KR20140030281A - 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름 - Google Patents

나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 투과성 및 전도성이 우수함과 동시에, 내구성 및 유연성이 향상되는 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름 및 이의 제조방법을 제공한다. 따라서 본 발명의 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름은, 기재, 기재 상에 형성된 것으로, 금속 나노와이어를 주성분으로 하는 나노와이어층, 나노와이어층 상에 형성된 것으로, 탄소나노튜브를 주성분으로 하며, 상기 나노와이어층과 망상구조를 가지는 탄소나노튜브층, 및 상기 탄소나노튜브층 상에 형성되며, 절연성을 가지는 탑코팅층을 포함한다.

Description

나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름 및 이의 제조 방법{Nanowire-carbon nano tube hybrid film and method for manufacturing the same}
본 발명은 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 대전분야, 디스플레이분야, 광학분야, 조명분야 등 여러 분야에 적용할 수 있는 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 투명 전도성 필름은 높은 전도성 (예를 들면,1×10^3Ω/sq 이하의 면저항)과 가시영역에서 높은 투과율(80%이상)을 가진다. 이에 따라서 상기 투명 전도성 필름은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 액정 디스플레이(Liquid crystal Display, LCD)소자, 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED), 유기 전계 발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 터치패널 또는 태양전지 등에서 각종 수광소자와 발광소자의 전극으로 이용되는 것 이외에 자동차 창유리나 건축물의 창유리 등에 쓰이는 대전 방지막, 전자파 차폐막 등의 투명전자파 차폐제 및 열선 반사막, 냉동 쇼케이스 등의 투명 발열체로 사용되고 있다.
최근에는 은나노와이어(Ag nanowire)를 도전층으로 하는 투명도전필름이 제조되고 있다. 상기 은 나노와이어는 높은 전도성을 가지면서, 우수한 투과도를 가지고 있다는 장점이 있다.
반면, 상기 은 나노와이어는 산화로 인하여 내부식성 및, 고온에서 특성이 열화되고, 딱딱한 성질로 인하여 플렉시블 디스플레이에 적합하지 않다는 문제점이 있다. 또한, 저온성 및 열충격성 등 내구성이 약하다는 문제점이 있다.
한편, 상기 투명도전필름에서 은나노와이어로 이루어진 도전층의 패턴을 형성시키기 위해서는, 종래에 통상적으로 사용되는 습식 에칭 장비를 사용하지 못한다는 문제점이 있다.
본 발명은, 금속 나노와이어를 도전층으로 하면서도, 고온고습성, 열충격성, 저온성, 내부식성 및 유연성이 우수함과 동시에, 전도성이나 투과성이 열화되지 않는 나노와이이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은, 습식 에칭이 가능한 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름은, 기재와, 나노와이어층과, 탄소나노튜브층과, 탑코팅층을 포함한다. 나노와이어층은 기재 상에 형성되며, 금속 나노와이어를 주성분으로 한다. 탄소나노튜브층은 상기 나노와이어층 상에 형성된 것으로, 탄소나노튜브를 주성분으로 하며, 상기 나노와이어층과 망상구조를 가진다. 탑코팅층은 상기 탄소나노튜브층 상에 형성되며, 절연성을 가진다.
상기 나노와이어층, 탄소나노튜브층, 탑코팅층은 세라믹 바인더 및 세라믹계 나노 입자 또는 금속 산화물계 나노 입자를 포함 할 수 있다. 상기 세라믹 바인더는, TiO2 sol, Al2O3 sol, SiO2 sol, ZnO sol, ZrO2 sol, Y2O3 sol, MgO sol, Mn3O4 sol, Sm2O3 sol, SnO2 sol, NiO sol, La2O3 sol, Cr2O3 sol, CeO2 sol, CuO sol, Co3O4 sol 중 적어도 하나 이상 선택될 수 있고, 상기 나노 입자는 TiO2, SiO2, SiON, SiNx계, SiNx계, ZnO, SnO, Al2O3, ZrO2, Y2O3, WO3, V2O5, NiO, Mn3O4, MgO, La2O3, Fe2O3, Cr2O3, Co3O4, CuO, CeO2, ITO, ATO, AZO, FTO, GZO, Sb2O3 및 ITO, ATO 중 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 측면에서의 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름은, 금속 나노와이어와 탄소나노튜브를 혼합한 1액형으로 기재 상에 베이스코팅, 금속 나노와이어와 탄소나노튜브를 혼합한 1액형층, 탑코팅층을 포함한다. 베이스코팅은 기재 상에 형성되며, 금속 나노와이어와 탄소나노튜브를 혼합한 1액형층을 주성분으로 한다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에서의 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름의 제조 방법은, 기재를 준비하는 단계와, 상기 기재 상에, 습식 에칭 가능한 베이스코팅층을 형성하는 단계와, 상기 베이스코팅층 상에 금속 나노와이어를 포함하는 나노와이어층을 형성하는 단계와, 상기 나노와이어층 상에 형성된 것으로, 탄소나노튜브 및 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더 및 나노 입자를 포함하며, 상기 나노와이어층과 망상구조를 가지는 탄소나노튜브층을 형성시키는 단계와, 상기 탄소나노튜브층 상에 형성되며, 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더 및 나노 입자를 포함하는 탑코팅층을 형성시키는 단계와, 상기 베이스코팅, 나노와이어층, 탄소나노튜브층, 및 탑코팅층을 습식 에칭하여 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
한편, 본 발명의 또 더 다른 측면에서의 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름의 제조 방법은, 기재를 준비하는 단계와, 상기 기재 상에, 습식 에칭을 쉽게 하고 금속 나노와이어와 탄소나노튜브를 혼합한 1액형층과 기재간 접착력을 높이기 위해 세라믹 바인더 및 나노 입자를 포함하는 베이스코팅을 형성하는 단계와, 상기 베이스코팅층 상에 금속 나노와이어와, 탄소나노튜브와, 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더 및 나노 입자를 포함하는 1액형 코팅층을 형성하는 단계와, 상기 1액형 코팅층상에 형성되며, 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더 및 나노 입자를 포함하는 탑코팅층을 형성시키는 단계와, 상기 베이스코팅, 상기 1액형 코팅층, 및 탑코팅층을 습식 에칭 하여 패턴을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브층을 상기 금속 나노와이어층 상에 코팅함으로써, 망상구조를 가지는 탄소나노튜브층이 금속 나노와이어 간의 접촉면적이 넓어져 전도성이 향상되고, 유연성이 향상되고 상기 탄소나노튜브층 상에 탑코팅층을 코팅함으로 인해 투과성 유지 및 스크래치가 방지되며, 고온고습성, 열충격성, 내부식성, 표면경도 및 부착성이 향상된다. 이로 인하여 보다 많은 분야에 적용이 가능하다.
또한, 상기 탑코팅층, 탄소나노튜브층, 나노와이어층 및 베이스코팅에 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더 및 나노 입자를 첨가하여 코팅됨으로써 습식 에칭이 가능해진다. 따라서, 보다 미세한 패턴 형성이 가능하고, 패턴 형성이 간편하게 된다.
또한, 기존의 습식 에칭 장비를 적용하여서 탄소나노튜브 패턴을 형성시킬 수 있음으로써, 제조 비용이 저감된다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름을 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 일 변형 예이다.
도 4는 도 2의 다른 변형 예이다.
도 5는 도 4의 다른 변형 예이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부를 확대 도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름(100)은, 기재(110)와, 나노와이어층(120)과, 탄소나노튜브층(130)과, 탑코팅층(140)을 포함한다.
기재(110)는 투명재질일 수 있으며 이에 따라 유리, PET, PC, PI, PEN, COC등의 투명 폴리머 등의 소재로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 기재(110)는 고투명 무기물 기판 또는 투명 폴리머 기판으로 이루어져서 유연성을 가지는 것이 바람직하다.
나노와이어층(120)은 금속 나노와이어(121)를 포함한다. 금속 나노와이어(121)는 금속, 금속합금, 도금 금속 또는 금속 산화물로 제조된 나노와이어이다. 상기 금속 나노와이어(121)의 일 예로서는 은 나노와이어, 구리 나노와이어, 백금 나노와이어, 금 나노와이어, 금 도금된 은 나노와이어, 및 팔라듐 나노와이어일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 나노 와이어는　나노미터 단위의 크기를 가지는 와이어 구조체를 말한다. 상기 금속 나노와이어의 지름은 10nm미만의 지름을 가지는 것에서부터 수백nm지름을 가질 수 있으며, 종횡비가 10보다 크다. 상기 금속 나노와이어는 우수한 전도성 및 투과성을 가지고 있다.
상기 나노와이어층(120)은 세라믹 바인더를 포함할 수 있다. 상기 세라믹 바인더는 TiO2 sol, Al2O3 sol, SiO2 sol, ZnO sol, ZrO2 sol, Y2O3 sol, MgO sol, Mn3O4 sol, Sm2O3 sol, SnO2 sol, NiO sol, La2O3 sol, Cr2O3 sol, CeO2 sol, CuO sol, Co3O4 sol 중 적어도 하나 이상 선택될 수 있다. 상기 세라믹 바인더는 금속 나노와이어를 바인딩시키는 기능을 한다. 상기 세라믹 바인더는 금속 나노와이어 100 중량부 대비 50 내지 10000 중량부의 함량을 가지는 것이 바람직하다.
이 경우, 상기 나노와이어층의 두께층(D1)은 5nm 내지 300nm 인 것이 바람직하다. 이는 상기 두께(D1)가 5nm 미만인 경우에는 나노와이어 필름 도전성이 낮아 지게 되고, 300nm를 초과하는 경우에는 투과성이 떨어지고, 헤이즈(Haze)가 높아지기 때문이다.
상기 나노와이어층(120) 상면에는 탄소나노튜브층(130)이 형성된다. 상기 탄소나노튜브층(130)은 탄소나노튜브를 주성분으로 한다. 탄소나노튜브는 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있고, 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작아서 특유의 전기 화학적 특성을 나타낸다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브층(130)은 상기 나노와이어층(120)과 망상구조를 가진다. 즉, 탄소나노튜브층(130)의 탄소나노튜브는 상기 나노와이어층(120)의 나노와이어와 망상구조를 형성한다. 이에 따라서 나노와이어의 도전성이 탄소나노튜브로 전달되어서 전체적으로 전체 필름의 도전성이 우수하게 유지된다.
상기 탄소나노튜브는 금속 나노와이어에 비하여, 산화되지가 않고, 고온고습성이나 열충격성이 우수하므로, 전체 필름의 고온고습성, 저온성, 열충격성, 물리적 내구성과 내부식성을 강화시키는 역할을 한다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브층의 두께(D2)는 10nm 내지 500nm 인 것이 바람직하다. 이는 상기 두께(D2)가 10nm 미만인 경우에는 나노와이어층이 드러나 물리적, 화학적 내구성이 떨어지고, 500nm를 초과하는 경우에는 투과도가 낮아지고 나노와이어의 도전성을 유지하지 못한다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브층(130)은 탄소나노튜브 용액을 상기 나노와이어층(120) 상에 코팅하고 경화시킴으로써 이루어질 수 있다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브 용액은, 용매에, 세라믹 바인더 및 탄소나노튜브를 혼합하여서 제조할 수 있다.
상기 탄소나노튜브 용액을 제조하는 방법으로는 먼저 탄소나노튜브를 분산시킨다. 탄소나노튜브 분산 방법 중 하나의 예로는 탄소나노튜브를 amide계열의 DMF(NN-dimethylformamide), NMP (1,2-dichlorobenzene, N-methylpyrrolidone)등의 유기 용매에 넣어 초음파로 분산시킬 수 있다.
탄소나노튜브 분산 방법 중 다른 예로는 수용성 분산제를 적용할 수 있다. 상기 수용성 분산제로는 SDS (Sodium Dodecyl Sulfate), Triton X-100(TX-100), NaDDBS(Sodium DodecylbenzeneSulfonate), Gum Arabic 등이 있다.
그 후에, 탄소나노튜브가 분산된 용매에, 세라믹 바인더를 투입한다. 세라믹 바인더는 상기 탄소나노튜브 사이를 바인딩하는 역할을 한다. 상기 세라믹 바인더는 TiO2 sol, Al2O3 sol, SiO2 sol, ZnO sol, ZrO2 sol, Y2O3 sol, MgO sol, Mn3O4 sol, Sm2O3 sol, SnO2 sol, NiO sol, La2O3 sol, Cr2O3 sol, CeO2 sol, CuO sol, Co3O4 sol 중 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
탑코팅층(140)은 상기 탄소나노튜브층(130) 상에 형성되며, 절연성을 가진다. 상기 탑코팅층(140)은 투명한 소재로 이루어질 수 있다. 상기 탑코팅층(140)은 탄소나노튜브층 상에 경도를 향상시키고, 스크래치를 방지하는 등 주변환경에 대한 내구성을 향상시키는 기능을 행할 수 있다. 또한, 휘도 향상, 난반사 방지 등 광학적 특성을 향상시킬 수도 있다.
상기 탑코팅층(140)은 세라믹 바인더로 이루어질 수 있다. 일반적으로 세라믹 바인더는 광투과도가 높은 코팅막의 제조가 가능하고, 접착력이 우수하여 미세균열보강에 유리하고, 내열, 내화특성이 우수하며, 코팅 적용이 유용하다.
상기 세라믹 바인더의 일 예로서는 TiO2sol, Al2O3 sol, SiO2 sol, ZnO sol, ZrO2 sol, Y2O3 sol, MgO sol, Mn3O4 sol, Sm2O3 sol, SnO2 sol, NiO sol, La2O3 sol, Cr2O3 sol, CeO2 sol, CuO sol, Co3O4 sol일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이중 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
탑코팅층(140)을 이루는 세라믹의 유기기는 탄소나노튜브와 sol-gel 반응을 하여 네트워크를 이루어 안정성을 유지한다. 이에 따라서 상기 탑코팅층(140)이 탄소나노튜브층(130) 표면과 접착안정성 및 우수한 경도를 가진다. 상기 탑코팅층의 두께(D3)는 10nm내지 300nm인 것이 바람직하다.
도 3은 도 2의 변형 예이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 나노와이어층(120)에는 금속 나노와이어(121)외에 습식 에칭이 가능한 세라믹 바인더(122) 또는 나노 입자(123) 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다. 상기 세라믹 바인더(122)와 나노 입자(123)는 금속 나노와이어(121) 사이를 바인딩 시키는 기능을 하는데, 광투과도가 높은 코팅막의 제조가 가능하고, 접착력이 우수하여 미세균열보강에 유리하고, 내열, 내화특성이 우수하며, 코팅 적용이 유용하다.
또한 이 경우, 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더(122) 및 나노 입자(123)는 상기 금속 나노와이어(121)와 함께 바인더에 바인딩 되어서, 상기 금속 나노와이어에 붙게 된다. 이에 따라서 습식 에칭 시에, 상기 세라믹 바인더(122) 및 나노 입자(123)가 에칭 되면 상기 금속 나노와이어(121)도 함께 에칭된다.
상기 탄소나노튜브층(130)에는 탄소나노튜브(131)외에 습식 에칭이 가능한 세라믹 바인더(132) 또는 나노 입자(133) 중 적어도 하나가 첨가될 수 있다. 상기 세라믹 바인더(132) 또는 나노 입자(133)는, 탄소나노튜브의 전도성을 향상시켜주는 기능을 할 수도 있다.
상기 세라믹 바인더(132) 또는 나노 입자(133)는 필름이 습식 에칭되도록 하는 기능을 행할 수도 있다. 이는 통상적으로 탄소나노튜브(131)가 습식 에칭이 되지 않으나, 세라믹 바인더(132) 또는 나노 입자(133)를 첨가함으로써 습식 에칭이 가능하도록 하는 것이다.
이 경우, 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더(132) 또는 나노 입자(133)는 상기 탄소나노튜브(131)와 함께 바인더에 바인딩 되어서, 상기 탄소나노튜브에 붙게 된다.
이 때에, 상기 탑코팅층(140) 또한 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더(141)로 형성될 수 있다. 또한, 탑코팅층(140)은, 상기 바인더(141)에 습식 에칭 가능한 나노 입자(143)를 첨가할 수도 있다.
상기 세라믹 바인더(122, 132, 141)는, TiO2 sol, Al2O3 sol, SiO2 sol, ZnO sol, ZrO2 sol, Y2O3 sol, MgO sol, Mn3O4 sol, Sm2O3 sol, SnO2 sol, NiO sol, La2O3 sol, Cr2O3 sol, CeO2 sol, CuO sol, Co3O4 sol일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 나노 입자(123, 133,143)는 세라믹계 나노 입자 또는 금속 산화물계 나노 입자일 수 있다. 이 경우 상기 나노 입자는 TiO2, SiO2, SiON, SiNx계, SiNx계, ZnO, SnO, Al2O3, ZrO2, Y2O3, WO3, V2O5, NiO, Mn3O4, MgO, La2O3, Fe2O3, Cr2O3, Co3O4, CuO, CeO2, ITO, ATO, AZO, FTO, GZO, Sb2O3 및 ITO, ATO등의 금속 산화물 나노 입자 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
상기 베이스코팅은 나노와이어층과 기재 사이의 부착성을 향상시키고 쉽게 에칭이 되도록 한다. 나노와이어층은 투과도를 향상시키고, 면저항을 낮추는 기능을 한다. 탄소나노튜브층은 환경성, 내부식성이 우수하고, 유연성을 가지도록 하며, 나노와이어층과 망상구조를 형성한다. 탑코팅층은 경도, 내스크래치성, 및 투과도를 향상시킨다.
상기 구조의 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름이 습식 에칭 되는 기구를 설명하면, 먼저 탑코팅층(140) 상면부터 탑코팅층에 함유된 세라믹 바인더(141) 및 나노 입자(143)가 습식 에칭을 시작하여, 상기 탑코팅층(140)과 접하는 탄소나노튜브층(130) 상부가 습식 에칭된다. 이와 함께 탄소나노튜브층(130)에 함유된 세라믹 바인더(132) 및 나노 입자(133)가 습식 에칭되면서 에칭 수단이 나노와이어층(120)에 충분히 닿을 수 있도록 하고, 이에 따라서 나노와이어층이 상기 세라믹 바인더(122) 또는 나노 입자(123)와 함께 습식 에칭 된다. 이와 더불어, 상기 나노와이어층(120)과 접하는 탄소나노튜브층(130) 하부가 습식 에칭됨으로써, 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름의 패턴 형성이 완성된다.
이 경우, 상기 나노 입자(123,133,143)의 사이즈는 1nm 내지 1㎛인 것이 바람직하다. 상기 나노 입자의 사이즈가 1nm 미만인 경우에는 나노 입자가 습식 에칭 되더라도 나노와이어층에 미치는 영향이 미미해, 탑코팅층, 탄소나노튜브층, 나노와이어층이 함께 에칭이 되지 않는 문제가 있고, 상기 나노 입자의 사이즈가 1㎛초과하는 경우에는 코팅액 내에서 균일하게 분산되어 있지 않고 가라앉거나, 코팅 후 코팅면이 불균일하게 형성되는 문제점이 있기 때문이다.
도 4는 도 2의 또 다른 변형 예이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 습식 에칭을 쉽게 하고 금속 나노와이어와 기재 간 접착력을 높이기 위해 상기 나노와이어층(120)과 기재(110) 사이에 베이스코팅층(160)이 개재될 수 있다. 이 경우, 상기 나노와이어층(120)에는 세라믹 바인더 및 나노 입자가 함유될 수도 있고, 함유되지 않을 수도 있다.
상기 베이스코팅층(160)은 상기 기재(110)와 나노와이어층(120) 사이의 결합력을 증가시키는 기능을 한다. 이는 기재(110)의 소재 및 금속 나노와이어 소재에 따라서 나노와이어층(120)의 코팅력이 저하될 수 있는데, 상기 기재(110) 및 나노와이어층(120)의 소재에 맞추어, 코팅력이 우수하도록 선택된 바인더로 이루어진 베이스코팅층(160)을 선택할 수 있다.
이 경우, 상기 베이스코팅층(160)은 습식 에칭 가능한 바인더(161) 및/또는 나노 입자(163)를 포함할 수 있다. 상기 베이스코팅층(160)은 탑코팅층(140)과 함께 습식 에칭 되면서, 그 사이에 있는 나노와이어층(120) 및 탄소나노튜브층(130)이 습식 에칭이 쉽게 되도록 한다.
이 경우, 상기 나노와이어층(120)에 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더(122) 및 나노 입자(123)가 첨가되고, 탄소나노튜브층(130) 또한 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더(132) 및 나노 입자(133)가 첨가되어 있으므로 습식 에칭 될 수 있다.
이 경우, 상기 탑코팅층(140)은, 용매에, 세라믹 바인더(141) 및 나노 입자(143)를 혼합하여서, 탑 코팅용액을 형성시킨 후에, 이를 상기 탄소나노튜브층 상에 코팅시킴으로써 이루어질 수 있다. 또한, 상기 베이스코팅층(160)은, 용매에, 세라믹 바인더(161) 및 나노 입자(163)를 혼합하여서, 베이스 코팅용액을 형성시킨 후에, 이를 상기 기재에 코팅시킴으로써 이루어질 수 있다.
이 경우, 탑 코팅용액 및 베이스 코팅용액을 이루기 위한 용매는 알코올류, 아민류, 증류수 및 일반적인 유기 용매를 선정할 수 있다. 상기 용매는 후에 제거가 용이하도록, 끓는점이 150℃ 이하인 것이 바람직하다.
한편, 상기 나노 입자(123,133,143,163)는 세라믹계 나노 입자 또는 금속 산화물계 나노 입자 일 수 있다. 상기 세라믹계 나노 입자 또는 금속 산화물계 나노 입자는 TiO2, SiO2, SiON, SiNx계, SiNx계, ZnO, SnO, Al2O3, ZrO2, Y2O3, WO3, V2O5, NiO, Mn3O4, MgO, La2O3, Fe2O3, Cr2O3, Co3O4, CuO, CeO2, ITO, ATO, AZO, FTO, GZO, Sb2O3 및 ITO, ATO 등의 금속 산화물 나노 입자 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중 적어도 하나 이상 선택될 수 있다.
또한, 상기 코팅 용액에서, 상기 나노 입자는 상기 베이스 코팅용액, 나노와이어층, 탄소나노튜브층, 탑 코팅용액 각각의 100 중량부 대비 1 내지 500 중량부의 함량을 가지는 것이 바람직한데, 이는 1 중량부 미만인 경우에는 습식 에칭이 제대로 되지 않으며, 500 중량부가 초과하는 경우에는 코팅층의 물성을 변화시키고, 코팅 후 나노 입자들이 빛을 산란시켜 헤이즈가 높아지고, 투과성이 낮아지는 문제가 있기 때문이다.
습식 에칭 방법으로, 에칭페이스트를 사용하는 방법을 예로 들면, 상기 탑코팅층(140)의 에칭 대상 영역 상에 에칭페이스트를 패턴 도포시키는 단계를 거친다. 에칭페이스트가 도포된 면은 습식 에칭 장비에 의하여 에칭된다. 상기 에칭페이스트는 점도가 수천 내지 수만Cps 정도로써 상기 탑코팅층(140)에 패턴 형성된다.
상기 에칭페이스트를 패턴 형성시키는 방법으로서는, 스크린 인쇄법을 사용할 수 있다. 상기 스크린 인쇄법은 상기 탑코팅층(140) 상에 스크린 마스크를 배치시키고, 스퀴즈로 에칭페이스트를 상기 스크린 마스크의 중공부를 통하여 상기 탑코팅층(140)에 인쇄함으로써 이루어질 수 있다.
그 후에, 상기 탑코팅층(140)이 에칭페이스트와 반응할 수 있도록 적절한 온도로 가열하는 열처리 단계를 거칠 수 있다. 상기 공정을 통하여 에칭페이스트에 열을 투입함으로써 에칭 속도를 높일 수 있다.
그 후에, 세정을 통하여, 상기 에칭페이스트와, 상기 에칭페이스트가 도포된 탑코팅층(140), 탄소나노튜브층(130), 나노와이어층(120) 및 베이스코팅층(160)을 제거하는 단계를 거친다. 상기 세정단계에서, 초순수(Di-water)에 상기 에칭페이스트를 씻어내면, 상기 에칭페이스트 및 상기 에칭페이스트가 도포된 탑코팅층(140)과, 탄소나노튜브층(130)과, 나노와이어층(120)과, 베이스코팅층(160)이 에칭되어 제거됨으로써 패턴화된 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름이 완성된다.
본 발명은 상기 탄소나노튜브층(130)이 상 측으로는 탑코팅층(140)과 바인딩되고, 하측으로는 나노와이어층(120)을 통하여 베이스코팅층(160)과 바인딩 되도록 하는 동시에, 각 코팅층에 세라믹 바인더 및 나노 입자를 첨가함으로써, 상기 탑코팅층(140) 및 베이스코팅층(160)이 에칭페이스트를 따라서 에칭되면서, 이에 바인딩 된 탄소나노튜브층(130), 나노와이어층(120)이 용이하게 에칭되도록 한다.
도 5는 도 4의 또 다른 변형 예이다. 도 5는 도 4와 같이 베이스코팅층(160)과 탑코팅층(140) 사이에 나노와이어층과 탄소나노튜브층을 분리하여 코팅하지 않고, 금속 나노와이어(222)와 탄소나노튜브(221)를 혼합한 1액형 용액을 코팅하여 이루어진 1층의 1액형 코팅층(220)을 형성시킨다. 1액형 코팅층(220)을 금속 나노와이어(222) 및 탄소나노튜브(221)를 각각 소량으로 사용하여 이룰 수 있음으로써, 상대적인 양을 향상시킬 수 있고, 금속 나노와이어와 탄소나노튜브 간의 망상구조를 이루어, 금속 나노와이어와 금속 나노와이어 간의 접촉면적을 탄소나노튜브가 연결해줌으로써 전도성 및 유연성이 향상된다. 이 경우, 베이스코팅층(160)과 탑코팅층(140)은 도 4에 기재된 바와 같으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 1액형 코팅층(220)에는 습식 에칭 가능한 세라믹 바인더(224) 및 나노 입자(223) 중 적어도 하나가 포함될 수 있다.
상기 세라믹 바인더는 TiO2 sol, Al2O3 sol, SiO2 sol, ZnO sol, ZrO2 sol, Y2O3 sol, MgO sol, Mn3O4 sol, Sm2O3 sol, SnO2 sol, NiO sol, La2O3 sol, Cr2O3 sol, CeO2 sol, CuO sol, Co3O4 sol일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 이 중 적어도 하나 이상 선택될 수 있다. 나노 입자는 TiO2, SiO2, SiON, SiNx계, SiNx계, ZnO, SnO, Al2O3, ZrO2, Y2O3, WO3, V2O5, NiO, Mn3O4, MgO, La2O3, Fe2O3, Cr2O3, Co3O4, CuO, CeO2, ITO, ATO, AZO, FTO, GZO, Sb2O3 및 ITO, ATO 중 선택된 적어도 하나일 수 있다.
본 발명은 금속 나노와이어와 탄소나노튜브를 혼합한 1액형층이 상 측으로는 탑코팅층(140)과 바인딩 되고, 하측으로는 베이스코팅층(160)과 바인딩 되도록 하는 동시에, 각각의 코팅층에 세라믹 바인더 및 나노 입자를 첨가함으로써, 상기 탑코팅층(140)에서 하층 베이스코팅층(160)까지 에칭페이스트가 쉽게 지나감으로써 용이하게 에칭 되도록 한다.
한편, 습식 에칭 방법으로서는 상기한 에칭페이스트를 이용한 습식 에칭 방법에 한정되지 않는 것은 명백하다. 즉, 본 발명에 적용될 수 있는 습식 에칭은 포토레지스트법을 적용할 수 있다. 즉, 감광성 수지인 포토레지스트를 도포하고, 패턴원판 역할을 하는 마스크를 이용하여서 특정 영역대의 파장을 가지는 빛을 투과시켜서 포토레지스트에 선택적으로 광반응을 일으킨 다음, 반응한 부분을 현상한다. 현상공정에 의해 선택적으로 노출된 부분인 에칭 대상 영역을 에칭 용액이나 반응성 가스 등의 화학적인 방법으로 제거 할 수 있다.
본 발명은 에칭 페이스트도포법이나, 포토레지스트법에 한정되지는 않으며, 화학적인 용액을 이용하여 탑코팅층(140), 탄소나노튜브층(130), 나노와이어층(120) 및 베이스코팅층(160)을 녹여낼 수 있다면, 모두 본 발명에 해당한다.
본 발명에 따르면, 탄소나노튜브층(130) 및 나노와이어층(120)을 습식 에칭으로 패턴 형성시킨다. 이에 따라서 종래의 ITO 등의 전극의 패턴을 형성하기 위한 습식 에칭장비를 그대로 적용할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 신속한 에칭이 가능하고, 미세한 패턴 폭을 가질 수 있는 장점이 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당기술분야의 숙련된 당 업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
100: 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름
110: 기재
120: 나노와이어층
123,133, 143, 163: 나노 입자
122,132,141,161: 세라믹 바인더
130: 탄소나노튜브층
140: 탑코팅층
160: 베이스코팅층
220: 1액형 코팅층

Claims (1)

  1. 기재;
    상기 기재 상에 형성되고, 금속 나노와이어를 포함하는 나노와이어층;
    상기 나노와이어층 상에 형성된 것으로, 탄소나노튜브를 포함하며 상기 나노와이어층과 망상구조를 가지는 탄소나노튜브층; 및
    상기 탄소나노튜브층 상에 형성되며, 절연성을 가지는 탑코팅층;
    을 포함하는 나노와이어-탄소나노튜브 하이브리드 필름.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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