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技術 透明導電性フィルム

出願人 ソウル大学校産学協力団
発明者 ホンスンフンソンムンギュ
出願日 2013年3月13日 (7年8ヶ月経過) 出願番号 2013-050899
公開日 2013年6月27日 (7年5ヶ月経過) 公開番号 2013-127985
状態 特許登録済
技術分野 位置入力装置 表示による位置入力 非絶縁導体 電線ケーブルの製造(1)
主要キーワード エアギャップ層 堆積源 例示的実施 CNT溶液 求心力 カイラル角 カーボンナノチューブネットワーク カーボンナノチューブ溶液
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2013年6月27日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (4)

課題

透明導電性フィルムを提供する。

解決手段

カーボンナノチューブネットワークインジウムスズ酸化物との複合体から構成される透明導電性フィルム、および透明導電性フィルムを製造する方法が提供されている。

概要

背景

光学的に透明で、導電性フィルムが、特にこれらに限定されないが、タッチスクリーン、LCD、PDP、OLEDおよびFEDなどのフラットパネルディスプレイ、透明EMI保護フィルム、透明加熱フィルムガスセンサー太陽電池および光ファイバー通信用の平面アンテナを含むいくつかの応用分野において有用であり得る。本明細書では、材料の層または異なる材料の数々の層の配列が、層を介して可視波長域内(すなわち、400〜800nmの領域)の周辺光の少なくとも50%の透過を許容する場合、これらの層は、光学的に「透明」であるか、または「透明度」を有すると言われ得る。

従来の透明導電性フィルムは、特にこれらに限定されないが、インジウムスズ酸化物(ITO)などの金属酸化物から構成されており、これは、比較的良好な導電性と共に光学的透明度を提供している。しかしながら、AgおよびCuなどの金属と比較するとITOベースのフィルムは比較的低い導電性を有し、従って、不可避的に、これらは、上記応用分野のいくつかにおいて制限された電気的性能しか提供できない。加えて、ITOベースのフィルムは比較的脆弱性質を有し、従って、劣った耐摩耗性を有する。さらに、近年におけるディスプレイ産業の急速な成長および拡大で、ITOの主要構成成分の1つであるインジウムの価格が急速に上昇してきており、これにより、インジウムの供給が制限されてきている。従って、ITOのみから構成される透明導電性フィルムは、上記応用分野のいくつかにおいて物理的および経済的な制限を被り得る。

この点において、カーボンナノチューブ(CNT)は、近年、光学的透明度および導電性などのこれらの特性により透明導電性フィルム用の新規な材料として大きな注目を集めている。CNTが透明基板上に堆積されるとき、円柱状のCNTはCNTネットワークを基板上に形成し、これが基板の良好な導電性を許容する。さらに、CNTが堆積された基板は、これらの長さ対直径比特性により高い透明度をなお維持することが可能である。

概要

透明導電性フィルムを提供する。カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体から構成される透明導電性フィルム、および透明導電性フィルムを製造する方法が提供されている。

目的

本開示は、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体を含み得る透明導電性フィルムを提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

請求項2

カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体が、カーボンナノチューブネットワーク層と、カーボンナノチューブネットワーク層上に配置されたインジウムスズ酸化物層とを含む、請求項1に記載の透明導電性フィルム。

請求項3

カーボンナノチューブネットワーク層が、金属性単層カーボンナノチューブネットワーク層を含む、請求項2に記載の透明導電性フィルム。

請求項4

カーボンナノチューブネットワーク層が、金属性多層カーボンナノチューブネットワーク層を含む、請求項2に記載の透明導電性フィルム。

請求項5

透明基板を提供する工程、金属タイプカーボンナノチューブ溶液を透明基板上に配置する工程、金属性カーボンナノチューブネットワーク層を金属性カーボンナノチューブ溶液から形成する工程、およびインジウムスズ酸化物層を金属性カーボンナノチューブネットワーク層上全体に配置する工程を含むカーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体から構成される透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項6

金属性カーボンナノチューブネットワーク層を形成する工程が、レーザアブレーション炭素アークまたは化学蒸着CVD)の少なくとも1つを利用する工程を含む、請求項5に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項7

金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程が、カーボンナノチューブ粉末溶剤中に分散させてカーボンナノチューブ溶液を形成する工程と、金属性カーボンナノチューブ溶液をカーボンナノチューブ溶液から単離する工程とを含む、請求項5に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項8

金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程が、金属性単層カーボンナノチューブ溶液を配置する工程を含む、請求項5に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項9

金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程が、金属性多層カーボンナノチューブ溶液を配置する工程を含む、請求項5に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項10

カーボンナノチューブ溶液を単離する工程が、構造選択性界面活性剤を用いる密度勾配超遠心分離技術を利用する工程を含む、請求項7に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項11

金属性カーボンナノチューブ溶液を透明基板上に配置する工程が、スプレーコーティングまたはディップコーティング技術の少なくとも1つを配置する工程を含む、請求項5に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項12

インジウムスズ酸化物層を配置する工程が、スパッタリングまたは化学蒸着技術の少なくとも一つを利用する工程を含む、請求項5に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項13

金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程と、インジウムスズ酸化物層を金属性カーボンナノチューブ層の上に配置する工程とを、交互に1回以上反復する工程をさらに含む、請求項5に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項14

透明導電性フィルムをアニールする工程をさらに含む、請求項5に記載の透明導電性フィルムを製造する方法。

請求項15

透明基板、透明基板上に配置された第1の透明導電性フィルム、第1の透明導電性フィルムと反対側に配置された第2の透明導電性フィルム、および第1の透明導電性フィルムと第2の透明導電性フィルムとの間に設けられたエアギャップ層を含み、第1および第2の透明導電性フィルムが、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体を含む複合体フィルムであるタッチスクリーン

請求項16

複数のドットスペーサがエアギャップ層に配置されて、第1の透明導電性フィルムと第2の透明導電性フィルムとの間の空間が維持される、請求項15に記載のタッチスクリーン。

技術分野

0001

本開示は、主に、透明導電性フィルムに関する。

背景技術

0002

光学的に透明で、導電性のフィルムが、特にこれらに限定されないが、タッチスクリーン、LCD、PDP、OLEDおよびFEDなどのフラットパネルディスプレイ、透明EMI保護フィルム、透明加熱フィルムガスセンサー太陽電池および光ファイバー通信用の平面アンテナを含むいくつかの応用分野において有用であり得る。本明細書では、材料の層または異なる材料の数々の層の配列が、層を介して可視波長域内(すなわち、400〜800nmの領域)の周辺光の少なくとも50%の透過を許容する場合、これらの層は、光学的に「透明」であるか、または「透明度」を有すると言われ得る。

0003

従来の透明導電性フィルムは、特にこれらに限定されないが、インジウムスズ酸化物(ITO)などの金属酸化物から構成されており、これは、比較的良好な導電性と共に光学的透明度を提供している。しかしながら、AgおよびCuなどの金属と比較するとITOベースのフィルムは比較的低い導電性を有し、従って、不可避的に、これらは、上記応用分野のいくつかにおいて制限された電気的性能しか提供できない。加えて、ITOベースのフィルムは比較的脆弱性質を有し、従って、劣った耐摩耗性を有する。さらに、近年におけるディスプレイ産業の急速な成長および拡大で、ITOの主要構成成分の1つであるインジウムの価格が急速に上昇してきており、これにより、インジウムの供給が制限されてきている。従って、ITOのみから構成される透明導電性フィルムは、上記応用分野のいくつかにおいて物理的および経済的な制限を被り得る。

0004

この点において、カーボンナノチューブ(CNT)は、近年、光学的透明度および導電性などのこれらの特性により透明導電性フィルム用の新規な材料として大きな注目を集めている。CNTが透明基板上に堆積されるとき、円柱状のCNTはCNTネットワークを基板上に形成し、これが基板の良好な導電性を許容する。さらに、CNTが堆積された基板は、これらの長さ対直径比特性により高い透明度をなお維持することが可能である。

発明が解決しようとする課題

0005

しかしながら、個別のCNTは金属に匹敵する卓越した導電性を有するものの、CNTネットワークは、通常、ネットワークにおける個別のCNT間の空隙により比較的低い導電性を有する。従って、CNTネットワークを含む透明導電性フィルムは、個別のCNTの高い導電率に等しい十分なシート導電率を達成することができていない。

課題を解決するための手段

0006

概要
透明導電性フィルム、透明導電性フィルムを製造する方法および透明導電性フィルムの種々の用途が提供されている。一実施形態において、透明導電性フィルムは、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体を含む。

0007

本概要は、後述される詳細な説明においてさらに説明されている一連概念を簡素化された形態で導入するために提供されている。本概要は、特許請求の範囲に記載されている対象の重要な特性または必須の特性を特定することは意図せず、また、特許請求の範囲に記載されている対象の範囲を限定するために用いられることも意図していない。

図面の簡単な説明

0008

透明導電性フィルムの例示的な実施形態の概略図である。
透明導電性フィルムを製造する方法の例示的な実施形態のフローチャートである。
透明導電性フィルムを用いるタッチスクリーンの例示的な実施形態の概略図である。

実施例

0009

詳細な説明
以下の詳細な説明においては、その一部を構成する添付の図面が参照される。この図面において、同様の記号は、典型的には、文脈がそうでないと示さない限りにおいて同様の構成要素を示す。詳細な説明、図面および特許請求の範囲に記載の例示的な実施形態は、限定的であることは意味しない。ここに提示される対象の思想または範囲から逸脱しない限りにおいて、他の実施形態が利用され得、ならびに他の変更がなされ得る。全体が本明細書に記載されていると共に図面に例示されている本開示の態様は、広く多様に異なる構成でアレンジされ、置き換えられ、組み合わされおよび設計される得、そのすべては明示的に予期されると共に本開示の一部を構成することが容易に理解されるであろう。

0010

本開示は、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体を含み得る透明導電性フィルムを提供する。

0011

一実施形態においては、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体は、カーボンナノチューブネットワーク層と、カーボンナノチューブネットワーク層上に配置されたインジウムスズ酸化物層とを含み得る。

0012

他の実施形態において、カーボンナノチューブネットワーク層は、金属性単層カーボンナノチューブネットワーク層を含み得る。

0013

さらに他の実施形態において、カーボンナノチューブネットワーク層は、金属性多層カーボンナノチューブネットワーク層を含み得る。

0014

本開示はまた、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体から構成される透明導電性フィルムを製造する方法を提供する。この方法は、透明基板を提供する工程、金属タイプカーボンナノチューブ溶液を透明基板上に配置する工程、金属性カーボンナノチューブネットワーク層を金属性カーボンナノチューブ溶液から形成する工程、およびインジウムスズ酸化物層を金属性カーボンナノチューブネットワーク層上全体に配置する工程を含み得る。

0015

一実施形態においては、金属性カーボンナノチューブネットワーク層を形成する工程は、レーザアブレーション炭素アークまたは化学蒸着CVD)の少なくとも1つを利用する工程を含み得る。

0016

他の実施形態において、金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程は、カーボンナノチューブ粉末溶剤中に分散してカーボンナノチューブ溶液を形成する工程と、金属性カーボンナノチューブ溶液をカーボンナノチューブ溶液から単離する工程を含み得る。

0017

さらに他の実施形態において、金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程は、金属性単層カーボンナノチューブ溶液を配置する工程を含み得る。

0018

さらに他の実施形態において、金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程は、金属性多層カーボンナノチューブの溶液を配置する工程を含み得る。

0019

さらに他の実施形態において、カーボンナノチューブ溶液を単離する工程は、構造選択性界面活性剤(structure discriminating surfactant)を用いる密度勾配超遠心分離技術を利用する工程を含み得る。

0020

さらに他の実施形態において、金属性カーボンナノチューブ溶液を透明基板上に配置する工程は、スプレーコーティングまたはディップコーティング技術の少なくとも1つを配置する工程を含み得る。

0021

さらに他の実施形態において、インジウムスズ酸化物層を配置する工程は、スパッタリングまたは化学蒸着技術の少なくとも1つを利用する工程を含み得る。

0022

さらに他の実施形態において、この方法は、金属性カーボンナノチューブ溶液を配置する工程と、インジウムスズ酸化物層を金属性カーボンナノチューブ層の上に配置する工程とを交互に1回以上反復する工程をさらに含み得る。

0023

さらに他の実施形態において、この方法は、透明導電性フィルムをアニールする工程をさらに含み得る。

0024

本開示はまた、透明基板、透明基板上に配置された第1の透明導電性フィルム、第1の透明導電性フィルムと反対側に配置された第2の透明導電性フィルム、および第1の透明導電性フィルムと第2の透明導電性フィルムとの間に設けられたエアギャップ層を含み得るタッチスクリーンを提供する。第1および第2の透明導電性フィルムは、カーボンナノチューブネットワークとインジウムスズ酸化物との複合体を含む複合体フィルムである。

0025

一実施形態においては、複数のドットスペーサがエアギャップ層に配置されて、第1の透明導電性フィルムと第2の透明導電性フィルムとの間の空間が維持され得る。

0026

図1は、透明導電性フィルム100の例示的な実施形態の概略図である。示されているとおり、透明導電性フィルム100は、基板102上のカーボンナノチューブネットワーク層104と、カーボンナノチューブ層上に配置されたインジウムスズ酸化物(ITO)層106を含んで構成されている。

0027

基板102は、特にこれらに限定されないが、PET、ガラスプラスチックセラミック等などの光学的に透明な基板であり得る。特に、プラスチックフィルムなどの可撓性の基板が用いられる場合、得られる導電性フィルムもまた良好な可撓性を有することが可能である。

0028

CNTネットワーク層104は基板102上に配置される。一実施形態において、CNTネットワーク層104は、CNT溶液を基板102上に塗布することにより形成され得る。例えば、CNTネットワーク層104は、特にこれらに限定されないが、スプレーコーティングおよびディップコーティング法を含む種々の方法を介して形成され得る。

0029

CNTは、単層カーボンナノチューブ二層カーボンナノチューブ、および多層カーボンナノチューブとして区分されてもよく、従ってこれらの事項に限定されるべきではない。CNTのこれらの形態は、レーザアブレーション、炭素アークおよび化学蒸着(CVD)などの数々の方法によって合成され得る。これらのうち、単層カーボンナノチューブは良好な機械特性に追加して特に高い導電性を有する。一実施形態においては、CNTネットワーク層104は、比較的優れた導電性を有する単層カーボンナノチューブから構成され得る。あるいは、他の実施形態において、CNTネットワーク層104は、金属タイプの特性を有する多層カーボンナノチューブから構成され得る。

0030

ITO層106は、CNTネットワーク層104上に配置される。一実施形態において、ITO層106は、CNTネットワーク層104の表面の上に、特にこれらに限定されないが、スパッタリング、化学蒸着、およびスプレー熱分解法を含む種々の方法を介して堆積されてもよく、従ってこれらの事項に限定されるべきではない。

0031

図2は、透明導電性フィルムを製造する方法の例示的実施形態のフローチャートである。ブロック202においては、光学的に透明な基板が用意される。図1に関して上述したとおり、この基板は、例えば、PET、ガラス、プラスチック、セラミック等から構成されていてもよい。可撓性のディスプレイパネルのために、従来のガラスではなく、可撓性プラスチックなどの可撓性基板を用いることが所望され得る。

0032

ブロック204においては、金属性CNT溶液が基板上に堆積されるよう調製される。一実施形態においては、カーボンナノチューブ溶液は、先ず、カーボンナノチューブ粉末を適切な溶剤中に分散させることにより調製され得る。この溶剤は、技術分野において公知である数々の多様なものの中から選択され得る。一実施形態においては、カーボンナノチューブは単層CNTであり得る。あるいは、他の実施形態において、すでに金属タイプ特性を有する多層CNTもまた用いられ得る。

0033

合成されたままの単層CNTは、それらの直径およびカイラル角が多様であり得る。それ故、これらの物理的多様性がこれらの電子的および光学的挙動に影響し得る。いくつかの単層CNTは、金属特性を示し得るが、一方でいくつかは半導体タイプ特性を示し得る。従って、カーボンナノチューブ溶液についての単離プロセスが所望される金属性単層CNTを得るために利用され得る。

0034

一実施形態においては、単離プロセスは、1種以上の構造選択性界面活性剤(structure discriminating surfactant)を用いる密度勾配超遠心分離技術を介して実施され得る。このアプローチは、異なる構造の単層CNT間における浮遊密度差異を利用し得る。この技術において、精製は、密度勾配における超遠心分離により誘起され得る。得られる求心力に応じて、対応する浮遊密度に向かって沈降する粒子は、勾配で空間的に分離され得る。

0035

ブロック206においては、調製された金属性CNT溶液が基板上に堆積されてCNTネットワーク層が形成される。一実施形態において、金属性CNT溶液は、CNTネットワーク層が形成されるように、スプレーコーティングまたはディップコーティング技術を介して、基板上に堆積され得る。

0036

次いで、ブロック208において、ITO層が、CNT層の上に堆積され得る。一実施形態において、ITO層は、スパッタリング技術を介して堆積され得る。このような場合において、それぞれ適切な分量のインジウムおよびスズを含む混合物粉末が形成され得、焼結されて、ITO堆積源ターゲットが形成され得る。次いで、ITO層がCNT層上に堆積されるよう、ITO源ターゲットを用いてチャンバ中にスパッタリングが実施され得る。あるいは、化学蒸着(CVD)が、ITO層をCNT層上に蒸着させるよう適応され得る。この場合、ITO層の得られる厚さは、比較的制御可能であり、均一であり得る。

0037

一実施形態においては、ブロック210において、複数のCNT層およびITO層が、互いに交互に堆積されて多層厚膜が形成され得る。さらに、一実施形態においては、CNTおよびITO層の堆積の後、ブロック212において、フィルムは接触抵抗を向上させるためにアニールされ得る。

0038

図3は、透明導電性フィルムを用いるタッチスクリーン300の例示的実施形態の概略図である。示されているとおり、タッチスクリーン300は、基板302と、基板302上に形成された第1の透明導電性フィルム304とを含む。このタッチスクリーン300はまた、第2の透明導電性フィルム306をも含む。第1および第2の透明導電性フィルム304、306は、図1に図示されるとおり、CNTネットワーク層およびITO層を含む複合体フィルムであり得る。第1および第2の透明導電性フィルム304、306は、エアギャップ層308がそれらの間となるよう相互に対向して配置され得る。エアギャップ層308においては、複数のドットスペーサ310が、第1の透明導電性フィルム304と第2の透明導電性フィルム306との間の空間を維持するために配置され得る。ITO材料のみから構成される透明導電性フィルムを有する従来のタッチスクリーンと比すると、タッチスクリーン300は、向上した導電性ならびに向上した機械的安定性を有し得る。

0039

上記から、本開示の種々の実施形態が本明細書において例示の目的のために記載されていると共に、本開示の範囲および思想から逸脱しない限りにおいて種々の改良をなし得ることが認識されるであろう。従って、本明細書において開示されている種々の実施形態は、以下の特許請求の範囲によって示されている真の範囲および思想を制限することは意図していない。

0040

100透明導電性フィルム
102基板
104カーボンナノチューブネットワーク層
106ITO層
202ブロック
204 ブロック
206 ブロック
208 ブロック
210 ブロック
212 ブロック
300タッチスクリーン
302 基板
304 第1の透明導電性フィルム
306 第2の透明導電性フィルム
308エアギャップ層
310 ドットスペーサ

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