KR102340415B1 - 금속나노와이어 전극 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 포토리소그래피와 같이 고가의 패터닝 장비를 이용하지 않더라도 품질의 신뢰성을 높일 수 있는 금속나노와이어 전극 제조방법을 제공함에 있다. 이를 위한 본 발명은 마스터기판 상에 금속나노와이어층을 배치하는 금속나노와이어층 배치단계; 상기 금속나노와이어층을 향하여 음각 패터닝된 스탬프를 압착 및 분리시키며 상기 금속나노와이어층에서 비패턴 영역을 제거하는 패턴 형성단계; 패턴이 형성된 상기 금속나노와이어층 상에 폴리머 및 기판을 차례로 배치하고, 상기 폴리머 내부에 상기 금속나노와이어층이 매립되는 동시에 상기 폴리머와 상기 기판이 접합되도록 상기 기판을 가압하는 기판 가압단계; 상기 폴리머를 경화시키는 폴리머 경화단계; 및 상기 금속나노와이어층이 매립된 전극필름으로부터 상기 마스터기판을 분리하는 마스터기판 분리단계를 포함하는 특징을 개시한다.
Description
본 발명은 금속나노와이어 전극 제조방법에 관한 것으로, 상세하게는 공정을 단순화하여 가격 경쟁력을 가지면서 품질의 신뢰성을 높일 수 있는 금속나노와이어 전극 제조방법에 관한 것이다.
투명전극은 LCD, OLED와 같은 평판디스플레이 또는 비정형 실리콘 박막 태양전지, 염료 감응형 태양전지, 터치패널 등에 적용되는 전자 소자에 다양한 용도로 사용된다.
투명전극으로는 일반적으로 인듐주석산화물(Indium Tin Oxide:ITO) 필름이 널리 사용되어 왔다. 하지만, ITO는 대표적인 희소 소재로 가격이 높아 최종 제품의 가격 경쟁력을 저해하는 요인이 되어 왔고, 유연, 신축 전자 소자에 적용하기에는 자체의 낮은 취성으로 인해 박막이 깨지고, 박막 형성 과정에서 높은 온도가 요구됨에 따라 사용할 수 있는 유연, 신축 기판의 선택의 폭이 매우 좁다. 따라서, ITO를 대체할 수 있는 전극 소재로 많은 관심과 연구가 진행되고 있다.
ITO를 대체하는 방안으로 금속나노와이어가 있는데, 금속나노와이어는 금속의 단결정으로 이루어진 구조체로서, 화학적 안정성이 높고, 전기전도도 및 열전도도가 우수하여 전기적, 광학적, 기계적, 열적 특성이 요구되는 다양한 분야에 그 활용가치가 매우 높다. 특히 금속나노와이어는 특유의 고전도도와, 높은 투과율, 낮은 면저항, 유연성 및 신축성을 가지기 때문에, 투명전극으로의 활용 분야에서 많은 주목을 받고 있다.
하지만, 금속나노와이어는 전술한 우수한 특성에도 불구하고 투명전극으로 상용화하기에는 아직 여러 해결해야할 과제가 있다. 예를 들면, 금속나노와이어는 패터닝 공정에서 금속나노와이어와 패터닝 대상물질 간의 상호작용 등으로 인하여 패터닝 공정이 쉽지 않은 실정이다.
또한 일반적으로 패터닝 공정은 포토레지스트 코팅, 노광, 식각 과정을 거치는 이른바, 포토리소그래피 방법을 주로 사용하게 되는데, 포토리소그래피 공정은 광학 및 레이저를 이용한 고가의 패터닝 장비를 수반해야 함으로써 공정이 복잡하고 많은 비용이 소요된다.
또한 금속나노와이어는 자체가 가지는 특성으로 인하여, 매끄럽고 미세한 패터닝에 한계가 있고, 나노와이어들이 임의의 형태로 서로 얽혀 있어 그 표면이 매우 거칠기 때문에 투명전극에서 요구되는 평탄도를 충족하기가 공정 상으로 매우 어려운 실정이다.
따라서, 가격경쟁력을 확보할 수 있으면서도, 금속나노와이어가 가지는 특성을 고려하여 미세 패터닝 및 표면 평탄화가 가능한 새로운 방식의 제조방법이 요구된다.
본 발명의 목적은 종래의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 포토리소그래피와 같이 고가의 패터닝 장비를 이용하지 않더라도 품질의 신뢰성을 높일 수 있는 금속나노와이어 전극 제조방법을 제공함에 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법은, 마스터기판 상에 금속나노와이어층을 배치하는 금속나노와이어층 배치단계; 상기 금속나노와이어층을 향하여 음각 패터닝된 스탬프를 압착 및 분리시키며 상기 금속나노와이어층에서 비패턴 영역을 제거하는 패턴 형성단계; 패턴이 형성된 상기 금속나노와이어층 상에 폴리머 및 기판을 차례로 배치하고, 상기 폴리머 내부에 상기 금속나노와이어층이 매립되는 동시에 상기 폴리머와 상기 기판이 접합되도록 상기 기판을 가압하는 기판 가압단계; 상기 폴리머를 경화시키는 폴리머 경화단계; 및 상기 금속나노와이어층이 매립된 전극필름으로부터 상기 마스터기판을 분리하는 마스터기판 분리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법에 있어서, 상기 금속나노와이어층 형성단계는, 상기 마스터기판 상에 금속나노와이어가 포함된 금속나노와이어 용액을 도포하는 용액 도포단계; 및 상기 금속나노와이어 용액을 미리 설정된 조건에 따라 건조시키며 용매를 제거하는 용액 건조단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법에 있어서, 상기 금속나노와이어층 형성단계 이전에 수행되고, 상기 전극필름과 상기 마스터기판이 격리되도록 상기 마스터기판의 일면을 표면 처리하는 마스터기판 표면처리단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법에 있어서, 상기 마스터기판 표면처리단계는, 상기 마스터기판의 일면에 상기 전극필름과는 상반되는 표면 특성을 가지는 이형성 코팅층을 형성하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법에 있어서, 상기 폴리머는 특정 파장대의 레이저 빔에 반응하는 광경화성 폴리머 또는 특정 온도의 열에서 반응하는 열경화성 폴리머일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법에 있어서, 상기 패턴 형성단계 이후에 수행되고, 상기 스탬프 상에 존재하는 비패턴 영역의 금속나노와이어층을 제거하는 스탬프 재사용 준비단계;를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법에 있어서, 상기 스탬프의 패터닝 영역은 탄성계수가 10MPa 이하의 소재를 포함한 복합구조체로 이루어질 수 있다.
본 발명에 따르면, 포토리소그래피와 같이 고가의 패터닝 장비를 이용하는 것이 아니라, 물리적인 스탬프를 이용하여 금속나노와이어층의 패턴을 형성함으로써, 공정단가를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 미세 패터닝이 가능하고, 제조되는 전극필름의 표면으로 돌출됨이 없이 전극필름의 매끄러운 표면 평탄도를 가질 수 있어, 전극의 신뢰성을 크게 높일 수 있다.
본 발명에 따르면, 스탬프를 이용한 물리적인 패턴 형성 공정을 통하여 반복된 연속 공정이 가능하므로 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극과 기존 방법에 의해 제조된 전극을 비교하기 위하여, 각 전극 상에 OLED 소자를 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 전류밀도-전압-휘도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극과 기존 방법에 의해 제조된 전극을 비교하기 위하여, 각 전극 상에 OLED 소자를 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 전력-휘도-전류 효율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극과 기존 방법에 의해 제조된 전극을 비교하기 위하여, 각 전극 상에 OLED 소자를 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 스텍트럼을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극과 기존 방법에 의해 제조된 전극의 패턴된 계면의 단면을 비교하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극의 평탄도를 측정한 형상 데이터를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극과 기존 방법에 의해 제조된 전극을 비교하기 위하여, 각 전극 상에 OLED 소자를 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 전류밀도-전압-휘도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극과 기존 방법에 의해 제조된 전극을 비교하기 위하여, 각 전극 상에 OLED 소자를 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 전력-휘도-전류 효율을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극과 기존 방법에 의해 제조된 전극을 비교하기 위하여, 각 전극 상에 OLED 소자를 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 스텍트럼을 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극과 기존 방법에 의해 제조된 전극의 패턴된 계면의 단면을 비교하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극의 평탄도를 측정한 형상 데이터를 나타낸 도면이다.
이하 상술한 해결하고자 하는 과제가 구체적으로 실현될 수 있는 본 발명의 바람직한 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명된다. 본 실시예들을 설명함에 있어서, 동일 구성에 대해서는 동일 명칭 및 동일 부호가 사용될 수 있으며 이에 따른 부가적인 설명은 생략될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법을 설명하기 위한 예시도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 금속나노와이어 전극 제조방법은, 마스터기판 표면처리단계(S100), 금속나노와이어층 형성단계(S200), 패턴 형성단계(S300), 기판 가압단계(S400), 폴리머 경화단계(S500), 마스터기판 분리단계(S600)를 포함할 수 있다.
금속나노와이어 전극 제조는 기재에 해당하는 마스터기판(110) 상에서 수행될 수 있다. 마스터기판으로는 글라스(Glass), PET(Polyethlene Terephthalate), PI(Polyimide), PEN(Polyehylene Napthalene), PC(Polycarbonate), PES(Plyether Sulfone), PAR(Polyarylate), COC(Cycolefin Copolymer), 각종 Wafer 등 표면이 평탄한 기판이 적용될 수 있다.
마스터기판 표면처리단계(S100)는 마스터기판(100)의 일면을 표면처리하는 단계이다.
마스터기판 표면처리단계(S100)는 후술되는 금속나노와이어층(132)을 포함한 전극필름(500)과 마스터기판(110)이 격리되도록 마스터기판(110)의 일면을 표면처리할 수 있다. 이에 따라, 전극필름(500)과 마스터기판(110)은 용이하게 분리될 수 있다.
마스터기판(110)의 일면은 마스터기판(110)상에 형성되는 전극필름(500)과 상반되는 표면 특성을 가지도록 표면 처리될 수 있고, 이에 따라, 마스터기판(110)의 일면에는 이형성 코팅층(120)이 형성될 수 있다.
예를 들면, 전극필름을 형성하기 위해 친수성의 폴리머를 사용하는 경우, 마스터기판(110)의 일면은 소수성으로 표면 처리될 수 있다. 소수성 코팅층으로는 옥타데실트리클로로실란(Octadecyltrichlorosilane)을 기반으로 한 마스터기판 표면의 자가조립단일층(Self assembled Monolayer: SAM) 처리를 통하여 표면 특성을 변화시킬 수 있고, 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethyl methacrylate:PMMA)와 같이 소수성의 코팅막을 적용할 수도 있으며, 마스터기판(110) 선택 시 소수성 소재의 마스터기판을 적용할 수도 있다.
이와 같이, 마스터기판(110)의 표면 처리 및 이형성 코팅층(120)은 마스터기판(110)과, 전극필름(500)을 형성하기 위해 사용되는 폴리머(300)로 적용되는 소재에 따라 다양한 형태로 적용될 수 있으며, 경화된 폴리머(300)와 마스터기판(110)를 격리시킬 수 있는 표면 특성을 가지면 어떠한 것이든 적용이 가능하다.
금속나노와이어층 형성단계(S200)는 마스터기판(110) 상에 금속나노와이어층(132)을 형성하는 단계이다.
금속나노와이어층 형성단계(S200)는 용액 도포단계(S210) 및 용액 건조단계(S220)를 포함할 수 있다.
용액 도포단계(S210)는 마스터기판(110) 상에 금속나노와이어(131)가 포함된 금속나노와이어 용액(130)을 도포하는 단계이다. 금속나노와이어 용액(130)은 바(bar) 코팅, 메이어로드(Meyer rod) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 닥터블레이드(doctorblade) 코팅, 디스펜싱(dispensing), 디핑(dipping), 드롭 캐스팅(drop casting) 방법 등으로 도포될 수 있다.
금속나노와이어 용액과 마스터기판은 결합력이 약해야 이후에 전극필름(500)과 함께 쉽게 분리될 수 있는데, 금속나노와이어 용액이 마스터기판(110) 상에 코팅이 되더라도 표면장력으로 인하여 금세 뭉쳐져서 균일한 코팅막을 형성하기 어렵다. 따라서, 금속나노와이어 용액은 마스터기판(110)에 코팅된 후 용액 건조단계(S220)에서 빠른 시간에 신속히 건조될 필요가 있다.
용액 건조단계(S220)는 금속나노와이어 용액을 미리 설정된 조건에 따라 건조시키며 금속나노와이어 용매를 제거하는 단계이다. 금속나노와이어 용액(130)에서 금속나노와이어(131)를 제외한 금속나노와이어 용매는 열처리 과정을 통해 신속하게 제거될 수 있다. 예를 들면, 복사열을 이용하여 마스터기판(110)을 직접 가열하여 금속나노와이어 용액을 건조시킬 수 있고, 대류열을 이용하여 마스터기판(110)을 직접 가열하여 금속나노와이어 용액을 건조시킬 수 있다.
이렇게 금속나노와이어 용매가 제거됨에 따라 마스터기판(110) 상에는 금속나노와이어(131)만이 존재할 수 있고, 이로써 박막의 금속나노와이어층(132)을 형성할 수 있다.
패턴 형성단계(S300)는 마스터기판(110) 상에 형성된 금속나노와이어층(132)을 향하여 전극 패턴이 음각으로 패터닝된 스탬프(200)를 압착 및 분리시키는 단계이다.
즉, 스탬프(200)의 압착 시 음각 패터닝된 스탬프(200)는 금속나노와이어층(132)에서 전극 부위로 요구되는 패턴 영역을 제외한 나머지 영역 즉, 비패턴 영역(132A)과 점착될 수 있다. 이후, 스탬프(200)의 분리 시 비패턴 영역(132A)은 스탬프(200)에 점착되어 금속나노와이어층(132)으로부터 분리될 수 있다. 이에 따라, 마스터기판(110) 상에는 패턴을 가지는 금속나노와이어층(132)이 형성될 수 있다.
여기서, 스탬프(200)의 음각 패턴부와 금속나노와이어층(132)은 제1 점착력을 가지며 점착될 수 있는데, 제1 점착력은 금속나노와이어층(132)의 패턴 영역과 비패턴 영역(132A)을 분리시킬 수 있을 만큼의 점착력을 가질 수 있다. 또한, 제1 점착력은 금속나노와이어층(132)과 마스터기판(110) 간의 점착력보다 클 수 있고, 금속나노와이어층(132)의 금속나노와이어 간의 결합력보다 클 수 있다. 이에 따라, 스탬프(200)의 분리 시 스탬프(200)의 음각 패턴부에는 금속나노와이어층(132)의 비패턴 영역(132A)만이 정확하게 분리될 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 포토리소그래피와 같이 광학 및 레이저를 이용한 고가의 패터닝 장비를 이용하는 것이 아니라, 물리적인 스탬프(200)를 이용한 금속나노와이어층(132)의 패턴을 형성함으로써, 공정단가를 크게 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 미세한 패터닝이 가능하며 최소 선폭 10㎛까지 미세 패터닝을 구현할 수 있다.
일반적으로 금속나노와이어 전사 공정에서는 점착력이 약해 손쉽게 지워지는 금속나노와이어층을 마스터기판 상에서 패터닝 하는데에 큰 어려움이 있고, 더구나, 수십 마이크로미터의 미세 패터닝에는 한계가 있다. 하지만, 본 발명에 따르면, 패터닝의 크기에 무관하게 미세 패터닝을 간단하고 손쉽게 구현 할 수 있다.
한편, 금속나노와이어층(132)에 패턴을 형성한 다음에는 스탬프(200) 상에 존재하는 금속나노와이어층의 비패턴 영역(132A)을 제거하는 스탬프 재사용 준비단계를 더 포함할 수도 있다. 스탬프(200) 상에 존재하는 금속나노와이어층은 테이프를 이용하여 물리적으로 간단히 제거될 수 있다. 이처럼 스탬프(200)는 금속나노와이어층을 제거하여 점착력의 큰 변화 없이 패턴 형성 공정을 계속해서 반복 수행할 수 있다.
스탬프(200)는 금속나노와이어층(132)의 점착 및 분리를 위하여 자체 점착성을 가지는 소재일 수 있고, 자체 탄성을 가지는 소재가 적용될 수 있다. 예를 들면, 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane:PDMS)이 사용될 수 있다. PDMS는 내구성이 우수하고, 상대적으로 넓은 표면에 대해 안정적으로 점착되며, 평탄하거나 평탄하지 않은 모든 표면 영역에 걸쳐 동일한 점착성이 유지되고, 다른 고분자 화합물과는 점착이 잘 일어나지 않는 등의 장점을 가진다.
또한, 스탬프(200)의 적어도 일부분 즉, 음각 패터닝되는 영역은 탄성계수가 10MPa 이하의 소재로 이루어질 수 있고, 스탬프(200)의 음각 패터닝 영역은 탄성계수가 10MPa 이하의 소재를 포함한 복합소재 또는 복합구조체로 이루어질 수 있다.
기판 가압단계(S400)는 패턴이 형성된 금속나노와이어층(132) 상에 폴리머(300) 및 기판(400)을 차례로 배치하고, 폴리머(300) 내부에 금속나노와이어층(132)이 매립되는 동시에 폴리머(300)와 기판(400)이 접합되도록 기판(400)을 가압하는 단계이다.
금속나노와이어층(132) 상에 도포되는 폴리머(300)는 광경화성 또는 열경화성 폴리머가 사용될 수 있다. 광경화성 폴리머는 경화 과정에서 조사되는 특정 파장대의 레이저 빔에 반응하여 경화될 수 있고, 열경화성 폴리머는 경화 과정에서 특정 온도로 가해지는 열에 반응하여 경화될 수 있다.
또한, 폴리머(300)는 투명전극에 사용될 수 있도록 투명한 폴리머가 사용될 수 있다. 물론 폴리머(300)는 전극의 투명도와 무관한 불투명한 폴리머도 사용될 수 있다.
또한, 폴리머(300)는 친수성 또는 소수성 소재일 수 있다. 친수성 또는 소수성 폴리머는 매립되는 금속나노와이어층(132) 및 기판(400)과의 점착력을 향상시킬 수 있고, 소수성 또는 친수성 표면 처리된 마스터기판(110)과는 격리되는 이형성이 부여될 수 있다. 이러한 폴리머(300)의 소재에 대해 특별히 한정하지 않는다.
금속나노와이어층(132) 상에 폴리머(300) 및 기판(400)을 차례로 배치한 상태에서, 마스터기판(110)을 향하며 기판(400)을 가압하게 되면, 금속나노와이어층(132)은 폴리머(300) 표면으로 돌출됨이 없이 폴리머(300)의 내부에 안정적으로 매립될 수 있다. 이러한 과정에서, 금속나노와이어층(132)의 얽혀진 금속나노와이어 사이의 미세 공간들이 폴리머(300)로 모두 메워질 수 있다.
또한, 이러한 가압 과정에서 기판(400)은 폴리머(300)에 점착될 수 있다.
또한, 이러한 가압과정에서 금속나노와이어층(132)이 매립된 폴리머(300)의 두께가 제한될 수 있다. 두께가 너무 얇으면 금속나노와이어층(132)이 폴리머(300)에 충분히 매립 될 수 없고, 두께가 너무 두꺼우면 휘거나 접혀질 때 경화된 전극필름(500)이 파손될 수 있다.
기판(400)은 투명전극에 사용될 수 있도록 투명한 소재가 사용될 수 있고, 예를 들면, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate:PET)이 사용될 수 있다. 또한, 기판(400)은 전극의 투명도와 무관하게 불투명한 소재가 사용될 수도 있고, 예를 들면, 폴리이미드 (Polyimide: PI)가 사용될 수 있다.
폴리머(300)는 바(bar) 코팅, 메이어로드(Meyer rod) 코팅, 스핀(spin) 코팅, 닥터블레이드(doctorblade) 코팅, 디스펜싱(dispensing), 디핑(dipping), 드롭 캐스팅(drop casting) 방법 등으로 패턴된 금속나노와이어층(132) 상에 코팅 될 수 있다. 이렇게 코팅되는 폴리머(300)는 경화 후 기판(400)을 대체하여 사용될 수도 있다.
한편, 전술한 마스터기판(110) 상에 폴리머(300)를 도포하는 과정에서 폴리머(300)는 금속나노와이어층(132)을 완전히 덮을 수 있는 용량으로 도포되는데, 만약 초과하는 잉여 부분이 있는 경우 기판(400)의 가압 과정에서 측방향으로 밀려나면서 제거될 수 있다. 또한, 기판(400)의 가압 과정에서 도포된 폴리머(300)의 내부에 잔존하는 기포가 제거될 수도 있다.
금속나노와이어층(132)이 매립된 폴리머(300)는 후술되는 경화 과정을 거치면서 전극필름(500)으로 형성될 수 있다.
폴리머 경화단계(S500)는 금속나노와이어층(132)이 매립된 폴리머(300)를 미리 설정된 경화조건에 따라 경화시키는 단계이다.
폴리머(300) 경화는 특정 파장대의 레이저 빔(L)을 조사하여 경화시킬 수 있고, 레이저 빔(L)의 파장은 자외선 영역일 수 있다. 또한, 폴리머(300) 경화는 특정 온도와 일정 시간의 열처리 과정을 통하여 경화될 수 있고, 이때의 온도는 상온에서 200oC의 범위와 수 초에서 수 시간에 이르는 시간 동안 열처리될 수 있다.
이렇게 폴리머(300)를 경화시킴으로써 금속나노와이어층(132)이 매립된 전극필름(500)을 제조할 수 있다.
마스터기판 분리단계(S600)는 금속나노와이어층(132)이 내부에 매립된 전극필름(500)으로부터 마스터기판(110)을 분리하는 단계이다.
이때, 전극필름(500)과 접촉하는 마스터기판(110)의 표면은 전극필름(500)과 상반되는 표면 특성을 가지도록 표면 처리되어 있기 때문에, 약간의 물리적인 힘을 가하더라도 전극필름(500)과 마스터기판(110)은 쉽고 정확하게 분리될 수 있다.
한편, 마스터기판(110)과 전극필름(500)의 경계 부분에서 전극필름(500)의 내부에 완전히 매립되지 못한 금속나노와이어층(132)이 존재하는 경우, 물리적인 힘을 가하여 마스터기판(110)을 분리하는 과정에서, 금속나노와이어층(132)은 표면 처리된 마스터기판(110)측에 결착되어 마스터기판(110)과 함께 분리되어 제거될 수도 있다. 이에 따라, 전극필름(500)의 표면은 금속나노와이어층(132)이 날카롭게 노출되지 않고 매끄럽게 평탄화된 전극필름(500)을 제조할 수 있다.
이상과 같이, 일련의 단계를 거치면서 기판(400)과, 금속나노와이어층(132)이 매립된 폴리머(300)를 포함한 전극필름(500)을 일체로 하는 전극을 제조할 수 있다.
한편, 도 2는 제1 전극(본 발명에 따른 전극), 제2 전극(인슐레이터에 의해 패터닝된 전극), 제3 전극(상용 ITO)를 품질을 비교하기 위하여, 각 전극을 OLED 소자에 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 전류밀도-전압-휘도를 비교하여 나타낸 그래프이다.
도 2에 나타난 바와 같이, 제1 전극(A) 및 제2 전극(B)는 기판(400)으로 PET를, 금속나노와이어층(132)으로 실버나노와이어(AgNW)를, 폴리머(300)로 Norland Optical Adhesive 63(NOA63)를 각각 동일하게 사용하였고, 다만, 제2 전극(B)은 일면에 실버나노와이어(AgNW)가 있는 상태에서 그 위에 인슐레이터에 의해 패터닝된 전극을 사용하였다. 또한, 제3 전극(C)은 유리기판 위에 상용의 패터닝된 ITO를 가지는 전극을 사용하였다.
그래프를 통해 확인되듯이, 본 발명에 따른 제1 전극(A)이 적용된 경우, 저전압 영역에서 제2 전극(B)이 적용된 경우와 비교하여 대략 1000배 정도로 오프전류(Off current)가 낮아지고, 이는 누설전류(leakage current)가 제3 전극(C:상용 ITO)과 상응할 정도로 낮아 OLED 소자가 안정적으로 구동한다는 것을 의미한다.
한편, 도 3은 제1 전극(본 발명에 따른 전극), 제2 전극(인슐레이터에 의해 패터닝된 전극), 제3 전극(상용 ITO)를 품질을 비교하기 위하여, 각 전극을 OLED 소자에 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 전력-휘도-전류 효율을 비교하여 나타낸 그래프인데, 그래프를 통해 확인되듯이, 본 발명에 따른 제1 전극(A)은 제2 전극(B) 및 제3 전극(C)과 비교하여 20~30% 이상 향상된 전류 효율을 갖는 것을 확인 할 수 있었고, 전력 효율도 제3 전극(C:상용 ITO)과 같거나 약간 높다는 것을 확인 할 수 있어 전반적인 OLED 소자의 효율을 향상 시키는 것을 확인할 수 있다.
한편, 도 4는 제1 전극(본 발명에 따른 전극), 제2 전극(인슐레이터에 의해 패터닝된 전극), 제3 전극(상용 ITO)를 품질을 비교하기 위하여, 각 전극을 OLED 소자에 증착한 다음 각 OLED 소자에서 나타나는 스펙트럼을 나타낸 그래프인데, 그래프를 통해 확인되듯이, 본 발명에 따른 제1 전극(A)은 제2 전극(B) 및 제3 전극(C)과 비교하여 큰 차이가 없어 기존 전극을 대체하여 사용할 수 있다.
한편, 도 5 (a)는 본 발명에 따라 제조된 제1 전극(도 2에서 A 참조)과 기존 방법에 의해 제조된 제2 전극(도 2에서 B 참조)의 패턴된 계면의 단면을 비교하여 보여주는 주사전자현미경(SEM) 이미지 예시도이다.
도 5 (b)에서 확인되듯이, 일면에 실버나노와이어(AgNW)가 있는 상태에서 그 위에 인슐레이터에 의해 패터닝된 기존의 제2 전극은, 패턴된 인슐레이터가 전극 부와의 경계에 가까울수록 얇아진다는 것을 확인 할 수 있으며, 이는 얇은 인슐레이터가 오프전류에서 누설전류를 발생시키기 때문이다. 반면에, 도 5 (a)에서와 같이, 본 발명에 따른 제1 전극은, 기존 인슐레이터와 상응하는 별도의 코팅층이 없더라도 안정적으로 구동될 수 있음을 확인할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 전극(AgNW)의 평탄도를 측정한 형상 데이터를 나타낸 도면으로서, 도시된 바와 같이, 금속나노와이어층(132)이 외부로 노출됨이 없이 요구되는 표면 평탄도(Ra)를 달성할 수 있었다.
이상에서와 같이, 본 발명에 따른 제조방법에 의해 제조되는 전극은 OLED, 태양전지, 터치패널, 센서 등 다양한 전자 소자에 적용될 수 있으며, 전자 소자의 신뢰성을 높일 수 있다.
상술한 바와 같이 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면, 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변경시킬 수 있다.
110: 마스터기판
132: 금속나노와이어층
200: 스탬프
300: 폴리머
400: 기판
500: 전극필름
132: 금속나노와이어층
200: 스탬프
300: 폴리머
400: 기판
500: 전극필름
Claims (8)
- 마스터기판 상에 금속나노와이어층을 형성하는 금속나노와이어층 형성단계;
상기 금속나노와이어층을 향하여 음각 패터닝된 스탬프를 압착 및 분리시키며 상기 금속나노와이어층에서 비패턴 영역을 제거하는 패턴 형성단계;
패턴이 형성된 상기 금속나노와이어층 상에 폴리머 및 기판을 차례로 배치하고, 상기 폴리머 내부에 상기 금속나노와이어층이 매립되는 동시에 상기 폴리머와 상기 기판이 접합되도록 상기 기판을 가압하는 기판 가압단계;
상기 폴리머를 경화시키는 폴리머 경화단계; 및
상기 금속나노와이어층이 매립된 전극필름으로부터 상기 마스터기판을 분리하는 마스터기판 분리단계;를 포함하고,
상기 금속나노와이어층 형성단계는, 상기 마스터기판 상에 금속나노와이어가 포함된 금속나노와이어 용액을 도포하는 용액 도포단계와, 상기 금속나노와이어 용액을 미리 설정된 조건에 따라 건조시키며 용매를 제거하는 용액 건조단계를 포함하며,
상기 패턴 형성단계에서, 상기 금속나노와이어층의 비패턴 영역이 점착되는 상기 스탬프의 패터닝 영역은 상기 금속나노와이어층과 마스터기판 간의 점착력보다 큰 점착력을 가지며, 탄성계수가 10MPa 이하의 소재를 포함한 복합구조체로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속나노와이어 전극 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 금속나노와이어층 형성단계 이전에 수행되고,
상기 전극필름과 상기 마스터기판이 격리되도록 상기 마스터기판의 일면을 표면 처리하는 마스터기판 표면처리단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 것을 금속나노와이어 전극 제조방법. - 제3항에 있어서,
상기 마스터기판 표면처리단계는,
상기 마스터기판의 일면에 상기 전극필름과는 상반되는 표면 특성을 가지는 이형성 코팅층을 형성하는 것을 특징으로 하는 금속나노와이어 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 폴리머는 특정 파장대의 레이저 빔에 반응하는 광경화성 폴리머 또는 특정 온도의 열에서 반응하는 열경화성 폴리머인 것을 특징으로 하는 금속나노와이어 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 기판은 투명소재로 이루어진 것을 특징으로 하는 금속나노와이어 전극 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 패턴 형성단계 이후에 수행되고,
상기 스탬프 상에 존재하는 비패턴 영역의 금속나노와이어층을 제거하는 스탬프 재사용 준비단계;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속나노와이어 전극 제조방법. - 삭제
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