KR101636065B1 - 금속 페이스트, 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판을 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속 페이스트, 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 구 형상을 가지는, 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자, 막대 형상을 가지는, 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자, 상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5내지 20 중량부의 바인더 및 열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상을 포함하는 경화제를 포함하는 금속 페이스트, 상기 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

금속 페이스트, 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판을 제조하는 방법 {METAL PASTE, TRANSPARENT CONDUCTIVE SUBSTRATE HAVING THE METAL PASTE AND MANUFACTURING METHOD THE TRANSPARENT CONDUVTIVE SUBSTRATE}

본 발명은 금속 페이스트, 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판을 제조하는 방법에 관한 것이다.

최근 스마트폰, 태블릿 pc와 같은 소형 전자기기들의 발전이 가속화되면서, 터치가 가능한 투명 전극 기판의 수요 역시 급격히 증가되고 있다.

터치가 가능한 투명 전극 기판을 구현하기 위해서는, 우선 투명한 재질의 기판에 광투과도가 높은 회로 패턴을 형성하는 것이 중요하다. 따라서 종래에는 광투과도가 높으면서 전기 저항이 충분히 낮아 디스플레이로서의 전기적 특성을 갖춘 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 물질로 형성된 투명 전극을 포함하는 투명 전극 기판이 사용되어 왔다.

다만 ITO와 같은 물질은 산화물의 일종으로 깨지기 쉬운 성질을 가지고 있기 때문에, 플렉서블 디스플레이(flexible display) 또는 폴더블 디스플레이(foldable display)와 같이 점차 증대되는 기술 발달의 추세에 부응하지 못하고 있다.

또한, ITO는 인듐(indium)과 같은 희토류 금속을 사용하기 때문에, 수요에 대한 공급이 불충분하며 생산 원가 역시 증대되는 주요한 원인이 되어 왔다.

따라서 플렉서블 디스플레이 또는 폴더블 디스플레이에 적합하며, 생산 단가를 절감시킬 수 있는 ITO의 대체 기술의 필요성 역시 나날이 증대되고 있다. 그 중에서, 플렉서블 디스플레이 또는 폴더블 디스플레이에 적합하며, 투명 전극 기판을 구현할 수 있는 ITO의 대체 기술 중 하나로, 금속 페이스트를 이용하여 메탈 메쉬 형식의 회로 패턴을 형성하는 기술이 주목받고 있다.

이와 관련하여, 도 1에는 종래 기술에 따라 구 형상의 금속 입자를 포함하는 금속 페이스트에 의해 형성된 회로 패턴의 단면이 도시되어 있으며, 도 2에는 도 1의 회로 패턴이 접어지거나 휘어졌을 때의 회로 패턴의 단면이 도시되어 있다.

도 1에 도시된 것과 같이, 금속 페이스트에 포함된 구 형상의 금속 입자들이 서로 접촉에 의해 통전될 수 있다. 이와 같은 회로 패턴이 플렉서블 디스플레이 또는 폴더블 디스플레이로 구현되기 위해서는 접어지거나 휘어졌을 때에도 원활하게 통전이 가능해야 한다. 그러나, 종래 기술에 따르면, 도 2에 도시된 것과 같이, 회로 패턴이 접어지거나 휘어지는 경우에는, 서로 접촉하고 있던 금속 입자들이 서로 이격됨으로써 전기 저항이 증가되어 통전이 어려워지게 되는 문제점이 존재한다.

본 발명의 목적은, 기판이 접어지거나 휘어지는 것과 같은 외형의 변형에도 불구하고 전기 저항이 유지되어 원활한 통전이 가능한 금속 페이스트, 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적은, 본 발명의 일 실시예에 따라, 투명 전극을 형성하기 위한 금속 페이스트로, 구 형상을 가지는, 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자, 막대 형상을 가지는, 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자, 상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5내지 20 중량부의 바인더, 열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상 및 0.5 내지 5중량부의 경화제를 포함하는 금속 페이스트에 의해 달성될 수 있다.

또한, 상기 목적은, 본 발명의 다른 실시예에 따라, 접어지거나 휘어질 수 있으며, 트렌치가 형성되는 투명 재질의 베이스 기판 및 상기 트렌치에 금속 페이스트가 충전되어 형성되는 투명 전극용 회로 패턴을 포함하는 투명 전극 기판으로, 상기 금속 페이스트는, 구 형상을 가지는 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자, 막대 형상을 가지는 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자, 상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5내지 20 중량부의 바인더 및 열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상 및 0.5 내지 5중량부의 경화제를 포함하는, 투명 전극 기판에 의해 달성될 수 있다.

한편, 상기 목적은, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 접어지거나 휘어질 수 있는 투명 재질의 베이스 기판을 준비하는 단계, 상기 베이스 기판에 회로 패턴에 대응되는 형상의 트렌치를 형성하는 단계 및 상기 트렌치에 금속 페이스트를 충전시켜 투명 전극용 회로 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 투명 전극 기판의 제조 방법으로, 상기 금속 페이스트는, 구 형상을 가지는, 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자, 막대 형상을 가지는, 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자, 상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5내지 20 중량부의 바인더 및 열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상 및 0.5 내지 5중량부의 경화제를 포함하는, 투명 전극 기판의 제조 방법에 의해 달성될 수 있다.

본 발명의 상기 실시예들에서, 상기 제1 금속 입자 또는 상기 제2 금속 입자는, 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.

상기 제1 금속 입자는 5 내지 500 nm의 입도를 가질 수 있다.

상기 제2 금속 입자는, 단면의 직경이 30~50nm이거나, 길이가 1um 내지 50um이거나, 또는 종횡비가 350~1000 사이인 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

상기 바인더는 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지 또는 에폭시 수지 중 하나 이상일 수 있다.

상기 열 경화성 올리고머는, 아크릴계 올리고머, 메타 아크릴계 올리고머, 아크릴 카복실레이트 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 올리고머(에폭시 아크릴레이트 공중합체), 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 및 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이며, 상기 열 경화성 모노머는, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 트리시클로데칸디메타놀디메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, 아크릴로일옥시에틸숙시네이트, 페녹시에틸렌글리콜아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 하드록시프로필 아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 아릴메타아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 글리세롤 디메타아크릴레이트, 펜타메틸 기페리딜 메타아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트,디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트라아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에폭실레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트, 글리세린프로폭시레이티드 트리아크릴레이트 및 메톡시에틸렌글리콜아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 전극 기판 혹은 또 다른 실시예에 따른 투명 전극 기판의 제조 방법에 따르면, 상기 베이스 기판은 연성(flexible)의 투명 합성 수지일 수 있으며, 투명 전극용 회로 패턴은 메탈 메쉬(metal mesh)로 형성될 수 있다.

본 발명에 의하면, 기판이 접어지거나 휘어졌을 때에도 전기 저항이 유지되어 원활한 통전이 가능한 금속 페이스트, 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판을 제조하는 방법을 제공할 수 있게 된다.

도 1은 종래 기술에 따른 금속 페이스트가 충전된 회로 패턴의 단면을 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 회로 패턴이 접어지거나 휘어졌을 때의 회로 패턴의 단면을 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트가 충전된 회로 패턴의 단면을 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 회로 패턴이 접어지거나 휘어졌을 때의 회로 패턴의 단면을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 전극 기판을 제조하는 방법을 순서대로 도시한 순서도이다.

본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, ?포함하다? 또는 ?가지다? 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 본 발명에 따른 금속 페이스트, 금속 페이스트를 포함하는 투명 전극 기판 및 투명 전극 기판의 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트가 충전된 회로 패턴의 단면을 도시한 도면이며, 도 4는 도 3의 회로 패턴이 접어지거나 휘어졌을 때의 회로 패턴의 단면을 도시한 도면이다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 제1 금속 입자, 제2 금속입자, 바인더, 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상, 및 경화제를 포함하는 금속 페이스트가 제공된다. 본 실시예에 따른 금속 페이스트는 투명 전극용으로 형성되며, 추후 설명하는 플렉서블 디스플레이(flexible display) 혹은 폴더블 디스플레이(foldable display)로도 사용되기 위하여 베이스 기판이 접어지거나 휘어진 경우에도 전기 저항을 유지하는 전기적 특성을 가질 수 있다. 이에 대해서는 이후 자세히 설명하기로 한다.

제1 금속 입자는 구 형상을 가지는 입자들로 이루어질 수 있으며, 본 실시예에 따른 금속 페이스트에 10 내지 60 중량부의 비율로 포함된다. 이때, ?구 형상?이라 함은, 중심부로부터의 거리가 유사한 폐곡면으로 둘러쌓인 입체 도형을 뜻하는 것으로, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 보았을 때 일반적으로 ?구 형상?으로 인식될 수 있을 정도를 뜻하는 것이며 완전한 구 형상을 가져야 함은 아니다. 따라서, 일부분이 중심부를 향하여 오목하게 패이거나, 외부를 향해 돌출되었거나, 혹은 표면에 요철이 발생되었거나, 뾰족하거나 모서리진 부분이 발생되었다 하더라도, 통상적으로 구와 유사한 형상으로 인정될 수 있다면 본 발명의 실시범위에 포함될 수 있을 것이다.

제2 금속 입자는 막대 형상을 가지는 입자들로 이루어질 수 있으며, 본 실시예에 따른 금속 페이스트에 3 내지 20 중량부의 비율로 포함된다. 이때, ?막대 형상?이라 함은, 3차원의 방향 중 어느 한 방향(여기서는 ?길이 방향?이라 한다.)을 따라 특히 연장되어 형성된 3차원 입체 도형을 뜻하는 것으로 일 예로 실린더 형상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 길이 방향이 휘어지거나, 단면의 형상이 고르지 못하게 형성될 수도 있다. 다만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 ?막대 형상?임을 인식할 수 있다면 본 발명의 실시범위에 포함될 수 있을 것이다.

이때, 본 실시예에 따른 제1 금속 입자는 5 내지 500nm의 평균 입도를 가질 수 있다. 금속 페이스트에 포함된 제1 금속 입자들은 그 직경이 각각 상이할 수 있으나, 이러한 다양한 직경을 가지는 제1 금속 입자들의 대표 또는 평균 직경이라 할 수 있는 입도는 5 내지 500nm를 가질 수 있다.

본 실시예에서와 같이 제1 금속 입자들의 입도가 5 내지 500 nm로 제한되는 경우에는 입자들의 직경의 분포가 고르게 되어 전기 저항이 개선되어 본 실시예에 따른 금속 페이스트의 전기적 특성이 향상될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 제2 금속 입자는 단면의 직경이 30~50nm이거나, 길이가 1um 내지 50um이거나, 또는 종횡비가 350~1000 사이인 특징 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

이와 같이, 형상의 치수적인 특징을 가지는 제2 금속 입자는 5 내지 500nm의 입도를 가지는 제1 금속 입자들과의 접촉 면적을 증대시킬 수 있으므로, 제1 금속 입자들 및 제2 금속 입자들 사이의 원활한 통전을 가능하게 한다.

특히, 도 4에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 금속 페이스트가 베이스 기판에 충전되어 경화된 후 베이스 기판이 접어지거나 휘어지게 되는 경우에도, 제1 금속 입자들 사이를 이어주는 역할을 하여 낮은 전기 저항이 유지될 수 있도록 한다.

본 실시예에 따른 제1 금속 입자 또는 제2 금속 입자는 은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속을 포함할 수 있다.

바인더는 앞서 설명한 제1 금속 입자와 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있다. 본 실시예에 따른 금속 페이스트에는 5 내지 20 중량부의 바인더가 포함될 수 있다.

이때 본 실시예에 따른 바인더는 셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지 또는 에폭시 수지 중 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 외에도 다양한 바인더가 사용될 수 있음은 물론이다.

본 실시예에 따른 금속 페이스트가 열 경화될 수 있도록 열에 반응하는 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상을 포함할 수 있다.

이때, 본 실시예에 따른 열 경화형 올리고머는, 아크릴계 올리고머, 메타 아크릴계 올리고머, 아크릴 카복실레이트 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 올리고머(에폭시 아크릴레이트 공중합체), 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 및 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 다양한 종류의 열 경화형 올리고머가 사용될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 열 경화성 모노머는, 메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 트리시클로데칸디메타놀디메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, 아크릴로일옥시에틸숙시네이트, 페녹시에틸렌글리콜아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 하드록시프로필 아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 아릴메타아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 글리세롤 디메타아크릴레이트, 펜타메틸 기페리딜 메타아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트,디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트라아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에폭실레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트, 글리세린프로폭시레이티드 트리아크릴레이트 및 메톡시에틸렌글리콜아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 다양한 종류의 열 경화형 모노머가 사용될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트는 경화제를 더 포함한다.

경화제는 본 실시예에 따른 금속 페이스트가 열 경화될 수 있도록, 열에 반응하여 경화되는 물질로, 0.5 내지 5 중량부가 포함될 수 있다.

상기 경화제로는 아조비스계 개시제, 벤조일퍼옥사이드 및 트리페닐 메틸 클로라이드로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상 선택될 수 있으며, 경화제가 0.5 중량부 미만일 경우, 충분한 경화가 이루어지지 않아 접착력 및 도전성 경로 형성에 문제가 있으며, 5 중량부를 초과할 경우에는 잔여 경화제가 불순물로 남게 되어 전도성을 떨어뜨리게 되는 문제가 있다.

이상에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트에 대하여 설명하였다. 본 실시예에 따른 금속 페이스트에 의해 형성되는 투명 전극은 베이스 기판이 접어지거나 휘어지는 경우에도 금속 입자들 사이의 접촉이 유지되도록 함으로써 전기 저항이 증가되지 않고 유지될 수 있기 때문에, 플렉서블 디스플레이 혹은 폴더블 디스플레이에도 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명 전극 기판은 베이스 기판 및 투명 전극용 회로 패턴을 포함할 수 있다.

본 실시예에 따른 베이스 기판은 투명한 재질로 이루어지며, 접어지거나 휘어질 수 있는 연성의(flexible) 합성 수지일 수 있다. 일 예로, 폴리에스테르, 폴리이미드와 같은 연성의 투명 합성 수지일 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 투명한 재질이며 접어지거나 휘어질 수 있도록 연성의 성질을 가지는 경우에는 본 발명의 실시범위에 포함될 수 있음은 물론이다.

이때 본 실시예에 따른 베이스 기판에는 트렌치가 형성될 수 있다. 트렌치는 이후 금속 페이스트가 충전되어 회로 패턴을 형성하기 위한 부분으로, 임프린트 공정 혹은 포토 리소그래피 공정과 같은 다양한 공정에 의하여 베이스 기판의 표면으로부터 내부를 향하여 움푹 패인 형태로, 이후 형성될 회로 패턴의 형상에 대응되도록 형성되는 음각 패턴이다. 따라서 본 실시예에 따른 트렌치에는 앞서 설명한 것과 같이 금속 페이스트가 충전될 수 있다.

본 실시예에 따른 투명 전극용 회로 패턴은 베이스 기판에 형성된 트렌치에 금속 페이스트가 충전되어 형성된다. 이때, 본 실시예에 따른 투명 전극용 회로 패턴은 메탈 메쉬(metal mesh)로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시예에 따른 투명 전극용 회로 패턴은 이후 완성된 투명 전극 기판의 시인성을 향상시키기 위하여, 0.1 내지 5.0 ㎛의 선폭을 가지도록 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

본 실시예에 따라 트렌치에 충전되는 금속 페이스트는 앞서 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 구 형상을 가지는, 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자, 막대 형상을 가지는, 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자, 상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5내지 20 중량부의 바인더 및 열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상 및 0.5 내지 5중량부의 경화제를 포함하고 있으며, 각 구성의 구체적인 기술적 특징은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트와 동일하므로, 중복하여 설명하지 않기로 한다.

이상에서와 같이, 본 실시예에 따른 투명 전극 기판은 접어지거나 휘어질 수 있는 투명 재질의 베이스 기판 및 투명 전극용 회로 패턴을 포함하고 있기 때문에, 투명하면서도 접어지거나 휘어질 수 있는 플렉서블 디스플레이 혹은 폴더블 디스플레이로 사용될 수 있다.

또한, 본 실시예에 따른 투명 전극 기판은 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트로 형성된 투명 전극용 회로 패턴을 포함하고 있기 때문에, 베이스 기판이 접어지거나 휘어지더라도, 금속 페이스트에 포함된 금속 입자들 사이의 물리적인 접촉이 유지될 수 있어 전기 저항이 감소되지 않는다. 따라서, 본 실시예에 따른 투명 전극 기판은 플렉서블 디스플레이 혹은 폴더블 디스플레이에도 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 베이스 기판 준비 단계, 트렌치 형성 단계, 회로 패턴 형성 단계를 포함하는 투명 전극 기판을 제조하는 방법이 제공될 수 있다.

도 5에는 본 실시예에 따른 투명 전극 기판을 제조하는 방법을 순서대로 도시한 순서도가 도시되어 있다.

도 5에 도시된 것과 같이, 본 실시예에 따른 투명 전극 기판을 제조하는 방법은 베이스 기판 준비 단계, 트렌치 형성 단계, 회로 패턴 형성 단계를 포함한다.

베이스 기판을 준비하는 단계는 접어지거나 휘어질 수 있는 투명 재질의 베이스 기판을 준비하는 단계이다. 본 실시예에 따른 베이스 기판으로 폴리에스테르, 폴리이미드와 같은 연성의 투명 합성 수지가 사용될 수 있음은 이미 전술한 것과 같다.

트렌치를 형성하는 단계는, 이후 수행되는 단계에서 금속 페이스트가 내부에 충전될 수 있는 트렌치를 형성하는 단계이다. 본 실시예에 따른 트렌치를 형성하는 단계는, 이후 형성될 회로 패턴의 형상에 대응되도록 임프린트 공정 혹은 포토 리소그래피 공정과 같은 다양한 공정에 의하여 베이스 기판의 표면으로부터 내부를 향하여 움푹 패인 형태의 음각 패턴을 베이스 기판 상에 형성하는 단계이다. 다만, 트렌치를 형성하는 공정은 앞서 설명한 임프린트 공정 혹은 포토 리소그래피 공정에 한정되는 것은 아니며, 이 외에도 다양한 방식으로 트렌치를 형성할 수 있으며, 이러한 구체적인 트렌치 형성 공정이 다르다 할지라도 본 발명의 실시범위가 제한되는 것은 아니다.

회로 패턴을 형성하는 단계는, 앞서 수행된 단계에 의해 형성된 트렌치 내부에 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트를 충전하여 투명 전극용 회로 패턴을 형성하는 단계이다.

이때, 본 실시예에 따라 트렌치에 충전되는 금속 페이스트는 앞서 본 발명의 일 실시예에서와 같이, 구 형상을 가지는, 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자, 막대 형상을 가지는, 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자, 상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5내지 20 중량부의 바인더 및 열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상을 포함하는 경화제를 포함하고 있으며, 각 구성의 구체적인 기술적 특징은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트와 동일하므로, 중복하여 설명하지 않기로 한다.

본 실시예에서와 같은 방법으로 제조되는 투명 전극 기판은 접어지거나 휘어질 수 있는 투명 재질의 베이스 기판 및 투명 전극용 회로 패턴을 포함하고 있기 때문에, 투명하면서도 접어지거나 휘어질 수 있는 플렉서블 디스플레이 혹은 폴더블 디스플레이로 사용될 수 있음은 앞서 설명한 것과 같다.

또한, 본 실시예에 따른 투명 전극 기판 제조 방법에 의하면, 앞서 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트로 형성된 투명 전극용 회로 패턴을 포함하고 있어, 베이스 기판이 접어지거나 휘어지더라도, 금속 페이스트에 포함된 금속 입자들 사이의 물리적인 접촉이 유지될 수 있어 전기 저항이 감소되지 않는 투명 전극 기판을 제조할 수 있다.

이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 금속 페이스트의 효과를 입증하기 위한 실시예에 대하여 이하에서 상세히 설명하기로 한다.

아래 표 1에 기재된 실시예 1 내지 3의 금속 페이스트 제조 시, 도전성 입자로는 평균 입경이 200 nm인 구 형상의 은 입자 10g와 단면의 직경이 30~50 nm이며 15~20㎛의 길이를 가지는 막대 형상의 은 입자를 2g 혼합하여 사용하였다.

본 발명에서 금속 페이스트 조성물의 우수한 접착력, 전도성, 내구성을 위해 바인더로서 폴리에스테르계 수지, 에폭시계 수지 및 폴리우레탄계 수지를 혼합하여 사용하였다.

또한 상기 바인더 수지와 은 입자를 페이스트화시키기 위하여, 적정한 비점을 가지면서 바인더와의 혼화성이 우수한 에틸 셀로솔브를 용매로 사용하였으며, 아크릴계 올리고머, 에폭시계 올리고머와, 모노머로는 메틸메타크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트를 사용하였고, 경화제로는 디시안 디아마이드(일본 준세이사)를 사용하였다. 상기에서 제시된 나노 크기의 은 입자, 바인더, 용매 및 경화제를 혼합하여 3롤 밀을 사용사여 분산을 진행하였다.

그 후, UV 레진을 사용한 임프린팅 공법으로 음각 패턴 폭 100 ㎛, 길이 10cm의 미세 패턴을 가지는 트렌치를 형성하고 금속 페이스트를 충전한 후, 150℃의 온도에서 15분간 소결을 실시하여 전기적 특성을 평가하였다.

	은 금속 파우더	은 금속 막대		경화 온도(℃)	경화후 비저항 (uΩ cm)	bending test후 비저항 (uΩ cm)
	함량(중량부)	함량(중량부)	종횡비
실시예 1	50	10	400	150	6.5	9.6
실시예 2	40	10	400	150	16.2	20.5
실시예 3	40	20	600	150	7.2	8.5
비교예 1	60	-	-	150	6.8	50.6
비교예 2	50	-	-	150	15.6	80.5

상기 실시예 1과 비교예 1을 비교할 경우, 동일하게 은 금속을 60 중량%로 포함하고 있음에도 불구하고, bending test 후의 비저항이 확연하게 차이가 나는 것을 알 수 있다. 이를 통해 막대 형상의 제2 금속 입자를 포함하는 금속 페이스트에 의해 형성된 회로 패턴이 bending 시 크랙을 방지하고 비저항을 유지하는데 도움이 됨을 확인하였다.

실시예2과 비교예 2를 비교할 경우, 전체 은함량이 50 중량%로 동일한 경우, 은 금속 막대의 함량에 따른 비저항의 특이할 만한 변화는 발생하지 않음을 확인하였다.

실시예 3의 경우, 실시예 1과 동일한 금속 함량을 가지며 막대의 함량이 10중량부에서 20중량부로 많아진 경우 bending test 시 저항 상승 정도가 낮음을 확인하였다.

앞에서, 본 발명의 특정한 실시예가 설명되고 도시되었지만 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 일이다. 따라서, 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 변형된 실시예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.

Claims (25)

1. 투명 전극을 형성하기 위한 금속 페이스트로,
   상기 금속 페이스트는,
   구 형상을 가지는, 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자;
   막대 형상을 가지는, 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자;
   상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5 내지 20 중량부의 바인더;
   열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상; 및
   0.5 내지 5중량부의 경화제를 포함하는,
   금속 페이스트.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 금속 입자 또는 상기 제2 금속 입자는,
   은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   금속 페이스트.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 금속 입자는,
   5 내지 500 nm의 입도를 가지는 것을 특징으로 하는,
   금속 페이스트.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 금속 입자는,
   단면의 직경이 30~50nm이거나, 길이가 1um 내지 50um이거나, 또는 종횡비가 350~1000 사이인 특징 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   금속 페이스트.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 바인더는,
   셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지 또는 에폭시 수지 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
   금속 페이스트.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 열 경화형 올리고머는,
   아크릴계 올리고머, 메타 아크릴계 올리고머, 아크릴 카복실레이트 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 올리고머(에폭시 아크릴레이트 공중합체), 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 및 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
   금속 페이스트.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 열 경화형 모노머는,
   메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 트리시클로데칸디메타놀디메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, 아크릴로일옥시에틸숙시네이트, 페녹시에틸렌글리콜아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 하드록시프로필 아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 아릴메타아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 글리세롤 디메타아크릴레이트, 펜타메틸 기페리딜 메타아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트,디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트라아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에폭실레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트, 글리세린프로폭시레이티드 트리아크릴레이트 및 메톡시에틸렌글리콜아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
   금속 페이스트.
   
8. 접어지거나 휘어질 수 있으며, 트렌치가 형성되는 투명 재질의 베이스 기판; 및
   상기 트렌치에 금속 페이스트가 충전되어 형성되는 투명 전극용 회로 패턴을 포함하며,
   상기 금속 페이스트는,
   구 형상을 가지는 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자;
   막대 형상을 가지는 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자;
   상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5 내지 20 중량부의 바인더;
   열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상; 및
   0.5 내지 5 중량부의 경화제를 포함하는,
   투명 전극 기판.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 제1 금속 입자 또는 상기 제2 금속 입자는,
   은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는,
   투명 전극 기판.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 금속 입자는,
    5 내지 500 nm의 도를 가지는 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판.
    
11. 제8항에 있어서,
    상기 제2 금속 입자는,
    단면의 직경이 30~50nm이거나, 길이가 1um 내지 50um이거나, 또는 종횡비가 350~1000 사이인 특징 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판.
    
12. 제8항에 있어서,
    상기 바인더는,
    셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지 또는 에폭시 수지 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판.
    
13. 제8항에 있어서,
    상기 열 경화형 올리고머는,
    아크릴계 올리고머, 메타 아크릴계 올리고머, 아크릴 카복실레이트 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 올리고머(에폭시 아크릴레이트 공중합체), 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 및 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
    투명 전극 기판.
    
14. 제8항에 있어서,
    상기 열 경화형 모노머는,
    메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 트리시클로데칸디메타놀디메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, 아크릴로일옥시에틸숙시네이트, 페녹시에틸렌글리콜아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 하드록시프로필 아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 아릴메타아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 글리세롤 디메타아크릴레이트, 펜타메틸 기페리딜 메타아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트,디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트라아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에폭실레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트, 글리세린프로폭시레이티드 트리아크릴레이트 및 메톡시에틸렌글리콜아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
    투명 전극 기판.
    
15. 제8항에 있어서,
    상기 베이스 기판은,
    연성(flexible)의 투명 합성 수지인 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판.
    
16. 제8항에 있어서,
    상기 투명 전극용 회로 패턴은,
    메탈 메쉬(metal mesh)로 형성되는 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판.
    
17. 접어지거나 휘어질 수 있는 투명 재질의 베이스 기판을 준비하는 단계;
    상기 베이스 기판에 회로 패턴에 대응되는 형상의 트렌치를 형성하는 단계; 및
    상기 트렌치에 금속 페이스트를 충전시켜 투명 전극용 회로 패턴을 형성하는 단계를 포함하며,
    상기 금속 페이스트는,
    구 형상을 가지는, 10 내지 60 중량부의 제1 금속 입자;
    막대 형상을 가지는, 3 내지 20 중량부의 제2 금속 입자;
    상기 제1 금속 입자와 상기 제2 금속 입자를 고착시킬 수 있는 5 내지 20 중량부의 바인더;
    열에 의해 경화될 수 있는 10 내지 30 중량부의 열 경화형 올리고머 또는 열 경화형 모노머 중 하나 이상; 및
    0.5 내지 5 중량부의 경화제를 포함하는,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 금속 입자 또는 상기 제2 금속 입자는,
    은(Ag), 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 알루미늄(Al) 중 하나 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
19. 제17항에 있어서,
    상기 제1 금속 입자는,
    5 내지 500 nm의 입도를 가지는 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
20. 제17항에 있어서,
    상기 제2 금속 입자는,
    단면의 직경이 30~50nm이거나, 길이가 1um 내지 50um이거나, 또는 종횡비가 350~1000 사이인 특징 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
21. 제17항에 있어서,
    상기 바인더는,
    셀룰로오스계 수지, 아크릴계 수지 또는 에폭시 수지 중 하나 이상인 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
22. 제17항에 있어서,
    상기 열 경화형 올리고머는,
    아크릴계 올리고머, 메타 아크릴계 올리고머, 아크릴 카복실레이트 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트 올리고머(에폭시 아크릴레이트 공중합체), 폴리에스테르 아크릴레이트 올리고머 및 우레탄 아크릴레이트 올리고머로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
23. 제17항에 있어서,
    상기 열 경화형 모노머는,
    메틸메타크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, 트리시클로데칸디메타놀디메타크릴레이트, 메틸아크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 이소프로필아크릴레이트, 이소보닐아크릴레이트, 아크릴로일옥시에틸숙시네이트, 페녹시에틸렌글리콜아크릴레이트, 페녹시에틸아크릴레이트, 2-하이드록시에틸아크릴레이트, 하드록시프로필 아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 아릴메타아크릴레이트, 에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 디에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 트리에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 테트라에틸렌 글리콜 디메타아크릴레이트, 글리세롤 디메타아크릴레이트, 펜타메틸 기페리딜 메타아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 테트라하이드로퍼퓨릴 아크릴레이트, 하이드록시 에틸 아크릴레이트, 하이드록시 프로필 아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트, 헥산디올 디아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트,디에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 트리프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 디프로필렌 글리콜 디아크릴레이트, 폴리에틸렌 글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트라아크릴레이트, 네오펜틸 글리콜 디아크릴레이트, 에톡시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 프로폭시레이티드 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 에폭실레이트 트리아크릴레이트, 트리메틸올프로판 트리메타아크릴레이트, 펜타에리스리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트, 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트, 글리세린프로폭시레이티드 트리아크릴레이트 및 메톡시에틸렌글리콜아크릴레이트로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상인,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
24. 제17항에 있어서,
    상기 베이스 기판은,
    연성(flexible)의 투명 합성 수지인 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
25. 제17항에 있어서,
    상기 투명 전극용 회로 패턴을 형성하는 단계는,
    메탈 메쉬(metal mesh)로 상기 투명 전극용 회로 패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는,
    투명 전극 기판의 제조 방법.
    
    

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