KR102295547B1 - 전도성 필름 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

전도성 필름 제조 방법을 제공한다. 전도성 필름 제조 방법은 베이스 필름 상에 고분자 박막을 형성하고, 10M 내지 15M 질산을 이용하여 상기 고분자 박막을 처리하며, 질산 처리된 고분자 박막을 세정하는 것을 포함한다. 질산 처리는 상온에서, 7분 내지 13분 동안 수행된다.

Description

전도성 필름 제조 방법{METHOD OF FABRICATING CONDUCTIVE FILM}
본 발명은 전도성 필름 제조 방법에 관련된 것으로, 더욱 상세하게는 투명 전극으로 사용되는 전도성 필름의 제조 방법에 관련된 것이다.
투명하고 유연한 소자들 또는 저온의 증착 공정을 요구하는 유기물 소자들의 투명 전극으로 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS))과 같은 고분자 박막이 많이 활용하고 있다.
그러나, PEDOT:PSS 그 자체로는 금속 전극에 비하여 전도도가 크게 낮아서 통상 1S/cm 정도의 전도도를 갖는다. 이런 수준의 전도도는 실제 소자에 적용하기 어려우므로 PEDOT:PSS 고분자 막의 전도도를 증가시키기 위한 연구들이 많이 수행되어 왔다.
본 발명이 이루고자 하는 일 기술적 과제는 높은 전도도를 갖는 전도성 필름을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 개념에 따른 일 실시예는 전도성 필름 제조 방법을 제공한다. 상기 전도성 필름 제조 방법은: 베이스 필름 상에 고분자 박막을 형성하는 단계; 상기 고분자 박막을 10M 내지 15M 농도의 질산으로 처리하는 단계; 및 상기 질산 처리된 고분자 박막을 세정하는 단계를 포함하되, 상기 질산 처리는 상온에서, 7분 내지 13분 동안 수행된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 질산 처리 하기 전 고분자 박막은 0.5 내지 1.5S/cm의 전도도를 가지며, 상기 질산 처리 후 고분자 박막은 3,500 내지 4,000S/cm의 전도도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 베이스 필름은 투명하며 유연할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 박막은 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리페닐렌계, 폴리아닐린계 또는 폴리아세틸렌계 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 박막은 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS)를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 질산 처리된 고분자 박막은 물로 세정할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 다른 실시예는 전도성 필름 제조 방법을 제공한다. 상기 전도성 필름 제조 방법은: 베이스 필름 상에 고분자 박막을 형성하는 단계; 상기 고분자 박막을 3 내지 15M 농도의 질산으로 처리하는 단계; 및 상기 질산 처리된 고분자 박막을 세정하는 단계를 포함하되, 상기 질산 처리는 상온에서, 7분 내지 13분동안 수행되며, 상기 질산의 농도에 따라 상기 고분자 박막의 전도도를 변화시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 박막을 3M 농도의 질산으로 처리하면, 상기 고분자 박막은 1,600 S/cm의 전도도를 가지며, 상기 고분자 박막을 14M 농도의 질산으로 처리하면, 상기 고분자 박막은 4,000S/cm의 전도도를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 박막은 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS)를 포함할 수 있다.
본 발명의 개념에 따른 실시예들에 의하면, 고농도의 질산으로 고분자 박막을 처리함으로써, 높은 전도도를 갖는 고분자 박막을 형성할 수 있다. 또한, 고농도의 질산을 짧은 시간 동안 처리함으로써 고분자 박막이 변형되는 것을 방지하고, 공정 시간을 단축할 수 있다.
또한, 질산의 농도를 조절하여 원하는 전도도의 고분자 박막을 형성할 수 있어, 다양한 소자들에 사용할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 전도성 필름 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2는 질산 3M 및 질산 14M 각각으로 고분자 박막을 처리한 후 전도도를 보여주는 그래프이다.
도 3은 질산 1M, 질산 3M 및 질산 14M 각각으로 고분자 박막을 처리하는 시간에 따른 전도도를 보여주는 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예예 따른 플렉서블 디스플레이 장치를 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치에서 디스플레이부의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
이상의 본 발명의 목적들, 다른 목적들, 특징들 및 이점들은 첨부된 도면과 관련된 이하의 바람직한 실시예들을 통해서 쉽게 이해될 것이다. 그러나 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서의 다양한 실시예들에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 여기에 설명되고 예시되는 실시예들은 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 '포함한다(comprises)' 및/또는 '포함하는(comprising)'은 언급된 구성요소는 하나 이상의 다른 구성요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
이하, 도면들을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 필름 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 베이스 필름 상에 고분자 박막을 형성한다.(단계 S100) 상기 베이스 필름은 서로 마주하는 제1 면 및 제2 면을 포함할 수 있으며, 상기 고분자 박막은 상기 제1 면 및 제2 면 상에 형성될 수 있다.
상기 베이스 필름은 투명하며, 외부 압력에 의해 변형될 수 있는 플라스틱(가령, 고분자 필름)으로 구현될 수 있다. 예컨대, 상기 베이스 필름은, PI(Polyimide), PC(Polycarbonite), PET(Polyethyleneterephtalate), PES(Polyethersulfone), PEN(Polythylenenaphthalate), FRP(Fiber Reinforced Plastic) 등의 다양한 수지로 구현될 수 있다. 상기 베이스 필름은 플라스틱 외에 유리 박막(thin glass) 또는 금속 박막(metal foil) 등과 같이 플렉서블한 특성을 갖는 소재가 사용될 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 고분자 박막은, 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrole), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리아세틸렌(polyacetylene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 고분자 박막은, 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트 (poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(styrenesulfonate)(PEDOT:PSS))을 포함할 수 있다. 상기 고분자 박막의 전도도는 약 0.5 S/cm 내지 약 1.5S/cm 정도일 수 있다.
상기 고분자 박막을 10M 내지 15M 농도의 질산(HNO3)으로 처리할 수 있다. (단계 S110) 상기 질산의 농도가 10M 보다 작은 경우, 상기 고분자 박막이 목적하는 전도도를 나타내지 못하며, 상기 질산의 농도가 15M 보다 큰 경우, 상기 고분자 박막이 손상될 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 질산의 농도는 약 14M일 수 있다.
본 발명의 일 실시예예 따르면, 상기 고분자 박막 표면을 질산 처리는 상온에서 진행될 수 있다. 즉, 열 제공 없이 상기 질산 처리가 수행될 수 있다. 상기 고분자 박막 표면을 질산 처리한 후, 상기 고분자 박막의 전도도는 약 3,500S/cm 내지 4,000S/cm 정도일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 질산 처리 시간은 약 7분 내지 약 13분 정도일 수 있다. 이하에서 상세하게 설명되겠으나, 질산 처리 시간이 7분 이하일 경우, 고분자 박막의 전도도가 목적하는 정도까지 증가하지 않을 수 있다. 또한, 상기 질산 처리 시간이 13분 이상이 길어진다고 해도 고분자 박막의 전도도가 증가하지 않으며, 긴 시간 질산에 노출되는 경우, 상기 고분자 박막이 손상을 입을 수 있다. 보다 바람직하게는 상기 질산 처리 시간은 약 10분 정도일 수 있다.
일 실시예예서, 상기 질산의 농도는 약 13.5M 내지 14M 사이이며, 상기 농도의 질산으로 상기 고분자 박막을 약 10분 정도 처리할 수 있다. 이 경우, 상기 고분자 박막 표면을 질산 처리한 후, 상기 고분자 박막의 전도도는 약 4,000S/cm 정도일 수 있다. 약 4,000S/cm 정도의 전도도는 약 3x10-4 Ωcm의 비저항 값에 대응된다.
이와 같이, 고농도의 질산을 이용하여 열 없이 단시간 동안 고분자 박막 표면을 처리함으로써, 고농도의 질산에 의해 상기 고분자 박막의 변형 없이 고전도도를 갖는 고분자 박막을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 질산 처리된 고분자 박막을 물을 이용하여 세정(단계 S120) 후 건조하여 도전성 필름을 형성할 수 있다.
도 2는 질산 3M 및 질산 14M 각각으로 고분자 박막을 처리한 후 전도도를 보여주는 그래프이며, 도 3은 질산 1M, 질산 3M 및 질산 14M 각각으로 고분자 박막을 처리하는 시간에 따른 전도도를 보여주는 그래프이다.
100nm의 두께를 갖는 고분자 박막들을 준비한다. 상기 고분자 박막들 각각은 PEDOT:PSS을 포함한다. 각각의 고분자 박막들을 각각 3M 농도의 질산 및 14M 농도의 질산으로 처리한다.
도 2를 참조하면, 3M 농도의 질산 및 14M 농도의 질산으로 상기 고분자 박막들을 약 5분 동안 처리한 후 고분자 박막들의 전도도를 측정한 결과이다. 상기 3M 농도의 질산으로 처리한 후, 상기 고분자 박막의 전도도는 약 1,600S/cm 정도이다. 상기 14M 농도의 질산으로 고분자 박막을 처리한 후, 상기 고분자 박막의 전도도는 약 3,500S/cm 정도이다.
이와 같이 질산의 농도에 따라 고분자 박막의 전도도를 조절할 수 있어, 다양한 소자들에 적용할 수 있다.
도 3을 참조하면, 질산 처리 시간에 따른 고분자 박막의 전도도를 측정한 결과이다.
1M 농도의 질산으로 고분자 박막을 처리하는 경우, 시간이 흘러도 그 전도도가 증가하지 않는 것을 볼 수 있다.
3M 농도의 질산으로 고분자 박막을 약 10분 동안 처리하면, 시간이 흐를수록 그 전도도가 증가한다. 그리고, 약 10분 후 약 1,600S/cm의 전도도를 나타내며, 시간이 더 흘러도 그 전도도는 증가하지 않는다. 3M 이하의 질산으로 고분자 박막을 10분 이상 처리하여도, 2,000S/cm 이상의 전도도를 획득할 수 없는 것을 알 수 있다.
14M 농도의 질산으로 고분자 박막을 약 10분 동안 처리하면, 시간이 흐를수록 그 전도도가 현저하게 증가한다. 그리고, 약 10분 후 약 4,000S/cm의 전도도로 최고점을 지나, 10분 이상 지나면 전도도가 약 3,500S/cm으로 저하된 채 유지하게 된다. 이와 같이 고전도도의 고분자 박막을 획득하기 위해서는 10M이상의 농도로 질산 처리하여야 한다. 또한, 상기 고분자 박막에 대한 질산 처리는 상온에서 약 7분 내지 약 13분 정도 처리하는 것이 효율적이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치를 설명하기 위한 사시도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치에서 디스플레이부의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 디스플레이 장치(100)는 디스플레이부(110) 및 제어부(도시되지 않음)를 포함할 수 있다. 도 5를 참조하면, 상기 플렉서블한 특성을 갖는 디스플레이부(110)는 기판(112), 구동부(114), 디스플레이 패널(116) 및 보호층(118)을 포함할 수 있다.
상기 플렉서블 디스플레이 장치(100)는 기존의 평판 디스플레이 장치의 디스플레이 특성을 그대로 유지하면서 종이와 같이 휘어지거나, 구부려지거나, 접히거나, 또는 말릴 수 있는 장치를 의미한다. 따라서, 플렉서블 디스플레이 장치(100)는 유연한 기판(112) 위에 제작될 수 있다. 구체적으로, 상기 기판(112)은 외부 압력에 의해 변형될 수 있는 플라스틱 기판(가령, 고분자 필름)으로 구현될 수 있다. 상기 플라스틱 기판(112)은 기초 소재(base film)에 배리어 코팅(barrier coating)이 양면으로 처리된 구조를 갖는다. 상기 기초 소재의 경우, PI(Polyimide), PC(Polycarbonite), PET(Polyethyleneterephtalate), PES(Polyethersulfone), PEN(Polythylenenaphthalate), FRP(Fiber Reinforced Plastic) 등의 다양한 수지로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 배리어 코팅은 기초 소재에서 서로 대향되는 면에 수행되며, 유연성을 유지하기 위해 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리피롤(polypyrole), 폴리페닐렌(polyphenylene), 폴리아닐린(polyaniline) 또는 폴리아세틸렌(polyacetylene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 더불어, 도 1에서 설명된 바와 같이 상기 배리어 코팅을 약 3M 내지 15M 농도의 질산으로 처리함으로써, 목적에 적합한 전도도를 가질 수 있다. 상기 질산 처리 후, 상기 배리어 코팅을 포함하는 기판은 약 1,600 내지 약 4,000S/cm의 전도도를 가질 수 있다.
한편, 상기 기판(112)은 플라스틱 기판 외에도 유리 박막(thin glass) 또는 금속 박막(metal foil) 등과 같이 플렉서블한 특성을 갖는 소재가 사용될 수도 있다.
상기 구동부(114)는 상기 디스플레이 패널(116)을 구동시키는 기능을 한다. 구체적으로, 상기 구동부(114)는 상기 디스플레이 패널(116)을 구성하는 복수의 화소에 구동 전압을 인가하며, a-Si TFT(amorphous silicon thin film transistor), LTPS(low temperature poly silicon), TFT, OTFT(organic TFT) 등으로 구현될 수 있다. 상기 구동부(114)는 상기 디스플레이 패널(116)의 구현 형태에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다.
일 예로, 상기 디스플레이 패널(116)은 복수의 화소 셀로 이루어진 유기 발광체 및 그 유기 발광체의 양면을 덮는 전극층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 구동부는 상기 디스플레이 패널(116)의 각 화소 셀에 대응되는 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있다. 상기 제어부는 각 트랜지스터의 게이트로 전기 신호를 인가하여, 트랜지스터에 연결된 화소 셀을 발광시킨다. 이에 따라, 각종 화면을 디스플레이할 수 있다. 다른 예로, 상기 디스플레이 패널(116)은 유기 발광다이오드 외에도 EL, EPD(electrophoretic display), ECD(electrochromic display), LCD(liquid crystal disply), AMLCD, PDP(Plasma display Panel) 등으로 구현될 수도 있다. 다만, LCD의 경우, 자체적으로 발광할 수 없다는 점에서 별도의 백라이트가 요구된다. 백라이트가 사용되지 않는 LCD의 경우에는 주변 광을 이용한다. 따라서, 백라이트 없이 LCD 디스플레이 패널을 사용하기 위해서는 광량이 많은 야외 환경과 같은 조건이 충족되어야 한다.
상기 보호층(118)은 상기 디스플레이 패널(116)을 보호하는 기능을 한다. 예를 들어, 상기 보호층(118)에는 ZrO, CeO2, ThO2 등의 재료가 이용될 수 있다. 상기 보호층(118)은 투명한 필름 형태로 제작되어 상기 디스플레이 패널(116) 표면 전체를 덮을 수 있다.
한편, 상기 디스플레이부(110)는 전자 종이로 구현될 수도 있다. 상기 전자 종이는 종이에 일반적인 잉크의 특징을 적용한 디스플레이로서, 반사광을 사용하는 점이 일반 평판 디스플레이와는 다른 점이다. 한편, 상기 전자 종이는 트위스트 볼을 이용하거나 캡슐을 이용한 전기영동을 이용하여 그림 또는 문자를 변경할 수 있다.
이상, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징으로 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예에는 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
110: 디스플레이부
112: 기판
114: 구동부
116: 디스플레이 패널
118: 보호층

Claims (9)

  1. 베이스 필름 상에, 0.5 내지 1.5S/cm의 전도도를 가지며 폴리에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌술포네이트(PEDOT/PSS)만으로 구성된 고분자 박막을 형성하는 단계;
    상기 고분자 박막을 10M 내지 15M 농도의 질산으로 처리하는 단계; 및
    상기 질산 처리된 고분자 박막을 세정하는 단계를 포함하되,
    상기 질산 처리는 상온에서, 7분 내지 13분 동안 수행되고,
    상기 질산 처리 후 고분자 박막은 3,500 내지 4,000S/cm의 전도도를 갖고,
    상기 질산의 농도에 따라 상기 고분자 박막의 전도도를 증가시키는 전도성 필름 제조 방법.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 베이스 필름은 투명하며 유연한 전도성 필름 제조 방법.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제1항에 있어서,
    상기 질산 처리된 고분자 박막은 물로 세정하는 전도성 필름 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
KR1020150165496A 2014-12-03 2015-11-25 전도성 필름 제조 방법 KR102295547B1 (ko)

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