KR20110137576A - 투명전극용 전도성 고분자 조성물 및 이를 이용한 터치패널 - Google Patents

투명전극용 전도성 고분자 조성물 및 이를 이용한 터치패널 Download PDF

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KR20110137576A
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Abstract

본 발명은 투명전극용 전도성 고분자 조성물 및 이를 이용한 터치패널에 관한 것으로, 상기 투명전극용 전도성 고분자 조성물은 폴리티오펜 유도체; 적어도 하나 이상의 도펀트; 적어도 하나 이상의 바인더; 및 나머지는 용매로 이루어지며, 상기 전도성 고분자 조설물로 형성된 투명전극을 사용함으로써 높은 전도도 특성, 우수한 투과율, 접착성, 유연성을 나타내고, 특히 100 ~ 300 Ω/□ 범위의 낮은 면저항 값을 갖는 터치패널을 제공할 수 있다.

Description

투명전극용 전도성 고분자 조성물 및 이를 이용한 터치패널{Conductive polymer composition for transparent electrode and Touch panel using the same}
본 발명은 투명전극용 전도성 고분자 조성물 및 이를 이용한 터치패널에 관한 것이다.
정보화 사회의 급속한 진행에 따라 컴퓨터, 각종 가전기기와 통신기기가 디지털화되고 급속히 고성능화 되며, 그 용도가 점점 확대되는 추세로 현재 입력장치 역할을 담당하는 키보드, 마우스, 디지타이저(Digitizer) 등의 입력장치만으로는 효율적인 제품의 구동이 어려운 문제점이 있다. 따라서, 간단하고 오조작이 적을 뿐 아니라, 누구라도 쉽게 정보입력이 가능한 기기의 필요성이 높아지고 있다.
입력장치에 관한 기술은 일반적 기능을 충족시키는 수준을 넘어서고 신뢰성, 내구성, 혁신성, 설계 및 가공 관련기술 등으로 관심이 바뀌고 있으며, 이러한 목적을 달성하기 위해서 텍스트, 그래픽 등의 정보 입력이 가능한 입력장치로서 터치패널(Touch Panel)이 개발되었다.
터치패널은 전자수첩, 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), El(Electroluminescence) 등의 평판 디스플레이 장치 및 CRT(Cathode Ray Tube)와 같은 화상표시장치의 표시면에 설치되어, 사용자가 화상표시장치를 보면서 원하는 정보를 선택하도록 하는데 이용되는 도구이다.
터치패널의 종류는 저항막방식(Resistive Type), 정전용량방식(Capacitive Type), 전기자기장방식(Electro-Magnetic Type), 소오방식(SAW Type; Surface Acoustic Wave Type) 및 적외선방식(Infrared Type) 등으로 구분된다.
이러한 다양한 방식의 터치패널은 신호 증폭의 문제, 해상도의 차이, 설계 및 가공 기술의 난이도, 광학적 특성, 전기적 특성, 기계적 특성, 내환경 특성, 입력 특성, 내구성 및 경제성을 고려하여 전자제품에 채용되는데, 특히 저항막방식 터치패널과 정전용량방식 터치패널이 대표적이다.
상기 저항막방식 터치패널은 상하부 전극이 스페이서에 의해 격리되고 눌림에 의해 서로 접촉될 수 있도록 배치된 형태이다. 따라서, 상부 전극이 형성되어 있는 기판이 손가락 또는 펜 등과 같은 입력수단에 의해 눌릴 때 상하부 전극이 통전되고, 그 위치의 저항값 변화에 따른 전압변화를 제어부에서 인지하여 위치좌표를 인식하는 방식으로 구현된다.
상기 정전용량방식 터치패널은 전극표면에 저전압 AC 전계가 분포된 상태에서 손가락 또는 기타 도전성 물체가 상기 전계를 교란하면 각 모서리로부터 흐르는 전류변화를 제어기가 측정하여 터치되는 스크린의 위치를 X, Y 좌표값으로 계산하는 방식으로 구현된다.
이러한 터치패널에 사용되는 디스플레이용 전극 재료는 투명하면서도 낮은 저항값을 나타낼 뿐만 아니라, 기계적으로 안정할 수 있도록 높은 유연성을 나타내어야 하고, 기판의 열 팽창 계수와 유사한 열팽창 계수를 갖고 있어서 기기가 과열되거나 고온인 경우에도 단락되거나 면 저항의 변화가 크지 않아야 한다.
하지만, 종래 터치패널에서 가장 많이 사용되는 디스플레이용 전극 재료는 인듐-주석 산화물(Indium Tin Oixde; ITO) 및 안티몬-주석 산화물(antimony tin oxide; ATO) 등과 같은 투명 전도성 산화물(transparent conductive oxide; TCO)이다. 이는 통상 스퍼터링의 방식으로 증착되며 공정이 복잡하고 고비용의 문제점을 갖고 있다.
또한, 상기 ITO 전극은 무기물로 성형시 균열발생도가 상당히 높고, 주원료인 인듐은 자원이 한정된 광물로 평판 디스플레이 시장의 확대와 더불어 급속히 고갈되고 있는 물질이다.
게다가, 최근 각광을 받고 있는 터치패드 용도로 사용하기 위해서 필름에 적용시 까다로운 공정 및 자체 특성의 한계로 제작이 용이하지 않은 문제점이 있다.
상술한 바와 같은 상기 ITO의 단점으로 인해 그 대체물에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다. 그중 전도성 고분자는 유연성 및 단순공정에 의한 저가화 등의 장점으로 많은 관심을 받고 있다.
상기 전도성 고분자에는 폴리아닐린, 폴리피롤 및 폴리티오펜 등이 있다. 폴리티오펜 유도체중 PEDOT/PSS로 약칭되는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌 술폰산 착물은 Bayer사(상품명: Baytron P)에 의해 개발되어 대전방지용 필름에 이미 많이 사용되고 있다.
하지만, 이 PEDOT/PSS 조성물은 면저항 값이 105~109 Ω/□ 수준으로 ITO 수준의 전도도 특성을 확보하지 못한다. 그런데, 현재 상용화된 터치패널에서 통상 요구하는 디스플레이용 전극의 면저항 값은 200 ~ 300 Ω/□ 수준이며, 전극배선의 미세화 경향 등 터치패널 제작과 관련하여 IC업체 및 패널제작업체들은 점차 200O/□ 이하의 낮은 면저항 값을 갖는 디스플레이용 전극을 요구하고 있다.
또한, 이 PEDOT/PSS을 포함한 종래 전도성 고분자 조성물은 전도도 특성의 향상을 위해 디메틸설폭사이드(DMSO), 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol), 및 솔비톨(Sorbitol) 등 용매를 첨가하여 전도도 특성을 향상시킬 수 있으나, 실제 상용화를 위한 필름 적용시에는 불가피하게 사용되는 바인더(binder) 등으로 인해 전도도 특성이 크게 저하된다.
더욱이, 전도도 특성의 향상을 위해 상기 바인더를 배제할 경우, 실제 패널 제작에 적용하면 고온 고습 등의 신뢰성 테스트 시 상분리, 면저항 특성 열화에 따른 단자 저항의 급격한 상승 등의 문제점이 있다.
따라서, 플렉서블 디스플레이 분야 등 용도 및 내구성에 관련된 제품특성 요구로 ITO 전극 대비, 유연성, 필름 접착성, 열팽창 특성 등 플라스틱 기판과의 조합면에서 우수한 특성을 보유한 전도성 고분자 조성물을 이용한 디스플레이용 전극 사용에 대한 필요성이 대두된다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서 안출된 것으로, 높은 전도도 특성, 우수한 투과율, 접착성, 유연성 및 낮은 면저항 값을 갖는 투명전극용 전도성 고분자 조성물 및 이를 이용한 터치패널을 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 투명전극용 전도성 고분자 조성물은, 화학식 1로 표시되는 폴리티오펜 유도체; 적어도 하나 이상의 도펀트; 적어도 하나 이상의 바인더; 및 나머지는 용매로 이루어진다:
[화학식 1]
Figure pat00001
여기서, x는 탄소수 1 또는 2이 알킬기이며, n은 5 이상의 정수이다.
또한, 상기 폴리티오펜 유도체는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌 술폰산 착물(PEDOT/PSS)인 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 상기 폴리티오펜 유도체의 함량은 30wt% 내지 40wt%인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 도펀트는 에테르기 화합물, 카르보닐기 화합물, 극성용매, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 한다.
또한, 상기 극성용매는 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N-디메틸아세트이미드(DMA), 또는 이들의 혼합물이며, 상기 극성용매의 함량은 상기 폴리티오펜 유도체 100중량부에 대하여 1 내지 10중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 바인더는 아크릴계 바인더, 에폭시계 바인더, 에스터계 바인더, 우레탄계 바인더, 에테르계 바인더, 카복실계 바인더, 아미드계 바인더, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다. 이때, 상기 바인더의 함량은 1 내지 15wt%인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전도성 고분자 조성물은 100 내지 300 Ω/□ 범위의 면저항 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
한편, 상기 전도성 고분자 조성물을 이용한 터치패널은, 상부에 배치되어 일면으로부터 입력수단의 터치를 입력받는 제1 투명기판; 상기 제1 투명기판의 타면에 형성되며, 상기 전도성 고분자 조성물로 이루어진 제1 투명전극; 상기 제1 투명기판으로부터 이격되고, 하부 지지력을 제공하는 제2 투명기판; 상기 제2 투명기판의 일면에 상기 제1 투명전극과 마주보도록 형성되며, 상기 전도성 고분자 조성물로 이루어진 제 2 투명전극; 상기 제1 및 제2 투명전극이 테두리에 형성되어 상기 제1 및 제2 투명전극으로부터 전기적 신호를 전달받는 배선전극; 및 상기 제1 투명전극과 상기 제2 투명전극이 마주보도록 상기 제1 투명전극과 상기 제2 투명전극 사이에 형성된 접착층을 포함하여 구성된다.
또한, 상기 접착층은 상기 제1 및 제2 투명전극의 전면 간에 형성되는 정전용량방식인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접착층은 상기 제1 및 제2 투명전극의 외측 간에 형성되며, 상기 제1 및 제2 투명기판의 내측 간에는 절연성의 스페이서가 형성되는 저항막방식인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접착층은 광학투명접착제(OCA) 또는 양면접착테이프(DAT) 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제1 및 제2 투명전극은 100 내지 300 Ω/□ 범위의 면저항 값을 갖는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고, 사전적인 의미로 해석되어서는 아니 되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 전도성 고분자에 도펀트, 용매 및 바인더를 포함한 전도성 고분자 조성물로 이루어진 투명전극을 사용함으로써, 높은 전도도 특성, 우수한 투과율, 접착성, 유연성 및 100 ~ 300 Ω/□ 범위의 낮은 면저항 값을 갖는 터치패널을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량방식 터치패널의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저항막방식 터치패널의 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "제1", "제2 " 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
한편, 본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 '터치'라는 용어는 투명필름의 일면에 대한 직접적인 접촉을 의미할 뿐만 아니라, 투명필름의 일면으로부터 입력수단이 상당한 거리만큼 근접하는 의미를 포함한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량방식 터치패널의 단면도이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 정전용량방식 터치패널(100a)은 최외각에 배치되어 일면으로부터 입력수단의 터치를 입력받는 제1 투명기판(111), 제1 투명기판(111)의 타면에 형성된 제2 투명전극(121), 제2 투명기판(112)의 일면에 형성된 제2 투명전극(122) 및 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122)이 마주보도록 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122) 사이에 형성된 접착층(130a)을 포함하여 구성된다.
투명기판(110)은 제1 투명기판(111)과 제2 투명기판(112)의 두 장으로 구성된다.
상기 제1 투명기판(111)은 터치패널(100a)의 최외각에 배치되어 노출면(일면)으로부터 손가락과 같은 신체의 일부, 스타일러스 펜(stylus pen) 등 입력수단의 터치를 입력받는 역할을 수행한다.
여기서, 제1 투명기판(111)은 파손 또는 비산되지 않는 재질이라면 특별히 한정되는 것은 아니지만, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide; PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene; PS) 또는 이축연신폴리스틸렌(K레진 함유 biaxially oriented PS; BOPS) 등으로 형성할 수 있다.
한편, 제1 투명기판(111)의 타면(입력수단의 터치를 받는 면의 반대면)에는 제1 투명전극(121)이 형성되므로, 상기 제1 투명기판(111) 표면 물성의 활성화(접착력 향상)을 위해서 유기용제를 통해 상기 제1 투명기판(111)으로부터 먼지 등과 같은 불순물을 제거하거나, 플라즈마, 코로나, 고주파 또는 프라이머(primer) 처리를 통해 상기 제1 투명기판(111)의 표면을 개질하는 전처리 공정이 수행될 수 있다.
또한, 상기 제2 투명기판(112)은 본 발명에 따른 정전용량방식 터치패널(100a)의 하부기판으로 배치되어 하부에서 지지력을 제공하는 역할을 수행하는 것으로, 지지력을 높여 구조적 안정성을 확보할 수 있다.
이러한 제2 투명기판(112)은 내구성이 뛰어난 강화유리와 같이 소정 강도 이상의 지지력을 제공할 수 있는 재질로 이루어지며, 특별히 한정되지 않지만, 예를 들면, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈렌디카르복실레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리이미드(PI), 시클릭 올레핀 공중합체(COC), 스틸렌 중합체, 폴리에틸렌, 및 폴리프로필렌 등이 사용된다.
또한, 상기 제2 투명기판(112)의 일면(제1 투명전극(121)과 마주보는 면)에는 제2 투명전극(122)이 형성되므로, 표면 물성의 활성화(접착력 향상)을 위해서 상기 제1 투명기판(111)에서 상술한 바와 같은 전처리 공정이 수행될 수 있다.
투명전극(120)은 상술한 투명기판(110)과 마찬가지로, 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122)의 두 장으로 구성된다.
상기 제1 투명전극(121)은 입력수단의 터치 시 제2 투명전극(122)과의 상호 정전용량(mutual capacitance)의 변화를 이용하여 터치 좌표를 인식할 수 있도록 하는 역할을 수행하는 것으로, 상기 제1 투명기판(111)의 타면에 형성되어 제2 투명전극(122)에 대향 하도록 배치된다.
제2 투명전극(122)은 제1 투명전극(121)과 함께 터치 좌표를 인식할 수 있도록 하는 역할을 수행하는 것으로, 상기 제2 투명기판(112)의 일면에 형성되어 상기 제1 투명전극(121)에 대향하도록 배치된다.
여기서, 제1 및 제2 투명전극(121, 122)은 유연성이 뛰어나고 코팅 공정이 단순한 전도성 고분자 조성물을 상기 투명기판(110) 상에 레이저 식각, 습식 공정, 인쇄, 코팅 또는 증착 등의 방식으로 패터닝하여 형성될 수 있다. 패턴 형태는 다이아몬드 타입 또는 바(bar) 타입 등 여러 가지 형태가 사용될 수 있는 것으로, 어느 하나로 한정되는 것은 아니며, IC와의 매칭성을 고려하여 패터닝하도록 한다.
상기 습식 공정으로는 예를 들면 침지법 등이 사용될 수 있고, 상기 인쇄 방법으로는 예를 들면 비아그라 인쇄, 잉크젯 프린팅 등이 사용될 수 있다.
또한, 상기 코팅 방법으로는 예를 들면, 스핀(spin) 코팅, 바(bar) 코팅, 스프레이 코팅 또는 스프레딩 등이 사용될 수 있다.
여기서, 레이저 식각 및 잉크젯 프린팅의 경우 원하는 패턴을 자유자재로 쉽게 설계 변경 가능하다는 장점이 있으며, 그라비아 인쇄의 경우 롤투롤(Roll to Roll) 공정으로 제작이 가능하다.
상기 롤투롤 공정은 저비용 생산 구현으로 매우 높은 생산성 확보가 가능하여 모바일 및 대형 디스플레이, 특히 터치패널형 입력장치에의 적용에 매우 적합하다.
이러한 제1 및 제2 투명기판(121, 122)을 형성하는 전도성 고분자 조성물은 전도성 고분자(conductive polymer), 적어도 하나 이상의 도펀트(dopant), 적어도 하나 이상의 바인더(binder), 및 나머지는 용매를 포함하여 조성된다.
여기서, 상기 전도성 고분자는 높은 투과율을 가지고, 유연성 및 균일성이 뛰어난 재질로서, 특별히 한정되는 것은 아니나, 폴리아닐린, 폴리피롤 및 폴리티오펜 유도체 등이 사용된다.
특히, 본 발명에 따른 전도성 고분자는 한정되는 것은 아니나, 예를 들면, 하기 화학식 1로 표시되는 폴리티오펜 유도체가 사용된다:
[화학식 1]
Figure pat00002
상기 화학식 1에서, x는 탄소수 1 또는 2의 알킬기이며, n은 5 이상의 정수이다.
이때, 상기 폴리티오펜 유도체로는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌 술폰산 착물(PEDOT/PSS)이 사용된다.
또한, 상기 폴리티오펜 유도체의 함량은 30wt% 내지 40wt%이며, 바람직하게는 33wt% 내지 36 wt%이다.
만약, 상기 폴리티오펜 유도체의 함량이 30wt%보다 적을 경우 유리기판에 박막으로 형성 시, 상기 유리기판에 도포되는 폴리티오펜 유도체의 양이 적어 너무 얇게 형성되므로 투명전극으로서의 역할을 수행할 수 없거나 전도성 특성이 저하될 수 있으며, 상기 폴리티오펜 유도체의 함량이 40wt% 보다 많을 경우 상기 박막 형성 시 코팅이 용이하지 않아 상용성이 떨어질 수 있다.
그 다음, 상기 적어도 하나 이상의 도펀트는 전도도 특성 향상을 위한 것으로 각종 유기 화합물이 사용된다.
상기 도펀트는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 산소 및 질소를 함유하는 유기 화합물이 바람직하며, 예를 들면, 에테르기 화합물, 카르보닐기 화합물, 극성용매, 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나가 사용된다.
보다 자세하게, 상기 에테르기를 함유하는 화합물로는 디에틸렌글리콜모노에틸에테르 등이 사용된다. 또한, 상기 카르보닐기를 함유하는 화합물로는 이소프론, 포르필렌카보네이트, 시클로헥사논 또는 부티로락톤 등이 사용된다.
특히, 상기 극성용매는 전도도 특성 향상 성능이 우수하여 주로 사용되며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N-디메틸아세트이미드(DMA) 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나가 사용된다.
이때, 상기 도펀트의 함량은 폴리티오펜 유도체 100 중량부에 대하여 1 ~ 10 중량부이며, 바람직하게는 3 ~ 8 중량부이다.
만약, 상기 도펀트의 함량이 1중량부보다 적을 경우 도펀트로서의 전도도 향상에 영향을 미치지 못하며, 상기 도펀트의 함량이 10중량부보다 많을 경우 더 이상의 전도도 향상 효과가 없으므로 도펀트가 낭비될 수 있다.
그 다음, 상기 바인더는 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물로 이루어진 투명전극을 형성하기 위해 투명기판에 박막으로 형성 시 상기 투명기판과의 접착성을 향상시킬 뿐만 아니라, 상기 전도성 고분자 조성물의 전도도 특성을 더욱 향상시키고 면저항 값을 낮추는 역할을 한다.
이러한 상기 바인더는 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 아크릴계 바인더, 에폭시계 바인더, 에스터계 바인더, 우레탄계 바인더, 에테르계 바인더, 카복실계 바인더, 아미드계 바인더 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나가 사용된다.
이 중에서도, 탄소수 3 이상의 알킬기를 갖는 알킬아크릴레이트 및 극성 관능기를 갖는 모노머(monomer)를 공중합 성분으로 함유하는 아크릴계 바인더를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
이때, 상기 바인더의 함량은 1 ~ 15wt%이며, 바람직하게는 3 ~ 10wt%이다.
만약, 상기 바인더의 함량이 1wt% 보다 적을 경우 박막 형성 시 접착 유지 기능이 저하되므로 바인더로서의 기능을 수행할 수 없으며, 상기 바인더의 함량이 15wt% 보다 많을 경우 전도성 고분자의 함량에 대비하여 상대적으로 높아져 전도성 향상을 저해할 수 있다.
본 발명에 따른 상기 전도성 고분자 조성물은 결합제(coupling agent)를 더 포함할 수 있으며, 상술한 바인더와 유사하게 투명기판에 투명전극을 박막으로 형성 시 상기 투명기판과의 결합을 돕는 보조 결합제로서 기능한다.
이러한 상기 결합제는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란, 감마-글리시독시프로필트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 감마-글리시독시프로필에틸디에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 베타-글리시독시프로필트리메톡시실란, N-베타-아미노에틸-감마-아미노프로필트리메톡시실란, N-베타-아미노에틸-감마-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-머켑토프로필트리메톡시실란, 감마-클로로프로필트리메톡시실란, 및 감마-아크릴옥시프로필디메톡시실란 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나가 사용된다.
이때, 상기 결합제의 함량은 1~5 wt%이며, 바람직하게는 2~3 wt%이다.
상술한 바와 같은 상기 전도성 고분자 조성물에 함유된 바인더(및 결합제)의 존재 유무에 따라 투명전극의 부착력과 정전용량방식 터치패널의 신뢰성을 평가하기 위한 다음의 실험을 실시 하였으며, 이를 하기 표 1에 도시하였다.
본 실험은, 먼저, 투명전극의 부착성을 측정하기 위해 접착 테이프 및 50×50mm의 투명전극 100 시트를 이용하여 각각 50회 이상 탈부착을 반복하여 특성을 평가하였다. 그 다음, 터치패널의 신뢰성을 측정하기 위해 80/80의 고온고습 조건하에서 실시된 단자 저항 값의 변화를 관찰하여 평가하였다.
[표 1]
Figure pat00003

표 1을 참조하면, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물인 실시예 1과 같이 바인더와 결합제가 모두 포함된 경우, 투명전극의 부착성이 우수하고, 고온 고습에서 정전용량방식 터치패널의 신뢰도가 양호하다.
반면에, 종래 전도성 고분자 조성물인 비교예 1과 같이 전도성 고분자 조성물에 바인더 없이 결합제만 존재하는 경우, 투명전극의 부착성은 80% 박리되는 것으로 나타나며, 고온 고습에서 터치패널의 전기적 특성을 나타내는 단자저항이 급격히 상승되었다.
또한, 종래 전도성 고분자 조성물인 비교예 2와 같이 전도성 고분자 조성물에 바인더와 결합제 모두 포함하지 않는 경우, 투명전극의 부착성은 100% 박리되는 것으로 나타나며, 고온 고습에서 터치패널의 전기적 특성을 나타내는 단자저항이 급격히 상승되었다.
즉, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물과 같이 전도성 고분자에 바인더를 포함함으로써 투명전극의 부착력과 터치패널의 신뢰성이 모두 양호한 수준을 확보할 수 있음을 알 수 있다.
또한, 종래 전도성 고분자 조성물인 비교예 1 및 2와 같이 바인더가 존재 하지 않을 시, 결합제의 존재 유무에 따라 박리되는 정도의 차이가 있으며, 이는 상기 결합제가 상기 바인더만큼은 아니나 부착력 향상(접착성 향상)에 다소 영향을 미친다는 것을 알 수 있다.
본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물은 상술한 바와 같은 전도성 고분자, 도펀트, 바인더(및 결합제)를 제외한 나머지는 용매로 이루어진다.
상기 용매는 일반적으로 상기 전도성 고분자 조성물 내에 용질들이 고르게 분포되도록 하는 분산액이 사용된다.
이러한 상기 용매는 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용될 수 있으며, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, i-프로판올, 부탄올, n-프로필 알코올 등과 같은 지방족 알코올, 메틸셀로솔브, 프로필렌글리콜메틸에테르, 디아세톤알코올, 에틸아세테이트, 부틸아세테이트, 아세톤, 메틸에틸케톤 등과 같은 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토 니트릴, 및 지방족 술폭시드 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나가 사용된다. 또한, 물 또는 물과 유기 용매의 혼합물도 사용될 수 있다.
한편, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물은 상술한 전도성 고분자, 도펀트, 바인더(및 결합제), 용매 이외에 분산안정제, 계면활성제, 소포제 및 레벨링제 등이 추가로 더 첨가될 수 있다.
상기 분산안정제는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol) 또는 솔비톨(Sorbitol) 등이 사용되며, 이를 통해 전도도 향상효과를 얻을 수 있다.
상기 계면활성제는 HLB(Hydrophile Lipophile Balance) 값이 8 ~ 16인 물질이 사용되며, 바람직하게는 10 ~ 13인 물질이 사용된다.
이러한 계면활성제는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들면, Tween 20, Tween 40, Tween 60, Tween 80, Triton X-100 등이 사용된다. 또한, span 80과 같이 낮은 HLP값을 갖는 종류와 혼합하여 사용하는 것도 가능하다.
한편, 상술한 바와 같은 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물의 면저항 특성을 평가하기 위한 실험을 실시하였으며, 이를 하기 표 2에 도시하였다.
이때, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물에 있어서, 폴리티오펜 유도체는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌 술폰산 착물(PEDOT/PSS)이 사용되고, 도펀트는 디메틸설폭사이드(DMSO)이 사용되며, 용매는 i-프로판올 및 에탄올이 사용되었다. 또한, 바인더는 아크릴 바인더가 사용되며, 결합제는 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란이 사용되었다.
그 결과, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물로 형성된 투명전극은 상기 전도성 고분자 조성물에 함유된 폴리티오펜 유도체, 도펀트, 용매, 바인더 및 결합제의 비율을 하기 표 2와 같이 조절하여 면저항 값을 100 ~ 300 Ω/□ 수준으로 낮출 수 있었다.
[표 2]
Figure pat00004

표 2를 참조하면, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물인 실시예 2 내지 7은 종래 전도성 고분자 조성물인 비교예 3에 비해 도펀트의 함량이 낮고, 특히, 바인더를 더 포함하는 반면, 면저항 값은 비교예 3의 2500 Ω/□ 에 비해 훨씬 낮은 100 ~ 300 Ω/□ 로 나타난다.
이와 같이, 전도성 고분자에 도펀트, 용매, 바인더(및 결합제)가 본 발명에 따른 함량을 갖는 전도성 고분자 조성물로 형성된 투명전극을 이용하여 구현된 터치패널은 높은 전도도 특성, 우수한 투과율, 접착성, 유연성 및 100 ~ 300 Ω/□ 범위의 낮은 면저항 값을 보유할 수 있게 된다.
다시 도 1을 참조하면, 상기 제1 투명전극(121)과 상기 제2 투명전극(122)의 테두리에는 상기 제1 투명전극(121)과 상기 제2 투명전극(122)으로부터 각각의 전기적 신호를 전달받는 배선전극(140)이 인쇄된다. 이때, 상기 배선전극(140)은 실크스크린법, 그라비아인쇄법 또는 잉크젯인쇄법 등을 이용하여 인쇄할 수 있다. 상기 배선전극(140) 인쇄 후, 건조 시 온도는 약 150℃를 이하이며, 바람직하게는 약 130℃이다.
또한, 상기 배선전극(140)의 재료로는 전기 전도도가 뛰어난 은 페이스트(Ag paste) 또는 유기은으로 조성된 물질을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 전도성 고분자, 카본블랙(CNT포함), ITO와 같은 금속산화물이나 금속류 등 저저항(低抵抗) 금속을 사용할 수 있다.
은 페이스트와 같은 페이스트 타입으로 형성된 배선전극(40)은 전도성 고분자 조성물로 형성된 상기 제1 및 제2 투명전극(121, 122)에 미치는 영향을 최소화할 수 있도록 페이스트 혼합물 내의 용매를 최소화할 수 있다.
이때, 상기 페이스트는 미세 선폭을 구현하기 위해 고점도인 것이 바람직하며, 인쇄성 및 퍼짐성을 조절할 수 있도록 칙소제(thixotropic agent)가 함유된 것이 좋다.
또한, 상기 페이스트의 부식을 방지하기 위해 상기 배선전극(140) 상에 금(Au) 또는 절연막이 수 ㎚의 두께로 코팅될 수 있다.
접착층(130a)은 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122) 사이에 형성되어 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122)을 마주보도록 하는 역할을 수행한다.
여기서, 상기 접착층(130a)은 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122)을 상호 절연시킬 수 있는 재질로서, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 접착력과 투명성을 모두 구비한 광학투명접착제(Optical Clear Adhesive; OCA)를 이용하는 것을 바람직하다.
여기서, 상기 광학투명접착제(OCA)는 크게 아크릴계 및 실리콘계가 있는데, 아크릴계의 경우 고온 고습하에서 제1 및 제2 투명전극(121, 122)의 면저항 값이 급격히 증가하므로, 고온 고습 조건의 안정성을 위해 실리콘계를 사용하는 것이 바람직하다.
상기 광학투명접착제(OCA)는 또한 필름 타입 또는 액상 타입 모두 사용 가능하며, 상기 OCA 코팅 후 투과율은 99% 이상이다. 또한, 상기 OCA의 두께는 50 ~ 200㎛이며, 바람직하게는 100 ~ 175㎛이다.
또한, 상기 접착층(130a)은 접착 공정에서 불량이 발생하더라도 재작업이 용이하도록 양면접착테이프(Double-sided Adhesive Tape; DAT)가 사용될 수도 있다.
한편, 상기 제2 투명기판(112)의 타면(제2 투명전극(122)이 형성되는 면의 반대면)에는 상술한 바와 같은 광학투명접착제(OCA) 또는 양면접착테이프(DAT)로 디스플레이(미도시)가 부착될 수 있다.
상기 디스플레이(미도시)는 화상을 출력하는 장치로, 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), EL(Electroluminescence) 또는 CRT(Cathod Ray Tube) 등을 포함하는 개념이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저항막방식 터치패널의 단면도이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 저항막방식 터치패널(100b)은 최외각에 배치되어 일면으로부터 입력수단의 터치를 입력받는 제1 투명기판(111), 제1 투명기판(111)의 타면에 형성된 제2 투명전극(121), 제2 투명기판(112)의 일면에 형성된 제2 투명전극(122) 및 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122)이 마주보도록 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122) 사이에 형성된 접착층(130b)을 포함하여 구성된다.
본 실시 예에 따른 저항막방식 터치패널(100b)은 전술한 실시 예에 따른 정전용량방식 터치패널(100a)과 비교했을 때 가장 큰 차이점은 접착층(130b)의 구조와 스페이서가 존재한다는 점이므로, 이러한 차이점을 중심으로 설명하기로 하며, 동일한 구성요소에 대한 상세 설명은 상술한 것으로 대체하기로 한다.
상기 접착층(130b)은 제1 및 제2 투명전극(121, 122)이 각각 형성된 제1 및 제2 투명기판(111, 112) 간 외측에 형성된다. 이러한 접착층(130a)은 외부 압력에 의해 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122)이 접촉될 수 있도록 제1 및 제2 투명기판(111, 112)의 외측 간에 형성되므로, 내측에는 개구부(131)가 형성될 수 있다.
또한, 상기 스페이서(132)는 제1 및 제2 투명기판(111, 112) 간 내측에 형성된다. 이러한 스페이서(132)는 도트 스페이서(Dot Spacer)의 형태로 구성될 수 있고, 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122)이 접촉할 때의 충격을 완화하고, 압력이 해제되면 제1 투명기판(111)이 원위치될 수 있도록 반발력을 제공한다. 또한, 외부 압력이 없는데 제1 투명전극(121)과 제2 투명전극(122)이 접촉되는 경우가 발생하지 않도록, 평소에는 제1 및 제2 투명전극(121, 122) 간 절연을 유지시키는 역할을 수행한다.
지금까지, 본 발명에 따른 전도성 고분자 조성물로 이루어진 투명전극이 사용된 정전용량방식 터치패널과 저항막방식 터치패널을 설명하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 전기자기장방식, 소오방식 및 인프라레드방식 등을 포함하는 다양한 터치패널에서 상술한 바와 같은 전도성 고분자 조성물로 이루어진 투명전극을 사용할 수 있음은 물론이다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 특허 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100a: 정전용량방식 터치패널 100b: 저항막방식 터치패널
110: 투명기판 120: 투명전극
111: 제1 투명기판 121: 제1 투명전극
112: 제2 투명기판 122: 제2 투명전극
130a, 130b: 접착층 140: 배선전극

Claims (23)

  1. 화학식 1로 표시되는 폴리티오펜 유도체;
    적어도 하나 이상의 도펀트;
    적어도 하나 이상의 바인더; 및
    나머지는 용매로 이루어진 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
    [화학식 1]
    Figure pat00005

    여기서, x는 탄소수 1 또는 2의 알킬기이며, n은 5 이상의 정수임.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리티오펜 유도체는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌 술폰산 착물(PEDOT/PSS)인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 폴리티오펜 유도체의 함량은 30wt% 내지 40wt%인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 도펀트는 에테르기 화합물, 카르보닐기 화합물, 극성용매 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 에테르기 화합물은 디에틸렌글리콜모노에틸에테르인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  6. 청구항 4에 있어서, 상기 카르보닐기 화합물은 이소프론, 포르필렌카보네이트, 시클로헥사논 또는 부티로락톤인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  7. 청구항 4에 있어서, 상기 극성용매는 디메틸설폭사이드(DMSO), N-메틸피롤리돈(NMP), N,N-디메틸포름아미드(DMF), N-디메틸아세트이미드(DMA), 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 도펀트의 함량은 상기 폴리티오펜 유도체 100 중량부에 대하여 1 내지 10 중량부인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 바인더는 아크릴계 바인더, 에폭시계 바인더, 에스터계 바인더, 우레탄계 바인더, 에테르계 바인더, 카복실계 바인더, 아미드계 바인더, 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 바인더의 함량은 1 내지 15wt%인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 용매는 지방족 알코올, 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토 니트릴, 지방족 술폭시드 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 고분자 조성물은 1 내지 5w%의 결합제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 결합제는 감마-글리시독시프로필트리메톡시실란, 감마-글리시독시프로필트리에톡시실란, 감마-글리시독시프로필에틸디메톡시실란, 감마-글리시독시프로필에틸디에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 베타-글리시독시프로필트리메톡시실란, N-베타-아미노에틸-감마-아미노프로필트리메톡시실란, N-베타-아미노에틸-감마-아미노프로필트리에톡시실란, 감마-머켑토프로필트리메톡시실란, 감마-클로로프로필트리메톡시실란, 감마-아크릴옥시프로필디메톡시실란 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 고분자 조성물은 분산안정제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 분산안정제는 에틸렌 글리콜(Ethylene glycol) 또는 솔비톨(Sorbitol)인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 고분자 조성물은 계면활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  17. 청구항 16에 있어서, 상기 계면활성제는 HLB(Hydrophile Lipophile Balance) 값이 8 내지 16인 물질인 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  18. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 고분자 조성물은 100 내지 300 Ω/□ 범위의 면저항 값을 갖는 것을 특징으로 하는 투명전극용 전도성 고분자 조성물.
  19. 상부에 배치되어 일면으로부터 입력수단의 터치를 입력받는 제1 투명기판;
    상기 제1 투명기판의 타면에 형성되며, 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 따른 전도성 고분자 조성물로 이루어진 제1 투명전극;
    상기 제1 투명기판으로부터 이격되고, 하부 지지력을 제공하는 제2 투명기판;
    상기 제2 투명기판의 일면에 상기 제1 투명전극과 마주보도록 형성되며, 청구항 1 내지 18 중 어느 한 항에 따른 전도성 고분자 조성물로 이루어진 제 2 투명전극;
    상기 제1 및 제2 투명전극의 테두리에 형성되어 상기 제1 및 제2 투명전극으로부터 전기적 신호를 전달받는 배선전극; 및
    상기 제1 투명전극과 상기 제2 투명전극이 마주보도록 상기 제1 투명전극과 상기 제2 투명전극 사이에 형성된 접착층을 포함하는 터치패널.
  20. 청구항 19에 있어서, 상기 접착층은 상기 제1 및 제2 투명전극의 전면 간에 형성되는 정전용량방식인 것을 특징으로 하는 터치패널.
  21. 청구항 19에 있어서, 상기 접착층은 상기 제1 및 제2 투명전극의 외측 간에 형성되며, 상기 제1 및 제2 투명기판의 내측 간에는 절연성의 스페이서가 형성되는 저항막방식인 것을 특징으로 하는 터치패널.
  22. 청구항 19에 있어서, 상기 접착층은 광학투명접착제(OCA) 또는 양면접착테이프(DAT)인 것을 특징으로 하는 터치패널.
  23. 청구항 19에 있어서, 상기 제1 및 제2 투명전극은 100 내지 300 Ω/□ 범위의 면저항 값을 갖는 것을 특징으로 하는 터치패널.
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