KR20160130017A - 투명전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 투명전극 - Google Patents
투명전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 투명전극 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 투명전극의 제조방법 및 이에 의해 제조된 투명전극에 관한 것으로, 상기 투명전극의 제조방법은 기재를 준비하는 기재 준비단계; (1) 상기 기재를 표면 처리하거나, (2) 상기 기재에 유기용매를 코팅하여 유기용매 레이어를 형성시키는 기재 처리단계; 상기 기재 상에 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬를 코팅하는 금속 코팅단계; 상기 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 상에 고분자, 산화물 및 질화물 중 적어도 하나를 포함한 물질을 코팅하여 제1전극층을 형성하는 제1전극층 형성단계; 및 상기 기재를 제거하는 기재 제거단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의하면, 표면 거칠기가 개선된 투명전극을 제공하여 디스플레이 소자 또는 플렉서블 소자에 유용하게 적용할 수 있다.
본 발명에 의하면, 표면 거칠기가 개선된 투명전극을 제공하여 디스플레이 소자 또는 플렉서블 소자에 유용하게 적용할 수 있다.
Description
본 발명은 투명전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 투명전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 낮은 표면 거칠기와 우수한 전기적, 광학적 특성을 가지는 투명전극의 제조방법 및 이로부터 제조된 투명전극에 관한 것이다.
투명전극은 낮은 비저항과 면저항을 가져 전도성이 우수하고 380 내지 780nm의 가시광선 영역에서 투과율이 높은 박막으로, 디스플레이, 터치스크린, 태양전지 및 광전자 소자들의 전자분야에 광범위하게 사용되는 기술이다.
투명전극의 소재로는 인듐 주석 산화물(ITO) 필름이 주로 사용되고 있다. 하지만 무기물인 ITO은 휨에 약하여 플렉서블 소자 적용에 한계가 있고 인듐 자체가 희소 금속으로 가격 상승과 자원 고갈의 우려도 있다.
투명전극 소재로는 ITO 이외에도 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등도 개발되어 사용되고 있으나 ITO에 비하여 상대적으로 높은 저항값으로 인하여 높은 저항값을 필요로 하는 터치 패널이나 저급의 투명전극재로 일부 사용되고 있다.
이처럼 수요가 급속도로 늘어가는 투명전극 소재로 플렉서블, 원가 절감 및 투명도 대비 전도도 개선 등을 위해 차세대 소재로 탄소나노튜브, 그래핀 및 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 등의 개발이 활발히 진행되고 있다.
이 중 금속 나노와이어는 투명전극에 적용시 면저항은 20Ω/sq 이하를 가지며 투과도는 가시광선 영역의 경우 평균 75% 이상 나오는 것으로 보고되어 미래의 투명전극 소재로 주목받고 있다.
그러나 금속 나노와이어를 이용하여 투명전극을 제조하는 경우 금속 나노와이어 접합면의 표면 거칠기가 커서 투명전극의 특성이 떨어지는 문제가 있었다.
이를 해결하고자 모재 기판과 희생층을 이용하여 금속 나노와이어가 형성된 투명전 극에 유연 기판을 형성하고, 희생층을 제거하는 방식으로 투명 전극을 제조하는 방식이 사용되었다. 그러나, 희생층은 기판 선택에 제한을 주고, 희생층 제거하기 위하여 수행되는 에칭 공정에 의해 전극이 손상될 수 있을 뿐만 아니라 공정이 늘어나 공정 단가가 상승되어 비경제적이라는 문제가 있다.
이에, 광학적 특성과 전기적 특성이 우수하면서도 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 투명전극의 표면 거칠기를 낮출 수 있는 투명전극의 제조방법에 대한 연구가 필요하다.
따라서, 본 발명은 표면 거칠기가 낮은 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 투명전극의 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
또한, 광학적 특성 및 전기적 특성이 우수한 투명전극을 제조할 수 있는 투명전극의 제조방법을 제공함에 목적이 있다.
상기 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극의 제조방법은 기재를 준비하는 기재 준비단계; (1) 상기 기재를 표면 처리하거나, (2) 상기 기재에 유기용매를 코팅하여 유기용매 레이어를 형성시키는 기재 처리단계; 상기 기재 상에 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬를 코팅하는 금속 코팅단계; 상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬 상에 고분자, 산화물 또는 금속 중 적어도 하나를 포함한 물질을 코팅하여 제1전극층을 형성하는 제1전극층 형성단계; 및 상기 기재를 제거하는 기재 제거단계를 포함할 수 있다.
상기 기재 처리단계에서, 상기 기재의 표면은 탄소 계열 가스를 이용하여 표면 처리함으로써 소수성 처리될 수 있다.
상기 탄소 계열 가스는 CHF3, C2F6, C3F8, C4F8 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 기재 처리단계에서, 상기 유기용매는 펜탄, 사이클로펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 1,4-디옥산, 클로로폼, 디에틸에테르, 디클로로메탄(DMC), 테트라히드로퓨란(THF), 에틸아세테이트, 아세톤, 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴(MeCN), 디메틸술폭사이드(DMSO), 니트로메탄, 프로필렌카보네이트, 포름산, n-부탄올, 이소프로판올(IPA), n-프로판올, 에탄올, 메탄올, 아세트산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬의 금속은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 티타늄(Ti), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함할 수 있다.
상기 제1전극층 형성단계에서, 상기 고분자는 폴리이미드, 폴리디메틸실로세인, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, UV 경화 수지, 열 경화 수지 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 UV 경화 수지는 에폭시아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계, 폴리부타디엔아크릴레이트계, 실리콘아크릴레이트계 수지, 알킬아크릴레이트계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 열 경화 수지는 에폭시아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계, 폴리부타디엔아크릴레이트계, 실리콘아크릴레이트계 수지, 알킬아크릴레이트계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 제1전극층 형성단계에서, 상기 산화물은 산화실리콘, 산화알루미늄, 산화하프늄 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 제1전극층 형성단계에서, 상기 질화물은 질화실리콘, 질화알루미늄, 질화하프늄 및 이들의 조합으로부터 선택될 수 있다.
상기 기재 제거단계는 물 또는 유기용매에 담지함으로써 상기 기재가 박리되어 제거될 수 있다.
상기 유기용매는 펜탄, 사이클로펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 1,4-디옥산, 클로로폼, 디에틸에테르, 디클로로메탄(DMC), 테트라히드로퓨란(THF), 에틸아세테이트, 아세톤, 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴(MeCN), 디메틸술폭사이드(DMSO), 니트로메탄, 프로필렌카보네이트, 포름산, n-부탄올, 이소프로판올(IPA), n-프로판올, 에탄올, 메탄올, 아세트산 및 이들의 조합에서 선택될 수 있다.
상기 투명전극은 상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬의 일부가 외부로 노출된 것일 수 있다.
상기 투명전극은 상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬 표면적의 20 내지 99%가 제1전극층에 매립되고, 표면적의 1 내지 80%가 외부로 노출된 것일 수 있다.
상기 투명전극의 표면 거칠기가 1 내지 40nm일 수 있다.
상기 금속 코팅단계 전에, 상기 기재 상에 전도성 물질을 코팅하여 제2전극층을 형성하는 제2전극층 형성단계를 더 포함할 수 있다.
상기 전도성 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 전도성 고분자 또는 전도성 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 투명전극은 상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬 표면적의 20 내지 99%가 제1전극층에 매립되고, 표면적의 1 내지 80%가 상기 제2전극층에 접촉될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 투명전극은 상술한 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에 의한 투명전극은 광학적, 전기적 특성을 우수하게 유지하면서도 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬가 투명 기판의 상부에 매립되는 형태를 이루도록 함으로써 낮은 표면 거칠기를 가지는 투명전극을 구현할 수 있다.
이에 따라 투명전극이 낮은 표면 거칠기를 가져 표면 접합력을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 의해 제조된 투명전극은 디스플레이 소자 또는 플렉서블 소자에 유용하게 적용할 수 있다.
본 발명의 효과들은 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 효과들은 청구범위의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극을 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 투명전극을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명전극을 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 따라 제조된 투명전극을 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 투명전극에 대하여 벤팅 테스트한 결과 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 투명전극을 바닥전극으로 하여 OLED 소자를 제조하였을 때 작동되는 것을 보여주는 사진이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 투명전극을 나타낸 모식도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 투명전극을 제조하는 방법을 순차적으로 나타낸 순서도이다.
도 4는 본 발명의 따라 제조된 투명전극을 투과전자현미경(transmission electron microscope, TEM)으로 촬영한 이미지이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 투명전극에 대하여 벤팅 테스트한 결과 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 투명전극을 바닥전극으로 하여 OLED 소자를 제조하였을 때 작동되는 것을 보여주는 사진이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하고, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
이하, 본 발명의 투명전극의 제조방법에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극의 제조방법은 도 1을 참조하여 설명한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극의 제조방법은 기재 준비단계(S11), 기재 처리단계(S12), 금속 코팅단계(S13), 제1기판 형성단계(S14) 및 기재 제거단계(S15)를 포함하여 제조될 수 있다.
기재 준비단계(S11)는 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬를 코팅하기 위한 구성인 기재를 준비하는 단계이다.
상기 기재는 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬를 높은 평탄도로 코팅하기 위하여 도입된 구성으로, 추후 기재 제거단계(S15)에서 제거되는 구성이다.
상기 기재의 종류는, 해당 기술 분야에서 사용할 수 있는 유리 기판 또는 플라스틱 기판을 제한없이 사용할 수 있다.
상기 플라스틱 기판의 구체적인 예로, 폴리아크릴레이트, 폴리에테르-이미드, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리에테르 케톤, 폴리비닐알코올, 폴리염화비닐, 셀룰로오스 에스테르, 폴리이미드, 폴리카보네이트(PC), 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리올레핀, 폴리술폰, 폴리에테르 술폰 등으로 이루어진 플라스틱 기판을 사용할 수 있다.
기재 처리단계(S12)는 기재 준비단계(S11)에서 준비된 기재를 (1)표면 처리하거나 또는 (2) 기재에 유기용매 레이어를 형성시키는 단계이다.
상기 기재를 표면 처리되거나 기재에 유기용매 레이어를 형성시킴으로써, 계면 특성을 이용하여 소수성을 가지는 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬나, 전도성 물질로부터 기재를 용이하게 제거할 수 있다.
상기 기재의 표면 처리는 탄소 계열 가스를 이용하여 표면 처리를 통하여 수행될 수 있다. 상기 탄소 계열 가스는 CHF3, C2F6, C3F8, C4F8 등을 사용할 수 있다.
상기 유기용매 레이어는 기재에 유기용매를 코팅함으로써 형성될 수 있으며, 스핀 코팅 등 통상의 방법에 의해 코팅될 수 있다. 상기 유기용매 레이어는 모노 레이어(mono layer)로 0.5 내지 10nm의 두께를 가질 수 있다.
상기 유기용매는 구체적인 예로, 펜탄, 사이클로펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 1,4-디옥산, 클로로폼, 디에틸에테르, 디클로로메탄(DMC), 테트라히드로퓨란(THF), 에틸아세테이트, 아세톤, 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴(MeCN), 디메틸술폭사이드(DMSO), 니트로메탄, 프로필렌카보네이트, 포름산, n-부탄올, 이소프로판올(IPA), n-프로판올, 에탄올, 메탄올 또는 아세트산을 사용할 수 있으며, 경우에 따라 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
금속 코팅단계(S13)는 기재 상에 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬를 코팅하는 단계이다.
상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬의 금속은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In) 또는 티타늄(Ti)일 수 있으며, 바람직하게는 은(Ag)을 사용할 수 있다. 상기 금속의 종류는 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬는 용매와 혼합하여 금속 용액을 형성하여 스프레이 방식, 잉크젯 방식 등의 통상의 방법으로 코팅될 수 있다.
제1전극층 형성단계(S14)는 상기 금속 코팅단계(S13)에서 코팅된 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬 상에 고분자, 산화물 및 질화물 중 적어도 하나를 포함한 물질을 코팅하는 단계이다.
상기 고분자는 폴리이미드, 폴리디메틸실로세인, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, UV 경화 수지 또는 열 경화 수지 일 수 있으며, 경우에 따라 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 상기 UV 경화 수지는 에폭시아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계, 폴리부타디엔아크릴레이트계, 실리콘아크릴레이트계 수지, 알킬아크릴레이트계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 열 경화 수지는 에폭시아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계, 폴리부타디엔아크릴레이트계, 실리콘아크릴레이트계 수지, 알킬아크릴레이트계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
상기 산화물은 산화실리콘, 산화알루미늄 또는 산화하프늄일 수 있으며, 경우에 따라 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 질화물은 질화실리콘, 질화알루미늄, 질화하프늄일 수 있으며, 경우에따라 2종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다.
기재 제거단계(S15)는 상기 제1전극층 형성단계(S14) 후 기재를 제거하는 단계이다.
기재를 제거하는 방법은 해당 기술분야에서 사용되는 방법을 제한없이 사용할 수 있으며, 구체적으로 물 또는 유기용매에 담지하여 기재를 박리시킬 수 있다. 상기 기재의 표면과 물 또는 유기용매의 계면 성질을 이용함으로써간단한 방법에 의해 기재를 박리시켜 표면 거칠기가 작은 투명전극을 제조할 수 있다.
여기서, 사용되는 유기용매의 종류는 제한이 없으나, 구체적으로 펜탄, 사이클로펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 1,4-디옥산, 클로로폼, 디에틸에테르, 디클로로메탄(DMC), 테트라히드로퓨란(THF), 에틸아세테이트, 아세톤, 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴(MeCN), 디메틸술폭사이드(DMSO), 니트로메탄, 프로필렌카보네이트, 포름산, n-부탄올, 이소프로판올(IPA), n-프로판올, 에탄올, 메탄올 또는 아세트산을 사용할 수 있다. 상기 유기용매는 기재의 표면 처리 방식에 따라 선택하여 사용할 수 있다.
상기 방법에 의해 제조된 투명전극은 도 2에 도시하였다.
상기 투명전극은 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬(20)가 고분자, 산화물 및 금속 중 적어도 하나를 포함한 물질(10)로 이루어진 층(제1전극층)(30)에 매립되어 있고, 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬의 일부가 외부로 노출된 형태이다.
복수의 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬가 매립되어 있는 경우 모든 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 전체에 대한 표면적의 20 내지 99%가 제1전극층에 매립되고, 표면적의 1 내지 80%가 외부로 노출될 수 있다.
금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 표면적의 노출 범위가 상기 범위인 경우에 낮은 표면 거칠기를 구현할 수 있다. 구체적으로, 상기 투명전극의 표면 거칠기는 1 내지 40nm일 수 있으며, 바람직하게는 1 내지 30nm일 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 투명전극의 제조방법을 순차적으로 도시한 순서도이다.
본 발명의 다른 실시예에 의한 투명전극은 기재 준비단계(S21), 기재 처리단계(S22), 제2전극층 형성단계(S23), 금속 코팅단계(S24), 제1전극층 형성단계(S25) 및 기재 제거단계(S26)를 포함하여 제조될 수 있다.
여기서, '제1전극층' 및 '제2전극층'에서, '제1' 및 '제2'는 전극층을 구별하기 위하여 기재한 용어일 뿐, 권리범위에 영향을 미치는 것은 아니다.
기재 준비단계(S21) 및 기재 처리단계(S22)는 기재를 준비하여 기재를 표면처리하거나, 유기용매를 코팅하여 유기용매 레이어를 형성시키는 단계로, 구체적인 내용은 상술한 바와 동일하게 적용될 수 있다.
제2전극층 형성단계(S23)는 표면 처리 또는 유기용매 레이어가 형성된 기재 상에 전도성 물질을 코팅하여 제2전극층을 형성하는 단계이다.
본 발명에서 제2전극층을 도입함으로써 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 사이의 공극을 채울 수 있으며, 인젝션 커런트(injection current)를 증가시켜 적용 소자의 발광 효율 및 발광 면적을 향상시킬 수 있다.
상기 제2전극층 형성단계(S23)에서, 상기 전도성 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 전도성 고분자 또는 전도성 산화물일 수 있으며, 바람직하게는 그래핀을 사용할 수 있다.
상기 그래핀은 육방정계 격자 구조의 탄소 원자로 이루어진 단층 구조물질로, 고온에서 탄소를 가스화하여 금속표면에 증착시키는 방법으로 생산되는 CVD 그래핀 또는 흑연 결정으로부터 그래핀을 박리하는 방법으로 생산되는 그래핀 플레이크(graphene flake)를 제한없이 사용할 수 있다.
상기 전도성 고분자는 PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 또는 PEDOT:PSS(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):polystyrene sulfonate)일 수 있다.
상기 전도성 산화물은 ITO(indium tin oxide), 산화주석(SnO2), 산화아연(ZnO) 등일 수 있다.
금속 코팅단계(S24)는 상기 제2전극층 형성단계(S23)에서 형성된 제2전극층 상에 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬를 코팅하는 단계이다.
제1전극층 형성단계(S25)는 상기 금속 코팅단계(S24)에서 코팅된 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 상에 고분자, 산화물 및 질화물 중 적어도 하나를 포함한 물질을 코팅하여 투명 전극층을 형성하는 단계이다.
기재 제거단계(S26)는 기재를 제거하는 단계로, 상술한 방법에 의해 제거될 수 있다.
상기 방법에 의해 제조된 투명전극은, 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬가 제2전극층에 접촉될 수 있으며, 바람직하게는 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 표면적의 20 내지 99%가 제1전극층에 매립되고, 표면적의 1 내지 80%가 상기 제2전극층에 접촉될 수 있다.
금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬 표면적의 제2전극층에 대한 접촉 범위가 상기 범위인 경우에 낮은 표면 거칠기를 구현할 수 있다.
본 발명에서는, 기재 혹은 기재 상에 형성된 제2전극층 위에 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬를 코팅하고 이후에 기재를 제거하는 공정을 거침으로써, 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬가 제1전극층 상부에 밀도있게 매립되면서 표면 거칠기가 현저히 낮은 투명전극을 구현할 수 있다.
도 4에서, 도 4(a)는 은(Ag) 나노와이어를 이용하여 제조한 투명전극에 대하여 은 나노와이어가 매립되어 있는 방향으로 투과전자 현미경 촬영한 이미지로, 은 나노와이어가 투명 기판의 표면 쪽으로 균일하게 분포된 것을 볼 수 있다.
또한, 도 4(b)는 은 나노와이어와 그래핀 플레이크를 이용하여 제조한 하이브리드 투명전극에 대하여 은 나노와이어가 매립되어 있는 방향으로 투과전자 현미경 촬영한 이미지로, 그래핀 플레이크가 투명 기판의 표면 쪽으로 균일하게 분포된 것을 확인할 수 있다.
도 5는 제조된 투명전극에 대하여 벤딩 테스트한 것으로, 도 6(a)는 제조된투명전극을 구부렸을 경우 구부린 면을 중심으로 반경(radius)을 측정하여 계산한 것이고, 도 5(b)는 도 5(a)의 벤딩 반경에서의 벤딩 횟수에 따라 저항 변화율 전후를 비교한 것이다.
도 5(a)에 의하면, 벤딩 반경 변화에 따라 저항이 증가할수록 R/R0의 값이 거의 1.0으로 유지되며, 도 5(b)에 의하면, 벤딩 횟수가 증가하더라도 저항 변화율이 거의 일정하게 유지되어 유연성이 우수하여 고품질의 투명전극을 제조되었음을 알 수 있다.
도 6은 본 발명의 의한 투명전극을 바닥전극으로 하여 OLED 소자를 제조하였을 때 작동되는 것을 보여주는 사진이다. 이를 통하여 본발명에 의한 투명전극은 OLED 소자로서 용이하게 사용할 수 있음을 알 수 있다.
본 발명의 권리범위는 상술한 실시예에 한정되는 것이 아니라 첨부된 특허청구범위 내에서 다양한 형태의 실시예로 구현될 수 있다. 특허청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가지는 자라면 누구든지 변형 가능한 다양한 범위까지 본 발명의 청구범위 기재의 범위 내에 있는 것으로 본다.
10: 고분자, 산화물 또는 질화물 중 적어도 하나를 포함한 물질
20: 금속 나노와이어
30: 제1전도층
20: 금속 나노와이어
30: 제1전도층
Claims (18)
- 기재를 준비하는 기재 준비단계;
(1) 상기 기재를 표면 처리하거나, (2) 상기 기재에 유기용매를 코팅하여 유기용매 레이어를 형성시키는 기재 처리단계;
상기 기재 상에 금속 나노와이어 또는 금속 나노 메쉬를 코팅하는 금속 코팅단계;
상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬 상에 고분자, 산화물 또는 질화물 중 적어도 하나를 포함한 물질을 코팅하여 제1전극층을 형성하는 제1전극층 형성단계; 및
상기 기재를 제거하는 기재 제거단계를 포함하는 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기재 처리단계에서, 상기 기재의 표면은 탄소 계열 가스를 이용하여 표면 처리함으로써 소수성 처리되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제2항에 있어서,
상기 탄소 계열 가스는 CHF3, C2F6, C3F8, C4F8 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기재 처리단계에서, 상기 유기용매는 펜탄, 사이클로펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 1,4-디옥산, 클로로폼, 디에틸에테르, 디클로로메탄(DMC), 테트라히드로퓨란(THF), 에틸아세테이트, 아세톤, 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴(MeCN), 디메틸술폭사이드(DMSO), 니트로메탄, 프로필렌카보네이트, 포름산, n-부탄올, 이소프로판올(IPA), n-프로판올, 에탄올, 메탄올, 아세트산 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬의 금속은 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 주석(Sn), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 알루미늄(Al), 아연(Zn), 구리(Cu), 인듐(In), 티타늄(Ti), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 금속을 포함하는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1전극층 형성단계에서, 상기 고분자는 폴리이미드, 폴리디메틸실로세인, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리에테르술폰, UV 경화 수지, 열 경화 수지 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 UV 경화 수지는 에폭시아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계, 폴리부타디엔아크릴레이트계, 실리콘아크릴레이트계 수지, 알킬아크릴레이트계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 열 경화 수지는 에폭시아크릴레이트계 수지, 폴리에스테르아크릴레이트계, 우레탄아크릴레이트계, 폴리부타디엔아크릴레이트계, 실리콘아크릴레이트계 수지, 알킬아크릴레이트계 수지 및 이들의 조합으로 이루어진 군에서 선택되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1전극층 형성단계에서, 상기 산화물은 산화실리콘, 산화알루미늄, 산화하프늄 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 제1전극층 형성단계에서, 상기 질화물은 질화실리콘, 질화알루미늄, 질화하프늄 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 기재 제거단계는 물 또는 유기용매에 담지함으로써 상기 기재가 박리되어 제거되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제10항에 있어서,
상기 유기용매는 펜탄, 사이클로펜탄, 헥산, 사이클로헥산, 벤젠, 톨루엔, 1,4-디옥산, 클로로폼, 디에틸에테르, 디클로로메탄(DMC), 테트라히드로퓨란(THF), 에틸아세테이트, 아세톤, 디메틸포름아마이드(DMF), 아세토니트릴(MeCN), 디메틸술폭사이드(DMSO), 니트로메탄, 프로필렌카보네이트, 포름산, n-부탄올, 이소프로판올(IPA), n-프로판올, 에탄올, 메탄올, 아세트산 및 이들의 조합에서 선택되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 투명전극은 상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬의 일부가 외부로 노출된 것인 투명전극의 제조방법.
- 제12항에 있어서,
상기 투명전극은 상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬 표면적의 20 내지 99%가 제1전극층에 매립되고, 표면적의 1 내지 80%가 외부로 노출된 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 투명전극의 표면 거칠기가 1 내지 40nm인 투명전극의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 금속 코팅단계 전에, 상기 기재 상에 전도성 물질을 코팅하여 제2전극층을 형성하는 제2전극층 형성단계를 더 포함하는 투명전극의 제조방법.
- 제15항에 있어서,
상기 전도성 물질은 그래핀, 탄소나노튜브, 전도성 고분자 또는 전도성 산화물 중 적어도 하나를 포함하는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제15항에 있어서,
상기 투명전극은 상기 금속 나노와이어 또는 상기 금속 나노 메쉬 표면적의 20 내지 99%가 제1전극층에 매립되고, 표면적의 1 내지 80%가 상기 제2전극층에 접촉되는 것인 투명전극의 제조방법.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 투명전극.
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