KR101285580B1 - 적층된 은 금속막들을 포함하는 투명 전극 - Google Patents
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Abstract
적층된 은 금속막들을 포함하는 투명 전극이 제공된다. 투명 전극은, 제1 은 금속막과, 제1 은 금속막 위에 형성된 투명 산화물 전도막과, 투명 산화물 전도막 위에 형성된 제2 은 금속막을 포함한다.
Description
본 발명은 투명 전극에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 적층된 은(Ag) 금속막들을 포함하는 투명 전극에 관한 것이다.
일반적으로, 유기 전자 디바이스는 차세대 디스플레이로 각광받는 유기 발광 소자(OLED: Organic Light Emission Device)와 유기 태양 전지(organic photovoltaic 혹은 organic solar cell), 그리고 유기 박막 트랜지스터(OTFT: Organic Thin Film Transistor) 등을 포함하는 유기 물질로 구성되는 전자 디바이스를 말한다.
또한, 유연성 전자기술은 전자 소자나 또는 그것으로 구성된 회로가 휘어지는 것이 가능한 전자기술을 통칭하는 것으로서, 무선 인식 태그(radio-frequency identification tag) 또는 스마트 라벨 등에 활용되는 전자기술을 포함한다.
이와 같은 유기 전자 디바이스 또는 유연성 전자기술에는 투명전극이 적용되며, 일반적으로 전자 디바이스용 투명전극은 투명 전도성 산화물(TCO: Transparent Conductive Oxide) 형태의 물질을 유리 기판과 같은 투명한 절연 기판 위에 스퍼터링(sputtering) 진공 증착법 등을 사용하여 만든다.
이와 같은 투명 전도성 산화물로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 또는 FTO(F-doped Tin Oxide)등이 많이 쓰이며, 이들 투명 전도성 산화물 막은 우수한 전도성과 광학적 투과율로 인하여, 디스플레이나 박막 태양전지와 같은 전자 장치에서 많이 활용되고 있다.
그러나 전자 디바이스의 형태가 다양화되면서 기존의 투명 전도성 산화물 막은 여러 면에서 문제점을 드러내고 있다. 일예로, 대면적 디스플레이 또는 태양전지 등을 만들 때, 또는 고집적 회로에 선폭이 좁은 투명 전극이 필요할 때, 상기와 같은 투명 전도성 산화물 막은, 투명도를 일정 수준 이상 유지하면서 비저항을 더욱 낮추는 데에 한계가 있게 된다. 특히, 대면적이나 저온 호환 기판을 활용하기 위해 비정질로 만들 때는 더욱 더 한계를 보이기도 한다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 광학적으로 매우 얇은 은(Ag) 금속막을 적층하는 방법을 이용하여 예를 들어 면저항(sheet resistance) 2(옴(Ω)/sq.(square)) 이하의 낮은 저항에서도 높은 빛의 투과도(광투과도)를 가질 수 있는 투명 전극을 제공하는 것이다.
상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 투명전극은, 제1 은 금속막; 상기 제1 은 금속막 위에 형성된 투명 산화물 전도막: 및 상기 투명 산화물 전도막 위에 형성된 제2 은 금속막을 포함할 수 있다.
상기 투명 산화물 전도막은 산화 아연(ZnO)을 포함할 수 있다. 상기 투명 전극은, 상기 제1 은 금속막 아래에 형성된 제1 유전체 막; 및 상기 제2 은 금속막 위에 형성된 제2 유전체 막을 더 포함할 수 있다.
상기 투명 전극은, 상기 제1 유전체 막 아래에 배치된 기판을 더 포함할 수 있다. 상기 제1 유전체 막 및 상기 제2 유전체 막은 각각 산화 아연(ZnO) 또는 황화 아연(ZnS)을 포함할 수 있다. 상기 기판은 플라스틱 기판일 수 있다.
상기 제1 은 금속막, 상기 투명 산화물 전도막, 상기 제2 은 금속막, 상기 제1 유전체 막, 및 상기 제2 유전체 막은 상기 기판 위에 진공 증착법에 의해 형성될 수 있다. 상기 투명 전극은 플렉시블 전극으로 이용될 수 있다.
본 발명은 적층(stacking)된 은(Ag) 금속막을 이용하는 것에 의해 높은 전기 전도도에 의한 저 저항(낮은 저항)의 투명 전극을 구현할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 2(옴/sq.) 이하의 낮은 면저항 값에서도 80(%)에 가까운 높은 투과도(광학적 투과도)를 가지므로, 본 발명의 투명 전극을 포함하는 대면적 광전자 소자(예를 들어, 태양전지)는 상기 투명전극이 낮은 전기적 저항 값을 가지는 것에 의해 전압 강하의 문제를 발생하지 않을 수 있다. 즉, 대면적 광전자 소자에 포함된 투명 전극에서 전압 손실이 발생하지 않으면서 대면적 광전자 소자가 구동될 수 있다.
또한 본 발명은 ITO 전극을 대체하여 투명 전극 가격을 낮출 수 있고 낮은 저항을 가지면서 투과도가 높으므로 광전자 소자의 대면적화에 기여할 수 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 사용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여, 각 도면의 간단한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극(100)을 나타내는 도면(사시도)이다.
도 2는 도 1에 도시된 투명 전극(100)의 실시예에 따른 면저항 대비 투과도와 다른 투명전극들의 면저항 대비 투과도를 비교하는 그래프(graph)이다.
도 3은 도 1에 도시된 투명 산화물 전도막(120)의 두께와 유전체 막(110 또는 130)두께에 따른 투과도 변화를 설명하는 도면이다.
도 4는 도 1에 도시된 투명 산화물 전도막(120)의 두께에 따른 파장별로 표현한 투명 전극(100)의 투과도를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 투명 전극(100)의 유연성 테스트(flexibility test) 결과를 설명하는 그래프(graph)이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극(100)을 나타내는 도면(사시도)이다.
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도 4는 도 1에 도시된 투명 산화물 전도막(120)의 두께에 따른 파장별로 표현한 투명 전극(100)의 투과도를 설명하는 도면이다.
도 5는 도 1에 도시된 투명 전극(100)의 유연성 테스트(flexibility test) 결과를 설명하는 그래프(graph)이다.
본 발명 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는, 본 발명의 실시예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용이 참조되어야 한다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하는 것에 의해, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조 부호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.
기존의 ITO(indium tin oxide)를 포함하는 투명 전극은 면저항 2(옴/sq.)의 낮은 저항에서는 매우 낮은 투과도를 가지므로, 유기발광 다이오드(organic light emitting diode display: OLED)와 같은 대면적 광전자 소자에서 ITO로 구성되는 투명 전극이 사용되는 경우 전압 강하로 인한 문제가 발생할 수 있다.
현재 투명 전극으로는 Indium tin oxide(ITO)와 같은 금속 산화물 전극이 많이 사용된다. 하지만 ITO의 한 요소인 인듐의 가격 상승으로 ITO는 계속 가격이 상승하는 추세에 있다. 이를 대체하고자 graphene, cabon nanotubes(CNTs), 또는 nanowire 등의 대체 물질들이 연구되고 있다. 하지만 graphene 또는 CNTs는 낮은 저항에서 높은 투과도를 가지기 어려운 단점이 있다. nanowire는 간단한 공정 방법 및 ITO와 비슷한 저항 및 투과도를 가지나, 이 역시 낮은 저항에서는 낮은 투과도를 가지는 한계가 있다.
대체 투명 전극으로 광학적으로 매우 얇은 금속막을 이용한 연구도 진행되었다. 유전체(유전체 막), 은(silver)(은(Ag) 막), 및 유전체(유전체 막)로 구성되는 멀티레이어(multi-layer)(다층막 또는 다층박막)의 투명 전극은 유전체 막으로 인한 빛의 간섭(interference)으로 인해 빛의 반사가 최소화되어 높은 투과도를 가지는 투명 전극을 얻을 수 있다. 하지만 이 또한 면저항 2(옴/sq.) 이하의 낮은 저항에서는 낮은 투과도를 갖는다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극(100)을 나타내는 도면(사시도)이다.
도 1을 참조하면, 투명 전극(100)은 기판(substrate)(105), 제1 유전체(dielectric) 막(110), 제1 은(Ag) 금속막(은 금속층)(115), 제1 은 금속막(115) 위에 형성된(적층된) 투명 산화물 전도막(전도층)(또는 투명 전도성 산화물 막)(TCO, transparent conductive oxide layer)(120), 투명 산화물 전도막(120) 위에 형성된 제2 은 금속막(125), 및 제2 유전체 막(130)을 포함한다. 투명 전극(100)은 다층박막 전극으로 구현될 수 있다.
제1 유전체(dielectric) 막(110), 제1 은 금속막(115), 투명 산화물 전도막(TCO)(120), 제2 은 금속막(125), 및 제2 유전체 막(130)은 기판(105) 위에 순서대로 적층될 수 있다. 한편, 본 발명의 다른 실시예에 있어서, 도 1의 투명 전극(100)에서 기판(105)이 제거(생략)되거나, 또는 기판(105)과 제1 유전체 막(110)과 제2 유전체 막(130)이 제거될 수도 있다.
두 개의 얇은 은(Ag) 금속막들(115, 125) 사이에 투명 산화물 전도막(TCO)(120)으로 두 금속막들(115, 125)을 연결시켜 하나의 전극 역할을 하도록 할 수 있다. 은 금속막들(115, 125) 각각의 두께는, 예를 들어, 15(nm)이상이고 50(nm)이하일 수 있다.
기판(105)은 제1 유전체 막(110) 아래에 배치되고, 예를 들어 투명한 유리(glass) 기판 또는 유연성이 있고 폴리이미드(polyimide) 또는 폴리에틸렌 테레프탈레이트계(PET, polyethylene terephthalate) 고분자(polymer) 물질과 같은 유연성 재질을 포함하는 투명한 플라스틱 기판일 수 있다. 예를 들어, 기판(105)이 플라스틱 기판인 경우, 투명 전극(100)은 플렉시블(flexible) 전극으로 언급될 수 있으며 투명 전극(100)은 플렉시블 전극으로서 이용될 수 있다.
투명 산화물 전도막(TCO)(120)은 예를 들어 산화아연(zinc oxide, ZnO) 또는 인듐 틴 옥사이드(indium tin oxide: ITO)와 같은 투명 전도성 산화물을 포함할 수 있다.
제1 유전체 막(110) 및 제2 유전체 막(130) 각각은 산화아연(ZnO) 또는 황화 아연(zinc sulfide, ZnS)과 같은 높은 굴절율의 투명 유전체를 포함할 수 있다. 즉, 제1 은 금속막(115)과 투명 산화물 전도막(TCO)(120)과 제2 은 금속막(125)을 포함하는 멀티레이어는 다시 높은 굴절율을 가지는 유전체막들(110, 130)로 덮어 빛의 반사도를 억제하도록 할 수 있다. 따라서 제1 유전체 막(110) 및 제2 유전체 막(130)은 제1 은 금속막(115), 투명 산화물 전도막(TCO)(120), 및 제2 은 금속막(125)으로 적층된 투명 전극의 투과도를 향상시킬 수 있다.
도 1에 도시된 구조(구성)를 가지는 본 발명의 투명 전극(100)은 진공 증착법(vapor deposition)(예를 들어, 스퍼터링(sputtering) 진공 증착법)과 같은 간단한 공정을 이용하여 간단하게 제작될 수 있는 장점을 가진다. 즉, 제1 은 금속막(115), 투명 산화물 전도막(120), 제2 은 금속막(125), 제1 유전체 막(110), 및 제2 유전체 막(130)은 기판(105) 위에 진공 증착법에 의해 형성(성막)될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 투명 전극(100)의 실시예에 따른 면저항 대비 투과도와 다른 투명전극들의 면저항 대비 투과도를 비교하는 그래프(graph)이다. 즉, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 투명 전극의 투과도(luminous transmittance) 및 저항(면저항(sheet resistance))과 다른 투명 전극의 투과도 및 저항을 비교하는 도면이다. 상기 시감 투과율(luminous transmittance)은 휘도에 해당하는 투과도를 나타낸다.
도 2에서 Ref.(reference) 1은 (P. B. Catrysse, and S. Fan, "Nanopatterned Metallic Films for Use As Transparent Conductive Electrodes in Optoelectronic Devices", Nano Lett., vol. 10, pp. 2944-2949, 2010.)이고, Ref. 2는 (M. -G. Kang and L. J. Guo, "Nanoimprinted Semitransparent Metal Electrodes and Their Application in Organic Light-Emitting Diodes", Adv. Mater., vol. 19, pp. 1391-1396, 2007.)이고, Ref. 3은 (J. -Y. Lee, S. T. Connor, Y. Cui, and P. Peumans, "Solution-Processed Metal Nanowire Mesh Transparent Electrodes", Nano Lett., vol. 8, pp. 689-692, 2008.)이다.
또한 도 2에서 본 발명의 투명전극(100)의 면저항에 따른 투과도(200)는 실선(시뮬레이션값에 따른 ZnO/Ag/ZnO/Ag/ZnO(calculation)), 및 마름모 형태(실제값에 따른 ZnO/Ag/ZnO/Ag/ZnO)로 표시된다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 투과도(200)는 다른 투명 전극들(예를 들어 ITO(calculation))보다 낮은 저항(예를 들어, 2(Ω/sq.)에서 상대적으로 높은 투과도(약 80(%))를 가짐을 알 수 있다.
상기 투명 전극(100)의 실시예에 있어서, 떨어져있는 은 금속막들(115, 125) 사이의 투명 산화물 전도막(TCO)(120)으로 산화 아연(zinc oxide, ZnO)이 이용되어 실시예는 적층된 Ag/ZnO/Ag 구조를 가지며 Ag/ZnO/Ag 구조를 덮고 있는 유전체 막으로 ZnO이 이용되어 ZnO/Ag/ZnO/Ag/ZnO 구조를 가진다.
도 3은 도 1에 도시된 투명 산화물 전도막(120)의 두께와 유전체 막(110 또는 130)두께에 따른 투과도 변화를 설명하는 도면이다. 즉, 도 3은, 은 금속막(115 또는 125)의 고정된 두께에서, 은 금속막들(115 및 125) 사이의 산화 아연(ZnO)을 포함하는 투명 산화물 전도막(120)의 두께와 Ag/ZnO/Ag 다층 구조를 덮고 있는 산화 아연(ZnO)을 포함하는 유전체 막(110 또는 130)의 두께에 따른 투과도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 도 3의 가로축 값은, 은 금속막들(115, 125)을 덮고 있는 유전체 막들(110, 130) 각각의 두께이고, 세로축 값은 투명 산화물 전도막(120)의 두께이다.
두 개의 은 금속막들(115, 125) 사이의 투명 산화물 전도막(120)의 두께와 Ag/TCO/Ag 구조를 덮고 있는 유전체 막들(110, 130) 각각의 두께에 따라 투명 전극(100)의 투과도는 크게 달라진다. 이는 투명 산화물 전도막(120)의 두께 및 유전체 막들(110, 130) 각각의 두께에 따라 빛의 간섭(interference)이 발생하는 파장대가 달라지기 때문이다.
도 3에서 약 50(nm) 두께의 유전체 막과 약 90(nm) 두께의 투명 산화물 전도막(120)에서 투과도가 최대가 됨을 알 수 있다. 즉, 적절한 두께를 가지는 유전체 막과 투명 산화물 전도막에서 매우 높은 투과도가 나타냄을 알 수 있다. 상기 두께의 절대값은 투명 산화물 전도막(120)의 종류와 유전체 막의 종류에 따라 달라질 수 있다.
도 4는 도 1에 도시된 투명 산화물 전도막(120)의 두께에 따른 파장별로 표현한 투명 전극(100)의 투과도를 설명하는 도면이다. 즉, 도 4는 은 금속막들(115, 125) 사이의 산화아연(ZnO)을 포함하는 투명 산화물 전도막(120)의 두께에 따른 분광 투과율(spectral transmittance)을 보여준다.
도 4를 참조하면, 도 4의 가로축 값은, 투명 산화물 전도막(120)을 투과(통과)하는 빛의 파장이고, 세로축 값은 산화 아연(ZnO)을 포함하는 투명 산화물 전도막(120)의 두께이다.
도 4에서 약 40(nm)과 130(nm) 사이의 두께를 가지는 투명 산화물 전도막에서 투과도(spectral transmittance)가 최대가 됨을 알 수 있다. 적절한 두께의 산화 아연(ZnO)를 포함하는 투명 산화물 전도막(120)만이 가시광 영역의 파장(예를 들어 380(nm)이상이고 780(nm)이하인 파장)에서 높은 투과도를 가짐을 알 수 있다.
도 5는 도 1에 도시된 투명 전극(100)의 유연성 테스트(flexibility test) 결과를 설명하는 그래프(graph)이다. 상기 테스트에서 사용된 기판의 물질은 폴리에틸렌 테레프탈레이트계(PET, polyethylene terephthalate) 고분자 물질이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 투명전극(100)은 ITO 전극과 비교하여 인장변형(tensile stain)에 잘 견디고 있음을 알 수 있고 또한 본 발명의 투명 전극은 유연성이 있음을 알 수 있다. 상기 인장변형은 물체에 인장 하중을 가했을 때의 늘어난 길이와 원래의 길이와의 비율을 의미하고 도 5의 세로축 값에 해당하는 값일 수 있다. 도 5의 가로축 값에서 1/rc는 외부에서 인가되는 힘(인장하중)일 수 있다. 따라서 본 발명의 투명 전극(100)은 높은 연성을 가지는 제1 및 제2 은(Ag) 금속 막들을 포함하므로 플렉시블(flexible) 소자에 사용될 수 있다. 즉, 본 발명은 플렉시블 투명 전극으로 구현(이용)될 수 있다.
전술한 본 발명의 투명 전극은 유기발광 다이오드(organic light emitting diode display: OLED) 또는 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel)과 같은 디스플레이 소자의 상부 전극 또는 하부 전극, LED(light emitting diode) 소자와 같은 조명 장치, 또는 예를 들어 플렉시블 태양전지와 같은 태양전지 등의 광전자 소자에 적용될 수 있다.
이상에서와 같이, 도면과 명세서에서 실시예가 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이며 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 이 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명으로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 투명 전극
105: 기판
110: 제1 유전체 막
115: 제1 은 금속막
120: 투명 산화물 전도막
125: 제2 은 금속막
130: 제2 유전체 막
105: 기판
110: 제1 유전체 막
115: 제1 은 금속막
120: 투명 산화물 전도막
125: 제2 은 금속막
130: 제2 유전체 막
Claims (8)
- 투명 전극에 있어서,
제1 은 금속막;
상기 제1 은 금속막 위에 형성된 투명 산화물 전도막: 및
상기 투명 산화물 전도막 위에 형성된 제2 은 금속막을 포함하며,
상기 투명 전극은,
상기 제1 은 금속막 아래에 형성된 제1 유전체 막; 및
상기 제2 은 금속막 위에 형성된 제2 유전체 막을 더 포함하는 투명 전극. - 제1항에 있어서,
상기 투명 산화물 전도막은 산화 아연(ZnO)을 포함하는 투명 전극. - 삭제
- 제1항에 있어서, 상기 투명 전극은,
상기 제1 유전체 막 아래에 배치된 기판을 더 포함하는 투명 전극. - 제1항에 있어서,
상기 제1 유전체 막 및 상기 제2 유전체 막은 각각 산화 아연(ZnO) 또는 황화 아연(ZnS)을 포함하는 투명 전극. - 제4항에 있어서,
상기 기판은 플라스틱 기판인 투명 전극. - 제4항에 있어서,
상기 제1 은 금속막, 상기 투명 산화물 전도막, 상기 제2 은 금속막, 상기 제1 유전체 막, 및 상기 제2 유전체 막은 상기 기판 위에 진공 증착법에 의해 형성되는 투명 전극. - 제1항에 있어서,
상기 투명 전극은 플렉시블 전극으로 이용되는 투명 전극.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120008909A KR101285580B1 (ko) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | 적층된 은 금속막들을 포함하는 투명 전극 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020120008909A KR101285580B1 (ko) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | 적층된 은 금속막들을 포함하는 투명 전극 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR101285580B1 true KR101285580B1 (ko) | 2013-07-15 |
Family
ID=48997254
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020120008909A KR101285580B1 (ko) | 2012-01-30 | 2012-01-30 | 적층된 은 금속막들을 포함하는 투명 전극 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| KR (1) | KR101285580B1 (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160114820A (ko) | 2015-03-25 | 2016-10-06 | 충북대학교 산학협력단 | 다층박막구조를 포함하는 디스플레이용 투명 전도막, 이 투명 전도막을 포함하는 디스플레이 및 이의 제조방법 |
-
2012
- 2012-01-30 KR KR1020120008909A patent/KR101285580B1/ko active IP Right Grant
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| D.R. Sahu et al. High quality transparent conductive ZnO/Ag/ZnO multilayer films deposited at room temperature. Thin Solid Films. 30 August 2006, vol. 515, p876-p879. * |
| D.R. Sahu et al. High quality transparent conductive ZnO/Ag/ZnO multilayer films deposited at room temperature. Thin Solid Films. 30 August 2006, vol. 515, p876-p879.* |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20160114820A (ko) | 2015-03-25 | 2016-10-06 | 충북대학교 산학협력단 | 다층박막구조를 포함하는 디스플레이용 투명 전도막, 이 투명 전도막을 포함하는 디스플레이 및 이의 제조방법 |
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