KR101263880B1 - 전도성 패턴 형성을 위한 코팅 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 형성 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성 패턴 형성을 위한 코팅 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전도성 패턴이 형성되는 절연 기재에 코팅 조성물을 처리함으로써, 전도성 패턴의 번짐 또는 박리 현상을 해결할 수 있는 코팅 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 형성 방법에 관한 것이다.

Description

전도성 패턴 형성을 위한 코팅 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 형성 방법{Coating composition for making conductive pattern and method for making conductive pattern using the same}
본 발명은 전도성 패턴 형성을 위한 코팅 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 형성 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 전도성 패턴이 형성되는 절연 기재에 코팅 조성물을 처리함으로써, 전도성 패턴의 번짐 또는 박리 현상을 해결할 수 있는 코팅 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 형성 방법에 관한 것이다.
최근 평판 디스플레이 소자 또는 발광 소자를 포함하는 다양한 전자 소자들이 개발되고 있다. 이러한 소자의 제조를 위해 전극, 배선 또는 전자파 차폐 필터 등 다양한 전도성 패턴들을 기판 상에 형성하게 되는데, 이들 패턴 형성을 위해 가장 널리 이용되었던 것이 바로 포토리소그래피이다.
그러나, 이러한 포토리소그래피에 의한 패턴 형성을 위해서는 감광성 물질의 도포, 노광, 현상 및 식각 등의 여러 단계의 공정이 진행되어야 하므로, 전체적인 소자 제조 공정을 복잡하게 하며, 공정의 경제성 또한 크게 저하시킬 수 있다.
이 때문에, 최근에는 잉크젯 프린팅법 또는 롤 프린팅법 등에 의한 전도성 패턴 형성 방법에 대한 관심이 증폭되고 있다. 특히, 롤 프린팅법의 경우 잉크젯 프린팅법으로는 형성하기 어려운 미세한 전도성 패턴까지 형성할 수 있는 등 공정상의 장점이 있어 더욱 주목받고 있다.
종래 롤 프리팅법을 살펴보면, 특히 그라비아 프린트 방식에서는 형성하고자 하는 패턴이 형성된 요철판이 형성된 그라비아 롤에 패턴 형성용 절연 기재를 통과시켜 전도성 패턴을 형성하게 된다. 그러나, 이로부터 형성된 절연 기재의 전도성 패턴을 살펴보면 전도성 패턴이 번져 있거나 또는 박리될 수 있다는 문제점이 있다. 이럴 경우 전도성 패턴의 전도도가 충분하지 못할 수 있고 미세한 전도성 패턴을 형성할 수 없다.
본 발명의 목적은 전도성 패턴의 번짐 또는 박리 현상을 해결할 수 있는 코팅 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 코팅 조성물을 이용하는 단계를 포함하는 전도성 패턴의 형성 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 관점인 코팅 조성물은 고분자 수지 40-74중량%, 경화제 20-30중량%, 계면 활성제 1-10중량% 및 실란기 함유 화합물 5-20중량%를 포함할 수 있다.
일 구체예에서, 상기 고분자 수지 : 상기 경화제는 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 1:1 내지 3:1의 중량비로 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 계면활성제 : 상기 실란기 함유 화합물은 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 1:1 내지 1:4의 중량비로 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 고분자 수지와 경화제의 합 : 상기 계면활성제와 실란기 함유 화합물의 합은 고형분 기준으로 6:1 내지 15:1의 중량비로 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 계면활성제와 실란기 함유 화합물의 합은 상기 고분자 수지와 경화제의 합 100중량부 기준으로 10-20중량부로 포함될 수 있다.
일 구체예에서, 상기 고분자 수지는 에폭시계 수지와 아민의 어덕트(adduct)를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 관점인 전도성 패턴을 형성하는 방법은 상기 코팅 조성물을 사용하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 전도성 패턴의 번짐 또는 박리 현상을 해결할 수 있는 코팅 조성물을 제공하였다. 본 발명은 상기 코팅 조성물을 이용하는 단계를 포함하는 전도성 패턴의 형성 방법을 제공하였다.
도 1은 실시예 2에서 제조된 전도성 패턴을 나타낸 것이다.
도 2는 비교예 1에서 제조된 전도성 패턴을 나타낸 것이다.
본 발명의 일 관점인 코팅 조성물은 고분자 수지, 경화제, 계면 활성제 및 실란기 함유 화합물을 포함할 수 있다.
상기 코팅 조성물은 전도성 잉크 조성물이 분사되어 패터닝되는 절연 기재에 코팅된다. 상기 절연 기재로는 일반적인 인쇄지의 재질인 폴리머 재질이 사용될 수 있다. 예를 들면, 절연 기재로는 절연 특성을 가지면서 필름상, 시트상, 판상 등의 평면 형상으로 잉크젯이 가능한 것이다. 구체적으로, 절연 기재는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등을 포함하는 폴리에스테르, 폴리아미드, 에폭시 수지, 우레탄, 아크릴, 실리콘, 멜라민 또는 알키드 등을 포함하는 기타 수지 계열 등이 사용될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
상기 코팅 조성물이 절연 기재에 코팅되는 방식은 특별히 제한되지 않지만, 그라비아 코팅 방식으로 코팅될 수 있다. 일 구체로서, 코팅 조성물을 그라비아 롤투롤 장비에 고정시킨 후 절연 기재에 코팅시킨다. 코팅된 절연 기재는 25-60℃의 온도에서 12-36시간 동안 건조시킨 후 전도성 잉크 조성물을 분사하여 전도성 패턴을 형성할 수 있다.
전도성 잉크 조성물은 전도성을 나타내기 위한 기본적인 성분으로서 전도성 금속 분말이 유기 용매에 해리된 것이다. 전도성 금속 분말로는 전기적 전도성을 나타내는 것으로 알려진 금속 분말을 사용할 수 있는데, 예를 들면 은, 구리, 금, 크롬, 알루미늄, 텅스텐, 아연, 니켈, 철, 백금 및 납 등에서 선택된 1종 이상의 금속 분말을 사용할 수 있다. 금속 분말의 평균 입경(D50)은 20-70nm가 될 수 있다. 유기 용매로는 알코올계, 글리콜 에테르계, 글리콜 에테르 에스테르계 용매, 케톤계 용매, 에스테르계 용매 등이 사용될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
고분자 수지는 전도성 잉크 조성물이 분사되어 패터닝되는 절연 기재에 분사됨으로써 전도성 잉크의 고착성을 높여 코팅성을 높이고, 전도성 패턴 형성 후에도 코팅층의 박리 또는 번짐이 없게 한다.
고분자 수지로는 에폭시계 고분자를 사용할 수 있다. 에폭시계 고분자의 구체 예로는 비스페놀 A형 에폭시 수지, 비스페놀 F형 에폭시 수지, 노볼락형 에폭시 수지, 브롬화 에폭시 수지 등을 포함하는 난연성 에폭시 수지, 지방족 고리를 갖는 에폭시 수지, 고무 변성 에폭시 수지, 지방족 폴리글리시딜형 에폭시 수지 또는 글리시딜 아민형 에폭시 수지 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 고분자 수지 특히 에폭시계 고분자에서 에폭시 수지 당량은 110 내지 590g/eq, 바람직하게는 130-540g/eq이 될 수 있다. 상기 고분자 수지 특히 에폭시계 고분자의 중량평균분자량은 300-1000g/mol이 될 수 있다.
특히, 고분자 수지로는 상기 에폭시계 고분자에 아민이 결합되어 있는 에폭시계 수지-아민 어덕트(adduct)를 사용할 수 있다. 아민이 결합된 어덕트를 사용할 경우 코팅성을 높일 수 있고 코팅층의 박리 또는 번짐 소멸 효과가 증대될 수 있다. 상기 에폭시계 수지-아민 어덕트에서 에폭시계 수지로는 상기 언급된 에폭시계 고분자를 사용할 수 있고, 상기 아민으로는 폴리아미드아민, 변성폴리아민 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있지만, 이에 제한되지 않는다. 상기 에폭시계 수지-아민 어덕트에서 에폭시계 수지 : 아민의 중량 비율은 1:1 내지 3:1이 될 수 있지만, 이에 제한되지 않는다.
상기 고분자 수지는 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 40-74중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 패터닝 후 전도성 패턴의 박리 또는 번짐이 발생하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 55-65중량%로 포함될 수 있다.
경화제는 상기 고분자 수지를 가교시킴으로써 코팅 조성물에 점착성을 제공한다. 경화제는 에폭시 수지용 경화제를 사용할 수 있는데, 예를 들면 비스페놀 노볼락, 페놀 노볼락 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 경화제는 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 20-30중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 패터닝 후 전도성 패턴의 박리 또는 번짐이 발생하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 20-28중량%로 포함될 수 있다.
상기 고분자 수지 : 상기 경화제는 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 1:1 내지 3:1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 패터닝 후 전도성 패턴의 박리 또는 번짐이 발생하지 않을 수 있다. 바람직하게는 1.5:1 내지 2.5:1의 중량비로 포함될 수 있다.
계면활성제는 전도성 잉크 조성물이 분사되어 패터닝되는 절연 기재에 분사됨으로써 코팅 조성물의 표면 장력을 조절한다.
계면활성제는 불소계 계면활성제, 폴리디메틸실록산계 계면활성제 등을 포함하는 실리콘계 계면활성제 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
상기 계면활성제는 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 1-10중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 패터닝 후 전도성 패턴의 박리 또는 번짐이 발생하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 1-5중량%로 포함될 수 있다.
실란기 함유 화합물은 전도성 잉크 조성물이 분사되어 패터닝되는 절연 기재에 분사됨으로써 절연 기재와 전도성 잉크 간의 접착력을 향상시킨다.
상기 실란기 함유 화합물의 구체적인 예로는 비닐-트리스-(메톡시디에톡시)실란, 메틸트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필메틸디에톡시실란, 감마-글리시독시프로필트리에톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, 비스-(트리에톡시실릴프로필)테트라설파이드, 비스-(트리에톡시실릴프로필)디설파이드, 감마-아미노프로필트리에톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-이소시아네이토프로필트리에톡시실란, 베타-(3,4-에폭시시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란 등을 포함할 수 있다.
상기 실란기 함유 화합물은 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 5-20중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 패터닝 후 전도성 패턴의 박리 또는 번짐이 발생하지 않을 수 있다. 바람직하게는, 5-15중량%로 포함될 수 있다.
상기 계면활성제 : 상기 실란기 함유 화합물은 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 1:1 내지 1:4의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 패터닝 후 전도성 패턴의 박리 또는 번짐이 발생하지 않을 수 있다. 바람직하게는 1:2 내지 1:3.5의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 코팅 조성물에서 상기 고분자 수지와 경화제의 합 : 상기 계면활성제와 실란기 함유 화합물의 합은 고형분 기준으로 6:1 내지 15:1의 중량비로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 패터닝 후 전도성 패턴의 박리 또는 번짐이 발생하지 않을 수 있다. 바람직하게는 6:1 내지 13.5:1의 중량비로 포함될 수 있다.
상기 코팅 조성물에서 상기 계면활성제와 실란기 함유 화합물의 합은 상기 고분자 수지와 경화제의 합 100중량부 기준으로 10-20중량부로 포함될 수 있다. 상기 범위 내에서, 코팅층의 표면 장력과 경도 및 부착력 등이 좋을 수 있다. 바람직하게는 15-20중량부로 포함될 수 있다.
상기 코팅 조성물은 고분자 수지, 경화제, 계면활성제 및 실란기 함유 화합물 이외에도, 용매를 더 포함할 수 있다. 상기 용매로는 특별한 제한은 없지만, 2-에톡시에탄올, 2-메톡시에탄올 등을 사용할 수 있다.
상기 용매의 첨가량은 특별히 제한되지 않지만, 상기 고분자 수지 + 경화제 + 계면활성제 + 실란기 함유 화합물 : 용매의 중량비는 1:1 내지 1:4가 될 수 있다. 상기 범위 내에서, 코팅 작업시 적절한 두께의 코팅막을 얻을 수 있다. 바람직하게는 중량비는 1:2 내지 1:3이 될 수 있다.
본 발명의 코팅 조성물은 상기 언급된 성분들을 용매에 혼합하는 단계에 의해 제조될 수 있다. 상기 성분들의 첨가 순서는 특별히 제한되지 않지만, 고분자 수지에 계면활성제와 실란기 함유 화합물을 순서대로 첨가한 후, 적정량의 용매를 첨가하고, 마지막으로 경화제를 첨가한다. 그런 다음, 실온에서 교반하면서 혼합함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 다른 관점인 전도성 패턴을 형성하는 방법은 상기 코팅 조성물을 사용하는 단계를 포함할 수 있다. 일 실시예로서, 상기 방법은 하기의 단계를 포함할 수 있다.
(1)절연 기재에 상기 코팅 조성물을 코팅하는 단계; 및
(2)코팅된 절연 기재에 전도성 잉크 조성물을 사용하여 전도성 패턴을 형성하는 단계.
절연 기재, 코팅 조성물 및 전도성 잉크 조성물에 대한 내용은 상술한 바와 같다.
코팅 조성물을 절연 기재에 코팅하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 딥(dip) 코팅, 스퍼터링 코팅, 롤 그라비아 코팅 등을 사용할 수 있다. 코팅 조성물을 절연 기재에 코팅한 후 건조시켜 코팅층을 형성한다. 건조시키는 방법은 예를 들면 20-50℃의 온도에서 1분-1시간 동안 수행될 수 있다. 추가로 100-200℃에서 1분-1시간 동안 더 건조시킬 수 있다.
코팅층의 두께는 0.5-1㎛가 되도록 하는 것이 좋다.
코팅층이 형성된 절연 기재에 전도성 잉크 조성물을 사용하여 전도성 패턴을 형성한다. 전도성 패턴을 형성하는 방법은 특별히 제한되지 않지만, 잉크젯, 스크린 또는 롤투롤 그라비아 코팅 방법 등을 사용할 수 있다. 전도성 패턴을 형성한 후 100-200℃에서 10분-2시간 동안 경화시킴으로써 전도성 패턴 형성을 완성한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.
여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.
실시예 1:코팅 조성물의 제조
고분자 수지로 에폭시 수지(에드락카, 제비표 페인트, 에폭시 수지와 폴리아미드아민의 어덕트) 18g에 불소계 계면활성제(FS-415) 1g과 비닐-트리스-(메톡시디에톡시)실란 3g을 첨가하였다. 2-에톡시에탄올 70g을 첨가하여 용해시킨 다음, 에피클로로히드린-비스페놀 A 수지(KSD 경화제, 제비표 페인트) 8g을 첨가하고 혼합하여 코팅 조성물을 제조하였다.
실시예 2:전도성 패턴의 형성
흰색 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름을 에탄올로 세척하였다. 상기 실시예 1에서 제조한 코팅 조성물을 롤 그라비아 빙식으로 도포하였다. 상대습도 65%, 온도 22℃ 조건에서 상기 필름을 5분 동안 건조시키고, 150℃ 오븐에서 5분 동안 열처리하여 코팅층을 형성하였다. 이후 25℃에서 12시간 상기 필름을 유지하였다. 평균 입경(D50) 50nm의 은 나노입자 30g, 분산용매 트리에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르(C8H18O4) 55g 및 희석제로 에탄올 5g을 혼합하였고 12시간 동안 25℃에서 진탕하여 전도성 잉크 조성물을 제조하였다. 상기 필름에 상기 전도성 잉크 조성물을 롤투롤 방식으로 적용하여 전도성 패턴을 형성한 후 150℃ 오븐에서 30분 동안 경화시켜 패턴 형성을 완료하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다. 도 1에서 나타난 바와 같이 전도성 패턴의 번짐 현상이 발생하지 않았고 선명하게 나타났음을 알 수 있다.
비교예 1:전도성 패턴의 형성
폴리에틸렌테레프탈레이트에 상기 코팅 조성물을 코팅하지 않은 것을 제외하고는 동일한 방법을 사용하여 전도성 패턴을 형성하였다. 150℃에서 30분 동안 소성하여 전도성 패턴을 형성하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2에서 나타난 바와 같이 전도성 패턴이 번지거나 박리되었음을 확인할 수 있다.

Claims (7)

  1. 고분자 수지 40-74중량%, 경화제 20-30중량%, 계면 활성제 1-10중량% 및 실란기 함유 화합물 5-20중량%를 포함하고,
    상기 고분자 수지는 에폭시계 수지와 아민의 어덕트(adduct)를 포함하는,
    전도성 패턴 형성용 코팅 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 고분자 수지 : 상기 경화제는 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 1:1 내지 3:1의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성용 코팅 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제 : 상기 실란기 함유 화합물은 상기 코팅 조성물 중 고형분 기준으로 1:1 내지 1:4의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성용 코팅 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 고분자 수지와 경화제의 합 : 상기 계면활성제와 실란기 함유 화합물의 합은 고형분 기준으로 6:1 내지 15:1의 중량비로 포함되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성용 코팅 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 계면활성제와 실란기 함유 화합물의 합은 상기 고분자 수지와 경화제의 합 100중량부 기준으로 10-20중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성용 코팅 조성물.
  6. 삭제
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 코팅 조성물을 사용하는 단계를 포함하는 전도성 패턴 형성 방법.
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