KR20110121095A

KR20110121095A - 전도성 잉크의 대면적 인쇄방법

Info

Publication number: KR20110121095A
Application number: KR1020100040532A
Authority: KR
Inventors: 조규진; 강휘원; 김준석; 이용길; 박용수
Original assignee: 주식회사 지본코스메틱
Priority date: 2010-04-30
Filing date: 2010-04-30
Publication date: 2011-11-07
Also published as: KR101103515B1

Abstract

본 발명은 전도성 잉크의 대면적 인쇄방법에 관한 것으로, 잉크의 점도와 표면 장력에 따른 표면의 표면거칠기 및 인쇄 제판에 망점에 따른 인쇄 표면거칠기를 최소화 하는 것을 특징으로 인쇄 방법을 이용하여 전도성 잉크를 대면적으로 원하는 위치에 정확히 인쇄 하는 방법을 제공 하는 것이다.
본 발명의 패턴 형상의 유기 전극의 제조 방법은 인쇄방법에 의해 연속적으로 생산이 가능하고, 투과도가 우수한 대면적의 유연한 투명 유기 전극을 제조할 수 있으므로 기존의 진공 공정을 이용하는 금속 산화물 전극에 비해 제조 공정의 경제성과 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 이것으로 제조된 전극은 디스플레이용 투명 전극 외에도 유기 트렌지스터의 전극이나 배선재료, 스마트 카드. 안테나, 전지 및 연료 전지의 전극, PCB용 커패시스터나 인덕터,전자파 차폐, 센서, 터치스크린, 유연한 디스플레이 등의 다양한 분야에 널리 적용할 수 있어 유용하다.

Description

전도성 잉크의 대면적 인쇄방법{Printing method for conductive ink}

본 발명은 전도성 잉크의 대면적 인쇄를 위해 그라비아 인쇄 방법을 이용하여 기판에 표면거칠기를 최소화 한 인쇄방법에 관한 것이다.

평판 디스플레이를 포함하는 전자기기에 널리 사용되는 투명 전극을 제조하는 방법으로 인듐, 틴, 아연, 티타늄, 세슘 등 금속 산화물 특히 ITO(indium tin oxide)을 이용한 화학증착법, 스퍼터링법 및 반응성 증발증착법 등이 사용되고 있다. 상기 ITO와 같은 물질은 희소금속을 사용함으로 그자체가 고가일 뿐만 아니라 기판에 코팅하기 위해서는 진공조건 등 공정 조건이 까다롭고 고가의 장비를 필요로 하며, 200℃ 이상의 높은 열처리 온도를 필요로 하는 등 고가의 공정비용을 투입하여야 한다.

또한, 목적한 패턴으로 형성하기 위해서는 감법(減法; subtractivemethod) 즉, 포토리소그래피와 같은 레지스트 막 형성, 노광과 에칭과 같은 복잡하면서도 비용이 많이 들고 폐기물이 많이 생겨 환경적으로도 바람직하지 않은 공정을 거쳐야 한다. 근자에 필요성이 대두되고 있는 신문이나 얇은 잡지처럼 접거나 말 수 있어서 휴대가 가능하고 운반이 용이한 유연한(flexible) 디스플레이의 플라스틱 기판에는 상기와 같은 금속산화물 형태의 투명전극용 무기재료는 온도조건, 낮은 유연성, 복잡한 공정과 높은 비용 때문에 적용되기가 어렵다.

디스플레이산업에서는 다양한 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그라피와 같은 감법이 널리 쓰이고 있으나 공정단축과 재료의 손실을 줄여 공정비용을 줄이고 배출 폐액을 줄이는 친환경적인 공정으로 전극 패턴을 일발로 형성하는 가법(加法; additive method)이 연구되고 있다.

기존에 전도성 잉크를 잉크젯 인쇄 방법과 그라비아 인쇄 방법을 이용하여 안테나, 배선, 미세선폭 등의 인쇄에 적용 하여왔다. 그러나 대면적 인쇄 부분에서는 거의 미미 하게 다루어지거나 인쇄 시 대면적의 표면거칠기가 높게 형성 되어 전자 소자를 인쇄 하는 부분에서는 적용이 불가 하였다.

즉, PET, PI, PEN 등의 기판에 인쇄 방법을 이용하여 전도성 잉크를 대면적으로 인쇄 시 표면거칠기가 심하게 형성 되며, 이로 인하여 소자 제작에 표면거칠기에 의해 효율을 감소시키는 현상이 나타나게 된다.

본 발명에서는 이러한 표면거칠기 문제를 해결하기 위해 잉크의 점도, 표면 장력을 조절 하여 인쇄 시 굴곡성을 개선하고, 인쇄 제판의 망점과 선수에 따라 인쇄 굴곡성을 낮추는 방법을 제공하고자 한다.

본 발명은 전도성잉크를 이용한 대면적 그라비아 인쇄방법으로서, 기판 상에 망점의 형태는 사선형태이고, 선수의 개수가 80 ~ 150개/inch, 사선의 각도가 30 ~ 60도인 인쇄제판을 이용하여 전도성잉크를 대면적으로 인쇄하는 것을 특징으로 하는 대면적 인쇄방법에 관한 것이다.

본 발명은 상기 전도성잉크의 점도 및 표면장력을 조절하고, 그라비아 인쇄 시 인쇄제판의 형태를 조절함으로써 표면거칠기가 50nm이하, 보다 구체적으로는 1 ~ 50nm인 대면적 인쇄가 가능함을 발견하여 본 발명을 완성하였다. 상기 표면거칠기는 후 공정에 영향을 주는 인자로 표면거칠기를 최소화할 경우 중첩 인쇄 시 인쇄성이 향상 될 수 있으므로 바람직하다. 표면거칠기가 50nm을 초과하는 경우는 중첩 인쇄에서 인쇄성 저하 및 전도도 특성이 불균일한 문제가 발생할 수 있다.

본 발명에서 상기 기판은 유연한 판상의 고분자를 포함하여 어떠한 것을 사용해도 상관없다. 구체적으로 예를 들면, 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드 등에서 선택되는 고분자필름 및 종이를 사용할 수 있다. 보다 구체적으로 본 발명은 롤 형태의 유연한 필름상의 기판을 사용할 수 있는데 특징이 있다.

본 발명은 상기 그라비아 인쇄 시 인쇄제판의 형태를 사선으로 조절한데 특징이 있는 것으로 사선 형태의 망점을 가지는 경우 망점과 망점사이의 벽의 형성을 최소화함으로 보다 많은 잉크를 전이 시킬 수 있는 장점이 있으며, 이로 인하여 표면에서 많은 잉크로 인한 평탄도가 향상 되어 표면거칠기를 최소화 할 수 있다.

이때 상기 인쇄제판의 선수 및 사선의 각도를 특정 범위로 한정함으로써 표면거칠기가 50nm이하인 인쇄가 가능하게 되어, 후 공정이 용이해질 수 있다.

보다 구체적으로는 선수의 개수가 80 ~ 150개/inch, 사선의 각도가 30 ~ 60도인 경우 표면거칠기가 50nm이하를 만족하며, 선수의 개수가 80개 미만인 경우는 잉크가 과량 전이 되어 면 형성 시 잉크의 퍼짐이 있어 정확한 형태를 형성하기가 어렵고, 150개를 초과하는 경우는 잉크 전이 량이 적어 면 형성 시 요철 형태의 표면을 형성 한다. 또한 사선의 각도가 30도 미만인 경우는 같은 양의 잉크가 전이 되지만 롤의 압력에 의해 인쇄 진행 반대방향에 잉크의 흘림 현상이 나타나고, 60도를 초과하는 경우 같은 점도에서도 면이 형성 되지 않고 사선 형태로 형성 되어 인쇄성 저하를 가져 온다.

상기 전도성 잉크는 점도가 100 ~ 5000 cP(25℃)이고, 표면장력이 20 ~ 52mN/m인 실버 잉크 또는 점도가 10 ~ 100 cP(25℃)이고, 표면장력이 20 ~ 40mN/m인 전도성고분자잉크를 사용할 수 있다. 실버 잉크와 전도성 잉크의 점도가 다른 이유는 각각의 잉크가 가지고 있는 고형분의 함량에 의해 인쇄성에 기인하며, 이로 인하여 점도가 각각 다르게 설정이 되어 진다. 또한 제판의 사선 형태를 적용함으로써 두 가지 잉크 모두 표면의 표면거칠기를 최소화 할 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명에서 상기 실버 잉크는 평균입경이 20 ~ 100 nm인 은 나노 입자 30 ~ 70 중량%, 고분자 바인더 5 ~ 15 중량% 및 100 중량%가 되도록 용매를 포함한다. 상기 범위에서 점도가 100 ~ 5000 cP(25℃)이고, 표면장력이 20 ~ 52mN/m인 실버잉크를 제조할 수 있다. 점도가 100cP(25℃) 미만인 경우는 인쇄 시 흘림 현상이 나타나고, 5000 cP(25℃)를 초과하는 경우는 고점도로 인한 망점형태가 나타남으로 상기 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 표면장력이 20mN/m 미만인 경우는 기판과의 접촉하려는 성질이 좋아 패턴 형성 시 번지는 패턴을 형성하고, 52mN/m를 초과하는 경우는 기판과의 접촉하려는 성질이 떨어져 잉크가 뭉치는 현상이 나타나 인쇄성 저하를 가져온다.

상기 고분자 바인더는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 접착력이나 표면의 평탄성을 향상시키므로 바람직하다.

상기 용매는 물, 에틸렌글리콜, 이소프로필알콜, 에탄올, 헥실알콜, 라울릴 알콜 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 점도 및 표면장력 조절에 필요하므로 바람직하다.

상기 실버잉크를 사용하는 경우, 표면거칠기가 50nm이하인 인쇄가 가능하다.

상기 전도성고분자 잉크는 전도성고분자 10 ~ 50 중량%, 실란커플링제 0.1 ~ 2 중량% 및 100 중량%를 만족하도록 용매를 포함한다. 상기 범위에서 점도가 10 ~ 100 cP(25℃)이고, 표면장력이 20 ~ 40mN/m인 전도성 고분자 잉크를 제조할 수 있다. 점도가 10 cP(25℃) 미만인 경우는 점도가 낮아 면이 번져서 형성 되고, 100 cP(25℃)를 초과하는 경우는 인쇄표면에 주름(wrinkling)이 발생하므로 상기 범위로 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 표면장력이 20mN/m 미만인 경우는 기판과의 접촉성이 뛰어나 면이 정확이 형성 되지 않고 퍼져서 형성되며, 40mN/m를 초과하는 경우는 기판과의 접촉성이 떨어져 인쇄 후 잉크가 뭉치는 현상이 발생한다.

상기 전도성고분자는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜)(PEDOP), 폴리아닐린, 폴리피롤 등을 사용하는 것이 전극이나, 배선, 전기변색 등의 소자로 사용이 가능하므로 바람직하다.

상기 용매는 물, 에틸렌글리콜, 이소프로필알콜, 에탄올, 엔메틸투피롤리돈,헥실알콜, 라우릴알콜 등에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 사용하는 것이 점도나 표면 장력 조절이 가능하므로 바람직하다.

상기 실란커플링제는 알릴트리에톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 3-아미노프로필트리에톡시 실란, 3-아미노프로필트리메톡시 실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 접착력 증가를 시켜주므로 바람직하다.

상기 전도성고분자잉크를 사용하는 경우 표면거칠기가 10nm이하인 인쇄가 가능하다.

본 발명은 상기 인쇄방법으로 인쇄된 전자소자도 포함한다.

상기 전자소자는 안테나, 배선, 미세선폭, 전극, 전자회로, 전기 변색소자 등을 포함할 수 있다.

본 발명은 전도성 잉크의 점도 및 표면 장력과 인쇄 제판의 선수 및 망점 형태를 변경함에 따라 대면적 인쇄가 가능 하고, 이렇게 대면적 인쇄가 가능해 지면 인쇄 소자 제작에 막대한 영향을 줄 것으로 판단된다.

또한 앞으로 태양 전지 시장이 확대됨에 따라 전자 잉크의 대면적 인쇄가 필요 하게 되며, 본 발명이 이러한 문제를 해결 할 수 있을 것으로 판단된다.

도 1은 본 발명에 따른 사선 형태의 망점을 가지는 인쇄 제판의 일예를 나타낸 것이다.

본 발명에서는 대면적 인쇄를 위해 그라비아 인쇄 방법을 이용하여 전도성 잉크를 인쇄 하였다.

이하 실시예에 따른 표면거칠기는 AFM(Atomic Force Microscope), 3D표면형상기(3D surface profiler)를 이용하여 표면거칠기(roughness)를 측정하였다.

[실시예 1]

폴리에틸렌테레프탈레이트 필름(두께 75㎛)에 대면적으로 전도성 잉크를 인쇄 하였다.

전도성 잉크는 PEDOT 10 중량%, 증류수 48 중량%, 에틸렌 글라이콜 30중량%, 이소프로필알콜(IPA) 10중량%, 3-아미노프로필트리메톡시 실란 2중량%를 혼합하여 점도 15cP, 표면 장력 25.4mN/m인 전도성잉크를 제조하였다.

상기 인쇄는 망점의 형태는 사선형태이고, 선수의 개수가 80개/inch, 사선의 각도가 30도인 인쇄제판을 이용하여 그라비아 인쇄를 진행하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 7nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[실시예 2]

전도성 잉크는 PEDOT 10 중량%, 증류수 48 중량%, 에틸렌 글라이콜 35중량%, 이소프로필알콜(IPA) 5중량%, 3-아미노프로필트리메톡시 실란 2중량%를 혼합하여 점도를 20cP, 표면 장력 26mN/m인 전도성잉크를 제조하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 7.5nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[실시예 3]

전도성 잉크는 PEDOT 10 중량%, 증류수 48 중량%, 에틸렌 글라이콜 40중량% 3-아미노프로필트리메톡시 실란 2중량%를 혼합하여 점도를 25cP, 표면 장력 30mN/m인 전도성잉크를 제조하였다.

[실시예 4]

전도성 잉크는 PEDOT 30 중량%, 증류수 28 중량%, 에틸렌 글라이콜 40중량% 3-아미노프로필트리메톡시 실란 2중량%를 혼합하여 점도를 100cP, 표면 장력 40mN/m인 전도성잉크를 제조하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 9nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[실시예 5]

전도성 잉크는 실버 입자 30 중량%, 증류수 20 중량%, 에틸렌 글라이콜 40중량%, IPA 10중량%를 혼합 하여 점도를 100cP, 표면 장력 40mN/m인 전도성잉크를 제조하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 30nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[실시예 6]

전도성 잉크는 실버 입자 40 중량%, 증류수 20 중량%, 에틸렌 글라이콜 30중량%, 이소프로필알콜(IPA) 10중량%를 혼합 하여 점도를 500cP, 표면 장력 38mN/m인 전도성잉크를 제조하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 40nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[실시예 7]

전도성 잉크는 실버 입자 60 중량%, 증류수 25 중량%, 에틸렌 글라이콜 15중량%를 혼합 하여 점도를 5000cP, 표면 장력 52mN/m인 전도성잉크를 제조하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 45nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[비교예 1]

상기 실시예 1과 동일한 전도성 잉크를 사용하되, 잉크제판으로 선수의 개수가 70 개/inch, 사선의 각도가 30도인 인쇄제판을 이용하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 30nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었으나, 면이 번져서 형성 되었다.

[비교예 2]

상기 실시예 1과 동일한 전도성 잉크를 사용하되, 잉크제판으로 선수의 개수가 175 개/inch, 사선의 각도가 30도인 인쇄제판을 이용하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 55nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[비교예 3]

상기 실시예 1과 동일한 전도성 잉크를 사용하되, 잉크제판으로 선수의 개수가 90 개/inch, 사선의 각도가 10도인 인쇄제판을 이용하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 8nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었으나, 면이 번져서 형성 되었다.

[비교예 4]

상기 실시예 1과 동일한 전도성 잉크를 사용하되, 잉크제판으로 선수의 개수가 90 개/inch, 사선의 각도가 70도인 인쇄제판을 이용하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 70nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[비교예 5]

전도성 잉크는 PEDOT 35 중량%, 증류수 28 중량%, 에틸렌 글라이콜 35중량% 3-아미노프로필트리메톡시 실란 2중량%를 혼합하여 점도를 150cP, 표면 장력 42mN/m인 전도성잉크를 제조하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 20nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

[비교예 6]

상기 실시예 4과 동일한 잉크제판을 사용하고, 실버의 함량을 60 중량%, 증류수 20중량%, 에틸렌 글라이콜 20중량%를 혼합하여 점도 5500cP, 표면장력 50mN/m로 제조 하여 인쇄를 하였다.

인쇄된 표면의 표면거칠기를 측정한 결과 표면거칠기는 약 200nm정도 형성됨을 확인 할 수 있었다.

Claims

전도성잉크를 이용한 대면적 그라비아 인쇄방법으로서, 기판 상에 망점의 형태는 사선형태이고, 선수의 개수가 80 ~ 150개/inch, 사선의 각도가 30 ~ 60도인 인쇄제판을 이용하여 전도성잉크를 대면적으로 인쇄하는 것을 특징으로 하는 대면적 인쇄방법.
제 1항에 있어서,
상기 전도성잉크는 점도가 100 ~ 5000 cP(25℃)이고, 표면장력이 20 ~ 52mN/m인 실버잉크 또는 점도가 10 ~ 100 cP이고, 표면장력이 20 ~ 40mN/m인 전도성고분자잉크를 사용하는 대면적 인쇄방법.
제 2항에 있어서,
상기 실버 잉크는 평균입경이 20 ~ 100 nm인 은 나노 입자 30 ~ 70 중량%, 고분자 바인더 5 ~ 15 중량% 및 100 중량%가 되도록 용매를 포함하는 대면적 인쇄방법.
제 3항에 있어서,
상기 고분자 바인더는 폴리비닐피롤리돈, 폴리비닐알콜, 폴리아크릴레이트에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 상기 용매는 물, 에틸렌글리콜, 이소프로필알콜에서 선택되는 어느 하나 이상인 대면적 인쇄방법.
제 2항에 있어서,
상기 전도성 고분자 잉크는 전도성고분자 10 ~ 50 중량%, 실란커플링제 0.1 ~ 2 중량% 및 100 중량%를 만족하도록 용매를 포함하는 대면적 인쇄방법.
제 5항에 있어서,
상기 전도성고분자는 폴리(3,4-에틸렌다이옥시티오펜), 폴리아닐린, 폴리피롤이고, 용매는 물, 에틸렌글리콜, 이소프로필알콜에서 선택되는 어느 하나 이상이며, 실란커플링제는 알릴트리에톡시 실란, 비닐트리에톡시 실란, 비닐트리메톡시 실란, 3-아미노프로필트리에톡시 실란, 3-아미노프로필트리메톡시 실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란에서 선택되는 어느 하나 이상인 대면적 인쇄방법.
제 1항에 있어서,
상기 기판은 폴리프로필렌, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리이미드에서 선택되는 대면적 인쇄방법.
제 1항 내지 제 7항에서 선택되는 어느 한 항에 따른 인쇄방법으로 인쇄된 전자소자.
제 8항에 있어서,
상기 전자소자는 안테나, 배선, 미세선폭, 전극, 전자 회로, 전기변색 소자.에서 선택되는 전자소자.