KR20140008084A - 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인산 10 내지 50중량%, 인산을 제외한 무기산 5 내지 30중량%, 수용성 바인더 수지 10 내지 50중량% 및 잔량의 수계 용매를 포함함으로써, 패턴의 형성이 용이하고 환경 친화적인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물에 관한 것이다.

Description

스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물 {ETCHING PASTE COMPOSITON FOR SCREEN-PRINTING}
본 발명은 투명 도전층을 패턴 형상으로 에칭하기에 유용한 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물에 관한 것이다.
현재 터치 패널 등에 널리 사용되고 있는 투명 도전성 부재는 유리 기판 또는 플라스틱 필름 등의 일면에 ITO와 같은 투명한 도전성 박막을 형성하여 가시광선 영역에서 투명하고 도전성을 갖는 부재이다.
통상적으로 투명 도전성 부재로서 유리 상에 산화세륨이나 산화인듐 박막을 형성한, 이른바 도전성 유리 플레이트가 잘 알려져 있지만, 도전성 유리 플레이트는 기재로 사용되는 유리의 특성상 가요성 및 가공성이 떨어지고 용도에 따라서는 바람직하지 않은 경우가 있다. 그 때문에 최근에는 가요성 및 가공성을 확보하고 있고 내충격성이 우수하며 무게가 가벼운 폴리에틸렌테레프탈레이트 필름과 같은 각종 고분자 필름을 기재로 한 투명 도전성 필름이 사용되고 있다.
터치 패널에 사용되는 이러한 투명 도전성 필름의 주된 기능 중 하나는 입력 위치를 검출하는 것이다. 이를 위해 표면에 소정의 패턴 형상을 갖는 투명 도전층을 구비한 투명 도전성 필름이 알려져 있다.
투명 도전층을 패턴 형상으로 형성하기 위해서는 종래에는 포토리소그라피법을 사용하였다. 하지만, 포토리소그라피는 과정이 복잡하고 설비비용이 높은 단점이 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위해, 에칭 페이스트 조성물을 패턴 형상으로 도전층 상에 인쇄하는 방법이 소개되었다. 에칭 페이스트 조성물은 도전층 상에 인쇄하고 에칭이 완료되면 에칭 페이스트 조성물을 제거하는 간단한 공정으로 도전층을 에칭할 수 있는 방법이다.
하지만, 최초 소개된 에칭 페이스트 조성물의 경우에는 종래의 포토리소그라피와 같은 미세한 패턴을 형성하기에는 다소 어려움이 있었다. 미국특허 제5,688,366호는 투명 전도층(예를 들어, ITO 층)의 에칭을 위해 입자 함유 에칭 페이스트를 사용한다. 사용된 에칭 페이스트 조성물은 결정화수를 함유하는 용융 염화철, 글리세롤 및 중합체 입자로부터 제조된 것이다. 상기 조성물은 폭 약 1 mm 의 선을 에칭하는 데 적합하지만, 이러한 에칭 페이스트 조성물은 페이 스트의 제조시 지름 0.01 μm 의 중합체 입자가 사용되었는지 또는 30 μm의 것이 사용되었는지에 관계없이 폭 1 mm 미만의 매우 가는 선을 결함 없이 깔끔하게 에칭하는 데는 적합하지 않다.
따라서, 미세한 패턴을 형성할 수 있는 에칭 페이스트 조성물의 제공이 요구된다.
한편, 에칭 페이스트 조성물은 에칭 후에 제거될 필요가 있는데, 이 경우 에칭 페이스트 조성물의 성분에 따라 다양한 세정액을 사용할 수 있다. 하지만, 종래 알려진 에칭 페이스트 조성물 및 세정액의 성분이 비-환경친화적인 성분이므로 이를 개선하는 것도 역시 필요하다.
미국특허 제5,688,366호
본 발명은 간단한 공정으로 도전층에 패턴을 형성할 수 있는 에칭 페이스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 미세한 패턴의 형성이 가능한 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 환경친화적인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 인산 10 내지 50중량%, 인산을 제외한 무기산 5 내지 30중량%, 수용성 바인더 수지 10 내지 50중량% 및 잔량의 수계 용매를 포함하는 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
2. 위 1에 있어서, 무기산은 질산, 황산 및 염산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
3. 위 1에 있어서, 수용성 바인더 수지는 셀룰로스계 고분자, 전분계 고분자, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 노볼락계 수지 및 아크릴레이트계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
4. 위 1에 있어서, 수용성 바인더 수지의 중량평균 분자량은 2,000 내지 30,000인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
5. 위 1에 있어서, 수용성 바인더 수지는 인산 및 인산을 제외한 무기산의 산 성분 전체 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
6. 위 1에 있어서, 수계 용매는 적어도 하나의 말단에 히드록시기를 갖는 화합물인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
7. 위 1에 있어서, 수계 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 디메틸술폭사이드, 에틸카비톨, 에틸셀로솔브, 메틸피롤리돈(NMP) 및 물(H2O)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
8. 위 1에 있어서, 점도가 10,000 내지 100,000cps인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
9. 위 1에 있어서, 유동성 조절제를 더 포함하는 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
10. 위 9에 있어서, 유동성 조절제는 글리세린, 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸린글리콜 및 메톡시트리글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
11. 위 1에 있어서, 20 내지 80 nm의 상대 입자 지름 및 40 내지 100 m2/g의 BET 비표면적을 갖는 무기 흑연 또는 카본 블랙 분말을 더 포함하는 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
12. 위 1에 있어서, 섬유형 전도성 물질을 포함하는 전도층을 에칭하는 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
13. 위 12에 있어서, 섬유형 전도성 물질은 은 나노 와이어인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
14. 기재 위에 전도성 물질을 형성하는 단계; 상기 전도성 물질이 형성된 기재 위에 위 1 내지 13 중 어느 한 항의 에칭 페이스트 조성물로 스크린 인쇄하는 단계; 상기 에칭 페이스트가 인쇄된 기재를 가열하여 전도성 물질을 에칭하는 단계 및 용매로 수세하여 상기 에칭 페이스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 간단한 인쇄 공정만으로 도전층에 패턴을 형성할 수 있다. 특히 본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 스크린 인쇄가 가능하므로 매우 간단한 공정으로 패턴의 형성이 가능하여 경제성 및 생산성이 우수하다.
본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 수용성 바인더 수지 및 수계 용매를 포함하므로, 에칭이 완료된 후 그 제거도 수계 용매를 사용하여 수행될 수 있으므로 환경친화적이다.
본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 미세한 패턴의 형성이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시예 1의 에칭 페이스트 조성물로 형성된 패턴의 광학 현미경 사진이다.
도 2는 비교예 1의 에칭 페이스트 조성물로 형성된 패턴의 광학 현미경 사진이다.
도 3은 비교예 5의 에칭 페이스트 조성물로 형성된 패턴의 광학 현미경 사진이다.
본 발명은 인산 10 내지 50중량%, 인산을 제외한 무기산 5 내지 30중량%, 수용성 바인더 수지 10 내지 50중량% 및 잔량의 수계 용매를 포함함으로써, 미세 패턴의 형성이 용이하고 환경 친화적인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물에 관한 것이다.
이하에서는 본 발명을 보다 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명의 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물은 인산을 포함한다. 인산은 투명 도전층의 에칭에 관여하는 성분이며, 상대적으로 점도가 높아 에칭 페이스트 조성물이 패턴의 형상을 유지하는 데 기여한다. 본 발명에 따른 인산은 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 50 중량%, 바람직하게는 20 내지 30중량%로 포함될 수 있다. 함량이 10 중량% 미만이면 상대적으로 인산을 제외한 무기산 함량이 많아지게 되어 패턴형성 후 에칭액의 산화력이 강하여 직진성이 떨어질 수 있으며, 50중량% 초과이면 바인더 함량이 낮아 패턴 불량이 발생할 수 있다.
본 발명의 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물은 인산을 제외한 무기산을 포함한다. 무기산은 도전층의 에칭을 수행하는 주요 성분이다. 인산을 제외한 무기산으로는 높은 산화능을 갖는 무기산이 바람직하게 사용될 수 있으며, 예를 들면 질산, 황산, 염산 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 안정성 측면에서 바람직하게는 질산을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 인산을 제외한 무기산은 조성물 총 중량에 대하여 5 내지 30 중량%, 바람직하게는 10 내지 15중량%로 포함될 수 있다. 함량이 5 중량% 미만이면 에칭 시간이 과도하게 길어질 수 있으며, 30중량% 초과이면 에칭 페이스트의 점도가 낮아져서 패턴의 형성에 불량이 발생할 수 있다.
본 발명의 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물은 수용성 바인더 수지를 포함한다. 수용성 바인더 수지는 에칭 페이스트 조성물에 인쇄성 및 패턴 유지성을 부여하는 성분이다. 수용성 바인더 수지로는 글루코스 반복단위 또는 작용기가 치환된 비닐 반복단위를 갖는 바인더 수지, 노볼락계 수지 및 아크릴레이트계 수지가 사용될 수 있다.
글루코스 반복단위를 갖는 바인더 수지로는 α-글리코시드로 결합되는 고분자, β-글루코시드로 결합되는 고분자 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. α-글리코시드로 결합되는 고분자로는 전분계 고분자을 예로 들 수 있다. 본 발명에 있어서 전분계 고분자란 실질적인 전분 외에 전분의 유도체도 포함하는 개념이다. β-글루코시드로 결합되는 고분자로는 셀룰로스계 고분자를 예로 들 수 있다. 본 발명에 있어서 셀룰로스계 고분자란 실질적인 셀룰로스 외에 셀룰로스의 유도체도 포함하는 개념이다.
작용화가 치환된 비닐 반복단위를 갖는 바인더 수지로는 폴리비닐알코올(PVA), 폴리비닐피롤리돈(PVP) 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 폴리비닐알코올이라면 그 가수분해도에 특별한 한정은 없으며, 폴리비닐피롤리돈으로서는 현재 상용화된 제품으로 PVP K-15, PVP K-30 등이 있다.
노볼락계 수지는 방향족 알코올과 알데히드의 반응 생성물인 수지이다. 방향족 알코올로는 페놀, o-크레졸, m-크레졸, p-크레졸, o-에틸페놀, m-에틸페놀, p-에틸페놀, o-부틸페놀, m-부틸페놀, p-부틸페놀, 2,3-자일레놀, 2,4-자일레놀, 2,5-자일레놀, 2,6-자일레놀, 3,4-자일레놀, 3,5-자일레놀, 2,3,5-트리메틸페놀, 3,4,5-트리메틸페놀, p-페닐페놀, 레조르시놀, 히드로퀴논, 히드로퀴논 모노메틸 에테르, 피로갈롤, 플로로글루시놀, 히드록시디페닐, 비스페놀 A, 갈산, 갈산 에스테르, α-나프톨 및 β-나프톨로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있으며, 알데히드로는 포름알데히드, 파라포름알데히드, 아세토알데히드, 벤즈알데히드 및 페닐알데히드로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상이 사용될 수 있다.
아크릴레이트계 수지로는 예를 들면 탄소수 2 내지 8인 알킬글리시딜에테르 (메타)아크릴레이트, 페닐글리시딜에테르 (메타)아크릴레이트, (메타)아크릴레이트 및 다관능성 (메타)아크릴레이트를 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용하거나 이들의 공중합체를 사용할 수 있으며, 바람직하게는 다관능성 (메타)아크릴레이트를 사용할 수 있다.
탄소수 2 내지 8인 알킬글리시딜에테르 (메타)아크릴레이트의 구체적인 예로는 (메타)아크릴레이트, 에틸글리시딜에테르 (메타)아크릴레이트, 프로필글리 시딜에테르 (메타)아크릴레이트 및 부틸글리시딜에테르 (메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다.
(메타)아크릴레이트의 구체적인 예로는 트리사이클로데실 (메타) 크릴레이트, 페닐 (메타)아크릴레이트, 벤질 (메타)아크릴레이트, 2 또는 4-메톡시 페닐 (메타)아크릴레이트, 2 또는 4-메톡시 벤질(메타)아크릴레이트, 2 또는 4-에 톡시 페닐(메타)아크릴레이트, 2 또는 4-에톡시 벤질(메타)아크릴레이트, 2 또는 4-클로로 페닐(메타)아크릴레이트, 2 또는 4-클로로 벤질(메타)아크릴레이트, 2 또 는 4-브로모 페닐(메타)아크릴레이트, 2 또는 4-브로모 벤질(메타)아크릴레이트 등 이 있다.
다관능성 (메타)아크릴레이트의 구체적인 예로는 에틸렌글리콜 디(메 타)아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디(메타)아크릴레이트, 1,3-부탄디올 디(메타) 아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디(메타)아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디(메타)아크 릴레이트, 트리메틸롤 트리(메타)아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리(메타)아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리(메타)아크릴레이트, 디트리메틸롤프로판 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 테트라(메타)아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 펜타(메타)아크릴레이트 및 디펜타에리트리톨 헥실(메타)아크릴레이트 등을 들 수 있다. 상기에 기재된 화합물들은 1종 또는 2종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명에 있어서, (메타)아크릴레이트란, 아크릴레이트 또는 메타아크릴레이트, 또는 경우에 따라 아크릴레이트와 메타아크릴레이트를 모두 지칭하는 것이다.
수용성 바인더 수지는 조성물 총 중량에 대하여 10 내지 50중량%, 바람직하게는 15 내지 40중량%로 포함될 수 있다. 함량이 10중량% 미만일 경우, 스크린 인쇄 시 전사 불량이 발생하며. 50중량%을 초과하면, 수용성 바인더 수지의 용해도가 저하되어 용해되지 않는 바인더 성분이 조성물 내에 존재하게 된다.
본 발명의 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물에 있어서, 수용성 바인더 수지는 인산 및 인산을 제외한 무기산의 산 성분 전체 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부인 것이 바람직하다. 상기 함량이 10 중량부 미만이면 에칭 페이스트 점도 조절이 어렵고, 50 중량부를 초과하면 옵셋 인쇄시 패턴이 형성되는 배선에서 테일링이 일어나 패턴 불량을 초래할 수 있고, 용해되지 않은 바인더가 존재 할 수 있다.
바인더 수지는 2,000 내지 30,000의 중량평균 분자량을 갖는 것이 바람직하다. 중량평균 분자량이 2,000이하 이면 에칭 페이스트 점도 조절이 어렵고, 30,000이상이면 점도 조절은 용이하나 스크린 인쇄시 패턴이 형성되는 배선에서 테일링이 일어나 패턴 불량을 초래할 수 있다.
본 발명이 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물은 잔량의 수계 용매를 포함한다. 수계 용매는 에칭 페이스트 조성물의 점도를 조절하는 주 성분이며, 조성물 각 성분의 함량의 합이 100중량%가 되도록 적절한 함량으로 사용된다.
수계 용매로는 적어도 하나의 말단에 히드록시기를 갖는 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 끓는점이 100 내지 300℃일 수 있다. 또한 에칭 페이스트의 산성 용액과 혼합되면 과열이 발생하여 폭발 위험성이 있다.
본 발명에 따른 수계 용매로는 예를 들면, 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 디메틸술폭사이드, 에틸카비톨, 에틸셀로솔브, 메틸피롤리돈(NMP), 물(H2O) 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 필요에 따라 유동성 조절제를 더 포함할 수 있다. 유동성 조절제는 스크린 인쇄 시 레지스트의 직진성을 개선하는 기능을 한다. 사용가능한 유동성 조절제로는 예를 들면, 글리세린, 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸린글리콜, 메톡시트리글리콜 등을 각각 단독으로 또는 2종류 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
유동성 조절제는 조성물 총 중량에 대하여, 0.1 내지 10중량%, 바람직하게는 0.5 내지 8 중량%로 포함될 수 있다. 0.1중량% 미만이면 인쇄 시 스크린불량에 취약할 수 있고, 10중량%를 초과하면 상대적으로 스크린 인쇄 시 전사 특성에 문제가 있을 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 있어서, 본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 필요에 따라, 20 내지 80 nm의 상대 입자 지름 및 40 내지 100 m2/g의 BET 비표면적을 갖는 무기 흑연 또는 카본 블랙 분말을 더 포함할 수 있다. 미립자 무기 분말, 특히 상기 범위의 상대 입자 지름 및 BET 비표면적을 갖는 미립자 흑연 및/또는 카본 블랙을 첨가한 경우에 개선된 세정 특성 및 인쇄 정밀성을 가질 수 있다. 상기 범위의 상대 입자 지름 및 BET 비표면적을 갖는 경우에 세정성 및 인쇄 정밀성이 매우 우수해진다.
입자 크기는 일반적으로 통상적 방법을 이용하여 측정할 수 있다. 예를 들어, 입자 크기는 입자 상관 분광법 (PCS) 을 통해 측정할 수 있고, Malvern Zetasizer 를 사용 설명서에 따라 사용하여 연구를 수행했다. 입자 지름은 여기서 d50 또는 d90 값으로서 측정된다. 표시되는 입자 지름은 바람직하게는 d50 값으로서 인용된다.
흑연 및/또는 카본 블랙 형태의 미립자는 조성물 총 중량에 대하여 8 중량% 미만, 바람직하게는 3 내지 7 중량%로 포함되는 것이 좋다.
본 발명의 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물의 점도는 10,000 내지 100,000cps인 것이 바람직하고, 3,000 내지 8,000cps인 것이 보다 바람직하다. 상술한 범위를 만족하면, 기판에 전사된 에칭페이스트 패턴의 선 폭이 균일하게 유지되고, 선 폭의 직선도가 우수한 이점이 있다.
전술한 바와 같은 성분을 포함하는 본 발명의 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물은 스크린 인쇄 방식으로 인쇄가 가능하므로 수십에서 수백 마이크로미터 수준의 미세한 패턴의 에칭이 가능하고, 수용성 용매로 세정이 가능하므로 환경 친화적이다.
본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 도전층, 바람직하게는 투명 도전층의 패턴 형성에 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 투명 도전층에 사용되는 전도성 물질은 바람직하게는 섬유형 전도성 물질, 예를 들면 탄소 나노튜브, 금속 나노와이어, 금속산화물 나노와이어, 도전성 고분자 섬유 등을 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 형성될 수 있으며, 바람직하게는 금속 나노와이어를 사용할 수 있다. 금속 나노와이어의 금속은 은(Ag), 금, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 티타늄, 텔레늄 및 크롬으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 바람직하게는 전도성 및 경제성을 고려할 때 은(Ag)일 수 있다.
본 발명에 따른 투명 도전층은 굴절률이 1.0 내지 1.8, 바람직하게는 1.4 내지 1.8로서 종래 ITO 등의 금속 산화물로 형성되는 투명 도전층의 굴절률이 약 2.0인 것에 비해 낮은 굴절률을 갖는 것이 바람직하다. 굴절률이 1.0 미만이거나 1.8 초과이면 투명 기재와의 굴절률과 차이가 커져서 반사율이 높아지고 투과율이 낮아지므로 눈부심 현상이 심해지고 외관 특성이 저하되는 문제점이 있다. 즉, 투명 도전층은 광이 입사되는 측에 놓이게 되는데, 본 발명과 같이 투명 도전층이 상기 범위의 낮은 굴절률을 갖는 경우에는 Snell의 법칙에 따라 반사율이 낮아져서 눈부심 현상을 개선할 수 있다.
필요에 따라, 투명 도전층 표면에 오버코팅층이 더 형성될 수도 있다. 오버코팅층을 형성하는 조성물은 고분자 바인더 수지를 적절한 용매에 용해시킨 고분자 용액이다. 이러한 고분자 바인더 수지로는 광경화성 고분자로서, 아크릴계, 우레탄계, 에폭시계, 올레핀계, 에스테르계, 아미드계, 카보네이트계, 셀롤로오스계 수지 및 이들의 공중합체로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 고분자가 사용될 수 있다
본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 투명 도전층 또는 오버코팅층이 형성된 투명 도전층 상에 스크린 인쇄 방식으로 인쇄된다. 스크린 인쇄 방식을 사용할 경우에는 약 50 ㎛ 전후의 미세 패턴까지도 인쇄가 가능하다.
본 발명에 있어서, 에칭 페이스트 조성물의 인쇄방법은 스크린 인쇄를 채택할 수 있다. 스크린 인쇄는 스크린 메쉬에 에칭용 페이스트 조성물을 도포한 후 스퀴즈로 압력을 가해서 원하는 패턴을 기재에 인쇄하는 방법으로서, 매우 간단한 인쇄 방법이다.
본 발명에 있어서, 에칭 페이스트 조성물의 도포 두께는 0.5 내지 1 ㎛로 수행되는 것이 바람직하다. 도포 두께가 0.5 ㎛ 미만이면 에칭의 효과가 없고, 1 ㎛ 초과이면 패턴의 폭이 지나치게 커질 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법에 있어서, 인쇄가 완료된 에칭 페이스트 조성물은 10초 내지 5분 동안 건조되는 것이 바람직하며, 상기 특정한 범위의 건조 시간을 갖는 것이 패턴부 사이의 전기적 격리를 확보하면서도, 지나친 에칭이 되지 않도록 할 수 있다. 또한, 에칭 페이스트 조성물의 건조는 50 내지 150℃에서 수행되는 것이 바람직하다. 건조 온도가 50℃ 미만이면 에칭시간이 길어지는 문제점이 있고, 150℃ 초과이면 전도성 필름 기재의 표면에 손상이 생길 수 있다.
인쇄가 완료된 후에는 인쇄된 본 발명의 에칭 페이스트 조성물은 별도의 세정액을 사용하지 않고 탈이온수와 같은 용매로 수세하여 제거할 수 있으므로 친환경적이다. 또한, 수세공정이 완료된 후 필요에 따라 열처리 공정을 더 거칠 수 있다. 열처리를 통해 투명성 및 전도성을 향상시킬 수 있다. 이 때의 가열 온도는, 예를 들면 100℃ 내지 180℃이고, 처리 시간은, 예를 들어 15분 내지 180 분일 수 있다.
본 발명의 에칭 페이스트 조성물로 패턴을 형성하는 방법은 특정의 것으로 한정되지 않는다. 예컨대, 기재 위에 전도성 물질을 형성하는 단계; 전도성 물질이 형성된 기재 위에 본 발명의 에칭 페이스트를 조성물로 스크린 인쇄하는 단계; 에칭 페이스트가 인쇄된 기재를 가열하여 전도성 물질을 에칭하는 단계 및 용매로 수세하여 상기 에칭 페이스트를 제거하는 단계를 포함하여 구성되는 패턴형성방법이 가능하다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1-2 및 비교예 1-5
하기 표 1에 기재된 조성으로 에칭 페이스트 조성물을 제조하였다.
산(중량%) 수용성바인더
(중량%)		 유동성 조절제
(중량%)		 용매 (중량%)
실시예1 인산/질산 30/10 PVP 35 글리세린 10 H2O 15
실시예2 인산/질산 20/15 EC 30 PEG 2 NMP 33
비교예1 인산/질산 40/7 PVP 2 PEG - NMP 51
비교예2 인산/질산 30/2 PVP 40 글리세린 - H2O 28
비교예3 인산/질산 40/0 PVP 15 글리세린 10 H2O 35
비교예4 인산/질산 0/30 PVP 15 글리세린 10 H2O 45
비교예5 인산/질산 20/10 PVP 55 글리세린 2 H2O 13
PVP: 폴리비닐피롤리돈
EC: 에틸셀룰로스
PEG: 폴리에틸렌글리콜
NMP: 메틸피롤리돈
시험예
1. 점도 측정
실시예 1-2 및 비교예 1-5의 에칭 페이스트 조성물의 점도를 25℃에서 콘플레트형 점도계(Brookfield DV-III Ultra Programmable Rheometer)를 이용하여 측정하였고, 결과를 하기 표 2에 기재하였다.
2. 인쇄성 평가
실시예 1-2 및 비교예 1-5의 에칭 페이스트 조성물을 200 메쉬의 기판을 사용하여 제판의 패턴 폭을 1mm부터 100㎛까지 AGNW(Ag nano-wire)를 포함하는 전도층상에 스크린 인쇄를 하였고, 형성된 에칭 페이스트 패턴을 선폭 균일성(uniformity)과 단락 유무를 3D 광학현미경으로 관찰하고, 결과는 표 2에 기재하였다.
○: 패턴 형성
△: 패턴 형성후 퍼짐
×: 패턴 형성 불가
3. 에칭성 평가
에칭 페이스트가 인쇄된 AGNW 기판을 110℃에서 3분간 베이킹 한 후에, Wet station 3세대 장비를 이용하여 에칭평가를 진행 하였고, 결과는 하기 표 2에 기재하였다.
○: AGNW 패턴 형성
△: AGNW 패턴 일부만 형성
×: AGNW 패턴 형성 안됨
점도
(cps)		 인쇄성 에칭성
실시예1 5,000 ○ ○
실시예2 6,500 ○ ○
비교예1 800 × -
비교예2 8,000 ○ ×
비교예3 3,000 ○ ×
비교예4 1,000 × ○
비교예5 120,000 △ ○
표 2를 참고하면, 실시예들의 조성물은 전반적인 물성이 우수함을 알 수 있다.
반면, 비교예 1의 경우에는 점도가 너무 낮아 인쇄 자체를 할 수가 없었다. 또한, 비교예 2의 경우에는 인쇄성은 양호하나 에칭성이 좋지 않은 것을 알 수 있다. 에칭성이 좋지 않은 경우에는 도전층의 에칭이 부족하여 전기적 격리성이 좋지 않다. 또한, 비교예 3의 경우에는 산화력이 약하여 에칭성이 좋지 않으며, 비교예 4의 경우는 인쇄성이 점도가 낮아 스크린 메시에서 흐름성이 많아 불량을 초래한다. 또한, 비교예 5의 경우는 레진 함량이 많아 점도가 증가하여 패턴 형성시 불량을 나타냄을 알 수 있다.
참고로, 실시예 1의 에칭 페이스트 조성물로 형성된 패턴의 광학 현미경 사진을 도 1에, 비교예 1의 에칭 페이스트 조성물로 형성된 패턴의 광학 현미경 사진을 도 2에, 비교예 5의 에칭 페이스트 조성물로 형성된 패턴의 광학 현미경 사진을 도 3에 나타내었다.

Claims (14)

  1. 인산 10 내지 50중량%, 인산을 제외한 무기산 5 내지 30중량%, 수용성 바인더 수지 10 내지 50중량% 및 잔량의 수계 용매를 포함하는 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  2. 청구항 1에 있어서, 무기산은 질산, 황산 및 염산으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 1종인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 수용성 바인더 수지는 셀룰로스계 고분자, 전분계 고분자, 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알코올, 노볼락계 수지 및 아크릴레이트계 수지로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 수용성 바인더 수지의 중량평균 분자량은 2,000 내지 30,000인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  5. 청구항 1에 있어서, 수용성 바인더 수지는 인산 및 인산을 제외한 무기산의 산 성분 전체 100 중량부에 대하여 10 내지 50 중량부인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  6. 청구항 1에 있어서, 수계 용매는 적어도 하나의 말단에 히드록시기를 갖는 화합물인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  7. 청구항 1에 있어서, 수계 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필알코올, 디메틸술폭사이드, 에틸카비톨, 에틸셀로솔브, 메틸피롤리돈(NMP) 및 물(H2O)로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 점도가 10,000 내지 100,000cps인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서, 유동성 조절제를 더 포함하는 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  10. 청구항 9에 있어서, 유동성 조절제는 글리세린, 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜, 에틸린글리콜 및 메톡시트리글리콜로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 1종인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서, 20 내지 80 nm의 상대 입자 지름 및 40 내지 100 m2/g의 BET 비표면적을 갖는 무기 흑연 또는 카본 블랙 분말을 더 포함하는 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서, 섬유형 전도성 물질을 포함하는 전도층을 에칭하는 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서, 섬유형 전도성 물질은 은 나노 와이어인 스크린 인쇄용 에칭 페이스트 조성물.
  14. 기재 위에 전도성 물질을 형성하는 단계;
    상기 전도성 물질이 형성된 기재 위에 청구항 1 내지 13 중 어느 한 항의 에칭 페이스트 조성물로 스크린 인쇄하는 단계;
    상기 에칭 페이스트가 인쇄된 기재를 가열하여 전도성 물질을 에칭하는 단계 및
    용매로 수세하여 상기 에칭 페이스트를 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 패턴형성방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN103980905A (zh) * 2014-05-07 2014-08-13 佛山市中山大学研究院 一种用于氧化物材料体系的新型蚀刻液及其蚀刻方法和应用

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