인쇄전자소자용 새로운 잉크젯 프린팅 공정기술 개발

국내 연구진이 초소형 우물 패턴기법을 고안하여 구부리고 휘어지는 소프트 전자소자*를 인쇄하는데 사용되는 새로운 잉크젯 프린팅 공정기술을 개발했다. 이 기술은 간결한 공법으로 제조 시간과 공정 비용을 크게 절감하여 입는(wearable) 컴퓨터, 유연한(Flexible) 디스플레이, 일회용 (disposable) 전자소자 등의 상용화를 앞당길 수 있을 것으로 기대된다.

*소프트 전자소자: 기존의 딱딱한 평면형태와는 달리 다양한 전자기기들을 마음대로 휘어질수 있도록 하여서 깨지지 않고, 다양한 형태의 디자인이 가능한 신개념 전자소자

이번 연구는 미래창조과학부가 추진하는 글로벌프론티어사업 “나노기반소프트일렉트로닉스연구단”의 조길원 교수 (포스텍 화학공학과)의 지도아래 곽동훈 박사 와 건국대학교 유기나노시스템공학과 이위형 교수가 연구에 참여하였고, 연구결과는 재료과학분야의 세계적 학술지인 Advanced Functional Materials 최신호(11월 13일자) 표지논문 (Cover of the Issue)으로 게재되었다.

논문명 : Self-Organization of Inkjet-Printed Organic Semiconductor Films Prepared in Inkjet-Etched Microwells

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201300936/abstract (표지페이지) http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adfm.201300936/pdf (논문페이지)

잉크젯 프린팅은 유기 반도체 잉크를 이용한 차세대 소프트 전자소자를 값싸게 제조할 수 있는 핵심 공정이나, 케찹을 눌러 짜듯 잉크를 토출하기 때문에 정밀하게 반도체 박막을 패터닝 하는데 어려움이 있었다.

그동안 포토리소그래피** 방법으로 반도체 잉크를 가두어 둘 수 있는 뱅크 (bank)를 만들어 이를 해결해왔으나, 고가의 장비와 복잡한 공정을 사용하기 때문에 인쇄전자소자의 상용화를 막는 가장 큰 걸림돌이었다.

**포토리소그래피: 빛에 반응하는 고분자를 이용하여 원하는 형상을 자유자재로 패터닝하는 기술.

연구팀은 유기용매를 고분자 기판에 잉크젯 하여 마이크론 크기의 우물 모양 패턴 어레이를 손쉽게 제조하고, 이를 뱅크로 이용하여 잉크젯 프린팅 공정의 정밀도를 높이는데 성공했다.

개발된 기술은 용매 방울이 고분자 박막을 녹일 때 우물모양의 마이크로 패턴을 만든다는 점에 착안하여 고안되었다. 또한, 초소형 우물에 가두어진 유기반도체 잉크는 건조 과정에서 결정화가 극대화되어 우수한 특성을 나타내었다.

이 기술을 이용하면 기존 포토리소그래피 방법 대비 소모되는 공정 시간과 비용을 획기적으로 줄일 수 있고 고성능 유기반도체 박막을 손쉽게 패터닝 할 수 있어 유연디스플레이 및 입을 수 컴퓨터 등의 차세대 전자소자를 제조하는데 활용 할 수 있을 것으로 기대된다.

또한 패터닝이 필요한 유연디스플레이, 메모리 및 에너지 소자 등 다양한 분야에 새로운 리소그래피 공정으로 응용 가능할 것으로 기대된다.

연구팀은 “잉크젯으로 제조된 마이크로 우물을 이용하면 유기반도체 층을 원하는 위치에 형성이 가능하여 소자의 정밀도를 높일 수 있을 뿐만이 아니라 복잡한 리소그래피 공정을 거치지 않아 유기전자 소자의 제조단가를 획기적으로 낮출 수 있는 새로운 가능성을 연 것”이라고 연구의의를 밝혔다.

본 연구는 그 우수성을 인정받아서 재료분야의 세계 최고 권위지인 어드밴스드 펑셔널 머터리얼스 “Advanced Functional Materials”에 11월 13일자 표지 논문으로 출간되었다. 또한 관련 기술은 기업 및 연구소와 상업화를 논의 중이다.