KR101390532B1 - Apparatus for forming patterns - Google Patents

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성균관대학교산학협력단
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Abstract

패턴 형성 장치가 개시된다. 패턴 형성 장치는 용액방사부, 스테이지부 및 가이드 전극부를 구비한다. 용액방사부는 방사용액을 수용하는 시린지, 시린지에 연결되고 방사용액을 방사하는 노즐 및 노즐에 제1 전압을 인가하는 제1 전압발생장치를 구비한다. 스테이지부는 노즐과 소정 간격 이격되게 배치된 스테이지 및 스테이지에 제2 전압을 인가하는 제2 전압발생장치를 구비한다. 가이드 전극부는 노즐을 사이에 두고 서로 이격되게 배치되고 서로 전기적으로 분리된 제1 가이드 전극과 제2 가이드 전극, 제3 전압을 생성하는 제3 전압발생장치 및 제3 전압을 제1 가이드 전극과 상기 제2 가이드 전극에 교대로 인가하는 스위칭 장치를 구비한다. 이러한 패턴 형성 장치는 전기방사된 나노섬유들을 기판에 평행하게 배열시킬 수 있다. A pattern forming apparatus is disclosed. The pattern forming apparatus includes a solution spinning portion, a stage portion, and a guide electrode portion. The solution radiator includes a syringe for receiving the spinning solution, a nozzle connected to the syringe and spinning the spinning solution, and a first voltage generator for applying a first voltage to the nozzle. The stage unit includes a stage that is spaced apart from the nozzle by a predetermined interval and a second voltage generator that applies a second voltage to the stage. The guide electrode part may be spaced apart from each other with the nozzles interposed therebetween, and may be electrically separated from each other by the first guide electrode and the second guide electrode, the third voltage generator generating the third voltage, and the third voltage. A switching device is applied alternately to the second guide electrode. Such a pattern forming apparatus can arrange the electrospun nanofibers in parallel to the substrate.

Description

패턴 형성 장치{APPARATUS FOR FORMING PATTERNS}[0001] APPARATUS FOR FORMING PATTERNS [0002]

본 발명은 패턴 형성 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 전기방사 방법으로 나노 섬유 패턴을 형성하는 장치에 관한 것이다. The present invention relates to a pattern forming apparatus. More specifically, the present invention relates to an apparatus for forming a nanofiber pattern by the electrospinning method.

나노섬유를 제조하는 방법에는 드로윙(drawing), 주형 합성(template synthesis), 상전이(phase separation), 자기조립(self assembly), 전기방사(electrospinning) 등이 알려져 있다. 이들 방법 중 나노섬유를 연속적으로 제조할 수 있는 방법으로는 전기방사 방식이 일반적으로 적용되고 있다.Drawing, template synthesis, phase separation, self assembly, electrospinning, and the like are known as methods for producing nanofibers. Among these methods, electrospinning is generally applied as a method for continuously producing nanofibers.

전기방사 방법은 방사 용액을 방사하는 노즐과 기판이 배치되는 스테이지 사이에 고전압을 인가하여 방사 용액의 표면장력보다 큰 전기장을 형성하여, 방사용액이 나노섬유 형태로 방사되도록 한다. 전기방사 방법으로 제조되는 나노섬유는 방사 용액의 점도, 탄성, 전도성, 유전성, 극성 및 표면장력 등의 소재 물성과 전기장의 세기, 노즐과 집적 전극 사이의 거리 등에 영향을 받는다.The electrospinning method applies a high voltage between the nozzle for spinning the spinning solution and the stage on which the substrate is disposed to form an electric field larger than the surface tension of the spinning solution, so that the spinning solution is spun in the form of nanofibers. Nanofibers produced by the electrospinning method are affected by the material properties such as the viscosity, elasticity, conductivity, dielectric properties, polarity and surface tension of the spinning solution, the strength of the electric field, and the distance between the nozzle and the integrated electrode.

전기방사의 방법으로 형성된 나노섬유를 원하는 방향으로 배열하여 패턴을 형성하려는 여러 가지 시도들이 있었으며, 노즐과 기판사이의 거리를 매우 근접하게 유지하여 나노섬유를 원하는 위치에 배열시키는 것이 가장 대표적인 방법이다. 그러나 이 방법은 실용화 측면에서 여러 가지 문제점을 가지고 있다. Various attempts have been made to form patterns by arranging nanofibers formed by electrospinning in a desired direction, and arranging the nanofibers at a desired position is maintained by keeping the distance between the nozzle and the substrate very close. However, this method has several problems in terms of practical use.

한국공개특허 제10-2011-0098577호Korean Patent Publication No. 10-2011-0098577 한국등록특허 제10-1058913호Korea Patent Registration No. 10-1058913

본 발명의 목적은 나노섬유를 원하는 방향으로 정확한 위치에 배열시킬 수 있는 패턴 형성 장치를 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to provide a pattern forming apparatus capable of arranging nanofibers in a precise position in a desired direction.

본 발명의 일 실시예에 따른 패턴 형성 장치는 용액방사부, 스테이지부 및 가이드 전극부를 구비할 수 있다. 상기 용액 방사부는 방사용액을 수용하는 시린지, 상기 시린지에 연결되고 상기 방사용액을 방사하는 노즐 및 상기 노즐에 제1 전압을 인가하는 제1 전압발생장치를 구비할 수 있다. 상기 스테이지부는 상기 노즐과 소정 간격 이격되게 배치된 스테이지 및 상기 스테이지에 상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가하는 제2 전압발생장치를 구비할 수 있다. 상기 가이드 전극부는 상기 노즐을 사이에 두고 서로 이격되게 배치되고 서로 전기적으로 분리된 제1 가이드 전극과 제2 가이드 전극, 상기 제1 전압과 다른 제3 전압을 생성하는 제3 전압발생장치 및 상기 제3 전압을 상기 제1 가이드 전극과 상기 제2 가이드 전극에 교대로 인가하는 스위칭 장치를 구비할 수 있다. The pattern forming apparatus according to the exemplary embodiment of the present invention may include a solution spinning part, a stage part, and a guide electrode part. The solution radiating unit may include a syringe containing a spinning solution, a nozzle connected to the syringe and spinning the spinning solution, and a first voltage generator for applying a first voltage to the nozzle. The stage unit may include a stage disposed to be spaced apart from the nozzle and a second voltage generator configured to apply a second voltage different from the first voltage to the stage. The guide electrode part may be spaced apart from each other with the nozzles interposed therebetween and electrically separated from each other. The third voltage generator and the third voltage generating device may generate a third voltage different from the first voltage. And a switching device that alternately applies three voltages to the first guide electrode and the second guide electrode.

상기 제1 및 제2 가이드 전극 각각은 단면이 사각형 또는 원형인 막대 형상을 갖거나 상기 노즐을 사이에 두고 서로 마주보는 판 형상을 가질 수 있다. 상기 스위칭 장치는 1 내지 100 ms의 시간 간격으로 상기 제3 전압을 상기 제1 가이드 전극과 상기 제2 가이드 전극에 교대로 인가할 수 있다. Each of the first and second guide electrodes may have a bar shape having a square or circular cross section or may have a plate shape facing each other with the nozzle interposed therebetween. The switching device may alternately apply the third voltage to the first guide electrode and the second guide electrode at a time interval of 1 to 100 ms.

상기 제3 전압발생장치에 의해 상기 제1 및 제2 가이드 전극에 교대로 인가되는 상기 제3 전압은 접지 전압이거나 상기 제1 전압보다 작은 크기를 갖는 전압일 수 있다. The third voltage alternately applied to the first and second guide electrodes by the third voltage generator may be a ground voltage or a voltage having a magnitude smaller than the first voltage.

본 발명의 다른 실시예에 따른 패턴 형성 장치는 용액방사부, 스테이지부, 가이드 전극부 및 마스크부를 구비할 수 있다. 상기 용액 방사부는 방사용액을 수용하는 시린지, 상기 시린지에 연결되고 상기 방사용액을 방사하는 노즐 및 상기 노즐에 제1 전압을 인가하는 제1 전압발생장치를 구비할 수 있다. 상기 스테이지부는 상기 노즐과 소정 간격 이격되게 배치된 스테이지 및 상기 스테이지에 상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가하는 제2 전압발생장치를 구비할 수 있다. 상기 가이드 전극부는 상기 노즐을 사이에 두고 서로 이격되게 배치되고 서로 전기적으로 분리된 제1 가이드 전극과 제2 가이드 전극, 상기 제1 전압과 다른 제3 전압을 생성하는 제3 전압발생장치 및 상기 제3 전압을 상기 제1 가이드 전극과 상기 제2 가이드 전극에 교대로 인가하는 스위칭 장치를 구비할 수 있다. 상기 마스크부는 상기 제1 및 제2 가이드 전극들과 상기 스테이지 사이에 위치하고 선형 개구부를 구비한 전도성 마스크 및 상기 마스크에 상기 제1 전압과 다른 제4 전압을 인가하는 제4 전압발생장치를 구비할 수 있다. The pattern forming apparatus according to another exemplary embodiment of the present invention may include a solution spinning part, a stage part, a guide electrode part, and a mask part. The solution radiating unit may include a syringe containing a spinning solution, a nozzle connected to the syringe and spinning the spinning solution, and a first voltage generator for applying a first voltage to the nozzle. The stage unit may include a stage disposed to be spaced apart from the nozzle and a second voltage generator configured to apply a second voltage different from the first voltage to the stage. The guide electrode part may be spaced apart from each other with the nozzles interposed therebetween and electrically separated from each other. The third voltage generator and the third voltage generating device may generate a third voltage different from the first voltage. And a switching device that alternately applies three voltages to the first guide electrode and the second guide electrode. The mask unit may include a conductive mask disposed between the first and second guide electrodes and the stage and having a linear opening, and a fourth voltage generator configured to apply a fourth voltage different from the first voltage to the mask. have.

상기 제4 전압발생장치에 의해 생성되어 상기 전도성 마스크에 인가되는 상기 제4 전압은 상기 제1 전압과 동일한 극성을 갖는 전압일 수 있다. 상기 마스크에 형성된 상기 개구부는 상기 제1 및 제2 가이드 전극과 교차하는 방향 또는 평행한 방향으로 연장될 수 있다. The fourth voltage generated by the fourth voltage generator and applied to the conductive mask may be a voltage having the same polarity as the first voltage. The opening formed in the mask may extend in a direction crossing or parallel to the first and second guide electrodes.

본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 나노 섬유가 방사되는 노즐의 일단부에 인접하게 위치하고 일정한 전압이 서로 교대로 인가되는 제1 및 제2 가이드 전극을 구비하므로, 전기방사된 나노 섬유들을 기판에 서로 평행하게 배열시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 전기장이 형성되는 전도성 마스크부를 더 구비함으로써 나노 섬유를 보다 정확한 위치에 배열시킬 수 있다. Since the pattern forming apparatus according to the present invention has first and second guide electrodes positioned adjacent to one end of the nozzle from which the nanofibers are radiated and alternately applied with a constant voltage, the electrospun nanofibers are parallel to each other on the substrate. Can be arranged. In addition, the pattern forming apparatus according to the present invention can further arrange the nanofibers in a more accurate position by further comprising a conductive mask portion is formed an electric field.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 장치를 설명하기 위한 개념도이다.
도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 가이드 전극부의 실시예들을 설명하기 위한 사시도들이다.
도 3은 도 1에 도시된 마스크부를 설명하기 위한 사시도이다.
도 4는 본 발명의 패턴 형성 장치를 이용하여 형성된 패턴의 광학 현미경 사진이다. 1 is a conceptual diagram illustrating a pattern forming apparatus according to an embodiment of the present invention.
2A to 2C are perspective views for explaining embodiments of the guide electrode unit shown in FIG.
3 is a perspective view for explaining the mask portion shown in FIG.
4 is an optical photomicrograph of a pattern formed using the pattern forming apparatus of the present invention.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 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. 첨부된 도면에 있어서, 시트들의 치수는 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대하여 도시한 것이다. Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The present invention is capable of various modifications and various forms, and specific embodiments are illustrated in the drawings and described in detail in the text. It should be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but includes all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention. Like reference numerals are used for like elements in describing each drawing. In the accompanying drawings, the dimensions of the sheets are enlarged from the actual size for the sake of clarity of the present invention.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. The terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms are used only for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.

본 출원에서 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 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 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.The terminology used in this application is used only to describe a specific embodiment and is not intended to limit the invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly indicates otherwise. In this application, the terms "comprises", "having", and the like are used to specify that a feature, a number, a step, an operation, an element, a part or a combination thereof is described in the specification, But do not preclude the presence or addition of one or more other features, integers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof.

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.
Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries are to be interpreted as having a meaning consistent with the contextual meaning of the related art and are to be interpreted as either ideal or overly formal in the sense of the present application Do not.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 장치를 설명하기 위한 개념도이고, 도 2a 내지 도 2c는 도 1에 도시된 가이드 전극부의 실시예들을 설명하기 위한 사시도들이다. FIG. 1 is a conceptual view for explaining a pattern forming apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIGS. 2A to 2C are perspective views for explaining embodiments of the guide electrode unit shown in FIG.

도 1 및 도 2a 내지 도 2c를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 장치(100)는 방사용액(10)을 전기방사하여 기판에 원하는 패턴을 직접 형성할 수 있다. 이를 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 장치는 용액방사부(110), 스테이지부(120) 및 가이드 전극부(130)를 포함할 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 2A to 2C, a pattern forming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention can directly form a desired pattern on a substrate by electrospinning a spinning solution 10. [ To this end, the pattern forming apparatus according to the embodiment of the present invention may include a solution spinning unit 110, the stage unit 120 and the guide electrode 130.

용액방사부(110)는 시린지(111), 노즐(113) 및 제1 전압발생장치(115)를 포함할 수 있다. 시린지(111)는 방사용액(10)을 수용할 수 있다. 방사용액(10)은 유기 재료 용액 또는 유기 및 무기 복합재료 용액일 수 있고, 약 1 내지 200 poise의 점도를 가질 수 있다. 노즐(113)은 시린지(111)에 연결되고, 시린지(111)에 수용된 방사용액(10)을 스테이지부(120) 방향으로 방사할 수 있다. 노즐(113)은 전도성 물질, 예를 들면 스테인레스 재질로 형성되고, 일정한 내경 및 외경을 가지는 미세관 형태를 가질 수 있다. 제1 전압발생장치(115)는 노즐(113)에 전기적으로 연결되고 노즐(113)에 제1 전압을 인가할 수 있다. 일례로, 제1 전압발생장치(115)는 노즐(113)에 양(positive)의 극성을 가진 직류 전압(DC voltage)을 생성하여 노즐(113)에 인가할 수 있다. 노즐(113)에 인가되는 제1 전압의 크기는 필요에 따라 적절하게 조절될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 용액방사부(110)는 시린지 펌프(117)를 더 포함할 수 있다. 시린지 펌프(117)는 시린지(111)에 수용된 방사용액(10)이 노즐(113)을 통하여 외부로 유출될 수 있도록, 시린지(111)에 수용된 방사 용액(10)에 압력을 인가할 수 있다.The solution emitting unit 110 may include a syringe 111, a nozzle 113, and a first voltage generating unit 115. The syringe 111 can receive the spinning solution 10. The spinning solution 10 can be an organic material solution or an organic and inorganic composite material solution and can have a viscosity of about 1 to 200 poise. The nozzle 113 is connected to the syringe 111 and is capable of radiating the spinning solution 10 contained in the syringe 111 toward the stage 120. The nozzle 113 may be formed of a conductive material, for example, a stainless material, and may have a micro tube shape having a constant inner diameter and outer diameter. The first voltage generating device 115 may be electrically connected to the nozzle 113 and may apply the first voltage to the nozzle 113. For example, the first voltage generator 115 may generate a DC voltage having a positive polarity to the nozzle 113 and apply the DC voltage to the nozzle 113. The magnitude of the first voltage applied to the nozzle 113 can be appropriately adjusted as necessary. In one embodiment of the present invention, the solution radiating part 110 may further include a syringe pump 117. The syringe pump 117 can apply pressure to the spinning solution 10 contained in the syringe 111 so that the spinning solution 10 contained in the syringe 111 can be discharged to the outside through the nozzle 113. [

스테이지부(120)는 스테이지(121) 및 제2 전압발생장치(123)를 구비할 수 있다. 스테이지(121)는 방사 용액(10)이 방사되는 노즐(113)의 일단부와 소정 간격 이격되게 배치될 수 있다. 스테이지(121)는 전도성 재질로 형성될 수 있다. 스테이지(121) 상부에는 패턴이 형성될 기판(미도시)이 위치할 수 있다. 제2 전압발생장치(123)는 스테이지(121)와 전기적으로 연결되고, 노즐(113)에 인가된 제1 전압과 다른 제2 전압을 생성하여 스테이지(121)에 인가할 수 있다. 일례로, 제2 전압발생장치(123)는 접지 전압을 생성하여 스테이지(121)에 인가할 수 있다. 이와 달리, 제2 전압발생장치(123)는 제1 전압과 극성이 다른 음(negative)의 전압 또는 제1 전압과 세기가 다른 양(positive)의 전압을 생성하여 스테이지(121)에 인가할 수도 있다. The stage unit 120 may include a stage 121 and a second voltage generator 123. The stage 121 may be disposed to be spaced apart from one end of the nozzle 113 from which the spinning solution 10 is radiated. The stage 121 may be formed of a conductive material. A substrate (not shown) on which a pattern is to be formed may be positioned above the stage 121. The second voltage generator 123 is electrically connected to the stage 121 and may generate a second voltage different from the first voltage applied to the nozzle 113 and apply the second voltage to the stage 121. For example, the second voltage generator 123 can generate a ground voltage and apply it to the stage 121. [ Alternatively, the second voltage generator 123 may generate a negative voltage having a different polarity from the first voltage or a positive voltage having a different intensity from the first voltage and may apply the voltage to the stage 121 have.

노즐(113)과 스테이지(121)에 서로 다른 전압이 인가되므로, 노즐(113)과 스테이지(121) 사이에는 전압 차이로 인한 전기장이 형성될 수 있다. 노즐(113)과 스테이지(121) 사이에 전기장이 형성되지 않는 경우, 노즐(113) 끝에 분포된 방사 용액(10)은 표면장력에 의하여 반구형 방울 형태로 노즐(113) 끝에 매달려 있게 된다. 하지만, 노즐(113)과 스테이지(121) 사이에 전기장이 형성되면, 방사 용액(10)의 방울 표면에 노즐(113)에 인가된 전압과 반대되는 극성의 전하가 유도되고, 방사 용액 방울 표면에 유도된 전하는 표면장력과 반대되는 힘인 제1 정전기력을 발생시킨다. 이러한 제1 정전기력의 작용으로 인하여 노즐(113) 끝에 매달려 있는 방사 용액(10) 방울은 테일러콘(Taylor cone)으로 알려진 원추형 모양으로 늘어나게 된다. 노즐(113)과 스테이지(121) 사이에 형성되는 전기장의 세기가 특정 임계 전기장의 세기보다 커지면, 방사 용액(10) 테일러콘의 끝으로부터 방사용액(10) 제트(Jet)가 방출되게 된다. 방사용액(10)의 점도가 낮은 경우, 이러한 방사용액(10) 제트는 미세 방울로 붕괴되나, 방사용액(10)의 점도가 높은 경우 표면장력 때문에 방사용액(10) 제트는 붕괴되지 않고 연속된 섬유 형태로 스테이지(121) 방향으로 방사된다. 본 발명에 있어서는 방사 용액(10)이 약 1 내지 200 poise의 점도를 가지므로 섬유 형태로 방사될 수 있다. 방사용액(10) 테일러콘으로부터 방출되는 방사용액(10) 섬유는 나노 스케일의 직경을 가질 수 있다. 이하에서는 '방사용액(10) 테일러콘으로부터 방출되는 방사용액(10) 섬유'를 '나노 섬유'라 칭한다. Since different voltages are applied to the nozzle 113 and the stage 121, an electric field may be formed between the nozzle 113 and the stage 121 due to the voltage difference. When the electric field is not formed between the nozzle 113 and the stage 121, the spinning solution 10 distributed at the end of the nozzle 113 is suspended on the end of the nozzle 113 in the form of hemispherical droplets by surface tension. However, when an electric field is formed between the nozzle 113 and the stage 121, a charge of polarity opposite to the voltage applied to the nozzle 113 is induced on the surface of the droplet of the spinning solution 10, The induced charge generates a first electrostatic force which is a force opposite to the surface tension. Due to the action of the first electrostatic force, the droplet of the spinning solution 10 hanging from the end of the nozzle 113 is expanded into a conical shape known as a Taylor cone. When the intensity of the electric field formed between the nozzle 113 and the stage 121 becomes larger than the intensity of the specific threshold electric field, the jet 10 is jetted from the end of the Taylor cone of the spinning solution 10. When the viscosity of the spinning liquid 10 is low, the spinning liquid 10 jet is collapsed into fine droplets. However, when the viscosity of the spinning solution 10 is high, the spinning solution 10 jet does not collapse, And is radiated toward the stage 121 in the form of a fiber. In the present invention, since the spinning solution 10 has a viscosity of about 1 to 200 poise, it can be spun in the form of fibers. Spinning solution 10 The spinning solution 10 fibers emitted from the Taylor cone may have a diameter of a nano-scale. Hereinafter, the 'spinning solution 10 fibers emitted from the spinning solution 10 Taylor cone' is referred to as 'nano fiber'.

가이드 전극부(130)는 노즐(113)로부터 방사된 나노 섬유의 진행방향을 가이드한다. 이를 위하여, 가이드 전극부(130)는 제1 가이드 전극(131), 제2 가이드 전극(133), 제3 전압발생장치(135) 및 스위칭 장치(137)를 구비할 수 있다. 제1 및 제2 가이드 전극(131, 133)은 나노 섬유가 방사되는 노즐(113)의 단부에 인접하게 위치되고, 일 방향(Y)으로 연장되어 서로 평행하며, 노즐(113)의 단부를 사이에 두고 서로 소정 간격으로 이격되게 배치된다. 제1 및 제2 가이드 전극(131, 133)은 전기 전도성 물질로 형성될 수 있고, 서로 전기적으로 분리될 수 있다. 즉, 제1 및 제2 가이드 전극 중 하나에만 특정 전압이 인가되고 나머지 하나에는 전압이 인가되지 않을 수 있다. 이와 달리, 제1 및 제2 가이드 전극(131, 133)에는 서로 다른 전압이 인가될 수도 있다. 제1 및 제2 가이드 전극(131, 133)은 서로 동일한 형상을 가질 수 있다. 제1 및 제2 가이드 전극(131, 133) 각각의 형상은 특별히 제한되지 않는다. 구체적으로, 제1 및 제2 가이드 전극(131, 133) 각각은 다양한 형태, 예를 들면, 원형, 다각형, 반원, 타원 등의 단면을 갖는 막대 형상을 가질 수도 있고, 판(plate) 형상을 가질 수도 있다. 일례로, 도 2a에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 가이드 전극들(131, 133) 각각은 스테이지(121)에 수직한 단면이 사각형이고, 스테이지(121)에 평행한 방향(Y)으로 연장된 막대 형상을 가질 수 있다. 이와 달리, 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 가이드 전극들(131, 133) 각각은 스테이지(121)에 수직한 단면이 원형이고, 스테이지(121)에 평행한 방향(Y)으로 연장된 막대 형상을 가질 수 있다. 이와 또 달리, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제1 및 제2 가이드 전극들(131, 133)은 스테이지(121)에 수직하고 노즐(113)을 사이에 두고 서로 마주보는 판(plate) 형상을 가질 수 있다. 제3 전압발생장치(135)는 스위칭 장치(137)를 경유하여 제1 및 제2 가이드 전극들(131, 133)에 전기적으로 연결되고, 제3 전압을 생성할 수 있다. 일례로, 제3 전압발생장치(137)는 접지 전압을 생성할 수 있다. 이와 달리, 제3 전압발생장치(137)는 노즐(113)에 인가되는 제1 전압과 동일 또는 반대의 극성을 갖고, 제1 전압보다 작은 크기를 갖는 전압을 생성할 수도 있다. 스위칭 장치(137)는 제3 전압발생장치(135)와 제1 및 제2 가이드 전극(131, 133)에 전기적으로 연결되고, 제3 전압발생장치(135)에서 생성된 제3 전압을 제1 가이드 전극(131)과 제2 가이드 전극(133)에 교대로 인가할 수 있다. 스위칭 장치(137)는 약 1 내지 100 밀리세컨드(ms)의 시간 간격으로 제1 가이드 전극(131)과 제2 가이드 전극(133)에 교대로 제3 전압을 인가할 수 있다. 제1 및 제2 가이드 전극(131, 133)에 제3 전압을 교대로 인가하는 경우, 노즐(113)과 스테이지(121) 사이에 형성된 전기장은 제1 또는 제2 가이드 전극(131, 133)에 교대로 인가된 전압에 의해 변형되고 변형된 전기장은 노즐(113)로부터 전기방사된 나노 섬유가 가이드 전극(131, 133)이 설치된 방향에 따라 배열되도록 나노 섬유의 진행 방향에 영향을 미치게 된다. 즉, 스위칭 장치(137)가 제3 전압발생장치(135)에서 생성된 제3 전압을 제1 가이드 전극(131)과 제2 가이드 전극(133)에 교대로 인가하기 때문에, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 장치(100)는 노즐(113)로부터 방사된 나노 섬유들을 기판 상에 평행하게 배열시킬 수 있다. The guide electrode unit 130 guides the advancing direction of the nanofibers radiated from the nozzle 113. To this end, the guide electrode 130 may include a first guide electrode 131, a second guide electrode 133, a third voltage generator 135, and a switching device 137. The first and second guide electrodes 131 and 133 are positioned adjacent to the ends of the nozzles 113 from which the nanofibers are radiated, extend in one direction (Y), are parallel to each other, and intersect the ends of the nozzles 113. And spaced apart from each other at predetermined intervals. The first and second guide electrodes 131 and 133 may be formed of an electrically conductive material, and may be electrically separated from each other. That is, a specific voltage may be applied to only one of the first and second guide electrodes and no voltage may be applied to the other. Alternatively, different voltages may be applied to the first and second guide electrodes 131 and 133. The first and second guide electrodes 131 and 133 may have the same shape. The shape of each of the first and second guide electrodes 131 and 133 is not particularly limited. Specifically, each of the first and second guide electrodes 131 and 133 may have a rod shape having various shapes such as a circular shape, a polygonal shape, a semicircular shape, an elliptical shape, or the like, and may have a plate shape It is possible. 2A, each of the first and second guide electrodes 131 and 133 has a rectangular cross-section perpendicular to the stage 121 and has a rectangular shape in a direction Y parallel to the stage 121 And may have an elongated rod shape. 2B, each of the first and second guide electrodes 131 and 133 has a circular cross section perpendicular to the stage 121 and has a circular shape in a direction Y parallel to the stage 121 And may have an elongated rod shape. 2C, the first and second guide electrodes 131 and 133 are perpendicular to the stage 121 and have a plate shape facing each other with the nozzle 113 interposed therebetween Lt; / RTI > The third voltage generator 135 may be electrically connected to the first and second guide electrodes 131 and 133 via the switching device 137 and generate a third voltage. For example, the third voltage generator 137 may generate a ground voltage. In contrast, the third voltage generator 137 may generate a voltage having the same or opposite polarity as that of the first voltage applied to the nozzle 113 and having a magnitude smaller than the first voltage. The switching device 137 is electrically connected to the third voltage generator 135 and the first and second guide electrodes 131 and 133 and receives the third voltage generated by the third voltage generator 135. The guide electrode 131 and the second guide electrode 133 may be alternately applied. The switching device 137 may alternately apply a third voltage to the first guide electrode 131 and the second guide electrode 133 at a time interval of about 1 to 100 milliseconds (ms). When the third voltage is alternately applied to the first and second guide electrodes 131 and 133, an electric field formed between the nozzle 113 and the stage 121 is applied to the first or second guide electrodes 131 and 133. The altered and deformed electric field by the voltage applied alternately affects the traveling direction of the nanofibers such that the nanofibers electrospun from the nozzles 113 are arranged along the direction in which the guide electrodes 131 and 133 are installed. That is, since the switching device 137 alternately applies the third voltage generated by the third voltage generator 135 to the first guide electrode 131 and the second guide electrode 133, an embodiment of the present invention. The pattern forming apparatus 100 may arrange the nanofibers emitted from the nozzle 113 in parallel on the substrate.

도 3은 도 1에 도시된 마스크부를 설명하기 위한 사시도이다. 3 is a perspective view for explaining the mask portion shown in FIG.

도 1 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 장치(100)는 마스크부(140)를 더 포함할 수 있다. 마스크부(140)는 노즐(113)로부터 전기방사된 나노 섬유들이 정확한 위치에 도착하도록 나노 섬유들의 진행방향을 가이드한다. 이를 위하여, 마스크부(140)는 마스크(141) 및 제4 전압발생장치(143)를 포함할 수 있다. 마스크(141)는 스테이지(121)와 가이드 전극들(131, 133) 사이에 위치하고, 전기 전도성 물질로 이루어질 수 있다. 마스크(121)는 제1 및 제2 가이드 전극들(131, 133)이 연장된 방향(Y)과 평행한 방향 또는 교차하는 방향으로 연장된 선형의 개구부(141a)를 포함할 수 있다. 마스크(141)에 형성된 개구부(141a)의 폭과 길이는 필요에 따라 적절히 조절될 수 있다. 제4 전압발생장치(143)는 마스크(141)에 전기적으로 연결되고, 제4 전압을 생성하여 마스크(141)에 인가할 수 있다. 일례로 제4 전압발생장치(143)는 양의 전압을 생성하여 마스크(141)에 인가할 수 있다. 제4 전압발생장치(143)에 의해 마스크(141)에 양의 전압이 인가되면, 마스크(141)에는 전기장이 형성되고, 이러한 전기장에 의하여 마스크(141)와 마스크(141)의 개구부(141a)를 통과하는 나노 섬유 사이에는 척력(斥力)이 작용하게 된다. 그 결과, 마스크(141)의 개구부(141a)를 통과한 나노 섬유들은 상기 개구부(141a)보다 좁은 영역 안에서 배열될 수 있다. Referring to FIGS. 1 and 3, a pattern forming apparatus 100 according to an embodiment of the present invention may further include a mask unit 140. The mask part 140 guides the direction of the nanofibers so that the nanofibers electrospun from the nozzle 113 arrive at the correct positions. To this end, the mask unit 140 may include a mask 141 and a fourth voltage generator 143. The mask 141 is disposed between the stage 121 and the guide electrodes 131 and 133 and may be made of an electrically conductive material. The mask 121 may include a linear opening 141a extending in a direction parallel to or crossing a direction Y in which the first and second guide electrodes 131 and 133 extend. The width and length of the opening 141a formed in the mask 141 may be appropriately adjusted as necessary. The fourth voltage generator 143 may be electrically connected to the mask 141, and generate and apply a fourth voltage to the mask 141. For example, the fourth voltage generator 143 may generate a positive voltage and apply it to the mask 141. When a positive voltage is applied to the mask 141 by the fourth voltage generator 143, an electric field is formed in the mask 141, and the opening 141a of the mask 141 and the mask 141 is formed by the electric field. Repulsive force acts between the nanofibers passing through. As a result, the nanofibers passing through the opening 141a of the mask 141 may be arranged in a narrower area than the opening 141a.

도 4는 본 발명의 패턴 형성 장치를 이용하여 형성된 패턴의 광학 현미경 사진이다. 4 is an optical photomicrograph of a pattern formed using the pattern forming apparatus of the present invention.

도 4를 참조하면, 방사용액 섬유들을 서로 평행하게 배열되어 있음을 확인할 수 있다. 일반적으로, 전기 방사된 나노 섬유는 전기적 벤딩 불안정성(Electrical bending instability) 즉, 나노 섬유가 기판 방향으로 진행하는 동안 불안정하게 떨리면서 휘는 현상이 발생한다. 하지만, 도 4에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 패턴 형성 장치(100)는 이러한 문제점을 해결하여 기판 상에 나노 섬유들을 서로 평행하게 배열시킬 수 있다. Referring to Figure 4, it can be seen that the spinning solution fibers are arranged parallel to each other. Generally, the electrospun nanofibers cause electric bending instability, that is, the nanofibers vibrate unstably while advancing toward the substrate. However, as shown in FIG. 4, the pattern forming apparatus 100 according to the exemplary embodiment of the present invention may solve the problem and arrange the nanofibers on the substrate in parallel with each other.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 나노 섬유가 방사되는 노즐의 일단부에 인접하게 위치하고 일정한 전압이 서로 교대로 인가되는 제1 및 제2 가이드 전극을 구비하므로, 전기방사된 나노 섬유들을 기판에 서로 평행하게 배열시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 패턴 형성 장치는 전기장이 형성되는 전도성 마스크부를 더 구비함으로써 나노 섬유를 보다 정확한 위치에 배열시킬 수 있다. As described above, since the pattern forming apparatus according to the present invention includes the first and second guide electrodes which are positioned adjacent to one end of the nozzle to which the nanofibers are radiated, and have a constant voltage applied to each other, the electrospun nanofibers Can be arranged parallel to each other on a substrate. In addition, the pattern forming apparatus according to the present invention can further arrange the nanofibers in a more accurate position by further comprising a conductive mask portion is formed an electric field.

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.It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the present invention as defined by the following claims. It can be understood that it is possible.

Claims (7)

방사용액을 수용하는 시린지, 상기 시린지에 연결되고 상기 방사용액을 방사하는 노즐 및 상기 노즐에 제1 전압을 인가하는 제1 전압발생장치를 구비하는 용액방사부;
상기 노즐과 소정 간격 이격되게 배치된 스테이지 및 상기 스테이지에 상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가하는 제2 전압발생장치를 구비하는 스테이지부; 및
상기 노즐을 사이에 두고 서로 이격되게 배치되고 서로 전기적으로 분리된 제1 가이드 전극과 제2 가이드 전극, 상기 제1 전압과 다른 제3 전압을 생성하는 제3 전압발생장치 및 상기 제3 전압을 상기 제1 가이드 전극과 상기 제2 가이드 전극에 교대로 인가하는 스위칭 장치를 구비하는 가이드 전극부를 포함하는 패턴 형성 장치. A solution spinning unit including a syringe containing a spinning solution, a nozzle connected to the syringe and spinning the spinning solution, and a first voltage generator for applying a first voltage to the nozzle;
A stage unit having a stage disposed spaced apart from the nozzle by a predetermined interval, and a second voltage generator configured to apply a second voltage different from the first voltage to the stage; And
The first and second guide electrodes spaced apart from each other with the nozzles interposed therebetween and electrically separated from each other, a third voltage generator generating the third voltage different from the first voltage, and the third voltage. And a guide electrode part having a switching device applied alternately to the first guide electrode and the second guide electrode. 제1항에 있어서, 상기 제1 및 제2 가이드 전극 각각은 단면이 사각형 또는 원형인 막대 형상을 갖거나 상기 노즐을 사이에 두고 서로 마주보는 판 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치. The pattern forming apparatus of claim 1, wherein each of the first and second guide electrodes has a bar shape having a rectangular or circular cross section or a plate shape facing each other with the nozzle interposed therebetween. 제1항에 있어서, 상기 스위칭 장치는 1 내지 100 ms의 시간 간격으로 상기 제3 전압을 상기 제1 가이드 전극과 상기 제2 가이드 전극에 교대로 인가하는 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치. The pattern forming apparatus of claim 1, wherein the switching device alternately applies the third voltage to the first guide electrode and the second guide electrode at a time interval of 1 to 100 ms. 제3항에 있어서, 상기 제3 전압은 접지 전압이거나 상기 제1 전압보다 작은 크기를 갖는 전압인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치. The apparatus of claim 3, wherein the third voltage is a ground voltage or a voltage having a magnitude smaller than that of the first voltage. 방사용액을 수용하는 시린지, 상기 시린지에 연결되고 상기 방사용액을 방사하는 노즐 및 상기 노즐에 제1 전압을 인가하는 제1 전압발생장치를 구비하는 용액방사부;
상기 노즐과 소정 간격 이격되게 배치된 스테이지 및 상기 스테이지에 상기 제1 전압과 다른 제2 전압을 인가하는 제2 전압발생장치를 구비하는 스테이지부;
상기 노즐을 사이에 두고 서로 이격되게 배치되고 서로 전기적으로 분리된 제1 가이드 전극과 제2 가이드 전극, 상기 제1 전압과 다른 제3 전압을 생성하는 제3 전압발생장치 및 상기 제3 전압을 상기 제1 가이드 전극과 상기 제2 가이드 전극에 교대로 인가하는 스위칭 장치를 구비하는 가이드 전극부; 및
상기 제1 및 제2 가이드 전극들과 상기 스테이지 사이에 위치하고 선형 개구부를 구비한 전도성 마스크 및 상기 마스크에 상기 제1 전압과 다른 제4 전압을 인가하는 제4 전압발생장치를 구비하는 마스크부를 포함하는 패턴 형성 장치. A solution spinning unit including a syringe containing a spinning solution, a nozzle connected to the syringe and spinning the spinning solution, and a first voltage generator for applying a first voltage to the nozzle;
A stage unit having a stage disposed spaced apart from the nozzle by a predetermined interval, and a second voltage generator configured to apply a second voltage different from the first voltage to the stage;
The first and second guide electrodes spaced apart from each other with the nozzles interposed therebetween and electrically separated from each other, a third voltage generator for generating a third voltage different from the first voltage, and the third voltage. A guide electrode part having a switching device that is alternately applied to the first guide electrode and the second guide electrode; And
And a mask portion disposed between the first and second guide electrodes and the stage, the conductive mask having a linear opening and a fourth voltage generator configured to apply a fourth voltage different from the first voltage to the mask. Pattern forming apparatus. 제5항에 있어서, 상기 제4 전압은 상기 제1 전압과 동일한 극성을 갖는 전압인 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치. The apparatus of claim 5, wherein the fourth voltage is a voltage having the same polarity as the first voltage. 제5항에 있어서, 상기 개구부는 상기 제1 및 제2 가이드 전극과 교차하는 방향 또는 평행한 방향으로 연장된 것을 특징으로 하는 패턴 형성 장치. 6. The pattern forming apparatus of claim 5, wherein the opening extends in a direction crossing or parallel to the first and second guide electrodes.
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