OTFT-backplane용 게이트 전극 제작을 위한 리버스 오프 셋 인쇄공정 = Patterning of Gate Electrodes of OTET-backplane with Reverse off-set Printing Combined by Screen Printing

국문 초록 (Abstract)

기존의 진공 증착과 포토리소그라피를 이용한 전극제작 공정은 고가의 비용이 들기 때문에 이를 인쇄공정으로 대체하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 인쇄공정은 플라스틱과 같이 고온의 열처리를 할 수 없는 기판을 사용해야 하는 경우 가장 적합한 공정으로 인식되고 있다.
RFID 태그, 센서, 유연성 디스플레이, 태양전지, 전자 종이 등의 전극 제작에 다양한 인쇄공정이 활용되고 있다. 인쇄기술로 오프셋, 플렉소, 다이렉트, 잉크젯, 그라비아, 리버스등이 있으며 각각은 장단점을 가지고 있다.
특히 전극제작에 많이 사용되는 그라비아 옵셋 인쇄에 사용하는 인쇄판은 금속의 원통에 크롬 도금을 한 후 다양한 방법의 식각을 통해 패턴이 새겨지기 때문에 대량 생산을 하더라도 패턴이 변하지 않고 인쇄가 가능하다. 최종 인쇄되는 기판의 재질에 제한이 없기 때문에 다양한 소재에 인쇄가 가능한 장점이 있다.
하지만 인쇄판인 금속 원통 전체에 은 잉크를 코팅해야하고 형상화에 사용되지 않은 은 잉크의 재사용이 불가능하므로 고가의 은 잉크가 대량 사용된다는 단점이 있다.
또한, 금속 원통의 형상 안에 채워진 잉크가 기판으로 완전히 전이되지 못해 전면 전이가 불가능하여 연속 인쇄의 어려움이 있다.
본 논문에서는 스크린 인쇄공정과 리버스 오프셋 인쇄공정을 결합한 대면적 미세 전극 인쇄공정을 개발하였다. 특히 스크린 인쇄와 리버스 옵셋 인쇄를 결합하여 전극의 두께를 수 십 nm부터 수 um까지 조절할 수 있으며, 선 폭은 리버스 옵셋 인쇄의 한계 (수 um)까지 제작할 수 있는 것을 특징으로 한다.
먼저 은 잉크를 스크린 인쇄공정으로 기판에 균일한 두께의 은 박막으로 전면 도포하고, 이어서 리버스 오프셋 인쇄공정으로 etching resist(ER) 잉크를 블랑켓 롤을 사용하여 그 기판 위에 전극 형상으로 인쇄한 후 불필요한 은 박막을 식 각 하고, 마지막으로 ER 잔 막을 제거하여 전극을 제작한다. 잉크 조성과 공정조건 예를 들면 은 잉크의 점도, ER 잉크의 용제 및 첨가제 선택, 그리고 블랑켓 롤의 압력과 회전속도 등을 각 공정단계 마다 적합한 조건을 도출하였다.
이 공정을 적용하여 6인치 크기의 전자종이 용 유기박막트랜지스터 하판(OTFT-backplane)의 게이트 전극 제작에 적용하여 해상도 320 x 240, 최소 선 폭 30 um, 그리고 면 저항 1 Ω/□의 전극을 제작하였다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

There are increasing researches on Printed Electro-Mechanical System (PEMS) which uses printing process to produce cheaply in the large area and with large volume. Printing method reduces markedly semi-conduct process such as existing addition, photo lithography, and etching, processes cheaply by reducing the use of expensive vacuum equipment, and satisfies the precision degree required in electrode.
Printing processes are attracting much attention because of the low cost and high compatibility with plastic substrate.
OTFT-backplanes for flexible displays are a suitable application of printing process because the organic materials can be a good candidate for printing process. In OTFT-backplane the gate electrodes and scan bus lines, which are directly connected to the gate electrodes, require high conductivity and high resolution and thin enough for the good step coverage of the subsequent gate dielectric.
In this paper we developed a printing process for the large area gate electrode and scan bus lines by combining screen printing and reverse off-set printing with Ag ink as a conducting ink.
It draw a conclusion from suitable condition every phase of proess that ink create and process condition. For example viscosity of silver ink, choice of ER ink solvent and additive, pressure of Blanket roll and roll speed and so weiter.
For example, ink composition and process conditions are the viscosity of the ink, ER solvents and additives for ink selection, and the blanket roll and the roll speed and pressure conditions suitable for each process step are derived.
First, Ag ink was uniformly printed over the entire area of substrate by screen printing. And then etching resist (ER) was deposited and patterned by reverse off-set printing over the Ag ink layer.
Subsequently the opened Ag ink was etched off and then the ER was stripped off to obtain the final patterns.
The reverse off-set printing consists of three steps; coating step of ER on blanket by slit coating, patterning step by transferring ER on blanket to cliche, printing step by transferring the remaining ER on blanket to substrate.
In coating step it is important to uniformly coat ER on blanket without pinholes. In patterning step the ER on blanket should be completely transferred to cliché without the residual ER on the selected areas of blanket. In printing step the remaining ER should be completely transferred to Ag ink layer on substrate.
In order to satisfy the above important requirements it is essential to find out an appropriate solvent. Thus we examined the contact angle and surface tension of ER when mixed with the various solvents and found out the coating ability on blanket.
The final gate electrodes were obtained through etching Ag ink layer in the exposed areas.
By using this process the line feature of 30 um was easily obtained with the sheet resistance of 1 W/square over 6” (320 x 240) substrate.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서론 1
• 1. 인쇄 전자의 기술 동향 3
• 2. 인쇄 기술의 응용 5
• 3. 인쇄 전자의 시장 전망 7
• 4. 연구목적 8
• Ⅱ. OTFT-backplane 제작을 위한 다양한 전극 형성법 10
• 1. 진공 증착 및 포토리소그라피(Photolithography) 10
• 2. 전극 제작을 위한 다양한 인쇄 공정 12
• 가. 스크린 인쇄 (Screen printing) 12
• 나. 잉크젯 인쇄 (Inkjet printing) 14
• 다. 그라비아 & 그라비아 옵셋 인쇄 (Gravure & Gravure off-set printing) 16
• 라. 리버스 옵셋 인쇄 (Reverse off-set printing) 18
• 마. 플렉소 인쇄 (Flexo printing) 20
• Ⅲ. 스크린 인쇄와 리버스 옵셋 인쇄를 혼합한 대면적 미세 전극 용 인쇄 공정 22
• 1. 은 잉크(Nano Ag ink)를 이용한 스크린 인쇄 23
• 2. 에칭 레지스트 잉크(Etching resist ink)를 이용한 리버스 옵셋 인쇄 25
• 3. 에칭(Etching) 및 박리(Strip off) 공정 28
• IV. 리버스 옵셋 인쇄용 에칭 레지스트 잉크(Etching resist ink)의 제작 및 박막 성형 공정 29
• 1. 에칭 레지스트 잉크(Etching resist ink) 제작 29
• 가. 용제에 따른 잉크의 코팅 특성 29
• 나. 첨가제에 따른 잉크의 코팅 특성 31
• 2. 에칭 레지스트 잉크(Etching resist ink)의 박막 성형 공정 34
• 가. 롤 회전 속도에 따른 특성 35
• 나. 롤 회전속도와 도포량에 따른 특성 36
• V. 리버스 옵셋 인쇄 공정에서의 블랑켓 롤의 속도 및 블랑켓 롤의 인압에 따른 형상화 및 인쇄 특성 40
• 1. 블랑켓 롤의 속도와 형상화 특성 40
• 2. 블랑켓 롤의 인압과 인쇄 특성 43
• 3. 블랑켓 사용 횟수에 따른 슬릿 코팅 및 인쇄 특성 45
• 4. 인쇄 방향 및 패턴 크기에 따른 인쇄 특성 50
• 가. 인쇄 방향에 따른 패턴의 인쇄 특성 50
• 나. 패턴 크기에 따른 인쇄 특성 51
• VI. 스크린 인쇄와 리버스 옵셋 인쇄를 혼합한 대면적 미세 전극 제작 52
• VII. 결론 54
• 참고문헌 55
• Abstract 63