KR20210138197A - 임프린팅을 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 메탈 메쉬의 패턴을 미세화하여 나노 패턴을 형성하면서 전기적 특성 및 시인성을 개선할 수 있는 나노 패턴 메탈 메쉬 제조방법에 관한 것으로, 기재 상에 메탈 마스크층을 형성하는 단계, 메탈 마스크층을 통해 상기 기재 상에 1차 식각 공정을 진행하는 단계, 1차 식각 공정 단계를 통해 형성된 상기 기재상의 제1 미세패턴 내부에 폴리머 마스크층을 위치시키는 단계 및 폴리머 마스크층이 위치된 상기 기재 상에 2차 식각 공정을 진행하는 단계를 통해 제2 미세패턴과 대응되는 형상의 마스터 몰드를 획득하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법을 제공한다.

Description

임프린팅을 이용한 나노 패턴 메탈 메쉬 제조 방법{Methods for manufacturing nano-pattern metal mesh using imprinting}
본 발명은 메탈 메쉬 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게 메탈 메쉬의 패턴을 미세화하여 나노 패턴을 형성하면서 전기적 특성 및 시인성을 개선할 수 있는 나노 패턴 메탈 메쉬 제조방법에 관한 것이다.
터치스크린, 태양 전지, 유기 EL 소자 등의 투명 전도층으로 ITO 필름과 같은 산화물 투명전극이 휴대 단말기를 비롯한 다양한 분야에서 적용되고 있다.
그러나, 최근 각광받고 있는 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 디바이스에 필요한 유연전자소자에 전술한 ITO 필름과 같은 산화물 투명 전극을 적용하기에는 기재 특성 상 한계가 있다. 특히, ITO 필름을 제조할 때는 포토리소그래피, 스퍼터링 등의 진공 공정이 필요하기 때문에 연속생산도 어려워 적용이 용이하지 않다.
이러한 단점을 해결하기 위해 메탈 메쉬, 은 나노(nano) 와이어, 탄소 나노 튜브(CNT), 불소 산화주석(FTO), 전도성 고분자 등으로 대체하는 시도가 이루어져 오고 있는데, 이 중에서 플라즈마 디스플레이의 전자파 차폐막 용도로 사용되고 있는 메탈 메쉬가 ITO 필름을 대신할 수 있는 유력한 대안으로 제시되고 있다.
메탈 메쉬는 구리나 은 등의 소재를 격자무늬로 배열해서 기존의 ITO 필름과 같은 전극을 구현하는 방식이다. ITO 필름처럼 희토류를 쓰지 않기 때문에 가격경쟁력이 있고, 터치 민감도 역시 ITO 필름에 비해 수 내지 수십%가량 뛰어난 것으로 알려져 있다. 특히, 메탈 메쉬는 금속을 사용하기 때문에 구부릴 수도 있어 최근 플렉시블 디스플레이, 웨어러블 디바이스에 적용이 용이하다.
다만, 이러한 장점에도 불구하고 종래의 메탈 메쉬의 경우 패턴 선폭이 비교적 넓어 화질이 다소 어두우며, 물결무늬처럼 보이는 '무아레'현상이 발생되는 문제점이 있다. 따라서, 본 발명에서는 메탈 메쉬의 패턴 선폭을 줄여 나노 단위의 패턴을 형성할 수 있는 메탈 메쉬를 제조하는 방법을 제안하고자 한다.
대한민국 공개특허 제10-2012-0101763호
본 발명의 목적은 효율적인 방법으로 메탈 메쉬의 선폭을 미세화시켜 나노 단위의 메탈 메쉬를 제조하고, 전기적 특성 및 시인성을 개선할 수 있는 나노 패턴 메탈 메쉬 제조 방법을 제안하는 것이다.
상술한 과제를 달성하기 위하여, 본 발명은 기재 상에 메탈 마스크층을 형성하는 단계, 메탈 마스크층을 통해 상기 기재 상에 1차 식각 공정을 진행하는 단계, 1차 식각 공정 단계를 통해 형성된 상기 기재상의 제1 미세패턴 내부에 폴리머 마스크층을 위치시키는 단계 및 폴리머 마스크층이 위치된 상기 기재 상에 2차 식각 공정을 진행하는 단계를 통해 제2 미세패턴과 대응되는 형상의 마스터 몰드를 획득하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법을 제안한다.
본 발명에 따르면 메탈 메쉬의 패턴을 나노 단위로 제조할 수 있어, 전기적 특성 및 시인성을 개선할 수 있는 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 몰드 제조 과정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 메쉬 제조 과정을 단계별로 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 이하에서 개시되는 실시예에 한정되지 않는다. 또한, 도면에서 본 발명을 명확하게 개시하기 위해서 본 발명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 도면에서 동일하거나 유사한 부호들은 동일하거나 유사한 구성요소들을 나타낸다.
본 발명의 목적 및 효과는 하기의 설명에 의해서 자연스럽게 이해되거나 보다 분명해직 수 있으며, 하기의 기재만으로 본 발명의 목적 및 효과가 제한되는 것은 아니다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략하기로 한다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 메쉬 제조 방법을 상세히 설명하도록 한다. 도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 몰드 제조 과정을 단계별로 나타낸 도면이다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 마스터 몰드(10) 제조 과정을 단계별로 나타낸 도면으로, 도 1 및 도 2를 참조하면, 마스터 몰드(10)는 실리콘 웨이퍼(Si wafer) 또는 글라스(Glass) 등의 기재(110)에 포토리소그래피(photolithography)를 통해 2단 요철을 갖는 패턴을 식각함으로써 제조될 수 있다. 참조로, 포토리소그래피(photolithography)는 반도체의 표면에 사진 인쇄 기술을 써서 직접 회로, 부품, 박막회로, 프린트 배선 패턴 등을 만들어 넣는 기법으로, 레지스트 도포, 패턴 현상, 소부 등 일련의 공정을 의미하는 용어이다. 즉, 실리콘 기재의 깨끗한 표면에 포토레지스트 액을 스핀코팅(spincoating), 스프레이, 또는 담금으로써 고르게 도포하고, 건조 후 마스크를 통해서 빛(되도록 자외선 광)을 선택적으로 조사하는 일련의 기술이다.
공정을 자세히 살펴보면, 우선 도 1의 <A>처럼 기재(110) 상에 메탈 마스크(Metal Mask)층(120)을 형성한다. 이후, 도 1의 <B>처럼 메탈 마스크 층(120)을 통해 1차 식각 공정을 진행하여 기재(110) 상에 일반적인 형태의 제1 미세패턴(111)을 형성시킨다. 이때, 1차 식각 공정은 도 1의 <B>처럼 기재(110)의 수직 방향으로 제1 미세패턴(111)이 형성될 수 있도록 하는 ICP-RIE 등의 건식 식각 공정일 수 있다.
다음, 도 1의 <C>처럼 기재(110)의 제1 미세패턴(111) 내부에 폴리머 마스크(Polymer Mask)층(130)을 위치시킨다. 이후, 2차 식각 공정을 진행한다. 2차 식각 공정 또한 1차 식각 공정과 동일하게 건식 식각 공정인 것이 바람직하다. 여기서, 2차 식각 공정은 전자의 산란으로 인하여 폴리머 마스크(130)의 바깥쪽부터 식각이 많이 일어나게 된다. 따라서, 2차 식각 공정이 완료된 후, 메탈 마스크층(120)과 폴리머 마스크층(130)을 제거한 후, 표면처리(Anti-sticking, Self-assembled Monolayer 처리 등을 통한 표면 에너지 감소처리 등)를 하면 최종적으로 도 1의 <D>와 같은 형태의 제2 미세패턴(112)이 형성된 패턴 기재(110`)를 준비할 수 있다. 상세하게, 제2 미세패턴(112)은 음각된 패턴 내측의 양 측면이 전자의 산란으로 인해 보다 더 많이 식각된 형상으로 구비될 수 있다. 도 1의 <D>와 같이 형성된 패턴 기재(110`)의 상면에 도 2의 <E>와 같이, 제1 수지(140)를 도포하여 마스터 몰드(10)를 제조할 수 있다. 상세하게, 여기서 제1 수지(140)는 UV경화성 수지로, 도 2의 <E>와 같이 패턴 기재(110`) 상면에 소정의 두께로 도포한 제1 수지(140)는 UV를 가하여 경화할 수 있다. 제1 수지(140)가 경화되면 도 2의 <F>와 같이 패턴 기재(110`)로부터 이탈되도록 떼어낼 수 있으며, 떼어내고 나면 도 2의 <G>와 같이 제2 미세패턴(112)의 형상에 대응되는 형상의 돌출부가 구비된 마스터 몰드(10)를 획득할 수 있다. 이와 같은 방법으로 제조 완료되어 획득된 마스터 몰드(10)를 이용하여 후술할 메탈 메쉬(20)를 제조할 수 있다.
이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 일 실시예에 따른 메탈 메쉬 제조 과정을 설명하도록 한다. 도 3 및 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 메쉬 제조 과정을 단계별로 나타낸 도면이다.
본 실시예의 메탈 메쉬(20)는 패턴 선폭을 미세화하면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종래기술보다 월등히 개선할 수 있는 효과가 있다. 이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 메탈 메쉬(20)를 제조하는 방법에 대해 순서대로 설명하도록 한다.
도 3을 참조하면, 도 3의 <A>와 같이 기판(210)의 상면에 제2 수지(220)를 도포하고, 제2 수지(220) 상면에 수직 전극(21) 및 수직 전극(21)과 전기적으로 절연되는 교차 영역을 가지는 수평 전극(22)을 형성하는 방법은 상기 제조된 마스터 몰드(10)를 가압하여 형성할 수 있다. 상세하게, 기판(210) 상면에 제2 수지(220)를 도포하여 수지층을 형성하고, 그 위에 제2 미세패턴 형상의 돌출부가 구비된 마스터 몰드(10)를 가압한 뒤, 이를 경화시켜 도 3의 <B>와 같은 제2 수지(220)의 상면에 제2 미세패턴(112)이 형성된 패턴 수지(220`)를 형성할 수 있다. 도 3에서는 기판(210)과 제2 수지(220)를 모두 표현했지만, 기판(210)의 상면에 수지를 형성하는 것은 일반적인 기술로서, 보다 정확한 설명을 위하여 앞으로 설명하는 기판(210) 및 제2 수지(220)에서는 기판(210)을 생략하고 설명하도록 한다. 다만, 후술하는 제2 수지(220) 및 경화된 패턴 수지(220`)는 기판(210)과 함께 설명하지 않지만, 기판(210) 상면에 형성되는 것을 기반으로 한다.
도 3의 <B>와 같이 패턴 수지(220`)가 완성되면, 마스터 몰드(10)에 의해 형성된 패턴 홈에 전도체(20)를 주입하여 경화시킨다. 이때, 패턴 홈에 전도체(20)를 주입하여 경화시키는 방법으로, 도 3의 <C>와 같이, 패턴 수지(220`)의 일측 상면에 전도체(20)를 도포한 뒤, 이를 블레이드를 통해 스퀴징하는 방법으로 전도체(20)를 각 패턴 홈에 주입할 수 있다. 따라서, 패턴 홈에 전도체(20)를 주입하여 경화시키게 되면, 패턴 홈에 주입된 전도체(20)를 따라 전류가 흐르게 된다. 이때, 주입되어 경화되는 전도체(20)는 격자 형상으로 수직 전극(21) 및 수평 전극(22)을 형성할 수 있다.
수직 전극(21) 및 수평 전극(22)이 모두 형성되면, 제품으로의 상용화를 위하여 평탄화 및 경도 향상 역할을 담당하는 보호층(30)을 전도체(20)상에 형성함으로써, 도 4의 <F>와 같은 최종 메탈 메쉬를 제조할 수 있다. 여기서, 보호층(30)을 형성하는 방법으로는 롤 코팅, 슬릿 코팅 등 다양한 코팅법 중 어느 하나가 적용될 수 있다.
상술한 일 실시예에 따라 메탈 메쉬를 제조하게 되면, 단순 요철 구조일 때에 비해 불필요한 전도체(20)의 잔류를 방지할 수 있음은 물론 최종 결과물인 메탈 메쉬의 품질을 향상시킬 수 있는 장점이 있다. 상세하게, 제2 미세패턴(112)을 중심이 오목하면서 양 측벽이 경사진 형상으로 형성함으로써 전도체(20)가 잔류되는 것을 일정 부분 방지할 수 있음은 물론, 전도체(20)가 빠져나가지 못하게 하여 메탈 메쉬의 품질을 향상시킬 수 있다. 따라서, 이상에서 설명한 바와 같은 본 발명의 일 실시예에 따르면 효율적인 방법으로 메탈 메쉬의 패턴을 미세화시키면서 제조할 수 있어 전기적 특성 및 시인성을 종래보다 월등히 개선할 수 있다.
상기한 본 발명의 바람직한 실시예는 예시의 목적으로 개시된 것이고, 본 발명에 대해 통상의 지식을 가진 당업자는 본 발명의 사상과 범위 안에서 다양한 수정, 변경 및 부가가 가능할 것이며, 이러한 수정, 변경 및 부가는 상기의 특허 청구범위에 속하는 것으로 보아야 할 것이다.
본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서, 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로, 본 발명은 상술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것은 아니다.

Claims (3)

  1. 기재(110) 상에 메탈 마스크층(120)을 형성하는 단계;
    상기 메탈 마스크층(120)을 통해 상기 기재(110) 상에 1차 식각 공정을 진행하는 단계;
    상기 1차 식각 공정 단계를 통해 형성된 상기 기재(110)상의 제1 미세패턴(111) 내부에 폴리머 마스크층(130)을 위치시키는 단계; 및
    상기 폴리머 마스크층(130)이 위치된 상기 기재(110) 상에 2차 식각 공정을 진행하는 단계;를 통해 제2 미세패턴(112)과 대응되는 형상의 마스터 몰드(10)를 획득하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    기판(210)의 상면에 제2 수지(220)를 도포하는 단계;
    상기 도포된 제2 수지(220)의 상면에 상기 획득한 마스터 몰드(10)를 가압하여 경화하는 단계;
    상기 제2 미세패턴(112)이 형성된 패턴 수지(220`)를 획득하는 단계;를 포함하고,
    상기 제2 미세패턴(112)이 형성된 패턴 수지(220`)의 패턴 홈에 전도체(20)를 주입하는 단계; 및
    주입된 상기 전도체(20)를 경화하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 전도체(20)가 경화된 패턴 수지(220`) 상면에 보호층(30)을 코팅하는 단계; 및
    상기 보호층(30)에 접합된 전도체(20)를 박리하여 메탈 메쉬를 획득하는 단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 메탈 메쉬 제조방법.
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