KR101775982B1 - 은 나노와이어를 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법 및 이를 이용한 하이브리드 메탈 메쉬 - Google Patents

Abstract

본 발명은 은 나노와이어를 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법 및 이를 이용한 하이브리드 메탈 메쉬에 관한 것으로서, 상기 방법은, 기판 상에 은 나노와이어를 분산하고, 제1 임프린트 레진을 이용하여 상기 은 나노와이어의 패턴을 본 뜨는 패턴 형성 단계; 상기 제1 임프린트 레진에 형성된 상기 패턴을 제2 임프린트 레진으로 찍어내 상기 패턴을 포함한 메탈 몰드를 형성하는 단계; 및 제3 임프린트 레진을 포함한 투명 기판 상에, 상기 메탈 몰드의 상기 패턴을 찍어 패턴을 형성하고, 스퀴징(Squeezing) 및 열 경화(Thermal Curing) 공정을 거쳐 메탈 메쉬를 형성하는 단계를 포함한다.

Description

은 나노와이어를 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법 및 이를 이용한 하이브리드 메탈 메쉬{METHOD FOR PROCESS IMPLEMENTING NANO PATTERN METAL MESH USING Ag NANOWIRE AND HYBRID METAL MESH}

본 발명은 은 나노와이어를 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬를 구현하기 위한 공정 방법으로서, 더욱 상세하게는 은 나노와이어 필름을 이용하여 나노 패턴 몰드를 구현하고, 임프린트(Imprint) 공정을 거쳐, 재현성을 갖는 나노 패턴을 구현하는 공정 방법을 제안한다.

투명 전극 필름은 일반적으로 빛을 투과하면서 전기가 통하는 물질을 회로로 구성해 터치된 위치의 좌표를 디지털 값으로 변환해주는 부품이다.

현재 가장 많이 사용되는 투명전극인 ITO(Indium Tin Oxide)는 부서지기 쉽고 제조 공정에서 비용이 높고 비효율적이여서, 최근 ITO 대체제를 찾기 위한 연구가 활성화되었고, 메탈 메쉬(Metal Mesh), 은 나노와이어(Ag Nanowire), 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene) 등 ITO 대체 소재의 지속적인 성장을 예상하고 있다.

이러한 ITO의 대체 소재 중 메탈 메쉬를 이용하는 방식이 특성의 우수성 때문에 주목받고 있다. 메탈 메쉬(Metal Mesh 또는 Metal Grid)는 전기전도도가 우수한 메탈과 투과율이 우수한 유리(Glass)의 장점을 취합하여 만든 신소재로서, 낮은 저항성(Low Resistivity)과 유연성(Flexibility)를 갖는다는 장점이 있다. 하지만 메탈 메쉬는 시거리에 따른 금속선의 시인성, Moire 현상, Starbust 문제와 같은 단점이 지적되고 있으며, 메탈 메쉬 필름은 불투명한 메탈 필름을 패턴에 의존하여 투명성을 구현하므로 미세선폭 경쟁이 심화될 것으로 예상된다.

한편, 은 나노와이어 투명 전극의 경우 투명성이 높으나 Milkiness한 색감(암색화), 내화학성의 부족, 불안정한 junction 저항 변화 및 평탄도가 낮다는 단점이 있다. 도 1에 도시된 것처럼, 은 나노와이어(100)의 경우 와이어들 간의 교차(110) 부분에 의해 컨택트 저항이 높고, 평탄도가 좋지 않아 후속 공정에 어려움이 있다는 문제점이 있다.

선행문헌인 한국 공개특허 제10-2015-0079330호의 '메탈 나노로드를 포함하는 메탈 메쉬 및 메탈 나노로드 잉크를 이용한 메탈 메쉬의 제조방법'은 메탈 나노로드 잉크를 이용하여 인쇄 공정을 거쳐 메탈 메쉬를 제조함으로써, 보다 낮은 온도에서, 보다 낮은 농도의 잉크를 사용하더라도 우수한 투과도 및 전기 전도성을 갖는 메탈 메쉬를 제안하고 있다. 그러나 선행문헌 또한 기존 메탈 메쉬와 동일한 모양으로 구현됨으로써 컨택트 저항 및 평탄도의 문제가 개선되기는 어렵다는 문제점이 있다.

대한민국 공개특허 제10-2015-0079330호(2015. 7. 8.자 공개)

본 발명은 메탈 메쉬와 은 나노와이어의 단점을 보완하여 하이브리드 나노 메시 투명 전극을 생산하기 위한 목적으로, 은 나노와이어를 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬를 구현하기 위한 공정 방법을 제안한다.

본 발명은 은 나노와이어를 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법 및 이를 이용한 하이브리드 메탈 메쉬에 관한 것으로서, 상기 방법은, 기판 상에 은 나노와이어를 분산하고, 제1 임프린트 레진을 이용하여 상기 은 나노와이어의 패턴을 본 뜨는 패턴 형성 단계; 상기 제1 임프린트 레진에 형성된 상기 패턴을 제2 임프린트 레진으로 찍어내 상기 패턴을 포함한 메탈 몰드를 형성하는 단계; 및 제3 임프린트 레진을 포함한 투명 기판 상에, 상기 메탈 몰드의 상기 패턴을 찍어 패턴을 형성하고, 스퀴징(Squeezing) 및 열 경화(Thermal Curing) 공정을 거쳐 메탈 메쉬를 형성하는 단계를 포함한다.

본 발명에 의하면, 포토(Photo) 공정 없이 나노 패턴의 구현이 가능하여 공정이 단순화됨에 따라 양산 시 유리하고, 롤투롤(Roll to Roll) 프로세스와 같은 대량 생산이 가능하다는 이점이 있다.

또한 본 발명은 메탈 몰드를 형성하여 이용함에 따라 재현성을 갖고 항상성을 보장할 수 있다는 이점이 있다.

본 발명은 메탈 메시의 교차 부분이 컨택트(Contact) 없이 연결(Connect)되기 때문에 기존의 컨택트 저항보다 훨씬 낮은 저항값을 갖는다.

나아가, 모아레(Moire) 현상 및 스타버스트(Starbust) 현상이 없다는 이점이 있다.

도 1은 종래 은 나노와이어 소재의 패턴을 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법의 순서를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 의해 구현된 하이브리드 메탈 매쉬의 패턴을 도시한 것이다.
다수의 도면에서 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 가리킨다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법을 도시한 것으로서, 도 2의 (a) 내지 (g) 단계를 순차적으로 도시한 것이다.

먼저, 도 2의 (a)에 도시된 것처럼 기판(210)에 은 나노와이어(215)를 분산시켜 코팅 공정을 수행한다. 다음으로, 제1 임프린트 레진(Imprint Resin; 220)을 붓고 경화시킨후 떼어낸다(도 2의 (b)). 제1 임프린트 레진(220)은 습식 에칭(Wet Etch)를 통해 실버 나노와이어를 제거하여 제1 임프린트 레진(220)에 패턴 자국(225)를 남긴다(조 2의 (c)). 패턴을 가진 제1 임프린트 레진(220)에 또 다른 레진으로 제2 임프린트 레진(230)을 붓고 상단에 기판(240)을 놓아 메탈 몰드(Metal Mold)를 제작한다(도 2의 (d)).

실제 사용할 투명 기판(글라스 또는 필름)(260)에 제3 임프린트 레진(250)을 코팅한 상태에서, 메탈 몰드(230 및 240)를 찍어 패턴을 형성한다(도 2의 (e)). 메탈 몰드를 떼어내면 제3 임프린트 레진이 메탈 몰드의 패턴의 패턴을 갖게된다. 이 패턴은 제1 임프린트 레진(220)에 형성되었던 나노와이어 패턴(225)를 본 딴 메탈 몰드를 이용하여 제3 임프린트 레진(250)에 찍어낸 것으로서, 제1 임프린트 레진과 제3 임프린트 레진(250)에 형성되는 패턴(225와 260)이 동일한 패턴이 된다.

다음으로, 제3 임프린트 레진(250)에 실버 나노 잉크를 이용하여 메탈 스퀴징(Squeezing) 공정을 수행한다(도 3의 (f)). 즉, 기판의 패턴(270) 앞에 실버 페이스트를 놓고 블레이드를 이용하여 실버 페이스트를 음각의 패턴 내부를 채우는 방식으로 패턴(270) 내에 실버 페이스트를 채운다.

마지막으로, 100℃ 내에서 열경화(Thermal Curing) 처리를 하여 본 발명의 하이브리드 나노 메쉬를 완성한다(도 2의 (g)). 이러한 공정에 의해 만들어진 나노 메쉬는 초기 기판에 배치한 은 나노와이어(도 2의 (a))와 동일한 패턴을 갖게 된다.

그러나, 기판 위에 배치한 은 나노와이어와 본 발명의 공정에 따라 만들어진 하이브리드 나노와이어는 패턴이 동일하나 구현된 형태가 상이하다. 기존의 기판상에 배치되는 은 나노와이어의 경우 접촉 저항(Contact Resistance)이 발생하는 접촉 영역이 발생하는데 반해, 본 발명은 기판(260) 상의 임프린트 레진(250)에 음각으로 만들어진 패턴 내에 은 나노 잉크가 채워지는 방식으로서, 평탄한 형태로 구현된다(도 4 참조). 따라서, 본 발명은 접촉 저항이 발생하지 않아 저항 특성이 매우 우수하다는 이점이 있다.

나아가, 메탈 몰드와 스퀴징 공정을 이용하여, 패턴을 반복적으로 구현할 수 있기 때문에, 기존의 랜덤 분사에 의한 은 나노와이어 패턴과는 달리, 재현성이 보장된다는 효과가 있다. 또한 이러한 재현성의 보장과 포토 공정의 생략으로 인해, 대량 생산 및 대면적화에도 유리하다는 이점이 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법의 순서를 도시한 것이다. 이는 상술한 도 2의 공정을 순서화하여 도시한 것이다.

먼저, 기판 상에 은 나노와이어(즉, 실버 나노와이어)를 분산하여 코팅 작업을 수행한다(310 단계). 다음으로 기판 및 분산된 은 나노와이어 위에 제1 임프린트 레진을 붓고 경화시킨 후 떼어내는 코팅 및 제거 공정을 수행하여, 은 나노와이어의 패턴을 본따는 작업을 한다(320 단계). 다음으로, 습식 에칭 작업을 위해 제1 임프린트 레진을 소정의 용액에 담궈 은 나노와이어를 제거(식각)하여, 제1 임프린트 레진에 은 나노와이어 패턴을 남긴다(330 단계).

다음으로, 메탈 몰드를 제작한다(340 단계). 패턴을 가진 제1 임프린트 레진 위에 제2 임프린트 레진을 붓고 기판을 배치한 후, 떼어내어 패턴을 딴 제2 임프린트 레진과 기판으로 구성된 메탈 몰드를 형성한다.

이후에, 실제 이용할 투명 기판에 패턴을 형성하기 위해, 투명 기판 위에 제3 임프린트 레진을 붓고, 그 위에 메탈 몰드의 제2 임프린트 패턴을 찍어냄으로써 투명 기판 상에 패턴을 형성할 수 있다(350 단계).

메탈 몰드를 제거하면 제3 임프린트 레진 상에 패턴이 남고, 스퀴징 공정을 통해 은 나노 잉크를 음각의 패턴 내에 채움으로써, 은 나노와이어 패턴을 형성할 수 있다(360 단계). 마지막으로 열 경화 처리를 수행하여 하이브리 나노 메쉬를 완성한다(370 단계).

도 4는 도 2 및 도 3에서 설명한 공정을 통해 구현된 하이브리드 메탈 매쉬(또는 하이브리드 나노 메쉬)의 패턴을 도시한 것이다.

도 4에 도시된 것처럼, 하이브리드 메탈 메쉬(410)는 레진에 형성된 패턴에 실버 페이스트를 채우는 방식을 이용함에 따라 은 나노와이어 간의 교차 영역(110) 없이 연결(420)되어 접촉 저항을 줄일 수 있다.

또한, 와이어 직경이 1μm이하여야 모아레 및 스타버스트 현상이 없으므로, 와이어 직경은 은 나노와이어보다는 크지만 기존 메탈 메쉬보다 훨씬 작은 300-900나노미터(nm)로 구현되는 것이 바람직하다.

나아가, 상술한 것처럼, 본 발명은 메탈 몰드를 이용하여 나노 패턴을 제작하기 때문에, 재현성과 항상성이 보장되며 대량 생산이 가능하다는 이점이 있다.

이러한 본 발명의 공정에 의해 생산된 하이브리드 메탈 메쉬는 터치 스크린 패널, ITO를 대체한 투명 전극 분야 및 플렉서블 디스플레이(Flexible Display) 분야 등 다양한 분야에 활용될 수 있다.

본 발명의 상세한 설명에서는 구체적인 실시 예를 들어 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한 각 실시 예는 여러 가지 형태로 변형될 수 있다.

또한, 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명의 범위는 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 안되며 후술하는 특허 청구범위뿐만 아니라 이 발명의 특허 청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

210, 240: 기판
220: 제1 임프린트 레진
230: 제2 임프린트 레진
250: 제3 임프린트 레진
260: 투명 기판

Claims (8)

1. 포토공정을 미수행하면서 레진으로 둘러싸이도록 은 나노와이어를 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법으로서,
   제1 기판 상에 은 나노와이어를 분산하고, 제1 임프린트 레진을 이용하여 상기 은 나노와이어의 제1 패턴을 본 뜨는 패턴 형성 단계;
   상기 제1 임프린트 레진에 형성된 상기 제1 패턴을 제2 임프린트 레진으로 찍은 제2 패턴을 포함한 메탈 몰드를 형성하는 단계; 및
   제3 임프린트 레진에 상기 메탈 몰드의 상기 제2 패턴을 찍어 제3 패턴을 형성하고, 상기 제3 임프린트 레진 상에 스퀴징(Squeezing) 및 열 경화(Thermal Curing) 공정을 수행하여 메탈 메쉬를 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 패턴 형성 단계는, 상기 제1 기판 상에 서로에 대해 접촉 영역을 발생시켜 교차 부분에서 서로 다른 레벨에 위치되어 중첩하는 상기 은 나노와이어를 분산하는 단계, 상기 제1 기판 상에 상기 제1 임프린트 레진을 붓고 떼어내는(Coating and Expose) 단계, 및 상기 제1 임프린트 레진에 습식 에칭(Wet Etching)을 이용하여 상기 제1 임프린트 레진으로부터 상기 은 나노와이어를 제거하고, 상기 제1 임프린트 레진에 상기 제1 패턴을 남기는 단계를 포함하고,
   상기 메탈 몰드를 형성하는 단계는, 상기 제1 임프린트 레진 위에 상기 제2 임프린트 레진을 붓는 단계, 상기 제2 임프린트 레진 위에 제2 기판을 위치시키는 단계, 및 상기 제1 임프린트 레진으로부터 상기 제2 임프린트 레진과 상기 제2 기판을 분리하여 상기 제2 임프린트 레진과 상기 제2 기판으로 구성된 메탈 몰드를 형성하는 단계를 포함하고,
   상기 제3 임프린트 레진이 투명 기판 상에 위치하고, 상기 메탈 메쉬를 형성하는 단계는, 상기 제3 임프린트 레진 위에 상기 메탈 몰드의 상기 제2 임프린트 레진의 상기 제2 패턴을 찍어내는 단계, 상기 제3 임프린트 레진으로부터 상기 메탈 몰드를 제거하는 단계, 상기 제3 임프린트 레진 상에 수행되는 스퀴징 공정을 통해 실버 나노 잉크를 상기 제3 패턴에 채우는 단계; 및 상기 제3 임프린트 레진 상에 열 경화 처리를 수행하여 메탈 메쉬를 완성하는 단계를 포함하고,
   상기 메탈 메쉬는 상기 은 나노와이어의 상기 교차 부분이 동일 레벨에서 서로 연결되고 평탄하게 구현되는 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법.
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8. 제 1 항의 나노 패턴 메탈 메쉬 구현 공정 방법에 의해 제작된 하이브리드 메탈 메쉬.

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