Electroluminescence (EL) is the generation of light by electrical excitation. In detail, electrons and holes are injected from electrodes and captured each other, and then the excited electron-hole states, excitons, decay radiatively. For most practical applications, it is essential to fabricate micro-, or nano-scale emitting polymer in EL devices. Several methods have been used to pattern EL polymers previously: representatively photolithography and ink-jet printing. Although a small, monochrome, flat-panel display based on these materials has been demonstrated, each of these techniques has limitations that hinder the patterning of EL materials. Soft lithography uses a patterned elastomer, usually polydimethylsiloxane (PDMS), as the mold, stamp, or mask to generate or transfer patterns. In this paper, we describe the fabrication of patterned polymer microstructures using soft lithographic methods. First of all, we have prepared the patterned 1-dodecanethiol (DDT) self-assembled monolayer (SAM) on gold, 1-octylphosphonic acid (OPA) SAM on indium tin oxide (ITO), and 2-carboxyethylphosphonic acid (CPA) SAM on ITO by contact printing using the PDMS molds having relief structures. After forming patterned SAMs, the SAM-modified substrates were spin coated with EL polymer, poly(p-phenylenevinylene) (PPV), and then the hydrophilic region of the substrate was only coated with the solution. Therefore, the patterned PPV structures were obtained. As the second patterning method, substrates were directly contact printed with EL polymers, polydioctylfluorene (PDOF), PPV precursor, and poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-p-phyenylenevinylene) (MEH-PPV). The good pattern transfer of the relief structures in PDMS molds was formed for all the polymers. Finally, we have patterned EL polymers using micromolding in capillary (MIMIC). PDOF, PPV, and MEH-PPV microstructures showing high resolution were fabricated. In MIMIC, the viscosity effect on pattern resolution was investigated with PPV precursor and MEH-PPV solutions having a variety of concentration values. Although slightly affected by solution viscosity, the resulted polymer patterns generally showed the good pattern transfer. Therefore, it is verified that both contact printing and MIMIC are useful in EL polymer patterning. We expect that these methods will have several benefits for fabricating microstructures for EL devices.
본 연구는 전기 발광 고분자의 패턴 형성에 관한 것으로, 전기 발광이란 전기적 자극에 의해 빛이 발생하는 것을 말한다. 자세히 말하면, 전자와 정공이 양극에서 주입되고 서로 만나 들뜬 상태가 되어 엑시톤 (exciton) 을 형성하면, 이 때 exciton이 빛으로 에너지를 발하면서 바닥상태로 떨어지게 된다. 전기 발광을 디스플레이로 응용하기 위해서는 전기 발광 소자 안에 마이크로, 또는 나노 스케일의 전기 발광 고분자를 제조하는 것이 필수적이다. 전기 발광 고분자의 패턴 형성을 위해 사용되어 온 방법들 중에서 대표적인 것은 포토리소그래피 방법과 잉크젯 프린팅 방법이다. 물론 이러한 방법을 이용해서 작은 사이즈의 단색 평면 디스플레이가 발표되어 왔지만, 이 방법들은 여전히 전기 발광 고분자 패턴 형성을 제약하는 많은 단점들을 가지고 있다. 소프트 리소그래피 기술은 패턴을 형성하기 위해 poly(dimethylsiloxane) (PDMS) 으로 대표되는 탄성고분자를 몰드, 스탬프, 또는 마스크로 사용하는 패터닝 방법이다. 본 연구에서 소프트 리소그래피 기술을 이용하여 패턴이 형성된 전기 발광 고분자 마이크로구조체가 제조되었다. 먼저, 패턴이 형성된 PDMS 몰드를 가지고 컨택프린트하여 골드 표면 위에 1-dodecanthiol (DDT) 자기조립단층과 indium tin oxide (ITO) 표면 위에 1-octylphosphonic acid (OPA) 와 2-carboxyethylphosphonic acid (CPA) 자기조립단층을 형성하였다. 일단 패턴이 형성된 자기조립단층이 제조되면, 그 위에 poly(p-phenylenevinylene) (PPV) 전구체 고분자 솔루션을 스핀 코팅시켰다. 그 때 패턴에 따라 다른 표면성질을 가지는 자기조립단층 위에서 PPV 전구체 고분자는 친수성을 가지는 지역에만 코팅되어, 결과적으로 PPV 고분자 패턴을 형성했다. 두번째 패턴 형성 방법으로, ITO 기판은 PDMS 몰드를 사용하여 polydioctylfluorene (PDOF), PPV 전구체, poly(2-methoxy-5-2'-ethylhexyloxy)-p-phyenylenevinylene) (MEH-PPV)의 세가지 고분자 솔루션으로 직접 컨택프린트되었다. 모든 고분자에 대해서 PDMS 몰드의 패턴구조는 큰 변형 없이 기판에 옮겨졌다. 마지막으로 모세관 현상을 이용한 패턴 형성 방법, micromolding in capillary (MIMIC), 이 전기 발광 고분자 패턴 형성에 적용되었다. 고해상도의 PDOF, PPV, MEH-PPV 고분자 마이크로구조체가 얻어졌다. 고분자 솔루션 점도가 패턴 형성에 미치는 영향을 알아보기 위해 다양한 농도치를 갖는 고분자 솔루션을 가지고 MIMIC 공정을 수행하였다. 점도에 의해 패턴 해상도가 약간 영향을 받기는 하였으나, 대체적으로 제조된 고분자 마이크로 구조체들은 고해상도의 패턴이 형성되었음을 보여주었다. 본 연구를 통하여 탄성 고분자 PDMS 몰드를 사용한 컨택프린팅 방법과 MIMIC 방법은 전기 발광 고분자 패턴형성에 유용한 것으로 보여진다. 이 방법들은 전기 발광 소자를 위한 마이크로구조체 제조에 유용하게 응용될 수 있을 것으로 보인다.
