KR20170072012A - 전도성 유연 기판과 그 제조방법 - Google Patents

전도성 유연 기판과 그 제조방법 Download PDF

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KR20170072012A
KR20170072012A KR1020150180329A KR20150180329A KR20170072012A KR 20170072012 A KR20170072012 A KR 20170072012A KR 1020150180329 A KR1020150180329 A KR 1020150180329A KR 20150180329 A KR20150180329 A KR 20150180329A KR 20170072012 A KR20170072012 A KR 20170072012A
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Abstract

전도성 유연 기판과 그 제조방법에 관한 것으로, 유연 기판; 및 유연 기판 내에 함입되어 있는 전도성 배선;을 포함하고, 상기 전도성 배선은 전도성 마이크로 와이어, 및 전도성 나노 와이어를 포함하는 것인 전도성 유연(flexible) 기판을 제공한다.

Description

전도성 유연 기판과 그 제조방법{CONDUCTIVE FLEXIBLE SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}
전도성 유연 기판과 그 제조방법에 관한 것이다.
최근 플렉서블(Flexible)한 특성을 갖는 전기 전자 장치, 예컨대, 플렉서블 디스플레이, 태양전지, 면조명, e-페이퍼, 플렉서블 이차전지 및 터치패널이 미래 유망 기술 분야로 각광받고 있다.
플렉서블한 특성을 갖는 전기 전자 장치를 구현하기 위해서, 투명하면서 낮은 저항을 갖는 투명 전극을 포함한 유연 기판을 제조하는 기술이 필수적으로 요구된다.
현재 실질적으로 적용 가능한 투명 전극으로는 인듐-주석산화물(ITO)이 대표적이다. 그러나 ITO를 포함한 산화물계 투명전극은 금속에 비해 저항이 높아 소자의 면적이 커지게 되면 성능이 급격히 감소된다.
이에, 이러한 문제를 보완하기 위한 기술 개발이 필요한 실정이다.
빛 투과도가 좋고, 저저항의 투명 전극을 갖는 전도성 유연 기판 및 그 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 구현예는, 유연 기판; 및 유연 기판 내에 함입되어 있는 전도성 배선;을 포함하고, 상기 전도성 배선은 전도성 마이크로 와이어, 및 전도성 나노 와이어를 포함하는 것인 전도성 유연(flexible) 기판을 제공한다.
상기 전도성 마이크로 와이어의 평균 직경은 1 내지 200 um인 것일 수 있다.
상기 전도성 나노 와이어의 평균 직경은 1 내지 500nm인 것일 수 있다.
상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어의 면적은, 전체 투명전극 면적의 5 내지 20% 인 것일 수 있다.
상기 유연 기판의 두께는 1.2 um 내지 1 mm 인 것일 수 있다.
상기 전도성 마이크로 와이어는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금; 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 나노 파이버, 전고성 고분자 또는 이들의 조합; 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 또는 이들의 조합; 인 것일 수 있다.
상기 전도성 나노 와이어는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금; 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 나노 파이버, 또는 이들의 조합; 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 또는 이들의 조합; 인 것일 수 있다.
상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어, 또는 상기 전도성 나노 와이어는 직선, 곡선, 웨이브, 또는 용수철 형태인 것일 수 있다.
상기 유연 기판은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀고분자(COP), 사이클로올레핀코고분자(COC), 디시클로펜타디엔고분자(DCPD), 시클로펜타디엔고분자(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지, 폴리우레탄 (PU), 폴리우레탄아크릴레이트 (PUA), 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는, 기판을 준비하는 단계; 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 및 상기 기판과 고분자 층을 분리시키는 단계; 를 포함하고, 상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계;의 상기 전도성 배선은, 전도성 마이크로 와이어와 전도성 나노 와이어가 혼합된 것인 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법을 제공한다.
상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어의 평균 직경은 1 내지 200 um인 것일 수 있다.
상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 상기 전도성 배선의 상기 전도성 나노 와이어의 평균 직경은 1 내지 500nm인 것일 수 있다.
상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어의 면적은, 전체 투명전극 면적의 5 내지 20% 인 것일 수 있다.
상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금; 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 나노 파이버, 전도성 고분자, 또는 이들의 조합; 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 또는 이들의 조합; 인 것일 수 있다.
상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 상기 전도성 배선의 상기 전도성 나노 와이어는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금; 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 나노 파이버, 또는 이들의 조합; 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 또는 이들의 조합; 인 것일 수 있다.
상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어, 또는 상기 전도성 나노 와이어는 직선, 곡선, 웨이브, 또는 용수철 형태인 것일 수 있다.
상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 의 상기 고분자 층의 두께는 1.2 um 내지 1 mm 인 것일 수 있다.
상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 상기 코팅은 프린팅, 전기도금, 진공증착, 열증착, 스퍼터링, 전자빔 증착, 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있다.
상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 의 상기 코팅은 닥터블레이딩(doctor blading), 바코팅(bar coating), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 마이크로 그라비아 코팅(micro gravure), 임프린팅 (imprinting), 잉크젯 프린팅(injet pringting), 스프레이(spray) 코팅, 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있다.
상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 의 상기 경화는, 열 경화, 자외선 경화, 습기 경화, 마이크로 웨이브 경화(microwave), 적외선(IR) 경화, 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있다.
상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 의 상기 고분자 층은,폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀고분자(COP), 사이클로올레핀코고분자(COC), 디시클로펜타디엔고분자(DCPD), 시클로펜타디엔고분자(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지, 폴리우레탄 (PU), 폴리우레탄아크릴레이트 (PUA), 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
본 발명이 제공하는 전도성 유연 기판 제조방법의 또 다른 일 구현예로, 상기 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법은, 기판상에 희생층을 코팅하는 단계를 포함하는 유연(flexible) 기판의 제조 방법으로서, 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층을 코팅하는 단계; 상기 희생층 상부에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 상기 금속 배선이 형성된 희생층 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 및 상기 기판과 고분자 층 사이에 존재하는 희생층을 물 또는 유기 용매에 용해시키거나, 광분해시켜 제거하여, 상기 기판과 고분자 층을 분리시키는 단계; 를 포함하고, 상기 희생층 상부에 전도성 배선을 코팅하는 단계의 상기 전도성 배선은, 전도성 마이크로 와이어와 전도성 나노 와이어가 혼합된 것일 수 있다.
상기 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층을 코팅하는 단계; 의 상기 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자는,폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 글라이콜, 카르복시메틸셀룰로오스, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층을 코팅하는 단계; 의 상기 광분해성 고분자는,폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 또는 감광성 고분자(포토레지스트, PR), 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.
상기 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층을 코팅하는 단계; 의 상기 희생층의 두께는 100 내지 5000nm 인 것일 수 있다.
상기 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층을 코팅하는 단계; 의 상기 코팅은 스핀코팅, 딥 코팅, 닥터블레이딩, 슬릿코팅, 잉크젯 프린팅, 임프린팅, 또는 이들의 조합으로 수행되는 것일 수 있다.
빛 투과도가 좋고, 저저항의 투명 전극을 갖는 전도성 유연 기판 및 그 제조방법을 제공한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예의 전도성 유연 기판의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예의 전도성 유연 기판의 제조 방법의 모식도이다.
도 3은 도 2의 전도성 유연 기판의 제조 방법과는 다른, 본 발명의 일 구현예의 전도성 유연 기판의 제조 방법의 모식도이다.
도 4는 마이크로/나노 와이어가 함께 함입된 전도성 유연기판을 사용하여 제조한 OLED 소자의 발광 테스트 결과 사진이다.
도 5는 나노 와이어만 함입된 전도성 유연기판을 사용하여 제조한 OLED 소자의 발광 테스트 결과 사진이다.
도 6은 마이크로 와이어만 함입된 전도성 유연기판을 사용하여 제조한 OLED 소자의 발광 테스트 결과 사진이다.
도 7은 마이크로 와이어만 함입된 전도성 유연기판을 사용하여 제조한 OLED 소자와 마이크로/나노 와이어가 함께 함입된 전도성 유연기판을 사용하여 제조한 OLED 소자의 발광 테스트 결과를 설명하는 그림이다.
이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
도 1은 본 발명의 일 구현예의 전도성 유연 기판(100)의 모식도이다.
본 발명의 일 구현예는, 유연 기판(6); 및 유연 기판(6) 내에 함입되어 있는 전도성 배선; 을 포함하고, 상기 전도성 배선은 전도성 마이크로 와이어(3), 및 전도성 나노 와이어(4)를 포함하는 것인 전도성 유연(flexible) 기판을 제공한다.
이러한 전도성 유연 기판(100)은, 마이크로 굵기의 와이어와 나노 굵기 와이어의 혼합 구조의, 평탄하고 저저항의 투명 전극을 포함한다. 마이크로 와이어와 나노 와이어가 혼합된 경우, 마이크로 와이어가 주전류를 수송하고, 나노 와이어가 전류를 소자 전반에 고르게 퍼트리는 역할을 한다. 일반적으로, 마이크로 와이어로 구성된 전극은 1ohm/sqr. 의 저항을 갖는데, 이는 나노 와이어로 구성된 전극의 저항(10ohm/sqr. 이상)의 1/10 수준이다. 이에, 두 와이어가 혼합된 경우 나노 와이어에 의해 소자 전반에 고르게 전류를 퍼트릴 수 있으면서도, 나노 와이어만으로 구성된 전극에 비해 1/10 이하의 저항을 갖게 된다.
그리고, 나노 와이어가 마이크로 와이어 사이의 빈 부분을 메워주어, 전극 또는 소자에 필요한 전류나 발생하는 열을 잘 분산시키는 역할을 한다. 또한 내부에서 생성된 빛이 나노와이어에 의해 무작위로 반사가 일어나 빛 산란 효과도 얻을 수 있다. 이로 인해 발광 소자 내부의 빛을 외부로 추출하는 광 추출 효율을 늘릴 수 있고, 태양전지에 있어서도 반사율을 줄일 수가 있어 흡수할 수 있는 빛이 많아진다. 이는 결국 소자 효율의 향상으로 이어진다.
상기 전도성 마이크로 와이어(3)의 면적은 전체 투명전극 면적의 5 내지 20% 인 것일 수 있다. 보다 구체적으로 10 내지 20%일 수 있다. 이러한 함량 범위 내인 경우 저저항 및 고투과도 얻어낼 수 있다.
상기 전도성 마이크로 와이어(3)의 평균 직경은 1 내지 200um인 것일 수 있다.
상기 전도성 마이크로 와이어(3)는 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금; 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 나노 파이버, 전도성 고분자 또는 이들의 조합; 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 또는 이들의 조합; 인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 전도성 마이크로 와이어(3)는 일정한 패턴으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 전도성 마이크로 와이어는 라인 또는 격자 형태, 물결 형태 등의 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 다양한 패턴 적용을 통해 전기적 손실을 최소화하거나, 전극의 신축성을 높일 수 있다. 또한, 전도성 마이크로 와이어는 용도에 따라 다양한 두께를 섞어 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어 신축가능한 패턴을 위해 물결형태의 패턴을 활용하거나, 전기적 효과를 최대화하기 위해 버스 바와 같은 좀 더 두꺼운 배선과 혼합하여 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 전도성 마이크로 와이어는 1 내지 20mm의 내접원 둘레를 갖는 육각형 형태로 배치된 것일 수 있고, 보다 더 구체적으로 5 내지 20mm의 내접원 둘레를 갖는 육각형 형태, 10 내지 20mm의 내접원 둘레를 갖는 육각형 형태로 배치된 것일 수 있다. 다만, 배선의 모양은 다양하게 조절될 수 있으며 상기와 같은 모양에 한정되는 것은 아니다.
상기 전도성 나노 와이어(4)의 평균 직경은 1 내지 500nm인 것일 수 있다.
상기 전도성 나노 와이어(4)는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금; 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 나노 파이버, 또는 이들의 조합; 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 또는 이들의 조합; 인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 전도성 마이크로 와이어(3), 또는 전도성 나노 와이어(4)는 직선, 곡선, 웨이브, 또는 용수철 형태인 것일 수 있다. 다만 평탄하고 저저항의 투명 전극을 구성할 수 있는 형태이면 다른 형태도 가능하고, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 유연 기판(5)의 두께는 1.2 um 내지 1 mm인 것일 수 있다.
상기 유연 기판(5)은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀고분자(COP), 사이클로올레핀코고분자(COC), 디시클로펜타디엔고분자(DCPD), 시클로펜타디엔고분자(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지, 폴리우레탄 (PU), 폴리우레탄아크릴레이트 (PUA) 또는 이들의 조합인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
도 2에서 나타내고 있는 것과 같이, 본 발명의 또 다른 일 구현예는, 기판(1)을 준비하는 단계; 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층(5)을 제조하는 단계; 및 상기 기판(1)과 고분자 층(5)을 분리시키는 단계; 를 포함하고, 상기 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계;의 상기 전도성 배선은, 전도성 마이크로 와이어(3)와 전도성 나노 와이어(4)가 혼합된 것인 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법을 제공한다.
상기 기판(1)은 종이, 유리기판, 금속기판, 플라스틱 기판 등을 사용할 수 있으며, 기판의 재질에 관계없이 모든 기판을 사용할 수 있다.
상기 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 는 프린팅, 전기도금, 진공증착, 열증착, 스퍼터링, 전자빔 증착, 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층(5)을 제조하는 단계; 의 코팅은, 닥터블레이딩(doctor blading), 바코팅(bar coating), 스핀코팅(spin coating), 딥코팅(dip coating), 마이크로 그라비아 코팅(micro gravure), 임프린팅 (imprinting), 잉크젯 프린팅(inkjet pringting), 스프레이(spray) 코팅, 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층(5)을 제조하는 단계; 의 경화는, 열 경화, 자외선 경화, 습기 경화, 마이크로 웨이브 경화(microwave), 적외선(IR) 경화, 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 전도성 배선의 전도성 마이크로 와이어(3)의 평균 직경은 1 내지 200 um인 것일 수 있다.
상기 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 전도성 배선의 전도성 마이크로 와이어(3)는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금; 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 나노 파이버, 전도성 고분자 또는 이들의 조합; 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 또는 이들의 조합; 일 수 있다.다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 전도성 마이크로 와이어(3)는 일정한 패턴으로 형성될 수 있다. 구체적으로, 전도성 마이크로 와이어는 라인 또는 격자 형태, 물결 형태 등의 다양한 패턴으로 형성될 수 있다. 다만 이에 한정하는 것은 아니고, 다양한 패턴 적용을 통해 전기적 손실을 최소화하거나, 전극의 신축성을 높일 수 있다. 또한, 전도성 마이크로 와이어는 용도에 따라 다양한 두께를 섞어 사용하는 것이 가능하다. 예를 들어 신축가능한 패턴을 위해 물결형태의 패턴을 활용하거나, 전기적 효과를 최대화하기 위해 버스 바와 같은 좀 더 두꺼운 배선과 혼합하여 사용할 수 있다. 보다 구체적으로, 전도성 마이크로 와이어는 1 내지 20mm의 내접원 둘레를 갖는 육각형 형태로 배치된 것일 수 있고, 보다 더 구체적으로 5 내지 20mm의 내접원 둘레를 갖는 육각형 형태, 10 내지 20mm의 내접원 둘레를 갖는 육각형 형태로 배치된 것일 수 있다.다만, 배선의 모양은 다양하게 조절될 수 있으며 상기와 같은 모양에 한정되는 것은 아니다.
상기 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 전도성 배선의 전도성 나노 와이어(4)의 평균 직경은 1 내지 500nm인 것일 수 있다.
상기 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 전도성 배선의 전도성 나노 와이어(4)는, 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 백금(Pt), 니켈(Ni) 등의 금속 또는 이들의 합금; 카본 나노튜브, 그래핀, 카본 나노 파이버, 또는 이들의 조합; 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO), 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO), 또는 이들의 조합; 인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 전도성 배선은, 상기 전도성 마이크로 와이어(3)의 면적은 전체 투명전극 면적의 5 내지 20% 인 것일 수 있다. 보다 구체적으로 10 내지 20%일 수 있다. 이러한 함량 범위 내인 경우 저저항 및 고투과도 얻어낼 수 있다.
상기 기판(1)상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의 전도성 배선의 전도성 마이크로 와이어(3), 또는 전도성 나노 와이어(4)는 직선, 곡선, 웨이브, 또는 용수철 형태인 것일 수 있다. 다만 평탄하고 저저항의 투명 전극을 구성할 수 있는 형태이면 다른 형태도 가능하고, 이에 제한하는 것은 아니다.
상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층(5)을 제조하는 단계; 의 고분자 층의 두께는 1.2 um 내지 1 mm인 것일 수 있다.
상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층(5)을 제조하는 단계; 의 고분자 층은, 폴리에틸렌 테레프탈레이트 (PET), 폴리에틸렌 설폰(PES), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리이미드 (PI), 에틸렌비닐아세테이트(EVA), 아몰포스폴리에틸렌테레프탈레이트(APET), 폴리프로필렌테레프탈레이트(PPT), 폴리에틸렌테레프탈레이트글리세롤(PETG),폴리사이클로헥실렌디메틸렌테레프탈레이트(PCTG), 변성트리아세틸셀룰로스(TAC), 사이클로올레핀고분자(COP), 사이클로올레핀코고분자(COC), 디시클로펜타디엔고분자(DCPD), 시클로펜타디엔고분자(CPD), 폴리아릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리다이메틸실론세인(PDMS), 실리콘수지, 불소수지, 변성에폭시수지, 폴리우레탄 (PU), 폴리우레탄아크릴레이트 (PUA) 또는 이들의 조합인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 일 구현예는 도 3과 같이, 기판상에 희생층을 코팅하는 단계를 포함하는 것으로서 기판(1)상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층(2)을 코팅하는 단계; 상기 희생층(2) 상부에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 상기 금속 배선이 형성된 희생층(2) 상부에 경화성 고분자(5)를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층(5)을 제조하는 단계; 및 상기 기판(1)과 고분자 층(5) 사이에 존재하는 희생층(2)을 물 또는 유기 용매에 용해시키거나, 광분해시켜 제거하여, 상기 기판(1)과 고분자 층(5)을 분리시키는 단계; 를 포함하고, 상기 희생층 상부에 전도성 배선을 코팅하는 단계;의 전도성 배선은, 전도성 마이크로 와이어(3)와 전도성 나노 와이어(4)가 혼합된 것인 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법일 수 있다.
상기 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법은 기판의 제거를 용이하게 하기 위하여 기판 상에 희생층을 코팅하는 단계를 추가적으로 포함하는 제조 방법이다. 희생층의 생성 유무만 상이할 뿐, 상기 언급한 전도성 배선에 관한 설명, 고분자층의 코팅 방법 등 모든 설명이 본 제조 방법에도 적용될 수 있음은 물론이다. 이에 이와 관련한 자세한 설명은 생략하고, 희생층 생성 단계에 대해 이하 자세히 설명한다.
상기 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층(2)을 코팅하는 단계; 의 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자는, 폴리비닐알코올, 폴리에틸렌 글라이콜, 카르복시메틸셀룰로오스, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층(2)을 코팅하는 단계; 의 광분해성 고분자는 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 또는 감광성 고분자(포토레지스트, PR), 또는 이들의 조합인 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층(2)을 코팅하는 단계; 의 코팅은 스핀코팅, 딥 코팅, 닥터블레이딩, 슬릿코팅, 잉크젯 프린팅, 임프린팅, 또는 이들의 조합으로 수행되는 것일 수 있다. 다만, 이에 한정하는 것은 아니다.
상기 기판상에 물 또는 유기용매에 가용성인 고분자, 또는 광분해성 고분자로 이루어지는 희생층(2)을 코팅하는 단계; 의 희생층의 두께는 100 nm 내지 5000 nm 인 것일 수 있다. 보다 구체적으로 100 내지 3000nm, 300 내지 2500 nm, 500 내지 1500nm일 수 있다. 희생층의 두께가 너무 두꺼운 경우 제거하기 어려운 문제가 발생할 수 있다. 희생층의 두께가 너무 얇은 경우 희생층이 균일하게 깔리지 않는 문제가 발생할 수 있다.
이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1
먼저, 유리기판을 아세톤과 이소프로필알콜을 이용하여 세정한 후, 기판 표면을 친수성으로 개질하기 위하여 O2 플라즈마 처리(공정조건: 1 sccm의 O2 가스, 10 mTorr의 공정 압력, 500W의 DC power에서 300 초간 처리)를 실시하였으며, 증류수에 10 중량%의 농도를 가진 폴리비닐알콜 (PVA, 분자량: 90,000~120,000, 99%, Sigma-Aldrich)을 10 중량%의 농도로 첨가하여 폴리비닐알콜 용액을 제조한 후, 이를 상기 유리 기판상에 스핀코팅 공정(1000 rpm으로 60초 수행)을 통하여 코팅하였다. 코팅이 완료된 후 90 ℃의 hot-plate에서 5분간 열처리하여 약 700 nm 두께의 희생층을 형성하였다.
Gravure Offset 프린팅 장비를 이용하여 상기 형성된 희생층 상부로 Ag paste(silver nano paste DGP, 나노신소재(ANP))를 코팅함으로써 40 um의 선폭 및 20 mm의 내접원 둘레를 가지는 육각형의 Ag 배선을 형성하였고, 형성된 배선을 200 ℃의 온도인 hot-plate에서 1시간 열처리하였다. 열처리 후 Ag 배선의 두께는 약 1 ~ 4 um를 나타내었다.
이어서 Spray 장비를 이용하여, 상기 형성된 희생층/Ag 배선 상부로 0.1 wt%로 분산된 은나노와이어 용액을(나노픽시스) 200 ul/min의 유량, 기판-노즐 거리 100 mm의 조건에서 스프레이 코팅을 수행하였다.
다음으로, 형성된 배선 상부로 자외선 경화성(UV-curable) 폴리머(NOA74: Norland Optical Adhesives 74)를 닥터블레이딩 (Doctor blading) 방법을 이용하여 일정한 두께를 가지는 액체상태의 막으로 코팅하였으며, 365 nm 파장의 자외선을 조사하여 경화시킴으로써 2 ~ 400 um 두께를 가지는 고분자 층을 제조하였다.
이후, 상기 고분자 층이 제조된 기판을 물에 침지시켜 희생층을 물에 녹여 제거함으로써, 제조된 고분자 층과 기판을 분리하였다.
실시예 2
10 mm의 내접원 둘레를 가지는 육각형의 마이크로 Ag 배선을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 전도성 유연 기판을 제조하였다.
실시예 3
5 mm의 내접원 둘레를 가지는 육각형의 마이크로 Ag 배선을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 전도성 유연 기판을 제조하였다.
실시예 4
1 mm의 내접원 둘레를 가지는 육각형의 마이크로 Ag 배선을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 전도성 유연 기판을 제조하였다.
비교예
비교예 1
마이크로 Ag 배선의 형성 없이, 은 나노와이어만을 코팅한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 전도성 유연 기판을 제조하였다.
비교예 2
40 um의 선폭 및 5 mm의 내접원 둘레를 가지는 육각형의 마이크로 Ag 배선만을 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 같은 방법으로 전도성 유연 기판을 제조하였다.
실험예
실험예 1 : 빛 투과도 및 면저항 측정
- 빛 투과도 : UV-Vis-NIR Spectrophotometer (Cary 5000, Varian) 장비를 사용해 200 ~ 800 nm 파장의 범위에서 파장 별로 투과도를 측정하였다.
- 면저항 : 4-point-probe (MCP-T600, Mitsubishi Chemical Corporation)을 사용하여 면저항을 측정하였다.
상기 빛 투과도 및 면저항 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
마이크로/나노와이어가 함께 함입된 기판(실시예 1 내지 실시예 4)는 나노와이어만 함입된 기판(비교예 1)과 비교하여 비슷한 투과도를 유지하면서 매우 낮은 면저항을 보였다. 면저항이 낮은 경우, 태양전지나 OLED 등에 적용하였을 시 전기적인 손실이 줄어드는 이점이 있다.
마이크로 와이어만 함입된 기판(비교예 2)은 마이크로/나노 와이어가 함입된 기판(실시예)과 유사한 면저항 및 투과도를 보였다.
상기와 같은 결과는, 저항이 주로 마이크로 와이어에 의존하기 때문이다.
실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 비교예 1 비교예 2
빛 투과도(%) 93.9 92.6 89.7 78.4 95.3 94.1
면저항(Ω/□) 6.4 5.9 4.1 0.73 213 4.8
실험예 2 : OLED 발광 테스트
실시예 1, 비교예 1 및 비교예 2의 기판을 이용하여 10 mm x 10 mm의 OLED 소자를 제작하였다. 상기 제작된 기판상 PEDOT:PSS (poly(3,4-ethylenedioxythiophene) polystyrene sulfonate) (Clevios P)를 이소 프로필 알코올에 1:2 부피비로 희석한 후 기판 상 2000 rpm의 속도로 스핀코팅을 수행하였다. 그리고 Super yellow (PDY-132, Merck)를 chlorobenzene에 0.7 wt%로 녹인 용액을 2000 rpm의 속도로 스핀코팅을 수행하여 발광층을 형성하였다. 이어서 상부 전극으로는 lithium fluoride 1 nm, 알루미늄 100 nm를 진공 증착 공정을 통해 형성하여 OLED 소자를 완성하였다. 상기 제조된 OLED 소자는 Kiethley 2400 I-V Source를 이용하여 일정한 전압을 가하였고, 그에 따라 발광되는 정도를 확인하였다.
테스트 결과는 도 4 내지 도 6에 나타내었고, 도 4는 실시예 1의 기판을 사용하여 제작한 OLED 소자의 발광 테스트 결과이고, 도 5는 비교예 1의 기판을 사용하여 제작한 OLED 소자의 발광 테스트 결과이고, 도 6은 비교예 2의 기판을 사용하여 제작한 OLED 소자의 발광 테스트 결과이다.
도 4 내지 도 6에서 알 수 있듯이, 마이크로/나노와이어가 함께 함입된 기판(실시예 1)을 사용하여 제조한 OLED 소자의 경우 나노와이어만 함입된 기판(비교예 1)을 사용하여 제조한 OLED 소자 및 마이크로 와이어만 함입된 기판(비교예 2)을 사용하여 제조한 OLED 소자에 비하여 같은 전압에서 밝은 모습을 보이고, 균일도 또한 높음을 확인할 수 있다.
마이크로 와이어만 함입된 기판(비교예 2)은 상기 실험예 1의 결과와 같이 면저항 및 투과도는 마이크로/나노와이어가 함께 함입된 기판(실시예 1)와 비슷하나, 이를 이용한 OLED 소자의 발광 테스트 결과는 열악하였다. 이는, 도 7과 같이, 마이크로 와이어만 함입된 기판은 전류가 소자 전체에 균일하게 퍼지지 못하기 때문이다. 마이크로/나노와이어가 함께 함입된 기판은 마이크로 배선을 타고 온 전류가 나노와이어를 통해 소자에 균일하게 퍼질 수 있다.
즉, 나노 와이어가 전류를 소자에 균일하게 퍼트려주는 역할을 수행하여, 마이크로/나노와이어가 함께 함입된 기판은 낮은 면저항 및 높은 투과도를 갖으면서도, 높은 발광효과를 가질 수 있다.
본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 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.
100 : 전도성 유연 기판 1 : 기판
2 : 희생층 3 : 전도성 마이크로 와이어
4 : 전도성 나노 와이어 5 : 고분자 층
6: 유연기판

Claims (10)

  1. 유연 기판; 및
    유연 기판 내에 함입되어 있는 전도성 배선;
    을 포함하고, 상기 전도성 배선은 전도성 마이크로 와이어, 및 전도성 나노 와이어를 포함하는 것인 전도성 유연(flexible) 기판.
  2. 제 1항에서,
    상기 전도성 마이크로 와이어의 평균 직경은 1 내지 200 um인 것인 전도성 유연(flexible) 기판.
  3. 제 1항에서,
    상기 전도성 나노 와이어의 평균 직경은 1 내지 500nm인 것인 전도성 유연(flexible) 기판.
  4. 제 3항에서,
    상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어의 면적은, 전체 투명전극 면적의 5 내지 20% 인 것인 전도성 유연(flexible) 기판.
  5. 제 4항에서,
    상기 유연 기판의 두께는 1.2 um 내지 1 mm 인 것인 전도성 유연(flexible) 기판.
  6. 기판을 준비하는 단계;
    기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계;
    상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 및
    상기 기판과 고분자 층을 분리시키는 단계;
    를 포함하고,
    상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계;의 상기 전도성 배선은, 전도성 마이크로 와이어와 전도성 나노 와이어가 혼합된 것인 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법.
  7. 제 6항에서,
    상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의
    상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어의 평균 직경은 1 내지 200 um인 것인 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법.
  8. 제 6항에서,
    상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의
    상기 전도성 배선의 상기 전도성 나노 와이어의 평균 직경은 1 내지 500nm인 것인 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법.
  9. 제 6항에서,
    상기 기판상에 전도성 배선을 코팅하는 단계; 의
    상기 전도성 배선의 상기 전도성 마이크로 와이어의 면적은, 전체 투명전극 면적의 5 내지 20% 인 것인 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법.
  10. 제 6항에서,
    상기 금속 배선이 형성된 기판 상부에 경화성 고분자를 코팅시키고 경화시켜 금속 배선이 함몰된 고분자 층을 제조하는 단계; 의
    상기 고분자 층의 두께는 1.2 um 내지 1 mm 인 것인 전도성 유연(flexible) 기판의 제조 방법.
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