KR101091869B1 - 탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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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.
탄소나노튜브 도전막, 세라믹 바인더, 딥코팅

Description

탄소나노튜브 도전막 및 이의 제조 방법 {Carbon nanotube conductive layer and the method for manufacturing the same}
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 이용되는 것 이외에 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 있으며, 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 이루어지며, 그 코팅방법으로서는 분산액의 필터링 전이방식, 스프레이 코팅방식, 바인더 혼합액을 이용한 코팅 방식이 가장 많이 활용된다. 그 중 스프레이 코팅방식은 대면적에 적용 가능하고. 바인더와 CNT의 혼합이 불필요하다는 장점을 가지므로, 보다 많이 사용되고 있다.
그런데, 스프레이 코팅 방법은 탄소나노튜브가 외부에 노출되어 있어 제조 과정에서의 스크래치나 환경적인 내구성에서 단점을 가지고 있다.
또한 탄소나노튜브 전극은 기존 투명전극 재료인 ITO에 비하여 코팅 후 투명전극의 투과도가 낮은 단점을 가진다.
디스플레이의 투명전극이 가져야 할 중요한 특징은 투과도와 면저항이다. 투명전극의 투과도는 최종제품인 패널의 투과도를 결정지으며 구동시 소비자가 느끼는 화면의 선명도와 직접 연관되는 중요한 특징으로 제품의 사양이 높아질수록 고 투과성의 투명전극이 요구된다. 투명전극의 면저항은 투명전극이 사용되는 패널의 구동전압과 제품의 동작특성에 영향을 주기 때문에 다양한 환경에서 원래의 면 저 항값이 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.
따라서, 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.
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 소재의 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), 접착제 로 사용되는 산화규소(SiO2), 자외선 차단제인 산화아연(ZnO), 실리콘 등을 선택할 수 있다. 이 경우, 상기 저굴절층(40)의 농도는 고형분 20wt% 이하인 것이 바람직하다.
그 중 세라믹 바인더(31)의 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.
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 바인더로 일정 두께 이상으로 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 위해서이 다. 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.
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 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.
도 4는 본 발명의 다른 측면에서의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막(2)을 도시한 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 탄소나노튜브 도전막(2)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 존 재한다. 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 보 호될 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.
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막 제조 방법의 각 단계를 도시한 블록도이다. 도 5에 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 5와 함께 도 4를 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 형 성시키는 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 용액 대비 10wt% 이하로 희석시킨다.
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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 일 반적인 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 단계 를 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.
실험 투과도 열처리 전
면저항(Ω/□)		 열처리 후
면저항(Ω/□)		 고온고습 내구성
R/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/□, 열처리 후 면저항 (Ro)700 Ω/□으로 나타났으며 이를 65℃, 95%, 240시간 고온고습 test후 면저항(R)의 변화율 R/Ro < 1.1으로 안정함을 알 수 있었다.
비교예의 경우, 초기 면저항이 600Ω/□인 열처리 안정화 후 면저항 값(Ro)이 900 Ω/□으로 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.
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 바람직한 실시예에 따른 탄소나노튜브 도전막의 제조방법을 도시한 블록도이다.
<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>
1, 2: 탄소나노튜브 도전막 10:기질
20: 탄소나노튜브 전극층 30: 보호층
31: 세라믹 바인더 40: 저굴절층

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. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항 내지 제 6 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 6 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 희석 된 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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