단국대 고분자공학실험및설계2 레포트

문서 내 토픽

• 1. 잉크젯 프린팅 (Inkjet Printing)

  잉크젯 프린팅은 잉크 방울을 토출시켜 기판 위에 패터닝하는 공정방법입니다. 잉크젯 헤드의 노즐을 통해 수십 피코 리터 이하의 OLED 잉크를 분사하여 OLED 디스플레이 픽셀을 만드는 기술입니다. 비접촉 방식으로 패턴을 구현하기 때문에 기판의 오염을 최소화할 수 있고 선택적 패터닝이 가능하므로 RGB 패턴을 분리하여 제작하는 것이 가능하며 고해상도의 소자 구현이 가능합니다. 또한 기존의 증착공정이나 스핀 코팅 등의 방법을 통해서는 구현하기 어려운 대면적의 패널 생산이 가능합니다.

• 2. 잉크젯 프린팅 방식

  잉크젯 프린팅은 토출 방식에 따라 Continuous jet(CIJ) 방식과 Drop-on demand(DOD) 방식으로 나눌 수 있습니다. CIJ방식은 정전기를 이용하여 잉크 방울의 흐름을 연속적으로 유도함으로써 프린팅하는 방식이며, DOD방식에는 Termal 방식인 버블젯과 전압을 가하여 잉크방울을 토출하는 piezoelectric 방식이 있습니다. 버블젯 방식은 잉크를 가열하여 기포를 발생시키고, 그에 의한 압력으로 잉크가 노즐을 통해 토출되는 방식이며, Piezoelectric 방식은 압전소자를 이용하여 노즐에 전압을 가함으로써 잉크 방울에 압력을 가해 토출시키는 방식입니다.

• 3. 잉크젯 프린팅의 장단점

  잉크젯 기술의 가장 중요한 장점은 디지털 제어와 비접촉식 인쇄방식으로 다른 인쇄 방식과 가장 차별이 되는 장점입니다. 이 외에도 정량제어 기술, 높은 프린팅 정밀도와 대량 생산이 가능하다는 장점이 있습니다. 하지만 잉크화 기술이 가장 중요하면서 개발하기 어려운 기술이며, 잉크가 헤드에서 잘 토출되는 것 뿐만 아니라 대량 생산을 하면서 장기간 토출 신뢰성을 만족하여야 하고, 제품에서 필요한 품질, 특성, 신뢰성, 수율을 동시에 만족해야한다는 단점이 있습니다.

• 4. 커피링 효과 (Coffee-ring effect)

  OLED 잉크를 제조하여 잉크 액적을 잉크젯으로 토출시킨 후 고체 표면에서 증발할 때, 액적의 가장자리와 중간부분의 온도구배로 인해 가장자리로부터 증발이 우선적으로 일어나게 됩니다. 이로 인해 질량 손실이 액적의 가장자리 부분에 생겨나게 되고, 이를 보충해주기 위해서 중앙부분으로부터 액적 가장자리로 유체의 흐름이 생겨나게 되어 액적 내 입자들이 액적의 바깥부분부터 적층되는 커피링 효과가 나타나게 됩니다.

• 5. 공초점 현미경 (Confocal Microscope)

  공초점 현미경은 일반적인 현미경과는 달리 대물 렌즈 뒤편에 핀홀을 두어 시료의 한 점에서 출발한 빛만이 핀홀을 통과하게 하여 명암비와 분해능을 높인 현미경입니다. 한 번에 한 점을 보기 때문에 시간 간격을 두어 이웃한 점들을 연속적으로 측정하여 이를 컴퓨터를 이용해 시각화하면 2차원 혹은 3차원 영상을 얻을 수 있습니다. 일반적인 광학 현미경으로는 관찰할 수 없는 시료의 표면 거칠기나 높이 변화 등의 표면 정보를 쉽게 얻을 수 있습니다.

• 6. 플루오레신 나트륨 (Fluorescein sodium salt)

  플루오레신 나트륨은 노란색 계열의 형광이 발현되는 특징을 가지고 있습니다. Excitation 파장은 405nm, emission 파장은 505-530nm으로, 이러한 조건을 만족시키기 위해 화학적 변화가 발생되는데 이는 플루오레신 나트륨이 형광발현 조건 최적의 화학 식 구조를 가지고 있기 때문입니다. 405nm의 광원 여기 파장을 조사하면 505-530nm의 형광 파장 및 형광 발현 등의 현상이 발생합니다.

• 7. 잉크젯 프린팅 실험 방법

  1. 용액 샘플을 제작한다(0.5 wt%). -형광재료: fluorescein sodium salt, 용매: Ethylene glycol 2. 제작된 용액을 Inkjet Printing 장비를 이용하여 기판에 떨어뜨리고 bake 한다(90℃, 10min). 3. Bake된 기판의 표면을 Confocal 현미경으로 측정한다.

• 8. 잉크젯 프린팅 실험 결과 및 고찰

  잉크젯 프린팅 공정을 통해 기판에 패턴되어있는 픽셀에 맞게 형광 잉크를 프린팅하였으며, 공초점 현미경을 통해 기판에 프린팅된 결과를 관측할 수 있었습니다. 잉크젯 프린팅의 균일도가 떨어지는 이유는 잉크가 뭉쳐지는 현상과 커피링 효과로 인한 것으로 분석되었습니다. 또한 적합하지 않은 노즐을 선택한 결과, 실제 기판 위에 프린팅이 지정한 위치에 되지 않았으며, 각 droplet 간의 간격 또한 불균일하여 droplet이 합쳐지는 현상도 발생하였습니다.

• 9. 잉크젯 프린팅 기술 개발 동향

  잉크젯 프린팅 기술은 디스플레이 분야를 중심으로 활발히 연구되고 있으며, 특히 OLED 디스플레이 제조에 적용되고 있습니다. 잉크젯 프린팅은 비접촉식 인쇄 방식으로 인해 기판의 오염을 최소화할 수 있고, 선택적 패터닝이 가능하여 고해상도 소자 구현이 가능하다는 장점이 있습니다. 또한 대면적 패널 생산이 가능하여 차세대 디스플레이 제조에 활용될 것으로 기대됩니다.

• 10. 플루오레신 나트륨의 의료 응용

  플루오레신 나트륨은 노란색 계열의 형광이 발현되는 특징을 가지고 있어, 의료 계열에서 수술 시 종양에 형광을 염색하여 종양 상태를 진단하는 데에 사용되기도 합니다.

• 11. 잉크젯 프린팅 기술의 과제

  잉크젯 프린팅 기술을 실제 양산에 적용하기 위해서는 재료의 잉크화 과정이 가장 중요하며, 이 때 사용하는 용매에 따라 특성이 달라집니다. 또한 개발된 잉크를 헤드에 최적화하고 요구되는 사양의 결과를 얻기 위하여 공정을 개발하고, 이에 맞게 프린터를 설계 제조하고 개발된 공정에 맞게 운영이 되어야 하기 때문에 장시간의 개발 및 최적화를 위한 노력이 요구됩니다.

Easy AI와 토픽 톺아보기

• 1. 주제2: 잉크젯 프린팅 방식

  잉크젯 프린팅 방식에는 크게 두 가지 방식이 있습니다. 하나는 열 방식(Thermal Inkjet)으로, 잉크 챔버 내부의 히터를 가열하여 잉크 방울을 분사하는 방식입니다. 다른 하나는 압전 방식(Piezoelectric Inkjet)으로, 압전 소자를 이용하여 잉크 챔버의 부피를 변화시켜 잉크 방울을 분사하는 방식입니다. 각 방식은 장단점이 있어 용도와 목적에 따라 적절한 방식을 선택하여 사용합니다.

• 2. 주제4: 커피링 효과 (Coffee-ring effect)

  커피링 효과는 잉크젯 프린팅 기술에서 발생하는 주요 문제 중 하나입니다. 이는 잉크 방울이 건조되면서 용질이 가장자리로 모여 링 형태의 패턴이 생기는 현상입니다. 이로 인해 균일한 인쇄 품질을 얻기 어려워집니다. 이 문제를 해결하기 위해 다양한 연구가 진행되고 있으며, 표면 장력 조절, 유변학적 특성 개선, 건조 조건 최적화 등의 방법이 제안되고 있습니다. 커피링 효과 해결은 잉크젯 프린팅 기술의 발전을 위해 매우 중요한 과제라고 할 수 있습니다.

• 3. 주제6: 플루오레신 나트륨 (Fluorescein sodium salt)

  플루오레신 나트륨은 녹색 형광을 내는 화합물로, 잉크젯 프린팅 기술에서 잉크 추적자로 사용됩니다. 이 물질은 가시광선 영역에서 강한 형광 특성을 가지고 있어, 프린팅 패턴의 가시화와 분석에 유용합니다. 또한 의료 분야에서도 혈관 조영제, 안과 진단 등에 활용되고 있습니다. 플루오레신 나트륨은 잉크젯 프린팅 기술 발전과 의료 응용 분야에서 중요한 역할을 하고 있다고 볼 수 있습니다.

• 4. 주제8: 잉크젯 프린팅 실험 결과 및 고찰

  잉크젯 프린팅 실험 결과 및 고찰에서는 다음과 같은 내용을 다룰 수 있습니다. 첫째, 잉크 조성 및 물성 최적화에 따른 인쇄 품질 향상 효과를 확인합니다. 둘째, 다양한 기판 위에서의 인쇄 특성 차이를 분석하고 적합한 기판 선정 방안을 제시합니다. 셋째, 건조 조건 변화에 따른 패턴 형태 및 균일성 변화를 관찰하고 최적 건조 조건을 도출합니다. 넷째, 공초점 현미경 및 전자현미경 분석을 통해 인쇄 패턴의 미세 구조와 결함을 규명합니다. 다섯째, 전기적, 광학적 특성 평가 결과를 바탕으로 잉크젯 프린팅 기술의 실용화 가능성을 고찰합니다. 이러한 실험 결과 및 고찰은 잉크젯 프린팅 기술 발전에 기여할 수 있습니다.

• 5. 주제10: 플루오레신 나트륨의 의료 응용

  플루오레신 나트륨은 의료 분야에서 다양하게 활용되고 있습니다. 첫째, 혈관 조영제로 사용되어 혈관 구조와 혈류를 가시화할 수 있습니다. 둘째, 안과 진단에 활용되어 각막, 결막, 눈물 배출계 등의 상태를 평가할 수 있습니다. 셋째, 암 진단을 위한 형광 표지자로 사용되어 종양 조직을 선택적으로 관찰할 수 있습니다. 넷째, 약물 전달 시스템에서 추적자로 활용되어 약물의 체내 동태를 모니터링할 수 있습니다. 이처럼 플루오레신 나트륨은 의료 진단과 치료 분야에서 중요한 역할을 하고 있으며, 지속적인 연구를 통해 그 활용도가 더욱 확대될 것으로 기대됩니다.