KR101570570B1

KR101570570B1 - 투명전극용 조성물 및 이 조성물로 형성된 투명전극

Info

Publication number: KR101570570B1
Application number: KR1020130096359A
Authority: KR
Inventors: 심대섭; 이영실; 염경태
Original assignee: 제일모직주식회사
Priority date: 2012-12-07
Filing date: 2013-08-14
Publication date: 2015-11-19
Also published as: US20150294751A1; US9842668B2; KR20140074172A

Abstract

본 발명에 따른 투명전극용 조성물은 동일한 극성의 제타전위를 갖는 (A) 탄소나노튜브 분산액 및 (B) 금속나노와이어 용액을 포함하며, 이러한 투명전극용 조성물이 코팅된 투명전극은 투과도, 전기전도도 및 투명도가 우수하다.

Description

투명전극용 조성물 및 이 조성물로 형성된 투명전극 {Composition for Transparent Electrode and Transparent Electrode Formed with Same}

본 발명은 투명전극용 조성물에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 투과도, 전기전도도 및 투명도가 우수한 투명전극용 조성물에 관한 것이다.

최근 얇고 가벼운 디스플레이 분야의 기술이 누적적으로 진보함에 따라 투명전극용 소재에 대한 관심이 높아지고 있다. 투명전극용 소재로 사용되기 위해서는 전기전도성을 가지면서 동시에 투명한 성질을 가져야 하고, 이러한 투명전극용 소재는 평판디스플레이(flat panel display) 및 터치스크린 패널(touch screen panel)과 같은 첨단 디스플레이 기기에 주로 응용되고 있다.

평판디스플레이 분야에서 투명전극으로 사용되는 재료는 보통 인듐주석산화물(ITO), 인듐아연산화물(IZO)과 같은 금속산화물전극을 유리 또는 플라스틱 기판상에 스퍼터링(sputtering)과 같은 증착방법을 이용하여 코팅하여 사용하여 왔다. 다만, 금속산화물을 이용하여 제조된 투명전극 필름은 높은 전도성과 투명도를 가지지만 마찰저항이 낮고 구부림(bending)에 대한 취약한 성질을 가지고 있다. 또한, 주재료로 사용되는 인듐(indium)은 천연 매장량이 한정되어 가격이 매우 높을 뿐만 아니라 가공성이 좋지 않은 문제점을 가진다.

상기와 같은 가공성 문제를 해결하기 위하여 폴리아닐린, 폴리티오펜과 같은 전도성고분자를 이용한 투명전극의 개발이 이루어지고 있다. 전도성고분자를 이용한 투명전극필름은 도핑에 의해 높은 전도성을 얻을 수 있으며, 코팅막의 접합도가 우수하고, 구부러짐 특성이 우수하다는 장점이 있다. 그러나, 전도성고분자를 이용한 투명필름은 투명전극에 사용될 정도의 우수한 전기전도도를 얻기가 어려우며, 또한 투명도가 낮다는 문제가 있다.

그리하여 상기 인듐주석산화물(ITO)과 필적할 수 있는 소재로 탄소나노튜브를 개발하고 있다. 이러한 탄소나노튜브는 여러 분야에서 이용되고 있는데, 특히 우수한 전기전도성으로 인한 전극재료로서의 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

탄소나노튜브는 흑연면(graphite sheet)이 나노크기직경의 실린더 형태를 가지며, sp² 결합 구조를 갖는다. 이 흑연면의 각도 및 구조에 따라서 도체 또는 반도체의 특성을 보인다. 또한 벽을 이루고 있는 결합 수에 따라서 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT; single-walled carbon nanotube), 이중벽 탄소나노튜브(DWCNT; double-walled carbon nanotube), 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT; multi-walled carbon nanotube), 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube)로 분류될 수 있다. 특히 SWCNT는 금속적 특성과 반도체적인 특성을 가지고 있어 다양한 전기적, 화학적, 물리적 및 광학적 특성을 나타내며 이러한 특성들을 이용하여 더욱 세밀하고 집적된 소자들을 구현할 수 있다. 현재 연구되고 있는 탄소나노튜브의 응용분야는 플렉시블 또는 일반 투명전극(flexible and/or transparent conductive film), 정전분산필름, 전계방출 소자(field emission device), 면상발열체(sheet type heating element), 광전자 소자(optoelectronic device) 및 각종 센서(sensor), 트랜지스터 등이 있다.

이러한 탄소나노튜브는 전도성 재료로서 활발하게 사용되고 있으나, 투명전극에 사용하는 경우에는 전기전도성이 충분히 확보되지 못하는 문제점을 가진다. 다만, 탄소나노튜브는 비교적 Haze 값이 낮으므로 투명성을 확보하는 것이 용이한 이점을 가진다.

반면, 금속나노와이어는 시간의 흐름에 따라 산화될 수 있으며, 금속나노와이어가 산화되면 투명전극의 전기전도도가 저하되고, 전극이 부식될 수 있으며, 변색의 문제가 발생할 수 있다. 따라서 투명전극을 장기간 사용하기 위해서는 금속나노와이어의 산화를 방지할 필요가 있다. 또한, 금속나노와이어는 전기전도도가 우수한 반면, 투명성이 저하되므로 금속나노와이어를 적용하는 경우에는 전기전도성을 유지하되 투명성을 동시에 확보하기 위한 기술적 해결원리가 필요하다.

국제공개특허 제2010-010838호는 탄소나노튜브 및 금속나노와이어로부터 선택되는 적어도 1종의 도전성 섬유와 계면활성제로 이루어진 투명 도전층을 포함하는 투명전극을 개시하고 있다. 그러나 도전성 섬유의 분산성이 좋지 않아 전기전도도 및 투명도가 우수하지 못한 문제점이 있다.

이에 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 우수한 분산성을 위하여 동일한 극성의 제타전위(zeta potential)를 갖는 (A) 탄소나노튜브 분산액 및 (B) 금속나노와이어 용액을 포함하는 투명전극용 조성물을 적용함으로써, 투과도, 전기전도도 및 투명도가 우수한 투명전극을 개발하기에 이른 것이다.

본 발명의 목적은 투과도가 우수한 투명전극용 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 다른 목적은 전기전도도가 우수한 투명전극용 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 투명도가 우수한 투명전극용 조성물을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 또다른 목적은 투과도, 전기전도도 및 투명도가 우수한 투명전극을 제공하기 위한 것이다.

본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 모두 하기 설명되는 본 발명에 의해서 달성될 수 있다.

본 발명에 따른 투명전극용 조성물은 동일한 극성의 제타전위를 갖는 (A) 탄소나노튜브 분산액 및 (B) 금속나노와이어 용액을 포함한다.

본 발명의 다른 구체예로는, 탄소나노뷰트 분산액(A) 및 금속나노와이어 용액(B)을 포함하는 조성물에 동일한 극성의 제타전위를 갖는 (C) 계면활성제를 더 포함할 수 있다.

본 발명에서 제타전위의 절대값은 0.1 내지 60이다.

투명전극용 조성물은 탄소나노튜브 분산액(A) 20 내지 75 중량% 및 금속나노와이어 용액(B) 25 내지 80 중량%로 이루어져 있다.

탄소나노튜브 분산액(A)은 용매 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.01 내지 1 중량부를 포함할 수 있고, 금속나노와이어 용액(B)은 용매 100 중량부에 대하여 금속나노와이어 1 내지 3 중량부를 포함할 수 있다.

계면활성제(C)는 탄소나노튜브 분산액(A) 및 금속나노와이어 용액(B) 100 중량부에 대하여 0.05 내지 3 중량부로 포함될 수 있다.

탄소나노튜브 분산액(A)은 전체 탄소나노튜브에 대하여 단일벽 또는 이중벽으로 된 탄소나노튜브 90 내지 100 중량%를 포함하고, 탄소나노튜브는 종횡비(aspect ratio)가 1:10 내지 1:20,000이다.

금속나노와이어 용액(B)에 사용되는 금속으로는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 티타늄(Ti), 또는 이들의 혼합물이고, 금속나노와이어는 종횡비(aspect ratio)가 1:20 내지 1:2,000이다.

탄소나노튜브 분산액(A) 및 금속나노와이어 용액(B)에서 사용되는 용매는 증류수, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 피리딘, 아닐린, 및 이들의 혼합물이다.

본 발명에 따른 투명전극은 (a) 베이스기판 상에 (b) 상기 투명전극용 조성물이 코팅되어 있다.

이하 본 발명의 구체적인 내용을 하기에 상세히 설명한다.

본 발명에 따른 투명전극용 조성물은 투과도, 전기전도도 및 투명도가 우수한 투명전극을 제공하는 발명의 효과를 갖는다.

도 1은 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 투명전극의 전자주사현미경 사진(SEM)이다.
도 2는 본 발명의 비교실시예 1에 따라 제조된 투명전극의 전자주사현미경 사진(SEM)이다.

본 발명은 투명전극용 조성물에 관한 것으로, 투과도, 전기전도도 및 투명도가 우수한 투명전극용 조성물에 관한 것이다.

투명전극용 조성물

본 발명의 다른 구체예로는, 탄소나노튜브 분산액(A) 및 금속나노와이어 용액(B)를 포함하는 조성물에 동일한 극성의 제타전위를 갖는 (C) 계면활성제를 더 포함할 수 있다.

(A) 탄소나노튜브 분산액

탄소나노튜브 분산액(A)은 금속나노와이어 용액(B)에 따른 투명도 저하를 방지하고, 금속나노와이어 용액(B)을 단독으로 사용한 경우 전기전도도에 미치는 네트워크 구조의 밀도가 낮아 네트워크 구조의 변형시 전기전도도에 미치는 영향을 줄이기 위하여 사용한다. 본 발명의 탄소나노튜브 분산액(A)은 용매와 탄소나노튜브를 포함한다.

탄소나노튜브 분산액(A)과 금속나노와이어 용액(B)을 잘 분산시켜 하나의 용액으로 만들기 위하여 탄소나노튜브 분산액(A)과 금속나노와이어 용액(B)은 동일한 극성의 제타전위를 가져야 한다. 예를 들면, 탄소나노튜브 분산액(A)의 제타전위의 극성이 (+)인 경우 금속나노와이어 용액(B)의 제타전위의 극성이 (+)이어야 하며, 탄소나노튜브 분산액(A)의 제타전위의 극성이 (-)인 경우 금속나노와이어 용액(B)의 제타전위의 극성이 (-)이어야 한다. 탄소나노튜브 분산액(A)과 금속나노와이어 용액(B)이 동일한 극성의 제타전위를 갖는 경우 안정한 네트워크 구조를 이루고 이와 동시에 금속나노와이어에 대한 산화방지의 효과를 가짐으로써, 투명도와 전기전도도에 대한 안정성과 효율을 극대화할 수 있다.

제타전위의 절대값은 0.1 내지 60이다. 제타전위의 절대값이 0.1 미만인 경우 용액의 응집이 일어나고, 60 초과인 경우 전류흐름이 방해된다. 용액의 응집현상은 무극성 계면활성제를 사용하여 개선할 수 있으나, 탄소나노튜브 자체의 성질이 저하되므로 바람직하지 않다.

탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(single-walled carbon nanotube; SWCNT), 이중벽 탄소나노튜브(double-walled carbonnanotube; DWCNT), 다중벽 탄소나노튜브(multi-walled carbon nanotube; MWCNT), 다발형 탄소나노튜브(rope carbon nanotube) 중에서 하나 이상을 선택하여 사용할 수 있다. 이 중에서 단일벽 또는 이중벽 탄소나노튜브를 적어도 90 중량% 이상 포함하고, 1:10 내지 1:20,000의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 탄소나노튜브를 사용하는 것이 바람직하다.

탄소나노튜브의 종횡비가 1:10 미만이면, 와이어(wire) 형상 구조물의 랜덤 네트워크(random network) 형성시 콘택 정션(contact junction)의 개수가 너무 많아져 면저항이 높아지며, 면저항을 유지하기 위한 탄소나노튜브의 개수가 증가하여 투과도를 떨어뜨리는 작용을 할 수 있고, 금속나노와이어와의 지지작용이 적어질 수 있으며, 탄소나노튜브의 종횡비가 1:20,000 초과이면, 탄소나노튜브 분산성을 떨어뜨려 용액의 안정성에 영향을 미치고, 랜덤 네트워크 (random network) 형성시 면저항이 불균일해질 수 있다.

용매는 증류수, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 피리딘, 아닐린, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 용매로 증류수를 사용하는 경우 친환경적인 제조방법을 제공할 수 있어 바람직하다.

탄소나노튜브 분산액(A)은 용매 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.01 내지 1 중량부 포함할 수 있다. 탄소나노튜브의 함량이 0.01 중량부 미만인 경우 투명도가 저하되고, 네트워크 구조의 밀도가 낮아 부착성 및 화학안정성이 저하되고, 1 중량부 초과인 경우 분산액 제조가 어려우며 투명도가 저하된다.

본 발명의 탄소나노튜브 분산액(A)은 탄소나노튜브 분산액(A)와 금속나노와이어 용액(B) 100 중량%에 대하여, 20 내지 75 중량% 포함할 수 있다. 탄소나노튜브 분산액(A)의 함량이 20 중량% 미만인 경우 투과도는 향상되지만 네트워크 구조의 변형시 전기전도도가 저하되며, 75 중량% 초과인 경우 투과도 및 전기전도도가 저하된다.

(B) 금속나노와이어 용액

금속나노와이어 용액(B)은 탄소나노튜브 분산액(A)에 따른 전기전도도 저하를 방지하기 위하여 사용한다. 본 발명의 금속나노와이어 용액(B)은 용매와 금속나노와이어로 이루어져 있고, 탄소나노튜브 분산액(A)과 동일한 극성의 제타전위를 가지며, 제타전위의 절대값의 범위는 0.1 내지 60이다.

금속나노와이어 용액(B)에 사용되는 금속으로는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 티타늄(Ti), 및 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 이 중에서 전기전도도가 우수한 은나노와이어 또는 구리나노와이어를 사용하는 것이 바람직하고, 전기전도도가 가장 우수한 은나노와이어를 사용하는 것이 가장 바람직하며, 1:20 내지 1:2,000의 종횡비(aspect ratio)를 갖는 금속나노와이어를 사용하는 것이 바람직하다.

금속나노와이어 의 종횡비가 1:20 미만이면, 와이어(wire) 형상 구조물의 랜덤 네트워크(random network) 형성시 콘택 정션(contact junction)의 개수가 너무 많아져 면저항이 높아지며, 면저항을 유지하기 위한 나노와이어의 개수가 증가하여 투과도를 떨어뜨리는 작용 및 헤이즈(Haze)를 높일 수 있으며, 금속나노와이어 의 종횡비가 1:2,000초과이면 나노와이어 코팅한 후, 랜덤 네트워크(random network) 형성 시 콘택 정션(contact junction)이 적어져 면저항이 불균일 해질 수 있으며 특히 이로 인해 패턴 후 선저항이 불균일해질 수 있다.

용매는 증류수, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 피리딘, 아닐린, 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있다. 용매로 물을 사용하는 경우 친환경적인 제조방법을 제공할 수 있어 바람직하다.

금속나노와이어 용액(B)은 용매 100 중량부에 대하여 금속나노와이어 1 내지 3 중량부를 포함할 수 있다. 금속나노와이어의 함량이 1 중량부 미만인 경우 전도도가 저하되고, 3 중량부 초과인 경우 분산성이 저하된다.

본 발명의 금속나노와이어 용액(B)은 탄소나노튜브 분산액(A)와 금속나노와이어 용액(B) 100 중량%에 대하여, 25 내지 80 중량% 포함할 수 있다. 금속나노와이어 용액(B)의 함량이 25 중량% 미만인 경우 투과도가 감소하고 네트워크 구조의 변형시 전기전도도가 저하되며, 80 중량% 초과인 경우 Haze가 높아지게 된다.

(C) 계면활성제

탄소나노튜브 분산액 제조와 탄소나노튜브 분산액 및 금속나노와이어 분산액을 안정적으로 분산하기 위하여 탄소나노튜브 분산액(A)와 금속나노와이어 용액(B)으로 이루어진 투명전극용 조성물에 계면활성제(C)를 사용할 수 있다. 본 발명의 계면활성제(C)는 탄소나노튜브 분산액(A)과 금속나노와이어 용액(B)의 제타전위와 동일한 극성을 가지며, 제타전위의 절대값의 범위는 0.1 내지 60이다.

계면활성제(C)는 자체에 친수성과 소수성을 지니는 양친성 물질로서 수용액 내부에서 계면활성제의 소수성 부분은 탄소나노튜브와 친화성을 가지고, 친수성 부분은 용매인 물과 친화력을 가져 수용액 내부에서 탄소나노튜브가 안정하게 분산될 수 있게끔 도와주는 역할을 할 수 있다. 소수성 부분은 긴 알킬사슬로 구성될 수 있으며, 친수성 부분은 나트륨(sodium)의 염 형태를 가질 수 있다. 본 발명에서는 소수성 부분은 탄소 10개 이상으로 이루어진 긴 사슬구조로 친수성은 이온형태 및 비이온 형태 모두 사용이 가능하다. 바람직하게는 세트리모늄의 양이온성 부분과 브롬, 염소 또는 p-톨루엔설포네이트의 음이온성 부분으로 이루어져 있으며, 유기계 염 또는 할로겐계 염을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 계면활성제(C)는 탄소나노튜브 분산액(A) 및 금속나노와이어 용액(B) 100 중량부에 대하여, 0.05 내지 3 중량부 포함할 수 있다. 계면활성제(C)의 함량이 0.05 중량부 미만인 경우 탄소나노튜브 분산액(A)과 금속나노와이어 용액(B)이 잘 분산되지 않아 하나의 용액으로 만들기 어렵고, 3 중량부 초과인 경우 투명도와 전기전도도가 저하된다.

본 발명에 따른 투명전극용 조성물은 탄소나노튜브 분산액(A), 금속나노와이어 용액(B) 및 계면활성제(C)를 교반기를 이용하여 혼합할 수 있으며, 구성성분의 제타전위의 극성이 동일하므로 하나의 용액으로 만들 수 있다.

투명전극

본 발명에 따른 투명전극은 (a) 베이스기판 상에 (b) 상기 투명전극용 조성물을 코팅된 것을 특징으로 한다.

본 발명은 투명전극에 관한 것이므로, 베이스기판(a)은 기본적으로 투명성이 있을 것이 요구된다. 따라서 베이스기판(a)은 투명성 고분자 필름 또는 유리기판을 사용하는 것이 바람직하다. 고분자 필름은 폴리에스테르계, 폴리카보네이트계, 폴리에테르설폰계, 또는 아크릴계 계통의 투명한 필름을 사용할 수 있으며, 보다 구체적으로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 또는 폴리에테르설폰(PES)를 사용하는 것이 바람직하다.

투명전극용 조성물(b)은 베이스기판(a) 상에 스프레이 및 슬롯다이, 그라비아, 마이크로그라비아, 콤마등의 롤투롤에 이용하는 방식의 코팅 방법을 이용하여 코팅할 수 있으며, 이 중 슬롯다이 방법이 바람직하다.

코팅된 투명전극은 50 내지 100℃에서 1 내지 10분 동안 건조한 후, 물을 이용하여 1분 이내로 세척한 다음, 다시 50 내지 100℃에서 1 내지 10분 동안 재건조하여 투명전극을 제조할 수 있다. 제조된 투명전극은 추가적으로 오버코팅처리를 할 수 있다.

본 발명의 투명전극은 UV/Vis 분광계를 사용하여 550㎚의 파장에서 측정한 전투과도가 89 내지 98%이고, 헤이즈 미터로 측정한 Haze 값이 0.2 내지 2이다.

또한, 본 발명의 투명전극은 4점법(4 point-probe)방식을 이용하여 측정한 면저항이 20 내지 200Ω/□이다.

제조된 투명전극은 투과도, 전기전도도 및 투명도가 우수하여 평판디스플레이, 터치스크린 패널과 같은 첨단 디스플레이 기기에 적용할 수 있다.

본 발명은 하기의 실시예에 의해 보다 구체화될 것이나, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 사용될 뿐이며 본 발명의 보호범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

실시예 및 비교예

실시예 및 비교실시예에서 사용되는 각 구성성분은 다음과 같다.

(a) 베이스기판

토레이社의 PET 필름인 XU46H를 사용하였으며, 투과도는 93.06%이다.

(b) 투명전극용 조성물

(A) 탄소나노튜브 분산액

(A1) 탈이온 수용액 100 중량부, 나노솔루션社의 SA210 grade의 단일벽 탄소나노튜브 0.2 중량부 및 알드리치社의 양이온성 분산제인 세트리모늄 브로마이드를 circulation sonication 기기를 이용하여 1KW로 30분 이내에 분산처리를 하였다. 분산처리후 한일과학의 고속원심분리기인 SUPRA22K을 이용하여 11K rpm으로 30분 이내에 고속원심분리처리를 하여 상단부의 제타전위가 (+) 20 mV이고 종횡비가 1: 500 내지 1:1,000인 탄소나노튜브 분산액(A1)을 수득하였다.

(A2) 탄소나노튜브 1.5 중량부를 사용한 것을 제외하고는 (A1)과 동일한 방법으로 제조된 탄소나노튜브 분산액(A2)을 사용하였다.

(A3) 분산제로 음이온성 분산제인 도데실설포닉액시드 소듐솔트(SDS, Sodium salt, Dodecylsolfonic acid)을 사용한 것을 제외하고는 (A1)과 동일한 방법으로 제조되고, 제타전위가 (-) 20 mV인 탄소나노튜브 분산액(A3)을 사용하였다.

(B) 금속나노와이어 용액

캠브리오스社의 은나노와이어 용액은 제타전위가 (+)6 mV이고 종횡비가 1: 1000인 은나노와이어 용액(B1)을 수득하였다.

(C) 계면활성제

알드리치社의 제타전위가 (+)10 mV인 세트리모늄 브로마이드를 탄소나노튜브 분산액(A) 및 금속나노와이어 용액(B) 100 중량부에 대하여 0.1 중량부 사용하였다.

실시예 1 내지 3 및 비교실시예 1 내지 5

상기 각 구성성분을 하기 표 1에 기재된 함량대로 첨가하여 교반기를 이용하여 20분 이상 혼합하여 투명전극용 조성물을 포함하는 하나의 용액으로 만들었다. 만들어진 용액은 bar 코팅기의 Mayer bar 10번을 이용하여 베이스기판 위에 코팅하였다. 코팅된 베이스기판은 70℃에서 3분동안 건조하였으며, 1분이내로 물을 이용하여 세척한 후, 다시 70℃에서 3분동안 건조하여 오버코팅처리를 한후 각 물성을 측정하였다.

하기 표 1에서 (A) 및 (B)의 혼합비는 (A) 및 (B) 전체 100 중량%에 대하여 중량%로 나타낸 것이고, (C)는 (A) 및 (B) 전체 100 중량부에 대하여 중량부로 나타낸 것이다.

제조된 투명전극에 대하여 하기와 같은 방법으로 물성을 측정하였으며 그 결과를 표 2에 나타내었다.

(1) 전투과도(T.T, %): 헤이즈 미터를 사용하여 측정하였다.

(2) 회절도(DIF, %): 헤이즈 미터를 사용하여 측정하였다.

(3) 직투과도(P.T, %): 헤이즈 미터를 사용하여 측정하였다. 직투과도(P.T)는 전투과도(T.T)와 회절도(DIF)의 차이를 의미한다.

(4) Haze(%): 헤이즈 미터(Nippon Denshoku Indusries Co. LTD, NHD-5000)로 측정하였다. 헤이즈(Haze)값은 전투과도(T.T)에 대한 회절도(DIF)의 비를 의미한다.

(5) 전기전도도(Ω/□): 4점법(4 point-probe)방식을 이용하여 Mitsubishi Chemical Corporation, Loresta-GP, MCP-T610으로 면저항값을 측정하였다.

상기 표 2에 나타나 있듯이, 실시예 1 내지 3의 투명전극은 투과도가 높고, 헤이즈값이 낮아 투명도가 우수하고, 측정된 면저항값이 낮으므로 전기전도도가 우수한 것을 알 수 있다.

반면, 탄소나노튜브 분산액(A)을 사용하지 않은 비교실시예 1 내지 3은 실시예 1 내지 3에 비해 투과도가 낮고, 헤이즈값이 높아 투명도가 저하되고, 측정된 면저항값이 높으므로 전기전도도가 저하된 것을 알 수 있다.

또한, 탄소나노튜브의 함량범위를 초과하여 제조한 탄소나노튜브 분산액(A2)을 사용한 비교실시예 4는 탄소나노튜브 분산액(A2)의 점도가 높아 초음파 처리가 불가능하므로, 탄소나노튜브 분산액(A2) 제조 자체가 불가능하여 물성을 측정할 수 없었다. 금속나노와이어 용액(B)과 제타전위의 극성이 상이한 탄소나노튜브 분산액(A3)을 사용한 비교실시예 5는 탄소나노튜브 분산액(A3)과 금속나노와이어 용액(B)의 분산이 잘 이루어지지 않아 투명전극용 조성물(b) 제조 자체가 불가능하여 물성을 측정할 수 없었다.

본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 이 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 용이하게 실시될 수 있으며, 이러한 변형이나 변경은 모두 본 발명의 영역에 포함되는 것으로 볼 수 있다.

Claims

동일한 극성의 제타전위를 갖는 (A) 탄소나노튜브 분산액 및 (B) 금속나노와이어 용액을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 투명전극용 조성물과 동일한 극성의 제타전위를 갖는 (C) 계면활성제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제2항에 있어서, 상기 제타전위의 절대값이 0.1 내지 60인 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 투명전극용 조성물은 상기 탄소나노튜브 분산액(A) 20 내지 75 중량% 및 상기 금속나노와이어 용액(B) 25 내지 80 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 분산액(A)은 용매 100 중량부에 대하여 탄소나노튜브 0.01 내지 1 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 금속나노와이어 용액(B)은 용매 100 중량부에 대하여 금속나노와이어 1 내지 3 중량부 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제2항에 있어서, 상기 계면활성제(C)는 상기 탄소나노튜브 분산액(A) 및 상기 금속나노와이어 용액(B) 100 중량부에 대하여 0.05 내지 3 중량부로 포함되는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 분산액(A)은 전체 탄소나노튜브에 대하여 단일벽 또는 이중벽으로 된 탄소나노튜브 90 내지 100 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브 분산액(A)은 종횡비(aspect ratio)가 1:10 내지 1:20,000인 탄소나노튜브를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 금속나노와이어 용액(B)에 사용되는 금속으로는 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 티타늄(Ti), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 금속나노와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항에 있어서, 상기 금속나노와이어 용액(B)은 종횡비(aspect ratio)가 1:20 내지 1:2,000인 금속나노와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제5항에 있어서, 상기 용매는 증류수, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 피리딘, 아닐린, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제6항에 있어서, 상기 용매는 증류수, 메탄올, 에탄올, 아세톤, 메틸에틸케톤, 이소프로필알콜, 부틸알콜, 에틸렌글라이콜, 폴리에틸렌글라이콜, 테트라하이드로퓨란, 디메틸포름아마이드, 디메틸아세트아마이드, 헥산, 사이클로헥사논, 톨루엔, 클로로포름, 디클로로벤젠, 디메틸벤젠, 피리딘, 아닐린, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 투명전극용 조성물.
제1항 내지 제13항의 어느 한 항에 따른 투명전극용 조성물을 베이스기판 상에 코팅하여 형성된 투명전극.
제14항에 있어서, 상기 투명전극은 UV/Vis 분광계를 사용하여 550㎚의 파장에서 측정한 전투과도가 89 내지 98%이고, 헤이즈 미터로 측정한 Haze 값이 0.2 내지 2%인 것을 특징으로 하는 투명전극.
제14항에 있어서, 상기 투명전극은 4점법(4 point-probe)방식을 이용하여 측정한 면저항이 20 내지 200Ω/□인 것을 특징으로 하는 투명 전극.