KR101636859B1 - 투명 전도체 및 이의 준비 방법 - Google Patents

투명 전도체 및 이의 준비 방법 Download PDF

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Abstract

투명 전도체는 순서대로 적층된 투명 기판, 전도성 메쉬, 및 절연 보호층을 포함하고, 상기 전도성 메쉬는 상기 투명 기판 상에 형성되고, 상기 투명 기판으로부터 먼 상기 절연 보호층의 표면은 평평하다. 이러한 투명 전도체는 인듐주석산화물의 사용을 피하기 때문에, 상기 투명 전도체의 가격이 낮아진다. 상기 투명 전도체를 준비하는 방법 역시 제공된다.

Description

투명 전도체 및 이의 준비 방법{TRANSPARENT CONDUCTOR AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 투명 전도체 및 이의 준비 방법에 관한 것이다.
최근 몇 년 동안, 정전 용량식(capacitive) 터치 스크린은 높은 투명도, 멀티 터치(multi-touch), 긴 수명 등 많은 이점들로 인해 시장에서 점점 더 선호되고 있다. 현재는, 투명한 도전 물질 인듐주석산화물(indium tin oxide; ITO))이 진공 증착(vacuum evaporation) 또는 마그네트론 스퍼터링(magnetron sputtering)에 의해 PET 또는 유리 기판 상에 코팅되어 투명 전도체 및 용량식 터치 스크린을 형성한다.
그러나, 인듐은 자연에서 상대적으로 적은 매장량을 갖는 희토류이고, 가격이 매우 비싸기 때문에, 투명 전도체의 비용이 매우 높다.
본 발명의 일 목적은 저가의 투명 전도체 및 이의 준비 방법을 제공하는 것이다.
투명 전도체는, 순서대로 적층된 투명 기판, 전도성 메쉬, 및 절연 보호층,
상기 전도성 메쉬는 상기 투명 기판 상에 형성되고, 상기 투명 기판으로부터 먼 상기 절연 보호층의 표면은 평평하다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전도성 메쉬는 금속, 금속 합금, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 및 전도성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.
본 발명의 실시예에서, 상기 투명 기판은 유리, 폴리메칠메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전도성 메쉬는 복수의 전도성 와이어들로 구성된다.
본 발명의 실시예에서, 상기 절연 보호층은 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 또는 UV 경화성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.
투명 전도체를 준비하는 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
포토레지스트층을 형성하기 위해서 투명 기판의 표면 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계;
상기 포토레지스트층 상에 메쉬 패턴을 형성하기 위해 마스크를 이용하여 포토레지스트층을 노광 및 현상하는 단계;
상기 패턴 안에 전도성 물질을 채우고, 전도성 메쉬를 얻기 위해 상기 전도성 물질을 경화하는(curing) 단계;
상기 포토레지스트층을 제거제로 제거하는 단계; 및
습식 코팅 공정에 의해 상기 전도성 메쉬의 표면 상에 절연 보호 물질을 코팅하고, 절연 보호층을 생성하기 위해 상기 절연 보호 물질을 경화하는 단계, 상기 투명 기판으로부터 먼 상기 절연 보호층의 표면은 평평하다.
본 발명의 실시예에서, 상기 액체 전도성 물질은 스크랩핑(scraping) 및 스프레잉(spraying)에 의해 상기 패턴 안에 채워진다.
본 발명의 실시예에서, 상기 전도성 물질은 금속, 금속 합금, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 및 전도성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이다.
본 발명의 실시예에서, 상기 투명 기판은 유리, 폴리메칠메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.
본 발명의 실시예에서, 상기 절연 보호층은 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 또는 UV 경화성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다.
상기 투명 전도체 및 이의 준비 방법은 인듐주석산화물(indium tin oxide)의 사용을 피함으로써, 상기 투명 전도체의 비용을 낮출 수 있다. 상기 절연 보호층이 상기 전도성 메쉬의 표면 상에 형성되므로, 상기 전도성 메쉬는 스크래치로부터 보호된다.
도 1은 투명 전도체의 일 실시예의 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1의 투명 전도체의 전도성 메쉬의 개략적인 도면이다.
도 3은 투명 전도체의 다른 실시예의 전도성 메쉬의 개략적인 도면이다.
도 4는 투명 전도체의 다른 실시예를 준비하는 방법의 공정 시퀀스를 도시한다.
도 5는 투명 전도체의 다른 실시예를 준비하는 방법의 흐름도이다.
본 발명은 연관된 도면과 함께 아래에서 더욱 상세하게 설명될 것이다. 본 발명의 예시적인 실시예들이 이하에서 기술된다. 다음의 설명은 이들 실시예들의 세밀한 이해 및 실시 가능한 기술을 위한 구체적인 세부사항들을 제공한다. 기술분야의 당업자는 본 발명이 이러한 세부사항 없이 실시될 수 있음을 이해할 것이다. 다른 경우에 있어, 실시예들의 설명을 불필요하게 흐리지 않도록 하기 위해 잘 알려진 구조 및 기능은 상세히 도시되거나 기술되지 않았다.
문맥상에서 명백히 다르게 사용된 것이 아닌 이상, 명세서 및 청구항에 있어서 "포함한다", "포함하는" 등의 용어는 배타적이 아니라 포괄적인 의미, 즉, "포함하나, 이에 한정되지 않는"의 의미로 이해되어야 한다. 단수 또는 복수를 사용한 단어는 각각 복수 또는 단수도 포함한다. 나아가, 본 명세서에서 "여기에서", "이상". "이하" 및 유사한 함의의 단어는 본 명세서를 전체로서 지칭하는 것이며 본 명세서의 특정 부분을 지칭하는 것이 아니다. 청구항에서 둘 또는 이상의 항목과 관련하여 "또는" 이라는 단어가 사용될 경우, 이 단어는 다음과 같은 단어 해석을 모두 포괄한다: 리스트의 항목 중 임의의 것, 리스트의 항목 전부, 및 리스트의 항목의 임의의 조합.
도 1을 참조하면, 투명 전도체(10)의 일례는 순서대로 적층된 투명 기판(1), 전도성 메쉬(2) 및 절연 보호층(3)을 포함한다.
상기 투명 기판(1)은 유리, 폴리메칠메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)로 구성된 그룹으로부터 선택된 광학적으로 투명 물질로 이루어진 실질적인 시트(sheet)이다. 바람직하게, 상기 투명 기판(1)의 두께는 50 ㎛ 내지 700 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 ㎛ 내지 300 ㎛의 범위이다.
상기 전도성 메쉬(2)는 상기 투명 기판(1)의 표면 상에 형성된다. 상기 전도성 메쉬는 금속, 금속 합금, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 및 전도성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다. 상기 전도성 메쉬(2)의 두께는 1 ㎛ 내지 10 ㎛이고, 바람직하게는 2 ㎛ 내지 5 ㎛이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 상기 전도성 메쉬(2)는 복수의 전도성 와이어들(22)을 배열하여 형성된다. 도 2에서 보여지는 바와 같이, 상기 전도성 와이어(22)는 직선이다. 대체 가능한 실시예에서는, 상기 전도성 와이어(22)는 도 3에 보여지는 바와 같이 역시 곡선일 수도 있다. 상기 전도성 와이어(22)는 도 2 및 도 3에 보여지는 모양에 한정되지 않고, 다른 매끄러운(soft) 불규칙적인 선들일 수도 있다는 것을 유의하여야 한다.
바람직하게, 상기 전도성 와이어(22)의 두께는 0.2 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 더욱 바람직하게 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛의 범위이다. 두 개의 인접하는 전도성 와이어들(22) 사이 거리는 50 ㎛ 내지 800 ㎛일 수 있다. 상기 전도성 와이어들의 밀도 및 두께는 요구되는 투과도 및 표면 저항에 따라 선택적으로 설계될 수 있음을 유의하여야 한다. 상기 복수의 전도성 와이어들(22)은 어레이로 배열된 복수의 공극들(24)을 형성하기 위해서 크로스로 배열된다. 상기 복수의 공극들(24)은 다른 또는 같은 모양 및 크기를 가질 수 있다. 상기 공극(24)의 모양은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 마름모꼴 또는 다각형일 수 있다. 수요에 따라, 상기 전도성 와이어들(22)은 노치(notch)(26)를 형성하기 위해 분리 공정, 즉, 하나 또는 그 이상의 전도성 와이어들(22)의 절단(cutting)을 수행할 수 있고, 이로써 하나의 전도성 와이어(22)는 두 개로 분리되고, 두 개의 인접하는 공극들(24)은 상기 노치(26)에 의해 통신(communicate)할 수 있음을 유의하여야 한다. 분리에 의해, 전체 네트워크는 서로 간섭하지 않는 별도의 채널들로 갈라질 수 있고, 따라서 단일 멀티-포인트 및 기타 관련 기술적 요구사상들을 충족시킨다.
도 1을 참조하면, 상기 절연 보호층(3)은 전도성 메쉬(2)의 표면 상에 형성되고, 상기 투명 기판(1)으로부터 먼 상기 절연 보호층(3)의 표면(32)은 평평하다(flat). 상기 절연 보호층은 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 또는 UV 경화성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다. 상기 표면(32)은 0.1-1 ㎛/㎜2, 바람직하게 0.2-0.5 ㎛/㎜2의 평탄도를 갖는다.
상기 전도성 메쉬(2)의 전도도에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 상기 절연 보호층(3)의 표면(32)과 상기 투명 기판(1)으로부터 먼 상기 전도성 메쉬(2)의 표면 사이의 거리는 10 ㎛ 미만이고, 바람직하게, 5 ㎛ 미만이다.
상기 투명 기판(1)의 표면 상에 상기 전도성 메쉬(2)를 형성하여, 상기 투명 전도체(10)는 인듐주석산화물(indium tin oxide)의 사용을 피하고, 따라서 상기 투명 전도체(10)의 가격은 낮아진다. 상기 절연 보호층(3)이 상기 전도성 메쉬(2)의 표면 상에 형성되기 때문에, 상기 전도성 메쉬(2)는 스크래치로부터 보호된다.
도 1 내지 도 5를 참조하면, 상기 기재된 투명 전도체(10)의 준비 방법은 다음의 단계들을 포함한다:
단계 S210, 포토레지스트는 포토레지스트층(4)을 형성하기 위하여 투명 기판(1)의 표면 상에 코팅된다.
상기 투명 기판(1)은 유리, 폴리메칠메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)로 구성된 그룹으로부터 선택된 광학적으로 투명한 물질로 이루어진 실질적인 시트이다. 바람직하게, 상기 투명 기판(1)의 두께는 50 ㎛ 내지 700 ㎛, 더욱 바람직하게는 50 ㎛ 내지 300 ㎛이다.
상기 포토레지스트층(4)은 1 ㎛ 내지 10 ㎛, 바람직하게, 2 ㎛ 내지 5 ㎛의 두께를 가진다.
단계 S220, 상기 포토레지스트층(4)은 상기 포토레지스트층 상에 메쉬 패턴(6)을 형성하기 위해 마스크(5)를 이용하여 노광 및 현상된다.
상기 패턴(6)은 네트워크로 정렬되는 상기 포토레지스트층(4)을 정의하는 복수의 채널들에 의해 형성된다. 상기 패턴(6)의 형태는 준비해야 하는 상기 전도성 메쉬(2)의 원하는 형태에 달려있다는 점을 유의하여야 한다.
단계 S230, 전도성 물질은 상기 패턴(6)에 채워지고, 상기 전도성 물질은 전도성 메쉬(2)를 얻기 위해 경화된다(cure).
상기 전도성 물질은 금속, 금속 합금, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 및 전도성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나이다.
도시된 실시예에서, 상기 액상 전도성 물질이 스크랩핑(scraping) 및 스프레잉(spraying)에 의해 상기 패턴(6) 안에 채워진다.
상기 전도성 메쉬(2)는 복수의 전도성 와이어들(22)의 배열에 의해 형성된다, 도 2에 보여지는 바와 같이, 상기 전도성 와이어(22)는 직선이다. 대체 가능한 실시예에서는, 상기 전도성 와이어(22)는 도 3에 보여지는 바와 같이 곡선일 수도 있다. 상기 전도성 와이어(22)는 도 2 및 도 3에 보여지는 형태에 국한되지 않고, 역시 다른 매끄러운(soft) 불규칙적인 선들일 수 있다는 것을 유의하여야 한다.
바람직하게, 상기 전도성 와이어(22)의 두께는 0.2 ㎛ 내지 5 ㎛이고, 더욱 바람직하게 0.5 ㎛ 내지 2 ㎛이다. 두 개의 인접하는 전도성 와이어들(22) 사이 거리는 50 ㎛ 내지 800 ㎛일 수 있다. 상기 전도성 와이어들의 밀도 및 두께는 요구되는 투과도 및 표면 저항에 따라 선택적으로 설계될 수 있음을 유의하여야 한다.
상기 복수의 전도성 와이어들(22)은 어레이로 배열된 복수의 공극들(24)을 형성하기 위해서 크로스로 배열된다. 상기 복수의 공극들(24)은 다른 또는 같은 모양 및 크기를 가질 수 있다. 상기 공극(24)의 모양은 정사각형, 직사각형, 삼각형, 마름모꼴 또는 다각형일 수 있다. 수요에 따라, 상기 전도성 와이어들(22)은 노치(notch)(26)를 형성하기 위해 분리 공정, 즉, 하나 또는 그 이상의 전도성 와이어들(22)의 절단(cutting)을 수행할 수 있고, 이로써 하나의 전도성 와이어(22)는 두 개로 분리되고, 두 개의 인접하는 공극들(24)은 상기 노치(26)에 의해 통신(communicate)할 수 있음을 유의하여야 한다. 분리에 의해, 전체 네트워크는 서로 간섭하지 않는 별도의 채널들로 갈라질 수 있고, 따라서 단일 멀티-포인트 및 기타 관련 기술적 요구사상들을 충족시킨다.
단계 S240, 상기 포토레지스트층(4)은 제거제(remover)에 의해 제거된다.
상기 액상 전도성 물질이 스크랩핑(scraping) 및 스프레잉(spraying)에 의해 상기 패턴(6) 안에 채워질 때, 상기 전도성 물질의 일부는 상기 포토레지스트층(4)의 표면에 코팅될 수 있는 것을 유의해야 하고, 이러한 물질은 제거제에 의해 상기 포토레지스트층(4)과 함께 제거될 것이다.
단계 S250, 상기 절연 보호 물질은 습식 코팅 공정에 의해 상기 전도성 메쉬(2)의 표면 상에 코팅되고, 상기 절연 보호 물질은 상기 절연 보호층(3)을 형성하기 위해 경화된 후, 상기 투명 기판(1)으로부터 먼 상기 절연 보호층(3)은 평평하다(flat).
상기 절연 보호층은 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 또는 UV 경화성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진다. 상기 표면(32)은 0.1-1 ㎛/㎜2의 평탄도, 바람직하게 0.2-0.5 ㎛/㎜2의 평탄도를 갖는다.
상기 전도성 메쉬(2)의 전도도에 영향을 미치지 않도록 하기 위해, 상기 절연 보호층(3)의 표면(32)과 상기 투명 기판(1)으로부터 먼 상기 전도성 메쉬(2)의 표면 사이의 거리는 10 ㎛ 미만이고, 바람직하게, 5 ㎛ 미만이다.
상기 투명 기판의 표면 상에 상기 전도성 메쉬(2)를 형성하여, 상기 투명 전도체(10)는 인듐주석산화물(indium tin oxide)의 사용을 피하고, 따라서 상기 투명 전도체(10)의 가격은 낮아진다. 상기 절연 보호층(3)이 상기 전도성 메쉬(2)의 표면 상에 형성되기 때문에, 상기 전도성 메쉬(2)는 스크래치로부터 보호된다.
다음의 특정한 실시예들이 아래에 설명된다.
실시예 1
도 4를 참조하면, 투명 전도체를 준비하는 방법은 다음의 특정한 단계들을 포함한다:
1. 포토레지스트(4)는 포토레지스트층을 형성하기 위해 PET의 표면 상에 코팅된다.
2. 상기 포토레지스트층은 마스크(5)를 이용하여 노출된다.
3. 상기 포토레지스트층은 포토레지스트층 상에 원하는 패턴을 얻기 위해 현상액에 의해 현상된다.
4. 전도성 액체는 현상 후에 얻어지는 패턴 라인들 안에 스크랩핑(scraping) 코팅 기술에 의해 채워진다. 구체적으로, ① 전도성 실버 잉크는 상기 포토레지스트의 표면 상에 코팅되고, 상기 실버 잉크는 상기 패턴 라인들에 침투된다; ② 상기 잉크는 상기 전도성 메쉬(2)를 얻기 위해 IR 건조 시스템을 이용하여 경화된다.
5. 잔류 포토레지스트는 제거제에 의해 제거된다.
6. PMMA UV 경화 레진(3)은 습식 코팅에 의해 상기 전도성 메쉬의 표면 상에 코팅되고, 이후 경화된다, 상기 PMMA의 표면 및 상기 전도성 실버 라인들의 표면의 높이 차이는 2 ㎛가 되도록 조절된다. PMMA UV 경화 레진의 경화 파장은 365 ㎜이고, PMMA UV 경화 레진의 점도는 600 cps이고, PMMA UV 경화 레진은 누적 방사선 에너지가 600 mj/㎠ 직전에 도달할 때까지 경화되지 않는다.
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. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 포토레지스트층을 형성하기 위해서 투명 기판의 표면 상에 포토레지스트를 코팅하는 단계;
    상기 포토레지스트층 상에 메쉬 패턴을 형성하기 위해 마스크를 이용하여 포토레지스트층을 노광 및 현상하는 단계;
    상기 패턴 안에 전도성 물질을 채우고, 복수의 전도성 와이어들로 구성된 전도성 메쉬를 얻기 위해 상기 전도성 물질을 경화하는(curing) 단계;
    상기 전도성 와이어들 중 적어도 하나를 두 개로 분리하기 위해 절단하여 노치를 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트층을 제거제로 제거하는 단계; 및
    습식 코팅 공정에 의해 상기 전도성 메쉬의 표면 상에 절연 보호 물질을 코팅하고, 절연 보호층을 생성하기 위해 상기 절연 보호 물질을 경화하는 단계를 포함하고, 상기 투명 기판으로부터 먼 상기 절연 보호층의 표면은 평평한 것을 특징으로 하는 투명 전도체를 준비하는 방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 액체이고, 스크랩핑(scraping) 및 스프레잉(spraying)에 의해 상기 패턴 안에 채워지는 것을 특징으로 하는 투명 전도체를 준비하는 방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 물질은 금속, 금속 합금, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 및 전도성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 투명 전도체를 준비하는 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 투명 기판은 유리, 폴리메칠메타크릴레이트(polymethyl methacrylate; PMMA), 및 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET)로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 투명 전도체를 준비하는 방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 절연 보호층은 열가소성 폴리머, 열경화성 폴리머, 또는 UV 경화성 폴리머로 구성된 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 투명 전도체를 준비하는 방법.
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