KR20180078414A - 투명도전막 및 이를 포함하는 액정표시장치 - Google Patents

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KR20180078414A
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최수석
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Abstract

본 발명은 터치 소자를 구비한 표시장치의 패널 노이즈를 저감하고, 다양한 표시장치에 적용 가능한 저저항의 투명도전막 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도전막은 금속-탄소 복합체 및 매트릭스를 포함한다. 금속-탄소 복합체는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하고, 매트릭스는 금속-탄소 복합체가 분산된다. 코어는 금속 나노와이어이고 쉘은 탄소 동소체이다.

Description

투명도전막 및 이를 포함하는 액정표시장치{Transparent Conductive Layer And Liquid Crystal Display Device Comprising The Same}
본 발명은 투명도전막에 관한 것으로, 보다 자세하게는 투명도전막 및 이를 포함하는 액정표시장치에 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 애드온 타입(Add On Type)의 액정표시장치는 액정패널 위에 별도의 터치 소자가 형성된 기판이나 패널을 부착하는 방식으로 가장 기본적인 터치 표시장치라고 할 수 있다.
애드온 타입의 액정표시장치는 표시패널과 터치소자 사이에 정전기 방지막이 구비된다. 표시패널의 박형화됨에 따라 터치 소자의 구동 전압이 표시패널에 영향을 미쳐 의도치 않은 표시패널의 노이즈가 발생하는 문제가 있다. 따라서, 이러한 문제를 해결하기 위해 정전기 방지막의 저항을 더욱 낮추는 연구가 계속되고 있다.
본 발명은 터치 소자를 구비한 표시장치의 패널 노이즈를 저감하고, 다양한 표시장치에 적용 가능한 저저항의 투명도전막 및 이를 포함하는 액정표시장치를 제공한다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도전막은 금속-탄소 복합체 및 매트릭스를 포함한다. 금속-탄소 복합체는 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하고, 매트릭스는 금속-탄소 복합체가 분산된다. 코어는 금속 나노와이어이고 쉘은 탄소 동소체이다.
금속 나노와이어는 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 철(Fe), 코발트(Co), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들의 혼합물이다.
탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.
매트릭스는 가교결합성 화합물 또는 UV 바인더를 포함한다.
가교결합성 화합물은 TEOS, 랜덤 타입의 SSQ, 케이지 타입의 SSQ 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 액정표시장치는 표시패널 및 정전기 방지막을 포함한다. 표시패널은 화소 전극과 공통 전극을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판과, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판과 대향하는 컬러필터 어레이 기판, 및 이들 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 정전기 방지막은 표시패널 상에 배치되어, 코어 및 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 금속-탄소 복합체, 및 금속-탄소 복합체가 분산된 매트릭스를 포함하며, 코어는 금속 나노와이어이고 쉘은 탄소 동소체이다.
표시패널 상에 배치되는 터치 소자를 더 포함한다.
정전기 방지막과 박막트랜지스터 어레이 기판을 연결하는 도전부재를 더 포함하며, 도전부재는 금속-탄소 복합체를 포함한다.
금속 나노와이어는 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 철(Fe), 코발트(Co), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들의 혼합물이다.
탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.
매트릭스는 가교결합성 화합물 또는 UV 바인더를 포함한다.
가교결합성 화합물은 TEOS, 랜덤 타입의 SSQ, 케이지 타입의 SSQ 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 표시패널 및 광조절패널을 포함한다. 표시패널은 화소 전극과 공통 전극을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판과, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판과 대향하는 컬러필터 어레이 기판, 및 이들 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 광조절패널은 복수의 데이터 라인에 각각 연결된 제1 전극들을 포함하는 제1 기판과, 상기기 제1 기판과 대향하며 제2 전극을 포함하는 제2 기판, 및 이들 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 제1 전극은 코어 및 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 금속-탄소 복합체, 및 금속-탄소 복합체가 분산된 매트릭스를 포함하며, 코어는 금속 나노와이어이고 쉘은 탄소 동소체이다.
금속 나노와이어는 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 철(Fe), 코발트(Co), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들의 혼합물이다.
탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물이다.
매트릭스는 가교결합성 화합물 또는 UV 바인더를 포함한다.
가교결합성 화합물은 TEOS, 랜덤 타입의 SSQ, 케이지 타입의 SSQ 또는 이들의 혼합물을 포함한다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 투명도전막은 101Ω/□ 내지 109Ω/□의 저저항의 특성을 나타내므로, 터치소자와 표시패널 사이에 구비하여 터치에 따라 발생하는 표시패널의 노이즈를 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 투명도전막과 도전부재는 표시장치의 플라즈마 처리 시 플라즈마에 손상되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 투명도전막은 표시패널 하부에 위치한 광조절밸브의 제1 전극에 사용됨으로써, 광조절밸브의 제조 공정 중 열에 의해 손상되는 것을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 잇는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속-탄소 복합체를 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속-탄소 복합체를 모식화한 도면.
도 3은 TEOS의 화학구조식.
도 4는 랜덤 타입의 SSQ의 화학구조식.
도 5는 케이지 타입의 SSQ의 화학구조식.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 투명도전막의 결합이미지.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 투명도전막을 나타낸 이미지.
도 8 및 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 평면도.
도 11은 플라즈마 처리 공정을 나타낸 도면.
도 12는 플라즈마 처리 공정 전/후의 정전기 방지막의 두께를 측정한 이미지.
도 13은 정전기 평가 결과를 나타낸 이미지.
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도.
도 15는 열처리에 따른 ITZO 및 IZO의 저항을 측정한 그래프.
도 16은 본 발명의 투명도전막을 포함하는 광조절밸브의 신뢰성 테스트 결과를 나타낸 그래프.
도 17은 은 나노와이어의 SEM 이미지.
도 18은 실시예 1에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 SEM 이미지.
도 19는 실시예 2에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 SEM 이미지.
도 20은 실시예 2에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 XRD 측정 결과.
도 21은 실시예 2에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 라만 측정 결과.
도 22는 은 나노와이어를 300도에서 1시간 동안 열처리하여 전/후의 이미지.
도 23은 실시예 1에서 제조된 금속-탄소 복합체를 열처리 전, 300도에서 1시간, 2시간 및 3시간 동안 열처리한 후의 이미지.
도 24는 탄소나노튜브의 함량에 따른 금속-탄소 복합체의 면저항을 측정한 그래프.
도 25는 탄소나노튜브, 은 나노와이어 및 실시예 1에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 300도에서 열처리 시간에 따른 면저항을 측정한 그래프.
도 26은 탄소나노튜브, 은 나노와이어 및 실시예 1에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 300도에서 열처리 시간에 따른 투과율을 측정한 그래프.
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.
하기에서 개시하는 본 발명에 따른 표시장치는 유기발광표시장치, 액정표시장치, 전기영동표시장치 등일 수 있다. 본 발명에서는 액정표시장치를 예로 설명한다. 액정표시장치는 박막트랜지스터 상에 화소 전극과 공통 전극이 형성된 박막트랜지스터 어레이 기판과 컬러필터 기판, 이 두 기판 사이에 개재된 액정층으로 이루어지는데, 이러한 액정표시장치에서는 공통 전극과 화소 전극에서 수직 또는 수평으로 걸리는 전기장에 의해 액정을 구동한다. 또한, 본 발명에 따른 표시장치는 유기발광표시장치에도 사용 가능하다. 예를 들어, 유기발광표시장치는 박막트랜지스터에 연결된 제1 전극과, 제2 전극, 및 이들 사이에 유기물로 이루어진 발광층을 포함한다. 따라서, 제1 전극으로부터 공급받는 정공과 제2 전극으로부터 공급받는 전자가 발광층 내에서 결합하여 정공-전자쌍인 여기자(exciton)를 형성하고, 여기자가 바닥상태로 돌아오면서 발생하는 에너지에 의해 발광한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들을 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속-탄소 복합체를 나타낸 사시도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 금속-탄소 복합체를 모식화한 도면이고, 도 3은 TEOS의 화학구조식이고, 도 4는 랜덤 타입의 SSQ의 화학구조식이고, 도 5는 케이지 타입의 SSQ의 화학구조식이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 투명도전막의 결합이미지이고 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 투명도전막을 나타낸 이미지이다.
투명도전막
본 발명의 투명도전막은 매우 낮은 저항을 나타내는 것으로 금속-탄소 복합체 및 매트릭스를 포함한다.
<금속-탄소 복합체>
도 1을 참조하면, 본 발명의 금속-탄소 복합체(HBC)는 코어(CO)와 코어(CO)를 둘러싸는 쉘(SH)의 구조로 이루어진다.
코어(CO)는 금속 나노와이어(metal nanowire)로 금속 나노와이어는 지름이 수 nm 내지 수십 nm를 가지는 와이어 형상의 금속을 말한다. 금속 나노와이어는 대표적으로 은 나노와이어를 들 수 있으며, 그 외에 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 철(Fe), 코발트(Co), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들의 혼합물로 이루어질 수 있다.
쉘(SH)은 탄소 동소체로, 서로 공유결합된 탄소 원자의 다환 방향족 분자를 나타낸다. 공유결합된 탄소 원자는 반복되는 단위로서 6개의 구성요소로 된 고리를 형성할 수 있으며, 또한 5개의 구성요소로 된 고리 및 7개의 구성요소로 된 고리 중 하나 이상을 포함할 수도 있다. 탄소 동소체는 단일층일 수 있으며, 또는 탄소 동소체의 다른 층 상에 적층된 다수의 탄소 동소체 층을 포함할 수도 있다. 탄소 동소체는 1차원 또는 2차원 구조를 가진다. 탄소 동소체는 약 10nm의 최대 두께를 가지며, 구체적으로 약 1nm 내지 약 9nm, 더 구체적으로는 약 2nm 내지 약 8nm의 두께를 가진다.
탄소 동소체의 제조방법은 물리적 박리법, 화학 기상 증착법, 화학적 박리법 또는 에피텍셜 합성법 등 크게 4가지가 있다. 물리적 박리법은 그래파이트 시료에 스카치 테이프를 붙인 후 이를 떼어내게 되어 스카치 테이프 표면에 그래파이트로부터 떨어져 나온 탄소 동소체 시트를 얻는 방식이다. 화학 기상 증착법은 탄소 동소체를 성장시키고자 하는 기판 표면에 높은 운동 에너지를 가진 기체 또는 증기 형태의 탄소 전구체를 흡착-분해시켜 탄소 원자로 분리시키고 해당 탄소원자들이 서로 원자간 결합을 이루게 하여 결정질의 탄소 동소체를 성장시키는 방식이다. 화학적 박리법은 흑연의 산화-환원 특성을 이용한 것으로, 흑연을 황산과 질산 혼합물에 넣어 탄소 동소체 판들의 가장자리에 카르복실 화합물을 붙인다. 염화 티놀에 의해 산염화물로 바뀌고 다시 옥타데실아민을 써서 탄소 동소체 아미드를 만든다. 이것을 테트라히드로푸란과 같은 용액을 이용하여 환수하면 분쇄가 일어나 개별의 탄소 동소체 시트를 얻는 방식이다. 에피텍셜 합성법은 실리콘 카바이드(SiC)를 1,500℃의 고온으로 가열하여, 실리콘(Si)이 제거되고 남아 있는 카본(C)에 의하여 탄소 동소체를 얻는 방식이다.
본 발명의 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀, 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 등을 사용할 수 있다. 환원 그래핀 옥사이드는 그래핀 옥사이드(GO)를 환원시킨 것으로, 흑연에 강산을 가하면 산화시키고 화학적으로 작은 입자 상태로 형성하여 그래핀 옥사이드를 제조하고 그래핀 옥사이드를 환원시켜 제조된다. 비산화 그래핀은 전술한 탄소 동소체의 제조방법 중 산화-환원 공정을 제외한 방법으로 제조된 탄소 동소체를 말한다. 그래핀 나노리본은 그래핀을 폭이 나노미터(nm)인 리본 형태로 잘라낸 것으로, 폭에 따라 일정 에너지 밴드갭을 가진다. 그래핀 나노리본은 탄소 동소체를 포함하는 모노머로부터 합성하거나 탄소나노튜브를 잘라 평면으로 펼쳐 제조될 수 있다. 전술한 탄소 동소체의 종류 외에도 본 발명의 탄소 동소체는 그래핀 나노메쉬 등의 공지된 탄소 동소체 구조들을 적용할 수 있다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 코어-쉘 구조의 금속-탄소 복합체는 금속 나노와이어 코어를 탄소 동소체의 쉘이 감싸는 구조로 나타낼 수 있다.
<매트릭스>
본 발명의 금속-탄소 복합체는 매트릭스에 분산되어 배치된다. 본 발명의 매트릭스는 투명도전막의 골격이 되는 물질로서 가교결합성 화합물 또는 UV 바인더를 포함한다.
상기 가교결합성 화합물은 예를 들어 실란올기 및/또는 실록산기를 적어도 1개 가지는 단량체 화합물이다. 이들 화합물은 후술하는 열처리 등에 의해 가교결합을 형성하여 폴리실록산을 형성할 수 있다. 이들 화합물은 경화 공정에 의하여 가교결합하여, 투명도전막의 매트릭스(matrix)를 형성한다. 가교결합성 화합물은 투명도전막의 경도, 투과도 및 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이 중 실란올기를 갖는 단량체 화합물은 예를 들어, 에틸렌계 불포화 알콕시 실란류 및 에틸렌계 불포화 아실옥시 실란류와 같이 실릴기-함유 불포화 단량체를 가수분해시켜 수득된 실란올기-함유 단량체를 들 수 있다. 에틸렌계 불포화 알콕시 실란은 예를 들어, 아크릴레이트계 알콕시 실란류(예: γ-아크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-아크릴옥시프로필-트리에톡시실란); 메타크릴레이트계 알콕시 실란류(예: γ-메타크릴옥시프로필-트리메톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리에톡시실란, γ-메타크릴옥시프로필-트리스(2-메톡시에톡시)실란이 있다. 한편, 에틸렌계 불포화 아실옥시실란은 예를 들어, 아크릴레이트계 아세톡시실란, 메타크릴레이트계 아세톡시실란 및 에틸렌계 불포화 아세톡시실란류 (예를 들면, 아크릴레이토프로필트리아세톡시실란, 메타크릴레이토프로필트리아세톡시실란) 등이 있다.
그 외에도 가수분해 등을 통하여 실란올기를 갖는 단량체를 얻을 수 있는 실릴기 함유 불포화 화합물은 예를 들어, 클로로디메틸비닐실란, 5-트리메틸실릴-1,3-사이클로펜타디엔, 3-트리메틸실릴알릴 알코올, 트리메틸실릴 메타크릴레이트, 1-트리메틸실릴옥시-1,3-부타디엔, 1-트리메틸실릴옥시 사이클로펜텐, 2-트리메틸실릴옥시에틸 메타크릴레이트, 2-트리메틸실릴옥시퓨란, 2-트리메틸실릴옥시프로펜, 알릴옥시-t-부틸디메틸실란 및 알릴옥시트리메틸실란, 트리메톡시 비닐실란, 트리에톡시비닐실란, 트리스(메톡시에톡시)비닐실란 같은 트리스알콕시 비닐실란이 있다. 전술한 실란올기를 갖는 단량체는 단독으로 사용할 수도 있고, 2종 이상 혼합하여 사용할 수도 있다.
한편, 본 발명의 가교결합성 화합물로서는 실록산기를 갖는 단량체를 또한 사용할 수 있다. 이러한 실록산기를 갖는 단량체로는 선형 실록산기를 갖는 화합물, 사이클릭 실록산기를 갖는 화합물, 사면체 구조의 실록산기를 갖는 화합물 및 실세스퀴옥산 등을 사용할 수 있다.
선형 실록산기를 갖는 화합물로는 메틸실록산, 에틸실록산, 프로필실록산, 부틸실록산, 펜틸실록산, 디메틸실록산, 디에틸실록산, 디프로필실록산, 디부틸실록산, 디펜틸실록산, 트리메틸실록산, 트리에틸실록산, 트리프로필실록산, 트리부틸실록산, 헥사메틸디실록산, 헥사에틸디실록산, 옥타메틸트리실록산, 옥타에틸트리실록산, 데카메틸테트라실록산, 테트라메톡시실란(Tetramethoxy silane, TMOS), 테트라에톡시오르소실란(Tetraethoxy orthosilane, TEOS), 메틸트리메톡시실란(Methlytrimethoxy silane, MTMS), 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등을 포함할 수 있으며, 이들 중에서 선택된 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있으나, 본 발명이 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, TMOS, TEOS, MTMS, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란 등과 같이 알콕시기를 함유하는 선형 실록산기를 갖는 단량체를 단독으로 또는 2종 이상 혼합할 수 있다.
한편, 사이클릭 실록산(cyclic siloxane)의 비제한적인 예로는 메틸하이드로-사이클로실록산, 헥사메틸-사이클로트리실록산, 헥사에틸-사이클로트리실록산과 같은 사이클로트리실록산; 테트라옥틸 -사이클로테트라실록산, 헥사메틸-사이클로테트라실록산, 옥타메틸- 사이클로테트라실록산과 같은 사이클로테트라실록산; 테트라- 및 펜타-메틸사이클로테트라실록산; 테트라-, 펜타-, 헥사- 및 헵타-메틸사이클로펜타실록산; 테트라-, 펜타- 및 헥사메틸-사이클로헥사실록산, 테트라에틸-사이클로테트라실록산, 및 테트라페닐 사이클로테트라실록산; 데카메틸-사이클로펜타실록산, 도데카메틸 사이클로실록산, 1,3,5,7-테트라메틸-사이클로테트라실록산, 1,3,5,7,9-펜타메틸-사이클로펜타실록산, 및 1,3,5,7,9,11-헥사메틸사이클로헥사실록산에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 특히 사용할 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 사면체 실록산기를 갖는 단량체의 비제한적인 예로는 테트라키스디메틸실록시실란, 테트라키스디페닐실록시실란 및 테트라키스디에틸실록시실란 및 이들의 혼합물을 들 수 있다.
아울러, 선형, 사이클릭 및 사면체 실록산 외에도, 예를 들어 메틸트리클로로실록산과 디메틸클로로실록산의 반응 등에 의하여 합성될 수 있는 실세스퀴옥산(silsesquioxane, SSQ)를 또한 가교결합성 화합물로 사용할 수 있다. 실세스퀴옥산은 가교결합에 의하여 랜덤 타입(random type) 또는 케이지 타입(cage type)의 폴리실세스퀴옥산으로 합성될 수 있다. 예를 들어, 오르가노 트리클로로실란의 가수분해에 의하여 부분적인 케이지 구조의 헵타머 형태의 실록산과, 케이지 구조의 헵타머 형태 및 옥타머 형태의 실록산 등이 얻어지는데, 용해도 차이를 이용하여 헵타머 형태의 실록산을 분리하고, 이를 오르가노트리알콕시실란 또는 오르가노트리클로로실란의 축합 반응에 의해 실세스퀴옥산 단량체를 얻을 수 있다. 실세스퀴옥산은 대략 RSiO3 / 2 의 화학 구조(R은 수소, 탄소수 1-10의 알킬기; 탄소수 2-10의 알케닐; 페닐과 같은 아릴기; 아릴렌기)를 가질 수 있지만, 본 발명에서 사용할 수 있는 실세스퀴옥산이 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 UV 바인더는 UV 경화되는 고분자로, BA (부틸아크릴레이트), MMA(메틸메타아크릴레이트), MAA(메타아크릴산), HEA(히드록시에틸아크릴레이트), GMA (글리시딘메타아크릴레이트) 또는 이들의 혼합물일 수 있다.
본 발명의 매트릭스는 바람직하게 도 3에 도시된 TEOS, 도 4에 도시된 랜덤 타입의 SSQ, 도 5에 도시된 케이지 타입의 SSQ, 또는 UV 바인더를 사용할 수 있다.
전술한 본 발명의 투명도전막은 투명도전막 페이스트를 이용하여 제조될 수 있다. 투명도전막 페이스트는 전술한 금속-탄소 복합체, 매트릭스, 용매 및 기타 첨가제를 포함하여 제조된다.
용매는 전술한 금속-탄소 복합체를 분산시키고, 코팅되는 조성물의 점도를 조절하기 위한 용도로 사용된다. 용매는 친수성 또는 소수성 용매를 사용할 수 있다. 친수성 용매의 예로는 물; 에탄올, 메탄올, 이소프로필 알코올, 부탄올, 2-에틸헥실알코올, 메톡시펜탄올, 부톡시에탄올, 에톡시에톡시 에탄올, 부톡시에톡시 에탄올, 메톡시 프로폭시 프로판올, 텍산올(texanol), 알파-터피네올(α-terpineol)과 같은 터피네올 등의 알코올류; 테트라하이드로퓨란(THF); 글리세롤, 알킬렌 글리콜, 예를 들어, 에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 폴리에틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 디헥실렌글리콜 또는 이들의 알킬 에테르(일예로 프로필렌글리콜 메틸에테르(PGME), 디에틸렌글리콜 부틸에테르, 디에틸렌글리콜 에틸에테르, 디프로필렌글리콜 메틸에테르, 디헥실렌글리콜 에틸에테르); 글리세린, N-메틸피롤리돈(N-methyl-2-pyrrolidinone, NMP), 2-피롤리돈, 아세틸아세톤, 1,3-디메틸이미다졸리논, 티오디글리콜, 디메틸술폭사이드(dimethyl sulfoxid, DMSO), N,N-디메틸 아세트아미드(N,N-dimethyl acetamide, DMAc)), 디메틸포름아미드(dimethylformamide, DMF)), 술포란, 디에탄올아민, 트리에탄올아민에서 선택되는 유기용매를 단독으로 사용하거나 또는 이들 중에서 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 소수성 용매의 예로는 메틸에틸케톤, 사이클로펜탄온 등의 케톤류, 자일렌, 톨루엔이나 벤젠 등의 방향족 화합물, 디프로필렌 메틸에테르와 같은 에테르, 메틸렌클로라이드, 클로로포름 등의 지방족 탄화수소 등을 단독 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 투명도전막 페이스트는 접착증진제(adhesion promoter) 또는 레벨링제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
접착증진제는 투명도전막과 하부층과의 접착력을 향상시키기 위한 것으로, 예를 들어 비닐트리메톡시실란, 비닐트리에톡시실란, 비닐트리스(2-메톡시에톡시)-실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필메틸디메톡시실란, 2-(3,4-에톡시 시클로헥실)에틸트리메톡시실란, 3-클로로프로필 메틸디메톡시실란, 3-클로로프로필 트리메톡시 실란, 3-메타아크릴옥시프로필트리메톡시실란, 3-머캅토프로필트리메톡시실란 등의 1종 또는 2종의 혼합물을 사용할 수 있다.
레벨링제는 투명도전막 페이스트의 표면장력으로 인하여 금속-탄소 복합체와 매트릭스의 혼화성이 감소되는 현상을 완화시키고, 막의 불균일성에 의해 발생할 수 있는 불량을 줄인다. 레벨링제는 예를 들어, 음이온계의 공중합체, 아랄킬 변성 폴리메틸알킬실록산계 등의 1종 또는 2종의 혼합물을 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 전극 조성물은 접착증진제, 레벨링제 외의 분산제, 가소제 등의 첨가제를 더 포함할 수 있다.
전술한 본 발명의 투명도전막 페이스트는 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 프린팅 등의 공지된 용액 코팅 공정으로 코팅될 수 있다. 기판 상에 코팅된 투명도전막 페이스트는 100 내지 500도에서 열처리되어 용매를 제거함으로써 전극을 형성할 수 있다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 투명도전막은 빨간색 점으로 표시되는 금속-탄소 복합체를 매트릭스가 감싸는 구조로 제조되고, 도 7의 이미지를 통해 이와 같은 구조를 확인할 수 있다.
전술한 본 발명의 투명도전막은 액정표시장치의 정전기 방지막, 투명전극 및 정전기 방지막을 도통시켜주는 은 도트에 적용할 수 있다.
<제1 실시예>
도 8 및 도 9는 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도이고, 도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치의 평면도이고, 도 11은 플라즈마 처리 공정을 나타낸 도면이며, 도 12는 플라즈마 처리 공정 전/후의 정전기 방지막의 두께를 측정한 이미지이다. 도 13은 정전기 평가 결과를 나타낸 이미지이다.
전술한 본 발명의 투명도전막은 액정표시장치의 정전기 방지막 또는 은 도트에 적용할 수 있다.
도 8을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치(TDP)의 구조를 살펴보면, 박막트랜지스터 어레이 기판(TSU) 상에 반도체층(115)이 위치하고, 상기 반도체층(115)을 덮으며 이를 절연하는 게이트 절연막(120)이 위치한다. 상기 게이트 절연막(120) 상에는 상기 반도체층(115)과 대응되는 영역에 게이트 전극(125)이 위치한다. 또한, 게이트 절연막(120) 상에는 게이트 전극(125)과 연결되어 일 방향으로 연장된 게이트 배선(미도시)이 위치한다.
상기 게이트 전극(125) 상에 상기 게이트 전극(125)을 절연하는 층간 절연막(130)이 위치한다. 상기 게이트 절연막(120)과 층간 절연막(130)은 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 이들의 다층 구조로 이루어진다. 상기 층간 절연막(130)과 상기 게이트 절연막(120)에는 상기 반도체층(115)의 양측 단부를 노출하는 콘택홀(135a, 135b)이 구비된다.
상기 층간 절연막(130) 상에 소스 전극(140a) 및 드레인 전극(140b)이 위치하여 상기 콘택홀(135a, 135b)을 통해 상기 반도체층(115)의 노출된 양측에 각각 접속된다. 따라서, 반도체층(115), 게이트 전극(125), 소스 전극(140a) 및 드레인 전극(140b)을 포함하는 박막 트랜지스터가 구성된다. 본 발명에서는 반도체층 상에 게이트 전극이 위치하는 탑 게이트형 박막트랜지스터를 예로 설명하였지만, 반도체층 하부에 게이트 전극이 위치하는 바텀 게이트형 박막트랜지스터도 적용할 수 있으며, 이들 이외에 다양한 형상의 박막트랜지스터가 구비될 수도 있다.
박막트랜지스터가 구비된 박막트랜지스터 어레이 기판(TSU) 상에 제1 보호막(145)이 위치한다. 제2 보호막(150)은 전술한 게이트 절연막(120) 또는 층간 절연막(130)과 동일한 물질로 이루어진다. 상기 제1 보호막(145) 상에는 유기절연물질 예를 들면 포토아크릴 또는 벤조사이클로부텐 등으로 이루어진 제2 보호막(150)이 위치한다. 상기 제2 보호막(150) 상에 투명도전물질로 이루어져, 화소 별로 패터닝된 공통 전극(160)이 위치한다.
공통 전극(160) 상에 제3 보호막(165)이 위치하여 상기 공통 전극(160)을 절연시킨다. 상기 제3 보호막(165)과 제2 보호막(150)은 상기 박막트랜지스터의 드레인 전극(135b)을 노출시키는 비어홀(155)이 구비된다. 상기 제3 보호막(165) 상에 상기 드레인 전극(135b)과 접속되는 화소 전극(170)이 위치한다. 화소 전극(170)은 다수의 바(bar) 형태로 개구부가 구비되어 구동전압 인가 시 상기 공통 전극(160)과 더불어 프린지 필드를 발생시키게 된다. 상기 화소 전극(170)과 상기 공통 전극(160)은 서로 중첩되어 스토리지 캐패시터를 이룬다. 따라서, 박막트랜지스터, 화소 전극 및 공통 전극이 구비된 박막트랜지스터 어레이 기판(TSU)이 구성된다.
한편, 박막트랜지스터 어레이 기판(TSU) 상에 컬러필터 어레이 기판(CSU)이 위치한다. 컬러필터 어레이 기판(CSU)의 내측면에는 각 화소의 경계와 박막트랜지스터에 대응하여 블랙 매트릭스(195)(black matrix)가 구비되고, 상기 블랙 매트릭스(195)에 의해 구획된 영역에는 각 화소에 대응하는 적, 녹, 청색의 컬러필터(197)가 위치한다. 박막트랜지스터 어레이 기판(TSU)과 컬러필터 어레이 기판(CSU) 사이에 액정층(LC)이 개재된다. 이렇게 구성된 액정표시장치(TDP)의 컬러필터 어레이 기판(CSU)의 외면에는 상부 편광판(220)이 위치하고, 박막트랜지스터 어레이 기판(TSU)의 외면에는 하부 편광판(210)이 위치한다.
상부 편광판(220) 상에 터치 소자(TD)가 형성된 커버기판(FSU)이 위치한다. 커버기판(FSU)은 투명한 유리 기판 또는 플라스틱 기판일 수 있다. 터치 소자(TD)는 터치 구동전극(TDE)과 터치 센싱전극(TSE)을 포함하며, 사용자의 터치에 따라 형성되는 정전용량을 감지하여 터치를 감지한다.
본 발명의 투명도전막은 상부 편광판(220)과 컬러필터 어레이 기판(CSU) 사이에 정전기 방지막(200)으로서 구비된다. 본 발명의 정전기 방지막(200)은 101Ω/□ 내지 109Ω/□의 저저항의 특성을 나타낸다. 따라서, 표시패널의 박형화됨에 따라 터치 소자의 구동 전압이 표시패널에 영향을 미쳐 의도치 않은 표시패널의 노이즈가 발생하는 문제를 해소할 수 있다.
한편, 도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 액정표시장치(TDP)는 하부 편광판(210) 상에 위치하는 표시패널(DP), 표시패널(DP) 상에 위치하는 상부 편광판(220), 상부 편광판(220) 상에 위치하며 터치 소자(TD)가 구비된 커버기판(FSU), 및 컬러필터 어레이 기판(CSU)과 상부 편광판(220) 사이에 배치된 정전기 방지막(200)을 포함한다. 정전기 방지막(200)은 전술한 본 발명의 투명도전막으로 이루어질 수 있다.
정전기 방지막(200)의 일단은, 도전부재(AGD)를 통해, 표시패널(DP)의 박막트랜지스터 어레이 기판(TSU)의 가장자리에 연결된다. 도전부재(AGD)는 정전기 방지막(200)의 외면의 가장자리를 덮고 박막트랜지스터 어레이 기판(TSU)의 가장자리에 형성된 금속패드(미도시)와 접촉되어 정전기를 기기 외부로 방출시키는 통로 역할을 한다. 도전부재(AGD)는, 예를 들어, 금, 은 또는 구리 등의 금속 재질로 이루어질 수 있으며 바람직하게는 은으로 이루어진 은 도트(Ag dot)일 수 있다. 본 발명의 도전부재(AGD)는 전술한 본 발명의 투명도전막에 은(Ag)이 혼합된 것일 수 있다.
도 11을 참조하면, 액정표시장치는 정전기 방지막(200)이 형성된 후, 패드부(PAD)에 존재하는 유기막을 제거하기 위해 플라즈마 처리 공정이 수행된다. 그러나, 플라즈마 처리 공정 중, 플라즈마 처리되는 부분과 인접한 정전기 방지막(200)이 플라즈마에 의해 손상된다. 도 12에 나타난 바와 같이, 플라즈마 처리 전의 정전기 방지막(200)의 두께가 2130Å이었으나 플라즈마 처리 후의 정전기 방지막(200)의 두께가 1650Å으로 현저히 줄어들게 된다. 따라서, 정전기 방지막(200)과 도전부재(AGD)의 오버랩 면적이 감소하여 이들 사이의 컨택 저항이 증가함으로써 정전기 방출의 효과가 저감되는 문제가 있다.
따라서, 본 발명에서는 정전기 방지막(200)은 전술한 투명도전막으로 형성하고, 도전부재(AGD) 또한 전술한 투명도전막의 금속-탄소 복합체를 포함하여 형성한다. 정전기 방지막(200)에 본 발명의 투명도전막이 적용되는 경우, 투명도전막은 금속-탄소 복합체와 UV 바인더를 혼합하여 제조됨이 바람직하다. 매트릭스로 실리케이트 계열의 재료 예를 들어 TEOS나 SSQ는 플라즈마 처리시 박막에 손상된다. 따라서, 본 발명의 투명도전막은 플라즈마에 의해 손상되지 않는 UV 바인더 매트릭스를 사용함이 바람직하다. 또한, 도전부재(AGD)는 전술한 본 발명의 투명도전막에 포함된 금속-탄소 복합체를 은 도트에 혼합하여 형성될 수 있다. 금속-탄소 복합체의 경우 도전 특성이 매우 우수하기 때문에 은 도트의 도통 효과를 더욱 향상시킬 수 있다.
도 13을 참조하면, 도전성 물질과 실리케이트 계열의 매트릭스로 이루어진 정전기 방지막과 은 도트를 포함하는 제1 액정표시장치를 제조하였고, 본 발명의 금속-탄소 복합체와 UV 바인더의 매트릭스로 이루어진 정전기 방지막과 금속-탄소 복합체를 포함하는 은 도트를 포함하는 제2 액정표시장치를 제조하였다. 제조된 액정표시장치들에 정전기를 3회 인가하여 발생한 화면의 흑화 현상이 정상화되는데 걸리는 시간을 측정하였다.
도 13의 (A)는 제1 액정표시장치의 흑화 현상이 발생한 이미지로, 흑화 현상이 정상화되는데 약 10분이 소요되었다. 도 13의 (B)는 제2 액정표시장치의 정상화 이미지로 흑화 현상이 정상화되는데 약 1초가 소요되었다.
이 결과를 통해, 본 발명의 투명도전막을 이용한 정전기 방지막 및 은 도트를 구비한 액정표시장치는 정전기 방출의 효과가 뛰어남을 알 수 있다.
<제2 실시예>
도 14는 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치를 나타낸 단면도이고, 도 15는 열처리에 따른 ITZO 및 IZO의 저항을 측정한 그래프이며, 도 16은 본 발명의 투명도전막을 포함하는 광조절밸브의 신뢰성 테스트 결과를 나타낸 그래프이다. 하기에서는 전술한 제1 실시예에 따른 액정표시장치와 동일한 구성에 대해서는 그 설명을 생략하기로 한다.
전술한 본 발명의 투명도전막은 액정표시장치의 투명 전극에 적용할 수 있다.
도 13을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 액정표시장치는 전술한 도 8의 표시패널(DP) 및 광조절패널(LV)을 포함한다. 광조절패널(LV)은 표시패널(DP)에 입사되는 광을 투과시키거나 차단시키는 것으로, 액정표시장치의 콘트라스트비를 향상시키는 역할을 한다.
광조절패널(LV)은 제1 기판(LTSU) 상에 복수의 데이터 라인(LDL)이 배치되고, 데이터 라인(LDL) 상에 이들을 절연시키는 절연막(IL)이 배치된다. 절연막(IL) 상에는 각 데이터 라인(LDL)과 각각 연결되는 제1 전극(TEL)이 배치된다. 제1 기판(LTSU)과 대향하는 방향에 제2 기판(LCSU)이 배치된다. 제2 기판(LCSU)의 하면에는 제1 전극(TEL)과 전계를 형성하는 제2 전극(VEL)이 배치된다. 제1 기판(LCSU)과 제2 기판(LCSU) 사이에 액정층(LC)이 배치되어 제1 전극(TEL)과 제2 전극(VEL)의 전계에 의해 광을 투과시키거나 차단한다. 도시하지 않았으나 액정층(LC)의 상/하부에는 배향막이 배치된다. 제1 기판(LTSU)의 일면에 제1 편광판(320)이 배치되고 제2 기판(LCSU)의 일면에 제2 편광판(330)이 배치된다.
전술한 제1 전극(TEL)은 광이 투과될 수 있도록 투명하게 이루어지며, 박막트랜지스터가 없이 데이터 라인(LDL)에 의해 직접 구동되기 위해 고저항의 특성을 가졌다. 그러나 고저항의 투명한 제1 전극(TEL) 예를 들어 ITZO 또는 IZO 등은 고온고습의 신뢰성 테스트에서 저항이 현저하게 감소되는 문제가 있었다. 도 14에 나타난 바와 같이, 절연막 증착 공정(350℃, 1시간, S1), 배향막 소성 공정(230℃, 1시간, S2) 및 셀 밀봉 경화 공정(120℃, 40분)(S3)의 열처리 공정을 거치면서, ITZO와 IZO의 면저항이 현저히 떨어진 것을 확인할 수 있다.
따라서, 본 발명은 광조절패널의 제1 전극을 전술한 본 발명의 투명도전막으로 형성한다. 본 발명의 투명도전막은 금속-탄소 동소체 및 매트릭스를 포함하여, 금속-탄소 동소체의 함량을 조절하여 저저항 및 고저항의 투명도전막을 구현할 수 있다. 광조절패널(LV)에는 금속-탄소 동소체의 함량을 적게 포함하여 고저항의 투명도전막을 구현할 수 있다.
도 16을 참조하면, 본 발명의 투명도전막 즉 금속-탄소 동소체와 매트릭스를 포함하는 투명도전막을 광조절밸브의 제1 전극으로 형성한 후, 광조절밸브의 제조공정을 거친 후 34일 간 고온고습에서 신뢰성 테스트하였다. 본 발명의 투명도전막은 모든 기간에서 평균 107.3(Ω/□)의 면저항을 나타내어, 신뢰성이 매우 우수함을 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 금속-탄소 동소체 및 매트릭스를 포함하는 투명도전막은 액정표시장치의 정전기 방지막으로 적용함으로써, 저저항의 정전기 방지막을 구현하여 애드온 타입의 터치 액정표시장치에서 발생하는 패널 노이즈를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 금속-탄소 동소체 및 매트릭스를 포함하는 투명도전막은 액정표시장치의 광조절밸브의 제1 전극으로 적용함으로써, 고저항의 제1 전극을 구현하여 제1 전극의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예에 따라 투명도전막에 대한 실험예를 개시한다. 하기 실험예는 본 발명의 일 실시예일 뿐 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
실험 1 : 금속-탄소 복합체 제조
실시예1
은 전구체(AgNO3)와 탄소나노튜브(CNT)가 분산된 용액을 약 150도에서 300도에서 열처리한 후, 워싱하여 은 나노와이어에 탄소나노튜브가 결합된 금속-탄소 복합체를 얻었다.
실시예2
실시예 1과 동일한 조건 하에, 탄소나노튜브 대신에 환원 그래핀 옥사이드(rGO)를 혼합하여 금속-탄소 복합체를 얻었다.
은 나노와이어의 SEM 이미지를 도 17에 나타내었고, 실시예 1에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 SEM 이미지들을 도 18에 나타내었으며, 실시예 2에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 SEM 이미지들을 도 19에 나타내었고, 실시예 2에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 XRD 측정 결과를 도 20에 나타내었고, 실시예 2에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 라만 측정 결과를 도 21에 나타내었다.
도 17을 참조하면 은 나노와이어가 존재하고, 도 18을 참조하면 은 나노와이어를 둘러싸는 탄소나노튜브가 존재함을 확인할 수 있었으며, 도 19를 참조하면 은 나노와이어를 둘러싸는 환원 그래핀 옥사이드들이 존재함을 확인할 수 있다. 도 20을 참조하면, 환원 그래핀 옥사이드의 결정성이 잘 형성되어 있음을 확인할 수 있고, 도 21을 참조하면, 은 피크와 그래핀 옥사이드의 탄소 피크를 확인할 수 있다.
실험 2 : 금속-탄소 복합체 특성
은 나노와이어를 300도에서 1시간 동안 열처리하여 전/후의 이미지를 도 22에 나타내었다. 실시예 1에서 제조된 금속-탄소 복합체를 열처리 전, 300도에서 1시간, 2시간 및 3시간 동안 열처리한 후의 이미지를 도 23에 나타내었으며, 탄소나노튜브의 함량에 따른 금속-탄소 복합체의 면저항을 측정하여 도 24에 나타내었다. 또한, 탄소나노튜브, 은 나노와이어 및 실시예 1에 따라 제조된 금속-탄소 복합체의 300도에서 열처리 시간에 따른 면저항을 측정하여 도 25에 나타내었고 투과율을 측정하여 도 26에 나타내었다.
도 22를 참조하면, 은 나노와이어 단독은 300도에서 1시간 동안 열처리한 결과 모두 끊어져 점으로 나타났다.
도 23을 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 금속-탄소 복합체는 시간이 지날수록 끊어지긴 하지만 은 나노와이어에 비해 현저하게 적으며 금속-탄소 복합체들끼리 연결된 것을 확인할 수 있다.
도 24를 참조하면, 실시예 1에 따라 제조된 금속-탄소 복합체는 탄소나노튜브의 비율이 증가할수록 면저항이 증가되나 약 50%까지는 20Ω/□의 매우 낮은 면저항을 나타냈다.
도 25를 참조하면, 은 나노와이어는 열처리에 의해 모두 끊어져 완전히 손상되어 면저항이 매우 높게 나타났고, 탄소나노튜브는 열처리 3시간 후에 약 600Ω/□의 면저항을 나타냈고, 금속-탄소 복합체는 열처리 3시간 후에도 처음과 동일한 약 20Ω/□의 면저항을 나타냈다.
도 26을 참조하면, 은 나노와이어는 약 90%의 투과율을 나타냈고, 탄소나노튜브는 약 82%의 투과율을 나타냈으며, 금속-탄소 복합체는 약 85%의 투과율을 나타냈다.
이 결과를 통해, 본 발명의 금속-탄소 복합체는 고온에 잘 손상되지 않아 신뢰성이 우수하고, 투과율 또한 투명도전막으로 사용하기에 부족하지 않음을 확인할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 투명도전막은 101Ω/□ 내지 109Ω/□의 저저항의 특성을 나타내므로, 터치소자와 표시패널 사이에 구비하여 터치에 따라 발생하는 표시패널의 노이즈를 방지할 수 있는 이점이 있다. 또한, 본 발명의 투명도전막과 도전부재는 표시장치의 플라즈마 처리 시 플라즈마에 손상되는 것을 방지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 본 발명의 투명도전막은 표시패널 하부에 위치한 광조절밸브의 제1 전극에 사용됨으로써, 광조절밸브의 제조 공정 중 열에 의해 손상되는 것을 방지하여 신뢰성을 향상시킬 수 잇는 이점이 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경과 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
CO : 코어 SH : 쉘

Claims (17)

  1. 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 금속-탄소 복합체; 및
    상기 금속-탄소 복합체가 분산된 매트릭스를 포함하며,
    상기 코어는 금속 나노와이어이고 상기 쉘은 탄소 동소체인 투명도전막.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 철(Fe), 코발트(Co), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들의 혼합물인 투명도전막.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 투명도전막.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 매트릭스는 가교결합성 화합물 또는 UV 바인더를 포함하는 투명도전막.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 가교결합성 화합물은 TEOS, 랜덤 타입의 SSQ, 케이지 타입의 SSQ 또는 이들의 혼합물을 포함하는 투명도전막.
  6. 화소 전극과 공통 전극을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판과, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판과 대향하는 컬러필터 어레이 기판, 및 이들 사이에 개재된 액정층을 포함하는 표시패널;
    상기 표시패널 상에 배치되는 정전기 방지막을 포함하며,
    상기 정전기 방지막은 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 금속-탄소 복합체, 및 상기 금속-탄소 복합체가 분산된 매트릭스를 포함하며, 상기 코어는 금속 나노와이어이고 상기 쉘은 탄소 동소체인 액정표시장치.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 표시패널 상에 배치되는 터치 소자를 더 포함하는 액정표시장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 정전기 방지막과 상기 박막트랜지스터 어레이 기판을 연결하는 도전부재를 더 포함하며,
    상기 도전부재는 상기 금속-탄소 복합체를 포함하는 액정표시장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 철(Fe), 코발트(Co), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들의 혼합물인 액정표시장치.
  10. 제7 항에 있어서,
    상기 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 액정표시장치.
  11. 제7 항에 있어서,
    상기 매트릭스는 가교결합성 화합물 또는 UV 바인더를 포함하는 액정표시장치.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 가교결합성 화합물은 TEOS, 랜덤 타입의 SSQ, 케이지 타입의 SSQ 또는 이들의 혼합물을 포함하는 액정표시장치.
  13. 화소 전극과 공통 전극을 포함하는 박막트랜지스터 어레이 기판과, 상기 박막트랜지스터 어레이 기판과 대향하는 컬러필터 어레이 기판, 및 이들 사이에 개재된 액정층을 포함하는 표시패널; 및
    복수의 데이터 라인에 각각 연결된 제1 전극들을 포함하는 제1 기판과, 상기기 제1 기판과 대향하며 제2 전극을 포함하는 제2 기판, 및 이들 사이에 개재된 액정층을 포함하는 광조절패널을 포함하며,
    상기 제1 전극은 코어 및 상기 코어를 둘러싸는 쉘을 포함하는 금속-탄소 복합체, 및 상기 금속-탄소 복합체가 분산된 매트릭스를 포함하며, 상기 코어는 금속 나노와이어이고 상기 쉘은 탄소 동소체인 액정표시장치.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 금속 나노와이어는 금(Au), 니켈(Ni), 구리(Cu), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 이리듐(Ir), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 철(Fe), 코발트(Co), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr) 또는 이들의 혼합물인 포함하는 액정표시장치.
  15. 제13 항에 있어서,
    상기 탄소 동소체는 환원 그래핀 옥사이드(rGO), 비산화 그래핀(graphene), 그래핀 나노리본 또는 탄소나노튜브(CNT) 중 어느 하나 또는 이들의 혼합물인 액정표시장치.
  16. 제13 항에 있어서,
    상기 매트릭스는 가교결합성 화합물 또는 UV 바인더를 포함하는 액정표시장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 가교결합성 화합물은 TEOS, 랜덤 타입의 SSQ, 케이지 타입의 SSQ 또는 이들의 혼합물을 포함하는 액정표시장치.
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