KR20130122776A - 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트 및 이의 제조 방법 - Google Patents

패턴화된 연성의 투명 전도성 시트 및 이의 제조 방법 Download PDF

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쩡 추이
유롱 까오
린선 천
씨아오홍 쩌우
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난창 오-필름 테크 컴퍼니 리미티드
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Abstract

패턴화된 연성의 투명 전도성 시트 및 이의 제조 방법이 제공된다. 투명 전도성 시트는 연성의 투명 베이스, 투명 임프린트 접착제 및 투명 임프린트 접착제에 내장된 전도성 필름을 포함한다. 임프린트 접착제의 표면은 패턴화되고 상호연결된 그루브 웹(groove web)을 제공한다. 그루브 웹 외부의 전체 면적은 투명 전도성 시트의 전체 표면의 80 퍼센트 이상이다. 그루브의 깊이는 투명 임프린트 접착제의 두께보다 적다. 전도성 필름은 소결된 전도성 잉크로 형성된다. 전도성 잉크는 상호 연결된 그루브의 바닥에 균일하게 채워져 있다. 전도성 필름의 두께는 그루브의 깊이보다 작다. 투명 전도성 시트는 전도성 필름으로 형성된 전도성 웹 및 그루브 웹 외부의 투과성 면적이 제공된다.

Description

패턴화된 연성의 투명 전도성 시트 및 이의 제조 방법 {PATTERNED FLEXIBLE TRANSPARENT CONDUCTIVE SHEET AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 투명 전도성(conductive) 시트의 제조 방법과 관련되며, 더욱 상세하게는 임프린팅(imprinting) 및 스크래칭(scratching) 전도성 잉크(ink) 기술에 기반한 투명 전도성 시트 및 이의 제조 방법과 관련된다.
투명 전도성 시트는 전기 전도성이 좋고, 가시광선에서 높은 투과율을 갖는 시트이다. 현재 투명 전도성 시트는 예를 들어, 평면 패널 디스플레이(flat panel displays), 태양전지 소자(photovoltaic devices), 터치 패널(touch panels) 및 전자기 차폐(electromagnetic shielding) 등의 분야에서 광범위하게 사용되고 있는바, 매우 넓은 시장 공간을 갖는다. 장치는 가볍고 얇은 방향으로 급속히 발전하고 있으며, 연성의(flexible) 투명 전도성 시트는 그 얇고 연한, 기타 특징으로 인해 이 분야 연구의 초점이 되고 있다.
연성의 투명 전도성 시트는 일반적으로 두 가지 유형으로 나뉜다. 즉, 패턴화된 유형(patterned type) 및 비-패턴화된 유형(non-patterned type)이다. 터치 스크린(touch screens)과 같은 대부분의 응용 예에서, 전자는 사용 전, 투명 전도성 필름을 패턴화되기 위해 종종 노출(exposure), 이미징(imaging), 엣칭(etching) 및 세척 공정을 필요로 한다. 반면에 후자는 높은 생산 효율 및 복잡한 패턴화 공정을 생략하기 때문에 의심할 여지 없이 투명 전도성 시트의 주 개발 방향이 될 것이지만, 쉽게 환경 오염을 일으킨다.
ITO는 투명 전도성 시트 시장을 독점해 왔다. 패턴화된 ITO 막의 제조 방법은 주로 반도체 제조 공정에서의 스크린 프린팅(screen printing), 잉크젯 프린팅법(ink jet printing method) 및 리프트-오프 공정(lift-off processes)을 포함한다. 그러나 인듐(indium) 광물 자원은 제한되어 있으며 ITO는 낮은 휨(bending) 저항성을 가지는바, 나노-금속 물질에 기반한 패턴화된 투명 전도성 시트는 이러한 배경 하에서 최적의 해결책이 되었다.
나노-금속 재료에 기반한 패턴화된 투명 전도성 시트의 제조 방법은 일반적으로 다음 단계를 포함한 프린팅(printing) 방법이다: 전도성(conductive) 잉크는 먼저 나노 입자 크기를 갖는 금속 재료로 제조되며, 그 후 투명 기판의 연성 표면에 전도성 잉크를 프린팅(print)하기 위해 개선된 프린팅 공정이 수행된다. 마지막으로 전도성 잉크는 원하는 전도성 네트워크(conductive networks)를 형성하기 위해 소결된다(sintered). 상기 네트워크의 네트워크 와이어(network wire) 폭(width)은 인간의 눈의 해상도를 벗어나고, 네트워크 와이어가 없는 연성의 표면 면적은 광 투과성 영역다. 표면 스퀘어 저항(surface square resistance) 및 광 투과율(light transmittance)은 와이어의 폭 및 기하(geometry)를 변화시킴으로써 일정한 범위 내로 제어 가능하다. 우수한 성능의 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트는 독일 기업 폴리IC(PolyIC) 뿐만 아니라 일본 기업 다이 니혼 프린팅(Dai Nippon Printing), 후지 필름(Fujifilm), 군제(Gunze)의 프린팅 방법을 사용해 획득했다. 그 중에서도 폴리IC에 의해 얻어진 시트는 15 μm의 그래픽 해상도, 0.4-1 Ω/sq의 표면 스퀘어 저항 및 80 %를 초과하는 광 투과율을 갖는다.
그럼에도 불구하고 상기 프린팅 방법으로 제조된 투명 전도성 시트의 전도성 네트워크는 투명 기판 표면에 노출된 돌출(protrusion) 구조이고, 따라서 낮은 스크래치 저항(scratch-resistance) 및 안티-스크래치 능력(anti-scratch capability)을 갖는다. 또한, 상기 구조의 그래픽 해상도(graphics resolution)는 프린팅 기술에 의해 제한되고, 거의 증가되기 어려울 수 있다. 고화질로의 응용 요건을 충족하기 위해, 네트워크의 그래픽 해상도는 더욱 감소되어야 한다. 마지막으로, 프린팅 기술의 한계로 인해, 고정된 와이어 폭(line width)의 전도성 잉크의 양은 증가시키기 어렵다. 다시 말해 결정된 와이어 폭 및 전도성 잉크를 전제로 하여서는, 전도성 물질의 양을 증가시키는 것 및 상기 시트의 전도성을 향상시키는 것이 어렵다.
종래 기술의 단점을 극복하기 위해, 본 발명은 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트 및 상기 연성의 전도성 시트의 제조 방법을 제공하며, 전도성 네트워크가 투명 고분자 층의 트렌치에 삽입되고, 상기 전도성 시트의 안티-스크래치 저항이 증가되고, 고정된 와이어 폭(line width)에서 상기 전도성 시트의 부피가 증가됨에 따라, 상기 전도성 시트의 전도성을 더 향상시킨다.
본 발명의 일 목적에 따른, 기술적 해결은 다음과 같이 제공된다:
패턴화된 연성의 투명 전도성 시트(patterned flexible transparent conductive sheet )로, 상기 시트는 아래에서 위로, 연성의 투명 기판(substrate);상기 기판에 일체로 결합된 투명 임프린트 접착제(transparent imprint glue); 및 상기 투명 임프린트 접착제의 표면에 위치한 전도성 물질; 을 포함하며, 상기 투명 임프린트 접착제의 상기 표면은 패턴화되고 상호연결된 트렌치 네트워크(trench network)를 정의하고, 상기 트렌치 네트워크 외부의 전체 면적은 상기 시트의 면적의 80 % 이상이고, 상기 트렌치의 깊이는 상기 투명 임프린트 접착제의 두께 미만이고; 상기 전도성 물질은 소결(sintering) 이전에는 전도성 잉크(conductive ink), 소결 이후에는 전도성 필름(conductive film)이고, 상기 전도성 필름은 상기 트렌치 네트워크 바닥에 균일하게 채워지고 상호 연결되고, 상기 전도성 필름의 두께는 상기 트렌치 네트워크의 깊이 미만이고; 상기 시트는 상기 전도성 필름으로 형성된 전도성 네트워크 및 상기 트렌치 네트워크 외부에 위치한 광 투과성 영역을 포함한다.
바람직하게는, 상기 패턴화되고 상호 연결된 트렌치 네트워크는 기본 유닛(unit)으로 다각형(polygon) 트렌치를 사용한 트렌치 조합이고, 상기 기본 유닛의 모양은 정사각형, 직사각형, 원형, 정육각형, 정삼각형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 인접한 두 개의 기본 유닛은 공유된 측(shared side)을 통해 전달되거나, 또는 두 개의 인접한 기본 유닛은 단일 트렌치를 통해 전달되어 분리된 트렌치 배열(discrete trench array)을 형성한다.
바람직하게는, 상기 트렌치 네트워크의 모든 트렌치의 방사상 단면(radial cross-section)은 트렌치의 폭보다 더 큰 트렌치 깊이를 갖는 직사각형이고, 상기 트렌치 폭은 500nm 내지 10μm의 범위이다.
바람직하게는, 상기 투명 임프린트 접착제는 열가소성 폴리머(thermoplastic polymer), 열경화성 폴리머(thermosetting polymer) 및 UV-경화성 폴리머(UV-curable polymer)로 이루어진 군으로부터 선택된 필름 구조이고, 가시광선에서 상기 광 투과율은 90 %를 초과한다.
바람직하게는, 상기 전도성 필름은 금속, 탄소나노튜브, 그래핀 잉크(graphene ink) 및 전도성 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이고, 소결 이후 정상 상태 하에서 고체의 연성 필름 구조를 갖는다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적에 따른 기술적 해결은 다음과 같다:
패턴화된 연성의 투명 전도성 시트를 제조하는 방법은: 1) 요구에 따라 전도성 네트워크의 3차원 구조를 설계 및 결정하는 단계로, 상기 전도성 네트워크는 상기 시트의 투명 임프린트 접착제에 트렌치 네트워크를 따라 제조되고, 상기 트렌치 네트워크 외부의 전체 면적은 상기 시트 면적의 80 % 이상이고, 상기 트렌치의 깊이는 상기 트렌치의 폭보다 큰 것인 단계; 2) 마이크로-전기 주조(micro-electroforming) 또는 다이아몬드 컷팅(diamond cutting)과 함께 리소그래피 기법(lithography techniques)을 조합한 마이크로머시닝(micromachining) 공정을 이용하여 상기 트렌치 네트워크에 보완적인 미세구조를 갖는 다이(die)를 제조하는 단계; 3) 임프린트(imprint) 기술을 이용하여 상기 투명 임프린트 접착제에 상기 트렌치 네트워크를 형성하는 단계; 및 4) 상기 트렌치 네트워크에 전도성 잉크를 채우고, 그리고 상기 전도성 잉크를 소결하는 단계; 를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단계 1) 에서 상기 전도성 네트워크의 상기 3차원 구조를 설계하는 단계는: ⅰ) 상기 투명 전도성 시트를 제조하기 위해 원료를 선택하는 단계로, 상기 원료는 연성의 투명 기판, 투명 임프린트 접착제 및 전도성 물질을 포함하는 단계; ⅱ) 투명 복합 물질을 형성하기 위해 상기 기판의 표면에 일정한 두께를 갖는 투명 임프린트 접착제를 코팅하고, 가시광선에서 상기 투명 복합 물질의 광투과율 a를 결정하는 단계; ⅲ) a×b> t 를 전제로 상기 트렌치 네트워크의 기하 구조 및 와이어 폭(line width) d를 결정하는 단계로, 상기 t는 상기 원하는 투명 전도성 시트의 상기 광 투과율을 나타내며, 상기 b는 상기 시트 전체 면적에 대한 상기 트렌치 네트워크 외부의 광 투과성 면적의 비율을 나타내는 것인 단계; ⅳ) 저항에 따른 트렌치 깊이 h, 얻어진 트렌치 깊이와 결합된 상기 전도성 잉크의 고형분 함량 및 투명 전도성 시트의 표면 스퀘어 저항(surface square resistance)의 실험 결과를 결정하는 단계; 를 포함한다.
바람직하게는, 상기 단계 4) 의 상기 전도성 잉크를 채우는 상기 방법은 스크래치(scratch) 또는 에어로졸 프린팅(aerosol printing)을 포함한다.
본 발명은 다음의 특징 및 장점을 갖는다:
본 발명은 전도성 잉크가 트렌치에 채워지는 것 및 투명 전도성 시트의 전도성 네트워크를 형성하기 위해 소결되는 것을 제안한다. 기본적인 아이디어는 투명 임프린트 접착제의 트렌치에 충분한 양의 전도성 잉크를 채우는 것이고, 전도성 잉크는 그 후 투명 전도성 시트를 형성하기 위해 건조되고 소결된다. 전기적으로 전도성인 물질의 특정 부피비는 일반적으로 작기 때문에, 전도성 물질의 시트 두께는 트렌치의 깊이보다 결과적으로 작다. 따라서, 상기 방법에 의해 얻어진 전도성 네트워크가 투명 임프린트 접착제의 트렌치에 삽입되고, 잘 보호되고, 그리고 스크래치 저항(scratch-resistance) 및 안티-스크래치 능력(anti-scratch capability)은 크게 향상된다.
본 발명은 전도성 잉크의 흐름을 제한하기 위해 직사각형의 단면 및 1:1 보다 큰 깊이/폭 비율을 갖는 트렌치를 사용하는 것을 제안한다. 소결하기 전에, 프린팅 기술로 얻은 전도성 시트의 단면은 도 1a 및 도 1b에서 볼 수 있듯이, 필수적으로 반구형(hemispherical)으로 형성되어있다. 동일한 와이어 폭 하에서, 이 면적은 "폭보다 더 큰 깊이"를 갖는 직사각형의 면적보다 확실히 더 작다. 그러므로 이 방법은 고정된 와이어 폭을 갖는 전도성 시트의 부피를 최대화할 수 있고, 따라서 투명 전도성 시트의 전도성은 최대 규모로 향상된다. 즉, 종래의 투명 전도성 시트와는 다른 제2의 기술 혁신에 해당한다.
도 1a는 소결하기 전의 전도성 잉크의 단면도(cross-sectional view)를 나타낸다.
도 1b는 소결하기 전에 트렌치에 채워진 전도성 잉크의 단면도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 트렌치 네트워크의 일 실시예에 따라 소결된 투명 전도성 시트의 평면도(planar view)를 나타낸다.
도 3은 도2에 나타난 소결된 투명 전도성 시트의 평행 투시도(perspective view)이다.
도 4는 트렌치 네트워크를 설계하기 위한 방법의 흐름도(flowchart)이다.
도 5는 본 발명의 트렌치 네트워크의 또 다른 실시예에 의한 소결된 투명 전도성 시트의 평면도를 나타낸다.
본 발명의 실시예를 상세히 설명하기 위해 지금부터 도면을 참조한다.
일 실시예에서, 투명 전도성 시트는 기본 유닛(unit)으로 정육각형을 사용한 트렌치 조합으로 제조된다.
도 2 및 도 3에 따른 실시예에서, 패턴화된 투명 전도성 시트는 연성의 투명 기판 (11), 기판 (11)에 일체로 결합된 투명 임프린트 접착제 (12)의 층 및 투명 임프린트 접착제 (12)의 트렌치 바닥에 균일하게 채워진 전도성 필름 (13)을 포함한다.
연성의 투명 기판 (11)은 100μm 두께의 PET이다. 투명 임프린트 접착제 (12)는 5μm의 두께를 갖는 용매를 포함하지 않는 UV 경화성 아크릴 수지이다. 투명 임프린트 접착제 (12)의 표면으로 정의된 트렌치 네트워크는 육각형 배열을 형성한다. 상기 육각형 배열의 육각형 외접원의 반지름 r은 5 μm와 같고, 트렌치 폭 d는 500 nm내지 10 μm 범위이고, 바람직하게는 1 μm이고, 깊이 h는 2 μm이고, 측벽의 각도는 약 82 °이다. 소결된 전도성 필름 (13)은 투명 임프린트 접착제 (12)의 바닥에 균일하게 채워지고 상호 연결된 은(silver)이다. 은 필름의 두께는 약 300 nm이다. 은 필름으로 채워진 트렌치 네트워크는 전도성 네트워크를 형성하고, 트렌치 외부 면적은 비전도성의 광 투과성 영역이다. 투명 전도성 시트의 전체 면적에 대한 상기 트렌치 외부 전체 면적의 비율 c는 82.6 %이다. 가시광선에서 상기 투명 전도성 시트의 광 투과율은 72 %이고, 표면 스퀘어 저항은 2 Ω/sq이다.
도 4에 따른 패턴화된 투명 전도성 시트의 제조 공정은 구체적으로 다음 단계를 포함한다:
1) 전도성 네트워크의 2 차원 패턴, 즉 트렌치 네트워크는 요구에 따라 설계되고, 원하는 트렌치 깊이가 결정된다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 설계 공정은 구체적으로 다음을 포함한다: ⅰ) 본 실시예에서는 90 % 이상의 광 투과율을 갖는 PET가 선택되고, PET는 가시 광선에서의 광 투과율 a=90 % 및 두께 100μm 를 갖는다; 투명 임프린트 접착제 (12)는 100cps의 점도를 갖는 용매를 포함하지 않는 UV 경화성 아크릴 수지이고; 전도성 잉크는 2 내지 10 nm 범위의 입자 크기를 갖는 은나노 전도성 잉크이고, 그리고 약 41 %의 고형분 함량, 53 cps의 점도, 30 dyne/cm의 표면 장력을 갖는다; ⅱ) 5μm의 두께를 갖는 UV 임프린트 접착제 (12)는 상기 PET (11)의 표면에 도포되고, 가시 광선에서 투명 복합 기판의 광 투과율은 a=90%로 결정된다; ⅲ) 투명 전도성 시트 t>72%(t는 절대 투과율을 나타낸다) 및 a×b> t 의 투과율의 설계 사양에 따라, 결과로 b>80%이 얻어진다; b의 전제하에 우수한 등방성 저항을 갖는 육각형의 벌집(honeycomb) 트렌치 네트워크가 선택되고, 트렌치 폭 d=1μm이 다이(die) 가공 능력과 함께 조합하여 결정된다; ⅳ) 은 잉크의 고형분 함량은 약 32 %, 소결 온도는 140 °C, 소결 시간은 5 분이고, 결정된 저항은 2.5 μΩ·cm이다. 투명 전도성 시트의 표면 스퀘어 저항은 10 Ω/sq 미만이 요구된다. 상기 조건 하에서 상기 테스트 트렌치 깊이 h는 2 μm와 같을 때, 결과로서 얻은 표면 스퀘어 저항은 설계 요건을 충족시키는 8 Ω/sq이다.
2) DMD 기반의 레이저 직접 수기 플레이트 세터(DMD-based laser direct writing platesetter)를 이용한 트렌치 네트워크는 평면 유리의 표면에 도포된 포토레지스트(photoresist) 층으로 정의된다; Ni 필름 다이(Ni film die)는 이후 마이크로-전기 주조(micro-electroforming) 기술을 이용하여 트렌치 네트워크에 보완적인 미세구조를 갖도록 제조된다; 상기 다이는 롤러(roller) 다이를 형성하기 위해 롤러의 표면에 도포된다.
3) 롤투롤(roll-to-roll) UV 임프린트 기술을 이용하여, 설계된 트렌치 네트워크는 PET (11) 표면의 투명 임프린트 접착제 (12) 상에 형성된다. 투명 임프린트 접착제 (12)의 경화 파장은 365nm이고, 누적 방사선 에너지가 360~500 mj/cm2에 도달한 때에 접착제가 경화된다.
4) 전도성 은 잉크는 스크래치 공정(scratch process)을 사용하여 트렌치 네트워크로 채워져 있다. 구체적으로, 공정은 다음 단계를 포함한다: (1) 5μm의 두께를 갖는 은 잉크는 투명 임프린트 접착제 (12) 표면에 도포되고; (2) 트렌치 외부에 있는 은 잉크는 스틸 스크레퍼(steel scraper)에 의해 지워지고(scratched off), (3) 은 잉크는 적외선-어시스트된(infrared-assisted) 열기 오븐(hot-air oven)을 이용하여 소결되고, 전도성 은 네트워크가 형성되고, 상기 소결 온도는 140 °C, 소결 시간은 5 분이다.
실시예 2: 투명 전도성 시트는 기본 유닛으로 정사각형 트렌치로 트렌치 결합함으로써 제조된다.
도 5에 따른 본 발명의 실시예에서, 패턴화된 투명 전도성 시트는 연성의 투명 기판 (11), 상기 기판 (11)에 배치된 투명 임프린트 접착제 (12)의 층, 및 상기 투명 임프린트 접착제 (12)의 상기 트렌치의 바닥에 균일하게 채워진 전도성 필름 (13)을 포함한다.
연성의 투명 기판 (11)은 50 μm의 두께를 갖는 PC이다. 투명 임프린트 접착제 (12)는 6 μm의 두께를 갖는 PMMA이다. 투명 임프린트 접착제 (12)의 표면에 정의된 트렌치 네트워크는 정사각형 배열을 형성한다. 상기 정사각형 변의 길이는 400 μm, 트렌치 폭 d는 10 μm, 깊이 h는 11 μ, 측벽의 각도는 약 88 °이다. 소결된 전도성 필름 (13)은 투명 임프린트 접착제의 상기 트렌치 네트워크의 바닥에 균일하게 채워지고 상호 연결된 구리이다. 구리 필름의 두께는 약 1 μm이다. 구리 필름으로 채워진 상기 트렌치 네트워크는 전도성 네트워크를 형성하고, 상기 트렌치 외부 면적은 비전도성 광 투과성 영역이다. 투명 전도성 시트의 전체 면적에 대한 상기 트렌치 외부 전체 면적의 비율 c는 95.5 %이다. 가시광선에서 투명 전도성 시트의 광 투과율은 89 %이며, 표면 스퀘어 저항은 7 Ω/sq이다.
도 4에 따른, 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트를 제조하는 공정은 구체적으로 다음 단계를 포함한다:
1) 전도성 네트워크의 2 차원 패턴, 즉 트렌치 네트워크는 요구에 따라 설계되고, 원하는 트렌치 깊이가 결정된다. 도 3에서 볼 수 있듯이, 설계 공정은 구체적으로 다음을 포함한다: ⅰ) 높은 광 투과율을 갖는 PC는 가시 광선에서 a=91 %의 광 투과율을 갖는 것이 선택되고, 50 μm의 두께이고; 투명 임프린트 접착제 (12)는 4000cps의 점도를 갖는 PMMA이고; 전도성 잉크는 2 내지 10 nm 범위의 입자 크기를 갖는 구리 나노 전도성 잉크이고 , 그리고 약 40 %의 고형분 함량, 8-18 cps의 점도, 17-21 mN/m의 표면 장력을 갖는다; ⅱ) 15 μm의 두께를 갖는 PMMA는 상기 PET (11)의 표면에 도포되고, 가시 광선에서 투명 복합 기판의 광 투과율은 a=90% 로 결정된다; ⅲ) 투명 전도성 시트 t>85%(t는 절대 투과율을 나타낸다) 및 a×b> t 의 투과율의 설계 사양에 따라, 결과로 b>93%이 얻어진다; b의 전제하에 저항 정사각형 배열 트렌치 네트워크가 선택되고, 트렌치 폭 d=1μm이 에어로졸 프린팅(aerosol printing) 능력과 함께 조합하여 결정된다; ⅳ) 구리 잉크의 고형분 함량은 약 40 % , 결정된 저항은 5-7 μΩ·cm 이다. 투명 전도성 시트의 표면 스퀘어 저항은 10 Ω/sq 미만이 요구된다. 상기 조건 하에서 상기 테스트 트렌치 깊이 h는 11 μm와 같을 때, 결과로서 얻은 표면 스퀘어 저항은 설계 요건을 충족시키는 7 Ω/sq이다.
2) 상기 설계된 트렌지 네트워크는 다이아몬트 컷팅 공정을 이용하여 구리 표면에 새겨진다, Ni 필름 다이(Ni film die)는 이후 마이크로-전기 주조(micro-electroforming) 기술을 이용하여 트렌치 네트워크에 보완적인 미세구조를 갖도록 제조된다; 상기 다이는 롤러(roller) 다이를 형성하기 위해 롤러의 표면에 도포된다.
3) 롤투롤(roll-to-roll) UV 임프린트 기술을 이용하여, 설계된 트렌치 네트워크는 PET (11) 표면의 PMMA (12)에 형성된다. PMMA의 임프린트 온도는 160°C이다.
4) 상기 구리 잉크는 에어로졸 프린팅 공정을 사용하여 상기 트렌치 네트워크로 채워져 있다. 상기 구리 잉크는 상기 전도성 구리 네트워크를 형성하기 위해 펄스 UV 경화 시스템(pulse UV curing system)을 사용하여 소결된다. 펄스 에너지는 207 J/pulse, 진동수는 25 pulses/s, 시간은 1 초이다.
상기 두 실시예의 상세한 설명은 본 발명의 기술적 해결에 있어서 이해를 용이하게 하는 것을 목적으로 하고 있지만, 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다. 상기 실시예에서, 상기 투명 전도성 시트의 광 투과율은 육각형 외접원의 반지름 r에 대한 트렌치 폭 d의 비율을 변화시킴으로써 자유롭게 제어할 수 있다; 그리고 상기 투명 전도성 시트의 상기 스퀘어 저항은 트렌치 깊이 h 및 상기 은 잉크의 고형분 함량을 변화시킴으로써 자유롭게 변화시킬 수 있다. 전도성 잉크는 소결 이후 정상 상태 하에서 고체의 연성 필름 구조를 갖는 다른 금속 잉크, 탄소나노튜브 잉크, 그래핀 잉크(graphene ink) 또는 전도성 고분자 물질 잉크(conductive polymer material ink)를 포함할 수 있다.
또한, 패턴화되고 상호 연결된 트렌치 네트워크는 기본 유닛으로 다각형 트렌치를 사용한 트렌치 조합이다. 상기 기본 유닛의 모양은 정사각형(실시예 2), 직사각형, 원형, 정육각형(실시예 3), 정삼각형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그리고 두개의 인접한 기본 유닛은 공유된 측을 통해 전달되거나, 또는 단일 트렌치를 통해 전달되어 분리된 트렌치 배열(discrete trench array)을 형성한다(미 도시됨).

Claims (8)

  1. 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트(patterned flexible transparent conductive sheet )로, 상기 시트는 아래에서 위로,
    연성의 투명 기판(substrate);
    상기 기판에 일체로 결합된 투명 임프린트 접착제(transparent imprint glue); 및
    상기 투명 임프린트 접착제의 표면에 위치한 전도성 물질; 을 포함하며,
    상기 투명 임프린트 접착제의 상기 표면은 패턴화되고 상호연결된 트렌치 네트워크(trench network)를 정의하고, 상기 트렌치 네트워크 외부의 전체 면적은 상기 시트의 면적의 80 % 이상이고, 상기 트렌치의 깊이는 상기 투명 임프린트 접착제의 두께 미만이고; 상기 전도성 물질은 소결(sintering) 이전에는 전도성 잉크(conductive ink), 소결 이후에는 전도성 필름(conductive film)이고, 상기 전도성 필름은 상기 트렌치 네트워크 바닥에 균일하게 채워지고 상호 연결되고, 상기 전도성 필름의 두께는 상기 트렌치 네트워크의 깊이 미만이고; 상기 시트는 상기 전도성 필름으로 형성된 전도성 네트워크 및 상기 트렌치 네트워크 외부에 위치한 광 투과성 영역을 포함하는 것인 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트.
  2. 제1항에 있어서, 상기 패턴화되고 상호 연결된 트렌치 네트워크는 기본 유닛(unit)으로 다각형(polygon) 트렌치를 사용한 트렌치 조합이고, 상기 기본 유닛의 모양은 정사각형, 직사각형, 원형, 정육각형, 정삼각형 및 이들의 조합으로 이루어진 군으로부터 선택되고, 인접한 두 개의 기본 유닛은 공유된 측(shared side)을 통해 전달되거나, 또는 두 개의 인접한 기본 유닛은 단일 트렌치를 통해 전달되어 분리된 트렌치 배열(discrete trench array)을 형성하는 것인 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트.
  3. 제1항에 있어서, 상기 트렌치 네트워크의 모든 트렌치의 방사상 단면(radial cross-section)은 트렌치의 폭보다 더 큰 트렌치 깊이를 갖는 직사각형이고, 상기 트렌치 폭은 500nm 내지 10μm의 범위인 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트.
  4. 제1항에 있어서, 상기 투명 임프린트 접착제는 열가소성 폴리머(thermoplastic polymer), 열경화성 폴리머(thermosetting polymer) 및 UV-경화성 폴리머(UV-curable polymer)로 이루어진 군으로부터 선택된 필름 구조이고, 이의 가시광선에서 광 투과율은 90 %를 초과하는 것인 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트.
  5. 제1항에 있어서, 상기 전도성 필름은 금속, 탄소나노튜브, 그래핀 잉크(graphene ink) 및 전도성 고분자 물질로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나이고, 소결 이후 정상 상태 하에서 고체의 연성 필름 구조를 갖는 것인 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트.
  6. 1) 요구에 따라 전도성 네트워크의 3차원 구조를 설계 및 결정하는 단계로, 상기 전도성 네트워크는 상기 시트의 투명 임프린트 접착제에 트렌치 네트워크를 따라 제조되고, 상기 트렌치 네트워크 외부의 전체 면적은 상기 시트 면적의 80 % 이상이고, 상기 트렌치의 깊이는 상기 트렌치의 폭보다 큰 것인 단계;
    2) 마이크로-전기 주조(micro-electroforming) 또는 다이아몬드 컷팅(diamond cutting)과 함께 리소그래피 기법(lithography techniques)을 조합한 마이크로머시닝(micromachining) 공정을 이용하여 상기 트렌치 네트워크에 보완적인 미세구조를 갖는 다이(die)를 제조하는 단계;
    3) 임프린트(imprint) 기술을 이용하여 상기 투명 임프린트 접착제에 상기 트렌치 네트워크를 형성하는 단계; 및
    4) 상기 트렌치 네트워크에 전도성 잉크를 채우고, 그리고 상기 전도성 잉크를 소결하는 단계;
    를 포함하는 제1항에 따른 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 단계 1) 에서 상기 전도성 네트워크의 상기 3차원 구조를 설계하는 단계는:
    ⅰ) 상기 투명 전도성 시트를 제조하기 위해 원료를 선택하는 단계로, 상기 원료는 연성의 투명 기판, 투명 임프린트 접착제 및 전도성 물질을 포함하는 단계;
    ⅱ) 투명 복합 물질을 형성하기 위해 상기 기판의 표면에 일정한 두께를 갖는 투명 임프린트 접착제를 코팅하고, 가시광선에서 상기 투명 복합 물질의 광투과율 a를 결정하는 단계;
    ⅲ) a×b> t 를 전제로 상기 트렌치 네트워크의 기하 구조 및 와이어 폭(line width) d를 결정하는 단계로, 상기 t는 상기 원하는 투명 전도성 시트의 상기 광 투과율을 나타내며, 상기 b는 상기 시트 전체 면적에 대한 상기 트렌치 네트워크 외부의 광 투과성 면적의 비율을 나타내는 것인 단계;
    ⅳ) 저항에 따른 트렌치 깊이 h, 얻어진 트렌치 깊이와 결합된 상기 전도성 잉크의 고형분 함량 및 투명 전도성 시트의 표면 스퀘어 저항(surface square resistance)의 실험 결과를 결정하는 단계;
    를 포함하는 것인 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트의 제조 방법.
  8. 제6항에 있어서, 상기 단계 4) 의 상기 전도성 잉크를 채우는 상기 방법은 스크래치(scratch) 또는 에어로졸 프린팅(aerosol printing)을 포함하는 것인 패턴화된 연성의 투명 전도성 시트의 제조 방법.
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