본 발명은 유기재료를 이용하여 패턴을 형성하는 장치에 있어서, 용액상태의 유기재료가 저장되는 용액저장부와, 상기 용액 저장부로부터 유기재료를 공급받아 상기 기판 위에 토출하여 패턴을 형성하며, 가늘고 긴 관 형태로 모세관 구조를 갖는 토출부과, 상기 토출부가 결합되며, 상기 토출부의 위치를 조절하는 위치조절부 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 하는 유기재료 패턴 형성 장치에 관한 것이다.

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기술분야


본 발명은 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게 모세관 현상을 이용하여 용액저장부 내에 저장된 용액이 일정한 속도와 부피로 토출되도록 함으로써, 대면적에서 균일하고 규칙적인 패턴이 형성될 수 있는 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법에 관한 것이다.


배경기술


최근 국가차원에서 전략산업으로서 미래형 유연디스플레이 및 유기태양전지와 같은 유기전자소자에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
유기전자소자란 실리콘이나 화합물 반도체 같은 무기재료를 고분자 및 탄소기반의 유기기반재료로 대체하여 제작된 전자소자로서 유연성과 범용성을 확보할 수 있고 저가소자제작이 가능한 장점을 가지고 있다. 유기전자소자는 사용되는 유기반도체 재료에 따라 크게 고분자 유기전자소자와 저분자 유기전자소자로 나뉠 수 있다.
고분자 유기전자소자는 폴리티오펜 (polythiophene)계열 등과 같은 고분자 유기반도체 재료를 사용한 소자로서 용액공정이 편리한 장점이 있지만 기본소자성능이 낮은 단점이 있다.
저분자 유기전자소자는 Bis (triisopropylsilylethynyl) pentacene 나 루브렌(rubrene)과 같이 저분자 유기반도체 재료를 사용하는 소자로서 고분자 기반의 소자에 비해 우수한 소자성능을 갖지만 패턴구조의 제어가 어려운 단점이 있다.
현재 미래형 유기전자소자의 상용화를 위해 다양한 용액공정용 고분자/저분자 유기재료 패턴기술이 연구되고 있다.
그 중 대표적인 것은 잉크젯 프린팅 기술로서 가는 노즐을 통해 잉크를 원하는 곳에 떨어트리는 패턴기술이다.
국내등록특허 10-0945729호(등록일 2010.02.26, 명칭 : 유기 전자 소자에의 잉크젯 공정의 적용을 위한 자가조립단층을 이용한 투명전극의 선택적 표면개질 방법)에는 잉크젯 프린팅 기술로 유기 전자 소자를 패터닝하기 위한 기술이 개시된 바 있다.
하지만 공정과정에서 용액의 종류 및 온도, 습도, 진동 등과 같은 다양한 외부변수에 의해 큰 영향을 받는 단점과 함께 용액방울을 떨어트리는 방식으로 인해 점 패턴을 제외한 선형패턴 제작에 균일성을 확보하기 어려운 단점이 존재했다.
뿐만 아니라 용액조건 및 외부조건에 의해 형성된 패턴의 구조가 일정하지 않는 단점으로 인해 상용화에 어려움을 겪고 있다.
이에 따라 외부조건에 의한 안정성과 신뢰성을 확보하고, 자유로운 형태의 패턴이 가능한 새로운 용액공정용 유기재료의 패턴기술 개발에 대한 요구가 계속되고 있다.


문제점


본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 모세관 구조를 가지는 토출부가 구비됨으로써, 모세관 현상을 통해 용액 상태의 유기재료를 일정한 속도와 부피로 토출할 수 있는 유기재료 패턴 형성 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 용액의 표면장력을 조절하여 모세관 현상을 통해 공급되는 용액의 부피가 일정하게 제어되도록 함으로써, 패턴 형성 효율을 향상시킬 수 있는 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.

또, 본 발명의 목적은 용액공정용 유기재료에 사용되는 용매의 끓는점을 조절함으로써, 패턴의 결정화 및 결정구조를 조절하고 최적의 패턴 구조를 얻을 수 있는 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.
아울러, 본 발명의 목적은 용액공정용 유기재료에 사용되는 용매의 표면장력을 조절하여 사용함으로써, 토출부를 통해 토출되는 유기재료의 양이 필요에 따라 적절히 조절될 수 있는 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법을 제공하는 것이다.


해결과제


본 발명의 유기재료 패턴 형성 장치는 유기재료를 이용하여 패턴을 형성하는 장치에 있어서, 기판(100) 용액상태의 유기재료가 저장되는 용액저장부(200) 상기 용액저장부(200)로부터 유기재료를 공급받아 상기 기판(100) 위에 토출하여 패턴을 형성하며, 얇고 긴 관 형태로 모세관 구조를 갖는 토출부(300) 및 상기 토출부(300)이 결합되며, 상기 토출부(300)의 위치를 조절하는 위치조절부(400) 를 포함하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 유기재료 패턴 형성 장치(1)는 상기 토출부(300)의 모세관 직경에 따라 토출되는 유기재료의 양이 조절될 수 있다. 또한, 상기 유기재료 패턴 형성 장치(1)는 상기 용액저장부(200)에 가해지는 압력에 따라 상기 토출부(300)로 토출되는 유기재료의 양이 조절될 수 있다.
본 발명의 상기 유기재료 패턴 형성 장치(1)는 상기 기판(100)에 표면밀착제인 HDMS(Hexamethyldisilazane)또는 ODTS(Octadecyltrichlorosilane)가 스핀코팅 될 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 유기재료 패턴 형성 장치(1)는 상기 토출부(300)에서 토출된 용액에 의해 형성된 패턴을 촬영하는 모니터링부를 더 포함할 수 있다.


효과


본 발명의 유기재료 패턴 형성 장치는 모세관 구조를 가지는 토출부가 구비됨으로써, 모세관 현상을 통해 용액 상태의 유기 재료를 일정한 속도와 부피로 토출할 수 있다는 장점이 있다.
이에 따라, 본 발명의 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법은 장시간 작업이 이루어지더라도 균일하고 연속적으로 패턴이 형성될 수 있다는 장점이 있다.
또한, 본 발명의 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법은 용액의 표면장력을 조절하여 모세관 현상을 통해 공급되는 용액의 부피가 일정하게 제어되도록 함으로써, 패턴 형성 효율을 향상시킬 수 있다는 장점이 있다.
아울러, 본 발명의 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법은 용액공정용 유기재료에 사용되는 용매의 끓는점을 조절하여 사용함으로써, 패턴의 결정화 및 결정구조를 조절하고 최적의 패턴 구조를 얻을 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 유기재료 패턴 형성 장치 및 이를 이용한 유기재료 패턴 형성 방법은 용액공정용 유기재료의 대면적 패턴을 위한 효율적인 공정이 제공할 수 있으며, 특히 잉크젯 프린팅의 단점을 극복하고 연속공정이 가능한 패턴공정의 개발로 인해 유기전자소자 및 유기구조체를 활용한 제품의 상용화를 앞당길 수 있다.


본고는 한밭대학교 산학협력단 이화성, 민홍기, 박영돈의 발표자료를 요약한 것이다.

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