[논문]EHD Ink Jet Printing 기술을 이용한 Conductive Particle의 전기전도도에 미치는 영향

안주훈; 이용찬; 최대산; 이창열

doi:10.20910/jase.2018.12.6.1

EHD Ink Jet Printing 기술을 이용한 Conductive Particle의 전기전도도에 미치는 영향
Effect of Conductive Particles on Electrical Conductivity using EHD Ink Jet Printing Technology 원문보기

항공우주시스템공학회지 = Journal of aerospace system engineering, v.12 no.6, 2018년, pp.1 - 8

안주훈 (조선대학교 항공우주공학과) , 이용찬 (조선대학교 항공우주공학과) , 최대산 (조선대학교 항공우주공학과) , 이창열 (조선대학교 항공우주공학과)

초록
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투명 전극에 사용되는 필름인 이방성전도필름은 전도성 입자를 재료로 하여 열 압착법으로 제조되고 있다. 하지만 열 압착법은 낭비되는 재료가 많고 공정이 복잡하다는 단점을 가지고 있으며, 이와 같은 단점을 극복하기 위해 전도성 입자 잉크를 이용한 잉크젯 프린팅 기술을 제안하였다. 잉크의 특성 및 프린팅 조건은 패터닝 선 두께에 영향을 주게 되며, 미세 패터닝을 위한 최적 조건 도출이 중요하다. 본 논문에서는 전도성 입자 잉크를 제작하였으며, 노즐의 두께와 유량을 변화하여 패터닝 결과물을 제작하였고, 전도성 입자 잉크의 토출에 따른 전기전도도를 도출하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

ACF, which is used for the transparent electrode film is manufactured by the thermocompression method with conductive particles. However, the method has disadvantages since there are many wasted materials and the process is complex. To overcome the demerits of the conventional method, EHD printing technology with conductive particles ink is proposed. The line thickness of patterning is influenced by the characteristics of the inks and the printing conditions. Therefore, it is salient to find the most conducive conditions for the micro patterning. In this paper, the ink with conductive particles was manufactured, and the patterning results were obtained by varying the nozzle thickness and the flow rate. The electrical conductivity according to the ejection of the particles ink is obtained.

주제어

표/그림 (13)

그림 Fig. 1 Experimental Equipments of EHD Ink Jet Printing
그림 Fig. 2 Schematic Diagram of EHD Ink Jet Printing System
그림 Fig. 3 Mechanism of EHD Ink Jet Printing
표 Table 1 Nozzle Sizes for Experiments
그림 Fig. 4 Meniscus Shapes of Nozzle Sizes[(a):27 G, (b):30 G, (c):32 G]
그림 Fig. 5 Printing Results according to Flow Ratein 27 G Nozzle (X1200) [(a): 5 μl/min, (b): 10 μlmin, (c): 15 μl/min ]
그림 Fig. 6 Printing Results according to Flow Rate in 30 G Nozzle (X1200) [(a): 5 μlmin, (b): 10 μlmin, (c): 15 μlmin]
그림 Fig. 7 Printing Results according to Flow Rate in 32 G Nozzle (X1200) [(a): 5 μlmin, (b): 10 μlmin, (c): 15 μlmin]
그림 Fig. 8 Line Thickness according to Nozzle Size and Flow Rate
표 Table 2 Line Thickness with Printing Results
그림 Fig. 9 Micrograph of 22G Nozzle Printing (X1200)
표 Table 3 Resistance according to Nozzle Sizes and Flow Rate
표 Table 4 Electrical Conductivity according to Nozzle Sizes and Flow Rate

AI 본문요약
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제안 방법

CCD 카메라를 이용하여 촬영한 메니스커스의 형상을 Fig. 4에 나타내었으며, 노즐 두께에 따른 메니스커스 형상을 비교해 보았다. Figure 4(a)는 27 G, Fig.
또한 유량을 달리하였을 때 필름 위에 프린팅 되는 패터닝 선 두께에 끼치는 영향을 확인하였으며, 현미경을 통해 확대한 결과 밀집된 전도성 입자를 확인할 수 있었다. EHD 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 패터닝 한 전도성 입자의 저항 및 전기전도도를 확인하였다. 노즐의 두께와 토출 유량이 증가할수록 저항은 낮아졌으며, 전기전도도는 계산을 통해 노즐의 두께와 토출 유량이 증가할수록 높아지는 경향을 도출하였다.
EHD 잉크젯 프린팅 기술의 조건 중 노즐의 두께와 유량을 달리하여 실험을 진행하였으며, 노즐의 두께에 따라 메니스커스의 형상에 끼치는 영향을 확인하였다. 또한 유량을 달리하였을 때 필름 위에 프린팅 되는 패터닝 선 두께에 끼치는 영향을 확인하였으며, 현미경을 통해 확대한 결과 밀집된 전도성 입자를 확인할 수 있었다.
본 논문은 EHD 잉크젯 프린팅 기술을 응용하여 전방표시장치 적용 투명전극에 사용되는 전도성 입자를 고분자 잉크와 혼합하였으며, 노즐 두께에 따른 메니스커스 형상을 확인하였다. 노즐 두께 및 유량에 따른 패터닝 결과물의 선두께를 비교해 보았으며, 현미경을 통해 전도성 입자의 밀집된 정도와 전기전도도를 확인하는 방법으로 적용 가능성을 확인하였다.
본 연구는 디스플레이 분야에서 투명전극과 함께 연구가 활발하게 진행되고 있는 재료인 전도성 입자를 잉크로 제작하였으며, EHD 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 약 70~170 μl의 선 두께를 가지는 패터닝을 수행하였다.
이를 위하여, EHD(Electrohydrodynamics) 잉크젯 프린팅 기술을 이용한 전도성 입자 프린팅 연구를 진행하였다. EHD 잉크젯 프린팅은 전도성 잉크를 프린팅 하는 기술로 기존 잉크젯 프린터에서 불가능하였던 나노 단위의 미세 패터닝을 가능하게 해주는 기술이다.
전도성 입자의 밀집도를 확인하기 위하여 1200배 배율의 현미경을 이용해 패터닝 결과물의 선을 확대 확인하였다. 전도성 입자의 밀집도는 전기전도도에 지대한 영향을 미치기 때문에 매우 중요하며, 본 연구의 결과물인 패터닝 선의 전도성 입자가 잘 밀집되어 있다는 것을 확인하였다.
해당 파라미터를 기준으로 Table 1에 기재한 세 가지 노즐 두께로 프린팅을 진행하였으며, 유량은 각각의 노즐에 대하여 5 μl/min, 10 μl/min, 15 μl/min의 세 가지 조건으로 프린팅을 진행하였다. 제조한 전도성 입자 잉크는 플렉서블한 PET(Polyester) 필름을 사용하였으며, 대류 건조기를 이용해 70 ℃ 온도에서 약 24시간 동안 경화하여 패터닝 결과물을 제작하였다.
이처럼 EHD 잉크젯 프린팅 기술은 잉크 특성에 맞는 최적의 파라미터를 도출하는 것이 중요하다. 최적 파라미터 도출을 위해 본 논문은 고분자 잉크를 이용해 1 kV부터 전압을 서서히 높여주면서 전기장의 영향으로 메니스커스 형상이 반응하는 파라미터를 도출해 내었으며, 기판과의 거리는 메니스커스의 형상 변화에 따라 조절하였다. 프린팅 속도의 경우 너무 빠를 경우 패터닝 선이 끊어지는 경우가 생기게 되며, 이는 프린팅 결과물의 선 패터닝의 결과 확인을 통해 프린팅 속도를 도출하였다.
해당 파라미터를 기준으로 Table 1에 기재한 세 가지 노즐 두께로 프린팅을 진행하였으며, 유량은 각각의 노즐에 대하여 5 μl/min, 10 μl/min, 15 μl/min의 세 가지 조건으로 프린팅을 진행하였다.

대상 데이터

본 연구는 EHD 잉크젯 프린팅 기술을 위해 제작된 장비를 사용하였으며, Fig. 1은 실험에 사용한 EHD 장비를 나타낸다. EHD 장비의 전체 구성 개략도는 Fig.
EHD 잉크젯 프린팅 기술에 사용되는 잉크는 용매의 특성 및 고분자의 특성, 잉크의 점도, 전기전도성 등에서 프린팅 가능성이 판단된다. 본 연구에서는 대부분의 유기 용액에 녹는 대표적인 수용성 고분자인 PEO(Polyethylene Oxide, Mw = 10000, AlfaAesar)를 사용하였으며, 극성 유기용매로 화학반응에 주로 사용되는 DMF(N,N-Dimethylmethanamide, 99.5%, DaeJung)를 사용하였다. 잉크의 점성을 부여하기 위해 용매인 DMF에 PEO를 첨가하였으며, 교반기를 이용하여 70 ℃에서 약 24시간 동안 혼합하였다.

성능/효과

유량이 높아지면 저항 값은 낮아지게 되고, 노즐의 두께가 커질수록 저항이 낮아지는 경향성을 확인할 수 있다. 27 G 노즐의 두께에서는 유량에 따른 저항 변화가 크지 않은 반면 30 G, 32 G는 유량별 저항변화가 비교적 크게 나타났다. 이는 전기전도도의 역할을 하는 전도성 입자의 배열이 27 G에서 가장 안정적인 토출이 이루어졌다는 결과를 도출할 수 있다.
노즐 27 G, 유량 10 μl/min에서 전기전도도가 가장 높음을 확인하였으며, 저항 측정 결과와 비교해 보면 저항이 낮아짐에 따라 전기전도도가 올라가는 현상을 확인할 수 있다.
본 논문은 EHD 잉크젯 프린팅 기술을 응용하여 전방표시장치 적용 투명전극에 사용되는 전도성 입자를 고분자 잉크와 혼합하였으며, 노즐 두께에 따른 메니스커스 형상을 확인하였다. 노즐 두께 및 유량에 따른 패터닝 결과물의 선두께를 비교해 보았으며, 현미경을 통해 전도성 입자의 밀집된 정도와 전기전도도를 확인하는 방법으로 적용 가능성을 확인하였다.
8의 그래프를 이용해 노즐별 유량에 따른 두께의 경향성을 나타내었다. 노즐 두께에 따라 선의 두께의 영향은 없지만 노즐의 두께가 커질수록 안정적인 선 패터닝이 가능하다는 것을 출력물을 통해 확인할 수 있다. 세가지 유량 조건에 따른 패터닝 결과물을 비교해 보았을 때 유량이 많아질수록 선의 두께가 두꺼워지는 것을 확인하였다.
4(c)는 32 G를 나타내며, 세 가지 조건 모두 5 μl/min의 유량에서 진행하였다. 노즐 두께에 따른 메니스커스의 콘 젯 두께 차이는 거의 없었으며, 노즐 두께로 인한 전도성 입자 잉크의 메니스커스 콘 젯 두께 차이는 큰 영향이 없다는 것을 해당 결과를 통해 확인할 수 있었다.
EHD 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 패터닝 한 전도성 입자의 저항 및 전기전도도를 확인하였다. 노즐의 두께와 토출 유량이 증가할수록 저항은 낮아졌으며, 전기전도도는 계산을 통해 노즐의 두께와 토출 유량이 증가할수록 높아지는 경향을 도출하였다. 해당 결과를 통해 프린팅 기술을 이용한 전도성 입자의 미세 패터닝의 가능성 및 HUD 투명 전극 기술에 적용 가능성을 확인하였다.
EHD 잉크젯 프린팅 기술의 조건 중 노즐의 두께와 유량을 달리하여 실험을 진행하였으며, 노즐의 두께에 따라 메니스커스의 형상에 끼치는 영향을 확인하였다. 또한 유량을 달리하였을 때 필름 위에 프린팅 되는 패터닝 선 두께에 끼치는 영향을 확인하였으며, 현미경을 통해 확대한 결과 밀집된 전도성 입자를 확인할 수 있었다. EHD 잉크젯 프린팅 기술을 이용하여 패터닝 한 전도성 입자의 저항 및 전기전도도를 확인하였다.
노즐 두께에 따라 선의 두께의 영향은 없지만 노즐의 두께가 커질수록 안정적인 선 패터닝이 가능하다는 것을 출력물을 통해 확인할 수 있다. 세가지 유량 조건에 따른 패터닝 결과물을 비교해 보았을 때 유량이 많아질수록 선의 두께가 두꺼워지는 것을 확인하였다.
71 mm인 22 G의 두꺼운 노즐을 사용하여 프린팅 하였으며, 20 μl/min의 매우 높은 유량으로 토출시킨 결과물이다. 저항 측정 결과 저항 값은 약 0.056 MΩ이며, 전기전도도 값은 약 0.134 S/mm로 도출되었다.
전도성 입자를 첨가한 잉크의 미세 패터닝을 위한 최적의 파라미터를 도출하였으며, 본 연구에서는 최적의 프린팅 속도와 기판과 노즐 사이의 거리, 고전압을 인가 시켜 주었을 때 메니스커스의 형상이 콘 젯 형상으로 토출 된다는 것을 확인하였다. 해당 파라미터를 기준으로 Table 1에 기재한 세 가지 노즐 두께로 프린팅을 진행하였으며, 유량은 각각의 노즐에 대하여 5 μl/min, 10 μl/min, 15 μl/min의 세 가지 조건으로 프린팅을 진행하였다.
전도성 입자의 밀집도를 확인하기 위하여 1200배 배율의 현미경을 이용해 패터닝 결과물의 선을 확대 확인하였다. 전도성 입자의 밀집도는 전기전도도에 지대한 영향을 미치기 때문에 매우 중요하며, 본 연구의 결과물인 패터닝 선의 전도성 입자가 잘 밀집되어 있다는 것을 확인하였다.
해당 결과는 패터닝 결과물의 면적당 전도성 입자 수가 더 많이 분포되어 나타나는 현상으로, 노즐 27 G, 유량 10 μl/min 조건에서 전도성 입자가 가장 높은 밀집도로 출력되었음을 확인할 수 있다.
노즐의 두께와 토출 유량이 증가할수록 저항은 낮아졌으며, 전기전도도는 계산을 통해 노즐의 두께와 토출 유량이 증가할수록 높아지는 경향을 도출하였다. 해당 결과를 통해 프린팅 기술을 이용한 전도성 입자의 미세 패터닝의 가능성 및 HUD 투명 전극 기술에 적용 가능성을 확인하였다.

후속연구

이방성전도필름과 함께 연구가 되고 있는 투명 전극을 통해 투명 디스플레이가 제작 가능하며, 이것을 이용하여 전방 주시가 중요한 전방표시장치(HUD; Head Up Display)를 구현할 수 있을 것이라 사료된다. 전방표시장치는 전투기를 비롯한 항공 분야에서 안전한 계기판 확인 및 전방 주시를 동시에 가능하게 해주며, 계기판에서 확인 가능한 고도 및 속도, 수평 등의 정보를 제공해준다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	이방성전도필름 제조 방법인 열 압착법의 장단점은?	전도성 입자의 이방성전도필름 제조 방법으로 사용되고 있는 기술인 열 압착법은 원하는 위치에 재료를 쉽게 공정할 수 있는 장점을 가지고 있지만 공정 특성상 낭비되는 재료의 양이 많다는 단점을 가지고 있다. 하지만 프린팅 기술을 적용하게 되면 전도성 입자가 불필요하게 낭비되지 않을 수 있어 기존 열 압착법을 대체 가능할 것으로 사료된다.
	이방성전도필름(ACF; Anisotropic Conductive Film)의 방향에 따른 세 가지 기능은?	이방성전도필름(ACF; Anisotropic Conductive Film)은 Display Panel Glass에 IC 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등을 접착하기 위해 사용되는 필름이다. 전도성 입자를 균일하게 분산시켜 필름에 전도성을 부여하여 두께 방향으로는 전도성, 면 방향으로는 절연성, 필름과 부착을 위한 접착성의 세 가지 기능을 가지고 있다. 또한, 투명 디스플레이에 사용되는 투명전극의 재료로 사용되고 있으며, COG(Chip on Glass) 및 COF(Chip on Film) 등 인쇄 회로 기판의 핵심 소재로 적용되고 있다[1].
	이방성전도필름(ACF; Anisotropic Conductive Film)이란?	이방성전도필름(ACF; Anisotropic Conductive Film)은 Display Panel Glass에 IC 또는 TCP(Tape Carrier Package) 등을 접착하기 위해 사용되는 필름이다. 전도성 입자를 균일하게 분산시켜 필름에 전도성을 부여하여 두께 방향으로는 전도성, 면 방향으로는 절연성, 필름과 부착을 위한 접착성의 세 가지 기능을 가지고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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