KR20190024358A - Manufacture Method Of Transparent Electrode Structure With Temperature-Controlled Direct Imprinting Of Metal Ions Ink - Google Patents

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KR20190024358A
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transparent electrode
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성형진
오용석
박인규
최동윤
윤경수
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한국과학기술원
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Abstract

The present invention relates to a manufacturing method of a transparent electrode structure through direct imprinting of a metal ion ink. By applying the two-stage heating method, which distinguishes between the solvent evaporation heating temperature of the metal ion ink and the thermal reduction heating temperature of the metal ion, in the direct imprinting process, that the transparency of the electrode structure can be increased through the solvent evaporation heating step and the internal porosity of the structure of the same size can be reduced through the thermal reduction heating step, thereby manufacturing a structure having a low specific resistance.

Description

금속 이온 잉크의 온도 제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법{Manufacture Method Of Transparent Electrode Structure With Temperature-Controlled Direct Imprinting Of Metal Ions Ink}BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention [0001] The present invention relates to a transparent electrode structure,

본 발명은 투명 전극 구조물 제조 방법에 관한 것으로서, 좀더 상세하게는 금속 이온 잉크의 온도-제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of fabricating a transparent electrode structure, and more particularly, to a method of fabricating a transparent electrode structure by temperature-controlled direct imprinting of a metal ion ink.

주지된 바와 같이, 열에 의한 나노임프린팅 공정은 폴리머가 코팅된 기판에 딱딱한 몰드를 접촉시킨 후, 가열과 가압을 통해서 변형 및 유동 가능한 폴리머를 몰드의 패턴에 채워지게 하고 냉각하여 단단한 형태의 폴리머 구조물이 생성되면 몰드를 제거하는 방식으로 이루어진다.As is well known, a thermal nanoimprinting process involves contacting a rigid mold to a polymer-coated substrate, and then heating and pressing to fill and mold the deformable and flowable polymer into the pattern of the mold to form a rigid polymeric structure The mold is removed.

열에 의한 나노 임프린팅 공정은 나노 스케일의 구조물에 대한 낮은 비용과 높은 생산성을 가지는 장점이 있지만, 기능성 물질인 메탈 등을 패턴하기 위해서는 메탈 증착과 리프트 오프 등과 같은 폴리머 물질을 제거하기 위한 후처리 공정들이 추가적으로 요구된다.The thermal nanoimprinting process is advantageous in that it has low cost and high productivity for a nanoscale structure. However, in order to pattern a functional material such as a metal, a post-process for removing a polymer material such as a metal deposition and a lift- Further required.

이것은 나노 임프린팅 공정의 이점을 상쇄하기 때문에, 2007년 Nano Lett.와 2008년 Adv. Mater. 저널에 소개된 메탈 나노 입자의 직접적 임프린팅 방식으로 저온 소결 가능한 마이크로/나노스케일의 메탈 구조물을 제작하여 전자소자 등에 이용되어 왔다.This offset the advantages of the nanoimprinting process, so it is possible to use Nano Lett. 2007 and Adv. Mater. The direct-imprinting method of metal nanoparticles introduced in the journal has been used for electronic devices by fabricating a micro / nano scale metal structure capable of low-temperature sintering.

전통적인 나노 임프린팅 공정의 실리콘이나 유리와 같은 단단한 몰드 대신에 고무와 같은 탄성체 몰드를 사용하여 기판과 몰드 사이가 컨포멀 접촉을 하기 때문에 무시할 정도의 낮은 잔류층을 형성하면서 마이크로/나노스케일의 메탈 구조물을 제작할 수 있다.Nanostructured metal structures, such as silicon or glass in traditional nanoimprinting processes, are used to form conformal contact between the substrate and the mold using an elastomeric mold, such as rubber, .

하지만 메탈 나노 입자의 직접적 임프린팅 공정은 메탈 나노입자의 불안정성, 고농도의 잉크 제작의 어려움, 몰드의 패턴의 밀도로 인한 불완전한 채워짐 등의 문제로 인해서 높은 전기적/광학적 특성을 요구하는 투명전극 분야 등에는 이용이 제한되어 왔다.However, the direct imprinting process of metal nanoparticles is not suitable for transparent electrode fields requiring high electrical / optical characteristics due to instability of metal nanoparticles, difficulty in producing high-density ink, incomplete filling due to density of the pattern of the mold, and the like Use has been limited.

2015년 RSC Adv.과 2016년 ACS Appl. Mater. Inter.저널에 소개된 직접적 임프린팅을 이용한 고성능 메탈 그리드 투명 전극을 제작을 위한 메크로 스케일의 공간(레저부아)-부착된 몰드가 제안되었다.RSC Adv. To 2015 and ACS Appl. Mater. A macroscale space (leisure bore) - attached mold for making a high performance metal grid transparent electrode using direct imprinting introduced in the Inter. Journal has been proposed.

레저부아-부착된 몰드는 레저부아와 마이크로 스케일의 그리드 형상의 공간이 함께 연결되어 있는 형태로 패턴닝되어 있으며, 직접적 임프린팅 공정에서 각각의 공간의 변형에 의한 내부 부피 감소의 차이로 인해서 잉크가 레저부아에서 그리드 형상의 공간으로 주입되어 잉크의 채워짐을 향상시키는 방식이다.Leisure Boards - The attached molds are patterned in the form of a grid-like space in the form of a microscale grid connected to the leisure booth. In the direct imprinting process, due to the difference in internal volume reduction due to the deformation of each space, And injected into the grid-shaped space at the leisure bore to improve the filling of the ink.

이러한 방식은 메탈 구조물의 크기를 향상시켜 우수한 전기적 특성을 가지는 메탈 그리드 투명전극의 제작을 가능하게 하였으나, 메탈 구조물 내부의 다공성을 줄이는 등의 비저항을 낮추지는 못하였다.This method improves the size of the metal structure, making it possible to fabricate a metal grid transparent electrode having excellent electrical characteristics, but it can not lower the resistivity such as reducing the porosity inside the metal structure.

대한민국 공개특허공보 제10-2009-0035936호(공개일자 2009년04월13일)Korean Patent Publication No. 10-2009-0035936 (Published on April 13, 2009) 대한민국 공개특허공보 제10-2014-0129134호(공개일자 2014년11월06일)Korean Patent Laid-Open Publication No. 10-2014-0129134 (published on November 06, 2014) 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0091114호(공개일자 2015년08월07일)Korean Patent Publication No. 10-2015-0091114 (published on August 07, 2015)

상기한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은, 금속 이온 잉크의 용매 증발 온도와 금속 이온의 열적 환원 온도를 구분하는 2단 가열 방식을 직접적 임프린팅 공정을 적용해 높은 투과도와 낮은 면저항을 가지는 투명 전극 구조물을 제작할 수 있는 금속 이온 잉크의 온도-제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법을 제공하는 것이다. It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method of separating a metal ion ink from a metal ion ink by a direct imprinting process, And to provide a method for manufacturing a transparent electrode structure through temperature-controlled direct imprinting of a metal ion ink capable of producing an electrode structure.

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 금속 이온 잉크의 온도-제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법은, 금속 이온 잉크가 공급된 기판 상에 패턴 그루브가 형성된 몰드를 올려 적층시키는 몰드 적층 단계; 상기 기판 상에 공급된 상기 금속 이온 잉크가 상기 몰드의 패턴 그루브 내에 채워지게 상기 몰드를 눌러 가압한 상태로 상기 금속 이온 잉크 중에 포함된 용매를 증발시키도록 가열하는 용매 증발 가열 단계; 상기 몰드를 계속 눌러 가압한 상태로 상기 금속 이온 잉크의 열적 환원을 위해 상기 용매 증발 온도 보다 높은 온도로 가열하는 열적 환원 가열 단계; 및 상기 몰드 분리 후 상기 기판 상에 열적 환원된 상태로 패턴닝된 전극 구조물을 소결되게 가열하는 소결 단계;를 포함하여 제작되는 것을 특징으로 한다. According to another aspect of the present invention, there is provided a method of fabricating a transparent electrode structure by temperature-controlled direct imprinting of a metal ion ink, comprising the steps of: stacking a mold on which a pattern groove is formed on a substrate, step; A solvent evaporation heating step of heating the metal ion ink supplied on the substrate so as to evaporate the solvent contained in the metal ion ink while pressing the mold so as to fill the pattern groove of the mold; A thermal reduction heating step of heating the metal ion ink to a temperature higher than the solvent evaporation temperature for thermal reduction of the metal ion ink while the mold is continuously pressed; And a sintering step of heating the electrode structure patterned in a thermally reduced state on the substrate after the mold is separated so as to be sintered.

여기서, 상기 금속 이온 잉크는 은 이온 잉크인 것을 포함할 수 있다. Here, the metal ion ink may be a silver ion ink.

또한, 상기 용매 증발 가열 단계에서 용매 증발 가열 온도는 50℃이하로 이루어지고, 용매 증발 가열 시간은 10분 이내로 이루어지는 것이 바람직하다. The solvent evaporation heating temperature in the solvent evaporation heating step is preferably 50 ° C or less, and the solvent evaporation heating time is preferably 10 minutes or less.

또한, 열적 환원 가열 단계에서 상기 열적 환원 가열 온도는 60℃ 내지 100℃범위 이내로 이루어지고, 상기 열적 환원 가열 시간은 20분 이내로 이루어지는 것이 바람직하다. It is preferable that the thermal reduction heating temperature in the thermal reduction heating step is within a range of 60 to 100 ° C, and the thermal reduction heating time is within 20 minutes.

또한, 상기 소결 단계에서 투명 전극 구조물의 소결 가열 온도는 150℃ 내지 300℃ 범위 이내로 이루어지는 것이 바람직하다. In the sintering step, the sintering heating temperature of the transparent electrode structure is preferably in the range of 150 to 300 캜.

상기한 본 발명의 금속 이온 잉크의 온도-제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법에 따르면, 높은 투과도를 유지하면서 동일한 크기에 구조물에 대해서 내부 다공성을 감소시킬 수 있고 그로 인한 낮은 비저항을 가지는 구조물의 제작이 가능하도록 하는 효과를 갖는다.According to the method of fabricating the transparent electrode structure through temperature-controlled direct imprinting of the metal ion ink of the present invention, it is possible to reduce the internal porosity of the same size and structure while maintaining high transparency, So that the structure can be manufactured.

또한, 상기한 저다공성 메탈 구조물은 차세대 유연기판 기반의 메탈 투명전극으로 이용하기 위한 전사 공정후의 메탈 투명전극의 정적/동적 굽힘 시험에 대한 전기적/기계적 안정성을 향상시킬 수 있는 효과를 갖는다. In addition, the above-described low-porosity metal structure has the effect of improving the electrical / mechanical stability of static and dynamic bending tests of the metal transparent electrode after the transfer process for use as the next-generation flexible substrate-based metal transparent electrode.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 이온 잉크를 이용해 투명 전극 구조물 제조하기 위한 온도 제어된 직접적 임프린팅 과정을 도시한 개략 사시도이다.
도 2는 온도 제어된 직접적 임프린팅 과정을 통해 제작한 메탈 그리드 구조물의 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 2단 가열(tow-step heating) 방식과 1단 가열(one-step heating) 방식에 따라 제작된 투명 전극 구조물의 단면 형상을 비교하여 도시한 그래프 및 사진이다.
도 4는 열적 환원 온도에 따른 투명 전극 구조물의 면저항을 비교하여 도시한 그래프이다.
도 5는 열적 환원 온도에 따른 투명 전극 구조물의 단면 형상을 비교한 사진이다.
도 6은 서로 다른 열적 환원 가열 온도에서 만들어지는 은 나노 입자-유기 복합체 분말 가루의 TGA 분석과 DTG 분석 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 열적 환원 온도에 따른 은 나노 입자-유기복합체 분말가루의 질량변화를 나타내는 그래프이다.1 is a schematic perspective view illustrating a temperature-controlled direct imprinting process for fabricating a transparent electrode structure using a metal ion ink according to an embodiment of the present invention.
2 is a SEM photograph of a metal grid structure manufactured through a temperature-controlled direct imprinting process.
FIG. 3 is a graph illustrating a cross-sectional shape of a transparent electrode structure manufactured according to a two-step heating method and a one-step heating method according to an exemplary embodiment of the present invention. to be.
4 is a graph showing the sheet resistance of the transparent electrode structure according to the thermal reduction temperature.
5 is a photograph showing a cross-sectional shape of a transparent electrode structure according to a thermal reduction temperature.
FIG. 6 is a graph showing TGA analysis and DTG analysis results of the silver nanoparticle-organic composite powder produced at different thermal reduction heating temperatures.
7 is a graph showing the mass change of the silver nanoparticle-organic composite powder according to the thermal reduction temperature.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 붙였다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art can easily carry out the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and the same or similar components are denoted by the same reference numerals throughout the specification.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 금속 이온 잉크를 이용해 투명 전극 구조물 제조하기 위한 온도 제어된 직접적 임프린팅 과정을 도시한 개략 사시도이고, 도 2는 온도 제어된 직접적 임프린팅 과정을 통해 제작한 투명 전극 구조물의 SEM 사진이다.FIG. 1 is a schematic perspective view illustrating a temperature-controlled direct imprinting process for fabricating a transparent electrode structure using a metal ion ink according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a cross- SEM photograph of the transparent electrode structure.

도 1 및 2를 참조하여 설명하면, 본 발명의 일실시예에 따른 금속 이온 잉크의 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물(35)의 제조 과정은 몰드 적층 단계(ST10), 용매 증발 가열 단계(ST20), 열적 환원 가열 단계(ST30) 및 소결 단계(ST40)를 포함하여 구성된다.1 and 2, the manufacturing process of the transparent electrode structure 35 through direct imprinting of the metal ion ink according to an embodiment of the present invention includes a step of stacking a mold ST10, a step of heating a solvent evaporator ST20 ), A thermal reduction heating step (ST30), and a sintering step (ST40).

먼저, 몰드 적층 단계(ST10)에서는, 도 1의 (a)에 도시한 바와 같이, 금속 이온 잉크(30)가 공급된 기판(10) 상에 패턴 그루브(21)가 형성된 몰드(20)를 올려 적층시키도록 한다.First, in the mold laminating step ST10, as shown in Fig. 1A, the mold 20 on which the pattern grooves 21 are formed is placed on the substrate 10 to which the metal ion ink 30 is supplied .

본 실시예의 전극 구조물(35)은 터치 스크린 등에 적용될 수 있는 투명 전극 구조물인 것을 예시하며, 투명 전극 구조물(35)을 이루기 위한 금속 이온 잉크(30)는 높은 투과도와 낮은 면저항을 가지는 저다공성의 투명 전극 구조물을 제작할 수 있도록 은 이온을 포함하는 은 이온 잉크로 이루어지는 것을 예시한다.The electrode structure 35 of the present embodiment is a transparent electrode structure that can be applied to a touch screen or the like, and the metal ion ink 30 for forming the transparent electrode structure 35 has a high transparency and a low porosity And a silver ion ink containing silver ions so that an electrode structure can be manufactured.

은 이온 잉크(30)는 은 이온, 용매 및 유기 복합체 등을 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 유기 복합체는 용매 중에 용해된 은 이온을 잉크로 사용 가능하도록 안정화하기 위한 일종의 첨가제 물질이다. The silver ion ink 30 may be composed of silver ions, a solvent, an organic complex, and the like. Here, the organic complex is a kind of additive material for stabilizing silver ions dissolved in a solvent so as to be usable as an ink.

그러나, 금속 이온 잉크(30)가 반드시 은 이온 잉크 만으로 반드시 국한되는 것은 아니며 후술하는 용매 증발 가열 단계(ST20) 및 열적 환원 가열 단계(ST30)로 이루어지는 2단계 가열 방식의 직접적 임프린팅 공적을 적용해 높은 투과도와 낮은 면저항을 가지는 저다공성의 투명 전극 구조물(335)을 제작할 수 있는 한 보다 다양한 재질의 금속 이온들이 포함된 금속 이온 잉크를 적용할 수 있음은 당연하다.However, the metal ion ink 30 is not necessarily limited to only the silver ion ink, but the direct imprinting effect of the two-step heating method including the solvent evaporation heating step (ST20) and the thermal reduction heating step (ST30) It is natural that a metal ion ink containing metal ions of various materials can be applied as long as a transparent electrode structure 335 of low porosity having high transmittance and low sheet resistance can be produced.

또한, 몰드(20)는 직접적 임프린팅이 가능한 한 PDMS(polydimethysiloxane)를 포함하여 보다 다양한 재질의 탄성체 물질로 이루어질 수 있다. In addition, the mold 20 may be made of an elastomer material of a variety of materials including PDMS (polydimethylsiloxane) as long as direct imprinting is possible.

그리고, 몰드(20)에 형성되는 패턴 그루브(21)는 형성하고자 하는 투명 전극 구조물(35)의 패턴 형상에 대응되게 깊이를 가지고 요홈지게 형성하되 탄성체 몰드(20)를 가압시 탄성 변형량을 반영하여 패턴 그루브(21)의 형상을 결정하는 것이 바람직하다.The pattern grooves 21 formed in the mold 20 are formed to have a depth corresponding to the pattern shape of the transparent electrode structure 35 to be formed and to reflect the amount of elastic deformation when the elastic mold 20 is pressed It is preferable to determine the shape of the pattern groove 21.

용매 증발 가열 단계(ST20)에서는, 도 1의 (b)에 도시한 바와 같이, 상기 기판(10) 상에 공급된 상기 은 이온 잉크(30)가 상기 몰드(20)의 패턴 그루브(21) 내에 채워지게 상기 몰드(20)를 눌러 가압한 상태로 가열하여 상기 은 이온 잉크(30) 중에 포함된 용매를 증발시켜 제거하도록 한다. In the solvent evaporation heating step ST20, the silver ion ink 30 supplied onto the substrate 10 is supplied into the pattern groove 21 of the mold 20, as shown in FIG. 1 (b) The mold 20 is pressurized so as to be filled so that the solvent contained in the silver ion ink 30 is evaporated and removed.

여기서, 은 이온 잉크(30) 중에 포함된 용매를 증발시키기 위한 용매 증발 가열 온도(TE)는 50℃이하로 이루어지고, 용매 증발 가열 시간은 10분을 초과하지 않고 그 이내로 이루어지도록 하는 것이 바람직하다.Here, it is preferable that the solvent evaporation heating temperature (T E ) for evaporating the solvent contained in the silver ion ink 30 is 50 ° C. or less, and the solvent evaporation heating time is not more than 10 minutes Do.

용매 증발 가열 온도(TE)가 50℃를 초과하여 가열하는 경우 기판(10)과 몰드 (20) 사이에 채워진 은 이온 잉크(30)의 열적 환원이 이루어지면서 기판(10)과 몰드(20) 사이에 원치 않는 메탈 잔류층이 형성되어 전극 구조물의 투명도를 낮추게 된다. The substrate 10 and the mold 20 are thermally reduced when the solvent evaporation heating temperature T E is more than 50 캜 and the silver ion ink 30 filled between the substrate 10 and the mold 20 is thermally reduced. An undesired metal residual layer is formed between the electrode structure and the electrode structure to lower the transparency of the electrode structure.

즉, 몰드(20)로 은 이온 잉크(30)가 도포된 기판(10)을 누른 상태 초기 상태에서는 은 이온 잉크(30)가 몰드(20)의 패턴 그루브(21) 내부로 채워지지 못하고 기판(10)과 몰드(20) 사이에 은 이온 잉크(30) 액막이 존재하게 되는 데, 용매 증발 가열 온도(TE)가 50℃를 초과하는 경우 너무 빨리 온도를 높이게 되어 기판(10)과 몰드(20) 사이에 은 이온 잉크(30) 액막이 열적 환원되면서 원하지 않는 부분에 메탈 잔류층을 형성하게 되는 것이다. That is, in the initial state in which the substrate 10 coated with the silver ion ink 30 is pressed into the mold 20, the silver ion ink 30 can not be filled into the pattern grooves 21 of the mold 20, When the solvent evaporation heating temperature (T E ) exceeds 50 ° C., the temperature is raised too early, and the substrate (10) and the mold (20) The thin film of the silver ion ink 30 is thermally reduced to form a metal residual layer at an undesired portion.

따라서, 용매 증발 가열 온도(TE)를 50℃ 이하로 유지한 상태로 용매 증발 가열 시간을 10분 이내로 유지시켜 기판(10)과 몰드(20) 사이의 은 이온 잉크(30) 중에 포함된 용매를 서서히 증발시켜 제거해 나감으로써, 몰드(20)와 기판(10) 사이의 은 이온 잉크(30)에 의해 형성된 액막이 점차 줄어들다가 최종적으로 몰드(20)와 기판(10)이 대면하는 부분에는 은 이온 잉크가 거의 없고 몰드의 패턴 그루브 내부에만 은 이온 잉크가 채워진 상태로 열적 환원 가열 단계(ST30)를 수행하게 된다. Therefore, the solvent evaporation heating time is maintained within 10 minutes while the solvent evaporation heating temperature (T E ) is maintained at 50 캜 or lower, so that the solvent contained in the silver ion ink 30 between the substrate 10 and the mold 20 The liquid film formed by the silver ion ink 30 between the mold 20 and the substrate 10 is gradually reduced and finally the portion where the mold 20 and the substrate 10 face each other is gradually evaporated, The thermal reduction heating step ST30 is performed in a state in which there is almost no ink and only silver ink is filled in the pattern groove of the mold.

열적 환원 가열 단계(ST30)에서는, 도 1의 (c)에 도시한 바와 같이, 상기 몰드(20)를 계속 눌러 가압한 상태로 상기 은 이온 잉크(30)의 열적 환원을 위해 상기 용매 증발 온도(TE) 보다 높은 온도로 가열하도록 한다. In the thermal reduction heating step ST30, as shown in Fig. 1 (c), the solvent evaporation temperature (for example, T E ).

본 실시예에서 열적 환원 가열 온도(TD)는 60℃ 내지 100℃범위 이내로 이루어지고, 이때, 열적 환원 가열 시간은 전술한 용매 증발 가열 시간은 20분 이내로 이루어지는 것이 바람직하다. In this embodiment, the thermal reduction heating temperature (T D ) is within the range of 60 ° C to 100 ° C, and the thermal reduction heating time is preferably 20 minutes or less.

이와 같은 열적 환원 가열 단계(ST30)에서는 전술한 바와 같이 은 이온 잉크(30)가 몰드(20)의 패턴 그루브(21) 내에 모두 채어진 상태로 가열하여 은 이온 잉크(32)를 열적 환원시켜 투명 전극 구조물(35)을 형성하도록 함과 아울러 은 이온 잉크(30)에 포함된 유기 복합체를 증발시켜 제거하도록 한다. In the thermal reduction heating step ST30 as described above, the silver ion ink 30 is heated in a state in which the silver ion ink 30 is completely filled in the pattern grooves 21 of the mold 20 to thermally reduce the silver ion ink 32, The electrode structure 35 is formed and the organic complex contained in the silver ion ink 30 is evaporated and removed.

유기 복합체는 은 이온 잉크(30)를 안정화시키는데 사용되나 전기를 통하는 전도성 물질이 아니기 때문에 은 이온 입자들을 열적 환원시켜 투명 전극 구조물(35)을 형성하는 과정에서 면저항을 줄이기 위해서는 열적 환원 가열 과정에서 가능한 많은 량을 증발시켜 제거해야 한다.Since the organic complex is used to stabilize the silver ion ink 30 but is not a conductive material through electricity, in order to reduce the sheet resistance during the process of forming the transparent electrode structure 35 by thermally reducing the silver ion particles, A large amount should be removed by evaporation.

그러나, 상기한 유기 복합체는 용매 증발 가열 온도(TE)와 같은 50℃ 이하로 가열하는 경우 이를 증발시켜 제거하기가 어렵다.However, it is difficult to remove the organic complex by evaporating it when heated to 50 캜 or less, which is equal to the solvent evaporation heating temperature (T E ).

또한, 은 이온 잉크(30)를 이루는 용매 중에서 베이스 용매(본 실시예에서는 톨루엔(toluene)인 것을 예시함)의 끓는 점이 110.6℃이기 때문에 열적 환원 가열 온도(TD)가 100℃를 초과하는 경우 내부에 기포가 발생하여 이에 의해 투명 전극 구조물(35)의 내부가 불안전한 다공성 구조를 가지게 된다.When the thermal reduction heating temperature (T D ) exceeds 100 캜 because the boiling point of the base solvent (exemplified by toluene in this embodiment) in the solvent constituting the silver ion ink 30 is 110.6 캜 The inside of the transparent electrode structure 35 has an insecure porous structure.

따라서, 열적 환원 가열 온도(TD)를 70℃ 내지 100℃범위 이내, 특히 90℃로 가열함으로써 형성된 투명 전극 구조물(35)의 내부 구조가 좀더 안정적이고 전기적 특성이 우수한 구조를 가지게 된다. Accordingly, the internal structure of the transparent electrode structure 35 formed by heating the thermal reduction heating temperature (T D ) within the range of 70 ° C to 100 ° C, particularly 90 ° C, is more stable and has an excellent electrical characteristic.

특히, 투명 전극 구조물(35)이 저다공성 특성을 갖도록 함으로써 플렉시블한 기판 상에 적용하더라도 우수한 전기적 특성과 함께 기계적 안정성을 얻을 수 있다. In particular, by providing the transparent electrode structure 35 with low porosity characteristics, excellent electrical characteristics and mechanical stability can be obtained even when applied to a flexible substrate.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 2단 가열(two-step heating) 방식과 1단 가열(one-step heating) 방식에 따라 제작된 투명 전극 구조물의 단면 형상을 비교하여 도시한 그래프 및 사진이다. FIG. 3 is a graph illustrating a cross-sectional shape of a transparent electrode structure manufactured according to a two-step heating method and a one-step heating method according to an embodiment of the present invention, to be.

도 3의 (i)에 도시한 바와 같이, 본 실시예에서 용매 증발 가열 단계(ST20)를 통해서는 50℃의 용매 증발 온도(TE)로 1단 가열하여 용매를 증발시킨 이후, 열적 환원 가열 단계(ST30)를 통해 90℃의 열적 환원 가열 온도(TD)로 2단 가열하여 은 이온 잉크(300)를 열적 환원시킴과 아울러 은 이온 잉크(30) 중에 포함된 유기 복합체를 증발시켜 제거하도록 하는 것을 예시한다. As shown in (i) of FIG. 3, in this embodiment, the solvent is evaporated by one stage heating at a solvent evaporation temperature (T E ) of 50 ° C through the solvent evaporation heating step (ST20) The silver ion ink 300 is thermally reduced by two-step heating at a thermal reduction heating temperature (T D ) of 90 ° C through step ST30, and the organic complex contained in the silver ion ink 30 is evaporated and removed .

따라서, 도 3의 (iii) 에 도시한 바와 같이 전술한 2단 가열 방식으로 제작된 투명 전극 구조물(35)은, 도 3의 (ii)에 도시한 바와 같이 용매 증발 온도(TE)와 열적 환원 온도(TD)가 50℃로 일정하게 1단 가열 방식으로 제작된 도 3의(iv)에 도시한 투명 전극 구조물과 비교해, 투명 전극 구조물(35)의 내부 구조가 저다공성인 구조적 특성을 통해 좀더 우수한 전기적 특성을 가지게 된다. Therefore, as shown in FIG. 3 (iii), the transparent electrode structure 35 manufactured by the above-described two-stage heating method has a structure in which the solvent evaporation temperature (T E ) Compared with the transparent electrode structure shown in FIG. 3 (iv) in which the reduction temperature (T D ) was constantly set at 50 ° C. by a one-stage heating method, the internal structure of the transparent electrode structure 35 was low in porosity Thereby having more excellent electrical characteristics.

도 4는 열적 환원 온도에 따른 투명 전극 구조물의 면저항을 비교하여 도시한 그래프이다. 4 is a graph showing the sheet resistance of the transparent electrode structure according to the thermal reduction temperature.

도 4에 도시한 바와 같이, 열적 환원 가열 온도(TD)를 50℃부터 100℃로 증가시키는 경우 투명 전극 구조물(35)의 면저항은 열적 환원 가열 온도(TD)를 50℃에서 90℃ 구간까지 유기 복합체의 증발에 의한 제거율이 높아지면서 일정한 감소율을 가지고 작아지다가 90℃ 부근에서 최저 정점을 찍은 이후, 90℃에서 100℃ 구간에서는 은 이온 잉크(30)를 이루는 용매 중에서 베이스 용매의 끓는 점이 가까워지면서 기포 발생에 기인한 불안정성에 의해서 상당히 증가하게 된다. 4, when the thermal reduction heating temperature (T D ) is increased from 50 ° C to 100 ° C, the sheet resistance of the transparent electrode structure (35) is set such that the thermal reduction heating temperature (T D ) And the base point of the base solvent is near to the boiling point of the solvent in the silver ion ink 30 in the range of 90 ° C to 100 ° C after the lowest peak is taken at around 90 ° C And is significantly increased by instability due to bubble generation.

도 5는 열적 환원 온도에 따른 투명 전극 구조물의 단면 형상을 비교한 사진이고, 도 6은 서로 다른 열적 환원 가열 온도에서 만들어지는 은 나노 입자-유기 복합체 분말 가루의 TGA 분석과 DTG 분석 결과를 나타낸 그래프이고, 도 7은 열적 환원 온도에 따른 은 나노 입자-유기복합체 분말가루의 질량변화를 나타내는 그래프이다.FIG. 5 is a photograph showing a cross-sectional shape of a transparent electrode structure according to a thermal reduction temperature, FIG. 6 is a graph showing TGA analysis and DTG analysis results of a silver nanoparticle-organic composite powder prepared at different thermal reduction heating temperatures And FIG. 7 is a graph showing the mass change of the silver nanoparticle-organic composite powder according to the thermal reduction temperature.

먼저, 도 5를 참조하여 설명하면, 도 5의 (i)는 50℃ 열적 환원 가열 온도(TD)를 적용한 투명 전극 구조물(35)의 단면 형상이고, 도 5의 (ii)는 70℃ 열적 환원 가열 온도(TD)를 적용한 투명 전극 구조물(35)의 단면 형상이며, 도 5의 (iii)는 90℃ 열적 환원 가열 온도(TD)를 적용한 투명 전극 구조물(35)의 단면 형상을 나타낸 것이다. 5 (i) is a sectional view of a transparent electrode structure 35 to which a thermal reduction heating temperature (T D ) of 50 ° C. is applied, and FIG. 5 (ii) Sectional shape of the transparent electrode structure 35 to which the reduction heating temperature T D is applied and FIG. 5 (iii) shows the sectional shape of the transparent electrode structure 35 to which the thermal reduction heating temperature (T D ) will be.

도 5와 함께 도 6 및 도 7을 참조하여 설명하면, 열적 환원 가열 온도(TD) 가 50℃, 70℃, 90℃로 점차 높이는 경우 투명 전극 구조물(35) 내부에 존재하는 유기 복합체의 감소율이 점차 높아지면서 투명 전극 구조물(35)을 이루는 은 나노 입자들의 좀더 조밀하게 배치되어 투명 전극 구조물의 비저항을 줄일 수 있다.Referring to FIGS. 6 and 7 together with FIG. 5, when the thermal reduction heating temperature T D is gradually increased to 50 ° C., 70 ° C., and 90 ° C., the reduction rate of the organic complex existing in the transparent electrode structure 35 The silver nanoparticles forming the transparent electrode structure 35 can be arranged more densely and the specific resistance of the transparent electrode structure can be reduced.

다시 도 1을 참조하여 설명하면, 소결 단계(ST40)에서는, 도 1의 (d)에 도시한 바와 같이, 상기 몰드(20) 분리 후 상기 기판(10) 상에 열적 환원된 상태로 패턴닝된 투명 전극 구조물(35)이 소결되게 가열하여 완성하도록 한다. Referring to FIG. 1 again, in the sintering step ST40, as shown in FIG. 1 (d), after the mold 20 is separated, the substrate 10 is patterned in a thermally reduced state The transparent electrode structure 35 is heated to be sintered and completed.

여기서, 소결을 위한 가열 온도는 150℃ 내지 300℃ 범위 이내로 이루어지는 것이 바람직하다. Here, it is preferable that the heating temperature for sintering is within the range of 150 占 폚 to 300 占 폚.

따라서, 본 실시예의 금속 이온 잉크의 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법은 은 이온 잉크(30)의 용매 증발 가열 온도(TE)와 금속 이온의 열적 환원 가열 온도(TD)를 구분하는 2단 가열 방식을 직접적 임프린팅 공정을 적용함으로써, 용매 증발 가열 단계(ST20)를 통해 전극 구조물(35)의 투명도를 높일 수 있도록 함과 아울러 열적 환원 가열 단계(ST30)를 통해 동일한 크기의 전극 구조물에 대비해 내부 다공성을 감소시킬 수 있고 그로 인한 낮은 비저항을 가지는 투명 전극 구조물(35)의 제작이 가능하도록 한다.Therefore, the transparent electrode structure forming method using a direct imprinting of an metal ion ink of this embodiment is to separate the ion evaporation of the solvent heating temperature (T E) and a thermal reducing the heating temperature of the metal ions (T D) of the ink 30 By applying the direct imprinting process to the two-stage heating method, the transparency of the electrode structure 35 can be increased through the solvent evaporation and heating step ST20, and the electrode structure 35 having the same size The internal porosity can be reduced and the transparent electrode structure 35 having a low specific resistance can be manufactured.

또한, 상기한 저다공성 투명 전극 구조물(35)은 차세대 유연기판 기반의 금속 투명 전극으로 이용하기 위한 전사 공정후의 금속 투명 전극의 정적/동적 굽힘 시험에 대한 전기적/기계적 안정성을 향상시킬 수 있게 된다. In addition, the low-porosity transparent electrode structure 35 can improve the electrical / mechanical stability of static and dynamic bending tests of the metal transparent electrode after the transfer process for use as a next-generation flexible substrate-based metal transparent electrode.

이상을 통해 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형 또는 변경하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments, but many variations and modifications may be made without departing from the spirit and scope of the invention. And it goes without saying that they belong to the scope of the present invention.

10: 기판 20: 몰드
21: 패턴 그루브 30: 금속 이온 잉크(은 이온 잉크)
32: 투명 전극 구조물(열적 환원 상태) 35: 투명 전극 구조물(소결 상태)
ST10: 몰드 적층 단계 ST20: 용매 증발 가열 단계
ST30: 열적 환원 가열 단계 ST40: 소결 단계10: substrate 20: mold
21: pattern groove 30: metal ion ink (silver ion ink)
32: transparent electrode structure (thermally reduced state) 35: transparent electrode structure (sintered state)
ST10: Mold lamination step ST20: Solvent evaporation heating step
ST30: thermal reduction heating step ST40: sintering step

Claims (5)

금속 이온 잉크가 공급된 기판 상에 패턴 그루브가 형성된 몰드를 올려 적층시키는 몰드 적층 단계;
상기 기판 상에 공급된 상기 금속 이온 잉크가 상기 몰드의 패턴 그루브 내에 채워지게 상기 몰드를 눌러 가압한 상태로 상기 금속 이온 잉크 중에 포함된 용매를 증발시키도록 가열하는 용매 증발 가열 단계;
상기 몰드를 계속 눌러 가압한 상태로 상기 금속 이온 잉크의 열적 환원을 위해 상기 용매 증발 온도 보다 높은 온도로 가열하는 열적 환원 가열 단계; 및
상기 몰드 분리 후 상기 기판 상에 열적 환원된 상태로 패턴닝된 전극 구조물을 소결시키도록 가열하는 소결 단계;를 포함하는 금속 이온 잉크의 온도 제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법.
A mold laminating step of laminating a mold on which a pattern groove is formed on a substrate to which metal ion ink is supplied,
A solvent evaporation heating step of heating the metal ion ink supplied on the substrate so as to evaporate the solvent contained in the metal ion ink while pressing the mold so as to fill the pattern groove of the mold;
A thermal reduction heating step of heating the metal ion ink to a temperature higher than the solvent evaporation temperature for thermal reduction of the metal ion ink while the mold is continuously pressed; And
And a sintering step of sintering the electrode structure patterned in a thermally reduced state on the substrate after the mold is separated from the substrate.
제1항에서,
상기 금속 이온 잉크는 은 이온 잉크를 포함하는 금속 이온 잉크의 온도 제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법.
The method of claim 1,
Wherein the metal ion ink is a temperature controlled direct imprinting of a metal ion ink comprising a silver ion ink.
제1항에서,
상기 용매 증발 가열 단계에서,
용매 증발 가열 온도는 50℃이하로 이루어지는 금속 이온 잉크의 온도 제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법.
The method of claim 1,
In the solvent evaporation heating step,
Wherein the solvent evaporation heating temperature is 50 占 폚 or less.
제1항에서,
상기 열적 환원 가열 단계에서,
열적 환원 가열 온도는 60℃내지 100℃범위 이내로 이루어지는 금속 이온 잉크의 온도 제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법.
The method of claim 1,
In the thermal reduction heating step,
Wherein the thermal reduction heating temperature is within a range of 60 占 폚 to 100 占 폚.
제1항에서,
상기 소결 단계에서,
소결을 위한 가열 온도는 150℃ 내지 300℃ 범위 이내로 이루어지는 금속 이온 잉크의 온도 제어된 직접적 임프린팅을 통한 투명 전극 구조물 제조 방법.
The method of claim 1,
In the sintering step,
Wherein the heating temperature for sintering is in the range of 150 占 폚 to 300 占 폚.
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