KR20170121985A - 열분해 구리 나노 입자를 포함하는 구리 잉크 및 레이저 소결법을 이용한 투명 전자파 차폐 필름 제조방법 - Google Patents

열분해 구리 나노 입자를 포함하는 구리 잉크 및 레이저 소결법을 이용한 투명 전자파 차폐 필름 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 구리포메이트-아민 콤플렉스를 열분해하여 구리 나노 입자를 제조하고, 구리 나노 입자를 용매와 바인더에 혼합하여 구리 잉크를 제조한 후, 기판에 인쇄한 뒤, 레이저를 사용하여 선택적으로 소결시켜 차폐 패턴을 제조함으로써, 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

열분해 구리 나노 입자를 포함하는 구리 잉크 및 레이저 소결법을 이용한 투명 전자파 차폐 필름 제조방법 {Manufacturing method of transparent electromagnetic wave shield film using copper ink comprising copper nano particle and laser sintering}
본 발명은 열분해 구리 나노 입자를 포함하는 구리 잉크 및 레이저 소결법을 이용한 투명 전자파 차폐 필름을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 구리포메이트-아민 콤플렉스를 열분해하여 구리 나노 입자를 제조하고, 구리 나노 입자를 용매와 바인더에 혼합하여 구리 잉크를 제조한 후, 기판에 인쇄한 뒤, 레이저를 사용하여 선택적으로 소결시켜 차폐 패턴을 제조함으로써, 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름을 제조하는 방법에 관한 것이다.
인쇄전자기술 분야에 있어서 기판상의 패턴의 미세화가 요구된다. 기판상의 전극패턴부 형성 시, 미세 배선이나 박막을 형성할 때 금속 미립자 분산액이 사용되는데, 금 또는 은을 주 원료로 하는 미립자 콤플렉스 (particulate complex)로 만들어진 페이스트가 사용된다.
그러나 이러한 금 또는 은을 주 원료로 하는 미립자 콤플렉스는 그 원료가 고가이기 때문에, 제작 단가도 높고 범용 품으로서 폭넓게 보급하는 데에는 무리가 있으며, 은을 주 원료로 사용하는 미립자 콤플렉스로 페이스트를 제작하는 경우에는, 금에 비해 제작 단가를 낮출 수 있지만, 배선폭 및 배선 사이 공간이 좁아질 때, 전자들의 이동현상 (electromigration)에 의해 단선이 된다는 문제점이 있다.
따라서, 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 구리를 주 원료로 사용하는 미립자 콤플렉스로 이루어진 페이스트의 사용이 검토되고 있다. 그 이유는 구리는 금이나 은과 같은 높은 도전성을 가질 뿐만 아니라 연성이 뛰어나나 단가가 낮고, 전자들의 이동현상도 은에 비해 매우 적게 발생하기 때문이다.
최고의 인쇄 패턴을 얻기 위해서 잉크는 까다로운 물리화학적 특성에 부합되어야 하며, 금속잉크의 경우 무엇보다도 균일하고 안정한 금속 나노 입자의 제조가 우선되어야 한다. 따라서 저가의 원료이면서 비교적 높은 전도도를 가지는 구리 나노 입자의 필요성이 꾸준히 언급되고 있다.
잉크는 도전성 잉크, 전자파 차폐제, 반사막 형성 재료 등 다양한 제품에 사용되고 있으며, 특히, 도전성 잉크는 금속패턴을 필요로 하거나 간편하게 전극을 형성하고자 할 때 유용하기 때문에 이에 대한 관심이 증가하고 있다. 따라서, 인쇄전자기술은 전도성 잉크나 페이스트를 이용하여 기재에 전극 패턴을 인쇄하는 기술이며, 최근 PCB, RFID 태그, LCD, LED 및 터치패널 등의 전자부품 소재 개발에 있어서 핵심기술로 대두되어 지고 있으며, 그 적용분야가 점차 확대되고 있는 추세이다.
종래에는 기판 위에 목적하는 패턴을 형성하기 위해 포토리소그래피(photolithography) 공정을 채택하였는데, 포토리소그래피 방식은 진공증착, 노출, 현상, 에칭 및 도금 공정 등의 다수의 공정단계를 반복적으로 수행하며, 상기 공정단계를 수행하기 위하여 고가의 장비를 요구함에 따라 높은 제조단가를 동반한다. 또한, 포토리소그래피 방식은 미세 패턴을 구현하기에 곤란한 구성을 갖추고 있어 고집적화되고 있는 전자부품의 회로 제작에 적합하지 못한 특성을 가지고 있는 반면, 인쇄전자기술은 전도성 잉크나 페이스트를 원하는 기판에 목적하는 형상으로 직접 인쇄하여 회로를 제작함에 따라 공정의 간소화 및 제품의 단가절감에 기여할 수 있다는 이점을 갖는다.
상기와 같은 이점 때문에, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아-옵셋 프린팅, 리버스-옵셋 프린팅 등의 인쇄공정은 포토리소그래피를 대체할 수 있는 공정으로 관심이 증대되고 있다. 이러한 인쇄공정을 통한 전극 패턴을 형성하기 위해서는, 금속필러를 포함하는 전도성 잉크 또는 페이스트를 이용하여 기판에 패턴을 인쇄하는 단계 및 금속필러 사이의 연결성을 제공하여 전기적 특성을 확보하기 위하여 고온의 온도에서 소결하는 단계를 독립적으로 수행함에 따라 신속하게 전극 패턴을 형성하기에는 한계가 있다. 이러한 문제점을 해소하기 위하여 적외선 램프에 의한 광 소결 방식이 제안되었으나, 이는 신속하게 소결하는 것이 가능할 수 있으나, 소결 효과가 뛰어나지 않다는 문제점이 있다.
반도체 기술의 발달에 따라 첨단 전자 및 컴퓨터 산업의 눈부신 발전을 가져오고 또한 전자파의 이용도 급격히 증가하게 되었다. 전자파의 장애는 컴퓨터의 오작동에서부터 공장의 전소사고에 이르기까지 다양하게 나타나고 있으며, 인체에 부정적인 영향을 미치는 연구결과가 속속 발표되면서 건강에 대한 우려와 관심도가 높아지고 있는 가운데, 선진국을 중심으로 전자파 장애에 대한 규제의 강화와 대책마련에 부심하고 있는 실정이다. 따라서 다양한 전자/전기 제품에 대한 전자파 차폐기술은 일렉트로닉스 산업의 핵심기술 분야로 떠오르고 있다.
또한, 향후 디스플레이를 비롯한 많은 전자 디바이스들이 투명 웨어러블(wearable) 형태로 진화됨에 따라 투명한 형태의 다양한 기능성 소재들이 필요할 것으로 예상되고 있다.
이와 관련하여 대한민국 공개특허 제10-2014-0044743호(발명의 명칭: 전도성 하이브리드 구리 잉크 및 이를 이용한 광소결 방법, 이하 종래기술 1이라고 한다.)는 구리 전구체, 입자의 직경이 5 내지 500nm인 금속 나노 입자, 용해도가 1 내지 70g금속전구체/100g용매인 구리 이외의 금속 전구체 또는 이들의 혼합물 및 고분자 바인더 수지를 포함하는 전도성 하이브리드 구리 잉크를 상온/대기 조건에서 광소결하여 1 내지 100ms 이내의 시간에 환원 및 소결시킬 수 있는 것을 특징으로 하는 전도성 하이브리드 구리 잉크 및 이를 이용한 광소결 방법에 관한 기술을 개시한 바 있다.
대한민국 공개특허 제10-2013-0014929호(발명의 명칭: 열처리를 이용한 금속 나노 입자 패턴의 전기소결 방법, 이하 종래기술 2라고 한다.)는 기판 상에 금속 나노 입자 함유 잉크로 패턴을 인쇄하는 패턴인쇄 단계, 금속 나노 입자 사이가 연결되도록 가열하는 열처리 단계, 열처리 된 패턴에 전압을 인가하여 전기소결시키는 전기소결 단계를 포함하여 이루어지는 금속 나노 입자 패턴의 전기소결 방법에 관한 기술을 개시한 바 있다.
종래기술 1은 패턴전극을 형성하기 위하여 구리 전구체와 금속 나노 입자, 구리 이외의 금속 전구체 또는 이들의 혼합물 및 고분자 바인더 수지를 포함하는 전도성 하이브리드 구리 잉크를 광소결하는 구성을 취하고 있으나, 상기와 같은 구성의 구리 잉크는 구리 입자의 고산화성을 억제하기 위한 구성을 포함하지 않고 잉크 조성물에 절연성인 바인더 수지를 소정의 비율로 포함함에 따라 구리 입자의 산화로 저항이 높아지는 문제점이 있을 수 있다. 또한, 종래기술 1에 따른 광소결 방식은 열소결 방식 대비 빠르게 소결이 가능할 수 있으나, 조사되는 광에 의해 환원된 구리 입자의 산화성을 억제하기에 불충분한 에너지를 제공하여 고품질의 패턴전극을 제조하는데 문제점이 있다.
상기 종래기술 2는 기판에 패턴을 인쇄하고, 전도성 입자 사이가 연결되도록 열처리하고, 이를 전기소결 시키는 구성을 취하고 있어, 전기소결 방식으로 제조되는 패턴전극은 각 국부별 물성의 차이를 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 종래기술의 문제점을 해소하기 위해 안출된 것으로, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 구리의 고산화 특성을 억제하면서도 잉크의 분산안정성 및 소결 특성을 향상시키고, 이러한 특성을 가지는 구리 잉크를 제조한 뒤, 레이저빔으로 소결시켜 투명 전자파 차폐 필름을 제조하는 것을 일 목적으로 한다.
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 일실시예는 구리포메이트-아민 콤플렉스를 열분해하여 구리 나노 입자를 제조하고, 구리 나노 입자를 용매와 바인더에 혼합하여 구리 잉크를 제조한 후, 기판에 인쇄한 뒤, 레이저를 사용하여 선택적으로 소결시켜 차폐 패턴을 제조함으로써, 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법에 있어서, (i) 구리포메이트, 아민화합물 및 극성 용매를 소정의 비율로 혼합하는 단계, (ii) (i) 단계의 혼합물을 소정의 온도에서 열분해 하는 단계, (iii) 세척 및 건조를 수행하여 구리 나노 입자를 획득하는 단계, (iv) 용매 10 내지 30wt%에 바인더 1 내지 10wt%를 첨가하여 제 1용액을 제조하는 단계, (v) 제 1용액에 구리 나노 입자 60 내지 80wt%를 분산하여 제 2용액을 제조하는 단계, (vi) 제 2용액을 혼련하여 구리 잉크를 제조하는 단계, (vii) 구리 잉크를 기판에 인쇄하여 인쇄층을 형성하는 단계 및 (viii) 인쇄층에 레이저빔을 조사하여, 인쇄층 중 레이저빔이 조사된 부분의 구리 잉크가 소결되고, 소결되지 않은 부분은 제거되어 소정의 패턴을 가지는 차폐 패턴이 형성되는 단계일 수 있고, 레이저빔을 조사함으로써 구리 잉크 내의 구리가 환원되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선폭이 5 내지 50㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선고가 2 내지 30㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선간이 50 내지 300㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 투명 전자파 차폐 필름의 체적저항은 10 내지 90μΩcm일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 투명 전자파 차폐 필름의 전자파 차폐율은 30 내지 70dB이며, 면 저항 값은 10 내지 200mΩ/□일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 투명 전자파 차폐 필름의 투과도가 80 내지 90%일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (viii) 단계에서는, 나노초 펄스의 레이저빔을 조사하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (viii) 단계에서 조사되는 레이저빔은 파장이 300 내지 1100nm이고, 강도는 103 내지 107W/cm2 일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (viii) 단계에서 조사되는 레이저빔의 직경은 5 내지 500㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 구리 나노 입자의 평균 입경은 50 내지 150nm일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (iv) 단계의 용매는 알코올계 용매와 아세테이트계 용매를1:2 내지 1:4비율로 혼합하여 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (vi) 단계에서 제조되는 구리 잉크의 점도는 3,000 내지 60,000Cps일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (viii) 단계의 이후에, 인쇄층 중 레이저빔이 조사되는 않은 영역을 세척용매를 사용하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (vii) 단계에서의 구리 잉크는, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아-옵셋 프린팅, 리버스-옵셋 프린팅, 롤투롤 프린팅 및 스크린 프린팅 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 기판에 인쇄되는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 (viii) 단계는 비활성기체 분위기하에서 수행되는 것일 수 있다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 방법으로 제조되는 차폐 패턴을 구비하는 투명 전자파 차폐 필름을 제공한다.
본 발명의 실시예에 있어서, 상기 방법으로 제조되는 투명 전자파 차폐 필름에 있어서, 전자파 차폐율은 30 내지 70dB이며, 면 저항 값은 10 내지 200mΩ/□일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 열분해를 수행하여 아민 화합물을 분해하고 이로 인해 구리 나노 입자의 산화방지를 제어할 수 있는 제 1효과, 구리 나노 입자를 잉크로 제조함에 있어 분산이 우수하며 제조된 구리 나노 입자 잉크로 전극을 형성했을 때 저항 안정성이 확보되어 전도성이 우수하다는 제 2효과, 구리 잉크를 기판에 인쇄한 뒤, 선택적으로 레이저빔을 조사함에 따라 구리 콤플렉스가 환원 및 소결되는 동시에 소정의 형상으로 패턴형성이 가능하여 제조공정을 간소화할 수 있다는 제 3효과, 구리 사용 및 공정의 간소화로 제조비용을 절감하고 제품의 양산성을 향상시킬 수 있다는 제 4효과, 투명도가 높은 필름을 제조할 수 있다는 제 5효과, 전자파 차폐기능이 우수한 필름을 제조할 수 있다는 제 6효과를 갖는다. 또한, 본 발명에 따른 제조방법은 구리 잉크에 조사되는 레이저빔의 직경을 제어하여 광범위한 선폭을 구현할 수 있으며, 특히, 20㎛ 이하의 미세 선폭 구현이 용이하다는 효과도 있다.
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.
도 1은 구리포메이트-아민 콤플렉스의 열분해 온도를 분석한 TGA그래프이다.
도 2은 블랑켓에 대한 흡광과 방출을 측정한 그래프이다.
도 3는 바인더에 따른 TGA분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 4는 바인더에 따른 Tack Test 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
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.
일반적으로 분말 합성방법은 크게 기상법, 액상법 및 고상법으로 나눌 수 있고, 종래의 기술에서는 액상법을 이용하여 구리포메이트-아민 콤플렉스를 합성한다. 그러나 액상법을 이용하여 얻은 구리포메이트-아민 콤플렉스는 입도 분포가 넓고 입형이 일정하지 않을뿐더러 입자의 크기가 크다. 따라서, 액상법을 이용하여 얻은 구리포메이트-아민 콤플렉스를 이용하여 구리 페이스트를 제조시에는 상기와 같은 입도 분포, 입형, 및 입자의 크기 때문에 치밀한 구리 박막을 얻기 어렵다.
한편, 본 발명에서는 열분해를 이용하여 입도 분포가 좁고 입자의 크기가 100nm 이하의 입자를 갖는 구리 나노 입자를 제조였다. 이러한, 열분해 방법은 원료분말의 화학 반응뿐만 아니라 물리적 혼합이 동시에 일어난다. 특히 분말입자 상호 간의 접합과 분쇄 과정이 반복적으로 일어나, 입자의 크기가 작아지는 동시에 새로운 표면 또는 계면의 생성, 접촉, 분리, 재생성 과정이 지속적으로 일어나면서 반응입자 사이의 직접 접촉 면적이 증가하여 결과적으로 상온근처에서 혼합 원료 분말의 기계적 활성화가 일어나 나노 구조 또는 나노 입자 크기를 갖는 화합물을 합성할 수 있는 효과를 발휘할 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 실시예에서 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법에 있어서, (i) 구리포메이트, 아민화합물 및 극성 용매를 소정의 비율로 혼합하는 단계, (ii) 상기 (i) 단계의 혼합물을 소정의 온도에서 열분해 하는 단계, (iii) 세척 및 건조를 수행하여 구리 나노 입자를 획득하는 단계, (iv) 용매 10 내지 30wt%에 바인더 1 내지 10wt%를 첨가하여 제 1용액을 제조하는 단계, (v) 상기 제 1용액에 상기 구리 나노 입자 60 내지 80wt%를 분산하여 제 2용액을 제조하는 단계, (vi) 상기 제 2용액을 혼련하여 구리 잉크를 제조하는 단계, (vii) 상기 구리 잉크를 기판에 인쇄하여 인쇄층을 형성하는 단계 및 (viii) 상기 인쇄층에 레이저빔을 조사하여, 상기 인쇄층 중 상기 레이저빔이 조사된 부분의 구리 잉크가 소결되고, 소결되지 않은 부분은 제거되어 소정의 패턴을 가지는 차폐 패턴이 형성되는 단계일 수 있고, 상기 레이저빔을 조사함으로써 상기 구리 잉크 내의 구리가 환원되는 것일 수 있다.
상기 (vii) 단계에서, 기판은 플라스틱 기판, 세라믹 기판 또는 유리 기판으로 선택 될 수 있으며, PC, PET, PEN, Polynorbonene, Arylite기판 등이 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선폭이 5 내지 50㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선고가 2 내지 30㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선간이 50 내지 300㎛일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 투명 전자파 차폐 필름의 체적저항은 10 내지 90μΩcm일 수 있다.
본 발명의 차폐 패턴은 선폭이 5 내지 50㎛, 선고가 2 내지 30㎛, 선간이 50 내지 300㎛일 수 있다. 본 발명에 따른 차폐 패턴은 광범위한 선폭으로 구현될 수 있으나, 투명 전자파 차폐 필름에 적용하기 위해서는 상기와 같은 범위의 선폭 및 선간을 가지는 것이 바람직하다. 선폭 및 선간이 상기 범위를 벗어날 경우 투과도가 떨어져 투명도가 우수한 필름을 제조하는데 바람직하지 않으며 전자파 차폐율이 떨어져 전자파 차폐가 우수한 필름을 제조하는데 바람직하지 않을 수 있다. 또한 차폐 패턴의 체적저항은 10 내지 90μΩcm인 것이 바람직할 수 있다. 체적저항이 상기 범위를 벗어나는 경우 기판이 투명 전극의 전위에 가까워져 배치 정밀도가 떨어진다. 상기의 체적저항 값을 갖기 위해서는 선고를 2 내지 30㎛로 제어하는 것이 바람직할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 투명 전자파 차폐 필름의 전자파 차폐율은 30 내지 70dB이며, 면 저항 값은 10 내지 200mΩ/□일 수 있다. 전자파 차폐율이 상기 범위를 벗어나는 경우 전자파 차폐 기능이 떨어져 투명 전자파 차폐 필름을 제조하는데 바람직하지 않을 수 있으며, 면 저항 값이 상기 범위를 벗어나는 경우 전도성 효율이 떨어져 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 투명 전자파 차폐 필름의 투과도가 80 내지 90%일 수 있다. 투과도가 상기 범위를 벗어나는 경우 투명 필름으로서의 기능이 떨어져 투명 전자파 차폐 필름을 제조하는데 바람직하지 않을 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (viii) 단계에서는, 나노초 펄스의 레이저빔을 조사하는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 (viii) 단계에서 조사되는 레이저빔은 파장이 300 내지 1100nm이고, 강도는 103 내지 107W/cm2일 수 있다. 레이저빔의 강도는 단위면적당 광 에너지(W/cm2)로 정의되는데, 광 에너지는 조사되는 레이저빔의 파워에 따라 결정되고, 단위면적은 조사되는 레이저빔의 직경에 따라 결정될 수 있다. 또한, 렌즈를 사용하여 빔을 집속하는 경우, 레이저빔의 직경은 렌즈로부터 구리 잉크가 인쇄된 기판까지의 거리로 결정될 수 있다. 즉, 레이저빔의 강도를 제어하기 위하여 레이저빔의 출력 파워와 렌즈로부터 구리 잉크가 인쇄된 기판까지의 이격 거리를 고려할 수 있는 것이다. 또한, 상기와 같은 조건을 고려하여 조사되는 레이저빔의 강도는 103 내지 107W/cm2인 것이 바람직할 수 있는데, 이는 레이저빔의 강도가 과도하게 되면, 단위면적당 광 에너지가 증가하여 상대적으로 짧은 시간 내에 구리 콤플렉스의 환원 및 소결이 이루어질 수 있으나, 고에너지로 인하여 기판의 변형, 특히 고온에 취약한 폴리머 기판의 변형을 야기할 수 있으며, 레이저빔의 강도가 상기 범위의 하한 값 미만일 경우에는, 환원 및 소결 시간이 길어져 공정효율이 저하될 수 있기 때문이다.
본 발명의 실시예에서 상기 (viii) 단계에서 조사되는 레이저빔의 직경은 5 내지 500㎛일 수 있다. 레이저빔은 구리 잉크 내의 구리 콤플렉스를 구리 입자로 환원 및 소결시켜 구리 도막을 형성하는 동시에 움직임을 제어하여 목적하는 형상으로 미세 선폭의 구현이 가능하다. 따라서, 레이저빔의 직경에 따라 차폐 패턴의 선폭이 결정될 수 있다. 차폐 패턴의 미세화가 요구되는 경우에는 레이저빔의 직경을 작게 제어하고, 레이저빔을 짧은 시간 동안 주사해야 할 것이다. 레이저빔의 직경이 특정 크기를 초과하는 경우에는 상대적으로 레이저빔의 조사부위가 크기 때문에 차폐 패턴에 적합한 선폭을 구현하기 곤란할 수 있으며, 과도하게 작은 직경을 가지는 레이저빔은 빛의 회절한계로 인해 구현이 어렵기 때문에 상기와 같은 범위의 직경을 가지는 레이저빔을 조사하는 것이 바람직할 수 있다.
또한, 통상 광원으로부터 조사되는 레이저빔은 강도에 있어서 가우시안 분포를 가지며, 레이저빔의 중심부와 바깥부의 국부적인 세기 차이가 존재한다. 이와 같은 레이저빔의 국부적인 세기 차이로 인하여 레이저빔을 조사하여 형성되는 차폐 패턴의 중심부와 바깥부분의 소결 특성이 달라질 수 있다. 특히, 레이저빔의 중심부와 바깥부의 세기 차이가 과도한 경우에는, 차폐 패턴의 중심부는 과도한 에너지가 가해지면서 에칭되는 문제점이 발생할 수 있다. 따라서, 레이저빔을 조사하는 단계에서는 레이저빔의 직경과 국부적인 세기 차이를 동시에 고려하는 것이 보다 바람직할 수 있다.
레이저빔은 기판에 인쇄된 구리 잉크가 소결될 때까지 일 부위에 조사될 수 있다. 또한, 레이저빔의 파장 및 직경을 고려하여 레이저빔을 조사하는 시간을 파악한 뒤, 레이저빔의 스캔 속도를 결정해야 할 것이다.
본 발명의 차폐 패턴은 분산안정성이 높은 구리 잉크를 기판에 인쇄한 뒤, 레이저빔의 조사 조건을 제어하여 구리 잉크 내의 구리 콤플렉스를 구리입자로 환원 및 소결시켜 구리 도막을 형성하는 동시에 움직임을 제어하여 목적하는 형상으로 미세 선폭의 구현이 용이하다는 이점이 있다.
패턴형성은 기판 전면에 구리 잉크를 인쇄한 뒤, 레이저빔을 이동경로를 제어하여 선택적으로 레이저빔을 조사함으로써 수행될 수 있고, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아-옵셋 프린팅, 리버스-옵셋 프린팅, 롤투롤 프린팅 등의 인쇄공정을 수행할 시, 목적하는 형상으로 구리 잉크를 인쇄한 뒤, 구리 잉크가 인쇄된 영역에 선택적으로 레이저빔을 조사하는 방식으로 수행될 수도 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (vii) 단계와 상기 (viii) 단계의 사이에, 상기 구리 잉크가 인쇄된 기판을 소정의 온도로 건조시키는 단계를 더 포함할 수 있다. 레이저빔은 유기 휘발성 물질이 과량 존재하는 위치에 주사되는 경우, 폭발적으로 반응할 수 있으며, 이에 의해 목적하는 선폭을 구현하기 곤란할 수 있으며, 국부적으로 전기저항이 높아지는 문제점을 야기할 수 있다. 따라서, 레이저빔을 조사하기 이전에, 구리 잉크가 인쇄된 기판을 건조시켜 구리 잉크 필름을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직할 수 있다. 구리 잉크가 인쇄된 기판은 상온에서 건조될 수도 있고, 별도의 건조수단(가열건조기, 진공건조기 등)을 적용하여 보다 신속하게 건조되어 구리 잉크 필름을 형성할 수도 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (i) 단계의 상기 구리포메이트는 15 내지 30wt%이고, 상기 극성 용매는 25 내지 40wt% 이고, 상기 아민화합물은 35 내지 45wt%일 수 있다. 극성 용매가 25wt% 미만인 경우 혼합물이 균일하게 혼합되지 않고, 극성 용매가 40wt% 초과인 경우 혼합물이 균일하게 섞이나 제조과정에서 공정시간이 길어져 바람직하지 않을 수 있다. 또한, 아민화합물이 35wt% 미만인 경우 구리 나노 입자 주위에 아민화합물이 형성되지 않아 산화방지에 바람직하지 않고, 아민화합물이 45wt%를 초과하는 경우 제조과정에서 공정시간이 길어지고 에너지가 많이 소비되어 바람직하지 않을 수 있다.
구리 나노 입자를 제조하기 위한 구리포메이트는 구리염을 전구체로 하여, 개미산과 반응시킴으로 얻어지는 것을 특징으로 할 수 있다. 구체적으로, 반응 용기에 구리염전구체를 개미산(HCOOH)에 혼합한 후, 소정의 시간 동안 상온에서 교반 및 반응시키고, 반응이 종결되고 나면, 메탄올을 첨가하여, 교반한 후, 상층을 제거한다. 생성물을 세척 및 필터한 후 소정의 시간 동안 건조하여 구리 미립자 콤플렉스를 얻는다. 구리염은 산화 구리, 수산화 구리, 질산구리, 탄산구리, 황산구리, 염화구리, 또는 아세트산 구리일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 (i) 단계의 상기 아민 화합물은 탄소사슬의 개수가 2 내지 10개인 아민을 포함하여 이루어질 수 있다. 탄소 사슬의 길이에 따라 열분해 되는 온도와 구리 나노 입자의 크기가 결정 될 수 있다. 탄소 사슬의 길이는 옥틸아민Long(7<c<10), 헥실아민middle(4<c<6), 에틸렌 디아민Short(1<c<3) 및 시클로헥실아민Middle with ring structure로 구분할 수 있으며 도 1에 도시된 그래프에서 탄소 사슬 길이에 따른 아민 화합물을 혼합하였을 때 열분해 되는 온도를 확인할 수 있다. 따라서, 보다 바람직하게는 옥틸아민을 사용하여 아민 화합물을 구성하고 구리포메이트와 혼합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (i) 단계의 극성 용매는, 알코올계 용매로, 에틸렌 글리콜, 폴리 에틸렌 글리콜, 부틸 카비톨 아세테이트, 터피네놀, 다이에탄올 아민, 트리 에탄올 아민 및 글리세린으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 (iii) 단계는 120 내지 250℃의 온도 범위에서 수행되는 것일 수 있다. 열분해 온도가 120℃ 미만인 경우 열분해가 잘 일어나지 않고 250℃를 초과하는 경우 급격하게 열분해가 되어 구리 나노 입자의 크기가 균일해 지지 않는 문제가 생길 수 있다. 바람직하게는 160 내지 200℃ 일 수 있다. 또한, 열분해는 질소분위기에서 소정의 시간 동안 수행될 수 있다. 또한, 열분해를 통하여 구리 나노 입자를 제조할 경우 구리포메이트-아민 콤플렉스가 분해되는데 이때, 저온에서 열분해가 일어나기 때문에 일부 분해되지 않은 옥틸아민이 구리 나노 입자의 주변에 남아있어서, 산화방지막을 형성할 수 있고, 이로 인하여 산화가 제어되어 구리의 단점인 산화가 쉽게 일어난다는 단점을 해결할 수 있다. 이 구리 나노 입자로 구리 잉크를 제조하여 전극패턴을 형성하여 급속 소결하여 소성할 때 이 옥틸아민은 함께 분해되어 사라져 전극패턴의 전도성에 영향을 주지 않을 수 있다.
또한, 구리 나노 입자를 획득하기 위해 세척 및 건조를 수행하여 구리포메이트-아민 콤플렉스를 제조하는 과정에서 생긴 불순물 또는 반응하거나 혼합되는 않은 아민 화합물을 걸러내기 위함일 수 있다. 세척 및 건조는 상온에서 소정의 시간 동안 이루어 질 수 있다.
또한, 열분해 온도가 낮기 때문에 내열성에 약한 유연한 플라스틱 기판에도 적용가능하며 유연 전자 소자 기술에 적용이 가능한 장점을 확보할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 구리 나노 입자의 평균 입경은 50 내지 150nm일 수 있으며, 보다 바람직하게는 80 내지 100nm일 수 있다. 구리 나노 입자의 크기가 작을수록 구리 나노 입자 간의 접촉점이 증가하여 전기전도도가 높은 구리박막을 형성할 수 있으나, 입자의 크기가 50nm 미만인 경우에는, 구리 나노 입자 간의 응집성이 증가하기 때문에 분산성이 저하될 수 있다. 또한, 구리 나노 입자의 평균 입경이 150nm를 초과하는 경우 구리 나노 입자 간의 접촉점이 감소하여 구리 나노 입자 간의 계면저항이 증가하고, 전기전도성이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (iv) 단계의 상기 용매는 알코올계 용매와 아세테이트계 용매를 1:2 내지 1:4 비율로 혼합하여 이루어지는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 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 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 아세테이트계 용매는 부틸 카비톨 아세테이트, 에틸 아세테이트, 이소 부틸 아세테이트, 에테르 아세테이트 및 토코페롤 아세테이트로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
더욱 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 발명의 실시예에서 상기 (vi) 단계에서 제조되는 구리 잉크의 점도는 3,000 내지 60,000Cps일 수 있다. 구리 나노 입자 잉크의 점도가 3,000Cps 미만인 경우, 구리 나노 입자 잉크가 인쇄 될 때 전극 패턴의 선폭이 넓어지고 그라비아 옵셋 인쇄 과정에서 패턴이 망가질 수 있다. 구리 나노 입자 잉크의 점도가 60,000Cps 초과인 경우, 그라비아 옵셋 인쇄 과정에서 구리 나노 입자 잉크가 블랭킷에서 잘 떨어지지 않아 전극패턴 형성이 잘 이루어지지 않는 문제점이 발생할 수 있다. 또한, 용매와 바인더의 조성을 변화시켜 점도를 낮춘다면 리버스 옵셋 인쇄의 해상도를 더욱 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (iv) 단계에서의 바인더는 우레탄 1wt% 내지 3wt%와 아크릴 5wt% 내지 7wt%를 혼합하여 이루어질 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 PVA로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다. 바람직하게는 우레탄과 아크릴을 혼합하여 바인더를 구성할 수 있는데, 우레탄 1 내지 3wt%와 아크릴 5 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 전기적 특성에 있어서, 저항이 높아져 사용하는 것에 제한이 있다. 아크릴 5wt% 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.
본 발명의 실시예에서 상기 우레탄은 수 평균 분자량이 300 내지 9,000g/mol일 수 있다. 300g/mol 미만인 경우 점도가 낮아 사용하기 부적합하며, 9,000g/mol 초과인 경우 점도가 높아 그라비아 옵셋 인쇄 시 패턴형성이 어려운 단점이 있다. 아크릴의 분자량은 10,000 내지 100,000g/mol인 것을 선택할 수 있는데, 10,000g/mol 미만인 경우 점도가 낮아 사용하기 부적합하며, 100,000g/mol 초과인 경우 점도가 높아 그라비아 옵셋 인쇄를 수행할 때 패턴형성이 어려운 단점이 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (vi) 단계와 상기 (vii) 단계 사이에, 상기 (vi) 단계에서 제조된 구리 잉크에 카르복실산을 첨가하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구리 나노 입자 잉크를 제조하는데 있어서, 3Rollmill단계를 수행하고 카르복실산 또는 환원제를 더 첨가할 수 있다. 카르복실산 또는 환원제를 후첨하여, 구리 나노 입자 잉크의 전도성을 향상시킬 수 있다. 카르복실산의 경우 탄소사슬의 개수가 1<c<12인 것을 선택할 수 있고, 이때 탄소사슬의 개수에 따라 Short(1<c<5), Middle(6<c<10), Long(10<c<15)로 분류할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 카르복실산은 탄소사슬의 개수가 4 내지 12개일 수 있다. 보다 바람직하게는 Middle의 탄소사슬 개수를 포함하는 카르복시산을 후첨 할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 상기 (viii) 단계의 이후에, 상기 인쇄층 중 상기 레이저빔이 조사되는 않은 영역을 세척용매를 사용하여 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구리 잉크를 기판 전면에 인쇄한 뒤, 선택적으로 레이저빔을 조사하여 일부 영역을 소결시켜 패턴을 형성하는 경우에는, 레이저빔이 조사되지 않은 영역을 세척용매를 사용하여 제거하기 위한 세척 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일실시예에서 세척용매는 이소프로필 알코올(IPA) 일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아님을 명시하며, 레이저빔에 의해 소결된 부분과 반응하지 않으며, 소결되지 않은 구리 잉크를 제거할 수 있는 용매이면 어느 것이든 가능할 수 있다. 또한, 소정의 형상으로 잉크를 인쇄한 뒤, 레이저 소결시키는 경우에도, 세척용매를 사용하여 세척하는 단계를 더 포함할 수 있음은 자명하다.
본 발명의 실시예에서 상기 (vii) 단계에서의 구리 잉크는, 잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아-옵셋 프린팅, 리버스-옵셋 프린팅, 롤투롤 프린팅 및 스크린 프린팅 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 상기 기판에 인쇄되는 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아님을 명시한다.
본 발명의 실시예에서 상기 (viii) 단계는 비활성기체 분위기하에서 수행되는 것일 수 있다. 기판에 인쇄된 구리 잉크에 레이저빔을 조사하는 단계에서, 레이저빔의 파장 및 직경을 고려하여 레이저빔을 조사하는 시간을 파악한 뒤, 레이저빔의 스캔 속도를 결정해야 할 것이다. 이 단계는 비활성기체 분위기하에서 수행되는 것이 바람직할 수 있으며, 이는 구리 잉크가 인쇄된 기판이 환원 및 소결되는 동안 산화되는 것을 방지하기 위함이다. 또한, 수소를 포함하는 환원성 기체분위기하에서 레이저빔을 조사하는 것도 가능할 수 있을 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 또 다른 실시예는 상기 방법으로 제조되는 차폐 패턴을 구비하는 투명 전자파 차폐 필름을 제공한다.
본 발명의 실시예에서 상기 방법으로 제조되는 투명 전자파 차폐 필름에 있어서, 전자파 차폐율은 30 내지 70dB이며, 면 저항 값은 1 내지 200mΩ/□일 수 있다.
이하, 본 발명의 실험예 및 실시예를 통하여 본 발명의 효과를 구체적으로 설명하도록 한다.
[실시예 1]
1. 구리 나노 입자 제조 단계
<구리포메이트의 제조>
산화구리(II) 분말 20g과 85% 농도의 개미산(formic acid) 200ml을 혼합한 뒤, 상온/상압에서 1시간 동안 강력하게 교반하며 구리포메이트를 제조하였다. 혼합물을 여과하여 청색의 구리포메이트를 수득하고 에탄올로 수회 세척하였다. 수득한 구리포메이트를 40℃에서 5시간 동안 진공건조시켜 구리포메이트 분말을 수득하였다.
<구리 나노 입자 제조>
구리포메이트 500g, 옥틸아민 841.7g, 터피네올 800g을 차례대로 혼합하며, 구리포메이트-아민 콤플렉스를 제조하고 2시간 동안 교반을 실시한다. 2시간 후, 공정 온도를 160℃로 승온하여 2시간 동안 열분해를 실시한다. 이 후, 12시간 동안 에이징하여 생성된 구리 나노 입자를 침전시키며, 상층액은 제거하고 분산액은 3,000rpm에서 10분 동안 원심분리한다. 원심분리가 끝나면 상층액은 제거하고 세척 단계로 아세톤을 이용하여, 초음파로 30분 동안 분산시킨 후 원심분리한다. 이 과정을 3회 반복한 후, 잉크로 사용할 용매로 치환하여 혼합 후, 원심분리를 통해 상층액은 제거하고, 건조 후 건조된 구리 나노 입자를 획득한다.
참고로, 옥틸아민 대신 아민의 종류를 헥실아민, 에틸렌아민, 시클로헥실아민으로 사용하여 상기 구리 나노 입자 제조 단계와 동일한 조건으로 혼합하고, 질소분위기하에 160˚C 온도에서 2시간 동안 열분해를 수행하여 구리포메이트-아민 콤플렉스를 제조하였다.
옥틸아민 헥실아민 에틸렌아민 시클로헥실아민
열분해 온도(℃) 120-200 150-210 150-210 170-200
구리함량(%) 23 21 25 30
표 1 및 도1을 참조하여 보면, 구리포메이트-아민 콤플렉스가 열분해 되는 것을 확인할 수 있다. 옥틸아민, 헥실아민, 에틸렌아민 및 시클로헥실아민은 120 내지 200˚C 부근에서 열분해 되는 것을 확인하였고, 생성된 구리의 함량이 헥실아민이 가장 높았으나 열분해 온도가 옥틸아민과 비교하였을 때 비교적 높아 옥틸아민을 선택하여 구리 나노 입자를 제조하는 것이 바람직하다는 것을 확인한 바 있다.
2. 구리 잉크 제조 단계
<용매 선정>
도 2을 참조하여 보면, 알콜계, 텍사놀, 아세테이트계 및 글리콜계 용매를 준비하고 각각의 그라비아 옵셋 인쇄에 관련하여, 블랑켓에 대한 흡광(absorption)과 방출(emission)을 측정하였다. 흡광은 블랑켓에 용매를 도포하고 30분 후의 무게의 변화를 측정하여 용매가 블랑켓에 흡수되는 정도를 확인하였으며, 그 결과, 아세테이트계 용매가 블랑켓에 대한 흡광이 가장 높은 것을 확인하였다. 방출은 유리 또는 기판에 용매를 도포하고 30분 후의 무게 변화를 측정하여 용매의 휘발성을 확인하였으며, 그 결과, 알코올계 용매가 가장 높은 것을 확인하였다. Absorption과 emission특성에서 가장 높은 수치를 기록한 알콜계와 아세테이트계를 혼합 용매로 사용하는 것이 그라비아 옵셋 인쇄가 가장 효율적으로 이루어질 수 있음을 확인하였고 이들 용매를 1:3비율로 혼합하여 구리 잉크를 제조하는 용매로 선정한 바 있다.
<바인더 선정>
그라비아 옵셋 인쇄를 위한 바인더로서 사용 가능한 수지로 아크릴계, 우레탄계 및 폴리비닐계를 선정하고, 이들에 대해 TGA측정 및 Tack Test를 수행하고 결과를 분석하였다. TGA측정은 아크릴계, 우레탄계 및 폴리비닐계 수지를 각각 온도프로그램을 이용하여 열분해 하는 과정에서의 질량변화를 온도의 함수로 분석하였다. 도3를 참조하여 보면, 300℃에서 아크릴이 우레탄, 폴리비닐계 수지와 비교하여 잔여물이 더 적게 남아있음을 확인할 수 있다. 도 4을 참조하여 보면, Tack Test는 Loop Tack Test를 진행하였고 폴리비닐계 수지가 가장 우수하였으며, 우레탄 또한 비교적 우수한 것으로 확인 되었다. 이 실험 결과에 따라, 바인더로서는 아크릴 및 우레탄을 혼합하여 사용하기로 결정한 바 있다.
참고로, 아크릴과 우레탄의 비율을 각각 달리하여 바인더를 제조함으로써, 구리 잉크를 제조할 때 바인더의 종류와 조성비에 따른 구리 잉크의 인쇄성과 물성을 분석하였다.
시료 1 2 3 4 5 6 7 8 9
아크릴 2wt% 4wt% 6wt% 2wt% 4wt% 6wt%
우레탄 2wt% 4wt% 6wt% 2wt% 2wt% 2wt%

인쇄성		 오프 ◎
100%		 ◎
100%		 ◎
100%		 ◎
100%		 ◎
100%		 ◎
100%		 ◎
100%		 ◎
100%		 ◎
100%
셋 X
0%		 X
0%		 X
30%		 ◎
60%		 ◎
70%		 ◎
80%		 ◎
100%		 ◎
100%		 ◎
100%
퍼짐 Low Low Low High High High High Middle Low
바인더의 조성비에 따른 그라비아 옵셋 인쇄성을 확인하면, 아크릴만 포함된 바인더의 경우 셋(Set)이 되지 않아 인쇄성이 열악하였고, 우레탄만 포함된 바인더의 경우 퍼짐 정도가 너무 높아 인쇄성이 낮았다. 아크릴 2wt%+우레탄 2wt%와 아크릴 4wt%+우레탄 2wt%를 사용한 시료 7 및 시료 8번은 오프(Off)와 셋(Set)이 우수하지만 퍼짐 정도가 높아 사용에 적합하지 않았고, 아크릴 6wt%와 우레탄 2wt%를 사용한 시료 9번이 인쇄성이 가장 우수한 것을 확인하였다. 이 결과로, 아크릴 6wt%+우레탄 2wt%를 그라비아 옵셋용 구리 잉크로 최종 선정한 바 있다.
<구리 잉크 제조 및 인쇄>
알콜계 용매 3wt%와 아세테이트계 용매 9wt%를 혼합하여 용매를 제조하고, 상기 혼합 용액에 아크릴계 수지 6wt% 및 우레탄 2wt%를 혼합하여 비히클을 제조하였다. 또한 비히클에 구리 나노 입자를 혼합하여 최종 구리 잉크를 제조하였다. 구리 잉크는 그라비아 옵셋 인쇄 방법으로 폴리이미드 기판에 인쇄하였다. 그라비아 옵셋 인쇄는 요판 인쇄의 일종으로 요철을 형성한 원통형 인쇄판(pattern roll)에 잉크를 묻혀 볼록한 부분에 묻는 잉크를 긁어낸 후, 오목한 부분에 들어간 잉크를 피인쇄물(필름 및 기판)에 전사하는 그라비아 인쇄와 같은 방법을 적용한 것으로, 잉크를 인쇄판에서 고무 블랑켓으로 전사하여 블랑켓의 잉크를 다시 피인쇄물에 전사하여 인쇄하는 기술이다.
3. 레이저 소결법을 이용한 투명 전자파 차폐 필름 제조 단계
상기 구리 잉크가 인쇄된 PET 기판(종류: IF70, 두께: 50㎛, SKC Inc.)을 70℃의 건조오븐에서 10분 동안 건조시켰다.
건조가 완료된 후, 나노초 펄스의 자외선 레이저 장치(Coherent 社, AVIA 355-5 model; wavelength=355nm, pulse width=<20ns, repetition rate=30 ㎑, max. power= 4.2W, unfocused laser beam diameter=2.85mm)를 사용하여 구리 잉크를 소결시켰다.
구체적으로, 건조가 완료된 기판을 자동 이송 스테이지에 올린 후, 건조된 잉크의 표면에 초점이 맞춰지지 않은 레이저빔(직경=2.85mm)을 조사하며 한 라인씩 스캐닝 하였다. 이때, 레이저빔의 출력은 1.8W이고, 스캔속도는 3mm/s 였다. 레이저빔이 조사되는 동안 산화를 방지하기 위하여 가스건을 통해 질소 기체가 공급되었다. 선택적으로 레이저빔을 조사하여 패턴을 형성한 뒤, 이소프로필 알코올을 사용하여 소결되지 않은 영역을 제거하여 차폐 패턴을 갖는 투명 전자파 차폐 필름을 제조하였다.
[실험예 1]
투명 전자파 차폐 필름의 전자파 차폐율 분석
투명 전자파 차폐 필름의 전자파 차폐 효과를 분석하기 위해, 측정 주파수범위는 30MHz 내지 1Ghz로 하여 전자파 차폐율을 측정하였다. 5회 반복 실험 결과, 평균 56.7dB의 차폐율을 가지는 것을 확인하였다.
[실험예 2]
투명 전자파 차폐 필름의 투명도 분석
투명 전자파 차폐 필름의 투과도를 측정한 결과 88%의 투과도를 보이는 것을 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 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.

Claims (17)

  1. (i) 구리포메이트, 아민화합물 및 극성 용매를 소정의 비율로 혼합하는 단계;
    (ii) 상기 (i) 단계의 혼합물을 소정의 온도에서 열분해 하는 단계;
    (iii) 세척 및 건조를 수행하여 구리 나노 입자를 획득하는 단계;
    (iv) 용매10 내지 30wt%에 바인더 1 내지 10wt%를 첨가하여 제 1용액을 제조하는 단계;
    (v) 상기 제 1용액에 상기 구리 나노 입자 60 내지 80wt%를 분산하여 제 2용액을 제조하는 단계;
    (vi) 상기 제 2용액을 혼련하여 구리 잉크를 제조하는 단계;
    (vii) 상기 구리 잉크를 기판에 인쇄하여 인쇄층을 형성하는 단계; 및
    (viii) 상기 인쇄층에 레이저빔을 조사하여, 상기 인쇄층 중 상기 레이저빔이 조사된 부분의 구리 잉크가 소결되고, 소결되지 않은 부분은 제거되어 소정의 패턴을 가지는 차폐 패턴이 형성되는 단계; 를 포함하고,
    상기 레이저빔을 조사함으로써 상기 구리 잉크 내의 구리가 환원되는 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선폭이 5 내지 50㎛인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선고가 2 내지 30㎛인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 (viii) 단계에서 형성되는 차폐 패턴은 선간이 50 내지 300㎛인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 전자파 차폐 필름의 체적저항은 10 내지 90μΩcm인것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 전자파 차폐 필름의 전자파 차폐율은 30 내지 70dB이며, 면 저항 값은 10 내지 200mΩ/□인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 투명 전자파 차폐 필름의 투과도가 80 내지 90%인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 (viii) 단계에서는, 나노초 펄스의 레이저빔을 조사하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 (viii) 단계에서 조사되는 레이저빔은 파장이 300 내지 1100nm이고, 강도는 103 내지 107W/cm2인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  10. 청구항 1에 있어서,
    상기 (viii) 단계에서 조사되는 레이저빔의 직경은 5 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  11. 청구항 1에 있어서.
    상기 구리 나노 입자의 평균 입경은 50 내지 150nm인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 (iv) 단계의 상기 용매는 알코올계 용매와 아세테이트계 용매를 1:2 내지 1:4 비율로 혼합하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 (vi) 단계에서 제조되는 구리 잉크의 점도는 3,000 내지 60,000Cps인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  14. 청구항 1에 있어서,
    상기 (viii) 단계의 이후에,
    상기 인쇄층 중 상에 상기 레이저빔이 조사되는 않은 영역을 세척용매를 사용하여 제거하는 단계; 를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  15. 청구항 1에 있어서,
    상기 (vii) 단계에서의 구리 잉크는,
    잉크젯 프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아-옵셋 프린팅, 리버스-옵셋 프린팅, 롤투롤 프린팅 및 스크린 프린팅 중에서 선택되는 어느 하나의 방법으로 상기 기판에 인쇄되는 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름의 제조방법.
  16. 청구항 1 내지 청구항 15 중 선택되는 하나의 항에 따른 제조방법으로 제조되는 투명 전자파 차폐 필름.
  17. 청구항 16에 있어서,
    전자파 차폐율은 30 내지 70dB이며, 면 저항 값은 10 내지 200mΩ/□인 것을 특징으로 하는 레이저 소결을 이용한 투명 전자파 차폐 필름.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN112913012A (zh) * 2018-11-05 2021-06-04 贺利氏德国有限两合公司 电磁干扰屏蔽层制造方法

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