KR101500192B1 - Transparent conductive films including graphene layer and mathod for manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 투명전극에 관한 것으로, 보다 상세하게는 그래핀층을 포함하는 투명전극 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a transparent electrode, and more particularly, to a transparent electrode including a graphene layer and a method of manufacturing the transparent electrode.
그래핀(graphene)은 전기적, 기계적, 화학적 특성이 매우 우수할 뿐만 아니라 우수한 전도성을 갖는 물질로서, 현재 여러 분야에서 각광받고 있다.
Graphene is not only very excellent in electrical, mechanical and chemical properties, but also has excellent conductivity.
한편, 디스플레이 및 반도체 분야의 평판 디스플레이, 터치스크린, 태양전지 등의 수요가 급격히 증가함에 따라, 이에 사용되는 투명전극, 대표적으로 ITO(Indium Thin Oxide)의 수요도 급증하고 있다. 그러나, 인듐 자원의 고갈로 인해 그것의 단가가 상승함에 따라, ITO를 대체할 수 있는 물질의 개발이 시급한 상태이다.
On the other hand, demand for transparent electrodes, typically ITO (Indium Thin Oxide), is rapidly increasing as demand for flat panel displays, touch screens, and solar cells in the display and semiconductor fields is rapidly increasing. However, due to the depletion of indium resources, the price of ITO is rising, so it is urgent to develop a material that can replace ITO.
이에, 우수한 전도성을 갖는 그래핀을 활용한 투명전극의 개발이 지속되고 있다. Accordingly, the development of transparent electrodes using graphene having excellent conductivity has been continued.
한 가지 기술로서, 특허문헌 1은 그래핀 산화물 용액을 기판과 같은 기재의 표면에 코팅한 후 건조 및 열처리하여 그래핀 산화물을 그래핀 박막으로 성장시키는 기술에 관한 것으로, 직접 그래핀을 기재의 표면에 코팅시킨 것과 같은 효과를 줄 수 있는 그래핀 산화물의 코팅방법을 개시하고 있다. 그러나, 상기 그래핀 박막은 전기전도도가 낮다는 단점이 있다.As one technique, Patent Document 1 relates to a technique for growing a graphene oxide into a graphene thin film by coating a surface of a substrate such as a substrate with a graphene oxide solution, followed by drying and heat treatment, Discloses a coating method of graphene oxide which can give the same effect as coating the graphene oxide. However, the graphene thin film has a disadvantage of low electric conductivity.
또 다른 기술로서, 특허문헌 2는 그래핀 파우더를 스프레이 또는 바코팅법으로 투명플라스틱 혹은 유기 기판 상에 코팅하여 투명 전도성 필름을 제조하는 기술이 있다. 그러나, 이 또한 그래핀 파우더가 기판 상에 균일하게 코팅되지 못하는 문제로 인해 전기전도도가 낮은 단점이 있다.
As another technique, Patent Document 2 discloses a technique for producing a transparent conductive film by coating graphene powder on a transparent plastic or an organic substrate by a spray or bar coating method. However, this also has a disadvantage that the electrical conductivity is low due to the problem that graphene powder is not uniformly coated on the substrate.
따라서, 우수한 전도성 특성을 갖는 그래핀을 활용하면서, 전기전도도를 효과적으로 향상시킬 수 있는 투명전극의 개발이 요구되는 실정이다.
Therefore, there is a need to develop a transparent electrode capable of effectively improving the electric conductivity while utilizing graphene having excellent conductivity characteristics.
본 발명의 일 측면은, 기존 ITO의 한계를 극복하면서, 투명성 및 전도성이 우수한 투명전극 및 이를 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
One aspect of the present invention is to provide a transparent electrode having excellent transparency and conductivity while overcoming the limitations of existing ITO and a method of manufacturing the same.
본 발명의 일 측면은, 기판을 준비하는 단계;According to an aspect of the present invention,
상기 기판 상에 메탈 메쉬(metal mesh)를 형성하는 단계; 및Forming a metal mesh on the substrate; And
상기 메탈 메쉬 상부에 그래핀 파우더 용액을 도포한 후 러빙(rubbing)하는 단계를 포함하는 그래핀층을 포함하는 투명전극의 제조방법을 제공한다.
Applying a graphene powder solution on the metal mesh, and rubbing the metal mesh on the metal mesh.
본 발명의 다른 일 측면은, 기판;According to another aspect of the present invention, there is provided a semiconductor device comprising: a substrate;
상기 기판 위에 형성된 메탈 메쉬; 및A metal mesh formed on the substrate; And
상기 메탈 메쉬 위에 형성된 그래핀층The graphene layer formed on the metal mesh
을 포함하는 투명전극을 제공한다.
And a transparent electrode.
본 발명에 의하면, 투명한 기판 위에 그래핀층을 균일하게 형성시킬 수 있으므로, 그래핀 고유의 전도성 특성을 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 고가의 인듐을 사용하는 ITO의 한계를 극복한 투명전극을 제조할 수 있다.
According to the present invention, since a graphene layer can be uniformly formed on a transparent substrate, it is possible to provide a transparent electrode that overcomes the limitations of ITO using existing expensive indium as well as imparting inherent conductivity characteristics to graphene .
도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 그래핀층을 갖는 투면전극을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따라 제조된 그래핀층을 갖는 투명전극의 모식도를 나타낸 것이다.
도 3은 비교예 1(A)과 발명예(B)에 따라 제조된 투명전극의 표면을 관찰하여 나타낸 것이다.
도 4는 그래핀 파우더 도포 후 러빙공정 전(A)·후(B)의 그래핀 도포 상태를 SEM으로 관찰한 결과를 나타낸 것이다.
도 5는 투명전극의 투과도를 측정한 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 투명전극의 면 저항 효율을 측정한 결과를 나타낸 것이다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 schematically shows a process for producing a slanting electrode having a graphene layer according to one aspect of the present invention.
2 is a schematic view of a transparent electrode having a graphene layer manufactured according to an aspect of the present invention.
3 shows the surface of the transparent electrode manufactured according to Comparative Example 1 (A) and Inventive Example (B).
Fig. 4 shows the result of observing the state of graphene coating (A) and post-rubbing (B) after rubbing with graphene powder by SEM.
5 shows the result of measuring the transmittance of the transparent electrode.
6 shows the result of measuring the surface resistance efficiency of the transparent electrode.
이하에서는 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명한다. 다만, 본 발명의 사상은 제시되는 실시예에 제한되지 아니하고, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상 범위 내에 포함된다고 할 것이다.
Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the inventive concept. Other embodiments falling within the scope of the inventive concept may be easily suggested, but this will also be included in the spirit of the present invention.
일반적으로, 디스플레이나 태양전지 등에 사용하기 위한 투명전극으로서 ITO를 주로 사용하여 왔으나, 최근들어 인듐의 고갈로 인한 투명전극 제조비용의 상승과 더불어 효율 측면에서 전도성이 우수한 투명전극의 요구로부터, 새로운 투명전극의 적용이 시급한 실정이다. In general, ITO has been mainly used as a transparent electrode for use in a display or a solar cell. In recent years, however, due to an increase in the manufacturing cost of a transparent electrode due to depletion of indium and a demand for a transparent electrode having excellent conductivity in view of efficiency, The application of electrodes is urgent.
이에, 본 출원인들은 기존 ITO를 효과적으로 대체하면서, 전도성이 우수한 투명전극을 제공하고자 깊이 연구한 결과, 투명전극의 투명도를 우수하게 확보하기 위하여 메탈 메쉬(metal mesh)를 형성하고, 그 위에 전도성이 우수한 그래핀층을 형성하는 경우 투명성 및 전도성이 모두 우수한 투명전극을 얻을 수 있음을 발견하였다. 또한, 상기 그래핀의 균일한 형성이 전도성 확보에 유리하므로, 그래핀 형성 후 러빙(rubbing) 처리까지 행하는 것으로부터 균일한 층의 그래핀층을 갖는 투명전극을 제공할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
As a result of deep research to provide a transparent electrode having excellent conductivity, the Applicants have found that a metal mesh is formed in order to secure transparency of a transparent electrode, It has been found that when a graphene layer is formed, a transparent electrode having both excellent transparency and conductivity can be obtained. Further, it is confirmed that uniform formation of the graphene is advantageous for securing conductivity, and since rubbing treatment is performed after formation of graphene, it is confirmed that a transparent electrode having a uniform layer of graphene layer can be provided, .
이하, 본 발명의 일 측면인 그래핀층을 포함하는 투명전극를 제조하는 방법에 대하여 상세히 설명한다.
Hereinafter, a method of manufacturing a transparent electrode including a graphene layer, which is one aspect of the present invention, will be described in detail.
본 발명의 일 측면에 따른 그래핀층을 포함하는 투명전극의 제조방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판 상에 메탈 메쉬(metal mesh)를 형성하는 단계; 및 상기 메탈 메쉬 상부에 그래핀 파우더 용액을 도포한 후 러빙(rubbing)하는 단계를 포함한다.
A method of manufacturing a transparent electrode including a graphene layer according to an aspect of the present invention includes: preparing a substrate; Forming a metal mesh on the substrate; And applying a graphene powder solution on the metal mesh and rubbing the metal mesh.
보다 상세히 설명하면, 먼저 투명전극을 제조하기 위한 기판을 준비한다.In more detail, first, a substrate for manufacturing a transparent electrode is prepared.
본 발명에 따른 투명전극을 제조하기 위한 기판으로서, 투명성을 갖는 것이 바람직하다. 예컨대, 고분자 필름, 투명 플라스틱 또는 유리 기판을 사용할 수 있다.As the substrate for producing the transparent electrode according to the present invention, it is preferable to have transparency. For example, a polymer film, a transparent plastic, or a glass substrate can be used.
이때, 고분자 필름으로는 폴리에스테르계, 폴리카보네이트계, 폴리에테르설폰계, 또는 아크릴계 계통의 투명한 필름일 수 있다.
The polymer film may be a polyester film, a polycarbonate film, a polyether sulfone film, or an acrylic film.
이후, 본 발명은 전기전도도가 우수한 투명전극을 제조하기 위하여 상기 기판 위에 메탈 메쉬(metal mesh)를 형성하는 것을 특징으로 한다.
Hereinafter, the present invention is characterized in that a metal mesh is formed on the substrate to produce a transparent electrode having excellent electrical conductivity.
메탈 메쉬(metal mesh)란, 필름 위에 금속을 일정 패턴을 갖도록 예컨대 직교형식으로 배열한 형태를 말한다. 이러한 메탈 메쉬를 투명전극에 이용할 경우, 저항이 낮은 구리(Cu)나 은(Ag)과 같은 금속을 이용하므로 전기가 잘 흐르며, 기존 고가의 인듐을 이용하는 ITO에 비해 상대적으로 가격이 저렴한 금속을 이용하므로 비용이 절감되는 경제적 효과도 얻을 수 있으며, 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.
The metal mesh refers to a form in which the metal is arranged in an orthogonal form so as to have a certain pattern on the film. When such a metal mesh is used for a transparent electrode, a metal such as copper (Cu) or silver (Ag), which has a low resistance, flows well, and a relatively cheap metal is used compared to ITO using expensive indium Therefore, it is possible to obtain economical effect in which cost is reduced, and mass production is possible.
본 발명에서는 상기 기판 상에 다음과 같은 방법으로 메탈 메쉬를 형성한다.In the present invention, a metal mesh is formed on the substrate by the following method.
먼저, i) 상기 기판 상에 전기도금법 또는 증착법으로 필름을 증착한 후, ii-1) 상기 필름을 마스킹 공정 및 식각 공정하여 패턴을 형성하거나, ii-2) 상기 필름 상에 마스크(mask)를 덮은 다음, iii) 메탈(metal)을 증착하여 패턴을 형성한다.First, a film is deposited on the substrate by an electroplating method or a vapor deposition method, ii) a pattern is formed by masking and etching the film, ii) 2) a mask is formed on the film And iii) a metal is deposited to form a pattern.
상기 메탈 메쉬 형성을 위한 필름은 투명한 필름인 것이 바람직하며, 상기 필름에 후자(ii-2)의 방법을 이용하여 패턴을 형성하는 경우, 상기 마스크는 섀도우 마스크(shadow mask)인 것이 바람직하다. 또한, 상기 마스크 위에 증착되는 메탈은 전기 저항성이 낮은 금속인 것이 바람직하며, 예컨대 구리(Cu) 또는 은(Ag)을 사용할 수 있다.Preferably, the film for forming the metal mesh is a transparent film. When a pattern is formed on the film using the method (ii-2), the mask is preferably a shadow mask. In addition, the metal deposited on the mask is preferably a metal having low electrical resistance. For example, copper (Cu) or silver (Ag) may be used.
상기한 바에 따라, 형성된 메탈 메쉬는 사각 또는 육각 패턴을 갖는 것이 바람직하다.
According to the above description, the formed metal mesh preferably has a square or hexagonal pattern.
한편, 상기와 같이 투명한 기판 위에 기존의 ITO를 대체하면서, 전도도 향상의 목적으로 메탈 메쉬를 형성하는 경우 메탈 선상에서는 전도도가 좋은 반면, 빈공간은 전기가 흐르지 않아 균일한 금속 전극이 제조되지 못하는 문제가 있다. 이에, 본 발명에서는 상기 메탈 메쉬 상에 전도도가 우수한 그래핀을 도포하여 균일한 그래핀층을 형성하는 것을 특징으로 한다.
On the other hand, when the metal mesh is formed for the purpose of improving the conductivity while replacing the conventional ITO on the transparent substrate as described above, the conductivity is good on the metal wire, but the metal electrode can not be manufactured because electricity does not flow in the void space . Accordingly, in the present invention, graphene having excellent conductivity is coated on the metal mesh to form a uniform graphene layer.
보다 구체적으로, 본 발명은 먼저 상기 메탈 메쉬 상부에 그래핀 파우더 용액을 도포한다.More specifically, the present invention first applies a graphene powder solution on the metal mesh.
앞서 언급하였듯이, 그래핀은 우수한 전도도를 가지면서 ITO에 비해 투명도가 우수한 특징을 갖는다. 따라서, 이러한 그래핀을 이용할 경우 투명성을 확보하면서, 동시에 전도성이 크게 향상된 투명전극을 제조할 수 있다.
As mentioned above, graphene has excellent conductivity and superior transparency than ITO. Therefore, when such a graphene is used, a transparent electrode having improved conductivity at the same time can be produced while ensuring transparency.
본 발명에서 그래핀 파우더 용액은 그래핀 파우더를 용매에 분산시켜 제조할 수 있는데, 이는 기존에 알려진 방법들 예를들어, 흑연으로부터 산화/환원 과정을 거쳐 제조되거나, 볼밀링과 같은 기계적으로 제조된 그래핀 파우더를 물 또는 에탄올 용액에 초음파로 분산시켜 제조할 수 있다.
In the present invention, the graphene powder solution can be prepared by dispersing graphene powder in a solvent, which may be prepared by a known method, for example, from an oxidation / reduction process from graphite, or a mechanically produced By dispersing graphene powder in water or an ethanol solution by ultrasonic waves.
상기 그래핀 파우더 용액을 도포하는 방법은 용액을 도포할 수 있는 어떠한 방법도 가능하며, 예컨대 스프레이 방식으로 도포할 수 있다.
The graphene powder solution may be applied by any method capable of applying a solution, for example, by a spray method.
그런데, 상기한 방법에 따라 상기 메탈 메쉬 상부에 그래핀 파우더 용액을 도포하게 되면, 도 1에 나타낸 바와 그래핀 파우더 용액이 불균일하게 도포되며, 이러할 경우 그래핀에 의한 효과를 충분히 얻을 수 없다.
However, when the graphene powder solution is coated on the metal mesh according to the above-described method, the graphene powder solution is uniformly applied as shown in FIG. 1, and the effect of graphene can not be sufficiently obtained.
이에, 본 발명에서는 상기에 따라 그래핀 파우더 용액을 도포함에 있어서 하기와 같은 방법으로부터 도포 후 러빙(rubbing)하는 단계까지 행하는 것을 특징으로 한다.
Accordingly, the present invention is characterized in that the graphene powder solution is applied from the following method to rubbing after coating.
보다 구체적으로, 상기 그래핀 파우더 용액을 도포 및 러빙(rubbing)함에 있어서 다음과 같이 두 가지 방법으로 행할 수 있다.More specifically, the graphene powder solution can be applied and rubbed by the following two methods.
첫째 스프레이 방식으로 도포한 후 롤러를 이용하여 한쪽 방향에서부터 러빙하여 도포된 그래핀 파우더 용액을 균일하게 펼쳐주거나, 둘째 바코팅(bar-coating)법으로 도포 후 한쪽 방향에서부터 마찰력을 가하여 균일한 그래핀층이 형성되도록 하는 것이 바람직하다.
Firstly, the graphene powder solution applied by first spraying method and rubbed from one side by using roller is uniformly unfolded or applied by a second bar coating method, and frictional force is applied from one direction to form uniform graphene layer Is formed.
상기한 바에 따른 러빙 공정에 의해 뭉쳐져 있어 저항이 높은 그래핀 파우더 용액을 균일하게 펼쳐줌으로써, 접촉저항을 낮출 수 있으며, 결과적으로 전기 전도도를 향상시키는 효과를 얻을 수 있다 (도 4 참조).By uniformly spreading the graphene powder solution having a high resistance due to the rubbing process described above, the contact resistance can be lowered, and as a result, the effect of improving the electrical conductivity can be obtained (see FIG. 4).
이러한 러빙 공정을 행함에 있어서, 적정 온도로 열을 가해줌으로써 그래핀 파우더 용액의 용매를 제거하고, 그래핀 고유의 전도성 특성을 보다 용이하게 얻는 것이 바람직하다. 이때, 가열온도가 너무 높으면 오히려 그래핀의 구조가 엉크러지는 문제가 있으므로, 15~50℃의 범위로 제한하는 것이 바람직하다. 또한, 접촉압력은 수십k~수백MPa의 범위로서, 도포된 그래핀 용액의 농도 및 두께에 따라 적절한 값을 선택하여 적용하는 것이 바람직하다.In carrying out such a rubbing process, it is preferable to remove the solvent of the graphene powder solution by applying heat at an appropriate temperature to more easily obtain the inherent conductivity characteristic of graphene. At this time, if the heating temperature is too high, there is a problem that the structure of the graphene is rather tangled. Therefore, it is preferable to restrict the range to 15 to 50 캜. In addition, the contact pressure is in the range of several tens k to several hundreds of MPa, and it is preferable to select and apply an appropriate value according to the concentration and thickness of the applied graphene solution.
일 예로서, 롤러를 이용하는 경우 기판과 롤 간의 갭은 0.1㎛~1mm의 간격으로 제어하는 것이 바람직하며, 이와 같이 행할 경우 충분한 마찰력을 가해줄 수 있다.
As an example, in the case of using a roller, it is preferable to control the gap between the substrate and the roll at an interval of 0.1 mu m to 1 mm, and sufficient frictional force can be applied when doing so.
본 발명에 의하면, 투명한 기판 위에 그래핀층을 균일하게 형성시킬 수 있으므로, 그래핀 고유의 전도성 특성을 효과적으로 부여할 수 있을 뿐만 아니라, 기존 고가의 인듐을 사용하는 ITO의 한계를 극복한 투명전극을 제조할 수 있다.
According to the present invention, since a graphene layer can be uniformly formed on a transparent substrate, it is possible to effectively impart the inherent conductivity characteristic of graphene and to manufacture a transparent electrode overcoming the limitations of ITO using expensive indium can do.
도 2는 본 발명의 일 측면에 따라 제조된 그래핀층을 갖는 투명전극의 모식도를 나타낸 것이다.
2 is a schematic view of a transparent electrode having a graphene layer manufactured according to an aspect of the present invention.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 그래핀층을 갖는 투명전극은 기판(10) 위에 일정 패턴을 갖는 메탈 메쉬(11)가 증착되어 있으며, 상기 메탈 메쉬(11) 상에 균일한 두께의 그래핀층(12')을 갖는다. 이때, 상기 그래핀층 형성을 위해 도포되는 그래핀 파우더 용액은 상기 패턴의 빈공간 까지 채우므로, 투명전극 전면적에서 우수한 전도성을 갖는다.
Referring to FIG. 2, a transparent electrode having a graphene layer according to the present invention includes a
특히, 본 발명에 따른 투명전극은 50~90%의 투명도 및 4.0ohm/sq 이하의 표면저항을 갖는다.
In particular, the transparent electrode according to the present invention has a transparency of 50 to 90% and a surface resistance of 4.0 ohm / sq or less.
본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명에 따른 구성요소를 치환, 변형 및 변경할 수 있다는 것이 명백할 것이다.
The present invention is not limited to the above-described embodiments and the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하여 보다 상세하게 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위를 한정하기 위한 것이 아니라는 점에 유의할 필요가 있다. 본 발명의 권리범위는 특허청구범위에 기재된 사항과 이로부터 합리적으로 유추되는 사항에 의해 결정되는 것이기 때문이다.
Hereinafter, the present invention will be described more specifically by way of examples. It should be noted, however, that the following examples are intended to illustrate the invention in more detail and not to limit the scope of the invention. The scope of the present invention is determined by the matters set forth in the claims and the matters reasonably inferred therefrom.
(( 실시예Example ))
실시예Example 1. 투명전극 제조 1. Transparent electrode manufacturing
1. 메탈 1. Metal 메쉬를Mesh 포함하는 투명전극( The transparent electrode ( 비교예Comparative Example 1) 제조 1) Manufacturing
기판 위에 스퍼터링(sputtering) 방법으로 Cu 메쉬를 증착한 후 포토리소공정으로 패턴을 형성하였다. 이후, 구리 식각용액으로 불필요한 부분을 식각하여, 최종 도 3(A)와 같은 투명전극을 제조하였다.
Cu meshes were deposited on the substrate by sputtering method and patterned by photolithography. Thereafter, an unnecessary portion was etched with a copper etching solution to finally produce a transparent electrode as shown in Fig. 3 (A).
2. 2. 그래핀층을Graphene layer 포함하는 투명전극( The transparent electrode ( 비교예Comparative Example 2) 제조 2) Manufacturing
상기 비교예 1에서 사용된 동일한 기판 위에 그래핀 파우더 용액을 바코팅 방법으로 코팅하여, 그래핀 파우더 막을 갖는 투명전극을 제조하였다.
A graphene powder solution was coated on the same substrate used in Comparative Example 1 by a bar coating method to prepare a transparent electrode having a graphene powder film.
3. 메탈 3. Metal 메쉬Mesh 및 And 그래핀층을Graphene layer 포함하는 투명전극( The transparent electrode ( 발명예Honor ) 제조) Produce
상기 비교예 1에서와 같이 기판 위에 Cu 메쉬를 증착하여 패턴을 형성한 후, 상기 Cu 메쉬 패턴 위에 그래핀 파우더 용액을 바코팅 방법을 이용하여 균일한 두께로 코팅하였다. 이후, 코팅된 그래핀 파우더 층을 러빙(rubbing) 방법으로 문질러주어 평평하고 균일한 그래핀 파우더 막을 갖는 투명전극을 제조하였다 (도 3(B)). 상기 러빙공정은 15~50℃의 온도범위에서 마찰력 계수 약 0.1N으로 실시하였으며, 이때 마찰력 계수는 모터의 토크(torque) 값을 이용하여 측정하였다.
A Cu mesh was deposited on the substrate as in Comparative Example 1 to form a pattern, and then a graphene powder solution was coated on the Cu mesh pattern to a uniform thickness using a bar coating method. Thereafter, the coated graphene powder layer was rubbed by a rubbing method to prepare a transparent electrode having a flat and uniform graphene powder film (FIG. 3 (B)). The rubbing process was carried out at a temperature range of 15 to 50 ° C with a friction coefficient of about 0.1 N, where the friction coefficient was measured using the torque value of the motor.
이때, 상기 러빙공정 전·후의 그래핀 파우더 용액이 도포된 상태를 SEM을 이용하여 관찰하여 본 결과, 도 4에 나타낸 바와 같이 러빙을 행하기 전(A)에는 그래핀이 불균일하게 뭉쳐져 있는 반면, 러빙을 행한 후(B)에는 균일한 필름형태를 갖는 것을 확인할 수 있다.
At this time, the state in which the graphene powder solution before and after the rubbing process was applied was observed using SEM. As a result, as shown in Fig. 4, graphene was ununiformly aggregated before rubbing (A) After rubbing, it can be confirmed that (B) has a uniform film shape.
실시예Example 2. 투명전극 효율 평가 2. Evaluation of transparent electrode efficiency
먼저, 상기 실시예 1에서 제조한 비교예 1과 발명예의 투명전극의 투과도(transmittance)를 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 이때, 투과도 측정은 UV 스펙트럼을 이용하여 측정하였다.First, the transmittance of the transparent electrode of Comparative Example 1 and Inventive Example prepared in Example 1 was measured, and the results are shown in FIG. At this time, the transmittance measurement was performed using the UV spectrum.
그리고, 상기 실시예 1에서 제조한 비교예 2와 발명예의 투명전극에 대하여 면 저항(sheet resistance)을 측정하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다. 이때, 면 저항은 4 프로브 측정방법(4-point probe method)을 이용하여 여러 면을 측정한 후 평균값을 내어 도출하였으며, 비교를 위하여 측정시 발명예와 비교예 2의 동일 투명도를 갖는 면에 대해 측정하고, 동일한 색상으로 표시하였다.
The sheet resistance was measured for the transparent electrodes of Comparative Example 2 and Inventive Example prepared in Example 1, and the results are shown in FIG. In this case, the surface resistance was obtained by measuring a plurality of planes using a 4-point probe method, and then calculating the average value. For comparison, the surface resistance and the surface having the same transparency in Comparative Example 2 Measured and displayed in the same color.
도 5에 나타낸 바와 같이, Cu 메쉬는 투과도가 90% 이상으로 매우 우수한 것을 확인할 수 있다.As shown in Fig. 5, it can be confirmed that the Cu mesh has a very high transmittance of 90% or more.
이러한 투과도가 우수한 Cu 메쉬를 활용한 본 발명의 투명전극은 상기 Cu 메쉬에 비해 투과도가 다소 저하된 것을 확인할 수 있는데, 이는 Cu 메쉬 상부에 형성된 그래핀층에 의한 것이다. 하지만, 본 발명에 따른 투명전극의 투과도는 투명전극에 적합한 정도인 것으로, 기존 ITO를 대체할 수 있는 투명전극으로서 충분히 활용 가능하다.
It can be seen that the transparent electrode of the present invention using the Cu mesh having such high transmittance has a somewhat reduced transmittance as compared with the Cu mesh. This is due to the graphene layer formed on the Cu mesh. However, the transparency of the transparent electrode according to the present invention is suitable for the transparent electrode, and can be sufficiently utilized as a transparent electrode capable of replacing the conventional ITO.
또한, 도 6에 나타낸 바와 같이, 기판 위에 그래핀층만을 형성시킨 비교예 2에 비해 본 발명에 따른 투명전극(발명예)의 면 저항이 kohm 범위를 넘어 ohm 범위까지 크게 낮아진 것을 확인할 수 있다.6, it can be seen that the surface resistance of the transparent electrode according to the present invention (in the case of the present invention) was greatly lowered to the ohm range beyond the range of kohm as compared with Comparative Example 2 in which only the graphene layer was formed on the substrate.
또한, Cu 메쉬만을 포함하는 투명전극(비교예 1)의 면 저항은 3.2ohm/sq로서(도면 상에는 나타내지 않았음), 상기 Cu 메쉬 위에 본 발명의 그래핀층을 형성시키는 경우 오히려 면 저항이 3.09ohm/sq로 감소되었다.
The surface resistance of the transparent electrode containing only the Cu mesh (Comparative Example 1) was 3.2 ohm / sq (not shown in the figure), and when the graphene layer of the present invention was formed on the Cu mesh, the surface resistance was 3.09 ohm / sq. < / RTI >
즉, 본 발명에 따라 Cu 메쉬 위에 균일한 그래핀층을 포함하는 투명전극은 투과도와 더불어, 매우 우수한 전도성을 가지고 있으므로, 기존의 ITO의 한계를 극복할 수 있을 뿐만 아니라, 종래 그래핀을 활용한 투명전극도 대체할 수 있는 장점이 있다.
That is, according to the present invention, since the transparent electrode including the uniform graphene layer on the Cu mesh has the excellent conductivity in addition to the transmittance, it can overcome the limit of the conventional ITO, Electrodes can also be an alternative.
10: 기판
11: 메탈 메쉬
12: 그래핀 파우더 용액
12': 그래핀층10: substrate
11: Metal mesh
12: Graphene powder solution
12 ': graphene layer
Claims (9)
상기 기판 상에 메탈 메쉬(metal mesh)를 형성하는 단계; 및
상기 메탈 메쉬 상부에 그래핀 파우더 용액을 도포한 후 러빙(rubbing)하는 단계를 포함하고,
상기 그래핀 파우더 용액을 도포 및 러빙(rubbing)하는 단계는, i) 스프레이 방식으로 도포한 후 롤러를 이용하여 한쪽 방향에서부터 러빙하거나, ii) 바코팅(bar-coating)법으로 도포 후 한쪽 방향에서부터 마찰력을 가하여 러빙하는 것을 특징으로 하는 그래핀층을 포함하는 투명전극의 제조방법.
Preparing a substrate;
Forming a metal mesh on the substrate; And
Applying a graphene powder solution on the metal mesh and rubbing the metal mesh,
The step of applying and rubbing the graphene powder solution may be performed by: i) applying the solution by a spray method and then rubbing from one direction using a roller; or ii) applying the solution by bar coating, And rubbing is performed by applying a frictional force to the transparent electrode.
상기 메탈 메쉬를 형성하는 단계는,
i) 상기 기판 상에 전기도금법 또는 증착법으로 필름을 증착하는 단계; 및
ii-1) 상기 필름을 마스킹 공정 및 식각 공정하여 패턴을 형성하거나, ii-2) 상기 필름 상에 마스크(mask)를 덮은 다음, iii) 메탈(metal)을 증착하여 패턴을 형성하는 단계
로 이루어지는 그래핀층을 포함하는 투명전극의 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein forming the metal mesh comprises:
i) depositing a film on the substrate by electroplating or vapor deposition; And
ii) forming a pattern by masking and etching the film, ii) 2) covering the mask with a mask, and iii) depositing a metal to form a pattern,
Wherein the transparent electrode is a transparent electrode.
상기 마스크는 섀도우 마스크(shadow mask)인 그래핀층을 포함하는 투명전극의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the mask comprises a graphene layer that is a shadow mask.
상기 메탈(metal)은 은(Ag) 또는 구리(Cu)인 그래핀층을 포함하는 투명전극의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the metal comprises a silver (Ag) or copper (Cu) graphene layer.
상기 패턴은 사각 또는 육각 패턴인 그래핀층을 포함하는 투명전극의 제조방법.
3. The method of claim 2,
Wherein the pattern comprises a graphene layer having a square or hexagonal pattern.
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