WO2018093014A1

WO2018093014A1 - 은 나노와이어 필름 및 그 제조방법, 터치스크린 패널 및 그 제조방법

Info

Publication number: WO2018093014A1
Application number: PCT/KR2017/008133
Authority: WO
Inventors: 고현협; 조승세; 강세원
Original assignee: 울산과학기술원; 듀크 유니버시티
Priority date: 2016-11-18
Filing date: 2017-07-27
Publication date: 2018-05-24
Also published as: US11745466B2; US20220258452A1; US20200016867A1

Abstract

길이 방향이 단방향으로 정렬된 은 나노와이어(A); 및 길이 방향이 무질서한 방향으로 나열된 은 나노와이어(B);를 포함하고, 상기 은 나노와이어(A) 및 상기 은 나노와이어(B)는 각각 복수이고, 하기 식 1을 만족하는 것인, 은 나노와이어 필름이 소개된다. [식 1] [A]/([A]+[B])> 2/3 (상기 식 1에서, [A]는 정렬 방향으로부터 ±15° 이내의 정렬도를 가지는 상기 은 나노와이어(A)의 개수이고, [B]는 정렬 방향으로부터 ±15° 이상의 정렬도를 가지는 상기 은 나노와이어(B)의 개수이다.) 또한, 교차 정렬된 금속 나노와이어를 포함하고, 전압변화를 통해 접촉위치를 인식하는 위치인식층; 및 상기 위치인식층의 상면에 적층되어 외부와의 접촉이 이루어지며, 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자를 포함하여 색상의 변화를 통해 접촉강도를 인식하는 강도인식층;을 포함하는 터치스크린 패널이 소개된다.

Description

은 나노와이어 필름 및 그 제조방법, 터치스크린 패널 및 그 제조방법

본 발명은 은 나노와이어 필름 및 그 제조방법에 관한 것이다. 또한, 강도인식층을 포함하는 터치스크린 패널에 관한 것으로서 더욱 상세하게는, 정렬된 은 나노와이어 네트워크를 이용하여 전도도 및 투과도 등이 뛰어난 고성능의 투명전도막과 접촉강도에 따라 색상이 변하는 메카노크로믹 복합고분자를 결합하여 접촉강도를 인식하는 터치스크린 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.

은 나노와이어는 뛰어난 전도도, 투과도, 그리고 유연함을 동시에 가지는 이점이 있다. 또한, 은 나노와이어의 용액 기반 공정은 여러 가지의 코팅 공정에 쉽게 적용되는 이점이 있다.

이러한 이점에 기반하여, 은 나노와이어를 필름 형태로 구현하여 전자 소자 등에 활용하고자 하는 연구가 이어지고 있다. 구체적으로는, 스핀 코팅, 스프레이 코팅, 진공 여과, 바 코팅 등의 용액 공정을 기반으로 하는 연구가 알려져 있다.

그런데 은 나노와이어는 종횡비가 매우 길고, 용액 속에서 매우 활발히 움직이는 물질이다. 이에 일반적으로 알려진 용액 공정을 이용할 경우, 은 나노와이어가 필연히 불규칙하게(random) 배열되어 나노와이어끼리 서로 불필요하게 얽혀 높은 접촉저항이 형성될 뿐만 아니라 높은 표면 거칠기를 갖는 필름이 수득될 수 밖에 없고, 이는 불규칙한(random) 구조의 은 나노와이어 기반 투명전극의 광전자소자 적용에 어려움을 준다.

따라서 은 나노와이어의 전도성 네트워크 제어는 전기적, 광학적 특성의 한계를 뛰어넘을 수 있을 뿐 만 아니라 대면적으로 균일한 필름 제조가 가능하다.

터치스크린 패널은 스크린의 특정 위치에 사람의 손이나 물체가 닿으면 접촉위치를 인식하는 방식으로 사용된다. 일반적인 터치스크린 패널의 구조는 기판, 투명전도막, 절연막 등으로 구성된다. 작동 방식에 따라 널리 쓰이는 저항막방식과 정전용량방식이 대표적이다.

그 중 저항막 방식의 터치 패널의 경우 스페이서(Spacer)를 통하여 상하부 투명전도막이 일정한 간격을 가지고 마주보며 손가락이나 펜으로 인한 압력이 가해지면 두 개의 투명전도막이 접촉이 이루어지며 전기적 신호가 발생되어 위치를 인식하게 된다.

그러나 기존의 투명전도막은 반복적이고 지속적인 압력에 의해 전도막의 내구성 저하 문제로 플렉서블 터치스크린 패널의 제조에 한계점을 가진다. 또한, 저항막 방식의 터치 패널에 있어서는 접촉에 의한 터치 위치의 인식이 이루어질 때 터치의 강도 또는 힘을 인식할 수 없고 단순한 위치 정보만을 표시하는 한계점을 가진다.

상기의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대한 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

앞서 지적된 문제를 해결하기 위해, 규칙적으로 정렬된 은 나노와이어를 포함하는 필름 및 그 제조 방법을 본 발명의 구현예들로 제공한다.

또한, 상기한 바와 같이 동작하는 종래 기술에 의한 저항막 방식의 터치 패널에 있어서는 접촉에 의한 터치 위치의 인식이 이루어질 때 터치의 강도 또는 힘을 인식할 수 없고 단순한 위치 정보만을 표시하는 한계점을 가진다. 또한, 센서 상하부 투명전극의 내구성 저하 문제로 인해 플렉서블 터치스크린 패널 제조에 적용하기에 한계가 있다는 문제점이 있었다.

이에 외부로부터 가해지는 접촉강도에 대해 색이 변화하는 고분자를 결합하여 색변화 분석을 통해 터치 위치 뿐만아니라 접촉 강도를 동시에 인식할 수 있는 플렉서블 터치스크린 패널을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에서는, 길이 방향이 단방향으로 정렬된 은 나노와이어(A); 및 길이 방향이 무질서한 방향으로 나열된 은 나노와이어(B);를 포함하고, 상기 은 나노와이어(A) 및 상기 은 나노와이어(B)는 각각 복수이고, 하기 식 1을 만족하는 것인, 은 나노와이어 필름을 제공한다.

[식 1] [A]/([A]+[B])> 2/3

상기 식 1에서, [A]는 정렬 방향으로부터 ±15° 이내의 정렬도를 가지는 상기 은 나노와이어(A)의 개수이고, [B]는 정렬 방향으로부터 ±15° 이상의 정렬도를 가지는 상기 은 나노와이어(B)의 개수이다.

상기 은 나노와이어 필름은, 2층 이상 적층되어 적층체 형태일 수 있다.

상기 2층 이상 적층된 은 나노와이어 필름 내 인접하는 층들은, 은 나노와이어(A)의 정렬 방향이 서로 수직일 수 있다.

상기 은 나노와이어 필름의 면적은, 1 cm² 내지 1000 cm²일 수 있다.

상기 은 나노와이어 필름의 광 투과도는, 88.0 % 이상일 수 있다.

상기 은 나노와이어 필름의 면 저항은, 45 Ωsq^- ¹이하(단, 0 Ωsq^-1 제외)일 수 있다.

상기 은 나노와이어 필름은, 편광 조사 시 360 nm 내지 364 nm의 파장 영역에서 최대 흡광도가 나타날 수 있다.

상기 은 나노와이어 필름은, 반가폭(full width at half maximum, FWHM)이 20 내지 40일 수 있다.

상기 은 나노와이어 필름은, 0° 내지 90° 범위에서 편광 각도가 증가할수록 최대 흡광도 값이 증가할 수 있다.

상기 은 나노와이어 필름은, 0° 내지 90° 범위에서 편광 각도가 증가할수록 500㎚ 초과의 파장 영역에서 흡광도 값이 감소할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서는, 기판의 일면과 이격적으로, 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계; 상기 기판 및 상기 로드 사이에 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계; 상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계; 및 상기 분산액을 건조시켜 상기 기판의 일면에서 은 나노와이어 필름을 수득하는 단계;를 포함하며, 상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서, 상기 수평 이동 방향으로 상기 분산액 내 은 나노와이어의 길이 방향이 정렬되는 것인, 은 나노와이어 필름의 제조방법을 제공한다.

상기 기판 및 상기 로드 사이에 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계;에서, 상기 분산액의 표면과 상기 로드에 감긴 금속이 접하는 메니스커스 접촉선이 형성될 수 있다.

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서, 상기 수평 이동 방향으로 상기 메니스커스 접촉선이 수평 이동할 수 있다.

상기 메니스커스 접촉선의 수평 이동에 따라 상기 분산액 내 은 나노와이어의 길이 방향이 정렬될 수 있다.

상기 분산액을 건조시켜, 상기 기판의 일면에서 은 나노와이어 필름을 수득하는 단계; 이후에, 상기 은 나노와이어 필름의 일면과 이격적으로, 상기 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계; 상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드 사이에, 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계; 상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜, 상기 분산액을 상기 은 나노와이어 필름의 일면에 코팅하는 단계; 및 상기 분산액을 건조시켜, 은 나노와이어 필름의 적층체를 수득하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;의 상대 수평 이동 방향과, 상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 은 나노와이어 필름의 일면에 코팅하는 단계;의 상대 수평 방향이, 서로 수직일 수 있다.

상기 기판의 일면과 이격적으로, 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계;에서, 상기 기판 및 상기 로드 사이의 간격은, 20 ㎛ 내지 120 ㎛일 수 있다.

상기 기판 및 상기 로드 사이에 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계; 이전에, 상기 기판 및 상기 로드 사이에 세퍼레이터를 위치시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서, 상기 상대 수평 이동 속도는, 10 mm s^-1 내지 80 mm s^-1일 수 있다.

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서, 상기 기판의 온도는, 20℃ 내지 100℃일 수 있다.

상기 로드에 감긴 금속의 코일 간격은, 50 ㎛ 내지 400 ㎛일 수 있다.

상기 분산액의 점도는, 1 cP 내지 10 cP일 수 있다.

상기 기판은, 유리, 실리콘, PET(polyethylene terephthalate) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다.

상기 기판은, 상기 은 나노와이어 필름이 위치하는 면에 아민, 메틸, 하이드록실, 또는 이들의 조합인 작용기가 존재할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서는, 교차 정렬된 은 나노와이어를 포함하고, 전압변화를 통해 접촉위치를 인식하는 위치인식층; 및 상기 위치인식층의 상면에 적층되어 외부와의 접촉이 이루어지며, 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 분자가 결합된 복합분자를 포함하여 색상의 변화를 통해 접촉강도를 인식하는 강도인식층;을 포함하는 터치스크린 패널을 제공한다.

상기 위치인식층은, 가로축의 접촉위치를 인식하는 제1적층체; 상기 제1적층체의 상면 중 테두리를 따라 연결되어 테두리에 의해 구획된 중앙영역을 마련하는 스페이서; 및 상기 스페이서를 매개로 상기 제1적층체와 연결되되, 상기 중앙영역과 이격 배치되고, 세로축의 접촉위치를 인식하는 제2적층체;를 포함할 수 있다.

상기 제1적층체의 상면 중 가로축 테두리에 한 쌍의 가로전극이 연결되고, 상기 제2적층체의 하면 중 세로축 테두리에 한 쌍의 세로전극이 연결되며, 상기 스페이서는, 상기 가로전극과 상기 제2적층체 사이에 위치하는 가로부; 및 상기 세로전극과 상기 제1적층체 사이에 위치하는 세로부;를 포함할 수 있다.

상기 제1적층체의 상면으로부터 상기 가로부의 상면까지 이르는 높이는 상기 제2적층체의 하면으로부터 상기 세로부의 하면까지 이르는 높이와 동일할 수 있다.

상기 제1적층체는, 복수의 은 나노와이어가 가로축과 대응되는 방향으로 배열된 제1필름; 및 상기 제1필름과 상하방향으로 적층되며, 복수의 은 나노와이어가 세로축과 대응되는 방향으로 배열되어 상기 제1필름의 은 나노와이어와 서로 교차되는 제2필름;을 포함할 수 있다.

복수의 은 나노와이어는 각각 길이방향을 가지며, 상기 제1필름 및 상기 제2필름의 정렬도는 하기 식 2로 정의되고, 2/3 이상일 수 있다.

[식 2] 정렬도 = [A]/([A]+[B])

([A]는 길이방향과 배열방향이 ±15° 이내의 차이를 갖는 은 나노와이어의 개수, [B]는 길이방향과 배열방향이 ±15° 이상의 차이를 갖는 은 나노와이어의 개수)

메카노크로믹 분자는 스피로피란(Spiropyran) 분자로 구성되고, 상기 강도인식층은 스피로피란-PDMS 복합분자로 이루어질 수 있다.

상기 강도인식층은, 접촉강도가 증가함에 따라 정규화된 휘도의 크기가 증가할 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서는, 기판 상에서 외주면을 따라 금속코일이 감겨진 로드를 이동시킴으로써 은 나노와이어가 교차 정렬된 필름을 형성시키고, 복수로 구성된 필름을 상하방향으로 적층하여 위치인식층을 마련하는 제1단계; 및 상기 위치인식층의 상면에 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 분자가 결합된 복합분자를 포함하여 색상의 변화를 통해 접촉강도를 인식하는 강도인식층을 적층하는 제2단계;를 포함하는 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다.

상기 제1단계는, 상기 로드를 상기 기판의 상면으로부터 이격되는 위치에 위치시키고, 상기 로드와 상기 기판 사이에 은 나노와이어가 포함된 분산액을 주입하는 주입과정; 및 상기 로드의 수평 이동에 따라 상기 금속코일 사이에 형성된 가이드홈을 통해 상기 로드의 이동방향과 동일한 방향으로 은 나노와이어가 정렬되어 일정한 배열방향을 갖는 필름을 마련하는 정렬과정;을 포함할 수 있다.

상기 제1단계에서는, 상기 주입과정 및 상기 정렬과정을 한 세트로 반복 수행하되, 세트마다 상기 로드의 수평 이동방향을 달리함으로써 배열된 방향이 상이한 복수의 필름이 상하방향으로 적층된 적층체를 마련할 수 있다.

상기 주입과정 이전에는, 상기 기판 상에 한 쌍으로 구성된 테이프 형상의 세퍼레이터를 서로 평행하도록 이격 배치하여 상기 기판과 상기 로드가 이격되는 거리를 설정하는 준비과정;을 더 포함할 수 있다.

상기 준비과정에서는, 한 쌍의 세퍼레이터가 서로 이격 배치된 거리를 조절하여 상기 필름의 가로 또는 세로 길이를 결정할 수 있다.

상기 제2단계는, 바를 상기 위치인식층의 상면으로부터 이격되는 위치에 위치시키고, 상기 바와 상기 위치인식층 사이에 스피로피란(Spiropyran) 분자와 PDMS 분자가 결합된 복합분자를 포함하는 용액을 도포하는 도포과정; 및 상기 바의 수평 이동에 따라 상기 위치인식층의 상면에 상기 강도인식층을 적층하는 적층과정;을 포함할 수 있다.

상술한 바와 같은 본 발명의 은 나노와이어 필름에 따르면 은 나노와이어의 정렬도가 높아, 효율적인 전도성 네트워크를 구축할 수 있다.

또한, 용액 공정을 기반으로 하되, 금속이 코일 형태로 감긴 막대를 사용함으로써 은 나노와이어 분산액의 메니스커스를 용이하게 제어하고, 결과적으로 은 나노와이어의 정렬도가 높은 필름을 최종 수득할 수 있는 은 나노와이어 필름의 제조 방법이 제공된다. 이러한 정렬도 높은 필름의 여러 적층 구조의 형성을 통해 전기 전도성과 광 투과도가 동시에 뛰어난 투명 전극의 제조를 가능하게 한다.

한편, 상술한 바와 같은 본 발명의 터치스크린 패널에 따르면 높은 밀도로 교차 정렬된 금속 나노와이어에 의해 두 투명 도전막의 접촉으로 생성되는 균일하고 정확한 전기적 신호 인식이 가능하며, 접촉강도를 색상의 변화를 통해 시각화함으로써 인식하는 것이 가능하다.

또한, 대면적(20 x 20cm²)으로 균일하게 정렬된 투명전극이기 때문에 전 면적으로 균일한 접촉위치 인식이 가능하다.

도 1 내지 6은 본 발명의 일 구현예에서, 기판 상에 뿌려진 은 나노와이어 분산액에 대해, 일정한 속도로 움직이는 막대로 코팅하는 실험 조건 (도 1), 그에 따라 메니스커스 접촉선이 제어되는 원리(도 2), 및 실제 실험을 통해 높은 정렬도를 가지는 은 나노와이어 필름이 형성되었음을 보여주는 근거들(도 3, 도 4 도 5 및 도 6)이다.

(단, 도 3 및 도 4에서 각각, 스케일 바는 40 ㎛이다.)

도 7 내지 12는 본 발명의 일 구현예에서, 물리적 공정 변수(구체적으로, 분산액의 양)에 따른 정렬도 변화를 확인하는 도면이다.

(단, 도 12에서, 스케일 바는 100 ㎛이다.)

도 13 내지 20은 본 발명의 평가예 3에 따른 평가 조건 및 결과를 도시한 것이다.

도 21은 본 발명의 일 구현예에 따른 터치스크린 패널의 모습을 나타낸 도면이다.

도 22는 본 발명의 일 구현예에 따른 터치스크린 패널의 측면을 나타낸 도면이다.

도 23은 본 발명의 일 구현예에 따른 터치스크린 패널에 나타나는 색상 변화를 분광방사 계측기(Spectroradiometer)를 활용하여 분석하는 모습을 나타낸 도면이다.

도 24는 본 발명의 일 구현예에 따른 터치스크린 패널에 가해지는 접촉강도에 대한 정규화된 휘도의 변화를 나타낸 그래프이다.

도 25는 본 발명의 일 구현예에 따른 터치스크린 패널에 가해지는 접촉강도에 따른 메카노크로믹(Mechanochromic) 색상 변화를 나타낸 사진이다.

도 26은 본 발명의 일 구현예에 따른 가시 범위(380~520nm)에서 청색 문자 "FNL"의 정규화된 휘도의 스펙트럼이다.

도 27은 본 발명의 일 구현예에 따른 터치스크린 패널에 가해지는 접촉강도에 대한 CIE 1931 색공간의 색좌표이다.

도 28은 본 발명의 일 구현예에 따른 터치스크린 패널에 쓰여진 문자 "A"와 로컬 힘 분포를 보여주는 접촉강도에 대한 힘 매핑 데이터의 10 × 10 픽셀 배열이다.

도 29는 본 발명의 일 구현예에 따른 세퍼레이터를 활용한 터치스크린 패널의 제조방법을 나타낸 도면이다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 여러 구현예들에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예들에 한정되지 않는다.

본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙이도록 한다.

또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다. 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 그리고 도면에서, 설명의 편의를 위해, 일부 층 및 영역의 두께를 과장되게 나타내었다.

또한, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 기준이 되는 부분 "위에" 또는 "상에" 있다고 하는 것은 기준이 되는 부분의 위 또는 아래에 위치하는 것이고, 반드시 중력 반대 방향 쪽으로 "위에" 또는 "상에" 위치하는 것을 의미하는 것은 아니다.

또한, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

또한, 명세서 전체에서, "평면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 위에서 보았을 때를 의미하며, "단면상"이라 할 때, 이는 대상 부분을 수직으로 자른 단면을 옆에서 보았을 때를 의미한다.

앞서 지적한 바와 같이, 은 나노와이어 소재 자체의 뛰어난 전기 전도성에도 불구하고, 스핀 코팅, 스프레이 코팅 등의 용액 공정을 기반으로는 은 나노와이어가 불규칙하게(random) 배열될 수 밖에 없어, 전기적 특성과 광학적 특성이 두루 우수한 필름을 수득하는 데 한계가 있다.

그러나, 본 발명자들은, 금속이 코일 형태로 감긴 로드를 활용하여, 단방향으로의 정렬도가 높은 은 나노와이어 필름을 제조하는 데 성공하였다.

나아가, 상기 은 나노와이어 필름을 적층 하여, 전기 전도성과 광 투과도가 두루 뛰어난 투명 전극의 제조를 가능하게 한다. 이에 기반하여, 본 발명의 구현예들을 상세히 설명하기로 한다.

은 나노와이어 필름

본 발명의 일 구현예에서는, 길이 방향이 단방향으로 정렬된 은 나노와이어(A); 및 길이 방향이 무질서한 방향으로 나열된 은 나노와이어(B);를 포함하되, 상기 은 나노와이어(A) 및 상기 은 나노와이어(B)는 각각 복수이고, 하기 식 1을 만족하는 것인, 은 나노와이어 필름을 제공한다:

[식 1] [A]/([A]+[B])> 2/3

정렬도의 정의

구체적으로, 상기 식 1은, 은 나노와이어 필름 내 은 나노와이어의 정렬도에 관한 것이다. 구체적으로, 상기 은 나노와이어 필름 내 은 나노와이어의 총 개수([A]+[B]) 대비, 정렬 방향으로부터 ±15° 이내의 정렬도를 가지는 단방향으로 정렬된 은 나노와이어의 개수([A])를, 은 나노와이어의 정렬도에 관한 패러미터로 정의하였다. 상기 식 1의 매러미터 값이 클수록 은 나노와이어의 정렬도가 높은 것이다.

은 나노와이어

상기 은 나노와이어(A) 및 상기 은 나노와이어(B) 각각, 일반적으로 사용되는 은 나노와이어의 규격을 가지는 것일 수 있다. 예를 들어, 각각의 은 나노와이어 길이는 15 ㎛ 내지 35 ㎛이고, 직경은 20 nm 내지 40 nm일 수 있다. 상기 각 범위를 초과하는 경우, 은 나노와이어의 뭉침 현상이 더 많이 일어날 문제와 광 투과도가 저하 될 가능성이 있다. 이와 달리, 각 범위의 하한 미만인 경우 전도도가 저하 될 수 있는 문제가 있다.

정렬도 제어에 따른 이점

앞서 지적한 바와 같이, 일반적인 용액 공정(예를 들어, 스핀 코팅)으로 은 나노와이어 필름을 형성하는 경우, 그 필름 내 은 나노와이어는 불규칙(random)하게 배열되는 경우가 대부분이다. 구체적으로, 상기 식 1의 패러미터 값은 거의 0에 가깝고, 그 값이 최대치에 도달하더라도 0.1 정도에 머물 정도로, 정렬도가 낮은 은 나노와이어 필름이 된다.

이처럼 불규칙한 배열의 은 나노와이어 필름의 전기 전도성을 향상시키려면, 그 필름의 단위부피 내 은 나노와이어의 양을 늘려 밀도를 높여야 하나, 밀도를 높일 경우, 은 나노와이어의 불규칙(random)한 배열 때문에 광 투과도의 큰 손실이 발생하는 문제가 여전히 존재한다.

반면, 은 나노와이어 필름은 높은 정렬도를 가지는 것으로, 상기 불규칙한 배열의 은 나노와이어 필름과 동일한 밀도를 가지도록 하더라도, 이미 상기 은 나노와이어(A)에 의한 네트워크가 잘 구축되어 있어 충분히 높은 전기 전도성을 발현할 수 있고, 그 배열이 잘 정렬되어 있어 면 저항은 낮고 광 투과도는 높게 발현될 수 있다.

구체적으로, 후술되는 제조 방법에 따라, 금속이 코일 형태로 감긴 로드를 활용하여, 은 나노와이어 분산액의 메니스커스를 제어하면, 상기 식 1의 패러미터 값이 최소 2/3, 구체적으로 0.7이상, 0.8이하의 값에 달하는 높은 정렬도를 가지는 은 나노와이어 필름이 수득될 수 있다.

광 투과도 및 면 저항 특성

보다 구체적으로, 상기 은 나노와이어 필름은 앞서 설명한 정렬도의 특성에 기반하여, 높은 투과도 및 낮은 면 저항 특성을 가질 수 있다.

상기 은 나노와이어 필름이 단층일 때, 광 투과도는, 88.0 % 이상, 구체적으로 88.2 % 내지 97.0 %, 보다 구체적으로 90.0% 내지 97.0 %, 95 .0% 내지 97.0 %일 수 있다.

또한, 상기 은 나노와이어 필름이 단층일 때, 면 저항은, 45 Ωsq^- ¹이하(단, 0 Ωsq^-1 제외), 구체적으로 18.8 Ωsq^-1 내지 42.3 Ωsq^-1, 보다 구체적으로 20.0 Ωsq^-1 내지 42.3 Ωsq^-1,29.21 내지 33.74 Ωsq^-1일 수 있다.

한편, 일반적인 용액 공정(예를 들어, 스핀 코팅)으로 제조된 불규칙한(random) 은 나노와이어 필름은, 상기 범위 미만의 광 투과도를 가지며, 상기 범위 초과의 면 저항을 가지게 된다.

편광 특성

상기 은 나노와이어 필름은 이방성(anisotropic) 광학 특성을 가질 수 있다.

구체적으로, 상기 은 나노와이어 필름에 대해 편광을 조사하면, 360 nm 내지 364 nm의 파장 영역에서 최대 흡광도가 나타날 수 있다, 이 경우, 상기 은 나노와이어 필름의 반가폭(full width at half maximum, FWHM)은 28.48 내지 37.23일 수 있다. 또한, 상기 은 나노와이어 필름은, 0 내지 90 ° 범위에서 편광 각도가 증가할수록, 최대 흡광도 값이 증가하고, 500 ㎚ 초과의 파장 영역에서 흡광도 값은 감소할 수 있다.

그러나, 일반적인 용액 공정(예를 들어, 스핀 코팅)으로 제조된 불규칙한(random) 은 나노와이어 필름은, 편광 각도에 따른 흡광도 특성이 전혀 나타나지 않는다.

대면적화

상기 은 나노와이어 필름의 면적은, 1 cm² 내지 1000 cm², 예를 들어 후술되는 실시예처럼 1 cm² 내지 400 cm² 범위일 수 있다. 이처럼 은 나노와이어 필름을 대면적화하더라도, 필름 전면에서 식 1을 만족할 정도로 은 나노와이어의 정렬도가 높고, 상기 길이 방향과 평행인 방향으로 인접하는 내 은 나노와이어(A)의 간격을 용이하게 제어할 수 있으며, 전술한 범위의 높은 선 밀도를 달성할 수 있다. 이는, 금속이 코일 형태로 감긴 로드를 활용하는 제조 방법에 기인한 특성이다.

물론 상기 하한 미만의 면적도 가능하지만, 이는 일반적인 용액 공정에서도 달성 가능한 것이다. 한편, 상기 상한 초과의 면적은 더 큰 금속이 코일 형태로 감긴 로드를 활용하여 달성할 수 있을 것으로 기대된다.

적층체

한편, 앞서 설명한 바와 같이 높은 정렬도를 가지는 은 나노와이어 필름을 2층 이상 적층함으로써, 상기 은 나노와이어(A)에 의한 네트워크를 3차원적으로 형성할 수 있다. 이에 따라, 단층인 필름보다 높은 선 밀도를 가지면서도, 높은 광 투과도, 낮은 면 저항을 가지는 적층체를 형성할 수 있다.

구체적으로, 상기 적층체의 면 저항은 18.8 Ωsq^-1 내지 42.3 Ωsq^- ¹ 수 있으며, 광 투과도는 88.2 % 내지 97.0 %일 수 있다.

이러한 적층체 내 인접하는 층들은, 상기 은 나노와이어(A)의 정렬 방향이 평행일 수도 있지만, 서로 다를 수도 있다. 특히, 인접하는 층들이 서로 수직(90 °)인 방향으로 적층할 경우, 전기적, 광학적 특성이 보다 우수할 수 있다.

은 나노와이어 필름의 제조 방법

본 발명의 다른 일 구현예에서는, 기판의 일면과 이격적으로, 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계; 상기 기판 및 상기 로드 사이에, 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계; 상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜, 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계; 및 상기 분산액을 건조시켜, 상기 기판의 일면에서 은 나노와이어 필름을 수득하는 단계;를 포함하는 은 나노와이어 필름의 제조 방법을 제공한다.

구체적으로, 상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜, 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서, 상기 수평 이동 방향으로, 상기 분산액 내 은 나노와이어의 길이 방향이 정렬된다.

공정 원리

보다 구체적으로, 상기 기판 및 상기 로드 사이에, 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계;에서는, 상기 분산액의 표면과, 상기 로드에 감긴 금속이 접하는 메니스커스 접촉선이 형성될 수 있다. 이때, 상기 기판 및 상기 로드의 상대 수평 이동 방향으로, 상기 메니스커스 접촉선도 수평 이동할 수 있다. 아울러, 상기 메니스커스 접촉선의 수평 이동에 따라, 상기 분산액 내 은 나노와이어의 길이 방향이 단방향으로 정렬될 수 있다.

도 1 내지 6은 본 발명의 일 구현예에서, 기판 상에 뿌려진 은 나노와이어 분산액에 대해, 일정한 속도로 움직이는 막대로 코팅하는 실험 조건 (도 1), 그에 따라 메니스커스 접촉선이 제어되는 원리(도 2), 및 실제 실험을 통해 높은 정렬도를 가지는 은 나노와이어 필름이 형성되었음을 보여주는 근거들(도 3, 도 5 및 도 6)이다.

도 1에서는, poly-L-lysine 용액을 이용하여 표면처리된 대면적 (20 x 20 cm²) PET 기판을 사용하였다. 상기 기판의 표면에는 아민 작용기가 존재하며, 상기 아민 표면 작용기는 은 나노와이어와 정전기적 힘이 작용할 수 있다. 이에, 상기 아민 표면 작용기가 존재하는 기판은, 은 나노와이어와의 접착력이 향상될 수 있다. 상기 표면처리의 상세한 공정은 후술하기로 한다.

또한, 도 1에서, 상기 기판은 특정 로드가 장착된 바 코터(bar coater)에 위치시켰다. 상기 로드는, 금속이 코일 형상으로 감긴 로드다. 상기 로드에 감긴 금속의 코일 간격은, 50 ㎛ 내지 400 ㎛일 수 있다. 상기 로드는 통상의 바 코터에 장착하여 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

상기 로드와 상기 기판 사이에 일정한 간격을 두었고, 상기 로드와 상기 기판 사이의 빈 공간에 상기 분산액을 뿌려 균일하고 얇은 은 나노와이어 분산액 층을 형성하였다.

상기 로드 내 코일 홈들은 아주 적은 양의 은 나노와이어 분산액에 모세관 힘을 부여한다. 그리고 상기 모세관 힘은 상기 로드와 상기 기판 사이에서 상기 분산액의 균일한 메니스커스를 형성하게끔 한다. 구체적으로, 상기 로드와 상기 기판 사이에 갇힌 상태의 은 나노와이어 분산액은 상기 로드의 코일에 접하는 메니스커스 접촉선이 형성된다.

이 상태에서, 상기 로드와 상기 기판을 상대 수평 이동 시키면, 상기 로드의 코일에 의해 상기 메니스커스 접촉선이 드래깅(dragging)된다. 그리고, 상기 메니스커스 접촉선의 이동에 따라, 은 나노와이어가 정렬될 수 있는 전단력(shear force)과, 그러한 전단력에 의한 동유체력(hydrodynamic force)이 유발된다.

상기 메니스커스 접촉선이 이동하는 과정에서 상기 분산액에 작용하는 힘은, 전단력에 의한 동유체력(shear induced hydrodynamic force) 및 기판과의 정전기적 힘의 상호 작용이다. 상기 상호 작용은, 상기 로드와 상기 기판의 상대 수평 이동 방향으로, 상기 분산액 내 은 나노와이어를 정렬시키는 데 기여한다.

한편, 상기 메니스커스 접촉선이 이동하는 과정에서, 상기 분산액 내 용매의 증발 속도는 매우 느리다(약 10~100 ㎛ s^-1). 이와 달리, 용매의 증발 속도가 빨라지면, 분산액 내 대류가 이루어지며, 이로 인해 은 나노와이어의 정렬도가 상대적으로 낮아질 수 있다.г

그러나 상기 로드와 상기 기판의 상대 수평 이동을 이용하여 상기 메니스커스 접촉선을 빠르게 드래깅하면 (10 mm s^-1이상), 은 나노와이어의 정렬도가 상대적으로 높아질 수 있다.

다만, 상기 메니스커스 접촉선을 빠르게 드래깅함에 있어서, 점성력이 주요 변수로 작용할 수 있다. 이는, Landau-Levich regime을 따르며, 구체적으로, 동유체력을 위한 전단 속도(shear rate, г)는 하기 식 1로 표현된다.

[등식 1] г = ∂υ_x／∂υ_y =Ｕ_fluid/δ

상기 등식 1에서, Ｕ_fluid는 상기 분산액의 드래깅 속도를 나타내고, δ는 상기 로드와 상기 기판 사이의 거리를 나타낸다. 예를 들어, 상기 분산액의 드래깅 속도가 10 mm s^-1이고, 상기 로드와 상기 기판 사이의 거리가 40 ㎛일 때, 전단 속도는 250 s^-1이 된다.

한편, 동유체력(F)은 하기의 등식 2로 표현된다.

[등식 2] F = (4πμＵａ)／{ln(2a/b)-0.72}

상기 등식 2에서, μ는 용매에 분산된 금속 나노와이어 잉크의 점도를 나타내고 U는 로드를 이용한 드래깅 속도를 나타낸다. a는 금속 나노와이어의 길이를 나타내고 b는 금속 나노와이어의 반지름을 나타낸다.

예를 들어, 은 나노와이어의 길이(a)는 약 20㎛으로 형성되고 반지름(b)는 약 17.5nm로 형성될 수 있다. 드래깅 속도는 10mm s^- ¹으로 형성될 수 있다.

에탄올에 은 나노와이어 잉크가 분산된 경우 점도(μ)는 상온에서 약 9.12 × 10^-3 Pa s로 형성될 수 있고 이소프로필 알콜(IPA)에 은 나노와이어 잉크가 분산된 경우 점도(μ)는 상온에서 약 9.37 × 10^-3 Pa s로 형성될 수 있으며 물에 은 나노와이어 잉크가 분산된 경우 점도(μ)는 상온에서 약 9.52 × 10-3 Pa s로 형성될 수 있다.

상기 식 2에 따라 분산액에 용매로서 에탄올이 이용된 경우 3.26nN의 동유체력이 계산되고, 이소프로필 알콜(IPA)이 이용된 경우 3.35nN의 동유체력이 계산되며, 물이 이용된 경우 3.4nN의 동유체력이 계산된다. 즉, 에탄올, 이소프로필 알코올, 물 모두 금속 나노와이어를 높은 정렬도로 정렬시키기에 3.26~3.4nN로서 적절한 동유체력 값을 가진다고 볼 수 있다.

상기 로드와 상기 기판 사이의 거리는 세퍼레이터에 의해 조절될 수 있다. 이와 관련하여, 상기 기판 및 상기 로드 사이에, 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계; 이전에는, 상기 기판 및 상기 로드 사이에, 세퍼레이터를 위치시키는 단계;를 더 포함할 수 있다.

한편, 전단 응력(shear stress, σ)은, 전단 속도에 대해, 분산액의 점도(μ)를 곱하여 구할 수 있다(σ = μг). 예를 들어, 에탄올을 용매로 하는 분산액은, 0.26 Pa의 전단 응력을 얻을 수 있다. 이소프로필 알코올(IPA)를 용매로 하는 경우 전단 응력의 값은 0.51 Pa이고, 물을 용매로 하는 경우 전단 응력의 값은 0.22 Pa이다. 이에 따라, 에탄올, 물, 및 이소프로필 알코올 모두 은 나노와이어를 높은 정렬도로 정렬시키기에 적절한 전단 응력 값을 가진다고 볼 수 있다.

이처럼 적절한 전단 응력을 형성할 수 있는 점도의 범위는, 1 cP 내지 10 cP일 수 있다. 상기 범위의 점도를 형성할 수 있다면, 용매의 종류는 제한되지 않고, 앞서 언급한 에탄올, 물, 및 IPA는 예시일 뿐이다.

공정 변수 (물리적 요인)

본 발명의 일 구현예에 따른 제조 방법에서, 은 나노와이어의 분산액의 양, 상기 기판과 상기 로드의 상대 수평 이동 속도, 그리고 상기 수평 이동 중 기판의 온도 등의 물리적 요인은, 은 나노와이어의 정렬도에 영향을 줄 수 있다.

구체적으로, 분산액의 양이 감소함에 따라, 상기 기판과 상기 로드의 상대 수평 이동 속도가 감소함에 따라, 그리고 상기 수평 이동 중 기판 온도가 감소 함에 따라, 은 나노와이어의 정렬도는 증가했다.

특히, 도 7에서, 분산액 양이 증가함에 따라, 반가폭 값이 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는, 은 나노와이어의 정렬도가 감소함을 의미한다. 이처럼 반가폭 값이 증가하는 것은, 상기 분산액 양이 증가할수록 은 나노와이어의 밀도가 증가하고, 분산액 내 은 나노와이어들이 서로 얽히는 현상이 유발되기 때문이다.

또한, 상기 분산액의 양이 증가함에 따라, 메니스커스와 기판 사이의 접촉 면적이 증가하는데, 이때 메니스커스 하부에는 불규칙하게 정렬된 은 나노와이어가 증가할 수 있다.

이에, 한 층의 은 나노와이어 필름을 형성함에 있어서, 기판의 단위 면적(1 ㎠) 당 상기 분산액의 양은, 0.48 내지 1.28 μL/㎠ 로 제어할 필요가 있다.

상기에서도 언급한 바와 같이, 로드에 감긴 금속의 코일 간격은 50 ㎛ 내지 400 ㎛일 수 있는데, 금속 코일의 간격에 따라 기판의 단위 면적(1 ㎠) 당 분산액의 양이 제어될 수 있다. 금속 코일의 간격이 넓을수록 기판의 단위 면적(1 ㎠) 당 분산액의 양도 함께 증가할 수 있다.

이와 더불어, 상기 로드와 상기 기판 사이의 공간을 제공 및 유지하는 세퍼레이터의 높이에 따라, 상기 메니스커스의 두께가 좌우될 수 있다.

구체적으로, 상기 세퍼레이터의 높이가 높아지면, 상기 메니스커스의 두께가 두꺼워지고, 전단 속도는 감소하며, 상기 은 나노와이어의 정렬도 역시 감소하게 된다(г = Ｕ_fluid/δ). 상기 세퍼레이터의 높이가 높아지면, 전단력의 구배(gradient)가 발생하고, 상기 메니스커스의 하부에 불규칙하게 정렬된 은 나노와이어의 농도가 증가하게 된다.

이에, 적절한 메니스커스 두께를 형성할 수 있도록, 상기 기판의 일면과 이격적으로, 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계;에서, 상기 기판 및 상기 로드 사이의 간격은 20 ㎛ 내지 40 ㎛일 필요가 있다. 또한, 상기 간격을 유지시킬 수 있도록 상기 간격 범위와 동일한 범위의 두께를 가지는 세퍼레이터를 사용할 필요가 있다.

한편, 상기 기판과 상기 로드의 상대 수평 이동 속도가 감소함에 따라, 상기 메니스커스 필름의 두께가 두꺼워질 수 있다. 상기 메니스커스 필름의 두께가 얇아질수록, 전단 응력은 강해질 수 있고, 결과적으로 은 나노와이어의 정렬도를 향상시킬 수 있다.

반면, 상기 기판과 상기 로드의 상대 수평 이동 속도가 증가함에 따라 상기 메니스커스 필름의 두께는 두꺼워질 수 있고, 이에 따라 전단 응력이 약해질 수 있기 때문에 은 나노와이어의 정렬도가 감소하게 된다.

따라서, 적절한 메니스커스 두께를 형성할 수 있도록 상기 수평 이동 속도는 10 mm s^-1 내지 30 mm s^-1 범위 내일 필요가 있다

마지막으로, 상기 상대 수평 이동 중의 기판 온도가 높아짐에 따라, 은 나노와이어 잉크의 점도가 낮아 질 수 있고 이에 따라 전단 응력이 약해짐에 따라 은 나노와이어의 효과적인 정렬을 방해하게 된다.

이에, 메니스커스 온도 구배 발생을 억제할 수 있도록 상기 수평 이동 시 기판의 온도는 20 ℃ 내지 30 ℃ 범위 내일 필요가 있다

공정 변수 (화학적 요인)

앞서 언급한 바와 같이, 상기 기판 표면의 화학적 특성이 은 나노와이어의 정렬도에 영향을 끼칠 수 있다.

이와 관련하여, 상기 기판은, 상기 은 나노와이어 필름이 위치하는 면에, 아민, 메틸, 하이드록실, 또는 이들의 조합인 작용기가 존재하는 것일 수 있다.

상기 메틸 작용기는, HMDS(hexamethyldisilazane), PMMA(poly(methyl methacrylate)) 및 이들의 혼합물을 처리함에 따라 형성될 것일 수 있다.

상기 하이드록실 작용기는, O₂ 플라즈마 처리에 따라 형성될 것일 수 있다.

상기 아민 작용기는, 폴리엘라이신(PLL, Poly-L-Lysine), APTES((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 및 이들의 혼합물을 처리함에 따라 형성될 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 아민 작용기가 존재하는 경우, 양전하를 띄는 기판과 음 전하를 띄는 은 나노와이어 사이의 강한 인력이 작용하여, 은 나노와이어의 정렬도를 향상시킬 수 있다.

적층체 형성 공정

한편, 상기 분산액을 건조시켜, 상기 기판의 일면에서 은 나노와이어 필름을 수득하는 단계; 이후에, 상기 은 나노와이어 필름의 일면과 이격적으로, 상기 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계; 상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드 사이에, 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계; 상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜, 상기 분산액을 상기 은 나노와이어 필름의 일면에 코팅하는 단계; 및 상기 분산액을 건조시켜, 은 나노와이어 필름의 적층체를 수득하는 단계;를 더 포함할 수 있다.

이는, 상기 은 나노와이어 필름을 2층으로 적층하는 방법을 예시한 것이다. 그러므로, 상기 일련의 단계를 반복적으로 수행하여, 3층, 4층, 나아가 그 이상의 층수를 가지도록 은 나노와이어 필름을 형성하는 것도 가능하다.

이처럼 은 나노와이어 필름을 2층 이상 적층하는 과정에서, 상기 기판과 상기 필름의 상대 수평 방향을 매 층마다 달리할 수 있다.

예를 들어, 상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜, 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;의 상대 수평 이동 방향과, 상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜, 상기 분산액을 상기 은 나노와이어 필름의 일면에 코팅하는 단계;의 상대 수평 방향이 이루는 각도가, 0 내지 90 ° 범위 내에서 자유롭게 선택될 수 있다. 구체적으로, 서로 수직(90 °)일 수 있다.

기판

상기 기판은 유리, 실리콘, PET (polyethylene terephthalate) 또는 이들의 조합으로 이루어진 것일 수 있고, 이에 제한되지 않는다. 투명도가 높은 기판을 사용하여, 앞서 설명한 방법으로 은 나노와이어 필름을 형성하면, 투명전극이 수득될 수 있다. 또한, 유연성 있는 기판을 사용하여, 플렉서블(flexible) 투명전극을 수득할 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예들 및 이들의 평가예들을 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 실시예들일뿐 본 발명이 하기 실시예들에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 은 나노와이어가 단방향으로 정렬된 필름의 형성

(1) 기판의 전처리(세척) 공정

기판으로는, 플라스틱 소재이며, 가로 20 cm, 세로 20 cm, 및 높이 100 ㎛인 것을 준비하였다. 상기 기판의 표면 처리 전 단계로, 세척을 실시하였다.

구체적으로, 상기 기판을 탈 이온수, 아세톤, 및 이소 프로필 알코올(isopropyl alcohol. IPA에 순차적으로 담그고, 각각에 담근 상태에서 10 분간 음파(sonication)처리하여, 표면을 깨끗이 세척하였다.

(2) 기판의 표면 처리 공정

상기 세척 공정 이후, 하기 세 가지 표면처리 방법 중 어느 하나의 방법을 이용하여, 기판 표면에 작용기를 형성하였다. (하기 세 가지 표면처리 방법은 각각 독립적이다.)

1) O₂ 플라즈마 처리

상기 세척된 기판에 대해, 10 분간 18 W의 RF(Radio Frequency) 파워로 O₂ 플라즈마 처리하였다.

그 결과, -OH (하이드록실) 표면 작용기가 형성된 기판을 수득할 수 있었다.

2) poly-L-lysine 처리

poly-L-lysine 및 물을 혼합하여, poly-L-lysine 용액을 제조하였다. 이때, poly-L-lysine 용액 총량 (100 중량%) 중 poly-L-lysine의 함량이 0.1 중량 %가 되도록 하였다.

상기 poly-L-lysine 용액 2 ml를 취하여, 상기 세척된 기판에 도포하고, 10 mm s^-1의 속도로 바 코팅(bar-coating) 하였다.

그 결과, -NH₂ (아민) 표면 작용기가 형성된 기판을 수득할 수 있었다.

3) HMDS(hexamethyldisilazane) 처리

HMDS(hexamethyldisilazane) 는 99.9 % 이상의 순도를 보이는 물질을 사용 하였다.

그 결과, -CH₃ (메틸) 표면 작용기가 형성된 기판을 수득할 수 있었다.

(3) 은 나노와이어 필름(1층) 형성 공정

상기 표면 작용기가 형성된 기판 상에, 각각, 은 나노와이어 필름을 형성하였다.

구체적으로, 속도와 온도를 조절할 수 있는 바 코터(bar coater, 제조처:CORETECH)에, 금속이 코일 형태로 감긴 로드(제조처: RD Specialties, 상품명: Meyer rod)를 장착하였다. 이때, 상기 로드에 감긴 금속은 스테인리스 스틸(stainless steel)이며, 코일 간격은 51 ㎛ (규격명: #2 바), 76 ㎛ (규격명: #3 바), 152 ㎛ (규격명: #6 바), 254 ㎛ (규격명: #10 바), 381 ㎛ (규격명: #15 바) 중 어느 하나인 것을 사용하였다.

상기 로드가 장착된 바 코터에, 상기 기판을 위치시켰다. 이때, 상기 의 일면과 상기 로드 사이에, 40 ㎛의 간격을 두었다. 또한, 상기 기판의 일 모서리에, 상기 로드의 장축이 위치하도록 하였다.

그 다음, 상기 로드의 장축과 수직인 상기 기판의 두 모서리들에 대해, 세퍼레이터를 부착하였다. 구체적으로, 상기 세퍼레이터로는, 두께가 40 ㎛인 접합 테이프(제조처:3M)를 이용하였다. 상기 세퍼레이터는, 후술되는 바 코터의 구동 과정에서, 상기 기판의 일면과 상기 로드 사이의 간격이 일정하게 유지되도록 하는 역할을 하였다.

한편, 20 ㎛ 의 길이와 35 nm 의 지름을 가진 은 나노와이어와, 물, 에탄올(ethanol), 및 이소프로필 알코올(isopropyl alcohol) 중 어느 하나의 용매를 혼합하여, 분산액을 제조하였다. 이때, 상기 분산액 총량(100 중량%)에 대한 상기 은 나노와이어의 함량, 및 그에 따른 분산액 점도는, 후술되는 평가예에 따라 달리 하였다.

상기 분산액을 상기 기판의 일면과 상기 로드 사이의 공간에 마이크로 피펫을 이용하여 뿌렸다. 이때, 상기 분산액의 표면과, 상기 로드에 감긴 금속이 접하는 메니스커스 접촉선이 형성되며, 이는 후술되는 평가예에서 확인할 수 있다.

이후, 상기 기판이 고정된 상태에서, 상기 로드가 일정한 속도로 움직이도록 바 코터를 구동하여, 상기 로드가 이동하는 방향으로 상기 메니스커스 접촉선이 이동시켰다. 이때, 상기 로드의 이동 속도 및 상기 기판의 온도는, 후술되는 평가예에 따라 달리 하였다.

상기 기판의 일면에 상기 분산액이 전면 코팅된 상태에서 상기 바 코터의 구동을 멈추고, 수십 초 이내에 상기 코팅된 분산액 내 용매가 증발되었다. 이에 따라, 상기 기판의 일면에, 대부분의 은 나노와이어가 단방향으로 정렬된 필름이 형성되며, 이는 후술되는 평가예에서 확인할 수 있다.

(4) 은 나노와이어 필름(2층) 형성 공정

후술되는 평가예에 따라서는, 전술한 공정을 반복하여, 2층의 은 나노와이어 필름을 형성하기도 하였다.

이때, 전술한 공정에 따라 한 층의 은 나노와이어 필름이 형성된 기판을 수득한 뒤, 그 기판의 방향을 0 내지 90 °의 방향으로 회전시키고(0 °는 회전시키지 않은 것), 다시 전술한 공정에 따라 또 한 층의 은 나노와이어 필름을 적층하였다.

비교예 1: 은 나노와이어가 무질서하게 나열된 필름의 형성

실시예와 동일한 기판에 대해, 동일한 세척 처리를 한 후, 통상적으로 이용되는 바 코팅(bar-coating) 방법으로 은 나노와이어 필름을 형성하였다.

이에 따라, 상기 기판의 일면에, 대부분의 은 나노와이어가 무질서(random)하게 나열된 필름이 형성되며, 이는 후술되는 평가예에서 확인할 수 있다.

평가 방법

이하의 평가예에서는, 다음과 같은 평가 방법을 이용하였다.

면 저항 측정: Kiethley 2400 장비를 통한 4침법 (four-point probe)을 통해 면 저항 값을 측정하였다.

투과도와 흡수 스펙트럼: UV-vis-NIR spectrophotometer 장비를 통해 측정하였다.

편광 특성: 편광 렌즈를 UV-vis-NIR spectrophotometer 장비에 장착하여 측정하였다.

은 나노와이어의 구조: 현미경(PSM-1000, Olympus)을 통해 관찰하였다.

평가예 1: 도 3 내지 6 관련

(1) 실시예 1 및 비교예 1의 변수 제어

정렬도 및 광흡수 특성 평가를 위해, 실시예 1 및 비교예 1에서, 변수를 각각 다음과 같이 제어하였다.

1) 기판의 규격: 2.5 x 2.5 cm² 또는 20 x 20 cm²의 면적, 100 ㎛의 두께

2) 기판의 소재: PET(polyethylene terephthalate), 또는 유리

3) 로드의 금속 소재, 코일 간격: 스테인리스 스틸(stainless steel), 51 ㎛(#2 바)

4) 세퍼레이터 두께: 40 ㎛

5) 분산액에 사용되는 용매: 에탄올(ethanol)

6) 로드의 이동 속도(코팅 속도): 10 mm s^-1

7) 코팅 시 기판의 온도: 상온(23 ℃)

(2) 도 3 및 도 4

도 3 및 도 4는, 실시예 1에서 2.5 x 2.5 cm² 면적을 가지는 유리 기판 상에, 각각 단층(도 3) 및 2층(도 4)으로 형성된 은 나노와이어 필름의 현미경 사진을 나타낸 것이다.

보다 구체적으로, 도 3을 살펴보면, 약 200 x 150 ㎛ ² ^-면적의 은 나노와이어 필름에서, 전체 은 나노와이어의 개수가 약 150개 이고, 정렬 방향으로부터 ±15° 이내의 정렬도를 가지는 은 나노와이어는 약 115개 이고, 나머지는 정렬 방향으로부터 ±15° 이상의 정렬도를 가지는 은 나노와이어임을 확인할 수 있다.

이와 관련하여, 앞서의 설명에서는, 정렬 방향으로부터 ±15° 이내의 정렬도를 가지는 은 나노와이어를 "길이 방향이 단방향으로 정렬된 은 나노와이어(A)"로 정의하고, 간단히 "은 나노와이어(A)"로 지칭하며 그 수를 "[A]"로 표시하였다. 또한, 정렬 방향으로부터 ±15° 이상의 정렬도를 가지는 은 나노와이어를 "길이 방향이 무질서한 방향으로 나열된 은 나노와이어(B)"로 정의하고, 간단히 "은 나노와이어(B)"로 지칭하며 그 수를 "[B]"로 표시하였다.

한편, 앞서의 설명에서는 은 나노와이어 필름 내 은 나노와이어들의 정렬도를 [A]/([A]+[B])로 평가([식 1])하였는데, 도 3에서는 상기 정렬도의 값이 0.77임을 확인하였다.

비교예 1의 경우, 무질서한(random) 구조의 은 나노와이어 필름 특성 상 상기 정의에 따라 확인된 [A]의 값을 확인하기 어려운 바, 정렬도가 0에 가까운 것을 알 수 있다.

나아가, 도 4에서는 2층의 은 나노와이어 필름 내 은 나노와이어 구조를 확인 할 수 있다. 구체적으로, 상기 2층의 은 나노와이어 필름은, 각 층의 은 나노와이어(A) 정렬 방향이 서로 수직이 되게끔 형성한 것이다. 도 4에서 각 층은 도 3과 동등한 정렬도를 가지는 바, 이를 서로 직각 방향으로 적층시킴으로써 전체 적층체 내 은 나노와이어의 밀도는 향상될 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 구현예에서 제시된 바코팅 방법은, 정밀하게 은 나노와이어의 구조를 제어할 수 있는 방법으로, 이에 따라 수득되는 은 나노와이어 필름(특히 적층체)의 효율적인 전도성 네트워크를 구축할 수 있다.

(3) 도 5

일반적으로, 용액 공정에 따라 불규칙(random)하게 정렬된 은 나노와이어는 반가폭(full width at half maximum, FWHM) 값을 구할 수 없고, 완벽히 정렬 되지 않은 은 나노와이어는 반가폭(full width at half maximum, FWHM)이 40 이상으로 높게 나타난다.

한편, 도 5는 실시예 1에서 2.5 x 2.5 cm² 면적을 가지는 유리 기판 상에, 단층으로 형성된 은 나노와이어 필름에 관한 것이다. 도 5에서, 실시예 1의 반가폭(full width at half maximum, FWHM)이 21.4로 나타난다. 이처럼 낮은 수치의 반가폭은, 은 나노와이어 필름 내 은 나노와이어들이 단방향으로 잘 정렬되었음을 뒷받침한다.

(4) 도 6

도 6은, 20 x 20 cm² 면적과 100 ㎛의 두께를 가지는 (PET(polyethylene terephthalate) 기판 상에, 단층으로 형성된 은 나노와이어 필름의 반가폭(full width at half maximum, FWHM)값의 분포를 나타낸 것이다.

이로부터, 본 발명의 일 구현예에서 제시된 바코팅 방법은, 대면적 기판에 대해서도, 전면적으로 은 나노와이어가 단방향으로 잘 정렬되게끔 하는 이점이 있음을 정량적으로 알 수 있다.

평가예 2: 도 7 내지 12 관련

(1) 실시예 1 및 비교예 1의 변수 제어

물리적 공정 변수를 평가하기 위해, 실시예 1 및 비교예 1에서, 변수를 각각 다음과 같이 제어하였다.

1) 기판의 소재: 유리

2) 기판의 규격: 2.5 x 2.5 cm²의 면적, 1 mm 의 두께

4) 세퍼레이터 두께: 40 ㎛

5) 분산액에 사용되는 용매: 에탄올(ethanol)

6) 로드의 이동 속도(코팅 속도): 10, 20, 30, 50, 또는 70 mm s^-1

7) 코팅 시 기판의 온도: 23, 30, 40, 50, 또는 60 ℃

(2) 도 7

도 7에서 용액의 양이 0 초과 40 ㎕ 이하의 범위 내에서 증가함에 따라, 반가폭(full width falf maximum, FWHM)이 증가하고, 이에 따라 정렬도가 감소하는 것을 확인 할 수 있다.

이를 통해, 본 발명의 일 구현예에서 제시된 바코팅 방법에 있어서, 사용하는 용액의 양이 적을수록, 최종 수득되는 필름 내 정렬도를 향상시키기는 데 유리함을 알 수 있다.

다만, 최종 수득되는 필름의 밀도를 고려하여, 적어도 2μl 이상의 양은 확보될 필요가 있을 것이다.

(3) 도 8

도 8에서 로드의 이동 속도(코팅 속도)가 10 mm/s 이상 80 mm/s 이하의 범위 내에서 증가함에 따라, 반가폭(full width falf maximum, FWHM)이 증가하고, 이에 따라 정렬도가 감소하는 것을 확인 할 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 구현예에서 제시된 바코팅 방법에 있어서, 로드의 이동 속도(코팅 속도)를 낮출 수록, 최종 수득되는 필름 내 정렬도를 향상시키기는 데 유리함을 알 수 있다.

다만, 최소한의 전단 응력의 형성을 위하여, 10 mm/s 이상의 속도는 확보될 필요가 있을 것이다.

(4) 도 9

도 9에서 기판의 온도가 23 ℃ 이상 60 ℃ 범위 내에서 증가함에 따라 반가폭(full width falf maximum, FWHM)이 증가하고, 이에 따라 정렬도가 감소하는 것을 확인 할 수 있다.

이로써, 본 발명의 일 구현예에서 제시된 바코팅 방법에 있어서, 기판 온도를 낮출 수록, 최종 수득되는 필름 내 정렬도를 향상시키기는 데 유리함을 알 수 있다.

다만, 상온 미만의 온도로 제어할 경우, 공정 비용이 증가하고, 오히려 용액의 증발속도의 저하로 인하여 정렬도가 저하될 수 있어, 상온 이상의 온도로는 제어되어야 할 것이다.

(5) 도 10 및 도 11

은 나노와이어 정렬 각도에 따른 편광 특성 측정을 위한 구조를 보여주는 그림이다.

구체적으로, 도 11은, 편광판 및 은 나노와이어의 정렬 방향(은 나노와이어(A)의 길이 방향) 사이의 각도(0 내지 90 °)에 따른 편광 흡수 스펙트럼이다.

도 11에 다르면, 360 내지 364 nm 영역에서의 흡광도가 0.029인데, 0 내지 90 ° 범위에서 편광 각도가 증가할수록, 최대 흡광도 값이 증가하고, 오히려 500 ㎚ 초과의 파장 영역에서 흡광도 값은 감소하는 것을 확인할 수 있다.

이는, 정렬된 은 나노와이어 필름이 편광 특성을 나타낼 수 있음을 뒷받침한다.

(6) 도 12

도 12는, 실시예 1에 따르되 "UNIST"라는 글씨 모양으로 형성된 은 나노와이어 필름에 대해, 포토리소그래피(photolithography) 방법을 이용하여 패턴화한 후 편광 현미경 사진을 촬영한 것이다.

도 12에 따르면, 상기 패턴화된 은 나노와이어들은, 편광판 및 은 나노와이어의 정렬 방향(은 나노와이어(A)의 길이 방향) 사이의 각도(θ)가 0° 일 때 잘 보이지 않고, 상기 각도(θ)가 90° 일 때 선명하게 보인다.

이를 통해, 본 발명의 일 구현예에서 제시된 바코팅 방법에 따라, 편광 특성이 있는 은 나노와이어 필름이 수득됨을 확인할 수 있다.

평가예 3: 도 13 내지 20 관련

(1) 실시예 1 및 비교예 1의 변수 제어

저항 특성의 평가를 위해, 실시예 1 및 비교예 1에서, 변수를 각각 다음과 같이 제어하였다.

1) 기판의 소재: 유리, 또는 PET(polyethylene terephthalate)

2) 기판의 규격: 2.5 x 2.5 cm²의 면적, 1 mm 의 두께(유리); 20 x 20 cm²의 면적, 100 ㎛의 두께(PET)

4) 세퍼레이터 두께: 40 ㎛

5) 분산액에 사용되는 용매: 에탄올(ethanol)

6) 로드의 이동 속도(코팅 속도): 10 mm s^-1

7) 코팅 시 기판의 온도: 23℃

(2) 도 13, 도 14 및 도 15

도 13에서, 1 내지 4층 범위 내에서, 은 나노와이어 필름의 적층수가 증가함에 따라, 광 투과도가 낮아지며, 이러한 광 투과도가 면 저항과 반비례함을 확인 할 수 있다.

다만, 적층수가 가장 많은 4층에서도, 예를 들어 투명전극으로 사용되기에 적절한 투과도는 확보된다.

또한, 도 14에서, 성능 지수(figure of merit)값은 적층된 은 나노와이어 필름 기반 투명 전극이 478.96으로 무질서한(random) 은 나노와이어 기반 투명 전극이 가지는 253.87에 비해 더 높은 값을 보여준다. 이는 적층된 은 나노와이어 필름이 무질서한(random) 은 나노와이어 기반 투명 전극에 비해 더 뛰어난 광 투과도와 면 저항 성능을 가짐을 보여준다.

(3) 도 16 내지 20

도 16의 하부 도면은, 은 나노와이어 필름을 연결하여 대면적 투명 전극을 구현하기 위한 아이디어 도면이다.

도 16의 상부 도면은, 대면적(20 x 20 cm²)의 PET(polyethylene terephthalate)기판에 대해, 실시예 1의 방법에 따라 직교 방향으로 정렬된 2층의 은 나노와이어 필름을 16개의 부분으로 나누고, 상기 아이디어 도면을 실제로 구현하고, 이를 촬영한 이미지이다.

한편, 대면적(20 x 20 cm²)의 PET(polyethylene terephthalate)기판에, 비교예 1의 방법에 따라 불규칙하게 정렬된 은 나노와이어 필름을 16개의 부분으로 나누고, 실시예 1의 방법에 따른 대면적 투명전극과 비교하여 평가하였다.

구체적으로, 도 17에 따르면, 실시예 1의 방법에 따라 제조된 대면적 투명전극은, 전면적으로 29.21 내지 33.74 Ωsq^-1 범위의 고른 면 저항을 나타내는 것을 알 수 있다.

한편, 도 18에 따르면, 비교예 1의 방법에 따라 제조된 대면적 투명전극은, 전면적으로 불균일한 면 저항을 나타내는 것을 알 수 있다.

또한, 도 19에 따르면, 실시예 1의 방법에 따라 제조된 대면적 투명전극은, 전면적으로 95.24 내지 96.31% 범위의 균일한 광 투과도를 나타내는 것을 알 수 있다.

한편, 도 20에 따르면, 비교예 1의 방법에 따라 제조된 대면적 투명전극은, 전면적으로 불균일한 광 투과도를 나타내는 것을 알 수 있다.

터치 스크린 패널

도 21을 참고하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널을 설명하기로 한다.

도 21을 참조하면 일 실시예에 따른 터치스크린 패널은 위치인식층(100)과 강도인식층(200)으로 구성된다.

위치인식층(100)의 경우 교차 정렬된 은 나노와이어(1)를 포함하고, 전압변화를 통해 접촉위치를 인식하는 것이 가능하다. 위치인식층(100)은 가로축의 접촉위치를 인식하는 필름과 세로축의 접촉위치를 인식하는 필름이 서로 적층된 형태로 구성될 수 있으며 두 필름은 전압변화를 통해 접촉위치를 인식할 수 있다.

보다 구체적으로는 위치인식층(100)은 복수의 은 나노와이어(1)들이 서로 교차 정렬되어 네트워크(Network)를 이루는 형태로 형성될 수 있으며 위치인식층(100)이 두 필름으로 구성될 경우 두 필름 간의 접촉에 따른 전압변화를 통해 접촉위치를 인식하는 기능을 수행할 수 있다.

구체적으로는, 이소프로필 알코올(Isopropyl Alcohol, IPA), 물 등과 같은 용매에 은(Ag) 나노와이어, 구리(Cu) 나노와이어 등과 같은 은 나노와이어(1) 및 폴리비닐피롤리돈(Polyvinylpyrrolidone, PVP) 등과 같은 고분자 물질이 혼합된 분산액이 위치인식층(100)을 형성하는 재료로서 이용될 수 있다.

은 나노와이어(1)는 가격대비 내구성 및 전기 전도성이 뛰어난 특성을 갖는다. 은 나노와이어(1)의 경우 수백 마이크로미터의 길이와 20~40nm의 평균직경을 갖는 형태로 형성될 수 있다. 다만, 이에 한정되지 않는다.

이와 같이 전기 전도성이 우수한 은 나노와이어(1)를 교차 정렬된 형태로 배치함으로써 위치인식층(100)의 경우 면 저항은 낮고 광 투과도는 높으며 전기 전도성은 우수한 특성을 가질 수 있으며, 위치인식층(100)의 전 면적에 대해 고른 전기전도성을 제공할 수 있다.

후술하겠지만 위치인식층(100)의 단부에는 전극이 연결되어 필기도구를 터치스크린 패널에 접촉시킬 경우 전압변화를 통해 필기도구가 접촉되는 위치를 인식하는 것이 가능할 수 있다.

구부림에 의해 도전막에서의 내구성 저하가 일어나는 기존의 플렉서블 터치스크린 패널과는 달리 은 나노와이어가 적용된 위치인식층(100)의 경우 내구성이 뛰어나 잦은 구부림에도 플렉서블 터치패널 도전막으로 사용이 가능할 수 있다.

강도인식층(200)의 경우, 위치인식층(100)의 상면에 적층되어 외부와의 접촉이 이루어지며, 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 분자가 결합된 복합분자를 포함하여 색상의 변화를 통해 접촉강도를 인식하는 것이 가능하다.

강도인식층(200)은 위치인식층(100)의 상면에 적층되어 일체를 형성함으로써 터치스크린 패널을 구성할 수 있다. 필기도구 등과의 직접적인 접촉이 이루어지는 부분에 해당할 수 있다. 기존의 경우와 같이 위치인식층(100)의 상면에 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET) 등과 같은 고분자 물질로 이루어진 필름이 부착될 경우 필기도구가 접촉되어도 접촉강도에 대해서는 인식하는 것이 불가능하였다.

여기서 메카노크로믹 분자란 물리적 자극에 의해 선명한 색상 변화를 나타내며, 자극을 제거할 경우 다시 본래의 상태로 돌아가는 성질을 갖는 분자를 의미한다. 강도인식층(200)이 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 분자가 결합된 복합분자를 포함하여 이루어질 수 있으며 이 경우 강도인식층(200)에 필기도구 등을 통하여 힘이 가해지게 되면 힘의 강도에 따라 강도인식층(200)에 색상의 변화가 나타나게 될 수 있다. 이에 따라 터치스크린 패널에 가해지는 접촉에 대해 위치인식은 물론 강도의 인식이 가능할 수 있다.

도 22를 참조할 때 상기 위치인식층(100)은 가로축의 접촉위치를 인식하는 제1적층체(110); 상기 제1적층체(110)의 상면 중 테두리를 따라 연결되어 테두리에 의해 구획된 중앙영역(C)을 마련하는 스페이서(120); 및 상기 스페이서(120)를 매개로 상기 제1적층체(110)와 연결되되, 상기 중앙영역(C)과 이격 배치되고, 세로축의 접촉위치를 인식하는 제2적층체(130);를 포함할 수 있다.

제1적층체(110)는 교차 정렬된 은 나노와이어(1)를 포함하는 재질로 이루어지며, 필기기구와 같이 외부로부터의 접촉에 대해 가로축의 접촉위치를 인식할 수 있다. 여기서 가로축이란 도 22에서 X축 방향으로 표현될 수 있다.

스페이서(120)는 제1적층체(110) 상면의 테두리에 연결된다. 제1적층체(110) 상면 중앙에 스페이서(120)에 의해 구획되는 중앙영역(C)이 형성될 수 있다. 중앙영역(C)의 경우 접촉위치와 접촉강도의 인식이 가능한 인식영역에 해당할 수 있다.

제2적층체(130)는 제1적층체(110)와 마찬가지로 교차 정렬된 은 나노와이어(1)를 포함하는 재질로 이루어질 수 있고, 필기기구와 같이 외부로부터의 접촉에 대해 세로축의 접촉위치를 인식할 수 있다. 여기서 세로축이란 도 22에서 Y축 방향으로 표현될 수 있다.

제1적층체(110) 및 제2적층체(130)가 은 나노와이어와 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate, PET)로 이루어질 경우 투명하며, 플렉서블(Flexible)한 특성을 가질 수 있다. 이에 따라 제1적층체(110) 및 제2적층체(130)를 포함하는 위치인식층(100)도 투명하고 플렉서블 특성을 가질 수 있다.

상기의 가로축 및 세로축은 어느 일축 및 일축과 수직한 타축을 지칭하기 위한 것으로서 보는 관점 및 기준에 따라 달라질 수 있으며 그 명칭에 구애받지 않을 수 있다.

제2적층체(130)는 제1적층체(110)의 상부에 위치하며 제2적층체(130)의 하면이 스페이서(120)와 연결됨으로써 스페이서(120)를 통해 제1적층체(110)의 테두리 부분과 제2적층체(130)의 테두리 부분이 연결된 형태일 수 있다. 따라서 제1적층체(110)의 중앙영역(C)은 제2적층체(130)의 하면과 이격된 형태일 수 있다.

구체적으로는, 상기 제1적층체(110)의 상면 중 가로축 테두리에 한 쌍의 가로전극(111)이 연결되고, 상기 제2적층체(130)의 하면 중 세로축 테두리에 한 쌍의 세로전극(131)이 연결되며, 상기 스페이서(120)는 상기 가로전극(111)과 상기 제2적층체(130) 사이에 위치하는 가로부(121); 및 상기 세로전극(131)과 상기 제1적층체(110) 사이에 위치하는 세로부(122);를 포함할 수 있다.

외부로부터의 접촉에 대해 가로축의 접촉위치를 인식하기 위해 가로전극(111)은 한 쌍으로 마련되어 제1적층체(110)의 양단부, 구체적으로는 가로축의 테두리 부분에 연결된다. 가로전극(111)은 버스바(Busbar)로 구성될 수 있다. 가로전극(111)은 제1적층체(110)의 상면 가로축 테두리에 연결됨으로써 제1적층체(110)의 상면으로부터 상방으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다.

마찬가지로 외부로부터의 접촉에 대해 세로축의 접촉위치를 인식하기 위해 세로전극(131)은 한 쌍으로 마련되어 제2적층체(130)의 상하단부, 구체적으로는 세로축의 테두리 부분에 연결된다. 세로전극(131) 또한 버스바(Busbar)로 구성될 수 있다. 세로전극(131)은 제2적층체(130)의 하면 세로축 테두리에 연결됨으로써 제2적층체(130)의 하면으로부터 하방으로 돌출된 형태로 형성될 수 있다. 상기의 상방 및 하방이란 도 22에서 Z축으로 표현될 수 있다.

이때, 제1적층체(110)와 제2적층체(130) 사이에 배치되어 중앙영역(C)을 이격시키는 스페이서(120)는 가로부(121)와 세로부(122)로 구성될 수 있다. 가로부(121)의 경우 일면이 가로전극(111)의 상면에 연결되고 타면이 제2적층체(130)의 하면에 연결되어 가로전극(111)과 제2적층체(130)의 직접적인 접촉을 방지하도록 한다.

세로부(122)의 경우 일면이 세로전극(131)의 하면에 연결되고 타면이 제1적층체(110)의 상면에 연결되어 세로전극(131)과 제1적층체(110)의 직접적인 접촉을 방지하도록 한다.

보다 구체적으로는, 가로전극(111) 및 세로전극(131)의 측면도 절연물질로 코팅되어 서로의 접촉이 방지되도록 할 수 있다. 서로 간에 접촉이 이루어질 경우 가로축 및 세로축의 접촉위치 인식에 방해가 될 수 있기 때문이다.

필기기구 등을 통해 외부로부터 터치스크린 패널에 힘이 가해지면 이에 의해 서로 이격되어 있던 제2적층체(130)와 제1적층체(110)의 중앙영역(C)이 접촉하게 됨으로써 전압변화가 이루어지고 가로전극(111)과 세로전극(131)이 각각 가로축과 세로축의 위치를 인식하여 외부로부터 힘이 가해진 접촉위치를 인식하는 것이다.

가로전극(111) 및 세로전극(131)의 경우 배선을 통해 컨트롤러 보드(300)와 연결되고, 컨트롤러 보드(300)는 컴퓨터 등의 디스플레이 디바이스(400)와 연결되어 필기기구 등을 통해 외부로부터 접촉이 이루어질 경우 컨트롤러 보드(300)를 통해 인식한 접촉위치를 디스플레이 디바이스(400) 상에 구현할 수 있다.

구체적으로는, 상기 제1적층체(110)의 상면으로부터 상기 가로부(121)의 상면까지 이르는 높이는 상기 제2적층체(130)의 하면으로부터 상기 세로부(122)의 하면까지 이르는 높이와 동일할 수 있다.

도 22에서 d1으로 표현될 수 있는 제1적층체(110)의 상면으로부터 가로부(121)의 상면까지 이르는 높이는 도 22에서 d2로 표현될 수 있는 제2적층체(130)의 하면으로부터 세로부(122)의 하면까지 이르는 높이와 동일하게 형성됨으로써 제2적층체(130)와 제1적층체(110)의 중앙영역(C)이 이격된 거리가 동일하게 형성될 수 있다. 또한, 제2적층체(130)와 제1적층체(110)의 중앙영역(C)이 이격된 거리는 제1적층체(110)의 상면으로부터 가로부(121)의 상면까지 이르는 높이 및 제2적층체(130)의 하면으로부터 세로부(122)의 하면까지 이르는 높이와 동일하게 형성된다.

구체적으로는, 상기 제1적층체(110)는 복수의 은 나노와이어(1)가 가로축과 대응되는 방향으로 배열된 제1필름; 및 상기 제1필름과 상하방향으로 적층되며, 복수의 은 나노와이어(1)가 세로축과 대응되는 방향으로 배열되어 상기 제1필름의 은 나노와이어(1)와 서로 교차되는 제2필름;을 포함할 수 있다.

제1필름은 복수의 은 나노와이어(1)가 일정한 방향성을 가지고 배열된 형태로 형성될 수 있다. 상기에서도 언급한 바와 같이 은 나노와이어(1)는 15~35㎛의 길이와 20~40nm의 직경을 갖는 형태로 형성된 은 나노와이어로 구성될 수 있다.

제1필름을 이루는 은 나노와이어(1)의 길이방향이 가로축이 연장된 방향과 동일한 방향으로 배열되어 제1필름을 구성할 수 있다.

제2필름의 경우 제1필름과 상하방향으로 서로 적층되는 형태로 연결된다. 제1필름과 마찬가지로 복수의 은 나노와이어(1)가 일정한 방향성을 가지고 배열된 형태로 형성될 수 있다. 제2필름을 이루는 은 나노와이어(1)의 길이방향이 세로축이 연장된 방향과 동일한 방향으로 배열되어 제2필름을 구성할 수 있다.

제1필름과 제2필름의 적층 순서에 구애되지 않으며 서로 상하방향으로 적층되어 윗면과 아랫면을 형성하는 형태로 연결될 수 있다.

이에 따라 제1필름의 은 나노와이어(1)의 배열방향은 가로축과 동일한 방향으로 배열되고, 제2필름의 은 나노와이어(1)의 배열방향은 세로축과 동일한 방향으로 배열됨으로써 제1필름의 은 나노와이어(1)와 제2필름의 은 나노와이어(1)는 서로 직교하는 형태로 정렬될 수 있다.

제1적층체(110)의 구성요소로 기판(S) 및 기판(S) 상에 적층된 제1필름 및 제2필름이 포함될 수 있으며 제2적층체(130)의 경우도 마찬가지이다.

제1필름 및 제2필름은 서로 교차된 은 나노와이어를 포함하는 필름끼리 적층된 형태를 설명하기 위한 것일 뿐 필름의 수를 한정하지 않는다. 제1적층체(110)가 원하는 면 저항 및 광 투과도를 가질 때까지 복수의 필름이 상하방향으로 적층될 수 있다.

구체적으로는, 복수의 은 나노와이어(1)는 각각 길이방향을 가지며, 상기 제1필름 및 상기 제2필름의 정렬도는 하기 식 2로 정의되고, 2/3 이상일 수 있다.

[식 2]

정렬도 = [A]/([A]+[B])

정렬도는 제1필름 또는 제2필름을 이루는 은 나노와이어(1)가 얼마나 일정한 방향성을 갖고 배열되어 있는 지를 나타낼 수 있는 척도가 된다.

은 나노와이어(1)가 불규칙(Random)하게 배열될 경우 은 나노와이어(1)끼리 서로 불필요하게 얽혀 면 저항 및 표면 거칠기가 높은 필름이 형성되고 전기적 특성과 광학적 특성이 높지 않기 때문에 정렬도로써 필름의 성질을 가늠할 수 있다.

정렬도가 높을수록 은 나노와이어(1)에 의한 네트워크가 잘 구축되어 있어 높은 전기 전도성이 발현될 수 있고 면 저항은 낮으며 광 투과도는 높게 발현될 수 있다.

본 발명에 따른 제1필름 및 제2필름의 정렬도는 2/3 이상일 수 있으며 보다 구체적으로는, 0.7 이상의 값을 가질 수 있다.

구체적으로는, 강도인식층(200)에 적용되는 메카노크로믹 분자로는 스피로피란 분자가 이용될 수 있으며 폴리디메틸실록산(Polydimethylsiloxane, PDMS)와 함께 SP-PDMS 복합분자로 형성될 수 있다. 이와 같이 SP-PDMS 복합분자로 형성된 강도인식층(200)은 투명하며 플렉서블(Flexible)하다는 특성을 갖는다. 투명한 특성을 갖는 위치인식층(100)과 결합하여 투명하며 플렉서블(Flexible)할 뿐만아니라 강도인식이 가능한 터치스크린 패널을 구성할 수 있다.

도 23 내지 도 28을 참조할 때 구체적으로는, 상기 강도인식층(200)은 접촉강도가 증가함에 따라 정규화된 휘도의 크기가 증가할 수 있다.

강도인식층(200)에 적용되는 접촉강도는 청색 변화로 나타난다. 접촉강도가 증가할 수록 청색이 진해진다. 이와 같은 청색으로의 색상 변화는 도 23과 같이 분광방사 계측기(Spectroradiometer)에 의해 분석될 수 있다. 청색의 진한 정도는 448nm에서의 정규화(Nomalized)된 휘도로 수치화될 수 있으며 강도인식층(200)에 적용된 접촉강도가 증가함에 따라서 정규화된 휘도가 증가할 수 있다. 도 24에서 볼 수 있듯이 선형적으로 증가하는 경향을 보인다.

도 25에서 확인할 수 있는 것과 같이 접촉강도에 따라 청색의 진한 정도를 나타내는 정규화된 휘도도 변함으로써 터치스크린 패널에 가해지는 힘을 반영하여 디스플레이에 나타내는 것이 가능하다. 즉, 도 25에서 F1에서 F5으로 갈수록 접촉강도가 세지는 것을 나타낸다. 도 26은 본 발명의 실시예에 따른 가시 범위(380~520nm)에서 청색 문자 "FNL"의 정규화된 휘도의 스펙트럼을 나타낸다.

도 27은 터치스크린 패널에 가해지는 접촉강도에 대한 CIE 1931 색공간의 색좌표로서 X-Y 좌표는 적용된 힘의 증가와 함께 화살표 방향을 따라 진한 파란색 영역으로 이동한다.

터치 스크린 패널의 제조방법

본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널의 제조방법은 기판(S) 상에서 외주면을 따라 금속코일(M)이 감겨진 로드(R)를 이동시킴으로써 은 나노와이어(1)가 교차 정렬된 필름을 형성시키고, 복수로 구성된 필름을 상하방향으로 적층하여 위치인식층(100)을 마련하는 제1단계; 및 상기 위치인식층(100)의 상면에 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 분자가 결합된 복합분자를 포함하여 색상의 변화를 통해 접촉강도를 인식하는 강도인식층(200)을 적층하는 제2단계;를 포함한다.

제1단계는 교차 정렬된 은 나노와이어(1)를 포함하는 위치인식층(100)을 제조하는 단계이다. 기판(S)은 유리, 실리콘, 폴리에틸렌테레프탈레이트 또는 이들의 조합으로 이루어진 것일 수 있으며 이에 제한되지 않는다. 기판(S) 상에서 로드(R)를 이동시켜 은 나노와이어(1)를 정렬시킨다.

구체적으로는, 기판(S)과 은 나노와이어(1)와의 접착력을 향상시키기 위해 기판(S) 상면에 표면처리가 이루어질 수 있다. 보다 구체적으로는 기판(S)의 상면에 아민, 메틸, 하이드록실, 또는 이들의 조합인 작용기가 존재할 수 있다. 상기 메틸 작용기는 HMDS(hexamethyldisilazane), PMMA(poly(methyl methacrylate)) 및 이들의 혼합물을 처리함에 따라 형성될 것일 수 있다.

하이드록실 작용기는 O₂ 플라즈마 처리에 따라 형성될 것일 수 있다. 아민 작용기는 PLL(Poly-L-Lysine), APTES((3-Aminopropyl)triethoxysilane) 및 이들의 혼합물을 처리함에 따라 형성될 것일 수 있다.

아민 작용기가 존재하는 경우 양전하를 띄는 기판(S)과 음 전하를 띄는 은 나노와이어(1) 사이에 강한 인력이 작용하여 은 나노와이어(1)의 정렬도를 향상시킬 수 있으며, 기판(S)에 대한 은 나노와이어의 접착력을 향상시킬 수 있다.

로드(R)의 외주면을 따라 금속코일(M)이 감겨지는데 금속코일(M) 사이에 일정한 간격의 가이드홈이 형성되며 가이드홈의 간격은 50~400㎛일 수 있다.

제2단계는 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 분자가 결합된 복합분자를 포함하는 강도인식층(200)을 제조하여 위치인식층(100)의 상면에 적층하는 단계이다. 전술한 강도인식층(200)에 대한 설명으로 대체하기로 한다. 제1단계와 제2단계는 각각의 단계를 구분하기 위해 명명한 것으로서 순서에 구애되지 않을 수 있다.

보다 구체적으로 살펴보면, 상기 제1단계는 상기 로드(R)를 상기 기판(S)의 상면으로부터 이격되는 위치에 위치시키고, 상기 로드(R)와 상기 기판(S) 사이에 은 나노와이어(1)가 포함된 분산액을 주입하는 주입과정; 및 상기 로드(R)의 수평 이동에 따라 상기 금속코일 사이에 형성된 가이드홈을 통해 상기 로드(R)의 이동방향과 동일한 방향으로 은 나노와이어(1)가 정렬되어 일정한 배열방향을 갖는 필름을 마련하는 정렬과정;을 포함할 수 있다.

주입과정 이후에는 정렬과정을 통해 로드(R)를 기판(S) 상면 상에서 이동시켜 은 나노와이어(1)가 정렬된 필름을 마련한다. 로드(R)에 감긴 금속코일(M) 사이에 형성된 가이드홈의 존재로 인해 분산액에 모세관힘이 부여될 수 있다. 모세관힘에 따라 로드(R)와 기판(S) 사이에서 분산액이 균일한 메니스커스(Meniscus)를 형성할 수 있다.

구체적으로는, 상기 제1단계에서는 상기 주입과정 및 상기 정렬과정을 한 세트로 반복 수행하되, 세트마다 상기 로드(R)의 수평 이동방향을 달리함으로써 배열된 방향이 상이한 복수의 필름이 상하방향으로 적층된 필름을 마련할 수 있다.

한 세트로 이루어진 주입과정과 정렬과정의 수행으로 인해 일방향으로 정렬된 한 층의 필름이 마련된다. 이후 한 층의 필름의 상면에 다시 주입과정과 정렬과정을 반복 수행함으로써 다층의 필름이 적층된 필름이 마련될 수 있다.

다만, 한 층의 필름 상면에 필름을 적층하는 과정에서 이전 세트에서의 로드(R)의 이동방향과 그 다음 세트에서의 로드(R)의 이동방향을 다르게 한다. 이를 통해 한 층의 필름의 정렬방향과 그 다음 층의 필름의 정렬방향이 달리 구성될 수 있다.

따라서 한 층의 필름을 구성하는 은 나노와이어(1)와 그 다음 층의 필름을 구성하는 은 나노와이어(1)가 서로 교차되는 형태로 정렬되는 것이 구현 가능하게 된다. 구체적으로는, 한 층의 필름을 구성하는 은 나노와이어(1)와 그 다음 층의 필름을 구성하는 은 나노와이어(1)가 직교될 수 있다.

도 29를 참조하면 구체적으로는, 상기 주입과정 이전에는 상기 기판(S) 상에 한 쌍으로 구성된 테이프 형상의 세퍼레이터(10)를 서로 평행하도록 이격 배치하여 상기 기판(S)과 상기 로드(R)가 이격되는 거리를 설정하는 준비과정;을 더 포함할 수 있다.

준비과정에서는 기판(S) 상에 세퍼레이터(10)를 마련한다. 세퍼레이터(10)는 한 쌍으로 구성되어 서로 평행하는 형태로 이격 배치될 수 있다. 세퍼레이터(10)가 기판(S) 상에서 상방으로 돌출된 높이만큼 기판(S)과 로드(R)가 서로 이격될 수 있으며 이에 따라 필름의 두께가 결정될 수 있다.

보다 구체적으로는, 상기 준비과정에서는 한 쌍의 세퍼레이터(10)가 서로 이격 배치된 거리는 도 29에서와 같이 h로 표현될 수 있으며 이에 의해 상기 필름의 가로 또는 세로 길이가 결정될 수 있다.

기판(S)과 로드(R) 사이의 이격거리를 결정할 수 있는 세퍼레이터(10)의 높이에 따라 메니스커스의 두께가 좌우될 수 있다.

이외의 특성에 대한 설명은 상기 은 나노와이어 필름 및 그 제조방법에 대한 설명으로 대신하기로 한다.

구체적으로는, 상기 제2단계는 바를 상기 위치인식층(100)의 상면으로부터 이격되는 위치에 위치시키고, 상기 바와 상기 위치인식층(100) 사이에 스피로피란(Spiropyran) 분자와 PDMS 분자가 결합된 복합분자를 포함하는 용액을 도포하는 도포과정; 및 상기 바의 수평 이동에 따라 상기 위치인식층(100)의 상면에 상기 강도인식층(200)을 적층하는 적층과정;을 포함할 수 있다.

바(Bar)의 경우 표면이 매끈한 막대 형태로 형성될 수 있다. 도포과정에서는 제1단계 이후 형성된 위치인식층(100)의 상면으로부터 이격되는 위치에 바를 위치시킨다. 이격된 거리에 따라 강도인식층(200)의 두께가 결정될 수 있으며 수백 마이크로미터(㎛)부터 수 밀리미터(mm)까지 형성될 수 있다.

용액은 스피로피란(Spiropyran) 분자와 PDMS 분자가 결합된 복합분자를 포함할 수 있다. 이와 같은 용액을 바와 위치인식층(100) 사이에 도포 후 적층과정을 통해 바를 수평 이동시켜 강도인식층(200)을 적층할 수 있다.

이에 따라 표면이 매우 균일한 강도인식층(200)을 형성시키는 것이 가능하며 외부로부터 가해지는 힘에 따른 정확한 접촉강도를 인식함에 있어서 이와 같은 균일한 표면 형성은 매우 중요할 수 있다.

본 발명은 상기 구현예 및/또는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 구현예 및/또는 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

[부호의 설명]

1 : 금속 나노와이어 10 : 세퍼레이터

100 : 위치인식층 110 : 제1필름

111 : 가로전극 120 : 스페이서

121 : 가로부 122 : 세로부

130 : 제2필름 131 : 세로전극

200 : 강도인식층 300 : 컨트롤러 보드

Claims

길이 방향이 단방향으로 정렬된 은 나노와이어(A); 및

길이 방향이 무질서한 방향으로 나열된 은 나노와이어(B);를 포함하고,

상기 은 나노와이어(A) 및 상기 은 나노와이어(B)는 각각 복수이고, 하기 식 1을 만족하는 것인,

은 나노와이어 필름:

[식 1]

[A]/([A]+[B])> 2/3

(상기 식 1에서,

[A]는 정렬 방향으로부터 ±15° 이내의 정렬도를 가지는 상기 은 나노와이어(A)의 개수이고,

[B]는 정렬 방향으로부터 ±15° 이상의 정렬도를 가지는 상기 은 나노와이어(B)의 개수이다.)
제1항에 있어서,

상기 은 나노와이어 필름은,

2층 이상 적층되어 적층체 형태인 것인,

은 나노와이어 필름.
제1항에 있어서,

상기 2층 이상 적층된 은 나노와이어 필름 내 인접하는 층들은,

은 나노와이어(A)의 정렬 방향이 서로 수직인 것인,

은 나노와이어 필름.
제1항에 있어서,

상기 은 나노와이어 필름의 면적은,

1 cm² 내지 1000 cm²인 것인,

은 나노와이어 필름.
제1항에 있어서,

상기 은 나노와이어 필름의 광 투과도는,

88.0 % 이상인 것인,

은 나노와이어 필름.
제1항에 있어서,

상기 은 나노와이어 필름의 면 저항은,

45 Ωsq^- ¹이하(단, 0 Ωsq^-1 제외)인 것인,

은 나노와이어 필름.
제1항에 있어서,

상기 은 나노와이어 필름은,

편광 조사 시 360 nm 내지 364 nm의 파장 영역에서 최대 흡광도가 나타나는 것인,

은 나노와이어 필름.
제7항에 있어서,

상기 은 나노와이어 필름은,

반가폭(full width at half maximum, FWHM)이 20 내지 40인 것인,

은 나노와이어 필름.
제7항에 있어서,

상기 은 나노와이어 필름은,

0° 내지 90° 범위에서 편광 각도가 증가할수록 최대 흡광도 값이 증가하는 것인,

은 나노와이어 필름.
제7항에 있어서,

상기 은 나노와이어 필름은,

0° 내지 90° 범위에서 편광 각도가 증가할수록 500㎚ 초과의 파장 영역에서 흡광도 값이 감소하는 것인,

은 나노와이어 필름.
기판의 일면과 이격적으로, 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계;

상기 기판 및 상기 로드 사이에 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계;

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계; 및

상기 분산액을 건조시켜 상기 기판의 일면에서 은 나노와이어 필름을 수득하는 단계;를 포함하며,

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서,

상기 수평 이동 방향으로 상기 분산액 내 은 나노와이어의 길이 방향이 정렬되는 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 기판 및 상기 로드 사이에 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계;에서,

상기 분산액의 표면과 상기 로드에 감긴 금속이 접하는 메니스커스 접촉선이 형성되는 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제12항에 있어서,

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서,

상기 수평 이동 방향으로 상기 메니스커스 접촉선이 수평 이동하는 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제13항에 있어서,

상기 메니스커스 접촉선의 수평 이동에 따라 상기 분산액 내 은 나노와이어의 길이 방향이 정렬되는 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 분산액을 건조시켜, 상기 기판의 일면에서 은 나노와이어 필름을 수득하는 단계; 이후에,

상기 은 나노와이어 필름의 일면과 이격적으로, 상기 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계;

상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드 사이에, 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계;

상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜, 상기 분산액을 상기 은 나노와이어 필름의 일면에 코팅하는 단계; 및

상기 분산액을 건조시켜, 은 나노와이어 필름의 적층체를 수득하는 단계;를 더 포함하는 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제15항에 있어서,

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;의 상대 수평 이동 방향과,

상기 은 나노와이어 필름 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 은 나노와이어 필름의 일면에 코팅하는 단계;의 상대 수평 방향이,

서로 수직인 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 기판의 일면과 이격적으로, 금속이 코일 형상으로 감긴 로드를 위치시키는 단계;에서,

상기 기판 및 상기 로드 사이의 간격은,

20 ㎛ 내지 120 ㎛인 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 기판 및 상기 로드 사이에 은 나노와이어 및 용매를 포함하는 분산액을 분포시키는 단계; 이전에,

상기 기판 및 상기 로드 사이에 세퍼레이터를 위치시키는 단계;를 더 포함하는 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서,

상기 상대 수평 이동 속도는,

10 mm s^-1 내지 80 mm s^-1인 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 기판 및 상기 로드를 상대 수평 이동시켜 상기 분산액을 상기 기판의 일면에 코팅하는 단계;에서,

상기 기판의 온도는,

20℃ 내지 100℃인 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 로드에 감긴 금속의 코일 간격은,

50 ㎛ 내지 400 ㎛인 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 분산액의 점도는,

1 cP 내지 10 cP인 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 기판은,

유리, 실리콘, PET(polyethylene terephthalate) 또는 이들의 조합으로 이루어진 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
제11항에 있어서,

상기 기판은,

상기 은 나노와이어 필름이 위치하는 면에 아민, 메틸, 하이드록실, 또는 이들의 조합인 작용기가 존재하는 것인,

은 나노와이어 필름의 제조 방법.
교차 정렬된 은 나노와이어를 포함하고, 전압변화를 통해 접촉위치를 인식하는 위치인식층; 및

상기 위치인식층의 상면에 적층되어 외부와의 접촉이 이루어지며, 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 분자가 결합된 복합분자를 포함하여 색상의 변화를 통해 접촉강도를 인식하는 강도인식층;을 포함하는 터치스크린 패널.
청구항 25에 있어서,

상기 위치인식층은,

가로축의 접촉위치를 인식하는 제1적층체;

상기 제1적층체의 상면 중 테두리를 따라 연결되어 테두리에 의해 구획된 중앙영역을 마련하는 스페이서; 및

상기 스페이서를 매개로 상기 제1적층체와 연결되되, 상기 중앙영역과 이격 배치되고, 세로축의 접촉위치를 인식하는 제2적층체;를 포함하는 터치스크린 패널.
청구항 26에 있어서,

상기 제1적층체의 상면 중 가로축 테두리에 한 쌍의 가로전극이 연결되고, 상기 제2적층체의 하면 중 세로축 테두리에 한 쌍의 세로전극이 연결되며,

상기 스페이서는,

상기 가로전극과 상기 제2적층체 사이에 위치하는 가로부; 및

상기 세로전극과 상기 제1적층체 사이에 위치하는 세로부;를 포함하는 터치스크린 패널.
청구항 27에 있어서,

상기 제1적층체의 상면으로부터 상기 가로부의 상면까지 이르는 높이는 상기 제2적층체의 하면으로부터 상기 세로부의 하면까지 이르는 높이와 동일한 터치스크린 패널.
청구항 26에 있어서,

상기 제1적층체는,

복수의 은 나노와이어가 가로축과 대응되는 방향으로 배열된 제1필름; 및

상기 제1필름과 상하방향으로 적층되며, 복수의 은 나노와이어가 세로축과 대응되는 방향으로 배열되어 상기 제1필름의 은 나노와이어와 서로 교차되는 제2필름;을 포함하는 터치스크린 패널.
청구항 29에 있어서,

복수의 은 나노와이어는 각각 길이방향을 가지며,

상기 제1필름 및 상기 제2필름의 정렬도는 하기 식 2로 정의되고, 2/3 이상인 터치스크린 패널.

[식 2]

정렬도 = [A]/([A]+[B])

([A]는 길이방향과 배열방향이 ±15° 이내의 차이를 갖는 은 나노와이어의 개수, [B]는 길이방향과 배열방향이 ±15° 이상의 차이를 갖는 은 나노와이어의 개수)
청구항 25에 있어서,

메카노크로믹 분자는 스피로피란(Spiropyran) 분자로 구성되고,

상기 강도인식층은 스피로피란-PDMS 복합분자로 이루어진 터치스크린 패널.
청구항 25에 있어서,

상기 강도인식층은,

접촉강도가 증가함에 따라 정규화된 휘도의 크기가 증가하는 터치스크린 패널.
기판 상에서 외주면을 따라 금속코일이 감겨진 로드를 이동시킴으로써 은 나노와이어가 교차 정렬된 필름을 형성시키고, 복수로 구성된 필름을 상하방향으로 적층하여 위치인식층을 마련하는 제1단계; 및

상기 위치인식층의 상면에 메카노크로믹(Mechanochromic) 분자와 PDMS(Polydimethylsiloxane) 분자가 결합된 복합분자를 포함하여 색상의 변화를 통해 접촉강도를 인식하는 강도인식층을 적층하는 제2단계;를 포함하는 터치스크린 패널의 제조방법.
청구항 33에 있어서,

상기 제1단계는,

상기 로드를 상기 기판의 상면으로부터 이격되는 위치에 위치시키고, 상기 로드와 상기 기판 사이에 은 나노와이어가 포함된 분산액을 주입하는 주입과정; 및

상기 로드의 수평 이동에 따라 상기 금속코일 사이에 형성된 가이드홈을 통해 상기 로드의 이동방향과 동일한 방향으로 은 나노와이어가 정렬되어 일정한 배열방향을 갖는 필름을 마련하는 정렬과정;을 포함하는 터치스크린 패널의 제조방법.
청구항 34에 있어서,

상기 제1단계에서는,

상기 주입과정 및 상기 정렬과정을 한 세트로 반복 수행하되, 세트마다 상기 로드의 수평 이동방향을 달리함으로써 배열된 방향이 상이한 복수의 필름이 상하방향으로 적층된 적층체를 마련하는 터치스크린 패널의 제조방법.
청구항 34에 있어서,

상기 주입과정 이전에는,

상기 기판 상에 한 쌍으로 구성된 테이프 형상의 세퍼레이터를 서로 평행하도록 이격 배치하여 상기 기판과 상기 로드가 이격되는 거리를 설정하는 준비과정;을 더 포함하는 터치스크린 패널의 제조방법.
청구항 36에 있어서,

상기 준비과정에서는,

한 쌍의 세퍼레이터가 서로 이격 배치된 거리를 조절하여 상기 필름의 가로 또는 세로 길이를 결정하는 터치스크린 패널의 제조방법.
청구항 33에 있어서,

상기 제2단계는,

바를 상기 위치인식층의 상면으로부터 이격되는 위치에 위치시키고, 상기 바와 상기 위치인식층 사이에 스피로피란(Spiropyran) 분자와 PDMS 분자가 결합된 복합분자를 포함하는 용액을 도포하는 도포과정; 및

상기 바의 수평 이동에 따라 상기 위치인식층의 상면에 상기 강도인식층을 적층하는 적층과정;을 포함하는 터치스크린 패널의 제조방법.