KR20200062088A - 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ＺｎＯ, ＡＺＯ, ＩＴＯ 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법 - Google Patents

에어로졸 증착 공정으로 제조된 ＺｎＯ, ＡＺＯ, ＩＴＯ 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법 Download PDF

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Abstract

에어로졸 증착 공정으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법이 개시된다. 에어로졸 증착 공정을 사용하여 23℃의 상온에서 유연성을 갖는 PET 기판 위에 400 nm의 두께를 가지는 ZnO, AZO 및 ITO 막 중 어느 하나의 막을 각각 개별적으로 증착하며, SEM 이미지를 통해 코팅막의 미세구조를 관찰하고, 광학적 및 전기적 특성을 향상된 투명 전극을 성공적으로 제조하였으며, 캐리어 가스 유량이 증가하면서 ZnO, AZO 및 ITO 막의 광학적 특성 및 전기적 특성이 향상되었으며, 투명 전극 코밍막의 기계적인 유연 내구성 시험에 있어서 ZnO 막은 5,000회의 굽힘에도 파괴가 발생하지 않은 반면에 AZO 및 ITO 막은 5000회 굽힘 시험(fatigue test) 후 막의 파괴가 발생하고, 투과도 및 저항의 성능이 저하되었다. 결론적으로 AZO 및 ITO 막의 성능은 ZnO 막에 비하여 약간 열세이나, 입자크기 제어 및 공정 최적화를 통해 성능을 향상시켰다.

Description

에어로졸 증착 공정으로 제조된 ＺｎＯ, ＡＺＯ, ＩＴＯ 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법{Method for improving the Flexible Durability and Characteristics of ZnO, AZO and ITO Thin Films Grown by Aerosol Deposition Process}
본 발명은 에어로졸 증착 공정을 사용하여 23℃의 상온에서 유연성을 갖는 PET(polyethylene terephthalate) 기판 위에 400 nm의 두께를 가지는 ZnO(산화 아연), AZO(Al-doped ZnO) 및 ITO(indium tin oxide) 막 중 어느 하나의 막을 각각 개별적으로 성막하여 플렉시블한 투명 전극(투명 산화물 전극)을 제조하였으며, 캐리어 가스 유량이 증가하면서 ZnO, AZO 및 ITO 막의 코팅막의 미세구조를 주사전자현미경(SEM) 이미지를 통해 그 표면 형상을 관찰하고, 광학적 특성 및 전기적 특성이 향상되었으며, 투명 전극 코팅막의 기계적인 유연 내구성 시험에 있어서 ZnO 막은 5,000회의 굽힘에도 파괴가 발생하지 않은 반면에 AZO 및 ITO 막은 5000회 굽힘 시험 후 막의 파괴가 발생하고 투과도 및 저항의 성능이 저하되었으며, 결론적으로 AZO 및 ITO 막의 성능은 ZnO 막에 비하여 약간 열세이나, 입자크기 제어 및 공정 최적화를 통해 성능을 향상시키는, 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법에 관한 것이다.
최근, 전자기기들은 과학기술이 급속도로 발달하면서 점점 소형화, 경량화 되고 있으며, 혁신적인 디자인과 공간 활용을 가능하게 하기 위해 유연성을 갖춘 기기들이 또한 요구되고 있다 유연한 전자기기를 제작하기 위해 PET(polyethylene terephthalate)와 같이 투명하면서 유연성을 갖는 기판과 투명한 전극의 사용이 필수적이다. 현재, 가장 널리 사용되고 있는 투명전도성 산화막 재료는 주석(Sn)을 산화인듐(In2O3)에 치환 고용시킨 ITO(indium tin oxide)로서 전기적, 광학적 특성이 매우 우수하지만 In 공급량 부족으로 재료비의 상승, In의 독성, 저온 증착의 어려움 등의 문제점을 안고 있다[1]. ITO와 같이 가시광 영역에서의 높은 광 투과율 보이고 저렴한 장점을 가진 산화아연(ZnO) 기반 투명전도성 재료에 대한 연구가 주목받고 있으며, Al, Ga, In 등 Ⅲ족 원소를 불순물로 첨가시켜 전도성을 향상시키는 연구가 보고되고 있다[2].
그러나, 기존 300℃ 이상의 고온에서 플렉시블한 유연성을 갖는 기판 상에 투명 전극을 제조할 수 없었다. 투명 전극은 플렉시블 디스플레이, 플렉시블 투명 디스플레이, 투명 디스플레이에 사용된다.
또한, 유연성을 갖는 기판에 투명전도성 산화막을 제조하는 방법은 기존의 고온/고진공 조건이 아닌 잉크젯 프린팅, 스프레이, 슬롯다이 코팅 등과 같이 상온, 상압 조건에서 투명전극을 제작하는 연구가 활발히 진행되고 있다[3].
최근, 23℃의 상온에서 고밀도의 세라믹 막을 고속으로 제조할 수 있는 에어로졸 데포지션(aerosol deposition, AD) 공정이 많은 주목을 받고 있다
[4] 이에, 본 연구는 23℃의 상온에서 고속 성막이 가능한 AD공정으로 PET 기판 위에 ZnO, AZO(Al-doped ZnO) 및 ITO 박막 제조를 시도하였으며, 전기적 및 광학적 특성변화를 조사하였다. 또한, 굽힘 피로 시험(fatigue test)으로 유연 내구성을 평가하였다.
특허 출원번호 10-2018-0007883 (출원일자 2018년 01월 22일), "에어로졸 증착 공정에 의한 초 민감도 습도 감지 필름 제조 방법", 광운대학교 산학협력단
JK Wassei and RB Kaner, "Graphene a promising transparent conductor", Materialstoday, vol13, no3, pp 52-59, Mar 2010 D Horwat and A Billard, "Effects of substrate position and oxygen gas flow rate on the properties of ZnO:Al films prepared by reactive co-sputtering", Thin solid films, vol305, no13, pp 5444-5888, May 2007 K-H Lee, S-M Kim, J Jeong, Y Park, H Song, J Park, K-H Lim, J-H Kim, Y S Kim, H C Ko, I K Kwon, and G-Y Jung"All-solution-processed transparent thin film transistor and its application to liquid crystals driving", Adv Mater, vol25, no23, pp 3209-3214, Jun 2013 J Akedo, "Aerosol deposition of ceramic thick films at room temperature: densification mechanism of ceramic layers", J Am Ceram Soc, vol89, no6, pp 1834-1839, Jun 2006 D W Lee, H J Kim, Y H Kim, Y H Yun, S M Nam, "Growth process of α-Al2O3 ceramic films on metal subsrates fabricated at room temperature by aerosol deposition", JAm Ceram Soc, vol94, no9, pp 3131-3138, Sep 2011
상기 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 에어로졸 증착 공정(Aerosol Deposition Process)을 사용하여 23℃의 상온에서 유연성을 갖는 PET 기판 위에 약 400 nm의 두께를 가지는 ZnO, AZO(Al-doped ZnO) 및 ITO(indium tin oxide) 막 중 어느 하나의 막을 각각 개별적으로 성막하여 플렉시블한 투명 전극(투명 산화물 전극)을 제조하였으며, 캐리어 가스 유량이 증가하면서 ZnO, AZO 및 ITO 막의 코팅막의 미세구조를 주사전자현미경(SEM) 이미지를 통해 그 표면 형상을 관찰하고, 광학적 특성 및 전기적 특성이 향상되었으며, 투명 전극 코팅막의 기계적인 유연 내구성 시험에 있어서 ZnO 막은 5,000회의 굽힘에도 파괴가 발생하지 않은 반면에 AZO 및 ITO 막은 5000회 굽힘 시험 후 막의 파괴가 발생하고 투과도 및 저항의 성능이 저하되었으며, 결론적으로 AZO 및 ITO 막의 성능은 ZnO 막에 비하여 약간 열세이나, 입자크기 제어 및 공정 최적화를 통해 성능을 향상시키는, 에어로졸 증착 공정(Aerosol Deposition Process)으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 목적을 달성하기 위해, 제2 실시예에 따른 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법은 유연성을 갖는 PET 기판을 구비하는 단계; 및 상온에서 별도의 열처리 없이 AD 장비가 사용되며, 에어로졸 증착 공정에 의해 투명전도성 산화 막을 제조하기 위해 입경이 1 μm 이하의 AZO 미세 분말(powder)을 사용하여 상기 유연성을 PET 기판 위에 AZO(Al-doped ZnO) 막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유연성을 PET 기판 위에 AZO 막이 형성된 플렉시블한 투명 전극이 제조되며, 상기 AZO 막은 산화 아연(ZnO) 기반 투명전도성 재료에 Al의 Ⅲ족 원소를 불순물로 첨가시켜 전도성을 향상시키며,
상기 AZO 막의 비저항은 캐리어 가스 유량이 증가함에 따라 감소하며, 막(film)의 치밀도가 증가하며, 캐리어 가스가 10 l/min일 때 AZO 막의 비저항은 각각 95 × 102 Ω·cm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위해, 제3 실시예에 따른 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법은 유연성을 갖는 PET 기판을 구비하는 단계; 및 상온에서 별도의 열처리 없이 AD 장비가 사용되며, 에어로졸 증착 공정에 의해 투명전도성 산화 막을 제조하기 위해 입경이 1 μm 이하의 ITO 미세 분말(powder)을 사용하여 상기 유연성을 PET 기판 위에 ITO(indium tin oxide) 막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유연성을 PET 기판 위에 ITO 막이 형성된 플렉시블한 투명 전극을 제조하며,
상기 ITO 막의 비저항은 캐리어 가스 유량이 증가함에 따라 감소하며, 막(film)의 치밀도가 증가하며, 캐리어 가스가 10 l/min일 때 ITO 막의 비저항은 63 × 10-1 Ω·cm 인 것을 특징으로 한다.
본 발명은 에어로졸 증착 공정을 응용하여 23℃의 상온에서 투명 전도성 필름을 유연한 PET 기판 위에 캐리어가스 양을 조절하여 400 nm의 두께를 가지는 ZnO, AZO 및 ITO 박막 중 어느 하나의 막을 각각 개별적으로 플렉시블한 투명 전극(투명 산화물 전극)을 성공적으로 성막하였다. 캐리어 가스 유량이 5 l/min 이상으로 증가하면서, ZnO, AZO 및 ITO 막의 광학적 특성 및 전기적 특성이 향상되었다. 투명 전극 코밍막의 기계적인 유연 내구성 시험을 진행한 결과, ZnO 막은 5,000회의 굽힘에도 파괴가 발생하지 않은 반면 AZO 및 ITO 막은 5000회 굽힘 시험(fatigue test) 후 막의 파괴가 발생하고 투과도 및 저항의 성능이 저하되었다. 본 실험의 기초 정보를 바탕으로 향후 AD공정 최적화를 통해 투명 전극의 성능을 향상시킬 수 있을 것으로 판단된다.
유연성을 갖는 PET 기판 위에 형성된 투명 전극은 플렉시블 디스플레이, 플렉시블 투명 디스플레이, 투명 디스플레이에 사용될 수 있다.
도 1은 (a) ZnO, (b) AZO and (c) ITO 분말의 입도분석 결과와 전자현미경 이미지를 보인 도면이다.
도 2는 가스 유량에 따른 (a, b) ZnO, (c, d) AZO and (e, f) ITO 코팅막의 SEM 사진 및 전자현미경 이미지를 보인 도면이다.
도 3은 가스유량에 따른 ZnO, AZO and ITO 코팅막의 (a)광투과도 및 (b)비저항의 변화를 보인 도면이다.
도 4는 굽힘 피로시험(fatigue test) 후 ZnO, AZO and ITO 코팅막의 (a) 광투과도 변화 및 (b)비저항 변화를 보인 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 발명을 상세하게 설명한다.
본 발명의 에어로졸 증착 공정(Aerosol Deposition Process)으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법은 에어로졸 증착 공정을 이용하여 ZnO, AZO(Al-doped ZnO) 및 ITO(indium tin oxide) 막을 증착하고 코팅막의 미세구조, 광학적 및 전기적 특성을 23℃의 상온에서 유연성을 갖는 PET 기판 위에 약 400 nm의 두께를 가지는 ZnO, AZO 및 ITO 막을 각각 개별적으로 성막하여 성공적으로 투명 전극을 제조할 수 있었다. 캐리어 가스 유량이 증가하면서 ZnO, AZO 및 ITO 막의 광학적 특성 및 전기적 특성이 향상되었으며, 투명 전극 코팅 막의 기계적인 유연 내구성 시험에 있어 ZnO 막은 5,000회의 굽힘에도 파괴가 발생하지 않은 반면에, AZO 및 ITO 막은 5000회 굽힘 시험 후 막의 파괴가 발생하고 투과도 및 저항의 성능이 저하되었다 결론적으로 AZO 및 ITO 막의 성능은 ZnO 막에 비하여 약간 열세이나, 입자크기 제어 및 공정 최적화를 통해 성능을 향상시켰다.
1. 실험 방법
투명전도성 산화 막을 제조하기 위해 입경이 1 μm 이하의 ZnO, AZO 및 ITO 미세 분말(powder)을 사용하였으며, 보다 정확한 평균입자크기, 입도분포 및 형상을 분석하고 관찰하기 위해 입도분석기(PSA, Microtrac S3500, Retsch Technology) 및 주사 전자 현미경(FE-SEM, S-470, HITACHI Ltd, Japan)을 사용하였다. 다음으로 AD장비를 이용하여 PET 기판 위에 상온에서 ZnO, AZO 및 ITO 막을 형성하였다.
AD 장비는 크게 캐리어 가스와 진동기에 의해 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버; 상기 에어로졸 챔버와 연결되며, 에어로졸 상태의 분말을 노즐을 통해 분사시켜 성막이 이루어지는 증착 챔버; 및 상기 증착 챔버와 연결되며 수∼수십 Torr의 진공상태를 유지시켜 주는 진공 펌프로 구성된다.
본 연구는 직경 0.8 mm 크기의 출구를 가진 노즐을 사용하여 3 ∼ 10 l/min의 속도에서 20 × 20 mm2 면적의 막을 성막하였다. 투명 전극 산화막의 두께, RMS(root mean square) 거칠기, 전기 비저항을 측정하기 위해 표면단차측정기 (XP-1, Ambios Technology, USA)와 4-point probe station (Loresta-GP MCP-T600, Mistubishi Chemical Corporation, Japan)을 사용하였다. 투명 전극 코팅막의 기계적인 유연 내구성 시험은 자체 제작한 굽힘 시험 장치를 사용하여 곡률 반경을 6 mm 고정하여 5000회의 굽힘 시험(fatigue test)을 진행하였다.
(실시예1)
본 발명의 제1 실시예에 따른 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법은 유연성을 갖는 PET 기판을 구비하는 단계; 및 상온에서 별도의 열처리 없이 AD 장비가 사용되며, 에어로졸 증착 공정에 의해 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 ZnO 막(ZnO film)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 ZnO 막이 형성된 플렉시블한 투명 전극을 제조한다.
상기 AD 장비는, ZnO 나노 분말(nano powder)을 넣고, 캐리어 가스를 주입하며, 진동기로 진동시켜 혼합하여 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버; 상기 에어로졸 챔버와 연결되며, 에어로졸 상태의 분말을 노즐을 통해 분사시켜 성막이 이루어지는 증착 챔버; 및 상기 증착 챔버와 연결되며 수∼수십 Torr의 진공상태를 유지시켜 주는 진공펌프를 포함한다.
상기 ZnO 막은 유연성을 갖는 PET 기판 위에 형성된 400 nm의 두께를 가지는 ZnO 막 인 것을 특징으로 한다.
(실시예2)
본 발명의 제2 실시예에 따른 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법은 유연성을 갖는 PET 기판을 구비하는 단계; 및 상온에서 별도의 열처리 없이 AD 장비가 사용되며, 에어로졸 증착 공정에 의해 입경이 1 μm 이하의 AZO 미세 분말(powder)을 사용하여 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 AZO 막(Al-doped ZnO film)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 AZO 막이 형성된 플렉시블한 투명 전극이 제조되며, 상기 AZO 막은 산화 아연(ZnO) 기반 투명전도성 재료에 Al의 Ⅲ족 원소를 불순물로 첨가시켜 전도성을 향상시켰으며,
상기 AZO 막의 비저항은 캐리어 가스 유량이 증가함에 따라 감소하며, 막(film)의 치밀도가 증가하며, 캐리어 가스가 10 l/min일 때 AZO 막의 비저항은 각각 95 × 102 Ω·cm 인 것을 특징으로 한다.
상기 AD 장비는, AZO 나노 분말(nano powder)을 넣고, 캐리어 가스를 주입하며, 진동기로 진동시켜 혼합하여 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버; 상기 에어로졸 챔버와 연결되며, 에어로졸 상태의 분말을 노즐을 통해 분사시켜 성막이 이루어지는 증착 챔버; 및 상기 증착 챔버와 연결되며 수∼수십 Torr의 진공상태를 유지시켜 주는 진공펌프를 포함한다.
상기 AZO 막은 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 형성된 400 nm의 두께를 가지는 AZO 막 인 것을 특징으로 한다.
(실시예3)
본 발명의 제3 실시예에 따른 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ZnO, AZO, ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법은 유연성을 갖는 PET 기판을 구비하는 단계; 및 23℃ 상온에서 별도의 열처리 없이 AD 장비가 사용되며, 에어로졸 증착 공정에 의해 투명전도성 산화 막을 제조하기 위해 입경이 1 μm 이하의 ITO 미세 분말(powder)을 사용하여 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 ITO(indium tin oxide) 막(ITO film)을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 ITO 막이 형성된 플렉시블한 투명 전극을 제조하며,
상기 ITO 막의 비저항은 캐리어 가스 유량이 증가함에 따라 감소하며, 막(film)의 치밀도가 증가하며, 캐리어 가스가 10 l/min일 때 ITO 막의 비저항은 63 × 10-1 Ω·cm 인 것을 특징으로 한다.
상기 AD 장비는, ITO 나노 분말(nano powder)을 넣고, 캐리어 가스를 주입하며, 진동기로 진동시켜 혼합하여 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버; 상기 에어로졸 챔버와 연결되며, 에어로졸 상태의 분말을 노즐을 통해 분사시켜 성막이 이루어지는 증착 챔버; 및 상기 증착 챔버와 연결되며 수∼수십 Torr의 진공상태를 유지시켜 주는 진공펌프를 포함한다.
상기 ITO 막은 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 형성된 400 nm의 두께를 가지는 ITO 막 인 것을 특징으로 한다.
상기 ZnO 막은 상대적으로 적은 캐리어 가스 유량(3 ~ 5 l/min)에서도 400 nm의 두께를 가지는 투명하고 균일한 막이 형성되었으며, 반면에 AZO 및 ITO 막은 캐리어 가스 유량이 3 l/min일 때 압분체 형태의 막이 형성되어 표면의 균일도가 좋지 않아 RMS 표면 거칠기가 크며,
반면에, 캐리어 가스를 10 l/min로 증가시켰을 때, AZO 및 ITO 필름은 약 400 nm 위 두께를 가지는 투명하고 균일한 막이 형성되었으며, 치밀하고 균일한 막을 AD공정으로 제조할 때 캐리어 가스 유량과 분말 입자 크기는 중요한 변수로 알려져 있으며, 즉, ITO 분말 및 AZO 분말의 평균입경이 ZnO 분말 보다 상대적으로 작아 치밀한 막을 얻기 위해 캐리어 가스 유량 증가로 더욱 가속된 입자에 의한 유연성을 갖는 PET 기판과의 상대적으로 높은 충돌 에너지를 요구한다.
상기 ZnO 막(ZnO film)은 캐리어 가스 유량이 5 l/min일 때 550 nm 파장에서 67.7%의 투과도를 보였으며, 상기 AZO 및 ITO 막(AZO 및 ITO film)은 캐리어 가스 유량이 10 l/min일 때 각각 51.3%, 34.6%의 투과도를 갖는다.
상기 AZO 및 ITO 막의 비저항은 캐리어 가스 유량이 증가함에 따라 감소하며, 막(film)의 치밀도가 증가하며,
캐리어 가스가 10 l/min일 때 AZO 및 ITO 막(AZO 및 ITO film)의 비저항은 각각 95 × 102, 63 × 10-1 Ω·cm 인 것을 특징으로 한다.
유연성을 갖는 PET 기판 위에 형성된 투명 전극은 플렉시블 디스플레이, 플렉시블 투명 디스플레이, 투명 디스플레이에 사용될 수 있다.
2. 결과 및 고찰
도 1은 본 발명에서 사용된 ZnO, AZO 및 ITO 분말의 입도분석 결과와 분말 입자의 크기 및 형상을 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 관찰한 결과이다. 입도 분석 결과 ZnO, AZO 및 ITO 분말은 평균입도(median size, D50) 가 각각 0.47, 0.37, 0.29 μm임을 확인할 수 있다. 주사 전자 현미경(SEM)을 통해 관찰된 ZnO, AZO 및 ITO분말 입자들은 불규칙한 형상을 가지고 있었으며, 입자의 크기분포는 입도분석 결과와 유사하였다. 특히, AZO 분말은 분말 내에 응집 입자들을 많이 포함하고 있음을 알 수 있다.
도 2는 캐리어 가스 유량에 따른 ZnO, AZO 및 ITO 필름의 표면 형상을 관찰한 결과이다.
ZnO 막은 상대적으로 적은 캐리어 가스 유량(3 ~ 5 l/min)에서도 약 400 nm의 두께를 가지는 투명하고 균일한 막이 형성되었다. 반면 AZO 및 ITO 막은 캐리어 가스 유량이 3 l/min일 때 압분체 형태의 막이 형성되어 표면의 균일도가 좋지 않아 RMS 표면 거칠기가 큰 것을 알 수 있다.
(표 1) 반면에, 캐리어 가스를 10 l/min로 증가시켰을 때, AZO 및 ITO 필름은 400 nm 위 두께를 가지는 투명하고 균일한 막이 형성되었음을 확인할 수 있었으며, 치밀하고 균일한 막을 AD공정으로 제조할 때 캐리어 가스 유량과 분말 입자 크기는 중요한 변수로 알려져 있다[5].
즉, ITO 및 AZO 분말의 평균입경이 ZnO 분말 보다 상대적으로 작아 치밀한 막을 얻기 위해 캐리어 가스 유량 증가로 더욱 가속된 입자에 의한 유연성을 갖는 PET 기판과의 높은 충돌 에너지가 필요하다. 가속된 입자들은 운동 에너지가 커지므로 유연성을 갖는 PET 기판에 충돌 속도가 빨라진다.
표 1은 캐리어 가스 유량에 따른 ZnO, AZO 및 ITO 필름의 물리적 특성을 나타냈다.
Figure pat00001
도 3(a)는 ZnO, AZO 및 ITO 필름의 캐리어 가스 유량에 따른 광투과도 변화를 나타낸다.
ZnO 필름(ZnO film)은 캐리어 가스 유량이 5 l/min일 때 550 nm 파장에서 67.7%의 투과도를 보이며, AZO 및 ITO 필름은 캐리어 가스 유량이 10 l/min일 때 각각 51.3%, 34.6%의 투과도를 보인다. AZO 및 ITO 필름의 비저항은 캐리어 가스 유량이 증가함에 따라 감소하며, 이는 막의 치밀도가 증가한 것으로 판단된다 캐리어 가스가 10 l/min일 때 AZO 및 ITO 필름의 비저항은 각각 95 × 102, 63 × 10-1 Ω·cm임을 알 수 있다.
도 4는 ZnO, AZO 및 ITO 필름에 대해서 굽힘 피로시험을 진행한 결과이다.
굽힘 피로시험은 곡률반경을 6 mm로 고정한 후 총 5,000회를 수행하였다 굽힘 피로시험 후에 ZnO, AZO 및 ITO 필름의 투과율 변화는 각각 1.9%, 12.2%, 6.7%임을 확인하였다. 또한, AZO 및 ITO 필름의 저항의 변화는 각각 9.5%, 8.3%였으며, 코팅막 표면에 미세 크랙이 발생하였다. 향후, 전기적 특성과 광학적 특성이 향상된 투명전극을 제조함에 있어서, 본 연구 결과는 분말 입자 크기 제어 및 공정 최적화 정보를 제공하는데 있어서 중요한 역할을 할 것으로 기대된다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야에서 통상의 지식을 가진자가 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 또는 변형하여 실시할 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
ZnO: 산화 아연
AZO: 알루미늄이 도핑된 산화 아연(Al-doped ZnO)
ITO: indium tin oxide

Claims (6)

  1. 유연성을 갖는 PET 기판을 구비하는 단계; 및
    상온에서 별도의 열처리 없이 AD 장비가 사용되며, 에어로졸 증착 공정에 의해 투명전도성 산화 막을 제조하기 위해 입경이 1 μm 이하의 AZO 미세 분말(powder)을 사용하여 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 AZO(Al-doped ZnO) 막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 AZO 막이 형성된 플렉시블한 투명 전극이 제조되며,
    상기 AZO 막은 산화 아연(ZnO) 기반 투명전도성 재료에 Al의 Ⅲ족 원소를 불순물로 첨가시켜 전도성을 향상시키며,
    상기 AZO 막의 비저항은 캐리어 가스 유량이 증가함에 따라 감소하며, 막(film)의 치밀도가 증가하며, 캐리어 가스가 10 l/min일 때 AZO 막의 비저항은 각각 95 × 102 Ω·cm 인 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착 공정으로 제조된 AZO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 AD 장비는
    AZO 나노 분말을 넣고, 캐리어 가스를 주입하며, 진동기로 진동시켜 혼합하여 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버;
    상기 에어로졸 챔버와 연결되며, 에어로졸 상태의 분말을 노즐을 통해 분사시켜 성막이 이루어지는 증착 챔버; 및
    상기 증착 챔버와 연결되며 수∼수십 Torr의 진공상태를 유지시켜 주는 진공펌프;
    를 포함하는 에어로졸 증착 공정으로 제조된 AZO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 AZO 막은 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 형성된 400 nm의 두께를 가지는 AZO 막 인 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착 공정으로 제조된 AZO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법.
  4. 유연성을 갖는 PET 기판을 구비하는 단계; 및
    상온에서 별도의 열처리 없이 AD 장비가 사용되며, 에어로졸 증착 공정에 의해 투명전도성 산화 막을 제조하기 위해 입경이 1 μm 이하의 ITO 미세 분말(powder)을 사용하여 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 ITO(indium tin oxide) 막을 형성하는 단계를 포함하며, 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 상기 ITO 막이 형성된 플렉시블한 투명 전극을 제조하며,
    상기 ITO 막의 비저항은 캐리어 가스 유량이 증가함에 따라 감소하며, 막(film)의 치밀도가 증가하며, 캐리어 가스가 10 l/min일 때 ITO 막의 비저항은 63 × 10-1 Ω·cm 인 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 AD 장비는
    ITO 나노 분말을 넣고, 캐리어 가스를 주입하며, 진동기로 진동시켜 혼합하여 에어로졸이 형성되는 에어로졸 챔버;
    상기 에어로졸 챔버와 연결되며, 에어로졸 상태의 분말을 노즐을 통해 분사시켜 성막이 이루어지는 증착 챔버; 및
    상기 증착 챔버와 연결되며 수∼수십 Torr의 진공상태를 유지시켜 주는 진공펌프;
    를 포함하는 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 ITO 막은 상기 유연성을 갖는 PET 기판 위에 형성된 400 nm의 두께를 가지는 ITO 막 인 것을 특징으로 하는 에어로졸 증착 공정으로 제조된 ITO 박막의 특성과 유연 내구성 향상 방법.
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001226780A (ja) * 2000-02-09 2001-08-21 Seiko Epson Corp 透明導電膜の製造方法
JP2009087898A (ja) * 2007-10-03 2009-04-23 Kansai Paint Co Ltd エアロゾルを用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法
KR20090082645A (ko) * 2008-01-28 2009-07-31 한국기계연구원 세라믹막이 구비된 유연성판재 및 이의 제조방법
JP2013193919A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 Ngk Insulators Ltd エアロゾルデポジション法用無機粉末及びそれを用いた無機被膜の製造方法
KR20180007883A (ko) 2016-07-14 2018-01-24 주식회사 비전아이티 유해성 차단 기능을 갖는 컴퓨터 시스템 및 방법

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001226780A (ja) * 2000-02-09 2001-08-21 Seiko Epson Corp 透明導電膜の製造方法
JP2009087898A (ja) * 2007-10-03 2009-04-23 Kansai Paint Co Ltd エアロゾルを用いたアルミニウムドープ酸化亜鉛透明導電膜の製造方法
KR20090082645A (ko) * 2008-01-28 2009-07-31 한국기계연구원 세라믹막이 구비된 유연성판재 및 이의 제조방법
JP2013193919A (ja) * 2012-03-19 2013-09-30 Ngk Insulators Ltd エアロゾルデポジション法用無機粉末及びそれを用いた無機被膜の製造方法
KR20180007883A (ko) 2016-07-14 2018-01-24 주식회사 비전아이티 유해성 차단 기능을 갖는 컴퓨터 시스템 및 방법

Non-Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
ceramic films on metal subsrates fabricated at room temperature by aerosol deposition", JAm Ceram Soc, vol94, no9, pp 3131-3138, Sep 2011
D Horwat and A Billard, "Effects of substrate position and oxygen gas flow rate on the properties of ZnO: Al films prepared by reactive co-sputtering", Thin solid films, vol305, no13, pp 5444-5888, May 2007
D W Lee, H J Kim, Y H Kim, Y H Yun, S M Nam, "Growth process of
J Akedo, "Aerosol deposition of ceramic thick films at room temperature: densification mechanism of ceramic layers", J Am Ceram Soc, vol89, no6, pp 1834-1839, Jun 2006
JK Wassei and RB Kaner, "Graphene a promising transparent conductor", Materialstoday, vol13, no3, pp 52-59, Mar 2010
K-H Lee, S-M Kim, J Jeong, Y Park, H Song, J Park, K-H Lim, J-H Kim, Y S Kim, H C Ko, I K Kwon, and G-Y Jung, "All-solution-processed transparent thin film transistor and its application to liquid crystals driving", Adv Mater, vol25, no23, pp 3209-3214, Jun 2013

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