KR101693263B1

KR101693263B1 - 도전성 시트

Info

Publication number: KR101693263B1
Application number: KR1020150025142A
Authority: KR
Inventors: 신명동; 이규만; 최인규
Original assignee: (주)뉴옵틱스; 유주티엔씨(주)
Priority date: 2015-02-23
Filing date: 2015-02-23
Publication date: 2017-01-06
Anticipated expiration: 2035-02-23
Also published as: KR20160103216A

Abstract

본 발명은 충진 효율 및 전기적 특성이 향상된 도전성 시트로, 기재층; 상기 기재층의 깊이 방향으로 구현되는 음각패턴; 상기 음각패턴 내부에 충진되는 전도성페이스트;를 포함하며,상기 음각패턴 내부에는 복수의 미소패턴이 형성되고, 상기 음각패턴 하부면을 기준으로, 상기 미소패턴의 높이는 상기 음각패턴의 높이보다 낮은 것을 특징으로 한다.

Description

도전성 시트{Conductive sheet}

본 발명은 도전성 시트에 관한 것으로, 보다 상세하게는 충진효율 및 전기적 특성이 향상된 도전성 시트에 관한 것이다.

최근 전자제품의 경박 단소화 추세로 디스플레이 또는 트랜지스터 등의 전자 소자들은 공통적으로 고밀도, 고집적의 형태로 제작될 것이 요구됨에 따라 전극 또는 배선용에 사용할 수 있는 금속 패턴을 형성하는 기술이 주목되고 있다. 특히 터치패널의 센서전극 또는 배선전극에의 적용이 크게 주목 받고 있다.

이러한 금속패턴의 제작에는 다양한 공정이 적용되고 있으며, 양각과 음각의 금속패턴 기술이 양립하고 있는 실정이다. 각각의 기술이 장단점을 보유하고 있지만, 음각 금속패턴 기술은 시트의 두께를 줄일 수 있으며, 보다 용이한 제작공정을 가진다는 점에서 주목 받고 있다.

또한, 음각의 금속패턴에 전도성 페이스트를 충진하는 다양한 기술 중에 간단한 시설장비 측면에서 스퀴즈를 이용하는 충진방법이 주목을 받고 있다.

그러나, 이러한 스퀴즈를 이용한 충진방법 적용시 음각의 금속패턴 폭 너비가 넓은 경우 스퀴즈 가압에 의해 전도성 페이스트가 음각패턴 밖으로 밀려나오는 문제점이 있으며, 이를 해결하기 위해서 종래에는 음각패턴 내부에 음각패턴의 높이와 동일한 미소돌기를 형성하여 전도성 페이스트의 밀림현상을 방지하였다. 그러나 음각패턴이 형성되는 기재의 두께가 얇은 경우에는, 특히 이러한 기재의 소재가 소프트한 고분자 수지와 같은 경우에는 스퀴즈 가압에 의해 미소돌기가 무너지는, 즉 기재층에서 떨어져 나가는 문제점이 있었다.

따라서, 음각패턴이 형성된 도전성 시트에 스퀴즈를 이용한 충진공정시 전도성 페이스트가 밀려 나오는 현상이나 음각패턴 내부의 미소돌기가 무너지는 불량을 방지할 수 있는 도전성 시트의 개발이 필요한 실정이다.

본 발명의 목적은 상기의 종래기술의 문제점을 해결하면서 충진효율 및 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 도전성 시트를 제공하는데 있다.

다만, 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 목적 달성을 위해 본 발명의 도전성 시트는 기재층; 상기 기재층의 깊이 방향으로 구현되는 음각패턴; 상기 음각패턴 내부에 충진되는 전도성 페이스트;를 포함하며, 상기 음각패턴 내부에는 복수의 미소패턴이 형성되고, 상기 음각패턴 하부면을 기준으로, 상기 미소패턴의 높이는 상기 음각패턴의 높이보다 낮은 것을 포함한다.

일실시예로, 상기 미소패턴의 높이는 상기 음각패턴 높이의 2/5 내지 4/5 일 수 있다.

다른 일실시예로, 상기 미소패턴의 평면상 형상이 구형이거나, 단면 형상이 삼각형 일 수 있다.

또 다른 일실시예로, 상기 기재층의 하부면과 상기 음각패턴의 하부면이 이루는 기재층 하부 두께가 1 내지 5㎛ 일 수 있다.

또 다른 일실시예로, 상기 기재층의 폭방향으로 함몰된 확장패턴이 형성되고, 상기 확장패턴은 상기 음각패턴의 양측면에 이격거리를 두고 형성 될 수 있다.

또 다른 일실시예로, 상기 전도성 페이스트는 직경이 다른 2종의 구형의 금속입자를 포함하고, 상기 구형의 금속입자 중, 직경이 큰 구형 금속입자 상부에 직경이 작은 구형 금속입자가 적층된 구조를 가질 수 있다.

상기와 같이 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해 도출된 본 발명은, 음각패턴의 높이보다 낮은 미소 돌기를 음각패턴 내부에 형성하여 충진효율 및 전기적 특성을 향상 시킬 수 있고,

또한, 기재층의 폭방향으로 함몰된 확장패턴을 형성하여 충진효율을 더욱 상승 시킬 수 있으며,

또한, 직경의 크기가 다른 2종의 구형 금속입자의 적층구조에 의해 도전성 시트의 전기적 특성을 향상 시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 미소패턴이 형성된 도전성 시트의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 미소패턴이 형성된 도전성 시트의 단면도이다.
도 3 은 본 발명의 일실시예에 미소패턴이 형성된 도전성 시트의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 확장패턴이 형성된 도전성 시트의 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 2종의 전도성 페이스트가 충진된 도전성 시트의 단면도이다.

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.

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, "특징으로 한다", "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, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하면 다음과 같다. 다만, 본 발명을 설명함에 있어서, 이미 공지된 기능 혹은 구성에 대한 설명은, 본 발명의 요지를 명료하게 하기 위하여 생략하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 도전성 시트(100)는 음각패턴(300) 내부에 형성된 미소패턴(400)을 가지며, 미소패턴(400)의 높이(H2)는 음각패턴의 높이(H1)보다 낮은 높이로 형성된다.

도전성 시트(100)는 그 용도, 용어에 관계없이 음각패턴(300)에 전도성 페이스트(800)가 충진되는 본 발명의 목적범위에 포함하는 모든 대상체를 포함한다. 바람직하게는 터치패널의 배선전극용으로 사용할 수 있다.

기재층(200)은 유리, 석영, 수지 및 이와 유사한 성질을 가지는 소재로 이루어질 수 있으며, 통상의 베이스 기판으로 통용되는 모든 소재 또는 복합소재가 본 발명의 기재층(200)으로 사용 가능하다. 기재층(200)은 음각패턴(300)이 용이하게 형성되고, 플렉서블한 전자기기에 적용하기 위해서 고분자 수지 소재가 바람직하다.

본 발명에서 음각패턴(300)은 기재층(200)의 깊이 방향으로 형성되는데, 식각, 에칭, 롤임프린트등의 공지된 기술이 적용될 수 있다. 음각패턴(300)은 양각패턴에 비해 시트의 두께를 줄일 수 있으며, 패턴 형성 공정이 보다 용이하여 대량생산에 있어 유리한 장점을 가지고 있다.

본 발명의 음각패턴(300)의 폭 너비(D1)와 높이(H1)는 전도성 페이스트(800)가 충진되어 충분한 전도성을 달성하기 위한 정도로, 사용 용도에 따라 다양한 조절이 가능하다.

본 발명에서 전도성 페이스트(800)는 바인더(700) 및 전도성 소재(600)를 포함하는 것을 말하며, 전도성 잉크, 도전성 페이스트 등 명칭에 관계없이 전기적인 전도성 역할을 하는 공지된 소재를 모두 포함된다.

전도성 소재(600)는 금속입자, 유기금속입자, 나노와이어, 그래핀, 탄소나노튜브, 전도성고분자 및 이들의 복합소재 등 전도성 페이스트(800)에 사용되는 공지된 모든 전도성 소재(600)를 포함한다.

바인더(700)는 그 용어에 관계 없이, 전도성 소재(600)가 분산되어 전도성 페이스트(800)의 틀을 갖추게 하는 고분자 수지, 전도성 소재의 분산성 확보하기 위한 계면활성제 계통의 분산제, 레진의 점도, 흐름성등을 개선하기 위한 첨가제, 용제 등, 전도성 소재(600)를 제외한 모든 성분을 의미한다.

본 발명의 도전성 시트(100)는 도 1에 도시된 바와 같이, 음각패턴(300) 내부에 복수의 미소패턴(400)이 형성될 수 있다. 미소패턴(400)의 높이(H2)는 음각패턴(300) 하부면(301)을 기준으로 측정된 음각패턴(300)의 높이(H1)보다 낮게 형성된다.

본 발명의 미소패턴의 높이(H2)는 음각패턴 높이(H1)의 2/5 내지 4/5가 바람직하다. 하기 [표 1]은 음각패턴의 높이를 20㎛로 설정하고 평면상 형상이 구형이며, 직경이 5㎛인 미소패턴(400)의 높이를 조절하면서 전도성 페이스트(800)의 '밀림성', 미소패턴의 '부러짐' 및 도전성 시트(100)의 '저항성'을 측정한 결과이다. 충진은 스퀴징 충진방식으로 진행하였다. 밀림성은 음각패턴에 충진되는 전도성 페이스트의 상부가 움푹 패이는 정도로 판단 하였으며, 움푹 파인 정도가 기재층 상부면(201) 기준 0.5㎛ 이상일 때 불량으로 처리 하였다. 부러짐은 기재층(200)에서 미소패턴(400)의 떨어짐, 즉 분리 여부로 판단 하였으며, 미소패턴(400)의 일부가 기재층(200)에서 떨어진 경우에도 불량에 포함시켰다.

구분	미소 패턴의 높이(㎛)
구분	4	8	12	16	20
밀림성	불량	양호	양호	양호	양호
부러짐	양호	양호	양호	양호	불량
저항성	122.3Ω	104.0Ω	103.4Ω	102.5Ω	107.2Ω

상기 [표 1]과 같이, 밀림성이 양호하며, 부러짐 불량이 발생하지 않은 것은 미소 패턴의 높이가 8㎛ 내지 16㎛ 일때이며, 저항값이 극격하게 높아지는 지점은 4㎛ 에서 8㎛ 사이임을 확인하였다. 따라서 밀림성, 부러짐성 및 저항성이 우수한 미소패턴의 높이(H2) 범위는 음각패턴 높이(H1) 대비 2/5 내지 4/5임을 알 수 있었다.

본 발명의 기재층 하부 두께(H3)는 1 내지 5㎛이 바람직하다. 본 발명에서 기재층 하부 두께(H3)는 기재층의 하부면(202)과 상기 음각패턴의 하부면(301)이 이루는 거리를 의미한다. 기재층의 하부 두께(H3)가 1㎛ 미만일 때는 미소패턴(400)의 부러짐 현상이 발생하기 쉽고, 5㎛를 초과할 때는 도전성 시트(100)의 광투과율이 떨어지고 시트의 두께가 두꺼워지는 문제점이 있다. 종래 음각패턴(300)의 높이(H1)와 동일하게 형성한 미소돌기(400)의 경우 기재층(100)의 하부 두께(H3)가 5㎛ 미만일 경우 스퀴즈 충진시 미소돌기의 대부분이 부러졌으나, 본 발명과 같이 미소돌기의 높이(H2)를 음각패턴의 높이(H1)보다 낮게 형성할 경우 기재층의 하부 두께(H3)가 5㎛ 이하일 경우에도 부러짐 현상이 발생하지 않음을 확인 하였다.

도 2에 도시된 바와 같이 본 발명의 미소패턴(400)은 다양한 형상의 단면 형상일 수 있다. 도 2의 (a) 및 (c)와 같이 미소패턴의 말단만을 일정한 곡률을 가지거나 경사지게 형성될 수 있으며, (b)와 같이 삼각형 형상으로 형성 될 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 바와 같이 미소패턴(400)은 다양한 평면상 형상일 수 있다. 도 3의 (a) 및 (b)와 같이 평면상 형상이 구형인 미소패턴(400)이 배치 형태를 달리하여 형성 될 수 있으며, 도 3의 (c)와 같이 평면상 형상이 바(bar) 형태의 형상일 수 있다. 도 2의 (b) 및 (c)와 같이 단면 형상이 삼각형이거나 말단이 삼각형인 경우에는 도 3의 (d)와 같은 평면상 형상으로 배치 될 수 있다. 도 3 및 도 4는 설명 편의상 평면상 미소돌기(400)의 형상을 도시하고 있으나, 도 2와 같이 전도성 페이스트(800)가 미소돌기를 덮고 있을 수 있다.

본 발명에서 미소패턴(400) 개수, 배치, 폭 너비(D2), 이격거리(L2) 및 음각패턴의 측면(302)과의 이격 거리(L1)는 전도성 페이스트의 점도, 음각패턴의 폭에 따라 자유롭게 변경 될 수 있다.

본 발명은 도 4에 도시된 바와 같이, 기재층(200)의 폭 방향으로 함몰된 확장패턴(500)을 더 포함할 수 있으며, 이러한 함몰된 확장패턴(500)은 음각패턴(300)의 양측면(302)에 이격거리를 두고 형성될 수 있다. 기재층(200)의 폭방향으로 함몰 되었다 함은 도 4에 도시된 바와 같이 음각패턴(300) 길이 방향 외측 라인의 안쪽으로 들어간 오목한 형상을 의미한다.

기재층의(200) 폭방향으로 함몰되는 확장패턴(500)으로 인해, 음각패턴(300)에 스퀴즈 충진시 전도성 페이스트(800)가 단순한 라인형태의 음각패턴에 비해 일정한 공간성을 확보하게 되어 유동성을 가지는 전도성 페이스트(800)의 충진 효율이 향상되는 효과를 가지게 되며, 이러한 충진 효율에 의해 우수한 전기 전도성 및 낮은 저항성을 가지게 된다.

도 4의 (a)와 같이 평면상 구형 형상의 미소패턴(400)일 경우에는 확장패턴(500)도 구형상의 부분형상이, 도 4의 (b)와 같이 평면상 바(bar) 형상의 미소패턴(400)일 경우에는 확장패턴(500)도 바(bar)형상의 부분형상이 바람직하다. 이는 패턴의 제작 측면에서 다양한 패턴을 제작하는 것보다 제작 공정이 용이하고, 음각패턴(300)의 길이방향으로 폭 너비(D1)가 일정하게 유지되어 일정한 전기 전도성 및 저항성을 유지할 수 있게 한다.

본 발명은 음각패턴(300) 내부에는 전도성 페이스트(800)가 충진된다. 도 5에 도시된 바와 같이, 전도성 페이스트(800)는 직경이 다른 2종의 구형의 금속입자를 포함할 수 있으며, 구형의 금속입자 중, 직경이 큰 구형 금속입자(601) 상부에 직경이 작은 구형 금속입자(602)가 적층될 수 있다. 본 발명에서 2종의 구형의 금속입자란, 금속입자의 소재 종류가 다른 경우 뿐만 아니라, 동일 소재로 직경이 다른 금속입자도 포함된다.

구형의 금속입자는 Ag, Cu, Ni, Al, Co, Cr, Mn 및 이들의 복합체 등 다양한 금속입자를 사용할 수 있으며, 복합체에는 코어쉘(Core-Shell) 구조를 포함한다. 바람직하게는 Ag의 구형 입자가 사용될 수 있다.

직경이 큰 구형 금속입자(601)의 직경은 100 내지 300nm 일 수 있으며, 바람직하게는 150 내지 250nm 일 수 있다. 직경이 작은 구형 금속입자(602)의 직경은 20 내지 80nm 일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 60nm 일 수 있다. 또한 직경이 작은 구형의 금속입자(602)는 직경이 큰 구형의 금속입자(601)들 사이의 공극의 크기 이하가 바람직하다. 이때 직경이 작은 구형의 금속입자(602)가 직경이 큰 구형의 금속입자(601)들 사이에 들어가 금속입자들의 밀도를 높여 전기 전도성을 높일 수 있다.

직경이 큰 구형의 금속입자(601) 상부에 직경이 작은 구형 금속입자(602)가 적층된다는 것은 도 5와 같이, 직경이 큰 구형의 금속입자(601)가 음각패턴(300) 하부에 형성되고, 그 상부에 직경이 작은 구형입자(602)가 형성된다는 것으로, 도 5에 도시된 바와 같이 직경이 큰 구형 금속입자(601)의 공극에 직경이 작은 구형의 금속입자(602)가 일부 스며드는 형태로 형성 될 수 있다. 이러한 적층구조는 2회의 충진공정으로 달성될 수 있다. 즉, 1회의 충진시에는 직경이 큰 구형의 금속입자(701)를 포함하는 페이스트를 충진하고, 2회에는 직경이 작은 구형 금속입자(702)를 포함하는 페이스트를 충진하여 적층구조를 형성 할 수 있다.

이러한 적층구조에 의해 음각패턴(300) 내부에 형성되는 금속입자들의 밀도가 높아지게 되어 전기적 특성이 향상된다. 하기 [표 2]는 전기적 특성이 향상 됨을 보여주는 실험예로, 하기 실험은 음각패턴(300) 대비 높이가 4/5인 구형의 미소패턴(400)을 가지는 동일 크기의 음각패턴(300)에 하기와 같이 금속입자의 사용예만 달리한 전도성 페이스트(800)로 진행한 실험 결과이다.

구분	저항값
200nm의 Ag 구형 입자 사용	122.5Ω
200nm Ag 구형 입자에 50nm의 Ag 구형입자를 혼합하여 사용	90.3Ω
200nm의 Ag 구형 입자의 상부에 50nm의 Ag 구형입자를 적층시켜 사용	79.8Ω

상기 [표 2]와 같이 1종의 Ag 구형입자만 사용한 경우보다 크기가 다른 2종의 금속입자를 사용한 경우가 낮은 전기 저항값을 가지며, 크기 다른 2종의 구형입자를 혼합하여 사용한 경우보다 적층하여 사용한 경우가 보다 낮은 저항값을 가짐을 알 수 있다.

100 : 도전성 시트 200 : 지재층
201 : 기재층 상부면 202 : 기재층 하부면
300 : 음각패턴 301 : 음각패턴 하부면
302 : 음각패턴 측면 400 : 미소패턴
500 : 확장패턴 600 : 전도성 소재
601 : 직경이 큰 금속입자 602 : 직경이 작은 금속입자
700 : 바인더 800 : 전도성 페이스트
H1 : 음각패턴 높이 H2 : 미소패턴 높이
H3 : 기재층 하부 두께 D1 : 음각패턴 폭 너비
D2 : 미소패턴의 폭 너비

Claims

기재층;
상기 기재층의 깊이 방향으로 구현되는 음각패턴;
상기 음각패턴 내부에 충진되는 전도성페이스트;를 포함하며,
상기 음각패턴 내부에는 복수의 미소패턴이 형성되고,
상기 음각패턴 하부면을 기준으로, 상기 미소패턴의 높이는 상기 음각패턴의 높이보다 낮고,
상기 미소패턴의 높이는 상기 음각패턴 높이의 2/5 내지 4/5이며,
상기 기재층의 하부면과 상기 음각패턴의 하부면이 이루는 기재층 하부 두께가 1 내지 5㎛이고,
상기 미소패턴의 말단은 곡률 또는 경사를 가지는 것을 특징으로 하는 도전성 시트
삭제
청구항 1항에 있어서,
상기 미소패턴의 평면상 형상이 구형인 것을 특징으로 하는 도전성 시트.
청구항 1에 있어서,
상기 미소패턴의 단면 형상이 삼각형인 것을 특징으로 하는 도전성 시트.
삭제
청구항 1에 있어서,
상기 기재층의 폭방향으로 함몰된 확장패턴이 형성되고,
상기 확장패턴은 상기 음각패턴의 양측면에 이격거리를 두고 형성되는 것을 특징으로 하는 도전성 시트
청구항 1항에 있어서,
상기 전도성 페이스트는 직경이 다른 2종의 구형의 금속입자를 포함하고,
상기 구형의 금속입자 중, 직경이 큰 구형 금속입자 상부에 직경이 작은 구형 금속입자가 적층된 구조를 가지는 것을 특징으로 하는 도전성 시트.