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문제 정의
- 본 실험에서 스크린 인쇄법을 이용하여 UV 경화형 전도성 패턴 물성에 대해 연구, 검토해 본 결과, 다음과 같은 결론을 얻었다.
- 본 연구에서는 스크린 인쇄에 적합한 UV 경화형 터치 패널용 전도성 Ag 페이스트를 개발하기 위해 광개시제의 종류와 특성을 달리하여, 전도성 Ag 페이스트를 제조하였으며 ITO 필름과의 인쇄 적성, 접착력 및 전기 전도성이 우수한 전극 패턴을 얻는 것을 목표로 하였다.
제안 방법
- Table 3의 조합비로 제조된 8종류의 전도성 Ag 페이스트를 스크린 인쇄(screen printing)법을 이용하여 ITO 필름에 250메쉬 SUS 재질의 스크린 판을 사용하였고, 스크린 인쇄기(BS-150ATC)로 패터닝을 하였고, 120℃에서 20초간 용제를 증발시키는 preheating 공정을 거친 후, UV 경화를 하였다. 인쇄에 사용된 제판 사양 및 인쇄 조건을 각각 Table 5와 6에 나타내었고, UV 경화 조건을 Table 7에 나타내었다.
- 그리고 도막의 경화성, 현상 특성, 가교밀도 등에 영향을 미치는 모노머는 바인더 수지와의 상용성이 양호하며 체적수축이 적어 접착력이 우수한 단관능 모노머인 ODA를 사용하였으며 용해력이 우수한 solvent인 γ-butyrolacton에 분말상태인 광개시제를 용해시켜서 사용하였다.
- 본 실험에서 제조한 UV 경화형 전도성 Ag 페이스트를 스크린 인쇄를 통해 전도성 패턴을 형성하였다. 또한 전도성 패턴의 접착성, 경화성, 표면 특성, 전기 전도성의 물성을 검토하였다.
- 본 연구에서는 스크린 인쇄가 가능한 UV 경화형 전도성 페이스트용 바인더 수지로써 UV 경화형 수지를 사용하였다. 페이스트 물성 및 도막의 특성에 영향을 미치는 올리고머로는 점도 조정이 용이하고 도막 경도와 접착성이 우수한 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머를 바인더수지로 사용하였으며 수지의 물성은 Table 1과 같다.
- 스크린 인쇄가 가능한 UV 경화형 Ag 페이스트의 분산 특성은 KS M 5463법으로 홈의 깊이가 0∼25㎛까지 측정할 수 있는 입도계와 스크래퍼로 되어 있는 Grindometer (BYK Gardner, Germany)를 사용하여 측정하였다. 분산이 되지 않을 경우 스크래퍼에 의해 긁힘이 나타나는데, 이를 비디오 마이크로 스코프(Alphasystec, Korea, SV35-06G-019)를 사용하여 촬영하였다.
- 선행 실험에서 Ag 페이스트의 분산성 및 전극으로서의 전도성을 만족시켜주는 Ag 파우더의 최적 함량은 75∼80%이었으며, 본 연구에서는 Ag 파우더의 함량을 75%로 고정하고, 올리고머의 종류를 달리하여 Ag 페이스트를 제조하였다.
- 스크린 인쇄가 가능한 저온 경화형 전도성 페이스트의 레올로지 특성은 RheoScope 1(Haake, Germany)을 이용하여 측정하였다. 시료대는 직경이 35mm의 평행판이고, 시료간격은 0.
- 본 실험에서는 Table 4와 같은 조합비로 스크린 인쇄가 가능한 UV 경화형 전도성 Ag 페이스트 8종류를 제조하였다. 시료 제조의 방법은 Ag 파우더의 함량 및 용제의 비율은 일정하게 하고, 광 경화 개시제의 종류와 함량을 달리함으로써, Ag 페이스트의 분산성, 레올로지 특성, 접착력, 전기 전도성 및 표면과 경화성을 검토하였으며, 그 제조 순서는 Figure 2와 같다. 먼저 UV 경화형 Oligomer/Momomer 바인더 수지와 소량의 용제를 pre-mixing하고, 그 용액에 Ag 파우더를 넣어 교반시킨 다음 3-roll-mill(TRM-6.
- 전도성 패턴의 접착성은 인쇄 패턴을 십자가 모양의 cell 형태로 잘라 테이프로 박리 테스트하는 cross-cutting(ISO: KS M ISO 2409) 테스트와 도트 모양으로 인쇄된 패턴에 테이프로 박리 테스트를 동시에 진행하였으며 결과는 Table 8과 Figure 5에 나타내었다. 모든 페이스트가 박리 테스트에 대해서 우수한 결과를 보였지만 연필 경도 테스트 및 본딩 테스트 결과 페이스트 (2), (3), (6), (7)을 제외한 페이스트 (1), (4), (5), (8)로 형성한 전도성 패턴은 1H 이하의 경도를 가져 Ag 페이스트의 내부 응집력 및 경화도가 약함을 알 수 있었다.
대상 데이터
- 또한 스크린 인쇄가 가능한 UV 경화형 전도성 페이스트를 제조하기 위해 전도성 필러로서 크기와 형상이 다른 flake type Ag 파우더와 spherical type Ag 파우더를 혼합하여 사용하였으며 Ag 파우더의 크기 및 형상을 Table 3과 Figure 1에 나타내었다.
- 본 실험에서 제조한 UV 경화형 전도성 Ag 페이스트를 스크린 인쇄를 통해 전도성 패턴을 형성하였다. 또한 전도성 패턴의 접착성, 경화성, 표면 특성, 전기 전도성의 물성을 검토하였다.
- 본 실험에서는 Table 4와 같은 조합비로 스크린 인쇄가 가능한 UV 경화형 전도성 Ag 페이스트 8종류를 제조하였다. 시료 제조의 방법은 Ag 파우더의 함량 및 용제의 비율은 일정하게 하고, 광 경화 개시제의 종류와 함량을 달리함으로써, Ag 페이스트의 분산성, 레올로지 특성, 접착력, 전기 전도성 및 표면과 경화성을 검토하였으며, 그 제조 순서는 Figure 2와 같다.
- 본 연구에서 사용한 UV 램프는 광원의 파장 영역이 200∼400nm이므로 UV 경화형 바인더 수지에 첨가한 광개시제는 200∼400nm 근처에서 광 흡수 능력이 우수하고 바인더 수지와의 상용성이 양호한 광개시제를 사용하였으며 종류와 물성은 Table 2와 같다.
- 스크린 인쇄가 가능한 저온 경화형 전도성 페이스트의 레올로지 특성은 RheoScope 1(Haake, Germany)을 이용하여 측정하였다. 시료대는 직경이 35mm의 평행판이고, 시료간격은 0.8mm로 설정하였으며, 이 때 측정 온도는 23℃로 하였다.
- 본 연구에서는 스크린 인쇄가 가능한 UV 경화형 전도성 페이스트용 바인더 수지로써 UV 경화형 수지를 사용하였다. 페이스트 물성 및 도막의 특성에 영향을 미치는 올리고머로는 점도 조정이 용이하고 도막 경도와 접착성이 우수한 폴리에스테르계 아크릴레이트 올리고머를 바인더수지로 사용하였으며 수지의 물성은 Table 1과 같다.
이론/모형
- 스크린 인쇄가 가능한 UV 경화형 Ag 페이스트의 분산 특성은 KS M 5463법으로 홈의 깊이가 0∼25㎛까지 측정할 수 있는 입도계와 스크래퍼로 되어 있는 Grindometer (BYK Gardner, Germany)를 사용하여 측정하였다.
- 전기 전도성 측정은 Keithley 2002 Multimeter를 사용하여 4-point probe 방식에 의해 면저항을 측정하였고, 전도성 패턴의 두께는 표면 조도계(Mitutoyo, Japan)로 측정하여 전도성 패턴의 비저항을 계산하였다.
- 형성된 터치 패널 전극용 전도성 패턴의 접착성은 KS M ISO 2409 도료의 밀착성 시험 방법에 의거하여 형성된 전도성 패턴을 십자가 모양으로 cross-cutting한 후, 3M 테이프로 부착한 뒤 전도성 패턴 셀이 떨어지는 개수로써 양호한지 아닌지를 판단하였다.
성능/효과
- 1) Ag 페이스트의 분산성을 검토한 결과, 폴리에스테르, 에폭시, 우레탄, 아실(Acyl) 등 올리고머의 종류에 따른 분산성은 5∼8㎛ 정도의 분상성을 나타내었고 Ag 파우더의 평균 입경을 고려할 때 1차 입자 단위로 고르게 분산되었음을 알 수 있었다.
- 2) Ag 페이스트의 점도 및 점탄성을 측정한 결과 수지 고형분의 함량은 모두 같으나 Ag 입자와의 관계, 올리고머의 분자량, 모노머와의 관계에 따라 페이스트의 점탄성적인 성질이 다를 수 있지만 건조 및 경화 조건이 모두 동일했을 때 광개시제에 따라 내부 응집 및 경화도가 모두 달랐고 이에 상응하는 결과로서 표면 특성 및경화 특성에서도 그 특성을 찾을 수 있었다.
- 3) 광개시제의 종류에 따른 스크린 인쇄 후 전극 패턴의 접착성 및 경도를 검토한 결과 페이스트 (6)의 경우 가장 양호한 결과를 나타내었고, 이 결과는 내부 경화성과도 관계가 있음을 알 수 있었다.
- Ag 파우더의 평균 입경이 2∼4㎛임을 감안하였을 때 Ag 페이스트의 분상성은 모두 우수함을 알 수 있다.
- Grind gauge를 이용하여 측정하였고 페이스트의 긁힌 위치의 수치가 작을수록 분산이 잘된 페이스트라고 할 수 있다. Ag 페이스트의 분산성을 측정한 결과 올리고머의 종류 및 분자량, 구조적 특성에 따라 Ag 파우드 입자간 인력의 차이에 따라 응집의 정도를 볼 수 있었고 그에 따라 분산 특성이 다름을 알 수 있었다. Figure 4에 각각의 Ag 페이스트가 긁히기 시작한 지점과 이미지를 나타내었다.
- 본 실험에서 제조한 스크린 인쇄용 UV 경화형 전도성 Ag 페이스트의 분산 특성을 검토한 결과를 Figure 4에 나타내었다. Grind gauge를 이용하여 측정하였고 페이스트의 긁힌 위치의 수치가 작을수록 분산이 잘된 페이스트라고 할 수 있다. Ag 페이스트의 분산성을 측정한 결과 올리고머의 종류 및 분자량, 구조적 특성에 따라 Ag 파우드 입자간 인력의 차이에 따라 응집의 정도를 볼 수 있었고 그에 따라 분산 특성이 다름을 알 수 있었다.
- 8×10-5Ω.㎝의 비저항을 가져 다른 종류의 광개시제를 사용한 Ag 페이스트에 비해 페이스트 전기 전도성이 우수하게 나타났다. 이러한 결과는 올리고머와 모노머와의 상용성, 올리고머의 사슬 구조와 관능기에 따라 필러와 바인더의 가교밀도, 광경화 개시제의 작용, 가 건조시 용제의 휘발성 등 여러 요인에 따라 전기 전도성이 다르게 나타난 것으로 판단된다.
- 전도성 패턴의 접착성은 인쇄 패턴을 십자가 모양의 cell 형태로 잘라 테이프로 박리 테스트하는 cross-cutting(ISO: KS M ISO 2409) 테스트와 도트 모양으로 인쇄된 패턴에 테이프로 박리 테스트를 동시에 진행하였으며 결과는 Table 8과 Figure 5에 나타내었다. 모든 페이스트가 박리 테스트에 대해서 우수한 결과를 보였지만 연필 경도 테스트 및 본딩 테스트 결과 페이스트 (2), (3), (6), (7)을 제외한 페이스트 (1), (4), (5), (8)로 형성한 전도성 패턴은 1H 이하의 경도를 가져 Ag 페이스트의 내부 응집력 및 경화도가 약함을 알 수 있었다. 일반적으로 피인쇄체와의 접착력과 경도에 가장 큰 영향을 주는 것은 바인더 수지이지만 올리고머의 분자량이나 사슬의 구조와 관능기의 위치에 따라 반응성이 틀려 경화성 및 접착력에서 차이가 날 수 있다.
- 제조된 Ag 페이스트의 전단 속도에 따른 점도의 특성을 보면 모든 Ag 페이스트가 낮은 전단 속도에서 높은 전단 속도로 갈수록 점도가 감소하는 shear thinning 거동을 함을 알 수 있다. 이것을 인쇄성과 관련하여 생각했을 때 낮은 전단 속도 영역은 인쇄가 끝난 후 중력의 힘에 의해서만 퍼지게 되는 때에 해당한다고 하면 0.
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