KR101647038B1 - Apparatus and method for manufacturing of high efficiency transparent electrode based on silver nano wire - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조장치 및 투명전극 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 은나노와이어를 단방향으로 정렬시켜 우수한 투과율과 전기 전도도를 갖는 투명전극을 제조할 수 있는 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조장치 및 투명전극 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a silver-on-wire-based high-efficiency transparent electrode manufacturing apparatus and a transparent electrode manufacturing method, and more particularly, to a silver-nano wire-based transparent electrode manufacturing apparatus capable of manufacturing a transparent electrode having excellent transmittance and electrical conductivity by aligning silver- A high-efficiency transparent electrode manufacturing apparatus, and a transparent electrode manufacturing method.
일반적으로 투명전극은 광전자(Optoelectronic) 소자의 기본적인 핵심부품으로 반도체 산업분야에 널리 이용되고 있다. 그러나 최근 투명전극의 대표물질인 ITO(Indium Tin Oxide)는 가격상승과 함께 쉽게 깨지는 특성으로 인해 플렉시블 소자의 적용에 있어 한계점을 보이고 있다.In general, transparent electrodes are the basic core components of optoelectronic devices and are widely used in the semiconductor industry. However, ITO (Indium Tin Oxide), which is a representative material of transparent electrodes, has a limitation in the application of flexible devices due to its easily cracked characteristics with rising prices.
이를 대체하기 위해 탄소나노튜브, 금속 나노와이어, 그래핀 및 전도성 폴리머 등 여러가지 물질들로 투명전극을 제조하기 위한 개발 및 연구가 시행되고 있다. 그 중에서 은나노와이어는 뛰어난 전기 전도성 및 투과율을 바탕으로 현재 ITO를 대체할 수 있는 최적의 물질로 많은 분야에 걸쳐서 연구가 진행되어 왔다.In order to replace this, development and research are being conducted to manufacture transparent electrodes with various materials such as carbon nanotubes, metal nanowires, graphene, and conductive polymers. Among them, silver nano wire is an optimal material that can replace current ITO based on excellent electric conductivity and transmittance, and has been studied in many fields.
하지만, 용액 공정으로 대량제조가 가능한 은나노와이어의 단점은 랜덤한 구조를 가진다는 것이다. 은나노와이어는 종횡비가 매우 길고 서로간의 Val der Waals 힘이 작용하여 코팅시 이러한 은나노와이어 구조를 제어하는 것은 매우 어렵다. 비정렬 상태로 서로 겹쳐지는 랜덤한 구조를 갖는 은나노와이어 전극이 높은 전기 전도도를 가지기 위해서는 많은 양의 나노와이어 밀도가 필요하고 이러한 높은 밀도는 전극의 가시광 투과도를 악화시키기 때문에 낮은 면저항과 높은 투과율을 동시에 가져야 하는 투명전극 측면에서 한계점을 갖는 문제점이 있었다.
However, the disadvantage of silver nanowires that can be mass-produced by a solution process is that they have a random structure. It is very difficult to control the silver nano wire structure during coating because the silver nano wire has a very long aspect ratio and a mutual valder force. A silver nanowire electrode having a random structure that overlaps with each other in an unaligned state requires a large amount of nanowire density in order to have a high electrical conductivity. Such a high density deteriorates the visible light transmittance of the electrode, so that a low sheet resistance and a high transmittance There is a problem in that a limit point is present on the side of the transparent electrode to be provided.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창출된 것으로, 본 발명의 목적은 은나노와이어가 포함된 은나노분산액을 나노패턴이 형성된 스탬프로 드래그하는 모세관 인쇄방식을 통해 은나노와이어를 단방향으로 정렬시켜 우수한 투과율과 전기 전도도를 갖는 투명전극을 제조할 수 있는 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조장치 및 투명전극 제조방법을 제공하는 것에 있다.
It is an object of the present invention to provide a capillary printing method for dragging a silver nano dispersion containing a silver nano wire into a stamp having a nano pattern to align the silver nano wire in one direction, And a method of manufacturing a transparent electrode, which can manufacture a transparent electrode having electrical conductivity.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조장치는, 수평배치된 배향기판(110); 상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치되되, V자 형상으로 하향 돌출된 일측의 모서리부(121)가 상기 배향기판(110)의 상부면을 지향한 상태로 밀착되게 수평배치되며, 상기 모서리부(121)에는 인쇄방향으로 개구된 라인형태의 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)가 구비된 인쇄프레임(120); 및 상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치되어 은나노와이어(10)가 일정농도로 포함된 은나노분산액(20)을 배향기판(110)의 상부면에 주입하는 분산액주입부(130);를 포함한다.According to an aspect of the present invention, there is provided an apparatus for manufacturing a silver-nano-wire-based high-efficiency transparent electrode, comprising: a horizontally aligned substrate; A
여기서, 상기 배향기판(110)과 인쇄프레임(120)은 설정된 인쇄방향에 따라 상대이동하면서 상기 스탬프부(122)가 배향기판(110)의 상부면을 드래그하며 상기 나노패턴을 이용하여 은나노분산액(20)에 포함된 은나노와이어(10)를 인쇄방향과 평행하게 정렬시킬 수 있다.The
또한, 상기 스탬프부(122)는, 폴리디메틸실록산(PDMS,Polydimethylsiloxane)을 포함하여 이루어질 수 있다.In addition, the
또한, 상기 스탬프부(122)는, V자 형상으로 절곡된 판형상으로 형성되어 일측면에는 상기 나노패턴이 형성되고 타측면이 상기 인쇄프레임(120)의 모서리부(121)에 밀착되게 장착되며, 상기 V자 형상의 절곡각은 5도 내지 30도일 수 있다.The
한편, 상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조방법은, 배향공간을 제공하는 배향기판(110)을 수평배치하는 배향기판 준비 단계(S210); V자 형상으로 하향 돌출된 일측의 모서리부(121)가 상기 배향기판(110)의 상부면을 지향한 상태로 밀착되게 수평배치되며, 상기 모서리부(121)에는 인쇄방향으로 개구된 라인형태의 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)가 구비된 인쇄프레임(120)을 상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치하는 인쇄프레임 준비 단계(S220); 상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치된 분산액주입부(130)를 이용하여 은나노와이어(10)가 일정농도로 포함된 은나노분산액(20)을 배향기판(110)의 상부면에 주입하는 은나노분산액 주입 단계(S230); 상기 배향기판(110)과 인쇄프레임(120)을 설정된 인쇄방향에 따라 상대이동시켜 상기 스탬프부(122)가 배향기판(110)의 상부면을 드래그하며 상기 나노패턴을 이용하여 은나노분산액(20)에 포함된 은나노와이어(10)를 인쇄방향과 평행하게 정렬시키는 모세관 인쇄 단계(S240); 및 정렬된 은나노와이어(10)를 건조시키고 각 은나노와이어(10)간의 접촉저항을 감소시키는 마감처리 단계(S250);를 포함한다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of manufacturing a high-efficiency transparent electrode based on silver nano wires, comprising: preparing an oriented substrate (210) for horizontally arranging an orientation substrate (110) for providing an orientation space;
여기서, 상기 배향기판 준비 단계(S210)는, 이소프로필 알코올(IPA, Isopropyl Alcohol) 및 탈이온수(DI, Deionized Water)를 이용하여 상기 배향기판(110)을 소정시간동안 초음파 세척하여 표면의 이물질을 제거하는 기판 세정 단계(S211)와, 이물질이 제거된 배향기판(110)을 건조시킨 후, O2 플라즈마를 이용하여 상기 배향기판(110)의 외부면을 소정시간동안 플라즈마 표면처리하여 습윤성을 향상시키는 플라즈마 처리 단계(S212) 및, 소정의 농도를 갖는 폴리엘라이신(PLL, Poly-L-Lysine) 용액을 이용하여 표면처리된 배향기판(110)의 외부면을 스핀코팅하여 아민작용기를 갖는 폴리엘라이신층을 형성하는 PLL 코팅 단계(S213)를 포함한다.The alignment substrate preparation step S210 may be performed by ultrasonically cleaning the
여기서, 상기 인쇄프레임 준비 단계(S220)는, 일측면에 다수 개의 나노패턴 홈부가 형성된 몰드판에 액상모재를 주입하고 이를 경화시킨뒤 상기 몰드판으로부터 탈거하여 일측면에 나노패턴이 형성된 판형상의 스탬프부(122)를 형성하는 스탬프부 형성 단계(S221) 및, 상기 스탬프부(122)를 V자 형상으로 절곡시키면서 스탬프부(122)의 타측면을 인쇄프레임(120)의 일측 모서리부(121)에 장착하는 스탬프부 부착 단계(S222)를 포함할 수 있다.In the printing frame preparation step S220, a liquid base material is injected into a mold plate having a plurality of nano patterned grooves on one side thereof, and then the plate is removed from the mold plate to form a nano- And the other side of the
또한, 상기 스탬프부 부착 단계(S222)는, 상기 스탬프부(122)를 V자 형상으로 절곡시키되, 상기 V자 형상의 절곡각이 5도 내지 30도 범위에 포함되도록 절곡할 수 있다.In addition, the stamp attaching step S222 may bend the
또한, 상기 스탬프부 부착 단계(S222)는, 폴리디메틸실록산과 베이스 경화제를 10 : 1의 비율로 혼합하여 상기 액상모재를 형성할 수 있다.Further, in the stamp portion attaching step (S222), the liquid base material can be formed by mixing polydimethylsiloxane and base hardener at a ratio of 10: 1.
한편, 상기 배향기판 준비 단계(S210), 인쇄프레임 준비 단계(S220), 은나노분산액 주입 단계(S230), 모세관 인쇄 단계(S240) 및 마감처리 단계(S250)를 통해 제조된 투명전극은 15 내지 30 옴/sq의 면저항을 가지며 95 내지 97%의 투과율을 가질 수 있다.
Meanwhile, the transparent electrodes manufactured through the alignment substrate preparation step (S210), the print frame preparation step (S220), the silver nanodisperse injection step (S230), the capillary printing step (S240) and the finishing process step (S250) Ohm / sq and a transmittance of 95 to 97%.
본 발명에 따른 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조장치 및 투명전극 제조방법에 의하면, 은나노와이어가 포함된 은나노분산액을 나노패턴이 형성된 스탬프로 드래그하는 모세관 인쇄방식을 통해 은나노와이어를 단방향으로 정렬시키고 은나노와이어의 정렬수준을 제어하여 우수한 투과율과 전기 전도도를 갖는 투명전극을 제조할 수 있다.According to the silver nano wire-based high-efficiency transparent electrode manufacturing apparatus and the transparent electrode manufacturing method of the present invention, the silver nano wire is aligned in one direction through the capillary printing method of dragging the silver nano dispersion containing the silver nano wire into the stamp having the nano- It is possible to manufacture a transparent electrode having excellent transmittance and electrical conductivity by controlling the alignment level of the wire.
또한, 상기 스탬프로 드래그하는 모세관 인쇄방식에 따라 간단한 용액 공정으로 투명전극을 제조할 수 있어 제조비용을 대폭 절감하며 롤투롤 공정으로 대면적의 투명전극 생산 및 대량생산이 가능하다.
In addition, since the transparent electrode can be manufactured by a simple solution process according to the capillary printing method of dragging with the stamp, the manufacturing cost can be greatly reduced and the transparent electrode can be produced in a large area by the roll-to-roll process.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명전극 제조장치의 구성을 나타낸 개략도,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄프레임의 구성 및 제조단계를 나타낸 개략도,
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명전극 제조장치의 동작원리를 설명하기 위한 개략도,
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명전극 제조장치에 의해 비정렬된 은나노와이어가 모세관 인쇄되며 정렬되는 동작원리를 설명하기 위한 개략도,
도 5는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 인쇄프레임의 다양한 절곡각을 갖는 스탬프부를 촬영한 사진 및, 각 절곡각별로 은나노와이어의 정렬된 상태를 확대촬영한 사진,
도 6은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명전극 제조방법의 순서를 나타낸 순서도이다.1 is a schematic view showing the construction of an apparatus for manufacturing a transparent electrode according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a schematic view showing the construction and manufacturing steps of a printing frame according to a preferred embodiment of the present invention;
3 is a schematic view for explaining the operation principle of a transparent electrode manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention,
FIG. 4 is a schematic view for explaining an operation principle in which un-aligned silver nano wires are capillary printed and aligned by a transparent electrode manufacturing apparatus according to a preferred embodiment of the present invention;
FIG. 5 is a photograph of a stamp portion having various bending angles of a printing frame according to a preferred embodiment of the present invention, and FIG. 5 is a photograph showing enlarged photographs of the aligned state of the silver nano-
6 is a flowchart showing a procedure of a method of manufacturing a transparent electrode according to a preferred embodiment of the present invention.
이하 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Prior to this, terms and words used in the present specification and claims should not be construed as limited to ordinary or dictionary terms, and the inventor should appropriately interpret the concepts of the terms appropriately The present invention should be construed in accordance with the meaning and concept consistent with the technical idea of the present invention.
따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.Therefore, the embodiments described in this specification and the configurations shown in the drawings are merely the most preferred embodiments of the present invention and do not represent all the technical ideas of the present invention. Therefore, It is to be understood that equivalents and modifications are possible.
먼저, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조장치(100)의 구성 및 기능을 설명하기로 한다.First, the structure and function of a silver-nano-wire-based high-efficiency transparent
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명전극 제조장치(100)는, 도 1에 도시된 바와 같이 배향기판(110), 인쇄프레임(120) 및 분산액주입부(130)를 포함한다.The transparent
상기 배향기판(110)은 은나노와이어(10)를 정렬시키기 위한 배향공간을 제공하는 판부재로서, 상부면에 주입된 은나노분산액(20)이 편중되지 않도록 수평배치되고, 글라스, PET, Silicon 또는 PDMS 재질 중 어느 하나 이상의 재질로 이루어진 기판을 이용할 수 있다.The
여기서, 상기 배향기판(110)은 습윤성이 향상되도록 O2 플라즈마를 이용하여 상기 배향기판(110)의 외부면을 소정시간(예, 5분) 동안 플라즈마 표면처리되는 것이 바람직하다.Here, the
또한, 소정의 농도(예, H20 중 0.1%의 농도)를 갖는 폴리엘라이신(PLL, Poly-L-Lysine) 용액을 이용하여 표면처리된 외부면을 스핀코팅하여 아민(NH2)작용기를 갖는 폴리엘라이신층을 형성함으로써 상기 은나노분산액(20)에 포함된 은나노와이어(10)와의 밀착성을 증대시키는 것이 바람직하다.In addition, poly Ella who (PLL, Poly-L-Lysine) solution by spin-coating the surface-treated outer surface by using an amine (NH 2) functional groups having a predetermined concentration (for example, H 2 0 concentration of 0.1% of) It is preferable to increase the adhesion of the polylauric acid layer to the
상기 인쇄프레임(120)은, 배향기판(110)에 분산된 은나노와이어(10)를 단방향으로 정렬시키기 위한 수단으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치되되, V자 형상으로 하향 돌출된 일측의 모서리부(121)가 상기 배향기판(110)의 상부면을 지향한 상태로 밀착되도록 수평배치되며, 상기 모서리부(121)에는 인쇄방향으로 개구된 라인형태의 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)가 구비된다.The
이와 같이 스탬프부(122)가 모서리진 인쇄프레임(120)의 하단에 절곡된 형태로 장착된 구조로 인해 배향기판(110)과의 접촉 면적을 감소시켜 마찰을 최소화할 수 있다.As a result of the structure in which the
여기서, 도 2에 도시된 바와 같이 상기 인쇄프레임(120)은 일측면에 다수 개의 나노패턴 홈부가 형성된 실리콘 재질의 몰드판에 액상모재를 주입하고 이를 경화시킨뒤 상기 몰드판으로부터 탈거하여 일측면에 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)를 마련하며, 상기 스탬프부(122)를 V자 형상으로 절곡시키면서 스탬프부(122)의 타측면을 인쇄프레임(120)의 일측 모서리부(121)에 장착한 형태를 갖는다.As shown in FIG. 2, the
또한, 상기 스탬프부(122)는, 폴리디메틸실록산(PDMS,Polydimethylsiloxane) 등과 같이 큰 소수성(Hydrophobic)을 갖는 재질을 포함하여 이루어질 수 있는데, 보다 구체적으로는 스탬프부(122)의 베이스가 되는 상기 액상모재는 폴리디메틸실록산(PDMS Elastomer)과 베이스 경화제(PDMS Regent)를 10 : 1의 비율로 혼합하여 이루어지며 이를 몰드판상에서 경화시킴으로써 일측면에 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)를 형성할 수 있다.The
상기 분산액주입부(130)는, 투명전극의 재료가 되는 은나노분산액(20)을 주입하는 수단으로서, 상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치되어 배향기판(110)의 상부면에 은나노와이어(10)가 일정농도로 포함된 은나노분산액(20)을 주입한다.The dispersion liquid injecting
여기서, 상기 은나노와이어(10)가 함유된 일정농도에 비례하여 투명전극의 밀도와 정렬도가 결정되므로, 제조되는 투명전극에서 요구되는 밀도와 정렬도를 고려하여 함유되는 일정농도가 조절되는 것이 바람직하다.Since the density and the degree of alignment of the transparent electrode are determined in proportion to a certain concentration of the
또한, 상기 은나노분산액(20)이 스탬프부(122)를 통과하여 얇게 펼쳐지면서 보다 쉽게 용액성분이 증발할 수 있도록 은나노분산액(20)에는 에탄올 성분이 함유되는 것이 바람직하다.In addition, it is preferable that the
한편, 도 3에 도시된 바와 같이 상기 배향기판(110)과 인쇄프레임(120)은 설정된 인쇄방향에 따라 상대이동하면서 상기 스탬프부(122)가 배향기판(110)의 상부면을 드래그(하향 가압하며 수평이동)하며 상기 은나노분산액(20)에 포함된 은나노와이어(10)를 인쇄방향과 평행하게 정렬시킨다.3, the
여기서, 상기 배향기판(110)이 고정된 상태에서 인쇄프레임(120)이 인쇄방향으로 이동하거나, 상기 인쇄프레임(120)이 고정된 상태에서 배향기판(110)이 인쇄방향과 반대되는 방향으로 이동함으로써 상호간의 상대이동이 구현될 수 있다.Here, when the
도 4를 참고하여 보다 구체적으로 설명하면, 배향기판(110)에 주입된 은나노분산액(20)은 상기 상대이동에 따라 스탬프부(122)의 나노패턴과 배향기판(110) 사이에 침지되며, 드래그 방향에 따라 은나노와이어(10)가 상기 스탬프부(122)의 나노패턴을 통과하면서 사전 정렬이 유도된다.4, the
이후, 상기 스탬프부(122)를 통과하여 사전 정렬된 은나노와이어(10)는 메니스커스 접촉선(Meniscus Contact Line)에서 은나노와이어(10)의 한쪽 끝부분이 배향기판(110) 표면에 속박되고, 용액 증발과 함께 메니스커스 접촉선의 이동이 계속되면서 메니스커스의 표면장력에 의해 드래그 방향으로 은나노와이어(10)의 추가 배향을 유도한다. 이러한 스탬프부(122)의 나노패턴은 은나노와이어(10)의 사전 정렬에 중요한 역할을 한다.The
더불어, 상기 스탬프부(122)는, 판형상으로 형성되되, 일측면이 상기 인쇄프레임(120)의 모서리부(121)에 밀착되게 장착되면서 V자 형상으로 절곡되며, 도 5에 도시된 바와 같이 상기 V자 형상의 절곡각이 증가할수록 메니스커스 접촉선에 의한 은나노와이어(10)와 배향성도 함께 증가하게 되는데, 바람직하게는 상기 V자 형상의 절곡각은 5도 내지 30도 인 것이 바람직하다.The
여기서, 스탬프부(122)의 절곡각이 너무 낮게 되면 나노패턴을 빠져나온 은나노와이어(10)와 증발되는 액체-기체-고체 컨텍라인 사이의 거리가 길어지게 되며, 이에 따라 나노패턴을 통해 방향성을 갖게 되는 은나노와이어(10)는 정렬된 상태가 흐트러 지면서 정렬이 이루어지지 않는다. 따라서, 나노패턴을 빠져나온 방향성을 가진 은나노와이어(10)는 바로 용매 증발과 함께 아민기를 갖는 배향기판(110) 상에서 속박되어야만 한다.If the bending angle of the
또한, 상기 스탬프부(122)의 절곡각이 너무 커지게 되면 나노패턴과 은나노와이어(10)간의 접촉시간 및 접촉면적이 협소해져 원활한 정렬이 이루어지지 않는다.
If the bending angle of the
다음으로는 상술한 투명전극 제조장치(100)를 이용한 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조방법을 설명하기로 한다.Next, a silver nano wire-based high-efficiency transparent electrode manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention using the above-described transparent
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 투명전극 제조방법은, 배향기판 준비 단계(S210), 인쇄프레임 준비 단계(S220), 은나노분산액 주입 단계(S230), 모세관 인쇄 단계(S240) 및 마감처리 단계(S250)를 포함하여 이루어진다.6, a transparent electrode manufacturing method according to a preferred embodiment of the present invention includes the steps of preparing an alignment substrate (S210), preparing a print frame (S220), injecting silver nanoparticles (S230), capillary printing S240) and a finishing process (S250).
먼저, 상기 배향기판 준비 단계(S210)는, 은나노와이어(10)를 정렬시키기 위한 배향공간을 제공하는 배향기판(110)을 준비하는 단계로서, 상부면에 주입될 은나노분산액(20)이 편중되어 흐르지 않도록 수평배치된다.First, the alignment substrate preparing step S210 is a step of preparing an
여기서, 상기 배향기판 준비 단계(S210)는, 이소프로필 알코올(IPA, Isopropyl Alcohol) 및 탈이온수(DI, Deionized Water)를 이용하여 상기 배향기판(110)을 소정시간동안 초음파 세척하여 표면의 이물질을 제거하는 기판 세정 단계(S211)와, 이물질이 제거된 배향기판(110)을 건조시킨 후 O2 플라즈마를 이용하여 상기 배향기판(110)의 외부면을 소정시간동안 플라즈마 표면처리하여 습윤성을 향상시키는 플라즈마 처리 단계(S212) 및, 소정의 농도를 갖는 폴리엘라이신(PLL, Poly-L-Lysine) 용액을 이용하여 표면처리된 배향기판(110)의 외부면을 스핀코팅하여 아민작용기를 갖는 폴리엘라이신층을 형성하는 PLL 코팅 단계(S213)를 포함하여 이루어질 수 있다.The alignment substrate preparation step S210 may be performed by ultrasonically cleaning the
상기 인쇄프레임 준비 단계(S220)는, 배향기판(110)에 분산된 은나노와이어(10)를 단방향으로 정렬시키기 위한 수단인 인쇄프레임(120)을 준비하는 단계로서, V자 형상으로 하향 돌출된 일측의 모서리부(121)가 상기 배향기판(110)의 상부면을 지향한 상태로 밀착되도록 수평배치되며, 상기 모서리부(121)에는 인쇄방향으로 개구된 라인형태의 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)가 구비된 인쇄프레임(120)을 상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치한다.The printing frame preparing step S220 is a step of preparing the
여기서, 상기 인쇄프레임 준비 단계(S220)는, 일측면에 다수 개의 나노패턴 홈부가 형성된 몰드판에 액상모재를 주입하고 이를 경화시킨뒤 상기 몰드판으로부터 탈거하여 일측면에 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)를 형성하는 스탬프부 형성 단계(S221) 및, 상기 스탬프부(122)를 V자 형상으로 절곡시키면서 스탬프부(122)의 타측면을 인쇄프레임(120)의 일측 모서리부(121)에 장착하는 스탬프부 부착 단계(S222)를 포함하여 이루어질 수 있다.Here, the print frame preparation step S220 may include a step of injecting a liquid base material into a mold plate having a plurality of nano patterned grooves on one side thereof, curing the liquid base material, removing the mold substrate from the mold plate, The other side of the
또한, 상기 스탬프부 부착 단계(S222)는, 상기 스탬프부(122)를 V자 형상으로 절곡시키되, 상기 V자 형상의 절곡각이 5도 내지 30도 범위에 포함되도록 절곡하여 은나노와이어(10)의 배향성이 증대되도록 한다.The stamper attaching step S222 includes bending the
더불어, 상기 스탬프부(122)를 제조하기 위한 베이스가 되는 액상모재는, 폴리디메틸실록산과 베이스 경화제를 10 : 1의 비율로 혼합하여 형성할 수 있다.In addition, the liquid base material to be the base for manufacturing the
상기 모세관 인쇄 단계(S240)는, 주입된 은나노분산액(20)의 은나노와이어(10)를 단방향으로 정렬시키는 단계로서, 상기 배향기판(110)과 인쇄프레임(120)을 설정된 인쇄방향에 따라 일정하게 느린 속도(예를 들어, 1.5mm/sec)로 상대이동시켜 상기 스탬프부(122)가 배향기판(110)의 상부면을 드래그하며 은나노분산액(20)에 포함된 은나노와이어(10)를 인쇄방향과 평행하게 정렬시킨다.The capillary printing step S240 is a step of unidirectionally aligning the
여기서, 상대이동시 스탬프부(122)가 배향기판(110)을 누르는 압력에 따라 은나노와이어(10)의 정렬 정도가 변경될 수 있으므로 적절한 압력을 일정하게 유지시켜야 하며, 스탬프부(122)가 배향기판(110)를 완전히 통과하게 되면 정렬된 은나노와이어(10)의 인쇄공정이 마무리된다.Since the degree of alignment of the
또한, 상기 상대이동의 속도가 너무 빠르게 되면 은나노와이어(10)의 증발이 이루어지기도 전에 코팅 공정이 끝나버리게 되는데, 이는 나노패턴을 빠져나온 은나노와이어(10)와 용매 증발 속도가 부합되도록 조절하여 인쇄속도를 매칭시켜야 한다.When the speed of the relative movement is too high, the coating process is completed before evaporation of the
보다 구체적으로 설명하면 상대이동 속도가 너무 빠르게 되면 은나노와이어(10)가 배향기판(110)에 배치된 은나노와이어(10)가 배향기판(110)의 아민그룹과 결합할 시간적 여유가 주어지지 않게 되어 정렬되지 않은 은나노와이어(10)의 밀도가 높아지기 때문에 적절한 속도 유지가 필요하다.More specifically, when the relative moving speed is excessively high, the
반면에 상기 상대이동 속도가 너무 느릴 경우 은나노와이어(10)의 밀도가 높아져서 은나노와이어(10)끼리의 상호작용(반데를발스 힘)이 모세관 현상을 방해하여 정렬되지 않는 나노와이어의 밀도가 높아지기 때문에 적절한 속도의 유지가 필요하게 된다.On the other hand, if the relative movement speed is too slow, the density of the
따라서, 스탬프부(122)가 드래그되면서 배향기판(110)의 상부면에 주입된 은나노분산액(20)은 스탬프부(122)과 배향기판(110) 사이에 침지되어 스탬프부(122)의 나노패턴을 통과하면서 사전 정렬을 유도하며 은나노분산액(20)의 용액성분이 갖는 표면 장력에 의해 메니스커스 접촉선을 형성하게 되며, 용액 증발과 함께 메니스커스 접촉선의 이동으로 인해 발생되는 모세관 힘이 사전 정렬된 은나노와이어(10)를 드래그하여 단방향으로 배향된 상태를 갖게 한다.The silver
보다 구체적으로 설명하면, 도 3, 도 4를 참고하면 배향기판(110)에 주입된 은나노와이어(10)가 포함된 은나노분산액(20)은 먼저 스탬프부(122)의 나노패턴을 통과하는 중에 좁은 패턴사이를 지나면서 생기는 Microfluidic Assembly로 인해 1차적으로 방향성을 갖는 형태로 Anisotropic하게 정렬된다.3 and 4, the
또한, 나노패턴을 빠져나온 은나노와이어(10)는 액체-고체-기체 메니스커스 컨택라인에 은나노분산액(20)의 용매(에탄올 성분)가 증발하면서, 은나노와이어(10)의 한쪽 끝(용매가 먼저 증발된 부분)이 배향기판(110)의 아민그룹에 강하게 속박되고 용매가 증발하면서 메니스커스 컨택라인이 이동하게 되고, 이때 은나노와이어(10) 사이에서 발생하는 모세관 현상으로 인해 은나노와이어(10)는 증발되는 방향쪽으로 끌어 당겨지게 된다.The
상기 마감처리 단계(S250)는, 정렬된 은나노와이어(10)를 건조시키고 각 은나노와이어(10)간의 접촉저항을 줄이는 단계로서, 은나노와이어(10)의 전기전도성을 향상시키기 위한 소정시간(예, 1분) 동안 O2 플라즈마를 이용하여 플라즈마 표면처리하는 것이 바람직하다.The finishing step S250 is a step of drying the aligned
이러한 각 단계를 통해 정렬된 은나노와이어(10)를 이용하여 투명전극을 제조하는 경우, 정렬되지 않은 은나노와이어(10)의 역할이 크다. 만약 은나노와이어(10)가 100% 정렬되어 있다면 전도성 네트워크가 형성되지 않기 때문에 전기전도성은 0이 된다. 따라서, 정렬되지 않은 소수의 은나노와이어(10)를 제어하여 전도성 네트워크를 효과적으로 형성하는 것이 바람직하다.When the transparent electrode is manufactured using the
이와 관련하여 배향기판(110)과 인쇄프레임(120)간의 상대이동속도(인쇄 또는 코팅)를 조절하여 은나노와이어(10)의 정렬정도 및 밀도가 변경되도록 제어할 수 있으며 이는 전기전도성과 투과율에 영향을 미치게 된다.In this regard, it is possible to control the relative movement speed (printing or coating) between the
상술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 은나노와이어 기반의 고효율 투명전극 제조장치 및 제조방법에 의하면, 은나노와이어가 포함된 은나노분산액을 나노패턴이 형성된 스탬프로 드래그하는 모세관 인쇄방식을 통해 은나노와이어를 단방향으로 정렬시켜 우수한 투과율과 전기 전도도를 갖는 투명전극을 제조할 수 있다. 또한, 상기 스탬프로 드래그하는 모세관 인쇄방식에 따라 간단한 공정으로 투명전극을 제조할 수 있어 제조비용을 절감하며 롤투롤 공정으로 대량생산이 가능하다.According to the silver nano wire-based high-efficiency transparent electrode manufacturing apparatus and manufacturing method of the present invention as described above, the capillary printing method of dragging the silver nano dispersion containing the silver nano wire into the stamp having the nano- The transparent electrode having an excellent transmittance and electrical conductivity can be manufactured. In addition, the transparent electrode can be manufactured by a simple process according to the capillary printing method of dragging with the stamp, thereby reducing the manufacturing cost and mass-production in the roll-to-roll process.
이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.
While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed exemplary embodiments. It is to be understood that various modifications and changes may be made without departing from the scope of the appended claims.
10...은나노와이어 20...은나노분산액
100...투명전극 제조장치 110...배향기판
120...인쇄프레임 121...모서리부
122...스탬프부 130...분산액주입부
S210...배향기판 준비 단계 S220...인쇄프레임 준비 단계
S230...은나노분산액 주입 단계 S240...모세관 인쇄 단계
S250...마감처리 단계10 ...
100 ... Transparent
120 ...
122 ...
S210 ... alignment substrate preparation step S220 ... print frame preparation step
S230 ... silver nano dispersion injection step S240 ... capillary printing step
S250 ... Finishing step
Claims (9)
상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치되되, V자 형상으로 하향 돌출된 일측의 모서리부(121)가 상기 배향기판(110)의 상부면을 지향한 상태로 밀착되게 수평배치되며, 상기 모서리부(121)에는 인쇄방향으로 개구된 라인형태의 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)가 구비된 인쇄프레임(120); 및
상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치되어 은나노와이어(10)가 일정농도로 포함된 은나노분산액(20)을 배향기판(110)의 상부면에 주입하는 분산액주입부(130);를 포함하며,
상기 배향기판(110)과 인쇄프레임(120)은 설정된 인쇄방향에 따라 상대이동하면서 상기 스탬프부(122)가 배향기판(110)의 상부면을 드래그하며 상기 나노패턴을 이용하여 은나노분산액(20)에 포함된 은나노와이어(10)를 인쇄방향과 평행하게 정렬시키는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조장치이되,
상기 드래그는, 상기 배향기판(110)의 상부면에 주입된 은나노분산액(20)을 상기 스탬프부(122)가 하향 가압하며, 상기 배향기판(110)에 대해 상대 수평이동하는 것인,
투명전극 제조장치.
A horizontally oriented substrate 110;
A corner portion 121 disposed at an upper position of the alignment substrate 110 and projecting downward in a V shape is horizontally disposed so as to closely contact the upper surface of the alignment substrate 110, A printing frame 120 having a stamp part 122 formed with a line-shaped nano pattern opened in a printing direction; And
And a dispersion liquid injecting unit 130 disposed at an upper position of the alignment substrate 110 and injecting a silver nano dispersion liquid 20 containing the silver nano wire 10 at a predetermined concentration onto the upper surface of the alignment substrate 110 ,
The alignment unit 110 and the print frame 120 are moved relative to each other in the set printing direction while the stamp unit 122 is dragged on the upper surface of the alignment substrate 110 and the nano- And aligning the silver nano wire (10) included in the transparent electrode (12) in parallel with the printing direction,
Wherein the drag is performed such that the stamp part (122) pushes down the silver nanodispersion liquid (20) injected onto the upper surface of the alignment substrate (110) and relatively horizontally moves with respect to the alignment substrate (110)
A transparent electrode manufacturing apparatus.
상기 스탬프부(122)는, 폴리디메틸실록산(PDMS,Polydimethylsiloxane)을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 투명전극 제조장치.
The method according to claim 1,
Wherein the stamp portion (122) comprises a polydimethylsiloxane (PDMS).
상기 스탬프부(122)는,
V자 형상으로 절곡된 판형상으로 형성되어 일측면에는 상기 나노패턴이 형성되고 타측면이 상기 인쇄프레임(120)의 모서리부(121)에 밀착되게 장착되며, 상기 V자 형상의 절곡각은 5도 내지 30도인 것을 특징으로 하는 투명전극 제조장치.
3. The method according to claim 1 or 2,
The stamp part (122)
And the other side of the nano pattern is mounted so as to be in close contact with a corner portion 121 of the printing frame 120. The bent angle of the V- To 30 [deg.].
V자 형상으로 하향 돌출된 일측의 모서리부(121)가 상기 배향기판(110)의 상부면을 지향한 상태로 밀착되게 수평배치되며, 상기 모서리부(121)에는 인쇄방향으로 개구된 라인형태의 나노패턴이 형성된 스탬프부(122)가 구비된 인쇄프레임(120)을 상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치하는 인쇄프레임 준비 단계(S220);
상기 배향기판(110)의 상부 위치에 배치된 분산액주입부(130)를 이용하여 은나노와이어(10)가 일정농도로 포함된 은나노분산액(20)을 배향기판(110)의 상부면에 주입하는 은나노분산액 주입 단계(S230);
상기 배향기판(110)과 인쇄프레임(120)을 설정된 인쇄방향에 따라 상대이동시켜 상기 스탬프부(122)가 배향기판(110)의 상부면을 드래그하며 상기 나노패턴을 이용하여 은나노분산액(20)에 포함된 은나노와이어(10)를 인쇄방향과 평행하게 정렬시키는 모세관 인쇄 단계(S240); 및
정렬된 은나노와이어(10)를 건조시키고 각 은나노와이어(10)간의 접촉저항을 감소시키는 마감처리 단계(S250);를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법이되,
상기 드래그는, 상기 배향기판(110)의 상부면에 주입된 은나노분산액(20)을 상기 스탬프부(122)가 하향 가압하며, 상기 배향기판(110)에 대해 상대 수평이동하는 것인,
투명전극 제조방법.
An alignment substrate preparation step (S210) for horizontally arranging the alignment substrate (110) to provide an alignment space;
Shaped edge portion 121 protruding downward in a V-shape is horizontally arranged so as to be in close contact with the upper surface of the alignment substrate 110 so as to face the upper surface of the alignment substrate 110. The corner portion 121 has a line- A print frame preparation step (S220) of arranging a print frame 120 provided with a stamp part 122 having a nano pattern formed thereon at an upper position of the alignment substrate 110;
A silver nano dispersion liquid 20 containing a silver nano wire 10 at a predetermined concentration is injected into the upper surface of the alignment substrate 110 by using a dispersion injecting unit 130 disposed at an upper position of the alignment substrate 110, A dispersion injecting step (S230);
The stamper 122 moves the upper surface of the alignment substrate 110 by moving the alignment substrate 110 and the print frame 120 according to the set printing direction, A capillary printing step (S240) of aligning the silver nano wire 10 included in the cap nano wire 10 in parallel with the printing direction; And
(S250) of drying the aligned silver nano wire (10) and reducing the contact resistance between the silver nano wires (10). The method of manufacturing a transparent electrode according to claim 1,
Wherein the drag is performed such that the stamp part (122) pushes down the silver nanodispersion liquid (20) injected onto the upper surface of the alignment substrate (110) and relatively horizontally moves with respect to the alignment substrate (110)
A method of manufacturing a transparent electrode.
상기 배향기판 준비 단계(S210)는,
이소프로필 알코올(IPA, Isopropyl Alcohol) 및 탈이온수(DI, Deionized Water)를 이용하여 상기 배향기판(110)을 소정시간동안 초음파 세척하여 표면의 이물질을 제거하는 기판 세정 단계(S211)와,
이물질이 제거된 배향기판(110)을 건조시킨 후, O2 플라즈마를 이용하여 상기 배향기판(110)의 외부면을 소정시간동안 플라즈마 표면처리하여 습윤성을 향상시키는 플라즈마 처리 단계(S212) 및,
소정의 농도를 갖는 폴리엘라이신(PLL, Poly-L-Lysine) 용액을 이용하여 표면처리된 배향기판(110)의 외부면을 스핀코팅하여 아민작용기를 갖는 폴리엘라이신층을 형성하는 PLL 코팅 단계(S213)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법.
5. The method of claim 4,
In the alignment substrate preparation step (S210)
A substrate cleaning step (S211) of ultrasonic cleaning the alignment substrate (110) using isopropyl alcohol (IPA) and deionized water (DI) to remove foreign substances on the surface,
A plasma processing step S212 for drying the alignment substrate 110 from which foreign substances have been removed, and then plasma-treating the outer surface of the alignment substrate 110 by O 2 plasma for a predetermined period of time to improve the wettability;
A PLL coating step of spin-coating an outer surface of the surface-treated alignment substrate 110 using a poly-L-lysine solution having a predetermined concentration to form a polylaidic acid layer having an amine functional group (S213). ≪ / RTI >
상기 인쇄프레임 준비 단계(S220)는,
일측면에 다수 개의 나노패턴 홈부가 형성된 몰드판에 액상모재를 주입하고 이를 경화시킨뒤 상기 몰드판으로부터 탈거하여 일측면에 나노패턴이 형성된 판형상의 스탬프부(122)를 형성하는 스탬프부 형성 단계(S221) 및,
상기 스탬프부(122)를 V자 형상으로 절곡시키면서 스탬프부(122)의 타측면을 인쇄프레임(120)의 일측 모서리부(121)에 장착하는 스탬프부 부착 단계(S222)를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법.
5. The method of claim 4,
The print frame preparation step (S220)
A stamp part forming step of injecting a liquid mother material into a mold plate having a plurality of nano patterned grooves on one side thereof, curing the mold material, and removing the mold material from the mold plate to form a plate-shaped stamp part 122 having a nano- S221)
And a stamp attaching step (S222) of attaching the other side of the stamp part (122) to one side edge part (121) of the print frame (120) while bending the stamp part (122) Gt;
상기 스탬프부 부착 단계(S222)는,
상기 스탬프부(122)를 V자 형상으로 절곡시키되, 상기 V자 형상의 절곡각이 5도 내지 30도 범위에 포함되도록 절곡하는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법.
The method according to claim 6,
The stamp portion attaching step (S222)
Wherein the stamp part (122) is bent in a V shape so that the bent angle of the V shape is within a range of 5 to 30 degrees.
상기 스탬프부 부착 단계(S222)는,
폴리디메틸실록산과 베이스 경화제를 10 : 1의 비율로 혼합하여 상기 액상모재를 형성하는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법.
The method according to claim 6,
The stamp portion attaching step (S222)
Wherein the liquid base material is formed by mixing polydimethylsiloxane and a base curing agent in a ratio of 10: 1.
상기 배향기판 준비 단계(S210), 인쇄프레임 준비 단계(S220), 은나노분산액 주입 단계(S230), 모세관 인쇄 단계(S240) 및 마감처리 단계(S250)를 통해 제조된 투명전극은 15 내지 30 옴/sq의 면저항을 가지며 95 내지 97%의 투과율을 갖는 것을 특징으로 하는 투명전극 제조방법.5. The method of claim 4,
The transparent electrode manufactured through the alignment substrate preparation step S210, the print frame preparation step S220, the silver nanodispersion injection step S230, the capillary printing step S240 and the finishing step S250 may be performed at a current density of 15 to 30 ohms / sq < / RTI > and has a transmittance of 95 to 97%.
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