KR101789295B1 - 투명 전극의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 전극에 관한 것으로, 투명 기판 상에 제 1 산화물층, 금속층, 및 제 2 산화물층을 순차적으로 적층하여 다층 투명 전도막을 형성하는 것, 상기 제 2 산화물층 상에 마스크 패턴을 형성하는 것, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 수행하여, 상기 제 2 산화물층 내에 상기 금속층의 상면을 노출하는 트랜치를 형성하는 것, 및 상기 트랜치 내에 금속 패턴을 형성하는 것을 포함하는 투명 전극의 제조 방법을 제공한다.

Description

투명 전극의 제조 방법{METHOD FOR MANUFACTURING TRANSPARENT ELECTRODE}
본 발명은 투명 전극의 제조 방법에 관한 것으로, 상세하게는 그물망 구조(mesh)의 금속 패턴을 갖는 투명 전극의 제조 방법에 관한 것이다.
최근 투명 전극은 태양 전지, 유기 EL(electro luminescence) 소자와 같은 전자 디바이스의 전극으로서 일반적으로 사용되고 있다. 특히, 차세대 터치 센서 및 투명 히터와 같은 분야에서는 90%가량의 고투과도 및 10 Ω/□ 이하의 저저항을 갖는 대면적의 투명 전극이 요구되고 있다. 현재 산업계에서 사용되고 있는 투명 전극은 투명 전도 산화물(TCO, transparent conductive oxide), OMO(oxide/metal/oxide) 구조의 하이브리드 투명 전극, 또는 그물망 구조(mesh)의 금속 전극이 사용되고 있다. 그물망 구조(mesh)의 금속 전극은 벌크 금속을 평면적으로 망(network) 형태로 형성시킨 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 그물망 구조(mesh)의 금속 전극을 포함하는 투명 전극의 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 저저항 고투과의 투명 전극의 제조 방법을 제공하는 데 있다..
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 기술적 과제들을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법은 투명 기판 상에 제 1 산화물층, 금속층, 및 제 2 산화물층을 순차적으로 적층하여 다층 투명 전도막을 형성하는 것, 상기 제 2 산화물층 상에 마스크 패턴을 형성하는 것, 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 수행하여 상기 제 2 산화물층 내에 상기 금속층의 상면을 노출하는 트랜치를 형성하는 것, 및 상기 트랜치 내에 금속 패턴을 형성하는 것을 포함한다
일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴은 평면적으로 그물망 구조(mesh)를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴은 평면적으로 일 방향으로 연장되어 복수의 행들을 이루는 제 1 금속 패턴들, 및 상기 일 방향과 수직한 방향으로 연장되어 복수의 열들을 이루는 제 2 금속 패턴들을 포함하는 그리드 형태를 가질 수 있다.
일 실시에에 따르면, 상기 금속 패턴은 평면적으로 허니콤 형태를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴을 형성하는 것은 상기 노출된 금속층의 상면을 시드(seed)로 이용하는 도금 공정을 수행하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 도금 공정은 구리(Gu), 니켈(Ni), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 소스 물질로 사용할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴의 상면은 상기 제2 산화물층의 상면보다 높고 상기 마스크 패턴의 상면보다 낮도록 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마스크 패턴은 상기 제 2 산화물층의 일면 상으로부터 1 내지 10 마이크로 미터의 높이를 갖고, 상기 금속 패턴은 상기 제 2 산화물층의 일면 상으로부터 0.1 내지 10 마이크로 미터의 높이를 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴은 1 내지 20 마이크로 미터의 폭을 가질 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 구리(Cu) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 제 1 산화물층 및 상기 제 2 산화물층의 각각은 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO2), 실리콘 산화물(SiO2), 티타늄 산화물(TiO2), 실리콘 질화물(SiNx), ZITO(ZnO+In2O3+SnO2), ZTO(ZnO+SnO2), AZO(Al-doped ZnO), GZO(Ga-doped ZnO), ITO(In2O3+SnO2), IZO(In2O3+ZnO) 및 이들의 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 다층 투명 전도막은 접착층을 더 포함하되, 상기 접착층은 상기 제 1 산화물층과 상기 금속층의 사이, 및 상기 금속층과 상기 제 2 산화물층의 사이 중 적어도 어느 하나에 형성될 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 접착층은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 질화물(TiN), 알루미늄 산화물(Al2O3), 티타늄 산화물(TiO2), 크롬 산화물(Cr2O3) 및 실리콘 산화물(SiO2, Si3O4)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 금속 패턴을 형성한 이후에, 상기 금속 패턴 상에 산화 방지막을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 산화 방지막은 니켈(Ni) 또는 은(Ag)을 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 마스크 패턴을 제거한 이후에, 상기 제 2 산화물층 및 상기 금속 패턴을 덮도록 보호층을 형성하는 것을 더 포함할 수 있다.
일 실시예에 따르면, 상기 보호층은 실리콘 산화물(SiO2)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법은 포토 리소그래피(photo lithography) 공정의 특성상 수 나노 단위의 매우 미세한 선폭으로 제 2 산화물층을 패터닝할 수 있으며, 이로 인해 드러나는 금속층을 시드(seed)로 하여 금속 패턴을 도금 형성한다. 따라서, 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법은 수 나노 단위의 미세한 선폭을 갖는 그물망 구조(mesh)의 금속 패턴을 형성할 수 있다. 또한, 간단한 패터닝 공정 및 도금 공정을 이용하기 때문에 대면적의 투명 전극 제조가 용이하다.
본 발명의 실시예들을 통하여 제조된 투명 전극은 다층 투명 전도막 상에 그물망 구조(mesh)의 금속 패턴을 구비한다. 따라서, 투명 전극은 다층 투명 전도막의 고투과도를 유지하면서 금속 패턴에 의한 저저항 특성을 확보하고, 금속 패턴의 저항 균일성을 향상시킬 수 있다. 또한, 미세 선폭을 갖는 금속 패턴은 매우 우수한 투과도를 나타내며, 광학적 모아레(moire) 현상 및 섬광 현상(star burst)을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 투명 전극의 일 예를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1의 평면도이다.
도 3은 도 2의 I-I'에 따른 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 금속 패턴의 다른 예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도들이다.
도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 투명전극의 투과도 및 면저항을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 표이다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도이다.
도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극이 적용되는 투명 히터의 예를 보여주는 단면도이다.
도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극이 적용되는 자동차용 접합 유리의 예를 보여주는 분해 사시도이다.
본 발명의 구성 및 효과를 충분히 이해하기 위하여, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명한다. 그러나 본 발명은, 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라, 여러 가지 형태로 구현될 수 있고 다양한 변경을 가할 수 있다. 단지, 본 실시예들의 설명을 통해 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위하여 제공되는 것이다. 당해 기술분야에서 통상의 기술을 가진 자는 본 발명의 개념이 어떤 적합한 환경에서 수행될 수 있다는 것을 이해할 것이다. 명세서 전문에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 실시예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 명세서에서 사용되는 ‘포함한다(comprises)’및/또는 ‘포함하는(comprising)’은 언급된 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작 및/또는 소자의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다.
본 명세서에서 어떤 면(또는 층)이 다른 면(또는 층) 또는 기판상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 면(또는 층) 또는 기판상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 면(또는 층)이 개재될 수도 있다.
본 명세서의 다양한 실시예들에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어가 다양한 영역, 면들(또는 층들) 등을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 영역, 면들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 소정 영역 또는 면(또는 층)을 다른 영역 또는 면(또는 층)과 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시예에서의 제 1 면으로 언급된 면이 다른 실시예에서는 제 2 면으로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시예는 그것의 상보적인 실시예들도 포함한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호로 표시된 부분들은 동일한 구성요소들을 나타낸다.
또한, 본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 예시도인 단면도 및/또는 평면도들을 참고하여 설명될 것이다. 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 예를 들면, 직각으로 도시된 식각 영역은 라운드지거나 소정 곡률을 가지는 형태일 수 있다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이며 발명의 범주를 제한하기 위한 것이 아니다.
본 발명의 실시예들에서 사용되는 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 통상적으로 알려진 의미로 해석될 수 있다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 설명함으로써 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 실시예들에 따라 제조된 투명 전극의 일 예를 설명하기 위한 사시도이다. 도 2는 도 1의 평면도이다. 도 3은 도 2의 I-I'에 따른 단면도이다. 도 4는 본 발명의 실시예들에 따른 금속 패턴의 다른 예를 설명하기 위한 평면도이다. 도 2에서, 보호층(40)은 생략되어 있다.
도 1 내지 도 3을 참조하여, 투명 기판(10) 상에 다층 투명 전도막(20)이 배치될 수 있다. 다층 투명 전도막(20)은 OMO(oxide/metal/oxide) 구조의 하이브리드(hybrid) 전극일 수 있다.
일 실시예에 따르면, 다층 투명 전도막(20)은 순차적으로 적층된 제 1 산화물층(21), 금속층(22) 및 제 2 산화물층(23)을 포함할 수 있다. 즉, 다층 투명 전도막(20)은 금속층(22)과 금속층(22)을 사이에 두고 서로 대향하는 제 1 산화물층(21) 및 제 2 산화물층(23)을 포함할 수 있다. 제 1 산화물층(21) 및 제 2 산화물층(23)의 각각은 일 예로, 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO2), 실리콘 산화물(SiO2), 티타늄 산화물(TiO2), 실리콘 질화물(SiNx), ZITO(ZnO+In2O3+SnO2), ZTO(ZnO+SnO2), AZO(Al-doped ZnO), GZO(Ga-doped ZnO), ITO(In2O3+SnO2), IZO(In2O3+ZnO) 또는 이들의 화합물(compound)을 포함할 수 있다. 제 1 산화물층(21) 및 제 2 산화물층(23)은 서로 동일한 물질을 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다. 금속층(22)은 일 예로, 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti) 및 구리(Cu)를 포함하는 은 합금(Ag alloy), 또는 은(Ag)을 포함할 수 있다. 제 1 산화물층(21) 및 제 2 산화물층(23)은 금속층(22)보다 큰 두께를 가질 수 있다. 일 예로, 제 1 산화물층(21) 및 제 2 산화물층(23)의 각각은 30 내지 60 나노미터의 두께를 가질 수 있고, 금속층(22)은 5 내지 15 나노미터의 두께를 가질 수 있다. 금속층(22)의 두께가 상기 범위보다 큰 경우에는 투명 전극의 투과도가 저하될 수 있다. 더하여, 제 1 산화물층(21) 및 제 2 산화물층(23)은 서로 동일한 두께를 가질 수 있으나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 개념에 따르면, 제 2 산화물층(23)은 금속층(22)의 상면을 노출시키는 개구부(OP)를 가질 수 있다. 평면적 관점에서, 개구부(OP)는 그물망 구조(mesh)를 가질 수 있다. 일 예로, 개구부(OP)는 평면적으로 그리드(grid) 형태를 가질 수 있다. 상세하게, 개구부(OP)는 X-방향으로 연장되어 복수의 행들을 이루는 제 1 개구부들(OP1)과 Y-방향으로 연장되어 복수의 열들을 이루는 제 2 개구부들(OP2)을 포함할 수 있다.
개구부(OP) 내에 금속 패턴(30)이 배치될 수 있다. 이에 따라, 금속 패턴(30)은 개구부(OP)와 실질적으로 동일한 평면 구조를 가질 수 있다. 즉, 금속 패턴(30)은 평면적으로 그물망 구조(mesh)를 가질 수 있다. 일 예로, 금속 패턴(30)은 평면적으로 그리드(grid) 형태를 가질 수 있다. 상세하게, 금속 패턴(30)은 X-방향으로 연장되어 복수의 행들을 이루는 제 1 금속 패턴들(31)과, X-방향과 직교하는 Y-방향으로 연장되어 복수의 열들을 이루는 제 2 금속 패턴들(32)을 포함할 수 있다. 제 1 금속 패턴들(31)은 제 1 폭(w1)을 가질 수 있고, 제 1 거리(d1)만큼 서로 이격될 수 있다. 제 1 폭(w1)은 제 1 개구부들(OP1)의 폭에 상응할 수 있고, 제 1 거리(d1)는 서로 인접한 제 1 개구부들(OP1) 사이의 이격 거리에 상응할 수 있다. 마찬가지로, 제 2 금속 패턴들(32)은 제 2 폭(w2)을 가질 수 있고 제 2 거리(d2)만큼 서로 이격될 수 있다. 제 2 폭(w2)은 제 2 개구부들(OP2)의 폭에 상응할 수 있고, 제 2 거리(d2)는 서로 인접한 제 2 개구부들(OP2) 사이의 이격 거리에 상응할 수 있다. 일 예로, 제 1 및 제 2 폭들(w1, w2)의 각각은 1 내지 20 마이크로 미터일 수 있다. 그리고, 제 1 및 제 2 거리들(d1, d2)의 각각은 1 내지 1000 마이크로 미터일 수 있다. 제 1 및 제 2 폭(w1, w2)이 상기 범위보다 크고, 제 1 및 제 2 거리들(d1, d2)이 상기 범위보다 작은 경우에는 투명 전극의 투과도가 저하되며, 광학적 모아레(moire) 현상 및 섬광 현상(star burst)이 발생할 수 있다. 일 실시예에 따르면, 제 1 및 제 2 폭들(w1, w2)은 서로 동일할 수 있고, 제 1 및 제 2 거리들(d1, d2)은 서로 동일할 수 있다. 그러나, 본 발명의 실시예들이 이에 한정되는 것은 아니다.
금속 패턴(30)은 개구부(OP)를 채우며 제 2 산화물층(23)의 상면 위로 돌출될 수 있다. 일 예로, 금속 패턴(30)은 제 2 산화물층(23)의 상면으로부터 제 2 높이(h2)만큼 돌출될 수 있다. 일 예로, 제 2 높이(h2)는 0.1 내지 10 마이크로 미터일 수 있다. 금속 패턴(30)은 고전도성의 금속을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속 패턴(30)은 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다.
한편, 다른 실시예에 따르면, 금속 패턴(30)은 다양한 형태의 그물망 구조로 구현될 수 있다. 일 예로, 도 4에 도시된 바와 같이, 금속 패턴(30)은 허니콤(honeycomb) 형태의 그물망 구조를 가질 수도 있다. 이에 상응하여, 제 2 산화물층(23)의 개구부(OP) 또한 허니콤(honeycomb) 형태를 가질 수 있다. 이때, 금속 패턴(30)은 제 3 폭(w3)을 가질 수 있다. 일 예로, 제 3 폭(w3)은 1 내지 20 마이크로 미터일 수 있다. 금속 패턴(30)의 평행한 금속선들은 제 3 거리(d3)만큼 서로 이격될 수 있다. 일 예로, 제 3 거리(d3)는 1 내지 1000 마이크로 미터일 수 있다.
금속 패턴(30) 상에 보호층(40)이 배치될 수 있다. 보호층(40)은 제 2 산화물층(23) 및 금속 패턴(30)을 덮을 수 있다. 보호층(40)의 상면은 제 2 산화물층(23)의 상면으로부터 1 내지 11 마이크로 미터의 높이를 가질 수 있다. 보호층(40)은 실리콘 산화물(SiO2)을 포함할 수 있다. 보호층(40)은 금속 패턴(30)의 물리적 보호를 위하여 제공될 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 투명 전극은 필요에 따라 보호층(40)을 포함하지 않을 수도 있다.
이하, 도 5 내지 도 10을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법을 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 순서도이다. 도 6 내지 도 10은 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법의 일 예를 설명하기 위한 도면들로, 도 2의 Ⅰ-Ⅰ'에 대응하는 단면도들이다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 투명 기판(10) 상에 다층 투명 전도막(20)을 형성할 수 있다(S10). 다층 투명 전도막(20)은 OMO(oxide/metal/oxide) 구조의 하이브리드(hybrid) 전극일 수 있다. 구체적으로, 다층 투명 전도막(20)은 투명 기판(10) 상에 제 1 산화물층(21), 금속층(22) 및 제 2 산화물층(23)을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 산화물층(21), 금속층(22) 및 제 2 산화물층(23)의 각각은 PVD(physical vapor deposition) 방법, CVD(chemical vapor deposition) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
도 5 및 도 7를 참조하여, 제 2 산화물층(23) 상에 마스크 패턴(M)을 형성할 수 있다(S20). 마스크 패턴(M)은 일 예로, 포토 레지스트(photo resist) 패턴일 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴(M)은 제 2 산화물층(23) 상에 포토 레지스트를 도포하고, 상기 포토 레지스트를 노광하고, 노광된 포토 레지스트를 현상함으로써 형성될 수 있다. 이때, 마스크 패턴(M)은 제 2 산화물층(23)의 상면으로부터 제 1 높이(h1)를 갖도록 형성될 수 있다. 제 1 높이(h1)는 1 내지 10 마이크로 미터일 수 있다. 마스크 패턴(M)은 제 2 산화물층(23) 상면의 일부를 노출시킬 수 있다.
도 5 및 도 8을 참조하여, 다층 투명 전도막(20)에 개구부(OP)를 형성할 수 있다(S30). 개구부(OP)는 마스크 패턴(M)을 마스크로 제 2 산화물층(23)을 식각하여 형성될 수 있다. 이때, 개구부(OP)는 금속층(22) 상면을 노출할 수 있다. 개구부(OP)는 평면적으로 그물망 구조(mesh)를 가질 수 있다. 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 봐와 같이, 개구부(OP)는 일 예로, 평면적으로 그리드(grid) 형태를 가질 수 있다. 상세하게, 개구부(OP)는 X-방향으로 연장되어 복수의 행들을 이루는 제 1 개구부들(OP1)과 Y-방향으로 연장되어 복수의 열들을 이루는 제 2 개구부들(OP2)을 포함할 수 있다.
도 5 및 도 9를 참조하여, 개구부(OP) 내에 금속 패턴(30)이 형성될 수 있다(S40). 금속 패턴(30)은 도금 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 도금 공정은 무전해 도금 공정(metal electro less plating) 또는 전해 도금 공정(metal electroplating)을 포함할 수 있다. 금속 패턴(30)의 도금 공정 시, 도금 공정에 사용되는 소스 물질은 노출된 금속층(22)의 상면에만 증착되며, 마스크 패턴(M) 상에는 증착되지 않을 수 있다. 일 예로, 무전해 도금 공정의 경우, 노출된 금속층(22)의 상면이 시드(seed)의 역할을 할 수 있다. 즉, 노출된 금속층(22)의 상면은 도금되는 금속 패턴(30)의 균일성을 증가시키며 초기 핵 생성 자리(nucleation site) 역할을 할 수 있다. 일 예로, 전해 도금 공정의 경우, 금속층(22)에 인가된 전위에 의해 금속 이온이 노출된 금속층(22)의 상면에 증착될 수 있다. 금속 패턴(30)을 형성하는 도금 공정에 사용되는 소스 물질은 구리(Cu), 니켈(Ni), 은(Ag) 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 금속 패턴(30)은 도금 공정에 의해 개구부(OP)의 바닥 부분부터 채워질 수 있다. 즉, 개구부(OP) 및 마스크 패턴(M)은 금속 패턴(30)이 채워지는 몰드(mold)의 역할을 할 수 있다. 금속 패턴(30)은 제 2 산화물층(23)의 상면으로부터 제 2 높이(h2)를 갖도록 형성될 수 있다. 제 2 높이(h2)는 0.1 내지 10 마이크로 미터일 수 있다. 이때, 제 2 높이(h2)는 제 1 높이(h1)보다 작을 수 있다. 즉, 금속 패턴(30)은 마스크 패턴(M)의 상면 위로 돌출되지 않을 수 있다. 이는, 금속 패턴(30)의 도금 공정 시, 금속 패턴(30)이 개구부(OP)에 의해 정의되는 평면 구조를 유지하기 위함이다. 마스크 패턴(M)의 상면 위로 돌출되도록 도금하는 경우, 금속 패턴(30)은 마스크 패턴(M) 상에서 평면적으로 퍼져나가도록 성장된다.
본 발명의 실시예들에 따른 금속 패턴(30)은 개구부(OP)를 채우며 형성되기 때문에, 금속 패턴(30)은 개구부(OP)와 실질적으로 동일한 평면 구조를 가질 수 있다. 즉, 금속 패턴(30)의 평면 구조는 개구부(OP)의 평면 구조에 의해 결정되며, 이는 개구부(OP)를 형성하는 마스크 패턴(M)의 패터닝을 통해 금속 패턴(30)의 평면 구조를 조절할 수 있다는 것을 의미한다. 예를 들어, 도 1 내지 도 3을 참조하여 설명한 봐와 같이, 개구부(OP)가 평면적으로 그리드(grid) 형태를 갖는 경우, 금속 패턴(30)은 평면적으로 그리드(grid) 형태로 형성될 수 있다. 이때, 금속 패턴(30)의 폭 및 간격은 개구부들(OP)의 폭 및 이격 거리에 상응할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 금속 패턴(30) 은 개구부(OP)에 의해 정의되는 다양한 평면 구조를 가질 수 있다. 일 예로, 도 4를 참조하여 설명한 바와 같이, 제 2 산화물층(23)의 개구부(OP)는 허니콤(honeycomb) 형태의 그물망 구조를 가질 수 있으며, 이에 상응하여 금속 패턴(30) 또한 허니콤(honeycomb) 형태로 형성될 수 있다.
도 5 및 도 10을 참조하여, 마스크 패턴(M)을 제거할 수 있다(S50). 예를 들어, 마스크 패턴(M)은 애싱(ashing) 공정을 통해 제거될 수 있다. 마스크 패턴(M)이 제거됨으로 인해, 제 2 산화물층(23)의 상면이 드러날 수 있다.
도 1을 다시 참조하여, 제 2 산화물층(23) 및 금속 패턴(30) 상에 보호층(40)을 형성할 수 있다. 보호층(40)은 SOG(spin on glass) 또는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)와 같은 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 보호층(40)의 상면은 금속 패턴(30)의 상면보다 높을 수 있다. 즉, 보호층(40)은 제 2 산화물층(23) 및 금속 패턴(30)을 덮도록 형성될 수 있다. 보호층(40)은 실리콘 산화물(SiO2)를 포함할 수 있다. 다른 실시예에 따르면, 보호층(40)을 형성하는 공정은 필요에 따라 생략될 수도 있다.
금속 패턴(30)의 폭, 간격 및 높이에 따른 투명 전극의 투과도 및 면저항을 시뮬레이션 하였다. 도 11은 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 투과도 및 면저항을 시뮬레이션한 결과를 도시하는 표이다.
본 시뮬레이션에서 투명 기판(10)은 유리로 형성되고, 금속 패턴(30)은 구리(Cu)로 형성되는 것으로 가정되었다. 이때, 구리(Cu)의 비저항은 1.72410-7Ω.cm이다. 또한, 금속 패턴(30)을 이루는 제 1 금속 패턴들(31)의 제 1 폭(w1) 및 제 2 금속 패턴들(32)의 제 2 폭(w2)는 동일하고, 제 1 금속 패턴들(31)이 이격되는 제 1 거리(d1) 및 제 2 금속 패턴들(32)이 이격되는 제 2 거리(d2)는 동일한 것으로 가정되었다.
도 11을 참조하여, line with는 제 1 금속 패턴들(31) 및 제 2 금속 패턴들(32)의 폭을 나타내고, pitch는 제 1 및 제 2 금속 패턴들(31, 32)의 이격 거리를 나타내며, thickness는 금속 패턴(30)이 제 2 산화물층(23)의 상면으로부터 돌출된 제 2 높이(h2)를 나타낸다. T는 투명 전극의 투과도를 나타내고, Rs는 투명 전극의 면저항을 나타낸다. 시뮬레이션 결과를 살펴보면, 투명 전극은 89 내지 91.5%의 투과도를 갖고, 0.1724 내지 1.2792 Ω/□의 면저항을 갖는 것을 알 수 있다.
다른 실시예들에서, 투명 전극은 제 1 산화물층(21)과 금속층(22)의 사이, 또는 금속층(22)과 제 2 산화물층(23) 사이에 접착층(adhesion layer)을 더 포함함으로써, 제 1 및 제 2 산화물층(21, 23)과 금속층(22) 간의 접착 능력, 고온에서의 열적 안정성, 및 금속 패턴의 도금 공정에서 도금의 균일도를 향상시킬 수 있다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 상술한 내용과 다르거나, 설명되지 않은 점을 위주로 설명하며, 생략된 부분은 본 발명의 상술한 내용에 실시예에 따른다.
도 12는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 변형예를 설명하기 위한 단면도이다. 도 12를 참조하면, 투명 기판(10) 상에 제 1 산화물층(21), 제 1 접착층(AL1), 금속층(22), 제 2 접착층(AL2) 및 제 2 산화물층(23)을 순차적으로 적층하여 다층 투명 전도막(20)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 접착층은 다층 투명 전도막(20)을 형성하는 공정에서 제 1 산화물층(21), 금속층(22) 및 제 2 산화물층(23)과 함께 PVD(physical vapor deposition) 방법, CVD(chemical vapor deposition) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법으로 적층될 수 있다. 제 1 및 제 2 접착층(AL1, AL2)은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 질화물(TiN), 알루미늄 산화물(Al2O3), 티타늄 산화물(TiO2), 크롬 산화물(Cr2O3) 또는 실리콘 산화물(SiO2, Si3O4)을 포함할 수 있다. 제 1 및 제 2 접착층(AL1, AL2)은 0.5 내지 10 나노미터의 두께를 가질 수 있다. 도 11에서는 제 1 접착층(AL1) 및 제 2 접착층(AL2)를 모두 포함하는 것으로 도시하였으나, 이와는 다르게, 투명 전극은 제 1 접착층(AL1) 및 제 2 접착층(AL2) 중 어느 하나만 포함할 수도 있다.
제 2 산화물층(23) 상에 마스크 패턴(M)을 형성할 수 있다. 마스크 패턴(M)은 일 예로, 포토 레지스트(photo resist) 패턴일 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴(M)은 제 2 산화물층(23) 상에 포토 레지스트를 도포하고, 상기 포토 레지스트를 노광하고, 노광된 포토 레지스트를 현상함으로써 형성될 수 있다.
이후, 다층 투명 전도막(20)에 개구부(OP)를 형성할 수 있다. 개구부(OP)는 마스크 패턴(M)을 마스크로 제 2 산화물층(23)을 식각하여 형성될 수 있다. 제 2 산화물층(23)에 형성되는 개구부(OP)는 금속층(22)이 아닌 제 2 접착층(AL2) 상면의 일부를 노출시킬 수 있다. 개구부(OP)는 평면적으로 그물망 구조(mesh)를 가질 수 있다.
개구부(OP) 내에 금속 패턴(30)이 형성될 수 있다. 금속 패턴(30)은 도금 공정을 통해 형성될 수 있다. 도금 공정에 사용되는 소스 물질은 노출된 제 2 접착층(AL2)의 상면에만 증착될 수 있다. 즉, 금속 패턴(30)은 노출된 제 2 접착층(AL2)의 상면에 형성될 수 있다. 이때, 제 2 접착층(AL2)은 상술한 도금 공정에서 금속층(22)과 동일한 역할을 할 수 있다.
마스크 패턴(M)을 제거할 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴(M)은 애싱(ashing) 공정을 통해 제거될 수 있다. 마스크 패턴(M)이 제거됨으로 인해, 제 2 산화물층(23)의 상면이 드러날 수 있다.
제 2 산화물층(23) 및 금속 패턴(30) 상에 보호층(40)을 형성할 수 있다. 보호층(40)은 SOG(spin on glass) 또는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)와 같은 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 보호층(40)은 제 2 산화물층(23) 및 금속 패턴(30)을 덮도록 형성될 수 있다.
또 다른 실시예들에서, 투명 전극의 제조 방법은 금속 패턴(30) 상에 산화 방지막을 형성하는 공정을 더 포함함으로써, 금속 패턴(30)의 산화를 방지할 수 있다. 여기서, 설명의 편의를 위해, 상술한 내용과 다르거나, 설명되지 않은 점을 위주로 설명하며, 생략된 부분은 본 발명의 상술한 내용에 실시예에 따른다.
도 13은 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 또 다른 변형예를 설명하기 위한 단면도이다. 도 13을 참조하면, 투명 기판(10) 상에 다층 투명 전도막(20)을 형성할 수 있다. 다층 투명 전도막(20)은 투명 기판(10) 상에 제 1 산화물층(21), 금속층(22) 및 제 2 산화물층(23)을 순차적으로 적층하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 제 1 산화물층(21), 금속층(22) 및 제 2 산화물층(23)의 각각은 PVD(physical vapor deposition) 방법, CVD(chemical vapor deposition) 방법 또는 스퍼터링(sputtering) 방법을 이용하여 형성될 수 있다.
제 2 산화물층(23) 상에 마스크 패턴(M)을 형성할 수 있다. 마스크 패턴(M)은 일 예로, 포토 레지스트(photo resist) 패턴일 수 있다. 예를 들어, 마스크 패턴(M)은 제 2 산화물층(23) 상에 포토 레지스트를 도포하고, 상기 포토 레지스트를 노광하고, 노광된 포토 레지스트를 현상함으로써 형성될 수 있다.
다층 투명 전도막(20)에 개구부(OP)를 형성할 수 있다. 개구부(OP)는 마스크 패턴(M)을 마스크로 제 2 산화물층(23)을 식각하여 형성될 수 있다. 이때, 개구부(OP)는 금속층(22) 상면을 노출할 수 있다. 개구부(OP)는 평면적으로 그물망 구조(mesh)를 가질 수 있다.
개구부(OP) 내에 금속 패턴(30)이 형성될 수 있다. 금속 패턴(30)은 도금 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들어, 도금 공정은 무전해 도금 공정(metal electro less plating) 또는 전해 도금 공정(metal electroplating)을 포함할 수 있다. 금속 패턴(30)의 도금 공정 시, 도금 공정에 사용되는 소스 물질은 노출된 금속층(22)의 상면에만 증착되며, 마스크 패턴(M) 상에는 증착되지 않을 수 있다.
금속 패턴(30) 상에 산화 방지막(35)이 형성될 수 있다. 산화 방지막(35)은 도금 공정을 통해 형성될 수 있다. 일 예로, 금속 패턴(30)을 형성하기 위한 도금 공정 이후, 산화 방지막(35)을 형성하기 위한 도금 공정이 연속적으로 수행될 수 있다. 산화 방지막(35)은 금속 패턴(30)을 덮도록 형성될 수 있다. 산화 방지막(35)은 니켈(Ni) 또는 은(Ag)을 포함할 수 있다. 산화 방지막(35)을 형성하는 공정은 금속 패턴(30)이 구리(Cu)와 같이 산화가 잘되는 금속으로 형성되는 경우 수행될 수 있다.
제 2 산화물층(23) 및 산화 방지막(35) 상에 보호층(40)을 형성할 수 있다. 보호층(40)은 SOG(spin on glass) 또는 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition)와 같은 공정을 통해 형성될 수 있다. 이때, 보호층(40)은 제 2 산화물층(23) 및 산화 방지막(35)을 덮도록 형성될 수 있다.
일 실시예에서는, 산화 방지막(35)을 코팅하는 공정을 금속 패턴(30)을 형성한 후에 수행하는 것을 개시하였으나, 산화 방지막(35)을 코팅하는 공정은 마스크 패턴(M)을 제거한 후에 수행될 수도 있다.
기존의 도금 공정을 이용하여 그물망 구조(mesh)의 금속 전극을 형성하는 방법은 기판 상에 금속 시드층(seed layer)을 형성한 후, 금속 시드층 상에 무전해 도금 공정을 수행한다. 그러나, 기존의 방법은 금속 시드층의 선폭을 줄이는 데에 한계가 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극의 제조 방법은 포토 리소그래피(photo lithography) 공정의 특성상 수 나노 단위의 매우 미세한 선폭으로 제 2 산화물층을 패터닝할 수 있으며, 이로 인해 드러나는 금속층을 시드(seed)로 하여 금속 패턴을 도금 형성한다. 따라서, 마스크 패턴의 패터닝에 따라 미세한 선폭을 갖는 금속 패턴을 형성할 수 있다. 수 나노미터 단위의 미세한 선폭을 갖는 그물망 구조(mesh)의 금속 패턴은 매우 우수한 투과도를 나타내며, 광학적 모아레(moire) 현상 및 섬광 현상(star burst)을 줄일 수 있다. 또한, 간단한 패터닝 공정 및 도금 공정을 이용하기 때문에 대면적의 투명 전극 제조가 용이하다.
본 발명의 실시예들을 통하여 제조된 투명 전극은 OMO(oxide/metal/oxide) 구조의 다층 투명 전도막 상에 미세 선폭을 갖는 그물망 구조(mesh)의 금속 패턴을 구비한다. 따라서, 투명 전극은 다층 투명 전도막의 고투과도를 유지하면서 금속 패턴에 의한 저저항 특성을 확보하고, 금속 패턴의 저항 균일성을 향상시킬 수 있다.
상술한 투명 전극은 투명 히터에 적용될 수 있다. 상술한 본 발명의 기술이 적용된 투명 전극은 투명 히터의 발열부로 제공될 수 있다. 도 14는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극이 적용되는 투명 히터의 예를 보여주는 단면도이다. 도 15는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극이 적용되는 자동차용 접합 유리의 예를 보여주는 분해 사시도이다.
도 14를 참조하면, 투명 히터(100)는 제 1 투명 기판(110), 전극 단자부(120), 및 발열부(130)를 포함할 수 있다. 발열부(130)는 본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극을 포함할 수 있다. 발열부(130)는 제 1 투명 기판(110) 상에 배치될 수 있다. 전극 단자부(120)는 제 1 투명 기판(110)의 일 측에 형성되고, 발열부(130)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 전극 단자부(120)는 외부 전원(S)과 전기적으로 연결되어, 발열부(130)에 대한 전원 공급을 할 수 있다. 발열부(130)는 전극 단자부(120)와 전기적으로 연결되어, 외부 전원(S)으로부터 전원을 공급받아 전기 저항에 따라 발열할 수 있다. 도 15를 참조하여, 본 발명에 따른 투명 히터가 자동차용 접합 유리인 경우, 발열부(130) 상에 PVB(poly vinyl butyral) 필름(140)이 배치될 수 있다. PVB 필름(140)은 안정성을 향상시키기 위하여 제공될 수 있다. PVB 필름(140) 상에 제 2 투명 기판(150)이 배치될 수 있다. 제 1 투명 기판(110) 및 제 2 투명 기판(150) 중 어느 하나는 자동차용 접합 유리에서 내측 유리이고, 다른 하나는 외측 유리일 수 있다.
이상, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
10: 투명 기판 20: 다층 투명 전도막
21: 제 1 산화물층 22: 금속층
23: 제 2 산화물층 30: 금속 패턴
40: 보호층
M: 마스크 패턴 OP: 개구부

Claims (17)

  1. 투명 기판 상에 다층 투명 전도막을 형성하는 것, 상기 다층 투명 전도막은 상기 투명 기판 상에 순차적으로 적층되는 제 1 산화물층, 금속층, 및 제 2 산화물층을 포함하고;
    상기 제 2 산화물층 상에 패턴홀을 갖는 마스크 패턴을 형성하는 것;
    상기 마스크 패턴의 상기 패턴홀에 의해 노출되는 상기 제 2 산화물층 상에 상기 마스크 패턴을 식각 마스크로 하는 식각 공정을 수행하여, 상기 제 2 산화물층 내에 트랜치를 형성하는 것, 상기 트랜치는 상기 금속층의 상면을 노출하고;
    상기 트랜치 및 상기 패턴홀을 채우는 금속 패턴을 형성하고; 및
    상기 금속 패턴이 형성된 후, 상기 마스크 패턴을 제거하는 것을 포함하되,
    상기 금속 패턴의 상면은 상기 제2 산화물층의 상면보다 높고 상기 마스크 패턴의 상면보다 낮도록 형성되는 투명 전극의 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 패턴은 평면적으로 그물망 구조(mesh)를 갖는 투명 전극의 제조 방법.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 패턴은 평면적으로 일 방향으로 연장되어 복수의 행들을 이루는 제 1 금속 패턴들, 및 상기 일 방향과 수직한 방향으로 연장되어 복수의 열들을 이루는 제 2 금속 패턴들을 포함하는 그리드 형태를 갖는 투명 전극의 제조 방법.
  4. 제 2 항에 있어서,
    상기 금속 패턴은 평면적으로 허니콤 형태를 갖는 투명 전극의 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 패턴을 형성하는 것은,
    상기 노출된 금속층의 상면을 시드(seed)로 이용하는 도금 공정을 수행하는 것을 포함하는 투명 전극의 제조 방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 도금 공정은,
    구리(Gu), 니켈(Ni), 은(Ag) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 어느 하나를 소스 물질로 사용하는 투명 전극의 제조 방법.
  7. 삭제
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴은 상기 제 2 산화물층의 일면 상으로부터 1 내지 10 마이크로 미터의 높이를 갖고,
    상기 금속 패턴은 상기 제 2 산화물층의 일면 상으로부터 0.1 내지 10 마이크로 미터의 높이를 갖는 투명 전극의 제조 방법.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 패턴은 1 내지 20 마이크로 미터의 폭을 갖는 투명 전극의 제조 방법.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속층은 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 금(Au), 팔라듐(Pd), 티타늄(Ti), 구리(Cu) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 투명 전극의 제조 방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 산화물층 및 상기 제 2 산화물층의 각각은 아연 산화물(ZnO), 주석 산화물(SnO2), 실리콘 산화물(SiO2), 티타늄 산화물(TiO2), 실리콘 질화물(SiNx), ZITO(ZnO+In2O3+SnO2), ZTO(ZnO+SnO2), AZO(Al-doped ZnO), GZO(Ga-doped ZnO), ITO(In2O3+SnO2), IZO(In2O3+ZnO) 및 이들의 화합물로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 투명 전극의 제조 방법.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 다층 투명 전도막은 접착층을 더 포함하되,
    상기 접착층은:
    상기 제 1 산화물층과 상기 금속층의 사이, 및 상기 금속층과 상기 제 2 산화물층의 사이 중 적어도 어느 하나에 형성되는 투명 전극의 제조 방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 접착층은 알루미늄(Al), 티타늄(Ti), 크롬(Cr), 알루미늄 질화물(AlN), 티타늄 질화물(TiN), 알루미늄 산화물(Al2O3), 티타늄 산화물(TiO2), 크롬 산화물(Cr2O3) 및 실리콘 산화물(SiO2, Si3O4)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하는 투명 전극의 제조 방법.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 금속 패턴을 형성한 이후에,
    상기 금속 패턴 상에 산화 방지막을 형성하는 것을 더 포함하는 투명 전극의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 산화 방지막은 니켈(Ni) 또는 은(Ag)을 포함하는 투명 전극의 제조 방법.
  16. 제 1 항에 있어서,
    상기 마스크 패턴을 제거한 이후에,
    상기 제 2 산화물층 및 상기 금속 패턴을 덮도록 보호층을 형성하는 것을 더 포함하는 투명 전극의 제조 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 보호층은 실리콘 산화물(SiO2)을 포함하는 투명 전극의 제조 방법.
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