KR20230019652A - 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이의 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 리버스 오프셋 인쇄 공정용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 개시한다. 본 발명은 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어; 상기 금속 나노와이어를 분산시키는 주 용매; 상기 잉크 조성물의 응집력을 조절하는 보조 용매; 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제; 및 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제; 를 포함하고, 상기 보조 용매는 상기 주 용매보다 비점이 높은 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이의 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 본 발명은 주 용매 및 주 용매보다 비점이 높은 보조 용매를 포함하는 금속 나노와이어 기반의 전도성 잉크를 이용하여 다양한 기판 상에 수마이크로 크기의 금속 나노와이어 투명 전극을 제조할 수 있는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이의 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법에 관한 것이다.
최근 정보 통신 분야의 급속한 발전으로 전자 소자들은 기존의 평면성을 벗어나 투명하고 유연한 특성 또한 요구된다. 이로 인해 가시 광선에 대해 투명하고, 뛰어난 전기 전도성과 유연성을 보유한 투명전극의 수요가 크게 증가하는 추세이다.
현재 인듐 주석 산화물(Indium tin oxide, ITO) 투명전극이 뛰어난 광 투과율과 전기 전도성으로 다양한 전자 소자에 널리 사용되고 있지만, ITO 투명전극은 인듐(indium)의 제한된 매장량으로 인해 원가 경쟁력에서 문제점을 야기하고 있다. 또한, 인듐 주석 산화물 투명전극은 세라믹 재료이기 때문에 금속에 비해 전기적 특성이 우수하지 못하고 구부릴 때 쉽게 깨질 수 있어 유연 디스플레이나 유연 태양전지에 적용하기 제한적이라는 단점이 있다.
따라서, 인듐 주석 산화물 투명전극을 대체 하기 위해 전도성 고분자 (Conducting Polymer), 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 그래핀(Graphene), 메탈 메쉬(Metal Mesh), 메탈 나노와이어(Metal Nanowire) 등의 새로운 투명전극 소재 개발이 활발히 진행 중이다.
그 중 금속 나노와이어는 저비용의 용액공정으로 투명전극이 요구하는 일정 수준 이상의 광투과율과 전도도를 쉽게 구현할 수 있어 많은 연구가 수행되고 있다. 특히, 은(Ag)은 현존하는 금속 중에서 가장 높은 전기 전도도를 가지고 있으며, 은 나노와이어는 독특한 광학적, 전기적, 기계적 성질을 나타내므로 디스플레이 패널, 터치 패널, 액정 디스플레이 패널, 태양전지 등 다양한 전자 소자에서 ITO를 대체할 수 있는 투명전극 소재로 각광받고 있다. 따라서, 은 나노와이어 기반의 투명전극 개발은 이미 상당 수준에 이르렀지만, 은 나노와이어를 전자소자에 적용하기 위한 패턴화 기술에 관한 연구는 미미한 상황이다.
현재까지 반도체 공정이 투명전극 패턴형성기술의 기반이 되어왔다. 그 중 포토리소그래피(Photolithography) 공정이 대표적이다. 포토리소그래피 공정은 포토레지스트 코팅 공정, 노광 공정, 현상 공정, 식각 공정, 스트립 공정을 거쳐 투명전극의 패턴을 형성시키는 공정이다.
그러나, 포토리소그래피 공정은 과정이 복잡함에 따라 패턴 형성 시간이 길고 재료 손실을 수반하기 때문에 공정비용이 높으며, 스트립 공정에서 포토레지스트 코팅을 충분히 박리하지 못할 경우 전자소자 적용 시 큰 문제점을 야기한다. 따라서, 최근 국내외 대기업의 연구진들이 기존의 복잡한 반도체 공정을 대체하기 위해 인쇄 전자 기술 개발을 활발히 진행 중이다.
인쇄 전자 기술이란 기능성 전자 잉크를 이용한 인쇄 공정을 통하여 다양한 전자 소자를 제작하는 기술을 의미한다. 인쇄 전자 기술은 기존의 반도체 공정에 비해 공정 과정이 간단하며 재료 사용량이 적어 공정 비용을 대폭 절감시켜 생산성을 크게 증대시킬 수 있는 장점이 있다.
인쇄 전자 기술로는 그라비아, 플렉소그래픽, 스크린, 잉크젯, 임프린팅, 리버스 오프셋 방식 등이 있다. 그 중 리버스 오프셋 인쇄법은 높은 해상도의 인쇄기술로 짧은 공정 시간과 패턴 두께 조절이 용이하다는 장점으로 인해 최근 많은 연구가 진행되고 있다. 하지만 리버스 오프셋용 도전성 잉크 제작의 어려움으로 미세 패턴 구현과 동시에 유연 기판에 적용 가능한 리버스 오프셋 용 도전성 잉크가 상용화되어 있지 않다. 더욱이 리버스 오프셋 인쇄를 이용한 금속 나노와이어 투명전극 패턴 제작은 현재 보고된 바 없다.
본 발명의 실시예는 주 용매 및 주 용매보다 비점이 높은 보조 용매를 포함하여 주 용매가 휘발되어 반건조된 상태인 금속 나노와이어 전구체층의 점탄성을 제어할 수 있는 금속 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 제공 하고자 한다.
본 발명의 실시예는 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제를 포함하여 클리쉐 및 기판과 금속 나노와이어 전구체층 간의 접착력 및 응집력을 제어하여 미세 패턴을 형성할 수 있는 금속 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 제공 하고자 한다.
본 발명의 실시예는 실리콘계 화합물을 포함하는를 포함하여 잉크 조성물의 표면에너지를 조절하여 블랭킷 롤에 균일하게 코팅할 수 있는 금속 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 제공 하고자 한다.
본 발명의 실시예는 금속 나노와이어의 표면이 리간드로 치환되어 분산성을 향상시킬 수 있는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 제공 하고자 한다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어; 상기 금속 나노와이어를 분산시키는 주 용매; 상기 잉크 조성물의 응집력을 조절하는 보조 용매; 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제; 및 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제; 를 포함하고, 상기 보조 용매는 상기 주 용매보다 비점이 높다.
상기 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은, 상기 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어가 0.1 wt% 내지 10 wt% 로 포함되고, 주 용매가 50 wt% 내지 97.8 wt%로 포함되며, 상기 보조 용매가 1 wt% 내지 50 wt%로 포함되고, 상기 표면에너지 조절제가 1 wt% 내지 10 wt%로 포함되며, 상기 레벨링제가 0.1 wt% 내지 5 wt%로 포함 될 수 있다.
상기 주 용매의 비점은 50 ℃ 내지 100 ℃일 수 있다.
상기 주 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜(IPA), 아세톤, 프로판올, 노말헥산 , 디메틸카보네이트, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트, 물, 디메톡시에탄 및 디에틸에테르 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 보조 용매의 비점은 100 ℃ 내지 150 ℃일 수 있다.
상기 보조 용매는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate; PGMEA), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 부탄올, 메틸 30메톡시프로피오 네이트, 프로필렌 글리콜 및 에틸렌 글리콜 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 초음파 처리에 의해 상기 금속 나노와이어의 표면이 상기 리간드로 치환되어 상기 주 용매 내에 분산될 수 있다.
상기 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 상기 리간드의 함량에 따라 입체효과로 인한 상기 금속 나노와이어 간 반발력이 상이하여 분산성이 조절될 수 있다.
상기 리간드의 함량은 상기 금속 나노와이어 대비 4 wt% 내지 40 wt%일 수 있다.
상기 아크릴계 화합물은 아크릴레이트 코폴리머(acrylate copolymer)를 포함할 수 있다.
상기 실리콘계 화합물은 폴리에테르 변형 디메틸폴리실록산(Polyether modified dimethylpolysiloxane copolymer)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 준비하는 단계; 상기 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 블랭킷 롤(blanket roll)에 코팅하여 금속 나노와이어 전구체층을 형성하는 단계; 상기 블랭킷 롤에 코팅된 상기 금속 나노와이어 전구체층을 패턴을 포함하는 클리쉐(cliche)에 압착시켜 상기 블랭킷 롤에 금속 나노와이어 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 블랭킷 롤에 형성된 금속 나노와이어 패턴을 기판에 전사하는 단계; 를 포함한다.
상기 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 준비하는 단계는, 초음파 처리를 이용하여 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어를 제조하는 단계; 및 상기 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어, 주 용매, 보조 용매, 아크릴계 화합물 및 실리콘계 화합물을 혼합하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 주 용매 및 주 용매보다 비점이 높은 보조 용매를 포함하여 주 용매가 휘발되어 반건조된 상태인 금속 나노와이어 전구체층의 점탄성을 제어할 수 있는 금속 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제를 포함하여 잉크 조성물의 표면에너지를 조절하여 블랭킷 롤에 균일하게 코팅할 수 있는 금속 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제를 포함하여 클리쉐 및 기판과 금속 나노와이어 전구체층 간의 접착력 및 응집력을 제어하여 미세 패턴을 형성할 수 있는 금속 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 금속 나노와이어의 표면이 리간드로 치환되어 분산성을 향상시킬 수 있는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법을 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 금속 나노와이어를 도시한 주사전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 금속 나노와이어에 둘러싸인 리간드의 함량에 따른 열중량분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 레벨링제의 함량에 따른 금속 나노와이어 전구체층의 코팅성을 도시한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 보조 용매의 함량에 따라 PET 기판 상에 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 광학현미경 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제의 함량에 따라 PET 기판 상에 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법으로 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 이미지이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 금속 나노와이어를 도시한 주사전자현미경 이미지이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 금속 나노와이어에 둘러싸인 리간드의 함량에 따른 열중량분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 레벨링제의 함량에 따른 금속 나노와이어 전구체층의 코팅성을 도시한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 보조 용매의 함량에 따라 PET 기판 상에 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 광학현미경 이미지이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제의 함량에 따라 PET 기판 상에 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 이미지이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법으로 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 이미지이다.
이하 첨부 도면들 및 첨부 도면들에 기재된 내용들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 "포함한다(comprises)" 및/또는 "포함하는(comprising)"은 언급된 구성요소, 단계는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 "실시예", "예", "측면", "예시" 등은 기술된 임의의 양상(aspect) 또는 설계가 다른 양상 또는 설계들보다 양호하다거나, 이점이 있는 것으로 해석되어야 하는 것은 아니다.
또한, '또는'이라는 용어는 배타적 논리합 'exclusive or'이기보다는 포함적인 논리합 'inclusive or'를 의미한다. 즉, 달리 언급되지 않는 한 또는 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 'x가 a 또는 b를 이용한다'라는 표현은 포함적인 자연 순열들(natural inclusive permutations) 중 어느 하나를 의미한다.
또한, 본 명세서 및 청구항들에서 사용되는 단수 표현("a" 또는 "an")은, 달리 언급하지 않는 한 또는 단수 형태에 관한 것이라고 문맥으로부터 명확하지 않는 한, 일반적으로 "하나 이상"을 의미하는 것으로 해석되어야 한다.
아래 설명에서 사용되는 용어는, 연관되는 기술 분야에서 일반적이고 보편적인 것으로 선택되었으나, 기술의 발달 및/또는 변화, 관례, 기술자의 선호 등에 따라 다른 용어가 있을 수 있다. 따라서, 아래 설명에서 사용되는 용어는 기술적 사상을 한정하는 것으로 이해되어서는 안 되며, 실시예들을 설명하기 위한 예시적 용어로 이해되어야 한다.
또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 설명 부분에서 상세한 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 아래 설명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌 그 용어가 가지는 의미와 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 이해되어야 한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않는 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
한편, 본 발명의 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는, 그 상세한 설명을 생략할 것이다. 그리고, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어, 금속 나노와이어를 분산시키는 주 용매, 잉크 조성물의 응집력을 조절하는 보조 용매, 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제 및 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 리버스 오프셋 인쇄에 사용하기 위한 것으로 상대적으로 낮은 함량으로 포함하여야 금속 나노와이어 간 얽힘 등으로 인한 침전 현상을 방지하고 용액 내 분산성을 확보할 수 있다.
따라서, 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 전체 잉크 조성물에 대해, 0.1 wt% 내지 10 wt% 로 포함될 수 있고, 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어의 함량이 0.1 wt% 미만이면 낮은 금속 함량으로 인해 전도성 네트워크가 충분히 형성되지 못하여 인쇄 시 전기전도성을 확보하지 못하는 문제가 있고, 10 wt%를 초과하면 금속 나노와이어 간 얽힘 등으로 인해 침전되어 낮은 분산성을 보이는 문제가 있다.
표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 초음파 처리에 의해 금속 나노와이어의 표면이 리간드로 치환될 수 있고, 금속 나노와이어의 표면을 리간드로 치환함으로써 소량의 분산 첨가제로도 분산성 개선에 대한 극적인 효과를 기대할 수 있어 보다 효율적인 전도성 네트워크 형성을 통해 전도성 잉크의 우수한 전기적 특성을 확보할 수 있다.
금속 나노와이어는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 니켈(Ni), 텅스텐(W), 철(Fe) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 금속 나노와이어는 구리 나노와이어일 수 있다.
구리 나노와이어는 매우 우수한 전기전도성을 나타내며 가격이 저렴하기 때문에, 은 나노와이어 대비 원재료 비용을 절감시킬 수 있는 효과가 있다.
금속 나노와이어의 직경은 10 nm 내지 500 nm일 수 있고, 금속 나노와이어의 직경이 10 nm 미만이면 전도성 네트워크가 취약하여 인쇄물의 전기적 특성이 저하되는 문제가 있고, 500 nm를 초과하면 패턴을 μm 단위로 미세하게 인쇄하기 어려운 문제가 있다.
금속 나노와이어의 길이는 1 μm 내지 1000 μm 일 수 있고, 금속 나노와이어의 길이가 1 μm 미만이면 접촉 저항이 증가하여 효율적인 전도성 네트워크를 형성하지 못하는 문제가 있고, 1000 μm 를 초과하면 금속 나노와이어 간 얽힘 등으로 인해 분산성이 저하되는 문제가 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 표면이 리간드로 치환된 금속 나노와이어를 포함함으로써, 금속 나노와이어의 분산성을 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로, 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 리간드의 함량에 따라 분산성이 조절될 수 있다. 예를 들어, 리간드의 함량이 증가되면 입체효과(steric hindrance)로 인한 금속 나노와이어 간 반발력이 증가하여 분산성이 증가되고, 리간드의 함량이 감소되면 금속 나노와이어 간 반발력이 감소하여 분산성이 감소될 수 있다.
리간드의 함량은 금속 나노와이어 대비 4 wt% 내지 40 wt%일 수 있고, 리간드의 함량이 4 wt% 미만이면 나노와이어 간 반발력이 부족하여 금속 나노와이어가 쉽게 침전되는 문제가 있고, 40 wt%을 초과하면 응집력이 과도하게 증가하여 인쇄에 어려움이 있으며, 금속 나노와이어의 함량을 일정 이상 증가시키지 못하는 문제가 있다.
리간드는 배위 결합이 가능한 작은 분자 또는 폴리머일 수 있고, 예를 들어, 리간드는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP), 올레일아민 (oleylamine), 폴리우레탄, 폴리에테르우레탄, 폴리우레탄 공중합체, 셀룰로오스 아세테이트, 셀룰로오스, 아세테이트 부틸레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 셀룰로오스 유도체, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리아크릴 공중합체, 폴리비닐아세테이트 공중합체, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 폴리퍼퓨릴알콜, 폴리스티렌, 폴리스티렌 공중합체, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리에틸렌옥사이드 공중합체, 폴리프로필렌옥사이드 공중합체, 폴리카보네이트, 폴리비닐클로라이드, 폴리카프로락톤, 폴리비닐풀루오라이드, 폴리비닐리덴풀루오라이드 공중합체 및 폴리아마이드, 하이드록실아민, 브로민화 세트리모늄, 에틸렌글리콜, 폴리아릴아민, 폴리메타아크릴산 및 폴리에틸글리콜 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 리간드는 폴리비닐피롤리돈(polyvinylpyrrolidone; PVP)일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 금속 나노와이어를 분산시키는 주 용매 및 잉크 조성물의 응집력을 조절하는 보조 용매를 포함하고, 보조 용매는 주 용매보다 비점이 높다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 용매로 고비점 용매 및 저비점 용매가 혼합된 혼합용매가 사용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 보조 용매의 비점에 따라 잉크의 점탄성이 변화되므로, 주 용매 및 보조 용매의 비점을 조절하여 오프셋 프린팅용 전도성 잉크의 바람직한 점탄성을 확보할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 고비점 용매인 보조 용매를 150 ℃ 이하의 상대적으로 낮은 비점을 갖는 용매를 사용함으로써, 전도성 잉크(본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물)애 포함되는 용매들의 전반적인 비점을 감소시켜 저온 소결이 가능하고, 소결 속도 및 건조 속도 등의 공정 시간을 감소 시킬 수 있어 생산성 향상을 도모할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 주 용매 및 보조 용매를 모두 150 ℃ 이하의 상대적으로 낮은 비점을 갖는 용매를 사용함으로써, 저온 소결이 가능하고 건조 및 소결 속도가 감소하여 공정 시간을 단축시킬 수 있으며, 적절한 점탄성을 바탕으로 표면 특성을 제어할 수 있어 고품질의 인쇄 공정이 가능하다.
주 용매는 전체 잉크 조성물에 대해, 50 wt% 내지 97.8 wt% 로 포함될 수 있고, 주 용매의 함량이 50 wt% 미만이면 점성이 너무 높아 오프셋 프린팅에 적합하지 않는 문제가 있고, 97.8 wt%를 초과하면 첨가제의 양이 부족하여 표면 특성을 정확히 조절하기 힘든 문제가 있다.
주 용매의 비점은 100 ℃ 이하일 수 있고, 바람직하게는, 주 용매의 비점은 50 ℃ 내지 100 ℃일 수 있고, 주 용매의 비점이 50 ℃ 미만이면 휘발 속도가 너무 빨라 잉크의 용매 조성의 급격한 변화로 인하여 인쇄 특성의 구현이 불가능한 문제가 있고, 100℃를 초과하면 오프셋 프린팅을 위한 반건조 공정에 너무 오랜 시간이 걸리는 문제가 있다.
주 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜(IPA), 아세톤, 프로판올, 노말헥산 , 디메틸카보네이트, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트, 물, 디메톡시에탄 및 디에틸에테르 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 바람직하게는, 주 용매는 이소프로필 알콜(IPA)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 주 용매보다 상대적으로 고비점을 갖는 보조 용매를 포함함으로써 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물의 코팅성을 확보하여 리버스 오프셋 인쇄 특성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 보조 용매를 포함함으로써, 주 용매가 휘발되어 잉크 내 상대적으로 고 비점인 보조 용매의 비율이 높아짐에 따라 반건조된 상태인 금속 나노와이어 전구체층의 점탄성을 조절하여 전사성을 향상시킬 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 보조 용매의 함량에 따라 금속 나노와이어 전구체층의 점탄성이 제어될 수 있고, 예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 보조 용매의 함량이 증가되면 반건조 공정 시 잉크 내 잔여 보조 용매의 양이 증가하여 점탄성이 향상될 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 주 용매 및 보조 용매가 혼합된 혼합 용매를 사용함으로써, 잉크의 점탄성을 제어하여 원활한 코팅을 가능케하고, 금속 나노와이어 전구체층을 형성하여 리버스 오프셋 인쇄를 수행할 수 있다.
보조 용매는 전체 잉크 조성물에 대해, 1 wt% 내지 50 wt% 로 포함될 수 있고, 보조 용매의 함량이 1 wt% 미만이면 반건조 공정 시 고체적 특성을 강하게 띄어 낮은 점성을 보이며 기판 상에 금속 나노와이어 패턴이 완벽히 전사되지 않고 비어있는 영역이 발생되는 문제가 있고, 50 wt%를 초과하면 오프셋 프린팅을 위한 반건조 공정이 불가능하거나, 시간이 너무 오래 걸리는 문제가 있다.
보조 용매의 비점은 100 ℃를 초과될 수 있고, 바람직하게는, 100 ℃ 내지 150 ℃일 수 있고, 보조 용매의 비점이 100 ℃ 이하이면 반건조 이후 공정이 가능한 시간 마진이 매우 짧은 문제가 있고, 150℃를 초과하면 저온 소결이 불가능하며 소결 속도가 매우 증가하여 공정 시간이 증가하는 문제가 있다.
보조 용매는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate; PGMEA), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 부탄올, 메틸 30메톡시프로피오 네이트, 프로필렌 글리콜 및 에틸렌 글리콜 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 보조 용매로 비점이 146 ℃인 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate; PGMEA)를 2wt%를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 균일한 코팅 및 미세 패턴의 전사성을 향상시키기 위해 첨가제를 포함할 수 있고, 첨가제로 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제 및 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제를 포함함으로써, 클리쉐 및 기판과 금속 나노와이어 전구체층 간의 접착력 및 응집력을 제어하여 미세 패턴을 형성할 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제의 함량이 증가되면 실리콘 웨이퍼 및 폴리머 기판과 잉크(본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물)와의 표면장력을 감소시켜 클리쉐 및 기판과 금속 나노와이어 전구체층 간의 접착력 및 응집력이 증가될 수 있다.
아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제는 전체 잉크 조성물에 대해, 1 wt% 내지 10 wt% 로 포함될 수 있고, 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제의 함량이 1 wt% 미만이면 표면장력이 충분히 감소되지 못하여 금속 나노와이어 패턴의 엣지 특성(edge definition)이 저하되는 문제가 있고, 10 wt%를 초과하면 잉크의 전기적 특성이 심히 저하되는 문제가 있다.
보다 구체적으로, 아크릴계 화합물은 아크릴레이트 코폴리머(acrylate copolymer)를 포함할 수 있다.
예를 들어, 아크릴계 화합물을 상용제품으로 사용하는 경우, 아크릴계 화합물은 BYK 3441를 사용할 수 있고, 바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제로 2 wt%의 BYK 3441를 포함할 수 있다.
실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물의 표면 에너지를 조절하여 블랭킷 롤 상의 코팅성을 향상시킬 수 있다.
예를들어, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제의 함량이 증가되면 실리콘 블랭킷과 잉크의 표면장력이 감소하여 코팅성이 향상될 수 있다.
실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제는 전체 잉크 조성물에 대해, 0.1 wt% 내지 5 wt% 로 포함될 수 있고, 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제의 함량이 0.1 wt% 미만이면 실리콘 블랭킷과의 표면장력이 충분히 감소되지 못하여 금속 나노와이어 전구체층에서 크레이터 혹은 핀홀과 같은 결정이 발생되는 문제가 있고, 5 wt%를 초과하면 잉크의 전기적 특성이 심히 저하되는 문제가 있다.
보다 구체적으로, 실리콘계 화합물은 폴리에테르 변형 디메틸폴리실록산(Polyether modified dimethylpolysiloxane copolymer)을 포함할 수 있다.
예를 들어, 실리콘계 화합물을 상용제품으로 사용하는 경우, 실리콘계 화합물은 BYK 333를 사용할 수 있고, 바람직하게는, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제로 0.23 wt%의 BYK 333을 포함할 수 있다.
이하에서는, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 이용한 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법을 동시에 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법을 도시한 단면도 이다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물과 동일한 구성요소를 포함할 수 있고, 동일한 구성 요소에 대한 설명은 생략하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 준비하는 단계(S110), 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 블랭킷 롤(blanket roll; 110)에 코팅하여 금속 나노와이어 전구체층(120)을 형성하는 단계(S120), 블랭킷 롤(110)에 코팅된 금속 나노와이어 전구체층(120)을 패턴을 포함하는 클리쉐(cliche)(131)에 압착시켜 블랭킷 롤(110)에 금속 나노와이어 패턴(122)을 형성하는 단계(S130) 및 금속 나노와이어 패턴(122)이 형성된 블랭킷 롤(110)을 기판(140)에 전사하는 단계(S140)를 포함한다.
먼저, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 준비하는 단계(S110)를 진행한다.
리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 준비하는 단계(S110)는, 초음파 처리를 이용하여 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어를 제조하는 단계(S111) 및 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어, 주 용매, 보조 용매, 아크릴계 화합물 및 실리콘계 화합물을 혼합하는 단계(S112)를 포함할 수 있다.
먼저, 초음파 처리를 이용하여 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어를 제조하는 단계(S111)를 진행할 수 있다.
표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 초음파 처리에 의해 금속 나노와이어의 표면이 리간드로 치환되어 주 용매 내에 분산될 수 있다.
보다 구체적으로, 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 금속 나노와이어의 분산성을 향상시키기 위해 금속 나노와이어, 에탄올 및 이소프로필알코올과 같은 알코올계 용매 및 리간드를 포함하는 금속 나노와이어 분산액을 초음파 처리하여 금속 나노와이어 표면을 리간드로 표면처리할 수 있다.
금속 나노와이어의 분산성은 금속 나노와이어 분산액 내의 리간드의 함량에 따라 조절될 수 있다, 예를 들어, 리간드의 함량이 증가되면 입체효과로 인한 금속 나노와이어 간 반발력이 증가하여 분산성이 증가되고, 리간드의 함량이 감소되면 금속 나노와이어 간 반발력이 감소하여 분산성이 감소될 수 있다.
리간드의 함량은 금속 나노와이어 분산액 대비 4 wt% 내지 40 wt%일 수 있고, 리간드의 함량이 4 wt% 미만이면 분산성이 부족하여 금속 나노와이어가 쉽게 침전되는 문제가 있고, 40 wt%을 초과하면 응집력이 과도하게 증가하여 인쇄에 어려움이 있으며, 금속 나노와이어의 함량을 일정 이상 증가시키지 못하는 문제가 있다.
이 후. 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어, 주 용매, 보조 용매, 아크릴계 화합물 및 실리콘계 화합물을 혼합하는 단계(S112)를 진행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 내에 주 용매 및 주 용매보다 비점이 높은 보조 용매를 포함하여 주 용매가 휘발되어 반건조된 상태인 금속 나노와이어 전구체층(120)의 점탄성을 제어할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 주 용매가 휘발되어 잉크 내 보조 용매의 비율이 높아짐에 따라 반건조된 상태인 금속 나노와이어 전구체층(120)의 점탄성을 제어할 수 있다.
이 후, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 블랭킷 롤(blanket roll; 110)에 코팅하여 금속 나노와이어 전구체층(120)을 형성하는 단계(S120)를 진행한다.
리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은 슬롯 다이 코팅, 닥터 블레이드 코팅 또는 바 코팅으로 코팅하여 블랭킷 롤(110)에 균일하게 코팅될 수 있다.
예를 들어, 슬롯 다이 코팅으로 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물이 블랭킷 롤(110)에 코팅되는 경우, 슬롯 다이의 토출 측에서 블랭킷 롤(110)이 회전하여 블랭킷 롤(110)의 표면에 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물이 균일하게 코팅될 수 있다.
또한, 블랭킷 롤(110)의 표면에 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 코팅한 후, 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 반건조시키기 위해 상온(25℃)에서 수분 동안 대기하여 금속 나노와이어 전구체층(120)을 형성할 수 있다.
블랭킷 롤(110)은 실리콘계 블랭킷이 사용될 수 있다.
이 후, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 블랭킷 롤(110)에 코팅된 금속 나노와이어 전구체층(120)을 패턴을 포함하는 클리쉐(cliche)(132)에 압착시켜 블랭킷 롤(110)에 금속 나노와이어 패턴(112)을 형성하는 단계(S130)를 진행한다.
패턴을 포함하는 클리쉐(cliche)(132)는 클리쉐 지지체(131) 상에 형성되어 있고, 클리쉐(132)에 형성된 패턴(제1 패턴; 111)은 기판(140)에 전사하고자 하는 금속 나노와이어 패턴(112; 제2 패턴)과 반대되는 패턴이다.
따라서, 블랭킷 롤(110)에 코팅된 금속 나노와이어 전구체층(120)을 패턴을 포함하는 클리쉐(cliche)(132)에 압착시키면, 회전되는 블랭킷 롤(110)에 의해, 블랭킷 롤(110)에 형성된 금속 나노와이어 전구체층(120) 중, 클리쉐(132)의 패턴(제1 패턴; 111)에 접촉된 금속 나노와이어 전구체층(120)은 클리쉐(132)에 전사되어 제거되고, 클리쉐(132)의 패턴(제1 패턴; 111)에 접촉되지 않은 금속 나노와이어 전구체층(120)은 블랭킷 롤(110)에 남아 금속 나노와이어 패턴(제2 패턴; 112)이 형성될 수 있다.
마지막으로, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 블랭킷 롤(110)에 형성된 금속 나노와이어 패턴(제2 패턴; 112)을 기판(140)에 전사하는 단계(S140)를 진행한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 사용함으로써, 다양한 기판(140) 상에 수마이크로 수준의 크기를 갖는 금속 나노와이어 패턴(제2 패턴; 112)을 포함하는 투명전극을 제조할 수 있다.
기판(140)은 무기물 기판 또는 유기물 기판이 사용될 수 있다.
무기물 기판은 유리, 석영(Quartz), Al2O3, SiC, Si, GaAs 및 InP 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
유기물 기판은 켑톤 호일, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate; PET), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane; PDMS), 폴리에테르술폰(polyethersulfone, PES), 폴리아크릴레이트(polyacrylate, PAR), 폴리에테르 이미드(polyetherimide, PEI), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide, PPS), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리카보네이트(polycarbonate, PC), 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate, CTA) 및 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate, CAP) 중 어느 하나를 포함할 수 있다.
무기물 기판 및 유기물 기판은 광이 투과되는 투명한 소재로 이루어질 수 있고, 유기물 기판을 도입하는 경우, 투명 전극의 유연성을 높일 수 있다.
기판(140)은 단순한 기판이거나, 기판(140) 상에 적어도 하나 이상의 층이 형성된 기판일 수 있다. 적어도 하나 이상의 층은 금속 나노와이어 패턴(112)을 형성하기 위한 제한되지 않은 지지체를 의미하고, 예를 들어, 디스플레이 패널, 터치 패널, 액정 디스플레이 패널, 태양전지 등 다양한 전자 소자에 포함되는 층일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 사용함으로써, 인쇄 방향이나 금속 나노와이어 패턴(112)의 곡률과 관계없이 금속 나노와이어 패턴(112)이 다양한 선폭을 갖도록 미세 패터닝이 가능하다.
금속 나노와이어 패턴(112)의 선폭은 10 ㎛ 내지 10 ㎜일 수 있고, 금속 나노와이어 패턴(112)의 선폭이 10 ㎛ 미만이면 금속 나노와이어 패턴(112)의 엣지 특성(edge definition)이 저하하는 문제가 있고, 10 ㎜를 초과하면 처짐(sagging)에 의해 결함이 발생하는 문제가 있다.
실시예에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄 방법은 기판(140) 상에 형성된 금속 나노와이어 패턴(112)를 건조 또는 경화시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
건조 또는 경화시키는 단계의 공정 온도는 상온(25℃) 내지 100℃일 수 있고, 공정 온도가 상온 미만이면 건조 또는 경화가 원활히 진행되지 않는 문제가 있고, 100℃를 초과하면 폴리머 기판이 변형되는 문제가 있다.
제조예 2 : 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어
이소프로필알코올 157.2 g에 환산 중량평균 분자량 55,000인 폴리비닐피롤리돈 1 내지 2 g을 용해시킨 후, 헥세인 5 g, 구리 나노와이어 20 mg 용액과 혼합한 용액을 질소 가스를 주입하여 30분간 탈기시켰다. 그 후, 30분간 초음파 처리하고 2500 rpm으로 15분간 1 내지 3회 반복 원심분리하여 정제하였다. 최종적으로 이소프로필알코올을 용질의 함량이 1 wt%가 될 때까지 혼합하여 리간드로 둘러싸인 구리 나노와이어를 제조하였다.
제조예 2 : 구리 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물
실리콘계 레벨링제인 BYK 333 2.3 mg, 아크릴계 표면에너지 조절제인 BYK 3441 20 mg, 보조 용매인 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트 20 mg을 혼합한 후, 리간드로 둘러싸인 구리 나노와이어가 1 wt% 함유된 이소프로필알코올 용액 0.9577 g을 혼합하여 구리 나노와이어 기반 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 제조하였다.
제조예 2와 같이 제조된 구리 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물의 함량은 하기 표 1과 같다.
| 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물의 구성 물질 | 함량 | |
| 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어 | 구리 나노와이어/PVP | 10 mg (1 wt%) |
| 주 용매 | IPA | 947.7 mg(94.77 wt%) |
| 보조 용매 | PGMEA | 20 mg(2 wt%) |
| 실리콘계 레벨링제 | BYK 333 (실리콘계) | 2.3 mg(0.23 wt%) |
| 아크릴계 표면에너지 조절제 | BYK 3441 (폴리아크릴계 | 20 mg(2 wt%) |
제조예 3 : 금속 나노와이어 패턴
제조예 2에서 제조된 구리 나노와이어 기반의 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 실리콘 블랭킷 롤 위에 실리콘 블랭킷 위에 바 코팅(bar coating) 방법으로 코팅하였다. 블랭킷 롤에 코팅된 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 반건조시키기 위해 상온(25℃)에서 3분간 대기하여 금속 나노와이어 전구체층을 형성하였다.
이 후, 금속 나노와이어 전구체층은 타겟 패턴이 음각으로 새겨진 실리콘 클리쉐를 활용하여 오프(Off) 공정을 실시하였다. 오프(Off) 공정으로부터 비패턴 영역이 제거된 금속 나노와이어 패턴을 셋(Set) 공정을 통하여 폴리카보네이트 기판에 전사하였다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 금속 나노와이어를 도시한 주사전자현미경 이미지이다.
도 2를 참조하면, 30 nm 내지 50 nm의 직경 및 50 μm 길이의 구리 나노와이어를 포함하는 것을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 금속 나노와이어에 둘러싸인 리간드의 함량에 따른 열중량분석 결과를 도시한 그래프이다.
도 3은 참조하면, PVP 리간드를 4 wt% 내지 40 wt%를 포함함으로써 리간드 치환 반응 시 리간드 양 조절 및 원심분리 횟수 조절을 통해 리간드의 함량이 조절될 수 있는 것을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 레벨링제의 함량에 따른 금속 나노와이어 전구체층의 코팅성을 도시한 이미지이다.
도 4를 참조하면, 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물의 표면 에너지를 조절하여 금속 나노와이어 전구체층이 블랭킷 상에 균일하게 코팅되는 것을 알 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 내에 실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제가 0.23 wt% 미만으로 함유되는 경우, 코팅된 금속 나노와이어 전구체층에서 크레이터 혹은 핀홀과 같은 결점이 발생하는 것을 알 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 보조 용매의 함량에 따라 PET 기판 상에 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 광학현미경 이미지이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 내에 주 용매보다 상대적으로 고비점 용매인 보조용매(PGMEA)를 포함하여 금속 나노와이어 전구체층의 점탄성을 조절하여 기판에서의 금속 나노와이어 패턴의 전사성이 향상되는 것을 알 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 내에 보조 용매(PGMEA)가 2 wt% 미만으로 함유되는 경우, 실리콘 블랭킷 상에 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물이 타겟 기판인 PET 필름으로 완벽히 전사되지 않고 비어 있는 영역이 발생되는 것을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물에 포함되는 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제의 함량에 따라 PET 기판 상에 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 이미지이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 내에 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제를 포함하여 클리쉐 혹은 기판(타겟 기판)과 금속 나노와이어 전구체층의 접착력이 향상되어, 리버스 오프셋 인쇄 시, 접착력과 응집력 간의 관계를 제어함으로써, 미세 패터닝이 가능한 것을 알 수 있다.
특히, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 내에 아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제를 2 wt% 미만으로 함유하는 경우, 금속 나노와이어 패턴의 엣지 특성(edge definition)이 저하되는 것을 알 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법으로 전사된 금속 나노와이어 패턴을 도시한 이미지이다.
도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 사용하여 다양한 모양 및 곡률의 미세 패턴을 형성할 수 있는 것을 알 수 있다.
특히, 금속 나노와이어 패턴을 10 ㎛ 내지 10 ㎜로 다양한 선폭을 갖도록 제조할 수 있고, 인쇄 방향이나 금속 나노와이어 패턴의 곡률과 관계없이 우수한 미세패터닝이 가능한 것을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
110: 블랭킷 롤 120: 금속 나노와이어 전구체층
121: 제거되는 금속 나노와이어 패턴(제1 패턴)
122: 금속 나노와이어 패턴(제2 패턴) 131: 패턴을 포함하는 클리쉐
132: 클리쉐 지지체 140: 기판
121: 제거되는 금속 나노와이어 패턴(제1 패턴)
122: 금속 나노와이어 패턴(제2 패턴) 131: 패턴을 포함하는 클리쉐
132: 클리쉐 지지체 140: 기판
Claims (13)
- 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어;
상기 금속 나노와이어를 분산시키는 주 용매;
상기 잉크 조성물의 응집력을 조절하는 보조 용매;
아크릴계 화합물을 포함하는 표면에너지 조절제; 및
실리콘계 화합물을 포함하는 레벨링제;
를 포함하고,
상기 보조 용매는 상기 주 용매보다 비점이 높은 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물은,
상기 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어가 0.1 wt% 내지 10 wt% 로 포함되고,
상기 주 용매가 50 wt% 내지 97.8 wt%로 포함되며,
상기 보조 용매가 1 wt% 내지 50 wt%로 포함되고,
상기 표면에너지 조절제가 1 wt% 내지 10 wt%로 포함되며,
상기 레벨링제가 0.1 wt% 내지 5 wt%로 포함되는 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 주 용매의 비점은 50 ℃ 내지 100 ℃인 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제3항에 있어서,
상기 주 용매는 메탄올, 에탄올, 이소프로필 알콜(IPA), 아세톤, 프로판올, 노말헥산 , 디메틸카보네이트, 메틸에틸케톤, 에틸아세테이트, 물, 디메톡시에탄 및 디에틸에테르 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 보조 용매의 비점은 100 ℃ 내지 150 ℃인 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제5항에 있어서,
상기 보조 용매는 프로필렌 글리콜 메틸 에테르 아세테이트(propylene glycol methyl ether acetate; PGMEA), 프로필렌 글리콜 메틸 에테르, 부탄올, 메틸 30메톡시프로피오 네이트, 프로필렌 글리콜 및 에틸렌 글리콜 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 초음파 처리에 의해 상기 금속 나노와이어의 표면이 상기 리간드로 치환되어 상기 주 용매 내에 분산된 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제7항에 있어서,
상기 표면이 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어는 상기 리간드의 함량에 따라 입체효과로 인한 상기 금속 나노와이어 간 반발력이 상이하여 분산성이 조절되는 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제8항에 있어서,
상기 리간드의 함량은 상기 금속 나노와이어 대비 4 wt% 내지 40 wt%인 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 아크릴계 화합물은 아크릴레이트 코폴리머(acrylate copolymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 실리콘계 화합물은 폴리에테르 변형 디메틸폴리실록산(Polyether modified dimethylpolysiloxane copolymer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물.
- 제1항에 따른 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 준비하는 단계;
상기 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 블랭킷 롤(blanket roll)에 코팅하여 금속 나노와이어 전구체층을 형성하는 단계;
상기 블랭킷 롤에 코팅된 상기 금속 나노와이어 전구체층을 패턴을 포함하는 클리쉐(cliche)에 압착시켜 상기 블랭킷 롤에 금속 나노와이어 패턴을 형성하는 단계; 및
상기 블랭킷 롤에 형성된 금속 나노와이어 패턴을 기판에 전사하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄 방법.
- 제12항에 있어서,
상기 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물을 준비하는 단계는,
초음파 처리를 이용하여 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어를 제조하는 단계; 및
상기 리간드로 둘러싸인 금속 나노와이어, 주 용매, 보조 용매, 아크릴계 화합물 및 실리콘계 화합물을 혼합하는 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 리버스 오프셋 인쇄 방법.
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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| KR1020210101430A KR102640436B1 (ko) | 2021-08-02 | 2021-08-02 | 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이의 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법 |
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| KR20160007025A (ko) | 2014-07-10 | 2016-01-20 | 한국기계연구원 | 리버스 오프셋 인쇄용 잉크 조성물 및 이를 이용한 리버스 오프셋 인쇄 방법 |
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2021
- 2021-08-02 KR KR1020210101430A patent/KR102640436B1/ko active IP Right Grant
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