KR20110136144A

KR20110136144A - 터치패널용 전극 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전극 형성방법

Info

Publication number: KR20110136144A
Application number: KR1020100055961A
Authority: KR
Inventors: 정승원; 서숭혁
Original assignee: 정승원
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2011-12-21
Also published as: KR101183435B1

Abstract

본 발명은 터치패널용 전극 조성물 및 이를 이용한 터치패널용 전극형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체 60∼80 중량%, 바인더 수지 및 용제를 포함한 비이클 17∼37 중량%와 1∼5 중량%의 첨가제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 따른 터치패널용 전극 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전극 형성방법을 이용하면 낮은 저항특성, 우수한 인쇄특성 및 미세패턴형성이 가능하여 고해상도 터치패널을 구현할 수 있다.

Description

터치패널용 전극 페이스트 조성물 및 이를 이용한 전극 형성방법{Printing paste composition for electrode of touch panel and electrode forming method using the same}

본 발명은 터치패널용 전극 페이스트 조성물 및 이를 이용한 터치패널용 전극형성방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체 60∼80 중량%, 바인더 수지 및 용제를 포함한 비이클 17∼37 중량%와 1∼5 중량%의 첨가제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물에 관한 것이다.

본 발명의 터치패널 페이스트 조성물은 낮은 저항특성, 우수한 인쇄특성 및 미세패턴형성이 가능하는 고해상도 터치패널을 구현할 수 있다.

본 발명은 터치패널용 전극 조성물 및 이를 이용한 터치패널용 전극형성방법에 관한 것이다.

디스플레이의 입력장치로 사용되는 터치패널(도1)은 개인휴대단말기 등이 대표적인데, 펜 또는 손가락에 눌려진 위치에 해당되는 전압 또는 전류 신호를 발생함으로써 사용자가 지정하는 명령 또는 그래픽 정보를 입력하게 된다. 터치 패널은 감지하는 센서의 기술력에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 표면초음파 전도방식, 적외선 광방식 등이 있다. 최근에는 평판표시장치 중 액정표시장치 상에 놓여 사용되는 아날로그 입력 방식인 저항막 방식과 정전용량 방식 터치패널이 주로 사용되고 있다. 정전용량 방식의 터치패널의 경우 배선의 박막화 및 저저항, 선폭 또한 미세하게 줄어들고 있는 경향이 있다.

터치 패널에 형성된 전극에는 접촉 입력의 유무를 판단하고 입력 좌표를 검출하여 터치 센서 칩으로 신호를 전송하는 기능을 담당하고 있다. 이러한 터치패널에 전극을 형성하는 방법에는 인쇄 방식(screen printiong method), 옵셋 방식(off-set method), 포토리소그래피 방식(photolithography) 등이 알려져 있다.

이중 인쇄 방식은 소정의 전극 구조로 패턴화 된 스크린을 사용하여 인쇄형 전극 페이스트 조성물을 기판 표면에 10 내지 20㎛ 정도의 두께로 인쇄를 한 다음, 건조에 의하여 경화하여 전극을 형성하고 있다. 이러한 스크린 프린팅을 통한 전극형성은 옵셋 방식과 포토리소그래피 방식에 비해 제조장비 및 공정이 간단하여 설비 및 재료비를 절감할 수 있으나 전극 배선의 미세패턴 구현이 어려운 문제점이 있다.

또한, 정전용량 방식의 터치패널에 전극재료로 사용하기 위해서는 미세패턴 구현이 가능한 기술적인 사항이 해결되어야 한다

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 이루어진 것으로서, 인쇄 방식에서 요구되는 공정조건에서도 건조속도가 빠르고 우수한 인쇄특성과 낮은 저항특성, 페이스트 보존 안정성, 기판에 대한 접착력, 경도, 미세패턴 등 터치패널 신뢰성을 확보 가능한 터치패널용 전극 페이스트 조성물 및 이를 이용한 터치 패널용 전극 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치패널용 전극 페이스트 조성물의 구성은, 은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체 60∼80 중량%, 바인더 수지 및 용제를 포함한 비이클 17∼37 중량%와 1∼5 중량%의 첨가제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 터치패널의 전극형성방법은, 상술한 바와 같은 은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체를 포함하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물을 필름기판 상에 10∼20㎛의 두께의 막으로 인쇄하는 패턴 인쇄단계; 패턴이 인쇄된 필름을 130℃에서 10분 내지 30분간 열처리하여 경화시켜 전극을 형성하는 경화단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 한다

본 발명에 따른 터치패널용 전극 페이스트 조성물 및 이를 이용한 터치 패널 전극 형성방법을 이용하면 옵셋 방식과 포토리소그래픽 방식에 의한 전극 형성과는 달리 작업공정이 간단하고, 공정 중 연속적으로 전극 형성이 용이할 뿐만 아니라, 낮은 저항특성, 우수한 인쇄특성 및 미세패턴형성과 기판에 대한 접착력, 경도을 달성할 수 있기 때문에, 생산성 향상과 고품질을 동시에 구현할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 일반적인 터치패널의 단면을 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 터치패널용 전극 페이스트 조성물을 이용하여 인쇄법에 의해 터치패널용 전극을 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다.
도 3는 실시예 1 에서 제조한 터치패널용 전극 페이스트 조성물의 미세패턴형상에 관한 광학현미경 사진이다.

이하에는 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다. 다만, 이는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 발명을 용이하게 실시할 수 있을 정도로 상세하게 설명하기 위한 것이지, 이로 인한 본 발명의 기술적 사상 및 범주가 한정되는 것을 의미하는 것이 아니다.

본 발명에 따른 터치패널용 전극 페이스트 조성물은 은 분말 및 전도성 입자, 우레탄, 비닐계 및 폴리에스테르 수지 바인더, 유기용제 및 첨가제를 포함하여 이루어지며, 은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체 60∼80 중량%, 바인더 수지 및 용제를 포함한 비이클 17∼37 중량%와 첨가제 1∼5 중량%가 되도록 형성되는 것이 바람직하다.

상기 은 분말 하이브리드 입자는 건식 혹은 습식방법으로 제조된 통상의 은 분말을 모두 사용 가능하며, 미세한 크기의 은 분말 입자의 경우 표면에너지가 높아 바인더 내에서는 쉽게 응집되기 때문에 단분산이 이루어질 수 있도록 표면처리가 이루어진 은 입자분말을 사용하는 것이 바람직하다.

상기 은 분말 하이브리드 복합체는 파쇄형의 입자형태를 가지며, 1∼5㎛ 입자의 크기 60∼90 중량%과 5∼10㎛ 입자크기 10∼40 중량 %로 형성되는 것이 더욱 바람직 하다.

한편, 상기 은 분말 외에도 동, 금, 니켈, 백금 등의 전도성이 우수한 여러 금속 분말을 이용하여 터치패널용 전극 조성물이 형성할 수 있다.

상기 전극 페이스트의 전도성 입자로서는 금속입자 외에도 금속산화물, 카본블랙, 그라파이트, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 등이 1∼5 중량%으로 이루어진다.

상기 비이클에는 바인더 수지 및 용제가 포함되며, 이들 성분 중 상기 바인더 수지는 전극을 형성하는 은 하이브리드와 전도성 입자 복합체를 분산시켜 결합하는 역할 및 점도를 조절하는 역할을 하며, 용제와의 혼화성이 좋은 고분자 수지들이 사용될 수 있다.

이러한 고분자 수지로는 우레탄 (urethane resin), 폴리에스테르(polyester resin) 계통의 수지와 같은 고분자 중합체를 들 수 있다. 이들 우레탄 및 폴리에스테르류 수지들은 은 하이브리드와 전도성 입자 복합체와의 혼화성과 젖음성이 우수하여 기판 표면에 우수한 도포 특성을 나타내어 균일한 전극 형성을 가능하게 하기 때문이다. 이들 바인더 수지는 한 종류를 단독으로 사용할 수도 있고, 상용성 있는 2종류 이상의 고분자 수지를 혼용할 수도 있으며, 전체 조성물의 5∼20 중량%의 범위로 사용하는 것이 바람직하다.

상기 용제로서는 부틸카비톨아세테이트 (butyl carbitol acetate), 이소프로필알콜, 부틸알코올, 이소부틸알코올, 에틸카보톨아세테이트(ethyl carbitol acetate), 2-에톡시 에탄올, 3-메톡시-3-메틸 부탄올, a-테피네올(a-terpineol)과 같은 알코올계 화합물; 에틸린글로콜, 에틸렌글리콜모노메틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸 에테르와 같은 폴리알킬렌글리콜계 화합물; 벤젠, 톨루엔, 자일렌과 같은 방향족 탄화수소계 화합물; 에틸아세테이트, 부틸아세테이트와 같은 에스테르계 화합물; 및 N,N-디메틸포름아미드, 순수(water)와 같은 용제 중에서 선택하여 사용할 수 있으며, 단독으로 또는 상용성 있는 두 종류 이상을 혼용할 수도 있다.

이들 중에서도 특히, 100℃ 이상의 끓는점을 갖는 2-부톡시에톡시에탄올, 2-메톡시-3-메틸부탄올, a-테르피네올, 디에틸렌글리콜 모노부틸에테르, 디에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트, 부틸카비톨아세테이트 (butyl carbitol acetate) 및 디메틸아세트아미드 중에서 선택하여 단독으로 또는 두 종류 이상 혼합하여 사용하는 것이 장기 안정성 및 공정 특성에 있어 바람직하다.

제조된 터치패널용 전극 페이스트 조성물이 20∼40 Pa.s의 점도 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 상기 페이스트 조성물의 점도가 20 미만으로 너무 낮아지면 기판에 퍼짐성이 강해 도포가 어려우며, 반대로 40을 초과하여 너무 높아지면 도포특성이 나쁘고, 거품발생이 심하여 전극 형성이 어려워 전극이 제대로 형성되지 않는 문제점이 있을 수 있다.

한편, 상기 첨가제는 본 발명에 따른 전극 페이스트 유동 특성 및 공정 특성을 향상시키기 위하여 사용되는 분산제, 소포제, 평활제 등으로서 전체 중량의 1 내지 5 중량%의 범위로 사용한다. 상기 첨가제 중, 분산제로는 Alcosperse 602-N과 같은 아크릴계 분산제, 소포제로는 BYK 307과 같은 실리콘계 소포제를 들 수 있으며, 평활제로는 BYK 320 등을 사용할 수 있다.

도 2은 본 발명에 따른 터치패널용 전극 페이스트 조성물을 이용하여 인쇄법에 의해 터치패널용 전극을 형성하는 과정을 개략적으로 도시한 공정도이다. 도 2을 참조하여 본 발명에 따른 터치패널의 전극형성방법을 설명하면, 상술한 것과 같은 본 발명에 따른 전극 페이스트 조성물을 기판(30) 상에 10∼20㎛의 두께의 박막으로 인쇄하고(패턴 인쇄단계), 이 패턴 막(40)을 100∼200℃의 온도로 10분 내지 30분간 열처리하여 경화시켜 전극(50)을 형성하는 과정(경화단계)을 포함하여 이루어지게 된다. 이러한 과정을 통해, 전체 전극 페이스트 조성물의 약 60∼80 중량%를 차지하는 은 마이크로 입자와 은 나노 입자의 하이브리드 복합체를 포함한 10∼20㎛의 두께의 막이 짧은 경화공정 조건에서도 경화되어 배선 전극형성이 된다. 이하, 실시예를 통해 본 발명을 좀 더 설명한다.

1. 전극 페이스트 제조

실시예 1

바인더 수지로서 폴리에스테르수지 18 중량%, 용제로서 에틸카비톨아스테이트를 10 중량%를 포함한 비이클 29 중량%, 분산제인 Alcosperse 602N 1 중량% 및 전극을 형성하는 무기 전극재료인 은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체 70 중량% 를 혼합하여 혼합기에서 1차 분산한 후 3롤밀을 사용하여 3회 분산하여 터치패널용 전극 페이스트 조성물을 제조하였다.

실시예 2

바인더 수지로서 비닐부틸수지 20 중량%, 용제로서 에틸카비톨아스테이트를10 중량%를 포함한 비이클 29 중량%, 분산제인 Alcosperse 602N 1 중량% 및 전극을 형성하는 무기 전극재료인 은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체 70 중량%를 혼합하여 혼합기에서 1차 분산한 후 3롤밀을 사용하여 3회 분산하여 터치패널용 전극 페이스트 조성물을 제조하였다.

비교예 1

바인더 수지로서 우레탄수지 10 중량%, 용제로서 텍사놀(texanol)와 테르핀올(terpinol)의 혼합 용제 13 중량%를 포함한 비이클 29 중량%, 분산제인 Alcosperse 602N 1중량%, 무기 전극재료인 은 마이크로 분말 70 중량% 를 혼합하여 혼합기에서 1차 분산한 후 3롤밀을 사용하여 3회 분산하여 터치패널용 전극 페이스트 조성물을 제조하였다.

비교예 2

바인더 수지로서 에틸셀룰로오스 10 중량%, 용제로서 부틸카비톨아세테이트 (butyl carbitol acetate) 용제 13중량%를 포함한 비이클 29 중량%, 분산제인 Alcosperse 602N 1중량%, 무기 전극재료인 은 마이크로 분말 70 중량%를 혼합하여 혼합기에서 1차 분산한 후 3롤밀을 사용하여 3회 분산하여 터치패널용 전극 페이스트 조성물을 제조하였다.

2. 터치패널의 평가

상기 4종류의 전극 조성물을 스크린 프린트로 필름 기판에 도포하고, 130℃에서 30분간 건조 경화하여 터치 패널에 전극을 형성한 후 물성 측정치 테스트를 실시하였다.

***도면의 주요부분에 대한 부호의 설명***
10: 평판디스플레이
20: 터치패널
21: 상부시이트
22: 하부시이트
23: 전극층
24: 접착층
25: 투명전도층
26: 스페이스
30: 기판
40: 전극막
50: 전극

Claims

바인더 수지 및 용제를 포함한 비이클 17∼37 중량%와 은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체 60∼80 중량%, 1∼5 중량%의 첨가제를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 바인더 수지는 우레탄계, 폴리에스테르계 수지 중에서 선택되는 하나 또는 2종 이상이 혼용된 것임을 특징으로 하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 은 분말 하이브리드 복합체는 입자크기 1∼5㎛ 범위의 은 분말 60∼90 중량%와 입자크기 5∼10㎛의 은 분말 10∼40 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물.
제 1 항에 있어서, 전도성 페이스트의 전도성 입자로서는 금속입자 외에도 금속산화물, 카본블랙, 그라파이트, 탄소나노튜브, 그래핀(graphene) 등이 1∼5 중량%으로 이루어진 것을 특징으로 하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 조성물은 점도 20∼40 Pa.s 특징으로 하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물.
제 1 항에 있어서, 상기 첨가제는 분산제, 소포제, 실란계 중에서 선택되는 어느 한 종이 사용되거나 또는 2 종 이상이 혼용되는 것을 특징으로 하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물.
은 분말 하이브리드 및 전도성 입자가 포함한 복합체를 포함하는 터치패널용 전극 페이스트 조성물을 필름기판 상에 10∼20㎛의 두께의 막으로 인쇄하는 패턴 인쇄단계; 패턴이 인쇄된 필름을 100∼200℃에서 10분 내지 30분간 열처리하여 경화시켜 전극을 형성하는 경화단계를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 터치패널의 전극 형성방법.