요약
본 발명은 친환경적인 셀룰로오스를 기반으로 한 FPCB 기판의 제조 방법을 제시합니다. 메틸셀룰로오스(MC)를 특정 용매에 녹여 현탁액을 만들고, 이를 기판에 부어 용매를 증발시키는 과정을 통해 기판을 제조합니다. 이 기판에는 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)로 구성된 전도성 회로 패턴부를 형성합니다. 이 기판은 웨어러블 터치 패널 및 디스플레이 어레이 제작에 활용 가능하며, 친환경적이고 무독성인 셀룰로오스 기반의 유연한 소자는 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다. 이를 통해 전자제품의 생산과 소비 방식에 혁신적 변화를 가져올 것으로 기대됩니다.
기본 정보
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특허명: FPCB 용 셀룰로오스 기반-기판 제조방법 및 상기 제조방법에 의하여 제조된 기판
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대표 발명자: 송영준 교수
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출원번호: 10-2023-0046158
발명의 배경 및 필요성
기술 배경과 필요성
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전자 장치의 기판은 원래 폴리이미드(PI) 기반으로 제작되었으나, 친환경적인 소재가 아니었음
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이에 따라, 친환경적인 셀룰로오스를 기반으로 한 FPCB 기판이 개발되었으며, 이는 유연하고, 투명한 전극, 태양전지, 유기 트랜지스터 등 다양한 응용 분야에서 활용되었음
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셀룰로오스 기반 기판의 기계적 특성으로 인해 절단, 굽힘 및 접기와 같은 작업을 쉽게 처리할 수 있었음
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전자 회로의 유연성은 벤딩 스마트폰 및 웨어러블 장치와 같은 응용 분야에서 중요한 역할을 하며, FPCB는 신체 신호를 감지하여 심전도 및 근전도 검사를 수행할 수 있는 웨어러블 장치용으로 널리 사용되고 있음
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이중층 회로는 고급 회로 및 애플리케이션에 사용되고 있으며, 이 연구에서 제작된 회로는 터치 패널 및 LED 디스플레이와 같은 웨어러블 통신 장치에 사용하기 위해 제작되었음
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이 연구는 전력 소비 또는 작동에 최적화되지 않은 제어 보드를 사용하였지만, 이를 통해 웨어러블 통신 장치의 작동을 시연하였음
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따라서, 친환경적이면서도 기계적으로 견고한 셀룰로오스 기반의 FPCB 기판 제조방법이 필요하게 되었음
구현방법
기술원리 및 구현방법
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메틸셀룰로오스(MC)를 특정 용매에 녹여 현탁액을 만들고, 이 현탁액에 초음파를 처리하여 MC 현탁액을 제조함.
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이 현탁액을 기판에 부어 용매를 증발시키는 과정을 통해 FPCB용 셀룰로오스 기반 기판을 제조함.
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기판 위에는 은(Ag)과 탄소나노튜브(CNT)로 구성된 전도성 회로 패턴부를 형성함.
세부적인 구현 절차
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메틸셀룰로오스(MC)를 디메틸 설폭사이드(DMSO)에 녹여 1 ~ 10%w/v의 함량으로 현탁액을 만듬.
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현탁액에 초음파를 처리한 후, 기판에 부어 70 ~ 90도에서 12 ~ 36시간 동안 용매를 증발시킴.
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Ag와 CNT로 구성된 전도성 회로 패턴부를 기판 위에 형성함.
기술적 장점
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기존 방법에 비해 간편하며, 회로 제작이 더욱 간단함.
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셀룰로오스 기반 기판은 웨어러블 터치 패널 및 디스플레이 어레이 제작에 활용 가능함.
실험 및 결과
실험 목표
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메틸셀룰로오스(MC)를 이용한 셀룰로오스 기반 기판 제조 방법의 가능성을 확인하고, 이를 이용한 기판 제작을 검증함.
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Ag와 CNT로 구성된 전도성 회로 패턴부를 기판 위에 형성하고, 이를 이용해 웨어러블 터치 패널 및 디스플레이 어레이를 제작함.
실험 절차
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MC와 DMSO를 혼합하여 현탁액을 만든 후, 이를 초음파 처리함.
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현탁액을 기판에 부어 용매를 증발시키는 과정을 거침.
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Ag와 CNT를 이용하여 전도성 회로 패턴부를 기판 위에 형성함.
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이렇게 제작된 기판에 LED를 부착하고, 이를 웨어러블 장치에 적용하기 위해 다른 전극 패턴 위에 쌓음.
실험 결과
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MC와 DMSO를 이용하여 제작한 셀룰로오스 기반 기판은 전기적, 기계적 특성이 우수함.
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Ag와 CNT로 구성된 전도성 회로 패턴부는 기판에 잘 부착되었고, 각 LED를 개별적으로 작동시킬 수 있었음.
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이를 이용해 웨어러블 터치 패널과 LED 디스플레이를 제작하였고, 이를 통해 실시간 통신 시스템을 작동시킬 수 있었음.
발명의 활용 방안
웨어러블 및 플렉서블 디스플레이 기기 적용
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본 발명은 얇고 유연한 MC 기판을 활용하여 웨어러블 기기나 플렉서블 디스플레이의 전자 회로 기판으로 사용 가능함
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박막 MC 기판이 있는 단층 및 이중층 Ag/CNT 복합 전극은 LED 회로, 터치 패널, 능동 및 수동 매트릭스 LED 디스플레이 등에 활용 가능함
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생체 적합성 재료를 사용하여 손목에 착용 가능한 제한된 장치를 개발하였으며, 이는 통신기기용 웨어러블 핸드 조이스틱, 패턴인식센서 등 다양한 터치 기반 컨트롤러에 활용될 수 있음
친환경 전자 장치 제작
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셀룰로오스 기반 기판은 재활용성과 투명성이 뛰어나, 기존 FPCB보다 다양한 유형의 전자 장치를 호스트할 수 있음
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본 발명의 제조방법으로 제조된 기판은 유전율이 높고, 셀룰로오스의 생분해성으로 환경 오염의 우려가 적으며, 무독성임
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친환경적이고 무독성인 셀룰로오스 기반의 유연한 소자는 페이퍼 로봇, 웨어러블 기기, 투명한 첨단 회로, 임베디드 전자 장치 등 다양한 분야에서 활용될 수 있음
기대효과
기술적 발전
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본 발명에 의한 셀룰로오스 기반 기판은 유연성, 재활용성, 고유전율, 경량성 등의 특성을 가짐
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MC 기판은 DNA 조작이나 단백질 검출 등의 전기화학적 응용 분야에서도 활용 가능함
사회적 기여
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본 발명은 친환경 및 재생 가능한 전자 제품을 제공하며, 이는 새로운 학술 연구 및 상업적 관심 분야를 제공함
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기존 FPCB에 비해 다양한 유형의 전자 장치를 호스트할 수 있어 환경 보호에 기여함
장래의 전망
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본 발명은 기존의 전자 제품 제조 방식을 뛰어넘는 새로운 패러다임을 제시하며, 이를 통해 전자제품의 생산과 소비 방식에 혁신적 변화를 가져올 것으로 기대됨
시장 동향
웨어러블 기기 시장 동향
플렉서블 전자제품 시장 동향
기술 SWOT 분석
Strengths
친환경적인 기판 제조
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셀룰로오스를 기반으로 한 FPCB 기판은 친환경적이며, 기계적으로 견고하여 다양한 응용 분야에서 활용될 수 있습니다.
유연성과 투명성
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셀룰로오스 기반 기판은 유연하고 투명하여, 웨어러블 장치와 같은 응용 분야에서 중요한 역할을 합니다.
다양한 응용 가능성
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이 기술은 웨어러블 터치 패널 및 LED 디스플레이 제작에 활용 가능하며, 또한 생체 적합성 재료를 사용하여 다양한 터치 기반 컨트롤러에 활용될 수 있습니다.
Weaknesses
제조 과정 복잡성
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셀룰로오스 기반 기판의 제조 과정은 복잡하며, 특정 용매에 녹여 현탁액을 만드는 등의 과정이 필요합니다.
제조 시간 소요
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현탁액을 기판에 부어 용매를 증발시키는 과정에는 상당한 시간이 소요되며, 이로 인해 적시에 충분한 양의 기판을 제공하는데 어려움이 있을 수 있습니다.
Opportunities
친환경 전자 장치 제작
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셀룰로오스 기반 기판은 재활용성과 투명성이 뛰어나, 기존 FPCB보다 다양한 유형의 전자 장치를 호스트할 수 있으며, 이를 통해 친환경 전자 장치 제작의 새로운 가능성을 열 수 있습니다.
다양한 분야로의 확장 가능성
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친환경적이고 무독성인 셀룰로오스 기반의 유연한 소자는 페이퍼 로봇, 웨어러블 기기, 투명한 첨단 회로, 임베디드 전자 장치 등 다양한 분야에서 활용될 수 있습니다.
Threats
기존 기판과의 경쟁
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기존에 널리 사용되고 있는 폴리이미드(PI) 기반 기판과의 경쟁에서 밀릴 수 있습니다.
원료 수급의 불확실성
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셀룰로오스 수집은 계절에 따라 달라질 수 있으며, 이로 인해 원료 수급에 불확실성이 있을 수 있습니다.
Summary
Strengths
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친환경적인 재료로 기판을 제조하여 환경과 재료 수급에 긍정적인 영향을 미칩니다. 또한, 기판의 유연성과 투명성으로 다양한 응용 분야에서 활용 가능합니다.
Weaknesses
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기판의 제조 과정은 복잡하고 시간이 많이 소요됩니다.
Opportunities
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친환경 전자 장치 제작과 다양한 분야로의 확장 가능성을 통해 새로운 시장을 개척할 수 있습니다.
Threats
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기존의 기판과의 경쟁과 원료 수급의 불확실성이 있습니다.
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