KR20070027360A - 전이금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막 및 이의 제조방법 - Google Patents

전이금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 내열성과 전도성이 우수한 전도성 고분자 배향막과 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 고분자 배향재료에 전이 금속이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막을 제공한다.
또한 본 발명은 전이금속 착체 용액과 고분자 배향재료 용액을 블랜딩하여 전이금속이 도핑된 고분자 배향재료 용액을 얻은 후, 상기 전이금속이 도핑된 고분자 배향재료 용액을 코팅하여 배향막을 형성하는 전도성 고분자 배향막 제조방법을 제공한다.
본 발명의 전이 금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막은 종래의 폴리이미드 배향막의 우수한 배향특성에 더하여 전도성이 부여되어 있다.
따라서 본 발명의 전이 금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막을 사용하여 LCD를 제조할 경우 종래 LCD 제조과정에서 ITO 전극을 형성하는 단계를 생략하고 직접 유리 기판에 상기 전도성 고분자 배향막을 형성시킬 수 있으므로 공정이 간단하고 공정비용이 절감되는 효과가 있다.
전도성 고분자, 배향막, 폴리이미드, 전이 금속 착체

Description

전이금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막 및 이의 제조방법{Transition metal doped conducting polymer membrane and method for preparing the same}
도 1은 종래에 배향막이 기판상에 형성되어 있는 구조를 나타낸 간략도이다.
도 2는 기판상에 형성된 ITO전극 상부에 배향막을 형성시키는 종래의 과정을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 배향막이 글라스 기판상에 직접 형성된 구조를 나타낸 간략도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 배향막의 제조과정을 나타낸 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판상에 전도성 고분자 배향막을 직접 형성시키는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다.
본 발명은 배향성과 전도성이 우수한 도핑된 전도성 고분자 배향막과 이의 제조방법에 관한 것이다.
최근에 반도체 기술의 급속한 진보에 의하여 각종 전자 장치의 저전압화 및 저전력화와 함께 전자 기기의 소형화, 박형화 및 경량화의 추세에 따라 새로운 환경에 적합한 전자 표시 장치로서 평판 패널형 표시 장치에 대한 요구가 급격히 증대되고 있다. 이에 따라 액정 표시 장치(LCD), 플라즈마 표시 장치(PDP), 유기 이엘 표시 장치(OELD) 등과 같은 평판 패널형 표시 장치가 개발되고 있으며, 이러한 평판 패널형 표시 장치 중에서 소형화, 경량화 및 박형화가 용이하며, 낮은 소비 전력 및 낮은 구동 전압을 갖는 액정 표시 장치가 특히 주목받고 있다.
액정 표시 장치는 공통 전극, 컬러 필터, 블랙 매트릭스 등이 형성되어 있는 상부 투명 절연 기판과 스위칭 소자, 화소 전극 등이 형성되어 있는 하부 투명 절연 기판 사이에 이방성 유전율을 갖는 액정 물질을 주입해 놓고, 화소 전극과 공통 전극에 서로 다른 전압을 인가함으로써 액정 물질에 형성되는 전계의 세기를 조정하여 액정 물질의 분자 배열을 변경시키고, 이를 통하여 투명 절연 기판에 투과되는 빛의 양을 조절함으로써 원하는 화상 데이터를 표현하는 표시 장치이다.
액정 표시 장치는 기본적으로 액정이 담긴 두 개의 글라스 양단에 전압을 가하여 표시상태를 조절하는 소자이다. 따라서 글라스의 표면에 빛을 차단하지 않는 도전 물질이 있어야 한다. 이러한 필요에 의해 사용되는 것이 투명전극이다. 산화인듐(ITO : Indium Tin Oxide)막은 가장 우수한 도전성을 갖는 투명전극 재료로, 화학적 안정성과 열적 안정성을 갖고 있으며, 전극 Pattern 가공성이 좋기 때문에 액정표시장치의 투명전극으로 주로 사용된다. ITO 투명 전극은 일단 ITO막을 스퍼터링법(Sputtering)으로 제조한 후 포토 리소그래피법(Photo lithograph) 등을 사용하여 전극 패턴을 형성시켜서 제조한다.
액정 표시 장치는 액정의 전기 광학 효과를 이용한 것이다. 이 전기 광학 효과는 액정 자체의 이방성과 액정의 분자 배열 상태에 의해 결정되어 진다. 액정의 분자 배열에 대한 제어는 액정 표시 장치에서의 표시 품위 안정화에 큰 영향을 미치게 된다. 따라서, 액정 분자를 보다 효과적으로 배향시키기 위한 배향막이 필요하다. 배향막으로는 폴리이미드(Polyimde)계 배향막이 대표적이다. 폴리이미드는 다른 유기 고분자 화합물에 비해, 고온 처리에 잘 견디며, 도포성, 러버링(Rubbing)성, 화학적 안정성이 좋고, 특히 배향 규제력이 강해, 현재도 각종 액정 표시소자에 사용되고 있다.
도 1은 종래에 배향막이 기판상에 형성되어 있는 구조를 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 바와 같이 종래에는 글라스 기판(101)상에 ITO투명 전극(102)이 형성되어 있고 그 상부에 폴리이미드(polyimide,PI)로 이루어진 배향막(103)이 형성되어 있었다.
도 2는 기판상에 형성된 ITO전극 상부에 배향막을 형성시키는 종래의 과정을 나타낸 도면이다.
종래에는 도 2에 나타낸 바와 같이 글라스 기판(101) 상부에 ITO막(미도시)을 스퍼터링법(Sputtering) 등으로 증착한 후 포토 리소그래피법(Photo lithograph) 등을 사용하여 전극 패턴을 형성시켜 ITO 투명 전극(102)을 형성한 후, 회전도포법이나 인쇄도포법으로 기판상에 폴리이미드를 코팅하여 폴리이미드 박막(103)을 형성하고 경화시킨 후, 부드러운 천 등으로 기판 위 표면을 한 방향으로 문지르는 러빙 과정을 거쳐서 배향처리하여 배향막을 형성시켰다.
그러나, 배향막 형성 이전에 ITO 투명 전극을 형성시키는 과정을 거침으로 인한 추가 공정비용이 소요되고 공정이 복잡하여 공정이 간단하고 공정비용이 절감되는 노력이 더 필요한 실정이었다.
또한 종래에 개발된 전도성 고분자 배향막들은 전도성은 우수하더라도 충분한 배향요구 특성을 갖추지 못하는 문제점이 있었으므로 배향특성이 우수하면서도 전도성이 우수한 전도성 고분자 배향막의 개발이 절실한 실정이었다.
상기 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은 배향특성이 우수하면서도 전도성이 우수한 전도성 고분자 배향막 및 이의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 고분자 배향재료에 전이 금속이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막을 제공한다.
본 발명의 전도성 고분자 배향막은 전이 금속이 Fe(Ⅱ)를 코어금속으로 사용하고, 알킬기가 치환된 트리아졸을 리간드로 사용하여 착체를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막일 수 있다.
본 발명의 전도성 고분자 배향막은 알킬기가 치환되어 있는 트리아졸의 치환된 알킬기의 탄소수가 3~11인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막일 수 있다.
본 발명의 전도성 고분자 배향막은 고분자 배향재료가 폴리이미드인 것을 특 징으로 하는 전도성 고분자 배향막일 수 있다.
또한 본 발명은 전이금속 착체 용액과 고분자 배향재료 용액을 블랜딩하여 전이금속이 도핑된 고분자 배향재료 용액을 얻은 후, 상기 전이금속이 도핑된 고분자 배향재료 용액을 코팅하여 배향막을 형성하는 전도성 고분자 배향막 제조방법을 제공한다.
본 발명의 전도성 고분자 배향막 제조방법은 전이금속 착체 용액과 고분자 배향재료 용액의 블랜딩 비율이 1:3 내지 1:9인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법일 수 있다.
본 발명의 전도성 고분자 배향막 제조방법은 고분자 배향재료가 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법일 수 있다.
본 발명의 전도성 고분자 배향막 제조방법은 전이금속 착체가 알킬기가 치환되어 있는 트리아졸을 리간드로 사용하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법일 수 있다.
본 발명의 전도성 고분자 배향막 제조방법은 알킬기가 치환되어 있는 트리아졸의 알킬기의 탄소수가 3~11인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법일 수 있다.
본 발명의 전도성 고분자 배향막 제조방법은 전이금속 착체의 전이금속이 Fe(Ⅱ)인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법일 수 있다.
이하 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 배향막 및 이의 제조방법에 대해 도면을 참고하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 배향막이 글라스 기판상에 직접 형성된 구조를 나타낸 도면이다. 고분자 배향재료에 전이 금속이 도핑되어 있는 전도성 고분자 배향막(302)이 글라스 기판(301) 위에 직접 도포되어 있는 구조를 나타낸다.
즉, 종래 기술과는 달리 글라스 기판(301)과 배향막(302) 사이에 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide, ITO)전극이 형성되어 있지 아니하며, 고분자 배향재료에 전이 금속이 도핑되어 전도성을 부여하여 전극 역할을 하도록 하고 동시에 종래의 배향막으로서의 기능도 함께 갖추도록 설계된 구조를 하고 있다.
상기 전이금속은 하기 화학식 1에 나타낸 바와 같은 착체를 형성하고 있다. 전이금속 착체의 코어 금속으로는 통상 철(Fe(Ⅱ))을 사용하지만 기타 전이금속들도 사용가능하고, 리간드로는 알킬기가 치환되어 있는 트리아졸을 사용하며, 상기 전이금속 착체는 이교성 폴리머 구조(bibridged polymeric structure)를 나타낸다.
Figure 112005049863492-PAT00001
리간드로 사용하는 알킬기로 치환된 트리아졸의 알킬기 탄소수로는 3~11이 바람직하며, 보다 바람직하게는 탄소수가 5~9인 알킬기를 사용하며, 가장 바람직하 게는 탄소수가 7인 헵틸기를 사용한다.
도핑되는 전도성 고분자 배향막의 배향막으로서의 기능을 나타내기 위해 사용하는 배향재료로는 하기 화학식 2로 나타내어 지는 폴리이미드를 사용한다.
Figure 112005049863492-PAT00002
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 배향막의 제조과정을 나타낸 순서도이다. 도 4를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 고분자 배향막의 제조과정을 설명하면 다음과 같다.
전이 금속 착체(transition metal complex)와 폴리이미드를 동일한 용매를 사용하여 각각 용액을 제조한 후 양자를 블랜딩하여 전이 금속이 도핑된 폴리이미드 용액을 제조한다.
이때 사용하는 용매는 폴리이미드를 용해시킬 때 통상 사용하는 용매중에서 전이 금속 착체를 동시에 녹일 수 있는 용매를 선택하여 사용하는데 N-메틸-2-피롤리돈(N-Methyl-2-pyrrolidone,NMP)등을 예로 들 수 있다.
전이 금속 착체 용액과 폴리이미드 용액의 블랜딩 비율은 전이 금속 착체끼리 뭉침(aggregation)현상이 발생하지 않는 범위내에서 가능한 한 전극으로서의 기능을 발휘하기 위해서 전이 금속 착체 용액을 많이 사용하는 것이 바람직하다.
그 중에서 전이 금속 착체 용액과 폴리이미드 용액의 블랜딩 비율은 1:3 내지 1:9가 바람직하다. 1:3을 초과할 경우에는 전이 금속 착체끼리 뭉침(aggregation)현상이 발생하는 경향이 크다는 문제점이 있으며, 1:9 미만일 경우에는 전극으로서의 기능 즉, 전도성을 충분히 발휘할 수 없다는 문제점이 있다.
전이 금속 착체 용액과 폴리이미드 용액의 블랜딩은 무기물인 전이 금속 착체 용액과 유기물인 폴리이미드 용액끼리의 블랜딩이므로 잘 섞이지 않는 경향이 있다. 따라서 이에 대한 친화성(compatibility)를 향상시키는 것이 매우 중요하다.
따라서 본 발명에서는 전이 금속 착체의 리간드로 사용하는 트리아졸 분자에 긴 알킬기를 도입하여 전이 금속 착체의 유기물 영역을 크게 하여 폴리이미드와의 친화성을 향상시키는 방법을 사용한다.
이때 전이 금속 착체의 리간드로 사용하는 트리아졸 분자에 도입된 알킬기로는 탄소수가 3~11인 알킬기를 사용하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 탄소수가 5~9인 알킬기를 사용하며, 가장 바람직하게는 탄소수가 7인 헵틸기를 사용한다. 탄소수가 3 미만인 경우는 원하는 친화성을 얻기 곤란하다는 문제점이 발생하며, 탄소수가 11을 초과할 경우에는 입체 장애(steric hindrance)가 발생하는 문제가 있다.
전이 금속 착체의 리간드로 사용하는 트리아졸 분자에 탄소수가 7인 알킬기인 헵틸기를 도입하는 방법을 하기 반응식 1로 나타내었다.
Figure 112005049863492-PAT00003
==> 발명자님께서 상기 반응식 1에 대한 설명을 추가 기재 바랍니다.
알킬기로 치환된 트리아졸을 리간드로 사용하여 철(Fe(Ⅱ))과 3:1의 비율로 실온에서 불활성 가스인 아르곤(Ar)기류하에 메탄올 용매를 사용하여 상기 화학식 1에 나타낸 전이 금속 착체를 제조할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 기판상에 전도성 고분자 배향막을 직접 형성시키는 과정을 개략적으로 나타낸 도면이다. 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 과정에서 제조된 전이 금속이 도핑된 폴리이미드 용액을 글라스 기판(301)상에 코팅하여 전이 금속이 도핑된 폴리이미드 필름을 형성시키고 경화시킨 후 러버링 과정을 거쳐서 배향처리하면 목적하는 전도성 고분자 배향막(302)을 얻을 수 있다.
본 발명에서 전이 금속 착체 용액과 폴리이미드 용액을 블랜딩하여 얻어진 전이 금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막은 실온에서도 파라마그네틱 성질(paramagnetic property)을 나타내어 전기장을 가했을 때 전도성을 충분히 나타낼 수 있으므로 글라스 기판상에 ITO 전극을 따로 형성할 필요가 없다.
즉, 본 발명의 전이 금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막을 사용하여 LCD를 제조할 경우 종래 LCD 제조과정에서 ITO 전극을 형성하는 단계를 생략하고 직접 유 리 기판에 상기 전도성 고분자 배향막을 형성시킬 수 있다.
한편 종래에 개발된 전도성 고분자 배향막들은 전도성은 우수하더라도 충분한 배향요구 특성을 갖추지 못하는 반면에 본 발명에서 전이 금속 착체 용액과 폴리이미드 용액을 블랜딩하여 얻어진 전이 금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막은 폴리이미드의 충분한 배향특성을 살릴 수 있다.
또한 본 발명의 전이 금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막은 전극 사용을 생략함으로써 액정 표시 장치 이외에도 플렉시블 디스플레이에의 적용에도 유용하다.
이상, 본 발명을 실시예를 들어 설명하였으나 본 발명은 이에 제한되지 않는다.
즉, 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해되어야 한다.
본 발명의 전이 금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막은 종래의 폴리이미드 배향막의 우수한 배향특성에 더하여 전도성이 부여되어 있다.
따라서 본 발명의 전이 금속이 도핑된 전도성 고분자 배향막을 사용하여 LCD를 제조할 경우 종래 LCD 제조과정에서 ITO 전극을 형성하는 단계를 생략하고 직접 유리 기판에 상기 전도성 고분자 배향막을 형성시킬 수 있으므로 공정이 간단하고 공정비용이 절감되는 효과가 있다.

Claims (10)

  1. 고분자 배향재료에 전이 금속이 도핑되어 있는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전이 금속은 Fe(Ⅱ)를 코어금속으로 사용하고, 알킬기가 치환된 트리아졸을 리간드로 사용하여 착체를 형성하고 있는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 알킬기가 치환되어 있는 트리아졸의 치환된 알킬기의 탄소수는 3~11인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막.
  4. 제 1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 고분자 배향재료가 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막.
  5. 전이금속 착체 용액과 고분자 배향재료 용액을 블랜딩하여 전이금속이 도핑된 고분자 배향재료 용액을 얻은 후, 상기 전이금속이 도핑된 고분자 배향재료 용 액을 코팅하여 배향막을 형성하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 전이금속 착체 용액과 상기 고분자 배향재료 용액의 블랜딩 비율이 1:3 내지 1:9 인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법.
  7. 제5항 또는 제6항에 있어서,
    상기 고분자 배향재료가 폴리이미드인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 전이금속 착체는 알킬기가 치환되어 있는 트리아졸을 리간드로 사용하는 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 알킬기가 치환되어 있는 트리아졸의 치환된 알킬기의 탄소수는 3~11인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법.
  10. 제 5항에 있어서,
    상기 전이금속 착체의 전이금속은 Fe(Ⅱ)인 것을 특징으로 하는 전도성 고분자 배향막 제조방법.
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