KR101467116B1 - 표면 처리 방법 - Google Patents

Abstract

표면 처리 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 표면 처리 방법은 기판 표면에 그래핀 플레이크를 분사하여 마스크를 형성하는 마스크 형성 단계 및 그래핀 플레이크가 분사된 상기 기판 표면에 에너지원을 조사하는 에너지 조사 단계를 포함하여 이루어지며, 상기 에너지 조사 단계에서 상기 기판 표면에 분사된 그래핀 플레이크가 모두 식각될 때까지 에너지를 조사하고, 상기 에너지원은 대기압 플라즈마인 것을 특징으로 한다.

Description

표면 처리 방법{SURFACE TREATMENT METHOD}

본 발명은 기판의 표면 처리 방법에 관한 것으로 보다 구체적으로는, 기판과 함께 식각되는 그래핀 플레이크를 마스크로 사용하는 기판의 표면 처리 방법에 관한 것이다.

최근 들어 플렉서블 디스플레이 분야가 각광받고 있으며, 이에 대한 기술개발도 수년 전부터 꾸준히 이루어지고 있다. 플렉서블 디스플레이에서 전기신호를 보내는 방법으로 전도성 잉크를 기판에 분사하여 이를 통하여 전기신호를 입력하는데, 이러한 전도성 잉크의 퍼짐 현상으로 인하여 산업적으로 적용하는 것에 많은 어려움을 겪고 있다.

이와 같은 문제점을 해결하기 위한 방법으로 기판의 표면을 거칠게 만드는 방법을 사용하는데, 이렇게 기판의 표면을 거칠게 만드는 방법으로 기판 표면에 마스크를 증착하거나 코팅하여 플라즈마를 이용하는 표면 처리 방법이 있다.

한편, 종래의 마스크 기술로는 포토-레지스트 공정, 금속 마스크 공정 등이 있는데, 이러한 공정들은 기판에 마스크를 증착 혹은 코팅한 뒤 표면 처리 후 반드시 마스크를 제거해야만 한다.

따라서, 이러한 공정들은 여러 단계에 걸친 복잡한 공정으로 총 소요시간과 비용이 증가하는 단점을 가지고 있어, 산업적, 경제적인 측면에서 비효율적이다. 또한, 고가의 공정 장비, 마스크의 별도 보관 및 관리가 용이하지 않은 문제점을 가지고 있다.

이에, 공정 비용의 저가화, 대량생산, 마스크 공정의 단순화를 위한 새로운 표면 처리 방법이 필요하게 되었다.

공개특허공보 제2005-0059779호 '플라즈마 처리 장치와 이를 이용한 기판의 표면 처리 방법 및 식각방법'

본 발명의 목적은 기판의 표면을 거칠게 만드는 표면 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 그래핀 플레이크를 식각 마스크로 사용함으로써 식각 이후 별도의 마스크 제거 공정이 없는 표면 처리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 대면적 기판에 적용이 용이하고 간단한 공정의 표면 처리 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 바와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 따른 표면 처리 방법은, 기판 표면에 그래핀 플레이크를 분사하여 마스크를 형성하는 마스크 형성 단계 및 그래핀 플레이크가 분사된 상기 기판 표면에 에너지원을 조사하는 에너지 조사 단계를 포함한다.

또한, 상기 마스크 형성 단계는 상기 기판 표면에 그래핀 분산용액을 분사하는 단계 및 상기 기판을 가열하여 상기 그래핀 분산용액 중 그래핀 플레이크만을 기판에 남기는 단계를 포함하며, 상기 마스크 형성 단계에서는 원하는 표면 거칠기에 따라 상기 마스크의 밀도를 조절할 수 있다.

또한, 상기 마스크의 밀도는 상기 그래핀 분산용액의 분사 횟수 또는 분사 거리를 이용하여 조절할 수 있으며, 상기 에너지 조사 단계에서는 상기 기판 표면에 분사된 그래핀 플레이크가 모두 식각될 때까지 에너지를 조사하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 에너지원은 대기압 플라즈마일 수 있고, 상기 기판은 플렉서블 기판일 수 있다.

본 발명의 목적은 기판의 표면을 거칠게 만드는 표면 처리 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 다른 목적은 그래핀 플레이크를 식각 마스크로 사용함으로써 식각 이후 별도의 마스크 제거 공정이 없는 표면 처리 방법을 제공할 수 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 대면적 기판에 적용이 용이하고 간단한 공정의 표면 처리 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법을 나타내는 개략도이다.
도 2는 그래핀 플레이크의 밀도를 조절하여 기판 표면의 거친 정도를 조절하는 방법을 나타내는 개략도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 형성 단계에 있어서, 기판에 그래핀 플레이크를 분사하는 공정을 나타내는 개략도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 관한 표면 처리 방법에 대해 상세히 설명하도록 한다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예에 따른 동작을 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩뜨리지 않도록 생략될 수 있다.

또한, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 안 되며, 본 발명을 가장 적절하게 표현할 수 있도록 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 표면 처리 방법을 나타내는 개략도이다.

도 1을 참조하면, 도 1(a) 및 도 1(b)는 각각 마스크 형성 단계(S100), 에너지 조사 단계(S110)를 나타내며, 도 1(c)는 상기 마스크 형성 단계 및 에너지 조사 단계가 수행된 후의 표면 거칠기가 형성된 기판을 나타낸다.

보다 구체적으로, 도 1(a)를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 형성 단계에서는 그래핀 플레이크(10)를 이용하는데, 도 1(a)에 도시되는 바와 같이, 처리 대상 기판(20) 표면에 그래핀 플레이크를 분사하여 도포한다.

기판 표면에 도포되는 그래핀 플레이크는 이후 에너지 조사 단계(S110)에서 기판에 대하여 마스크로서 작용하게 되며, 마스크의 역할을 함과 동시에 그래핀 플레이크도 함께 식각되고, 따라서 종래의 마스킹 공정처럼 식각 후 마스크를 제거하는 공정이 불필요하므로 공정의 단순화 및 공정 시간의 단축이라는 본 발명의 목적을 달성할 수 있게 된다.

한편, 상기 기판은 전도성 잉크를 사용하는 Thin Glass, Metal foil 등의 플렉서블 기판이 대표적일 수 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 거친 표면이 필요한 어떠한 기판에도 본 발명에 따른 표면 처리 방법을 적용할 수 있다.

상기 그래핀 플레이크는 용액에 분산된 후 스프레이 건(spray gun)을 이용하여 기판(20)에 분사될 수 있는데, 기판에 분사된 용액은 증발하게 되고 그래핀 플레이크만 기판 표면에 남게 된다.

한편, 그래핀 분산용액은 분말 상태의 그래파이트 혹은 그래파이트 플레이크를 산 처리를 통해 합성한 후 용매에 균일하게 분산하여 얻어진 산화그래핀 분산용액을 환원공정을 통해 얻어진 것이며, 상기 산 처리 방법으로는 스타우덴마이어법, 험머스법, 브로디법 등이 알려져 있다.

상기 그래핀 분산용액에 사용되는 용매는 다양하게 존재하며, 일반적으로 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol)을 사용하며, 상기 용매에 분산제와 그래핀 플레이크를 넣어 초음파 분해(sonication)를 통하여 분산시켜 그래핀 분산용액을 만들 수 있다.

도 3을 참조하면, 기판(20)에 그래핀 플레이크가 분사되는 공정을 확인할 수 있는데, 상기 기판 하부의 이송장치(30) 내부에는 이송장치를 가열시키기 위한 가열봉이 들어가고, 상기 가열봉을 이용하여 상기 이송장치를 가열시킴으로써 기판에 분사된 그래핀 분산용액은 증발되고 그래핀 플레이크만을 남길 수 있게 된다.

상기 그래핀 분산용액이 충분히 증발될 수 있을 만큼 기판이 가열되지 않는 경우에는, 기판에 용액이 남아 얼룩이 생길 수 있으며, 이는 샘플의 특성에 악영향을 줄 수 있다. 또한, 상기 그래핀 분산용액이 남아있는 상태에서 기판에 에너지를 조사하게 되면, 아크가 발생할 수 있으므로 충분히 증발시키는 것이 중요하다.

하지만, 상기 용매는 이소프로필 알코올 등과 같은 휘발성이 강한 물질을 주로 사용하고, 따라서 50℃ 정도의 온도에서도 분산 용액의 제거가 쉽게 이루어진다.

한편, 도 1(b)를 참조하면, 상기 그래핀 플레이크가 분사된 기판에 에너지원을 조사하는 에너지 조사 단계(S110)가 수행되는 것을 확인할 수 있다.

상기 기판에 에너지를 조사하면, 상기 기판은 물론 기판에 도포된 상기 그래핀 플레이크도 함께 식각 된다. 본 발명은 별도의 추후 공정 없이 기판을 식각하여 기판 표면을 거칠게 하는 것을 목적으로 하는바, 결론적으로 상기 에너지 조사 단계를 통하여 상기 그래핀 플레이크는 기판 위에서 모두 식각되어 없어지게 된다.

따라서, 본 발명에 따른 표면 처리 방법의 공정을 모두 수행한 후에는, 요구되는 거칠기가 형성된 기판을 얻을 수 있게 됨과 동시에, 마스크를 제거하는 별도의 후 공정이 없으므로 기존의 방법에 비하여 간단하고 경제적이며 저가의 공정을 실현할 수 있다.

한편, 상기 그래핀 플레이크가 모두 식각되기 전이라 하더라도 원하는 정도의 거칠기를 형성한 경우에는, 공정 진행을 멈추고 기판에 남아있는 그래핀 플레이크를 물로 씻어냄으로써 표면 처리를 마무리할 수도 있다.

도 1(c)는, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 형성 단계 및 에너지 조사 단계를 모두 수행한 후의 기판의 모습을 나타내는데, 도 1(b)에서 그래핀 플레이크가 도포되어 있던 위치를 제외한 부분을 제외한 부분의 표면이 식각되어 거칠기가 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

한편, 상기 에너지 조사 단계를 통하여 기판에 분사된 그래핀 플레이크는 모두 식각 되어야하므로, 상기 에너지 조사 단계는 상기 그래핀 플레이크가 모두 식각될 때까지 에너지를 조사하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 표면 처리 방법은 전도성 잉크가 기판 위에서 퍼지는 문제를 해결하기 위한 발명이며, 위와 같은 단계를 거친 기판에는 전도성 잉크가 퍼지지 않도록 하는 거칠기가 형성되어 있기 때문에, 상술한 종래 기술의 문제를 해결할 수 있다.

일반적으로 전도성 잉크는 전기수력학(electrohydrodynamic) 분사법을 이용하여 기판 위에 분사되는데, 거칠기가 형성된 기판 위에 전도성 잉크를 분사하게 되면 기판 위에서 퍼지지도 않고, 일정한 선폭을 유지할 수 있게 된다.

도 2는 그래핀 플레이크의 밀도를 조절하여 기판의 표면 거칠기를 조절하는 방법을 나타내는 개략도이다.

도 2(a)는 도 1(a)와 비교하여 설명할 수 있는데, 도 2(a)의 그래핀 플레이크(10)는 도 1(a)의 그래핀 플레이크 보다 더 조밀하게 도포되어 있는 것을 확인할 수 있다.

이와 같이 조밀하게 도포되어 있는 기판(20)에 대하여 에너지를 조사하면, 도 2(b)를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 더 거친 표면을 갖는 기판을 형성할 수 있다.

한편, 상기 기판 표면에 도포되는 그래핀 플레이크의 밀도는 분사 조건을 달리함으로써 조절할 수 있는데, 그래핀 분산용액의 분사 횟수, 분사 거리 등이 분사 조건 중 하나일 수 있다.

예를 들어, 그래핀 분산용액을 여러 번 분사하거나, 기판에 가까운 거리에서 분사하게 되면, 기판 표면에 더 조밀하게 도포되므로 밀도가 높은 마스크를 형성할 수 있게 되며, 이렇게 높은 밀도의 마스크를 형성하여 표면 처리를 하게 되면 보다 거친 표면의 기판을 얻을 수 있다.

또한, 상기 마스크 형성 단계(S100)에서는 그래핀 플레이크의 입자 크기를 제어하여 분사할 수 있는데, 상기 그래핀 플레이크의 입자의 크기가 작을수록 상기 기판위에 더 조밀하게 도포하는 것이 가능하므로 기판의 표면을 보다 거칠게 할 수 있게 된다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 형성 단계에 있어서, 기판에 그래핀 분산용액을 분사하는 공정을 나타내는 개략도이다.

도 3을 참조하면, 기판(20)과 상기 기판을 지지하고 이송하는 이송장치(30) 및 상기 기판 표면에 그래핀 플레이크를 분사하는 분사 장치(40)를 확인할 수 있으며, 본 발명의 일 실시예에서 상기 분사 장치는 스프레이 건을 예로써 설명한다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 마스크 형성 단계에서는 그래핀 분산용액을 스프레이 건을 이용하여 기판 표면에 분사하는데, 도 3을 참조하면, 복수 개의 분사 노즐을 구비하는 분사 장치 즉, 복수 개의 스프레이 건을 이용하여 분사할 수 있다.

한편, 상기 스프레이 건은 기판의 면적 등과 같은 공정상 필요에 따라 적절한 개수를 설치하여 사용할 수 있음은 통상의 기술자에게 자명하다 할 것이며, 도 3은 복수 개의 스프레이 건이 사용되는 일 예를 설명하기 위함이다.

따라서, 본 발명에 따른 표면 처리 방법은 기판의 면적의 크고 작음에 그 적용이 제한되지 않으며, 대면적 기판에도 용이하게 적용할 수 있는 장점을 갖는다.

상기 이송 장치(30)는 상기 기판을 지지함과 동시에 좌우(도면상 화살표 방향)로 왕복 운동함으로써 그래핀 플레이크가 기판에 골고루 뿌려질 수 있도록 하며, 상술한 바와 같이, 별도의 가열봉(미도시)에 의하여 가열됨으로써 분사된 용액은 증발되고, 그래핀 플레이크만 기판 표면에 도포되도록 하는 역할을 수행한다.

마스크 형성 단계(S100)에서 원하는 밀도의 마스크를 형성하고 나면, 에너지 조사 단계(S110)를 거치게 되는데, 상기 에너지 조사 단계에서는 그래핀 플레이크가 도포된 기판에 에너지를 조사하여 결과적으로 기판 표면에 원하는 거칠기를 형성하게 된다.

종래 일반적인 방법에서는 마스크를 이용한 표면 처리 단계가 끝나면 반드시 마스크를 제거하고 마스크를 별도로 보관하여야 하므로, 공정이 복잡하여 소요 시간이 길고 관리가 용이하지 않은 어려움이 존재한다.

하지만, 본 발명에 따른 표면 처리 방법은 그래핀 플레이크를 도포하여 이를 마스크로서 이용하고, 에너지 조사 단계(S110)에서 조사되는 에너지에 의하여 기판과 함께 그래핀 플레이크가 식각되므로, 식각 공정 이후에 별도로 마스크를 제거하는 단계가 필요하지 않게 되어 공정을 단순화 시킬 수 있다.

한편, 상기 에너지 조사 단계(S110)에서 사용되는 에너지원으로서 플라즈마를 사용할 수 있는데, 대기압 플라즈마, 진공 플라즈마 또는 이온빔, 중성빔 등의 에너지원을 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 일 실시예에 따른 에너지 조사 단계에서는 대기압 플라즈마를 이용하여 기판 표면에 거칠기를 형성할 수 있다.

상기 대기압 플라즈마를 발생시키는 장치(미도시)로는 일반적인 대기압 플라즈마 장치를 사용할 수 있으며, 별도의 챔버를 구비하지 않고도 원하는 기판 처리를 할 수 있기 때문에 실질적인 공정 비용 절감 효과를 가져올 수 있다.

또한, 연속 공정이 가능한 in-line 시스템을 적용할 수 있으므로, 실제 산업 현장에 적용이 용이하다.

한편, 상기 에너지원은 대기압 플라즈마 이외에도 다양한 소스를 이용할 수 있으며, 이러한 에너지원을 이용한 기판 표면 처리는 일반적인 식각 공정과 동일한 공정을 거치게 되며, 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 적용 가능하다 할 것이므로 구체적인 설명은 생략하도록 한다.

10 : 그래핀 플레이크 20 : 기판
30 : 이송 장치 40 : 분사 장치

Claims (7)

1. 기판 표면에 그래핀 플레이크를 분사하여 마스크를 형성하는 마스크 형성 단계;
   그래핀 플레이크가 분사된 상기 기판 표면에 에너지원을 조사하는 에너지 조사 단계;
   상기 마스크 형성 단계는 상기 기판 표면에 그래핀 분산용액을 분사하는 단계; 및
   상기 기판을 가열하여 상기 그래핀 분산용액 중 그래핀 플레이크만을 기판에 남기는 단계;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
   
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 마스크 형성 단계에서 원하는 표면 거칠기에 따라 상기 마스크의 밀도를 조절하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 마스크 형성 단계에서 상기 그래핀 분산용액의 분사 횟수 또는 분사 거리를 조절하여 상기 마스크의 밀도를 조절하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 에너지 조사 단계에서 상기 기판 표면에 분사된 그래핀 플레이크가 모두 식각될 때까지 에너지를 조사하는 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 에너지원은 대기압 플라즈마인 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.
   
7. 제1항 및 제3항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
   상기 기판은 플렉서블 기판인 것을 특징으로 하는 표면 처리 방법.

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