KR101427344B1 - 인쇄 패턴 형성 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 인쇄 패턴 형성 방법 및 장치에 관한 것으로 더욱 상세하게는 다중 분해능 패턴 제작 기술을 적용하여 전자 소자를 제작하는 방법에 관한 것이다.
이를 위해 본 발명의 인쇄 패턴 형성 방법은 인쇄 패턴을 형성하고 있는 인쇄롤의 일부를 잉크가 보관되어 있는 용액조에 내부에서 회전시켜 상기 인쇄 패턴에 잉크가 코딩되도록 하는 단계, 상기 인쇄 패턴에 코딩된 상기 잉크가 상기 인쇄롤과 밀착되어 회전하는 가압롤 사이로 공급되는 인쇄 필름에 코딩되도록 하는 단계, 상기 인쇄 필름에 코딩된 인쇄 패턴에서 상대적으로 선폭이 얇은 미세 인쇄 패턴을 형성할 영역의 상단에 마스크를 형성한 후 상기 인쇄 패턴을 건조시키는 단계, 및 레이저 패터닝 장치를 이용하여 상기 미세 인쇄 패턴을 형성할 영역에 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

인쇄 패턴 형성 방법{PRINTING METHOD FOR FORMING PATTERN}

본 발명은 인쇄 패턴 형성 방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 다중 분해능 패턴 제작 기술을 적용하여 전자 소자를 제작하는 방법에 관한 것이다.

인쇄 공정을 이용한 전자 소자 제작 기술은 가장 양산성이 있는 생산 기술이며, 다양한 응용 산업 분야에 활용되고 있다. 롤투롤(Roll to Roll) 방식의 인쇄 전자 기술은 전통 인쇄 공정 기술을 접목하여 최첨단 IT 산업 분야로 발전하고 있으며, 현재 분해능의 향상과 양산성 확보를 위해 끊임없이 기술 경쟁을 하고 있는 분야이다.

기존 롤공정을 이용한 인쇄 공정의 대표적인 예는 그라비아 인쇄 공정이다. 그라비아 인쇄 공정은 스크린 프린팅 방식에 비해서 롤 이송속도가 빠르기 때문에 생산성이 우수한 장점이 있다. 그라비아 인쇄 기술은 금속 롤에 도포한 감광제를 노광 에칭하여 마스킹 층을 형성하고, 이후 에칭 방식으로 음성을 형성함으로써 30㎛ 수준의 미세 패턴을 형성하는 기술이다. 이 경우 상술한 바와 같이 금속 롤에 미세 패턴을 형성하기 위해서는 여러 단계의 공정을 수행하며, 이렇게 제작된 그라비아 인쇄 롤은 변경이 불가능하며, 제작시 고가의 비용이 요구된다.

본 발명이 해결하려는 과제는 양산성을 향상시켜 인쇄 롤 제조비용을 감소시킬 수 있는 인쇄 공정을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 다른 과제는 기존 그라비아 인쇄 공정에서 한계인 10㎛ 이하의 미세 패터닝을 구현할 수 있는 인쇄 고정을 제안함에 있다.

본 발명이 해결하려는 또 다른 과제는 인쇄 패턴을 형성하는 공정 시간을 감소시키는 방안을 제안함에 있다.

이를 위해 본 발명의 인쇄 패턴 형성 방법은 인쇄 패턴을 형성하고 있는 인쇄롤의 일부를 잉크가 보관되어 있는 용액조에 내부에서 회전시켜 상기 인쇄 패턴에 잉크가 코딩되도록 하는 단계, 상기 인쇄 패턴에 코딩된 상기 잉크가 상기 인쇄롤과 밀착되어 회전하는 가압롤 사이로 공급되는 인쇄 필름에 코딩되도록 하는 단계, 상기 인쇄 필름에 코딩된 인쇄 패턴에서 상대적으로 선폭이 얇은 미세 인쇄 패턴을 형성할 영역의 상단에 마스크를 형성한 후 상기 인쇄 패턴을 건조시키는 단계, 및 레이저 패터닝 장치를 이용하여 상기 미세 인쇄 패턴을 형성할 영역에 미세 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.

이를 위해 본 발명의 인쇄 패턴 형성 방법은 인쇄 패턴을 형성하고 있는 인쇄롤의 일부를 잉크가 보관되어 있는 용액조에 내부에서 회전시켜 상기 인쇄 패턴에 잉크가 코딩되도록 하는 단계, 상기 인쇄 패턴에 코딩된 상기 잉크가 상기 인쇄롤과 밀착되어 회전하는 가압롤 사이로 공급되는 인쇄 필름에 코딩되도록 하는 단계, 레이저 패터닝 장치를 이용하여 상기 인쇄 필름에 코딩된 인쇄 패턴에서 상대적으로 선폭이 얇은 미세 인쇄 패턴을 형성하는 단계 및 상기 미세 인쇄 패턴을 형성할 영역의 상단에 마스크를 형성한 후 상기 인쇄 패턴을 건조시키는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 인쇄 공정을 이용한 전자 소자 제작 방법은 기존 방식과 달리 실리콘 몰드 또는 패턴 필름을 활용한 부착 방식의 패턴 롤을 제작하고 용액에 접촉 전사하는 방식으로 인쇄 공정을 수행함으로써 인쇄 롤 제작 비용을 감소시킬 수 있다.

또한, 미세 패턴을 제작함에 있어 미세 패턴을 필요로 하는 영역에 국한하여 레이저 패터닝 공정을 수행함으로써 레이저 공정의 단점인 공정시간을 최소화하여 양산성을 향상시키며, 이로 인해 전자 소자의 제조비용을 감소시킬 수 있다. 부가하여 기존 그라비아 인쇄 공정만으로는 확보할 수 있는 10㎛ 이하의 미세 패터닝을 구현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 공정을 도시한 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 공정을 수행하는 구성을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 공정을 수행하는 구성을 도시한 다른 도면이다.
도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 필름에 인쇄 패턴을 형성하는 구성을 도시한 다른 도면이다.
도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 임프린팅 패턴 층이 형성된 기판을 이용하여 인쇄 패턴을 형성하는 과정을 도시하고 있다.
도 6은 본 발명에서 제안하는 인쇄 방식에 따른 전자 소자를 도시하고 있다.

전술한, 그리고 추가적인 본 발명의 양상들은 첨부된 도면을 참조하여 설명되는 바람직한 실시 예들을 통하여 더욱 명백해질 것이다. 이하에서는 본 발명의 이러한 실시 예를 통해 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 공정을 도시한 흐름도이다. 이하 도 1을 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 공정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

S100단계는 인쇄 필름 이송단계이다. 이하에서는 먼저 인쇄 공정을 수행하는 구성에 대해 알아보기로 한다.

도 2는 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 공정을 수행하는 구성을 도시한 도면이다. 이하 도 2를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 공정을 수행하는 구성에 대해 알아보기로 한다.

도 2에 의하면, 인쇄 공정을 수행하는 구성은 용액조, 용액, 블레이드, 가압롤, 인쇄 필름, 인쇄롤을 포함한다. 물론 상술한 구성 이외에 다른 구성이 인쇄 공정을 수행하는 구성에 포함될 수 있다.

인쇄 공정을 위해 사용되는 인쇄 필름(5)은 PET, PI, PC, PMMA, 종이, 비닐 중 하나이며, 인쇄 패턴을 형성하기 위해 인쇄 필름 이송 단계를 수행한다.

S102단계는 인쇄 롤 회전 단계이다. 인쇄 롤은 도 2와 같이 그라비아 롤, 실리콘 패턴 몰드 또는 필름 패턴 몰드 등을 적용한 접촉 전사 방식으로 구성될 수 있다. 미세 패터닝을 수행하기 위해 50 내지 100㎛ 이상의 분해능을 갖는 인쇄 영역이 필요한 경우 실리콘 패턴 몰드 등과 같은 접촉 전사 방식 롤을 적용하는 것이 바람직하며, 15 내지 50㎛의 분해능을 갖는 영역 패턴이 필요한 경우에는 그라비아 인쇄 롤을 적용하는 것이 바람직하다. 그라비아 인쇄롤을 적용하여 인쇄영역을 형성하고, 본 발명에서 제안하는 레이저 패터닝을 적용하는 경우 기존의 그라비아 인쇄공정으로 구현할 수 없는 15-50um이하의 미세 분해능을 구현함과 동시에 미세 패턴 영역을 최소화하고, 공정 속도를 향상시킬 수 있다.

또한, 그라비아 인쇄롤을 사용하지 않는 경우 별도의 인쇄롤 제작에 드는 비용이 발생하지 않아 경제적 장점을 확보할 수 있으며, 비교적 값싼 실리콘 패턴 몰드로 저 분해능 패턴 영역을 형성한 후 본 발명에서 제안하는 레이저 패터닝 공정을 수행함으로써 미세 패터닝을 경제적인 양산 속도로 제작할 수 있다.

용액 조(1)에 담겨 있는 용액(2)은 인쇄 전자를 위해 사용되는 메탈잉크, 메탈나노와이어, 산화물잉크, 고분자잉크 등 다양한 용액이 사용될 수 있다. 인쇄 롤(7)에 접촉한 용액(2)은 블레이드(3)에 의해 일정한 양으로 음각화되어 있는 인쇄 패턴(8)에 충진되고, 인쇄 필름(5)상에 인쇄패턴(6)을 형성한다. 인쇄 롤(7)과 인쇄 패턴(8)은 그라비아 인쇄롤을 적용하는 것이 바람직하나, 그라비아 인쇄롤 제작의 단점인 비용 절감을 위해서 실리콘 몰드, 이형필름 또는 실리콘 패턴 코팅된 필름과 같은 다양한 몰드 재료에 인쇄 패턴을 형성할 수 있다. 형성된 인쇄 패턴을 인쇄 롤(7)에 감아서 인쇄 패턴(8)을 구성할 수 있다. 이후, 본 발명은 상술한 바와 같이 블레이드(3)에 의해 균등한 양으로 용액을 코팅한 후 인쇄 필름(5)상에 인쇄패턴(6)을 형성한다.

S104단계는 건조 및 인쇄 패턴 형성 단계이다. 인쇄 패턴(6)을 인쇄 필름(5)상에 형성한 후 건조 과정을 수행하여 용액이 인쇄 필름(5)에 고착되도록 한다. 건조방식은 적외선 건조방식이 가장 바람직하여 필요에 따라 열풍건조, UV 건조 등의 다른 다양한 건조 식 중 하나를 선택할 수 있다. 인쇄 용액은 대부분 솔벤트를 함유한 재료로 구성되므로 적외선 건조기를 이용한 건조 방식을 활용하는 경우 솔벤트를 휘발시킴과 동시에 인쇄 용액은 인쇄 필름에 고착화되어 인쇄 패턴이 형성된다. 본 발명과 관련하여 모든 인쇄 필름에 대해 건조 공정을 수행하는 것이 아니라 레이저를 이용하여 미세 인쇄 패턴을 형성할 인쇄 필름에 대해서는 건조 공정을 수행하지 않는다. 즉, 레이저에 이용하여 미세 인쇄 패턴을 형성할 인쇄 필름의 상단에 마스크를 형성한다.

즉, 도 3에 도시되어 있는 바와 같이 미세 인쇄 패턴을 형성할 인쇄 필름의 상단에 마스크(14)를 형성하며, 열원(16)을 이용하여 인쇄 패턴을 건조함을 알 수 있다.

S106단계는 인쇄 필름 이송 단계이다. 즉, 인쇄 필름에 고착된 인쇄 용액을 레이저 패터닝을 수행하기 위해 인쇄 필름 이송 단계를 수행한다. 이송롤에 의해 인쇄 패턴이 형성된 인쇄 필름을 레이저 패터닝을 위한 위치 정렬을 수행할 수 있는 단계로 이송되도록 한다.

도 4는 본 발명의 일실시 예에 따른 인쇄 공정을 도시한 도면이다. 도 4에 의하면 인쇄 공정을 수행한 구성은 이송롤(11), 인쇄 필름(13, 15), 레이저 패터닝 장치(17)를 포함한다. 인쇄 필름(13)은 건조 과정을 수행하지 않은 인쇄 필름이며, 인쇄 필름(15)은 건조 과정이 수행된 필름이다.

S108단계는 위치 정렬 단계이다. 본 발명에서 제안하는 레이저 패터닝 공정을 수행하기에 앞서 레이저 패터닝 영역과 샘플의 위치를 정렬할 필요가 있다. 위치 정렬은 정렬(Alignment) 마커를 이용하여 수행되도록 한다. 정렬 마커는 100단계 내지 104단계에서 인쇄된 패턴 중의 일부 특정 위치를 비전으로 인식하고, 이 위치를 레이저 패터닝 영역 위치와 동기화 되도록 장비를 사전에 설정함으로써 위치 정렬 공정이 원활히 수행될 수 있도록 한다. 장비의 사전 정렬 공정은 정렬 마커 위치와 레이저 패터닝 위치가 일치하도록 구성하는 과정이다. 정렬 마커 위치가 레이저 패터닝 위치와 동일하도록 사전에 장비를 통해 구성됨으로써 실제 공정 단계에서는 비전 정렬만 수행하고, 레이저 패터닝 공정을 바로 수행할 수 있다.

S110단계는 레이저 파장 및 파워 선택 단계이다. 레이저 패터닝 공정을 수행하기에 앞서 레이저 패터닝을 위한 레이저 파장, 파워, 레이저 스캔 속도, 펄스 반복율, 펄스폭 등과 같은 공정 변수의 설정치를 선택한다. 설정치는 인쇄 용액의 재료 특성에 따라 달라질 수 있다. 또한, 인쇄 필름의 소재 특성에 따라서도 설정치는 달리 적용될 수 있다. 재료의 흡수 스펙트럼을 기준으로 레이저 파장과 파워를 기본으로 선택하며, 그 외 다양한 목적에 의해 다양한 레이저 패터닝 공정 변수를 조절한다.

S112단계는 미세 패턴 형성 단계이다. 다중 분해능 패턴 제작단계에 있어 미세 패턴 형성 단계는 레이저 패터닝 장치에 의해 수행된다. 100단계 내지 104단계에서 비교적 큰 분해능을 갖는 패턴이 형성된 인쇄 필름에 레이저 패터닝 공정을 수행함으로써 미세 패턴 형성 공정이 완료되도록 한다.

레이저를 이용한 패턴 형성은 그라비아 공정에서 복제된 인쇄롤을 사용하여 패턴을 형성하는 간접 방식과 달리 디지털 인터페이스 기술을 활용한 직접 패턴 형성 방식이다. 즉, 그라비아 공정은 신규 패턴 형성을 위해 계속 새로운 인쇄롤을 제작해야 하는 방식이고, 레이저 패터닝 공정은 신규 패턴형성을 위해 컴퓨터상의 디지털 데이터만 교체함으로써 신규 패턴 형성이 가능하다는 장점이 있다. 레이저 패터닝은 사용하는 광학시스템 선택에 따라 5-15um 이하의 분해능을 갖는 미세 선폭 패턴의 제작도 가능하다는 장점이 있다.

본 발명에서 제안하는 다중 분해능 패턴 형성을 위한 레이저 패터닝 공정은 갈바노 스캐너 미러 레이저 패터닝, 모터구동 레이저 패터닝 등의 레이저 패터닝을 적용할 수 있다. 또한, 본 발명에서의 레이저 패터닝 공정은 영역 인쇄에 해당하는 50-100um 이상의 분해능을 갖는 용액 인쇄 공정을 전단계로 수행한 후 50-100um 이하의 미세 패터닝이 필요한 국부적인 영역에 레이저 패터닝을 수행하는 이중 공정을 제안한다. 레이저 패터닝 공정은 Step & Repeat 방식으로 일정 영역의 레이저 패터닝이 수행되는 동안 필름의 이송을 멈추고 패턴 형성 후 다시 필름을 이송하는 방식으로 수행될 수 있다. 이 경우 갈바노 스캐너 미러 레이저 패터닝 방식을 적용하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 달리 필름의 이송 속도를 등속으로 세팅하고 레이저의 스캐닝을 필름의 이송 수직축에 대해서만 스캐닝을 함으로써 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 레이저 패터닝을 수행할 수도 있다. 이 경우 모터 구동 레이저 패터닝 방식을 적용하는 것이 더 바람직하다. 이외에도 레이저를 이용한 다양한 패턴 구현 방식이 적용될 수 있다.

상술한 도 1의 건조 및 영역 패턴 형성 단계와 미세 패턴 형성 단계를 역순으로 수행할 수 있다. 즉, 레이저를 이용하여 미세 패턴을 형성한 후 마스크를 이용하여 미세 패턴의 형성이 필요하지 않는 영역을 건조할 수 있다.

인쇄 영역 형성 공정은 임프린팅 기술을 이용해 적용될 수도 있다.

도 5는 본 발명의 일실시 예에 따른 임프린팅 패턴 층이 형성된 기판을 이용하여 인쇄 패턴을 형성하는 과정을 도시하고 있다. 이하 도 5를 이용하여 본 발명의 일실시 예에 따른 임프린팅 패턴 층이 형성된 기판을 이용하여 인쇄 패턴을 형성하는 과정에 대해 상세하게 알아보기로 한다.

임프린팅 패턴 층(41)이 형성된 기판(12)에 복사 가열원(열원)(16)을 적용하여 마스크(14)가 형성된 부분을 제외한 나머지 영역을 가열하여 인쇄 영역 소결 공정을 수행한다. 그 후 마스크(14)를 제거하고 레이저 패터닝 소결 공정을 수행함으로써 임프린팅 패턴 중 레이저 소결 또는 건조된 패턴(42)을 형성하고 레이저 조사되지 않은 용액상 잔류 잉크를 세척 건조함으로써 전 공정을 완료할 수도 있다. 그 외 적용방법은 앞에서 기술한 바와 동일하다.

도 6은 본 발명에서 제안하는 인쇄 방식에 따른 전자 소자를 도시하고 있다. 상대적으로 큰 패턴 영역을 갖는 인쇄 공정은 그라비아 인쇄를 포함한 소프트 실리콘 몰드를 이용하는 접촉 전사 방식을 사용한다. 접촉 전사 방식을 통해 50-100um 이상의 인쇄 영역의 외곽라인(31)을 형성한다. 그 다음 레이저 패터닝 소결 또는 건조되어질 영역을 제외하고 그 외 영역이 소결 또는 건조 되도록 마스크를 적용하여 마스킹 영역(32)를 형성한다. 복사 열원을 조사함으로써 마스킹 영역 외 부분은 소결 또는 건조가 되도록 공정을 수행한다. 마스크를 제거하고 그 다음 레이저를 이용해 국부적으로 미세 패터닝 소결 또는 건조(33)을 갖는 공정을 수행하여 50-100um 이하의 미세 패턴 영역을 형성한다. 그리고, 용액상 잔류 인쇄패턴 영역(34)을 세척 건조함으로써 전 공정을 완료한다.

다른 예로는 그라비아 인쇄 공정을 통해 15-50um 이상의 인쇄 영역의 외곽라인을 형성한 후 레이저를 이용하여 15-50um 이하의 미세 패턴 영역을 형성한다. 이러한 방식을 통해 본 발명은 터치패널, TFT-LCD, OLED, Flexible Electronic Device, Photovoltaics 등 다양한 산업 전반에서 인쇄 공정 기반 미세 패터닝을 필요로 하는 제품 제작 공정 수행에 적용될 수 있다.

본 발명은 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다.

1: 용액조 2: 용액
3: 블레이드 4: 인쇄 필름
7: 인쇄 롤

Claims (6)

1. 인쇄 패턴을 형성하고 있는 인쇄롤의 일부를 잉크가 보관되어 있는 용액조에
   내부에서 회전시켜 상기 인쇄 패턴에 잉크가 코팅되도록 하는 단계;
   상기 인쇄 패턴에 코팅된 상기 잉크가 상기 인쇄롤과 밀착되어 회전하는 가압롤 사이로 공급되는 인쇄 필름에 코팅되도록 하는 단계;
   상기 인쇄 필름에 코팅된 인쇄 패턴에서 레이저 인쇄 패턴을 형성할 영역의 상단에 마스크를 형성한 후 상기 인쇄 패턴을 건조시키는 단계; 및
   레이저 패터닝 장치를 이용하여 상기 레이저 인쇄 패턴을 형성할 영역에 레이저 패턴을 형성하는 단계를 포함함을 특징으로 하는 인쇄 패턴 형성 방법.
   
2. 제 1항에 있어서, 상기 건조 단계는 열풍 건조, 적외선 건조, 자외선 건조 중 하나에 의해 건조함을 특징으로 하는 인쇄 패턴 형성 방법.
   
3. 제 2항에 있어서, 상기 건조 단계 이후에, 상기 인쇄 필름에 코팅된 잉크의 위치에 따라 상기 레이저 패터닝 장치의 위치를 정렬하는 정렬 단계를 수행함을 특징으로 하는 인쇄 패턴 형성 방법.
   
4. 제 1항에 있어서, 상기 잉크는 메탈 잉크, 메탈나노와이어, 산화물잉크, 고분자잉크 중 어느 하나임을 특징으로 하는 인쇄 패턴 형성 방법.
   
5. 제 1항에 있어서, 상기 레이저 패턴을 형성하는 단계는,
   상기 잉크에 따라 상기 레이저 패터닝 장치에서 출사되는 레이저의 파장, 파워, 스캔 속도, 펄스 반복률, 펄스폭 중 적어도 어느 하나를 변경함을 특징으로 하는 인쇄 패턴 형성 방법.
   
6. 인쇄 패턴을 형성하고 있는 인쇄롤의 일부를 잉크가 보관되어 있는 용액조에 내부에서 회전시켜 상기 인쇄 패턴에 잉크가 코팅되도록 하는 단계;
   상기 인쇄 패턴에 코팅된 상기 잉크가 상기 인쇄롤과 밀착되어 회전하는 가압롤 사이로 공급되는 인쇄 필름에 코팅되도록 하는 단계;
   레이저 패터닝 장치를 이용하여 상기 인쇄 필름에 코팅된 인쇄 패턴에서 레이저 패턴을 형성하는 단계; 및
   상기 레이저 패턴이 형성된 영역의 상단에 마스크를 형성한 후 상기 인쇄 패턴을 건조시키는 단계를 포함함을 특징으로 하는 인쇄 패턴 형성 방법.

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