KR101333529B1 - 산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자 - Google Patents

산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 높은 헤이즈 값을 나타내는 산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자에 관한 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 표면에 제1 텍스처링이 형성되는 기판; 및 상기 기판 표면에 형성되고, 표면에 제2 텍스처링이 형성되는 투명 산화물 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자를 제공한다.

Description

산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자{OXIDE THIN FILM SUBSTRATE, METHOD OF FABRICATING THEREOF, PHOTOVOLTAIC AND OLED INCLUDING THE SAME}
본 발명은 산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 높은 헤이즈 값을 나타내는 산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자에 관한 것이다.
일반적으로, 투명한 산화물 박막은 그 전도성 여부에 따라 광전지의 투명 전극으로 사용되거나 유기발광소자의 광추출 효율 향상을 위한 광추출층으로 사용된다. 여기서, 광전지의 투명 전극과 유기발광소자의 광추출층의 표면에는 광학 효율 향상을 위해, 텍스처링(texturing)이 형성된다.
한편, 광전지의 투명 전극과 유기발광소자의 광추출층을 이루는 산화물 박막 중 대표적인 물질로는 산화아연(ZnO)이 있다. 산화아연(ZnO)은 예컨대, 스퍼터링 또는 빠른 코팅속도와 높은 생산성으로 인해 대량 양산 공정에 적합한 상압화학기상증착법(Atmosphere Pressure Chemical Vapor Deposition; APCVD)을 통해 유리기판 상에 박막 코팅되어, 광전지의 투명 전극으로 형성되거나 유기발광소자의 광추출층으로 형성된다.
하지만, 상압화학기상증착법(APCVD)은 아직 유기 전구체(precursor) 등의 안정성 및 공정이 확립되어 있지 않은 문제가 있고, 스퍼터링 방법은 유리기판에 두꺼운 산화물 박막을 코팅하고, 코팅된 산화물 박막에 습식 에칭(wet etching)을 통해 표면 텍스처링을 형성하게 되는데, 이와 같이 크게 2단계로 구분되어 있는 공정을 통해서는 대량 생산에 한계가 있었다.
한편, 광전지용 또는 유기발광소자용으로 사용되는 산화물 박막은 그 헤이즈(haze) 값이 높을수록 우수한 광 효율을 나타내는데, 이러한 헤이즈 값은 산화물 박막의 표면에 형성되는 텍스처링에 의해 좌우된다. 그러나 종래와 같이, 산화물 박막에 대한 단순 에칭을 통해서는 텍스처링의 형태를 제어하여 헤이즈 값을 높이는데 분명한 한계가 있었다. 이에 더해, 산화물 박막이 광전지의 투명 전극으로 사용되는 경우, 광학 특성과 전기적 특성 간에는 트레이드-오프(trade-off) 관계가 있는데, 이러한 문제로 인해 텍스처링의 형상 제어에는 많은 어려움이 있었다. 즉, 산화물 박막이 광전지의 투명 전극으로 사용되는 경우, 산화물 박막의 헤이즈 값을 높이게 되면, 산화물 박막의 면저항(Ω/□)이 증가되어 이의 전기적 특성이 낮아지는 문제가 있었다.
본 발명의 배경이 되는 기술은 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0000920호(2011.01.06.)에 개시되어 있다.
본 발명은 상술한 바와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 높은 헤이즈 값을 나타내는 산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자를 제공하는 것이다.
이를 위해, 본 발명은, 표면에 제1 텍스처링이 형성되는 기판; 및 상기 기판 표면에 형성되고, 표면에 제2 텍스처링이 형성되는 투명 산화물 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판을 제공한다.
여기서, 상기 제1 텍스처링은, 상기 기판의 표면에 형성되어 있는 복수개의 제1 리지, 및 상기 제1 리지의 표면에 적어도 하나 형성되어 있는 제2 리지를 포함할 수 있다.
이때, 상기 기판의 표면조도(RMS)는 0.1 내지 20㎛일 수 있다.
또한, 상기 제2 리지의 폭과 높이는 0.01 내지 1㎛일 수 있다.
그리고 상기 제2 텍스처링은, 상기 투명 산화물 박막의 표면에 형성되어 있는 복수개의 제3 리지, 및 상기 복수개의 제3 리지의 표면을 포함하여 상기 투명 산화물 박막의 표면 전체에 연속적으로 형성되어 있는 제4 리지를 포함할 수 있다.
이때, 상기 제3 리지는 상기 제2 리지와 대응되는 위치에 형성되어 있을 수 있다.
또한, 상기 제3 리지의 직경은 0.1 내지 5㎛이고, 서로 인접한 상기 제3 리지 간의 거리는 0 내지 10㎛이며, 높이는 0.1 내지 5㎛일 수 있다.
그리고 상기 제4 리지의 직경은 0.01 내지 0.4㎛이고, 폭은 0.01 내지 0.4㎛이며, 높이는 0.01 내지 0.5㎛일 수 있다.
아울러, 상기 투명 산화물 박막의 헤이즈 값은 75 내지 86%일 수 있다.
또한, 상기 투명 산화물 박막의 면저항은 49 내지 75Ω/□일 수 있다.
한편, 본 발명은, 기판의 표면을 에칭하여 제1 텍스처링을 형성하는 제1 단계; 및 상기 제1 텍스처링이 형성되어 있는 상기 기판의 표면에 투명 산화물 박막을 코팅하여 상기 투명 산화물 박막의 표면에 제2 텍스처링을 형성하는 제2 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판 제조방법을 제공한다.
여기서, 상기 제1 단계에서는 샌드블러스터(sandblaster) 공정을 이용하여 상기 기판을 에칭할 수 있다.
또한, 상기 제1 단계에서는 상압화학기상증착법을 통해 상기 투명 산화물 박막을 상기 기판 표면에 코팅시킬 수 있다.
한편, 본 발명은, 상기의 산화물 박막 기판을 투명 전극 기판으로 갖는 것을 특징으로 하는 광전지를 제공한다.
또한, 본 발명은, 상기의 산화물 박막 기판을 광추출층 기판으로 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광소자를 제공한다.
본 발명에 따르면, 산화물 박막 표면을 에칭하여 텍스처링을 형성시키는 대신 기판에 형성된 텍스처링을 통해 산화물 박막 표면의 텍스처링을 자연적으로 형성시킴으로써, 공정을 단순화시킬 수 있고, 산화물 박막 표면에 형성되는 텍스처링 형상을 제어할 수 있으며, 이를 통해, 산화물 박막의 헤이즈 값을 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 산화물 박막의 전기적 특성 감소를 최소화시키면서 헤이즈 값을 향상시킬 수 있는 최적의 텍스처링 조건을 산출하고, 이를 통해, 텍스처링 형상을 제어함으로써, 산화물 박막의 전기적 특성과 헤이즈 값의 트레이드-오프 문제를 해결할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 높은 헤이즈 값을 갖는 산화물 박막을 박막형 태양전지의 투명 전극 또는 유기발광소자의 광추출층에 적용함으로써, 이들 소자의 광학적 특성을 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판을 나타낸 단면도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판 제조방법 중 기판 표면을 에칭하는 공정을 개략적으로 나타낸 모식도.
도 3은 유리기판 위에 산화아연을 코팅한 후 그 표면을 촬영한 SEM 사진.
도 4는 유리기판을 샌드블러스터 에칭 후 그 표면을 촬영한 SEM 사진.
도 5는 도 4의 유리기판 위에 산화아연을 코팅한 후 그 표면을 촬영한 SEM 사진.
도 6은 도 5의 단면을 촬영한 SEM 사진.
도 7은 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판에 대한 단계별 적분/굴절률 투과도를 나타낸 그래프.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판, 그 제조방법, 이를 포함하는 광전지 및 유기발광소자에 대해 상세히 설명한다.
아울러, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단된 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
도 1에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판은 기판(1) 및 투명 산화물 박막(2)을 포함하여 형성된다.
기판(1)은 투명 산화물 박막(2) 형성을 위한 베이스 기판으로, 0.8% 헤이즈 값을 갖는 유리기판으로 구비될 수 있다. 이러한 기판(1)의 표면에는 제1 텍스처링이 형성된다. 여기서, 제1 텍스처링은 후술될 투명 산화물 박막(2)의 표면에 형성되는 제2 텍스처링의 자연 형성을 유도하는 베이스 패턴으로, 샌드블러스터 공정을 이용한 기판(1) 표면에 대한 에칭을 통해 형성될 수 있는데, 이에 대해서는 하기의 제조방법에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
한편, 기판(1)의 표면에 제1 텍스처링이 형성되면, 기판(1)의 헤이즈 값은 대략 62.6%로 증가하고, 표면조도(RMS)(Hg)는 0.1 내지 20㎛로 나타난다. 이러한 제1 텍스처링은 제1 리지(ridge)(3) 및 제2 리지(4)로 이루어질 수 있다.
여기서, 제1 리지(3)는 기판(1) 표면에 대한 에칭을 통해 기판(1)의 표면에 연속 또는 불연속적으로 복수개 형성될 수 있다. 또한, 도시한 바와 같이, 제2 리지(4)는 제1 리지(3)의 표면 중 불규칙한 위치에 하나 또는 둘 이상 형성될 수 있다. 이때, 제2 리지(4)의 폭(Wsr)과 높이(Hsr)는 0.01 내지 1㎛ 범위로 형성될 수 있다.
투명 산화물 박막(2)은 기판(1)의 표면, 즉, 기판(1)의 표면에 형성되어 있는 제1 텍스처링의 표면에 형성된다. 이러한 투명 산화물 박막(2)은 유기발광소자의 광추출층으로 사용될 경우 ZnO, TiO2, SnO2, SrTiO3, VO2, V2O3 및 SrRuO3로 이루어진 물질군 중 선택된 어느 하나 또는 둘 이상을 혼합한 혼합물로 이루어질 수 있고, 광전지의 투명 전극으로 사용될 경우 예컨대, 도전성이 우수한 ZnO로 이루어질 수 있다. 그리고 본 발명의 실시 예에 따른 투명 산화물 박막(2)의 표면에는 제2 텍스처링이 형성된다. 여기서, 투명 산화물 박막(2)은 예컨대, 상압화학기상증착법을 통해 기판(1)의 표면에 코팅될 수 있는데, 기판(1)의 표면에 형성되어 있는 제1 텍스처링에 의해, 코팅 중 투명 산화물 박막(2)을 이루는 물질이 제1 텍스처링을 덮는 과정에서 제1 텍스처링의 형상에 의해 투명 산화물 박막(2)의 표면에 제2 텍스처링이 자연적으로 형성된다.
이와 같이, 표면에 형성된 제2 텍스처링을 통해 투명 산화물 박막(2)의 헤이즈 값은 75 내지 86%로 더욱 증가된다. 이와 아울러, 투명 산화물 박막(2)의 면저항은 49 내지 75Ω/□를 나타내는데, 표면에 텍스처링이 형성되지 않은 ZnO의 면저항이 45Ω/□임을 감안하면, 제2 텍스처링으로 인해 헤이즈 값이 증가하는 폭 대비 면저항이 크게 증가되지는 않아, 투명 산화물 박막(2)의 전기적 특성 감소는 최소화될 수 있다. 이와 같은 형상은 제2 텍스처링의 형상에 기인하는데, 이에 대해서는 하기에서 보다 상세히 설명하기로 한다.
한편, 제2 텍스처링은 제3 리지(5) 및 제4 리지(6)로 이루어질 수 있다. 이때, 제3 리지(5)가 유리기판(1)의 제1 텍스처링 형상에 의해 유도되는 구성이고, 제4 리지(6)는 이와는 별도로 투명 산화물 박막(2) 코팅 시 이용되는 상압화학기상증착법에 의해 형성되는 구성이다.
여기서, 제3 리지(5)는 투명 산화물 박막(2)의 표면에 복수개 형성될 수 있는데, 제1 텍스처링의 제2 리지(4)와 대응되는 위치에 형성된다. 이때, 제3 리지(5)의 직경(Da)은 0.1 내지 5㎛, 서로 인접한 상기 제3 리지 간의 거리(Wa)는 0 내지 10㎛, 높이(Ha)는 0.1 내지 5㎛로 형성되는 것이 바람직하다.
하기의 표 1은 제3 리지(5)의 크기에 따른 헤이즈 값 및 면저항 변화를 나타낸 표이다. 표 1에 나타낸 바와 같이, 제3 리지(5)의 크기가 커짐에 따라 표면이 더욱 거칠어져 헤이즈 값이 증가하게 된다. 그러나 헤이즈 값 변화를 보면, 1㎛까지는 급격히 증가하지만, 그 이후부터는 거의 포화 증가하는 모습을 보인다. 또한, 면저항도 제3 리지(5)의 크기가 커짐에 따라 증가하게 된다. 그러나 그 변화를 보면, 1㎛까지는 조금씩 증가하지만, 5㎛부터는 면저항이 매우 커지게 된다. 따라서, 헤이즈 값을 증가시킴과 동시에 면저항을 만족 즉, 면저항의 증가를 최소화시키기 위해, 제3 리지(5)의 직경(Da)과 높이(Ha)는 0.1 내지 5㎛로 형성되는 것이 바람직하다. 이때, 이러한 제3 리지(5)의 크기는 기판(1)의 표면에 대한 에칭 조건 제어를 통해 조절할 수 있다.
제3 리지의 평균 크기(직경 및 높이)[㎛] Haze(%) 면저항(Ω/□)
0(텍스처링이 형성된 기판) 62.6 -
0.1 75 49
0.5 81 53
1 84 54.6
5 86 75
10 87 99
또한, 제4 리지(6)는 투명 산화물 박막(2) 표면 전체에 연속적으로 형성된다. 즉, 제4 리지(6)는 복수개의 제3 리지(5)의 표면과 제3 리지(5)가 형성되어 있는 않은 나머지 투명 산화물 박막(2)의 표면 전체에 연속적으로 형성된다. 이때, 제4 리지(6)의 직경(Wp)은 0.01 내지 0.4㎛, 폭(Dp)은 0.01 내지 0.4㎛, 높이(Hp)는 0.01 내지 0.5㎛로 형성될 수 있다. 이러한 제4 리지(6)는 제3 리지(5)로부터 구현되는 광산란 효과를 더욱 향상시키는 역할을 하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판은 기판(1)에 형성된 제1 텍스처링으로부터 유도되는 텍스처링 즉, 투명 산화물 박막(2)의 표면에 형성된 제2 텍스처링을 통해, 헤이즈 값을 향상시키는 가운데 면저항 또한 원하는 수준으로 제어할 수 있어, 이를 적용시킨 소자들의 광학적 특성을 향상시킬 수 있다.
예를 들어, 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판은 광전지의 투명 전극으로 사용될 수 있다. 여기서, 광전지는 광 에너지 예컨대, 태양 에너지를 직접 전기로 변환시키는 광 발전소자이다.
구체적으로 도시하진 않았지만, 이러한 광전지는 커버유리/완충부재/전지 셀/완충부재/후면 시트의 적층 구조로 이루어질 수 있다. 여기서, 커버유리는 습기, 먼지, 파손 등 외부환경으로부터 전지 셀을 보호하는 역할을 한다. 또한, 완충부재는 습기 침투 등 외부환경으로부터 전지 셀을 보호하고, 전지 셀과 커버유리를 접착해 봉인하는 역할을 하는 층으로, EVA(ethylene vinyl acetate)로 이루어질 수 있다. 그리고 전지 셀은 예컨대, 태양광을 받아서 전압과 전류를 발생시키는 발전소자로 구성된다. 예를 들어, 전지 셀은 투명 도전성 산화물 전극, 광 흡수층, 이면 전극층 및 절연막을 포함하여 형성될 수 있다. 여기서, 광 흡수층은 그 재료에 따라 단결정 또는 다결정 실리콘, CIGS(copper indium gallium selenide) 또는 텔루르화카드뮴(CdTe)을 이용하는 반도체 화합물, 다공질막의 나노입자 표면에 가시광 흡수로 전자가 여기되는 광감응 염료 분자가 흡착된 염료 감응체, 비정질 실리콘 등으로 이루어질 수 있는데, 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판의 투명 산화물 박막(2)은 전지 셀을 구성하는 투명 도전성 산화물 전극에 사용될 수 있고, 이때, 기판(1)은 투명 도전성 산화물 전극을 지지하는 지지 기판으로서의 역할을 하게 된다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판은 유기발광소자의 광추출층으로도 사용될 수 있다. 구체적으로, 산화물 박막 기판의 기판(1)은 유기발광소자를 형성하는 서로 대향되게 배치되는 봉지(encapsulation) 기판 중 어느 하나의 기판이 되고, 이에 형성되어 있는 투명 산화물 박막(2) 자체가 광추출층으로서의 역할을 하게 된다.
여기서, 유기발광소자에 대해 간략하게 설명하면, 유기발광소자는 서로 대향되게 배치되는 봉지 기판 사이에 배치되는 애노드, 유기 발광층 및 캐소드의 적층 구조로 이루어진다. 이때, 애노드는 전공 주입이 잘 일어나도록 일함수(work function)가 큰 금속 Au, In, Sn 또는 ITO와 같은 금속 또는 산화물로 이루어질 수 있고, 캐소드는 전자 주입이 잘 일어나도록 일함수가 작은 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막으로 이루어질 수 있으며, 전면 발광(top emission) 구조인 경우 유기 발광층에서 발광된 빛이 잘 투과될 수 있도록 Al, Al:Li 또는 Mg:Ag의 금속 박막의 반투명 전극(semitransparent electrode)과 인듐 주석산화물(indium tin oxide; ITO)과 같은 산화물 투명 전극(transparent electrode) 박막의 다층구조로 이루어질 수 있다. 그리고 유기 발광층은 애노드 상에 차례로 적층되는 정공 주입층, 정공 수송층, 발광층, 전자 수송층 및 전자 주입층을 포함하여 형성된다. 이러한 구조에 따라, 애노드와 캐소드 사이에 순방향 전압이 인가되면, 캐소드로부터 전자가 전자 주입층 및 전자 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 되고, 애노드로부터 정공이 정공 주입층 및 정공 수송층을 통해 발광층으로 이동하게 된다. 그리고 발광층 내로 주입된 전자와 정공은 발광층에서 재결합하여 엑시톤(exciton)을 생성하고, 이러한 엑시톤이 여기상태(excited state)에서 기저상태(ground state)로 전이하면서 빛을 방출하게 되는데, 이때, 방출되는 빛의 밝기는 애노드와 캐소드 사이에 흐르는 전류량에 비례하게 된다.
이와 같이, 높은 헤이즈 값을 나타내는 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판을 박막형 태양전지의 투명 전극 또는 유기발광소자의 광추출층으로 사용하면, 이들 소자의 광학적 특성을 더욱 향상시킬 수 있게 된다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판 제조방법에 대해 설명하기로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 산화물 박막 기판 제조방법은, 먼저, 기판(1)의 표면을 에칭하여 그 표면에 제1 텍스처링을 형성한다. 여기서, 기판(1)의 표면에 대한 에칭은 샌드블러스터(sandblaster) 공정으로 진행할 수 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 샌드블러스터 공정은 연마제(11)를 노즐(12)을 통해 기판(1) 표면에 분사하는 방식으로 이루어진다. 이와 같이, 샌드블러스터 공정에서는 노즐(12)에 가해지는 공기압에 의해 에칭 정도가 결정되고, 이는, 형성되는 제1 텍스처링의 형상에 영향을 끼치게 된다. 본 발명의 실시 예에서는 샌드블러스터 공정 시 공기압을 0.5 내지 20atm, 바람직하게는 1 내지 10atm으로 제어하여 연마제(11)를 기판(1) 표면에 분사시킨다. 그리고 샌드블러스터 공정에서는 알루미나, 지르코니아, 유리 및 플라스틱 중 어느 하나를 선택하여 연마제(11)로 사용할 수 있는데, 바람직하게는 알루미나, 지르코니아 또는 유리를 연마제(11)로 사용할 수 있다. 이때, 원하는 제1 텍스처링 형상을 얻기 위해, 사용하는 연마제(11)의 입경을 0.5 내지 1000㎛, 바람직하게는 1 내지 530㎛로 조절하는 것이 바람직하다.
아울러, 이와 같은 연마제(11) 분사에 의한 샌드블러스터 공정에서 연마제(11)를 분사하는 노즐(12)과 기판(1) 간의 거리도 공정 변수로 작용하여 에칭의 품질 혹은 에칭 정도에 영향을 미치게 된다. 따라서, 본 발명의 실시 예에서는 노즐(12)과 기판(1) 간의 거리를 0.5 내지 30㎝, 바람직하게는 2 내지 10㎝로 조절할 수 있다.
그리고 샌드블러스터 공정에서 중요한 공정 조건 중의 하나는 노즐(12)을 통한 연마제(11)의 분사각도이다. 본 발명의 실시 예에서는 연마제(11)의 분사각도를 수직분사 기준으로 ㅁ60ㅀ 이내, 바람직하게는 ㅁ45ㅀ 이내로 제어할 수 있다.
이와 같이, 샌드블러스터의 공정 조건 제어, 구체적으로, 공기압, 연마제(11)의 종류, 연마제(11)의 입경, 노즐(12)과 기판(1) 간의 거리, 분사각도를 제어함으로써, 원하는 형상의 제1 텍스처링 즉, 제1 리지 및 제2 리지로 이루어진 제1 텍스처링을 얻을 수 있고, 이와 같은 제1 텍스처링의 형상 제어를 통해, 제1 텍스처링을 통해 그 형상이 유도되는 제2 텍스처링의 형상 또한 원하는 수준으로 제어 가능하게 되는 것이다.
도 4는 샌드블러스터 공정을 통해 에칭한 기판(1)의 표면을 배율을 달리하여 주사전자현미경(SEM) 촬영한 사진으로, 기판(1)의 표면이 에칭되어 표면에 제1 텍스처링이 형성된 것을 육안으로 확인할 수 있다.
다음으로, 샌드블러스터 공정을 통해 제1 텍스처링이 형성된 기판(1)의 표면에 투명 산화물 박막(2)을 코팅하여 투명 산화물 박막(2)의 표면에 제2 텍스처링을 형성한다. 여기서, 투명 산화물 박막(2)은 상압화학기상증착(Atmosphere Pressure Chemical Vapor Deposition; APCVD), 저압화학기상증착(Low Pressure Chemical Vapor Deposition; LPCVD), 스퍼터링(Sputtering) 또는 분자빔에피택시(Molecular Beam Epitaxy) 중 어느 하나의 공정을 통해 형성시킬 수 있는데, 이중, 상압화학기상증착법을 통해 투명 산화물 박막(2)을 형성시키면, 투명 산화물 박막(2)의 표면에 자연 발생적으로 요철이 형성되는데, 이렇게 형성된 요철이 제4 리지(6)이다. 이때, 기판(1)의 제1 텍스처링에 의해 유도되어 형성된 요철은 제3 리지(5)가 된다. 즉, 상압화학기상증착법을 통해, 제1 텍스처링이 형성되어 있는 기판(1)에 투명 산화물 박막(2)을 코팅하면, 제3 리지(5)와 제4 리지(6)로 이루어진 제2 텍스처링이 형성된다.
이와 같은 상압화학기상증착법은 먼저, 공정 챔버(미도시)에 표면에 제1 텍스처링이 형성된 기판(1)을 장입한 후 이를 소정의 온도로 가열한다. 그 다음 상압화학기상증착 반응을 위해 전구체 가스와 산화제 가스를 공정 챔버(미도시) 내부로 분사한다. 이때, 전구체 가스와 산화제 가스가 공정 챔버(미도시) 내부로 유입되기 전 미리 혼합되는 것을 방기 하기 위해 각각의 가스 공급 경로를 다르게 제어하는 것이 바람직하고, 화학 반응을 활성화시키기 위해 전구체 가스와 산화제 가스를 미리 가열하여 공급할 수 있다. 이때, 전구체 가스는 질소, 헬륨, 아르곤과 같은 비활성 가스로 이루어진 캐리어 가스에 의해 공정 챔버(미도시) 내부로 운반될 수 있다.
도 5 및 도 6은 샌드블러스터 공정을 통해 에칭한 기판(1)에 투명 산화물 박막(2)으로 ZnO를 코팅한 후 배율을 달리하여 주사전자현미경(SEM) 촬영한 표면 및 단면 사진으로, 투명 산화물 박막(2)의 표면에 제2 텍스처링이 형성된 것을 육안으로 확인할 수 있다. 이는, 도 3의 텍스처링이 형성되지 않은 유리기판에 ZnO를 코팅한 후 촬영한 주사전자현미경 사진과 비교할 때, 텍스처링 형성 유무 및 그 형태는 명확히 구별된다.
한편, 도 7과 하기의 표 2는 샌드블러스터를 통한 에칭 전 유리기판, 에칭 후 유리기판 및 에칭된 유리기판 위에 산화물 박막으로 ZnO 코팅 시 각 단계별 투과도 및 헤이즈 값을 보여준다. 이를 참조하면, 투과도는 에칭 후 그리고 ZnO 코팅 후 다소 줄어들었지만, 400 내지 1100㎚ 파장대의 헤이즈 값은 에칭 전 1% 미만에서 에칭 후 62.6%, 그리고 ZnO 코팅 후 84%까지 크게 증가함을 확인할 수 있다. 이는, 에칭이 안된 유리기판 위에 ZnO를 코팅 시(reference)의 헤이즈 값이 1%인 것과 비교하여 약 84배 증가한 수치이다.
샘플조건 에칭전 유리기판 에칭후 유리기판 에칭/ZnO 코팅 ZnO reference
Haze 0.8% 62.6% 84.0% 1.0%
또한, 하기의 표 3은 에칭 전, 후의 면저항 변화를 보여준다. 표 3에 나타낸 바와 같이, 에칭이 안된 유리기판 위에 ZnO를 코팅 시(reference)의 면저항은 45Ω/□인데 비해, 유리기판 에칭 후 ZnO를 코팅한 샘플의 면저항은 약 54.6Ω/□로 나타나 헤이즈 값 증가를 위해 에칭을 하게 되면, 어느 정도의 면저항 증가는 불가피하지만, 에칭을 하더라도 면저항 증가 폭은 그렇게 크지 않음이 확인되었다. 이때, 면저항 증가는 텍스처링의 형상과 관계가 있으므로, 앞서 설명한 바와 같이, 샌드블러스터의 공정 조건 조절을 통해, 제3 리지(5)의 크기(직경 및 높이)를 0.1 내지 5㎛ 범위 내로 조절하면, 면저항 증가 폭을 5% 이내로 줄일 수 있다.
샘플조건 샌드블러스터 에칭 후 ZnO 코팅 ZnO reference(에칭 無)
면저항(Ω/□) 54.6 45
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시 예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다.
그러므로 본 발명의 범위는 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.
1: 기판 2: 투명 산화물 박막
3: 제1 리지 4: 제2 리지
5: 제3 리지 6: 제4 리지
Hg: 기판의 표면조도 Wsr: 제2 리지의 폭
Hsr: 제2 리지의 높이 Da: 제3 리지의 직경
Wa: 제3 리지 간의 거리 Ha: 제3 리지의 높이
Wp: 제4 리지의 직경 Dp: 제4 리지의 폭
Hp: 제4 리지의 높이 11: 연마제
12: 노즐

Claims (15)

  1. 표면에 제1 텍스처링이 형성되는 기판; 및
    상기 기판 표면에 형성되고, 표면에 제2 텍스처링이 형성되는 투명 산화물 박막;
    을 포함하되,
    상기 제1 텍스처링은,
    상기 기판의 표면에 형성되어 있는 복수개의 제1 리지, 및
    상기 제1 리지의 표면에 적어도 하나 형성되어 있는 제2 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기판의 표면조도(RMS)는 0.1 내지 20㎛인 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 리지의 폭과 높이는 0.01 내지 1㎛인 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 텍스처링은,
    상기 투명 산화물 박막의 표면에 형성되어 있는 복수개의 제3 리지, 및
    상기 복수개의 제3 리지의 표면을 포함하여 상기 투명 산화물 박막의 표면 전체에 연속적으로 형성되어 있는 제4 리지를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제3 리지는 상기 제2 리지와 대응되는 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제3 리지의 직경은 0.1 내지 5㎛이고, 서로 인접한 상기 제3 리지 간의 거리는 0 내지 10㎛이며, 높이는 0.1 내지 5㎛인 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제4 리지의 직경은 0.01 내지 0.4㎛이고, 폭은 0.01 내지 0.4㎛이며, 높이는 0.01 내지 0.5㎛인 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 투명 산화물 박막의 헤이즈 값은 75 내지 86%인 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투명 산화물 박막의 면저항은 49 내지 75Ω/□인 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판.
  11. 기판의 표면을 에칭하여, 상기 기판의 표면에 형성되는 복수개의 제1 리지 및 상기 제1 리지의 표면에 적어도 하나 형성되는 제2 리지를 포함하는 제1 텍스처링을 형성하는 제1 단계; 및
    상기 제1 텍스처링이 형성되어 있는 상기 기판의 표면에 투명 산화물 박막을 코팅하여 상기 투명 산화물 박막의 표면에 제2 텍스처링을 형성하는 제2 단계;
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판 제조방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는 샌드블러스터(sandblaster) 공정을 이용하여 상기 기판을 에칭하는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판 제조방법.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 단계에서는 상압화학기상증착법을 통해 상기 투명 산화물 박막을 상기 기판 표면에 코팅시키는 것을 특징으로 하는 산화물 박막 기판 제조방법.
  14. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 산화물 박막 기판을 투명 전극 기판으로 갖는 것을 특징으로 하는 광전지.
  15. 제1항 및 제3항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 산화물 박막 기판을 광추출층 기판으로 갖는 것을 특징으로 하는 유기발광소자.
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