KR101723184B1

KR101723184B1 - 중성화된 전도성 고분자 투명전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자 및 이의 제조방법

Info

Publication number: KR101723184B1
Application number: KR1020150142420A
Authority: KR
Inventors: 우유진; 김미경; 유정선
Original assignee: 주식회사 엘지화학
Priority date: 2014-10-27
Filing date: 2015-10-12
Publication date: 2017-04-04
Also published as: US20170299911A1; US10642108B2; CN106796377A; KR20160049462A; CN106796377B

Abstract

본 발명은 기재층과, 상기 기재 상에 형성된 중성화된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 상에 형성된 고분자 분산형 액정층과, 상기 고분자 분산형 액정층 상에 형성된 중성화된 제2 전극층과, 상기 제2 전극층 상에 형성된 기재층을 포함하는, 고분자 분산형 액정 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

Description

중성화된 전도성 고분자 투명전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자 및 이의 제조방법{POLYMER DISPERSED LIQUID CRYSTAL DEVICE COMPRISING NEUTRALIZED CONDUCTIVE POLYMER TRANPARENT ELECTRODE AND THE METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 중성화된 전도성 고분자 투명전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

고분자 분산형 액정 소자의 경우, 전극 재료로 인듐틴옥사이드가 사용되는데 이는 희소금속으로 고가이며, 진공 증착공정으로 전극을 형성시켜야 하므로 공정이 복잡하고 대면적 제조가 불가능하다. 또, 충격에 약하기 때문에 플렉서블한 소자의 제조에는 제약이 있다.

최근 고분자 분산형 액정 소자의 전극 재료에 폴리(에틸린디옥시싸이오펜) 등과 같은 유연성이 있는 전도성 고분자 투명 전극층을 사용하려는 시도가 있다.

그러나 고분자 분산형 액정 소자의 형성에 있어, 강산성의 폴리(에틸린디옥시싸이오펜)층과 고분자 분산형 액정층의 직접 접촉 시 서로가 용해되고 변성되어 각각 전극과 구동부로의 기능을 잃어버리는 문제가 발생한다. 따라서, 상기한 종래의 고분자 분산형 액정 소자에 전도성 고분자 투명전극을 이용함에 있어서의 문제점을 해결하기 위해, 예를 들어 대한민국 특허출원 제2008-0065637호의 “고분자 분산 액정형 스마트윈도우의 전극제조를 위한 전기전도성 고분자 코팅 조성물”은 고분자 분산 액정형 스마트윈도우의 전극 코팅물질로서 폴리(에틸린디옥시싸이오펜)에 트리알콕시실란알킬(메타)아크릴레이트를 첨가하여 전기전도성을 손상시키지 않으면서 경화도막을 유도하여 전도성 코팅막의 내구성을 향상시키는 전기전도성 코팅조성물을 개시하고 있다.

그러나 전도성 코팅막의 내구성 자체를 향상시키는 면에서 개선한 점은 있다 하더라도, 이러한 개선사항이 만족할 정도로 충분하지 못할 뿐 아니라 광개시제를 필수적으로 사용하므로 제조 원가가 상승한다는 단점이 있다.

대한민국 공개특허 10-2008-0065637

상기 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명은 상기한 종래의 고분자 분산형 액정 소자에 전도성 고분자 투명전극을 이용함에 있어서의 문제점을 해결하기 위해 중성화된 전도성 고분자 투명전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 기재층과, 상기 기재 상에 형성된 중성화된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 상에 형성된 고분자 분산형 액정층과, 상기 고분자 분산형 액정층 상에 형성된 중성화된 제2 전극층과, 상기 제2 전극층 상에 형성된 기재층을 포함하는, 고분자 분산형 액정 소자를 제공한다.

또한, 본 발명은 a) 기재층 상에 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 포함하는 전도성 고분자 잉크 조성물을 도포한 후 열처리하여 제1 전극층을 형성하는 단계; b) 상기 제1 전극층 상에 고분자 분산형 액정층을 형성하는 단계; c) 상기 단계 a)와 동일한 방법으로 제조된 제2 전극층을 상기 고분자 분산형 액정층에 접합시키는 단계; 및 d) 광원을 조사하여 상기 고분자 분산형 액정층을 경화하는 단계를 포함하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따르면 고분자 분산형 액정 소자의 투명전극으로 산도(pH)가 조절된 폴리(에틸렌디옥시싸이오펜)을 포함한 전도성 고분자 전극을 사용하여, 고분자 분산형 액정층의 손상을 줄여 소자의 기능상 오작동을 방지할 수 있다.

본 발명에 따르면 pH가 조절된 전도성 고분자 잉크로 제조한 전도성 고분자 투명전극을 사용할 경우, ITO 전극을 사용한 소자와 동등한 구동 전압을 가지며, 소자 성능이 우수하다.

도 1은 본 발명의 고분자 분산형 액정 소자의 구조를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조한 고분자 분산형 액정 소자에 전압을 인가하지 않은 상태를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조한 고분자 분산형 액정 소자에 전압을 인가한 상태를 모식적으로 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명은 도 1에 도시한 바와 같이, 기재층과, 상기 기재 상에 형성된 중성화된 제1 전극층과, 상기 제1 전극층 상에 형성된 고분자 분산형 액정층과, 상기 고분자 분산형 액정층 상에 형성된 중성화된 제2 전극층과, 상기 제2 전극층 상에 형성된 기재층을 포함하는, 고분자 분산형 액정 소자를 제공한다.

상기 제1 전극층 및 제2 전극층은, 전도성 고분자를 포함하는 것으로서, 바람직하게는 후술하는 제조방법에서와 같이, 중성화된 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate)) 수분산액을 포함하는 전도성 고분자 잉크 조성물을 각각의 기재층 상에 도포함으로써 형성될 수 있다.

상기 제조방법에 의하여 제조된 상기 본 발명의 중성화된 제1 전극층 및 제2 전극층은 PEDOT:PSS 을 포함할 수 있다.

또한, 상기 중성화된 제1 전극층 및 제2 전극층의 pH는 각각 4.0 ~ 8.0 인 것이 바람직하고, 5.0 ~ 7.0 인 것이 더욱 바람직하다.

또한, 상기 중성화된 제1 전극층 및 제2 전극층의 두께는 50~500nm인 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 고분자 분산형 액정층(Polymer Dispersed Liquid Crystals, PDLC)은 고휘도의 투사형 디스플레이 혹은 고대비의 반사형 표시소자에 적용할 수 있는 것으로서, 전도성 필름 사이에 수 마이크로미터의 액정 분자립이 고분자에 분산되어 있는 복합재료이다. PDLC의 구동원리는 액정이 분산된 고분자층에 입사된 빛은 액정과 고분자의 굴절율 차이에 의해서 산란되어 불투명한 상태이나, 여기에 전기장을 인가함으로서 액정의 방향을 정렬하고, 굴절율을 변화시킴으로서 빛의 산란 및 투과를 조절하여 투명한 상태로 되는 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 고분자 분산형 액정층은 특별한 제한은 없으나 바람직하게는 1~100um의 두께를 가질 수 있다. 또한, 상기 고분자 분산형 액정층은 반응형 모노머 희석제, 광개시제 혼합물 및 계면활성제 등을 포함하는 조성을 갖는 고분자 분산형 액정층을 사용할 수 있으며, 구체적으로는 반응형 모노머 희석제 1~99중량%, 광개시제 혼합물 0.1~10중량% 및 계면활성제 0.1~10중량부를 포함하는 고분자 분산형 액정층을 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 기재로는 당업계에서 사용하는 통상의 것을 사용할 수 있으나, 바람직하게는 PET와 같은 기재를 사용할 수 있다.

또한, 상기 고분자 분산형 액정 소자는 고분자 분산 액정형 스마트 윈도우, 전자종이, 투명디스플레이 등의 액정 표시 장치(LCD)에 사용될 수 있다.

상기와 같은 고분자 분산형 액정 소자를 제조하기 위하여, 본 발명은 a) 기재층 상에 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 포함하는 전도성 고분자 잉크 조성물을 도포한 후 열처리하여 제1 전극층을 형성하는 단계; b) 상기 제1 전극층 상에 고분자 분산형 액정층을 형성하는 단계; c) 상기 단계 a)와 동일한 방법으로 제조된 제2 전극층을 상기 고분자 분산형 액정층에 접합시키는 단계; 및 d) 광원을 조사하여 상기 고분자 분산형 액정층을 경화하는 단계를 포함하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법을 제공한다.

상기 중성화된 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate)) 수분산액을 포함하는 전도성 고분자 잉크 조성물은 1) 디메틸 설폭사이드(DMSO), 2) 용매 및 3) 계면활성제 중 어느 하나 이상을 더 포함할 수 있다.

상기 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrenesulfonate))는 PEDOT 및 PSS라는 이오노머(ionomer)로 구성된 고분자 혼합물로서 하전된 거대 분자 염, 즉 전도성 고분자 물질로서, 상기 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly(styrene sulfonate)) 수분산액은 PEDOT:PSS 중합체 또는 공중합체를 포함하는 수계 분산 용액을 의미한다.

상기 중성화된 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate)) 수분산액은 중성화 단계를 거친 PEDOT:PSS 수분산액을 의미한다.

상기 중성화된 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene): poly (styrenesulfonate)) 수분산액은 PEDOT:PSS 수분산 용액에 상분리가 가능한 유기 용매와 아민 화합물을 함께 첨가함으로써 얻을 수 있다.

상기 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액은 a') PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)) 수분산액에 아민 화합물 및 물과 상분리되는 유기 용매를 혼합하여 중화하는 단계; b') 상기 단계 a')의 혼합액을 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 포함하는 하층부의 물층과, 아민 화합물 및 유기 용매를 포함하는 상층부의 유기층으로 상분리하는 단계; c') 상기 상분리된 물층 및 유기층 중, 상층부인 유기층을 제거하는 단계; 및 d') 상기 유기층이 제거된 물층에 유기 용매를 첨가하여 세척하는 단계를 통하여, 상층부인 유기층을 제거하여 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 얻을 수 있다.

상기 첨가되는 아민 화합물은 1차 아민 화합물, 2차 아민 화합물, 3차 아민 화합물 및 피리딘(pyridine) 화합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있고, 구체적으로 상기 아민 화합물은 3,5-루티딘(3,5-lutidine), 2,4,6-콜리딘(2,4,6-collidine), 및 트리에틸아민(triethylamine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상일 수 있다.

PEDOT:PSS 수분산액을 포함하는 하층부의 물층과 아민 화합물 및 유기 용매를 포함하는 상층부의 유기층으로 상분리시키기 위하여 첨가되는 물과 상분리되는 유기 용매로는 예를 들면, 디에틸 에테르(Diethyl ether) 등을 사용할 수 있다.

상기 단계 a')의 유기 용매의 사용량은 PEDOT:PSS 수분산액 100 중량부에 대하여 50 ~ 500 중량부 일 수 있다.

또한, 상기 단계 a')의 아민 화합물은 후술하는 단계 b')의 유기층에 0.1 ~ 50 중량%가 되도록 포함되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액의 제조 방법에서 상기 단계 a')의 혼합 시간은 5분 ~ 24시간인 것이 바람직하고, 30분 ~ 4시간인 것이 더욱 바람직하다. 상기 혼합 시간은 농도에 따라 가변 가능하다.

상기 단계 a')에서 물리적인 혼합 방법, 구체적으로는 shaker에 넣어 mixing하거나, magnetic bar를 첨가하여 교반하는 방법, vortex를 이용하여 혼합하는 방법 등을 사용할 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

그 후, 상층부인 유기층을 제거하고 유기층이 제거된 물층에 유기 용매를 첨가하여 세척하는 단계를 1 ~ 5회, 바람직하게는 2 ~ 3회로 반복하여 상층부인 유기층을 제거한 후 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 얻을 수 있다.

유기층을 제거하는 과정에서 물층의 일부가 손실 될 수 있고, 따라서 처음 투입된 PEDOT:PSS 수분산액 100중량부에 대하여 상기 과정을 거쳐 최종 얻어지는 PEDOT:PSS 수분산액의 함량은 70 내지 90 중량부 일 수 있다.

상기 PEDOT:PSS 수분산액의 함량은 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%인 것이 바람직하다.

본 발명의 바람직한 구체예에서는 상기 PEDOT:PSS 수분산액으로 Heraeus사의 PH-1000을 사용하였다.

상기 1) 디메틸 설폭사이드(DMSO)는 잉크 조성물의 전도성을 향상시키기 위해 추가되며, 그 함량은 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 0.3 내지 5.0 중량%인 것이 바람직하다. 0.3 중량% 미만인 경우에는 전도도 향상 효과가 나타나지 않으며, 5.0 중량%를 초과하는 경우에는 잉크의 전도도 저하가 나타나고 안정성이 낮다.

상기 2) 용매로는 탈이온수(DI water) 및 다가알코올류 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 상기 탈이온수는 상기 PEDOT:PSS 수분산액을 분산하는 역할을 하며, 그 함량은 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%인 것이 바람직하다. 탈이온수의 함량이 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 60 중량%를 초과하는 경우에는 잉크의 표면장력이 높아서 기판에서 잘 퍼지지 않고 제팅이 어려우며, 10 중량% 미만인 경우에는 점도가 높아서 잉크젯용 잉크로 적합하지 않은 문제점이 있다. 상기 다가 알코올류는 디에틸렌 글리콜, 에틸렌글리콜, 프로필렌 글리콜, 글리세롤, 소르비톨(sorbitol) 등일 수 있으나, 반드시 이에 한하지는 않는다. 바람직하게는 프로필렌 글리콜 또는 글리세롤일 수 있다. 상기 다가 알코올류는 잉크 조성물의 분산성 및 전도성을 향상시키기 위해 용매에 포함된다. 그 함량은 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 1 내지 45 중량%인 것이 바람직하며, 45 중량%를 초과할 경우 전도도가 오히려 감소하고, 1 중량% 미만인 경우 전도도 개선효과가 나타나지 않는다.

또한, 잉크 조성물의 퍼짐성을 향상시키기 위해 계면활성제를 더 포함할 수 있으며, 그 함량은 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 0.01 내지 3.0 중량%인 것이 바람직하다. 0.01 중량% 미만인 경우에는 원하는 수준의 퍼짐성을 얻을 수 없으며, 3.0 중량%를 초과하는 경우에는 잉크의 전도도 저하가 나타날 수 있다. 상기 계면활성제로는 비이온성 계면활성제로서 불소계 계면활성제가 바람직하나 이에 한정되지는 않는다.

상기 전도성 고분자 잉크 조성물의 pH는 4.0 ~ 8.0 인 것이 바람직하고, 5.0 ~ 7.0 인 것이 더욱 바람직하다. pH가 상기 범위일 경우, 잉크 조성물의 분산성을 유지하면서 잉크 조성물의 pH를 원하는 범위로 조절 가능하기 때문에, 소자의 투명 전극의 재료로 사용되었을 때 강한 산성에 의해 소자의 상부에 오는 고분자 분산형 액정층과 반응을 일으켜 각각 전극과 구동부의 기능을 잃어버리는 문제를 해결할 수 있다. 잉크 조성물 pH가 4.0 미만일 경우, 산성도가 높아 상부 고분자 분산형 액정층의 손상을 유발할 수 있고, pH가 8.0을 초과하면, 염기성이므로 상부 고분자 분산형 액정층의 손상을 유발할 수 있다.

또한 증착공정이 필요한 ITO 전극과 비교했을 때, 중성으로 산도 조절을 한 전도성 고분자 잉크는 용액 공정으로 소자 형성이 가능하여, 제조 공정상의 이점이 있다.

상기 제1 전극층 및 제2 전극층의 두께는 필요한 전기적 특성(예를 들어 전도도)에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 50~500nm일 수 있다. 전극층의 두께가 두꺼워지면 전도도는 좋아져서 전극특성은 우수하나, 투과도가 낮아지게 된다. 상기 범위 미만은 전도도가 낮아 구동전압이 너무 높아지게 되고, 상기 범위를 초과하면 투과도가 낮아 투명전극으로서의 기능을 상실하는 문제점이 발생할 수 있다.

상기 단계 a)에서 열처리는 일 례로 핫플레이트에서 80~150℃로 10~50분간 진행되는 것일 수 있다.

또한 단계 c)에서, 상기 단계 a)와 동일한 방법으로 제조된 제2 전극층은 상기 고분자 분산형 액정층에 접합되고, 그 결과 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 고분자 분산형 액정층이 개재하게 된다. 이어서, 단계 d)에서 상기 고분자 분산형 액정층에 광원을 조사함으로써 고분자 분산형 액정층이 경화되어 전극층 사이에 고분자 분산형 액정층이 접합된다.

고분자 분산형 액정층은 일반적으로 모노머, 광개시제, 커플링제, 올리고머 등을 포함하므로, UV 경화기의 UV 조사에 의해 경화될 수 있다.

상기 전도성 고분자 잉크 조성물을 사용하여 형성된 제1 전극층, 및 제2 전극층, 즉 전도성 고분자 투명 전극은 투과도 뿐만 아니라 전도도 또한 우수하다. 구체적으로 투과도는 85~95%(기재 포함), 면저항은 150 ~ 350 (Ω/□) 수준일 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세하게 설명한다. 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위는 하기의 특허청구범위에 기재된 범위 및 그 치환 및 변경을 포함하며, 실시예의 범위로 한정되지 않는다.

< 전도성 고분자 잉크 조성물의 제조>

PEDOT:PSS 수분산액인 CLEVIOUS PH-1000 (Heraeus사) 49.4 중량%에 Diethyl ether 49.4 중량%와 3,5-루티딘 1.2 중량%를 첨가하였다. 물층과 유기층이 섞이도록 2시간 동안 혼합한 후에 유기층을 제거하였다. 여기에 Diethyl ether를 추가로 첨가하여 물층을 씻어준 후 유기층을 따라 따라내었다. 물층을 씻어주는 과정을 3 회 반복한 후에 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 얻을 수 있었다. 이렇게 얻어진 PEDOT:PSS 수분산 용액 39.1 중량%에 DMSO 1.6 중량%, DI water 33.1 중량%, propylene glycol 6.5 중량%, 계면활성제 F-555(DIC사)를 0.1 중량% 첨가한 후 교반하여 전도성 고분자 잉크 조성물을 제조하였다.

<실시예 1>

기재(PET)에 전도성 고분자 잉크 조성물을 스핀 코팅(500rpm, 9초)한 후, 120℃/30분의 조건으로 핫 플레이트(hot plate)에서 건조하여 pH를 4.2로 조절한 전극층을 형성하였다. 상기 전극층 상에 고분자 분산형 액정용액을 바코팅하여 적층시킨 후, 그 상부에 전도성 고분자 용액을 포함하는 전극층을 형성하여 일체화 시키고, 광원을 조사하여 경화시켜 고분자 분산형 액정 소자를 제조하였다. 전압을 인가하는 단자부는 전극층 위에 전도성 테이프나 기타 상응하는 물질을 부착하여 형성시켰다.

<실시예 2>

2,4,6-콜리딘을 사용하여 pH를 5.1로 조절한 잉크 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고분자 분산형 액정 소자를 제조하였다.

<실시예 3>

트리에틸아민을 사용하여 pH를 7.8로 조절한 잉크 조성물을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 고분자 분산형 액정 소자를 제조하였다.

<비교예 1>

기재(PET)에 ITO 전극층을 스퍼터링한 후 ITO 전극층 상에 고분자 분산형 액정용액을 바코팅하여 고분자 분산형 액정 소자를 제조하였다.

<비교예 2>

하기 표 1의 조성물을 사용하여 산도가 조절되지 않은 전극층을 형성한 것을 제외하곤 실시예 1과 동일하게 고분자 분산형 액정 소자를 제조하였다.

<전극 특성의 시험>

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 2의 전극층에 대해 JEWAY사의 pH Meter 350를 사용하여 pH를 측정한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.

또한, NIPPON DENSHOKU사의 VSR-400를 사용하여 투과율을 측정한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.

또한, MITSUBISHI CHEMICAL CORPORAION사의 MCP-T600를 사용하여 면저항을 측정한 후 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.

	비교예1	비교예2	실시예1	실시예2	실시예3
조성: (중량%)	ITO	PH1000: 45.7 탈이온수: 19.7 프로필렌 글리콜: 14.6 메탄올: 9.1 디메틸 술폭사이드: 2.4 글리세롤: 2.4 계면활성제: 0.6 메틸 이소부틸 케톤: 0.4	PEDOT:PSS 수분산 용액: 39.1 탈이온수: 33.1 메탄올: 19.6 디메틸 술폭사이드: 1.6 프로필렌 글리콜: 6.5 계면활성제: 0.1
산도조절 (사용한 아민)	-	무	유 (3,5-루티딘)	유 (2,4,6-콜리딘)	유 (트리에틸아민)
pH	-	1.9	4.2	5.1	7.8
공정방법	스퍼터링	스핀코팅
투과율(%)	88.8	84.7	84.7	85.2	83.0
면저항(Ω/□)	270	292	248	261	276

PH1000: Heraeus사 CLEVIOS PH1000, 전도성 고분자 수분산용액

<소자의 구동원리>

전압인가 유무에 의해, 고분자 분산형 액정층 내의 액정배열이 조절됨으로써 광의 산란 및 투과가 제어된다. 고분자 분산형 액정층은 전압이 인가되지 않으면(off 상태), 작은 액정 구적이 무질서하게 배열되어 액정 구정과 고분자 매트릭스와의 굴절로 장애를 받아 빛이 산란되어 불투명 상태가 구현되고, 전압이 인가되면(on 상태), 액정 구적이 일렬로 배열되어 굴절률의 차이를 줄여주기 때문에 빛은 소자를 투과하게 되고 투명한 상태가 구현된다.

<소자의 안정성 평가>

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 소자의 안정성 평가를 위해 변성 유무를 육안으로 확인하였다. 이때 소자의 제작 완료 후 전압이 인가되지 않은 상태(off)로 관찰하였다.

비교예 1 (ITO 전극)과 실시예 1 내지 3 (산도가 조절된 전도성 고분자 투명전극)의 소자에서는 특이사항이 없으므로 ‘무’로 표기하였다. 이 경우는 작은 액정 구적이 무질서하게 배열되어 액정 구정과 고분자 매트릭스와의 굴절로 장애를 받아 빛이 산란되어 다크 상태이다.

비교예 2 (산도가 조절되지 않은 전도성 고분자 투명전극)의 소자에서는 불규칙한 반점이 관찰된다. 이는 전도성 고분자 투명전극의 산도가 높아(pH 1.9) 그 상부에 적층되는 고분자 분산형 액정층과 반응을 일으켜 변성된 결과이다.

<소자의 전기 광학적 특성 평가>

상기 실시예 1 내지 3, 및 비교예 1 내지 2에서 제조한 소자에 전압을 인가하고 소자의 구동 여부와 구동 전압을 관찰 및 측정하여 그 결과를 하기 표 2에 나타냈다. 구동전압은 최대투과율의 90%일 때의 전압으로 정의한다.

	비교예1	비교예2	실시예1	실시예2	실시예3
변성 유무	무	유	무	무	무
구동전압(V)	23.6	-	49.4	24.1	23.7
소자 구동여부	○	×	○	○	○

상기 표 2에서 보는 바와 같이 비교예 1, 및 실시예 1 내지 3의 경우 모두 전압을 인가함에 따라 소자가 구동한다. 특히, 실시예 2 내지 3의 경우 구동전압이 비교예 1과 동등한 수준이다.

비교예 2의 경우 전도성 고분자 투명전극 층과 고분자 분산형 액정층과 반응이 진행되어 두 층 모두 변성됨으로써, 전압을 인가하여도 소자가 구동되지 않는다.

Claims

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a) 기재층 상에 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 포함하는 전도성 고분자 잉크 조성물을 도포한 후 열처리하여 제1 전극층을 형성하는 단계;
b) 상기 제1 전극층 상에 고분자 분산형 액정층을 형성하는 단계;
c) 상기 단계 a)와 동일한 방법으로 제조된 제2 전극층을 상기 고분자 분산형 액정층에 접합시키는 단계; 및
d) 광원을 조사하여 상기 고분자 분산형 액정층을 경화하는 단계를 포함하고,
상기 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액은,
a') PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)) 수분산액에 3,5-루티딘(3,5-lutidine), 2,4,6-콜리딘(2,4,6-collidine) 및 트리에틸아민(Triethylamine)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 아민 화합물 및 물과 상분리되는 유기 용매를 혼합하여 중화하는 단계;
b') 상기 단계 a')의 혼합액을 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 포함하는 하층부의 물층과, 상기 아민 화합물 및 유기 용매를 포함하는 상층부의 유기층으로 상분리하는 단계;
c') 상기 상분리된 물층 및 유기층 중, 상층부인 유기층을 제거하는 단계; 및
d') 상기 유기층이 제거된 물층에 유기 용매를 첨가하여 세척하는 단계를 통하여, 상층부인 유기층을 제거하여 중성화된 PEDOT:PSS 수분산액을 얻는 단계를 통하여 얻는 것을 특징으로 하는,
중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 전도성 고분자 잉크 조성물의 pH는 4.0 ~ 8.0인 것을 특징으로 하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 단계 a)에서 열처리는 핫플레이트에서 80~150℃로 10~50분간 진행되는 것을 특징으로 하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 제1 전극층 및 제2 전극층의 두께는 50~500nm 인 것을 특징으로 하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 중성화된 PEDOT: PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)) 수분산액을 포함하는 전도성 고분자 잉크 조성물은 1) 디메틸 설폭사이드(DMSO), 2) 용매 및 3) 계면활성제 중 어느 하나 이상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.
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청구항 6에 있어서,
상기 단계 a')의 유기 용매의 사용량은 PEDOT:PSS 수분산액 100 중량부에 대하여 50 ~ 500 중량부인 것을 특징으로 하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.
청구항 6에 있어서,
상기 PEDOT:PSS 수분산액의 함량은 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 10 내지 60 중량%인 것을 특징으로 하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 1) 디메틸 설폭사이드(DMSO)의 함량은 잉크 조성물의 전체 중량에 대하여 0.3 내지 5.0 중량%인 것을 특징으로 하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.
청구항 10에 있어서,
상기 2) 용매는 탈이온수(DI water) 및 다가알코올류 중 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 중성화된 전도성 고분자 투명 전극을 포함하는 고분자 분산형 액정 소자의 제조방법.