보고서 정보
주관연구기관 |
충남대학교 산학협력단 Chungnam National University |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2014-05 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
미래창조과학부 Ministry of Science, ICT and Future Planning |
등록번호 |
TRKO201500003791 |
과제고유번호 |
1711008352 |
사업명 |
일반연구자지원(미래부) |
DB 구축일자 |
2015-05-23
|
DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500003791 |
초록
▼
최근 인쇄 기술을 이용하여 태양전지, FPCB, RFID tag, 터치 스크린, E-paper, 조명, OPV 등의 유연성 인쇄전자소자를 생산하는 인쇄전자(Printed electronics)가 차세대 생산기술로써 많은 주목을 받고 있고, 국내외의 산업계, 학계, 연구소에서 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 인쇄전자 소자의 생산 기술의 궁극적인 목표 중 하나는 기존의 잡지, 신문의 인쇄에 사용되는 롤투롤 대량 생산 기술을 적용하여 저가, 대면적으로 생산하는 것이다. 기존의 생산 기술을 전자 소자 제조에 응용함에 있어, 기계적인 정
최근 인쇄 기술을 이용하여 태양전지, FPCB, RFID tag, 터치 스크린, E-paper, 조명, OPV 등의 유연성 인쇄전자소자를 생산하는 인쇄전자(Printed electronics)가 차세대 생산기술로써 많은 주목을 받고 있고, 국내외의 산업계, 학계, 연구소에서 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 인쇄전자 소자의 생산 기술의 궁극적인 목표 중 하나는 기존의 잡지, 신문의 인쇄에 사용되는 롤투롤 대량 생산 기술을 적용하여 저가, 대면적으로 생산하는 것이다. 기존의 생산 기술을 전자 소자 제조에 응용함에 있어, 기계적인 정밀도 향상이 필수적이며, 이 중에서 가장 중요한 기술 중 하나가 각 인쇄층의 맞춤 정밀도를 높이는 레지스터 제어 기술이다. 레지스터 제어 기술의 수준에 따라 생산 가능한 소자의 종류, 수율이 크게 달라지며, 따라서 레지스터 제어 기술은 인쇄전자 기술 발전을 위한 중요한 원천 기술이다. 본 연구에서는 이러한 레지스터 제어 기술을 향상하기 위한 알고리즘을 제안, 적용하는 것을 목표로, 신호 처리 관점에서 오차를 분석하고, 이를 보완하는 방법을 제시하였다.
먼저, 롤투롤 프린팅 시스템의 레지스터 오차를 분석한 결과 선형적으로 변하는 성분, 일정한 크기의 offset을 가진 성분, 작은 변동폭을 갖고 변하는 성분으로 나눌 수 있다. 이 때, 선형적으로 변하는 성분은 건조 과정에 의한 기판의 팽창이 주 원인이고, 일정한 크기의 offset 성분은 패턴 롤러의 phase 차이에 의해 발생하고, 소폭으로 변하는 성분은 장력 변동, 진동, 기계 가공 오차 등에 기인한다. 소폭으로 변동하는 성분은 기계적인 거공, 조립 정밀도 향상, 진동 저감 등의 방법으로 최소화가 가능하지만, 선형적인 성분과 offset 성분은 이를 보상하기 위한 제어기의 설계를 통해 제거해야 한다. 레지스터 에러의 선형적으로 변하는 성분은 신호처리 관점에서 기울기로 보아 기울기를 최소자승법을 적용하여 계산하였다. 이러한 레지스터 오차, 즉, 기울기는 레지스터 제어가 이루어지는 두 번째 plate 실린더의 속도 변동을 통해 보상이 가능하며, 이때, 필요한 속도의 변화량은 마크의 수, 실린더의 반지름, 실린더의 속도, 오차의 기울기의 함수이다. 한편, 기울기 보상이 이루어진 후에도 레지스터 오차는 영점으로부터 static-offset이 존재하므로, 이를 보상해주어야 한며, 이때 보상이 필요한 static-offset의 값 역시 레지스터 오차 data로부터 계산된다. 이러한 방법을 이용하여 얻어진 레지스터 제어 결과는 주기적인 peak를 제외하면 20um 수준으로 나타났다.
레지스터 에러는 1도와 2도에서 인쇄된 레지스터 마크의 위치 오차로 정의된다. 이러한 주기적인 성분 중 주요 원인 중 하나는 각 레이어의 제판 상의 마크 위치 정밀도에 기인하며, 이를 개선하기 위하여 제판의 마크 위치 가공 정밀도를 향상 시킨 결과 주기적인 성분이 크게 줄어들었다. 또한, 한 개 이상의 마크가 측정 범위를 벗어나거나 인쇄 불량으로 마크가 제대로 인식되지 않을 경우 실제 레지스터 오차를 습득하지 못한다. 이러한 영상처리 오차는 한 주기의 오차 값을 평균인 옵셋 오차와 최소자승법 적용 시 선형적 오차 값에 영향을 주어 레지스터 제어에 영향을 미치게 된다. 이러한 영상처리 오차를 보상하기 위해 이전 데이터와 이후 데이터가 오인식된 data는 moving average 필터로 보정하였다. 오 인식된 레지스터 에 러를 moving average 방법으로 평준화하여 오인식된 레지스터 에러의 영향을 최소화 한 결과, 선형적인오차 및 옵셋 오차 인식이 예외 처리 이전에 비해 정확도가 높아졌다. 또한, 레지스터 마크는 인쇄로 얻어진 것이기 때문에 그 특성상 에지의 불균일, 번짐, 흐림 등의 문제가 생길 수 있으며, 이러한 마크의 측정오차 또한 정확한 레지스터 오차 측정에 영향을 준다. 따라서, 레지스터 마크의 위치를 정확하게 측정하기 위하여 영상처리 알고리즘을 개선, 적용하였다. 영상처리 알고리즘은 크게 3가지로 분류된다. 첫 번째로 공간 영역에서의 영상처리 두 번째로 주파수 공간에서의 필터링, 세 번째로 형태학적 영상처리이다. 이 중에서 경계선(edge) 검출 방식을 적용하여 영상처리를 수행하였다.
이러한 신호처리 방법을 통한 기울기 및 옵셋의 검출, 영상 처리를 통한 마크 인식 향상, 제판 정밀도 향상을 통한 주기적 오차 제거 등을 통해 20um 수준으로 제어한 레지스터 오차 결과를 얻을 수 있었다.
본 연구를 통해 인쇄전자 소자의 대량, 저가 생산이 가능한 롤투롤 장비의 핵심 기술인 레지스터 제어 알고리즘을 신호처리 관점에서 제안하여 기존의 장비에서 한계로 갖고 있던 레지스터 제어 정밀도를 극복할수 있는 방안을 제시하였다. 특히, 실제 장비에 적용하고 그 결과를 검증하여 레지스터 오차 20μm 이내의 제어가 가능할 수 있음을 보였다. 본 연구 결과는 실제 인쇄전자 소자를 생산하는 생산 기술과 관련이 크기 때문에 이를 소자 생산 및 수율 향상과 관련된 응용 연구에 활용 가능하고, 표준 특허 기술을 확보할 수 있는 기초가 될 수 있을 것이다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.