KR102355045B1 - 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법 - Google Patents

Abstract

포토레지스트를 사용하는 것 없이 펨토초레이저 가공을 이용한 다이렉트 패터닝 기법에 의해, 5㎛ 이하의 선폭으로 플렉서블한 특성을 갖는 대면적 투명전극을 제조할 수 있는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법에 대하여 개시한다.
본 발명에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법은 (a) 하드몰드 기판의 상면을 다이렉트 패터닝 방식의 펨토초레이저 가공 처리로 패터닝을 실시하여 미세 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 미세 패턴이 형성된 하드몰드 기판의 상면을 덮는 UV 레진층을 형성한 후, 상기 UV 레진층 상에 플렉서블 기판을 부착하는 단계; (c) 상기 UV 레진층 및 플렉서블 기판을 하드몰드 기판으로부터 분리시켜, 상기 하드몰드 기판의 미세 패턴에 의해 전사되는 UV 레진 패턴을 갖는 플렉서블 기판을 수득하는 단계; (d) 상기 UV 레진 패턴이 형성된 플렉서블 기판 상에 금속 잉크층을 형성한 후, 상기 금속 잉크층의 일부 두께를 제거하여 UV 레진 패턴을 노출시키는 단계; 및 (e) 상기 노출된 UV 레진 패턴을 제거하여 투명전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법{MANUFACTURING METHOD OF TRANSPARENT ELECTRODE USING FEMTOSECOND LASER PROCESSING}

본 발명은 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 포토레지스트를 사용하는 것 없이 펨토초레이저 가공을 이용한 다이렉트 패터닝 기법에 의해, 5㎛ 이하의 선폭으로 플렉서블한 특성을 갖는 대면적 투명전극을 제조할 수 있는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법에 관한 것이다.

4차 산업 혁명과 함께 디스플레이 분야에서 플렉서블, 폴더블, 스트레처블 등을 기반으로 한 투명 디스플레이가 차세대 디스플레이로 매우 빠르게 부상하고 있다.

현재, 투명 전극 마켓(Transparent Conductor Market)은 평판 디스플레이 위주의 시장으로 형성되어 있으나, 플렉서블 디스플레이, 투명 디스플레이, 폴더블 디스플레이 등의 신 시장으로 용도가 확대되고 있다.

이를 위해, 투명 디스플레이용 투명 소자뿐만 아니라, 이를 연결하고 구현할 투명 전극 또한 매우 중요한 요소로 각광받고 있지만, 현재 상용화되거나 개발 중인 투명 전극은 다음과 같은 장벽에 가로 막혀 상용화의 걸림돌이 되고 있다.

기존 스크린 및 터치 패널에서 사용되는 ITO 투명 전극은 금속을 미세하게 패널에 입히는 방식으로 제작되며, 금속의 고유 특성상 투과율이 0에 가깝다는 한계를 극복하기 힘들다. 이에 따라, 다양한 방식에 의해 제작되고는 있지만, 고전도도의 요구시 여전히 낮은 투과율을 나타내고 있다.

현재의 투명 전극은 비정질 물질의 특성상 휘거나 굽혀질 경우 깨지는 단점이 있고, 높은 표면 저항으로 대면적 센서를 구현할 수 없기 때문에 플렉서블 디스플레이나 대면적 센서를 구현하는데 한계를 갖는다.

금속 메쉬형 투명 전극 기술은 크게 두 가지로 분류 할 수 있는데, 인쇄전자기술과 포토레지스트(PR) 혹은 드라이필름(DFR)을 이용한 포토리소그래피(Photo lithography) 공정으로 나눌 수 있다. 인쇄 전자 기술의 경우, 잉크 및 제판과 인쇄물이 롤 프린팅 기법을 통해 5 ~ 30㎛ 급의 패턴을 형성하는 그라비아(Gravure), 그라비아 옵셋(Gravure-offset), 스크린 프린팅(Screen printing)등의 방식이다.

포토리소그래피(Photo Lithography) 공정 기술은 포토레지스트(PR) 또는 드라이필름(DFR) 등의 감광성 재료를 이용하여 노광 및 현상 공정을 통해 기본 패턴을 형성 후 진공 증착 장치를 통해 금속 전극을 증착한 후 필요 없는 부분을 제거하는 에칭 공정을 통해 원하는 패턴을 제조하는 방식이다.

직접 미세 패턴 전극을 구현하는 방식인 그라비아 및 그라비아 옵셋의 경우 고해상도 및 미세 패턴 전극 구현에 한계가 있으며, 균일성 및 정밀성 부분에 약점이 있다.

아울러, 포토리소그래피(Photo Lithography) 공정 기술을 활용한 미세 패턴 제작 공정의 경우에는 서브 마이크론(Sub-micron)급의 정교한 미세 패턴을 제작하는 것이 가능하며, 패턴의 균일성과 정밀도를 가지나 노광, 현상, 에칭 등의 추가 공정이 필요한 고가의 제작 방식이다.

이에 대한 대안으로, 최근에는 몰드를 임프린팅(Imprinting) 공정을 적용하여 메탈 메쉬 전극을 개발하는 연구가 활발히 진행되고 있으나, 정밀한 미세 패턴을 형성하기 위해서는 고 정밀 하드 몰드 패터닝 기술이 확보되어야 한다.

이를 위해, 본 발명에서는 저 공정, 대면적 공정을 위해 어떤 마스킹이나 추가 공정이 필요하지 않은 펨토초레이저 가공을 이용한 하드 몰드 패터닝 기술을 개발하고자 한다.

관련 선행 문헌으로는 대한민국 공개특허공보 제10-2019-0136249호(2019.12.10. 공개)가 있으며, 상기 문헌에는 초미세 패턴 및 그 제조 방법이 기재되어 있다.

본 발명의 목적은 포토레지스트를 사용하는 것 없이 펨토초레이저 가공을 이용한 다이렉트 패터닝 기법에 의해, 5㎛ 이하의 선폭으로 플렉서블한 특성을 갖는 대면적 투명전극을 제조할 수 있는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법은 (a) 하드몰드 기판의 상면을 다이렉트 패터닝 방식의 펨토초레이저 가공 처리로 패터닝을 실시하여 미세 패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 미세 패턴이 형성된 하드몰드 기판의 상면을 덮는 UV 레진층을 형성한 후, 상기 UV 레진층 상에 플렉서블 기판을 부착하는 단계; (c) 상기 UV 레진층 및 플렉서블 기판을 하드몰드 기판으로부터 분리시켜, 상기 하드몰드 기판의 미세 패턴에 의해 전사되는 UV 레진 패턴을 갖는 플렉서블 기판을 수득하는 단계; (d) 상기 UV 레진 패턴이 형성된 플렉서블 기판 상에 금속 잉크층을 형성한 후, 상기 금속 잉크층의 일부 두께를 제거하여 UV 레진 패턴을 노출시키는 단계; 및 (e) 상기 노출된 UV 레진 패턴을 제거하여 투명전극을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 (a) 단계에서, 상기 하드몰드 기판은 실리콘(Si), 사파이어(sapphire), 유리(Glass) 및 석영(quartz) 중 어느 하나를 포함한다.

또한, 상기 (a) 단계에서, 상기 펨토초레이저 가공 처리는 0.1nm ~ 1㎛의 빔 사이즈를 갖는 펨토초레이저를 5 ~ 500mm/sec의 가공속도로 조사하는 것이 바람직하다.

상기 (a) 단계에서, 상기 미세 패턴은 상기 펨토초레이저 가공 처리를 이용한 다이렉트 패터닝 방식으로 형성한다.

아울러, 상기 (a) 단계에서, 상기 미세 패턴은 사각형, 줄무늬, 삼각형, 마름모 및 오각형 중 어느 하나의 형상을 갖는다.

이때, 상기 미세 패턴의 선폭은 0.5 ~ 5㎛로 형성하고, 상기 미세 패턴의 선 간격은 50㎛ ~ 1mm로 형성하는 것이 바람직하다.

상기 (b) 단계에서, 상기 플렉서블 기판은 PDMS(Polydimethylsiloxane), 폴리이미드(polyimide), 폴리실라잔(Polysilazane), 초박판 유리, 초박판 플라스틱, 초박판 사파이어 및 초박판 석영 중 어느 하나를 포함한다.

또한, 상기 (b) 단계에서, 상기 플렉서블 기판은 10㎛ ~ 10mm의 두께를 갖는다.

상기 (c) 단계에서, 상기 기판 분리는 습식 에칭법, 건식 에칭법 및 레이저 에칭법 중 어느 하나를 이용한다.

상기 (d) 단계에서, 상기 금속 잉크층은 나노와이어 및 나노파티클 구조를 갖는 전도성 금속 잉크 재질이 이용된다.

상기 전도성 금속 잉크는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 구리(Cu) 중 1종 이상의 금속을 포함한다.

상기 (e) 단계에서, 상기 투명전극은 상기 미세 패턴과 동일한 형상을 갖는다.

아울러, 상기 투명전극은 사각형, 줄무늬, 삼각형, 마름모 및 오각형 중 어느 하나의 형상을 갖는다.

또한, 상기 투명전극은 0.5 ~ 5㎛의 선폭을 갖고, 상기 투명전극은 50㎛ ~ 1mm의 선 간격을 갖는다.

본 발명에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법은 다이렉트 패터닝 방법이 가능한 펨토초레이저 가공을 이용하여 어떠한 마스크 없이 대면적 기판에 패터닝을 실시하여 미세 패턴을 형성하고, 플렉서블 기판에 전사시킨 UV 레진 패턴을 이용하여 투명전극을 형성하는 것을 통하여 고유연성 및 고투광성을 가지면서 저저항 특성을 확보할 수 있다.

이 결과, 본 발명에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법은 노광 및 현상 기술이 필요 없는 저가형 친환경 공정으로 투명전극을 제조하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 연속 생산이 가능하여 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 방법으로 제조되는 투명전극은 Ag 페이스트 기반의 고전도성의 금속 잉크 재질로 이루어지므로, 5㎛ 이하의 초미세 선폭으로 구현시 매우 높은 전도도의 구현이 가능할 뿐만 아니라, 단순 공정으로 제조가 가능하여 제조 단가를 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 펨토초레이저 가공을 이용하는 것에 의해 대면적 기판에 초미세 패턴을 구현하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 고정밀 하드 몰드 기판을 기반으로 초미세 선폭을 갖는 투명전극을 형성하는 것이 가능하므로, 터치패널, 디스플레이 패널의 투명전극으로 사용할 시 모아레 현상 및 시인성을 크게 개선할 수 있게 된다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법을 나타낸 공정 단면도.
도 8은 도 1의 하드몰드 기판에 형성된 미세 패턴을 나타낸 평면도.
도 9는 하드몰드 기판에 형성된 미세 패턴의 변형예들을 나타낸 평면도.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 투명전극을 설명하기 위한 모식도.
도 11 및 도 12는 실시예 1에 따라 제조된 투명전극을 촬영하여 나타낸 광학현미경 사진.
도 13 및 도 14는 실시예 2에 따라 제조된 투명전극을 촬영하여 나타낸 광학현미경 사진.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성요소를 지칭한다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1 내지 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 하드몰드 기판(50) 상에 펨토초레이저 가공 장치를 장착시킨다.

여기서, 하드몰드 기판(50)은 플레이트 형상을 가질 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이때, 하드몰드 기판(50)은 실리콘(Si), 사파이어(sapphire), 유리(Glass) 및 석영(quartz) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

다음으로, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 하드몰드 기판(50)의 상면을 다이렉트 패터닝 방식의 펨토초레이저 가공 처리로 패터닝을 실시하여 미세 패턴(30)을 형성한다.

종래에 따른 2 ~ 10㎛의 초미세 패터닝 형성 방법은 기판 상의 ITO 등의 투명 금속 상에 다양한 포토레지스트(감광막)를 사용하여 마스킹을 실시한 후에 건식 에칭을 통한 패터닝을 실시하여 투명 전극을 형성하는 것이 이용되었다. 그러나, 이러한 방법은 최소 3 ~ 4차례의 포토레지스트를 마스크로 사용하는 패터닝 공정을 진행해야 하므로, 제조 공정이 매우 복잡하고 제조 비용이 많이 소요되는 문제가 있었다.

또한, 이러한 건식 에칭 방법은 건식 에칭 장비들의 에칭 챔버 크기에 의존하게 된다. 이러한 의존성 때문에 6인치 이상의 기판에 2 ~ 10㎛의 선폭으로 초미세 패터닝을 제작하기는 불가능하였다.

반면, 펨토초레이저를 이용한 패터닝 형성 방법은 포토레지스트(감광막, PR)에 의한 마스크가 필요 없이, 펨토초레이저에 의해 바로 패터닝이 가능하다. 그리고, 펨초토레이저의 아주 극초단 펄스에 의해, 기판의 재료에 영향을 받지 않아 어떠한 재료든 기판으로 사용이 가능하다. 또한, 크기의 의존성 없이 제작이 가능하여, 대면적을 위한 패터닝 기판의 제작이 가능하다.

즉, 본 발명에서는 펨토초레이저 가공 장치로부터 조사되는 펨토초레이저(L)를 하드몰드 기판(50)에 선택적으로 조사하는 펨토초레이저 가공 처리를 이용한 다이렉트 패터닝 방식으로 하드몰드 기판(50)의 일부만을 선택적으로 제거하는 것에 의해 미세 패턴(30)이 형성된다. 이에 따라, 미세 패턴(30)은, 단면 상으로 볼 때, 요철 구조로 이루어질 수 있다.

이와 같이, 본 발명은 펨토초레이저 가공을 이용한 1-스텝(1-step) 레이저 가공법을 이용하여 5㎛ 이하의 초미세 패터닝을 통하여 고정밀의 미세 패턴(30)이 형성된 하드몰드 기판(50)을 제조하는 것이 가능하다.

이러한 펨토초레이저(L)의 출력 파워는 0.1 ~ 40%의 출력 파워를 사용할 수 있다. 아울러, 펨토초레이저(L)의 빔 노출시간은 0.5 ~ 10sec의 범위로 실시하는 것이 바람직하다.

특히, 본 단계에서, 펨토초레이저 가공 처리는 0.1nm ~ 1㎛의 빔 사이즈를 갖는 펨토초레이저(L)를 5 ~ 500mm/sec의 가공속도로 조사하는 것이 바람직하다. 이와 같이, 0.1nm ~ 1㎛의 빔 사이즈를 갖는 펨토초 레이저(L)를 조사하게 되면, 미세 패턴(30) 주변의 크랙이나 열화현상 없이 안정적으로 하드몰드 기판(50)을 가공하는 것이 가능해질 수 있다.

또한, 펨토초레이저(L)의 가공속도가 5mm/sec을 미만일 경우에는 공정 시간 및 비용만을 상승시키는 요인으로 작용할 수 있다. 반대로, 펨토초레이저(L)의 가공속도가 500mm/sec을 초과할 경우에는 원하는 형태의 미세 패턴(30)을 가공하는데 어려움이 따를 수 있으므로, 바람직하지 못하다.

한편, 도 8은 도 1의 하드몰드 기판에 형성된 미세 패턴을 나타낸 평면도이고, 도 9는 하드몰드 기판에 형성된 미세 패턴의 변형예들을 나타낸 평면도로, 도 1와 연계하여 설명하도록 한다.

도 1 및 도 8에 도시된 바와 같이, 하드몰드 기판(50)에 형성된 미세 패턴(30)은 복수개가 일정한 간격으로 이격 배치되는 줄무늬 형상을 가질 수 있다. 여기서, 복수의 미세 패턴(30) 각각의 선폭(w)은 실질적으로 동일한 크기로 형성될 수 있다.

이러한 미세 패턴(30)의 선폭(w)은 0.5 ~ 5㎛로 형성하고, 미세 패턴(30)의 선 간격(d)은 50㎛ ~ 1mm로 형성하는 것이 바람직한데, 이는 미세 패턴(30)의 선폭(w) 및 선 간격(d)이 상기의 범위를 벗어나게 되면, 후술하는 투명전극의 전도도, 투명도 및 유연성에 악영향을 미칠 수 있기 때문이다.

특히, 미세 패턴(30)의 선폭(w)은 후속 공정으로 형성되는 투명전극의 선 폭과 실질적으로 동일한 크기를 갖게 된다. 따라서, 초미세 패터닝 구현을 위해, 미세 패턴(30)의 선폭(w)은 5㎛ 이하, 보다 바람직하게는 0.5 ~ 5㎛의 범위로 형성하는 것이다.

또한, 도 1 및 도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 하드몰드 기판(50)에 형성된 미세 패턴(30)은 복수개가 일정한 간격으로 이격 배치되는 줄무늬 형상을 가질 수 있다. 다만, 도 8에 도시된 미세 패턴과 달리, 복수의 미세 패턴(30)의 선 폭(w) 상호 간이 규칙적 또는 불규칙적으로 상이한 크기로 형성될 수 있다.

아울러, 도 1 및 도 9의 (b) 및 (c)에 도시된 바와 같이, 하드몰드 기판(50)에 형성된 미세 패턴(30)은 사각형 및 삼각형 형상을 가질 수 있다.

즉, 도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 미세 패턴(30)은 가로 방향 및 세로 방향을 따라 교차 배열되는 매트릭스 구조의 사각형 형상을 가질 수 있다.

또한, 도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 미세 패턴(30)은 가로 방향, 세로 방향 및 대각선 방향을 따라 교차 배열되는 삼각형 형상을 가질 수 있다. 이외에도, 도면으로 상세히 도시하지는 않았지만, 미세 패턴(30)은 마름모, 오각형 등 다양한 형상을 가질 수도 있다.

이와 같이, 본 발명의 미세 패턴(30)은 다양한 형상으로 설계될 수 있다. 아울러, 본 발명은 펨토초레이저 가공을 이용하는 것에 소면적부터 대면적에 이르기까지 다양한 크기의 하드몰드 기판(50)에 패터닝을 수행하는 것이 가능하다. 구체적으로, 패터닝 가능 면적은 가로 5mm ~ 500cm 및 세로 5mm ~ 500cm일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 미세 패턴(30)이 형성된 하드몰드 기판(50)의 상면을 덮는 UV 레진층(120)을 형성한 후, UV 레진층(120) 상에 플렉서블 기판(110)을 부착한다.

여기서, 플렉서블 기판(110)을 부착하기 전에 UV 레진층(120)에 UV를 조사하여 경화시키는 과정이 더 포함될 수도 잇다.

플렉서블 기판(110)은 PDMS(Polydimethylsiloxane), 폴리이미드(polyimide), 폴리실라잔(Polysilazane), 초박판 유리, 초박판 플라스틱, 초박판 사파이어 및 초박판 석영 중 어느 하나를 포함할 수 있다.

이를 위해, 플렉서블 기판(110)은 10㎛ ~ 10mm의 두께를 갖는 것이 바람직하다. 플렉서블 기판(110)의 두께가 10㎛ 미만일 경우에는 그 두께가 너무 얇아 작업 핸들링에 어려움이 따를 수 있다. 반대로, 플렉서블 기판(110)의 두께가 10mm를 초과할 경우에는 과도한 두께 설계로 인하여 유연성이 저하될 우려가 있다.

다음으로, 도 4에 도시된 바와 같이, UV 레진층(도 3의 120) 및 플렉서블 기판(110)을 하드몰드 기판(도 3의 50)으로부터 분리시켜, 하드몰드 기판의 미세 패턴(도 3의 30)에 의해 전사되는 UV 레진 패턴(125)을 갖는 플렉서블 기판(110)을 수득한다.

본 단계에서, 하드몰드 기판으로부터 UV 레진층 및 플렉서블 기판(110)을 분리하는 것에 의해, 하드몰드 기판의 미세 패턴과 대칭 구조를 갖는 UV 레진 패턴(125)이 플렉시블 기판(110) 상에 전사된다.

이때, 기판 분리는 습식 에칭법, 건식 에칭법 및 레이저 에칭법 중 어느 하나를 이용할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이, UV 레진 패턴(125)이 형성된 플렉서블 기판(110) 상에 금속 잉크층(130)을 형성한다.

여기서, 금속 잉크층(130)은 나노와이어 및 나노파티클 구조를 갖는 고 전도성 금속 잉크 재질이 이용된다. 이를 위해, 전도성 금속 잉크는 알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 구리(Cu) 중 1종 이상의 금속을 포함한다. 이때, 금속 잉크층(130)으로는 Ag 나노와이어 및 Ag 나노파티클(페이스트)이 혼합된 것을 이용하는 것이 보다 바람직하다.

다음으로, 도 6에 도시된 바와 같이, 금속 잉크층(130)의 일부 두께를 제거하여 UV 레진 패턴(125)을 노출시킨다. 이에 따라, 금속 잉크층(130)은 UV 레진 패턴(125)과 실질적으로 동일한 높이를 갖는다.

도 7에 도시된 바와 같이, 노출된 UV 레진 패턴(도 6의 125)을 제거하여 고전도성 금속 잉크 재질로 이루어진 투명전극(135)을 형성한다.

본 단계에서, UV 레진 패턴이 제거되는 것에 의해 플렉서블 기판(110)의 상면 일부가 외부로 노출된다.

이에 따라, 투명전극(135)은 미세 패턴(도 2의 30)과 실질적으로 동일한 형상을 갖는다. 즉, 투명전극(135)은 사각형, 줄무늬, 삼각형, 마름모 및 오각형 중 어느 하나의 형상을 갖는다.

아울러, 투명전극(135)은 0.5 ~ 5㎛의 선폭 및 50㎛ ~ 1mm의 선 간격을 갖는다. 투명 전극(135)의 선폭이 0.5㎛ 미만일 경우에는 유연성 및 투명성을 증가시키나 선 폭이 너무 얇은 관계로 저항이 증가하는 문제가 있다. 반대로, 투명전극(135)의 선폭이 5㎛를 초과할 경우에는 투명도 및 유연성을 저하시키는 문제가 있다.

또한, 투명전극(135)의 선 간격이 50㎛ 미만일 경우에는 투명전극(135)의 전도도는 증가시킬 수 있으나 투명성을 감소시킬 우려가 크다. 반대로, 투명전극(135)의 선 간격이 1mm를 초과할 경우에는 투명도 및 유연성 확보는 가능하나 전도도가 감소하는 어려움이 따를 수 있다.

한편, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조된 투명전극을 설명하기 위한 모식도이다.

도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 투명전극(135)은 플렉서블 기판(110) 상에 배치된다. 여기서, 투명전극(135)은 매트릭스 배열 구조의 사각형 형상을 가질 수 있다.

이때, 본 발명에서는 포토레지스트를 사용하는 것 없이 펨토초레이저 가공을 이용한 다이렉트 패터닝 기법에 의해, 5㎛ 이하의 선폭으로 플렉서블한 특성을 갖는 대면적 투명전극(135)을 제조할 수 있게 된다.

이와 같이, 본 발명의 투명전극(135)은 플렉서블 기판(110) 상에 배치되며, 초미세 패터닝에 의해 5㎛ 이하의 선폭을 갖는 메탈 메쉬형 전극 구조를 갖는 것에 의해 고 투명도 및 고 유연성을 확보할 수 있게 된다. 아울러, 본 발명의 투명전극(135)은 고전도성의 금속 잉크 재질로 형성되므로, 저 저항 확보가 가능하다.

지금까지 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법은 다이렉트 패터닝 방법이 가능한 펨토초레이저 가공을 이용하여 어떠한 마스크 없이 대면적 기판에 패터닝을 실시하여 미세 패턴을 형성하고, 플렉서블 기판에 전사시킨 UV 레진 패턴을 이용하여 투명전극을 형성하는 것을 통하여 고유연성 및 고투광성을 가지면서 저저항 특성을 확보할 수 있다.

이 결과, 본 발명의 실시예에 따른 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법은 노광 및 현상 기술이 필요 없는 저가형 친환경 공정으로 투명전극을 제조하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 연속 생산이 가능하여 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

아울러, 본 발명의 실시예에 따른 방법으로 제조되는 투명전극은 Ag 페이스트 기반의 고전도성의 금속 잉크 재질로 이루어지므로, 5㎛ 이하의 초미세 선폭으로 구현시 매우 높은 전도도의 구현이 가능할 뿐만 아니라, 단순 공정으로 제조가 가능하여 제조 단가를 현저히 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 펨토초레이저 가공을 이용하는 것에 의해 대면적 기판에 초미세 패턴을 구현하는 것이 가능할 뿐만 아니라, 고정밀 하드 몰드 기판을 기반으로 초미세 선폭을 갖는 투명전극을 형성하는 것이 가능하므로, 터치패널, 디스플레이 패널의 투명전극으로 사용할 시 모아레 현상 및 시인성을 크게 개선할 수 있게 된다.

실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 작용을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명의 바람직한 예시로 제시된 것이며 어떠한 의미로도 이에 의해 본 발명이 제한되는 것으로 해석될 수는 없다.

여기에 기재되지 않은 내용은 이 기술 분야에서 숙련된 자이면 충분히 기술적으로 유추할 수 있는 것이므로 그 설명을 생략하기로 한다.

1. 투명전극 제조

실시예 1

440㎛ 두께의 Si 몰드 기판 상에 펨토초레이저 가공 장치를 배치시킨 후, 0.2 ㎛의 빔 사이즈를 갖는 펨토초레이저를 50mm/sec의 가공속도로 조사하는 펨토초레이저 가공 처리로 패터닝을 실시하여 2.45㎛의 선폭 및 108.6㎛의 선 간격을 갖는 줄무늬 형상의 미세 패턴을 형성하였다.

다음으로, 미세 패턴이 형성된 Si 몰드 기판의 상면을 덮는 UV 레진층을 형성한 후, UV 레진층 상에 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기판을 부착하였다.

다음으로, UV 레진층 및 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기판을 Si 몰드 기판으로부터 분리시켜, Si 몰드 기판의 미세 패턴에 의해 전사되는 UV 레진 패턴을 갖는 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기판을 수득하였다.

다음으로, UV 레진 패턴이 형성된 PDMS(Polydimethylsiloxane) 기판 상에 Ag 나노와이어 및 Ag 페이스트가 혼합된 금속 잉크를 도포하여 금속 잉크층을 형성한 후, 금속 잉크층의 일부 두께를 제거하여 UV 레진 패턴을 노출시켰다.

다음으로, 노출된 UV 레진 패턴을 제거하여 2.497㎛의 선폭 및 108.5㎛의 선 간격을 갖는 줄무늬 형상의 투명전극을 제조하였다.

실시예 2

440㎛ 두께의 Si 몰드 기판 상에 펨토초레이저 가공 장치를 배치시킨 후, 0.5㎛의 빔 사이즈를 갖는 펨토초레이저를 150mm/sec의 가공속도로 조사하는 펨토초레이저 가공 처리로 패터닝을 실시하여 2.576㎛의 선폭 및 220.2㎛의 선 간격을 갖는 매트릭스 형상의 미세 패턴을 형성하였다.

다음으로, 미세 패턴이 형성된 Si 몰드 기판의 상면을 덮는 UV 레진층을 형성한 후, UV 레진층 상에 폴리이미드 기판을 부착하였다.

다음으로, UV 레진층 및 폴리이미드 기판을 Si 몰드 기판으로부터 분리시켜, Si 몰드 기판의 미세 패턴에 의해 전사되는 UV 레진 패턴을 갖는 폴리이미드 기판을 수득하였다.

다음으로, UV 레진 패턴이 형성된 폴리이미드 기판 상에 Ag 나노와이어 및 Ag 페이스트가 혼합된 금속 잉크를 도포하여 금속 잉크층을 형성한 후, 금속 잉크층의 일부 두께를 제거하여 UV 레진 패턴을 노출시켰다.

다음으로, 노출된 UV 레진 패턴을 제거하여 2.6㎛의 선폭 및 220.2㎛의 선 간격을 갖는 매트릭스 형상의 투명전극을 제조하였다.

비교예 1

440㎛ 두께의 Si 몰드 기판 상에 펨토초레이저 가공 장치를 배치시킨 후, 2㎛의 빔 사이즈를 갖는 펨토초레이저를 300mm/sec의 가공속도로 조사하는 펨토초레이저 가공 처리로 패터닝을 실시하여 10.326㎛의 선폭 및 378.65㎛의 선 간격을 갖는 줄무늬 형상의 미세 패턴을 형성하였다.

다음으로, 미세 패턴이 형성된 Si 몰드 기판의 상면을 덮는 UV 레진층을 형성한 후, UV 레진층 상에 폴리이미드 기판을 부착하였다.

다음으로, UV 레진층 및 폴리이미드 기판을 Si 몰드 기판으로부터 분리시켜, Si 몰드 기판의 미세 패턴에 의해 전사되는 UV 레진 패턴을 갖는 폴리이미드 기판을 수득하였다.

다음으로, UV 레진 패턴이 형성된 폴리이미드 기판 상에 Ag 나노와이어 및 Ag 페이스트가 혼합된 금속 잉크를 도포하여 금속 잉크층을 형성한 후, 금속 잉크층의 일부 두께를 제거하여 UV 레진 패턴을 노출시켰다.

다음으로, 노출된 UV 레진 패턴을 제거하여 10.3㎛의 선폭 및 378.6㎛의 선 간격을 갖는 줄무늬 형상의 투명전극을 제조하였다.

2. 광학현미경 관찰

도 11 및 도 12는 실시예 1에 따라 제조된 투명전극을 촬영하여 나타낸 광학현미경 사진이고, 도 13 및 도 14는 실시예 2에 따라 제조된 투명전극을 촬영하여 나타낸 광학현미경 사진이다.

도 11 및 도 12에 도시된 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 투명전극은 줄무늬 형상으로 형성된 것을 확인할 수 있다. 실시예 1에 따라 제조된 투명전극은 2.497㎛의 선폭 및 108.5㎛의 선 간격으로 형성된 것을 알 수 있다.

또한, 도 13 및 도 14에 도시된 바와 같이, 실시예 2에 따라 제조된 투명전극은 매트릭스 형태의 사각형 형상으로 형성된 것을 확인할 수 있다. 실시예 2에 따라 제조된 투명전극은 2.6㎛의 선폭 및 220.2㎛의 선 간격을 갖는 것을 알 수 있다.

3. 물성 평가

표 1은 실시예 1 ~ 2 및 비교예 1에 따라 제조된 투명전극에 대한 물성 평가 결과를 나타낸 것이다.

[표 1]

표 1에 도시된 바와 같이, 실시예 1 ~ 2에 라 제조된 투명전극은 목표값에 해당하는 550 nm에서의 투과도 85% 이상 및 면저항 10Ω/square 이하를 나타내는 것을 확인하였다.

반면, 비교예 1에 따라 제조된 투명전극은 면저항이 38.5Ω/square로 측정되었고, 투과율은 48.4%로 측정되어 목표값을 만족하지 못하였다.

이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 이러한 변경과 변형은 본 발명이 제공하는 기술 사상의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명에 속한다고 할 수 있다. 따라서 본 발명의 권리범위는 이하에 기재되는 청구범위에 의해 판단되어야 할 것이다.

30 : 미세 패턴
50 : 하드몰드 기판
110 : 플렉서블 기판
120 : UV 레진층
125 : UV 레진 패턴
130 : 금속 잉크층
135 : 투명전극

Claims (15)

1. (a) 하드몰드 기판의 상면을 다이렉트 패터닝 방식의 펨토초레이저 가공 처리로 패터닝을 실시하여 미세 패턴을 형성하는 단계;
   (b) 상기 미세 패턴이 형성된 하드몰드 기판의 상면을 덮는 UV 레진층을 형성한 후, 상기 UV 레진층 상에 플렉서블 기판을 부착하는 단계;
   (c) 상기 UV 레진층 및 플렉서블 기판을 하드몰드 기판으로부터 분리시켜, 상기 하드몰드 기판의 미세 패턴에 의해 전사되는 UV 레진 패턴을 갖는 플렉서블 기판을 수득하는 단계;
   (d) 상기 UV 레진 패턴이 형성된 플렉서블 기판 상에 금속 잉크층을 형성한 후, 상기 금속 잉크층의 일부 두께를 제거하여 UV 레진 패턴을 노출시키는 단계; 및
   (e) 상기 노출된 UV 레진 패턴을 제거하여 투명전극을 형성하는 단계;를 포함하며,
   상기 (a) 단계에서, 상기 펨토초레이저 가공 처리는 0.1nm ~ 1㎛의 빔 사이즈를 갖는 펨토초레이저를 5 ~ 500mm/sec의 가공속도로 조사하고,
   상기 (a) 단계에서, 상기 미세 패턴은 펨토초레이저 가공 장치로부터 조사되는 펨토초레이저를 상기 하드몰드 기판에 선택적으로 조사하는 상기 펨토초레이저 가공 처리를 이용한 다이렉트 패터닝 방식으로 상기 하드몰드 기판의 일부만을 선택적으로 제거하는 것에 의해 형성되고,
   상기 (e) 단계에서, 상기 투명전극은 상기 미세 패턴과 동일한 형상을 갖되, 상기 투명전극은 사각형, 줄무늬, 삼각형, 마름모 및 오각형 중 어느 하나의 형상을 가지며, 상기 투명전극은 0.5 ~ 5㎛의 선폭을 갖고, 상기 투명전극은 50㎛ ~ 1mm의 선 간격을 가지며,
   상기 투명 전극은 550nm에서의 투과도 85% 이상 및 면저항 10Ω/square 이하를 갖는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 (a) 단계에서,
   상기 하드몰드 기판은
   실리콘(Si), 사파이어(sapphire), 유리(Glass) 및 석영(quartz) 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
   
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5. 제1항에 있어서,
   상기 (a) 단계에서,
   상기 미세 패턴은
   사각형, 줄무늬, 삼각형, 마름모 및 오각형 중 어느 하나의 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 미세 패턴의 선폭은 0.5 ~ 5㎛로 형성하고,
   상기 미세 패턴의 선 간격은 50㎛ ~ 1mm로 형성하는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서,
   상기 플렉서블 기판은
   PDMS(Polydimethylsiloxane), 폴리이미드(polyimide), 폴리실라잔(Polysilazane), 초박판 유리, 초박판 플라스틱, 초박판 사파이어 및 초박판 석영 중 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 (b) 단계에서,
   상기 플렉서블 기판은
   10㎛ ~ 10mm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
   
9. 제1항에 있어서,
   상기 (c) 단계에서,
   상기 기판 분리는
   습식 에칭법, 건식 에칭법 및 레이저 에칭법 중 어느 하나를 이용하는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
   
10. 제1항에 있어서,
    상기 (d) 단계에서,
    상기 금속 잉크층은
    나노와이어 및 나노파티클 구조를 갖는 전도성 금속 잉크 재질이 이용되는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 전도성 금속 잉크는
    알루미늄(Al), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt) 및 구리(Cu) 중 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 펨토초레이저 가공을 이용한 투명전극 제조 방법.
    
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