KR20150141398A - 금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법 - Google Patents

금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법 Download PDF

Info

Publication number
KR20150141398A
KR20150141398A KR1020140070073A KR20140070073A KR20150141398A KR 20150141398 A KR20150141398 A KR 20150141398A KR 1020140070073 A KR1020140070073 A KR 1020140070073A KR 20140070073 A KR20140070073 A KR 20140070073A KR 20150141398 A KR20150141398 A KR 20150141398A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
conductive
ink composition
metal
metal particles
conductive ink
Prior art date
Application number
KR1020140070073A
Other languages
English (en)
Other versions
KR101637884B1 (ko
Inventor
오영제
왕병용
Original Assignee
한국과학기술연구원
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 한국과학기술연구원 filed Critical 한국과학기술연구원
Priority to KR1020140070073A priority Critical patent/KR101637884B1/ko
Publication of KR20150141398A publication Critical patent/KR20150141398A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR101637884B1 publication Critical patent/KR101637884B1/ko

Links

Images

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C09—DYES; PAINTS; POLISHES; NATURAL RESINS; ADHESIVES; COMPOSITIONS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR; APPLICATIONS OF MATERIALS NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • C09D—COATING 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
    • C09D11/00—Inks
    • C09D11/52—Electrically conductive inks
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01B—CABLES; CONDUCTORS; INSULATORS; SELECTION OF MATERIALS FOR THEIR CONDUCTIVE, INSULATING OR DIELECTRIC PROPERTIES
    • H01B1/00—Conductors or conductive bodies characterised by the conductive materials; Selection of materials as conductors
    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/22—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising metals or alloys

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Dispersion Chemistry (AREA)
  • Spectroscopy & Molecular Physics (AREA)
  • Conductive Materials (AREA)
  • Inks, Pencil-Leads, Or Crayons (AREA)

Abstract

본 발명은 저온소성용 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법에 관한 것으로서 나노 또는 마이크로 크기의 금속 입자 및 금속 나노선을 포함하는 것을 특징으로 하며, 저온 공정에서도 인쇄성이 우수하여 전도성 패턴 또는 막을 형성할 수 있으며, 이를 기판에 코팅하면 기판 접착성 뿐만 아니라 전기전도도 및 휨 특성이 우수하여 플렉시블 기판 및 다양한 기판에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 전도성 패턴 또는 막은 금속 입자 및 금속 나노선 중 어느 하나만을 포함하는 종래 전도성 잉크를 이용한 패턴 또는 막 보다 저항이 낮으므로, 상기와 같은 종래 잉크를 대체할 수 있는 저가의 우수한 전도성 잉크 조성물로 활용 가능하다.

Description

금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법{Electrically conductive ink component using nanowire and manufacturing method of conductive layers therefrom}
본 발명은 저온에서 소성가능한 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 금속입자와 금속 나노선을 혼합함으로써, 낮은 온도에서 소성하여도 전기적 특성 및 휨강도가 우수한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법에 관한 것이다.
산업기술의 고도화로 인해 전자기기의 소형화, 유연화, 경량화 및 집적화를 수반하는 전자소자의 배선이나 전극의 형성에 있어 공정비용 및 시간이 절감되는 금속 입자를 이용한 직접 인쇄공정을 통해 제작하려는 노력이 이루어지고 있다.
차세대 패터닝 공정으로 기대되고 있는 인쇄전자 기술은 기존의 복잡한 포토리소그래피 공정에 비해 공정수와 재료를 대폭 절감할 수 있어 제품 원가를 낮출 수 있고, 필요한 부분만을 선택적으로 인쇄하므로 재료효율을 높여 폐기물을 훨씬 적게 만들어 친환경적 공정이 가능하도록 하는 장점뿐만 아니라, 기존 제조공정으로는 어려웠던 유연기판 상 제조가 가능하며, 폭넓은 분야에 대한 적용이 가능하다. 이러한 인쇄전자 기술은 전기전도성 분말이 함유된 액체 상태의 잉크를 사용하기 때문에, 경쟁력 있는 인쇄전자 기술을 실현하기 위해서 전기전도성 분말을 함유하는 기능성 잉크 개발이 매우 중요하다.
전기전도성 분말 잉크의 경우 전도도를 연결하기 위한 역할로 전기전도도가 우수한 금속 물질들이 가장 많이 사용된다. 통상적으로 백금(Pt), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등의 물질이 전기적 특성이 좋은 물질로 알려져 많은 연구가 진행되어 왔다. 이들 금속들 중에서 백금은 비싸다는 단점으로 인해 사용이 제한되었고, 은의 경우 1.6 uΩ·cm의 우수한 비저항을 가지며, 알루미늄은 은의 59 %인 낮은 비저항을 가지며, 구리의 경우 은과 가장 비슷한 우수한 전기적인 특성을 나타내지만, 공기 중에서 빠르게 산화되는 문제점으로 인해 전기적 특성을 쉽게 저하시켜 사용이 제한된다.
이러한 특성들로 인해 전도성 잉크로서 가장 많이 연구 개발된 재료로는 구형 및 판상의 모양을 갖는 은이 흔히 이용되었다. 이러한 은 분말을 전도도를 연결하는 역할로 이용하는 경우 입자들 간의 넥(neck)을 형성하기 위해 500 ℃ 이상의 온도를 가해주거나 200 ℃ 이하에서 입자들 간의 넥 형성이 가능한 나노 분말과 마이크로 크기의 분말을 혼합 사용하여 전하들의 이동도를 높여 전기전도성을 향상시키는 연구가 대부분인데 이러한 잉크를 사용할 경우, 적용 가능한 기판 재질이 한정적이다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위하여 나노 입자를 이용한 저온소성용 잉크 조성물이 제안된 바가 있으나, 아직까지 저온소성에서 우수한 전기전도 특성을 얻을 수 없는 등의 문제가 여전히 존재하고, 유연 기판에 상기 잉크를 도포하여 전도성 막을 제조하면 굽힘에 따른 균열, 결함이 발생한다.
한편, 전도성 탄소나노튜브와 금속 복합체를 혼합하여 제조된 전도성 잉크(특허문헌 1)와 금속염인 은 나이트레이트와 은 나노선을 혼합한 잉크(비특허문헌 1)도 제안되었으나, 이들 역시 350 ℃ 또는 200 ℃ 이상의 고온 소성 공정이 요구되고, 이로 인해 유연기판의 변형을 야기할 뿐만 아니라, 제조공정이 복잡하여 제작이 어렵고, 환원제 및 기타 첨가제들이 반드시 요구되며, 은 나노선의 길이가 1~2 ㎛로 짧아 충분한 휨 특성을 발휘할 수 없는 등의 문제들이 존재한다.
특허문헌 1. 한국공개특허 제10-2010-0014732호
비특허 문헌 1. Journal of materials chemistry, 22, 15599 (2012)
본 발명은 상기와 같은 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 저온에서도 소성이 가능한 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전기전도도 및 휨 특성이 우수한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 목적을 이루기 위하여, 나노 또는 마이크로 크기의 금속 입자 및 금속 나노선을 포함하는 저온소성용 전도성 잉크 조성물을 제공한다.
상기 금속 입자 대 상기 금속 나노선의 중량비는 1 대 0.01 내지 99인 것을 특징으로 한다.
상기 저온소성용 전도성 잉크 조성물은 용매를 포함하고,
상기 저온소성용 전도성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 금속 입자 및 상기 금속 나노선의 혼합물은 10 내지 90 중량%로 포함되며,
상기 용매는 증류수, 에탄올, 메탄올, 2-메톡시에톡시에탄올, 2-메톡시에탄올, 2-부톡시메톡시에탄올, 이소프로판올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA), 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 1-메톡시프로판올, 에틸헥실 알코올, 테르피네올, 글리세린, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 메톡시프로필아세테이트, 카비톨아세테이트, 에틸카비톨아세테이트, 메틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈, 디메틸술폭사이드, 헥산, 헵탄, 도데칸, 파라핀 오일, 미네랄 스피릿, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 것을 특징으로 한다.
상기 금속 입자는 크기가 1 ㎚ 내지 10 ㎛이고, 상기 금속 나노선은 단면의 직경이 10 내지 500 ㎚이며, 길이가 5 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 한다.
상기 금속 입자는 Ag, Cu, Pt, Al, Ni, Pd, ITO, ZnO, Al 도핑된 ZnO이거나, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In,, Sn, Sb, Pd, Bi, Eu, Ac, 이들의 산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고, 상기 금속 나노선은 Ag, Cu, Pt, Al, Ni 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 다른 목적을 이루기 위하여,
Ⅰ) 전도성 잉크 조성물을 이용하여 기판 상에 전도성 패턴 또는 막을 형성하는 단계; 및
Ⅱ) 상기 전도성 패턴 또는 막을 소성하는 단계를 포함하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법을 제공한다.
상기 전도성 패턴 또는 막의 제조방법은 Ⅰ) 단계 전에 전도성 잉크 조성물을 초음파 분산기, 교반기, 볼밀 및 3롤밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 수단으로 분산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 Ⅰ) 단계는 스핀코팅, 롤투롤, 스프레이, 잉크젯 공정, 딥코팅, 닥터블레이드, 스크린 공정, 그라비아 공정, 롤투롤 공정, 플렉소 공정(flexography), 임프린팅, 옵셋 공정, 그라비아 옵셋 공정, 리버스 그라비아 옵셋 공정, 슬롯다이(Slot die), 볼펜(rollerball pen) 및 임프린트 공정으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 소성은 50 내지 110 ℃에서 30 내지 60 초 동안 열 소성함으로써 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 소성은 제논 플래쉬 램프로부터 조사된 백색광을 이용한 광소결로 수행되고, 상기 광소결 조건은 제논 플래쉬 램프의 펄스 수가 1 내지 100이고, 강도(Intensity)가 1 내지 80 J/cm2이며, 펄스 폭(Pulse width)이 1 내지 10 ms이며, 펄스 갭(Pulse gap)이 1 내지 50 ms인 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 금속, 유리 기판, 실리콘 기판, 세라믹, 플라스틱 기판, 종이, 섬유 기판, 폴리에스터, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스터 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리바이닐, 폴리바이닐 클로라이드, 폴리바이닐리덴 클로라이드, 폴리바이닐 아세탈, 폴리스타이렌, 폴리아크릴레이트, 셀룰로오스 에스터 베이스, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에테르설폰, 폴리설폰, 폴리이미드 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것을 특징으로 한다.
상기 전도성 잉크 조성물의 상기 금속 입자 대 상기 금속 나노선의 중량비는 1 대 0.01 내지 99인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 나노 또는 마이크로 금속입자 및 금속 나노선을 포함하는 전도성 패턴을 제공한다.
상기 전도성 패턴은 50 내지 110 ℃에서 열 소성되거나, 제논 플래쉬 램프를 이용하여 광소결 되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 나노 또는 마이크로 금속입자 및 금속 나노선을 포함하는 전도성 막을 제공한다.
상기 전도성 막은 50 내지 110 ℃에서 열 소성되거나, 제논 플래쉬 램프를 이용하여 광소결 되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 전도성 잉크 조성물은 저온 공정에서도 인쇄성이 우수하여 전도성 패턴 또는 막을 형성할 수 있으며, 이를 기판에 코팅하면 기판 접착성 뿐만 아니라 전기전도도 및 휨 특성이 우수하여 플렉시블 기판 및 다양한 기판에 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 전도성 패턴 또는 막은 금속 입자 및 금속 나노선 중 어느 하나만을 포함하는 종래 전도성 잉크를 이용한 패턴 또는 막 보다 저항이 낮으므로, 상기와 같은 종래 잉크를 대체할 수 있는 저가의 우수한 전도성 잉크 조성물로 활용 가능하다.
도 1은 본 발명에 따라 전도성 잉크 조성물을 소성하여 전도성 패턴 또는 막을 제조하는 과정을 나타내는 공정순서도이다.
도 2는 본 발명의 실시예 4로부터 제조된 전도성 막의 표면을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 8로부터 제조된 전도성 막의 표면을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 4는 본 발명의 비교예 1로부터 제조된 전도성 막의 표면을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 5는 본 발명의 비교예 2로부터 제조된 전도성 막의 표면을 나타낸 주사전자현미경(SEM) 사진이다.
도 6은 본 발명의 실시예 4 및 비교예 1로부터 제조된 전도성 막의 굽힘강도를 측정하고 비교한 결과 그래프이다.
이하에서, 본 발명의 여러 측면 및 다양한 구현예에 대해 더욱 구체적으로 살펴보도록 한다.
종래 전도성 잉크 조성물은 입자간의 넥(neck)을 형성하기 위해 500 ℃ 이상에서의 고온 소성공정이 요구되어 많은 비용 및 시간이 소모되고, 사용할 수 있는 기판이 제한적이다. 한편, 소성온도를 낮추기 위해 나노 또는 마이크로 크기의 입자들을 혼합하거나 금속염을 이용한 잉크의 경우, 전기전도성이 현저히 낮고, 제조공정이 복잡하다는 문제뿐만 아니라, 플렉시블 기판의 굽힘에 유연하게 대응하지 못하고 파손되는 현상이 발생한다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 본 발명에서는 나노 또는 마이크로 크기의 금속 입자를 금속 나노선과 혼합하여 저온에서 소성하여도 우수한 전기전도성 및 휨 특성을 갖는 전도성 잉크 조성물을 제공하기로 한다.
본 발명의 저온소성용 전도성 잉크 조성물을 제조하기 위해서 사용되는 상기 금속 입자의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 판상(sheet), 막대(rod) 및 구형(sphere)로부터 선택되는 어느 하나일 수 있고, 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 서로 상이한 모양이나 크기가 다른 금속 입자를 함께 사용함으로써 플라즈몬(plasmons)을 발생시켜 금속 입자간 소성 에너지를 줄일 수 있다.
또한, 상기 금속 입자의 크기는 1 ㎚ 내지 10 ㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 1 ㎚ 내지 1 ㎛일 수 있는데, 이때, 상기 금속 입자의 크기란 상기 금속 입자가 판상인 경우 폭, 넓이 및 두께 중에서 가장 큰 값을 의미하고, 막대인 경우 단면의 직경과 높이 중에서 가장 큰 값을 의미하며, 구형인 경우 직경을 의미한다.
상기 금속 입자의 크기가 1 ㎚ 미만이면 소성 과정에 의해 부피 수축이 수반되어 전도성 패턴 또는 막의 박리현상을 초래할 수 있고, 1 ㎛를 초과하면 분산 안정성이 낮고, 소성 과정 후 전도성 패턴 또는 막의 두께가 두꺼워지는 문제가 발생한다.
또한, 상기 금속 나노선은 단면의 직경이 10 내지 500 ㎚이고, 길이가 5 내지 100 ㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 직경이 10 내지 300 ㎚, 길이가 5 내지 50 ㎛일 수 있는데, 상기 금속 나노선 단면의 직경 또는 길이가 상기 범위 미만이면 상기 금속 입자간 브릿지 역할을 충분히 하지 못하므로 크랙 발생시 전도성 저하를 방지하거나 휨 특성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있고, 단면의 직경 또는 길이가 상기 범위를 초과하게 되면 소성과정에서 요구되는 에너지가 증가하므로 전도성이 저하될 수 있다.
또한, 상기 나노 또는 마이크로 크기의 금속 입자와 금속 나노선의 중량비는 1 대 0.01 내지 99일 수 있다. 상기 금속 입자와 금속 나노선의 중량비가 1 대 0.01보다 미만이면 전도성 잉크 조성물의 저항이 낮아지고, 상기 중량비 1 대 99를 초과하게 되면 금속 나노선의 함량이 과다하여 오히려 전도성 잉크 조성물의 저항이 저하된다. 상기 전도성 잉크 조성물은 우수한 전기적 특성을 유지하면서 점도 및 토출성이 용이하도록 상기 나노 또는 마이크로 크기의 금속 입자와 금속 나노선의 중량비가 1 대 0.2 내지 99인 것이 더욱 바람직하다.
상기 금속 입자는 Ag, Cu, Pt, Al, Ni, Pd, ITO, ZnO, Al 도핑된 ZnO이거나, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In,, Sn, Sb, Pd, Bi, Eu, Ac, 이들의 산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 금속 나노선은 Ag, Cu, Pt, Al, Ni 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 전도성 잉크 조성물은 분산을 용이하도록 용매를 포함한다. 이때, 상기 전도성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 금속 입자 및 상기 금속 나노선의 혼합물이 10 내지 90 중량%로 혼합될 수 있으나, 인쇄 장치의 특성에 따라 상기 전도성 잉크 조성물의 점도를 제어하기 위해 사용자에 의해 적절히 조절될 수 있다. 다만, 상기 금속 입자 및 상기 금속 나노선의 혼합물이 10 중량%를 초과하게 되면 전도도가 우수할뿐더러, 10 중량% 미만인 경우에서와는 달리 1000회 반복 굽힘 시험을 수행한 후에도 전도성 하락율이 5 배 이하이다.
또한, 상기 용매는 증류수, 알코올, 글리콜, 아세테이트, 에테르, 케톤, 방향족 및 할로겐화 탄화수소 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있고 보다 바람직하게는 증류수, 에탄올, 메탄올, 2-메톡시에톡시에탄올, 2-메톡시에탄올, 2-부톡시메톡시에탄올, 이소프로판올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA), 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 1-메톡시프로판올, 에틸헥실 알코올, 테르피네올, 글리세린, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 메톡시프로필아세테이트, 카비톨아세테이트, 에틸카비톨아세테이트, 메틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈, 디메틸술폭사이드, 헥산, 헵탄, 도데칸, 파라핀 오일, 미네랄 스피릿, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 것일 수 있다.
상기 전도성 잉크 조성물은 건조 속도를 제어하고, 전도성을 균일하게 하며, 접착력 상승효과를 나타내기 위해 첨가제를 더 포함할 수 있는데, 이때, 첨가제는 상기 전도성 잉크 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 5 중량%로 혼합되는 것이 바람직하다.
상기 첨가제는 분산제 또는 결합제일 수 있고, 상기 분산제는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐필롤리돈, 양이온성 중합체, 비이온성 중합체, 음이온성 중합체, 아크릴아마이드 중합체 에틸셀룰로오스 중합체, 소르비탄 중합체, 에톡실레이트, 알콕실레이트, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 설포네이트, 설페이트, 디설포네이트 염, 설포숙시네이트, 포스페이트 에스테르, 플루오르 중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것일 수 있다.
상기 결합제는 하이드록시프로메틸 셀룰로오스, 에틸하이드록시에틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 아민, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리실란, 폴리올레핀 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이상의 것일 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 아래 단계들을 포함하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법에 관한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 전도성 잉크 조성물을 이용하여 기판 상에 전도성 패턴 또는 막을 형성하는 단계(S1) 및 상기 전도성 패턴 또는 막을 소성하는 단계(S2)를 포함한다.
상기 (S1) 단계 이전에, 우선, 금속 입자와 금속 나노선을 혼합하여 전도성 잉크 조성물을 제조한다. 이때, 초음파 분산기, 교반기, 볼밀 및 3롤밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 수단으로 분산하는 단계를 더 포함하여 상기 전도성 잉크 조성물을 분산성을 용이하게 할 수 있다.
상기 전도성 잉크 조성물을 제조하기 위해서 사용되는 상기 금속 입자의 형태는 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 판상(sheet), 막대(rod) 및 구형(sphere)로부터 선택되는 어느 하나일 수 있고, 이들을 혼합하여 사용할 수도 있다. 서로 상이한 모양이나 크기가 다른 금속 입자를 함께 사용함으로써 플라즈몬(plasmons)을 발생시켜 금속 입자간 소성 에너지를 줄일 수 있다.
또한, 상기 금속 입자의 크기는 1 ㎚ 내지 10 ㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 1 ㎚ 내지 1 ㎛일 수 있는데, 이때, 상기 금속 입자의 크기란 상기 금속 입자가 판상인 경우 폭, 넓이 및 두께 중에서 가장 큰 값을 의미하고, 막대인 경우 단면의 직경과 높이 중에서 가장 큰 값을 의미하며, 구형인 경우 직경을 의미한다.
상기 금속 입자의 크기가 1 ㎚ 미만이면 소성 과정에 의해 부피 수축이 수반되어 전도성 패턴 또는 막의 박리현상을 초래할 수 있고, 1 ㎛를 초과하면 분산 안정성이 낮고, 소성 과정 후 전도성 패턴 또는 막의 두께가 두꺼워지는 문제가 발생한다.
또한, 상기 금속 나노선은 단면의 직경이 10 내지 500 ㎚이고, 길이가 5 내지 100 ㎛일 수 있으며, 보다 바람직하게는 직경이 10 내지 300 ㎚, 길이가 5 내지 50 ㎛일 수 있는데, 상기 금속 나노선 단면의 직경 또는 길이가 상기 범위 미만이면 상기 금속 입자간 브릿지 역할을 충분히 하지 못하므로 크랙 발생시 전도성 저하를 방지하거나 휨 특성이 낮아지는 문제가 발생할 수 있고, 단면의 직경 또는 길이가 상기 범위를 초과하게 되면 소성과정에서 요구되는 에너지가 증가하므로 전도성이 저하될 수 있다.
상기 금속 입자는 Ag, Cu, Pt, Al, Ni, Pd, ITO, ZnO, Al 도핑된 ZnO이거나, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In,, Sn, Sb, Pd, Bi, Eu, Ac, 이들의 산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 금속 나노선은 Ag, Cu, Pt, Al, Ni 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 구리(Cu) 입자 또는 구리(Cu) 나노선은 전기전도성이 우수하고 경제적인 재료이나, 대기 중에 노출시 쉽게 산화되는 결정적인 단점이 있고, Pt는 가격이 비싸며, 알루미늄(Al)은 전기전도성이 다소 낮다는 등의 단점들이 각각의 재료마다 존재한다. 따라서, 상기 금속 입자와 상기 금속 나노선은 서로 동일하거나 독립적인 재료로 형성될 수 있는데, 일예로, 구리 입자의 산화를 방지하여 내환경성을 증가시키기 위해 구리와 백금(Pt) 또는 구리와 은(Ag) 및 구리와 알루미늄 등의 조합일 수도 있고, 백금의 함량을 최소화하여 경쟁력을 상승시키기 위해 은과 백금, 백금과 구리, 백금과 알루미늄 등의 조합을 사용할 수도 있으며, 이에 제한되지 않는다. 이러한 상기 전도성 잉크 조성물의 조합은 잉크 전도성 조성물의 용도에 따라 적절히 선택이 가능하다. 이러한 조합은 상기 재료들의 단점을 가리고, 장점을 부각될 수는 있으나, 가격 및 내환경성이 우수하고, 유연성 및 전기적 특성이 뛰어난 은 나노입자와 은 나노선의 조합에 비해서는 전체적인 면에서 효과가 다소 떨어진다.
다만, 구리(cu) 나노입자와 구리(cu) 나노선의 조합으로 이루어진 잉크 전도성 조성물은 약 0.6 Ω의 낮은 초기 선저항을 가지나, 장기간 사용시 굽힘에 의해 균열 및 결함이 발생하기 이전에 공기 중에서 빠르게 산화되어 저항이 크게 증가할 뿐만 아니라, 굽힘에도 쉽게 파손되는 문제가 존재한다.
상기 전도성 잉크 조성물은 분산을 용이하도록 용매를 더 포함할 수 있는데, 상기 전도성 잉크 조성물 총 중량을 기준으로 20 내지 90 중량%로 혼합될 수 있으나, 인쇄 장치의 특성에 따라 상기 전도성 잉크 조성물의 점도를 제어하기 위해 사용자에 의해 적절히 조절될 수 있다.
또한, 상기 용매는 증류수, 알코올, 글리콜, 아세테이트, 에테르, 케톤, 방향족 및 할로겐화 탄화수소 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 성분을 포함할 수 있고 보다 바람직하게는 증류수, 에탄올, 메탄올, 2-메톡시에톡시에탄올, 2-메톡시에탄올, 2-부톡시메톡시에탄올, 이소프로판올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA), 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 1-메톡시프로판올, 에틸헥실 알코올, 테르피네올, 글리세린, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 메톡시프로필아세테이트, 카비톨아세테이트, 에틸카비톨아세테이트, 메틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈, 디메틸술폭사이드, 헥산, 헵탄, 도데칸, 파라핀 오일, 미네랄 스피릿, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 것일 수 있다.
또한, 상기 전도성 잉크 조성물은 건조 속도를 제어하고, 전도성을 균일하게 하며, 접착력 상승효과를 나타내기 위해 첨가제를 더 포함하는 것이 바람직하다. 첨가제를 포함하지 않은 상태로 기판에 코팅하면 전도성 잉크 조성물에 포함된 금속 입자, 금속 나노선 및 이들의 혼합물이 곳곳에 뭉쳐있을 수 있다. 이때, 상기 첨가제는 전도성 잉크 조성물 총 중량을 기준으로 1 내지 5 중량%로 혼합될 수 있다.
상기 첨가제는 분산제 또는 결합제일 수 있고, 상기 분산제는 폴리에틸렌 글리콜, 폴리에틸렌 옥사이드, 폴리비닐필롤리돈, 양이온성 중합체, 비이온성 중합체, 음이온성 중합체, 아크릴아마이드 중합체 에틸셀룰로오스 중합체, 소르비탄 중합체, 에톡실레이트, 알콕실레이트, 에틸렌 옥사이드, 프로필렌 옥사이드, 설포네이트, 설페이트, 디설포네이트 염, 설포숙시네이트, 포스페이트 에스테르, 플루오르 중합체 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것일 수 있다.
상기 결합제는 하이드록시프로메틸 셀룰로오스, 에틸하이드록시에틸 셀룰로오스, 폴리비닐 알코올, 폴리아크릴아미드, 폴리비닐피롤리돈, 폴리에틸렌 아민, 폴리우레탄, 폴리아크릴레이트, 폴리실란, 폴리올레핀 및 에폭시 수지로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이상의 것일 수 있다.
다음, 상기 제조된 전도성 잉크 조성물을 이용하여 기판 상에 전도성 패턴 또는 막을 형성한다(S1).
상기 기판은 특별히 제한되지 않으나, 바람직하게는 금속, 유리 기판, 실리콘 기판, 세라믹, 플라스틱 기판, 종이, 섬유 기판, 폴리에스터, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스터 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리바이닐, 폴리바이닐 클로라이드, 폴리바이닐리덴 클로라이드, 폴리바이닐 아세탈, 폴리스타이렌, 폴리아크릴레이트, 셀룰로오스 에스터 베이스, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에테르설폰, 폴리설폰, 폴리이미드 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것이거나 다른 통상적인 폴리머 필름을 사용할 수도 있다.
상기 인쇄공정은 잉크 조성물의 물성에 따라 스핀코팅, 롤투롤, 스프레이, 잉크젯 공정, 딥코팅, 닥터블레이드, 스크린 공정, 그라비아 공정, 롤투롤 공정, 플렉소 공정(flexography), 임프린팅, 옵셋 공정, 그라비아 옵셋 공정, 리버스 그라비아 옵셋 공정, 슬롯다이(Slot die), 볼펜(rollerball pen) 및 임프린트 공정으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나일 수 있다.
마지막으로, 상기 전도성 패턴 또는 막을 소성한다(S2).
이때, 상기 전도성 패턴 또는 막을 소성하기 전에 기판 상에 형성된 전도성 패턴 또는 막을 건조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 건조 단계는 30 내지 50 ℃에서 열풍기, 핫플레이트, 오븐 등을 이용하여 건조시킬 수도 있고, 제논 램프를 이용한 백생광 조사 조건을 조절하여 달성할 수도 있다.
상기 건조 단계에서 충분히 건조될 시 이후 소성단계에서 요구되는 에너지가 감소되므로 더 낮은 온도인 40 내지 80 ℃에서 소성하여도 낮은 저항 및 우수한 휨 특성을 갖는 전도성 패턴 또는 막을 제조할 수 있다.
이후, 열 또는 광을 이용하여 패턴 또는 막의 전도도, 기판과의 접착력 등의 박막 특성을 향상시키는 소성 단계를 수행한다.
상기 소성은 50 내지 200 ℃에서 열 소성함으로써 수행될 수 있고, 보다 바람직하게는 50 내지 150 ℃에서 열 소성함으로써 수행되는데, 이와 같이 낮은 온도에서 소성하면 치밀한 조직을 갖는 전도성 및 휨 특성이 우수한 전도성 패턴 또는 막을 제조할 수 있다. 더군다나, 낮은 온도에서 소성하였음에도 불구하고 종래 잉크를 낮은 온도에서 소성하여 제조된 패턴 또는 막보다 저항값이 낮고, 휨 특성도 우수하다는 것을 실험예 1 및 2에서 확인할 수 있다.
또한, 기판에 영향을 미치지 않고 소결 시간을 30 내지 60 초 정도의 단시간으로 소성 시간을 줄일 수 있어서 종래 고온의 소성과정에서 발생되던 불균일한 온도제어, 에너지 낭비 및 기판을 포함하는 다른 층의 손상 문제를 방지하고, 쉽게 대량생산할 수 있으며, 추가적인 고가의 장비를 요구하지 않아 비용을 절감하므로, 종래 제조방법보다 더욱 경쟁적이다.
상기 열 소성 조건이 50 ℃ 미만이면 에너지가 낮아 소성이 제대로 이루어지지 않으므로 금속 입자, 금속 나노선 간에 넥(neck)이 형성되지 않아 전도성 및 휨 특성이 저하되는 문제가 발생할 수 있고, 110 ℃를 초과하게 되면 과도하게 소성되어 금속 입자간에 기공의 크기가 커져 저항이 증가하고, 휨 특성이 저하되어 기판의 굽힘에 쉽게 크랙 또는 결함이 발생되어 부적합하다.
상기 열 소성을 이용할 경우, 본 발명에 따른 금속 입자 대 금속 나노선의 중량비는 1 대 0.01 내지 99일 수 있으나, 보다 바람직하게는 1 대 0.1 내지 99일 수 있다.
상기 소성은 제논 플래쉬 램프로부터 조사된 백색광을 이용한 광 소결로 수행될 수 있는데, 이때, 상기 광소결 조건은 제논 플래쉬 램프의 펄스 수가 1 내지 100이고, 강도(Intensity)가 1 내지 80 J/㎠이며, 펄스 폭(Pulse width)이 1 내지 10 ms이며, 펄스 갭(Pulse gap)이 1 내지 50 ms일 수 있는데, 이때, 상기 펄스 폭이 10 ms보다 클 경우에는 단위 시간당 입사 에너지가 줄어들어 소결의 효율이 저하될 수 있으므로 비경제적이다. 펄스 갭이 50 ms보다 크거나 펄스 수가 100 번보다 큰 경우, 강도가 1 J/㎠보다 작은 경우에도 너무 낮은 에너지로 인해 구리 복합잉크가 소결될 수 없으며, 펄스 갭이 1 ms보다 작거나 강도가 80 J/㎠ 보다 클 경우에는 장비와 램프에 무리가 가해지기 때문에 장비와 램프의 수명이 급속하게 줄어드는 문제점이 있다.
또한, 상기 제논 플래쉬 램프의 펄스 수에 따라 광소결 조건이 달라지는데, 일예로 상기 광소결 조건은 제논 플래쉬 램프의 펄스 수가 70이면, 강도(Intensity)는 1 내지 50 J/㎠이며, 펄스 폭(Pulse width)이 1 내지 5 ms이며, 펄스 갭(Pulse gap)이 20 내지 50 ms인 것이 바람직하다.
상기 제조단계를 통해 얻은 전도성 패턴 혹은 막의 경우, 낮은 온도에서 소성하였음에도 불구하고, 종래 금속 입자 혹은 금속 나노선만으로 이루어진 잉크에 비해 우수한 휨 특성과 전도성을 나타낸다는 것을 하기 실험예를 통해 확인할 수 있다.
또한, 본 발명의 또 다른 측면은 상기 나노 또는 마이크로 금속 입자 및 금속 나노선을 포함하는 전도성 패턴에 관한 것으로, 상기 언급된 바와 같이 금속 입자 및 금속 나노선을 포함함으로써, 저온에서 소성하여도 치밀한 구조를 형성하므로 전기전도성 및 휨 특성이 우수할 뿐만 아니라 미세한 패턴도 정확하게 구현할 수 있다.
상기 전도성 패턴은 50 내지 200 ℃의 낮은 온도에서 단시간 열 소성되거나, 제논 플래쉬 램프를 이용하여 광소결될 수 있으므로, 시간 및 단가를 절감할 수 있어 경제적이다.
또한 본 발명의 또 다른 측면은 나노 또는 마이크로 금속입자 및 금속 나노선을 포함하는 전도성 막에 관한 것으로, 이 역시 50 내지 200 ℃의 낮은 온도에서 열 소성되거나, 제논 플래쉬 램프를 이용하여 광소결될 수 있다. 이러한 전도성 막은 저온에서 소성하여도 치밀한 구조를 형성하므로 전기전도성 및 휨 특성이 우수할 뿐만 아니라 접착력이 우수한 전도성 막을 구현할 수 있다.
이하에서 실시예 등을 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 하며, 다만 이하에 실시예 등에 의해 본 발명의 범위와 내용이 축소되거나 제한되어 해석될 수 없다. 또한, 이하의 실시예를 포함한 본 발명의 개시 내용에 기초한다면, 구체적으로 실험 결과가 제시되지 않은 본 발명을 통상의 기술자가 용이하게 실시할 수 있음은 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연하다.
실시예 1
은 입자와 은 나노선을 1 : 1의 중량비로 혼합하여 10 g의 혼합 분말을 제조하고, 여기에 2-메톡시에탄올과 이소프로필 알코올 5 ml 용매를 첨가한 후, 마그네틱 바로 혼합하였다. 이때, 상기 은 입자의 크기는 1-10 ㎚이고, 상기 은 나노선의 크기는 100-500 ㎚, 길이는 5-100 ㎛이였다. 이후, 건조 속도 및 점도를 조절하고, 분산 안정성 확보하기 위하여 에틸렌글리콜 0.2 ml, 폴리비닐피롤리돈 0.05 g, 하이드록시프로메틸 셀룰로오스 0.1 g을 첨가하여 전도성 잉크 조성물을 제조하였다. 마지막으로, 상기 전도성 잉크 조성물을 1 시간 동안 교반한 후, PET 기판에 프린팅하고, 100 ℃ 오븐에서 30 초간 소성하여 전도성 막을 제조하였다.
실시예 2
은 입자와 은 나노선의 중량비가 2 : 1이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
실시예 3
은 입자와 은 나노선의 중량비가 3 : 1이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
실시예 4
은 입자와 은 나노선의 중량비가 4 : 1이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
실시예 5
은 입자와 은 나노선의 중량비가 1 : 2라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
실시예 6
은 입자와 은 나노선의 중량비가 1 : 3이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
실시예 7
은 입자와 은 나노선의 중량비가 1 : 4이라는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
실시예 8
오븐 대신 광소결 방법(Intense Pulsed Light, IPL)으로 소성한다는 점을 제외하고는 상기 실시예 4와 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다. 이때, 상기 광소결 조건은 펄스 지속 시간은 2 ms 이며, 펄스 휴지 시간은 30 ms이며, 펄스 수는 70이고, 펄스 에너지는 39.5 J/㎠이고, 전압은 310 V였다.
실시예 9.
구리 입자와 구리 나노선을 1 : 1의 중량비로 혼합하여 10 g의 혼합 분말을 제조하고, 여기에 2-메톡시에탄올과 이소프로필 알코올 5 ml 용매를 첨가한 후, 마그네틱 바로 혼합하였다. 이때, 상기 구리 입자의 크기는 1-10 ㎚이고, 상기 은 나노선의 크기는 100-500 ㎚, 길이는 5-100 ㎛이였다. 이후, 건조 속도 및 점도를 조절하고, 분산 안정성 확보하기 위하여 에틸렌글리콜 0.2 ml, 폴리비닐피롤리돈 0.05 g, 하이드록시프로메틸 셀룰로오스 0.1 g을 첨가하여 전도성 잉크 조성물을 제조하였다. 마지막으로, 상기 전도성 잉크 조성물을 1 시간 동안 교반한 후, PET 기판에 프린팅하고, 100 ℃ 오븐에서 30 초간 소성하여 전도성 막을 제조하였다.
비교예 1
은 입자만을 사용한다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
비교예 2
은 나노선만을 사용한다는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
비교예 3
나노 크기의 은 입자(20-40 ㎚)와 마이크로 크기의 은 입자(1-2 ㎛)를 75 : 25 중량비로 혼합하여 사용한 것을 제외하고는 상기 비교예 1과 모두 동일한 방법으로 전도성 막을 제조하였다.
상기 실시예 4, 8로부터 제조된 전도성 막과 비교예 1, 2로부터 제조된 전도성 막의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 측정하였으며, 이를 도 2-3 및 도 4-5에 각각 나타내었다.
도 2-3에 도시된 바와 같이, 실시예 4, 8로부터 제조된 전도성 막은 낮은 소성온도에서도 막이 치밀하게 형성되었고, 넥(neck)이 형성된 금속 입자 사이에 금속 나노선이 연결되어 기공으로 인해 야기되는 저항 증가를 방지한다는 것을 알 수 있다.
이에 반해, 도 4-5에 도시된 바와 같이, 금속 입자만으로 제조된 전도성 막(비교예 1), 금속 나노선만으로 제조된 전도성 막(비교예 2)은 낮은 소성온도로 인해 막이 치밀하지 못하고, 막 내에 다수의 기공이 형성되었음을 확인하였다.
실험예 1.
금속 입자와 금속 나노선의 함량에 따른 전도성 잉크 조성물의 저항값을 측정하였다. 표 1은 실시예 1-8 및 비교예 1-3으로부터 제조된 전도성 막의 저항값을 나타낸 표이다.
저항(Ω) 소성온도(℃)
실시예 1 0.61 100
실시예 2 0.68 100
실시예 3 0.83 100
실시예 4 0.92 100
실시예 5 0.57 100
실시예 6 0.52 100
실시예 7 0.44 100
실시예 ８ 0.21 IPL(광소결 방법)
실시예 9 0.67 IPL(광소결 방법)
비교예 １ 0.99 100
비교예 2 1.03 100
비교예 3 1.13 100
표 1에 나타낸 바와 같이, 금속입자와 금속 나노선의 중량비에 관계없이 낮은 소성온도에서 1 Ω이하의 낮은 저항값을 갖는 것을 알 수 있다.
또한, 본 발명의 전도성 막(실시예 1 내지 8)은 동일한 조건에서 제조된 종래 잉크(비교예 1 내지 3)보다 저항값이 낮다는 것을 나타낸다.
특히, 상기와 같은 효과는 입자크기가 다른 두 입자의 혼합이 아닌 입자와 나노선의 혼합에 기인한 것임을 입증하는 것이다.
실험예 2
본 발명의 실시예 4 및 비교예 1에 따른 잉크를 이용하여 제조된 전도성 막의 반복 외측 굽힘 시험 1000회 실시하여 저항변화율을 측정하였다.
도 6에 도시한 바와 같이, 저항값이 유사한 실시예 4 및 비교예 1로부터 제조된 전도성 막을 비교한 결과, 초기 저항은 유사하나, 외측 굽힘 시험이 진행될수록 비교예 1로부터 제조된 전도성 막의 저항 값은 크게 증가하고, 실시예 4로부터 제조된 전도성 막의 저항 값은 미미하게 증가하였는데, 이는 실시예 4의 전도성 막에서 금속 나노선이 금속 입자 사이에서 균열이 더 이상 진행되지 못하도록 방지함과 동시에 균열 발생시, 이들을 연결하는 브릿지 역할을 통해 전기 전도도를 유지하기 때문인 것으로 확인된다.

Claims (16)

  1. 나노 또는 마이크로 크기의 금속 입자 및 금속 나노선을 포함하는 저온소성용 전도성 잉크 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자 대 상기 금속 나노선의 중량비는 1 대 0.01 내지 99인 것을 특징으로 하는 저온소성용 전도성 잉크 조성물.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 저온소성용 전도성 잉크 조성물은 용매를 포함하고,
    상기 저온소성용 전도성 잉크 조성물의 총 중량을 기준으로 상기 금속 입자 및 상기 금속 나노선의 혼합물은 10 내지 90 중량%로 포함되며,
    상기 용매는 증류수, 에탄올, 메탄올, 2-메톡시에톡시에탄올, 2-메톡시에탄올, 2-부톡시메톡시에탄올, 이소프로판올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 디에탄올아민(DEA), 트리에탄올아민(TEA), 에틸렌글리콜(EG), 디에틸렌글리콜(DEG), 1-메톡시프로판올, 에틸헥실 알코올, 테르피네올, 글리세린, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 메톡시프로필아세테이트, 카비톨아세테이트, 에틸카비톨아세테이트, 메틸셀로솔브, 부틸셀로솔브, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산, 메틸에틸케톤, 아세톤, 디메틸포름아미드, 1-메틸-2-피롤리돈, 디메틸술폭사이드, 헥산, 헵탄, 도데칸, 파라핀 오일, 미네랄 스피릿, 벤젠, 톨루엔, 자일렌, 클로로포름, 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드 및 아세토니트릴로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 것을 특징으로 하는 저온소성용 전도성 잉크 조성물.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자의 크기는 1 ㎚ 내지 10 ㎛이고,
    상기 금속 나노선의 단면 직경은 10 내지 500 ㎚이며, 길이가 5 내지 100 ㎛인 것을 특징으로 하는 저온소성용 전도성 잉크 조성물.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 금속 입자는 Ag, Cu, Pt, Al, Ni, Pd, ITO, ZnO, Al 도핑된 ZnO이거나, Ti, V, Mn, Fe, Cr, Zr, Nb, Mo, W, Ru, Cd, Ta, Re, Os, Ir, Al, Ga, Ge, In,, Sn, Sb, Pd, Bi, Eu, Ac, 이들의 산화물 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나이고,
    상기 금속 나노선은 Ag, Cu, Pt, Al, Ni 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 저온소성용 전도성 잉크 조성물.
  6. Ⅰ) 전도성 잉크 조성물을 이용하여 기판 상에 전도성 패턴 또는 막을 형성하는 단계; 및
    Ⅱ) 상기 전도성 패턴 또는 막을 소성하는 단계;를 포함하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 패턴 또는 막의 제조방법은 상기 Ⅰ) 단계 전에 상기 전도성 잉크 조성물을 초음파 분산기, 교반기, 볼밀 및 3롤밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 수단으로 분산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 Ⅰ) 단계는 스핀코팅, 롤투롤, 스프레이, 잉크젯 공정, 딥코팅, 닥터블레이드, 스크린 공정, 그라비아 공정, 롤투롤 공정, 플렉소 공정(flexography), 임프린팅, 옵셋 공정, 그라비아 옵셋 공정, 리버스 그라비아 옵셋 공정, 슬롯다이(Slot die), 볼펜(rollerball pen) 및 임프린트 공정으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 소성은 50 내지 200 ℃에서 30 내지 60 초 동안 열 소성함으로써 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 소성은 제논 플래쉬 램프로부터 조사된 백색광을 이용한 광소결로 수행되고,
    상기 광소결의 조건은 제논 플래쉬 램프의 펄스 수가 1 내지 100이고, 강도(Intensity)가 1 내지 80 J/cm2이며, 펄스 폭(Pulse width)이 1 내지 10 ms이며, 펄스 갭(Pulse gap)이 1 내지 50 ms인 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 기판은 금속, 유리 기판, 실리콘 기판, 세라믹, 플라스틱 기판, 종이, 섬유 기판, 폴리에스터, 폴리에틸렌 테레프탈레이트, 폴리에스터 나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리올레핀, 폴리바이닐, 폴리바이닐 클로라이드, 폴리바이닐리덴 클로라이드, 폴리바이닐 아세탈, 폴리스타이렌, 폴리아크릴레이트, 셀룰로오스 에스터 베이스, 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 아세테이트, 폴리에테르설폰, 폴리설폰, 폴리이미드 및 실리콘으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나의 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 조성물의 상기 금속 입자 대 상기 금속 나노선의 중량비는 1 대 0.01 내지 99인 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 또는 막의 제조방법.
  13. 제1항에 따른 나노 또는 마이크로 금속입자 및 금속 나노선을 포함하는 전도성 패턴.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전도성 패턴은 50 내지 200 ℃에서 열 소성되거나,
    제논 플래쉬 램프를 이용하여 광소결되는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴.
  15. 제1항에 따른 나노 또는 마이크로 금속입자 및 금속 나노선을 포함하는 전도성 막.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 전도성 막은 50 내지 200 ℃에서 열 소성되거나,
    제논 플래쉬 램프를 이용하여 광소결되는 것을 특징으로 하는 전도성 막.
KR1020140070073A 2014-06-10 2014-06-10 금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법 KR101637884B1 (ko)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140070073A KR101637884B1 (ko) 2014-06-10 2014-06-10 금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020140070073A KR101637884B1 (ko) 2014-06-10 2014-06-10 금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20150141398A true KR20150141398A (ko) 2015-12-18
KR101637884B1 KR101637884B1 (ko) 2016-07-08

Family

ID=55081301

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020140070073A KR101637884B1 (ko) 2014-06-10 2014-06-10 금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법

Country Status (1)

Country Link
KR (1) KR101637884B1 (ko)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105602349A (zh) * 2016-03-29 2016-05-25 李水金 一种新型水性导电油墨
KR20180104814A (ko) * 2017-03-14 2018-09-27 한국기계연구원 전도성 패턴 형성 이후의 후속공정 조건을 고려한 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006070300A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Mitsubishi Materials Corp 金属微粒子含有組成物、およびその用途
KR20100014732A (ko) 2007-03-19 2010-02-10 가부시키가이샤 엔티티 도코모 기지국장치, 이동국 및 무선통신 시스템 그리고 통신제어방법
KR20140028189A (ko) * 2012-08-23 2014-03-10 삼성정밀화학 주식회사 금속 전구체의 제조방법 및 금속 전구체를 이용한 금속 잉크의 제조방법
KR20140028208A (ko) * 2012-08-27 2014-03-10 한국과학기술연구원 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006070300A (ja) * 2004-08-31 2006-03-16 Mitsubishi Materials Corp 金属微粒子含有組成物、およびその用途
KR20100014732A (ko) 2007-03-19 2010-02-10 가부시키가이샤 엔티티 도코모 기지국장치, 이동국 및 무선통신 시스템 그리고 통신제어방법
KR20140028189A (ko) * 2012-08-23 2014-03-10 삼성정밀화학 주식회사 금속 전구체의 제조방법 및 금속 전구체를 이용한 금속 잉크의 제조방법
KR20140028208A (ko) * 2012-08-27 2014-03-10 한국과학기술연구원 전도성 이온 잉크 조성물, 그 제조방법 및 이를 이용한 고전도성 패턴 또는 막의 형성방법

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
비특허 문헌 1. Journal of materials chemistry, 22, 15599 (2012)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105602349A (zh) * 2016-03-29 2016-05-25 李水金 一种新型水性导电油墨
KR20180104814A (ko) * 2017-03-14 2018-09-27 한국기계연구원 전도성 패턴 형성 이후의 후속공정 조건을 고려한 전자소자 제조시스템 및 이를 이용한 전자소자 제조방법

Also Published As

Publication number Publication date
KR101637884B1 (ko) 2016-07-08

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106574135B (zh) 分子油墨
JP5376808B2 (ja) 透明導電性フィルムの製造方法、透明導電性フィルム及びタッチパネル
JP5558069B2 (ja) 積層体、この積層体を用いた導電性基材及びその製造方法
EP3580284B1 (en) Printable molecular ink
TW201339279A (zh) 導電圖型形成方法及藉由光照射或微波加熱的導電圖型形成用組成物
KR20140044743A (ko) 전도성 하이브리드 구리잉크 및 이를 이용한 광소결 방법
TW201308353A (zh) 塗覆銀之銅粉及其製造法、含有該塗覆銀之銅粉的導電膏、導電性接著劑、導電膜及電氣電路
KR20120110554A (ko) 전도성 잉크 조성물, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 전도성 박막 제조 방법
JP2008243946A (ja) 導電性基板及びその製造方法
JP2011093297A (ja) 積層体、この積層体を用いた導電性基材及びその製造方法
JP6734925B2 (ja) フレキシブル基板用銀ペースト
Suganthi et al. Formulation and optimization of a zinc oxide nanoparticle ink for printed electronics applications
KR101777691B1 (ko) 그래핀 산화물을 포함하는 발열 조성물 및 그를 이용한 발열체
JP2018048324A (ja) 透明な導電性コーティングを調製するためのエマルション
KR102016735B1 (ko) 절연 잉크 조성물 및 그를 이용하여 절연막이 형성된 기판
KR101637884B1 (ko) 금속 나노선을 포함하는 전도성 잉크 조성물 및 이를 이용한 전도성 패턴 또는 막의 제조방법
JP7242557B2 (ja) 低粘度及び低処理温度を有する銀分子インク
KR101947633B1 (ko) 전도성 구리 복합잉크 및 이를 이용한 광소결 방법
JP2015214722A (ja) 銅微粒子焼結体と導電性基板の製造方法
KR101734765B1 (ko) 광소결을 이용한 디지타이저 연성인쇄회로기판 및 이의 제조방법
JP2020507669A (ja) 熱安定性が改善された分子インク
KR100977635B1 (ko) 페이스트 조성물, 이를 포함하는 저항체막 및 전자 부품
EP3592816B1 (en) Conductive ink composition
JP7241734B2 (ja) 銅インク
KR101618211B1 (ko) 메탈메쉬 형성용 나노산화구리 잉크 조성물 및 이를 이용한 메탈메쉬 형성방법

Legal Events

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

Payment date: 20190702

Year of fee payment: 4