롤투피 그라비아 공정으로 플라스틱 기판위에 인쇄된 Active Matrix Backplane을 이용한 압력 센서 제작에 관한 연구

국문 초록 (Abstract)

본 연구는 기존 반도체 소자 제작 공정에 비해 보다 편리하고 많은 장점을 가진 인쇄전자 기술을 이용해서 TFTs(Thin Film Transistors)을 제작 및 인쇄된 TFT를 이용해서 Active-Matrix-Backplane을 제작 하였고, 압력에 따른 전류 변화가 발생되는 압력 센서 제작에 관한 연구를 진행하였다 .
인쇄공정에 사용된 게이트 전극과 소스-드레인 전극은 실버 잉크, 절연층은 유무기 하이브리드 잉크, 그리고 반도체 층은 전기적, 구조적 특성이 뛰어난 SWNT(Single Wall Carbon Nanotube) 잉크를 사용하였고, Flexible Plastic 기판 위에 롤투롤 인쇄 장비를 이용하여 SWNT TFT Active-Matrix-Backplane 인쇄를 진행하였다.
현재 제작된 된 TFT 성능으로는 전계효과이동도 ~2cm2/VS, ION/OFF 10~4, 수율 97%(20x20-388/400)를 얻었다. 다음으로 압력 센서 제작 공정은 Backplane에 있는 Active area를 제외한 나머지 부분을 Polystyrene 를 이용하여 코팅 후 그 위에 압력에 따라 저항이 변하는 특성을 지닌 Pressure Sensitivity Rubber를 이용하여 다양한 패턴과 압력에 따른 전류 변화를 이용해서 센서 구동 여부를 확인 하였다.
이로써 인쇄 전자 기술을 이용하여 전자 소자 와 센서 역할을 수행 할 수 있는 디바이스를 제작 하였고, 현재 인쇄 TFT가 가진 문제점을 인식하고 해결해 나감으로써 나아가 새롭고, 다양한 분야에 적용 시킬 수 있는 연구임을 확인 할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Inexpensive flexible thin film transistor (TFT) backplane has been highly demanded for the successful commercialization of flexible OLED display, e-paper, wallpaper-like signage and e-skin-like sensor arrays. However, the cost and reliability of flexible TFT backplane have held the time of successful launching of those devices in the market. In this thesis, for the first time in the world, all scalable printing method, roll to plate (R2P) gravure, was developed to print flexible 20 x 20 TFTs backplane on plastic foils and then, the resultant backplane were tested as pressure sensor arrays. For R2P gravure printing, we utilized silver nanoparticle based conductive ink,BaTiO3 nano-particle based dielectricink and single walled carbon nanotube based semiconducting ink to meet there quired rheological characteristics of R2P gravure with poly(ethyleneterephtalate) films. The characteristics of TFT backplane were analyzed using average values of mobility, threshold voltages,on-off current ratio and transconductance of 400TFTs. Finally, the printed TFT backplane was tested as pressure sensor array after laminating pressure sensor sheet.

목차 (Table of Contents)

• I. 서 론 5
• 1. 인쇄전자의 개념 및 이해 5
• 2. 인쇄 트랜지스터 제작 기술에 대한 이해 8
• 3. 인쇄 박막 트랜지스터(TFT)의 원리 및 개념 16
• 4. CNT 이용한 인쇄 TFTs 25
• 6. Flexible Electronics 29
• 7. 압력센서란? 31
• Ⅱ. 실 험 33
• 1. 잉크 및 측정기기 33
• 2. SWNT TFT Active-Matrix-Backplane 제작 37
• Ⅲ. 실험 결과 및 고찰 39
• 1. TFT 인쇄 조건에 따른 인쇄 이미지 개선 39
• 2. TFT Backplane 특성 평가 41
• 3. Pressure Sensor 제작 및 특성 평가 43
• Ⅳ. 결 론 47
• Ⅴ. 참고문헌 48