KR20100117061A - 전도성 트랙의 제조방법 - Google Patents

Abstract

유기금속 화합물을 용액으로부터 기판 위에 도포하는 피복 단계 및 환원 단계를 포함하는 전도성 트랙의 제조방법으로서, 상기 환원 단계가 환원제를 함유하는 산성 용액에 의해 수행됨을 특징으로 하는 방법이 기술되어 있다.

Description

전도성 트랙의 제조방법{Process for manufacturing conductive tracks}

본 발명은 유기금속 화합물을 용액으로부터 기판 위에 도포하는 피복 단계 및 환원 단계를 포함하는, 전도성 트랙의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명에 있어서, 상기 환원 단계는 또한 발생 단계(development step)로 여겨지며, 이때 비-전도성 트랙 또는 필름으로부터 전도성 트랙 또는 필름이 발생된다. 임의로, 유기금속 화합물은 환원 단계 전에 전자기 방사선에 노출시켜 활성화시킬 수 있다.

전도성 트랙은 통상 전자회로(예: 컴퓨터 및 디스플레이) 및 안테나로부터 대전방지 필름의 범위인 광범위하고 다양한 용도에 있어서 주요 부품중 하나로서 사용된다. 이들 트랙은 전도성 금속(예: 구리, 은 또는 금), 세라믹(예: ITO) 또는 중합체(예: 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜))로부터 제조되며, 광범위한 크기와 형태로 상이한 방법을 통해 제조될 수 있다.

전도성 트랙을 생성하는 통상적인 방법은, 예를 들면, 화학적 또는 물리적 증착에 의해 기판에 전도성 층을 증착시키는 단계들을 포함한다. 이어서, 감광성 피복물을 전도성 층의 상부에 침착시키고, 상기 피복물을 빛에 국부적으로 노출시킨다. 국부 노출 동안, 용해도 차가 감광성 층의 노출 및 비-노출된 영역에 생성되며, 가용성 영역은 이어서 적절한 용매를 사용하여 제거한다. 다음 단계에서, 전도성 층은 공격성 에칭액에 노출시키며, 나머지 감광성 피복물에 의해 차폐되지 않은 부분은 제거한다. 마지막 단계로, 나머지 감광성 피복물은 또 다른 용매를 사용하여 제거한다. 이 방법이 큰 각종 기판 위에 작은 특징을 갖는 잘-한정된 전도성 트랙을 생성하는데 사용될 수 있음에도 불구하고, 이 방법은 포괄적이며, 비용이 매우 많이 든다. 또한, 공정 단계의 대부분은 배치-식(batch-wise)으로만 적용시킬 수 있으며, 상기 기술은 롤-대-롤 공정(roll-to-roll processing)에 적합하지 않다.

앞의 공정에 기술된 다수의 단계들을 감소시키기 위하여, 대안적인 방법이 US 제2003/207568호에 공지되어 있으며, 여기에는 감광성 피복물 및 전도성 금속 전도체로서 특정 유기금속 화합물이 기술되어 있다. 이 화합물은 다음 화학식 MLL'X(여기서, M은 금속이고, L은 중성 리간드이며, L'는 음으로 하전된 리간드이고, X는 음이온이다)로 정의된다. 상기 화합물을 용액으로부터 기판에 도포하고, 포토리소그래피 마스크(photolithographic mask)를 통해 빛에 국부적으로 노출시켜 전도성 영역을 생성한다. 최종 단계에서, 비-노출되고, 비-전도성인 영역은 적절한 용매에 상기 물질을 노출시킴으로써 제거한다.

또 다른 방법은 비전착성 도금의 개념을 기본으로 한다. 이 방법에서, 기판을 수개의 후속 욕(bath)에 노출시킨다. 먼저, 기판을 에칭시키고, 중화시켜 양호한 접착력을 보장하고, 활성화시켜 촉매의 흡수를 보장한다. 이어서, 이를 촉매에 노출시켜 전도성 층의 증착을 촉진하고, 가속화제에 노출시키며, 이는 전도성 층의 증착을 개선시킨다. 마지막으로, 기판을 전도성 물질의 용액에 노출시켜 전도성 층을 생성한다. 이 방법은 상당히 전도성인 트랙을 생성하기 위하여 사용될 수 있다. 그러나, 본 공정은 매우 복잡하고, 용액은 종종 독성이며 매우 공격적이다. 또한, 본 방법은 공정 파라미터에 매우 민감하며, 약간의 편차는 원치않는 영역에 전도성 물질의 자발적 침전을 일으킬 수 있다.

전도성 트랙을 제조하는 보다 용이한 방법은 전도성 잉크의 인쇄(예: 잉크-젯 인쇄, 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄 또는 플렉소 인쇄)를 기본으로 한다. 이들 잉크는 대개 콜로이드성 금속 입자들의 중합체 용액 또는 나노-분산액으로부터 제조된다. 이들 방법은 전도성 트랙이 임의의 부가의 패턴화 단계없이 원하는 크기와 형태로 생성된다는 잇점을 갖는다. 그러나, 기판에 콜로이드성 금속 입자 또는 중합체를 도포시킨 후, 도포된 물질을 전도성으로 만들기 위하여 열처리가 필요하다. 콜로이드성 금속 입자의 경우에, 안정한 분산액을 형성하기 위하여 금속 입자에 도포시키는 유기 피복물을 제거하고, 입자는 조밀하게 충전된 전도성 금속 트랙 내로 함께 소결시킨다. 중합체의 경우에, 열처리를 적용시켜 나머지 모든 용매를 제거한다. 이들 열처리는 장기간(통상 30분보다 더 김) 동안 비교적 고온(통상 50℃보다 높음)을 필요로 한다. 따라서, 이들 기술은 전도성 트랙을 대부분의 통상적인 중합체 기판에 도포하는 경우에 적합치 않다. 그 결과, 단지 무기물(예: 유리 또는 실리슘) 또는 값비싼 전문 중합체 기판(예: 폴리이미드)이 사용될 수 있다. 또한, 전도성 중합체의 전도도는 이들의 무기 카운터파트(counterparts)에 비하여 비교적 불량하다.

따라서, 본 발명의 목적은 큰 각종 기판 위에 전도성 트랙을 생성하는 저온의, 간단한 방법을 제공하는 것이며, 이 방법은 상기 언급한 인쇄 기술과 필적할만 하다. 이 방법에 의해 생성된 전도성 트랙은 매우 높은 전도도 및 우수한 기계적 특성을 나타낸다.

본 발명에 따라, 이 목적은 서문에 기술된 공정에 의해 성취되며, 이때 환원 단계는 환원제를 함유하는 산성 용액에 의해 수행한다.

본 발명의 공정의 경우, 제조 공정 도중 온도는 70℃ 미만으로 두는 것이 바람직하다.

전도성 트랙은 전도성 물질의 패턴으로서 이해되어야 하며, 이는 특정 형태나 크기로 존재할 수 있고, 단 트랙의 전도도는 1000 Siemens/meter(S/m)보다 커야하는 제한을 갖는다. 상기 트랙은, 트랙이 침착되는 전체 기판 뿐만 아니라, 기판의 단지 일부를 커버할 수 있다. 더욱이, 상기 트랙은 단일 특징 또는 복수의 피쳐(feature)로서 고려될 수 있다.

본 발명의 과정에서, 유기금속 화합물은 금속과 탄소원자 사이에 직간접적인 화학결합을 함유하는 임의의 화합물로서 이해되어야 한다. 이러한 결합은 공유 또는 이온 특성을 가질 수 있다. 다양한 금속들이 유기금속 화합물을 형성하기 위하여 공지되어 있음에도 불구하고, 본 발명을 위해 단독의 또는 배합되어 있는 하기 금속들이 바람직하다: 구리, 알루미늄, 백금, 팔라듐, 은 또는 금. 상기 화합물 중 유기 부분은 바람직한 용매 속에서 충분한 용해를 허용하기에 충분히 커야한다. 또한, 전도성 트랙의 최종 특성에 제한된 효과를 갖지 않기에 충분히 작아야 한다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 유기금속 화합물은 금속 카복실레이트 또는 금속 티올레이트 부류에 속하며, 이때 탄소원자의 수는 4 내지 20이다. 본 발명의 보다 바람직한 양태에서, 유기금속 화합물은 금속 카복실레이트 부류에 속하며, 이때 탄소원자의 수는 8 내지 12이고, 탄소 골격은 측쇄형이다. 본 발명의 보다 더 바람직한 양태에서, 유기금속 화합물은 금속 네오데카노에이트이고, 가장 바람직하게는 은 네오데카노에이트이다.

본 발명의 대안적인 양태에 있어서, 필름 형성 및/또는 전도성 트랙의 전도도는 고체 유기 화합물을 유기금속 용액에 가함으로써 개선된다. 상기 화합물은 유기금속 화합물과 동일한 용매 속에 용해될 수 있는 올리고머성 또는 중합체성 성분일 수 있다. 상기 화합물의 분자량은 500g/mol 이상이어야 한다. 사용될 수 있는 올리고머 또는 중합체는 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들면, 이로써 제한되는 것은 아니지만, 폴리카보네이트(PC), 폴리스티렌(PS), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PE) 또는 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)일 수 있다. 본 발명의 또 다른 양태에 있어서, 고체 유기 화합물은 중합체성 전구체이다. 중합체성 전구체는 하나 이상의 활성 그룹을 가져야 하며, 이는 개시제의 부가 또는 부가없이 다른 활성 그룹에 반응할 수 있다. 이들 중합체성 전구체의 예는 당업자에게 공지되어 있으며, 이로써 제한되는 것은 아니지만, 메틸메타크릴레이트, 에틸렌, 프로필렌 또는 부타디엔과 같은, 중합시 중합체 또는 중합체 망상구조를 형성할 수 있는 임의의 그룹으로 이해된다. 개시제는 바람직하게는 자외선의 흡수시 중합체성 전구체와 반응할 수 있는 UV 개시제이다. 주로, 예를 들면, Irgacure^® 개시제(제조원: Ciba Specialty Chemicals)와 같은 공지된 UV 개시제가 약 1 내지 10중량%의 통상적인 농도 범위로 사용될 수 있다.

기판에 유기금속 화합물을 도포시키기 위하여, 적절한 용매에 용해시킨다. 유기금속 화합물은 상기 용매 속에서 원하는 공정법을 위해 공정 파라미터(예: 점도 및 표면장력)의 필요한 조절을 허용하기에 충분히 가용성이어야 한다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 용매는, 예를 들면, 톨루엔 또는 크실렌과 같은 유기 방향족 용매이다. 상기 용매는 유기금속 화합물을 기판에 도포시킨 후 증발됨에도 불구하고, 잔류 용매가 또한 유기금속 층에 존재할 수 있다.

유기금속 화합물은 용액으로부터 기판으로 박층을 도포시키기 위하여 사용될 수 있는 공지된 방법을 통해, 용액으로부터 기판으로 도포시킬 수 있다. 증착 방법의 경우, 부가의 패턴화 단계들에 대한 필요성 없이, 의도하는 전도성 트랙의 패턴을 직접 증착시킬 수 있는 이러한 방법들이 바람직하다. 예를 들면, 원하는 패턴으로 트랙을 도포하기 위하여 사용될 수 있는 방법들은 잉크-젯 인쇄, 용액 캐스팅, 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄, 플렉소 인쇄, 스핀 피복법, 닥터 블레이딩법(doctor blading), 침지 피복법, 모세관 충전 또는 분무 피복법을 포함한다.

유기금속 화합물이 도포되는 기판은 중합체, 세라믹, 유리질 또는 금속성일 수 있으나, 단 기판은 상기 기판이 이들 용액에 노출되는 시간 동안 유기금속 화합물 또는 환원제를 함유하는 용액에 용해되어서는 안된다. 전도성 트랙의 저온 제조 공정으로 인하여, 승온에서 분해되고/되거나 변형되려는 경향이 있는, 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)(PET)이거나 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 80% 이상 포함하는 것 및 트리아세틸 셀룰로즈(TAC)이거나 트리아세틸 셀룰로즈를 80% 이상 포함하는 것과 같은 가요성의, 상품(commodity) 중합체성 기판을 사용할 수 있다. 선행 기술에서는 고온 소결의 요건으로 인하여, 편리한 침착 기술(예: 잉크젯 인쇄)의 사용이 가능할 수 없었다.

유기금속 화합물이 도포되는 기판은 임의의 형태나 크기일 수 있다. 기판은, 예를 들면, 시트, 슬라이드, 호일, 플레이트, 섬유 또는 다공성 막일 수 있다.

주로, 전도도는 전자기 방사선에 대한 노출없이 성취할 수 있다. 한편, 상기 트랙 또는 필름의 전도도는 이들의 조사된 카운터파트에 비해 상당히 더 낮다. 따라서, 전자기 방사선에 노출시킴으로써 유기금속 화합물을 활성화시키는 것이 바람직하다. 또한, 이러한 처리로 상당히 더 빠른 환원 시간을 유발함을 발견하였다. 상기 노출은 전도성 트랙의 최종 특성에 상당한 변화없이 주위 조건하에 또는 임의의 불활성 대기에서 수행할 수 있다. 전자기 방사선 조사는 파장 범위가 200 내지 1000 ㎚, 바람직하게는 250 내지 450㎚인 공급원으로서의 빛에 노출시킴으로써 수행된다. 본 발명의 보다 바람직한 양태에서, 노출을 위해 적용되는 빛은 자외선이다.

본 실시예에 사용되는 광원은 고압 수은 증기 광원이다. 스펙트럼은 비여과된채로 사용되며, (이들 타입의 램프와 함께 통상적인) 365㎚에서 피크 방출을 갖는다. 이 램프의 주요 부분은 250 내지 450㎚ 사이에서 방출된다.

파장이 320 내지 390㎚인 빛을 1 내지 10J/㎠의 노광량(exposure dose)으로 사용하는 것이 바람직하다. 파장이 200 내지 300㎚인 광원을 사용한다면, 노광량은 0.1 내지 1 J/㎠로 감소시킬 수 있다.

당업자에게, "중요한(critical)"한 것은 노광량(세기*시간) 뿐만 아니라, 광원의 세기인 것이 공지되어 있다. 다음으로, 필요한 노광량은 사용되는 유기금속 화합물의 흡수 스펙트럼에 따라 좌우된다. 이는 보다 높은 에너지의 자외선(< 300㎚)이 대개 에너지가 적은 자외선(300 내지 400 ㎚)보다 용이하게 흡수됨을 의미한다.

실제로, 일광은 노출 단계로서 작용하는 것에만 충분할 수 있다. 필요한 경우, 필요한 노광량 및 시간은 통상적인 시험에 의해 용이하게 결정할 수 있다.

대안적인 양태에서, 전자기 방사선에 상기 화합물을 국부 노출시킴으로써 유기금속 화합물의 일부만이 활성화된다. 이는, 예를 들면, 포토리소그래피 UV 마스크 노출 또는 할로그래피 UV 노출을 사용하여 수행할 수 있다. 이러한 패턴화 노출의 결과로서, 잠상(latent image)이 유기금속 필름에 생성된다. 이러한 잠상은 노출된 영역과 비-노출된 영역 사이의 환원 속도 차이에 의해 특징지어진다. 따라서, 환원 단계 동안, 노출된 영역은 비-노출된 영역보다 전도성 트랙으로 보다 용이하게 환원된다. 적절한 용매(예: 톨루엔, 크실렌 또는 이소프로판올)를 사용함으로써 비-노출된 영역에 잔류하는 물질을 제거하는 것이 바람직하다.

최종 단계에서, 유기금속 및 고체 유기 화합물을 포함하는 층을 환원제를 함유하는 산성 용액에 노출시킨다. 상기 용액을 위해 사용되는 용매는 관련 시간 스케일(통상 5분 미만)에 대해 기판 및/또는 조사된 트랙을 용해시키지 않거나 이에 대한 다른 유해한 영향을 미쳐서는 안된다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 용매는 물 및/또는 알콜이다. 금속-이온을 금속으로 환원시키기 위해 사용되는 환원제는 금속 이온의 환원을 수행하기 위하여 적절한 산화/환원 전위를 가져야 한다. 환원제 및 이의 산화된 유도체는 상기 언급한 용매 조성물 속에서 기판 및/또는 전도성 트랙 위로 원치않는 이들 화학물질의 잔사의 침착을 방지하기 위하여 충분히 가용성이어야 한다. 이들은 또한 관련 시간 스케일(통상 5분 미만)에서 사용된 기판에 대해 유해한 영향을 미쳐서는 안된다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 환원제는 페놀계 화합물 또는 이의 유도체(예: 하이드로퀴논, 메톨, p-아미노페놀, 피로갈롤, 카테콜, 아미돌) 및/또는 아스코르브산, 포름산 또는 붕산이다. 이들 물질은 단독으로 또는 배합하여 도포시킬 수 있다. 본 발명의 보다 바람직한 양태에서, 환원제는 하이드로퀴논 또는 이의 유도체이다.

바람직하게는, 환원제는 대략 0.01 내지 5 mol/ℓ 및 보다 바람직하게는 0.1 내지 2 mol/ℓ의 농도로 적용된다.

환원제가 산성 특성(하이드로퀴논 또는 아스코르브산)을 갖는다면, 적절한 용매(예: 알콜 및/또는 물)에 이 화합물을 간단히 용해시키기에 충분할 수 있다. 또한, 용액의 산성 특성은 환원제의 용액에 적절한 양의 황산 또는 수산화나트륨을 가함으로써 수득할 수 있다. 환원 용액의 pH는 2 내지 7 미만(예: 6.9)에서 최적임을 발견하였다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 환원 용액의 pH는 2.5 내지 6이고, 보다 더 바람직한 양태에서, 환원 용액의 pH는 3 내지 5이다.

희석되지 않은 알콜의 경우에, 이는 C₂H₅O- 및 H⁺(C₂H₅OH₂+를 형성함)를 형성한다. 후자는 pH 미터에 의해 측정되는 전위차를 유발한다.

부가제는 환원 용액의 유효 수명(useful lifetime)을 연장하고/하거나, 환원 시간을 단축시키기 위하여 사용될 수 있다. 이들의 예는 당업자에게 공지되어 있으며, 예를 들면, 이로써 제한되는 것은 아니지만, 아황산나트륨 및 탄산나트륨일 수 있다. 예를 들면, 침지 피복법 및 분무 피복법과 같은, 용액을 기판과 접촉시키는 방법이 환원 단계를 위해 사용될 수 있다.

상품 플라스틱(예: PET)으로부터 제조된 기판과의 혼화성을 보장하기 위하여, 상기 기술한 바와 같은 전체 공정은 저온에서 수행할 수 있으며, 이는 일반적으로 100℃ 미만이다. 본 발명의 바람직한 양태에서, 공정은 0 내지 70℃에서 수행한다. 본 발명의 보다 바람직한 양태에서, 공정은 15 내지 40℃에서 수행한다.

놀랍게도, 본 발명에 따르는 공정을 통해 제조된 전도성 트랙은 기계적 부하하에(휨 및 인장 시험 모두에서) 이들의 높은 전도도를 유지하는 것으로 밝혀졌다. 따라서, 이들 트랙은 가요성 기판과의 이상적인 조합을 형성한다.

어떠한 방법으로도 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니지만 - 설명을 위해, 일부 실시예가 하기에 제시된다.

도 1은 ITO 전극을 갖는 트위스티드(twisted) 네마틱 전지(회색 곡선) 및 본 발명에 따르는 공정에 의해 제조된 전극을 갖는 상기 전지(검은 곡선)의 개폐 전압(switching voltage)의 측정을 표시한 다이아그램을 도시한다.
도 2는 도 1에 대해 사용된 동일한 전지의 3V 개폐 전압에서의 개폐 속도(온 앤 오프) 측정을 표시한 다이아그램을 도시한다.
도 3은 본 발명에 따르는 공정에 의해 수득된 4개의 트랙을 도시하는 사진이다.
도 4는 본 발명에 따르는 공정에 의해 수득된 트랙의 4-점 탐침 측정으로부터의 I-V 곡선을 도시한다.
도 5는 본 발명에 따르는 전도성 트랙을 포함하는 필름의 변형도의 함수로서의 응력 및 저항을 모두 표시한 다이아그램을 도시한다.
도 6은 본 발명에 따르는 전도성 트랙을 포함하는 3x3 필름의 사이클릭 부하(cyclic loading) 동안의 저항을 표시한 다이아그램을 도시한다.
도 7은 본 발명에 따르는 공정에 의해 수득된 전도성 트랙의 환원조의 pH의 함수로서 저항을 표시한 다이아그램을 도시한다.
도 8은 다양한 크기의 포토리소그래피적으로 수득한 전도성 트랙의 현미경 상을 도시한다. 현미경 상은 반사로 취한다.
실시예
실시예 1:
은 네오데카노에이트를 각각 2:3의 중량비로 톨루엔에 용해시킨다. 용액을 30초 동안 4000 rpm에서 3x3 ㎝ 보로실리케이트 유리 슬라이드 위로 방사한다. 그 다음에, 수득된 은 네오데카노에이트 층은 슬라이드를 물 중 하이드로퀴논 1.6중량% 용액에 5분 동안 침지시킴으로써 환원시킨 후, 이들을 탈염수에 이어서, 이소프로판올로 세척한다. 마지막으로, 슬라이드는 압축 질소를 사용하여 건조시킨다. 폴리이미드 전구체를 전극의 상부에 스핀 피복시키고, 진공하에 180℃에서 120분 동안 경화시킨다. 그 다음에, 폴리이미드는 벨벳 천을 사용하여 단축방향으로 문지른다. TN LC 전지를 생성하기 위하여 서로 수직인 방향으로 문지르면서, 두 기판을 함께 붙이기 위해 5㎛ 스페이서를 함유하는 UV 경화성 글루를 사용한다. ITO 전극을 기본으로 하는 LC 전지를 동일한 방법으로 제조한다. 전지에 모세관력에 의해 LC 물질, E7(Merck)로 충전시킨 후, 전극들을 인듐 납땜으로 결합시킨다. LC 전지의 개폐 특성은 CCD-Spect-2 카메라를 갖춘 DMS 703 Autronic(Melchers GmbH)을 사용하여 측정한다. 도 1 및 2는 이들 측정 결과를 나타낸다. 본 발명에 따르는 공정에 의해 수득된 전극들은 ITO로부터 제조된 전극과 동일한 개폐 특성을 나타낸다.
실시예 2:
은 네오데카노에이트를 각각 2:3의 중량비로 크실렌에 용해시킨다. 용액은 50-㎛ 두께의 PET 호일 기판에 잉크-젯 인쇄를 통해 라인(line) 패턴으로 도포시킨다. 이어서, 라인 패턴을 UV 광원(세기 0.5W/㎠)에 10초 동안 노출시켜 은 네오데카노에이트를 활성화시킨다. 마지막 단계에서, 패턴은, 패턴을 포함하는 PET 호일을 15초 동안 10중량% 하이드로퀴논, 54중량% 에탄올 및 36중량% 탈염수 용액에 침지시킴으로써 전도성 트랙으로 환원시킨다. 기술된 바와 같은 완전한 공정은 실온에서 수행한다. 도 3은 이렇게 형성된 4개의 트랙을 나타낸다. 트랙의 길이는 2㎝이고, 너비는 200㎛이며, 높이는 1㎛이다. 라인은 일부 은 페이스트에 의해 연결한다. 4개 라인 모두에 대한 저항을 동시에 측정하고, 18Ω인 것으로 확인되었다. 단일 트랙의 전도도(S/m)는 트랙의 길이(2㎝)를 이 거리에 대한 트랙의 저항(18Ω) 및 트랙의 단면적(4 * 200 ㎛ * 1㎛ = 800㎛²)으로 나누어 계산한다. 이는 다음과 같다:

실시예 3:
은 네오데카노에이트를 각각 1:2의 중량비로 크실렌에 용해시킨다. 용액은 보로실리케이트 유리 기판에 잉크-젯 인쇄를 통해 라인 패턴으로 도포시킨다. 이어서, 라인 패턴을 UV 광원(세기 0.5W/㎠)에 10초 동안 노출시켜 은 네오데카노에이트를 활성화시킨다. 마지막 단계에서, 패턴은 패턴을 포함하는 기판을 15초 동안 10중량% 하이드로퀴논, 54중량% 에탄올 및 36중량% 탈염수 용액에 침지시킴으로써 전도성 트랙으로 환원시킨다. 기술된 바와 같은 완전한 공정은 실온에서 수행한다. 이렇게 인쇄된 한 트랙(길이 1㎝, 너비 127㎛, 높이 131㎚)의 저항은 4-점 탐침 기술을 사용하여 측정한다. 생성된 I-V 곡선이 도 4에 제시되어 있다. 저항은 92.2Ω인 것으로 계산되었다. 이 값으로부터, 전도도는 실시예 2에 제시된 것과 유사한 방식으로 6.5 * 10⁶S/m로 계산되었다.
실시예 4:
은 네오데카노에이트를 각각 2:3의 중량비로 톨루엔에 용해시킨다. 여기에 0.6중량% 폴리스티렌(MW 3680g/mol)을 가하고 용해시킨다. 용액은 50-㎛ 두께의 PET 호일 기판에 스핀-피복(60초 동안 2000rpm)을 통해 도포시킨다. 이어서, 수득된 은 네오데카노에이트 필름 및 PET 기판을 UV 광원(세기 0.5W/㎠)에 10초 동안 노출시켜 은 네오데카노에이트를 활성화시킨다. 마지막 단계에서, 노출된 은 네오데카노에이트 필름은 노출된 필름 및 PET 기판을 15초 동안 10중량% 하이드로퀴논, 54중량% 에탄올 및 36중량% 탈염수 용액에 침지시킴으로써 전도성 트랙으로 환원시킨다. 여기서 전도성 필름은 본 발명에 기술된 바와 같이, 전도성 트랙으로 여겨진다. 상기 기술한 바와 같은 공정은 실온에서 수행한다.
PET 기판의 상부에서 수득된 전도성 필름의 저항을 기계적 부하하에 시험한다. 이들 시험은 문헌(참조: Cairns, Crawford, Proceedings of the IEEE 2005, 93(8), 1451-1458)에 기술된 바와 같이 수행한다. 도 5에서, 20% 이하 변형으로 연신시 저항에 미치는 영향이 제시되어 있다. 5% 이하의 변형도에서, 저항의 증가는 없음이 관찰되었다. 5% 변형 후, 저항은 증가되었지만, 샘플이 100% 변형에 가깝게 파괴되면(이는 그래프에 제시되어 있지 않음), 저항은 여전히 단지 대략 160 Ω이다. 인셋(inset)은 시험 샘플의 기하형태를 나타낸다. PET 기판 상부상에 수득된 전도성 필름을 또한 피로 시험(fatigue-testing)한다. 이제, 샘플을 12,000회 동안 3.75㎝ 직경 실린더 위로 감는다. 도 6은 심지어 12,000회 사이클 후에도 저항의 변화가 관찰되지 않음을 나타낸다. 도 5와 도 6은 모두 PET 기판 상부상에 수득된 전도성 필름이 매우 양호한 기계적 특성을 가짐을 나타낸다.
실시예 5:
pH(1.1에서 8.7)가 변함에 따라 환원된 용액은 적절한 양의 황산 또는 수산화나트륨을 10중량% 하이드로퀴논, 54중량% 에탄올 및 36중량% 탈염수의 용액에 가함으로써 제조한다. 은 네오데카노에이트를 각각 2:3의 중량비로 톨루엔에 용해시킨다. 용액은 3 x 3㎝ 50-㎛ 두께의 PET 호일 기판에 스핀-피복(30초 동안 4000 rpm)을 통해 도포시킨다. 이어서, 수득된 은 네오데카노에이트 필름 및 PET 기판을 UV 광원(세기 0.5W/㎠)에 10초 동안 노출시켜 은 네오데카노에이트를 활성화시킨다. 마지막 단계에서, 노출된 은 네오데카노에이트 필름은 노출된 필름 및 PET 기판을 15초 동안 제조된 환원 용액에 침지시킴으로써 전도성 트랙으로 환원시킨다. 상기 기술된 공정은 실온에서 수행한다. 도 7은 환원 용액의 pH에 대해 도시된 각 필름의 전도도를 도시한다. 환원 용액에 대한 이상적인 pH는 2.5 내지 6.5임을 알 수 있다. 2.3 미만의 pH 값에서, 전도도는 측정할 수 없었다.
실시예 6:
은 네오데카노에이트를 각각 2:3의 중량비로 톨루엔에 용해시킨다. 직경이 1㎜인 폴리에틸렌 섬유는 용액을 통해 섬유를 인취시켜 은 네오데카노에이트로 피복시킨다. 후속 단계에서, 피복된 섬유를 UV 광원(세기 0.05W/㎠)에 100초 동안 노출시켜 은 네오데카노에이트를 활성화시킨다. 마지막 단계에서, 활성화된 은 네오데카노에이트는 섬유를 15초 동안 10중량% 하이드로퀴논, 54중량% 에탄올 및 36중량% 탈염수의 용액을 통해 인취시킴으로써 전도성 트랙으로 환원시킨다. 기술된 완전한 공정은 실온에서 수행한다. 생성된 전도성 섬유는 저항이 약 3Ω㎝^-1이다.
실시예 7:
은 네오데카노에이트를 각각 2:3의 중량비로 톨루엔에 용해시킨다. 용액은 보로실리케이트 유리 기판 위로 스핀피복시킨다. 후속 단계에서, 피복된 기판을 UV 광원(세기 0.05W/㎠)에 100초 동안 노출시켜 은 네오데카노에이트를 활성화시킨다. 마지막 단계에서, 활성화된 은 네오데카노에이트는 섬유를 15초 동안 10중량% 하이드로퀴논, 54중량% 에탄올 및 36중량% 탈염수의 용액을 통해 인취시킴으로써 전도성 트랙으로 환원시킨다. 기술된 완전한 공정은 실온에서 수행한다.
실시예 8:
은 네오데카노에이트를 각각 2:3의 중량비로 톨루엔에 용해시킨다. 용액은 보로실리케이트 유리 기판 위로 스핀피복시킨다. 후속 단계에서, 피복된 기판을 UV 광원(세기 0.05W/㎠)에 100초 동안 노출시켜 은 네오데카노에이트를 활성화시킨다. 마지막 단계에서, 활성화된 은 네오데카노에이트는 섬유를 15초 동안 10중량% 하이드로퀴논, 54중량% 에탄올 및 36중량% 탈염수의 용액을 통해 인취시킴으로써 전도성 트랙으로 환원시킨다. 기술된 완전한 공정은 실온에서 수행한다.
실시예 9:
은 네오데카노에이트를 각각 2:3의 중량비로 톨루엔에 용해시킨다. 이 용액을 3000rpm에서 보로실리케이트 유리 기판의 상부로 스핀피복시킨다. 이이서, 수득된 고체 필름을 UV 광원(세기 0.05W/㎠)에 포토리소그래피 라인 마스크(0.5㎜ 주기성, 충전 계수( fill factor) 0.5)를 통해 120초 동안 노출시켜 은 네오데카노에이트를 국부적으로 활성화시킨다. 패턴화된 노출 단계 후, 은 네오데카노에이트 필름은 15초 동안 10중량% 하이드로퀴논, 54중량% 에탄올 및 36중량% 탈염수를 함유하는 용액에 침지시킨다. 이 단계 동안, 노출된 영역은 전도성 은 트랙으로 충분히 신속하게 환원되는 반면에, 비-노출된 영역은 비전도성으로 남고 이소프로판올로 전체 필름을 세정함으로써 여전히 제거할 수 있다. 기술된 완전한 공정은 실온에서 수행한다. 이렇게 포토리소그래피적으로 수득된 한 트랙(길이 1㎝, 너비 250㎛, 높이 200㎚)의 저항은 대략 47Ω으로 측정되었다.

Claims (21)

1. 유기금속 화합물을 용액으로부터 기판 위에 도포하는 피복 단계 및
   환원 단계를 포함하는 전도성 트랙의 제조방법으로서,
   상기 환원 단계가 환원제를 함유하는 산성 용액에 의해 수행됨을 특징으로 하는, 전도성 트랙의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 유기금속 화합물을 기판 위에 도포한 후, 그러나 환원 단계 전에, 상기 유기금속 화합물을 전자기 방사선에 노출시켜 활성화시키는, 전도성 트랙의 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 전자기 방사선에 대한 상기 화합물의 국부 노출을 통해, 상기 유기금속 화합물의 단지 일부만이 활성화되는, 전도성 트랙의 제조방법.
4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 0 내지 70 ℃, 바람직하게는 15 내지 40℃의 온도 범위에서 제조가 수행되는, 전도성 트랙의 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기금속 화합물이 금속 카복실레이트인, 전도성 트랙의 제조방법.
6. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기금속 화합물이 금속 티올레이트인, 전도성 트랙의 제조방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기금속 화합물이 은 네오데카노에이트인, 전도성 트랙의 제조방법.
8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기금속 화합물이 비극성 용매에 용해된, 전도성 트랙의 제조방법.
9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판이 중합체성인, 전도성 트랙의 제조방법.
10. 제9항에 있어서, 상기 기판이 폴리(에틸렌 테레프탈레이트)를 80% 이상 포함하는, 전도성 트랙의 제조방법.
11. 제9항에 있어서, 상기 기판이 트리아세틸 셀룰로즈를 80% 이상 포함하는, 전도성 트랙의 제조방법.
12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기판이 시트 또는 섬유와 같은 형태와 크기를 갖는, 전도성 트랙의 제조방법.
13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 전자기 방사선에 대한 광원이 200 내지 1000㎚의 파장 범위를 갖는 빛인, 전도성 트랙의 제조방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 전자기 방사선에 대한 광원이 250 내지 450㎚의 파장 범위를 갖는 빛인, 전도성 트랙의 제조방법.
15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원 용액 중의 상기 환원제가 단독으로 존재하는 페놀계 화합물 또는 이의 유도체, 아스코르브산, 포름산 또는 붕산 또는 이들의 배합물인, 전도성 트랙의 제조방법.
16. 제15항에 있어서, 상기 환원제가 하이드로퀴논 또는 이의 유도체인, 전도성 트랙의 제조방법.
17. 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 환원제가 물과 알콜의 배합물에 용해된, 전도성 트랙의 제조방법.
18. 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유기금속 화합물을 함유하는 상기 용액에 고체 유기 화합물이 첨가된, 전도성 트랙의 제조방법.
19. 제18항에 있어서, 상기 고체 유기 화합물이 중합체성이거나, 올리고머성이거나, 단량체성인, 전도성 트랙의 제조방법.
20. 제18항 또는 제19항에 있어서, 상기 고체 유기 화합물이 단량체성 화합물과 중합 개시제와의 혼합물인, 전도성 트랙의 제조방법.
21. 제20항에 있어서, 상기 중합 개시제가 UV 개시제인, 전도성 트랙의 제조방법.
    

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