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문제 정의
- 그러나, 카본블랙의 분산이 너무 과도하게 되었을 경우에도 도전 경로를 형성할 수 있는 카본블랙의 망목구조가 파괴되고 고분자 수지가 카본블랙을 완전히 감싸게 됨에 따라 페이스트의 작업성은 좋으나, structure 사이의 고분자 장벽에 의해 도전 경로 형성은 어렵게 된다西 따라서, 본 실험에서는 서로 다른 분자량 및 고분자 사슬부를 갖는 2종류의 분산제를 사용하여 분산제 함량에 따른 전도성 카본블랙의 분산 특성을 밀 베이스의 PSA (particle size analysis) 및 도막의 광택치를 통해 검토하였고, 전도성 카본블랙 페이스트를 제조하여 레올로지를 측정함 q써 페이스트 내의 카본블랙의 분산 및 응집구조를 평가하였다. 그리고, 분산제 함량과 카본블랙의 분산 및 응집구조가 전도성 카본블랙 페이스트의 스크린 인쇄 적성 및 스크린 인쇄된 OTFTs용 소스-드레인 전극의 물성에 미치는 영향에 대해 검토하였다.
- 목표로 한 OTFTs의 채널 길이는 100 呻이었지만 인쇄 시, 인압에 의해 페이스트가 다소 퍼짐에 따라 100 呻보다는 작은 채널 길이의 전극을 형성하였다. 일반적으로 페이스트의 레올로지 특성 중 Figure 4의 frequency sweep에서 탄성의 성질을 나타내는 G'이점성의 성질을 나타내는 G” 보다 클 경우(tan 6 < 1), 페이스트의 흐름성은 좋지 못하고, G”이 G' 보다 클 경우(tan 8 > 1), 페이스트의 흐름성은 좋다라고 판단하는 경우가 많다.
제안 방법
- 바인더 수지의 고형분은 페이스트의 분산 안정서 스크린 인쇄 적성 및 전기 전도성을 고려하여 페이스트 100 wt%에 대해 24 wt%를 첨가하였다. Figure 1에서 볼 수 있듯이 본 실험에서는 분산기 (paint shaker) 안에 밀베이스와 비즈(beads) 를 함께 투입시킨 후 분산기가 일정 속도로 좌우 진동을 함으로써 비즈에 의한 충격력과 전단력에 의해 카본블랙 파우더가 분쇄되어지는 비즈밀(beads-mill) 분산을 행하였다. 여기서 실험에 사용된 비즈의 입경과 경도 재질 및 첨가 함량 등.
- 즉 분산상태가 좋지 않아 카본블랙 응집체가 존재하는 경우, 그 응집체는 agglomerated structure0!] 의해 이루어지는 도전 경로(conduction path) 형성에 관여할 수 없기 때문에 전도성은 저하되고, 응집 덩어리의 존재에 의해 페이스트의 인쇄 적성도 좋지 못하게 된다. 그러나, 카본블랙의 분산이 너무 과도하게 되었을 경우에도 도전 경로를 형성할 수 있는 카본블랙의 망목구조가 파괴되고 고분자 수지가 카본블랙을 완전히 감싸게 됨에 따라 페이스트의 작업성은 좋으나, structure 사이의 고분자 장벽에 의해 도전 경로 형성은 어렵게 된다西 따라서, 본 실험에서는 서로 다른 분자량 및 고분자 사슬부를 갖는 2종류의 분산제를 사용하여 분산제 함량에 따른 전도성 카본블랙의 분산 특성을 밀 베이스의 PSA (particle size analysis) 및 도막의 광택치를 통해 검토하였고, 전도성 카본블랙 페이스트를 제조하여 레올로지를 측정함 q써 페이스트 내의 카본블랙의 분산 및 응집구조를 평가하였다. 그리고, 분산제 함량과 카본블랙의 분산 및 응집구조가 전도성 카본블랙 페이스트의 스크린 인쇄 적성 및 스크린 인쇄된 OTFTs용 소스-드레인 전극의 물성에 미치는 영향에 대해 검토하였다.
- 5%, pH 8인 비드(bead) 상의 입자이다. 그리고 분산제 함량에 따른 카본블랙의 분산 특성을 검토하기 위해 BYK사의 분산제 2종류(DB-2150, DB-9077)를사용하였고, 그 물성을 Table 1에 나타내었다. 일반적으로 분산제는 파우더 표면과 친화성을 갖는 흡착부(anchor부) 와 액상 매체와의 상용성을 갖는 고분자 사슬부(tail부)로 이루어져 있는데, 흡착부에 의해 분산제는 산성 및 염기성의 성질을 나타내므로 분산제의 산가 및아민가에 의해 흡착부의 성질을 판단할 수 있다.
- 8 mm, 측정온도는 25 ℃로 하였다 또한, 스크린 인쇄된 소스-드레인 전극 패턴의 형상을 광학현미경 (BX 60, Olympus) 을 이용하여 50배율로 촬영하였고, 전극의 전기 전도성을 저항 측정기(3541 resistance hitester, Hioki) 를 이용하여 측정하였다. 그리고, 제작된 OTFTs 소자의 특성을 air 분위기의 실온에서 반도체 특성측정 징비 (4200-SCS, Keithley) 를 통해 측정하였다.
- 소량의 밀 베이스를 용제(ECA) 에 희석시켜 샘플을 제작한 후 레이저 회절법에 의해 밀베이스 내에 분산되어 있는 카본블랙의 입자 크기 및 입도 분포를 얻을 수 있었다 또한, 10 呻의 bar-coater를 이용하여 카본블랙 밀 베이스의 건조 도막을 형성한 뒤 광택계 (Ref 260, Sheen) 를 통해도 막의 광택도(입사각 60。)를 측정함으로써 분산특성을 판단하였다. 그리고, 제조된 전도성 카본블랙 페이스트의 분산상태 및 응집구조를 검토하기 위해 페이스트 건조 도막의 광택 측정 및 레오메터 (Rheoscope 1, Haake)를 이용하여 페이스트의 레올로지를 측정하였다. 레올로지 측정 시, 사용한 센서는 직경 35 mm의 평행 판으로 시료 간격은 0.
- 그리고, 제조된 전도성 카본블랙 페이스트의 분산상태 및 응집구조를 검토하기 위해 페이스트 건조 도막의 광택 측정 및 레오메터 (Rheoscope 1, Haake)를 이용하여 페이스트의 레올로지를 측정하였다. 레올로지 측정 시, 사용한 센서는 직경 35 mm의 평행 판으로 시료 간격은 0.8 mm, 측정온도는 25 ℃로 하였다 또한, 스크린 인쇄된 소스-드레인 전극 패턴의 형상을 광학현미경 (BX 60, Olympus) 을 이용하여 50배율로 촬영하였고, 전극의 전기 전도성을 저항 측정기(3541 resistance hitester, Hioki) 를 이용하여 측정하였다. 그리고, 제작된 OTFTs 소자의 특성을 air 분위기의 실온에서 반도체 특성측정 징비 (4200-SCS, Keithley) 를 통해 측정하였다.
- 그리고 Table 3과 Figure 1과 같이 소스-드레인 전극을 형성하기 위해 전도성 카본블랙 페이스트를 제조하였다. 바인더 수지의 고형분은 페이스트의 분산 안정서 스크린 인쇄 적성 및 전기 전도성을 고려하여 페이스트 100 wt%에 대해 24 wt%를 첨가하였다. Figure 1에서 볼 수 있듯이 본 실험에서는 분산기 (paint shaker) 안에 밀베이스와 비즈(beads) 를 함께 투입시킨 후 분산기가 일정 속도로 좌우 진동을 함으로써 비즈에 의한 충격력과 전단력에 의해 카본블랙 파우더가 분쇄되어지는 비즈밀(beads-mill) 분산을 행하였다.
- 있다. 본 실험에서는 서로 다른 분자량 및 고분자 사슬V-를 갖는 2 종류의 분산제를 사용하여 분산제 함랑에 따른 카본블랙의 분산 특성을 검토하기 위해, 먼저 카본블랙 밀베이스의 분산 입자경을 PSACLS 13320, Beckman Coulter) 장비를 통해 측정하였다. 소량의 밀 베이스를 용제(ECA) 에 희석시켜 샘플을 제작한 후 레이저 회절법에 의해 밀베이스 내에 분산되어 있는 카본블랙의 입자 크기 및 입도 분포를 얻을 수 있었다 또한, 10 呻의 bar-coater를 이용하여 카본블랙 밀 베이스의 건조 도막을 형성한 뒤 광택계 (Ref 260, Sheen) 를 통해도 막의 광택도(입사각 60。)를 측정함으로써 분산특성을 판단하였다.
- 카본블랙의 경우, 입경이 작고 비표면적이 매우 크기 때문에 일반적으로 파우더 함량에 대해 30-70% (SOP 30-70%)의 높은 분산제 첨가 농도가 밀베이스의 분산성 향상 및 페이스트의 안정화에 필요하게 된다. 본 실험에서는 싱기의 함량을 참고하여 카본블랙 파우더에 대해 분산제 고형분의 함량을 10-40% (SOP 10-40%) S. 달리 첨가함으로써 분산제 함량에 따른 카본블랙 밀베이스의 분산 특성을 검토하였다. 그리고 Table 3과 Figure 1과 같이 소스-드레인 전극을 형성하기 위해 전도성 카본블랙 페이스트를 제조하였다.
- 본 실험에서는 이러한 스크린 인쇄법을 이용하여 OTFTs의 소스- 두레인 전극을 형성하였고 이를 위해 스크린 인쇄용 전도성 페이스트로 카본블랙 페이스트를 제조하였다. 전도성 필러로 카본블랙을 선택한 이유는 OTFTs 소자의 ohmic contact에서 좋은 특성을 얻기 위함으로 카본블랙이 본 실험의 유기 활성층 재료인 펜타센과 유사한 화학적 성질(tl공액 구조)을 가지고 있어 유기 반도체와의 일함수 적합성에서 유리할 것으로 판단하였기 때문이다.
- 분산제 함량에 따른 전도성 카본블랙의 분산 특성을 검토하기 위해 먼저 Table 2와 같이 2종류의 분산제를 사용하여 분산제 첨가 유무 및 함량에 따른 9종류의 카본블랙 밀베이스를 제조하였다 카본블랙은 분산 특성에 영향을 줄 수 있는 표면의 수분 성분을 제거하기 위해 100 ℃에서 2시간 동안 건조한 후 사용하였고 분산제는 용제와의 상용성을 검토한 후에 적용하였다 분산제는 파우더 표면에 흡착되어 그 특성을 발현하는 물질이므로 첨가 함량은 파우더의 입경 및 비표면적과 관련되고 파우더에 대한 분산제 고형분의 함량(SOP, solid on powder) 으로 정의된다. 카본블랙의 경우, 입경이 작고 비표면적이 매우 크기 때문에 일반적으로 파우더 함량에 대해 30-70% (SOP 30-70%)의 높은 분산제 첨가 농도가 밀베이스의 분산성 향상 및 페이스트의 안정화에 필요하게 된다.
- 본 실험에서는 서로 다른 분자량 및 고분자 사슬V-를 갖는 2 종류의 분산제를 사용하여 분산제 함랑에 따른 카본블랙의 분산 특성을 검토하기 위해, 먼저 카본블랙 밀베이스의 분산 입자경을 PSACLS 13320, Beckman Coulter) 장비를 통해 측정하였다. 소량의 밀 베이스를 용제(ECA) 에 희석시켜 샘플을 제작한 후 레이저 회절법에 의해 밀베이스 내에 분산되어 있는 카본블랙의 입자 크기 및 입도 분포를 얻을 수 있었다 또한, 10 呻의 bar-coater를 이용하여 카본블랙 밀 베이스의 건조 도막을 형성한 뒤 광택계 (Ref 260, Sheen) 를 통해도 막의 광택도(입사각 60。)를 측정함으로써 분산특성을 판단하였다. 그리고, 제조된 전도성 카본블랙 페이스트의 분산상태 및 응집구조를 검토하기 위해 페이스트 건조 도막의 광택 측정 및 레오메터 (Rheoscope 1, Haake)를 이용하여 페이스트의 레올로지를 측정하였다.
- 여기서 실험에 사용된 비즈의 입경과 경도 재질 및 첨가 함량 등. 이분산 특성에 영향을 미치게 되는데, 본 실험에서는 입경 2 mm의 지르코니아(zirconia) 비즈를 밀베이스 함량에 대해 1:1 중량비로 첨가하여 카본블랙 밀베이스를 2시간 동안 분스]시켰다. 그리고 분산된 밀 베이스를 바인더 수지와 혼합하여 60) rpm의 속도로 1시간 동안 교반기를 통해 교반시킴으로써 전도성 카본블랙 페이스트를 완성하였다 .
- 페이스트 상에서 카본블랙과 분산제에 의해 형성된 분산 및 응집구조에 대해 좀 더 자세히 알아보기 위해 페이스트의 동적 점탄성을 측정하였고, 그 결과를 Figures 3과 4에 나타내었다.
대상 데이터
- 선노성 카본블랙 페이.人드를 이용하여 人二[린 인쇄된 OTFTs용소人-匸-레인 선거■의 투서은 검도하기 위해 bottom contact V소의 OTFTs 소사를 제삭하였다 번지 기판 및 거冋柜 선巻。고써 높은 전노성의 Si wafer(비서항 5-10 Q . cm)를 시용하였고_ 1.
- 0 mgKOH/g, 유리전이온도( 7如) 60 ℃의 물성을 갖는 스티렌-아크릴계 공중합체인 SW 8390(삼우고분자(주))을 사요하였다. 그리고, 바인더 수지의 희석용제 역할과 동시에 전도성 카본블랙 페이스트의 인쇄 적성을 조절하기 위해 시약 급의 고비점 용제인 EC A (ethyl carbitol acetate, b.p 217 ℃, 삼전화학(주))를 사용하였다.
- 본 실험에서는 스크린 인쇄를 하기 위해 (주)삼본스크린에서 제판된 스크린 인쇄판을 사용하였다. 일반적으로 스크린 인쇄에서 가장 많이 사용되고 있는 망사는 폴리에스테르 망시이지만 전자 디스플레이 및 디바이스에 적용되는 미세 패턴용 인쇄에는 페이스트의 토출성이 좋고 치수 안정성이 우수한 스테인레스(SUS) 망사가 주로 사용된다.
- 본 실험에서는 전도성 카본블랙 파우더로 불완전연소법 중 oil furnace법에 의해 제조된 HIBLACK 40B2(코리아카본블랙(주)) 를 사용하였다 카본블랙의 분산성 및 전도성에 영향을 미치는 대표적인 인자로는 입자 크기(비표면적과 관계), structure(DBP 흡유량과 비례), 그리고 입자의 표면 상태(휘발분과 pH와 관련)를 들 수 있는데 20, 21 본 실험에서 사용한 카본블랙은 입경 23 nm, 비표면적 120 m2/g, DBP 흡유량 150 mL/100 g, 휘발분 1.5%, pH 8인 비드(bead) 상의 입자이다. 그리고 분산제 함량에 따른 카본블랙의 분산 특성을 검토하기 위해 BYK사의 분산제 2종류(DB-2150, DB-9077)를사용하였고, 그 물성을 Table 1에 나타내었다.
- 본 실험의 분산제는 모두 염기성 흡착부를 갖는 물질로 서로 다른 분자량과 고분자 사슬 구조를 갖는 고분자량 타입의 분산제이다. 카본블랙 파우더에 인쇄적성을 부여할 도막형성재료로는 중량 평균분자량(几爲) 80000, 산가 7.0 mgKOH/g, 유리전이온도( 7如) 60 ℃의 물성을 갖는 스티렌-아크릴계 공중합체인 SW 8390(삼우고분자(주))을 사요하였다. 그리고, 바인더 수지의 희석용제 역할과 동시에 전도성 카본블랙 페이스트의 인쇄 적성을 조절하기 위해 시약 급의 고비점 용제인 EC A (ethyl carbitol acetate, b.
성능/효과
- 이것은 2종류의 분산제가 페이스트 내에서 바인더 수지와 서로 다른 상호작용을 하고 있기 때문2로 해석된다. 즉, DB- 2150의 경우에는 분산제의 고분자 사슬부와 바인더 수지와의 친화성이 우수하여 바인더 수지가 분산제가 흡착되어 있는 카본블랙 표면을 잘 에워싸게 됨으로써 카본블랙의 분산 특성은 우수하고, 분산제 함량이 증가함에 따라 그 특성이 더 향상된 반면, DB-9077의 경우에는 분산제의 고분자 사슬부와 바인더 수지와의 상용성이 좋지 못해 바인더 수지가 카본블랙을 확실히 감싸지 못함에 따라 노출된 카본블랙 파우더 사이의 상호작용이 발생하고 그로 인해 망목구조기" 형성되었다 또한 분산제 함량이 증가함에 따라 분산제간 또는 분산제와 카본블랙간의 상호작용에 의해 페이스트의 응집구조는 더욱 많이 형성된 것이다. 이러한 해석은 페이스트의 점도 거동 및 동적 점탄성 결과로부터 알 수 있는데 DB-2150을 사용한 페이스트의 동적 점탄성 결과 분산제 함량이 증가함에 따라 카본블랙의 분산 특성이 향상되어 탄성을 나타내는 저장 탄성률(頒)은 감소하였다 물론 SOP 40% 인 CBP-240의 경우엔 고농도의 분산제에 의해 분산제간의 상호작용이 발생하여 <夕이 증가된 것으로 생각된다.
- 그리고 SOP 30% 부터는 각주파수 전 영역에서 G, 이 G" 보다 높은 값 (tan 6 < 1) 을 나타내고 있음을 알 수 있다. 반면, DB-2150을 사용한 페이스트들의 경우(a) 엔, SOP 40%인 CBP-240을 제외하고는 분산제 함랑이 증가함에 따라 이 감소하고, SOP 30%부터는 각주파수 전 영역에서 G〃이 次보다 높은 값(tan 5 > 1)을 나타내는 것을 볼 수 있다. 이러한 레올로지 거동의 결과 또한 분산제 및 카본블랙에 의한 상호작용에 기인한 것으로써 DB- 9077 을 사용한 경우, 분산제 함량이 증가함에 따라 분산제간 또는 분산제와 카본블랙간의 상호작용에 의해 망목구조가 형성되어, 그 구조에 의해 탄성을 나타내는 의 증가 크기가 점성을 나타내는 G〃의증가 크기보다 크게 되는 것이다.
- 일반적으로 파우더의 분산 특성이 우수할수록 미세 입자가 존재하게 되고, 그것에 의해 막의 표면이 평활하게 되어 도막의 광택치는 높게 된다. Table 5의 결과를 보면, 분산제 함량이 10% (SOP 10%)인 CBM-210, -910을 제외하고는 분산제를 넣지 않은 CBM-0에 비해 고광택의 도막을 얻었고, 분산제의 함량이 증가함에 따라 도막의광택치가 증가하는 경향을 보였다. 이것은 상기의 PSA 측정 결과와도 일치한다.
- 전도성 카본블랙 밀베이스의 분산 특성. Tables 4와 5에 서로 다른 분자량 및 고분자 사슬부를 갖는 2종류의 분산제를 사용하여 분산제 함량에 따른 전도성 카본블랙 밀베이스의 분산 특성을 PSA 및 도막 광택치 결과로 각각 나타내었다 먼저 Table 4의 PSA 결과를 보면, 분산제를 넣지 않은 CBM-0에 비해 분산제를 첨가한 카본블랙 밀 베이스들의 분산 특성이 더 우수하고, 분산제 함량이 증가함에 따라 밀베이스 내에 분산된 카본블랙의 입자경은 더욱 미세하며 입도 분포도 좁아지는 것을 볼 수 있었다. 이것은 카본블랙 표면에 분산제가 흡착됨에 따라 카본블랙 사이에 입체 장애를 부여함으로써 그들 간의 상호작용을 감소시켜 분산 특성이 우수하게 된 것2로 생각된斗.
- 3軍1 Figure 7에 본 실험에서 제작된 OTNTs의 출력 특성 (output characteristic) 결과를 그래프로 나타내었다. 그래프에서도 볼 수 있듯이, DB-9077을 사용하여 제작된 OTFTs의 전기적 특성이 DB-2150을 사용한 것보다 더 우수하지만 2종류의 분산제를 사용한 페이스트 모두 분산제 함량이 증가함에 따라 포화 영역에서 소스-드레인 전극의 전압이 증가할수록 전류가 감소하는 OTFTs 소자의 열화 현상을 보이고 있다. 이러한 현상은 드레인 전압이 증가함에 따라 소스-드레인 전극 속에 존재하는 분산제가 열을 발생 시켜 전극의 접촉 저항이 증가되면서 소자 특성이 저하된 것으로 사료된다.
- 하지만 스크린 인쇄된 OTFTs용 소스-드레인 전극의 전기적 특성을 검토한 결과, DB-9077을 사용한 페이스트들의 경우에는 카본블랙 사이에 형성된 망목구조가 카본블랙의 도전 경로를 형성함으로써 DB-2150을 사용한 것에 비해 전기 전도성 및 전하 이동 노에서 더 우수한 특성을 나타내었다. 그러나, 2종류의 분산제를 사용한 페이스트 모두, 분산제의 함량이 증가함에 따라 카본블랙 표 년을 감싸는 분산제에 의해 카본블랙간의 도전 경로 형성이 방해되어 OTFTs용 전극의 특성은 점점 열화됨을 알 수 있었다.
- 반면, DB-2150을 첨가한 페이스트들의 경우엔 frequency sweep에서 높은 각주파수 영역에서의 tan 6가 가장 큰 CBP-230이 가장자리가 샤프하면서도 표면 평활성이 우수한 인쇄 패턴을 얻었다. 그러나, SOP 40%인 CBP-240의 경우엔 Figure 4의 레올로지 결과에서 각주파수 전 영역에 걸쳐 tan 8 > 1이지만 고농도의 분산제간의 상호작용에 의해 페이스트가 내부저항력을 갖게 되어 표면 평활성은 우수하나, 패턴의 가장자리는 샤프하지 못한 패턴을 얻게 되었다.
- 반면, DB-9077의 경우엔, DB-2150에 비해 바인더 수지와의 상용성이 좋지 않아 카본블랙간의 상호작용이 존재하게 되고 그로 인해 형성된 망목구조가 카본블랙의 도전 경로를 만들게 되었다. 따라서, DB-2150을 사용한 것에 비해 OTFTs용 소스-드레인 전극으로써더 우수한 특성을 발현할 수 있었다 그러니; 분산제 함량이 40%로 너무 높을 경우엔 분산제가 카본블랙 표면을 감싸게 되어 카본 블랙 간의 도전 경로 형성이 어렵게 됨으로써 전극의 특성 또한 열화됨을 알 수 있었다.3軍1 Figure 7에 본 실험에서 제작된 OTNTs의 출력 특성 (output characteristic) 결과를 그래프로 나타내었다.
- 된 것으로 생각된다. 또한 본 실험에서 사용한 분산제의 분자량 및 고분자 사슬 구조의 차이가 카본블랙 분산제 용제로 구성된 밀 베이스에서는 크게 나타나지 않은 것으로 생각된다. 전도성 카본블랙 페이스트를 제조하여 레올로지 측정을 통해 페이스트에서의 카본블랙의 분산상태 및 응집구조를 검토한 결과, DB-2150을 사용한 페이스트들의 분산 특성이 DB-9077을 사용한 것들에 비해 우수함을 알 수 있었다.
- 반면, DB-2150의 경우엔 바인더 수지가 분산제의고 분자 사슬부와 상호작용을 하여 분산제가 흡착된 카본블랙 표면을 잘 에워싸게 됨으로써 분산제 함량의 증가에 따라 점도 상승만 약간 있을 뿐, 카본블랙간의 상호작용에 의한 망목구조 형성은 없는 것으로 판단된다. 또한, 분산제 또는 카본블랙간의 상호작용에 의한 일시적인 망목구조는 불안정하므로 전단속도의 증가에 따라 쉽게 파괴되어 매우 샤프한 점도 감소를 나타내는데, 23 DB-9077을 SOP 40% 함유한 CBP-940의 점도 거동을 보면, 8종류의 페이스트 중 가장 샤프한 점도 감소를 나타내며 불안정한 망목구조가 가장 많이 존재함을 보여주고 있다. 페이스트들의 점도 거동을 통한 카본블랙의 분산상태 및 응집구조의 결과는 Table 6에 나타난 페이스트들의 도막 광택치 결과와도 일치한다.
- 반면, DB-9077을 사용한 페이스트의 경우, 카본블랙간의 상호작용에 의해 형성된 망목구조에 의해 SOP 10%인 페이스트를 제외하고는 DB-2150을 사용한 페이스트에 비해 높은 G, 값을 나타내고 있다. 또한, 분산제 함량이 증가함에 따라 분산제간 또는 카본블랙과 분산제간의 상호작용에 의해 응집구조가 형성되어 저장 탄성률(G, ) 이 더욱 증가하는 것을 볼 수 있다. 또한 점도 거동에서도 SOP 40%인 CBP-940에서 형성된 불안정한 망목구조가 전단력에 의해 파괴됨으로써 8종류의 페이스트 중 가장 큰 shear—thinning index를 나타내고 있다.
- 일반적으로 페이스트의 레올로지 특성 중 Figure 4의 frequency sweep에서 탄성의 성질을 나타내는 G'이점성의 성질을 나타내는 G” 보다 클 경우(tan 6 < 1), 페이스트의 흐름성은 좋지 못하고, G”이 G' 보다 클 경우(tan 8 > 1), 페이스트의 흐름성은 좋다라고 판단하는 경우가 많다. 본 실험에서 DB-9077이 첨가된 페이스트들의 경우, frequency sweep에서 분산제의 함량이 증가함에 따라 tan 6가 작아지는 경향을 보이는데, 인쇄된 패턴 또한분산제 함량이 증가함에 따라 가장자리의 샤프니스가 좋지 못하고 표면 평활성도 저하되는 것을 알 수 있었다. 이것은 분산제 함량이 증가함에 따라 분산제간 또는 분산제와 카본블랙간의 상호작용에 의해 형성된 망목구조가 페이스트의 흐름성을 저하시키고 또한 페이스트 내부에 저항력 (tacky) 이 발생하기 때문인 것으로 생각된다.
- 본 실험에서 서로 다른 분자량 및 고분자 사슬부를 갖는 2종류의 분산제(DB-2150, DB-9077)를 사용하여 분산제 함량(SOP 10- 40%) 에 따른 전도성 카본블랙의 분산 특성을 검토한 결과 분산제함량이 증가함에 따라 카본블랙 밀베이스의 분산 특성이 우수해지고, 2종류의 분산제 사이에 카본블랙에 대한 분산 효과는 큰 차이가 없음을 알 수 있었다 이것은 분산제 함량이 증가함에 따라 카본블랙표면에 흡착하는 분산제의 양도 증가하게 되어 카본블랙 사이에 입체 장해를 부여함으로써 그들간의 상호작용을 감소시켜 분산 특성이 우수하게 된 것으로 생각된다. 또한 본 실험에서 사용한 분산제의 분자량 및 고분자 사슬 구조의 차이가 카본블랙 분산제 용제로 구성된 밀 베이스에서는 크게 나타나지 않은 것으로 생각된다.
- 이러한 현상은 드레인 전압이 증가함에 따라 소스-드레인 전극 속에 존재하는 분산제가 열을 발생 시켜 전극의 접촉 저항이 증가되면서 소자 특성이 저하된 것으로 사료된다. 본 실험에서는 활성층 재료인 펜타센과 유사한 화학적 성질缶- 공액 구조)을 갖고 있는 전도성 카본블랙을 이용하여 소스-느레인전극을 제작함으로써, 펜타센과 유사한 일함수로 인해 OTFTs의 전하 이동도가 향상될 것으로 기대하였으나 카본블랙의 분산성을 향상시키기 위해 첨가한 분산제로 인해 그 특성이 오히려 저하되는 결과를 볼 수 있었다.
- 알 수 있었다. 그리고 DB-215。을 사용한 페이스트들에 의해 제작된 전극의 특加] db-9077을 사용한 것들에 비해 떨어짐을 알 수 있었다. 이것은 페이스트 내의 분산제와 카본블랙에 의한 분산 및 응집구조와 관계된 결과로써, DB-2150의 경우엔 분산제의 함랑이 증가함에 따라 카본블랙 표면을 감싸는 바인더 수지의 양도 증가하게 되고 그에 따라 카본블랙간의 상호작용에 의한 도전 경로는 제대로 형성되지 못하였다.
- 즉, DB- 2150의 경우에는 분산제의 고분자 사슬부와 바인더 수지와의 친화성이 우수하여 바인더 수지가 분산제가 흡착되어 있는 카본블랙 표면을 잘 에워싸게 됨으로써 카본블랙의 분산 특성은 우수하고, 분산제 함량이 증가함에 따라 그 특성이 더 향상된 반면, DB-9077의 경우에는 분산제의 고분자 사슬부와 바인더 수지와의 상용성이 좋지 못해 바인더 수지가 카본블랙을 확실히 감싸지 못함에 따라 노출된 카본블랙 파우더 사이의 상호작용이 발생하고 그로 인해 망목구조기" 형성되었다 또한 분산제 함량이 증가함에 따라 분산제간 또는 분산제와 카본블랙간의 상호작용에 의해 페이스트의 응집구조는 더욱 많이 형성된 것이다. 이러한 해석은 페이스트의 점도 거동 및 동적 점탄성 결과로부터 알 수 있는데 DB-2150을 사용한 페이스트의 동적 점탄성 결과 분산제 함량이 증가함에 따라 카본블랙의 분산 특성이 향상되어 탄성을 나타내는 저장 탄성률(頒)은 감소하였다 물론 SOP 40% 인 CBP-240의 경우엔 고농도의 분산제에 의해 분산제간의 상호작용이 발생하여 <夕이 증가된 것으로 생각된다. 반면, DB-9077을 사용한 페이스트의 경우, 카본블랙간의 상호작용에 의해 형성된 망목구조에 의해 SOP 10%인 페이스트를 제외하고는 DB-2150을 사용한 페이스트에 비해 높은 G, 값을 나타내고 있다.
- 또한 본 실험에서 사용한 분산제의 분자량 및 고분자 사슬 구조의 차이가 카본블랙 분산제 용제로 구성된 밀 베이스에서는 크게 나타나지 않은 것으로 생각된다. 전도성 카본블랙 페이스트를 제조하여 레올로지 측정을 통해 페이스트에서의 카본블랙의 분산상태 및 응집구조를 검토한 결과, DB-2150을 사용한 페이스트들의 분산 특성이 DB-9077을 사용한 것들에 비해 우수함을 알 수 있었다. 이것은 2종류의 분산제가 페이스트 내에서 바인더 수지와 서로 다른 상호작용을 하고 있기 때문2로 해석된다.
- 페이스트들의 점도 거동을 통한 카본블랙의 분산상태 및 응집구조의 결과는 Table 6에 나타난 페이스트들의 도막 광택치 결과와도 일치한다. 즉 DB-2150을 사용한 페이스트들은 분산제의 함랑이 증가함에 따라 도막의 광택치도 증가하는 반면, DB-9077을 사용한 페이스트들은 분산제 함량이 증가함에 따라 오히려 광택치가 감소하는 현상을 보여주고 있다.
- 낮은 전단 영역에서의 섬노 거농은 분산제의 분자냥 영향보다는 카본블랙 파우더간의 상호삭용 빛 분사^간 리고 카본블랙과 분■사제 간의 상호작용에 의한 결가£ 사묘뇐다. 즉, 1)13—9077의 구소 중 바인더 수지와 상용성을 갖는 고분자 사&부가 본 신험에서 사용한 아드 릴 수시와 상용성이 솧지 못하여 바인더 수지가 카본블랙을 확실히 감싸지 못하게 되고 노출된 카본블랙간의 상호작용에 의해 망목 구 소가 형성되어 페이스트의 점도가 상승한 것으로 생각된다. 또한, 분산제 함량이 증가함에 따라 바인더 수지와 상용성이 좋지 못한 분산제의 고분자 사슬부가 그들간의 상호작용 또는 분산제와 카본블랙과의 상호작용에 의해 낮은 전단 영역에서의 점도를 더욱 높이게 된 것으로 생각된다.
- DB- 9077 을 사용한 페이스트들의 이러한 상호작용 및 응집구조에 의해 페이스트는 내부 저항력 (tacky)을 발생하게 되고 분산제 함량이 증가함에 따라 그 크기가 더욱 커져 좋지 않은 스크린 인쇄 적성을 나타내었다. 하지만 스크린 인쇄된 OTFTs용 소스-드레인 전극의 전기적 특성을 검토한 결과, DB-9077을 사용한 페이스트들의 경우에는 카본블랙 사이에 형성된 망목구조가 카본블랙의 도전 경로를 형성함으로써 DB-2150을 사용한 것에 비해 전기 전도성 및 전하 이동 노에서 더 우수한 특성을 나타내었다. 그러나, 2종류의 분산제를 사용한 페이스트 모두, 분산제의 함량이 증가함에 따라 카본블랙 표 년을 감싸는 분산제에 의해 카본블랙간의 도전 경로 형성이 방해되어 OTFTs용 전극의 특성은 점점 열화됨을 알 수 있었다.
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