KR20180001011A - 전극 구조체, 이를 포함하는 전자 소자 및 이의 제조방법 - Google Patents

전극 구조체, 이를 포함하는 전자 소자 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 명세서는 전극 구조체, 상기 전극 구조체를 포함하는 전자 소자 및 전극 구조체의 제조방법에 관한 것이다.

Description

전극 구조체, 이를 포함하는 전자 소자 및 이의 제조방법{ELECTRODE STRUCTURE, ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 명세서는 전극 구조체, 상기 전극 구조체를 포함하는 전자 소자 및 전극 구조체의 제조방법에 관한 것이다.
최근, 디스플레이나 터치패널 등의 전자 소자에서 유효 화면부 영역에 투명전극의 적용 제품의 수요가 증가하고 있는데 이를 위해 ITO, IZO, ZnO 등과 같은 금속 산화물 계열의 투명 도전막을 사용하고 있으나 이들은 재료 자체의 내인적인 전도도가 낮아 대형화에 있어 치명적인 문제점을 안고 있다. 특히 최근에 각광받고 있는 OLED 조명 소자를 개발함에 있어서 산화물계 투명전극의 높은 저항 특성으로 인해 소자의 크기가 커질수록 캐리어 크라우딩(crowding) 현상에 의한 전류량의 불균일이 초래되는 문제점이 발생하고 있다. 이는 밝기 균일도의 급격한 감소와 함께 소자 동작 시 국부적으로 높은 열 발생을 유도하여 유기 물질의 열화 (thermal degradation)에 의한 소자 수명의 감소로 이어진다.
이를 해소하기 위해 산화물계 투명전극에 더불어 저항이 낮은 금속전극인 보조전극패턴에 관한 기술이 개발되고 있다.
한국 특허출원 공개 제2013-0135183호
본 명세서는 전극 구조체, 상기 전극 구조체를 포함하는 전자 소자 및 전극 구조체의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 명세서는 광추출 입자를 포함하는 광추출층; 상기 광추출층 상에 함몰되어 구비된 보조 전극 패턴; 및 상기 광추출층의 상기 보조 전극 패턴이 구비된 면에 구비된 투명 전극을 포함하는 전극 구조체를 제공한다.
또한, 본 명세서는 상기 전극 구조체를 포함하는 전자 소자를 제공한다.
또한, 본 명세서는 상기 전극 구조체의 제조방법으로서, S1) 광추출 입자를 포함하는 광추출층 상에 함몰되어 구비된 보조 전극 패턴을 형성하는 단계; 및 S2) 상기 광추출층의 상기 보조 전극 패턴이 구비된 면에 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 전극 구조체의 제조방법을 제공한다.
본 명세서의 일 실시상태는 금속 보조 전극이 매립되어 있는 평탄화 전극 기판을 용이하게 제조할 수 있다.
본 명세서의 일 실시상태는 추가의 광추출층이 필요하지 않는 장점이 있다.
본 명세서의 일 실시상태에 따른 전극 구조체는 제조공정이 간단하여 전극 구조체 및 전극 구조체를 갖는 소자의 택타임(tact time)이 짧은 장점이 있다.
도 1은 종래의 광추출층을 형성하는 순서도이다.
도 2 및 3은 본 명세서에 따른 전극 구조체를 형성하는 순서를 나타낸 것이다.
도 4는 실시예 1에서 제조된 광추출층에서 알루미늄 패턴이 매립된 면의 SEM이미지(위: 저배율, 아래: 고배율)이다.
도 5는 실시예 1에서 제조된 광추출층에서 알루미늄 패턴이 구비된 면의 반대면의 SEM이미지이다.
이하에서 본 명세서에 대하여 상세히 설명한다.
본 명세서는 광추출 입자를 포함하는 광추출층; 상기 광추출층 상에 함몰되어 구비된 보조 전극 패턴; 및 상기 광추출층의 상기 보조 전극 패턴이 구비된 면에 구비된 투명 전극을 포함하는 전극 구조체를 제공한다.
상기 광추출층의 보조 전극 패턴이 구비된 면은 평탄하며, 구체적으로 상기 광추출층의 보조 전극 패턴이 구비된 면의 표면 조도(Ra)는 10nm 이하일 수 있다.
상기 광추출층의 보조 전극 패턴이 구비된 면의 반대면은 요철이 형성되어 있으며, 구체적으로 상기 광추출층의 보조 전극 패턴이 구비된 면의 반대면은 표면 조도(Ra)가 30nm 이상일 수 있다. 이 경우 광추출 효율이 증가되는 장점이 있다.
상기 광추출층의 두께는 보조 전극 패턴의 선고보다 두껍고 전극을 지지하기에 충분한 강도를 갖는다면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 10㎛ 이상 130㎛ 이하일 수 있다. 여기서, 상기 광추출층의 두께는 보조 전극 패턴이 구비된 면으로부터 반대면까지의 거리들의 평균을 의미한다.
상기 광추출 입자는 이산화티타늄(TiO2), 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화아연(ZnO), 알루미나(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 티탄산바륨(BaTiO3) 및 산화주석(SnO2) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광추출 입자의 평균직경은 150nm 이상 300nm 이하일 수 있다. 여기서, 입자의 직경은 입자의 단면에서 입자표면 중 두 점 사이를 잇는 선 중 입자의 중심을 지나는 선의 길이를 의미한다.
상기 광추출층의 총 중량을 기준으로, 상기 광추출 입자의 함량은 0.05중량% 이상 10중량% 이하일 수 있다.
상기 광추출층은 폴리이미드계 고분자, 폴리실록산 및 아크릴계 고분자 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 광추출층은 폴리이미드계 고분자를 더 포함하는 것이 바람직하며, 이 경우 상기 광추출층의 총 중량을 기준으로, 상기 폴리이미드계 고분자의 함량은 50중량% 이상 99.05중량% 이하일 수 있으며, 구체적으로 90중량% 이상 99.95중량% 이하일 수 있다.
상기 보조 전극 패턴의 재질은 투명 전극의 저항을 낮출 수 있다면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 크롬(Cr), 몰리브덴(Mo), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 은(Ag) 및 이들의 합금을 포함할 수 있다.
상기 보조 전극 패턴의 두께는 특별히 한정하지 않으나, 두께가 증가할수록 저항이 더 낮아진다. 본 명세서의 보조 전극 패턴은 두께를 증가시켜도 보조 전극 패턴이 광추출층에 매립되어 있으므로 절연이 용이한 장점이 있다. 상기 보조 전극 패턴의 두께는 100nm 이상 2㎛ 이하일 수 있으며, 구체적으로 200nm 이상 1㎛ 이하일 수 있다.
상기 보조 전극 패턴의 패턴형태는 특별히 한정하지 않으나, 사용자의 눈에 보이거나 보조 전극 패턴에 의해 빛이 왜곡되지 않는 것이 바람직하다. 회절/간섭을 최소화 하기 위하여 불규칙적인 패턴이 유리하나 패턴이 한쪽으로 몰려 사용자의 눈에 보일 수 있으므로, 상기 보조 전극 패턴의 패턴은 규칙성과 불규칙성을 적절히 조화시킨 균질한 패턴일 수 있다.
상기 보조 전극 패턴의 형성을 위한 점들을 배치할 때 패턴이 들어갈 면적에 일정크기의 면적을 기본 단위(unit)로 지정하고, 기본 단위 내에 점의 개수를 일정하게 조절하면서 점들을 불규칙하게 배치하여 점들을 연결하여 규칙성과 불규칙성을 적절히 조화시킨 균질한 패턴을 형성할 수 있다. 상기 균질하게 배치된 점을 연결하여 패턴을 형성하는 방법은 특정하지 않으나, 예를 들면 상기 보조 전극 패턴의 형성을 위한 점들을 보로노이 다이어그램 제너레이터 또는 델로니 패턴 제너레이터를 이용하여 패턴을 형성할 수 있다.
상기 투명 전극은 일정이상의 광량이 투과할 수 있는 투명도를 갖는다면 특별히 한정하지 않으나, 예를 들면 산화물계 투명전극막, 얇은 금속막, 금속산화물패턴 또는 금속패턴일 수 있다. 구체적으로, 상기 투명 전극은 산화물계 투명전극막일 수 있다.
상기 산화물계 투명전극막은 투명한 금속 산화물을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 아연 산화물, 인듐 산화물, 주석 산화물, 인듐주석 산화물(ITO) 및 인듐아연 산화물(IZO) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
상기 투명 전극의 두께는 일정이상의 광량이 투과할 수 있는 투명도를 갖는다면 특별히 한정하지 않으나, 구체적으로 20nm 이상 200nm 이하일 수 있다.
본 명세서는 상기 전극 구조체를 포함하는 전자 소자를 제공한다.
상기 전자 소자는 전극 구조체를 포함할 수 있는 소자라면 특별히 한정하지 않으나, 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 발광 다이오드(Light Emitting Diode, LED), 유기 발광 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED), 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 씨오티 구조의 액정 표시 장치(Color filter on Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, COT-LCD), 박막 트랜지스터 액정 표시 장치(Thin FIlm Transistor- Liquid Crystal Display, LCD-TFT) 및 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 중 어느 하나일 수 있다.
본 명세서는 상기 전극 구조체를 포함하는 디스플레이 장치를 제공한다.
본 명세서는 상기 전극 구조체를 포함하는 조명 장치를 제공한다. 상기 조명 장치는 백색의 조명 장치이거나 유색의 조명 장치일 수 있다.
본 명세서는 상기 전극 구조체의 제조방법으로서, S1) 광추출 입자를 포함하는 광추출층 상에 함몰되어 구비된 보조 전극 패턴을 형성하는 단계; 및 S2) 상기 광추출층의 상기 보조 전극 패턴이 구비된 면에 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 전극 구조체의 제조방법을 제공한다.
상기 S1)단계는,
S1-1) 이형성 기재 상에 보조 전극 패턴을 형성하는 단계;
S1-2) 상기 이형성 기재의 상기 보조 전극 패턴이 구비된 면에 광추출 입자를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계; 및
S1-3) 상기 이형성 기재를 제거하여 광추출층 상에 함몰되어 구비된 보조 전극 패턴을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 S1-1) 전에, 기재 상에 이형층을 형성하여 이형성 기재를 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 S1-2)는 광추출 입자 및 폴리아믹산을 포함하는 조성물을 이용하여 상기 광추출층을 형성할 수 있다.
상기 S1-2)는 광추출 입자 및 폴리아믹산을 포함하는 조성물을 이용하여 막을 형성하는 단계; 및 상기 막을 가열하여 상기 폴리아믹산이 이미드화된 폴리이미드계 고분자 및 상기 광추출 입자를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 S2)는 상기 이형성 기재가 제거된 면 상에 투명 전극을 형성하는 단계일 수 있다.
이하에서, 실시예를 통하여 본 명세서를 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 명세서를 예시하기 위한 것일 뿐, 본 명세서를 한정하기 위한 것은 아니다.
[실시예]
[실시예 1]
이형특성을 갖는 폴리이미드 기재 상에 알루미늄을 200nm 두께로 증착한 후 리버스 오프셋 인쇄 공정을 이용하여 20㎛의 선폭을 갖는 레지스트 패턴을 형성했다. 상기 레지스트 패턴이 형성되어 있는 폴리이미드 기재를 인산, 질산, 초산이 혼합되어 있는 알루미늄 식각액으로 30초간 스프레이 식각하여 레지스트 패턴이 구비되어 있지 않는 영역의 알루미늄을 제거했다. 알루미늄 상부에 남아있는 레지스트 패턴을 박리한 후 알루미늄 패턴이 구비되어 있는 면에 3,3',4,4'-biphenyltetracarboxylic dianhydride(BPDA) 1mol과 2,2'-bis(trifluoromethyl)-benzidine(TFMB) 0.99mol을 중합시켜 제조한 폴리아믹산계 수지 12중량%와 평균직경이 200nm인 TiO2 0.6중량%와 용매로서 Dimethylacetamide(DMAc) 87.4중량%를 포함하는 광추출층 형성용 조성물을 도포했다. 이때, 건조 후 두께가 15㎛가 되도록 도포시 막의 두께를 조절했다.
상기 광추출층 형성용 조성물이 도포된 기재를 100℃의 온도에서의 건조 공정 및 350℃에서 60분의 경화 공정을 연속적으로 실시하여 이형특성을 갖는 폴리이미드 기재, 알루미늄 패턴 및 광추출층이 순차적으로 적층된 적층체를 제조하였다. 상기 적층체를 가로세로 100mm X 100mm 크기로 자르되, 이형특성을 갖는 폴리이미드 기재는 잘리지 않을 정도의 깊이로 자른 후 감압점착테이프를 접착시켜 감압점착테이프의 끝을 잡고 박리하는 방법으로 알루미늄 패턴이 매립된 광추출층을 상기 폴리이미드 기재로부터 분리하였다.
[실험예 1]
실시예 1에서 제조된 알루미늄 패턴이 매립된 광추출층의 조도를 알파스텝을 활용하여 Ra를 측정한 결과, 알루미늄 패턴이 매립된 면의 표면 조도(Ra)는 2nm이고 알루미늄 패턴이 구비된 면의 반대면의 표면 조도(Ra)는 153nm이었다.
[실험예 2]
실시예 1에서 제조된 알루미늄 패턴이 매립된 광추출층의 전광선 투과도 및 헤이즈를 헤이즈미터(Murakami Color Research Laboratory, HM-150)을 이용하여 측정하였다. 그 결과, 상기 광추출층의 전광선 투과도는 67.2%, 헤이즈는 60.2%이었다.
[실험예 3]
실시예 1에서 제조된 알루미늄 패턴이 매립된 광추출층의 표면을 주사전자현미경(SEM)으로 측정한 결과를 도 4 및 도 5에 도시했다. 도 4는 알루미늄 패턴이 매립된 면의 SEM이미지(위: 저배율, 아래: 고배율)이며, 도 5는 알루미늄 패턴이 구비된 면의 반대면의 SEM이미지이다.
1: 이형성 기재
2: 보조 전극 패턴
3: 광추출층

Claims (15)

  1. 광추출 입자를 포함하는 광추출층;
    상기 광추출층 상에 함몰되어 구비된 보조 전극 패턴; 및
    상기 광추출층의 상기 보조 전극 패턴이 구비된 면에 구비된 투명 전극을 포함하는 전극 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 광추출층의 보조 전극 패턴이 구비된 면의 표면 조도(Ra)는 10nm 이하인 것인 전극 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 광추출층의 보조 전극 패턴이 구비된 면의 반대면은 요철이 형성된 것인 전극 구조체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 광추출층의 보조 전극 패턴이 구비된 면의 반대면은 표면 조도(Ra)가 30nm 이상인 것인 전극 구조체.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 광추출 입자는 이산화티타늄(TiO2), 실리카(SiO2), 지르코니아(ZrO2), 산화아연(ZnO), 알루미나(Al2O3), 산화하프늄(HfO2), 티탄산바륨(BaTiO3) 및 산화주석(SnO2) 중 적어도 하나를 포함하는 것인 전극 구조체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 광추출 입자의 평균직경은 150nm 이상 300nm 이하인 것인 전극 구조체.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 광추출층의 총 중량을 기준으로, 상기 광추출 입자의 함량은 0.05중량% 이상 10중량% 이하인 것인 전극 구조체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 광추출층은 폴리이미드계 고분자를 포함하는 것인 전극 구조체.
  9. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 전극 구조체를 포함하는 전자 소자.
  10. 청구항 1 내지 8 중 어느 한 항에 따른 전극 구조체의 제조방법으로서,
    S1) 광추출 입자를 포함하는 광추출층 상에 함몰되어 구비된 보조 전극 패턴을 형성하는 단계; 및
    S2) 상기 광추출층의 상기 보조 전극 패턴이 구비된 면에 투명 전극을 형성하는 단계를 포함하는 것인 전극 구조체의 제조방법.
  11. 청구항 10에 있어서, 상기 S1)단계는,
    S1-1) 이형성 기재 상에 보조 전극 패턴을 형성하는 단계;
    S1-2) 상기 이형성 기재의 상기 보조 전극 패턴이 구비된 면에 광추출 입자를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계; 및
    S1-3) 상기 이형성 기재를 제거하여 광추출층 상에 함몰되어 구비된 보조 전극 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 것인 전극 구조체의 제조방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 S1-1) 전에, 기재 상에 이형층을 형성하여 이형성 기재를 제조하는 단계를 더 포함하는 것인 전극 구조체의 제조방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 S1-2)는 광추출 입자 및 폴리아믹산을 포함하는 조성물을 이용하여 상기 광추출층을 형성하는 것인 전극 구조체의 제조방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 S1-2)는 광추출 입자 및 폴리아믹산을 포함하는 조성물을 이용하여 막을 형성하는 단계; 및
    상기 막을 가열하여 상기 폴리아믹산이 이미드화된 폴리이미드계 고분자 및 상기 광추출 입자를 포함하는 광추출층을 형성하는 단계를 포함하는 것인 전극 구조체의 제조방법.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 S2)는 상기 이형성 기재가 제거된 면 상에 투명 전극을 형성하는 단계인 것인 전극 구조체의 제조방법.
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