KR101709344B1 - 종이기판 및 그 제조방법과 종이기판을 이용하는 센서 및 그 제조방법 - Google Patents

Abstract

경량, 유연성 및 물에 젖지 않는 종이기판 및 종이기판을 이용하는 센서, 상기 종이기판을 이용하는 센서 및 상기 종이기판을 이용하는 센서를 제조하는 방법이 개시된다. 본 발명에 따른 종이기판은 종이 및 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 소수성 폴리머는 패릴린이 채택될 수 있다.

Description

종이기판 및 그 제조방법과 종이기판을 이용하는 센서 및 그 제조방법{PAPER SUBSTRARE AND METHOD OF PREPARING THE SAME, SENSOR USING PAPER SUBSTRARE AND METHOD OF PREPARING THE SAME}

본 발명은 종이기판 및 그 제조방법과 종이기판을 이용하는 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 종이 상에 소수성 폴리머 코팅층을 형성하여 종이 기판을 제조함에 따라 생산비용의 절감, 경량, 휘어짐 및 종이가 물에 젖는 성질을 개선하는 종이기판 및 그 제조방법과 종이기판을 이용하는 센서 및 그 제조방법에 관한 것이다.

최근, 액정, OLED 및 센서 등의 전자소자에 대해서는 경박화에 더하여 장기신뢰성, 형상의 자유도 등 더욱 고도한 특성이 요구되고 있다. 기존의 전자소자 기판으로 사용되는 유리기판은 0.7mm 내외의 두께로 박막이다.

하지만, 박막의 특성상 유리기판은 깨지기 쉽기 때문에 추가의 보호필름이 요구된다. 특히, 휴대용 컴퓨터, 휴대전화 등 휴대용 전자기기의 발달에 따라 무겁고 두꺼우며, 깨지기 쉽고 휘어지기 어려운 종래의 유리기판에 대한 대안으로서 플렉서블 기판(flexible substrate)에 대한 연구가 활발하게 진해되고 있으며, 일부는 실용화 단계에 있다.

이러한, 플렉서블 기판으로는 최근 종이가 각광받고 있다.

종이로 형성된 기판의 경우, 상기의 유리기판에 비하여 저비용으로 제조될 수 있을 뿐만 아니라, 친환경성과 유연성 및 경량성이 우수한 장점을 지니고 있다.

다만, 종이 기판의 경우, 종이의 특성상 수분에 노출된 후 급격한 물리적 성질의 저하가 유발되는 문제점이 존재한다.

따라서, 종이 기판의 장점을 살리면서 대표적인 단점으로 문제되는 내수성의 측면을 강화시킬 수 있는 종이기판의 개발이 절실한 실정이다. 관련기술로는 한국등록특허 10-0793859가 존재한다.

본 발명의 목적은, 상기한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 내수성 이 높고, 유연성과 내화학성이 우수한 종이를 기판으로 사용하여 플라스틱 기판을 대체할 수 있는 종이기판 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 다른 목적은, 상기 종이기판을 포함하여 이루어지는 센서 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 종이 기판은, 종이 및 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층을 포함한다.

이 때, 상기 소수성 폴리머는, 패릴린(Parylene)일 수 있다.

이 때, 상기 종이는, 마(麻), 라미, 목재 펄프, 삼베 및 모로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 천연 섬유 또는 비닐론, 나일론, 아크릴, 레이온, 폴리프로필렌 및 아스베스토섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화학섬유를 포함할 수 있다.

이 때, 상기 종이는, 크라프트지, 코트(court)지, 티탄지(titant), 파라핀지, 판지, 상실지, 황산지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 형태일 수 있다.

이 때, 상기 종이는, 두께가 10 ~ 300μm일 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 종이 기판의 제조방법은, 종이를 준비하는 단계 및 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅층을 형성하는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 소수성 폴리머는, 패릴린(Parylene)일 수 있다.

이 때, 상기 코팅층을 형성하는 단계는, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여, 다이머 상태인 패릴린 C를 690도에서 가열하고, 기체화된 모노머를 180도에서 기상시켜 챔버 안에서 폴리머화 함으로써 상기 종이의 표면에 코팅층을 형성할 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 종이 기판을 이용하는 센서는, 종이, 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층 및 상기 코팅층 상에 금으로 패턴된 전극을 포함할 수 있다.

이 때, 상기 소수성 폴리머는, 패릴린(Parylene)일 수 있다.

또한, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 종이 기판을 이용하는 센서의 제조방법은, 종이를 준비하는 단계, 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅층을 형성하는 단계 및 상기 코팅층 상에 금으로 패턴된 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

이 때, 상기 소수성 폴리머는, 패릴린(Parylene)일 수 있다.

이 때, 상기 코팅층을 형성하는 단계는, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여, 다이머 상태인 패릴린 C를 690도에서 가열하고, 기체화된 모노머를 180도에서 기상시켜 챔버 안에서 폴리머화 함으로써 상기 종이의 표면에 코팅층을 형성할 수 있다.

이 때, 상기 전극을 형성하는 단계는, 상기 종이의 표면에 코팅층이 형성된 종이기판에 패릴린 마스크를 덮고, 금을 이베포레이션(Evaporation)함으로써 금을 증착한 후, 상기 종이기판에서 스탠실 마스크(Stencil Mask)를 제거함으로써 전극을 형성할 수 있다.

본 발명에 의한 종이 기판은 소수성 코팅층이 형성됨에 따라 내수성이 높고, 유연성이 우수하므로, 상기 종이 기판을 이용하여 바이오 센서 등 다양한 전자소자로 이용될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 종이 기판의 실시예를 나타낸 도면이다.
도 2는 패릴린 코팅층의 두께에 따른 앵글 측정을 수행한 결과를 나타낸 도면이다.
도 3은 패릴린 코팅 전 후의 종이 표면의 FT-IR(Fourier Transform Infrared Spectroscopy) 변화 그래프를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 종이 기판을 활용한 센서에서의 검출 신호 변화 데이터를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 종이 기판의 제조방법의 흐름도이다.
도 6은 본 발명에 따른 종이 기판을 이용하는 센서의 제조방법의 흐름도이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 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.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어"있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어"있다거나 "직접 접속되어"있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 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 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 이하, 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양상은, 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층을 포함하는 종이기판에 관계한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 양상은 종이를 준비하는 단계 및 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅층을 형성하는 단계를 포함하는 종이기판의 제조방법에 관계한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 종이, 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층 및 상기 코팅층 상에 금으로 패턴된 전극을 포함하는 종이기판을 이용하는 센서에 관계한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 양상은 종이를 준비하는 단계, 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅층을 형성하는 단계 및 코팅층 상에 금으로 패턴된 전극을 형성하는 단계를 포함하는 종이기판을 이용하는 센서의 제조방법에 관계한다.

본 발명에 따른 종이 기판은 종이 및 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅층을 포함하는 것을 특징으로 한다.

이 때, 상기 종이는, 마(麻), 라미, 목재 펄프, 삼베 및 모로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 천연 섬유; 또는 비닐론, 나일론, 아크릴, 레이온, 폴리프로필렌 및 아스베스토섬유로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 화학섬유를 포함할 수 있다.

또한, 상기 종이는 크라프트지, 코트(court)지, 티탄지(titant), 파라핀지, 판지, 상실지, 황산지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 형태일 수 있다.

상기 종이의 두께와 관련하여, 상기 종이의 두께는 특별히 제한되는 것은 아니나, 10 ~ 300μm인 것이 바람직하다. 가장 바람직하게는 50 ~ 200μm인 것이 좋다. 10μm미만이면 가공시 정렬의 문제가 있고, 300μm을 초과하면 유연성이 떨어지는 문제가 있다.

또한, 상기 코팅층과 관련하여, 상기 소수성 폴리머는 패릴린(Parylene)일 수 있다. 상기 종이에 상기 코팅층을 형성함에 따라 기존의 종이가 쉽게 물에 젖는 성질을 개선하는 기능을 수행하게 된다.

실시예에 따라, 분말 형태의 패릴린 원료를 높은 온도의 진공상태에 기화시켜, 상온의 진공 챔버에 가스 형태로 공급함으로써 코팅층을 형성할 수 있다.

상기 패릴린과 관련하여, 패릴린으로 코팅층을 형성함에 있어서, 대표적으로는 패릴린 C, 패릴린 D, 패릴린 N의 3종류가 채택될 수 있다.

구체적으로, 상기 패릴린 C의 경우, 가장 일반적인 재료로서, 전기적 절연, 기계적 강도 및 물리적 성질이 우수하며, 수분과 부식가스에 매우 강한 특징을 가지고 있으며, 우수한 내화학성을 갖는다.

따라서 본 발명에 따른 종이기판의 코팅층으로는 패릴린 C가 가장 적합할 수 있다.

또한, 패필린 D의 경우, 우수한 내화학성을 가지며 고온(150도)에서 우수한 전기적 물리적 안정성이 있는 것이 특징이다.

또한, 패릴린 N의 경우, 낮은 유전상수를 가지며, Frequency에 의한 영향이 없는 것이 특징이며, 인체에 무해하므로 의료기기 코팅에 적합하다.

본 발명에 따른 종이 기판을 이용하는 센서는, 종이, 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층 및 상기 코팅층 상에 금으로 패턴된 전극을 포함하여 구성된다.

도 1은 본 발명에서 제안하는 종이기판을 이용한 센서를 나타낸 도면으로서, 본 발명에서는 종이를 기판으로 사용함에 있어서 패릴린을 코팅할 때, CVD(Chemical Vapor Deposition) 방식을 이용하였다. 도 1에 도시된 도면은 AutoCaD 프로그램을 이용하여 획득한 것이다. 이 때, 전극의 가로 크기는 60mm, 세로는 26mm로 디자인하였으며, 패턴된 골드 전극의 디자인은 전기화학법을 이용한 다종의 균을 검출할 수 있는 종이기판을 이용한 센서이다.

도 2를 참조하여 설명하면, 종이에 코팅층이 형성됨에 따른 종이의 특성 변화를 확인할 수 있다. 구체적으로, 종이기판의 폴리머(패릴린)와 금을 코팅한 이후의 표면 변화는 컨택앵글의 측정으로 확인할 수 있었다.

패릴린 코팅의 두께를 달리하여 그에 따른 변화도 측정하였다. 이 때, 패릴린 코팅의 두께와 관련하여 도 2에 도시된 a)는 2.5g(1μm), 도 2에 도시된 b)는 4g(2μm), 도 2에 도시된 c)는 5g(2.5μm)이며, 도 2에 도시된 d)는 골드 도금으로 실험을 한 결과이다. 즉, 도 2에서는 패릴린 코팅층의 두께에 대한 표면의 소수성 변화를 나타낸 것이다.

실험 결과, 도 2에 도시된 a)의 컨택앵글은 91.7도, 도 2에 도시된 b)의 컨택앵글은 90.3도, 도 2에 도시된 c)의 앵글은 86.5도, 도 2에 도시된 d)의 컨택앵글은 43.3도의 각이 측정되었다.

또한, 패릴린 코팅을 이용하여 종이의 개질변화에 있어 코팅의 사실 유, 무를 측정하기 위하여 종이의 한쪽 면을 가리고, 경계를 두어 코팅이 되지 않은 부분과(코팅층이 형성되지 않은 부분) 코팅이 된 부분(코팅층이 형성된 부분)을 FT-IR(Fourier Transform Infrared)을 이용하여 표면의 분석을 하였고 그 결과를 나타낸 것이 도 3이다.

도 3을 참조하면, 종이의 특성에 따른 FT-IR 스펙트럼과, 패릴린 코팅 이후의 FT-IR의 물성변화를 관찰할 수 있다. 즉, 폴리머 코팅층의 형성 전 후의 종이 표면의 FT-IR 변화 그래프를 관찰할 수 있다.

또한, 도 4를 참조하면, 세포 및 DNA 검출을 수행하는 센서에 있어서, 본 발명에 따른 종이기판(소수성 처리된 종이기판)을 이용한 센서를 실제 유전자 검출 실험에 사용한 결과를 확인할 수 있다.

도 4에 도시된 본 발명에 따른 종이기판을 이용한 센서의 유전자 검출 실험 결과를 살펴보면, 종래기술인 기존의 전기화학 기반의 센서에서 검출이 가능한 데이터와, 유사한 패턴의 데이터를 확보할 수 있다는 점을 검증할 수 있다.

즉, 상기 설명한 바와 같이, 종이를 사용함에 따라 유연성이 증가하면서, 경량이며, 물에 젖지 않는 장점을 취하되, 유리기판을 이용한 센서와 유사한 패턴의 데이터를 획득할 수 있는 것을 검증한 것이다.

결과적으로, 본 발명은 종래 사용했던 실리콘 웨이퍼, 필름, 유리 기판을 종이로 대체하여 생산 비용의 절감효과를 기대하고, 가볍고, 휘어지며 대량생산이 가능하며, 소수성 폴리머(특히, 패릴린)을 종이에 코팅함에 따라 기존의 종이가 쉽게 물에 젖는 단점을 보완한 것이다. 따라서, 차세대 바이오 센서 플랫폼은 물론 다양한 분야에 사용할 수 있는 장점이 있다.

또한, 상기 종이기판은 상술한 바와 같이, 센서에 이용될 수도 있지만, 상기 종이기판을 이용하여 표시소자를 개발할 수도 있다.

상기 표시소자는 태양전지, 감광체, 트랜지스터 등을 비롯한 전자소자에 적용될 수 있다.

예를들어, 상기 표시소자는 본발명에 따른 종이기판, 반사양극, 정공주입층, 발광층, 음극 및 봉지막을 포함하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따른 상기 표시소자는 TV, 노트북 컴퓨터, 핸드폰, 전자 페이퍼 등을 포함하나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

이하, 본 발명에 따른 종이기판의 제조방법 및 본 발명에 따른 종이기판을 이용한 센서의 제조방법에 대하여 설명하도록 한다.

상기 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 종이기판 및 본 발명에 따른 종이기판을 이용하는 센서와 중복되는 기술내용에 대한 설명은 생략하도록 한다.

도 5는 본 발명에 따른 종이 기판의 제조방법의 흐름도이다. 도 6은 본 발명에 따른 종이 기판을 이용하는 센서의 제조방법의 흐름도이다.

도 5를 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 종이기판의 제조방법은, 종이를 준비하는 단계(S100)가 진행되며, 상기 S100 단계 이후에는 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅층을 형성하는 단계(S110)가 진행된다.

이 때, 상기 소수성 폴리머는 패릴린(Parylene)인 것이 바람직하며, 실시예에 따라, 상기 코팅층을 형성하는 단계(S110)는, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여, 다이머 상태인 패릴린 C를 690도에서 가열하고, 기체화된 모노머를 180도에서 기상시켜 챔버 안에서 폴리머화 함으로써 상기 종이의 표면에 코팅층을 형성할 수 있다.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 종이기판을 이용하는 센서의 제조방법은, 종이를 준비하는 단계(S200)가 진행되며, 상기 S200 단계 이후에는 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅층을 형성하는 단계(S210)가 진행된다.

상기 S210 단계 이후에는, 코팅층 상에 금으로 패턴된 전극을 형성하는 단계(S220)가 진행된다.

이 때, 상기 소수성 폴리머는 패릴린(Parylene)인 것이 바람직하며, 실시예에 따라, 상기 코팅층을 형성하는 단계(S210)는, CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여, 다이머 상태인 패릴린 C를 690도에서 가열하고, 기체화된 모노머를 180도에서 기상시켜 챔버 안에서 폴리머화 함으로써 상기 종이의 표면에 코팅층을 형성할 수 있다.

또한, 실시예에 따라 상기 전극을 형성하는 단계(S220)는, 상기 종이의 표면에 코팅층이 형성된 종이기판에 패릴린 마스크를 덮고, 금을 이베포레이션(Evaporation)함으로써 금을 증착한 후, 상기 종이기판에서 스탠실 마스크(Stencil Mask)를 제거함으로써 전극을 형성할 수 있다.

본 기술한 설명은 본 발명의 최상의 모드를 제시하고 있으며, 본 발명을 설명하기 위하여, 그리고 당업자가 본 발명을 제작 및 이용할 수 있도록 하기 위한 예를 제공하고 있다. 이렇게 작성된 명세서는 그 제시된 구체적인 용어에 본 발명을 제한하는 것이 아니다.

따라서, 상술한 예를 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하였지만, 당업자라면 본 발명의 범위를 벗어나지 않으면서도 본 예들에 대한 개조, 변경 및 변형을 가할 수 있다. 요컨대 본 발명이 의도하는 효과를 달성하기 위해 도 5 및 도 6에 도시된 모든 순서를 도시된 순서 그대로 따라야만 하는 것은 아니며, 그렇지 않더라도 얼마든지 청구항에 기재된 본 발명의 기술적 범위에 속할 수 있음에 주의한다.

Claims (14)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 종이 및 상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층을 포함하는 종이기판; 및
   상기 코팅층 상에 금으로 패턴된 전극을 포함하고,
   소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층을 구비하는 종이기판을 이용하여 유연성 및 내수성을 가지고, 금으로 패턴된 전극 구성을 구비하여 다종의 균을 검출해낼 수 있는 것을 특징으로 하는 종이기판을 이용하는 센서.
10. 청구항 9에 있어서,
    상기 소수성 폴리머는,
    패릴린(Parylene)인 것을 특징으로 하는 종이 기판을 이용하는 센서.
11. 종이를 준비하는 단계;
    상기 종이의 표면에 소수성 폴리머로 코팅층을 형성하여 종이기판을 제조하는 단계; 및
    상기 종이기판의 코팅층 상에 금으로 패턴된 전극을 형성하는 단계를 포함하고,
    소수성 폴리머로 코팅되는 코팅층을 구비하는 종이기판을 이용하여 유연성 및 내수성을 가지고, 금으로 패턴된 전극 구성을 구비하여 다종의 균을 검출해낼 수 있는 것을 특징으로 하는 종이 기판을 이용하는 센서의 제조방법.
12. 청구항 11에 있어서,
    상기 소수성 폴리머는,
    패릴린(Parylene)인 것을 특징으로 하는 종이 기판을 이용하는 센서의 제조방법.
13. 청구항 12에 있어서,
    상기 코팅층을 형성하는 단계는,
    CVD(Chemical Vapor Deposition) 장치를 이용하여, 다이머 상태인 패릴린 C를 690℃에서 가열하고, 기체화된 모노머를 180℃에서 기상시켜 챔버 안에서 폴리머화 함으로써 상기 종이의 표면에 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 종이 기판을 이용하는 센서의 제조방법.
14. 청구항 13에 있어서,
    상기 전극을 형성하는 단계는,
    상기 종이의 표면에 코팅층이 형성된 종이기판에 패릴린 스탠실 마스크를 덮고, 금을 이베포레이션(Evaporation)함으로써 금을 증착한 후, 상기 종이기판에서 패릴린 스탠실 마스크를 제거함으로써 전극을 형성하는 것을 특징으로 하는 종이 기판을 이용하는 센서의 제조방법.

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