KR20170019158A - 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시 예는 구리 나노 입자가 포함된 구리 나노 잉크를 사용하여 얇은 기판에 구리전극배선을 인쇄하고 저온에서 소결하여 적층형의 디지타이저를 제조하는 방법과 이에 의한 적층형 디지타이저를 제공한다. 본 발명의 실시 예에 따른 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법은, 고분자 수지로 형성되는 바인더와 구리 나노 입자를 용매와 혼합하여 잉크를 제조하는 단계, 잉크를 이용하여, 기판의 일면에 Y축구리전극배선을 인쇄하는 단계, 인쇄된 Y축구리전극배선을 저온 소결하는 단계, 저온 소결된 Y축구리전극배선 상에 제1절연층을 인쇄하는 단계, 인쇄된 제1절연층을 경화하는 단계, 잉크를 이용하여, 제1절연층 상에 X축구리전극배선을 인쇄하는 단계, 인쇄된 X축구리전극배선을 저온 소결하는 단계 및 저온 소결된 X축구리전극배선 상에 제2절연층을 인쇄하는 단계를 포함한다.

Description

저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 및 이의 제조방법{A stacking type digitizer using copper-nano-ink for low temperature sintering and a method for manufacturing the same}

본 발명은 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구리 나노 입자가 포함된 구리 나노 잉크를 사용하여 얇은 기판에 구리전극배선을 인쇄하고 저온에서 소결하여 적층형의 디지타이저를 제조하는 방법과 이에 의한 적층형 디지타이저에 관한 것이다.

최근 디지타이저 기능을 탑재한 휴대 단말기기 및 표시장치가 주목받고 있으며, 디지타이저 기능은 스마트폰, 태블릿과 같은 소형 휴대 단말기기, 대형 디스플레이의 표시장치 등에 적용될 수 있다.

이러한 디지타이저 기능을 탑재한 표시장치는, 전자펜을 이용하여 필기 메모가 가능하고, 그림을 그릴 수 있으며, 이미지나 사진 편집이 가능하다.

전자펜 끝이 터치스크린에 근접하면, 전자기 유도현상이 일어나면서 패널 하측에 배치된 디지타이저 패널에 전자기장의 변형이 발생하여, 센서를 통해 전자펜의 움직임을 해석하고 있다.

디지타이저는 Y축 배선층, 절연층, X축 배선층으로 구성되며, 실버, 구리 등의 도전성 잉크 및 페이스트로 직접 인쇄를 통해 배선을 형성하게 된다.

대한민국 등록특허 제10-0329576호(발명의 명칭: 터치 패널과 이의 제조방법, 이하 종래기술1이라 한다.)에서는, 투명한 폴리머 소재로 된 하부 기판을 준비하고, 하부 기판상에 패턴화된 제2투명도전막을 형성하고, 하부 기판상에 복수개의 도트 스페이서를 형성하고, 제2투명도전막과 통전가능한 도전성의 하부 전극을 형성하고, 형성된 하부 전극을 건조하고, 하부 기판을 각각 단위별로 절단하며, 제2투명도전막과 도트 스페이서를 형성하는 단계에서는, 상기 제2투명도전막을 전면 도포하고, 상기 하부 기판상에 패턴화될 제2투명도전막으로부터 제거될 부분과, 도트 스페이서가 형성될 부분과 상응하는 형상을 가지는 마스크를 올려놓고 유전체층을 인쇄하고, 이를 건조하는 단계를 포함하는 터치 패널과 이의 제조 방법이 개시되어 있다.

상기 종래기술1은, 진공증착이나 노광공정을 바탕으로 한 복잡한 FPCB제조공정으로 제작되어, 제조 설비에 대한 투자비용이 증대한다는 제1문제점을 갖는다.

또한 상기 종래기술1은, 회로를 인쇄하는 소재로 은 페이스트(Ag paste)를 사용하여 제조 비용이 높게 형성된다는 제2문제점을 갖는다.

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.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, ⅰ) 고분자 수지로 형성되는 바인더와 구리 나노 입자를 용매와 혼합하여 잉크를 제조하는 단계, ⅱ) 상기 잉크를 이용하여, 기판의 일면에 Y축구리전극배선을 인쇄하는 단계, ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 인쇄된 상기 Y축구리전극배선을 저온 소결하는 단계, ⅳ) 상기 ⅲ)단계에서 저온 소결된 상기 Y축구리전극배선 상에 제1절연층을 인쇄하는 단계, ⅴ) 상기 ⅳ)단계에서 인쇄된 상기 제1절연층을 경화하는 단계, ⅵ) 상기 잉크를 이용하여, 상기 제1절연층 상에 X축구리전극배선을 인쇄하는 단계, ⅶ) 상기 ⅵ)단계에서 인쇄된 상기 X축구리전극배선을 저온 소결하는 단계 및 ⅷ) 상기 ⅶ)단계에서 저온 소결된 상기 X축구리전극배선 상에 제2절연층을 인쇄하는 단계를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법을 제공한다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅱ)단계 또는 상기 ⅵ)단계는, 그라비아 옵셋 인쇄를 통해 수행될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅰ)단계는, 상기 용매 10 내지 30중량%, 상기 구리 나노 입자 60 내지 80중량% 및 상기 바인더 1 내지 10중량%를 혼합하여 상기 잉크를 제조해서 수행될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅰ)단계의 상기 용매는, 알코올계 용매, 글리콜계 용매 및 아세테이트계 용매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅰ)단계의 상기 용매는, 알코올계 용매와 아세테이트계 용매를 1:2 내지 1:4 비율로 혼합하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅰ)단계의 상기 바인더는, 아크릴계 및 우레탄계로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅰ)단계의 상기 바인더는, 우레탄 1 내지 3중량%와 아크릴 5 내지 7 중량%를 혼합하여 이루어질 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅱ)단계의 상기 기판은, 폴리이미드로 제조될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅲ)단계의 상기 Y축구리전극배선과 상기 ⅶ)단계의 상기 X축구리전극배선은, 100 내지 300℃의 온도에서 소결될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅲ)단계의 상기 Y축구리전극배선과 상기 ⅶ)단계의 X축구리전극배선은, 10℃/min 내지 150℃/min의 승온 속도로 고속 가열되어 소결 온도에 도달할 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅳ)단계의 상기 제1절연층 또는 상기 ⅷ) 단계의 상기 제2절연층은, 경화형 절연 페이스트로 형성될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅳ)단계에서 인쇄되는 상기 제1절연층은, 상기 Y축구리전극배선과 상기 X축구리전극배선을 통전시켜줄 수 있는 비아홀이 구비될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅴ)단계의 상기 제1절연층과 상기 ⅷ) 단계의 상기 제2절연층은, 자외선으로 경화될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅰ)단계는, 상기 잉크에 카르복시산 또는 환원제를 추가로 혼합하여 수행될 수 있다.

본 발명의 실시 예에 있어서, 상기 ⅰ)단계와 상기 ⅱ)단계 사이에, 구리 나노 입자를 혼련하는 단계가 더 포함될 수 있다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시 예는, 폴리이미드 소재로 형성되는 기판, 고분자 수지로 형성되는 바인더와 구리 나노 입자를 용매와 혼합하여 제조된 잉크로 상기 기판의 일면에 그라비아 옵셋 인쇄법으로 형성 후 저온 소결되는 Y축구리전극배선, 상기 Y축구리전극배선 상에 경화형 절연 페이스트로 인쇄하여 형성되는 제1절연층, 상기 잉크로 상기 제1절연층 상에 그라비아 옵셋 인쇄법으로 형성 후 저온 소결되는 X축구리전극배선, 상기 X축구리전극배선 상에 자외선(UV) 경화형 절연 페이스트로 인쇄하여 형성되는 제2절연층을 포함하여 이루어지고, 상기 제1절연층에는 상기 Y축구리전극배선과 상기 X축구리전극배선을 통전시키기 위한 비아홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저를 제공한다.

본 발명은, 구리 나노 잉크로 인쇄하는 롤-투-롤(Roll-To-Roll)공정으로 디지타이저를 대량 생산할 수 있다는 제1효과를 갖는다.

또한 본 발명은, 은 페이스트(Ag paste)로 전극을 형성하던 기존의 방식을 구리로 대체하여 제조 비용이 절감된다는 제2효과를 갖는다.

그리고 본 발명은, 구리 나노 잉크로 형성된 전극배선을 저온에서 소결하는 것이 가능하여, 얇고 유연한 성질의 합성수지 소재를 기반으로 디지타이저를 제작할 수 있다는 제3효과를 갖는다.

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

도1은 본 발명인 적층형 디지타이저 제조방법의 공정 모식도이다.
도2는 본 발명인 적층형 디지타이저 제조방법의 흐름도이다.
도3은 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 디지타이저의 단면도이다.
도4는 본 발명의 실시 예에 따라 Y축구리전극배선이 기판에 인쇄된 사진이다.
도5는 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 디지타이저의 사진이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시 예로 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 실시 예를 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.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.

도1은 본 발명인 적층형 디지타이저 제조방법의 공정 모식도이고, 도2는 본 발명인 적층형 디지타이저 제조방법의 흐름도이다. (도1에서 미세한 크기인 비아홀(310)은 생략되어 있다.)

도2에서 보는 바와 같이, 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법은, 고분자 수지로 형성되는 바인더와 구리 나노 입자를 용매와 혼합하여 잉크를 제조하는 단계(S10), 잉크를 이용하여, 기판(100)의 일면에 Y축구리전극배선(200)을 인쇄하는 단계(S20), ⅱ)단계에서 인쇄된 Y축구리전극배선(200)을 저온 소결하는 단계(S30), ⅲ)단계에서 저온 소결된 Y축구리전극배선(200) 상에 제1절연층(300)을 인쇄하는 단계(S40), ⅳ)단계에서 인쇄된 제1절연층(300)을 경화하는 단계(S50), 잉크를 이용하여, 제1절연층(300) 상에 X축구리전극배선(400)을 인쇄하는 단계(S60), ⅵ)단계에서 인쇄된 X축구리전극배선(400)을 저온 소결하는 단계(S70) 및 ⅶ)단계에서 저온 소결된 X축구리전극배선(400) 상에 제2절연층(500)을 인쇄하는 단계(S80)를 포함하여 이루어질 수 있다.

이하 본 발명인 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법에 대해 설명하기로 한다.

첫째, 고분자 수지로 형성되는 바인더와 구리 나노 입자를 용매와 혼합하여 잉크를 제조할 수 있다.(S10)

(첫째 단계(S10)에서 생성된 잉크는 이하 "구리 나노 잉크"라고 한다.)

여기서, 구리 나노 입자는 구리포메이트-아민 콤플렉스를 열분해하여 제조될 수 있다. 열분해를 통해 제조되는 구리 나노 입자는 기존의 액상법으로 제조되는 구리 나노 입자에 비하여 입도분포가 작고, 입자 크기가 작다. 그리고 이를 이용하여 구리 나노 잉크를 제조하였을 경우, 저온 소결 조건에서 더욱 치밀한 구리전극배선을 형성할 수 있다는 이점이 있다.

구리 나노 입자의 평균입경은 50 내지 150nm일 수 있으며, 바람직하게 평균입경은 80 내지 120 nm일 수 있다. 구리 나노 입자의 크기가 50nm 미만일 경우, 구리 나노 입자간의 응집력이 증대되어 구리 나노 잉크 내에 균일하게 분산시키기 곤란할 수 있으며, 표면적이 과도하게 증대되면 구리 나노 입자의 산화안정성이 저하되어 고전도성 구리전극배선을 형성하기 어려울 수 있다.

또한, 구리 나노 입자의 크기가 150nm를 초과하게 되면, 저온 소결 조건에서 구리 나노 입자간의 접촉계면이 충분히 확보되지 못하여 구리전극배선의 결함이 증대되어 전도성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.

첫째 단계(S10)는, 용매 10 내지 30중량%, 구리 나노 입자 60 내지 80중량% 및 바인더 1 내지 10중량%를 혼합하여 잉크를 제조해서 수행될 수 있다.

또한, 첫째 단계(S10)의 용매는, 알코올계 용매, 글리콜계 용매 및 아세테이트계 용매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

그리고, 첫째 단계(S10)의 용매는, 알코올계 용매와 아세테이트계 용배를 1:2 내지 1:4 비율로 혼합하여 이루어질 수 있다.

첫째 단계(S10)의 바인더는, 아크릴계 및 우레탄계로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어질 수 있다.

또한, 첫째 단계(S10)의 바인더는, 우레탄 1 내지 3중량%와 아크릴 5 내지 7 중량%를 혼합하여 이루어질 수 있다.

구리 나노 입자는 전도성인 구리 나노 잉크에 전도성을 부여하는 금속 필러로, 이의 함량이 60wt% 미만일 경우, 금속 입자의 부족으로 목적하는 전기전도성을 구현하기 곤란할 수 있다. 그리고 구리 나노 입자의 함량이 80wt%를 초과하게 되면 점도가 과도하게 증가하여 인쇄공정이 곤란할 수 있으며, 상대적으로 유기물의 함량이 감소하면서 기재에 대한 부착성이 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.

용매는 구리 나노 입자의 균일한 분산 및 소정의 점도를 갖는 구리 나노 잉크를 제조하기 위해 첨가될 수 있다. 용매의 함량이 10wt% 미만일 경우, 구리 나노 입자의 분산안정성을 충분히 확보하지 못하여 고품질의 구리전극배선을 형성하기 곤란할 수 있고, 상대적으로 점도가 증가하여 인쇄성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 용매의 함량이 30wt%를 초과하는 경우, 상대적으로 금속 필러의 함량이 낮아 전기전도성이 저하될 수 있으며, 점도가 낮아 인쇄 시 배선간의 퍼짐성이 증대되어 고품질의 구리배선을 형성하기 곤란하다는 문제점이 발생할 수 있다.

알코올계 용매는 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 터피네놀, 에탄올, 이소버틸 알코올, 부탄올, 부탄디올, 페타놀, 헥사놀, 클리코 헥사놀, 옥틸 알코올, 벤질 알코올 및 유게놀 용매로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이상으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있지만, 이에 한정하는 것은 아니다. 아세테이트계 용매는 부틸 카비톨 아세테이트, 에틸 아세테이트, 이소 부틸 아세테이트, 에테르 아세테이트 및 토코페롤 아세테이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종이상으로 이루어지는 것을 특징으로 할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

바람직하게는 터피네놀과 부틸 카비톨 아세테이트를 사용할 수 있다. 이때, 터피네놀과 부틸 카비톨 아세테이트를 1:2 내지 1:4 비율로 혼합하여 용매로 사용할 수 있다. 터피네놀의 비율이 1이하로 내려갈 경우 휘발성이 낮아져 용매가 분리되지 않아 사용에 열악함을 보이고, 1이상으로 올라갈 경우 휘발성이 너무 높아져 전극이 형성되기 전에 용매가 분해되어 날아가기 쉬워져 사용하기 열악할 수 있다. 부틸 카비톨 아세테이트는 2미만의 비율인 경우 블랑킷에 도포가 힘들어 용매로 사용하기 열악하며, 4초과의 비율인 경우 블랑킷에 흡수가 너무 잘되어 패턴 형성이 어려워 용매로 사용하기 열악할 수 있다.

본 발명에서 바인더는 구리 나노 잉크의 점도 조절 및 기재와의 접착성을 부여하기 위하여 첨가될 수 있다. 바인더 수지가 구리 나노 잉크에 1wt% 미만으로 첨가되는 경우, 기재에 대한 접착성 증대 효과가 미비하고, 10wt%를 초과하여 첨가되는 경우, 점도가 과도하게 증가하여 인쇄성 특히, 롤투롤 인쇄법을 이용한 인쇄가 곤란할 수 있으며, 상대적으로 구리 나노 잉크 내에 유기물 함량이 증가하여 고전도성 구리전극배선을 형성하기 곤란할 수 있다.

바인더는 셀룰로오스계 수지, 폴리 염화비닐 수지, 공중합 수지, 폴리비닐알코올계 수지, 폴리비닐피롤리돈계 수지, 아크릴 수지, 아세트산비닐-아크릴산에스테르 공중합 수지, 부티랄 수지, 알키드 수지, 에폭시 수지, 페놀 수지, 로진에스테르 수지, 폴리에스테르 수지, 실리콘, PVP 및 PVA 로부터 선택되는 하나 이상의 성분을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있으며, 이에 한정하는 것은 아니다.

바람직하게는 우레탄과 아크릴을 혼합하여 바인더를 구성할 수 있는데, 우레탄 1 내지 3wt%와 아크릴 4 내지 7wt%를 혼합하는 것이 효과적일 수 있다. 우레탄이 1wt%미만으로 내려갈 경우 그라비아 옵셋 인쇄에 있어서 셋(Set)이 이루어지지 않아 전극을 형성하기 열악해지고 3wt%를 초과할 경우 그라비아 옵셋 인쇄에 있어서, 퍼짐현상이 높아져 사용하기 열악할 수 있다. 아크릴 4wt%미만을 사용할 경우 점도가 낮아 전극을 형성할 때 패턴의 선폭이 의도한 바와 달리 넓어져 사용하기에 열악하며, 7wt%를 초과하는 경우 점도가 너무 높아져 전극이 형성되지 않아 사용하기 열악할 수 있다.

첫째 단계(S10)는, 구리 나노 잉크에 카르복시산 또는 환원제를 추가로 혼합하여 수행될 수 있다.

카르복시산 또는 환원제는 구리 나노 입자의 충진밀도를 증가시킬 수 있고, 구리 나노 잉크를 인쇄하여 형성되는 구리전극배선의 소결을 촉진하는 기능을 구비할 수 있다. 카르복시산의 경우 탄소사슬의 개수가 1<c<15인 것을 선택할 수 있고, 이때 탄소사슬의 개수에 따라 Short(1<c<5), Middle(6<c<10), Long(10<c<15)로 분류할 수 있다. 바람직하게는 Middle의 탄소사슬 개수를 포함하는 카르복시산을 후첨 할 수 있다.

둘째, 잉크를 이용하여, 기판(100)의 일면에 Y축구리전극배선(200)을 인쇄할 수 있다.(S20)

둘째 단계(S20)의 기판(100)은, 폴리이미드로 제조될 수 있다.

폴리이미드로 제조된 기판(100)(PI film)은 영하 273℃에서 영상 400℃까지 광범위한 온도 범상에서 물성이 변하지 않고, 높은 내열성, 전기절연성, 유연성, 불연성을 가지고 있어, 구리전극배선을 인쇄하기에 적합할 수 있다.

본 발명에서는 둘째 단계(S20)가 기판(100)을 폴리이미드로 제조한다고 설명하고 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니고, 폴리뷰틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리술폰, 폴리에테르, 폴리에테르이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 아크릴 수지, 내열성 에폭시(Epoxy), 초산비닐수지(EVA), 부틸고무수지, 폴리아릴레이트, 폴리이미드, 유리, 실리콘, 페라이트, 세라믹 및 FR-4 중에서 선택되는 어느 하나가 사용될 수 있다.

기판(100)은 여러 형태를 가질 수 있겠으나, 본 발명인 적층형 디지타이저에 적합하기 위해서는 필름의 형태가 바람직할 수 있다.

Y축구리전극배선(200)의 두께는 3 내지 10마이크로미터(㎛)이며, 바람직하게는 5 내지 7마이크로미터(㎛)일 수 있다. Y축구리전극배선(200)의 두께가 3 마이크로미터(㎛) 미만이면 전기전도성이 저하될 수 있으며, Y축구리전극배선(200)의 두께가 10 마이크로미터(㎛) 초과이면 본 발명인 적층형 디지타이저에 요구되는 전기전도성의 한계를 넘어, 효율에 비해 소재가 많이 투입되어 실효성이 낮아질 수 있다.

Y축 구리전극배선(200)의 폭은 100 내지 150 마이크로미터(㎛)이며, Y축 구리전극배선(200) 사이의 간격은 100 내지 150 마이크로미터(㎛)일 수 있다.

Y축 구리전극배선(200)의 폭이 100 마이크로미터(㎛) 미만이면 전기전도성이 저하될 수 있으며, 150 마이크로미터(㎛) 초과이면 Y축 구리전극배선(200)이 조밀하지 않아 본 발명인 적층형 디지타이저의 성능을 저하시킬 수 있다.

Y축 구리전극배선(200) 사이의 간격이 100 마이크로미터(㎛) 미만이면 단락의 문제가 발생할 수 있으며, 150마이크로미터(㎛) 초과이면 Y축 구리전극배선(200)이 조밀하지 않아 본 발명인 적층형 디지타이저의 성능을 저하시킬 수 있다.

둘째 단계(S20)는, 그라비아 옵셋 인쇄를 통해 수행될 수 있다.

본 발명의 Y축구리전극배선(200)은, 직접 인쇄하는 방식에 의해 기판(100) 상에 원하는 형상의 패턴으로 형성될 수 있다. 이러한 직접 인쇄방식으로 스크린 인쇄법, 롤투롤 인쇄법, 잉크젯 인쇄법, 블레이드 인쇄법 중 어느 하나의 방법이 이용될 수 있으며, 롤투롤 인쇄법으로는 그라비어 인쇄법, 그라이버 옵셋 인쇄법, 리버스 옵셋 인쇄법등이 포함될 수 있다.

미세 선폭을 구현하기 위해서는 그라비아 옵셋 인쇄법을 사용하는 것이 바람직할 수 있으며, 이때 요구되는 점도는 3,000 내지 30,000Cps일 수 있다. 구리 나노 잉크의 점도가 3,000Cps 미만인 경우, 구리 나노 잉크가 인쇄될 때 전극 패턴의 선폭이 넓어지고 그라비아 옵셋 인쇄 과정에서 패턴이 망가질 수 있다. 구리 나노 잉크의 점도가 30,000Cps 이상일 경우, 그라비아 옵셋 인쇄 과정에서 구리 나노 잉크가 블랭킷에서 잘 떨어지지 않아 전극패턴 형성이 잘 되지 않는 문제점이 발생할 수 있다.

Y축구리전극배선(200)은 구리 나노 잉크만으로 형성되는 경우에 전기전도성이 떨어질 수 있어, 인쇄 두께를 가급적 두껍게 형성하고 배선폭을 넓게 형성하는 것이 필요하며, Y축구리전극배선(200)의 전기전도성을 향상시키기 위하여 추가의 도금층을 형성할 수 있다.

첫째 단계(S10)와 둘째 단계(S20) 사이에, 구리 나노 입자를 혼련하는 단계가 더 포함될 수 있다.

구리 나노 입자의 물리적 분산을 위해, 구리 나노 입자, 용매 및 바인더를 혼합한 후 소정의 시간 동안 혼련할 수 있다. 이러한 혼련 가공은 구리 나노 잉크 내에 포함된 구리 나노 입자의 분산안정성을 증대시킬 수 있고, 보다 균일한 조성의 구리 나노 잉크를 제공하여, 고품질의 구리배선을 형성할 수 있게 한다.

혼련 가공 방법으로, 3-롤밀(3-roll mill)이 사용될 수 있다.

셋째, 둘째 단계(S20)에서 인쇄된 Y축구리전극배선(200)을 저온 소결할 수 있다.(S30)

셋째 단계(S30)의 Y축구리전극배선(200)은, 100 내지 300℃의 온도에서 소결될 수 있다.

소결은 구리 나노 잉크에 포함된 바인더 등에 용융점보다 낮은 온도의 열을 가하여, 바인더를 열분해시키고 구리 나노 입자 간의 연결성을 제공하는 공정이다.

저온으로 소결하는 방식에는 저온의 열을 이용한 소결 방식과 저온의 적외선을 이용한 소결 방식이 있을 수 있다.

저온 소결 온도는, 100 내지 300℃일 수 있다. 소결 온도가 100℃ 미만이면 소결이 제대로 수행되지 않아 구리전극배선의 전기전도성이 저하될 수 있고, 소결 온도가 300℃초과이면 기판(100)에 변형을 가져올 수 있다.

저온의 열을 이용한 소결 방식은, 구리전극배선이 형성된 기판(100)을 열선이 구비된 건조장치에 일정 시간 머무르게 하여 수행될 수 있다.

저온의 광을 이용한 소결 방식에 있어서, 적외선을 제공하는 램프는 할로겐 램프, 할로겐-제논 램프 또는 백열램프를 광원으로 사용할 수도 있으며, 바람직하게는 할로겐 램프 또는 할로겐-제논 램프를 사용한다. 할로겐 램프 또는 할로겐-제논 램프는 수명이 다할 때까지 비교적 일정한 에너지를 방출하는 특성이 있어, 보다 고품질의 구리전극배선이 가능할 수 있다.

셋째 단계(S30) Y축구리전극배선(200)은, 10℃/min 내지 150℃/min 의 승온 속도로 고속 가열되어 소결 온도에 도달할 수 있다.

이러한 저온 소결 방식은, 열 또는 광의 에너지에 의해 10℃/min 내지 150℃/min의 승온 속도로 고속 가열되는 것을 특징으로 할 수 있다. 승온 속도가 10℃/min 미만이면 소결 시간이 단축되는 효과가 미비할 수 있고, 승온 속도가 증가함에 따라 소결 후 제조되는 구리박막 또는 배선의 충진밀도가 증가할 수 있으며, 이의 한계를 고려하여 본 발명에서는 승온 속도의 최대치를 150℃/min로 지정하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

또한 본 발명에서 소결하는 단계는 질소, 아르곤, 헬륨을 포함하는 군으로부터 선택되는 1종의 기체 또는 2종 이상을 포함하는 혼합기체 분위기하에 수행될 수 있다. 소결 시 요구되는 기체분위기는 구리입자의 산화안정성을 저하시키지 않는다면 제한되지 않으나, 공정 비용의 절감측면에서 질소분위기 또는 진공에서 수행하는 것이 바람직할 수 있다.

넷째, 셋째 단계(S30)에서 저온 소결된 Y축구리전극배선(200) 상에 제1절연층(300)을 인쇄할 수 있다.(S40)

넷째 단계(S40)의 제1절연층(300)은, 경화형 절연 페이스트로 형성될 수 있다.

제1절연층(300)을 형성하기 위한 경화형 절연 페이스트로 에폭시 수지, 폴리에스터 수지, 아크릴 수지, 크실렌 수지, 폴리우레탄 수지, 우레아 수지, 아미노 수지, 알키드 수지 또는 이를 포함한 혼합물이 사용될 수 있다. 제1 절연층은 프린팅 방식으로 형성가능하며, Y축구리전극배선(200)과 마찬가지로 직접 인쇄방식에 의해 형성할 수 있다.

넷째 단계(S40)에서 인쇄되는 제1절연층(300)은, Y축구리전극배선(200)과 X축구리전극배선(400)을 통전시켜줄 수 있는 비아홀(310)이 구비될 수 있다.

비아홀(310)은, Y축구리전극배선(200)과 X축구리전극배선(400) 사이의 전기적인 통전을 위해 복수 개의 부분에 절연층을 프린팅하지 않음으로써 형성될 수 있으며, 비아홀(310)의 측벽이 제1 절연층에 의해 막혀지는 형태일 수 있다. 비아홀(310)의 측벽에 대해 수직인 단면이 원형 또는 다각형의 형태일 수 있다.

다섯째, 넷째 단계(S40)에서 인쇄된 제1절연층(300)을 경화할 수 있다.(S50)

다섯째 단계(S50)의 제1절연층(300)은, 자외선으로 경화될 수 있다.

제1절연층(300)을 형성하는 경화형 절연 페이스트는 열경화성 수지 또는 자외선 경화성 수지로써, 상온에서 액체 상태를 유지하고 있다가 열 또는 자외선 등의 단 파장대의 빛이 가해지면 경화되는 성질을 가지고 있다. 100 내지 350나노미터(nm)인 파장의 자외선을 이용할 수 있다.

여섯째, 구리 나노 잉크를 이용하여, 제1절연층(300) 상에 X축구리전극배선(400)을 인쇄할 수 있다.(S60)

여섯째 단계(S60)는, 그라비아 옵셋 인쇄를 통해 수행될 수 있다.

여섯째 단계(S60)의 인쇄방법에 관한 사항은, 둘째 단계(S20)의 인쇄방법에 관한 것과 동일할 수 있다.

X축구리전극배선(400)의 폭과 X축구리전극배선(400) 사이의 간격에 관한 사항은, Y축구리전극배선(200)의 폭과 Y축구리전극배선(200) 사이의 간격에 관한 것과 동일할 수 있다.

일곱째, 여섯째 단계(S60)에서 인쇄된 X축구리전극배선(400)을 저온 소결할 수 있다.(S70)

일곱째 단계(S70)의 X축구리전극배선(400)은, 100 내지 300℃의 온도에서 소결될 수 있다.

일곱째 단계(S70)의 X축구리전극배선(400)은, 10℃/min 내지 150℃/min 의 승온 속도로 고속 가열되어 소결 온도에 도달할 수 있다.

일곱째 단계(S70)의 저온 소결에 관한 사항은, 셋째 단계(S30)의 저온 소결에 관한 것과 동일할 수 있다.

여덟째, 일곱째 단계(S70)에서 저온 소결된 X축구리전극배선(400) 상에 제2절연층(500)을 인쇄할 수 있다.(S80)

여덟째 단계(S80)의 제2절연층(500)은, 경화형 절연 페이스트로 형성될 수 있다.

여덟째 단계(S80)의 제2절연층(500)은, 자외선으로 경화될 수 있다.

여덟째 단계(S80)의 제2절연층(500)에 관한 사항은, 넷째 단계(S40)의 제1절연층(300)에 관한 것과 동일할 수 있다. 다만, 제2절연층(500)에는 비아홀(310)이 형성되지 않을 수 있다.

도3은 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 디지타이저의 단면도이다.

도3에서 보는 바와 같이, 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저는, 폴리이미드 소재로 형성되는 기판(100), 고분자 수지로 형성되는 바인더와 구리 나노 입자를 용매와 혼합하여 제조된 잉크로 기판(100)의 일면에 그라비아 옵셋 인쇄법으로 형성 후 저온 소결되는 Y축구리전극배선(200), Y축구리전극배선(200) 상에 경화형 절연 페이스트로 인쇄하여 형성되는 제1절연층(300), 잉크로 제1절연층(300) 상에 그라비아 옵셋 인쇄법으로 형성 후 저온 소결되는 X축구리전극배선(400), X축구리전극배선(400) 상에 자외선(UV) 경화형 절연 페이스트로 인쇄하여 형성되는 제2절연층(500)을 포함하여 이루어지고, 제1절연층(300)에는 Y축구리전극배선(200)과 X축구리전극배선(400)을 통전시키기 위한 비아홀(310)이 형성될 수 있다.

도4는 본 발명의 실시 예에 따라 Y축구리전극배선(200)이 기판(100)에 인쇄된 사진이고, 도5는 본 발명의 실시 예에 따른 적층형 디지타이저의 사진이다.

이하 하단에서 실시 예를 들어 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.

[실시 예 1]

<구리 나노 잉크의 제조>

터피네놀 3wt%와 부틸 카비톨 아세테이트 9wt%를 혼합한 혼합용액에 우레탄계 바인더(분자량: 4,500) 2wt%와 아크릴계 바인더(분자량: 20,000) 6wt%를 균일하게 혼합한 비히클에 제조된 구리 나노 입자 80wt%을 혼합하였다. 이를 3Rollmill을 이용하여 10회 동안 연육하여 균일화시키고, 11<c<15의 탄소사슬 개수를 포함하는 카르복시산(long) 소정의 양을 혼합하여 구리 나노입자 잉크를 제조하였다.

<적층형 디지타이저의 제조>

도4에서 보는 바와 같이, 제조된 구리 나노 잉크를 사용하여, 50마이크로미터(㎛)의 두께를 갖는 폴리이미드 기판(100)(PI film)의 일면에 그라비아 옵셋 인쇄법으로 5마이크로미터(㎛)의 두께인 Y축 구리전극배선(200)을 인쇄하였다. 이때, Y축 구리전극배선(200)의 폭은 100 내지 120 마이크로미터(㎛)로 하고, Y축 구리전극배선(200) 사이의 간격은 100 내지 150 마이크로미터(㎛)하여 인쇄를 수행하였다. 그라비아 옵셋 인쇄에 있어서, 닥터링(Dotoring)을 30kgf의 압력으로 수행하고, 프린팅은 30(Off)-30(Set) mm/s의 속도로 50kgf의 압력으로 수행하였다.

Y축 구리전극배선(200)이 인쇄된 기판(100)을 챔버에 넣고 질소분위기를 조성하고, 할로겐 램프를 이용하여 적외선을 조사함으로써 150℃/min의 승온 속도로 300℃에 도달하였으며, 이 온도를 30분 동안 유지하면서 소결을 수행하였다. 다음에, 에폭시 수지로 이루어진 경화형 절연 페이스트를 사용하여, 저온 소결된 Y축 구리전극배선(200) 상에 스크린 혹은 그라비아 옵셋 인쇄법으로 15 마이크로미터(㎛)의 두께를 갖는 제1절연층(300)을 인쇄하였고, 그 후 제1절연층(300)을 300나노미터(nm) 파장의 자외선에 10초 동안 노출하여 경화시켰다. 제1절연층(300)을 인쇄할 때, 특정 부분은 인쇄되지 않도록 하여 비아홀(310)을 형성하였다.

이어서, 경화된 제1절연층(300) 상에, Y축 구리전극배선(200) 인쇄와 동일 과정으로 X축 구리전극배선(400)을 인쇄하였다. 다음에, Y축 구리전극배선(200)의 저온 소결과 동일한 과정으로 X축구리전극배선(400)을 저온 소결하였다. 그 후, 에폭시 수지로 이루어진 경화형 절연 페이스트를 사용하여, 저온 소결된 X축 구리전극배선(400) 상에 스크린 혹은 그라비아 옵셋 인쇄법으로 15 마이크로미터(㎛)의 두께를 갖는 제2절연층(500)을 인쇄하였고, 그 후 제2절연층(500)을 300나노미터(nm) 파장의 자외선에 5분 동안 노출하여 경화시켰다.

도4에서 보는 바와 같이, Y축구리전극배선(200)이 기판(100) 상에 의도대로 점착되어, 무너져서 퍼지는 등의 현상 없이 배선되었다.

도5의 사진은, 제2절연층(500)의 경화까지 수행된 적층형 디지타이저를 보여주고 있다. (도5의 경우, 기판(100)이 폴리이미드(PI)의 소재로 형성되어, 본 발명의 적층형 디지타이저가 노란 색을 띄고 있다.)

[실험 예 1]

실시 예 1의 적층형 디지타이저의 제조 중, 그라비아 옵셋 인쇄 후 저온 소결된 Y축구리전극배선(200)에 통전을 하고 저항 값을 측정하였는데, 비저항이 11.94(μΩㆍ㎝)로 측정되어, 디지타이저에 요구되는 전기전도성을 구비하여 디스플레이 장치 등에 사용되기에 적합함을 확인하였다.

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 실시 예들은 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 특허청구범상에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범상에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 기판
200 : Y축구리전극배선
300 : 제1절연층
310 : 비아홀
400 : X축구리전극배선
500 : 제2절연층

Claims (16)

1. 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법에 있어서,
   ⅰ) 고분자 수지로 형성되는 바인더와 구리 나노 입자를 용매와 혼합하여 잉크를 제조하는 단계;
   ⅱ) 상기 잉크를 이용하여, 기판의 일면에 Y축구리전극배선을 인쇄하는 단계;
   ⅲ) 상기 ⅱ)단계에서 인쇄된 상기 Y축구리전극배선을 저온 소결하는 단계;
   ⅳ) 상기 ⅲ)단계에서 저온 소결된 상기 Y축구리전극배선 상에 제1절연층을 인쇄하는 단계;
   ⅴ) 상기 ⅳ)단계에서 인쇄된 상기 제1절연층을 경화하는 단계;
   ⅵ) 상기 잉크를 이용하여, 상기 제1절연층 상에 X축구리전극배선을 인쇄하는 단계;
   ⅶ) 상기 ⅵ)단계에서 인쇄된 상기 X축구리전극배선을 저온 소결하는 단계; 및
   ⅷ) 상기 ⅶ)단계에서 저온 소결된 상기 X축구리전극배선 상에 제2절연층을 인쇄하는 단계;
   를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
2. 청구항1에 있어서,
   상기 ⅱ)단계 또는 상기 ⅵ)단계는, 그라비아 옵셋 인쇄를 통해 수행되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
3. 청구항1에 있어서,
   상기 ⅰ)단계는, 상기 용매 10 내지 30중량%, 상기 구리 나노 입자 60 내지 80중량% 및 상기 바인더 1 내지 10중량%를 혼합하여 상기 잉크를 제조해서 수행되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
4. 청구항1에 있어서,
   상기 ⅰ)단계의 상기 용매는, 알코올계 용매, 글리콜계 용매 및 아세테이트계 용매로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어진 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
5. 청구항4에 있어서,
   상기 ⅰ)단계의 상기 용매는, 알코올계 용매와 아세테이트계 용매를 1:2 내지 1:4 비율로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
6. 청구항1에 있어서,
   상기 ⅰ)단계의 상기 바인더는, 아크릴계 및 우레탄계로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
7. 청구항6에 있어서,
   상기 ⅰ)단계의 상기 바인더는, 우레탄 1 내지 3중량%와 아크릴 5 내지 7 중량%를 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
8. 청구항1에 있어서,
   상기 ⅱ)단계의 상기 기판은, 폴리이미드로 제조되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
9. 청구항1에 있어서,
   상기 ⅲ)단계의 상기 Y축구리전극배선과 상기 ⅶ)단계의 상기 X축구리전극배선은, 100 내지 300℃의 온도에서 소결되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
   
10. 청구항1에 있어서,
    상기 ⅲ)단계의 상기 Y축 구리전극배선과 상기 ⅶ)단계의 X축 구리전극배선은, 10℃/min 내지 150℃/min의 승온 속도로 고속 가열되어 소결 온도에 도달하는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
    
11. 청구항1에 있어서,
    상기 ⅳ)단계의 상기 제1절연층 또는 상기 ⅷ) 단계의 상기 제2절연층은, 경화형 절연 페이스트로 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
    
12. 청구항1에 있어서,
    상기 ⅳ)단계에서 인쇄되는 상기 제1절연층은, 상기 Y축구리전극배선과 상기X축구리전극배선을 통전시켜줄 수 있는 비아홀이 구비되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
    
13. 청구항1에 있어서,
    상기 ⅴ)단계의 상기 제1절연층과 상기 ⅷ) 단계의 상기 제2절연층은, 자외선으로 경화되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
    
14. 청구항1에 있어서,
    상기 ⅰ)단계는, 상기 잉크에 카르복시산 또는 환원제를 추가로 혼합하여 수행되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
    
15. 청구항1에 있어서,
    상기 ⅰ)단계와 상기 ⅱ)단계 사이에, 구리 나노 입자를 혼련하는 단계가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저 제조방법.
    
16. 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저에 있어서,
    폴리이미드 소재로 형성되는 기판;
    고분자 수지로 형성되는 바인더와 구리 나노 입자를 용매와 혼합하여 제조된 잉크로 상기 기판의 일면에 그라비아 옵셋 인쇄법으로 형성 후 저온 소결되는 Y축구리전극배선;
    상기 Y축구리전극배선 상에 경화형 절연 페이스트로 인쇄하여 형성되는 제1절연층;
    상기 잉크로 상기 제1절연층 상에 그라비아 옵셋 인쇄법으로 형성 후 저온 소결되는 X축구리전극배선;
    상기 X축구리전극배선 상에 자외선(UV) 경화형 절연 페이스트로 인쇄하여 형성되는 제2절연층;
    을 포함하여 이루어지고,
    상기 제1절연층에는 상기 Y축구리전극배선과 상기 X축구리전극배선을 통전시키기 위한 비아홀이 형성되는 것을 특징으로 하는 저온 소결용 구리 나노 잉크를 이용한 적층형 디지타이저.
    
    

Images