KR101431225B1

KR101431225B1 - 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법

Info

Publication number: KR101431225B1
Application number: KR1020120148795A
Authority: KR
Inventors: 이승섭; 김진하; 김상배
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2012-12-18
Filing date: 2012-12-18
Publication date: 2014-08-20
Also published as: KR20140079151A

Abstract

본 발명은 기판 등 대상물에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 몰드의 오목한 부분에 채워진 잉크를 기판에 전사하여 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법은 a) 오목한 패턴이 형성된 몰드의 표면에 잉크를 도포하는 단계와, b) 상기 잉크의 표면을 건조하여 건조 막을 형성하는 단계와, c) 상기 건조 막을 제거하는 단계와, d) 상기 오목한 패턴의 내부에 남아 있는 잉크를 대상물의 표면에 전사하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 기판에 손상이 없는 완전한 패턴을 저렴한 비용으로 전사 인쇄 방법에 의하여 형성할 수 있다. 특히 화학적인 공정을 거치지 않고 상온에서 다양한 형상의 패턴을 저렴한 비용으로 기판에 형성할 수 있다. 또한, 선폭이 수 마이크로 미터에서 수십 마이크로 미터의 정밀한 패턴을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 대면적의 패턴도 저렴한 비용으로 형성할 수 있다. 또한, 롤-투-롤 인쇄방법을 적용하여 대량생산이 가능하여 패턴 형성의 제조 원가를 절감할 수 있다.

Description

잉크 전사를 통한 패턴 형성방법{PATTERN FORMING METHOD BY TRANSFERRING OF INK}

본 발명은 기판 등 대상물에 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 몰드의 오목한 부분에 채워진 잉크를 기판에 전사하여 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

대부분의 전자 소자나 부품은 제조에 있어서 패턴을 형성하는 공정을 필요로 한다. 포토 리소그래피 공정은 마이크로 패턴을 형성하는 대표적인 공정이나, 비용이 많이 드는 복잡한 공정이고, 패턴의 형상이나 크기의 변경에 유연성이 적은 공정이다.

최근 비용을 절감하고 패턴의 형상이나 크기의 변경에 유연성을 제공하고 대량 생산에 적합한 인쇄에 의한 패턴의 형성 방법이 각광을 받고 있다. 특히, 인쇄의 의한 패턴 형성 방법은 롤-투-롤(roll to roll) 패턴 형성이 가능하여 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 패턴의 인쇄 방법으로는, 잉크젯 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄(Gravure Printing), 플랙소 인쇄 등이 있다. 그라비아 인쇄 방법은, 음각 전사 인쇄 방법의 하나로, 패턴이 형성된 원통의 표면에 잉크를 도포하고 볼록한 표면에 도포된 잉크를 제거하고, 오목한 부분에 들어간 잉크를 피인쇄물의 표면에 접촉시켜서 패턴을 전사하는 방법이다.

최근 터치 패널의 수요가 늘어나면서 ITO 막이 형성된 기판에 실버 페이스트를 사용하여 미세한 전도선 배선 패턴을 형성하는 기술이 중요시되고 있다. 포토 리소그래피 공정을 이용하여 미세한 배선 패턴을 터치 패널에 형성할 수 있으나, 화학적인 처리과정에서 터치 패널의 ITO 코팅 막에 손상을 줄 위험이 있으며, 또한 공정상 필요한 열처리 과정에서 표면에 형성된 전도성 패턴의 기능이 손상될 염려가 있어서 인쇄 방법에 의한 패턴 형성을 하고 있다.

상술한 스크린 인쇄 방법에 의한 터치 패널의 배선 패턴 형성은, 인쇄 방법이 간단한 장점이 있으나, 정밀성이 떨어져서 얇은 선 폭의 패턴을 형성하지 못하고 있다. 또한, 스크린 인쇄 방법으로 배선 패턴의 선 폭을 얇게 하더라도 배선 패턴의 전기적 성질을 향상시키기 위하여 원하는 패턴의 높이를 형성하기가 어렵다는 문제점도 있다. 따라서, 스크린 인쇄방법으로는 80 마이크로미터 이하의 선 폭을 갖는 배선 패턴을 형성하지 못하고 있다.

이 문제를 해결하기 위해 그라비아 인쇄 방법과 유사하게 오목한 패턴이 형성된 몰드 제작 후 오목한 패턴 부분에 잉크를 채우고 몰드의 표면을 긁어내는 닥터링을 통해 몰드 표면의 잉크를 제거한 후 오목한 패턴에 채워진 잉크를 기판에 전사하는 방법이 시도되고 있다. 하지만 닥터링 공정은 패턴이 작아질수록 몰드와 닥터 블레이드의 정밀도가 증가하여야 하기 때문에 미세선폭의 구현이 어렵다. 또한, 닥터 블레이드의 노후 및 손상시 몰드 표면에 잔류물이 남게 된다는 단점이 있다. 또한, 닥터링 공정이 정상적으로 진행되더라도 몰드 표면의 잔류물을 완벽하게 제거하기에는 어려움이 따른다. 특히, 몰드가 단단한 재질이 아닌 경우는 닥터 블레이드의 압력 조절이 더욱 어렵게 되어, 표면의 잔류물 제거가 더욱 힘들게 된다.

본 발명은 상술한 문제점을 개선하기 위한 것으로서, 몰드의 표면에 잔류하는 잉크 잔류물 및 찌꺼기를 쉽게 제거할 수 있는 잉크 전사를 통한 패턴 형성 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법은 a) 오목한 패턴이 형성된 몰드의 표면에 잉크를 도포하는 단계와, b) 상기 잉크의 표면을 건조하여 건조 막을 형성하는 단계와, c) 상기 건조 막을 제거하는 단계와, d) 상기 오목한 패턴의 내부에 남아 있는 잉크를 대상물의 표면에 전사하는 단계를 포함한다.

본 발명에서 잉크란 패턴의 형성에 사용되는 점성이 있는 액상 조성물 전체를 의미하는 것으로서, 실버 페이스트와 같은 전도성 조성물뿐 아니라, 반전도성 조성물, 유전성 조성물, 절연성 조성물, 광학적 특성을 지닌 조성물 등을 모두 포함한다. 광학적 특성을 지닌 조성물이란 빛을 흡수 또는 반사하는 물질, 감광성 물질 등을 포함한다.

또한, 본 발명에 있어서, 몰드는 평판이거나 원통형일 수 있다. 몰드는 요철에 의하여 패턴이 형성된 표면을 가지면 충분하고 임의의 형상을 가질 수 있다. 몰드는 합성수지로 제조되어 탄성을 구비하는 것이 바람직하나, 금속으로 제조될 수도 있다. 몰드가 금속으로 된 것이거나 탄성이 적은 합성수지로 된 경우에는, 몰드와 기판이 용이하게 분리되도록 탄성을 갖는 기판을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 c)단계는 필름을 상기 건조 막에 부착하는 단계와 상기 건조 막이 부착된 필름을 제거하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 필름은 점착 또는 접착층을 구비한 필름인 것이 바람직하다.

또한, 상기 잉크의 점도가 10,000 센티 포이즈(cP) 이상의 고점도인 경우에는 상기 잉크를 도포한 후 가압하여 상기 오목한 패턴의 내부로 상기 잉크를 주입하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

또한, 몰드의 볼록면에 도포된 잉크를 용이하게 제거하기 위해서, 상기 a)단계 이전에, 상기 몰드의 볼록면에 이형처리를 하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.

상기 a) 내지 d) 단계는 롤투롤 방식으로 진행될 수도 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 의하면, a) 오목한 패턴이 형성된 몰드의 표면에 잉크를 도포하는 단계와, b) 몰드의 볼록면에 도포된 잉크를 1차로 제거하는 단계와, c) 상기 잉크를 건조하여 상기 볼록면에 잔류하는 잉크의 건조 막을 형성하고, 상기 오목한 패턴의 내부에 건조 패턴을 형성하는 단계와, d) 상기 건조 막을 제거하는 단계와, e) 상기 오목한 패턴의 내부에 남아 있는 상기 건조 패턴을 대상물의 표면에 전사하는 단계를 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법이 제공된다.

상기 e)단계는, 상기 건조 패턴의 표면에 액체 상태의 경화성 수지를 도포하는 단계와, 상기 경화성 수지층 상에 기판을 배치하는 단계와, 상기 경화성 수지층을 경화시키는 단계와, 상기 몰드를 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 a) 내지 e) 단계는 롤투롤 방식으로 진행될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 기판에 손상이 없는 완전한 패턴을 저렴한 비용으로 전사 인쇄 방법에 의하여 형성할 수 있다. 특히 화학적인 공정을 거치지 않고 상온에서 다양한 형상의 패턴을 저렴한 비용으로 기판에 형성할 수 있다. 또한, 선폭이 수 마이크로 미터에서 수십 마이크로 미터의 정밀한 패턴을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 대면적의 패턴도 저렴한 비용으로 형성할 수 있다. 또한, 롤-투-롤 인쇄방법을 적용하여 대량생산이 가능하여 패턴 형성의 제조 원가를 절감할 수 있다.

본 발명의 방법을 적용하면, 저렴하게 터치 패널, 태양광 패널, OLED 패널의 패턴을 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 대면적의 터치 패널, 태양광 패널, OLED 패널의 패턴을 형성할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법의 일실시예를 단계별로 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따른 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법의 다른 실시예를 단계별로 설명하기 위한 개략도이다.
도 3은 본 발명에 따른 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법의 또 다른 실시예를 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법의 일실시예를 단계별로 설명하기 위한 개략도이다.

도 1을 참조하여 설명하는 본 실시예는 잉크의 일 예인 실버 페이스트로 터치 패널의 배선 패턴을 형성하는 공정에 대한 설명이나 이에 한정되는 것은 아니고, 기판상에 패턴을 형성하는 모든 공정에 적용이 가능하다.

먼저, 도 1(a)에 도시된 것과 같이, 일면에 오목한 부분에 의한 패턴(11)이 형성된 몰드(10)를 준비한다. 몰드(10)는 금속이나 합성수지 등으로 이루어질 수 있다. 패턴(11)은 원하는 폭과 깊이를 갖도록 가공하여 형성한다.

다음으로, 도 1(b)에 도시된 것과 같이, 몰드(10)의 패턴(11)이 형성된 면에 실버 페이스트(20)를 도포한다. 높은 전기 전도도를 얻기 위하여 10,000 센티 포이즈(cP) 이상의 고점도의 실버 페이스트(20)를 사용하는 본 실시예의 경우에는, 도 1(c)에 도시된 것과 같이, 실버 페이스트(20)가 오목한 패턴(11) 내부로 들어가도록 실버 페이스트(20)를 가압한다. 그러나 잉크의 점도가 낮아서 도포된 잉크가 중력에 의하여 오목한 패턴의 내부로 자연적으로 들어갈 경우에는 도 1(c) 공정은 생략될 수 있다.

다음으로, 도 1(d)에 도시된 것과 같이, 실버 페이스트(20)를 건조시켜, 실버 페이스트(20)의 표면에 건조 막(21)을 형성시킨다. 몰드의 볼록부(12)에 도포된 실버 페이스트(20)는 두께가 얇기 때문에 전부 건조되고, 몰드의 오목한 패턴(11)의 내부에 위치하는 실버 페이스트(20)는 표면부분만 건조된다.

다음으로, 도 1(e)에 도시된 것과 같이, 접착 또는 점착 층이 형성되어 있는 필름(30)을 실버 페이스트(20)의 건조 막(21)에 부착한다. 그리고 필름(30)을 제거하면, 도 1(f)에 도시된 바와 같이, 필름(30)과 함께 실버 페이스트(20)의 건조 막이 제거된다. 건조 막의 용이한 제거를 위해서 필요한 경우에는 실버 페이스트(10)를 도포하기 전에 몰드(10)의 볼록면(12)에 이형처리를 할 수 있다. 이형처리는 예를 들어, 이형제를 도포하는 단계일 수 있다.

마지막으로, 몰드의 오목한 패턴(11)에 잔류하는 경화되지 않은 실버 페이스트(20)를 기판에 전사한다.

도 2는 본 발명에 따른 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법의 다른 실시예를 단계별로 설명하기 위한 개략도이다.

도 2의 (a) 내지 (c) 단계는 도 1의 (a) 내지 (c) 단계와 동일하므로 설명하지 않는다.

도 2(c)에 도시된 바와 같이, 실버 페이스트(20)가 오목한 패턴(11) 내부로 들어가도록 실버 페이스트(20)를 가압한 후 도 2(d)에 도시된 것과 같이, 몰드(10)의 패턴(11)이 형성된 표면의 볼록부(12)에 도포된 실버 페이스트(20)를 제거한다.

본 실시예에서는 닥터 블레이드를 사용하여 볼록부(12)에 도포된 실버 페이스트(20)를 제거하였으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 방법으로 제거할 수 있다.

도 2(d)에 도시된 것과 같이, 닥터 블레이드를 사용하여 볼록부(12)에 도포된 실버 페이스트(20)를 제거한 후에도 볼록부(12)에 실버 페이스트(20)가 일부 잔류한다.

다음으로, 도 2(e)에 도시된 바와 같이, 실버 페이스트(20)를 건조한다. 이때, 도 1(d)에 도시된 실시예와 달리, 실버 페이스트(20) 전체를 건조한다. 실버 페이스트(20) 전체가 건조되면, 그 과정에서 실버 페이스트(20)의 수축이 일어난다. 수축과정에서 볼록부(20)에 얇게 도포되어 있던 실버 페이스트(20)와 몰드의 오목한 패턴(11) 내부의 실버 페이스트(20)가 서로 분리되어 각각 건조 막(22)과 건조 패턴(23)을 형성한다.

다음으로, 도 2(f)에 도시된 바와 같이, 접착 또는 점착 층이 형성되어 있는 필름(30)을 건조 막(22)에 부착한다. 그리고 필름(30)을 제거하면, 도 2(g)에 도시된 바와 같이, 필름(30)과 함께 건조 막(22)이 제거된다. 이때, 건조 패턴(23)은 수축되어 건조 막(22)에 비해서 오목하기 때문에 필름(30)에 붙지 않는다.

마지막으로, 몰드의 오목한 패턴(11)에 잔류하는 건조 패턴(23)을 기판에 전사한다. 기판에 전사하는 방법의 일 예로서 다음과 같은 방법을 사용할 수 있다.

우선, 액체 상태의 경화성 수지를 몰드(10)의 패턴(11)이 형성된 면에 도포한다. 경화성 수지는 열경화성이거나 자외선 경화성이거나 공정의 필요에 따라서 적당한 것을 선택한다. 액체 상태의 수지(30)가 건조 패턴(23)의 표면과 접촉하면, 수지(30)가 건조 패턴(23)의 내부로 침투하게 된다.

다음으로, 기판을 경화성 수지의 상부에 놓아서 액체 상태의 경화성 수지와 접촉되도록 한다. 경화성 수지는 기판과 접착력이 우수한 것을 사용하는 것이 바람직하다.

다음으로, 액체 상태의 경화성 수지를 경화시킨다. 자외선 경화성 수지인 경우에는 자외선을 조사하고, 열경화성 수지인 경우에는 경화 온도까지 열을 가한다.

마지막으로, 몰드(10)를 분리하여 건조 패턴(23)의 기판에 대한 전사를 완료한다.

도 3은 본 발명에 따른 패턴 형성방법의 또 다른 실시예로, 롤-투-롤 방법으로 연속적으로 패턴을 형성하는 방법을 개략적으로 도시한다.

회전하도록 설치된 원통형상의 몰드(10)의 표면에 패턴(11)이 형성되어 있다. 실버 페이스트(20)는 제1 어플리케이터(50)에 의하여 몰드(10)의 표면에 도포된다.

도포된 실버 페이스트(20)는 제1 어플리케이터(50)와 제2 어플리케이터(60) 사이에 배치된 자외선 조사장치(70)에 의해서 건조된다.

제2 어플리케이터(60)에는 접착층이 형성된 필름(30)이 감겨있고, 이 필름(30)은 실버 페이스트 건조 막(21)에 부착되어, 몰드(10)에서 건조 막(21)을 연속적으로 제거한다.

연속적으로 공급되는 필름 형태의 기판(40)에 몰드(10)의 패턴(11)에 남아 있는 건조되지 않은 실버 페이스트(20)를 접촉시켜, 기판(40)에 실버 페이스트(20) 패턴을 전사한다.

도 2에 도시된 패턴 형성방법 역시 롤-투-롤 방법의 적용이 가능하다. 이 경우에는 도 3에 도시된 제1 어플리케이터와 자외선 조사장치(70)사이에 닥터 블레이드를 설치하여 몰드(10) 표면의 실버 페이스트(20)의 일부를 제거한 후에 건조를 한다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

10: 몰드 11: 패턴
12: 볼록면 20: 실버 페이스트
21, 22: 건조 막 23: 건조 패턴
30: 필름

Claims

a) 오목한 패턴이 형성된 몰드의 표면에 잉크를 도포하는 단계와,
b) 상기 잉크의 표면을 건조하여 건조 막을 형성하는 단계와,
c) 상기 건조 막을 제거하는 단계와,
d) 상기 오목한 패턴의 내부에 남아 있는 미 건조 상태의 잉크를 대상물의 표면에 전사하는 단계를 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제1항에 있어서,
상기 c)단계는 필름을 상기 건조 막에 부착하는 단계와 상기 건조 막이 부착된 필름을 제거하는 단계를 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제2항에 있어서,
상기 필름은 점착 또는 접착층을 구비한 필름인 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
청구항 4은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제1항에 있어서,
상기 잉크는 전도성 조성물, 유전성 조성물, 반전도성 조성물, 광학적 특성을 지닌 조성물 중에서 선택된 어느 하나인 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제1항에 있어서,
상기 잉크는 점도가 10,000 센티 포이즈(cP) 이상이고,
상기 잉크를 도포 후 가압하여 상기 오목한 패턴의 내부로 상기 잉크를 주입하는 단계를 더 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법
제1항에 있어서,
상기 a)단계 이전에, 상기 몰드의 볼록면에 이형처리를 하는 단계를 더 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제1항에 있어서,
각 단계들이 롤투롤 방식으로 진행되는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
a) 오목한 패턴이 형성된 몰드의 표면에 잉크를 도포하는 단계와,
b) 몰드의 볼록면에 도포된 잉크를 1차로 제거하는 단계와,
c) 상기 잉크를 건조하여 상기 볼록면에 잔류하는 잉크의 건조 막을 형성하고, 상기 오목한 패턴의 내부에 건조 패턴을 형성하는 단계와,
d) 상기 건조 막을 제거하는 단계와,
e) 상기 오목한 패턴의 내부에 남아 있는 상기 건조 패턴을 대상물의 표면에 전사하는 단계를 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제8항에 있어서,
상기 d)단계는 필름을 상기 건조 막에 부착하는 단계와 상기 건조 막이 부착된 필름을 제거하는 단계를 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제9항에 있어서,
상기 필름은 점착 또는 접착층을 구비한 필름인 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
청구항 11은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.

제8항에 있어서,
상기 잉크는 전도성 조성물, 유전성 조성물, 반전도성 조성물, 광학적 특성을 지닌 조성물 중에서 선택된 어느 하나인 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제8항에 있어서,
상기 잉크 점도가 10,000 센티 포이즈(cP) 이상이고,
상기 잉크를 도포 후 가압하여 상기 오목한 패턴의 내부로 상기 잉크를 주입하는 단계를 더 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제8항에 있어서,
상기 a)단계 이전에, 상기 몰드의 볼록면에 이형처리를 하는 단계를 더 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제8항에 있어서,
상기 e)단계는,
상기 건조 패턴의 표면에 액체 상태의 경화성 수지를 도포하는 단계와,
상기 경화성 수지층 상에 기판을 배치하는 단계와,
상기 경화성 수지층을 경화시키는 단계와,
상기 몰드를 제거하는 단계를 포함하는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.
제8항에 있어서,
각 단계들이 롤투롤 방식으로 진행되는 잉크 전사를 통한 패턴 형성방법.