KR102356158B1 - 투명도전막의 제조방법 및 투명도전막을 포함하는 표시장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 투명도전막의 제조방법은 코어, 코어를 감싸는 제1 쉘 및 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘을 포함하는 나노와이어가 분산된 나노와이어 분산액을 준비하는 단계, 기판 상에 나노와이어 분산액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계, 및 코팅층 상에 투과부와 차단부가 형성된 마스크를 정렬하고 광을 조사하여, 광이 조사된 코팅층 영역이 전도 영역으로 형성되고 광이 조사되지 않은 코팅층 영역이 비전도 영역으로 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

투명도전막의 제조방법 및 투명도전막을 포함하는 표시장치{MANUFACTURING FOR METHOD OF TRANSPARENT CONDUCTIVE LAYER AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}

본 발명은 나노와이어를 이용한 투명도전막에 관한 것으로, 보다 자세하게는 투명도전막의 패터닝 공정을 생략할 수 있는 투명도전막의 제조방법 및 투명도전막을 포함하는 표시장치에 관한 것이다.

투명도전막은 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 유기발광표시장치(OLED), 액정표시장치(LCD), 태양전지(Solar Cell), 터치소자(Touch Device) 등에 광범위하게 적용되고 있다. 이러한 디스플레이 분야 및 태양전지 산업의 급속한 확대와 함께 투명도전막에 대한 수요도 급증하고 있다. 이러한 투명도전막 재료로는 지금까지 ITO(Indium Tin Oxide)가 주로 사용되어 왔다.

그러나 ITO는 유리기판에 적합한 공정조건에서 제조되고 플라스틱 기판에 스퍼터링(sputtering)하였을 경우에는 전극층의 유연성이 부족하기 때문에 플렉서블 디스플레이(flexible display)용 투명전극으로 사용하기 어려운 문제점이 있다. 또한, ITO에 사용되는 인듐(Indium)은 희소금속으로, 아연(Zn)이나 납(Pb)을 채광할 때 10~20ppm 정도로 함유된 원소이다. 인듐의 매장량이 6천톤인 것을 고려할 때, 약 2018년에 인듐의 고갈이 예상되고 있다.

최근에는 ITO를 대체할 수단으로 금속 나노와이어를 이용한 투명도전막이 개발되고 있다. 금속으로는 은, 금, 백금이 대표적이나 가격 측면에서 은 나노와이어가 각광받고 있다. 그러나, 은 나노와이어로 제조된 투명도전막은 패터닝 공정이 필요하게 되어 포토리소그래피 시스템(photolithography system)을 도입하게 된다. 포토리소그래피 시스템의 특성 상, 형성된 막의 표면이 고르지 못하여 다음 막을 쌓아 올리는데 어려움이 있다, 이로 인해 표시장치의 무라(mura) 및 모아레(moire)가 발생하여 시각적인 특성을 저하시킬 수 있는 문제가 있다.

본 발명은 투명도전막의 패터닝 공정을 생략하여 제조 공정을 간소화하고 표시장치의 표시품질을 향상시킬 수 있는 투명도전막의 제조방법 및 투명도전막을 포함하는 표시장치를 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도전막의 제조방법은 코어, 코어를 감싸는 제1 쉘 및 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘을 포함하는 나노와이어가 분산된 나노와이어 분산액을 준비하는 단계, 기판 상에 나노와이어 분산액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계, 및 코팅층 상에 투과부와 차단부가 형성된 마스크를 정렬하고 광을 조사하여, 광이 조사된 코팅층 영역이 전도 영역으로 형성되고 광이 조사되지 않은 코팅층 영역이 비전도 영역으로 형성되는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

코어는 구리로 형성되고, 제1 쉘은 구리 산화물로 형성되며, 제2 쉘은 아민계 계면활성제로 형성되는 것을 특징으로 한다.

코어는 은으로 형성되고, 제1 쉘은 PVP로 형성되며, 제2 쉘은 실란계 계면활성제로 형성되는 것을 특징으로 한다.

광은 자외선부터 적외선까지의 범위 내의 광인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 TFT 어레이 기판, TFT 어레이 기판 상에 위치하는 제1 전극과 제2 전극으로 이루어진 표시소자를 포함하며, 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는, 코어, 코어를 감싸는 제1 쉘 및 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘로 이루어진 나노와이어를 포함하는 투명도전막인 것을 특징으로 한다.

표시소자 상에 제1 방향으로 연장된 구동 전극과 제2 방향으로 연장된 센싱 전극으로 이루어진 터치패널을 더 포함하며, 구동 전극 및 센싱 전극 중 적어도 하나는 상기 투명도전막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

코어는 구리로 이루어지고, 제1 쉘은 구리 산화물로 이루어지고, 제2 쉘은 아민계 계면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

코어는 은으로 이루어지고, 제1 쉘은 PVP로 이루어지고, 제2 쉘은 실란계 계면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

투명도전막은 전도 영역과 비전도 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

표시소자는 액정표시소자 및 유기전계발광소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치는 기판, 및 기판 상에 위치하며, 코어, 코어를 감싸는 제1 쉘, 및 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘로 이루어진 나노와이어를 포함하는 투명도전막으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

투명도전막은, 기판 상에 형성된 화소전극, 공통전극, 및 터치전극 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 한다.

투명도전막은 전도 영역과 비전도 영역을 포함하는 것을 특징으로 한다.

코어는 구리로 이루어지고, 제1 쉘은 구리 산화물로 이루어지고, 제2 쉘은 아민계 계면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

코어는 은으로 이루어지고, 제1 쉘은 PVP로 이루어지고, 제2 쉘은 실란계 계면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 투명도전막은 광의 조사에 따라 전도 영역과 비전도 영역을 형성하여, 패터닝 공정 없이 전극이나 배선들을 제조할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 패터닝 공정에 의해 막이 손상되는 것을 방지하여 투명도전막이 형성된 표시장치의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 투명도전막의 제조방법은 패터닝 공정이 생략됨으로써, 투명도전막의 제조 공정을 간소화하여 제조비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어의 단면과 측면을 각각 나타낸 도면.
도 2는 본 발명의 구리 나노와이어의 구조 변화를 나타낸 모식도.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도전막의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 구리 나노와이어의 SEM 사진.
도 5는 본 발명의 실시예 1에 따라 제조된 구리 나노와이어의 TEM을 측정하여 나타낸 이미지.
도 6은 본 발명의 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 코팅막에 광을 조사하여, 광의 조사량에 따른 면 저항을 측정하여 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명의 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 코팅막에 광을 조사하여, 광 조사량에 따른 투과율을 측정하여 나타낸 그래프.
도 8a 내지 도 8c는 본 발명의 비교예 1에 따라 제조된 코팅막의 광 조사량에 따른 나노와이어의 사진.
도 9a 내지 도 9c는 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 코팅막의 광 조사량에 따른 나노와이어의 사진.
도 10은 본 발명의 실시예 3 내지 5에 따라 제조된 코팅막에 광을 조사하여, 광의 조사량에 따른 면 저항을 측정하여 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명의 실시예 6에 따라 제조된 은 나노와이어의 SEM 사진.
도 12는 본 발명의 실시예 7 및 비교예 1에 따라 제조된 코팅막의 광 조사량에 따른 면 저항을 나타낸 그래프.
도 13은 본 발명의 실시예 7 및 비교예 1에 따라 제조된 코팅막의 광 조사량에 따른 투과율을 나타낸 그래프.
도 14a 내지 도 14c는 본 발명의 실시예 7에 따라 제조된 코팅막의 광 조사량에 따른 나노와이어의 사진
도 15는 본 발명의 비교예 2에 따른 은 나노와이어의 SEM 사진.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 실시예 8에 따른 은 나노와이어의 SEM 사지니.
도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면.
도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면.
도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시 예들을 자세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어의 단면과 측면을 각각 나타낸 도면이고, 도 2는 본 발명의 나노와이어의 구조 변화를 나타낸 모식도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어(100)는 코어(110), 제1 쉘(120) 및 제2 쉘(130)을 포함한다. 본 발명의 나노와이어(100)에 사용되는 코어(110)는 구리(Cu)로 이루어진다. 구리는 전도도가 높고 가격이 저렴하며, 특히 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonanace, SPR)을 가지는 재료이기 때문에 조사되는 광으로 특성을 제어하는데 매우 유리하다. 그러나, 본 발명의 코어(110)는 구리에 한정되지 않으며, 표면 플라즈몬 공명 특성을 가지는 재료라면 다양하게 사용할 수 있다.

상기 제1 쉘(120)은 금속 산화물(metal oxide)(MeOx)로 이루어지며, 코어(110)의 금속 산화물이다. 예를 들어, 코어(110)가 구리로 이루어진 경우, 제1 쉘(120)은 구리 산화물로 이루어진다. 제1 쉘(120)은 절연막으로, 코어(110)의 전도도를 제어하는 역할을 한다. 제2 쉘(130)은 아민(amine) 계열의 계면활성제(surfactant)로 이루어진다. 제2 쉘(130)은 절연막의 역할을 하는 동시에 구리 코어(110)의 추가적인 산화를 막는 환원제 역할을 한다. 아민 계열의 계면활성제는 예를 들어, NH₂-R 형태(R은 알킬 체인, 탄소수 6~18) 또는 중간에 이중 결합이 포함된 형태일 수 있다. 아민 계열의 탄소 체인(carbon chain)의 길이와 구조에 따라 절연성을 조절할 수 있으며 동시에 산화 특성을 제어할 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노와이어(100)는 코어(110), 제1 쉘(120) 및 제2 쉘(130)을 포함하되, 코어(110)는 은(Ag)으로 이루어진다. 은은 나노와이어의 전기적 특성이 뛰어나고 적은 농도로 높은 투과율을 나타내는 특성을 가진다. 은은 전술한 구리와 동일하게 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonanace, SPR)을 가지는 재료이기 때문에 조사되는 광으로 특성을 제어하는데 매우 유리하다. 상기 제1 쉘(120)은 PVP(polyvinylpyrrolidone)으로 이루어진다. 제1 쉘(120)은 절연막으로 작용하여 두께를 통해 코어(110)의 전도도를 제어하는 역할을 하고, 나노와이어를 형성하는데 기여한다.

제2 쉘(130)은 카본 체인(carbon chain)을 가지는 계면활성제(surfactant)로 이루어지며, 예를 들어 실란(silane)계, 아민(amine)계, 산(acid)계, 케톤(ketone)계 등을 사용할 수 있다. 바람직하게 제2 쉘(130)은 실란계 계면활성제로 이루어질 수 있다. 실란계 계면활성제로는 글리시독시프로필트리에톡시실란, 3-글리시독시프로필트리메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필메틸디메톡시실란, N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리메톡시실란 , (H₂N(CH₂)₂NH(CH₂)₃Si(OCH₃)₃), N-(2-아미노에틸)-3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-아미노프로필트리에톡시실란, 3-트리에톡시실리-N-(1,3-디메틸뷰틸리덴)프로필아민, N-페닐-3-아미노프로필트리메톡시실란, 3-머켑토프로필메틸디메톡시실란, 3-머켑토프로필트리에톡시실란, 3-이소시아네이트프로필트리에톡시실란으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.

제2 쉘(130)은 절연막의 역할을 한다. 특히, 실란계 계면활성제는 접촉한 두 와이어 사이에서 거리의 변화 없이 절연층의 역할을 한다. 또한 내열 특성을 향상시켜, 빛 파장에 따른 과도한 열 발생에 의한 은 나노와이어 끊김 현상을 방지하여 웰딩(welding)이 원활하도록 한다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 은 나노와이어는 종래 은 나노와이어와 달리 절연성이 매우 높아 전도도를 전혀 띄지 않는다. 은 나노와이어를 코팅하여 광을 조사하게 되면 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 와이어끼리 교차된 영역에서만 국부적으로 열이 발생하게 되고, 발생되는 열의 정도에 따라 쉘의 존재를 조절할 수 있게 된다. 전술한 본 발명의 다른 실시예에 따른 은 나노와이어는 제1 쉘인 PVP 두께를 최소화하면서 컨택(contact) 저항을 높이고, 더불어 내열 특성을 향상시켜 나노와이어의 끊김 현상을 방지할 수 있다.

본 발명의 나노와이어는 단면의 크기가 500nm이하이고 종횡비(길이:폭)가 10 내지 10000을 가진다. 나노와이어의 종횡비가 너무 크면 취급이 곤란해지기 때문에 종횡비는 10000 이하일 수 있다. 나노와이어의 단축 방향의 길이는 1nm 내지 500nm로 이루어져, 단축 방향의 길이가 너무 커 투과율이 저하되는 것을 방지하고, 단축 방향의 길이가 너무 작아 합성이 어려운 문제를 방지한다. 또한, 나노와이어의 장축 방향의 길이는 1㎛ 내지 100㎛로 이루어져 장축 방향의 길이가 너무 짧아 도전성이 저하되는 것을 방지하고, 장축 방향의 길이가 너무 길어 취급이 어려운 문제를 방지한다.

또한, 본 발명의 나노와이어는 직선상의 나노와이어로 이루어진다. 직선상의 나노와이어는 분기가 없이 바로 곧은 형상의 나노와이어를 의미한다. 그러나, 본 발명의 나노와이어는 이에 한정되지 않으며, 적은 수의 분기를 포함하거나 적은 각도의 만곡을 포함하여도 사용가능하다. 상기 나노와이어는 공지의 방법에 따라서 합성할 수 있다. 예를 들면, 환원법, 전구체에 전압 또는 전류를 작용시켜 나노와이어를 형성하는 방법 등을 들 수 있다.

전술한 나노와이어들은 기판 상에 용이하게 형성하기 위해 용매에 분산된다. 여기서, 용매로는 250℃ 이상의 끓는 점을 갖는 소수성 용매로 옥타디센(octadecene) 또는 물과 같은 극성 용매를 사용할 수 있다. 또한, 코팅성 향상을 위해 무색의 모노머, 올리고머, 또는 바인더를 나노와이어 대비 0.01 내지 10 중량부로 사용할 수 있다. 부가적으로 나노와이어가 분산된 용매에는 분산제, 계면 활성제 등의 첨가제를 더 포함하여 나노와이어가 용매 내에서 적절한 분산력을 가지고, 기판 상에 용이하게 도포될 수 있도록 조절한다.

도 2를 참조하면, 전술한 나노와이어(100)를 코팅하여 광조사를 하게 되면 표면 플라즈몬 공명 현상에 의해 와이어끼리 교차된 영역에서만 국부적으로 열이 발생하게 되고, 발생되는 열의 정도에 따라 쉘의 존재를 조절할 수 있게 된다. 이때, 표면 플라즈몬 공명에 사용되는 광은 자외선부터 적외선까지의 범위 내의 광을 사용할 수 있다. 와이어가 교차된 부분에서 윗 부분에 자리 잡은 와이어가 안테나 역할을 하여 아래 와이어에 전달을 하게 되고, 각각 와이어 사이에서 발생하는 표면 플라즈몬 공명은 교차된 부분에서 증폭을 하여 강도가 크게 증가하게 된다. 이 과정에서 조사된 광의 에너지 정도(low energy or high energy)에 따라 증폭의 양을 조절할 수 있다. 따라서, 낮은 에너지의 광이 조사된 영역에서는 와이어의 쉘이 제거되고 교차된 와이어들이 일부 콘택되어 매우 낮은 전도성을 띄게 되고, 반면, 높은 에너지의 광이 조사된 영역에서는 와이어의 쉘이 제거되고 교차된 와이어들의 일정 부분 이상에서 와이어의 표면이 녹게 되어 웰딩(welding) 현상이 발생함으로써, 매우 높은 전도성을 띄게 된다.

본 발명에 사용되는 구리 나노와이어는 발생하는 열에 의해 구리 산화물의 제1 쉘의 환원이 일어나게 된다는 점이다. 이렇게 일어나는 환원에 의해 구리 산화물은 구리 금속으로 환원되어 제1 쉘이 제거되고 전도도가 증가하게 되어 전도 영역과 비전도 영역을 명확하게 구분하게 된다. 또한, 기존의 은 나노와이어는 형상변화에 의한 광학특성이 변하지만, 본 발명에 의한 구리 나노와이어는 광학적 특성이 변하지 않고 유지되는 차이점이 있다.

또한, 본 발명에 사용되는 은 나노와이어는 발생하는 열에 의해 PVP의 제1 쉘의 존재를 조절할 수 있게 된다. 즉, 제1 쉘이 발생하는 열에 의해 제거되고 전도도가 증가하여 전도 영역과 비전도 영역을 명확하게 구분하게 된다. 특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 은 나노와이어는 제1 쉘인 PVP 두께를 최소화하면서 컨택 저항을 높이고, 더불어 내열 특성을 향상시켜 나노와이어의 끊김 현상을 방지할 수 있다.

이하, 전술한 나노와이어를 포함하는 투명도전막의 제조방법에 대해 설명하면 다음과 같다. 하기에서는 전술한 나노와이어들 중에서 구리 나노와이어를 일 예로 설명한다. 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명도전막의 제조방법을 공정별로 나타낸 도면이다.

먼저, 도 3의 (a)를 참조하면, 투명도전막이 형성될 기판(200)을 준비한다. 기판(200)은 수지필름, 유리기판, 금속기판 등 다양한 재료의 기판을 사용할 수 있다. 기판(200)이 준비되면, 전술한 구리 나노와이어 분산액을 제조한다. 본 실시예에서는 구리 전구체와 니켈 전구체를 플라스크에 넣은 뒤 불순물을 제거하고 약 200℃의 온도에서 나노와이어를 형성한다. 구리 전구체는 copper chloride, copper acetate, copper nitrate, copper acetylacetonate 등의 salt 형태의 전구체를 사용할 수 있고, 니켈 전구체는 nickel chloride, nickel acetate, nickel nitrate, nickel acetylacetonate 등의 salt 형태의 전구체를 사용할 수 있다. 여기서, 구리와 니켈의 비율은 2:1이 이상적이다. 만약, 구리의 비율이 줄어들거나 니켈의 비율이 증가하면 와이어의 길이가 감소하게 된다. 반대로 구리의 비율이 증가하거나 니켈의 비율이 감소하게 되면 와이어의 길이가 증가하게 된다.

그리고, 상온으로 온도를 낮춘 뒤 헥산을 이용하여 클리닝하고 2~3일 방치한다. 이 용액에 바인더를 혼합하여 구리 나노와이어 분산액을 제조한다. 구리 나노와이어 분산액에 분산제 또는 계면활성제 등의 첨가제가 첨가될 수 있다. 다음, 제조된 구리 나노와이어 분산액을 바 코터(bar coater)에 넣은 뒤 기판(200) 상에 바 코팅법으로 도포한다. 이때, 구리 나노와이어 분산액의 도포 방법으로는 바 코팅법 외에 스핀 코팅(spin coating)법 등의 일반적인 용액 도포 방법을 사용할 수 있다. 그리고, 구리 나노와이어 분산액이 도포된 기판(200)을 가열하여 용매를 제거한다.

다음, 도 3의 (b)를 참조하면, 구리 나노와이어 분산액에 의해 형성된 코팅층(222) 상에 투과부(232)와 차단부(235)를 포함하는 마스크(230)를 배치한다. 이때, 투과부(232)는 코팅층(222)의 전도 영역을 형성할 부분에 대응되게 배치하고 차단부(235)는 코팅층(222)의 비전도 영역을 형성할 부분에 대응되게 배치한다. 이어, 기판(200)에 적외선 영역의 광을 조사한다. 이에 따라, 일부 광은 마스크(230)의 투과부(232)를 통해 기판(200) 상에 조사되고, 일부 광은 마스크(230)의 차단부(235)에 의해 기판(200)에 조사되지 못하고 차단된다.

이어, 도 3의 (c)를 참조하면, 상기 광이 조사된 영역은 전도 영역(225)으로 형성되고, 광이 조사되지 않은 영역은 비전도 영역(227)으로 형성된 투명도전막(228)이 형성된다. 여기서, 광이 조사된 전도 영역(225)은 와이어의 쉘이 제거되고 교차된 와이어들의 일정 부분 이상에서 와이어의 표면이 녹아 서로 결합됨으로써 매우 높은 전도성을 띄게 된다. 반면, 광이 조사되지 않은 비전도 영역(227)은 와이어의 쉘이 대부분 제거되지 않아 절연성을 그대로 띄거나, 일부 쉘이 제거된 영역에서는 와이어들이 컨택하여 매우 낮은 전도성을 띄게 된다. 따라서, 본 발명의 투명도전막의 제조방법을 통해, 패터닝 공정 없이 전도 영역과 비전도 영역을 가진 투명도전막을 형성함으로써, 전도 영역을 전극이나 배선으로 사용하는 표시장치를 제조할 수 있는 이점이 있다.

이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 개시한다. 다만, 하기의 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실험 1 :구리 나노와이어의 합성

<실시예 1>

3구 플라스크(10ml)에 CuCl₂ 0.5 mmol과 Ni acetylacetonate 0.2 mmol을 넣고 oleylamine 10 ml를 넣었다. 용액이 담긴 플라스크에 온도 측정 장비와 분위기 조절(진공 & 질소 분위기) 및 가열장치를 설치하고, 80℃에서 진공 분위기를 조성하여 불순물을 제거하고 용액을 안정화시켰다. 약 1시간 후에 진공 분위기를 질소 분위기로 바꿔주고 온도를 200℃로 승온하였다. 온도가 올라가면 같은 온도에서 약 24시간 동안 유지시켜 나노와이어를 형성하였다. 반응이 끝난 후 온도를 상온으로 낮추고 Hexane을 이용하여 3번 10,000 rpm에서 클리닝하였다. 추가로 Hexane과 acetone을 이용하여 10,000 rpm에서 클리닝한 후, 침전물을 Hexane에 분산 시킨 후 3일 동안 방치하여 구리 나노와이어를 합성하였다.

전술한 실시예 1에 따라 제조된 구리 나노와이어를 SEM 측정하여 도 4a 내지 도 4d에 나타내었고, TEM 측정하여 도 5에 나타내었다. 도 4a 내지 도 4d를 참조하면, 길이가 22㎛ 이상이며 폭이 0.04㎛ 이상인 구리 나노와이어가 합성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 5를 참조하면, 구리 코어의 표면에 구리 산화물이 존재하는 것을 확인할 수 있었다.

실험 2 : 구리 나노와이어 코팅막의 광 조사량에 따른 면 저항 및 투과율 측정

<실시예 2>

전술한 실시예 1에 따라 제조된 구리 나노와이어 분산액을 기판 상에 도포하여 코팅막을 형성하였다.

<비교예 1>

은(Ag) 코어에 PVP 쉘로 이루어진 은 나노와이어를 포함한 은 나노와이어 분산액을 기판 상에 도포하여 코팅막을 형성하였다.

전술한 실시예 2 및 비교예 1에 따라 제조된 코팅막에 광을 조사하여, 광의 조사량에 따른 면 저항을 측정하여 도 6에 나타내었고, 광 조사량에 따른 투과율을 측정하여 도 7에 나타내었다. 또한, 비교예 1에 따라 제조된 코팅막의 광 조사량에 따른 나노와이어의 사진을 도 8a 내지 도 8c에 나타내었고, 실시예 2에 따라 제조된 코팅막의 광 조사량에 따른 나노와이어의 사진을 도 9a 내지 도 9c에 나타내었다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가할수록 면 저항이 낮아지나, 비교예 1에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가할수록 면 저항이 오히려 커지는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가할수록 전도도가 증가하는 것을 확인하였다.

또한, 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예 2에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가하여도 투과율이 일정하나, 비교예 1에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가하면 약 70%까지 감소하다가 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 8a 내지 도 8c를 참조하면, 비교예 1에 따라 제조된 코팅막의 나노와이어는 광 조사량이 33.25J/㎠일 때 나노와이어의 결합이 깨진 것을 확인하였다. 반면, 도 9a 내지 도 9c를 참조하면, 실시예 2에 따라 제조된 코팅막의 나노와이어는 광 조사량이 35.75J/㎠일 때 나노와이어들이 컨택된 것으로 나타나고 광조사량이 40.75J/㎠일 때일 때 나노와이어들이 웰딩되어 결합된 것을 확인하였다.

실험 3 : 구리 나노와이어의 함량, 및 구리 나노와이어 코팅막의 광 조사량에 따른 전도도 측정

<실시예 3>

전술한 실시예 1에 따라 제조된 구리 나노와이어 0.1wt%, 용매 98.5wt%, 기타 유기물 1.4wt%를 혼합하여 구리 나노와이어 분산액을 제조하였다. 이 구리 나노와이어 분산액을 기판 상에 도포하여 코팅막을 제조하였다.

<실시예 4>

전술한 실시예 3과 동일한 공정 조건 하에, 구리 나노와이어 1wt%, 용매 98wt%, 유기물 1wt%를 혼합한 것만을 달리하여 코팅막을 제조하였다.

<실시예 5>

전술한 실시예 3과 동일한 공정 조건 하에, 구리 나노와이어 0.01wt%, 용매 98.99wt%, 유기물 1wt%를 혼합한 것만을 달리하여 코팅막을 제조하였다.

전술한 실시예 3 내지 5에 따라 제조된 코팅막에 광을 조사하여, 광의 조사량에 따른 면 저항을 측정하여 도 10에 나타내었다.

도 10을 참조하면, 구리 나노와이어의 함량이 0.01wt% 에서 1wt%로 증가할수록 광 조사량에 따른 면 저항이 더 낮아지는 것을 확인하였다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 구리 나노와이어를 포함하는 투명도전막은 광 조사량에 따라 전도도가 증가하고 투과율도 우수한 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라 본 발명의 투명도전막은 표시장치에 적용할 수 있는 신뢰성을 확인하였다.

실험 4 : 은 나노와이어의 합성

<실시예 6>

3구 플라스크에 에틸렌 글리콜(Ethylene Glycol) (5 내지 50 ml), 은(Ag) 전구체(AgNO₃) 및 PVP(polyvinylpyrrolidone)(C₆H₉NO)x)(분자량 10,000 내지 150,000)를 일정 비율로 용액에 녹여 150 내지 200℃의 고온에서 안정화한다. 염화구리(CuCl₂)와 염화나트륨(NaCl)을 적정 비율로 첨가한다. 은 나노와이어가 충분히 성장하여 반응이 완료될 수 있도록 일정 시간 유지시킨다. 일정 시간 후, 초순수(DI water), 에탄올, 아세톤 등으로 워싱(washing)하여 불순물 제거시킨다. 초순수(DI water)에 분산 후 실란계 계면활성제를 혼합하여 100℃ 내지 120℃로 가열한다. 일정 시간 이후 반응을 멈추고 초순수(DI water), 에탄올, 아세톤 등으로 워싱(washing)하여 불순물 제거시킨다. 농도를 계산하여 에탄올 또는 초순수(DI water)를 첨가하여 분산시켜 은 나노와이어를 합성하였다.

전술한 실시예 6에 따라 제조된 은 나노와이어를 SEM 측정하여 도 11에 나타내었다. 도 11을 참조하면, 은 나노와이어가 합성된 것을 확인할 수 있었다.

실험 5 : 은 나노와이어 코팅막의 광 조사량에 따른 면 저항 및 투과율 측정

<실시예 7>

전술한 실시예 6에 따라 제조된 은 나노와이어 분산액을 기판 상에 도포하여 코팅막을 형성하였다.

전술한 실시예 7 및 비교예 1에 따라 제조된 코팅막에 광을 조사하여, 광의 조사량에 따른 면 저항을 측정하여 도 12에 나타내었고, 광 조사량에 따른 투과율을 측정하여 도 13에 나타내었다. 실시예 7에 따라 제조된 코팅막의 광 조사량에 따른 나노와이어의 사진을 도 14a 내지 도 14c에 나타내었다.

도 12를 참조하면, 본 발명의 실시예 7에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가할수록 면 저항이 낮아지나, 비교예 1에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가할수록 면 저항이 오히려 커지는 것을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 본 발명의 실시예 7에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가할수록 전도도가 증가하는 것을 확인하였다.

또한, 도 13을 참조하면, 본 발명의 실시예 7에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가하여도 투과율이 일정하나, 비교예 1에 따라 제조된 코팅막은 광의 조사량이 증가하면 약 70%까지 감소하다가 유지되는 것을 확인할 수 있었다.

또한, 도 14a 내지 도 14c를 참조하면, 실시예 7에 따라 제조된 코팅막의 나노와이어는 광 조사량이 30.75J/㎠일 때 나노와이어들이 컨택된 것으로 나타나고 광조사량이 33.25J/㎠이상일 때 나노와이어들이 웰딩되어 결합된 것을 확인하였다.

실험 6 : 은 나노와이어의 고온에서의 신뢰성 측정

<실시예 8>

전술한 실시예 6에 따라 제조된 은 나노와이어를 200℃의 고온 조건에서 30분 및 180분 동안 열처리하였다.

<비교예 2>

전술한 비교예 1에 따라 제조된 은 나노와이어를 200℃의 고온 조건에서 30분 동안 열처리하였다.

전술한 비교예 2에 따른 은 나노와이어의 SEM 사진을 도 15에 나타내었고, 실시예 8에 따른 은 나노와이어의 SEM 사진을 도 16a 및 도 16b에 나타내었다.

도 15를 참조하면, 비교예 2에서 200℃의 온도로 30분 동안 열처리한 결과 은 나노와이어가 끊어지는 현상이 발생하였다. 반면, 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 실시예 8에서 200℃의 온도로 30분 및 180분 동안 열처리한 결과 은 나노와이어가 끊어지지 않고 그대로 유지되었다.

상기 결과를 통해, 본 발명의 실시예에 따른 구리 나노와이어 및 은 나노와이어는 면저항과 전도도 특성이 우수하고 내열성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.

이하, 본 발명의 투명도전막을 구비하는 표시장치들에 대해 설명하기로 한다.

도 17은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이고, 도 18은 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이며, 도 19는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치를 나타낸 도면이다.

도 17을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치는 액정표시장치(300)일 수 있다. 액정표시장치(300)는 액정층(360)을 사이에 두고 서로 마주보는 TFT 어레이 기판(310)과 컬러필터 기판(370)으로 구성된다. 컬러필터 기판(370)은 각각의 화소를 구획하는 블랙 매트릭스(375), 블랙 매트릭스(375)에 의해 구획된 화소에 형성되는 컬러필터(380), 컬러필터(380) 상에 위치하는 공통 전극(385)을 포함한다. 컬러필터(380)는 블랙 매트릭스(375)에 의해 구획되는 화소 영역에 R,G,B 별로 형성되어 R, G, B 색상을 구현한다. 컬러필터(380)와 공통 전극(385) 사이에 오버코트층이 더 형성될 수 있다.

TFT 어레이 기판(310) 상에 게이트 전극(315)이 위치하고, 게이트 전극(315) 상에 게이트 전극(315)을 절연시키는 게이트 절연막(320)이 위치한다. 게이트 절연막(320) 상에 게이트 전극(315)과 대응되는 반도체층(325)이 위치하고, 반도체층(325)의 양 측에 소스 전극(330a)과 드레인 전극(330b)이 위치하여 박막트랜지스터(TFT)를 구성한다. 박막트랜지스터(TFT) 상에 보호막(335)이 위치하고, 보호막(335) 상에 드레인 전극(330b)과 연결되는 화소 전극(340)이 위치한다. 이와 같이 구성된 액정표시장치(300)는 박막트랜지스터(TFT))를 통해 화소 신호가 공급된 화소 전극(340)과 기준 전압이 공급된 공통 전극(385) 사이에 수직 전계가 형성되어 액정을 구동한다. 한편, 도 17에서는 TFT 어레이 기판(310)에 화소 전극(340)이 위치하고 컬러필터 기판(370)에 공통 전극(385)이 위치하는 TN 구조의 액정표시장치를 예로 설명하였지만, TFT 어레이 기판(310)에 화소 전극과 공통 전극이 모두 형성되는 IPS 등의 액정표시장치도 예로 들 수 있다.

전술한 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치에서 화소 전극(340)과 공통 전극(385) 중 적어도 하나는 본 발명의 나노와이어 분산액으로 제조된 투명도전막으로 형성될 수 있다. 따라서, 화소 전극(340)은 전도 영역(341)과 비전도 영역(342)이 형성되어, 전도 영역(341)이 전극으로 작용하고, 비전도 영역(342)이 절연막으로 작용한다. 또한, 공통 전극(385)은 전체 영역이 전도 영역으로 작용한다. 그러므로, 본 발명의 제1 실시예에 따른 액정표시장치에서 화소 전극과 공통 전극을 형성하기 위한 패터닝 공정을 생략함으로써, 소자의 손상을 방지하고 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치는 유기전계발광표시장치일 수 있다. 도 18을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광표시장치(400)는 기판(410) 상에 게이트 전극(415)이 위치하고, 게이트 전극(415) 상에 게이트 전극(415)을 절연시키는 게이트 절연막(420)이 위치한다. 게이트 절연막(420) 상에 게이트 전극(415)과 대응되는 반도체층(425)이 위치하고, 반도체층(425)의 양 측에 소스 전극(430a)과 드레인 전극(430b)이 위치하여 박막트랜지스터(TFT)를 구성한다. 박막트랜지스터(TFT) 상에 평탄화막(435)이 위치하고, 평탄화막(435) 상에 드레인 전극(430b)과 연결되는 화소 전극(440)이 위치한다.

화소 전극(440) 상에 뱅크층(445)이 위치하여, 화소 전극(440)의 일부를 노출시킨다. 화소 전극(440)과 뱅크층(445) 상에 유기 발광층(450)이 위치한다. 유기 발광층(450)은 전자와 정공이 결합하여 빛을 발광하는 층으로, 정공주입층, 정공수송층, 전자수송층 또는 전자주입층을 포함할 수 있다. 유기발광층(450)이 형성된 기판(410) 상에 대향 전극(455)이 위치하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광표시장치(400)가 구성된다.

전술한 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광표시장치에서 화소 전극은 본 발명의 나노와이어 분산액으로 제조된 투명도전막으로 형성될 수 있다. 따라서, 화소 전극(440)은 전도 영역(441)과 비전도 영역(442)이 형성되어, 전도 영역(441)이 전극으로 작용하고, 비전도 영역(442)이 절연막으로 작용한다. 그러므로, 본 발명의 제2 실시예에 따른 유기전계발광표시장치에서 화소 전극을 형성하기 위한 패터닝 공정을 생략함으로써, 소자의 손상을 방지하고 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다.

한편, 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치는 터치소자일 수 있다. 도 19를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치소자(500)는 기판(510)을 사이에 두고 구동전극들(520)과 센싱전극들(530), 이들을 보호하는 보호기판(540)이 위치하여 터치 소자를 구성한다.

구동전극들(520)은 기판(510)의 하면 상에 제1 방향을 따라 연결되도록 형성된다. 예컨대, 구동전극들(520)은 기판(510)의 하면 상에 다이아몬드 패턴과 같이 규칙적인 패턴으로 밀접되도록 형성될 수 있다. 이와 같은 구동전극들(520)은 X 좌표가 동일한 하나의 열에 위치된 구동전극들(520)끼리 서로 연결되도록 형성된 다수의 X 패턴들로 구성될 수 있다. 센싱전극들(530)은 기판(510) 상에 제2 방향을 따라 연결되도록 형성되되, 구동전극들(520)과 중첩되지 않도록 상기 구동전극들(520)과 교호적으로 배치된다. 예컨대, 센싱전극들(530)은 구동전극들(520)과 동일한 다이아몬드 패턴으로 밀접되도록 형성되며, Y 좌표가 동일한 하나의 행에 위치된 센싱전극들(530)끼리 서로 연결되도록 형성된 다수의 Y 패턴들로 구성될 수 있다.

전술한 터치소자(500)는 사람의 손 또는 물체가 보호기판(530) 상부에 접촉되면, 접촉된 위치에서의 구동전극 및 센싱전극(520, 530)의 정전용량의 변화가 전달된다. 그리고, 터치 인식 프로세서 등에 의해 정전용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 의해 접촉위치가 파악되어 표시장치가 작동한다.

이러한 구동전극 및 센싱전극(520, 530)은 전술한 액정표시장치나 유기전계발광표시장치에서 방출되는 빛이 투과할 수 있도록 투명도전물질로 형성되야 한다. 따라서, 터치소자의 구동전극과 센싱전극(520, 530) 중 적어도 하나는 본 발명의 나노와이어 분산액으로 제조된 투명도전막으로 형성될 수 있다. 이에 따라, 구동전극(520)은 전도 영역(521)과 비전도 영역(522)이 형성되며, 전도 영역(521)은 전극으로 작용하고 비전도 영역(522)은 절연막으로 작용한다. 또한, 센싱전극(530)도 전도 영역(531)과 비전도 영역(532)이 형성되며, 전도 영역(531)은 전극으로 작용하고 비전도 영역(532)은 절연막으로 작용한다. 이에 따라, 터치소자에서 센싱전극과 구동전극을 형성하기 위한 패터닝 공정을 생략함으로써, 소자의 손상을 방지하고 제조비용을 절감할 수 있는 이점이 있다..

상기와 같이, 본 발명의 투명도전막은 광의 조사에 따라 전도 영역과 비전도 영역을 형성하여, 패터닝 공정 없이 전극이나 배선들을 제조할 수 있는 이점이 있다. 따라서, 패터닝 공정에 의해 막이 손상되는 것을 방지하여 투명도전막이 형성된 표시장치의 전기적 특성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

또한, 본 발명의 투명도전막의 제조방법은 패터닝 공정이 생략됨으로써, 투명도전막의 제조 공정을 간소화하여 제조비용을 절감하고 생산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

200 : 기판 210 : 바 코터
220 : 투명도전막 조성물 225 : 전도 영역
227 : 비전도 영역 230 : 마스크
232 : 투과부 235 : 차단부

Claims (15)

1. 전도 영역 및 비전도 영역을 포함하는 투명도전막의 제조 방법으로,
   코어, 상기 코어를 감싸는 제1 쉘 및 상기 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘을 포함하는 나노와이어가 분산된 나노와이어 분산액을 준비하는 단계;
   기판 상에 상기 나노와이어 분산액을 코팅하여 코팅층을 형성하는 단계; 및
   상기 코팅층 상에 투과부와 차단부가 형성된 마스크를 정렬하고 광을 조사하여, 광이 조사된 상기 코팅층 영역이 전도 영역으로 형성되고 광이 조사되지 않은 상기 코팅층 영역이 비전도 영역으로 형성되는 단계;를 포함하되,
   상기 전도 영역은,
   상기 광 조사에 의해 적어도 2개의 나노와이어가 교차하는 부분에서 상기 나노와이어의 상기 제1 쉘이 부분적으로 제거되고, 서로 웰딩됨으로써 형성되고,
   상기 비전도 영역은,
   상기 광이 조사되지 않은 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 투명도전막의 제조방법.
   
2. 제1 항에 있어서,
   상기 코어는 구리로 형성되고, 상기 제1 쉘은 구리 산화물로 형성되며, 상기 제2 쉘은 아민계 계면활성제로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명도전막의 제조방법.
   
3. 제1 항에 있어서,
   상기 코어는 은으로 형성되고, 상기 제1 쉘은 PVP로 형성되며, 상기 제2 쉘은 실란계 계면활성제로 형성되는 것을 특징으로 하는 투명도전막의 제조방법.
   
4. 제1 항에 있어서,
   상기 광은 자외선부터 적외선까지의 범위 내의 광인 것을 특징으로 하는 투명도전막의 제조방법.
   
5. 반도체층, 게이트 전극, 소스 전극 및 드레인 전극을 포함하는 TFT 어레이 기판;
   상기 TFT 어레이 기판 상에 위치하는 제1 전극과 제2 전극으로 이루어진 표시소자를 포함하며,
   상기 제1 전극 및 제2 전극 중 적어도 하나는,
   코어, 상기 코어를 감싸는 제1 쉘 및 상기 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘로 이루어진 나노와이어를 포함하는 투명도전막이고,
   상기 투명 도전막은 상기 전도 영역과 비전도 영역을 포함하고,
   상기 전도 영역은,
   광 조사에 의해 적어도 2개의 나노와이어가 교차하는 부분에서 상기 나노와이어의 상기 제1 쉘이 부분적으로 제거되고, 서로 웰딩됨으로써 형성되고,
   상기 비전도 영역은,
   상기 광이 조사되지 않은 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
   
6. 제5 항에 있어서,
   상기 표시소자 상에 제1 방향으로 연장된 구동 전극과 제2 방향으로 연장된 센싱 전극으로 이루어진 터치패널을 더 포함하며,
   상기 구동 전극 및 상기 센싱 전극 중 적어도 하나는 상기 투명도전막으로 이루어진 것을 특징으로 하는 표시장치.
   
7. 제5 항에 있어서,
   상기 코어는 구리로 이루어지고, 상기 제1 쉘은 구리 산화물로 이루어지고, 상기 제2 쉘은 아민계 계면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
   
8. 제5 항에 있어서,
   상기 코어는 은으로 이루어지고, 상기 제1 쉘은 PVP로 이루어지고, 상기 제2 쉘은 실란계 계면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
   
9. 삭제
10. 제5 항에 있어서,
    상기 표시소자는 액정표시소자 및 유기전계발광소자 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표시장치.
    
11. 기판; 및
    상기 기판 상에 위치하며, 코어, 상기 코어를 감싸는 제1 쉘, 및 상기 제1 쉘을 감싸는 제2 쉘로 이루어진 나노와이어를 포함하는 투명도전막으로 이루어지되,
    상기 투명도전막은 전도 영역과 비전도 영역을 포함하고,
    상기 전도 영역은,
    광 조사에 의해 적어도 2개의 나노와이어가 교차하는 부분에서 상기 나노와이어의 상기 제1 쉘이 부분적으로 제거되고, 서로 웰딩됨으로써 형성되고,
    상기 비전도 영역은,
    상기 광이 조사되지 않은 영역에 형성되는 것을 특징으로 하는 표시장치.
    
12. 제 11 항에 있어서,
    상기 투명도전막은,
    상기 기판 상에 형성된 화소전극, 공통전극, 및 터치전극 중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 표시장치.
    
13. 삭제
14. 제11 항에 있어서,
    상기 코어는 구리로 이루어지고, 상기 제1 쉘은 구리 산화물로 이루어지고, 상기 제2 쉘은 아민계 계면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시장치.
    
15. 제11 항에 있어서,
    상기 코어는 은으로 이루어지고, 상기 제1 쉘은 PVP로 이루어지고, 상기 제2 쉘은 실란계 계면활성제로 이루어지는 것을 특징으로 하는 표시장치.

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