KR20210006234A - 투명전극 디바이스 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명전극 디바이스에 관한 것으로, 본 발명에서는 디바이스의 구성을, <투명 지지기재>, <투명 지지기재 상에 배치된 은나노와이어 투명전극>, <은나노와이어 투명전극 상에 배치되면서, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등), 폴리아민계 카본 분산제 등으로 구성되는 나노 스케일의 오버 코팅층> 등으로 개선하고, 이를 통해, 디바이스 운영주체 측에서, 기존 오버 코팅층이 가지는 문제점(예컨대, 은나노와이어의 전기 저항 값을 높이는 문제점, 코팅 안정성이 저하되는 문제점, 코팅 균일도를 저해하는 문제점 등)을 전혀 겪지 않으면서도, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등) 등의 기능수행에 기반하여, 은나노와이어 투명전극의 내 마모성, 내 화학성, 내 열성, 저 반사성, 유연성 등을 획기적으로 개선시킬 수 있도록 지원할 수 있다.

Description

투명전극 디바이스{The transparent electrode device}
본 발명은 투명전극 디바이스에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디바이스의 구성을, <투명 지지기재>, <투명 지지기재 상에 배치된 은나노와이어 투명전극>, <은나노와이어 투명전극 상에 배치되면서, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등), 폴리아민계 카본 분산제 등으로 구성되는 나노 스케일의 오버 코팅층> 등으로 개선하고, 이를 통해, 디바이스 운영주체 측에서, 기존 오버 코팅층이 가지는 문제점(예컨대, 은나노와이어의 전기 저항 값을 높이는 문제점, 코팅 안정성이 저하되는 문제점, 코팅 균일도를 저해하는 문제점 등)을 전혀 겪지 않으면서도, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등) 등의 기능수행에 기반하여, 은나노와이어 투명전극의 내 마모성, 내 화학성, 내 열성, 저 반사성, 유연성 등을 획기적으로 개선시킬 수 있도록 지원할 수 있는 투명전극 디바이스에 관한 것이다.
최근 전자기기/디스플레이 관련 기술이 급격한 발전을 이루면서, 투명전극과 관련된 기술 또한 빠른 발전을 거듭하고 있다.
예를 들어, 대한민국공개특허 제10-2014-135918호(명칭: 투명전극 필름의 제조방법)(2014.11.27.자 공개), 대한민국공개특허 제10-2015-39373호(명칭: 투명전극 및 이를 포함하는 전자 소자)(2015.4.10.자 공개), 대한민국공개특허 제10-2018-61800호(명칭: 투명전극의 제조방법)(2018.6.8.자 공개), 대한민국공개특허 제10-2018-109510호(명칭: 투명전극의 제조방법)(2018.10.8.자 공개), 대한민국공개특허 제10-2018-124405호(명칭: 플랙시블 투명전극 및 이의 제조방법)(2018.11.21.자 공개) 등에는 이러한 종래의 기술에 따른 투명전극의 일례가 좀더 상세하게 개시되어 있다.
한편, 이러한 종래의 체제 하에서, Indium Tin Oxide(ITO)는 광 소자에 전반적으로 쓰이는 투명전극 소재로써, 높은 투과도와, 낮은 면 저항의 특성을 가지고 있다. 최근, 폴더블 디스플레이 혹은 롤러블 디스플레이가 폭 넓게 출시되면서 유연한 디바이스 및 부품이 다양하게 요구되고 있다. 그러나, 상기 ITO는 딱딱한 소재로써, 차세대 디스플레이에 적합하지 않고, 대 면적으로 갈수록 전기적 특성이 감소되는 문제가 있어서, 대체 투명전극 소재 개발이 요구되었다.
통상, 은나노와이어는 상기 이슈가 되는 유연성과 대면적의 전기적 특성 감소를 해결할 수 있다. 이러한 은나노와이어는 나노미터의 직경과 마이크로의 길이를 갖고 있으며, 이것을 네트워크 형태로 배치함으로써, 전극으로 활용이 가능하다. 상기 은나노와이어는 ITO 전극과 비교하여 비슷하거나 더 높은 투과율 및 전기적 특성을 가지고 있고, 유연함을 구현할 수 있기 때문에, 최근, 투명전극 소재로써, 큰 각광을 받고 있다.
하지만, 상기 은나노와이어는 코팅 후 산소와의 빠른 결합으로 인해 불필요한 표면산화가 이루어짐으로써, 의도치 않은 면 저항 증가, 헤이즈 증가 및 투과도 감소 문제가 발생한다. 상기 문제를 해결하기 위하여, 종래 에서는 은나노와이어 코팅의 표면산화 방지를 위한 아크릴 또는 이와 유사한 수지로 이루어진 오버 코팅층을 은나노와이어의 표면에 배치하는 조치를 강구하고 있다.
그러나, 아크릴 또는 이와 유사한 수지로 이루어진 상기 오버 코팅층은 은나노와이어의 전기 저항 값을 높이고, 코팅 안정성 저하, 코팅 균일도를 저해하는 문제점을 가지고 있기 때문에, 별다른 조치 없이, 상기 종래의 오버 코팅층을 은나노와이어의 표면산화 방지용으로 상용화하는 데에는 큰 무리가 따를 수밖에 없게 된다.
제10-2014-135918호(명칭: 투명전극 필름의 제조방법)(2014.11.27.자 공개) 대한민국공개특허 제10-2015-39373호(명칭: 투명전극 및 이를 포함하는 전자 소자)(2015.4.10.자 공개) 대한민국공개특허 제10-2018-61800호(명칭: 투명전극의 제조방법)(2018.6.8.자 공개) 대한민국공개특허 제10-2018-109510호(명칭: 투명전극의 제조방법)(2018.10.8.자 공개) 대한민국공개특허 제10-2018-124405호(명칭: 플랙시블 투명전극 및 이의 제조방법)(2018.11.21.자 공개)
따라서, 본 발명의 목적은 디바이스의 구성을, <투명 지지기재>, <투명 지지기재 상에 배치된 은나노와이어 투명전극>, <은나노와이어 투명전극 상에 배치되면서, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등), 폴리아민계 카본 분산제 등으로 구성되는 나노 스케일의 오버 코팅층> 등으로 개선하고, 이를 통해, 디바이스 운영주체 측에서, 기존 오버 코팅층이 가지는 문제점(예컨대, 은나노와이어의 전기 저항 값을 높이는 문제점, 코팅 안정성이 저하되는 문제점, 코팅 균일도를 저해하는 문제점 등)을 전혀 겪지 않으면서도, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등) 등의 기능수행에 기반하여, 은나노와이어 투명전극의 내 마모성, 내 화학성, 내 열성, 저 반사성, 유연성 등을 획기적으로 개선시킬 수 있도록 지원하는데 있다.
본 발명의 다른 목적들은 다음의 상세한 설명과 첨부된 도면으로부터 보다 명확해질 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는 투명 지지기재와; 상기 투명 지지기재 상에 배치된 은나노와이어 투명전극과; 상기 은나노와이어 투명전극 상에 배치된 오버 코팅층을 포함하며, 상기 오버 코팅층은 UV 경화형 아크릴레이트; 전도성 금속 산화물; 전도성 탄소체를 포함하고, 상기 전도성 탄소체에는 에틸렌디아민(Ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(Diethylenetriamine), 트리에틸렌트리아민(Triethylenetetamine), 또는 테트라에틸렌펜타아민(Tetraethlenepentamine) 중의 어느 하나를 포함하는 폴리아민계 카본 분산제가 포함되는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스를 개시한다.
본 발명에서는 디바이스의 구성을, <투명 지지기재>, <투명 지지기재 상에 배치된 은나노와이어 투명전극>, <은나노와이어 투명전극 상에 배치되면서, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등), 폴리아민계 카본 분산제 등으로 구성되는 나노 스케일의 오버 코팅층> 등으로 개선하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 디바이스 운영주체 측에서는, 기존 오버 코팅층이 가지는 문제점(예컨대, 은나노와이어의 전기 저항 값을 높이는 문제점, 코팅 안정성이 저하되는 문제점, 코팅 균일도를 저해하는 문제점 등)을 전혀 겪지 않으면서도, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등) 등의 기능수행에 기반하여, 은나노와이어 투명전극의 내 마모성, 내 화학성, 내 열성, 저 반사성, 유연성 등을 획기적으로 개선시킬 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 투명전극 디바이스의 세부적인 구성을 개념적으로 도시한 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 나노 카본블랙에 의해 오버 코팅층의 분자 네트워크가 단단하게 결합된 모습을 개념적으로 도시한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 투명전극 디바이스를 제조하기 위한 준비단계를 개념적으로 도시한 예시도.
도 4 내지 도 6은 본 발명에 따른 투명전극 디바이스의 제조절차를 순차적으로 도시한 공정 순서도.
도 7은 본 발명의 다른 실시에 따른 투명전극 디바이스를 개념적으로 도시한 예시도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명에 따른 투명전극 디바이스를 좀더 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 투명전극 디바이스(1)는 플렉서블한 특징을 가지는 투명 지지기재(2)(예컨대, PET 필름, 아크릴 필름, 우레탄 필름, PO 필름, PI 필름, PP 필름 등)와, 상기 투명 지지기재(2) 상에 배치된 은나노와이어 투명전극(4)과, 상기 은나노와이어 투명전극(4) 상에 배치된 오버 코팅층(5)이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이때, 본 발명에서는 은나노 와이어를 다양한 분산체에 분산하거나, 은나노 와이어 단독으로 코팅하여, 상기 은나노 와이어 투명전극(4)을 형성함과 아울러, 그 표면에, 오버코팅 용액을 코팅하여, 오버 코팅층(5)을 형성하게 된다.
여기서, 본 발명의 오버 코팅층(5)은 <UV 경화형 아크릴레이트>, <전도성 금속 산화물(5a)>, <전도성 탄소체(5b)> 등이 체계적으로 조합된 구성을 취하게 된다.
이 경우, 상기 전도성 금속 산화물(5a)로는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), 또는 AZO(Antimony Zinc Oxide) 중의 어느 하나가 선택될 수 있으며, 상기 전도성 탄소체(5b)로는 나노 카본블랙, CNT(Carbon Nano-Tube), 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜 또는 풀러렌 중의 어느 하나가 선택될 수 있다.
이때, 본 발명이 신뢰성 있게 적용/실시되려면, 오버 코팅층(5)을 구성하는 <UV 경화형 아크릴레이트>, <전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a)> 등과 모두 친화적이면서도, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b)를 적절하게 분산시킬 수 있는 최적의 분산제가 선택/제공되어야 한다(참고로, 만약, 최적의 분산제가 선택/제공되지 아니하면, 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a)과의 혼합 시, 전도성 탄소체(5b)의 카본이 부적절하게 석출되거나, 충분하게 분산되지 아니하는 심각한 문제점이 발생할 수 있게 된다).
이러한 민감한 상황 하에서, 본 발명에서는 상기 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b) 내에, 에틸렌디아민(Ethylenediamine), 디에틸렌트리아민(Diethylenetriamine), 트리에틸렌트리아민(Triethylenetetamine), 또는 테트라에틸렌펜타아민(Tetraethlenepentamine) 중의 어느 하나를 포함하는 폴리아민계 카본 분산제를 추가로 포함시키는 조치를 강구하게 된다.
물론, 상기 폴리아민계 카본 분산제는 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b) 측 카본입자와 친화성을 가지는 동시에, UV 경화형 아크릴레이트, 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a) 등과 같은 고분자와도 높은 친화성을 가지게 때문에, 상기 폴리아민계 카본 분산제가 본 발명에 적용되는 경우, 디바이스 운영주체 측에서는 예를 들어, 전도성 탄소체(5b)의 카본이 부적절하게 석출되거나, 충분히 분산되지 아니하는 심각한 문제점을 전혀 겪지 아니하면서, <전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a)>의 채용에 따른 각종 이점, <전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b)>의 채용에 따른 각종 이점 등을 동시에 폭 넓게 향유할 수 있게 된다.
본 발명의 체제 하에서, <전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b)> 측에서는 타이어의 탄소 역할과 동일한 역할을 수행하여, 도 2에 도시된 바와 같이, 오버 코팅층(5)의 분자 네트워크 결합력을 대폭 증대시키는 역할을 수행하게 된다.
또한, 본 발명의 체제 하에서, <전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b)> 측에서는 금속, 즉, 은나노와이어 투명전극(4)의 반사율을 대폭 감소시키는 역할도 수행하게 된다.
또한, 본 발명의 체제 하에서, <전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a)> 측에서는 은나노와이어 투명전극(4)이 나타내는 특유의 노란빛을 완화시키는 역할을 수행하게 된다.
또한, 본 발명의 체제 하에서, <전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a)> 측에서는 열 차단/방지 특성을 폭 넓게 발휘함으로써, 오버 코팅층(5)이 주변의 열 충격에 보다 신뢰성 있게 견딜 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다.
특히, 본 발명의 체제 하에서, <전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b)>, <전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a)> 측에서는 일종의 연결체 역할을 수행함으로써, 은나노와이어 투명전극(4) 측에서, 주변의 물리적 충격(예를 들어, 굽힘 충격 등)에도 끊어지지 않고 견딜 수 있도록 지원하는 역할을 수행하게 된다.
결국, 본 발명의 구현환경 하에서, 오버 코팅층(5) 측에서는 은나노와이어의 전기 저항 값을 높이는 문제점, 코팅 안정성이 저하되는 문제점, 코팅 균일도를 저해하는 문제점 등을 전혀 일으키지 아니하면서도, 은나노와이어 투명전극(5)의 내 마모성, 내 화학성, 내 열성, 저 반사성, 유연성 등을 획기적으로 개선시킬 수 있게 된다.
이때, 상기 오버 코팅층(5)은 액상의 오버코팅 용액 상태에서, 롤투롤 공정(Roll-to-Roll process)에 의해 상기 은나노와이어 투명전극(4) 상에 코팅되는 절차를 겪게 된다.
여기서, 상기 오버코팅 용액은 <용제(예컨대, 메틸에틸케톤(MEK: Methyl Ethyl Ketone) 및 톨루엔이 혼합된 용액)에, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b)와 폴리아민계 카본 분산제를 섞은 후, 분산시켜, 전도성 탄소체 용액을 분산하는 절차>, <분산된 상기 전도성 탄소체 용액에, 용제(예컨대, 이소프로필알콜(IPA: IsoPropyl Alcohol))에 분산되어 있는 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a) 및 UV 경화형 아크릴레이트를 섞고, 일련의 분산방식(예컨대, 초음파 이용 방식, 스티어링 이용 방식, 분산기(수퍼링 밀, 연속식 밀, HS 밀, 초고압 분산기, 나노분쇄 분산기, 고점도 믹서, 건/습식 비드 밀, 분쇄 분산기) 이용 방식), 용제에 녹이는 방식 등)으로 분산시키는 절차> 등에 의해 제조되는 특징을 가지게 된다.
이때, 상기 <분산된 상기 전도성 탄소체 용액에, 용제(예컨대, 이소프로필알콜(IPA: IsoPropyl Alcohol))에 분산되어 있는 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a) 및 UV 경화형 아크릴레이트를 섞는 절차>가 진행되는 경우, 본 발명에서는 실란커플링제를 추가 첨가하는 절차를 진행하게 된다.
여기서, 상기 용제로는 에탄올, 이소프로필알콜(IPA: IsoPropyl Alcohol), 메틸에틸케톤(MEK: Methyl Ethyl Ketone), 톨루엔, DI water, 또는 메탄올이 선택될 수 있다.
한편, 본 발명의 오버 코팅층(5)을 구성하는 상기 UV 경화형 아크릴레이트는 상기 오버 코팅층(5) 내에서, 1wt%~10wt%의 함유량을 가지며, 상기 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a)은 상기 오버 코팅층(5) 내에서, 1wt%~10wt%의 함유량을 가지고, 상기 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b)는 상기 오버 코팅층 내에서, 1wt%~50wt%의 함유량을 가지며, 상기 폴리아민계 카본 분산제는 상기 오버 코팅층 내에서, 1wt%~10wt%의 함유량을 가지는 특징을 유지하게 된다.
한편, 본 발명의 체제 하에서, 오버 코팅층(5) 내에는 [Si(OR1)2X, R1: 알킬기, X: 에폭시기, 아미노기, 아릴기, 또는 메타아크릴기]로 이루어진 실란커플링제가 더 포함된다.
이때, 상기 실란커플링제는, 오버 코팅층(5)의 유연성을 획기적으로 향상시켜주는 역할을 수행하게 된다.
이 경우, 상기 실란커플링제는 비닐계, 에폭시계, 아민계, 아미노계, 아릴기, 부틸기, 옥틸기, 또는 아크릴계로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 특징을 가지게 된다.
이때, 상기 실란커플링제는 전체 오버 코팅층(5) 내에서, 1%~50%의 함유량을 가지게 된다.
한편, 본 발명의 체제 하에서, 상기 본 발명의 오버 코팅층(5)은 바람직하게, 10nm~1000nm의 나노 단위 두께(즉, 나노 스케일의 두께)를 가지게 된다.
이때, 오버 코팅층(5)이 10nm 미만의 두께를 가지게 될 경우, 오버코팅 고유의 기능을 상실하는 문제점(예를 들어, 투명전극(4)의 표면 산화를 차단하지 못하게 되는 문제점 등)이 발생할 수 있게 되며, 오버 코팅층(5)이 1000nm를 초과하는 두께를 가지게 될 경우, 그 두께가 너무 두꺼워져, 절연 특성이 강한 고분자의 함량이 커지기 때문에, 예를 들어, 은나노와이어 투명전극(4)의 면 저항이 떨어지는 문제점이 발생할 수 있게 된다.
한편, 도 1에 도시된 바와 같이, 상기 투명 지지기재(2) 및 투명전극(4)의 계면에는 상기 투명전극(4)의 부착력을 향상시키기 위한 하드코팅 층(3)이 추가로 형성된다.
이 경우, 상기 하드코팅 층(3)을 형성하는 조성물은 아크릴관능기, 메타아크릴관능기 또는 다양한 관능기를 가지는 올리고머(Oligomer), 모노머(Momomoer) 또는 올리고머와 모노머의 혼합물, 그리고 필요에 따라 다양한 복합 무기재를 사용하며, 점도와 유동성을 조절하기 위하여 용제와, 경화를 일으키기 위한 광개시제, 그리고 산화반응을 방해하기 위한 산화방지제, 중합방지제, 그리고 uv에 안정적인 특성을 보이기 위하여 uv 차단제와 흡수제 그리고, 표면의 조도의 안정성을 위하여 소량의 레벨링제를 사용하여 만들게 된다.
이때, 상기 하드코팅 층(3)은 바람직하게, 2㎛~5㎛의 두께를 가지게 된다.
여기서, 상기 하드코팅 층(3)은 상황에 따라, 투명전극(4)과의 결합력을 향상시키기 위한 에어로 실리카를 추가 구성성분으로 가지게 되며, 이 경우, 상기 에어로 실리카는 1%~10%의 함유량을 가지는 고형분으로 상기 하드코팅 층(3)의 구성성분을 이루게 된다.
이와 같이, 본 발명에서는 투명전극 디바이스(1)의 구성을, <투명 지지기재(2)>, <투명 지지기재(2) 상에 배치된 은나노와이어 투명전극(4)>, <은나노와이어 투명전극(4)에 배치되면서, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a), 폴리아민계 카본 분산제 등으로 구성되는 나노 스케일의 오버 코팅층(5)> 등으로 개선하기 때문에, 본 발명의 구현환경 하에서, 디바이스 운영주체 측에서는, 기존 오버 코팅층이 가지는 문제점(예컨대, 은나노와이어의 전기 저항 값을 높이는 문제점, 코팅 안정성이 저하되는 문제점, 코팅 균일도를 저해하는 문제점 등)을 전혀 겪지 않으면서, 전도성 탄소체(나노 카본블랙, CNT, 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜, 풀러렌 등)(5b), 전도성 금속 산화물(ITO, ATO, AZO 등)(5a) 등의 기능수행에 기반하여, 은나노와이어 투명전극(5)의 내 마모성, 내 화학성, 내 열성, 저 반사성, 유연성 등을 획기적으로 개선시킬 수 있게 된다.
이하, 상술한 본 발명에 따른 투명전극 디바이스(1)의 구체적인 실시 형태를 상세히 살펴보면 다음과 같다.
<실시예>(도 3 참조)
1. 투명 지지기재(2)의 준비단계(S1)
투명 지지기재(2)는 광학용으로 성능이 우수한 국내에서 코오롱에서 생산되는 U43R이라는 100마이크로두께를 가진 PET(Polyethylene terephthalate)을 사용하였다, 이 필름은 기본적으로 높은 광학특성을 보유하고 있어, 90%이상의 투과율성능을 나타낸다, 또한, 표면에 우레탄프라이머, 더 엄밀하게 말하면, 폴리에스터층으로된 프라이머층을 50~100nm층으로 구성하고 있어, U43R 기제의 표면위에 하드코팅층을 형성할 때 안정적인 부착성능을 제공한다.
2. 하드코팅 액의 준비단계(S2)
준비된 투명 지지기재(2) 상에 안정적인 하드코팅 층(3)을 구현하기 위해서는 U43R의 구조 특성상, 하드코팅 층(3)의 굴절율(R.I값)이 1.42~1.48사이가 적당함에 따라서, 일반적으로 사용 가능한 하드코팅은 모두 다 사용 가능하지만, 무기물을 함유하고 있는 하드코팅 액을 제작하였다. 이에 따라 사용되는 무기물은 에로로 실리카 중에 특정되지 않아도 되지만, 에보닉사에서 제공되는 OX50(10g)을 사용하였다.
먼저, 준비된 증류수(80mL), 메탄올(20mL)를 고속 교반기에서 1000rpm으로 미리 10분간 교반시켰다.
이어, 교반된 용액에 에보닉사의 OX50(1KG)을 넣고 소튬폴리UV 경화형 아크릴레이트(1G)를 같이 오토클레이브에 넣어, 230도의 온도에서 750atm으로 12시간 반응시켜 초미세 나노사이즈인 실리카졸을 만들었다. 이때 실리카졸은 10~20nm크기로 하드코팅에서 은나노와 같은 물질의 부착을 유도하는 역할을 할 수 있다.
그 다음으로, 비이커에 우레탄 UV 경화형 아크릴레이트 올리고머(EB-1200) 100G과 반응성모노머인 트리메티롤프로판트리UV 경화형 아크릴레이트(TMPTA) 20G, 트리(2-하이드록시 에틸)이소이아네이트 디 UV 경화형 아크릴레이트(THEICDA) 20G과, 광개시제는 하이드록시 시크로헥실 페닐 케톤(IGCURE 184) 1G과, 벤조페논(BP) 1G에 상기 만들어진 실리카 졸 3ML를 투입하고, 용제는 메틸에틸케톤(MEK) 150G과 톨루엔(Toluene) 150g을 투입하고, 다시 산화방지제 다이뷰틸하이드록시톨루엔(BHT)을 0.3G 투입한 후, 수지의 안전성을 위하여 중합 금지제 하이드로퀴논(Hydroquinone) 0.3g과, 자외선 차단제 할스(HALS) 1G을 추가 후, 고속 교반기에서 500RPM으로 30분간 교반하여 은나노와이어의 부착이 용이한 하드코팅 액을 만들었다.
3. 은나노와이어 투명전극을 준비하는 단계(S3)
은나노 와이어는 초미세 구조를 갖는 은 나노와이어를 제조하기 위하여, 일반적인 방법인 이온성 액체와, 은염(Ag salt)이 용해된 수용액을 수열합성기에 투입하고, 온도와 압력을 변화시키면서, 은나노 와이어를 제조하는 하였다(물론, 시중에 일반적으로 판매하는 은나노 와이어를 사용하여도 무방하다).
4. 오버코팅 용액을 준비하는 단계(S4)
먼저, 메틸에틸케톤(MEK: Methyl Ethyl Ketone) 및 톨루엔이 1:1 비율로 혼합된 용액에, 나노 카본블랙과 실록산, 디에틸렌트리아민을 섞은 후(이 경우, MEK+톨루엔: 나노 카본블랙: 실록산: 디에틸렌트리아민=97.7: 1: 0.3: 1), 초음파 방식으로 30분 또는 스티어링 방식으로 1시간 이상 분산시켜, 전도성 탄소체 용액을 분산하였다.
이렇게 하여, 전도성 탄소체 용액을 분산한 후, 이 전도성 탄소체 용액에, 이소프로필알콜(IPA: IsoPropyl Alcohol)에 분산되어 있는 ATO(Antimony Tin Oxide) 및 UV 경화형 아크릴레이트(에탄올에 분산, 1% 고형분), 그리고, 실란커플링제를 섞고(이 경우, ATO; 나노 카본블랙: UV 경화형 아크릴레이트: 실란커플링제=0.5: 1; 97.5: 1), 초음파 방식으로 30분 또는 스티어링 방식으로 1시간 이상 분산시켜, 오버코팅 용액을 제조하였다.
5. 투명전극 디바이스(1)를 제조하는 단계(도 4 내지 도 6 참조)
준비된 U43 PET필름 상에 굴절율 1.46으로 만들어진 하드코팅 액을 마이크로 그라비어코팅으로 균일하게 코팅하였다. 80도에서 1분간 열입을 하여, 하드코팅 액 내부에 있는 용제를 모두 날리고, 아크릴 고형분만남긴 상태에서 UV경화기를 통하여 200MJ로 경화시켜 500G 2H의 강도를 가지는 하드코팅 층(3)을 만들었다(도 4 참조).
준비된 하드코팅 층(3)의 표면에, 준비된 은나노 와이어(상기 3번 항목 참조)를 슬롯다이를 사용하여 코팅하고, 이를 통해, 은나노 와이어 투명전극(4)을 형성하였다(도 5 참조). 코팅된 은나노 와이어 투명전극(4)은 100도에서 2분간 경화를 실시하였다. 이때, 은나노 와이어 투명전극(4)과 하드코팅 층(3) 표면의 일부 라디칼들과 실리카들이 소성변화를 하면서, 하드코팅 층(3)과 은나노 와이어가 결합됨으로써, 하드코팅 층(3)상에 은나노 와이어 투명전극(4)이 만들어졌다.
만들어진 은나노 와이어 투명전극(4)의 표면을 보호하고, 투명전극(4)의 기능을 향샹시키기 위하여, 준비된 오버코팅 용액을 은나노 와이어 투명전극(4)의 표면에 슬롯다이를 이용하여 코팅하고, 이를 통해, 오버 코팅층(5)을 제조하였다. 이때, 코팅절차는 수은등으로 UV 경화를 실시하였다.
<비교예>
비교예 에서는 상기 S1~S3을 앞의 실시예와 동일하게 진행하되, 오버코팅 용액을 본 발명 고유의 다른 첨가물 없이 UV 경화형 아크릴레이트만으로 제조하였다.
상기와 같이 제조된 각 투명전극 디바이스들은 아래의 표1에 제시된 바와 같은 결과를 나타내었다.
(항목별 시험데이터)
항목 실시예 비교예
항온항습 테스트
(85℃, 85%, 98시간)		 40Ω/sq(초기값)→44Ω/sq(변화값) 40Ω/sq(초기값)→48Ω/sq(변화값)
열충격 테스트(-40℃ 2시간~85℃ 2시간, 20 cycle) 40Ω/sq(초기값)→43Ω/sq(변화값) 40Ω/sq(초기값)→62Ω/sq(변화값)
반사율
(550nm 기준)		 3.1% 4.1%
상기 시험 데이터에서와 같이, 본 발명에 따른 오버 코팅층(5)을 지닌 투명전극 디바이스(1)가, 상기 비교예와 비교하여, 항온/항습 효과가 뛰어나고, 소정의 열 충격에도 큰 변화를 일으키지 아니하며, 낮은 반사율을 우수하게 유지함을 알 수 있었다.
이러한 본 발명은 상황에 따라, 다양한 변형을 이룰 수 있다.
예를 들어, 도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에서는 투명 지지기재(1)의 후면에도 하드코팅 층(3)을 추가 형성시키는 변화된 조치를 취할 수도 있게 된다.
물론, 이러한 다른 실시의 경우에도, 디바이스 운영주체 측에서는, 기존 오버 코팅층이 가지는 문제점(예컨대, 은나노와이어의 전기 저항 값을 높이는 문제점, 코팅 안정성이 저하되는 문제점, 코팅 균일도를 저해하는 문제점 등)을 전혀 겪지 않으면서, 전도성 나노 카본블랙(5b), 전도성 금속 산화물(5a) 등의 기능수행에 기반하여, 은나노와이어 투명전극(5)의 내 마모성, 내 화학성, 내 열성, 저 반사성, 유연성 등을 획기적으로 개선시킬 수 있게 된다.
이러한 본 발명은 특정 분야에 국한되지 아니하며, 투명전극의 품질향상이 필요한 여러 분야에서, 전반적으로 유용한 효과를 발휘한다.
그리고, 앞에서, 본 발명의 특정한 실시 예가 설명되고 도시되었지만 본 발명이 당업자에 의해 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다.
이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 기술적 사상이나 관점으로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며 이와 같은 변형된 실시 예들은 본 발명의 첨부된 특허청구의 범위 안에 속한다 해야 할 것이다.
1: 투명전극 디바이스
2: 투명 지지기재
3: 하드코팅 층
4: 은나노와이어 투명전극
5: 오버 코팅층
5a: 전도성 금속 산화물
5b: 전도성 탄소체

Claims (14)

  1. 투명 지지기재와;
    상기 투명 지지기재 상에 배치된 은나노와이어 투명전극과;
    상기 은나노와이어 투명전극 상에 배치된 오버 코팅층을 포함하며,
    상기 오버 코팅층은
    UV 경화형 아크릴레이트;
    전도성 금속 산화물;
    전도성 탄소체를 포함하고,
    상기 전도성 탄소체에는 에틸렌디아민(Ethylenediamine), 디에틸렌트리아민 (Diethylenetriamine), 트리에틸렌트리아민(Triethylenetetamine), 또는 테트라에틸렌펜타아민(Tetraethlenepentamine) 중의 어느 하나를 포함하는 폴리아민계 카본 분산제가 포함되는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 탄소체는 나노 카본블랙, CNT(Carbon Nano-Tube), 그래핀, 전도성 카본, 폴리싸이오펜, 폴리피놀, 폴리에틸렌, 폴리티오펜 또는 풀러렌 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  3. 제 1 항에 있어서, 상기 전도성 금속 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), 또는 AZO(Antimony Zinc Oxide) 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서, 상기 오버 코팅층은 액상의 오버코팅 용액 상태에서, 롤투롤 공정(Roll-to-Roll process)에 의해 상기 은나노와이어 투명전극 상에 코팅되며, 상기 오버코팅 용액은 용제에 전도성 탄소체 및 폴리아민계 카본 분산제를 섞고, 분산시켜, 전도성 탄소체 용액을 분산한 후, 분산된 상기 전도성 탄소체 용액에, 용제에 분산되어 있는 전도성 금속 산화물 및 UV 경화형 아크릴레이트계 수지를 섞고, 분산시키는 절차에 의해 제조되는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  5. 제 4 항에 있어서, 분산된 상기 전도성 탄소체 용액에, 용제에 분산되어 있는 전도성 금속 산화물 및 UV 경화형 아크릴레이트계 수지를 섞을 때, 실란커플링제가 추가 첨가되는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서, 상기 용제는 에탄올, 이소프로필알콜(IPA: IsoPropyl Alcohol), 메틸에틸케톤(MEK: Methyl Ethyl Ketone), 톨루엔, DI water, 또는 메탄올을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  7. 제 1 항에 있어서, 상기 UV 경화형 아크릴레이트는 상기 오버 코팅층 내에서, 1wt%~10wt%의 함유량을 가지며, 상기 전도성 금속 산화물은 상기 오버 코팅층 내에서, 1wt%~10wt%의 함유량을 가지고, 상기 전도성 탄소체는 상기 오버 코팅층 내에서, 1wt%~50wt%의 함유량을 가지며, 상기 폴리아민계 카본 분산제는 상기 오버 코팅층 내에서, 1wt%~10wt%의 함유량을 가지는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서, 상기 오버 코팅층은 10nm~1000nm의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서, 상기 오버 코팅층은 [Si(OR1)2X, R1: 알킬기, X: 에폭시기, 아미노기, 아릴기, 또는 메타아크릴기]로 이루어진 실란커플링제를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서, 상기 실란커플링제는 상기 오버 코팅층 내에서, 1wt%~50wt%의 함유량을 가지는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서, 상기 실란커플링제는 비닐계, 에폭시계, 아민계, 아미노계, 아릴기, 부틸기, 옥틸기, 또는 아크릴계로 구성된 그룹으로부터 선택된 어느 하나 이상의 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서, 상기 투명 지지기재 및 은나노와이어 투명전극의 계면에는 상기 은나노와이어 투명전극의 부착력을 향상시키기 위한 하드코팅 층이 추가 형성되는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  13. 제 12 항에 있어서, 상기 하드코팅 층은 관능기를 가지는 올리고머(Oligomer), 모노머(Momomoer), 복합 무기재, 점도와 유동성을 조절하기 위한 용제, 경화를 일으키기 위한 광개시제, 산화반응을 방해하기 위한 산화방지제, 중합방지제, uv차단제, 흡수제, 또는, 레벨링제를 포함하는 하드코팅 액의 코팅절차 및 경화절차에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
  14. 제 12 항에 있어서, 상기 하드코팅 층은 2㎛~5㎛의 두께를 가지는 것을 특징으로 하는 투명전극 디바이스.
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