WO2010151013A2 - 탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조 방법 - Google Patents

탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조 방법 Download PDF

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WO2010151013A2
WO2010151013A2 PCT/KR2010/003992 KR2010003992W WO2010151013A2 WO 2010151013 A2 WO2010151013 A2 WO 2010151013A2 KR 2010003992 W KR2010003992 W KR 2010003992W WO 2010151013 A2 WO2010151013 A2 WO 2010151013A2
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low refractive
substrate
conductive film
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김충한
정다정
방윤영
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(주)탑나노시스
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • H01B1/20—Conductive material dispersed in non-conductive organic material
    • H01B1/24—Conductive material dispersed in non-conductive organic material the conductive material comprising carbon-silicon compounds, carbon or silicon

Definitions

  • the present invention relates to a carbon nanotube conductive film and a manufacturing method thereof, and can be applied to various display fields, antistatic products, touch panel fields, and various fields including a transparent heating element.
  • the transparent conductive film may include a plasma display panel (PDP), a liquid crystal display (LCD) device, a light emitting diode (LED), an organic light emitting diode (OLED), and an organic light emitting diode (OLED). ), And may be used as electrodes of various light receiving elements and light emitting elements in a touch panel or a solar cell.
  • PDP plasma display panel
  • LCD liquid crystal display
  • LED light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • OLED organic light emitting diode
  • it is used as a transparent electromagnetic shielding agent such as an antistatic film, an electromagnetic wave shielding film, etc. used for automobile window glass or building window glass, and a transparent heating element such as a heat ray reflecting film and a frozen showcase.
  • the carbon nanotube is evaluated as an ideal material that can realize conductivity while maintaining optical properties because the theoretical percolation concentration is only 0.04%. Therefore, when carbon nanotubes are coated with a thin film on a specific substrate on a nanometer basis, light is transmitted through visible light, indicating transparency, and maintaining electrical properties, which are unique characteristics of carbon nanotubes, to be used as transparent electrodes. Can be.
  • a conductive film using carbon nanotubes as an electrode is formed by coating a carbon nanotube dispersion on a substrate.
  • the filtering transition method of the dispersion liquid As a method of coating the carbon nanotube dispersion liquid, the filtering transition method of the dispersion liquid, the spray coating method, the coating method using a binder mixture is most utilized. Among them, spray coating method is applicable to large area. There is an advantage that the mixing of the binder and the CNT is unnecessary, and is used most often.
  • the spray coating method has a problem in that the carbon nanotubes are exposed to the outside, so that they are not excellent in environmental durability such as scratches in the manufacturing process, high temperature and high humidity stability, and chemical resistance.
  • the transmittance of the transparent electrode determines the transmittance of the panel, which is the final product, and is directly related to the clarity of the screen that the consumer feels when driving the final product.
  • the higher the final product specifications the more transparent transparent electrodes are required.
  • the sheet resistance of the transparent electrode affects the driving voltage of the panel in which the transparent electrode is used and the operation characteristics of the product, a transparent electrode in which the original sheet resistance is maintained in various environments is required. That is, it is very important to secure electrode durability so that the change in the sheet resistance value of the transparent electrode with respect to the use environment can be minimized.
  • an object of the present invention is to provide a carbon nanotube conductive film having excellent permeability, high temperature and high humidity stability, durability against chemical resistance, and having excellent conductivity and transmittance.
  • a carbon nanotube conductive film according to a preferred embodiment of the present invention includes a substrate, a carbon nanotube electrode layer, a protective layer, and a low refractive layer.
  • the carbon nanotube electrode layer is formed on one side of the substrate.
  • the protective layer is formed on the carbon nanotube electrode layer and comprises a ceramic binder.
  • the low refractive layer is formed on the other side of the substrate, and comprises a low refractive binder.
  • the protective layer may include carbon nanotubes.
  • a low refractive layer may be further formed on the protective layer.
  • the carbon nanotube conductive film includes a substrate, a carbon nanotube electrode layer, and low refractive index.
  • the carbon nanotube electrode layer is formed on one side of the substrate.
  • the low refractive layer is formed on the other side of the substrate and the outer surface of the carbon nanotube electrode layer, and comprises a ceramic binder.
  • the carbon nanotube electrode layer is also interposed between the substrate and the low refractive layer formed on the other side of the substrate.
  • the ceramic constituting the protective layer and the low refractive index layer has a basic skeleton structure selected from tin oxide, yttrium oxide, magnesium oxide, silicon oxide, zinc oxide, and silicon, and the concentration of the protective layer and the low refractive layer is Solids may be 20 wt% or less.
  • the protective layer may have one or more alkyl groups as side chains.
  • the thickness of the protective layer and the low refractive layer may be 10-500nm.
  • the protective layer thickness / carbon nanotube electrode layer thickness ratio is preferably 2 or less.
  • the carbon nanotube conductive film production method in another aspect of the present invention the step of preparing a substrate, the carbon nanotube coating on one side of the substrate to form a carbon nanotube electrode layer, the carbon nanotube And simultaneously forming a low refractive layer made of a ceramic material on an outer surface of the electrode layer and the other side of the substrate.
  • the forming of the low refractive layer may be performed by dip coating a substrate on which the carbon nanotube electrode layer is formed into a low refractive layer solution.
  • the step of forming the low refractive index layer, the carbon nanotube electrode layer is in a state in which the ceramic is diluted to 10wt% or less relative to the weight of the coating liquid in a coating liquid having water, alcohol and a solvent of a general organic solvent system It can be done by dipcoating the formed substrate.
  • the speed of the dip coating may be 1 to 50cm / min.
  • the method may further include forming a protective layer coated with a ceramic having an alkyl group as a side chain on the carbon nanotube electrode layer.
  • the low refractive layer may have a thickness of about 10 nm to about 500 nm.
  • the forming of the carbon nanotube electrode layer may include forming the carbon nanotube electrode layer on the other surface of the substrate.
  • a carbon nanotube conductive film having high permeability, high conductivity, high temperature, high humidity, and high durability against chemical stability can be obtained.
  • the durability and permeability of the carbon nanotube conductive film is improved.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view showing one end surface of a carbon nanotube conductive film according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a modification of FIG. 2.
  • Figure 4 is a cross-sectional view showing one end surface of the carbon nanotube conductive film according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view showing one end surface of a carbon nanotube conductive film according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a block diagram illustrating a method of manufacturing a carbon nanotube conductive film according to a preferred embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view illustrating a carbon nanotube conductive film 1 according to a preferred embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is an enlarged cross-sectional view of part A of FIG. 1.
  • the carbon nanotube conductive film 1 includes a substrate 10, a carbon nanotube electrode layer 20, a protective layer 30, and a low refractive index layer 40. .
  • Substrate 10 may be a transparent material and thus may be made of a transparent polymer such as glass, PET, PC.
  • the substrate 10 is preferably made of a highly transparent inorganic substrate or a transparent polymer substrate to have flexibility.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 is formed on at least one side of the substrate 10.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 includes carbon nanotubes.
  • Carbon nanotubes (CNT) form a tube in which one carbon is combined with other carbon atoms in a hexagonal honeycomb pattern to form a tube.
  • the carbon nanotubes are formed in a thin conductive film on a plastic or glass substrate, they can be used as transparent electrodes because they exhibit high transmittance and conductivity in the visible light region.
  • the protective layer 30 is formed on one side of the carbon nanotube electrode layer 20 and includes a ceramic binder 31.
  • the protective layer 30 functions to protect the carbon nanotube electrode layer 20 from the outside. In this case, the transparency and electrical conductivity of the conductive film should not be reduced.
  • the protective layer 30 may be made of a ceramic binder material.
  • the ceramic binder 31 is capable of producing a coating film having a high light transmittance, and has excellent adhesive strength, which is advantageous for reinforcing microcracking, having excellent heat and fire resistance, and coating application.
  • the protective layer 30 made of the ceramic polymer has excellent oxidation stability, excellent weather resistance, low surface tension, stain resistance, and excellent permeability.
  • the protective layer 30 has contact stability with the surface of the carbon nanotube electrode layer 20.
  • the ceramic binder 31 may be formed of tin oxide (SnO 2) of a conductive material, yttrium oxide (Y 2 O 3) having strong water repellency, magnesium oxide (MgO) used as an electronic filter, silicon oxide (SiO 2) used as an adhesive, Zinc oxide (ZnO), silicon etc. which are sunscreens can be selected.
  • a silicon binder exhibits various physical properties depending on a functional group substituted with a silicon element. These functional groups may be converted to other functional groups by various chemical reactions, and in addition to the methyl group, organic groups such as phenyl group, vinyl group, propyl trifluoride group, alkyl group, etc. are substituted and are widely used commercially.
  • silicone binder organic groups bonded to the inorganic main chain are simultaneously present in one material.
  • silicon molecules have a structure having a main chain in the form of polysiloxane [-Si (RR ')-O-] n.
  • Silicone polymer has a low surface tension and shows strong hydrophobicity, and because of this property, it can be easily used as a water repellent material without any modification process.
  • the low refractive index layer 40 is formed on the other side of the substrate 10 and includes a low refractive binder.
  • the low refractive index layer 40 improves the transparency of the entire carbon nanotube conductive film by reducing the refraction of light passing therethrough.
  • the thickness of the low refractive index layer 40 is 10-500 nm because the thickness of the low refractive binder is the best when the low refractive binder is coated on the substrate 10.
  • the protective layer 30 also preferably has a thickness of several to several hundred nanometers, which is to maintain the conductivity of the carbon nanotube electrode layer 20.
  • a thin ceramic coating film of nano units is formed on one side of the carbon nanotubes and The carbon nanotube electrode layer 20 is to prevent the electrode properties as much as possible.
  • the protective layer thickness / carbon nanotube electrode layer thickness ratio should be adjusted in a range of 2 or less.
  • the protective layer 30 may further include a carbon nanotube 33. That is, by forming a coating solution in which the ceramic binder 31, the carbon nanotubes 33, and the polar solvent are mixed at a predetermined ratio, and coating the carbon nanotube electrode layer 20, the sheet resistance due to the coating of the protective layer 30 is increased. It can overcome the shortcomings and maintain the electrode characteristics of carbon nanotubes.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 may be formed on the other surface of the substrate. That is, the carbon nanotube electrode layer may be formed on both sides of the substrate, in this case, the low refractive layer 40 may be formed to cover the outer surface of the carbon nanotube electrode layer formed on the other surface of the substrate.
  • the low refractive index layer 40 is formed on the outer surface of the protective layer 30 together with the other side of the substrate 10.
  • the low refractive index layer 40 may include a ceramic binder.
  • the protective layer 30 may be made of a ceramic binder 31 or a mixture of the ceramic binder 31 and the carbon nanotubes 33 as shown in FIGS. 2 and 3.
  • the concentration of the low refractive index layer 40 is preferably 20wt% or less of solid content.
  • the carbon nanotube conductive film 3 includes a substrate 10, a carbon nanotube electrode layer 20, and a low refractive index layer 40.
  • the low refractive layer 40 is formed on the other side of the substrate 10 and the outer surface of the carbon nanotube electrode layer 20, and comprises a ceramic binder.
  • the low refractive index layer 40 may be made of a binder material of a ceramic material.
  • the ceramic binder is capable of producing a coating film having a high light transmittance, and has excellent adhesive strength, which is advantageous for reinforcing microcracking, having excellent heat and fire resistance, and coating application.
  • the low refractive index layer 40 made of the ceramic polymer has excellent oxidation stability, excellent weather resistance, low surface tension, stain resistance, and excellent permeability.
  • the low refractive index layer 40 has contact stability with the surface of the carbon nanotube electrode layer 20.
  • the ceramic binder may be tin oxide (SnO 2) of a conductive material, yttrium oxide (Y 2 O 3) having a high water repellency, magnesium oxide (MgO) used as an electronic filter, silicon oxide (SiO 2) used as an adhesive, and a sunscreen, depending on the use thereof.
  • Zinc oxide (ZnO), silicon and the like can be selected.
  • the concentration of the protective layer 30 and the low refractive index layer 40 is preferably 20 wt% or less of solid content.
  • a silicone binder exhibits various physical properties according to a functional group substituted with a silicon element. These functional groups may be converted to other functional groups by various chemical reactions, and in addition to the methyl group, organic groups such as phenyl group, vinyl group, propyl trifluoride group, alkyl group, etc. are substituted and are widely used commercially.
  • silicone binder organic groups bonded to the inorganic main chain are simultaneously present in one material.
  • silicon molecules have a structure having a main chain in the form of polysiloxane [-Si (RR ')-O-] n.
  • Silicone polymer has a low surface tension and shows strong hydrophobicity, and because of this property, it can be easily used as a water repellent material without any modification process.
  • the thickness of the low refractive index layer 40 is 10-500 nm, the thickness of the film is the most excellent transmittance when coated on the substrate 10 with a predetermined refractive index or more, the carbon nanotube electrode layer This is to maintain the conductivity of (20).
  • a thin ceramic coating film of nano units is formed on one side of the carbon nanotubes.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 is to prevent the electrode characteristics of the as much as possible.
  • the low refractive index layer thickness / carbon nanotube electrode layer thickness ratio should be adjusted in the range of 2 or less.
  • the low refractive index layer 40 may simultaneously form both surfaces of the substrate 10 on which the carbon nanotube conductive layer 20 is formed.
  • the low refractive index layer 40 may be coated on both surfaces of the substrate 10 on which the carbon nanotube electrode layer 20 is formed by a dip coating method. Accordingly, the simultaneous effect of improving the transmittance of the transparent electrode and the durability of the electrode can be obtained.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 may be formed on the other surface of the substrate. That is, the carbon nanotube electrode layer may be formed on both sides of the substrate, in this case, the low refractive layer 40 may be formed to cover the outer surface of the carbon nanotube electrode layer formed on the other surface of the substrate. In this case, it is preferable that the density
  • the carbon nanotube conductive film manufacturing method includes preparing a substrate (S10), coating a carbon nanotube on one side of the substrate, and forming a carbon nanotube electrode layer (S20); And simultaneously forming a low refractive layer made of a ceramic material on the outer surface of the carbon nanotube electrode layer and the other side of the substrate (S40).
  • a step of preparing a substrate 10 is first performed (S10).
  • the substrate 10 may be glass as described above or a flexible polymer polymer.
  • the carbon nanotubes are coated on the substrate 10 to form the carbon nanotube electrode layer 20 (S20).
  • the carbon nanotubes may be single-walled carbon nanotubes or multi-walled carbon nanotubes.
  • the coating method of the carbon nanotube electrode layer 20 may be a spray coating, a filtering transition method of the dispersion, a coating method using a binder mixture, and the like.
  • a low refractive index layer 40 made of a ceramic material By forming a low refractive index layer 40 made of a ceramic material on each side of the carbon nanotube conductive layer and on both sides of the substrate 10, the oxidation stability and weather resistance of the carbon nanotube conductive film are improved, and the surface tension is reduced and the stain resistance is achieved. It can be made to have excellent permeability.
  • the forming of the carbon nanotube electrode layer 20 includes forming the carbon nanotube electrode layer 20 on the other surface of the substrate, and forming the low refractive layer 40.
  • the low refractive index layer 40 may be formed on the outer surface of the carbon nanotube electrode layer formed on both surfaces of the substrate 10.
  • the low refractive index layer 40 may be formed by double-coating a silicon binder having the alkyl group as a side chain through dip coating on the substrate 10 on which the carbon nanotube electrode layer 20 is formed.
  • the solvent that can be used for the dip coating may be selected from alcohols, amines, distilled water and a general organic solvent, the silicone binder may have a polyethylene oxide group for water solubility at the end for dispersion in the solvent.
  • the solvent has a boiling point of 120 ° C. or less so that the low refractive index layer 40 is easily removed after coating the carbon nanotube electrode layer 20.
  • the low refractive index layer 40 made of the silicone polymer has excellent oxidation stability, excellent weather resistance, low surface tension, stain resistance, and excellent permeability.
  • a supporting solution to be used for dip coating is prepared.
  • the diluent of the binder for preparing the solution is water, alcohol-based solvents and the concentration of the solution is diluted to 10 to 50% range.
  • the concentration is 10% or less, the coating solution may be diluted, resulting in poor coating properties and durability. If the concentration is 50% or more, problems may occur in reducing electrical conductivity and light transmittance after coating.
  • the diluted coating solution is filled into a container for dip coating.
  • the ceramic material is coated on both surfaces of the substrate 10 on which the carbon nanotube electrode layer 20 is formed using a dip coater.
  • the speed of dip coating is controlled in the range of 1 to 50 cm / min.
  • the thickness of the thin film is inversely proportional to the coating speed. In other words, the higher the supporting speed, the thicker the coating layer, and the lower the supporting speed, the thinner the coating layer. If the speed of the dip coating is more than 50cm / min thickness of the coating layer is a problem that the electrical conductivity and light transmittance is reduced, and when the 1cm / min or less, the coating productivity and the thickness of the thin film appears to have a problem that the durability is poor.
  • the thickness of the coating is adjusted to maintain the stability and conductivity of the surface of the carbon nanotube electrode layer 20 after coating.
  • the coating is preferably performed in a range in which the sheet resistance does not change to 50% or less of the initial sheet resistance of carbon nanotubes.
  • the thickness of the coating is preferably 10 ⁇ 500nm, if the thickness of the coating is more than 500nm light transmittance is lowered, if it is less than 10nm the durability characteristics are lowered.
  • the solvent that can be used for the dip coating may be selected alcohols, amines, distilled water and a general organic solvent, the silicone binder may have a polyethylene oxide group for water solubility at the end for dispersion in the solvent.
  • the solvent has a boiling point of 120 ° C. or less so that the low refractive index layer 40 is easily removed after coating the carbon nanotube electrode layer 20.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 is subjected to a stabilization process through heat treatment after coating the carbon nanotubes on the substrate 10 for adhesion stabilization.
  • This stabilization method is characterized by the nature of the thermoplastic on the surface of the substrate 10.
  • the adhesive layer can be wrapped around the bottom of the carbon nanotubes.
  • the low refractive index layer 40 coated on both sides through the dip coating minimizes the shape change of the substrate 10 so that the sheet resistance value of the transparent electrode does not increase significantly and maintains the sheet resistance value immediately after the coating. Therefore, the formation of the double-sided low refractive index layer 40 through dip coating enables the production of a highly transparent and highly conductive transparent electrode by maintaining the sheet resistance while increasing the transmittance.
  • the flexibility of the carbon nanotube conductive film can be maintained.
  • the coating property of the ceramic binder 31 may be maintained on the flexible coating surface.
  • the number of carbon atoms of the branched alkyl group is preferably between 5 and 15.
  • the protective layer 30 is coated with a ceramic having an alkyl group as a side chain on the carbon nanotube electrode layer 20. Forming may be performed (S30).
  • the protective layer 30 made of the ceramic polymer has excellent oxidation stability, excellent weather resistance, low surface tension, stain resistance, and excellent permeability.
  • the protective layer 30 preferably has a thickness of several to several hundred nanometers, in order to maintain the conductivity of the carbon nanotube electrode layer 20.
  • a nano-layer thin ceramic coating film is formed on the carbon nanotubes.
  • the electrode characteristics of the carbon nanotube electrode layer 20 are not deteriorated as much as possible.
  • the thickness of the protective layer 30 / carbon nanotube electrode layer 20 should be adjusted in a range of 2 or less.
  • the step of curing the low refractive layer 40 may be further roughened.
  • the protective layer 30 may be hardened.
  • the pretreatment temperature before curing has a preheating time of about 1 hour at 40 to 60 ° C., and then may be cured at 100 ° C. to 150 ° C., more preferably 125 ° C. to 135 ° C. for 60 minutes for complete curing.
  • the heat treatment temperature and heat treatment time may be adjusted according to the type of substrate and the properties of the binder.
  • the protective layer 30 and the low refractive layer 40 made of a silicon binder are coated on one surface of the carbon nanotube electrode layer 20 and the other surface of the substrate 10, respectively.
  • the carbon nanotube electrode layer 20 was coated on the substrate 10, and a separate double-sided low refractive layer 40 was not coated.
  • the transmittance and sheet resistance after coating were measured.
  • high temperature and high humidity tests were conducted to confirm durability characteristics.
  • the experimental conditions were a constant temperature and humidity chamber at 65 °C, 95%, 240 hours.

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Abstract

본 발명은 탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막은 기질과, 탄소나노튜브 전극층과, 보호층과, 저굴절층을 포함한다. 탄소나노튜브 전극층은 기질의 일측에 형성된다. 보호층은 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진다. 저굴절층은 기질 일측에 형성되며, 저굴절 바인더를 포함하여 이루어진다. 본 발명에 의하면, 도전막의 전도성 및 투광성을 떨어뜨리지 않고 내구성이 향상된 탄소나노튜브 도전막을 제조할 수 있다.

Description

탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조 방법
본 발명은 탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 각종 디스플레이 분야나, 정전방지제품이나, 터치패널분야나, 투명 발열체를 포함하는 다양한 분야에 적용될 수 있다.
일반적으로 투명전도성 필름은 높은 전도성 (예를 들면, 1x103Ω/sq 이하의 면저항)과 가시영역에서 높은 투과율(80%이상)을 가진다. 이에 따라서 상기 투명전도성 필름은 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 액정 디스플레이(Liquid crystal Display, LCD)소자, 발광다이오드(Light Emitting Diode, LED), 유기전계발광다이오드(Organic Light Emitting Diode, OLED), 터치패널 또는 태양전지 등에서 각종 수광소자와 발광소자의 전극으로 이용될 수 있다. 또한 자동차 창유리나 건축물의 창유리 등에 쓰이는 대전 방지막, 전자파 차폐막 등의 투명전자파 차폐제 및 열선 반사막, 냉동 쇼케이스 등의 투명 발열체로 사용되고 있다.
최근에는 기질 상에 코팅되는 전극을 탄소나노튜브로 하는 것에 대한 연구가 진행되고 있다.
상기 탄소나노튜브는 이론적 퍼콜레이션 농도가 0.04%에 불과하여 광학적 성질을 유지시키면서 전도성을 구현할 수 있는 이상적인 재료로 평가되고 있다. 따라서, 탄소나노튜브는 나노미터 단위로 특정 기질 위에 박막으로 코팅하게 되면 가시광선 영역에서 빛이 투과되어 투명성을 나타내며, 탄소나노튜브가 가지고 있는 고유한 특성인 전기적 성질을 유지하게 되어 투명전극으로 사용할 수 있다.
탄소나노튜브를 전극으로 하는 도전막은 기질 상에, 탄소나노튜브 분산액을 코팅함으로써 이루어진다. 상기 탄소나노튜브 분산액을 코팅하는 방법으로서는 분산액의 필터링 전이방식, 스프레이 코팅방식, 바인더 혼합액을 이용한 코팅 방식이 가장 많이 활용된다. 그 중 스프레이 코팅방식은 대면적에 적용 가능하고. 바인더와 CNT의 혼합이 불필요하다는 장점이 있어서, 가장 많이 사용되고 있다.
그러나, 스프레이 코팅 방법은 탄소나노튜브가 외부에 노출되어 있어 제조 과정에서의 스크래치나, 고온고습 안정성, 내약품성 등 환경적인 내구성이 우수하지 않다는 문제점이 있다.
디스플레이의 투명전극이 가져야 할 중요한 특징은 투과도와 면저항이다. 투명전극의 투과도는 최종제품인 패널의 투과도를 결정지으며, 최종제품의 구동시 소비자가 느끼는 화면의 선명도와 직접 연관된다. 최종제품의 사양이 높아질수록 고 투과성의 투명전극이 요구된다. 투명전극의 면저항은 투명전극이 사용되는 패널의 구동전압과 제품의 동작특성에 영향을 주기 때문에 다양한 환경에서 원래의 면 저항값이 유지되는 투명전극이 필요하다. 즉 사용환경에 대한 투명전극의 면저항값에 대한 변화가 최소화될 수 있도록 전극 내구성을 확보하는 것은 매우 중요하다.
따라서, 본 발명은 우수한 투과성, 고온고습 안정성, 내약품성에 대한 내구성을 가지는 동시에 우수한 도전성 및 투과도를 가지는 탄소나노튜브 도전막을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막은 기질과, 탄소나노튜브 전극층과, 보호층과, 저굴절층을 포함한다.
탄소나노튜브 전극층은 기질의 일측에 형성된다. 보호층은 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며, 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진다. 저굴절층은 상기 기질 타측에 형성되며, 저굴절 바인더를 포함하여 이루어진다.
상기 보호층은 탄소나노튜브를 포함할 수 있다.
상기 보호층 상에 저굴절층이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 측면에서의 탄소나노튜브 도전막은 기질과, 탄소나노튜브 전극층과, 저굴절출을 포함한다.
탄소나노튜브 전극층은 상기 기질 일측에 형성된다.
저굴절층은 상기 기질 타측 및 탄소나노튜브 전극층 외면에 형성되며, 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브 전극층은 상기 기질 및 상기 기질의 타측에 형성된 저굴절층 사이에도 개재된다.
상기 보호층 및 저굴절층을 이루는 세라믹은, 산화주석, 산화 이트륨, 산화마그네슘, 산화규소, 산화아연, 및 실리콘 중에서 선택된 하나를 기본 골격 구조로 가지는 것으로, 상기 보호층 및 저굴절층의 농도는 고형분 20wt% 이하일 수 있다. 이 경우, 상기 보호층은 하나 이상의 알킬기를 측쇄로 가질 수 있다.
상기 보호층 및 저굴절층의 두께는 10-500nm일 수 있다.
보호층 두께/탄소나노튜브 전극층 두께 비가 2이하인 것이 바람직하다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에서의 탄소나노튜브 도전막의 제조방법은, 기질을 준비하는 단계와, 상기 기질 일측에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계와, 상기 탄소나노튜브 전극층의 외면 및 상기 기질의 타측에 세라믹 소재로 이루어진 저굴절층을 동시에 형성시키는 단계를 포함한다.
상기 저굴절층을 형성하는 단계는, 상기 탄소나노튜브 전극층이 형성된 기질을 저굴절층 용액에 딥코팅함으로써 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 저굴절층을 형성시키는 단계는, 물, 알코올 및 일반 유기용제 계통의 용매를 가진 코팅액에 상기 세라믹이 상기 코팅액의 무게 대비 10wt% 이하로 희석된 상태에서, 상기 탄소나노튜브 전극층이 형성된 기질을 딥코팅함으로써 이루어질 수 있다. 또한, 상기 딥코팅의 속도는 1 내지 50cm/min일 수 있다.
상기 저굴절층을 형성하는 단계 이전에, 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 알킬기를 측쇄로 가지는 세라믹을 코팅한 보호층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 저굴절층의 두께는 10 내지 500nm 일 수 있다.
한편, 상기 탄소나노튜브 전극층을 형성시키는 단계는, 상기 탄소나노튜브 전극층을 상기 기질의 타면에도 형성시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 세라믹 바인더를 탄소나노튜브 필름에 양면 코팅함으로써, 고 투과성과 고 전도성, 고온고습 및 화학안정성에 대한 고 내구성을 가지는 탄소나노튜브 도전막을 얻을 수 있다.
또한, 상기 보호층 및 저굴절층을 동시에 딥코팅함으로써, 탄소나노튜브 도전막의 내구성 및 투과성이 향상된다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막의 일단면을 도시한 단면도이다.
도 2는 도1의 A부를 확대도시한 단면도이다.
도 3은 도 2의 변형예를 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막의 일단면을 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막의 일단면을 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막의 제조방법을 도시한 블록도이다.
이하 도면을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조 방법에 대하여 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜 도전막(1)을 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 A부를 확대도시한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브 도전막(1)은 기질(10)과 탄소나노튜브 전극층(20)과, 보호층(30)과, 저굴절층(40)을 구비한다.
기질(10)은 투명재질일 수 있으며 이에 따라 유리, PET, PC등의 투명 폴리머로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 기질(10)은 고투명 무기물 기판 또는 투명 폴리머 기판으로 이루어져서 유연성을 가지는 것이 바람직하다.
기질(10)의 적어도 일측에 탄소나노튜브 전극층(20)이 형성된다. 탄소나노튜브 전극층(20)은 탄소나노튜브를 포함한다. 탄소나노튜브(Carbon Nanotube:CNT)는 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브형태를 이루고 있고, 튜브의 직경이 나노미터 수준으로 극히 작아서 특유의 전기 화학적 특성을 나타낸다. 이러한 탄소나노튜브를 플라스틱이나 유리 기판에 얇은 도전막으로 형성시키면 가시광선 영역에서 높은 투과도와 전도성을 나타내므로 투명전극으로 사용이 가능하다.
보호층(30)은 상기 탄소나노튜브 전극층(20) 일측에 형성되며, 세라믹 바인더(31)를 포함하여 이루어진다. 상기 보호층(30)은 탄소나노튜브 전극층(20)을 외부로부터 보호하는 기능을 한다. 이 경우 도전막의 투명성 및 전기 전도성을 저하시키지 않아야 한다.
상기 보호층(30)은 세라믹 바인더 소재로 이루어질 수 있다. 일반적으로 세라믹 바인더(31)는 광투과도가 높은 코팅막의 제조가 가능하고, 접착력이 우수하여 미세균열보강에 유리하고, 내열, 내화특성이 우수하며, 코팅 적용이 유용하다.
상기 세라믹 고분자로 이루어진 보호층(30)은 산화안정성이 우수하여 내후성이 뛰어나고, 저 표면장력을 가져서 내오염성을 가지고, 투과성이 우수하다.
또한, 세라믹의 유기기는 탄소나노튜브와 혼합이 용이하고 안정성을 유지한다. 이에 따라서 상기 보호층(30)이 탄소나노튜브 전극층(20)과 표면과 접촉 안정성을 가진다.
상기 세라믹 바인더(31)는 그 용도에 따라 전도성 물질의 산화주석(SnO2), 발수성이 강한 산화이트륨(Y2O3), 전자필터로 사용되는 산화마그네슘(MgO), 접착제로 사용되는 산화규소(SiO2), 자외선 차단제인 산화아연(ZnO), 실리콘 등을 선택할 수 있다.
그 중 세라믹 바인더(31)의 하나의 예로서 실리콘(silicon) 바인더는 규소 원소에 치환된 관능기에 따라 다양한 물성을 나타낸다. 이들 관능기는 다양한 화학반응으로 다른 관능기로 변환될 수 있으며, 메틸기 이외에도 페닐기, 비닐기, 삼불화프로필기, 알킬기 등과 같은 유기기가 치환되어서 상업적으로 많이 사용된다.
상기 실리콘 바인더는 무기 주쇄에 결합된 유기기가 동시에 한 물질 내에 존재한다. 예를 들어, 대부분의 실리콘 분자는 폴리실록산(polysiloxane) [-Si(RR')-O-]n 형태의 주쇄를 가진 구조로 되어 있다. 실리콘 고분자는 낮은 표면장력을 가지고 있어 강한 소수성을 나타내며, 이러한 성질로 인하여 발수성 재료로 별다른 개질 과정 없이 쉽게 사용될 수 있다.
저굴절층(40)은 상기 기질(10) 타측에 형성되며, 저굴절 바인더를 포함하여 이루어진다. 상기 저굴절층(40)은, 이를 통과하는 빛의 굴절을 작게 하여서, 탄소나노튜브 도전막 전체의 투명성을 향상시킨다.
상기 저굴절층(40)의 두께가 10-500nm인 것이 바람직한데, 이 두께가 저굴절 바인더가 상기 기질(10)에 코팅될 때 필름의 투과도가 가장 우수하기 때문이다.
또한, 상기 보호층(30)도 수 내지 수백 나노미터 단위의 두께를 가지는 것이 바람직한데, 이는 상기 탄소나노튜브 전극층(20)의 전도성을 유지시키기 위해서이다. 일반적으로 바인더 물질은 높은 전도성을 가지고 있지 않으며 실리콘 바인더 역시 투명전극에서 요구하는 1kΩ/sq이하의 면저항을 가지지는 못하는 문제점을 해결하기 위하여, 탄소나노튜브 일측에 나노 단위의 얇은 세라믹 코팅막을 형성하여 아래층에 있는 탄소나노튜브 전극층(20)의 전극적인 특성을 최대한 저하시키지 않도록 하는 것이다. 바람직하게는 보호층 두께/탄소나노튜브 전극층 두께 비가 2 이하인 범위에서 조절하여야 한다.
도 3은 도 2의 변형예를 도시한 도면이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)의 전도성을 유지시키기 위해서, 상기 보호층(30)이 탄소나노튜브(33)를 더 포함할 수 있다. 즉, 세라믹 바인더(31)와 탄소나노튜브(33) 및 극성 용매를 일정한 비율로 섞은 코팅용액을 만들어서, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)에 코팅함으로써, 보호층(30)의 코팅으로 인한 면저항 증가의 단점을 극복하고 탄소나노튜브의 전극 특징을 유지할 수 있다.
한편, 도면에는 도시되지는 않으나, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)은 상기 기질의 타면에도 형성될 수 있다. 즉, 상기 탄소나노튜브 전극층이 기질의 양면에 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 저굴절층(40)은 상기 기질 타면에 형성된 탄소나노튜브 전극층 외면을 덮도록 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 측면에서의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막(2)을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 저굴절층(40)은 상기 기질(10) 타측과 함께, 보호층(30) 외면에 형성된다. 이 경우, 상기 저굴절층(40)은 세라믹 바인더를 포함하여 이루어질 수 있다. 이 경우에 보호층(30)은 도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 세라믹 바인더(31)로 이루어지거나, 세라믹 바인더(31) 및 탄소나노튜브(33)의 혼합물로 이루어질 수 있다. 상기 저굴절층(40)의 농도는 고형분 20wt% 이하인 것이 바람직하다.
도 5는 본 발명의 또 다른 측면에서의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막(3)을 도시한 도면이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브 도전막(3)은 기질(10)과, 탄소나노튜브 전극층(20)과, 저굴절층(40)을 구비한다. 이 경우, 상기 저굴절층(40)은 상기 기질(10) 타측 및 탄소나노튜브 전극층(20) 외면에 형성되며, 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진다.
상기 저굴절층(40)은 세라믹 소재의 바인더 소재로 이루어질 수 있다. 일반적으로 세라믹 바인더는 광투과도가 높은 코팅막의 제조가 가능하고, 접착력이 우수하여 미세균열보강에 유리하고, 내열, 내화특성이 우수하며, 코팅 적용이 유용하다.
상기 세라믹 고분자로 이루어진 저굴절층(40)은 산화안정성이 우수하여 내후성이 뛰어나고, 저 표면장력을 가져서 내오염성을 가지고, 투과성이 우수하다.
또한, 세라믹의 유기기는 탄소나노튜브와 혼합이 용이하고 안정성을 유지한다. 이에 따라서 상기 저굴절층(40)이 탄소나노튜브 전극층(20)과 표면과 접촉 안정성을 가진다.
상기 세라믹 바인더는 그 용도에 따라 전도성 물질의 산화주석(SnO2), 발수성이 강한 산화이트륨(Y2O3), 전자필터로 사용되는 산화마그네슘(MgO), 접착제로 사용되는 산화규소(SiO2), 자외선 차단제인 산화아연(ZnO), 실리콘 등을 선택할 수 있다. 이 경우, 상기 보호층(30) 및 저굴절층(40)의 농도는 고형분 20wt% 이하인 것이 바람직하다.
그 중 세라믹 바인더의 하나의 예로서 실리콘(silicone) 바인더는 규소 원소에 치환된 관능기에 따라 다양한 물성을 나타낸다. 이들 관능기는 다양한 화학반응으로 다른 관능기로 변환될 수 있으며, 메틸기 이외에도 페닐기, 비닐기, 삼불화프로필기, 알킬기 등과 같은 유기기가 치환되어서 상업적으로 많이 사용된다.
상기 실리콘 바인더는 무기 주쇄에 결합된 유기기가 동시에 한 물질 내에 존재한다. 예를 들어, 대부분의 실리콘 분자는 폴리실록산(polysiloxane) [- Si(RR')-O-]n 형태의 주쇄를 가진 구조로 되어 있다. 실리콘 고분자는 낮은 표면장력을 가지고 있어 강한 소수성을 나타내며, 이러한 성질로 인하여 발수성 재료로 별다른 개질 과정 없이 쉽게 사용될 수 있다.
상기 저굴절층(40)의 두께가 10-500nm인 것이 바람직한데, 이 두께가 저굴절 바인더로 일정 두께 이상으로 기질(10)에 코팅될 때 필름의 투과도가 가장 우수하고, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)의 전도성을 유지시키기 위해서이다. 일반적으로 바인더 물질은 높은 전도성을 가지고 있지 않으며 실리콘 바인더 역시 투명전극에서 요구하는 1kΩ/sq이하의 면저항을 가지지는 못하는 문제점을 해결하기 위하여, 탄소나노튜브 일측에 나노 단위의 얇은 세라믹 코팅막을 형성하여 아래층에 있는 탄소나노튜브 전극층(20)의 전극적인 특성을 최대한 저하시키지 않도록 하는 것이다. 바람직하게는 저굴절층 두께/탄소나노튜브 전극층 두께 비가 2 이하인 범위에서 조절하여야 한다.
또한, 상기 저굴절층(40)이 탄소나노튜브 전도층(20)이 형성된 기질(10)의 양면을 동시에 형성시킬 수 있다. 예를 들면, 저굴절층(40)을 딥 코팅방식으로, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)이 형성된 기질(10) 양면에 코팅할 수 있다. 이에 따라서, 투명전극의 투과도 향상과 더불어 전극의 내구성이 향상되는 동시 효과를 얻을 수 있다.
일반적으로 탄소나노튜브는 코팅 기질(10)의 특성에 직접적인 영향을 받아 전극의 특성을 나타내기 때문에 코팅 기질(10)의 양면이 동일하게 세라믹층으로 보호될 때 열적인 내구성이 크게 향상된다. 탄소나노튜브 전극층(20)이 코팅된 면에만 저굴절층(40)이 올려질 때, 보호되지 않는 아래 기질(10)의 타면부는 열에 대한 영향으로 변형될 수 있다. 그러나, 본 발명에 의하면, 탄소나노튜브 전극층(20)이 형성된 기질(10)의 일측 및 타측이 모두 보호됨으로써 수축 팽창에 대한 기질(10)의 변화가 줄어들기 때문이다.
도면에는 도시되지는 않으나, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)은 상기 기질의 타면에도 형성될 수 있다. 즉, 상기 탄소나노튜브 전극층이 기질의 양면에 형성될 수 있고, 이 경우, 상기 저굴절층(40)은 상기 기질 타면에 형성된 탄소나노튜브 전극층 외면을 덮도록 형성될 수 있다. 이 경우, 저굴절층(40)의 농도는 고형분 20wt% 이하인 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막 제조 방법의 각 단계를 도시한 블록도이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브 도전막 제조 방법은, 기질을 준비하는 단계(S10)와, 상기 기질 일측에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계(S20)와, 상기 탄소나노튜브 전극층의 외면 및 상기 기질의 타측에 세라믹 소재로 이루어진 저굴절층을 동시에 형성시키는 단계(S40)를 포함한다.
상기 단계를 도 6과 함께 도 5를 참조하여 상세히 설명하면, 탄소나노튜브 도전막을 제조시키기 위하여, 먼저 기질(10)을 준비하는 단계(S10)를 거친다. 상기 기질(10)은 상기한 바와 같이 유리나, 유연성 있는 고분자 폴리머일 수 있다.
그 후에, 상기 기질(10) 상에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층(20)을 형성하는 단계(S20)를 거친다. 이 경우, 상기 탄소나노튜브는 단일벽 구조의 탄소나노튜브이거나 다중벽 구조의 탄소나노튜브 일수 있다.
상기 탄소나노튜브 전극층(20)의 코팅 방법은 스프레이 코팅, 분산액의 필터링 전이방식, 바인더 혼합액을 이용한 코팅 방식 등을 이용할 수 있다.
그 후, 상기 기질(10)의 양측에 세라믹 소재로 이루어진 저굴절층(40)을 형성시키는 단계(S40)를 거친다.
상기 탄소나노튜브 전도층 일면 및 상기 기질(10) 양면에 각각 세라믹 소재로 이루어진 저굴절층(40)을 형성시킴으로써, 탄소나노튜브 도전막의 산화안정성 및 내후성을 향상시키고, 저 표면장력을 가져서 내오염성을 가지며, 투과성이 우수하도록 할 수 있다.
이 경우, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)을 형성시키는 단계(S20)는, 상기 탄소나노튜브 전극층(20)을 상기 기질의 타면에도 형성시키는 단계를 포함하고, 상기 저굴절층(40)을 형성시키는 단계는 상기 기질(10)의 양면에 형성된 탄소나노튜브 전극층 외면에 상기 저굴절층(40)을 형성시키도록 할 수 있다.
상기 저굴절층(40)은 상기 탄소나노튜브 전극층(20)이 형성된 기질(10)에, 딥코팅을 통하여 상기 알킬기를 측쇄로 가지는 실리콘 바인더를 양면 코팅함으로써 이루어질 수 있다.
이에 딥코팅용으로 사용될 수 있는 용매는 알코올류, 아민류, 증류수 및 일반적인 유기 용매를 선정할 수 있고, 상기 실리콘 바인더는 상기 용매에 분산을 위해 말단에 수용성을 위한 폴리에틸렌 옥사이드기를 가질 수 있다.
상기 용매는, 저굴절층(40)을 상기 탄소나노튜브 전극층(20)에 코팅 후 제거가 용이하도록, 끓는점이 120℃ 이하인 것이 바람직하다.
상기 실리콘 고분자로 이루어진 저굴절층(40)은 산화안정성이 우수하여 내후성이 뛰어나고, 저 표면장력을 가져서 내오염성을 가지고, 투과성이 우수하다.
상기 딥코팅 단계를 보다 상세히 설명하면, 먼저 딥코팅에 사용될 담지 용액을 준비한다. 이 경우, 상기 용액 준비를 위한 바인더의 희석액은 물, 알코올 계통의 용매를 사용하며 용액의 농도를 10 ~ 50% 범위로 희석시킨다.
농도가 10% 이하이면 코팅 용액이 묽어 코팅성 및 내구성이 떨어지는 문제가 발생하고 50% 이상이면 코팅 후 전기 전도도 및 광 투과도 저하에 문제가 생길 수 있다.
상기 희석 코팅액을 딥코팅을 위한 용기에 채운다.
그 후에 탄소나노튜브 전극층(20)이 형성된 기질(10)에 상기 세라믹 소재를 딥코터를 이용하여 양면 코팅 한다.
딥코팅의 속도는 1 ~ 50cm/min 범위로 조절한다. 일반적으로 딥코팅에서는 코팅 속도에 따라 박막의 두께가 반비례하는 결과를 나타낸다. 즉 담지 속도가 빠르면 두꺼운 코팅층을 얻고 담지 속도가 느릴수록 코팅층의 두께가 얇아진다. 딥코팅의 속도가 50cm/min이상이면 코팅층의 두께가 두꺼워 전기 전도도 및 광 투과도가 저하되는 문제가 나타나며 1cm/min이하인 경우에는 코팅의 생산성 및 박막의 두께가 얇아져 내구성이 떨어지는 문제점이 나타난다.
이 경우, 상기 코팅의 두께는 코팅 후 탄소나노튜브 전극층(20) 표면의 안정화와 전도성을 유지할 수 있도록 조절한다. 바람직하게는 탄소나노튜브 초기 면저항 대비 50%이하로 면저항이 변화하지 않는 범위에서 코팅하는 것이 바람직하다. 상기 코팅의 두께는 10~500nm인 것이 바람직한데, 상기 코팅의 두께가 500nm 이상이면 광 투과도가 저하되며, 10nm이하이면 내구성 특성이 저하된다.
상기 딥코팅용으로 사용될 수 있는 용매는 알코올류, 아민류, 증류수 및 일반적인 유기 용매를 선정할 수 있고, 상기 실리콘 바인더는 상기 용매에 분산을 위해 말단에 수용성을 위한 폴리에틸렌 옥사이드기를 가질 수 있다.
상기 용매는, 저굴절층(40)을 상기 탄소나노튜브 전극층(20)에 코팅 후 제거가 용이하도록, 끓는점이 120℃ 이하인 것이 바람직하다.
일반적으로 탄소나노튜브 전극층(20) 제조에서는 부착 안정화를 위하여 기질(10)에 탄소나노튜브를 코팅 후 열처리를 통한 안정화 과정을 거치게 되는데 이러한 안정화의 방법은 기질(10)의 표면에 있는 열가소성의 성격을 띠는 접착층이 탄소나노튜브의 가닥 밑 부분을 감싸면서 가능해진다. 그러나 이러한 열처리 과정중에 기질(10)의 변화가 많이 일어나게 되어 탄소나노튜브 전극의 면저항값이 코팅 직후와 비교했을 때 많이 증가하는 단점이 발생된다. 이 결과로 전도성에 대한 특성을 유지해야 하는 투명전극의 특성을 많이 감소시키게 된다. 그러나 본 발명에서 제시하는 기질(10)에 탄소나노튜브를 코팅한 후 딥코팅을 하여 상하부 양면에 실리콘 저굴절층(40)을 형성하고 열처리 안정화 과정을 거치면 앞의 두 경우에서 나타나는 면저항의 증가 현상이 억제되어 상대적으로 낮은 면저항을 가진 필름을 제조할 수 있게 된다.
이는 딥코팅을 통해 양면으로 코팅된 저굴절층(40)이 기질(10)의 형태 변화를 최소화하여 투명전극의 면저항값이 크게 증가하지 않고 코팅직후의 면저항값을 유지하게 된다. 따라서 딥코팅을 통한 양면 저굴절층(40)의 형성은 투과도의 증가와 동시에 면저항의 유지에 의해 고투과성과 고전도성의 투명전극을 제조할 수 있게 한다.
또한, 상기 세라믹의 결합된 반응기의 종류를 적절하게 설정한다면, 탄소나노튜브 도전막의 유연성을 유지할 수 있다. 예를 들어, 실리콘에 결합된 반응기의 종류인 알킬기 하나 이상을 측쇄로 선정함으로써 플렉서블한 코팅면에서 세라믹 바인더(31)가 가지는 코팅성을 유지할 수 있다. 이 경우, 상기 측쇄 알킬기의 탄소 수는 5개에서15개 사이인 것이 바람직하다.
한편, 상기 저굴절층(40)을 형성시키는 단계(S40) 이전에, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 탄소나노튜브 전극층(20) 상에 알킬기를 측쇄로 가지는 세라믹을 코팅하여 보호층(30)을 형성하는 단계(S30)를 거칠 수 있다.
상기 세라믹 고분자로 이루어진 보호층(30)은 산화안정성이 우수하여 내후성이 뛰어나고, 저 표면장력을 가져서 내오염성을 가지고, 투과성이 우수하다.
이 경우, 상기 보호층(30)은 수 내지 수백 나노미터 단위의 두께를 가지는 것이 바람직한데, 이는 상기 탄소나노튜브 전극층(20)의 전도성을 유지시키기 위해서이다. 일반적으로 바인더 물질은 높은 전도성을 가지고 있지 않으며 실리콘 바인더 역시 투명전극에서 요구하는 1kΩ/sq이하의 면저항을 가지지는 못하는 문제점을 해결하기 위하여, 탄소나노튜브 위에 나노 단위의 얇은 세라믹 코팅막을 형성하여 아래층에 있는 탄소나노튜브 전극층(20)의 전극적인 특성을 최대한 저하시키지 않도록 하는 것이다. 바람직하게는 보호층(30)두께/탄소나노튜브 전극층(20) 두께 비가 2 이하인 범위에서 조절하여야 한다.
저굴절층(40)을 코팅한 후에, 상기 저굴절층(40)을 경화시키는 단계를 더 거칠 수 있다. 또한 보호층(30)을 코팅한 후에, 상기 보호층(30)을 경화시키는 단계를 거칠 수 있다. 이를 위하여 경화 전 전처리 온도를 40 ~ 60℃에서 1시간 정도 예열 시간을 가지고, 그 후에 완전한 경화를 위하여 100℃ ~ 150℃, 보다 바람직하게는125℃ ~ 135℃에서 60분으로 경화할 수 있다. 상기 열처리 온도와 열처리 시간은 기판의 종류와 바인더의 특성에 따라 조절될 수 있다.
<실시예>
실시예는 탄소나노튜브 전극층(20)이 코팅된 일면 및 기질(10)의 타면에 각각 실리콘 바인더로 이루어진 보호층(30) 및 저굴절층(40)을 코팅하였다.
비교예는 기질(10) 상에 탄소나노튜브 전극층(20)을 코팅하였으며, 별도의 양면 저굴절층(40)이 코팅되지 않았다.
제조된 투명전극의 특성 평가를 위해 코팅 후의 투과도와 면저항을 측정하였다. 또한 내구성 특성을 확인하기 위해 고온고습 테스트를 실시하였다. 이 경우, 실험조건은 65℃, 95%, 240시간으로 항온항습기를 이용하였다.
표 1
실험 투과도 열처리 전 면저항(Ω/sq) 열처리 후 면저항(Ω/sq) 고온고습 내구성R/Ro(고온고습 후 면저항/초기면저항)
실시예 89 600 700 < 1.1
비교예 84 600 900 >1.6
실시예의 경우 투과도가 89%이며 열처리 전 면저항이 600Ω/sq, 열처리 후 면저항 (Ro)700 Ω/sq으로 나타났으며 이를 65℃, 95%, 240시간 고온고습 test후 면저항(R)의 변화율 R/Ro < 1.1으로 안정함을 알 수 있었다.
비교예의 경우, 초기 면저항이 600Ω/sq인 열처리 안정화 후 면저항 값(Ro)이 900 Ω/sq으로 면저항의 증가가 되어서, 도전성이 열화된다. 고온고습 테스트 후 면저항(R) 변화율 R/Ro = >1.6으로 불안정함을 알 수 있었다. 즉, 일반적인 투명전극 요구특성인 변화율 (R/Ro) 1.2%이상으로 나타나 고온 고습의 특성에 안정화하지 못함을 알 수 있다.
이상, 본 발명을 본 발명의 원리를 예시하기 위한 바람직한 실시예와 관련하여 도시하고 또한 설명하였으나, 본 발명은 그와 같이 도시되고 설명된 그대로의 구성 및 작용으로 한정되는 것이 아니다. 오히려 첨부된 특허청구범위의 사상 및 범주를 일탈함이 없이 본 발명에 대한 다수의 변경 및 수정이 가능함을 당업자들은 잘 이해할 수 있을 것이다. 따라서 그러한 모든 적절한 변경 및 수정과 균등물들도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 할 것이다

Claims (17)

  1. 기질;
    상기 기질 일측에 형성된 탄소나노튜브 전극층;
    상기 탄소나노튜브 전극층 상에 형성되며, 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진 보호층; 및
    상기 기질 타측에 형성되며, 저굴절 바인더를 포함하여 이루어진 저굴절층;
    을 구비하는 탄소나노튜브 도전막.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보호층은 탄소나노튜브를 포함하는 탄소나노튜브 도전막.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층 상에 저굴절층이 더 형성된 탄소나노튜브 도전막.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 보호층 두께/탄소나노튜브 전극층 두께 비가 2이하인 탄소나노튜브 도전막.
  5. 기질;
    상기 기질 일측에 형성된 탄소나노튜브 전극층; 및
    상기 기질 타측 및 탄소나노튜브 전극층 외면에 형성되며, 세라믹 바인더를 포함하여 이루어진 저굴절층;
    을 구비하는 탄소나노튜브 도전막.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 전극층은 상기 기질 및 상기 기질의 타측에 형성된 저굴절층 사이에도 개재되는 탄소나노튜브 도전막.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 전극층 외면에 형성된 저굴절층은 규소에 두개의 알킬기가 치환된 [ Si(R1R2)-O-]n 형태의 골격을 가진 구조로서, 상기 알킬기는 상기 탄소나노튜브 전극층 표면이 아닌 반대 바깥쪽으로 위치하게 배열되는 탄소나노튜브 도전막.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 저굴절층은 하나 이상의 알킬기를 측쇄로 가지는 탄소나노튜브 도전막.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 저굴절층을 이루는 소재는, 산화주석, 산화 이트륨, 산화마그네슘, 산화규소, 산화아연, 및 실리콘 중에서 선택된 하나를 기본 골격 구조로 가지는 것으로, 상기 저굴절층의 농도는 고형분 20wt% 이하인 탄소나노튜브 도전막.
  10. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 저굴절층의 두께는 10-500nm 인 탄소나노튜브 도전막.
  11. 기질을 준비하는 단계;
    상기 기질 일측에 탄소나노튜브를 코팅하여 탄소나노튜브 전극층을 형성하는 단계; 및
    상기 탄소나노튜브 전극층의 외면 및 상기 기질의 타측에 세라믹 소재로 이루어진 저굴절층을 동시에 형성시키는 단계;
    를 포함하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 저굴절층을 형성하는 단계는, 상기 탄소나노튜브 전극층이 형성된 기질을 저굴절층 용액에 딥코팅함으로써 이루어지는 탄소나노튜브 도전막의 제조 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 저굴절층을 형성시키는 단계는, 물, 알코올 및 일반 유기용제 계통의 용매를 가진 코팅액에 상기 세라믹이 상기 코팅액의 무게 대비 10wt% 이하로 희석된 상태에서, 상기 탄소나노튜브 전극층이 형성된 기질을 딥코팅함으로써 이루어지는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 딥코팅의 속도는 1 내지 50cm/min인 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  15. 제11항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 저굴절층을 형성하는 단계 이전에, 상기 탄소나노튜브 전극층 상에 알킬기를 측쇄로 가지는 세라믹을 코팅한 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 탄소나노튜브 도전막의 제조 방법.
  16. 제11항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 저굴절층의 두께는 10 내지 500nm 인 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
  17. 제11항 내지 제14항 중 어느 하나의 항에 있어서,
    상기 탄소나노튜브 전극층을 형성시키는 단계는, 상기 탄소나노튜브 전극층을 상기 기질의 타면에도 형성시키는 단계를 포함하는 탄소나노튜브 도전막의 제조방법.
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