들어가게 되는데, 이는 소수성에 의해 밀려난 잉크가 친수성이 있는 쪽으로 이동하게 되기 때문이다. 이와 같은 효과와 구멍이나 격벽의 구조상 갖게 되는 캐필러리 포스(capillary force)에 의한 힘이 합쳐져서 보다 용이하게 잉크가 구멍이나 격벽에 들어가서 안착될 수 있게 된다. Optionally, different surface treatments inside and outside the bulkheads or holes may be used to collect ink dropped into the bulkheads or holes. For example, hydrophobic surface treatment around holes or bulkheads causes ink to be sucked near the holes to be sucked into the holes because the ink pushed away by the hydrophobicity moves towards the hydrophilic side. This effect and the force due to the capillary force (capillary force) that has a structural structure of the hole or the partition wall is combined so that the ink can easily enter the hole or partition wall and be seated.
이상에서 상세히 기술한 바와 같이, 본 발명은 극소량의 탄소나노튜브를 사용하여 우수한 전기 전도성을 갖는 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다. As described in detail above, the present invention has the effect of forming a pattern having excellent electrical conductivity using a very small amount of carbon nanotubes.
또한 본 발명은 용액에 탄소나노튜브를 분산시켜 탄소나노튜브 잉크를 제조 하고, 이 잉크를 젯팅하여 패턴을 형성함으로서 투명하고 유연한 전극을 제작할 수 있는 효과가 있다. In addition, the present invention is to produce a carbon nanotube ink by dispersing the carbon nanotubes in a solution, by jetting the ink to form a pattern has the effect of producing a transparent and flexible electrode.
본 발명은 첨부된 도면을 참조하여 바람직한 실시예를 중심으로 기술되었지만 당업자라면 이러한 기재로부터 본 발명의 범주를 벗어남이 없이 많은 다양한 자명한 변형이 가능하다는 것은 명백하다. 따라서 본 발명은 첨부된 특허청구범위의 문언에 의해서만 제한 해석될 수 있다. While the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it will be apparent to those skilled in the art that many various obvious modifications are possible without departing from the scope of the invention from this description. Accordingly, the invention can only be construed limited by the words of the appended claims.
Claims (12)
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