KR20170103563A - 배리어 필름 및 전자 소자 - Google Patents
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Abstract
하나 또는 복수 개의 서브 층으로 이루어지는 유기물 층, 그리고 복수 개의 금속 산화물 나노시트로 이루어지는 금속산화물 나노시트 층을 포함하고, 상기 유기물 층 내 적어도 하나의 서브 층은 양전하를 띠는 배리어 필름; 그리고 상기 배리어 필름을 포함하는 전자 소자에 관한 것이다.
Description
배리어 필름 및 전자 소자에 관한 것이다.
액정 표시 장치 및 유기 발광 장치와 같은 전자 소자는 수증기나 산소 등의 침투로 인한 성능 저하를 막기 위해 배리어 필름을 포함한다. 배리어 필름으로서, SiOx 또는 Al2O3와 같은 무기재료를 진공증착방식으로 코팅하여 제조된 예가 있다. 그러나, 진공증착방식은 장비의 제한이 따르고 제조비용이 높아질 수 있다. 한편, 유기 폴리머 재료만을 사용하여 배리어 필름을 제조한 예가 있으나, 이 경우 기계적 물성이 취약하다는 한계가 있다.
근래, 유기 및 무기재료를 함께 적용한 유무기 하이브리드 형태의 배리어 필름을 개발하려는 움직임이 있다. 이러한 유무기 하이브리드 배리어 필름은 코팅 횟수를 줄이면서도 우수한 산소 투과도 값을 확보하는 것이 중요하다.
일 구현예는 코팅 횟수가 적어 얇은 두께를 가지면서도 동시에 우수한 산소 투과도 특성을 확보할 수 있는 배리어 필름을 제공한다.
다른 구현예는 상기 배리어 필름을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
일 구현예에 따르면, 하나 또는 복수 개의 서브 층으로 이루어지는 유기물 층, 그리고 복수 개의 금속산화물 나노시트로 이루어지는 금속산화물 나노시트 층을 포함하고, 상기 유기물 층 내 적어도 하나의 서브 층은 양전하를 띠는 배리어 필름을 제공한다.
상기 금속산화물 나노시트는 하기 화학식 1로 표현되는 금속 산화물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
MxOy
상기 화학식 1에서,
M은 전이금속이고,
O는 산소이고,
x와 y는 M과 O의 화학양론적 비율(stoichiometric ratio)이다.
상기 M은 티타늄(Ti), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 또는 이들의 조합일 수 있다.
상기 하나의 금속산화물 나노시트는 10 nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 금속산화물 나노시트 층에서 상기 복수 개의 금속 산화물 나노시트가 적층되어 있을 수 있다.
상기 금속산화물 나노시트 층은, 음전하를 띠고 상기 유기물 층의 양전하를 띠는 서브 층의 바로 위에 위치할 수 있다.
상기 유기물 층은 양전하를 띠는 서브 층, 그리고 음전하를 띠는 서브 층이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다.
상기 양전하를 띠는 서브 층은 Poly(allylamine hydrochloride (PAH), Poly(diallyldimethylammonium chloride)(PDDA), Polyethylenimine (PEI), Poly-L-Lysine hydrochloride, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 음전하를 띠는 서브 층은 Poly(anetholesulfonic acid, sodium salt), Poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS), Poly(vinyl sulfate, potassium salt), Poly(vinylphosphonic acid, sodium salt), Poly(acrylic acid, sodium salt) (PAA), 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
상기 배리어 필름은 음전하를 띠는 기판을 더 포함하고, 상기 기판의 바로 위에 상기 유기물 층의 양전하를 띠는 서브 층이 위치할 수 있다.
상기 배리어 필름은 상기 유기물 층 및 상기 금속산화물 나노시트 층으로 이루어진 단위 구조를 복수 개 포함할 수 있다.
상기 하나의 금속산화물 나노시트의 크기는 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터일 수 있다.
상기 금속산화물 나노시트 층은 100 nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
상기 배리어 필름은 1,000 nm 이하의 두께를 가질 수 있다.
다른 일 구현예에 따르면, 상기 배리어 필름을 포함하는 전자 소자를 제공한다.
상기 전자소자는 평판 표시 장치, 터치 패널 스크린, 태양 전지, e-윈도우, 또는 트랜지스터일 수 있다.
배리어 특성을 확보하면서도 적용 공정이 용이하고 소정 수준 이상의 투명도를 가지는 배리어 필름을 제공할 수 있다.
도 1은 일구현예에 따른 배리어 필름의 단면을 모식적으로 나타낸 것이고,
도 2는 다른 일 구현예에 따른 유기발광장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 실시예 1에서 합성된 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 의 형상을 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이고,
도 4는 상기 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 의 XRD 그래프이고,
도 5는 상기 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 층상 구조를 모식적으로 나타내는 도면이고,
도 6 내지 9는 실시예 1에 따른 배리어 필름의 제조공정 중 금속산화물 나노시트 층이 형성되는 과정을 보여주는 SEM 사진이고,
도 10은 실시예 1에서 제조된 배리어 필름의 단면을 보여주는 SEM 사진이다.
도 2는 다른 일 구현예에 따른 유기발광장치를 개략적으로 도시한 단면도이고,
도 3은 실시예 1에서 합성된 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 의 형상을 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이고,
도 4는 상기 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 의 XRD 그래프이고,
도 5는 상기 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 층상 구조를 모식적으로 나타내는 도면이고,
도 6 내지 9는 실시예 1에 따른 배리어 필름의 제조공정 중 금속산화물 나노시트 층이 형성되는 과정을 보여주는 SEM 사진이고,
도 10은 실시예 1에서 제조된 배리어 필름의 단면을 보여주는 SEM 사진이다.
이하, 본 발명의 구현예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 구현예에 한정되지 않는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
또한, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이하 일 구현예에 따른 배리어 필름을 도 1을 참고하여 설명한다.
도 1은 일 구현예에 따른 배리어 필름의 단면을 모식적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참고하면, 배리어 필름(100)은 기판(110), 유기물 층(120) 및 금속산화물 나노시트 층(130)을 포함한다.
유기물 층(120)은 유기재료로 이루어지며, 상기 유기재료는 예컨대 유기 폴리머를 포함할 수 있다. 유기물 층(120)은 복수 개의 서브 층(121, 122)으로 이루어질 수 있고 단일 층으로 이루어질 수도 있다.
일 예로 유기물 층(120)이 단일 층일 경우, 즉 유기물 층(120)이 하나의 서브 층으로 이루어질 경우, 해당 층은 양전하를 띤다. 일 예로 유기물 층(120)이 복수 개의 서브 층으로 이루어질 경우, 적어도 하나의 서브 층은 양전하를 띤다. 예를 들어, 도 1에서 이격된 두 개의 서브 층(121)은 양전하를 띨 수 있다.
금속산화물 나노시트 층(130)은 복수 개의 금속산화물 나노시트(131)로 이루어진 층으로, 금속산화물 나노시트(131)는 나노미터 수준의 두께를 가지는 판상의 금속산화물을 의미한다.
예를 들어, 금속산화물 나노시트 층(130)은 복수 개의 금속산화물 나노시트(131)가 수평 방향으로 복수 개 배열된 형태일 수 있다. 예를 들어, 금속산화물 나노시트 층(130)은 복수 개의 금속산화물 나노시트(131)가 수평 방향으로 복수 개 배열되고, 동시에 수직방향으로 적층되어 있는 형태일 수 있다. 이 때, 적층 수는 10층 이하 수준으로 조절할 수 있다.
예를 들어, 하나의 금속산화물 나노시트(131)는 약 10 nm 이하의 두께를 가지며, 예컨대 약 1 nm 내지 10 nm의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 하나의 금속산화물 나노시트(131)는 서브 마이크로미터 내지 수백 마이크로미터의 크기를 가질 수 있고, 예컨대 약 0.1 마이크로미터 내지 1,000 마이크로미터의 크기를 가질 수 있다. 여기서 '크기'란 최장 가로길이를 의미한다. 이와 같이, 금속산화물 나노시트 층(130)을 형성하는 개개의 금속산화물 나노시트(131)가 마이크로미터 수준의 가로 길이를 가짐으로써, 같은 면적을 커버(cover)하기 위해 소요되는 금속산화물 나노시트(131)의 수를 저감시킬 수 있다. 이에 따라, 금속산화물 나노시트(131) 간의 계면이 줄어들어, 가스 투과(gas transmission)를 막는 데 유리할 수 있다.
예를 들어, 금속산화물 나노시트(131)는 하기 화학식 1로 표현되는 금속 산화물을 포함할 수 있다.
[화학식 1]
MxOy
상기 화학식 1에서,
M은 전이금속이고,
O는 산소이고,
x와 y는 M과 O의 화학양론적 비율(stoichiometric ratio)이다.
예를 들어, 상기 M은 티타늄(Ti), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 또는 이들의 조합일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
금속산화물 나노시트 층(130)은 유기물 층(120) 위에 위치하며, 음전하를 띨 수 있다. 예를 들어, 금속산화물 나노시트 층(130)은 유기물 층(120)의 양전하를 띠는 서브 층(121)의 바로 위에 위치할 수 있다. 이 경우 음전하를 띠는 금속산화물 나노시트 층(130)와 양전하를 띠는 유기물 층(121)의 사이에 정전기력이 발생하여 배리어 층 내 층간 결합을 더욱 공고히 할 수 있다.
예를 들어, 상술한 유기물 층(120)은 양전하를 띠는 서브 층(121), 그리고 음전하를 띠는 서브 층(122)이 교대로 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 경우, 유기물 층(120) 내의 서브 층(121, 122) 간에 정전기력이 발생하여 배리어 층 내 층간 결합을 더욱 공고히 할 수 있다.
도 1에서는 양전하를 띠는 서브 층(121), 음전하를 띠는 서브 층(122), 및 양전하를 띠는 서브 층(121)으로 이루어진 3층의 서브 층으로 이루어진 유기물 층(120)을 도시하였으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예컨대 5층 또는 7층의 서브 층으로 구성된 유기물 층(120)의 설계도 가능하다.
유기물 층(120)의 양전하를 띠는 서브 층(121)을 형성하는 유기재료로는 예컨대 Poly(allylamine hydrochloride (PAH), Poly(diallyldimethylammonium chloride)(PDDA), Polyethylenimine (PEI), Poly-L-Lysine hydrochloride, 또는 이들의 조합을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 양이온을 제공할 수 있는 유기물 전해질 재료라면 양전하를 띠는 서브 층(121)의 재료로서 사용될 수 있다.
유기물 층(120)의 음전하를 띠는 서브 층(122)을 형성하는 유기재료로는 예컨대 Poly(anetholesulfonic acid, sodium salt), Poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS), Poly(vinyl sulfate, potassium salt), Poly(vinylphosphonic acid, sodium salt), Poly(acrylic acid, sodium salt) (PAA), 또는 이들의 조합을 들 수 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 음이온을 제공할 수 있는 유기물 전해질 재료라면 양전하를 띠는 서브 층(122)의 재료로서 사용될 수 있다.
기판(110)은 고내열성을 가진 고분자로 이루어질 수 있으며, 예컨대 폴리이미드, 폴리아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리아릴레이트, 폴리에테르이미드, 폴리에테르술폰, 트리아세트산 셀룰로오스, 폴리염화 비닐리덴, 폴리불화 비닐리덴, 에틸렌-비닐알코올 공중합체 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다.
기판(110)은 전하를 띠도록 소정의 표면 처리가 가해질 수 있다. 예를 들어, 기판(110)의 표면에 코로나(corona) 처리를 가하여 기판(110) 위에 적층되는 유기물 층(120) 간의 결합 특성을 높일 수 있다.
기판(110)은 예컨대 음전하를 띨 수 있다. 예를 들어, 기판(110)의 바로 위에 유기물 층(120)의 양전하를 띠는 서브 층(121)이 위치할 수 있다. 이 경우, 기판(110)과 양전하를 띠는 서브 층(121) 사이에 정전기력이 발생하여 배리어 층 내 층간 결합을 더욱 공고히 할 수 있다.
배리어 필름(100)은 유기물 층(120) 및 금속산화물 나노시트 층(130)을 하나의 단위 구조로 하며, 기판(110) 위에 상기 단위 구조를 하나 또는 복수 개 적층시킬 수 있다. 도 1에서, 상기 단위 구조의 적층 수는 3개로 도시되었으나, 배리어 필름의 두께, 광 투과도(Transnittance) 또는 산소 투과도(Oxygen Transmission Rate, OTR) 등을 고려하여 상기 단위 구조의 적층 수를 선택할 수 있다.
한편, 배리어 필름(100)의 두께는 예컨대 약 1,000 nm 이하로 할 수 있으며, 예컨대 약 수 nm 내지 수백 nm 의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 유기물 층(120)의 두께는 약 100nm 이하로 할 수 있으며, 예컨대 약 수nm 내지 수십nm 의 두께를 가질 수 있다. 예를 들어, 금속산화물 나노시트 층(130)의 두께는 약 100 nm 이하로 할 수 있으며, 예컨대 약 1 nm 내지 50 nm 의 두께를 가질 수 있다.
일 구현예에 따른 배리어 필름은 약 100nm 이하의 두께에서 약 90% 이상의 광 투과도 및 50cc/m2·day·atm 이하의 산소투과도를 확보할 수 있다.
한편, 유기물 층(120) 및 금속산화물 나노시트 층(130)은 용액 공정에 의해 코팅될 수 있다. 유기물 층(120) 및 금속산화물 나노시트 층(130)은 예컨대 딥 코팅, 스프레이 코팅, 슬릿 코팅, 잉크젯 코팅 등의 방법으로 코팅될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 구현예에 따른 배리어 필름은 유기물 층과 소정의 금속산화물을 함유하는 무기물 층을 교대로 코팅함으로써 고가의 비용을 들이지 않고 우수한 배리어 특성을 나타낼 수 있다. 일 구현예에 따른 배리어 필름은 유기 재료만을 코팅한 배리어 필름과 비교하여 코팅 막 두께와 코팅 횟수를 줄일 수 있고, 무기 재료만을 코팅한 배리어 필름과 비교하여 용액공정에 의하여 코팅이 가능하므로 고가의 증착장비가 불요하여 공정상 이점이 있다. 또한, 일 구현예에 따른 배리어 필름은 무기재료로서 소정의 금속산화물 나노시트를 사용함으로써, 클레이(clay)의 일종인 몬모릴로나이트(montmorillonite, MMT)를 사용한 배리어 필름과 비교하여 적층 수를 적게 하면서도 우수한 배리어 특성을 얻을 수 있다.
상술한 배리어 필름은 다양한 전자 소자에 적용될 수 있다. 상기 전자 소자는 예컨대 액정표시장치, 유기발광장치와 같은 평판 표시 장치, 터치 패널 스크린, 태양 전지, e-윈도우, 또는 트랜지스터일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 배리어 필름은 양자점 디스플레이에 적용될 수 있다.
이하 상기 전자 소자의 일 예로, 상기 배리어 필름을 적용한 유기 발광 장치에 대하여 도면을 참고하여 설명한다.
도 2는 일 구현예에 따른 유기 발광 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2를 참고하면, 일 구현예에 따른 유기 발광 장치는 기판(10), 배리어 층(20), 유기발광소자(30), 그리고 봉지층(40)을 포함한다.
기판(10)은 예컨대 유리와 같은 무기 물질 또는 폴리카보네이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리아미드, 폴리에테르술폰 또는 이들의 조합과 같은 유기 물질, 실리콘웨이퍼 등으로 만들어질 수 있다.
배리어 층(20)은 상술한 바와 같고 기판(10) 위에 위치하여 전자소자로 수분이나 가스가 침투하는 것을 방지한다.
유기발광소자(30)는 배리어 층(20) 위에 위치하며, 하부 전극(31), 상부 전극(33), 그리고 하부 전극(31)과 상부 전극(33) 사이에 개재되는 발광층(32)을 포함한다.
하부 전극(31)과 상부 전극(33) 중 하나는 캐소드(cathode)이고 다른 하나는 애노드(anode)이다. 예컨대 하부 전극(31)은 애노드이고 상부 전극(33)은 캐소드일 수 있다.
하부 전극(31)과 상부 전극(33) 중 적어도 하나는 투명 전극이며, 하부 전극(31)이 투명 전극인 경우 기판(10) 측으로 빛을 내는 배면 발광(bottom emission)일 수 있으며 상부 전극(33)이 투명 전극인 경우 기판(10)의 반대 측으로 빛을 내는 전면 발광(top emission)일 수 있다. 또한 하부 전극(31) 및 상부 전극(33)이 모두 투명 전극인 경우 기판(10) 측 및 기판(10)의 반대 측으로 양면 발광할 수 있다.
발광층(32)은 적색, 녹색, 청색의 삼원색 등 기본색(primary color) 중 어느 하나의 빛을 고유하게 내는 유기 물질 또는 유기 물질과 무기 물질의 혼합물로 만들어지며, 예컨대 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, (폴리)파라페닐렌비닐렌((poly)paraphenylenevinylene) 유도체, 폴리페닐렌(polyphenylene) 유도체, 폴리플루오렌(polyfluorene) 유도체, 폴리비닐카바졸(polyvinylcarbazole), 폴리티오펜(polythiophene) 유도체 또는 이들의 고분자 재료에 페릴렌(perylene)계 색소, 쿠마린(cumarine)계 색소, 로더민계 색소, 루브렌(rubrene), 페릴렌(perylene), 9,10-디페닐안트라센(9,10-diphenylanthracene), 테트라페닐부타디엔(tetraphenylbutadiene), 나일 레드(Nile red), 쿠마린(coumarin), 퀴나크리돈(quinacridone) 등을 도핑한 화합물이 포함될 수 있다. 유기 발광 장치는 발광층에서 내는 기본색 색광의 공간적인 합으로 원하는 영상을 표시한다.
발광층(32)은 적색, 녹색, 청색의 삼원색 등 기본색들의 조합에 의해 백색 발광할 수 있으며, 이 때 색의 조합은 이웃하는 서브화소들의 색을 조합하여 백색 발광할 수도 있고 수직 방향으로 적층된 색을 조합하여 백색 발광할 수도 있다.
유기 발광 소자(30) 위에는 산소나 수분 등의 침투를 방지하기 위하여 유기발광소자(30)를 덮는 봉지층(40)이 위치한다. 봉지층(40)의 재료 및 형성 방법은 당해 분야에서 공지된 것이라면 특별한 제한 없이 사용될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 구체적인 실시예들을 제시한다. 다만, 하기에 기재된 실시예들은 본 발명을 구체적으로 예시하거나 설명하기 위한 것에 불과하며, 이로써 본 발명이 제한되어서는 아니된다.
배리어
필름의 제조
실시예
1
(1)
유기물 층의
형성
PET 기판을 준비한 후, 상기 PET 기판의 표면에 코로나(corona) 처리를 실시하여 기판 표면이 음전하를 띠도록 한다. 상기 PET 기판 위에 양전하를 띠는 유기물 층의 형성을 위해 PEI 용액을 코팅하고, 그 상부에 음전하를 띠는 유기물 층의 형성을 위해 PAA 용액을 코팅하고 다시 그 위에 양전하를 띠는 유기물 층인 PEI 용액을 코팅하여 3층의 유기물 층을 형성한다. 상기 PEI 용액은 분자량 25,000 g/mol인 PEI 0.1wt%를 DI water에 분산시킨 후 1M HCl 용액을 이용하여 pH를 10으로 조절한다. 상기 PAA 용액은 분자량 100,000 g/mol인 PAA 0.2wt%를 DI water에 분산시킨 후 1M NaOH용액을 이용하여 pH를 4로 조절한다. 이 때, 이 때 각각의 층은 용액에 기판을 담지하여 딥 코팅(dip coating)을 실시한다. 코팅시간은 각 층 마다 1분이고, 각 층의 코팅 후 건조공정을 실시한다.
(2) 금속산화물 나노시트의 합성
플럭스(flux)법을 이용하여 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 및 K2MoO4의 2개의 상을 합성한 후 물에 용해 가능한 플럭스인 K2MoO4를 제거하여 TiO2 나노시트를 합성한다.
먼저, TiO2, K2Co3, Li2Co3, 및 MoO3의 원료분말을 몰비 1.73:1.67:0.135:1.27에 의거하여 혼합한 후 열처리를 실시한다. 상기 열처리는 1100℃에서 12시간 유지한 후 다시 850℃까지 83.3시간 동안 서냉시키면서 단결정이 성장하도록 한다. 열처리 후 플럭스를 제거하고 얻어지는 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 상을 얻는다.
도 3은 합성된 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 의 형상을 보여주는 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 사진이다. 도 3을 참고하면, K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4은 층상구조를 가짐을 알 수 있다. 또한, 합성된 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 의 결정구조를 확인하기 위해 X선 회절 분석(X-ray diffraction, XRD)을 수행한다. 도 4는 상기 합성된 K0.8Ti1.73Li0.27O4 의 XRD 그래프이다. 도 4를 참고하면, 소량의 (130) 피크가 존재하기는 하지만 전체적으로 (020) 플레인을 가지는 단결정이 잘 형성되었음을 확인할 수 있다.
도 5는 상기 합성된 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 층상 구조를 모식적으로 나타낸 도면이다. 도 5를 참고하면, K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 층상구조는 층간에 포타슘(potassium)이 개재되어 있다. 따라서, 포타슘을 수소로 대체하는 과정을 거치고, 그 후 다시 크기가 큰 Tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH)로 대체하여 층간 분리를 유도하여 TiO2 나노시트를 얻는다.
먼저, 1M HCl 용액 1L당 K0 .8Ti1 .73Li0 .27O4 분말 25g의 비율로 HCl 용액에 담지하여 3일동안 유지하면서 HCl 용액을 하루마다 새 것으로 교체한다. 상기 과정이 끝나면 충분한 양의 물을 부어주면서 필터링을 실시하여 HCl을 완전히 제거하고 다시 분말을 수득하여 건조시킨다. 마지막으로 앞서 수득한 분말 0.8g과 Tetrabutylammonium hydroxide (TBAOH) 0.73g을 DI water 200ml에 넣고 10일 이상 유지하면서 Ti0 .87O2의 조성을 가지는 TiO2 나노시트로 박리되도록 한다. 이렇게 제조된 TiO2 나노시트 분산 용액은 유기물인 TBAOH를 제거하는 투석(dialysis) 과정에서 조금 더 묽어지므로 최종적으로 약 0.2wt% 정도의 농도를 가지게 된다.
(3) 금속산화물 나노시트 층의 형성
상기 (1)에서 얻어진 유기물 층 위에 상기 (2)에서 얻어진 TiO2 나노시트 분산 용액을 딥 코팅 방식에 의해 코팅한다. 코팅시간은 10분으로 조절한다. 상기 과정을 거쳐, PET/코로나(C)처리/(PEI/PAA/PEI/TiO2)1의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다.
도 6 내지 9는 실시예 1에 따른 배리어 필름의 제조공정 중 금속산화물 나노시트 층이 형성되는 과정을 보여주는 SEM 사진이다. 도 6 내지 9를 참고하면, 유기물 층 위에 금속산화물 나노시트들이 코팅되어 있음을 확인할 수 있다. 도 9는 최종적으로 형성된 금속산화물 나노시트 층의 SEM 사진이다. 도 9를 참고하면, 유기물 층 위에 형성된 나노시트들의 크기는 대체로 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 정도에 분포함을 알 수 있다. 도 10은 실시예 1에서 제조된 배리어 필름의 단면을 보여주는 SEM 사진이다. 도 10을 참고하면, (PEI/PAA/PEI/TiO2)1 의 층상구조를 포함하는 배리어 필름이 형성되었음을 확인할 수 있다.
실시예
2
유기물 층 및 금속산화물 나노시트 층으로 이루어지는 단위 구조의 형성을 3차례 반복하여 3층의 단위 구조를 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PEI/PAA/PEI/TiO2)3의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다.
실시예
3
PDDA 용액을 사용하여 유기물 층을 단일 층으로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PDDA/TiO2)1의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다. 상기 PDDA 용액은 분자량 100,000 내지 200,000 g/mol인 PDDA 2.0wt%를 DI water에 분산시킨 후 1M HCl 용액을 이용하여 pH를 9로 조절한다.
실시예
4
유기물 층 및 금속산화물 나노시트 층으로 이루어지는 단위 구조의 형성을 3차례 반복하여 3층의 단위 구조를 형성한 것을 제외하고는 실시예 3과 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PDDA/TiO2)3의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다.
실시예
5
양전하를 띠는 유기물 층을 형성하기 위해 PEI 용액 대신 PDDA 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PDDA/PAA/PDDA/TiO2)1 의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다. 상기 PDDA 용액은 분자량 100,000 내지 200,000 g/mol인 PDDA 2.0wt%를 DI water에 분산시킨 후 1M HCl 용액을 이용하여 pH를 9로 조절한다.
실시예
6
유기물 층 및 금속산화물 나노시트 층으로 이루어지는 단위 구조의 형성을 3차례 반복하여 3층의 단위 구조를 형성한 것을 제외하고는 실시예 5와 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PDDA/PAA/PDDA/TiO2)3 의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다.
실시예
7
양전하를 띠는 유기물 층을 형성하기 위해 PEI 용액 대신 PDDA 용액을 사용하고, 음전하를 띠는 유기물 층을 형성하기 위해 PAA 용액 대신 PSS 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PDDA/PSS/PDDA/TiO2)1의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다. 상기 PDDA 용액은 분자량 100,000 내지 200,000 g/mol인 PDDA 2.0wt%를 DI water에 분산시킨 후 1M HCl 용액을 이용하여 pH를 9로 조절한다. 상기 PSS 용액은 분자량 70,000 g/mol인 PSS 0.2wt%를 DI water에 분산시킨 후 1M NaOH용액을 이용하여 pH를 4로 조절한다.
실시예
8
유기물 층 및 금속산화물 나노시트 층으로 이루어지는 단위 구조의 형성을 3차례 반복하여 3층의 단위 구조를 형성한 것을 제외하고는 실시예 7와 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PDDA/PSS/PDDA/TiO2)3 의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다.
실시예
9
유기물 층 및 금속산화물 나노시트 층으로 이루어지는 단위 구조의 형성을 5차례 반복하여 5층의 단위 구조를 형성한 것을 제외하고는 실시예 7와 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PDDA/PSS/PDDA/TiO2)5 의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다.
실시예
10
음전하를 띠는 유기물 층을 형성하기 위해 PAA 용액 대신 PSS 용액을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PEI/PSS/PEI/TiO2)1의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다. 상기 PSS 용액은 분자량 70,000 g/mol인 PSS 0.2wt%를 DI water에 분산시킨 후 1M NaOH용액을 이용하여 pH를 4로 조절한다.
실시예
11
유기물 층 및 금속산화물 나노시트 층으로 이루어지는 단위 구조의 형성을 3차례 반복하여 3층의 단위 구조를 형성한 것을 제외하고는 실시예 10와 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PEI/PSS/PEI/TiO2)3 의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다.
실시예
12
유기물 층 및 금속산화물 나노시트 층으로 이루어지는 단위 구조의 형성을 5차례 반복하여 5층의 단위 구조를 형성한 것을 제외하고는 실시예 10와 동일하게 하여, PET/코로나(C)처리/(PEI/PSS/PEI/TiO2)5 의 층상구조를 가지는 배리어 필름을 얻는다.
평가 1: 산소 투과도(Oxygen Transmission Rate,
OTR
)
실시예 1 내지 12에서 제조된 배리어 필름의 산소 투과도 특성을 평가한다. 산소 투과도는 MOCON (Minneapolis, MN)사에서 제조한 Oxtran 2/21 ML instrument를 이용하여 ASTM D-3985에 의거하여 측정한다.
평가 2: 광 투과도(Transmittance)
실시예 1 내지 12에서 제조된 배리어 필름, 그리고 실시예 1에서 사용한 배어 PET 필름(bare PET flim)의 광 투과도 특성을 평가한다. 광 투과도(Transmittance)는 NIPPON DENSHOKU사에서 제조한 Haze Meter NDH 7000SP를 이용하여 측정한다.
상기 평가 1 및 2의 결과는 표 1과 같다.
| 구성 | Transnittance (%) |
OTR (cc/m2·day·atm) |
|
| 참조예 1 | PET film | 92.7 | - |
| 실시예 1 | PET/C/(PEI/PAA/PEI/TiO2)1 | 92.26 | 2.2 |
| 실시예 2 | PET/C/(PEI/PAA/PEI/TiO2)3 | 89.72 | 0.38 |
| 실시예 3 | PET/C/(PDDA/TiO2)1 | 92.53 | 19.0 |
| 실시예 4 | PET/C/(PDDA/TiO2)3 | 91.17 | 6.0 |
| 실시예 5 | PET/C/(PDDA/PAA/PDDA/TiO2)1 | 92.35 | 15.5 |
| 실시예 6 | PET/C/(PDDA/PAA/PDDA/TiO2)3 | 89.83 | 1.8 |
| 실시예 7 | PET/C/(PDDA/PSS/PDDA/TiO2)1 | 92.47 | 20.1 |
| 실시예 8 | PET/C/(PDDA/PSS/PDDA/TiO2)3 | 90.72 | 6.6 |
| 실시예 9 | PET/C/(PDDA/PSS/PDDA/TiO2)5 | 88.21 | 5.0 |
| 실시예 10 | PET/C/(PEI/PSS/PEI/TiO2)1 | 92.77 | 20.1 |
| 실시예 11 | PET/C/(PEI/PSS/PEI/TiO2)3 | 90.78 | 2.4 |
| 실시예 12 | PET/C/(PEI/PSS/PEI/TiO2)5 | 90.65 | 1.9 |
(표 1에서, PET/C는 배어 PET 필름의 표면을 코로나 처리한 것을 의미함)
표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 12에서 제조된 배리어 필름은 약 20.1 cc/m2·day·atm 이하의 산소 투과도를 가짐을 알 수 있다. 또한, 유기물 층 및 금속산화물 나노시트 층의 단위 구조 수를 5개 이하로 하여 배리어 필름의 두께를 작게 하면서도 동시에 소정 수준 이하의 산소 투과도 값을 가질 수 있다.
또한, 표 1을 참고하면, 실시예 1 내지 12에서 제조된 배리어 필름은 약 88% 내지 93% 의 투과도 값을 가져, 배어 PET 필름의 투과도(92.7%)와 거의 동등한 수준의 투과도 성능을 가짐을 알 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예들에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구 범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리 범위에 속하는 것이다.
100, 20: 배리어 필름
110, 10: 기판
120: 유기물 층 130: 금속산화물 나노시트 층
131: 금속산화물 나노시트 30: 유기발광소자
31: 하부전극 32: 발광층
33: 상부전극 40: 봉지층
120: 유기물 층 130: 금속산화물 나노시트 층
131: 금속산화물 나노시트 30: 유기발광소자
31: 하부전극 32: 발광층
33: 상부전극 40: 봉지층
Claims (16)
- 하나 또는 복수 개의 서브 층으로 이루어지는 유기물 층, 그리고
복수 개의 금속산화물 나노시트로 이루어지는 금속산화물 나노시트 층
을 포함하고,
상기 유기물 층 내 적어도 하나의 서브 층은 양전하를 띠는
배리어 필름. - 제1항에서,
상기 금속산화물 나노시트는 하기 화학식 1로 표현되는 금속 산화물을 포함하는 배리어 필름:
[화학식 1]
MxOy
상기 화학식 1에서,
M은 전이금속이고,
O는 산소이고,
x와 y는 M과 O의 화학양론적 비율(stoichiometric ratio)이다. - 제2항에서,
상기 M은 티타늄(Ti), 아연(Zn), 루테늄(Ru), 또는 이들의 조합인 배리어 필름. - 제1항에서,
상기 하나의 금속산화물 나노시트는 10 nm 이하의 두께를 가지는 배리어 필름. - 제1항에서,
상기 금속산화물 나노시트 층에서 상기 복수 개의 금속 산화물 나노시트가 적층되어 있는 배리어 필름. - 제1항에서,
상기 금속산화물 나노시트 층은, 음전하를 띠고 상기 유기물 층의 양전하를 띠는 서브 층의 바로 위에 위치하는 배리어 필름. - 제1항에서,
상기 유기물 층은 양전하를 띠는 서브 층, 그리고 음전하를 띠는 서브 층이 교대로 적층된 구조를 가지는 배리어 필름. - 제7항에서,
상기 양전하를 띠는 서브 층은 Poly(allylamine hydrochloride (PAH), Poly(diallyldimethylammonium chloride)(PDDA), Polyethylenimine (PEI), Poly-L-Lysine hydrochloride, 또는 이들의 조합을 포함하는 배리어 필름. - 제7항에서,
상기 음전하를 띠는 서브 층은 Poly(anetholesulfonic acid, sodium salt), Poly(sodium 4-styrenesulfonate) (PSS), Poly(vinyl sulfate, potassium salt), Poly(vinylphosphonic acid, sodium salt), Poly(acrylic acid, sodium salt) (PAA), 또는 이들의 조합을 포함하는 배리어 필름. - 제1항에서,
음전하를 띠는 기판을 더 포함하고,
상기 기판의 바로 위에 상기 유기물 층의 양전하를 띠는 서브 층이 위치하는
배리어 필름. - 제1항에서,
상기 유기물 층 및 상기 금속산화물 나노시트 층으로 이루어진 단위 구조를 복수 개 포함하는 배리어 필름. - 제1항에서,
상기 하나의 금속산화물 나노시트의 크기는 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터인 배리어 필름. - 제1항에서,
상기 금속산화물 나노시트 층은 100 nm 이하의 두께를 가지는 배리어 필름. - 제1항에서,
1,000 nm 이하의 두께를 가지는 배리어 필름. - 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 따른 배리어 필름을 포함하는 전자 소자.
- 제15항에서,
평판 표시 장치, 터치 패널 스크린, 태양 전지, e-윈도우, 또는 트랜지스터인 전자 소자.
Priority Applications (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160026646A KR20170103563A (ko) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | 배리어 필름 및 전자 소자 |
| US15/268,473 US20170256741A1 (en) | 2016-03-04 | 2016-09-16 | Barrier film and electrical device including the same |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020160026646A KR20170103563A (ko) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | 배리어 필름 및 전자 소자 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| KR20170103563A true KR20170103563A (ko) | 2017-09-13 |
Family
ID=59722310
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020160026646A KR20170103563A (ko) | 2016-03-04 | 2016-03-04 | 배리어 필름 및 전자 소자 |
Country Status (2)
| Country | Link |
|---|---|
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| KR (1) | KR20170103563A (ko) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190114850A (ko) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 한양대학교 산학협력단 | 플렉서블 기판을 구비하는 플렉서블 장치 제조방법 및 이에 의해 제조된 플렉서블 장치 |
Family Cites Families (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| EP0680275B1 (en) * | 1993-01-22 | 1997-03-19 | Minnesota Mining And Manufacturing Company | Electrical safety system for electrical device |
| DE10031281A1 (de) * | 2000-06-27 | 2002-01-10 | Creavis Tech & Innovation Gmbh | Polyelektrolytbeschichteter, stoffdurchlässiger Verbundwerkstoff, Verfahren zu dessen Herstellung und die Verwendung des Verbundwerkstoffes |
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| KR20160001513A (ko) * | 2014-06-27 | 2016-01-06 | 삼성전자주식회사 | 편광 필름, 반사방지 필름 및 표시 장치 |
-
2016
- 2016-03-04 KR KR1020160026646A patent/KR20170103563A/ko unknown
- 2016-09-16 US US15/268,473 patent/US20170256741A1/en not_active Abandoned
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR20190114850A (ko) * | 2018-03-29 | 2019-10-10 | 한양대학교 산학협력단 | 플렉서블 기판을 구비하는 플렉서블 장치 제조방법 및 이에 의해 제조된 플렉서블 장치 |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| US20170256741A1 (en) | 2017-09-07 |
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