KR101492985B1

KR101492985B1 - 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 및 그 제조장치

Info

Publication number: KR101492985B1
Application number: KR20130029300A
Authority: KR
Inventors: 김준석; 이승호; 이광용; 김다애
Original assignee: (주) 파루
Priority date: 2013-03-19
Filing date: 2013-03-19
Publication date: 2015-02-12
Also published as: KR20140116250A

Abstract

본 발명은 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 및 그 제조장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 연속공정이 가능한 롤투롤 그라비아 인쇄방식을 이용하여 제판롤러의 심도, 망점, 라인수가 균일하고 다양한 크기의 코어셀(Core-cell)의 제조가 가능한 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 및 그 제조장치에 관한 것이다.

Description

전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 및 그 제조장치{Core-cell using conductive ink and manufacturing apparatus}

나노와이어는 직경이 나노미터(1 nm = 10m) 영역이고, 길이가 직경에 비해 훨씬 큰 수백 나노미터, 마이크로 미터(1 ㎛ = 10m) 또는 더 큰 밀리미터(1mm = 10m) 단위를 갖는 선형 재료이다. 이러한 나노와이어의 물성은 그들이 갖는 직경과 길이에 의존한다.

상기 나노와이어는 작은 크기로 인하여 미세 소자에 다양하게 응용될 수 있으며, 특정 방향에 따른 전자의 이동 특성이나 편광 현상을 나타내는 광학 특성을 이용할 수 있는 장점이 있다.

나노와이어를 현재 나노 기술 분야에서 널리 연구되고 있으며, 현재 레이저와 같은 광소자, 트랜지스터 및 메모리 소자 등 다양한 분야에 널리 응용되고 있는 차세대 기술이다. 현재 나노 와이어에 사용되는 재료는 실리콘, 아연 산화물과 발광반도체인 갈륨질화물 등의 III-V족 카드뮴설파이드계의 II-VI족 반도체 물질 등이 있다. 현재 나노와이어 제조 공정 기술은 나노 와이어의 길이 및 폭을 조절할 수 있는 수준까지 발전했으나 기판 위의 원하는 위치에 배열하여 소자화하기 위한 기술은 아직 성숙하지 못한 상황이다.

기존의 대표적인 코어/쉘 형태의 나노와이어 제조방법으로는 예를 들어, 화학기상증착법(Chemical Vapor Deposition: CVD), 레이저 어블레이션법(Laser Ablation) 및 템플릿(template)을 이용하는 방법 등이 있다.

최근 코어/쉘 형태의 나노와이어 제조방법으로서, 미국공개 제 2006/0273328호에서 코어/쉘(core/shell)로 이루어진 나노 와이어를 형성시킨 후 기판과 분리시켜 쉘의 한쪽을 전극으로 접촉시키고 반대편 쉘의 일부분을 제거하여 드러난 코어부에 다시 전극을 형성하는 방법이 개시되었다.

여기서 종래기술은 나노와이어를 격자 형상으로서 상하측으로 관통된 다수개의 망점을 이루는 코어셀을 통하여 성장시키게 된다.

상기 코어셀은 알루미늄과 같은 전도성 금속재질로서 에칭공정을 통하여 다수개의 망점을 형성하게 된다. 또한 상기 종래의 코어셀은 복잡한 에칭공정과 함께 진공 및 플라즈마 공정이 포함되어 있어 제조단가가 매우 고가인 문제점이 있었다.

본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 나노 실버잉크를 이용하여 롤투롤 인쇄방식에 의하여 제판 망점의 라인수를 균일하게 조절가능하고, 원하는 사이즈별로 제조할 수 있어 저가의 비용으로 고효율의 코어셀을 제조할 수 있는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 및 그 제조장치를 제공함에 있다.

본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 및 그 제조장치의 목적을 달성하기 위하여 하기와 같은 실시예를 포함한다.

본 발명의 바람직한 실시예는 나노크기의 전도성 금속 파우더가 산화물 수용액과, 고분자바인더 및 환원제와 혼합되어 전기적 신호의 통전이 가능한 패턴의 인쇄가 가능한 전도성 잉크; 및 상기 전도성 잉크에 의하여 나노와이어가 성장되는 다 수개의 망점과 상기 망점을 각각 포함하는 다 수개의 셀로서 인쇄되는 코어셀을 포함하고, 상기 코어셀은 450~550cp의 점도를 갖는 상기 전도성 잉크에 의해 100개 이상의 라인으로서 상기 망점을 포함하는 다 수개의 셀로 인쇄되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 코어셀은 상기 전도성 잉크를 이용한 롤투롤 그라비아 인쇄장치에 의하여 인쇄되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전도성 잉크는 450~550cp의 점도를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전도성 잉크는 은나노 산화물 수용액, 환원제 및 고분자 바인더의 혼합물을 교반 및 원심분리하여 침전물을 수득하고, 수득된 은나노 침전물에 디에탄올 2,2아조비스(Diethanol 2,2-azobis)가 첨가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 전도성 잉크는 은나노 산화물 수용액, 환원제 및 고분자 바인더의 혼합물을 교반 및 원심분리하여 침전물을 수득하고, 수득된 은나노 침전물에 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 첨가된 은나노젤을 포함한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 하이드록시 에틸 셀루로오스는 상기 은나노젤 대비 0.2~0.4의 중량비가 혼합되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조장치의 바람직한 실시예는 은나노젤에 용매가 혼합되는 전도성 잉크; 외면에 음각된 코어셀 패턴이 형성되고, 상기 전도성 잉크가 주입되는 제판 롤러; 상기 제판롤러 사이로 이동되는 필름을 가압하여 상기 제판 롤러의 패턴을 상기 전도성 잉크에 의하여 상기 필름의 일면으로 전사시키는 압동롤러; 상기 필름을 가이드하는 하나 이상의 가이드롤러를 포함하고, 상기 코어셀 패턴은 하나 이상의 돌기패턴과, 상기 돌기패턴 사이에서 음각형성되어 450~550cp의 점도를 갖는 상기 전도성 잉크가 충진된 패턴홈을 포함하여 100개 이상의 라인(LINE)으로 다 수개의 망점이 형성되는 코어셀의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 다른 실시예에 있어서, 상기 은나노젤은 은나노 산화물 수용액, 환원제 및 고분자 바인더의 혼합물을 교반 및 원심분리하여 침전물을 수득하고, 수득된 은나노 침전물에 디에탄올 2,2아조비스(Diethanol 2,2-azobis)가 첨가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 있어서, 상기 은나노젤은 은나노 산화물 수용액, 환원제 및 고분자 바인더의 혼합물을 교반 및 원심분리하여 침전물을 수득하고, 수득된 은나노 침전물에 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 첨가되는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 상기의 실시예와 같이 전도성 잉크로서 롤투롤 인쇄방식으로서 전도성 잉크로서 나노와이어의 성장가능한 코어셀을 연속공정으로 제조할 수 있어 제조비용이 저렴하고, 제판 망점의 라인수의 조절과 사이즈별로 제작이 가능한 효과가 있다.

도 1a 및 도 1b는 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조장치를 도시한 측면도,
도 2는 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조방법을 도시한 순서도,
도 3은 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조방법에서 전도성 잉크의 제조방법을 도시한 순서도,
도 4는 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조방법에서 전도성 잉크의 은나노 입자를 촬영한 이미지,
도 5는 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조방법에서 전도성 잉크에 의해 인쇄된 패턴의 저항을 측정한 그래프,
도 6은 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조방법에서 의한 코어셀의 제1비교예를 촬영한 사진,
도 7은 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조방법에 의한 코어셀의 제2비교예를 촬영한 사진이다.

본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 및 제조장치의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

도 1a는 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조장치를 도시한 측면도, 도 1b는 제판 롤러에 음각된 패턴을 도시한 측단면도이다.

도 1a와 도 1b는 롤투롤 그라비아 인쇄장치를 도시한 것으로서 본 발명의 실시예를 설명하기 위한 일예로서 롤투롤 그라비아 인쇄장치를 도시한 것이다.

상기 그라비아 인쇄장치는 코어셀의 패턴(11)이 형성된 제판롤러(10)와, 상기 제판롤러(10)를 가압하여 그 사이로 이동되는 필름(40)을 가압하는 압동롤러(20)와, 상기 필름(40)을 가이드하는 하나 이상의 가이드롤러(30)를 포함한다.

상기 제판 롤러는 도 1b에 도시된 바와 같이 코어셀의 망점을 형성하기 위하여 상방으로 돌출되는 다 수개의 돌기패턴(111)과, 상기 돌기패턴(111) 사이에서 음각되는 다 수의 패턴홈(112)으로 이루어진다. 여기서 상기 돌기패턴(111)과 패턴홈(112)은 설정된 면적내에서 한정된 숫자의 망점을 이루도록 패턴형성된다.

상기 압동롤러(20)는 상기 필름(40)을 사이에 두고 제판 롤러와 맞물리면서 회전되어 상기 제판 롤러에 형성된 패턴홈(112) 사이에 전도성 잉크가 주입되면서 상기 패턴이 상기 필름(40)으로 전사된다.

여기서 상기 전도성 잉크는 나노 사이즈를 갖는 전도성 금속 파우더가 이온수용액과 혼합된 이후에 고분자 바인더와 환원제가 첨가된 이후에 교반과정에서 수득된 전도성 금속 젤에 용매가 첨가되어 제조된다.

상기 전도성 금속 파우더는 은(Ag), 구리(Cu), 주석(Sn), 주석-비스무트(Sn-Bi), 인듐(In), 비스무트(Bi)중 하나 이상을 포함하며, 이중 은(Ag)을 일예로서 적용하여 상기 전도성 잉크의 제조과정을 설명한다.

먼저 상기 전도성 잉크는 나노 입자 크기를 갖는 은(Ag)과 질산염(No₃) 또는 아세트산(CH₃COO)과 혼합됨에 따라서 은 산화물(AgNO₃ 또는 CH₃COOAg) 수용액을 증류수에 녹여서 은이온 수용액으로 제조된다.

그리고 상기 은이온 수용액은 고분자 피롤리돈, 고분자 우레탄, 또는 고분자 아마이드기로부터 선택되는 하나 이상인 고분자 바인더를 첨가하고 균일하게 분산되도록 분산제가 첨가되어 교반된다.

이때 상기 분산된 은이온 수용액에 하이드라진(N₂H₄), 수소화붕소나트륨(NaBH₄), 포름알데히드, 아민류 화합물, 글리콜류 화합물, 글리세롤, 디메틸포름아미드, 탄닌산, 시트르산염 및 글루코스를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상의 10%의 환원제가 첨가된다.

또한 상기 은나노젤은 교반중에 원심분리기에서 5000~8000RPM으로 교반시켜 수득된 은침전물에 디에탄올 2,2아조비스(Diethanol 2,2-azobis)가 첨가되어 최종적으로 수득된다.

상기와 같은 은나노젤이 포함된 도전성 페이스트는 실온에서 용매에 한 시간 이상 분산되어 에폭시와 은입자와 경화제가 첨가 및 교반되어 최종적으로 은나노 젤이 포함된 전도성 잉크가 제조된다. 여기서 전도성 잉크는 상기 은나노젤 1중량%, 에폭시 10중량%, 은입자 84중량% 및 경화제 2중량%가 첨가된다.

또한 본 발명에서 상기 전도성 잉크는 하기와 같은 제2실시예를 포함한다. 상기 전도성 잉크의 제2실시예는 나노 입자크기의 전도성 금속 파우더(예를 들면, 은나노)와 산화물 수용액이 혼합된 은나노 산화물 수용액과, 고분자 바인더와, 환원제, 및 하이드록시 에틸 셀룰로오스를 함유하는 은나노 젤 및 극성유기용매, 유기물 첨가제, 헥실알콜, 도데실알콜, 다이에틸렌알콜아민 및 에틸렌글라이콜 중에서 어느 하나가 첨가되어 제조된다.

상기 전도성 잉크의 제2실시예에서 상기 고분자 바인더는 고분자 피롤리돈, 고분자 우레탄, 또는 고분자 아마이드로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 은나노 산화물 수용액은 나노 입자의 은(Ag) 파우더와 질산염(No₃) 또는 아세트산(CH₃COO)과 혼합된다.

그리고 상기 고분자 바인더는 원심분리 이후에 수득된 상기 은나노 젤 대비 0.1~0.3중량비가 잔류되고, 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스는 상기 은나노 젤 대비 0.2~0.4중량비가 첨가된다.

상기와 같은 전도성 잉크의 제1실시예 및 제2실시예는 상기 용매의 양을 조절하여 잉크의 점도를 조절함이 바람직하다. 상기와 같이 제조되는 전도성 잉크에 의한 구체적인 실시예는 후술한다.

본 발명은 상기와 같은 전도성 잉크를 롤투롤 그라비아 인쇄장치에 공급하여 상기 제판 롤러와 압동롤러(20) 사이에 이송되는 필름(40)에 나노 와이어의 성장이 가능한 코어셀을 인쇄할 수 있다. 이와 같은 나노 와이어의 성장이 가능한 코어셀의 제조방법은 도 2에 도시된 바와 같다.

도 2는 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조방법을 도시한 순서도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조방법은 나노크기를 갖는 은 산화물수용액과 고분자 바인더 및 환원제를 통하여 침전시킨 은 나노젤과 용매를 혼합한 은 나노젤을 이용한 전도성 잉크를 제조하는 전도성 잉크 제조단계(S100)와, 상기 전도성잉크제조단계에서 제조된 전도성 잉크를 제판 롤러에 주입하는 잉크주입단계(S200)와, 가이드롤러(30)를 구동시켜 제판롤러(10)와 압동롤러(20) 사이로 필름(40)을 이송시키는 필름공급단계(S300)와, 상기 제판롤러(10)와 압동롤러(20)를 구동시켜 상기 필름(40)에 상기 제판롤러(10)의 패턴의 형상을 전사하는 전사단계(S400)와, 인쇄된 필름(40)을 경화시키는 경화단계(S500)를 포함한다.

상기 전도성 잉크 제조단계(S100)는 디에탄올 2,2아조비스(Diethanol 2,2-azobis)가 첨가되는 은나노젤의 제1실시예와, 하이드록실 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 첨가되는 은나노젤의 제2실시예중에서 선택된 어느 하나와 용매를 혼합한 전도성 잉크을 제조하는 단계이다.

상기와 같은 전도성 잉크의 제조단계는 도 3에 도시된 바와 같다.

도 3은 은나노 산화물 수용액과 환원제 및 고분자 바인더를 혼합하는 혼합단계(S110)와, 상기 혼합단계(S110)에서 혼합된 혼합물을 원심분리하여 고분자 바인더를 일정부분 제거하는 교반단계(S120)와, 상기 교반단계(S120)에서 수득된 침전물에 고분자 안정화 수단을 첨가하는 안정화 수단 첨가단계(S130)와, 상기 안정화 수단 첨가단계 이후에 용매를 첨가하는 전도성 잉크를 제조하는 용매 혼합단계(S140)를 포함한다.

상기 혼합 단계(S110)는 은나노 산화물 수용액과 물과, 고분자 바인더와 환원제가 첨가되어 혼합되는 단계이다.

여기서 상기 은나노 산화물 수용액은 나노 입자 크기를 갖는 은(Ag)과 질산염(No₃) 또는 아세트산(CH₃COO)과 혼합됨에 따라서 은 산화물(AgNO₃ 또는 CH₃COOAg) 수용액으로 첨가된다.

또한 상기 고분자 바인더는 종래에 일반적으로 알려진 고분자바인더가 모두 사용 될 수 있으나 이중에서 카르보닐기와, 아민기가 바람직하며, 더욱 바람직하게로는 카바마이드 또는 아마이드 기능기가 포함되는 것이 나노 젤형상의 은나노 젤를 더욱 강하게 연결시킬 수 있다.

보다 구체적으로 설명하자면, 상기 고분자 바인더는 고분자 피롤리돈, 고분자 우레탄, 또는 고분자 아마이드기로부터 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 한다.

상기 환원제는 하이드라진(N₂H₄), 수소화붕소나트륨(NaBH₄), 포름알데히드, 아민류 화합물, 글리콜류 화합물, 글리세롤, 디메틸포름아미드, 탄닌산, 시트르산염 및 글루코스를 포함하는 군으로부터 선택된 하나 이상이다.

상기 교반단계(S120)는 상기 혼합단계(S110)에서 혼합된 혼합물을 원심분리기에 투입한 뒤에 5000~8000RPM으로 교반시켜 상기 고분자 바인더를 일정량 잔류시키도록 일부만 제거하고, 바닥에 침전된 은나노를 수득하는 단계이다.

상기 은나노젤의 제1실시예는 상기 고분자 바인더가 교반단계 이후에 0.1중량비 미만이 잔류됨에 따라서 분산제 역할의 수행이 가능한 디에탄올 2,2아조비스(Diethanol 2,2-azobis)이 첨가된다.

하지만, 상기 은나노젤의 제2실시예는 상기 고분자 바인더가 교반단계 이후에 상기 은나노 젤 대비 0.1~0.3중량비가 잔류되어 분산제 역할을 수행하도록 잔류시킨다.

따라서 상기 교반단계(S120)는 상기 은나노 산화물 수용액과 물과 고분자 바인더가 혼합된 이후에 상기 환원제가 첨가된 혼합물을 교반시켜 도 4에 도시된 바와 같은 나노 입자크기를 갖는 젤형상의 은나노 젤을 추출할 수 있었다. 도 4에 첨부된 사진은 전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscope)에서 촬영되었다. 촬영된 사진을 참조해보면, 상기 은나노 젤의 입자는 10~100nm의 입자크기를 갖는다.

상기 안정화 수단 첨가단계(S130)는 상기 교반단계(S120)에서 바닥에 침전된 은나노 침전물에 안정화 수단을 첨가하는 단계이다.

여기서 상기 은나노젤의 제1실시예는 디에탄올,2,2 아조비스(Diethanol,2,2 azobis)가 첨가되고, 은나노젤의 제2실시예는 하이드록시 에틸 셀룰로오스(Hydroxy ethyl cellulose)가 첨가된다. 여기서 상기 제2실시예의 상기 하이드록시 에틸 셀루로오스는 상기 은나노 젤 대비 0.2~0.4의 중량비가 혼합되는 것이 바람직하다.

상기 용매혼합단계(S130)는 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스 또는 디에탄올,2,2 아조비스(Diethanol,2,2 azobis)가 첨가된 은나노젤에 극성유기용매, 유기물 첨가제, 헥실알콜, 도데실알콜, 다이에틸렌알콜아민 및 에틸렌글라이콜 중에서 어느 하나가 첨가되어 전도성 잉크를 제조하는 단계이다.

상기와 같이 제조되는 은나노젤과 상기 은나노젤을 이용한 전도성 잉크는 하기와 같은 실시예로서 본 발명의 보다 구체적인 예를 설명하였다.

먼저 은나노젤의 제1실시예는 제조예1, 제2실시예는 제조예 2를 통하여 구체적으로 구현하였다.

(제조예 1)

은이온 수용액에 0.1~0.05g/ml의 고분자바인더와 0.01~0.05g/ml의 환원제를 첨가 후 30분~3시간 교반한 후 아세톤 10g/ml 를 첨가한 후 원심 분리기를 통해 6000rpm 으로 2시간 처리한 후 얻어지는 침전물에 디에탄올,2,2아조비스(Diehtnanol,2,2 azobis) 0.01~0.001g/ml를 첨가하여 제1실시예의 은나노젤을 수득하였다.

여기서 상기 제1실시예의 은나노젤의 제조과정에서 원심분리된 이후에 고분자 바인더 함량이 0.01~0.03중량%의 비율을 갖도록 조절하는 것이 바람직하다. 상기 고분자 바인더 함량이 0.01~0.03중량%를 넘어서거나 작아지면 나노 젤이 형성되지 않고 분산되지 않은 상분리 된 은 나노 입자를 얻게 되기 때문이다.

또한 상기 제1실시예의 은나노젤을 이용한 전도성 잉크는 은 나노 젤 1~0.01g/ml, 극성유기용매, 및 유기물 첨가제, 헥실알콜, 도데실알콜, 다이에틸렌알콜아민, 에틸렌글라이콜 중에서 선택하여 0.01~0.06g/ml로 첨가되어 상기 제판롤러(10)에 공급되어 상기 코어셀을 인쇄하는데에 적합하다.

(제조예 2)

증류수 1000ml에 AgNO₃ 30g을 녹여 은 이온 수용액을 제조하였다. 이 용액에 고분자 피롤리돈(분자량 평균 5만 ) 20g을 첨가하고, 하이드라진 수용액 15g을 천천히 첨가하고 교반하여 어두운 녹색을 띄는 용액을 제조하였다. 수득된 용액에 아세톤 2000ml를 첨가한 후 추가로 1분 교반 후, 원심분리기를 이용하여 6000rpm에서 10분간 분리한 침전물에 하이드록시 에틸 셀룰로오스를 첨가하여 은 나노젤15g을 제조하였다.

이를 통한 전도성 잉크는 상기와 같이 수득된 은나노젤 1~0.01g/ml, 바람직하게는 0.5~0.03g/ml, 수용액 또는 극성유기용매, 및 유기물 첨가제, 헥실알콜, 도데실알콜, 다이에틸렌알콜아민, 에틸렌글라이콜 중에서 선택하여 0.01~0.06g/ml로 첨가하여 잉크을 제조하였다.

상기 은나노젤의 제2실시예에서 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스의 양을 순차적으로 변화시킨 제1 내지 제5비교예를 통하여 각각의 저항값을 비교하였고, 그 결과를 도 4의 그래프를 통하여 도시하였다.

(비교예 1)

상기 제조예 2에서 은나노젤 대비 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스 0중량비를 첨가하였다. 그리고 제조예에서 기재된 바와 같이 수득된 은나노젤을 수용성 용매에 혼합한 뒤에 잉크젯 또는 그라비아 인쇄방법으로서 패턴을 인쇄하고, 0~5분간 경화 시켰다.

(비교예 2)

상기 제조예2에서 은나노젤 대비 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스 0.2중량비를 첨가하였고, 제조예에서 기재된 바와 같이 수득된 은나노젤을 수용성 용매에 혼합한 뒤에 잉크젯 또는 그라비아 인쇄방법으로서 패턴을 인쇄하고, 0~5분간 경화 시켰다.

(실시예 3)

상기 제조예 2에서 은나노젤 대비 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스 0.3중량비를 첨가하였다. 그리고 제조예에서 기재된 바와 같이 수득된 은나노젤을 수용성 용매에 혼합한 뒤에 잉크젯 또는 그라비아 인쇄방법으로서 패턴을 인쇄하고, 0~5분간 경화 시켰다.

(실시예 4)

상기 제조예 2에서 은나노젤 대비 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스 0.4중량비를 첨가하였다. 그리고 제조예에서 기재된 바와 같이 수득된 은나노젤을 수용성 용매에 혼합한 뒤에 잉크젯 또는 그라비아 인쇄방법으로서 패턴을 인쇄하고, 0~5분간 경화 시켰다.

(실시예 5)

상기 제조예 2에서 은나노젤 대비 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스 0.5중량비를 첨가하였다. 그리고 제조예에서 기재된 바와 같이 수득된 은나노젤을 수용성 용매에 혼합한 뒤에 잉크젯 또는 그라비아 인쇄방법으로서 패턴을 인쇄하고, 0~5분간 경화 시켰다.

도 5는 은나노 젤의 제2실시예에서 저항을 측정한 그래프이며, 표 1은 상기비교예1 내지 비교예 5의 증류수와 염수에 침전시킨 이후에 인출시킨 다음에 저항값과, 접착력 및 비저항의 측정결과이다.

첨가물질 첨가량	경화	150도 30초 경화		150도 3분 경화		150도 5분 경화
첨가물질 첨가량	침적용액	증류수 20H	염수 20H	증류수 20H	염수 20H	증류수 20H	염수 20H
HEC 0.0wt%	비저항	7.6->X	7.7->X	5.7->3.1	5.8->X	5.6->4.1	5.6->X
HEC 0.0wt%	접착력	0/100	0/100	0/100	0/100	45/100	0/100
HEC 0.2wt%	비저항	7.6->2.3	4.7->3.2	4.6->2.8	4.7->3.2	4.8->3.3	4.8->3.3
HEC 0.2wt%	접착력	0/100	75/100	69/100	88/100	95/100	100/100
HEC 0.3wt%	비저항	7.6->3.8	7.7->4.8	6->4.2	5.8->4.9	5.8->4.9	5.8->3.7
HEC 0.3wt%	접착력	32/100	100/100	100/100	100/100	100/100	100/100
HEC 0.4wt%	비저항	6.8->2.8	6.2->3.7	5.2->3.2	5.1->3.2	4.9->3.7	4.9->3.1
HEC 0.4wt%	접착력	100/100	100/100	100/100	100/100	100/100	100/100
HEC 0.5wt%	비저항	8.0->5.0	8.2->5.7	6.9->5.2	7.4->5.3	7.2->5.8	7.2->5.2
HEC 0.5wt%	접착력	100/100	100/100	100/100	100/100	100/100	100/100

도 5와 표 1을 모두 참조하면, 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 0중량비(wt%)가 함유된 실시예 1에 의한 제조용 조성물이 포함된 잉크로 인쇄된 패턴은 5분간 경화시켰을 경우 증류수에 입수된 패턴의 저항이 5.6->4.1mΩ/sq/mil로 안정되었으나, 염수에 입수시킨 경우에 저항값이 모두 측정되지 않았기에 안정화되지 않은 결론을 도출할 수 있었다.

반대로 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 0.5중량비(wt%)를 포함하는 실시예 5는 증류수와 염수에 각각 입수된 경우 모두 저항값이 높게 측정되었기에 부적합한 것으로 판정되었다.

하지만, 실시예 2 내지 실시예 4는 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 상기 은 나노 젤대비 0.2~0.4중량비를 포함하는 제조용 조성물로서 증류수와 염수에 각각 입수되었던 경우에서 모두가 5mΩ/sq/mil 이하의 저항값이 측정됨에 따라서 합격판정을 내릴 수 있었다.

따라서 상기 은나노젤의 제2실시예에서 상기 하이드록시 에틸 셀룰로오스는 은나노 젤 대비 0.2~0.4중량비를 포함하는 것이 바람직하다.

상기와 같은 제1실시예 또는 제2실시예의 은나노젤을 이용하여 제조된 전도성 잉크를 통하여 코어셀의 인쇄과정이 하기와 같이 개시된다.

상기 전도성 잉크 주입단계(S200)는 상기 은나노 젤을 이용한 제1실시예 또는 제2실시예의 은나노젤에 의하여 제조된 전도성 잉크가 상기 제판롤러(10)에 주입시키는 단계이다. 여기서 상기 제판롤러(10)의 패턴은 가로 × 세로의 길이가 동일하도록 다 수개가 형성된다.

상기 필름공급단계(S300)는 상기 가이드롤러(30)를 구동시켜 인입지점에서 회전가능하도록 고정되는 공급롤러(도면에 도시되지 않음)에 권취된 필름(40)을 상기 제판롤러(10)와 압동롤러(20) 사이로 이송시키는 단계이다.

상기 전사단계(S400)는 상기 제판롤러(10)와 압동롤러(20) 사이로 이송되는 필름(40)을 상기 압동롤러(20)가 가압하여 상기 제판롤러(10)의 패턴에 담겨진 코어셀이 상기 필름(40)에 전사시키는 단계이다. 여기서 상기 제판롤러(10)는 상기 잉크주입단계에서 주입된 전도성 잉크로서 상기 필름(40)의 일면에 상기 코어셀의 패턴을 인쇄한다.

상기 경화단계(S500)는 상기 전사단계(S400) 이후에 코어셀이 인쇄된 필름(40)을 경화시키는 단계이다.

본 발명은 상기와 같이 은나노젤의 제1실시예와 제2실시예중 선택된 어느 하나에 의하여 제조된 전도성 잉크에 의하여 설정된 면적내에서 망점과 셀사이즈가 균일하도록 인쇄할 수 있다. 이런 경우 상기 전도성 잉크의 점도에 따라서 동일 면적에 인쇄가능한 망점과 셀사이즈에 변화가 있음을 확인할 수 있었다.

따라서 이하에서는 도 6의 제1비교예와 도 7의 제2비교예를 통하여 점도에 따른 망점과 셀사이즈의 조절가능성에 대한 설명을 개시한다.

도 6의 제1비교예는 전도성 잉크의 점도를 150~250cp로 설정하여 동일면적에서 망점의 숫자를 증가시켜 셀의 형성여부를 확인하기 위한 사진이다. 이에 대한 데이타는 하기의 표 2에 도시된 바와 같다.

아울러 상기 제1비교예는 은나노젤의 제1실시예에 의하여 제조된 전도성 잉크가며, 상기 패턴의 면적은 가로×세로= 1×1 inch로 한정하였다. 그 결과는 표 2와 도 6을 참조하여 각각 설명한다.

	도 6의 (a)	도 6의 (b)	도 6의 (c)
점도(cp)	200	200	200
망점(line)	50 line	100 line	150 line
셀사이즈(um) (가로길이/세로길이)	2820/4260um	890/540um	셀 셀형성되지 않음

상기 비교예 1에서 망점의 라인을 50과 100으로 설정하였을 경우에 상기 망점을 중심으로 가로 및 세로 길이를 갖는 셀이 각각 형성됨이 도 6의 (a)와 (b)를 통하여 확인될 수 있었다. 여기서 도 6의 (a)에 비하여 도 6의 (b)는 망점의 라인 숫자가 증가됨에 따라서 셀사이즈가 축소되었고, 도 6의 (c)는 면적 대비하여 망점의 라인수가 과하여 망점의 인쇄가 불가능하였다.

위의 표 2는 점도 200cp의 전도성 잉크로 인쇄된 결과를 기재한 것이며, 그외 150 cp, 250cp의 전도성 잉크에 의한 인쇄된 코어셀 역시 표 2 및 도 6의 결과와 동일하였다.

또한 300cp, 350cp, 400cp의 전도성 잉크는 위 표 2의 결과와 약간의 차이는 있었으나, 망점의 숫자가 100 라인 이상을 넘어갈 경우에 위 비교예 1과 같이 셀이 형성되지 않았다.

도 7의 제2비교예는 전도성 잉크의 점도를 450~550cp로 설정하여 동일면적에서 망점의 숫자를 증가시켜 셀의 형성여부를 확인하기 위한 사진이다. 이에 대한 데이타는 하기의 표 2에 도시된 바와 같다.

	도 7의 (a)	도 7의 (b)	도 7의 (c)	도 7의 (d)	도 7의 (e)
점도(cp)	500	500	500	500	500
망점(line)	50	100	150	200	250
셀사이즈(um) (가로길이/ 로길이)	5100/4730	2420/1800	660/700	300/350	80/80

아울러 상기 제2비교예는 은나노젤의 제1실시예에 의하여 제조된 전도성 잉크가며, 상기 패턴의 면적은 가로×세로= 1×1 inch로 한정하였다.

상기 비교예 2는 망점의 라인이 50이면, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 가장 큰 사이즈의 셀을 형성할 수 있고, 망점 라인의 숫자를 250으로 하였을 경우에도 가로 및 세로의 크기가 각각 80um의 셀의 인쇄가 가능함을 알 수 있었다.

이와 같은 비교실험결과, 400cp 이하의 저점도 전도성 잉크에 의한 코어셀은 망점의 숫자가 100 line 이상일 경우에 셀의 형성이 불가능하였으나, 450cp 이상이 고점도 전도성 잉크를 통해서 인쇄를 할 경우에 망점 라인이 250 라인일지라도 셀의 형성이 가능하였다.

이를 통하여 본 발명은 고점도의 전도성 잉크를 통한 코어셀의 망점의 라인 숫자를 조절하여 셀 사이즈의 조절이 가능함이 확인되었다. 따라서 본 발명은 450cp~550cp의 전도성 잉크를 사용함이 바람직하다.

이와 같은 특징은 종래에서 상기 망점 라인숫자와 셀의 형성을 모두 에칭공정에 의하여 진행하였으나, 본 발명은 단순하게 전도성 잉크의 점도와, 패턴 내의 망점 라인숫자를 통하여 셀사이즈를 조절할 수 있어 제조공정이 간소화됨과 동시에 제조원가를 절감시킬 수 있었다.

이상에서 본 발명은 기재된 구체 예에 대해서 상세히 설명하였지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

10 : 제판롤러 11 : 패턴
20 : 압동롤러 30 : 가이드롤러
40 : 필름 111 : 돌기패턴
112 : 패턴홈

Claims

나노크기의 전도성 금속 파우더가 산화물 수용액과, 고분자바인더 및 환원제와 혼합되어 전기적 신호의 통전이 가능한 패턴의 인쇄가 가능한 전도성 잉크; 및
상기 전도성 잉크에 의하여 나노와이어가 성장되는 다 수개의 망점과 상기 망점을 각각 포함하는 다 수개의 셀로서 인쇄되는 코어셀을 포함하고,
상기 코어셀은 450~550cp의 점도를 갖는 상기 전도성 잉크에 의해 100개 이상의 라인으로서 상기 망점을 포함하는 다 수개의 셀로 인쇄되는 것을 특징으로 하는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀.
제1항에 있어서, 상기 코어셀은
상기 전도성 잉크를 이용한 롤투롤 그라비아 인쇄장치에 의하여 인쇄되는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀.
삭제
제1항에 있어서, 상기 전도성 잉크는
은나노 산화물 수용액, 환원제 및 고분자 바인더의 혼합물을 교반 및 원심분리하여 침전물을 수득하고, 수득된 은나노 침전물에 디에탄올 2,2아조비스(Diethanol 2,2-azobis)가 첨가되는 은나노젤을 포함하는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀.
제1항에 있어서, 상기 전도성 잉크는
은나노 산화물 수용액, 환원제 및 고분자 바인더의 혼합물을 교반 및 원심분리하여 침전물을 수득하고, 수득된 은나노 침전물에 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 첨가된 은나노젤을 포함하는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀.
제5항에 있어서, 상기 하이드록시 에틸 셀루로오스는
상기 은나노젤 대비 0.2~0.4의 중량비가 혼합되는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀.
은나노젤에 용매가 혼합되는 전도성 잉크;
외면에 음각된 코어셀 패턴이 형성되고, 상기 전도성 잉크가 주입되는 제판 롤러;
상기 제판롤러 사이로 이동되는 필름을 가압하여 상기 제판 롤러의 패턴을 상기 전도성 잉크에 의하여 상기 필름의 일면으로 전사시키는 압동롤러;
상기 필름을 가이드하는 하나 이상의 가이드롤러를 포함하고,
상기 코어셀 패턴은 하나 이상의 돌기패턴과, 상기 돌기패턴 사이에서 음각형성되어 450~550cp의 점도를 갖는 상기 전도성 잉크가 충진된 패턴홈을 포함하여 100개 이상의 라인(LINE)으로 다 수개의 망점이 형성되는 코어셀의 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조장치.
제7항에 있어서, 상기 은나노젤은
은나노 산화물 수용액, 환원제 및 고분자 바인더의 혼합물을 교반 및 원심분리하여 침전물을 수득하고, 수득된 은나노 침전물에 디에탄올 2,2아조비스(Diethanol 2,2-azobis)가 첨가되는 것을 특징으로 하는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조장치.
제7항에 있어서, 상기 은나노젤은
은나노 산화물 수용액, 환원제 및 고분자 바인더의 혼합물을 교반 및 원심분리하여 침전물을 수득하고, 수득된 은나노 침전물에 하이드록시 에틸 셀룰로오스가 첨가되는 것을 특징으로 하는 전도성 잉크를 이용한 나노와이어 성장용 코어셀 제조장치.