KR20240014151A

KR20240014151A - 투명전극 필름의 제조방법.

Info

Publication number: KR20240014151A
Application number: KR1020220091496A
Authority: KR
Inventors: 우진태; 이현우
Original assignee: 주식회사 국보옵틱스
Priority date: 2022-07-25
Filing date: 2022-07-25
Publication date: 2024-02-01

Abstract

본 발명은 투명전극 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 일면에 프라이머를 도포하여 프라이머 층을 형성하는 단계, 상기 프라이머 층에 전극 조성물을 도포하여 전극 층을 형성하는 전극층 형성 단계, 상기 PET 필름에 3,000 내지 4,000mJ의 자외선을 조사하여 표면 활성도를 낮추는 전처리 단계, 폴리카보네이트(PC) 필름에 전사 코팅액을 도포하여 전사 층을 형성하는 전사층 형성 단계, 상기 PET 필름과 PC 필름을 합지하여 상기 전극 층을 상기 PC 필름의 표면에 전사하는 전사 단계, 상기 전극 층에 500 내지 1,500mJ의 자외선을 조사하여 경화시키는 경화 단계를 포함하며, 폴리카보네이트(PC) 필름상에 안정적으로 투명전극 층을 형성할 수 있는 투명전극 필름의 제조방법에 관한 것이다.

Description

투명전극 필름의 제조방법.{MANUFACTURING METHOD OF PRINTED TRASPARENT CONDUCTIVE ELECTRODE FILM}

본 발명은 투명전극 필름의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 폴리카보네이트(PC) 재질의 기재 필름상에 투명전극을 형성한 투명전극 필름의 제조방법에 관한 것이다.

투명전극 필름은 폴리에틸렌테레프탈레이느(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리이미드(PI), 폴리카보네이트(PC) 등의 기재에 투명전극을 도포하여 형성되는 것으로서, PET 필름상에 투명전극을 도포하여 형성되는 것이 일반적이다. 그러나 PET 필름은 사용가능한 온도 범위가 제한적이며 기계적 강도가 불충분한 문제점이 있다. 특히, PET 필름은 결정형 구조로서 광 반사가 일어날 경우 레인보우 현상이 발생하여 시인성을 저하시킬 수 있다. 따라서 자동차의 전장용으로 사용할 경우 다양한 외부 환경에 대응하기 어려운 문제점이 있어 PET를 대체할 수 있는 재질의 필름이 요구되고 있다.

PC 필름은 비결정 구조이므로 PET 필름에서와 같은 레인보우 현상이 발생하지 않으며 사용가능한 온도 범위도 PET보다 넓어 자동차와 같이 온도 변화가 큰 환경에서도 우수한 물성을 나타낼 수 있다. 다만 PC는 내화학성이 PET에 비해 떨어지기 때문에 투명전극을 형성하기 위하여 잉크 조성물을 도포하면 양호한 도막을 형성하기 어렵기 때문에 양산에 적합하지 않은 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-2136397호에서는 기재 필름상에 전사 코팅액을 전사하여 투명전극 필름을 제조하는 공정이 개시되어 있다. 이러한 전사방식의 투명전극 필름 제조공정은 생산 효율 면에서 장점이 있으나 이는 PET를 기재로 하는 필름의 경우에 적용될 수 있는 것으로서, 내화학성이 상대적으로 낮은 PC를 기재로 하는 경우 전사된 투명전극이 안정적으로 정착되지 못하는 문제점이 있다.

대한민국 등록특허공보 10-2136397호

본 발명은 상기와 같은 종래기술을 감안하여 안출된 것으로, 폴리카보네이트(PC)를 기재로 하는 투명전극 필름을 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 투명전극 필름의 제조방법은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 일면에 프라이머를 도포하여 프라이머 층을 형성하는 단계, 상기 프라이머 층에 전극 조성물을 도포하여 전극 층을 형성하는 전극층 형성 단계, 상기 PET 필름에 3,000 내지 4,000mJ의 자외선을 조사하여 표면 활성도를 낮추는 전처리 단계, 폴리카보네이트(PC) 필름에 전사 코팅액을 도포하여 전사 층을 형성하는 전사층 형성 단계, 상기 PET 필름과 PC 필름을 합지하여 상기 전극 층을 상기 PC 필름의 표면에 전사하는 전사 단계, 상기 전극 층에 500 내지 1,500mJ의 자외선을 조사하여 경화시키는 경화 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 전사 단계는 롤투롤 전사 방법을 이용하여 수행되며, 롤 사이의 간격은 100 내지 500㎛인 것이 바람직하다.

또한, 상기 프라이머 층은 두께가 1 내지 5㎛이며, 상기 전사 층은 두께가 10㎛ 이하인 것이 바람직하다.

또한, 상기 프라이머 층은 표면장력이 30 내지 40dyne인 것이 바람직하다.

또한, 상기 전사 층은 면저항이 1×10² 내지 1×10⁵Ω/□인 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 투명전극 필름의 제조방법은 폴리카보네이트(PC)를 기재로 하면서도 투명전극을 안정적으로 전사하여 고품질의 투명전극 필름을 제조할 수 있는 효과를 나타낸다.

특히, PC 필름 표면에 전극 층을 형성할 때 발생하는 레인보우 현상을 저감시킬 수 있는 효과를 나타낸다.

도 1은 본 발명에 따른 투명전극 필름의 제조과정을 도시한 공정도이다.
도 2는 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 투명전극 필름의 표면 이미지이다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명에 따른 투명전극 필름의 제조방법은 도 1에 도시된 공정에 의해 수행된다. 먼저 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 일면에 프라이머를 도포하여 프라이머 층을 형성하고(a), 상기 프라이머 층에 전극 조성물을 도포하여 전극 층을 형성한 후(b), 상기 PET 필름에 3,000 내지 4,000mJ의 자외선을 조사하여 표면 활성도를 낮추는 전처리 단계를 수행한다(c). 이와 별도로 폴리카보네이트(PC) 필름에 전사 코팅액을 도포하여 전사 층을 형성하는 전사층 형성하고, 상기 PET 필름과 PC 필름을 합지하여 상기 전극 층을 상기 PC 필름의 표면에 전사한다(d). 이때, 상기 전극 층에 500 내지 1,500mJ의 자외선을 조사하여 경화시키는 경화시키게 된다. 이와 같이 PC 필름 표면에 전극 층이 전사되면 상기 PC 필름과 상기 PET 필름을 분리하여(e) PC 필름 상에 전극 층이 형성된 투명전극 필름을 제조하게 된다.

일반적으로 투명전극 필름을 제조하기 위해 사용되는 필름 기재로는 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하며, 폴리올레핀, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트 등의 필름 기재를 사용할 수도 있다.

폴리카보네이트를 소재로 하는 필름은 아크릴계 필름의 30배 이상의 강도, 85 내지 91%의 광 투과율을 나타내는 등 물성이 우수하여 투명전극 필름으로 유용하며, 다양한 환경에서도 사용이 가능한 정도의 내구성을 나타낼 수 있다. 특히, 자동차에 장착하는 터치패널용 소재로 사용하기에 적합하다. 종래의 PET 필름이 내열성과 치수안정성이 상대적으로 낮아 온습도의 변화가 큰 자동차에는 적용할 수 없는 문제점이 있는데 반해, PC 필름은 이러한 문제점을 해소할 수 있으므로 최근 자동차에 다양하게 사용되는 터치패널 등의 투명전극 필름이 사용되는 자동차용 부품에 적용할 수 있다.

특히 전사 코팅 방식으로 PC 필름의 표면에 전극 층을 형성하는 제조방법을 적용하면 자동차에 적용하는 용도에 맞추어 다양한 형태의 투명전극 필름을 효율적으로 제조할 수 있다.

상기 전사 코팅 방식은 일반적으로 이형 처리가 된 필름 표면에 코팅을 하고 이를 다른 필름의 반대면에 전사시키는 방식으로 수행한다. 그러나 이형면에 전극 층을 코팅하는 경우 표면계수의 차이로 인해 전극 조성물의 네트워크 형성이 불균일하며 일반적인 코팅용 수지 조성물과 달리 얇고 고르게 필름 표면에 퍼져야 하는 투명전극 필름의 제조 공정에 부적합한 문제점이 있다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해결하기 위하여 전사 코팅을 위한 PET 필름의 표면에 프라미어를 도포하여 프라이머 층을 형성한 후 그 위에 전극 조성물을 도포하여 전극 층을 형성함으로써 표면과의 균일한 네트워크를 형성하고 있다.

상기 프라이머 층은 1 내지 5㎛의 두께로 도포하는 것이 바람직한데, 이는 PET 필름의 표면에 전극 조성물이 균일하게 도포될 수 있도록 하기 위한 최적의 조건이다. 상기 프라이머 층의 두께가 너무 얇은 경우 전극 조성물의 균일한 도포가 어려워 투명전극 필름의 품질 불량이 발생할 수 있고, 너무 두꺼운 경우 작업성이 저하되고 전극 층의 박리가 발생할 수 있다.

또한, 상기 프라이머 층은 표면장력이 30 내지 40dyne인 것이 바람직하다. 이 역시 전극 조성물의 균일한 도포를 위해 최적화된 물성이며, 상기 표면장력이 너무 낮거나 너무 높은 경우 전극 조성물이 불균일하게 도포되어 투명전극 필름의 품질을 저하시키거나 불량을 발생시키는 원인이 된다.

상기 전극 조성물을 도포한 후 상기 PET 필름에 자외선을 조사하여 전처리를 수행한다. 상기 전처리를 위하여 3,000 내지 4,000mJ의 자외선을 조사하는데, 이를 통해 표면 활성도를 낮추어 전극 층이 쉽게 이탈하여 전사될 수 있는 상태를 만들어 준다. 상기 전처리를 위한 자외선의 세기가 너무 약한 경우 표면 활성도가 낮아지지 않아 전사 불균일성이 높아지는 문제점이 있고, 너무 강한 경우 전극 층의 박리가 발생하여 전사 불량이 발생할 수 있으므로 상기 자외선 세기를 유지하는 것이 필수적이다. 또한, 자외선 조사 시간은 자외선의 세기에 따라 달라지며 5 내지 15초 동안 조사하는 것이 바람직하다.

이와 같이 전처리를 거친 PET 필름을 PC 필름과 합지하여 전사를 수행한다. 상기 전사 공정은 롤투롤 전사 방법을 이용하여 수행되는 생산 효율 면에서 장점이 있다. 상기 롤투롤 전사 공정에서는 롤 사이의 간격은 100 내지 500㎛인 것이 바람직하다. 롤 사이의 간격이 넓어지면 압력이 낮아져서 전사 층이 전극 층 사이로 깊게 침투하지 못하며, 간격이 좁아지면 압력이 높아져 장비와 필름에 부하가 걸리므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다.

또한, 전사 효율을 향상시키기 위하여 PC 필름의 표면에 전사 코팅액을 도포하여 전사 층을 형성한 후 이를 전사 공정에 사용하는 것이 바람직하다. 상기 전사 층은 두께가 10㎛ 이하인 것이 바람직한데, 상기 전사 층의 두께가 너무 두꺼우면 전사 과정에서 전극 층의 불균일한 박리로 투명전극 필름의 불량을 야기할 수 있다.

상기 롤투롤 공정을 이용한 전사 과정에서 전사 층이 형성된 PC 필름과 전극 층이 형성된 PET 필름이 합지되는데, 이때 상기 전사 층이 전극 층에 침투하면서 표면 활성도가 낮아진 전극 층을 상기 PET 필름으로부터 이탈시키며 이를 통해 PC 필름 상에 전극 층이 전사되게 된다.

또한, 최적의 전사를 위하여 상기 전사 층은 면저항이 1×10² 내지 1×10⁵Ω/□이 되도록 할 필요가 있다. 상기 전사 층의 면저항은 전사 공정 및 경화 공정에서 전극 층의 안정화를 위한 최적의 범위이며, 면저항이 너무 크거나 작은 경우 전극 층의 전사 불량이 발생할 수 있다.

PC 필름의 표면에 전사된 상기 전극 층에 500 내지 1,500mJ의 자외선 5 내지 15초 동안을 조사하면 상기 전극 층이 경화된다. 이후 상기 PC 필름과 상기 PET 필름을 분리함으로써 PC 필름 상에 전극 층이 형성된 투명전극 필름을 제조하게 된다.

본 발명의 제조방법에 따른 효과를 확인하기 위하여 다음과 같이 투명전극 필름을 제조하여 물성을 평가하였다. 면저항은 SIMCO ST-4를 사용하여 측정하였으며, 자외선 세기는 EIT UV POWER PUCK II를 사용하여 측정하였다.

프라이머, 실버 전극을 형성하기 위한 전극 조성물은 도프사로부터 제공받았으며, 전사 코팅액은 한국생산기술연구원으로부터 제공받았다.

[실시예 1]

PET 필름에 프라이머를 1㎛ 두께로 도포하여 프라이머 층을 형성하였다. 프라이머의 표면장력은 38 dyne이었다. 상기 프라이머 층상에 나노실버가 포함된 전극 조성물을 코팅하여 전극 층을 형성하였다. 상기 전극 층이 형성된 PET 필름에 3,000mJ의 자외선을 조사하여 표면 활성도를 낮추는 전처리 공정을 수행하였다.

PC 필름에 전사 코팅액을 도포하여 전사 층을 형성하였고, 상기 PET 필름과 합지한 후 750mJ의 자외선을 조사하여 경화시켰다. 그 후 PET 필름을 제거하여 투명전극 필름을 제조하였다. 제조된 투명전극 필름은 도 2에서와 같이 전사된 전극 층이 명확히 관찰되었다.

[실시예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 투명전극 필름을 제조하되, 전처리 공정에서 3,500mJ의 자외선을 조사하였다.

[비교예 1]

실시예 1과 동일한 방법으로 투명전극 필름을 제조하되, 전처리 공정에서 2,500mJ의 자외선을 조사하였다.

[비교예 2]

실시예 1과 동일한 방법으로 투명전극 필름을 제조하되, 전처리 공정에서 5,000mJ의 자외선을 조사하였다.

각 제조공정에서 전처리를 위한 자외선 조사량과 전사 층의 면저항을 측정한 결과는 표 1과 같다.

	면저항(Ω/□)	UV조사량(mJ)
실시예1	1×10²	3,000
실시예2	1×10³	3,500
비교예1	1×10⁷	2,500
비교예2	1×10¹²	5,000

각 제조공정을 비교한 결과 실시예에서 전처리 공정을 위한 UV 조사량을 3,000 내지 4,000mJ의 범위로 한 경우와 비교예에서 상기 범위를 벗어나 더 세거나 더 약한 UV 조사량 조건에서 전처리를 한 경우를 비교예를 비교한 결과 실시예의 경우 면저항이 1×10² 내지 1×10⁵Ω/□에 포함되어 전극 층의 전사가 원활히 진행되는 것으로 나타났으나, 비교예의 경우 면저항이 너무 높아 전사가 원활히 진행되지 않는 것으로 나타났다.

이러한 결과로부터 본 발명의 제조방법을 적용하면 PC 필름 상에 고품질의 투명전극을 형성할 수 있는 것을 알 수 있었다.

또한, 제조된 투명전극 필름을 헤이즈미터(NDK 7000 Ⅱ [Method K7105 (T.T : JIS K7105 / HAZE : JIS K7105)])를 이용하여 헤이즈 값과 투과도를 측정한 결과, PC 필름의 헤이즈 값이 0.04이며, 투과도가 91.25%이었으며, 상기 PC 필름에 전극을 전사하여 전극 층을 형성한 후에는 헤이즈 값이 1 내지 3이며, 투과도가 85 내지 90%로 전극 층이 형성된 후에도 높은 광학적 특성을 나타내었다.

본 발명은 상술한 바와 같이 바람직한 실시형태를 통해 설명하였으나, 상기 실시형태에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형과 변경이 가능하다. 그러한 변형예 및 변경예는 본 발명과 첨부된 특허청구범위의 범위 내에 속하는 것으로 보아야 한다.

Claims

폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 필름의 일면에 프라이머를 도포하여 프라이머 층을 형성하는 단계;
상기 프라이머 층에 전극 조성물을 도포하여 전극 층을 형성하는 전극층 형성 단계;
상기 PET 필름에 3,000 내지 4,000mJ의 자외선을 조사하여 표면 활성도를 낮추는 전처리 단계;
폴리카보네이트(PC) 필름에 전사 코팅액을 도포하여 전사 층을 형성하는 전사층 형성 단계;
상기 PET 필름과 PC 필름을 합지하여 상기 전극 층을 상기 PC 필름의 표면에 전사하는 전사 단계;
상기 전극 층에 500 내지 1,500mJ의 자외선을 조사하여 경화시키는 경화 단계;
를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 필름의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전사 단계는 롤투롤 전사 방법을 이용하여 수행되며, 롤 사이의 간격은 100 내지 500㎛인 것을 특징으로 하는 투명전극 필름의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 프라이머 층은 두께가 1 내지 5㎛이며, 상기 전사 층은 두께가 10㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 투명전극 필름의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 프라이머 층은 표면장력이 30 내지 40dyne인 것을 특징으로 하는 투명전극 필름의 제조방법.
청구항 1에 있어서,
상기 전사 층은 면저항이 1×10² 내지 1×10⁵Ω/□인 것을 특징으로 하는 투명전극 필름의 제조방법.