KR20100125315A

KR20100125315A - 전도성 피처의 스크린 인쇄를 위한 방법 및 조성물

Info

Publication number: KR20100125315A
Application number: KR1020107020454A
Authority: KR
Inventors: 애드리안 위노토
Original assignee: 캄브리오스 테크놀로지즈 코포레이션
Priority date: 2008-02-26
Filing date: 2009-02-25
Publication date: 2010-11-30
Also published as: EP2252662A1; US20090223703A1; WO2009108306A1; US8632700B2; EP2252663A1; JP2011515510A; CN102015921A; SG188159A1; TWI500719B; US20090283304A1; US8815126B2; KR20100116680A; CN102015921B; TWI500713B; TW200946617A; WO2009108304A1; JP2015045006A; JP2011513534A; TW200946608A; CN102015922A

Abstract

본 발명에는 기질 상에 전기적 전도성 피처를 스크린 인쇄하는 방법, 금속성 이방성 나노구조를 포함하는 전기적 전도성 피처, 및 이를 위한 코팅 용액이 기술된다.

Description

전도성 피처의 스크린 인쇄를 위한 방법 및 조성물{METHOD AND COMPOSITION FOR SCREEN PRINTING OF CONDUCTIVE FEATURES}

관련된 출원에 대한 교차-참조

본 출원은 본 명세서에 온전히 참고로 포함된 2008년 2월 26일자 미국 임시특허출원 제 61/031,528 호를 35 U.S.C. § 119(e) 하에서 우선권으로 주장한다.

본 출원은 기질 상에서 전도성 피처 (conductive features)를 형성시키는데 관한 것이다.

투명 전도체는 고-투과율 표면 또는 기질 상에 코팅된 얇은 전도성 필름을 나타낸다. 투명 전도체는 합리적인 광학적 투명성을 유지하면서 표면 전도성을 갖도록 제조될 수 있다. 이러한 표면 전도성 투명 전도체는 평면 액정 표시장치, 터치 패널 (touch panel), 전기발광 장치, 및 박막 광전지에서 투명 전극으로서, 대전방지층으로서, 및 전자기파 차폐층으로서 광범위하게 사용된다.

현재, 인듐 주석 산화물 (ITO)과 같은 진공 침착된 금속 옥사이드는 유리 및 폴리머 필름과 같은 유전성 표면에 광학적 투명성 및 전기 전도성을 제공하는 산업용 표준 재료이다. 그러나, 금속 옥사이드 필름은 부서지기 쉽고, 구부리거나 다른 물리적 스트레스를 가하는 중에 손상되는 경향이 있다. 이들은 또한, 높은 전도성 레벨을 달성하기 위해서 상승된 침착 온도 및/또는 높은 어니일링 온도를 필요로 한다. 여기에는 또한, 플라스틱 및 유기 기질, 예를 들어, 폴리카보네이트와 같은 수분을 흡착하는 경향이 있는 기질에 대한 금속 옥사이드 필름의 부착과 관련된 문제가 있을 수 있다. 따라서, 유연성 기질 상에 금속 옥사이드 필름을 적용하는 것은 심하게 제한된다. 또한, 진공 침착은 비용이 많이 드는 공정이며, 특수한 장비를 필요로 한다. 더구나, 진공 침착의 공정은 패턴 및 회로를 형성시키는데 도움이 되지 않는다. 이것은 일반적으로, 사진석판술과 같은 고비용의 패턴화 공정에 대한 필요성을 야기한다.

전도성 폴리머는 또한, 광학적으로 투명한 전기 전도체로 사용되어 왔다. 그러나, 이들은 일반적으로, 금속 옥사이드 필름에 비해서 더 낮은 전도성 값과 더 높은 광학적 흡수를 가지며 (특히, 가시 파장에서), 화학적 및 장기간 안정성이 결여되어 있다는 문제를 갖는다.

최근에, 전도성 나노구조를 사용하여 형성된 투명 전도체가 개발되었으며, 상기 언급된 타입의 투명 전도체보다 뛰어난 몇 가지의 이점을 제공한다. 특히, 전도성 나노구조를 사용하여 형성된 투명 전도체는 비교적 유연하며, 습식 코팅방법을 사용하여 제작될 수 있고, 바람직한 전기적 및 광학적 특징을 나타낼 수 있다. 이러한 투명 전도체는 예를 들어, 본 명세서에 온전히 참고로 포함된 미국 특허출원 제 11/766,552; 11/504,822; 11/871,767; 및 11/871,721 호에 기술되어 있다. 추가로, 상기 언급된 다수의 장치 적용분야는 비교적 큰 인접한 전도성 영역을 갖는 투명 전도성 시트를 사용할 수 있으며, 이들 적용분야의 대부분은 또한 단지 작은 영역, 패턴, 흔적, 라인 또는 그 밖의 다른 이러한 피처 (features) 만이 전도성인 층을 필요로 한다. 나노구조 기본 투명 전도체를 패턴화하는 방법이 개발되었지만, 이러한 패턴화 방법은 제조 비효율성을 나타낼 수 있다. 따라서, 전도성 패턴 또는 피처를 갖는 나노구조 기본 전도성 필름을 생산할 수 있도록 하는 것이 필요하다.

발명의 요약

본 발명에 따르면, 전기적 전도성 피처는 기질 상에 형성되며, 여기에서 전기적 전도성 피처는 금속성 이방성 나노구조를 포함하며, 전기적 전도성 피처는 기질 상에 금속성 이방성 나노구조를 함유하는 코팅 용액을 스크린 인쇄함으로써 형성된다. 본 발명에 따라 전기적 전도성 피처를 스크린 인쇄하기 위한 코팅 용액은 바람직하게는 점도증진제 (thickener) 및 금속성 이방성 나노구조를 포함한다. 코팅 용액은 추가로 용매 및 염기를 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 투명 전도성 층 및 피처는 전도성 나노구조를 포함하는 코팅 용액의 스크린 인쇄에 의해서 기질 상에 형성될 수 있다. 스크린 인쇄는 일반적으로, 잉크가 스크린을 통해서 기질로 통과하는 것을 차단하는 하나 또는 그 이상의 피처를 포함하는 스텐실 (stencil)을 지지하기 위해 메쉬 또는 스크린을 사용한 기질에 코팅 용액을 적용하는 방법이다. 잉크는 스크린의 표면을 가로 질러서 이동하는 롤러 (roller), 스퀴지 (squeegee) 또는 이러한 다른 장치에 의해서 스크린을 통해 밀어낸다.

도 1은 본 발명에 따르는 삼출 역치 (percolation threshold) 이상의 이방성 나노구조를 포함하는 전도성 피처의 도면이다.
도 2는 삼출 역치 이하의 이방성 나노구조를 포함하는 피처의 도면이다.
도 3은 한 가지 구체예에 따르는 TFT 백플레인 (backplane)의 개폐장치 (switching device)의 단면도이다.
도 4는 본 발명에 따르는 나노구조를 기초로 하는 투명 전극을 포함하는 디스플레이 장치를 나타낸다.
도 5는 한 가지 구체예에 따르는 상단-게이트 (top-gate) TFT를 기초로 하는 LCD의 단면도이다.
도 6은 한 가지 구체예에 따르는 PDP의 단면도이다.
도 7은 한 가지 구체예에 따르는 동종접합 (homojunction) 태양전지 구조를 나타낸다.
도 8은 또 다른 구체예에 따르는 이종접합 태양전지 구조를 나타낸다.
도 9는 또 다른 구체예에 따르는 다중-접합 (multi-junction) 태양전지 구조를 나타낸다.
도 10은 본 발명에 따르는 전도성 피처에 적용된 가압 후처리 (pressure post-treatment)의 결과를 설명하는 그래프이다.

상세한 설명

스텐실의 피처와 정확하게 부합하는 기질 상의 예리한 피처를 생산하는 스크린 인쇄방법을 위해서 코팅 용액은 반드시 비교적 높은 점도를 가져야 한다. 특히, 코팅 용액이 200 cP보다 큰, 더욱 바람직하게는 약 900 cP보다 큰 점도를 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 이하에 언급하는 바와 같이, 기질 상에 형성된 피처가 전도성이 되도록 하기 위해서 그 안의 전도성 나노구조는 반드시 전도성 네트워크를 형성할 수 있도록 적절하게 분산되어야 한다. 이러한 적절한 분산은 효과적으로 스크린 인쇄하기에 충분히 높은 점도의 코팅 용액에서는 달성하기 어려울 수 있다. 본 발명에 따르면, 금속성 이방성 나노구조를 갖는 코팅 용액을 사용하여 기질 상에 투명한, 전기적 전도성 피처를 스크린 인쇄한다.

전도성 나노구조

본 발명에 따르는 코팅 용액은 바람직하게는 전기적 전도성 나노구조를 포함한다. 본 명세서에서 사용된 것으로서, "나노구조"는 그의 적어도 하나의 규격 (dimension)이 500 ㎚ 미만, 더욱 바람직하게는 250 ㎚, 100 ㎚ 또는 25 ㎚ 미만인 나노-크기 구조를 나타낸다. 바람직하게는, 본 발명에 따르는 코팅 용액에서 사용된 나노구조는 이방성으로 형상화되는데, 즉 이들은 1이 아닌 종횡비 (길이 대 직경의 비)를 갖는다. 투명 전도성 피처를 생산하는데 있어서 등방성 나노 구조의 사용은 어려울 수 있는데, 이는 바람직한 전도성의 레벨을 달성하기 위해서는 이러한 나노구조의 비교적 높은 중량 퍼센트 (또는 표면 부하 레벨)가 필요할 수 있기 때문이다. 이러한 높은 부하 레벨은 탁도 (haze)(예를 들어, 일반적으로 더 큰 탁도를 야기함) 및 투명도 (예를 들어, 일반적으로 더 낮은 투명도를 야기함)와 같은 광학적 특징에 허용될 수 없게 영향을 미칠 수 있다. 그러나, 스크린 인쇄 적용분야에서 이방성 나노구조의 사용은 문제가 될 수 있는데, 이는 나노구조의 길이가 적합하게 점성인 코팅 용액 내의 나노구조의 분산을 어렵게 만들 수 있기 때문이다. 본 발명에 따르는 스크린 인쇄의 방법 및 코팅 용액은 이들 어려움을 유리하게 극복한다.

나노구조는 고체이거나 중공성일 수 있다. 고체 이방성 나노구조는 예를 들어, 나노와이어 (nanowire)를 포함한다. 중공 이방성 나노구조는 예를 들어 나노튜브를 포함한다. 전형적으로, 이방성 나노구조는 5 내지 500 ㎚, 더욱 바람직하게는 10 내지 100 ㎚, 더욱 바람직하게는 30 내지 90 ㎚의 직경과 100 ㎚ 내지 10 ㎛, 더욱 바람직하게는 500 ㎚ 내지 1 ㎛의 길이를 갖는다.

나노구조는 어떤 전도성 물질로나 형성될 수 있다. 가장 전형적으로는, 전도성 물질은 금속성이다. 반전도성 또는 비-전도성 나노구조는 일반적으로, 기질 상에서 투명한 전도성 피처를 생성시키기 위한 본 발명에 기술된 방법 및 장치에 의해서 잘 수행되지 않는데, 이는 허용되는 전도성을 달성하기 위해서는 이러한 물질의 비교적 큰 백분율을 사용하는 것이 필요할 수 있기 때문이다. 또한, 이러한 비교적 많은 양은 생성된 피처의 광학적 특성에 부정적으로 영향을 미칠 수 있다. 금속성 물질은 바람직하게는 순수한 금속, 금속 합금, 또는 2가지 또는 그 이상의 금속 타입을 포함하는 2 금속성 물질일 수 있다. 적합한 금속에는 은, 금, 구리, 니켈, 금-도금된 은, 백금 및 팔라듐이 포함되나, 이들로 제한되지는 않는다. 또한, 금속의 대기성 산화에 의해서 야기된 소량의 옥사이드가 존재할 수도 있는 것으로 생각된다.

전도성 이방성 나노구조는 바람직하게는 본 발명에 따르는 코팅 용액 내의 일차 전도성 매질로 사용될 수 있다. 이방성 금속성 나노구조의 바람직한 타입은 금속 나노와이어를 포함한다. 금속 나노와이어는 금속, 금속 합금 또는 도금된 금속으로 형성된 나노와이어이다. 적합한 금속 나노와이어에는 은 나노와이어, 금 나노와이어, 구리 나노와이어, 니켈 나노와이어, 금-도금된 은 나노와이어, 백금 나노와이어, 및 팔라듐 나노와이어가 포함되나, 이들로 제한되지는 않는다. 공동-계류중이고, 공동-소유하는 미국 특허출원 제 11/766,552, 11/504,822, 11/871,767, 및 11/871,721 호에는 금속 나노와이어 (예를 들어, 은 나노와이어)를 제조하는 방법이 기술되어 있으며, 그의 설명은 본 명세서에 온전히 참고로 포함된다.

일차 전도성 매질에서 사용된 이방성 금속성 나노구조의 또 다른 바람직한 타입은 금속 나노튜브 (nanotubes)를 포함한다. 공동-계류중이고, 공동-소유하는, 2008년 4월 18일자 출원된 미국 특허출원 제 12/106,244 호에는 금속 나노튜브 (예를 들어, 금 나노튜브)를 제조하는 방법이 기술되어 있으며, 그의 설명은 본 명세서에 온전히 참고로 포함된다.

다양한 구체예에서, 전도성 나노와이어는 길이가 약 5-100 ㎛이고, 직경 (또는 단면)이 5-100 nm이다. 특정의 구체예에서, 나노와이어는 길이가 약 5-30 ㎛이고, 직경이 20-80 nm이다. 바람직한 구체예에서, 나노와이어 (예를 들어, 은 나노와이어)는 길이가 약 20 ㎛이고, 직경이 50 nm이다. 적합한 나노튜브는 나노와이어에 대해서 기술된 것과 유사한 규격을 갖는다. 나노튜브의 경우에, 직경은 나노튜브의 외경 (outer diameter)를 나타낸다.

전도성 피처

기질 상에 형성된 전도성 피처에서, 이방성 나노구조는 삼출 방법을 거쳐서 전도성 네트워크를 형성한다. 삼출 전도성은 전도성 경로가 상호연결된 이방성 나노구조를 통해서 형성되는 경우에 확립될 수 있다. 전기적 삼출 역치에 도달하고 전도성이 되도록 하기에 충분한 나노구조가 존재하여야 한다. 따라서, 전기적 삼출 역치는 나노구조의 부하 밀도 또는 농도와 관련된 값이며, 그 이상에서 긴 범위의 접속성이 달성될 수 있다. 전형적으로, 부하 밀도는 면적당 나노구조의 수를 나타내며, "수/㎛²"로 표시될 수 있다.

공동-계류 중인 미국 특허출원 제 11/504,822 호에 기술된 바와 같이, 이방성 나노구조의 종횡비가 클수록 삼출 전도성을 달성하는데 더 적은 수의 나노구조가 필요하다. 나노와이어 또는 나노튜브와 같은 이방성 나노구조의 경우에, 전기적 삼출 역치 또는 부하 밀도는 나노와이어 또는 나노튜브의 길이² (길이 제곱)에 대해 역관계를 갖는다. 본 명세서에 온전히 참고로 포함된, 공동-계류 중이고 공동-소유한 미국 특허출원 제11/871,053 호에는 이방성 나노구조의 크기/형상과 삼출 역치에서의 표면 부하 밀도 사이의 이론적 관계뿐만 아니라 실험적 관계가 상세히 기술되어 있다.

도 1은 기질의 표면상의 전도성 피처 5를 개략적으로 나타낸 것이며, 여기에서 전도성 네트워크는 전기적 삼출 역치에서 또는 그 이상에서 전도성 이방성 나노구조 20에 의해서 형성된다. 전도성 경로는 나노구조 20을 상호연결시킴으로써 형성된다 (예를 들어, 경로는 연결 나노구조를 통해서 네트워크의 하나의 말단으로부터 다른 것으로 이어질 수 있다). 따라서, 전류는 이방성 나노구조 네트워크를 가로질러서 수송될 수 있다.

본 명세서에서 사용된 것으로서, "전도성 네트워크" 또는 "네트워크"는 전기적 삼출 역치 이상에서 전도성 나노구조에 의해 형성된 상호연결된 네트워크를 나타낸다. 전형적으로, 전도성 네트워크는 10⁸ 옴/스퀘어 (또한 "Ω/□"로 칭함) 이하의 표면 저항성을 갖는다. 바람직하게는, 표면 저항성은 10⁴ Ω/□, 3000 Ω/□, 1000 Ω/□ 또는 100 Ω/□ 이하이다. 전형적으로, 금속 나노와이어 또는 나노튜브에 의해서 형성된 전도성 네트워크의 표면 저항성은 10 Ω/□ 내지 1000 Ω/□, 100 Ω/□ 내지 750 Ω/□, 50 Ω/□ 내지 200 Ω/□, 100 Ω/□ 내지 500 Ω/□, 또는 100 Ω/□ 내지 250 Ω/□, 또는 10 Ω/□ 내지 200 Ω/□, 10 Ω/□ 내지 50 Ω/□, 또는 1 Ω/□ 내지 10 Ω/□의 범위이다. 이러한 저항성 범위는 전도성 피처의 반대 말단과 접촉하는 2 점 저항성 프로브에 의해서 채택되고, 얻어진 저항성을 피처를 구성하는 스퀘어의 수로 나누어준 것이다. 예를 들어, 길이가 100 ㎛이고 폭이 1 ㎛인 피처는 100 스퀘어로 구성될 수 있다.

또한, 도 1에 나타낸 바와 같이, 이방성 나노구조는 와이어-사이 공간 30을 한정한다. 삼출 역치 이상에서, 와이어-사이 공간의 크기 (또한 "메쉬 크기"로 칭함)는 네트워크의 전도성과 서로 연관된다. 전형적으로, 메쉬 크기가 더 작다는 것은 나노구조가 더 조밀하게 분포된 것을 의미하며, 이것은 또한 더 큰 전도성에 상응한다.

메쉬 크기는 또한, 나노구조 표면 부하 레벨의 지표로 사용될 수 있다. 예를 들어, 소정의 길이의 이방성 나노구조의 경우에 더 낮은 표면 부하는 더 큰 메쉬 크기를 제공할 것이다. 메쉬 크기가 특정한 역치값 이상인 경우에, 나노구조는 너무 멀리 떨어지게 될 수 있어서 삼출이 더 이상 일어날 수 없게 되고, 와이어-사이 공간은 효과적으로 절연체가 된다. 도 2는 나노구조 20'가 완전한 네트워크를 형성하기에 불충분한 밀도로 존재하는 피처 5'를 나타낸다. 와이어-사이 공간 30'은 절연된다. 분명히 상이하게, 도 1에서의 경우에 비해 나노구조의 더 낮은 밀도로 인하여 메쉬 크기는 확대되고, 나노구조 사이의 전도성은 붕괴된다.

코팅 용액

상기 언급한 바와 같이, 전기적으로 전도성인 표면 피처를 생성시키기 위해서는 이방성 나노구조 부하 레벨이 피처 내에서 삼출성 네트워크를 형성하기에 충분한 것이 중요하다. 따라서, 코팅 용액 내의 이방성 나노구조의 양 및 분산은 전기적 전도성 표면 피처를 생산할 수 있도록 하는 것이 중요하다. 추가로, 코팅 용액의 점도는 기질 상에서 선명한 라인의 정확한 피처를 생산하도록 충분히 높아야 한다.

한가지 구체예에 따르는 코팅 용액은 바람직하게는 점도증진제 및 금속성 이방성 나노구조를 포함한다. 특히, 이 구체예에 따르는 코팅 용액은 99.0 중량% 내지 99.9 중량%의 점도증진제 및 0.1 중량% 내지 1.0 중량%의 금속성 이방성 나노구조를 포함할 수 있다. 적합한 이방성 나노구조는 상기 언급한 바와 같다. 점도증진제는 예를 들어, 듀퐁 (Dupont®) 3517, 토요보 빌로날 (Toyobo Vylonal®) 및 보르치 (Borchi®) PW 25를 포함할 수 있다. 또한, 이들 및 그 밖의 다른 폴리에스테르 및 폴리우레탄은 본 발명에 기술된 어떤 구체예에서라도 점도증진제로 사용되는 것으로 생각된다. 본 발명에 따르는 코팅 용액의 또 다른 구체예는 99 내지 999의 금속성 나노구조에 대한 점도증진제의 중량비를 가질 수 있다. 이러한 구체예에서, 점도증진제는 예를 들어, 듀퐁 (Dupont®) 3517, 토요보 빌로날 (Toyobo Vylonal®) 및 보르치 (Borchi®) PW 25일 수 있으며; 금속성 나노구조는 예를 들어, 은 나노와이어 및/또는 금 나노튜브 또는 본 발명에 기술된 그 밖의 다른 어떤 금속성 이방성 나노구조라도 될 수 있다.

또 다른 구체예에 따르는 코팅 용액은 바람직하게는 점도증진제, 금속성 이방성 나노구조, 용매 및 염기를 포함한다. 특히, 이 구체예에 따르는 코팅 용액은 예를 들어, 폴리머 이노베이션즈 (Polymer Innovations®) WB40B-63 또는 WB40B-64와 같은 0.1 중량% 내지 8 중량%의 점도증진제; 예를 들어, 수산화암모늄 또는 그 밖의 다른 염기와 같은 0.01 중량% 내지 0.2 중량%의 염기; 0.5 중량% 내지 1 중량%의 금속성 이방성 나노구조; 및 예를 들어, 물 또는 알콜과 같은 그 밖의 다른 용매와 같은 90.8 중량% 내지 99.4 중량%의 용매를 포함할 수 있다. 폴리머 이노베이션즈 (Polymer Innovations®) WB40B-63 또는 WB40B-64의 경우에, 용액은 염기로 중화시키면 농후하게 된다. 따라서, 이들 점도증진제 중의 어느 하나를 사용하는 경우에는 바람직하게는 염기를 첨가하기 전에 나노구조를 첨가하여 분산시킨다. 본 발명에 따르는 코팅 용액의 또 다른 구체예는 0.1 내지 16의 금속성 나노구조에 대한 점도증진제의 중량비; 0.01 내지 0.4의 금속성 나노구조에 대한 염기의 중량비; 및 90.8 내지 198.8의 금속성 나노구조에 대한 용매의 중량비를 가질 수 있다. 이러한 구체예에서, 점도증진제는 예를 들어, 폴리머 이노베이션즈 (Polymer Innovations®) WB40B-63 또는 WB40B-64 (이것은 또한, 본 발명에 기술된 어떤 다른 구체예에서나 점도증진제로 사용될 수 있다)일 수 있으며; 염기는 예를 들어, 수산화암모늄 또는 어떤 다른 염기일 수 있고; 용매는 예를 들어, 물 또는 알콜과 같은 그 밖의 다른 용매일 수 있으며; 금속성 나노구조는 예를 들어, 은 나노와이어 및/또는 금 나노튜브 또는 본 발명에 기술된 그 밖의 다른 어떤 금속성 이방성 나노구조라도 될 수 있다.

또 다른 구체예에서, 본 발명에 따르는 코팅 용액은 바람직하게는 점도증진제, 금속성 이방성 나노구조 및 용매를 포함한다. 특히, 이 구체예에 따르는 코팅 용액은 예를 들어, 에틸 셀룰로즈 (예를 들어, 다우 (Dow®)의 에토셀 (Ethocel®) 100, 200, 300), 하이드록시프로필 셀룰로즈 및 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로즈 (예를 들어, 시그마 앨드리히 (Sigma Aldrich) Cat# 423173 및 메토셀 (Methocel®) 311)(이들 중의 어떤 것이라도 본 발명에 기술된 어떤 다른 구체예에서나 점도증진제로 사용될 수 있다)와 같은 1 중량% 내지 10 중량%의 점도증진제; 0.1 중량% 내지 1 중량%의 금속성 이방성 나노구조; 및 예를 들어, 물, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (PGME), 에틸 락테이트, 벤질 알콜 및 디아세톤 알콜과 같은 89 중량% 내지 98.9 중량%의 용매를 포함할 수 있다. 점도증진제로서 셀룰로즈 물질 중의 어떤 것을 사용하는 경우에, 물질은 용매 중에 용해될 때 점도를 증가시킨다. 따라서, 셀룰로즈 점도증진제를 사용하는 경우에는 점도증진제를 물에 용해시키기 전에 나노구조 내에 혼합시키는 것이 바람직하다. 본 발명에 따르는 코팅 용액의 또 다른 구체예는 1 내지 100의 금속성 나노구조에 대한 점도증진제의 중량비; 및 89 내지 989의 금속성 나노구조에 대한 용매의 중량비를 가질 수 있다. 이러한 구체예에서, 점도증진제는 예를 들어, 에틸 셀룰로즈 (예를 들어, 다우 (Dow®)의 에토셀 (Ethocel®) 100, 200, 300), 하이드록시프로필 셀룰로즈 및 하이드록시프로필 메틸 셀룰로즈 (예를 들어, 시그마 앨드리히 (Sigma Aldrich) Cat# 423173 및 메토셀 (Methocel®) 311)일 수 있으며; 용매는 물, 프로필렌 글리콜 모노메틸 에테르 (PGME), 에틸 락테이트, 벤질 알콜 및 디아세톤 알콜일 수 있고; 금속성 나노구조는 예를 들어, 은 나노와이어 및/또는 금 나노튜브 또는 본 발명에 기술된 그 밖의 다른 어떤 금속성 이방성 나노구조라도 될 수 있다.

기질

본 명세서에서 사용된 것으로서, "기질" 또는 "선택된 기질"은 전도성 피처가 그 위에 코팅되는 물질을 나타낸다. 기질은 강직성 (rigid)이거나 유연할 수 있다. 기질은 선명하거나 불투명할 수 있다. 적합한 강직성 기질에는 예를 들어, 유리, 폴리카보네이트, 아크릴 등이 포함된다. 적합한 유연성 기질에는 폴리에스테르 (예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에스테르 나프탈레이트, 및 폴리카보네이트), 폴리올레핀 (예를 들어, 선형, 분지 및 사이클릭 폴리올레핀), 폴리비닐 (예를 들어, 폴리비닐 클로라이드, 폴리비닐리덴 클로라이드, 폴리비닐 아세탈, 폴리스티렌, 폴리아크릴레이트 등), 셀룰로즈 에스테르 염기 (예를 들어, 셀룰로즈 트리아세테이트, 셀룰로즈 아세테이트), 폴리에테르설폰과 같은 폴리설폰, 폴리이미드, 실리콘 및 그 밖의 다른 통상적인 폴리머 필름이 포함되나, 이들로 제한되지는 않는다. 적합한 기질의 추가의 예는 예를 들어, 미국 특허 제 6,975,067 호에서 볼 수 있다.

후처리

본 발명에 기술된 바와 같이 기질 상에 피처를 스크린 인쇄한 후에, 인쇄된 피처의 전도성은 그의 의도한 용도에 충분하도록 높지 않을 수 있다는 것은 사실일 수 있다. 그러한 것으로서, 본 발명에 따르면 다수의 스크린 인쇄 후처리가 피처 및 기질에 대해서 수행될 수 있다.

인쇄된 피처의 전도성을 증가시키는 것으로 확인된 한가지 인쇄 후처리는 피처가 건조하도록 한 후에 인쇄된 피처를 알콜로 세척하는 것이다. 두 번째의 이러한 인쇄 후처리는 기질 상의 피처를 베이킹하는 것이다. 한가지 구체예에서, 베이킹 후처리는 예를 들어, 기질 및 피처를 핫플레이트 (hot plate) 상에 배치함으로써 수행될 수 있다. 기질 및 피처는 또한, 베이킹을 위해서 오븐 또는 그 밖의 다른 가열된 환경 내에 배치될 수도 있다.

추가로, 인쇄된 피처를 아르곤 또는 다른 불활성 가스 대기에 노출시키는 것은 피처의 전도성을 증가시킬 수 있는 것으로 확인되었다. 예를 들어, 인쇄된 피처의 아르곤 또는 산소 플라즈마 (plasma)에 의한 표면 처리는 피처의 전도성을 개선시킬 수 있다. 설명적인 예로서, Ar 또는 N₂ 플라즈마 처리는 다음의 운전 파라메터를 사용하여 마치 (March) PX250 시스템에서 수행할 수 있다: 300 W, 90 sec (또는 45 sec), Ar 또는 N₂ 기류: 12 sccm, 압력 ~300m 토르 (Torr). 그 밖의 다른 공지된 표면 처리, 예를 들어, 코로나 (Corona) 방전 또는 UV/오존 처리가 사용될 수도 있다. 예를 들어, 에너컨 (Enercon) 시스템이 코로나 처리를 위해서 사용될 수 있다.

후처리의 일부분으로서, 인쇄된 피처는 추가로 가압 처리될 수 있다. 한가지 구체예에서, 피처가 인쇄된 기질은 그의 표면에 압력을 가하는 라미네이터의 롤러를 통해서 공급될 수 있다. 단일 롤러가 또한 사용될 수도 있는 것으로 이해되어야 한다.

유리하게는, 본 발명에 기술된 방법에 따라 제작된 전도성 피처에 대한 압력의 적용은 피처의 전도성을 증가시킬 수 있다. 특히, 압력은 본 발명에 기술된 방법에 따라 제작된 전도성 피처의 하나 또는 두 개의 표면에 하나 또는 그 이상의 롤러 (예를 들어, 실린더형 막대) (이들 중의 하나 또는 둘 다는 전도성 층의 폭 규격보다 더 큰 길이 규격을 가질 수 있지만 꼭 필요한 것은 아니다)를 사용함으로써 적용될 수 있다. 단일 롤러가 사용되는 경우에는, 기질을 강직성 표면상에 배치할 수 있고, 압력을 롤러에 적용하면서 단일 롤러를 공지된 방법을 사용하여 그의 노출된 표면을 가로 질러서 롤링시킬 수 있다.

한가지 구체예에서는, 50 내지 10,000 psi를 하나 또는 그 이상의 롤러에 의해서 투명 전도체에 적용할 수 있다. 또한, 100 내지 1000 psi, 200 내지 800 psi, 300 내지 500 psi, 또는 3000 psi까지의 압력이 적용될 수 있다. 비록 반드시 그런 것은 아니지만, 바람직하게는 압력은 이하에 언급하는 어떤 매트릭스 또는 오버코트 (overcoat) 물질을 적용하기 전에 전도성 피처에 적용된다.

두 개 또는 그 이상의 롤러를 사용하여 전도성 시트에 압력을 가하는 경우에는 "닙 (nip)" 또는 "핀치 (pinch)" 롤러가 사용될 수 있다. 닙 또는 핀치 롤러는 본 기술분야에서 잘 이해되고 있으며, 예를 들어, 본 명세서에 온전히 참고로 포함된 문헌 [3M Technical Bulletin "Lamination Techniques for Converters of Laminating Ahesives", March, 2004]에 언급되어 있다. 인쇄된 피처에 대한 압력의 적용은 1 회 또는 수회 수행될 수 있다. 압력이 예를 들어, 라미네이션 (lamination)에 의해서 수회 적용되는 경우에, 라미네이션은 시트의 롤링된 표면에 대해 평행하는 축에 관해서 매회 동일한 방향으로, 또는 상이한 방향으로 수행될 수 있다.

매트릭스 또는 오버코트

기질 상에 전도성 피처를 침착시킨 후에, 특정의 구체예에서는 전도성 피처의 상부에 오버코트 또는 매트릭스를 침착시키는 것이 바람직할 수 있다. 오버코트 또는 매트릭스는 전도성 나노구조가 그 안에 분산되거나 매립되는 고체상 물질을 나타낸다. 이방성 나노구조의 일부분은 전도성 네트워크에 대한 접근이 가능하도록 오버코트 또는 매트릭스 물질로부터 돌출될 수 있다. 오버코트 또는 매트릭스는 나노구조에 대한 호스트 (host)로서 작용할 수 있다. 오버코트 또는 매트릭스는 부식 및 마모와 같은 유해한 환경적 인자로부터 금속 나노구조를 보호할 수 있다. 특히, 매트릭스는 습기, 미량의 산, 산소, 황 등과 같은 환경 내의 부식성 요소의 투과성을 현저하게 저하시킬 수 있다. 또한, 오버코트 또는 매트릭스는 전도성 피처에 바람직한 물리적 및 기계적 특성을 제공한다. 예를 들어, 이것은 기질에 대한 부착을 제공할 수 있다. 더구나, 금속 옥사이드 필름과는 달리, 이방성 나노구조에 의해서 매립된 폴리머 또는 유기 매트릭스는 강건하며 유연성이 있다.

또한, 전도성 층의 광학적 특성은 적절한 매트릭스 물질을 선택함으로써 조정될 수 있다. 예를 들어, 반사 손실 및 원치 않는 섬광은 바람직한 굴절률, 조성 및 두께의 매트릭스를 사용함으로써 효과적으로 감소시킬 수 있다.

전형적으로, 매트릭스는 광학적으로 선명한 물질이다. 물질은 물질의 광 투과가 가시구역 (400 ㎚-700 ㎚)에서 적어도 80%인 경우에 "광학적으로 선명"하거나 "광학적으로 투명"한 것으로 간주된다. 다른 식으로 명시되지 않는 한, 본 발명에 기술된 투명 전도체 내의 모든 층 (기질 및 이방성 나노구조 층을 포함)은 바람직하게는 광학적으로 선명하다. 매트릭스의 광학적 선명도 (clarity)는 전형적으로, 굴절률 (RI), 두께, 두께 전체에 걸친 RI의 일관성, 표면 (계면을 포함) 반사, 및 탁도 (haze)(표면 조도 및/또는 매립된 입자에 의해서 야기된 산란 손실)를 포함한 (제한되지는 않는다) 다수의 인자에 의해서 결정된다.

특정의 구체예에서, 매트릭스는 약 10 ㎚ 내지 5 ㎛의 두께, 약 20 ㎚ 내지 1 ㎛ 두께, 또는 약 50 ㎚ 내지 200 ㎚ 두께를 갖는다. 다른 구체예에서, 매트릭스는 약 1.3 내지 2.5, 또는 약 1.35 내지 1.8의 굴절률을 갖는다. 특정의 구체예에서, 매트릭스는 폴리머이며, 이것은 또한 폴리머 매트릭스라 칭한다. 광학적으로 선명한 폴리머는 본 기술분야에서 공지되어 있다. 적합한 폴리머 매트릭스의 예로는 다음의 물질이 포함되나, 이들로 제한되지는 않는다: 폴리메타크릴레이트 (예를 들어, 폴리(메틸 메타크릴레이트)), 폴리아크릴레이트 및 폴리아크릴로니트릴과 같은 폴리아크릴, 폴리비닐 알콜, 폴리에스테르 (예를 들어, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에스테르 나프탈레이트, 및 폴리카보네이트), 페놀 수지 또는 크레졸-포름알데히드 (노볼락 (Novolacs®))와 같은 고도의 방향족성을 갖는 폴리머, 폴리스티렌, 폴리비닐톨루엔, 폴리비닐크실렌, 폴리이미드, 폴리아미드, 폴리아미드이미드, 폴리에테르이미드, 폴리설파이드, 폴리설폰, 폴리페닐렌, 및 폴리페닐 에테르, 폴리우레탄 (PU), 에폭시, 폴리올레핀 (예를 들어, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐 및 사이클릭 올레핀), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 코폴리머 (ABS), 셀룰로즈 화합물, 실리콘 및 그 밖의 다른 실리콘-함유 폴리머 (예를 들어, 폴리실세스퀴옥산 및 폴리실란), 폴리비닐클로라이드 (PVC), 폴리아세테이트, 폴리노르보넨, 합성 고무 (예를 들어, EPR, SBR, EPDM), 및 플루오로폴리머 (예를 들어, 폴리비닐리덴 플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌 (TFE) 또는 폴리헥사플루오로프로필렌), 플루오로-올레핀 및 탄화수소 올레핀의 코폴리머 (예를 들어, 루미플론 (Lumiflon®)), 및 무정형 플루오로카본 폴리머 또는 코폴리머 (예를 들어, 사이톱 (CYTOP®; Asahi Glass Co.) 또는 테플론 (Teflon®) AF (Du Pont)).

다른 구체예에서, 본 발명에 기술된 폴리머 매트릭스는 부분적으로 중합되거나 부분적으로 경화된 폴리머를 포함한다. 완전히 중합되거나 완전히 경화된 매트릭스와 비교하여, 부분적으로 경화된 매트릭스는 더 적은 정도의 교차-결합 및/또는 중합 및 더 작은 분자량을 갖는다. 따라서, 부분적으로 중합된 매트릭스는 특정의 조건 하에서 에칭 (etched)할 수 있으며, 패턴화는 통상적인 사진석판술을 사용하여 수행할 수 있다. 적절한 중합조건 하에서, 부분적으로 경화된 매트릭스는 더 경화될 수 있으며, 이에 의해서 추가의 교차-결합 및 중합이 수행되어 부분적으로 경화된 매트릭스의 경우보다 더 큰 분자량의 매트릭스가 제공된다. 부분적으로 경화된 매트릭스를 에칭하고, 이어서 추가의 경화단계를 수행하여 패턴화되고, 완전히-경화된 투명 전도성 피처를 제공할 수 있다. 적합한 부분적으로 경화된 폴리머의 예로는 부분적으로 경화된 아크릴레이트, 실리콘-에폭시, 실옥산, 노볼락, 에폭시, 우레탄, 실세스퀴옥산 또는 폴리이미드가 포함되나, 이들로 제한되지는 않는다.

추가의 구체예에서, 매트릭스는 무기물질이다. 예를 들어, 실리카, 멀라이트 (mullite), 알루미나, SiC, MgO-Al₂O₃-SiO₂, Al₂O₃-SiO₂, MgO-Al₂O₃-SiO₂-Li₂O 또는 이들의 혼합물을 기본으로 하는 졸-겔 매트릭스가 사용될 수 있다. 특정의 구체예에서는, 매트릭스 그 자체가 전도성이다. 예를 들어, 매트릭스는 전도성 폴리머일 수 있다. 다음의 물질을 포함하는 (단, 이들로 제한되지는 않는다) 전도성 폴리머는 본 기술분야에서 잘 알려져 있다: 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜) (PEDOT), 폴리아닐린, 폴리티오펜, 및 폴리디아세틸렌.

전기적 및 광학적 특성

전기적 전도성 나노구조를 갖는 코팅 용액 및 방법을 사용하여 생산된 투명 전도성 피처는 적어도 50%, 적어도 60%, 적어도 70%, 적어도 80%, 적어도 85%, 적어도 90%, 또는 적어도 95% (기준으로 공기를 사용)의 광 투과를 가질 수 있다. 탁도는 광 산란의 지수이다. 이것은 입사광으로부터 분리되고, 투과 중에 산란된 빛의 양의 백분율을 나타낸다 (즉, 투과 탁도). 대부분 매질의 특성인 광 투과와는 달리, 탁도는 종종 생산품의 문제이고, 전형적으로는 표면 조도 및 매질 내에 매립된 입자 또는 조성 불균일성에 의해서 야기된다. 다양한 구체예에서, 투명 전도성 피처의 탁도는 10% 이하, 8% 이하, 5% 이하, 3% 이하 또는 1% 이하이다.

본 발명에서 검토한 바와 같이, 본 발명에 따르는 전도성 피처는 전기적 삼출 역치 이상으로 나노구조의 상호연결 네트워크를 포함한다. 전형적으로, 본 발명에 따르는 전도성 피처는 10⁸ 옴/스퀘어 (또한 "Ω/□"로 칭함) 이하의 저항성을 갖는다. 바람직하게는, 저항성은 10⁴ Ω/□, 3000 Ω/□, 1000 Ω/□ 또는 100 Ω/□ 이하이다. 전형적으로, 저항성은 10 Ω/□ 내지 1000 Ω/□, 100 Ω/□ 내지 750 Ω/□, 50 Ω/□ 내지 200 Ω/□, 100 Ω/□ 내지 500 Ω/□, 또는 100 Ω/□ 내지 250 Ω/□, 또는 10 Ω/□ 내지 200 Ω/□, 10 Ω/□ 내지 50 Ω/□, 또는 1 Ω/□ 내지 10 Ω/□의 범위이다.

상기 검토한 바와 같이, 전도성 피처는 단일 피처를 형성하는 경우에는, 기질 상에 코팅 용액의 다수의 코트 (coats)를 적층시킴으로써 기질 상에 형성될 수 있다. 이러한 다수 적층 (layering)은 일반적으로 피처의 저항성을 감소시키면서, 이것은 또한 탁도를 증가시키고 피처의 투과를 감소시킬 수 있다.

적용

본 발명에 기술된 스크린 인쇄방법 및 장치를 사용하여 생산된 투명 전도성 피처를 갖는 기질은 현재 금속 옥사이드 필름과 같은 투명 전도체를 사용하는 모든 장치를 포함하는 광범한 종류의 장치에서 전극으로 사용될 수 있다. 적합한 장치의 예로는 LCDs, 플라즈마 디스플레이 패널 (PDP), 착색된 평면 패널 디스플레이용 칼라 필터, 터치 스크린과 같은 평면 패널 디스플레이, 전자기 차폐물, 기능성 유리 (예를 들어, 전기변색성 윈도우 (window)를 위함), EL 램프 및 광전지와 같은 광전자 장치 등이 포함된다. 또한, 본 발명에서 투명 전도성 피처는 유연성 디스플레이 및 터치 스크린과 같은 유연성 장치에서 사용될 수 있다.

(a) 액정 디스플레이

LCD는 광 투과성을 외부 전기장에 의해서 조절함으로써 이미지를 표시하는 평면 패널 디스플레이이다. 전형적으로, LCD는 액정 전지 (또는 "픽셀 (pixels)")의 매트릭스, 및 픽셀을 구동시키기 위한 구동 회로를 포함한다. 각각의 액정 전지는 공통 전극에 관해서 액정 전지에 전기장을 적용하기 위한 픽셀 전극이 제공된다. 각각의 픽셀 전극이 박막 트랜지스터 (TFT)에 함께 연결되면, 이들은 개폐장치로 작용하는데, 즉 픽셀 전극은 TFT를 통해서 적용된 데이터 시그날에 따라 액정 전지를 구동시킨다.

TFT LCD 패널은 그들 사이에 삽입된 액정 전지를 갖는 두 개의 기질을 포함한다. 픽셀 전극은 각각의 액정 전지에 대해서 하부 기질 상에 제공되는 반면에, 공통 전극은 상부의 대향하는 기질의 전체 표면상에 일체적으로 형성된다. 하부 기질은 또한, TFT 어레이 기질 또는 TFT 백플레인으로 칭하며, 따라서 상응하는 픽셀 전극에 연결된 박막 트랜지스터의 어레이를 포함한다. 상부의 대향하는 기질은 칼라 필터 상에 코팅될 수 있는 공통 전극을 포함하며, 이 조합은 칼라 필터 기질로 불릴 수 있다.

통상적으로, 픽셀 전극은 충분한 빛이 그를 통해서 투과하도록 고투과성 ITO 필름으로 만들어진다. 상기 언급한 바와 같이, ITO 필름은 비싸게 제작되며, 유연성 기질 상에서 사용하는 경우에 부서지기 쉬울 수 있다. 본 발명에 기술된 이방성 나노구조-기본 투명 전도체 피처는 TFT 픽셀 전극 제작에 있어서 대체 접근방법을 제공한다.

일반적으로 말하면, 본 발명에 기술된 박막 트랜지스터는 본 기술분야에서 공지된 어떤 방법에 따라서도 제작될 수 있다. 나노와이어-기본 픽셀 전극은 이방성 나노구조 투명 전도성 코팅을 갖는 TFT 백-플레인의 피처를 잉크젯 인쇄함으로써 형성될 수 있다.

본 발명에 기술된 나노구조-기본 투명 전도성 피처는 LCD 기술에서 현재 사용되는 모든 TFT 배열과 호환성이 있다. 일반적으로, 박막 트랜지스터는 두 가지의 광범한 카테고리에 속한다: 하단-게이트 (bottom-gate) 타입 및 상단-게이트 (top-gate) 타입. 하단-게이트 TFT에서, 게이트 전극은 활성층 아래에 배치되는 반면에, 상단-게이트 TFT에서 게이트 전극은 활성층 위에 배치된다. 하단-게이트 박막 트랜지스터는 전형적으로, 상단-게이트 박막 트랜지스터에 비해서 탁월한 신뢰성을 갖는다. 이들 구조적 배열은 예를 들어, 문헌 [Modern Liquid Crystal Process Technologies '99 (Press Journal, 1998, pp. 53 to 59) 및 Flat Panel Display 1999 (Nikkei BP, 1998, pp. 132 to 139)]에 더 상세히 기술되어 있다. 또한, 활성 영역을 형성하는 물질의 타입에 따라서 박막 트랜지스터는 또한 무정형 실리콘, 다결정성 실리콘 및 유기 반도체를 기초로 할 수 있다.

도 3은 한가지 구체예에 따르는 TFT 백플레인의 개폐장치의 단면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 개폐장치 394는 하단-게이트 박막 트랜지스터 396 및 나노구조-기본 픽셀 전극 398을 포함한다. 박막 트랜지스터는 기질 402 상에 형성된 게이트 전극 400을 포함한다. 게이트 전극은 사진석판술에 의해서 확정된 금속층 (예를 들어, Mo-Al-Cd)일 수 있다. 게이트 절연층 406은 게이트 전극 400을 덮는다. 박막 트랜지스터 396은 추가로, 모두 섬-형상 구조를 형상하도록 확정된 절연층 410, 제1 반도체층 414 (예를 들어, 무정형 실리콘), 및 제2 반도체층 418 (예를 들어, n+ 도핑된 무정형 실리콘)을 더 포함한다. 소스 (source) 전극 422 및 드레인 (drain) 전극 426은 채널 430을 확정하여 제1 반도체층 414 (즉, 활성층)의 일부분을 노출시킨다. 추가의 보호층 434는 접촉 홀 (contact hole) 438을 노출시키면서 섬 구조, 소스 및 드레인 전극을 덮는다. 보호층 434는 예를 들어, 실리콘 니트라이드 층이다. 나노구조-기본 투명 전도성 피처 442는 픽셀 전극 398을 형성하는 패턴으로 박막 트랜지스터 396 상에 코팅된다. TFT 백플레인의 다른 부분에서는, 동일한 나노구조-기본 투명 전도체 피처 442가 또한 패턴화되어 시그날 라인 영역 446을 확정할 수 있다. 추가의 구체예에서, 상술한 개폐장치는 액정 디스플레이 (LCD) 장치 내에 통합될 수 있다.

도 4는 TFT 백플레인 501 및 칼라 필터 기질 502를 포함하는 LCD 장치 500을 개략적으로 나타낸다. 백라이트 (backlight) 504는 편광체 508 및 유리 기질 512를 통해서 빛을 투사한다. 다수의 제1 투명 전도체 스트립 520은 하단 유리 기질 512와 제1 정렬층 (alignment layer) 522 (예를 들어, 폴리이미드 층) 사이에 배치된다. 각각의 투명 전도체 스트립 520은 데이터 라인 524와 교대로 존재한다. 스페이서 (spacer) 530은 제1 정렬층 522와 제2 정렬층 532 사이에 제공되며, 정렬층들 사이에는 액정 536이 샌드위치된다. 다수의 제2 투명 전도체 스트립 540은 제2 정렬층 532 상에 배치되고, 제2 투명 전도체 스트립 540은 제1 투명 전도체 스트립 520으로부터 직각으로 배향된다. 제2 투명 전도체 스트립 540은 패시베이션층 (passivation layer) 544, 착색된 매트릭스의 칼라 필터 548, 상단 유리 기질 550 및 편광체 554에 의해서 더 코팅된다. 유리하게는, 투명 전도체 스트립 520 및 540은 각각 하단 유리 기질 및 정렬층 상에 스크린 인쇄된, 본 발명에 기술된 투명 전도성 피처를 사용하여 형성될 수 있다. 통상적으로 사용되는 금속 옥사이드 스트립 (ITO)과는 달리, 고가의 침착 또는 에칭 방법이 필요하지 않다.

도 5는 또 다른 구체예에 따르는 상단-게이트 TFT를 기본으로 하는 LCD의 단면도를 나타낸다. 도시된 바와 같이, LCD 542는 TFT 기질 544 및 칼라 필터 기질 546과 이들 사이에 삽입된 액정층 548을 갖는다. 상기 언급한 바와 같이, TFT 기질 544 내에서 박막 트랜지스터 550 및 픽셀 전극 552는 하단 투명 기질 554 상에서 매트릭스 배열로 정렬된다. 공통 전압이 공급되는 공통 전극 556 및 칼라 필터 558이 상단 투명 기질 560 상에 배치된다. 그들 사이에 있는 액정 548과 서로 대면하고 있는 픽셀 전극 552 및 공통 전극 556 사이에 적용된 전압은 액정 전지 (픽셀)을 구동시킨다.

하단 투명 기질 554 상에서 각각의 픽셀에 대해서 배치된 박막 트랜지스터 550은 그의 게이트 전극 562가 활성층 564 위에 위치하는 상단-게이트 타입 TFT이다. TFT의 활성층 564는 본 기술분야에서 공지된 방법에 따라 하단 기질 554 상에서 패턴화된다. 게이트 절연층 566은 활성층 564 위에 놓여서 활성층을 덮는다. 게이트 전극 562와 대면하는 활성층 564의 일부분은 채널 구역 564c이다. 도핑된 불순물을 갖는 드레인 구역 564d 및 소스 구역 564s는 채널 구역 564c의 각각의 측면에 위치한다. 활성층 564의 드레인 구역 564d는 게이트 전극 562를 덮는 층간 절연층 568 내에 형성된 접촉 홀을 통해서, 드레인 전극 566으로 또한 작용하는 데이터 라인에 연결된다. 또한, 절연층 570은 데이터 라인 및 드레인 전극 566을 덮도록 배치된다. 픽셀 전극 552를 형성하는 나노구조-기본 투명 전도성 피처는 절연층 570 상에 위치한다. 픽셀 전극 552는 접촉 홀을 통해서 활성층 564의 소스 구역 564s에 연결된다. 제1 정렬층 572는 픽셀 전극 상에 위치할 수 있다.

도 13은 추가로, 각각의 픽셀에 대해서 배치될 수 있는 저장 전기용량 요소 574를 도시한다. 저장 커패시턴스 요소 (storage capacitance element)는 TFT가 선택되지 않은 경우에, 액정 커패시턴스에 적용되어야 하는 디스플레이 컨텐츠 (contents)에 상응하는 전하를 유지한다. 따라서, 픽셀 전극 552의 전압 변화는 디스플레이 컨텐츠가 하나의 시퀀스 중에 변화되지 않고 유지될 수 있도록 유지될 수 있다.

도시된 바와 같이, 활성층 564의 소스 구역 564s는 또한, 저장 커패시턴스 요소 574의 제1 전극 576으로 작용한다. 저장 커패시턴스 요소 574의 제2 전극 578은 게이트 전극 562와 동시에, 및 그와 동일한 층 내에 형성될 수 있다. 게이트 절연층 566은 또한, 제1 전극 576 및 제2 전극 578 사이에서 유전체로 작용한다. 게이트 전극 566 (즉, 게이트 라인) 및 제2 전극 578 (즉, 저장 커패시턴스 라인)은 병렬로 배열된다. 이들은 픽셀 전극 552로부터 직각으로 배향되어 픽셀의 매트릭스를 확정한다.

하단-게이트 및 상단-게이트 TFT 배열 둘 다의 경우에, 활성층은 허용되는 반도체 물질 중의 어떤 것이라도 될 수 있는 것으로 이해되어야 한다. 전형적으로, 무정형 실리콘은 침착 및 패턴화 단계의 용이성 및 경제성으로 인하여 광범하게 사용된다. 다결정성 실리콘이 또한 사용될 수 있다. 다결정성 실리콘은 무정형 실리콘보다 더 우수한 전류-구동 능력을 갖기 때문에, 이것은 개폐장치에서 사용되는 경우에 탁월한 성능을 제공한다. 다결정성 실리콘의 저온 침착이 가능할 수 있으며, 다결정성 실리콘-기본 TFT를 제조하기 위한 대체 방법으로 보고되었다 [참조: 예를 들어, 미국 특허 제 7,052,940 호]. 또한, 유기 반도체 물질이 사용될 수도 있다. 특정의 구체예에서, 유기 π 컨쥬게이트 화합물이 유기 TFT의 활성층을 형성하는 유기 반도체 물질로 사용될 수 있다. 폴리피롤, 폴리티오펜 (C₆₀에 의해서 임의로 도핑될 수 있다), 폴리피렌, 폴리아세틸렌 및 폴리벤조티오펜 등을 포함하는 (단, 이들로 제한되지는 않는다) π 컨쥬게이트 화합물은 본 기술분야에서 공지되어 있다. 유기 TFTs에 적합한 유기 반도체 물질의 추가의 예는 예를 들어, 미국 특허 제 7,018,872 호에 기술되어 있다.

본 발명에서 검토된 바와 같이, TFT 백플레인은 칼라 필터 기질에 대향하여 LCD 내에 위치한다 (참조: 예를 들어, 도 24 및 25). 칼라 필터 기질은 전형적으로 투명 기질, 블랙 (black) 매트릭스 (또는 광-차폐층) 및 착색된 픽셀의 어레이를 포함한다. 전형적으로, 착색된 픽셀은 투명 기질 상에 패턴으로 정렬된다. 블랙 매트릭스는 각각의 착색된 픽셀 주위에서 그리드 (grid)를 형성한다. 특정의 구체예에서, 각각의 착색된 픽셀은 칼라와 결합된다. 다른 구체예에서, 각각의 착색된 픽셀은 더 작은 착색제 영역 (서브픽셀로 칭함)으로 더 구분될 수 있으며, 각각의 서브픽셀은 칼라와 결합된다. 전형적으로는, 적색 (R), 녹색 (G) 및 청색 (B)과 같은 원색이 사용된다. 예를 들어, RGB 트리아드 (triad)의 반복 어레이는 광범한 종류의 칼라의 칼라 이미지를 생성할 수 있다. 착색된 픽셀 또는 서브픽셀은 원색으로 제한되지 않으며, 백색, 황색 또는 청록색과 같은 다른 칼라가 사용될 수도 있다.

LCD의 모드에 따라, TN (twisted nematic) 모드에서의 공통 전극과 유니트 칼라 필터의 상대적 위치는 IPS (In-plane-switching) 모드에서의 경우와 상이할 수 있다.

(b) 플라즈마 디스플레이 패널

플라즈마 디스플레이 패널은 형광성 물질 (예를 들어, 인광체)을 플라즈마 방전에 의해서 생성된 자외선으로 여기시킴으로써 가시광을 방출한다. 플라즈마 디스플레이 패널은 두 개의 절연 기질 (예를 들어, 유리 플레이트)을 사용하며, 각각의 절연 기질은 개별적인 전지 (픽셀)를 확정하도록 그 위에 형성된 격벽 (barrier ribs) 및 전극을 갖는다. 이들 전지는 전기장 하에서 이온화되어 플라즈마를 생성시킬 수 있는 하나 또는 그 이상의 불활성 가스 (예를 들어, Xe, Ne 또는 Kr)로 충진된다. 더욱 특히, 어드레스 (address) 전극은 전지의 뒤쪽에서 후방 유리 플레이트를 따라서 형성된다. 버스 (bus) 전극과 함께 투명 디스플레이 전극은 전지의 앞에서 전방 유리 플레이트 상에 장착된다. 어드레스 전극 및 투명 디스플레이 전극은 서로 직교하며, 전지에서 경로와 교차한다. 운전시에, 제어 회로는 전극을 충전시켜 전방 및 후면 플레이트 사이에서 전압 차이를 발생시키고, 불활성 가스가 이온화하고 플라즈마를 형성하도록 야기한다.

금속 옥사이드 투명 전도체 (예를 들어, ITO)는 통상적으로, 플라즈마-생성된 가시광이 통과하도록 상부 유리 플레이트 상에서 투명 디스플레이 전극으로 사용된다. 나노구조-기본 투명 트레이스 (trace)는 PDP 내에서 디스플레이 전극에 적합한 전극 물질이다. 이들은 필요한 피처 크기 (예를 들어, 100-300 ㎛)로 본 발명에 기술된 바와 같이 스크린 인쇄될 수 있다.

도 6은 한가지 구체예에 따르는 PDP의 단면도를 나타낸다. PDP 606은 다음을 포함한다: 하부 투명 기질 608; 하부 투명 기질 608 상에 형성된 하부 절연층 610; 하부 절연층 608 상에 형성된 어드레스 전극 612; 어드레스 전극 612 및 하부 절연층 610 상에 형성된 하부 유전층 614; 방전 전지 618을 확정하는 분리벽 616; 분리벽 616 상에 위치하는 블랙 매트릭스 층 620; 블랙 매트릭스 층 620 및 분리벽 616의 측면 상에, 및 하부 절연층 608 상에 형성된 형광층 622; 상부 투명 기질 624; 상부 투명 기질 624 상에 형성되고, 어드레스 전극 612에 관해서 직각으로 위치하는 디스플레이 전극 626; 디스플레이 전극 626의 일부분 상에 형성된 버스 전극 628; 버스 전극 628, 디스플레이 전극 626 및 상부 투명 기질 624 상에 형성된 상부 유전층 630; 및 상부 유전층 630 상에 형성된 보호층 (예를 들어, MgO) 632. 디스플레이 전극은 본 발명에 기술된 방법에 따라 침착된 전도성 나노구조 트레이스에 의해서 형성될 수 있다.

나노구조-기본 투명 전도성 피처는 빛이 허용되는 효율로 투과하여 디스플레이 패널 상에 이미지를 생성할 수 있도록 투명 전극을 디스플레이 패널 상에 위치시킨 PDP의 어떤 다른 배열에나 적합한 것으로 이해되어야 한다.

(c) 광전지

태양 복사는 약 0.4 eV 내지 4 eV의 광자 범위에서 유용한 에너지를 제공한다. 광전지 (PV cells)와 같은 광전자 장치는 이 범위에서 특정의 광자 에너지를 포획하고, 전력으로 전환시킬 수 있다. 광전지는 본질적으로 조명 하에서 반도체 접합부이다. 빛은 반도체 접합부 (다이오드)에 의해서 흡수되고, 전자-홀 쌍이 접합부의 양측에서, 즉 n-타입 방사체 (emitter) 및 p-타입 베이스 (base)에서 생성된다. 그 후에, 이들 전하 캐리어, 즉 베이스로부터의 전자 및 방사체로부터의 홀은 접합부로 확산되고, 전기장에 의해서 일소되어 장치를 가로 질러서 전류를 생성한다.

반도체 접합부는 단일 물질 (예를 들어, 결정성 실리콘)을 도핑하여 p-타입 및 n-타입 측면을 형성시킴으로써 동종접합 전지 (homojunction cell) 내에 형성될 수 있다. PN 구조 또는 P-i-N 구조가 사용될 수 있다.

이종접합부는 두 개의 상이한 반도체를 접촉시킴으로써 형성될 수 있다. 전형적으로, 두 개의 반도체는 상이한 밴드 갭 (band gaps)을 갖는다. 더 큰 밴드갭을 갖는 하나는 그의 투명도를 위해서 선택되고, 상단 층 또는 윈도우 층으로 위치한다. 더 낮은 밴드갭을 갖는 하나는 광-흡수 물질로 작용하는 하단 층을 형성한다. 윈도우 층은 거의 모든 입사광이 쉽게 빛을 흡수하는 하단 층에 도달하도록 한다.

태양 스펙트럼의 대부분을 포획하기 위해서 다중-접합 전지가 개발되었다. 이 배열에서, 개별적인 이종접합 전지는 햇빛이 가장 큰 밴드갭을 갖는 물질 상에 우선 떨어지도록 하는 방식으로 쌓여진다. 제1 전지 내에 흡수되지 않은 광자는 제2 전지로 투과되며, 제2 전지는 그 후에 저-에너지 광자에 대한 투명성을 유지하면서 나머지 태양복사의 더 큰 에너지 부분을 흡수한다. 이들 선택적 흡수과정은 가장 작은 밴드갭을 갖는 최종 전지까지 계속된다.

여기자 (excitonic) PV 전지에서는, p-도핑 및 n-도핑된 구역 대신에 상이한 밴드갭의 물질을 사용하여 하나의 반도체로부터 다른 것으로의 전하 전이를 통해 여기자를 분할시킨다. 전하 분리 후에, 전하는 전하 수집을 위한 접촉 전극들 사이에서 작업 기능의 차이로 인하여 발생되는 내장 전위로 인하여 일소된다. 유기 광전지는 예를 들어, 하나의 반도체가 폴리티오펜일 수 있고, 다른 것은 C60일 수 있는 방식으로 작동한다. 폴리티오펜은 빛을 흡수하고 여기자가 발생된다. 전자는 폴리티오펜으로부터 C60 (전자에 대해서 더 적은 에너지 상태)으로 점프한다. 홀은 전자가 버키볼 (buckyballs) 사이에서 호핑함으로써 그렇게 하는 것과 같이 이들이 수집될 때까지 폴리티오펜 백본 (backbone)을 따라서 이동한다.

저항성인 (ohmic) 금속-반도체 접촉은 태양전지의 n-타입 및 p-타입 측면 둘 다에 제공된다. 다중-접합 전지에서, 이들은 또한 두 개의 인접한 전지 사이에 삽입된다. n-타입 측면 상에서 발생되거나, 접합부에 의해서 "수집"되고 n-타입 측면 상에서 일소된 전자는 와이어를 통해서 이동하고, 부하를 강화시키고, 이들이 p-타입 반도체-금속 접촉부에 도달할 때까지 와이어를 통해서 계속된다.

투명 전도체 (예를 들어, ITO)는 빛이 윈도우 층을 통해서 아래의 활성 광 흡수성 물질까지 통과하도록 할 뿐만 아니라 해당 광 흡수성 물질로부터 떠난 광-발생된 전하 캐리어를 수송하기 위한 저항성 접촉부로 작용하기 때문에, 이들은 태양전지를 위한 접촉 물질로서 바람직하다.

도 7은 동종접합 태양전지 664를 나타낸다. 태양전지 644는 상단 접촉부 668, 하단 접촉부 670, 및 이들 사이에 삽입된 반도체 다이오드 672를 포함한다. 반도체 다이오드는 예를 들어, 상단에 p-도핑된 실리콘 및 하단에 N-도핑된 실리콘을 갖는 PN 구조일 수 있다. 실리콘은 전형적으로 결정성 실리콘이다. 더 경제적인 대안으로, 다결정성 실리콘이 본 기술분야에서 공지된 방법에 따라 사용될 수 있다. 반도체 다이오드는 또한, 무정형 실리콘으로 형성될 수 있으며, 이 경우에는 P-i-N 구조가 바람직하다.

상단 접촉부는 전형적으로, 광학적으로 선명하며, 광 입사표면, 즉 빛이 태양전지에 처음으로 들어가는 표면을 포함한다. 임의로, 기질 674는 하단 접촉부 670 아래에 존재할 수 있다. 또한, 임의로 버스 막대 (bus bar) 676은 상단 접촉부를 덮어서 형성될 수 있다. 버스 막대 676은 본 발명에 기술된 바와 같이 나노구조-기본 투명 전도성 라인을 스크린 인쇄함으로써 형성될 수 있다.

도 8은 또 다른 구체예에 따른 이종접합 태양전지를 나타낸다. 도시된 바와 같이, 이종접합 태양전지 680은 상단 접촉부 682, 하단 접촉부 684, 및 이들 사이에 삽입된 반도체 이종접합 층 686을 포함한다.

특정의 구체예에서, 반도체 이종접합 층 686은 3-층 구조 (예를 들어, N-i-P)를 포함한다. 따라서, 이것은 도핑된 상단 반도체 층 686a, 비-도핑된 중간 반도체 층 686b 및 도핑된 하단 반도체 층 686c를 포함할 수 있다. 특정의 구체예에서, 제1 반도체 층 686a는 제3 반도체 층 686c보다 더 큰 밴드갭을 갖는다.

제1, 2 및 3 반도체 층은 박막 층으로서 침착될 수 있다. 적합한 반도체 물질에는 유기 반도체 물질 (본 발명에서 검토된 바와 같음), 카드뮴 텔루라이드 (CdTe), 구리 인듐 갈륨 셀레나이드 (CIGS), 구리 인듐 셀레나이드 (CIS) 등이 포함되나, 이들로 제한되지는 않는다. 예를 들어, 전형적인 CdTe 전지에서 상단 층은 p-타입 카드뮴 설파이드 (CdS)이고, 중간층은 진성 (intrinsic) CdTe이며, 하단 층은 n-타입 아연 텔루라이드 (ZnTe)이다. 반도체 이종접합 층 686의 경우에는 NP 구조 내에 단지 상단 반도체 층 686a 및 하단 반도체 층 686c 만을 포함할 수도 있다.

박막 반도체 층을 기본으로 하는 이종접합 전지는 실리콘-기본 태양전지의 경우에 비해서 물질 비용을 절약한다. 그러나, 박막 반도체 층의 열등한 성능으로 인하여 이러한 장치는 에너지 전환에 있어서 폴리실리콘-기본 전지보다 덜 효율적이다. 따라서, 한가지 구체예에서, 다중접합 전지는 도 9와 관련하여 기술된다. 도시된 바와 같이, 다중접합 전지 690은 상단으로부터 하단으로 상단 접촉부 692, 제1 전지 694, 터널 층 (tunnel layer) 696, 및 하단 접촉부 700을 연속적으로 포함하며, 여기에서 상단 접촉부 692 및 하단 접촉부 700은 본 발명에 기술된 바와 같이 전도성 나노구조-기본 투명 필름으로 만들어진다. 간편하게 할 목적으로, 다중접합 전지 690은 단지 두 개의 전지를 포함하는 것으로 도시된다. 그러나, 추가의 전지가 유사한 방식으로 재작될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.

제1 전지 692 및 제2 전지 698은 둘 다 도 29B에 도시된 단일 접합 태양전지 680으로서, 유사한 3-층 구조를 갖는다. 제1 전지는 충돌광 (impinging light)에 더 가까우며, 따라서 제2 전지보다 더 큰 밴드갭을 갖도록 선택되어야 한다. 그렇게 하는데 있어서, 제1 전지는 제2 전자 698에 의해서 흡수될 수 있는 더 낮은 에너지 광자에 대해서 투명하다.

제1 및 2 전지는 터널 층 696에 의해서 분리되어 전지들 사이에서 전자의 유동이 이루어지도록 한다. 터널 층 696은 정반대로 도핑된 반도체 층을 포함하는 PN 다이오드일 수 있다.

상단 접촉부 692 및 하단 접촉부 700은 나노와이어-기본 투명 전도체 필름이다. 이들은 본 발명에 기술된 방법에 의해서 제조될 수 있다. 태양전지 690은 본 기술분야에서 숙련된 전문가에 의해서 인식될 수 있는 바와 같이, 기질, 버스 막대, 반사방지 필름 등과 같은 추가의 층을 포함할 수 있다. 추가로, 본 발명에 기술된 나노구조-기본 투명 필름은 어떤 태양전지 배열에서나 하나 또는 그 이상의 접촉부로서 적합하다.

실시예

실시예 1

은 나노와이어의 제조

은 나노와이어는 폴리(비닐 피롤리돈) (PVP)의 존재 하에서 에틸렌 글리콜에 용해된 질산은을 환원시킴으로써 합성되었다. 방법은 문헌 [예를 들어, Y. Sun, B. Gates, B. Mayers, & Y. Xia, "Crystalline silver nanowires by soft solution processing", Nanolett, (2002), 2(2) 165-168]에 기술되었다. 균일한 은 나노와이어는 원심분리 또는 다른 공지된 방법에 의해서 선택적으로 분리될 수 있다.

대안으로, 균일한 은 나노와이어는 상기 반응 혼합물에 적합한 이온성 첨가제 (예를 들어, 테트라부틸암모늄 클로라이드)를 첨가함으로써 직접 합성될 수 있다. 이렇게 생산된 은 나노와이어는 크기-선택의 분리 단계가 없이 직접 사용될 수 있다. 이 합성방법은 본 명세서에 온전히 참고로 포함된 것으로, 본 출원의 출원인인 캠브리오스 테크놀로지스 코포레이션 (Cambrios Tech-nologies Corporation)의 이름으로 출원된 미국 임시특허출원 제 60/815,627 호에 더 상세히 기술되어 있다.

실시예 2

스크린 인쇄 전도성 코팅용액; 전기적 특성

은 나노와이어를 본 발명에 기술된 바와 같이 제조하고, 침강 및 용매 교환을 통해서 정제한 다음에, 물 중에서 1 주일 동안 침강하도록 하였다. 나노와이어는 약 11.5 ㎛ 내지 15.5 ㎛의 길이를 가졌으며, 직경은 약 35 ㎚ 내지 45 ㎚의 범위였다. 물을 경사시켜 버리고, 침강물인 나노와이어는 완전히 건조하도록 하였다. 그 후, PGME를 나노와이어에 첨가하고, 혼합시켰다. 그 후, 나노와이어를 추가로 1 주일 동안 침강하도록 두고, PGME를 경사시켰다. 그 후, 생성된 나노와이어의 일부분을 별도로 2 가지의 상이한 점도증진제인 듀퐁 (Dupont®) 3617 및 보르치 (Borchi®) PW 25에 첨가하고, 혼합시켰으며, 여기에서 각각의 용액은 약 99 중량%의 점도증진제와 약 1 중량%의 나노와이어를 갖는다. 또한, 추가로 4 가지 코팅 용액을 약 1 중량% 내지 10 중량%의 에토셀 (Ethocel®) 300, 및 각각 별도로, 약 89% 내지 98%의 PGME, 에틸 락테이트, 벤질 알콜 및 디아세톤 알콜을 사용하여 제조하고, 각각을 약 1 중량%의 나노와이어와 혼합시켰다.

각각의 코팅 용액을 AMI-프레스코 (Presco) MSP-485 스크린 인쇄기를 사용하여 투명 PET 기질 상에 스크린 인쇄하였다. 기질과 스크린 사이의 갭은 0.010 인치 내지 0.035 인치로 설정하였다. 경도계 90 스퀴지를 250 메쉬 스테인레스 스틸의 스크린과 함께 사용하였다. 인쇄된 패턴은 폭이 약 0.6 ㎝이고 길이가 5.6 ㎝인 버스 막대였다. 에멀전 두께는 0.0005 인치였다. 그 후, 버스 막대 피처를 건조시켰다. 그 후, 각각의 버스 막대의 저항성을 케이틀리 (Keithly®) 기구로부터의 2 점 저항계 (ohmmeter)를 사용하여 측정하고, 각각의 피처를 알콜로 1 분 동안 세정하고, 저항성을 다시 측정하였다. 마지막으로, 각각의 버스 막대를 5 분까지의 시간 동안 120℃에서 가열하고, 다시 알콜로 세정하고, 저항성을 측정하였다. 수득된 저항성 측정치는 이하의 표 1에 나타내었다.

점도증진제	피처 저항성 (옴)
에토셀 (Ethocel®) 300	20 내지 4000
듀퐁 (Dupont®) 3517	100,000
보르치 (Borchi®) PW 25	150 내지 80000

에토셀 300 및 보르치 PW 25에 대한 저항성 측정치의 범위는 버스 막대의 말단을 따라서 다양한 지점에서 이루어진 측정으로부터 유래하였다. 저항성 측정치는 첫 번째 알콜 세정 후에 약 10%만큼 떨어지고, 베이킹 및 두 번째 알콜 세정 후에 추가로 약 10%만큼 떨어졌다. 도시된 바와 같이, 기질 상의 전도성 피처는 전도성 이방성 나노구조를 함유하는 코팅 용액을 스크린 인쇄함으로써 생산될 수 있다.

실시예 3

스크린 인쇄 전도성 코팅 용액; 전기적 및 광학적 특성

본 발명에 기술된 바와 같이 제조하고, 침강 및 용매 교환을 통해서 정제한 은 나노와이어를 물 중에서 1 주일 동안 침강하도록 하였다. 나노와이어는 약 11.5 ㎛ 내지 15.5 ㎛의 길이를 가졌으며, 직경은 약 35 ㎚ 내지 45 ㎚의 범위였다. 물은 경사시켜 버렸다. 그 후, 생성된 나노와이어의 일부분을 별도로 상이한 중량 퍼센트 (이하의 표 2 및 3에 나타낸 바와 같음)의 폴리머 이노베이션즈 (Polymer Innovations®) WB40B-63 (표 2) 및, 별도로 WB40B-64 (표 3)에 첨가하여 0.7 중량%의 은 나노와이어 및 이하에 나타낸 중량 퍼센트의 점도증진제와 나머지 용액으로 물을 갖는 용액을 생산하였다. 각각의 혼합물을 스크린 인쇄하여 투명 PET 상에 약 3×4 인치의 직사각형 전도성 피처를 생산하였다. 그 후, 각각의 피처의 저항성, 투명도 및 탁도를 측정하였다. 저항성은 델콤 (Delcom) 저항성 측정장치를 사용하고, 4 점 접촉 저항성 측정 프로브를 사용하는 두 가지 방법 모두에 의해서 측정되었다. 각각의 혼합물에 대한 저항성 측정의 결과는 이하의 표 2 및 표 3에 나타내었다.

점도증진제 % (WB40B-63)	델콤 저항성 (ohm/sq)	4-점 저항성 (ohm/sq)	투과율 %	탁도 %
0	26.3	21.5	88.6	2.66
0.5	193	169	88.4	2.97
1.25	> 100000	> 100000	88.2	3.58
2.5	> 100000	> 100000	88.7	3.4
5	> 100000	> 100000	88.7	4.34
7.5	> 100000	> 100000	88.8	12.4

점도증진제 % (WB40B-64)	델콤 저항성 (ohm/sq)	4-점 저항성 (ohm/sq)	투과율 %	탁도 %
0	26.13	21.8	88.5	2.66
0.1	27.9	25.9	88.8	2.86
0.25	95	75	88.7	3.08
0.5	1960	1500	88.5	3.53
0.75	> 100000	> 100000	88.5	3.63
1	> 100000	> 100000	88.5	3.76
1.5	> 100000	> 100000	88.1	3.67

나타낸 바와 같이, 점도증진제 WB40B-63 (표 2) 또는 점도증진제 WB40B-64 (표 3)의 경우에 피처의 저항성은 약 0.5% 점도증진제가 사용된 후에 비교적 꽤 높게 된다.

1.25% WB40B-63 점도증진제를 사용하여 인쇄된 피처를 추가로, 페페툴즈 모델 (Pepetools Model) PEPE 189.00 라미네이터에 6 회 통과시켰다. 각각의 라미네이션 후에, 저항성을 측정하였다. 추가로, 라미네이터를 6 회 통과시킨 후에 피처를 아르곤 대기에 노출시키고, 저항성을 다시 한번 측정하였다. 라미네이션 및 아르곤 처리의 결과는 도 10에 나타내었다. 저항성은 수직 축 상에 제시되고, 라미네이터를 통한 통과 수는 수평 축 상에 나타낸다. "아르곤"으로 라벨을 붙인 막대는 아르곤 처리 후의 저항성 측정치이다. 마지막 막대는 라미네이션하지도 않고 아르곤 처리하지도 않은 대조용 막대이다. 도시된 바와 같이, 라미네이션은 피처의 저항성을 6 회 라미네이션 시킨 후에, 적어도 10,000 ㏀으로부터 대략 1 ㏀로 감소시켰다. 추가로, 아르곤 처리는 저항성을 1 ㏀ 이하로 더 감소시켰다.

본 명세서에서 인용되고/되거나 출원 데이터 시트에 열거된 상기한 모든 미국 특허, 미국 특허출원 공개, 미국 특허출원, 해외 특허, 해외 특허출원 및 비-특허 공보는 본 명세서에 온전히 참고로 포함된다.

전술한 바로부터, 본 명세서에는 설명을 목적으로 본 발명의 특정한 구체예가 기술되었지만, 발명의 의의 및 범위로부터 벗어나지 않으면서 다양한 변형이 이루어질 수 있다는 것은 이해될 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 첨부된 특허청구범위에 의한 것을 제외하고는 제한되지 않는다.

Claims

점도증진제; 및 금속성 이방성 나노구조를 포함하는, 스크린 인쇄용 코팅 조성물.
제1항에 있어서, 이방성 나노구조에 대한 점도증진제의 비가 99 내지 999인 코팅 조성물.
제2항에 있어서, 점도증진제가 듀퐁 (Dupont®) 3517, 토요보 빌로날 (Toyobo Vylonal®) 및 보르치 (Borchi®) PW 25 중의 하나인 코팅 조성물.
제1항에 있어서, 용매를 더 포함하는 코팅 조성물.
제4항에 있어서, 이방성 나노구조에 대한 점도증진제의 비가 1 내지 100이고; 이방성 나노구조에 대한 용매의 비가 89 내지 989인 코팅 조성물.
제5항에 있어서, 점도증진제가 에틸 셀룰로즈, 하이드록시프로필 셀룰로즈 및 하이드록실 프로필 메틸 셀룰로즈 중의 하나이고, 용매가 물, PGME, 에틸 락테이트, 벤질 알콜 및 디아세톤 알콜 중의 하나인 코팅 조성물.
제1항에 있어서, 염기를 더 포함하는 코팅 조성물.
제7항에 있어서, 이방성 나노구조에 대한 점도증진제의 비가 0.1 내지 16이고; 이방성 나노구조에 대한 용매의 비가 90.8 내지 198.8이며; 이방성 나노구조에 대한 염기의 비가 0.01 내지 0.4인 코팅 조성물.
제8항에 있어서, 점도증진제가 폴리머 이노베이션즈 (Polymer Innovations®) WB40B-63 및 WB40B-64 중의 하나인 코팅 조성물.
제1항에 있어서, 금속성 이방성 나노구조가 금속성 나노와이어 및 금속성 나노튜브 중의 하나인 코팅 조성물.
제1항에 있어서, 금속성 이방성 나노구조가 은 나노와이어 및 금 나노튜브 중의 하나인 코팅 조성물.
금속성 이방성 나노구조를 포함하고, 기질 상에 금속성 이방성 나노구조를 함유하는 코팅 용액을 스크린 인쇄함으로써 형성된 것으로서, 기질 상에 형성된 전기적 전도성 피처.
제12항의 전도성 피처를 포함하는 액정 디스플레이.
제12항의 전도성 피처를 갖는 플라즈마 디스플레이 패널.
제12항의 전도성 피처를 갖는 광전지.
제12항에 있어서, 85%보다 큰 광학적 투명도를 갖는 전도성 피처.
제12항에 있어서, 3% 미만의 광학적 탁도를 갖는 전도성 피처.
제12항에 있어서, 200 옴/스퀘어 미만의 저항성을 갖는 전도성 피처.
제12항에 있어서, 전도성 피처를 덮는 매트릭스 층을 갖는 전도성 피처.