KR20160066494A - 탄소나노튜브 분산액 조성물 및 그 제조방법, 이를 포함하는 전도성 코팅액 조성물, 이를 이용한 정전기 방지막 및 표시장치 - Google Patents

탄소나노튜브 분산액 조성물 및 그 제조방법, 이를 포함하는 전도성 코팅액 조성물, 이를 이용한 정전기 방지막 및 표시장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산액 조성물은 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 탄소나노튜브 0.05 내지 20중량%, 폴리아크릴산 수지 0.02 내지 40중량%, 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올 50 내지 99.93중량%로 포함한다.

Description

탄소나노튜브 분산액 조성물 및 그 제조방법, 이를 포함하는 전도성 코팅액 조성물, 이를 이용한 정전기 방지막 및 표시장치{Carbon Nanotue Dispersed Composition And Method for Manufaturing Of The Same, Conductive Coated Composition Comprising The Same, Antistatic Film And Display Device Using The Same}
본 발명은 탄소나노튜브 분산액 조성물 및 그 제조방법, 이를 포함하는 전도성 코팅액 조성물, 이를 이용한 정전기 방지막 및 표시장치에 관한 것이다.
최근 정보화 사회로 시대가 급발전함에 따라 박형화, 경량화, 저 소비전력화 등의 우수한 특성을 가지는 평판표시장치(flat panel display)의 필요성이 대두되었는데, 이 중 액정표시장치(liquid crystal display)가 해상도, 컬러표시, 화질 등에서 우수하여 노트북이나 데스크탑 모니터에 활발하게 적용되고 있다.
일반적으로 액정표시장치는 일면에 전극이 각각 형성되어 있는 두 기판을 상기 전극이 형성되어 있는 면이 마주 대하도록 배치하고, 두 기판 사이에 액정 물질을 개재한 후, 각 기판에 형성된 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정 분자를 움직이게 함으로써 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하는 장치이다. 이때, 액정표시장치의 각 기판의 제조 시 단위 공정을 진행하는 과정에서 많은 정전기가 발생하고 있다.
따라서, 이러한 정전기를 방전시키고, 완성된 제품 형성 시에 충친된 전하를 효과적으로 방출시키고자 상부기판의 외측면에 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)를 정전기 방지막으로 활용하고 있다. 하지만, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)는 매우 값비싼 투명 도전성 금속물질이므로 제조 비용을 향상시키는 요인이 되고 있다. 특히, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)의 주원료인 인듐(Indium)은 희소금속으로 근래들어 그 가격이 급상승하고 있으며, 자원 보유국의 수출억제 정책 등으로 현재 그 수급이 어려워지고 있는 실정이다.
최근에 들어서는 개인 휴대가 가능한 휴대폰, PDA 또는 노트북 등에서 터치 센서가 내장되어 화면을 터치하여 동작할 수 있는 기능을 갖는 제품이 출시되어 사용자의 많은 관심을 끌고 있다. 이러한 추세에 편승하여 다양한 응용제품에 표시소자로서 이용되고 있는 액정표시장치에 있어서도 터치 기능을 갖도록 하기 위해 최근 다양한 시도가 진행되고 있다. 이 중 터치 기능이 내부에 탑재된 인셀 타입(In Cell Type)의 액정표시장치의 수요가 증가하고 있다. 인셀 터치 방식의 액정표시장치는 액정표시장치 위에 별도의 터치 패널을 부착하지 않고 표시패널 내부에 터치 전극을 형성하기 때문에 제품의 슬림화, 재료비 절감으로 인한 원가 구조 개선, 경량화 등의 장점을 갖는다.
하지만, 표시패널 내부에 인셀 형식으로 터치센서가 구비된다 하더라도 전술한 정전기 방지막에 의해 방전됨으로써, 손가락 등의 터치에 의해 발생하는 정전용량 변화를 감지할 수 없게 되어 터치 센서의 터치 감도가 저하되는 문제가 발생하고 있다. 다시 말해서, 손가락 터치에 의해 발생되는 정전용량의 크기에 비해 정전기 방지막이 상대적으로 전기 전도도가 크게 형성되어 있기 때문에, 정전기 방지막이 도체로서 작용하여 방전을 일으켜 터치센서가 작업자의 손가락 등의 터치를 인식하지 못하게 되는 것이다.
따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 정전기 방지막을 삭제하게 되면 제조 공정 중 정전기 발생으로 인해 불량률이 상승하며 이로 인해 실패비용 증가로 인해 또 다시 제조 비용이 상승하고 있으며, 표시품질이 저하되고 있는 실정이다.
본 발명은 탄소나노튜브의 분산성 및 조성물의 안정성이 우수한 탄소나노튜브 분산액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 탄노나노튜브 분산액 조성물의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 탄소나노튜브 분산액 조성물을 포함하는 전도성 코팅액 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 상기 전도성 코팅액 조성물로 형성된 정전기 방지막을 구비하는 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 제조 공정시 발생되는 정전기를 외부로 용이하게 방전시켜 정전기에 의한 불량을 억제하고, 터치 감도의 저하를 방지하며, 면저항 균일도, 내열성 및 신뢰성을 향상시키고, 제조 비용을 절감시키는 정전기 방지막 및 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산액 조성물은 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 탄소나노튜브 0.05 내지 20중량%, 폴리아크릴산 수지 0.02 내지 40중량%, 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올 50 내지 99.93중량%로 포함한다.
일례로, 폴리아크릴산 수지의 중량 평균 분자량은 2,000 내지 3,000,000이다. 일례로, 폴리아크릴산 수지의 중량 평균 분자량은 8,000 내지 12,000이다.
일례로, 알칸올은 에탄올, n-프로판올, n-부탄올 및 n-펜탄올 중 적어도 하나이다.
일례로, 아크릴계 블록 공중합체 분산제를 더 포함한다. 아크릴계 블록 공중합체는 아민기 및 카르복실기 중 적어도 하나로 치환된 것이다. 아크릴계 블록 공중합체 분산제는 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 2중량%로 포함된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 탄소나노튜브 분산액 조성물의 제조방법은 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 탄소나노튜브 0.05 내지 20중량%, 폴리아크릴산 수지 0.02 내지 40중량%, 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올 50 내지 99.93중량%을 혼합한 후, 1000 내지 1800bar로 고압 분산하여 제조된다.
일례로, 고압 분산시 조성물이 분사되는 노즐의 직경은 50㎛ 내지 400㎛이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전도성 코팅액 조성물은 탄소나노튜브 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 탄소나노튜브 0.05 내지 20중량%, 폴리아크릴산 수지 0.02 내지 40중량%, 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올 50 내지 99.93중량%로 포함하는 탄소나노튜브 분산액 조성물 100중량부에 대하여, 실란졸 10 내지 100중량부를 포함한다.
일례로, 실란졸은 알콕시실란 화합물, 산촉매, 알코올계 용매 및 물을 포함한다.
일례로, 실란졸 총 중량에 대하여, 알콕시실란 화합물 20 내지 60중량%, 산촉매 0.01 내지 10중량%, 알코올계 용매 10 내지 70중량% 및 물 5 내지 60중량%로 포함한다.
일례로, 탄소나노튜브 분산액의 PH는 1.7 내지 3.5이며, 실란졸의 PH는 탄소나노튜브 분산액의 PH과의 차이가 0.3 이내이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 방지막은 전술한 전도성 코팅액 조성물로 형성된다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 전술한 전도성 코팅액 조성물로 형성된 정전기 방지막을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 표시패널, 상부편광판, 정전기 방지막을 포함한다. 표시패널은 하부편광판 상에 위치하고, 상부편광판은 표시패널 상에 위치한다. 또한, 정전기 방지막은 표시패널의 상부기판과 상부편광판 사이에 배치되며, 매트릭스(Matrix) 물질 및 상기 매트릭스 물질에 분산되어 있는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 포함하고, 정전기 방지막의 면저항(Sheet Resistance) 값은 107Ω/□ 내지 109Ω/□ 이다.
일례로, 표시패널에는 터치 전극이 내장되어 있다.
일례로, 탄소나노튜브의 면저항 값은 1000Ω/□ 내지 20000Ω/□ 이다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전기 방지막은 매트릭스(Matrix) 물질 및 상기 매트릭스 물질에 분산되어 있는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 포함하고, 면저항(Sheet Resistance) 값이 107Ω/□ 내지 109Ω/□ 이다.
일례로, 탄소나노튜브의 면저항 값은 1000Ω/□ 내지 20000Ω/□ 이다.
본 발명의 탄소나노튜브 분산액 조성물은 폴리아크릴산 수지를 분산제로 사용함으로써, 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시킬 수 있으며, 특정 구조의 알코올을 사용함으로써, 분산 안정성 또한 매우 뛰어나다.
본 발명의 탄소나노튜브 분산액 조성물의 제조 방법은 특정 압력 범위로 고압 분산을 수행함으로써, 폴리아크릴산 수지의 분산 활성도를 현저히 증가시켜, 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키고 동시에 분산 후 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 탄소나노튜브 분산액 조성물을 포함하는 전도성 코팅액 조성물은 균일한 코팅막을 형성시킬 수 있으며, 형성된 코팅막의 화학적 안정성 및 전기전도도가 뛰어나다.
본 발명에 따른 전도성 코팅액 조성물로 형성된 정전기 방지막은 우수한 전기전도도를 나타내며, 기계적 강도 및 투과도 또한 우수하여, 터치스크린 패널 및 화상표시장치의 정전기 방지용 코팅막으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 정전기 방지막 및 이를 포함하는 표시장치는, 제조 공정시 발생되는 정전기를 외부로 용이하게 방전시켜 정전기에 의한 불량을 억제하고, 터치 감도의 저하를 방지하며, 면저항 균일도, 내열성 및 신뢰성을 향상시키고, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
도 1은 일반적인 표시장치를 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 단면도.
도 3은 도 2의 표시장치의 정면을 나태낸 도면.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전기 방지막의 평면을 나타낸 도면.
도 5a는 실시예에 따른 탄소나노튜브의 면저항에 대한 정전기 방지막의 면저항 값과 면저항 균일도를 나타내는 표이고, 도 5b는 도 5a의 면저항 균일도를 나타내는 그래프.
도 6은 실시예에 따른 탄소나노튜브의 함량에 대한 정전기 방지막의 면저항 값을 나타내는 그래프.
도 7은 실시예에 따른 탄소나노튜브의 함량과 면저항 값에 대한 광 투과율을 나타내는 표.
도 8a는 일반적인 정전기 방지막의 시간에 따른 면저항 값의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8b는 실시예에 따른 정전기 방지막의, 고온, 고습 환경에서의 면저항 값의 변화를 나타내는 그래프.
도 9는 일반적인 정전기 방지막의 온도에 따른 중량%와, 실시예에 따른 정전기 방지막의 온도에 따른 중량%를 비교한 그래프.
도 10은 탄소나노튜브 분산액과 실란졸을 혼합하여 전도성 코팅액 조성물의 제조를 나타낸 모식도.
도 11은 본 발명의 탄소나노튜브의 치유를 나타낸 모식도.
도 12 및 도 13은 본 발명의 표시장치를 개략적으로 보여 주는 도면들.
도 14는 도 12에 도시된 터치 센서(Cs)에 인가되는 공통 전압(Vcom)과 터치 구동 신호(Tdrv)를 보여 주는 파형도.
도 15는 본 발명의 표시패널을 나타낸 단면도.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
또한, 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 같은 맥락에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상"에 또는 "아래"에 형성된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.
도 1은 일반적인 표시장치를 나타낸 단면도이다.
도 1을 참조하면, 표시장치(100)는, 하부기판(120), 하부기판(120)에 대향하는 상부기판(140) 및 상부기판(140) 상에 위치하는 정전기 방지막(150)을 포함한다. 하부기판(120)의 외측면(도면에서 아래쪽 방향)에는 하부편광판(110a)이 위치하고, 하부기판(120)과 상부기판(130) 사이에는 셀(Cell, 130)이 위치하며, 셀(130) 내부에는 터치전극(Touch Electrode, TE)이 배치될 수 있다. 한편, 상부기판(140) 상에는 상부편광판(110b)이 위치하고, 상부편광판(110b) 상에는 정전기 방지막(150)이 위치한다.
도 1의 표시장치(100)는 터치전극(TE)이 셀(130) 내부에 위치하는 인셀 타입의 표시장치(100)이다. 다만, 이는 예시적인 것으로서, 설명의 편의를 위한 것이다. 셀(130)은, 예를 들어, 액정층일 수 있고, 표시장치(100)는 액정표시장치일 수 있다.
한편, 정전기 방지막(150)은, 투명 도전성 물질인 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)로 이루어지거나, 도전성 고분자, 예를 들면, PEDOT:PSS(polyethylenedioxythiphene:polystyrene sulfonic acid)로 이루어질 수 있다. 하지만, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)는 매우 값비싼 금속물질이므로 제조 비용을 향상시키는 요인이 되고 있다. 특히, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)의 주원료인 인듐(Indium)은 희소 금속으로 근래들어 그 가격이 급상승하고 있으며, 자원 보유국의 수출억제 정책 등으로 현재 그 수급이 어려워지고 있는 실정이다. 또한, 인듐-틴-옥사이드(ITO) 또는 인듐-징크-옥사이드(IZO)는 면저항(Sheet Resistance) 값이 상대적으로 낮고, 전기 전도도가 높기 때문에, 손가락 등의 터치에 의해 발생되는 전압이 정전기 방지막(150)으로 인해 방전되어 버리게 되고, 이로 인해 터치센서가 터치를 인식할 수 없게 되는 문제점이 발생한다. 또한, 정전기 방지막(150)이 PEDOT:PSS와 같은 물질로 이루어지는 경우, 고온 또는 다습(또는 고습) 환경에서 신뢰성이 저하되는 문제점이 발생한다.
한편, 정전기 방지막(150)은 제1도전부재(170a), 도전성 연결부재(172) 및 제2도전부재(170b)를 통해 하부기판(120)의 가장자리에 연결된다. 하부기판(120)의 가장자리에는, 도시되지는 않았지만, 도전성 물질로 이루어진 접지패드 등이 위치할 수 있다. 표시장치(100)에서 발생한 정전기는 정전기 방지막(150), 제1도전부재(170a), 도전성 연결부재(172), 제2도전부재(170b) 및 하부기판(120)의 도전성 물질로 인해 외부로 방전된다.
제1도전부재(170a) 및 제2도전부재(170b)는, 예를 들어, 은(Ag) 등의 금속재질로 이루어질 수 있고, 도전성 연결부재(172) 또한 금속재질로 이루어질 수 있다. 다만, 제1도전부재(170a), 도전성 연결부재(172) 및 제2도전부재(170b)를 각각 형성해야 하기 때문에, 공정 수가 증가하고, 제조 원가가 상승하는 문제점이 발생한다.
이하, 후술하는 본 발명의 실시예들에 따른 정전기 방지막 및 이를 포함하는 표시장치는, 전술한 문제점을 해결하는 구조를 갖는다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들에 대해 자세히 설명한다.
<제1 실시예>
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 단면도이고, 도 3은 도 2의 표시장치의 정면을 나타낸 도면이며, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 정전기 방지막의 평면을 나타낸다.
도 2 내지 도 4를 참조하면, 표시장치(200)는, 하부편광판(210a) 상에 위치하는 표시패널(205), 표시패널(205) 상에 위치하는 상부편광판(210b) 및 표시패널(205)의 상부기판(240)과 상부편광판(210b) 사이에 배치된 정전기 방지막(250)을 포함한다.
보다 자세하게, 표시패널(205)은, 순차적으로 적층된 하부기판(220), 셀(Cell, 230) 및 상부기판(240)을 포함한다. 여기서, 하부기판(220)은 셀(230)을 구동하는 트랜지스터와 각종 신호배선과 전극이 형성된 어레이 기판(220)일 수 있고, 상부기판(240)은 컬러필터(Color Filter, 미도시) 및 블랙매트릭스(Black Matrix, 미도시)를 컬러필터 기판(240)일 수 있다. 본 명세서에서 하부기판(220)은 어레이 기판(220)과 동일한 의미로 사용될 수 있고, 상부기판(240)은 컬러필터 기판(240)과 동일한 의미로 사용될 수 있다. 하부기판(220) 및 상부기판(240)은, 예를 들어, 글래스(Glass)로 이루질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
표시패널(205)은 액정층을 포함하는 액정표시패널(205)이고, 표시장치(200)는 액정표시장치(200)일 수 있다. 다만, 본 명세서에서는 주로 액정표시장치(200)에 대해서 설명하지만, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 예를 들어, 셀(230)은 유기발광표시장치의 유기층일 수도 있다. 표시장치(200)가 액정표시장치(200)인 경우, 셀(230)에는 액정이 포함될 수 있다. 이에 따라 각 기판(220, 240)에 형성된 전극에 전압을 인가하여 생성되는 전기장에 의해 액정을 움직이게 함으로써 이에 따라 달라지는 빛의 투과율에 의해 화상을 표현하게 된다.
셀(230)에는 터치 전극이 형성될 수 있다. 전술한 바와 같이, 표시장치(200)는 인셀 타입의 표시장치(200)일 수 있고, 이에 따라 터치 기능을 위한 전극들(Touch Electrodes, TE), 예를 들면, Rx, Tx 전극이 셀(230)에 내장되어 있다. 인셀 터치 방식의 액정표시장치(200)는 액정표시장치(200) 위에 별도의 터치패널을 부착하지 않고 표시패널(205) 내부에 터치 전극을 형성하기 때문에 제품의 슬림화, 재료비 절감으로 인한 원가 구조 개선, 경량화 등의 장점을 갖는다. 예를 들면, 터치 기능을 위한 구조는, 도시되지는 않았지만, 횡전계방식(In-Plane Switching mode, IPS mode)일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
하부편광판(210a) 및 상부편광판(210b)은 광을 편광시켜 액정표시장치(200)의 외부로 출사시키는 기능을 수행한다. 다만, 표시패널(205)에 하부편광판(210a) 및 상부편광판(210b)을 부착할 때, 정전기가 발생될 수 있다. 또한 화상의 표시를 위한 구동 중에도 정전기가 발생되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한, 정전기를 제거시키기 위해 정전기 방지막(250)이 배치된다. 정전기 방지막(250)은, 매트릭스(Matrix) 물질(252) 및 매트릭스 물질(252)에 분산되어 있는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube, CNT, 254)를 포함하고, 정전기 방지막(250)의 면저항(Sheet Resistance) 값은 107Ω/□ 내지 109Ω/□ 일 수 있다. 보다 자세하게, 정전기 방지막(250)은 매트릭스 물질(252), 매트릭스 물질에 분산되어 있는 탄소나노튜브(254), 용매 및 분산 첨가제 등을 포함하는 용액이 경화되어 형성될 수 있다. 매트릭스 물질(252)에 분산된 탄소나노튜브(254)를 포함함으로써, 내열성 및 신뢰성이 향상되는 효과를 발생시킨다. 보다 자세한 정전기 방지막(250)의 구성에 대한 설명은 후술하기로 한다.
정전기 방지막(250)의 전면에 걸쳐 분산되어 있는 탄소나노튜브(254)는, 탄소와 탄소간에 sp2결합을 이루고 있어서 구조적으로 매우 높은 강성과 강도를 나타내며, 특히, 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT)의 경우 영률 5.5 TPa, 인장강도를 45 GPa 까지 확보할 수 있어, 고강도/초경량 복합재료가 될 수 있다.
탄소나노튜브(254)의 면저항 값은 1000Ω/□ 내지 20000Ω/□ 일 수 있다. 표시장치(200)가 인셀 터치 방식의 액정표시장치(200)인 경우에 있어서, 정전기 방지막(250)의 면저항 값이 지나치게 작은 경우(107Ω/□ 미만)에는 손가락 등의 터치에 의해 발생되는 전압이 정전기 방지막(250)으로 인해 방전되어 버리게 되고, 이로 인해 터치센서가 터치를 인식할 수 없게 되는 문제점이 발생한다. 따라서 정전기 방지막(250)의 면저항 값을 상승시킬 필요가 있고, 이에 따라 탄소나노튜브(254) 자체의 면저항 값을 증가시켜, 1000Ω/□ 내지 20000Ω/□ 의 면저항 값을 구현할 필요가 있다.
탄소나노튜브(254)의 면저항 값이 1000Ω/□ 보다 작은 경우, 정전기 방지막(250)의 면저항 값이 작아지고, 이에 따라 방전으로 인한 터치 감도 저하의 문제점이 발생한다. 반면, 탄소나노튜브(254)의 면저항 값이 20000Ω/□ 보다 큰 경우에는, 정전기 방지막(250)의 면저항 값이 지나치게 커짐으로 인해서, 방전의 효과가 감소하는 문제점이 발생할 수 있다.
정전기 방지막(250)에서의 탄소나노튜브(254)의 함량은, 광 투과율에 대한 설계 값에 따라 조절될 수 있다. 탄소나노튜브(254)의 함량이 높아짐에 따라 정전기 방지막(250)의 광 투과율이 감소하기 때문에, 제품에 요구되는 광 투과율에 따라 함량을 조절할 수 있다.
한편, 정전기 방지막(250)의 면저항(Sheet Resistance) 값은, 전면에 걸쳐 균일하게 형성되고, 구체적으로 면저항 값은, 107Ω/□ 내지 109Ω/□ 일 수 있다. 표시장치(200)가 인셀 터치 방식의 액정표시장치(200)인 경우에 있어서, 정전기 방지막(250)의 면저항 값이 지나치게 작은 경우(107Ω/□ 미만)에는 손가락 등의 터치에 의해 발생되는 전압이 정전기 방지막(250)으로 인해 방전되어 버리게 되고, 이로 인해 터치센서가 터치를 인식할 수 없게 되는 문제점이 발생한다. 따라서 상대적으로 고저항 값을 갖는 정전기 방지막(250)이 사용되어야 한다. 반면, 정전기 방지막(250)의 면저항 값이 지나치게 큰 경우(109Ω/□ 초과)에는, 터치 감도는 우수하지만 정전기 방전 현상이 늦어서 방전의 효과가 감소하는 문제점이 발생한다.
따라서, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치(200)의 정전기 방지막(250)의 면저항 값은, 107Ω/□ 내지 109Ω/□ 이어야 하고, 이에 따라 표시장치(200)는, 정전기를 외부로 용이하게 방전시켜 정전기에 의한 불량을 억제하고, 동시에 터치 감도의 저하를 방지하는 효과를 갖는다.
한편, 정전기 방지막(250)의 일단은, 도전부재(270)를 통해, 표시패널(205)의 하부기판(220)의 가장자리에 연결된다. 여기서, 도전부재(270)는 정전기 방지막(250)과 표시패널(205)의 하부기판(220)의 금속패드(또는 접지패드, 미도시)를 연결시킨다. 구체적으로, 도전부재(270)는, 정전기 방지막(250)의 외면의 가장자리를 덮고, 연결부(270')를 통해 금속패드(미도시)와 접촉되어 정전기를 기기 외부로 방출시키는 통로 역할을 한다. 도전부재(270)는, 예를 들어, 금, 은 또는 구리 등의 금속 재질로 이루어질 수 있다.
이러한 도전부재(270)를 도 1에 도시된 일반적인 표시장치(200)의 제1도전부재(170a), 도전성 연결부재(172) 및 제2도전부재(170b)와 비교하면, 단일의 도전부재(270)로 정전기 방출의 기능을 수행하기 때문에, 공정의 수가 줄고, 공정 시간이 단축되어 제조 원가가 절감되는 효과를 발생시킬 수 있다.
다만, 도 2 및 도 3에 도시된 표시장치(200)의 도전부재(270)의 형상이나 배치 등은, 예를 들어 도시된 것이고, 실시예들은 이에 제한되지 않음에 유의하여야 한다.
<제1 실험예>
이하, 첨부된 표와 그래프들을 참조하여, 본 발명의 실시예의 효과를 설명한다.
도 5a는 실시예에 따른 탄소나노튜브의 면저항에 대한 정전기 방지막의 면저항 값과 면저항 균일도를 나타내는 표이고, 도 5b는 도 5a의 면저항 균일도를 나타내는 그래프이다.
도 5a를 참조하면, 탄소나노튜브 자체의 면저항 값을 477Ω/□에서 1800Ω/□ 까지 증가시킴에 따라 정전기 방지막의 면저항 균일도(Uniformity)가 17.32% 에서 6.67%로 향상되는 것을 볼 수 있다. 다시 말해서, 정전기 방지막에서의 각 영역별 면저항 값의 편차가 줄어드는 것을 의미한다.
전술한 바와 같이, 표시장치가 인셀 방식의 액정표시장치인 경우에 있어서, 터치 감도를 유지하면서 동시에 방전의 기능도 수행하기 위해서는, 정전기 방지막의 면저항 값의 범위가 107Ω/□ 내지 109Ω/□ 이어야 한다.
다만, 샘플1(Sample 1)의 경우, 면저항 값이 107. 4Ω/□ 내지 1010. 5Ω/□의 편차가 큰 범위에서 형성되어 있고, 샘플2(Sample 2)의 경우에도, 면저항 값이 107.7Ω/□ 내지 1010. 1Ω/□의 편차가 큰 범위에서 형성되어 있는 것을 볼 수 있다. 따라서 샘플1 및 샘플2는 영역별로 면저항의 편차가 크고, 면저항 값이 지나치게 크게 형성된 영역에서는 방전의 기능이 저하되는 문제점이 발생한다.
반면, 샘플4(Sample 4)에서 볼 수 있듯이, 탄소나노튜브의 자체 면저항 값을 1800Ω/□ 로 형성하면, 면저항 값이 107. 7Ω/□ 내지 108. 8Ω/□로 형성되어, 터치 감도를 유지하면서 동시에 방전의 기능을 수행할 수 있게 된다.
정전기 방지막의 면저항 균일도에 관한 그래프가 도 5b에 도시되어 있다. 샘플1(Sample 1)에서 샘플4(Sample 4)로 가면서, 탄소나노튜브의 자체 저항 값이 상승하고, 이에 따라 면저항 균일도가 개선되는 것을 볼 수 있다.
도 6은 실시예에 따른 탄소나노튜브의 함량에 대한 정전기 방지막의 면저항 값을 나타내는 그래프이다.
도 6을 참조하면, 제1라인(L1)은 일반적인 표시장치의 정전기 방지막의 면저항 값을 나타낸 것이고, 제2라인(L2)는 실시예에 따른 표시장치의 정전기 방지막의 면저항 값을 나타낸 것이다. 또한 도 6의 표시장치는 인셀 방식의 액정표시장치이다.
제1라인(L1)에서 A 영역을 검토하면, 터치 감도를 유지하면서 동시에 방전의 기능을 수행할 수 있는 정전기 방지막의 면저항 값인 108Ω/□ 부근에서의 기울기가 매우 급격한 것을 볼 수 있다. 이는 탄소나노튜브의 함량의 미세한 변화에도 정전기 방지막의 면저항 값이 크게 변할 수 있다는 것을 의미하고, 다시 말하면, 면저항 값의 균일도가 상대적으로 낮게 형성된다는 것을 의미한다.
반면, 제2라인(L2)의 B 영역을 검토하면, 정전기 방지막의 면저항 값이 108Ω/□ 부근일 경우의 기울기가 매우 완만한 것을 볼 수 있다. 이는 탄소나노튜브의 함량에 변화가 있더라도 면저항 값의 균일도가 상대적으로 높기 때문에, 면저항 값의 변화가 미세한 것을 의미한다. 따라서 실시예에 따른 표시장치는, 탄소나노튜브의 함량이 변화하더라도, 터치 감도가 유지되고, 동시에 정전기 방지 기능을 원활하게 수행할 수 있는 효과를 갖는다.
도 7은 일 실시예에 따른 탄소나노튜브의 함량과 면저항 값에 대한 광 투과율을 나타내는 표이다.
도 7을 참조하면, 광 투과율의 설계 값에 따른 탄소나노튜브의 함량 및 면저항 값을 볼 수 있다. 구체적으로, 광 투과율 100%가 요구되는 표시장치의 경우에는, 탄소나노튜브가 0.13% 포함되고, 탄소나노튜브의 면저항 값이 1800Ω/□로 설계될 수 있다. 또한 광 투과율이 99% 이상이 요구되는 표시장치의 경우에는, 탄소나노튜브가 0.26% 포함되고, 탄소나노튜브의 면저항 값이 5000Ω/□ 로 설계될 수 있다.
여기서, 도 7에 나타난 바와 같이, 터치 감도가 유지되고, 동시에 방전 기능을 원활하게 수행할 수 있는 정전기 방지막의 면저항 값이 유지된다면, 탄소나노튜브의 함량 및 면저항 값을 조절하여, 광 투과율을 조절할 수 있다는 것을 알 수 있다.
도 8a는 일반적인 정전기 방지막의 시간에 따른 면저항 값의 변화를 나타내는 그래프이고, 도 8b는 정전기 방지막의, 고온, 고습 환경에서의 면저항 값의 변화를 나타내는 그래프이다.
도 8a는, 정전기 방지막이 PEDOT:PSS의 도전성 고분자 물질로 이루어지고, 95℃의 환경에서, 시간에 따른 정전기 방지막의 면저항 값의 변화를 나타낸다. 그래프를 참조하면, 시간이 지남에 따라 면저항 값이 계속 증가하는 것을 볼 수 있다. 구체적으로, 초기 면저항 값을 대략 8.5Ω/□로 설정한 경우 9.7Ω/□ 까지 값이 상승하였고, 초기 면저항 값을 대략 8.0Ω/□로 설정한 경우 9.2Ω/□ 까지 값이 상승한 것을 볼 수 있다.
반면, 도 8b를 참조하면, 실시예에 따른 정전기 방지막의 경우, 8Ω/□ 정도의 초기 면저항 값을 갖는 정전기 방지막을 105℃에서 1500시간에 걸쳐 노출시켰을 때, 면저항 값의 변화가 거의 없는 것을 알 수 있다. 이는 정전기 방지막을 다습(또는 고습)한 환경에 노출시켰을 경우에도 마찬가지이다.
따라서, 실시예에 따른 정전기 방지막은, 일반적인 정전기 방지막에 비해 내열성 및 신뢰성이 우수한 것을 알 수 있다.
도 9는 일반적인 정전기 방지막의 온도에 따른 중량%와, 실시예에 따른 정전기 방지막의 온도에 따른 중량%를 비교한 그래프이다.
도 9를 참조하면, 일반적인 정전기 방지막과 실시예에 따른 정전기 방지막을 열중량 분석기(Thermo Gravimetric Analyzer, TGA)에 의해 분석한 결과를 볼 수 있다. 열중량 분석기는 시료에 열을 가하여 시료의 질량변화를 온도의 함수로써 측정하는 장비이다.
일반적인 표시장치의 정전기 방지막의 경우, 정전기 방지막에 포함된 전도성 고분자인 PEDOT:PSS는 대략 500℃의 온도에서, 열에 의해 모두 소실된 것을 볼 수 있다. 반면, 실시예에 따른 표시장치에 포함된 정전기 방지막의 경우에는, 탄소나노튜브가 대략 900℃까지 소실되지 않고 잔류하는 것을 볼 수 있다.
따라서 실시예에 따른 정전기 방지막은, 일반적인 정전기 방지막에 비해 내열성이 우수한 것을 알 수 있다.
정리하면, 표시장치가 터치 기능을 포함하는 액정표시장치인 경우, 107Ω/□ 내지 109Ω/□의 면저항 값을 갖고, 전면에 걸쳐 균일한 면저항 값을 갖는 정전기 방지막(250)에 의해, 표시장치는 제조 공정시 발생되는 정전기를 외부로 용이하게 방전시켜 정전기에 의한 불량을 억제하고, 터치 감도의 저하를 방지하며, 면저항 균일도, 내열성 및 신뢰성을 향상시키고, 제조 비용을 절감시키는 효과를 갖는다.
<제2 실시예>
이하, 전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 정전기 방지막을 제조하기 위한, 탄소나노튜브 분산액 조성물 이를 포함하는 전도성 코팅액 조성물에 대해 설명한다.
도 10은 탄소나노튜브 분산액과 실란졸을 혼합하여 전도성 코팅액 조성물의 제조를 나타낸 모식도이고, 도 11은 본 발명의 탄소나노튜브의 치유를 나타낸 모식도이다.
본 발명은 탄소나노튜브 분산액 조성물 및 이를 포함하는 전도성 코팅액 조성물에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는, 탄소나노튜브, 폴리아크릴산 수지 및 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올을 포함함으로써, 탄소나노튜브의 분산성 및 분산 후 안정성을 현저히 향상시킬 수 있으며, 실란졸과 함께 전도성 코팅액 조성물에 사용되어, 화학적 안정성 및 전기전도도가 뛰어난 코팅막을 형성시킬 수 있고, 형성된 코팅막의 균일성도 향상시킬 수 있다.
<탄소나노튜브 분산액 조성물>
본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산액 조성물은 탄소나노튜브, 폴리아크릴산 수지 및 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올을 포함한다.
탄소나노튜브
탄소나노튜브는 전도성이 뛰어난 물질로서, 이를 포함하여 코팅막을 형성하는 경우, 우수한 전기전도도를 나타낼 뿐 아니라, 기계적 강도도 확보할 수 있어 표시장치 등의 전자 제품에 전도성층, 정전기 방지막 등에 다양하게 적용될 수 있다.
상기 탄소나노튜브(CNT)는 통상의 아크(arc) 방전법, 레이저 증착법, 플라즈마 화학기상증착법, 기상 합성법, 열분해법 등과 같은 방법으로 제조된 후 열처리된 것일 수 있다. 위 합성법에 의해 제조된 생성물에는 합성된 탄소나노튜브와 함께 비정질 탄소 또는 결정성 흑연 입자와 같은 탄소 불순물과 촉매 전이금속 입자 등이 존재한다. 예컨대, 아크 방전법으로 제조되는 경우 생성물 100중량% 중에 탄소나노튜브 15 내지 30중량%, 탄소 불순물 45 내지 70중량% 및 촉매 전이금속 입자 5 내지 25중량%가 포함된다. 이와 같이 불순물이 함유된 탄소나노튜브를 정제과정 없이 사용하는 경우, 함침액의 분산성과 코팅성이 저하되고 탄소나노튜브 고유의 독특한 물성이 제대로 발현되기 어렵다. 따라서, 본 발명에서는 아크 방전법으로 제조된 생성물을 열처리하여 불순물을 최대한 제거시킨 탄소나노튜브를 사용한다.
구체적으로, 위 합성법에 의해 제조된 생성물을 시트 또는 평균직경이 2 내지 5㎜인 과립 형상으로 만든 후 진행방향(수평 기준)에 대하여 아래쪽으로 1 내지 5°각도로 경사진 회전성 반응기에 투입하고, 회전성 반응기를 350 내지 500℃로 가열하면서 산화성 가스를 위 투입된 생성물 1g에 대하여 200 내지 500㏄/분의 속도로 공급하여 60 내지 150분 동안 열처리한다. 이때, 경사진 회전성 반응기가 5 내지 20rpm의 속도로 회전함으로써 생성물이 분산되면서 접촉 표면적이 최대화되는 동시에 자동적으로 진행방향으로 이동하여 산화성 가스와의 접촉 표면적이 최대화되고 국부적인 산화가 방지된 상태로 열처리된다. 이 방법에 의하면, 투입된 생성물의 무게가 60 내지 85% 감소되어 고순도의 탄소나노튜브가 수득된다.
탄소나노튜브는 총 100중량% 중에 탄소 불순물이 40중량% 이하, 보다 바람직하게는 25중량% 이하로 포함된 것이 분산성과 안정성뿐만 아니라 전도성 확보에 있어서 좋다.
탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브, 이중벽 탄소나노튜브 또는 다중벽 탄소나노튜브일 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있으며, 후술하는 다른 성분들과의 상호작용 향상 측면에서 단일벽 탄소나노튜브가 보다 바람직하다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 예를 들면, 0.05 내지 20중량%일 수 있으며, 바람직하게는 0.1 내지 10중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1중량%일 수 있다. 상기 함량 범위로 포함되는 경우, 우수한 분산성을 나타낼 수 있으며, 코팅막으로 형성시 코팅막의 전기전도도, 내스크래치성, 투과도가 확보에 용이하다.
폴리아크릴산 수지
본 발명에 따른 폴리아크릴산 수지는 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시키기 위한 분산제 역할을 수행하는 성분이다. 폴리아크릴산 수지는 후술하는 특정 분산매에 잘 용해되며, 소수성인 탄소나노튜브와 잘 결합될 수 있다. 또한 탄소나노튜브 가닥과 가닥 사이에 정전기적 반발력과 고분자 사슬 고유 특성에 의한 입체적 장애 효과를 통해 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키고, 재응집을 막을 수 있다.
본 발명에 따른 폴리아크릴산 수지의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 0.02 내지 40중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.05내지 10중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 포함되는 경우, 조성물 내에서 적정 범위로 용해된 상태로 존재함으로써, 탄소나노튜브를 분산시키기 위한 활성도가 현저히 향상될 수 있다.
본 발명에 따른 폴리아크릴산 수지의 중량평균분자량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 2,000 내지 3,000,000일 수 있으며, 바람직하게는 8,000 내지 12,000일 수 있다. 상기 범위의 중량평균분자량을 가지는 경우, 탄소나노튜브의 가닥과 가닥 사이에 침투하기 용이하며 재응집에 적합한 입체적 장애 효과를 가질 수 있다. 또한, 분산액 조성물 내에서 분산매에 잘 용해된 상태로 존재할 수 있어서 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시킬 수 있다.
본 발명의 분산액 조성물은 미량의 물을 포함할 수 있는 바, 상기 폴리아크릴산 수지는 물에 용해 또는 유화된 형태로 분산액에 포함될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올
본 발명에 따른 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올은 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시키기 위한 분산매로서, 또한 친수성 알코올계 용매로서 전술한 폴리아크릴산 수지와 상호작용으로 탄소나노튜브의 분산 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다. 분산매로서 직쇄가 아닌 분지쇄의 알칸올을 사용하는 경우 폴리아크릴산 수지의 분산매에 대한 용해도 및 안정성이 현저하게 저하되어 분산 안정성을 적정 범위로 유지하기 어려우나 이에 한정되어 해석되어서는 안 된다.
본 발명에 따른 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올의 구체적인 예로는, 에탄올, n-프로판올, n-부탄올, n-펜탄올 등을 들 수 있으며, 바람직하게는 에탄올, n-프로판올, n-부탄올 및 n-펜탄올 중 적어도 하나를 들 수 있으며, 보다 바람직하게는 n-프로판올을 들 수 있다.
본 발명에 따른 알칸올의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 조성물 총 중량에 대하여, 50 내지 99.93중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 80 내지 99중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내로 포함되는 경우, 분산액의 점도를 낮게 유지할 수 있어, 탄소나노튜브의 분산 안정성을 더욱 향상시킬 수 있으며, 코팅막에 적용시 바인더 성분과 효과적으로 혼합시킬 수 있다.
추가 분산제
본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산액 조성물은 필요에 따라 추가 분산제를 더 포함할 수 있으며, 추가 분산제의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 아크릴계 블록 공중합체 분산제일 수 있다.
본 발명에서 아크릴계 블록 공중합체란, 서로 다른 아크릴계 단량체가 중합 반응을 하여, 각각 블록을 이룬 공중합체로서, 각각의 단위체가 A와 B인 경우, AAAAAABBBBBB로 형성된 공중합체를 의미한다. 상기 아크릴계 블록 공중합체 분산제는 공중합체 내의 카보닐기 극성 분리에 의해 분산 안정성을 더욱 향상시킬 수 있다. 또한, 바람직하게는 아크릴계 블록 공중합체는 각각의 단위체에 아민기, 카르복실기 등의 작용기가 적어도 하나 포함될 수 있으며, 상기 치환기를 함유하는 단위체의 함량을 조절함으로써, 친수성 및 소수성 성분비를 조절하여, 탄소나노튜브의 분산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 상기 아크릴계 공중합체 분산제의 시판되는 구체적인 예로는 BYK사의 DISPERBYK 2001 또는 DISPERBYK 2155의 고분자 분산제 등을 들 수 있다.
추가 분산제의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 조성물 총 중량에 대하여, 0.1 내지 2중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.5 내지 1중량%로 포함될 수 있다. 상기 범위 내로 포함되는 경우, 추가 분산제 사용에 의한 내스크래치성 저하 및 점도 증가를 방지할 수 있으며 효과적으로 분산 안정성을 유지 할 수 있다.
본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산액 조성물은 필요에 따라 미량의 물을 더 포함할 수 있다. 물은 전술한 성분의 용해성 및 분산성 향상을 위해 사용될 수 있으며, 예를 들면, 폴리아크릴산 수지의 분산 활성도를 향상시키기 위한 용매로 사용될 수 있으나, 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.
<탄소나노튜브 분산액 조성물의 제조방법>
전술한 성분을 포함하는 탄소나노튜브 분산액 조성물의 제조 방법을 설명하면 다음과 같다.
먼저, 탄소나노튜브, 폴리아크릴산 수지 및 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올을 혼합한다. 폴리아크릴산 수지는 혼합 전에 미리 수용핵 형태로 제조되어 사용될 수 있으며, 수용액의 농도는 특별히 한정되지 않으나, 폴리아크릴산 수지의 고형분 함량이 탄소나노튜브 분산액 조성물 총 함량에 대하여 0.02 내지 40%로 포함되는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 20 내지 30중량%로 포함될 수 있다. 상기 탄소나노튜브 분산액 조성물의 각 성분의 구체적인 종류 혼합 함량 역시 전술한 바와 같다.
다음으로, 탄소나노튜브 분산액 조성물의 각 성분들을 혼합한 후, 1000 내지 1800bar로 고압 분산을 수행한다. 1000 내지 1800bar의 고압하에서 분산을 수행하는 경우, 적정 전단응력으로 탄소나노튜브를 충돌시킬 수 있으며, 이에 따라, 탄소나노튜브의 가닥 가닥을 효과적으로 분산시킬 수 있어, 조성물 내에서 탄소나노튜브의 응집 없이 고르게 분산되어, 폴리아크릴산 수지 및 알칸올과의 상호작용이 효과적으로 수행될 수 있다.
분산시 압력이 1000bar 미만인 경우, 탄소나노튜브에 전달되는 에너지가 낮아 분산 효과가 현저히 저하될 수 있으며, 1800bar를 초과하는 경우, 폴리아크릴산 수지가 너무 높은 에너지에 의해 고분자 사슬이 끊어져 입체적 장애 효과가 떨어져 분산 안정성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다. 상기 분안 압력은 더욱 바람직하게는 1200 내지 1600bar로 수행할 수 있으며, 이 경우, 전술한 효과가 더욱 향상될 수 있다.
상기 분산은 소정 입경의 노즐로 조성물을 전술한 압력 범위로 분사하여 수행될 수 있으며, 이때, 조성물이 분사되는 노즐의 직경은 50㎛내지 400㎛일 수 있으며, 바람직하게는 80㎛내지 200㎛일 수 있다. 또한, 상기 분산은 크기가 다른 노즐을 직렬 연결하여 동시에 수행하거나 각각의 노즐을 이용하여 두번에 걸쳐서 별도 수행할 수 있다.
상기 범위의 노즐을 사용하는 경우, 전술한 바와 같이 1,000bar내지 1,800bar의 고압으로 공정을 용이하게 수행할 수 있어, 효과적으로 분산이 이루어질 수 있게 한다.
노즐의 구경은 및 유량은 상기 압력 범위에 적합하게, 적정 범위로 선택될 수 있다.
또한, 상기 고압 분산 공정 전에 교반 공정을 더 수행할 수도 있으며, 이 경우, 조성물의 혼합을 최적화하여 고압 분산 공정 효율성을 더욱 향상시킬 수 있다.
<전도성 코팅액 조성물>
이하, 전술한 탄소나노튜브 분산액 조성물 100중량부에 대하여, 실란졸 10 내지 100중량부를 포함하는 전도성 코팅액 조성물에 대해 설명한다.
탄소나노튜브 분산액 조성물
상기 탄소나노튜브 분산액 조성물은 전술한 성분 및 함량이 동일하게 적용될 수 있으며, 전술한 바와 같이, 고압 분산에 의해 제조된 것을 사용할 수 있다.
실란졸
본 발명에 따른 실란졸은 코팅액 조성물에서 바인더 역할을 수행하는 것으로서, 알콕시실란 화합물, 산촉매, 알코올계 용매 및 물을 포함할 수 있다.
알콕시실란 화합물
본 발명에 따른 알콕시실란 화합물은 바인더 수지로서, 그 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 테트라에톡시실란, 테트라메톡시실란, 테트라-n-프로폭시실란 등의 테트라알콕시실란 화합물; 메틸트리메톡시실란, 메틸트리에톡시실란, 에틸트리에톡시실란, 에틸트리메톡시실란, 메틸트리프로폭시실란, 메틸트리부톡시실란, 프로필트리메톡시실란, 프로필트리에톡시실란, 이소부틸트리에톡시실란, 이소부틸트리메톡시실란, 옥틸트리에톡시실란, 옥틸트리메톡시실란, 메타크릴옥시데실트리메톡시실란 등의 치환 또는 비치환된 직쇄 또는 분지쇄인 알킬기의 알킬알콕시실란; 페닐트리메톡시실란, 페닐트리에톡시실란, 페닐트리프로폭시실란, 페닐트리부톡시실란; 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 2-아미노에틸-3-아미노프로필트리메톡시실란, N-β-(아미노에틸)-γ-아미노프로필트리메톡시실란, N-(n-부틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필메틸디에톡시실란; 디메틸디메톡시실란, 디에틸디에톡시실란, γ-글리시딜옥시프로필트리메톡시실란, γ-글리시딜옥시프로필트리에톡시실란, 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 3-머캡토프로필트리메톡시실란; 트리데카플루오로-1,1,2,2-테트라히드로옥틸프리에톡시실란, 트리플루오로프로필트리메톡시실란, 헵타데카플루오로데실트리메톡시실란, 헵타데카플루오로데실트리이소프로폭시실란 등의 플루오로알킬실란 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
이 중에서, 알킬기의 탄소수가 1 내지 20인 알킬알콕시실란 화합물이 가장 바람직하며, 더욱 바람직하게는 테트라에톡시실란 화합물을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 알콕시실란 화합물의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 실란졸 총 중량에 대하여, 20 내지 60중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 30 내지 50중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 포함되는 경우, 졸-겔 반응이 잘 일어나, 얻어진 실란졸의 물성이 좋고, 밀착성이 뛰어나 코팅막 형성에 용이하며, 특히, 유리 기판에 코팅시 더욱 적합하다.
산촉매
본 발명에 따른 산촉매는 물과 알콕사 실란의 가수분해를 촉진시키며 적정 가교도를 부여하기 위한 것으로서, 그 종류는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 염산, 황산, 인산, 질산, 초산, 희석된 플루오르화 수소산 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있으며, 사용되는 산촉매는 혼합시 수용액 형태로 포함될 수 있다.
본 발명에 따른 산촉매의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 실란졸 총 중량에 대하여, 0.01 내지 10중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 0.05 내지 5중량%로 포함될 수 있다. 상기 함량 범위로 포함되는 경우, 적정 가교도로 코팅막을 형성할 수 있게 된다.
알코올계 용매
본 발명에 따른 알코올계 용매의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 탄소나노튜브 분산액과의 상용성 측면에서 친수성 알코올계 용매를 사용하는 것이 좋으며, 예를 들면, 메탄올, 에탄올, n-프로판올, 이소프로판올, n-부탄올, 이소부탄올, sec-부탄올, tert-부탄올, n-아밀알코올, 이소아밀알코올, sec-아밀알코올, tert-아밀알코올, 1-에틸-1-프로판올, 2-메틸-1-부탄올, n-헥산올 또는 시클로헥산올 등을 들 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 조합하여 사용할 수 있다. 이들 중에서, 탄소나노튜브 분산액과의 안정성 향상 측면에서, 에탄올, n-부탄올, n-프로판올, n-펜탄올 등이 바람직하고, 더욱 바람직하게는 n-프로판올을 사용할 수 있다.
본 발명에 따른 알코올계 용매의 함량은 특별히 한정되지 않으나, 실란졸 총 중량에 대하여, 10 내지 70중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 20 내지 50중량%인 것이 좋다. 상기 함량 범위로 포함되는 경우, 졸-겔 반응의 반응성을 더욱 향상시킬 수 있다.
물
본 발명에 따른 물은 알콕시 실란과 가수분해 반응을 하는 성분으로, 그 함량은 특별히 한정되지 않으나, 실란졸 총 중량에 대하여, 5 내지 60중량%로 포함될 수 있으며, 바람직하게는 8 내지 35중량%인 것이 좋다. 상기 함량 범위로 포함되는 경우, 충분한 가수분해가 이뤄져 기재에 우수한 밀착력을 가질 수 있다.
첨가제
본 발명에 따른 전도성 코팅액 조성물은 전술한 탄소나노튜브 분산액 및 실란졸 외에 필요에 따라 첨가제를 더 포함할 수 있다.
사용 가능한 첨가제로는, 분산제, 실란 커플링제, 레벨링제, 슬립제, 계면활성제, pH 조절제, 지건제, 점도 조절제 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 이들은 단독으로 또는 2종이상 혼합되어 사용될 수 있다.
보다 구체적인 예로, 코팅막의 슬립성 향상을 위해 슬립제를 더 포함할 수 있으며, 상기 슬립제의 종류는 특별히 한정되지 않으나, 시판되는 예로서 BYK사의 BKY 333을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 전술한 BYK 2001의 분산제가 더 사용될 수도 있다.
또한, 에틸렌 글리콜 또는 디메틸포름아마이드, 1- 메틸 -2- 피롤리돈등의 극성용매는 분산액내에서 탄소나노튜브를 둘러싼 폴리아크릴산수지의 카르복실기에 의한 반발력을 높여 분산성을 극대화 시키며 이를 통해 코팅막 상태의 전도성 필러인 탄소나노튜브의 산포를 좋게하여 전기 전도성을 향상시킨다. 또한 이들은 코팅시에 적정 점도를 확보하는데 도움이 되고, 코팅시 건조 속도를 적정 범위로 조절하여 균일한 코팅막을 구현할 수 있다. 또한, 에틸렌글리콜, 디메틸포름아마이드, 1- 메틸 -2- 피롤리돈이 가지는 고유의 유전율로 전도성을 더욱 향상시킬 수 있어, 저저항의 코팅막을 구현하는데 보다 적합하다.
상기 추가 첨가제들은 단독으로 또는 2종 이상 혼합하여 사용될 수 있으며, 그 함량은 특별히 한정되지 않으나, 전도성 코팅액 조성물 총 중량에 대하여, 0.01 내지 10중량%, 바람직하게는 0.1 내지 5중량%로 포함될 수 있으며, 상기 범위로 포함되는 경우, 본 발명의 효과를 저해하지 않고, 전술한 첨가제의 고유의 효과를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 실란졸은 전술한 성분들을 소정 조건에서 반응시킴으로써 제조될 수 있으며, 반응 조건은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들면, 30 내지 90℃로 가열 및 교반하는 과정을 포함할 수 있고, 반응 시간은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 4 내지 30시간 동안 수행할 수 있다. 또한, 반응이 일어나는 반응기는 환류 냉각관을 포함하는 것일 수 있다. 반응 후 생성물을 회전 증발 농축한 후 특정 용매에 희석하여 사용될 수도 있다. 이에 따라, 제조된 실란졸은 특히 코팅액을 유리 기재에 적용하는 경우 강한 밀착성을 부여하여 우수한 강도 특성을 확보할 수 있게 된다.
본 발명에 따른 전도성 코팅액 조성물은 탄소나노튜브 분산액과 실란졸을 각각 제조한 후, 탄소나노튜브 분산액과 실란졸을 혼합하여 제조될 수 있다. 도 10 및 도 11을 참조하면, 탄소나노튜브 분산액은 산촉매를 이용하여 PH를 낮추는 공정이 수행된다. 탄소나노튜브의 PH가 낮아지면 탄소나노튜브가 안정화하기 위해 결함(defect)을 치유하는 환원이 진행된다. 탄소나노튜브의 환원은 전도도가 향상되나 상온 안정성을 저하시키는 원인이 된다. 따라서, 본 발명에서는 탄소나노튜브 분산액의 PH를 낮춰 제조한 후 탄소나노튜브가 안정화되면, 탄소나노튜브 분산액의 PH와 유사한 실란졸과 혼합하여 실란졸의 산성에 의해 탄소나노튜브의 추가적인 전도도 변화를 최소화함으로써 상온에서의 안정성을 확보할 수 있다.
본 발명의 탄소나노튜브 분산액의 PH는 1.7 내지 3.5일 수 있다. 탄소나노튜브 분산액의 PH가 1.7 이상이면 탄소나노튜브의 고저항을 위한 결함이 사라져 저항이 매우 낮아지는 것을 방지하고, 탄소나노튜브 분산액의 PH가 3.5 이하이면 산 촉매가 너무 조금 혼합되어 크로스링킹이 안되는 것을 방지할 수 있다. 본 발명에 따른 탄소나노튜브 분산액의 PH와 실란졸의 PH는 0.3 이내의 차이를 가짐이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 탄소나노튜브 분산액의 PH와 실란졸의 PH는 2.00으로 동일할 수 있다.
본 발명에 따른 실란졸은 PH를 낮게 형성한다. 실란졸의 PH가 낮아질수록 겔(gel) 반응 및 실란졸의 가수분해가 늦어짐으로써, 가수분해에 따른 코팅액의 PH 변화가 작아져서 코팅액의 안정성이 향상될 수 있다. 실란졸의 PH는 산촉매의 함량을 조절하는 것에 의해 조절될 수 있다. 예를 들어, 실란졸에 산촉매의 함량이 커질수록 실란졸의 PH는 낮아진다.
본 발명의 전도성 코팅액 조성물은 탄소나노튜브 분산액 조성물 100중량부에 대하여, 실란졸 10 내지 100중량부로 혼합하여 제조될 수 있다.
혼합시에 실란졸의 함량이 10중량부 미만으로 포함되는 경우, 코팅층의 밀착력 확보가 어려우며, 100중량부를 초과하여 혼합되는 경우, 코팅층의 도포성이 저하될 수 있다. 또한, 상기 혼합비는 탄소나노튜브 분산액 조성물 100중량부에 대하여, 실란졸 25 내지 60 중량부일 수 있으며, 또는 실란졸 10 내지 20중량부일 수 있다. 실란졸을 25 내지 60 중량부로 혼합하는 경우, 고저항의 코팅막 구현에 적합하며, 실란졸 10 내지 20중량부로 혼합하는 경우, 저저항의 코팅막 구현에 적합하다.
혼합 방법은 특별히 한정되지 않으나, 초음파분산기, 고압분산기, 균질기, 밀 등을 이용하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 탄소나노튜브분산액 제조시와 동일한 고압 분산 공정을 적용하는 경우, 최종 코팅액의 분산성 및 안정성을 확보할 수 있다.
전술한 성분을 포함하는 전도성 코팅액 조성물로 코팅막 형성시 균일하고, 우수한 전기전도도를 구현할 수 있으며, 기계적 강도 또한 우수하여, 화상 표시 장치에 사용하기 적합하다.
<표시장치>
전술한 전도성 코팅액 조성물로 형성된 정전기 방지막을 구비하는 표시장치에 대해 설명한다. 하기에서는 전술한 본 발명의 실시예에서 인셀 터치 표시장치에 대해 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 표시장치를 개략적으로 보여 주는 도면들이다. 도 14는 도 12에 도시된 터치 센서(Cs)에 인가되는 공통 전압(Vcom)과 터치 구동 신호(Tdrv)를 보여 주는 파형도이다.
도 12 내지 도 14를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 터치 센싱 장치를 포함한다. 터치 센싱 장치는 표시패널(300)에 내장된 터치 센서들(Cs)을 이용하여 터치 입력을 감지한다. 터치 센싱 장치는 자기 정전 용량 타입의 터치 센서(Cs)에 손가락이 접촉될 때 정전 용량이 증가하기 때문에 터치 센서(Cs)의 정전 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 감지할 수 있다.
표시패널(300)에서 두 장의 기판들 사이에는 액정층이 형성된다. 액정 분자들은 픽셀 전극(12)에 인가되는 데이터전압과, 센서 전극(13)에 인가되는 공통 전압(Vcom)의 전위차로 발생되는 전계에 의해 구동된다. 표시패널(300)의 픽셀 어레이는 데이터 라인들(S, S1~Sm, m은 양의 정수)과 게이트 라인들(G, G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀들, 픽셀들에 연결된 터치 센서들(Cs)을 포함한다.
터치 센서(Cs)는 센서 전극과, 센서 전극에 연결된 센서 배선(M3)을 포함한다. 센서 전극들(COM, C1~C4)은 기존의 공통 전극을 분할하는 방법으로 패터닝될 수 있다. 센서 전극들(COM, C1~C4) 각각은 다수의 픽셀들과 중첩된다. 센서 전극들(COM, C1~C4)은 센서 배선(M3)을 통해 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 공통 전압(Vcom)을 공급 받고, 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Tdrv)를 공급 받는다. 공통 전압(Vcom)은 센서 전극들을 통해 픽셀들에 공통으로 인가된다.
센서 배선들(M3)은 스페이서(spacer)의 위치를 회피하여 서브 픽셀들 간의 경계에 배치된다. 센서 배선들(M3)은 픽셀들의 개구 영역 감소 문제가 없도록 절연층(미도시)을 사이에 두고 데이터 라인(S1~Sm)과 중첩될 수 있다.
터치 센서들이 표시패널(300)의 픽셀 어레이에 내장되기 때문에 터치 센서들(Cs)은 기생 용량을 통해 픽셀들에 연결된다. 본 발명은 픽셀들과 터치 센서들(Cs)의 커플링(Coupling)으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 도 14와 같이 1 프레임 기간을 픽셀들을 구동하는 기간(이하, "디스플레이 구동 기간"이라 함)과 터치 센서들을 구동하는 기간(이하, "터치 센서 구동 기간"이라 함)으로 시분할하여 표시패널(300)을 구동한다. 1 프레임 기간은 하나 이상의 디스플레이 구동 기간(Td)과 하나 이상의 터치 센서 구동 기간(Tt)으로 분할될 수 있다. 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 픽셀들에 입력 영상의 데이터가 기입된다. 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안, 터치 센서들이 구동되어 터치 입력이 감지된다.
픽셀들 각각은 데이터 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 픽셀 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT), 픽셀 TFT를 통해 데이터전압을 공급받는 픽셀 전극, 공통 전압(Vcom)이 인가되는 공통전극, 픽셀 전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.
표시패널(300)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(300)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 컬러필터는 표시패널(100)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(300)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(300)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정층의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.
표시패널(300)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(300)에 빛을 조사한다. 표시패널(300)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 유기발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시장치에서 백라이트 유닛은 필요 없다.
본 발명의 표시장치는 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하는 디스플레이 구동부(302, 304, 306), 및 터치 센서들(Cs)을 구동하는 터치 센서 구동부(310)를 더 포함한다. 디스플레이 구동부(302, 304, 306)와 터치 센서 구동부(310)는 동기 신호(Tsync)에 응답하여 서로 동기된다.
디스플레이 구동부(302, 304, 306)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 픽셀들에 데이터를 기입한다. 픽셀들은 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 TFT가 오프 상태이기 때문에 앞선 디스플레이 구동 기간(Td)에 충전하였던 데이터 전압을 유지(hold)한다. 디스플레이 구동부(302, 304, 306)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들(Cs)과, 픽셀들에 연결된 신호 라인들 사이의 기생 용량을 최소화하기 위하여, 터치 센서들(Cs)에 인가되는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 신호 라인들(S1~Sm, G1~Gn)에 공급할 수 있다. 여기서, 픽셀들에 연결된 신호 라인들은 데이터 라인 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn)이다.
디스플레이 구동부(302, 304, 306)는 데이터 구동부(302), 게이트 구동부(304) 및 타이밍 콘트롤러(306)를 포함한다.
데이터 구동부(302)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안 타이밍 콘트롤러(306)로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB, RGBW)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동부(302)로부터 출력된 데이터전압은 데이터 라인들(S1~Sm)에 공급된다. 데이터 구동부(302)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 데이터 라인들(S1~Sm)에 인가할 수 있다. 이는 기생 용량의 양단 전압이 동시에 변하고 그 전압 차이가 작을수록 기생 용량에 충전되는 전하 양이 작아지기 때문이다.
게이트 구동부(304)는 디스플레이 구동 기간(Td) 동안, 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(300)의 라인을 선택한다. 게이트 펄스는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙한다. 게이트 펄스는 게이트 라인들(G1~Gn)을 통해 픽셀 TFT들의 게이트에 인가된다. 게이트 하이 전압(VGL)은 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 높은 전압으로 설정되어 픽셀 TFT를 턴온(turn-on)시킨다. 게이트 로우 전압(VGL)은 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압이다. 게이트 구동부(304)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 센서들에 인가되는 터치 구동 신호(Tdrv)와 같은 위상의 교류 신호를 게이트 라인들(G1~Gn)에 인가할 수 있다.
타이밍 콘트롤러(306)는 호스트 시스템(308)으로부터 입력되는 수직 동기신호, 수평 동기신호, 데이터 인에이블 신호, 메인 클럭 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동부(302), 게이트 구동부(304) 및 터치 센서 구동부(310)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.
타이밍 콘트롤러(306)는 호스트 시스템(308)으로부터의 입력 영상 데이터(RGB)를 데이터 구동부(302)로 전송한다. 타이밍 콘트롤러(306)는 공지된 화이트 게인 산출 알고리즘을 이용하여 RGB 데이터를 RGBW 데이터로 변환하여 데이터 구동부(302)로 전송할 수 있다.
호스트 시스템(308)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(308)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(300)의 해상도에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(308)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB, RGBW)와 함께 타이밍 신호들을 타이밍 콘트롤러(306)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(308)은 터치 센서 구동부(310)로부터 입력되는 터치 입력의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
타이밍 콘트롤러(306) 또는 호스트 시스템(308)은 디스플레이 구동부(302, 304, 306)와 터치 센서 구동부(310)를 동기시키기 위한 동기 신호(Tsync)를 발생할 수 있다.
터치 센서 구동부(310)는 터치 센서 구동 기간(Tt) 동안 터치 구동 신호(Tdrv)를 발생한다. 터치 구동 신호(Tdrv)는 센서 배선(M3)을 통해 센서 전극들(13, C1~C4)에 공급된다. 터치 센서 구동부(310)는 터치 센서(Cs)의 정전 용량 변화를 측정하여 터치 위치와 터치 면적을 감지할 수 있다. 터치 센서 구동부(310)는 터치 입력의 좌표 정보(XY)를 계산하여 호스트 시스템(308)으로 전송한다.
데이터 구동 회로(12)와 터치 센서 구동부(310)는 하나의 IC(Integrated Circuit) 내에 집적될 수 있다.
도 15는 표시패널(300)의 단면 구조를 보여 주는 단면도이다.
도 15를 참조하면, 표시패널(300)의 하판은 하부 기판(SUBS1) 상에 TFT 어레이를 포함한다. 표시패널(300)의 상판은 상부 기판(SUBS2) 상에 컬러필터 어레이를 포함한다. 표시패널(300)의 상판과 하판 사이에는 액정층(LC)이 형성된다.
하부 기판(SUBS1) 상에 버퍼 절연막(BUF), 반도체 패턴(ACT) 및 게이트 절연막(GI)이 형성된다. 게이트 절연막(GI) 위에 제1 금속 패턴이 형성된다. 게이트 금속 패턴은 TFT의 게이트(GE)와, 그 게이트(GE)와 연결된 게이트 라인(G1~Gn)을 포함한다. 층간 절연막(INT)은 제2 금속 패턴을 덮는다. 소스-드레인 금속 패턴은 층간 절연막(INT) 상에 형성된다. 제2 금속 패턴은 데이터 라인(S1~Sm)과, TFT의 소스(SE) 및 드레인(DE)을 포함한다. 드레인(DE)은 데이터 라인(S1~Sm)과 연결된다. TFT의 소스(SE) 및 드레인(DE)은 층간 절연막(INT)을 관통하는 콘택홀(contact hole)을 통해 TFT의 반도체 패턴(ACT)에 접촉된다.
제1 보호막(PAS1)은 제2 금속 패턴을 덮는다. 제1 보호막(PAS1) 위에 제2 보호막(PAS2)이 형성된다. 제2 보호막(PAS2)에는 TFT의 소스(SE)를 노출하는 콘택홀이 형성된다. 제2 보호막(PAS2) 상에 제3 보호막(PAS2)이 형성되고, 제3 보호막(PAS3) 상에 제3 금속 패턴이 형성된다. 제3 금속 패턴은 센서 배선(M3)을 포함한다. 제4 보호막(PAS4)은 제3 금속 패턴을 덮도록 제3 보호막(PAS3) 상에 형성된다. 제4 보호막(PAS4) 상에 제4 금속 패턴이 형성된다. 제4 금속 패턴은 ITO(Indium-Tin Oxide)와 같은 투명 전극 재료로 형성된 센서 전극(13, COM)을 포함한다. 제5 보호막(PAS5)은 제4 금속 패턴을 덮도록 제4 보호막(PAS4) 상에 형성된다. 제1, 제3, 제4 및 제5 보호막(PAS1, PAS3, PAS4, PAS5)은 SiOx 또는 SiNx 등의 무기 절연물질로 형성될 수 있다. 제2 보호막(PAS2)은 포토 아크릴(Photo-acryl)과 같은 유기 절연 물질로 형성될 수 있다.
제3, 제4 및 제5 보호막(PAS1, PAS3, PAS4, PAS5)은 패터닝되어 TFT의 소스(SE)를 노출하는 콘택홀을 포함한다. 제5 보호막(PAS5) 상에 제5 금속 패턴이 형성된다. 제5 금속 패턴은 ITO와 같은 투명 전극 재료로 형성된 픽셀 전극(12, PXL)을 포함한다. 배향막(ALM)은 제5 금속 패턴을 덮도록 제5 보호막(PAS5) 상에 형성된다.
상부 기판(SUBS2) 상에 블랙 매트릭스(BM)와 컬러 필터(CF)가 형성되고, 그 위에 평탄화막(OC)이 형성된다. 평탄화막(OC)은 유기 절연물질로 형성될 수 있다. 도시하지 않았지만, 상부 기판과 하부 기판 사이에 스페이서가 형성되어 액정층의 셀갭(cell gap)을 유지한다.
상부 기판(SUBS2) 상에 본 발명의 정전기 방지막(250)이 형성된다. 본 발명에 따른 정전기 방지막(250)은 우수한 전기전도도를 나타내며, 기계적 강도 및 투과도 또한 우수하여, 터치스크린 패널 및 표시장치의 정전기 방지용 코팅막으로 사용될 수 있다. 정전기 방지막(250)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으나, 기재에 본 발명에 따른 전도성 코팅액 조성물을 도포하고, 경화시켜 형성된 것일 수 있다. 도포 방법으로 특별히 한정되지 않으나, 슬릿 코팅법, 나이프 코팅법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 마이크로 그라비아 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 와이어 바 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 코팅법, 디스펜서 인쇄법, 노즐 코팅법, 모세관 코팅법 등의 공지된 방법이 사용 가능하다. 도포 이후에 소정 온도에서 건조 공정을 거쳐, 코팅막을 경화시킴으로써 정전기 방지막(250)을 형성할 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
<제2 실험예>
이하, 전술한 탄소나노튜브 분산액 및 이를 포함하는 전도성 코팅액 조성물을 이용하여 정전기 방지막을 형성하는 실험예를 개시한다.
실험 1 : 전도성 코팅액 조성물 및 이로 제조된 코팅막(정전기 방지막)의 특성 측정
실시예 1
<탄소나노튜브 분산액의 제조>
아크 방전법으로 합성된 탄소나노튜브(SA100, ㈜나노솔루션)를 경사각도가 3°인 로터리 킬른 회전성 반응기를 이용하여 5-20rpm의 회전속도, 420℃의 온도, 250㏄/분의 산화성 가스 공급 속도로 100분 동안 열처리하여 탄소 불순물의 함량이 15%인 탄소나노튜브A를 사용하였다.
이후, 탄소나노튜브A 0.15중량부, 폴리아크릴산 수지 수용액(고형분 25%/ 폴리아크릴산 수지 Mw = (250,000)) 0.24중량부, 아크릴블록공중합체(상품명 DISPERBYK2001 산가 19mg KOH/g, 아민가 29mg KOH/g) 0.23 중량부, n-프로판올99.61중량부를 혼합하고, 노즐의 직경이 100㎛인 분사기를 사용하여 1500bar의 압력으로 분산하여 탄소나노튜브 분산액을 제조하였다.
<실란졸의 제조>
노르말 프로판올 21.7중량부와 TEOS 62.6중량부를 환류관을 구비한 반응기에 넣고 30분간 교반기를 이용하여 상온(25℃)하에서 300rpm으로 교반하고 물 15.2중량부를 넣고 500rpm으로 교반한 후, 3.5% 염산 수용액 0.5중량부를 서서히 적하하였다.
<전도성 코팅액 조성물>
제조된 탄소나노튜브 분산액 66 중량부에 바인더 33중량부, BYK2001 0.95중량부, 표면 슬립제로 BYK333 0.05중량부를 넣고 고압분산기를 이용하여 1500기압하에서 100㎛의 노즐을 통과시키는 과정을 5번 수행하여 코팅액을 제조하였으며, 이때 액의 온도가 올라가지 않도록 냉각 장치를 이용하였다.
실시예 2 ( 분산매의 종류가 상이한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 분산매로서, 에탄올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 3 ( 분산매의 종류가 상이한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 분산매로서, 부탄올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 4 ( 분산매의 종류가 상이한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 분산매로서, 펜탄올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 5 ( PAA의 중량평균분자량이 다른 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 폴리아크릴산 수지의 중량평균분자량이 1,250,000인 것을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 6 ( BYK 2155를 사용한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, DISPERBYK 2001 대신 DISPERBYK 2155를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 7 (분사 압력이 상이한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 1000bar의 압력으로 분사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 8 (분사 압력이 상이한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 1800bar의 압력으로 분사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 9 (분사 노즐 직경이 상이한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 직경이 500㎛의 노즐을 사용하여 분사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 10 (분사 노즐 직경이 상이한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 직경이 300㎛의 노즐을 사용하여 분사한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
실시예 11
제조된 탄소나노튜브분산액 80중량부에 바인더14중량부, BYK 2001 0.95중량부, 에틸렌글리콜 5중량부, 표면 슬립제로 BYK 333 0.05중량부를 넣고 고압분산기를 이용하여 1500기압하에서 100㎛의 노즐을 통과시키는 과정을 5번 수행하여, 코팅액을 제조하였으며 이때 액의 온도가 올라가지 않도록 냉각 장치를 이용하였다.
비교예 1 ( 분산매의 종류가 본 발명의 범위를 벗어나는 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 분산매로서, 이소프로판올을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
비교예 2 (분산제로 PAA 대신 도데실술폰산나트륨을 사용한 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 폴리아크릴산 수용액 대신 도데실술폰산나트륨 수용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
비교예 3 (이소프로판올을 사용하고, 분사 압력이 본 발명의 범위를 벗어나는 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 900bar의 압력으로 분사한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
비교예 4 (이소프로판올을 사용하고, 분사 압력이 본 발명의 범위를 벗어나는 경우)
탄소나노튜브 분산액 제조시, 2000bar의 압력으로 분사한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 전도성 코팅액 조성물을 제조하였다.
시험 방법
(1) 분산성 평가
실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 탄소나노튜브 분산액 조성물을 평가하기 위해 제타 포텐셜을 측정하였으며, 하기 평가 기준에 따라 평가하였다.
<평가 기준>
○: 절대값이 25mV를 초과하는 경우
△: 절대값이 10 내지 25mV 범위인 경우
Ⅹ: 절대값이 10mV 미만인 경우
(2) 분산 안정성 평가
실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 탄소나노튜브 분산액 조성물을 유리병에 넣어 상온에서 30일 동안 응집되는지 여부를 하기 평가 기준에 따라 평가하였다.
<평가 기준>
○: 14일 후 응집 발생
△: 7일 후 응집 발생
Ⅹ: 2일 이내 응집 발생
(3) 코팅성 평가
실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 전도성 코팅액 조성물을 유리 기판 상에 스핀 코터를 이용하여 400rpm, 15초 동안 도포한 후, 핫 플레이트를 이용하여 140℃에서 10분 동안 건조한 후, 열풍 건조기를 이용하여 30분 동안 추가 건조를 실시하여 전도성 코팅막을 형성하였다. 형성된 코팅막의 균일성을 육안으로 관찰하고, 하기 평가 기준에 따라 평가하였다.
<평가 기준>
○: 핀홀 없는 경우
△: 핀홀이 2개 미만인 경우
Ⅹ: 핀홀이 2개 이상인 경우
(4) 표면 비저항 평가
실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 전도성 코팅액 조성물을 유리 기판 상에 스핀 코터를 이용하여 400rpm, 15초 동안 도포한 후, 핫 플레이트를 이용하여 140℃에서 10분 동안 건조한 후, 열풍 건조기를 이용하여 30분 동안 추가 건조를 실시하여 전도성 코팅막을 형성하였다. 형성된 코팅막을 표면저항 특정기를 이용하 표면비저항을 측정하였다. 이때, 표면비저항의 측정은 4-point probe 방식으로 수행하였으며, 코팅막을 길이 방향으로 삼등분으로 나누고, 그 중앙부에서 측정하였다.
(5) 투과도
실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 전도성 코팅액 조성물을 유리 기판 상에 스핀 코터를 이용하여 400rpm, 15초 동안 도포한 후, 핫 플레이트를 이용하여 140℃에서 10분 동안 건조한 후, 열풍 건조기를 이용하여 30분 동안 추가 건조를 실시하여 전도성 코팅막을 형성하였다. 형성된 코팅막을 분광광도계를 이용하여, 550nm에서 투과도를 측정하였으며, 코팅막을 형성하지 않은 유리 기판의 투과도인 90.5%에 대하여 하기 평가 기준에 따라 평가하였다.
<평가 기준>
○: 89.5 ≤ 투과도(%)
△: 87.5≤ 투과도(%) < 89.5
Ⅹ: 투과도(%) < 87.5
(6) 내스크래치성
실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 전도성 코팅액 조성물을 유리 기판 상에 스핀 코터를 이용하여 400rpm, 15초 동안 도포한 후, 핫 플레이트를 이용하여 140℃에서 10분 동안 건조한 후, 열풍 건조기를 이용하여 30분 동안 추가 건조를 실시하여 전도성 코팅막을 형성하였다. 형성된 코팅막의 표면을 연필경도시험기(221-D, Yoshimitsu사)를 사용하여 측정하였다.
<평가 기준>
○: 8~9 H
△: 6~7 H
Ⅹ: ~5 H
전술한 실시예들 및 비교예들에 따라 제조된 코팅막의 분산 특성, 코팅성, 표면비저항, 투과도 및 내스크래치성을 측정하여 하기 표 1에 나타내었다. 하기 표 1에서는 ○는 우수, △는 양호, Ⅹ는 나쁨으로 설명한다.

분산 특성 코팅성 표면비저항(Ω/□) 투과도(%)
 내
스크래치성
분산성 분산 안정성
실시예 1 ○ ○ ○ 108.0 ○ ○
실시예 2 ○ ○ ○ 108.0 ○ ○
실시예 3 ○ ○ ○ 108.2 ○ ○
실시예 4 ○ △ ○ 108.7 ○ ○
실시예 5 ○ ○ ○ 108.2 ○ ○
실시예 6 ○ ○ ○ 108.1 ○ ○
실시예 7 ○ ○ ○ 108.1 ○ ○
실시예 8 ○ △ ○ 108.3 ○ ○
실시예 9 ○ △ ○ 108.1 ○ ○
실시예 10 ○ △ ○ 108.3 ○ ○
실시예 11 ○ ○ ○ 105.0 ○ ○
비교예 1 △ Ｘ △ 108.2 ○ ○
비교예 2 Ｘ Ｘ Ｘ 109.4 Ｘ △
비교예 3 △ Ｘ △ 108.3 ○ △
비교예 4 △ Ｘ △ 108.5 ○ ○
상기 표 1을 참조하면, 탄소나노튜브 분산액 제조시 용매로 프로판올, 에탄올 및 부탄올을 각각 사용한 실시예 1 내지 3은 분산성, 분산 안정성, 코팅성, 투과도 및 내스크래치성이 우수로 나타났고, 표면비저항은 각각 108.0, 108.0 및 108.2(Ω/□)로 나타났다. 실시예 4는 분산성, 코팅성, 투과도 및 내스크래치성이 우수로 나타났고 분산 안정성이 양호로 나타났으며, 표면비저항은 108.7로 나타났다.
또한, 탄소나노튜브 분산액 제조시 폴리아크릴산 수지의 중량평균분자량 1,250,000인 것을 사용한 실시예 5와, DISPERBYK 2155를 사용한 실시예 6은 분산성, 분산 안정성, 코팅성, 투과도 및 내스크래치성이 우수로 나타났고, 표면비저항은 각각 108.2 및 108.1(Ω/□)로 각각 나타났다.
또한, 탄소나노튜브 분산액 제조시 1000bar의 압력으로 분사한 실시예 7은 분산성, 분산 안정성, 코팅성, 투과도 및 내스크래치성이 우수로 나타났고, 표면비저항은 108.1(Ω/□)로 나타났다. 그리고, 1800bar의 압력으로 분사한 실시예 8은 분산 안정성이 양호로 나타난 것을 제외하고 분산성, 코팅성, 투과도 및 내스크래치성이 우수로 나타났고, 표면비저항은 108.3(Ω/□)으로 나타났다.
또한, 탄소나노튜브 분산액 제조시 직경이 각각 500㎛와 300㎛의 노즐을 사용하여 분사한 실시예 9와 10은 표면비저항이 각각 108.1과 108.3(Ω/□)으로 나타났고, 분산 안정성이 양호로 나타난 것을 제외하고 분산성, 코팅성, 투과도 및 내스크래치성이 우수로 나타났다.
또한, 탄소나노튜브분산액 80중량부에 바인더 14중량부, BYK 2001 0.95중량부 및 에틸렌글리콜 5중량부로 달리 제조한 실시예 11은 표면비저항이 105.0(Ω/□)으로 나타났고, 분산성, 분산 안정성, 코팅성, 투과도 및 내스크래치성이 우수로 나타났다.
반면, 탄소나노튜브 분산액 제조시 분산매로 이소프로판올을 사용한 비교예 1은 표면비저항이 108.2(Ω/□)로 나타났고, 투과도 및 내스크래치성이 우수로 나타났으며 분산성과 코팅성이 양호로 나타났으나, 분산 안정성이 나쁨으로 나타났다.
또한, 탄소나노튜브 분산액 제조시 폴리아크릴산 수용액 대신 도데실술폰산나트륨 수용액을 사용한 비교예 2는 표면비저항이 109.4(Ω/□)로 나타났고, 내스크래치성이 양호로 나타났으나 분산성, 분산 안정성, 코팅성 및 투과도가 나쁨으로 나타났다.
또한, 탄소나노튜브 분산액 제조시 이소프로판올을 사용하고 각각 900bar와 2000bar의 압력으로 분사한 비교예 3과 4는 표면비저항이 각각 108.3과 108.5(Ω/□)로 나타났고 투과도가 우수로 나타났으나, 분산성 및 코팅성이 양호로 나타났고, 분산 안정성이 나쁨으로 나타났다. 그리고, 비교예 3의 내스크래치성은 양호로 나타났고 비교예 4의 내스크래치성은 우수로 나타났다.
이 결과를 통해, 본 발명의 탄소나노튜브 분산액의 제조 공정에 따라 제조된 코팅막은 분산성, 분산 안정성, 코팅성, 표면비저항, 투과도 및 내스크래치성 특성이 우수한 것을 확인할 수 있다.
실험 2 : 탄소나노튜브 분산액과 바인더의 PH에 따른 코팅막(정전기 방지막)의 특성 측정
전술한 실시예 1의 탄소나노튜브 분산액 67중량부에 테오스 졸(TEOS sol) 바인더 32.95중량부, 표면 슬립제로 BYK333 0.05중량부를 넣고 고압분산기를 이용하여 1500기압하에서 100㎛의 노즐을 통과시키는 과정을 5번 수행하여 전도성 코팅액을 제조하였다. 여기서, 바인더의 PH는 2.0으로 고정한 상태에서 탄소나노튜브 분산액의 PH를 1.60, 2.00, 2.30, 2.85, 3.50, 4.50으로 각각 다르게 제조한 전도성 코팅액을 이용하여 코팅막을 제조하였다. 전도성 코팅액의 초기와 7일 후의 점도를 측정하였고 코팅막의 초기와 7일 후의 저항을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 탄소나노튜브 분산액의 PH는 2.0으로 고정한 상태에서 바인더의 PH를 1.60, 2.00, 2.30, 2.85, 3.50, 4.50으로 각각 다르게 제조한 전도성 코팅액을 이용하여 코팅막을 제조하였다. 전도성 코팅액의 초기와 7일 후의 점도를 측정하였고 코팅막의 초기와 7일 후의 저항을 측정하여 하기 표 2에 나타내었다.

 탄소나노튜브 분산액의 PH 바인더의 PH 코팅막의 저항(Ω/□) 전도성 코팅액의 점도(cP)
초기 7일 후 변화량 초기 7일 후 변화량
#1




 1.60 2.00 8.0 6.9 -1.1 3.48 5.20 1.72
2.00 2.00 8.0 7.3 -0.7 3.52 4.52 1.0
2.30 2.00 8.1 7.3 -0.8 3.53 4.73 1.2
2.85 2.00 8.2 7 -1.2 3.63 4.92 1.29
3.50 2.00 8.1 7 -1.1 3.75 5.03 1.28
4.50 2.00 8.1 6.9 -1.2 3.82 5.38 1.56
#2




 2.00 1.60 8.1 6.9 -1.2 3.51 5.43 1.92
2.00 2.00 8.0 7.3 -0.7 3.52 4.52 1.0
2.00 2.30 8.2 7.2 -1.0 3.40 4.55 1.15
2.00 2.80 8.2 7 -1.2 3.55 5.02 1.47
2.00 3.50 8.1 6.7 -1.4 3.62 5.30 1.68
2.00 4.50 8.0 6.5 -1.5 3.71 5.47 1.76
상기 표 2를 참조하면, 바인더의 PH를 2.00으로 고정한 상태에서 탄소나노튜브 분산액의 PH가 바인더의 PH와 가까워질수록 코팅막의 저항의 변화량이 -1.2에서 -0.7(Ω/□)로 줄어들었고 전도성 코팅액의 점도가 1.56에서 1.0cP로 줄어들었다. 또한, 탄소나노튜브 분산액의 PH를 2.00으로 고정한 상태에서 바인더의 PH가 탄소나노튜브 분산액의 PH에 가까워질수록 코팅막의 저항의 변화량이 -1.5에서 -0.7(Ω/□)로 줄어들었고 전도성 코팅액의 점도가 1.76에서 1.0cP로 줄어들었다.
이 결과를 통해, 탄소나노튜브 분산액과 바인더의 PH가 유사할수록 코팅막의 저항과 전도성 코팅액의 점도의 변화량이 작은 것을 확인할 수 있었고, 특히, 탄소나노튜브 분산액과 바인더의 PH가 2.00일 때, 코팅막의 저항과 전도성 코팅액의 점도의 변화량이 가장 작은 것을 확인할 수 있었다.
상기와 같이, 본 발명의 탄소나노튜브 분산액 조성물은 폴리아크릴산 수지를 분산제로 사용함으로써, 탄소나노튜브를 효과적으로 분산시킬 수 있으며, 특정 구조의 알코올을 사용함으로써, 분산 안정성 또한 매우 뛰어나다.
본 발명의 탄소나노튜브 분산액 조성물의 제조 방법은 특정 압력 범위로 고압 분산을 수행함으로써, 폴리아크릴산 수지의 분산 활성도를 현저히 증가시켜, 탄소나노튜브의 분산성을 향상시키고 동시에 분산 후 안정성을 현저히 향상시킬 수 있다.
본 발명의 탄소나노튜브 분산액 조성물을 포함하는 전도성 코팅액 조성물은 균일한 코팅막을 형성시킬 수 있으며, 형성된 코팅막의 화학적 안정성 및 전기전도도가 뛰어나다.
본 발명에 따른 전도성 코팅액 조성물로 형성된 정전기 방지막은 우수한 전기전도도를 나타내며, 기계적 강도 및 투과도 또한 우수하여, 터치스크린 패널 및 화상표시장치의 정전기 방지용 코팅막으로 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 정전기 방지막 및 이를 포함하는 표시장치는, 제조 공정시 발생되는 정전기를 외부로 용이하게 방전시켜 정전기에 의한 불량을 억제하고, 터치 감도의 저하를 방지하며, 면저항 균일도, 내열성 및 신뢰성을 향상시키고, 제조 비용을 절감시킬 수 있다.
이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
210a: 하부편광판 210b: 상부편광판
220: 하부기판 230: 셀
240: 상부기판 250: 정전기 방지막

Claims (20)

  1. 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 탄소나노튜브 0.05 내지 20중량%, 폴리아크릴산 수지 0.02 내지 40중량%, 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올 50 내지 99.93중량%로 포함하는 탄소나노튜브 분산액 조성물.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 폴리아크릴산 수지의 중량 평균 분자량은 2,000 내지 3,000,000인 탄소나노튜브 분산액 조성물.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 폴리아크릴산 수지의 중량 평균 분자량은 8,000 내지 12,000인 탄소나노튜브 분산액 조성물.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 알칸올은 에탄올, n-프로판올, n-부탄올 및 n-펜탄올 중 적어도 하나인 탄소나노튜브 분산액 조성물.
  5. 제1 항에 있어서,
    아크릴계 블록 공중합체 분산제를 더 포함하는 탄소나노튜브 분산액 조성물.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 아크릴계 블록 공중합체는 아민기 및 카르복실기 중 적어도 하나로 치환된 것인 탄소나노튜브 분산액 조성물.
  7. 제5 항에 있어서,
    상기 아크릴계 블록 공중합체 분산제는 조성물 총 중량에 대하여 0.1 내지 2중량%로 포함되는 탄소나노튜브 분산액 조성물.
  8. 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 탄소나노튜브 0.05 내지 20중량%, 폴리아크릴산 수지 0.02 내지 40중량%, 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올 50 내지 99.93중량%을 혼합한 후, 1000 내지 1800bar로 고압 분산하여 제조되는 탄소나노튜브 분산액 조성물의 제조방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 고압 분산시 조성물이 분사되는 노즐의 직경은 50㎛ 내지 400㎛인 탄소나노튜브 분산액 조성물의 제조방법.
  10. 탄소나노튜브 분산액 조성물 총 중량에 대하여, 탄소나노튜브 0.05 내지 20중량%, 폴리아크릴산 수지 0.02 내지 40중량%, 탄소수 2 내지 5의 직쇄의 알칸올 50 내지 99.93중량%로 포함하는 탄소나노튜브 분산액 조성물 100중량부에 대하여, 실란졸 10 내지 100중량부를 포함하는 전도성 코팅액 조성물.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 실란졸은 알콕시실란 화합물, 산촉매, 알코올계 용매 및 물을 포함하는 전도성 코팅액 조성물.
  12. 제10 항에 있어서,
    상기 실란졸 총 중량에 대하여, 알콕시실란 화합물 20 내지 60중량%, 산촉매 0.01 내지 10중량%, 알코올계 용매 10 내지 70중량% 및 물 5 내지 60중량%로 포함하는 전도성 코팅액 조성물.
  13. 제10 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 분산액의 PH는 1.7 내지 3.5이며, 상기 실란졸의 PH는 상기 탄소나노튜브 분산액의 PH과의 차이가 0.3 이내인 전도성 코팅액 조성물.
  14. 제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 전도성 코팅액 조성물로 형성된 정전기 방지막.
  15. 제10 항 내지 제13 항 중 어느 한 항에 따른 전도성 코팅액 조성물로 형성된 정전기 방지막을 포함하는 표시장치.
  16. 하부편광판 상에 위치하는 표시패널;
    상기 표시패널 상에 위치하는 상부편광판; 및
    상기 표시패널의 상부기판과 상기 상부편광판 사이에 배치된 정전기 방지막을 포함하며,
    상기 정전기 방지막은,
    매트릭스(Matrix) 물질 및 상기 매트릭스 물질에 분산되어 있는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 포함하고,
    상기 정전기 방지막의 면저항(Sheet Resistance) 값은 107Ω/□ 내지 109Ω/□ 인 표시장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 표시패널에는 터치 전극이 내장되어 있는 표시장치.
  18. 제16 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 면저항 값은 1000Ω/□ 내지 20000Ω/□ 인 표시장치.
  19. 매트릭스(Matrix) 물질 및 상기 매트릭스 물질에 분산되어 있는 탄소나노튜브(Carbon Nano Tube)를 포함하고, 면저항(Sheet Resistance) 값이 107Ω/□ 내지 109Ω/□ 인 정전기 방지막.
  20. 제19 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브의 면저항 값은 1000Ω/□ 내지 20000Ω/□ 인 정전기 방지막.
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