KR101656452B1 - 전도성 패턴 형성 방법 및 전도성 패턴 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전도성 패턴 형성 방법에 관한 것이며, 본 발명의 전도성 패턴 형성 방법은 기판 상에 적어도 일부 구간이 표면으로부터 깊이방향을 따라서 폭이 감소하는 형태의 홈을 형성하는 홈 형성단계; 상기 홈의 내부에 전도성 잉크 조성물을 충진하는 충진단계; 상기 홈 내부의 전도성 잉크 조성물에 포함되는 용매가 휘발하도록 건조하는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
따라서, 본 발명에 의하면, 기판에 형성되는 미세 홈의 형상을 변형하여 공정효율을 개선하는 동시에, 전도성 잉크 조성물의 성분을 조절하여 전기적 특성 및 광학적 특성을 용이하게 제어할 수 있는 전도성 패턴 형성 방법 및 전도성 패턴이 제공된다.

Description

전도성 패턴 형성 방법 및 전도성 패턴{METHOD FOR MAKING CONDUCTIVE PATTERN AND CONDUCTIVE PATTERN}

본 발명은 전도성 패턴 형성 방법 및 전도성 패턴에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 개선된 공정효율로 전기적 특성 및 광학적 특성을 용이하게 조절할 수 있는 전도성 패턴 형성 방법 및 전도성 패턴에 관한 것이다.

최근, 각종 가전기기와 통신기기가 디지털화되고 급속히 고성능화 됨에 따라 디스플레이 분야의 급속한 확대와 함께 저저항 및 고 투과율의 전도성 투명기판을 형성하는 기술이 주목되고 있다.

이러한 전도성 투명기판 재료는 투명하면서도 낮은 저항 값을 나타낼 뿐만 아니라, 기계적으로 안정 될 수 있도록 높은 유연성을 나타내어야 하고, 기판의 열 팽창 계수와 유사한 열 팽창 계수를 갖고 있어서 기기가 과열되거나 고온인 경우에도 단락되거나 면 저항의 변화가 크지 않아야 한다.

현재 전도성 투명기판 재료로 사용 가능한 소재로는 금속 산화물, 카본나노튜브(Carbon Nanotube, CNT), 그래핀, 고분자 전도체, 금속 나노 와이어 등이 알려져 있으며, 그 중 인듐주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)을 진공방식으로 박막층을 형성하여 사용하는 방법이 대표적으로 사용되는 방법이나 세라믹 재료이기 때문에 기판의 굽힘이나 휨에 대한 저항이 낮아 쉽게 크랙이 형성되고 전파되어 전극의 특성이 열화 되는 문제와 주석 도펀트의 치환을 통한 활성화의 어려움과 비정질이 가지는 결함으로 높은 면저항을 나타내는 문제점을 가지고 있다. 뿐만 아니라 ITO의 주 재료인 인듐 가격이 평판디스플레이, 모바일기기, 터치패널 시장의 급격한 확장으로 지속적으로 상승하고 있고 제한된 매장량으로 인해 투명 전도성 필름의 원가 경쟁력에서 문제점으로 작용하고 있다. 따라서 앞으로 치열하게 전개될 디스플레이 기술 경쟁에서 우위를 선점하기 위해선 ITO 전극의 문제점을 해결 할 수 있는 대체 재료 개발이 매우 중요하다.

고분자 전도체의 경우 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리페놀, 폴리아닐린, PEDOT:PSS 등의 물질을 사용하여 투명 전도성 필름을 제작하게 되는데 대부분 고분자 전도체가 용해도가 낮고 공정이 까다로울 뿐만 아니라 에너지 밴드갭이 3eV 이하로 색을 띄는 문제점을 가지고 있다. 투과율을 높이기 위해 박막으로 코팅할 경우 면저항이 높아져서 실제 투명전극으로 사용하기엔 높은 면저항이 문제가 된다. 또한 대부분의 고분자 전도체는 대기 안정성이 부족하여 대기 중에서 급격히 산화되어 전기 전도성이 떨어지기 때문에 안정성 확보가 중요한 문제 중 하나이다.

CNT, 그래핀, 금속 나노 와이어를 이용한 전도성 투명 필름에 대한 연구도 많이 이루어지고 있으나 저 저항의 전도성 투명 필름으로 사용하기에는 아직 해결할 문제점이 있어 아직 실용화 수준에 도달하지 못한 상태이다.

최근 이러한 문제점을 해결하기 위한 새로운 방법으로 전도도와 기계적인 강도가 우수한 금속을 사용한 메탈메쉬 형태의 전도성 투명필름 형성 방법에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다. 임프린팅 방법을 이용하여 미세한 음각의 홈을 형성 한 후 금속을 충전하는 방법, 레이저로 수지층 표면 또는 수지층과 기판을 동시에 직접 식각하여 미세 홈을 형성한 후 금속층을 충전하는 방법, 금속을 진공증착 또는 전면 코팅한 후 포토 에칭 공정을 이용하는 방법, 플렉소, 그라비아, 그라비아옵셋, 리버스옵셋, 잉크젯 프린팅 등의 직접 인쇄법을 이용하는 방법 등이 연구되고 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 미세 홈 내부로의 전도성 잉크 조성물의 충진특성을 개선하여 충진공정의 반복 횟수를 감소시키고, 전체적인 공정효율을 향상시킬 수 있는 전도성 패턴 형성 방법 및 전도성 패턴을 제공함에 있다.

또한, 전도성 잉크 조성물의 성분비를 조절하여, 최종 형성되는 패턴의 전기적 특성, 즉, 원하는 저항특성등을 조절하여 패턴을 형성할 수 있는 전도성 패턴 패턴 형성방법 및 전도성 패턴을 제공함에 있다.

더욱이, 테이퍼 형상의 본 발명에 따른 홈의 구조에 있어 수직방향 깊이를 깊게 홈이 구조를 형성하여, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조에 충진되는 양보다 많은 양의 전도성 잉크 조성물이 충진하는 경우, 양자의 투과율은 동일한 범위에서 제공될 수 있으나, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조 보다 우수한 전기적 특성을 가진 전도성 패턴 패턴 형성방법 및 전도성 패턴을 제공함에 있다.

또한, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조로 정해진 선폭만을 제공할 수 있는 것과는 달리 본 발명에 따르면 본 발명에 따른 홈의 구조는 테이퍼 형상을 갖기 때문에 충진양을 제어하여 고객의 니즈에 맞게 다양한 선폭및 미세한 선폭을 가진 전도성 패턴 패턴 형성방법 및 전도성 패턴을 제공함에 있다.

또한, 기판에 형성되는 홈의 형상이 테이퍼 형상을 가지므로, 몰드를 이용하여 홈을 형성할 때, 몰드을 용이하게 이형시켜, 몰드 이형시 발생되는 공정 불량이 줄어들어 공정효율을 향상시키고, 생산성향상을 시킬 수 있는 전도성 패턴 패턴 형성방법 및 전도성 패턴을 제공함에 있다.

상기 목적은, 본 발명에 따라, 기판 상에 깊이방향을 따라 입구영역의 직경이 내부영역의 직경보다 크게 형성되는 홈을 형성하는 홈 형성단계; 상기 홈의 내부에 전도성 잉크 조성물을 충진하는 충진단계; 상기 홈 내부의 전도성 잉크 조성물에 포함되는 용매가 휘발하여 상기 전도성 잉크 조성물의 부피가 축소되도록 건조하는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성 방법에 의해 달성된다.

또한, 상기 홈은 횡단면의 형상이 사다리꼴, 삼각형, 다른 경사각을 갖는 경사면이 연속적으로 연결되는 다각형, 타원형, 반원형상, 내측면이 오목한 형상, 내측면이 볼록한 형상 중 적어도 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 기판의 표면과 상기 홈의 내측면이 이루는 각도의 합은 185˚내지 340˚의 범위 내에 이루어 질 수 있다.

상기 충진단계 이후에 기판에 잔류하는 전도성 잉크 조성물을 홈 내에 재충진하는 재충진단계를 더 포함할 수 있으며, 상기 기판 표면에 잔류한 전도성 잉크 조성물을 상기 홈 내부로 유입시켜 전도성 잉크 조성물을 재충진시킬 수 있다.

또한, 상기 재충진단계는, 기판표면에 잔류한 잉크를 용해시켜 상기 기판 표면에 에칭액을 도포하는 단계, 상기 도포된 에칭액에 의해 기판상의 잔여 잉크가 제거되는 단계를 더 포함할 수 있다.

한편, 상기 전도성 잉크 조성물은 전도성 금속 조성물로 금속 플레이트 또는 금속 나노입자 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 전도성 잉크 조성물 100중량%에 있어서 상기 전도성 금속 조성물은 30중량% 내지 90중량%로 마련될 수 있다.

또한, 상기 전도성 잉크 조성물은 전도성 금속 조성물로 금속 착제 화합물 또는 금속 전구체 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 전도성 잉크 조성물 100중량%에 있어서 상기 전도성 금속 조성물은 1중량% 내지 30중량%로 마련될 수 있다.

또한, 상기 전도성 잉크 조성물은 전도성 금속 조성물로 은 나노와이어 또는 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 전도성 잉크 조성물 100중량%에 있어서 상기 전도성 금속 조성물은 1중량% 내지 5중량%로 마련될 수 있다.

또한, 상기 목적은, 본 발명에 따라, 횡단면의 적어도 일부 구간이 표면에서부터 깊이방향을 따라서 폭이 감소하는 형태를 갖는 홈을 형성하는 기판; 상기 기판 내에 충진되는 전도성 잉크 조성물;을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴에 의해 달성된다.

또한, 상기 홈은 횡단면의 형상이 다각형, 타원형, 반원형상, 내측면이 오목한 형상, 내측면이 볼록한 형상 중 어느 하나일 수 있다.

또한, 상기 기판의 표면과 상기 홈의 내측면 사이의 각도의 합은 185˚내지 340˚의 범위 내에 이루어 질 수 있다.

본 발명에 따르면, 미세 홈 내부로의 전도성 잉크 조성물의 충진특성을 개선하여 충진공정의 반복 횟수를 감소시키고, 전체적인 공정효율을 향상시킬 수 있는 전도성 패턴 형성 방법 및 전도성 패턴이 제공된다.

여기서, 홈의 테이퍼 형상으로 인하여 미세한 선폭의 패턴도 용이하게 구현할 수 있다.

또한, 전도성 잉크 조성물의 성분비를 조절하여, 최종 형성되는 패턴의 전기적 특성, 즉, 원하는 저항특성등을 조절하여 패턴을 형성할 수 있는 전도성 패턴 패턴 형성방법 및 전도성 패턴이 제공된다.

더욱이, 테이퍼 형상의 본 발명에 따른 홈의 구조에 있어 수직방향 깊이를 깊게 홈이 구조를 형성하여, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조에 충진되는 양보다 많은 양의 전도성 잉크 조성물이 충진하는 경우, 양자의 투과율은 동일한 범위에서 제공될 수 있으나, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조 보다 우수한 전기적 특성을 제공할 수 있다.

또한, 전도성 잉크 조성물의 성분비를 조절하여, 최종 형성되는 패턴의 폭을 제어할 수 있다.

더욱이, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조로 정해진 선폭만을 제공할 수 있는 것과는 달리 본 발명에 따르면 본 발명에 따른 홈의 구조는 테이퍼 형상을 갖기 때문에 충진양을 제어하여 고객의 니즈(needs)에 맞게 다양한 선폭을 제공할 수 있게 된다.

또한, 기판에 형성되는 홈의 형상이 테이퍼 형상을 가지므로, 몰드를 이용하여 홈을 형성할 때, 몰드를 용이하게 이형시켜, 몰드 이형시 발생되는 공정 불량을 줄일 수 있게 된다.

이를 통하여, 공정의 효율을 향상시켜 생산성 향상 및 생산 속도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 2는 본 발명의 전도성 패턴 형성 방법 공정에서 기판 상에 형성할 수 있는 다양한 홈의 형태를 도시한 것이고,
도 3 및 도 4는 도 1의 전도성 패턴 형성 방법 공정에 의하여 제작되는 전도성 패턴과 종래의 공정에 의하여 제작되는 전도성 패턴을 비교하기 위한 비교도이고,
도 5는 도 1의 전도성 패턴 형성 방법 공정에 의하여 제작되는 전도성 패턴과 종래의 공정에 의하여 제작되는 전도성 패턴의 광학적 효과를 비교하기 위한 비교도이고,
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법 공정을 개략적으로 도시한 것이고,
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

설명에 앞서, 여러 실시예에 있어서, 동일한 구성을 가지는 구성요소에 대해서는 동일한 부호를 사용하여 대표적으로 제1실시예에서 설명하고, 그 외의 실시예에서는 제1실시예와 다른 구성에 대해서 설명하기로 한다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 제1실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법(S100)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 1을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법(S100)은 개선된 공정 효율을 통하여 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 공정에 관한 것으로서, 홈 형성단계(S110)와 충진단계(S120)와 건조단계(S130)를 포함한다.

상기 홈 형성단계(S110)는 기판(110)의 표면으로부터 내측으로 함몰되는 미세 홈(120)을 형성하는 단계이다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 종래의 일반적인 패턴 형성 공정에서 횡단면의 형상이 사각형인 홈을 형성하여 깊이방향의 직경이 일정한 것과는 달리 본 실시예에서는 두께 방향을 따라서 너비가 점점 감소하는 형태의 형상으로 마련된다.

즉, 기판(110)의 표면으로부터 내측으로 함몰되며, 길이방향에 수직한 단면의 형상이 역사다리의 형태를 갖도록 가공하나, 측면이 경사를 형성하는 것이라면 형태가 제한되는 것은 아니다.

도 2는 본 발명의 전도성 패턴 형성 방법 공정에서 기판 상에 형성할 수 있는 다양한 홈의 형태를 도시한 것이다.

즉, 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 기판(110)에는 다양한 형태의 역사다리꼴 형태의 홈(120a, 120b)이 형성될 수 있고, 역삼각형(120c), 또는 상이한 경사각을 갖는 빗변이 연속적으로 형성되는 다각형(120d), 반원 형태(120e), 내측면이 볼록한 형상(120f), 내측면이 오목한 형상(120g), 타원형(120h)의 홈도 형성될 수 있다. 여기서, 상술한 홈의 바닥면이 볼록하게(120i) 형성될 수도 있다.

또한, 후술하는 충진단계(S120) 공정에서 전도성 잉크 조성물의 충진효율이 개선될 수 있도록 기판(110)의 상면과 홈(120)의 마주보는 두 측면과의 각도(α,β)의 합(α+β)은 185˚내지 340˚사이에서 형성되도록 하는 것이 바람직하다.

한편, 본 단계에서 홈(120)이 형성되는 기판(110)은 투명한 재질, 예컨대 플라스틱 필름이나 글라스로 형성될 수 있다. 상기 플라스틱 필름으로는 폴리이미드(PI), 폴리에틸렌텔레프탈레이트(PET), 폴리에텔렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 나일론(Nylon), 폴리테트라플로우로에틸렌(PTFE), 폴리에테르에테르케톤(PEEK), 폴리카보네이트 (PC), 또는 폴리아릴레이트(PAR)가 사용될 수 있다. 불투명한 재질로 구비될 수도 있다. 예컨대 표면이 절연 처리된 금속제 플레이트가 사용되거나, 불투명한 플라스틱 필름, 불투명한 글라스 또는 불투명한 유리 섬유재가 적용될 수 있다.

또한, 기판은 단일의 소재의 레이어로 형성되는 것 뿐만 아니라, 소정의 베이스층 상에 광경화성 수지층이 적층되는 2중층의 구조로 구성될 수도 있다.

기판은 상술한 바와 같이 플라스틱 필름이나 유리 기판 등을 사용할 수도 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 기판(110)의 소재는 홈(120)을 형성하는 공정, 홈(120)의 형태, 충진되는 잉크 조성물의 종류 및 조성비 등을 종합적으로 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

또한, 본 단계에서 기판(110) 상에 홈(120)을 형성하는 공정은 업계에서 통상적으로 사용하는 방법으로 형성할 수 있으며, 바람직하게는 임프린팅 공정으로 UV경화수지 또는 열경화성 수지를 몰드로 임프린팅하여 형성하는 방법, 레이저로 직접 기판을 식각하여 형성하여 사용하는 방법, 포토리소그라피 방식을 사용하여 형성하는 방법 등을 이용하여 구현하고자하는 미세선폭의 크기에 맞추어 선택하여 사용할 수 있으며, 제한되는 것은 아니다.

상기 충진단계(S120)는 기판(110) 상에 형성된 홈(120)의 내부에 전도성 잉크 조성물(130)을 충진하는 단계이다.

즉, 본 단계에서는 깊이 방향을 따라 갈수록 너비가 점점 감소하는 형태의 홈(120)의 내부에 전도성 잉크 조성물(130)을 충진하며, 홈(120)의 형태 변경으로 인하여 종래의 너비가 일정한 홈에 전도성 잉크 조성물을 충진하는 경우와 비교하여 충진율이 개선되며, 이에 따라 동일한 면적의 홈(120) 내부를 완충하는데 필요한 충진 횟수가 감소한다.

본 단계에서 전도성 잉크 조성물(130)을 기판의 홈(120)에 채우는 방법은 제한이 없으나, 잉크젯(inkjet) 방법, 평판 스크린법, 스핀(spin) 코팅법, 바(bar) 코터법, 롤(roll) 코팅법, 플로우(flow) 코팅법, 닥터 블레이드(doctor blade), 디스펜싱(dispensing), 그라비아(Gravure) 프린팅법 또는 플렉소(flexography) 프린팅법이 바람직하다. 이 때의 충진 횟수는 1회 또는 그 이상 충진 횟수를 반복하여 사용할 수도 있다. 상기 각각의 충진 방법에 따라 충진특성이 차이를 보일 수 있으나 이는 각 충진 방법에 적합하도록 전도성 잉크 조성물의 성분을 조절하여 레올로지를 충진 방법에 최적화시키는 것이 필요하다.

또한, 본 발명에서 사용하는 전도성 잉크 조성물(130)은 금속 착체 화합물, 금속 전구체, 금속 플레이트 또는 금속 나노입자, 탄소나노튜브(CNT), 그래핀 중 적어도 하나를 포함하는 전도성 금속 조성물이 사용될 수 있다.

또한, 금속 착체 화합물 또는 금속 전구체를 환원시켜 금속입자를 제조하여 혼합물로도 사용할 수 있다. 이들 혼합물 이외에 필요에 따라서 용매, 안정제, 분산제, 바인더 수지 (binder resin), 환원제, 계면활성제 (surfactant), 습윤제 (wetting agent), 칙소제 (thixotropic agent) 또는 레벨링제 (leveling agent), 증점제와 같은 첨가제 등을 포함시킬 수 있다.

또한, 본 발명에서 사용되는 전도성 잉크 조성물(130)은 총 중량에 대하여 1 내지 90 중량%의 전도성 금속 조성물과 적어도 1 중량% 이상의 용매를 포함할 수 있다. 보다 자세하게는, 전도성 금속 조성물의 유형에 따라 전도성 잉크 조성물에 포함되는 함량은 상술한 범위 내에서 상이할 수 있으며, 하기의 표는 이러한 함량의 예를 기재한 것이다.

	전도성 금속 조성물의 유형	전도성 잉크 조성물 중 전도성 금속 조성물(중량%)
예1	금속 플레이트, 금속 나노입자	30 ~ 90
예2	금속 착제 화합물, 금속 전구체	1 ~ 30
예3	은 나노와이어, 탄소나노튜브	1 ~ 5

한편, 상술한 전도성 잉크 조성물(130)은 후술하는 건조단계(S130)에서 건조되어 수축하며, 수축율은 전도성 잉크 조성물(130)의 조성비에 의하여 결정된다. 따라서, 전도성 잉크 조성물(130)의 조성비는 최종 형성될 전도성 패턴(140)의 전기적 특성, 광학적 특성 등을 종합적으로 고려하여 결정하는 것이 바람직하다.

상기 건조단계(S130)는 홈(120)의 내부에 충진된 전도성 잉크 조성물(130)을 건조하여 고화시킴으로써, 최종적으로 전도성 패턴(140)을 형성하는 단계이다.

전도성 잉크 조성물(130)의 건조는 22℃ 내지 600℃ 의 온도 범위에서 수행될 수 있으며, 바람직하게는 80℃ 내지 400℃ 일 수 있다. 이러한 온도 조건은 상술한 내용에 한정되는 것은 아니고, 기판(110) 및 전도성 잉크 조성물(130)의 소재를 고려하여 결정한다.

본 단계에서 건조를 거친 후에는 홈(120)에 충진된 전도성 잉크 조성물(130)에 포함되는 용매는 휘발되고, 홈(120)의 내부에는 금속 고체 성분 및 바이더 수지등이 남게 되며, 충진단계(S120) 직후에 완충된 상태보다 홈(120)의 내부에 최종적으로 남겨지는 조성물의 부피는 감소하게 된다. 이때, 건조단계(S130)에서의 부피 감소율은 전도성 잉크 조성물(130)의 성분에 따라 달라진다.

즉, 전도성 잉크 조성물(130)의 조성비를 조절하게 된다면, 건조단계(S130)에서 용매가 휘발되고 전도성 잉크 조성물이 수축되기 때문에 홈에 남아있는 전도성 잉크 조성물(130)의 부피를 조절할 수 있게 된다. 이에 따라, 테이퍼진 홈의 형상과 수축된 전도성 잉크 조성물의 특성을 고려한다면 최종적인 패턴의 폭과 전기적 특성을 조절할 수 있게 된다.

한편, 홈(120)의 형상이 테이퍼진 형태로 마련되어 있어, 홈(120)의 아래부분에만 전도성 잉크 조성물이 남아 있게 된다면, 1 μm 이하의 매우 미세한 선폭을 가진 패턴도 용이하게 형성할 수 있게 된다.

도 3 및 도 4는 도 1의 전도성 패턴 형성 방법 공정에 의하여 제작되는 전도성 패턴과 종래의 공정에 의하여 제작되는 전도성 패턴을 비교하기 위한 비교도이다.

도 3 및 도 4를 참조하여 상기의 내용을 보다 구체적으로 설명한다. 본 실시예에서 형성되는 홈(120)의 형상이 역사다리꼴이라고 가정하여 건조 후에 최초 완충된 전도성 잉크 조성물(130)의 50중량%가 휘발되어 전도성 패턴(140)을 형성하는 것이라고 가정하여 종래의 기술과 본 발명과는 비교한다.

먼저, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 두께 방향을 따라서 너비가 점점 감소하는 형태의 형상, 즉 입구영역의 직경(a)이 내부영역의 직경(b)보다 크게 마련되는 홈(120)이 마련된다.

여기서, 본 실시예에 의하여 형성되는 홈(120)의 내부에서 고화되어 형성되는 전도성 패턴(140) 상측의 너비를 c이라고 하고, 종래의 사각형 형상의 홈의 내부에서 충진된 잉크 조성물(30)의 50중량%가 휘발된 경우에 홈의 내부에 고화되어 형성되는 전도성 패턴(40)의 너비를 d라고 가정하여 설명한다.

즉, 홈 내부의 완충된 전도성 잉크 조성물의 50중량%만이 남겨져 전도성 패턴을 형성하게 되는 경우, 종래 공정에 의하면 전도성 패턴(40)의 폭(d)은 전도성 잉크의 휘발 여부와 상관없이 일정한 크기를 유지하나, 본 실시예의 공정을 통하여 형성되는 홈의 상부측은 상대적으로 넓은 폭을 가져 큰 부피를 차지하므로 50중량%가 휘발된 후에도 전도성 패턴(140)은 홈의 1/2 위치보다 높은 영역까지 남는다. 즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에서는 전도성 잉크 조성물(130)의 50중량%가 휘발하더라도, 홈의 내부는 두께 대비 1/2 이상의 지점까지 전도성 패턴(140)이 형성되며, 본 실시예에서 형성되는 전도성 패턴(b)의 폭의 크기는 종래 공정에 의하여 형성되는 전도성 패턴(c)의 폭보다 큰 값을 갖는다.

반대로, 전도성 잉크 조성물에 포함되는 성분의 조성비에 따라서 건조단계에서 50중량% 보다 많은 양이 휘발되는 경우에는, 도 4에 도시된 바와 같이, 종래 공정에 의하는 경우에는 휘발량과는 상관없이 전도성 패턴(40)의 폭(d')은 일정한 크기를 유지하나, 본 실시예의 공정에 의하여 제작되는 전도성 패턴(c')은 d'보다 작은 값을 갖는다.

즉, 도 3에 도시된 바와 같이, 전도성 잉크 조성물에 포함되는 성분의 조성비에 따라서 건조단계에서 휘발되는 양이 많지 않은 경우에는 본 실시예에 의한 전도성 패턴(140)의 폭(c)이 종래공정에 의한 전도성 패턴(40)의 폭(d) 보다 큰 값을 가질 수도 있고, 이러한 경우에 본 발명의 전기적 특성이 보다 우수하게 나타난다.

한편, 도 4에 도시된 바와 같이, 건조단계에서 많은 양이 휘발되도록 전도성 잉크 조성물의 조성비가 구성되는 경우에는, 본 실시예에 의한 전도성 패턴의 폭(c')이 종래공정에 의한 전도성 패턴의 폭(d')보다 작은 값을 가지며, 기판(110)에서 차지하는 전도성 패턴의 투과면적이 감소하여 투명도가 높아지므로, 종래의 공정에 비하여 우수한 광학적 특성을 가지는 패턴을 형성할 수 있는 것이다.

종합하면, 본원 발명에 의하면, 기판(110) 상에서 두께 방향을 따라서 너비가 점점 좁아지는 형태의 홈(120)을 형성하고, 홈(120)의 내부에 충진되는 전도성 잉크 조성물(130)에 포함되는 성분의 조성비를 제어함으로써 충진특성을 개선하는 동시에 전기적 특성은 유지하면서도 광학적 특성을 필요한 설계 수치에 부합하도록 조절할 수 있다.

구체적으로 도 5를 참조하여 테이퍼(taper)형상을 갖는 본 발명에 따른 홈의 구조와 테이퍼 형상이 아닌 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조를 비교하여 설명한다. 먼저, 테이퍼 형상의 본 발명에 따른 홈의 구조의 경우 내측으로 수평 직경은 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조 보다 작으나 수직방향 깊이는 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조 보다 깊기 때문에, 테이퍼(taper)형상을 갖는 본 발명에 따른 홈의 구조와 테이퍼 형상이 아닌 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조에 충진된 전도성 잉크의 충진양이 거의 동일한 경우, 테이퍼(taper)형상을 갖는 본 발명에 따른 홈의 구조는 정사각형 또는 직사각형 홈인 경우와 동일한 범위에서 전기적 특성을 제공할 수 있으며, 오히려 광학적 특성에서는 본 발명에 따르면 홈의 구조가 내측에서 테이퍼 형상을 갖기 때문에 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조 보다 빛을 투과시키는 투과율이 크게 향상되어 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조 보다 더 우수한 광학적 특성을 제공할 수 있게 된다.

즉, 홈의 폭(W1, W2, W3)이 서로 동일한 경우더라도, 정사각형 또는 직사각형의 패턴이 차단하게 되는 빛의 폭(A1)은 본 발명의 실시예에 따른 테이퍼형상의 홈의 구조가 차단하게 되는 빛의 폭(A2, A3)보다는 크게 되므로, 본 발명에 따른 홈의 구조가 보다 우수한 광학적 특성을 제공할 수 있게 된다.

또한, 테이퍼 형상의 본 발명에 따른 홈의 구조에 있어 수직방향 깊이를 깊게 홈의 구조를 형성하여, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조에 충진되는 양보다 많은 양의 전도성 잉크 조성물을 충진하는 경우, 양자의 투과율은 동일한 범위에서 제공될 수 있으나, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조 보다 우수한 전기적 특성을 제공할 수 있다.

또한, 본원 발명에 의하면, 홈(120)의 형상변경을 통하여 충진횟수를 줄일수 있으므로 공정 개선의 효과를 구현할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 본 발명에 따른 홈의 구조는 테이퍼 형상을 갖기 때문에 몰드를 이용하여 홈을 형성할 때, 몰드가 정사각형 또는 직사각형 홈을 형성할 때 보다 몰드를 용이하게 이형 시킬 수 있게 된다. 이에 생산성 향상 및 생산속도 향상을 도모할 수 있고, 원활한 몰드 이형의 어려움으로 발생할 수 있는 제조불량을 감소시킬 수 있게 된다.

또한, 정사각형 또는 직사각형 홈의 구조로 정해진 선폭만을 제공할 수 있는 것과는 달리 본 발명에 따르면 본 발명에 따른 홈의 구조는 테이퍼 형상을 갖기 때문에 충진양을 제어하여 고객의 니즈에 맞게 다양한 선폭을 제공할 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 제2실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법(S200)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 6을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제2실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법(S200)은 개선된 공정 효율을 통하여 기판(110) 상에 전도성 패턴(140)을 형성하는 공정에 관한 것으로서, 홈 형성단계(S210)와 충진단계(S220)와 재충진단계(S230)와 건조단계(S240)를 포함한다.

다만, 본 실시예의 홈 형성단계(S210)와 충진단계(S220)와 건조단계(S240)는 제1실시예에서 상술한 공정과 동일한 것이므로 중복 설명은 생략한다.

상기 재충진단계(S230)는 충진단계(S220)에서 홈의 내부로 충진되지 못하고 기판(110)의 표면에 잔류하는 전도성 잉크 조성물(130) 일부롤 홈(120) 내부로 재충진하는 단계이다.

본 단계는 닥터블레이드(B)를 이용하여 잔류 전도성 잉크 조성물을 홈(120)의 내부로 밀어 넣는 방식으로 진행된다.

다만, 전도성 잉크 조성물의 재충진 공정은 상술한 공정에 제한되는 것은 아니고, 다양한 방법, 특히, 닥터 블레이드와 브러쉬가 혼용되어 사용될 수도 있다. 즉, 닥터 블레이드 및 브러쉬를 동시에 이용하여 잔류 전도성 잉크 조성물을 밀어넣으면서, 기판(110)에 형성되는 홈(120)에 전도성 잉크 조성물이 채워지는 동시에 기판(110) 표면에 남아있는 전도성 잉크 조성물의 성분인 금속 물질 또는 유기물질 등이 제거될 수 있다.

이 외에도, 잔류 전도성 잉크 조성물을 홈(120)에 채우기 위하여, 별도의 진동 및/또는 요동, 에어를 이용할 수도 있다.

한편, 상술한 바에 의하면 본 실시예에서 재충진단계(S230)는 전도성 잉크 조성물을 건조하기 전인 충진단계(S220)와 건조단계(S240) 사이에 수행되는 것으로 설명하였으나, 조건에 따라서는 건조단계(S240)를 수행한 후에 기판(110)에 잔류한 전도성 잉크 조성물을 재충진 하는 방식으로 수행될 수도 있다.

이하, 본 발명의 제3실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법(S300)에 대하여 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법 공정을 개략적으로 도시한 것이다.

도 7을 참조하여 설명하면, 본 발명의 제3실시예에 따른 전도성 패턴 형성 방법(S300)은 개선된 공정 효율을 통하여 기판(110) 상에 전도성 패턴(140)을 형성하는 공정에 관한 것으로서, 홈 형성단계(S310)와 충진단계(S320)와 건조단계(S330)와 재충진단계(S340)를 포함한다.

다만, 본 실시예의 홈 형성단계(S310)와 충진단계(S320)와 건조단계(S330)는 제1실시예에서 상술한 공정과 동일한 것이므로 중복 설명은 생략한다.

본 실시예에서 상기 재충진단계(S340)는 건조단계(S330) 이후에 기판(110) 상에 잔류하여 고화된 전도성 잉크 조성물을 용해한 후에, 홈(120) 내부에 재충진하여, 충진율을 개선하는 동시에, 전도성 잉크 조성물의 비효율적인 소모를 방지한다.

즉, 본 실시예에서는 먼저, 기판(110)에 에칭액을 도포하여 전도성 잉크 조성물을 용해한다. 본 실시예에서 이용되는 에칭액으로는 암모늄 카바메이트계열, 암모늄 카보네이트계열, 암모늄 바이카보네이트계열, 카르복실산 계열, 락톤 계열, 락탐 계열, 환상 산 무수물 계열 화합물, 산-염기 염복합체, 산-염기-알코올계 복합체 또는 머캡토(mercapto) 계열 화합물 중 적어도 하나 및 산화제를 포함하는 것이 바람직하다.

예를 들면, 산화제와 하나 이상의 상기의 화합물 및 이들의 혼합물을 상압 또는 가압상태에서 용매 없이 직접 반응시키거나, 용매를 사용하는 경우는 물, 메탄올, 프로판올, 이소프로판올, 부탄올, 에탄올아민과 같은 알코올류, 에틸렌글리콜, 글리세린과 같은 글리콜류, 에틸아세테이트, 부틸 아세테이트, 카비톨아세테이트와 같은 아세테이트류, 디에틸에테르, 테트라히드로퓨란, 디옥산과 같은 에테르류, 메틸에틸케톤, 아세톤과 같은 케톤류, 헥산, 헵탄과 같은 탄화수소계, 벤젠, 톨루엔과 같은 방향족, 그리고 클로로포름이나 메틸렌클로라이드, 카본테트라클로라이드와 같은 할로겐 치환용매, 퍼플루오로카본과 같은 불소계 용매 또는 이들의 혼합용매 등을 사용 할 수 있다. 압력용기와 같은 가압상태에서는 저비점의 불소계 용제나 액화탄산가스 등도 사용가능하다. 본 발명의 에칭액 제조방법을 특별히 제한할 필요는 없다. 즉, 본 발명의 목적에 부합된다면 공지의 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다.

상기 에칭액으로서, 산화제는 예를들면, 산소, 오존 등과 같은 산화성 기체, 과산화수소, Na₂O₂, KO₂, NaBO₃, (NH₄)S₂O₈, H₂SO₅, (CH₃)₃CO₂H, (C₆H₅CO₂)₂ 등과 같은 과산화물, HCO₃H, CH₃CO₃H, CF₃CO₃H, C₆H₅CO₃H, m-ClC₆H₅-CO₃H 등과 같은 과산소 산, 질산, 황산, 요오드(I₂), Fe(NO₃)₃, Fe₂(SO₄)₃, K₃Fe(CN)₆, (NH₄)₂Fe(SO₄)₂, Ce(NH₄)₄(SO₄)₄, NaIO₄, KMnO₄, K₂CrO₄ 등과 같이 일반적으로 잘 알려진 산화성 무기산 또는 금속, 비금속화합물 등이 여기에 포함된다. 이러한 산화제를 사용할 때에는 단독 또는 최소한 하나 이상의 산화제를 혼합하여 사용해도 무방하다.

상기 에칭액은 기판의 홈으로 충진되지 않고 기판의 표면에 남은 전도성 잉크를 효과적으로 용해하고 미세홈으로 재 충진성을 높이기 위하여 에칭액 조성물에 친수 특성을 부여하는 것이 바람직할 수 있다. 암모늄 카바메이트계열, 암모늄 카보네이트계열, 암모늄 바이카보네이트계열, 카르복실산 계열, 락톤 계열, 락탐 계열, 환상 산 무수물 계열, 산-염기 염복합체, 산-염기-알코올 계 복합체, 머캡토 계열 화합물의 탄소수를 조절하여 친수 특성의 정도를 조절 하는 것이 바람직하다.

여기서의 암모늄 카바메이트계 화합물, 암모늄 카보네이트계 화합물 및 암모늄바이카보네이트계 화합물은 본 출원인의 한국등록 제0727466호에 구체적으로 설명되어 있고 카르복실산 계열의 화합물은 벤조산, 올레산, 프로피온산, 말론산, 헥산산, 옥탄산, 데칸산, 네오데칸산, 옥살산, 시트르산, 살리실산, 스테아르산, 아크릴산, 숙신산, 아디프산, 글리콜산, 이소부티르산, 아스코빅 산 등이 사용 될 수 있다.

락톤 계열 화합물은 β-프로피오락톤, γ-프로피오락톤, γ-부티로락톤, γ-티오부티로락톤, α-메틸-γ-부티로락톤, β-메틸-γ-부티로락톤, γ-발레로락톤, γ-카프로락톤, γ-옥타노익락톤, δ-발레로락톤, 1,6-디옥사스피로[4,4]노난-2,7-디온, α-메틸렌-γ-부티로락톤, γ-메틸렌-γ-부티로락톤, ε-카프로락톤, 락타이드, 글리콜라이드, 테트로닉산, 2(5H)-휴라논, β-히드록시-γ-부티로락톤, 메발로닉란톤, 5,6-디하이드로-2H-피란-2-피란-2-온, δ-발레로락톤, ε-카프로락톤, γ-카프로락톤, γ-옥타노익 락톤등이 사용 될 수 있다.

락탐계열 화합물은 2-아제티돈, 2-피놀리디논, 5-메톡시-2-피롤리디논, 5-메틸-2-피롤리디논, N-메틸카프로락탐, 2-아자시클로논나논, N-아세틸카프로락탐등이 사용 될 수 있다.

환상 산 무수물로서는 이타코닉 안하이드라이드, 석시닉안하이드라이드, 말레익안하이드라이드, 글루타릭안하이드라이드, 옥타데실석시닉안하이드라이드, 2,2-디메틸석시닉안하이드라이드, 2-도데켄-1-일석시닉안하이드라이드, 헥사프루오로글루타릭안하이드라이드, 3,3-디메틸글루타릭안하이드라이드, 3-에틸-3-메틸 글루타릭안하이드라이드, 3,5-디아세틸테트라하이드로피란-2,4,6-트리온, 디글리콜릭 안하이드라이드 등이 사용 될 수 있다.

머캡토 계열의 화합물은 1-메탄 사이올, 1-에탄사이올, 2-부탄사이올, 1-헵탄 사이올, 1-옥탄사이올, 1-데칸 사이올, 1-헥사 데칸 사이올, 사이오 아세트산, 6-머캡토헥산산, 사이오 벤조산, 푸르푸릴 머캡탄, 사이클로헥산사이올, 11-머캡토-1운데카놀, 2-머캡토에탄올, 3-머캡토-1-프로판올, 사이오살리실산, 1-사이오를리세롤, 2-나프탈렌사이올, 메틸 3-머캡토프로피오네이트, 간마 머캡토 프로필트리메톡시실란등이 사용 될 수 있다. 이에 한정되는 것은 아니며, 이들 중 단일성분으로 사용하여도 되고 2종 이상의 혼합물로 이루어지는 그룹 중에서 선택된 것이 될 수 있다.

상기 에칭조성물의 에칭 속도는 코팅시 에칭액의 침적 시간을 조절하거나, 에칭액의 산화제 또는 암모늄 카바메이트계열, 암모늄 카보네이트계열, 암모늄 바이카보네이트계열, 카르복실산 계열, 락톤 계열, 락탐 계열, 환상 산 무수물 계열, 산-염기 염복합체, 산-염기-알코올계 복합체, 머캡토 계열 화합물의 농도를 조절하여 제어 하는 것이 바람직하고 필요시 에칭과정을 반복하여 사용할 수 있다. 또한, 무기 산이나 염기를 포함하는 에칭액의 경우, 별도의 물이나 유기용제로 세척하여 제거할 수 있다. 예컨대 세정공정을 한번 더 포함하여 기판의 표면의 전도성 잉크 조성물을 홈으로 넣을 수도 있다.

상술한 조성의 에칭액을 기판(110) 상에 도포하여 홈(120) 내부에 충진되지 않고 기판(110) 표면에 잔류한 전도성 잉크 조성물(130)을 용해함으로써 전도성 잉크 조성물(130)의 유동성을 확보한 후에는, 제2실시예에서 상술한 닥터블레이드 등의 공정을 통하여 잔류 전도성 잉크 조성물(130)을 홈(120)의 내부에 재충진(S342)하여, 전도성 잉크 조성물(130)의 불필요한 소모를 최소화할 수 있다.

또한, 상술한 실시예에서는 설명하지는 않았으나, 기판(110)에 홈(120) 형성하는 단계 이전에, 기판(110) 표면을 플라즈마 등을 이용하여 소수성 처리함으로서, 기판(110) 표면에서 전도성 잉크 조성물의 유동성을 향상시킬 수도 있다.

본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기판의 범위 내에 있는 것으로 본다.

110 : 기판 120 : 홈
130 : 전도성 잉크 조성물 140 : 전도성 패턴

Claims (15)

1. 기판 상에 깊이방향을 따라 입구영역의 직경이 내부영역의 직경보다 크게 형성되는 홈을 형성하는 홈 형성단계;
   상기 홈의 내부에 전도성 잉크 조성물을 충진하는 충진단계; 및
   상기 홈 내부의 전도성 잉크 조성물에 포함되는 용매가 휘발하여 상기 전도성 잉크 조성물의 부피가 축소되도록 건조하는 건조단계;를 포함하고,
   상기 충진단계와 상기 건조단계 사이에, 또는 상기 건조단계 이후에, 상기 기판에 잔류하는 전도성 잉크 조성물을 상기 홈 내에 재충진하는 재충진단계;를 더 포함하고,
   상기 재충진단계는 상기 기판에 잔류한 잉크를 용해시키도록 상기 기판 표면에 에칭액을 도포하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 홈은 횡단면의 형상이 사다리꼴, 삼각형, 다른 경사각을 갖는 경사면이 연속적으로 연결되는 다각형, 타원형, 반원형상, 내측면이 오목한 형상, 내측면이 볼록한 형상 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 홈의 바닥면이 볼록하게 형성된 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성방법.
4. 제2항에 있어서,
   상기 기판의 표면과 상기 홈의 내측면 사이의 각도의 합은 185˚내지 340˚의 범위 내에 이루어 지는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성 방법.
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 전도성 잉크 조성물은 전도성 금속 조성물로 금속 플레이트 또는 금속 나노입자 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 전도성 잉크 조성물 100중량%에 있어서 상기 전도성 금속 조성물은 30중량% 내지 90중량%인 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성 방법.
9. 제1항에 있어서,
   상기 전도성 잉크 조성물은 전도성 금속 조성물로 금속 착제 화합물 또는 금속 전구체 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 전도성 잉크 조성물 100중량%에 있어서 상기 전도성 금속 조성물은 1중량% 내지 30중량%인 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성 방법.
10. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 잉크 조성물은 전도성 금속 조성물로 은 나노와이어 또는 탄소나노튜브 중 적어도 어느 하나를 포함하고, 상기 전도성 잉크 조성물 100중량%에 있어서 상기 전도성 금속 조성물은 1중량% 내지 5중량%인 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성 방법.
11. 제1항에 있어서,
    상기 충진단계에서 충진되는 상기 전도성 잉크 조성물의 용매비율을 조절하여 상기 건조단계에서 건조 후 상기 홈에 충진되는 전도성 잉크 조성물의 부피를 조절하는 것을 특징으로 하는 전도성 패턴 형성 방법.
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