KR20170006473A - 전극필름의 제조방법 및 이를 통해 제조된 전극필름 - Google Patents

전극필름의 제조방법 및 이를 통해 제조된 전극필름 Download PDF

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Abstract

본 발명은 전극필름의 제조방법 및 이를 통해 제조된 전극필름에 관한 것이다.

Description

전극필름의 제조방법 및 이를 통해 제조된 전극필름{A method for manufacturing Electrode film and Electrode film manufactured by the same}
본 발명은 전극필름의 제조방법 및 이를 통해 제조된 전극필름에 관한 것이다.
최근에는 플렉시블 디스플레이를 구현하기 위해 유연기판에 전극 회로를 구현하기 위한 기술이 요구되고 있다. 이를 위해 포토리소그래피, 잉크젯프린팅, 스텐실 프린팅 및/또는 그라비아 프린팅 등을 이용한 방법들이 개발되어 왔다.
그 중에서도 용이한 접근 방법으로 유연기판의 음각미세패턴에 잉크를 코팅하고 표면의 잔여물을 제거하는 방법이 있다. 하지만 잉크를 통한 코팅 방식은 전도성 확보를 위해 추가 열소성이 필요하고, 이는 유연기판에 손상을 줄 수 있으며 충진된 잉크의 부피수축을 유발할 수 있다.
또 다른 방법으로, 유연기판의 음각미세패턴에 금속 박막 증착 후 표면 연마를 통해 상단면의 박막을 제거하는 방법을 들 수 있다. 이는 패턴 표면에만 코팅이 되어 유연기판의 음각 미세패턴에 완벽한 충진 형태를 구현하기 어려우며 기계적인 연마공정에 따른 비용 및 공정시간의 많이 소모된다는 문제가 있다. 이 뿐만 아니라, 기존의 방법으로는 유연기판 상에서 1㎛ 이하의 패턴 구현에 기술적인 한계가 있다는 문제가 있다. 특히 음각형 패턴에 금속부가 충진된 매립형 구조의 전극 회로 또는 패턴은 더 복잡하고 어려운 공정으로 기존 공정으로는 아직 상용화되고 있지 못하다.
JP 공개특허 2006-308668
종래기술의 전극 필름 제조방법으로는 추가 열소성이 필요하고, 이는 유연기판에 손상을 줄 수 있으며 충진된 잉크의 부피수축을 유발할 수 있다는 문제점이 있다.
이에, 본 발명은 마이크로 스케일부터 나노스케일까지 전도성 미세패턴을 형성할 수 있는 전극 필름 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
즉, 증착 식각과 같은 진공공정을 사용하지 않고, 용액공정으로 음각미세패턴을 충진하는 전극필름 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 (1) 유연기판의 음각미세패턴이 형성된 면에 촉매용액을 코팅하는 단계; (2) 상기 코팅된 촉매용액과 알루미늄 전구체 용액을 반응시켜 상기 유연기판의 음각미세패턴에 알루미늄 박막을 성장시키는 단계; 및 (3) 상기 성장된 알루미늄 박막을 정리하는 단계;를 포함하는 전극 필름 제조방법을 제공한다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 제조된 전극필름은 상기 유연기판의 음각미세패턴에 알루미늄 층 박막 또는 알루미늄 충진 박막을 포함할 수 있다. 또한, 상기 촉매용액은 Ti(OC3H7)4(티타늄 테트라이소프로폭시드), TiCl3(티타늄(III) 클로라이드), TiCl4(티타늄(IV) 클로라이드), Ti(O-n-C4H9)4(티타늄테트라 부톡사이드), Al3Ti(티타늄 알루미나이드), TiBr4(티타늄 테트라브로마이드), SiCl4(실리콘테트라클로라이드), Ti(OEt)4(티타늄 에톡시드), VOCl3(바나듐옥시트리클로라이드), VOCl2,(바나듐 클로라이드 옥사이드), TiCl2(i-OC3H7)2(티타늄다이클로로이소프로폭시드), Ti(BH4)2·2(OEt2)(티타늄 테트라 하이드로 보레이트 에톡시드), (NH4)2PtCl6(암모늄클로로플라티네이트), Pt(OH)4(플래티늄 하이드록사이드), Pt(NO3)2(플래티늄나이트레이트), Pt(NH3)4(NO3)2(플래티늄 테트라 암모늄 나이트레이트), PtCl4(플래티늄 클로라이드), Pt(C2O4)2(플래티늄 옥살레이트), Pd(NO3)2(팔라듐나이트레이트), Pd(NH3)4(NO3)2(팔라듐 테트라 암모늄 나이트레이트), PdCl2(팔라듐클로라이드), PdC2O4(팔라듐 옥살레이트), Na2PdCl4(팔라듐 소듐 클로라이드) 및 Na2PtCl6(플래티늄 소듐 클로라이드)로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 그리고 상기 알루미늄 전구체는 H3Al:MP, H2Al(BH4):N(Me)3, H2Al(BH4):N(Et)3, H2Al(BH4):MP, H2Al(BH4):MeN(Et)2, H2Al(BH4):(Me)2NEt, 및 H3AlO(C4H9)2으로 이루어진 알렌계(Alane)물질 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 상기 MP는 메틸피롤리딘(methylpyrrolidine), Me는 CH3, Et는 C2H5를, N(Me)3는 트리메틸아민(Tri-Methylamine), N(Et)3는 트리에틸아민(Tri-ethylamine) 및 N(Et)2는 디에틸아민(Di-etylamine)을 각각 나타낸다.
본 발명의 다른 태양은 본 발명의 전극필름 제조방법으로 제조된 전극 필름을 제공한다. 본 발명의 또 다른 태양은 본 발명의 전극필름을 포함하는 태양 전지용 음극판 및 디스플레이를 제공한다.
본 발명은 마이크로 스케일부터 나노스케일까지 전도성 미세패턴을 용이하게 형성하는 전극 필름 제조방법을 제공할 수 있다.
즉, 본 발명은 용액공정으로 핵 생장이 시작되고 면과 평행한 방향(인-플레인(in-plane)방향)으로 결정박막이 되어 자란다. 따라서 입자충진 방식에서 필요로 하는 열소성 과정 없이 전도성이 우수한 박막을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 진공공정을 사용하지 않고, 롤투롤과 같은 연속공정과 결합하여 대면적 및 대량 생산을 용이하게 할 수 있다.
나아가, 용액상에서 박막을 성장시키는 공정이므로, 마이크로 패턴에서 수십나노패턴까지 박막 성장에 제한이 없다. 따라서 전도성 선폭 최소화가 요구되는 전극 소자의 기능성 확대에 기여할 수 있다. 결론적으로 태양전지용 음극판, FPCB 및 OLED조명 보조전극 등으로 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전극 필름 제조방법의 모식도이다.
도 2는 실시예의 전극필름의 표면과, 실시예의 전극필름에서 러빙하지 않은 표면의 비교 SEM 사진이다.
도 3은 실시예의 전극필름을 투과모드와 반사모드로 찍은 현미경 사진이다.
도 4는 실시예의 전극필름 상면 및 단면 SEM사진이다.
도 5는 실시예의 전극필름 및 비교예의 전극필름 표면 비교 SEM사진이다.
이하, 본 발명을 상세하게 설명한다. 하기의 구체적 설명은 본 발명의 일 실시예에 대한 설명이므로, 비록 한정적 표현이 있더라도 특허청구범위로부터 정해지는 권리범위를 제한하는 것은 아니다.
종래기술의 잉크를 이용한 전극 필름 제조방법으로는 추가 열소성이 필요하다. 그리고 유연기판에 손상을 줄 수 있으며, 충진된 잉크의 부피수축을 유발할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 매립형 구조의 전극 필름을 가지기 위해 잉크 코팅 또는 전면 증착 후 상단면의 구조물질을 제거하는 공정을 고려해 볼 수 있다. 그러나 완벽한 충진 형태를 구현하기 어려우며 기계적인 연마공정에 따른 비용 및 공정시간의 많이 소모된다는 문제가 있다. 이뿐만 아니라, 기존의 포토리소그래피 방법으로는 유연기판 상에서 1㎛ 이하의 패턴 구현에 복잡하면서도 기술적인 한계가 있다는 문제가 있다.
이에 본 발명자들은 상기의 문제점을 해결하기 위하여 예의 노력한 바, 용액공정을 사용하여 전극 필름의 음각미세패턴을 매립할 경우, 추가 공정 및 비용 없이 충분한 매립형 전극 필름을 제조할 수 있다는 것을 발견하였다.
본 발명은 유연기판에 음각미세패턴을 형성한 후, 도전성 물질의 하나인 알루미늄을 용액공정으로 성장시켜 미세 전도성 패턴이 형성된 전극 필름 제조방법에 관한 것이다.
즉, 본 발명은 (1) 유연기판의 음각미세패턴이 형성된 면에 촉매용액을 코팅하는 단계; (2) 상기 코팅된 촉매용액과 알루미늄 전구체 용액을 반응시켜 상기 유연기판의 음각미세패턴에 알루미늄 박막을 성장시키는 단계; 및 (3) 상기 성장된 알루미늄 박막을 정리하는 단계;를 포함하는 전극 필름 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 전극 필름 제조방법의 모식도이다. 구체적으로 설명하면, (a) 양각미세패턴의 하드(hard)몰드를 사용하여 투명 고분자 몰드에 임프린트 공정으로 패턴을 복제하고, (b) 패턴이 형성된 투명 고분자 몰드에 알루미늄 박막의 핵 생장을 유도하는 촉매용액을 코팅한다. (c) 그리고 코팅된 투명 고분자 몰드를 알루미늄 전구체 잉크 용액에 담그고, 상온 ~ 140℃에서 반응시켜 알루미늄 박막을 형성한다. 투명 고분자 몰드의 음각미세패턴의 표면을 따라 덮은 형태인 알루미늄 층 박막이 형성되어 있다. (d) 반응 종료 후에는 전구체 잉크 용액의 용매가 완벽히 건조되지 않은 상태에서 투명 고분자 몰드의 표면에서 음각미세 패턴외의 구조물을 러빙(rubbing)을 통해 제거 및 추가로 음각미세 패턴에 알루미늄 박막을 다듬는다. 결과적으로 음각미세패턴외의 표면에 불필요한 알루미늄 박막은 제거되고, 음각미세패턴에 완전이 충진된 알루미늄 충진 박막을 포함하는 전극필름을 제작할 수 있다.
이하 본 발명의 전극 필름 제조방법에 대해 설명한다.
본 발명에서는 상기 유연기판에 음각 미세패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있으며, 통상적으로 사용 가능한 방법으로 수행가능하다. 바람직하게는 임프린트 공정으로 수행할 수 있다. 즉, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 (1)단계 이전에 양각미세패턴이 형성된 하드(hard) 몰드를 사용하여 유연기판에 임프린트 공정으로 음각미세패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다. 일반적으로 음각미세패턴을 유연기판에 형성시키는 방법은 직접적인 각인 방식이 거의 불가능하므로 하드몰드를 이용하여 복제하는 방식을 사용한다. 즉, 상기 임프린트 공정은 각인하는 인쇄공정으로써 복제공정을 의미한다. 예를 들면, 유연기판 상에 임프린트 공정으로, 양각미세패턴이 형성된 하드(hard)몰드 및 고분자 수지 등을 사용하여 음각미세패턴을 형성한다. 그리고 이는 통상적으로 사용 가능한 방법이면 무방하다.
즉, 음각미세패턴이 형성된 유연기판은 유연기판의 일면에 음각미세패턴이 형성된 고분자 수지가 적층되어 있는 형태일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 고분자 수지는 통상적인 고분자 재료를 사용할 수 있고, 바람직하게는 광경화성 고분자 및 열경화성 고분자 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있고, 더욱 바람직하게는 광경화성 고분자일 수 있다. 상기 광경화성 고분자는 폴리올레핀, (메트)아크릴레이트 수지, 우레탄 수지, 에폭시 수지 및 이미드 수지으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 하드몰드는 포토리소그래피, 전자빔(e-beam) 또는 인터피어런스 리소그래피 등의 다양한 방식으로 만들 수 있다.
그리고 본 발명의 상기 유연기판은 통상적으로 사용 가능한 것이면 무방하다. 본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 유연기판은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene terephthalate, PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate, PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Poly(methyl methacrylate), PMMA), 폴리비닐알코올(Polyvinylalcohol, PVA), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate; PEN), 폴리에스테르설폰(polyether sulfone, PES) 및 에틸렌 비닐 아세테이트(Ethylene vinylacetate, EVA)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종이상을 포함하는 플라스틱 기판; 유리 기판; 석영(Quartz) 기판으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 단계에서의 임프린트 공정의 조건은 통상적으로 사용 가능한 것이면 무방하다.
그리고 상기 음각미세패턴은 전도성 면을 형성하기 위한 구조적 디자인에 제한은 없다. 일반적으로 상기 음각미세패턴은 상호 연결된 그물망 구조를 도입할 수 있다. 바람직하게는 상기 음각미세패턴은 메쉬 형태, 보로노이 다이어그램 형태 및 스트라이프 형태 중 선택되는 1종 이상의 형태를 포함할 수 있다.
구체적으로 설명하면, 전도성 기판의 전면방향으로 전도성을 부여하기 위해 점촉점이 있는 구조가 필요할 때에는 그물망 형태인, 메쉬형태 또는 보로노이 형태를 취할 수 있고, 메쉬는 직교하는 형태일 수도 있다. 상기 보로노이 다이어그램 형태는 랜덤한 형상이며, 이방성 전도성 면을 형성하기 위해서는 스트라이프 형태가 바람직할 수 있다.
본 단계에서 유연기판에 형성된 음각미세패턴은 양각미세패턴의 하드몰드에 대응하여 형성된다. 그리고 상기 음각미세패턴의 폭은 제한이 없다. 이는 폭이 넓어지더라도 모아레 현상 및 일정 투과율 수준까지 문제가 되지 않는다면 개구율(선폭과 선간격비)의 비를 같이 조정해서 선폭을 충분히 더 넓게 할 수 있다. 그러나 바람직하게는 투명전극이면서 동시에 모아레(moire) 현상을 회피하기 위해서는 3㎛ 이하, 더욱 바람직하게는 1㎛ 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 음각 미세패턴의 깊이는 50nm ~ 5um이며, 바람직하게는 200 nm ~ 3um 일 수 있다. 만약 상기 음각미세패턴의 깊이가 50 nm 미만이거나, 5um 초과되면, 알루미늄 매립구조물이 효율적으로 구현이 되지 않을 수 있다
본 발명에서는 유연기판과 고분자의 두께는 통상적으로 사용 가능한 것이면 무방하다.
다음 상기 (1)단계에 대해 설명한다.
본 단계는 유연기판의 음각미세패턴이 형성된 표면에 알루미늄 박막의 핵 생성을 위한 촉매용액을 코팅한다. 상기 촉매용액은 음각패턴이 형성된 유연기판 표면 전면에 코팅할 수 있다. 또는 음각미세패턴부에만 코팅할 수 있으며, 음각미세패턴부에만 코팅하기 위해서는 추가적인 단계가 필요할 수 있다.
그리고 본 단계에서 코팅하는 방법은 통상적으로 사용 가능한 방법이면 무방하고, 예를 들면, 스핀 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법 또는 바 코팅법 등을 적용하여 수행할 수 있으며, 바람직하게는 스프레이 코팅법을 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 촉매용액은 Ti(OC3H7)4(티타늄 테트라이소프로폭시드), TiCl3(티타늄(III) 클로라이드), TiCl4(티타늄(IV) 클로라이드), Ti(O-n-C4H9)4(티타늄테트라 부톡사이드), Al3Ti(티타늄 알루미나이드), TiBr4(티타늄 테트라브로마이드), SiCl4(실리콘테트라클로라이드), Ti(OEt)4(티타늄 에톡시드), VOCl3(바나듐옥시트리클로라이드), VOCl2(바나듐 클로라이드 옥사이드), TiCl2(i-OC3H7)2(티타늄다이클로로이소프로폭시드), Ti(BH4)2·2(OEt2) (티타늄 테트라하이드로 보레이트 에톡시드), (NH4)2PtCl6(암모늄클로로플라티네이트), Pt(OH)4(플래티늄 하이드록사이드), Pt(NO3)2(플래티늄나이트레이트), Pt(NH3)4(NO3)2(플래티늄 테트라 암모늄 나이트레이트), PtCl4(플래티늄 클로라이드), Pt(C2O4)2(플래티늄 옥살레이트), Pd(NO3)2(팔라듐나이트레이트), Pd(NH3)4(NO3)2(팔라듐 테트라 암모늄 나이트레이트), PdCl2(팔라듐클로라이드), PdC2O4(팔라듐 옥살레이트), Na2PdCl4(팔라듐 소듐 클로라이드) 및 Na2PtCl6(플래티늄 소듐 클로라이드)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다. 바람직하게는 Ti(OC3H7)4를 포함할 수 있다. 상기 용매는 통상적으로 사용가능한 것이면 무방하다.
다음 상기 (2)단계에 대해 설명한다.
본 단계는 상기 (1) 단계에서 촉매용액이 코팅된 유연기판을 알루미늄 전구체 용액에 담그고, 반응시켜 유연기판의 음각미세패턴에 알루미늄 박막을 형성시킨다. 즉, 본 단계는 촉매용액으로 인해 패턴의 스케일과 상관없이 촉매코팅이 된 면을 따라 알루미늄 박막이 형성될 수 있다. 예를 들어 설명하면, 촉매용액이 전면적으로 코팅되면, 알루미늄도 전면으로 성장하게 된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 상기 알루미늄 전구체 용액의 전체중량백분율에서 상기 알루미늄 전구체는 0.1 ~ 30중량%, 바람직하게는 1 ~ 10중량%포함될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 그리고 나머지 잔량은 용매로 100중량%를 맞출 수 있다. 만약 상기 알루미늄 전구체가 0.1 중량%미만이면, 충분한 박막이 형성되지 못하는 문제가 있을 수 있고, 30중량%를 초과하면 반응 전 침전과 같은 용액의 화학적 안정성에 문제가 있을 수 있다. 상기 알루미늄 전구체는 열처리 등에 의해 알루미늄으로 전환될 수 있는 통상의 화합물일 수 있으며, 바람직하게는 알루미늄 수소화합물 및 알랜(alane) 계열화합물 중 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 예를 들면, H3Al:MP, H2Al(BH4):N(Me)3, H2Al(BH4):N(Et)3, H2Al(BH4):MP, H2Al(BH4):MeN(Et)2, H2Al(BH4):(Me)2NEt, 및 H3AlO(C4H9)2으로 이루어진 알랜(Alane)계열 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 MP는 메틸피롤리딘(methylpyrrolidine), Me는 CH3, Et는 C2H5를, N(Me)3는 트리메틸아민(Tri-Methylamine), N(Et)3는 트리에틸아민(Tri-ethylamine) 및 N(Et)2는 디에틸아민(Di-etylamine)을 각각 나타낸다.
상기 용매는 통상적으로 사용가능한 것이면 무방하다. 바람직하게는 디메틸 에테르(dimethyl ether), 디부틸 에테르(dibutyl ether), 테트라하이드로퓨란(tetrahydrofuran) 및 디옥산(dioxane)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 에테르계 용매; 및 톨루엔; 중 선택되는 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
구체적으로 본 단계의 반응은 알루미늄 전구체 용액 내의 알루미늄 전구체가 알루미늄으로 전환되고, 그 과정에서 알루미늄의 결합도 등이 증가하여 알루미늄 박막이 형성될 수 있다. 본 단계의 반응은 20 ~ 140℃, 바람직하게는 60 ~ 100℃의 온도에서 반응시키며, 온도에 따라 반응속도에 차이가 있다. 그리고 만약 온도가 20℃미만이면, 박막이 천천히 형성되고 박막의 결정의 질이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 140℃를 초과하면 유연기판의 손상의 문제가 있을 수 있다. 즉, 상기의 범위에서 알루미늄 전구체를 알루미늄으로 전환 및 소결을 충분히 유도하면서 알루미늄 박막 내의 기공 등의 발생을 방지할 수 있다. 그리고 반응 시간은 특별히 제한되지 않고, 금속 전구체의 전환 효율 등을 고려하여 온도에 따라 조절될 수 있으나, 바람직하게는 1분 ~ 3시간 동안, 더 바람직하게는 1분 ~ 30분 동안 수행할 수 있다.
그리고 이어지는 박막을 정리하는 단계에서 전극필름은 음각미세패턴에, 알루미늄 층 박막 형태 또는 알루미늄 충진 박막 형태를 포함할 수 있다. 이는 필요에 따라 조절하여 제조될 수 있다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, (3) 상기 성장된 알루미늄 박막을 정리하는 단계;를 포함할 수 있다. 본 발명에서는 상기 (3)단계를 포함함으로써, 유연기판에 불필요하게 형성된 알루미늄 박막을 제거할 수 있다. 이뿐만 아니라, 음각미세패턴에 성장된 알루미늄 박막을 다듬거나, 충진하여 전극 필름을 완성할 수 있다. 즉, 상기 (2) 단계의 반응 종료 후 상온으로 건져내고, 알루미늄 전구체 용액의 용매가 완벽히 건조되지 않은 상태에서, 유연기판의 음각미세패턴외의 표면에 성장한 불필요한 알루미늄 박막을 천으로 러빙(rubbing)하여 제거할 수 있다. 또한, 본 단계를 수행함으로써, 불필요한 알루미늄 박막을 제거할 뿐만 아니라, 유연기판의 음각미세패턴에 알루미늄 입자들이 추가로 충진되면서 더욱 조밀한 알루미늄 박막을 형성할 수도 있다. 보다 구체적으로 설명하면, 용액성장으로 형성된 알루미늄 박막은 건조 전 기판 표면과 완전한 표면결합이 이뤄지지 않아서 쉽게 제거될 수 있다. 따라서 음각미세패턴부를 제외하고 상단면의 표면 박막면은 제거되는 과정에서 음각미세패턴부에 추가적 충진이 이루어진다. 그리고 추가단계로 수행되는 건조단계에서 음각미세패턴부의 내부 또는 표면에 알루미늄 박막이 완벽하게 결합이 되게 된다.
본 발명의 바람직한 일실시예에 따르면, 본 발명에서 제조되는 전극필름은 유연기판의 음각미세패턴에 알루미늄 층 박막 또는 알루미늄 충진 박막을 포함할 수 있고, 바람직하게는 알루미늄 충진 박막을 포함할 수 있다. 상기 알루미늄 층 박막은 유연기판의 음각미세패턴 표면을 따라 덮은 형태를 의미한다. 그리고 상기 알루미늄 충진 박막은 유연기판의 음각미세패턴에 완벽히 충진된 형태를 의미한다.
상기 알루미늄 층 박막 또는 알루미늄 충진 박막은 반응조건, 예를 들어 시간 또는 온도에 따라 조절도 가능하나, 알루미늄 충진 박막은 선폭이 좁을수록 유리할 수 있다. 그러나 동시에 음각부의 깊이도 같이 고려되어야 한다.
한편, 상기 (3)단계 후에는 건조처리 단계를 더 수행할 수 있다. 이를 통해 용액성장으로 형성되는 알루미늄 박막에 잔존하는 용매를 제거할 수 있다. 본 단계를 통해 용매가 완벽히 건조된 후에는 자연산화박막 형성과 함께 유연기판 계면에 상대적으로 높게 존재하는 산소와 알루미늄의 결합으로 유연기판의 표면결합이 단단히 유지되어 분리가 일어나지 않는다.
그리고 추가적으로 상기 (1)단계 및 (2)단계 사이, 상기 (2)단계 및 (3)단계 사이 및/또는 (3)단계 이후에는 건조처리 또는 세척하는 단계를 더 수행할 수 있다. 본 발명에서 건조처리 단계 및/또는 세척하는 단계는 통상적으로 사용 가능한 방법이면 무엇이든 가능하다.
한편 종래기술인 일반적인 입자 충진 방식으로 알루미늄 박막 형성 시에는 열소성 과정이 필요하다.
그러나 본 발명에서는 알루미늄 전구체 용액을 이용한 용액공정을 수행함으로써, 알루미늄 박막의 성장과정은 핵의 생장이 시작되고, 인-플래인(in-plane)방향으로 결정박막이 되어 자란다. 따라서 열소성 과정 없이 전도성이 우수한 박막을 형성하게 된다.
또한, 본 발명의 용액공정을 통해서 알루미늄 박막을 성장시키는 공정은 마이크로 패턴에서 수십나노 나노패턴까지 알루미늄 박막 성장에 제한이 없으므로 전도성 선폭 최소화가 요구되는 메탈메쉬와 같은 투명전극 소자의 기능성 확대에도 적용가능하다.
또한, 본 발명은 진공공정을 사용하지 않고, 롤투롤과 같은 연속공정과 결합하여 대면적 및 대량 생산이 용이하다.
즉, 종래에는 양질의 금속박막 또는 구조물을 제조하기 위해서 전자빔 증착(e-beam evaporation), 스퍼터링(sputtering) 또는 물리화학 증착(physical chemical deposition)등의 진공 증착을 사용한다. 하지만 이러한 공정은 진공 중에서 해야 하고, 증착과정에서 원재료 소스의 손실이 큰 단점이 있다.
따라서 본 발명에는 진공 공정 없이 양질의 알루미늄 박막을 생산하는 용액공정과, 연속공정 생산이 가능한 롤투롤 공정을 결합하여 기능성 필름인 전극필름을 효율적으로 양산할 수 있다.
본 발명의 다른 태양은 본 발명의 전극필름 제조방법으로 제조된 전극필름을 제공한다. 본 발명의 또 다른 태양은 본 발명의 전극 필름을 포함하는 태양전지용 음극판 및 디스플레이를 제공하며, 상기 디스플레이는 FPCB, OLED조명 보조전극 등일 수 있다.
결론적으로 본 발명에서는 알루미늄 전구체 용액을 사용하는 용액공정으로 알루미늄 박막을 형성함으로써, 전극 필름을 제조할 수 있다.
이하 본 발명을 실시예에 기초하여 더욱 상세하게 설명하지만, 하기에 개시되는 본 발명의 실시 형태는 어디까지 예시로써, 본 발명의 범위는 이들의 실시 형태에 한정되지 않는다. 본 발명의 범위는 특허청구범위에 표시되었고, 더욱이 특허 청구범위 기록과 균등한 의미 및 범위 내에서의 모든 변경을 함유하고 있다. 또한, 이하의 실시예, 비교예에서 함유량을 나타내는 "%" 및 "부"는 특별히 언급하지 않는 한 중량 기준이다.
준비예
그리드 간격 40 um x 40 um, 선폭 1 um, 높이 1 um, 유효면적 110 mm x 110 mm인 석영 마스터를 포토리소그래피를 이용하여 양각 메쉬 패턴이 있는 하드 몰드를 제작하였다.
실시예
(1) 미뉴타텍 (Minuta Technology)로부터 구매한 UV-경화용 폴리우레탄 아크릴레이트(PUA)를 상기 준비예에서 제조한 하드 몰드에 스핀코팅으로(500 rpm, 30 초) 도포하였다. 그리고 복제용 필름인 PET 유연 기판을 상부에 올려놓고 라미네이션 (lamination) 후 UV 경화 (90초 노광, 기판 분리 후 90초 추가 노광)하여 분리하였다. 그 후, 100um PET필름 위에, 음각미세패턴(선폭 1 um, 높이 1 um)이 형성된 5um PUA 레진 경화층이 적층된 필름기판을 얻었다.
(2) 톨루엔인 용매인 용액에 티타늄 테트라이소프로폭시드(Titanium isopropoxide, Ti(OC3H7)4)의 농도가 2 ul/ml인 촉매용액을 제조하였다. 그리고 상기 음각미세패턴이 형성된 유연기판에 상기 촉매 용액을 스핀코터를 이용하여 20초동안 1500 rpm으로 코팅시켰다. 코팅된 기판은 70℃에서 5분 동안 건조시켜 톨루엔을 제거하였다.
(3) 배스(bath)에 디부틸에테르(Dibutyl ether) 용매인 용액에 3중량%인 메틸피롤리딘 알란(methylpyrrolidine alane) 알루미늄 전구체 용액을 붓고 80℃ 될 때까지 가열하였다. 그리고 촉매를 코팅 건조한 유연기판을 침지시켰다. 기판을 담근 후 수초 이내에 박막소성이 시작되었고, 5분 후, 상기 유연기판 표면에 약 200 nm 두께의 알루미늄 결정상을 가지는 박막성장이 완료되었다.
(4) 그리고 이 기판을 디부틸에테르(dibutyl ether)를 이용하여 세척한 후 상온에서 약 10분간 건조시켰다. 일부 용매가 건조된 후, 부드러운 천을 이용하여 러빙(rubbing)으로 최상단면의 알루미늄 박막을 제거하고 1시간 정도 추가 건조하여 최종 알루미늄 매립구조물이 형성된 전극 필름을 얻었다.
비교예
실시예와 동일하게 제작된 PUA 복제 필름에 전자빔 증착(e-beam evaporator)을 이용하여 150 nm 알루미늄을 증착하였다. 증착 후 실시예와 같이 천을 이용하여 rubbing을 시도하였다.
실험예 1
상기 실시예에서 제조한 전극필름을 SEM을 사용하여 관찰하였고, 도 2에 나타내었다.
도 2는 실시예의 전극필름의 표면이고, 동일 기판 상에서 실시예의 전극필름에서 러빙하지 않은 표면과, 실시예의 전극필름에서 러빙한 부분의 표면을 확대하여 찍은 이미지이다.
도 2를 통해서 러빙(rubbing)후 유연기판의 최상단면의 알루미늄 박막이 완전히 제거되고, 알루미늄 박막의 메시(mesh)만이 남아 있음을 확인할 수 있다.
실험예 2
상기 실시예에서 제조한 전극필름에서 러빙한 표면을 올림푸스 광학현미경(BX51M)을 사용하여 현미경의 투과와 반사모드를 관찰하였고, 도 3에 나타내었다.
도 3의 (a)는 5배 투과모드, (b)는 100배 투과모드 및 (c)는 100배에서 반사모드의 사진이다. 도 3의 사진으로 실시예로 제조된 전극필름의 전면적의 음각미세패턴에 알루미늄 박막이 동시에 형성되고 메쉬부의 끊어짐과 같은 결함이 발견되지 않았다.
실험예 3
상기 실시예에서 제조한 전극필름의 상면인 표면 및 단면을 SEM을 사용하여 관찰하였고, 도 4에 나타내었다.
도 4의 (a) 및 (b)는 전극필름을 러빙하지 않은 상면 및 단면이다. 전극필름의 전체를 덮고 있는 알루미늄 박막과 음각미세패턴에도 알루미늄 박막이 형성되어있다. 도 4의 (c) 및 (d)는 러빙한 전극필름의 상면 및 단면이다. 최상단면의 알루박막이 제거되고 러빙(rubbing)과정으로 추가적인 알루미늄 충진이 일어나면서 오목부의 패턴이 완벽히 채워지고 평탄하게 충진된 형태를 가진다.
실험예 4
상기 실시예 및 비교예에서 제조한 전극필름의 표면을 SEM을 사용하여 관찰하였고, 도 5에 나타내었다.
도 5의 (a)는 실시예의 전극필름을 러빙한 표면이고, (b)는 비교예의 전극필름의 표면이다.
도 5에서 확인되는 바와 같이, 비교예에서는 수직 벽면 박막의 손상이 발견되었고, 완벽한 충진도 일어나지 못함을 확인할 수 있다. (선폭 1um, 깊이 1 um)

Claims (9)

  1. (1) 유연기판의 음각미세패턴이 형성된 면에 촉매용액을 코팅하는 단계;
    (2) 상기 코팅된 촉매용액과 알루미늄 전구체 용액을 반응시켜 상기 유연기판의 음각미세패턴에 알루미늄 박막을 성장시키는 단계; 및
    (3) 상기 성장된 알루미늄 박막을 정리하는 단계;를 포함하는 전극 필름 제조방법.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 제조된 전극필름은
    상기 유연기판의 음각미세패턴에 알루미늄 층 박막 또는 알루미늄 충진 박막을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 필름 제조방법.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 (1)단계 이전에 양각미세패턴이 형성된 하드(hard)몰드를 사용하여 유연기판에 임프린트 공정으로 음각미세패턴을 형성하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 필름 제조방법.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 음각미세패턴은 메쉬 형태, 보로노이 다이어그램 형태 및 스트라이프 형태 중 선택되는 1종이상의 형태를 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 필름 제조방법.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 음각미세패턴의 깊이는 50nm ~ 5um인 것을 특징으로 하는 전극 필름 제조방법.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 촉매용액은 Ti(OC3H7)4(티타늄테트라이소프로폭시드), TiCl3(티타늄(III) 클로라이드), TiCl4(티타늄(IV) 클로라이드), Ti(O-n-C4H9)4(티타늄테트라 부톡사이드), Al3Ti(티타늄 알루미나이드), TiBr4(티타늄 테트라브로마이드), SiCl4(실리콘테트라클로라이드), Ti(OEt)4(티타늄 에톡시드), VOCl3(바나듐옥시트리클로라이드), VOCl2(바나듐클로라이드옥사이드), TiCl2(i-OC3H7)2(티타늄다이클로로이소프로폭시드), Ti(BH4)2·2(OEt2) (티타늄테트라하이드로 보레이트 에톡시드), (NH4)2PtCl6(암모늄클로로플라티네이트), Pt(OH)4(플래티늄하이드록사이드),Pt(NO3)2(플래티늄나이트레이트), Pt(NH3)4(NO3)2(플래티늄테트라암모늄나이트레이트), PtCl4(플래티늄클로라이드), Pt(C2O4)2(플래티늄옥살레이트),Pd(NO3)2(팔라듐나이트레이트), Pd(NH3)4(NO3)2(팔라듐 테트라 암모늄 나이트레이트), PdCl2(팔라듐클로라이드), PdC2O4(팔라듐 옥살레이트), Na2PdCl4(팔라듐소듐클로라이드) 및 Na2PtCl6(플래티늄 소듐 클로라이드)으로 이루어진 군 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 필름 제조방법.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미늄 전구체 용액의 전체중량백분율에서 상기 알루미늄 전구체는 0.1 ~ 30중량%포함되는 것을 특징으로 하는 전극 필름 제조방법.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미늄 전구체는 알루미늄 수소화합물 및 알랜(alane) 계열화합물 중 선택되는 1종 이상을 포함 하는 것을 특징으로 하는 전극 필름 제조방법.
  9. 청구항 1에 있어서,
    상기 알루미늄 전구체는 H3Al:MP, H2Al(BH4):N(Me)3, H2Al(BH4):N(Et)3, H2Al(BH4):MP, H2Al(BH4):MeN(Et)2, H2Al(BH4):(Me)2NEt 및 H3AlO(C4H9)2으로 이루어진 알랜(Alane)계열 화합물 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전극 필름 제조방법.
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