KR20170006000A

KR20170006000A - 저온 경화형 감광성 전극 페이스트 및 이를 이용한 전극의 제조방법

Info

Publication number: KR20170006000A
Application number: KR1020150096294A
Authority: KR
Inventors: 이영환
Original assignee: (주)창성
Priority date: 2015-07-07
Filing date: 2015-07-07
Publication date: 2017-01-17
Also published as: KR101738490B1

Abstract

본 발명은 저온 경화형 감광성 전극 페이스트 및 이를 이용한 전극의 제조방법에 관한 것으로, 저온 경화형 수지 및 감광성 유기화합물에 특정한 형상을 갖는 전도성 입자를 포함하는 도전성 분말을 소정의 조성비로 혼합하여 전극 페이스트를 제조하고, 이를 기판에 인쇄하여 도막을 형성하고, 도막에 광을 조사한 뒤, 저온에서 열처리하여 전극 형성 및 패턴을 구현하는 단계로 이루어지는 전극의 제조방법을 제공한다.

Description

저온 경화형 감광성 전극 페이스트 및 이를 이용한 전극의 제조방법{Photosensitive paste with low temperature hardening and method for forming electrode using the same}

본 발명은 전극 페이스트 및 이를 이용한 전극의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 저온 경화형 수지 및 감광성 유기화합물에 특정한 형상을 갖는 전도성 입자를 포함하는 전극 페이스트 및 이를 사용하여 미세 패턴을 구현하고 기재와의 부착력 및 체적저항을 증대시킨 전극의 제조방법에 관한 것이다.

인쇄전자(Printed Electronics)기술은 전극 페이스트를 인쇄 공정하여 미세패턴 구현 또는 도전성 박막을 형성하는 기술로, 이러한 기술을 통하여 제조되는 전자회로 및 전자제품을 포괄하는 분야이다. 인쇄공정으로는 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 그라비아 오프셋 인쇄법 및 잉크젯 인쇄법 등 다양한 인쇄방법이 이용되고 있으며, 비교적 공정비용이 저렴하고 대량생산이 용이한 스크린 인쇄법이 가장 널리 사용되고 있다. 인쇄공정을 수행하기 위해서는 도전성 입자 예를 들면, 금속, 전도성 탄소물질을 유동성을 갖는 바인더와 혼합하여 전극 페이스트를 제조하여야 한다. 전극 페이스트는 고온 소결형 페이스트와 저온 경화형 페이스트로 구분할 수 있으며, 먼저 고온 소결형 페이스트를 설명하도록 한다. 고온 소결형 페이스트는 일반적으로 금속계열 도전성 입자와 무기계 바인더(유리프릿)을 고분자 바인더에 혼합하여 제조된다. 이를 기판에 인쇄하고 500℃ 이상의 고온에서 열처리하면 유기성분은 모두 열분해되고, 최종적으로 금속과 무기계 바인더로 이루어진 도막이 형성된다. 무기계 바인더는 금속입자의 높은 융점을 낮추고, 고온에서 열처리하는 동안 금속 입자 사이로 압축되어 도전성 분말의 융착 및 밀착성을 증대시키는 역할을 수행한다. 고온 소결형 페이스트를 이용하여 전극을 구현하면 최종적으로 생성된 도막에는 전도성이 뛰어난 금속과 무기계 바인더만 존재하기 때문에 고성능의 전극을 구현할 수 있으나, 고온의 열처리과정을 필수적으로 포함함에 따라 고온에 견디는 기재만 사용할 수 있다는 단점이 있었다.

한편, 저온 경화형 페이스트는 금속 혹은 탄소물질로 이루어진 도전성 입자와 고분자 바인더를 혼합하여 제조된다. 고분자 바인더는 400℃ 이하의 온도에서 경화하는 성질을 보유하고 있으며, 특정 경화조건에서 도전성 입자와 함께 3차원적 망상구조로 결합되어 도전성 입자간의 접촉점이 형성될 수 있도록 한다. 고온 소결형 페이스트에 비하여 접착성이 좋은 유기물을 더 포함함에 따라 기재와의 접착성이 우수하고 상온 내지 400℃의 비교적 저온에서 도막 특성을 구현하기 때문에 기판의 선택 범위가 넓다는 장점을 갖고 있으나, 낮은 온도로 경화함에 따라 도전성 입자간의 융착이 어려워 접촉점을 증대시키는데 한계가 존재하며, 최종적으로 도막에 유기물을 포함하기 때문에 단락이 발생할 확률이 높다는 단점이 있다. 전술한 바와 같이 경화온도와 전도성은 서로 상보적인 관계에 있기 때문에, 이를 해결하기 위하여 저온에서도 도전성 입자간의 접촉점을 최대한 증가시킬 수 있도록 도전성 입자의 크기를 작게, 접촉면적을 보다 증대시킬 수 있는 형태를 갖는 도전성 입자를 활용하고, 도전성 입자의 융점을 낮춰 저온에서도 도전성 입자간의 융착이 보다 효율적으로 일어날 수 있도록 해야 한다.

대한민국 공개특허 제10-2008-0058787호(발명의 명칭: “감광성 전극 페이스트 및 그 제조방법”, 이하 종래기술 1이라 한다.)에서는 바인더 폴리머, 광개시제, 모노머, 분산제 및 침강방지제를 포함하고, 이에 UV 흡수제 및 가소제 중의 적어도 하나 이상이 첨가되는 감광성 유기물 조성과 은, 팔라듐, 구리 및 은/팔라듐 합금 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 전극분말로 이루어지는 감광성 전극 페이스트에 관한 기술을 개시하고 있다. 이때, 전극분말은 전체 감광성 전극 페이스트 총량의 75 내지 90 wt% 포함하는 것을 특징으로 한다.

KR

2008-0058787

A

종래기술1은 감광성 유기물 조성과 은을 포함하는 소정의 전극분말로 이루어진 감광성 전극 페이스트 조성물에 관한 기술을 개시하고 있으나, 전극용으로 적합한 물성을 구현하기 위하여 단가가 높은 전극분말을 전체 페이스트 총 중량의 75 내지 90 wt% 포함하여 제조비용이 높다는 제1문제점을 갖는다.

또한, 전극분말의 함량이 높기 때문에 상대적으로 감광 특성을 나타내는 유기물의 함량이 적어져 미세 패턴을 구현하기 어렵다는 제2문제점을 갖는다.

또한, 기재와의 부착력을 결정하는 유기물의 함량이 적어 열처리 후 형성된 도막이 수축하여 전도성을 저하시키는 제3문제점이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 본 발명은, 표면에 돌기가 형성되어 동일크기의 입자와 비교하였을 때, 비표면적이 1.3 m²/g 이상 큰 입자를 포함하는 도전성 분말 50내지 70 wt%, 감광성 유기화합물 5 내지 25 wt%, 열경화성 수지 내지 5 내지 25 wt%를 포함하여 이루어지는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트를 제공한다. 또한, 본 발명의 감광성 유기화합물은 아크릴계 수지인 것을 특징으로 하며, 폴리에스테르계 수지 및 셀룰로오즈계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지를 더 포함할 수도 있다. 또한, 전도성 페이스트는 광경화제로 다관능성 아크릴레이트계 단량체를 더 포함할 수 있으며, 광개시제 및 열경화제를 더 포함할 수도 있다.

또한, 본 발명의 열경화성 수지는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다. 아울러, 본 발명의 전극 페이스트는 UV 흡수제, 레올로지 조절제, 분산제, 안정제, 소포제, 습윤제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 첨가제를 더 포함할 수 있다.

또한, 본 발명은, i) 기판을 준비하는 단계, ii) 기판에 본 발명에 따른 저온 경화형 전극 페이스트를 도포하는 단계, iii) 도포된 전극 페이스트를 건조하여 도막을 형성하는 단계, iv) 건조된 도막을 노광하는 단계 및 v) 열처리하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있다.

아울러, 본 발명에 따른 저온 경화형 전극 페이스트를 사용하여 제조된 터치패널을 제공한다.

본 발명에 따른 저온 경화형 전극 페이스트는 비표면적이 증대된 소정의 형태를 갖는 도전성 입자를 사용하여 전체 적은 함량(전체 페이스트 중량에 대하여 70wt% 이하)의 도전성 분말을 사용하여 저온 경화형 전극 페이스트를 제조할 수 있다는 제1효과를 갖는다. 또한, 상대적으로 바인더 수지의 함량이 증가함으로써 좁은 선폭(20 ㎛ 이하)의 감광 패턴을 구현할 수 있다는 제2효과, 기재에 대하여 부착력을 증대시킬 수 있는 제3효과 및 기재의 선택범위가 넓어지는 제4효과를 갖는다.

제1효과와 관련하여서는, 도전성 입자간의 접촉면적을 증대시키고자 소정의 입도 범위를 갖는 입자를 사용하되, 그 입자표면에 돌기가 형성되어 동일크기의 입자와 비교하였을 때, 비표면적이 큰 도전성 입자를 페이스트 조성물로 사용함으로써, 종래기술보다 적은 함량의 도전성 분말을 포함하여 전극용으로 적합한 도막특성(체적저항 ≤ 100 μΩcm)을 구현할 수 있다.

제2효과 및 제3효과와 관련하여서는, 전체 페이스트의 총 중량에서 도전성 분말의 함량을 감소시킴으로써, 상대적으로 부착성을 제공하는 감광성 유기화합물 및 열경화성 수지의 함량이 증가하여, 종래 기술대비 부착력이 증대된 전극을 형성할 수 있다. 또한, 감광특성을 제공하는 감광성 유기화합물의 함량이 증가함에 따라 종래 기술대비 우수한 감광특성 및 좁은 선폭의 감광 패턴을 구현하는 것을 가능케 할 수 있다.

또한, 제4효과와 관련하여서는, 낮은 온도에서 경화하여 3차원 망상구조를 형성할 수 있는 열경화성 수지를 사용함에 따라, 전극 페이스트를 도포하는 기판이 고온에 강한 무기계 소재를 이용한 것에서 벗어나 유기계 물질 예를 들면 폴리머 소재로 확장이 가능하여, 유연성 전극을 구현하는 것을 가능하게 할 수 있다.

나아가 본 발명은 공정에 있어서, 상대적으로 단가가 높은 도전성 분말의 함량을 낮추고, 저온 경화성 수지를 사용함에 따라, 제조비용을 절감하고 공정효율을 증대시킬 수 있다는 외적인 효과도 갖는다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 도전성 분말로, 표면에 돌기가 형성되어 있는 은 입자의 SEM 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전극의 모식도이다.
도4는 표면에 돌기가 형성되지 않은 은 입자의 SEM 사진이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

본 명세서에서 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 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명은 저온 경화형 감광성 전극 페이스트에 있어서, 도전성 분말 50내지 70 wt%, 감광성 유기화합물 5 내지 25 wt%, 열경화성 수지 내지 5 내지 25 wt%를 주요 조성물로 하며, 광경화제, 광개시제 및 열경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다. 또한, 본 발명의 전극 페이스트는 첨가제로서 열경화제, UV 흡수제, 레올로지 조절제, 분산제, 안정제, 소포제, 습윤제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 더 포함할 수도 있다.

이하, 각각의 조성물에 관하여 상세하게 설명하기로 한다.

먼저, 본 발명의 도전성 분말은 Ag, Au, Cu, Pt, Sn, Ni, Al, W, Mo, Sb, Cr, Pb, Ti로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 금속 또는 2종 이상을 포함하는 혼합물 또는 이들의 합금 일 수 있다. 도전성 분말의 종류 및 함량에 따라서 도막의 특성이 달라지며, 금속과 같은 전도성 물질이면 도전성 분말로 이용될 수 있으나, 몇몇 금속은 쉽게 산화되어 산화물을 형성함에 따라 저항이 지나치게 높아져 도전성 분말로 적합하지 않을 수 있다. 바람직하게 도전성 분말은 쉽게 산화되지 않고 비저항이 낮은Ag, Au 및 Pt 중 1개 이상의 금속 일 수 있으며, 특히, Ag는 전술한 금속 중에서 비저항이 가장 낮고, 가격이 저렴하여 성능 및 경제적인 측면에서 더 바람직한 금속이 될 수 있다. 또한, 본 발명의 도전성 분말은 전술한 금속 이외에 높은 전도성을 나타내는 산화지르코늄, 산화니켈, 산화알루미늄, 산화주석, ITO, 산화안티몬 같은 금속 산화물 반도체 및 그래핀, 그래핀산화물, 탄소나노튜브, 탄소나노섬유, 카본블랙을 포함하는 탄소계 물질도 가능할 수 있으며, 이를 전술한 금속과 혼합하여 사용할 수도 있다.

한편, 도전성 분말을 유·무기 바인더와 혼합하여 페이스트로 제조하면 금속의 본래 저항보다 높은 저항을 갖게 되는데, 이는 입자간의 계면저항에서 기인하며, 도전성 입자 간의 접촉면적을 증가시켜 전자가 원활하게 흐를 수 있도록 도전성 입자의 형태나 크기를 조절하여 계면저항을 최소화하는 방향으로 전극 페이스트를 제조해야 한다.

이하에서, 도전성 입자의 형태 및 크기와 도막특성의 관계에 관하여 더욱 상세하게 설명하도록 한다. 먼저 크기와 도막특성의 관계에 관하여 설명한다. 도전성 분말을 구성하는 입자는 마이크로/나노 크기로 제어함과 동시에 입도의 분포를 균일하게 제조하면 전도성 입자간의 접촉면적을 증대시켜 계면저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 벌크 상태의 금속은 용융점이(Ag: 961.78℃, Pt: 1768.3℃, Au: 1064.18℃) 매우 높아 패턴을 구현하는 공정에 있어서 어려움이 있기 때문에 마이크로/나노 입자로 크기를 제어하는 것이 바람직하다. 그러나, 입도의 크기가 너무 작을 경우엔, 입자간의 응집이 쉬워 페이스트의 균일성이 저하되고, 입자의 비중이 작아 페이스트를 사용하여 패턴을 구현하는데 있어서, 패턴의 치밀성이 저하되는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 입도가 작은 입자들은 접촉점을 증가시켜 계면저항을 낮출 수 있으나, 이의 응집을 방지하기 위하여 유기물의 함량을 증대시킴에 따라 오히려 저항이 증가하는 문제점이 발생할 수도 있다. 반면에, 입도의 크기가 너무 크면 계면저항이 증가하는 문제점 이외에 전극 패턴을 구현할 때, 좁은 선폭의 패턴을 구현하기 곤란하며, 패턴의 직진성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 상기와 같은 이유로 본 발명에서는 도전성 분말을 이루는 입자의 입경을 0.1 내지 10 ㎛로 한정하였으며, 더 바람직하게 도전성 입자는 0.5 내지 2 ㎛ 일 수 있다.

다음으로, 입자의 형태와 도막특성의 관계에 관하여 설명한다. 도전성 분말을 구성하는 입자는 전술한 이유와 마찬가지로 도전성 입자간의 접촉점을 증대시켜 계면저항을 최소화하기 위하여 형태를 제어하면 도막 특성을 더욱 증대시킬 수 있다. 점접촉을 형성하는 구형의 입자를 도전성 분말로 사용하는 경우, 무기계 바인더와 함께 고온(500℃ 이상)에서 소결하면 입자간의 융착에 의해 전극용으로 사용 가능한 저항치를 구현할 수 있으나, 저온으로 소결하는 경우엔 입자간의 융착이 제한되어 높은 전도성을 구현하기에 한계가 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 플레이크(flake)형 입자를 사용하면 면접촉이 가능하여 전도성을 증대시킬 수 있다. 그러나, 플레이크형 입자는 형태의 특성상 작은 입경으로 제조하기 어려워 미세패턴의 구현이 곤란하다는 또 다른 문제점을 갖는다. 이와 같은 이유로 본 발명은 소정의 평균입도 범위를 갖되 표면에 돌기가 형성되어 있는 구형입자를 도전성 분말로 사용하였다. 표면의 돌기는 입자간의 접촉면적을 증대시켜 기존의 도전성 분말 함량보다 적은 양으로 우수한 전도성을 갖는 저온 경화형 전극 페이스트를 제조하는 것을 가능케 할 수 있다. 또한, 도전성 분말의 함량을 감소시키는 대신 유기물 함량을 증대시켜 저온 경화 조건에서 미세 패턴의 구현이 용이하며, 기재와의 부착력 또한 증대시킬 수 있게 된다. 본 발명의 돌기가 형성되어 있는 도전성 입자는 동일크기의 구형입자와 비교하였을 때, 비표면적이 1.3 m²/g 이상 더 큰 것을 특징으로 한다. 이와 같이 한정한 이유는 상기 수치보다 낮은 조건에서는 입자의 비표면적 증가에 의한 전도성 및 부착성 증대 효과가 미비하기 때문이다.

다음으로 본 발명의 감광성 유기화합물은 아크릴계 수지인 것을 특징으로 할 수 있으며, 폴리에스테르계 수지 및 셀룰로오즈계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지를 더 포함할 수도 있다. 본 발명에서 감광성 유기화합물은 기재에 대한 부착성을 제공함과 동시에 광(특히 UV)에 의해 도전성 입자와 함께3차원 망상구조를 이루며, 도전성 입자간의 접촉점을 증대시켜 도막특성을 구현하는 역할을 수행한다. 또한, 바인더 수지는 페이스트에 소정의 점도를 부여하는 역할도 수행한다. 이의 종류 및 함량에 따라 전도성은 물론 도막의 내화학성, 접착성, 내열성, 안정성이 결정되기 때문에 감광성 유기화합물은 전극 페이스트 조성물에서 중요한 요소 중 하나이다. 본 발명에서 감광성 유기화합물은 전극 페이스트 조성물 전체 중량에 대하여 5 내지 25 wt% 포함하는 것을 특징으로 하며, 더욱 바람직하게 감광성 유기화합물은 5 내지 15 wt%로 포함될 수 있다. 전술한 하한점보다 낮은 함량으로 포함되는 경우, 페이스트를 이용하여 전극 및 전극패턴을 구현할 때, 인쇄효율이 현저히 떨어지며, 상기 상한점보다 높은 함량으로 포함되는 경우, 유기화합물이 도전성 입자를 모두 감싸서, 입자간의 접촉점 형성이 용이하지 못하여 계면저항이 증가할 수 있다. 또한, 본 발명에서는 감광성 유기화합물의 감광 특성을 보다 증대시키고자 광경화제 및 광개시제를 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.

이하 각각에 대하여 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명에서 감광성 유기화합물은 아크릴계 수지를 주요 성분으로 하며, 아크릴계 수지는 단가가 저렴하고 물성의 조절이 용이하다는 이점이 있어 바인더 수지로 널리 사용되는 물질이다. 이의 구체적인 예로는 메틸 아크릴레이트, 에틸 아크릴레이트, n-프로필 아크릴레이트, 이소프로필 아크릴레이트, n-부틸 아크릴레이트, 이차-부틸 아크릴레이트, 이소부틸 아크릴레이트, tert-부틸 아크릴레이트, n-펜틸 아크릴레이트, 알릴 아크릴레이트, 부톡시에틸 아크릴레이트, 부톡시트리에틸렌글리콜 아크릴레이트, 시클로헥실 아크릴레이트, 디시클로펜타닐 아크릴레이트, 디시클로펜테닐 아크릴레이트, 2-에틸헥실 아크릴레이트, 글리세롤 아크릴레이트, 글리시딜 아크릴레이트, 이소보르닐 아크릴레이트, 이소덱실 아크릴레이트, 이소옥틸 아크릴레이트, 라우릴 아크릴레이트, 2-메톡시에틸 아크릴레이트, 메톡시에틸렌글리콜 아크릴레이트, 메톡시디에틸렌글리콜 아크릴레이트, 스테아릴 아크릴레이트, 2-히드록시에틸 아크릴레이트, 2-히드록시프로필 아크릴레이트, 아미노에틸 아크릴레이트로 이루어진 1군으로부터 선택된 1종 이상의 아크릴레이트계 단량체로 이루어진 중합체 또는 공중합체 일 수 있다. 또한, 상기 아크릴레이트계 단량체 내에 포함된 아크릴레이트 일부 또는 전부가 메타크릴레이트로 치환된 메타크릴레이트계 단량체로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 단량체로 이루어진 중합체 또는 공중합체 일 수 있으며, 전술한 아크릴레이트계 단량체 및 메타크릴레이트계 단량체를 공중합하여 제조된 아크릴 수지도 가능할 수 있다. 아울러, 전극을 제조하는데 있어서, 노광 후 현상공정을 포함하는 경우, 주로 산 또는 알칼리 수용액으로 현상함에 따라, 이를 용이하게 하기 위하여 분자 내 수산기 혹은 카르복실기를 갖는 아크릴계 수지를 사용할 수도 있다. 구체적으로, 알칼리 수용액으로 현상하는 경우 광감성 유기화합물은 카르복실기를 갖는 아크릴계 수지인 것이 바람직하며, 이의 구체적인 예로는, 아크릴산, 메타크릴산, 푸마르산, 말레인산, 비닐초산 및 이의 무수물로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 화합물이 전술한 아크릴레이트계 단량체 또는 메타크릴레이트계 단량체와 공중합 반응하여 제조된 중합체일 수 있다. 본 발명에서는 감광성 유기화합물로 아크릴계 수지 이외에 레올로지 및 레벨링 특성을 향상시켜 기판에 균일한 코팅성을 부여하기 위하여 셀룰로오즈계 수지 또는 폴리에스테르계 수지를 혼합할 수도 있다. 셀룰로오즈계 수지로는 메틸 셀룰로오즈, 에틸 셀룰로오즈, n-프로필 셀룰로오즈, 히드록시에틸 셀룰로오즈, 히드록시프로필 셀룰로오즈, 2-히드록시에틸 셀룰로오즈, 히드록시부틸 메틸 셀룰로오즈, 셀룰로오즈 니트레이트, 셀룰로오즈 아세테이트, 셀룰로오즈 트리아세테이트, 카르복시에틸메틸 셀룰로오즈로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질 일 수 있다. 또한, 폴리에스테르계 수지를 혼합하는 경우에는, 감광에 의한 패턴 구현성의 측면에서 폴리에스테르계 수지와 아크릴계 수지의 공중합체를 사용하는 것이 바람직할 수 있으며 구체적으로 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머 수지 일 수 있다.

다음으로, 본 발명의 전극 페이스트는 감광성 유기화합물의 감광특성을 증대시키고 광을 조사함으로써 3차원 망상구조를 형성하는 반응을 촉진하기 위하여 광경화제를 더 포함할 수 있다. 광경화제는 분자 내에 에틸렌계 불포화 결합을 포함하는 아크릴레이트계 단량체 일 수 있으며, 보다 바람직하게는 다관능성 아크릴레이트계 단량체일 수 있다. 이는 아크릴계 수지에 가소성을 부여하는 것을 특징으로 한다. 또한, 아크릴레이트계 단량체는 주로 액상으로 존재하여 희석제로 작용할 수 있으며, 기재에 대하여 접착력 강화 및 페이스트의 점도를 조절하는 하는 것을 용이하게 할 수 있다. 이의 구체적인 예로는, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트, 에틸렌글리콜디 메타아크릴레이트, 트리에틸렌글리콜 디메타아크릴레이트, 1,3-부탄디올 디메타아크릴레이트, 네오펜틸글리콜 디메타아크릴레이트, 1,6-헥산디올 디메타아크릴레이트, 트리메틸롤트리메타아크릴레이트, 트리메틸롤프로판 트리케타아크릴레이트, 펜타에리트리톨 트리메타아크릴레이트, 디트리메틸롤프로판 테트라메타아크릴레이트, 디펜타에리트리톨 헥실메타아크릴레이트가 있다. 아울러, 광경화제는 감광성 유기화합물에 대하여 1내지 10 wt% 로 포함할 수 있으며 이에 한정되지 않으나, 이를 1wt% 미만 첨가할 시에는 광경화제를 첨가함으로써 기대할 수 있는 효과가 미비하며, 이를 10wt% 이상 첨가할 시에는 상대적으로 도전성 분말의 함량이 감소하여 전극의 저항이 증대될 수 있다.

또한, 본 발명의 전극 페이스트는 감광성 유기화합물이 노광에 의해 3차원의 망상구조를 형성하는 반응을 개시하는 광개시제를 더 포함할 수 있다. 광개시제는 광이 조사되면 자유라디칼을 형성하여 바인더 수지 및 광경화제의 분자 구조에 포함된 반응성 불포화기와 반응하여 3차원의 망상구조를 형성하는 반응을 개시한다. 이와 같은 역할을 수행하는 물질로는, 벤조페논류 및 퍼옥사이드류가 있으며, 후술하는 물질로 제한되는 것은 아니지만, 벤조페논, o-벤조일벤조산메틸, 4,4-비스(디메틸아민)벤조페논, 4,4-비스(디에틸아미노) 벤조페논, 2,2-디에톡시아세토페논, 2,2-디메톡시-2-페닐-2-페닐아세토페논, 2-메틸-[4-(메틸티오)페닐]-2-모르폴리노프로 판-1-온, 2-벤질-2-디메틸아미노-1-(4-모르폴리 노-페닐)-1-부타논, 비스(2,6-디메톡시벤조일)-2,4,4-트리메틸펜틸포스핀옥사이드 및 비스(2,4,6-트리메틸벤조일) 페닐포스핀옥사이드를 포함하는 군으로부터 선택된 1종 이상의 광개시제 일 수 있다. 아울러, 광개시제는 감광성 유기화합물에 대하여 1 내지 10wt% 포함하는 것이 바람직할 수 있으나, 이에 한정되지 않음을 명시한다. 다만, 1wt% 미만으로 첨가 할 시에는 이를 첨가함으로써 기대할 수 있는 효과가 미비할 수 있으며, 10wt% 이상을 첨가할 시 상대적으로 도전성 분말의 함량이 감소하기 때문에 저항이 증가하는 문제점이 있을 수 있다.

다음으로, 본 발명의 열경화성 수지에 관하여 상세하게 설명하도록 한다. 본 발명의 열경화성 수지는 아크릴계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지를 포함할 수 있다. 전술한 열경화성 수지를 첨가하면 바인더 수지를 단독으로 사용할 때보다 기판에 대한 부착력을 증대시킬 수 있다. 또한, 열경화성 수지는 도전성 분말을 분산시키는 역할을 수행하고, 소정의 경화 조건하에서 경화하여 도막 특성이 구현될 수 있도록 한다. 또한, 본 발명의 열경화제는 100 내지 190℃의 온도에서 경화되는 것을 특징으로 하며 보다 바람직하게는 140℃ 이하의 온도에서 3차원의 망상구조를 형성하여, 기존의 고온 소결형 전극 페이스트에 비하여 공정에 있어서 에너지비용 및 제조시간을 단축시킬 수 있는 이점을 갖는다. 전술한 열경화성 수지 중 물성조절의 용이성 및 경제적인 측면을 고려했을 때, 아크릴계 수지 및 에폭시계 수지를 사용하는 것이 바람직할 수 있으나, 내약품성과 경도가 우수하고 경화속도가 빠른 에폭시계 수지를 사용하는 것이 더 바람직할 수 있다. 다만, 에폭시계 수지는 단단하여 깨지기 쉬운 성질을 보유함에 따라, 신축성을 필요로 하는 경우 우레탄계 수지를 사용하는 것이 바람직할 수 있다. 또한, 열경화성 수지는 전극 페이스트 전체 중량에 대하여 5 내지 25 wt%, 더 바람직하게는 5 내지 15 wt% 포함되는 것을 특징으로 할 수 있다. 그 함량이 5 wt% 미만이면 경화 정도가 미비하여 전도성 입자간의 접촉점을 형성할 수 없고, 25 wt%를 초과하면 유기물이 전도성 입자를 모두 감싸 전도성 입자간의 접촉점이 충분하지 못해 저항이 증가할 수 있다. 또한, 열경화성 수지는 감광성 유기화합물보다 적게 포함되는 것이 바람직할 수 있다. 이와 같은 이유는, 열경화성 수지는 열처리 이후 도막에 잔존할 수 있는 확률이 열가소성인 감광성 유기화합물에 비해 높기 때문이다. 따라서, 도전성 입자의 바인더로 감광성 유기화합물 및 열경화성 수지를 포함할 수 있으나, 고전도성 도막을 구현하기 위해서는 열경화성 수지의 함량이 감광성 유기화합물의 함량을 초과하지 않도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명의 전극 페이스트는 열경화 효율을 증대시키기 위하여 열경화제를 더 포함할 수 있다. 열경화제는 열경화성 수지에 다리결합을 일으켜 3차원의 망상구조를 형성하는 역할을 수행한다. 이의 구체적인 예로는, 디시안디아미드(dicyandiamide), 디에틸 아미노 프로필아민(Diethylene amino propylamine)등이 포함될 수 있다. 열경화제는 전술한 물질로 한정되지 않으며, 본 발명의 전극 제조공정에서 한정하는 온도범위에서 열경화성 수지의 경화를 촉진할 수 있는 경화제이면 어느 것이든 가능할 수 있다. 본 발명에서는 열처리 온도를 90 내지 190℃의 범위로 한정하였는데, 상기 하한점 이하의 온도에서 경화가 일어나면 보관안정성이 떨어지기 때문이며, 상한점을 초과하는 온도에서 전극을 제조하는 경우 에너지비용이 증가하여 제조단가가 상승하고 기판의 선택성이 제한될 수 있기 때문이다.

또한, 본 발명의 전도성 페이스트는 UV 흡수제, 레올로지 조절제, 분산제, 안정제 및 소포제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 포함할 수 있다. 이하에서 각각의 물질에 관하여 상세하게 설명한다.

먼저, UV 흡수제는 노광 시 광산란을 억제하여 필요로 하지 않는 부분까지 경화되는 현상을 최소화하여 고해상도 패턴을 구현할 수 있도록 한다. 또한, 분산제와 안정제는 도전성 입자의 표면 에너지를 약화시켜 응집을 방지하며, 페이스트 내에 고르게 분산시키기 위하여 첨가되는 것으로 계면활성제가 전술한 역할을 수행할 수 있다. 다음으로 레올로지 조절제는 페이스트의 레벨링을 증대시킬 수 있는 첨가제로, 인쇄에서 레올로지 및 레벨링 특성은 매우 중요한 요소이다. 레올로지 특성이 좋지 못한 페이스트를 사용하여 전극을 제조하면, 오렌지 필, 메쉬 자국, 핀홀 등 도막에 생기는 몇 가지 결함이 증가하여 전도성의 저하를 초래한다. 따라서, 전극 페이스트를 제조할 때 결함을 최소화하기 위하여 레올로지 조절제를 포함하는 것이 바람직하다. 또한, 본 발명의 소포제는 페이스트에 존재하는 기포를 억제하는 첨가제로, 페이스트를 사용하여 전극형성 및 패턴을 구현할 때 기포가 존재하면 전극면에 홀을 발생시키고, 전극표면의 불규칙하게 하여 전극의 단선 및 단락을 유발하는 원인이 될 수 있기 때문에 소정의 소포제를 첨가하는 것이 전극의 성능을 증대시키는 측면에서 바람직할 수 있다. 아울러 전술한 첨가제는 전극 페이스트의 전체 중량을 기준으로 0.1 내지 10 wt%의 범위인 것이 바람직하다. 첨가제 함량 0.1 wt% 미만인 경우에는 첨가제를 혼입함으로써 구현될 수 있는 효과가 미비하며, 10 wt%를 초과하는 경우에는 전극 페이스트 내의 유기물 함량이 증가하여 도막 특성이 저하될 수 있기 때문이다.

아울러, 본 발명의 전극 페이스트는 바인더를 희석하고 도전성 분말의 보다 균일한 분산을 위하여 용제를 포함할 수 있으며, 용제는 α- 또는 β-테르피네올(terpineol), N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone), 부틸 셀로솔브(butyl cellosolve), 에틸렌글리콜모노부틸 에테르 아세테이트(Ethyleneglycol monobutyl ether acetate), 에틸 카비톨(Ethyl carbitol), 에틸 카비톨 아세테이트(Ethyl cabitolacetate), 부틸 카비톨(Butyl cabitol), 에톡시에틸 아세테이트(Ethoxyethyl acetate), 에틸 셀로솔브(Ethylcellosolve), 에틸 셀로솔브 아세테이트(ethyl cellosolve acetate), 부틸 아세테이트 (Butyl acetate), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르(Propylene glycol monomethyl ether), 프로필렌글리콜 모노메틸에테르 아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate), 감마-부티로락톤(γ-butyrolactone), 메틸에틸케톤(methylethyl ketone), 디프로필렌글라이콜페틸에테르(dipropylene glycol methyl ether) 으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질일 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않으며, 용질에 대하여 비반응성이며 희석제로서 작용할 수 있는 것이면 어느 것이든 가능할 수 있다. 다만, 신속한 건조가 가능하되 휘발성이 너무 크지 않은 것이 바람직하다. 이는 휘발성이 너무 크면 상기 페이스트를 사용하여 도막을 형성하기 이전에 용제가 휘발되어 페이스트의 점도가 급격하게 상승할 수 있고, 전극 페이스트를 이용한 전극형성 시 용제가 휘발하며 도막특성을 불균일하게 할 수 있기 때문이다. 또한, 용제의 말단이 알킬기나 아세테이트기로 치환되는 경우에는 용제의 침투성이 과도하게 증가하여, 실리콘 소재의 기판 및 부품에 침투할 가능성이 있으며, 이에 의해 기판의 변질 및 부품의 내구성을 저하시킬 수 있으므로 용제의 침투성 또한 고려되어야 한다. 용제의 함량은 조성물의 종류 및 함량, 목적하는 점도에 따라서 달라질 수 있으며, 범용적으로 페이스트 총 중량에 대하여 5 내지 20 wt% 포함할 수 있다.

다음으로, 페이스트의 점도에 관하여 설명하도록 한다. 페이스트를 이용하여 전극을 구현하는데 있어서 점도는 중요한 요소이다. 전극 페이스트의 경우 전단응력에 따라서 점도가 변하는 성질을 나타내며, 이는 후술하는 페이스트를 기판에 인쇄하는 단계 및 패턴 형성 단계에서 매우 중요한 역할을 한다. 점도가 너무 낮은 페이스트를 이용하는 경우에는, 페이스트의 유동성 및 퍼짐성이 커서 소정의 두께로 도포하는 것이 어렵고, 패턴이 퍼지는 성질 때문에 좁은 선폭을 구현하기 곤란하다는 문제점이 있다. 또한, 너무 높은 점도의 페이스트를 사용하면 반대로 페이스트의 유동성 및 퍼짐성이 너무 낮아 페이스트를 기판에 도포하기 곤란하다는 문제점을 나타낸다. 따라서, 페이스트를 기판에 도포하는 방법 및 구현하고자 하는 패턴의 선폭에 따라 소정의 점도를 갖도록 조성물의 함량을 조절하여 페이스트를 제조함과 동시에 온도 및 전단응력에 따라 유동적인 점도의 특성을 고려하여 전극을 형성하여야 한다. 또한, 도전성 입자의 측면에서, 도전성 입자의 크기가 작고 표면적이 클수록 입자간의 입력이 증대되어 점도가 증가할 수 있기 때문에 도전성 입자의 크기 및 형태도 고려되어야 한다.

이에 나아가 본 발명은 저온 경화형 감광성 전극 페이스트를 이용한 전극을 제조하는 방법을 제공한다. 전극의 제조방법은 i) 기판을 준비하는 단계, ii) 기판에 전극 페이스트를 도포하는 단계, iii) 도포된 전극 페이스트를 건조하여 도막을 형성하는 단계, iv) 건조된 도막을 노광하는 단계, v) 노광된 도막을 열처리하여 전극을 형성하는 단계를 주요 제조단계로 하며, 이러한 단계를 통하여 제조된 전극의 체적저항은 100 μΩ·cm 이하인 것을 특징으로 할 수 있다.

이하, 각 단계별로 상세하게 설명하도록 한다. 먼저, 기판을 제조하는 단계에서 기판은 유기계 소재 및 무기계 소재 기판 중 어느 것이든 사용할 수 있다. 기존의 고온 소결형 페이스트와 달리 본 발명의 페이스트는 100 내지 190℃, 보다 바람직하게는 100 내지 150℃ 이하의 조건에서 우수한 도막특성을 구현할 수 있음에 따라, 전술한 온도 범위에서 변형이 야기되지 않으며, 본 발명의 바인더 수지와 점착성이 있는 기판이면 어느 것이든 가능할 수 있다. 예를들어 기판은 기존에 범용적으로 사용되는 유리기판 일 수 있고, 유연성이 확보된 PET, PEN, 폴리이미드 기판을 포함하는 플라스틱 기판일 수 있다. 또한, 페이스트에 대한 점착성을 증대시키고 코팅의 유용성을 위하여 표면처리 된 플라스틱 기판을 사용할 수 도 있다. 플라스틱 기판을 채택하는 경우, 유연성뿐만 아니라 경량화가 가능하고 박막화가 가능하다는 이점을 갖게 된다.

다음으로, 본 발명의 ii) 단계는 기판에 페이스트를 도포하는 단계로, 제조비용이 낮고 대량생산이 용이한 스크린 인쇄법을 통하여 페이스트를 도포할 수 있다. 또한, 스핀코팅, 블레이드 코팅, 분사코팅, 슬롯다이 코팅, 잉크젯 코팅과 같은 기법이 있으며, 페이스트의 도포와 패턴의 형성을 동시에 수행할 수 있는 그라비아 인쇄법, 옵셋 인쇄법, 그라이아 옵셋 인쇄법을 이용할 수도 있다. 스크린 인쇄법으로 기판에 한번 도포하여 범용적인 막 두께(10 내지 20㎛)를 얻기 위하여 페이스트의 점도는 50 내지 200 Pa·s인 것이 바람직하며, 블레이드 코팅법 또는 슬롯다이 코팅법을 이용하는 경우에는 보다 작은 2 내지 20 Pa·s 인 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 전술한 조건으로 한정되는 것이 아니며, 이는 페이스트의 조성물과 함량, 도포방법 및 도포에 이용하는 장치의 스펙에 따라서 얼마든지 변형하여 실시할 수 있음을 명시한다.

다음으로, 본 발명의 iii) 단계는 도포된 전극 페이스트에 포함된 용제를 휘발시켜 도막을 형성하는 단계로, 건조공정은 범용적으로 가열로에서 진행되며, 90℃ 이하의 온도에서 5 내지 10분 동안 수행될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 iv) 단계는 건조된 도막을 노광하는 단계로, iv) 단계 이전에 포토마스크를 소부하는 공정을 더 포함할 수 있다. 또한, 포토마스크를 소부하는 공정을 포함하는 경우, iv) 단계 이후에는 현상액을 이용하여 노광되지 않은 영역을 제거하는 현상단계를 포함하며, 이러한 공정을 더 포함하면, v) 단계에서 형성되는 전극에는 소정의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 할 수 있다. 아울러, 패턴이 형성된 전극은 디스플레이 전극, 터치 패널 등에 적용할 수 있으며, 패턴이 형성되지 않은 전극은 에너지 저장장치의 전극으로 이용될 수 있다.

다음으로, 본 발명의 v) 단계는 노광 된 도막을 열처리하여 도전성 입자간의 접촉점을 증대시키는 단계로, 100 내지 190℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 할 수 있다.

도3에 본 발명에 따른 제조방법으로 제조된 전극의 모식도를 기재하였다. 이를 참조하면, 본 발명에 따라 제조된 전극(100)은 기판(10)의 일면에 본 발명에 따른 전극 페이스트를 도포하고 경화시켜 형성된 박막이 마련되어 있으며, 박막은 전도성입자(20)와 감광성수지 및 열경화성 수지를 포함하는 고분자수지(30)로 구성된다.

아울러, 전술한 제조방법에 의해 제조된 전극은, 페이스트 총 중량에 대하여 도전성 입자의 함량이 70wt% 이하이고, 140℃ 이하의 저온에서 경화되었음에도 도막과 기재간의 우수한 부착력을 나타낼 수 있으며, 100 μΩ·cm 이하의 높은 체적저항을 발현하며, 20㎛ 이하의 미세패턴을 구현할 수 있는 것을 특징으로 한다. 이와 관련하여 실시예 및 비교예를 통해 후술하기로 한다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 상세하게 설명한다.

[실시예1]

도전성 분말로 은 분말 65wt%를, 감광성 수지로 10wt%의 레진1(불포화결합을 포함하는 아크릴계 수지, Mw: 33000), 열경화성 수지로 10 wt%의 레진3(에폭시 아크릴레이트, Mw: 15000)를 디프로필렌글라이 콜페틸에테르(dipropylene glycol methyl ether)에 혼합하여 교반한 뒤 페이스트를 제조한다. 이를 폴리에스터 305 mesh 스크린을 이용하여 유리기판에 인쇄하고, 80℃의 온도로 10 분간 가열 건조하여 도막을 형성한다. 다음, 20㎛의 선폭을 구현할 수 있는 포토마스크를 사용하여 노광을 수행하였고, 이때, 노광 수준은 300mJ/cm²였다. 다음으로 상온 하에서 Na₂CO₃ 수용액을 이용하여 15초간 현상하여 경화가 이루어지지 않은 영역을 제거한다. 다음, 140℃에서 6분간 열처리하여 기판 위에 전극을 제조하였다.

이때, 은 분말의 입자는 표면에 돌기가 형성되어 있는 구형입자이며, 이의 형상은 도1에 나타낸 SEM 사진을 참조하고, 은 입자의 평균입도는 0.8㎛인 것을 사용하였다.

또한, 부착력을 평가하는데 이용하기 위하여, 포토마스크를 사용하지 않고 노광하고, 현상하는 단계를 생략한 것을 제외하고 동일한 조건으로 패턴이 형성되지 않은 전극을 제조하였다.

[실시예2]

열경화성 수지로 레진4(우레탄 아크릴레이트 Mw: 20000)를 이용한 것을 제외하고 동일한 조건으로 전극을 제조하였다.

[실시예3]

감광성 수지로 레진2(아크릴계 수지, Mw: 20000)을 이용한 것을 제외하고 동일한 조건으로 은 페이스트를 제조하였다.

[비교예1]

표면에 돌기가 형성되어 있지 않으며, 평균입도가 0.3㎛인 구형의 은 입자를 도전성 분말로 사용한 것을 제외하고 실시예1과 동일한 조건으로 전극을 제조하였다. 은 입자의 형상은 도4(a)에 나타낸 SEM 사진을 참고한다.

[비교예2]

평균입도가 0.5㎛인 구형의 은 입자를 도전성 분말로 사용한 것을 제외하고 실시예1과 동일한 조건으로 전극을 제조하였다. 은 입자의 형상은 도4(b)에 나타낸 SEM 사진을 참고한다.

[비교예3]

평균입도가 1.0㎛인 구형의 은 입자를 도전성 분말로 사용한 것을 제외하고 실시예1과 동일한 조건으로 전극을 제조하였다. 은 입자의 형상은 도4(c)에 나타낸 SEM 사진을 참고한다.

[실험예1]

실시예 1 내지 실시예3 및 비교예 1 내지 비교예3 의 전도성을 평가하기 위하여 면저항기(4-point probe)를 이용하여 전극의 저항을 측정하고 표1에 체적저항으로 나타내었다.

또한, 실시예1 내지 실시예3 및 비교예 1 내지 비교예3의 부착력을 평가하기 위하여, 패턴이 형성되어 있지 않은 전극에 1mm 간격으로 가로 및 세로로 10선을 그어 크로스컷을 형성한 이후에 점착테이프를 붙였다 벗겼을 때 박리된 크로스컷의 개수로 부착력을 평가하였고, 이의 결과를 표1에 나타내었다. (하: 20개 이상 박리, 중: 10개 이내 박리, 상: 박리 없음)

또한, 실시예1 내지 3 및 비교예 1 내지 3의 인쇄적성을 확인하기 위하여 목적하는 선폭(20㎛)이 구현되었는지 3차원 현미경 측정을 수행하였다. (구현됨: O, 구현되지 않음: X)

	실시예1	실시예2	실시예3	비교예1	비교예2	비교예3
은 입자의 형상	A	A	A	B	C	D
은 입자의 평균입경[㎛]	0.8	0.8	0.8	0.3	0.5	1.0
체적저항[μΩ·cm]	51	70	65	74000	7460	10460
부착력	상	상	상	중	상	상
미세패턴구현	O	O	O	O	O	O

A: 표면에 돌기가 형성되어 있는 구형의 은 입자

B, C, D: 표면에 돌기가 형성되어 있지 않은 구형의 은 입자

표1을 참조하면, 실시예1 내지 실시예3은 100 μΩ·cm 이하의 체적저항을 나타내는 것을 확인할 수 있다. 전술하였듯이 도전성 입자의 평균크기는 0.5 내지 2 ㎛ 범위에서 크기가 작을수록 도전성 입자간의 접촉면적이 증대되어 계면저항이 감소하는 것으로 알려져 있으나, 본 실험예1에서는 실시예 1 내지 3에 사용된 은 입자의 크기가 더 큼에도 불구하고 비교예2 보다 작은 체적저항을 갖는 것을 알 수 있다. 이는 실시예 1 내지 3에 사용된 은 입자의 표면에 형성된 돌기에 의해 은 입자간의 접촉면이 크게 증대되어 계면저항이 감소한 것으로 볼 수 있다. 또한, 본 실시예1 내지 3의 체적저항 차이는 사용된 감광성 수지 및 열경화성 수지의 종류가 달라서 기인한 것으로 볼 수 있으며, 상이한 조성의 수지를 적용하여도 본 발명이 목표로 하는 체적저항이 구현된 것을 확인하였다.

아울러, 기재와의 부착력을 평가한 결과에서 실시예 1 내지 3, 비교예 2 내지 3은 우수한 부착력을 나타내었으며, 비교예1은 실시예1과 동일한 바인더를 동일한 함량으로 포함하였음에도 부착력이 다소 떨어지는 것을 확인 할 수 하였다. 은 분말의 형상에 기인하며, 비표면적이 큰 본 발명의 은 입자가 감광성 수지 및 열경화성 수지와 더욱 견고하게 결합하여 우수한 부착력을 나타낼 수 있는 것으로 볼 수 있다.

[실시예4]

은 분말을 55 wt% 첨가한 것을 제외하고 실시예1과 동일한 조건으로 전극을 제조하였다.

[비교예4]

은 분말을 40 wt% 첨가한 것을 제외하고 실시예1과 동일한 조건으로 전극을 제조하였다.

[비교예5]

은 분말을 85 wt% 첨가한 것을 제외하고 실시예1과 동일한 조건으로 전극을 제조하였다.

[실험예2]

은 분말의 함량에 따른 전도성 및 부착력을 알아보기 위하여 실시예1, 실시예4 및 비교예4 내지 5을 실험예1과 동일한 방법으로 저항측정 및 부착력 평가를 수행하였으며, 이의 결과를 표2에 나타내었다.

	비교예4	실시예4	실시예1	비교예5
은 함량[wt%]	40	55	65	85
체적저항[μΩ·cm]	92500	98	51	276
부착력	상	상	상	하

표2를 참조하면, 은 함량이 40wt% 일 때는 도막 특성을 결정하는 주요 성분 함량이 적어, 체적저항이 가장 크며, 이는 도막 특성을 결정하는 성분의 함량이 적어서 가장 높은 체적저항을 갖는 것으로 확인되었다. 그러나, 함량이 증가함에 따라 체적저항이 감소하다가 85wt% 이상인 경우에는 체적저항이 다시 증가하는 경향을 나타냈다. 이는 은 함량의 증가에 의해 상대적으로 감광성 수지 및 열경화성 수지의 함량이 감소하였기 때문이다. 감광성 수지 및 열경화성 수지는 전술하였듯이 도전성 분말을 고르게 분산시킬 수 있는 매질이 되는데 이의 함량이 부족하면 입자간의 응집력이 커지면 형성된 전극면의 균일성이 저하되어 도막특성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 수지는 광 및 열에 의해 3차원 망상구조를 형성하면서 도전성 입자를 융착시킬 수 있는데, 이의 함량이 부족하여 은 입자간의 융착 정도가 저하되면, 계면저항이 증가하여 도막특성이 저하된 것으로 판단된다. 따라서, 본 발명은 전극 페이스트 내의 도전성 분말의 함량을 50 내지 70 wt%로 한정하였다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 전극
10: 기판
20: 전도성입자
30: 고분자수지

Claims

저온 경화형 감광성 전극 페이스트에 있어서,
도전성 분말 50 내지 70wt%;
감광성 유기화합물 5 내지 25wt%;
열경화성 수지 내지 5 내지 25wt%;
를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 도전성 분말의 입자는 표면에 돌기가 형성되어 있고, 상기 돌기는 도전성 분말의 성분과 동일한 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 2항에 있어서,
상기 도전성 분말의 입자는 동일크기의 입자와 비교하였을 때, 비표면적이 1.3 m²/g 이상 더 큰 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 도전성 분말의 입자는 구형 또는 플래이크(flake)형 인 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 도전성 분말의 입자는 평균입경이 0.1 내지 10㎛ 인 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 도전성 분말은, Ag, Au, Cu, Pt, Sn, Ni, Al, W, Mo, Sb, Cr, Pb, Ti로 이루어진 군으로부터 선택된 1종의 금속 또는 2종을 포함하는 혼합물 또는 이들의 합금인 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 감광성 유기화합물은 아크릴계 수지인 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 7항에 있어서,
상기 감광성 유기화합물은 폴리에스테르계 수지 및 셀룰로오즈계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 감광성 유기화합물은 광경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 9항에 있어서,
상기 광경화제는 다관능성 아크릴레이트계 단량체인 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 열경화성 수지는 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 아크릴계 수지 및 페놀계 수지로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 수지를 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 전극 페이스트는 광개시제 및 열경화제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 있어서,
상기 전극 페이스트는 UV 흡수제, 레올로지 조절제, 분산제, 안정제, 소포제, 습윤제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 물질을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저온 경화형 감광성 전극 페이스트.
제 1항에 따른 저온 경화형 감광성 전극 페이스트를 이용한 전극의 제조방법에 있어서,
i) 기판을 준비하는 단계;
ii) 상기 기판에 상기 전극 페이스트를 도포하는 단계;
iii) 도포된 전극 페이스트를 건조하여 도막을 형성하는 단계;
iv) 건조된 도막을 노광하는 단계;
v) 도막을 열처리하여 전극을 형성하는 단계; 를 포함하여 이루어지되,
상기 전극의 체적저항은 0 초과, 100 μΩ·cm 이하인 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
제 14항에 있어서,
상기 iv) 단계 이전에 포토마스크를 소부하고, 상기 iv) 단계 이후에 현상하는 단계를 더 포함하면, 상기 v) 단계에서 형성되는 전극에는 소정의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
제 14항에 있어서,
상기 v) 단계는 100 내지 190℃의 온도로 열처리하는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
제 14항에 있어서,
상기 ii) 단계에서 페이스트는 스크린 인쇄법, 롤투롤 인쇄법, 스핀코팅, 블래이드코팅, 분사코팅, 슬롯다이코팅, 잉크젯코팅, 중 어느 하나의 방법을 이용하여 기판에 도포되는 것을 특징으로 하는 전극의 제조방법.
제 1항에 따른 저온 경화형 감광성 전극 페이스트를 이용하여 제조되는 터치패널.