그라비아 오프-셋 인쇄공정을 이용한 전기영동 디스플레이용 OTFT-backplane 게이트 전극 인쇄

Printed OTFT-backplane Gate Electrode of EPD
For Gravure Off-Set Printing

전자공학과 최 기 성
지 도 교 수 송 정 근

인쇄전자(Printed Electronics)란 기존의 전자제품을 생산하는 방식에서 탈피하여 직접 패턴(Direct Pattern)을 형성하는 인쇄법으로 만들어진 전자소자 혹은 전자제품을 의미한다. 현재 대표적인 전자제품의 제조 공법이라고 할 수 있는 노광공정(Photo-lithograpy)과 이에 따른 후속 공정인 현상(Development)과정을 거치는 간접적으로 패턴을 형성하는 방식을 사용한다. 인쇄전자 기술은 고가의 노광 공정을 대체하기 위한 친환경 신공법으로 주목 받으면서 노광공정의 반대 분류로의 의미를 더해가고 있다.
기존의 노광공정을 사용하는 전자제품 제조법을 인쇄공정으로 대체하게 되면 소요 공정 수가 간단해 지면서 시설투자비, 재료비 및 유지비용을 약 80% 절감할 수 있으며 노광공정에서 발생하는 현상액, 에칭액, 박리액 등의 약액 폐기물 발생을 감소 시킬수 있는 장점을 가진다. 또한 플라스틱과 같이 고온의 열처리 할 수 없는 기판에 적용이 가능하다는 점 때문에 flexible 디스플레이에 가장 적합한 공정으로 인식되고 있다.
RFID 태그, 센서, 유연성 디스플레이, 태양전지, 전자 종이 등의 전극 제작에 다양한 인쇄공정이 활용되고 있다. 인쇄기술로는 오프셋, 플렉소, 스크린, 잉크젯, 그라비아, 리버스 오프-셋, 임프린팅 방식등이 있으며 각각의 인쇄법은 장단점을 가지고 있다.
그 중에서 전극 제작에 많이 사용되는 그라비아 오프-셋 인쇄 방식은 원판으로 오목판을 사용하며 특히 그라비아(Gravure)제판을 이용하는 경우를 말한다. 여기에 사용되는 원판은 원통형 금속에 크롬 도금을 한 후 다양한 방법의 식각을 통해 패턴이 새겨지는데 이렇게 패터닝된 인쇄판은 대량 생산을 하더라도 패턴이 변하지 않고 인쇄가 가능하다. 그리고 고무 재질의 블랑켓을 사용함으로써 최종 인쇄되는 기판의 재질에 제한이 없기 때문에 폭넓은 피 인쇄체에 적용이 가능 할 뿐만 아니라 패턴인쇄 공정 과정이 간단하고 공정속도가 빨라서 현재 다양한 인쇄물 제작공정에 사용되고 있다.
하지만 이러한 장점에도 불구하고 대량 생산에 부적합한 이유는 그라비아롤의 진행방향과 패턴의 방향이 90°가 되면 독터링시 닥터블레이드에 의해 패턴의 긁힘 현상이 나타나기 때문에 대면적 인쇄공정에 어려움이 있다.
본 논문에서는 그라비아 오프-셋 인쇄 공정을 이용하여 미세 패턴과 6인치 크기의 OTFT-backplane 게이트 전극을 인쇄하는 것을 목표로 한다.
먼저 그라비아 오프-셋 인쇄에 사용되는 장비의 특성을 고려하여 이에 맞는 은 잉크(Nano Ag ink)를 선정하고 독터링 공정, 오프 공정, 셋 공정의 각 단계에 영향을 미치는 요소들을 실험으로써 정량화하여 최적의 인쇄 조건을 찾아내었다.
또한 그라비아 오프-셋 인쇄공정의 단점인 가로선 패턴 긁힘 현상을 해결하기 위해 패턴을 각도별로 인쇄하여 그 인쇄 품질을 분석하고 이를 적용하여 그라비아 롤을 새롭게 디자인하여 가로선 패턴 긁힘 문제를 해결할 수 있는 해결책을 제시하였다.
최종적으로 그라비아 오프-셋 인쇄 공정을 이용하여 6인치 크기의 전자종이용 유기박막트랜지스터 하판(OTFT-backplane)의 게이트 전극을 제작하였다. 제작된 전극의 표면 거칠기는 0.69 um, 최종 인쇄물의 두께 1 um, 면저항 1.57 Ω/□, 최소 선폭 20 um로 전극으로 사용하는데 부족함이 없었다.

주요어 : 그라비아 옵셋 인쇄(Gravure off-set printing), OTFT-backplane 게이트 전극, 은 잉크(Nano Ag ink), 블랑켓(blanket), 가로선 패턴 긁힘, MD(Mechine direction), CMD(Cross Mechine direction)