KR20120129229A - 터치 패널용 자외선 경화형 전도성 페이스트 조성물, 이를 포함하는 터치 패널 및 이 조성물의 제조 방법 - Google Patents

터치 패널용 자외선 경화형 전도성 페이스트 조성물, 이를 포함하는 터치 패널 및 이 조성물의 제조 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 터치스크린 패널용 자외선 경화형 페이스트 조성물, 이 조성물을 제조하는 방법 및 이 조성물이 함유된 터치 패널용 필름에 관한 것이다. 본 발명에서는 상온에서 경화 가능한 페이스트 조성물을 사용하여 종래 열-경화형 페이스트를 사용하여 터치스크린 패널의 필름을 패터닝(patterning)하는 경우에 야기될 수 있는 터치스크린 패널이 장착된 전자 기기와 인쇄 도막이 열 충격에 의하여 열화되는 것을 방지할 수 있고, 생산 공정 시간을 단축시켜 생산성을 향상시킬 수 있음은 물론이고 인쇄 피막의 물성 역시 개선할 수 있다.

Description

터치 패널용 자외선 경화형 전도성 페이스트 조성물, 이를 포함하는 터치 패널 및 이 조성물의 제조 방법{Ultra Violet Curing Conductive Paste Composition for Touch Panels, Touch Panels Containing the Composition and Manufacturing Process of the Composition}
본 발명은 각종 전기전자 소재의 전극 형성 또는 패키징(packaging)이나 어셈블리 등에 사용되는 전극 페이스트 조성물에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치스크린 패널의 전극과 전기전자 기기 부품용의 스크린 인쇄에 사용되는 터치 패널용 자외선 경화형 전도성 페이스트 조성물, 이 전도성 페이스트 조성물의 제조 방법 및 이 전도성 페이스트 조성물, 이 조성물이 활용된 터치 패널 및 이 조성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
최근 전자통신 기기의 급속한 보급에 따라 이들 기기를 구성하는 소자에 대한 관심이 증폭되고 있다. 평판 디스플레이 패널, RFID, 전지, 유기트랜지스터 등의 디스플레이와 관련된 프린팅 전자 소자에 대한 관심이 급증하고 있다. 그 중에서 과거 ATM기, 키오스크 등 산업용 제품에 주로 사용되던 터치스크린 패널이 스마트폰 및 내비게이션과 같은 휴대용 전자 기기에도 적용됨에 따라 터치스크린 패널이 주목을 받고 있다. 터치 패널이라고도 일컬어지는 터치스크린 패널은 키보드나 마우스와 같은 입력 장치를 사용하지 않고, 화면에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손이나 별도의 물건(펜)이 접촉하면 그 위치를 파악하여 특정한 기능을 처리하도록 한 패널을 의미한다.
터치스크린 패널은 기본적으로 터치 패널, 컨트롤러 및 드라이버 소프트웨어 등으로 구성되는데, 터치 패널은 산화 인듐(Indium Tin Oxide, ITO)과 같은 투명 전도성 박막이 증착된 상판 필름과 하판 필름(또는 글라스)로 구성되어 접촉 입력의 유무에 따른 입력좌표를 검출하여 컨트롤러로 신호를 전송하고, 컨트롤러는 터치 패널에서 전송된 신호를 디지털 신호로 변환하여 디스플레이상의 좌표로 출력하면, 드라이버 소프트웨어는 컨트롤러로부터 수신된 신호를 받아 터치 패널이 적절하게 구현한다.
터치스크린 패널은 터치 패널의 구현 방식에 따라 ⅰ) 투명전극이 코팅된 2장의 기판을 합착시켜 손가락 등의 압력에 따라 상부와 하부의 전극층이 접촉되면 전기적 신호를 발생하는 저항막(Resistive) 방식, ⅱ) 인체의 몸에서 발생하는 정전기를 감지하는 정전용량(Capacitive) 방식, ⅲ) 방출된 초음파가 장애물을 만나면 파동의 크기가 줄어드는 것을 감지하는 SAW(Surface Accoustic Wave, 초음파) 방식, ⅳ) 직진성을 가지는 적외선이 장애물을 만나면 차단되는 특성을 이용하는 적외선(Infrared, IR) 방식 등으로 구분되는데, 저항막 방식과 정전용량 방식이 주로 사용되고 있다.
그런데, 전술한 것과 같이 터치스크린 패널 중 손가락 등의 접촉 유무에 따른 입력 좌표를 검출하여 컨트롤러로 전송하는 터치 패널의 투명 전도성 박막(conductive layer)의 일면에는 이를 보호하기 위하여 필름을 구성하여야 한다. 그런데 종래에는 전도성 페이스트를 조성한 뒤에 스크린 인쇄를 통해 투명 전도성 박막에 패터닝(patterning) 한 뒤 열에 의한 경화 과정에 의해 필름 형태로 전도성 박막에 적층된다. 즉, 종래 터치 패널용 상부 필름에 사용된 페이스트는 기본적으로 열 경화 방식에 의해 경화되는 것이었다. 이러한 방법은 열에 의한 건조시간이 필요하기 때문에 에너지의 사용에 따른 전체적인 생산 공정 시 소요되는 비용이 증가될 뿐만 아니라, 경화 과정에서 사용된 열로 인하여 터치스크린 패널을 이루는 각종 전자 소재와 인쇄 도막이 열적 충격에 의해 열화되거나 수축되는 등의 문제점이 있다. 특히 열 경화형 페이스트를 제조하기 위해서 사용되는 유기 용제로 인한 작업 환경의 곤란함 역시 해소되어야 할 과제로 남아 있었다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 열 경화형이 아닌 자외선 경화형으로서 터치스크린 및/또는 터치 패널에 사용가능한 전도성 페이스트 조성물 및 그 제조 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 스크린 인쇄에 적합한 자외선(UV) 경화형 터치패널용 전도성 페이스트 조성물을 사용하여 로서, 투명전극과의 인쇄적성, 접착력 및 전기전도성이 우수한 전극 패턴을 가지는 터치 패널을 제공하는데 있다.
아울러, 본 발명의 다른 목적은 전술한 전도성 페이스트 조성물을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 후술하는 발명의 구성 및 첨부하는 도면을 통해서 더욱 분명해질 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명의 일 관점에 따르면, 전도성 무기 파우더 60 ~ 80 중량%; 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머의 수지 고형분을 포함하는 자외선 경화형 바인더 20 ~ 40 중량%를 포함하는 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물을 제공한다.
이때, 상기 자외선 경화형 바인더는, 유리전이온도 5 ~ 40 ℃의 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머로서 수평균 분자량이 1000 ~ 5000 범위이고 반응기 3 ~ 5개를 가지는 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머로 구성되는 제 1 바인더와; 유리전이온도 5 ~ 40 ℃, 수평균 분자량 3000 ~ 8000이고, 반응기 4 ~ 6개를 가진 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머인 수지 고형분 60 ~ 80 중량부와, 희석 용제 20 ~ 40 중량부를 포함하는 제 2 바인더를 포함할 수 있으며, 바람직하게는 상기 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 상기 제 1 바인더 5 ~ 20 중량부, 상기 제 2 바인더 5 ~ 20 중량부의 비율로 배합된다.
본 발명의 실시예에 따르면 전도성 무기 파우더는 실버 파우더를 포함하며, 상기 실버 파우더는 두께가 30 ~ 40 ㎚ 이고, 크기는 1 ~ 5 ㎛ 인 것과 두께가 70 ~ 80 ㎚ 이고, 크기는 1 ~ 4 ㎛인 판상형 파우더를 혼합하여 사용할 수 있다.
한편, 본 발명에 따르면 전술한 전도성 페이스트 조성물을 포함하는 터치 패널용 도전성 필름과, 이러한 터치 패널용 도전성 필름에 의하여 피막되어 있는 투명 전도성 박막을 포함하는 터치 패널을 또한 제공한다.
아울러, 본 발명의 다른 관점에 따르면, 터치 패널용 전도성 페이스트를 제조하는 방법으로서, (a) 상기 터치 패널용 전도성 페이스트 100 중량부에 대하여 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머 7 ~ 25 중량부, 아크릴레이트 관능기를 가지는 모노머 5 ~ 20 중량부, 바인더 희석 용제 3 ~ 15 중량부를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계; (b) 상기 얻어진 바인더에 상기 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 60 ~ 80 중량부의 전도성 무기 파우더를 첨가한 뒤 이 혼합물을 교반하여 제 1 페이스트를 얻는 단계; 및 (c) 광경화개시제를 페이스트 희석 용제에 용해시킨 뒤 상기 제 1 페이스트와 교반하여 제 2 페이스트를 얻는 단계를 포함하는 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물을 제조하는 방법을 또한 제공한다.
이때, 상기 모노머는 2-히드록시프로필 아크릴레이트(2-Hydroxypropyl acrylate, HPA)), 4-히드록시부틸 아크릴레이트(4-Hydroxybutyl acrylate, 4-HBA)), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate, 9EGDA)), 네오펜틸글리콜 히드록시피발레이트 디아크릴레이트-개질된 카프로락톤(Neopentylglycol Hydroxypivalate diacrylate modified caprolactone), 비스페놀 A 디아크릴레이트(Bisphenol A diacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane triacrylate, TMPTA)), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트-개질된 에틸렌 옥사이드(Trimethylolpropane triacrylate modified ethylene oxide), 디펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(Dipentaerythritol triacrylate), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(Pentaerythritol tryacrylate, PETA)), 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트(Ditrimethylolpropane tetraacrylate(DTMPTA)), 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol hexaacrylate, DPHA)) 또는 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트-개질된 카프로락톤(Dipentaerythritol hexaacrylate modified caprolactone), 헥산디올디아크릴레이트(Hexanedioldiacrylate, HDDA), 옥틸데실아크릴레이트(octyl decyl acrylate, ODA), 트리메틸로프로판 트리스아크릴레이트(Trimethylo propane trisacrylate, TMPTA), 이소보닐 아크릴레이트(Isobonyl acrylate, IBOA), 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트(Tetraethyleneglycol dicarylate, TTEGDA), 에톡시화 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트(Ethoxylated trimethylopropane triacrylate, TM3EOTA) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 물질일 수 있다.
또한, 상기 바인더 희석 용제 및 페이스트 희석 용제는 테르피네올(terpineol), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve), 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트(Ethylene glycol monobutyl ether acetate), 에틸 카비톨(Ethyl carbitol), 에틸 카비톨 아세테이트(Ethyl cabitol acetate), 부틸 카비톨(Butyl cabitol), 에톡시에틸 아세테이트(Ethoxyethyl acetate), 에틸 셀로솔브(Ethyl cellosolve), 에틸 셀로솔브 아세테이트(ethyl cellosolve acetate), 부틸 아세테이트 (Butyl acetate), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(Propylene glycol monomethyl ether), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate), 감마-부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone) 및 이들의 조합에서 선택되는 물질인 것이 바람직하다.
상기 광경화개시제는 벤조페논(Benzophenone); 트리클로로아세토페논을 포함하는 클로로아세토페논(chloroacetophenon); 디에톡시아세토페논(Diethoxy Acetophenone, DEAP); 1-페닐-2-히드록시-2-메틸 프로판-1온(1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propane-1-one); 1-히드록시-사이클로헥실-페닐케톤(1-Hydroxycyclohexyl-phenylketone), 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판-1-온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-on)을 포함하는 히드록시아세토페논(hydroxyacetophenon); 2-벤질-2-(디메틸아미노)-4'-모르포리노부티로페논(2-benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenone); 알파-아미노아세토페논(α-Amino Acetophenone); 비스(h5-2,4,-사이클로펜타디엔-1-일)비스[2,6-디플루오로-3-(1H-피롤-1-일)페닐티타늄(bis(h5-2,4-cyclopentadien-1-yl)bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]-titanium); 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드(Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide), 2-메틸-1-[4-메틸티오]페닐-2-모르포리노프로판-1-온(2-methyl-1[4-methylthio]phenyl-2-morphorinopropane-1-on), 2,3,6-트리메틸벤조일 페닐 에톡시포스핀 옥사이드(2,3,6-Trimethylbenzoyl phenyl ethoxyphosphine oxide), 2,4-디에틸티오 크산톤(2,4-Diethylthioxthanthone), 이소프로필 티오크산톤(Isopropyl thioxthanthone) 또는 이들의 조합에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 스크린 인쇄에 적합한 자외선 경화형 터치 패널용 전도성 페이스트를 제조하여, 터치 패널의 투명 전도성 박막인 인쇄 적성, 접착력 및 전기전도성이 우수한 전극 패턴을 얻을 수 있다.
특히, 본 발명의 페이스트는 자외선에 의해 상온에서 경화되기 때문에, 종래 사용되었던 열경화 방식과 비교하여 열에 의한 전자 소자의 열화가 없을 뿐만 아니라, 생산 공정 시간을 단축시켜 인쇄피막의 물성이 양호하고 생산성이 높은 친환경적인 작업이 가능하도록 하였다.
또한, 접착력, 경도 및 내성과 같은 물성이 양호할 뿐만 아니라, 미세 패턴의 재현을 위한 스크린 인쇄가 가능하였다.
도 1은 본 발명에 따른 전도성 페이스트 조성물을 제조하기 위한 공정을 개략적으로 도시한 다이어그램.
도 2는 본 발명에 따라 제조된 전도성 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 필름의 레올로지 특성 중 점도를 측정한 그래프.
도 3은 본 발명에 따라 제조된 전도성 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 필름의 표면저항을 측정한 그래프.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 전도성 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 필름의 선저항을 측정한 그래프.
도 5a 내지 도 5e는 각각 본 발명에 따라 제조된 전도성 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 필름의 ITO면에 대한 sharpness를 측정한 사진.
도 6a 내지 도 6c는 각각 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전도성 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 필름의 면저항, 선저항 및 패턴 저항을 측정한 그래프.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전도성 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 필름의 연필 경도를 측정한 사진.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 전도성 페이스트 조성물을 사용하여 제조된 필름의 접착성을 측정한 사진.
본 발명자들은 터치스크린 패널, 특히 터치 패널의 투명 전극에 사용되며 상온에서 경화가 가능하고 투명 전극과의 양호한 접착성 등 물성이 뛰어난 페이스트에 대한 연구를 통해서 본 발명을 완성하였다. 이하, 첨부하는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.
1. 페이스트 조성물
본 발명의 일 관점에 따른 스크린 인쇄가 가능한 자외선(UV) 경화형 전도성 페이스트 조성물은 전체적으로 전도성 파우더와 자외선 경화형 바인더를 포함한다. 이때, 본 발명에 따른 전도성 페이스트의 점도는 스크린 인쇄의 인쇄 적성 및 작업성을 고려하여 회전형 점도계를 사용하여 50 rpm 에서 5000 ~ 1,000,000 cps의 범위인 것이 바람직하다.
가. 전도성 파우더
본 발명에 따른 전도성 페이스트 조성물 중 전도성 파우더는 표시 소자에 사용될 수 있는 무기 전도성 파우더를 사용할 수 있다. 이러한 무기 전도성 파우더는 터치 패널과 같은 표시 소자의 전극용 페이스트에 전도성을 부여하기 위한 것으로 예를 들어 1종 이상의 금속 파우더를 사용할 수 있지만 그 외에도 전도성을 가지는 임의의 다른 무기 파우더(예를 들어 전도성 탄소계 물질인 흑연, 카본 블랙, 탄소나노튜브/탄소나노섬유/탄소나노와이어와 같은 나노 입자)와 같은 세라믹 입자를 첨가하여 사용될 수 있다.
바람직하게는 비용과 전도성 측면을 고려하여 실버 파우더만을 단독으로 사용하거나 또는 실버 파우더에 산화지르코늄, 산화주석, 산화안티몬, 산화니켈, 산화알루미늄 및 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 산화된 금속 세라믹 입자에서 선택되는 금속성 파우더를 혼합하여 사용할 수 있다. 이때, 실버 파우더와 혼합하여 사용될 수 있는 금속성 파우더는 실버 파우더 100 중량부를 기준으로 1 ~ 20 중량부, 바람직하게는 1 ~ 10 중량부의 비율로 혼합된다. 만약 실버 파우더와 혼용되는 금속성 파우더의 함량이 이보다 적으면 전도성 개선 효과가 미미하고, 이보다 많으면 필름의 비저항이 지나치게 높아질 수 있고, 그 만큼 실버 파우더의 함량이 줄어들어 원하는 효과를 발휘할 수 없기 때문이다.
특히, 본 발명의 전도성 페이스트 조성물과 관련해서 실버 파우더는 바람직하게는 평평한 판상형(flake type)의 것을 사용할 수 있으며, 특히 바람직하게는 두께가 30 ~ 40 nm이고 크기는 1 ~ 5 ㎛인 판상형 실버 파우더(제 1 실버 파우더)와, 두께가 70 ~ 80 nm이고 크기는 1 ~ 4 ㎛인 판상형 실버 파우더(제 2 실버 파우더)를 혼합하여 사용하는 것이 바람직하다. 특히 전술한 제 1 실버 파우더와 제 2 실버 파우더를 5 : 1 내지 1 : 5, 바람직하게는 3 : 1 내지 1 : 3, 더욱 바람직하게는 2 : 1 내지 1 : 2의 비율로 배합할 수 있다. 사용되는 실버 파우더의 평균 입경이 전술한 것보다 작은 경우에는 페이스트 조성물이 적용되는 수지층의 일면에 요철 형상을 형성하기 곤란하여 화소의 휘도가 불균일하게 될 가능성이 높고 이보다 큰 경우에는 빛의 내부 산란이 커져서 터치 패널 전체의 투명성이 저하될 가능성이 높기 때문이다.
만약 실버 파우더의 형상이 판상형이 아닌 구형(sphere type)인 경우, 스크린 인쇄된 막의 실버 파우더는 서로 간에 면 접촉을 하지 못하고 점접촉을 하게 되어 도전 패스가 형성되기 어렵고 요구되는 전기 전도성을 얻지 못하는 문제가 있기 때문이다. 중량부를 기준으로 전도성 페이스트를 형성함에 있어서 부피가 작은 구형의 실버 파우더를 사용하는 경우 인쇄된 막의 전체 부피 중에서 실버 파우더가 차지하는 부피가 작게 되어 인쇄된 전도성 패턴에 핀홀이 발생하는 등, 실버 파우더의 패킹 불량이 발생하여 전기 전도성이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있기 때문이다. 아울러, 입도 크기가 다른 실버 파우더를 혼합하는 경우, 실버 파우더 간의 공극을 줄여서 밀도를 균일하게 해서 전도성을 향상시킬 수 있기 때문이다. 이때, 중량비율로 서로 다른 크기의 실버 파우더를 전술한 범위를 벗어나 사용하는 경우에는 공극을 메워주는 효과가 저감되기 때문에, 전술한 범위 내에서 실버 파우더를 혼합하는 것이 특히 바람직하다.
전도성 무기 파우더는 페이스트 조성물 중에 60 ~ 80 중량%, 바람직하게는 70 ~ 80 중량%의 비율로 포함된다. 전도성 무기 파우더의 함량이 이보다 적으면 터치 패널에서 요구되는 전도성을 달성하기 곤란하고 화소의 휘도 불균일이 야기될 수 있으며, 이보다 많으면 투명성이 저하될 수 있기 때문이다.
나. 바인더
자외선에 의해 상온에서 경화될 수 있는 바인더는 인쇄된 도막의 특성과 페이스트의 유동성을 부여하기 위해서 사용된다. 본 발명에 따른 페이스트 조성물을 구성하는 바인더는 자외선에 의하여 경화될 수 있는 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머 형태의 고형분 수지와, 최종적으로 만들어진 페이스트의 유동성 및 기타 기능을 부여하기 위한 희석 용제를 포함한다. 바인더는 제조된 페이스트의 물성 및 도막의 특성에 영향을 미칠 수 있는데, 본 발명에 따른 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머는 점도 조정이 용이하고 도막 경도와 접착성이 우수할 뿐만 아니라, 인쇄 작업성 등이 양호하다.
본 발명에 따른 페이스트 조성물을 구성하는 바인더를 이루는 고형분 수지는 유리전이온도 5 ~ 40 ℃ 범위의 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머를 사용하는 것이 바람직하다. 이는 본 발명에 따른 페이스트를 터치 패널에 적용하는 경우에 바람직하게는 스크린 인쇄 방법을 사용하는데, 통상적으로 스크린 인쇄용 피인쇄체로는 PET 필름(Polyethylene terephthalate film)이 사용된다. 물론 본 발명에 따른 전도성 페이스트가 적용되는 피인쇄체가 PET 필름으로 한정되는 것은 아니지만, 피인쇄체에 대한 점착력과 인쇄 적성 등을 고려할 때 전술한 범위의 유리전이온도를 갖는 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머를 사용하면 양호한 인쇄 적성을 얻을 수 있고, 자외선에 의해 경화될 수 있는 특성을 가지는 바인더로서 적합하기 때문이다.
이때, 바인더 수지의 일예로서 전술한 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머의 수지 고형분으로만 구성되는 경우(제 1 바인더) 및/또는 수지 고형분에 소정 함량의 희석 용제(바인더 희석 용제)가 배합된 형태로 구성될 수 있다(제 2 바인더 ). 제 2 바인더의 경우에 수지 고형분 : 희석 용제는 중량 비율로 6 : 4 ~ 8 : 2 범위일 수 있다. 이때, 희석 용제를 사용하지 않는 제 1 바인더의 경우에는 유리전이온도 5 ~ 40 ℃, 수평균 분자량이 1000 ~ 5000 범위이고 반응기를 3 ~ 5개 가진 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머(제 1 올리고머)를 사용할 수 있으며, 제 2 바인더의 경우에는 유리전이온도 5 ~ 40 ℃, 수평균 분자량이 3000 ~ 8000 범위이며 반응기를 4 ~ 6개를 가진 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머(제 2 올리고머)를 사용할 수 있다. 수지 고형분으로서의 올리고머의 분자량이 전술한 범위를 만족시키는 경우에 적절한 점도 및 경도를 가지는 페이스트 조성물을 얻을 수 있다. 이때, 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머에 부착되는 반응기는 광에 의하여 반응하는 반응기로서, 후술하는 아크릴레이트계 자외선 경화형 모노머와 동일한 반응기일 수 있다. 예를 들면, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 4-히드록시부틸 아크릴레이트, 옥틸데실아크릴레이트, 이소보닐 아크릴레이트와 같은 모노 아크릴레이트 반응기, 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 히드록시피발레이트 디아크릴레이트, 비스페놀 A 디아크릴레이트, 헥산디올디아크릴레이트, 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트와 같은 디아크릴레이트반응기, 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트, 에톡시화 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트, 트리메틸로프로판 트리스아크릴레이트와 같은 트리아크릴레이트 반응기, 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트 등의 테트라, 펜타 헥사 아크릴레이트 반응기 등을 들 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
이때, 바인더의 액상 성분인 희석 용제는 수지 고형분이 자외선 분위기에서 20초 이내에 경화될 수 있도록, 비점이 80 ~ 240 ℃ 범위인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 구체적으로, 테르피네올(terpineol), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, 비점 202 ℃ ), 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve, 비점 171.2 ℃), 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트(Ethylene glycol monobutyl ether acetate, 비점 192 ℃), 에틸 카비톨(Ethyl carbitol, 비점 201.9 ℃), 에틸 카비톨 아세테이트(Ethyl cabitol acetate, 비점 217.4 ℃), 부틸 카비톨(Butyl cabitol, 비점 230.6 ℃), 에톡시에틸 아세테이트(Ethoxyethyl acetate, 비점 156.3 ℃), 에틸 셀로솔브(Ethyl cellosolve, 비점 135 ℃), 에틸 셀로솔브 아세테이트(ethyl cellosolve acetate(ECA), 비점 156 ℃), 부틸 아세테이트 (Butyl acetate, 비점 126 ℃), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(Propylene glycol monomethyl ether, 비점 121 ℃), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate, 비점 146 ℃), 감마-부티로락톤(γ-butyrolactone, 비점 204 ℃), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone(MEK), 비점 80 ℃) 등을 포함하여 이루어지는 그룹 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 사용할 수 있다. 피인쇄체에 대한 인쇄 피막의 접착력 및 인쇄 적성 등을 고려해 볼 때, 바람직하게는 감마-부티로락톤, 메틸에틸케톤(MEK) 및 에틸 셀로솔브 아세테이트(ECA)에서 선택되는 적어도 어느 하나의 물질이며, 이들 3개의 희석 용제를 혼합하여 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명과 관련해서 볼 때, 전체 페이스트 중에서 바인더는 10 ~ 40 중량%, 바람직하게는 20 ~ 30 중량%의 비율로 함유되는 것이 인쇄 적합성이라든가 기타 물성 면에서 유리하다. 특히 전술한 바인더 1과 바인더 2를 혼합하는 경우에는 페이스트 조성물 중에 각각 5 ~ 20 중량%의 비율로 배합되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 바인더 1과 바인더 2를 혼합하는 경우에는 수지 고형분인 자외선 경화형 올리고머는 7 ~ 30 중량%, 바인더 희석 용제 3 ~ 10 중량%의 비율로 배합될 수 있다. 수지 고형분의 함량이 이보다 적으면 전도성 페이스트의 점도가 낮고, 고형분의 함량이 이보다 많으면 접도가 지나치게 높아져서 터치 패널용 필름을 형성하기 위한 스크린 인쇄의 경우에 작업성이 저하되기 때문이다.
다. 기타 첨가제
한편, 또한, 본 발명에서는 상기 전도성 페이스트 100 wt%에 대하여 페이스트에 전도성, 분산성, 저장 안정성, 인쇄적성 등의 특성들을 부여하는 첨가제를 더욱 포함할 수 있다. 이러한 첨가제의 일예로서, (a)스테아린산, 초산, 개미산 인산, 마론산, 마레인산, 염산 및 황산 등에서 선택된 산 첨가제와; (b) 디메틸폴리실록산, 메틸에틸폴리실록산 및 디에틸폴리실록산 등에서 선택된 폴리실록산계 소
포제, 실리콘 디아크릴레이트나 실리콘 폴리아크릴레이트 등에서 선택된 실리콘계 레벨링제 또는 메탄올, 에탄올, 부탄올 등에서 선택된 알코올계 레벨링제, 헥사플로로안티모네이트, 트리플릭산으로 블록되어 있는 암모늄 및 무기 충전제 등에서 선택된 기능성 첨가제로 이루어지는 첨가제를 사용하는 것이 전도성 페이스트의 특성상 바람직하다. 하지만, 본 발명이 상술한 첨가제로 국한되는 것은 아니며 전도성 페이스트 분야에서 상업적으로 판매되는 것을 사용해도 무방하다. 이때, 이러한 첨가제는 페이스트 조성물 중 0.1 ~ 3.0 중량%의 비율로 첨가될 수 있으며, 첨가제가 0.1 중량% 미만으로 첨가되면 원하는 기능을 발휘하기 곤란하고, 3 중량%를 초과한 경우에는 오히려 전도 효율이나 인쇄 적성이 저하될 수 있기 때문이다.
2. 터치 패널
본 발명에 따른 전도성 페이스트 조성물은 일례로 터치 패널을 구성하는 ITO와 같은 투명 전도성 박막의 상부에서 이 전도성 박막을 보호하기 위한 필름에 적용될 수 있다. 이 필름은 크게 투명 소재로 제조되어 페이스트 조성물을 형성하기 위한 일종의 피인쇄체로 사용될 수 있는 투명 필름층과, 본 발명에 따른 페이스트 조성물이 적용되는 수지층으로 구분될 수 있다. 투명 필름층은 투명하고 얇게 가공하기 쉬운 유리, 플라스틱일 수 있는데, 바람직하게는 플라스틱 필름이나 플라스틱판이다. 투명 필름층을 형성하기 위한 플라스틱 소재로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리스티렌, 폴리스티렌/폴리메탈메타크릴레이트 공중합체, 트리아세틸셀룰로오스 수지, 환상 올레핀계 수지 등 터치 패널과 관련해서 잘 알려져 있는 물질을 사용할 수 있다. 통상적으로 투명 필름층은 1 ~ 500 ㎛, 바람직하게는 1 ~ 300 ㎛의 두께로 제작될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 페이스트 조성물이 적용되는 수지층은 대략 0.5 ~ 20 ㎛, 바람직하게는 0.5 ~ 20 ㎛의 두께로 형성될 수 있다. 수지층을 형성하기 위해서는 코팅 공법이나 그라비아 인쇄, 오프셋 인쇄와 같은 방법이 사용될 수 있으나 바람직하게는 다양한 곡면 형성이 자유로운 실크 스크린 인쇄 방법이 채택된다. 바람직하게는 본 발명에 따른 전도성 페이스트를 이용하여 피인쇄체인 투명 필름층에 1차 인쇄한 뒤, 본 발명에 따른 전도성 페이스트 100 중량부에 ⅰ) 황산, 초산, 개미산, 인산, 마론산, 마레인산, 염산 및 스테아린산으로 이루어지는 군에서 선택된 산 첨가제과; ⅱ) 폴리실록산계 소포제, 실리콘계 레벨링제 또는 알코올계 레벨링제, 헥사플로로안티모네이트, 트리플릭산으로 블록되어 있는 암모늄 및 무기 충전제로 이루어지는 군에서 선택된 기능성 첨가제로 이루어지는 첨가제 0.01 ~ 3.0 중량부가 더욱 첨가된 전도성 페이스트를 사용하여 2차 스크린 인쇄하는 방법을 사용할 수 있다. 하지만, 본 발명의 전도성 페이스트를 사용하여 터치 패널의 필름을 형성하기 위한 방법이 실크 스크린 인쇄 방법으로 국한되는 것은 결코 아니다.
아울러, 전술한 필름의 일면에 투명 전도성 박막이 대략 30 ~ 3000 ㅕ 정도의 두께로 형성될 수 있다. 이보다 얇으면 전도성이 불량하고 이를 초과하면 수지층의 일면에 형성된 패턴과 같은 요철이 투명 전도성 박막의 요철 구조에 영향을 주기 어려울 뿐만 아니라 투명성의 저하를 초래할 수 있기 때문이다. 투명 전도성 박막은 산화인듐주석(Indium Tin Oxide), 산화인듐티타늄(Indium Titanium Oxide), 산화주석, 산회티타늄 등의 무기 재료는 물론이고 폴리티오펜과 같은 유기 재료의 단독 또는 복합 재료일 수 있다. 투명 전도성 박막을 형성하는 공정은 잘 알려져 있으므로 상세한 설명은 생략한다.
3. 페이스트의 제조
본 발명에 따른 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물을 제조하기 위한 과정을 개략적으로 도시한 도 1을 참조하여 페이스트의 제조 과정에 대해서 설명한다.
우선, 고형분 수지 성분으로서 전술한 자외선 경화형 폴리에스테르 아크릴레이트와, 자외선에 의한 노광시 경화 반응을 통하여 패턴을 형성하는 자외선경화형 모노머(monomer)로서, 경화 반응에 관여하는 1개 이상의 관능기를 가지는 모노머와, 바인더 희석 용제를 혼합하고 소포 처리하여 바인더를 제조한다. 이때, 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여, 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머 7 ~ 25 중량부, 아크릴레이트 관능기를 가지는 자외선경화성 모노머 5 ~ 20 중량부, 바인더 희석 용제 3 ~ 15 중량부로 혼합될 수 있다.
이때, 아크릴레이트계 모노머로서 방향족을 함유하는 경우에는 노광 후에 문제가 될 수 있으므로 바람직하지 않다. 구체적으로 사용가능한 자외선경화형 모노머로는 2-히드록시프로필 아크릴레이트(2-Hydroxypropyl acrylate, HPA)), 4-히드록시부틸 아크릴레이트(4-Hydroxybutyl acrylate, 4-HBA)), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate, 9EGDA)), 네오펜틸글리콜 히드록시피발레이트 디아크릴레이트-개질된 카프로락톤(Neopentylglycol Hydroxypivalate diacrylate modified caprolactone), 비스페놀 A 디아크릴레이트(Bisphenol A diacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane triacrylate, TMPTA)), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트-개질된 에틸렌 옥사이드(Trimethylolpropane triacrylate modified ethylene oxide), 디펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(Dipentaerythritol triacrylate), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(Pentaerythritol tryacrylate, PETA)), 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트(Ditrimethylolpropane tetraacrylate(DTMPTA)), 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol hexaacrylate, DPHA)) 또는 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트-개질된 카프로락톤(Dipentaerythritol hexaacrylate modified caprolactone), 헥산디올디아크릴레이트(Hexanedioldiacrylate, HDDA), 옥틸데실아크릴레이트(octyl decyl acrylate, ODA), 트리메틸로프로판 트리스아크릴레이트(Trimethylo propane trisacrylate, TMPTA), 이소보닐 아크릴레이트(Isobonyl acrylate, IBOA), 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트(Tetraethyleneglycol dicarylate, TTEGDA), 에톡시화 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트(Ethoxylated trimethylopropane triacrylate, TM3EOTA) 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 바람직하게는 HDDA, ODA, TMPTA, IBOA, TTEGDA, DPHA, TM3EOTA 및 이들의 조합에서 선택되는 물질일 수 있다. 특히 전술한 올리고머와의 상용성 및 광경화성을 고려해 볼 때, 3관능 모노머닝 TMPTA, 2관능 모노머인 HDDA 및 단관능 모노머인 ODA를 단독으로 또는 혼합하여 사용할 수 있다. 이때 2 이상의 모노머 조합을 사용한다면, 예를 들어 동일한 중량비로 사용할 수 있다.
특히, 자외선 경화형 모노머는 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머 100 중량부에 대해서 50 ~ 80 중량부, 바람직하게는 60 ~ 80 중량부의 비율로 사용될 수 있다. 자외선 경화형 모노머의 함량이 올리고머에 대하여 50 중량부 이상인 경우, 노광시 이 모노머의 경화 반응에 의하여 가교 구조가 충분히 형성되며, 90 중량부 이하인 경우 바인더의 함량이 적절한 범위가 될 수 있기 때문이다.
이렇게 얻어진 바인더에 전술한 전도성 무기 파우더를 혼합하여 밀링 처리를 통해 예비 페이스트(1차 페이스트)를 얻는다. 스크린 인쇄를 위한 전도성 페이스트를 위해서 바인더와 전도성 무기 파우더를 혼합하여 페이스트를 제조하는 과정은 잘 알려져 있기 때문에 상세한 설명은 생략한다.
이렇게 하여 얻어진 페이스트에 페이스트 희석 용제에 용해시킨 광경화개시제를 교반시켜 최종 페이스트(2차 페이스트)를 얻을 수 있다. 페이스트 희석 용제는 전술한 바인더 희석 용제와 동일한 종류의 것을 사용할 수 있으며, 일예로 용해력이 우수한 감마-부티로락톤이다. 페이스트 용제는 최종적으로 제조된 전도성 페이스트 조성물의 점도, 유동성, 인쇄 적성 등을 조절하는 역할을 하는 것으로, 예를 들어 본 발명에 따른 전도성 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 5 ~ 40 중량부, 바람직하게는 10 ~ 35 중량부의 범위일 수 있다. 이 범위를 벗어나는 경우 페이스트의 점도가 지나치게 높거나 낮아질 수 있어서 인쇄 적성 등이 불량해질 수 있기 때문이다.
한편, 광경화개시제로 아크릴레이트 계열의 모노머의 가교 결합을 개시하는 역할을 한다. 이러한 광경화개시제로는 벤조페논(Benzophenone), 벤조인부틸에테르(benzoinbutylether, Esacure EB3),
트리클로로아세토페논과 같은 클로로아세토페논(chloroacetophenon), 디에톡시아세토페논(Diethoxy Acetophenone, DEAP), 1-페닐-2-히드록시-2-메틸 프로판-1온(1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propane-1-one), 1-히드록시-사이클로헥실-페닐케톤(1-Hydroxycyclohexyl-phenylketone, Irgacure-184 (I-184)), 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-프로판-1-온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-one, Darocure 173)과 같은 히드록시아세토페논(hydroxyacetophenon), 2-벤질-2-(디메틸아미노)-4'-모르포리노부티로페논(2-benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenone, Irgacure 369(I-369), 알파-아미노아세토페논(α-Amino Acetophenone, Irgacure-907, I-907), 4-(2-히드록시에톡시)페닐-(2-히드록시-2-프로필)케톤(4-(2-hydroxyethoxy)phenyl-(2-hydroxy-2-propyl)ketone, Irgacure 2959, I-2959), 2,2-디메톡시-1,2-디(페닐)에탄온(2,2-dimethoxy-1,2-di(phenyl)ethanon, Irgacure 641, I-651), 비스(h5-2,4,-사이클로펜타디엔-1-일)비스[2,6-디플루오로-3-(1H-피롤-1-일)페닐티타늄(bis(h5-2,4-cyclopentadien-1-yl)bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]-titanium, Irgacure-784(I-784), 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드(Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide, Irgacure-819(I-819)), 2-메틸-1-[4-메틸티오]페닐-2-모르포리노프로판-1-온(2-methyl-1[4-methylthio]phenyl-2-morphorinopropane-1-on), 2,3,6-트리메틸벤조일 페닐 에톡시포스핀 옥사이드(2,3,6-Trimethylbenzoyl phenyl ethoxyphosphine oxide(TPO)), 2,4-디에틸티오 크산톤(2,4-Diethylthioxthanthone(DETX)), 이소프로필 티오크산톤(Isopropyl thioxthanthone(ITX)), 올리고[2-히드록시-2-메틸-1-[4-(1-메틸비틸)페닐]프로판온] (Oligo [2-hydroxy-2-methyl-1-[ 4-(1-methylvinyl) phenyl] propanone, Esacure KIP150), 또는 이들의 조합에서 선택될 수 있다. 후술하는 자외선 경화 과정에서 사용되는 광원의 파장 영역을 고려하여 적절한 활성 파장 영역의 광경화개시제가 선택될 수 있는데, 예를 들어 경화를 위해 사용한 UV 램프 광원의 파장 영역이 200 ~ 400 ㎚인 경우, 이 근방에서 광흡수 능력이 우수한 Irgacure-819와, 자외선 경화형 페이스트가 인쇄된 패턴이 전도성 무기 파우더의 비율이 높아 내부 정화가 어려운 점을 고려하여 장파장 영역의 흡수영역을 가지는 TPO(2,3,6-trimethylbenzoyl diphenylphosphine oxide)를 용해력이 우수한 페이스트 희석 용제에 사용할 수 있다. 이때, 광경화개시제의 함량은 전도성 페이스트 조성물 중 무기 전도성 파우더 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부, 바람직하게는 2 ~ 8 중량부일 수 있다. 무기 전도성 파우더 100 중량부에 대하여 광중합개시제의 함량이 1 중량부 이상이어야 광경화 반응이 효과적으로 개시되어 네트워크 구조가 만들어지고, 10 중량부를 초과하더라도 원하는 효과는 비례하여 늘어나지 않기 때문이다. 이때, 광경화개시제와 별도로 경화제를 미량, 예를 들어 무기 전도성 파우더 100 중량부에 대하여 0.1 ~ 5 중량부를 사용할 수도 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 설명하지만 본 발명이 이들 실시예로 한정되는 것은 결코 아니다.
전도성 파우더 및 올리고머의 성질
본 발명의 페이스트 조성물의 주요 성분인 전도성 무기 파우더의 하나인 실버 파우더와 수지 고형분인 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머(바인더)의 기본적인 물성은 다음과 같다.
전도성 파우더인 실버 파우더의 물성
실버 파우더 두께 (nm) 크기 (㎛) 형태
1 30 ~ 40 1 ~ 5 판상형
2 70 ~ 80 1 ~ 4 판상형
수지 고형분(올리고머)의 물성
올리고머 유리전이온도 (℃) 수평균 분자량 반응기의 수
1 5 ~ 40 1000 ~ 5000 3 ~ 5
2 5 ~ 40 3000 ~ 8000 4 ~ 6
실시예 1 : 전도성 페이스트의 제조
도 1에 도시된 절차에 따라 각 성분을 배합하여 전도성 페이스트 조성물을 제조하였다. 하기 표 3에서는 바인더 성분 중 모노머의 종류와 함량에 따라 전도성 페이스트를 제조하기 위하여 사용된 각각의 성분의 함량 비율을 나타냈다. 표 3에서 실버파우더-1은 일본 도쿠센의 M13 실버 파우더, 실버파우더-2는 국내 희성전자의 022END 실버 파우더이고, 전도성 첨가제로 사용된 산화주석(SnO2) 파우더는 일본 준세이사의 제품이다. 폴리에스테르수지-1은 KCI에 합성 의뢰한 것이고, 폴리에스테르수지-2는 일삼수지에 의뢰한 제품명 ISA-210E이다. 각각의 모노머는 SK-cyteck에 합성을 의뢰하였다. 용제로서 ECA(에틸 솔로솔브 아세테이트)는 삼천화학, MEK(메틸에틸케톤)은 SK-케미칼, 감마부틸로락톤은 준세이 제품이었다. 각 성분은 중량부(phr)로 표시하였다. 페이스트 1 내지 8에서 사용된 모노머는 각각 TMPTA(트리메틸올프로판 트리아크릴레이트), HDDA(헥산디올디아크릴레이트), ODA(옥틸데실아크릴레이트), IBOA(이소보닐 아크릴레이트), TMPTA+ODA 혼합, HDDA+ODA 혼합, IBOA+ODA 혼합, IBOA+HDDA 혼합이었다.
자외선 경화형 폴리에스테르계 수지에, 부티로락톤, 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone(MEK)의 혼합 용제를 수지 용제로 사용하여 pre-mixing하여 바인더를 제조하였다. 여기에 표시된 실버 파우더를 주성분으로 하는 금속 파우더의 페이스트를 넣어 교반시킨 다음 3-roll-mill(TRM-6.5, 경용기계)을 이용하여 금속 파우더를 분산시켰다. 분산된 액에 광경화개시제로서 2,3,6-트리메틸벤조일 페닐 에톡시포스핀 옥사이드(TPO)와 I-184를 투입하여 전도성 페이스트를 제조하였다.
전도성 페이스트 제조 성분 함량
paste 무기 파우더 바인더
용제
광개시제액
실버
파우더1
실버
파우더2
SnO2
powder
poly
ester-1
poly
ester-2
모노머 용제 I-184 TPO
1 36 36 5 7 5 5 4.5 0.5 0.5 0.5
2 36 36 5 7 5 5 4.5 0.5 0.5 0.5
3 36 36 5 7 5 5 4.5 0.5 0.5 0.5
4 36 36 5 7 5 5 4.5 0.5 0.5 0.5
5 36 36 5 7 5 5 4.5 0.5 0.5 0.5
6 36 36 5 7 5 5 4.5 0.5 0.5 0.5
7 36 36 5 7 5 5 4.5 0.5 0.5 0.5
8 36 36 5 7 5 5 4.5 0.5 0.5 0.5
실시예 2 : 스크린 인쇄
실시예 1에서 제조한 전도성 페이스트를 스크린 인쇄 방법을 이용하여 ITO 필름에 인쇄하였다. 250 메쉬 및 450 메쉬 SUS 재질로서, 패턴(100 ㎛, 60 ㎜), 전면 (45 × 45 ㎜)의 320 × 320 ㎜ 스크린판을 사용하여, 스크린 인쇄기(BS-150ATC)로 패터닝을 하였고, 120℃에서 20초간 용제를 증발시키는 preheating공정을 거친 후 UV 경화를 하였다. 인쇄에 사용된 제판 사양, 인쇄 조건 및 UV 경화 조건이 각각 표 4 내지 표 6에 표시되어 있다. 선저항을 위해서 패턴 인쇄를, 면저항 및 비정항을 위해서 전면 인쇄를 함께 수행하였다.
스크린판의 사양
메쉬
카운트
메쉬
앵글(°)
장력(㎜/kgf) 메시 두께(㎛) 에멀션
두께(㎛)
전체
두께(㎛)
X Y
SUS 400 34 0.80 0.80 39 15 54
SUS 250 22.5 59 10 69
인쇄 조건
value contact off gap
(㎜)
squeegee angle
(°)
squeegee
speed (㎜/sec)
print
pressure (Kgf/㎠)
패턴 2.5 80 100 6
전면 2.5 80 34 6
UV 경화 조건
Type belt speed(m/s) 광 량(J/cm2) Temperature (℃) time (1/sec)
UV curing system 1.6 1000 80 35
실험예 1 : 페이스트의 레올로지 측정
HANKE Phesoscope를 이용하여 스크린 인쇄된 전도성 페이스트의 레올로지(rheology)를 측정하였다. 측정 조건은 25℃, 전단속도(100 1/s)이었다.
도 2는 본 실시예에 따른 레올로지 특성 중에서 전단속도에 따른 점도를 측정한 결과를 나타낸 그래프이고 하기 표 7에 측정 결과가 함께 표시되어 있다. 제조된 전도성 페이스트 조성물의 전단속도에 따른 점도 특성을 보면 모든 페이스트가 낮은 전단 속도에서 높은 전단속도로 갈수록 점도가 감소하는 것을 알 수 있다.
전단속도에 따른 페이스트의 점도
점도 레오메타(cps)
paste 1 paste 2 paste 3 paste 4 paste 5 paste 6 paste 7 paste 8
1 1/s 93510 150700 200700 284900 153300 131800 117600 104500
5 1/s 51330 41820 51220 120200 43010 38300 29780 24950
10 1/s 30490 24090 30460 66030 25100 22290 17670 15290
50 1/s 18977 17677 18892 21050 17656 17049 16145 15525
100 1/s 8422 9932 8680 8154 9222 8397 9124 9997
TI(1/10) 3.06 6.25 6.58 4.34 6.01 5.91 5.27 6.83
TI(1/100) 11.10 15.17 23.12 34.93 1.66 15.69 12.88 10.45
실험예 2 : 페이스트의 전기 전도도 측정
실시예 2를 통해 제조된 전극 패턴에 대한 전도도를 측정하기 위해, 페이스트로 인쇄된 전극을 130 ℃에서 2분 동안 건조시키고, 3000 mj/cm의 광량 상태에서 측정하였다. 실시예 2를 통해 얻어진 전도성 페이스트 전극에 대한 전기전도성은 전극 패턴의 표면을 표면저항 측정기(2002 multimeter, keithley)를 측정한 4 탐침법(4 prove, KS L 1619) 방법에 준하여 면 저항을 측정하고, 이를 두께 측정기로 두께를 측정한 뒤 이를 비저항으로 환산하였다. 한편, 선저항을 측정하기 위해 형성된 전극 패턴에 대한 전기전도성은 전극 패턴의 표면을 동일한 표면저항 측정기로 측정한 뒤, 2 탐침법(2 prove)으로 측정하였다. 표면 저항 측정 결과가 도 3에, 선저항 측정 결과가 도 4에 도시되어 있다.
실험예 3 : Sharpness 측정
실시예 2에서 제조된 film ITO 면에 대한 sharpness를 측정하였다. 각각의 페이스트를 사용하여 제조된 필름에 대한 sharpness 측정 결과가 도 5a 내지 도 5h에 도시되어 있다.
실험예 4 : 페이스트 4의 전기적 특성
실험예 1 내지 3의 결과, 페이스트 1 내지 페이스트 8 중에서 레올로지(유동 특성), 인쇄 적성 및 인쇄후 도막의 전기적 특성에 있어서 페이스트 4가 가장 양호하였다. 이에, 4번 페이스트에 대하여 추가적인 실험을 하였다. 본 실시예에서는 실시예 2를 통해 제조된 전극 패턴 중에서 페이스트 4의 조성물을 사용한 전극 패턴에 대한 전도도를 측정하기 위해, 페이스트로 인쇄된 전극을 130 ℃에서 2분 동안 건조시키고, 3000 mj/cm의 광량 상태에서 측정하였다. 실시예 2를 통해 얻어진 전도성 페이스트 전극에 대한 전기전도성은 전극 패턴의 표면을 표면저항 측정기(2002 multimeter, keithley)를 측정한 4 탐침법(4 prove, KS L 1619) 방법에 준하여 면 저항을 측정하고, 이를 두께 측정기로 두께를 측정한 뒤 이를 비저항으로 환산하였다.
한편, 선저항을 측정하기 위해 형성된 전극 패턴에 대한 전기전도성은 전극 패턴의 표면을 동일한 표면저항 측정기로 측정한 뒤, 2 탐침법(2 prove)으로 측정하였다. 표면 저항 측정 결과가 도 6a에, 선저항 측정 결과가 도 6b에, 패턴 저항 측정 결과가 도 6c에 각각 도시되어 있다. 250 메쉬에서 면 저항은 1.5 ~ 3 mΩ, 250 메쉬에서 비저항은 3.0 × 10-5 이하, 400 메쉬에서 선저항은 25 ~ 30 Ω으로, 본 발명에 따른 페이스트 조성물로 인쇄된 전극 패턴의 전도도가 우수하였다.
실험예 5 : 경도 측정
페이스트 4의 조성물을 이용한 필름의 경도를 측정하였다. 페이스트 도막의 경도를 측정하기 위해서 다음과 같은 방법을 따랐다. 우선, 도료와 바니시의 경우에는 도막의 연필경도 측정법인 KS M ISO15184에 의거하여 측정하였다. 연필 경도란 연필경도란 규정된 크기와 모양 및 규정된 경도를 갖는 연필심으로 표면을 눌러 그었을 때 도막 표면에 자국이 생기거나 또는 어떤 결함이 생기는 것에 대한 저항성, 연필심에 의하여 생성되는 자국을 의미하는데, 본 실시예에 따라 광량 1500 (mj/㎠)에서 130 ℃에서 2분 건조시킨 상태에서 측정하였다. 도 7에 결과가 도시되어 있으며, 연필 강도는 5H로 나타나 경도가 양호하였다.
실험예 6 : 페이스트의 밀착성(접착력) 측정
페이스트 4를 이용한 페이스트 도료의 밀착성 시험 방법은 KS M ISO 2409에 준하여 측정하였다. 이를 위해서, 인쇄된 도막을 십자가 모양으로 크로스 커팅(cross cutting)한 후 셀로판테이프로 부착한 뒤 인쇄된 패턴 셀이 떨어지는 개수로써 양호한지 아닌지를 판단하였다. 접착성 측정 결과가 도 8에 도시되어 있는데, 도시된 것과 같이 본 발명에 따라 제조된 페이스트는 접착력이 우수하였다.

Claims (10)

  1. 전도성 무기 파우더 60 ~ 80 중량%; 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머의 수지 고형분을 포함하는 자외선 경화형 바인더 20 ~ 40 중량%를 포함하는 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 자외선 경화형 바인더는,
    유리전이온도 5 ~ 40 ℃의 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머로서 수평균 분자량이 1000 ~ 5000 범위이고, 반응기 3 ~ 5개를 가지는 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머로 구성되는 제 1 바인더와;
    유리전이온도 5 ~ 40 ℃, 수평균 분자량 3000 ~ 8000이고 반응기가 4 ~ 6개를 가진 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머인 수지 고형분 60 ~ 80 중량부와, 희석 용제 20 ~ 40 중량부를 포함하는 제 2 바인더
    를 포함하는 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 상기 제 1 바인더 5 ~ 20 중량부, 상기 제 2 바인더 5 ~ 20 중량부의 비율로 배합되어 있는 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물.
  4. 제 1항에 있어서, 상기 전도성 무기 파우더는 실버 파우더를 포함하며, 상기 실버 파우더는 두께가 30 ~ 40 nm이고 크기는 1 ~ 5 ㎛인 판상형 실버 파우더와, 두께가 70 ~ 80 nm이고 크기는 1 ~ 4 ㎛인 판상형 실버 파우더를 혼합한 것을 특징으로 하는 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물.
  5. 제 1항 내지 제 4항 중 어느 하나의 항에 기재되어 있는 전도성 페이스트 조성물을 포함하는 터치 패널용 도전성 필름.
  6. 제 5항에 기재된 터치 패널용 도전성 필름에 의하여 피막되어 있는 투명 전도성 박막을 포함하는 터치 패널.
  7. 터치 패널용 전도성 페이스트를 제조하는 방법으로서,
    (a) 상기 터치 패널용 전도성 페이스트 100 중량부에 대하여 자외선 경화형 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머 7 ~ 25 중량부, 아크릴레이트 관능기를 가지는 모노머 5 ~ 20 중량부, 바인더 희석 용제 3 ~ 15 중량부를 혼합하여 바인더를 제조하는 단계;
    (b) 상기 얻어진 바인더에 상기 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물 100 중량부에 대하여 60 ~ 80 중량부의 전도성 무기 파우더를 첨가한 뒤 이 혼합물을 교반하여 제 1 페이스트를 얻는 단계; 및
    (c) 광경화개시제를 페이스트 희석 용제에 용해시킨 뒤 상기 제 1 페이스트와 교반하여 제 2 페이스트를 얻는 단계를 포함하는 터치 패널용 전도성 페이스트 조성물을 제조하는 방법.
  8. 제 7항에 있어서, 상기 모노머는 2-히드록시프로필 아크릴레이트(2-Hydroxypropyl acrylate, HPA)), 4-히드록시부틸 아크릴레이트(4-Hydroxybutyl acrylate, 4-HBA)), 폴리에틸렌글리콜 디아크릴레이트(Polyethyleneglycol diacrylate, 9EGDA)), 네오펜틸글리콜 히드록시피발레이트 디아크릴레이트-개질된 카프로락톤(Neopentylglycol Hydroxypivalate diacrylate modified caprolactone), 비스페놀 A 디아크릴레이트(Bisphenol A diacrylate), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트(Trimethylolpropane triacrylate, TMPTA)), 트리메틸올프로판 트리아크릴레이트-개질된 에틸렌 옥사이드(Trimethylolpropane triacrylate modified ethylene oxide), 디펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(Dipentaerythritol triacrylate), 펜타에리트리톨 트리아크릴레이트(Pentaerythritol tryacrylate, PETA)), 디트리메틸올프로판 테트라아크릴레이트(Ditrimethylolpropane tetraacrylate(DTMPTA)), 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트(Dipentaerythritol hexaacrylate, DPHA)) 또는 디펜타에리트리톨 헥사아크릴레이트-개질된 카프로락톤(Dipentaerythritol hexaacrylate modified caprolactone), 헥산디올디아크릴레이트(Hexanedioldiacrylate, HDDA), 옥틸데실아크릴레이트(octyl decyl acrylate, ODA), 트리메틸로프로판 트리스아크릴레이트(Trimethylo propane trisacrylate, TMPTA), 이소보닐 아크릴레이트(Isobonyl acrylate, IBOA), 테트라에틸렌글리콜디아크릴레이트(Tetraethyleneglycol dicarylate, TTEGDA), 에톡시화 트리메틸로프로판 트리아크릴레이트(Ethoxylated trimethylopropane triacrylate, TM3EOTA) 및 이들의 조합으로 구성되는 군에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는 터치 패널용 전도성 페이스트의 제조 방법.
  9. 제 7항에 있어서, 상기 바인더 희석 용제 및 페이스트 희석 용제는 테르피네올(terpineol), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve), 에틸렌글리콜모노부틸에테르아세테이트(Ethylene glycol monobutyl ether acetate), 에틸 카비톨(Ethyl carbitol), 에틸 카비톨 아세테이트(Ethyl cabitol acetate), 부틸 카비톨(Butyl cabitol), 에톡시에틸 아세테이트(Ethoxyethyl acetate), 에틸 셀로솔브(Ethyl cellosolve), 에틸 셀로솔브 아세테이트(ethyl cellosolve acetate), 부틸 아세테이트 (Butyl acetate), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(Propylene glycol monomethyl ether), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate), 감마-부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸에틸케톤(methyl ethyl ketone) 및 이들의 조합에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는 터치 패널용 전도성 페이스트의 제조 방법.
  10. 제 7항에 있어서, 상기 광경화개시제는 벤조페논(Benzophenone); 트리클로로아세토페논을 포함하는 클로로아세토페논(chloroacetophenon); 디에톡시아세토페논(Diethoxy Acetophenone, DEAP); 1-페닐-2-히드록시-2-메틸 프로판-1온(1-phenyl-2-hydroxy-2-methyl propane-1-one); 1-히드록시-사이클로헥실-페닐케톤(1-Hydroxycyclohexyl-phenylketone), 2-히드록시-2-메틸-1-페닐-1-프로판-1-온(2-Hydroxy-2-methyl-1-phenyl-propane-1-on)을 포함하는 히드록시아세토페논(hydroxyacetophenon); 2-벤질-2-(디메틸아미노)-4'-모르포리노부티로페논(2-benzyl-2-(dimethylamino)-4'-morpholinobutyrophenone); 알파-아미노아세토페논(α-Amino Acetophenone); 비스(h5-2,4,-사이클로펜타디엔-1-일)비스[2,6-디플루오로-3-(1H-피롤-1-일)페닐티타늄(bis(h5-2,4-cyclopentadien-1-yl)bis[2,6-difluoro-3-(1H-pyrrol-1-yl)phenyl]-titanium); 비스(2,4,6-트리메틸벤조일)-페닐포스핀옥사이드(Bis(2,4,6-trimethylbenzoyl)-phenylphosphineoxide), 2-메틸-1-[4-메틸티오]페닐-2-모르포리노프로판-1-온(2-methyl-1[4-methylthio]phenyl-2-morphorinopropane-1-on), 2,3,6-트리메틸벤조일 페닐 에톡시포스핀 옥사이드(2,3,6-Trimethylbenzoyl phenyl ethoxyphosphine oxide), 2,4-디에틸티오 크산톤(2,4-Diethylthioxthanthone), 이소프로필 티오크산톤(Isopropyl thioxthanthone) 또는 이들의 조합에서 선택되는 물질인 것을 특징으로 하는 터치 패널용 전도성 페이스트의 제조 방법.
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