KR20160114935A

KR20160114935A - 투명 전극 패턴의 제조 방법

Info

Publication number: KR20160114935A
Application number: KR1020150041441A
Authority: KR
Inventors: 한창수; 우주연; 이종수; 김주태
Original assignee: 고려대학교 산학협력단
Priority date: 2015-03-25
Filing date: 2015-03-25
Publication date: 2016-10-06
Also published as: KR101726492B1

Abstract

투명 전극 패턴의 제조 방법에 있어서, 리세스가 형성된 기재부를 준비한 후, 상기 리세스 내에 전도성 나노잉크 조성물을 충전하여 상기 리세스 내에 전도성 나노잉크 패턴을 형성한다. 상기 전도성 나노잉크 패턴을 접착 필름 상에 1차 전사한 후, 상기 접착 필름으로부터 상기 전도성 나노잉크 패턴을 대상체 상에 2차 전사하여 상기 대상체 상에 투명 전극 패턴을 형성한다.

Description

투명 전극 패턴의 제조 방법{METHOD OF MANUFACTURING A TRANSPARENT ELECTRODE PATTERN}

본 발명은 투명 전극 패턴의 제조 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 전도성 나노 잉크를 이용하여 투명 전극 패턴을 형성하는 투명 전극 패턴의 제조 방법에 관한 것이다.

최근 전자기기 산업은 다기능화, 고성능화의 요구에 따라 대면적의 투명하면서도 우수한 전기 전도성을 갖는 소재에 대한 수요가 급증하고 있다. 특히, 투명 도전성 박막(Transparent conductive film)은 통상 380~750 nm의 가시광선 영역에서 80% 이상의 고투명도 및 면저항이 500 Ω/□ 이하의 전기 전도도를 만족시키는 박막을 의미한다.

상기 투명 도전성 박막은 전자부품의 필수적인 구성요소로서 디스플레이 장치, 터치 패널(Touch panel), 면발열체, 대전방지막(Electrostatic discharge), 전자차폐 필름(Electromagnetic interference) 등 전자분야에 광범위하게 적용되고 있다.

현재 대표적으로 상용화되어 있는 투명 도전성 박막의 소재는 인듐 주석 산화물(Indium tin oxide; ITO)이다. 상기 ITO 물질은 우수한 막형성도, 투명도 및 도전성을 가진다. 하지만, 상기 ITO 물질의 경우, 소재가격 상승, 시장불안정성 및 고갈이 예상된다. 또한 상기 ITO 물질로 이루어진 투명 도전성 박막은 진공 스퍼터링 공정을 통하여 형성된다. 이때, 상기 진공 스퍼터링 공정은 상대적으로 높은 온도에서 수행되며 대면적의 박막 공정에 한계를 보인다. 나아가, 상기 ITO 물질로 이루어진 투명 도전성 박막이 기판 상에 형성될 때, 상기 기판의 표면에 매우 민감하며, 외부의 작은 충격에도 투명 도전성 박막이 쉽게 깨지는 단점이 있다.

상기 ITO 물질을 대체하기 위해 대표적으로 전도성 고분자나 탄소나노튜브(CNT), 그래핀(Graphene)과 같은 유기재료를 이용한 유기투명전극이 연구되고 있다. 하지만, 유기투명전극 또한 충분히 높은 전기 전도도를 가지기 위해서는 그 두께가 증대되어야 하나, 이로 인하여 투명도가 급격히 저하되는 문제가 있다.

한편, 이러한 종래의 투명전극 재료들이 가지는 문제점을 해결하기 위하여 전도성 나노잉크 조성물을 그리드형으로 인쇄하고, 이를 투명전극으로 이용하는 기술이 연구되고 있다. 이 경우, 플라스틱 또는 유리 기판에 전도성 나노 잉크를 이용한 패턴을 인쇄함으로써 상대적으로 낮은 면저항 및 상대적으로 높은 투명도를 갖는 투명전극을 형성할 수 있다. 상기 투명전극을 인쇄하는 방법은 잉크젯 프린팅(Ink-jet printing), 스텐실 프린팅(stencil printing), 그라비아 프린팅(Gravure printing) 등 다양하게 개발되어 있다.

그러나, 상기의 프린팅 방법을 이용할 경우 반복적인 형상에 대한 정밀도가 떨어지고 패턴 선폭을 10㎛ 미만으로 미세하게 구현하기 매우 어렵기 때문에 그리드가 눈에 보이는 시인성 문제점과 헤이즈(Haze)와 같은 광학적 문제점이 생긴다. 또한 전극선의 높이를 올리는데 제약이 따라 면저항이 높아지는 문제점이 발생하여 차세대 응용 소자로의 적용에 한계를 보인다. 이에 따라, 시인성, 투명성뿐만 아니라, 전기 전도도가 우수한 투명 전극 패턴을 제조하는 방법에 대한 개발이 요구되고 있다.

따라서, 본 발명의 일 목적은 본 발명의 목적은 높은 투명성과 낮은 전기 전도도를 갖는 투명 전극 패턴의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극 패턴의 제조 방법에 있어서, 리세스가 형성된 기재부를 준비한 후, 상기 리세스 내에 전도성 나노잉크 조성물을 충전하여 상기 리세스 내에 전도성 나노잉크 패턴을 형성한다. 상기 전도성 나노잉크 패턴을 접착 필름 상에 1차 전사한 후, 상기 접착 필름으로부터 상기 전도성 나노잉크 패턴을 대상체 상에 2차 전사하여 상기 대상체 상에 투명 전극 패턴을 형성한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극 패턴의 제조 방법에 있어서, 상기 접착 필름을 상기 대상체로부터 이형하는 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 여기서, 상기 접착 필름은, 접착제, 접착 테이프, 점착제, 열 박리 테이프, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 포토소프트닝 테이프 또는 수용성 테이프를 포함할 수 있다. 여기서, 상기 접착 필름을 상기 대상체로부터 이형하기 위하여, 열 박리 공정이 수행될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극 패턴의 제조 방법에 있어서, 상기 리세스 표면을 개질하여 상기 전도성 나노 잉크가 상기 기재부로부터 용이하게 이형되도록 하는 표면 개질(modifying) 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 여기서, 상기 표면 개질 공정의 예로는 플라즈마 처리 공정, 화학 처리 공정 또는 흡착 처리 공정을 들 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 리세스는 10㎛ 이하의 폭을 가지며, 상기 리세스는 상기 폭을 기준으로 1 내지 3:1의 깊이를 가질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 전도성 나노잉크 조성물은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 망간(Mg), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 티타늄(Ti), 전도성 고분자, 탄소나노튜브 또는 그래핀으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기재부는 실리콘 기판, 유리 기판, 석영 기판 또는 폴리머 기판을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 투명 전극 패턴은 80% 이상의 투과도와 100 Ω/□ 이하의 전기 전도도를 가질 수 있다.

본 발명의 실시예들에 따른 투명전극 패턴 제조 방법에 있어서, 10㎛ 이하의 미세 선폭의 구현이 가능하여 시인성 및 투명성을 확보할 수 있으며, 투명 전극 패턴의 높이를 높게 형성하여 전기 전도도가 향상된 투명 전극 패턴을 형성할 수 있다. 또한 리세스에 충전되어져 형성되는 전도성 나노잉크 패턴은 1차 전사 및 2차 전사 공정 후 정확성과 균일도가 확보된 투명 전극 패턴으로 형성되어 전기광학적 특성이 일정하게 유지되는 효과를 제공할 수 있다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극 패턴의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.
도 5는 리세스가 형성된 기재부를 나타내는 광학 현미경 사진(a) 및 리세스 내에 형성된 전도성 나노잉크 패턴을 나타내는 광학 현미경 사진(b)이다.
도 6은 전도성 나노잉크 패턴이 접착 필름에 1차 전사된 후 기재부를 나타낸 광학 현미경 사진(a) 및 1차 전사된 전도성 나노잉크 조성물 패턴을 포함하는 접착 필름을 나타내는 광학 현미경 사진(b)이다.
도 7은 투명 전극 패턴이 형성된 대상체를 나타내는 광학 현미경 사진(a) 및 투명 전극 패턴의 양단에 형성된 패드를 나타내는 광학 현미경 사진(b)이다.
도 8은 리세스에 대한 표면 개질 전의 광학현미경 사진 및 접촉각을 나타내는 사진(a)과 리세스에 대한 표면 개질 후의 광학현미경 사진 및 접촉각을 나타내는 사진(b)이다.
도 9는 기재부를 표면 개질한 후 리세스 내부에 충전된 전도성 나노잉크 패턴을 나타내는 광학현미경 사진(a), 전도성 나노잉크 패턴이 1차 전사된 접착 필름을 나타내는 사진(b) 및 투명 전극 패턴이 형성된 대상체를 나타태는 광학현미경 사진(c)이다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다. 본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 첨부된 도면에 있어서, 대상물들의 크기와 양은 본 발명의 명확성을 기하기 위하여 실제보다 확대 또는 축소하여 도시한 것이다.

제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "구비하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 다른 특징들이나 단계, 기능, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

도 1 내지 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전극 패턴의 제조 방법을 설명하기 위한 단면도들이다.

도 1을 참조하면, 리세스(15)가 형성된 기재부(10)를 준비한다.

상기 기재부(10)는 웨이퍼, 유리, 석영, 실리카 또는 플라스틱로 이루어질 수 있으며, 이에 의해 한정되지 않는다. 또한 필요에 따라 상기 기재부(10)는 반도체, 세라믹스, 금속 또는 이들의 조합으로 이루어질 수도 있다.

상기 리세스(15)를 형성하기 위한 리세스 형성 공정으로서, 전자빔 리소그래피(electron beam lithography), 포토리소그래피(Photo lithography), 롤임프린팅(Roll imprinting), 다이싱(Dicing), 레이저, RIE(Reactive ion etching) 또는 건식 식각 공정(dry etching process) 등이 수행될 수 있다.

상기 리세스 형성 공정을 통하여, 기재부(10)는 평탄한 상부 표면을 가질 수 있다. 이로써 후속하여 전도성 나노 잉크를 상기 기재부(10) 상에 코팅할 경우, 코팅막의 균일성 및 정확성이 확보될 수 있다. 또한, 리세스(15) 내에 형성된 전도성 나노 잉크 패턴이 폭 대비 높이, 즉 증가된 종횡비를 가질 수 있다. 상기 롤임프링팅 공정은 대면적을 갖는 연속 공정에 해당할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기재부(10)에 형성된 리세스(15) 표면을 선택적으로 표면 개질하는 표면 개질 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 이로써, 후속하는 전사 공정에서 리세스(15) 내에 형성된 전도성 나노잉크 패턴이 기재부로로부터 용이하게 분리시켜 접착 필름 상으로 전사될 수 있다.

상기 표면 개질 공정의 예로는 플라즈마 처리 공정, 화학적 처리 공정 또는 흡착 공정을 들 수 있다.

구체적으로는, 상기 리세스(15)가 형성된 기재부(10)를 산소 플라즈마를 이용하여 처리한 후 실록산(Siloxane)기반 고분자인 PDMS(Poly(dimethylsiloxane) monoglycidyl ether terminated)를 이용하여 표면 개질할 수 있다. 이러한 표면 처리된 기재부(10)는 패턴 전사 대상인 전도성 나노잉크 패턴과의 접착성이 감소됨으로써 상기 전도성 나노잉크 패턴을 상기 기재부(10)로부터 용이하게 분리시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 기재부(10)에 형성된 리세스(15)는 10㎛ 이하의 폭을 가질 수 있으며, 상기 폭을 기준으로 1 내지 3:1의 깊이를 가질 수 있다. 즉, 상기 리세스(15)는 3~30㎛ 범위의 깊이를 갖도록 형성될 수 있다.

나아가, 추후 형성되는 투명 전극 패턴의 투명성을 향상시키기 위해서는 리세스(15)는 5㎛ 이하의 폭을 갖도록 형성될 수 있다. 한편, 상기 리세스(15)가 30㎛를 초과하는 깊이를 가질 경우, 전도성 나노잉크 패턴이 상기 리세스(10)로부터 용이하게 전사되지 않을 수 있다.

도 2를 참조하면, 전도성 나노잉크 조성물(105)을 리세스(15) 내에 충전하여 리세스 내에 전도성 나노잉크 패턴(110)을 형성한다.

상기 전도성 나노잉크 조성물(105)은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 망간(Mg), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si), 티타늄(Ti), 전도성 고분자, 탄소나노튜브 또는 그래핀을 포함할 수 있다.

상기 리세스(15) 내에 전도성 나노잉크 조성물(105)을 충진하는 충진 공정을 고려할 경우, 나노 입자 크기가 상대적으로 작고 점도 조절이 용이한 전도성 금속 나노입자 잉크가 이용될 수 있다. 상기 전도성 금속 나노입자 잉크의 예로는 경제성와 전기 전도도 및 내산화성을 고려할 때 은 나노입자 잉크를 들 수 있다.

한편, 상기 전도성 고분자, 탄소나노튜브, 그래핀이 첨가물로서 추가적으로 사용될 수 있다. 이러한 유기 물질은 나노 금속 입자들 사이의 결합력을 향상시킬 수 있으며, 경우에 따라서는 전기 전도도를 향상시킬 수 있다.

상기 충진 공정에 있어서, 스퀴지(Squeegee), 스크랩퍼(Scraper), 닥터블레이드(Doctor blade) 등을 이용하여 전도성 나노잉크 조성물(105)을 블레이딩 하여 리세스(15) 내 전도성 나노잉크 패턴(110)이 형성될 수 있다.

기존 인쇄 공정이나 증착 공정에 비하여 기재부(10) 상에 리세스 형성 공정이 상대적으로 용이하고, 리세스 형성을 위한 공정 시간을 단축할 수 있다. 또한, 전도성 나노잉크 조성물(105)의 표면에 폴리머 필름, 유리 기판을 대고 압력을 가하거나 기재부(10)에 충격 또는 진동을 인가하여 리세스(15) 내에 상기 균일하게 충전시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 리세스(15)를 제외한 상기 기재부(10)의 상부 표면에 잔류하는 전도성 나노잉크 조성물(105)을 제거할 수 있다. 상기 잔류하는 전도성 나노잉크 조성물(105)은 극미세사를 이용하여 제거될 수 있다.

예를 들면, 전도성 나노잉크 조성물(105)이 전도성 금속나노 잉크일 경우, 상기 전도성 나노잉크 패턴(110)에 대하여 건조 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 상기 건조 공정을 통하여 상기 전도성 나노잉크에 포함된 용제(solvent)가 증발하면서 상기 전도성 금속나노 잉크가 고형화되어 상기 리세스(15) 내에 전도성 나노 잉크 패턴(110)이 형성된다. 이로써 상기 전도성 나노잉크 패턴(110)이 기재부(10)로부터 접착 필름에 용이하게 1차 전사될 수 있다. 또한, 전도성 나노잉크 패턴을 접착 필름으로부터 대상체로 2차 전사한 후, 상기 대상체 상에 형성된 투명 전극 패턴에 대하여 소성 공정이 추가적으로 수행될 수 있다. 이로써 상기 투명 전극 패턴 및 대상체 사이의 접착력이 증대될 수 있다.

도 3을 참조하면, 리세스(15) 내에 형성된 전도성 나노잉크 패턴(110)을 접착 필름(30) 상에 1차 전사한다.

상기 접착 필름(30)은 접착제, 접착 테이프, 점착제, 열 박리 테이프, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 포토소프트닝 테이프 또는 수용성 테이프를 포함할 수 있다. 특히, 상기 접착 필름(30)은 열 박리 테이프를 이용할 수 있다. 이로써 후속하여 상기 접착 필름(30)을 대상체로부터 이형할 경우, 상기 접착 필름(30)에 열을 가함으로써 상기 접착 필름(30)이 상기 대상체로부터 용이하게 이형될 수 있다.

한편, 전도성 나노잉크 패턴(110)을 접착 필름(30)에 1차 전사할 경우, 접착 필름(30)에 일정한 압력을 인가할 수 있다. 이를 위하여 롤러(roller, 40)를 이용하여 접착 필름(30)을 가압하거나 라미네이팅(laminating)할 수 있다. 이와 다르게, 상기 1차 전사 공정이 수행되는 챔버 내에 유체를 공급하여 공압 또는 유압을 이용하여 상기 접착 필름(30)을 가압할 수 있다.

도 4를 참조하면, 접착 필름(30)에 형성된 전도성 나노잉크 패턴(110)을 대상체(120) 상으로 전사하여 상기 대상체(120) 상에 투명 전극 패턴(130)을 형성한다.

상기 대상체(120)는 투명 유리 기판, 프릿 글래스(flit glass) 기판, 석영 기판 또는 폴리머 기판을 포함할 수 있다.

보다 상세하게는, 접착 필름(30)에 형성되어 있는 전도성 나노잉크 패턴(110)을 대상체(120) 표면에 접촉시킨 상태에서 접착 필름(30)에 롤러로 가압한다. 이때, 상기 접착 필름(30)을 가열할 경우, 접착 필름(30)이 상기 대상체(120)로부터 분리되어 전도성 나노잉크 패턴(110)이 대상체(120) 표면에 전사된다. 이로써, 상기 대상체(120) 상에 투명 전극 패턴(130)이 형성된다.

본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 대상체(120)는 코팅층(미도시)을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 코팅층은 탄소나노튜브, 그래핀 또는 전도성 폴리머로 형성될 수 있다. 상기 코팅층은 대상체(120)와 전도성 나노잉크 패턴(110) 사이의 접착력을 향상하고 표면 거칠기를 감소시킬 수 있다. 이로써, 표면특성이 우수하면서도 전기 전도도가 낮아진 투명 전극 패턴(130)이 형성될 수 있다.

상기 2차 전사 공정에 따르면, 압력을 이용하여 직접적 접촉에 의해 상기 전도성 나노잉크 패턴(110)이 상기 대상체(110) 상에 전사된다. 따라서, 상기 전도성 나노잉크 패턴(110)이 보다 정확하고 미세하게 전사할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 이형 후 상기 대상체(120) 상에 형성된 투명전극 패턴(130)은 접착 필름(30) 표면에 형성된 전도성 나노잉크 패턴(110)이 상기 대상체(120) 상에 전사되어 형성된다. 즉, 상기 투명 전극 패턴(130)은 기재부(10) 상에 형성된 리세스(15)와 동일한 폭과 깊이를 가질 수 있다. 따라서, 상기 투명 전극 패턴(130)은 10㎛ 이하의 폭 및 3~30㎛ 범위를 높이를 갖도록 형성될 수 있다. 특히, 상기 대상체(120) 상에 형성된 투명 전극 패턴(130)은 80% 이상의 높은 투과도와 100 Ω/□ 이하의 낮은 전기 전도도를 가진다.

또한, 상기 방법으로 제조된 투명 전극 패턴(130)은 투명히터, 디스플레이 장치 또는 전자파 차폐제에 적용될 수 있다. 즉, 상기 투명 전극 패턴(130)은 빌딩 또는 주택의 유리, 자동차 앞유리, 스키 고글 등 투명한 대상체에 적용하여 김 서림 방지, 성에 방지 및 응결된 물 녹임 등의 역할을 수행하여 사용자에 넓은 시야를 제공할 수 있다. 또한 디스플레이 장치에 있어서, 상기 투명 전극 패턴(130)은 LCD 전면 전극, OLED 전극, 터치스크린, 태양전지, 광전자 소자 등 전자분야에 광범위하게 적용이 가능하다. 나아가, 투명 전극 패턴(130)은 디스플레이 장치, 휴대폰, 노트북, 군사용 장비 등의 전자파 차폐제로서 활용이 가능하다.

실시예 1. 실버잉크로 이루어진 투명전극 패턴 제조

리세스가 형성된 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, polyethylene terephthalate) 필름을 기재부로 이용하였다. 상기 리세스에 실버잉크(silver ink)를 충전하여 상기 리세스에 전도성 나노잉크 패턴을 형성하였다. 이후, 상기 전도성 나노잉크 패턴을 접착 필름으로서 열 박리 테이프에 1차 전사시킨 후, 상기 전도성 나노잉크 패턴을 유리 기판에 2차 전사하여 상기 유리 기판 상에 투명 전극 패턴을 형성하였다.

도 5는 리세스가 형성된 기재부를 나타내는 광학 현미경 사진(a) 및 리세스 내에 형성된 전도성 나노잉크 패턴을 나타내는 광학 현미경 사진(b)이다.

도 5를 참조하면, 광학 현미경 사진(a)에서 리세스가 형성된 테레프탈레이트 필름(PET 필름)에 대한 이미지가 표시하고 있다. 검은색 부분이 리세스을 나타내며 스트라이프 형상으로 형성되어 있다. 이때 상기 리세스는 3㎛의 선폭과 3.3㎛의 깊이 가진다.

충전 공정으로는 리세스가 형성된 PET 필름에 실버잉크를 소량 떨어뜨린 후 닥터 블레이드(doctor blade)를 사용하여 패턴방향으로 표면을 긁듯이 실버 잉크를 상기 리세스 내에 충전한다. 이후, 상기 실버 잉크를 건조시킨다. 상기 리세스 내에 실버 잉크를 충분히 충전하기 위하여 여 충전-건조 과정을 2~3회 정도 반복한다.

이후 상기 PET 필름의 표면 상에 잔류하는 실버잉크를 극세사포를 이용하여 제거한 후 130℃의 온도로 20분간 소성처리한다.

광학 현미경 사진(b)에서 실버잉크가 균일하게 리세스 내에 충전된 전도성 나노잉크 패턴이 형성된다. 이때 상기 전도성 나노잉크 패턴을 저온(60℃)에서 일정 시간 건조시킨다.

한편, 접착 필름으로서 열 박리 테이프는 Haeun Chemtec Co., Ltd에서 구입하였으며 150℃의 박리 온도에서 박리된다. 상기 열 박리 테이프는 가열 전엔 20N/20mm 접착력을 가지며 박리 온도로 가열 후 10N/20mm 의 접착력으로 저하된다.

상기 리세스에 충전된 전도성 나노잉크 패턴을 열 박리 테이프에 전사시키기 위하여 전도성 나노잉크 패턴이 형성된 PET 필름 및 열 박리 테이프를 접착시킨다. 이때 균일하고 강한 접착을 위하여 고무 롤러로 3~5회 밀어준다. 이후 실버잉크가 충전된 PET 필름과 열 박리 테이프를 물리적인 힘으로 떼어낸다.

도 6은 전도성 나노잉크 패턴이 접착 필름에 1차 전사된 후 기재부를 나타낸 광학 현미경 사진(a) 및 1차 전사된 전도성 나노잉크 조성물 패턴을 포함하는 접착 필름을 나타내는 광학 현미경 사진(b)이다.

광학 현미경 사진(a)에서 리세스 내에 실버 잉크가 잔류하지 않음을 확인할 수 있다.

광학 현미경 사진(b)에서, 전도성 나노잉크 패턴이 열 박리 테이프로 1차 전사된 상태를 확인할 수 있다. 즉, 리세스과 동일한 선폭을 가지는 다수의 전도성 나노잉크 패턴이 단절되지 않고 연속적으로 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

이후, 유리 기판 상에 열 박리 테이프를 접착시킨다. 고무롤러로 상기 열 박리 테이프를 3~5회 눌러주고 150℃온도의 핫플레이트(Hot plate)에 5분간 가열시킨다. 박리된 테이프를 상기 유리 기판으로부터 제거한다. 이로써 실버잉크로 이루어진 투명 전극 패턴이 유리 기판 상에 제조된다.

도 7은 투명 전극 패턴이 형성된 대상체를 나타내는 광학 현미경 사진(a) 및 투명 전극 패턴의 양단에 형성된 패드를 나타내는 광학 현미경 사진(b)이다.

광학 현미경 사진(a)에서, 유리 기판 표면에 투명 전극 패턴이 형성됨을 확인할 수 있다. 이때, 상기 투명 전극 패턴은 단절되지 않고 연속적으로 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

광학 현미경 사진(b)에서, 투명 전극 패턴의 양단에 실버 페이스트를 이용하여 전극 패드를 형성한다.

상기 실시예 1에 대한 면저항 값과 투과도를 측정하여 하기 표 1에 나타내었다.

구분	면저항(Ω/□)	투과도(%)
리세스가 형성된 PET 필름(기재부)	-	92.03
전도성 나노잉크 패턴이 형성된 PET 필름(기재부)	14.99	91.55
전도성 나노잉크 패턴이 전사된 열박리 테이프(접착 필름)	16.56	-
투명 전극 패턴이 형성된 유리 기판(대상체	17.94	90.28

상기 표 1에 표기한 바와 같이 면저항 값이 30 Ω/□ 이하의 낮은 전기 전도도를 가지며 전사를 한 후에도 큰 변화를 보이지 않았으며, 투과도 역시 전 예시에서 90% 이상을 기록함을 확인할 수 있었다. 이를 통하여 전사과정을 거쳐도 전극들 사이의 단절 없이 연속적으로 형성되어 있음을 확인할 수 있었다.

실시예 2. 리세스된 PET 필름의 표면 개질

리세스된 PET 필름(기재부)에 표면개질 단계를 실시하였다. 이는 열 박리 테이프에 전사 시, PET 필름의 표면에너지, 즉 접착력을 낮추는 이형층(release layer)이 상기 PET 필름 상에 추가적으로 형성됨으로서 리세스 내에 충전된 실버잉크로 이루어진 전도성 나노잉크 패턴 및 열 박리 테이프(접착 필름) 사이의 이형성을 개선함으로 우수한 품질의 투명 전극 패턴을 형성할 수 있다.

먼저 PET 필름 표면에 하이드록실기(Hydroxyl group, OH-)를 형성시키기 위해 산소(O₂)플라즈마 공정(0.1torr, 50W)을 30분간 진행한다. 이후 PET 필름 위에 APTES(3-Amino propyl. trietoxysilone 99%)를 탈이온수(Deionized water)에 0.5wt%의 농도로 희석시킨 용액을 10분간 도포시킨다. 이때 APTES 말단과 하이드록실기가 반응하게 된다. 이후 탈이온수와 질소 블로잉(blowing) 공정을 수행하여 PET 필름을 세척한다. 이후 실록산기반 고분자인 PDMS를 몰드 위에 도포하고 80℃의 핫 플레이트(hot plate)에서 4시간 동안 반응시킨다. 반응이 끝나면 이소프로필 알코올(Isopropyl alcohol, IPA)에 침지시켜 1분간 소니케이션(sonication)을 하면서 잔류하는 PDMS를 제거한다.

도 8은 리세스에 대한 표면 개질 전의 광학현미경 사진 및 접촉각을 나타내는 사진(a)과 리세스에 대한 표면 개질 후의 광학현미경 사진 및 접촉각을 나타내는 사진(b)이다.

도 8을 참조하면, 일반적으로 이형이 쉽게 되기 위한 표면에너지는 90ㅀ이상의 접촉각을 통하여 판단된다. 표면개질 이후 접촉각은 100ㅀ 전후로 측정되어 기능화 전보다 표면이 소수성(Hydrophobic)을 띄면서 표면에너지가 감소함을 보였고, 성공적인 PDMS 표면기능화가 이루어 졌음을 확인할 수 있다. 이때, 접촉각 측정 장비는 Surface Electro Optics사의 General Type Phoenix 150 모델을 사용하였다.

도 9는 기재부를 표면 개질한 후 리세스 내부에 충전된 전도성 나노잉크 패턴을 나타내는 광학현미경 사진(a), 전도성 나노잉크 패턴이 1차 전사된 접착 필름을 나타내는 사진(b) 및 투명 전극 패턴이 형성된 대상체를 나타태는 광학현미경 사진(c)이다.

광학현미경 사진(a)에서, 기재부에 대하여 표면 개질한 후 리세스 내부에 실버잉크로 이루어진 전도성 나노잉크 패턴이 고르게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

광학현미경 사진(b)에서, 열 박리 테이프 상에 1차 전사된 전도성 나노잉크 패턴이 끊어진 부분 없이 정확하게 형성되어 있음을 확인할 수 있다.

광학현미경 사진(c)에서, 유리 기판에 형성된 투명 전극 패턴이 일정한 선폭의 균일한 패턴으로 형성되었음을 확인할 수 있다.

전도성 나노잉크 조성물로 이루어진 투명 전극 패턴 제조 방법에 의하여 형성된 투명 전극 패턴은 투명히터, 디스플레이 장치 및 전자파 차폐제에 적용될 수 있다. 더욱 상세하게는 상기 투명 전극 패턴은 개선된 투명성과 우수한 전기전도도를 가짐으로써 투명히터, 디스플레이 장치 및 전자파 차폐제에 응용될 수 있다.

Claims

리세스가 형성된 기재부를 준비하는 단계;
상기 리세스 내에 전도성 나노잉크 조성물을 충전하여 상기 리세스 내에 전도성 나노잉크 패턴을 형성하는 단계;
상기 전도성 나노잉크 패턴을 접착 필름 상에 1차 전사하는 단계; 및
상기 접착 필름으로부터 상기 전도성 나노잉크 패턴을 대상체 상에 2차 전사하여 상기 대상체 상에 투명 전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 접착 필름을 상기 대상체로부터 이형하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 접착 필름은, 접착제, 접착 테이프, 점착제, 열 박리 테이프, 에폭시 수지, 우레탄 수지, 포토소프트닝 테이프 및 수용성 테이프로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제2항에 있어서, 상기 접착 필름을 상기 대상체로부터 이형하는 단계는 열 박리 공정을 통하여 수행되는 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 리세스 표면을 개질하여 상기 전도성 나노 잉크가 상기 기재부로부터 용이하게 이형되도록 하는 표면 개질(modifying) 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제5항에 있어서,
상기 표면 개질 단계는 플라즈마 처리 공정, 화학 처리 공정 또는 흡착 처리 공정을 수행하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 리세스는 10㎛ 이하의 폭을 가지며, 상기 리세스는 상기 폭을 기준으로 1 내지 3:1의 깊이를 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 전도성 나노잉크 조성물은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 망간(Mg), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 아연(Zn), 구리(Cu), 규소(Si) 및 티타늄(Ti) 중 적어도 하나 또는 이들의 합금, 전도성 고분자, 탄소나노튜브 및 그래핀이 이루는 그룹으로부터 선택된 적어도 하나로 이루어진 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 기재부는 실리콘 기판, 유리 기판, 석영 기판 또는 폴리머 기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 기재부는 곡면인 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제1항에 있어서, 상기 투명 전극 패턴은 80% 이상의 투과도와 100 Ω/□ 이하의 전기 전도도를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 전극 패턴의 제조 방법.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 투명전극 패턴의 제조 방법을 통하여 형성된 투명 전극 패턴을 포함하는 투명히터.
제1항 내지 제11항 중 어느 하나의 투명전극 패턴의 제조 방법을 통하여 형성된 투명 전극 패턴을 포함하는 디스플레이 장치.
제1항 내지 제10항 중 어느 하나의 투명전극 패턴의 제조 방법을 통하여 형성된 투명 전극 패턴을 포함하는 전자파 차폐제.