KR101041486B1

KR101041486B1 - 투명 전극 제조 방법 및 이에 의한 투명 전극

Info

Publication number: KR101041486B1
Application number: KR1020110022376A
Authority: KR
Inventors: 이택민; 박수아; 조정대; 김동수; 김완두
Original assignee: 한국기계연구원
Priority date: 2011-03-14
Filing date: 2011-03-14
Publication date: 2011-06-16

Abstract

본 발명은 투명 전극을 제조하는 방법에 대한 것으로서 특히 전기 방사법에 의해 도포된 전기 방사층에 전도성 유기 폴리머를 도포하여 전도성과 투명도를 향상시킴은 물론 유연 기판에의 적용도 가능한 전기 방사법을 이용한 투명 전극 제조 방법 및 이에 의한 투명 전극에 대한 것이다.

Description

투명 전극 제조 방법 및 이에 의한 투명 전극{Method of transparent electrode and transparent electrode by the method}

일반적으로 투명 전극은 플라스마 디스플레이 패널(PDP), 액정 디스플레이(LCD) 소자, 발광다이오드소자(LED), 유기전자발광소자(OLEL), 터치패널 또는 태양전지 등에 사용된다.

이러한 투명 전극은 높은 도전성과 가시영역에서 높은 투과율을 가지기 때문에 태양전지, 액정표시소자, 플라즈마 디스플레이 패널, 그 이외의 각종 수광소자와 발광소자의 전극으로 이용되는 것 이외에 자동차 창유리나 건축물의 창유리 등에 쓰이는 대전 방지막, 전자파 차폐막 등의 투명전자파 차폐체 및 열선 반사막, 냉동쇼케이스 등의 투명 발열체로 사용되고 있다.

상술한 바와 같은 투명 전극으로는 ITO가 널리 사용된다.

상기 ITO의 경우 제반 물성이 우수하고 현재까지 공정 투입의 경험이 많은 장점을 가지고 있지만, 산화인듐(In2O3)은 아연(Zn) 광산 등에서 부산물로 생산되기 때문에 수급이 불안정한 문제점이 있다.

또한, 상기 ITO막은 유연성이 없기 때문에 폴리머기질 등의 플렉시블한 재질에는 사용하지 못하는 단점이 있으며, 고온, 고압 환경하에서 제조가 가능하므로 생산단가가 높아지는 문제점이 있다.

한편 이러한 문제점을 해결하기 위한 유기 폴리머 전극(PeDot:PSS)상에 전도성 물질을 메쉬 형상을 형성하되 이를 인쇄나 코팅 방식을 이용하여 할 수 있다.

그런데 이러한 경우 상기 전도성 물질의 선폭을 10um이하고 하기가 어려워전기전도도가 떨어지거나 투명하지 않은 문제점이 있어, 그 용도가 제한적인 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서 전도성 방사 용액을 전기 방사법에 의해 도포한 후 유기 폴리머를 도포하여 전도성과 투명성을 향상시킬 수 있음은 물론 유연기판에의 적용이 가능한 투명 전극 제조 방법 및 이에 의한 투명 전극을 제공함에 목적이 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 기판(S)에 전도성 방사 용액(M)을 전기방사법에 의해 방사하여 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)와, 상기 전기 방사층(110)상에 전도성 유기 폴리머층(120)을 도포하여 상기 전기방사층(110)이 상기 전도성 유기 폴리머층(120)에 내장되도록 하는 단계(S140)를 포함하는 전기방사법을 이용한 투명 전극 제조 방법에 일 특징이 있다.

이때, 상기 전도성 방사 용액(M)은 카본나노튜브가 분산된 방사용액 또는 나노그래핀이 분산된 방사용액 또는 전도성 나노 파이버가 분산된 방사용액에서 선택된 1종 이상의 방사용액을 사용할 수 있다.

또한, 상기 전기방사층(110)이 상기 전도성 유기 폴리머층(120)에 내장되도록 하는 단계(S140) 수행 후, 상기 기판(S)과 전도성 유기 폴리머층(120)을 가압하는 단계(S160)를 더 포함할 수 있다.

이때, 상기 기판(S)과 전도성 유기 폴리머층(120)을 가압하는 단계(S160)는 롤링이나 열접합, 초음파 접합 중 어느 하나에 의할 수 있다.

또한, 상기 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)를 수행하기 전 또는 후에 상기 기판(S)을 플라즈마 처리를 하는 단계(S110,S130)를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)를 수행하기 전에 상기 기판(S)상에 전도성 유기 폴리머층(130)을 형성하는 단계(S150)를 더 포함하여 상기 전기 방사층(110)의 상하에 각각 전도성 유기 폴리머층(120,130)이 형성되도록 할 수 있다.

또한, 상기 전도성 유기 폴리머층(120,130)을 형성하는 단계(S140,S150)는 잉크젯 방법, 정전기 프린팅법, 스핀 코팅법, 슬릿 코팅법, 딥 코팅법, 스크린 프린팅법, 오프셋 프린팅법, 그라비어 프린팅법, 플렉소 프린팅법, , 소프트 몰드를 사용한 프린팅법 중 하나 이상을 사용할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명에 의해 전도성 유기 폴리머 내부에 미세한 직경을 갖는 전기 방사층이 내장되도록 할 수 있어 전기 전도도와 투명도를 향상시킬 수 있음은 물론 유연기판에 적용이 가능하고 용이하게 제작할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래의 전기 방사법을 설명한 개념도이다.
도 2내지 도 7은 본 발명의 공정을 설명한 개념도이다.
도 8은 본 발명에 의해 전기 방사된 전도성 용액을 나타내는 도면 대용 사진이다.

본 발명의 여러 실시예들을 상세히 설명하기 전에, 다음의 상세한 설명에 기재되거나 도면에 도시된 구성요소들의 구성 및 배열들의 상세로 그 응용이 제한되는 것이 아니라는 것을 알 수 있을 것이다.

본 발명은 다른 실시예들로 구현되고 실시될 수 있고 다양한 방법으로 수행될 수 있다.

또, 장치 또는 요소 방향(예를 들어 "전(front)", "후(back)", "위(up)", "아래(down)", "상(top)", "하(bottom)", "좌(left)", "우(right)", "횡(lateral)" 등과 같은 용어들에 관하여 본원에 사용된 표현 및 술어는 단지 본 발명의 설명을 단순화하기 위해 사용되고, 관련된 장치 또는 요소가 단순히 특정 방향을 가져야 함을 나타내거나 의미하지 않는다는 것을 알 수 있을 것이다.

이하 첨부된 도면을 참조로 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하도록 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 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 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

본 발명은 상술한 바와 같이 전도성 방사 용액(M)을 전기방사법에 의해 방사하여 전기 방사층(110)을 형성한 후 그 위에 전도성 유기 폴리머층(120)을 적층하여 상기 전기 방사층(110)이 상기 전도성 유기 폴리머층(120)내부에 내입되도록 하는 것이다.(도 2 내지 도 7참조)

이때 상기 전도성 방사 용액(M)을 전기 방사법을 이용하여 도포하면 앞서 설명한 바와 같은 코팅이나 인쇄방법에 의한 것과 같이 일정한 메쉬형상이 얻어지는 것은 아니지만 무작위적인 그물 조직을 같게 되거나, 배열된 그물조직을 같게 되어 서로 연결된다. (도 8참조)

또한, 상기 전기 방사법에 의한 경우 선폭을 10 um 이하는 물론 1 um 이하로도 쉽게 구현 가능하여 종래와 달리 효율적인 투명성을 얻을 수 있다.

또한 상기 전기 방사법에 의한 경우 생산성이 우수한 특징이 있어 종래보다 제작에 소요되는 시간과 노력을 절감할 수 있다.

한편 상기 전기 방사법이라고 하는 것은 널리 알려진 바와 같이 고분자 용액에 고전압을 걸어주어 나노 스케일의 섬유 내지 입자를 생성시키는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 전원 공급부(V)에 의해 기판(13)과 노즐(12)사이에 전기장을 발생시킨 후 상기 전기장의 세기가 방사용액(즉, 고분자 용액)(M)의 표면 장력과 같은 경우 전하를 띈 방사 용액은 노즐(12) 끝부분에 맺히게 된다.

이때, 상기 방사 용액(M)이 가지고 있는 표면 장력 이상의 전압을 걸어주면 접지 방향, 즉 기판(13) 방향으로 분산(jet)하게 된다.

결국, 상기 분산된 방사 용액(M)은 상기 기판(13)상에 나노 스케일의 섬유 내지 입자 상태로 집속된다.

이때, 상기 전기방사의 조건을 조절하여 상기 방사 용액(M)이 나노 스케일의 섬유로서 선폭 10um이하의 메쉬 형상으로 집속되도록 할 수 있다.

한편 설명되지 않은 도면부호 11은 방사용액을 가압하는 방사팩을 나타내며 도면부호10은 일반적인 전기방사장치를 나타낸다.

이와 같은 전기 방사법은 널리 알려진 기술이므로 자세한 설명은 생략한다.

본 발명은 상술한 전기 방사법을 이용한 것으로서 전기 전도성 특성을 가지는 방사 용액(M)을 전기방사하여 상기 방사 용액(M)이 선폭 10um이하의 메쉬 형상을 구비하는 전기 방사층(110)을 형성한 후, 상기 전기 방사층(110)에 전도성 유기 폴리머층(120)을 형성하여, 상기 전도성 유기 폴리머층(120)내부에 상기 전기 방사층(110)이 내입되도록 하는 것이다.

상술한 바와 같이 종래의 프린트 기법에 의한 경우 선폭을 10um이하로 하기 어려워 투과성이 떨어지는 문제점이 있었다.

본 발명은 상술한 바와 같은 전기 방사법을 이용하여 선폭을 10 um 이하는 물론 1 um 이하로도 쉽게 구현 가능하여 투과도를 향상 시킬 수 있다.

실시예

이하 본 발명을 실시예와 도 2내지 도 7을 참조하여 자세히 설명한다.

본 발명은 기판(S)에 전도성 방사 용액(M)을 전기방사법에 의해 방사하여 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120, 이하 제2단계라 함,도 3참조)와, 상기 전기 방사층(110)상에 전도성 유기 폴리머층(120)을 도포하여 상기 전기방사층(110)이 상기 전도성 유기 폴리머층(120)내부에 내입되도록 하는 단계(S140,이하 제4단계라 함,도 5참조)를 포함한다.

상기 기판(S)은 상술한 도면 부호 13을 가지는 기판과 동일하다.

이와 같은 제2단계(S120) 및 제4단계(S140)에 의해 상술한 바와 같이 상기 전도성 유기 폴리머층(120)내부에 메쉬 형상으로서 전기 전도를 담당하는 전기 방사층(110)이 내입된다.

이때, 상기 전기방사의 조건을 조절하여 상기 전기 방사층(120)의 선폭을 10um이하로 하는 것이 가능함은 이미 설명한 바와 같다.

한편 상기 전도성 유기 폴리머층(120)내부에 전기 방사층(110)이 내입된다고 표현하였는데, 이는 상기 기판(S)상에 도포되어 있는 전기 방사층(110)사이에 상기 전도성 유기 폴리머층(120)이 충분히 침투하는 한편 상기 전기 방사층(110)상에도 충분히 도포되어 결과적으로 전기 방사층(110)이 전도성 유기 폴리머층(120)내부에 위치한다라는 의미이다.

또한, 상기 전기 방사층(110)은 코일과 같이 꼬여있는 형상으로 도시되어 있는데, 이는 상기 전기 방사층(110)을 표현하기 위한 것으로서 실제 형상은 앞서 설명한 바와 같은 메쉬 형상을 구비한다(도 8참조)

한편, 상기 전도성 방사 용액(M)은 카본나노튜브가 분산된 방사용액 또는 나노그래핀이 분산된 방사용액 또는 전도성 나노 파이버가 분산된 방사용액에서 선택된 1종 이상의 방사용액을 사용할 수 있다.

상기 카본나노튜브가 분산된 방사용액 또는 나노그래핀이 분산된 방사용액은 한국공개특허 제2010-0105179에 자세히 개시되어 있으므로 중복되는 설명은 생략한다.

한편 상기 전도성 나노입자가 분산된 방사용액의 경우 Ag, Cu, Al, Fe, 카본, 등이 사용될 수 있으며, 본 특허의 전체적인 내용을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 재료가 사용될 수 있다.

또한, 상기 기판(S)은 유리, 실리콘 웨이퍼, 유연 플라스틱, 등이 사용될 수 있으며, 본 특허의 전체적인 내용을 훼손하지 않는 범위 내에서 다양한 재료가 사용될 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 방사용액(M)을 사용하여 전기방사를 통해 메쉬형상을 구현하는 것이다.

한편, 상기 전기 방사층(110)에 전도성 유기 폴리머층(120)을 형성하기 위한 제2단계(S120)로서는 잉크젯 방법, 정전기 프린팅법, 스핀 코팅법, 슬릿 코팅법, 딥 코팅법, 스크린 프린팅법, 오프셋 프린팅법, 그라비어 프린팅법, 플렉소 프린팅법, 소프트 몰드를 사용한 프린팅법 중 하나 이상을 사용할 수 있다.

즉, 기능성 재료를 분출하여 적층하는 잉크젯 방법, 스텐실 마스크(혹은 스크린이라 호칭) 및 스퀴지를 이용하여 기판 상에 패턴을 적층하는 스크린 프린팅법, 정전하를 가지고 있는 기능성 재료를 이용하여 적층하는 정전기 프린팅법, 상기 기능성 재료를 블랭킷이라고 부르는 고무시트에 한 번 옮기고 다시 그 블랭킷 위의 기능성 재료를 기판에 전사하는 방식의 오프셋 프린팅법, 그라비어 제판으로 판을 만든 다음, 오프셋인쇄처럼 블랭킷에 상기 기능성 재료를 일단 전이하여 간접적으로 기판에 인쇄하는 그라비어 프린팅법, 볼록판인쇄의 일종으로 유연한 수지 또는 고무볼록판을 사용하는 플렉소 프린팅법, 소프트 몰드를 사용한 프린팅법, 코팅을 시킬 피코팅물을 회전을 시키면서 그 회전판의 가운데 면에 고분자를 떨어뜨리면 피코팅물의 회전하는 원심력으로 인해 고분자가 표면 전체로 코팅되는 방법을 이용하여 기능성 재료를 적층하는 스핀코팅법이나, 슬릿 코터를 이용하여 기능성 재료를 적층하는 슬릿코팅법, 기능성 재료에 기판을 담금에 의해 적층을 수행하는 딥 코팅법등의 방법이 가능하다.

이때, 상기 전도성 유기 폴리머층(120)은 폴리아세틸렌, 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리파라페닐린, 폴리파라페닐렌 비닐렌, PEDOT:PSS 등이 사용될 수 있으며, 본 특허의 전체적인 내용을 훼손하지 않는 범위내에서 다양한 재료가 사용될 수 있다.

한편, 상기 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)를 수행하기 전에 상기 기판(S)을 플라즈마 처리를 하는 단계(S110, 이하 제1단계라 함,도2참조)를 수행하는 것도 가능하다.

상기 제1단계(S110)에 의해 상기 전기 방사층(110)이 상기 기판(S)에 보다 잘 접착되도록 할 수 있다.

또한, 상기 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)를 수행한 후에 상기 전기 방사층(110)을 플라즈마 처리를 하는 단계(S130, 이하 제3단계라 함)를 수행하는 것도 가능하다.

상기 제3단계(S130)에 의해 상기 전도성 유기 폴리머층(120)이 보다 용이하게 침투하게 할 수 있다.

즉, 상기 전기 방사층(110)을 형성하는 제2단계(S120)를 수행한 후에 상기 전기 방사층(110)상에 상기 전도성 유기 폴리머층(120)을 형성하는 제4단계(S140)를 수행하는데, 이때, 상기 전도성 유기 폴리머층(120)이 상기 전기 방사층(110)에 골고루 침투하는 것이 바람직하다.

이를 위해 상기 제3단계(S130)에 의해 상기 전기 방사층(110)을 친수화처리를 하여 제4단계(S140)에서 상기 전도성 유기 폴리머층(120)이 상기 전기 방사층(110)에 골고루 침투하도록 하는 것이다.

이때, 상기 플라즈마 처리는 플라즈마 발생 장치(P)에 의할 수 있으며, 상기 플라즈마 발생 장치(P)는 널리 알려진 구성이므로 자세한 도시와 설명은 생략한다

물론 도 6에 도시된 바와 같이 상기 전기 방사층(110)을 형성하는 제2단계(S120)를 수행하기 전에 상기 기판(S)상에 별도의 전도성 유기 폴리머층(130)을 형성하는 단계(S150)를 더 포함하여 도 7에 도시된 바와 같이 상기 전기 방사층(110)의 상하에 각각 전도성 유기 폴리머층(120,130)이 형성되는 투명 전극(200)도 가능하다.

한편 상기 전기 방사층(110)의 저면에 형성되는 전도성 유기 폴리머층(130)을 형성하기 위해 상술한 바와 같이 잉크젯 방법, 정전기 프린팅법, 스핀 코팅법, 슬릿 코팅법, 딥 코팅법, 스크린 프린팅법, 오프셋 프린팅법, 그라비어 프린팅법, 플렉소 프린팅법, 소프트 몰드를 사용한 프린팅법 중 하나 이상을 사용할 수 있다.

한편 상기 제4단계(S140)에 의해 전기 방사층(110)상에 전도성 유기 폴리머층(120)을 형성한 후 상기 기판(S)과 전도성 유기 폴리머층(120)을 가압하는 단계(S160,제6단계라 함)를 더 포함하는 것도 가능하다.

즉, 상기 전기 방사층(110)의 상면에 배치되는 전도성 유기 폴리머층(120)의 두께가 일정하지 않을 수 있다.

이를 위해 상기 제6단계(S160)에 의해 본 발명의 투명 전극(100)의 두께를 일정하게 하는 것이다.

물론 상기 제5단계(S150)에 의해 상기 전기 방사층(110)의 상면 및 저면에 각각 전도성 유기 폴리머층(120,130)이 각각 형성된 경우 상기 전도성 유기 폴리머층(120,130)을 가압할 수 있다.

또한, 상기 전기 방사층(110)의 상면에 형성된 전도성 유기 폴리머층(120)와 기판(S)을 가압할 수도 있다.

한편, 상기 제6단계(S160)는 롤링이나 열접합, 초음파 접합 중 어느 하나에 의할 수 있다.

이상 설명한 바와 같은 본 발명의 제조 방법(S100)에 의해 전기 전도도와 투과성이 같이 향상되고 가요성의 유기 폴리머에도 사용가능한 투명 전극(100,200)을 제조할 수 있으며 상기 기판(S)을 제거하는 방법은 널리 알려진 공정이므로 자세한 설명은 생략한다.

도 8은 본 발명에 의해 방사 용액(M)이 메쉬형상을 구비하는 것을 나타내는 사진이다.

이상 설명한 본 발명의 투명 전극(100,200)를 터치 패널이나 태양전지에 적용할 수 있다.

또한, 전자 잉크를 이용하는 디지털 페이퍼에도 본 발명의 투명 전극(100,200)을 이용할 수 있으며, 전자파 차폐막이나 대전 방지막 또는 발광 장치에도 사용가능하다.

100,200 : 투명 전극 S : 기판
120,130 : 전도성 유기 폴리머층 110 : 전기 방사층

Claims

기판(S)에 전도성 방사 용액(M)을 전기방사법에 의해 방사하여 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)와,
상기 전기 방사층(110)상에 전도성 유기 폴리머층(120)을 도포하는 단계(S140)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 전도성 방사 용액(M)은 카본나노튜브가 분산된 방사용액 또는 나노그래핀이 분산된 방사용액 또는 전도성 나노 파이버가 분산된 방사용액에서 선택된 1종 이상의 방사용액인 것을 특징으로 하는 투명 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 단계(S140) 수행 후 상기 기판(S)과 전도성 유기 폴리머층(120)을 가압하는 단계(S160)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)를 수행하기 전에 상기 기판(S)을 플라즈마 처리를 하는 단계(S110)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)를 수행한 후에 상기 전기 방사층(110)을 플라즈마 처리를 하는 단계(S130)를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 제조 방법.
제1항에 있어서,
상기 전기 방사층(110)을 형성하는 단계(S120)를 수행하기 전에 상기 기판(S)상에 전도성 유기 폴리머층(130)을 형성하는 단계(S150)를 더 포함하여
상기 전기 방사층(110)의 상하에 각각 전도성 유기 폴리머층(120,130)이 형성되는 것을 특징으로 하는 투명 전극 제조 방법.
제6항에 있어서,
상기 전도성 유기 폴리머층(120,130)을 형성하는 단계(S140,S150)는 잉크젯 방법, 정전기 프린팅법, 스핀 코팅법, 슬릿 코팅법, 딥 코팅법, 스크린 프린팅법, 오프셋 프린팅법, 그라비어 프린팅법, 플렉소 프린팅법, 소프트 몰드를 사용한 프린팅법 중 하나 이상을 사용한 것을 특징으로 하는 투명 전극 제조 방법.
제3항에 있어서,
상기 기판(S)과 전도성 유기 폴리머층(120)을 가압하는 단계(S160)는 롤링이나 열접합, 초음파 접합 중 어느 하나에 의하는 것을 특징으로 하는 투명 전극 제조 방법.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 의해 제조된 투명 전극.