KR20150043676A

KR20150043676A - 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법

Info

Publication number: KR20150043676A
Application number: KR1020130122341A
Authority: KR
Inventors: 이승섭; 김진하; 임헌광
Original assignee: 한국과학기술원
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-23
Also published as: US20150104567A1

Abstract

본 발명은 기판 상에 전극과 같은 기능성 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법은, a) 기판의 상면에 폴리머 층을 도포하는 단계와, b) 상기 폴리머 층에 개구를 구비하는 패턴을 형성하는 단계와, c) 상기 패턴의 개구를 통해서 상기 기판의 상면에 기능성 유체를 도포하는 단계와, d) 스크래핑 공정을 이용하여 상기 폴리머 층 위에 도포된 기능성 유체를 제거하는 단계와, e) 기능성 유체를 열처리하여 경화하는 단계와, f) 용매를 이용하여 상기 폴리머 층을 용해하여 제거하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따른 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법에 의하면 선폭이 가늘고, 깨끗한 형상의 기능성 패턴을 형성할 수 있다.

Description

기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법{METHOD FOR FORMING A PATTERN OF FUNCTIONAL COMPOSITION ON A SUBSTRATE}

본 발명은 기판 상에 전극과 같은 기능성 패턴을 형성하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 패턴 형성을 위한 폴리머 희생층을 제거하여 미세 선폭의 기능성 패턴을 형성하는 기능성 패턴을 형성하는 방법에 관한 것이다.

터치스크린 패널은 화면에 손가락, 펜 등을 접촉하면 그 좌표를 인식하여 입력하는 컴퓨팅 입력장치의 하나로 다양한 방식과 구조로 개발되어 있다. 터치스크린 패널은 스마트폰(Smart phone), 셀룰러폰(Cellular phone) 등의 모바일폰(Mobile phone), 피디에이(PDA, Personal digital assistants), 피엠피(PMP, Portable multimedia player), 현금자동입출금기(Automatic teller machine, ATM), 피오에스(POS, Point of sales), 검색안내시스템, 무인계약단말기, 게임기 등 폭 넓은 분야에서 사용되고 있다.

터치스크린 패널은 기본적으로 터치패널, 컨트롤러, 드라이버 소프트웨어로 구성되어 있다. 터치패널은 투명 전도막, 예를 들어 ITO(Indium Tin Oxide)가 증착되어 있는 상판과 하판으로 구성되어 있으며, 물리적인 접촉이 발생된 지점의 상판과 하판이 접촉되어 전기적인 아날로그 좌표를 검출하고, 그 신호를 컨트롤러에 입력한다. 컨트롤러는 터치패널로부터 입력되는 아날로그 신호를 에이디컨버터(A/D converter, Analog/digital converter)에 의하여 디지털 신호로 변화하여 드라이버 소프트웨어에 전송한다. 드라이버 소프트웨어는 컨트롤러부터 입력되는 디지털 신호에 의하여 터치스크린 패널을 작동시킨다.

터치패널의 테두리에는 실버전극이 형성되어 있다. 이 전극은 베젤(Vessel)에 의하여 가려져 보이지 않게 구성되어 있다. 최근 스마트폰의 터치스크린 패널은 휴대성을 유지하면서도 크기가 큰 것이 요구되기 때문에 베젤의 테두리를 최소화하는 것이 중요한 이슈(Issue)로 제기되고 있다.

한편, 터치스크린 패널의 테두리에 실버전극을 형성하는 방법은 토리소그래피(Photolithography), 잉크젯 프린팅(Ink-jet printing), 스텐실 프린팅(stencil printing), 그라비아 프린팅(Gravure printing) 등 다양하게 개발되어 있다. 포토리소그래피을 이용한 화학적 에칭에 의하여 미세한 실버전극을 형성하는 방법은 ITO(Indium Tin Oxide)가 코팅되어 있는 터치패널에 화학적 손상(Damage)을 줄 수 있다. 또한, 리소그래피 공정상 필요한 열처리에 의하여 표면의 전극 성능이 저하될 수 있다. 따라서 리소그래피 공정에 의해서는 실버전극을 형성하기 어려웠다.

잉크젯 프린팅에 의하여 실버전극을 형성하는 방법은 상대적으로 반복적인 형상에 대한 정밀도가 떨어지며, 100㎛ 이하의 미세선폭을 구현하는 데는 많은 제약이 따르고 있다. 특히, 터치패널에 적용되는 높은 전도도의 전극을 형성하기 위해서는 고점도 실버잉크가 사용되어야 하는데 잉크젯을 이용한 실버잉크 프린팅 방법으로는 고점도 실버잉크 패턴을 전사하기에는 많은 어려움이 있다.

스텐실 프린팅은 화학적·열적 문제 및 실버잉크의 고점도에 의한 문제를 모두 해결하여 적용이 되고 있다. 그러나 스텐실 프린팅은 현재 보급되고 있는 80㎛ 미만의 미세 선폭을 구현하는 데는 많은 어려움이 있다. 따라서 스텐실 프린팅에 의하여 실버잉크의 선폭을 줄이는데 한계에 부딪쳐 있는 실정이다.

폴리머 몰드(Polymer mold)를 이용하는 그라비아 프린팅의 경우, 연속 공정에 접합하다. 그러나 그라비아 프린팅은 30,000cP(Centipoise) 이상의 고점도 실버잉크에 적용시키게 되면, 롤 인쇄방법을 이용한 연속 공정의 특성상 몰드에 잉크를 채워 넣거나 전사과정에서 압력을 가하기 힘들기 때문에 고점도 실버잉크의 공정에는 부적합하다는 단점을 지니고 있다.

공개특허공보 제2013-0067181호 공개특허공보 제2007-0002388호

본 발명은 상술한 종래기술의 여러 가지 문제점들을 해결하기 위한 것이다. 본 발명의 목적은, 선폭이 가늘고, 깨끗한 형상의 기능성 패턴을 기판에 형성하는 새로운 방법을 제공하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법은, a) 기판의 상면에 폴리머 층을 도포하는 단계와, b) 상기 폴리머 층에 개구를 구비하는 패턴을 형성하는 단계와, c) 상기 패턴의 개구를 통해서 상기 기판의 상면에 기능성 유체를 도포하는 단계와, d) 스크래핑 공정을 이용하여 상기 폴리머 층 위에 도포된 기능성 유체를 제거하는 단계와, e) 기능성 유체를 열처리하여 경화하는 단계와, f) 용매를 이용하여 상기 폴리머 층을 용해하여 제거하는 단계를 포함한다.

상술한 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법에 있어서, 상기 b)단계는 엠보싱 공정을 이용하는 단계일 수 있다.

상기 기판은 투명한 물질인 것이 바람직하다.

상기 기능성 유체는 전도성 조성물 또는 광기능성 조성물일 수 있다. 상기 전도성 조성물은 실버잉크, 구리잉크, 탄소나노튜브 잉크 중에서 선택된 적어도 하나를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법에 의하면 선폭이 가늘고, 깨끗한 형상의 기능성 패턴을 형성할 수 있다. 따라서 기존 터치패널의 실버전극 제작과정에 있어서, 보다 얇은 선폭의 전극 제작이 가능하다. 또한, 터치패널에 화학적 처리 없이, 저온에서 공정을 진행할 수 있다. 따라서 터치 디스플레이 제작에 있어서 기존의 공정을 방해하지 않고 손쉽게 공정 적용이 가능하며, 공정 단가를 낮출 수 있다. 뿐만 아니라 선폭 감소를 통해 디스플레이의 베젤 폭을 줄여, 동일한 크기의 장치에 더 큰 터치 디스플레이 화면을 지닌 기기를 제작할 수 있다.

도 1 내지 7은 본 발명에 따른 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법의 일실시예를 단계별로 설명하기 위한 개략도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들에 의거하여 상세하게 설명한다. 다음에 소개되는 실시예는 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 그리고 도면들에 있어서, 구성요소의 폭, 길이, 두께 등은 편의를 위하여 과장되어 표현될 수 있다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.

도 1 내지 7을 참조하여 설명하는 본 실시예는 기능성 유체의 일 예인 실버 페이스트로 전극 패턴을 형성하는 공정에 대한 설명이나 이에 한정되는 것은 아니고, 기판상에 패턴을 형성하는 모든 공정에 적용이 가능하다.

먼저, 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(1)을 준비한다. 기판(1)은 유리, 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET)와 같이 투명한 재질로 이루어진 것이 바람직하다.

다음으로, 도 2에 도시된 바와 같이, 기판(1)에 폴리머 층을 도포한다. 폴리머 층으로는 포토레지스트(Photoresist)를 사용할 수 있다. 예를 들어, 빛에 의해 분해 또는 연화되는 포지티브 레지스트인 AZ5214, AZ9260 등 또는 네거티브 레지스트를 사용할 수 있다. 포토레지스트 층(2)은 기판(1)의 표면에 스핀코팅(Spin coating), 롤러코팅(Roller coating), 스크린 프린팅(Screen printing), 분사(Dispensing) 등 여러 가지 방법에 의하여 균일한 두께로 코팅될 수 있다.

다음으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 층(2)을 패터닝한다. 포토레지스트 층(2)은 마스크(Mask)의 윈도우(Window)를 통과하는 빛에 의하여 감광된다. 감광되어 있는 포토레지스트 층(2)을 현상하면, 기판(1)의 표면에 남아 있는 포토레지스트에 의해서 포토레지스트 패턴(3)이 형성된다. 본 발명에 있어서, 포토레지스트 패턴(3)에는 개구(4)가 형성된다. 한편, 포토레지스트 층(2)의 현상 후, 잔류하는 감광액 찌꺼기(Scum)를 제거하기 위하여 디스컴(Descum)을 추가로 실시할 수 있다.

다음, 도 4에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(3)의 개구(4)를 통해서 상기 기판(1)의 상면에 기능성 유체인 실버잉크(5)를 도포한다. 고점도의 실버잉크(5)가 개구(4)를 통과하여 기판(1)의 상면에 균일하게 도포될 수 있도록 실버잉크(5)에 압력을 가하거나 기판(1)에 충격 또는 진동을 가해 실버잉크(5)를 개구(4)에 균일하게 충전시킨다. 압력의 부여는 실버잉크(5)를 롤러(Roller)에 의하여 눌러주는 것으로 실시할 수 있다. 또한, 실버잉크(5)의 표면에 폴리머 필름, 유리 기판을 대고 눌러 실버잉크(5)를 개구(4)에 균일하게 충전시킬 수 있다.

다음, 도 5에 도시된 바와 같이, 스크래핑 공정을 이용하여 포토레지스트 패턴(3) 위에 도포된 실버잉크(5)를 제거한다. 실버잉크(5)는 스퀴지(Squeegee), 스크랩퍼(Scraper), 닥터블레이드(Doctor blade) 등을 이용하는 스크래핑(Scraping)에 의하여 제거한다. 스퀴지에 의하여 포토레지스트 패턴(3)의 표면을 긁어내면, 실버잉크(5)가 표면으로부터 제거된다.

다음, 도 6에 도시된 바와 같이, 도포한 실버잉크(5)가 이후의 공정에서 훼손되는 것을 방지하기 위하여 열처리를 통하여 경화를 한다. 이때 경화 온도는 몰드로 사용된 포토레지스트 패턴(3)이 화학적으로 변하지 않는 온도에서 처리를 한다.

마지막으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 포토레지스트 패턴(3)을 용매를 이용하여 녹여내면, 스크래핑 공정에서 제거되지 않고, 포토레지스트 패턴(3)의 상면에 잔류하던 경화된 실버잉크(6)를 제거할 수 있다. 포토레지스트 패턴(3)과 잔류하던 실버잉크(6)를 제거하면, 깨끗한 전극 패턴(7)이 형성되어 있는 기판을 얻을 수 있다.

이상에서 설명된 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한 것에 불과하고, 본 발명의 권리범위는 설명된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상과 특허청구범위 내에서 이 분야의 당업자에 의하여 다양한 변경, 변형 또는 치환이 가능할 것이며, 그와 같은 실시예들은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 이해되어야 한다.

예를 들어, 기능성 유체로 실버잉크를 예로들어 설명하였으나, 기능성 유체는 다른 전도성 조성물 또는 광기능성 조성물일 수 있다. 전도성 조성물로는 실버잉크 외에 구리잉크, 탄소나노튜브 잉크 등을 사용할 수 있다.

또한, 폴리머 층으로 포토레지스트 층을 사용하고, 폴리머 층 패턴을 형성하는 방법으로 포토리소그래피 방법을 사용하는 것으로 설명하였으나, 엠보싱 공정을 이용하여 폴리머 층 패턴을 형성할 수도 있다.

1: 기판 2: 포토레지스트 층
3: 포토레지스트 패턴 4: 개구
5: 실버잉크 6: 경화된 실버잉크
7: 전극 패턴

Claims

a) 기판의 상면에 폴리머 층을 도포하는 단계와,
b) 상기 폴리머 층에 개구를 구비하는 패턴을 형성하는 단계와,
c) 상기 패턴의 개구를 통해서 상기 기판의 상면에 기능성 유체를 도포하는 단계와,
d) 스크래핑 공정을 이용하여 상기 폴리머 층 위에 도포된 기능성 유체를 제거하는 단계와,
e) 기능성 유체를 열처리하여 경화하는 단계와,
f) 용매를 이용하여 상기 폴리머 층을 용해하여 제거하는 단계를 포함하는 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 b)단계는 엠보싱 공정을 이용하는 단계인 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 기판은 투명한 물질인 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법.
제1항에 있어서,
상기 기능성 유체는 전도성 조성물 또는 광기능성 조성물인 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법.
제4항에 있어서,
상기 전도성 조성물은 실버잉크, 구리잉크, 탄소나노튜브 잉크 중에서 선택된 적어도 하나를 포함하는 기판 상에 기능성 패턴을 형성하는 방법.