KR20120047803A

KR20120047803A - 도전성 잉크, 도전성 잉크의 제조 방법 및 투명 도전막의 제조 방법

Info

Publication number: KR20120047803A
Application number: KR20110110709A
Authority: KR
Inventors: 고지 가도노
Original assignee: 소니 주식회사
Priority date: 2010-11-04
Filing date: 2011-10-27
Publication date: 2012-05-14
Also published as: CN102464914A; EP2450909A1; US20120114843A1; JP2012097219A

Abstract

인쇄 프로세스 적합성이 있고, 높은 도전성을 갖는 투명 도전막을 인쇄 프로세스에 의해 용이하게 제조할 수 있는 도전성 잉크 및 그 제조 방법 및 이 도전성 잉크를 사용한 투명 도전막의 제조 방법을 제공한다.
도전성 잉크는, 카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매를 포함하고, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하이다. 이 도전성 잉크는, 카본 나노튜브를 용매에 분산시킨 분산액을 제조하고, 이 분산액에 적어도 이온 액체를 첨가하여 교반함으로써 점도를 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하로 함으로써 제조할 수 있다. 도전성 잉크에는, 필요에 따라 계면 활성제, 도전성 중합체, 알코올 등을 더 포함시킨다. 이 도전성 잉크를 사용하여 인쇄 프로세스에 의해 투명 도전막을 제조한다.

Description

도전성 잉크, 도전성 잉크의 제조 방법 및 투명 도전막의 제조 방법{CONDUCTIVE INK, METHOD OF PREPARING THE SAME, AND METHOD OF PREPARING TRANSPARENT CONDUCTIVE FILM}

본 발명은, 도전성 잉크, 도전성 잉크의 제조 방법 및 투명 도전막의 제조 방법에 관한 것이며, 예를 들어 터치 패널, 디스플레이, 태양 전지 등에 사용되는 투명 도전막의 제조에 적용하기에 적합한 것이다.

투명 도전막은, 터치 패널, 디스플레이, 태양 전지와 같은 각종 전자 기기나 전자 소자에 필수적인 요소 재료이다. 현재, 투명 도전막은, 인듐 주석 산화물(ITO)로 대표되는 금속 산화물의 타깃을 진공 장치 내에서 스퍼터링함으로써 양산되고 있다(예를 들어, 비특허문헌 1, 2 참조). 그러나, 높은 밀폐도를 필요로 하는 진공 장치 내에서, 희소 금속인 인듐을 포함한 타깃을 스퍼터링하는 방법은 고비용이고 또한 저 스루풋이라는 문제가 있다.

따라서 최근에는 스퍼터링법을 대신하는 방법으로서, 은 잉크를 사용한 인쇄 프로세스에 의해 투명 도전막을 제조하는 기술의 개발이 진행되고 있다(특허문헌 1, 비특허문헌 3 참조). 이 방법에서는, 진공 장치가 필요하지 않아, 성막 시에 직접 패터닝하고, 투입 재료의 이용률이 높은 점에서, 성막 프로세스의 저비용화, 고 스루풋화가 기대되고 있다. 그러나, 은은 금속이기 때문에, 반사율이 높을 뿐만 아니라, 일렉트로 마이그레이션을 일으키기 쉬운 점에서 신뢰성에 문제가 있다. 그 결과로서, 은 잉크를 사용하여 투명 도전막을 제조하는 경우에는 막 두께를 크게 할 필요가 있기 때문에, 투명성의 악화 원인이 되는 등, 현단계에서 투명 도전막으로서 양산이 가능하게 되어 있지 않다. 이들 과제를 해결하기 위해 은의 나노 입자를 사용한 고분산 잉크의 개발이 진행되고 있지만, 신뢰성이나 투명성 등을 충분히 만족할 수 있는 것은 얻지 못하고 있다.

최근, 높은 도전성을 갖는 나노 재료인 카본 나노튜브를 사용하여 도전막을 제조하는 기술이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). 카본 나노튜브를 적절한 용매에 분산시킴으로써 잉크화시키는 기술에 관해서도 보고가 있다. 그러나, 이들 종래 카본 나노튜브 잉크를 사용하여 인쇄를 행하면, 인쇄 시의 번짐이나 건조를 위하여 충분한 패턴 특성을 얻는 것이 곤란했다.

한편 최근 카본 나노튜브와 이온 액체의 혼합물이 겔 상태인 조성물이 된다는 보고되고 있다(특허문헌 3 참조). 이러한 겔은 매우 높은 점도와 불휘발성을 갖고 있으며, 사출 성형 등을 사용한 도전체의 제작에 사용하는 것을 기대할 수 있다. 다른 한편 겔 상태이기 때문에, 잉크젯이나 판을 사용한 인쇄?전사 프로세스에 적용할 수 있는 잉크가 아니다.

또한, 도전성 미립자, 이온 액체 및 유기 수지를 함유하는 투명 도전 재료가 제안되고 있다(특허문헌 4 참조). 그러나, 이 투명 도전 재료에 있어서는, 이온 액체, 유기 수지 자체는 전기 전도성을 갖지 않기 때문에, 투명 도전 특성의 열화 요인이 된다. 또한, 이 투명 도전 재료에 의한 인쇄 프로세스 적합성의 향상 등의 보고는 이루어지고 있지 않아, 상기와 마찬가지의 고점도 및 불휘발성이라는 과제가 남아 있다.

일본 특허 공개 제2003-151361호 공보 국제 공개WO2006/126604 일본 특허 공개 제2004-142972호 공보 일본 특허 공개 제2008-269963호 공보

닛께 일렉트로닉스, 2009년 11월 30일호 [2010년 3월 25일 검색], 인터넷 <URL: http:/://techon.nikkeibp.co.jp/article/WORD/20060922/121370/> [2010년 3월 25일 검색], 인터넷 <URL: http://techon.nikkeibp.co.jp/article/NEWS/20100219/180438/>

이상과 같은 이유에 의해, 인쇄 프로세스 적합성, 도전성 모두 우수한 도전성 잉크가 요구되고 있지만, 지금까지 그러한 도전성 잉크는 제안되지 않았다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 인쇄 프로세스 적합성이 있고, 높은 도전성을 갖는 투명 도전막을 인쇄 프로세스에 의해 용이하게 제조할 수 있는 도전성 잉크를 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는, 인쇄 프로세스 적합성이 있고, 높은 도전성을 갖는 도전성 잉크를 용이하게 제조할 수 있는 도전성 잉크의 제조 방법을 제공하는 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 과제는, 상기와 같은 우수한 도전성 잉크를 사용하여 높은 도전성을 갖는 투명 도전막을 용이하게 제조할 수 있는 투명 도전막의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제 및 다른 과제는 본 명세서의 기술에 의해 명확해질 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해서, 본 발명은,

카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매를 포함하고, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하인 도전성 잉크이다.

또한, 본 발명은,

카본 나노튜브를 용매에 분산시킨 분산액을 제조하는 공정과,

상기 분산액에 적어도 이온 액체를 첨가하여 교반함으로써 점도를 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하로 하는 공정을 갖는 도전성 잉크의 제조 방법이다.

또한, 본 발명은,

카본 나노튜브를 이온 액체에 첨가하는 공정과,

상기 카본 나노튜브를 첨가한 상기 이온 액체를 갈아 으깨어 페이스트 상태물을 얻는 공정과,

상기 페이스트 상태물을 원심 분리함으로써, 상기 카본 나노튜브를 포함하는 상기 이온 액체로 이루어지는 겔 상태 조성물과 상기 이온 액체로 분리하는 공정과,

상기 겔 상태 조성물에 용매를 첨가하여 교반함으로써 점도를 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하로 하는 공정을 갖는 도전성 잉크의 제조 방법이다.

또한, 본 발명은,

카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매를 포함하고, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하의 도전성 잉크를 기재 상에 인쇄하는 공정을 갖는 투명 도전막의 제조 방법이다.

도전성 잉크에 포함시키는 이온 액체로서는, 종래 공지의 것을 사용할 수 있고, 필요에 따라 선택할 수 있지만, 적합하게는 양이온 부분이 카본 나노튜브의 π 전자와 상호 작용하는 것이 사용된다. 또한, 도전성 잉크에 포함시키는 용매로서는, 종래 공지의 것을 사용할 수 있고, 필요에 따라 선택할 수 있지만, 적합하게는 유기 용매 및/또는 물이 사용된다. 유기 용매로서는, 적합하게는, 예를 들어 아민기, 아미드기, 술폰기, 카르복실기 및 히드록실기 중 적어도 1개를 측쇄에 갖는 유기 용매가 사용된다. 유기 용매로서는, 가장 적합하게는 수용성 유기 용매가 사용된다. 수용성 유기 용매로서는, 적합하게는 알코올류가 사용되고, 구체적으로는 예를 들어 에탄올, 이소프로필알코올, 에틸렌글리콜, 글리세린 등 이외에, 올레일알코올 등의 고급 알코올 등이 사용된다. 도전성 잉크에 포함시키는 카본 나노튜브의 농도는 필요에 따라 선택할 수 있지만, 전형적으로는 10g/L 이하이다. 또한, 도전성 잉크 중의 용매에 대한 이온 액체의 체적비는 필요에 따라 선택할 수 있지만, 예를 들어 0.01 이상 30 이하, 적합하게는 0.01 이상 10 이하, 보다 적합하게는 0.5 이상 2 이하이다. 적합하게는, 도전성 잉크의 점도는, 전단 속도가 0.01rpm 이상 1000rpm 이하의 범위에서 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하이고, 보다 적합하게는 전단 속도가 0.1rpm 이상 100rpm 이하의 범위에서 0.1Pa?s 이상 100Pa?s 이하이다. 또한, 적합하게는 도전성 잉크는, 틱소트로피 인덱스값(TI값)이, 전단 속도가 5rpm일 때의 점도에 대한, 전단 속도가 0.5rpm일 때의 점도의 비로 1 이상 10 이하이고, 보다 적합하게는 4 이상 8 이하이다.

도전성 잉크에는, 필요에 따라 계면 활성제 및 도전성 중합체 중 적어도 1종 이상을 더 포함시켜도 좋고, 용매로서 알코올을 사용하지 않은 경우에는 계면 활성제, 도전성 중합체 및 알코올 중 적어도 1종 이상을 더 포함시켜도 좋다. 계면 활성제로서는, 종래 공지의 각종 음이온 계면 활성제, 양이온 계면 활성제, 양성 계면 활성제, 비이온 계면 활성제 등 모두 사용해도 좋고, 이들 중 2종류 이상을 혼합하여 사용해도 좋다. 도전성 중합체로서는, 종래 공지의 각종의 것을 사용할 수 있고, 필요에 따라 선택된다. 도전성 중합체는, 크게 구별하여, 탄화수소계의 것과 헤테로 원자 함유계의 것이 있다. 알코올은, 1가 알코올이어도 좋고 2가 알코올 등의 다가 알코올이어도 좋고, 1급 알코올, 2급 알코올, 3급 알코올 중 어느 것이든 좋고, 이들 중에서 적절히 선택된다.

상술한 바와 같이 구성된 본 발명에 있어서는, 도전성 잉크는, 카본 나노튜브에 의해 높은 도전성을 확보할 수 있다. 또한, 도전성 잉크는, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하인 것에 의해, 각종 인쇄 방법에 대하여 인쇄 프로세스 적합성을 갖는다. 또한, 도전성 잉크에 있어서의 카본 나노튜브 이외의 이온 액체 및 용매의 혼합비의 선택에 의해, 휘발성을 낮게 할 수 있으므로, 인쇄 시의 번짐이나 건조 등을 방지할 수 있어, 이러한 의미에서도 인쇄 프로세스 적합성을 갖는다. 또한, 적당한 점도 및 휘발성을 갖는 도전성 잉크를 사용함으로써, 카본 나노튜브의 비산을 방지할 수 있다.

본 발명에 의하면, 인쇄 프로세스 적합성이 있고, 높은 도전성을 갖는 투명 도전막을 인쇄 프로세스에 의해 용이하게 제조할 수 있는 도전성 잉크를 얻을 수 있다. 또한, 이 우수한 도전성 잉크를 용이하게 제조할 수 있다. 또한, 이 우수한 도전성 잉크를 사용하여 높은 도전성을 갖는 투명 도전막을 용이하게 제조할 수 있어, 이 투명 도전막을 전자 기기 혹은 전자 소자 등의 투명 도전막에 사용함으로써 고성능의 전자 기기 혹은 전자 소자를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예 3에 있어서 제작한 도전성 잉크에 있어서의 용매에 대한 이온 액체의 체적비와 도전성 잉크의 점도의 관계를 도시하는 대략 선도.
도 2는 본 발명의 실시예 6에 있어서 도전성 잉크를 사용하여 제작된 투명 도전막의 원자간력 현미경상을 도시하는 도면 대용 사진.

이하, 발명을 실시하기 위한 형태(이하 「실시 형태」라 한다)에 대하여 설명한다.

또한, 설명은 이하의 순서로 행한다.

1. 제1 실시 형태(도전성 잉크 및 그 제조 방법)

2. 제2 실시 형태(투명 도전막의 제조 방법)

<1. 제1 실시 형태>

[도전성 잉크]

제1 실시 형태에 의한 도전성 잉크는, 카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매를 포함하고, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하, 전형적으로는 예를 들어 0.4Pa?s 이상 200Pa?s 이하인 도전성 잉크이다.

카본 나노튜브는, 단층 카본 나노튜브이어도 좋고 다층 카본 나노튜브이어도 좋고, 직경이나 길이는 특별히 한정되지 않는다. 이 카본 나노튜브는, 기본적으로는 어떠한 방법에 의해 합성한 것이어도 좋지만, 구체적으로는, 예를 들어 레이저 애브레이션법, 전기적 아크방전법, 화학 기상 성장(CVD)법 등에 의해 합성할 수 있다.

이온 액체로서는, 종래 공지의 것을 사용할 수 있지만, 적합하게는 양이온 부분이 카본 나노튜브의 π 전자와 상호 작용하는 것이 사용된다. 이온 액체의 구체적인 예를 들면 다음과 같다.

?EMI-BF₄:1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라플루오로보레이트(1-ethyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate)

?DEME-BF₄:N,N-디에틸-N-메틸-N-(2-메톡시에틸)암모늄 테트라플루오로보레이트(N,N-diethyl-N-methyl-N-(2-methoxyethyl)ammonium tetrafluoroborate)

?EMI-TCB:1-에틸-3-메틸이미다졸륨 테트라시아노보레이트(1-ethyl-3-methylimidazolium tetracyanoborate)

?EMI-TFSI:1-에틸-3-메틸이미다졸륨 비스(트리플루오로메탄술폰)아미드(1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethanesulfone)imide)

?EMI-FAP:1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리스(펜타플루오로에틸)트리플루오로포스페이트(1-ethyl-3-methylimidazolium tris(pentafluoroethyl) trifluorophosphate)

?EMI-OTf(1-에틸-3-메틸이미다졸륨 트리플루오로메탄술포네이트(1-ethyl-3-methylimidazolium trifluorometanesulfonate))

?P₂₂₂ MOMTFSI(트리에틸(메톡시메틸)포스포늄 비스(트리플루오로메틸술포닐)아미드(triethyl(methoxymethyl)phosphonium bis(trifluoromethylsufonyl)imide)

상기의 이온 액체 중에서도, EMI-BF₄ 및 DEME-BF₄가 우수하다. 그것은, 이들 이온 액체는, 수용성인 것에 의해 도전성 잉크의 용매로서 물을 채용할 수 있고, 높은 이온 전도성을 갖고, 양이온-π 상호 작용에 수반하는 카본 나노튜브의 분산화?겔화가 일어나는 것 등에 의한다. 일례로서, DEMEBF₄의 양이온 부분을 나타내면 다음과 같다.

[화학식 1]

용매로서는, 종래 공지의 것을 사용할 수 있지만, 적합하게는 아민기, 아미드기, 술폰기, 카르복실기 및 히드록실기 중 적어도 1개를 측쇄에 갖는 유기 용매, 구분 수용성 유기 용매 또는 물이 사용된다.

도전성 잉크에 포함되는 카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매의 각 조성은, 필요해지는 도전성을 얻을 수 있고, 또한 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하로 되도록 적절히 선택된다. 도전성 잉크 중의 카본 나노튜브의 농도는 전형적으로는 10g/L 이하이다. 또한, 도전성 잉크에 있어서의 용매에 대한 이온 액체의 체적비는, 적합하게는 0.01 이상 10 이하이다.

도전성 잉크에는, 필요에 따라 계면 활성제, 도전성 중합체 및 알코올 중 적어도 1종 이상을 더 포함시켜도 좋다. 계면 활성제의 구체적인 예를 들면, 다음과 같다. 음이온 계면 활성제로서는, C₈H₁₇SO₃ ^-Na⁺, C₁₀H₂₁SO₃ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅SO₃ ^-Na⁺, C₁₄H₂₉SO₃ ^-Na⁺, C₁₆H₃₃SO₃ ^-Na⁺, C₈H₁₇SO₄ ^-Na⁺, C₁₀H₂₁SO₄ ^-Na⁺, C₁₁H₂₃SO₄ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅SO₄ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅SO₄ ^-Li⁺, C₁₂H₂₅SO₄ ^-K⁺, (C₁₂H₂₅SO₄ ^-)₂Ca² ⁺, C₁₂H₂₅SO₄ ^-N(CH₃)₄ ⁺, C₁₂H₂₅SO₄ ^-N(C₂H₅)₄ ⁺, C₁₂H₂₅SO₄ ^-N(C₄H₉)₄ ⁺, C₁₃H₂₇SO₄ ^-Na⁺, C₁₄H₂₉SO₄ ^-Na⁺, C₁₅H₃₁SO₄ ^-Na⁺, C₁₆H₃₃SO₄ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅CH(SO₄ ^-Na⁺)C₃H₇, C₁₀H₂₁CH(SO₄ ^-Na⁺)C₅H₁₁, C₁₃H₂₇CH(CH₃)CH₂SO₄ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅CH(C₂H₅)CH₂SO₄ ^-Na⁺, C₁₁H₂₃CH(C₃H₇)CH₂SO₄ ^-Na⁺, C₁₀H₂₁CH(C₄H₉)CH₂SO₄ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅OC₂H₄SO₄ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅(OC₂H₄)₂SO₄ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅(OC₂H₄)₄SO₄ ^-Na⁺, C₈H₁₇OOC(CH₂)₂SO₃ ^-Na⁺, C₁₀H₂₁OOC(CH₂)₂SO₃ ^-Na⁺, C₁₂H₂₅OOC(CH₂)₂SO₃ ^-Na⁺, C₁₄H₂₉OOC(CH₂)₂SO₃ ^-Na⁺, p-n-C₈H₁₇C₆H₄SO₃ ^-Na⁺, p-n-C₁₀H₂₁C₆H₄SO₃ ^-Na⁺, p-n-C₁₂H₂₅C₆H₄SO₃ ^-Na⁺, C₇F₁₅COO^-K⁺, C₇F₁₅COO^-Na⁺, (CF₃)₂CF(CF₂)₄COO^-Na⁺, n-C₈ F₁₇SO₃ ^-Li⁺ 등을 들 수 있다. 또한, 양이온 계면 활성제로서는, C₈H₁₇N(CH₃)₃ ⁺Br^-, C₁₀H₂₁N(CH₃)₃ ⁺Br^-, C₁₂H₂₅N(CH₃)₃ ⁺Br^-, C₁₄H₂₉N(CH₃)₃ ⁺Br^-, C₁₆H₃₃N(CH₃)₃ ⁺Br^-, C₁₂H₂₅Pyr⁺Br^-, C₁₂H₂₅Pyr⁺Cl^-, C₁₂H₂₅Pyr⁺Cl^-, C₁₆H₃₃Pyr⁺Cl^-, C₁₂H₂₅N⁺(C₂H₅)(CH₃)₂Br^-, C₁₂H₂₅N⁺(C₈H₁₇)(CH₃)₂Br^-, C₁₄H₂₉N⁺(C₂H₅)₃Br^-, C₁₄H₂₉N⁺(C₄H₉)₃Br^-등을 들 수 있다. 또한, 양성 계면 활성제로서는, C₈H₁₇N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-, C₁₀H₂₁N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-, C₁₂H₂₅N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-, C₁₄H₂₉N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-, C₁₆H₃₃N⁺(CH₃)₂CH₂COO^-, C₁₀H₂₁CH(Pyr⁺)COO^-, C₁₄H₂₉CH(Pyr⁺)COO^-등을 들 수 있다. 또한, 비이온 계면 활성제로서는, C₈H₁₇CHOHCH₂OH, C₁₂H₂₅CHOHCH₂CH₂OH, C₈H₁₇(OC₂H₄)₃OH, C₁₀H₂₁(OC₂H₄)₄OH, C₁₁H₂₃(OC₂H₄)₈OH, C₁₂H₂₅(OC₂H₄)₂OH, C₁₂H₂₅(OC₂H₄)₄OH, C₁₂H₂₅(OC₂H₄)₆OH, C₁₂H₂₅(OC₂H₄)₈OH, C₁₃H₂₇(OC₂H₄)₈OH, C₁₄H₂₉(OC₂H₄)₈OH, C₁₅H₃₁(OC₂H₄)₈OH, p-t-C₈H₁₇C₆H₄O(C₂H₄O)₂H, p-t-C₈H₁₇C₆H₄O(C₂H₄O)₈H, n-옥틸-β-D-글루코시드, n-데실-β-D-글루코시드 등을 들 수 있다. 필요에 따라, 이들의 계면 활성제를 2종류 이상 혼합하여 사용해도 좋다. 이들 계면 활성제 중에서도, 카본 나노튜브의 분산 용이함 면에서, 음이온 계면 활성제의 1종인 C₁₂H₂₅SO₄ ^-Na⁺(황산도데실나트륨(SDS))가 특히 바람직하지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 도전성 중합체의 구체적인 예를 들면, 다음과 같다. 탄화수소계 도전성 중합체로서는, 폴리아세틸렌, 폴리페닐렌, 폴리페닐렌비닐렌, 폴리아센, 폴리페닐아세틸렌, 폴리디아세틸렌, 폴리나프탈렌 등을 들 수 있다. 헤테로 원자 함유계 도전성 중합체로서는, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리티오펜, 폴리티에닐렌비닐렌, 폴리아줄렌, 폴리이소티아나프텐 등을 들 수 있다. 알코올의 구체적인 예를 들면, 메틸알코올(메탄올), 에틸알코올(에탄올), 프로필알코올(프로판올), 부틸알코올(부탄올), 펜틸알코올(펜탄올), 에틸렌글리콜 등이다.

[도전성 잉크의 제조 방법]

이 도전성 잉크의 제조 방법에 대하여 설명한다.

제1 제조 방법에서는, 카본 나노튜브를 용매에 분산시킨 분산액을 제조하고, 이 분산액에 적어도 이온 액체를 첨가하여 교반함으로써 점도를 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하로 함으로써 도전성 잉크를 제조한다.

제2 제조 방법에서는, 카본 나노튜브를 이온 액체에 첨가하고, 이 카본 나노튜브를 첨가한 이온 액체를 갈아 으깨어 페이스트 상태물을 얻고, 이 페이스트 상태물을 원심 분리함으로써, 카본 나노튜브를 포함하는 이온 액체로 이루어지는 겔 상태 조성물과 이온 액체로 분리하고, 이 겔 상태 조성물에 용매를 첨가하여 교반함으로써 점도를 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하로 함으로써 도전성 잉크를 제조한다.

<실시예 1>

1. 가부시끼가이샤 메이조 나노카본제의 카본 나노튜브(그레이드 FH-P)를 0.1g 채취하고, 이것을 유리병에 담긴 물 및 이소프로필알코올의 혼합 용매(혼합 체적비는 1:1) 100ml에 첨가한다.

2. 카본 나노튜브를 첨가한 유리병을 초음파식 호모게나이저로 출력 50W로 10분간 호모게나이즈 처리를 행하여, 카본 나노튜브의 분산액을 제조한다.

3. 이어서, 이 분산액에 대하여, 실온에서 10000G의 원심 분리 처리를 행하여, 90ml의 상청액을 회수한다.

4. 상청액을 회수한 나머지 분산액에 90ml의 EMI-BF₄(이온 액체)를 첨가하고, 교반기를 사용하여 3시간 교반한다.

5. 이렇게 하여 얻어진 잉크를 30시간 안치한다.

이상에 의해 도전성 잉크가 제조된다.

<실시예 2>

1. 가부시끼가이샤 메이조 나노카본제의 카본 나노튜브(그레이드 APJ)를 0.1g 채취하고, 이것을 10ml의 DEME-BF₄(이온 액체)에 첨가한다.

2. 이 카본 나노튜브와 DEME-BF₄의 혼합물을 자동 유발에 넣고, 실온에서 30분 갈아 으깨어, 페이스트 상태물을 얻었다. 이어서, 이 페이스트 상태물을 원심 분리하고, 도전성 미립자를 95질량% 함유하는 이온 액체의 겔 상태 조성물과 투명한 이온 액체로 분리했다.

3. 상기의 페이스트 상태물을 원심 분리하고, 카본 나노튜브를 90질량% 함유하는 이온 액체의 겔 상태 조성물과 투명한 이온 액체로 분리했다.

4. 이 겔 상태 조성물에, 20ml의 물 및 디메틸포름아미드의 혼합물(혼합 체적비 1:1)을 첨가하여고, 초음파식 호모게나이저로 출력 50W로 10분간 호모게나이즈 처리를 행했다.

5. 이렇게 하여 제작한 잉크를 30시간 안치한다.

이상에 의해 도전성 잉크가 제조된다.

<실시예 3>

1. 실시예 2의 잉크의 제조 프로세스 4에 있어서, 첨가하는 용매를 물, 이소프로필알코올 및 에탄올의 혼합물(혼합 체적비 2:1:1)로 변경한다.

2. 첨가하는 용매의 양을 0.5ml, 1ml, 2ml, 3ml, 5ml, 10ml, 50ml, 100ml로 바꾸어, 총 8로트를 제작한다.

3. 실시예 2의 프로세스 4, 5를 거쳐 도전성 잉크를 제조한다.

실시예 3에 의해 제작된 도전성 잉크의 점도를 점도계에 의해 측정했다. 측정 결과를 도 1에 나타낸다. 도 1의 횡축은 도전성 잉크에 있어서의 용매에 대한 이온 액체의 체적비, 종축은 도전성 잉크의 점도를 나타낸다. 도 1 에 도시한 바와 같이, 도전성 잉크에 있어서의 용매에 대한 이온 액체의 체적비가 0.1로부터 30로 변화하면, 도전성 잉크의 점도는 0.4Pa?s로부터 200Pa?s로 변화한다.

<실시예 4>

1. ILJIN nanotech사제의 카본 나노튜브(그레이드 CM-95)를 0.1g 채취하고, 이것을 30ml의 DEME-BF₄(이온 액체)에 첨가한다.

4. 이 겔 상태 조성물에, 40ml의 물, 이소프로필알코올 및 에탄올의 혼합물(혼합 체적비 1:1:1)을 첨가하고, 초음파식 호모게나이저로 출력 50W로 10분간 호모게나이즈 처리를 행했다.

5. 이렇게 하여 제작한 잉크를 30시간 안치한다.

이상에 의해 도전성 잉크가 제조된다.

실시예 4에 의해 제작된 도전성 잉크의 점도는 11.2Pa?s이며, TI값을 측정한 바, 전단 속도가 5rpm일 때의 점도에 대한, 전단 속도가 0.5rpm일 때의 점도의 비로 6.15이었다.

이상과 같이, 이 제1 실시 형태에 의한 도전성 잉크는, 카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매를 포함하고, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하인 것에 의해, 높은 도전성 외에 인쇄 프로세스 적합성을 갖고 있다. 이로 인해, 이 우수한 도전성 잉크를 사용함으로써, 높은 도전성을 갖는 투명 도전막을 인쇄 프로세스에 의해 용이하게 제조할 수 있다.

<2. 제2 실시 형태>

[투명 도전막의 제조 방법]

제2 실시 형태에 의한 투명 도전막의 제조 방법에 있어서는, 제1 실시 형태에 의한 도전성 잉크를 사용하여 인쇄 프로세스에 의해 투명 도전막을 제조한다.

구체적으로는, 카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매를 포함하고, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하인 도전성 잉크를 사용하여, 인쇄 프로세스에 의해 기재 상에 인쇄함으로써 투명 도전막을 제조한다.

기재는 다양한 것이어도 좋고, 필요에 따라 선택할 수 있다. 구체적으로는, 이 기재로서는, 유리, 석영, 실리콘(특히, 표면에 산화막을 형성한 것) 등을 사용할 수 있고, 유연한 기재로서는 각종 플라스틱 기재를 사용할 수 있다. 플라스틱 기재로서는, 예를 들어 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리스티렌, 폴리카르보네이트 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다. 투명 플라스틱 기재로서는, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등으로 이루어지는 것을 사용할 수 있다. 인쇄 방법은 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 평판 인쇄법, 볼록판 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 요판 인쇄법, 고무판 인쇄법, 스크린 인쇄법 등을 사용할 수 있다.

<실시예 5>

1. 실시예 1에 의해 제작된 도전성 잉크를, 50㎛의 라인 앤 스페이스로 설계된 요판 기판에 도포하고, 스테인리스 블레이드를 사용하여 여분의 잉크를 제거한다.

2. 이 요판을 롤식의 블랭킷에 압인하여, 잉크를 블랭킷에 묻힌다.

3. 잉크의 패턴화된 블랭킷으로부터, 폴리에틸렌테레프탈레이트 기판에 롤 방식으로 압인함으로써, 약 50㎛의 라인 앤 스페이스를 갖는 투명 도전막을 기판 상에 형성한다.

4. 10분간 자연 건조시킨 후, 기판을 순수로 3분 세정한다.

이렇게 하여 얻어진 투명 도전막의 가시광 영역에서의 광투과성 및 시트 저항값을 측정했다. 그 결과를 표 1에 나타낸다.

표 1에 나타낸 바와 같이, 얻어진 투명 도전막은 막 두께 100nm, 시트 저항 180Ω/□, 파장 550nm에 대한 투과율 87%이며, 투명 도전 특성이 우수한 투명 도전막이 얻어지고 있는 것을 알았다.

<실시예 6>

1. 실시예 2에 의해 제작된 도전성 잉크를, 스테인리스강제의 아니록스 롤에 도포하여, 100㎛의 라인 앤 스페이스로 설계된 볼록판 기판에 롤 방식으로 전사했다.

2. 도전성 잉크를 전사한 볼록판 기판으로부터 폴리에틸렌테레프탈레이트 기판에 롤 방식으로 압인함으로써, 약 100㎛의 라인 앤 스페이스를 갖는 투명 도전막을 형성했다.

3. 10분간 자연 건조시킨 후, 기판을 순수로 3분 세정한다.

이렇게 하여 얻어진 투명 도전막을 원자간력 현미경(AFM)에 의해 관찰했다. 촬영된 AFM상을 도 2에 도시한다. 도 2에 도시한 바와 같이, 카본 나노튜브의 치밀한 네트워크 구조가 관찰되어, 이에 의해 높은 도전성이 얻어지고 있다.

<실시예 7>

1. 실시예 4에 의해 제작된 도전성 잉크를, 100㎛의 라인 앤 스페이스가 그려진 유리로 만든 요판 패턴에 스테인리스강제 스퀴지를 사용하여 전개했다.

2. 대향 롤에 폴리에틸렌테레프탈레이트 기판을 고정하고, 이것과 상기의 요판 패턴을 5rpm의 속도로 접촉시킴으로써, 약 100㎛의 라인 앤 스페이스를 갖는 투명 도전막을 기판 상에 형성했다.

3. 10분간 자연 건조시킨 후, 기판을 순수로 3분 세정한다.

이렇게 하여 얻어진 투명 도전막의 가시광 영역에서의 광투과성을 측정한 결과, 파장 550nm에 대한 투과율은 90.5%이었다.

이 제2 실시 형태에 의하면, 제1 실시 형태에 의한 도전성 잉크를 기판 상에 인쇄함으로써, 투명 도전 특성이 우수한 투명 도전막을 용이하게 제조할 수 있다. 이 투명 도전막은, 다양한 전자 기기 혹은 전자 소자에 사용할 수 있다. 전자 기기 혹은 전자 소자는, 투명 도전막을 사용하는 것에는 거의 모든 것이 포함되고, 용도나 기능과 무관하다. 구체적으로는, 예를 들어 터치 패널, 디스플레이, 태양 전지, 광전 변환 소자, 전계 효과 트랜지스터(FET)(박막 트랜지스터(TFT ) 등), 분자 센서 등을 들 수 있지만, 이것에 한정되는 것은 아니다.

이상, 본 발명의 실시 형태 및 실시예에 대하여 구체적으로 설명했지만, 본 발명은, 상술한 실시 형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 기술적 사상에 기초하는 각종 변형이 가능하다.

예를 들어, 상술한 실시 형태 및 실시예에 있어서 든 수치, 구조, 구성, 형상, 재료 등은 어디까지나 예에 지나지 않고, 필요에 따라 이들과 다른 수치, 구조, 구성, 형상, 재료 등을 사용해도 좋다.

Claims

카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매를 포함하고, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하인, 도전성 잉크.
제1항에 있어서, 상기 이온 액체는 양이온 부분이 카본 나노튜브의 π 전자와 상호 작용하는 것인, 도전성 잉크.
제2항에 있어서, 상기 용매는 유기 용매 및/또는 물인, 도전성 잉크.
제3항에 있어서, 상기 유기 용매는 아민기, 아미드기, 술폰기, 카르복실기 및 히드록실기 중 적어도 1개를 측쇄에 갖는 유기 용매인, 도전성 잉크.
제4항에 있어서, 상기 카본 나노튜브의 농도가 10g/L 이하인, 도전성 잉크.
제5항에 있어서, 상기 용매에 대한 상기 이온 액체의 체적비가 0.01 이상 30 이하인, 도전성 잉크.
제6항에 있어서, 계면 활성제, 도전성 중합체 및 알코올 중 적어도 1종 이상을 더 포함하는, 도전성 잉크.
제1항에 있어서, 전단 속도가 0.01rpm 이상 1000rpm 이하의 범위이고 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하인, 도전성 잉크.
제1항에 있어서, 틱소트로피 인덱스값이, 전단 속도가 5rpm일 때의 점도에 대한, 전단 속도가 0.5rpm일 때의 점도의 비로 1 이상 10 이하인, 도전성 잉크.
카본 나노튜브를 용매에 분산시킨 분산액을 제조하는 공정과,
상기 분산액에 이온 액체를 첨가하여 교반함으로써 점도를 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하로 하는 공정을 갖는 도전성 잉크의 제조 방법.
제10항에 있어서, 상기 이온 액체는 양이온 부분이 카본 나노튜브의 π 전자와 상호 작용하는 것인, 도전성 잉크의 제조 방법.
제11항에 있어서, 상기 용매는 유기 용매 및/또는 물인, 도전성 잉크의 제조 방법.
제12항에 있어서, 상기 도전성 잉크 중의 카본 나노튜브의 농도가 10g/L 이하인, 도전성 잉크의 제조 방법.
제13항에 있어서, 상기 용매에 대한 상기 이온 액체의 체적비가 0.01 이상 30 이하인, 도전성 잉크의 제조 방법.
카본 나노튜브를 이온 액체에 첨가하는 공정과,
상기 카본 나노튜브를 첨가한 상기 이온 액체를 갈아 으깨어 페이스트 상태물을 얻는 공정과,
상기 페이스트 상태물을 원심 분리함으로써, 상기 카본 나노튜브를 포함하는 상기 이온 액체로 이루어지는 겔 상태 조성물과 상기 이온 액체로 분리하는 공정과,
상기 겔 상태 조성물에 용매를 첨가하여 교반함으로써 점도를 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하로 하는 공정을 갖는, 도전성 잉크의 제조 방법.
제15항에 있어서, 상기 이온 액체는 양이온 부분이 카본 나노튜브의 π 전자와 상호 작용하는 것인, 도전성 잉크의 제조 방법.
제16항에 있어서, 상기 용매는 유기 용매 및/또는 물인, 도전성 잉크의 제조 방법.
제17항에 있어서, 상기 유기 용매는 아민기, 아미드기, 술폰기, 카르복실기 및 히드록실기 중 적어도 1개를 측쇄에 갖는 유기 용매인, 도전성 잉크의 제조 방법.
카본 나노튜브, 이온 액체 및 용매를 포함하고, 점도가 0.01Pa?s 이상 10000Pa?s 이하인 도전성 잉크를 기재 상에 인쇄하는 공정을 갖는, 투명 도전막의 제조 방법.
제19항에 있어서, 상기 이온 액체는 양이온 부분이 카본 나노튜브의 π 전자와 상호 작용하는 것인, 투명 도전막의 제조 방법.