리버스 오프-셋 인쇄공정을 이용한 대면적 전극인쇄공정 = Large-area Gate Electrodes pring Using Reverse Off-set Printing Process

국문 초록 (Abstract)

리버스 오프-셋 인쇄공정을 이용한 대면적 전극인쇄공정


Large-area Gate Electrodes Printing using Reverse Off-set Printing process


전자공학과 박 윤 종
지 도 교 수 송 정 근

전극을 제작하기 위한 진공 증착과 포토리소그라피 공정 방법은 비용이 많이 든다는 단점이 있다. 이 때문에 기존의 방법을 인쇄 공정으로 대체 하려는 연구가 활발히 진행되고 있다. 인쇄 공정은 비용을 줄일 수 있다는 장점 이 외에도 플라스틱과 같이 고온의 열처리 할 수 없는 기판에 적용이 가능하다는 점 때문에 flexible 디스플레이에 가장 적합한 공정으로 인식되고 있다.
RFID 태그, 센서, 유연성 디스플레이, 태양전지, 전자 종이 등의 전극 제작에 다양한 인쇄공정이 활용되고 있다. 인쇄기술로는 오프셋, 플렉소, 다이렉트, 잉크젯, 그라비아, 리버스 오프-셋 방식등이 있으며 각각은 장단점을 가지고 있다.
그 중에서 전극제작에 많이 사용되는 그라비아 오프-셋 인쇄 방식은 사용하는 인쇄판이 금속의 원통에 크롬 도금을 한 후 다양한 방법의 식각을 통해 패턴이 새겨지기 때문에 대량 생산을 하더라도 패턴이 변하지 않고 인쇄가 가능하다. 그리고 최종 인쇄되는 기판의 재질에 제한이 없기 때문에 폭넓은 피인쇄체에 적용이 가능 할 뿐만 아니라 패턴인쇄 공정 과정이 간단하고 공정속도가 빨라서 현재 다양한 인쇄물 제작공정에 사용되고 있다.
하지만 그라비아 오프-셋 인쇄 방식을 전자소자 제작공정에 적용하기에는 인쇄 해상도가 낮고 인쇄되는 패턴의 두께가 두꺼운 단점을 지니고 있다. 게다가 인쇄판인 금속 원통 전체에 은 잉크를 코팅해야하고 형상화에 사용되지 않은 은 잉크의 재사용이 불가능하다. 그리고 금속 원통의 형상 안에 채워진 잉크가 기판으로 완전히 전이되지 못해 전면 전이가 불가능하기 때문에 연속 인쇄에 어려움이 있다.
여기서 사용된 리버스 오프-셋 인쇄법은 그라비아 인쇄법이 가진 낮은 해상도의 단점을 보완하고자 개발된 방식으로서, 이 방법은 수 마이크로미터의 정교한 패턴을 대면적으로 인쇄 할 수 있다.
본 논문에서는 스크린 인쇄공정과 리버스 오프-셋 인쇄공정을 결합하여 대면적 미세 전극을 인쇄하는 것을 목표로 한다. 스크린 인쇄와 리버스 오프-셋 인쇄를 결합한 이 방식은 전극의 두께를 수 십 nm부터 수 um까지 조절이 가능하고, 마이크로미터의 패턴 형성이 가능하다는 특징이 있다.
먼저 스크린 인쇄공정으로 균일한 두께의 은 박막을 기판에 전면 도포하고, 이어서 리버스 오프-셋 인쇄공정으로 Etching resist(ER) 잉크를 블랑켓 롤을 사용하여 그 기판 위에 전극 형상으로 인쇄한 후 에칭(Etching) 공정을 통해 불필요한 은 박막을 식각하고, 마지막으로 ER 잔막을 제거하여 최종적인 전극을 제작한다.
전극을 제작하면서 연속적인 인쇄 공정을 진행하게 되면 블랑켓의 팽윤문제가 발생하게 된다. 이 과정에서 발생하는 블랑켓 팽윤 문제를 다각적으로 분석하여 문제 발생 원인을 규명해 문제점을 해결할 수 있는 해결책을 제시하였다.
최종적으로 인쇄 공정의 블랑켓 팽윤 문제을 해결하여 6인치 크기의 전자종이 용 유기박막트랜지스터 하판(OTFT-backplane)의 게이트 전극 제작했다. 제작된 전극의 해상도 320 x 240, 최소 선폭 30 um, 그리고 면저항 1 Ω/□로 전극으로 사용하는데 부족함이 없었다.

주요어 : 리버스 옵셋 인쇄(Reverse off-set printing), OTFT, Gate electrodes, 에칭레지스트 잉크(Etching resist ink), 블랑켓 팽윤(blanket swelling)

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. 서 론 1
• 1. 인쇄 전자의 기술 동향 2
• 2. 인쇄 기술의 응용 4
• 3. 인쇄 전자의 시장 전망 8
• 4. 연구 목적 9
• Ⅱ. OTFT-backplane 제작을 위한 다양한 전극 형성법 11
• 1. 진공 증착 및 포토리소그라피(Photolithography) 11
• 2. 전극 제작을 위한 다양한 인쇄 공정 12
• 가. 스크린 인쇄 (Screen printing) 12
• 나. 잉크젯 인쇄 (Inkjet Printing) 15
• 다. 그라비아 옵셋 인쇄 (Gravure off-set printing) 18
• 라. 리버스 옵셋 인쇄 (Reverse off-set printing) 20
• 마. 플렉소 인쇄 (Flexo printing) 22
• Ⅲ. 스크린 인쇄와 리버스 옵셋 인쇄를 혼합한 대면적 미세 전극 인쇄 공정 24
• 1. 은 잉크(Nano Ag ink)를 이용한 스크린 인쇄 25
• 2. 에칭 레지스트 잉크를 이용한 리버스 옵셋 인쇄 27
• 3. 에칭(Etching) 및 박리(Strip off) 공정 29
• Ⅳ. 롤 프린팅 장비 시스템의 개요 및 특성 30
• 1. Multi Off-Set Printer 30
• 가. Operating Panel 31
• (1) Lay Out 31
• 나. Jog Operation 32
• 다. 레시피 (Recipe) 설정 33
• Ⅴ. 리버스 옵셋 인쇄용 에칭 레지스트 잉크(Etching resist ink)의 제작 34
• VI. 에칭 레지스트 잉크(Etching resist ink) 건조 현상 분석 36
• 1. 블랑켓에서 일어나는 ER 잉크의 변화 36
• 2. 용제가 흡수된 블랑켓에서 일어나는 ER 잉크의 변화 41
• Ⅶ. 리버스 오프-셋의 슬릿 다이 코팅 공정 44
• 1. 슬릿 다이 노즐의 잉크를 분출 압력에 따른 차이 44
• 2. 공정 조건에 따른 ER 잉크의 막 두께 46
• Ⅷ. 연속적인 인쇄 공정에서 발생하는 블랑켓의 팽윤 문제 48
• 1. 연속적인 인쇄 공정의 문제점 48
• 2. 블랑켓의 팽윤에 의한 표면 변화 50
• 3. 블랑켓의 팽윤에 의한 높이 변화 52
• 4. 연속적인 인쇄 공정에 의한 블랑켓의 용제 흡수량, 증발량 변화 56
• Ⅸ. 연속적인 인쇄 공정에서 발생하는 블랑켓의 팽윤 문제 해결 방법 61
• 1. 상온에서의 블랑켓 회복 61
• 2. 온도가 블랑켓의 미치는 영향 62
• 3. 80도에서 블랑켓 회복 65
• Ⅹ. 스크린 인쇄와 리버스 옵셋 인쇄를 혼합한 대면적 미세 전극 제작 67
• Ⅺ. 결 론 71
• 참고문헌 73
• ABSTRACT 81