KR100787237B1

KR100787237B1 - 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉인쇄장치

Info

Publication number: KR100787237B1
Application number: KR1020060056470A
Authority: KR
Inventors: 조정대; 김광영; 이응숙; 최병오
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2006-06-22
Filing date: 2006-06-22
Publication date: 2007-12-21
Anticipated expiration: 2026-06-22

Abstract

본 발명의 예시적인 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치는, 프레임과, 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 드럼부재와, 기판을 지지하면서 상기 프레임에 주행 가능하게 설치되는 평판 테이블과, 소정의 패턴이 형성되어 있으며 상기 패턴이 형성된 면의 반대면이 상기 드럼부재의 외주면을 감싸도록 배치되고 상기 패턴 형성면이 상기 기판과 상호 밀착되는 탄성중합체 스탬프와, 상기 프레임에 설치되어 소정의 인쇄조성물을 상기 패턴 형성면으로 공급하는 인쇄조성물 공급유닛을 포함한다.

미세접촉인쇄, 인쇄장치, 롤-프린트, 드럼부재, 기판, 탄성중합체, 스탬프

Description

탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치 {MICROCONTACT PRINTING DEVICE OF ROLL-PRINT TYPE USING PDMS STAMP}

이 도면들은 본 발명의 예시적인 실시예를 설명하는데 참조하기 위함이므로, 본 발명의 기술적 사상을 첨부한 도면에 한정해서 해석하여서는 아니된다.

도 1은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치의 구성을 도시한 사시도이다.

도 2는 도 1의 단면 구성도이다.

도 3은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치에 있어, 평판 테이블의 위치조절부재 부위를 나타내 보인 평면 구성도이다.

도 4는 본 발명의 예시적인 제2 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.

도 5는 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이다.

도 6은 도 5의 단면 구성도이다.

도 7은 도 5에 도시된 승강유닛 부위를 개략적으로 나타내 보인 정면 구성도 이다.

도 8은 본 발명의 예시적인 제4 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치의 구성을 개략적으로 도시한 단면 구성도이다.

<도면의 주요 부분에 대한 참조 부호의 설명>

10... 프레임 20... 드럼부재

25... 구동부재 40... 평판 테이블

43... 위치조절부재 60... 탄성중합체 스탬프

65... 금속 박막 70... 인쇄조성물 공급유닛

71... 노즐부재 80... 블레이드부재

본 발명은 미세접촉 인쇄장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 탄성중합체 스탬프를 롤-프린트 방식에 적용하여 기판에 미세 패턴을 형성할 수 있는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치에 관한 것이다.

일반적으로, 반도체 공정에서 프린팅 패턴의 소형화와 고집적화는 시간, 비용 및 시료의 크기를 감소시키고, 새로운 기능을 향상시키기 위한 중요한 요소이다.

그러나 10㎛ 이하 또는 나노 크기의 해상도를 얻기 위해서 반도체 공정 방법 들을 사용하자면 초기자본 및 유지비 등의 비용이 많이 소요될 뿐만 아니라, 소스(source)가 방사능의 누출을 유발할 수 있기 때문에 환경 친화적이지 않고, 기존의 제조기술로는 불가능한 소프트한 물질과 평평하지 않은 표면이나 특이한 물질 혹은 넓은 면적에 대한 패터닝에는 쉽게 사용할 수 없다는 한계로 인하여 새로운 방법이 모색되고 있다.

이를 위해 리소그래피나 복제기술의 대안으로 개발된 대표적인 것이 미세접촉 인쇄(microcontact printing) 방식으로서, 이 미세접촉 인쇄 방식은 단단한 무기질의 재료 보다는 유연한 유기질 재료인 탄성중합체(polydimethylsiloxane: PDMS) 스탬프(stamp)로 미세 패턴을 만들어 기판으로 전이하는 방식을 의미한다.

이러한 미세접촉 인쇄는 단순성과 편리성 외에도 많은 수의 패턴을 복제할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 탄성중합체 스탬프와 기판 표면 사이의 정합 접촉이 패턴 전이의 핵심기술이다. 더욱이, 미쇄접촉 인쇄는 2차원의 형상을 만드는데 가장 적합하지만, 금속 박막 도금과 같은 다른 공정과 결합되면 3차원 형상을 만드는데 이용할 수도 있다.

구체적으로, 미세접촉 인쇄 방식은 가공된 마스터(master)로부터 탄성중합체 스탬프에 패턴을 복제하고, 이 탄성중합체 스탬프의 패턴 형성면으로 전도성 잉크나 금,은 페이스트를 도포한 다음, 탄성중합체 스탬프로부터 기판의 표면에 미세 패턴을 전이한다. 이렇게 인쇄된 미세 패턴은 UV를 조사하거나 열에 의한 방법으로 패터닝된 전극을 경화하여 고정시키게 된다.

그런데, 상기에서와 같이 탄성중합체 스탬프를 이용한 미세접촉 인쇄는 탄성 중합체 스탬프와 기판이 평판 대 평판의 가압 인쇄 방식으로서 탄성중합체 스탬프로부터 기판으로 미세 패턴을 전이하는 방식이기 때문에 인쇄압력, 인쇄시간, 접촉속도 등의 불균일에 의해 탄성중합체 스탬프의 패턴 형태가 변형 또는 파괴되는 현상이 있었다. 또한 대면적의 인쇄에 있어서 평탄도가 유지되거나 균일하고 결함 없는 미세 구조물을 제작하는 데에도 어려움이 있었으며, 정합접촉 및 정렬오차, SAM(자기조립 단층막: Self-Assembled Monolayer)의 균일한 전이 및 확산(diffusion) 현상의 발생에 의해 패턴이 변형되는 문제점도 있었다. 또한, 상기에서와 같은 평판 대 평판의 가압 인쇄 방식은 장치의 크기가 커지게 되는 문제점도 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 그 목적은 탄성중합체 스탬프를 롤-프린트 방식에 적용함으로써 선 접촉에 의한 균일한 압력 분포 및 일정한 속도에 의한 탄성중합체 스탬프의 패턴 변형을 최소화 함은 물론, 대면적의 기판에 10㎛ 이하 또는 나노 크기의 미세 패턴을 용이하게 형성할 수 있는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세패턴 인쇄장치를 제공하는데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 예시적인 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치는, 프레임과, 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 드럼부재와, 기판을 지지하면서 상기 프레임에 주행 가능하게 설치되는 평판 테이블과, 소정의 패턴이 형성되어 있으며 상기 패턴이 형성된 면의 반대면이 상기 드럼부재의 외주면을 감싸도록 배치되고 상기 패턴 형성면이 상기 기판과 상호 밀착되는 탄성중합체 스탬프와, 상기 프레임에 설치되어 소정의 인쇄조성물을 상기 패턴 형성면으로 공급하는 인쇄조성물 공급유닛을 포함한다.

상기 미세접촉 인쇄장치는, 상기 탄성중합체 스탬프의 상기 반대면과 상기 드럼부재의 외주면에 접착되게 설치되는 금속 박막을 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치는, 상기 프레임에 설치되어 상기 패턴 형성면으로 공급된 상기 인쇄조성물을 스퀴징하는 블레이드부재를 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치에 있어서, 상기 평판 테이블은 엘엠 가이드에 의해 가이드되면서 상기 프레임에 대해 X축 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치에 있어서, 상기 평판 테이블은 상기 기판을 소정 셋팅 위치(초기의 셋팅 위치)에 정위치시키기 위한 위치조절부재를 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치에 있어서, 상기 인쇄조성물 공급유닛은 상기 인쇄조성물을 상기 패턴 형성면으로 분사하는 노즐부재를 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치에 있어서, 상기 인쇄조성물 공급유닛은 상기 인쇄조성물을 수용하면서 상기 인쇄조성물에 상기 탄성중합체 스탬프를 일부 잠기게 하는 탱크부재를 포함할 수도 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치는, 상기 프레임에 설치되어 상기 드럼부재를 회전시 키는 구동부재를 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치에 있어서, 상기 프레임은 상기 평판 테이블을 지지하는 베이스 프레임과, 상기 베이스 프레임에 직립하게 설치되어 상기 드럼부재 및 상기 인쇄조성물 공급유닛을 지지하는 수직 프레임을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 예시적인 다른 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치는, 프레임과, 모터의 구동에 의해 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 드럼부재와, 기판을 지지하면서 상기 프레임에 주행 가능하게 설치되는 평판 테이블과, 소정의 패턴이 형성되어 있으며 상기 패턴이 형성된 면의 반대면이 상기 드럼부재의 외주면을 감싸도록 배치되고 상기 패턴 형성면이 상기 기판과 상호 밀착되는 탄성중합체 스탬프와, 상기 패턴 형성면에 밀착되면서 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 피동롤러와, 상기 프레임에 설치되어 소정의 인쇄조성물을 상기 피동롤러의 외주면으로 공급하는 인쇄조성물 공급유닛을 포함한다.

이 경우 상기 미세접촉 인쇄장치는 상기 탄성중합체 스탬프의 상기 반대면과 상기 드럼부재의 외주면에 접착되게 설치되는 금속 박막을 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치는 상기 프레임에 설치되어 상기 피동롤러의 외주면으로 공급된 상기 인쇄조성물을 스퀴징하는 블레이드부재를 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치는 상기 프레임에 설치되어 상기 피동롤러를 상,하 방향으로 승강시키기 위한 승강유닛을 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치에 있어서, 상기 승강유닛은 상기 피동롤러의 양단부 와 연결되게 설치되며 상기 프레임에 대해 승강 가능하게 설치되는 한 쌍의 회전 지지체와, 상기 각 회전 지지체와 연결되게 설치되는 공압 실린더를 포함할 수 있다. 이 경우 상기 회전 지지체는 엘엠 가이드에 의해 가이드되면서 상기 프레임에 대해 Z축 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치될 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치에 있어서, 상기 인쇄조성물 공급유닛은 상기 인쇄조성물을 상기 피동롤러의 외주면으로 분사하는 노즐부재를 포함할 수 있다.

상기 미세접촉 인쇄장치에 있어서, 상기 인쇄조성물 공급유닛은 상기 인쇄조성물을 수용하면서 상기 인쇄조성물에 상기 피동롤러를 일부 잠기게 하는 탱크부재를 포함할 수도 있다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.

도 1은 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 2는 도 1의 단면 구성도이다.

이들 도면을 참고하여 본 발명의 제1 실시예에 따른 미세접촉 인쇄장치(100)를 설명하면, 본 인쇄장치(100)는 탄성중합체(polydimethylsiloxane: PDMS) 스탬프(stamp)를 이용한 롤-프린트(roll-print) 방식으로서 대면적의 LCD 유리 기판 또는 플라스틱 기판의 표면에 10㎛ 이하 또는 나노 크기의 미세 패턴을 인쇄할 수 있 는 구조로서 이루어진다.

여기서, 롤-프린트 방식이라 함은 소정 회전체의 표면에 패턴을 형성하고, 이 회전체의 표면에 SAM(자기조립 단층막) 용액, 전도성 잉크 또는 금,은 페이스트와 같은 인쇄조성물을 도포한 후, 이 회전체를 회전시키면서 기판의 표면으로 전극과 같은 미세 패턴을 전이하는 방식을 일컫는다.

본 장치(100)는 이하에서 설명하는 각종 구성요소들로서 구성되는 바, 이 구성요소들은 하나의 프레임(10)에 모두 설치될 수 있고, 분획된 각각의 프레임(10)에 결합된 형태일 수도 있다.

이러한 프레임(10)은 지면에 대해 본 장치(100)를 지지할 수 있도록 구성되고, 본 장치(100)를 구동하기 위한 각종 모터들과, 센서, 에어 시스템, 유압 시스템, 진공 시스템, 파워 플랜트, 전자 제어 계측 시스템 등이 구비된다.

이하에서 설명하는 본 장치(100)의 구성요소들은 모두 프레임(10)에 설치되는 것으로서, 각종 브라켓, 블록, 플레이트, 하우징, 커버, 칼라 등은 각각의 구성요소들을 프레임(10)에 설치하기 위한 부속 요소들이므로 예외적인 경우를 제외하고 프레임(10)으로 통칭하는 것을 원칙으로 한다.

구체적으로, 본 실시예에 의한 미세접촉 인쇄장치(100)는 프레임(10)에 설치되는 드럼부재(20)와, 기판(1)을 지지하는 평판 테이블(40)과, 드럼부재(20)에 설치되는 탄성중합체 스탬프(60)와, 인쇄조성물을 탄성중합체 스탬프(60)로 공급하는 인쇄조성물 공급유닛(70)과, 탄성중합체 스탬프(60)로 공급된 인쇄조성물을 스퀴징하는 블레이드부재(80)를 포함한다.

여기서, 프레임(10)은 평판 테이블(40)을 지지하는 베이스 프레임(11)과, 이 베이스 프레임(11)의 상호 대향하는 양쪽 가장자리 부분에 직립되게 설치되어 드럼부재(20), 인쇄조성물 공급유닛(70) 및 블레이드부재(80)를 지지하는 한 쌍의 수직 프레임(12)으로서 구성된다. 이 때, 한 쌍의 수직 프레임(12)은 도면에서 베이스 프레임(11)의 X축 방향에 상응하는 양쪽 가장자리 부분에 각각 설치된다.

본 실시예에 따르면, 드럼부재(20)는 유리 또는 메탈 소재의 실린더 형태로서 이루어지며, 한 쌍의 수직 프레임(12)에 회전 가능하게 지지된다.

이 드럼부재(20)는 도면에서와 같이 베이스 프레임(11)에 대해 Y축 방향으로 길게 배치되며, 평판 테이블(40)의 상면과 일정 간격 이격되게 배치된다. 이 경우, 드럼부재(20)는 이의 양단이 각각의 수직 프레임(12)에 결합되고, 상기한 양단에 통상적인 베어링(21)이 설치된 구조로서 이루어진다. 그리고, 드럼부재(20)는 이의 일측 단부에 연결되게 설치되는 구동부재(25), 바람직하게는 모터의 구동에 의해 회전될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 평판 테이블(40)은 유리 또는 플라스틱 기판(1)을 안정되게 지지하는 평판형 플레이트로서, 베이스 프레임(11)에 지지되면서 한 쌍의 수직 프레임(12) 사이에 배치되고, 드럼부재(20)의 외주면과 일정 간격 이격되게 설치된다.

이러한 평판 테이블(40)은 한 쌍의 수직 프레임(12) 사이에서 베이스 프레임(11)에 대해 주행 가능하게 설치되는 바, 엘엠(Linear Motion: LM) 가이드(41)에 의해 베이스 프레임(11)의 X축 방향을 따라 왕복 이동 가능하게 설치된다.

여기서, 엘엠 가이드(41)는 평판 테이블(40)의 하면에 형성되는 가이드 홈(도면에 도시되지 않음), 및 베이스 프레임(11)의 상면에 형성되어 가이드 홈과 결합하는 가이드 돌기(도시되지 않음)일 수 있고, 평판 테이블(40)의 하면에 형성되는 가이드 돌기, 및 베이스 프레임(11)의 상면에 형성되어 가이드 돌기와 결합하는 가이드 홈일 수도 있다.

대안으로서, 본 발명에서는 평판 테이블(40)을 왕복 이동시키기 위한 가이드수단으로서 상기에서와 같은 엘엠 가이드(41)를 구비하는 것에 한정되지 않고, 통상적인 구조의 엘엠(Linear Motion: LM) 베어링(Bearing)을 구비할 수도 있다.

이에 더하여, 평판 테이블(40)은 도 3에 도시된 바와 같이, 기판(1)을 초기의 셋팅 위치에 정위치시키기 위한 위치조절부재(43)를 더욱 포함한다. 이러한 위치조절부재(43)는 평판 테이블(40)의 상면에 안착된 기판(1)의 각 모서리변을 지지하는 스토퍼(45)로서 구비된다.

이 스토퍼(45)는 기판(1)의 크기에 따라 평판 테이블(40)의 상면에 대해 X축 및 Y축 방향으로 이동되면서 기판(1)의 각 모서리변을 지지하는 기능을 하게 된다. 이러한 스토퍼(45)는 평판 테이블(40)의 각 모서리 부분에 X축 및 Y축 방향을 따라 일정 길이로 형성된 가이드 홈(46)에 결합되며, 이 가이드 홈(46)을 따라 왕복 슬라이딩 가능하게 설치된다. 이 경우, 스토퍼(45)는 기판(1)의 크기에 대응하여 가이드 홈(46)을 따라 평판 테이블(40)의 X축 및 Y축 방향으로 이동되면서 기판(1)의 각 모서리변에 밀착하는 위치에서 스크류(47)에 의해 고정될 수 있다.

본 실시예에 따르면, 탄성중합체 스탬프(60)는 패턴 전이를 이용한 미세접촉 인쇄방식에 주로 사용되는 것으로서, 유연성을 지닌 유기질 재료인 폴리머(polymer) 계열의 탄성중합체로서 이루어진다.

여기서, 탄성중합체 스탬프(60)를 이용한 미세접촉 인쇄방법은 가공된 마스터(master)로부터 스탬프(60)의 표면에 패턴을 복제하고, 이 표면에 SAM(자기조립 단층막) 잉크로 단층막을 형성하거나 전도성 잉크 또는 금,은 페이스트와 같은 인쇄조성물을 도포하여 박막을 형성하고, 이 스탬프(60)의 패턴 형성면을 기판(1)의 표면에 밀착시킴으로써 상기한 단층막을 기판(1)으로 전이하여 기판(1)의 표면에 미세 패턴의 금속 전극을 형성할 수 있는 방식을 의미한다.

구체적으로, 본 실시예에 의한 탄성중합체 스탬프(60)는 최초 평판 형태에서 마스터로부터 복제된 패턴(61)을 일측면에 형성하고 있으며, 이 패턴 형성면의 반대면이 드럼부재(20)의 외주면을 감싸도록 배치된다.

따라서, 이러한 탄성중합체 스탬프(60)는 평판 테이블(40)에 안착된 기판(1)의 표면에 패턴 형성면이 밀착되고, 드럼부재(20)가 회전됨에 따라 그 패턴 형성면에 형성된 인쇄조성물의 단층막을 기판(1)의 표면에 미세 패턴으로서 전이시킬 수 있게 된다. 이로 말미암아, 평판 테이블(40)은 기판(1)의 표면에 밀착되는 탄성중합체 스탬프(60)와의 마찰력에 의해 드럼부재(20)의 회전 방향(도면에서의 X축 방향)으로 주행하게 되는 것이다.

본 실시예에서, 상기에서와 같은 탄성중합체 스탬프(60)는 드럼부재(20)의 외주면에 견고하게 고정된다. 이는 탄성중합체 스탬프(60)와 드럼부재(20)의 외주면 사이에 배치되는 금속 박막(65)이 탄성중합체 스탬프(60)의 다른 일측면(패턴이 형성된 면의 반대쪽 면)에 접착되고, 드럼부재(20)의 외주면에 접착됨으로써 가능하다. 즉, 금속 박막(65)은 이의 일측면이 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴(61)이 형성된 면의 반대쪽 면에 접착되고, 다른 일측면이 드럼부재(20)의 외주면에 접착되게 된다.

이와 같이, 탄성중합체 스탬프(60)의 상기 다른 일측면에 금속 박막(65)을 부착시키고, 이 금속 박막(65)을 드럼부재(20)의 외주면에 부착시키는 이유는, 탄성중합체 스탬프(60)가 유연성을 지닌 폴리머(polymer) 계열 소재로서 이루어지고 있기 때문에, 이 폴리머 계열 소재의 고유한 특성상 탄성중합체 스탬프(60)가 기판(1)의 표면에 밀착될 때 그 크기가 감싸는 방법 및 힘에 따라 기설정된 치수 이상으로 변형되므로 이를 방지하기 위함이다. 즉, 탄성중합체 스탬프(60)는 금속 박막(65)에 견고하게 지지되기 때문에, 그 크기가 기설정된 치수 이상으로 변형되지 않게 된다. 또한, 탄성중합체 스탬프(60)는 금속 박막(65)에 접착제를 도포하여 드럼부재(20)의 외주면에 부착되므로, 접착제에 의한 탈 부착이 용이해진다.

본 실시예에 따르면, 인쇄조성물 공급유닛(70)은 인쇄조성물을 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면으로 도포하기 위한 것으로서, 한 쌍의 수직 프레임(12)에 고정되게 설치된다.

이러한 인쇄조성물 공급유닛(70)은 인쇄조성물을 수용하는 탱크(도면에 도시되지 않음)를 가지면서 이 탱크로부터 제공되는 인쇄조성물을 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면으로 분사시키는 노즐부재(71)를 구비한다.

이 노즐부재(71)는 한 쌍의 수직 프레임(12)에 지지되면서 탄성중합체 스탬 프(60)의 외주면(패턴 형성면)과 일정 간격 이격되게 배치되며, 드럼부재(20)의 길이 방향에 평행하게 배치된다. 이 경우, 노즐부재(71)는 드럼부재(20)의 전체 길이에 대응하여 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면을 향하여 인쇄조성물을 분사할 수 있는 매니폴더 형태의 노즐공(72)을 형성하고 있다.

본 실시예에 따르면, 블레이드부재(80)는 노즐부재(71)에 의해 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면으로 분사된 인쇄조성물을 스퀴징 하기 위한 것으로서, 수직 프레임(12)에 고정되게 설치된다. 즉, 블레이드부재(80)는 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면에 도포된 인쇄조성물을 스퀴징 하여 일정한 두께의 단층막으로서 형성하는 기능을 하게 된다.

이 블레이드부재(80)는 당 업계에서는 닥터 블레이드(doctor blade)라고 칭하며, 일측 단부가 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면에 접촉되고, 다른 일측 단부가 별도의 지지 브라켓(81)에 지지된 구조로서 이루어진다.

이러한 블레이드부재(80)는 플렉시블한 고무 재질 또는 플라스틱 재질로서 형성될 수 있다. 또한, 블레이드부재(80)는 이 블레이드부재(80)와 탄성중합체 스탬프(60)의 접촉 부위를 기준으로 중력방향으로 나란한 중력선을 가상의 기준선으로 할 때, 중력선에 대해 대략 45도 각도 경사지게 배치되는 것이 좋다.

이 경우, 블레이드부재(80)에 의해 스퀴징된 인쇄조성물은 블레이드부재(80)를 타고 흘러내릴 때, 중력의 영향을 최대한 많이 받을 수 있게 되고, 상기 스퀴징된 인쇄조성물은 블레이드부재(80)에 달라붙지 않고 블레이드부재(80)의 아래쪽에 설치된 트레이(도면에 도시되지 않음)로 포집될 수 있다.

이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 예시적인 제1 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치(100)의 동작을 상세하게 설명한다.

우선, 드럼부재(20)는 구동부재(25)로부터 제공되는 동력을 전달받아 도면에 화살표로 도시된 방향으로 회전된다.

이어서, 노즐부재(71)는 노즐공(72)을 통해 전도성 잉크 또는 금,은 페이스트와 같은 인쇄조성물을 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면으로 분사한다.

다음, 블레이드부재(80)는 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면에 접촉된 상태에서, 이 패턴 형성면에 도포된 인쇄조성물을 스퀴징 한다. 그러면, 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면에는 일정한 두께의 인쇄조성물 단층막이 형성된다.

이와 같은 상태에서, 기판(1)이 안착된 평판 테이블(40)을 베이스 프레임(11)과 드럼부재(20)의 탄성중합체 스탬프(60) 사이로 진입시킨다. 이 때, 기판(1)은 평판 테이블(40)의 상면에 안정되게 지지되고 있는 바, 위치조절부재(43)에 의해 초기의 셋팅 위치에 정위치되고, 평판 테이블(40)의 상면에 테이핑 방식으로서 부착된 상태에 있다.

여기서, 기판(1)은 드럼부재(20)의 직경에 따라 그 크기가 달라질 수 있으며, 이 기판(1)의 크기에 대응하여 평판 테이블(40)의 가이드 홈(46)을 따라 X축 및 Y축 방향으로 이동되면서 기판(1)의 각 모서리변을 지지하는 스토퍼(45)에 의해 평판 테이블(40)의 기설정된 셋팅 위치에 정위치될 수 있다. 이 때, 스토퍼(45)는 기판(1)의 각 모서리변에 밀착하면서 스크류(47)에 의해 평판 테이블(40)에 고정된 다.

이어서, 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴 형성면이 기판(1)의 표면에 밀착되고, 드럼부재(20)가 회전됨에 따라 그 패턴 형성면에 형성된 인쇄조성물의 단층막은 패턴 형성면으로부터 기판(1)의 표면에 미세 패턴으로서 전이된다. 이 때, 평판 테이블(40)은 기판(1)의 표면에 밀착되는 탄성중합체 스탬프(60)에 의해 도면에 화살표로 표시된 X축 방향을 따라 주행하게 된다.

이 과정에서, 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴(61)이 형성된 면의 반대쪽 면이 금속 박막(65)의 표면에 부착되고 있기 때문에, 탄성중합체 스탬프(60)는 금속 박막(65)의 표면에 견고하게 지지됨으로써 그의 크기가 기설정된 치수 이상으로 변형되지 않게 된다.

따라서, 탄성중합체 스탬프(60)의 패턴(61)에 상응하는 인쇄조성물의 미세 패턴은 이상에서와 같은 롤-프린트 방식으로서 기판(1)의 표면에 패터닝된다. 이로써, 본 실시예서는 이와 같은 과정을 거친 후, 인쇄조성물의 미세 패턴에 UV를 조사하거나 열을 가하는 방식으로서 패터닝된 미세 패턴을 경화시키게 되면, 기판(1)의 표면에 10㎛ 이하 또는 나노 크기의 금속 전극을 형성할 수 있게 된다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 미세접촉 인쇄장치(200)는 인쇄조성물을 노즐 방식으로서 탄성중합체 스탬프의 패턴 형성면으로 분사하는 전기 실시예와 달 리, 인쇄조성물을 수용하면서 이 인쇄조성물에 탄성중합체 스탬프(160)를 일부 잠기게 하여 인쇄조성물을 탄성중합체 스탬프(160)의 패턴 형성면에 도포하는 탱크부재(171)를 가진 인쇄조성물 공급유닛(170)이 구비된다.

상기에서, 탱크부재(171)는 도면에 가상선으로 도시된 한 쌍의 수직 프레임(112)에 연결되게 설치되는 바, 인쇄조성물을 수용하는 수용 공간을 가지면서 드럼부재(120)에 감긴 탄성중합체 스탬프(160)가 인쇄조성물에 일부 잠긴 상태로 드럼부재(120)의 회전을 지지할 수 있는 용기 형태로서 이루어진다.

따라서, 본 실시예에 의하면, 드럼부재(120)가 회전하게 되면, 탄성중합체 스탬프(160)의 일부가 탱크부재(171)의 수용 공간에 수용된 인쇄조성물에 일부 잠겨 있기 때문에, 인쇄조성물은 탄성중합체 스탬프(160)의 패턴 형성면에 자연스럽게 도포된다.

본 실시예에 의한 미세접촉 인쇄장치(200)의 나머지 구성 및 작용은 전기 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략하기로 한다.

도 5는 본 발명의 예시적인 제3 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치의 구성을 개략적으로 도시한 사시도이고, 도 6은 도 5의 단면 구성도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 미세접촉 인쇄장치(300)는 구동부재(225)의 구동에 의해 프레임(210)에 회전 가능하게 설치되는 드럼부재(220)와, 기판(1)을 지지하면서 프레임(210)에 주행 가능하게 설치되는 평판 테이블(240)과, 드럼부재(220)의 외주면을 감싸도록 배치되는 탄성중합체 스탬프(260)와, 이 탄성 중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면에 밀착되면서 프레임(210)에 회전 가능하게 설치되는 피동롤러(269)와, 인쇄조성물을 피동롤러(269)의 외주면으로 공급하는 인쇄조성물 공급유닛(270)과, 피동롤러(269)의 외주면으로 공급된 인쇄조성물을 스퀴징하는 블레이드부재(280)를 포함하여 구성된다.

상기에서, 드럼부재(220), 평판 테이블(240) 및 탄성중합체 스탬프(260)의 구성은 전기 제1 실시예와 동일하므로 그 자세한 설명은 생략하기로 한다.

본 실시예에서, 피동롤러(269)는 인쇄조성물 공급유닛(270)으로부터 이의 외주면으로 공급되는 인쇄조성물을 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면을 가압하는 방식으로서 그 패턴 형성면으로 전달하기 위한 것이다.

이 피동롤러(269)는 이의 양단부가 한 쌍의 수직 프레임(212)에 회전 가능하게 지지되며, 도면에서와 같이 베이스 프레임(211)에 대해 Y축 방향으로 길게 배치되고, 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면에 밀착되게 배치된다.

따라서, 피동롤러(269)는 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면에 밀착되기 때문에, 드럼부재(220)가 회전됨에 따라 이 드럼부재(220)의 회전 방향에 반대되는 방향으로 회전하게 된다. 이로써, 피동롤러(269)는 인쇄조성물 공급유닛(270)으로부터 이의 외주면으로 공급된 인쇄조성물을 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면으로 전달할 수 있게 된다.

한편, 이와 같은 피동롤러(269)는 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면을 가압하는 방식으로서, 인쇄조성물 공급유닛(270)에 의해 이의 외주면으로 공급된 인쇄조성물을 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면으로 전달함은 물론, 상기 패 턴 형성면으로 전달된 인쇄조성물의 두께를 조절하기 위해 수직 프레임(212)에 대해 Z축 방향으로 승강 가능하게 설치된다.

이를 위해 본 실시예에 의한 미세접촉 인쇄장치(300)는 피동롤러(269)를 상,하 방향으로 승강시키기 위한 승강유닛(290)을 포함하고 있다.

이러한 승강유닛(290)은 도 7에 도시된 바와 같이, 수직 프레임(212)에 대해 승강 가능하게 설치되고 피동롤러(269)의 양단부와 연결되면서 이 피동롤러(269)의 회전을 지지하는 한 쌍의 회전 지지체(291)와, 이 회전 지지체(291)와 각각 연결되게 설치되는 공압 실린더(299)를 구비한다.

회전 지지체(291)는 한 쌍의 수직 프레임(212)에 대해 상,하 방향으로 왕복 슬라이딩 가능하게 설치되는 슬라이딩 블록(292)과, 이 슬라이딩 블록(292)에 설치되고 피동롤러(269)의 양단부와 결합하는 베어링(293)으로서 구성된다.

상기에서, 슬라이딩 블록(292)은 엘엠(Linear Motion: LM) 가이드(294)에 의해 수직 프레임(212)을 따라 상,하 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치된다. 이 경우, 엘엠 가이드(294)는 슬라이딩 블록(292)에 형성되는 가이드 홈(도면에 도시되지 않음), 및 수직 프레임(212)에 형성되어 가이드 홈과 결합하는 가이드 돌기(도시되지 않음)일 수 있고, 슬라이딩 블록(292)에 형성되는 가이드 돌기, 및 수직 프레임(212)에 형성되어 가이드 돌기와 결합하는 가이드 홈일 수도 있다. 대안으로서, 본 실시예에서는 슬라이딩 블록(292)을 수직 프레임(212)에 대해 상,하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 가이드수단으로서 상기에서와 같은 엘엠 가이드(294)를 구비하는 것에 한정되지 않고, 통상적인 구조의 엘엠(Linear Motion: LM) 베어 링(Bearing)을 구비할 수도 있다.

베어링(293)은 슬라이딩 블록(292)에 고정되게 설치되며, 피동롤러(269)의 양단부를 지지하면서 이 피동롤러(269)의 회전을 지지하는 통상적인 구조의 베어링으로서 구비된다.

본 실시예에서, 공압 실린더(299)는 수직 프레임(212)에 대해 슬라이딩 블록(292)을 상,하 방향으로 왕복 이동시키기 위한 것이다. 이 공압 실린더(299)는 한 쌍의 수직 프레임(212)에 고정되게 설치되며, 컴프레셔(도면에 도시되지 않음)로부터 공급되는 공압에 의해 피스톤이 작동되는 통상적인 구조의 실린더로서 구비된다.

본 실시예에 따르면, 인쇄조성물 공급유닛(270)은 인쇄조성물을 피동롤러(269)의 외주면으로 도포하기 위한 것으로서, 전기 제1 실시예에서와 같이 인쇄조성물을 피동롤러(269)의 외주면으로 분사시키는 노즐부재(271)를 구비한다. 이러한 노즐부재(271)의 구성은 전기 제1 실시예에서와 같은 구성으로서 이루어지므로 자세한 설명은 생략한다.

본 실시예에 따르면, 블레이드부재(280)는 노즐부재(271)에 의해 피동롤러(269)의 외주면으로 분사된 인쇄조성물을 스퀴징 하기 위한 것으로서, 전기 제1 실시예에서와 같은 구성으로 이루어지며, 피동롤러(269)의 외주면에 도포된 인쇄조성물을 스퀴징 하여 일정한 두께의 단층막으로서 형성하는 기능을 하게 된다. 이러한 블레이드부재(280)의 구성은 전기 제1 실시예에서와 같은 구성으로서 이루어지므로 자세한 설명은 생략한다.

상기와 같이 구성되는 본 실시예에 의한 미세접촉 인쇄장치(300)의 동작을 설명하면, 우선 드럼부재(220)는 구동부재(225)로부터 제공되는 동력을 전달받아 도면에 화살표로 도시된 방향으로 회전된다.

이 과정에서, 피동롤러(269)는 드럼부재(220)를 감싸는 탄성중합체 스탬프(260)에 밀착되면서 이 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면을 가압하고 있기 때문에, 드럼부재(220)의 회전에 의해 이 드럼부재(220)의 회전 방향에 반대되는 방향으로 회전하게 된다. 이 때, 피동롤러(269)는 승강유닛(290)에 의해 수직 프레임(212)의 길이 방향을 따라 아래 방향으로 이동되면서 기설정된 가압력으로서 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면에 밀착되게 된다.

이어서, 노즐부재(271)는 노즐공(272)을 통해 전도성 잉크 또는 금,은 페이스트와 같은 인쇄조성물을 피동롤러(269)의 외주면으로 분사한다.

다음, 블레이드부재(280)는 피동롤러(269)의 외주면에 접촉된 상태에서, 이 외주면에 도포된 인쇄조성물을 스퀴징 한다. 그러면, 피동롤러(269)의 외주면에는 일정한 두께의 인쇄조성물 단층막이 형성된다.

따라서, 피동롤러(269)가 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면에 밀착되고 있기 때문에, 이 피동롤러(269)의 외주면에 형성된 상기 단층막은 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면으로 전이된다.

이러는 과정에서, 본 실시예에서는 승강유닛(290)에 의해 피동롤러(269)를 수직 프레임(212)에 대해 Z축 방향으로 왕복 슬라이딩시키는 방식으로 탄성중합체 스탬프(260)에 가해지는 피동롤러(269)의 가압력을 조절함으로써 탄성중합체 스탬 프(260)의 패턴 형성면으로 전이되는 단층막의 두께를 선택적으로 조절할 수도 있다.

이로써, 탄성중합체 스탬프(260)의 패턴 형성면에 전이된 인쇄조성물의 단층막은 전기 제1 실시예에서와 같은 작용에 의해 상기한 패턴 형성면으로부터 기판(1)의 표면에 미세 패턴으로서 전이된다.

도 8은 본 발명의 예시적인 제4 실시예에 따른 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치의 구성을 개략적으로 도시한 측면 구성도이다.

도면을 참고하면, 본 실시예에 의한 미세접촉 인쇄장치(400)는 인쇄조성물을 노즐 방식으로서 피동롤러의 외주면으로 분사하는 전기 제3 실시예와 달리, 인쇄조성물을 수용하면서 이 인쇄조성물에 피동롤러(369)를 일부 잠기게 하여 인쇄조성물을 이 피동롤러(369)의 외주면에 도포하는 탱크부재(371)를 가진 인쇄조성물 공급유닛(370)이 구비된다.

상기에서, 탱크부재(371)는 도면에 가상선으로 도시된 한 쌍의 수직 프레임(312)에 연결되게 설치되는 바, 인쇄조성물을 수용하는 수용 공간을 가지면서 피동롤러(369)가 인쇄조성물에 일부 잠긴 상태로 이 피동롤러(369)의 회전을 지지할 수 있는 용기 형태로서 이루어진다.

따라서, 피동롤러(369)가 회전하게 되면, 이 피동롤러(369)가 탱크부재(371)의 수용 공간에 수용된 인쇄조성물에 일부 잠겨 있기 때문에, 인쇄조성물은 피동롤러(369)의 외주면에 자연스럽게 도포된다.

본 실시예에 의한 미세접촉 인쇄장치(400)의 나머지 구성 및 작용은 전기 제3 실시예와 동일하므로 자세한 설명은 생략한다.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 드럼부재의 외주면에 탄성중합체 스탬프를 감싸는 형태의 롤-프린트 방식을 적용함에 따라, 드럼부재의 직경에 따라 인쇄될 기판의 크기를 조절할 수 있으므로 프린팅 속도와 대면적의 패터닝에 유리한 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 드럼부재의 외주면에 탄성중합체 스탬프를 감싸는 구조로서 선 접촉에 의한 균일한 압력 및 일정한 속도를 유지하고, 금속 박막이 부착된 탄성중합체 스탬프를 사용하므로 탄성중합체 스탬프의 패턴 변형을 최소화 할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명에 의하면, 탄성중합체 스탬프를 마스크로 사용하기 때문에 경제적인 면에서 유리하며, 스크린 프린트, 그라비어 프린트, 옵셋 프린트, 프렉소 프린트와 같은 일반적인 인쇄 방식과 달리 10㎛ 내외의 패터닝도 가능한 효과가 있다.

Claims

프레임;

상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 드럼부재;

기판을 지지하면서 상기 프레임에 주행 가능하게 설치되는 평판 테이블;

소정의 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴이 형성된 면의 반대면이 상기 드럼부재의 외주면을 감싸도록 배치되고, 상기 패턴 형성면이 상기 기판과 상호 밀착되는 탄성중합체 스탬프;

상기 탄성중합체 스탬프의 상기 반대면과 상기 드럼부재의 외주면에 접착되게 설치되는 금속 박막; 및

상기 프레임에 설치되어 소정의 인쇄조성물을 상기 패턴 형성면으로 공급하는 인쇄조성물 공급유닛;

을 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
삭제
제1 항에 있어서,

상기 프레임에 설치되어 상기 패턴 형성면으로 공급된 상기 인쇄조성물을 스 퀴징하는 블레이드부재를 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제1 항에 있어서,

상기 평판 테이블은 엘엠 가이드에 의해 가이드되면서 상기 프레임에 대해 X축 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제1 항에 있어서,

상기 평판 테이블은,

상기 기판을 소정 셋팅 위치에 정위치시키기 위한 위치조절부재를 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제1 항에 있어서,

상기 인쇄조성물 공급유닛은,

상기 인쇄조성물을 상기 패턴 형성면으로 분사하는 노즐부재를 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제1 항에 있어서,

상기 인쇄조성물 공급유닛은,

상기 인쇄조성물을 수용하면서 상기 인쇄조성물에 상기 탄성중합체 스탬프를 일부 잠기게 하는 탱크부재를 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제1 항에 있어서,

상기 프레임에 설치되어 상기 드럼부재를 회전시키는 구동부재를 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제1 항에 있어서,

상기 프레임은,

상기 평판 테이블을 지지하는 베이스 프레임과,

상기 베이스 프레임에 직립하게 설치되어 상기 드럼부재 및 상기 인쇄조성물 공급유닛을 지지하는 수직 프레임

을 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
프레임;

모터의 구동에 의해 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 드럼부재;

기판을 지지하면서 상기 프레임에 주행 가능하게 설치되는 평판 테이블;

소정의 패턴이 형성되어 있으며, 상기 패턴이 형성된 면의 반대면이 상기 드럼부재의 외주면을 감싸도록 배치되고, 상기 패턴 형성면이 상기 기판과 상호 밀착되는 탄성중합체 스탬프;

상기 탄성중합체 스탬프의 상기 반대면과 상기 드럼부재의 외주면에 접착되게 설치되는 금속 박막;

상기 패턴 형성면에 밀착되면서 상기 프레임에 회전 가능하게 설치되는 피동롤러; 및

상기 프레임에 설치되어 소정의 인쇄조성물을 상기 피동롤러의 외주면으로 공급하는 인쇄조성물 공급유닛;

을 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
삭제
제10 항에 있어서,

상기 프레임에 설치되어 상기 피동롤러의 외주면으로 공급된 상기 인쇄조성물을 스퀴징하는 블레이드부재를 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제10 항에 있어서,

상기 프레임에 설치되어 상기 피동롤러를 상,하 방향으로 승강시키기 위한 승강유닛을 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제13 항에 있어서,

상기 승강유닛은,

상기 피동롤러의 양단부와 연결되게 설치되며, 상기 프레임에 대해 승강 가능하게 설치되는 한 쌍의 회전 지지체와,

상기 각 회전 지지체와 연결되게 설치되는 공압 실린더

를 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제14 항에 있어서,

상기 회전 지지체는 엘엠 가이드에 의해 가이드되면서 상기 프레임에 대해 Z축 방향으로 왕복 이동 가능하게 설치되는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제10 항에 있어서,

상기 인쇄조성물 공급유닛은,

상기 인쇄조성물을 상기 피동롤러의 외주면으로 분사하는 노즐부재를 포함하 는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.
제10 항에 있어서,

상기 인쇄조성물 공급유닛은,

상기 인쇄조성물을 수용하면서 상기 인쇄조성물에 상기 피동롤러를 일부 잠기게 하는 탱크부재를 포함하는 탄성중합체 스탬프를 이용한 롤-프린트 방식의 미세접촉 인쇄장치.