KR20160061810A - 도전층과 상기 도전층을 구비한 투명 도전체 및 상기 투명 도전체의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 도전층에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 기재의 적어도 일면에 금속 나노 와이어를 포함하는 도전층을 구비하고, 상기 기재의 상기 도전층과 접하는 면의 수접촉각이 10 내지 70°로써 우수한 전도성을 나타낼 뿐만 아니라 기재와의 밀착성이 개선된 도전층과 상기 도전층을 구비한 투명 도전체 및 상기 투명 도전체의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

도전층과 상기 도전층을 구비한 투명 도전체 및 상기 투명 도전체의 제조 방법 {CONDUCTIVE LAYER AND TRANSPARENT CONDUCTORS COMPRISING THE CONDUCTIVE LAYER AND METHOD OF PRODUCING THE TRANSPARENT CONDUCTORS}

본 발명은 도전층에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 우수한 전도성을 나타낼 뿐만 아니라 기재와의 밀착성이 개선된 도전층과 상기 도전층을 구비한 투명 도전체 및 상기 투명 도전체의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로 도전층이란 절연 표면 또는 기재 상에 코팅된 얇은 도전층을 의미하는 것으로, 도전층은 높은 표면 전도성 및 기재와의 우수한 접착성을 가질 것이 요구된다.

현재는 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)과 같은 진공 증착 금속 산화물(vacuum deposited metal oxide)이 도전층으로 널리 사용되고 있으나, 금속 산화막은 기계적인 강도가 약하고, 유연하지 못해 유연성 기판을 사용하는 플렉서블 디스플레이(flexible display)로의 응용에는 제한이 있을 수 밖에 없다. 또한, 높은 전도성 수준들을 달성하기 위해 높은 증착 온도가 요구되고 고온에서의 어닐링(annealing)과정이 필요하기 때문에 기판이나 소자에 채용된 유기 기능막들의 변형을 발생시킬 수도 있으며, 진공 증착 등의 공정은 고가의 특수한 장비가 요구된다는 단점이 지적되어 왔다.

이를 개선하기 위하여 일본공개특허 제 2008-095015호에서는 전기 전도성 산화물 및 전기 전도성 고분자를 함유하는 조성물을 도포한 투명 전기 전도막이 제시되고 있으나, 이는 충분한 전기 전도성 및 기재와의 밀착성을 얻기 힘들다는 단점이 있었다.

또한, 독일공개특허 제 10340641호에는 포토리소그래피를 이용한 전도성 고분자층의 제조 방법을 개시하고 있으나, 전도성 고분자층이 포토레지스트에 직접적으로 접촉하기 때문에 포토레지스트가 상기 전도성 고분자 층을 오염시킬 수 있으며 노광 공정에서 전도성 고분자를 손상시킬 수 있어 전도성이 떨어진다는 단점이 존재한다.

일본공개특허 제 2008-095015호 독일공개특허 제 10340641호

본 발명은 전도성이 우수할 뿐만 아니라 기재와의 밀착성을 현저히 향상시킬 수 있는 도전층과 상기 도전층을 구비한 투명 도전체를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 투명 도전체의 제조 방법을 제공하는 것을 또 다른 목적으로 한다.

1. 기재의 적어도 일면에 금속 나노 와이어를 포함하는 도전층을 구비하고, 상기 기재의 상기 도전층과 접하는 면의 수접촉각이 10 내지 70°인, 투명 도전체.

2. 위 1에 있어서, 상기 기재는 친수성 표면 처리된 것인, 투명 도전체.

3. 위 2에 있어서, 상기 친수성 표면 처리는 플라즈마 처리, 코로나 처리, 자외선 처리 및 오존 처리로 이루어진 군에서 선택되는, 투명 도전체.

4. 위 1에 있어서, 상기 금속 나노 와이어는 은 나노 와이어인, 투명 도전체.

5. 위 1에 있어서, 상기 도전층의 두께는 10 내지 100㎚인, 투명 도전체.

6. 위 1에 있어서, 상기 도전층 상에 오버 코팅층을 더 포함하는, 투명 도전체.

7. 위 1에 있어서, 상기 오버 코팅층의 두께는 1 내지 200㎚인, 투명 도전체.

8. 위 1에 있어서, 상기 도전층은 금속 나노 와이어가 오버 코팅층 매트릭스 내에 분산된 것인, 투명 도전체.

9. 위 1에 있어서, 상기 도전층은 금속 나노 와이어를 포함하는 도전성 패턴과 제1 오버 코팅층 조성물로 형성된 오버 코팅 패턴을 포함하고,

상기 도전층을 모두 코팅하는 제2 오버 코팅층을 포함하는, 투명 도전체.

10. 기재의 적어도 일면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 기재의 포토레지스트 패턴이 형성된 면을 수접촉각이 10 내지 70°이 되도록 친수성 처리하는 단계;

상기 친수성 처리된 기재 상에 금속 나노 와이어를 포함한 도전층 형성용 조성물을 코팅하는 단계; 및

상기 도전층 형성용 조성물이 코팅된 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;

를 포함하는, 투명 도전체 제조 방법.

11. 위 10에 있어서, 상기 도전층 형성용 조성물은 오버 코팅층 형성용 조성물에 금속 나노 와이어를 혼합한 것인, 투명 도전체 제조 방법.

12. 위 10에 있어서, 상기 도전층 형성용 조성물을 코팅한 후, 오버 코팅층 형성용 조성물을 코팅하는 단계를 더 포함하는, 투명 도전체 제조 방법.

13. 위 10에 있어서, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계 후에 오버 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 투명 도전체 제조 방법.

14. 위 13에 있어서, 상기 형성되는 오버 코팅층은, 제거된 포토레지스트 패턴 영역을 채우는 제1 오버코팅 패턴 및 상기 도전층 형성용 조성물로 형성된 도전성 패턴을 모두 코팅하는 제2 오버 코팅층을 포함하는, 투명 도전체 제조 방법.

15. 위 10에 있어서, 상기 친수성 처리는 플라즈마 처리, 코로나 처리, 자외선 처리 및 오존 처리로 이루어진 군에서 선택되는, 투명 도전체 제조 방법.

16. 위 10에 있어서, 상기 친수성 처리를 수행한 다음 기재의 수접촉각이 10 내지 70°인, 투명 도전체 제조 방법.

17. 위 10에 있어서, 상기 금속 나노 와이어는 은 나노 와이어인, 투명 도전체 제조 방법.

18. 위 10에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴의 높이는 도전층 형성용 조성물이 도포되는 높이보다는 더 높은, 투명 도전체 제조 방법.

본 발명은 기재를 표면 처리함으로써, 기재의 수접촉각을 감소시켜 도전층과 기재와의 밀착성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

또한, 리프트 오프 공정을 이용하여 도전층을 형성함으로써 도전층이 포토레지스트에 의해 오염되지 않으며, 도전층이 형성되지 않은 상태에서 노광 공정이 수행되기 때문에 도전층의 전기적 특성 및 전도성을 우수하게 유지할 수 있다.

또한, 리프트 오프 공정을 이용하여 도전층을 형성함으로써 도전성 패턴의 포토리소그래피에서 요구되는 에칭 공정이 필요하지 않으므로 도전층의 손상이 없어 전도성 저하를 억제하는데 기여할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 투명 도전체 제조 방법을 개략적으로 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 도전체의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 도전체의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 도전체의 개략적인 단면도를 도시한 도면이다.

본 발명은 기재의 적어도 일면에 금속 나노 와이어를 포함하는 도전층을 구비하고, 상기 기재의 상기 도전층과 접하는 면의 수접촉각이 10 내지 70°로써, 전도성이 우수할 뿐만 아니라 기재와의 밀착성을 현저히 향상시킬 수 있는 도전층을 구비한 투명 도전체에 관한 것이다.

이하 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.

< 도전층 및 상기 도전층을 구비한 투명 도전체 >

본 발명의 투명 도전체는 기재의 적어도 일면에 금속 나노와이어를 포함하는 도전층을 구비하고, 상기 기재의 상기 도전층과 접하는 면의 수접촉각이 10 내지 70°이다.

통상적으로 금속 나노 와이어를 포함하는 도전층은 기재와의 밀착성이 높지 않아, 도전성 패턴 형성 시에 박리액을 처리하는 과정 등에서 도전성 패턴이 탈리되어 패턴 형성이 용이하지 않은 문제점이 있다.

이에, 본 발명의 투명 도전체는 상기 기재의 상기 도전층과 접하는 면의 수접촉각을 감소시킴으로써, 상기와 같은 문제점을 해결한다.

본 발명의 투명 도전체는 기재의 도전층과 접하는 면의 수접촉각이 10 내지 70°로써, 기재와 도전층의 접착력을 현저히 개선시킬 수 있다. 수접촉각이 10°미만인 경우에는 기재가 오염되거나 기재가 녹아 수축될 수 있으며, 수접촉각이 70°초과인 경우에는 기재와 도전층의 접착력이 현저하게 저하된다.

기재는 특별히 한정되지 않고 기재에 통상적으로 사용되는 경성(rigid) 또는 연성(flexible) 소재로 이루어진 것을 사용할 수 있다. 예를 들면, 유리, 폴리에테르술폰(PES, polyethersulphone), 폴리아크릴레이트(PAR, polyacrylate), 폴리에테르 이미드(PEI, polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN, polyethyelenen napthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethyelene terepthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide: PPS), 폴리아릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(PC, polycarbonate), 셀룰로오스 트리 아세테이트(TAC), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate,CAP) 등이 사용될 수 있다.

상기 기재는 표면 평활성이 우수한 것이 바람직하며, 예를 들면 상기 표면 평활성은 산술평균조도(Ra)가 5㎚이하이고 최대 높이 평균거칠기(Rz)가 50㎚이하일 수 있다. 바람직하게는 Ra가 2㎚이하이고 Rz가 30㎚이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 Ra가 1㎚이하이고 Rz가 20㎚이하일 수 있다.

상기 표면 평활성은 기재의 표면에 열 경화성 수지, 자외선 경화성 수지, 전자빔 경화성 수지, 방사선 경화성 수지 등의 프라이머 층을 적층하여 향상시키거나, 연마 등의 기계 가공에 의해 향상시킬 수 있으며, 또는 고분자층의 도포, 코로나, 플라스마에 의한 표면처리 등을 이용하여 향상시킬 수 있다. 일반적으로 상기 표면의 평활성은 표면조제 규격(JIS B 0601-2001)에 따라 원자간력현미경(AFM) 등에 의해 측정될 수 있다.

본 발명에 따른 투명 기재는 적절한 두께를 가질 수 있으며, 예를 들면 50 내지 500㎛일 수 있으며, 바람직하게는 100 내지 200㎛일 수 있다.

본 발명의 도전층은 금속 나노 와이어를 포함하여, 연성 기재를 사용할 경우 연성 있는 도전층을 제공할 수 있다.

본 발명에 따른 금속 나노 와이어에 사용되는 금속은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 금, 백금, 은, 팔라듐, 로듐, 리튬, 루테늄, 오스뮴, 철, 코발트, 구리, 주석을 들 수 있으며, 이들은 각각 단독으로 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다. 전도성 및 안정성 등을 고려하면 은과 은 이외의 금속을 혼합하여 사용하는 것이 바람직하고, 은 단독을 사용하는 것이 보다 바람직하다.

또한, 상기 금속 나노 와이어는 긴 전기 전도 패스를 형성하기 위하여, 예를 들면 평균길이가 3 내지 500㎛일 수 있으며, 바람직하게는 3 내지 300㎛인 것이 좋다. 평균직경은 투명성을 고려하면 작은 것이 좋고, 전기 전도성을 고려하면 큰 것이 좋은데, 예를 들면 평균직경은 10 내지 300㎚일 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 200㎚일 수 있다.

상기 금속 나노 와이어는 액상법, 기상법 등의 당 분야에서 일반적으로 사용되는 방법으로 제조될 수 있다. 예를 들면, 은 나노 와이어는 Adv. Mater.,2002,14,833-837;Chem.Mater.,2002,14,4736-4745; 금 나노 와이어는 일본특허공개 제2006-233252호; 구리 나노 와이어는 일본특허공개 제2002-266007호; 코발트 나노 와이어는 일본특허공개 제2004-149871호 등을 사용하여 제조할 수 있다.

본 발명에 따른 금속 나노 와이어의 함량은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 건조 후 고형분을 기준으로 도전층 형성용 조성물 함량 100중량%에 대하여 5 내지 70중량%로 포함할 수 있다. 금속 나노 와이어의 함량이 5 중량% 미만이면 전도성 개선효과가 부족하고, 70 중량%를 초과하는 경우에는 투명성 저하가 발생할 수 있다.

본 발명의 도전층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 구체적인 예를 들면 10 내지 100㎚일 수 있다. 도전층의 두께가 10㎚ 미만일 경우에는 충분한 전도성을 나타내기 어렵고, 도전층의 두께가 100㎚ 초과일 경우에는 헤이즈 값이 증가 하여 투명성이 저하될 수 있다.

본 발명의 투명 도전체의 다른 실시예로서, 상기 도전층 상에 오버 코팅층을 더 포함할 수 있다. 도 2에 본 실시예에 따른 투명 도전체의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도전층 상면에 오버 코팅층을 구비함으로써 투명 도전체의 투과도, 전도성, 내열성 안정성, 내습열 안정성 등을 향상시킬 수 있다.

상기 오버 코팅층의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 구체적인 예를 들면 1 내지 200㎚일 수 있다. 보다 바람직한 예를 들면, 10 내지 100㎚일 수 있으며 상기 범위를 만족하는 경우 전도층을 효과적으로 보호할 수 있으며, 절연층인 오버코팅층에 의해 전기적 저항이 저하되는 것을 방지할 수 있으며 이후 패터닝 공정에서 에칭이 수월하다.

본 발명의 투명 도전체의 또 다른 실시예로서, 상기 도전층은 금속 나노 와이어가 오버 코팅층 매트릭스 내에 분산된 것일 수 있다. 도 3에 본 실시예에 따른 투명 도전체의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도전층은 금속 나노 와이어가 오버 코팅층 매트릭스 내에 분산됨으로써 기재와의 접착력이 향상될 수 있고, 금속 나노 와이어를 고정하는 효과가 있다.

본 발명의 투명 도전체의 또 다른 실시예로서, 상기 도전층은 금속 나노 와이어를 포함하는 도전성 패턴과 제1 오버 코팅층 조성물로 형성된 오버 코팅 패턴을 포함하고, 상기 도전층을 모두 코팅하는 제2 오버 코팅층을 포함할 수 있다. 도 4에 본 실시예에 따른 투명 도전체의 개략적인 단면도가 도시되어 있다.

도전층이 제1 오버 코팅층 조성물로 형성된 오버 코팅 패턴을 포함하고 상기 도전층을 모두 코팅하는 제2 오버 코팅층을 포함함으로써 도전층을 지지하여 내열성 안정성, 내습열 안정성 등을 향상시킬 수 있으며, 투명 도전체의 투과도, 전도성, 내열성 안정성, 내습열 안정성 등을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 투명 도전체는 전자 제품의 전극으로 사용될 수 있다. 본 발명에 따른 전극이 적용될 수 있는 전자 제품으로는 터치 패널, 평판 디스플레이, 전자 논문, 플렉서블 디스플레이, 플렉서블 디스플레이를 위한 대전 방지 패널, 태양 전지판 등을 예로 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

<투명 도전체의 제조 방법 >

또한, 본 발명은 투명 도전체의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 투명 도전체의 제조 방법은 기재의 적어도 일면에 포토레지스트 패턴을 형성하고 그 위에 도전성 박막을 코팅한 후 포토레지스트 패턴을 리프트 오프 시켜서 패턴을 형성하는, 리프트 오프 공정을 이용함으로써 도전층이 포토레지스트와 직접적으로 접촉하지 않고, 도전층이 형성되지 않은 상태에서 노광 공정이 수행되기 때문에, 도전층의 전기적 특성 및 전도성을 우수하게 유지할 수 있다.

또한, 리프트 오프 공정을 이용하여 도전층을 형성함으로써 포토리소그래피에서 요구되는 에칭 공정이 필요하지 않으므로 도전층의 손상이 없어 전도성 저하를 억제하는데 기여할 수 있다.

이하에서는, 본 발명의 제조방법을 보다 상세하게 설명하도록 한다.

먼저, 기재의 적어도 일면에 포토레지스트 패턴을 형성한다.

상기 포토레지스트를 이용하여 기재의 적어도 일면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계는, 도 1에 도시된 바와 같이 먼저 기재의 적어도 일면에 포토레지스트를 도포함으로써 수행된다. 도포 방법으로는, 예를 들어 스핀 코트, 유연 도포법, 롤 도포법, 슬릿 앤드 스핀 코트 또는 슬릿 코트법 등에 의해 실시될 수 있다.

그 다음, 상기 포토레지스트가 도포된 기판을 가열 건조(프리베이크), 또는 감압 건조 후에 가열하여 포토레지스트층을 얻는다. 이 단계에서, 기판을 가열하여 용매 등의 휘발 성분을 휘발시킬 수 있고, 가열 온도는 상대적으로 저온인 70 내지 100℃ 일 수 있다

포토레지스트층을 얻는 단계 다음으로, 상기 얻은 포토레지스트층에 패턴이 새겨진 마스크를 사용하여 노광하는 단계를 수행한다. 상기 노광하는 단계는 목적으로 하는 패턴을 형성하기 위한 마스크를 사용하여 자외선을 조사한다. 이 때, 노광부 전체에 균일하게 평행 광선이 조사되고, 또한 마스크와 기판의 정확한 위치 맞춤이 실시되도록, 마스크 얼라이너나 스테퍼 등의 장치를 사용하는 것이 바람직하다. 자외선을 조사하면, 자외선이 조사된 부위의 화학 구조가 바뀌어 현상액에 쉽게 쉽게 용해될 수 있다.

상기 자외선으로는 g선(파장: 436㎚), h선, i선(파장: 365㎚) 등을 사용할 수 있다. 자외선의 조사량은 필요에 따라 적절히 선택될 수 있는 것이며, 본 발명에서 이를 한정하지는 않는다.

상기 노광하는 단계 후에, 노광이 수행된 포토레지스트층에 현상 용액을 이용하여 노광된 부분의 포토레지스트를 제거하여 패턴을 얻는 단계를 수행한다. 노광이 되면 노광된 부분은 현상액에 접촉하면 용해되므로 목적으로 하는 패턴을 형성할 수 있다.

상기 현상 방법은, 액첨가법, 디핑법, 스프레이법 등 어느 것을 사용하여도 무방하다. 또한 현상시에 기판을 임의의 각도로 기울여도 된다. 상기 현상액은 통상 알칼리성 화합물과 계면 활성제를 함유하는 수용액이다. 상기 알칼리성 화합물은, 무기 및 유기 알칼리성 화합물의 어느 것이어도 된다. 무기 알칼리성 화합물의 구체적인 예로는, 수산화 나트륨, 수산화 칼륨, 인산수소 2나트륨, 인산2수소나트륨, 인산수소 2암모늄, 인산2수소암모늄, 인산 2수소칼륨, 규산 나트륨, 규산 칼륨, 탄산 나트륨, 탄산 칼륨, 탄산 수소나트륨, 탄산 수소 칼륨, 붕산 나트륨, 붕산 칼륨, 암모니아 등을 들 수 있다. 또한, 유기 알칼리성 화합물의 구체적인 예로는, 테트라메틸암모늄히드록사이드, 2-히드록시에틸트리메틸암모늄히드록사이드, 모노메틸아민, 디메틸아민, 트리메틸아민, 모노에틸아민, 디에틸아민, 트리에틸아민, 모노이소프로필아민, 디이소프로필아민, 에탄올아민 등을 들 수 있다.

이들 무기 및 유기 알칼리성 화합물은, 각각 단독 또는 2 종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 알칼리 현상액 중의 알칼리성 화합물의 농도는, 바람직하게는 0.01 내지 10 중량%이고, 보다 바람직하게는 0.03 내지 5 중량%이다.

상기 알칼리 현상액 중의 계면 활성제는 비이온계 계면 활성제, 음이온계 계면 활성제 또는 양이온계 계면 활성제로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나를 사용할 수 있다.

상기 비이온계 계면 활성제의 구체적인 예로는 폴리옥시에틸렌알킬에테르, 폴리옥시에틸렌아릴에테르, 폴리옥시에틸렌알킬아릴에테르, 그 밖의 폴리옥시에틸렌 유도체, 옥시에틸렌/옥시프로필렌 블록 공중합체, 소르비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비탄지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌소르비톨지방산에스테르, 글리세린지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌지방산에스테르, 폴리옥시에틸렌알킬아민 등을 들 수 있다.

상기 음이온계 계면 활성제의 구체적인 예로는 라우릴알코올황산에스테르나트륨이나 올레일알코올황산에스테르나트륨 등의 고급 알코올 황산에스테르염류, 라우릴황산나트륨이나 라우릴황산암모늄 등의 알킬황산염류, 도데실벤젠술폰산나트륨이나 도데실나프탈렌술폰산나트륨 등의 알킬아릴술폰산염류 등을 들 수 있다.

상기 양이온계 계면 활성제의 구체적인 예로는 스테아릴아민염산염이나 라우릴트리메틸암모늄클로라이드 등의 아민염 또는 4급 암모늄염 등을 들 수 있다. 이들 계면 활성제는 각각 단독으로 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다.

상기 현상액 중의 계면 활성제의 농도는, 통상 0.01 내지 10 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 8 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 5 중량%이다. 현상 후, 수세를 실시한다. 또한, 상대적으로 저온인 100 내지 150℃에서 10 내지 60 분의 포스트베이크를 실시할 수 있다.

상기 패턴이 형성된 포토레지스트의 두께는 특별히 제한되지 않으나, 바람직한 예를 들면. 포토레지스트층의 높이는 도전층의 도전성 패턴 형성을 용이하게 하기 위해 후술할 도전층 형성용 조성물이 도포되는 높이보다 더 높은 것이 바람직하다.

다음으로, 상기 기재의 포토레지스트 패턴이 형성된 면을 수접촉각이 10 내지 70°이 되도록 친수성 처리한다.

상기 범위의 수접촉각을 갖도록 기재를 친수성 표면 처리함으로써, 기재의 수접촉각을 감소시켜 도전층과 기재와의 밀착성을 현저하게 향상시킬 수 있다.

본 발명의 투명 도전체에 있어서, 상기 기재는 친수성 표면 처리를 통해 기재의 표면의 일부가 -OH, -OOH, -OO- 등으로 치환될 수 있어 수접촉각을 감소시킬 수 있다.

기재의 친수성 표면 처리하는 방법은 표면을 친수화시켜 수접촉각을 감소시킬 수 있는 방법이라면 특별히 제한되지 않으나, 구체적인 예를 들면 플라즈마 처리, 코로나 처리와 같은 고주파수의 스파크 방전 처리, 자외선 처리, 오존 처리 등을 들 수 있다.

상기 플라즈마는 수소 또는 산소 플라즈마일 수 있으며, 상기 플라즈마 처리는 예를 들어 수십 초 내지 수십 분 동안 수행할 수 있다. 상기 수소 플라즈마를 사용할 경우에는 예를 들어 1 내지 10분 정도 수행할 수 있고, 상기 산소 플라즈마를 사용할 경우에는 예를 들어, 5 내지 15분 정도 수행할 수 있다.

상기 코로나 처리는 코로나 방전을 통해 기재 표면을 개질하는 것을 의미하는데, 코로나 처리 방법은 특별히 한정되지 않고 당 분야에 공지된 방법이 사용될 수 있다. 일반적으로 코로나 처리를 통해 기재 표면의 젖음성이 증가되어 접착 강도가 증가된다.

상기 자외선 처리와 오존 처리 방법 또한 특별히 한정되지 않고 당 분야에 공지된 방법이 사용될 수 있다.

기재가 고분자 필름인 경우에는 플라즈마 처리, 코로나 처리가 보다 바람직하며, 기재가 유리인 경우에는 자외선 처리, 오존 처리가 더 바람직하다.

다음으로, 상기 친수성 처리된 기재 상에 금속 나노 와이어를 포함한 도전층 형성용 조성물을 코팅한다.

도전층 형성용 조성물로는 당분야에서 사용되는, 금속 나노 와이어를 포함한 도전층 형성용 조성물이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 금속 나노 와이어, 모노머, 광개시제 등을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 도전층 형성용 조성물은 용매를 더 포함할 수 있다.

용매로는 예를 들면, 물과 이소프로파놀, 메탄올, 에탄올, 디에틸렌 글라이콜 모노부틸 에테르, 아세토니트릴, 테트라히드로퓨란, N-메틸몰포린, 디메틸설폭사이드, 디메틸포름알데히드 등과 같은 수용성 용매을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 물을 사용할 수 있으며 필요에 따라 상기 다른 수용성 용매를 추가적으로 사용할 수 있다.

용매는 그 기능을 할 수 있는 범위 내에서는 그 함량이 특별히 한정되지 않으나, 도전층 형성용 조성물 총 중량에 대하여 70 내지 98중량% 포함될 수 있고, 바람직하게는 80 내지 98 중량% 포함될 수 있다. 용매의 함량이 조성물 총 중량에 대하여 대하여 80 내지 98 중량%로 포함되면 고형분 함량 및 점도를 적정 수준으로 유지할 수 있어 코팅성이 증가되는 장점이 있다.

필요에 따라, 본 발명에 따른 도전층 형성용 조성물은 가교제를 더 포함할 수 있다.

가교제는 응집력을 향상시키기 위한 성분으로, 그 종류는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면, 멜라민 유도체, 알콕시금속계, 붕산계, 수용성 알데히드계, 수용성 케톤계, 수용성 알킬할라이드계등이 사용될 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.

상기 멜라민 유도체의 예를 들면, 헥사메티롤멜라민, 헥사메톡시메틸멜라민, 헥사부톡시메틸멜라민 등을 들 수 있으며, 상기 알콕시금속계의 예를 들면, 알루미늄트리이소프로폭시드를 들수 있고, 상기 수용성 알데히드계의 예를 들면, 글리옥살을 들 수 있다. 이 중 수용액의 안정성, 금속 나노 와이어의 분산성 및 시간 경과에 따른 전도성 저하 등을 고려하면 수용성 알데히드계 가교제가 바람직하다.

또한, 본 발명의 도전층 형성용 조성물은 본 발명의 목적을 벗어나지 않는 범위 내에서, 당 분야에서 통상적으로 사용되는 가소제, 산화 방지제, 불소계 첨가제, 부식 방지제, 소포제, 충전제, 계면활성제, 착색제(연료 및 안료) 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

도전층 형성용 조성물의 코팅 방법은 특별히 한정되지 않고 당 분야에 공지된 방법이 사용될 수 있으며, 예를 들면 스핀코팅, 유연코팅, 롤코팅, 슬릿앤스핀코팅, 슬릿코팅, 스프레이코팅, 롤투롤, 바코팅, 딥코팅, 캐스팅, 다이코팅, 블레이드코팅, 그라비아코팅, 닥터코팅 등의 방법을 이용할 수 있다. 또한 잉크젯인쇄법 그라비아 인쇄법, 스크린 인쇄법 등을 이용한 직접 패턴 형성 방법을 사용할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예로서, 도 2에 도시된 것과 같이 도전층 형성용 조성물을 코팅한 후, 오버 코팅층 형성용 조성물을 코팅할 수도 있다. 이 경우 투명 도전체의 투과도, 전도성, 내열성 안정성, 내습열 안정성 등을 향상시킬 수 있으며, 오버 코팅층 형성용 조성물이 포토레지스트 패턴 상에 코팅되고, 포토레지스 패턴 제거시에 함께 제거된다.

사용할 수 있는 오버 코팅층 형성용 조성물은 특별히 한정되지 않으며 당분야 공지된 조성물이 제한 없이 사용될 수 있다. 예를 들면, 무기계 용액 또는 고분자 바인더 수지를 적절한 용매에 용해시킨 고분자계 용액을 사용할 수 있다. 무기계 용액은 졸-겔 용법에 의해 제조되고 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 금속 산화물의 예를 들면 티타늄옥사이드, 실리카옥사이드 등을 들 수 있다. 무기계 용액은 전기 전도도를 향상시키기 위해 금속 첨가제를 더 포함할 수 있다. 상기 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.

오버 코팅층 형성용 조성물을 코팅하는 방법은 특별히 한정되지 않고 당 분야에 공지된 방법이 사용될 수 있으며, 전술한 도전층 형성용 조성물의 코팅 방법을 사용할 수도 있다. 구체적인 예를 들면, 예를 들면, 습식 코팅 방법으로 분무 도장, 침지코팅, 스핀코팅, 나이프코팅, 키스코팅, 롤코팅, 그라비아코팅, 슬롯 다이코팅, 바코팅, 스크린 인쇄, 잉크젯 인쇄, 퍼트 인쇄 등을 이용할 수 있다. 또한, 건식코팅 방법을 이용할 수도 있다. 건식코팅 방법으로는 스퍼터링, 증착 등의 물리 기상 성장이나 화학 기상 성장 등을 이용할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 도 3에 도시된 것과 같이 도전층 형성용 조성물은 오버 코팅층 형성용 조성물에 금속 나노 와이어를 혼합한 것일 수도 있다. 이 경우 기재와 도전층의 접착력이 향상될 수 있고, 금속 나노 와이어가 고정되는 효과가 있다.

다음으로, 상기 도전층 형성용 조성물이 코팅된 포토레지스트 패턴을 제거한다.

포토레지스트 패턴이 제거됨으로써 목적하는 도전성 패턴을 구비한 도전층을 얻을 수 있다. 포토레지스트의 제거 조성물은 본 발명의 포토레지스트를 제거할 수 있는 것이라면 특별히 한정되지 않고 당 분야에 공지된 조성물을 사용할 수 있다. 본 발명에 의하면, 통상적인 유기 용매의 혼합물을 사용하기 때문에 기재 및 도전층의 손상이 없이 포토레지스트를 제거할 수 있다.

본 발명의 또 다른 실시예로서, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계 후에 오버 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다. 이 경우 바람직하게는, 형성되는 오버 코팅층은 도 4에 도시된 바와 같이, 제거된 포토레지스트 패턴 영역을 채우는 제1 오버코팅 패턴 및 상기 도전층 형성용 조성물로 형성된 도전성 패턴을 모두 코팅하는 제2 오버 코팅층을 포함할 수 있다.

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 및 비교예

(1) 실시예 1(투명 도전체 A-1의 제조)

가로 세로 2 인치의 유리 기판(이글 2000; 코닝사 제조)을 중성 세제, 물 및 알코올로 순차 세정한 후 건조하였다. 이 유리 기판 상에 포토레지스트를 각각 스핀 코팅한 다음 핫플레이트(Hot plate)를 이용하여 90℃에서 125 초간 프리베이크하였다. 상기 프리베이크한 기판을 상온으로 냉각 후 석영 유리제 포토마스크와의 간격을 150㎛로 하여 노광기 (UX-1100SM ; Ushio (주) 제조)를 사용하여 60mJ/㎠의 노광량(365㎚ 기준)으로 광을 조사하였다. 이때 포토마스크는 다음 패턴이 동일 평면 상에 형성된 포토마스크가 사용되었다.

30㎛ square pattern인 정사각형의 개구부(Hole 패턴)를 가지며, 상호 간격이 100㎛이고, 광조사 후 비이온계 계면활성제 0.12%와 수산화칼륨 0.04%를 함유하는 수계 현상액에 상기 도막을 25℃ 에서 60초간 침지하여 현상하고, 수세하였다.

그 다음, 코로나 방전을 800mA의 전류, 10KV의 전압, 7m/min의 속도로 하여 표면 처리하고, 접촉각 측정기(Kyowa Interface Science Co., Ltd.; 모델명 Dropmaster 300)를 사용하여 정제수로 액적법(sessile drop method)에 의하여 측정된 기재의 수접촉각은 50°이었다.

그 다음, 스핀코터(Mikasa 1H-DX2)를 사용하여, 도전층 형성용 조성물로 은 나노와이어 잉크(캠브리오스사 ClearOhm 1.36X)를 표면 처리된 유리 기판의 상면에 1500 rpm으로 60초의 조건으로 스핀코팅하였다(은 나노와이어 잉크 도포량: 0.7 ml). 코팅 후에 핫플레이트(AS ONE HHP-411)에서120℃에서, 120초간 건조를 시켜 투명 도전층이 코팅된 기재를 얻었다.

도전층이 코팅된 기재의 상면에 오버 코팅층 형성용 조성물로 우레탄계 조성물(캠브리어스사 오버코트-K-INT01)을 스핀코터(Mikasa 1H-DX2)를 사용하여 2000rpm으로 60초의 조건으로 스핀코팅하였다. 핫플레이트에서 60도, 1분 건조를 진행한후 120도, 1분 추가 건조를 진행하였다. 건조가 완료가 되면 UV경화(고압수은램프 100W, 2J/cm2)에 의해 두께 100nm의 오버 코팅층을 형성하였다.

도전층 및 오버 코팅층이 코팅된 기재를 아세톤으로 세정하여 포토레지스트 패턴을 제거하였는데, 이 때 포토레지스트 위의 도전층 및 오버 코팅층 또한 제거되었다.

(2) 실시예 2(투명 도전체 A-2의 제조)

플라즈마 방전을 700mA의 전류, 8KV의 전압, 5m/min의 속도로 하여 기재의 수접촉각이 70°인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

(3) 실시예 3(투명 도전체 A-3의 제조)

코로나 방전을 400mA의 전류, 3KV의 전압, 4m/min의 속도로 하여 기재의 수접촉각이 10°인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

(4) 실시예 4(투명 도전체 A-4의 제조)

실시예 1의 오버 코팅층 형성용 조성물에 은 나노 와이어를 혼합하여 도전층을 형성하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

(5) 실시예 5(투명 도전체 A-5의 제조)

실시예 1의 투명 도전체를 모두 덮도록 실시예 1의 오버 코팅층 형성용 조성물을 도포하고 경화한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

(7) 비교예 1(투명 도전체 A-6의 제조)

표면 처리를 하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

(8) 비교예 2(투명 도전체 A-7의 제조)

플라즈마 방전을 200mA의 전류, 1KV의 전압, 2m/min의 속도로 하여 기재의 수접촉각이 90°인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.

(8) 비교예 3(투명 도전체 A-8의 제조)

가로 세로 2 인치의 유리 기판(이글 2000; 코닝사 제조)을 중성 세제, 물 및 알코올로 순차 세정한 후 건조하였다.

그 다음, 코로나 방전을 800mA의 전류, 10KV의 전압, 7m/min의 속도로 하여 표면 처리하고, 접촉각 측정기(Kyowa Interface Science Co., Ltd.; 모델명 Dropmaster 300)를 사용하여 정제수로 액적법(sessile drop method)에 의하여 측정된 기재의 수접촉각은 50°이었다.

이 유리 기판 상에 실시예 1의 도전층 형성용 조성물을 각각 스핀 코팅한 후에 핫플레이트(AS ONE HHP-411)에서120℃에서, 120초간 건조를 시켜 투명 도전층이 코팅된 기재를 얻었다. 그 다음 투명 도전층이 코팅된 기재 상에 포토레지스트를 스핀 코팅한 다음 핫플레이트를 이용하여 90℃에서 125 초간 프리베이크하였다. 상기 프리베이크한 기판을 상온으로 냉각 후 석영 유리제 포토마스크와의 간격을 150㎛로 하여 노광기 (UX-1100SM, Ushio (주) 제조)를 사용하여 60mJ/㎠의 노광량(365㎚ 기준)으로 광을 조사하였다. 이때 포토마스크는 다음 패턴이 동일 평면 상에 형성된 포토마스크가 사용되었다.

30㎛ square pattern인 정사각형의 개구부(Hole 패턴)를 가지며, 상호 간격이 100㎛이고, 광조사 후 비이온계 계면활성제 0.12%와 수산화칼륨 0.04%를 함유하는 수계 현상액에 상기 도막을 25℃ 에서 60초간 침지하여 현상하고, 수세 후 오븐 중에서, 100℃에서 1시간 동안 포스트베이크를 실시하였다.

그 다음, 분사식 식각 방식의 실험장비(모델명: ETCHER(TFT), SEMES사)내에 산성 에칭액을 넣고 온도를 28℃로 설정하여 가온한 후, 온도가 28±0.1℃에 도달하였을 때 포스트베이크를 수행한 기판의 도전층을 에칭하여 패턴화된 도전층을 얻었다.

에칭한 기판을 아세톤으로 세정하여 잔존하는 포토레지스트 패턴을 제거하였다.

그 다음, 포토레지스트가 제거된 기판의 상면에 실시예 1의 오버 코팅층 형성용 조성물을 2000rpm으로 60초간 스핀코팅을 한다. 핫플레이트에서 60도, 1분 건조를 진행한후 120도, 1분 추가 건조를 진행한다. 건조가 완료가 되면 UV경화(고압수은램프 100W, 2J/cm2)에 의해 두께 100nm의 도 4와 유사한 오버 코팅층을 형성하여 투명 도전체를 제조하였다.

실험예

(1) 전도성 평가

실시예 및 비교예의 도전층의 면저항을 저항측정기(미쓰비시케미컬사제, Loresta-GP, MCP-T610)를 이용하여 4점법(4 point-probe)방식으로 측정하여 전도성을 하기와 같이 평가하였다.

<평가 기준>

○ : 면저항 50 이상 55(Ω/□) 이하

△ : 면저항 55 초과 150(Ω/□)이하

Χ : 면저항 150(Ω/□)초과

(2) 밀착성 평가

JIS K 5600을 이용한 평가 방법으로 오버 코팅층 형성용 조성물을 코팅하기 전의 실시예 1 내지 5, 비교예 1 및 비교예 2의 도전층과 비교예 3의 포토레지스트를 스핀 코팅하기 전의 도전층에 Cross Hatch Cutter를 이용하여 백 개의 사각형을 만든 후, nichiban tape을 이용하여 3회 박리 테스트를 통해서 밀착성 평가를 수행하였다.

밀착성은 n/100개으로 평가하며 n은 박리되지 않은 사각형의 개수다.

구분	수접촉각 (°)	전도성	밀착성 (박리되지 않은 사각형 개수/전체 사각형 개수)
실시예 1	50	○	100/100
실시예 2	70	○	98/100
실시예 3	10	○	100/100
실시예 4	50	○	100/100
실시예 5	50	○	100/100
비교예 1	90	Χ	20/100
비교예 2	80	Χ	35/100
비교예 3	50	△	100/100

상기 표 1을 참고하면, 본 발명에 따른 투명 도전체 제조 방법에 따라 제조된 실시예들의 도전층은 전도성이 우수하면서도 기재와의 밀착성이 현저하게 개선된 것을 확인할 수 있다.

하지만, 본 발명의 조건을 벗어난 비교예들은 전도성 및 밀착성이 현저하게 떨어지는 것을 확인할 수 있었다.

Claims (18)

1. 기재의 적어도 일면에 금속 나노 와이어를 포함하는 도전층을 구비하고, 상기 기재의 상기 도전층과 접하는 면의 수접촉각이 10 내지 70°인, 투명 도전체.
   
2. 청구항 1에 있어서, 상기 기재는 친수성 표면 처리된 것인, 투명 도전체.
   
3. 청구항 2에 있어서, 상기 친수성 표면 처리는 플라즈마 처리, 코로나 처리, 자외선 처리 및 오존 처리로 이루어진 군에서 선택되는, 투명 도전체.
   
4. 청구항 1에 있어서, 상기 금속 나노 와이어는 은 나노 와이어인, 투명 도전체.
   
5. 청구항 1에 있어서, 상기 도전층의 두께는 10 내지 100㎛인, 투명 도전체.
   
6. 청구항 1에 있어서, 상기 도전층 상에 오버 코팅층을 더 포함하는, 투명 도전체.
   
7. 청구항 1에 있어서, 상기 오버 코팅층의 두께는 1 내지 200㎚인, 투명 도전체.
   
8. 청구항 1에 있어서, 상기 도전층은 금속 나노 와이어가 오버 코팅층 매트릭스 내에 분산된 것인, 투명 도전체.
   
9. 청구항 1에 있어서, 상기 도전층은 금속 나노 와이어를 포함하는 도전성 패턴과 제1 오버 코팅층 조성물로 형성된 오버 코팅 패턴을 포함하고,
   상기 도전층을 모두 코팅하는 제2 오버 코팅층을 포함하는, 투명 도전체.
   
10. 기재의 적어도 일면에 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 기재의 포토레지스트 패턴이 형성된 면을 수접촉각이 10 내지 70°이 되도록 친수성 처리하는 단계;
    상기 친수성 처리된 기재 상에 금속 나노 와이어를 포함한 도전층 형성용 조성물을 코팅하는 단계; 및
    상기 도전층 형성용 조성물이 코팅된 포토레지스트 패턴을 제거하는 단계;
    를 포함하는, 투명 도전체 제조 방법.
    
11. 청구항 10에 있어서, 상기 도전층 형성용 조성물은 오버 코팅층 형성용 조성물에 금속 나노 와이어를 혼합한 것인, 투명 도전체 제조 방법.
    
12. 청구항 10에 있어서, 상기 도전층 형성용 조성물을 코팅한 후, 오버 코팅층 형성용 조성물을 코팅하는 단계를 더 포함하는, 투명 도전체 제조 방법.
    
13. 청구항 10에 있어서, 상기 포토레지스트를 제거하는 단계 후에 오버 코팅층을 형성하는 단계를 더 포함하는, 투명 도전체 제조 방법.
    
14. 청구항 13에 있어서, 상기 형성되는 오버 코팅층은, 제거된 포토레지스트 패턴 영역을 채우는 제1 오버코팅 패턴 및 상기 도전층 형성용 조성물로 형성된 도전성 패턴을 모두 코팅하는 제2 오버 코팅층을 포함하는, 투명 도전체 제조 방법.
    
15. 청구항 10에 있어서, 상기 친수성 처리는 플라즈마 처리, 코로나 처리, 자외선 처리 및 오존 처리로 이루어진 군에서 선택되는, 투명 도전체 제조 방법.
    
16. 청구항 10에 있어서, 상기 친수성 처리를 수행한 다음 기재의 수접촉각이 10 내지 70°인, 투명 도전체 제조 방법.
    
    
17. 청구항 10에 있어서, 상기 금속 나노 와이어는 은 나노 와이어인, 투명 도전체 제조 방법.
    
18. 청구항 10에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴의 높이는 도전층 형성용 조성물이 도포되는 높이보다는 더 높은, 투명 도전체 제조 방법.
    

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