KR102006697B1 - 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극 및 이의 제조방법 - Google Patents
전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극은 기판, 상기 기판 상에 위치하는 하부산화물층, 상기 하부산화물층 상에 위치하는 금속층 및 상기 금속층 상에 위치하는 상부산화물층을 포함하고, 상기 금속층은 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 대면적 성능 균일성 향상을 위한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
투명전극(Transparent Electrode)은 LCD, OLED 등에 적용되는 디스플레이용 전극과 더불어 저항막 방식 또는 정전유도 방식의 터치스크린에 기본적으로 필요한 구성요소이다. 또한, 투명전극은 유기 태양전지 분야뿐만 아니라 수광소자 및 발광소자 등에도 사용되며, 전기변색(Electrochromic) 글라스인 스마트 윈도우에도 대면적의 투명전극으로 사용되고 있다. 그 외에 전자파차폐 기능이 요구되는 투명필름, 투명필름이 적용된 투명글라스 등과 같이 그 용도가 광범위하게 증가하고 있다.
현재까지 상용화된 투명전극은 광학용 글라스 위에 얇게 코팅한 인듐주석산화물(ITO: Indium Tin Oxide)이 대표적이다. 통상 ITO 투명전극은 스퍼터링, 디지털 프린팅 등의 공정을 통해 유리 기판상에 ITO 분말 입자를 포함한 전극 재료를 박막 형태로 형성함으로써 제조된다. 이러한 ITO 투명전극은 터치스크린 등 대부분의 전기제품에서 투명전극으로서의 성능적인 요구사항을 만족시키는 장점이 있다.
그러나, 투명전극층에 의한 저항 및 전기변색 물질의 자체 저항, 그리고 전기변색 물질층 내로 금속이온의 확산 속도가 느려 전기변색속도가 느리다는 단점이 있어서 고비용의 재료를 사용해야 하는 점과 대면적화에 불리한 문제점이 있다.
따라서, 저비용 및 대면적 전기변색디바이스의 생산을 위해 더욱 효율이 높은 투명전극 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극 구조에 있어서 가장자리보다 중심의 두께를 두껍게하여 균일한 변색속도와 대면적화 성능의 균일성향상을 위한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극을 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제(들)로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제(들)을 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극은 기판, 기판 상에 위치하는 하부산화물층, 상기 하부산화물층 상에 위치하는 금속층 및 상기 금속층 상에 위치하는 상부산화물층을 포함하고, 금속층은 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 금속층은 Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu, 및 Al 에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 하부산화물층 및 상기 상부산화물층은 Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 하부산화물층 및 상기 상부산화물층은 10~1000nm의 두께를 가지고, 금속층은 1~200nm의 두께를 가질 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 금속층의 가장자리는 상기 하부산화물층의 가장자리와 동일선상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 금속층은 제 1 내지 제 n 금속층을 순서대로 포함하며, 하기 수학식 1을 만족할 수 있다.
[수학식 1]
제 n-2 금속층의 상부 면적 > 제 n-1 금속층의 상부 면적 > 제 n 금속층의 상부 면적
(n은 3 이상의 자연수)
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 상기 금속층은 측면이 계단 형태로 형성되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 제 1 내지 제 n 금속층의 두께는 동일한 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극은 다층박막 투명전극 구조 내에 굴절율 정합층(Index matching layer)을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법은 기판을 준비하는 단계, 상기 기판 상에 하부산화물층을 형성하는 단계, 상기 하부산화물층 상에 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 금속층을 형성하는 단계 및 상기 금속층 상에 상부산화물층을 형성하는 단계를 포함한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 상기 금속층 상에 상부산화물층을 형성시키는 단계를 거친 뒤에 추가적으로 50~900℃로 열처리하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 금속층은 가장자리에서 중심으로 갈수록 두꺼워지므로 중심으로 갈수록 저항이 낮아지고 그로 인하여 중앙부분의 전기변색이 더 빠르게 일어날 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 가장자리 부분과 중앙 부분의 변색차이가 줄어듦과 동시에 대면적화시 더 빠른 전기변색 반응속도를 기대할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 사시도이다.
도 2는 도 1의 a-a`를 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 사시도이다.
도 4는 도 3의 b-b`를 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속층의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 두께가 다른 각각의 금속층을 포함하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 굴절율 정합층을 더 포함하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착공정을 이용한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭공정을 이용한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속층 두께 변화에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 투과도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속층 두께 변화에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 전기적 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 도 1의 a-a`를 절단한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 사시도이다.
도 4는 도 3의 b-b`를 절단한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속층의 분해 사시도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 두께가 다른 각각의 금속층을 포함하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 굴절율 정합층을 더 포함하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착공정을 이용한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭공정을 이용한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속층 두께 변화에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 투과도 변화를 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속층 두께 변화에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 전기적 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
본 발명의 이점 및/또는 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 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 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 구성요소를 지칭한다.
투명 전극(Transparent Electrode)은 LCD, OLED 등에 적용되는 디스플레이용 전극과 더불어 저항막 방식 또는 정전유도 방식의 터치스크린에 기본적으로 필요한 구성요소이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 사시도이고, 도 2는 도 1의 a-a`를 절단한 단면도이다.
도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 상기 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극은 기판(100), 하부산화물층(200), 하부산화물층(200) 상에 형성되는 금속층(300) 및 금속층(300) 상에 형성되는 상부산화물층(400)을 포함하고, 금속층(300)은 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 것을 특징으로 한다.
이러한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극은 LCD, OLED 등에 적용되는 디스플레이용 전극과 더불어 저항막 방식 또는 정전유도 방식의 터치스크린에 기본적으로 필요한 구성요소이다. 또한, 투명 전극은 유기태양전지 분야뿐만 아니라 수광소자 및 발광소자 등에도 사용되며, 전기변색(Electrochromic) 글라스인 스마트 윈도우에도 대면적의 투명 전극으로 사용되고 있다. 그 외에 전자파차폐 기능이 요구되는 투명 필름, 투명 필름이 적용된 투명 글라스 등과 같이 그 용도가 광범위하게 증가하고 있다.
본 발명의 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극은 기판(100), 하부산화물층(200), 금속층(300) 및 상부산화물층(400)이 순차적으로 배치되는 구조를 갖는다. 즉, 금속층(300)을 사이에 두고 산화물층이 금속층(300)의 상부와 하부에 각각 배치되어 산화물/금속/산화물의 다층구조로 형성된다.
기판(100)은 유리 또는 플라스틱 소재의 투명 기판인 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 플라스틱 소재는 가시광선에 대한 투과율이 우수하고 물리적 변형에 따른 유연성이 우수한 물질로 이루어지며, 예를 들어 PET(Polyethylene terephthalate), PP(Polypropylene), PE(Polyethylene) 등과 같은 플라스틱 필름층, 아크릴 수지 등으로 이루어진 플라스틱 시트로 이루어질 수 있으며 유리소재는 디스플레이용으로 사용되는 반강화 유리 등으로 이루어질 수 있다. 이는 사용 목적 및 요구에 따라 20 ~ 700㎛ 두께를 가지는 것을 사용할 수 있다. 또한, 이러한 투명 기판(100)은 80% 이상의 가시광선 투과율을 가지는 것이 바람직하다.
하부산화물층(200) 및 상부산화물층(400)은 단일 금속 또는 합금이 산화되어 형성된다. 예를 들어, Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 등에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금이 산화되어 형성한다.
일 예로서, 산화물층은 텅스텐(W) 및 티타늄(Ti)을 함유하는 합금이 산화되어 형성될 수도 있는데, 이때 텅스텐과 티타늄은 합금의 총중량을 기준으로 텅스텐이 45 ~ 55 wt%, 티타늄이 45 ~ 55 wt%로 함유될 수 있다. 즉, 텅스텐과 티타늄만으로 이루어진 합금에 의해 산화물층이 형성될 수 있다.
다음으로, 금속층(300)은 Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu, 및 Al 등에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 하부산화물층(100) 및 상부산화물층(400)은 10~1000nm의 두께를 가지고, 상기 금속층(300)은 1~200nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 한다.
이때, 금속층(300)의 두께는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극(10)의 전기적 특성과 투과도에 영향에 미치는데, 1 ~ 200nm의 두께에서 최적화된다. 특히, 두께가 달라지면 80% 이상 고투과되는 광의 파장 영역대도 달라지므로, 상술한 범위에서 광의 파장을 고려하여 선택적으로 금속층(300)의 두께를 결정할 수 있다. 다만, 금속층(300)의 두께가 반드시 상술할 범위에 한정되어야 하는 것은 아니므로, 소재, 하부산화물층(200) 및 상부산화물층(400) 등에 따라 다양한 두께로 형성할 수도 있다.
또한, 하부산화물층(200) 및 상부산화물층(400)은 기본적으로 금속층(300)에 의한 빛의 반사 및 굴절율을 감소시켜 투과도를 향상시키는 역할을 함과 동시에 쉽게 산화될 수 있는 금속층(300)을 보호하는 역할을 한다. 특히, 각각의 두께는 금속층(300)과 마찬가지로 투과도에 영향을 미치는데, 최적의 투과도를 확보하기 위해서는 10 ~ 1000nm가 적당하다. 다만, 그 두께가 반드시 이에 한정되어야 하는 것은 아니고, 하부산화물층(200), 금속층(300) 및 상부산화물층(400)의 소재 및 두께, 사용조건을 고려하여 다양하게 선택할 수도 있다.
한편, 하부산화물층(200) 및 상부산화물층(400)은 3ev 이상의 밴드갭을 갖는 투명산화물인 것을 특징으로 한다. 하부산화물층(200) 및 상부산화물층(400)은 투명전극재료로서 우선 가시광영역(400nm ~ 700nm)에서 80%정도의 광 투과도를 가지며 ~10^3/옴센티의 높은 전기전도도를 가지는 재료이어야 한다. 광 밴드갭(Optical bandwidth)이 3.5eV 정도이기 때문에 자외선영역은 모두 투과시키고 적외선 영역의 높은 반사율, 적절한 에칭 특성을 가지고 있어야한다.
또한, 금속층(300)은 하부산화물층(200)과 상부산화물층(400)의 계면에서 플라즈몬 현상를 가질 수 있는 것을 특징으로 하는데, 계면 플라즈몬 현상은 금속박막 또는 나노입자 표면에서 일어나는 표면 자유전자들의 집단적인 진동현상이다. 이러한 자유전자들의 집단적인 진동현상에 의하여 빛이 금속입자를 통과해 투명하게 보이고, 그 결과 특정 파장영역에서의 투과도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 투과도는 80% 내지 90%일 수 있다.
본 발명의 금속층(300)은 상술한 바와 같이 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하며, 가장자리에서 중심으로 갈수록 두께가 두꺼워지는 것이 바람직하다. 상기 금속층(300)의 가장자리는 소정의 높이(h1)를 가질 수 있으며, 상기 금속층(300)의 중심은 금속층(300)의 가장자리 높이(h1)보다 높으면서, 상기 상부산화물층(400)의 높이(h3)보다 작은 소정의 높이(h2)를 가질 수 있다. 다시 말해, 상기 금속층(300)은 가장자리가 소정의 높이(h1)를 가지는 사각뿔형상인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며 원뿔형상, 삼각뿔형상, 또는 기타 다각뿔형상을 가지는 것도 가능하다.
구체적으로, 산화물/금속/산화물 구조의 투명전극은 전기적 특성이 중간 금속층(300)의 두께에 직접적인 영향을 받는데 본 발명의 실시예에 따른 구조를 갖는경우 중심부분은 가장자리보다 상대적으로 저항이 낮은 우수한 전기적 특성을 갖게 되고, 이는 전기변색의 변색되는 정도와 속도를 향상시키는 결과를 가지고 올 수 있다.
또한, 본 발명의 상기 금속층(300)의 가장자리는 상기 하부산화물층(200)의 가장자리와 동일선상에 위치하는 것을 특징으로 한다.
구체적으로, 상기 금속층(300)의 가장 하부의 면적과 하부산화물층(200)의 상부 면적이 동일하고 금촉층(300)의 가장 하부는 소정의 높이(h1)로 외부에 노출 되어있다. 이 경우, 금속층(300)과 필라멘트의 연결이 용이하고, 면접촉이 가능한 바 접촉 저항을 줄일 수 있는 장점이 있다. 본 발명은 위 실시예에 한정되는 것은 아니고 금속층(300)이 외부로 노출되어 있지 않은 경우 선접촉을 통해 연결할 수 있는 경우까지 포함 할 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 사시도이고, 도 4는 도 3의 b-b'를 절단한 단면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 있어서, 금속층의 분해 사시도이다.
도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 금속층(300)은 제 1 내지 제 n 금속층을 순서대로 포함하며, 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
제 n-2 금속층의 상부 면적 > 제 n-1 금속층의 상부 면적 > 제 n 금속층의 상부 면적
(n은 3 이상의 자연수)
또한, 금속층(300)은 측면이 계단 형태로 형성되는 것을 특징으로 하고, 상기 제 1 내지 제 n 금속층의 두께는 동일한 것을 특징으로 한다.
상기 금속층(300)의 면적은 하기 수학식 2를 만족하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 2]
(n은 3 이상의 자연수, C는 상수)
구체적으로, 상기 금속층(300)은 제 1 내지 제 n 금속층을 순서대로 포함할 수 있다. 여기서, 상기 n은 금속층(300)의 층수를 의미하며, 3이상의 자연수인 것이 바람직하다.
상기 금속층(300)은 제 n-3 금속층(310), 제 n-2 금속층(320), 제 n-1 금속층(330) 및 제 n 금속층(340)을 순서대로 포함할 수 있는데, 상기 n이 4인 경우에는 상기 제 n-3 금속층(310)은 제 1 금속층(310)이 될 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(300)의 면적은 높이가 높아짐에 따라 면적이 일정한 비율로 감소될 수 있다. 구체적으로, 아래와 같이 표현될 수 있다.
(n이 4인 경우)
이러한 단순화된 구조적 특징을 통해 제조 공정상 비용절감의 효과를 얻을 수 있으며 기존 일반적인 투명전극을 사용한 전기변색 디바이스에 비해 우수한 변색속도 및 변색차이를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 두께가 다른 각각의 금속층을 포함하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 단면도이다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제 1 내지 제 n 금속층의 두께는 하기 수학식 3을 만족하는 것을 특징으로 할 수도 있다.
[수학식 3]
제 n-2 금속층의 두께 < 제 n-1 금속층의 두께 < 제 n 금속층의 두께
(n은 3 이상의 자연수)
상기 금속층(300)은 제 n-3 금속층(310), 제 n-2 금속층(320), 제 n-1 금속층(330) 및 제 n 금속층(340)을 순서대로 포함할 수 있는데, 상기 n이 4인 경우에는 상기 제 n-3 금속층(310)은 제 1 금속층(310)이 될 수 있다. 구체적으로, 아래와 같이 표현될 수 있다.
제 4 금속층의 두께(t4) > 제 3 금속층의 두께(t3) > 제 2 금속층의 두께(t2) > 제 1 금속층의 두께(t1)
(n이 4인 경우)
이를 통해 본 발명 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 전기전도도를 임의로 변경할 수 있으며 그로 인하여 다양한 디스플레이에 적용할 수 있는 장점이 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 굴절율 정합층을 더 포함하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 단면도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극은 다층박막 투명전극 구조 내에 굴절율 정합층(500)(Index matching layer)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 굴절율 정합층(500)(Index matching layer)은 상기 기판(100)과 상기 하부산화물층(200) 사이에 위치할 수 있다.
굴절율 정합층(500)은 기판(100)과 하부산화물층(200) 사이의 굴절율(index of refraction)을 정합(matching)시키는 역할을 하는 구성이다.
구체적으로는, 다층막으로 구성하던 종래와는 달리 연속적인 막의 형태로 굴절율 정합층(500)이 구성되며, 구체적으로 이산화규소(SiO2)로부터 시작하여 질화규소(Si3N4)로 연속적으로 변화하는 연속적인 산질화규소(SiOxNy)층을 포함할 수 있다.
이를 통해 기판(100)과 하부산화물층(200) 사이의 굴절율 차이로 인한 디스플레이의 화질의 저하를 방지하는 역할을 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
먼저, 투명한 재질의 유리 또는 플라스틱의 소재로 만들어진 기판(100)을 위치시킬 수 있다(S10).
다음으로, 기판(100) 상에 하부산화물층(200)을 위치시킬 수 있다(S20).
다음으로, 하부산화물층(200) 상에 금속층(300)을 위치시킬 수 있다(S30).
다음으로, 금속층(300) 상에 상부산화물층(400)을 위치시킬 수 있다(S40).
구체적으로, 금속층(300), 하부산화물층(200) 및 상부산화물층(400)은 펄스 레이저 증착(pulse laser deposition) 공정, 열증착(thermal deposition) 공정, 전자빔증착(electron beam deposition) 공정, 원자층 증착(atomic layer deposition) 공정, 인쇄(printing) 및 스프레이(spary) 공정을 포함한 습식 용액(wet solution) 공정, 스퍼터링(sputtering) 공정 등 어느 하나의 방법으로 형성할 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 증착공정을 이용한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 9에 도시된 바와 같이, 상기 하부산화물층(200) 상에 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 금속층(300)을 형성하는 단계는 상기 하부산화물층(200) 상에 금속층(300)을 형성한 후 상기 금속층을 하기 수학식 1을 만족하는 제 1 내지 제 n 금속층이 순서대로 포함되도록 식각하는 것을 특징으로한다.
[수학식 1]
제 n-2 금속층의 상부면적 > 제 n-1 금속층의 상부면적 > 제 n 금속층의 상부면적
(n은 3 이상의 자연수)
구체적으로, 하부산화물층(200) 상에 소정의 높이의 제 1금속층(310)을 형성하고 제 1금속층(310)의 테두리에 섀도우 마스크를 이용하여 패턴이 필요한 부분은 증착을 시키고 패턴이 필요없는 부분은 막을 형성하여 증착이 되지 않도록 하는 공정을 거쳐 소정의 높이의 제 n-2 금속층(320)을 증착하는 단계를 포함할 수 있다. 이 공정은 상기 공정에 제한되는 것이 아니라 실시하는 자의 의도대로 층의 개수를 임의대로 정할 수 있다.
상기 증착 공정을 통해 비교적 튼튼하고, 오차가 적은 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극을 생산할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 에칭공정을 이용한 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법을 설명하기 위해 도시한 흐름도이다.
도 10에 도시된 바와 같이, 상기 하부산화물층(200) 상에 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 금속층(300)을 형성하는 단계는 상기 하부산화물층(200) 상에 금속층(300)을 형성한 후 상기 금속층(300)을 하기 수학식 1을 만족하는 제 1 내지 제 n 금속층이 순서대로 포함되도록 식각하는 것을 특징으로 한다.
[수학식 1]
제 n-2 금속층의 상부면적 > 제 n-1 금속층의 상부면적 > 제 n 금속층의 상부면적
(n은 3 이상의 자연수)
구체적으로, 하부산화물층(200) 상에 금속층(300)을 증착한 후에 제 n 금속층(340)의 면적을 제외한 나머지 부분을 에칭공정을 이용하여 일정시간 식각하고, 다음으로 제 n 금속층(340)과 제 n-1 금속층(330)의 면적을 제외한 부분을 일정시간 식각하는 단계를 포함할 수 있다. 이 공정은 상기 공정에 제한되는 것이 아니라 실시하는 자의 의도대로 층의 개수를 임의대로 정할 수 있다.
이러한 식각공정의 미세한 패터닝을 통해 높은 정확성과 수율을 기대할 수 있다.
본 발명의 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법에 있어서, 추가적으로 금속층(300) 상에 상부산화물층(400)을 형성시키는 단계를 거친 뒤에 50~900℃로 열처리하는 단계를 포함할 수 있다
예를 들면, 아르곤(Ar) 가스 분위기에서 50~900℃ 온도에서 20분 내지 60분동안 열처리하는 과정을 포함하고 이를 통해, 전기변색용 디바이스용 다층박막 투명전극의 면 저항이 저감될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 금속층 두께변화에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 투과도 변화를 나타낸 그래프이고, 도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 금속층 두께 변화에 따른 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 전기적 특성 변화를 나타낸 그래프이다.
도 11에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(300)은 전체적으로 Ag 금속의 5nm ~ 15nm 정도의 두께 변화에 따라 빛의 투과도에 영향을 받지만, 가시광선영역에서는 Ag 금속의 5nm ~ 15nm 정도의 두께 변화에 따라 빛의 투과도에 영향이 상대적으로 미비한 것을 볼 수 있다.
그에 반해, 도 12에 도시된 바와 같이, 상기 금속층(300)은 Ag 금속의 5nm ~ 15nm 정도의 두께 변화에 따라 전기적 특성인 이동도가 향상되는 것을 확인할 수 있고, 저항값이 감소되는 것을 확인할 수 있다.
이에 따라, 빛의 투과도에는 영향을 미치지 않으면서 더욱 효율이 좋은 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극을 생산할 수 있다.
지금까지 본 발명에 따른 구체적인 실시예에 관하여 설명하였으나, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않는 한도 내에서는 여러 가지 변형이 가능함은 물론이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안 되며, 후술하는 특허 청구의 범위뿐 아니라 이 특허 청구의 범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 이는 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명 사상은 아래에 기재된 특허청구범위에 의해서만 파악되어야 하고, 이의 균등 또는 등가적 변형 모두는 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
10: 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극
100: 기판
200: 하부산화물층
300: 금속층
310: 제 n-3 금속층
320: 제 n-2 금속층
330: 제 n-1 금속층
340: 제 n 금속층
400: 상부산화물층
500: 굴절율 정합층
100: 기판
200: 하부산화물층
300: 금속층
310: 제 n-3 금속층
320: 제 n-2 금속층
330: 제 n-1 금속층
340: 제 n 금속층
400: 상부산화물층
500: 굴절율 정합층
Claims (11)
- 기판;
상기 기판 상에 위치하는 하부산화물층;
상기 하부산화물층 상에 위치하는 금속층; 및
상기 금속층 상에 위치하는 상부산화물층을 포함하고,
상기 금속층은 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 것을 특징으로 하고,
상기 금속층은 제 1 내지 제 n 금속층을 순서대로 포함하며, 하기 수학식 1을 만족하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극.
[수학식 1]
제 n-2 금속층의 상부 면적 > 제 n-1 금속층의 상부 면적 > 제 n 금속층의 상부 면적
(n은 3 이상의 자연수)
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은 Ag, Au, Ti, Ni, Mo, Cu, 및 Al 에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극.
- 제1항에 있어서,
상기 하부산화물층 및 상기 상부산화물층은 Ti, Ga, Al, Ge, As, Cu, Mn, Zr, Nb, Ru, Hf, Zn, Sr, Ba, Fe, Ag, In, Re, Cr, Ni, Mo, V, W, Mg, Si, Sn, 및 Ta 에서 선택되는 1종의 단일 금속 또는 2종 이상의 합금으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극.
- 제1항에 있어서,
상기 하부산화물층 및 상기 상부산화물층은 10~1000nm의 두께를 가지고, 상기 금속층은 1~200nm의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극.
- 제1항에 있어서,
상기 금속층의 가장자리는 상기 하부산화물층의 가장자리와 동일선상에 위치하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 금속층은 측면이 계단 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극.
- 제1항에 있어서,
상기 제 1 내지 제 n 금속층 각각의 두께는 동일한 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극.
- 제1항에 있어서,
다층박막 투명전극 구조 내에 굴절율 정합층(Index matching layer)을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극.
- 기판을 준비하는 단계;
상기 기판 상에 하부산화물층을 형성하는 단계;
상기 하부산화물층 상에 가장자리보다 중심의 두께가 두꺼운 금속층을 형성하는 단계; 및
상기 금속층 상에 상부산화물층을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 금속층은 제 1 내지 제 n 금속층을 순서대로 포함하며, 하기 수학식 1을 만족하는 것을 특징으로 하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법.
[수학식 1]
제 n-2 금속층의 상부 면적 > 제 n-1 금속층의 상부 면적 > 제 n 금속층의 상부 면적
(n은 3 이상의 자연수)
- 제10항에 있어서,
상기 금속층 상에 상부산화물층을 형성시키는 단계를 거친 뒤에 추가적으로 50~900℃로 열처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 전기변색 디바이스용 다층박막 투명전극의 제조방법.
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