1. 서 론

 현재 TSP(touch screen panel)는 대면적화, 고투과화, 슬림화, 경량화, 저가격화로 발전되고 있다. TSP에 사용되는 전극에는 크게 베젤 전극과 센서 전극으로 구분할 수 있다. 베젤 전극을 최소화로 하면 화면을 크게 할 수 있다^[1,2].

 터치 패널이 점점 대화면화로 발전됨에 따라서 베젤 전극이나 센서 전극 형성이 기존 인쇄법으로는 불가능하게 되었다. 따라서 새로운 패터닝 방법이 요구되고 있다. 현재 베젤 전극 형성법으로 Figure 1과 같이 스크린인쇄법^[3-5], 그라비어 오프셋 인쇄법, 포토 엣칭법 등이 적용되고 있다. 스크린인쇄법은 가장 낮은 단가로 패터닝 할 수 있는 기술이지만 70/70㎛ 이하로 패터닝 구현이 불가능하다. 그리고 그라비어 오프셋 인쇄법은 필름에는 40/40㎛, 글래스에는 30/30㎛까지 가능하지만 사용되는 실리콘 블랭킷 시트의 팽윤 현상으로 말미암아 연속 인쇄가 불과 100∼150장 정도로 양산성이 떨어지는 문제가 있다. 또한 포토 엣칭법은 복잡한 공정으로 말미암아 생산 단가가 비싸게 되는 문제점이 있다. (Table 1 참조) 상기와 같은 문제점을 해결할 수 있는 방안으로서 제안된 패터닝법이 감광성 실버 페이스트법이다^[6-11]. 감광성 실버 페이스트의 패터닝 방법은 Figure 2와 같이 베젤 부분만 스크린 인쇄(screen printing)->예비건조(pre-heating)->UV노광(UV-exposure)->현상( d e v e l pme n t ) ->수세( r i n s e ) ->후건조(post-heating)로 진행된다. 여기에서 가장 중요한 공정은 예비건조 및 UV노광 공정이다. 따라서 본 연구에서는 예비건조 온도 및 UV 노광량을 최적화하여 20/20㎛ 패턴까지 구현하는 것을 연구 목표로 하였다.

Figure 1. A method of patterning the electrodes of the touch panel bezel.

Figure 2. Schematic of a typical photosensitive process.

Table 1. Advantages and disadvantages for patterning process.

2. 실 험

 감광성 실버 페이스트를 제조하기 위해서 사용한 Oligomer는 분자량이 1000정도인 Epoxyacrylate를 사용하였으며, Monomer는 3관능기(TMPTA)와 6관능기(DPHA)를 혼합하여 사용하였다^[12]. 또한 광개시제(Irgacure 369+Irgacure 184)는 단파장과 장파장를 흡수할 수 있는 것을 혼합하여 사용하였다. 그리고 전도성을 나타내기 위한 실버 파우더는 D₅₀=0.6∼0.8 ㎛을 사용하였다. 본 연구에 사용한 실버 파우더의 SEM사진을 Figure 3에 나타냈다.

Figure 3. The SEM images of Ag powder.

 실버 페이스트 제조는 파우더 상태인 광개시제를 Monomer에 용해시킨 후에 이것을 Oligomer에 혼합한 후에 용제(ECA:b.p 213℃)를 추가하여 Binder를 제조하였다. 그리고 이 Binder를 교반하면서 실버 파우더를 소량씩 첨가하여 4시간 동안 교반하였다. 1차 pre-mixing이 완료되면 2차로 TRM(three roll mill)로 5회 반복하여 분산을 완료시킨다. 본 연구에서 적용한 실버 페이스트 제조 과정을 Figure 4에 나타냈다.

Figure 4. Manufacture process of Ag paste.

 상기와 같은 방법으로 제조된 실버 페이스트의 점도 및 점탄성을 Rheometer로 측정하였다. 전극 인쇄에는 스크린 인쇄기를 사용하였다. 이때 스크린 제판은 500mesh, 유제두께는 6㎛을 사용하였다. 인쇄 후에 건조는 oven-type건조기를 사용했으며, 이때 예비건조 온도는 90∼120℃까지 변경하면서 실험하였다. UV노광 장치는 UV 강도가 20mW정도인 것을 사용하였다. 이때 UV 노광량은 150∼300mJ/㎠으로 변경하면서 측정하였다. 현상액은 Na₂CO₃을 0.2wt%을 첨가하여 사용하였다.

3. 결과 및 고찰

3.1. 감광성 실버 페이스트의 점도 및 점탄성 결과

 감광성 실버 페이스트를 제조하여 Rheometer를 이용하여 점도를 측정하여 얻어진 결과를 Figure 5에 나타냈다. Figure 5로부터 알 수 있듯이 shear rate의 증가에 따라서 점도가 급격하게 감소함을 알 수 있다. 그리고 shear rate의 증감에 따라서 점도가 일치하는 결과로부터 실버 페이스트의 분산성이 우수함을 알 수 있다.

Figure 5. Shear rate dependent of Ag pastes viscosity.

 실버 페이스트의 스트레스에 따른 저장 탄성율(G')과 손실 탄성율(G")을 측정한 결과를 Figure 6에 나타냈다. 일반적인 스크린인쇄용 실버 페이스트와는 다르게 낮은 스트레스부터 손실 탄성율이 저장 탄성율보다 낮게 나타남을 알 수 있다. 따라서 레벨링성이 우수하리라 판단된다.

Figure 6. Shear stress dependent of G'& G" for Ag pastes.

3.2. Pre-heating 온도에 따른 현상성 및 전도성 결과

 Pre-heating시간은 10분으로 고정하고, 온도를 90℃, 100℃, 110℃, 120℃로 변경시키면서 검토하였다. 그 결과는 Table 2와 같이 pre-heating 온도가 증가할수록 현상성이 좋지 않음을 알 수 있다. 이것은 높은 pre-heating온도로 인하여 용제가 증발된 이후에 monomer중에서 일부가 열에 의해서 필름에 대한 점착성이 증가되었기 때문이라고 판단된다. 이러한 결과로부터 현상성은 90℃ 10분이 가장 우수함을 알 수 있었다.

Table 2. The developing according to the pre-heating temperature.

 또한 건조 온도 변화에 따른 전도성은 측정해 본 결과 Figure 7과 같이 pre-heating온도가 증가할수록 저항치가 증가함을 알 수 있다. 이것은 높은 pre-heating온도로 말미암아 필름에 대한 강한 점착성이 발생하여 현상성도 저하되면서 저항치도 증가된다고 할 수 있다.

Figure 7. The sheet resistances according to the pre-heating temperature.

3.2. UV노광량에 따른 현상성 및 전도성 결과

 Pre-heating온도를 90℃ 10분으로 고정한 후에 UV노광량 150, 200, 300, 500mJ까지 증가시키면서 UV경화한 샘플의 현상성 결과를 Table 4에 나타냈다. Table 4로부터 알 수 있듯이 노광량이 적으면 일부 현상 부족과 패턴탈락이 발생하고, 반대로 노광량이 많으면 패턴 사이에 접착이 되어서 현상이 되지않는 문제가 발생됨을 알 수 있다. 이것은 노광량이 증가도미으로 실버 입자에 의해서 산란이 증가되어 이러한 문제가 발생된다고 생각된다. Table 4로부터 300mJ로 UV경화한 경우가 현상성이 가장 우수하였다. 이때 패턴은 20/20㎛ 패턴까지 구현할 수 있었다.

Table 4. The developing according to the UV-exposure energy.

 상기와 같은 방법으로 얻어진 UV노광량에 따른 저항치를 측정해 본 결과를 Figure 8에 나타냈다. 그 결과를 보면 Figure 8과 같이 150∼300mJ까지는 오차 범위내에서 유사한 전항치를 얻을 수 있었다. 그러나 500mJ로 UV노광했을 경우에는 저항치가 상당히 증가됨을 알 수 있다. 이것은 다량의 광량으로 인하여 경화막의 내부에 조밀한 구조가 형성되므로 저항치가 증가된다고 생각할 수 있다.

Figure 8. The sheet resistances according to the exposure energy.

4. 결 론

 TSP용 감광성 실버 페이스트를 이용하여 최적 pre-heating 온도 조건과 UV노광량에 대해서 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻을 수 있었다.

 1) 감광성 실버 페이스트를 이용한 패터닝 공정에 있어서 pre-heating온도에 따른 패턴 현상성 및 전도성에 대해서 검토해 본 결과, 90℃ 10분이 가장 우수한 패턴 특성 및 전도성을 나타냄을 알 수 있었다.

 2) UV노광량에 따른 패터닝 특성 및 전도성에 대해서 검토해 본 결과, 300mJ/㎠을 조사했을 때 현상성 및 전도성이 가장 우수함을 알 수 있었다.

 3) 감광성 실버 페이스트를 이용하여 TSP용 미세 전극 패턴을 형성시킬 때, pre-heating온도는 90도 10분, UV노광량은 300mJ/㎠ 조사함으로서 20/20㎛ 패턴까지 형성할 수 있음을 알수 있었다.

Acknowledgement

 “이 논문은 부경대학교 자율창의학술연구비 (2013년)에 의하여 연구되었음”