KR20170087851A - 전도성 기판 및 그의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 금속나노와이어와 감광 수지를 함유하는 감광성 코팅액을 이용한 전도성 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 전도성 기판은 베이스 기판, 노광 영역 및 비노광 영역을 포함한다. 베이스 기판은 극성을 갖는 이온성 고분자 전해질로 표면 처리하여 극성의 작용기가 표면에 도입된다. 노광 영역 및 비노광 영역은 이온성 고분자 전해질과 동일한 극성을 갖는 감광 수지와 금속나노와이어를 함유하는 감광성 코팅액을 도포한 후, 노광 및 세척하여 형성된다. 이때 세척 시 베이스 기판에 도입된 극성의 작용기와 감광성 코팅액의 감광 수지 간의 반발력을 함께 이용하여 비노광 영역에 포함된 감광성 코팅액의 감광 수지를 제거하여 비노광 영역을 전기전도성을 갖는 배선 패턴으로 형성된다.

Description

전도성 기판 및 그의 제조 방법{Conductive substrate and manufacturing method thereof}

본 발명은 전도성 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 이온성 고분자 전해질로 표면 처리한 베이스 기판 위에 금속나노와이어를 함유하는 코팅액으로 전도막을 형성한 전도성 기판 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.

금속나노와이어를 포함한 전도막은 와이어, 튜브, 나노입자 형태의 전도성 나노 물질이 연속적으로 접촉되어 형성된 전도막으로써, 베이스 기판에 코팅되어 형성될 수 있다. 금속나노와이어를 포함한 전도막은 간단한 용액 공정으로써 분산액을 형성하여 다양한 베이스 기판에 코팅함으로써, 전기전도성을 가지는 전도막으로 형성할 수 있다. 이러한 금속나노와이어를 함유하는 전도막은 터치패널 및 디스플레이 등에서 투명 전극 또는 회로 전극으로 사용되고 있다.

금속나노와이어를 포함한 전도막을 투명 전극 또는 회로 전극으로 사용하기 위해서는 전도막의 국부적 영역에서 전기적 연결성 및 비연결성(절연성)을 조절하여 특정 패턴 형태로 전기가 흐르게 하는 것이 필요하다.

전도막이 형성된 전도성 기판에서 배선 패턴을 형성하는 방법으로 포토리소그래피, 레이저 에칭 공정을 주로 적용하였다.

여기서 포토리소그래피 방법은 전도막 위에 포토레지스트를 도포하고, 자외선을 노광하고 현상함으로써 포토레지스트 패턴을 전도막 위에 형성한 후, 습식 또는 건식 방법으로 전도막을 특정 패턴 모양으로 식각함으로서 배선 패턴을 형성하는 방법이다.

그리고 레이저 에칭 방법은 전도막을 레이저를 이용하여 특정 패턴 모양으로 식각함으로서 배선 패턴을 형성하는 방법이다.

이러한 방법은 기존 알려진 공정을 이용하여 전도막의 미세 패턴을 형성할 수 있다. 하지만 배선 패턴이 형성된 전도막에서 식각된 영역과 식각되지 않은 영역에서 금속나노와이어의 분포 차이로 인해 빛 반사도, 빛 투과도, 헤이즈 차이를 형성하여 전도막의 배선 패턴이 시인되는 문제점을 야기할 수 있다.

또한 포토리소그래피 공정의 경우 전도막의 배선 패턴을 형성하기 위해 별도의 공정을 진행해야 한다는 점에서 공정 비용이 추가적으로 소요되고 생산성이 떨어지는 단점이 있다.

이러한 문제점을 해소하기 위해서, 감광성 코팅액을 이용한 비에칭 방법으로 배선 패턴을 형성하는 기술이 소개되고 있다. 즉 비에칭 방식은 금속나노와이어를 포함한 감광성 코팅액을 베이스 기판에 코팅하여 감광성 코팅층을 형성하고, 감광성 코팅층의 일부 영역에 자외선을 노광함으로써 노광된 영역의 감광 물질을 반응시키고, 세척 용매로 베이스 기판을 세척함으로써 노광 및 비노광 영역의 전도도 차이를 형성하여 배선 패턴을 형성하는 기술이다.

자외선의 선택적 조사에 의해 형성된 노광 및 비노광 영역은 세척 과정에서 세척 용매에 대한 감광 수지의 용해도 차이가 형성되고, 이로 인해 노광 및 비노광 영역 간 전기전도도 차이가 발생하여 금속나노와이어의 제거 및 에칭 없이 노광 및 세척 공정으로만 배선 패턴을 형성할 수 있다.

이러한 비에칭 방법의 경우 노광 영역이 절연 영역 또는 저항이 높은 영역에 대응되고, 비노광 영역은 용매에 대한 감광 수지의 용해도가 높아 세척 과정에서 감광 수지가 더 많이 제거되어 전도성 영역 또는 더 낮은 저항 영역에 해당한다. 이러한 비에칭 방법은 금속나노와이어가 전기전도도가 서로 다른 노광 및 비노광 영역에서 비슷하게 분포하며, 두 영역에서 손상되거나, 에칭되지 않은 상태로 존재하게 된다.

이러한 비에칭 방법을 통해 패터닝된 배선 패턴의 특성을 결정하는 주요 인자는 노광 및 비노광 영역의 경계부에서 명확한 경계를 형성할 수 있어야 하며, 세척 과정에서 감광 수지가 쉽게 제거되어 저항이 충분히 낮아지고 베이스 기판 전체에 걸쳐 균일한 특성을 확보할 수 있어야 한다는 점이다.

하지만 기존의 비에칭 방법의 경우에는, 베이스 기판의 종류 및 베이스 기판의 표면의 특성에 따라 세척 과정에서 비노광 영역의 감광 수지가 충분히 또는 완전히 제거되지 않는 경우가 있다. 이와 같이 비노광 영역에서 감광 수지가 충분히 또는 완전히 제거되지 않는 경우, 비노광 영역의 저항이 높아지고, 저항 균일도가 좋지 못하며, 비노광 영역이 투명 전극으로 형성되는 경우 헤이즈가 증가하고, 노광 및 비노광 영역의 경계가 명확하지 않는 문제점이 있다.

한국등록특허 제10-1447516호(2014.09.29.)

따라서 본 발명의 목적은 비에칭 방법으로 전도막을 형성하는 데 있어서, 세척 과정에서 비노광 영역의 감광 수지를 충분히 제거하여 비노광 영역의 면저항과 헤이즈를 낮추고, 저항 균일도를 확보하고, 광 투과도를 향상시키고, 노광 및 비노광 영역의 경계를 명확히 할 수 있는 전도성 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 베이스 기판의 표면 처리를 통하여 베이스 기판 위에 형성되는 전도막의 면저항과 헤이즈를 낮추고, 광 투과도를 향상시킬 수 있는 전도성 기판 및 그의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 금속나노와이어와 극성을 갖는 감광 수지를 함유하는 감광성 코팅액을 코팅할 베이스 기판의 표면에 상기 감광성 코팅액의 감광 수지의 극성과 동일한 극성의 이온성 고분자 전해질로 표면을 처리하여 상기 극성의 작용기를 상기 베이스 기판의 표면에 도입하는 단계; 표면 처리된 상기 베이스 기판 위에 상기 감광성 코팅액을 코팅하여 감광성 코팅층을 형성하는 단계; 및 상기 감광성 코팅층이 코팅된 베이스 기판을 세척하여 전도성 기판을 제조하는 단계;를 포함하는 전도성 기판의 제조 방법을 제공한다.

본 발명은 상기 형성하는 단계 및 상기 제조하는 단계 사이에 수행되는, 상기 베이스 기판의 감광성 코팅층을 노광하여 노광 영역 및 비노광 영역을 형성하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

이때 상기 제조하는 단계에서, 세척 시 상기 베이스 기판에 도입된 극성의 작용기와 상기 감광성 코팅액의 감광 수지 간의 반발력을 함께 이용하여 상기 비노광 영역에 포함된 감광성 코팅액의 감광 수지를 제거하여 상기 비노광 영역을 전기전도성을 갖는 배선 패턴으로 형성할 수 있다.

상기 이온성 고분자 전해질은 양이온성 고분자 전해질로서, poly(diallydimethylammonium chloride), poly(allyamine hydrochloride), polyaniline, poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT), poly(2-vinylpyridine) poly(ethylenenimine), poly(acrylamide-co-diallylmethylammonium chloride), cationic polythiophene 또는 polyaniline 을 포함할 수 있다.

상기 감광성 코팅액의 감광 수지는 감광성 작용기로 N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal 작용기를 갖는 폴리비닐알콜(poly(vinyl alcohol))을 포함할 수 있다.

상기 감광성 코팅액의 금속나노와이어는 직경이 1~100nm, 길이가 1~300㎛ 인 은나노와이어, 구리나노와이어 또는 금나노와이어를 포함할 수 있다.

상기 도입하는 단계는, 상기 베이스 기판을 양이온성 고분자 전해질 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척하는 단계; 및 상기 베이스 기판을 산 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 전도성 기판의 제조 방법에 있어서, 상기 이온성 고분자 전해질은 음이온성 고분자 전해질을 더 포함할 수 있다. 상기 음이온성 고분자 전해질은 poly(acrylic acid), poly(acrylic acid)의 염(salt), poly(styrene sulfonic acid), poly(styrene sulfonic acid)의 염, polyvinyl alcohole, polyarmic acid, polyarmic acid의 염, poly(vinylsulfonic acid, poly(vinylsulfonic acid의 염, poly(anetholesulfonic acid), poly(anetholesulfonic acid)의 염, poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid), poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid)의 염 또는 Nafion 을 포함할 수 있다.

이때 상기 감광성 코팅액의 감광 수지는 음극의 극성을 가질 수 있다.

상기 도입하는 단계는, 상기 베이스 기판의 표면에 상기 양이온성 고분자 전해질로 표면을 처리하는 단계; 및 상기 양이온성 고분자 전해질로 표면 처리된 베이스 기판의 표면에 상기 음이온성 고분자 전해질로 표면을 처리하는 단계;를 포함할 수 있다.

이때 상기 양이온성 고분자 전해질로 표면을 처리하는 단계는, 상기 베이스 기판을 양이온성 고분자 전해질 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척하는 단계; 및 상기 베이스 기판을 산 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척하는 단계;를 포함할 수 있다.

상기 음이온성 고분자 전해질로 표면을 처리하는 단계는, 상기 양이온성 고분자 전해질로 표면 처리된 베이스 기판을 음이온성 고분자 전해질 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척하는 단계; 및 상기 베이스 기판을 염기 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척하는 단계;를 포함할 수 있다.

본 발명은 또한, 이온성 고분자 전해질로 표면 처리된 베이스 기판; 및 표면 처리된 베이스 기판 위에 금속나노와이어를 함유하는 코팅액을 코팅하여 형성한 전도막;을 포함하는 전도성 기판을 제공한다.

그리고 본 발명은, 극성을 갖는 이온성 고분자 전해질로 표면 처리하여 상기 극성의 작용기가 표면에 도입된 베이스 기판; 및 상기 이온성 고분자 전해질과 동일한 극성을 갖는 감광 수지와 금속나노와이어를 함유하는 감광성 코팅액을 도포한 후, 노광 및 세척하여 형성된 노광 영역과 비노광 영역을 구비하는 전도막;을 포함하는 전도성 기판을 제공한다. 이때 세척 시 상기 베이스 기판에 도입된 극성의 작용기와 상기 감광성 코팅액의 감광 수지 간의 반발력을 함께 이용하여 상기 비노광 영역에 포함된 감광성 코팅액의 감광 수지를 제거하여 상기 비노광 영역을 전기전도성을 갖는 배선 패턴으로 형성된다.

본 발명에 따르면, 베이스 기판에 이온성 고분자 전해질로 표면 처리를 함으로써, 표면 처리된 베이스 기판 위에 형성되는 금속나노와이어를 포함하는 전도막의 면저항과 헤이즈를 낮추고, 광 투과도를 향상시킬 수 있다.

또한 베이스 기판에 코팅되는 금속나노와이어를 함유하는 감광성 코팅액의 감광 수지의 극성과 동일한 극성의 이온성 고분자 전해질로 베이스 기판의 표면을 처리함으로써, 표면 처리된 베이스 기판과 감광성 코팅액의 감광 수지와의 상호 결합력을 약화시킬 수 있다. 즉 베이스 기판의 표면 처리를 통하여 감광성 코팅액에 포함되는 감광 수지의 극성과 동일한 극성의 작용기를 베이스 기판의 표면에 형성함으로써, 동일 극성끼리는 서로 반발하는 특성이 있기 때문에, 베이스 기판과 감광성 코팅액의 감광 수지 간의 상호 결합력을 약화시킬 수 있다.

이로 인해 감광성 코팅액이 코팅된 베이스 기판에 대한 세척 공정 시, 비노광 영역의 감광 수지를 쉽게 제거할 수 있다.

이와 같이 비에칭 방법으로 전도막을 형성하는 데 있어서, 세척 과정에서 비노광 영역의 감광 수지를 충분히 제거할 수 있기 때문에, 비노광 영역의 면저항과 헤이즈를 낮추고, 저항 균일도를 확보하고, 광 투과도를 향상시킬 수 있다. 또한 감광성 코팅액이 코팅된 베이스 기판에 노광 및 세척을 통해서 노광 및 비노광 영역을 형성할 때, 노광 및 비노광 영역의 경계를 명확히 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 전도성 기판을 보여주는 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 전도성 기판의 제조 방법에 따른 흐름도이다.
도 3 내지 도 6은 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.

하기의 설명에서는 본 발명의 실시예를 이해하는데 필요한 부분만이 설명되며, 그 이외 부분의 설명은 본 발명의 요지를 흩트리지 않는 범위에서 생략될 것이라는 것을 유의하여야 한다.

이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 바람직한 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다.

도 1은 본 발명에 따른 전도성 기판을 보여주는 단면도이다.

*도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전도성 기판(100)은 표면 처리된 베이스 기판(10)과, 베이스 기판(10) 위에 형성된 전도막(30)을 포함한다.

베이스 기판(10)은 극성을 갖는 이온성 고분자 전해질로 표면 처리하여 극성의 작용기가 표면에 도입된다. 베이스 기판(10)의 표면에 극성의 작용기가 도입된 부분을 표면 처리층(20)으로 도시하였다. 표면 처리층(20)의 극성의 작용기는 양극 및 음극 중에 하나의 극성을 갖는다.

베이스 기판(10)으로는 PET(폴리에틸렌테레플탈레이트), PC(폴리카보네이트), PI(폴리이미드), PP(폴리프로필렌 기판), 유리, 석영(quartz) 등의 다양한 소재가 적용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

그리고 전도막(30)은 이온성 고분자 전해질과 동일한 극성을 갖는 감광 수지와 금속나노와이어를 함유하는 감광성 코팅액을 도포한 후, 노광 및 세척하여 형성된 노광 영역(35)과 비노광 영역(37)을 구비한다. 세척 시 베이스 기판(10)에 도입된 극성의 작용기와 감광성 코팅액의 감광 수지 간의 반발력을 함께 이용하여 비노광 영역(37)에 포함된 감광성 코팅액의 감광 수지를 제거하여 비노광 영역(37)을 전기전도성을 갖는 배선 패턴(39)으로 형성된다.

감광성 코팅액의 감광 수지로는 예컨대, 감광성 작용기로 N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal 작용기를 갖는 폴리비닐알콜(poly(vinyl alcohol))이 사용될 수 있다. N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal 작용기를 갖는 폴리비닐알콜은 양이온성의 극성을 갖는다.

감광성 코팅액의 금속나노와이어는 직경이 1~100nm, 길이가 1~300㎛ 인 은나노와이어, 구리나노와이어 또는 금나노와이어를 포함한다.

본 발명에서 베이스 기판(10)에 대한 표면 처리를 수행하는 이유는 다음과 같다. 즉 금속나노와이어를 포함한 감광성 코팅액을 베이스 기판(10) 위에 코팅하여, 코팅된 베이스 기판(10)의 특정 영역에 자외선을 노광하고 세척함으로써, 자외선 노광 부위와 비노광 부위의 세척 용매에 대한 감광 수지의 용해도 차에 의해 발생시켜 영역 간의 저항 차이를 형성시킨다. 이러한 비에칭 방법은 투명 전극의 패턴 형성하는 기술에 적용될 수 있다.

이때 노광 영역(35)의 자외선에 의해 감광 수지가 화학결합 반응이 일어나면서 용매에 대한 용해도가 크게 감소되어 절연 또는 고저항 영역이 된다. 반대로 비노광 영역(37)의 감광 수지는 세척 시 제거되어 금속나노와이어 간의 접촉 특성이 좋아져서 전도성 영역 또는 저저항 영역으로 형성된다.

이러한 비에칭 방법을 통해 배선 패턴(39)을 형성함에 있어서, 베이스 기판(10)의 표면 특성 조절이 중요하다. 베이스 기판(10)의 종류 및 표면 특성에 따라 베이스 기판(10)과 감광 수지가 상호결합력이 달라지게 된다. 즉 베이스 기판(10)과 감광 수지의 상호결합력이 강하게 되면, 비노광 영역(37)의 세척 과정에서 감광 수지가 잘 제거되지 않게 된다. 따라서 잔류하는 감광 수지에 의해 금속나노와이어 간 접촉 특성이 좋지 못하게 된다. 그리고 잔류 감광 수지는 표면 거칠기를 증가시켜 광학적 헤이즈를 발생시키고, 노광 영역(35)과 비노광 영역(37) 간의 경계면을 명확하지 않게 할 수 있다.

따라서 감광 수지와 베이스 기판(10) 간의 상호결합력을 약화시키기 위해서, 본 발명에서는 베이스 기판(10)에 대한 표면 처리를 수행한다. 이때 표면 처리는 베이스 기판(10)에 코팅되는 금속나노와이어를 함유하는 감광 코팅액의 감광 수지의 극성과 동일한 극성의 이온성 고분자 전해질로 베이스 기판(10)의 표면을 처리함으로써, 표면 처리된 베이스 기판(10)과 감광성 코팅액의 감광 수지와의 상호 결합력을 약화시킬 수 있다. 즉 베이스 기판(10)의 표면 처리를 통하여 감광성 코팅액에 포함되는 감광 수지의 극성과 동일한 극성의 작용기를 베이스 기판(10)의 표면에 형성함으로써, 동일 극성끼리는 서로 반발하는 특성이 있기 때문에, 베이스 기판(10)과 감광성 코팅액의 감광 수지 간의 상호 결합력을 약화시킬 수 있다.

이로 인해 감광성 코팅액이 코팅된 베이스 기판(10)에 대한 세척 공정 시, 비노광 영역(37)의 감광 수지를 쉽게 제거할 수 있다.

이와 같이 비에칭 방법으로 전도막(30)을 형성하는 데 있어서, 세척 과정에서 비노광 영역(37)의 감광 수지를 충분히 제거할 수 있기 때문에, 비노광 영역(37)의 면저항을 낮추고, 저항 균일도를 확보하고, 헤이즈를 낮출 수 있다. 또한 감광성 코팅액이 코팅된 베이스 기판(10)에 노광 및 세척을 통해서 노광 영역(35) 및 비노광 영역(37)을 형성할 때, 노광 영역(35) 및 비노광 영역(37)의 경계를 명확히 할 수 있다.

본 발명에 따른 베이스 기판(10)의 표면 처리는 감광성 코팅액에 포함된 감광 수지의 극성에 따라서 다음과 같이 수행될 수 있다.

먼저 감광 수지가 양이온성인 경우, 양이온성 고분자 전해질을 베이스 기판(10)에 흡착시키고, 그 위에 양이온성 감광 수지 및 금속나노와이어를 함유하는 감광성 코팅액을 코팅하고, 자외선의 노광 및 세척을 통해 전도막(30)을 형성할 수 있다. 양이온성 고분자 전해질을 베이스 기판(10)에 흡착하는 방법은 아래와 같다.

양이온성 고분자 전해질 물질을 물에 녹여 수용액을 형성한다. 그리고 감광성 코팅액을 코팅할 베이스 기판(10)을 양이온성 고분자 전해질 수용액에 침지한다. 그리고 침지된 베이스 기판(10)을 꺼내고 증류수로 세척한 후, 염산 수용액 등 산 수용액에 침지한 후 다시 증류수로 세척함으로써, 베이스 기판(10)에 대한 표면 처리를 완료한다.

이때 산 수용액으로 염산, 황산, 질산, 아세트산, 포롬산 등 여러 종류의 산 수용액이 사용될 수 있으며, 베이스 기판(10)을 훼손시키지 않는 범위에서 산의 농도를 조절하는 것이 바람직하다.

즉 베이스 기판 위에 양이온성 고분자 전해질로 표면 처리를 함으로써, 베이스 기판의 표면에 아민 작용기를 도입할 수 있다. 아민 작용기를 도입한 후, 후속적으로 산 처리를 통해 양전하를 아민 작용기에 도입할 수 있다.

한편 산 수용액에 침지하는 공정은 생략될 수 있는데, 이 경우에는 양이온성 고분자 전해질 침지 후 물의 세척으로 표면 처리 공정이 마무리 된다.

양이온성 고분자 전해질로는 poly(diallydimethylammonium chloride), poly(allyamine hydrochloride), polyaniline, poly(3,4-ethylenedioxythiophene)(PEDOT), poly(2-vinylpyridine) poly(ethylenenimine), poly(acrylamide-co-diallylmethylammonium chloride), cationic polythiophene 또는 polyaniline 이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

다음으로 감광 수지가 음이온성인 경우, 음이온성 고분자 전해질을 이용하여 베이스 기판(10)에 음이온성 고분자 전해질을 흡착시키고, 그 위에 음이온성 감광수지와 금속나노와이어를 함유하는 감광성 코팅액을 코팅하고, 자외선의 노광 및 세척을 통해 전도막(30)을 형성할 수 있다.

음이온성 고분자 전해질을 흡착하는 방법은 아래와 같다. 일반적으로 음이온성 고분자 전해질은 베이스 기판(10)에 잘 흡착되지 않기 때문에, 양이온성 고분자 전해질을 먼저 베이스 기판(10)에 흡착시키고, 이후에 음이온성 고분자 전해질을 흡착시키는 방법을 이용할 수 있다. 양이온성 고분자 전해질을 앞의 방법으로 베이스 기판(10)에 흡착시킨 후 아래 방법에 의해 음이온성 고분자 전해질을 흡착시킨다.

음이온성 고분자 전해질 물질을 물에 녹여 수용액을 형성한다. 그리고 감광성 코팅액을 코팅할 베이스 기판(10)을 음이온성 고분자 전해질 수용액에 침지한다. 그리고 침지된 베이스 기판(10)을 꺼내고 증류수로 세척하고, 염기 수용액에 침지 후 다시 증류수로 세척함으로써, 베이스 기판(10)에 대한 표면 처리를 완료한다.

이때 염기 수용액으로 수산화나트륨, 수산화칼륨, 암모니아수 등의 수용액을 이용할 수 있으며, 경우에 따라 염기 침지 공정은 생략될 수 있다.

음이온성 고분자 전해질로는 poly(acrylic acid), poly(acrylic acid)의 염(salt), poly(styrene sulfonic acid), poly(styrene sulfonic acid)의 염, polyvinyl alcohole, polyarmic acid, polyarmic acid의 염, poly(vinylsulfonic acid, poly(vinylsulfonic acid의 염, poly(anetholesulfonic acid), poly(anetholesulfonic acid)의 염, poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid), poly(4-styrenesulfonic acid-co-maleic acid)의 염 또는 Nafion 이 사용될 수 있으며, 이것에 한정되는 것은 아니다.

이와 같이 이온성 고분자 전해질 흡착 방법에서 이온성 고분자 전해질 용액에 베이스 기판(10)을 침지한 후 산 또는 염기 수용액으로 처리하는 이유는, 흡착된 이온성 고분자 전해질이 더 많이 이온화하여 양전하 또는 음전하를 더 많이 형성할 수 있도록 하기 위해서이다. 베이스 기판(10) 및 이온성 고분자 전해질의 종류에 따라 산 또는 염기 처리 없이도 표면 전하 형성이 가능하기 때문에, 산 또는 염기 처리 공정은 생략될 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 전도성 기판(100)의 제조 방법에 대해서 도 1 내지 도 6을 참조하여 설명하면 다음과 같다. 여기서 도 2는 본 발명에 따른 전도성 기판(100)의 제조 방법에 따른 흐름도이다. 도 3 내지 도 6은 도 2의 제조 방법에 따른 각 단계를 보여주는 도면들이다.

먼저 도 3에 도시된 바와 같이, 전도막(30)을 형성할 베이스 기판(10)을 준비한다.

다음으로 도 4에 도시된 바와 같이, S51단계에서 베이스 기판(10)을 극성을 갖는 이온성 고분자 전해질로 표면을 처리한다. 예컨대 감광성 코팅액의 감광 수지가 양이온성을 갖는 경우, 양이온성 고분자 전해질로 베이스 기판(10)을 표면 처리하는 공정이 진행된다. 즉 베이스 기판(10)을 양이온성 고분자 전해질 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척한 후, 베이스 기판(10)을 산 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척함으로써, 베이스 기판(10)에 대한 표면 처리를 완료할 수 있다.

또는 감광성 코팅액의 감광 수지가 음이온성을 갖는 경우, 양이온성 및 음이온성 고분자 전해질로 베이스 기판(10)을 표면 처리하는 공정이 진행될 수 있다. 즉 먼저 베이스 기판(10)에 전술된 양이온성 고분자 전해질로 표면 처리하는 공정을 수행한다. 그리고 양이온성 고분자 전해질로 표면 처리된 베이스 기판(10)의 표면에 음이온성 고분자 전해질로 표면을 처리하는 공정을 수행한다. 이때 음이온성 고분자 전해질로 표면을 처리하는 공정은 양이온성 고분자 전해질로 표면 처리된 베이스 기판(10)을 음이온성 고분자 전해질 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척한 후, 베이스 기판(10)을 염기 수용액에 침지한 후 꺼내어 세척함으로써, 베이스 기판(10)에 대한 표면 처리를 완료할 수 있다.

다음으로 도 5에 도시된 바와 같이, S53단계에서 금속나노와이어와, 이온성 고분자 전해질의 극성과 동일한 극성의 감광 수지(33)를 함유하는 감광성 코팅액을 표면 처리된 베이스 기판(10) 위에 코팅하여 감광성 코팅층(31)을 형성한다. 즉 감광성 코팅액을 베이스 기판(10)에 도포한 후 건조하여 감광성 코팅층(31)을 형성한다. 감광성 코팅층(31)에 균일하게 금속나노와이어 및 감광 수지(33)가 분포하게 된다.

이때 감광성 코팅액은 금속나노와이어 및 감광 수지(33)를 포함하며, 그 외 바인더, 물 및 기타 조성물을 포함할 수 있다. 예컨대 감광성 코팅액은 금속나노와이어 0.01~5 중량%, 감광 수지(33) 0.01~3 중량%, 바인더 1 중량% 이하, 기타 조성물 5 중량% 이하가 포함되며, 그 외는 물이 차지할 수 있다.

이어서 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이, S55단계에서 감광성 코팅층(31)이 코팅된 베이스 기판(10)을 세척하여 전도막(30)을 갖는 전도성 기판(100)을 제조한다.

S55단계에 따른 전도막(30)은 다음과 같이 형성할 수 있다. 즉 감광성 코팅층(31)의 일부 영역을 노광한다. 즉 노광할 영역에 대응되게 패턴 홀(41)이 형성된 마스크(40)를 이용하여 감광성 코팅층(31)을 자외선으로 노광한다. 노광 과정에서 자외선 노출 시간은 일반적으로 수 분 이내, 바람직하게는 수초 이내)이다. 노광 과정에서 금속나노와이어의 화학적, 물리적 특성 변화는 거의 없다.

그리고 노광된 감광성 코팅층(31)을 용매로 세척 및 건조함으로써, 배선 패턴(39)을 갖는 전도막(30)이 형성된 전도성 기판(100)을 제조할 수 있다. 즉 비노광 영역(37)이 노광 영역(35)에 비해서 용매에 대한 용해도가 상대적으로 높기 때문에, 비노광 영역(37)에서 감광 수지(33a)가 제거되어 배선 패턴(39)으로 형성된다. 한편 노광 영역(35)의 감광 수지(33b)는 일부 제거되기는 하지만, 노광에 의해 경화된 물질에 의해 노광 영역(35)의 감광 수지(33b)는 노광 영역(35)에 잔류한다.

이때 베이스 기판(10)의 표면 처리를 통하여 감광성 코팅층(31)에 포함되는 감광 수지(33)의 극성과 동일한 극성의 작용기를 베이스 기판(10)의 표면에 형성함으로써, 동일 극성끼리는 서로 반발하는 특성이 있기 때문에, 베이스 기판(10)과 감광성 코팅층(31)의 감광 수지(33) 간의 상호 결합력을 약화시킬 수 있다. 이로 인해 감광성 코팅층(31)이 형성된 베이스 기판(10)에 대한 세척 공정 시, 비노광 영역(37)의 감광 수지(33a)를 쉽게 제거할 수 있다.

이와 같은 본 발명에 따른 전도성 기판(100)에 대해서 구체적인 실시예를 통하여 전도막(30)의 특성을 알아보면 다음과 같다.

[실시예 1]

실시예 1에서는 은나노와이어를 함유하는 감광성 코팅액을 이용하여 노광 및 세척 공정을 통해 터치패널센서를 형성하였다. 베이스 기판으로는 PET 기판을 사용하였다. PET 기판에 인듐주석산화물 전극을 형성하고, 에칭 방법으로 인듐주석산화물 패턴을 형성한 후, 그 위에 절연층 고분자를 형성하여 절연기판을 형성한다. 이때 인듐주석산화물 전극은 터치패널센서의 한 개 축 방향의 감지 전극을 형성한다. 절연층 고분자 위에 다시 은나노와이어를 함유하는 감광성 코팅액을 코팅한 후 노광 및 세척 방법으로 또 다른 축 방향의 감지 전극을 형성하게 된다. 이때 절연층 고분자는 두 방향의 감지 전극이 서로 전기적으로 접촉되지 않도록 하는 역할을 한다.

감광성 코팅액은 감광 수지를 포함하고 있으며, 감광 수지로는 양이온성 고분자 물질로서, 자외선 감광성 폴리비닐알콜 물질인 "poly(vinyl alcohol), N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal"물질을 사용하였다.

절연기판의 표면 처리를 위해 2 wt% poly(ethylenimine) 수용액을 제조하고, 절연기판을 이 용액에 3분간 담군 후, 증류수로 세척하였다. 그리고 0.01M 염산 용액에 1분간 침지시키고, 다시 증류수로 세척하고 절연기판을 건조시켰다. 그 후 은나노와이어를 포함한 감광성 코팅액을 코팅하고 120℃ 온도에서 5분간 건조하였다. 은나노와이어를 포함한 감광성 코팅액은 은나노와이어 0.15wt%, poly(vinyl alcohol), N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal 0.6wt%, hydroxy propyl methyl cellulose 0.1wt%를 포함하고 있다.

감광성 코팅층이 형성된 절연기판을 특정 영역에 자외선을 조사하고, 증류수로 다시 세척하여 투명 전극 패턴을 형성하였다. 그 결과 전도성 영역에 해당하는 비노광 영역에서의 면저항은 74 Ω/sq, 헤이즈 1.7%, 투과도 90.2% 였다. 노광 영역은 면저항 20 MΩ/sq 이상으로 절연성을 보였다.

[비교예 1]

비교예 1로서, 표면 처리하지 않은 절연기판에 동일한 방법으로 감광성 코팅액을 코팅한 후, 노광 및 세척 방법을 통해 투명 전극 패턴을 형성하였다. 표면 처리하지 않은 절연기판의 경우, 전도성 영역에 해당하는 비노광 영역에서의 면저항은 420 Ω/sq, 헤이즈 3.4%, 투과도 89% 였다. 즉 세척과정에서 비노광 영역의 감광 수지인 "poly(vinyl alcohol), N-methyl-4(4'-formylstyryl)pyridinium methosulfate acetal"이 완전히 제거되지 못하고 잔류함으로써, 전도성 영역의 저항이 증가하고, 광학적 헤이즈가 증가한 것이다.

한편 본 발명에서는 표면 처리한 기판에 감광성 코팅액을 형성한 후 노광 및 세척을 통해서 전도막을 형성하는 예를 개시하였지만 이것에 한정되는 것은 아니다. 예컨대 본 발명에 따른 표면 처리 방법은 베이스 기판에 금속나노와이어를 포함하는 코팅액을 코팅할 때, 베이스 기판의 전처리 방법으로 사용할 수 있다.

즉 이온성 고분자 전해질을 베이스 기판에 흡착시키고, 금속나노와이어를 포함한 코팅액을 베이스 기판에 코팅하면, 베이스 기판의 종류 또는 표면 상태에 관계없이 일정한 특성의 투명 전극을 형성할 수 있다. 이것은 흡착된 고분자 작용기 또는 전하에 의해 원래 베이스 기판의 표면 특성이 상쇄되고 균일한 표면 특성을 제공하기 때문이다.

[실시예 2]

실시예 1에서 처럼 양이온성 고분자 전해질로 표면 처리된 PET 기판에 은나노와이어를 포함한 코팅액을 코팅하여 실시예 2에 따른 전도성 기판을 제조하였다. 실시예 2의 전도성 기판에 코팅된 전도막, 즉 투명 전극 필름의 특성을 평가하였다. 코팅액은 은나노와이어 0.15wt%, hydroxy propyl methyl cellulose 0.18wt% 포함한다. 실시예 2의 투명 전극 필름의 면저항은 62Ω/sq, 헤이즈 0.9%, 투과도 91.0%으로 우수한 특성을 보였다.

[비교예 2]

비교예 2로서, 표면 처리하지 않은 PET 기판에 은나노와이어를 포함한 코팅액을 코팅하고, 코팅된 투명 전극 필름의 특성을 평가하였다. 그 결과 면저항은 265Ω/sq, 헤이즈 1.9%, 투과도 90.0%이 측정되어 투명 전극 필름의 특성이 실시예 2에 따른 표면 처리한 투명 전극 필름의 특성에 비해 좋지 못한 결과를 보였다.

한편, 본 명세서와 도면에 개시된 실시예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명한 것이다.

10 : 베이스 기판
20 : 표면 처리층
30 : 전도막
31 : 감광액 코팅층
33, 33a, 33b : 감광 수지
35 : 노광 영역
37 : 비노광 영역
39 : 배선 패턴
40 : 마스크
41 : 패턴 홀
100 : 전도성 기판

Claims (2)

1. 이온성 고분자 전해질로 표면 처리한 베이스 기판 위에 금속나노와이어를 함유하는 코팅액으로 전도막을 형성한 전도성 기판의 제조 방법.
2. 이온성 고분자 전해질로 표면 처리한 베이스 기판 위에 금속나노와이어를 함유하는 코팅액으로 전도막을 형성한 전도성 기판.

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