KR101701675B1

KR101701675B1 - 나노/마이크로 구조체 제조 장치 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR101701675B1
Application number: KR1020160078055A
Authority: KR
Inventors: 김영준; 오제훈; 장신
Original assignee: 한양대학교 에리카산학협력단
Priority date: 2016-06-22
Filing date: 2016-06-22
Publication date: 2017-02-02
Also published as: KR20160078316A

Abstract

나노/마이크로 구조체 제조 장치가 제공된다. 나노/마이크로 구조체 제조 장치는, 유체를 토출하는 노즐, 노즐에 전압을 인가하여 유체를 토출시키는 전압 인가부를 포함하고 노즐은, 노즐의 일단에, 노즐에 인가된 전압에 의하여 상기 유체가 토출되는 사선부를 포함하고, 사선부의 단부면 및 내벽면 중 적어도 일면은 친수성을 가진다. 이로써, 미세 패턴 제작 및 구동 문턱 전압을 최소화할 수 있다.

Description

나노/마이크로 구조체 제조 장치 및 그 제조 방법 {APPARATUS FOR MANUFACTURING NANO/MICRO STRUCTURE AND METHOD THEREOF}

본 발명은 나노/마이크로 구조체 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 미세 패턴을 형성하는 나노/마이크로 구조체 제조 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

최근 인쇄 전자 산업이 발전함에 따라 직접 인쇄 기술에 대한 관심이 높아지고 있다. 직접 인쇄 기술은 기판에 직접 전도성 패턴을 형성하는 기술로서, 포토리소그라피(photolithography) 기술에 비해 공정이 간단하고, 패턴 형성 시간이 짧다는 장점을 가지고 있다. 또한, 직접 인쇄 기술은 마스크가 필요 없으므로 제조 비용을 절감할 수 있고, 에칭 공정이 필요 없기 때문에 친환경적이라는 장점을 가지고 있다.

직접 인쇄 기술에는 접촉식 인쇄 기술과 비접촉식 인쇄 기술이 있다. 접촉식 인쇄 기술은 원하는 형상의 패턴을 얻기 위하여 몰드와 기판간의 접촉이 있어야 한다. 따라서, 기판 표면에 손상이 발생할 수 있으며, 원하는 패턴에 따라 몰드를 별도 제작해야 하는 어려움이 있다. 이와 달리, 비접촉식 인쇄 기술은 노즐로부터 액적을 분사하여 기판 위에 원하는 패턴을 직접 인쇄할 수 있는 기술이므로, 접촉식 인쇄 기술 대비 유리함을 제공할 수 있다.

특히, 전기방사(Electrospinning) 공정과 전기수력학 프린팅 (electrohydrodynamic printing) 공정은 직접 인쇄 기술이 갖고 있는 단점인 낮은 해상도를 극복할 수 있는 기술로서 각광받고 있다.

이들 전기방사 공정과 전기수력학 프린팅 공정은 미세 패턴을 형성하기 위하여, 노즐과 기판 사이에 문턱 전압 이상의 전압차를 형성하고, 형성된 전압차에 따른 전기력을 이용하여 노즐에서 유체를 토출시키는 기술이다.

그러나, 전기력을 증가시켜 유체를 토출시킬 경우 높은 전압이 필요하게 되므로, electrical breakdown이 발생할 가능성이 높은 등 제어가 용이하지 않을 수 있다. 또한, 문턱전압 이상의 전압에서 유체가 토출되었을 때 형성되는 패턴의 폭이 여전히 넓어 미세 패터닝에 한계가 있다.

한국공개특허 10-2008-0099366

본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 미세 패턴을 형성하는 나노/마이크로 구조체 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 요구되는 문턱 전압을 최소화하는 나노/마이크로 구조체 제조 장치 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 열거한 과제에 제한되지 않는다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치는, 유체를 토출하는 노즐 및 상기 노즐에 전압을 인가하여 상기 유체를 토출시키는 전압 인가부를 포함하고 상기 노즐은, 상기 노즐의 일단에, 상기 노즐에 인가된 전압에 의하여 상기 유체가 토출되는 사선부를 포함하고, 상기 사선부의 단부면 및 내벽면 중 적어도 일면은 친수성을 가진다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치는, 상기 사선부의 단부면 중, 사선의 하단부에 친수성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치는 상기 사선부의 내벽면 중, 사선의 하단부에 친수성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 상기 사선부는 상기 노즐의 길이 방향과 같은 방향으로 연장하는 제1 측과 제2 측을 포함하고 상기 제1 측과 상기 제2 측은 상기 길이 방향으로 길이가 상이할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 사선부는 상기 노즐의 길이 방향에 대하여 19도의 경사각을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 상기 사선부를 통하여 토출된 유체는, 0.7um의 폭을 가지는 미세 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 상기 사선부를 통하여 토출된 유체는, 상기 노즐 내경 대비, 0.007 비율의 폭을 가지는 미세 패턴을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 상기 사선부는, UV/O3, 플라즈마, 레이저, 스핀 코팅 및 SAM (Self Aligned Monolayer) 중 적어도 하나의 방법을 통하여 친수성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 상기 사선부의 외벽면은 소수성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치는 상기 사선부의 외벽면에 소수성이 형성된 후 상기 사선부의 내벽면에 친수성이 형성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 상기 사선부는 상기 사선부의 외벽면 중, 사선의 하단부에 소수성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 상기 사선부의 외벽면은, UV/O3, 플라즈마, 레이저, 스핀 코팅 및 SAM (Self Aligned Monolayer) 중 적어도 하나의 방법을 통하여 소수성을 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치는 상기 유체가 토출되는 방향에 이격하여 위치하는 스테이지를 더 포함하고, 상기 노즐에 인가된 전압과 상기 스테이지에 인가된 전압의 차에 의하여 상기 유체가 토출될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 제조 방법은, 사선부를 포함하는 노즐을 준비하는 단계; 상기 사선부의 외벽면을 소수성 처리하는 단계; 및 상기 소수성 처리 단계 이후, 상기 사선부의 단부면 및 내벽면 중 적어도 일면을 친수성 처리하는 단계를 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 제조 방법은 상기 사선부의 단부면 중, 사선의 하단부에 친수성을 형성할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 제조 방법은 상기 사선부의 외벽면 중, 사선의 하단부에 소수성을 형성할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 의하면 사선 형상의 노즐 끝단과 표면 처리를 통하여, 보다 미세한 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 의하면, 노즐 끝단의 형상과 표면 처리를 통하여, 낮은 문턱 전압에서 구동하는 나노/마이크로 구조체 제조 장치를 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 개략도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 확대도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 구동 모습을 도시한다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에와 대비되는 노즐의 구동 모습을 도시한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 실험예를 도시한다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐의 확대도를 도시한다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노즐의 확대도를 도시한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.

또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다.

명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다.

또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 개략도를 도시한다.

도 1을 참조하면, 나노/마이크로 구조체 제조 장치(100)는 전기방사 공정 또는 전기수력학 프린팅 공정으로 미세 패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 미세 패턴은 나노 및/또는 마이크로 스케일의 패턴을 말할 수 있다. 보다 구체적으로 미세 패턴은 나노와이어(nanowire), 나노섬유(nanofiber), 나노로드(nanorod), 전극 및 필름 등을 포함할 수 있다.

나노/마이크로 구조체 제조 장치(100)는 스테이지(110), 노즐(120) 및 전압 인가부(130)를 포함한다.

스테이지(110)는 소정 면적을 갖는 판으로, 상면에 콜렉터(111, collector)가 위치할 수 있다. 스테이지(110)의 상면에 콜렉터(111)가 배치된 채로, 스테이지(110)는 움직일 수 있다. 다시 말해, 노즐(120)이 정지된 상태에서 스테이지(110)가 노즐(120)에 대하여 상대운동을 할 수 있다.

콜렉터(111)는 소자, 회로, 전극 등의 제작이 가능한 기판일 수 있다. 즉, 콜렉터(111)는 미세 패턴 형성이 가능한 재질을 가질 수 있다. 예를 들어, 콜렉터(111)는 종이, 유리, 폴리에틸렌테레프텔레이트(PET)수지, 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN)수지, 폴리에스터설폰(PES)수지, 폴리카보네이트(PC)수지, 폴리이미드(PI)수지, 아릴라이트(Arylite)수지, 시클릭 올레핀 공중합체(COC)수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA)수지, 폴리아미드(PA)수지 및 폴리에테르이미드(PEI)수지 중 어느 하나의 재질 또는 이들이 혼합된 재질로 제공될 수 있다.

노즐(120)은 유체를 토출한다. 구체적으로 노즐(120)은 스테이지(110)의 상부에 위치하여 콜렉터(111)에 유체를 토출할 수 있다. 유체는 유기/무기 재료를 용매에 녹인 용액일 수 있다. 유체는 금속 나노 잉크(또는 페이스트), 폴리머 잉크, 이온 용액일 수 있다.

금속 나노 잉크는 예를 들어, 금, 은, 팔라듐, 백금, 구리, 니켈, 코발트, 텅스텐, 철, 알루미늄 및 이들의 합금 중 어느 하나 이상의 물질을 포함할 수 있다.

또한, 폴리머 잉크는 실리콘 폴리머, 규소 폴리머, 불소 폴리머, 레진 폴리머, 아크릴 폴리머, 우레탄 폴리며, 혼성 중합물(copolymer), 블레드 폴리머 및 이들의 혼합물질 중 적어도 하나의 물질을 포함할 수 있다.

한편, 노즐은 금속 재질 및/또는 비금속 재질로 이루어질 수 있다. 노즐이 금속 재질인 경우에는 노즐은 예를 들어, 금, 은, 팔라듐, 백금, 구리, 니켈, 코발트, 텅스텐, 철, 알루미늄 및 이들의 합금 중에서 선택된 어느 하나 이상의 재질로 이루어질 수 있다. 또한, 노즐이 비금속 재질인 경우에는 노즐은 예를 들어, 규소, 플라스틱, 세라믹 및 이들의 혼합물 중에서 선택된 어느 하나 이상의 재질로 이루어질 수 있다.

전압 인가부(130)는 노즐(120)과 스테이지(110) 양단에 전압 차를 형성한다. 구체적으로 전압 인가부(130)는 노즐(120)에 전압을 인가할 수 있다. 전압 인가부(130)는 노즐(120)에 직접 또는 간접적으로 전압을 인가한다.

노즐(120)에 전압이 인가되는 동안, 스테이지(110) 또는 콜렉터(111) 중 적어도 어느 하나는 접지될 수 있다. 이로 인해, 스테이지(110)와 노즐(120) 사이, 또는 노즐(120)과 콜렉터(111) 사이에 전위차가 발생할 수 있다.

전압 인가부(130)는 예를 들어, 1V~10kV의 전압을 인가할 수 있다.

상술한 바와 달리, 스테이지(110)와 노즐(120) 사이에 전위차를 형성하는 방법은 상술한 방법 이외에도 다양하게 변경될 수 있다.

상기 설명한 나노/마이크로 구조체 제조 장치(100)의 동작 방법은 다음과 같다. 전압 인가부(130)는 스테이지(110)와 노즐(120) 사이, 또는 노즐(120)과 콜렉터(111) 사이에 전압차를 형성함으로써, 전기장을 발생시킨다. 이에 따라 노즐(120) 끝단에는 유체 메니스커스(meniscus, m)가 형성된다. 전압 인가부(130)는 노즐(120) 끝단에서 유체가 토출되기 직전까지의 문턱 전압을 인가하고, 이러한 전압 인가 상태를 계속 유지할 수 있다. 이어서, 전압 인가부(130)는 문턱 전압을 초과하는 전압을 인가함으로써, 메니스커스(m)가 분출되도록 할 수 있다. 이로써, 나노/마이크로 구조체 제조 장치(100)는 미세 패턴(p)를 형성할 수 있다.

이하, 노즐(120)의 끝단(E)을 도 2를 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 확대도를 도시한다.

도 2에 도시된 노즐(120)을 참조하면, 노즐(120)은 사선부(122)를 포함할 수 있다. 사선부(122)는 노즐(120)의 일단에 위치할 수 있다. 예를 들어, 사선부(122)는 노즐(120)의 스테이지(110) 방향으로의 단부에 위치할 수 있다.

이 때, 사선부(122)는 유체 메니스커스를 형성시키는 구성으로써, 사선부(122)의 전체적인 형상은 사선 형상일 수 있다. 사선 형상이라 함은 다시 말해, 노즐(120)의 길이 방향으로, 제1 측(La)이 제2 측(Lb) 보다 길게 형성될 수 있음을 의미할 수 있다. 또 다른 관점에서는 상기 사선부(122)가 스테이지(110)의 법선 방향에 대하여 기울어진 타측을 가짐을 의미할 수 있다.

이 때, 제1 측(La)의 단부가 제2 측(Lb) 보다 하단에 있으므로 제1 측(La)의 단부는 사선의 하단부로 호칭될 수 있다. 이와 달리, 제2 측(Lb)의 단부는 사선의 상단부로 호칭될 수 있다.

이 때, 사선부(122)는 사선부(122)의 길이 방향에 대하여 0도 초과 90도 미만의 각도를 가질 수 있다. 보다 구체적으로 사선부(122)는 19도의 각도를 가질 수 있다.

또한, 사선부(122)의 단부면 및 내벽면 중 적어도 일면은 친수성을 가진다. 사선부(122)가 친수성을 가짐으로써, 유체 메니스커스가 친수성을 가지는 영역으로 유도될 수 있다.

특히, 사선부(122)는 단부면의 전체가 아니라 그 일부에 친수성을 가질 수도 있고, 내벽면의 전체가 아니라, 그 일부에 친수성을 가질 수도 있다. 예를 들어, 사선부(122)는 제2 측(Lb) 보다 길게 형성된 제1 측(La)에 위치한 단부면(I1)에 친수성을 가질 수 있다. 즉, 사선부(122)는 사선부(122)의 단부면 중 사선의 하단부에 친수성을 가질 수 있다. 또한, 사선부(122)는 제2 측(Lb) 보다 길게 형성된 제1 측(La)에 위치한 내벽면(I2)에 친수성을 가질 수 있다. 즉, 사선부(122)는 사선부(122)의 내벽면 중 사선의 하단부에 친수성을 가질 수 있다.

사선부(122)가 사선의 하단 영역에 친수성을 가지는 경우, 유체 메니스커스는 실제 분출이 일어나는 제1 측(La) 영역으로 보다 쉽게 유도된다. 이로써, 나노/마이크로 구조체 제조 장치(100)는 미세한 패턴을 형성할 수 있다. 구체적인 원리에 대해서는 도 3 및 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.

상기 사선부(122)는 다양한 방법으로 친수성을 가질 수 있다. 예를 들어, 사선부(122)는 UV/O3, 플라즈마, 레이저, 스핀 코팅 및 SAM (Self Aligned Monolayer) 중 적어도 하나의 방법으로 친수성을 가질 수 있다.

특히, 사선부(122)가 사선 형상을 가지고 있기 때문에 친수성 처리가 극히 용이하다. 이는, 사선부(122)의 친수성 처리면이 외부로 노출되어 있기 때문이다. 예를 들어, 상기 사선부(122)의 형상이 사선 형상이므로 단부면(I1)의 법선(N1), 내벽면(I2)의 법선(N2) 및 단부면(I3)의 법선(N3) 방향은 외부로 노출된다. 특히, 대조적으로, 노즐의 끝단이 평면 형상인 경우, 노즐의 내벽면의 법선은 타 내벽에 의하여 막히게 되므로 친수성 처리가 어려운 반면, 상기 사선부(122)는 사선 형상을 가지기 때문에 내벽면(I2)의 법선(N2)이 타 내벽에 의하여 막히지 않고 외부로 노출되므로 친수성 처리가 용이한 것이다. 즉, 사선 형상은 미세한 패턴에 유리할 뿐 아니라 친수성 처리에도 용이함을 제공한다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 사선부(122)의 사선 형상과 친수성 처리가 미세 패턴 형성에 어떻게 영향을 미치는지 보다 구체적으로 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 구동 모습을 도시하고 도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐과 대비되는 노즐의 구동 모습을 도시한다.

도 3(a), 도 4(a) 및 도 5(a)는 노즐에 전압이 인가되기 전의 상태를 도시한다. 도 3(a)에 도시된 노즐(120)은 사선부(122)를 포함하며, 설명의 편의를 위하여, I1 및 I3 면에 친수성 처리가 된 것을 상정하기로 한다. 도 4(a)에 도시된 노즐은 일단이 사선 형상이 아니라 평면 형상을 가진다. 도 5(a)에 도시된 노즐은 일단이 사선 형상을 가지지만 친수 처리가 되지 않은 경우를 나타낸다.

도 3(b), 도 4(b) 및 도 5(b)는 노즐에 전압이 인가된 상태를 도시한다.

도 3(b)를 참조하면, 노즐(120)에 전압이 인가되면, 사선부(122)의 끝단에는 메니스커스(m1)가 형성된다. 이때, 메니스커스(m1)는 얇고 넓게 퍼져있는 초승달 형상을 가진다. 전압 인가부(130)에 의한 전압이 문턱 전압을 초과하게 되면, 메니스커스(m1)를 형성하던 유체는 노즐(120)으로부터 토출(d1)된다. 이때, 유체는 친수성 면을 따라서, 사선부(122) 아래 쪽(b)에서 제팅이 일어나게 된다.

또한, 도 4(b)를 참조하면, 노즐에 전압이 인가되면, 노즐의 끝단에는 메니스커스(m2)가 형성된다. 이 때, 메니스커스(m2)는 반구 형상을 가진다. 전압 인가부(130)에 의한 전압이 문턱 전압을 초과하게 되면, 메니스커스(m2)를 형성한 유체는 토출(d2)된다.

또한, 도 5(b)를 참조하면, 노즐에 전압이 인가되면, 노즐의 끝단에는 메니스커스(m3)가 형성된다. 이 때, 메니스커스(m3)는 반구에 가까운 형상을 가진다. 전압 인가부(130)에 의한 전압이 문턱 전압을 초과하게 되면, 메니스커스(m3)를 형성한 유체는 토출(d3)된다.

미세 패턴을 형성하기 위해서는 메니스커스의 크기가 작아야 한다. 메니스커스의 크기가 작을수록 패턴의 해상도가 향상되는 것이다. 도 3 및 도 5를 참조한 사선 형상의 노즐은 도 4를 참조한 평면 형상의 노즐에 의하여 형성된 메니스커스(m2)보다 작은 메니스커스(m1, m3)를 제공한다. 즉 노즐 끝단의 형상이 사선인 경우 노즐 끝단의 형상이 평면인 경우보다 메니스커스의 총량이 줄어들게 되는 것이다. 메니스커스의 총량이 줄어들게 되면, 유체를 토출시키기 위한 문턱 전압이 낮아지게 되므로 더 작은 문턱 전압에서도 패터닝이 가능하게 된다. 또한, 문턱 전압이 낮아지면 높은 문턱 전압인 경우에 비해 제어 안정성이 향상된다.

또한 도 3을 참조한 친수성 처리가 된 사선 형상의 노즐은 도 5를 참조한 사선 형상의 노즐에 의하여 형성된 메니스커스(m3) 보다 더 작은 메니스커스(m1)를 제공한다. 도 3을 참조하면, 도 3을 참조한 노즐(120)은 친수성 처리가 되어 있기 때문에, 메니스커스를 형성하는 유체는 친수성 처리가 되어 있는 제1 측(La)으로 모여서 보다 작은 테일러 콘을 형성하게 된다. 따라서, 도 3을 참조하여 설명한 노즐(120)은 도 5를 참조하여 설명한 노즐 보다 미세 패턴을 형성하게 되는 것이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 노즐의 실험예를 도시한다.

도 6(a)를 참조하면, 실험에 사용된 노즐의 사선부는 내경 100um, 외경 200um, 사선 각도 19도를 가진다. 또한, 사선부의 끝단은 친수성 처리를 하였다.

도 6(b)를 참조하면, 도 6(a)에 도시된 노즐을 이용하여 0.7um의 미세 패턴을 형성함을 도시한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치(100)를 이용하면 약 0.7um의 미세 패턴을 형성할 수 있는 것이다. 다시 말해, 나노/마이크로 구조체 제조 장치(100)를 이용하면, 내경 대비 약 0.007의 비율을 가지는 미세 패턴을 형성할 수 있는 것이다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 노즐의 확대도를 도시한다.

본 실시예를 설명함에 있어, 앞서 상술한 구성에 대응되는 구성에 대해서는 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 7을 참조하면, 노즐(120)은 사선부(122)를 포함하고, 사선부(122)의 외벽면(01)은 소수성을 가진다.

사선부(122)의 외벽이 소수성을 가짐으로써, 메니스커스가 사선부(122)의 외벽(w)을 타고 넘어가는 것(화살표 방향)을 방지할 수 있다. 이에 따라, 소수성 외벽은 메니스커스(m1)에 의한 테일러 콘을 T 지점에 보다 정교하게 형성시킴으로써, 미세 패턴 형성에 기여하게 된다.

상기 사선부(122)는 다양한 방법으로 소수성을 가질 수 있다. 예를 들어, 사선부(122)는 UV/O3, 플라즈마, 레이저, 스핀 코팅 및 SAM (Self Aligned Monolayer) 중 적어도 하나의 방법으로 친수성을 가질 수 있다.

도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 노즐의 확대도를 도시한다.

도 8(a)에 도시된 바와 같이, 친수성 처리가 I2 면에 되어 있는 경우, 소수성 처리는 I1 면에 할 수 있다. 이 경우, 테일러 콘은 내벽면 끝단에 형성되게 된다.

또한, 도 8(b)에 도시된 바와 같이, 사선부(122)는 단부면(I1, I3 면)에 전체적으로 친수성을 가지고 외벽면(O1, O2)에 전체적으로 소수성을 가질 수 있다.

도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.

도 9를 참조하면, 나노구조제 제조 장치의 제조 방법은, 사선부를 구비한 노즐을 준비하는 단계(S100), 소수성 처리하는 단계(S110) 및 소수성 처리 후에 친수성 처리하는 단계(S120)를 포함하여 이루어질 수 있다.

단계 S100에서는 사선부(122)를 포함하는 노즐(120)을 준비한다. 노즐(120) 끝단의 사선부는 다양한 방법으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 노즐(120)의 끝단에 커팅 방식으로 사선부가 형성될 수 있다.

단계 S110에서는 노즐(120)의 필요 부위를 소수성 처리 한다. 예를 들어, 도 7 또는 도 8에 도시된 바와 같이 사선부(122)의 외벽을 소수성 처리 할 수 있다. 소수성 처리 영역은 테일러 콘이 원하는 위치에 형성되는데 도움을 준다.

단계 S120에서는 소수성 처리된 노즐(120)에 친수성 처리를 한다. 친수성 처리 영역은 메니스커스의 총량을 보다 작게 하는데 도움을 준다. 앞서 설명한 바와 같이 사선부(122)의 단부면 및/또는 내벽면에 친수성 처리를 할 수 있다. 이 때, 친수성 처리되는 면이 외부로 노출되어 있으므로 보다 용이하게 친수성 처리가 가능하다.

소수성 처리를 수행한 후에 친수성 처리를 함으로써, 작업을 보다 간이하게 할 수 있다. 친수성 표면은 소수성 표면보다 표면이 거칠다. 즉, 소수성 표면 처리 시에 표면을 깍아내는 정도가 친수성 표면 처리보다 적기 때문에 소수성 표면 처리를 먼저 수행하고 친수성 표면 처리를 수행하는 것이 공정을 간이하게 한다.

상술한 실시예에서는 노즐(120)에서 콜렉터(111)에 미세 패턴을 형성하는 것을 위주로 설명하였으나, 이와 달리 노즐(120)에서 스테이지(110)에 직접 미세 패턴을 형성할 수도 있다.

상술한 나노/마이크로 구조체 제조 장치는 메니스커스의 총량을 최소화하고, 테일러 콘의 형성 위치를 원하는 위치에 형성시킴으로써, 안정적으로 미세 패턴을 형성할 수 있도록 한다. 또한 문턱 전압을 최소화함으로써, 더 낮은 전압에서도 패터닝을 가능하게 한다.

상술한 나노/마이크로 구조체 제조 장치는 다양한 소자 및 회로배선에 적용될 수 있다. 예를 들어, LCD, PDP, OLED, 커패시터, TFT, 전극, 바이오 캡슐(Bio capsule), 회로 기판 배선 등에 적용될 수 있다.

이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

100: 나노/마이크로 구조체 제조 장치 110: 스테이지
120: 노즐 122: 사선부
130: 전압 인가부 m: 메니스커스

Claims

유체를 토출하는 노즐; 및
상기 노즐에 전압을 인가하여 상기 유체를 토출시키는 전압 인가부;를 포함하되,
상기 노즐은, 상기 노즐의 일단에, 상기 노즐에 인가된 전압에 의하여 상기 유체가 토출되는 사선부를 포함하고,
상기 사선부를 이루는 사선 하단에 위치한 상기 사선부의 단부면과 상기 사선부를 이루는 사선 하단에 위치한 상기 사선부의 외벽면을 경계로 상기 단부면은 친수성을 가지고, 상기 외벽면은 소수성을 가지며,
상기 유체는 토출 시에 상기 소수성을 가지는 외벽면에 의하여 상기 친수성을 가지는 단부면에서 상기 외벽면으로의 진입이 차단되며,
상기 사선부를 이루는 사선 하단에 위치한 내벽면도 친수성을 가지며,
상기 외벽면이 소수성 처리 된 후, 상기 단부면 및 내벽면이 친수성 처리된 나노/마이크로 구조체 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 사선부는 상기 노즐의 길이 방향과 같은 방향으로 연장하는 제1 측과 제2 측을 포함하고,
상기 제1 측과 상기 제2 측은 상기 길이 방향으로 길이가 상이한 나노/마이크로 구조체 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 사선부는 상기 노즐의 길이 방향에 대하여 19도의 경사각을 가지는
나노/마이크로 구조체 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 사선부를 통하여 토출된 유체는, 0.7um의 폭을 가지는 미세 패턴을 형성하는 나노/마이크로 구조체 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 사선부를 통하여 토출된 유체는, 상기 노즐의 내경 대비, 0.007 비율의 폭을 가지는 미세 패턴을 형성하는 나노/마이크로 구조체 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 사선부는, UV/O3, 플라즈마, 레이저, 스핀 코팅 및 SAM (Self Aligned Monolayer) 중 적어도 하나의 방법을 통하여 친수성을 가지는 나노/마이크로 구조체 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 사선부의 외벽면은, UV/O3, 플라즈마, 레이저, 스핀 코팅 및 SAM (Self Aligned Monolayer) 중 적어도 하나의 방법을 통하여 소수성을 가지는 나노/마이크로 구조체 제조 장치.
제1 항에 있어서,
상기 유체가 토출되는 방향에 이격하여 위치하는 스테이지를 더 포함하고,
상기 노즐에 인가된 전압과 상기 스테이지에 인가된 전압의 차에 의하여 상기 유체가 토출되는 나노/마이크로 구조체 제조 장치.
유체를 토출하는 노즐; 및
상기 노즐에 전압을 인가하여 상기 유체를 토출시키는 전압 인가부;를 포함하되,
상기 노즐은, 상기 노즐의 일단에, 상기 노즐에 인가된 전압에 의하여 상기 유체가 토출되는 사선부를 포함하고,
상기 사선부를 이루는 사선 하단에 위치한 상기 사선부의 내벽면과 상기 사선부를 이루는 사선 하단에 위치한 상기 사선부의 단부면을 경계로 상기 내벽면은 친수성을 가지고, 상기 단부면은 소수성을 가지며,
상기 유체는 토출 시에 상기 소수성을 가지는 단부면에 의하여 상기 친수성을 가지는 내벽면에서 테일러 콘이 형성되며,
상기 단부면이 소수성 처리 된 후, 상기 내벽면이 친수성 처리된 나노/마이크로 구조체 제조 장치.
전압 차에 의하여 유체를 토출하는 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 제조 방법에 있어서,
사선부를 포함하는 노즐을 준비하는 단계;
상기 사선부를 이루는 사선 하단에 위치한 상기 사선부의 외벽면을 소수성 처리하는 단계; 및
상기 소수성 처리 단계 이후, 상기 사선부를 이루는 사선 하단에 위치한 상기 사선부의 단부면 및 내벽면을 친수성 처리하는 단계를 포함하되,
상기 유체는 토출 시에 상기 소수성을 가지는 외벽면에 의하여 상기 친수성을 가지는 단부면에서 상기 외벽면으로의 진입이 차단되는 나노/마이크로 구조체 제조 장치의 제조 방법.