KR20180014531A - 도전성 잉크 조성물 및 도전성 적층체 - Google Patents

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KR20180014531A KR1020160097989A KR20160097989A KR20180014531A KR 20180014531 A KR20180014531 A KR 20180014531A KR 1020160097989 A KR1020160097989 A KR 1020160097989A KR 20160097989 A KR20160097989 A KR 20160097989A KR 20180014531 A KR20180014531 A KR 20180014531A
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정재훈
배민영
이승준
양기석
차영철
박세주
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홍우성
박성연
이상준
김동민
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Abstract

본원은, 도전성 잉크 조성물, 및 상기 도전성 적층체에 관한 것이다.

Description

도전성 잉크 조성물 및 도전성 적층체{CONDUCTIVE INK COMPOSITION AND CONDUCTIVE LAMINATE}
본원은, 도전성 잉크 조성물 및 도전성 적층체에 관한 것이다.
투명전극은 가시광선 영역에서 투명한 도전성 재료로서 터치스크린, 유기 발광 다이오드, 평판 디스플레이, 및 태양전지 등에 많이 사용되고 있다.
현재 투명전극으로서 ITO(indium tin oxide)를 주로 사용하고 있는데, ITO는 깨지기 쉬운 성질 때문에 플렉서블 전극으로 사용하는데 한계가 있다. 따라서, 최근에는 유연성이 있는 투명전극의 개발이 활발하게 진행되고 있다. 상기 투명전극은 전자장치에 적용하기 위해서는 패터닝 공정이 가능해야 한다.
이와 관련하여, 대한민국 공개특허 제2012-0098140호는, 은 나노와이어를 포함하는 전도성 고분자 복합체 막 및 이를 제조하기 위한 전도성 고분자 코팅 조성물에 대해 개시하고 있다. 은 나노와이어를 전도성고분자에 분산시켜 형성된 투명전극은 유연성이 우수한 장점이 있다. 그러나, 은 나노와이어와 전도성 고분자를 혼합한 하이브리드 투명전극은 패터닝 공정에서 무기물-은 나노와이어와 유기물-전도성 고분자 모두를 에칭해야 하기 때문에, 산업체에서 사용되는 에천트를 이용할 경우 에칭이 용이하지 않으며, 레이저를 이용한 건식 에칭 또한 용이하지 않다는 단점이 있다. 더불어, 상기 전도성 고분자는 불투명(짙은 파란색)을 띠기 때문에, 은 나노와이어와 혼합하여 투명전극을 형성할 경우, 투과도가 저하될 수 있는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 금속 나노와이어를 포함하는 투명전극을 형성함에 있어, 패터닝이 용이하고, 투과도가 우수한 도전성 잉크 조성물 및 이를 이용한 도전성 적층체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본원은, 도전성 잉크 조성물, 및 도전성 적층체를 제공하고자 한다.
그러나, 본원이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본원의 제 1 측면은, 염기화된 고분자 바인더 용액; 금속 나노와이어; 계면활성제; 및, 용매를 포함하는, 도전성 잉크 조성물을 제공한다.
본원의 제 2 측면은, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된, 염기화된 고분자 바인더 및 금속 나노와이어를 포함하는 도전성 박막;을 포함하는, 도전성 적층체를 제공한다.
본원의 일 구현예에 의하면, 염기화된 고분자 바인더를, 금속 나노와이어를 포함하는 도전성 잉크에 적용시킴으로써 상기 도전성 잉크의 용액 보관 안정성을 개선할 수 있다.
더불어, 본원의 일 구현예에 따른 도전성 잉크를 기재에 도포하여 투명 전극 등의 도전성 적층체를 제조함으로써, 상기 투명전극의 투과도 또한 향상시킬 수 있다.
또한, 본원의 일 구현예에 따른 상기 도전성 적층체는 습식 에칭 및 건식 에칭이 용이하기 때문에, 상기 패터닝 또한 용이하게 할 수 있다는 장점이 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 “연결”되어 있다고 할 때, 이는 “직접적으로 연결”되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 “전기적으로 연결”되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 “포함” 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “~(하는) 단계” 또는 “~의 단계”는 “~ 를 위한 단계”를 의미하지 않는다.
본원 명세서 전체에서, 마쿠시 형식의 표현에 포함된 “이들의 조합(들)”의 용어는 마쿠시 형식의 표현에 기재된 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상의 혼합 또는 조합을 의미하는 것으로서, 상기 구성 요소들로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 포함하는 것을 의미한다.
본원 명세서 전체에서, “A 및/또는 B”의 기재는 “A 또는 B, 또는 A 및 B”를 의미한다.
본원의 제 1 측면은, 염기화된 고분자 바인더 용액; 금속 나노와이어; 계면활성제; 및, 용매를 포함하는, 도전성 잉크 조성물을 제공한다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여, 약 0.001 중량부 내지 약 5 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여, 약 0.001 중량부 내지 약 5 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 3 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 0.1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 3 중량부, 또는 약 0.1 중량부 내지 약 5 중량부 포함되는 것일 수 있으며, 약 0.1 중량부 내지 약 3 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 염기화된 고분자 바인더 용액의 함량이 증가하면 나노와이어 분산성을 향상시킬 수는 있지만, 일정 함량을 초과하면 전기적 특성이 저하될 수 있다. 또한 염기화된 고분자 바인더 용액의 함량이 0.001 중량부 이하가 되면 나노와이어 분산성이 저하되는 문제가 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노와이어는 상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여, 약 0.001 중량부 내지 약 5 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노와이어는 상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여, 약 0.001 중량부 내지 약 5 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 3 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 0.1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 3 중량부, 또는 약 0.1 중량부 내지 약 5 중량부 포함되는 것일 수 있으며, 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 금속 나노와이어의 함량이 증가하면 면저항 값은 감소할 수 있지만, 일정 함량 이상 초과하면 투과도가 급격히 감소할 수 있다. 또한 나노와이어 함량이 0.001 중량부 이하 되면 나노와이어 사이의 연결이 끊기면서 저항이 상승할 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여 약 0.001 중량부 내지 약 5 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 계면활성제는 상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여, 약 0.001 중량부 내지 약 5 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 3 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.001 중량부 내지 약 0.1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부, 약 0.1 중량부 내지 약 3 중량부, 또는 약 0.1 중량부 내지 약 5 중량부 포함되는 것일 수 있으며, 약 0.1 중량부 내지 약 1 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 계면활성제의 함량이 증가하면 기재에서 나노와이어 코팅성을 향상시킬 수 있지만, 일정 함량 초과하면 전기적 특성이 저하되는 문제가 있다. 또한 계면활성제의 함량이 0.001 중량부 이하가 되면 도전성 잉크의 기재 코팅성이 저하될 수 있는 문제점이 있다. 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여 약 90 중량부 내지 약 99.999 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 용매는 상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여, 약 90 중량부 내지 약 99.999 중량부, 약 92 중량부 내지 약 99.999 중량부, 약 94 중량부 내지 약 99.999 중량부, 약 96 중량부 내지 약 99.999 중량부, 약 98 중량부 내지 약 99.999 중량부, 약 90 중량부 내지 약 98 중량부, 약 90 중량부 내지 약 96 중량부, 약 90 중량부 내지 약 94 중량부, 또는 약 90 중량부 내지 약 92 중량부 포함되는 것일 수 있으며, 약 94 중량부 내지 99.97 중량부 포함되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 pH 9 이상으로 조절된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 염기성을 나타내지 않는 고분자 용액과 염기성 화합물의 반응, 즉 염기화에 의해 pH 9 이상, 바람직하게는 pH 10 이상으로 조절된 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 염기성 화합물은 암모늄 화합물, 알킬아민, 알칸올아민, 이미다졸, 피리딘, 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 고분자 바인더 용액이 상기 염기성 화합물에 포함되는 아민(amine)에 의해 염기화되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 하기 화학식 1의 염기화된 고분자 바인더를 포함하는 것일 수 있다.
<화학식 1>
Figure pat00001
(상기 화학식 1에서, X는 알킬아민, 알칸올아민, 이미다졸, 피리딘 및 이들의 유도체를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종이고, 상기 n은 100 내지 10000의 정수이다.)
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 폴리스티렌술폰산, 폴리스티렌술포네이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 분자량 약 70,000 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 분자량 약 70,000 이상, 약 100,000 이상, 약 200,000 이상, 약 300,000 이상, 약 400,000 이상, 약 500,000 이상, 약 600,000 이상, 약 700,000 이상, 약 800,000 이상, 또는 약 900,000 이상인 것일 수 있으며, 바람직하게는 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 분자량 약 700,000 이상인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 상기 염기화된 고분자 바인더 용액의 분자량이 증가하면, 상기 염기화된 고분자 용액 내에 분산되는 금속 나노와이어의 유동성이 감소하여 상기 금속 나노와이어들의 응집 및 침전을 방지할 수 있다. 또한 염기화된 고분자 분자량이 일정 수준 이상 증가하면, 용액 점도가 증가하여 코팅이 어려운 단점이 있다. 염기화된 고분자의 분자량이 낮아지면 나노와이어의 유동성이 증가하여, 금속 나노와이어가 응집 및 침전될 가능성이 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노와이어는 Ag, Au, Cu, Fe, Ni, Pd, Pt, Sn, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으며, 바람직하게는 상기 금속 나노와이어는 은(Ag) 나노와이어일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노와이어의 종횡비(aspect ratio)는 10 내지 10,000인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노와이어의 길이는 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노와이어의 길이는 약 1 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 900 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 700 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 500 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 300 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 100 ㎛, 약 1 ㎛ 내지 약 10 ㎛, 약 10 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 100 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 300 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 500 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 약 700 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛, 또는 약 900 ㎛ 내지 약 1,000 ㎛인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노와이어의 길이가 약 1 ㎛ 이하로 짧을 경우, 상기 금속 나노와이어들 사이의 접촉이 저하되어 연속적인 전류 경로를 제공하기 어려울 수 있다. 상기 금속 나노와이어는 통상적으로 단면의 지름, 즉 폭이 나노 스케일인 금속 선(wire)을 의미하는 것으로써, 본원의 일 구현예에 있어서, 상기 금속 나노와이어의 폭은 약 1 nm 내지 약 500 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 금속 나노와이어의 폭은 약 1 nm 내지 약 500 nm, 약 5 nm 내지 약 500 nm, 약 10 nm 내지 약 500 nm, 약 50 nm 내지 약 500 nm, 약 100 nm 내지 약 500 nm, 약 200 nm 내지 약 500 nm, 약 300 nm 내지 약 500 nm, 약 400 nm 내지 약 500 nm, 약 1 nm 내지 약 400 nm, 약 1 nm 내지 약 300 nm, 약 1 nm 내지 약 200 nm, 약 1 nm 내지 약 100 nm, 약 1 nm 내지 약 50 nm, 약 1 nm 내지 약 10 nm, 또는 약 1 nm 내지 약 5 nm인 것일 수 있으며, 바람직하게는 약 5 nm 내지 약 100 nm인 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 다만, 예를 들어, 상기 금속 나노와이어의 폭이 약 500 nm 이상으로 증가하면, 금속의 산란에 의한 헤이즈(haze)가 증가하여, 투명전극의 시인성이 저하될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 이소프로필아세테이트, 이소프로필알코올, 부탄올, 프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 디메틸 포름아미드, 1-메틸-2-피롤리딘온(1-methyl-2-pyrrolidinone), 디프로필케톤, 에틸락테이트로, 디메틸술폭사이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 계면활성제는 상기 도전성 잉크를 기재에 도포할 경우, 상기 도전성 잉크의 웨팅(wetting) 및 레벨링(leveling) 효과를 줄 수 있는 계면활성제를 의미하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 실리콘 계열 계면활성제 또는 폴리에테르 실록산 공중합체를 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 계면 활성제는, BYK사 또는 Degussa TEGO의 표면장력 조절제를 의미하며, BYK-306, BYK-307, BYK-337, TEGO Glide100, TEGO Glide 435 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 도전성 잉크 조성물은 고분자 바인더 용액에 염기성 화합물을 첨가하여, 염기화된 고분자 바인더 용액을 제조하는 단계; 및, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액에 금속 나노와이어, 계면활성제, 및 용매를 첨가하고 교반하는 단계에 의해 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이때, 본원의 도전성 잉크 조성물의 제조방법에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 상기 제조방법에 동일하게 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따른 도전성 잉크 조성물의 제조 방법은, 먼저 고분자 바인더 용액에 염기성 화합물을 첨가한 후에 상온에서 24 시간 정도 교반하여 염기화된 고분자 바인더 용액을 제조한다.
이어서, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액에 금속 나노와이어, 계면활성제, 및 용매를 첨가하고 교반한다.
본원의 제 2 측면은, 기재; 및 상기 기재 상에 형성된, 염기화된 고분자 바인더 및 금속 나노와이어를 포함하는 도전성 박막을 포함하는, 도전성 적층체를 제공한다.
본원의 제 2 측면에 따른 도전성 적층체에 대하여, 본원의 제 1 측면과 중복되는 부분들에 대해서는 상세한 설명을 생략하였으나, 그 설명이 생략되었더라도 본원의 제 1 측면에 기재된 내용은 본원의 제 2 측면에 동일하게 적용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 도전성 적층체는 투과도는 80% 이상, 바람직하게는 90% 이상일 수 있으며, 면저항은 1000Ω/sq. 이하일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 도전성 적층체는 투명 전극일 수 있으며, 상기 투명전극은 터치스크린, 유기발광다이오드, 평판디스플레이, 또는 태양전지 등에 적용가능한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 도전성 적층체는 상기 기재에 본원의 제 1 측면에 따른 도전성 잉크 조성물을 도포하여 제조될 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재는 전도성 투명 기재를 포함하는 것일 수 있으며, 예를 들어, 상기 투명 기재로는 외부광의 입사가 가능하도록 투명성을 가지는 물질이라면 특별히 한정되지 않고 사용할 수 있으며, 예를 들어, 유리 기재 또는 투명 고분자 기재를 사용할 수 있다. 상기 기재는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 트리아세틸셀룰로오스, 폴리이미드, 불소고분자, 유리, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재에 상기 도전성 잉크 조성물을 도포하는 것은, 스핀 코팅, 롤투롤 코팅, 스프레이 코팅, 딥 코팅, 바 코팅, 또는 슬릿 코팅에 의해 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 기재에 상기 도전성 잉크 조성물을 도포하고, 건조하는 것을 추가 포함하는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 건조 온도는 상기 기재 및 상기 금속 나노와이어 등 상기 도전성 잉크 조성물의 특성에 영향을 미치지 않는 범위 내에서 특별히 제한되지 않고 선택될 수 있으며, 바람직하게는 약 80℃ 내지 약 200℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다. 예를 들어, 상기 건조 온도는 약 80℃ 내지 약 200℃, 약 100℃ 내지 약 200℃, 약 120℃ 내지 약 200℃, 약 140℃ 내지 약 200℃, 약 160℃ 내지 약 200℃, 약 180℃ 내지 약 200℃, 약 80℃ 내지 약 180℃, 약 80℃ 내지 약 160℃, 약 80℃ 내지 약 140℃, 약 80℃ 내지 약 120℃, 또는 약 80℃ 내지 약 100℃에서 수행되는 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않을 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본원의 구현예 및 실시예를 상세히 설명한다. 그러나, 본원이 이러한 구현예 및 실시예와 도면에 제한되지 않을 수 있다.
[실시예]
제조예 1: 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 1의 제조
고형분이 1 wt% 내지 20 wt%인 폴리(스티렌술폰산)[poly(styrene sulfonic acid)](분자량 700,000) 용액에 염기성 화합물인 에탄올아민(ethanolamine)을 첨가하여 용액의 pH를 9로 조절하여 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 1을 제조하였다.
제조예 2: 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 2의 제조
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하되, 최종 용액의 pH를 9.5로 조절하여 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 2를 제조하였다.
제조예 3: 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 3의 제조
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하되, 최종 용액의 pH를 10으로 조절하여, 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 3을 제조하였다.
제조예 4: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 4의 제조
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하되, 최종 용액의 pH를 10.5으로 조절하여, 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 4를 제조하였다.
제조예 5: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 5의 제조
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하되, 최종 용액의 pH를 11로 조절하여, 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 5를 제조하였다.
제조예 6: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 6의 제조
염기성 화합물로서 트리에틸아민(triethylamine)을 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일한 방법으로 제조하여, 최종 용액의 pH를 10으로 조절하였다.
제조예 7: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 7의 제조
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하되, 분자량이 200,000인 폴리(스티렌술폰산)을 사용하여, 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 7을 제조하였다.
제조예 8: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 8의 제조
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하되, 분자량이 70,000인 폴리(스티렌술폰산)을 사용하여, 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 8을 제조하였다.
비교제조예 1: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 9의 제조
분자량 20,000의 폴리(스티렌술폰산)을 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하였다.
비교제조예 2: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 10의 제조
분자량 60,000의 폴리(스티렌술폰산)을 사용한 것을 제외하고, 상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하였다.
비교제조예 3: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 11의 제조
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하되, 최종 용액의 pH를 8.5로 조절하여, 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 10을 제조하였다.
비교제조예 4: 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 12의 제조
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1과 동일하게 제조하되, 최종 용액의 pH를 8로 조절하여, 염기화된 폴리(스티렌술폰산) 9를 제조하였다.
실시예 1:
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1을 15 중량부, 은 나노와이어 15 중량부, 탈이온수 50 중량부, IPA 20 중량부, 및 첨가제로서 (BYK 306) 1,000 ppm을 넣고 1 시간 동안 교반하여, 도전성 잉크를 제조하였다.
실시예 2
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 제조예 2의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 2를 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 3
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 제조예 3의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 3을 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 4
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 제조예 4의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 4를 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 5
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 제조예 5의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 5를 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 6
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 제조예 6의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 6을 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 7
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 제조예 7의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 7을 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
실시예 8
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 제조예 8의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 8을 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 1
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 비교제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 9를 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 2
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 비교제조예 2의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 10을 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 3
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 비교제조예 3의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 11을 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 4
상기 제조예 1의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 1 대신, 상기 비교제조예 4의 염기화된 폴리(스티렌 술폰산) 12를 넣는 것을 제외하고, 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조하였다.
비교예 5
PEDOT/PSS 전도성 고분자 15 중량부, 은 나노와이어 15 중량부, 탈이온수 50 중량부, IPA 20 중량부, 및 첨가제로서 (BYK 306) 1,000 ppm을 넣고 교반하여, 도전성 잉크를 제조하였다.
실험예: 투명전극의 표면 저항 측정
상기 실시예 1 내지 8, 및 비교예 1 내지 5에서 제조한 도전성 잉크를 PET 필름에 스포이드를 이용하여 소량 도포하였다. 이어서, 바 코터(Mayer Bar Coater)를 이용하여 상기 도전성 잉크를 PET 필름 전면에 코팅한 후, 열풍 조건으로 130℃/1 분 동안 건조하여, 투명전극을 제조하였다.
상기 투명전극은 표면저항측정기(RC-2175)를 이용하여 표면저항을 측정하였다.
이와 관련하여, 하기 표 1은, 상기 실시예 1 내지 8, 및 비교예 1 내지 5에서 제조된 도전성 잉크가 코팅된 투명전극의 저항, 투과도, 및 잉크의 용액보관 안정성을 평가한 결과를 나타낸 것이다. 이때, 상기 투과도는 Nippon Denshuoku 광학장비를 이용하여 측정하였으며, 상기 용액보관 안정성은 30일 동안 보관된 잉크를 PET 필름 전면에 코팅하여 저항을 측정함으로써 초기저항과의 차이를 통해 평가하였다.
Figure pat00002
상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 폴리(스티렌술폰산)에 에탄올아민을 첨가하여 용액의 pH를 9 이상(pH 9, pH 10, pH 11)으로 조절하였을 경우, 은 나노와이어 잉크의 용액 보관 안정성이 30일 동안 우수한 것으로 확인되었으나, 용액의 pH 를 9 미만(pH 8. pH 8.5)으로 조절하였을 경우에는 초기 저항이 상대적으로 높고 또한 용액 보관 안정성이 저하되는 것을 확인할 수 있었다(실시예 1 내지 5, 및 비교예 3 및 4).
pH 조절에 사용되는 아민을 트리에틸아민으로 변경하였을 경우에도, 은 나노와이어 도전성 잉크의 초기저항 및 용액 보관 안정성이 우수한 것을 확인할 수 있었다(실시예 6).
상기 비교예 1 및2와 같이, 분자량이 낮은 폴리(스티렌술폰산)을 사용하면, 은 나노와이어 분산성이 저하되면서, 기재에 코팅 시에, 얼룩이 발생하고, 또한 용액 보관 안정성도 저하되는 것을 확인할 수 있었다.
상기 비교예 5의 PEDOT/PSS를 은 나노와이어와 혼합하여 제조된 도전성 잉크의 경우, 초기 저항은 우수하게 나타났지만, PEDOT에 의한 나노와이어의 부식으로 인해 용액 보관 안정성이 저하되고 또한 PEDOT 고유의 짙은 파란색 때문에 투과도가 상대적으로 낮은 것으로 확인되었다.
하기 표 2는 상기 실시예 3, 및 비교예 5에서 제조된 도전성 잉크가 코팅된 투명전극의 에칭 평가 결과를 나타낸 것으로, 상기 에칭 평가는 투명전극의 동일지점에 대하여 에칭 전의 선저항 값 및 에칭 후 노출부위에서의 선저항 값을 측정하여 평가하였다:
Figure pat00003
상기 표 2에서 표시된 바와 같이, pH 염기화된 폴리(스티렌술폰산)을 사용할 경우에는 산업체에서 사용하는 산성 에천트에 에칭이 잘되었지만, 전도성 고분자를 사용한 경우에는 완전히 에칭이 되지 않는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 적외선 레이저를 이용한 건식 에칭에서도 전도성 고분자를 사용한 투명전극의 경우, 에칭 후에 MΩ 정도의 전류가 흘렀지만, pH 염기화된 폴리(스티렌술폰산)의 경우, 완전히 에칭되는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 전도성 고분자를 포함한 은 나노와이어 투명전극에 대비하여, 본 실시예와 같은 비도전성을 나타내는 pH 염기화된 폴리(스티렌술폰산)의 경우, 습식 에칭 및 건식 에칭을 용이하게 수행할 수 있음을 확인할 수 있었다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (11)

  1. 염기화된 고분자 바인더 용액;
    금속 나노와이어;
    계면활성제; 및,
    용매
    를 포함하는, 도전성 잉크 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 도전성 잉크 조성물 100 중량부에 대하여, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액 0.001 중량부 내지 5 중량부; 상기 금속 나노와이어 0.001 중량부 내지 5 중량부; 상기 계면활성제 0.001 중량부 내지 5 중량부; 및, 상기 용매 90 중량부 내지 99.999 중량부를 포함하는, 도전성 잉크 조성물.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 pH 9 이상으로 조절된 것인, 도전성 잉크 조성물.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 염기성 화합물은 암모늄 화합물, 알킬아민, 알칸올아민, 이미다졸, 피리딘, 및 이들의 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 도전성 잉크 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서, 상기 염기화된 고분자 바인더 용액은, 하기 화학식 1의 염기화된 고분자 바인더를 포함하는 것인, 도전성 잉크 조성물:
    <화학식 1>
    Figure pat00004

    (상기 화학식 1에서, X는 알킬아민, 알칸올아민, 이미다졸, 피리딘 및 이들의 유도체를 포함하는 군으로부터 선택되는 1종이고,
    상기 n은 100 내지 10000의 정수이다.).
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 폴리스티렌술폰산, 폴리스티렌술포네이트, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 도전성 잉크 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 염기화된 고분자 바인더 용액은 분자량 70,000 이상인 것인, 도전성 잉크 조성물.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 Ag, Au, Cu, Fe, Ni, Pd, Pt, Sn, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 도전성 잉크 조성물.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어의 종횡비는 10 내지 10,000인 것인, 도전성 잉크 조성물.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 용매는 물, 메탄올, 에탄올, 프로판올, 이소프로판올, 이소프로필아세테이트, 이소프로필알코올, 부탄올, 프로필렌글리콜 모노에틸 에테르, 디메틸 포름아미드, 1-메틸-2-피롤리딘온, 디프로필케톤, 에틸락테이트로, 디메틸술폭사이드, 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것인, 도전성 잉크 조성물.
  11. 기재; 및
    상기 기재 상에 형성된, 염기화된 고분자 바인더 및 금속 나노와이어를 포함하는 도전성 박막을 포함하는, 도전성 적층체.
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