인쇄전자(Printed electronics)는 공정을 유지하는데 사용되는 전기 등 각 종 에너지의 소비를 줄여서 환경 친화적인 공정이 가능하며, 원하는 부분 에만 선택적으로 전자소자 제작에 필요한 잉크만 소비됨으로써 불필요한 화학적인 폐기물의 배출을 최소화 할 수 있다. 인쇄 전자 기술은 사용하 는 기판의 특성에 따라 sheet-base 방식과 roll-to-roll 방식으로 구분된 다. Sheet-base 방식은 일정한 크기의 평판 위에 인쇄물을 찍어내는 방법 이며, roll-to-roll 방식은 롤 형태로 말려있는 유연한 기판을 연속적으로 이송시키며 기판 위에 인쇄물을 찍어 내는 방법이다. Gravure printing, ink-jet printing, slot-die coating 등의 인쇄법을 roll-to-roll 공정에 적용 할 수 있다. 본 연구에서는 roll-to-roll slot-die coating(롤투롤 슬롯다이 코팅)을 이 용하여 디스플레이 장치용 컬러필터, ...
인쇄전자(Printed electronics)는 공정을 유지하는데 사용되는 전기 등 각 종 에너지의 소비를 줄여서 환경 친화적인 공정이 가능하며, 원하는 부분 에만 선택적으로 전자소자 제작에 필요한 잉크만 소비됨으로써 불필요한 화학적인 폐기물의 배출을 최소화 할 수 있다. 인쇄 전자 기술은 사용하 는 기판의 특성에 따라 sheet-base 방식과 roll-to-roll 방식으로 구분된 다. Sheet-base 방식은 일정한 크기의 평판 위에 인쇄물을 찍어내는 방법 이며, roll-to-roll 방식은 롤 형태로 말려있는 유연한 기판을 연속적으로 이송시키며 기판 위에 인쇄물을 찍어 내는 방법이다. Gravure printing, ink-jet printing, slot-die coating 등의 인쇄법을 roll-to-roll 공정에 적용 할 수 있다. 본 연구에서는 roll-to-roll slot-die coating(롤투롤 슬롯다이 코팅)을 이 용하여 디스플레이 장치용 컬러필터, 화소 영역 발광층을 형성하기 위한 stripe패터닝 공정에 대해 연구하였다. 수십~ 수백㎛의 좁은 코팅 폭을 형 성하기 위하여 dual plate (shim plate+back plate)를 이용하여 슬롯다이 헤드 내부의 용액 흐름을 부분적으로 컨트롤 하였으며 다양한 용액을 대 상으로 실험 변수를 제어하여 단일 및 다중 stripe 패턴을 형성 하였다.코 팅액은 수계 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedio xythiophene) polystyrene sulfonate), 저점도 유계 PVK(Poly(9-vinylcarbazole)), 고점도 유계 Photoresist(PR)을 이용하였다. 먼저 back plate 유무에 따른 코팅 폭 및 두께를 확인하였다. Back plate가 없는 경우 메니스커스가 안정적으로 형 성되지 않기 때문에 stripe코팅을 위해서는 back plate가 필요하다는 것을 확인하였고, PEDOT:PSS를 이용하여 dual plate의 tip폭에 따른 코팅 폭 및 두께의 변화와 shim plate 두께에 따른 폭 및 두께 변화 그리고 multi stripes에서의 코팅 가능성을 실험하였다. Tip폭이 감소함에 따라 내부 용 적이 감소하여 오히려 많은 유량이 필요해 더 넓은 코팅 폭을 갖는다. Shim plate의 두께를 두껍게 하였을 경우에는 내부 용적이 증가하여 크지 않은 압력에도 쉽게 토출되기 때문에 상대적으로 훨씬 작은 유량에도 불 구하고 원활하게 코팅액이 토출 되었다. 하지만 multi stripes에서는 폭과 두께가 일정하지 않은 것을 확인하였다. 또한 토출부 증가로 필요 유량이 증가하여 커피링 현상이 발생하였다. PR을 이용하여 점도에 따른 코팅 폭 및 두께 변화를 확인하였다. PR은 single, multi stripes 모두 높은 점 도로 인하여 토출되는 유량에 비해 코팅 속도가 느려 폭이 넓고 커피링 현상이 발생하였다. 하지만 이러한 문제들은 PEDOT:PSS single stripe에 서 증명하였듯이 shim plate 두께를 두껍게 하여 내부 용적을 증가 시키 면 유량이 줄어 폭과 두께 제어가 가능하고, heating을 통하여 커피링 현 상도 제어가 가능할 것으로 예상된다. 마지막으로 PVK의 경우 back plate를 사용하였음에도 불구하고 코팅 폭이 고정되지 않는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 이유는 솔벤트의 낮은 표면장력에 의한 접촉각 감소에 의한 것으로 예상된다. 추후에 heating roll을 이용하여 코팅과 동시에 건 조가 될 수 있는 실험을 진행한다면 개선될 것으로 예상된다. Shim plate 두께에 따른 추가적인 실험과 점도와 건조온도 등을 고려하 여 추후에 실험을 진행한다면 slot-die coating으로 디스플레이용 컬러 필 터나 화소 영역 발광층에 적용 할 수 있는 수준의 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
인쇄전자(Printed electronics)는 공정을 유지하는데 사용되는 전기 등 각 종 에너지의 소비를 줄여서 환경 친화적인 공정이 가능하며, 원하는 부분 에만 선택적으로 전자소자 제작에 필요한 잉크만 소비됨으로써 불필요한 화학적인 폐기물의 배출을 최소화 할 수 있다. 인쇄 전자 기술은 사용하 는 기판의 특성에 따라 sheet-base 방식과 roll-to-roll 방식으로 구분된 다. Sheet-base 방식은 일정한 크기의 평판 위에 인쇄물을 찍어내는 방법 이며, roll-to-roll 방식은 롤 형태로 말려있는 유연한 기판을 연속적으로 이송시키며 기판 위에 인쇄물을 찍어 내는 방법이다. Gravure printing, ink-jet printing, slot-die coating 등의 인쇄법을 roll-to-roll 공정에 적용 할 수 있다. 본 연구에서는 roll-to-roll slot-die coating(롤투롤 슬롯다이 코팅)을 이 용하여 디스플레이 장치용 컬러필터, 화소 영역 발광층을 형성하기 위한 stripe패터닝 공정에 대해 연구하였다. 수십~ 수백㎛의 좁은 코팅 폭을 형 성하기 위하여 dual plate (shim plate+back plate)를 이용하여 슬롯다이 헤드 내부의 용액 흐름을 부분적으로 컨트롤 하였으며 다양한 용액을 대 상으로 실험 변수를 제어하여 단일 및 다중 stripe 패턴을 형성 하였다.코 팅액은 수계 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedio xythiophene) polystyrene sulfonate), 저점도 유계 PVK(Poly(9-vinylcarbazole)), 고점도 유계 Photoresist(PR)을 이용하였다. 먼저 back plate 유무에 따른 코팅 폭 및 두께를 확인하였다. Back plate가 없는 경우 메니스커스가 안정적으로 형 성되지 않기 때문에 stripe코팅을 위해서는 back plate가 필요하다는 것을 확인하였고, PEDOT:PSS를 이용하여 dual plate의 tip폭에 따른 코팅 폭 및 두께의 변화와 shim plate 두께에 따른 폭 및 두께 변화 그리고 multi stripes에서의 코팅 가능성을 실험하였다. Tip폭이 감소함에 따라 내부 용 적이 감소하여 오히려 많은 유량이 필요해 더 넓은 코팅 폭을 갖는다. Shim plate의 두께를 두껍게 하였을 경우에는 내부 용적이 증가하여 크지 않은 압력에도 쉽게 토출되기 때문에 상대적으로 훨씬 작은 유량에도 불 구하고 원활하게 코팅액이 토출 되었다. 하지만 multi stripes에서는 폭과 두께가 일정하지 않은 것을 확인하였다. 또한 토출부 증가로 필요 유량이 증가하여 커피링 현상이 발생하였다. PR을 이용하여 점도에 따른 코팅 폭 및 두께 변화를 확인하였다. PR은 single, multi stripes 모두 높은 점 도로 인하여 토출되는 유량에 비해 코팅 속도가 느려 폭이 넓고 커피링 현상이 발생하였다. 하지만 이러한 문제들은 PEDOT:PSS single stripe에 서 증명하였듯이 shim plate 두께를 두껍게 하여 내부 용적을 증가 시키 면 유량이 줄어 폭과 두께 제어가 가능하고, heating을 통하여 커피링 현 상도 제어가 가능할 것으로 예상된다. 마지막으로 PVK의 경우 back plate를 사용하였음에도 불구하고 코팅 폭이 고정되지 않는 것을 확인 할 수 있었다. 이러한 이유는 솔벤트의 낮은 표면장력에 의한 접촉각 감소에 의한 것으로 예상된다. 추후에 heating roll을 이용하여 코팅과 동시에 건 조가 될 수 있는 실험을 진행한다면 개선될 것으로 예상된다. Shim plate 두께에 따른 추가적인 실험과 점도와 건조온도 등을 고려하 여 추후에 실험을 진행한다면 slot-die coating으로 디스플레이용 컬러 필 터나 화소 영역 발광층에 적용 할 수 있는 수준의 결과를 얻을 수 있을 것으로 예상된다.
Printed electrons can reduce energy consumption and lower the fabrication cost. Printed electronics technology is classified into a sheet-base process and a roll-to-roll process depending on the substrates. The roll-to-roll process is used to form multiple organic layers on a moving flexible substra...
Printed electrons can reduce energy consumption and lower the fabrication cost. Printed electronics technology is classified into a sheet-base process and a roll-to-roll process depending on the substrates. The roll-to-roll process is used to form multiple organic layers on a moving flexible substrate. Gravure printing, ink-jet printing and slot-die coating can be applied to the roll-to-roll process. In this study, we have studied how to coat a color filter and organic layer on pixels for the display applications using a roll-to-roll slot coating. To form a stripe patterns with the width that is similar to the pixel size, we have used a dual plate (shim plate + back plate with a tip) to control a flow of solution inside a slot-die head. For comparison, we have used three different ocating materials (aqueous PEDOT:PSS, high-viscosity photoresist(PR) and low-viscosity PVK(Poly(9-vinylcarbazole)). It has been found that a dual plate is necessary to form stable stripe patterns of PEDOT:PSS. If the shim plate thickness was too low, however, wider stripe patterns were obtained even using the back plate with a narrower tip. To obtain narrower stripe patterns, we have increased the inner volume of solution flow by increasing the shim plate thickness. The flow of solution occurs readily through the shim plate and thus narrow stripe patterns are formed by decreasing the flow rate. Different from PEDOT:PSS, such a stable coating was not feasible with organic PVK solution. It is due to the fact that the contact angle (wettability) of the PVK solvent (dissolved in chlorobenzene or ethyl benzoate) on PET film is too low (high). We expect that such a problem can be tackled by appling a heat on the film right after the coating process. Meanwhile, the coated PR lines show a coffee ring effect since a microflow of solute occurs from the line center to the edge during evaporation. The formation of multiple stripe patterns would be feasible when the inner volume is high and the pressure distribution inside the cavity is uniform. Then, the slot-die coating technology can be employed to fabricate a flexible color filter and coat emitting layers on pixels for AMOLED displays.
Printed electrons can reduce energy consumption and lower the fabrication cost. Printed electronics technology is classified into a sheet-base process and a roll-to-roll process depending on the substrates. The roll-to-roll process is used to form multiple organic layers on a moving flexible substrate. Gravure printing, ink-jet printing and slot-die coating can be applied to the roll-to-roll process. In this study, we have studied how to coat a color filter and organic layer on pixels for the display applications using a roll-to-roll slot coating. To form a stripe patterns with the width that is similar to the pixel size, we have used a dual plate (shim plate + back plate with a tip) to control a flow of solution inside a slot-die head. For comparison, we have used three different ocating materials (aqueous PEDOT:PSS, high-viscosity photoresist(PR) and low-viscosity PVK(Poly(9-vinylcarbazole)). It has been found that a dual plate is necessary to form stable stripe patterns of PEDOT:PSS. If the shim plate thickness was too low, however, wider stripe patterns were obtained even using the back plate with a narrower tip. To obtain narrower stripe patterns, we have increased the inner volume of solution flow by increasing the shim plate thickness. The flow of solution occurs readily through the shim plate and thus narrow stripe patterns are formed by decreasing the flow rate. Different from PEDOT:PSS, such a stable coating was not feasible with organic PVK solution. It is due to the fact that the contact angle (wettability) of the PVK solvent (dissolved in chlorobenzene or ethyl benzoate) on PET film is too low (high). We expect that such a problem can be tackled by appling a heat on the film right after the coating process. Meanwhile, the coated PR lines show a coffee ring effect since a microflow of solute occurs from the line center to the edge during evaporation. The formation of multiple stripe patterns would be feasible when the inner volume is high and the pressure distribution inside the cavity is uniform. Then, the slot-die coating technology can be employed to fabricate a flexible color filter and coat emitting layers on pixels for AMOLED displays.
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