KR20160050172A - 금속나노입자를 포함하는 전도성 코팅 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속나노입자를 포함하는 전도성 코팅 기판에 관한 것으로, 금속나노입자를 포함하는 패턴층의 패턴 정밀도를 향상시키기 위한 것이다. 본 발명은 베이스 기판 위에 자외선 흡수층을 형성하거나 베이스 기판 내에 자외선 흡수제를 포함시킴으로써, 베이스 기판 위에 형성된 금속나노입자와 자외선 감광 물질을 포함하는 감광층의 노광 시 노광 및 비노광 계면에서 빛 번짐을 최소화하여 패턴의 정밀도를 향상시킬 수 있다.

Description

금속나노입자를 포함하는 전도성 코팅 기판{Conductive coating substrate having metal nano material}

본 발명은 전도성 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속나노입자를 포함하는 감광층을 이용하여 형성한 전도성 코팅 기판에 관한 것이다.

금속나노입자를 포함한 전도성 코팅 기판은 주로 금속나노입자를 포함한 전도막의 패턴 형성에 많이 사용된다. 기판에 전도막 패턴(패턴층)을 형성하기 위해, 감광층을 형성한 후 감광층의 선택적 영역에 자외선을 노광함으로써 감광층의 감광성 물질을 반응시켜 노광 또는 비노광 영역 간의 전기전도도 차이를 형성하여 금속나노입자를 포함한 전도막 패턴을 형성할 수 있다.

패턴 현상 과정에서 노광 영역과 비노광 영역 중 현상 용매에 대해 높은 용해도를 보이는 영역의 조성물이 전체 또는 일부가 제거됨으로서 전기전도도 차이가 형성되는 것이다.

대부분의 경우에는 현상 용매에 대해 용해도 높은 영역이 현상 과정에서 제거됨으로써, 전도성 필러에 해당하는 금속나노입자를 함께 제거하게 되고, 따라서 이 부분은 전기전도도가 낮은 절연성 영역에 해당하게 된다.(패터닝 방법 1)

또 다른 방법으로, 한국등록특허 제10-1447516호에 개시된 바와 같이, 전도성 패턴을 형성할 수 있다. 즉 패턴 현상 과정에서 노광 및 비노광 영역의 금속나노입자가 제거되지 않고, 노광에 의한 감광층의 조성물 간의 물리 및 화학적 반응이 이루어져 노광 및 비노광 두 영역의 전기전도도 차이가 형성되어 패턴을 형성하는 경우이다. 이 경우 금속나노입자는 전도성 및 절연성 영역(노광 및 비노광 영역)에 모두 존재하는 특징이 있다.(패터닝 방법 2)

이러한 종래 기술의 경우 감광에 의해 전도성 패턴을 형성할 수 있지만, 패턴 정밀도에 있어 일부 제한된 영역에 적용이 어려울 수 있다. 이러한 패터닝 방법은 전도막 자체가 감광 조성물을 포함하기 때문에, 노광 과정에서 노광/비노광 영역 계면에서의 노광 특성에 따라 패턴 경계의 명확도, 패턴 저항 특성이 크게 달라지기 때문에 미세 패턴 형성에 있어 일부 적용이 제한될 수 있다.

즉 도 12에 도시된 바와 같이, 노광 과정에서 마스크 개구 영역(41; 패턴홀) 에 노광이 진행되지만, 개구/비개구 경계부, 코팅막의 계면 반사, 금속나노입자를 통한 노광 빛 산란을 통해 마스크(40)의 비개구 영역으로 일부 빛이 침투하게 된다. 이것은 비개구 영역에 대응되는 비노광 영역(27) 일부에도 빛이 노출되는 것이기 때문에, 노광 영역(25) 및 비노광 영역(27)의 계면이 불명확하게 되고 패턴 정밀도를 감소시키는 문제를 야기한다. 도면부호 24는 비노광 영역(27)으로 빛 번짐이 발생된 부분을 나타낸다.

패터닝 방법 1의 경우, 현상 과정에서 현상 용매에 대해서 용해도가 높은 영역이 모두 제거되지 않아 금속나노입자도 함께 잔류함으로서 절연성 영역이 형성되지 못하는 문제가 형성될 수 있다.

또한 패터닝 방법 2의 경우, 노광 및 비노광 계면의 빛 번짐으로 인해 계면부의 물리 및 화학 반응성 차이가 명확하지 못하여 패턴 정밀도를 훼손하는 문제가 야기될 수 있다. 패터닝 방법 2의 경우 비개구 영역으로 빛 번짐은 비노광 영역에도 물리 및 화학 반응을 일으켜 계면영역에서의 노광 및 비노광 영역의 전기전도도 차이를 형성하는데 방해가 될 수 있다.

더욱이 금속나노입자로서 금속나노와이어를 적용할 경우, 입자의 높은 종횡비 및 표면에서 빛 산란으로 인해 계면 빛 번짐에 더욱 민감하게 반응하여 불량이 형성될 수 된다.

한국등록특허 제10-1447516호(2014.09.29.)

따라서 본 발명의 목적은 금속나노입자를 포함한 감광층의 노광 및 비노광 계면에서의 빛 번짐을 최소화하여 패턴의 정밀도를 향상시킬 수 있는 금속나노입자를 포함하는 전도성 코팅 기판을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 베이스 기판과, 상기 베이스 기판 위에 형성되며 자외선 흡수제를 함유하는 투명한 자외선 흡수층, 및 상기 자외선 흡수층 위에 형성되며 금속나노입자와 자외선 감광성 물질을 함유하는 패턴층을 포함하는 전도성 코팅 기판을 제공한다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 기판에 있어서, 상기 자외선 흡수층은 가시광 영역에서 광투과율이 70% 이상이며, 자외선 영역에서 광투과율이 70% 미만이다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 기판에 있어서, 상기 패턴층은 상기 자외선 흡수층 위에 형성된 금속나노입자 및 자외선 감광성 물질을 함유하는 감광층을 패터닝하여 형성된 전도성 영역과 절연성 영역을 포함한다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 기판에 있어서, 상기 전도성 영역과 절연성 영역은 자외선 노광 및 세척하여 형성하고, 상기 전도성 영역과 절연성 영역에 균일하게 상기 금속나노입자가 분포하고, 상기 전도성 영역은 비노광 영역이고, 상기 절연성 영역은 노광 영역일 수 있다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 기판에 있어서, 상기 자외선 감광성 물질은 감광성 작용기로 N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal 작용기를 가진 폴리비닐알콜일 수 있다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 기판에 있어서, 상기 전도성 영역과 절연성 영역은 자외선 노광 및 현상하여 형성하고, 상기 전도성 영역은 노광 영역으로 상기 금속나노입자가 분포하고, 상기 절연성 영역은 비노광 영역으로 감광층 부분을 현상으로 제거하여 형성할 수 있다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 기판에 있어서, 상기 자외선 감광성 물질은 포토레지스트 물질일 수 있다.

본 발명에 따른 전도성 코팅 기판에 있어서, 상기 금속나노입자는 금속나노와이어를 포함한다.

그리고 본 발명은 자외선 흡수제를 함유하는 베이스 기판과, 상기 베이스 기판 위에 형성되며 금속나노입자와 자외선 감광성 물질을 함유하는 패턴층을 포함하는 전도성 코팅 기판을 제공한다.

본 발명에 따르면, 베이스 기판 위에 자외선 흡수층을 형성하거나 베이스 기판 내에 자외선 흡수제를 포함시킴으로써, 금속나노입자를 포함한 감광층의 노광 및 비노광 계면에서 빛 번짐을 최소화할 수 있다.

즉 투명한 자외선 흡수층 또는 투명한 자외선 흡수제는 전도성 코팅 기판의 투과도를 저해하지 않으면서 베이스 기판 및 감광층 계면에서의 반사를 최소화하며, 금속나노입자에 의한 빛 산란을 억제하여 노광 및 비노광 경계부에서의 빛 번짐을 크게 감소시킬 수 있다.

특히 금속나노입자를 포함한 투명전극 패턴을 형성하는 경우, 감광층이 투명하기 때문에 계면 및 금속나노입자에 의한 빛 산란 현상이 비교적 많이 일어나 계면에서의 패턴 정밀도를 저해할 수 있지만, 본 발명에 따르면 계면에서의 빛 번짐 현상을 최소화 하여 패턴의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속나노입자를 포함하는 전도성 코팅 기판을 보여주는 사시도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 도 1의 3-3 선 단면도이다.
도 4 내지 도 8은 도 1의 전도성 코팅 기판의 제조 방법의 제1 예에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
도 9는 바 패턴을 형성하기 위한 크롬 마스크의 구조를 보여주는 평면도이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 전도성 코팅 기판을 보여주는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도성 코팅 기판을 보여주는 단면도이다.
도 12는 종래 기술에 따른 금속나노입자를 포함하는 전도성 코팅 기판의 제조 공정 중 노광 공정을 보여주는 도면이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 금속나노입자를 포함하는 전도성 코팅 기판을 보여주는 사시도이다. 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다. 그리고 도 3은 도 1의 3-3 선 단면도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 실시예에 따른 전도성 코팅 기판(100)은 베이스 기판(10), 자외선 흡수층(30) 및 패턴층(20)을 포함한다. 자외선 흡수층(30)은 베이스 기판(10) 위에 형성되며 자외선 흡수제를 함유한다. 그리고 패턴층(20)은 자외선 흡수층(30) 위에 형성되며, 금속나노입자(21)와 자외선 감광성 물질을 함유한다. 제1 실시예에서는 패턴층(20)이 자외선 흡수층(30) 위에 형성된 금속나노입자(21)와 자외선 감광성 물질을 함유하는 감광층을 노광 및 세척에 의한 패터닝 방법 2로 형성한다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 전도성 코팅 기판(100)에 대해서 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

먼저 베이스 기판(10)은 자외선 흡수층(30)과 패턴층(20)의 지지체 기능을 하며, 투명, 반투명 또는 불투명한 다양한 소재가 사용될 수 있다. 예컨대 베이스 기판(10)의 소재로는 유리, 웨이퍼, 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 베이스 기판(10)은 1 내지 100,000㎛의 두께를 가질 수 있다.

자외선 흡수층(30)은 베이스 기판(10) 위에 형성되며, 베이스 기판(10)으로 인한 감광층의 노광 및 비노광 계면에서 빛 번짐을 최소화한다. 즉 기존의 베이스 기판(10) 위에 직접 감광층을 형성할 경우, 베이스 기판(10)은 노광 빛의 반사 원인을 제공하며, 베이스 기판(10) 자체의 헤이즈로 인해 노광 빛을 산란시킨다.

반면에 자외선 흡수층(30)은 전도성 코팅 기판(100)의 투과도를 크게 저해하지 않으면서, 베이스 기판(10) 및 감광층 계면에서의 반사를 최소화하며, 금속나노입자(21)에 의한 빛 산란을 억제하여 노광 및 비노광 경계부에서의 빛 번짐을 크게 감소시켜 준다.

특히 금속나노입자(21)를 포함한 투명전극 패턴으로 패턴층(20)을 형성하는 경우, 감광층이 투명하기 때문에 계면 및 금속나노입자(21)에 의한 빛 산란 현상이 비교적 많이 일어나 계면에서의 패턴 정밀도를 저해할 수 있지만, 제1 실시예에 따르면 베이스 기판(10)과 감광층의 계면에서의 빛 번짐 현상을 최소화 하여 패턴의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.

자외선 흡수층(30)은 자외선 영역의 빛을 흡수할 수 있는 박막으로, 가시광 영역(550nm)에서 광투과율이 70% 이상이며, 자외선 영역(200~370nm)에서 광투과율이 70% 미만의 층이 적합하다. 바람직하게는 자외선 흡수층(30)으로는 가시광 투과율이 95% 이상, 자외선 투과율이 30% 이하 값이 적합하다.

자외선 흡수층(30)을 형성하는 자외선 흡수제로는 300~370 nm의 자외선 파장에 대한 흡수성을 갖는 소재로서, 단분자 또는 올리고모 형태의 유기물, 무기물 입자, 고분자, 유무기 복합소재 등 다양하다. 예컨대 자외선 흡수제로는 제이티에스코리아의 HC500 또는 HC600, 시그마알드리치사의 2-HYDROXY-4-METHOXYBENZOPHENONE 또는 2,2'-DIHYDROXY-4-METHOXYBENZOPHENONE 등이 있다. 제이티에스코리아의 제품은 자외선 흡수층(30)을 형성하는 소재로 단독으로 사용될 수 있다. 시그마알드리치사의 제품은 단독으로 사용되지 않고 고분자, 무기물 소재, 유무기 복합소재에 혼합하여 자외선 흡수층(30)을 형성하는 소재로 사용될 수 있다. 여기서 개시된 자외선 흡수제는 하나의 예시에 불과하며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

그리고 패턴층(20)은 금속나노입자(21)와 자외선 감광성 물질을 포함하며, 그 외 분산제, 바인더, 첨가제 등의 기타 조성물을 포함하는 감광성 코팅액을 사용하여 형성하며, 투명한 층으로 형성된다. 패턴층(20)은 감광층을 자외선 흡수층(30) 위에 형성한 후, 노광 및 세척을 통한 패터닝 방법 2로 형성한다.

금속나노입자(21)는 패턴층(20)의 전도성 네트워크를 형성하는 물질로서, 서로 전기적으로 서로 연결되어 베이스 기판(10)에 코팅되어 패턴층(20)을 형성할 수 있게 된다. 이러한 금속나노입자(21)로는 금속나노와이어가 사용될 수 있다. 예컨대 금속나노와이어로는 은나노와이어, 구리나노와이어, 금나노와이어 등이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다. 금속나노와이어로는 직경 300 nm 이하, 길이 1㎛ 이상의 금속나노와이어가 사용될 수 있다. 금속나노와이어는 금속나노리본 또는 금속나노튜브를 포함한다.

자외선 감광성 물질로는 자외선 감광에 의해 물리 및 화학적 반응이 일어날 수 있는 감광성 물질이 사용된다. 이러한 자외선 감광성 물질로는 200~400 nm의 자외선 영역에서 광반응에 의해 노광되는 물질이 사용된다. 예컨대 자외선 감광성 물질로는 수용성 감광성 물질이 사용될 수 있다. 수용성 감광성 물질로는 감광성 작용기로 N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal 작용기를 가진 폴리비닐알콜(이하 '감광성 폴리비닐알콜'이라 함)이 사용될 수 있다. 감광성 폴리비닐알콜은 poly(vinyl alcohol), N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal로 명명된다.

바인더로는 수분산성 폴리우레탄 또는 양이온성의 고분자전해질(polyelectrolyte)이 사용될 수 있다. 예컨대 양이온성 전해질로는 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, 자외선 감광성 물질로 사용되는 감광성 폴리비닐알콜은 수용액에서 양의 전하를 형성하기 때문에, 바인더로 수분산성 폴리우레탄 또는 양이온성의 고분자전해질을 사용할 때 조성물의 침전이 형성되지 않고 노광 후 세척 과정에서 비노광 영역(27)의 감광성 폴리비닐알콜이 바인더와 전기적, 화학적 결합력을 형성되지 않아 세척으로 제거가 용이하기 때문이다.

바인더는 패턴층(20)을 제조하기 위한 용매 세척 과정에서 전도성 필러에 해당하는 금속나노입자(21)가 제조되는 패턴층(20)에서 떨어져 나가지 않도록 고정하는 기능을 한다. 즉 바인더가 감광성 코팅액에 포함되지 않으면, 패턴층(20)의 용매 세척 과정에서 금속나노입자(21)이 자외선 감광성 물질과 같이 제거되거나 패턴층(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 감광층 세척 시 비노광 부위의 자외선 감광성 물질이 제거되지 않아 비노광 영역(27)의 전기전도도가 낮아지는 문제가 발생하기 때문이다.

전술한 바와 같이 바인더는 노광 후 세척 시 금속나노입자(21)이 베이스 기판(10)에서 떨어져나가는 것을 막기 위해 1 중량% 이하로 감광성 코팅액에 첨가된다. 이때 바인더의 함량이 높으면, 금속나노입자(21)의 베이스 기판(10)에 대한 접착성은 향상되나 패턴층(20)의 저항이 높아지는 문제가 발생될 수 있다. 또한 바인더가 없거나 너무 적으면 세척 시 금속나노입자(21)이 베이스 기판(10)에서 탈락되어 패턴층(20)의 특성이 나빠질 수 있다. 한편 자외선 감광성 물질의 함량이 0.5 중량% 이하로 아주 낮을 경우, 바인더가 없어도 금속나노입자(21)의 베이스 기판(10)에 대한 접착성이 유지되어 제1 실시예에 따른 패턴층(20)의 제조를 수행할 수도 있다.

분산제로는 사용되는 금속나노입자(21)에 따라 금속나노와이어용 분산제와, 금속나노입자용 분산제로 구분할 수 있다. 예컨대 은나노와이어의 분산제로는 HPMC(hydroxy propyl methyl cellulose), CMC (carboxymethyl cellulose), HC(2-hydroxy ethyl cellulose) 등이 사용될 수 있다.

그리고 첨가제는 감광성 코팅액의 코팅성 개선, 분산성 향상, 금속나노와이이어 부식 방지, 패턴층(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 패턴층(20) 형성에서 상 분리 구조를 형성 방지에 도움을 줄 수 있고, 건조를 촉진시키는데 도움을 줄 수 있다.

또한 패턴층(20)의 추가적인 전도성 향상 및 접착성 향상을 위해 그래핀, 산화그래핀, 탄소나노튜브, 탄소나노플레이트, 카본블랙 또는 전도성 고분자 등도 감광성 코팅액에 포함될 수 있다. 예컨대 감광성 코팅액에는 그래핀, 산화그래핀, 탄소나노튜브, 탄소나노플레이트, 카본블랙 또는 전도성 고분자 0.01~3 중량%가 더 포함될 수 있다.

패턴층(20)의 광투과율은 30~100%의 투과율을 가진다. 패턴층(20)을 형성하는 감광층은 스핀코팅, 딥코팅, 롤코팅, 슬롯/슬릿 코팅, 캐스팅, 스프레이 코팅 등 다양한 형태의 코팅이 모두 적용될 수 있다.

이러한 패턴층(20)은 전도성 영역(29)과 절연성 영역(28)을 포함하며, 전도성 영역(29)이 배선을 형성한다. 제1 실시예에서 전도성 영역(29)은 비노광 영역(27)이고, 절연성 영역(28)은 노광 영역(25)이다. 전도성 영역(29)과 절연성 영역(28)에 균일하게 금속나노입자(21)가 분포한다.

패턴층(20)은 전도성 영역(29)의 면저항이 1~2000 Ω/sq 범위이고, 절연성 영역(28)의 면저항이 10,000 Ω/sq 이상이다. 즉 전도성 영역(29)은 절연성 영역(28)에 비해서 5배 이상의 전기전도도 차이를 갖는다.

이와 같이 제1 실시예에 따른 패턴층(20)에 있어서, 노광 영역(25)과 비노광 영역(27) 간에 전기전도도에 있어서 차이가 발생하는 이유는 다음과 같다. 패턴층(20)으로 형성되기 전, 즉 자외선 노광 및 세척되기 전의 금속나노입자(21), 자외선 감광성 물질 및 바인더를 포함하는 감광층은 자외선 감광성 물질 및 바인더에 의해 아주 낮은 전기전도도를 갖는다.

그런데 감광층을 자외선으로 노광하게 되면, 자외선 감광성 물질 간, 또는 자외선 감광성 물질과 기타 조성물 간의 물리적 또는 화학적 결합이 형성되거나 끊어져 특정 용매에 대해 용해도 차이를 형성하게 된다. 반면에 노광 과정에서 금속나노입자(21)의 화학적 또는 물리적 특성 변화는 거의 없다. 이때 특정 용매는 자외선 감광성 물질에 대해서 선택적으로 높은 용해도를 갖는 용매일 수 있다. 예컨대 자외선 감광성 물질로 수용성 감광 물질을 사용할 경우, 물에 대해서 용해도 차이를 형성하게 된다.

즉 자외선 감광성 물질은 노광되기 전에는 특정 용매에 대해 높은 용해도 특성을 갖지만, 노광되면 경화되기 때문에 해당 용매에 대한 용해도가 떨어지는 특성을 가질 수 있다. 따라서 제1 실시예에 따른 자외선 감광성 물질이 갖는 특정 용매에 대한 용해도 차이를 이용하여 패턴층(20)을 형성한다.

따라서 감광층에 있어서, 노광 영역(25)과 비노광 영역(27)은 특정 용매에 대해서 용해도 차이를 형성한다. 특히 감광층에 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 자외선 감광성 물질 및 기타 조성물이 많이 제거된 영역은 높은 전기전도성을 나타내게 되고, 자외선 감광성 물질 및 기타 조성물이 적게 제거된 영역은 낮은 전기전도성을 나타내게 된다.

예컨대 비노광 영역(27)이 노광 영역(25)에 비해서 용매에 대한 용해도가 높은 경우, 비노광 영역(27)이 전도성 영역(29)으로 형성된다. 노광 영역(25)이 절연성 영역(28)으로 형성된다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 전도성 코팅 기판(100)의 제조 방법에 대해서, 도 4 내지 도 8을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 4 내지 도 8은 도 1의 전도성 코팅 기판(100)의 제조 방법의 제1 예에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.

먼저 도 4에 도시된 바와 같이, 패턴층을 형성할 베이스 기판(10)을 준비한다.

다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, 베이스 기판(10) 위에 자외선 흡수층(30)을 형성한다. 즉 베이스 기판(10) 위에 자외선 흡수제가 포함된 코팅액을 스핀 코팅 방법으로 코팅한 후, 상온~120℃에서 20분~24시간 동안 건조하여 자외선 흡수층(30)을 형성한다. 예컨대 코팅액으로는 투명한 HC600을 사용하고, 코팅 후 120℃에서 20분간 건조하여 자외선 흡수층(30)을 형성하였다.

다음으로 도 6에 도시된 바와 같이, 자외선 흡수층(30) 위에 금속나노입자와 자외선 감광성 물질을 포함하는 감광층(23)을 형성한다.

이어서 도 7에 도시된 바와 같이, 마스크(40)를 이용하여 감광층(23)의 일부 영역을 노광한다. 즉 노광할 영역에 대응되게 패턴홀(41)이 형성된 마스크(40)를 이용하여 감광층(23)을 노광한다.

그리고 도 8에 도시된 바와 같이, 노광된 감광층을 용매로 세척 및 건조하여 절연성 영역(28)과 전도성 영역(29)을 갖는 패턴층(20)을 형성한다. 즉 비노광 영역(27)이 노광 영역(25)에 비해서 용매에 대한 용해도가 상대적으로 높기 때문에, 비노광 영역(27)에서 자외선 감광성 물질 및 기타 조성물의 제거가 더 많이 이루어진다. 이로 인해 비노광 영역(27)이 전도성 영역(29)으로 형성되고, 노광 영역(25)이 절연성 영역(28)으로 형성된다.

제1 실시예에 따르면, 베이스 기판(10) 위에 자외선 흡수층(30)을 형성함으로써, 금속나노입자를 포함한 감광층(23)의 노광 및 비노광 계면에서 빛 번짐을 최소화할 수 있다.

즉 투명한 자외선 흡수층(30)은 전도성 코팅 기판(100)의 투과도를 저해하지 않으면서 베이스 기판(10) 및 감광층(23) 계면에서의 반사를 최소화하며, 금속나노입자에 의한 빛 산란을 억제하여 노광 및 비노광 경계부에서의 빛 번짐을 크게 감소시켜 준다.

특히 금속나노입자를 포함한 투명전극의 패턴층(20)을 형성의 경우, 감광층(23)이 투명하기 때문에 계면 및 금속나노입자에 의한 빛 산란 현상이 비교적 많이 일어나 계면에서의 패턴 정밀도를 저해할 수 있지만, 제1 실시예에 따르면 계면에서의 빛 번짐 현상을 최소화 하여 패턴의 정밀도를 크게 향상시킬 수 있다.

이와 같은 제1 실시예에 따른 전도성 코팅 기판(100)에 대해서 구체적인 예시를 통하여 자외선 흡수층(30)의 유무에 따른 패턴층(20)의 특성을 알아보면 다음과 같다. 즉 자외선 흡수층(30)의 존재 유무에 따른 패턴 정밀도를 측정하는 실험을 진행하였다.

금속나노입자로는 은나노와이어를 사용하였으며, 자외선 감광성 물질로는 감광성 폴리비닐알콜을 사용하였다. 감광층의 패터닝은 패터닝 방법 2로 진행했다. 패터닝 방법 2에 의하여 노광 영역이 광반응에 의해 절연성 영역으로 형성되며, 비노광 영역이 전도성 영역으로 형성된다.

패턴 형성용 마스크는, 도 9에 도시된 바와 같이, 크롬 마스크를 사용하였다. 패턴층의 전도성 영역에 해당하는 비개구 영역은 바(bar) 모양으로 길이 70mm, 선폭(100~800㎛)으로 형성되었다. 마스크의 나머지 부분은 개구부로서 자외선 노광되어 절연성 영역으로 형성된다. 여기서 도 9는 바 패턴을 형성하기 위한 크롬 마스크의 구조를 보여주는 평면도이다.

베이스 기판은 PET이며, 실시예에서는 PET 위에 자외선 흡수층을 코팅하였고, 비교예에서는 자외선 흡수층이 없는 PET 베이스 기판을 사용하여 패터닝 특성을 비교하였다.

은나노와이어를 포함한 감광층을 코팅하였다. 감광층이 코팅된 베이스 기판에 자외선은 광량 20 ~ 100 mJ/cm² 범위에서 조절하면서 노광되었다. 노광은 365nm 파장으로 노광을 진행하였다.

패턴층을 형성한 후 단자 1~5의 선저항을 측정하여 아래 표 1에 나타내었다.

표 1에서 동일 광량, 동일 단자의 저항 값을 비교하면 자외선 흡수층이 있는 베이스 기판의 경우 선저항 값이 더 낮은 값을 보임을 알 수 있다. 이것은 자외선 흡수층에 의해 노광/비노광 경계 영역에서 빛 번짐에 현상이 최소화되어 실질적인 전도성 영역 감소가 최소화 되었기 때문이다. 특히 자외선 흡수층이 없는 일부 영역에서는 멀티테스트 장치로 단자 저항이 측정되지 않을 정도로 저항이 크게 증가한 것으로 측정되었다(20MΩ이상).

또한 자외선 흡수층 유무와 관계없이 자외선 노광량이 증가할수록 동일 단자에서 저항값이 증가한 것으로 나타났지만, 자외선 흡수층이 있는 베이스 기판에서는 저항 증가값이 작게 나타났으며, 이것은 자외선 흡수층에 의해 높은 패턴 정밀도를 얻을 수 있음을 보여준다.

최종 패턴층이 형성된 비노광 영역의 면저항은 82 Ω/sq으로 전도성 영역으로 형성되었고, 개구부에 대응하는 노광 영역은 면저항 20 MΩ/sq 이상으로 절연성 영역으로 형성되었음을 확인할 수 있다.

그리고 전도성 코팅 기판은 550nm 파장의 광투과율이 89% 이었다.

제2 실시예

한편 제1 실시예에서는 패턴층(20)을 패터닝 방법 2로 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 즉 도 10에 도시된 바와 같이, 패턴층(20)은 패터닝 방법 1로 형성할 수도 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 전도성 코팅 기판(200)을 보여주는 단면도이다.

도 10을 참조하면, 제2 실시예에서는 전도성 코팅 기판(200)은 베이스 기판(10), 자외선 흡수층(30) 및 패턴층(20)을 포함하고, 패턴층(20)은 패터닝 방법 1로 형성한다.

패턴층(20)은 금속나노입자와 자외선 감광성 물질을 포함하며, 그 외 분산제, 바인더, 첨가제 등의 기타 조성물이 포함할 수 있다. 패턴층(20)은 감광층을 자외선 흡수층(30) 위에 형성한 후, 노광 및 현상을 통한 패터닝 방법 1로 형성한다.

패터닝 방법 1을 진행하기 위한, 자외선 감광성 물질로는 자외선 영역 200~400nm 영역에 광반응에 의해 중합 또는 분해될 수 있는 물질로서 일반적으로 포토리소그래피에 사용되는 포토레지스트 물질이 사용될 수 있다.

이러한 패턴층(20)은 전도성 영역(29)과 절연성 영역(28)을 포함하고, 패터닝 방법 1에 따른 자외선 노광 및 현상하여 형성한다. 전도성 영역(29)은 노광 영역(25)으로 금속나노입자가 분포한다. 하지만 절연성 영역(28)은 비노광 영역(27)으로 감광층 부분을 현상으로 제거하여 형성한다.

제3 실시예

한편 제1 및 제2 실시예에서는 베이스 기판(10)과 패턴층(20) 사이에 자외선 흡수층(30)을 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 도 11에 도시된 바와 같이, 자외선 흡수제(31)가 포함되게 베이스 기판(10)을 형성할 수 있다.

도 11은 본 발명의 제3 실시예에 따른 전도성 코팅 기판(300)을 보여주는 단면도이다.

도 11을 참조하면, 제3 실시예에 따른 전도성 코팅 기판(300)은 자외선 흡수제(31)가 포함된 베이스 기판(10)과 및 패턴층(20)을 포함하고, 패턴층(20)은 패터닝 방법 2로 형성한다.

제3 실시예에 다른 전도성 코팅 기판(300)은 베이스 기판(10)에 자외선 흡수제(31)가 포함되어 있기 때문에, 베이스 기판(10)과 패턴층(20) 사이에 별도의 자외선 흡수층을 형성하지 않은 것이다.

한편 제3 실시예에서는 패턴층(20)을 패터닝 방법 2로 형성한 예를 개시하였지만, 패터닝 방법 1로 형성할 수도 있다.

또한 제3 실시예에서는 자외선 흡수제(31)가 포함된 베이스 기판(10) 위에 직접 패턴층(20)을 형성한 예를 개시하였지만, 자외선 흡수제(31)가 포함된 베이스 기판(10) 위에 자외선 흡수층을 형성한 후, 자외선 흡수층 위에 패턴층을 형성할 수도 있다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 베이스 기판
20 : 패턴층
21 : 금속나노입자
23 : 감광층
25 : 노광 영역
27 : 비노광 영역
28 : 절연성 영역
29 : 전도성 영역
30 : 자외선 흡수층
31 : 자외선 흡수제
100, 200, 300 : 전도성 코팅 기판

Claims (8)

1. 베이스 기판;
   상기 베이스 기판 위에 형성되며 자외선 흡수제를 함유하는 투명한 자외선 흡수층;
   상기 자외선 흡수층 위에 형성되며 금속나노입자와 자외선 감광성 물질을 함유하는 패턴층;
   을 포함하는 전도성 코팅 기판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 자외선 흡수층은 가시광 영역에서 광투과율이 70% 이상이며, 자외선 영역에서 광투과율이 70% 미만이고,
   상기 패턴층은 상기 자외선 흡수층 위에 형성된 금속나노입자 및 자외선 감광성 물질을 함유하는 감광층을 패터닝하여 형성된 전도성 영역과 절연성 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 코팅 기판.
3. 제2항에 있어서,
   상기 전도성 영역과 절연성 영역은 자외선 노광 및 세척하여 형성하고, 상기 전도성 영역과 절연성 영역에 균일하게 상기 금속나노입자가 분포하고, 상기 전도성 영역은 비노광 영역이고, 상기 절연성 영역은 노광 영역인 것을 특징으로 하는 전도성 코팅 기판.
4. 제4항에 있어서,
   상기 자외선 감광성 물질은 감광성 작용기로 N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal 작용기를 가진 폴리비닐알콜인 것을 특징으로 하는 전도성 코팅 기판.
5. 제2항에 있어서,
   상기 전도성 영역과 절연성 영역은 자외선 노광 및 현상하여 형성하고, 상기 전도성 영역은 노광 영역으로 상기 금속나노입자가 분포하고, 상기 절연성 영역은 비노광 영역으로 감광층 부분을 현상으로 제거하여 형성한 것을 특징으로 하는 전도성 코팅 기판.
6. 제5항에 있어서,
   상기 자외선 감광성 물질은 포토레지스트 물질인 것을 특징으로 하는 전도성 코팅 기판.
7. 제1항에 있어서,
   상기 금속나노입자는 금속나노와이어 또는 금속나노입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 코팅 기판.
8. 자외선 흡수제를 함유하는 베이스 기판;
   상기 베이스 기판 위에 형성되며 금속나노입자와 자외선 감광성 물질을 함유하는 패턴층;
   을 포함하는 전도성 코팅 기판.

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