KR101477340B1 - 잉크젯 프린팅법에 의해 형성된 투명 전도성 고분자 전극, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 전도성 고분자 액적으로 이루어진, 다수의 전극 배선을 포함하는 투명 전도성 고분자 전극으로, 상기 전극 배선은 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도가 상이한 제1영역 및 제2영역을 포함하고, 상기 제1영역은, 상기 전극 배선의 폭 방향 및 길이 방향 중 적어도 하나에 있어서, 중심에서 말단까지의 거리를 a, 중심에서 제1영역의 말단까지의 거리를 b라 할 때, b/a 값이 0.2 내지 0.8인 영역이고, 상기 제2영역은 제1영역을 제외한 나머지 영역이며, 상기 제2영역의 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 제1영역보다 작은 투명 전도성 고분자 전극, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.

Description

잉크젯 프린팅법에 의해 형성된 투명 전도성 고분자 전극, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법{Transparent Conducting Polymer Electrodes Formed Using Inkjet Printing Process, Display Apparatus Comprising The Same and Manufacturing Method The Same}
본 발명은 잉크젯 프린팅법에 의해 형성된 투명 전도성 고분자 전극, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 잉크젯 프린팅법을 이용하여, 전극 배선의 제1영역에서 제2영역으로 갈수록 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 감소하도록 조절함으로써, 전극 배선이 시각적으로 인지되는 것을 방지한 투명 전도성 고분자 전극, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법에 관한 것이다.
투명전극은 TFT-LCD(thin film transistor-liquid crystal display), PDP(plasma display panel), OLED(organic light emitting diode) 등과 같은 평판 디스플레이와, 터치 패널, 전자파 차폐막, 정전기 방지막, 열반사막, 면발열체 및 광전변환소자 등 다양한 분야의 각종 전자장치에 적용되고 있다.
이러한 투명전극은 일반적으로 인듐산화주석(Indum tin oxide, ITO)을 이용하여 제조되는데, 인듐산화주석을 이용하여 제조되는 투명전극은 플렉시블 소자에 적용할 때, 외부에서 스트레스(Stress)를 주거나 구부렸을 때 쉽게 파괴되는 문제가 발생한다. 또한 ITO의 주재료인 인듐은 고가일 뿐만 아니라 자원 고갈로 인해 이를 대체할 물질이 필요하다.
이러한 관점에서 투명전극으로 전도성 고분자를 사용하는 기술에 관심이 모아지고 있다. 전도성 고분자는 연료전지, 디스플레이, 액츄에이터, 정전기 차폐, 전자기 차폐 전도성 코팅 등의 다양한 분야에서 그 응용 가능성 때문에 활발한 연구가 진행되어 왔다. 특히, 차세대 디스플레이 장치로 여겨지는 유연성을 가진 디스플레이(flexible display)를 구현하는데 있어서, 디스플레이 장치 내부의 박막트랜지스터 혹은 배선 전극을 전도성 고분자로 형성하기 위한 전도성 고분자 패터닝 기술이 학술적으로나 산업적으로 많이 연구되고 있다.
이러한 전도성 고분자 패터닝 기술로 최근에 잉크젯 프린터를 이용하여 유연성 있는 지지체 위에 단시간에 프린팅 하는 용액 공정이 개발되었다. 도 1에는 종래의 잉크젯 프린터를 이용한 전도성 고분자 패터닝 기술이 도시되어 있다. 도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 잉크젯 프린터를 이용한 전도성 고분자 패터닝 기술은 패턴의 전 영역에 균일한 밀도로 액적을 토출하여 패턴을 형성하는 방법으로 수행된다. 이러한 잉크젯 프린팅을 이용한 용액공정은 단시간에 원하는 패턴을 광마스크 없이 자유로이 형성할 수 있고, 공정 중에 발생하는 폐기물이 존재하지 않는다는 장점이 있다. 그러나, 이러한 종래 기술의 경우, 전도성 고분자 패턴이 형성되지 않은 영역과, 전도성 고분자 패턴이 형성된 영역의 광 투과율이 달라 패턴이 시각적으로 인지된다는 문제점이 있으며, 이 경우 디스플레이나 터치 센서의 시각적 품질을 저하하는 단점이 있다.
이러한 단점을 해결하기 위하여, 패턴의 도막 두께를 얇게 하여 광투과율 차이를 줄이는 방식이 가능하나 이 경우 전기 전도성도 도막 두께에 비례하여 감소한다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 가격이 저렴하고, 제조가 용이하며, 전기 전도성을 유지하면서도, 전극 배선이 시각적으로 인지되지 않는 투명 전도성 고분자 전극, 이를 포함하는 표시장치 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
이를 위해, 본 발명의 일 측면에서, 전도성 고분자 액적으로 이루어진, 다수의 전극 배선을 포함하는 투명 전도성 고분자 전극으로, 상기 전극 배선은 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도가 상이한 제1영역 및 제2영역을 포함하고, 상기 제1영역은, 상기 전극 배선의 폭 방향 및 길이 방향 중 적어도 하나에 있어서, 중심에서 말단까지의 거리를 a, 중심에서 제1영역의 말단까지의 거리를 b라 할 때, b/a 값이 0.2 내지 0.8인 영역이고, 상기 제2영역은 제1영역을 제외한 나머지 영역이며, 상기 제2영역의 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 제1영역보다 작은 투명 전도성 고분자 전극을 제공한다.
다른 측면에서, 본 발명은 상기 전도성 고분자 전극을 포함하는 표시장치를 제공한다.
또 다른 측면에서, 본 발명은 잉크젯 프린팅법을 이용하여 전도성 패턴을 형성하는 투명 전도성 고분자 전극 제조방법에서, 상기 패턴을 형성하는 방법은 전극 배선을 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도가 상이한 제1영역 및 제2영역으로 나누고, 상기 제1영역은, 상기 전극 배선의 폭 방향 및 길이 방향 중 적어도 하나에 있어서, 중심에서 말단까지의 거리를 a, 중심에서 제1영역의 말단까지의 거리를 b라 할 때, b/a 값이 0.2 내지 0.8인 영역이고, 상기 제2영역은 제1영역을 제외한 나머지 영역이며, 상기 제2영역의 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 제1영역보다 작게 형성하는 투명 전도성 고분자 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명은 가격이 저렴하고, 제조가 용이하며, 전기 전도성을 유지하면서도 배선이 시각적으로 인지되는 것을 방지하는 효과가 우수한 투명 전도성 고분자 전극 및 이를 포함하는 표시장치를 제공할 수 있다.
또한, 잉크젯 프린팅법을 이용하여 전도성 패턴 형성시 배선의 제1영역에서 제2영역으로 갈수록 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 감소하도록 조절하여 제조하는 방법을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 잉크젯 프린팅법을 이용한 전도성 고분자 패턴 형성방법을 나타낸 도면이다.
도 2a는 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극의 형성방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 2b는 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극의 형성방법의 일 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2c는 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극의 형성방법의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 2d는 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극의 형성방법의 또다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극의 일 실시예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극의 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 전도성 고분자 전극의 또 다른 실시예를 보여주는 도면이다.
도 6a는 본 발명에 따른 전도성 고분자 액적으로 이루어진, 다수의 전극 배선을 포함하는 투명 전도성 고분자 전극으로 이루어진 터치센서를 보여주는 도면이다.
도 6b는 실시예 1에 따른 전도성 고분자 전극의 각 전극 배선의 패턴을 보여주는 도면이다.
도 6c는 실시예 2에 따른 전도성 고분자 전극의 각 전극 배선의 패턴을 보여주는 도면이다.
도 6d는 실시예 3에 따른 전도성 고분자 전극의 각 전극 배선의 패턴을 보여주는 도면이다.
도 6e는 비교예 1에 따른 전도성 고분자 전극의 각 전극 배선의 패턴을 보여주는 도면이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 다만 하기 도면은 본 발명을 보다 이해하기 쉽게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 일례에 불과하며, 본 발명이 하기 도면의 범위로 한정되는 것은 아니다. 또한, 하기 도면 상의 비율, 길이 등은 용이한 설명을 위해 과장되거나, 축소되어 표현될 수 있다.
본 발명의 발명자들은, 전기 전도성을 유지하면서도 전극 배선이 시각적으로 인지되지 않는 투명 전도성 고분자 전극을 개발하기 위해 연구를 거듭한 결과, 본 발명에 따른 투명 전도성 고분자 전극을 완성하였다.
일 측면에 의하면, 본 발명은 전도성 고분자 액적으로 이루어진, 다수의 전극 배선을 포함하는 투명 전도성 고분자 전극으로, 상기 전극 배선은 제1영역에서 제2영역으로 갈수록 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 감소하는 투명 전도성 고분자 전극을 제공한다. 이때, 상기 제1영역은, 상기 전극 배선의 폭 방향 및 길이 방향 중 적어도 하나에 있어서, 전극 배선의 중심에서 배선 말단까지의 거리를 a, 상기 전극 배선의 중심에서 제1영역의 말단까지의 거리를 b라고 할 때, b/a 값이 0.2 내지 0.8인 영역을 의미한다. 또한, 제2영역은 상기 제1영역을 제외한 나머지 영역을 의미한다. 나아가, 상기 액적의 탄착밀도는 단위 면적당 탄착되는 액적의 수를 의미한다.
즉, 본 발명의 투명 전도성 고분자 전극은, 전도성 고분자 액적으로 이루어진, 다수의 전극 배선을 포함하는 것으로, 상기 전극 배선은 제1영역에서 제2영역으로 갈수록 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 감소하는 것을 특징으로 한다.
상기 투명 전도성 고분자 전극은 도 2a 내지 도 5에 나타낸 바와 같이 제1영역에서 제2영역으로 갈수록 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 감소하는 방식으로 형성되며, 그 결과 전극 배선의 두께 분포를 조절할 수 있다.
일반적으로, 투명 전도성 고분자 전극에서 전극 배선의 두께는 단위면적당 탄착된액적의 수에 비례한다. 따라서, 전극 배선의 두께를 기재의 mm2 당 탄착된 액적의 부피에 비례하도록 하여 조절할 수 있다. 예를 들면, 액적의 크기가 일정한 경우 mm2 당 100 방울의 탄착 밀도를 형성하는 경우에는 건조 후 투명 전도성 고분자 전극의 두께가 54nm 정도라면, mm2 당 50 방울의 탄착 밀도를 형성할 경우에는 건조 후 투명 전도성 고분자 전극의 두께는 27nm 정도로 형성된다.
한편, 본 명세서에서, 상기 제1영역은, 전극 배선의 중심에서 배선 말단까지의 거리를 a, 상기 전극 배선의 중심에서 제1영역의 말단까지의 거리를 b라고 할 때, b/a 값이 0.2 내지 0.8인 영역을 의미한다. 또한, 제2영역은 상기 제1영역을 제외한 나머지 영역을 의미한다. 나아가, 상기 액적의 탄착밀도는 단위 면적당 탄착되는 액적의 수를 의미한다.
본 발명에 있어서, 투명 전도성 고분자 전극의 배선은 제1영역에서 제2영역의 가장자리로 갈수록 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도가 감소하며, 이때 제2영역 최외곽의 탄착밀도는 제1영역의 탄착밀도를 기준으로 3% 내지 60% 또는 5% 내지 30% 정도이다. 상기 제2영역의 탄착 밀도가 상기 수치범위를 만족하는 경우 시각적으로 전도성 고분자 배선이 인지되는 것을 방지할 수 있다.
본 발명에 있어서, 투명 전도성 고분자 전극의 전극배선 제1영역의 높이는 잉크 조성에 따라 적절히 조절될 수 있다. 즉, 본 발명에서 전극배선의 형성시 사용한, 엷은 청색의 PEDOT:PSS가 잉크 전체의 약 1 중량% 정도 함유된 잉크에 가시광선 영역에서 투명한 고분자성 물질이 추가로 첨가되면 첨가되는 고분자성 물질의 양에 따라 형성되는 배선의 높이를 증가시킬 수 있으며, 이 경우에도 투명 전도성 고분자 전극의 전극배선 제1영역 및 제2영역의 두께의 비를 다르게 구현하여 본 발명에서 얻고자 하는 시각적 효과를 가질 수 있기 때문이다.
다만, 본 발명의 투명 전도성 고분자 전극의 전극배선 형성시 사용하는 잉크에 별도의 투명 고분자성 물질이 추가로 첨가되지 않는 경우에, 상기 배선의 제1영역의 높이는 50nm 내지 300nm 또는 100nm 내지 200nm 일 수 있다. 제1영역의 높이가 상기 수치범위를 만족하는 경우 전기 전도성이 증가하고, 전극 배선 형성에 사용한 PEDOT:PSS의 청색선이 눈에 보이지 않아 시감 특성이 우수하다.
본 발명에 따른 상기 투명 전도성 고분자 전극에서, 배선의 피치는 사용하는 잉크젯 헤드 노즐의 직경에 반비례하고, 잉크가 떨어지는 표면의 에너지 특성에 따라 달라지나, 예를 들면 5μm 내지 200μm 또는 50μm 내지 120μm일 수 있다. 투명 전도성 고분자 전극에서 배선의 피치가 상기 수치범위를 만족하는 경우 배선의 형성이 용이하고, 잉크 액적끼리 중첩되는 문제를 방지하여 전극의 두께가 적절하게 형성된다.
한편, 본 발명에 있어서, 상기 투명 전도성 고분자 전극의 전기 전도성은 500Ω/cm 이하 또는 150Ω/cm 이하일 수 있다. 저항의 특성상 낮을수록 유리하므로 하한은 0 Ω/cm 일 수 있다. 투명 전도성 고분자 전극에서 패턴의 전기 전도성은 장축 방향의 전극 양 끝단 사이의 직류 전기 저항 값을 테스터메터로 측정하였다. 터치센서에 요구하는 양 끝단 저항을 고려할 때 500Ω/cm 를 초과하는 저항은 터치센서의 구현이 어려울 수 있다.
또한, 상기 투명 전도성 고분자 전극의 광투과율은 80% 내지 95%, 85% 내지 95% 또는 90% 내지 95%일 수 있다. 상기 투명 전도성 고분자 전극의 광투과율이 상기 수치 범위를 만족하는 경우 시감 특성이 우수한 장점이 있다.
나아가, 본 발명의 투명 전도성 고분자 전극을 형성하기 위한 전도성 고분자는, 전도성 배선을 형성하기 위한 것으로 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리피롤(polypyrrole), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리(p-페닐렌 비닐렌)(poly(p-phenylene vinylene)), 폴리(티오펜) 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(poly(thiophene) poly(3,4-ethylenedioxythiophene))으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
특히, 본 발명에 있어서, 전도성 고분자는 하기 [화학식 1]로 표시되는 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))인 것이 바람직하다.
[화학식 1]
Figure 112012036358361-pat00001

본 발명에 있어서, 투명 전도성 고분자 전극을 형성하기 위한 투명 전도성 잉크는 상기 PEDOT:PSS를 기반으로 만들어진 것으로 상업적으로 판매되는 제품을 사용하며 예를 들면, Heraeus사의 CleviosTM P 또는 Agfa사의 OrgaconTM 등이 있다.
여기서, 상기 투명 전도성 고분자 전극을 형성하기 위한 투명 전도성 잉크는 고형분 함량이 전체 잉크 조성물의 0.5% 내지 5%가 되도록 물 또는 극성 유기용매에 희석하여 사용한다. 이때, 상기 전도성 고분자 이외의 성분은 모두 용매이다. 투명 전도성 잉크에서 전도성 고분자의 함량이 상기 수치범위를 만족하는 경우, 상기 투명 전도성 잉크를 이용하여 투명 전도성 고분자 전극의 형성이 용이하다.
다른 측면에 의하면, 본 발명은 상기 전도성 고분자 전극을 포함하는 표시장치 또는 에너지 발생 장치를 제공한다. 여기서, 상기 표시장치는 전자종이, 유기 발광다이오드 디스플레이, LCD, 3차원 영상 필터 또는 터치센서소자일 수 있고, 상기 에너지 발생장치는 유기 태양전지일 수 있다.
다음으로, 본 발명의 투명 전도성 고분자 전극의 제조방법을 설명한다.
또 다른 측면에 의하면, 본 발명은 잉크젯 프린팅법을 이용하여 전도성 패턴을 형성하는 투명 전도성 고분자 전극 제조방법에서, 상기 패턴을 형성하는 방법은 전극 배선을 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도가 상이한 제1영역 및 제2영역으로 나누고, 상기 제1영역은, 상기 전극 배선의 폭 방향 및 길이 방향 중 적어도 하나에 있어서, 중심에서 말단까지의 거리를 a, 중심에서 제1영역의 말단까지의 거리를 b라 할 때, b/a 값이 0.2 내지 0.8인 영역이고, 상기 제2영역은 제1영역을 제외한 나머지 영역이며, 상기 제2영역의 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 제1영역보다 작게 형성하는 투명 전도성 고분자 전극 제조방법을 제공한다.
본 발명의 투명 전도성 고분자 제조방법에서, 상기 배선의 제1영역에서 제2영역으로 갈수록 전도성 고분자 액적의 탄착밀도가 감소하도록 패턴을 형성하는 방법은 다양한 방법에 의해 구현될 수 있으며, 도 2b 내지 도 2d에 구체적인 구현 예들이 도시되어 있다. 따라서, 이하에서는 도 2b 내지 도 2d를 참조하여 본 발명의 탄착 밀도 조절 방법을 설명하기로 한다. 다만, 도 2b 내지 도 2d는 본 발명의 구체적인 실시 방법을 설명하기 위한 일례에 불과하며, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
먼저, 도 2b를 참조하여, 본 발명의 투명 전도성 고분자 패턴의 제조 방법을 설명한다. 예를 들면, 본 발명의 투명 전도성 고분자 패턴은, 도 2b에 도시된 바와 같이, 전극 배선의 전체 폭을 삼등분 한 다음, 중앙 영역을 제1영역으로 나머지 영역을 제2영역으로 설정하고, 제 2영역을 다시 2개의 영역(편의상, A영역, B영역이라 함)으로 분할한 다음, 각각의 영역의 액적 투여 간격을 다르게 설정함으로써 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1영역의 액적 투여 간격은 가로 30μm x 세로 30μm로 하고, A영역의 액적 투여 간격은 30μm x 세로 60μm로 하고, B 영역의 액적 투여 간격은 30μm x 세로 120μm 으로 설정할 수 있다. 이와 같이, 액적 투여 간격을 각 영역마다 다르게 구현함으로써, 중앙부에서는 배선 두께가 높고, 가장자리로 갈수록 배선 두께가 낮아지는 패턴을 구현할 수 있다. 이때, 상기 가로는 전극 배선의 폭 방향을 의미하고, 세로는 전극 배선의 길이 방향을 의미한다. 또한, 탄착된 액적의 간격은 액적의 중심에서 중심까지의 거리를 의미한다. 도 2b에서는 액적의 지름과 액적 간격이 일치하는 것으로 개시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 액적의 간격이 액적의 지름보다 작을 경우에는 두 잉크 액적은 서로 겹쳐서 하나의 큰 타원형 액적을 형성할 수도 있다.
또한, 도 2b에는 세로 방향의 액적 투여 간격을 조절한 예만 개시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 액적 투여 간격을 가로 방향으로 조절하거나, 세로 방향 및 가로 방향 모두에서 조절하는 방법으로 수행될 수도 있다.
도 2c에는 본 발명의 투명 전도성 고분자 패턴 제조 방법의 다른 구현예가 도시되어 있다. 예를 들면, 본 발명의 투명 전도성 고분자 패턴은, 도 2c에 도시된 바와 같이, 전극 배선의 전체 폭을 기준으로, 중앙 영역을 제1영역으로 나머지 영역을 제2영역으로 설정하고, 제 2영역을 다시 3개의 영역(편의상, A영역, B영역, C영역이라 함)으로 분할한 다음, 각 영역의 액적 투여 면적을 조절하는 방식으로 형성될 수 있다. 즉, 제1영역에는 전 면적에 대해 액적을 투여하고, A영역, B영역 및 C 영역에는 일부 면적에 액적을 투여하지 않는 방식으로 패턴을 구현할 수 있다.
도 2d에는 본 발명의 투명 전도성 고분자 패턴 제조 방법의 또 다른 구현예가 도시되어 있다. 예를 들면, 본 발명의 투명 전도성 고분자 패턴은, 도 2d에 도시된 바와 같이, 전극 배선의 전체 폭을 기준으로, 중앙 영역을 제1영역으로 나머지 영역을 제2영역으로 설정하고, 제 2영역을 다시 3개의 영역(편의상, A영역, B영역, C영역이라 함)으로 분할한 다음, 각 영역에 투여되는 액적의 총량을 조절하는 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들면, 제1영역에 투여되는 액적의 총량을 100%이라 할 때, A 영역에 투여되는 액적의 양은 70%, B 영역에 투여되는 액적의 양은 40%, C 영역에 투여되는 액적의 양은 10%등으로 조절하는 방식이다. 이와 같은 방법에 따르면, 배선의 외곽 쪽으로 갈수록, 액적이 투여되지 않는 빈 공간이 많아지면서 전극 배선의 두께가 얇아지게 된다.
한편, 상기 도 2b 내지 도 2d에서는 제 2영역을 2개 또는 3개의 영역으로 분할한 구현예들이 개시되어 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 즉, 제2영역을 분할하지 않거나, 더 많은 영역으로 분할할 수도 있다.
본 발명의 전도성 고분자 제조방법에서 사용하는 전도성 고분자에 관한 것은 투명전도성 고분자 전극에서 전술하였으므로, 생략하기로 한다.
한편, 본 발명의 투명 고분자 전극의 제조방법에 있어서, 상기 전극 배선의 패턴은, 단면의 형상이 다양하게 형성될 수 있으며, 예를 들면, 도 3과 같이 상부가 사다리꼴 모양이거나, 도 4와 같이 둥근 모양 또는 도 5와 같이 패턴의 경계가 직선이 아닌 모양으로 형성할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.
실시예 1
(1)유리 기판에 전극 배선 형성
폭 약 10μm의 금속 선으로 이루어지고, 약 500μm 간격으로 메쉬가 형성된, 두께 0.5 mm, 대각선 길이 약 10인치인 유리 기판에, 상기 잉크젯용 잉크젯 프린터를 사용하여, 가로 약 0.97mm x 세로 약 3mm인 직사각형 모양의 전극 패턴을 유리기판의 가로방향으로 37개, 유리기판의 세로방향으로 22개를 인쇄하여 터치 센서의 전기 배선을 형성하였다. (도 6a)
이때, 상기 잉크젯 프린터에 주입하여 사용하는 투명 전도성 잉크는, 독일 Heraeus사의 Clevious PH-1000 grade PEDOT:PSS를, 물과 프로필렌 글리콜을 7 : 3으로 혼합한 용매 혼합액에 희석하여 고형분 함량이 5%가 되도록 하고, 불소계 계면활성제를 0.05 중량% 첨가하는 방법으로 제작하여 사용하였다.
(2)각 전극 배선의 내부 패턴 형성
상기 가로 약 0.97mm x 세로 약 3mm인 직사각형 모양의 패턴 각 내부에서, 도 6b에 도시된 바와 같이, 전극 배선의 전체 폭을 기준으로, 중앙 300μm 영역을 제1영역으로 나머지 영역을 제2영역으로 설정하고, 제2영역을 다시 3개의 영역(편의상, A영역, B영역, C영역이라 함)으로 분할한 다음, 제1영역은 전면적에 대해 가로 30μm x 세로 30μm 간격으로 투명 전도성 잉크를 투여하였다.
다음으로, 제2영역 중 A, B 및 C 영역에는 일부 면적에 액적을 투여하지 않는 방식으로 배선을 형성하였다. 즉, A영역 중 제1영역과 인접한 각 25μm씩은 잉크가 투여되지 않는 빈 공간으로 두고, 나머지 각 120μm 영역은 가로 30μm x 세로 30μm 간격으로 액적을 투여하고, B영역 중 A영역과 인접한 각 50μm씩은 잉크가 투여되지 않는 빈 공간으로 두고, 나머지 각 60μm 영역은 가로 30μm x 세로 30μm 간격으로 액적을 투여하며, C영역 중 B 영역과 인접한 각 50μm씩은 잉크가 투여되지 않는 빈 공간으로 두고, 나머지 30μm 영역은 가로 30μm x 세로 30μm 간격으로 액적을 투여하는 방식으로 배선을 형성하였다.
결과적으로 제1영역을 중심으로 제2영역에 좌우로 각각 세 줄의 띠 모양으로 잉크가 투여되지 않은 영역이 있는 배선이 형성되었다. 다음으로, 열판을 사용하여 120℃에서 20분 동안 건조하여 상기 패턴을 완성하였다.
이때, 잉크젯 장비는 미국 Dimatix사의 DMP2800 장비를 사용하였고 이 장비에서 사용하는 잉크젯 헤드는 공칭 10 pl 액적 토출이 가능한 노즐이 16개 형성되어 있다.
실시예 2
상기 가로 약 0.97mm x 세로 약 3mm인 직사각형 모양의 패턴 각 내부에서, 배선의 폭 방향 및 길이 방향을 기준으로 제1영역 및 제2영역을 나눈 것을 제외하면 실시예 1과 같은 방식으로 액적을 투여하여 배선을 형성하였다. 즉, 배선의 길이 방향에서, 도 6c에 도시된 바와 같이, 전극 배선의 전체 길이를 기준으로, 중앙 2.76mm 영역을 제1영역으로, 나머지 영역을 제2영역 중 D 영역으로 설정하였다.
이때, D 영역에서 제1영역과 인접한 길이방향 60μm 및 폭 방향 0.91mm의 영역은 잉크가 투여되지 않는 빈 공간으로 두고, 나머지 영역은 가로 30μm x 세로 30μm 간격으로 액적을 투여하는 방식으로 배선을 형성하였다.
결과적으로 제1영역을 중심으로 제2영역에 좌우로 각각 세 줄 및 상하로 각각 한 줄의 띠 모양으로 잉크가 투여되지 않은 영역이 있는 배선이 형성되었다. 다음으로, 열판을 사용하여 120℃에서 20분 동안 건조하여 상기 패턴을 완성하였다.
실시예 3
상기 가로 약 0.97mm x 세로 약 3mm인 직사각형 모양의 패턴 각 내부에서, 도 6d에 도시된 바와 같이, 전극 배선의 전체 폭 및 길이를 삼등분 한 다음, 전극 배선의 전체 폭을 기준으로, 중앙 300μm 영역 및 전극 배선의 전체 길이를 기준으로, 중앙 0.24mm 영역을 제1영역으로 나머지 영역을 제2영역으로 설정하였다.
제1영역은 실시예 1과 같은 방식으로 액적을 투여하고, 제2영역은 체크무늬로 액적을 투여하였다. 즉, 제2영역은 체크 무늬 형식으로 짝수열과 홀수열이 엇갈리면서 세로방향의 잉크 탄착 간격이 60μm가 되도록 잉크를 투여하였다. 결과적으로 전극의 최외곽 테두리에 체크무늬로 잉크가 투여되지 않은 영역이 있는 배선이 형성되었다. 다음으로, 열판을 사용하여 120℃에서 20분 동안 건조하여 상기 패턴을 완성하였다.
비교예 1
실시예 1과 같은 방식이나 각 전극 배선의 내부 패턴 형성시, 도 6e에 나타낸 바와 같이, 제1영역과 제2영역을 모두 액적의 탄착 간격을 가로 30μm x 세로 30μm 간격으로 액적을 투여하는 방식으로 배선을 형성하였다.
비교예 2
실시예 1과 같은 방식이나 각 전극 배선의 내부 패턴 형성시, 제1영역과 제2영역을 모두 액적의 탄착 간격을 가로 50μm x 세로 50μm 간격으로 액적을 투여하는 방식으로 배선을 형성하였다.
그 결과 비교예 1에 비해 탄착 밀도가 36 %로 감소하는 효과가 발생하였다.
실험예
패턴의 전도성 측정
잉크를 건조시켜 패턴이 완성된 후 패턴의 전도성을 측정하였다. 패턴의 전도성은 장축 방향의 전극 양 끝단 사이의 직류 전기 저항 값을 테스터메터로 측정하였다. 터치센서에서 요구하는 양 끝단 저항을 고려하여 500 Ohm/cm 보다 낮은 저항은 '양호', 500 Ohm/cm 보다 높은 저항은 '불량'으로 판정하였다.
시감특성 측정
시감특성은 인간의 눈으로 인지되는 특성이라 계기를 이용하여 정량화하여 측정하기는 어려운 점이 있으나 패턴이 그려진 유리 기판을 넓은 면적에 걸쳐 균일한 조도를 나타내는 백라이트에 올려놓고 패턴이 그려진 부분을 관찰하여 우수, 양호, 불량의 3단계로 판정하였다. '우수'는 패턴된 영역이 제2영역과 잘 구별되지 않는 정도이고, '양호'는 자세히 살펴보면 패턴이 인지되나 일상적인 사용시에는 시각적으로 사용에 큰 지장 없는 정도이며, '불량'은 패턴이 뚜렷이 인지되며 일상적인 사용시에도 사용자가 시각적으로 불편함을 느끼는 정도이다.
시감특성과 전도성을 측정한 결과는 표 1과 같다.
전도성 시감특성 비고
실시예 1 ○ 양호
실시예 2 ○ 우수
실시예 3 ○ 우수
비교예 1 ○ 불량
비교예 2 X 양호 일부 패턴에서
단락발생
101 : 금속미세선
102 : 신호 분리선
103 : 신호 감지선
104 : 컨트롤러
105 : 금속 메쉬 패턴을 연결하는 전도성 고분자 배선

Claims (11)

  1. 전도성 고분자 액적으로 이루어진, 다수의 전극 배선을 포함하는 투명 전도성 고분자 전극으로, 상기 전극 배선은 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도가 상이한 제1영역 및 제2영역을 포함하고,
    상기 제1영역은, 상기 전극 배선의 폭 방향 및 길이 방향 중 적어도 하나에 있어서, 중심에서 말단까지의 거리를 a, 중심에서 제1영역의 말단까지의 거리를 b라 할 때, b/a 값이 0.2 내지 0.8인 영역이고,
    상기 제2영역은 제1영역을 제외한 나머지 영역이며,
    상기 제2영역의 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도는 제1영역 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도의 3% 내지 60%인 투명 전도성 고분자 전극.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전도성 고분자 전극의 전기 전도성은 500 Ω/cm 이하인 투명 전도성 고분자 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전도성 고분자 전극의 광투과율은 80% 내지 95%인 투명 전도성 고분자 전극.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)poly(styrenesulfonate), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리(스티렌술포네이트))인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 고분자 전극.
  6. 제1항 및 제3항 내지 제5항 중 어느 한 항의 전극을 포함하는 표시장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 표시장치는 디스플레이 또는 터치센서소자인 것을 특징으로 하는 표시장치.
  8. 잉크젯 프린팅법을 이용하여 전도성 패턴을 형성하는 투명 전도성 고분자 전극 제조방법에서, 상기 패턴을 형성하는 방법은 전극 배선을 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도가 상이한 제1영역 및 제2영역으로 나누고,
    상기 제1영역은, 상기 전극 배선의 폭 방향 및 길이 방향 중 적어도 하나에 있어서, 중심에서 말단까지의 거리를 a, 중심에서 제1영역의 말단까지의 거리를 b라 할 때, b/a 값이 0.2 내지 0.8인 영역이고,
    상기 제2영역은 제1영역을 제외한 나머지 영역이며,
    상기 제2영역의 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도는 제1영역의 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도의 3% 내지 60%가 되도록 형성되는 것인 투명 전도성 고분자 전극 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 고분자 액적의 탄착 밀도는 일정한 간격으로 형성된 탄착 예정점 중 일부에 잉크를 투여하지 않고 비워두는 방식으로 조절하는 것인 투명 전도성 고분자 전극 제조방법.
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate), 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)폴리(스티렌술포네이트))인 투명 전도성 고분자 전극 제조방법.
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