KR20150077540A - 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법 - Google Patents

금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150077540A
KR20150077540A KR1020130165527A KR20130165527A KR20150077540A KR 20150077540 A KR20150077540 A KR 20150077540A KR 1020130165527 A KR1020130165527 A KR 1020130165527A KR 20130165527 A KR20130165527 A KR 20130165527A KR 20150077540 A KR20150077540 A KR 20150077540A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conductive film
resistance
photosensitive
binder
coating
Prior art date
Application number
KR1020130165527A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101620037B1 (ko
Inventor
신권우
박지선
조진우
김윤진
Original Assignee
전자부품연구원
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 전자부품연구원 filed Critical 전자부품연구원
Priority to KR1020130165527A priority Critical patent/KR101620037B1/ko
Priority to CN201480009151.1A priority patent/CN105073912B/zh
Priority to PCT/KR2014/002057 priority patent/WO2014157856A1/ko
Priority to US14/760,089 priority patent/US9977327B2/en
Publication of KR20150077540A publication Critical patent/KR20150077540A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101620037B1 publication Critical patent/KR101620037B1/ko

Links

Images

Classifications

    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/70Additives characterised by shape, e.g. fibres, flakes or microspheres
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C08ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08LCOMPOSITIONS OF MACROMOLECULAR COMPOUNDS
    • C08L29/00Compositions of homopolymers or copolymers of compounds having one or more unsaturated aliphatic radicals, each having only one carbon-to-carbon double bond, and at least one being terminated by an alcohol, ether, aldehydo, ketonic, acetal or ketal radical; Compositions of hydrolysed polymers of esters of unsaturated alcohols with saturated carboxylic acids; Compositions of derivatives of such polymers
    • C08L29/02Homopolymers or copolymers of unsaturated alcohols
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D175/00Coating compositions based on polyureas or polyurethanes; Coating compositions based on derivatives of such polymers
    • C09D175/04Polyurethanes
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D5/00Coating compositions, e.g. paints, varnishes or lacquers, characterised by their physical nature or the effects produced; Filling pastes
    • C09D5/24Electrically-conducting paints
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/60Additives non-macromolecular
    • C09D7/61Additives non-macromolecular inorganic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/60Additives non-macromolecular
    • C09D7/63Additives non-macromolecular organic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C09DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09DCOATING COMPOSITIONS, e.g. PAINTS, VARNISHES OR LACQUERS; FILLING PASTES; CHEMICAL PAINT OR INK REMOVERS; INKS; CORRECTING FLUIDS; WOODSTAINS; PASTES OR SOLIDS FOR COLOURING OR PRINTING; USE OF MATERIALS THEREFOR
    • C09D7/00Features of coating compositions, not provided for in group C09D5/00; Processes for incorporating ingredients in coating compositions
    • C09D7/40Additives
    • C09D7/65Additives macromolecular
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/004Photosensitive materials
    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/26Processing photosensitive materials; Apparatus therefor
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01BCABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Polymers & Plastics (AREA)
  • Non-Insulated Conductors (AREA)
  • Manufacturing Of Electric Cables (AREA)
  • Paints Or Removers (AREA)

Abstract

본 발명은 전도막의 직접 에칭 없이 간단한 노광 및 세척 공정을 이용하여 전도막의 국부적 영역에서 전기전도도 차이를 형성하여 특정 패턴 형태로 전기가 흐를 수 있는 배선 패턴을 형성할 수 있으며, 패턴된 전도막의 절연 영역에서의 절연 안정성을 향상시킬 수 있는 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법 {COATING SOLUTION COMPRISING METAL NANOWIRE, COATED CONDUCTIVE FILM MANUFACTURED BY USING THE SAME AND PREPARATION METHOD THEREOF}
본 발명은 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 전도막의 직접 에칭 없이 간단한 노광 및 세척 공정을 이용하여 전도막의 국부적 영역에서 전기전도도 차이를 형성하여 특정 패턴 형태로 전기가 흐를 수 있는 배선 패턴을 형성할 수 있으며, 패턴된 전도막의 절연 영역에서의 절연 안정성을 향상시킬 수 있는 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
금속나노와이어를 포함한 전도성 박막은 와이어, 튜브, 리본 형태의 전도성 금속 나노구조체가 서로 접촉되어 전도막이 형성된 것이다. 금속나노와이어 전도성 박막은 습식 공정으로 다양한 기판에 코팅되어 형성될 수 있어 터치패널, 면발열체, 광학필름, 디스플레이 등에서 투명전극 및 회로 전극으로 사용될 수 있다.
금속나노와이어를 포함한 전도성 박막은 전도성 필러에 해당하는 금속나노와이어, 금속나노리본, 금속나노입자 등이 포함되어 있고, 이러한 입자를 분산시키기 위한 분산제, 기판에 고정하여 전도막을 형성하기 위한 바인더, 기판에 대한 젖음성을 형성하기 위한 첨가제, 용액의 분산안정성을 확보하기 위한 첨가제 등으로 구성된다.
금속나노와이어로 구성된 전도막을 투명 전극 또는 회로 전극 등으로 사용하기 위해서는 전도막의 국부적 영역에서 전기적 연결성, 비연결성을 조절하여 특정 패턴 형태로 전기가 흐르게 하는 것이 필요하다.
기존 종래 기술로서 상술한 전도막 패턴을 형성하는 방법으로는 우선 금속나노와이어를 포함한 코팅액을 코팅하여 전도성 박막을 형성하고, 그리고 포토레지스트를 도포하여 포토리소그래피 공정을 통해 패턴을 형성하거나, 레이저 에칭 공정을 이용하여 패턴을 형성하는 방법이 있다. 포토리소그래피 공정은 전도막 위에 포토레지스트를 도포하고, 자외선을 노광하고 현상함으로써 포토레지스트 패턴을 전도막 위에 형성한 후, 습식 또는 건식 방법으로 전도막을 특정 패턴 모양으로 식각함으로서 전도막의 패턴을 형성하는 것이다. 또는 레이저 에칭 방법은 전도막을 레이저를 이용하여 특정 패턴 모양으로 식각함으로서 전도막의 패턴을 형성하는 것이다.
도 1에 나타난 바와 같이, 포토레지스트 패턴 형성 후 에칭 용액을 이용하거나 또는 플라즈마 처리 등 건식 식각 방법을 이용하여 전도막을 직접 식각함으로써 비전도성의 절연 영역을 형성하고, 최종적으로 포토레지스트를 제거함으로서 전도막의 패턴을 형성한다. 이러한 방법은 전도막 형성, 포토레지스트 코팅, 포토레지스트 패턴 형성, 전도막 식각, 포토레지스트 제거 등 일련의 공정이 필요하며 최종적으로 식각된 영역과, 식각되지 않은 영역으로 구성된 전도막 패턴이 형성된다. 이렇게 형성된 전도막은 식각된 영역과 식각되지 않은 영역에서 금속나노와이어의 분포 차이로 인해 빛 반사도, 빛 투과도, 헤이즈 차이를 형성하여 전도막 패턴이 시인되는 문제점을 야기할 수 있다. 또한 포토리소그래피 공정의 경우 전도막 패턴을 형성하기 위해 별도의 공정을 진행해야 한다는 점에서 공정 비용이 추가적으로 소요되고 불량이 다수 발생할 수 있는 단점이 있다.
또한, 전기 흐름의 패턴을 형성하는 방법으로는 전도막을 직접 에칭하여 전도막 패턴을 형성하는 방법이 있다. 이러한 대표적인 기존 종래 기술로서 미국등록특허 제8,018,568호는 은나노와이어 투명전도막 패턴 형성에 대한 기술을 개시하고 있다. 상기 특허에서는 기판 위에 코팅된 은나노와이어 전도막이 에칭된 영역과 비에칭된 영역을 가져 전도막 국부 영역에서 전도도 차이를 형성하거나, 또는 전도막의 국부 영역에 산화되거나 황화물이 형성된 은나노와이어가 적용되어 전기전도도 차이를 형성하거나, 또는 전도막 국부 영역에 존재하는 은나노와이어를 산화물 또는 황화물로 전환시킴으로써 전기전도도가 서로 다른 영역을 형성하거나, 또는 국부 영역의 은나노와이어를 물리적으로 손상시켜 전기전도도 차이를 형성하는 방법을 이용했다.
또한 미국등록특허 제8,049,333호에서는 전도막 국부 영역에서의 은나노와이어 분포 밀도 차이에 의해 패턴이 형성된 은나노와이어 전도막에 대한 기술을 다루고 있다.
본 발명자들은 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하는 코팅액에 포함된 자외선 감광성 물질을 이용하여 국부 영역에 있어 전기전도도가 차이가 있는 전도막으로 전기 흐름의 패턴을 형성하는 경우, 전도막의 전도성 필러에 해당하는 금속나노와이어가 에칭되지 않고, 전기전도도가 서로 다른 영역에 대해서도 비슷한 분포로 존재하며, 특정 영역에서 국한되어서 화학적/물리적으로 손상되지 않았으며, 또한 특정 영역에 국한되어 화학적 방법으로 산화되거나 황화물이 형성되지 않는다는 것을 알게 되었고, 또한 상기 코팅액에 부피 수축 방지제를 포함시키는 경우 자외선에 노광되어 절연성을 형성하는 부분에서 금속나노입자간의 접촉 특성을 방해하여 절연성을 향상시킬 수 있다는 것을 알게 되어 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함함으로써 전도막의 직접 에칭 없이 간단한 노광 및 세척 공정을 이용하여 전도막의 국부적 영역에서 전기전도도 차이를 형성하여 특정 패턴 형태로 전기가 흐를 수 있는 배선 패턴을 형성할 수 있는 코팅액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 투명전극용 코팅 전도막을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 전도막의 패턴 형성을 위해 특정 영역에서 화학적/물리적으로 에칭되지 않고, 화학적 방법으로 산화되거나 황화물이 형성되지 않고, 물리적으로 전도성 나노 물질이 거의 손상되지 않는 코팅액 조성물 및 이를 이용하여 제조된 투명전극용 코팅 전도막을 제공하는 데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 노광 및 세척 공정에 의해 패턴된 전도막의 절연 영역에서의 절연 안정성 및 패턴 정밀도를 향상시킬 수 있는 투명전극용 코팅 전도막의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물을 제공한다.
상기 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물은 바인더를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 본 발명에 따른 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물은 금속나노와이어 0.01~5 중량%, 자외선 감광성 물질 0.1~5 중량%, 부피 수축 방지제 0.001~30 중량% 및 나머지 함량의 용매를 포함한다. 바인더가 첨가되는 경우 바인더의 함량은 1 중량% 이하로 첨가되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 본 발명에 따른 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물은 폴리비닐피롤리돈, 히드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 2-히드록시 에틸 셀룰로오스 및 2-히드록시 메틸 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제 0.01~5 중량%와 탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀, 탄소나노플레이트, 카본블랙 및 전도성고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 기타 첨가제 0.001~5 중량% 를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 일 실시형태에 있어서, 상기 금속나노와이어로는 은나노와이어, 금나노와이어 및 구리나노와이어를 포함하는 금속나노와이어 또는 금속나노리본을 사용할 수 있으며, 금속나노와이어로 은나노와이어를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시형태에 있어서, 상기 자외선 감광성 물질로 감광성 작용기를 가진 폴리비닐알콜을 사용할 수 있고, 상기 바인더로 수분산성 폴리우레탄 또는 양이온성 고분자전해질을 사용할 수 있고, 상기 용매로는 물 또는 알코올을 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 상기 부피 수축 방지제는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌클리콜 유도체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 폴리(히드록시 에틸 메타크릴레이트), 폴리(히드록시 메틸 메타크릴레이트), N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아마이드 및 수용성 또는 알코올 용해성 하이드로겔로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
또한 본 발명은 기판 상에 형성된 투명 전극용 코팅 전도막으로, 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하며, 노광 및 세척처리가 이루어진 노광된 영역과 비노광된 영역이 형성된 투명 전극용 코팅 전도막을 제공한다.
또한 본 발명은 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물을 기판에 도포하여 전도막을 형성하는 단계; 상기 전도막이 형성된 기판을 예정된 특정 패턴에 따라 자외선에 노광시켜 노광된 영역 및 비노광된 영역을 형성하는 단계; 및 상기 노광된 영역 및 비노광된 영역이 형성된 기판을 세척하는 단계를 포함하는 투명 전극용 코팅 전도막의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 코팅 전도막에 있어서, 상기 비노광된 영역은 상기 노광된 영역에 비해서 상기 감광성 물질이 세척 과정에서 더 많이 제거되어 그 잔류물 함량이 더 낮으며 이에 따라 비노광된 영역이 노광된 영역에 비해 전기전도성이 더 높다.
본 발명은 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함한 감광성 코팅액을 이용하여 전도막을 형성하고 노광 및 세척 공정을 통해 전기 흐름의 패턴을 형성함으로서 선행 기술에 비해 전도막의 제조 및 패턴 형성 공정을 크게 단축할 수 있다.
또한 직접적인 전도막의 에칭 없이 금속나노와이어를 포함한 전도막의 전기적 흐름 특성을 조절할 수 있는 전도막 형성 기술을 제공함으로서 기존 종래 기술에서 큰 문제점으로 지적되었던 전도막의 패턴 시인성 문제를 해결하고 패턴 형성 과정에서의 불량 요인을 줄일 수 있다.
또한 본 발명은 노광 및 세척 공정에 의해 패턴된 전도막의 절연 영역에서의 절연 안정성을 추가적으로 확보함으로써 외부 충격, 환경변화에 대한 신뢰성을 확보할 수 있으며 패턴 형성과정에서의 공정 불량을 줄이며 패턴 정밀도도 향상시킬 수 있다.
도 1은 선행기술에 따라 전도막에 포토레지스트 방법을 이용하여 특정 패턴을 형성하는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 금속나노와이어를 포함하는 코팅 전도막이 형성된 전도성 기판을 보여주는 사시도이다.
도 3은 도 2의 “A” 부분의 확대도이다.
도 4는 도 2의 코팅 전도막의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 5 내지 도 8은 도 4의 제조 방법의 각 제조 단계를 보여주는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 코팅 전도막의 배선 패턴의 선폭에 따른 절연성 테스트 패턴 구조를 보여주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세하게 설명한다. 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적 의미로 한정되어 해석되지 아니하며, 본 발명의 기술적 사항에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야 한다.
본 명세서에 기재된 실시 예와 도면은 본 발명의 바람직한 실시 예이며, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것이 아니므로, 본 출원 시점에서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.
도 2는 본 발명에 따른 금속나노와이어(21), 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하는 코팅 전도막이 형성된 전도성 기판을 보여주는 사시도이다. 도 3은 도 2의 “A” 부분의 확대도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 전도성 기판(100)은 기판(10)과, 기판(10) 위에 형성되며, 금속나노와이어(21), 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하며 노광 및 세척에 의해 배선 패턴(29)이 형성된 투명전극용 코팅 전도막(20)을 구비한다.
여기서 기판(10)은 광투과성을 갖는 투명한 물질로 제조될 수 있다. 예컨대 기판(10)의 소재로는 유리, 석영(quartz), 투명 플라스틱 기판, 투명 고분자 필름 중 어느 하나가 사용될 수 있다. 투명 고분자 필름의 소재로는 PET, PC, PEN, PES, PMMA, PI, PEEK 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 투명 고분자 필름 소재의 기판(10)은 1 내지 100,000 ㎛의 두께를 가질 수 있다.
그리고 코팅 전도막(20)을 형성하는 감광성 코팅 조성물로는 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하며, 예컨대 감광성 코팅 조성물은 금속나노와이어 0.01~5 중량%, 자외선 감광성 물질 0.1~5 중량%, 바인더 1 중량% 이하, 부피 수축 방지제 0.001~30 중량%를 포함하며, 나머지 100 중량% 함량이 되도록 용매, 예컨대 물 또는 알코올이 차지한다.
또한 상기 감광성 코팅 조성물에는 폴리비닐피롤리돈, 히드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 2-히드록시 에틸 셀룰로오스 및 2-히드록시 메틸 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제가 포함될 수 있다.
그리고 첨가제는 감광성 코팅액의 코팅성 개선, 분산성 향상, 금속나노와이이어 부식 방지, 코팅 전도막(20)의 내구성 향상 목적으로 선택적으로 사용될 수 있다. 예컨대 첨가제는 감광성 코팅액의 안정성을 촉진할 수 있고(예를 들어, 유처리제), 습윤성 및 코팅 특성에 도움을 줄 수 있고(예를 들어, 계면활성제, 용매 첨가제, 등), 이차적인 입자의 형성 및 분열을 도울 수 있거나, 또는 코팅 전도막(20) 형성에서 상 분리 구조를 형성 방지에 도움을 줄 수 있고, 건조를 촉진시키는데 도움을 줄 수 있다.
또한 전도막의 전도성 개선, 균일도 향상, 환경안정성 향상 등을 위해서 상기 감광성 코팅 조성물에는 금속나노와이어 이외에 탄소나노튜브, 그래핀, 그래핀산화물, 전도성 고분자 물질 등의 기타 첨가제가 더 포함될 수 있다. 이러한 물질은 보조 전도막을 형성하거나 바인더로 작용하여 금속나노와이어 포함한 전도막 박막의 물성을 향상시킬 수 있다.
상기 첨가제 및 기타 첨가제는 각각 0.01~5 중량% 및 0.001~5 중량%의 함량으로 포함될 수 있다.
본 발명에서 전도성 네트워크를 형성하는 물질로서 금속나노와이어 또는 금속나노리본을 포함하며, 예컨대 금속나노와이어로는 은나노와이어, 구리나노와이어, 금나노와이어 등이 사용될 수 있으며 은나노와이어가 바람직하다 이에 한정되는 것은 아니다. 금속나노와이어로는 직경 300 nm 이하, 길이 1㎛ 이상의 금속나노와이어가 사용될 수 있다.
감광성 코팅액에 포함되는 금속나노와이어의 조성비가 높을수록 전기전도도가 증가하여 코팅 전도막(20)의 저항을 낮출 수 있다. 하지만 농도가 너무 진한 경우, 즉 5 중량%을 초과하는 경우 금속나노와이어의 용액 상 분산이 어려운 단점이 있다.
본 발명에서 자외선 감광 물질은 자외선 노광에 의해 가교 결합이 일어나는 물질로서 노광 후 세척 공정 과정에서 용매에 대한 용해도가 낮아 상대적으로 낮은 전기전도도의 영역을 형성할 수 있게 한다. 대표적인 수용성 감광성 폴리비닐알코올로 “Poly(vinyl alcohol), N-methyl-4(4-formylstyryl) pyridinium methosulfate acetal”등이 있으며 이 이외 수용성 감광물질, 비수용성 감광물질로 노광에 의해 화학결합이 형성되는 물질이 적용될 수 있다. 감광성 수지 이외에도 비감광 물질과 감광개시제를 모두 포함하여 자외선 노광에 의해 화학 반응이 일어날 수 있는 물질도 포함된다.
본 발명에서 사용되는 부피 수축 방지제는 코팅 후 건조 과정에서 용매가 증발하면서 박막이 수축하는 것을 방지하거나, 또는 수분 흡수, 온도 변화에 의해 부피 증가를 가져올 수 있는 물질을 의미한다. 대표적인 물질로 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌클리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌클리콜 유도체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 폴리(히드록시 에틸 메타크릴레이트), 폴리(히드록시 메틸 메타크릴레이트), N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아마이드 및 수용성 또는 알코올 용해성 하이드로겔 등이 있다.
상기 부피 수축 방지제가 코팅액 조성물에 0.001 중량% 미만으로 첨가되면 충분한 기능을 하기 어렵고, 30 중량%를 초과하여 첨가되면 비노광 영역에서 부피 수축 방지제가 제거되지 않거나 제거되면서 금속나노와이어를 손상시킬 수 있어 바람직하지 못하다.
이러한 물질은 코팅액 용매인 물 또는 알코올에 용해되어 코팅액 조성물을 형성할 수 있으면서, 일반적으로 높은 끊는점을 가져 박막 코팅 후 건조 과정에서 완전히 건조되지 않아 박막의 수축을 방지하거나 또는 대기 습도 환경에서 수분을 흡수하거나 온도 변화에 의해 부피가 증가되는 물질이다. 이러한 물질이 코팅액 조성물로 첨가되어 기판에 코팅되어 건조되면 건조과정에의 용매 증발에 따른 박막 수축을 최소화 하고, 자외선 노광 후 물 또는 알코올로 세척할 때, 그리고 대기 환경에서 노출되었을 때 수분을 흡수함으로써 부피가 증가하게 된다. 코팅액에 포함된 특정 종류 화학물질 중 노광된 영역에 존재하는 것들은 이러한 과정의 부피 수축 방지 또는 부피 증가로 인해 금속나노와이어 입자 사이의 간격을 벌려 절연 특성을 향상시키게 된다. 화학 물질 중 노광되지 않은 영역의 경우 세척 과정에서 전부 또는 일부 제거되게 되어 비노광 부위의 전도 특성은 유지된다.
자외선 감광성 물질은 노광된 영역(25)과 비노광된 영역(27)의 목표 저항 차이에 따라 농도가 달라질 수 있다. 예컨대 투명 전극의 패턴 형성 시에는 주로 0.1~5 중량%가 적합하다. 하지만 자외선 감광성 물질이 너무 많이 첨가되면 노광 후 세척 과정에서 비노광된 영역(27)의 감광성 물질이 제거되면서 금속나노와이어도 같이 제거되어 투명 전극이 훼손되거나 저항이 높아지는 현상이 발생할 수 있다.
본 발명에 따른 감광성 코팅 조성물에서 바인더는 세척 과정에서 금속나노와이어 또는 탄소나노튜브가 제거되지 않도록 고정하는 역할을 한다. 그리고 코팅성 향상, 환경내구성 향상, 접착성 향상, 내부식성 향상을 위한 첨가제 등이 포함될 수 있다.
바인더로는 수분산성 폴리우레탄 또는 양이온성의 고분자전해질(polyelectrolyte)이 사용될 수 있다. 예컨대 양이온성 고분자전해질로는 poly(diallydimethylammonium chloride), poly(allyamine hydrochloride), poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT), poly(2-vinylpyridine), poly(ethylenenimine), poly(acrylamide-co-diallylmethylammonium chloride), cationic polythiophene, polyaniline, poly(vinylalcohol) 또는 이들의 유도체가 사용될 수 있다.
이러한 바인더를 사용하는 이유는, 감광성 물질로 사용되는 폴리비닐알코올은 수용액에서 양의 전하를 형성하기 때문에, 바인더로 수분산성 폴리우레탄 또는 양이온성의 고분자전해질을 사용할 때 조성물의 침전이 형성되지 않고 노광 후 세척 과정에서 비노광된 영역(27)의 감광성 폴리비닐알코올 물질이 바인더와 전기적, 화학적 결합력을 형성되지 않아 세척으로 제거가 용이하기 때문이다.
또한 바인더는 코팅 전도막(20)을 제조하기 위한 용매 세척 과정에서 전도성 필러에 해당하는 금속나노와이어(21)가 제조되는 코팅 전도막(20)에서 떨어져 나가지 않도록 고정하는 기능을 한다. 즉 바인더가 감광성 코팅액에 포함되지 않으면, 코팅 전도막(20)의 용매 세척 과정에서 금속나노와이어(21)가 감광성 물질과 같이 제거되거나 코팅 전도막(20)이 형성되지 않거나 저항 균일도가 크게 떨어지게 된다.
또한 바인더로 음이온성의 고분자전해질을 사용하지 않는 이유는, 바인더로 음이온성의 고분자 전해질을 사용할 경우 감광성 코팅액에서 침전을 발생시키고 노광 후 코팅 전도막 세척 시 비노광 부위의 감광성 물질이 제거되지 않아 비노광된 영역의 전기전도도가 낮아지는 문제가 발생하기 때문이다.
전술한 바와 같이 바인더는 노광 후 세척 시 금속나노와이어(21)가 기판(10)에서 떨어져나가는 것을 막기 위해 1 중량% 이하로 감광성 코팅액에 첨가된다. 이때 바인더의 함량이 높으면, 금속나노와이어(21)의 기판(10)에 대한 접착성은 향상되나 코팅 전도막(20)의 저항이 높아지는 문제가 발생될 수 있다. 또한 바인더가 없거나 너무 적으면 세척 시 금속나노와이어(21)가 기판(10)에서 탈락되어 코팅 전도막(20)의 특성이 나빠질 수 있다. 한편 감광성 물질의 함량이 0.5 중량% 이하로 아주 낮을 경우, 바인더가 없어도 금속나노와이어(21)의 기판(10)에 대한 접착성이 유지되어 본 발명에 따른 코팅 전도막(20)의 제조를 수행할 수도 있다.
이러한 본 발명에 따른 코팅 전도막(20)은 기판(10) 위에 균일하게 형성된 금속나노와이어(21)을 포함한다. 코팅 전도막(20)은 노광된 영역(25)과 비노광된 영역(27)을 포함하고, 비노광된 영역(27)이 배선 패턴(29)을 형성할 수 있다. 비노광된 영역(27)이 노광된 영역(25)에 비해 전기전도성이 높다.
또한 코팅 전도막(20)은 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하여 하나의 층으로 형성되거나, 전도성 나노 물질층 위에 감광성 물질층이 형성된 구조를 가질 수 있다.
이와 같이 본 발명에 따른 코팅 전도막(20)에 있어서, 노광된 영역(25)과 비노광된 영역(27) 간에 전기전도도에 있어서 차이가 발생하는 이유는 다음과 같다. 코팅 전도막(20)으로 형성되기 전, 즉 자외선 노광 및 세척되기 전의 금속나노와이어(21), 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제를 포함하는 감광성 박막은 감광성 물질 및 바인더에 의해 아주 낮은 전기전도도를 갖는다.
그런데 감광성 박막을 자외선으로 노광하게 되면, 감광성 물질 간, 또는 감광성 물질과 기타 조성물 간의 물리적 또는 화학적 결합이 형성되거나 끊어져 특정 용매에 대해 용해도 차이를 형성하게 된다. 반면에 노광 과정에서 금속나노와이어(21)의 화학적 또는 물리적 특성 변화는 거의 없다. 이때 특정 용매는 감광성 물질에 대해서 선택적으로 높은 용해도를 갖는 용매일 수 있다. 예컨대 감광성 물질로 수용성 감광 물질을 사용할 경우, 물에 대해서 용해도 차이를 형성하게 된다.
즉 감광성 물질은 노광되기 전에는 특정 용매에 대해 높은 용해도 특성을 갖지만, 노광되면 경화되기 때문에 해당 용매에 대한 용해도가 떨어지는 특성을 가질 수 있다. 따라서 본 발명은 감광성 물질이 갖는 특정 용매에 대한 용해도 차이를 이용하여 배선 패턴(29)을 형성한다.
따라서 감광성 박막에 있어서, 노광된 영역(25)과 비노광된 영역(27)은 특정 용매에 대해서 용해도 차이를 형성한다. 특히 감광성 박막에 기타 조성물이 다량 포함되어 있는 경우에는, 두 영역 간의 전기전도도 차이가 크게 형성되어 투명 전극 및 회로 전극의 패턴을 형성할 만큼 전기전도도 차이가 크게 나타난다. 보통 용매에 접촉했을 때 감광성 물질 및 기타 조성물이 많이 제거된 영역은 높은 전기전도성을 나타내게 되고, 감광성 물질 및 기타 조성물이 적게 제거된 영역은 낮은 전기전도성을 나타내게 된다.
예컨대 비노광된 영역(27)이 노광된 영역(25)에 비해서 용매에 대한 용해도가 높은 경우, 비노광된 영역(27)이 배선 패턴(29)으로 형성된다.
이와 같은 본 발명에 따른 코팅 전도막(20)의 제조 방법에 대해서 도 2 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4는 도 2의 코팅 전도막(20)의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 그리고 도 5 내지 도 8은 도 4의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
먼저 도 5에 도시된 바와 같이, 코팅 전도막을 형성할 기판(10)을 준비한다.
다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, S1단계에서 기판(10) 위에 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물을 기판에 도포하여 감광성 박막(23)을 형성을 형성한다. 이때 감광성 코팅 조성물은 금속나노와이어 0.01~5 중량%, 자외선 감광성 물질 0.1~5 중량%, 바인더 1 중량% 이하, 부피 수축 방지제 0.001~30 중량%가 포함되며, 그 외는 용매가 차지할 수 있다.
한편 감광성 박막(23)은 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하여 하나의 층으로 형성되거나, 금속나노와이어층 위에 감광성 물질층이 형성된 구조를 가질 수 있다.
이어서 도 7에 도시된 바와 같이, S2단계에서 감광성 박막(23)의 일부 영역을 노광한다. 즉 노광할 영역에 대응되게 패턴홀(31)이 형성된 마스크(30)를 이용하여 감광성 박막(23)을 자외선으로 노광한다.
노광 과정에서 자외선 노출 시간은 일반적으로 수 분 이내, 바람직하게는 수초 이내이다. 노광 과정에서 금속나노와이어의 화학적, 물리적 특성 변화는 거의 없다.
그리고 도 8에 도시된 바와 같이, S2단계에서 노광된 감광성 박막을 용매로 세척 및 건조함으로써, 배선 패턴(29)을 갖는 코팅 전도막(20)이 형성된 전도성 기판(100)을 제조할 수 있다. 즉 비노광된 영역(27)이 노광된 영역(25)에 비해서 용매에 대한 용해도가 상대적으로 높기 때문에, 비노광된 영역(27)에서 감광성 물질 및 기타 조성물의 제거가 더 많이 이루어진다.
이와 같은 본 발명의 제조 방법으로 제조된 전도성 기판(100)은 코팅 전도막(20)의 직접 식각이 없으며, 코팅 전도막(20)의 특정 영역에서 코팅 전도막(20)의 전도성 필러인 금속나노와이어의 손상 및 화학적 변환이 없이 특정 영역에서 전기전도성을 조절하여 전기흐름을 형성할 수 있는 배선 패턴(29)을 갖는 코팅 전도막(20)을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 감광성 박막은 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더 및 부피 수축 방지제가 포함되어 있으며, 분산제 등의 첨가제 등 기타 조성물 물질이 포함될 수 있다.
감광성 박막이 자외선에 노출되면, 감광성 물질 간 또는 감광성 물질과 기타 조성물 간의 물리적 또는 화학적 결합이 형성되거나 끊어져 물과 같은 특정 용매에 대해서 용해도 차이를 형성하게 된다. 용매에 접촉했을 때 감광성 물질 및 기타 조성물이 많이 제거된 영역은 높은 전기전도성을 나타내게 되고, 감광성 물질 및 기타 조성물이 적게 제거된 영역은 낮은 전기전도성을 나타내게 된다. 예컨대 감광성 박막에 대한 노광 후 용매로 세척하면, 노광된 영역(25)에 비해서 비노광된 영역(27)에서 감광성 물질 및 기타 조성물이 상대적으로 많이 제거되기 때문에, 노광된 영역(25)과 비노광된 영역(27)은 전기 흐름의 패턴을 형성할 수 있을 정도로 전기전도도의 차이를 갖게 된다.
이와 같이 본 발명은 전도성 나노 물질을 포함하는 코팅 전도막(20)에 대한 직접적인 에칭 없이 간단한 노광 방법을 이용하여 코팅 전도막(20)의 국부적 영역에서 전기전도도 차이를 형성하여 특정 패턴 형태로 전기가 흐를 수 있는 배선 패턴(29)을 형성할 수 있다.
또한 본 발명은 코팅 전도막(20)의 특정 영역에서 화학적 및 물리적으로 에칭 되지 않고, 화학적 방법으로 산화되거나 황화물이 형성되지 않고, 물리적으로 전도성 나노 물질이 손상되지 않는 전도성 나노 물질을 포함하는 전도성 기판(100)을 제공할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 코팅 전도막(20)은 노광 및 세척을 진행하더라도 노광된 영역(25) 및 비노광된 영역(27)이 금속나노와이어가 유사하게 존재하기 때문에, 패턴 시인성 문제가 발생되는 것을 방지할 수 있다.
또한 본 발명에 따른 코팅 전도막(20)은 부피 수축 방지제를 포함하기 때문에, 코팅액 조성물로 첨가되어 기판에 코팅되어 고온에서 건조되면 건조과정에의 용매 증발에 따른 박막 수축을 최소화 하고, 자외선 노광 후 물 또는 알코올로 세척할 때, 그리고 대기 환경에서 노출되었을 때 수분을 흡수함으로써 부피가 증가하게 된다. 코팅액에 포함된 부피 수축 방지제 중 노광된 영역(25)에 존재하는 것들은 이러한 과정의 부피 증가로 인해 금속나노와이어 사이의 간격을 벌려 절연 특성을 향상시키게 된다. 부피 수축 방지제 중 비노광된 영역(27)의 경우 세척 과정에서 전부 또는 일부 제거되게 되어 비노광된 영역(27)의 전도 특성은 유지된다.
이와 같은 본 발명에 따른 전도성 기판에 대해서 구체적인 실시예를 통하여 코팅 전도막의 특성을 알아보면 다음과 같다.
실시예 1
본 발명의 실시예 1에 따른 전도성 기판은 기판으로는 PET 필름을 사용하였고, 전도성 나노 구조체로는 은나노와이어를 사용하였다.
즉 제1 실시예에서는, 은나노와이어와 수용성 감광 물질인 감광성 폴리비닐알콜, 수분산성 폴리우레탄 바인더를 포함하는 은나노와이어 코팅액을 기판에 코팅하여 노광 및 세척 방법에 의해 전도도가 높은 영역과 전도도가 낮은 영역으로 구성된 패턴을 형성하였다. 은나노와이어는 직경 20~40nm, 길이 10~20㎛ 이었다. 이때 은나노와이어 코팅액에는 은나노와이어(0.15 중량%), 수용성 감광성 물질인 감광성 폴리비닐알콜(0.5 중량%), 분산제 HPMC (0.3 중량%), 수분산성 폴리우레탄 바인더(0.04 중량%), 디에틸렌글리콜 (0.5 중량%) 가 포함되어 있다.
은나노와이어 수분산액은 바코팅 방법으로 기판에 코팅하였고, 코팅된 기판은 온도 130℃에서 5분 동안 건조하였다. 건조된 감광성 복합전도막의 면저항 값은 면저항 측정기로 측정이 되지 않는 정도로 높은 저항을 가지고 있었다 (10MΩ/sq 이상). 감광성 복합전도막을 크롬 포토마스크를 이용하여 특정 패턴 형태로 자외선을 3초 동안 조사하였다. 그리고 용매인 물로 세척하고 건조하였다. 자외선 노광 영역은 아래 그림과 같이 다양한 선폭의 직선이며 노광 라인 폭에 따른 절연성을 조사하였다.
그 결과 자외선 노광 라인이 약간의 불투명 선으로 시인되는 투명 전도막이 형성되었는데, 그 위에 다른 고분자 물질을 오버코팅하거나 또는 다른 필름을 접합시켰을 때 노광 라인의 불투명 선은 시인되지 않았다. 노광 라인은 아래 도 9에서 처럼 선폭이 다른 직선 형태로 되어 있는데 각각의 노광 라인을 경계로 하여 저항을 측정하였다.
도 9의 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E저항 값은 모두 10MΩ/sq 이상으로 저항측정기로 저항 측정이 불가능할 만큼 노광 라인의 절연성이 높았으며 E-F저항은 50~60kΩ, F-G 저항은 10~20kΩ 수준의 저항이 측정되었다. A, B C, D, E, F, G 영역은 각각의 비노광 영역으로 세척에 의해 감광 물질, 화학물질 및 기타조성물이 제거된 영역으로 높은 전기전도도를 가지는 영역이다. 이 영역에서 면저항 값은 110~140Ω/sq 수준이며 광투과율은 90%, 헤이즈 1.6 였다.
또한 자외선 노광으로 인해 은나노와이어 자체의 손상 없음을 전기적 특성으로 확인하기 위해 패턴 형성된 은나노와이어 코팅 기판을 같은 조건의 자외선에 다시 5초 동안 노출한 후 그림 A, B, C, D, E, F, G 각각 영역의 면저항을 측정하였다. 자외선 노광 전의 A, B, C, D, E, F, G 영역의 면저항은 110~140Ω/sq 이였고 광투과율 90%, 헤이즈는 1.6이었는데 자외선 5초 노광 후 A, B, C, D, E, F, G 영역의 면저항도 110~140Ω/sq 이였고 광투과율 90%, 헤이즈 1.6로 나타나 5초 이내 자외선 노광으로 은나노와이어의 손상은 거의 없음을 알 수 있다.
고온에서의 절연 안정성을 확인하기 위해 130℃ 오븐에서 1시간 동안 도 9의 필름을 보관하고 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E저항, E-F 저항, F-G저항 값을 측정하였다. 그 결과 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E 저항은 10MΩ/sq 이상으로 저항 측정기의 측정 범위를 벗어났고 E-F저항 40~60kΩ, F-G 저항은 3~10kΩ 수준으로 저항 변화가 크지 않았다.
실시예 2
탄소나노튜브(0.03 중량%), 은나노와이어(0.15중량%), 수용성 감광성 물질인 감광성 폴리비닐알콜(0.5 중량%), 폴리우레탄 바인더 (0.04 중량%) 및 트리에틸렌글리콜 (0.5 중량%) 가 포함시켜 코팅액을 제조하였다.
탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브이고 은나노와이어는 직경 20~40nm, 길이 10~30㎛ 이다. 코팅액은 바코팅 방법으로 PET 필름에 코팅하였고, 코팅된 기판은 온도 130℃에서 1분 동안 건조하였다. 건조된 감광성 전도막의 면저항 값은 면저항 측정기로 측정이 되지 않는 정도로 높은 저항을 가지고 있었다 (10MΩ/sq 이상). 감광성 복합전도막을 크롬 포토마스크를 이용하여 특정 패턴 형태로 자외선을 3초 동안 조사하였고 130℃에서 5분간 post baking하였다. 그리고 용매인 물로 세척하고 건조하였다. 자외선 노광 영역은 위 도 9와 같이 다양한 선폭의 직선이며 노광 라인 폭에 따른 절연성을 조사하였다.
그 결과 자외선 노광 라인이 약간의 불투명 선으로 시인되는 투명 전도막이 형성되었는데, 그 위에 다른 고분자 물질을 오버코팅하거나 또는 다른 필름을 접합시켰을 때 노광 라인의 불투명 선은 시인되지 않았다. 노광 라인은 도 9에서 처럼 선폭이 다른 직선 형태로 되어 있는데 각각의 노광 라인을 경계로 하여 저항을 측정하였다. A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E저항 값은 모두 10MΩ/sq 이상으로 저항측정기로 저항 측정이 불가능할 만큼 노광 라인의 절연성이 높았으며 E-F저항은 40~60 kΩ, F-G 저항은 10kΩ 수준의 저항이 측정되었다. A, B, C, D, E, F, G 영역은 각각의 비노광 영역으로 세척에 의해 감광성 물질, 부피 수축 방지제 및 기타조성물이 제거된 영역으로 높은 전기전도도를 가지는 영역이다. 이 영역에서 면저항 값은 110~130Ω/sq 수준이며 광투과율은 89.5%, 헤이즈 1.5 였다.
또한 자외선 노광으로 인해 은나노아이어 자체의 손상이 없음을 전기적 특성으로 확인하기 위해 패턴 형성된 전도막 코팅 기판을 같은 조건의 자외선에 다시 5초가 노출한 후 그림 A, B, C, D, E, F, G 각각 영역의 면저항을 측정하였다. 자외선 노광 전의 A, B, C, D, E, F, G 영역의 면저항은 110~140Ω/sq로 측정되었으며 광투과율 89%, 헤이즈 1.5 수준이었는데, 자외선 5초 노광 후 A, B, C, D, E, F, G 영역의 면저항도 110~130Ω/sq 이였고 광투과율 89.4%, 헤이즈 1.5으로 5초 이내 자외선 노광으로 전도막의 특성 저하가 거의 없음을 확인할 수 있다.
자외선 노광영역의 절연 안정성을 확인하기 위해 130℃ 오븐에서 1시간 동안 패턴 형성된 필름을 보관하고 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E저항, E-F 저항, F-G저항 값을 측정하였다. 그 결과 A-B 저항, B-C 저항, C-D, D-F 저항은 10MΩ/sq 이상으로 저항 측정기의 측정 범위를 벗어났고 D-E저항 40 kΩ, E-F저항, F-G 저항은 각각 4kΩ 수준의 저항이 감소하였다.
비교예 1
디에틸렌글리콜을 포함하지 않은 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 은나노와이어 코팅액을 기판에 코팅하여 노광 및 세척 방법에 의해 전도도가 높은 영역과 전도도가 낮은 영역으로 구성된 패턴을 형성하였다.
도 9의 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E저항 값은 모두 10MΩ/sq 이상으로 저항측정기로 저항 측정이 불가능할 만큼 노광 라인의 절연성이 높았으며 E-F저항은 20~40kΩ, F-G 저항은 3~10kΩ 수준의 저항이 측정되었다. A, B, C, D, E, F, G 영역은 각각의 비노광 영역으로 세척에 의해 감광 물질 및 기타조성물이 제거된 영역으로 높은 전기전도도를 가지는 영역이다. 이 영역에서 면저항 값은 120~150Ω/sq 수준이며 광투과율은 90%, 헤이즈 1.5 였다.
자외선 노광영역의 절연 안정성을 확인하기 위해 130℃ 오븐에서 1시간 동안 필름을 보관하고 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E저항, E-F 저항, F-G저항 값을 측정하였다. 그 결과 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항은 10MΩ/sq 이상으로 저항 측정기의 측정 범위를 벗어났지만 D-E저항 4~10 kΩ, E-F저항, F-G 저항은 모두 10kΩ 이하 수준의 저항이 감소하였다. 즉 130℃ 열처리 과정에서 박막이 수축하면서 노광 부위의 감광 물질과 전도성 입자가 재배열 되어 전기적인 연결이 형성되어 절연성이 취약해 졌기 때문이다.
비교예 2
트리에틸렌글리콜을 포함하지 않은 것을 제외하고 실시예 2와 동일한 탄소나노튜브/은나노와이어를 포함한 수분산액을 바코팅 방법으로 PET 필름에 코팅하여 동일하게 패턴을 형성하였다.
도 9의 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E저항 값은 모두 10MΩ/sq 이상으로 저항측정기로 저항 측정이 불가능할 만큼 노광 라인의 절연성이 높았으며 E-F저항은 55 kΩ, F-G 저항은 4kΩ 수준의 저항이 측정되었다. A, B, C, D, E, F, G 영역은 각각의 비노광 영역으로 세척에 의해 감광 물질 및 기타조성물이 제거된 영역으로 높은 전기전도도를 가지는 영역이다. 이 영역에서 면저항 값은 120~150Ω/sq 수준이며 광투과율은 90%, 헤이즈 1.5 였다.
고온에서의 절연 안정성을 확인하기 위해 130℃ 오븐에서 1시간 동안 패턴 형성된 필름을 보관하고 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항, D-E저항, E-F 저항, F-G저항 값을 측정하였다. 그 결과 A-B 저항, B-C 저항, C-D 저항은 10MΩ/sq 이상으로 저항 측정기의 측정 범위 이상으로 절연성이 뛰어났지만 D-F 저항은 18k, E-F저항, F-G 저항은 10kΩ 이하 수준으로 저항이 감소하였다.
즉 130℃ 열처리 과정에서 박막이 수축되어 노광 부위의 감광 물질 및 전도성 입자가 재배열 되어 전기적으로 연결되어 절연성이 취약해졌기 때문이다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
* 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 *
10 : 기판
20 : 코팅 전도막
21 : 금속나노와이어
23 : 감광성 박막
25 : 노광된 영역
27 : 비노광된 영역
29 : 배선 패턴
30 : 마스크
31 : 패턴홀
100 : 전도성 기판

Claims (16)

  1. 금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    바인더를 포함하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  3. 제 2 항에 있어서,
    금속나노와이어 0.01~5 중량%, 자외선 감광성 물질 0.1~5 중량%, 바인더 1 중량% 이하 및 부피 수축 방지제 0.001~30 중량%를 포함하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  4. 제 1 항에 있어서,
    폴리비닐피롤리돈, 히드록시 프로필 메틸 셀룰로오스, 카르복시메틸 셀룰로오스, 2-히드록시 에틸 셀룰로오스 및 2-히드록시 메틸 셀룰로오스로 이루어진 군으로부터 선택되는 첨가제 0.01~5 중량%를 더 포함하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    탄소나노튜브, 그래핀, 산화그래핀, 탄소나노플레이트, 카본블랙 및 전도성고분자로 이루어진 군으로부터 선택되는 기타 첨가제 0.001~5 중량% 를 더 포함하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속나노와이어는 은나노와이어, 금나노와이어 및 구리나노와이어를 포함하는 금속나노와이어 또는 금속나노리본인 것을 특징으로 하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 금속나노와이어는 은나노와이어인 것을 특징으로 하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 자외선 감광성 물질은 감광성 작용기를 가진 폴리비닐알콜인 것을 특징으로 하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 바인더는 수분산성 폴리우레탄 또는 양이온성 고분자전해질인 것을 특징으로 하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매는 물 또는 알코올인 것을 특징으로 하는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 부피 수축 방지제는 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌클리콜 유도체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리비닐알콜, 폴리(히드록시 에틸 메타크릴레이트), 폴리(히드록시 메틸 메타크릴레이트), N-메틸-2-피롤리돈, 디메틸포름아마이드 및 수용성 또는 알코올 용해성 하이드로겔로 이루어진 군으로부터 선택되는 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물.
  12. 기판 상에 형성된 투명 전극용 코팅 전도막으로,
    금속나노와이어, 자외선 감광성 물질, 바인더, 부피 수축 방지제 및 용매를 포함하며, 노광 및 세척처리가 이루어진 노광된 영역과 비노광된 영역이 형성된 투명 전극용 코팅 전도막.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 비노광된 영역이 노광된 영역에 비해 전기전도성이 높은 것을 특징으로 하는 투명 전극용 코팅 전도막.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 금속나노와이어는 은나노와이어이고, 상기 자외선 감광성 물질은 감광성 작용기를 가진 폴리비닐알콜이고, 바인더는 수분산성 폴리우레탄 또는 양이온성 고분자전해질이고, 상기 용매는 물 또는 알코올인 것을 특징으로 하는 투명 전극용 코팅 전도막.
  15. 제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 따른 코팅 전도막 제조용 감광성 코팅액 조성물을 기판에 도포하여 전도막을 형성하는 단계;
    상기 전도막이 형성된 기판을 예정된 특정 패턴에 따라 자외선에 노광시켜 노광된 영역 및 비노광된 영역을 형성하는 단계; 및
    상기 노광된 영역 및 비노광된 영역이 형성된 기판을 세척하는 단계
    를 포함하는 투명 전극용 코팅 전도막의 제조 방법.
  16. 제 15 항에 있어서,
    상기 세척 단계에서 사용되는 세척액은 물인 것을 특징으로 하는 투명 전극용 코팅 전도막의 제조 방법.
KR1020130165527A 2013-03-25 2013-12-27 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법 KR101620037B1 (ko)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130165527A KR101620037B1 (ko) 2013-12-27 2013-12-27 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법
CN201480009151.1A CN105073912B (zh) 2013-03-25 2014-03-12 光敏涂料组合物、使用光敏涂料组合物的涂料导电膜以及形成涂料导电膜的方法
PCT/KR2014/002057 WO2014157856A1 (ko) 2013-03-25 2014-03-12 감광성 코팅 조성물, 그를 이용한 코팅 전도막 및 그의 제조 방법
US14/760,089 US9977327B2 (en) 2013-03-25 2014-03-12 Photosensitive coating composition, coating conductive film using photosensitive coating composition, and method for forming coating conductive film

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020130165527A KR101620037B1 (ko) 2013-12-27 2013-12-27 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150077540A true KR20150077540A (ko) 2015-07-08
KR101620037B1 KR101620037B1 (ko) 2016-05-13

Family

ID=53790271

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020130165527A KR101620037B1 (ko) 2013-03-25 2013-12-27 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101620037B1 (ko)

Cited By (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180037427A (ko) * 2016-10-04 2018-04-12 경희대학교 산학협력단 전도성 박막 패턴을 형성방법
KR20180076705A (ko) 2016-12-28 2018-07-06 서울대학교산학협력단 질화규소막에서 발생하는 비정형적 균열을 이용한 투명전극의 제조방법
KR20180091476A (ko) 2017-02-07 2018-08-16 주식회사 솔메딕스 기관삽관튜브 고정 장치
KR20180130054A (ko) * 2017-05-26 2018-12-06 전자부품연구원 나노복합 조성물 및 그를 이용한 나노복합 전도막
KR20200061798A (ko) 2018-11-26 2020-06-03 에스퓨얼셀(주) 집전체 및 이를 포함하는 연료전지 스택
CN113454534A (zh) * 2019-04-03 2021-09-28 英属维京群岛商天材创新材料科技股份有限公司 导电膜
CN114921972A (zh) * 2022-05-23 2022-08-19 上海华峰超纤科技股份有限公司 具有传输人体电信号效果的聚氨酯涂料、涂层及合成革

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2011018636A (ja) 2009-06-09 2011-01-27 Fujifilm Corp 導電性組成物、並びに透明導電膜、表示素子及び集積型太陽電池

Cited By (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20180037427A (ko) * 2016-10-04 2018-04-12 경희대학교 산학협력단 전도성 박막 패턴을 형성방법
KR20180076705A (ko) 2016-12-28 2018-07-06 서울대학교산학협력단 질화규소막에서 발생하는 비정형적 균열을 이용한 투명전극의 제조방법
KR20180091476A (ko) 2017-02-07 2018-08-16 주식회사 솔메딕스 기관삽관튜브 고정 장치
KR20180130054A (ko) * 2017-05-26 2018-12-06 전자부품연구원 나노복합 조성물 및 그를 이용한 나노복합 전도막
KR20200061798A (ko) 2018-11-26 2020-06-03 에스퓨얼셀(주) 집전체 및 이를 포함하는 연료전지 스택
CN113454534A (zh) * 2019-04-03 2021-09-28 英属维京群岛商天材创新材料科技股份有限公司 导电膜
CN113454534B (zh) * 2019-04-03 2024-04-09 英属维京群岛商天材创新材料科技股份有限公司 导电膜
CN114921972A (zh) * 2022-05-23 2022-08-19 上海华峰超纤科技股份有限公司 具有传输人体电信号效果的聚氨酯涂料、涂层及合成革

Also Published As

Publication number Publication date
KR101620037B1 (ko) 2016-05-13

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101620037B1 (ko) 금속나노와이어를 포함한 코팅액 조성물, 이를 이용한 코팅 전도막 및 이의 제조방법
KR102349263B1 (ko) 금속 나노와이어 기반의 투명 전도성 코팅
US9977327B2 (en) Photosensitive coating composition, coating conductive film using photosensitive coating composition, and method for forming coating conductive film
CN102834472B (zh) 光敏墨组合物和透明导体以及它们的使用方法
KR101778738B1 (ko) 나노구조 투광 전도체들의 에칭 패터닝
JP5502980B2 (ja) 非金属導電層をパターン化する方法
KR101572432B1 (ko) 투명전극 패턴 구조, 그의 제조 방법 및 그를 이용한 터치스크린패널
US20220132672A1 (en) Silver-based transparent conductive layers interfaced with copper traces and methods for forming the structures
KR101468496B1 (ko) 전도성 나노 물질을 포함한 감광성 코팅액 조성물 및 그를 이용한 코팅 전도막
KR101447516B1 (ko) 전도성 나노 구조체를 포함하는 전도성 기판 및 그의 제조 방법
KR101589546B1 (ko) 시인성이 개선된 투명 전도막 및 이의 제조방법
CN103384450B (zh) 一种具有图案化导电层的电路板的制备方法
KR101621282B1 (ko) 감광성 코팅 조성물 및 그를 이용한 투명전극용 코팅 전도막
CN101946023A (zh) 制造导电轨迹的方法
You et al. Photoresist-assisted fabrication of thermally and mechanically stable silver nanowire-based transparent heaters
KR101498187B1 (ko) 감광성 코팅 조성물 및 그를 이용한 투명전극용 코팅 전도막
KR20160020230A (ko) 투명 전극의 형성 방법과, 투명 전극 적층체
JP2012227505A (ja) 透明導電回路基板及びその製造方法
KR20170087851A (ko) 전도성 기판 및 그의 제조 방법
KR20160050172A (ko) 금속나노입자를 포함하는 전도성 코팅 기판
KR101694856B1 (ko) 이중층 전도막이 코팅된 전도성 기판 및 그의 제조 방법
WO2022200688A1 (en) Dopant complex and an electronic component
JP2019054125A (ja) 感光性導電フィルム、それを用いる導電パターンの形成方法

Legal Events

Date Code Title Description
A201 Request for examination
E902 Notification of reason for refusal
E90F Notification of reason for final refusal
E701 Decision to grant or registration of patent right
GRNT Written decision to grant
FPAY Annual fee payment

Payment date: 20190313

Year of fee payment: 4