KR101252960B1 - 탄소나노튜브를 포함하는 투명 전도성 유리기판 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 영상표시 장치의 터치스크린에 적용되는 투명 전도성 유리기판에 관한 것으로, 절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도층인 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)으로 이루어진다. 상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 유리조성물 95 내지 99.9 중량% 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량%로 이루어지며, 상기 유리기판(A)과 상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 1:9 내지 9:1의 두께비율로 성형될 수 있다.
본 발명의 터치스크린용 유리기판은 전기전도성 및 투명성이 우수하다.

Description

탄소나노튜브를 포함하는 투명 전도성 유리기판 {Transparant electro-conductive glass plate including a carbon nanotube}
본 발명은 투명 전도성 유리기판에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 탄소나노튜브를 포함하는 전도층과 절연층으로 구성된 터치스크린용 투명 전도성 유리기판에 관한 것이다.
터치스크린 패널은 디스플레이 패널의 전면(前面)에 설치되며 그 디스플레이 패널의 디스플레이 상에서 터치의 존재 및 위치를 검출하는 입력 장치로서 이용된다. 터치스크린 패널에 의해 사용자가, 디스플레이 패널 상에 표시되어 사용자에 의해 시각적으로 검출되는 정보에 기초해, 직접 입력하는 것이 가능하기 때문에, 터치스크린 패널은 다양한 애플레이션에서 대중적으로 이용되고 있다.
상기와 같은 핸드폰, 노트북, 티비, 네비게이션 등의 영상표시 장치에 터치 스크린을 적용하기 위해서는 기존의 디스플레이어 위에 별도로 제작된 터치 스크린을 장착해야 한다. 따라서 부가적으로 장착되는 터치 스크린으로 인하여 전체 영상 표시장치의 두께가 두꺼워 지며, 디스플레이에서 나오는 빛의 손실을 증가시키게 된다.
탄소나노튜브는 탄소로 이루어진 탄소 동소체(allotrope)로서, 하나의 탄소가 다른 탄소원자와 육각형 벌집무늬로 결합되어 튜브 형태를 이루고 있는 물질이다. 탄소나노튜브는 그 튜브의 직경이 수 나노 미터(nanometer) 수준으로 극히 작다.
이러한 탄소나노튜브는 단일벽 나노튜브(SWNT; single-walled nanotube)와 다중벽 나노튜브(MWNT; multiwall nanotube)로 나눌 수 있다. 단일벽 탄소나노튜브는 하나의 벽으로만 구성되어 있으며, 다중벽 탄소나노튜브는 여러 개의 벽으로 구성되어 있다. 단일벽 탄소나노튜브는 다중벽 탄소나노튜브보다 유연해서, 여러 개가 로프로 뭉치는 경향이 있다. 이것을 다발형 나노튜브(rope nanotube)라고 한다.
상기 터치스크린 패널은 투명성이 확보되어야 함과 동시에 전기 전도성이 우수하며, 또한 슬림화가 가능하여야 하며, 이와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자는 상기의 탄소나노튜브를 도입함과 아울러 특정구조를 가지는 투명 전도성 유리기판을 발명하게 되었다.
본 발명의 목적은 전기전도성이 우수한 터치스크린용 유리기판을 제공하기 위함이다.
본 발명의 목적은 투명성이 우수하여 광원으로부터 방출된 빛의 손실율을 감소시키는 터치스크린용 유리기판을 제공하기 위함이다.
본 발명의 상기 및 기타의 목적들은 하기 설명되는 본 발명에 의하여 모두 달성될 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은 절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도층인 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)으로 이루어진 투명 전도성 유리기판을 제공한다.
본 발명의 일 구체예로서, 상기 유리기판 (A)는 SiO2 50 내지 70 중량%, Al2O3 10 내지 25중량%, B2O3 3 내지 15중량%, MgO 0 내지 10중량%, CaO 0 내지 15중량%, SrO 0 내지 15중량%, BaO 0 내지 15중량%, 및 Na2O 0 내지 5중량%를 포함하는 알루미노규산염계 유리조성물로 이루어질 수 있다.
본 발명의 다른 구체예로서, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 유리조성물 95 내지 99.9 중량% 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량%로 이루어질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예로서, 상기 탄소나노튜브는 1 내지 100 ㎛ 의 길이 및 5 내지 100nm 의 직경을 가지며, 10 내지 50,000인 종횡비를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예로서, 상기 유리기판(A)과 상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 99:1 내지 90:10의 두께비율로 성형될 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예로서, 상기 투명 전도성 유리기판은 80% 이상의 투명도를 가진다.
본 발명의 또 다른 구체예로서, 상기 투명 전도성 유리기판은 500Ω/square 이하의 표면저항을 가진다.
본 발명의 투명 전도성 유리기판은 영상 표시 장치의 유리기판 자체에 전도성이 부여 되는 특성을 가지므로, 터치스크린 패널 또는 투명전극으로 사용될 수 있으며 유리 기판 자체가 투명 전극의 역할을 하게 됨으로 터치스크린 패널이 적용되는 각종 영상 장치에 있어 원가절감에 따른 경제성이 우수하며, 영상 표시 장치의 슬림화를 가능하게 한다.
도 1은 본 발명의 터치스크린용 유리기판의 단면도를 도시한 것이다.
본 발명의 투명 전도성 유리기판은 절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도성을 가지는 전도층으로서 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)을 접합하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 투명 전도성 유리기판은 영상 표시 장치의 유리기판 자체에 전도성이 부여 되는 특성을 가지므로, 터치스크린 패널 또는 투명전극으로 사용될 수 있으며 유리 기판 자체가 투명 전극의 역할을 하게 됨으로 터치스크린 패널이 적용되는 각종 영상 장치에 있어 원가절감에 따른 경제성이 우수하며, 영상 표시 장치의 슬림화를 가능하게 한다.
이하 상기 유리기판(A) 및 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)에 대하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.
유리기판 (A)
본 발명의 유리기판의 성형에 사용되는 유리 원료는 산화물, 질산염, 탄산염 등의 유리원료, 컬릿(cullet) 등을 칭량하여 혼합할 수 있다. 석영유리, 붕규산 유리, 알루미노규산염유리 등, 유리의 종류는 특별히 제한되지 않지만, 본 발명의 절연층을 구성하는 유리기판 또는 전도층을 구성하는 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판의 제조공정이 오버플로우 다운드로우법(Over flow downdraw fusion process) 또는 다운드로우법(down drow process)에 의하여 성형되는 것이 바람직하므로 이에 적합한 액상점도를 가지도록 유리조성물을 제조하는 것이 바람직하다. 오버플로우 다운드로우법으로 성형하는 경우에는, 유리의 액상점도가 높은 것이 중요하다. 구체적으로는, 유리의 액상점도가 104.5dPa·s 이상, 105.0dPa·s 이상, 105.5dPa·s 이상, 특히 106.0dPa·s 이상인 것이 바람직하다. 참고로, 액상점도는 결정이 석출될 때의 점도이며, 액상점도가 높을수록 유리 성형시에 실투(失透)가 발생하기 어려워지므로 성형이 용이하게 이루어 질 수 있다.
또한, 열수축율이 작은 유리기판을 얻는다는 관점에서 보면, 유리의 변형점이 높은 것이 바람직하다. 변형점이 높은 유리일수록, 냉각속도가 높더라도 원하는 열 수축율을 달성하는 것이 가능하고, 짧은 서냉로에서의 생산이 가능하므로 그만큼 생산성이 향상될 수 있다. 유리의 변형점은, 구체적으로는 600℃ 이상, 630℃ 이상, 특히 650℃ 이상인 것이 바람직하다.
액상점도가 높고, 또한 변형점이 높은 유리로서는, SiO2 50∼70 중량%, Al2O3 10∼25중량%, B2O3 3∼15중량%, MgO 0∼10중량%, CaO 0∼15중량%, SrO 0∼15중량%, BaO 0∼15중량%, 및 Na2O 0∼5중량%를 함유하는 알루미노규산염계 유리를 들 수 있다. 또한 상기의 조성범위의 유리기판은, 디스플레이 기판에 요구되는 내약품성, 비영률, 화학내구성, 용융성 등이 우수한 유리로 만드는 것이 가능하다.
이와 같이 하여 조성된 유리원료를 유리용융장치에 공급하여 용융시킨다. 상기 용융 온도는, 유리의 종류에 따라 적절히 조절하면 되는데, 예컨대 상기의 조성을 가지는 유리의 경우에는, 1500∼1650℃ 정도의 온도로 용융하면 된다. 참고로, 본 발명에서 행하는 용융에는, 청징, 교반 등의 각종 공정을 포함한다.
(B) 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판
본 발명은 전도층으로서 투명성을 가지는 유리기판의 제조를 위하여 탄소나노튜브를 전도성 충진재로서 유리기판에 도입하였다.
상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)의 기초원료인 유리 조성물은 상기 유리기판(A)의 유리원료를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 사용하는 탄소나노튜브는 전도성 입자로서 유리기판에 전도성을 부여한다. 상기 탄소나노튜브는 단일벽 탄소나노튜브(SWCNT: Single-layer Wall Carbon nanotube)나 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT: Multie-layer Wall Carbon nanotube)일 수 있다. 대체로 단일벽 탄소나노튜브를 채용하는 경우에 다중벽 탄소나노튜브를 채용하는 경우보다 높은 전기전도도를 얻을 수 있다. 또한, 상기 탄소나노튜브의 종횡비(aspect ration, 길이 대 직경의 비율)가 클수록 유기기판상에서 전도성 네트워크 형성이 용이하고 전기 전도에 필요한 탄소나노튜브 간의 접촉 수가 줄어들어 동일한 함량에서 큰 전기 전도도를 가진다. 예를 들어, 길이 540㎛, 직경 35~60nm의 MWCNT(종횡비는 약 1:9000~15400)는 길이 2~5㎛, 직경 1.2~1.5nm의 SWCNT(종횡비는 약 1:1300~4100) 보다 동일한 함량일 때에 더 큰 전기 전도도를 가진다.
본 발명에서 사용되는 탄소나노튜브는 1 내지 100㎛ 의 길이 및 5 내지 100 nm 의 직경을 가지는 것이 바람직하며, 종횡비로는 10 내지 50,000 인 것이 바람직하다.
상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 유리조성물 95 내지 99.9 중량% 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량%를 포함하는 것이 바람직하다.
상기 종횡비 및 함량으로 유리조성물에 포함되는 경우 전도성이 우수하며, 투명성 및 경제성이 우수하다.
본 발명의 투명 전도성 유리기판의 제조방법은 상기 유리기판(A) 및 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)를 상기 기재한 조성비의 유리조성물을 각각 오버플로우 다운드로우 또는 다운드로우법에 의하여 제조한 후 접합하거나 또는 동시에 접합시켜 제조 할 수 있다.
상기 오버플로우 다운드로우 공법은 퓨전 공법이라고도 하며, 용융 유리가 아이소파이프(isopipe)로 알려진 쐐기형 내화 몸체에 형성된 구유(Trough)에 공급되고 정상상태가 되면, 용융 유리는 양쪽 면상의 구유의 상층을 오버플로우한다. 이 두 쪽의 시트는 아이소파이프의 하층부 또는 루트(Root)에서 만나서 단일 시트로 함께 융합되고, 인발장치로 보내져 인발속도로 시트의 두께를 제어하는 단계를 포함한다.
다음으로, 다운드로우법은 용융된 액체 유리가 애지테이터(Agitator)안으로 부어지고 일체화되거나 또는 별도로 구성된 하부의 토출구멍(Orifice, Slot)을 통해 유리물이 시트 형상으로 흘러 내려와 수직방향으로 하부로 당겨지면서 냉각되어진다. 유리기판의 두께는 토출구멍의 정확도에 의존되고, 시트를 당기는 인발속도와 그리고 유리물 주변 공기의 온도에 의해 냉각 속도를 조절함으로서 결정된다. 이 기법은 얇은 유리기판을 생산하는데 적합하다.
상기 방법으로 제조된 각각의 유리기판(A) 및 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)는 접합되어 최종 제품인 투명 전도성 유리기판이 제조되어 질 수 있으며, 상기 유리기판(A) 및 (B)의 용융상태에서 냉각속도를 조절하여 동시에 응고시켜 접합시킴으로서 투명 전도성 유리기판을 제조할 수 있다. 상기 투명 전도성 유리기판은 상기 유리기판(A)의 두께와 상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)의 비율이 99:1 내지 90:10의 비율로 제조될 수 있다.
본 발명의 투명 전도성 유리기판은 80% 이상의 투명도를 가질 수 있다. 또한 전기 전도성에 있어서는 500 Ω/square 이하의 표면저항을 가질 수 있다.

Claims (8)

  1. 절연층인 유리기판(A) 및 전기 전도층인 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)으로 이루어지며, 상기 유리기판(A) 와 상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 99:1 내지 90:10의 두께비율로 성형되는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판.
  2. 제1항에 있어서, 상기 유리기판 (A)는 SiO2 50 내지 70 중량%, Al2O3 10 내지 25중량%, B2O3 3 내지 15중량%, MgO 0 내지 10중량%, CaO 0 내지 15중량%, SrO 0 내지 15중량%, BaO 0 내지 15중량%, 및 Na2O 0 내지 5중량%를 포함하는 알루미노규산염계 유리조성물로 이루어진 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판.
  3. 제1항에 있어서, 상기 탄소나노튜브를 포함하는 유리기판(B)은 유리조성물 95 내지 99.9 중량% 및 탄소나노튜브 0.1 내지 5 중량%로 이루어진 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판.
  4. 제3항에 있어서, 상기 탄소나노튜브는 1 내지 100 ㎛의 길이 및 1 내지 100 nm의 직경을 가지며, 1 내지 50,000의 종횡비를 가지는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판.
  5. 제3항에 있어서, 상기 유리조성물은 SiO2 50 내지 70 중량%, Al2O3 10 내지 25중량%, B2O3 3 내지 15중량%, MgO 0 내지 10중량%, CaO 0 내지 15중량%, SrO 0 내지 15중량%, BaO 0 내지 15중량%, 및 Na2O 0 내지 5중량%를 포함하는 알루미노규산염계 유리조성물인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서, 상기 투명 전도성 유리기판은 투명도가 80% 이상인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판.
  8. 제1항에 있어서, 상기 투명 전도성 유리기판은 500 Ω/square 이하의 표면저항을 가지는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 유리기판.
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CN105016627A (zh) * 2015-06-10 2015-11-04 青岛科技大学 一种碳纳米管导电玻璃的制备方法

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