KR101725947B1 - 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조한 매립형 전극 - Google Patents

Abstract

본 발명은 1) 기재기판, 광열변환층 및 중간층을 포함하는 LITI(Laser Induced Thermal Imaging)용 기재필름을 준비하는 단계; 2) 패턴 기판에 광경화성 수지를 도포하고 메쉬 형상 패턴을 갖는 마스터 필름을 적용하여 패턴 기판에 메쉬 형상 패턴을 복제한 후 상기 메쉬 형상 패턴 상에 금속을 증착하여 패턴 기판에 양각 또는 음각 금속 패턴층을 형성하는 단계; 3) 상기 LITI용 기재필름의 중간층과 상기 패턴 기판의 양각 또는 음각 금속 패턴층이 접하게 한 후 레이저를 조사하는 단계; 및 4) 상기 기재필름과 상기 패턴 기판을 분리하여, 상기 중간층과 단단히 밀착이 이루어진 상기 양각 또는 음각 금속 패턴층을 상기 기재필름으로 전사시킴으로써 상기 기재필름과 패턴 기판에 금속 패턴층을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하는 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조한 매립형 전극에 관한 것이다.

Description

레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조한 매립형 전극{method for manufacturing buried electrode by laser heat-transferring and buried electrode manufactured by the same}

본 발명은 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법 및 이에 따라 제조한 매립형 전극에 관한 것이다.

선택적으로 패턴을 형성시키기 위한 방법에는 크게 포토레지스트층 패턴을 미리 형성시킨 후 선택적으로 제거하는 방법과 이미 패턴이 형성된 기판에 물질을 도포한 후 제 2의 기판으로 전사하는 방법이 있다.

포토리소그래피 공정을 이용하는 방법은 포토마스크의 제작 및 에칭, 레지스트 제거와 같은 여러 공정이 필요하며 패턴의 형상 크기에도 한계가 존재하였다. 또한 일반적인 기판간 접촉을 통한 전사 공정을 이용하는 방법은 금속과 같은 물질을 증착한 경우 특별한 기판 처리 없이 패턴이 선택적으로 또는 전면적으로 분리되기 어려웠다.

이에 본 발명자들은 이러한 문제점을 해결하면서 보다 용이하게 선택적 패턴을 제작하기 위해 OLED와 같은 저분자 유기물질의 물질의 선택적 전사를 위해 사용되었던 레이저 열전사 기법(laser induced thermal imaging: LITI)을 이용하여 레이저 열전사 공정을 이용한 패턴 전사 방법을 개발하게 되었다.

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상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위해, 본 발명은

박막 패터닝을 수행함에 있어서, 고해상도를 유지하면서 동시에 대면적화를 가능케 하는 레이저를 이용한 박막 패터닝 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 재료의 용융/증발 및 응축 없이 원하는 기판 상에 사용자가 원하는 임의의 패턴을 선택적으로 형성할 수 있는 레이저를 이용한 박막 패터닝 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 1) 기재기판, 광열변환층 및 중간층을 포함하는 LITI(Laser Induced Thermal Imaging)용 기재필름을 준비하는 단계; 2) 패턴 기판에 광경화성 수지를 도포하고 메쉬 형상 패턴을 갖는 마스터 필름을 적용하여 패턴 기판에 메쉬 형상 패턴을 복제한 후 상기 메쉬 형상 패턴 상에 금속을 증착하여 패턴 기판에 양각 또는 음각 금속 패턴층을 형성하는 단계; 3) 상기 LITI용 기재필름의 중간층과 상기 패턴 기판의 양각 또는 음각 금속 패턴층이 접하게 한 후 레이저를 조사하는 단계; 및 4) 상기 기재필름과 상기 패턴 기판을 분리하여, 상기 중간층과 단단히 밀착이 이루어진 상기 금속 패턴층을 상기 기재필름으로 전사시킴으로써 상기 기재필름과 패턴 기판에 금속 패턴층을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 따라 제조되어 상호 연결된 그물망의 형상을 갖는 음각 금속 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 매립형 전극을 제공한다.

본 발명에 따르면 레이저를 이용하여 재료의 용융/증발 없이 구조 단차를 이용하여 선택적으로 상단부 물질을 분리시킴으로써, 다양한 패턴을 선택적으로 제거 또는 형성할 수 있으며 매립형 전극과 같은 구조를 용이하게 형성할 수 있다.

본 발명에 따르면 레이저를 이용하여 전극 또는 배선용 금속 패턴을 신속히 형성할 수 있어 고분자 필름과 같은 유연기판에 매립형 구조의 전극을 용이하게 형성 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따라 레이저 열전사 기법을 통해 매립형 전극을 제조하는 과정을 나타낸 것이다.
도 2는 실시예 1에 따라 음각 메쉬 패턴에서 금속 박막이 선택적으로 제거되고 메쉬 라인(mesh line) 부만 남은 과정을 SEM 이미지와 함께 나타낸 것이다.
도 3은 실시예 2에서 양각 메쉬 패턴에서 금속 박막이 선택적으로 제거되고 메쉬 라인(mesh line) 부만 남은 과정을 SEM 이미지와 함께 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에 따라 음각 패턴 기판을 이용하여 제조한 매립형 전극의 SEM 이미지이다(좌측도: 투과모드 현미경 이미지, 우측도: 라인부를 확대한 SEM 이미지).
도 5는 실시예 1과 2의 각 공정 후 전사에 사용된 LITI 필름의 표면을 촬영한 SEM 이미지이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법은, 1) 기재기판, 광열변환층 및 중간층을 포함하는 LITI(Laser Induced Thermal Imaging)용 기재필름을 준비하는 단계; 2) 패턴 기판에 광경화성 수지를 도포하고 메쉬 형상 패턴을 갖는 마스터 필름을 적용하여 패턴 기판에 메쉬 형상 패턴을 복제한 후 상기 메쉬 형상 패턴 상에 금속을 증착하여 패턴 기판에 양각 또는 음각 금속 패턴층을 형성하는 단계; 3) 상기 LITI용 기재필름의 중간층과 상기 패턴 기판의 양각 또는 음각 금속 패턴층이 접하게 한 후 레이저를 조사하는 단계; 및 4) 상기 기재필름과 상기 패턴 기판을 분리하여, 상기 중간층과 단단히 밀착이 이루어진 상기 양각 또는 음각 금속 패턴층을 상기 기재필름으로 전사시킴으로써 상기 기재필름과 패턴 기판에 금속 패턴층을 선택적으로 형성하는 단계를 포함한다.

상기 1) 단계에서 기재기판, 광열변환층(LTHC: Light-To-Heat Conversion) 및 중간층을 포함하는 LITI용 기재필름을 준비한다.

상기 기재기판은 기재필름의 지지체 역할을 수행하며, 유리, 투명필름 또는 중합체 필름을 사용할 수 있다. 이 중 중합체 필름에는 그 예로 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리비닐수지 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것 아니며, 가공성, 열안정성 및 투명성 측면에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌나프탈레이트 등을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 LITI 공정 중 조사되는 빛의 투과성을 높이기 위해 광투과율이 90% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 기재기판의 두께는 10 ㎛ 내지 200 ㎛인 것이 바람직하다.

상기 광열변환층(Light-To-Heat Conversion layer: LTHC layer)은 레이저광을 흡수하여 열로 변환시키는 광흡수성 물질로 이루어지는 층으로서, 그 두께는 사용되는 광흡수성 물질 및 형성방법에 따라 결정된다.

예를 들어 금속 또는 금속의 산화물 등으로 이루어지는 경우에는 진공증착법, 전자빔증착법, 또는 스퍼터링으로 100Å 내지 5000Å이 바람직하며, 유기막으로 형성되는 경우에는 압출, 그래비아, 스핀, 나이프 코팅법으로 0.1 ㎛ 내지 2 ㎛인 것이 바람직하다.

광열변환층의 두께가 상기 범위 미만인 경우 에너지 흡수열이 낮아 광에서 열로 변환되는 에너지양이 적게 되어 팽창 압력이 낮아지게 되고, 상기 범위를 초과하는 경우 기재필름과 패턴 기판 사이에 발생하는 단차에 의한 에지 오픈 불량이 발생할 수 있다.

상기 중간층은 레이저 빛을 흡수하여 열에너지로 변환하는 광열변환층이 방출하는 열에너지에 의해 부피 팽창이 일어나는 층이다.

상기 중간층에는 그 예로 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트, 폴리에스테르 아크릴레이트 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 중간층의 두께는 0.5 내지 3 ㎛인 것이 바람직하다. 3 ㎛ 초과인 경우 기재필름과 패턴 기판 사이에 발생하는 단차에 의한 에지 오픈(egde open) 불량이 발생할 수 있다.

상기 2) 단계에서는 메쉬 형상 패턴을 갖는 마스터 필름을 이용하여 패턴 기판에 양각 또는 음각 금속 패턴층을 형성한다.

이를 위해, 먼저 패턴 기판에 광경화성 수지를 도포하고 메쉬 형상 패턴을 갖는 마스터 필름을 적용하여 패턴을 복제한다.

상기 패턴 기판은 양각 또는 음각 금속 패턴층의 지지체 역할을 수행하며, 유리, 투명필름 또는 중합체 필름을 사용할 수 있다. 이 중 중합체 필름에는 그 예로 폴리에스테르, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리비닐수지 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것 아니며, 가공성, 열안정성 및 투명성 측면에서 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 또는 폴리에틸렌나프탈레이트 등을 사용하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 LITI 공정 중 조사되는 빛의 투과성을 높이기 위해 광투과율이 90%이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 광경화성 수지는 자외선에 의해 경화하며, 폴리에스테르 아크릴레이트, 에폭시 아크릴레이트, 폴리우레탄 아크릴레이트, 폴리에테르 아크릴레이트, 실리콘 아크릴레이트 등의 올리고머를 포함하는 조성물일 수 있다.

상기 광경화성 수지는 압출, 그래비아, 스핀, 나이프코팅, 진공증착, CVD 등의 방법으로 도포될 수 있다.

상기 메쉬(mesh) 형상 패턴을 갖는 마스터 필름은 일반적인 포토리소그래피, e-beam 리소그래피, 나노임프란트, 소프트 리소그래피 등 다양한 방법으로 준비될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.

상기 메쉬 형상 패턴은 패턴의 구조가 상호 연결된 그물망의 형상인 것을 의미한다. 상기 메쉬 형상 패턴은 양각 또는 음각으로 패턴 기판에 복제될 수 있다.

메쉬 형상 패턴의 경우, 전사되는 금속 패턴의 종횡비가 2 이상으로 다소 높더라도 금속 패턴층이 서로 연결되어 있어 LITI 공정시 기재필름과 금속 패턴층을 포함한 기판 사이의 균일한 접촉과 기재필름의 표면 용융 및 각 층간 열팽창 계수의 차이에 따른 열적 스트레스를 고려한 공정의 최적화 과정을 통해 최종적으로 전사된 패턴의 왜곡 현상을 최소화할 수 있다.

패턴 기판에 상기 메쉬 형상 패턴을 갖는 마스터 필름을 적용하여 메쉬 형상 패턴을 복제하는 과정은 상기 방법으로 준비한 하드 마스터를 이용하여 필름 기재에 레지스트 층을 형성하고 UV경화 또는 열경화 방식으로 복제하거나 상기 하드 마스터 기판을 클리쉐(cliche)로 하는 그라비아 오프셋과 같은 롤-프린팅(roll-printing) 방식일 수 있다.

상기 복제된 메쉬 형상 패턴 상에 금속을 증착하여 양각 또는 음각 금속 패턴층을 형성한다.

상기 금속 패턴층은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 니켈(Ni), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 크롬(Cr), 백금(Pt) 등의 금속 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으며, 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 등의 산화물 및 금속을 포함한 혼합 전극 물질을 포함할 수 있다.

상기 금속 패턴층의 형성 방법으로는 포토리소그래피, 잉크젯, 그라비아, 임프린팅, 오프셋 등과 같은 인쇄방식의 프린팅, 전기도금, 진공증착, 열증착, 스퍼터링, 전자빔 증착 등의 방법을 사용할 수 있으나, 반드시 이에 제한되지 않는다.

상기 금속 패턴층의 선폭은 특별한 제한은 없으나, 50 ㎚ ~ 20 ㎛ 일 수 있다.

또한, 상기 금속 패턴층의 두께에 대한 특별한 제한은 없으나, 50 ~ 200 ㎚일 수 있다.

상기 금속 패턴층의 두께(높이)는 패턴의 선폭 및 응용 소자의 전기적 특성(전도도 및 비저항) 요구치에 따라 달라질 수 있다.

상기 3) 단계에서는 상기 LITI용 기재필름의 중간층이 있는 면과 상기 패턴 기판의 양각 또는 음각 금속 패턴층이 있는 면을 서로 마주보도록 올려놓고 CW레이저를 일정 면적으로 스캔하는 방식으로 조사한다. 이 때 레이저에서 나온 빛은 LITI용 기재필름의 광열변환층에서 흡수되어 열에너지로 변환되고, 변환된 열에너지는 중간층에 전달되어 중간층의 부피팽창이 발생하여 금속 패턴층과 단단한 밀착이 이뤄지게 된다.

상기 4) 단계에서 LITI용 기재필름과 패턴 기판을 분리하면, LITI용 기재필름의 중간층과 단단히 밀착이 이뤄진 금속 패턴층은 LITI용 기재필름으로 전사되어 기재필름 상에 금속 패턴층이 선택적으로 형성되고 상기 기재필름의 중간층과 밀착이 이루어지지 않은 금속 패턴층은 패턴 기판에 잔류하게 된다.

이때 금속 패턴층이 중간층과 밀착된 상태에서 패턴 기판과 분리될 수 있도록 중간층은 표면에너지가 30 mN/m 이상, 바람직하게는 30 내지 50 mN/m, 보다 바람직하게는 35 내지 40 mN/m가 되도록 조절되는 것이 바람직하다.

더욱더, 이때 패턴 기판의 표면에너지는 중간층의 표면에너지보다 낮으면서 25 mN/m 이상 35 mN/m 미만에서 조절되는 것이 바람직하다.

상기 4) 단계는 금속 패턴층이 전사된 기재필름을 패턴 기판으로부터 분리하는 단계이다.

이 때 분리방법으로는 특별한 제한이 없이 모든 물리적 방법을 이용할 수 있다.

일 예로, 기재필름과 패턴 기판의 접촉 부분에 질소건(nitrogen gun)을 이용해 바람을 살짝 불어 넣으면 이형재와 기재필름 사이의 낮은 표면에너지에 의해 손쉽게 박리가 일어나며, 일반적인 롤투롤 공정을 통한 연속공정에서는 기재필름과 금속 패턴층이 형성된 기재 롤 패스를 각각 분리시켜 이형을 물리적으로 진행할 수 있다.

본 발명은 본 발명의 제조방법에 따라 제조되어 금속 패턴층이 패턴 기판에 매립된 것을 특징으로 하는 매립형 전극을 제공한다.

보다 구체적으로, 본 발명은 본 발명의 제조방법에 따라 제조되어 상호 연결된 그물망의 형상을 갖는 음각 금속 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 매립형 전극을 제공한다.

상기 음각 금속 패턴층의 선폭은 특별한 제한은 없으나, 50 ㎚ ~ 20 ㎛ 일 수 있다.

또한, 상기 음각 금속 패턴층의 두께에 대한 특별한 제한은 없으나, 50 ~ 200 ㎚일 수 있다.

이하 하기 실시예에 의거하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 이에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

PET, 광열변환층 및 중간층으로 구성된 LITI용 기재필름을 준비하였다. 광열변환층은 2㎛이하로 열경화성 레진에 BM(black matrix), carbon black을 혼합한 것으로 구성하였고, 중간층은 두께 1.5 ㎛이하로 열경화성 우레탄계 투명한 물질로 구성하였다. 메쉬(Mesh) 형상 패턴을 가지는 마스터 기판을 준비하여 폴리우레탄 아크릴레이트 수지를 이용하여 PET 기재에 음각 메쉬 형상 패턴을 복제하였다. 이렇게 복제된 패턴에 스퍼터를 이용하여 알루미늄을 100 nm 두께로 증착하였다.

LITI용 기재필름의 중간층이 있는 면과 알루미늄 박막이 증착된 기재를 서로 마주보도록 올려놓고 1064 nm CW IR레이저로 일정 면적으로 스캔하였다. 균일한 파워로 조사하기 위해 homogenizer를 통과시킨 후 f-theta lens를 통과시켜 초점면에서 약 0.2 mm x 0.2 mm의 square beam을 형성하도록 하였다.

스캔이 끝난 후 두 기판을 분리하여, 알루미늄 패턴을 LITI 필름 면으로 전사시켜, 금속 패턴이 선택적으로 형성된 매립형 전극을 제조하였다.

도 4는 실시예 1에 따라 음각 패턴 기판을 이용하여 제조한 매립형 전극의 SEM 이미지이다(좌측도: 투과모드 현미경 이미지, 우측도: 라인부를 확대한 SEM 이미지).

<실시예 2>

PET 기재에 양각 메쉬 형상 패턴을 복제하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 매립형 전극을 제조하였다.

Claims (11)

1) 기재기판, 광열변환층 및 중간층을 포함하는 LITI(Laser Induced Thermal Imaging)용 기재필름을 준비하는 단계;
2) 패턴 기판에 광경화성 수지를 도포하고 메쉬 형상 패턴을 갖는 마스터 필름을 적용하여 패턴 기판에 메쉬 형상 패턴을 복제한 후 상기 메쉬 형상 패턴 상에 금속을 증착하여 패턴 기판에 양각 또는 음각 금속 패턴층을 형성하는 단계;
3) 상기 LITI용 기재필름의 중간층과 상기 패턴 기판의 양각 또는 음각 금속 패턴층이 접하게 한 후 레이저를 조사하는 단계; 및
4) 상기 기재필름과 상기 패턴 기판을 분리하여, 상기 중간층과 단단히 밀착이 이루어진 상기 양각 또는 음각 금속 패턴층을 상기 기재필름으로 전사시킴으로써 상기 기재필름과 패턴 기판에 금속 패턴층을 선택적으로 형성하는 단계를 포함하고,
상기 4) 단계에서 분리 전에 중간층의 표면에너지는 패턴 기판의 표면에너지보다 높은 것인 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 기재기판의 두께는 10 ㎛ 내지 200 ㎛인 것을 특징으로 하는 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 기재기판의 광투과율은 90% 이상인 것을 특징으로 하는 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 중간층은 우레탄 아크릴레이트, 에폭시아크릴레이트 또는 폴리에스테르 아크릴레이트인 것을 특징으로 하는 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 중간층의 두께는 0.5 내지 3 ㎛인 것읕 특징으로 하는 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 금속 패턴층의 선폭은 50 ㎚ ~ 20 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 금속 패턴층의 두께는 50 ~ 200 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 레이저 열전사 기법을 통한 매립형 전극의 제조방법.

청구항 1에 있어서, 상기 중간층의 표면에너지가 30 내지 50 mN/m인 것을 특징으로 하는 레이저 열전사 기법을 통합 매립형 전극의 제조방법.

청구항 1의 제조방법에 따라 제조되어 상호 연결된 그물망의 형상을 갖는 음각 금속 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 매립형 전극.

청구항 9에 있어서, 상기 음각 금속 패턴층의 선폭은 50 ㎚ ~ 20 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 매립형 전극.

청구항 9에 있어서, 상기 음각 금속 패턴층의 두께는 50 ~ 200 ㎚ 인 것을 특징으로 하는 매립형 전극.

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