KR101399415B1 - 전도성 필름의 제조방법 및 전도성 고분자의 전처리 방법 - Google Patents

전도성 필름의 제조방법 및 전도성 고분자의 전처리 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 필름의 제조방법에 관한 것으로, 투명기재를 준비하는 투명기재 준비단계, 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합하여 전도성 고분자 혼합물을 형성하는 혼합단계, 상기 투명기재 상에 상기 전도성 고분자 혼합물을 코팅하는 전도성 고분자 혼합물 코팅단계 및 상기 전도성 고분자 혼합물을 50 내지 300℃의 분위기 하에서 건조하는 건조단계를 포함한다.
본 발명의 전도성 필름의 제조방법에 따르면, 전도성 고분자에 산 처리한 전도성 고분자 혼합물을 투명기재 상에 코팅하여 투과도는 유지하면서도 전기전도도가 우수한 전도성 필름을 구현할 수 있다.

Description

전도성 필름의 제조방법 및 전도성 고분자의 전처리 방법{METHOD FOR MANUFACTURING CONDUCTIVE FILM AND PRE-TREATING OF CONDUCTIVE POLYMER}
본 발명은 전도성 필름의 제조방법 및 전도성 고분자의 전처리 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 전도성 고분자에 산을 처리함에 있어 전도성 고분자 용액과 산 수용액을 혼합하여 전처리하는 방법을 통해 전도성 고분자 조성물을 제조하여 전도도가 향상된 전도성 필름을 구현할 수 있는 전도성 필름의 제조방법 및 전도성 고분자의 전처리 방법에 관한 것이다.
투명전극은 최근 면저항의 크기에 따라 정전기 방지막, 터치 스크린, 발광다이오드, 태양전지 등 여러 응용분야에 적용되고 있다.
현재까지는 투명전극으로 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, ITO)이 주로 사용되어 왔으며, 이는 In2O3의 결정구조에 인듐(In)을 주석(Sn)으로 치환한 형태이며, 비교적 높은 전기적 특성과 투과도를 가지고 있다. 그러나 ITO 박막은 고진공의 스퍼터(sputter) 공정이 필요하며 치환된 주석(Sn)을 활성화시키고 결정도를 유도하기 위해 300℃ 이상의 고온이 필요하다는 단점이 있으며, 특히 플렉서블 소자에 적용하기에는 한계가 있다.
이에, 진공 공정이 불필요하고 저가 인쇄 공정이 가능한 전도성 고분자나 탄소 기반 재료들이 각광받고 있다.
특히, 폴리티오펜계 전도성 고분자 중 하나인 PEDOT을 개질시킨 PEDOT:PSS는 비정질 ITO에 버금가는 전기적 특성과 가시광 영역에서 우수한 투과를 보이면서, 용액 공정이 가능하여 투명전극의 재료로 사용된다.
PEDOT:PSS는 3,4-디알콕시티오펜에서 3,4-디알콕시 그룹이 6각 고리 이외의 구조에서는 불안정한 산화상태를 갖기 때문에 낮은 전도도를 갖게 되므로 전도성 소재 합성 재료로서 적합한 분자는 3,4-에틸렌디옥시티오펜(EDOT)이다. 또한, 일반적으로 EDOT의 중합된 형태인 PEDOT은 전하균형을 유지시켜줄 수 있는 반대전하(counterion)을 갖는 단량체 혹은 고분자의 존재 하에 산화중합이 가능하며 중합방법 또는 반대전하에 따라서 PEDOT의 분자량, 결정도, 모폴로지, 도핑 수준 및 전도도에 영향을 미칠 수 있다.
폴리스틸렌설포네이트(PSS)를 주형(template)로 사용하여 EDOT을 수용액 상에서 분산될 수 있도록 유도한다. PEDOT이 PSS 고분자 사슬에 매우 강하게 이온 결합을 함으로써, 수용액 상에서 PEDOT:PSS 입자들이 서로 분리되지 않고 잘 분산될 수 있는 것이다.
이러한 특성으로, PEDOT:PSS 복합체는 수용성이 아닌 나노미터 크기의 고분자 겔 입자로 수용액상에서 존재하지만 안정적이며 용액 공정 및 프린팅 공정에 적합 특성을 지니게 된다.
PEDOT:PSS를 투명전극에 실제적으로 적용하기 위하여 저항값을 더욱 낮출 필요가 있어, 최근 극성 용매에 의한 전도도 향상 효과가 알려지면서 아미드 계열의 N-메틸피롤리돈, 디메틸포름아미드, 디메틸설폭시드와 같은 용매를 첨가제로 사용하고 있다.
그러나, 이러한 경우에도 실용화할 정도의 높은 전도도는 구현이 어려워, 폴리티오펜계 전도성 고분자의 활용을 위한 용매, 계면활성제, 전도성 나노 입자의 첨가 등 다양한 방향으로 연구가 이루어지고 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 이와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 폴리티오펜계 전도성 고분자, 특히 PEDOT:PSS과 높은 상호 작용을 가지는 산 물질을 이용하여 폴리티오펜계 전도성 고분자와 혼합하여 전기적 특성 및 분광학적 특성이 우수한 전도성 필름을 제조하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 산 물질을 전도성 고분자에 도입함에 있어 전도성 고분자 물질을 코팅하기 전에 전도성 고분자와 산 물질을 혼합하는 전 처리 과정을 통하여, 전도성 고분자의 상 분리를 유도함으로써 전도성 고분자의 투명성을 유지하면서도 저항값이 낮아 전도도가 우수한 전도성 고분자를 전처리하는 방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 필름의 제조방법은 전도성 필름을 제조하는 방법에 있어서, 투명기재를 준비하는 투명기재 준비단계; 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합하여 전도성 고분자 혼합물을 형성하는 혼합단계; 상기 투명기재 상에 상기 전도성 고분자 혼합물을 코팅하는 전도성 고분자 혼합물 코팅단계; 및 상기 전도성 고분자 혼합물을 50 내지 300℃의 분위기 하에서 건조하는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액에 함유된 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 산 수용액에 함유된 산은 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 알킬 화합물, 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 벤젠고리 화합물 또는 황산인 것을 특징으로 한다.
상기 혼합단계는 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합하여 폴리티오펜계 전도성 고분자가 산 처리되는 것을 특징으로 한다.
상기 산 수용액에 함유된 산은 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액에 함유된 폴리티오펜계 전도성 고분자 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부인 것을 특징으로 한다.
상기 산 수용액은 0.1 내지 2M인 것을 특징으로 한다.
상기 혼합단계는 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액의 교반하여 실시되고, 상기 교반 시간은 1 내지 30분인 것을 특징으로 한다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자의 전처리 방법은 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합 및 교반하여 폴리티오펜계 전도성 고분자를 전처리하는 전처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 한다.
상기 산 수용액의 산은 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 알킬 화합물, 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 벤젠고리 화합물 또는 황산인 것을 특징으로 한다.
폴리티오펜계 전도성 고분자와 산 물질을 혼합하여 전도성 고분자에 전처리를 함으로써, 폴리티오펜계 전도성 고분자의 분자간 상 분리를 유도하여 면저항값이 200Ω/sq 이하, 특히 약 100Ω/sq까지 감소된 전도성 고분자 조성물 및 이를 포함하는 전도성 필름을 제공할 수 있다.
또한, 종래와 달리 전도성 고분자 물질을 기재 상에 코팅하기 전에 산 물질과 혼합하여 전처리하여 투과도는 유지하면서도 전도도가 더욱 향상된 전도성 고분자 조성물 및 이를 포함하는 전도성 필름을 제공할 수 있다.
산 물질의 종류 및 그 함량을 최적화하여 폴리티오펜계 전도성 고분자와의 혼합을 용이하게 함으로써, 전도성 필름의 제조 공정을 단순화할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 필름을 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 전도성 고분자의 전처리 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 3a는 실시예 1 내지 5의 방법에 의해 제조된 전도성 필름의 투과도를 측정한 그래프이다.
도 3b는 실시예 1 내지 5의 방법에 의해 제조된 전도성 필름의 면저항, 전도도를 측정한 그래프이다.
도 3c는 실시예 1 내지 5의 방법에 의해 제조된 전도성 필름을 촬영한 사진이다.
도 4a는 실시예 6 내지 10의 방법에 의해 제조된 전도성 필름의 투과도를 측정한 그래프이다.
도 4b는 실시예 6 내지 10의 방법에 의해 제조된 전도성 필름의 면저항, 전도도를 측정한 그래프이다.
도 4c는 실시예 6 내지 10의 방법에 의해 제조된 전도성 필름을 촬영한 사진이다.
이하, 본 발명에 의한 전도성 고분자 조성물, 이를 포함하는 전도성 필름 및 전도성 필름의 제조방법에 대하여 본 발명의 바람직한 하나의 실시형태를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명은 하기의 실시예에 의하여 보다 더 잘 이해될 수 있으며, 하기의 실시예는 본 발명의 예시목적을 위한 것이고, 첨부된 특허청구범위에 의하여 한정되는 보호범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.
본 발명의 전도성 필름의 제조방법은 도 1과 같이, 투명기재 준비단계(S11), 혼합단계(S12), 코팅단계(S13) 및 건조단계(S14)를 포함할 수 있다.
투명기재 준비단계(S11)는 투명기재를 준비하는 단계로, 투명기재는 전도성 고분자층이 형성되는 기판이 된다.
투명기재는 투명한 부재로, 유리기판, 필름기판, 섬유기판, 종이기판이 사용될 수 있으며, 이 중에서 필름기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌나프탈렌디카르복실레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리이미드(PI), 폴리비닐알코올(PVA), 시클릭 올레핀 공중합체(COC), 스틸렌중합체 등으로 구성될 수 있고 특별히 한정되지는 않는다.
투명기재는 전도성 고분자층의 코팅의 효율성을 향상시키기위하여, 전처리를 하는 것이 바람직하다.
투명기재는 이소프로필 알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액의 순서로 각각 침지한 후, 음파 처리(sonication)하여 세척할 수 있다.
탈이온수는 수중의 용해 이온을 모두 제거하여 얻어진 순수(純水)에 가까운 것을 의미하는 것으로, 증류수를 이에 대체하여 사용할 수 있다.
음파 처리는 10 내지 20kHz의 진동수를 사용하여 투명기재를 세척하는 것으로, 초음파 영역의 진동수를 이용하는 것이 더 바람직하다. 음파 처리는 3 내지 60분, 바람직하게는 5 내지 20분동안 실시하는 것이 효과적이다.
혼합단계(S12)는 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합하여 전도성 고분자 혼합물을 형성하는 단계이다. 이는 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액과 산 수용액이 혼합하여 폴리티오펜계 전도성 고분자가 산 처리되는 공정이다.
바람직하게는 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액을 먼저 교반하고, 교반 중에 산 수용액을 혼합하여 함께 교반하는 것이 효과적이다.
적용가능한 전도성 고분자는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리페닐렌계, 폴리아닐린계 또는 폴리아세틸렌계 중 하나를 사용할 수 있으나, 폴리티오펜계 전도성 고분자가 본 발명에서는 효과적이다.
폴리티오펜계 전도성 고분자 용액에 함유된 폴리티오펜계 전도성 고분자는 PEDOT 또는 PEDOT:PSS일 수 있고, 이를 혼합하여 사용할 수도 있으며, PEDOT:PSS를 단독으로 사용하는 것이 가장 효과적이다.
본 명세서에서, 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트, Poly(3,4-Ethylenedioxythiophene):Poly(styrenesulfonate)와 PEDOT:PSS 는 동일한 물질을 의미한다.
폴리티오펜계 전도성 물질에 산을 첨가하여 전기전도도를 향상시킬 수 있다.
전기전도도 향상의 원리는 가장 효과적인 폴리티오펜계 전도성 고분자인 PEDOT:PSS를 예를 들어 설명한다.
PEDOT:PSS는 분자 간 인력에 의해 전기전도도를 띄는 PEDOT 고분자 주변에 음이온성 PSS가 존재하게 되는데, 이러한 PSS는 PEDOT의 스태킹(stacking)을 방지하여 용매에 대한 분산성을 향상시킨다.
그러나 낮은 전기전도도의 PSS가 PEDOT 주변에 비전도 분자 사슬을 형성함으로써, 전도성 필름의 전기전도도가 전체적으로 저하되는 문제가 발생한다.
산 물질은 PEDOT:PSS 간에 상 분리시켜 자체 배열도를 향상시킴으로써 PEDOT 간의 전도도를 향상시키며, PEDOT 분자 내의 전도도를 향상시키는 효과를 함께 가져온다.
즉, 산 물질을 첨가하여 PEDOT 주변을 둘러싸도록 하여 PEDOT:PSS의 분자 간 인력이 약화되고 PEDOT과 PSS의 비전도 분자 사슬이 분리되어 이격됨으로써 전기전도도가 향상되는 것으로 설명할 수 있다.
구조적으로 산 물질의 첨가로 PEDOT은 코일 형태의 모폴로지에서 선형 및 팽창된 코일 모양의 형태를 갖게되어 체인 내 및 체인 간 캐리어 이동도가 증가되어 전도도가 향상되게 된다.
이러한 산 물질의 첨가는 전도성 고분자를 기재 상에 코팅한 후에 스핀코팅,바코팅, 스프레이 코팅 등의 방법으로 도포하여 적용할 수도 있으나, 본 발명에서는 전도성 고분자와 산 물질을 혼합한 혼합물을 제조하는 전 처리 방법에 의해 산 처리를 실시한다. 이는 산 물질을 후 처리하는 것에 비해 물성이 더욱 우수한 전도성 필름의 구현이 가능하게 한다.
상기 산 물질은 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 알킬 화합물, 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 벤젠고리 화합물 또는 황산인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 황산이 효과적이다.
상기 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 알킬 화합물은 설포숙신산(sulfosuccinic acid)일 수 있고, 상기 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 벤젠고리 화합물은 4-설포프탈산(4-sulfophthalic acid)일 수 있다.
상기 산 수용액에 함유된 산은 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액에 함유된 폴리티오펜계 전도성 고분자 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 상기 산은 0.5 내지 9중량부인 것이 효과적이다.
상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 및 산 물질의 중량비가 상기의 범위를 벗어나는 경우 상 분리 정도가 미미하여 면 저항값이 크거나, 투과율이 현저히 떨어져 투명전극용으로 적용하기 어렵다는 문제가 있다.
상기 산 수용액은 0.1 내지 2M인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 0.5 내지 1M인 것이 효과적이다.
또한, 전도성 고분자 혼합물에는 극성용매를 더 포함할 수 있다.
상기 극성용매는 아미드 계열의 N-메틸피롤리돈(N-methylpyrrolidone, NMP), 디메틸포름아마이드(dimethylformamide, DMF), 폴리히드록시(polyhydroxy) 화합물인 에틸렌글리콜(ethyleneglycol, EG) 또는 설폭시드(sulfoxide) 계열인 디메틸설폭시드(dimethylsulfoxide, DMSO)이고, 바람직하게는 에틸렌글리콜 또는 디메틸설폭시드가 효과적이다. 경우에 따라, 상기 극성용매 중 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 극성용매는 끓는점이 높고 극성이 커서 폴리티오펜계 전도성 고분자의 산 처리를 효율을 높이고, 폴리티오펜계 전도성 고분자의 분자간력을 증대시켜 전도도 향상에 기여할 수 있으며, 상기 극성용매가 필름 내에 잔류하더라도 전도도에 미치는 영향은 없다.
상기 혼합단계(S12)는 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액의 교반에 의해 실시되고, 상기 교반은 1 내지 30분인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 5 내지 10분일 수 있다.
코팅단계(S13)는 상기 투명기재 상에 상기 전도성 고분자 혼합물을 코팅하는 단계이다. 이는 상기 투명기재 상에 캐패시턴스의 변화 또는 저항값의 변화를 감지할 수 있는 부분인 전도성 고분자층을 형성하는 공정이다.
이 때, 코팅방법은 바 코팅, 메이어 바 코팅, 슬롯다이, 디스펜싱, 스핀 코팅, 롤 코팅, 스프레이, 잉크젯 프린팅, 옵셋 프린팅, 스크린 프린팅, 패트 프린팅, 그라비아 프린팅, 마이크로 그라비아 프리팅, 플렉소 프린팅, 스텐실 프린팅, 제라그라피 또는 리소그라피와 같은 통상적으로 업계에서 사용되는 코팅방법을 사용할 수 있다.
스핀 코팅법을 사용하는 경우, 상기 전도성 고분자 혼합물의 비중 및 점도, 투명전극에 사용될 수 있는 투명기재의 거칠기, 투명기재와 전도성 고분자 혼합물과의 친화도를 고려하였을 때, 스핀 코팅시, 스핀 코터의 속도를 500 내지 5,000rpm, 바람직하게는 1,000 내지 3,000rpm로 제어하는 것이 효과적이다. 스핀 코터의 속도가 500 내지 5,000rpm을 벗어나는 경우, 전도성 고분자 혼합물의 도포 두께가 일정하지 않아 투명전극으로의 활용성이 떨어진다.
코팅하기 전에, 전도성 고분자 혼합물을 여과하여 전도성 필름의 신뢰도를 향상시킬 수 있으며, 여기서 여과는 페이퍼 필터나 시린지 필터를 이용할 수 있다.
폴리티오펜계 전도성 고분자 용액과 산 수용액을 혼합하여 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액을 산 처리하는 경우, 분산안정도가 다소 떨어질 수 있으나 폴리티오펜계 전도성 고분자와 산 물질의 화합물 함량비의 조절, 투명기재의 표면 처리를 통한 세척, 코팅 방법의 제어를 통해 전도성 필름의 제조를 용이하게 한다.
건조단계(S14)는 상기 투명기재 상에 코팅된 전도성 고분자 혼합물을 건조하는 단계이다. 이는 전도성 고분자층을 건조하여 전도성 필름을 제조하는 공정이다.
상기 건조는 50 내지 300℃, 바람직하게는 110 내지 200℃의 분위기 하에서 1 내지 30분간 수행하는 것이 바람직하며, 건조의 방법은 열풍 건조, 진공 건조 또는 자외선 건조와 같은 통상의 건조 방법이 사용될 수 있다.
본 발명의 전도성 고분자 전처리 방법은, 도 2에서 보는 바와 같이 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합 및 교반하여 폴리티오펜계 전도성 고분자를 전처리하는 전처리단계(S21)를 포함하여 이루어진다.
상기 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트 중 적어도 하나인 것이 바람직하다.
상기 산 수용액의 산은 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 알킬 화합물, 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 벤젠고리 화합물 또는 황산인 것이 바람직하고, 더 바람직하게는 황산인 것이 효과적이다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 전도성 고분자 조성물의 전기적 특성, 분광학적 특성의 우수성에 관하여 살펴본다.
실시예 1
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 0.5M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 1분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 2
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 0.5M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 3분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 3
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 0.5M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 5분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 4
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 0.5M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 7분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 여과된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 5
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 0.5M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 10분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 6
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 1M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 1분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 7
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 1M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 3분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 8
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 첨가하고, 교반 중 1M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 5분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 9
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 1M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 7분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 10
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액 92중량%를 교반하고, 교반 중 1M의 황산 수용액 8중량%를 첨가 및 혼합한 후, 10분간 마그네틱 바를 이용하여 교반, 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 제조된 전도성 고분자 조성물을 스핀 코터를 이용하여 상기 유리기판상에 2000rpm의 코팅 속도, 30s의 등속시간으로 코팅하였다. 전도성 고분자 조성물이 코팅된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
비교예 1
PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 필름을 전도성 필름으로 사용하였다.
비교예 2
Polymer TC C-type(SKC사) 필름을 전도성 필름으로 사용하였다.
비교예 3
Polymer TC R-type(SKC사) 필름을 전도성 필름으로 사용하였다.
비교예 4
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. 0.45㎛ 시린지 필터(13CP045AS, 어드밴텍사)를 이용하여 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액을 여과하고, 여과된 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액을 상기 유리기판 상에 스핀 코터를 이용하여 2000rpm의 스핀 속도, 30s의 등속속도로 스핀 코팅한 후, 70℃의 진공 오븐에서 30분동안 건조하였다. 0.5M의 황산 수용액을 피펫으로 취하여 스핀 코터를 이용하여 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액이 코팅된 유리기판 상에 1000rpm의 스핀 속도, 30s의 등속속도로 스핀 코팅하여 표면처리하였다. 설폰숙신산 처리된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조한 후, 탈이온수 용액을 이용하여 린스(rinse) 공정을 진행하였다. 이 후, 70℃의 진공 오븐에서 30분동안 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
비교예 5
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. 0.45㎛ 시린지 필터(13CP045AS, 어드밴텍사)를 이용하여 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액을 여과하고, 여과된 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액을 상기 유리기판 상에 스핀 코터를 이용하여 2000rpm의 스핀 속도, 30s의 등속속도로 스핀 코팅한 후, 70℃의 진공 오븐에서 30분동안 건조하였다. 1M의 황산 수용액을 피펫으로 취하여 스핀 코터를 이용하여 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액이 코팅된 유리기판 상에 1000rpm의 스핀 속도, 30s의 등속속도로 스핀 코팅하여 표면처리하였다. 설폰숙신산 처리된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조한 후, 탈이온수 용액을 이용하여 린스(rinse) 공정을 진행하였다. 이 후, 70℃의 진공 오븐에서 30분동안 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
비교예 6
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. 0.45㎛ 시린지 필터(13CP045AS, 어드밴텍사)를 이용하여 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액을 여과하고, 여과된 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액을 상기 유리기판 상에 스핀 코터를 이용하여 2000rpm의 스핀 속도, 30s의 등속속도로 스핀 코팅한 후, 70℃의 진공 오븐에서 30분동안 건조하였다. 1.5M의 황산 수용액을 피펫으로 취하여 스핀 코터를 이용하여 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액이 코팅된 유리기판 상에 1000rpm의 스핀 속도, 30s의 등속속도로 스핀 코팅하여 표면처리하였다. 설폰숙신산 처리된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조한 후, 탈이온수 용액을 이용하여 린스(rinse) 공정을 진행하였다. 이 후, 70℃의 진공 오븐에서 30분동안 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
비교예 7
2.5㎝ x 2.5㎝ 크기의 유리기판을 이소프로필알코올, 아세톤 및 탈이온수 용액 순서로 침지하여 각각 10분동안 음파처리한 후, 질소를 이용하여 유리기판 상의 물기를 제거하고 유리기판 표면을 플라즈마 처리하였다. 0.45㎛ 시린지 필터(13CP045AS, 어드밴텍사)를 이용하여 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액을 여과하고, 여과된 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액을 상기 유리기판 상에 스핀 코터를 이용하여 2000rpm의 스핀 속도, 30s의 등속속도로 스핀 코팅한 후, 70℃의 진공 오븐에서 30분동안 건조하였다. 2M의 황산 수용액을 피펫으로 취하여 스핀 코터를 이용하여 PEDOT:PSS(PH1000, 클레비오스™) 용액이 코팅된 유리기판 상에 1000rpm의 스핀 속도, 30s의 등속속도로 스핀 코팅하여 표면처리하였다. 설폰숙신산 처리된 유리기판을 160℃의 핫 플레이트 상에서 10분간 건조한 후, 탈이온수 용액을 이용하여 린스(rinse) 공정을 진행하였다. 이 후, 70℃의 진공 오븐에서 30분동안 건조하여 전도성 필름을 제조하였다.
실시예 1 내지 10, 비교예 1 내지 7의 전도성 필름의 면저항, 전도도, 투과도를 측정하였다.
실시예 1 내지 5의 전도성 필름의 투과도는 도 3a 그래프, 면저항은 도 3b 그래프, 전도성 필름의 촬영 사진을 도 3c에 나타내었다.
실시예 6 내지 10의 전도성 필름의 투과도는 도 4a 그래프, 면저항은 도 4b 그래프, 전도성 필름의 촬영 사진을 도 4c에 나타내었다.
면저항
(Ω/sq)		 전도도
( S/cm)		 투과도
(%)
실시예 1 1.523x102 1.010x103 94
실시예 2 9.254x101 5.811x102 84
실시예 3 1.378x102 8.447x102 94
실시예 4 1.394x102 8.357x102 93.8
실시예 5 1.895x102 7.533x102 91
실시예 6 1.067x102 9.378x103 92.5
실시예 7 3.392x101 1.819x103 84
실시예 8 1.123x102 1.035x103 92.8
실시예 9 1.101x102 1.057x103 91.3
실시예 10 9.344x101 1.244x103 92.5
비교예 1 ∼105 ∼0.2 96.4
비교예 2 1.50x102 8.80x102 95.3
비교예 3 2.70x102 5.10x102 88.1
비교예 4 1.571x102 9.358x102 95.1
비교예 5 1.435x102 1.025x103 95.4
비교예 6 1.253x102 1.267x103 95.3
비교예 7 1.209x102 1.313x103 89.8
실시예 1 내지 10을 비교예 1과 비교하면, 황산 처리한 전도성 고분자 혼합물을 이용하여 제조한 전도성 필름은 어떠한 처리도 없는 PEDOT:PSS에 비하여 현저하게 면저항값이 감소하여, 산 처리는 전도성 고분자의 전기전도도를 향상시킬 수 있음을 확인할 수 있다.
비교예 2 및 3의 상용화되고 있는 타사의 전도성 필름과 비교하더라도 우수한 물성을 구현함을 알 수 있었다.
또한, 실시예 2 및 7과 비교예 4 내지 7을 비교하면 같은 몰농도의 황산을 처리함에 있어 PEDOT:PSS 용액과 혼합하여 전도성 고분자 혼합물을 형성하여 전도성 필름을 제조하는 것이, PEDOT:PSS 코팅 후 황산을 도입하는 표면 처리에 비하여 면저항이 약 1/5 에 지나지 않을 뿐만 아니라, 면저항이 100Ω/sq 이하의 값까지도 구현될 수 있었다.
즉, 폴리티오펜계 전도성 고분자의 산 처리 방법은, 표면 처리에 의한 후처리보다는 전처리하는 것이 전도성 필름의 전도도가 크게 향상될 수 있음을 실험적으로 확인할 수 있었다.
실시예의 전도성 필름은 투과도 또한 디스플레이용으로 상용화하기에 적합한 정도의 투과도를 나타내었다.
전도성 고분자에 산 처리를 전도성 고분자 용액과 산 수용액을 혼합하여 혼합물을 코팅함으로써 공정을 단순화할 수 있으며, 표면 처리에 의한 후 처리 방법에 비해 전도성 고분자의 상 분리를 더욱 효과적으로 유도하여 균일한 PEDOT 모폴로지를 형성하여 모든 방향으로 전도도가 향상될 수 있어, 상기에서 밝힌 바와 같이 전도성 필름의 물성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.

Claims (10)

  1. 전도성 필름을 제조하는 방법에 있어서,
    투명기재를 준비하는 투명기재 준비단계;
    폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합하여 전도성 고분자 혼합물을 형성하는 혼합단계;
    상기 투명기재 상에 상기 전도성 고분자 혼합물을 코팅하는 전도성 고분자 혼합물 코팅단계; 및
    상기 전도성 고분자 혼합물을 50 내지 300℃의 분위기 하에서 건조하는 건조단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액에 함유된 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 산 수용액에 함유된 산은 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 알킬 화합물, 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 벤젠고리 화합물 또는 황산인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 혼합단계는 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합하여 폴리티오펜계 전도성 고분자가 산 처리되는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  5. 제 1항 또는 제 4항에 있어서,
    상기 산 수용액에 함유된 산은 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액에 함유된 폴리티오펜계 전도성 고분자 100중량부에 대하여 0.1 내지 10중량부인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  6. 제 1항 또는 제 3항에 있어서,
    상기 산 수용액은 0.1 내지 2M인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  7. 제 1항, 제2항, 제 3항 또는 제 4항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 혼합단계는 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액의 교반하여 실시되고, 상기 교반 시간은 1 내지 30분인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 제조방법.
  8. 폴리티오펜계 전도성 고분자 용액 및 산 수용액을 혼합 및 교반하여 폴리티오펜계 전도성 고분자를 전처리하는 전처리 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자의 전처리 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜 또는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜:폴리스티렌설포네이트 중 적어도 하나인 것을 특징으로 전도성 고분자의 전처리 방법.
  10. 제 8항 또는 제 9항에 있어서,
    상기 산 수용액의 산은 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 알킬 화합물, 카르복실기 및 설포닐기를 함유한 벤젠고리 화합물 또는 황산인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자의 전처리 방법.
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