KR101094635B1 - 양호한 도전성 및 투명성을 갖는 플렉시블 투명 전극 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 플렉시블 투명 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명은 고분자 기판상에 투명 도전성 산화막을 제공하는 단계; 상기 모재의 상기 투명 도전성 산화막에 크랙을 형성하는 단계; 및 상기 투명 도전성 산화막상에 금속 물질을 제공하여 상기 크랙을 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 투명 전극 제조 방법을 제공한다. 본 발명에 의해 제조된 투명 전극은 투명성의 저하없이 높은 유연성을 구비한다.
Description
본 발명은 플렉시블 투명 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 양호한 도전성 및 투명성을 갖는 플렉시블 투명 전극 및 그의 제조 방법에 관한 것이다.
투명전극은 광학적으로 투명하면서 양호한 전기 전도도를 갖는 전극으로, 터치 패드용 전극, 태양전지용 전극 등의 광학 부품의 전극으로 주로 사용된다. 이와 같은 투명 전극은 유연성이나 성형성이 요구되기도 하는데, 이 경우 변형에도 불구하고 충분한 전기 전도성이 확보되어야 한다. 통상 투명전극에 유연성을 부여하기 위해 고분자 기판을 사용하며, 전극 물질로는 크게 기존의 투명전극에 사용되던 ITO(Tin doped Indium Oxide)계, FTO(Fluor doped Tin Oxide)계, AZO(Aluminium doped Zinc Oixde)계와 같은 산화물계 무기재료와 PEDOT:PSS(Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate))와 같은 전도성 고분자재료가 사용된다. 투명전극에 사용되는 산화물계 무기재료의 경우 투명 성 및 전도성이 우수하지만, 무기재료의 특성상 취성을 가지기 때문에 유연성이 약하다. 이러한 단점을 보완하기 위해서 전도성 고분자 재료가 개발되었지만, 전도성 및 투명성이 무기재료에 비해 떨어진다.
플렉서블 투명전극에 무기재료를 적용하기 더욱 어렵게 만드는 요인은 고분자 기판의 열적 안정성이다. 고분자는 열에 약하기 때문에 100~200℃ 의 열처리에서도 변형이 일어난다. 무기재료의 전도성을 높이기 위해서는 열처리를 통한 결정화 과정이 필요한데, 플렉서블 투명전극에서는 열처리가 어렵기 때문에 비정질(아몰포스 ; Amorpous) 상태로 존재하게 되고 이는 전도성을 떨어뜨리는 요인으로 작용한다. 결국 전도성을 높이기 위해서는 막 두께를 두껍게 해야 하지만, 막이 두꺼워질수록 재료의 취성에 의해 크랙(crack)이 형성되기 더 쉬워지고, 플렉서블 투명전극의 유연성이 떨어지게 된다. 따라서 종래의 기술로 제작한 플렉서블 무기투명전극은 구부릴 수 있는 각도가 제한적이며, 전자기기에서 사용되는 터치패드(touch pad)와 같이 손가락으로 눌러서 살짝 들어가는 수준에서만 사용되고 있다. 종래의 기술로 제작한 플렉서블 무기투명전극을 곡률 150 m-1 이상으로 굽힐 경우 눈에 보일 정도로 크랙이 형성되며 내부적으로 절단되어 전류가 흐르지 않는다. 또한 작은 각도로 굽힐 때에도 조금씩 전위(dislocation)가 진행되어 지속적으로 사용할 경우 전도도가 떨어진다. 실제로 무기 투명전극은 2% 이하의 변형(strain)에서 크랙이 형성되며, 전도성 고분자의 경우 십수% 변형까지 견딘다.
그러나 무기 투명전극 및 전도성 고분자를 비교해 보았을 때, 무기투명전극 으로 대표되는 ITO의 경우 낮은 면저항 (100 Ω/□ 이하의), 높은 투과도 (90% 이상의)를 나타내며, 전도성 고분자로 대표되는 PEDOT:PSS의 경우 높은 면저항 (수 kΩ/□ 이상의), 낮은 투과도 (90% 이하의)를 갖는다. 이러한 무기재료의 전도성 및 투명성의 월등함 때문에 플렉서블 투명전극에 도입된 무기재료의 전도성 및 유연성을 개선하려는 여러 가지 시도가 있었다. 이러한 시도는 크게 두 갈래로 나뉘어지는데, 하나는 금속을 부가하여 사용하는 방법이고 하나는 무기재료의 크랙 발생을 억제하는 방법이다.
플렉서블 투명전극에 금속층을 부가하는 방법은 투명전극 위에 금속입자를 매우 얇게 입혀 투명성을 해치치 않는 범위내에서 전도성을 향상시키거나, 두 층의 투명전극 사이에 금속 층을 삽입하여 금속의 연성을 이용하여 유연성을 향상시키는 방법이다. 예로서, 특허출원 제10-2001-0042234호는 두 투명전극을 도전성 입자(금속으로 코팅되는)로 접착하여 제조된 투명전극/금속/투명전극의 다층 구조를 제시하고 있다. 그러나 다층 구조는 막의 투명도가 떨어지게 되는데, 금속입자의 두께가 두꺼울수록 투명도는 급격히 감소한다. 일본특허출원 제2003-24115호는 금속입자를 이용해 일함수를 조정하여 두께를 줄이는 금속/투명전극을 예시하고 있다. 그러나 금속층을 피복하더라도 무기재료의 크랙 발생이 억제되지는 않으며 결국 신뢰성의 문제가 대두된다.
다른 방법으로, 무기투명전극의 크랙 발생을 억제하기 위해서 가장 많이 사용되는 방법은 막의 두께를 얇게 만드는 것이다. 그러나 이 기술은 전기전도도가 떨어지는 단점을 갖는다. 한편, 일본특허출원 제2001-151894호는 ITO의 성막시에 수소를 첨가하여 크랙 발생을 억제하는 방법을 제시한 바 있다. 또한 일본특허출원 제2005-367525호는 ITO 미립자를 바인더(binder)와 교반하여 크랙발생을 억제하는 방법을 제시한 바 있다. 그러나, 이 기술들은 만약 크랙이 생성될 경우 전도도가 급격히 감소하는 더 큰 문제를 낳게 된다.
본 발명은, 크랙의 형성 후에도 양호한 전도성을 유지할 수 있는 플렉시블 투명 전극 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한 본 발명은 전도성막의 두께에 의한 구속을 덜 받는 플렉시블 전극 및 그의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 사용시 적정한 변형 범위에서 투명 전도성 산화막에서의 크랙 생성을 억제하는 플렉시블 전극 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은,
고분자 기판; 상기 고분자 기판상에 형성되며, 표면 또는 내부에 크랙이 생성된 투명 전도성 산화막; 및 상기 투명 전도성 산화막에 형성된 상기 크랙을 충진하며 상기 투명 전도성 산화막을 전기적으로 연결하는 전도성 금속 물질을 포함하는 플렉시블 투명 전극을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 고분자 기판; 및
상기 고분자 기판상에 형성된 그리드 구조의 금속층과 상기 그리드 구조 내부를 충진하는 투명 전도성 산화막을 포함하여, 상기 전도성 금속물질이 상기 투명 전도성 산화막을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 투명 전극을 제공한다. 이 때, 상기 투명 전도성 산화막은 상기 그리드 구조의 금속층의 상부에서 오버랩 되는 것이 바람직하다.
본 발명에서, 상기 투명 전도성 산화막은 결정질 투명 전도성 산화막과 비정질 투명 전도성 산화막이 사용 가능하며, 표 1에 나타난 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 산화물일 수 있다. 또한 바람직하게는 ITO(Tin doped Indium Oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), IZO(ZnO doped Indium Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide) 및 NTO(Niobium doped Titanium Oxide)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 산화물이 사용될 수 있다.
[표 1] 투명 도전성 산화막의 종류
| 이성분계 | 첨가물 |
| ZnO | Al, Ga, B, In, Y, Sc, V, Si, Ge, Ti, Zr, Hf |
| CdO | In, Sn |
| In2O3 | Sn, Ge, Mo, Ti, Zr, Hf, Nb, Ta, W, Te |
| Ga2O3 | Sn |
| SnO2 | Sb, As, Nb, Ta |
| TiO2 | Nb, Ta |
| 삼성분계 | 첨가물 |
| MgIn2O4 | |
| GaInO3 | Sn, Ge |
| CdSb2O6 | Y |
| SrTiO3 | Nb, La |
| 사성분계 | 다중구성요소 |
| Zn2In2O5, Zn3In2O6 | ZnO-In2O3 system |
| In4Sn3O12 | In2O3-SnO2 system |
| CdIn2O4 | CdO-In2O3 system |
| Cd2SnO4, CdSnO3 | CdO-SnO2 system |
| Zn2SnO4, ZnSnO3 | ZnO-SnO2 system |
| ZnO-In2O3-SnO2 system | |
| CdO-In2O3-SnO2 system | |
| ZnO-CdO-In2O3 -SnO2 system |
또한 본 발명은, 고분자 기판상에 투명 도전성 산화막을 제공하는 단계; 상기 고분자 기판의 상기 투명 도전성 산화막에 크랙을 형성하는 단계; 및 상기 투명 도전성 산화막상에 금속 물질을 제공하여 상기 크랙을 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 투명 전극 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 고분자 기판상에 그리드 구조의 금속물질층을 형성하는 단계; 및 상기 금속 물질층 내부를 충진하는 투명 도전성 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 플렉시블 투명전극 제조 방법을 제공한다.
또한 본 발명은, 고분자 기판상에 그리드 구조의 금속물질층을 형성하는 단계; 상기 금속 물질층을 커버하는 투명 도전성 산화막을 형성하는 단계; 및상기 그리드 구조 상부의 투명 도전성 산화막 표면에 크랙을 형성하는 단계를 포함하는 플렉시블 투명전극 제조 방법을 제공한다.
본 발명에 따르면, 적정한 변형 발생 범위에서 양호한 전기 전도성을 갖는 투명 산화막을 갖는 플렉시블 투명 전극을 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 따르면 투명성의 저하 없이 유연성을 확보하는 플렉시블 투명 전극을 제공할 수 있다.
도 1a 내지 도 1d는 은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 플렉시블 투명 전극(100)의 제조 방법을 순차 설명하는 도면이다.
도 1a를 참조하면, 투명 고분자 수지 시트(110)상에 투명 금속 산화막이 적층된 구조가 제공된다. 상기 고분자 수지로는 투명하고 유연성을 갖는 임의의 수지가 사용될 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리 이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트 또는 폴리에테르술폰 등의 수지가 사용될 수 있으며, 이에 한정되지 않는다. 상기 투명 금속 산화막(120)은 ITO(Tin doped Indium Oxide)계, FTO(Fluor doped Tin Oxide)계, AZO(Aluminium doped Zinc Oixde)계와 같은 산화물계 무기재료가 사용될 수 있다.
다음, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상기 산화막(120)의 표면에 크랙을 형성한다. 크랙은 산화막 표면에 인장 응력이 걸리도록 하여 형성할 수 있으며, 하나의 방법은 도시된 바와 같이 고분자 수지를 벤딩 함으로써 가능하다. 이 때, 벤딩각은 상기 투명 금속 산화막에 크랙이 발생하기에 충분한 정도로 한다. 예컨대 150 m-1 이하의 곡률을 갖도록 상기 수지를 구부릴 수 있다. 또한, 바람직하게는 상기 구부림각은 고분자 수지의 소성 변형을 초래하지 않는 범위 내에서 수행될 수 있다. 그 결과, 산화막(120) 표면에는 크랙이 발생하는데, 크랙은 표면에서 내부로 소정 깊이까지 전파하거나 고분자 수지의 계면까지 진행할 수도 있다.
다음, 도 1c를 참조하면, 인장 응력을 인가한 상태로 산화막의 표면에 도전성 금속 입자막(130)을 형성한다. 상기 금속 입자막(130)은 통상의 기상 증착법을 사용하거나 도포 공정을 통해 형성될 수 있다. 적합한 물질로는 도전성이 양호한 임의의 금속 물질이 사용될 수 있으며, 특정 물질에 한정되지 않는다. 이 과정은 산화막 표면에 인장 응력이 인가된 상태에서 수행되므로 금속 입자막(130)은 산화막에 형성된 크랙을 충진한다. 본 발명에서 상기 증착되는 금속막(130)은 그 자체는 전극 기능을 수행하기 위해 설계된 것은 아니다. 따라서 그 두께는 증착 결과 금속 산화막이 상기 크랙의 충진에 충분한 임의의 정도로 설정될 수 있으며, 과도한 두께로 요구되지 않는다.
도 1d는 금속 입자막(130)의 형성이 완료된 본 발명의 투명 도전성 전극의 단면을 도시한 도면이다. 확대 도면에 도시된 바와 같이, 도전성 금속막은 크랙 내부의 빈 공간을 충진하며, 크랙에 의해 분리된 금속 산화막을 전기적으로 연결하고 있다.
도 1e는 도전성 금속막이 크랙 내부만을 선택적으로 충진한 형태를 예시적으로 도시한 도면이다. 이것은 예컨대 도포 등의 공정을 거쳐 금속막을 형성한 후 표면상의 금속막을 제거(예를 들면, 물리적 세척 등)하여 형성될 수 있을 것이다.
예시한 본 발명의 플렉시블 전극은 다음과 같은 이유로 변형에 의한 전기 전도성의 열화를 억제한다. 먼저 산화막 표면의 취약한 결함은 이미 크랙의 생성 및 전파를 거쳐 해소되었다. 따라서, 이후 인가되는 동등 이하의 인장 응력에 의해 기존의 크랙 외에 새로운 크랙이 생성될 확률은 낮아진다. 또한 동등 이상의 인장력이 가해지더라도 가해진 그 힘은 새로운 크랙을 생성하기 보다는 기존에 생성된 크랙으로 집중된다. 다음으로, 인장 응력이 인가된 상태에서 금속막을 도포하므로 대부분의 크랙은 도전성 금속에 의해 충진되는데, 크랙에 의해 접촉 상태가 불량한 도전성 산화막이 전기적으로 연결된다. 따라서, 이후 발생하는 변형에 의해서도 전기적 특성은 그다지 열화되지 않는다.
도 2a 내지 도 2c는 각각 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 전극(200) 을 나타낸 도면이다.
도 2a는 플렉시블 전극의 평면 모식도이고, 도 2b는 도 2a에서 A-A' 방향의 절단면을 도시한 단면도이다. 도 2a 및 도 2b를 참조하면, 플렉시블 전극(200)은 고분자 시트상에 격자형으로 배치된다. 도전성 금속막(220)은 소정의 폭을 갖는 그리드 형상으로 고분자 시트(210)상에 적층된다. 적층은 통상의 인쇄법, 기상 증착 또는 도포 공정에 의해 수행될 수 있다. 도전성 금속막에 의해 규정되는 개별 그리드 내부에는 투명 산화막(220)이 형성되어 있다. 상기 투명 산화막(220)은 상기 그리드 내부 공간을 충진하도록 형성된다. 바람직하게는 상기 투명 산화막(220)은 그리드 상부로 도출되고 상기 그리드와 오버랩 되도록 형성되는 것이 바람직하다. 이와 같은 오버랩 구조는 플렉시블 전극(200)의 변형시에도 금속 그리드(230)가 투명 산화막(220)과 전기적으로 접촉하는 것을 보다 확실히 보장한다.
도 2a 및 도 2c에 도시된 전극 구조는 이 분야에서 알려진 통상의 방법에 의해 구현될 수 있다. 예컨대, 그리드 구조의 도전성 금속막은 잉크젯 프린팅 등의 도포 공정에 의해 형성될 수 있다. 이어서, 상기 그리드 구조 상에 상기 그리드 구조의 형상과 유사한 그리드 형상의 마스크 패턴을 형성한다. 상기 마스크로는 예컨대 통상의 사진 식각 공정을 적용한 포토 레지스트 패턴이 사용될 수 있다. 이어서, 그리드 구조 내부에 스퍼터링과 같은 통상의 기상 증착 공정을 이용하여 투명 산화막을 형성할 수 있다. 이 때, 상기 포토 레지스트 패턴의 폭을 금속 그리드 폭보다 좁게 형성하면 금속막과 금속 투명 산화막이 오버랩 되는 구조가 얻어질 수 있다. 이어서, 사용된 마스크를 스트립 공정 등을 적용하여 제거하면 도시된 구 조물이 얻어질 수 있다.
도시된 바와 같이, 투명 산화막은 격리된 섬 구조로 존재한다. 투명 산화막 사이에는 금속막이 개재하고 있다. 이와 같은 구조물에 도 2c에 도시한 바와 같은 외력이 가해지면 플렉시블 전극은 변형하게 되는데, 외력은 상대적으로 변형이 용이한 금속막에 주로 작용한다. 따라서, 금속막과 투명 산화막의 면적의 듀티비를 적절히 조절함으로써, 상기 투명 산화막에 인장 응력의 작용을 최소한으로 유지할 수 있게 되며, 크랙의 발생은 억제될 수 있다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 투명 전극 및 그 제조 방법을 도시하는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 플렉시블 투명 전극은 고분자 시트와 상기 고분자 시트상에 형성된 그리드 구조의 금속층(330), 그리고 상기 금속층(330)상에 상기 금속층(330)을 커버하는 투명 도전성 산화막(320)을 포함하여 이루어진다. 상기 플렉시블 투명 전극에서 상기 금속층(330) 상부의 투명 도전성 산화막(320)에는 표면 크랙이 형성되는데, 이것은 도 3b와 같이 인덴터(10)와 같은 적절한 수단에 의해 상방 가압 충격에 의해 형성될 수 있다. 상기 인덴터(10)는 그리드 구조를 갖는 금속층의 반복 간격에 맞추어 크랙의 형성은 제어된다.
이와 같은 제조된 플렉시블 투명 전극에 이미 크랙이 형성되어 있기 때문에, 실제 사용시 외부 응력이 발생하게 되면, 응력은 기 형성된 크랙에 집중하게 된다. 그러나, 기 형성된 크랙은 금속층(330) 상부에 존재하므로, 변형에 의해 크랙이 도전성 산화막(320)으로 전파되어 금속층에 이르게 되면 크랙의 전파는 멈추게 되고, 금속층(330)은 변형에도 불구하고 도전성 산화막(320)에 양호한 전기적 연결을 제공할 수 있게 된다.
투명 도전성 산화막에 형성된 크랙에 금속입자가 충진되었을 때의 효과를 알아보기 위해 다음과 같은 실시예를 나타내었다. 하기 실시예에서는 크랙에 금속입자가 충진되었을 때의 효과를 두드러지게 보이기 위해, 통상의 예에 비해 강한 외부 응력을 가해 변형 정도를 크게 나타내었으나 실제로는 더 작은 응력 및 변형만 가하는 것이 적합하다.
(실시예 1)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다. 인위적으로 ITO에 크랙을 형성하기 위해 투명 전극을 곡률 169 m-1로 구부린다. 이 때 ITO에 크랙이 형성되었는지 전기전도도를 측정하여 확인한다. 크랙이 충분히 형성되었으면 저항값이 ∞를 나타내게 된다. 형성된 크랙 내부를 Pt입자가 충진되도록 하기 위해 크랙이 형성된 투명전극을 적당히 구부려 크랙사이가 벌어지게끔 한다. 시편을 곡률이 46 m-1가 되게 구부리면 4분원 정도로 구부러 지는데, 이와 같이 구부린 채로 챔버(Chamber)에 넣고, 스퍼터(sputter)법으로 Pt를 30초 동안 증착시킨다.
(비교예 1-1)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다.
(비교예 1-2)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다. 투명전극에 스퍼터법으로 Pt를 30초 동안 증착시킨다.
(비교예 1-3)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다. 투명전극을 곡률 169 m-1로 구부려 ITO에 크랙을 형성시킨다. 크랙이 형성된 투명전극을 평평하게 펴서 챔버(Chamber)에 넣고, 스퍼터(sputter)법으로 Pt를 30초 동안 증착시킨다.
전도도를 알기 위하여 멀티미터 (multimeter)를 사용하여 투명전극의 양 끝 사이 (3 cm) 의 저항을 측정한다. 증착 전 초기 저항과 증착 후 투명전극을 곡률 10000 m-1으로 구부려 강제적으로 크랙을 형성하고 저항을 측정한다. 구부린 방향의 반대방향으로 투명전극을 구부려 크랙 사이에 들어간 Pt 입자가 크랙과 잘 접합하게 하여 저항을 측정한다. 측정 결과를 표 2에 나타내었다.
[표 2]
| 비교예 1-1 | 비교예 1-2 | 비교예 1-3 | 실시예 1 | |
| 증착전 | 2 kΩ | 2 kΩ | 2 kΩ | 2 kΩ |
| 곡률 10000m-1 | 0 | 0 | 0 | 0 |
| 반대로 구부림 | 0 | 0 | 0 | 12 MΩ |
표 2에서 증착 전 초기 저항은 비교예 1-1, 1-2, 1-3, 실시예 1 모두 동일하다. 각각을 곡률 10000 m-1으로 구부리면 비교예 1-1, 1-2, 1-3, 실시예 1 모두 저항이 ∞가 되고, 전류가 흐르지 않는다. 이는 크랙이 형성되어 전류의 흐름이 막힌 결과이다. 각각을 다시 반대방향으로 구부릴 경우 비교예 1-1, 1-2, 1-3 에서는 여전히 저항이 0인 반면, 실시예 1에서는 전류가 흐름을 확인하였다. 따라서 ITO 크랙 안에 들어간 Pt 입자가 반대방향으로 구부릴 때 ITO 단면과 접지되면서 크랙으로 인해 감소된 전도도를 다시 회복 시키는 역할을 함을 알 수 있다.
(실시예 2)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다. 투명전극을 곡률 169 m-1로 구부려 ITO에 크랙을 형성시킨다. 크랙이 형성된 투명전극을 곡률이 38 m-1가 되도록 구부린 채로 챔버(Chamber)에 넣고, 스퍼터(sputter)법으로 Pt를 10분 동안 증착시킨다.
(비교예 2-1)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다.
(비교예 2-2)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다. 투명전극에 스퍼터법으로 Pt를 10분 동안 증착시킨다.
(비교예 2-3)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다. 투명전극을 곡률 169 m-1로 구부려 ITO에 크랙을 형성시킨다. 크랙이 형성된 투명전극을 평평하게 펴서 챔버(Chamber)에 넣고, 스퍼터(sputter)법으로 Pt를 10분 동안 증착시킨다.
전도도를 알기 위하여 멀티미터 (multimeter)를 사용하여 투명전극의 양 끝 사이 (3 cm) 의 저항을 측정한다. 증착 전 초기 저항과 증착 후 투명전극을 곡률 10000 m-1으로 구부려 강제적으로 크랙을 형성하고 다시 반대방향으로 구부려 크랙 사이에 들어간 Pt 입자가 크랙과 잘 접합하게 하여 저항을 측정한다. 측정 결과를 표 3에 나타내었다.
[표 3]
| 비교예 2-1 | 비교예 2-2 | 비교예 2-3 | 실시예 2 | |
| 증착전 | 2 kΩ | 2 kΩ | 2 kΩ | 2 kΩ |
| 곡률 10000 m-1 | 0 | 43 kΩ | 38 kΩ | 6 kΩ |
표 3에서 증착 전 초기 저항은 비교예 2-1, 2-2, 2-3, 실시예 2 모두 동일하다. 각각을 곡률 10000 m-1으로 구부리고 다시 반대방향으로 구부리면, 비교예 2-1은 저항이 0이 되지만 비교예 2-2, 2-3, 실시예 2는 전류가 흐름을 알 수 있다. 이는 Pt를 10분 동안 증착하여 Pt 막이 두껍게 올라감으로써 전류가 ITO로 흐르지 않고 Pt로 흐른 결과이다. 그럼에도 불구하고 비교예 2-2, 2-3에 비해 실시예 2의 전도도가 더 좋음을 알 수 있다. 이는 크랙 사이에 들어간 Pt가 전도도에 미치는 영향이 큼을 보여준다.
곡률 10000 m-1으로 구부리면 투명전극이 종이 접듯 접히게 된다. 이와 같이 test를 한 이유는 크랙 사이에 들어간 Pt로 인해 전도도가 회복되는 효과가 큼을 보여주기 위해서이다. 다음의 실시예 에서는 보다 실생활 적인 범위 내에서 테스트를 수행해 신뢰성을 평가해 본다.
(실시예 3)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다. 투명전극을 곡률 150 m-1로 구부려 ITO에 크랙을 형성시킨다. 크랙이 형성된 투명전극을 곡률이 40 m-1가 되도록 구부린 채로 챔버(Chamber)에 넣고, Pt-coater법으로 Pt를 5분 동안 증착시킨다.
(비교예 3-1)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다.
(비교예 3-2)
고분자 기판 (PET) 위에 ITO를 증착한 플렉서블 투명전극 3 cm X 1 cm 를 사용한다. 투명전극을 곡률 150 m-1로 구부려 ITO에 크랙을 형성시킨다. 크랙이 형성된 투명전극을 평평하게 펴서 챔버(Chamber)에 넣고, Pt-coater법으로 Pt를 5분 동안 증착시킨다.
전도도를 알기 위하여 멀티미터 (multimeter)를 사용하여 투명전극의 양 끝 사이 (3 cm) 의 저항을 측정한다. 증착 전 초기 저항과 증착 후 저항, 투명전극을 곡률 150 m-1으로 구부린 후 저항, 다시 반대방향으로 구부린 후 저항을 측정한다. 측정 결과를 표 4에 나타내었다.
[표 4]
| 비교예 3-1 | 비교예 3-2 | 실시예 3 | |
| 증착전 | 2 kΩ | 2 kΩ | 2 kΩ |
| 증착후 | 5 kΩ | 0 | |
| 곡률 150 m-1 | 0 | 0 | 0 |
| 반대로 구부림 | 0 | 0 | 2 kΩ |
표 4에서 증착 전 초기 저항은 비교예 3-1, 3-2, 실시예 3 모두 동일하다. 증착 후 저항을 보면 비교예 3-2의 저항은 증착 전에 비해 증가하였고 실시예 3은 증착 후 전류가 흐르지 않는다. 비교예 3-2의 경우 크랙이 형성되었지만 평평하게 증착하였기 때문에 증착 직후 Pt로 전류가 흐른다. 실시예 3의 경우 크랙이 형성되었고 구부려서 증착하였기 때문에 Pt나 ITO 어디로도 전류가 흐르지 않는다. 그러나 곡률 150 m-1 로 구부릴 경우 크랙이 형성되어 비교예 3-1, 3-2, 실시예 3 모두 전류가 흐르지 않는다. 각각을 다시 반대방향으로 구부릴 경우 비교예 3-1, 3-2는 여전히 전류가 흐르지 않는 반면 실시예 3은 초기의 전도도를 회복한다. 이를 통해 크랙 사이에 들어간 Pt 입자가 반대방향으로 구부릴 때 크랙과 접합함으로써 전류를 흐르는 역할을 함을 알 수 있다. 또한 상기 실시예 3은 100회 이상 구부려도 (곡률 150 m-1 이하로) 저항 값이 증가하지 않음을 확인 하였다.
도 1a 내지 도 1e는 본 발명의 실시예에 따른 플렉시블 투명전극 및 그의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉시블 투명전극 및 그의 제조 방법을 설명하는 도면이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 플렉시블 투명전극 제조 방법을 설명하는 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
10 : 인덴터
100, 200, 300 : 플렉시블 투명 전극
110, 210, 310 : 고분자 수지 기판
120, 220, 320 : 투명 도전성 산화막
130, 230, 330 : 금속층
Claims (7)
- 고분자 기판;상기 고분자 기판상에 형성되며, 표면 또는 내부에 크랙이 생성된 투명 전도성 산화막;상기 투명 전도성 산화막에 형성된 상기 크랙을 충진하며 상기 투명 전도성 산화막을 전기적으로 연결하는 전도성 금속 물질을 포함하는 플렉시블 투명 전극.
- 고분자 기판;상기 고분자 기판상에 형성된 그리드 구조의 금속층과 상기 그리드 구조 내부를 충진하는 투명 전도성 산화막을 포함하여, 상기 전도성 금속물질이 상기 투명 전도성 산화막을 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 투명 전극.
- 제2항에 있어서,상기 투명 전도성 산화막은 상기 그리드 구조의 금속층의 상부에서 오버랩 되는 것을 특징으로 하는 플렉시블 투명 전극.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 투명 전도성 산화막은 ITO(Tin doped Indium Oxide), FTO(Fluor doped Tin Oxide), AZO(Aluminium doped Zinc Oxide), IZO(ZnO doped Indium Oxide), GZO(Galium doped Zinc Oxide), ATO(Antimony doped Tin Oxide) 및 NTO(Niobium doped Titanium Oxide)로 이루어진 그룹 중에서 선택된 최소한 1종의 산화물인 것을 특징으로 하는 플렉시블 투명 전극.
- 고분자 기판상에 투명 도전성 산화막을 제공하는 단계;상기 고분자 기판상의 상기 투명 도전성 산화막에 크랙을 형성하는 단계; 및상기 투명 도전성 산화막상에 금속 물질을 제공하여 상기 크랙을 충진하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 플렉시블 투명 전극 제조 방법.
- 고분자 기판상에 그리드 구조의 금속물질층을 형성하는 단계; 및상기 금속 물질층 내부를 충진하는 투명 도전성 산화막을 형성하는 단계를 포함하는 플렉시블 투명전극 제조 방법.
- 고분자 기판상에 그리드 구조의 금속물질층을 형성하는 단계;상기 금속 물질층을 커버하는 투명 도전성 산화막을 형성하는 단계; 및상기 그리드 구조 상부의 투명 도전성 산화막 표면에 크랙을 형성하는 단계를 포함하는 플렉시블 투명전극 제조 방법.
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