소재

투명전도성 필름소재 분야별 기술동향||■투명전도성 필름소재분야별 기술동향 ◇금속 산화물기반 투명필름소재투명전도성 금속산화물 소재로는 SnO2·In2O3·SnO2-Sb(ATO)·SnO2-F(FTO)·ZnO·CdO·TiO2·Cd2SnO4 등이 이용되고 있다.1)ITO(Indium Tin Oxide)ITO는 In2O3에 SnO2를 고용시켜 제조한 소재로 가시광선 영역에서는 투광 특성이, 적외선 영역에서는 반사 특성이 우수하며 비교적 낮은 전기저항을 갖는 상온에서 안정한 산화물이다. ITO는 In2O3의 결정구조에서 In 자리에 Sn이 치환 고용된 형태로 결정구조는 아래 그림에 묘사돼 있다.ITO의 전기전도성이 최대가 되는 적정 SnO2의 첨가량은 5~10 wt%로 알려져 있으며, 그 이상의 SnO2가 첨가되면 In4Sn3O12의 화합물이 생성되거나 Sn2Oi의 전기적 중성 클러스터를 유발시켜 자유전자의 움직임을 막으면서 전기적 특성을 저하시킨다.또한 Manifacier의 연구에 의하면 Ar 분위기에서 400℃로 열처리된 ITO 박막의 표면저항 변화를 관찰한 결과 ITO의 전기적 특성은 내부 산소 공공(Oxygen Vacancy)에 직접적인 영향을 받는다. ITO에서 Sn이 3atomic% 미만으로 도핑돼 있을 때는 첨가된 불순물(Dopant)보다 전체 캐리어(Carrier)의 농도가 크게 나타나지만, 3atomic% 이상 도핑할 경우 불순물의 농도가 캐리어의 농도보다 크게 나타나는 현상을 보인다. 즉, ITO는 비화학량론에 의한 전도특성이 나타나며 일정량 이상의 도핑이 전도특성에 주된 공헌을 하고 있다.IZO(Indium Zinc Oxide)는 In2O3와 ZnO와의 화합물로 ITO에 비해 상온 증착이 가능하고 식각 공정에서 발생하는 불량률이 ITO에 비해 낮으며 표면 거칠기가 우수하다는 장점이 있어 적극적으로 검토됐다. 현재 LCD 패널 제조사에서 일부 사용 중이지만 비저항이 350Ω/sq 로 ITO에 비해 75% 높고, 투명도 또한 10%p 낮은 단점이 있다. ITO 필름도 상온 증착 공정과 표면 거칠기 향상, 식각 불량 감소를 위한 공정이 개발돼 IZO 필름에 대한 연구가 감소하고 있는 실정이다.한편, 유연성이 부가된 투명전극으로의 응용을 고려하면 ITO 전극은 기계적 강도가 약하고 유연성이 낮아 쉽게 크랙(Crack)이 발생될 수 있기 때문에 유연성을 보상하기 위해 여러 시도들이 있었다. ITO 박막 사이에 금속(Ag)을 얇게 입히거나 전도성 고분자를 금속산화물 전극 위에 한층 더 코팅함으로써 기판을 구부리거나 접었을 때에 저항이 급격하게 증가하는 것을 억제시키는 연구 등이 진행된 바 있으나 상용화를 위한 근본적 해결책은 되지 못한다.또한 최근에 북경대에서 유연한 전극을 만드는데 플라스틱 기판이 아닌 망사형 금속기판위에 TiO2를 코팅해 투명하고 유연하면서 비교적 대면적(45×70mm)의 도전성 필름을 얻어 플렉시블 연료감응형 태양전지로의 응용가능성을 보여준 연구 등이 있다. 그러나 이러한 연구는 플렉시블 투명전극 소재로 유기물을 사용하려는 움직임에 비해선 상대적으로 연구가 매우 적은 것이 현실이다.||2)SnO2(Tin Oxide)SnO2는 ITO에 비해 가격이 싸며 화학적으로 안정한 소재이지만 전극패턴 형성 시 에칭의 난점과 고저항의 단점을 지닌다. 일반적으로 도핑하지 않은 SnO2 박막은 입자 크기가 200~300Å인 다결정으로 이루어져 있고, 정방정인 Rutile 구조로 되어 있다. 주로 비화학량론성에 의해서 도핑되지 않은 SnO2는 n-type 전도도를 나타내지만 박막이 염화물로부터 증착된 경우 Cl- 이온이 격자 내부로 침투해 전도도에 기여하기도 한다. SnO2의 결정구조는 아래 그림에 나타나 있다.순수한 SnO2 박막의 Direct Optical Band Gap이 3.87~4.3eV 이고, 가시광선 및 근적외선에 대해 80% 이상의 높은 투과율을 나타낸다. 또한 화학적 내구성이 우수해 아연과 HCl(염화수소) 사이의 반응으로부터 생성된 수소에 의해서만 식각할 수 있다. SnO2 박막은 유리 기판에 화학적으로 부착되기 때문에 접착 강도가 약 200kgf/㎠으로 우수하다.SnO2는 ITO, ZnO와 비교했을 때 내산·내염기·기계적 성질이 우수하며 값이 싼 원료를 사용하기 때문에 이를 투명전극으로 적용하기 위한 연구 개발이 활발하게 이뤄지고 있다.그러나 SnO2 박막의 장점이자 단점인 내마모성으로 인해 에칭이 어렵기 때문에 평판디스플레이의 전면 전극으로 사용될 때에는 공정이 상대적으로 복잡한 리프트 오프(Life-off)법을 사용해야 하는 불리한 점이 있다. 또한 SnO2 박막은 결정화 온도가 다른 TCO 박막에 비해 높기 때문에 유기 EL(OLED) 등에 사용되는 플라스틱 기판에 증착하는 것은 거의 불가능하다. 따라서 이 박막은 주로 오븐용 유리(Self Cleaning Oven)·냉동고용 성에방지 유리·복사기 등의 정전 방지막에 더 적합한 것으로 알려져 있다. ||3)ZnO(Zinc Oxide)ZnO는 3.4 eV 근처의 Band Gap을 갖는 전형적인 n-type 반도체로 광전 소자로 사용하기 위한 투명 전도 물질로 많은 장점을 가지고 있다. ZnO 박막은 도핑이 용이해 좁은 전도 대역을 가지기 때문에 도핑물질에 따라 전기 광학적 성질의 조절이 용이하다. 저비용으로 제작 가능하며 높은 광투과성과 전도성을 가지므로 실용적인 투명 전도막 소재로 유망하다.진성 ZnO의 전기적인 성질은 거의 부도체에 가깝기 때문에 전도성을 부여키 위한 별도의 공정이 필요하고 이에는 크게 두 가지 방법이 있다. 첫 번째 방법은 열처리를 통해 ZnO 박막의 결함 형성 농도를 증가시켜 내부 결함에 의해 저항을 낮추는 것이다. 그러나 열처리에 의한 방법은 결함 제어가 쉽지 않고 온도 등 외부 환경에 의한 박막의 특성 변화가 큰 단점이 있다. 두 번째 방법은 착상(Implantation)이나 플라즈마 공정을 이용한 불순물의 주입방법인데 고가장비를 사용한다는 것과 재현성이 낮다는 문제가 있다. 특히 PL(Photoluminecene, 광발광) 측정 시 박막의 물성변화가 초래될 위험성이 크다. Al·Ga·In·B 등의 불순물(Dopant)을 도핑 함으로써 전하 농도 및 전기 전도도를 높여주고 환경에 안정적인 외인성 ZnO를 만드는 것으로 현재까지 다양한 연구가 이루어져 왔다. || 금속산화물 소재 한계 봉착 전도성 고분자 소재 부상◇투명 전도막 제조앞서 나열한 금속산화물을 이용해 투명 전도막을 제조하는 방법으로는 이온 플레이팅·진공증착법·스퍼터링 등과 같은 물리적인 방법과 스프레이·화학 기상 증착법과 같은 화학적 방법 등이 있으며 이러한 제조 방법에 따른 ITO 박막의 특성을 아래 표에 나타냈다. ITO 박막의 특성은 박막 증착 방법 및 두께에 따라 변화함을 알 수 있으며, 평면 표시 소자의 경우와 같이 대면적의 균질한 박막이 요구되는 제품의 생산에는 스퍼터링 방법이 가장 널리 이용되고 있다.일반적으로 투명 전도막을 형성하기 위해 이용되는 스퍼터링용 ITO 타겟은 In2O3·SnO2를 혼합하거나 ITO 분말을 이용해 제조되고 있다. 그 분말들은 대부분 금속 수화물·무기 금속염·유기 금속염 또는 Sol·Gel 등을 열분해해 제조되거나, 공침법 또는 용액의 가수분해 등을 이용해 균질한 혼합물로 제조되기도 한다.이러한 일반적인 방법에 의해 제조된 분말을 이용해 소결체를 제조했을 경우 낮은 소결 밀도로 인해 불충분한 전기 전도도·낮은 열전도도·낮은 기계적 강도 등의 문제점을 나타내게 된다. 또한, 소결 밀도가 낮은 소결체를 스퍼터링용 타겟으로 이용할 경우 노즐(Nodule)의 피해가 극심해지고 박막 형성률이 저하된다.TFT-LCD용 투명 전도막은 대면적이면서 낮은 비저항 값과 불순물에 의한 불량의 최소화가 요구된다. 이와 같이 전기·광학적으로 우수한 대면적의 평면 표시소자를 제조하기 위해서는 고밀도·고순도의 ITO 타겟이 요구되고 있다. 현재 가장 많이 이용되는 ITO 타켁 생산방법으로 Hot Press(열간가압소결)·Hot Isostatic Press(열간등방가압소결)·분위기 소결 및 Si·Ge 등을 소결조제 등이 있으나 높은 초기 설비비·낮은 전기 전도도와 열전도도 등을 나타내는 문제점이 있다.타겟재를 양산하기 위해서는 성형방법도 매우 중요하다. 타겟재는 통상 두께 5~10mm의 판상이 주를 이루고 있으며 대형타겟의 경우 크기가 1m 전후에 이르는 경우도 많으므로 이러한 성형체의 경제적인 성형방법은 양산성 확보에 매우 중요한 요소이다.ITO 타겟의 상용화 초기에는 최대크기 200~300mm의 타겟이 많이 사용되었으므로 주로 일반적인 프레스법으로 성형하는 것이 보통이었는데 타겟의 크기가 커짐에 따라 대형 프레스가 필요하게 돼 상대적으로 균일한 밀도의 대형제품 성형이 용이한 CIP(Cold Isostatic Press)법이나 주입성형(Slip Casting)법이 상용화됐다.하지만 CIP법의 경우 원하는 치수에 가깝게 성형하는 것이 어려우므로 성형 후 혹은 소결 후 많은 양을 가공해야 하는 어려움이 있다. 이러한 가공량을 최소화하고 최적의 성형체를 제조하기 위한 연구가 타겟 생산업체를 중심으로 진행되고 있다.||◇전도성 고분자기반 투명전도성 필름소재 전기 전도성을 갖는 대표적인 고유 전도성 고분자(Intrinsically Conductive Polymer, ICP)는 반도체와 금속의 중간정도의 전도도를 갖는 소재로서 1976년에 전도성 폴리아세틸렌 필름에 할로겐 원소들을 도핑해 전기전도도를 급격하게 증가시켜 금속의 전도도에 가까운 5,000S/cm를 나타낼 수 있음이 보고됐다. 이후, 전도성 고분자에 대한 본격적인 연구가 시작돼 폴리사이오펜·폴리피롤·폴리아닐린 등 많은 다양한 유형의 전도성 고분자들이 개발돼 왔다.그러나 대부분의 전도성 고분자는 용해도가 낮고 공정이 까다로울 뿐만 아니라 밴드갭이 3eV이하로 반도체적인 성질을 나타내며 400nm 이상의 가시광선 파장대의 빛을 흡수하기 때문에 근본적으로 색을 띄고 있다. 따라서 투과도를 높이기 위해 박막으로 코팅할 경우 표면저항이 높아져 실제 투명전극으로 응용하기에는 다소 어려운 점이 있다.1)폴리아세틸렌(Polyacetylene)폴리아세틸렌은 1970년대 초반에 일본의 동경공업대학의 시라카와(Shirakawa) 교수 연구팀이 최초로 합성한 이래 1977년 미국 펜실베니아 대학의 히거(Heeger) 교수 연구그룹에서 폴리아세틸렌 필름에 할로겐 원소를 도핑시킨 결과 전기전도도가 수백만 배 이상 급격히 증가하는 것을 발견하면서 본격적인 연구가 시작됐다.폴리아세틸렌은 이중결합과 단일결합이 교대로 무한히 연결된 고분자 구조를 가진다. 박막 자체의 전도율은 상온에서 시스(Cis-)형이 10-9 S/cm, 트랜스(Trans-)형은 10-5 S/cm이며, 도핑할 경우 ~10 S/cm 이상의 전도도를 가진다. 폴리아세틸렌이 도핑에 의해 높은 전도성을 나타내고, 도펀트의 종류에 따라서 p형, n형 반도체적 성질을 나타내는 것이 확인된 이래 많은 응용연구가 급속이 전개되고 있다.||2)폴리피롤(Polypyrrole)폴리피롤계 전도성 고분자는 1980년대부터 응용개발이 추진된 소재로서 일반적으로 폴리아닐린이나 폴리사이오펜과 비교해 우수한 전기전도성(1,000S/cm)을 갖고 있다. 전도성 고분자로서는 가장 많이 보급된 재료다.3)폴리아닐린(Polyaniline)폴리아닐린계 전도성 고분자는 원료인 아닐린이 저가라는 점과 전기 전도성을 크게 조절할 수 있는 독특한 특성 등의 장점을 가지고 있기 때문에 폴리피롤이나 폴리사이오펜에 비해 선행해 연구되고 있는 재료이다.4)폴리사이오펜(Polythiophene)폴리사이오펜계 전도성 고분자는 1982년 독일의 마이어에 의해 발견된 것으로 폴리 아닐린이나 폴리피롤과 같이 방향족계의 고분자로서 폴리피롤과 함께 전도성 고분자 중에서 실용화가 추진되고 있는 소재료이다. 그러나 폴리사이오펜 박막필름 형성 시 투명전도성 필름의 광전기적 특성의 향상이 여전히 문제점으로 남아있다.5)피닷:피에스에스(PEDOT:PSS)최근 여러 고분자 합성법의 개발로 비정질 ITO 전극의 전기적·광학적 특성에 버금가는 PEDOT:PSS가 보고되고 있다. 일본의 산요전기와 도쿄공업대학의 타카카즈 야마모토 연구진은 2009년 3월에 전도율이 1,200S/cm 이상으로 높은 PEDOT계 전도성 고분자 시제품을 공동으로 제작했다.고분자를 사용해 두께가 약 120nm인 투명 전도막을 제작해 본 결과 면저항 값은 약 68Ω/sq 정도였다. 다만 파장이 550nm인 빛의 투과율은 약 75% 정도로 낮아 실용화 수준에 도달하지 못한 상태다.한편, 2009년 5월 일본의 야마나시대학 대학원 의학공학종합연구부의 후 얀 연구진은 투명성과 전도성을 모두 갖춘 PEDOT계 전도성 고분자를 시범 제작했다. 면저항 값이 터치패널 용도를 가능케 하는 경우 광 투과율이 ITO 필름 수준인 89%를 달성했다.전도성 고분자의 특성이 향상됨에 따라 실제로 전극에 응용되는 사례가 늘고 있는 추세이다. 최근 브지지스톤이 2009년 6월에 발표한 E-paper 시제품에 PEDOT계 고분자를 적용해 제작 발표한 경우 면저항 값은 300~400 Ω/sq로 광 투과율은 86%정도다.

■기술의 정의 및 분류투명전도성물질에서 ‘투명’이라 함은 ‘가시광에 대해 무색 투명하다’는 뜻으로 풀이할 수 있으며, 가시광역은 빛의 파장으로 380~760nm, 에너지로는 1.6~3.3eV이다. 이 영역에서 빛을 흡수하거나 산란하는 원인요소를 가지고 있지 않을 경우 그 물질에 대해 ‘투명하다’고 규정할 수 있다.물질은 고유의 전자구조에 따라 전도 영역에 전자가 들어있지 않은 절연체나 반도체, 전도 영역에 전자가 들어있는 금속으로 구분할 수 있다. 만일 특정 물질에 낮은 에너지의 빛 조사 시, 전자의 영역 간 천이가 일어나지 않고 빛을 흡수하지 않는다면 즉, 에너지 갭이 3.3 eV보다 크면 무색 투명한 물질이라고 정의할 수 있다.투명전도성 소재기술은 소재의 종류에 따라 크게 금속 산화물 소재기술·전도성 고분자 소재기술·나노카본 소재기술로 나눌 수 있다.■환경변화◇투명전도성 필름 수요의 급격한 증가투명전도성 필름은 지금까지 대전방지막·열반사막·면발열체·광전변환소자 및 각종 평판디스플레이의 투명전극으로 사용되어 왔다. 최근에는 LCD, OLED의 수요가 사무기기·TV 등의 대형기기와 휴대전화·전자수첩 등의 휴대용 소형기기를 중심으로 급격히 늘어나면서 투명전도성 필름의 수요도 급속하게 증가하고 있는 추세다. 예로서, 휴대기기를 중심으로 한 사용자 편의 인터페이스 즉 터치기능의 요구가 높은 휴대기기에 탑재율이 급격하게 증가하는 추세다.◇ITO 대체기술 개발 필요성 증대현재 대표적인 투명전도성 필름소재인 진공증착 ITO(Indium Tin Oxide)는 외부에서 응력(Stress)을 주거나 구부렸을 때 파괴되는 문제점, 증착 공정상의 고비용, 인듐 소재의 매장량 제한 등으로 대체 소재의 개발이 절실한 상황이다. 특히 패터닝(Patterning)을 통한 ITO 형성 시 필름을 강산이나 레이저로 에칭(Etching)하는 공정을 필수적으로 수반하게 돼 공정단가의 상승뿐만 아니라 공정 효율의 저하로 투명전도성 필름의 단가 상승의 원인이 되고 있다.||||■기술의 중요성◇ITO 대체 투명전극소재는 미래 유망 소재 현재 차세대 투명전극으로 가장 각광받고 있는 나노카본소재 중 탄소나노튜브를 이용한 면코팅은 필름제작뿐만 아니라 인쇄방식의 직접패턴이 가능해 공정단가와 효율을 동시에 개선하는 효과가 있어 ITO필름을 대체할 가장 적합한 소재라 할 수 있다.나노카본소재를 이용한 투명전극이 상용화 되면 기존 터치스크린·평판디스플레이 시장뿐만 아니라 플렉시블 디스플레이·유연 태양전지 등 새로운 응용분야를 창출 할 수 있을 것으로 기대된다.◇ITO 대체 투명전극소재 국산화시 대일 수입대체 효과 막대향후 나노카본소재 기반 투명필름 제조기술이 완성되면 대일 수입의존도가 매우 높은 투명전도성 필름 및 소재분야의 국산화가 가능해 향후 5년간 최대 1조3,000억원의 대일 수입대체 효과가 기대된다.■투명전도성 필름소재의 개요투명전도성 필름소재의 대표적인 소재는 ITO(Indium Tin Oxide)로 투명하면서 전기가 통하는 금속 산화물이다. 투명전도성 소재는 모든 디스플레이에서 필요하며 특히 매트릭스 방식으로 구동되는 LCD·PDP와 같은 평판디스플레이 및 터치스크린에도 사용된다. 지금까지 개발된 소재 중에서 ITO는 가장 투명하면서도 전기가 잘 통하고 생산성이 좋기 때문에 대부분의 산업체에서 사용되고 있다.투명전극은 비저항이 10-3Ω/sq 이하, 면저항이 103Ω/sq 이하로 전기전도성이 우수하고 380에서 780nm의 가시광선 영역에서 투과율 80% 이상을 만족시키는 박막이다. 예로서 기존의 평판디스플레이의 화소전극은 주로 ITO를 스퍼터링(Sputtering)에 의해 유리기판상에 박막으로 코팅해서 사용한다.유리기판은 전극 형성이나 TFT(Thin-Film Transistor) 제조 등의 공정상에서는 안정성이 있어 유리하지만 무겁고 단단하기 때문에 유연 디스플레이(Flexible Display)나 이동 통신용의 차세대 디스플레이에는 적합하지 않고 플라스틱 기판에 비해 고가이다.기존 평판디스플레이에 사용되고 있는 금속산화물 전극은 진공상태에서 유리기판상에 코팅이 이루어지며, 화소의 패터닝을 위해 포토리소그래피(Photolithography) 및 에칭공정을 이용해야 한다. 따라서 사용하는 화학약품 처리 및 공정 중에 소모되는 비용이 상당히 큰 단점이 있다. 최근, 이를 대체하기 위한 새로운 소재로 전도성고분자 및 탄소나노튜브·그래핀과 같은 나노카본재료 등이 부각되고 있다.||■투명전도성 필름소재의 설명 및 분류 ◇금속 산화물기반 투명전도성 필름소재투명전도성 금속산화물 소재로는 SnO2·In2O3·SnO2-Sb(ATO)·SnO2-F(FTO)·ZnO·CdO·TiO2·Cd2SnO4등이 이용되고 있으며, 주로 In2O3에 SnO2를 고용시켜 제조하는 ITO가 상업적으로 가장 많이 사용되고 있고 SnO2와 ZnO에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있다.1)ITOITO(Indium Tin Oxide)는 In2O3:SnO2 = 90:10~95:5의 비율로 Sn이 도핑된 In2O3으로 전기전도도가 우수하면서 밴드갭(Band Gap)이 2.5eV이상이다. ITO는 가시광역에서 높은 투과성을 나타내기 때문에 각종 디스플레이 패널·전자파 차폐 필름·유기 EL등에 사용되고 있다. 또한 다른 투명전극 소재에 비해 전극 패턴 가공성이 우수하고 화학적 열적안정성이 뛰어나다. 코팅 시 저항이 낮은 장점이 있어 현재 상업적으로 가장 활발히 사용되고 있다. 그러나 주 성분인 인듐(In) 원소의 매장량 한계에 따라 공급가격이 상승하고 있어 대체 소재 개발이 필수적이다.2)SnO2SnO2(Tin Oxide)는 ITO에 비해 가격이 싸며 화학적으로 안정한 소재이지만 전극패턴 형성 시 에칭의 난점과 고저항의 단점을 지닌다. 밴드갭이 3.87~4.3 eV이고, 가시광선 및 근적외선에 대해 80% 이상의 높은 투과율을 나타낸다. 또한 ITO나 ZnO와 비교했을 때 내산·내염기·기계적 성질이 우수해 이를 투명전극으로 적용하기 위한 연구 개발이 활발히 이루어지고 있다.3)ZnOZnO(Zinc Oxide)는 3.4eV 근처의 밴드갭을 갖는 전형적인 n-type 반도체로서 광전 소자로 사용하기 위한 투명 전도소재로 많은 장점을 가지고 있다. 저비용으로 제작 가능하며 높은 광투과성과 전도성을 가지므로 실용적인 투명 전도막 소재로 유망하다. ZnO는 일반적으로 진성(intrinsic)일 경우, 전기적인 성질이 부도체에 가깝기 때문에 전도성을 부여하기 위해 열처리를 하거나 불순물을 주입(Doping)하는 방법을 사용한다.◇전도성 고분자기반 투명전도성 필름소재전기 전도성을 목적으로 한 고분자 소재는 파이 공명 고분자(π-conjugated Polymer)로 이루어져 있으며 이는 실제적인 구조에 따라 부도체 또는 반도체의 전자구조를 가지고 있다. 여기에 불순물을 혼합해 고분자 사슬의 전하 분포를 변화시킬 경우 금속에 가까운 전기 전도도를 나타낸다. 전도성 고분자로 1997년 가장 단순한 파이 공명 구조를 갖는 폴리아세틸렌이 최초로 발견됐지만 공기 중에서 불안정한 성질을 나타냈다. 현재 환경에 안정한 전도성 고분자로서 폴리사이오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린 및 다양한 소재를 이용한 연구가 진행되고 있다.1)폴리아세틸렌(Polyacetylene)현존하는 전도성 고분자 중에서 가장 전도도가 높으며, 특히 최근에는 필름의 연신 및 액정을 용매로 한 중합방법을 이용한 배향성 증가를 통해 전도도가 14만7,000S/cm 까지 얻어진다는 결과가 보고됐다. 이는 구리에 비해 무게비로는 10배 이상의 높은 전도도를 갖는 전도성 고분자의 특성을 보인다. 그러나 공기와 접촉 시 수일 내에 변질로 인한 전도도의 감소가 나타나는 단점이 있다.2)폴리피롤(Polypyrrole)공명구조가 가능해 공기 중에서 탁월한 산화 안정성을 보이는 전도성 고분자이다. 또한, 전기 화학적 형태로 원하는 양을 쉽게 합성할 수 있는 장점이 있다. 이 경우 전하량 조절을 통해 고분자 필름의 두께를 자유롭게 조절 할 수 있으며 전도도는 비교적 높은 100S/cm를 보인다.3)폴리아닐린 (Polyaniline)다른 전도성 고분자와는 달리 pH에 따라 전도도가 변하며, 산화 상태에 따라서 회색에서 짙은 청록색을 나타낸다. 전도성 필름제작은 전기화학적 방법을 이용한 산-염기 평형과 산화-환원 상태에 따라서 4가지의 고분자 구조를 제조할 수 있다. 폴리아닐린은 산화에 의해 얻은 경우보다 전도도가 높고 재현성이 있으며 산화 안정성이 우수하다.4)폴리페닐렌 (PPS, polyphenylene sulfide)파라위치에 서로 이웃하고 있는 페닐기들이 약 23°씩 기울어져 있는 형태로 폴리아세틸렌과 같은 평면구조를 갖지 못해 전도도가 매우 낮은 절연체이다.그러나 AbF 5 로 도핑하게 되면 500S/cm 이상의 전도도를 얻는 것으로 알려져 있다.폴리아세틸렌에 비해 산화 안정성 및 전기전도도가 높은 특성을 보이지만 제조공정에 따른 재현성이 낮다는 단점이 있다.5)폴리사이오펜 (Polythiophene)헤테로 고리계 전도성 고분자로서 사이오펜을 원료로 해 화학적 및 전기화학적 합성으로 제조된다. 특징으로는 도핑된 상태에서도 산화 및 화학안정성이 매우 높고 도핑 레벨이 폴리아세틸렌에 비해 월등히 높아 가역적 산화-환원 반응의 크기를 증가시킬 수 있다.또한, 폴리페닐렌과 공중합체도 가능해 산화-환원 상태에 따른 전기 화학적 변색을 유도할 수 있다. 6)피닷계 폴리머 (PEDOT)최근 투명전도성 필름제작을 위해 가공성이 우수하고 열안정성이 좋으며 전기전도성이 높은 특성을 갖는 PEDOP: PSS와 같은 전도성 고분자의 설계 및 합성이 전 세계적으로 진행 중이다.||◇나노카본소재기반 투명전도성 필름소재나노카본소재 기반 투명전도성 필름소재는 여러 가지 탄소 동소체 구조를 갖고 광전기적 특성이 탁월한 나노소재로서 탄소나노튜브와 그래핀이 대표적이다.1)탄소나노튜브(Carbon Nanotube)탄소원자가 육각링 형태로 배열돼 이루어진 그라파이트 면이 직경 0.7~100nm, 길이 수 nm~수백um 정도로 감긴 가늘고 긴 탐침형태의 원통형 구조를 가지고 있으며, 탄소원자의 육각링들의 배열상태·직경·길이에 따라 다양한 기계적 강도 및 광·전기적 물성을 지니게 된다.탄소나노튜브는 여러 합성방법과 조건에 따라 구조적으로 한 개의 그라파이트 면이 감겨서 형성된 단일벽 탄소나노튜브(Single-Walled Carbon Nanotube: SWCNT), 세개 이상의 그라파이트 면이 감겨서 형성된 다중벽 탄소나노튜브(Multi-Walled Carbon Nanotube: MWCNT)등으로 분류할 수 있다.특히, 투명전도성 필름소재로 응용할 수 있는 SWCNT는 직경이 ~1nm 이하로 직경이 거의 유사하므로 감긴 형태(Chirality)에 의해 전기적 특성이 결정된다. SWCNT 로프(Rope) 한가닥의 전도도는 1.0~3.0x104S/cm이며, 이를 필름으로 제조할 경우에는 1.3x103S/cm로 보고돼 있다. SWCNT는 MWCNT보다 광·전기적 특성이 뛰어나기 때문에 매우 유용한 투명전도성 필름소재로의 적용이 가능하다.2)그래핀(Graphene) 그래핀은 탄소원자들이 2차원 상에서 sp2 결합에 의한 벌집모양의 배열을 이루면서 원자 한층의 두께를 가지는 반금속성 나노물질이다. 구조적·화학적으로 매우 안정하며 뛰어난 열전도도와 전기전도도를 갖는 특징이 있다. 또한 원자 하나의 두께를 가지면서도 상대적으로 표면결함이 적고 양자역학적 구조특성으로 인해 매우 우수한 전기적·구조적·화학적 특성을 갖고 있으며 향후 투명전도성 필름을 대체할 수 있는 유망한 나노소재다.||||■투명전도성 필름소재의 성장성현재 투명전도성 필름소재에 있어 가장 많이 사용되고 있는 진공증착 ITO는 유리나 고분자 필름에 광학적으로 투명하면서도 전기전도도를 제공하는 산업 표준물질이다. 그러나 ITO 소재는 외부에서 응력(Stress)를 주거나 구부렸을 때 쉽게 파괴되는 문제점과 패턴형성이나 전기회로 구성 시 필수적인 식각에 따른 문제가 발생한다. 또한 고온 증착방법으로 인해 고분자 기판소재에 도입하기 어려운 치명적인 단점이 있다.한편 금·은·구리 등의 나노금속을 진공 증착하고 플라스틱 기판 위에 박막 코팅해 투명전도성 필름을 구현할 경우 금속 표면의 표면 강도가 약해 마찰저항이 충분치 못하며 기판과의 접착력이 우수하지 못해 전극 기판의 안정성이 취약한 문제점이 있다.또한 전도성 고분자를 이용해 투명전도성 필름을 구현할 경우 전도성 고분자는 용해도가 낮고 공정이 까다로울 뿐만 아니라 가시광선 파장대의 빛을 흡수하기 때문에 투과도를 높이지 못하는 문제가 있다.만약 도핑에 의해 전자밀도의 비편재화를 유도할 경우 전도도는 개선되지만 도핑된 고분자의 용해도는 더욱 낮아져서 전도특성과 공정특성의 동시 향상이 어려워지는 단점이 있다.이러한 문제점을 해결하고 더 나아가 다양한 응용분야의 창출을 위해 부각되고 있는 소자가 탄소나노튜브·그래핀과 같은 나노카본재료이다. 탄소나노튜브는 2차원의 흑연층을 말아놓은 구조로 높은 기계적 강도·탄성률·전기전도도·열전도도·내화학성 등 물리·화학적 특성이 뛰어나 다양한 분야에 응용이 가능한 꿈의 소재로 각광받고 있다. 특히 소량으로도 높은 전기전도도와 투명도를 동시에 확보할 수 있어 투명전극의 ITO 대체 물질로 여겨지고 있다. ||■투명전도성 필름소재의 역할과 위상앞에서 언급한 바와 같이 투명 전도성 필름소재의 응용분야는 평판디스플레이·터치패널 등의 디스플레이 산업분야, 유연 디스플레이·투명디스플레이 등의 차세대 디스플레이분야, 태양전지 등의 에너지 산업분야, 스마트윈도우·RFID 등의 전기전자산업분야에 다양하게 걸쳐있다. 특히 다양한 유연 일렉트로닉스 분야에 파급효과가 클 것으로 예상되며 태양전지 산업은 향후 5~10년간 연평균 두 자리 수 이상의 고도성장을 기록할 것으로 기대되고 있는 신 성장 산업이다. 그 응용 분야 또한 우주개발·통신시설·항공보안·주택가전·자동차 등 다양하므로 투명전도성 필름소재의 수요는 급격한 증가가 예상된다.현재 주로 사용되는 투명전도성 필름 소재인 ITO의 원소재인 인듐 매장량 고갈 문제로 인해 이를 대체할 소재 연구개발이 투명전도성 필름 소재 분야의 뜨거운 이슈로 부각됐으며, 현실적으로 대체 가능한 몇몇 후보군들의 등장으로 연구개발에 한층 가속도가 붙은 상황이다. 특히 그동안 ITO 소재기술의 일본 독점권에서 벗어날 수 있는 절호의 기회로 향후 소재기술 강대국으로의 진출을 위해서 국내 ITO 대체 기술 개발에 온 힘을 집약해야 할 시기이다.