KR20150039169A - 투명 전극의 코팅을 위한 잉크 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명 전극의 코팅을 위한 잉크 조성물에 관한 것이고, 구체적으로 터치스크린 또는 태양전지 모듈의 투명 전극의 코팅을 위한 잉크 조성물에 관한 것이다. 코팅 조성물은 은 나노와이어, 증류수, 알코올, 폴리에스테르 수지 및 첨가제로 이루어진다.

Description

투명 전극의 코팅을 위한 잉크 조성물{INK COMPOSITION FOR COATING TRANSPARENT ELECTRODE}

본 발명은 투명 전극의 코팅을 위한 잉크 조성물에 관한 것이고, 구체적으로 터치스크린 또는 태양전지 모듈의 투명 전극의 코팅을 위한 잉크 조성물에 관한 것이다.

투명 전극은 광 투과성과 도전성이 있는 전극, 산화주석, 산화인듐, 백금을 유리에 피복하여 사용되는 전극을 말하고 예를 들어 태양전지 모듈, 액정 표시 패널 또는 터치스크린의 패널에 적용될 수 있다. 이와 같은 투명 전극으로 산화인듐에 도전성을 향상시키기 위하여 산화주석을 첨가하여 제조된 ITO(Indium Tin Oxide) 투명 전극, 탄소나노튜브를 용액에 분산시켜 투명 박막에 코팅을 하여 표면저항이 낮아지도록 하여 형성되는 탄소나노튜브 투명전극 또는 신축성이 우수한 그래핀 투명전극과 같은 것이 있다. 투명전극은 일반적으로 80 %이상의 광 투과성과 500 Ω/sqm 이하의 면 저항을 가진다.

투명전극과 관련된 선행기술로 특허공개번호 제2011-0137576호 ‘투명전극용 전도성 고분자 조성물 및 이를 이용한 터치패널’이 있다. 상기 선행기술은 ITO 전극 대배 유연성, 필름 접착성 및 열팽창 특성과 같이 플라스틱 기판에 대한 조합과 관련하여 우수한 특성을 가진 전도성 고분자 조성물을 이용한 디스플레이용 전극에 관한 것이다. 상기 선행기술은 폴리티오펜 유도체, 적어도 하나 이상의 도펀트, 적어도 하나 이상의 바인더 및 용매로 이루어지고 면 저항이 100 내지 300 500 Ω/sqm가 되는 투명 전극용 전도성 고분자 조성물에 대하여 개시하고 있다.

투명전극과 관련된 다른 선행기술로 특허공개번호 제2012-0097449호 ‘탄소나노튜브 및 아크릴계 수성 중합체를 함유하는 조성물 및 이를 이용한 전도성 투명 전극’이 있다. 상기 선행기술은 탄소나노튜브가 손상이 되지 않으면서 기질에 코팅이 되는 경우 기질 부착성이 우수한 투명 전극을 제공하는 것을 목적으로 한다. 제시된 목적을 위하여 상기 선행기술은 탄소나노튜브, 분산제 및 아크릴계 수성 중합체를 유효 성분으로 포함하는 조성물로 피롤, 아닐린, 티오펜 또는 에틸렌 디옥 시티오펜과 같은 전도성 고분자와 인듐, 주석, 아연, 티타늄 또는 구리와 같은 금속 입자가 혼합물을 포함하는 투명 전도성 전극을 위한 조성물에 대하여 개시하고 있다.

투명전극과 관련된 또 다른 선행기술로 특허등록번호 제1191865호 ‘금속 배선이 함몰된 유연 기판의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유연 기판’이 있다. 상기 선행기술은 기판 상에 물 또는 유기 용매에 기용성인 고분자 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층을 고팅하는 단계, 희생층의 상부에 금속 배선을 형성시키는 단계, 금속 배선이 형성된 희생층 상부에 경화성 고분자를 코팅하고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 희생층만을 고분자 또는 유기 용매에 용해시키거나 광분해를 시켜 제거하고 고분자층을 분리시키는 단계; 고분자 층의 금속 배선이 노출된 표면 상부로 투명 전극을 증착 또는 코팅하는 단계를 포함하는 금속 배선이 함몰된 유연 기판의 제조 방법에 대하여 개시하고 있다. 상기 선행기술에서 투명 전극의 형성을 위하여 금속 산화물, 폴리아닐린 유기 전도체, 금속 박막 또는 은 나노 와이어, 금 나노 와이어, 구리 나노 와이어 또는 백금 나노 와이어, 탄소나노튜브 또는 그래핀이 사용되는 것이 개시되어 있다.

상기 선행기술은 표면 장력 조절 또는 기포 발생의 억제와 같은 코팅 과정 또는 코팅이 이루어진 후에 발생될 수 있는 다양한 문제점에 대한 해결 방안에 대하여 개시하고 있지 아니하다.

본 발명은 선행기술이 가진 문제점을 해결하기 위한 것으로 아래와 같은 목적을 가진다.

본 발명의 목적은 전기적 특성의 조절이 가능하면서 코팅 물성을 향상시킬 수 있는 투명 전극의 코팅을 위한 잉크 조성물을 제공하는 것이다.

본 발명의 적절한 실시 형태에 따르면, 코팅 조성물은 은 나노와이어, 증류수, 알코올, 폴리에스테르수지 및 첨가제로 이루어진다.

본 발명의 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 은 나노와이어는 0.011 내지 1.1 wt%, 증류수는 16.5 내지 49.5 wt%, 알코올은 16.5 내지 49.5 wt%, 폴리에스테르바인더는 0.011 내지 5.5 wt% 그리고 첨가제는 0.0011 내지 1.1 wt%가 된다.

본 발명의 또 다른 적절한 실시 형태에 따르면, 첨가제는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스가 된다.

본 발명에 따른 조성물은 태양전지 모듈, 터치스크린 또는 LCD 패널과 같이 다양한 분야의 투명전극의 형성을 위하여 적용될 수 있다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 조성물은 기재에 따른 부착 수준의 조절이 가능하도록 하는 것에 다양한 종류의 기재에 적용될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 조성물은 표면 장력의 조절이 가능하도록 하면서 코팅 과정에서 발생할 수 있는 기포 발생이 방지될 수 있고 건조 과정에서 나타나는 핀홀 현상이 방지될 수 있도록 한다는 이점을 가진다.

도 1은 본 발명에 따른 조성물에서 수지의 잉크 조성물에 따른 기재에 대한 부착 수준을 예시한 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 조성물에서 알코올의 함량에 따른 잉크 조성물의 표면 장력의 변화를 예시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 잉크 조성물에 대한 광 투과성 시험 결과를 도시한 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 잉크 조성물의 기포 발생과 관련된 시험 결과를 도시한 것이다.
도 5a는 본 발명에 따른 잉크 조성물의 시간에 따른 저항 변화를 도시한 것이고 그리고 도 5b는 공지된 조성물의 시간에 따른 저항 변화를 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 잉크 조성물의 젖힘성(wetting property)에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

아래에서 본 발명은 첨부된 도면에 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되지만 실시 예는 본 발명의 명확한 이해를 위한 것으로 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 아래의 설명에서 서로 다른 도면에서 동일한 도면 부호를 가지는 구성요소는 유사한 기능을 가지므로 발명의 이해를 위하여 필요하지 않는다면 반복하여 설명이 되지 않으며 공지의 구성요소는 간략하게 설명이 되거나 생략이 되지만 본 발명의 실시 예에서 제외되는 것으로 이해되지 않아야 한다.

본 발명에 따른 투명 전극을 위한 잉크 조성물은 0.011 내지 1.1 wt%의 은 나노 와이어(Silver Nanowire), 16.5 내지 49.5 wt%의 증류수(Distillation water), 16.5 내지 49.5 wt%의 알코올(Alcohol), 폴리에스테르수지 0.011 내지 5.5 wt% 및 0.0011 내지 1.1 wt%의 첨가제로 이루어질 수 있다. 또한 첨가제는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스(hydroxypropylmethylcellulose)가 될 수 있다.

은 나노 와이어는 투명 전극의 전기 전도성을 결정하고 여러 가지 결정 면(crystal plane)으로 이루어진 나노입자표면의 반응성의 차이로 인한 이등방성 성장 유도를 이용하여 와이어 형태로 만들어질 수 있다. 은은 금속 중 전기 전도성이 가장 우수하며 은 나노 와이어는 예를 들어 저항 값이 80~120 Ω이 될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물로 코팅이 된 필름의 투과도는 90 % 이상이 될 수 있고 그리고 면 저항은 150 내지 30 Ω/sqm이 될 수 있다. 다만 폴리에스테르 수지의 양 또는 제조 조건에 따라 저항이 적절하게 조절될 수 있다.

증류수는 은 나노 와이어와 폴리에스테르수지의 용매가 될 수 있고 이 분야에서 공지된 임의의 증류수가 될 수 있다. 또한 알코올은 기재에 대한 표면 에너지를 감소시키고 이로 인하여 표면 장력의 조절이 가능하도록 하기 위하여 사용된다. 알코올은 예를 들어 에틸알코올, 메틸알코올 또는 프로필알코올과 같이 이 분야에서 공지된 임의의 알코올이 될 수 있고 본 발명은 알코올의 종류에 의하여 제한되지 않는다.

폴리에스테르수지는 기재와 조성물 사이의 밀착성을 향상시키며 은 나노 와이어의 기재에 대한 접착성을 향상시키는 바인더의 기능을 가질 수 있다. 또한 첨가제는 소수성 강한 기재 또는 표면 에너지가 낮은 기재의 코팅성을 향상시키기 위하여 사용될 수 있다. 예를 들어 첨가제는 하이드록시프로필메틸셀룰로오스가 될 수 있다. 첨가제가 사용되면 조성물의 젖힘성(wetting)이 향상될 수 있고 이로 인하여 코팅이 되지 않는 부분을 감소시키면서 핀 홀(pin hole) 현상이 감소가 되도록 한다.

본 발명에 따른 조성물은 예를 들어 ITO 투명 전극을 대신하여 예를 들어 터치스크린, 태양전지 모듈 또는 엘시디 또는 엘이디 기판의 투명전극 형성을 위하여 사용될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.

아래에서 본 발명에 따른 조성물에 의하여 코팅이 된 필름의 특성에 대하여 설명된다.

도 1은 본 발명에 따른 조성물에서 수지의 조성물에 따른 기재에 대한 부착 수준을 예시한 것이다.

시험을 위하여 본 발명에 따라 제조된 조성물을 기재에 슬롯 다이 코팅 또는 마이크로 그라비아 코팅 방법을 사용하여 필름 형태로 3 내지 10 ㎛가 되도록 코팅을 하였다. 코팅 후 60 내지 80도의 온도에서 건조가 되었고 건조 후 필름의 두께는 20~40 ㎚가 되었다. 제조된 필름에 대하여 물성이 측정되었다. 기재(substrate)로 PET, PC, PP 또는 유리가 사용되었다.

도 1을 참조하면, 좌측으로 폴리에스테르수지의 증가에 대한 은 나노 와이어와 기재 사이의 밀착성이 달라지는 것을 알 수 있다. 구체적으로 폴리에스테르수지의 양이 증가함에 따라 은 나노 와이어의 기재에 대한 밀착성이 증가한다는 것을 알 수 있다. 또한 크로스-컷 시험(crosscut cut)에서 전체 중량에 대하여 0.01 wt% 이상의 폴리에스테르 수지가 사용되면 5B(박리, 떨어짐 또는 깨어짐이 없음) 수준이 되는 것으로 나타났다.

도 2는 본 발명에 따른 조성물에서 알코올의 함량에 따른 조성물의 표면 장력의 변화를 예시한 것이다.

도 2를 참조하면, 좌측은 알코올의 함량을 15 wt% 이하로 한 것이며 우측은 알코올의 함량이 30 wt%로 한 것에 해당된다. 알코올은 조성물의 표면 장력을 감소시키고 이로 인하여 기재의 표면 에너지를 감소시킨다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 본 발명에 따른 조성물은 알코올의 함량을 적절하게 조절하는 것에 의하여 표면 장력의 조절이 가능하도록 한다.

도 3은 본 발명에 따른 조성물에 대한 광 투과성 시험 결과를 도시한 것이다.

도 3을 참조하면, 폴리에스테르가 5.0 wt%, 3.0 wt% 그리고 0.5 wt%가 사용된 조성물로 코팅이 된 필름을 도시한 것이다. 좌측으로부터 91.5 %의 투과성, 92.2 %의 투과성 그리고 92.5 %의 투과성을 나타낸다. 각각의 투과도는 ASTM 규정에 따라 측정되었다.아울러 본 발명에 따른 조성물의 면 저항은 150 내지 30 Ω/sqm이 되고 은 나노 실버의 양에 따라 적절하게 조절될 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 조성물의 기포 발생과 관련된 시험 결과를 도시한 것이다.

도 4를 참조하면, 좌측은 알코올이 사용되지 않은 조성물에 대한 것이며 우측은 10 wt%의 알코올이 사용된 것을 도시한 것이다. 본 발명에 따른 조성물은 알코올의 사용에 의하여 기포 발생이 억제되도록 한다는 것을 알 수 있다.

도 5a는 본 발명에 따른 잉크 조성물의 시간에 따른 저항 변화를 도시한 것이고 그리고 도 5b는 공지된 조성물의 시간에 따른 저항 변화를 도시한 것이다.

도 5a를 참조하면, 본 발명에 따른 잉크 조성물에 의한 코팅 층은 시간의 경과에 따라 저항 값의 변화가 나타나지 않는다는 것을 알 수 있다. 이에 비하여 도 5b를 참조하면, 공지의 조성물이 적용되는 경우 시간의 경과에 따라 저항 값이 상승하게 된다는 것을 알 수 있다.

도 6은 본 발명에 따른 잉크 조성물의 젖힘성(wetting property)에 대한 실시 예를 도시한 것이다.

도 6의 좌측은 첨가제가 사용된 조성물로 코팅이 된 실시 예에 대한 사진을 나타낸 것이고 그리고 우측은 첨가제가 사용되지 않은 조성물로 코팅이 된 실시 예를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 것처럼, 첨가제가 사용되면 젖힘성이 향상된다는 것을 알 수 있다. 이와 같이 첨가제는 표면에너지가 낮은 일부 기재에 대하여 본 조성물에 의하여 표면 에너지가 낮아질 수 있도록 하고 그로 인하여 필름 또는 유리에 대한 코팅의 경우 젖힘성이 높아지도록 한다는 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 조성물은 표면 에너지가 높은 기재에 코팅이 되는 경우 코팅성이 우수하며 투명하고 명확한 외관이 얻어질 수 있도록 한다.

본 발명에 따른 조성물은 태양전지 모듈, 터치스크린 또는 LCD 패널과 같이 다양한 분야의 투명전극의 형성을 위하여 적용될 수 있다는 이점을 가진다. 또한 본 발명에 따른 조성물은 기재에 따른 부착 수준의 조절이 가능하도록 하는 것에 다양한 종류의 기재에 적용될 수 있도록 한다는 이점을 가진다. 추가로 본 발명에 따른 조성물은 표면 장력의 조절이 가능하도록 하면서 코팅 과정에서 발생할 수 있는 기포 발생이 방지될 수 있고 건조 과정에서 나타나는 핀홀 현상이 방지될 수 있도록 한다는 이점을 가진다.

위에서 본 발명은 제시된 실시 예를 참조하여 상세하게 설명이 되었지만 이 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 제시된 실시 예를 참조하여 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변형 및 수정 발명을 만들 수 있을 것이다. 본 발명은 이와 같은 변형 및 수정 발명에 의하여 제한되지 않으며 다만 아래에 첨부된 청구범위에 의하여 제한된다.

도 1: 기재 부착 수준 사진
도 2: 표면 장력 변화 사진
도 3: 투과도 시험 사진
도 4: 기포 발생 실물 사진
도 5a: 시간에 따른 저항 변화
도 6: 젖힘성 효과에 대한 사진

Claims (1)

1. ITO 투명 전극 대체용 투명 전극의 형성을 위한 잉크 조성물에 있어서,
   0.1 내지 1.0 wt%의 나노와이어, 증류수, 알코올, 3 내지 5 wt%의 폴리에스테르수지 및 하이드록시 프로필메틸 셀룰로오스 첨가제로 이루어지고, 20 내지 40 nm의 코팅 필름의 투과도가 90 % 이상이 되고, 상기 코팅 필름의 면 저항이 150 내지 30 Ω/sqm가 되는 것을 특징으로 하는 투명 전극의 코팅을 위한 잉크 조성물.

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