KR20090113487A - 전도성 고분자를 이용한 유기전극의 제조방법 - Google Patents

전도성 고분자를 이용한 유기전극의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 투명 기재 상에 패턴의 형태로 적용되는 전도성 고분자를 이용한 유기전극의 제조방법에 관한 것으로, 투명 기판 상에 전도성 고분자 분산액을 잉크제트로 일정한 패턴으로 형성하고 고정시킨 패턴 형상의 유기 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명의 패턴 형상의 유기 전극의 제조 방법은 연속식으로 생산이 가능하고 투과도가 우수한 대면적의 유연한 투명 유기 전극을 제조할 수 있으므로, 기존의 진공 공정을 이용하는 금속 산화물 전극에 비해 제조 공정의 경제성과 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 이것으로 제조된 전극은 디스플레이용 투명 전극 외에도 유기 트렌지스터의 전극이나 배선재료, 스마트 카드. 안테나, 전지 및 연료 전지의 전극, PCB용 커패시스터나 인덕터, 전자파 차폐, 센서, 터치스크린, 유연한 디스플레이 등의 다양한 분야에 널리 적용할 수 있어 유용하다.
잉크제트, 전도성 고분자, 유기전극

Description

전도성 고분자를 이용한 유기전극의 제조방법{preparing method for organic electrode using conductive polymer}
본 발명은 전도성 고분자를 이용한 유기전극의 제조방법, 특히 투명 기재 상에 패턴의 형태로 적용되는 전도성 고분자를 이용한 유기전극의 제조방법에 관한 것이다.
평판 디스플레이를 포함하는 전자기기에 널리 사용되는 투명 전극을 제조하는 방법으로 인듐, 틴, 아연, 티타늄, 세슘 등 금속 산화물 특히 ITO(indium tin oxide)을 이용한 화학증착법, 스퍼터링법 및 반응성 증발증착법 등이 사용되고 있다.
상기 ITO와 같은 물질은 희소금속을 사용함으로 그자체가 고가일 뿐만 아니라 기판에 코팅하기 위해서는 진공 조건 등 공정 조건이 까다롭고 고가의 장비를 필요로 하며, 200℃ 이상의 높은 열처리 온도를 필요로 하는 등 고가의 공정비용을 투입하여야 한다. 또한, 목적한 패턴으로 형성하기 위해서는 감법(減法; subtractive method) 즉, 포토리소그래피와 같은 레지스트 막 형성, 노광과 에칭과 같은 복잡하면서도 비용이 많이 들고 폐기물이 많이 생겨 환경적으로도 바람직하지 않은 공정을 거쳐야 한다.
근자에 필요성이 대두되고 있는 신문이나 얇은 잡지처럼 접거나 말 수 있어서 휴대가 가능하고 운반이 용이한 유연한(flexible) 디스플레이의 플라스틱 기판에는 상기와 같은 금속산화물 형태의 투명전극용 무기재료는 온도조건, 낮은 유연성, 복잡한 공정과 높은 비용 때문에 적용되기가 어렵다.
디스플레이산업에서는 다양한 패턴을 형성하기 위하여 포토리소그라피와 같은 감법이 널리 쓰이고 있으나 공정 단축과 재료의 손실을 줄여 공정비용을 줄이고 배출 폐액을 줄이는 친환경적인 공정으로 전극 패턴을 일발로 형성하는 가법(加法; additive method)이 연구되고 있다.
본 발명은 비용을 현격하게 줄이면서도 폐기물 발생이 적어 환경친화적이며 유연한 디스플레이에도 적용될 수 있는 유기전극의 제조방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명에 의하여, 투명 기판 상에 전도성 고분자 분산액을 잉크제트로 일정한 패턴으로 형성하고 고정시킨 패턴 형상의 유기 전극 제조방법이 제공된다.
상기 투명 기판은, 예를 들면, 유리, 셀룰로오스, 에스테르, 폴리아미드, 폴리카포네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르아미드와 폴리옥시에틸렌이고 바람직하게는 트리아세틸셀룰로오스, 폴리카포네이트(PC) 또는 폴리에틸렌테레프랄레이트(PET)이다.
상기 전도성 고분자 분산액은 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리페닐렌, 폴리실란, 폴리플루오렌 및 폴리아닐린 등과 같은 전도성 고분자가 물과 같은 분산매에 분산되어 있다. 상기 전도성 고분자 분산액은 바람직하게는 폴리에틸렌디옥시티오펜 수분산액이고 가장 바람직하게는 1 내지 3 몰비로 폴리스티렌설포네이트가 도핑되고 고형물 함량이 1 내지 3 중량%인 폴리에틸렌디옥시티오펜 수분산액 100 중량부, 아마이드계 용매, 퓨란계 용매, 설폭사이드계 용매 또는 이들의 혼합 용매 1 내지 50 중량부 및 계면활성제 0.001 내지 1중량부로 이루어진다. 상기 전도성 고분자 분산액은 필요에 따라 전기 전도성 나노 분말을 더 포함할 수 있다. 여기서 전기 전도성 나노 분말이라 함은 금속 또는 탄소 나노입자 특히 은 나노 입자를 말한다.
상기 전도성 고분자 분산액은, 바람직하게는, 조성 성분을 혼합한 후 균질화기(Homogenizer)로 회전수 10,000 내지 20,000rpm에서 대략 10분간 수회 처리 후, 진동수 40,000㎐ 근방에서 파워 60 내지 200W인 초음파 발생기로 수 분에서 수 시간동안 분산하여 제조한다.
상기 투명 기판에 상기 전도성 고분자 분산액을 잉크제트 프린팅 방법으로 일정한 패턴 형상으로 분사한다. 패턴으로 형성된 전도성 고분자 조성물은 일반적으로 건조에 의하여 고정된다. 전도성 고분자 분산액으로 분사된 기판을 가온하여 진공 건조, 열풍 건조 및/또는 적외선(IR) 건조하여 0.2㎛ 내지 2㎛의 두께로 패턴을 형성한다.
이러한 고전도성 및 고투명성 유기 전극의 제조방법을 이용하여 각종 디스플레이용 유기 투명 전극을 제조할 수 있다. 또한 본 발명의 유기 전극은 디스플레이용 투명전극 외에도 유기 트랜지스터의 전극이나 배선재료, 스마트 카드, 안테나, 전지 및 연료전지의 전극, PCB용 커패시터나 인덕터, 전자파 차폐 필름, 정전기 발생 억제 필름, 센서, 터치스크린, 유연한 디스플레이(flexible display) 등 다양한 분야에 널리 적용할 수 있다.
본 발명의 패턴 형상의 유기 전극의 제조 방법은 연속식으로 생산이 가능하 고 투과도가 우수한 대면적의 유연한 투명 유기 전극을 제조할 수 있으므로, 기존의 진공 공정을 이용하는 금속 산화물 전극에 비해 제조 공정의 경제성과 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다. 이것으로 제조된 전극은 디스플레이용 투명 전극 외에도 유기 트렌지스터의 전극이나 배선재료, 스마트 카드. 안테나, 전지 및 연료 전지의 전극, PCB용 커패시스터나 인덕터, 전자파 차폐, 센서, 터치스크린, flexible 디스플레이 등의 다양한 분야에 널리 적용할 수 있어 유용하다.
이하, 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하나, 본 발명이 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
제조예
전도성 고분자 수분산액과 유기 전극용 조성물의 제조
에틸렌디옥시티오펜(EDOT, 알드리치사)을 폴리스티렌설포네이트(PSS, 18%, 알드리치사)의 존재 하에 1:2 몰비로 중합한다. 이 때 물과 폴리스티렌설포네이트(PSS)는 먼저 투입하고 350rpm으로 교반하면서 원재료 중에 존재하는 산소에 의한 부반응을 방지하기 위해 30분 이상 질소 처리를 하고 난 다음, 개시제(산화제)는 Na2S2O8(알드리치사)을 투입하고 30분 이상 질소 처리를 하고 난 다음 EDOT와 촉매(Fe2(SO4)3, 알드리치사)는 물로 희석하여 일정한 시간동안 일정하게 투입하면서 반응시킴으로써 색상을 보다 연하게, 입자를 더 작으면서 일정하게 제조할 수 있다. 반응시간 동안 질소는 계속 투입한다. 반응된 전도성 고분자는 양이온 교환 수지(바이케미컬사)를 처리하여 수분산액 내의 촉매를 제거하고 메쉬망를 이용하여 필터를 함으로써 양이온 교환수지를 제거한다.
상기에서 합성된 전도성 고분자 수분산액에 용매로서 디메틸설폭사이드(Dimethlysulfoxide ; 알드리치사), 계면활성제로서 Zonyl FSO-100(Dupont), NP1026(동남합성)와 DBA-MEA(실험실 조제, Monoethanolamine dodecylbenzensulfonate)를 투입하고 350rpm에서 24시간 교반 후 균질화기(ULTRA-TURRAX IKA T25 digital, IKA사)와 초음파기(JAC Ultrasonic 201, 고도기연(주))로 순차적으로 처리하여 유기 전극용 조성물을 제조하였다.
실시예 1 내지 4
상기 유기 전극용 조성물을 상기에서 합성된 전도성 고분자 수분산액 100 중량부를 기준으로 표 1과 같이 중량부 단위로 배합하여 조제한다. 상기 유기 전극용 조성물을 폴리에스테르 필름 위에 1차 150rpm으로 20초간, 2차 500rpm으로 30초간 스핀 코팅하였으며 60℃, 진공 조건에서 6시간 건조하여 전도성 유기 전극을 제조하였다. 제조된 유기 전극을 면저항, 투과율을 측정하여 표 1의 하단에 나타내었다. 여기에서 면저항은 면저항기(Loresta-GP, 미쯔비시사)를 사용하여 평가하였으며, 투과율은 자외선분광분석기(S-310, 신코사)를 사용하여 550nm에서 평가하였다. 표면장력은 표면장력측정기(K-11, 크류즈사)로 평가하였고, 접촉각은 접촉각측정기(DSA100, 크류즈사)로 평가하였다. 표 1로부터 알 수 있는 바와 같이, 투명 전극 모두에서 면저항이 250~900Ω/□에 속하고, 가시광선 영역 투과율은 80% 이상이었다. 표면장력과 접촉각은 계면활성제 총량이 0.01%에서 잉크 제트 프린팅에서 필 요한 결과를 얻을 수 있었다.
표 1.
실시예
1 2 3 4
전도성 고분자 수용액(1.5%) 합성품 100중량부 100중량부 100중량부 100중량부
설폭사이드계 용매 DMSO 25 25 25 25
계면활성제 FSO-100 0.003 0.003 0.003 0.023
NP1026 0.002 0.005 0.007 0.005
DBA-MEA 0.005 0.002 - 0.002
면저항 Ω/□ 258 266 263 310
투과율 % 91.5 91.5 84.3 83.8
표면장력 dyne/㎝ 31.2 30.2 30.0 18.8
접촉각 ° 37.9 34.8 34.1 35.2
실시예 5 내지 10
상기 실시예1의 유기 전극용 조성물을 폴리에스테르 필름 위에 잉크제트 방식으로 표 2에 나타난 여러 조건에서 라인을 형성하여 70℃에서 4시간 건조하여 선저항과 선폭 및 직진성을 평가하였다. 실험에 사용된 장비는 리트렉스사(Litrex corporation)에서 제작된 것이며 헤드는 SX-3(스펙트라사)를 이용하였다. 제조한 유기 전극 패턴 형성 사진은 도 1a 내지 1f로 나타내었다. 여기에서 선저항은 전기저항측정기(2750, 키슬리사)를 사용하여 평가하였으며 선폭과 직진성은 광학현미경(BX51, 올림프스사)을 이용하여 100배 확대하여 측정하였다. 결과는 표2와 도 1에 나타내었다. 잉크제트 프린팅한 결과를 보면 선속도를 50mm/sec로 증가시킨 실시예 9의 경우 직진성이 약간 미달되었지만 전체적으로 선폭과 직진성에서 양호한 결과를 얻었다.
이러한 실시예에서는 단일 직선의 경우만 실험하였으나 패턴에 따라 기판의 위치를 변화시켜 복잡한 패턴도 동일한 방법으로 얻을 수 있다.
표 2.
실시예
5 6 7 8 9 10
프린팅 속도 mm/sec 10 20 30 40 50 40
주파수 Hz 2500 2500 2500 2500 2500 1250
선저항 Ω/㎝ 11000 16000 20000 21000 124000 23000
선폭 ㎛ 175.59 119.51 95.4 79.67 68.14 82.14
직진성 100배현미경 양호 양호 양호 양호 미달 양호
도1의 PET 필름 상에 실시예 5 내지 10에 따라 전도성 고분자 함유 유기전극용 조성물을 잉크제트로 분사하고 건조시킨 뒤 100배 확대한 현미경 사진이다.

Claims (6)

  1. 투명 기판 상에 전도성 고분자 분산액을 잉크제트로 일정한 패턴으로 형성하고 고정시킨 패턴 형상의 유기 전극 제조방법
  2. 제1항에 있어서, 상기 전도성 고분자 분산액이 전도성 나노입자를 더 포함하는 유기 전극 제조방법
  3. 제1항에 있어서, 상기 투명 기판은 유리, 셀룰로오스, 에스테르, 폴리아미드, 폴리카포네이트, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리설폰, 폴리에테르설폰, 폴리에테르케톤, 폴리에테르아미드와 폴리옥시에틸렌으로 이루어지는 군에서 선택되고 상기 전도성 고분자 분산액은 폴리아세틸렌, 폴리피롤, 폴리티오펜, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리페닐렌, 폴리실란, 폴리플루오렌 및 폴리아닐린으로 이루어지는 군에서 선택되는 유기 전극 제조방법
  4. 제3항에 있어서, 상기 전도성 고분자 분산액은 폴리에틸렌디옥시티오펜 수분산액인 유기 전극 제조방법
  5. 제3항에 있어서, 상기 전도성 고분자 분산액은 1 내지 3 몰비로 폴리스티렌설포네이트가 도핑되고 고형물 함량이 1 내지 3 중량%인 폴리에틸렌디옥시티오펜 수분산액 100 중량부, 아마이드계 용매, 퓨란계 용매, 설폭사이드계 용매 또는 이들의 혼합 용매 1 내지 50 중량부 및 계면활성제 0.001 내지 1중량부로 이루어지는 유기 전극 제조방법
  6. 제5항에 있어서, 패턴을 형성한 후 기판을 가온하고 진공 조건하에서 건조하여 0.2㎛ 내지 2㎛의 두께로 코팅하는 단계로 이루어짐을 특징으로 하는 고전도성 및 고투명성 유기 전극의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20180020058A (ko) * 2016-08-17 2018-02-27 주식회사 엘지화학 전도성 물품의 제조방법
KR20180020454A (ko) * 2016-08-18 2018-02-28 주식회사 엘지화학 그물구조 전도체의 제조방법

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US9293518B2 (en) 2012-11-08 2016-03-22 Samsung Display Co., Ltd. Thin film transistor, and organic light-emitting display device therewith
KR20180020058A (ko) * 2016-08-17 2018-02-27 주식회사 엘지화학 전도성 물품의 제조방법
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