유연성 전자소자 제작을 위한 정전기력 기반의 프린팅 시스템 연구

Abstract

정전기력을 이용한 잉크젯 기술의 경우 세계적으로 80년대 후반부터 제안되었으나 그 기술개발은 최근에서야 이루어지고 있는 초기단계의 기술이다. 미세방울 토출을 위하여 수kV 이상의 고전압이 필요하고 형성되는 액적의 크기를 제어하기 위해서는 인가되는 여러 가지 조건들의 영향을 고려하지 않을 수 없는 실정이다. 이러한 문제점들에 대하여 본 논문에서는 기존 잉크젯 방식과는 달리 정전기력을 이용하여 제팅 할 수 있는 프린팅 시스템을 제작하였고 이에 대해 수백V에서 수kV에 이르기까지에 여러 가지 분사조건들에 대하여 시뮬레이션 하며, 공정연구를 수행하였다. 정전기력을 이용한 잉크젯 공정을 연구하는 과정으로 노즐 모델링을 하였고, 유전율 전하밀도 전위 등 여러 가지 경계조건을 가정하여 토출을 위한 시뮬레이션을 상용프로그램인 Comsol을 이용하여 수행하였다. 또한 시간에 대한 Electro field의 변화를 측정하여 노즐 설계에 대한 이론을 제시하고 이에 맞추어 정전기력을 이용한 잉크젯 장비를 설계 제작 하였다. 위 제작한 정전기력 잉크젯 실험 장비로 실험한 결과 내경 160㎛의 노즐, 인가전압 1.814kV의 정전기력 잉크젯 방식으로 30㎛의 미세라인 패턴을 형성하였고, 인가전압 1.5~1.9kV의 고전압 펄스를 이용하여 직경 70㎛의 DoD 패턴을 형성하였다. 본 논문에서 연구한 정전기력을 이용한 잉크젯 공정의 연구는 기존의 피에조 잉크젯방식과 가열식 잉크젯 방식의 문제점을 보완하기 위하여 진행되고 있으나 아직까지는 미흡한 점이 많다. 하지만, 앞으로 지속적인 연구가 이어진다면, 피에조방식과 열방식의 잉크젯에 비하여 더 많은 장점을 가질 수 있을 것으로 본다.

For the current display process, the innovative micro pattern fabrication process using semiconductor process should be developed, which requires the expensive equipment, the limited process environment and the expensive optic-sensitive material. The effort of process innovation during past several years ends up the limit of cost reduction. The existing ink jet technologies such as a thermal bubble ink jet printing and a piezo ink jet printing are required to shorten the nozzle diameter in order to apply to the micro pattern fabrication. In this paper, as one way to cope these problems the micro pattern equipment based on the electrostatic ink jet has been developed and carried out some experiments.