KR20120077870A - 전도성 필름의 후처리 방법 및 이를 이용한 전도성 필름 - Google Patents

전도성 필름의 후처리 방법 및 이를 이용한 전도성 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전도성 필름을 산용액으로 침지법 또는 스프레이법에 의해 산화시키는 후처리를 함으로써, 전도성 고분자의 밴드갭이 작아지게되어 전도성 필름의 투과율 및 전기전도도가 향상된다.

Description

전도성 필름의 후처리 방법 및 이를 이용한 전도성 필름{Post treatment Method for conductive film and the conductive film using the same}
본 발명은 전도성 필름의 후처리 방법 및 이를 이용한 전도성 필름에 관한 것이다.
디지털 기술을 이용하는 컴퓨터가 발달함에 따라 컴퓨터의 보조 장치들도 함께 개발되고 있으며, 개인용 컴퓨터, 휴대용 전송장치, 그 밖의 개인 전용 정보처리장치 등은 키보드, 마우스와 같은 다양한 입력장치(Input Device)를 이용하여 텍스트 및 그래픽 처리를 수행한다.
하지만, 정보화 사회의 급속한 진행에 따라 컴퓨터의 용도가 점점 확대되는 추세에 있는 바, 현재 입력장치 역할을 담당하는 키보드 및 마우스만으로는 효율적인 제품의 구동이 어려운 문제점이 있다. 따라서, 간단하고 오조작이 적을 뿐 아니라, 누구라도 쉽게 정보입력이 가능한 기기의 필요성이 높아지고 있다.
또한, 입력장치에 관한 기술은 일반적 기능을 충족시키는 수준을 넘어서 고신뢰성, 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.
이러한 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 인프라레드방식(Infrared Type)으로 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, 현재 가장 광범위한 분야에서 사용하는 방식은 저항막방식 터치패널과 정전용량방식 터치패널이다.
저항막방식 터치패널의 경우, 상/하부 투명전극막이 스페이서에 의해 이격되고 눌림에 의해 서로 접촉될 수 있도록 배치된 형태이다. 상부 투명전극막이 형성되어 있는 상부 전도성 필름이 손가락, 펜 등의 입력수단에 의해 눌릴 때 상/하부 투명전극막이 통전되고, 그 위치의 저항값 변화에 따른 전압변화를 제어부에서 인지하여 접촉좌표를 인식하는 방식으로 디지털 저항막방식과 아날로그 저항막방식이 있다.
정전용량방식 터치패널의 경우, 제1 투명전극이 형성된 상부 전도성 필름과 제2 투명전극이 형성된 하부 전도성 필름이 서로 이격되며, 제1 투명전극과 제2 투명전극이 접촉하지 못하게 절연재가 삽입된다. 또한, 상부 전도성 필름과 하부 전도성 필름에는 투명전극과 연결된 전극배선이 형성된다. 전극배선은 입력수단이 터치스크린에 접촉함에 따라 제1 투명전극과 제2 투명전극에서 발생하는 정전용량의 변화를 제어부에 전달한다.
종래에는 ITO(Indium Tin Oxide; 인듐-주석 산화물)를 이용하여 투명전극을 형성하였으나, 현재 이를 대체하기 위한 물질로서 전도성 고분자에 대한 연구가 활발히 진행 중이다. 전도성 고분자는 ITO에 비해 유연성이 뛰어나고 코팅 공정이 단순한 장점이 있다. 이러한 장점으로 인해, 전도성 고분자는 터치패널 뿐만 아니라 차세대 기술인 플렉시블 디스플레이(Flexible display)의 핵심적인 요소로서 기대가 주목되고 있다.
다만, 이러한 전도성 고분자를 이용하여 베이스 부재에 투명전극을 패터닝하는 경우, 전도성 고분자 고유의 푸른색으로 인해 터치패널의 투과율이 저하되는 문제점이 발생하였다.
또한, 터치 스크린, 디스플레이 등의 소형화 고집적화 추세에 따라 투명전극의 전기전도도는 매우 중요한 요소인 바, ITO를 전도성 고분자로 대체하는데 있어 전도성 고분자의 상대적으로 낮은 전기전도도가 문제되었다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 투과율과 전기전도도를 향상시키기 위해 전도성 필름을 산용액으로 후처리하는 방법 및 이를 이용한 전도성 필름을 제공하는데 목적이 있다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전도성 필름의 후처리 방법은 (A)베이스 부재를 제공하는 단계, (B)상기 베이스 부재에 전도성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 전도성 필름을 얻는 단계 및 (C)상기 전도성 필름을 산용액으로 후처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
여기서, 본 발명은 상기 후처리하는 단계는 침지법 또는 스프레이법에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 후처리하는 단계는 5분 내지 70분간 수행되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 산용액의 농도는 0.5 내지 3 몰랄농도인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 산용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4) 또는 질산(HNO3) 용액 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 고분자 조성물은 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리페닐렌계, 폴리아닐린계 또는 폴리아세틸렌계 전도성 고분자 중 어느 하나의 전도성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS)인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 전도성 필름은 상기 전도성 필름의 후처리 방법에 의해 후처리되어, 면저항값이 500 Ω/□ 이하인 것을 특징으로 한다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 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 필름을 산용액으로 후처리함으로써, 전도성 고분자를 산화시켜 전도성 필름의 투과율 및 전기전도도가 향상된다.
또한, 본 발명에 따르면, 면저항값이 500 Ω/□ 이하인 전도성 필름을 얻을 수 있다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 전도성 필름의 후처리 방법은 (A)베이스 부재를 제공하는 단계, (B)상기 베이스 부재에 전도성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 전도성 필름을 얻는 단계 및 (C)상기 전도성 필름을 산용액으로 후처리하는 단계를 포함하는 한다. 본 발명은 산용액으로 전도성 필름을 후처리함으로써 전도성 필름의 투과율 및 전기전도도를 높일 수 있다. 이하 전도성 필름의 후처리 공정순서대로 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 베이스 부재를 준비한다. 베이스 부재는 지지력과 디스플레이에서 제공하는 화상을 사용자가 인식할 수 있도록 하는 투명성을 갖추어야 한다. 전술한 지지력과 투명성을 고려할 때, 베이스 부재는 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), 이축연신폴리스틸렌(K레진 함유 biaxially oriented PS; BOPS), 유리 또는 강화유리 등으로 형성하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
다음으로, 베이스 부재에 전도성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 전도성 필름 제조한다.
전도성 고분자 조성물은 용매에 전도성 고분자가 용해된 용액을 말하며, 바인더, 도펀트, 분산안정제 및 계면활성제 등과 같은 기타 첨가제가 혼합될 수 있다.
전도성 고분자는 탄소원자 하나 당 한개의
Figure pat00001
-전자를 갖는 전기전도성을 띄는 고분자로서 일반적으로 약 10,000 이상의 분자량을 갖는다. 전도성 고분자는 기존의 투명전극으로 일반적으로 사용되던 ITO(Indium Tin Oxide)에 비해 경량임과 동시에 유연성이 높은 박막을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 이러한 전도성 고분자는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리페닐렌계, 폴리아닐린계 또는 폴리아세틸렌계 중 어느 하나일 수 있다.
이때, 바람직하게는 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS)이다. 구체적으로 (주)H.C스탈크사의 클레비오스 피(Clevios P) 제품을 사용한다. 상기 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)은 도펀트로서 폴리스티렌술포네이트(PSS)가 도핑되어 있어 물에 잘 녹는 성질을 나타내며, 열적 안전성이 매우 우수하다. 또한, 상기 폴리에틸렌디옥시티오펜(PEDOT)은 물에 최적 분산성을 유지하기 위하여 PEDOT 및 PSS 고형분 농도가 1.0 ~ 1.5 중량% 범위로 조정되어 있다. 상기 PEDOT은 추가로 물, 알콜 또는 유전상수가 큰 용매와 잘 혼합되므로 상기 용매와 희석하여 쉽게 코팅할 수 있으며, 코팅막을 형성하였을 때도 기타 전도성 고분자인 폴리아닐린계, 폴리피롤계 등과 비교해 우수한 투명도를 나타낸다
전도성 고분자 조성물을 베이스 부재에 코팅함에 있어, 건식공정 또는 습식공정을 이용할 수 있다. 건식공정으로는 스퍼터링(Sputtering), 증착(Evaporation) 등이 있으며, 습식공정으로는 딥 코팅(Dip coating), 스핀 코팅(Spin Coating), 롤 코팅(Roll coating), 스프레이 코팅(Spray coating) 등을 들 수 있다.
상기 전도성 고분자 조성물이 코팅된 베이스 부재를 열풍건조, 진공건조 또는 자외선(IR)건조함으로써, 베이스 부재에 고정된 형상의 투명전극이 형성된다.
다음으로, 전도성 필름을 산용액으로 후처리한다. 전도성 필름을 산용액으로 후처리하여 전도성 고분자를 산화시킴으로써, 전도성 필름의 전기전도도 및 투과율이 향상된다. 전도성 고분자의 띠구조에서 전자가 점유된 가장 높은 에너지띠 (원자가띠)의 맨위부터 가장 낮은 공간띠 (전도띠)의 바닥까지 사이의 에너지 준위나 그 에너지 차이를 밴드갭이라고 하는데, 산용액으로 후처리시, 이러한 밴드갭이 작아지게 된다. 따라서, 적은 에너지만으로도 전자의 이동이 일어날 수 있어, 전도성 필름의 전기전도도가 향상된다. 또한, 밴드갭이 작아지게 되어, 가시광선 영역의 흡수율이 감소하므로 전도성 필름의 투과율이 향상된다.
이때, 전도성 필름을 산용액으로 침지법 또는 스프레이법에 의해 후처리할 수 있다. 산용액에 전도성 필름을 일정시간 담그는 침지법이나, 스프레이 장치로 전도성 필름에 산용액을 도포하는 방식인 스프레이법은 방법이 단순하며, 별도의 장치가 필요없다는 장점이 있다. 이러한, 후처리는 5분 내지 70분간 실시한다. 바람직하게는 20분 내지 50분간 산용액으로 후처리한다. 후처리 시간은 산용액의 농도에 따라 달리한다.
산용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4) 또는 질산(HNO3)과 같은 용액상에서 H+이온을 내놓는 물질일 수 있다. 또한 산용액은 전자쌍을 받을 수 있는 물질로서 AlBr3등의 루이스산(Lewis acid)일 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 산용액은 전도성 고분자를 산화시킬 수 있는 모든 물질을 포함한다.
이때, 산용액의 농도는 0.5 내지 3 몰랄농도이며, 바람직하게는 0.8 내지 2 몰랄농도이다. 산용액의 농도가 0.5 몰랄농도 미만인 경우 산용액에 의한 전도성 고분자의 산화반응이 미미하며, 3 몰랄농도를 초과하는 경우 산용액에 의한 전도성 필름이 손상될 우려가 있다.
본 발명에 따른 전도성 필름은 전도성 고분자 조성물을 베이스 부재에 코팅 및 건조한 후, 이를 산용액으로 후처리함으로써 얻을 수 있다. 상기 후처리 방법에 의해 처리된 전도성 필름은 면저항값이 500 Ω/□ 이하로서 전기전도도가 우수한 장점을 갖는다. 또한 88.1% 이상의 우수한 투과율을 갖는다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다. 다만, 본 발명이 이에 의해 한정되는 것은 아니다.
먼저 i-프로판올 유기용매에 바인더로 아크릴 바인더, 전도성 고분자로 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS)수용액을 넣고 1시간 정도 혼합하여 전도성 고분자 조성물을 제조하였다. 이때, 전도성 고분자 조성물의 조성비는 i-프로판올 60%, 아크릴 바인더 5%, PEDOT/PSS 35% 이다. 제조한 전도성 고분자 조성물을 베이스 부재 위에 스핀코팅한 후 100℃ 정도에서 5분간 건조하여 전도성 필름을 제조하였다. 상기 전도성 필름을 0.5 몰랄농도의 HCl용액에 30분간 침지하여 후처리를 실시하였다.
상기 실시예1과 동일하게 실시하되 HCl용액의 농도를 1 몰랄농도로 달리하여 전도성 필름을 30분간 후처리를 실시하였다.
상기 실시예1과 동일하게 실시하되 HCl용액의 농도를 2 몰랄농도로 달리하여 전도성 필름을 30분간 후처리를 실시하였다.
상기 실시예1과 동일하게 실시하되 HCl용액의 농도를 3 몰랄농도로 달리하여 전도성 필름을 30분간 후처리를 실시하였다.
<비 교 예>
상기 실시예1과 동일하게 실시하되, PEDOT/PSS 전도성 필름을 HCl용액으로 후처리하지 않았다.
< 시 험 예>
실시예 1 내지 실시예 4의 산용액으로 후처리된 전도성 필름 및 비교예 전도성 필름의 면저항값과 투과율을 측정하였다. 면저항값의 측정은 Mitsubishi chemical사의 Loresta EP MCP-T360 을 사용하였다. 투과율은 측정은 Minolta사 CM-3500d 을 사용하였다.

 면저항(Ω/□) 투과율(%)
실시예 1
 275 88.1% 이상
실시예 2
 265 88.2% 이상
실시예 3
 255 88.2% 이상
실시예 4
 266 88.2% 이상
비 교 예
 1050 88%
상기 표 1의 실험데이터 결과값에서 알 수 있듯이, 본 발명에 따른 후처리된 전도성 필름은 산용액으로 후처리하지 않은 경우(비교예)보다 면저항이 낮아 전기전도도가 우수하며, 투과율이 향상되었다. 이때, 산용액의 농도를 0.8 내지 2 몰랄농도로 하여 후처리함이 전기전도도 및 투과율의 향상효과가 우수함을 보였다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 전도성 필름의 후처리 방법 및 이를 이용한 전도성 필름은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해서 명확해질 것이다.

Claims (8)

  1. (A)베이스 부재를 제공하는 단계;
    (B)상기 베이스 부재에 전도성 고분자 조성물을 코팅 및 건조하여 전도성 필름을 얻는 단계; 및
    (C)상기 전도성 필름을 산용액으로 후처리하는 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 후처리 방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 후처리하는 단계는 침지법 또는 스프레이법에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 후처리 방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 후처리하는 단계는 5분 내지 70분간 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 후처리 방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 산용액의 농도는 0.5 내지 3 몰랄농도인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 후처리 방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 산용액은 염산(HCl), 황산(H2SO4) 또는 질산(HNO3) 용액 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 후처리 방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 전도성 고분자 조성물은 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리페닐렌계, 폴리아닐린계 또는 폴리아세틸렌계 전도성 고분자 중 어느 하나의 전도성 고분자를 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 후처리 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 폴리티오펜계 전도성 고분자는 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS)인 것을 특징으로 하는 전도성 필름의 후처리 방법.
  8. 청구항 1항 내지 청구항 7항 중 어느 한 항에 따른 전도성 필름의 후처리 방법에 의해 후처리되어, 면저항값이 500 Ω/□ 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 필름.
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