KR101263194B1 - Transparent electroconductive thin layer comprising a plurality of conjugated conductive layers consisting of metal nano-structure and conductive polymer, and it's fabrication method - Google Patents
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Abstract
Description
빛을 투과하여야 하는 제품의 특성상, 디스플레이 소자의 상판은 투명하고 전도성을 갖는 박막으로 배선과 접지가 연결될 것이 요구된다. 이를 위해 오랜 기간 동안 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)이 적용되어 왔으나, 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)은 유연하지 않고, 물리적인 충격에 약하며, 연성기판과의 접착이 어려우며, 진공증착공정을 이용함으로써 비경제적이라는 단점이 지적되어 왔다. Due to the nature of the product to be transmitted through the light, the upper plate of the display element is a transparent and conductive thin film is required to be connected to the wiring and ground. To this end, indium tin oxide (ITO) has been applied for a long time, but indium tin oxide (ITO) is inflexible, weak to physical impact, difficult to bond with flexible substrates, and vacuum It has been pointed out that the use of the deposition process is uneconomical.
본 발명은 상기 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)의 단점들을 해결할하기 위한 대안으로, 금속 나노구조체를 포함하는 다층구조를 갖는 투명 전도성 박막 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다. 본 발명은 높은 투광성을 유지하면서도, 낮은 면저항 값을 갖고, 박막 전체에서 면저항의 편차가 작으며, 대기 중의 산소나 수분에 의한 물성의 저하를 방지하여 박막의 안정성과 신뢰성을 동시에 높일 수 있는 다층구조를 갖는 투명 전도성 박막 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention is to provide a transparent conductive thin film having a multi-layer structure including a metal nanostructure and a method for manufacturing the same as an alternative to solve the shortcomings of the indium tin oxide (ITO). The present invention maintains high light transmittance, has a low sheet resistance value, has a small variation in sheet resistance throughout the thin film, and prevents deterioration of physical properties due to oxygen or moisture in the air, thereby increasing the stability and reliability of the thin film at the same time. It relates to a transparent conductive thin film and a method for manufacturing the same.
일반적으로 투명 전도성 박막이란 빛의 투과율이 높은 절연 표면 또는 기판 상에 코팅된 얇은 도전막을 의미하는 것으로, 전도성 박막은 높은 투광성과 높은 표면 전도성을 가질 것이 요구되고 있다. 전도성이 떨어지면 원활한 구동이 어렵고, 투과율이 저하되면 디스플레이 성능이 떨어지게 된다. 그러나 전도성 박막의 전도성을 향상시키기 위해 전도성 박막의 두께를 두껍게 형성하면 전도성 박막의 표면 반사율과 흡수율이 증가하면서 투과율이 떨어져 투광성이 저하되기 때문에, 전도성과 투과율을 모두 향상시키는 것은 매우 어려운 과제로 인식되고 있다.Generally, the transparent conductive thin film means a thin conductive film coated on an insulating surface or a substrate having high light transmittance, and the conductive thin film is required to have high light transmittance and high surface conductivity. If the conductivity is low, smooth driving is difficult, and if the transmittance is lowered, the display performance is degraded. However, when the thickness of the conductive thin film is formed to improve the conductivity of the conductive thin film, the transmittance is reduced while the surface reflectance and the absorption rate of the conductive thin film are increased. Therefore, it is recognized that it is very difficult to improve both the conductivity and the transmittance. have.
현재는 인듐 주석 산화물(indium tin oxide, ITO)과 같은 진공 증착 금속 산화물(vacuum deposited metal oxide)이 투명 전도성 박막으로 널리 사용되고 있으나, 금속 산화막은 기계적인 강도가 약하고, 유연하지 못해 유연성 기판을 사용하는 플렉서블 디스플레이(flexible display)로의 응용에는 제한이 있을 수 밖에 없고, 높은 전도성 수준들을 달성하기 위해 높은 증착온도나 고온에서의 어닐링(annealing)과정이 필요하기 때문에 기판이나 소자에 채용된 유기 기능막들의 변형을 발생시킬 수도 있다. Currently, vacuum deposited metal oxide, such as indium tin oxide (ITO), is widely used as a transparent conductive thin film, but the metal oxide film has a weak mechanical strength and is not flexible to use a flexible substrate. The application of flexible displays is limited, and the modification of organic functional films employed in substrates or devices is necessary because annealing at high deposition temperatures or high temperatures is required to achieve high conductivity levels. Can also generate
따라서, 본 발명에서는 금속 나노 구조체를 포함하는 전도막 위에 전도성 고분자막을 형성시킴으로써, 금속 나노 구조체 박막의 내습성을 높이고, 전기적인 특성 변화를 줄여 신뢰도를 높이고자 하며, 이와 함께 전도성 고분자와의 복합화에 의해 금속 나노 구조체의 접촉성을 높여 높은 투광성과 함께 높은 전기전도도를 얻고자 한다. 또한 나노 구조체를 포함하는 전도층을 수차례의 코팅과 어닐링 공정을 반복하여 형성된 복수개의 나노 구조체 전도막으로 이루어지도록 하여, 각각의 전도막층을 어닐링 공정에서 금속 나노 구조체 간의 응집현상이 발생하는 두께 이하로 조절함으로써, 박막의 위치에 따른 면저항 편차를 줄이고자 한다.Therefore, in the present invention, by forming a conductive polymer film on the conductive film including the metal nanostructure, to increase the moisture resistance of the metal nanostructure thin film, to reduce the electrical property change to increase the reliability, and in combination with the conductive polymer By increasing the contact of the metal nanostructure to obtain a high light transmittance and high electrical conductivity. In addition, the conductive layer including the nanostructures is composed of a plurality of nanostructure conductive films formed by repeating the coating and annealing processes several times, so that each conductive film layer is less than or equal to the thickness of the aggregation phenomenon between the metal nanostructures in the annealing process. By adjusting to, it is to reduce the sheet resistance variation according to the position of the thin film.
상기의 과제를 해결하기 위해, 첫 번째로 금속나노체를 포함하는 전도막의 상부에 전도성 고분자로 이루어지는 전도막을 형성시킴으로써, 금속나노체를 포함하는 전도막의 공기 중의 수분 등과의 반응을 막아 내습성과 내화학성을 증진시키고, 이에 따른 전기 전도도와 같은 전기적 물성의 저하를 막을 수 있도록 하였다. 또한 전도성 고분자가 금속 나노구조체로 이루어지는 기재(matrix) 내부에 위치하게 됨으로써, 전도성 고분자가 금속 나노 구조체들을 전기적으로 연결시키는 역할을 하게 함으로써, 높은 투과율을 유지하면서도 높은 전기전도도를 갖도록 하였다.In order to solve the above problems, first, by forming a conductive film made of a conductive polymer on the upper portion of the conductive film containing a metal nano-body, to prevent the reaction of the conductive film containing a metal nano-material with moisture in the air, moisture resistance and chemical resistance In this way, the electrical properties such as electrical conductivity can be prevented. In addition, since the conductive polymer is positioned inside a matrix made of the metal nanostructure, the conductive polymer serves to electrically connect the metal nanostructures, thereby maintaining high transmittance while maintaining high electrical conductivity.
두 번째로는 특히, 금속 나노구조체로 이루어지는 전도층을 복수개의 금속 나노구조체와 전도성 고분자를 포함하는 얇은 혼합 도전막으로 구성되는 다층구조로 형성한다. 이때 각각의 얇은 층을 형성하기 위한 코팅이 끝날 때마다 어닐링 공정을 행함으로써, 금속 나노구조체의 응집현상을 방지할 수 있도록 하였다. 따라서, 박막의 위치에 따른 면저항 편차를 낮추도록 하였다. 이와 함께, 전도층 전체에 대해 나노구조체를 균일하게 분포시킴으로써, 국부적인 전류의 집중을 막아 금속 나노구조체의 구조나 물성의 변화를 방지하도록 하였다. 또한, 금속 나노구조체 간을 연결해주는 전도성 고분자의 길이가 상대적으로 고르게 분포되어, 최종적으로는 균일한 저항값의 직렬연결로 볼 수 있어, 전체 전도막의 저항값은 낮아지게 된다.Secondly, in particular, the conductive layer formed of the metal nanostructure is formed into a multilayer structure composed of a thin mixed conductive film containing a plurality of metal nanostructures and a conductive polymer. At this time, the annealing process is performed every time the coating for forming each thin layer is finished, thereby preventing the aggregation of the metal nanostructures. Therefore, the sheet resistance variation according to the position of the thin film was reduced. In addition, by uniformly distributing the nanostructure over the entire conductive layer, it is possible to prevent the local concentration of current to prevent changes in the structure and physical properties of the metal nanostructure. In addition, the lengths of the conductive polymers connecting the metal nanostructures are relatively evenly distributed, and thus, finally, a series of uniform resistance values can be seen, resulting in low resistance values of the entire conductive film.
첫 번째로 전도성 고분자 층이 금속나노체를 포함하는 전도막의 공기 중의 수분 등과의 반응을 막아 내습성과 내화학성을 증진시키고, 이에 따른 전기 전도도와 같은 전기적 물성의 저하를 막을 수 있다.First, the conductive polymer layer prevents the reaction of the conductive film including the metal nano-body with moisture in the air, thereby improving moisture resistance and chemical resistance, and thereby preventing deterioration of electrical properties such as electrical conductivity.
두 번째는 전도성 고분자가 금속 나노구조체로 이루어지는 기재(matrix) 내부에 위치하게 됨으로써, 전도성 고분자가 금속 나노 구조체들을 전기적으로 연결시키는 역할을 하여, 높은 투과율을 유지하면서도 높은 전기전도도를 갖는다.Second, since the conductive polymer is positioned inside a matrix made of the metal nanostructure, the conductive polymer serves to electrically connect the metal nanostructures, thereby maintaining high transmittance while maintaining high electrical conductivity.
세 번째는 금속 나노구조체 전도층을 금속 나노구조체와 전도성 고분자를 포함하는 복수개의 얇은 혼합 도전막으로 구성되는 다층구조로 형성함으로써, 금속 나노구조체의 응집현상을 방지할 수 있다.Third, the metal nanostructure conductive layer may be formed in a multilayer structure including a plurality of thin mixed conductive films including the metal nanostructure and the conductive polymer, thereby preventing aggregation of the metal nanostructure.
네 번째는 다섯 번째는 금속 나노구조체의 응집현상을 방지하여 박막의 위치에 따른 면저항 편차를 낮출 수 있고, 전도층 전체에 대해 나노구조체를 균일하게 분포시킴으로써, 국부적인 전류의 집중을 막아 금속 나노구조체의 구조나 물성의 변화를 방지할 수 있다.Fourth and fifth, it is possible to reduce the sheet resistance variation according to the position of the thin film by preventing the cohesion of the metal nanostructures, and by uniformly distributing the nanostructures over the entire conductive layer, thereby preventing the concentration of local currents. It is possible to prevent changes in the structure and physical properties.
도 1은 다층 구조를 갖는 투명 전도성 박막의 제조공정에 관한 것이다.
도 1(a)는 투명 기판과 투명기판 위에 금속 나노구조체 용액을 도포하여 코팅하고 어닐링하여 형성된 제1 금속나노구조체 박막을 나타낸다.
도 1(b)는 투명 기판과 투명기판 위에 금속 나노구조체 용액의 코팅과 어닐링 과정을 n회 반복하여 형성된 제1층과 전도성 고분자를 제1층 상부에 코팅한 직후의 상태를 나타낸다.
도 1(c)는 제1전층 상부에 전도성 고분자를 어닐링한 이후의 상태를 나타내는 것으로 투명 기판과 제1전도층, 제2전도층으로 구성된 투명 전도성 박막을 나타낸다.
도 2는 다양한 투명 전도성 박막의 구조를 확대하여 나타낸 것이다.
도 2(a)는 투명 기판과 그 상부에 금속 나노 구조체 박막으로 이루어진 투명 전도성 박막의 구조이다.
도 2(b)는 투명 기판과 금속 나노 구조체와 전도성 고분자로 이루어진 혼합 도전박막, 및 전도성 고분자 층으로 이루어진 투명 전도성 박막의 구조이다.
도 2(c)는 투명 기판 위에 금속 나노 구조체와 전도성 고분자로 이루어진 복수 개의 혼합 도전박막, 및 전도성 고분자 층으로 이루어진 본 발명의 투명 전도성 박막의 구조이다.
도 3(a)는 투명 기판과 그 상부에 금속 나노 구조체 박막으로 이루어진 투명 전도성 박막의 면저항 모델링이다.
도 3(b)는 투명 기판과 금속 나노 구조체와 전도성 고분자로 이루어진 혼합 도전박막, 및 전도성 고분자 층으로 이루어진 투명 전도성 박막의 면저항 모델링이다.
도 3(c)는 투명 기판 위에 금속 나노 구조체와 전도성 고분자로 이루어진 복수 개의 혼합 도전박막, 및 전도성 고분자 층으로 이루어진 본 발명의 투명 전도성 박막의 면저항 모델링이다.
도 4(a)는 투명 기판과 그 상부에 금속 나노 구조체 박막으로 이루어진 투명 전도성 박막의 투과율과 면저항에 대한 실험 데이터이다.
도 4(b)는 투명 기판과 금속 나노 구조체와 전도성 고분자로 이루어진 혼합 도전박막, 및 전도성 고분자 층으로 이루어진 투명 전도성 박막의 투과율과 면저항, 면저항 편차에 대한 실험 데이터이다.
도 4(c)는 투명 기판 위에 금속 나노 구조체와 전도성 고분자로 이루어진 복수 개의 혼합 도전박막, 및 전도성 고분자 층으로 이루어진 본 발명의 투명 전도성 박막의 투과율과 면저항, 면저항 편차에 대한 실험 데이터이다.
도 5(a)는 투명 기판과 그 상부에 금속 나노 구조체 박막으로 이루어진 투명 전도성 박막의 시간에 따른 면저항 변화에 대한 실험 결과이다.
도 5(b)는 투명 기판과 금속 나노 구조체와 전도성 고분자로 이루어진 혼합 도전박막, 및 전도성 고분자 층으로 이루어진 투명 전도성 박막의 시간에 따른 면저항 변화에 대한 실험 결과이다.
도 5(c)는 투명 기판 위에 금속 나노 구조체와 전도성 고분자로 이루어진 복수 개의 혼합 도전박막, 및 전도성 고분자 층으로 이루어진 본 발명의 투명 전도성 박막의 시간에 따른 면저항 변화에 대한 실험 결과이다.1 relates to a manufacturing process of a transparent conductive thin film having a multilayer structure.
FIG. 1 (a) shows a first metal nanostructure thin film formed by coating, annealing, and coating a metal nanostructure solution on a transparent substrate and a transparent substrate.
FIG. 1 (b) shows a state immediately after coating the first layer and the conductive polymer formed on the first layer by repeating the coating and annealing of the metal nanostructure solution n times on the transparent substrate and the transparent substrate.
FIG. 1 (c) shows a state after annealing the conductive polymer on the first conductive layer and shows a transparent conductive thin film composed of a transparent substrate, a first conductive layer, and a second conductive layer.
2 is an enlarged view of structures of various transparent conductive thin films.
2 (a) is a structure of a transparent conductive thin film made of a transparent substrate and a metal nanostructure thin film thereon.
2 (b) is a structure of a transparent conductive thin film composed of a mixed conductive thin film made of a transparent substrate, a metal nanostructure and a conductive polymer, and a conductive polymer layer.
Figure 2 (c) is a structure of a transparent conductive thin film of the present invention consisting of a plurality of mixed conductive thin film made of a metal nanostructure and a conductive polymer, and a conductive polymer layer on a transparent substrate.
3 (a) is a sheet resistance modeling of a transparent conductive thin film made of a transparent substrate and a metal nanostructure thin film thereon.
3 (b) is a sheet resistance modeling of a transparent conductive thin film composed of a transparent substrate, a mixed conductive thin film made of a metal nanostructure and a conductive polymer, and a conductive polymer layer.
3 (c) is a sheet resistance modeling of the transparent conductive thin film of the present invention comprising a plurality of mixed conductive thin films made of a metal nanostructure and a conductive polymer, and a conductive polymer layer on a transparent substrate.
4 (a) is experimental data on the transmittance and sheet resistance of the transparent conductive thin film composed of the transparent substrate and the metal nanostructure thin film thereon.
FIG. 4 (b) is experimental data of transmittance, sheet resistance, and sheet resistance of the transparent conductive thin film composed of the transparent substrate, the metal nanostructure, the conductive polymer, and the transparent conductive thin film.
4 (c) shows experimental data of transmittance, sheet resistance, and sheet resistance variation of the transparent conductive thin film of the present invention comprising a plurality of mixed conductive thin films made of a metal nanostructure and a conductive polymer, and a conductive polymer layer on a transparent substrate.
FIG. 5 (a) is an experimental result of the sheet resistance change with time of the transparent conductive thin film made of a transparent substrate and a metal nanostructure thin film thereon.
FIG. 5 (b) is an experimental result of the sheet resistance change with time of the transparent conductive film, the mixed conductive thin film made of the metal nanostructure and the conductive polymer, and the transparent conductive thin film made of the conductive polymer layer.
5 (c) is an experimental result of the sheet resistance change with time of the transparent conductive thin film of the present invention composed of a plurality of mixed conductive thin films made of a metal nanostructure and a conductive polymer, and a conductive polymer layer on a transparent substrate.
도면 1은 본 원의 다층 구조를 갖는 투명 전도성 박막(1)의 제조방법에 관한 것이다. 가장 먼저 금속 나노구조체, 바인더 수지, 용매를 포함하는 금속 나노구조체 용액을 준비하고, 준비된 투명기판(100) 위에 도 1(a)와 같이 금속 나노구조체 용액을 도포하여 코팅한 후, 이를 어닐링하여 제1 금속나노구조체 박막(211)을 형성한다. 도 1(b)와 같이 상기 제1 금속나노구조체 박막(211)의 상부에 동일한 금속 나노구조체 용액으로 코팅과 어닐링을 복수회 반복하여 복수개의 금속나노와이어 도전박막으로 이루어진 제1층(210)을 형성한다. 이때 상기 코팅과 어닐링 공정이 n회 반복된다면, 최상부막은 제 n 금속나노구조체 박막(21n)으로 표시될 것이다.1 relates to a method for manufacturing a transparent conductive
제1층(210)의 형성이 끝나면, 도 1(c)와 같이 상기 제1층(210) 위에 전도성 고분자와 도펀트, 유기용매를 포함하는 전도성 고분자 조성물을 코팅하여 상부에 제2층(310)을 형성하고, 도 1(d)와 같이 최종적으로 어닐링하여, 제2도전층(300)을 형성하게 된다. 상기 전도성 고분자 조성물의 코팅과 어닐링 과정 중에 제1층(210)의 금속 나노구조체 박막들(211,21n)은 금속 나노구조체(400)로 이루어지는 기재 내부에 전도성 고분자(500)가 배치되게 되는 혼합 도전 박막들(201,20n)로 변화되고, 이러한 복수개의 혼합 도전 박막들(201,20n)이 하나의 제1 도전(200)층을 형성하게 된다. 최종적으로는 도 1(d)의 구조를 갖는 다층 구조의 투명 전도성 박막(1)을 얻을 수 있다. 이때 제1 도전층(200)의 두께는 목적에 따라 선택할 수 있으나, 20~250 nm의 두께로 형성시키는 것이 적합하며, 제1 도전층(200)을 형성하는 복수개의 혼합 도전 박막들(201,20n)의 두께는 금속 나노구조체 도전 박막들의 수와 목적에 따라 달라질 수 있으며, 20~40 nm로 형성시키는 것이 투명전극용으로 적합하다.After the formation of the
이에 더해 상기 투명 기판(100) 위에 상기 금속 나노구조체 용액을 코팅하기 전에, 플라즈마(plasma), 자외선, 또는 오존 중의 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 투명 기판의 표면을 개질 처리하는 전처리 단계를 포함할 수 있고, 상기 전도성 고분자 조성물을 코팅하기 전에 중공사막, 투석(dialysis), 또는 세럼 리플레이스먼트(serum replacement) 중의 적어도 어느 하나를 이용한 초미세여과(ultra filtration) 공정으로 상기 전도성 고분자 조성물의 불순물을 제거하는 단계를 수행하는 것도 가능하다.In addition, before coating the metal nanostructure solution on the
또한 금속 나노구조체 용액은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 롤투롤(roll to roll), 또는 바코팅(bar coating)법 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 습식 코팅(wet coating) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.In addition, the metal nanostructure solution is a wet coating method including at least one of spin coating, spray coating, roll to roll, or bar coating. Method for producing a transparent conductive thin film, characterized in that consisting of.
상기 금속 나노구조체(400)와 전도성 고분자(500)는 특정 물질로 한정되는 것은 아니며, 상기 금속 나노구조체(400)를 구성하는 금속은 금, 은, 구리, 철, 니켈, 아연, 인듐, 주석, 안티몬, 마그네슘, 코발트, 납, 백금, 티타늄, 텅스텐, 게르마늄, 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어질 수 있고, 그 형상은 나노리본(nanoribbon), 나노로드(nanorod), 나노와이어(nanowire), 또는 나노입자(nanosphere) 중의 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한 상기 금속 나노구조체 용액에 포함되는 용매 역시 특정 물질로 한정되는 것은 아니며, 이소프로파놀(isopropanol), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 물, 디에틸렌 글라이콜 모노부틸 에테르(diethylene glycol monobutyl ether) 중의 어느 하나를 선택하거나 둘 이상을 선택하여 조합하여 구성될 수 있다.The
상기 전도성 고분자 조성물을 코팅하는 과정은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 롤투롤(roll to roll), 또는 바코팅(bar coating)법 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 습식 코팅(wet coating) 방식으로 이루어지질 수 있고, 전도성 고분자 조성물은 전도성 고분자 또는 전도성 고분자의 유도체를 포함하는 수용액, 적어도 하나 이상의 유기용매를 포함하여 제조될 수 있으며, 상기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리p-페닐렌(poly(p-phenylene)), 폴리p-페닐렌비닐렌(poly(p-phenylenevinylene)), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리디아세틸렌(polydiacetylene), 폴리티오펜비닐렌(poly(thiophenevinylene)), 폴리플러렌(polyfluorene) 중의 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되고, 상기 전도성 고분자 또는 전도성 고분자의 유도체를 포함하는 수용액은 목적에 따라 다양한 도펀트를 첨가할 수 있으며, 특히 폴리스틸렌술포네이트(polystyrene sulfonate; PSS)를 도펀트로 첨가하여 구성되는 것도 가능하다.The coating of the conductive polymer composition may include wet coating including at least one of spin coating, spray coating, roll to roll, or bar coating. The conductive polymer composition may be prepared by a coating method, and the conductive polymer composition may include an aqueous solution including a conductive polymer or a derivative of the conductive polymer and at least one organic solvent. The conductive polymer may be polythiophene or polypyrrole. (polypyrrole), poly (3,4-ethylenedioxythiophene), polyaniline, poly p-phenylene, poly p-phenylene It comprises at least one of poly (p-phenylenevinylene), polyacetylene, polydiacetylene, polydiacetylene, poly (thiophenevinylene), polyfluorene (polyfluorene) , An aqueous solution containing the derivative of the conductive polymer or conductive polymer may be added to a variety of dopants in accordance with the object, in particular polystyrene sulfonate; can be configured by adding a (polystyrene sulfonate PSS) as a dopant.
상기 전도성 고분자 조성물 내에 포함되는 유기용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올을 포함하는 지방족 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤을 포함하는 지방족 케톤, 에틸렌글리콜, 디메틸설폭사이드, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아마이드 중에서 어느 하나를 선택하거나 또는 둘 이상을 선택하여 혼합하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 목적과 응용 분야에 따라 선택하여 사용할 수 있으나, 전도성 고분자 조성물은 산도가 pH 1~10 이고, 고형분의 함량이 0.1~50 중량 % 인 것이 바람직하다.The organic solvent included in the conductive polymer composition may be aliphatic ketone including water, methanol, ethanol, isopropanol, acetone, methyl ethyl ketone, ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, N, Any one of N-dimethylformamide may be selected or two or more selected and mixed, but is not limited thereto. In addition, it can be selected and used according to the purpose and application field, the conductive polymer composition is preferably
도면 2에 금속 나노구조체(400)를 이용한 투명 전도성 박막의 구조를 나타내었다. 특히 박막 내부의 금속 나노구조체(400)와 전도성 고분자(500)는 실제는 3차원의 마이크로한 스케일로 불완전한 메시구조이나, 이를 본 발명의 효과를 이해하기 쉽도록 2차원적으로 금속 나노구조체(400)의 연결이 취약한 부분만을 확대하여 나타낸 것이다. 2 shows the structure of the transparent conductive thin film using the
도 2(a)는 투명 기판 위에 금속 나노 구조체 박막을 형성한 투명 전도성 박막의 구조를 나타낸 것으로, 어닐링 과정에서 금속 나노 구조체 박막의 일부에 나노 구조체의 응집이 발생하여 응집된 금속 나노 구조체(410)가 형성되게 된다. 따라서 금속 나노 구조체(400)간의 거리가 상대적으로 크고, 금속 나노구조체(400) 간의 전기적 결합이 상대적으로 완벽하지 않은 구조를 갖는다. 2 (a) shows a structure of a transparent conductive thin film in which a metal nanostructure thin film is formed on a transparent substrate, and the metal nanostructure 410 aggregated by agglomeration of the nanostructure on a portion of the metal nanostructure thin film during an annealing process. Will be formed. Accordingly, the distance between the
도 2(b)는 투명 기판 위에 혼합 도전 박막, 전도성 고분자층을 차례로 형성시킨 투명 전도성 박막의 구조이다. 상기 도2(a)와 마찬가지로 어닐링 과정에서 금속 나노 구조체 박막의 일부에 금속 나노 구조체의 응집이 발생하여 응집된 금속 나노 구조체(410)가 형성되나, 상부의 전도성 고분자(500)가 금속 나노 구조체(400)간에 충진되어, 금속 나노 구조체(400) 간을 전기적으로 연결하는 구조를 갖게 된다. 2B is a structure of a transparent conductive thin film in which a mixed conductive thin film and a conductive polymer layer are sequentially formed on a transparent substrate. As shown in FIG. 2A, in the annealing process, agglomeration of the metal nanostructures is formed on a portion of the metal nanostructure thin film to form agglomerated metal nanostructures 410, but the upper
도 2(c)는 투명 기판(100) 위에 복수 개의 혼합 도전 박막들, 전도성 고분자 층으로 이루어진 본 발명의 투명 전도성 박막(1)의 구조로, 이는 복수개의 얇은 층이 코팅된 후, 얇은 막을 어닐링하기 때문에 금속 나노 구조체(400)의 응집이 적게 일어나, 금속 나노 구조체(400)가 비교적 고르게 분포하여, 금속 나노 구조체(400)간 거리가 상대적으로 짧아, 이를 연결하는 전도성 고분자(500)의 길이도 상대적으로 짧은 구조를 갖는다. 2 (c) is a structure of the transparent conductive
또한, 전기적으로 저항은 도전체의 길이에 비례하고, 단면적에 반비례하는 성질을 갖기 때문에, 도 2(c)의 다층구조의 제1 도전층의 경우에 금속 나노구조체(400)를 연결하는 전도성 고분자(500)의 길이가 짧고, 금속 나노구조체(400)를 연결하는 전도성 고분자(500)의 길이가 클수록 전도성 고분(500)자 간의 접촉이 어려워지고, 전기적 손실이 일어날 가능성이 커져, 도 2(c)의 다층구조의 제1 도전층(200)의 경우가 도 2(a)와 (b)의 경우보다 더 작은 면저항 값을 보이게 된다. 이와 함께, 금속 나노 구조체(400)가 고르게 분포함으로써 전도성 고분자(500)의 길이 분포도 고르게 되어, 면저항 편차도 크게 낮아지게 된다.In addition, since the electrical resistance is proportional to the length of the conductor and inversely proportional to the cross-sectional area, the conductive polymer connecting the
도면 3은 이를 저항으로 모델링한 것으로, 도 3(a)는 투명 기판 위에 금속 나노 구조체 박막(220)을 형성한 투명 전도성 박막의 면저항 모델링이다. R1은 금속 나노 구조체(400) 간의 빈 공간에 의해 형성되는 저항을 나타낸 것으로, 이는 상대적으로 큰 값을 갖게 될 것이다. 도 3(b)는 투명 기판(100) 위에 혼합 도전 박막(230) 위에 전도성 고분자 층이 형성된 투명 전도성 박막의 면저항 모델링으로, R2는 금속 나노 구조체(400) 간의 전도성 고분(500)자에 의해 형성되는 저항을 나타내며, R1보다는 작은 값을 가질 것이다.FIG. 3 is modeled as a resistor, and FIG. 3 (a) is a sheet resistance modeling of the transparent conductive thin film on which the metal nanostructure
이에 대해 도 3(c)는 투명 기판 위에 복수 개의 혼합 도전 박막들(201,20n)로 구성된 제1 도전층(200) 위에 제 2도전층(300)을 형성시킨 본 발명의 투명 전도성 박막(1)의 면저항 모델링으로, r3는 금속 나노 구조체 간의 전도성 고분자(500)의 저항에 주로 지배되며, 도 3(b)와 비교하여 전도성 고분자(500)의 길이가 짧고, 이는 전도성 고분(500)자의 길이가 늘어날수록 발생할 수 있는 전도성 고분자(500) 간의 접촉손실과 발생할 수 있는 전기적 손실이 적어져, 금속 나노 구조체 도전 박막(201,20n) 내부의 같은 거리를 기준으로 r3의 개수가 늘어나더라도 r3의 합은 하나의 R2 값보다는 작은 값을 갖게 된다. 또한 도2(c)는 저항성분인 r3가 고르게 분포되는 반면, 도2(b)의 경우는 금속 나노구조체(400)의 응집으로 구조체의 밀도가 밀한 부분과 소한 부분이 불규칙적으로 나타나기 때문에, 금속 나노구조(400)체를 연결하는 전도성 고분(500)자의 길이가 위치에 따라 달라져서, 저항 성분 R2 또한 위치에 따라 크게 달라지게 된다. 따라서 도2(c)의 구조가 도2(b)의 구조보다 더 작은 면저항 편차를 나타내게 된다. 3 (c) shows the transparent conductive
도면 4에서 (a)는 단일 금속나노구조체 박막, (b)는 단일 혼합 도전 박막과 전도성 고분자막, (c)는 복수개의 혼합 도전 박막들과 전도성고분자막으로 이루어진 투명전도성 막의 투과율과 면저항값의 실험 결과를 나타낸 것으로, 후술되는 실시예 1, 2, 3에 따라 제조된 투명전도성 박막에 대한 실험결과이다. 실제로 도4(a) 보다는 도4(b)의 경우가 동일한 투과율에서 더 작은 면저항 값을 가지는 것으로 나타났으며, 4(a)와 도4(b)보다는 도4(c)의 경우가 동일한 투과율에서 더 작은 면저항 값과 면저항 편차를 나타내는 것을 알 수 있다. 같은 99%의 투과율에서 도 4(a)는 평균 면저항 값이 약 500 Ω/□ 인 반면, 도 4(b)는 이보다 더 작은 300 Ω/□ 정도의 평균 면저항 값을 갖고, 도 4(c)는 도 4(a),(b)보다 더 작은 약 150 Ω/□ 의 면저항 값을 얻을 수 있음을 알 수 있다. 한편으로, 면저항 편차는 99%의 투과율을 기준으로 할때, 4(a)의 경우에는 ±350 Ω/□의 면저항 편차를 갖고, 4(b)의 경우에는 ±135 Ω/□의 면저항 편차를 갖는 반면, 4(c)의 경우에는 약 ±25 Ω/□의 면저항 편차만을 갖는 것으로 나타났다. 면저항 값이나 면저항 편차는 사용하는 목적에 따라 선택된 두께나 기타 공정변수 등에 따라 달라질 수 있는 것으로 정확한 값이나 그 범위보다는 본 발명의 구조인 복수개의 금속나노구조체 도전박막을 형성하였을 때 더 낮은 면저항과 면저항 편차를 갖는 경향을 보인다는 것이 중요한 의미를 가지며, 도4의 면저항 값이나 편차와 다른 값을 갖더라도, 동일한 구조에서 두께 등을 조절하여 다른 값을 얻을 수 있음은 명백하다. 특히 제1도전층의 두께를 20~250 nm로 할때, 99%의 투과율에서 0.01~10K Ω/□의 면저항 값을 얻을 수 있다.In FIG. 4, (a) shows a single metal nanostructure thin film, (b) shows a single mixed conductive thin film and a conductive polymer film, and (c) shows a transmittance and sheet resistance of a transparent conductive film composed of a plurality of mixed conductive thin films and a conductive polymer film. As shown, it is an experimental result for the transparent conductive thin film prepared according to Examples 1, 2, 3 to be described later. In fact, it is shown that FIG. 4 (b) has a smaller sheet resistance at the same transmittance than that of FIG. 4 (a), and that of FIG. 4 (c) is the same as that of FIG. It can be seen that the smaller the sheet resistance value and the sheet resistance deviation are. At the same 99% transmittance, Fig. 4 (a) has an average sheet resistance of about 500 Ω / □, whereas Fig. 4 (b) has a smaller average sheet resistance of about 300 Ω / □, and Fig. 4 (c) It can be seen that the sheet resistance value of about 150 Ω / square smaller than FIGS. 4 (a) and 4 (b) can be obtained. On the other hand, the sheet resistance deviation is ± 350 Ω / □ sheet resistance variation in case of 4 (a), and the sheet resistance variation of ± 135 Ω / □ case in case of 4 (b). On the other hand, in the case of 4 (c), only the sheet resistance variation of about ± 25 Ω / □ was found. The sheet resistance value or sheet resistance variation may vary depending on the thickness and other process variables selected according to the purpose of use, and lower sheet resistance and sheet resistance when a plurality of metal nanostructure conductive thin films of the present invention are formed, rather than the exact values or ranges thereof. It is important to show a tendency to have a deviation, and even if it has a value different from the sheet resistance value or the deviation of Fig. 4, it is apparent that different values can be obtained by adjusting thickness and the like in the same structure. Particularly, when the thickness of the first conductive layer is 20 to 250 nm, a sheet resistance value of 0.01 to 10K Ω / □ can be obtained at a transmittance of 99%.
도면 5는 (a)는 단일 금속나노구조체 박막, (b)는 단일 혼합 도전 박막들과 전도성고분자층, (c)는 복수개의 혼합 도전 박막들과 전도성 고분자층으로 이루어진 투명전도성 막의 시간에 따른 면저항의 변화에 대한 실험 결과를 나타낸 것으로, 후술되는 실시예1, 2, 3에 따라 제조된 투명전도성 박막에 대한 실험결과이다. 시간에 따른 면저항의 변화를 관찰하기 위해 각각의 두께를 조절하여(a),(b),(c) 모두 약 65 Ω/□의 면저항을 갖는 샘플을 선택하였다. 실제로 도 5(a) 보다는 도5(b)의 경우가 더 작은 면저항 변화를 나타내었으며, 도 5(a)와 도 5(b)보다는 도 5(c)의 경우가 대기중에 방치하였을 때 더 작은 면저항 변화를 나타내는 것을 알 수 있다. 같은 96시간 후에 도 5(a)는 약 30 Ω/□의 면저항 변화를 보이는 반면, 도 5(b)는 이보다 더 작은 약 10 Ω/□의 면저항 변화를 보이고, 도 5(c)는 면저항의 변화가 거의 없어, 도 5(a),(b)보다 훨씬 더 안정한 박막임을 알 수 있다.
5 is a sheet resistance with time of a transparent conductive film composed of (a) a single metal nanostructure thin film, (b) a single mixed conductive thin film and a conductive polymer layer, (c) a plurality of mixed conductive thin films and a conductive polymer layer. Experimental results for the change of, which are the experimental results for the transparent conductive thin film prepared according to Examples 1, 2 and 3 to be described later. In order to observe the change in sheet resistance over time, the thicknesses of the samples (a), (b), and (c) were selected to have a sheet resistance of about 65 Ω / □. In fact, the case of FIG. 5 (b) shows a smaller sheet resistance change than that of FIG. 5 (a), and the case of FIG. 5 (c) is smaller than that of FIG. 5 (a) and FIG. 5 (b) when left in the air. It can be seen that the sheet resistance changes. After the same 96 hours, Fig. 5 (a) shows a change in sheet resistance of about 30 Ω / □, while Fig. 5 (b) shows a smaller sheet resistance change of about 10 Ω / □, and Fig. 5 (c) shows the change in sheet resistance. There is little change, and it can be seen that the thin film is much more stable than FIGS. 5 (a) and 5 (b).
투명 기판으로 두께 500㎛인 유리 기판을 준비하고, 아세톤과 이소프로판올을 사용하여 표면에 불순물을 제거한 후, 플라즈마(plasma) 처리를 통해 유리 기판의 표면을 친수성으로 개질하였다. A glass substrate having a thickness of 500 μm was prepared as a transparent substrate, and impurities were removed from the surface using acetone and isopropanol, and then the surface of the glass substrate was modified to be hydrophilic through plasma treatment.
금속 나노구조체의 금속은 은(Ag)을 선택하였으며, 이소프로판올에 은 나노와이어 및 바인더 수지가 0.1 중량%로 분산되어 있는 은 나노와이어 용액(㈜나노픽시스, length 25 ㎛, width 45㎚)을 상기 유리 기판의 상부에 도포한 후, 5000 rpm 으로 10 초간 스핀코팅(spin coating)한 후에, 150 ℃에서 1분 동안 상기 은 나노 와이어 박막을 어닐링(annealing)하였다. 최종적으로 어닐링된 은 나노 와이어 박막 박막은 50 nm 이었다. The metal of the metal nanostructure was selected from silver (Ag), and the silver nanowire solution (nanopixis, length 25 μm, width 45 nm) in which silver nanowires and a binder resin were dispersed in isopropanol at 0.1% by weight was glass. After coating on top of the substrate, after spin coating at 5000 rpm for 10 seconds, the silver nanowire thin film was annealed at 150 ° C. for 1 minute. The finally annealed silver nanowire thin film was 50 nm.
광 투과율은 UV-Visible spectrophotometer(SHIMADZU사 UV-1601PC)를 사용하여 550 ㎚ 의 파장을 갖는 빛에 대한 투과도를 측정하였다. 이때, 투명기재의 투과도를 100%로 정하고 코팅후의 투과도를 비율로 나타내었다. 면 저항은 4-point prove method conductivity meter(NAPSON사 RT-70)를 이용하여 측정하였으며, 막의 안정성은 투과율을 조정하여, 면저항이 60~65 Ω/□ 의 범위를 갖는 샘플에 대해 상온에서 대기와 접촉시킨 상태로 12시간마다 면저항의 변화를 측정하였다.The light transmittance was measured using a UV-Visible spectrophotometer (UV-1601PC manufactured by SHIMADZU Co., Ltd.) for light having a wavelength of 550 nm. At this time, the transmittance of the transparent substrate was set to 100% and the transmittance after coating was expressed as a ratio. The sheet resistance was measured using a 4-point prove method conductivity meter (NAPSON RT-70), and the stability of the membrane was adjusted by the transmittance, so that the sheet resistance ranged from 60 to 65 Ω / □ at ambient temperature. The change in sheet resistance was measured every 12 hours while being in contact.
이러한 단일 은 나노 구조체 막으로 이루어진 투명전도막의 투과율과 면저항에 대한 실험결과를 도 4(a)에 나타내었으며, 시간에 따른 면저항의 변화는 도 5(a)에 나타내었다. Experimental results on the transmittance and sheet resistance of the transparent conductive film made of such a single silver nanostructure film are shown in FIG. 4 (a), and the change in sheet resistance with time is shown in FIG. 5 (a).
전도성 고분자 조성물을 PEDOT:PSS [Poly(3,4-ethylenedioxythiophene); poly(styrenesulfonate)] 수용액에, 상기 수용액 중량 기준으로, 5 중량%의 에틸렌글리콜(ethylene glycol)과 300 중량%의 N-메틸피롤리돈을 차례로 첨가한 후, 약 5시간 정도 균일하게 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다.The conductive polymer composition was prepared by PEDOT: PSS [Poly (3,4-ethylenedioxythiophene); poly (styrenesulfonate)] to the aqueous solution, based on the weight of the aqueous solution, 5% by weight of ethylene glycol (ethylene glycol) and 300% by weight of N-methylpyrrolidone are sequentially added, and then uniformly mixed for about 5 hours to conduct conductivity A polymer composition was prepared.
이렇게 제조된 전도성 고분자 조성물을, 상기 <실시예1>에서 제조한 은나노와이어를 포함하는 박막의 상부에, 5000 rpm으로 10초간 스핀코팅(spin coating)한 후, 150 ℃에서 10분 동안 상기 전도성 고분자 박막을 어닐링(annealing)하였다.The conductive polymer composition thus prepared was spin coated at 5000 rpm for 10 seconds on top of the thin film including silver nanowires prepared in Example 1, and then the conductive polymer was formed at 150 ° C. for 10 minutes. The thin film was annealed.
따라서 최종적으로, 단일 혼합 도전 박막과 전도성 고분자층으로 이루어진 도면 2(b)의 구조를 갖는 투명전도막을 얻었다.Thus, finally, a transparent conductive film having a structure of FIG. 2 (b) consisting of a single mixed conductive thin film and a conductive polymer layer was obtained.
이를 <실시예 1>과 동일한 측정조건으로 광 투과율은 UV-Visible spectrophotometer(SHIMADZU사 UV-1601PC)를 사용하여 550 ㎚ 의 파장을 갖는 빛에 대한 투과도를 측정하였다. 이때, 투명기재의 투과도를 100%로 정하고 코팅후의 투과도를 비율로 나타내었다. 면 저항은 4-point prove method conductivity meter(NAPSON사 RT-70)를 이용하여 측정하였으며, 막의 안정성은 상온에서 대기와 접촉시킨 상태로 12시간마다 면저항의 변화를 측정하였다.Under the same measurement conditions as those of <Example 1>, the light transmittance was measured using a UV-Visible spectrophotometer (UV-1601PC manufactured by SHIMADZU Co., Ltd.) for light having a wavelength of 550 nm. At this time, the transmittance of the transparent substrate was set to 100% and the transmittance after coating was expressed as a ratio. The sheet resistance was measured using a 4-point prove method conductivity meter (NAPSON RT-70), and the stability of the membrane was measured by changing the sheet resistance every 12 hours in contact with the air at room temperature.
이러한 단일 혼합 도전 박막과 전도성 고분자층으로 이루어진 투명전도막의 투과율과 면저항에 대한 실험결과를 도 4(b)에 나타내었으며, 시간에 따른 면저항의 변화는 도 5(b)에 나타내었다. Experimental results of the transmittance and sheet resistance of the transparent conductive film composed of the single mixed conductive thin film and the conductive polymer layer are shown in FIG. 4 (b), and the change in sheet resistance with time is shown in FIG. 5 (b).
<실시예 1>의 결과로 얻어진 은 나노 와이어를 포함하는 박막을 제조한 후, <실시예 1>의 은 나노와이어 박막제조공정을 동일하게 한번 더 진행하여 은 나노 와이어를 포함하는 전도성 박막을 2층으로 적층하였다.After the thin film containing the silver nanowires obtained as a result of <Example 1> was prepared, the manufacturing process of the silver nanowire thin film of <Example 1> was repeated once more to obtain a conductive thin film containing silver nanowires. Laminated in layers.
전도성 고분자 조성물은 <실시예 2>와 동일하게 PEDOT:PSS [Poly(3,4-ethylenedioxythiophene); poly(styrenesulfonate)] 수용액에, 수용액 중량 기준으로, 5 중량% 에틸렌글리콜(ethylene glycol)과 300 중량% N-메틸피롤리돈을 차례로 첨가한 후, 약 5시간 정도 균일하게 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다.Conductive polymer composition is the same as in <Example 2> PEDOT: PSS [Poly (3,4-ethylenedioxythiophene); poly (styrenesulfonate)] 5 wt% ethylene glycol and 300 wt% N-methylpyrrolidone were sequentially added to the aqueous solution based on the weight of the aqueous solution, followed by uniform mixing for about 5 hours to prepare the conductive polymer composition. Prepared.
이렇게 제조된 전도성 고분자 조성물을, 상기 2층으로 형성된 은나노와이어박막층의 상부에, 5000 rpm으로 10초간 스핀코 (spin coating)한 후, 150 ℃에서 10분 동안 상기 전도성 고분자 박막을 어닐링(annealing)하였다.The conductive polymer composition prepared as described above was spincoated at 5000 rpm for 10 seconds on the silver nanowire thin film layer formed of the two layers, and then the conductive polymer thin film was annealed at 150 ° C. for 10 minutes. .
따라서 최종적으로, 복수개의 혼합 도전 박막들로 이루어진 제1전도층과 전도성 고분자층으로 이루어진 제2전도층을 갖는 도면 2(c)의 구조를 갖는 투명 전도막을 얻었다.Therefore, finally, a transparent conductive film having the structure of FIG. 2 (c) having a first conductive layer composed of a plurality of mixed conductive thin films and a second conductive layer composed of a conductive polymer layer was obtained.
이를 <실시예 1>, <실시예 2>와 동일한 측정조건으로 광 투과율은 UV-Visible spectrophotometer(SHIMADZU사 UV-1601PC)를 사용하여 550 ㎚ 의 파장을 갖는 빛에 대한 투과도를 측정하였다. 이때, 투명기재의 투과도를 100%로 정하고 코팅후의 투과도를 비율로 나타내었다. 면 저항은 4-point prove method conductivity meter(NAPSON사 RT-70)를 이용하여 측정하였으며, 막의 안정성은 상온에서 대기와 접촉시킨 상태로 12시간마다 면저항의 변화를 측정하였다.Under the same measurement conditions as those of <Example 1> and <Example 2>, the light transmittance was measured using a UV-Visible spectrophotometer (UV-1601PC manufactured by SHIMADZU Co., Ltd.) for light having a wavelength of 550 nm. At this time, the transmittance of the transparent substrate was set to 100% and the transmittance after coating was expressed as a ratio. The sheet resistance was measured using a 4-point prove method conductivity meter (NAPSON RT-70), and the stability of the membrane was measured by changing the sheet resistance every 12 hours in contact with the air at room temperature.
이러한 복수개의 혼합 도전 박막들로 이루어진 제1전도층과 전도성 고분자층으로 이루어진 제2전도층으로 구성된 투명전도막의 투과율과 면저항, 면저항 편차에 대한 실험결과를 도 4(c)에 나타내었으며, 시간에 따른 면저항의 변화는 도 5(c)에 나타내었다. Experimental results of the transmittance, sheet resistance, and sheet resistance of the transparent conductive film including the first conductive layer including the plurality of mixed conductive thin films and the second conductive layer including the conductive polymer layer are shown in FIG. The change in sheet resistance is shown in FIG. 5 (c).
본 발명을 첨부된 도면과 함께 설명하였으나, 이는 본 발명의 요지를 포함하는 다양한 실시 형태 중의 하나의 실시예에 불과하며, 당업계에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 하는 데에 그 목적이 있는 것으로, 본 발명은 상기 설명된 실시예에만 국한되는 것이 아님은 명확하다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 하기의 청구범위에 의해 해석되어야 하며, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서의 변경, 치환, 대체 등에 의해 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함될 것이다. 또한, 도면의 일부 구성은 구성을 보다 명확하게 설명하기 위한 것으로 실제보다 과장되거나 축소되어 제공된 것임을 명확히 한다.Although the present invention has been described with reference to the accompanying drawings, it is merely one example of various embodiments including the gist of the present invention, which can be easily implemented by those skilled in the art. It is clear that the present invention is not limited to the above-described embodiment only. Accordingly, the scope of protection of the present invention should be construed according to the following claims, and all technical ideas which fall within the scope of equivalence by alteration, substitution, substitution, Range. In addition, it should be clarified that some configurations of the drawings are intended to explain the configuration more clearly and are provided in an exaggerated or reduced size than the actual configuration.
1 : 다층구조의 투명 전도성 박막 100 : 투명 기판
200: 제1 도전층
201: 제1 혼합 도전 박막
20n: 제n 혼합 도전 박막
210: 제 1층
211: 제1 금속 나노구조체 박막
21n: 제n 금속 나노구조체 박막
220 : 전도성 고분자가 없는 금속 나노구조체 박막
230 : 전도성 고분자가 충진된 단일 혼합 도전 박막
300: 제2 도전층
310: 제 2층
400: 금속 나노 구조체
410: 응집된 금속 나노 구조체
500 : 전도성 고분자
R1: 금속 나노 구조체 간의 빈 공간에 의해 형성되는 저항
R2: 단일 금속 나노 구조체 박막을 채용한 경우의 금속 나노 구조체 간의 전도성 고분자에 의해 형성되는 저항
r3: 복수 개의 금속 나노 구조체 박막을 채용한 경우의 금속 나노 구조체 간의 전도성 고분자에 의해 형성되는 저항1: Transparent conductive thin film of multi-layer structure 100: Transparent substrate
200: first conductive layer
201: first mixed conductive thin film
20n: nth mixed conductive thin film
210: first layer
211: first metal nanostructure thin film
21n: nth metal nanostructure thin film
220: metal nanostructure thin film without conductive polymer
230: single mixed conductive thin film filled with conductive polymer
300: second conductive layer
310: second layer
400: metal nanostructure
410: Aggregated metal nanostructure
500: conductive polymer
R1: resistance formed by empty space between metal nanostructures
R2: resistance formed by a conductive polymer between metal nanostructures when a single metal nanostructure thin film is employed
r3: resistance formed by a conductive polymer between metal nanostructures when a plurality of metal nanostructure thin films are employed
Claims (20)
(i)금속 나노구조체, 바인더 수지, 용매를 포함하는 금속 나노구조체 용액을 준비하는 단계,
(ii)투명한 기판을 준비하는 단계,
(iii)상기 투명한 기판 위에 상기 금속 나노구조체 용액을 코팅하여 금속나노와이어 도전박막을 형성하는 단계,
(iv)상기 금속나노와이어 도전박막을 어닐링하는 단계,
(v)상기 어닐링된 금속나노와이어 도전박막 위에 상기 금속 나노구조체 용액의 코팅과 상기 어닐링하는 단계를 차례로 복수회 반복하여, 복수개의 금속나노와이어 박막들을 형성하는 단계,
(vi)상기 복수개의 금속나노와이어 박막들위에 전도성 고분자 조성물을 코팅하는 단계,
(vii)상기 고분자 조성물을 어닐링하여, 금속나노와이어와 전도성 고분자가 혼합되어 연결된 복수개의 혼합 도전 박막들로 이루어진 제1전도층과 전도성 고분자로 이루어진 제2전도층을 형성하는 단계,
를 포함하는 것을 특징으로 하는 다층 구조를 갖는 투명 전도성 박막의 제조방법.In the method of manufacturing a transparent conductive thin film having a multilayer structure,
(i) preparing a metal nanostructure solution comprising a metal nanostructure, a binder resin, and a solvent,
(ii) preparing a transparent substrate,
(iii) coating the metal nanostructure solution on the transparent substrate to form a metal nanowire conductive thin film,
(iv) annealing the metal nanowire conductive thin film,
(v) forming a plurality of metal nanowire thin films by repeating the annealing of the metal nanostructure solution on the annealed metal nanowire conductive thin film and repeating the annealing step a plurality of times,
(vi) coating a conductive polymer composition on the plurality of metal nanowire thin films,
(vii) annealing the polymer composition to form a first conductive layer made of a plurality of mixed conductive thin films connected by mixing metal nanowires with a conductive polymer and a second conductive layer made of a conductive polymer;
Method for producing a transparent conductive thin film having a multi-layer structure, characterized in that it comprises a.
상기 (ii)단계와 (iii)단계 사이에, 플라즈마(plasma), 자외선, 또는 오존 중의 적어도 어느 하나를 이용하여 상기 투명 기판의 표면을 개질 처리하는 전처리 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.The method of claim 1,
Between the steps (ii) and (iii), a transparent conductive thin film comprising a pretreatment step of modifying the surface of the transparent substrate using at least one of plasma, ultraviolet light, or ozone. Manufacturing method.
상기 (v)단계와 (vi)단계 사이에, 중공사막, 투석(dialysis), 또는 세럼 리플레이스먼트(serum replacement) 중의 적어도 어느 하나를 이용한 초미세여과(ultra filtration) 공정으로 상기 전도성 고분자 조성물의 불순물을 제거하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.The method of claim 2,
Between the steps (v) and (vi), the ultrafiltration of the conductive polymer composition using at least one of the hollow fiber membrane, dialysis, or serum replacement (serum replacement) of the conductive polymer composition Method for producing a transparent conductive thin film comprising the step of removing impurities.
상기 금속 나노구조체 용액을 코팅하는 공정은 스핀코팅(spin coating), 스프레이코팅(spray coating), 롤투롤(roll to roll), 또는 바코팅(bar coating)법 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 습식 코팅(wet coating) 방식으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.The method of claim 3,
The process of coating the metal nanostructure solution may include a wet coating including at least one of spin coating, spray coating, roll to roll, or bar coating. Method for producing a transparent conductive thin film, characterized in that the wet coating) method.
상기 금속 나노구조체를 구성하는 금속은 금, 은, 구리, 철, 니켈, 아연, 인듐, 주석, 안티몬, 마그네슘, 코발트, 납, 백금, 티타늄, 텅스텐, 게르마늄, 알루미늄 중에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 조합으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.5. The method of claim 4,
The metal constituting the metal nanostructure is gold, silver, copper, iron, nickel, zinc, indium, tin, antimony, magnesium, cobalt, lead, platinum, titanium, tungsten, germanium, aluminum or any combination of two or more. Method for producing a transparent conductive thin film, characterized in that consisting of.
상기 제1 도전층 내의 금속 나노구조체는 나노리본(nanoribbon), 나노로드(nanorod), 나노와이어(nanowire), 또는 나노입자(nanosphere) 중의 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.The method of claim 5,
The metal nanostructure in the first conductive layer may include at least one of a nanoribbon, a nanorod, a nanowire, or a nanosphere. Way.
상기 금속 나노구조체 용액에 포함되는 용매는 이소프로파놀(isopropanol), 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 물, 디에틸렌 글라이콜 모노부틸 에테르(diethylene glycol monobutyl ether) 중의 어느 하나를 선택하거나 둘 이상을 선택하여 조합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.The method according to claim 6,
The solvent included in the metal nanostructure solution may be selected from one or two of isopropanol, methanol, ethanol, water, diethylene glycol monobutyl ether. Method for producing a transparent conductive thin film, characterized in that configured by selecting and combining the above.
상기 전도성 고분자 조성물은 전도성 고분자 또는 전도성 고분자 유도체 수용액과 적어도 하나 이상의 유기용매를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.10. The method of claim 9,
The conductive polymer composition is a method for producing a transparent conductive thin film, characterized in that it comprises a conductive polymer or conductive polymer derivative aqueous solution and at least one organic solvent.
상기 전도성 고분자는 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리p-페닐렌(poly(p-phenylene)), 폴리p-페닐렌비닐렌(poly(p-phenylenevinylene)), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리디아세틸렌(polydiacetylene), 폴리티오펜비닐렌(poly(thiophenevinylene)), 폴리플러렌(polyfluorene) 중의 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.The method of claim 10,
The conductive polymer is polythiophene, polypyrrole, poly (3,4-ethylenedioxythiophene) (poly (3,4-ethylenedioxythiophene)), polyaniline, polyp-phenylene (poly (p-phenylene)), poly (p-phenylenevinylene), polyacetylene, polydiacetylene, poly (thiophenevinylene), polyfullerene Method for producing a transparent conductive thin film comprising at least one of (polyfluorene).
상기 유기용매는 물, 메탄올, 에탄올, 이소프로판올을 포함하는 지방족 알코올, 아세톤, 메틸에틸케톤을 포함하는 지방족 케톤, 에틸렌글리콜, 디메틸설폭사이드, N-메틸피롤리돈, N,N-디메틸포름아마이드 중에서 어느 하나를 선택하거나 또는 둘 이상을 선택하여 혼합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 박막의 제조방법.The method of claim 11,
The organic solvent is water, methanol, ethanol, aliphatic alcohols including isopropanol, acetone, aliphatic ketones including methyl ethyl ketone, ethylene glycol, dimethyl sulfoxide, N-methylpyrrolidone, N, N-dimethylformamide A method for producing a transparent conductive thin film, characterized in that any one or selected by mixing two or more.
투명 기판 상부에 형성된 제1 도전층, 상기 제1 도전층 상부에 형성되는 제2 도전층을 포함하여 이루어지고,
상기 제1 도전층은 금속 나노구조체와 전도성 고분자가 혼합되어 연결된 혼합 도전 박막이 2층 이상으로 적층되어 형성되고, 상기 제2 도전층은 전도성 고분자를 포함하는 박막인 것을 특징으로 하는 다층구조를 갖는 투명 전도성 박막.In a transparent conductive thin film having a multilayer structure,
It comprises a first conductive layer formed on the transparent substrate, a second conductive layer formed on the first conductive layer,
The first conductive layer is formed by stacking two or more mixed conductive thin films connected by mixing a metal nanostructure and a conductive polymer, and wherein the second conductive layer is a thin film including a conductive polymer. Transparent conductive thin film.
The transparent conductive thin film according to claim 19, wherein the sheet resistance is increased by 1 to 10% based on the initial sheet resistance even after 96 hours in the air.
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