KR101828480B1 - 투명전극 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세 홈 내부로 금속 화합물 잉크를 충진함에 있어, 모든 미세 홈에서 금속 화합물 잉크가 완충 될 수 있도록 하고, 충진공정을 간소화하여 생산성을 향상하는 한편, 미세 홈의 훼손을 방지하여 단선발생과 같은 불량률 발생의 감소 및 미세 홈 내부로 충진되는 금속 화합물 잉크가 전체 미세 홈에서 균일하게 충진되면서 최종적으로 형성되는 격자형상의 그리드 패턴에서 전기적 특성, 특히 저항특성 등이 균일하게 형성되는 신뢰할 수 있는 전기적 특성을 갖춘 투명전극을 제공할 수 있는 것이다.

Description

투명전극 제조방법 {Method of manufacturing transparent electrode}

본 발명은 투명전극의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전기적 특성이 우수한 금속 화합물 잉크를 투명기재의 미세 홈에 충진시켜 전도성 패턴을 형성하는 제조방법에 관한 것이다.

최근 스마트폰이나 태블릿PC와 같은 휴대용 단말기의 사용이 급격히 증가하면서 디스플레이 소자들의 생산과 소비도 동반 증가하고 있다. 이러한 추세에 따라 고밀도, 고정밀의 투명전극이 요구됨에 따라 미세 금속 패턴 기술에서도 많은 변화를 거듭하고 있다.

특히 스마트폰이나 태블릿PC와 같은 스마트기기에서는 사용자들이 손가락으로 디스플레이를 터치해 입력하는 방식이 대부분으로, 이러한 기기들에서는 터치패널의 사용이 필수적이고, 다양한 목적과 내용의 컨텐츠들이 출현하면서 스마트 기기들의 기능도 확대되고 있고, 따라서 디스플레이 패널은 이전보다 더 정밀하고 우수한 화질을 제공할 수 있어야 하고, 사용자들의 터치를 보다 정확하고 민감하게 감지해 반응할 수 있어야 한다.

이러한 기능을 수행하는 터치패널 디스플레이는 투명전극을 제작하는 기술에 의해 실현되고 있으며, 투명전극은 투명한 기재의 표면으로 미세한 전극 패턴을 형성하고, 전극 패턴 안으로 금속의 전도성 잉크를 충진시켜 완성된다.

이때 금속의 전도성 잉크는 미세한 전기적 저항 특성에서도 반응할 수 있어야하며, 형성된 전극의 패턴과 선폭을 최소한으로 형성하여서 디스플레이 과정에서 사용자의 시야를 방해하지 않도록 뛰어난 시인성을 확보해야만 한다.

현재 전극 패턴의 제조에는 정전용량이나 패턴 형성 가공의 용이성, 양산성 등의 문제와 함께 경제성과 비용 등을 고려해 여러가지 제조방법들이 개발되고 있으며, 메탈메쉬, 은 나노와이어, 탄소나노튜브, 그래핀 등을 이용한 제조방법이 시도되고 있다.

특히 메탈 메쉬 분야는 낮은 저항값과 안정적인 생산성을 기대할 수 있어 가장 많이 이용되는 제조방법으로, 기존 ITO의 한계를 넘어 대형 터치스크린 제조가 가능하고, 가요성의 디스플레이 장치에도 적용할 수 있는 장점이 있다. 보통 은이나 동을 사용한 전도성 금속 잉크를 제조에 사용하며, 미세선폭의 전극 패턴 형성에도 유리한 것으로 알려져 있다.

메탈 메쉬 제조방법은 보통 글래스 또는 투명 기재 위로 메탈이 직교하도록 형성되는 그리드 패턴이 주로 사용되고, 패턴 형성시 에칭과정이 필요하지 않으며, 전도성과 빛 투과율이 우수한 특징이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 한국 등록특허 제10-2007-0102263호가 제안되었으나, 해당 기술에서는 전도성 레지스트층을 식각하는 과정이 복잡하고, 저 저항의 전극 형성에 어려움이 있으며, 미세전극 형성에는 적합하지 않은 식각방법으로 인해 미세 선폭의 전극 패턴을 형성할 수 없는 문제점이 있다.

공개특허공보 제10-2007-0102263호(발명의 명칭: 나노소재기반 전도성 레지스트, 그의 제조방법 및 나노소재기반 전도성 레지스트를 이용한 전극패턴 형성방법, 등록일: 2008년 01월 21일)

본 발명은 미세 홈 내부로 금속 화합물 잉크를 충진함에 있어, 모든 미세 홈에서 금속 화합물 잉크가 완충될 수 있도록 하고, 충진공정을 간소화하여 생산성을 향상하는 한편, 미세 홈의 훼손을 방지하여 단선발생과 같은 불량률 발생을 감소시키는 것을 목적으로 한다.

또한, 미세 홈 내부로 충진되는 금속 화합물 잉크가 전체 미세 홈에서 균일하게 충진되면서 최종적으로 형성되는 격자형상의 그리드 패턴에서 전기적 특성, 특히 저항특성 등이 균일하게 형성되는 신뢰할 수 있는 전기적 특성을 갖춘 투명전극을 제공하는데 목적이 있다.

상기의 목적은, 본 발명의 일 실시 예에 따라, 미세 선폭의 홈으로 이루어진 격자형태의 그리드 패턴을 투명기재에 형성하는 준비단계; 상기 투명기재의 그리드 패턴 상부를 금속 화합물 잉크로 코팅하는 코팅단계; 상기 투명기재를 블레이드의 진행방향으로 위치시키는 어프로치단계; 상기 블레이드를 이용해 상기 그리드 패턴의 홈으로 금속 화합물 잉크를 충진시키는 블레이딩단계; 상기 홈으로 충진된 금속 화합물 잉크의 소성을 위해 상기 투명기재를 가열하는 히팅단계; 상기 투명기재 표면에 잔류한 금속 화합물 잉크를 제거하는 클리닝단계; 를 포함하여 이루어지는 투명전극 제조방법에 의해 달성된다.

또한, 상기 홈은 상기 홈은 1㎛ 내지 3㎛의 선폭으로 형성될 수 있으며, 상기 금속 화합물 잉크는 은(Ag)을 포함한 금속 전구체일 수 있으며, 금속 화합물 잉크는 점성은 3000~5000 cp일 수 있다.

또한, 상기 블레이딩 단계에서는 상기 블레이드가 상기 그리드 패턴의 일측 꼭짓점에서 대각관계에 있는 타측 꼭짓점을 향해 대각선 방향으로 진행하며 블레이딩이 이뤄지거나, 상기 블레이드가 상기 그리드 패턴의 가장자리에 위치한 일측의 꼭짓점에서 시작해 타측 꼭짓점을 향해 대각선 방향으로 진행하면서 블레이딩이 이뤄질 수 있다.

또한, 상기 블레이딩은 블레이드가 그리드 패턴의 가장자리에 위치한 각 꼭짓점에서 순서대로 블레이딩이 시작될 수 있다.

또한, 상기 히팅단계이후에는 상기 홈으로 금속 화합물 잉크의 충진과 소성이 촉진되도록 코팅단계와 블레이딩 단계와 히팅단계가 순차적으로 더 이뤄지는 보강소성단계를 포함할 수 있다.

또한, 상기 블레이드에 의해 그리드 패턴의 일측 꼭짓점으로부터 대각관계에 있는 타측 꼭짓점까지 대각선 방향으로 블레이딩될 수 있도록 상기 투명기재의 위치를 조절하는 상기 어프로치 단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 클리닝단계 이후에는 상기 홈으로 충진된 금속 화합물 잉크의 전기적 저항성 향상을 위해 상기 투명기재를 100 내지 120℃의 온도에서 1분 내지 3분간 가열하는 열처리단계를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 블레이딩단계에서는 상기 블레이드가 상기 투명기재와 45°이하로 기울어져 블레이딩될 수 있다.

또한, 상기 클리닝단계는 클리닝액이 침윤된 롤브러쉬가 구동회전하면서 상기 투명기재 표면의 이물질과 잔류 금속화합물 잉크를 제거하도록 할 수 있으며, 이때 상기 클리닝액은 아세톤 또는 메탄올을 포함한 혼합용액일 수 있다.

또한, 상기 코팅단계 이후에는 상기 그리드 패턴 위로 코팅된 금속 화합물 잉크를 가열하여 상기 홈에 충진된 금속 화합물 잉크의 경화를 유도하는 가경화단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 가경화단계에서는 상기 금속 화합물 잉크를 100~150℃의 온도 열풍으로 8~10초간 가열하여 금속 화합물 잉크가 경화되도록 할 수 있다.

본 발명에 따르면, 투명기재의 상부에 형성된 모든 미세 홈으로 금속 화합물 잉크가 만충될 수 있으며, 금속 화합물의 충진공정이 간소하게 되면서 생산성이 향상된다.

또한, 미세 홈 내부로 충진되는 금속 화합물 잉크가 전체 미세 홈에서 균일하게 충진되면서 최종적으로 형성되는 격자형상의 그리드 패턴에서 전기적 특성, 특히 저항특성 등이 균일하게 형성되는 신뢰할 수 있는 전기적 특성을 제공할 수 있게 된다.

또한, 블레이드의 진행 방향을 기준으로, 그리드 패턴을 사선으로 형성함으로써 정사각형 또는 직사각형의 홈으로 형성된 그리드 패턴보다 더 향상된 금속 화합물 잉크의 충진이 가능하고, 결과적으로 더 우수한 전기적 특성을 제공할 수 있게 된다.

또한, 블레이딩 과정에서 블레이드의 이동에 따라 미세 선폭의 홈의 측면에 미치는 물리적 힘이 분산되면서 미세 선폭의 훼손과 변형이 방지되어 각 패턴의 위치에서 정확한 전기적 특성을 제공할 수 있게 된다.

또한, 블레이딩 과정에서 블레이드가 미세 홈에 직접적으로 접촉하지 않아 블레이드에 의해 미세 홈이 훼손되거나 변형되는 것을 막을 수 있다.

또한, 롤브러쉬에 의한 클리닝으로 신속하고 용이하게 이물질 제거가 가능하다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 의한 투명전극의 제조방법을 나타낸 공정흐름도.
도 2 내지 도 7은 투명기재에 미세 선폭의 홈을 형성하는 과정을 도시한 단면도.
도 8은 투명기재의 미세 홈으로 금속 화합물 잉크가 코팅된 상태를 도시한 단면도.
도 9는 종래의 블레이딩 제조방법을 도시한 평면도.
도 10은 도 9의 제조방법에 의한 블레이딩 과정에서의 미세 홈 상태를 도시한 단면도.
도 11은 본 발명의 실시 예에 의한 블레이딩 제조방법을 도시한 평면도.
도 12는 본 발명의 다른 실시 예에 의한 블레이딩 제조방법을 도시한 평면도.
도 13은 도 11의 제조방법에 의한 블레이딩 과정을 도시한 단면도.
도 14는 도 11의 제조방법에 의해 다른 꼭짓점으로부터 시작된 블레이딩 과정을 도시한 단면도.
도 15는 도 11의 제조방법에 의해 또 다른 꼭짓점으로부터 시작된 블레이딩 과정을 도시한 단면도.
도 16은 본 발명의 실시 예에 의해 롤브러쉬에 의한 클리닝이 이뤄지는 상태를 도시한 단면도.
도 17은 본 발명의 실시 예에 의해 완성된 투명전극의 단면도.

본 발명의 장점과 기술구성 및 특징 그리고 이것들을 달성하는 방법은 이하의 첨부된 도면들과, 함께 상세하게 후술되는 실시 예를 통해 명확하게 제공될 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시 예들에 의해서 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하에서 개시되는 실시 예들은 본 발명의 개시가 구체적이고 완전하게 개시될 수 있도록 보조하는 것이며, 본 발명은 기재된 청구항의 범위에 의해 정의되는 것이다. 명세서 전체에서 기재된 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭하는 것이다.

공간적으로 상대적인 용어인 "아래(below)", "아래(beneath)", "하부(lower)", "위(above)", "상부(upper)" 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 구성 요소들과 다른 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작 시구성요소의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 구성요소를 뒤집을 경우, 다른 구성요소의 "아래(below)"또는 "아래(beneath)"로 기술된 구성요소는 다른 구성요소의 "위(above)"에 놓일 수 있다.

따라서, 예시적인 용어인 "아래"는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 구성요소는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다" 및 /또는 "포함하는"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.

도면에서 각 구성요소의 두께나 크기는 설명의 편의 및 명확성을 위하여 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었다.

또한, 각 구성요소의 크기와 면적은 실제크기나 면적을 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 본 발명의 실시 예들에 의하여 흑화 전도성 패턴 방법을 설명하기 위하여 도면을 참고하여 본 발명에 대해 설명하도록 한다.

본 발명의 일 실시 예에 의한 투명전극 제조방법은 도 1와 같이 진행될 수 있다. 도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 투명전극의 제조방법을 나타낸 공정흐름도로이다. 도 1을 참조하면, 준비단계(S100), 코팅단계(S110), 어프로치단계(S120), 블레이딩단계(S130), 히팅단계(S140) 및 클리닝단계(S150)로 이루어질 수 있다.

상기 준비단계(S100)는 미세 선폭의 홈으로 이루어진 격자형태의 그리드 패턴을 투명기재에 형성하는 단계로서, 빛을 잘 투과할 수 있는 재질로, 유리, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리이미드(PI), 트리아세틸셀루로우스(TAC), 폴리이미드(PI), 트리아세틸셀룰로오스(TAC), 폴리비닐알코올(PVA), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), 폴리스티렌(PS) 등의 재질을 선택하여 투명기재로 사용할 수 있다.

도 2 내지 도 7을 참조하면, 상기 투명기재(100)의 상부면으로는 UV레진(UV-resin)(200)이 코팅되고, UV레진(200)의 상부로 몰드(300)가 커버된다.

상기 몰드(300)의 저면에는 미세 선폭의 깊이와 너비 그리고 패턴의 형상이 그대로 나타난 돌출부가 형성된다. 상기 UV레진(200)으로 몰드(300)가 커버된 이후에는 도 5에 도시된 바와 같이 UV광선을 조사하여서 UV레진(200)으로 돌출부의 형상과 같이 미세 선폭과 패턴의 형상이 형성되도록 한다.

상기 패턴은 상기 투명기재의 상부면에서 직접 형성하거나, 리소그래피 공정 등 공지의 기술들에서 선택해 형성할 수 있다.

상기 패턴은 직선들의 교차로 이루어지는 격자형태일 수 있으며, 각 선들은 미세한 선폭의 홈들로 형성되며, 각 홈은 이후에 충진될 전도성 금속 화합물의 물성과 전체 패턴에서 구형해야할 전기적 특성과 저항성을 고려해 깊이와 폭 및 단면의 형상이 선택되어 형성될 수 있다.

도 7에서는 격자형상의 그리드 패턴이 완성된 본 발명의 투명전극의 단면을 나타낸 것으로, 투명기재(100)의 상부로 미세 전극 홈(210)으로 이루어진 그리드 패턴이 형성된 UV레진(200)이 위치한다.

코팅단계(S110)에서는 도 8에 도시된 바와 같이 상기 UV레진(200)의 상부면으로 전도성 금속 화합물 잉크(500)가 코팅되는 것으로서, 상기 미세 전극 홈(210)을 비롯하여 UV레진(200)의 상부면 전체가 금속 화합물 잉크(500)로 덮이게 된다.

투명전극은 투명기재(100)에서 금속성분의 선들이 서로 교차하면서 소정의 패턴을 형성하고, 각 패턴들에서 감지되는 전기적 저항성을 이용하기 위한 것인 바, 단계 S110에서 코팅된 금속 화합물 잉크(500)는 미세 전극 홈(210) 내부로 충만하게 충진시키고, 그외 UV레진(200)의 표면에 코팅된 금속 화합물 잉크(500)는 모두 제거한다.

본 발명의 일 실시 예에서는 상기 금속 화합물 잉크(500)로 나노 크기의 극미세한 은(Ag) 화합물과 용매를 혼합한 은 페이스트(Ag paste)를 사용하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 이외에도 Ag, Au, Cu, Ni, Co, Pd, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In, Sn, Sb, Pb, Bi과 산소, 황, 할로겐, 시아노, 시아네이트, 카보네이트, 니트레이트, 나이트레이트, 설페이트, 포스페이트, 티오시아네이트, 클로레이트, 피클로레이트, 테트라플포로 보레이트, 아세틸아세토네이트, 머캡토, 아미드, 알콕사이드, 카볼실레이트 등을 나타낸다. 구체적으로 예를들면, 초산 금, 옥살산 팔라듐, 2-에틸헥산산은, 2-에틸 헥산산구리, 스테아린산 철, 포름산 니켈, 아연 시트레이트와 같은 카르복실산 금속, 질산은, 시안화 구리, 탄산 코발트, 염화백금, 염화금산, 테트라부톡시 티타늄, 디메톡시지르코늄 디클로라이드, 알루미늄 이소프로폭사이드, 바나듐 옥사이드, 탄탈륨 메톡사이드, 비스무스 아세테이트, 도데실 머캡토화 금, 인듐 등 다양한 금속 착제 화합물, 금속 전구체와, 탄소나노튜브, 금속 나노입자 등이 용매와 혼합된 금속 화합물 잉크가 선택적으로 사용될 수 있다.

상기 은(Ag) 화합물은 말론산 은 (silver malonates), 카르복실산 은 (silver carboxylates), 또는 은 착체 화합물(silver complexes) 등일 수 있으며, 2-(히드록시이미노)말론산 은(Silver 2-(hydroxyimino) malonate), 디알릴말론산 은(silver diallylmalonate), 메틸말론산 은(silver methylmalonate), 포름산 은(silver formate), 초산 은(silver acetate), 트리플루오로 아세트산 은(silver trifluoroacetate), 옥살산 은(silver oxalate), 1,3-아세톤디카르복실산 은(silver 1,3-acetonedicarboxylate), 아세토아세트산 은(silver acetoacetate), 2-메틸-아세토 초산 은(silver 2-methyl-acetoacetate), 옥살산 은(silver oxalate), 젖산 은(silver lactate), 말론산 은(silver malonate), 말릭산 은 (silver maliate) 말레산 은(silver maleate), 푸마릭산 은(silver fumarate), 글리옥실산 은(silver glyoxylate), 이타콘 산 은(silver itaconate), 피루빅산 은(silver pyruvate), 숙신산 은(silver succinate), 글루탈산 은(silver glutalate), 글루콘산 은(silver gluconate), 피크릭산 은(silver picrate), 시트릭산 은(silver citrate), 이미노디아세트산 은(silver iminodiacetate), 니트릴로트리아세트산 은(silver nitrilotriacetate), 에틸렌디아민 테트라아세트산 은(silver ethylenediaminetetraacetate), 네오데칸산 은(silver neodecanoate), 스테아린산 은(silver stearate), 은 알킬 암모늄 카바메이트(silver alkylammonium carbamates), 은 알킬 암모늄 카보네이트계 화합물(silver alkylammonium carbonates)등을 선택해 사용할 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니다.

한편, 투명전극의 제조에 사용되는 은 입자를 이용한 잉크는 점도가 수천 내지 수만 cps 범위를 갖는 고점도의 건조형 페이스트(paste) 잉크가 일반적으로 사용되고 있다.

그러나 본 발명의 일 실시 예에서는 상기 미세 전극 홈(210)의 선폭을 1㎛ 내지 3㎛의 미세범위로 형성되는바, 미세한 선폭으로 패턴을 형성할 경우 고점도 페이스트 잉크는 입자간 인력이 강하기 때문에 미세 홈 내부로 충진되기 어렵고, 충진율이 감소하면서 단선이 발생하면서 불량이 증가하는 원인이 된다.

그리하여 본 발명의 실시 예의 투명전극 제조방법에서는 나노 은(Ag)을 포함한 금속 화합물 잉크(500)가 3000~5000 cps의 범위의 점도를 갖도록 하여, 미세 전극 홈(210) 내부로 충진이 용이한다.

또한, 이후에 수행될 공정에 앞서, 코팅된 금속 화합물 잉크(500)가 유실되는 것을 방지하고, 신속하고 용이하게 소성이 될 수 있도록 상기 코팅단계(S110) 이후로 가경화단계(S112)가 포함될 수 있다.

상기 가경화단계(S112)는 금속 화합물 잉크(500)로 100℃ 내지 150℃의 열품으로 8~10초간 가열하는 것이다.

한편, 상기 미세 전극 홈(210)을 형성하는 방법은 업계에서 통상적으로 사용하는 방법들 중에서 선택해 형성할 수 있으며, 본 실시 예에서는 닥터 블레이드(doctor blade) 방식에 의한 제조방법을 기준으로 설명한다.

상기 코팅단계(S110) 이후로는, 투명기재를 블레이드의 진행방향으로 위치시키는 어프로치단계(S120)가 수행된다.

상기 어프로치단계(S120)는 닥터 블레이드 방식에 의해 미세 전극 홈(210)으로 금속 화합물 잉크(500)가 충진되는 방식에 있어서, 블레이드에 의한 브레이딩(blading) 과정에서 블레이드의 진행방향과 미세 전극 홈의 패턴과의 관계성을 고려한 제조방법이다.

상세한 내용은 다음과 같다.

도 9는 종래의 투명전극 제조방식의 하나로, 스테이지(stage)에 놓여진 투명기재(100) 상부로 UV레진(200)이 위치하며, 그 상부면에는 미세 전극 홈(220)이 격자 형태의 그리드 패턴으로 형성되어 준비된다.

상기 스테이지(stage)의 일측에서는 블레이드(400)가 대기하고 있다가 상기 UV레진(200)의 표면으로 금속 화합물 잉크(500)가 코팅되면, 설정된 진행방향으로 진행하면서 상기 UV레진(200)에 코팅되어 있던 금속 화합물 잉크(500)를 긁어내는 블레이딩(blading)을 수행하게 된다. 결국, 미세 전극 홈(220)의 내부로 충진된 금속 화합물 잉크(500)를 제외한 코팅되었던 나머지 잉크들은 모두 제거되면서 전체 그리드 패턴으로 금속 화합물 잉크(500)가 충진되어 연결된 전극을 형성하게 되는 것이다.

그러나 상기와 같은 종래의 투명전극 제조방식은 도 9와 10에 나타난 것과 같은 치명적인 문제가 내포된 것이다.

도 9를 참조하면, 그리드 패턴의 가로방향 직선형태의 미세 전극 홈(220), 즉, A에서 D방향과 B에서 C방향으로 형성된 미세 전극 홈(220)과 블레이드(400)의 진행방향이 동일한 것을 확인할 수 있다.

이 경우, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 블레이드(400)에 의해 수행되는 블레이딩(blading) 과정에서, 상기 A에서 D방향과 B에서 C방향으로 형성된 미세 전극 홈(220)의 내부에서는 상기 블레이드(400)가 상기 UV레진(200)의 표면에서 긁어낸 금속 화합물 잉크(500)가 충진되었던 금속 화합물 잉크(500)의 일부가 함께 상기 블레이드(400)에 의해 제거되는 문제가 있다.

그 결과로, 상기 UV레진(200)에 형성된 그리드 패턴 중, A에서 D방향과 B에서 C방향으로 형성된 미세 전극 홈(220)의 내부에서는 그 길이를 따라 서로 다른 두께로 금속 화합물 잉크(500)가 잔류하게 되면서 불안정한 전기적 특성이 발생하게 된고, 이러한 문제를 해결하고자 선행되었던 금속 화합물 잉크(500)의 코팅과 블레이딩 작업을 수차례에 걸쳐 수행해야만 했다.

그럼에도, A에서 D 방향과 B에서 C 방향으로 형성된 미세 전극 홈(220)의 내부로 충진된 금속 화합물 잉크(500)의 적층상태는 A에서 B 방향과 D에서 C 방향으로 형성된 미세 전극 홈(220)의 내부에 충진된 금속 화합물 잉크(500)의 적층상태보다 충분한 두께로 충진되기 어렵고, 소성과정 이후에도 불균일한 두께로 인하여 불안한 전기적 특성이 발생하게 된다.

이러한 문제로 인하여, 본 발명에서는 도 11 및 도 12에 도시된바 같이, 투명기재를 블레이드의 진행방향으로 위치시키는 어프로치단계(S120)와, 블레이드(400)를 이용해 상기 그리드 패턴의 홈으로 금속 화합물 잉크를 충진시키는 블레이딩단계(S130)을 포함한다.

상기 어프로치단계(S120)는 블레이드(400)가 상기 그리드 패턴의 일측 꼭짓점에서 대각관계에 있는 타측 꼭짓점을 향해 대각선 방향으로 진행하도록 상기 스테이지(stage)를 회전시켜 블레이딩(S130)을 준비하는 것으로, 도 9에 도시된 그리드 패턴을 회전시켜 도 12에 도시된 상태로 회전시킨 상태를 의미한다.

또한, 본 발명의 실시 예에서는 도 11에 도시된 바와 같이 그리드 패턴을 형성함에 있어, 전체가 사각형으로 형성된 그리드 패턴면에서 일측의 꼭짓점과 대각관계에 있는 타측 꼭짓점으로 향한 대각선들로 그리드 패턴이 형성하여서, 사각형의 어느 변에서든지 블레이드(400)가 진입하여도 그 진행 방향과 미세 전극 홈(220)이 형성된 방향이 서로 일치하지 않도록 구성될 수 있다.

반면, 도 9 도시된 것과 같은 형태의 그리드 패턴은 블레이드(400)의 진행방향과 그리드 패턴의 형태를 고려해 상기 스테이지(stage)를 회전시켜 어프로치단계(S120)를 수행할 수 있게 된다.

또한, 그리드 패턴면의 사각형 꼭짓점들 각각에서 또는 각 변에서 순서대로 블레이드(400)가 진입하면서 블레이딩이 이뤄지도록 하여 미세 전극 홈(210)으로 금속 화합물 잉크(500)를 보강 충진하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 어프로치단계(S120) 이후로 블레이딩단계(S130)가 수행되는데, 도 14 내지 도 15에 도시된 바와 같이, 상기 블레이드(400)의 진행방향을 고려하여 투명기재(100)의 위치가 조절되면서 준비되면, 블레이드(400)가 상기 UV레진(200)의 표면으로 진행해 코팅되었던 금속 화합물 잉크(500)를 긁어내면서 미세 전극 홈(210)의 내부에만 금속 화합물 잉크(500)가 남아 있도록 한다.

이때, 상기 블레이드(400)는 블레이딩하는 과정에서 상기 UV레진(200)층과 접촉하지 않도록 미세한 간극을 두고 진행할 수 있고, 필요에 따라 다수회로 진행될 수 있는 블레이딩 과정에서 상기 블레이드(400)와 UV레진(200)층과의 간극이 점차 감소하게 하여 블레이딩을 수행하도록 할 수 있다.

상기와 같은 블레이딩단계(S130)는 블레이드(400)가 직접 미세 전극 홈(210)과 접촉하지 않아 블레이딩 과정에서 블레이드(400)에 의한 변형이나 훼손을 방지할 수 있게 되고, 블레이드(400)가 미세 전극 홈(210)을 지나면서 둘 사이 공간에 있는 금속 화합물 잉크(500)를 가압하면서 지나게 되어, 미세 전극 홈(210) 내부로 충진된 금속 화합물 잉크(500)에 대한 다짐작용이 일어나면서 더욱 높은 밀도로 잉크를 충진시킬 수 있게 되는 것이다.

이러한 효과를 구현하기 위하여 본 발명의 실시 예에서는 도 13 내지 도 15에 도시된 바와 같이 그리드 패턴의 전체에서 블레이딩이 가능하도록 충분한 너비와 두께를 갖는 블레이드를 선택하되, 블레이드의 진행방향으로 기울어진 경사면이 구비된 블레이드를 선택하는 것이 바람직하다.

또한, 상기 블레이드(400)는 미세 전극 홈(210)의 선폭과 패턴의 형상 및 금속 화합물 잉크(500)가 가지고 있는 점도와 물성 등을 고려하여 진행방향으로 기울어진 상태에서 블레이딩을 수행하도록 할 수 있으며, 바람직하게는 45°이하의 기울기로 기울여 블레이딩을 수행하게 할 수 있다.

상기의 블레이딩단계(S130) 이후로는 히팅단계(S140)가 진행된다.

히팅단계(S140)는 상기 블레이딩단계(S130)를 통해 미세 전극 홈(210)의 내부로 충진된 금속 화합물 잉크(500)를 건조하여 고화시키는 것으로, 최종적으로는 전도성 패턴을 형성하는 단계이다.

상기 금속 화합물 잉크(500)의 건조는 100 내지 140℃의 온도에서 1분 내지 3분간 열풍을 가하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 110 내지 120℃의 온도 범위에서 수행될 수 있다.

이러한 온도 조건은 상기 내용에 한정되는 것은 아니고, 투명기재(100)와 금속 화합물 잉크(500)의 소재와 물성을 고려하여 선택한다.

상기 히팅단계(S140)를 통해 미세 전극 홈(210)에 충진되었던 금속 화합물 잉크(500)에서는 포함되었던 용매가 열에 의해 휘발 되면서 최초 충진되었던 상태보다 부피가 감소하게 된다.

결국, 미세 전극 홈(210)은 상기 금속 화합물 잉크(500)의 부피 감소로 인하여 내측이 주변보다 낮아지면서 턱이 생기는 이른바 테이퍼진 상태가 되고, 각 미세 전극 홈(210)에서 충진된 금속 화합물 잉크(500)의 두께는 각기 다르게 경화되면서 균일한 전기적 특성 구현에 어려움이 발생할 수 있게 된다.

따라서 미세 전극 홈(210)에 더 많은 잉크를 충진해야 하는데, 상기 금속 화합물 잉크(500)의 조성에 따라 히팅단계(S140) 이후의 부피감소는 다를 수 있고, 금속 화합물 잉크(500)의 조성에 따라서도 다르기 때문에 이러한 변수들을 모두 고려하여 잉크의 충진의 횟수와 히팅단계(S140)의 온도 범위를 선택해 제조할 수 있다.

상기와 같은 이유로 본 발명의 실시 예에서는, 상기 미세 전극 홈(210)으로 금속 화합물 잉크(500)를 최초로 충진한 이후, 전술한 코팅단계와 블레이딩 단계 및 히팅단계를 순차적으로 수회 반복하는 보강소성단계(S141)를 더 포함할 수 있다.

이때 상기 보상소성단계는 전술한 바와 같이, 상기 블레이드(400)가 블레이딩하는 과정에서 상기 UV레진(200)층과 접촉하지 않도록 미세한 간극을 두고 진행하되, 다수회로 진행될수록 상기 블레이드(400)와 UV레진(200)층과의 간극이 점차 감소하면서 블레이딩이 수행되도록 할 수 있으며, 도 9 도시된 것과 같은 형태의 그리드 패턴은 블레이드(400)의 진행방향과 그리드 패턴의 형태를 고려해 상기 스테이지(stage)를 회전시켜 상기 블레이드(400)가 그리드 패턴의 각 변에서 순서대로 블레이딩을 수행할 수 있도록 할 수 있으며, 또한, 도 11에서와 같이 블레이드(400)가 그리드 패턴면의 사각형 꼭짓점들 각각에서 진입하면서 블레이딩이 이뤄지도록 하여 미세 전극 홈(210)으로 형성된 패턴의 모든 방향에서 블레이딩 작업이 이루어져 미세 전극 홈(210)에서 금속 화합물 잉크(500)가 완충될 수 있도록 할 수 있다.

또한, 각 보강소성단계(S141)에서는 블레이딩 단계 이후로 히팅단계가 포함되어 있는바, 충진된 금속 화합물 잉크(500)가 신속하게 소성되면서 추가로 수행되는 블레이딩 과정에 의해 유실되는 것이 방지되는 한편, 이후로 더 보충된 금속 화합물 잉크(500)와 이미 충진된 금속 화합물 잉크(500)가 서로 고화될 수 있게 되면서 미세 전극 홈(210) 전체에서 균일한 전기적 특성 구현이 가능하게 한다.

상기 히팅단계(S140) 이후로는 클리닝단계(S150)가 진행된다.

상기 클리닝단계(S150)는 상기 블레이딩단계(S130)와 히팅단계(S140) 이후로 투명기재(100) 또는 UV레진(200)의 표면에 잔존하는 금속 화합물 잉크(500)와 이물질 제거가 수행되는 단계로서, 클리닝액이 침윤된 롤브러쉬(600)가 구동회전하면서 투명기재(100) 또는 UV레진(200)의 표면과 최소한으로 접촉하여 표면에 잔존하는 금속 화합물 잉크(500)와 이물질을 제거하게 된다.

상기 롤브러쉬(600)는 회전이 가능하면서 구동이 용이한 구조로 이루어지고, 지속적으로 클리닝 용액이 공급될 수 있도록 팬벨트와 같은 구조를 선택해 사용할 수 있으며, 일측에는 클리닝 용액이 저수된 용액함이 마련되어 상기 롤브러쉬가 상기 용액함을 통과하면서 클리닝 용액이 롤브러쉬에 지속적으로 공급될 수 있는 구조로 구성될 수 있다.

상기 클리닝 용액은 물, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 에탄올아민과 같은 알코올류, 에틸렌글리콜, 글리세린과 같은 글리콜류, 에틸아세테이트, 부틸 아세테이트, 카비톨아세테이트와 같은 아세테이트류, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산과 같은 에테르류, 메틸에틸케톤, 아세톤과 같은 케톤류, 헥산, 헵탄과 같은 탄화수소계, 벤젠, 톨루엔과 같은 방향족, 그리고 클로로포름이나 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드와 같은 할로겐 치환용매, 퍼플루오로카본과 같은 불소계 용매 또는 이들의 혼합용매 등을 사용 할 수 있다. 압력용기와 같은 가압상태에서는 저비점의 불소계 용제나 액화탄산가스 등도 사용가능하다. 본 발명은 클리닝 용액의 제조방법을 특별히 제한할 필요는 없으며, 본 발명의 목적에 부합되는 물성과 특징을 갖출 수 있는 것이라면 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다.

한편, 본 발명의 다른 실시 예에서는 상기 클리닝단계(S150) 이후로 최종 열처리단계(S160)를 더 포함할 수 있다.

상기 열처리단계(S160)는 클리닝단계(S150)를 마친 투명기재(100)를 IR건조기에 투입하여 100℃ 내지 120℃의 온도범위에서 1분 내지 3분의 동안 가열시켜 미세 전극 홈(210)에 충진된 금속 화합물 잉크(500)를 최종 소성시키고, 이 과정에서 모든 전극의 전기적 저항성을 균일하게 튜닝하면서 모든 제조공정을 마무리하게 된다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시 예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시 예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기판의 범위 내에 있는 것으로 본다.

100 : 투명기재 200 : UV 레진
210 : 미세 전극 홈 220 : 미세 전극 홈
300 : 몰드 400 : 블레이드
500 : 금속 화합물 잉크 600 : 브러쉬

Claims (15)

1 ㎛ 내지 3㎛ 선폭의 홈으로 이루어진 격자형태의 그리드 패턴을 투명기재에 형성하는 준비단계;
상기 투명기재의 그리드 패턴 상부를 금속 화합물 잉크로 코팅하는 코팅단계;
상기 그리드 패턴 위로 코팅된 금속 화합물 잉크를 100~150℃의 온도 열풍으로 8~10초간 가열하여 상기 홈에 충진된 금속 화합물 잉크의 경화를 유도하는 가경화단계;
상기 투명기재를 블레이드의 진행방향으로 위치시키되, 상기 블레이드에 의해 그리드 패턴의 일측 꼭짓점으로부터 대각관계에 있는 타측 꼭짓점까지 대각선 방향으로 블레이딩될 수 있도록 상기 투명기재의 위치를 조절하는 어프로치단계;
상기 블레이드를 이용해 상기 그리드 패턴의 홈으로 금속 화합물 잉크를 충진시키되, 상기 블레이드가 상기 투명기재와 소정의 간격으로 이격된 상태에서 상기 그리드 패턴의 가장자리에 위치한 일측의 꼭짓점으로부터 대각관계에 있는 타측의 꼭짓점을 향해 대각선 방향으로 진행하며 블레이딩이 이뤄지는 한편, 상기 그리드 패턴의 가장자리에 위치한 각 꼭짓점에서 순서대로 블레이딩이 시작되고, 상기 블레이드는 상기 투명기재와 45°이하로 기울어져 블레이딩되는 블레이딩단계;
상기 홈으로 충진된 금속 화합물 잉크의 소성을 위해 상기 투명기재를 가열하는 히팅단계;
상기 투명기재 표면에 잔류한 금속 화합물 잉크를 제거하는 클리닝단계;
상기 홈으로 충진된 금속 화합물 잉크의 전기적 저항성 향상을 위해 상기 투명기재를 100 내지 140℃의 온도에서 1분 내지 3분간 가열하는 열처리단계;
를 포함하되,
상기 히팅단계이후로 상기 홈으로 금속 화합물 잉크의 충진과 소성이 촉진되도록 코팅단계와 블레이딩 단계, 히팅단계가 순차적으로 이뤄지는 보강소성단계를 더 포함하고,
상기 클리닝단계는 클리닝액이 침윤된 롤브러쉬가 구동회전하면서 상기 투명기재 표면의 이물질과 잔류 금속화합물 잉크를 제거하며,
상기 금속 화합물 잉크는 은(Ag)을 포함한 금속 전구체이고, 상기 금속 화합물 잉크는 점성이 3000~5000 cp인 투명 전극 제조방법.

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