KR101436061B1 - 투명 전도성 필름용 복합 입자 및 이를 이용한 투명 전도성 필름 - Google Patents

투명 전도성 필름용 복합 입자 및 이를 이용한 투명 전도성 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 전도성 필름용 복합 입자에 관한 것으로, 상세하게, 하기 관계식 1을 만족하는 직경을 갖는 전도성 입자; 및 전도성 입자 표면에 위치하는 유기물;을 함유하며, 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.7 중량부의 유기물을 함유하는 투명 전도성 필름용 복합 입자에 관한 것이다.
(관계식 1)
0.1Tc≤Dp≤1.5Tc
(Tc는 설계되는 투명 전도성 필름의 두께이며, Dp는 전도성 입자의 직경이다)

Description

투명 전도성 필름용 복합 입자 및 이를 이용한 투명 전도성 필름{Complex Particle for Transparent Conducting Film and the Transparent Conducting Film using Thereof}
본 발명은 투명 전도성 필름용 복합 입자, 이의 제조방법 및 이를 이용한 투명 전도성 필름에 관한 것으로, 상세하게, 투명 전도성 필름에 사용되어 극히 민감한 터치시 감도의 구현이 가능한 투명 전도성 필름용 복합 입자에 관한 것이다.
컴퓨터, 각종 가전 기기와 통신기기가 디지털화되고 급속히 고성능화 됨에 따라 대화면 및 휴대 가능한 디스플레이의 구현이 절실히 요구되고 있다. 휴대 가능한 대면적의 유연한 디스플레이를 구현하기 위해서는 신문처럼 접거나 말 수 있는 재질의 디스플레이용 전극 재료가 요구된다.
이를 위하여 전극 재료는 낮은 저항 값을 나타낼 뿐만 아니라, 소자를 휘거나 접었을 때에도 기계적으로 안정할 수 있도록 높은 유연성을 나타내어야 하고, 플라스틱 기판의 열 팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 갖고 있어서 기기가 과열되거나 고온인 경우에도 단락되거나 면 저항의 변화가 크지 않아야 한다.
현재, 국내외에서 디스플레이용 전극 재료로, 인듐, 주석, 아연, 티타늄, 세슘 등 다양한 금속 산화물 및 합성물을 이용한 화학 증착법, 마그네톤 스퍼터링법, 반응성 증발증착법에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나, 이와 같이 기판에 금속 산화물을 코팅하기 위해서는 진공 조건이 필요하므로, 고가의 공정 비용을 초래 하는 단점이 있다.
고비용을 요하지 않는 전극 재료를 제조하기 위한 방안으로서, 전도성 고분자를 사용하는 방법이 대두되어 왔다. 전도성 고분자를 사용한 전극의 경우에는 기존의 다양한 고분자 코팅 방법을 이용할 수 있기 때문에 공정 비용과 작업을 크게 줄일 수 있는 장점이 있다. 또한, 투명 산화인듐 주석(ITO: Indium Tin Oxide) 전극에 비해 공정 상의 이점뿐만 아니라 훨씬 더 유연하고 부서짐이 덜하여 대단히 유연한 전극이 필요한 경우들, 특히 터치 스크린 등의 제조에 있어서 장치의 수명을 연장시킬 수 있다는 장점을 가지고 있다.
이러한 이유로, 대한민국 공개특허 제2000-0010221호와 같이 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜 등과 같은 전도성 고분자로 전극을 제조하고자 하는 기술이 개발되고 있다.
그러나 이러한 장점에도 불구하고, 일반적으로 전도성 고분자는 가시광선 영역의 빛을 흡수하여 휘도가 감소되는 문제가 발생할 수 있으며, 전도성 고분자로 제조된 유기 전극의 전도 특성은 전극의 두께에 비례하여 증가하기 때문에 투과율을 높이기 위하여 전도막을 얇게 코팅할 필요가 있다. 이러한 얇은 전도막으로 전극을 형성할 경우, 전도 특성은 향상되나, 면저항 및 접촉 저항이 증가하는 한계가 있다.
대한민국 공개특허 제2000-0010221호
본 발명은 현저하게 감소된 접촉저항 및 극히 우수한 터치시 감도를 갖는 전도성 필름의 제조가 가능한 복합입자 및 이의 제조방법을 제공하는 것이며, 투명성이 좋고 극히 낮은 접촉저항 및 극히 우수한 터치시 감도를 갖는 전도성 필름을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 복합 입자는 투명 전도성 필름용 복합 입자이며, 하기 관계식 1을 만족하는 직경을 갖는 전도성 입자; 및 전도성 입자 표면에 위치하는 유기물;을 함유하며, 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.7 중량부의 유기물을 함유한다.
(관계식 1)
0.1Tc≤Dp≤1.5Tc
Tc는 설계되는 투명 전도성 필름의 두께이며, Dp는 전도성 입자의 직경이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름용 복합 입자에 있어, 유기물은 전도성 입자의 표면을 부분적으로 감쌀 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름용 복합 입자에 있어, 유기물은 분산제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름용 복합 입자에 있어, 분산제는 수계 분산제를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름용 복합 입자에 있어, 유기물은 올레산(Oleic acid), 올레일아민(Oleylamine), 시트릭산(citric acid) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 저분자량 분산제; 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴아마이드(PAM), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 고분자량 분산제; 또는 이들의 혼합물;일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름용 복합 입자에 있어, 전도성 입자의 평균 직경은 100nm 내지 500nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름용 복합 입자에 있어, 복합 입자는 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.7 내지 1.7 중량부의 유기물을 함유할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름용 복합 입자에 있어, 복합 입자는 전도성 입자의 코어 및 전도성 입자를 감싸는 유기물 쉘의 코어-쉘 입자를 유기 용매와 혼합하여, 유기물 쉘의 유기물을 부분적으로 제거하여 수득될 수 있다.
본 발명은 상술한 복합입자 및 전도성 고분자를 함유하는 투명 전도성 필름을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름에 있어, 복합입자 : 전도성 고분자의 중량비는 1 : 5 내지 70일 수 있다.
본 발명은 상술한 투명 전도성 필름을 포함하는 터치 스크린을 포함한다.
본 발명은 상술한 복합입자를 함유하는 투명 전극을 포함한다.
본 발명에 따른 투명 전도성 필름용 복합 입자는 전도성 고분자 물질 내에서의 분산성을 유지하면서도, 전도성 입자 자체의 전기 전도도 저하를 방지할 수 있어 극히 민감한 터치시 감도를 갖는 장점이 있다. 또한, 제조하고자 하는 투명 전도성 필름의 두께를 기준으로 0.1배 내지 1.5배의 두께를 가짐으로써, 우수한 강도를 가지면서도 극히 민감한 터치시 감도를 갖는 투명 전도성 필름의 제조가 가능한 장점이 있다.
도 1은 실시예2-2에서 제조된 투명 전도성 필름의 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진이며,
도 2는 비교예2-4에서 제조된 투명 전도성 필름의 표면을 관찰한 주사전자현미경 사진이며,
도 3은 실시예1-1에서 제조된 복합입자를 관찰한 주사전자현미경 사진이다.
본 출원인은 터치시 감도가 극히 우수한 투명 전도성 필름에 대한 연구를 지속한 결과, 전도성 고분자와 전도성 입자를 함유하는 투명 전도성 필름에 있어, 전도성 입자에 코팅된 분산제와 같은 유기물의 코팅 정도에 따라 접촉 저항이 현저히 달라짐을 발견하고, 유기물의 코팅 정도 및 전도성 입자의 크기를 조절함으로써, 극히 민감한 터치시 감도를 갖는 투명 전도성 필름이 제조됨을 발견하여 본 발명을 출원하기에 이르렀다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 투명 전도성 필름용 복합 입자를 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 발명은 투명 전도성 필름에 사용되는 복합 입자를 제공한다. 본 발명에 따른 복합 입자는 하기 관계식 1을 만족하는 직경을 갖는 전도성 입자; 및 전도성 입자 표면에 위치하는 유기물;을 포함하며, 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.7 중량부의 유기물을 함유한다.
(관계식 1)
0.1Tc≤Dp≤1.5Tc
Tc는 설계되는 투명 전도성 필름의 두께이며, Dp는 전도성 입자의 직경이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 입자는 전도성 입자 및 전도성 입자의 표면에 위치하는 유기물을 포함한다.
본 발명에 따른 복합 입자는 설계에 의해 기 설정된 두께를 갖는 투명 전도성 필름의 두께를 기준으로, 투명 전도성 필름 두께의 0.1배 내지 1.5배의 평균 직경을 갖는 전도성 입자를 포함한다. 이러한 전도성 입자의 직경은 본 발명의 사상에 따라 매우 낮은 접촉 저항을 가지면서도 우수한 내구성을 갖는 투명 전도성 필름이 제조되는 직경이다.
보다 상세하게, 전도성 입자가 투명 전도성 필름 두께의 0.1배 미만의 직경을 갖는 경우, 전도성 입자의 총표면적 대비 분산제와 같은 유기물의 양이 너무 적어 전도성 입자가 응집될 위험이 있으며, 투명 전도성 필름 두께를 기준으로 1.5배를 초과하는 직경을 갖는 경우, 투명 전도성 필름의 감도는 우수하나 그 내구성이 감소될 수 있다.
구체적으로, 투명 전도성 필름에 반복적으로 물리적 마찰(압력)이 가해지는 경우에도 복합 입자의 탈락에 의한 내구성 저하 및 투명 전도성 필름의 강도 저하를 효과적으로 방지하는 측면에서, 전도성 입자는 설계되는 투명 전도성 필름의 두께를 기준으로 0.1배 내지 1.1배, 보다 구체적으로 0.5배 내지 1.1배의 평균 직경을 가질 수 있다.
본 발명에 따른 복합입자는 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.7 중량부의 유기물을 함유할 수 있다. 전도성 입자 100 중량부를 기준한 유기물의 중량은 복합입자가 전도성 입자에 의해 우수한 전기적 특성을 유지하면서도 투명 전도성 필름에서 전도성 입자들이 균질하게 분산될 수 있는 중량부이다.
보다 상세하게, 복합입자에 함유되는 유기물이 전도성 입자 100 중량부를 기준으로, 0.1 중량부 미만인 경우, 복합 입자들이 서로 응집될 수 있어, 균질한 전기적 특성을 갖는 투명 전도성 필름의 제조가 어려울 수 있으며, 투명 전도성 필름의 내구성을 저하시킬 위험이 있다. 또한, 복합입자에 함유되는 유기물이 전도성 입자 100 중량부를 기준으로, 1.7 중량부를 초과하는 경우, 전도성 입자의 표면에 위치하는 유기물에 의해 복합 입자의 전도도가 저하될 수 있어 투명 전도성 필름의 접촉 저항이 커져 터치시 감도가 떨어질 수 있다. 바람직하게, 전도성 입자에 의해 복합 입자의 전도도를 담보할 수 있으면서도 복합 입자간의 응집을 방지하고 균일한 분포를 담보하는 측면에서, 복합입자에 함유되는 유기물은 전도성 입자 100 중량부를 기준으로, 0.7 중량부 내지 1.7 중량부일 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 복합 입자는 제조하고자 하는 투명 전도성 필름의 두께를 기준으로 0.1 내지 1.5배의 평균 직경을 갖는 전도성 입자; 및 전도성 입자의 표면에 위치하며 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.1 중량부 내지 2 중량부의 중량비를 갖는 유기물을 함유함으로써, 균질한 전기적 특성을 갖는 투명 전도성 필름의 제조가 가능하며, 극히 낮은 접촉저항을 가져 극히 우수한 터치시 감도를 갖는 투명 전도성 필름의 제조가 가능하며, 반복되는 물리적 접촉에도 그 감도가 유지되는, 고 내구성을 갖는 투명 전도성 필름의 제조가 가능하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자에 있어, 전도성 입자 표면에 위치하는 유기물은 전도성 입자 표면에 코팅된 유기물을 의미할 수 있다. 상세하게, 전도성 입자 표면에 위치하는 유기물은 정전기적 흡착, 물리적 흡착 또는 화학 결합에 의해 전도성 입자 표면의 일정 영역을 감싸, 전도성 표면의 일정 영역에 코팅될 수 있다.
보다 상세하게, 복합 입자가 상술한 평균 직경을 갖는 전도성 입자에 전도성 입자 100 중량부를 기준한 상술한 중량부를 갖는 경우, 유기물은 전도성 입자의 표면을 부분적으로 감쌀 수 있다. 즉, 복합 입자는 전도성 입자 표면 전 영역이 아닌, 전도성 입자 표면에 부분적으로 유기물이 코팅되어 있을 수 있다. 전도성 입자가 유기물로 부분적으로 감싸여 있음에 따라, 복합 입자의 표면 특성이 조절되면서도, 전기전도도의 저하가 방지될 수 있다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자는 전도성 입자 및 유기물을 포함하는 복합입자이며, 복합입자의 표면은 전도성 입자가 노출된 표면 영역 및 유기물 의한 표면 영역이 공존할 수 있다.
구체적으로, 복합 입자는 하기 관계식 2를 만족할 수 있다.
(관계식 2)
0.6≤Sdis/Spar≤0.9
관계식 2에서 Sdis/Spar는 복합 입자의 전체 표면적 대비 유기물에 의해 코팅된 면적의 비로, 상세하게, Spar은 복합 입자의 전체 표면적이며, Sdis는 유기물에 의해 코팅된 표면적이다.
복합 입자가 상술한 평균 직경을 갖는 전도성 입자에 전도성 입자 100 중량부를 기준한 상술한 중량부를 갖는 경우, 복합 입자에 유기물이 코팅된 정도인 코팅 면적비(Sdis/Spar)가 0.6 내지 0.9의 범위를 가질 수 있다. 이러한 코팅 면적비에 의해 복합 입자가 전도성 고분자(또는 전도성 고분자 용액) 내에서의 분산성을 유지하면도, 유기물에 의한 복합 입자의 전기 전도도 저하를 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자에 있어, 유기물은 분산제를 포함할 수 있으며, 분산제는 수계 분산제를 포함할 수 있다. 상세하게, 복합 입자는 전도성 고분자를 함유하는 전도성 고분자 기반의 투명 전도성 필름용일 수 있으며, 유기물은 전도성 고분자가 용매에 용해된 전도성 고분자 용액 내에서, 전도성 입자의 분산성을 담보하기 위해, 전도성 입자 표면에 코팅된 분산제일 수 있다.
구체적인 일 예로, 유기물은 용매 내에서 입자의 분산성을 획득하거나, 입자의 합성시 원료와 함께 투입되는 통상적으로 알려진 어떠한 유기 분산제일 수 있다. 구체적으로, 유기물은 전도성 입자의 합성시 전도성 입자의 표면에 부착된, 탄소수 6 내지 20의 지방산, 탄소수 4 내지 18의 지방산 아민 또는 탄소수 6 내지 20의 카르복시산인 유기 리간드일 수 있다. 구체적으로 유기물은 음이온성 고분자, 양이온성 고분자, 양쪽성 고분자 또는 비이온성 수용성 고분자인 수계 분산제일 수 있다. 구체적인 일 예로, 유기물은 올레산(Oleic acid), 올레일아민(Oleylamine), 시트릭산(citric acid) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 저분자량 분산제; 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴아마이드(PAM), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 고분자량 분산제; 또는 이들의 혼합물;일 수 있다. 비 한정적인 일 예로, 유기물이 폴리머인 고분자량 분산제인 경우, 고분자량 분산제의 중량 평균 분자량은 3,000 ~ 60,000일 수 있다.
상세하게, 전도성 고분자 기반 투명 전도성 필름이 복합 입자를 함유할 때, 전도성 입자가 분산제로 부분적으로 코팅되어 있음에 따라, 전도성 입자가 전도성 고분자 물질 내 균질하고 균일하게 분산될 수 있고, 전도성 입자(복합 입자)간의 뭉침이 방지될 수 있으며, 전도성 입자와 전도성 고분자 물질 간 낮은 계면 저항을 가질 수 있다.
즉, 복합 입자가 전도성 입자의 표면에 부분적으로 분산제가 코팅되어 있음에 따라, 복합 입자는 투명 전도성 필름으로 제조되는 경우에도 전도성 입자 자체의 우수한 전기 전도도를 유지하며, 균일하고 균질하게 분포할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자에 있어, 전도성 입자는 나노 입자일 수 있으며, 구체적으로 전도성 입자의 평균 직경은 100nm 내지 500nm일 수 있다. 전도성 입자는 극히 미세한 입자 크기에 의해 입자의 전도도가 저해되지 않도록 100nm 이상의 크기를 가질 수 있으며, 500nm 이하의 크기를 가짐으로써, 관계식 1에 따른 투명 전도성 필름의 두께에 의해 고분자 수지로 이루어진 필름의 전도 특성이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자에 있어, 전도성 입자는 금속 입자; 전도성 고분자 입자; 및 비전도성 코어 및 전도성 쉘의 코어-쉘 입자;에서 하나 또는 둘 이상 선택된 것일 수 있다. 복합 입자가 전도성 고분자 기반의 투명 전도성 필름용임에 따라, 전도성 입자는 전도도가 좋은 금속 입자 또는 적어도 금속 쉘을 갖는 코어-쉘 입자일 수 있다. 구체적인 일 예로, 금속 입자는 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 아연(Zn) 및 백금(Pt)에서 하나 또는 둘 이상 선택된 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자는 용매열 합성, 기상 합성등과 같이 알려진 제법으로 제조되거나 시판되는 전도성 입자와 분산제를 혼합하여 분산제를 전도성 입자 표면에 코팅시켜 제조될 수 있다. 전도성 입자와 분산제의 혼합 시, 전도성 입자 대비 분산제의 혼합량을 조절하여 전도성 표면에 부착되는 유기물의 함량을 조절할 수 있으며, 분산제가 전도성 입자의 전 표면에 모두 코팅된 입자를 분산제가 용해되는 유기용매로 세척하여 유기물의 함량을 조절할 수 있다.
구체적인 일 예로, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합입자는 전도성 입자의 코어 및 전도성 입자를 감싸는 유기물 쉘의 코어-쉘 입자를 유기 용매와 혼합하여, 유기물 쉘의 유기물을 부분적으로 제거하여 수득될 수 있다.
도전 입자, 특히 나노 크기의 도전 입자를 합성하는 경우 입자의 크기 조절 및 분산성을 위해 유기 분산제가 투입되는 것이 통상적이며, 이에 따라 유기 분산제에 의해 코팅된 코어-쉘 구조의 입자가 제조되는 것이 통상적이다. 나아가, 표면에 유기물이 코팅되지 않은 순수한 도전 입자를 제조한다 하더라도, 전도성 고분자 기반의 투명 전도성 필름용으로 사용하기 위해서는, 도전 입자와 유기 분산제를 혼합하여, 도전 입자의 표면을 유기 분산제로 코팅하는 것이 통상적이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자는 상술한 입자 제조 단계 또는 투명 전도성 필름으로 사용하기 위해 분산제와의 혼합 단계에서 제조된 유기 분산제가 코팅된 전도성 입자(코어-쉘 입자)를 유기 용매와 혼합하여, 유기 용매에 의해 유기물 쉘의 유기물을 부분적으로 제거하여 수득될 수 있다. 쉘의 부분적 제거에 사용되는 유기 용매는 쉘의 유기물을 용해하는 제1용매 및 제1용매와 혼화성을 가지며 쉘의 유기물을 용해하지 않는 제2용매가 혼합된 혼합 용매일 수 있으며, 혼합 용매 내 함유되는 제1용매의 양 또는 혼합 용매와 코어-쉘 입자의 혼합 및 코어-쉘 입자의 분리 회수를 일 단위 공정으로 이러한 단위 공정의 반복 횟수에 의해 유기물의 제거 정도가 제어될 수 있다. 제1용매의 종류 및 제2용매의 종류는 전도성 입자를 감싸는 유기물의 종류에 따라 적절히 선택될 수 있으며, 혼합 용매 내 제1용매 : 제2용매의 부피비는 0.1 내지 2 : 1일 수 있다.
비 한정적이며 구체적인 일 예로, 통상적인 폴리올(Polyol)법에 의해 전도성 입자의 코어-분산제인 유기물 쉘의 코어-쉘 입자가 제조될 수 있으며, 폴리올법에서 사용되는 분산제가 폴리비닐피롤리돈인 경우, 혼합 용매는 아세톤과 테트라하이드로퓨란(THF)의 혼합액일 수 있다. 그러나, 이러한 일 예는 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자를 보다 명확하게 이해하기 위해, 그 제조방법을 구체적으로 제시한 것일 뿐이다.
본 발명은 상술한 복합 입자와 전도성 고분자를 함유하는 투명 전도성 필름을 제공한다. 본 발명에 따른 투명 전도성 필름은 상술한 복합 입자를 함유함으로써, 극히 낮은 접촉 저항을 가져, 극히 민감한 터치시 감도를 가질 수 있다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름은 하기 관계식 3을 만족하는 접촉 저항을 가질 수 있다.
(관계식 3)
0.4≤CRs/CRref≤0.5
관계식 3에서 CRs는 본 발명의 일 실시예에 따라 상술한 복합 입자 및 전도성 고분자를 함유하는 투명 전도성 필름의 접촉 저항이며, 상기 CRref는 상술한 복합입자를 함유하지 않고 전도성 고분자를 함유하는 전도성 필름의 접촉 저항이다.
즉, 관계식 3과 같이, 투명 전도성 필름이 상술한 복합 입자를 함유함으로써, 전도성 고분자로 이루어지는 투명 도전 필름의 접촉 저항을 기준으로 0.4 내지 0.5 배의 접촉 저항을 가질 수 있다. 이때, CRref가 측정되는 투명 도전 필름은 상술한 복합 입자를 함유하지 않은 것을 제외하고, 목적하는 투명 전도성 필름과 동일한 물질 및 동일한 두께를 가질 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름에 있어, 전도성 고분자는 터치 패드, 플렉서블 디스플레이 또는 투명 전극에 사용되는 통상의 전도성 고분자 물질이면 족하다. 비 한정적인 일 예로, 전도성 고분자는 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리아닐린. 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트, 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리셀룰로오스술포네이트 및 폴리스티렌술포네이트에서 하나 이상 선택된 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명 전도성 필름에 있어, 투명 전도성 필름에 함유되는 복합입자 : 전도성 고분자의 중량비는 1 : 5 내지 70일 수 있다. 복합 입자를 기준으로 전도성 고분자의 중량비가 70을 초과하는 경우, 복합 입자에 의한 감도 개선이 미미할 수 있으며, 복합 입자를 기준으로 전도성 고분자의 중량비가 5 미만인 경우, 투명 전도성 필름의 강도가 저하될 수 있으며, 복합 입자의 탈락이 발생하고, 투명 전도성 필름의 내구성이 저하될 위험이 있다.
이때, 투명 전도성 필름은 전도성 고분자 기반 투명 전도성 필름의 수명 증진, 내구성 및 내습성의 향상등을 위해 종래에 알려진 첨가제나 결합제를 더 포함할 수 있음은 물론이며, 구체적인 일 예로, 대한민국 공개특허 제2009-0054345, 대한민국 공개특허 제2009-0041243호에 기재된 폴리에스터, 폴리우레탄 및 알콕시실란에서 하나 이상 선택된 결합제를 함유할 수 있다. 또한, 대한민국 공개특허 제2009-0054345, 대한민국 공개특허 제2009-0041243호에 기재된 바와 같이, 알콜계 유기용매, 아마이드계 유기용매, 비양자성 고극성 용매 또는 이들의 혼합 용매를 이용하여 전도성 고분자 필름을 제조하기 위한 고분자액이 제조될 수 있으며, 이러한 고분자액의 도포 및 건조에 의해 전도성 고분자 필름이 제조될 수 있다.
본 발명은 상술한 투명 전도성 필름이 구비된 접촉식 패널(터치 스크린)을 포함한다.
본 발명은 상술한 투명 전도성 필름이 구비된 투명 전극을 포함한다.
본 발명은 상술한 복합 입자를 함유하는 투명 전극을 포함한다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 복합 입자 및 투명 전도성 필름의 구체적인 실시예를 제공하나, 이는 본 발명의 보다 명확한 이해를 돕기 위해 제시되는 것으로, 본 발명이 후술하는 구체적인 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
복합 입자의 제조를 위해, 기 알려진 문헌(K. H. Park, S. H. Im, O. O. Park, Nanotechnology 22(2011) 045602)을 바탕으로 폴리비닐피롤리돈(이하, PVP)으로 안정화(코팅)되고, 평균 직경이 100nm, 200nm, 220nm, 300nm, 400nm 또는 500nm인 Ag 나노입자를 제조하였다. 220nm의 Ag 나노입자를 일 예로, 6ml 에틸렌 글리콜(이하 EG)이 담긴 바이알에 PVP-EG 용액(PVP 농도 147mM, 비닐피롤리돈기준) 3.0ml과 AgNO3-EG 용액(AgNO3 농도 94mM) 3.0ml를 넣은 다음에 마그네틱 바(magnetic bar)로 교반하였다. 이후 바이알을 140℃의 오일 배쓰(oil bath)에 넣고 1시간 동안 교반하여, PVP로 안정화된 Ag 입자가 분산된 EG 분산액을 수득하였다. 이때, 오일 배쓰의 온도나 합성 시간을 조절하여 크기가 다른 나노입자를 제조하였다.
(실시예 1)
복합 입자의 제조
1차 정제로, PVP로 안정화 Ag 나노입자가 분산된 EG 분산액에 EG 중량(12ml EG)을 기준으로 각각 1 배의 중량을 갖는 아세톤과 테트라하이드로퓨란을 투입하여 입자를 침전시킨 다음, 3000rpm으로 10분간 원심분리하여 입자를 수득하였다. 2차 정제로, 수득된 입자를 다시 10ml의 물에 분산한 후, 아세톤과 테트라하이드로퓨란이 동일한 무게로 혼합된 혼합용매를 표 1과 같이 투입하고, 3000rpm으로 10분간 원심분리하여 입자를 수득하여 복합 입자를 제조하였다.
(표 1)
Figure 112012109268373-pat00001
표 1에서, 복합 입자 내 PVP 함량은 원심분리에 의해 수득된 복합 입자를 200℃에서 30분간 건조하여 용매를 비롯한 저분자 화합물이 제거되고 남은 복합입자(PVP와 은)의 질량을 측정하고, 건조된 복합입자를 400℃의 열처리로에 투입하여 유기물을 태워 제거한 후 측정된 질량을 이용하여 측정하였다. 도 3은 실시예 1-1에서 제조된 복합입자의 주사전자현미경 사진이다.
투명 전도성 필름의 제조
실시예 1-1 내지 1-7에서 제조된 복합 입자를 하기의 표 2에 따른 물질 및 조성으로 혼합하고 4시간 동안 교반하여 투명 전도성 필름액을 제조한 후, 이를 투명 기재에 스핀 코팅하고 125℃에서 5분 동안 건조하여 표 2의 두께를 갖는 투명 전도성 필름을 제조하였다.
(표 2)
Figure 112012109268373-pat00002
1)폴리에틸렌디옥시티오펜, 2)메틸알콜, 3)에틸알콜, 4)N-메틸피롤리돈, 5)N,N-디메틸포름아마이드, 6)N-메틸아세트아마이드, 7)포름아마이드, 8)테트라에톡시실란, 9)폴리에틸렌테레프탈레이트 20중량% 수용액(SKC사), 10)폴리우레탄 25중량% 수용액(DSM사)
제조된 도막의 전기적 특성을 하기의 표3에 정리하였다. 접촉 저항은 7인치 크기의 터치 패널을 제작하여, 중앙부에 300g/㎠의 하중 인가시 접점에서 발생하는 저항을 측정한 것이며, 내구성은 제조된 도막위를 300g/㎠의 하중을 가진 추로 누르면서 10회 대각선 방향으로 밀어준 후 그 부위의 표면 저항 변화를 측정하여 평가하였다. 표면 저항변화가 5% 미만인 경우 양호로, 5~10%는 보통, 20% 이상은 불량으로 평가하였다.
(표 3)
Figure 112012109268373-pat00003

표 3에서 알 수 있듯이 제조되는 투명 전도성 필름의 두께를 기준으로 0.1배 내지 1.5배의 크기를 가지며, 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.7 중량부의 유기물로 이루어진 복합 입자를 함유하는 경우, 극히 낮은 접촉 저항과 양호한 내구성을 가짐을 알 수 있다. 비교예 2-1의 경우 복합 입자의 함량이 너무 낮아, 복합 입자에 의한 접촉 저항 향상이 거의 이루어지지 않음을 알 수 있으며, 비교예 2-2의 경우 복합입자 내 유기물의 함량이 0.8중량%임에 따라 실시예에 준하는 접촉 저항을 가짐을 알 수 있으나, 복합 입자의 함량이 너무 높아 도막의 내구성이 떨어짐을 알 수 있다. 또한, 비교예 2-3의 경우 복합 입자 내 유기물의 함량이 3.5중량%로 높아 매우 큰 접촉 저항을 가짐을 알 수 있다. 비교예 2-4는 복합입자를 함유하지 않는 비교예로, 도막이 전도성 고분자로 이루어진 경우 2700Ω에 이르는 접촉저항을 가짐을 알 수 있으며, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 도막의 경우 전도성 고분자에 의한 접촉 저항을 기준으로 0.4 내지 0.5배의 극히 낮은 접촉저항을 가짐을 알 수 있다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (12)

  1. 하기 관계식 1을 만족하는 직경을 갖는 전도성 입자; 및 전도성 입자 표면에 위치하는 유기물;을 함유하며, 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 1.7 중량부의 유기물을 함유하며, 상기 전도성 입자는 평균 직경 100nm 내지 500nm의 금속 입자인 투명 전도성 필름용 복합 입자.
    (관계식 1)
    0.1Tc≤Dp≤1.5Tc
    (Tc는 설계되는 투명 전도성 필름의 두께이며, Dp는 전도성 입자의 직경이다)
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유기물은 상기 전도성 입자의 표면을 부분적으로 감싸는 투명 전도성 필름용 복합 입자.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 유기물은 분산제를 포함하는 투명 전도성 필름용 복합입자.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 분산제는 수계 분산제를 포함하는 투명 전도성 필름용 복합입자.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 유기물은 올레산(Oleic acid), 올레일아민(Oleylamine), 시트릭산(citric acid) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 저분자량 분산제; 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리아크릴산(PAA), 폴리아크릴아마이드(PAM), 폴리비닐알콜(PVA), 폴리에틸렌글리콜(PEG) 또는 이들의 혼합물을 포함하는 고분자량 분산제; 또는 이들의 혼합물;인 투명 전도성 필름용 복합입자.
  6. 삭제
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 복합 입자는 전도성 입자 100 중량부를 기준으로 0.7 내지 1.7 중량부의 유기물을 함유하는 투명 전도성 필름용 복합입자.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 복합 입자는 전도성 입자의 코어 및 전도성 입자를 감싸는 유기물 쉘의 코어-쉘 입자를 유기 용매와 혼합하여, 상기 유기물 쉘의 유기물을 부분적으로 제거하여 수득되는 투명 전도성 필름용 복합입자.
  9. 제 1항 내지 제 5항 및 제 7항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 복합입자 및 전도성 고분자를 함유하는 투명 전도성 필름.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복합입자 : 상기 전도성 고분자의 중량비는 1 : 5 내지 70인 투명 전도성 필름.
  11. 제 9항에 따른 투명 전도성 필름을 포함하는 터치 스크린.
  12. 제 1항 내지 제 5항 및 제 7항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 복합입자를 함유하는 투명 전극.
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