KR20190034832A - 투명 전극 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 출원의 일 실시상태에 따른 투명 전극 기판은, 제1 투명기판; 상기 제1 투명기판 상에 구비되고, 제1 전극과 제2 전극이 교대로 구비된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴; 상기 제2 전극 패턴 상에 구비되고, 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함하는 포토레지스트 패턴; 및 상기 제1 투명기판에 대향하는 제2 투명기판을 포함한다.

Description

투명 전극 기판 및 이의 제조방법{TRANSPARENT ELECTRODE SUBSTRATE AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}

본 출원은 투명 전극 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

전기영동식 투과도 가변 필름은 외부에서 유입되는 빛의 투과와 차단이 용이하여, 건축용 스마트 윈도우, 자동차용 선루프 및 투명 디스플레이의 차광필름으로 활용될 수 있다.

하기 도 1은 종래기술로서 차광 모드와 투과 모드에서 구동되는 전기영동식 투과도 가변 필름의 구동원리를 나타내는 도면이다.

하기 도 1에 있어서, 일반적으로 차광 모드에서 투과 모드로 변환하기 위해서는 금속 전극 패턴에 양전압을 인가하여 상대적으로 전극 폭이 좁은 금속 전극 패턴에 음전하를 띠는 나노 입자들을 집중시킴으로써 투과 모드로 변환될 수 있다.

그러나, 전기영동 방식의 투과도 가변필름에 있어서 높은 반사율을 갖는 금속 전극 패턴 및 투명 기판 간의 거리를 유지하기 위해 사용하는 볼 스페이스로 인하여 시인성이 증가되는 문제가 발생한다.

일본 특허공개공보 제2007-248932호 대한민국 특허공개공보 10-2015-0015618

본 출원은 투명 전극 기판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 출원의 일 실시상태는,

제1 투명기판;

상기 제1 투명기판 상에 구비되고, 제1 전극과 제2 전극이 교대로 구비된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴;

상기 제2 전극 패턴 상에 구비되고, 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함하는 포토레지스트 패턴; 및

상기 제1 투명기판에 대향하는 제2 투명기판

을 포함하는 투명 전극 기판을 제공한다.

또한, 본 출원의 다른 실시상태는,

제1 투명기판 상에 제2 전극층을 형성하는 단계;

상기 제2 전극층 상에 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;

상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 제2 전극층을 식각하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계;

상기 제1 투명기판 및 포토레지스트 패턴 상의 전면에 제1 전극 패턴 재료를 증착하여, 상기 제1 투명기판 상에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계; 및

상기 포토레지스트 패턴 상에 제2 투명기판을 형성하는 단계

를 포함하는 투명 전극 기판의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 출원의 다른 실시상태는, 상기 투명 전극 기판을 포함하고, 상기 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 (-) 대전된 나노 입자를 포함하는 투과도 가변 필름을 제공한다.

본 출원의 일 실시상태에 따르면, 제2 전극 패턴을 형성하기 위하여 마스크로 이용한 포토레지스트 패턴을 제거하지 않고, 상기 포토레지스트 패턴을 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이의 셀 갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서 패턴으로 활용함으로써, 투명 전극 기판의 제조공정을 단순화할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따르면, 금속을 포함하는 제2 전극 패턴 상에 포토레지스트 패턴이 구비됨으로써 제2 전극 패턴 표면의 반사율을 저감시킬 수 있다.

또한, 종래의 투과도 가변 필름은 ITO 전극이 구비된 필름과 금속 패턴 전극이 구비된 2장의 전극 필름이 요구되었으나, 본 출원의 일 실시상태에 따른 투과도 가변 필름은 금속 패턴 전극과 ITO 전극이 한 장의 필름 일면에 동시에 구비될 수 있으므로, 투과도 가변 필름의 제조공정을 개선하고 원가절감의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 종래의 투명 전극 기판을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시상태에 따른 투명 전극 기판을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시상태에 따른 투명 전극 기판의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시상태에 따른 투과도 가변 필름의 작동원리를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 5는 본 출원의 일 실시상태로서, 금속 전극 패턴 상에 스페이서 패턴의 구비 여부에 따른 금속 전극 표면의 반사율 저감효과를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시상태로서, 금속 전극 패턴 상에 스페이서 패턴이 구비된 전극 기판의 SEM 이미지이다.
도 7은 본 출원의 일 실시상태로서, 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴의 일예인 개방형 패턴을 개략적으로 나타낸 도이다.

이하 본 출원에 대하여 상세히 설명한다.

본 출원에 있어서, "투명"은 가시광선 영역(400 내지 700nm)에서 약 80% 이상의 투과율 특성을 갖는 것을 의미하기로 한다.

통상적으로, 전기 영동 방식의 투과도 가변 필름을 제조하기 위해서는 투명전극 필름과 금속 패턴 전극 필름의 사용이 필수적이다. 또한, 2장의 전극 필름 사이에 (-) 대전된 카본블랙 입자 분산용액과 같은 전기변색물질을 주액하기 위해서는 셀 갭(cell gap) 유지가 필요하며, 이를 위하여 볼 스페이서 또는 컬럼 스페이서 패턴의 구비가 요구되었다. 종래의 투명 전극 기판을 하기 도 1에 개략적으로 나타내었다.

본 출원에서는 종래와 같은 볼 스페이서 또는 컬럼 스페이서 패턴을 형성을 위한 공정을 단순화시킬 수 있고, 금속 패턴 전극의 반사율을 저감시킬 수 있는 투명 전극 기판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 출원의 일 실시상태에 따른 투명 전극 기판은, 제1 투명기판; 상기 제1 투명기판 상에 구비되고, 제1 전극과 제2 전극이 교대로 구비된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴; 상기 제2 전극 패턴 상에 구비되고, 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함하는 포토레지스트 패턴; 및 상기 제1 투명기판에 대향하는 제2 투명기판을 포함한다.

본 출원에 있어서, 상기 제1 투명기판 및 제2 투명기판은 투명성, 표면평활성, 취급용이성 및 방수성이 우수한 유리 기재 또는 투명 플라스틱 기재가 될 수 있으나, 이에 한정되지 않으며, 전자 소자에 통상적으로 사용되는 투명 기재이면 제한되지 않는다. 구체적으로, 상기 투명 기재로는 유리; 우레탄 수지; 폴리이미드 수지; 폴리에스테르수지; (메타)아크릴레이트계 고분자 수지; 폴리에틸렌 또는 폴리프로필렌 등의 폴리올레핀계 수지 등으로 이루어진 것이 될 수 있다.

본 출원에 있어서, 상기 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴은 동시에 상기 제1 투명기판 상에 구비되는 것을 특징으로 한다.

상기 제1 전극 패턴은 투명 전도성 산화물을 포함하고, 상기 제2 전극 패턴은 금속 또는 금속합금을 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 전극 패턴은 인듐 산화물, 아연 산화물, 인듐주석 산화물, 인듐아연 산화물 및 인듐아연주석 산화물 중 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 제2 전극 패턴은 금, 은, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 투명기판 상에 구비되는 제1 전극 패턴의 선폭은 상기 제2 전극 패턴과의 단락을 방지하기 위해 196㎛ 이하인 것이 바람직하다. 상기 제1 투명기판 상에 구비되는 제1 전극 패턴은 제2 전극 패턴의 사이에 형성되므로, 즉 제1 투명기판 상에서 제1 전극과 제2 전극은 서로 교대로 구비되므로, 상기 제1 투명기판 상에 구비되는 제1 전극 패턴의 선폭은 제2 전극 패턴의 선간 간격보다 작아야 한다.

상기 제1 전극 패턴의 면저항은 차광 모드 전환 시 대전 입자의 재분산 특성을 확보하기 위하여 200 Ω/sq 이하인 것이 바람직하다.

상기 제1 투명기판 상에 구비되는 제2 전극 패턴의 선폭은 시인성 저감과 전기적인 연결성을 확보하기 위해 2 내지 15㎛인 것이 바람직하며, 상기 제2 전극 패턴 선간 간격은 대전 입자의 전기 영동 특성을 확보하기 위해 200㎛ 이하인 것이 바람직하다.

상기 제2 전극 패턴의 면저항은 전압강하(IR Drop) 현상을 저감하기 위하여 10 Ω/sq 이하일 수 있으며, 바람직하게는 1 Ω/sq 이하일 수 있다.

상기 교대로 구비되는 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격은 1 내지 20㎛ 일 수 있고, 2 내지 10㎛ 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 투명기판 상에 구비되는 제2 전극 패턴의 형태는 동일 면에 구비되는 제2 전극 패턴의 연결성을 확보하기 위하여 개방형 패턴이 적용될 수 있다. 상기 제2 전극 패턴의 형태가 메쉬패턴과 같은 폐쇄형 패턴인 경우에는, 상기 제1 전극 패턴이 외부와 단절되어 소자 구동이 불가능할 수 있으므로, 본 출원에서는 개방형 패턴이 적용되는 것이 바람직하다. 상기 개방형 패턴의 일예를 하기 도 7에 개략적으로 나타내었다.

본 출원에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴은 제2 전극 패턴 상에 구비됨으로써, 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이의 셀 갭(cell gap)을 유지하기 위한 스페이서 패턴의 역할을 수행할 뿐만 아니라, 금속 또는 금속합금을 포함하는 제2 전극 패턴의 반사율을 낮추는 역할을 수행할 수 있다.

상기 포토레지스트 패턴은 상기 제1 투명기판 상에 구비된 제2 전극 패턴을 형성시 사용되는 에칭레지스트 패턴으로서, 에칭공정을 통한 제2 전극 패턴 형성 이후에 상기 에칭레지스트 패턴을 제거하지 않고 전술한 스페이서 패턴의 역할을 수행할 수 있다. 따라서, 본 출원에 따르면, 에칭레지스트 패턴을 스페이서 패턴으로 활용할 수 있으므로, 투명 전극 기판의 제조공정을 단순화시킬 수 있는 특징이 있다.

또한, 상기 포토레지스트 패턴은 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함함으로써, 금속 또는 금속합금을 포함하는 제2 전극 패턴의 반사율을 낮추는 역할을 수행할 수 있다. 본 출원에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴은 가시광선 영역(400 내지 800nm)에서의 흡수파장을 갖는 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함함으로써, 금속 표면으로 입사되는 빛의 일부를 흡수하고 금속 표면에서 반사되는 빛을 추가로 흡수하여 금속 전극 표면의 반사율을 저감시킬 수 있다. 본 출원의 일 실시상태로서, 금속 전극 패턴 상에 스페이서 패턴의 구비 여부에 따른 금속 전극 표면의 반사율 저감효과를 하기 도 5에 개략적으로 나타내었다. 하기 도 5의 결과와 같이, 금속 전극 패턴 상에 스페이서 패턴을 적용한 경우에 금속 전극 패턴 표면의 반사율을 저감시킬 수 있음을 알 수 있다.

상기 포토레지스트 패턴의 선폭은 제2 전극 패턴의 선폭을 기준으로 110% 내지 150% 일 수 있다. 또한, 상기 포토레지스트 패턴의 선폭은 제2 전극 패턴의 선폭을 기준으로 2 내지 40㎛ 더 클 수 있고, 바람직하게는 4 내지 20㎛ 더 클 수 있다. 상기와 같은 포토레지스트 패턴의 선폭에 의하여 제1 투명기판 상에 구비되는 제1 전극과 제2 전극 간의 간격을 확보할 수 있다.

상기 포토레지스트 패턴은 아크릴계 네거티브 포토레지스트 또는 에폭시계 네거티브 포토레지스트를 이용할 수 있다.

상기 포토레지스트 패턴에 포함되는 염료 또는 안료로는 특별히 제한되지 않고, 전자재료에서 통상적으로 사용하는 염료 또는 안료를 적용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 염료 또는 안료는 솔벤트 염료, 카본블랙 등일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 포토레지스트 패턴의 두께는 5 내지 30㎛ 일 수 있다.

종래의 투명 전극 기판을 하기 도 1에 개략적으로 나타내었고, 본 출원의 일 실시상태에 따른 투명 전극 기판을 하기 도 2에 개략적으로 나타내었다.

하기 도 1과 같이, 종래에는 ITO 전극 필름과 금속 패턴 전극 필름과 같은 2장의 전극 필름이 요구되는 수직 전계의 전극 구조이고, 2장의 전극 필름 사이의 셀 갭을 유지하기 위한 볼 스페이서 코팅 공정이 필요하였다.

그러나, 하기 도 2와 같이, 본 출원의 일 실시상태에서는 1장의 전극 필름에 제1 전극 및 제2 전극이 동시에 구비되는 구조로서 수평 전계의 전극 구조이고, 금속 전극 패턴 형성시 사용된 에칭레지스트 패턴을 제거하지 않고 그대로 스페이서 패턴으로서 이용하므로, 종래기술과 같이 스페이서 패턴의 형성을 위한 별도의 공정이 필요하지 않다.

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 투명 전극 기판의 제조방법은, 제1 투명기판 상에 제2 전극층을 형성하는 단계; 상기 제2 전극층 상에 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계; 상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 제2 전극층을 식각하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 제1 투명기판 및 포토레지스트 패턴 상의 전면에 제1 전극 패턴 재료를 증착하여, 상기 제1 투명기판 상에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계; 및 상기 포토레지스트 패턴 상에 제2 투명기판을 형성하는 단계를 포함한다.

본 출원의 일 실시상태에 따른 투명 전극 기판의 제조방법을 하기 도 3에 개략적으로 나타내었다.

본 출원에 있어서, 상기 제1 투명기판 상에 제2 전극층을 형성하는 단계는 당 기술분야에 알려진 방법을 이용할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 제1 투명기판 상에 제2 전극층을 형성하는 단계는 증착공정 등을 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 출원에 있어서, 상기 제1 전극 패턴은 제1 투명기판 및 포토레지스트 패턴 상의 전면에 제1 전극 패턴 재료를 증착하여 형성하므로, 본 출원의 일 실시상태에 따른 투명 전극 기판은 포토레지스트 패턴과 제2 투명기판 사이에 제1 전극 패턴 재료층을 추가로 포함할 수 있다. 상기 포토레지스트 패턴과 제2 투명기판 사이에 구비되는 제1 전극 패턴 재료층은 제1 투명기판 상에 제1 전극 패턴을 형성하는 공정에 의하여 형성되는 것으로서, 전극의 역할을 수행하지는 않는다.

또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 투과도 가변 필름은, 상기 투명 전극 기판을 포함하고, 상기 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 (-) 대전된 나노 입자를 포함한다.

상기 (-) 대전된 나노 입자는 카본블랙 나노 입자일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 투과도 가변 필름은 전술한 바와 같은 투명 전극 기판을 준비한 후, 상기 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 (-) 대전된 나노 입자가 분산된 용액을 주입하는 방법 등을 이용하여 제조할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 출원에 있어서, 상기 투과도 가변 필름은 전기 영동 방식으로 구동될 수 있다. 본 출원의 일 실시상태에 따른 투과도 가변 필름의 작동원리를 하기 도 4에 개략적으로 나타내었다. 하기 도 4와 같이, 본 출원의 일 실시상태에 따른 투과도 가변 필름이 OFF 모드인 경우에는 투과도가 감소하며, 제1 전극 및 제2 전극에 전압이 인가된 ON 모드인 경우에는 전기 영동 현상에 의하여 (-) 대전된 나노 입자가 (+) 전극인 금속 패턴으로 밀집하여 투과도가 증가함을 알 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 명세서에 기재된 실시상태를 예시한다. 그러나, 이하의 실시예에 의하여 상기 실시상태들의 범위가 한정되는 것을 의도하는 것은 아니다.

< 실시예 >

< 실시예 1>

중량 평균 분자량이 10,100 g/mol, 산가 77 mgKOH/g, 아크릴반응기 비율이 30 mol%인 아크릴레이트 수지 16g, 디펜타에리쓰리톨 헥사아크릴레이트 7.5g, 솔벤트 염료인 BASF사 Orasol Black X55 4g, 옥심이스터계 광개시제 1g, Glide-410 계면활성제 0.5g을 PGMEA(Propylene Glycol Mnomethyl Ether Acetate) 71g에 용해한 후 0.1㎛ 크기의 필터로 여과하여 포토레지스트 조성물을 제조하였다.

125㎛ 두께의 PET 필름 상에 전해 도금 공정을 통하여 구리를 5㎛ 두께로 증착하였다. 상기 증착 필름 상에 콤마 코터를 이용하여 상기 포토레지스트 조성물을 도포한 후 120℃에서 5분간 열풍 건조하여 15㎛ 두께의 포토레지스트층을 형성하였다. 노광 및 현상 공장을 통해 선폭이 15㎛ 포토레지스트 패턴을 형성한 후 염화제2철계 구리 식각액에 45초간 스프레이 식각하여 노출되어 있는 구리층을 제거하여 제2 전극 패턴을 형성하였다.

상기 기판 상부에 스퍼터링 공정을 통하여 ITO를 100nm 두께로 증착하여 제2 전극 패턴을 형성하였다.

본 출원의 일 실시상태로서, 금속 전극 패턴 상에 스페이서 패턴이 구비된 전극 기판의 SEM 이미지를 하기 도 6에 나타내었다.

10: 제1 투명기판
20: 제2 투명기판
30: 제1 전극 패턴
35: 제1 전극층
40: 제2 전극 패턴
45: 제2 전극층
50: 포토레지스트 패턴
55: 포토레지스트층
60: (-) 대전 카본블랙 나노 입자
70: 볼 스페이서
80: 제1 전극 패턴 재료층

Claims (14)

1. 제1 투명기판;
   상기 제1 투명기판 상에 구비되고, 제1 전극과 제2 전극이 교대로 구비된 제1 전극 패턴 및 제2 전극 패턴;
   상기 제2 전극 패턴 상에 구비되고, 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함하는 포토레지스트 패턴; 및
   상기 제1 투명기판에 대향하는 제2 투명기판
   을 포함하는 투명 전극 기판.
2. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극 패턴은 투명 전도성 산화물을 포함하고, 상기 제2 전극 패턴은 금속 또는 금속합금을 포함하는 것인 투명 전극 기판.
3. 청구항 2에 있어서, 상기 제1 전극 패턴은 인듐 산화물, 아연 산화물, 인듐주석 산화물, 인듐아연 산화물 및 인듐아연주석 산화물 중 1종 이상을 포함하는 것인 투명 전극 기판.
4. 청구항 2에 있어서, 상기 제2 전극 패턴은 금, 은, 알루미늄, 구리, 네오디뮴, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금을 포함하는 것인 투명 전극 기판.
5. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극 패턴의 선폭은 196㎛ 이하이고, 상기 제2 전극 패턴의 선폭은 2 내지 15㎛인 것인 투명 전극 기판.
6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 전극 패턴의 면저항은 200 Ω/sq 이하이고, 상기 제2 전극 패턴의 면저항은 10 Ω/sq 이하인 것인 투명 전극 기판.
7. 청구항 1에 있어서, 상기 교대로 구비되는 제1 전극과 제2 전극 사이의 간격은 1 내지 20㎛인 것인 투명 전극 기판.
8. 청구항 1에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴의 선폭은 제2 전극 패턴의 선폭을 기준으로 110% 내지 150%인 것인 투명 전극 기판.
9. 청구항 1에 있어서, 상기 포토레지스트 패턴은 아크릴계 네거티브 포토레지스트 또는 에폭시계 네거티브 포토레지스트를 포함하는 것인 투명 전극 기판.
10. 제1 투명기판 상에 제2 전극층을 형성하는 단계;
    상기 제2 전극층 상에 염료 및 안료 중 1종 이상을 포함하는 포토레지스트 패턴을 형성하는 단계;
    상기 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 상기 제2 전극층을 식각하여 제2 전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 제1 투명기판 및 포토레지스트 패턴 상의 전면에 제1 전극 패턴 재료를 증착하여, 상기 제1 투명기판 상에 제1 전극 패턴을 형성하는 단계; 및
    상기 포토레지스트 패턴 상에 제2 투명기판을 형성하는 단계
    를 포함하는 투명 전극 기판의 제조방법.
11. 청구항 10에 있어서, 상기 제1 전극 패턴은 투명 전도성 산화물을 포함하고, 상기 제2 전극 패턴은 금속 또는 금속합금을 포함하는 것인 투명 전극 기판의 제조방법.
12. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 투명 전극 기판을 포함하고,
    상기 제1 투명기판과 제2 투명기판 사이에 (-) 대전된 나노 입자를 포함하는 투과도 가변 필름.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 (-) 대전된 나노 입자는 카본블랙 나노 입자인 것인 투과도 가변 필름.
14. 청구항 12에 있어서, 상기 투과도 가변 필름은 전기 영동 방식으로 구동되는 것인 투과도 가변 필름.

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