KR101130136B1 - 인쇄 가능한 에칭 페이스트 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 산화성 투명 전도층의 에칭을 위한 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 미세한 패턴으로 인쇄가 가능하여 비교적 간단한 공정을 통해 산화성투명 전도층에 패턴을 형성할 수 있는 에칭 페이스트에 관한 것이다.
본 발명에 의하면, 산화성 투명 전도성 표면 및 층을 에칭하기 위한 에칭 페이스트에 있어서, 인산과 수산의 혼합물, 실리카, 활석(talc), 및 잔량의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 에칭 페이스트가 제공된다.
본 발명에 따른 인쇄 가능한 에칭 페이스트는 수산을 첨가함으로써 에칭의 안정성이 개선되어 과에칭이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 또한, 활석(talc)을 첨가하여 기판과의 접착성을 향상시킴으로써 인쇄성이 개선되어 더욱 미세한 패턴을 인쇄할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 실리카는 투명 또는 반투명하여 에칭 후 잔사가 남지 않는 장점이 있다.
활석(talc), 실리카, 산화물 투명 전도층, 인산, 수산
Description
본 발명은 산화성 투명 전도층의 에칭을 위한 조성물에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 미세한 패턴으로 인쇄가 가능하여 비교적 간단한 공정을 통해 산화성투명 전도층에 패턴을 형성할 수 있는 에칭 페이스트에 관한 것이다.
액정 디스플레이(LCD), 유기 발광 디스플레이(OLED), 터치패널, 터치윈도우 또는 박막 태양전지 등의 제조를 위해서는, 유리, PET, PMMA, PC 등의 소재로 이루어진 기판 위에 산화성 투명 전도층을 형성하고, 이 투명 전도층의 일부를 제거하여 패턴을 형성하는 공정이 필요하다.
패턴을 형성하는 방법으로는 기판에 액체 포토레지스트를 코팅하고, 이를 건조한 후, 노광 마스크를 이용하여 현상한 후, 에칭액으로 식각하는 광식각법(Photolithography), 레이저를 이용한 식각법, 내산 페이스트를 인쇄한 후 건조하고 에칭액을 통해서 식각하는 방법 등이 있다.
광식각법은 시간 및 재료비가 많이 소요되며, 레이저를 이용한 식각법은 그 형태가 복잡하거나, 넓은 영역을 식각하는데에는 적합하지 않다. 또한, 페이스트를 이용하는 방법은 고농도의 염산이나 질산과 같은 에칭액을 사용하므로 환경을 오염 시킬 수 있다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 인쇄 가능한 에칭 페이스트에 대한 연구가 진행되고 있다. 인쇄 가능한 에칭 페이스트를 이용한 패턴 형성은 다음과 같은 단계를 통해서 이루어진다. 우선, 식각하고자 하는 부분이 인쇄가 되도록 스크린 마스크를 만들고, 이를 이용하여 기판 위에 에칭 페이스트를 인쇄한다. 그리고 에칭을 활성화하기 위해 열처리를 한다. 마지막으로, 소량의 세정제를 첨가한 물을 이용하여 에칭 페이스트를 제거한다. 이러한 방법은 종래의 방법에 비해서 비교적 공정이 간단하며, 친환경적이다.
공개특허공보 제10-2009-0087016호에는 a) 인산, b) 하나 이상의 용매, c) 20 nm 내지 80 nm 범위의 상대 입자 지름 및 40 내지 100 m2/g 범위의 BET 비표면적을 갖는 흑연 및/또는 카본 블랙, d) 임의로는 증점제, 및 e) 임의로는 소포제, 요변성 작용제, 유량 조절 작용제, 탈기기 및 접착 촉진제와 같은 첨가제를 포함하는 에칭 페이스트가 개시되어 있다.
상기 에칭 페이스트는 다음과 같은 문제점이 있다. 인산 만에 의해서 에칭이 진행되므로 에칭의 안정성이 떨어지며, 과에칭(overetching)될 가능성이 있다. 흑연 및 카본 블랙의 기판에 대한 접착성이 떨어지므로, 페이스트의 인쇄성이 떨어져 미세한 패턴을 인쇄하기 어렵다. 또한, 에칭 후 흑연이나 카본 블랙의 잔사가 남을 수 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 에칭속도가 안정되어 과에칭이 발생하지 않으며, 기판과의 접착성이 개선되어 인쇄성이 좋으며, 잔사가 남지 않는 에칭 페이스트를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 의하면, 산화성 투명 전도성 표면 및 층을 에칭하기 위한 에칭 페이스트에 있어서, 인산과 수산의 혼합물, 실리카, 활석(talc), 및 잔량의 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 에칭 페이스트가 제공된다. 인산과 수산은 활성 에칭 성분으로서 산화성 투명 전도층을 에칭하는 역할을 하며, 특히 수산은 그 에칭 속도를 조절하여 에칭의 안정성을 확보하도록 한다.
상기 인산과 수산의 혼합물은, 상기 인산과 수산이 3:7 내지 5:5의 중량비로 혼합된 것이 바람직하며, 20 내지 55중량% 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 실리카는 에칭 페이스트의 점도 값을 조절하는 역할과 칙소성(Thixotropic)을 부여하여 인쇄가 용이하도록 하는 역할을 하며, 2 내지 15중량% 첨가되는 것이 바람직하다.
상기 활석(talc)는 에칭 페이스트의 산화성 투명 전도층에 대한 접착력을 향상시켜 인쇄성을 향상시키는 역할을 하며, 5 내지 30 중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 상한치를 벗어나면 에칭 페이스트의 점도가 너무 높아져 인쇄성이 나빠지며, 하한치를 벗어나면 점도가 너무 낮아져 패턴이 번지며, 과에칭이 일어나기 때문이다. 또한, 인상(鱗狀) 또는 엽편상(葉片狀)인 것이 바람직하다. 인상이나 엽편상의 활석은 표면에 잘 달라붙는 성질이 있어, 인상이나 엽편상의 활석이 포함된 에칭 페이스트는 인쇄시 인쇄 패턴이 무너지지 않고 형태를 유지하여, 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 과에칭을 유발하지 않기 때문이다. 또한, 인상이나 엽편상의 활석은 괴상의 활석과 달리 투명하거나 반투명하기 때문에 인상이나 엽편상의 활석이 포함된 에칭 페이스트는 잔사가 남지 않는다.
또한, 에칭 페이스트의 인쇄 특성을 향상시키기 위해서 소포제 0.5 내지 10중량%를 더 첨가하는 것이 바람직하다.
상기 용매는, 물, 글리세린, 에틸렌글리콜, 이소프로필알콜 및 폴리에틸렌글리콜으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 인쇄 가능한 에칭 페이스트는 수산을 첨가함으로써 에칭의 안정성이 개선되어 과에칭이 발생하지 않는다는 장점이 있다. 또한, 활석(talc)을 첨가하여 기판과의 접착성을 향상시킴으로써 인쇄성이 개선되어 더욱 미세한 패턴을 인쇄할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 실리카는 투명 또는 반투명하여 에칭 후 잔사가 남지 않는 장점이 있다.
이와 같은 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.
본 발명의 인쇄 가능한 에칭 페이스트는 인산과 수산의 혼합물, 실리카, 활석(talc) 및 용매를 포함한다. 상기와 같은 본 발명의 인쇄 가능한 에칭 페이스트를 구성하는 성분에 대해 살펴보면 다음과 같다.
인산은 본 발명에 따른 에칭 페이스트의 활성 에칭 성분으로서 여러 형태의 인산 또는 적절한 인산염, 또는 가열에 의해 해당 인산으로 분해되는 화합물을 함유할 수 있다. 예를 들면, 오르토인산, 메타인산, 파이로인산 및 이들의 염 및 특히 암모늄염 ((NH4)2HP04, NH4H2PO4, (NH4)3P04) 및 열분해로 상기 화합물들 중 하나를 형성하는 다른 화합물이 사용될 수 있다.
수산은 에칭 작용을 개선하기 위한 것으로서 에칭속도를 늦추어 에칭의 안정성을 확보함으로써 과에칭되는 것을 방지할 수 있다.
인산과 수산은 3:7 내지 5:5의 중량비로 혼합하는 것이 바람직하며, 인산과 수산의 혼합물은 에칭 페이스트 총량을 기준으로 하여 20 내지 55중량% 첨가하는 것이 바람직하다. 첨가량이 20중량% 미만이면 에칭효과가 떨어지며, 55중량%를 초과하면 에칭속도의 조절이 어려워 과에칭될 가능성이 크며, 위치별 편차도 증가하기 때문이다.
실리카는 점도를 조절하고, 인쇄가 용이하도록 칙소성(Thixotropic)을 가지 도록 하는 역할을 한다. 실리카는 에칭 페이스트 총량을 기준으로 하여 2 내지 15중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 실리카는 투명 또는 반투명하므로 흑연에 비해 에칭 후 잔사가 남지 않는 장점이 있다. 또한, 실리카는 친수성이므로 에칭 후에 물로 세정을 할 때 잘 씻긴다. 잔사가 남으면 사용자가 제품을 사용할 때 이물이나 오염의 형태로 눈에 띄게 되어 외관불량이 발생한다.
활석(talc)는 에칭 페이스트의 산화성 투명전극에 대한 접착성을 향상시켜, 인쇄성을 향상시켜 미세한 패턴의 인쇄가 가능하도록 하는 역할을 한다. 활석은 운모와 같은 결정구조를 가지는 단사정계에 속하는 암석으로 때로는 인상(鱗狀)?엽편상(葉片狀)을 이루는데, 대부분 치밀질의 집합체이다.
본 발명에 있어서, 활석은 인상 또는 엽편상인 것이 바람직하다. 인상이나 엽편상의 활석은 표면에 잘 달라붙는 성질이 있어, 인상이나 엽편상의 활석이 포함된 에칭 페이스트는 인쇄시 인쇄 패턴이 무너지지 않고 형태를 유지하여, 미세한 패턴을 형성하는 것이 가능하고, 과에칭을 유발하지 않기 때문이다. 또한, 인상이나 엽편상의 활석은 괴상의 활석과 달리 투명하거나 반투명하기 때문에 인상이나 엽편상의 활석이 포함된 에칭 페이스트는 잔사가 남지 않는다.
활석은 에칭 페이스트 총량을 기준으로 하여 5 내지 30 중량% 첨가되는 것이 바람직하다. 상한치를 벗어나면 에칭 페이스트의 점도가 너무 높아져 인쇄성이 나빠지며, 하한치를 벗어나면 점도가 너무 낮아져 패턴이 번지며, 과에칭이 일어나기 때문이다.
용매는 물, 글리세린, 에틸렌글리콜, 이소프로필알콜 및 폴리에틸렌글리콜으 로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것이 바람직하다.
페이스트의 특성을 개선하기 위한 첨가제로는 소포제를 더 첨가할 수 있다. 소포제로는, 예를 들어, 시판중인 테고(TEGO; 등록상표), 포멕스(Foamex), DC65(다우코닝) 등을 사용할 수 있다. 소포제는 인쇄 페이스트의 인쇄 적정에 긍정적인 효과를 가질 수 있다. 소포제는 에칭 페이스트의 총량을 기준으로 0.5 내지 10중량% 첨가한다.
이하, 본 발명에 따른 인쇄 가능한 에칭 페이스트를 이용하여 산화성 투명 전도층에 패턴을 형성하는 방법을 설명한다. 우선, 유리 등 기판 위에 산화성 투명 전도층을 형성한다. 산화성 투명전극은 공지의 여러 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들면 스퍼터링을 통해서 비정질 상태의 박막을 형성한 후 열처리를 하여 결정화하여 산화성 투명 전도층을 형성할 수 있다.
다음, 스크린 프린팅, 스탬프 프린팅, 스텐실 프린팅 등의 방법으로 에칭 페이스트틀 산화성 투명 전도층 위에 형성한다. 스크린 프린팅의 경우 300~500 메쉬의 스테인레스-스틸 모직물 스크린 또는 폴리에스터 스크린을 사용할 수 있다. 미세한 패턴의 경우에는 500 메쉬의 스크린을 사용하며, 에멀전 두께를 5 ~ 30um로 조절한다. 더욱 높은 해상도가 요구되는 경우에는 잉크-젯 프린팅을 이용하여 인쇄한다.
다음, 에칭을 활성화하기 위해서 열처리를 한다. 처리되는 산화성 투명 전도층의 종류 및 상태에 따라서 열처리 시간과 온도를 달리한다. 결정질 ITO의 경우에는 100 ~ 140℃에서 열처리를 하며, 비정질 ITO의 경우에는 100 ~ 130℃에서 열처 리를 한다. 열처리는 IR 방사선, 핫 플레이트, 오븐 등을 이용하여 수행될 수 있다. 본 발명에 따른 에칭 페이스트는 실온에서의 에칭 속도가 매우 낮고, 열을 가해야 실질적으로 에칭이 시작되기 때문에 사용이 편리하며, 에칭 정도를 용이하게 조절할 수 있다. 에칭 속도는 0.5nm/s에서 10nm/s 사이로 조절이 가능하다.
마지막으로, 에칭이 완료되면, 물을 이용하여 인쇄된 에칭 페이스트 잔량을 세척한다. 초음파 세척을 이용할 수 있으며, 물에 소량의 세정제를 첨가하여 세정할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의거하여 더욱 상세히 설명하겠으나, 본 발명이 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
[실시예 1]
폴리에틸렌글리콜 360g, 글리세린 60g, 에틸렌글리콜 50g을 혼합하여 교반하면서, 인산 100g과 수산 200g을 첨가하였다. 이후, 실리카 50g, 탈크 150g를 첨가하고 2시간 동안 교반하였다. 마지막으로, IPA 30g을 첨가한 후 교반하여 점도를 조절하였다.
[실시예 2]
폴리에틸렌글리콜 300g, 글리세린 30g, 에틸렌글리콜 30g을 혼합하여 교반하면서, 인산 120g과 수산 230g을 첨가하였다. 이후, 실리카 100g, 탈크 150g를 첨가하고 2시간 동안 교반하였다. 마지막으로, IPA 40g을 첨가한 후 교반하여 점도를 조절하였다.
상기 조제된 페이스트는 500 메쉬의 스테인레스-스틸 모직물 스크린을 사용 하여 유리 기판 위에 인쇄하였다. 제조된 에칭 페이스트는 50㎛이하의 미세한 선을 인쇄할 수 있었으며, 에칭특성이 우수하며, 장기간 안정한 상태로 저장도 가능하였다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러 가지 많은 변형이 가능함은 명백하다.
Claims (8)
- 산화성 투명 전도성 표면 및 층을 에칭하기 위한 에칭 페이스트에 있어서,인산과 수산의 혼합물 20 내지 55중량%, 실리카 2 내지 15중량%, 활석(talc) 5 내지 30중량% 및 잔량의 용매를 포함하며,상기 인산과 수산의 혼합물은, 상기 인산과 수산이 3:7 내지 5:5의 중량비로 혼합되며,상기 활석은, 인상(鱗狀) 또는 엽편상(葉片狀) 활석인 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 에칭 페이스트.
- 삭제
- 삭제
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- 삭제
- 삭제
- 제1항에 있어서,소포제 0.5 내지 10중량%를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 에칭 페이스트.
- 제1항에 있어서,상기 용매는,물, 글리세린, 에틸렌글리콜, 이소프로필알콜 및 폴리에틸렌글리콜으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 인쇄 가능한 에칭 페이스트.
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