KR101221581B1 - 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유연투명전극 기판 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유연기판에 관한 것으로, 상세하게는 기판상으로 촉매금속층을 증착하는 단계(단계 1); 상기 단계 1의 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계(단계 2); 상기 단계 2에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 3); 상기 단계 3에서 형성된 금속 배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 4); 및 상기 단계 1의 기판을 분리한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계(단계 5)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법을 제공한다. 본 발명에 따른 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유연투명전극 기판은 전기적 특성이 우수한 그래핀을 포함하고 금속배선이 기판의 내부에 삽입되어 형성됨으로써 더욱 낮은 저항값을 나타낸다. 또한, 유연성(flexible)이 부족하여 유연투명전극 기판으로 적용하기 어려웠던 ITO, AZO 등의 투명전극물질을 대체할 수 있는 그래핀을 포함함에 따라, 유연기판의 유연성을 더욱 향상시킬 수 있다.
Description
본 발명은 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유연투명전극 기판에 관한 것이다.
최근 들어, 전기 산업 및 전자 산업의 기술 개발에 따라서 다양한 가전 제품 및 전자 제품이 개발되고 있다. 대부분의 가전 제품 및 전자 제품들은 전기 소자, 전자 소자 및 반도체 패키지들이 삽입되는 회로 기판을 포함한다. 회로 기판들은 전기 소자, 전자 소자 및 반도체 패키지들을 전기적으로 연결하는 회로 배선들을 포함한다. 종래 기술에 의한 회로 배선들은 절연 기판상에 형성된 금속막을 패터닝 하여 형성되었다. 그러나, 절연 기판상에 형성된 회로 배선들이 동일 평면상에서 교차될 경우 회로 배선들 간 쇼트가 발생되기 때문에 일반적으로 회로기판은 전기적으로 절연된 복층 회로 패턴들을 포함한다. 그러나, 회로 기판에 복층 회로 패턴들을 형성하기 위해서는 매우 복잡한 공정을 필요로 하고, 제조 공정 중 배선 불량이 발생 되어도 이를 확인하기 어려운 문제점을 갖는다. 특히, 최근 개발된 웨이퍼 레벨 패키지의 경우, 반도체 칩 상에 직접 회로 배선을 형성하는데 웨이퍼 레벨 패키지의 면적이 매우 작아 복층으로 회로 패턴을 형성하기 어려운 문제점을 갖는다.
한편, 기판에 더욱 복잡하고 많은 배선을 형성하기 위해 배선의 폭은 더욱 얇게 제조되고 있다. 그러나, 배선의 폭이 좁아질수록 단면적은 감소하게 되며 이에 따라 저항이 커지고 전력 효율이 감소하고 발열의 문제가 발생한다. 이를 해결하기 위해 (1) 비저항(ρ) 값을 낮추거나, (2) 배선 길이를 짧게 하거나, (3) 배선 높이(두께)를 두껍게 하는 방안이 있다. 그러나, (1) 방안의 경우, 현재 많이 사용되고 있는 구리나 알루미늄, 은 이상으로 비저항 값이 낮은 물질을 개발 또는 발견하는 것이 어려운 문제가 있다. 또한, (2) 방안의 경우, 회로설계와 관련된 문제로 이 또한 현실적으로 적용하기 어려운 문제가 있다. (3) 방안의 경우, 배선의 높이가 높아질수록 배선이 무너지거나 배선간 쇼트가 발생하는 문제가 있다.
따라서, 금속 배선을 기판 내부로 삽입하는 기술이 요구되며, 금속 배선을 기판 내부로 삽입하는 종래 기술로는 증착식각을 통해 원하는 패턴으로 식각하는 방법과, 패턴형성을 위한 드라이에칭이 곤란한 구리(Cu) 박막 등에 CMP법을 응용하여 절연막 홈 내에 배선을 박아 넣는 다마신(Damascene) 공법 등이 있으며,
대한민국 등록특허 제10-0527400호(등록일 2005년 11월 02일), 대한민국 공개특허 제10-2010-0079169호 (공개일 2010년 07월 08일)및 대한민국 공개특허 제10-2011-0047568호 (공개일 2011년 05월 09일)에서는 상기 다마신(Damascene) 공법을 이용하여 내부에 배선이 매립된 형태의 반도체기판을 제공하고 있다.
그러나, 종래 방법은 식각공정이 꼭 필요하고, 이로 인해 소모되는 물질이 많고, 증착, 패터닝, 식각 등의 여러 단계를 거쳐 공정이 수행되어 공정이 복잡하며, 금속층이 도금법 등에 의해 형성되므로 고온 열처리가 필요한 경우가 있어 고온에 강한 비전도성 물질을 사용해야 하는 문제가 있다.
한편, 그래파이트(graphite)는 탄소 원자가 6각형 모양으로 연결된 판상의 2차원 그래핀(graphene)이 적층되어 있는 구조이다. 최근 그래파이트로부터 한층 또는 수층의 그래핀을 벗겨 내어, 특성을 조사한 결과 기존의 물질과 다른 매우 유용한 특성이 발견되었다. 가장 주목할 특징으로는 그래핀 상에 전자가 이동할 경우 마치 전자의 질량이 제로인 것처럼 흐른다는 것이며, 이는 전자가 진공 중의 빛이 이동하는 속도, 즉 광속으로 흐른다는 것을 의미한다. 또한, 상기 그래핀은 전자와 정공에 대하여 비정상적인 반정수 양자 홀 효과(half-integer quantμm hall effect)를 갖는다.
현재까지 알려진 상기 그래핀의 이동도는 약 20,000 내지 50,000 cm2/Vs의 높은 값을 가진다고 알려져 있다. 무엇보다도 상기 그래핀과 비슷한 계열인 카본나노튜브의 경우, 합성 후 정제를 거치는 경우 수율이 매우 낮기 때문에 값싼 재료를 이용하여 합성을 하더라도 최종 제품의 가격은 비싼 반면, 그래파이트는 매우 싸다는 장점이 있으며, 단일벽 카본나노튜브의 경우 키랄성 및 직경에 따라 금속, 반도체 특성이 달라질 뿐만이 아니라, 동일한 반도체 특성을 가지더라도 밴드갭이 모두 다르다는 특징을 가지므로, 주어진 단일벽 카본나노튜브로부터 특정 반도체 성질 또는 금속성 성질을 이용하기 위해서는 각 단일벽 카본나노튜브를 모두 분리해야 될 필요가 있으나, 이는 매우 어렵다고 알려져 있다.
반면 그래핀의 경우, 주어진 두께의 그래핀의 결정 방향성에 따라서 전기적 특성이 변화하므로 사용자가 선택한 방향으로의 전기적 특성을 발현시킬 수 있으므로 소자를 쉽게 설계할 수 있다는 장점이 있다.
이에 본 발명자들은 금속 배선의 높이에 제한되지 않고 낮은 저항의 배선을 형성시킬 수 있는 방법을 연구하던 중, 금속 배선이 유연기판 내부에 매립되고, 매립된 배선과 접촉하는 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 제조방법을 개발하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유연투명전극 기판을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
기판상으로 촉매금속층을 증착하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 형성된 금속 배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 4); 및
상기 단계 1의 기판을 분리한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계(단계 5)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은
금속기판상으로 그래핀을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 금속배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 1의 금속기판을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법을 제공한다.
나아가, 본 발명은
기판상으로 박리층을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 박리층 상부로 촉매금속층을 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 4);
상기 단계 4에서 형성된 금속배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 5); 및
상기 단계 1의 기판으로부터 박리층을 제거한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계(단계 6)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 제조방법 및 이에 따라 제조되는 유연투명전극 기판은 전기적 특성이 우수한 그래핀을 포함하고 금속배선이 기판의 내부에 삽입되어 형성됨으로써 더욱 낮은 저항값을 나타낸다. 또한, 유연성(flexible)이 부족하여 유연투명전극 기판으로 적용하기 어려웠던 ITO, AZO 등의 투명전극물질을 대체할 수 있는 그래핀을 포함함에 따라, 유연기판의 유연성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1 내지 도 4는 본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법을 각 단계별로 개략적으로 나타낸 도면들이다.
본 발명은
기판상으로 촉매금속층을 증착하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 형성된 금속 배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 4); 및
상기 단계 1의 기판을 분리한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계(단계 5)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 1은 기판상으로 촉매금속층을 증착하는 단계이다. 이때, 상기 단계 1의 기판으로는 유리기판, 금속기판, 실리콘 웨이퍼, 세라믹기판 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 상기 단계 1의 촉매금속은 니켈(Ni), 구리(Cu), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 철(Fe), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 등을 사용할 수 있다. 상기 촉매금속층을 증착함으로써 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성시킬 수 있으며, 촉매금속층의 두께는 10 내지 300 nm인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 상기 단계 1의 촉매금속층을 형성시키기 전, 단계 1의 기판 표면은 플라즈마 처리되는 것이 바람직하다. 상기 플라즈마 처리는 차후 단계 1의 기판 제거를 더욱 용이하게 수행하기 위한 것으로, 별도의 제거도구 또는 제거공정 없이 물리적 힘을 가하여 단계 1의 기판을 제거할 수 있다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1의 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계이다.
그래핀을 형성하는 방법 중 대표적인 제조방법으로는 기계적인 방법, 화학기상증착법(Chemical vapor deposition,CVD) 및 화학적 방법 등이 있으며, 상기 단계 2에서는 화학기상증착법을 통해 그래핀을 형성시킨다. 화학적 기상 증착법은 기체상의 성분들이 화학적으로 반응하여 특정 금속이 증착된 기판표면으로 그래핀 박막을 형성시키는 방법으로서, 화학기상증착법을 통해 비교적 결함이 적은 그래핀을 형성시킬 수 있다. 즉, 단계 2에서는 화학기상증착법을 통해 그래핀을 형성시키기 위해 상기 단계 1에서 형성된 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성시키며, 이를 통해 결함이 적은 고품질의 그래핀을 형성시킬 수 있다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계이다.
상기 금속 배선은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금, 또는 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO) 등의 전도성 금속 산화물 1종 이상을 프린팅, 전기도금, 진공증착, 열증착, 스퍼터링, 전자빔 증착 등의 방법으로 기판 상부에 코팅 또는 증착하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 3에서 형성된 금속 배선에 유연기판을 형성시키는 단계이다. 상기 유연기판은 상기 단계 3에서 형성된 금속 배선 상부로 경화성 폴리머를 코팅한 후, 경화시킴으로써 형성될 수 있으며, 상기 경화성 폴리머는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지 등을 사용할 수 있다. 상기 경화성 폴리머는 금속 배선 상부로 코팅된 후 열 경화, 자외선 경화, 습기 경화, 마이크로 웨이브 경화(microwave), 적외선(IR) 경화 등 사용되는 고분자의 특성에 맞는 경화방법으로 경화된다. 이때, 상기 코팅은 닥터블레이딩(doctor blading), 바코팅(bar coating), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 마이크로 그라비아 코팅(micro gravure), 임프린팅 (imprinting), 잉크젯 프린팅(injet pringting), 스프레이(spray) 등 용액공정이 가능한 코팅방법으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 5는 상기 단계 1의 기판을 분리한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계이다. 단계 4까지 수행되어, 기판/촉매금속층/그래핀/금속 배선/유연기판의 순으로 적층된 적층체가 제조되고, 단계 5에서 기판을 분리한 후, 촉매금속층을 제거함으로써 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조할 수 있다. 이때, 상기 단계 5에서 단계 1의 기판을 제거하는 것은 일정한 물리적인 힘을 가하여 수행될 수 있으며, 단계 1의 기판 표면에 플라즈마 처리가 된 경우, 더욱 손쉽게 기판을 제거할 수 있다.
한편, 상기 촉매금속층의 제거는 KOH, FeCl3, HCl, HF 등의 에칭용액을 사용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법은 유연투명전극 기판의 표면에 기능성 유연기판을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기능성 유연기판은 폴리머 기판, 종이 기판, 금속 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 금속기판으로는 STS 기판, 알루미늄 기판, 구리기판 등을 이용할 수 있다. 상기 기능성 유연기판의 표면은 자외선 차단막, 파장제어막, 광 집속막, 방오성막 또는 투습/투산소 방지막이 코팅되어, 자외선 차단 기능, 파장 변환 기능, 가시광선 및 적외선 영역 집속 기능(렌즈 기능), 지문 및 스크래치(scratch) 방지 기능, 수분 및 산소 방지 기능 등의 복합효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 기능성 유연기판 표면은 텍스쳐링(texturing) 처리되어, 특정한 패턴을 나타낼 수 있다.
또한, 본 발명은
금속기판상으로 그래핀을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 금속배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 1의 금속기판을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 1은 금속기판상으로 그래핀을 형성하는 단계이다. 그래핀을 형성하는 방법 중 대표적인 제조방법으로는 기계적인 방법, 화학기상증착법(Chemical vapor deposition,CVD) 및 화학적 방법 등이 있으며, 상기 단계 1에서는 화학기상증착법을 통해 그래핀을 형성시킨다. 화학적 기상 증착법은 기체상의 성분들이 화학적으로 반응하여 특정 금속이 증착된 기판표면으로 그래핀 박막을 형성시키는 방법으로서, 화학기상증착법을 통해 비교적 결함이 적은 그래핀을 형성시킬 수 있다.
이때, 상기 단계 1의 금속기판은 니켈, 구리, 루테늄, 이리듐, 철, 백금 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 금속기판인 것이 바람직하다. 화학기상증착법을 통해 그래핀을 형성시키기 위해서는 촉매금속이 필요하다. 그러나, 상기 금속들은 그래핀 형성 시 촉매작용을 수행하는 금속들로써, 상기 금속들을 포함하는 금속기판을 사용함으로써 추가적인 촉매물질 없이도 그래핀을 형성할 수 있다. 즉, 촉매금속을 포함하는 금속재질의 기판을 이용하여 촉매금속층 없이 그래핀을 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계이다.
상기 금속 배선은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금, 또는 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO) 등의 전도성 금속 산화물 1종 이상을 프린팅, 전기도금, 진공증착, 열증착, 스퍼터링, 전자빔 증착 등의 방법으로 기판 상부에 코팅 또는 증착하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 형성된 금속배선에 유연기판을 형성시키는 단계이다. 상기 유연기판은 상기 단계 2에서 형성된 금속배선에 경화성 폴리머를 코팅한 후, 경화시킴으로써 형성될 수 있으며, 상기 경화성 폴리머는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지 등을 사용할 수 있다. 상기 경화성 폴리머는 금속 배선 상부로 코팅된 후 열 경화, 자외선 경화, 습기 경화, 마이크로 웨이브 경화(microwave), 적외선(IR) 경화 등 사용되는 고분자의 특성에 맞는 경화방법으로 경화된다. 이때, 상기 코팅은 닥터블레이딩(doctor blading), 바코팅(bar coating), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 마이크로 그라비아 코팅(micro gravure), 임프린팅 (imprinting), 잉크젯 프린팅(injet pringting), 스프레이(spray) 등 용액공정이 가능한 코팅방법으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 1의 금속기판을 제거하는 단계이다. 단계 3까지 수행되어, 금속기판/그래핀/금속 배선/유연기판의 순으로 적층된 적층체가 제조되고, 단계 4에서 금속기판을 제거함으로써, 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조할 수 있다. 상기 단계 4에서 단계 1의 금속기판을 제거하는 것은 KOH, FeCl3, HCl, HF 등의 에칭용액을 사용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법은 유연투명전극 기판의 표면에 기능성 유연기판을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기능성 유연기판은 폴리머 기판, 종이 기판, 금속 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 금속기판으로는 STS 기판, 알루미늄 기판, 구리기판 등을 이용할 수 있다. 상기 기능성 유연기판의 표면은 자외선 차단막, 파장제어막, 광 집속막, 방오성막 또는 투습/투산소 방지막이 코팅되어, 자외선 차단 기능, 파장 변환 기능, 가시광선 및 적외선 영역 집속 기능(렌즈 기능), 지문 및 스크래치(scratch) 방지 기능, 수분 및 산소 방지 기능 등의 복합효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 기능성 유연기판 표면은 텍스쳐링(texturing) 처리되어, 특정한 패턴을 나타낼 수 있다.
나아가, 본 발명은
기판상으로 박리층을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 박리층 상부로 촉매금속층을 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 4);
상기 단계 4에서 형성된 금속배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 5); 및
상기 단계 1의 기판으로부터 박리층을 제거한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계(단계 6)를 포함하는 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법을 제공한다.
이하, 본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법을 각 단계별로 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 1은 기판상으로 박리층을 형성하는 단계이다. 이때, 상기 단계 1의 기판으로는 유리기판, 금속기판, 실리콘 웨이퍼, 세라믹기판 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
단계 1의 상기 박리층은 차후 단계 1의 기판 제거를 더욱 용이하게 수행하기 위한 것으로, 상기 박리층을 추가함으로써 기판으로부터 촉매금속층을 손쉽게 분리해낼 수 있다. 박리층을 형성시켜 기판을 분리하는 경우, 기판이 제거된 분리면의 표면을 더욱 평탄하게 할 수 있고, 물리적인 힘을 가함으로써 손쉽게 단계 1의 기판을 분리할 수 있는 효과가 있어 본 발명에 따른 유연투명전극 기판을 태양전지, 디스플레이 소자와 같은 전자소자에 적용하기 용이하다.
이때, 상기 박리층은 실리콘 수지, 불소수지, 다이아몬드 라이크 카본(diamond like carbon, DLC) 및 산화지르코늄 막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종 이상의 물질을 이용하여 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 2는 상기 단계 1에서 형성된 박리층 상부로 촉매금속층을 형성시키는 단계이다.
그래핀을 형성하는 방법 중 대표적인 제조방법으로는 기계적인 방법, 화학기상증착법(Chemical vapor deposition,CVD) 및 화학적 방법 등이 있다. 이때, 화학적 기상 증착법은 기체상의 성분들이 화학적으로 반응하여 특정 금속이 증착된 기판표면으로 그래핀 박막을 형성시키는 방법으로서, 화학기상증착법을 통해 비교적 결함이 적은 그래핀을 형성시킬 수 있다. 이에, 상기 단계 2에서는 화학기상증착법을 통해 그래핀을 형성시키기 위하여, 박리층 상부로 촉매금속층을 형성시킨다.
상기 단계 2의 촉매금속으로는 니켈(Ni), 구리(Cu), 루테늄(Ru), 이리듐(Ir), 철(Fe), 백금(Pt), 알루미늄(Al) 등을 사용할 수 있다. 상기 촉매금속층을 증착함으로써 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성시킬 수 있으며, 촉매금속층의 두께는 10 내지 300 nm인 것이 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 3은 상기 단계 2에서 형성된 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계이다.
상기 단계 3에서는 상기 단계 2에서 형성된 촉매금속층 상부로 화학기상증착법을 통해 그래핀을 형성시키며, 이를 통해 결함이 적은 고품질의 그래핀을 형성시킬 수 있다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 4는 상기 단계 3에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계이다.
상기 금속 배선은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금, 또는 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO) 등의 전도성 금속 산화물 1종 이상을 프린팅, 전기도금, 진공증착, 열증착, 스퍼터링, 전자빔 증착 등의 방법으로 기판 상부에 코팅 또는 증착하여 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 5는 상기 단계 4에서 형성된 금속배선에 유연기판을 형성시키는 단계이다. 상기 유연기판은 상기 단계 4에서 형성된 금속배선에 경화성 폴리머를 코팅한 후, 경화시킴으로써 형성될 수 있으며, 상기 경화성 폴리머는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지 등을 사용할 수 있다. 상기 경화성 폴리머는 금속 배선 상부로 코팅된 후 열 경화, 자외선 경화, 습기 경화, 마이크로 웨이브 경화(microwave), 적외선(IR) 경화 등 사용되는 고분자의 특성에 맞는 경화방법으로 경화된다. 이때, 상기 코팅은 닥터블레이딩(doctor blading), 바코팅(bar coating), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 마이크로 그라비아 코팅(micro gravure), 임프린팅 (imprinting), 잉크젯 프린팅(injet pringting), 스프레이(spray) 등 용액공정이 가능한 코팅방법으로 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법에 있어서, 단계 6은 상기 단계 1의 기판으로부터 박리층을 제거한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계이다. 단계 5까지 수행되어, 기판/박리층/촉매금속층/그래핀/금속 배선/유연기판의 순으로 적층된 적층체가 제조되고, 단계 6에서 기판으로부터 촉매금속층을 분리한 후, 촉매금속층을 제거함으로써 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조할 수 있다.
상기 촉매금속층의 제거는 KOH, FeCl3, HCl, HF 등의 에칭용액을 사용하여 수행될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에 따른 유연투명전극 기판의 제조방법은 유연투명전극 기판의 표면에 기능성 유연기판을 형성시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기능성 유연기판은 폴리머 기판, 종이 기판, 금속 기판 등을 사용할 수 있으며, 상기 금속기판으로는 STS 기판, 알루미늄 기판, 구리기판 등을 이용할 수 있다. 상기 기능성 유연기판의 표면은 자외선 차단막, 파장제어막, 광 집속막, 방오성막 또는 투습/투산소 방지막이 코팅되어, 자외선 차단 기능, 파장 변환 기능, 가시광선 및 적외선 영역 집속 기능(렌즈 기능), 지문 및 스크래치(scratch) 방지 기능, 수분 및 산소 방지 기능 등의 복합효과를 나타낼 수 있다. 또한, 상기 기능성 유연기판 표면은 텍스쳐링(texturing) 처리되어, 특정한 패턴을 나타낼 수 있다.
도 1 내지 4는 본 발명에 따른 상기 제조방법들을 통해 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조하는 것을 각 단계별로 나타낸 도면들이다. 도 1 내지 4에 나타낸 바와 같이 본 발명에 따른 제조방법들을 통해 유연기판 내부에 함몰된 금속 배선 및 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조할 수 있으며, 제조된 유연투명전극 기판은 낮은 저항값을 나타낼 수 있고 유연한 특성으로 인하여 다양한 전자소자에 적용할 수 있을 것으로 예상된다.
본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조되어 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 유연투명전극 기판을 포함하는 전자소자를 제공한다.
본 발명에 따른 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판은 종래의 ITO, AZO과 같은 투명전극물질이 유연성을 구비하지 못하여 유연기판에 적용하기 어려웠던 점을 개선하여 유연기판 내부에 함몰된 금속 배선 및 우수한 전기적 특성을 나타내는 그래핀을 포함함으로써, 낮은 저항값 및 유연성(flexibility)을 나타낼 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 유연투명전극 기판은 최근 주목받고 있는 조명소자, 유연 전자소자 등에 적용할 수 있으며, 특히 유연 태양전지, 유연 디스플레이 소자 등에 적용할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통해 보다 구체적으로 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐, 하기 실시예에 의하여 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1> 금속배선이 결합된 유연투명전극 기판의 제조 1
단계 1 : 구리 재질의 금속기판 상부에 화학기상증착법을 이용하여 그래핀을 형성하였다. 이때, 상기 그래핀의 형성은 하기 방법을 통해 수행되었다.
구리 포일(foil)을 화학기상증착장비의 석영관내에 삽입하고, 구리 표면의 산화를 방지하기 위해서 90 mTorr의 압력에서 수소(H2)가 10% 혼합된 아르곤(Ar)가스를 주입하면서 그래핀 성장온도인 1000 ℃ 까지 가열하였다. 성장온도까지 가열한후, 성장온도를 10분간 유지하였으며, 1 torr의 압력에서 600W의 플라즈마를 발생시켰다. 이후, CH4를 약 30분 정도 주입함으로써 그래핀을 형성시켰으며, 상온까지 자연냉각시켰다.
단계 2 : 그라비아 오프셋(Gravure Offset) 프린팅 장비를 이용하여 상기 단계 1에서 형성된 그래핀 상부로 Ag 페이스트(silver nano paste DGP, 나노신소재(ANP))를 코팅함으로써 40 μm의 선폭 및 2000 μm의 간격을 가지는 Ag 배선을 형성하였고, 형성된 배선을 200 ℃의 온도인 핫플레이트(hot-plate)에서 1시간 열처리 하였다. 열처리 후 Ag 배선의 두께는 약 1 ~ 2 μm를 나타내었다.
단계 3 : 상기 단계 2에서 형성된 Ag 배선 상부로 폴리이미드 (PI)를 닥터블레이딩 (Doctor blading) 방법을 이용하여 일정한 두께를 가지는 액체상태의 막으로 코팅하였으며, 이를 경화시킴으로써 2 ~ 400 μm 두께를 가지는 유연기판을 형성시켰다.
단계 4 : 상기 단계 1의 구리재질의 금속기판을 FeCl3 용액에 침지시켜 제거함으로써 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조하였다.
<실시예 2> 금속배선이 결합된 유연투명전극 기판의 제조 2
단계 1 : 실리콘 웨이퍼 기판 상부에 200 nm 두께의 니켈금속층을 증착하였다. 이때, 상기 니켈금속층의 증착은 실리콘 웨이퍼 위에 SiO2가 증착된 기판을 사용하여 수행하였으며, DC 마그네트론 스퍼터링을 통해 니켈을 증착시켰다. 스퍼터링 파워는 50~100W로 설정하며, 20 sccm의 아르곤 가스를 주입하며 증착하였다. 증착된 니켈금속층의 두께는 약 50 ~ 300 nm였다.
단계 2 : 상기 단계 1에서 코팅된 니켈금속층 상부로 화학기상증착법을 이용하여 그래핀을 형성하였다. 이때, 상기 그래핀의 형성은 하기 방법을 통해 수행되었다.
니켈금속층이 증착된 기판을 화학기상증착장비의 석영관 내에 삽입하고, 구리 표면의 산화를 방지하기 위해서 90 mTorr의 압력에서 수소(H2)가 10% 혼합된 아르곤(Ar)가스를 주입하면서 그래핀 성장온도인 1000 ℃ 까지 가열하였다. 성장온도까지 가열한후, 성장온도를 10분간 유지하였으며, 1 torr의 압력에서 600W의 플라즈마를 발생시켰다. 이후, CH4를 약 30분 정도 주입함으로써 그래핀을 형성시켰으며, 상온까지 자연냉각시켰다.
단계 3 : 그라비아 오프셋(Gravure Offset) 프린팅 장비를 이용하여 상기 단계 2에서 형성된 그래핀 상부로 Ag 페이스트(silver nano paste DGP, 나노신소재(ANP))를 코팅함으로써 40 μm의 선폭 및 2000 μm의 간격을 가지는 Ag 배선을 형성하였고, 형성된 배선을 200 oC의 온도인 핫플레이트(hot-plate)에서 1시간 열처리 하였다. 열처리 후 Ag 배선의 두께는 약 1 ~ 2 μm를 나타내었다.
단계 4 : 상기 단계 3에서 형성된 Ag 배선 상부로 폴리이미드 (PI)를 닥터블레이딩 (Doctor blading) 방법을 이용하여 일정한 두께를 가지는 액체상태의 막으로 코팅하였으며, 이를 경화시킴으로써 2 ~ 400 μm 두께를 가지는 유연기판을 형성시켰다.
단계 5 : 상기 단계 1의 실리콘 웨이퍼 기판으로 물리적인 힘을 가하여 실리콘 웨이퍼기판과 촉매금속층을 분리한 후, 촉매금속층(니켈금속층)을 제거하여 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조하였다. 이때, 상기 촉매금속층(니켈금속층)의 제거는 FeCl3 에칭용액을 이용하여 수행하였다.
<실시예 3> 금속배선이 결합된 유연투명전극 기판의 제조 3
단계 1 : 실리콘 웨이퍼 기판 상에 박리층으로 다이아몬드 라이크 카본(diamond like carbon, DLC) 박막을 화학기상증착법으로 약 10 ~ 200 nm 두께로 증착하였다.
단계 2 : 상기 단계 1에서 형성된 박리층 상부로 DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 니켈을 증착시켜 니켈금속층을 형성시켰다. 이때, 스퍼터링 파워는 50~100W로 설정하였으며, 20 sccm의 아르곤 가스를 주입하며 증착을 수행하였다. 증착된 니켈금속층의 두께는 약 50 ~ 300 nm였다.
단계 3 : 상기 단계 2에서 형성된 니켈금속층 상부로 화학기상증착법을 이용하여 그래핀을 형성하였다. 이때, 상기 그래핀의 형성은 하기 방법을 통해 수행되었다.
니켈금속층이 증착된 기판을 화학기상증착장비의 석영관내에 삽입하고, 구리 표면의 산화를 방지하기 위해서 90 mTorr의 압력에서 수소(H2)가 10% 혼합된 아르곤(Ar)가스를 주입하면서 그래핀 성장온도인 1000 ℃ 까지 가열하였다. 성장온도까지 가열한후, 성장온도를 10분간 유지하였으며, 1 torr의 압력에서 600W의 플라즈마를 발생시켰다. 이후, CH4를 약 30분 정도 주입함으로써 그래핀을 형성시켰으며, 상온까지 자연냉각시켰다.
단계 4 : 그라비아 오프셋(Gravure Offset) 프린팅 장비를 이용하여 상기 단계 3에서 형성된 그래핀 상부로 Ag 페이스트(silver nano paste DGP, 나노신소재(ANP))를 코팅함으로써 40 μm의 선폭 및 2000 μm의 간격을 가지는 Ag 배선을 형성하였고, 형성된 배선을 200 oC의 온도인 핫플레이트(hot-plate)에서 1시간 열처리 하였다. 열처리 후 Ag 배선의 두께는 약 1 ~ 2 μm를 나타내었다.
단계 5 : 상기 단계 4에서 형성된 Ag 배선 상부로 폴리이미드 (PI)를 닥터블레이딩 (Doctor blading) 방법을 이용하여 일정한 두께를 가지는 액체상태의 막으로 코팅하였으며, 이를 경화시킴으로써 2 ~ 400 μm 두께를 가지는 유연기판을 형성시켰다.
단계 6 : 상기 단계 1에서 형성된 박리층으로부터 상기 실리콘 웨이퍼 기판 물리적으로 분리한 후, 니켈금속층을 제거하여 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조하였다. 이때, 상기 니켈금속층의 제거는 FeCl, 에칭용액을 이용하여 수행하였다.
<실시예 4> 금속배선이 결합된 유연투명전극 기판의 제조 4
상기 실시예 2의 단계 1에서 니켈금속층을 코팅 증착하기 전, 실리콘 웨이퍼의 표면을 플라즈마 처리한 것을 제외하고는 상기 실시예 2와 동일하게 수행하여 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조하였다.
<비교예 1> 유연투명전극 기판의 제조 1
단계 1 : 구리 재질의 금속기판 상부에 화학기상증착법을 이용하여 그래핀을 형성하였으며, 그래핀의 형성은 하기 방법을 통해 수행하였다.
구리 포일(foil)을 화학기상증착장비의 석영관내에 삽입하고, 구리 표면의 산화를 방지하기 위해서 90 mTorr의 압력에서 수소(H2)가 10% 혼합된 아르곤(Ar)가스를 주입하면서 그래핀 성장온도인 1000 ℃ 까지 가열하였다. 성장온도까지 가열한후, 성장온도를 10분간 유지하였으며, 1 torr의 압력에서 600W의 플라즈마를 발생시켰다. 이후, CH4를 약 30분 정도 주입함으로써 그래핀을 형성시켰으며, 상온까지 자연냉각시켰다.
단계 2 : 상기 단계 1에서 형성된 그래핀 상부로 폴리이미드 (PI)를 닥터블레이딩 (Doctor blading) 방법을 이용하여 일정한 두께를 가지는 액체상태의 막으로 코팅하였으며, 이를 경화시킴으로써 2 ~ 400 um 두께를 가지는 유연기판을 형성시켰다.
단계 3 : 상기 단계 1의 구리재질의 금속기판을 FeCl3 에칭용액에 침지시켜 제거함으로써 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조하였다.
<비교예 2> 유연투명전극 기판의 제조 1
단계 1 : 실리콘 웨이퍼 기판 상부에 200 nm 두께의 니켈금속층을 증착하였다. 이때, DC 마그네트론 스퍼터링을 이용하여 니켈을 증착시켜 니켈금속층을 형성시켰으며, 스퍼터링 파워는 50~100W로 설정하였으며, 20 sccm의 아르곤 가스를 주입하며 증착을 수행하였다. 증착된 니켈금속층의 두께는 약 50 ~ 300 nm였다.
단계 2 : 상기 단계 1에서 코팅된 니켈금속층 상부로 화학기상증착법을 이용하여 그래핀을 형성하였으며, 그래핀의 형성은 하기 방법을 통해 수행하였다.
니켈금속층이 증착된 기판을 화학기상증착장비의 석영관내에 삽입하고, 구리 표면의 산화를 방지하기 위해서 90 mTorr의 압력에서 수소(H2)가 10% 혼합된 아르곤(Ar)가스를 주입하면서 그래핀 성장온도인 1000 ℃ 까지 가열하였다. 성장온도까지 가열한후, 성장온도를 10분간 유지하였으며, 1 torr의 압력에서 600W의 플라즈마를 발생시켰다. 이후, CH4를 약 30분 정도 주입함으로써 그래핀을 형성시켰으며, 상온까지 자연냉각시켰다.
단계 3 : 상기 단계 2에서 형성된 그래핀 상부로 폴리이미드 (PI)를 닥터블레이딩 (Doctor blading) 방법을 이용하여 일정한 두께를 가지는 액체상태의 막으로 코팅하였으며, 이를 경화시킴으로써 2 ~ 400 um 두께를 가지는 유연기판을 형성시켰다.
단계 4 : 상기 단계 1의 실리콘 웨이퍼 기판으로 물리적인 힘을 가하여 실리콘 웨이퍼기판과 촉매금속층을 분리한 후, 촉매금속층(니켈금속층)을 제거하여 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판을 제조하였다. 이때, 상기 니켈금속층의 제거는 FeCl3 에칭용액을 이용하여 수행하였다.
<실험예 1> 투과도 분석
본 발명에 따른 실시예 1 내지 4와 비교예 1 및 2에서 제조된 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 투과도를 분석하기 위하여 UV-visible spectrophotometer를 이용하여 투과도를 분석하였고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
| 투과율 (%) | |
| 실시예 1 | 89 |
| 실시예 2 | 83 |
| 실시예 3 | 83 |
| 실시예 4 | 83 |
| 비교예 1 | 90 |
| 비교예 2 | 84 |
표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법으로 금속 배선을 유연기판 내부에 함몰시켜 제조된 실시예 1의 유연투명전극 기판은 비교예 1과 비슷한 수준의 투과도를 보였으며, 또한 금속 배선을 유연기판 내부에 함몰시켜 제조된 실시예 2 내지 4의 유연투명전극 기판은 비교예 2와 비슷한 수준의 투과도를 보였다. 이를 통해, 본 발명에 따른 제조방법으로 금속 배선을 함몰시키더라도 투과도가 저하되는 문제점이 발생하지 않는 것을 확인할 수 있었다.
<실험예 2> 면저항 분석
본 발명에 따른 실시예 1 내지 3과 비교예 1 및 2에서 제조된 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판의 면저항을 분석하기 위하여 4 point probe를 이용하여 저항값을 분석하였고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
| 면저항 (Ω/sq.) | |
| 실시예 1 | 5 |
| 실시예 2 | 70 |
| 실시예 3 | 65 |
| 실시예 4 | 65 |
| 비교예 1 | 30 |
| 비교예 2 | 700 |
표 2에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 제조방법으로 금속 배선을 유연기판 내부에 함몰시켜 제조된 실시예 1의 유연투명전극 기판은 비교예 1에서의 유연투명전극 기판보다 면저항이 매우 낮은 것을 알 수 있으며, 또한 금속 배선을 유연기판 내부에 함몰시켜 제조된 실시예 2 내지 4의 유연투명전극 기판은 비교예 2에서의 유연투명전극 기판보다 면저항이 매우 낮음을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명에 따른 제조방법으로 금속 배선을 유연기판 내부에 함몰시킴으로써 저항값을 현저히 낮출 수 있음을 확인하였다.
Claims (20)
- 기판상으로 촉매금속층을 증착하는 단계(단계 1);
상기 단계 1의 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 형성된 금속 배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 4); 및
상기 단계 1의 기판을 분리한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계(단계 5)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법.
- 금속기판상으로 그래핀을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 금속배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 3); 및
상기 단계 1의 금속기판을 제거하는 단계(단계 4)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법.
- 기판상으로 박리층을 형성하는 단계(단계 1);
상기 단계 1에서 형성된 박리층 상부로 촉매금속층을 형성시키는 단계(단계 2);
상기 단계 2에서 형성된 촉매금속층 상부로 그래핀을 형성하는 단계(단계 3);
상기 단계 3에서 형성된 그래핀 상부로 금속 배선을 형성시키는 단계(단계 4);
상기 단계 4에서 형성된 금속배선에 유연기판을 형성시키는 단계(단계 5); 및
상기 단계 1의 기판으로부터 박리층을 제거한 후, 촉매금속층을 제거하는 단계(단계 6)를 포함하는, 금속배선이 함몰되고 그래핀을 포함하는 유연(flexible) 투명전극 기판의 제조방법.
- 제2항에 있어서, 상기 단계 1의 금속기판은 니켈, 구리, 루테늄, 이리듐, 철, 백금 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제1항 또는 제3항에 있어서, 상기 촉매금속층은 니켈, 구리, 루테늄, 이리듐, 철, 백금 및 알루미늄으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속을 포함하는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 단계 1의 기판 표면은 촉매금속층을 증착하기 전 플라즈마 처리되는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 단계 1의 박리층은 실리콘 수지, 불소수지, 다이아몬드 라이크 카본(diamond like carbon, DLC) 및 산화지르코늄 막으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 박리재를 포함하는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 배선은 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 티타늄(Ti) 및 이들의 합금으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 1종의 금속으로 형성되는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 배선은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드(GZO), 플로린틴옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 또는 이의 혼합물로 형성되는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 금속 배선은 잉크젯프린팅, 그라비아프린팅, 그라비아 오프셋, 에어로졸 프린팅, 스크린 프린팅, 전기도금, 진공증착 및 포토리소그래피 공정으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 공정을 통해 형성되는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유연기판은 폴리머 유연기판인 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제11항에 있어서, 상기 폴리머는 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀폴리머(COP), 사이클로올레핀코폴리머(COC), 디시클로펜타디엔폴리머(DCPD), 시클로펜타디엔폴리머(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS),실리콘수지, 불소수지 및 변성에폭시수지로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 유연기판 상부에 기능성 유연기판을 형성시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 기능성 유연기판은 폴리머 기판, 종이 기판 또는 금속 기판인 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제14항에 있어서, 상기 금속 기판은 STS 기판, 알루미늄(Al) 기판 또는 구리(Cu) 기판인 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 기능성 유연기판의 표면은 자외선 차단막, 파장제어막, 광 집속막, 방오성막 또는 투습/투산소 방지막이 코팅된 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제13항에 있어서, 상기 기능성 유연기판의 표면은 텍스쳐링(texturing) 처리된 것을 특징으로 하는 유연투명전극 기판의 제조방법.
- 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조되어 그래핀을 포함하는 유연투명전극 기판.
- 제18항의 유연투명전극 기판을 포함하는 전자소자.
- 제19항에 있어서, 상기 전자소자는 조명소자, 디스플레이소자 또는 태양전지인 것을 특징으로 하는 전자소자.
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