KR20140091403A - 전극구조 및 그 제조방법, 전극구조를 구비한 표시소자, 그 제조방법 - Google Patents

전극구조 및 그 제조방법, 전극구조를 구비한 표시소자, 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 제조공정이 단순화되고 제조비용을 절감할 수 있는 전극구조에 관한 것으로, 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1전극; 및 플레이크를 포함하는 액상 그래핀로 이루어져 상기 제1전극위에 형성된 제2전극으루 구성되며, 상기 제1전극의 나노물질이 제2전극의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 한다.

Description

전극구조 및 그 제조방법, 전극구조를 구비한 표시소자, 그 제조방법{ELECTRODE STRUCTURE AND METHOD OF FABRICATING THEREOF, DISPLAY DEVICE HAVING THEREOF}
본 발명은 투명전극구조에 관한 것으로, 특히 이중의 층으로 구성되어 전기전도도가 좋고 연성 표시소자에 적용할 수 있는 투명전극구조 및 그 제조방법, 투명전극구조를 가진 표시소자에 관한 것이다.
최근, 음극선관(Cathode Ray Tube)의 단점인 무게와 부피를 줄일 수 있는 각종 평판표시소자들이 개발되고 있다. 이러한 평판표시소자는 액정표시소자, 전기영동 표시소자, 플라즈마 디스플레이패널 및 유기전계발광 표시소자 등이 있다.
이러한 평판표시소자들 중 플라즈마 디스플레이는 구조와 제조공정이 단순하기 때문에 경박 단소하면서도 대화면화에 가장 유리한 표시장치로 주목받고 있지만 발광효율과 휘도가 낮고 소비전력이 큰 단점이 있다. 이에 비하여, 애정표시소자는 반도체 공정을 이용하기 때문에 대화면화에 어렵고 백라이트 유닛으로 인하여 소비전력이 큰 단점이 있다. 또한, 액정표시소자는 편광필터, 프리즘시트, 확산판 등의 광학 소자들에 의해 광 손실이 많고 시야각이 좁은 특성이 있다.
이에 비하여, 유기전계발광 표시소자는 발광층의 재료에 따라 무기전계발광 표시소자와 유기전계발광 표시소자로 대별되며 스스로 발광하는 자발광소자로서 응답속도가 빠르고 발광효율, 휘도 및 시야각이 큰 장점이 있다. 무기전계발광 표시소자는 유기전계발광 표시소자에 비하여 전력소모가 크고 고휘도를 얻을 수 없으며 R(Red), G(Green), B(Blue)의 다양한 색을 발광시킬 수 없다. 반면에, 유기전계발광 표시소자는 수십 볼트의 낮은 직류 전압에서 구동됨과 아울러, 빠른 응답속도를 가지고, 고휘도를 얻을 수 있으며 R, G, B의 다양한 색을 발광시킬 수 있어 현재 활발하게 연구되고 있다.
이러한 유기전계발광 표시소자에서는 캐소드와 애노드 사이에 유기발광층이 배치되며, 상기 애노드로부터 전자가 유기발광층으로 주입되고 캐소드로부터는 정공이 유기발광층으로 주입되어, 유기발광층내에는 여기자(exciton)가 생성되며, 이 여기자가 소멸(decay)함에 따라 발광층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 광이 발생하게 되어 외부로 발산하게 된다. 이때, 캐소드는 일함수(work function)가 낮은 금속으로 이루어지고 애노드는 일함수가 높은 ITO(Indium Tin Oixde)와 같은 투명한 도전물질로 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 구조의 유기전계발광 표시소자는 다음과 같은 문제가 있다. 애노드로 사용되는 ITO는 금속산화물로서, 저항이 크기 때문에 신호가 지연되는 문제가 있었다. 더욱이, 근래 휠 수 있는 연성 유기전계발광 표시소자에 대한 수요가 크게 증가하고 있는데, 상기와 같은 ITO는 연성 표시소자의 전극으로 적합하지 않다는 문제도 있었다.
이러한 ITO는 액정표시소자의 투명전극으로 사용되고 터치패널의 센서전극으로도 사용되지만, 이 경우에도 ITO는 연성 표시소자에 적합하지 않게 된다.
본 발명은 상기한 점을 감안하여 이루어진 것으로, 전기전도도가 좋고 연성이 훌륭하며 제조공정을 단순화할 수 있는 전극구조 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 상기 전극구조가 적용된 표시소자 및 터치패널을 제공하는 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명에 따른 전극구조는 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1전극; 및 플레이크를 포함하는 액상 그래핀으로 이루어져 상기 제1전극 위에 형성된 제2전극으로 구성되며, 상기 제1전극의 나노물질이 제2전극의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 한다.
나노물질은 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브을 포함하며, 상기 제1전극은 1-2㎛의 두께로 형성된다.
또한, 본 발명에 따른 전극제조방법은 기판 상에 나노물질을 적층하여 제1전극을 형성하는 단계; 및 상기 제1전극 위에 플레이크를 포함하는 그래핀을 적층하여 제2전극을 형성하는 단계로 구성되며, 상기 제1전극의 나노물질이 제2전극의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 한다.
상기 제1전극을 형성하는 단계는 용매에 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브중 하나로 이루어진 나노물질을 용해하여 액상 나노물질을 형성하는 단계; 상기 액상 나노물질을 기판상에 도포하는 단계; 및 상기 도포된 액상 나노물질을 경화하는 단계로 이루어지며, 상기 제2전극을 형성하는 단계는 흑연을 산화하여 액상 산화그래핀을 형성하는 단계; 산화그래핀을 환원하는 단계; 및 환원된 그래핀을 제1전극 위에 도포하는 단계로 이루어진다.
또한, 본 발명에 따른 표시소자는 화상을 구현하는 표시패널; 및 상기 표시패널에 형성된 투명전극으로 구성되며, 상기 투명전극은 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1전극 및 플레이크를 포함하는 액상 그래핀로 이루어져 상기 제1전극 위에 형성된 제2전극으로 구성되며, 상기 제1전극의 나노물질이 제2전극의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 한다.
그리고, 본 발명에 따른 터치패널은 표시소자 전면에 배치된 기판; 상기 기판에 X축방향 및 Y축방향을 따라 배치된 복수의 제1전극 및 제2전극으로 구성되며, 상기 제1전극 및 제2전극은 각각 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1층 및 플레이크를 포함하는 액상 그래핀로 이루어져 상기 제1층위에 형성된 제2층으로 구성되며, 상기 제1층의 나노물질이 제2층의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 나노물질로 이루어진 제1전극 위에 산화 환원공정에 의해 형성된 액상의 그래핀 플레이크를 도포하여 제2전극을 형성함으로써, 나노물질의 플레이크 사이에 가교역할을 하여 그래핀의 면저항을 감소시킬 수 있게 되어 표시소자나 터치패널 등에 투명전극으로 사용할 수 있게 된다. 따라서, 그래핀의 장점인 높은 투과도 및 연성특성에 의해 특히 연성 표시소자의 전극으로 유용하게 사용될 수 있게 된다.
또한, 그래핀을 단순히 도포하여 전극을 형성할 수 있으므로, 제조공정이 단순화되고 제조비용을 절감할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명에 따른 전극구조를 나타내는 도면.
도 2a는 이상적인 그래핀의 구조를 나타내는 도면.
도 2b는 산화 환원공정을 거친 그래핀의 구조를 나타내는 도면.
도 3은 본 발명의 도전물질이 적용된 유기전계발광 표시소자의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 본 발명의 도전물질이 적용된 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면.
도 5a 및 도 5b는 각각 본 발명에 따른 터치패널의 전극구조를 나타내는 평면도 및 단면도.
이하, 본 발명에 대해 상세히 설명한다.
표시소자의 투명전극 등에 사용되는 ITO의 인듐은 Zn나 Pb로부터 추출되는 물질로서, Zn이나 Pb의 채광시 약 10~20ppm만이 함유된 희귀원소이다. 최근 평판디스플레이나 태양전지 등의 사용량이 증가함에 따라 희귀원소인 인듐의 수요도 꾸준히 증가하고 있어, 가격이 상승하고 있을 뿐만 아니라 수년내에 매장량의 고갈에 의한 부족현상이 발생할 것으로 예상되고 있다.
따라서, ITO를 대체할 투명한 도전물질에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 본 발명에서는 종래 사용하던 ITO와 같은 금속산화물 대신 그래핀(graphene)를 사용하여 투명전극을 형성한다. 그래핀은 탄소원자가 한층의 벌집형태로 구성된 2차원 물질로서, 2004년에 발견된 이래 박형이면서 전기전도도와 열전도율이 높고 유연한 물질이라는 특성으로 인해 많은 연구가 되고 있다.
도 1은 본 발명에 따른 그래핀을 이용한 표시소자 등에 적용되는 투명전극구조를 나타내는 도면이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 전극(30)은 유리나 플라스틱과 같은 투명한 기판(10) 상에 형성된 제1전극(30a) 및 그 위에 형성된 제2전극(30b)의 이중의 층으로 형성된다.
상기 제1전극(30a)은 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브와 같은 나노물질로 형성되며, 제2전극(30b)은 그래핀으로 형성된다. 이와 같이, 본 발명에서 전극(30)은 나노층과 그래핀층의 2중의 층으로 형성하는 이유는 다음과 같다.
그래핀은 다양한 방법으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 스카치테입법과 기계적 방법이나 CVD(Chemical Vapor Deposition)성장법, Hummers법 등이 알려져 있다.
스카치테입법은 최초의 그래핀은 형성한 방법으로서 흑연 플레이크(graphite flake), 일반적인 스카치테입, SiO2 웨이퍼를 준비한 후, 플레이크를 스카치테입에 올린 후 수 차례 접었다 폈다를 반복한다. 이후, 테입을 SiO2 웨이퍼에 올린 후 플레이크 자국이 남아있는 부분을 문질러 준 후, 한 층의 그래핀부터 다층의 그래핀이 형성된다. 그러나, 상기한 스카치테입법에 의해 제조된 그래핀은 크기와 형태를 제어할 수 없기 때문에 소자로의 응용에 어려움이 있었다.
CVD성장법은 Ni, Cu, Pt 등과 같은 탄소를 잘 흡착하는 전이금속을 촉매층으로 준비한 후 1,000℃ 이상의 고온에서 CH4, H2, Ar 등의 혼합가스를 주입하면, 고온에서 주입된 혼합가스에서 탄소가 촉매층과 반응하며, 이를 급랭시키면 촉매로부터 탄소가 떨어져 나노면서 표면에 그래핀이 성장된다. 이후, 식각용액을 활용해 촉매층이나 지지층을 제거하게 되면 그래핀을 분리하여 원하는 기판에 전사할 수 있게 된다.
그러나, 이러한 CVD성장법은 진공상태로 진행되므로, 고가의 진공장비가 필요하게 되고 고온에서 공정이 진행되므로 제조비용이 증가하는 문제가 있었다. 더욱이 진공챔버내에서 공정이 진행되므로, 대면적의 기판에 그래핀을 형성하기 위해서는 진공챔버 자체가 대형으로 되야만 하기 때문에, 실질적으로 대형의 기판이 그래핀을 형성하기에는 적합하지 않았다.
스카치테이프법과 CVD성장법의 상기와 같은 문제로 인해, 현재로서는 Hummers법이 많이 사용되고 있는데, 이러한 Hummers법은 다음과 같다.
흑연을 강산과 산화제로 산화시켜 산화흑연(graphite oxide)으로 만들면, 산화흑연의 강한 친수성으로 인해 물분자가 산화흑연의 면과 면 사이에 용이하게 삽입되며, 이로 인해 면간 간격이 6~12Å으로 늘어나 면과 면 사이가 용이하게 박리되어 산화그래핀(graphene oxide)을 얻을 수 있다.
상기와 같이 형성된 산화그래핀은 표면에 수산기와 에폭시기, 가장자리에는 카르복실기와 결합한 형태로 존재하기 때문에 그래핀 고유의 성질을 대부분 상실하게 된다. 따라서, 상기 산화그래핀을 환원하여 산소를 포함한 작용기를 제거해줌으로써 그래핀 고유의 특성을 다시 부여한다.
그러나, 상기와 같은 산화, 환원과정을 거치게 되면, 그래핀의 구조가 변하게 된다. 즉, 도 2a에 도시된 바와 같이, 이상적인 그래핀은 육각형의 벌집형태로 배치된 이차원 구조로 형성되지만, 산화, 환원과정을 거침에 따라 도 2b에 도시된 바와 같이, 그래핀은 이상적인 벌집형태로 형성되는 것이 아니라 액상의 플레이크(flake)형태로 형성된다. 즉, 그래핀이 부분적으로 형성되어 플레이크와 프레이크 사이에 공간이 발생하게 되는데, 이러한 빈 공간은 그래핀을 전극으로 형성하는 경우 저항이 증가하게 된다.
따라서, 이러한 액상이 플레이트형태의 그래핀으로 투명전극(30b)을 형성하는 경우, 높은 면저항에 의한 신호지연으로 인해 문제가 발생하게 된다.
본 발명에서는 Hummers법의 산화, 환원에 의해 그래핀으로 이루어진 전극(30b)을 형성하되, 그 하부에 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브와 같은 나노물질로 이루어진 제1전극(30a)을 형성하여 그래핀의 고저항에 의한 문제를 해결한다.
상기 제1전극(30a)은 나노물질로 1-2㎛의 두께로 형성되며, 제2전극(30b)은 2차원면이 벌집형태(비록 플레이크형태로 형성되지만, 전체적인 구조는 가교가 없는 벌집형태에 가깝게 형성된다)의 얇은 층이 다층으로 적층된 형상으로 형성되므로, 제1전극(30a) 위에 제2전극(30b)이 형성될 때, 제1전극(30a)의 나노물질이 제2전극(30b)의 플레이크 사이를 가교함으로써 제2전극(30b)의 전체 플레이크에 가교가 형성되어 제2전극(30b)의 면저항이 감소하게 된다. 다시 말해서, 제2전극(30b)은 실제 신호를 전송하는 신호배선으로서의 역할을 하며, 제1전극(30a)은 제2전극(30b)의 플레이크의 가교역할을 함으로써 원활하게 신호가 전달되도록 한다.
상기 제1전극(30a)은 용매에 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브와 같은 나노물질을 용해한 후, 기판(10) 상에 용액 상태의 나노물질을 도포한 후, 열경화함으로써 형성된다.
이때, 나노물질의 도포는 스핀코팅, 롤코팅, 딥코팅, 스크린코팅과 같은 다양한 방법에 의해 이루어질 수도 있다. 스핀코팅은 기판을 일정 속도로 회전하는 회전판에 배치시킨 후, 회전하는 기판 상에 액상의 나노물질을 적하하여 적하된 나노물질이 퍼져 기판 전체에 도포되도록 한다. 또한, 롤코팅은 롤러의 표면에 액상의 나노물질을 도포한 후, 롤러를 기판에 접촉한 상태에서 상기 롤러를 진행하여 롤러 표면의 나노물질을 기판상에 전사함으로써 이루어진다.
딥코팅은 액상의 나노물질을 용기에 채운 후, 기판을 용기에 넣어 적심으로서 기판에 나노물질을 도포한다. 또한, 스크린코팅은 기판 상에 개구영역이 형성된 스크린을 배치한 후, 그 위에 나노물질을 공급하고 스퀴즈 등에 의해 상기 나노물질에 압력을 인가하여 개구영역을 통해 상기 나노물질이 배출되도록 함으로써 기판 위에 나노물질을 도포할 수 있게 된다. 이러한 나노물질의 도포방법은 상기와 같은 특정 방법에 한정되는 것이 아니라, 다양한 방법을 이용할 수 있게 된다.
제2전극(30b)은 상기와 같이 형성된 용액형 산화, 환원 과정을 거친 액상의 그래핀을 제1전극(30a) 위에 도포하고 경화함으로써 형성된다. 이때, 상기 그래핀의 도포 역시 스핀코팅, 롤코팅, 딥코팅, 스크린코팅과 같은 다양한 방법에 의해 이루어질 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 전극(30)은 특정한 형상으로 형성될 수 있다. 즉, 특정 형상으로 패터닝될 수 있다. 이때, 나노물질로 이루어진 제1전극(30a)은 포토레지스트와 에천트를 이용한 사진식각공정(photolithography process)에 의해 형성되며, 상기 제2전극(30b)은 레이저나 플라즈마에 의해 식각함으로써 형성할 수도 있다.
다시 말해서, 기판(10) 상에 나노물질로 이루어진 나노층을 형성하고 사진식각공정에 의해 패터닝하여 제1전극(30a)을 형성하고, 이어서 상기 제1전극(30a)이 형성된 기판(10) 전체에 걸쳐 그래핀을 도포한 후 레이저나 플라즈마에 의해 식각하여 제2전극(30b)을 형성함으로써, 원하는 형상의 전극(30)을 형성할 수 있게 된다.
상기와 같이, 형성된 전극(30)은 투명도가 좋을 뿐만 아니라 저항도 낮기 때문에, 표시소자 등의 투명전극으로 유용하게 사용될 수 있다. 또한, 그래핀은 연성이 높기 때문에, 상기 전극(30)은 휠 수 있는 연성 표시소자의 투명전극으로 유용하게 사용될 수 있게 된다.
또한, 그래핀층은 도포에 의해 기판상에 형성할 수 있게 되므로, 종래 사용하던 CVD성장법에 비해 고가의 진공장비나 고온의 공정이 필요없게 되어 제조비용을 절감할 수 있고 생산효율을 향상시킬 수 있게 된다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 나노층 및 그래핀층이 2중 구조로 전극을 형성함에 따라 그래핀의 플레이크 사이를 나노물질이 가교함으로써 그래핀이 전체적으로 전기적으로 도통되어 저항이 매우 낮기 때문에, 표시소자의 전극으로 유용하게 사용될 수 있다. 특히, 그래핀은 연성을 갖고 있기 때문에, 연성표시소자나 터치패널의 투명전극을 형성하는 유용한 재료가 될 수 있다.
이하에서는 상기와 같이 형성된 그래핀이 실제로 적용된 표시소자에 대하여 설명한다. 본 발명의 그래핀은 모든 표시소자의 전극으로 이용될 수 있지만, 이하에는 특정 표시소자를 예를 들어 설명한다.
도 3은 본 발명에 따른 그래핀이 적용된 유기전계발광 표시소자의 구조를 나타내는 도면이다. 일반적으로 유기전계발광 표시소자는 적색광, 녹색광 및 청색광을 발광하는 R,G,B의 복수의 화소로 이루어져 있지만, 도면에서는 설명의 편의를 위해 서로 인접하는 표시영역의 최외각 화소 및 외곽영역만을 도시하였다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 유기전계발광 표시소자(101)는 복수의 화소영역이 형성되어 실제 화상을 구현하는 표시영역과 표시영역의 외곽에 형성되어 외부로부터 인가되는 신호를 표시영역 내에 전달하는 배선 및 패드가 형성되는 외곽영역으로 이루어진다.
플라스틱과 같은 연성 무질로 이루어진 기판(110)에는 버퍼층(122)이 형성되고, 버퍼층(122) 위의 표시영역에는 구동박막트랜지스터가 형성된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 구동박막트랜지스터는 R,G,B화소영역에 각각 형성되며, 상기 버퍼층(122) 위에 R,G,B 화소영역에 형성된 반도체층(112)과, 상기 반도체층(112)이 형성된 기판(110) 전체에 걸쳐 형성된 제1절연층(123)과, 상기 제1절연층(123) 위에 형성된 게이트전극(111)과, 상기 게이트전극(111)을 덮도록 기판(110) 전체에 걸쳐 형성된 제2절연층(124)과, 상기 제1절연층(123) 및 제2절연층(124)에 형성된 컨택홀을 통해 반도체층(112)과 접촉하는 소스전극(114) 및 드레인전극(115)으로 구성된다.
버퍼층(122)은 단일층 또는 복수의 층으로 이루어질 수 있으며, 상기 반도체층(112)은 결정질 실리콘 또는 IGZO(Indium Gallium Zinc Oxide)와 같은 투명산화물반도체로 형성할 수 있으며, 중앙영역의 채널층과 양측면의 도핑층으로 이루어져 소스전극(114) 및 드레인전극(115)이 상기 도핑층과 접촉한다.
상기 게이트전극(111)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금 등의 금속으로 형성될 수 있으며, 제1절연층(123) 및 제2절연층(124)은 SiO2나 SiNx와 같은 무기절연물질로 이루어진 단일층 또는 SiO2 및 SiNx으로 이루어진 이중의 층으로 이루어질 수 있다. 또한, 소스전극(114) 및 드레인전극(115)은 Cr, Mo, Ta, Cu, Ti, Al 또는 Al합금으로 형성할 있다.
상기 구동박막트랜지스터가 형성된 기판(110)에는 제3절연층(126)이 형성된다. 상기 제3절연층(126)은 SiO2와 같은 무기절연물질로 형성될 수 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 제3절연층(126) 위에는 기판(110)을 평탄화시키기 위한 오버코트층(overcoat layer)이 형성될 수도 있다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 외곽영역에는 구동박막트랜지스터의 게이트전극(111)에 주사신호를 인가하는 게이트패드와 화소전극에 신호를 인가하는 데이터패드가 형성된다.
표시영역내의 화소영역에 각각 형성되는 구동박막트랜지스터의 드레인전극(115)의 상부 제3절연층(126)에는 컨택홀(129)이 형성되어, 상기 제3절연층(126) 위에 형성되는 화소전극(120)이 상기 컨택홀(129)을 통해 구동박막트랜지스터의 드레인전극(115)과 전기적으로 접속된다.
표시영역내의 상기 제3절연층(126) 위의 각 화소영역의 경계에는 뱅크층(128)이 형성된다. 상기 뱅크층(128)은 일종의 격벽으로서, 각 화소영역을 구획하여 인접하는 화소영역에서 출력되는 특정 컬러의 광이 혼합되어 출력되는 것을 방지하기 위한 것이다. 또한, 상기 뱅크층(128)은 컨택홀(129)의 일부를 채우기 때문에 단차를 감소시키며, 그 결과 유기발광부의 형성시 과도한 단차에 의한 유기발광부에 불량이 발생하는 것을 방지한다.
표시영역에는 화소전극(120)이 형성된다. 상기 화소전극(120)은 Ca, Ba, Mg, Al, Ag 등과 같은 금속으로 이루어지고 구동박막트랜지스터의 드레인전극(115)과 접속되어 외부로부터 화상신호가 인가된다.
유기발광부(125)는 뱅크층(128) 사이의 화소전극(120) 위에 형성된다. 상기 유기발광부(125)는 각각 적색광을 발광하는 R-유기발광층, 녹색광을 발광하는 G-유기발광층, 청색광을 발광하는 B-유기발광층을 포함한다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 유기발광부(125)에는 유기발광층 뿐만 아니라 유기발광층에 전자 및 정공을 각각 주입하는 전자주입층 및 정공주입층과 주입된 전자 및 정공을 유기발광층으로 각각 수송하는 전자수송층 및 정공수송층이 형성될 수도 있을 것이다.
또한, 유기발광층은 백색광을 발광하는 백색 유기발광층으로 형성될 수도 있다. 이 경우, 백색 유기발광층의 하부, 예를 들어 절연층(124) 위의 R,G,B 서브화소영역에는 각각 R,G,B 컬러필터층이 형성되어 백색 유기발광층에서 발광되는 백색광을 적색광, 녹색광, 청색광으로 변환시킨다. 이러한 백색 유기발광층은 R,G,B의 단색광을 각각 발광하는 복수의 유기물질이 혼합되어 형성되거나 R,G,B의 단색광을 각각 발광하는 복수의 발광층이 적층되어 형성될 수 있다.
상기 표시영역의 유기발광부(125) 위에는 공통전극(130)이 형성된다. 상기 공통전극(130)은 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브와 같은 나노물질로 이루어져 상기 유기발광부(125) 위에 형성되는 제1공통전극(130a)과 그래핀으로 이루어져 상기 제1공통전극(130)위에 형성된 제2공통전극(130b)으로 구성된다.
이때, 공통전극(130)은 액상의 나노물질을 도포하고 소성한 후 패터닝하여 제1공통전극(130a)을 형성하고 그 위에 액상의 그래핀을 도포하고 소성한 후 패터닝하여 제2공통전극(130b)을 형성함으로써 완성된다. 상기 그래핀은 종래 사용되던 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)와 같은 투명한 산화금속물질에 비해 도전성이 좋기 때문에, 대형 유기전계발광 표시소자를 제작했을 때 저항에 의한 신호지연을 방지할 수 있게 된다. 또한, 그래핀으로 형성된 공통전극(130)은 ITO나 IZO이 비해 연성이 강하기 때문에, 완성된 유기전계발광 표시소자를 사용자가 사용할 때 표시소자를 구부리는 등의 충격을 가했을 때 충격에 의해 공통전극(130)의 파손이 발생하지 않게 된다.
이때, 상기 공통전극(130)이 유기발광부(125)의 캐소드이고 화소전극(120)이 애노드서, 공통전극(130)과 화소전극(120)에 전압이 인가되면, 상기 공통전극(130)으로부터 전자가 유기발광부(125)로 주입되고 화소전극(120)으로부터는 정공이 유기발광부(125)로 주입되어, 유기발광층내에는 여기자(exciton)가 생성되며, 이 여기자가 소멸(decay)함에 따라 발광층의 LUMO(Lowest Unoccupied Molecular Orbital)와 HOMO(Highest Occupied Molecular Orbital)의 에너지 차이에 해당하는 광이 발생하게 되어 외부(도면에서 공통전극(130)의 상부방향)로 출사하게 된다.
외곽영역과 표시영역의 제3절연층(126) 상부, 공통전극(130)과 뱅크층(128) 상부에는 기판(110) 전체에 걸쳐서 제1보호층(passivation layer;141)이 형성된다. 상기 제1보호층(141)은 SiO2나 SiNx와 같은 무기물질로 형성된다.
또한, 상기 제1보호층(141) 위에는 폴리머 등의 유기물질로 이루어진 유기층(143)이 형성되고 그 위에 SiO2나 SiNx와 같은 무기물질로 이루어진 제2보호층(144)이 형성된다.
상기 제2보호층(144) 위에는 접착제가 도포되어 접착층(146)이 형성되며, 그 위에 보호필름(148)이 배치되어, 상기 접착층(146)에 의해 보호필름(148)이 부착된다.
상기 접착제로는 부착력이 좋고 내열성 및 내수성이 좋은 물질이라면 어떠한 물질을 사용할 수 있지만, 본 발명에서는 주로 에폭시계 화합물, 아크릴레이트계 화합물 또는 아크릴계 러버과 같은 열경화성 수지를 사용한다. 이때, 상기 접착층(146)은 약 5-100㎛의 두께로 도포되며, 약 80-170도의 온도에서 경화된다. 또한, 상기 접착제로서 광경화성 수지를 사용할 수도 있으며, 이 경우 접착층에 자외선과 같은 광을 조사함으로써 접착층(146)을 경화시킨다.
상기 접착층(146)은 기판(110) 및 보호필름(148)을 합착할 뿐만 아니라 상기 유기전계발광 표시소자 내부로 수분이 침투하는 것을 방지하기 위한 봉지제의 역할도 한다. 따라서, 본 발명의 상세한 설명에서 도면부호 146의 용어를 접착제라고 표현하고 있지만, 이는 편의를 위한 것이며, 이 접착층을 봉지제라고 표현할 수도 있을 것이다.
상기 보호필름(148)은 접착층(146)을 봉지하기 위한 봉지캡(encapsulation cap)으로서, PS(Polystyrene)필름, PE(Polyethylene)필름, PEN(Polyethylene Naphthalate)필름 또는 PI(Polyimide)필름 등과 같은 보호필름으로 이루어질 수 있다.
상기 보호필름(148) 상부에는 편광판(150)이 부착된다. 상기 편광판(152)은 유기전계발광 표시소자로부터 발광된 광은 투과하고 외부로부터 입사되는 광은 반사하지 않도록 하여, 화질을 향상시킨다.
도 4는 본 발명의 그래핀이 적용된 액정표시소자의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4에 도시된 바와 같이, 제1기판(210)에는 박막트랜지스터가 형성된다. 상기 박막트랜지스터는 제1기판(210)위에 형성된 게이트전극(211)과, 상기 게이트전극(211)이 형성된 제1기판(210) 전체에 걸쳐 형성된 게이트절연층(222)과, 상기 게이트절연층(222) 위에 형성된 반도체층(212)과, 상기 반도체층(212)위에 형성된 소스전극(214) 및 드레인전극(215)으로 이루어진다.
상기 박막트랜지스터 위에는 제1기판(210) 전체에 걸쳐 보호층(224)이 형성된다. 상기 보호층(224) 위에는 일정 폭을 갖는 띠형상의 공통전극(226) 및 화소전극(227)이 서로 평행하게 배치되어 제1기판(210)의 표면과 횡전계가 공통전극(226) 및 화소전극(227) 사이에 형성된다. 이때, 상기 화소전극(227)은 보호층(224)에 형성된 컨택홀(225)을 통해 박막트랜지스터의 드레인전극(215)과 전기적으로 접속되어 외부로부터 화상신호가 상기 박막트랜지스터를 통해 화소전극(227)에 인가된다.
상기 공통전극(226)과 화소전극(227)은 각각 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브와 같은 나노물질로 이루어져 상기 보호층(224) 위에 형성된 제1공통전극(226a) 및 제1화소전극(227a)과 그래핀으로 이루어져 상기 제1공통전극(226a) 및 제1화소전극(227a)위에 형성된 제2공통전극(226b) 및 제2화소전극(227b)으로 구성된다. 공통전극(226)과 화소전극(227)은 액상의 나노물질을 도포하고 소성한 후 패터닝하여 제1공통전극(226a) 및 제1화소전극(227a)을 형성하고 그 위에 액상의 그래핀을 도포하고 소성한 후 패터닝하여 제2공통전극(226b) 및 제2화소전극(227b)을 형성함으로써 완성된다.
그래핀은 도전성이 좋기 때문에, 대형 액정표시소자를 제작했을 때 저항에 의한 신호지연을 방지할 수 있게 된다. 또한, 그래핀으로 형성된 제2공통전극(226b) 및 제2화소전극(227b)은 연성이 좋기 때문에, 완성된 액정표시소자를 사용자가 사용할 때 표시소자를 구부리는 등의 충격을 가했을 때 충격에 의해 공통전극(226)과 화소전극(227)의 파손이 발생하지 않게 된다.
제2기판(230) 내측에는 블랙매트릭스(234)와 컬러필터층(236)이 형성된다. 상기 블랙매트릭스(234)는 Cr이나 CrOx로 이루어진 것으로, 표시소자의 게이트라인과 데이터라인 형성영역, 박막트랜지스터 형성영역과 같이 화상비표시영역으로 광이 투과하는 것을 차단하여 화질이 저하되는 것을 방지한다. 컬러필터층(236)은 R,G,B 컬러필터층으로 이루어져 실제 화상을 구현한다.
도면에는 도시하지 않았지만, 상기 컬러필터층(236) 위에는 컬러필터층(236)을 보호하고 표면을 편평하게 하기 위한 오버코터층(overcoat layer)가 형성될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 그래핀이 적용된 터치패널의 구조를 나타내는 도면으로, 도 5a는 터치패널의 전극구조를 나타내는 평면도이고 도 5a의 I-I'선 단면도이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 터치패널은 복수의 제1전극(317)과 제2전극(321)가 각각 X축방향 및 Y축방향으로 배열되어 있으며, 복수의 제1전극(317)은 제1브릿지전극(313)에 의해 서로 전기적으로 연결되고 제2전극(321)은 제2브릿지전극(319)에 의해 서로 전기적으로 연결된다. 이러한 구조의 터치패널에서는 사람의 손 등이 접촉하는 경우 제1전극(317) 및 제2전극(321)에 정전용량의 변화가 발생하며, 이 변화된 정전용량이 라우팅전극(도면표시하지 않음)을 통해 감지부로 전달되어 접촉된 영역의 (x,y) 좌표가 인식된다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 기판(310) 상에는 X축방향으로 제1브릿지전극(313)이 연장되어 형성된다. 상기 제1브릿지전극(313) 위에는 절연층(315)이 형성되며, 이때 상기 절연층(315)의 일부가 제거되어 상기 제1브릿지전극(313)의 일부가 외부로 노출된다. 상기 절연층(315) 위에는 제1전극(317)이 형성되며, 이때 상기 제1전극(317)은 절연층(315)의 제거된 영역의 제1브릿지전극(313) 상부까지 형성되어 제1전극(317)이 상기 제1브릿지전극(313)과 전기적으로 연결된다. 상기 제1브릿지전극(313)의 양단에는 상기와 같은 노출영역이 형성되고 이 영역에 각각 상기 제1브릿지전극(313)이 전기적으로 접촉되므로, 상기 제1브릿지전극(313)에 의해 서로 인접하는 제1전극(317)이 전기적으로 연결되며, X축방향을 따라 배열된 복수의 제1전극(317)이 전체적으로 전기적으로 연결된다.
상기 절연층(315) 위에는 제2브릿지전극(319)이 형성된다. 이때, 상기 제2브릿지전극(319)은 절연층(215)을 두고 제1브릿지전극(313)과 서로 수직으로 배치된다. 도면에는 도시하지 않았지만, 상기 절연층(315) 위에는 복수의 제2전극(321)이 형성되어 상기 제2브릿지전극(319)에 의해 전기적으로 연결된다. 이때, 상기 제2전극(321)과 제2브릿지전극(319)은 일체로 형성될 수 있다. 이와 같이 상기 제2브릿지전극(319)에 의해 서로 인접하는 제2전극(321)이 전기적으로 연결되므로, Y축방향을 따라 배열된 복수의 제2전극(321)이 전체적으로 전기적으로 연결된다.
한편, 상기 제1전극(317), 제2전극(319), 제1브릿지전극(313) 및 제2브릿지전극(319)은 모두 2중의 층으로 형성된다. 즉, 도 5b에 도시된 바와 같이, 상기 제1전극(317), 제1브릿지전극(313) 및 제2브릿지전극(319)은 각각 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브와 같은 나노물질로 이루어진 제1층(317a,313a,319a) 및 그래핀으로 이루어져 상기 제1층(317a,313a,319a) 위에 배치되는 제2층(317b,313b,319b)으로 구성된다. 상기 제1층(317a,313a,319a)은 액상의 나노물질을 도포하고 소성한 후 패터닝하여 형성되고 제2층(317b,313b,319b) 상기 제1층(217a,213a,219a) 위에 액상의 그래핀을 도포하고 소성한 후 패터닝하여 형성된다.
그래핀은 도전성이 좋기 때문에, 대형 터치패널을 제작했을 때 저항에 의한 신호지연을 방지할 수 있게 된다. 또한, 그래핀으로 형성된 전극들은 연성이 좋기 때문에, 완성된 터치패널이 연성표시소자에 부착되어 사용할 때 표시소자를 구부리는 등의 충격을 가했을 때 충격에 의해 전극이 파손되는 것을 방지할 수 있게 된다.
한편, 상술한 설명에서는 터치패널로서 저항막 방식의 외장형(add on type) 정전막 방식 터치패널에 대해서만 설명했지만, 본 발명의 전극구조가 이러한 특정 구조의 터치패널에만 적용되는 것이 아니라 외장형 저항막 방식, 온셀(on-cell)방식, 인셀(in-cell)방식 등 다양한 구조의 터치패널에 적용될 수 있을 것이다.
상술한 바와 같이, 본 발명에서는 나노물질로 이루어진 제1전극 및 그래핀으로 이루어진 제2전극으로 이루어진 투명전극을 형성하며, 이러한 투명전극은 액정표시소자, 유기전계발광 표시소자 등과 같은 각종 표시소자의 전극으로 형성되며, 터치패널과 같은 기능성 패널의 전극으로도 사용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만, 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것이 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
10 : 기판 30 : 전극
30a : 제1전극 30b : 제2전극

Claims (17)

  1. 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1전극; 및
    플레이크를 포함하는 액상 그래핀로 이루어져 상기 제1전극 위에 형성된 제2전극으로 구성되며,
    상기 제1전극의 나노물질이 제2전극의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극구조.
  2. 제1항에 있어서, 나노물질은 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극구조.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제1전극은 1-2㎛의 두께인 것을 특징으로 하는 전극구조.
  4. 기판 상에 나노물질을 적층하여 제1전극을 형성하는 단계; 및
    상기 제1전극 위에 플레이크를 포함하는 그래핀을 적층하여 제2전극을 형성하는 단계로 구성되며,
    상기 제1전극의 나노물질이 제2전극의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 하는 전극형성방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 제1전극을 형성하는 단계는,
    용매에 Ag나노와이어, Cu나노와이어, 카본나노와이어, 카본나노와이어튜브중 하나로 이루어진 나노물질을 용해하여 액상 나노물질을 형성하는 단계;
    상기 액상 나노물질을 기판상에 도포하는 단계; 및
    상기 도포된 액상 나노물질을 경화하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극형성방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 제1전극을 형성하는 단계는 경화된 나노물질을 패터닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극형성방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 나노물질의 패터닝은 사진식각방법에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극형성방법.
  8. 제3항에 있어서, 상기 제2전극을 형성하는 단계는,
    흑연을 산화하여 액상 산화그래핀을 형성하는 단계;
    산화그래핀을 환원하는 단계; 및
    환원된 그래핀을 제1전극 위에 도포하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 전극형성방법.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제2전극을 형성하는 단계는 도포된 그래핀을 패터닝하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 전극형성방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 그래핀의 패터닝은 레이저 또는 플라즈마에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 전극형성방법.
  11. 화상을 구현하는 표시패널; 및
    상기 표시패널에 형성된 투명전극으로 구성되며,
    상기 투명전극은 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1전극 및 플레이크를 포함하는 액상 그래핀로 이루어져 상기 제1전극 위에 형성된 제2전극으로 구성되며, 상기 제1전극의 나노물질이 제2전극의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 하는 표시소자.
  12. 제11항에 있어서, 상기 표시패널은 액정표시패널, 유기전계발광 표시패널, 전기영동 표시패널, 플라즈마 표시패널을 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자.
  13. 제10항에 있어서, 투명한 전극을 포함하는 터치패널을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 표시소자.
  14. 제8항에 있어서, 상기 터치패널의 투명전극은 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1전극 및 플레이크를 포함하는 액상 그래핀로 이루어져 상기 제1전극 위에 형성된 제2전극으로 구성되며, 상기 제1전극의 나노물질이 제2전극의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 하는 표시소자.
  15. 표시소자 전면에 배치된 기판;
    상기 기판에 X축방향 및 Y축방향을 따라 배치된 복수의 제1전극 및 제2전극으로 구성되며,
    상기 제1전극 및 제2전극은 각각 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1층 및 플레이크를 포함하는 액상 그래핀로 이루어져 상기 제1층위에 형성된 제2층으로 구성되며, 상기 제1층의 나노물질이 제2층의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 하는 터치패널.
  16. 제15항에 있어서,
    X축방향으로 배치되는 복수의 제1전극을 전기적으로 연결하는 제1브릿지전극; 및
    Y축방향으로 배치되는 복수의 제2전극을 전기적으로 연결하는 제2브릿지전극을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널.
  17. 제16항에 있어서, 상기 제1브릿지전극 및 제2브릿지전극은 각각 나노물질로 이루어져 기판 위에 형성된 제1층 및 플레이크를 포함하는 액상 그래핀로 이루어져 상기 제1층위에 형성된 제2층으로 구성되며, 상기 제1층의 나노물질이 제2층의 플레이크 사이에 가교를 형성하는 것을 특징으로 하는 터치패널.
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