KR20160113537A - Conductive substrate using light irradiation and manufacturing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 전도성 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막에 광조사를 통해 패터닝하는 광조사를 이용한 전도성 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a conductive substrate and a method of manufacturing the same, and more particularly, to a conductive substrate using light irradiation for patterning a conductive thin film containing a metal nanostructure through light irradiation and a method of manufacturing the same.
금속나노구조체를 기반으로 하는 전도성 기판은 와이어, 막대, 리본 형태의 전도성 금속나노구조체가 서로 접촉되어 전기적으로 서로 연결된 전도성 박막이 기판 위에 형성된 것이다. 전도성 기판은 습식 공정으로 다양한 기판 위에 전도성 박막이 코팅되어 형성될 수 있기 때문에, 전도성 박막은 터치패널, 면발열체, 광학필름, 디스플레이 등에서 투명전극, 회로 전극 등으로 사용되고 있다.A conductive substrate based on a metal nanostructure is a conductive thin film formed on a substrate in which conductive metal nanostructures in the form of wires, rods, and ribbons are brought into contact with each other and electrically connected to each other. Since the conductive substrate can be formed by coating a conductive thin film on various substrates by a wet process, the conductive thin film is used as a transparent electrode, a circuit electrode, and the like in a touch panel, a surface heating element, an optical film, a display and the like.
전도성 박막을 형성하는 데 사용되는 분산액은 전도성 필러로 사용되는 금속나노구조체, 이러한 금속나노구조체를 분산시키기 위한 분산제, 기판에 전도성 박막을 고정하기 위한 바인더, 및 전도성 박막의 기판에 대한 젖음성을 형성하기 위한 첨가제 등이 포함될 수 있다. 이때 금속나노구조체로는 금속나노와이어, 금속나노리본, 금속나노튜브 등이 사용될 수 있다.The dispersion liquid used for forming the conductive thin film may include a metal nanostructure used as a conductive filler, a dispersant for dispersing the metal nanostructure, a binder for fixing the conductive thin film to the substrate, and a binder for fixing the conductive thin film to the substrate And the like. As the metal nanostructure, metal nanowires, metal nanoribbons, and metal nanotubes can be used.
이러한 전도성 박막을 투명 전극 또는 회로 전극 등으로 사용하기 위해서는 전도성 박막의 국부적 영역에서 전기적 연결성(전기전도성) 및 비연결성(절연성)을 형성하여 특정 패턴 형태로 전기가 흐르게 하는 것이 필요하다.In order to use such a conductive thin film as a transparent electrode or a circuit electrode, it is necessary to form an electrical connection (electric conductivity) and a non-connection (insulation) in a local region of the conductive thin film so as to flow electricity in a specific pattern form.
전도성 박막에 배선 패턴을 형성하기 위한 종래 기술로서 아래와 같은 기술이 있다.As a conventional technique for forming a wiring pattern on a conductive thin film, there is the following technique.
포토레지스트를 전도성 기판 위에 도포 또는 적층하여 포토리소그래피 공정을 통해 포토레지스트 패턴 마스크를 형성하여 전도성 박막을 특정 형태로 건식, 또는 습식 공정을 통해 에칭하는 방법이 있다.There is a method in which a photoresist is coated or laminated on a conductive substrate and a photoresist pattern mask is formed through a photolithography process to dry the conductive thin film in a specific form by dry or wet process.
다른 방법으로 레이져 스팟을 이용하여 전도성 박막에 직접 배선 패턴을 형성할 수 있다.Alternatively, a wiring pattern can be formed directly on the conductive thin film using a laser spot.
또 다른 방법으로 금속나노구조체 에칭용 페이스트를 스크린 프린팅 방법으로 기판 위에 인쇄하여 금속나노구조체 박막을 형성하고, 형성한 금속나노구조체 박막의 국부 영역을 에칭하여 배선 패턴을 형성하는 방법이 있다. 스크린 프린팅 방법의 경우, 5000cps 이상의 고점도 페이스트를 스크린 프린팅 함으로써 미세 패턴을 형성한다.In another method, a metal nanostructure etching paste is printed on a substrate by a screen printing method to form a metal nanostructure thin film, and a local area of the formed metal nanostructure thin film is etched to form a wiring pattern. In the case of the screen printing method, a fine pattern is formed by screen printing a high viscosity paste of 5000 cps or higher.
이러한 방법은 기존 알려진 공정을 이용하여 전도성 박막에 미세 배선 패턴을 형성할 수 있다. 하지만 배선 패턴이 형성된 전도성 박막에서 식각된 영역과 식각되지 않은 영역에서 금속나노구조체 분포 차이로 인해 빛 반사도, 빛 투과도, 헤이즈 차이를 형성하고, 식각 부위와 비식각 부위의 높이 단차로 인해 전도성 박막의 배선 패턴이 시인되는 문제점을 야기할 수 있다. Such a method can form a fine wiring pattern on a conductive thin film by using a known known process. However, due to the difference in the distribution of metal nanostructures in the etched region and the unetched region in the conductive thin film having the wiring pattern, the light reflectance, light transmittance and haze difference are formed. Due to the height difference between the etched region and the non- The wiring pattern can be visually recognized.
또한 에칭 및 비에칭 경계부의 금속나노구조체 손상은 배선 패턴 가장자리 부분에서 전도성 박막의 물성 저하를 야기할 수 있다.In addition, damage to the metal nanostructure at the etched and non-etched boundaries may cause deterioration of the physical properties of the conductive thin film at the edge portions of the wiring pattern.
또한 포토리소그래피 공정의 경우 배선 패턴을 형성하기 위해 포토리소그래피 공정 등 별도의 공정을 진행해야 한다는 점에서 공정 비용이 추가적으로 소요되고 생산성이 떨어지는 단점이 있다.In addition, in the case of the photolithography process, a separate process such as a photolithography process is required to form a wiring pattern, so that the process cost is further required and the productivity is low.
따라서 본 발명의 목적은 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막에 제논광을 조사하는 간단한 방법으로 배선 패턴을 형성하는 광조사를 이용한 전도성 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Accordingly, an object of the present invention is to provide a conductive substrate using light irradiation which forms a wiring pattern by a simple method of irradiating a conductive thin film containing a metal nanostructure with xenon light, and a manufacturing method thereof.
본 발명의 다른 목적은 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막의 패터닝 공정을 간소화하면서 공정 불량을 줄일 수 있는 광조사를 이용한 전도성 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.Another object of the present invention is to provide a conductive substrate using light irradiation that can reduce process defects while simplifying the patterning process of a conductive thin film containing a metal nanostructure and a method of manufacturing the same.
본 발명의 또 다른 목적은 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막에서 금속나노구조체를 제거하기 않으면서, 기존에 지적되었던 에칭 및 비에칭 영역의 반사도 차이에 의한 배선 패턴이 시인 문제를 개선할 수 있는 광조사를 이용한 전도성 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.It is another object of the present invention to provide a method of manufacturing a metal nanostructure, which is capable of removing a metal nanostructure from a conductive thin film containing a metal nanostructure, And a method of manufacturing the same.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판과, 상기 기판 위에 형성되며 제논광을 조사하여 형성된 배선 패턴을 구비하는 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막을 포함하는 전도성 기판을 제공한다. 이때 상기 배선 패턴은 제논광이 조사되지 않은 전도성 영역과, 제논광이 조사된 영역의 금속나노구조체가 조사된 제논광에 의해 비정형 형태로 변환되어 절연성을 갖는 절연성 영역을 포함한다.In order to achieve the above object, the present invention provides a conductive substrate comprising a substrate, and a conductive thin film formed on the substrate, the conductive thin film including a metal nanostructure having a wiring pattern formed by irradiating xenon light. At this time, the wiring pattern includes an insulating region which is converted into an amorphous form by the conductive region not irradiated with xenon light and the xenon light irradiated with the metallic nanostructure in the region irradiated with the xenon light to have insulating property.
본 발명에 따른 전도성 기판에 있어서, 상기 제논광은 제논 램프에서 출력된 빛으로 파장 영역이 200~1000 nm이며 주파장 영역이 300~800nm의 가시광 영역이며, 사용전압이 400~800 V, 조사 시간이 0.001~1 초, 광에너지가 5~30 J/cm2 이다.In the conductive substrate according to the present invention, the xenon light is a light output from a xenon lamp having a wavelength range of 200 to 1000 nm, a main wavelength range of 300 to 800 nm, a used voltage of 400 to 800 V, Is 0.001 to 1 second, and the light energy is 5 to 30 J / cm < 2 & gt ;.
본 발명에 따른 전도성 기판에 있어서, 상기 절연성 영역은 제논광이 조사되기 전 상기 절연성 영역에 존재하며 전기전도성을 가지며 네트워크 구조로 연결된 금속나노구조체가 제논광 조사에 의해 용융되어 비정형 형상으로 변환되면서 네트워크가 해제되어 절연성을 갖는다. 상기 전도성 영역은 상기 전도성 영역에 존재하는 금속나노구조체가 네트워크를 유지하여 전기전도성을 갖는다.In the conductive substrate according to the present invention, the metal nanostructure, which is present in the insulating region before being irradiated with xenon light and has electrical conductivity and is connected in a network structure, is melted by the xenon light irradiation and transformed into an irregular shape, Is released to have insulating property. In the conductive region, the metal nanostructure existing in the conductive region maintains a network and has electrical conductivity.
본 발명에 따른 전도성 기판에 있어서, 상기 전도성 박막의 금속나노구조체는 직경 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노와이어, 직경 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노막대, 또는 폭 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노리본을 포함한다.In the conductive substrate according to the present invention, the metal nanostructure of the conductive thin film may be a metal nanowire having a diameter of 1 to 300 nm and a length of 1 to 300 탆, a metal nanorod having a diameter of 1 to 300 nm and a length of 1 to 300 탆 , Or a metal nano ribbon having a width of 1 to 300 nm and a length of 1 to 300 탆.
본 발명에 따른 전도성 기판에 있어서, 상기 절연성 영역의 저항이 상기 전도성 영역의 저항 대비 10배 이상이다.In the conductive substrate according to the present invention, the resistance of the insulating region is 10 times or more the resistance of the conductive region.
본 발명에 따른 전도성 기판에 있어서, 상기 절연성 영역 및 전도성 영역의 폭은 5㎛ 이상이다.In the conductive substrate according to the present invention, the width of the insulating region and the conductive region is 5 占 퐉 or more.
본 발명은 또한, 기판 위에 네트워크를 형성하는 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막을 형성하는 단계와, 상기 전도성 박막의 일부 영역에 제논광을 조사하여 배선 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 전도성 기판의 제조 방법을 제공한다.The present invention also provides a method of manufacturing a conductive substrate comprising the steps of forming a conductive thin film containing a metal nanostructure forming a network on a substrate and forming a wiring pattern by irradiating a part of the conductive thin film with xenon light, ≪ / RTI >
본 발명에 따르면, 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막에 제논광을 조사하는 간단한 방법으로 전도성 박막을 패터닝하여 배선 패턴을 형성할 수 있다. 이로 인해 제논광을 조사하는 광조사 방법으로 전도성 박막을 패터닝할 수 있기 때문에, 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막의 패터닝 공정을 간소화하면서 공정 불량을 줄일 수 있다.According to the present invention, a wiring pattern can be formed by patterning a conductive thin film by a simple method of irradiating a conductive thin film containing a metal nanostructure with xenon light. As a result, the conductive thin film can be patterned by the light irradiation method for irradiating the xenon light, so that the process failure can be reduced while simplifying the patterning process of the conductive thin film containing the metal nanostructure.
또한 본 발명은 금속나노와이어를 제거하지 않고, 제논광 조사를 통해 금속나노구조체의 용융을 통해 전기적 연결 특성을 조절하기 때문에 기존 에칭 방법에서 문제점으로 지적되었던 에칭 및 비에칭 영역의 반사도 차이에 의해 배선 패턴이 시인 문제를 개선할 수 있다.In addition, since the present invention controls the electrical connection characteristics by melting the metal nanostructure through the xenon light irradiation without removing the metal nanowires, the difference in reflectivity between the etching and non-etching regions, which has been pointed out as a problem in the conventional etching method, The pattern can improve the visibility problem.
도 1은 본 발명에 따른 광조사를 이용한 전도성 기판을 보여주는 단면도이다.
도 2는 도 1의 전도성 기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 3 내지 도 5는 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.
도 6 내지 도 8은 제논광이 조사된 전도성 기판의 전자현미경 사진들이다.
도 9는 패턴 마스크를 보여주는 사진이다.
도 10은 도 9의 패턴 마스크를 이용하여 제논광을 조사하여 제조한 전도성 기판을 보여주는 사진이다.1 is a cross-sectional view showing a conductive substrate using light irradiation according to the present invention.
2 is a flow chart of a method of manufacturing the conductive substrate of FIG.
FIGS. 3 to 5 are views showing respective steps according to the manufacturing method of FIG.
6 to 8 are electron micrographs of a conductive substrate irradiated with xenon light.
9 is a photograph showing the pattern mask.
10 is a photograph showing a conductive substrate manufactured by irradiating xenon light using the pattern mask of FIG.
하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.In the following description, only parts necessary for understanding embodiments of the present invention will be described, and descriptions of other parts will be omitted to the extent that they do not disturb the gist of the present invention.
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.The terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary meanings and the inventor is not limited to the meaning of the terms in order to describe his invention in the best way. It should be interpreted as meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention. Therefore, the embodiments described in the present specification and the configurations shown in the drawings are merely preferred embodiments of the present invention, and are not intended to represent all of the technical ideas of the present invention, so that various equivalents And variations are possible.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명에 따른 광조사를 이용한 전도성 기판을 보여주는 단면도이다.1 is a cross-sectional view showing a conductive substrate using light irradiation according to the present invention.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전도성 기판(100)은 기판(10)과, 기판(10) 위에 형성되며 제논광을 조사하여 형성된 배선 패턴(29)을 구비하는 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막(20)을 포함한다. 이때 배선 패턴(29)은 제논광이 조사된 일부 영역의 금속나노구조체가 비정형 형태로 변환되어 절연성을 갖는 절연성 영역(21)과, 제논광이 조사되지 않은 전도성 영역(23)을 포함한다.Referring to FIG. 1, a
이때 기판(10)으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리이미드(Polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리에틸렌나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리메칠메타크릴레이트(poly(methylmethacrylate))을 포함한 투명 또는 불투명 플라스틱 기판이나, 유리, 실리콘 웨이터 등과 같은 세라믹 기판이 사용될 수 있다.At this time, the
그리고 전도성 박막(20)은 금속나노구조체를 함유하는 분산액을 기판(10) 위에 코팅하여 형성한다. 코팅한 전도성 박막(20)에 제논광을 선택적으로 조사하여 절연성 영역(21)과 전도성 영역(23)을 포함하는 배선 패턴(29)을 형성한다.The conductive
이때 전도성 박막(20)은 광투과도가 80% 이상이며, 전도성 영역(23)의 면저항이 1000 Ω/sq 이하이다. 절연성 영역(21)의 면저항은 적용분야에 따라 다르게 형성가능하며 전도성 영역 대비 10배 이상인 값이다. 예컨대 터치패널에서는 1 MΩ/sq 이상의 저항이 적용될 수 있으며, 투명발열체의 경우 10,000Ω/sq 이상이 면저항이 적용할 수 있다.At this time, the conductive
분산액은 금속나노구조체, 분산제, 바인더 및 첨가제를 포함한다. 예컨대 분산액은 금속나노구조체 0.01~5 중량%, 분산제 3 중량% 이하, 바인더 3 중량% 이하, 첨가제 5 중량% 이하를 포함하며, 그 외는 물이 차지할 수 있다. 분산액은 롤 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥코팅 등의 방법으로 기판(10)에 코팅하여 형성할 수 있다.The dispersion liquid includes a metal nanostructure, a dispersant, a binder and an additive. For example, the dispersion may contain 0.01 to 5 wt% of the metal nanostructure, 3 wt% or less of the dispersant, 3 wt% or less of the binder, 5 wt% or less of the additive, and water. The dispersion can be formed by coating the
금속나노구조체로는 직경 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노와이어, 직경 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노막대, 또는 폭 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노리본이 사용될 수 있다. 금속나노구조체의 소재로는 금, 은 또는 구리가 사용될 수 있다.The metal nanostructure may be a metal nanowire having a diameter of 1 to 300 nm and a length of 1 to 300 占 퐉, a metal nanorod having a diameter of 1 to 300 nm and a length of 1 to 300 占 퐉 or a metal nanorod having a width of 1 to 300 nm and a length of 1 to 300 Lt; RTI ID = 0.0 > um. ≪ / RTI > As the material of the metal nanostructure, gold, silver or copper may be used.
금속나노구조체의 조성비가 높을수록 전기전도도가 증가하여 전도성 박막(20)의 저항을 낮출 수 있다. 하지만 농도가 너무 진한 경우, 즉 금속나노구조체의 조성비가 5 중량%을 초과하는 경우, 금속나노구조체의 액상 상 분산이 어려운 단점이 있다. 따라서 바람직하게는 금속나노구조체는 0.01~5 중량%를 사용하는 것이다.The higher the composition ratio of the metal nanostructure, the more the electrical conductivity increases and the resistance of the conductive
바인더로는 폴리우레탄, 폴리아크릴에이트, 폴리아클릴산, 폴리비닐피롤리돈, 에폭시, 고분자전해질(polyelectrolyte) 등이 사용될 수 있다. 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.As the binder, polyurethane, polyacrylate, polyacrylic acid, polyvinylpyrrolidone, epoxy, polyelectrolyte and the like can be used. The polyelectrolytes include 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), or derivatives thereof.
바인더는 전도성 박막(20)을 제조하는 과정에서 전도성 필러에 해당하는 금속나노구조체가 제조되는 전도성 박막(20)에서 떨어져 나가지 않도록 고정하는 기능을 한다. 즉 바인더가 분산액에 포함되지 않으면, 전도성 박막(20)을 형성하는 과정에서 금속나노구조체가 떨어져 나가고, 이로 인해 제조되는 전도성 박막(20)의 저항 균일도가 크게 떨어지게 된다.The binder functions to fix the conductive
이와 같이 바인더는 금속나노구조체가 기판(10)에서 떨어져나가는 것을 막기 위해 3 중량% 이하로 분산액에 첨가된다. 이때 바인더의 함량이 높으면, 금속나노구조체의 기판(10)에 대한 접착성은 향상되나 전도성 박막(20)의 저항이 높아지는 문제가 발생될 수 있다. 또한 바인더가 없거나 너무 적으면 전도성 박막(20)의 제조 과정에서 기판(10)에서 금속나노구조체가 탈락되어 전도성 박막(20)의 특성이 나빠질 수 있다.Thus, the binder is added to the dispersion at 3 weight% or less to prevent the metal nanostructure from falling off the
분산제로는 HPMC(hydroxy propyl methyl cellulose), CMC (carboxymethyl cellulose), HC(2-hydroxy ethyl cellulose) 등이 사용될 수 있다.Examples of the dispersing agent include hydroxypropyl methyl cellulose (HPMC), carboxymethyl cellulose (CMC), and 2-hydroxy ethyl cellulose (HC).
그리고 첨가제는 분산액의 코팅성 개선, 분산성 향상, 금속나노구조체의 부식 방지, 전도성 박막(20)의 내구성 향상 목적으로 선택적으로 사용될 수 있다. 예컨대 첨가제는 분산액의 안정성을 촉진할 수 있고(예를 들어, 유처리제), 습윤성 및 코팅 특성에 도움을 줄 수 있다(예를 들어, 계면활성제, 용매 첨가제, 등).The additives can be selectively used for the purpose of improving the coating property of the dispersion, improving dispersibility, preventing the corrosion of the metal nanostructure, and improving the durability of the conductive
이렇게 형성된 전도성 기판(100)을 이용하여 전기 회로를 구성하기 위해서는 특정 영역, 특정 방향으로 전기적으로 통전되는 배선 패턴(29)을 형성해야 한다. 본 발명에서는 제논광을 전도성 박막(20)에 조사함으로써, 광조사 영역의 금속나노구조체를 용융시켜 서로 간의 전기적 연결 특성을 차단한다. 이로 인해 제논광이 조사된 전도성 박막(20)은 광조사 영역과 비조사 영역간의 전기전도도 차이를 형성함으로써, 금속나노구조체를 포함한 전도성 박막(20)에 배선 패턴(29)을 형성을 형성할 수 있다. 즉 광조사 영역이 배선 패턴(29)의 절연성 영역(21)으로 형성되고, 비조사 영역이 배선 패턴(29)의 전도성 영역(23)으로 형성된다.In order to construct the electric circuit using the
이와 같이 절연성 영역(21)은 제논광이 조사되기 전 광이 조사될 영역에 존재하며 전기전도성을 가지며 네트워크 구조로 연결된 금속나노구조체가 제논광 조사에 의해 용융되어 비정형 형상으로 변환되면서 네트워크가 해제되어 절연성을 갖는다.As described above, the insulating
그리고 전도성 영역(23)은 제논광이 조사되지 않는 비조사 영역으로, 비조사 영역에 금속나노구조체가 네트워크를 유지하여 전기전도성을 갖는다.The
배선 패턴(29)의 형성에 사용되는 제논광은 제논 램프에서 출력된 빛으로 파장 영역이 200~1000 nm이며 주파장 영역이 300~800nm의 가시광 영역이며, 사용전압은 400~800V, 조사 시간은 0.001~1초, 5~30 J/cm2의 광에너지를 갖는다. 사용하는 광에너지 영역은 기판(10) 및 금속나노구조체의 종류에 따라 더 넓은 범위로 확대될 수 있다.The xenon light used for forming the
제논광을 특정 패턴 모양으로 조사하기 위해 패턴 마스크(30)로 쉐도우 마스크 또는 금속 마스크가 사용될 수 있다. 예컨대 쉐도우 마스크는 전도성 기판(100)에 밀착 또는 특정 거리 만큼 이격하여 마스킹함으로써, 제논광을 특정 패턴 형태로 전도성 기판(100)에 국부적으로 조사하게 하다. 또한 패턴 마스크(30)로서 일반 포토레지스트 공정에 사용되는 금속 마스크도 적용될 수 있다. A shadow mask or a metal mask may be used as the
배선 패턴(29)을 형성하는 절연성 영역(21)의 저항은 전도성 영역(23)의 저항 대비 10배 이상으로, 전기 절연성을 갖는다.The resistance of the insulating
절연성 영역(21) 및 전도성 영역(23)의 폭은 5㎛ 이상이다. 즉 절연성 영역(21)을 중심으로 양쪽에 위치할 수 있는 전도성 영역(23)을 전기적으로 절연할 수 있는 5㎛ 이상의 폭으로 형성하는 것이 바람직하다.
The width of the insulating
이와 같은 본 발명에 따른 전도성 기판(100)의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 5를 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 도 1의 전도성 기판(100)의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 그리고 도 3 내지 도 5는 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.A method of manufacturing the
먼저 도 3에 도시된 바와 같이, S51단계에서 전도성 박막(20)을 형성할 기판(10)을 준비한다.3, the
다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, S53단계에서 기판(10) 위에 금속나노구조체, 분산제, 바인더 및 첨가제를 포함하는 분산액을 코팅하여 전도성 박막(20)을 형성한다. 예컨대 분산액은 금속나노구조체 0.01~5 중량%, 분산제 3 중량% 이하, 바인더 3 중량% 이하, 첨가제 5 중량% 이하를 포함하며, 그 외는 물이 차지할 수 있다. 분산액은 롤 코팅, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 딥코팅 등의 방법으로 기판(10)에 코팅하여 형성할 수 있다.Next, as shown in FIG. 4, the conductive
그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 전도성 박막(20)의 일부 영역에 제논광을 조사한다. 즉 광조사 영역에 대응되게 패턴홀(31)이 형성된 패턴 마스크(30)를 이용하여 패턴홀(31)에 노출된 전도성 박막(20) 부분에 제논광을 조사함으로써, 배선 패턴(29)을 형성한다.Then, as shown in Fig. 5, a part of the conductive
이와 같이 본 발명에 따른 전도성 기판(100)은 금속나노구조체를 포함한 전도성 박막(20)을 간단한 광조사 방법을 통해 패터닝하는 방법을 제공한다. 본 발명에 따른 광조사에서 사용되는 광원은 제논광으로서 주로 300~800nm의 가시광 영역에서 주파장이 형성하고 있으며, 기판(10)에 주로 5~30 J/cm2의 광에너지를 금속나노구조체를 포함한 전도성 기판(100)에 조사하여 광조사된 영역의 금속나노구조체를 순간적으로 용융시겨 전기적 네트워크를 차단하는 방법을 제공한다.As described above, the
광조사에 사용된 광에너지는 기판(10) 및 금속나노구조체 종류에 따라 다양한 범위로 확대될 수 있다. 기존의 습식, 건식, 레이져 에칭 등의 방법을 통해 절연 영역의 금속나노구조체를 물리적으로 파괴하거나, 손상시키거나, 또는 에칭액에 녹여 제거함으로서 배선 패턴(29)을 형성하는데 비해, 본 발명에서는 제논 램프에서 발산한 강한 광에너지를 통해 순간적으로 금속나노구조체를 용융하여 금속나노구조체의 네트워크의 전기적 연결성을 차단(해제)하여 절연성 영역(21)을 형성한다.The light energy used for light irradiation can be broadened to various ranges depending on the
이러한 이유로 배선 패턴(29)이 형성된 기판(10) 구조에 있어도 차이를 갖는다. 즉 기존 에칭 방법에서 전도성 박막(20)이 에칭되어 절연성이 확보되는 영역에서는 금속나노구조체가 대부분 제거되거나 파괴된다. 반면에 본 발명에서는 광조사된 영역에서는 금속나노구조체가 용융되어 비정형의 구조를 변화되기 때문에, 배선 패턴(29)의 절연 영역에서도 비정형으로 변환된 금속나노구조체가 존재한다는 점에서 차이가 있다. For this reason, the structure of the
또한 본 발명은 패터닝 공정을 크게 단순화 시킬 수 있다. 즉 기존의 습식, 건식 에칭에서는 주로 포토리소그래피 공정을 통해 배선 패턴(29)을 형성하고, 에칭 공정을 진행하고, 다시 포토레지스트를 제거하는 등 공정이 복잡하다. 또한 레이져 에칭 방법은 주로 스팟 빔을 통해 점 단위로 금속나노구조체를 에칭하기 때문에 생산성이 낮으며, 설비 투자 비용 등에서 불리한 점이 있다.The present invention can also greatly simplify the patterning process. That is, in the conventional wet etching method and dry etching method, the
반면에 본 발명과 같이, 제논광을 이용한 광조사 패터닝 방법은 특정 패턴 모양으로 제논광을 점, 선, 면의 형태를 바로 조사하고 주로 1초 이내의 짧은 시간에 배선 패턴(29)을 형성할 수 있기 때문에, 패터닝 공정을 크게 단순화시킬 수 있다On the other hand, as in the present invention, the light irradiation patterning method using xenon light is a method in which the shape of a point, a line, and a surface is immediately irradiated with a specific pattern shape and the
즉 본 발명에 따르면, 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막(20)에 제논광을 조사하는 간단한 방법으로 전도성 박막(20)을 패터닝하여 배선 패턴(29)을 형성할 수 있다. 이로 인해 제논광을 조사하는 광조사 방법으로 전도성 박막(20)을 패터닝할 수 있기 때문에, 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막(20)의 패터닝 공정을 간소화하면서 공정 불량을 줄일 수 있다.That is, according to the present invention, the
또한 본 발명은 금속나노와이어를 제거하지 않고, 제논광 조사를 통해 금속나노구조체의 용융을 통해 전기적 연결 특성을 조절하기 때문에 기존 에칭 방법에서 문제점으로 지적되었던 에칭 및 비에칭 영역의 반사도 차이에 의해 배선 패턴(29)이 시인 문제를 개선할 수 있다.
In addition, since the present invention controls the electrical connection characteristics by melting the metal nanostructure through the xenon light irradiation without removing the metal nanowires, the difference in reflectivity between the etching and non-etching regions, which has been pointed out as a problem in the conventional etching method, The
이와 같이 본 발명에 따른 광조사로 형성한 전도성 기판(100)의 전기전도성 특성을 알아보기 위해서 아래와 같이 실시예 및 비교예에 따른 전도성 기판을 제조하고, 제논광을 조사하였다. 여기서 도 6 내지 도 8은 제논광이 조사된 전도성 기판의 전자현미경 사진들이다.In order to examine the electrical conductivity characteristics of the
본 실시예 및 비교예에 사용된 금속나노구조체는 은나노와이어로서, 직경 20~30nm, 평균길이 20㎛의 형상을 이루고 있다. 제논광 조사에 사용된 기기는 PulseForge 1300 이며, 사용전압 및 광조사 시간에 따라 조사된 영역의 은나노와이어 형상을 전자현미경을 통해 분석하고 전기 통전 여부를 확인하였다.The metal nanostructure used in this example and the comparative example is a silver nano wire having a diameter of 20 to 30 nm and an average length of 20 m. The device used for xenon light irradiation was PulseForge 1300, and the shape of the silver wire in the irradiated area was analyzed by an electron microscope according to the operating voltage and irradiation time, and it was confirmed whether the electric current was applied.
도 6을 참조하면, 비교예 1에 따른 광조사된 전도성 기판을 보여준다. 전도성 기판에 사용전압 500V, 조사 시간 0.001초, 조사에너지 8.5 J/cm2 인 제논광을 조사하였다. 광조사된 영역의 은나노와이어 형상의 거의 변화지 않았으며, 조사된 영역은 여전히 전기가 통전되었다.Referring to Fig. 6, there is shown a light-irradiated conductive substrate according to Comparative Example 1. Fig. The conductive substrate was irradiated with xenon light having a working voltage of 500 V, an irradiation time of 0.001 second, and an irradiation energy of 8.5 J / cm 2 . The shape of the silver wire in the irradiated area hardly changed, and the irradiated area was still energized.
도 7을 참조하면, 비교예 2에 따른 광조사된 전도성 기판을 보여준다. 전도성 기판에 사용전압 600V, 조사 시간 0.001초, 조사에너지 8.92 J/cm2 인 제논광을 조사하였다. 광조사된 영역의 은나노와이어 형상은 교점 부위에서 부분적으로 용융되 형태를 보였지만, 은나노와이어 서로 간의 연결 특성은 유지되었다. 조사된 영역은 여전히 전기가 통전 특성을 보였다.Referring to FIG. 7, there is shown a light-irradiated conductive substrate according to Comparative Example 2. FIG. The conductive substrate was irradiated with xenon light having a working voltage of 600 V, an irradiation time of 0.001 second, and an irradiation energy of 8.92 J / cm 2 . The shape of the silver wire in the irradiated region was partially melted at the intersection, but the connection characteristics between the silver nanowires were maintained. The irradiated area still showed the electricity conducting property.
도 8을 참조하면, 실시예 1에 따른 광조사된 전도성 기판을 보여준다. 전도성 기판에 사용전압 600V, 조사 시간 0.002초, 조사에너지 12.3 J/cm2 인 제논광을 조사하였다. 광조사된 영역의 은나노와이어가 용융되어 비정형 형태를 변화되었고 서로 간의 접촉이 끊어진 것을 확인할 수 있다. 광조사된 영역에서 전기적 통전 현상을 보이지 않고, 절연성(면저항 측정기 계측 한계 10 MΩ/sq 초과)을 나타내었다. 즉 제논광이 조사된 일부 영역의 금속나노구조체가 비정형 형상으로 변환되면서 네트워크가 해제되어 절연성을 갖는 절연성 영역(21)으로 형성된 것을 확인할 수 있다.Referring to Fig. 8, there is shown a light-irradiated conductive substrate according to the first embodiment. The conductive substrate was irradiated with xenon light having a working voltage of 600 V, an irradiation time of 0.002 seconds, and an irradiation energy of 12.3 J / cm 2 . It can be seen that the silver wire of the irradiated region is melted and the amorphous shape is changed and the contact between them is broken. (No more than 10 M? / Sq in the sheet resistance measuring device) without showing any electric conduction in the irradiated area. That is, it can be confirmed that the metal nanostructure of the part of the region to which the xenon light is irradiated is converted into the amorphous shape, and the network is released and formed as the insulating
도 9는 패턴 마스크(30)를 보여주는 사진이다. 도 10은 도 9의 패턴 마스크(30)를 이용하여 제논광을 조사하여 제조한 전도성 기판(100)을 보여주는 사진이다.Fig. 9 is a photograph showing the
도 9 및 도 10을 참조하면, 기판으로 PET 기판을 사용하였으며, 금속나노구조체를 함유하는 분산액으로 은나노와이어를 함유하는 분산액을 사용하였다. PET 기판 위에 은나노와이어 분산액을 바코팅 방법으로 코팅하여 은나노와이어를 기반으로 한 전도성 박막을 형성하였다. 그리고 전도성 박막에 제논광을 조사하여 배선 패턴(29)을 형성하였다.Referring to FIGS. 9 and 10, a PET substrate was used as a substrate, and a dispersion containing silver nano wires was used as a dispersion containing metal nanostructures. A conductive thin film based on silver nano wire was formed by coating a silver nano wire dispersion on a PET substrate by a bar coating method. Then, the conductive thin film was irradiated with xenon light to form a
광조사 전 전도성 박막의 면저항은 52Ω/sq 이었다.The sheet resistance of the conductive thin film before light irradiation was 52? / Sq.
그리고 도 9의 패턴 마스크(30)를 이용하여 제논광을 조사하여 제논광이 조사된 조사영역 및 비조사 영역을 구분하였다. 제논광 조사 시 사용전압 600V, 0.002초 사용하였고, 조사된 광에너지는 12.3 J/cm2 이었다.Then, the
실험 결과, 패턴 마스크(30)로 가려진 영역은 제논광에 노출되지 않아 전기전도성을 유지하는 전도성 영역(23)으로 형성되고, 제논광에 노출된 영역은 저항 측정기 계측 한계 10 MΩ/sq 초과하는 절연성을 갖는 절연성 영역(21)으로 변화되었다.As a result of the experiment, the region masked by the
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.It should be noted that the embodiments disclosed in the present specification and drawings are only illustrative of specific examples for the purpose of understanding, and are not intended to limit the scope of the present invention. It will be apparent to those skilled in the art that other modifications based on the technical idea of the present invention are possible in addition to the embodiments disclosed herein.
10 : 기판
20 : 전도성 박막
21 : 절연성 영역
23 : 전도성 영역
29 : 배선 패턴
30 : 패턴 마스크
31 : 패턴홀
100 : 전도성 기판10: substrate
20: Conductive thin film
21: insulating region
23: Conductive region
29: wiring pattern
30: pattern mask
31: pattern hole
100: conductive substrate
Claims (8)
상기 기판 위에 형성되며 제논광을 조사하여 형성된 배선 패턴을 구비하는 금속나노구조체를 함유하는 전도성 박막;을 포함하며,
상기 배선 패턴은,
제논광이 조사되지 않은 전도성 영역;
제논광이 조사된 영역의 금속나노구조체가 조사된 제논광에 의해 비정형 형태로 변환되어 절연성을 갖는 절연성 영역;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사를 이용한 전도성 기판.Board;
And a conductive thin film formed on the substrate and containing a metal nanostructure having a wiring pattern formed by irradiating xenon light,
The wiring pattern
A conductive region not irradiated with xenon light;
An insulating region in which the metal nanostructure in the region irradiated with xenon light is converted into an amorphous form by the irradiated xenon light to have insulating property;
And a conductive layer formed on the conductive substrate.
상기 제논광은 제논 램프에서 출력된 빛으로 파장 영역이 200~1000 nm이며 주파장 영역이 300~800nm의 가시광 영역이며, 사용전압이 400~800 V, 조사 시간이 0.001~1 초, 광에너지가 5~30 J/cm2 인 것을 특징으로 하는 전도성 기판.The method according to claim 1,
The xenon light is a light output from a xenon lamp having a wavelength range of 200 to 1000 nm and a dominant wavelength range of 300 to 800 nm, a use voltage of 400 to 800 V, an irradiation time of 0.001 to 1 second, 5 to 30 J / cm < 2 >.
상기 절연성 영역은 제논광이 조사되기 전 상기 절연성 영역에 존재하며 전기전도성을 가지며 네트워크 구조로 연결된 금속나노구조체가 제논광 조사에 의해 용융되어 비정형 형상으로 변환되면서 네트워크가 해제되어 절연성을 갖고,
상기 전도성 영역은 상기 전도성 영역에 존재하는 금속나노구조체가 네트워크를 유지하여 전기전도성을 갖는 것을 특징으로 하는 전도성 기판.3. The method of claim 2,
The insulating region is present in the insulating region before the xenon light is irradiated and the metal nano structure having electrical conductivity and connected in a network structure is melted by the xenon light irradiation and converted into an irregular shape to release the network,
Wherein the conductive region comprises a metal nanostructure present in the conductive region, the metal nanostructure having a network and having electrical conductivity.
상기 전도성 박막의 금속나노구조체는 직경 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노와이어, 직경 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노막대, 또는 폭 1~300 nm 및 길이 1~300㎛를 갖는 금속나노리본을 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사를 이용한 전도성 기판.The method according to claim 1,
The metal nanostructure of the conductive thin film may be a metal nanowire having a diameter of 1 to 300 nm and a length of 1 to 300 m, a metal nanorod having a diameter of 1 to 300 nm and a length of 1 to 300 m, And a metal nano ribbon having a thickness of 1 to 300 mu m.
상기 절연성 영역의 저항이 상기 전도성 영역의 저항 대비 10배 이상인 것을 특징으로 하는 광조사를 이용한 전도성 기판.The method according to claim 1,
Wherein a resistance of the insulating region is 10 times or more the resistance of the conductive region.
상기 절연성 영역 및 전도성 영역의 폭은 5㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 광조사를 이용한 전도성 기판.The method according to claim 1,
Wherein the insulating region and the conductive region have a width of 5 mu m or more.
상기 전도성 박막의 일부 영역에 제논광을 조사하여 배선 패턴을 형성하는 단계;를 포함하며,
상기 배선 패턴은 제논광이 조사되지 않은 전도성 영역과, 제논광이 조사된 영역의 금속나노구조체가 조사된 제논광에 의해 비정형 형태로 변환되어 절연성을 갖는 절연성 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 광조사를 이용한 전도성 기판의 제조 방법.Forming a conductive thin film containing a metal nanostructure forming a network on a substrate;
And forming a wiring pattern by irradiating a part of the conductive thin film with xenon light,
Wherein the wiring pattern includes an insulating region having an insulating property by being converted into an amorphous form by a conductive region not irradiated with xenon light and a xenon light irradiated with a metal nanostructure irradiated with the xenon light, And a conductive substrate.
조사되는 제논광은 제논 램프에서 출력된 빛으로 파장 영역이 200~1000 nm이며 주파장 영역이 300~800nm, 사용전압이 400~800 V, 조사 시간이 0.001~1 초, 광에너지가 5~30 J/cm2 인 것을 특징으로 하는 광조사를 이용한 전도성 기판의 제조 방법.The method according to claim 7, wherein, in the step of forming the wiring pattern,
The xenon light irradiated is a light output from a xenon lamp and has a wavelength range of 200 to 1000 nm, a main wavelength range of 300 to 800 nm, a used voltage of 400 to 800 V, an irradiation time of 0.001 to 1 second, a light energy of 5 to 30 J / cm < 2 >.
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