KR20060047146A - 감광성 도체 그린 시트 - Google Patents

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KR20060047146A
KR20060047146A KR1020040092997A KR20040092997A KR20060047146A KR 20060047146 A KR20060047146 A KR 20060047146A KR 1020040092997 A KR1020040092997 A KR 1020040092997A KR 20040092997 A KR20040092997 A KR 20040092997A KR 20060047146 A KR20060047146 A KR 20060047146A
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photosensitive conductor
photosensitive
conductor green
sio
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이범욱
신상욱
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삼성에스디아이 주식회사
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Abstract

본 발명은 감광성 도체 그린 시트에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 지지체 필름, 감광성 도체층, 및 보호 필름을 포함하는 감광성 도체 그린 시트에 있어서, 상기 감광성 도체층이 나노 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 생산성이 향상되며, 고가의 인쇄 스크린을 사용하지 않기 때문에 경제적이며, 또한 필름으로 되어 있는 관계로 클린-룸을 오염시키는 문제도 해결할 수 있는 감광성 도체 그린 시트를 제공할 수 있으며, 도체층이 나노 입자를 포함함으로써 도체층 내의 유기 고형분 함량을 적게 할 수가 있어서 소성 전 막 두께가 상대적으로 작아지므로 노광 감도가 향상되고, 특히 소성시 두께 수축률이 작아지므로, 결과적으로 에지컬이 최소화됨으로써 전극의 주요 특성 중의 하나인 내전압 특성이 향상될 수 있다.
감광성 도체 그린 시트, 나노 입자

Description

감광성 도체 그린 시트{Photosensitive conductive green sheet}
도 1은 감광성 페이스트를 이용하여 전극 패턴을 형성하는 종래기술의 공정도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트의 단면도를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3은 감광성 도체 그린 시트를 이용하여 전극을 형성하는 공정도를 개략적으로 도시한 도면이다.
<도면 부호에 대한 간단한 설명>
11, 31: 기판 12: 인쇄 스크린
13: 감광성 페이스트 14: 스퀴즈 (squeeze)
15: 건조된 막 16, 32: 포토마스크
17, 35: 현상 후 패턴된 막 18, 36: 소성된 막
21: 보호 필름 22, 33: 감광성 도체층
23: 지지체 필름 34: 롤러
본 발명은 지지체 필름, 감광성 도체층, 및 보호 필름을 포함하는 감광성 도체 그린 시트에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 상기 감광성 도체층이 나노 입자를 포함함으로써, 생산성이 향상되고, 경제적으로 저렴하며, 클린-룸 (clean-room)을 오염시키는 문제점도 해결할 수 있으며, 노광 감도가 우수하고 내전압 특성이 향상된 도전막 패턴을 제공할 수 있는 감광성 도체 그린 시트에 관한 것이다.
최근, 디스플레이 장치들에 있어서, 대형화, 고밀도화, 고정밀화, 및 고신뢰성의 요구가 높아짐에 따라, 여러 가지 패턴 가공 기술의 개발이 이루어지고 있으며, 또한 이러한 다양한 패턴 가공 기술에 적합한 각종의 미세 전극 형성용 조성물에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.
종래에 PDP 등의 디스플레이 패널, 또는 집적 회로 등의 기판 표면에 소정의 전극 패턴을 형성하는 방법으로는, 일반적으로 스크린 인쇄법을 이용한 패터닝 방법이 사용되어 왔다. 그러나, 종래의 스크린 인쇄법은 고도의 숙련도를 요하고, 스크린에 의한 정밀도가 떨어지기 때문에 고정밀도의 대화면 패턴을 얻기가 힘들다는 단점이 있었으며, 인쇄시 스크린에 의한 단락 또는 단선이 발생될 수 있고, 해상도 (resolution)에 한계가 있어서 미세 패턴의 전극을 형성하는데 제한을 받는다는 문제점이 있었다.
따라서, 최근에는 대면적에 적합한 고정밀의 전극회로를 형성하기 위하여 감광성 페이스트를 이용한 포토리소그래피법이 개발되었다. 도 1에는 이러한 감광성 페이스트를 이용한 포토리소그래피법의 공정도가 개략적으로 도시되어 있으며, 도 1을 참조하면, 이는 감광성 페이스트를 인쇄 스크린에 도포하는 공정, 유리 등의 기판에 스퀴즈를 이용하여 전면 인쇄하는 공정, 건조 공정, 포토마스크가 부착된 자외선 노광 장치를 이용한 노광 공정, 포토마스크로 차광되어 미경화된 부분을 소정의 현상액으로 현상하는 공정, 및 경화되어 남아 있는 막을 소정의 온도로 소성하는 공정에 의해서 전극 패턴이 완성된다.
그러나, 감광성 페이스트를 이용하여 전극을 형성하는 경우에는, 인쇄 공정에서 수작업으로 페이스트를 인쇄 스크린에 도포하여야 하기 때문에, 시간과 노동력을 필요로 하고, 일정 횟수 인쇄한 후에는 고가의 인쇄 스크린을 새것으로 교체하여야 하며, 또한 감광성 페이스트를 인쇄 스크린 등으로부터 제거 및 세정 등의 처리를 하는 과정에서 건조된 페이스트 입자들이 클린-룸을 오염시키는 문제가 발생 한다는 문제점이 있다. 더욱이, 기존 감광성 페이스트를 사용하게 되면 공정 자동화가 불가능해서, 전극 패턴을 연속적으로 생산할 수 있다는 문제점이 있다.
종래에, 감광성 페이스트를 이용한 전극 패턴 형성의 문제점에도 불구하고, 이러한 방법이 사용될 수 밖에 없었던 이유는 현재까지 공정 특성에 알맞는 감광성 도체 그린 시트가 상품화되어 있지 않기 때문이다.
미국 특허 제6,558,874호에서는 상기와 같은 감광성 페이스트의 문제점을 극복하고자 감광성 도체 그린 시트를 제공하고자 하였으나, 상기 감광성 도체 그린 시트는 감광성 도체층을 구성하는 성분 중 유기 고형분의 성분 비율이 너무 높아서 감광성 도체층의 두께가 10 ㎛ 이상으로 형성되고, 이와 같은 감광성 도체 그린 시트를 전극 형성에 이용하는 경우에는 노광 감도가 떨어지고 언더-컷 및 두께 수축율이 크게 발생하기 때문에 결과적으로 에지컬 현상이 매우 심하여, 내전압 특성이 떨어진다는 문제점이 있었다.
따라서, 본 발명은 상기 종래기술에 따른 문제점들을 해결하기 위해서, 자동 투입 장치를 이용한 작업이 가능하기 때문에 인력 소모를 줄일 수 있고, 인-라인화가 가능하여 연속적으로 생산할 수 있어서 생산성이 향상되며, 고가의 인쇄 스크린을 사용하지 않기 때문에 경제적이며, 또한 필름으로 되어 있는 관계로 클린-룸을 오염시키는 문제도 해결할 수 있는 감광성 도체 그린 시트를 제공하고자 한다. 또한 본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트는 도체층이 얇기 때문에 노광 감도가 우수하며 소성시의 두께 수축률이 작고, 결과적으로 에지컬이 최소화됨으로써 전극의 주요 특성 중의 하나인 내전압 특성이 향상될 수 있다.
본 발명의 일 구현예는 상기 기술적 과제를 달성하기 위하여,
지지체 필름, 감광성 도체층, 및 보호 필름을 포함하는 감광성 도체 그린 시트에 있어서, 상기 감광성 도체층이 나노 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트를 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 구현예에서는 상기 감광성 도체 그린 시트를 이용하여 제조된 전극을 제공한다.
이하, 본 발명에 대하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트는, 지지체 필름, 감광성 도체층, 및 보호 필름을 포함하는 감광성 도체 그린 시트에 있어서, 상기 감광성 도체층이 나 노 입자를 함유하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트를 사용할 경우에, 생산성이 향상되고, 경제적으로 저렴하며, 클린-룸 (clean-room)을 오염시키는 문제점도 해결할 수 있으며, 노광 감도가 우수하고, 내전압 특성이 향상된 도전막 패턴을 제공할 수 있다.
도 2에는, 본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트의 단면도가 도시되어 있다. 본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트는 도 2에 도시된 바와 같이, 지지체 필름 (23), 감광성 도체층 (22), 및 보호 필름 (21)의 3개층을 포함하며, 이는 지지체 필름 (23) 상에 감광성 페이스트를 도포하고, 소정의 건조 공정을 거쳐서 감광성 도체층 (22)을 형성한 다음, 그 위에 보호 필름 (21)을 형성시킴으로써 제조될 수 있다.
상기 보호 필름 (21)은 감광성 도체층에 먼지가 부착되거나 취급시 손상을 방지하는 보호막의 역할을 하며, 점착성의 감광성 도전층을 서로 붙지 않고 굴대에 감아둘 수 있게 함으로써, 감광성 도체 그린 시트의 제조 및 운성에 있어서 중요한 역할을 한다. 이러한 보호 필름은 알맞는 탄성을 갖고 있어서 감광성 도체 그린 시트를 기판에 부착하는 경우에 공기 혼합의 방지 및 보호 필름을 벗겨내는 공정에서 보호 필름이 처지는 현상을 방지할 수 있어야 한다. 또한, 표면 평활성이 우수하여 돌기 등의 표면 굴곡이 없어야 하고, 감광성 도전 페이스트에 대한 내약품성을 지니고 있어야 한다. 상기와 같은 특성들을 만족시키기 위해서는, 보호 필름의 두께는 10 내지 50 ㎛인 것이 바람직하며, 그 재질은 폴리에틸렌 필름과 같은 폴리 올레핀 필름, 폴리에스테르 필름, 또는 변형된 폴리에스테르 필름인 것이 바람직하다.
상기 지지체 필름 (23)은 감광성 도체 그린 시트를 제조하는데 있어서, 지지체 역할을 할 수 있는 탄성을 지니고 있으면서, 또한 감광성 도체 그린 시트 제조 후 굴대에 감아서 보관할 수 있을 정도의 유연성을 지닌 것이어야 한다. 더불어, 표면 평활성이 우수하여 돌기 등의 표면 굴곡이 없어야 하고, 감광성 도전 페이스트에 대한 내약품성을 지니고 있어야 한다. 상기와 같은 특성들을 만족시키기 위해서는, 지지체 필름의 두께는 10 내지 50 ㎛인 것이 바람직하며, 그 재질은 폴리에스테르 필름 또는 변형된 폴리에스테르 필름인 것이 바람직하다.
상기 감광성 도체층 (22)은 감광성 페이스트를 상기 지지체 필름 (23) 상에 인쇄 및 건조시킴으로써 형성될 수 있는데, 이때 감광성 도체층 (22)의 두께는 5 내지 8 ㎛인 것이 바람직하다. 감광성 도체층의 두께가 5 ㎛ 미만인 경우에는 소성후 전극이 제대로 형성되지 않는다는 문제점이 있어서 바람직하지 않고, 8 ㎛를 초과하는 경우에는 노광 감도가 떨어지고, 에지컬이 크게 발생된다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
특히, 종래기술에 따른 감광성 도체 그린 시트들은 이러한 감광성 도체층을 형성하기 위한 페이스트 중의 유기 고형분의 성분 비율이 매우 높아서 결과물인 감광성 도체층의 두께가 모두 10 ㎛를 초과하게 되는데, 이러한 도체 그린 시트를 이용하여 전극 패턴을 형성하는 경우에는 노광 감도가 떨어지고, 에지컬 현상이 매우 심화되고, 결과적으로 내전압 특성이 악화된다는 문제점이 있다.
본 발명에서는 감광성 페이스트의 점도를 만족시키면서 고형분의 함량을 줄이는 방법으로서 소성시 분해되지 않는 미세한 나노 입자의 무기물을 소량 첨가하는 방안을 채택하였다. 즉, 감광성 페이스트에 이러한 나노 크기의 분말을 첨가하게 되면 나노 입자의 비표면적이 매우 크기 때문에 소량 첨가되어도 감광성 페이스트의 점도를 크게 상승시키는 효과가 있다는 점을 고려한 것이다. 달리 말하면, 나노 입자를 소량 첨가하는 것에 의해서 유기 바인더의 함량을 줄일 수 있게 되고 건조된 도체층의 막이 얇게 됨으로써 노광감도가 우수하게 되고 소성시 수축율을 최소화할 수 있고, 이로 인해서 소성후 전극의 에지컬 현상이 최소화되어, 내전압 특성이 향상된다.
감광성 도체층 (22)을 형성하기 위한 감광성 페이스트는 알카리 수용액에 현상가능하며, 도전성 분말 50 내지 75 중량%, 나노 입자 0.1 내지 10.0 중량%, 무기질계 바인더 0.1 내지 5.0 중량%, 및 비클 (vehicle) 10 내지 40 중량%를 포함한다. 감광성 도체층 (22)을 형성하는데 사용되는 감광성 페이스트의 구성 성분들을 상세하게 설명하면 하기와 같다.
먼저, 도전성 분말은 소성시 소결 (sintering)됨으로써 소성막에 도전성을 부여하는 역할을 하는 것으로서, 은, 금, 동, 알루미늄, 니켈 또는 이들의 합금들을 사용할 수 있으나, 가격 및 입자 제조성 등을 고려할 때, 은 성분이 바람직하다. 입자의 외형은 충진율이나 자외선 투과성 등을 고려할 때 구형인 것이 바람직하며, 평균 입경은 0.1 내지 5.0 ㎛인 것이 바람직하다.
도전성 분말의 평균 입경이 5.0 ㎛를 초과하게 되면 소성 막 패턴의 직진성 이 불량하고, 소성 막의 치밀성이 떨어져서 저항이 높아진다는 문제점이 있으며, 평균입경이 0.1 ㎛ 미만인 경우에는 페이스트의 분산성 및 노광 감도가 불량해지는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
상기 감광성 페이스트 조성물 중 상기 도전성 분말의 함량은, 50 내지 80 중량%인 것이 바람직한데, 함량이 50 중량% 미만인 경우에는 소성시 도전막의 선폭 수축이 심하고, 단선이 발생될 수 있으며, 함량이 80 중량%를 초과하는 경우에는 인쇄성 불량 및 감도 저하에 의해서 원하는 선폭의 패턴을 얻을 수 없다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
상기 나노 입자로는, 도전성을 갖는 은 (Ag), 금 (Au), 동 (Cu), 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 이들의 합금, 또는 도전성이 없는 실리카, 알루미나, 또는 무기질계 바인더로 사용되는 유리 (glass)가 사용될 수 있다. 본 발명의 나노 입자들은 상기 도전성 분말과 동일하거나 상이한 재질을 갖는 것일 수 있으며, 입자의 외형은 비표면적이나 자외선 투과 등을 고려할 때 구형이 바람직하다.
나노 입자의 평균 입경은 1 내지 100 nm인 것이 적합한데, 평균 입경이 100 nm를 초과하게 되면 페이스트의 점도 상승 효과가 미약하고, 평균 입경이 1 nm 미만이 되면 페이스트의 분산성 및 점도 상승이 급격해서 점도 조절이 어려운 문제가 있어 바람직하지 않다.
상기 감광성 페이스트 조성물 중, 상기 나노 입자의 함량은 0.1 내지 10.0 중량%가 바람직한데, 함량이 0.1 중량% 미만인 경우에는 페이스트의 점도 상승 효 과가 미약하고, 함량이 10.0 중량%를 초과하면 점도가 높아 인쇄성이 불량해지고 노광 감도가 떨어지는 문제가 발생하기 때문에 바람직하지 못하다.
상기 감광성 페이스트 조성물은 또한 무기질계 바인더를 포함하며, 상기 무기질계 바인더는 소성 공정에서 도전성 분말의 소결 (sintering) 특성을 향상시키며, 또한 도전막과 유리 기판 사이에 접착력을 부여하는 역할을 한다. 상기 무기질계 바인더로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2 O3계, PbO-SiO2-B2O3-ZnO계, PbO-SiO2-B2O3-BaO계, PbO-SiO2-ZnO-BaO계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계, ZnO-K2O-B2O3-SiO2-BaO계, Bi2 O3-SiO2계, Bi2O3-B2O3-SiO 2계, Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO계, 및 Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO-ZnO계로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것이 사용될 수 있다. 무기질계 바인더의 입자 외형은 특별히 한정되지 않으나, 구형일수록 좋고, 평균 입경은 5.0 ㎛ 미만인 것이 바람직하다. 평균 입경이 5.0 ㎛를 초과하는 경우에는 소성막이 불균일하고 직진성이 나빠진다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
또한, 상기 무기질계 바인더의 연화 온도 (softening temperature)는 400 ℃ 내지 소성 공정에서의 소성 온도 이하인 것이 바람직하다. 연화 온도가 400 ℃ 미만인 경우에는 소성시 페이스트 조성물이 전극 주변으로 흘러 내려 퍼져버리거나, 유기물 분해를 방해하게 되며, 연화 온도가 소성 온도를 초과하는 경우에는 연화가 제대로 일어나지 않는 문제점이 있어서 바람직하지 않다. 또한, 무기질계 바인더의 열팽창 계수는 전극이 형성되는 기판의 열팽창 계수에 가까운 것일 수록 좋은 데, 이는 무기질계 바인더와 기판과의 열팽창 계수 차이가 크게 되면 유리 기판이 휘거나 깨어질 수 있기 때문이다.
감광성 페이스트 중 무기질계 바인더의 함량은 0.5 내지 5.0 중량%인 것이 바람직하며, 함량이 0.5 중량% 미만인 경우에는 도전막과 유리 기판 사이의 접착력이 저하되어 후공정을 거치는 과정에서 도전막이 떨어지는 문제점이 발생하고, 함량이 5.0 중량%를 초과하는 경우에는 도전막의 저항이 증가하는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
감광성 페이스트 조성물은 또한 비클을 포함하며, 감광성 페이스트 중 비클의 함량은 10 중량% 내지 40 중량%인 것이 바람직하다. 비클의 함량이 10 중량%에 미달되는 경우에는 페이스트의 인쇄성 불량 및 노광 감도 저하의 문제점이 있으며, 40 중량%를 초과하는 경우에는 상대적으로 도전성 분말의 함량비가 낮게 되어, 소성 시에 도전막의 선폭 수축이 심하고, 단선이 발생되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
상기 비클은, 유기 바인더, 가교제, 광개시제, 용매, 및 기타 첨가제를 포함한다.
현상 공정에서 알카리 수용액을 현상액으로 사용하는 경우에, 유기 바인더는 산성기를 포함하는 것을 사용한다. 이러한 유기 바인더로는 여러 가지 종류의 고분자가 사용될 수 있는데, 그 중 아크릴계 수지가 가격 및 특성 면에서 가장 적합하다. 아크릴계 수지 내에 산성기를 갖게 하기 위해서는 카르복실기를 갖는 모노머를 이용할 수 있으며, 따라서 본 발명에 따른 유기 바인더로서 카르복실기를 갖 는 모노머와 다른 1개 이상의 모노머들과의 공중합체를 사용할 수 있다. 카르복실기를 갖는 모노머는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산, 말레인산, 비닐초산 및 이들의 무수물로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것이 바람직하며, 이러한 카르복실기를 갖는 모노머와 공중합되는 다른 모노머는 메틸아크릴레이트, 메틸메타크릴레이트, 에틸아크릴레이트, 에틸메타크릴레이트, n-부틸아크릴레이트, n-부틸메타크릴레이트, 이소부틸아크릴레이트, 이소부틸메타크릴레이트, 2-히드록시에틸아크릴레이트, 2-히드록시에틸메타크릴레이트, 에틸렌글리콜모노메틸에테르아크릴레이트, 및 에틸렌글리콜모노메틸에테르메타크릴레이트, 스티렌, p-히드록시스티렌으로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것이 바람직하다.
또한, 유기 바인더로는 상기 공중합체의 카르복실기와 에틸렌성 불포화 화합물을 반응시킴으로써, 결과적으로 바인더 내에 가교 반응을 일으킬 성분이 부가된 것을 이용할 수도 있다. 상기 에틸렌성 불포화 화합물로는 글리시딜메타크릴레이트, 3,4-에폭시시클로헥실메틸메타크릴레이트, 및 3,4-에폭시시클로헥실메틸아크릴레이트로 이루어진 군으로부터 선택된 것이 사용될 수 있다.
더 나아가, 유기 바인더로는 상기 공중합체들을 단독으로 사용할 수도 있으나, 막 레벨링이나 요변 특성 향상 등의 목적으로 셀룰로오즈, 히드록시메틸셀룰로오즈, 히드록시에틸셀룰로오즈, 카르복시메틸셀룰로오즈, 카르복시에틸셀룰로오즈, 및 카르복시에틸메틸셀룰로오즈로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상의 물질을 혼합하여 사용할 수도 있다.
유기 바인더의 함량은 첨가되는 도전성 분말의 함량, 증점제의 첨가 여부 및 그 함량 등에 의해서 결정되는데, 일반적으로 감광성 페이스트 조성물 중 4.0 중량% 내지 6.0 중량%인 것이 바람직하다. 유기 바인더의 함량이 상기 범위 미만인 경우에는 점도 및 인쇄성 저하라는 문제점이 있어서 바람직하지 않고, 함량이 상기 범위를 초과하는 경우에는 건조 막 두께가 커지고, 이로 인해서 소성시 수축율이 증가하게 되어 에지-컬이 증가하게 된다는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
가교제로는 단관능 및 다관능 모노머가 이용될 수 있는데, 일반적으로는 노광 감도가 좋은 다관능 모노머를 이용한다. 이러한 다관능 모노머로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 에틸렌 글리콜 디아크릴레이트(EGDA)와 같은 디아크릴레이트계; 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(TMPTA), 트리메틸올프로판에톡시레이트트리아크릴레이트(TMPEOTA), 또는 펜타에리스리톨트리아크릴레이트(PETA)와 같은 트리아크릴레이트계; 테트라메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 또는 펜타에리스리톨테트라아크릴레이트와 같은 테트라아크릴레이트계; 디펜타에리스리톨 헥사아크릴레이트(DPHA)와 같은 헥사아크릴레이트계로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것이 사용될 수 있다. 상기 가교제의 함량은 상기 유기 바인더 100 중량부에 대해서 20 내지 150 중량부인 것이 바람직한데, 가교제의 함량이 20 중량부 미만인 경우에는 가교 반응이 불충분하여 현상시 패턴이 불량해지며, 함량이 150 중량부를 초과하는 경우에는 현상시 패턴 모양이 깨끗하지 않고, 또한 고형분 함량의 증가 원인이 되어 에지-컬이 발생되므로 바람직하지 않다.
광개시제는 자외선을 받으면 분해되어 라디칼을 형성하고, 이러한 라디칼들 이 가교제를 공격하여 가교제가 가교 반응을 일으키도록 하는 역할을 하며, 이에 제한되는 것은 아니지만, 벤조페논, o-벤조일벤조산메틸, 4,4-비스(디메틸아민)벤조페논, 4,4-비스(디에틸아미노)벤조페논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐-2-페닐아세토페논, 2-메틸-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸포스핀옥사이드, 및 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)페닐포스핀옥사이드로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것이 사용될 수 있다. 상기 광개시제의 함량은 상기 유기 바인더 100 중량부에 대해서 2 내지 75 중량부인 것이 바람직한데, 광개시제의 함량이 2 중량부 미만인 경우에는 페이스트의 노광 감도가 떨어져서 원하는 크기의 소성막 선폭을 얻을 수가 없고, 75 중량부를 초과하는 경우에는 비노광부가 현상이 되지 않거나, 고형분 함량이 증가하여 에지-컬이 발생되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
상기 용매로는, 유기 바인더 및 광개시제를 용해시킬 수 있고, 가교제 및 기타 첨가제와 잘 혼합되면서 비등점이 150℃ 이상인 것이 사용될 수 있다. 비등점이 150℃ 미만인 경우에는 조성물의 제조 과정, 특히 3-롤 밀 공정에서 휘발되는 경향이 커서 문제가 되며, 또한 인쇄시 용매가 너무 빨리 휘발되어 인쇄 상태가 좋지 않게 되므로 바람직하지 않다. 상기 조건을 충족시킬 수 있는 바람직한 용매로는, 이에 제한되는 것은 아니지만, 에틸카비톨, 부틸카비톨, 에틸카비톨아세테이트, 부틸카비톨아세테이트, 텍사놀, 테르핀유, 디프로필렌글리콜메틸에테르, 디프로필렌글리콜에틸에테르, 디프로필렌글리콜모노메틸에테르아세테이트, γ-부티로락 톤, 셀로솔브아세테이트, 부틸셀로솔브아세테이트, 및 트리프로필렌글리콜로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것이 사용될 수 있다. 상기 용매의 함량은 유기 바인더 100 중량부에 대해서 200 내지 600 중량부인 것이 바람직한데, 용매의 함량이 200 중량부 미만인 경우에는 페이스트의 점도가 너무 높아 인쇄가 제대로 안되는 문제점이 있어서 바람직하지 않고, 600 중량부를 초과하는 경우에는 점도가 너무 낮아서 인쇄를 할 수 없는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
또한, 상기 비클은 감도를 향상시키는 증감제, 조성물의 보존성을 향상시키는 중합금지제 및 산화방지제, 해상도를 향상시키는 자외선 흡광제, 조성물 내의 기포를 줄여 주는 소포제, 분산성을 향상시키는 분산제, 인쇄시 막의 평탄성을 향상시키는 레벨링제, 및 요변 특성을 부여하는 가소제 등과 같은 첨가제를 더 포함할 수도 있다. 이들 첨가제는 반드시 사용되어야 하는 물질은 아니고, 필요에 따라서 사용 여부가 결정될 수 있는 것들이며, 건조 막 두께를 증가시키는 작용을 할 수 있으므로, 사용시에는 최소량만을 사용하는 것이 바람직하다.
일반적으로 감광성 도체층 (22)을 형성하는 감광성 페이스트는 인쇄성을 고려하여 적당한 점도를 갖는 페이스트를 사용한다. 감광성 페이스트의 점도는 주로 비클 내 유기 바인더의 함량과 증점제에 의해서 결정되는데, 페이스트의 점도를 만족시키면서 유기 바인더의 함량을 줄이는 방법의 하나로서 유기 바인더의 분자량을 증가시키는 것을 고려해 볼 수도 있으나, 통상적으로 유기 바인더의 평균 중량 분자량이 50,000 g/mol 이상이 되면 인쇄성 및 현상성이 불량해지기 때문에 이러한 방법에는 한계가 있다. 또한, 증점제의 경우에도 점도를 올릴 수 있는 범위가 한 정되고, 증점제 자체도 고형분으로 남기 때문에 역시 사용하는데 한계가 있다.
상기 감광성 페이스트 조성물은 하기와 같은 방법으로 제조될 수 있다. 먼저, 유기 바인더, 가교제, 광개시제, 용매, 및 기타 첨가제를 함께 혼합하고 교반함으로써 비클을 제조한다. 이어서, 무기질계 바인더, 도전성 분말 및 나노 입자를 PLM (Planetary Mixer)와 같은 혼합기에 넣고 교반하면서, 상기에서 제조된 비클을 서서히 투입하여 혼합한다. 혼합된 페이스트는 3-롤 밀 (3-roll mill)을 이용하여 기계적으로 혼합한다. 이어서, 필터링을 통해서 입경이 큰 입자들 및 먼지 등의 불순물울 제거하고, 마지막으로 탈포 장치를 통하여 페이스트 내의 기포를 제거함으로써 감광성 페이스트 조성물을 제조할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트를 제조하기 위해서는, 상기 방법에 의해서 제조된 감광성 페이스트 조성물을 지지체 필름 상에 스크린 프린팅법 등에 의해서 인쇄하고, 건조 장치를 사용하여 건조시킴으로써 감광성 도체층을 제조한 다음, 최종적으로 건조된 감광성 도체층 위에 보호 필름을 라미네이션시킴으로써 제조할 수 있다.
본 발명의 다른 구현예에서는 상기 서술한 감광성 도체 그린 시트를 이용하여 제조된 전극을 제공한다. 본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트를 이용하여 전극을 제조하는 방법은 하기와 같다.
먼저, 라미네이터를 이용하여 상기 제조된 감광성 도체 그린 시트의 보호 필름을 벗겨 내면서, 감광성 도체층을 라미네이터의 가열 롤러를 이용하여 기판에 라미네이션시킨다. 라미네이션 공정을 마친 기판은 그 온도가 상온으로 내려갈 수 있도록 일정 시간 방치된다. 이어서, 포토마스크가 부착된 자외선 노광 장치를 이용하여 노광하고, 현상액을 노즐을 통하여 분사함으로써 미노광된 부분을 현상하여 제거하고, 소성로를 이용하여 소성함으로써 전극을 제조할 수 있게 된다.
도 3에는 감광성 도체 그린 시트를 이용하여 라미네이팅, 노광, 현상, 및 소성 과정을 거침으로써 전극을 형성하는 과정이 개략적으로 도시되어 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 더욱 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 실시예로 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1. 감광성 페이스트 조성물의 제조
도전성 분말 (Ag 분말, 구형, 비표면적 0.75 m2/g, 평균 입경 1.5㎛) 67.5 중량%, 나노 분말 (Ag 분말, 구형, 평균 입경 40 nm) 2.5 중량%, 유리 프릿 (무정형, 평균 입경 1.6 ㎛, 최대 입경 3.7 ㎛, PbO-SiO2-B2O3-ZnO-BaO계) 3.0 중량%, 유기 바인더 (분자량 15,000 g/mol, 산가 110 mg KOH/g의 poly(MMA-co-MAA) 4.8 중량%, 가교제로서 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 2.0 중량% 및 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트 1.0 중량%, 광개시제로서 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논 0.5 중량%, 및 용매로서 텍사놀 18.7 중량%를 교반기에 의해서 교반한 후, 3-롤 밀을 이용하여 반죽함으로써 본 발명에 따른 감광성 페이스트 조성물을 제조하였다. 상기 조성물의 제조에 있어서는 유기 바인더, 광개시제, 가교제 및 용매를 먼저 배합하여 비클을 제조한 후, 유리 프릿, 도전성 분말, 및 나노 입자를 첨가하였다.
실시예 2. 감광성 페이스트 조성물의 제조
제1 도전성 분말 (Ag 분말, 구형, 비표면적 0.75 m2/g, 평균 입경 1.5㎛) 69.0 중량%, 나노 분말 (실리카, 구형, 평균 입경 8 nm) 1.0 중량%, 유리 프릿 (무정형, 평균 입경 1.6 ㎛, 최대 입경 3.7 ㎛, PbO-SiO2-B2O3계) 3.0 중량%, 유기 바인더 (분자량 15,000 g/mol, 산가 110 mg KOH/g의 poly(MMA-co-MAA) 4.5 중량%, 가교제로서 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트 2.0 중량% 및 펜타에리스리톨 테트라아크릴레이트 1.0 중량%, 광개시제로서 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리노페닐)-1-부타논 0.5 중량%, 및 용매로서 텍사놀 19.0 중량%를 배합하여 교반기에 의해서 교반한 후, 3-롤 밀을 이용하여 반죽함으로써 본 발명에 따른 감광성 페이스트 조성물을 제조하였다. 상기 조성물의 제조에 있어서는 유기 바인더, 광개시제, 가교제 및 용매를 먼저 배합하여 비클을 제조한 후, 유리 프릿 및 도전성 분말들을 첨가하였다.
실시예 3. 감광성 도체 그린 시트의 제조
상기 실시예 1로부터 제조된 감광성 페이스트 조성물을 20 ㎛ 두께의 PET 필름에 SUS #325 스크린을 이용하여 인쇄법에 의해서 인쇄한 후, IR 건조 장치를 이용하여 85 ℃에서 15분간 건조시켜 막 두께 5.5 ㎛의 감광성 도체층을 형성하였다. 건조된 감광성 도체층 위에 막 두께 20 ㎛의 PE 필름으로 라미네이터를 이용하여 보호필름을 형성함으로써 감광성 도체 그린 시트를 제조하였다.
실시예 4. 감광성 도체 그린 시트의 제조
상기 실시예 2로부터 제조된 감광성 페이스트 조성물을 이용하여 실시예 3과 동일한 방법으로 5.8 ㎛ 두께의 감광성 도체층을 갖는 감광성 도체 그린 시트를 제조하였다.
실시예 5. 전극 제조
실시예 3으로부터 제조된 감광성 도체 그린 시트를 사용하여 하기와 같은 방법으로 전극을 제조하였다. 먼저, 인쇄하고자 하는 유리 기판 (PD 200, Asahi glass, 10 x 10cm)을 세정 및 건조시켜 준비한 다음, 라미네이터를 이용하여 실시예 3에 따른 감광성 도체 그린 시트의 보호 필름을 벗겨 내면서, 감광성 도체층을 라미네이터 속도 1.0 m/min, 온도 100 ℃, 가열 롤러 압력 50 psi로 하여 기판에 라미네이션시켰다. 라미네이션 공정을 마친 기판은 15분 동안 방치하여 온도가 상온으로 내려가게 한 다음, 포토 마스크 및 자외선 노광 장치를 이용하여 350 mJ/cm2로 노광하였다. 노광 후 기판에 대해서 40 ℃의 0.4 중량% 탄산나트륨 수용액을 노즐을 통해서 1.2 kgf/cm2의 분사 압력으로 20초간 분사시켜 줌으로써 미노광된 부위를 현상하여 제거하였다. 현상 후 패턴화된 감광성 도전층은 550 ℃의 소성로에서 30분 동안 방치하여 소성시킴으로써 소성막 두께가 4 ㎛인 패턴 전극을 제조하였다.
실시예 6. 전극 제조
실시예 4로부터 제조된 감광성 도체 그린 시트를 사용하여 실시예 5와 동일 한 방법으로 소성막 두께가 4.3 ㎛인 패턴 전극을 제조하였다.
본 발명에 따르면, 생산성이 향상되며, 고가의 인쇄 스크린을 사용하지 않기 때문에 경제적이며, 또한 필름으로 되어 있는 관계로 클린-룸을 오염시키는 문제도 해결할 수 있는 감광성 도체 그린 시트를 제공할 수 있으며, 또한 본 발명에 따른 감광성 도체 그린 시트는 도체층이 얇기 때문에 노광 감도가 우수하며 소성시의 두께 수축률이 작고, 결과적으로 에지컬이 최소화됨으로써 전극의 주요 특성 중의 하나인 내전압 특성이 향상될 수 있다.

Claims (19)

  1. 지지체 필름, 감광성 도체층, 및 보호 필름을 포함하는 감광성 도체 그린 시트에 있어서, 상기 감광성 도체층이 나노 입자를 함유하는 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 나노 입자는, 도전성을 갖는 은 (Ag), 금 (Au), 동 (Cu), 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 이들의 합금, 또는 도전성이 없는 실리카, 알루미나, 또는 무기질계 바인더로 사용되는 유리 (glass)인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 나노 입자의 외형은 구형인 것을 특징으로 하는 감광 성 도체 그린 시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 나노 입자의 평균 입경은 1 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 감광성 도체층의 두께는 5 내지 8 ㎛인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  6. 제1항에 있어서, 상기 보호 필름의 두께는 10 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  7. 제1항에 있어서, 상기 보호 필름은 폴리올레핀 필름, 폴리에스테르 필름, 또는 변형된 폴리에스테르 필름인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  8. 제1항에 있어서, 상기 지지체 필름의 두께는 10 내지 50 ㎛인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  9. 제1항에 있어서, 상기 지지체 필름은 폴리에스테르 필름 또는 변형된 폴리에스테르 필름인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  10. 제1항에 있어서, 상기 감광성 도체층은 도전성 분말 50 내지 75 중량%, 나노 입자 0.1 내지 10.0 중량%, 무기질계 바인더 0.1 내지 5.0 중량%, 및 비클 (vehicle) 10 내지 40 중량%를 포함하는 감광성 페이스트 조성물로부터 제조되는 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  11. 제10항에 있어서, 상기 도전성 분말은 은, 금, 동, 알루미늄, 니켈 또는 이들의 합금들로 이루어진 군으로부터 선택된 것으로서, 입자 외형은 구형이고, 평균 입경은 0.1 내지 5.0 ㎛인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  12. 제10항에 있어서, 상기 나노 입자는, 도전성을 갖는 은 (Ag), 금 (Au), 동 (Cu), 백금 (Pt), 팔라듐 (Pd), 알루미늄 (Al), 니켈 (Ni), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 또는 이들의 합금, 또는 도전성이 없는 실리카, 알루미나, 또는 무기질계 바인더로 사용되는 유리 (glass)인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  13. 제10항에 있어서, 상기 나노 입자의 평균 입경은 1 내지 100 nm인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  14. 제10항에 있어서, 상기 나노 입자는 상기 도전성 분말과 동일한 재질을 갖는 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  15. 제10항에 있어서, 상기 나노 입자는 상기 도전성 분말과 상이한 재질을 갖는 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  16. 제10항에 있어서, 상기 무기질계 바인더는 PbO-SiO2계, PbO-SiO2-B2O 3계, PbO-SiO2-B2O3-ZnO계, PbO-SiO2-B2O3 -BaO계, PbO-SiO2-ZnO-BaO계, ZnO-SiO2계, ZnO-B2O3-SiO2계, ZnO-K2O-B2O3-SiO 2-BaO계, Bi2O3-SiO2계, Bi2O3-B 2O3-SiO2계, Bi2O3-B2O3 -SiO2-BaO계, 및 Bi2O3-B2O3-SiO2-BaO-ZnO계로 이루어진 군으로부터 하나 이상 선택된 것으로서, 평균 입경은 5.0 ㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  17. 제10항에 있어서, 상기 비클은, 유기 바인더, 가교제, 광개시제, 및 용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  18. 제17항에 있어서, 상기 비클은 상기 유기 바인더 100 중량부에 대해서, 가교제 20 내지 150 중량부, 광개시제 2 내지 75 중량부, 및 용매 200 내지 600 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 감광성 도체 그린 시트.
  19. 제1항 내지 제18항 중의 어느 한 항에 의한 감광성 도체 그린 시트를 이용하여 제조된 전극.
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