KR20160080709A - 마스터 스탬프 제조방법 및 그 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법 - Google Patents
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Abstract
마스터 스탬프 제조방법 및 그 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법, 그리고 그 제조방법에 의해 제조된 메탈 메쉬가 개시된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 메쉬 제조방법은, 마스터 스탬프를 이용하여 임프린팅 공정(imprinting process)을 통해 마스터 스탬프와 역상의 패턴부를 갖는 절연체를 제조하는 임프린팅에 의한 절연체 제조단계; 절연체 상에 형성되는 패턴부에 전도성 잉크를 도포하는 전도성 잉크 도포단계; 및 패턴부 상에 남은 잔여 잉크를 제거하는 잔여 잉크 제거단계를 포함한다.
Description
본 발명은, 마스터 스탬프 제조방법 및 그 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법, 그리고 그 제조방법에 의해 제조된 메탈 메쉬에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 효율적인 방법으로 메탈 메쉬의 패턴 선폭을 미세화시키면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종전보다 월등히 개선할 수 있는 마스터 스탬프 제조방법 및 그 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법, 그리고 그 제조방법에 의해 제조된 메탈 메쉬에 관한 것이다.
터치스크린, 태양전지, 유기 EL 소자 등의 투명 전도층으로 ITO 필름과 같은 산화물 투명전극을 일반적으로 사용하고 있다.
그러나 최근 각광받고 있는 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 디바이스에 필요한 유연전자소자에 전술한 ITO 필름과 같은 산화물 투명전극을 적용하기에는 기재 특성 상 한계가 있는 것으로 알려지고 있다.
특히, ITO 필름을 제조할 때는 포토리소그래피, 스퍼터링 등의 진공 공정이 필요하기 때문에 연속생산도 어려워 적용이 용이하지 않다.
이러한 단점을 해결하기 위해 메탈메쉬, 은 나노(nano) 와이어, 탄소 나노 튜브(CNT), 불소 산화주석(FTO), 전도성 고분자 등으로 대체하는 시도가 이루어져 오고 있는데, 이 중에서 플라즈마 디스플레이의 전자파 차폐막 용도로 사용되고 있는 메탈 메쉬가 ITO 필름을 대신할 수 있는 유력한 대안으로 제시되고 있다.
한편, 근자에 들어서는 터치스크린패널(TSP) 시장을 두고 ITO 필름(산화물 투명전극)과 메탈 메쉬(metal mesh) 진영간 경쟁이 본격화하고 있다고 해도 과언이 아니다.
스마트 디바이스에 주로 쓰이는 터치스크린 방식은 인체에서 발생하는 정전기가 스크린에 닿았을 때 인식해 작동하는 정전용량방식이다. 지금까지는 투명도와 터치 인식 면에서 최적의 성능을 발휘하는 ITO 필름이 시장을 거의 독점하다시피 하고 있다.
하지만 ITO 필름 전극 형성에 사용되는 희토류인 인듐 수요가 늘어나면서 가격 부담이 커졌을 뿐만 아니라 매장량의 고갈로 인해 이를 대체하기 위한 수단으로서 메탈 메쉬에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있는 것이다.
메탈 메쉬는 구리나 은 등의 소재를 격자무늬로 배열해서 기존의 ITO 필름과 같은 전극을 구현하는 방식이다. ITO 필름처럼 희토류를 쓰지 않기 때문에 가격경쟁력이 있고 터치 민감도 역시 ITO 필름에 비해 수 내지 수십% 가량 뛰어난 것으로 알려져 있다.
특히, 메탈 메쉬는 금속을 사용하기 때문에 구부릴 수도 있어 최근 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 디바이스에 적용이 용이하다.
다만, 이러한 장점에도 불구하고 메탈 메쉬의 경우, 패턴 선폭이 30∼40㎛로 넓어 화질이 다소 어두운 데다 물결무늬처럼 보이는 `모아레' 현상이 발생되는 결점이 있다. 이에, 최근에는 메탈 메쉬의 패턴 선폭을 기존의 수십 ㎛에서 최대 수 ㎛까지 줄이고자 하는 시도가 계속되고 있다.
결과적으로, 메탈 메쉬 제조 시 미세 선폭을 구현하는 것이 핵심일 수 있다. 미세 선폭의 구조체를 기판 상에 구현하기 위해서는 포토리소그래피 등의 공정이 전통적인 방식이지만, 메탈 메쉬 공정에는 은 잉크 등을 이용하는 특성 상 액상의 금속으로부터 직접 패턴을 구성할 수 있는 그라비아 오프셋 프린팅과 같은 용액 기반 공정 기술 또한 적용할 수 있다.
특히, 임프린트 리소그래피 또는 핫 엠보싱 공정을 이용하여 절연 구조체를 제작한 이후 액상의 금속을 채워 넣는 방식이 경제성 및 미세 선폭 구현에 뛰어난 것으로 알려져 있다.
도 1은 메탈 메쉬의 제조를 위한 종래기술의 공정 개략도이다.
이 도면에 도시된 종래기술의 메탈 메쉬 제조공정은 임프린트 리소그래피를 통해 형성된 고분자 절연 패턴의 요부(凹部)에 액상의 은 잉크 등을 닥터 블레이딩하여 채워 넣는 소위, 전통적인 방식이다.
한편, 도 1의 메탈 메쉬 제조공정은 패턴 선폭이 수십 ㎛인 기존의 메탈 메쉬를 제조하는 데에는 큰 무리가 없을 수 있다.
하지만, 전기적 특성 및 시인성 개선을 위해 패턴 선폭을 미세화하고자 할 때는 아래아 같은 많은 결함 또는 문제점을 발생시킬 수 있다.
첫째, 닥터 블레이딩 시 고분자 절연 패턴의 요부에 충진된 전도성 잉크(은 잉크)가 완벽하게 제거되지 못해 최종 제품에 결함이 발생될 수 있으며, 기재와 블레이드가 접촉되어 미끄러지는 공정 특성 상 오염에 취약한 문제를 수반할 수 있다.
심지어 경도가 높은 오염물이 존재될 경우에는 미끄러짐 방향으로 기재 전체의 손상을 야기할 수밖에 없으므로 위 공정에 기재로 사용되는 고분자 절연 패턴의 경도에 따라 적용이 불가할 수도 있다. 즉 경도가 약한 재질은 적용이 불가할 수 있다.
둘째, 전기적 특성 및 시인성 개선을 위해 다양한 형태로 개발되어 온 메탈 메쉬의 특성 상 도 1처럼 블레이드가 미끄러지면서 이동하는 경우, 패턴의 요철부 형태에 따라 균일한 형태의 메쉬 형태가 제작되기 어려울 수 있는 한계가 있다.
셋째, 임프린트 리소그래피의 특성 상 대면적에 적용 시 잔여층 균일도에 차이가 존재할 수 있으며, 이로 인해 블레이드가 선 방향 접촉으로 2차원 운동을 하는 위 공정의 특성 상 불균일한 도전 패턴이 제조됨으로써 소자 전체의 열화 가능성이 발생될 수 있다.
결과적으로, 도 1과 같은 종전의 전통 방식을 사용하여 패턴 선폭을 미세화하고자 할 경우에는 전술한 바와 같은 다양한 결함 또는 문제점이 발생될 수 있다는 점을 고려해볼 때, 이러한 결함 또는 문제점들을 해결할 수 있는 기술 개발이 필요한 실정이다.
따라서 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 효율적인 방법으로 메탈 메쉬의 패턴 선폭을 미세화시키면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종전보다 월등히 개선할 수 있는 마스터 스탬프 제조방법 및 그 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법, 그리고 그 제조방법에 의해 제조된 메탈 메쉬를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 기판 상에 메탈 마스크(Metal Mask) 층을 형성시키는 메탈 마스크 층 형성단계; 상기 기판 상에 요철 패턴이 형성되도록 상기 메탈 마스크 층을 통해 1차 식각 공정을 진행하는 1차 식각 공정 진행단계; 상기 기판의 요철 패턴 내부에 폴리머 마스크(Polymer Mask) 층을 형성시키는 폴리머 마스크 층 형성단계; 및 상기 폴리머 마스크 층을 통해 1차 식각 공정을 진행하는 2차 식각 공정 진행단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스터 스탬프 제조방법이 제공될 수 있다.
상기 2차 식각 공정 진행단계 후, 상기 메탈 마스크 층과 상기 폴리머 마스크 층을 제거한 후, 표면처리를 통해 마스터 스탬프를 제조 완료하는 마스크 층 제거 및 표면처리단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기판은 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 또는 글라스(Glass)일 수 있다.
상기 1차 또는 2차 식각 공정은 건식 식각 공정일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 마스터 스탬프를 이용하여 임프린팅 공정(imprinting process)을 통해 상기 마스터 스탬프와 역상의 패턴부를 갖는 절연체를 제조하는 임프린팅에 의한 절연체 제조단계; 상기 절연체 상에 형성되는 패턴부에 전도성 잉크를 도포하는 전도성 잉크 도포단계; 및 상기 패턴부 상에 남은 잔여 잉크를 제거하는 잔여 잉크 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 메탈 메쉬가 제공될 수 있다.
상기 잔여 잉크 제거단계는, 친수 프라이머 처리된 잉크 제거용 기재(Ink Remover)를 상기 전도성 잉크로 압착하는 잉크 제거용 기재 압착단계; 및 미리 결정된 시간 후에 상기 잉크 제거용 기재를 상기 절연체에서 분리하는 잉크 제거용 기재 분리단계를 포함할 수 있다.
상기 잔여 잉크 제거단계 후, 상기 전도성 잉크의 전도층 사용을 위하여 가열하여 상기 전도성 잉크의 용매를 제거하고 입자를 소결하는 용매 제거 및 입자 소결단계를 더 포함할 수 있다.
상기 용매 제거 및 입자 소결단계 후, 평탄화 및 경도 향상 역할을 담당하는 보호층을 상기 전도성 잉크의 표면에 형성시키는 보호층 형성단계를 더 포함할 수 있다.
상기 보호층 형성단계의 수행 시 롤 코팅 또는 슬릿 코팅의 코팅법이 사용될 수 있다.
상기 절연체로 사용되는 소재는 광경화성 고분자, 열경화성 고분자 또는 열가소성 고분자 중 어느 하나일 수 있으며, 상기 마스터 스탬프는 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 마스터 스탬프일 수 있다.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 마스터 스탬프를 이용하여 핫 엠보싱 공정(hot embossing process)을 통해 상기 마스터 스탬프와 역상의 패턴부를 갖는 절연체를 제조하는 핫 엠보싱에 의한 절연체 제조단계; 상기 절연체 상에 형성되는 패턴부에 전도성 잉크를 도포하는 전도성 잉크 도포단계; 및 상기 패턴부 상에 남은 잔여 잉크를 제거하는 잔여 잉크 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법 및 그 제조방법에 의해 제조된 메탈 메쉬가 제공될 수 있다.
상기 잔여 잉크 제거단계는, 친수 프라이머 처리된 잉크 제거용 기재(Ink Remover)를 상기 전도성 잉크로 압착하면서 유리전이온도 이상으로 가열하여 소성을 부여하는 잉크 제거용 기재 압착 및 소성 부여단계; 및 미리 결정된 시간 후에 상기 잉크 제거용 기재를 상기 절연체에서 분리하는 잉크 제거용 기재 분리단계를 포함할 수 있다.
상기 잔여 잉크 제거단계 후, 잉크 제거용 용매를 사용하여 제거되지 못한 잉크를 제거하는 세정단계를 더 포함할 수 있다.
상기 세정단계 후, 평탄화 및 경도 향상 역할을 담당하는 보호층을 상기 전도성 잉크의 표면에 형성시키는 보호층 형성단계를 더 포함할 수 있다.
상기 절연체로 사용되는 소재는 열가소성 고분자일 수 있으며, 상기 마스터 스탬프는 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 마스터 스탬프일 수 있다.
본 발명에 따르면, 효율적인 방법으로 메탈 메쉬의 패턴 선폭을 미세화시키면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종전보다 월등히 개선할 수 있다.
도 1은 메탈 메쉬의 제조를 위한 종래기술의 공정 개략도이다.
도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 6은 마스터 스탬프 제조방법의 플로차트이다.
도 7 내지 도 12는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법의 플로차트이다.
도 14 내지 도 19는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법의 플로차트이다.
도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 6은 마스터 스탬프 제조방법의 플로차트이다.
도 7 내지 도 12는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법의 플로차트이다.
도 14 내지 도 19는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이다.
도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법의 플로차트이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
본 실시예의 도면에서 연속적으로 공급되는 기판, 예컨대 웹(web)은 두께에 비하여 소재의 폭이 크고 길이방향으로 연속성을 가지는 기판으로서, PC(poly carbonate), PET(polyethylene terephthalate), PEN(polyethylene naphthalene), PI(polyimide) 등의 고분자 필름, 얇은 유리(thin glass), 금속 등으로 적용될 수 있다.
기판의 표면에는 SiOx, SiNx 등의 박막이 증착되거나 임프린팅 공정 등에 필요한 표면 처리가 되어 있을 수 있으며, 보호필름이 배치될 수 있다.
그리고 본 실시예에 따른 메탈 메쉬 제조방법에 의해 제조되는 메탈 메쉬는 디스플레이의 터치패널 용도로 사용될 수 있는데, 이 외에도 다양한 산업분야에 적용될 수 있을 것이다.
도 2 내지 도 5는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이고, 도 6은 마스터 스탬프 제조방법의 플로차트이다.
이들 도면을 참조하면, 마스터 스탬프(100)는 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 또는 글라스(Glass) 등의 기판(110)에 포토리소그래피(photolithography)를 통해 2단 요철을 갖는 패턴을 식각함으로써 제조된다.
참고로, 포토리소그래피(photolithography)는 반도체의 표면에 사진 인쇄 기술을 써서 집적 회로, 부품, 박막 회로, 프린트 배선 패턴 등을 만들어 넣는 기법으로서, 레지스트 도포, 패턴 현상, 소부 등 일련의 공정을 의미하는 용어이다. 즉 실리콘 기판의 깨끗한 표면에 포토레지스트 액을 스핀코팅(spincoating), 스프레이, 또는 담금으로써 고르게 도포하고, 건조 후 마스크를 통해서 빛(되도록 자외광)을 선택적으로 조사하는 일련의 기술이다.
공정을 자세히 살펴보면, 우선 도 2처럼 기판(110) 상에 메탈 마스크(Metal Mask) 층(120)을 형성한다(S11).
그런 다음, 도 3처럼 메탈 마스크 층(120)을 통해 1차 식각 공정을 진행하여 기(110) 상에 일반적인 형태의 요철 패턴(111)을 형성시킨다(S12).
이때, S12 단계에서의 식각 공정은 도 3처럼 기판의 수직 방향으로 요철 패턴이 형성될 수 있도록 하는 ICP-RIE 등의 건식 식각 공정일 수 있다.
다음, 도 4처럼 기판(110)의 요철 패턴(111) 내부에 폴리머 마스크(Polymer Mask) 층(130)을 형성시킨다(S13).
그런 다음, 2차 식각 공정을 진행한다(S14). 2차 식각 공정 역시, 건식 식각 공정일 수 있다.
2차 식각 공정의 진행 시 전자의 산란으로 인하여 폴리머 마스크 층(130)의 바깥쪽부터 식각이 많이 일어나게 된다.
2차 식각 공정이 완료된 이후, 메탈 마스크 층(120)과 폴리머 마스크 층(130)을 제거한 후, 표면처리(Anti-sticking, Self-assembled Monolayer 처리 등을 통한 표면 에너지 감소처리 등)를 통해 최종적으로 도 5와 같은 형태의 마스터 스탬프(100)를 제조 완료할 수 있다.
이와 같은 방법으로 제조 완료된 마스터 스탬프(100)를 이용하여 후술할 메탈 마스크를 제조할 수 있다.
도 7 내지 도 12는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법의 플로차트이다.
본 실시예의 메탈 메쉬(200)는 특히, 패턴 선폭을 미세화시키면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종전보다 월등히 개선할 수 있도록 한 것인데, 이러한 메탈 메쉬(200)를 제조하는 방법에 대해 순서대로 설명하면 다음과 같다.
우선, 전술한 방법으로 제조된 마스터 스탬프(100)를 이용하여 임프린팅 공정(imprinting process)을 통해 마스터 스탬프(100)와 역상의 패턴부(211)를 갖는 절연체(210)를 제조한다(S21).
즉 절연체(210)를 준비한 후, 도 7 및 도 8처럼 절연체(210)의 일측 표면에 마스터 스탬프(100)를 임프린팅한다.
그러면, 도 8처럼 마스터 스탬프(100)와 역상의 패턴부(211)를 갖는 절연체(210)가 제조될 수 있다. 절연체(210) 상에 형성되는 패턴부(211)는 2단 요철을 갖는 패턴부(211)일 수 있다.
참고로, 본 실시예에서 절연체(210)로 사용될 수 있는 소재는 반드시 광경화성 고분자 또는 열경화성 고분자일 필요는 없다. 만약, 절연체(210)로 사용될 수 있는 소재가 열가소성 고분자인 경우라면 유리전이온도(glass transition temperature) 이상으로 소재를 가열하여 가압하는 핫 엠보싱 공정을 통해 도 8과 같은 형태의 절연체(210)를 제조할 수 있는데 이의 실시예에 대해서는 후술하도록 한다.
다음, 도 9처럼 절연체(210) 상에 형성되는 2단 요철 패턴부(211)에 전도성 잉크(220), 예컨대 은 잉크를 도포한다(S22).
그런 다음, 절연체(210)의 패턴부(211) 상에 남은 잔여 잉크를 제거한다(S23). 이때는 도 10처럼 친수 프라이머 처리된 잉크 제거용 기재(230, Ink Remover)를 패턴부(211) 상의 전도성 잉크(220)로 압착한 후(S23a), 도 11처럼 미리 결정된 시간 후에 잉크 제거용 기재(230)를 절연체(210)에서 분리한다(S23b).
이때, 도 10처럼 친수 프라이머 처리된 잉크 제거용 기재(230)가 패턴부(211) 상의 전도성 잉크(220)로 압착될 때, 절연체(210)가 기계적으로 변형되며, 패턴부(211)의 내부에 있는 전도성 잉크(220)가 쉽게 빠져 나오지 못하게 하는 역할을 한다.
도 11처럼 잉크 제거용 기재(230)기 절연체(210)에서 분리된 이후에는 자체적인 탄성 복원력에 의해 절연체(210)가 원래 형상으로 일부 되돌아갈 수 있다.
이후, 전도성 잉크(220)를 전도층으로 사용하기 위해 가열하여 전도성 잉크(220)의 용매를 제거하고 입자를 소결한다(S24)
그런 다음, 제품으로의 상용화를 위하여 평탄화 및 경도 향상 역할을 담당하는 보호층(240)을 전도성 잉크(220) 상에 형성시킴으로써(S25), 도 12와 같은 최종 제품인 메탈 메쉬(200)를 제조할 수 있다.
보호층(240)을 형성시키는 공정으로서, 롤 코팅, 슬릿 코팅 등 다양한 코팅법이 적용될 수 있다.
한편, 도 7 내지 도 12와 같은 형태로 공정을 진행하여 메탈 메쉬(200)를 제조할 때의 장점은 단순 요철 구조일 때에 비해 불필요한 전도성 잉크(220)의 잔류를 방지할 수 있음은 물론 최종 결과물인 메탈 메쉬(200)의 품질을 향상시킬 수 있다는 점이다.
다시 말해, 패턴부(211) 상부에 오목하면서도 측벽이 경사진 경사를 형성함으로써 패턴부(211) 상부의 전체에 전도성 잉크(220)가 잔류되는 것을 일정 부분 방지할 수 있음은 물론, 잉크 제거용 기재(230)의 가압 시에는 절연체(210)의 변형에 의해 패턴부(211) 요부 측의 전도성 잉크(220)가 빠져나가지 못하게 하는 덮개 역할을 할 수 있어 메탈 메쉬(200)의 품질을 향상시킬 수 있다.
따라서 위와 같은 용도로 사용되는 절연체(210)의 소재가 경화 이후 경도가 너무 강할 경우, 잉크 제거용 기재(230)를 가압하였을 때 구조가 손상되거나 제 역할을 충분히 수행하지 못할 가능성이 있으므로 적당한 경도를 갖는 소재를 채용할 필요가 있는데, 열가소성 고분자 소재를 이용하는 경우에는 아무런 문제가 되지 않는다.
이상 설명한 바와 같은 본 실시예에 따르면, 효율적인 방법으로 메탈 메쉬(200)의 패턴 선폭을 미세화시키면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종전보다 월등히 개선할 수 있게 된다.
한편, 위에서는 절연체(210)의 소재에 무관하게 메탈 메쉬(200)를 제조하는 과정에 대해 설명하였다.
하지만, 절연체(210)의 소재가 열가소성 고분자인 경우에는 위에서 설명한 방법 외에도 아래의 방법이 적용될 수 있다.
이하, 열가소성 고분자를 소재로 사용하여 메탈 메쉬(300, 도 19 참조)를 제조하는 방법에 대해 도 14 내지 도 20을 참조하여 설명한다.
도 14 내지 도 19는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조 과정을 단계적으로 도시한 도면이고, 도 20은 본 발명의 다른 실시예에 따른 마스터 스탬프를 이용한 메탈 메쉬 제조방법의 플로차트이다.
본 실시예의 메탈 메쉬(300) 역시, 패턴 선폭을 미세화시키면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종전보다 월등히 개선할 수 있도록 한 것인데, 이러한 메탈 메쉬(200)를 제조하는 방법에 대해 순서대로 설명하면 다음과 같다.
본 실시예에 따른 메탈 메쉬(300)를 제조하기 위해 절연체(310)로 사용되는 소재가 열가소성 고분자인 경우인데, 이러한 경우, 최종 결과물인 메탈 메쉬(300, 도 19 참조)의 형태가 도 12의 메탈 메쉬(200)와는 다를 수 있다.
다시 말해, 도 2 내지 도 5에 의해 제조된 동일한 마스터 스탬프(100)를 사용하더라도 절연체(310)로 사용되는 소재를 열가소성 고분자로 적용하는 경우에는 도 12의 메탈 메쉬(200)와는 그 형태가 상이한 메탈 메쉬(300, 도 19 참조)를 제조할 수 있다.
이에 대해 살펴보면, 우선, 전술한 방법으로 제조된 마스터 스탬프(100)를 이용하여 도 14 및 도 15처럼 핫 엠보싱 공정(hot embossing process)을 통해 마스터 스탬프(100)와 역상의 패턴부(311)를 갖는 절연체(310)를 제조한다(S31).
본 실시예에서 절연체(310)로 사용되는 소재는 예컨대, polymethylmethacrylate(PMMA), polycarbonate(PC), cyclic olefin copolymer(COC) 등과 같은 열가소성 고분자(thermoplastic polymer)일 수 있다.
참고로, 핫 엠보싱 공정(hot embossing process)은 노광 공정과 식각 공정과 같은 복잡한 공정에서 벗어나 복제에 의해서 짧은 시간에 매우 정밀하고, 정확하게 미세 구조물을 제작하는 것이 가능한 공정을 가리킨다.
미세 구조물을 엠보싱하기 위해서 고분자의 유리전이온도(glass transition temperature) 이상의 온도까지 고분자를 가열한 후 금형을 이용하여, 즉 마스터 스탬프(100)를 이용하여 고분자에 일정한 압력을 가하여 고분자에 마스터 스탬프(100)와 일치하는 마이크로미터 또는 나노미터 단위의 미세 패턴을 복제해 내는 것이며, 이때 유리 전이점 이하의 온도로 냉각하면서 고분자는 표면 위에 각인된 미세 패턴을 가지게 된다. 다시 말해, 도 15처럼 마스터 스탬프(100)와 역상의 패턴부(311)를 갖는 절연체(310)가 제조될 수 있다.
다음, 도 16처럼 절연체(310) 상에 형성되는 2단 요철 패턴부(311)에 전도성 잉크(320), 예컨대 은 잉크를 도포한다(S32).
그런 다음, 절연체(310)의 패턴부(311) 상에 남은 잔여 잉크를 제거한다(S33). 이때는 도 10처럼 친수 프라이머 처리된 잉크 제거용 기재(330, Ink Remover)를 패턴부(311) 상의 전도성 잉크(320)로 압착하면서 유리전이온도 이상으로 가열하여 소성을 부여한 후(S33a), 도 11처럼 미리 결정된 시간 후에 잉크 제거용 기재(330)를 절연체(310)에서 분리한다(S33b).
이때, 도 10처럼 친수 프라이머 처리된 잉크 제거용 기재(330)가 패턴부(311) 상의 전도성 잉크(320)로 압착될 때는 유리전이온도 이상으로 가열됨으로써 절연체(310)에 소성을 부여한다. 그리고는 도 11처럼 잉크 제거용 기재(330)가 절연체(310)에서 분리된다.
이러한 작용을 통해 변형된 절연체(310)의 패턴부(311)가 영구적으로 변형되게 함과 동시에, 전도성 잉크(320)의 일부 소결을 돕는다. 영구적으로 변형된 절연체(310)의 형태는 내부에 전도성 잉크(320)가 유지될 수 있게 할 수 있다.
만약, 상부에 제거되지 못한 잉크가 일부 남아있게 되더라도 잉크 제거용 용매(은 잉크 등의 경우 일반적으로 IPA, Ethanol 등)를 통한 추가 세정을 통해 잔여물을 제거할 수 있다(S34).
세정까지 완료되면, 제품으로의 상용화를 위하여 평탄화 및 경도 향상 역할을 담당하는 보호층(340)을 전도성 잉크(320) 상에 형성시킴으로써(S35), 도 12와 같은 최종 제품인 메탈 메쉬(300)를 제조할 수 있다.
보호층(340)을 형성시키는 공정으로서, 롤 코팅, 슬릿 코팅 등 다양한 코팅법이 적용될 수 있는데, 보호층(340)을 형성시킬 때에도 보다 고품질의 결과물을 얻을 수 있는 이점이 있다.
본 실시예가 적용되더라도 효율적인 방법으로 메탈 메쉬(300)의 패턴 선폭을 미세화시키면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종전보다 월등히 개선할 수 있게 된다.
이와 같이 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 수정예 또는 변형예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 하여야 할 것이다.
100 : 마스터 스탬프 110 : 기판
111 : 요철 패턴 120 : 메탈 마스크 층
130 : 폴리머 마스크 층 200 : 메탈 메쉬
210 : 절연체 211 : 패턴부
220 : 전도성 잉크 230 : 잉크 제거용 기재
111 : 요철 패턴 120 : 메탈 마스크 층
130 : 폴리머 마스크 층 200 : 메탈 메쉬
210 : 절연체 211 : 패턴부
220 : 전도성 잉크 230 : 잉크 제거용 기재
Claims (17)
- 기판 상에 메탈 마스크(Metal Mask) 층을 형성시키는 메탈 마스크 층 형성단계;
상기 기판 상에 요철 패턴이 형성되도록 상기 메탈 마스크 층을 통해 1차 식각 공정을 진행하는 1차 식각 공정 진행단계;
상기 기판의 요철 패턴 내부에 폴리머 마스크(Polymer Mask) 층을 형성시키는 폴리머 마스크 층 형성단계; 및
상기 폴리머 마스크 층을 통해 1차 식각 공정을 진행하는 2차 식각 공정 진행단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 마스터 스탬프 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 2차 식각 공정 진행단계 후,
상기 메탈 마스크 층과 상기 폴리머 마스크 층을 제거한 후, 표면처리를 통해 마스터 스탬프를 제조 완료하는 마스크 층 제거 및 표면처리단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 마스터 스탬프 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 또는 글라스(Glass)인 것을 특징으로 하는 마스터 스탬프 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 1차 또는 2차 식각 공정은 건식 식각 공정인 것을 특징으로 하는 마스터 스탬프 제조방법. - 마스터 스탬프를 이용하여 임프린팅 공정(imprinting process)을 통해 상기 마스터 스탬프와 역상의 패턴부를 갖는 절연체를 제조하는 임프린팅에 의한 절연체 제조단계;
상기 절연체 상에 형성되는 패턴부에 전도성 잉크를 도포하는 전도성 잉크 도포단계; 및
상기 패턴부 상에 남은 잔여 잉크를 제거하는 잔여 잉크 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 잔여 잉크 제거단계는,
친수 프라이머 처리된 잉크 제거용 기재(Ink Remover)를 상기 전도성 잉크로 압착하는 잉크 제거용 기재 압착단계; 및
미리 결정된 시간 후에 상기 잉크 제거용 기재를 상기 절연체에서 분리하는 잉크 제거용 기재 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 잔여 잉크 제거단계 후,
상기 전도성 잉크의 전도층 사용을 위하여 가열하여 상기 전도성 잉크의 용매를 제거하고 입자를 소결하는 용매 제거 및 입자 소결단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제7항에 있어서,
상기 용매 제거 및 입자 소결단계 후,
평탄화 및 경도 향상 역할을 담당하는 보호층을 상기 전도성 잉크의 표면에 형성시키는 보호층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제8항에 있어서,
상기 보호층 형성단계의 수행 시 롤 코팅 또는 슬릿 코팅의 코팅법이 사용되는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 절연체로 사용되는 소재는 광경화성 고분자, 열경화성 고분자 또는 열가소성 고분자 중 어느 하나이며,
상기 마스터 스탬프는 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 마스터 스탬프인 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제5항 내지 제10항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 메탈 메쉬.
- 마스터 스탬프를 이용하여 핫 엠보싱 공정(hot embossing process)을 통해 상기 마스터 스탬프와 역상의 패턴부를 갖는 절연체를 제조하는 핫 엠보싱에 의한 절연체 제조단계;
상기 절연체 상에 형성되는 패턴부에 전도성 잉크를 도포하는 전도성 잉크 도포단계; 및
상기 패턴부 상에 남은 잔여 잉크를 제거하는 잔여 잉크 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 잔여 잉크 제거단계는,
친수 프라이머 처리된 잉크 제거용 기재(Ink Remover)를 상기 전도성 잉크로 압착하면서 유리전이온도 이상으로 가열하여 소성을 부여하는 잉크 제거용 기재 압착 및 소성 부여단계; 및
미리 결정된 시간 후에 상기 잉크 제거용 기재를 상기 절연체에서 분리하는 잉크 제거용 기재 분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 잔여 잉크 제거단계 후,
잉크 제거용 용매를 사용하여 제거되지 못한 잉크를 제거하는 세정단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제14항에 있어서,
상기 세정단계 후,
평탄화 및 경도 향상 역할을 담당하는 보호층을 상기 전도성 잉크의 표면에 형성시키는 보호층 형성단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제12항에 있어서,
상기 절연체로 사용되는 소재는 열가소성 고분자이며,
상기 마스터 스탬프는 제1항 또는 제4항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 마스터 스탬프인 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법. - 제12항 내지 제16항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 메탈 메쉬.
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Citations (5)
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|---|---|---|---|---|
| KR20110066812A (ko) * | 2009-12-11 | 2011-06-17 | 엘지디스플레이 주식회사 | 임프린트용 몰드의 제조방법 및 임프린트용 몰드를 이용한 패턴 형성방법 |
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-
2014
- 2014-12-30 KR KR1020140193489A patent/KR101687300B1/ko active IP Right Grant
Patent Citations (5)
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