KR20120090868A

KR20120090868A - 인쇄용 잉크 조성물, 이를 이용한 인쇄 방법

Info

Publication number: KR20120090868A
Application number: KR1020120013014A
Authority: KR
Inventors: 성지현; 김주연; 변영창; 서정현; 이승헌; 황지영; 손용구; 구범모
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2011-02-08
Filing date: 2012-02-08
Publication date: 2012-08-17
Also published as: JP2014507532A; WO2012108690A2; JP2016047925A; WO2012108690A3; CN103347965A; US20180155567A1; JP6187944B2; CN103347965B; US20130305943A1; KR101306396B1

Abstract

본 발명은 인쇄 블랭킷에 도포되고, 클리셰(cliche)를 이용하여 일부 도막이 제거된 후, 인쇄 블랭킷에 남아있는 도막이 피인쇄체로 전사되는 인쇄법 용 잉크 조성물로서, 인쇄 전의 잉크 조성물이 하기 [식 1] [INK_ST ≤ BNKγc]을 만족하고, 인쇄 블랭킷으로부터 클리셰(cliche)를 이용하여 일부 잉크 도막이 제거되기 직전에 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막이 하기 [식 2] [BNKγc ≤ INK_SE ≤ SUB_SE ]를 만족하는 잉크 조성물 및 이를 이용한 인쇄방법에 관한 것이다.

Description

인쇄용 잉크 조성물, 이를 이용한 인쇄 방법{INK COMPOSITIONS FOR PRINTING METHOD AND PRINTING METHOD USING THE COMPOSITIONS}

본 출원은 2011년 2월 8일에 한국 특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2011-0011185호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.

본 발명은 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 인쇄 방법에 관한 것이다. 더욱 구체적으로, 본 발명은 미세 패턴을 형성하기 위한 미세패턴 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 인쇄 방법에 관한 것이다.

터치스크린, 디스플레이, 반도체 등 전자소자에는 다양한 부품에 사용되는 패턴이 요구되고 있다. 예컨대, 대부분의 전자소자에서는 전극과 같은 도전성 부품이 사용되고 있다. 상기와 같은 전자소자의 고성능화가 진행될수록, 상기 전자소자의 부품에는 더욱 미세한 패턴이 요구되고 있다.

종래에 패턴을 형성하는 방법은 용도에 따라 다양했으나, 대표적으로 포토리소그래피법(photolithography), 스크린 인쇄법, 잉크젯법 등이 있다.

예컨대, 상기 포토리소그래피법은 패턴화가 요구되는 층, 예컨대 금속이 증착된 유리나 필름에 식각보호층을 형성하고, 이를 선택적으로 노광 및 현상하여 패터닝하고, 패터닝된 식각보호층을 이용하여 금속을 선택적으로 에칭한 뒤 식각보호층을 박리하는 방법이다.

그런데, 포토리소그래피법은 패턴 자체의 구성 요소가 아닌 식각보호층 물질 및 박리액을 사용하기 때문에 상기 식각보호층 물질 및 박리액 비용 및 이들의 폐기 비용으로 인한 공정 비용의 상승을 초래한다. 또한, 상기 재료들의 폐기에 따른 환경 오염의 문제가 있다. 또한, 상기 방법은 공정 수가 많고 복잡하여 시간 및 비용이 많이 소요되며, 식각보호층 물질을 충분히 박리하지 못할 경우 최종 제품에서 불량이 발생하는 등의 문제점이 있다.

상기 스크린 인쇄법은 수백 나노미터 내지 수십 마이크로미터 크기의 입자에 기반한 잉크를 이용하여 스크린 인쇄한 후 소성하는 방법으로 수행된다.

상기 스크린 인쇄법과 상기 잉크젯법은 수십 마이크로미터의 미세패턴을 구현하는데 한계가 있다.

본 발명은 잉크 조성물의 조성이 시간이 경과함에 따라 변화하고, 또한 인쇄 공정에서 상호 관련되는 구성 요소들간의 관계에서 물성이 조절되어야 한다는 점을 밝혀내어, 반전 오프셋 인쇄 방법(reverse offset printing)에 적합한 잉크 조성물 및 이를 이용한 인쇄 방법을 달성하기에 이르렀다.

본 발명은 인쇄 블랭킷에 도포되고, 클리셰(cliche)를 이용하여 일부 도막이 제거된 후, 인쇄 블랭킷에 남아있는 도막이 피인쇄체로 전사되는 인쇄법 용 잉크 조성물로서, 인쇄 전의 잉크 조성물이 하기 [식 1]을 만족하고, 인쇄 블랭킷으로부터 클리셰(cliche)를 이용하여 일부 잉크 도막이 제거되기 직전에 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막이 하기 [식 2]를 만족하는 잉크 조성물을 제공한다.

[식 1]

INK_ST ≤ BNKγc

[식 2]

BNKγc≤ INK_SE ≤ SUB_SE

상기 식 1 및 식 2에 있어서,

INK_ST는 잉크 조성물의 초기 표면 장력이고,

BNKγc는 인쇄 블랭킷의 습윤 임계 표면 장력이며,

INK_SE는 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막의 표면에너지이고,

SUB_SE는 피인쇄체의 표면에너지이다.

또한, 본 발명은 상기 잉크 조성물을 이용한 인쇄 방법을 제공한다. 이 인쇄 방법은 상기 잉크 조성물을 인쇄 블랭킷에 도포하는 단계, 클리셰를 이용하여 상기 인쇄 블랭킷 상의 도막의 일부를 제거하는 단계, 상기 인쇄 블랭킷 상에 남아 있는 도막을 피인쇄체로 전사하는 단계를 포함한다.

본 발명에 따른 잉크 조성물은 상기와 같이 경시적인 물성 변화가 상기 식 1 및 식 2를 만족하도록 이루어지므로, 반전 오프셋 인쇄 방법에 적합하다. 또한, 본 발명에 따른 잉크 조성물을 이용함으로써, 미세 패턴을 구현할 수 있다.

도 1은 반전 오프셋 인쇄 방법의 공정 모식도를 예시한 것이다.
도 2는 실시예 1에서 제조된 미세 패턴을 나타낸 사진이다.

이하에서 본 발명에 대하여 더욱 상세히 설명한다.

본 발명은 인쇄 블랭킷에 도포되고, 클리셰(cliche)를 이용하여 일부 도막이 제거된 후, 인쇄 블랭킷에 남아있는 도막이 피인쇄체로 전사되는 인쇄법용 잉크 조성물에 관한 것으로, 인쇄 전의 잉크 조성물이 하기 [식 1]을 만족하고, 인쇄 블랭킷으로부터 클리셰(cliche)를 이용하여 일부 잉크 도막이 제거되기 직전에 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막이 하기 [식 2]를 만족하는 것을 특징으로 한다.

[식 1]

INK_ST ≤ BNKγc

[식 2]

BNKγc≤ INK_SE ≤ SUB_SE

상기 식 1 및 식 2에 있어서,

INK_ST는 잉크 조성물의 초기 표면 장력이고,

BNKγc는 인쇄 블랭킷의 습윤 임계 표면 장력이며,

INK_SE는 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막의 표면에너지이고,

SUB_SE는 피인쇄체의 표면에너지이다.

본 발명에 있어서, 상기 잉크 조성물은 입자 및 용매를 포함하는 것이 바람직하다. 상기 잉크 조성물은 추가로 바인더를 포함할 수 있으며, 계면활성제를 더 포함할 수도 있다.

상기 입자는 어떠한 종류의 입자라도 상관없으나, 잉크의 용도에 부합하는 특징을 부여하는 기능성 입자, 예컨대 전도성 입자, 자성 입자 또는 절연성 입자 등을 사용하는 것이 잉크의 용도에 부합한다는 측면에서 바람직하다. 입경의 범위에 별다른 제약은 없으나, 5 nm 내지 800 nm의 범위를 갖는 것이 바람직하다. 입자의 입경이 800 nm를 초과하는 경우 10 마이크로미터 미만의 미세 선폭을 구현하는데 제약이 있으며, 입자의 입경이 5 nm 미만인 경우 입자 제조가 어렵고 잉크 내에서 입자 뭉침 없이 안정적으로 존재하는데 어려움이 있다.

잉크의 용도가 전도성 패턴을 피인쇄체에 구현하는 것인 경우, 상기 입자로 전도성 입자를 사용할 수 있다. 전도성 입자로는 은 입자를 사용하는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 구리 입자, 팔라듐 입자, 금 입자, 니켈 입자, 전도성 고분자 입자 또는 이들의 혼합물 등을 사용할 수 있다.

상기 입자의 함량은 특별한 제약은 없으나, 잉크 전체 100 중량부를 기준으로 10 내지 50 중량부의 범위로 잉크 조성물에 포함되는 것이 바람직하다. 입자의 함량이 50 중량부를 초과하는 경우, 상기 식 1 및 식 2를 만족하기 위하여 잉크 내 다른 성분을 조절할 수 있는 선택의 폭이 좁아진다. 입자의 함량이 10 중량부 미만인 경우, 잉크의 기능성, 예컨대 전도성을 구현하는 기능 성분이 불필요하게 적어지므로 효율적이지 않다.

상기 잉크 조성물이 바인더를 포함하는 경우 바인더의 표면장력은 26 내지 45 mN/m 인 것이 상기와 같은 식을 만족하는데 바람직하다. 그 이유는 다음과 같다. 미세 패턴 인쇄에 있어서, 일반적인 피인쇄체인 유리, 금속, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 등의 경우 표면에너지가 40 내지 70 mN/m 사이이다. 대상 피인쇄체에 따라 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막의 표면에너지인 INK_SE의 적절한 범위는 달라진다. 그러나, 보통 바인더의 표면장력이 26 내지 45 mN/m인 경우, 잉크 조성물 내 바인더의 함량이나 입자 및 용매인 액체의 선택을 적절하게 조절함으로써 SUB_SE(피인쇄체의 표면에너지) 값이 40 내지 70 mN/m 사이인 피인쇄체에 대하여 상기 식 2를 만족하도록 하는 것이 용이하다.

바인더의 표면장력이 상기 범위를 벗어나는 경우에도, 상기 식 2를 만족하도록 잉크 조성물 내 바인더의 함량이나 입자 및 용매인 액체의 선택을 적절히 조절하는 것도 가능하나, 선택할 수 있는 범위가 표면장력이 상기 범위 이내엔 바인더를 사용하는 경우보다 매우 좁아진다.

상기와 같은 물성을 갖는 바인더는 노볼락 수지, 부틸 아크릴계 수지, 부틸 메타크릴계 수지, 벤질 메타크릴계 수지, 에틸 메타크릴계 수지, 메틸 메타크릴레이트계 수지, 폴리비닐피롤리돈, 에틸 셀룰로스, 히드록시프로필메틸셀룰로스, 스티렌 수지, 폴리비닐아세테이트계 수지 및 이들 중 적어도 2종의 공중합체 등이 있다.

상기 바인더는 전체 잉크 조성물 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부의 범위로 잉크 조성물에 포함되는 것이 바람직하다. 바인더의 함량이 0.1 중량부 미만인 경우, 블랭킷 상에서와 전사후 피인쇄체 상에서 크랙 및 핀홀 등의 결함이 없는 양질의 잉크 도막을 형성하기 쉽지 않다. 바인더의 함량이 20 중량부를 초과하는 경우 잉크의 기능성을 구현하는 기능 성분이 불필요하게 적어지므로 효율적이지 않다.

상기 잉크 조성물은 표면장력이 26 내지 72 mN/m인 액체를 0.1 중량% 이상 포함하는 것이 바람직하다. 상기와 같은 표면장력을 갖는 액체는 저휘발성인 것이 바람직하며, 예컨대 25 ℃에서 증기압이 3 토르 이하인 것이 바람직하다. 이와 같은 액체의 함량을 조절함으로써 잉크 조성물이 상기 식 1 및 식 2를 만족하도록, 특히 상기 식 2를 만족하도록 조절할 수 있다. 그 이유는 다음과 같다. 상기 식 2의 INK_SE는 인쇄 블랭킷 상에 코팅된 잉크가 적절히 건조되어 형성된 잉크 도막의 표면에너지이다. 인쇄 블랭킷 상에 코팅된 잉크가 적절히 건조되면, 휘발성 높은 성분은 이미 상당량 휘발된 이후이므로, 블랭킷 표면에 남은 잉크 도막의 주성분은 입자, 바인더 및 저휘발성 액체 성분이므로, 이들의 표면장력이 INK_SE를 결정한다. 한편, 미세 패턴 인쇄에 있어서 일반적인 피인쇄체인 유리, 금속, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름 등의 경우 표면에너지 SUB_SE가 40 내지 70 mN/m 사이이다. 따라서, 저휘발성 액체의 표면장력이 26 내지 72 mN/m이라면 저휘발성 액체의 함량이나 바인더 및 입자의 선택을 적절히 조절하여 상기 식 2를 만족하는 것이 용이하다.

종래에는 잉크 조성물의 특정 시점에서의 물성을 절대적인 수치를 조절함으로써 잉크 조성물, 이를 이용한 인쇄 공정 또는 그로부터 제조되는 제품의 물성을 개선하려는 시도가 이루어졌다. 그러나, 인쇄 방법에 적용되는 잉크 조성물은 시간이 경과함에 따라 그 조성이 변화할 수밖에 없고, 인쇄 공정 중에는 단계별로 상이한 공정시간이 요구된다. 이를 기초로, 본 발명자들은 잉크 조성물의 어느 한 시점에서의 물성이 아닌, 인쇄 공정의 각 단계, 즉 상이한 시점에서 각각 요구되는 물성을 조절하는 것이 중요하다는 사실을 밝혀내었다.

구체적으로, 상기 잉크 조성물은 초기에 인쇄 블랭킷에 도포되는 시점에서는 인쇄 블랭킷에 잘 도포되어야 한다. 즉, 상기 잉크 조성물은 인쇄 블랭킷의 표면에 적절히 퍼지고, 인쇄 블랭킷을 적절히 팽윤시키는 것이 바람직하다.

그러나, 한편 상기 인쇄 블랭킷에 도포된 잉크 도막 중 일부를 클리셰를 이용하여 제거하는 단계에서는, 클리셰와 접촉하지 않는 잉크 도막은 인쇄 블랭킷에 남아 있으면서, 클리셰와 접촉하는 부분의 잉크 도막은 인쇄 블랭킷으로부터 잘 분리되어야 한다. 또한, 클리셰와 접촉하는 부분의 잉크 도막은 클리셰에 잘 부착하여야 한다.

또한, 상기 인쇄 블랭킷에 남아 있는 잉크 도막은 이어서 피인쇄체와 접촉하는 경우 상기 인쇄 블랭킷으로부터 모두 분리되어 피인쇄체로 전사되어야 한다.

다시 말하면, 상기 잉크 조성물은 인쇄 공정의 각 단계에서 서로 다른 대상에 대하여 접착력(adhesion) 및 응집력(cohesion)이 상이하게 요구된다.

이에 본 발명에서는 잉크 조성물이 2개의 시점, 즉 인쇄 전과 인쇄 블랭킷으로부터 일부 잉크 도막을 제거하기 전에, 상기와 같이 인쇄 공정에서 요구되는 물성을 최적하게 갖도록 하기 위한 조건으로서, 식 1과 식 2를 도출해 내었다. 이와 같이 잉크 조성물이 서로 상이한 시점에서 각각 식 1 및 식 2를 만족하도록 조절함으로써 상기 인쇄 방법에 적합한 잉크 조성물을 제공할 수 있고, 이에 의하여 미세한 패턴도 제공할 수 있다.

구체적으로, 인쇄 방법의 모식도를 도 1에 예시하였다. 상기 인쇄 방법은 i) 상기 잉크 조성물을 인쇄 블랭킷에 도포하는 단계; ii) 음각으로 패턴이 형성된 클리셰를 상기 인쇄 블랭킷에 접촉시켜, 상기 패턴에 대응하는 잉크 조성물의 패턴을 상기 인쇄 블랭킷 상에 형성하는 단계; 및 iii) 상기 인쇄 블랭킷 상의 잉크 조성물 패턴을 피 인쇄체 상에 전사하는 단계를 포함한다.

도 1에 있어서, 도면부호 10은 잉크 조성물을 코팅하는 코터이고, 도면부호 20은 롤형 지지체이고, 도면부호 21은 상기 롤형 지지체를 감싸는 블랭킷이며, 도면부호 22는 블랭킷 상에 도포된 잉크 조성물이다. 도면부호 30은 클리쉐 지지체이고, 도면부호 31은 패턴을 갖는 클리쉐이며, 이는 형성하고자 하는 패턴에 대응하는 패턴이 음극으로 형성되어 있다. 도면부호 40은 피인쇄체이고, 도면부호 41은 피인쇄체로 전사된 잉크 조성물 패턴이다.

잉크 조성물의 초기 표면장력이 인쇄 블랭킷 표면의 습윤 임계 표면 장력(BNKγc) 이하이어야 하는 것은 도 1의 단계 i)에서 잉크 조성물이 인쇄 블랭킷 표면에서 디웨팅(dewetting)되지 않고 균일하게 코팅되도록 하기 위함이다.

잉크 조성물의 초기 표면장력은 계면활성제 및/또는 용매로 조절할 수 있다. 계면활성제로는 통상적인 레벨링제, 예를 들어 실리콘계, 불소계 또는 폴리에테르계 계면활성제를 사용할 수 있으며, 함량은 0.01 내지 5 중량% 이내가 바람직하다.

잉크 조성물 전체의 표면장력이 상기 식 1의 조건을 만족하면 용매의 선택에는 큰 제한은 없으나, 휘발성이 상이한 2종 이상의 용매를 함께 사용하는 것이 바람직하다. 예컨대, 25℃에서 증기압이 3 토르를 초과하는 높은 휘발성을 나타내는 제1 용매와, 25℃에서 증기압이 3 토르 이하인 비교적 낮은 휘발성을 나타내는 제2 용매를 사용할 수 있다. 이 경우, 상기 제2 용매는 인쇄 및, 필요한 경우, 열처리 전까지 잉크 조성물의 분산매로서 작용한다. 상기 제1 용매는 잉크 조성물이 기재 또는 롤러 상에 도포될 때까지는 제2 용매와 함께 잉크 조성물의 낮은 점도 및 롤러에 대한 우수한 도포성을 유지하도록 하다가, 휘발에 의하여 제거되어 잉크 조성물의 점도를 높이고 롤러 상에서의 패턴 형성 및 유지가 잘 이루어지도록 할 수 있다.

위와 같은 경우, 적어도 1종 이상의 용매의 표면장력은 인쇄 블랭킷 표면의 습윤 임계 표면 장력(γc) 이하인 저표면장력의 용매를 사용하는 것이 바람직하다. 인쇄 블랭킷 표면의 재료로 실리콘 고무를 사용하는 경우, 실리콘 고무의 γc는 약 24 mN/m이므로 (Jones R G, Ando W and Chojnowsk J 2000 Silicon - Containing Polymers (New York: Kluwer) p 214), 잉크 내 적어도 1 종 이상의 용매의 표면장력은 구체적으로는 11 내지 24 mN/m 사이인 것이 바람직하다.

이는 잉크 조성물을 인쇄 블랭킷 표면에 코팅할 때 디웨팅(dewetting) 및 핀홀을 방지하고 원활하게 코팅하기 위해서이다.

전술한 바와 같이, 휘발성이 상이한 2종 이상의 용매를 함께 사용하는 경우, 상기 저표면장력의 용매는 휘발성이 높은 제1 용매인 것이 바람직하고, 구체적으로 25℃에서 증기압이 3 토르 이상인 것이 바람직하다. 인쇄 블랭킷 표면의 재료로 실리콘 고무를 사용하는 경우, 실리콘 고무의 γc는 약 24 mN/m이므로, 이에 해당하는 용매는 디메틸글리콜, 트리메틸클로로메탄, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올, 프로판올, 헥산, 헵탄, 옥탄, 1-클로로부탄, 메틸에틸케톤, 시클로헥산 등이 있다.

휘발성이 상이한 2종 이상의 용매를 함께 사용하는 경우, 휘발성이 낮은 제2 용매는 구체적으로는 25℃에서 증기압이 3 토르 이하인 것이 바람직하다. 이러한 저휘발성 용매의 표면장력은 상기 고휘발성 용매의 표면장력보다 높은 것이 바람직하다. 전술한 바와 같이, 본 발명에 따른 잉크 조성물은 표면장력이 26 내지 72 mN/m이고, 25℃에서 증기압이 3 토르 이하인 액체를 0.1 중량% 이상 포함할 수 있는데, 휘발성이 상이한 2종 이상의 용매를 함께 사용하는 경우, 휘발성이 낮은 제2 용매로 상기 액체를 대체하는 것, 혹은 제2 용매와 상기 액체를 동시에 사용하는 것 모두 가능하다. 상기 25℃에서 증기압이 3 토르 이하인 저휘발성 용매로는 디메틸아세트아마이드, 감마부틸락톤, 히드록시톨루엔, 프로필렌글리콜 모노부틸에테르, 프로필렌글리콜 모노프로필에테르, 부틸 셀로솔브, 글리세린, 부틸 카비톨, 메톡시프로폭시프로판올, 카비톨, 터피놀, 트리에틸렌글리콜 모노에틸에테르, 트리에틸렌글리콜 모노메틸에테르, N-메틸피롤리돈, 프로필렌카보네이트, 디메틸술폭사이드, 디에틸렌글리콜, 트리에탄올아민, 디에탄올아민, 트리에틸렌글리콜, 에틸렌글리콜 등이 있다.

인쇄 블랭킷 상에 잉크 조성물을 코팅한 후 잉크 조성물 내의 휘발성분이 휘발하여 인쇄 블랭킷 상에서 잉크 도막이 형성되는 속도는 고휘발성 용매와 저휘발성 용매의 사용량과 밀접한 관계가 있다. 따라서, 고휘발성 용매와 저휘발성 용매의 사용량은 용도, 작업 환경 등을 고려하여 결정될 수 있다. 잉크 도막이 빠르게 형성되어 전체 공정의 택트 타임(tact time)을 줄이기 위해서는 고휘발성 용매의 사용량을 줄이는 것이 바람직하고, 잉크 도막의 형성속도를 늦추어 공정상의 여유를 확보하려면 고휘발성 용매의 사용량을 늘이는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 저휘발성 용매는 10 내지 40 중량%, 고휘발성 용매는 0.1 내지 50 중량%의 범위 내에서 조절될 수 있다.

도 1의 단계 ii)에서는 인쇄 블랭킷에 코팅된 잉크 도막이 클리셰에 맞닿을 때 맞닿은 부분의 잉크 도막이 클리셰쪽으로 전사되어 제거됨으로써 패턴에 대응하는 잉크 조성물의 패턴이 인쇄 블랭킷 상에 형성되고, 이어서 단계 iii)에서 상기 인쇄 블랭킷 상의 잉크 조성물 패턴이 피인쇄체로 전사된다. 이 과정이 원활히 진행되려면, 상기 식 2를 만족시키는 것이 바람직하다.

이때, 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막의 표면에너지와 피인쇄체의 표면에너지는 Fowkes가 고안한 방법 (Fowkes, F. M. Ind . Eng . Chem . 1964, 56, 40; 및 Owens, D. K.; Wendt, R. C. J. Appl . Polym . Sci . 1969, 13, 1741)을 통하여 구할 수 있다. 그 과정을 설명하면 다음과 같다.

고체 표면의 표면에너지인 γ_S와 액체의 표면장력인 γ_L, 그리고 고체 위에서의 액체의 접촉각 θ 사이에는 다음의 관계식이 성립한다.

[식 3]

이때, γ_L ^p와 γ_S ^p 는 각각 액체와 고체의 표면에너지의 극성(polar) 부분을 나타내고, γ_L ^d와 γ_S ^d 는 각각 액체와 고체의 표면에너지의 비극성(dispersive) 부분을 나타낸다. 그리고 물질의 표면에너지 γ는 비극성(dispersive) 부분인 γ_d와 극성(polar) 부분인 γ_p의 합으로 표시된다.

상기 식은 다음과 같이 재정리될 수 있다.

[식 4]

따라서, 액체의 표면장력에 관한 정보인 γ_L, γ_L ^p, γ_L ^d 를 알고 있다면, 고체 위에서의 액체의 접촉각 θ를 측정함으로써 고체의 표면에너지에 관한 정보인 γ_S ^p 와 γ_S ^d 를 구할 수 있고, 이로부터 고체의 전체 표면에너지 역시 γ_S ^p 와 γ_S ^d 의 합으로부터 구할 수 있게 된다.

한편, 도 1에 있어서, 상기 단계i)에서 잉크를 인쇄 블랭킷에 코팅한 후 용매, 특히 고휘발성 용매의 대부분이 휘발된 상태에서 단계 ii)가 진행된다. 따라서, 단계 ii)가 진행될 때 인쇄 블랭킷에 코팅된 잉크 도막의 주성분은 나노 입자와 바인더, 그리고 미량 남아있는 계면활성제를 포함한 저휘발성 액체성분이다. 따라서, 상기 [식 2]을 만족하기 위해서는 바인더 성분의 표면장력과 저휘발성 액체의 표면장력 중 하나 이상이 상기 [식 2]의 인쇄 블랭킷 표면의 습윤 임계 표면 장력 이상을 만족하는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 식 1 및 식 2에 있어서, 각 요소들 간에 차이가 없어도 반전 오프셋 인쇄 방법에 적합하지만, 각 요소들 간에 2 mN/m 이상의 차이가 나면 미세 패턴 구현 효과가 더욱 좋다. 예컨대, 상기 식 1에 있어서 INK_ST과 BNKγc의 차이는 2 mN/m 이상이면 더욱 효과가 좋다. 상기 식 2에 있어서, BNKγc과 INK_SE의 차이는 2 mN/m 이상이면 더욱 효과가 좋다. 또한, 상기 식 2에 있어서, INK_SE과 SUB_SE 의 차이는 2 mN/m 이상이면 더욱 효과가 좋다.

본 발명에 따른 도전성 잉크 조성물은 전술한 성분들을 혼합하고, 필요한 경우 필터로 여과하여 제조할 수 있다.

또한 본 발명은 상기 잉크 조성물을 이용한 인쇄 방법을 제공한다. 이 인쇄 방법은 상기 잉크 조성물을 인쇄 블랭킷에 도포하는 단계; 클리셰를 이용하여 상기 인쇄 블랭킷 상의 도막의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 인쇄 블랭킷 상에 남아 있는 도막을 피인쇄체로 전사하는 단계를 포함한다. 필요한 경우, 피인쇄체로 전사된 잉크 조성물을 열처리하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

상기 잉크 조성물을 이용해 반전 오프셋 공정을 적용함으로서, 피인쇄체 상에 보다 미세한 패턴을 양호하게 형성할 수 있게 된다. 특히, 상기 잉크 조성물을 이용해 반전 오프셋 공정을 적용하면, 이전에 적용되던 잉크젯 프린팅법 등에 의해서는 형성될 수 없었던 미세한 패턴, 예를 들어, 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 약 1~80 ㎛, 바람직하게는 약 3~40 ㎛의 선폭 및 선간격을 갖는 패턴을 양호하게 형성할 수 있게 된다. 특히, 상기 잉크 조성물 및 반전 오프셋 공정을 이용해, 약 10 ㎛ 이하의 선폭 및 약 10 ㎛ 이하의 선간격을 갖는 미세한 선폭/선간격의 패턴까지 양호하게 형성할 수 있게 된다.

따라서, 전술한 본 발명에 따른 잉크 조성물 및 인쇄 방법을 적용함으로써, 미세한 패턴를 제공할 수 있다. 이는 예를 들어, 유연 디스플레이 소자 및 평판 디스플레이 소자의 전극 패턴 등으로 사용될 수 있고, 이에 의하여 유연 디스플레이 소자 및 평판 디스플레이 소자의 가시성 향상 또는 대면적화 등에 크게 기여할 수 있다.

본 발명에 따른 잉크 조성물의 열처리 온도는 60 ℃ 내지 500 ℃에서 선택될 수 있으며, 열처리 시간은 조성물의 성분 및 조성에 따라 선택될 수 있으며, 예컨대 3분 내지 60분간 수행될 수 있다.

본 발명은 상기 도전성 잉크 조성물을 이용한 인쇄 방법을 제공한다. 이 방법은 상기 도전성 잉크 조성물을 인쇄하는 단계 및 상기 도전성 잉크 조성물을 열처리하는 단계를 포함한다. 인쇄 방법은 롤 프린팅 방법인 것이 바람직하며, 반전 오프셋 인쇄 방법인 것이 더욱 바람직하다. 인쇄 후 열처리 온도 및 시간은 전술한 바와 같다.

본 발명에 따르면, 100 ㎛ 이하, 바람직하게는 3~80 ㎛, 바람직하게는 약 3~40 ㎛, 더 바람직하게는 약 3~10 ㎛의 선폭 및 선간격을 갖는 패턴을 제공할 수 있다. 상기 패턴은 최종 용도에 따라 정할 수 있다. 메쉬 패턴과 같은 규칙적 패턴일 수도 있고, 불규칙한 패턴일 수도 있다.

이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 그러나, 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이들에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.

실시예

평균 입경 70 nm의 은나노입자 25 g, 부틸레이티드 히드록시 아니졸 1 g, 에탄올 33 g, 부틸 셀로솔브3 g, 이소프로필 셀로솔브 36 g, 실리콘계 계면활성제 0.6 g을 혼합하고 24시간 교반한 후 1 마이크로미터의 필터로 여과하여 잉크 조성물을 제조하였다.

상기 잉크 조성물을 실리콘 고무 재질의 인쇄 블랭킷에 도포한 후, 원하는 전도성 패턴이 음각으로 형성된 인쇄판(cliche)와 상기 블랭킷을 접촉시켜 비화소부의 잉크를 인쇄판으로 제거함으로써, 상기 블랭킷 상에 잉크 조성물의 패턴을 형성하였다. 이후, 이러한 인쇄 블랭킷을 유리 기판에 접촉시켜 상기 유리 기판상에 패턴을 형성하였다.

이 잉크의 초기 표면장력은 tensiometer로 측정하였고, 22 mN/m이었다.

잉크의 바인더 성분인 부틸레이티드 히드록시 아니졸의 표면장력은 32.7 mN/m 이고, 저휘발성 액체인 부틸 셀로솔브의 표면장력은 27 mN/m 이었다.

실리콘고무 재질의 인쇄 블랭킷과 유리기판의 표면에너지 및 인쇄 블랭킷에 도포되어 건조된 뒤 인쇄판과 접촉하기 직전의 블랭킷 표면에 남아있는 잉크 도막의 표면에너지는 앞에서 서술한 Fowkes 방법으로 구하였다. 즉, 각 표면이 갖는 물접촉각과 디이오도메탄 접촉각을 측정한 뒤 식 4에 대입하여 계산하였다.

이때, 물과 디이오도메탄의 표면장력의 정보는 다음 표 1과 같다.

	γ_L (mN/m)	γ_L ^d (mN/m)	γ_L ^p (mN/m)
물(H₂O)	72.0	50.2	21.8
디이오도메탄(CH₂I₂)	50.4	50.4	0

이때, 클리셰와 접촉하기 직전에 블랭킷 표면에 남아있는 잉크 도막의 표면에너지는 잉크 조성물을 인쇄 블랭킷에 도포한 뒤 2분 경과 후에 측정한 잉크 도막의 물접촉각과 디이오도메탄 접촉각을 대입하였다.

인쇄 블랭킷의 습윤 임계 표면 장력은 24 mN/m이다. (Jones R G, Ando W and Chojnowsk J 2000 Silicon - Containing Polymers (New York: Kluwer) p 214).

유리 기재의 물접촉각과 디오도메탄 접촉각은 각각 27°와 34.7°이었고, 이로부터 유리 기재의 표면에너지를 Fowkes법으로 계산하면 52.79 mN/m이었다.

인쇄 블랭킷에 도포된 후 2 분 경과 후에 측정한 잉크 도막의 물접촉각과 디오도메탄 접촉각은 각각 79°와 41°이었고, 이로부터 잉크 도막의 표면에너지를 Fowkes법으로 계산하면 45.28 mN/m이었다.

패턴 형상은 광학현미경으로 관찰하였으며, 미세패턴 형성이 가능함을 확인할 수 있었다(도 2).

비교예

평균 입경 20 nm의 은 나노입자 30 g, 페놀계 고분자 바인더1.2 g, 에탄올 33 g, 부틸 셀로솔브 2 g, 이소프로필 셀로솔브 36 g, 계면활성제 0.6 g을 혼합하고 24시간 교반한 후 1 마이크로미터의 필터로 여과하여 잉크 조성물을 제조하였다.

이후 실시예와 동일한 방법으로 인쇄하여 패턴을 형성하고 동일한 방법으로 평가하였다.

인쇄 블랭킷의 습윤 임계 표면 장력은 24 mN/m이다.

인쇄 블랭킷에 도포된 후 2 분 경과 후에 측정한 잉크 도막의 물접촉각과 디오도메탄 접촉각은 각각 72.3°와 29.3°이었고, 이로부터 잉크 도막의 표면에너지를 Fowkes법으로 계산하면 53.4 mN/m이었다.

인쇄 후 패턴 형상을 관찰한 결과, 인쇄 블랭킷에 상기 잉크 조성물을 도포 후 2분 경과 후에는 잉크 조성물이 인쇄 블랭킷 상에 딱딱한 필름을 형성하여 유리 기재에 제대로 전사되지 않고 크랙이 발생하였다. 도포 후 대기 시간을 2분 외 달리 조정하여도 인쇄 블랭킷 상에 딱딱한 필름을 형성하는 것은 동일하였다.

Claims

인쇄 블랭킷에 도포되고, 클리셰(cliche)를 이용하여 일부 도막이 제거된 후, 인쇄 블랭킷에 남아있는 도막이 피인쇄체로 전사되는 인쇄법 용 잉크 조성물로서, 인쇄 전의 잉크 조성물이 하기 [식 1]을 만족하고, 인쇄 블랭킷으로부터 클리셰(cliche)를 이용하여 일부 잉크 도막이 제거되기 직전에 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막이 하기 [식 2]를 만족하는 잉크 조성물:
[식 1]
INK_ST ≤ BNKγc
[식 2]
BNKγc≤ INK_SE ≤ SUB_SE
상기 식 1 및 식 2에 있어서,
INK_ST는 잉크 조성물의 초기 표면 장력이고,
BNKγc는 인쇄 블랭킷의 습윤 임계 표면 장력이며,
INK_SE는 인쇄 블랭킷 상의 잉크 도막의 표면에너지이고,
SUB_SE는 피인쇄체의 표면에너지이다.
청구항 1에 있어서, 상기 식 1에 있어서 INK_ST과 BNKγc의 차이는 2 mN/m 이상인 것인 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 식 2에 있어서 BNKγc과 INK_SE의 차이는 2 mN/m 이상인 것인 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 식 2에 있어서 INK_SE과 SUB_SE 의 차이는 2mN/m 이상인 것인 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서, 상기 잉크 조성물은 입자 및 용매를 포함하는 것인 잉크 조성물.
청구항 5에 있어서, 상기 입자는 입경이 5 내지 800 nm인 것인 잉크 조성물.
청구항 5에 있어서, 상기 입자는 전도성 입자, 자성 입자 또는 절연성 입자를 포함하는 것인 잉크 조성물.
청구항 5에 있어서, 상기 잉크 조성물은 바인더를 추가로 포함하는 것인 잉크 조성물.
청구항 8에 있어서, 상기 바인더는 표면장력은 26 내지 45 mN/m 인 것인 잉크 조성물.
청구항 5에 있어서, 상기 용매는 표면장력이 26 내지 72 mN/m인 액체를 0.1 중량% 이상 포함하는 잉크 조성물.
청구항 10에 있어서, 상기 표면장력이 26 내지 72 mN/m인 액체는 저휘발성인 것인 잉크 조성물.
청구항 11에 있어서, 상기 표면장력이 26 내지 72 mN/m인 액체는 25℃에서 증기압이 3torr 이하인 것인 잉크 조성물.
청구항 5에 있어서, 상기 잉크 조성물은 계면활성제를 추가로 포함하는 것인 잉크 조성물.
청구항 5에 있어서, 상기 용매는 25℃에서 증기압이 3 토르를 초과하는 제1 용매와, 25℃에서 증기압이 3 토르 이하인 제 2 용매를 포함하는 것인 잉크 조성물.
청구항 14에 있어서, 상기 제1 용매는 표면장력이 26 내지 72 mN/m인 용매를 포함하고, 상기 제2 용매는 표면장력이 11 내지 24 mN/m인 용매를 포함하는 것인 잉크 조성물.
청구항 5에 있어서, 상기 용매는 인쇄 블랭킷 표면의 습윤 임계 표면 장력(γc) 이하인 저표면장력의 용매를 포함하는 것인 잉크 조성물.
청구항 16에 있어서, 상기 저표면장력의 용매는 25 ℃에서 증기압이 3 토르를 초과하는 용매를 포함하는 것인 잉크 조성물.
청구항 1에 있어서, 선폭 및 선간격이 3~80 ㎛ 패턴 형성을 위한 잉크 조성물.
청구항 1 내지 18 중 어느 하나의 항에 따른 잉크 조성물을 이용한 인쇄 방법.
청구항 19에 있어서, 상기 잉크 조성물을 인쇄 블랭킷에 도포하는 단계; 클리셰를 이용하여 상기 인쇄 블랭킷 상의 도막의 일부를 제거하는 단계; 및 상기 인쇄 블랭킷 상에 남아 있는 도막을 피인쇄체로 전사하는 단계를 포함하는 인쇄 방법.
청구항 20에 있어서, 피인쇄체로 전사된 잉크 조성물을 열처리하는 단계를 추가로 포함하는 인쇄 방법.