KR101552974B1 - 양면 패턴된 투명 전도성 필름 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

양면 패턴된 투명 전도성 필름은 상부면 전도층(12) 및 하부면 전도층(12)을 포함한다. 상부면 전도층은 패턴된 트렌치(trench) 네트워크(network)이며; 하부면 전도층은 전면 트렌치 네트워크이다. 상부면 전도층의 트렌치는 전도성 물질(13)로 채워지며, 하부면 전도층의 트렌치는 전도성 물질(13)로 단속적으로(intermittently) 채워진다. 양면 패턴된 전도성 필름은 높은 해상도(resolution), 투과도(transmittance), 독립적으로 조정 가능한 저항(square resistance) 및 다른 많은 이점을 가져, 투명 전도성 필름에 의해 PET의 비용을 줄일 수 있다. 제조 방법에 따르면, 하나의 유연한 기판의 양면 임프린팅(imprinting)을 위한 정렬이 필요하지 않으므로, 공정이 간단하고, 비용이 낮으며, 산업 생산에 유리하다.

Description

양면 패턴된 투명 전도성 필름 및 이의 제조 방법{DOUBLE-SIDED PATTERNED TRANSPARENT CONDUCTIVE FILM AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
본 발명은 투명 전도성 필름 및 준비 방법에 대한 것으로, 보다 상세하게는 양면 패턴된 투명 전도성 필름 및 이의 제조 방법에 대한 것이다.
투명 전도성 필름은 우수한 전기 전도도 및 높은 가시광 투과도를 갖는 시트(sheet)이다. 현재, 투명 전도성 필름은 평면 패널 디스플레이(flat panel display), 광전 장치(photovoltaic device), 터치 패널(touch panel), 및 전자기 차폐(electromagnetic shielding)와 같은 분야에서 널리 사용되고 있어, 매우 넓은 시장을 갖는다.
투명 전도성 필름 시장은 ITO가 지배하여 왔다. 터치스크린과 같은 가장 실질적인 응용에 있어서, 이는 사용 전에 투명 전도성 필름을 패터닝하기 위해 종종 노광, 이미징(imaging), 식각 및 세정 공정을 필요로 한다. 이와 비교하여, 기판의 특정 영역상에 직접 금속 그리드(grid)를 형성하는 은염(silver salt) 방법 또는 인쇄 방법은 패터닝 공정을 생략할 수 있어, 오염이 적고 비용이 낮은 등의 이점이 있다. 일본 회사로서 대일본인쇄(Dai Nippon Printing), 후지필름(Fujifilm) 및 군제(Gunze), 그리고 독일 회사 폴리아이씨(PolyIC)에 의해, 인쇄 방법을 이용하여 우수한 성능을 갖는 패턴된 유연한 투명 전도성 필름이 얻어졌다. 이들 중, 폴리아이씨 사에 의하여 얻어진 필름은 15㎛의 화상 해상도, 0.4-1Ω/sq의 표면 저항(surface square resistance), 및 80%를 넘는 광 투과도를 갖는다.
임베디드(embedded) 패턴된 금속 그리드에 기초한 투명 전도성 필름이 개시되며, PET 기판을 갖는 투명 전도성 기판은 87%를 넘는 투과도를 갖는다; 유리 기판을 갖는 투명 전도성 필름은 90%를 넘은 투과도를 가지며, 표면 저항은 10Ω/sq 미만이다; 특히, 금속선의 해상도가 3㎛ 미만인 경우 그러하다. 그러나, 비용을 더 줄이고 터치 모듈(module)을 더 얇게 만들기 위해, 많은 터치스크린 제조사들은 현재 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 개발에 주목하여 왔다.
종래의 임베디드 패턴된 투명 전도성 필름의 트렌치(trench)는 임프린트(imprint) 기술에 의하여 형성된다. 따라서, 양면 패턴된 투명 전도성 필름을 준비하기 위해서는, 대형의 롤투롤(roll-to-roll) 양면 정렬된 임프린트 기술의 개발이 필수적이나, 이러한 기술은 아직 무르익지 않았다.
그러므로, 양면 임프린팅에 의한 정렬 문제를 피할 수 있는 양면 패턴된 투명 전도성 필름이 필요하다.
본 발명의 일 측면에서, 종래의 롤투롤(roll-to-roll) 임프린팅(imprinting) 공정에서 양면 정렬이 요구되는 문제를 해결할 수 있는 양면 패턴된 투명 전도성 필름 및 이의제조 방법이 제공된다.
본 발명의 해결 과제는 다음의 실시예들에 의해 달성된다.
양면 패턴된 투명 전도성 필름은, 상부면 전도층 및 하부면 전도층을 포함한다. 상부면 전도층은 패턴된 트렌치(trench) 네트워크이며, 하부면 전도층은 전면 트렌치 네트워크이다. 상부면 전도층의 트렌치는 전도성 물질로 채워지며, 하부면 전도층의 트렌치는 전도성 물질로 단속적으로(intermittently) 채워진다.
나아가, 트렌치 네트워크는 다각형(polygon) 트렌치를 기본 단위로 사용하는 트렌치 조합으로서, 기본 단위의 형상은 정사각형, 직사각형, 원형, 정육각형, 정삼각형 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택된다.
바람직한 실시예에서, 하부면 전도층의 트렌치에 단속적으로 채워진 전도성 물질은, 패터닝 기술에 의하여 하부면 전도층의 트렌치에 단속적으로 나타난다.
바람직한 실시예에서, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 상부면 전도층의 트렌치 네트워크는 둘 이상의 네트워크 밀도를 갖는다.
바람직한 실시예에서, 네트워크 밀도의 하나 이상의 네트워크는 90% 초과의 상대 투과도(relative transmittance)를 가지며, 하나 이상의 네트워크는 80% 미만의 상대 투과도를 갖는다.
바람직한 실시예에서, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 상부면 전도층의 트렌치 네트워크의 상대 투과도는 90%를 넘는다.
양면 패턴된 투명 전도성 필름의 제조 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
제1 단계로서, 임프린트(imprint) 기법에 의하여 중간층(intermediate layer)의 상부 표면상에 패턴된 트렌치 네트워크를 정의하는 단계;
제2 단계로서, 임프린트 기법에 의해 중간층의 하부 표면상에 전면 트렌치 네트워크를 정의하는 단계;
제3 단계로서, 중간층의 상부 표면 및 하부 표면 각각의 트렌치 내에 전도성 물질을 채우는 단계; 및
제4 단계로서, 상부 표면상의 정렬 마크(alignment mark)에 따라, 전도성 물질이 채워진 하부 표면의 패턴되지 않은 트렌치 네트워크를 패터닝하는 단계.
바람바람직한 실시예에서, 임프린트 기법은 열 임프린트(hot imprint) 또는 UV 임프린트이다.
바람직한 실시예에서, 상부 표면상의 정렬 마크는 더 큰 네트워크 밀도를 갖는 상부 표면의 영역이며, 이는 하부 표면의 트렌치 네트워크를 패터닝하기 위한 정렬 마크의 기능을 한다; 네트워크 밀도의 하나 이상의 네트워크는 90% 초과의 상대 투과도를 가지며, 하나 이상의 네트워크는 80% 미만의 상대 투과도를 갖는다.
바람직한 실시예에서, 전도성 물질이 채워진 하부 표면의 패턴되지 않은 트렌치 네트워크를 패터닝하는 단계는, 음각 드라이 필름(negative dry film)을 하부 표면상에 부착하는 단계; 상부 표면상의 정렬 마크를 감광 필름의 정렬 마크와 정렬시키는 단계; 음각 드라이 필름을 UV에 노출시키는 단계; 노출된 영역이 현상 공정에서 보존되고 노출되지 않은 부분이 제거되어 덮여진 전도성 물질이 노출되도록, 현상제(developer)에서 음각 드라이 필름을 현상하는 단계;
노출된 전도성 물질을 제거하기 위해, 양면 패턴된 투명 전도성 필름을 전도성 물질의 식각 용액에 담그는 단계; 및 음각 드라이 필름을 제거하고 전도층을 노출하기 위해, 양면 패턴된 투명 전도성 필름을 제거제(remover)에 담그는 단계.
바람직한 실시예에서, 전도성 물질은 스크레이프 코팅(scrape coating) 또는 잉크젯 인쇄(inkjet printing)에 의하여 채워진다.
유리한 효과
(1) 본 발명에 따른 양면 패턴된 투명 전도성 필름은 높은 해상도(resolution), 투과도, 독립적으로 조정 가능한 저항(square resistance) 및 다른 많은 이점을 가져, 투명 전도성 필름에 의해 PET의 비용을 줄일 수 있다.
(2) 상기 제조 방법에 따르면, 하나의 유연한 기판의 양면 임프린팅(imprinting)을 위한 정렬이 필요하지 않으므로, 공정이 간단하고, 비용이 낮으며, 산업 생산에 유리하다.
도면의 구성요소들은 실제 크기를 나타내는 것이 아니며, 본 발명의 원리를 명확하게 나타내기 위하여 강조된다. 본 발명은 도시된 구체적인 배열 및 기구에 한정되지 않는다는 것이 이해되어야 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 개략도이다.
도 2는 본 발명에 따라 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 하부 표면을 패터닝하는 공정을 나타내는 개략도이다.
이하에서, 도면을 참조하여 본 발명이 더 상세히 기술된다. 그러나, 통상의 기술자에게는 본 발명의 범위에서 벗어나지 않고 다양한 변경 또는 조정이 이루어질 수 있다는 점이 이해될 것이다.
실시예 1
도 2의 (F)를 참조하면, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 실시예는 상부면 전도층 및 하부면 전도층을 포함하며, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 상부면 전도층은 패턴된 트렌치(trench) 네트워크이고, 하부면 전도층은 전면 트렌치 네트워크이다. 상부면 전도층의 트렌치는 전도성 물질로 채워지며, 하부면 전도층의 트렌치는 전도성 물질로 단속적으로(intermittently) 채워진다.
양면 패턴된 투명 전도성 필름의 상부면 전도층의 트렌치 네트워크는 2개의 네트워크 밀도를 가지며, 하나의 네트워크의 상대 투과도는 90%이고, 다른 네트워크의 상대 투과도는 80%이다. 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 하부면 전도층의 트렌치 네트워크의 상대 투과도는 90%이다.
도 1의 (A)를 참조하면, UV 임프린트 접착제(12)가 기판 PET(11)의 두 표면상에 코팅된다. PET(11)의 두 표면은 점착성 부여제(tackifier) 층으로 구성되거나 점착성 부여제로 처리되며, PET(11)의 두께는 125㎛이다. UV 임프린트 접착제(12)는 H450 텍스(Tex)로서, 그 두께는 4㎛이다. 도 1의 (B)를 참조하면, 임프린트 기술에 의하여 상부 표면(12)상에 패턴된 트렌치 네트워크가 정의되며; 패턴되지 않은 전면 트렌치 네트워크가 하부 표면(12)상에 2㎛의 트렌치 깊이 및 2㎛의 폭으로 정의된다. 도 1의 (C)를 참조하면, 스크레이프 코팅(scrape coating)에 의해 상부 표면 및 하부 표면의 트렌치에 나노은 잉크가 채워지고 이후 소결(sinter)된다. 은 잉크의 고체 함유량은 35%이다. 소결 온도는 135℃이다. 도 1의 (D)를 참조하면, 상부 표면상의 정렬 마크에 따라, 하부 표면의 트렌치 네트워크의 은이 패터닝된다.
하부 표면의 패터닝 기술은 기술 분야에서 매우 성숙된 기술로서, 자세한 설명은 생략한다. 이하는 예시로서 기술된다.
도 2의 (A)를 참조하면, 하부 표면은 전도성 물질로 채워진 전면 트렌치 네트워크이며; 상부 표면은 전도성 물질로 채워진 패턴된 트렌치 네트워크이다.
도 2의 (B)를 참조하면, 음각 드라이 필름(negative dry film)(21)으로 듀퐁1505(DuPont1505)가 하부 표면에 부착된다. 도 2의 (C)를 참조하면, 상부 표면상의 정렬 마크가 감광성 필름(23)의 정렬 마크와 정렬되며, 이후 음극 드라이 필름(21)은 자외선에 노출된다. 도 2의 (D)를 참조하면, 현상 공정 동안 노출된 부분은 보존되고 노출되지 않은 부분은 제거되며, 따라서 음각 드라이 필름(21)에 의하여 덮인 은이 노출된다. 현상제(developer)는 질량 퍼센트 1%의 Na2CO3 용액이다. 도 2의 (E)를 참조하면, 노출된 은을 제거하기 위해 양면 투명 전도성 필름이 은 식각 용액에 담궈진다. 도 2의 (F)를 참조하면, 음각 드라이 필름을 제거하고 보호된 은을 노출시키기 위해 양면 투명 전도성 필름이 제거제(remover)에 담궈진다. 제거제는 질량 퍼센트 2%의 Na2CO3 용액이다.
실시예 1의 양면 투명 전도성 필름의 중간층은 전술한 물질에 한정되지 않으며, 유리, 석영, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 폴리카보네이트(polycarbonate; PC) 등일 수 있다. 하부 표면의 패터닝 기술은 전술한 공정에 한정되지 않으며; 하부 표면을 패터닝 할 수만 있다면 다른 기술로 구현될 수 있다. 임프린트 기술은 열 임프린트(hot imprint) 또는 UV 임프린트를 포함할 수 있다. 전도성 물질은 스크레이프 코팅(scrape coating) 또는 잉크젯 인쇄(inkjet printing)에 의하여 채워질 수 있다. 본 발명의 전도성 물질은 은에 한정되지 않으며, 예컨대, 흑연(graphite), 폴리머 전도성 물질 등일 수 있다.
본 발명은 구체적인 구조적 특징 및/또는 방법적인 행위와 관련된 내용으로 기술되었으나, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 발명은 기술된 구체적인 특징 및 행위에 의해 반드시 한정되는 것이 아니라는 점이 이해되어야 한다. 오히려, 기술된 구체적인 특징 및 행위는 청구된 발명을 구현하기 위한 예시적인 형태이다.

Claims (10)

  1. 패턴된 트렌치 네트워크인 상부면 전도층; 및
    전면 트렌치 네트워크인 하부면 전도층을 포함하되,
    상기 상부면 전도층의 트렌치는 전도성 물질로 채워지며, 상기 하부면 전도층의 트렌치는 상기 전도성 물질로 단속적으로 채워지고,
    상기 상부면 전도층의 상기 패턴된 트렌치 네트워크는 둘 이상의 네트워크 밀도를 가지며, 가장 큰 네트워크 밀도를 갖는 영역이 상기 하부면 전도층의 트렌치를 패터닝하기 위한 정렬 마크의 기능을 하는 것을 특징으로 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 하부면 전도층의 상기 트렌치에 단속적으로 채워진 상기 전도성 물질은, 패터닝 기술에 의해 상기 하부면 전도층의 상기 트렌치에 단속적으로 나타나는 것을 특징으로 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름.
  3. 삭제
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 네트워크 밀도의 하나 이상의 네트워크의 상대 투과도는 90% 초과이며, 하나 이상의 네트워크의 상대 투과도는 80% 미만인 것을 특징으로 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 상기 하부면 전도층의 상기 트렌치 네트워크의 상대 투과도는 90% 초과인 것을 특징으로 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름.
  6. 임프린트 기법에 의하여 중간층의 상부 표면상에 패턴된 트렌치 네트워크를 정의하는 제1 단계;
    임프린트 기법에 의해 상기 중간층의 하부 표면상에 전면 트렌치 네트워크를 정의하는 제2 단계;
    중간층의 상기 상부 표면 및 상기 하부 표면 각각의 상기 트렌치 내에 전도성 물질을 채우는 제3 단계; 및
    상기 상부 표면상의 정렬 마크에 따라, 전도성 물질이 채워진 상기 하부 표면의 패턴되지 않은 트렌치 네트워크를 패터닝하는 제4 단계를 포함하되,
    상기 상부 표면상에 패턴된 트렌치 네트워크는 둘 이상의 네트워크 밀도를 가지며,
    상기 상부 표면상의 상기 정렬 마크는, 가장 큰 네트워크 밀도를 가지는 상기 상부 표면의 영역으로서, 상기 하부 표면의 상기 트렌치 네트워크를 패터닝하기 위한 정렬 마크의 기능을 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 제조 방법.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 임프린트 기법은 열 임프린트 또는 UV 임프린트인 것을 특징으로 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 제조 방법.
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 네트워크 밀도의 하나 이상의 네트워크의 상대 투과도는 90% 초과이며, 하나 이상의 네트워크의 상대 투과도는 80% 미만인 것을 특징으로 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 제조 방법.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 전도성 물질이 채워진 하부 표면의 패턴되지 않은 트렌치 네트워크를 패터닝하는 단계는,
    음각 드라이 필름을 상기 하부 기판상에 부착하는 단계;
    상기 상부 기판상의 상기 정렬 마크를 감광 필름의 정렬 마크와 정렬시키는 단계;
    상기 음각 드라이 필름을 UV에 노출시키는 단계;
    노출된 영역이 현상 공정에서 보존되고 노출되지 않은 부분이 제거되어 덮여진 상기 전도성 물질이 노출되도록, 현상제에서 상기 음각 드라이 필름을 현상하는 단계;
    노출된 상기 전도성 물질을 제거하기 위해, 상기 양면 패턴된 투명 전도성 필름을 상기 전도성 물질의 식각 용액에 담그는 단계; 및
    상기 음각 드라이 필름을 제거하고 상기 전도성 물질을 노출하기 위해, 상기 양면 패턴된 투명 전도성 필름을 제거제에 담그는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 제조 방법.
  10. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 스크레이프 코팅 또는 잉크젯 인쇄에 의하여 채워지는 것을 특징으로 하는, 양면 패턴된 투명 전도성 필름의 제조 방법.
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