KR102234230B1 - 나노와이어 투명 전극 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초 대면적 나노와이어 투명 전극에 관한 것으로, 본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극은 투명 절연성 기재 및 금속 나노와이어 네트워크를 포함하며, 관계식 1 및 관계식 2를 만족한다.
(관계식 1)
Rm ≤ 55 Ω/sq.
관계식 1에서, Rm은 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이다.
(관계식 2)
0.5Rm ≤ Rloc(i) ≤ 1.5Rm
관계식 2에서, Rm은 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이며, Rloc는 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 동일한 나노와이어 투명 전극의 전 영역을 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할하여 규정된 500개의 분할 영역 중, 일 분할 영역에서의 면 저항을 의미하며, Rloc(i)는 500개의 분할 영역에 순차적으로 번호를 부여하되, i번에 해당하는 분할 영역의 면저항을 의미하고, i는 1~500의 자연수이다.

Description

나노와이어 투명 전극 및 이의 제조방법{Transparent Conductive Film and the Fabrication Method Thereof}
본 발명은 나노와이어 투명 전극 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 상세하게, 전도성 나노와이어에 기반하며, 뛰어난 상업성을 갖는 나노와이어 투명 전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
나노와이어 투명 전극은 높은 광 투과율의 절연 기재 상에 코팅된 얇은 도전막을 의미한다. 나노와이어 투명 전극은 적절한 광학적 투명성을 가지며 표면 도전성(surface conductivity)을 갖는다. 표면 도전성을 갖는 나노와이어 투명 전극은 평판 액정 표시장치(flat liquid crystal displays), 터치 패널(touch panel), 전자 발광 장치(electroluminescent devices), 및 태양전지(photovoltaic cells)등, 투명성과 도전성이 동시에 요구되는 분야에서 투명 전극으로 널리 사용되고 있으며, 대전 방지층(anti-static layers)이나 전자기파 차폐층(electromagnetic wave shielding layers)로도 널리 사용되고 있다.
인듐 주석 산화물(indium tin oxide; ITO)과 같은 금속산화물은 우수한 광학적 투명성 및 전기적 도전성을 가지나, 물리적 충격에 의해 손상되기 쉽고, 물리적인 변형이 불가한 단점과 함께, 제조시 고비용이 소모될 뿐만 아니라, 고온 공정을 요구하는 한계가 있다.
도전성 폴리머의 경우, 그 전기적 특성 및 광학적 특성이 떨어질 뿐만 아니라, 화학적 및 장기적 안정성이 떨어지는 문제가 있다.
이에, 우수한 전기적, 광학적 특성을 가지고, 장기간 안정적으로 그 물성을 유지할 수 있으며, 물리적 변형이 가능한 나노와이어 투명 전극에 대한 요구가 지속적으로 증가하고 있다.
이러한 요구에 따라, 대한민국 공개특허 제2013-0135186호과 같이, 절연성 기재 상, 은 나노와이어와 같은 금속 나노와이어의 네트워크가 유기 매트릭스에 함입되어 있는 구조의 나노와이어 투명 전극이 개발되고 있다.
그러나, 이러한 금속 나노와이어 기반 나노와이어 투명 전극의 경우, 대면적화시 균일한 전기적 특성을 얻기 어렵고, 연속 공정을 이용한 대량 생산에 적합한 제조 공정이 확립되지 않아 상업화에 어려운 한계가 있다.
대한민국 공개특허 제2013-0135186호
본 발명은 적어도 10cm 이상의 폭을 가지며 수 내지 수십 미터에 이르는 길이를 갖는 초 대면적에서도 균일한 전기적, 광학적 특성을 가져, 상업성이 극히 우수한 나노와이어 투명 전극을 제공하는 것이다.
본 발명은 균일하고 우수한 전기적, 광학적 특성을 갖는 나노와이어 투명 전극을 극히 간단한 공정으로 신속하게 제조할 수 있어, 상업적 제조 공정의 구축이 가능한 나노와이어 투명 전극의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극은 투명 절연성 기재 및 금속 나노와이어 네트워크를 포함하며, 관계식 1 및 관계식 2를 만족한다.
(관계식 1)
Rm ≤ 55 Ω/sq.
관계식 1에서, Rm은 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이다.
(관계식 2)
0.5Rm ≤ Rloc(i) ≤ 1.5Rm
관계식 2에서, Rm은 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이며, Rloc는 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 동일한 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이며, Rloc는 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 동일한 나노와이어 투명 전극의 전 영역을 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할하여 규정된 500개의 분할 영역 중, 일 분할 영역에서의 면 저항을 의미하며, Rloc(i)는 500개의 분할 영역에 순차적으로 번호를 부여하되, i번에 해당하는 분할 영역의 면저항을 의미하고, i는 1~500의 자연수이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에 있어, 투명 절연성 기재의 굴절률은 1.45 내지 2.00일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극은 하기 관계식 3을 더 만족할 수 있다.
(관계식 3)
(R500000-R0)/R0 x 100 ≤ 3.0 (%)
관계식 3에서, R0은 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이며, R500000은 5cmx5cm 크기의 나노와이어 투명 전극을 대상으로 1mm 곡률 반경 하 500,000회의 굽힘 시험을 수행한 후의 평균 면저항이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극은 90% 이상의 광투과율(Transmittance) 및 1.5% 이하의 헤이즈(Haze)를 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에 있어, 금속 나노와이어 네트워크는 상기 투명 절연성 기재 상 금속 나노와이어, 유기 바인더 및 상기 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액을 도포한 후, 하기 제3스펙트럼의 흡광 피크 중 상대적으로 가장 강도가 큰 흡광 피크인 제1피크의 중심 파장에 해당하는 광이 제거되도록 백색광을 필터링하고, 필터링된 광을 조사하여 수득될 수 있다.
제1스펙트럼 : 상기 투명 절연성 기재의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼
제2스펙트럼 : 상기 투명 절연성 기재 상 금속 나노와이어, 유기 바인더 및 상기 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액을 도포한 후, 용매가 휘발 제거된 상태인 기준체의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼
제3스펙트럼 : 상기 제2스펙트럼에서 제1스펙트럼을 제거하여 수득되는 스펙트럼
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극은 상술한 와이어 분산액의 도포 및 필터링된 광을 조사하는 광소결로 수득되며, 하기 관계식 4 및 관계식 5를 더 만족할 수 있다.
(관계식 4)
0.95 ≤ HTCF/HREF ≤ 1.05
관계식 4에서 HTCF는 나노와이어 투명 전극의 헤이즈(%)이며, HREF는 상기 투명 절연성 기재에 상기 와이어 분산액이 도포되고 광소결 되기 전 상태인 기준체의 헤이즈(%)이다.
(관계식 5)
0.95 ≤ TTCF/TREF ≤ 1.05
관계식 5에서 TTCF는 나노와이어 투명 전극의 광투과율(%)이며, TREF는 상기 투명 절연성 기재에 상기 와이어 분산액이 도포되고 광소결 되기 전 상태인 기준체의 광투과율(%)이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에 있어, 금속 나노와이어 네트워크는 둘 이상의 금속 나노와이어가 서로 교차하는 교차영역을 포함하며, 교차영역의 높이는 하기 관계식 6을 만족할 수 있다.
(관계식 6)
0.5 ≤ hc/(d1 + d2) ≤ 0.7
관계식 6에서 d1은 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 교차영역을 이루는 둘 이상의 금속 나노와이어 중 일 금속 나노와이어의 높이를 의미하며, d2는 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 동일 교차영역을 이루는 둘 이상의 금속 나노와이어 중 다른 일 금속 나노와이어의 높이를 의미하며, hc는 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 한 교차영역의 높이를 의미한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에 있어, 금속 나노와이어 네트워크는 둘 이상의 금속 나노와이어가 서로 교차하는 교차영역을 포함하며, 교차영역에서 상부에 위치하는 금속 나노와이어는 하기 관계식 7을 만족할 수 있다.
(관계식 7)
0.6do ≤ dnc ≤ 1do
관계식 7에서 do는 교차영역에서 상부에 위치하는 금속 나노와이어에서, 나노와이어의 길이 방향으로 적어도 100nm 이상 다른 금속 나노와이어와 접하지 않는 지점에서의 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 한 금속 나노와이어의 높이이며, dnc는 교차영역에서 상부에 위치하는 동일 금속 나노와이어에서, 교차영역의 가장자리에서 금속 나노와이어의 길이 방향으로 연장되는 50nm 이내의 영역에서, 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 한 금속 나노와이어의 높이이다.
본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법은 투명 절연성 기재의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼인 제1스펙트럼, 상기 투명 절연성 기재 상 표면 플라즈몬이 발생하는 금속 나노와이어, 유기 바인더 및 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액을 도포한 후, 용매가 휘발 제거된 상태인 기준체의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼인 제2스펙트럼 및 제2스펙트럼에서 제1스펙트럼을 제거하여 수득된 제3스펙트럼을 기준으로, 투명 절연성 기재 상 와이어 분산액을 도포한 후, 제3스펙트럼의 흡광 피크 중 상대적으로 가장 강도가 큰 흡광 피크인 제1피크의 중심 파장에 해당하는 광이 제거되도록 백색광을 필터링하고, 필터링된 광을 조사하여 광소결하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법에 있어, 필터링 시, 제3스펙트럼의 흡광 피크 중 상대적으로 두 번째로 강도가 큰 흡광 피크인 제2피크의 중심 파장에 해당하는 광이 통과되도록 필터링이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법에 있어, 필터링 시, 제2피크의 중심 파장의 1.3배를 초과하는 파장의 광이 제거되도록 필터링이 수행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법에 있어, 필터링은 밴드 패스 필터링이며, 필터링된 광의 최소 파장은 제1피크의 중심 파장과 제2피크의 중심 파장 사이에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법에 있어, 필터링된 광의 최대 파장과 최소 파장간의 차인 대역폭은 150nm 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법에 있어, 파장을 기준한 밴드 패스 필터의 통과 대역의 최소 파장은 380 내지 410nm이며, 최대 파장은 430nm 내지 550nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법에 있어, 필터링된 광을 이용한 광소결시, 와이어 분산액이 도포된 투명 절연성 기재에 조사되는 필터링된 광의 플루언스(fluence)는 6 내지 10J/cm2일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법에 있어, 와이어 분산액의 도포 및 광소결은 연속 공정일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법은 형태로 권취된 투명 절연성 기재를 풀어주는 언와인딩 단계; 풀어진 투명 절연성 기재에 와이어 분산액의 도포하는 도포 단계; 와이어 분산액이 도포된 투명 절연성 기재에 필터링된 광을 조사하는 광소결 단계; 광이 조사된 투명 절연성 기재를 세척하고 다시 롤 형태로 감아주는 리와인딩 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 나노와이어 투명 전극을 포함한다.
본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극은, 10cm 이상의 폭 및 수 m에 이르는 길이에 이르는 초 대면적을 가짐에도, 우수한 광투과율, 낮은 헤이즈와 함께 현저하게 낮은 면저항과 함께 초 대면적 전 영역에서 극히 균일한 면저항을 가져 상업성이 매우 우수한 장점이 있다. 또한, 본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극은 1mm에 이르는 극한의 굽힘 시험 조건에서 500,000회에 이르는 반복 시험에도 면저항 감소율이 3.0% 이하, 구체적으로는 2.0% 이하, 보다 더 구체적으로는 1.5% 이하로, 반복적 변형에도 그 전기적 특성 감소가 현저하게 억제된 장점이 있다.
본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법은 와이어 분산액의 도포 및 필터링된 광의 조사라는 극히 간단한 공정을 통해 전기적 광학적 특성이 매우 뛰어나고 초대면적에서도 균일한 특성을 갖는 나노와이어 투명 전극을 제조할 수 있어, 롤투롤등 연속 공정을 통해 고품질의 나노와이어 투명 전극을 대량 생산할 수 있어 상업성이 극히 뛰어난 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 롤투롤 공정으로 나노와이어 투명 전극을 제조하는 공정을 관찰한 광학사진이며,
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라, 투명 절연성 기재의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼인 제1스펙트럼을 측정 도시한 도면이며,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라, 와이어 분산액이 도포된 투명 절연성 기재의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼인 제2스펙트럼을 측정 도시한 도면이며,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라, 제2스펙트럼에서 제1스펙트럼을 제거하여 수득된 제3스펙트럼을 도시한 도면이며,
도 5는 제조된 나노와이어 투명 전극을 관찰한 주사전자현미경 사진이며,
도 6은 제조된 나노와이어 투명 전극의 굽힘 시험을 관찰한 광학 사진이다.
이하 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극 및 이의 제조방법을 상세히 설명한다. 다음에 소개되는 도면들은 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 예로서 제공되는 것이다. 따라서, 본 발명은 이하 제시되는 도면들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있으며, 이하 제시되는 도면들은 본 발명의 사상을 명확히 하기 위해 과장되어 도시될 수 있다. 이때, 사용되는 기술 용어 및 과학 용어에 있어서 다른 정의가 없다면, 이 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 통상적으로 이해하고 있는 의미를 가지며, 하기의 설명 및 첨부 도면에서 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 설명은 생략한다.
본 출원인은 금속 나노와이어 기반 나노와이어 투명 전극이 상용화되기 위해서는, 대면적화 및 신속하고 간단한 연속 공정을 통한 대량생산화가 필수적으로 선결되어야 함을 주목하고, 이에 대한 연구를 지속적으로 수행하였다.
그 결과, 금속 나노와이어의 도포 균질성을 확보하기 위해서는 유기 바인더를 함유하는 금속 나노와이어 분산액을 사용하여야 하며, 금속 나노와이어가 도포된 투명 절연성 기재에 백색광을 조사할 때, 투명 절연성 기재에 도포된 상태의 금속 나노와이어 흡광 스펙트럼에서 흡광 피크 중 상대적으로 가장 강도가 큰 흡광 피크에 해당하는 파장 대역의 광이 광소결에 오히려 악영향을 미침을 발견하였다.
이러한 발견에 기반하여, 연구를 보다 심화한 결과, 투명 절연성 기재에 도포된 상태의 금속 나노와이어의 자외선-가시광(UV-Vis) 흡광 스펙트럼에서 일 특정 피크에 해당하는 파장의 광은 제거하되, 다른 일 특정 피크에 해당하는 파장의 광은 통과하도록 백색광을 필터링하여 광을 조사하는 경우, 현저하게 낮은 플루언스로도, 나노와이어나 투명 절연성 기재가 손상되지 않으면서도, 현저하게 낮은 면저항을 갖는 나노와이어 투명 전극이 제조되며, 또한, 초 대면적에서도 실질적으로 거의 동일한 면저항을 갖는 극히 균일한 특성의 나노와이어 투명 전극이 제조됨을 확인하였다.
또한, 일 특정 피크에 해당하는 파장의 광은 제거하되, 다른 일 특정 피크에 해당하는 파장의 광은 통과하도록 백색광을 필터링함과 동시에, 열선에 가까운 장파장의 광들을 제거하여, 조사되는 광의 모든 에너지를 통과는 일 특정 피크에 해당하는 파장 대역으로 집중시켜 광소결을 하는 경우, 나노와이어의 접점에 위치하는 유기 바인더가 분해되며 극히 효과적으로 광소결됨을 발견하였다. 즉, 필터링되지 않은 백색광을 조사하는 경우 광의 플루언스를 증가시키는 경우 유기 바인더의 분해 전 나노와이어나 투명 기재의 손상이 발생하여 자외선과 같은 유기 바인더 분해 공정이 요구된다. 그러나, 밴드 패스 필터를 이용하여 투명 절연성 기재에 도포된 상태의 금속 나노와이어의 자외선-가시광(UV-Vis) 흡광 스펙트럼 상 특정 피크에 해당하는 광의 파장 대역으로 모든 광 에너지를 집중시키는 경우, 현저하게 낮은 광 플루언스에서도 유기 바인더가 분해되며 유기 바인더의 분해 및 광소결이 단일한 광 조사(필터링된 광의 조사)에 의해 동시 발생함을 발견하여, 본 발명을 출원하기에 이르렀다.
알려진 바와 같이, 자외선-가시광 흡광 스펙트럼은 자외선-가시광의 파장별 흡광도(absorbance)를 의미하는 것으로, 조사되는 광의 파장을 x축으로, 투과하는 복사량(I1)에 대한 조사된 복사량(I0)의 비율(I0/I1)의 로그(log)값인 흡광도를 y축으로 갖는 스펙트럼이다.
본 발명에 있어, 제1스펙트럼은 나노와이어 투명 전극 제조에 사용되는 투명 절연성 기재 자체의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼이며, 제2스펙트럼은 제1스펙트럼 측정시 사용된 투명 절연성 기재와 동일한 기재에 금속 나노와이어, 유기 바인더 및 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액을 도포한 후 용매가 휘발 제거되어 수득된 기준체의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼이다. 제3스펙트럼은 제2스펙트럼에서 제1스펙트럼을 제거하여 산출된 것으로, 제2스펙트럼의 파장별 흡광도 값에서 제1스펙트럼의 동일 파장에서의 흡광도 값을 뺀 흡광도 차를 y 축의 값으로 갖는 스펙트럼이다. 즉, 제1스펙트럼이 y1=f1(x)(x=자외선-가시광의 파장, y1=흡광도 )의 함수로 표현되고, 제2스펙트럼이 y2=f2(x)(x=자외선-가시광의 파장, y2=흡광도)의 함수로 표현된다 가정할 때, 제3스펙트럼은 y3=y2-y2=f2(x)-f1(x)(x=자외선-가시광의 파장, y3=파장별 제1스펙트럼과 제2스펙트럼간의 흡광도 차)로 표현될 수 있다. 이때, 제1스펙트럼 또는 제2스펙트럼은 종래 자외선-가시광 흡광 스펙트럼 측정시 사용되는 상용 프로그램등을 통해, 산란이나 노이즈 보정, 평활화(smoothing)등의 데이터 처리가 수행된 것일 수 있음은 물론이다.
또한, 일 흡광 스펙트럼(제1스펙트럼, 제2스펙트럼 또는 제3스펙트럼)에서 파장에 따른 흡광도가 연속적으로 증가하며 정점에 이른 후 다시 연속적으로 감소하는 (흡광 스펙트럼의 1차 미분 스펙트럼상 연속적으로 양의 값에서 0을 거쳐 음의 값으로 변화되는) 경우 일 흡광 피크로 인식될 수 있다. 흡광 피크의 중심에서의 파장은 피크의 정점에 해당하는 파장, 즉, 흡광 스펙트럼의 1차 미분 스펙트럼상 양의 값에서 음의 값으로 변화될 때 0인 지점의 파장을 의미할 수 있으며, 흡광 피크의 중심에서의 파장을 중심 파장 또는 피크 파장으로, 흡광 피크의 중심에서의 흡광도 값을 피크(의) 강도 또는 강도로 지칭한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법은 투명 절연성 기재의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼인 제1스펙트럼, 투명 절연성 기재 상 표면 플라즈몬이 발생하는 금속 나노와이어, 유기 바인더 및 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액을 도포한 후, 용매가 휘발 제거된 상태인 기준체의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼인 제2스펙트럼 및 제2스펙트럼에서 제1스펙트럼을 제거하여 수득된 제3스펙트럼을 기준으로, 투명 절연성 기재 상 와이어 분산액을 도포한 후, 제3스펙트럼의 흡광 피크 중 상대적으로 가장 강도(피크 강도)가 큰 흡광 피크인 제1피크의 중심 파장(이하, λfpeak)에 해당하는 광이 제거되도록 백색광을 필터링하고, 필터링된 광을 조사하여 광소결하는 단계를 포함한다.
이때, 제1스펙트럼 및 제2스펙트럼은 흡광 스펙트럼에 영향을 미칠 수 있는 모든 조건이 서로 동일한 상태에서 측정 대상물만이 달라진 상태로 측정된 스펙트럼일 수 있음은 물론이다. 제2스펙트럼에서 제1스펙트럼을 제거하여 제3스펙트럼을 수득함에 따라, 제3스펙트럼은 투명 절연성 필름 상에 도포되고 광소결되지 않은 상태의 금속 나노와이어들 자체의 흡광 스펙트럼에 상응할 수 있다.
백색광의 필터링 시, 제3스펙트럼의 흡광 피크 중 상대적으로 두 번째로 강도(피크 강도)가 큰 흡광 피크인 제2피크의 중심 파장에 해당하는 광이 통과되도록 필터링이 수행되는 것이 유리하다.
보다 구체적으로 상술하면, 필터링 시 제3스펙트럼에서 300 내지 600nm의 파장 범위에서 상대적으로 가장 강도(피크 강도)가 큰 흡광 피크의 중심 파장에 해당하는 광은 제거됨과 동시에, 300 내지 600nm의 파장 범위에서 상대적으로 두 번째 강도(피크 강도)가 큰 흡광 피크의 중심 파장에 해당하는 광은 통과되도록 백색광의 필터링이 수행될 수 있다.
제1피크의 중심 파장(이하, λfpeak)에 해당하는 광은 제거되며 제2피크의 중심 파장(이하, λspeak)에 해당하는 광은 통과시키는 필터링에 의해, 금속 나노와이어 및 투명 절연성 기재의 손상이나 변형 없이, 도포된 상태 그대로 금속 나노와이어간의 접촉(교차)점이 안정적으로 용융 결착될 수 있으며, 대면적에서도 모든 접촉(교차)점이 균일하고 동등하게 용융 결착될 수 있다.
다양한 크기의 은 나노와이어 및 다양한 종류의 투명 절연성 기재를 대상으로 한 선행실험을 통해, 제3스펙트럼에서 제1피크와 제2피크가 300 내지 600nm, 구체적으로 350 내지 450nm의 파장 범위에 위치함을 확인하였으며, 모든 경우에서 제1피크의 중심파장이 제2피크의 중심파장 보다 단파장임을 확인하였다.
단순 액상에 분산된 은 나노와이어의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼의 경우 단일한 흡광 피크를 갖는 점 및 은 나노와이어가 투명 절연성 기재에 도포됨에 따라 기재에 의한 흡광은 제거되었음에도 불구하고 제1피크와 제2피크를 포함하는 적어도 둘 이상의 흡광 피크가 형성되는 점을 고려하면, 제1피크와 제2피크는 은 나노와이어와 절연성 투명 기재의 접촉 및 은 나노와이어간의 접촉으로부터 기인한 것으로 해석할 수 있다. 이러한 측면에서 이러한 해석에 한정되는 것은 아니나, 제3스펙트럼에서의 제1피크와 제2피크는 금속 나노와이어간의 접점에서 발생하는 국부 표면 플라즈몬 공명(LSPR)과 전파형 플라즈몬 공명(PSPR) 같은 그 이외의 플라즈몬 공명에 기인한 피크로 해석할 수 있으며, 금속 나노와이어간의 접점인 핫 스팟에서 발생하는 국부 표면 플라즈몬 공명은 그 매질이 공기이며, 투명 절연성 기재와 같이 은 나노와이어와 접촉하는 공기 이외의 매질의 굴절률은 공기보다 큼에 따라, 전파형 플라즈몬 공명(PSPR) 같은 국부 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 이외의 플라즈몬 공명파장은 LSPR 파장 기준 청색 이동(blue-shift)할 것으로 예측 가능하다.
이에, 제2피크는 나노와이어간의 접점(적어도 공기를 사이에 둔 나노와이어간의 접점)에서 흡수되는 국부 표면 플라즈몬 공명에 의한 광 흡수로 해석할 수 있으며, 제1피크는 전파형 플라즈몬 공명(PSPR) 같은 국부 표면 플라즈몬 공명(LSPR) 이외의 플라즈몬 공명에 의한 광 흡수로 해석할 수 있다. 즉, 국부 표면 플라즈몬 공명(LSPR)에 의한 광흡수(제2피크)는 나노와이어간의 접점을 광소결(용융 결착)시켜 역할을 수행하나, 금속 나노와이어와 공기 이외의 매질간의 작용에 의해 발생하는 전파형 플라즈몬 공명(PSPR)과 같은 또 다른 형태의 플라즈몬 공명은 오히려 균일한 광접합을 저해하는 요소로 작용하여, 이를 제거하는 것이 유리함을 지시할 수 있다.
상술한 바와 같이, 제1피크의 중심 파장이 제2피크의 중심 파장보다 단파장일 수 있고, 유리하게는, 낮은 플루언스에 의해 안정적인 광소결이 이루어질 수 있으며, 자외선 조사와 같은 별도의 광 조사(필터링된 광 이외의 광조사)를 배제할 수 있고, 기재의 손상등을 방지하기 위해, 필터링 시 제2피크의 중심 파장(λspeak)의 1.3배를 초과하는 파장의 광이 제거되도록 필터링이 수행될 수 있다.
이러한 해석에 제한되는 것은 아니나, 필터링 시 제1피크의 중심 파장이 제거되고 동시에 제2피크의 중심 파장(λspeak)의 1.3배를 초과하는 파장의 광이 제거되도록 백색광을 필터링한다 함은, 광 조사시, 국부 표면 플라즈몬 공명 이외의 플라즈몬 공명 발생을 원천적으로 차단하는 것이며, 조사되는 광의 모든 에너지를 대기중 노출된 상태의 금속 나노와이어간 접점의 국부 표면 플라즈몬 공명 파장 대역으로 집중시켜 광소결을 수행함을 의미하는 것일 수 있다.
선행된 실험을 통해, 필터링되지 않은 백색광을 조사하는 경우 광의 플루언스가 증가함에 따라 유기 바인더의 분해 전 나노와이어나 투명 기재의 손상이 발생하여 자외선 조사에 의한 유기 바인더 선 제거 공정이 요구됨을 확인한 바 있다. 그러나, 광을 필터링하여 국부 표면 플라즈몬 공명 파장 대역으로 모든 광 에너지를 집중시키는 경우 현저하게 낮은 광 플루언스에서도 나노와이어간 접점 영역에 위치하는 유기 바인더가 분해되며 유기 바인더의 분해 및 광소결이 단일한 광 조사(밴드 패스 필터링된 광의 조사)에 의해 동시 발생함을 확인하였다.
또한, 제1피크의 중심 파장(λfpeak)에 해당하는 광은 제거되며 제2피크의 중심 파장(λspeak)에 해당하는 광은 통과시키며, 제2피크의 중심 파장(λspeak)의 1.3배를 초과하는 파장의 광이 제거되는 필터링에 의해, 금속 나노와이어간의 다양한 형태의 접점 및 일정 크기 분포(단축 직경의 크기 분포)를 갖는 금속 나노와이어간의 접점에서 안정적으로 용융 결착이 발생할 수 있다.
보다 유리하고 실질적으로, 백색광의 필터링은 밴드 패스 필터링일 수 있으며, 필터링된 광의 최소 파장(λfmin)은 제1피크의 중심 파장(λfpeak)과 상기 제2피크의 중심 파장(λspeak) 사이에 위치할 수 있다.
이를 수식으로 나타내면, λfpeak < λfmin < λspeak를 만족할 수 있으며, 밴드 패스 필터링된 광의 최대 파장을 λfmax로 표기할 때, λspeak < λfmax ≤ 1.3λspeak를 만족할 수 있다. 이때, 주파수와 파장은 역수의 관계를 가짐에 따라, λfmax는 백색광을 필터링에 사용되는 밴드 패스 필터의 저역 차단주파수(fL)에 상응할 수 있으며, λfmin는 밴드 패스 필터의 고역 차단주파수(fH)에 상응할 수 있고, 필터링된 광의 파장 대역, 즉, λfmin 내지 λfmax의 파장 대역은 밴드 패스 필터의 대역폭(B)에 상응할 수 있다.
실질적인 일 예로, 밴드 패스 필터링된 광의 최소 파장(λfmin)과 최대 파장(λfmax) 간의 차인 대역폭은 150nm 이하, 좋게는 100nm 이하, 실질적으로는 50nm 내지 100nm일 수 있다.
실질적인 일 예로, 밴드 패스 필터링된 광의 최소 파장(λfmin)은 380 내지 410nm이며, 최대 파장(λfmax)은 430nm 내지 550nm일 수 있고, 보다 실질적인 예로, 최소 파장(λfmin)은 390 내지 410nm이며, 최대 파장(λfmax)은 430 내지 520nm일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 제조방법은 제3스펙트럼을 기반으로, 밴드 패스 필터링에 의해 금속 나노와이어간의 교차영역(접점)에서 금속나노와이어를 접합시키는 작용을 하는 대역의 광을 선별하여 조사함에 따라, 조사되는 광(필터링된 광)의 플루언스가 현저히 낮아도 안정적인 광소결이 발생할 수 있다.
구체적인 일 예로, 필터링된 광을 이용한 광소결시, 와이어 분산액이 도포된 투명 절연성 기재에 조사되는 필터링된 광의 플루언스(fluence)는 6 내지 10J/cm2일 수 있다. 필터링된 광 및 이러한 낮은 플루언스는 광소결시 금속 나노와이어 및 투명 절연성 기재에 미치는 악영향(금속 나노와이어의 뒤틀림이나 변형, 부분적 단축 직경의 감소, 기재의 손상등)을 현저하게 감소시킬 수 있다. 나아가, 필터링된 광을 이용한 광소결시, 단일 펄스로 광 조사가 이루어질 수 있다. 즉, 광소결을 위해 1회(1개의) 광펄스만이 조사될 수 있다. 이는 극히 낮은 플루언스로 광소결이 이루어짐으로써 가능한 조건이다. 실질적으로 5 내지 20msec, 보다 실질적으로 5 내지 15msec의 폭을 갖는 단일 펄스로 광이 조사될 수 있다. 그러나, 이러한 단일 펄스 조사에 의한 광소결은 필터링된 광 및 낮은 플루언스에 의한 광소결이라는 본 발명의 기술적 우수함에 의해 구현 가능한 것으로, 본 발명이 단일 펄스의 광조사로 한정될 수 없음은 물론이다. 필요시, 상술한 플루언스(총 조사된 플루언스)를 만족하도록 다 펄스로 광이 조사될 수 있음은 물론이며, 다 펄스 조사시 펄스 폭 및 펄스간 간격은 각각 수십 내지 수 백 μsec 수준일 수 있음은 물론이다.
구체적으로, 제3스펙트럼을 기반으로, 밴드 패스 필터링에 의해 금속나노와이어를 접합시키는 작용을 하는 대역의 광이 선별되어 조사됨과 동시에 현저하게 낮은 플루언스로 광이 조사됨에 따라, 기재에 도포된 상태의 금속 나노와이어들이 그 배열 및 형상이 광 조사 전과 실질적으로 동일하게 유지되며 금속 나노와이어간의 접점에서 용융결착이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법에 있어, 와이어 분산액의 도포 및 광소결은 연속 공정일 수 있다. 즉, 와이어 분산액의 도포 및 광소결 각각이 연속적으로 수행되는 연속적 제조방법일 수 있다. 이러한 연속적 제조방법은 나노와이어 투명 전극의 대량생산을 위해 필수적이나, 종래에는 전기적 및 광학적 특성, 무엇보다 전기적 특성의 균일성이 담보되지 않아 연속적 제조에 어려움이 있었다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 자외선과 같은 별도의 광 조사가 불필요하며, 상술한 바에 따라 필터링된(밴드 패스 필터된) 백색광을 면 형태로 조사하여 광소결이 수행됨에 따라, 극히 신속하고 간단하며 대면적 공정에 기반하여 연속 공정에 적합하며, 대면적에서도 전기적 및 광학적 특성이 극히 균일한 나노와이어 투명 전극이 제조될 수 있다. 그러나, 본 발명이 연속식 공정으로 한정될 수 없음은 물론이며, 불연속적 공정으로 이루어지는 배치식 공정이 배제되는 것은 아니다.
와이어 분산액의 도포는 인쇄를 포함할 수 있으며, 구체적으로 잉크젯 프린팅, 미세 접촉 프린팅, 임프린팅, 그라비아 프린팅, 그라비아-옵셋 프린팅, 플렉소그래피 프린팅, 오프셋/ 리버스 오프셋 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 바 코팅, 블레이드 코팅, 스프레이 코팅, 딥코팅, 롤 코팅등 탄소나노튜브나 나노와이어와 같은 1차원 나노구조를 함유하는 분산액의 도포에 사용되는 것으로 알려진 어떠한 방법을 사용하여도 무방하다. 다만, 연속식 공정인 경우, 그라비아 프린팅, 그라비아-옵셋 프린팅, 플렉소그래피 프린팅, 오프셋/ 리버스 오프셋 프린팅, 슬롯 다이 코팅, 바 코팅등 연속 도포에 보다 유리한 도포 방법을 사용하는 것이 좋다.
상술한 도포가 수행된 후 와이어 분산액 내 용매(금속 나노와이어이 분산매이자 유기 바인더를 용해하는 용매)를 휘발 제거하기 위한 건조 단계가 더 수행될 수 있으나, 인쇄 단계와 광 소결을 위한 광 조사 단계의 시간 간격이 도포된 용매가 휘발 제거되기에 충분한 시간인 경우, 별도의 건조 단계가 수행되지 않을 수도 있다.
즉, 건조 단계는 공정 설계에 따라 선택적으로 수행될 수 있으며, 건조는 상온 휘발 건조, 열풍 내지 냉풍 건조, 가열 건조(열 에너지 또는 적외선 에너지등) 또는 이들의 조합을 이용할 수 있으며, 열풍이나 가열 건조 시 기재에 악영향을 미치지 않으며 용매를 휘발 제거할 수 있는 온도(일 예로, 40 내지 80℃)로 건조가 수행될 수 있음은 물론이다. 또한, 밴드패스 필터링된 백색광의 광조사에 의한 소결 단계가 수행된 후, 건조 단계와 유사하게, 필요시 물등을 이용한 세척 단계가 더 수행될 수 있음은 물론이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제조방법은 롤투롤 연속 공정일 수 있다. 즉, 롤 형태로 권취된 투명 절연성 기재를 풀어주는 언와인딩 단계; 풀어진 투명 절연성 기재에 와이어 분산액을 도포하는 도포 단계; 와이어 분산액이 도포된 투명 절연성 기재에 필터링된 광을 조사하는 광소결 단계; 광이 조사된 투명 절연성 기재를 세척하고 다시 롤 형태로 감아주는 리와인딩 단계;를 포함할 수 있다. 광소결 단계가 밴드 패스 필터링된 광의 단일 펄스 조사일 수 있음에 따라, 롤투롤 연속 공정의 공정 속도(즉, 언와인딩되어 도포 단계 및 광소결 단계가 수행되고 리와인딩되는 속도)는 10mm/sec, 구체적으로 30mm/sec, 보다 구체적으로 50mm/sec 이상일 수 있다.
상술한 제조방법 및 후술하는 나노와이어 투명 전극에서, 금속 나노와이어는 표면 플라즈몬이 발생하는 금속의 나노와이어를 의미할 수 있다. 구체적인 일 예로, 표면 플라즈몬을 갖는 전도성 나노와이어는, 금, 은, 리튬, 알루미늄 및 이들의 합금등에서 하나 또는 둘 이상 선택되는 물질의 나노와이어일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 금속 나노와이어의 종횡비 및 단축 직경(평균)은 투명도(광투과율) 저하를 최소화하면서도 나노와이어들이 서로 접하여 안정적인 전류 이동경로를 제공하는 전도성 네트워크 형성에 유리한 종횡비 및 단축 직경이면 무방하다. 실질적인 일 예로, 금속 나노와이어의 종횡비는 50 내지 20000일 수 있으며, 단축 평균 직경이 5 내지 100 nm일 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
필터링되는 대상인 백색광은 제논 램프(Xenon Lamp) 광일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제논 램프와 유사하게 종래 백색광의 광원으로 알려진 어떠한 광원을 사용하여도 무방하다. 제논 플래시 램프는 실린더 형상의 밀봉된 석영튜브 안에 주입된 제논 가스를 포함하는 구성으로 이루어진다. 이러한 제논 가스는 입력받은 전기에너지로부터 광에너지를 출력하여, 50%가 넘는 에너지 변환율을 갖는다. 또한, 제논 램프는 내부 양쪽에 양극 및 음극 형성을 위해 텅스텐과 같은 금속전극이 형성된다. 이러한 구성으로 이루어진 램프에 전원부로부터 발생된 높은 전원 및 전류를 인가받으면, 내부에 주입된 제논 가스가 이온화되고, 양극과 음극 사이로 스파크가 발생된다. 이때, 램프 내부에서 발생한 스파크를 통해 램프 내부에는 아크 플라즈마 형상이 발생하고, 강한 세기의 광이 발생된다. 여기서 발생된 광은 160nm 내지 2.5mm 사이의 자외선부터 적외선까지의 넓은 파장 대역의 광 스펙트럼을 내장하고 있기 때문에 제논 램프는 백색광원의 일종으로 잘 알려져 있다.
와이어 분산액에 함유되는 유기 바인더는 분자량(중량 평균 분자량)이 5x105 이하, 구체적으로는 2x105 이하인 저분자량의 천연 폴리머 또는 저분자량의 합성 폴리머일 수 있다. 이때 실질적인 일 예로, 유기 바인더는 분자량이 3,000 이상일 수 있으나, 본 발명이 유기 바인더의 분자량 하한에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.
실질적으로, 유기 바인더는 폴리에틸렌글리콜(PEG), 폴리비닐피롤리돈(PVP), 폴리비닐알콜(PVA), 다당류 및 다당류 유도체에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.
보다 실질적으로, 유기 바인더는 분자량이 3,000 내지 50,000, 좋게는 3,000 내지 20,000인 저분자량의 폴리에틸렌글리콜(PEG), 분자량이 3,000 내지 60,000인 저분자량의 폴리비닐피롤리돈(PVP), 분자량이 3,000 내지 50,000인 저분자량의 폴리비닐알콜(PVA), 분자량이 3,000 내지 200,000, 좋게는 3,000 내지 100,000인 저분자량의 다당류 및 분자량이 3,000 내지 200,000, 좋게는 3,000 내지 100,000인 저분자량의 다당류 유도체에서 하나 또는 둘 이상 선택될 수 있다.
저분자량의 다당류는 글리코겐, 아밀로오스, 아밀로펙틴, 칼로오스, 아가, 알긴, 알지네이트, 펙틴, 카라기난, 셀룰로오스, 키틴, 키토산, 커드란, 덱스트란, 프럭탄(fructane), 콜라겐, 젤란 검(gellan gum), 검 아라빅, 전분, 잔탄, 검 트래거캔스(gum tragacanth), 카라얀(carayan), 카라빈(carabean), 글루코만난 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 다당류 유도체는 셀룰로스 에스테르 또는 셀룰로스 에테르를 포함할 수 있다.
유기 바인더는 저분자량의 셀룰로스 에테르일 수 있으며, 셀룰로스 에테르는 카복시-C1-C3-알킬 셀룰로스, 카복시-C1-C3-알킬 하이드록시-C1-C3-알킬 셀룰로스, C1-C3-알킬 셀룰로스, C1-C3-알킬 하이드록시-C1-C3-알킬 셀룰로스, 하이드록시-C1-C3-알킬 셀룰로스, 혼합된 하이드록시-C1-C3-알킬 셀룰로스 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
일 예로, 카복시-C1-C3-알킬 셀룰로스는 카복시메틸 셀룰로스등을 포함할 수 있고, 카복시-C1-C3-알킬 하이드록시-C1-C3-알킬 셀룰로스는 카복시메틸 하이드록시에틸 셀룰로스등을 포함할 수 있으며, C1-C3-알킬 셀룰로스는 메틸셀룰로스등을 포함할 수 있고, C1-C3-알킬 하이드록시-C1-C3-알킬 셀룰로스는 하이드록시에틸 메틸셀룰로스, 하이드록시프로필 메틸셀룰로스, 에틸 하이드록시에틸 셀룰로스 또는 이들의 조합등을 포함할 수 있고, 하이드록시-C1-C3-알킬 셀룰로스는 하이드록시에틸 셀룰로스, 하이드록시프로필 셀룰로스 또는 이들의 조합을 포함할 수 있으며, 혼합된 하이드록시-C1-C3-알킬 셀룰로스는 하이드록시에틸 하이드록시프로필 셀룰로스, 또는 알콕시 하이드록시에틸 하이드록시프로필 셀룰로스(상기 알콕시 그룹은 직쇄 또는 분지쇄이고 2 내지 8개의 탄소 원자를 함유한다)등을 포함할 수 있다.
와이어 분산액은 0.1 내지 5 중량%, 좋게는 0.1 내지 1 중량%, 보다 좋게는 0.1 내지 0.7 중량%의 유기 바인더를 함유할 수 있다. 이러한 유기 바인더의 함량은 와이어 분산액의 도포시, 금속 나노와이어가 기재 상 균일하고 균질하게 도포 및 고착시킬 수 있으면서도 금속 나노와이어 사이에 존재하는 유기 바인더를 최소화할 수 있는 함량이다.
와이어 분산액 내 금속 나노와이어의 함량은 목적하는 용도에 따라 적절히 조절될 수 있다. 구체적으로, 용매 100 중량부를 기준으로 0.01 내지 70 중량부, 보다 구체적으로 0.01 내지 10 중량부, 보다 더 구체적으로 0.05 내지 5 중량부, 더욱 더 구체적으로 0.05 내지 0.5 중량부의 금속 나노와이어를 함유할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 도포 방법이나 용도를 고려하여 적절히 조절될 수 있음은 물론이다.
와이어 분산액에 함유된 용매는 유기 바인더를 용해할 수 있으며 금속 나노와이어의 분산매로 작용 가능하고, 용이하게 휘발 제거될 수 있는 용매이면 사용 가능하다. 구체적인 일 예로, 용매는 2-부톡시에틸 아세테이트, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 아세테이트, 디에틸렌 글리콜 모노에틸 에테르 아세테이트, 에틸렌 글리콜 부틸에테르, 시클로헥사논, 시클로헥사놀, 2-에톡시에틸 아세테이트, 에틸렌 글리콜 디아세테이트, 테르피네올(terpineol), 이소부틸 알코올, 물 또는 이들의 혼합용액을 들 수 있으나, 본 발명이 와이어 분산액에 함유된 용매의 종류에 의해 한정될 수 없음은 물론이다.
투명 절연성 기재, 또는 투명 절연성 기재가 투명 절연성 베이스 필름 및 투명 절연성 코팅층을 포함하는 적층 기재일 때, 기재는 물성적으로 딱딱한(rigid) 또는 플렉시블(flexible)할 수 있다. 딱딱한 투명 절연성 기재 또는 투명 절연성 베이스 필름의 일 예로, 유리, 폴리카보네이트, 아크릴 폴리에틸렌 테레프탈레이트등을 들 수 있으며, 플렉시블한 투명 절연성 기재, 투명 절연성 베이스 필름 또는 투명 절연성 코팅층의 일 예로, 폴리에스테르 나프탈레이트 및 폴리카보네이트와 같은 폴리에스테르계; 선형, 분지(brancned), 및 환형 폴리올레핀과 같은 폴리올레핀계; 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐 아세탈, 폴리스티렌 및 폴리아크릴과 같은 폴리비닐계; 셀룰로오스 트리아세테이트(cellulose triacetate)나 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate)와 같은 셀룰로오스 에스테르 염기계; 폴리에테르설폰과 같은 폴리설폰계; 폴리이미드계 또는 실리콘계등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다만, 금속 나노와이어와 접하는 투명 절연성 기재의 표면(코팅층 또는 투명 절연성 기재 자체) 영역은 그 굴절률이 1.45 내지 2.00일 수 있다. 이러한 굴절률은 제1피크와 제2피크를 이격시켜 백색광의 밴드패스 필터링시 제1피크에 속하는 광 파장 대역과 제2피크에 속하는 파장 대역이 안정적으로 분리되어 필터링될 수 있다.
본 발명은 상술한 제조방법으로 제조된 나노와이어 투명 전극을 포함한다.
이하, 본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극을 상술한다. 나노와이어 투명 전극을 상술함이 있어, 금속 나노와이어, 투명 절연성 기재, 그 제조방법등은 앞서 나노와이어 투명 전극의 제조방법에서 상술한 바와 유사 내지 동일하다.
본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극은 투명 절연성 기재 및 금속 나노와이어 네트워크를 포함하며, 관계식 1 및 관계식 2를 만족한다.
(관계식 1)
Rm ≤ 55 Ω/sq.
관계식 1에서, Rm은 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이다. 구체적으로, 관계식 1은 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 전 영역을 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할하여 500개의 분할 영역으로 구획하고, 각 분할 영역에서의 면 저항을 평균한 평균 면저항일 수 있다.
(관계식 2)
0.5Rm ≤ Rloc(i) ≤ 1.5Rm
관계식 2에서, Rm은 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이며, Rloc는 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 동일한 나노와이어 투명 전극의 전 영역을 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할하여 규정된 500개의 분할 영역 중, 일 분할 영역에서의 면 저항을 의미하며, Rloc(i)는 500개의 분할 영역에 순차적으로 번호를 부여하되, i번에 해당하는 분할 영역의 면저항을 의미하고, i는 1~500의 자연수이다.
관계식 1에 제시된 바와 같이, 본 발명에 따른 나노와이어 투명 전극은 55 Ω/sq 이하의 Rm, 특징적으로 50 Ω/sq 이하의 Rm, 보다 특징적으로 45 Ω/sq 이하의 Rm, 보다 더 특징적으로 40 Ω/sq 이하의 Rm을 갖는 매우 우수한 전기적 특성(낮은 면저항)을 가질 수 있다. 이와 함께, 폭 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 초 대면적에서, 모든 분할 영역에서 측정된 면저항이 0.5Rm 내지 1.5Rm사이 값, 특징적으로, 0.6Rm 내지 1.4Rm사이 값, 보다 특징적으로 0.7Rm 내지 1.3Rm사이 값, 보다 더 특징적으로 0.8Rm 내지 1.2Rm사이 값, 더욱 더 특징적으로 0.85Rm 내지 1.15Rm사이 값, 더더욱 특징적으로 0.95Rm 내지 1.05Rm 사이 값을 만족하는, 극히 균일한 전기적 특성을 가질 수 있다. 금속 나노와이어 기반 나노와이어 투명 전극에서, 이러한 초 대면적에서 관계식 1과 같은 낮은 면저항 및 관계식 2와 같은 극히 우수한 전기적 특성의 균일성은 일찍이 보고된 바 없다.
나노와이어 투명 전극의 제조방법에서 상술한 바와 같이, 투명 절연성 기재가 단일층인 경우, 투명 절연성 기재의 굴절률은 1.45 내지 2.00일 수 있으며, 투명 절연성 기재가 투명 절연성 베이스 필름 및 상기 베이스 필름에 코팅된 투명 절연성 코팅층을 포함하는 경우, 투명 절연성 코팅층의 굴절률은 1.45 내지 2.00일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극은 하기 관계식 3을 더 만족할 수 있다.
(관계식 3)
(R500000-R0)/R0 x 100 ≤ 3.0 (%)
관계식 3에서, R0은 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항이며, R500000은 5cmx5cm 크기의 나노와이어 투명 전극을 대상으로 1mm 곡률 반경 하 500,000회의 굽힘 시험을 수행한 후의 평균 면저항이다.
관계식 3을 만족하는 특성은, 나노와이어 투명 전극에서 금속 나노와이어간의 접점이 서로 용융 결착하여 안정적으로 일체를 이루며, 융착 과정에서 나노와이어 투명 전극을 가로지르는 방향으로 연속적인 전류이동경로를 형성하는 금속 나노와이어 네트워크를 이루는 금속 나노와이어가 실질적으로 전혀 손상되지 않은 상태임을 의미하는 것이다. 즉, 금속 나노와이어 네트워크를 이루는 금속 나노와이어들이 금속 나노와이어 접점에서의 용융 결착을 위해 수행되는 광소결 중, 뒤틀리거나 휘어지거나 단축 직경이 부분적으로 변화되지 않고, 제조된 상태(as-fabricated) 그대로의 전기적, 물리적 특성을 유지하면서 금속 나노와이어의 접점에서 안정적인 용융 결착이 이루어짐에 따라 가질 수 있는 물성이다.
상세하게, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극 관계식 3으로 규정된 면저항 변화율((R500000-R0)/R0 x 100)이 3.0% 이하, 보다 특징적으로는 2.0% 이하, 보다 더 특징적으로는 1.5% 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극은 90% 이상의 광투과율(Transmittance) 및 1.5% 이하의 헤이즈(Haze), 보다 구체적으로 90% 이상의 광투과율 및 1.35% 이하의 헤이즈를 가질 수 있다. 이러한 광 투과율 및 헤이즈 또한, 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 전 영역을 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할하여 500개의 분할 영역으로 구획하고, 각 분할 영역에서의 광투과율 또는 헤이즈를 평균한 평균 광투과율 또는 평균 헤이즈일 수 있다. 나아가, 이러한 광 투과율 및 헤이즈는 10cm 및 길이 2m 크기를 갖는 나노와이어 투명 전극의 전 영역을 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할한 500개의 분할 영역 각각이 모두 만족하는 광 투과율 및 헤이즈일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에서, 금속 나노와이어 네트워크는 투명 절연성 기재 상 금속 나노와이어, 유기 바인더 및 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액을 도포한 후, 하기 제3스펙트럼의 흡광 피크 중 상대적으로 가장 강도가 큰 흡광 피크인 제1피크의 중심 파장에 해당하는 광이 제거되도록 백색광을 필터링하고, 필터링된 광을 조사하여 수득될 수 있다.
제1스펙트럼 : 상기 투명 절연성 기재의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼,
제2스펙트럼 : 상기 투명 절연성 기재 상 금속 나노와이어, 유기 바인더 및 상기 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액을 도포한 후, 용매가 휘발 제거된 상태인 기준체의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼,
제3스펙트럼 : 상기 제2스펙트럼에서 제1스펙트럼을 제거하여 수득되는 스펙트럼.
이때, 필터링된 광은 유리하게 밴드 패스 필터링이며 밴드 패스 필터링의 조건 및 광조사 조건은 앞서 나노와이어 투명 전극의 제조방법에서 상술한 바와 유사 내지 동일하며, 나노와이어 투명 전극의 제조방법에서 상술한 관련 내용을 모두 포함한다.
관계식 3을 통해 상술한 바와 같이, 종이가 접힐 때의 반경에 상응하는 1mm에 이르는 극한의 굽힘 테스트 조건에서도 전기적 특성의 저하가 거의 발생하지 않고, 초 대면적에서도 극히 균일한 전기적 특성을 가지며, 현저하게 낮은 면저항을 갖는 특성은 투명 절연성 기재상 도포된 금속 나노와이어들이 광소결 과정에서 뒤틀리거나 휘어지거나 단축 직경이 부분적으로 변화되지 않고, 제조된 상태(as-fabricated) 그대로의 금속 나노와이어들이 도포된 상태를 그대로 유지하며 금속 나노와이어의 접점에서 안정적인 용융 결착이 이루어짐에 따라 가질 수 있는 특성이다.
제조된 상태(as-fabricated) 그대로의 금속 나노와이어들이 도포된 상태를 그대로 유지하며 광소결되는 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극의 특징은 하기 관계식 4 및 관계식 5의 파라메타로 규정될 수 있다.
(관계식 4)
0.95 ≤ HTCF/HREF ≤ 1.05
관계식 4에서, HTCF는 나노와이어 투명 전극의 헤이즈(%)이며, HREF는 상기 투명 절연성 기재에 상기 와이어 분산액이 도포되고 광소결 되기 전 상태인 기준체의 헤이즈(%)이다.
(관계식 5)
0.95 ≤ TTCF/TREF ≤ 1.05
관계식 5에서, TTCF는 나노와이어 투명 전극의 광투과율(%)이며, TREF는 상기 투명 절연성 기재에 상기 와이어 분산액이 도포되고 광소결 되기 전 상태인 기준체의 광투과율(%)이다.
관계식 4 및 관계식 5에서의 기준체는, 나노와이어 투명 전극의 제조 공정에서, 투명 절연성 기재 상 금속 나노와이어, 유기 바인더 및 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액이 도포된 상태, 즉, 광소결되기 직전의 상태를 의미할 수 있다.
관계식 4 및 관계식 5는, 광 소결 전 후의 헤이즈(%) 및 광 투과율(%)이 실질적으로 동일함을 의미하는 것이며, 이는, 금속 나노와이어들이 광소결 과정에서 뒤틀리거나 휘어지거나 단축 직경이 부분적으로 변화되지 않고, 제조된 상태 그대로의 금속 나노와이어들이 도포된 상태를 그대로 유지하며 광소결됨을 지시하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에 있어, 금속 나노와이어 네트워크는 둘 이상의 금속 나노와이어가 서로 교차하는 교차영역을 포함하며, 교차영역의 높이는 하기 관계식 6을 만족할 수 있다. 이때, 교차영역은 교차영역을 이루는 둘 이상의 금속 나노와이어가 용융 결착된 상태일 수 있음은 물론이다. 즉, 교차영역은 둘 이상의 금속 나노와이어가 서로 교차하며 용융 결착된 영역일 수 있다.
(관계식 6)
0.5 ≤ hc/(d1 + d2) ≤ 0.7
관계식 6에서 d1은 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 교차영역을 이루는 둘 이상의 금속 나노와이어 중 일 금속 나노와이어의 높이를 의미하며, d2는 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 동일 교차영역을 이루는 둘 이상의 금속 나노와이어 중 다른 일 금속 나노와이어의 높이를 의미하며, hc는 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 한 교차영역의 높이를 의미한다.
이때, d1 및 d2는 각각 해당 금속 나노와이어의 길이 방향으로 적어도 100nm 이상 다른 금속 나노와이어와 접하지 않는 지점에서 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 한 금속 나노와이어의 높이(나노와이어의 단축 직경, 두께)일 수 있으며, 실험적으로 주사전자현미경 관찰을 통해 측정된 높이일 수 있다. 주사전자현미경에서 관찰 시편을 회전이나 틸트(tilt)시켜 관찰하고 이러한 각도들을 고려하여 나노와이어와 같은 표면 구조물의 높이(두께)를 측정하는 것은 주지 관용의 기술이다.
관계식 6은 교차 영역에서 용융 결착된 정도를 나타내는 파라메타이다. 관계식 6에서 hc/(d1 + d2)가 0.5 미만인 경우 과도한 용융에 의해 교차 영역과 연장되는 금속 나노와이어에 손상(두께가 얇아지거나 뒤틀리는등의 변형)이 발생할 수 있으며, 0.7을 초과하는 경우 불완전한 용융 결착에 의해 면저항이 증가할 위험이 있다. 보다 특징적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에 있어, 금속 나노와이어 네트워크는 hc/(d1 + d2)가 0.5 내지 0.6을 만족할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에 있어, 금속 나노와이어 네트워크는 둘 이상의 금속 나노와이어가 서로 교차하는 교차영역을 포함하며, 교차영역에서 상부에 위치하는 금속 나노와이어는 하기 관계식 7을 만족할 수 있다. 이때, 금속 나노와이어 네트워크는 관계식 6과 함께, 또는 관계식 6과 독립적으로, 관계식 7을 만족할 수 있다.
(관계식 7)
0.6do ≤ dnc ≤ 1do
관계식 7에서 do는 교차영역에서 상부에 위치하는 금속 나노와이어에서, 나노와이어의 길이 방향으로 적어도 100nm 이상 다른 금속 나노와이어와 접하지 않는 지점에서의 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 한 금속 나노와이어의 높이이며, dnc는 교차영역에서 상부에 위치하는 동일 금속 나노와이어에서, 교차영역의 가장자리에서 금속 나노와이어의 길이 방향으로 연장되는 50nm 이내의 영역(이하, 접점 인근 영역)에서, 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 한 금속 나노와이어의 높이이다. 이때, do 및 dnc는 각각 투명 절연성 기재의 표면을 기준으로 한 금속 나노와이어의 높이(나노와이어의 단축 직경, 두께)일 수 있으며, 주사전자현미경 관찰을 통해 측정된 높이일 수 있다. 또한 교차영역의 가장자리는 교차영역에서 금속 나노와이어(교차 영역을 이루는 둘 이상의 금속 나노와이어 중 일 금속 나노와이어)의 길이 방향으로 금속 나노와이어의 상부 또는 하부에 다른 금속 나노와이어가 위치하는 지점과 위치하지 않는 지점간의 경계를 의미할 수 있다.
관계식 7은 관계식 3을 통해 상술한 바와 같이, 1mm에 이르는 극한의 굽힘 테스트 조건에서도 전기적 특성의 저하가 거의 발생하지 않으며 낮은 면저항을 가질 수 있는 특징적인 조건이다. 관계식 7과 같이, dnc가 0.6do 미만인 경우, 접점 인근 영역에서의 금속 나노와이어의 높이(두께)가 현저하게 작아져 반복적인 변형시 접점 인근 영역이 우선적으로 파괴(피로에 의한 절단)될 수 있다. 또한, 관계식 7과 같이, dnc가 0.6do 미만인 경우, 접점 인근 영역에서 전류 이동경로가 갑자기 좁아져 저항을 증가시킬 수 있다. 보다 특징적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어 투명 전극에 있어, 금속 나노와이어 네트워크는 dnc가 0.7do 내지 1do, 보다 더 특징적으로 dnc가 0.8do 내지 1do, 보다 더 특징적으로 dnc가 0.85do 내지 1do, 더욱 더 특징적으로 dnc가 0.9do 내지 1do일 수 있다.
관계식 1과 같은 극히 낮은 면 저항을 가지면서도 관계식 7을 동시 만족하는 특성은, 상술한 바와 같이 필터링된 광을 현저하게 낮은 플루언스로 조사하는 상술한 제조방법적 특징에 의해 구현될 수 있는 특성이다.
본 발명은 상술한 나노와이어 투명 전극 또는 상술한 제조방법으로 제조된 나노와이어 투명 전극을 포함하는 대전방지물, 전자파 차폐물, 전자파 흡수물, 태양전지, 연료전지, 전기 전자 소자, 전기화학 소자, 이차전지, 메모리 소자, 반도체 소자, 광전 소자, 노트북(노트북 부품), 컴퓨터(컴퓨터 부품), 개인단말기(개인단말기 부품), PDA(PDA 부품), PSP(PSP 부품), 게임기(게임기 부품), 디스플레이 장치(FED;field emission display, BLU;back light unit, LCD;liquid crystal display, PDP;plasma display panel) 발광 장치, 의료 기기, 건축재, 벽지, 광원 부품, 터치패널, 전광판, 광고판, 광학기기 또는 군수품등을 포함한다. 특히, 본 발명은 상술한 나노와이어 투명 전극 또는 상술한 제조방법으로 제조된 나노와이어 투명 전극을 포함하는 평판 액정 표시장치(flat liquid crystal displays), 터치 패널(touch panel), 전자 발광 장치(electroluminescent devices), 또는 태양전지(photovoltaic cells)를 포함한다.
도 1은 롤투롤 공정을 이용하여 본 발명에 따른 제조방법으로 나노와이어 투명 전극을 제조하는 과정을 관찰한 광학 사진이다.
상세하게, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET, 굴절률 1.55) 필름(폭 10cm)을 투명 절연성 기재로 사용하였으며, 은 나노와이어(평균 직경 35㎚, 평균 길이 25 ㎛, 흡광 피크 중심 파장=415nm) 0.142 중량%, 중량 평균 분자량이 2x105(g/mol) 이하인 저분자량의 하이드록시프로필 메틸셀룰로스(HPMC) 0.138중량% 및 잔량의 물을 함유하는 와이어 분산액을 사용하였다. 슬롯 다이를 이용하여 기재에 와이어 분산액을 도포하였다. 롤투롤 공정의 라인 스피드는 40mm/sec였고, 슬롯 다이 코팅 두께는 50μm였으며, 토출양은 0.25ml/s였고, 다이 갭(die gap)은 80μm, 다이 심(die shim)은 100μm였다.
도 2는 투명 절연성 기재인 PET 필름 자체의 UV-Vis 흡광 스펙트럼(제1스펙트럼)이며, 도 3은 슬롯 다이를 통해 와이어 분산액이 PET 필름상 도포되고 용매가 휘발 제거된 상태(광소결 전 상태)인 기준체의 UV-Vis 흡광 스펙트럼(제2스펙트럼)이며, 도 4는 도 3의 흡광 스펙트럼에서 도 2의 스펙트럼을 제거하여 수득된 제3스펙트럼이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 상대적으로 가장 강한 피크의 중심 파장은 약 373nm이었으며, 상대적으로 두 번째 강한 피크의 중심 파장은 약 420nm이었다. 이를 기반으로 백색광원으로 제논 렘프(350~950nm 파장)를 사용하고, 400nm에서 500nm까지의 파장(400-500nm)을 통과시키는 밴드패스 필터를 사용하여 필터링을 하였다. 필터링된 광이 면조사되도록 광원 및 필터를 포함한 광학계를 구성하였다. 상술한 롤투롤 공정에서 슬롯 다이를 통한 와이어 분산액의 도포를 제1스테이지로 하고, 8J/cm2의 플루언스 및 10msec의 단일펄스 조건으로 필터링된 광을 조사하는 광소결을 제2스테이지로 하여 나노와이어 투명 전극을 연속적으로 제조하였다.
도 5는 제조된 나노와이어 투명 전극을 관찰한 주사전자 현미경 사진이다. 도 5에서 알 수 있듯이 나노와이어간 서로 교차하는 교차 영역이 안정적으로 용융 결착된 것을 알 수 있으며, PET 필름 표면을 기준으로 교차 영역의 높이가 40.2nm, 교차 영역을 형성하는 두 나노와이어 각각의 높이가 36.2nm 및 34.5nm로 hc/(d1 + d2)가 0.56임을 알 수 있다. 또한, 교차 영역 가장자리에서 50nm 이내의 영역에서의 은 나노와이어의 높이가 나노와이어의 길이 방향으로 적어도 100nm 이상 다른 금속 나노와이어와 접하지 않는 지점에서의 높이와 실질적으로 동일함을 알 수 있다. 또한 도 5에서 알 수 있듯이, 광소결에 의해 교차 영역의 가장자리를 포함하여 실질적으로 모든 나노와이어들이 필름 표면에 접하여 위치함을 알 수 있다. 이는 교차에 의해 공중에 떠 있던 나노와이어 영역들이 광소결시 용융 결착되며 PET 필름으로 내려앉은 것을 알 수 있다.
10cm의 폭 및 2m의 길이로 자른 나노와이어 투명 전극을 대상으로 하여, 나노와이어 투명 전극의 전 영역을 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할하여 규정된 500개의 분할 영역 각각의 면 저항을 측정하고 평균을 취한 결과, 나노와이어 투명 전극의 평균 면저항은 35.2Ω/sq.였으며, 분할 영역에서 측정된 모든 면저항이 34.5~36.1Ω/sq.의 범주에 속하는 것을 확인하였다. 제조된 나노와이어 투명 전극의 광투과율은 90.33%였으며, 헤이즈는 1.30(%)이었다. 면저항과 마찬가지로, 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할하여 규정된 분할 영역 각각의 광투과율과 헤이즈를 측정한 결과, 모든 분할 영역의 광투과율은 90.31~90.37%에 속했으며, 모든 분할 영역의 헤이즈는 1.27~1.32%에 속함을 확인하였다. 도 5와 동일한 조건에서 광소결 전 상태(기준체)의 평균 면저항, 투과율 및 헤이즈를 측정한 결과, 기준체의 평균 면저항은 60Ω/sq.였고, 투과율은 90.34(%)였으며, 헤이즈는 1.29(%)였다.
도 6은 제조된 나노와이어 투명 전극을 50mmx50mm로 잘라 두 가장자리에 구리 테잎을 붙여 시행한 굽힘 시험(in-folding test)을 관찰한 광학 사진이다. 1mm의 반경으로 500,000회의 굽힘 시험을 수행한 결과, 관계식 3으로 규정된 저항 증가율이 1.4%에 불과함을 확인하였다.
도 5의 샘플과 동일하게 제조하되, 다만, 제논 램프에서 발생한 백색광을 밴드 패스 필터가 아닌 500nm 컷 오프 되는 로 패스 필터(low pass filter)로 필터링하여, 로 패스 필터링에 의해 필터링된 광을 8J/cm2의 플루언스 및 10msec의 단일펄스 조건으로 조사하여 광소결을 수행하였다. 광소결에 의해 수득된 필름의 평균 면저항은 58Ω/sq.로 유의미한 광소결 자체가 이루어지지 않음을 확인하였다. 플루언스를 증가시켜, 500nm 컷 오프 되는 로 패스 필터링된 광을 28J/cm2의 플루언스 및 10msec의 단일펄스 조건으로 광소결을 수행하였을 때에 광소결에 의해 수득된 필름의 평균 면저항이 약 46Ω/sq.로 광소결이 어느 정도 이루어짐을 확인하였으나, 2cmx2cm의 면적으로 균등 분할하여 규정된 500개의 분할 영역 각각의 면 저항이 39.1~57.3Ω/sq. 범위로, 불완전한 소결과 함께 면저항 균일도 또한 현저하게 떨어지는 것을 확인하였다.
도 5의 샘플과 동일하게 제조하되, 다만, 제논 램프에서 발생한 백색광을 밴드 패스 필터가 아닌 430nm 컷 오프 되는 하이 패스 필터(high pass filter)로 필터링하여, 하이 패스 필터링에 의해 필터링된 광을 8J/cm2의 플루언스 및 10msec의 단일펄스 조건으로 조사하여 광소결을 수행하였다. 광소결에 의해 수득된 필름의 평균 면저항이 500nm 컷 오프 되는 로 패스 필터의 결과보다도 증가하며 기준체와 유사한 면저항이 얻어짐을 확인하였으며, 광소결이 실질적으로 발생하지 않은 것을 확인하였다.
도 5의 샘플과 동일하게 제조하되, 다만, 제논 램프에서 발생한 백색광을 밴드 패스 필터가 아닌 400nm 컷 오프 되는 로 패스 필터(low pass filter)로 필터링하여, 로 패스 필터링에 의해 필터링된 광을 8J/cm2의 플루언스 및 10msec의 단일펄스 조건으로 조사하여 광소결을 수행하였다. 광소결에 의해 수득된 필름의 평균 면저항이 500nm 컷 오프되는 로 패스 필터의 결과보다도 증가하며 기준체와 유사한 면저항이 얻어짐을 확인하였다.
또한, 도 5의 샘플과 동일하게 제조하되, 8J/cm2의 플루언스 대신 6J/cm2 또는 10 J/cm2의 플루언스로 밴드패스 필터링된 광을 조사하였다. 그 결과, 도 5의 샘플보다 약간 평균 면저항이 증가하긴 하였으나, 전기적, 광학적 및 기계적(굽힘 테스트)으로 도 5의 샘플과 거의 유사한 물성과 균일성을 갖는 나노와이어 투명 전극이 제조됨을 확인하였다. 그러나, 6J/cm2 미만의 플루언스로 광조사를 하는 경우 충분한 용융 결착이 이루어지지 않아 면저항이 급격히 증가(약 53.2Ω/sq.)함을 확인하였으며, 12 J/cm2의 플루언스로 밴드패스 필터링된 광을 조사하는 경우 투명 기재의 손상 및 금속 나노와이어의 손상, 특히 교차 영역과 인접한 부분에서의 금속 나노와이어의 두께(높이)가 현저하게 감소함을 확인하였으며, 특히 1mm 반경의 굽힘 시험시 저항 증가가 100,000회에 이미 17%에 이르러, 반복된 물리적 변형에 급격히 취약해짐을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명에서는 특정된 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

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  8. 투명 절연성 기재의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼인 제1스펙트럼, 상기 투명 절연성 기재 상 표면 플라즈몬이 발생하는 금속 나노와이어인 은 나노와이어, 유기 바인더 및 상기 유기 바인더를 용해하는 용매를 포함하는 와이어 분산액을 도포한 후, 용매가 휘발 제거된 상태인 기준체의 자외선-가시광 흡광 스펙트럼인 제2스펙트럼 및 상기 제2스펙트럼에서 제1스펙트럼을 제거하여 수득된 제3스펙트럼을 기준으로,
    상기 투명 절연성 기재 상 상기 와이어 분산액을 도포한 후, 상기 제3스펙트럼의 흡광 피크 중 상대적으로 가장 강도가 큰 흡광 피크인 제1피크의 중심 파장에 해당하는 광이 제거되도록 백색광을 필터링하고, 필터링된 광을 조사하여 광소결하는 단계를 포함하는 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 필터링 시, 상기 제3스펙트럼의 흡광 피크 중 상대적으로 두 번째로 강도가 큰 흡광 피크인 제2피크의 중심 파장에 해당하는 광이 통과되도록 필터링이 수행되는 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 필터링 시, 상기 제2피크의 중심 파장의 1.3배를 초과하는 파장의 광이 제거되도록 필터링이 수행되는 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 필터링은 밴드 패스 필터링이며, 필터링된 광의 최소 파장은 상기 제1피크의 중심 파장과 상기 제2피크의 중심 파장 사이에 위치하는 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 필터링된 광의 최대 파장과 최소 파장간의 차인 대역폭은 150nm 이하인 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    파장을 기준한 상기 밴드 패스 필터링의 통과 대역의 최소 파장은 380 내지 410nm이며, 최대 파장은 430nm 내지 550nm인 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
  14. 제 8항에 있어서,
    상기 필터링된 광을 이용한 광소결시, 상기 필터링된 광의 플루언스(fluence)는 6 내지 10J/cm2인 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 와이어 분산액의 도포 및 광소결은 연속 공정인 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
  16. 제 8항에 있어서,
    롤 형태로 권취된 투명 절연성 기재를 풀어주는 언와인딩 단계;
    풀어진 투명 절연성 기재에 와이어 분산액의 도포하는 도포 단계;
    와이어 분산액이 도포된 투명 절연성 기재에 필터링된 광을 조사하는 광소결 단계;
    광이 조사된 투명 절연성 기재를 세척하고 다시 롤 형태로 감아주는 리와인딩 단계;
    를 포함하는 나노와이어 투명 전극의 제조방법.
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