KR20210054348A - 투명 전극 구조체, 투명 전극 구조체의 제조 방법 및 투명 전극 구조체를 포함하는 전기 소자 - Google Patents

투명 전극 구조체, 투명 전극 구조체의 제조 방법 및 투명 전극 구조체를 포함하는 전기 소자 Download PDF

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KR20210054348A
KR20210054348A KR1020190140397A KR20190140397A KR20210054348A KR 20210054348 A KR20210054348 A KR 20210054348A KR 1020190140397 A KR1020190140397 A KR 1020190140397A KR 20190140397 A KR20190140397 A KR 20190140397A KR 20210054348 A KR20210054348 A KR 20210054348A
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이명원
금동기
안기환
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극 구조체는 투명 기판, 투명 기판 상에 형성된 하부 절연층, 하부 절연층과 접하도록 하부 절연층 상에 형성되며, 주름 구조를 포함하는 배리어 층 및 배리어 층 상에 배치된 투명 전극층을 포함한다. 배리어 층에 의해 투명 전극 구조체의 광학적, 화학적 안정성이 향상될 수 있다.

Description

투명 전극 구조체, 투명 전극 구조체의 제조 방법 및 투명 전극 구조체를 포함하는 전기 소자{TRANSPARENT ELECTRODE STRUCTURE, METHOD OF FABRICATING TRANSPARENT ELECTRODE STRUCTURE AND ELECTRIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 투명 전극 구조체, 투명 전극 구조체의 제조 방법 및 투명 전극 구조체를 포함하는 전기 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 절연층 및 전극층을 포함하는 투명 전극 구조체, 투명 전극 구조체의 제조 방법 및 투명 전극 구조체를 포함하는 전기 소자에 관한 것이다.
전지 소자, 조명 장치, 디스플레이 장치 등과 같은 각종 전기/전자 소자에 있어 전극 구조가 도입된다. 상기 조명 장치, 디스플레이 장치의 경우 광학적 특성, 이미지 품질 등을 위해 투명성이 향상된 전극 구조가 채용된다. 또한, 태양 전지와 같은 전지 소자의 경우 광 효율 향상을 위해 역시 투명성이 향상된 전극 구조가 채용된다.
상기 전극 구조 또는 예를 들면, 유기 발광층, 광 활성층과 같은 기능층은 상기 전지 소자의 외부로부터 침투하는 수분에 노출되는 경우 산화될 수 있으며, 상기 기능층에서의 동작도 열화될 수 있다.
최근 박형화되는 전지 소자의 경우, 수분 침투에 의한 산화, 손상에 보다 쉽게 노출될 수 있다.
따라서, 전극의 광 효율을 형상시키면서도 소자의 화학적 안정성을 향상시키기 위한 전극 구조의 연구가 필요하다. 예를 들면, 한국 공개특허공보 제2018-0014073호는 OLED 조명용 금속 전극을 개시하고 있으나, 상술한 특성 향상에 대해서는 인식하지 못하고 있다.
한국공개특허공보 제2018-0014073호
본 발명의 일 과제는 향상된 광학적, 화학적, 기계적 특성을 갖는 투명 전극 구조체 및 투명 전극 구조체의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 투명 전극 적층체를 포함하는 조명 소자, 태양 전지와 같은 전기 소자를 제공하는 것이다.
1. 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 형성된 하부 절연층; 상기 하부 절연층과 접하도록 상기 하부 절연층 상에 형성되며, 주름 구조를 포함하는 배리어 층; 및 상기 배리어 층 상에 배치된 투명 전극층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
2. 위 1에 있어서, 상기 배리어 층은 40℃, 90% 상대습도 조건에서의 투습도가 10-3 g/m224hr 이하인, 투명 전극 구조체.
3. 위 1에 있어서, 상기 배리어 층의 탄성률은 4 Gpa 초과 내지 400 GPa 이하인, 투명 전극 구조체.
4. 위 3에 있어서, 상기 하부 절연층의 탄성률은 상기 배리어 층의 탄성률보다 작은, 투명 전극 구초제.
5. 위 4에 있어서, 상기 하부 절연층의 탄성률 대비 상기 배리어 층의 탄성률의 비율은 10 내지 100배인, 투명 전극 구초제.
6. 위 1에 있어서, 상기 주름 구조의 단차 높이는 0.06 내지 3㎛인, 투명 전극 구조체.
7. 위 6에 있어서, 상기 배리어 층 및 상기 투명 전극층 사이에 형성되어 상기 주름 구조를 덮는 오버 코팅층을 더 포함하는, 투명 전극 구조체.
8. 위 1에 있어서, 상기 하부 절연층은 상기 투명 기판 상에 순차적으로 적층된 중개층 및 보호층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
9. 위 1에 있어서, 상기 배리어 층은 상기 하부 절연층 상에 순차적으로 적층된 제1 배리어 층 및 제2 배리어 층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
10. 위 9에 있어서, 상기 제2 배리어 층의 굴절률은 상기 제1 배리어 층의 굴절률보다 작은, 투명 전극 구조체.
11. 위 1에 있어서, 상기 배리어 층은 인듐-주석 산화물(ITO), 알루미늄 산화물, 아연 산화물, 알루미늄 산화물-아연 산화물 복합(AZO) 물질, 실라잔(silazane), 실록산(siloxane) 및 규소 함유 무기 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 배리어 물질을 포함하는, 투명 전극 구조체의 제조 방법.
12. 위 1에 있어서, 상기 투명 전극층은 순차적으로 적층된 제1 투명 산화물 전극층, 금속층 및 제2 투명 산화물 전극층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
13. 투명 기판 상에 하부 절연층을 형성하는 단계; 상기 하부 절연층 상에 배리어 층을 형성하는 단계; 상기 배리어 층을 열처리하여 상기 하부 절연층과의 탄성률 차이에 의해 상기 배리어 층에 주름 구조를 형성하는 단계; 및 상기 배리어 층 상에 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함하는, 투명 전극 구조체의 제조 방법.
14. 위 13에 있어서, 상기 열처리는 150 내지 300℃ 범위의 온도에서 수행되는, 투명 전극 구조체의 제조 방법.
15. 위 1의 투명 전극 구조체; 상기 투명 전극 구조체 상에 배치된 유기 발광층; 및 상기 유기 발광층 상에 배치된 상부 전극을 포함하는, 조명 소자.
16. 위 1의 투명 전극 구조체; 상기 투명 전극 구조체 상에 배치된 광 활성층; 및 상기 광 활성층 상에 배치된 상부 전극을 포함하는, 태양 전지.
본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극 구조체는 주름 구조를 갖는 배리어 층을 포함할 수 있다. 이에 따라, 우수한 내화학성 및 높은 투과도를 함께 구현할 수 있다.
상기 배리어 층에 형성된 주름에 의해, 상기 투명 전극 구조체를 투과하는 빛이 전반사되는 것을 방지하여, 상기 투명 전극 구조체를 포함하는 전기 소자의 광 효율이 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 따른 투명 전극 구조체는 상기 배리어 층이 특정 투습도 범위를 만족할 수 있다. 이에 따라, 상기 투명 전극 구조체의 내화학성이 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 하부 절연층의 탄성률 대비 배리어 층 및 의 탄성율 차이를 조절하여, 상기 주름 구조의 단차를 조절할 수 있다. 이에 따라, 투명 전극 구조체의 광 효율이 더욱 향상될 수 있다.
상기 투명 전극 구조체를 활용하여 광학적, 화학적, 기계적 안정성이 향상된 조명 소자, 전지 소자를 제조할 수 있다.
도 1은 일부 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2 내지 도 9은 일부 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 10 및 도 11은 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체가 적용된 전기 소자를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 12는 예시적인 실시예들에 따른 배리어 층을 나타내는 사진이다.
본 발명의 실시예들은 하부 절연층 상에 형성되며, 주름 구조를 포함하는 배리어 층을 포함하는 투명 전극 구조체를 제공한다. 또한, 상기 투명 전극 구조체가 적용된 조명 소자, 전지 소자 등과 같은 전기 소자를 제공한다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 투명 전극 구조체(100)는 투명 기판(110). 투명 기판 상에 형성된 하부 절연층(120), 하부 절연층(120) 상에 적층된 주름 구조를 포함하는 배리어 층(140) 및 상기 배리어 층(140) 상에 적층된 투명 전극층(150)을 포함할 수 있다.
상기 도 1에는 편의를 위해 상기 주름 구조를 물결 무늬로 나타내었으나, 이는 상기 주름 구조의 예시에 불과한 것으로, 상기 주름 구조의 형상은 도면으로 제한되지 않는다.
일부 실시예들에 있어서, 배리어 층(140) 및 투명 전극층(150) 사이에 오버 코팅층(130)을 포함할 수 있다.
투명 기판(110)은 높은 광투과율을 갖는 유리, 투명 수지 물질 등을 포함할 수 있다. 상기 투명 수지 물질의 예로서 환형올레핀중합체(COP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(PI), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 폴리에테르술폰(PES), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 폴리카보네이트(PC), 환형올레핀공중합체(COC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 들 수 있다.
하부 절연층(120)은 투명 전극층(150)을 보호하고, 투명 전극층(150)을 투명 기판(110)으로 전사하기 위한 중개층으로 제공될 수 있다.
하부 절연층(120)은 투명 기판(110)의 상면 상에 순차적으로 적층된 중개층(122) 및 보호층(124)을 포함할 수 있다.
중개층(122)은 유기 고분자막을 포함할 수 있으며, 비제한적인 예로서 폴리이미드(polyimide)계 고분자, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol)계 고분자, 폴리아믹산(polyamic acid)계 고분자, 폴리아미드(polyamide)계 고분자, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자, 폴리스티렌(polystylene)계 고분자, 폴리노보넨(polynorbornene)계 고분자, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer)계 고분자, 폴리아조벤젠(polyazobenzene)계 고분자, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide)계 고분자, 폴리에스테르(polyester)계 고분자, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)계 고분자, 폴리아릴레이트(polyarylate)계 고분자, 신나메이트(cinnamate)계 고분자, 쿠마린(coumarin)계 고분자, 프탈리미딘(phthalimidine)계 고분자, 칼콘(chalcone)계 고분자, 방향족 아세틸렌계 고분자 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 또는 2종 이상 조합되어 사용할 수 있다.
예를 들면, 중개층(122)의 두께는 비제한적 예시로서 약 5 내지 1,000nm, 바람직하게는 약 50 내지 500nm일 수 있다. 예를 들면 중개층(122)의 굴절률은 약 1.48 내지 1.58일 수 있다.
보호층(124)은 중개층(122) 상에 형성될 수 있다. 보호층(124)은 예를 들면 유기 절연막 소재를 포함할 수 있다.
예를 들면, 보호층(124)은 전극 패턴들의 패터닝 공정 등 중에 중개층(122)의 측면이 에천트 등에 노출되는 것을 최소화 할 수 있도록 중개층(122) 측면의 중 적어도 일부를 덮을 수 있다. 중개층(122) 측면의 노출을 완전히 차단한다는 측면에서 보호층(124)은 중개층(122) 측면을 전부 덮을 수 있다.
예를 들면, 보호층(124)의 두께는 약 1 내지 10㎛, 바람직하게는 1 내지 3㎛인 것이 내화학성과 유연성 확보 측면에서 바람직하다. 예를 들면, 보호층(124)의 굴절률은 약 1.48 내지 1.58일 수 있다.
예를 들면, 캐리어 기판(미도시) 상에 하부 절연층(120), 배리어 층(140) 및 투명 전극층(150)을 형성한 후, 상기 캐리어 기판을 하부 절연층(120)으로부터 박리시킬 수 있다. 이후, 하부 절연층(120)의 박리면에 형성된 점접착층(미도시)을 통해 투명 기판(110)을 접합시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 캐리어 기판(미도시) 상에 하부 절연층(120), 배리어층(140) 및 투명 전극층(150)을 형성한 이후, 투명 기판(110)과 결합하는 박리/전사 공정을 통해 투명 전극 구조체(100)를 수득할 수 있다. 이 경우, 배리어 층(140) 또는 투명 전극층(150) 형성 시 수행되는 스퍼터링 공정과 같은 고온 증착 공정에 의해 투명 기판(110)이 손상되는 것을 방지할 수 있으며, 보다 얇은 투명 기판(110)의 활용이 가능하므로 박형의 투명 전극 구조체(100) 및 전기 소자가 용이하게 구현될 수 있다.
예를 들면, 중개층(122)은 상기 캐리어 기판으로부터 용이하게 박리되고, 박리 시에 투명 전극 구조체(100) 내 크랙이 발생하지 않도록, 상기 캐리어 기판에 대한 박리력이 약 0.01 내지 0.2 N/25mm일 수 있다.
예를 들면, 투명 기판(110) 상에 하부 절연층(120), 배리어 층(140) 및 투명 전극층(150)이 직접 적층될 수도 있다.
배리어 층(140)는 하부 절연층(120)과 접하도록 하부 절연층(120) 상에 형성되며, 주름 구조를 포함할 수 있다. 이 경우 배리어 층(140)에 포함된 상기 주름 구조에 의해, 투명 전극 구조체(100) 투과하는 빛의 전반사가 방지되어, 광 효율이 더욱 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 주름 구조는 배리어 층(140) 및 하부 절연층(120) 사이의 탄성률 차이로 인해 형성될 수 있다.
예를 들면, 배리어 층(140)의 탄성률은 약 4Gpa 초과 내지 400Gpa 이하일 수 있다. 예를 들면, 하부 절연층(120)의 탄성률은 약 4Gpa 이하일 수 있다. 이 경우, 배리어 층(140) 및 하부 절연층(120) 사이의 탄성률 차이로 인한, 열 수축률 차이로 인해, 배리어 층(140) 내 주름 구조가 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 하부 절연층(120)의 탄성률은 배리어 층(140)의 탄성률 보다 작을 수 있다. 예시적인 실시예들에 따르면, 하부 절연층(120)의 탄성률 대비 배리어 층(140)의 탄성률 비율은 약 10 내지 100배 일 수 있다.
상기 범위에서 배리어 층(140) 내에 상기 주름 구조를 보다 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 하부 절연층(120)의 탄성률 대비 배리어 층(140)의 탄성률 비율을 조절하여, 상기 주름 구조의 단차를 적절하게 조절할 수 있다. 이에 따라, 상기 주름 구조의 단차가 지나치게 증가됨에 따른 평탄성 저하를 효과적으로 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 배리어 층(140)에 포함된 상기 주름 구조의 단차는 약 0.06 내지 3㎛일 수 있다. 상기 범위에서 투명 전극 구조체(100)의 우수한 광효율, 내화학성 및 내구성이 용이하게 구현될 수 있다.
예를 들면, 상기 주름 구조의 단차가 약 0.06㎛ 미만인 경우, 광 효율 향상 효과가 미미할 수 있으며, 약 3㎛를 초과할 경우, 투명 전극 구조체(100)의 평탄성 및 내구성이 저하될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 배리어 층(140)은 수분 차폐능이 향상된 배리어 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 배리어 물질은 인듐-주석 산화물(ITO), 알루미늄 산화물(예를 들면, Al2O3), 아연 산화물(예를 들면, ZnO), 알루미늄 산화물-아연 산화물복합 물질(AZO), 실라잔(silazne), 실록산(siloxane) 및/또는 규소 함유 무기 물질을 포함할 수 있다.
본 출원에 있어서 "실라잔"은 "-Si-N-Si-" 구조를 포함하는 화합물 또는 폴리머를 포괄하는 용어로 사용된다. "실록산"은 "-Si-O-Si-" 구조를 포함하는 화합물 또는 폴리머를 포괄하는 용어로 사용된다.
상기 규소 함유 무기 물질의 예로서, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산질화물을 들 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 바람직하게는, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물 중 적어도 2 이상이 함께 사용되며, 보다 바람직하게는, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 산질화물이 함께 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 배리어 층(140)은 40℃, 90% 상대습도 조건에서의 투습도가 약 10-3 g/m2 24hr 이하, 바람직하게는 약 10-5 g/m2 24hr 이하일 수 있다. 예를 들면, 배리어 층(140)이 상기 투습도 범위를 만족할 경우, 투명 전극 구조체(100)의 내부식성이 보다 향상될 수 있다. 또한, 조명 소자, 태양 전지 또는 퀀텀 닷(Quantum dot) 등 각 종 전기 소자에 보다 용이하게 적용할 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 배리어 층(140)은 상술한 배리어 물질을 포함하는 단층 또는 복층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면 배리어 층(140)은 하부 절연층(120) 상에 순차적으로 적층된 제1 배리어 층(142) 및 제2 배리어 층(142)을 포함할 수 있다.
예를 들면, 제2 배리어 층(144)은 제1 배리어 층(142)의 부족한 투습도를 보완할 수 있다. 이에 따라, 투명 전극 구조체(100)의 내부식성이 더욱 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 배리어 층(142)의 투습도 및 제2 배리어 층(144) 중 적어도 어느 하나의 투습도는 40℃, 90% 상대습도 조건에서 약 10-3 g/m2 24hr일 수 있다. 예를 들면, 제1 배리어 층(142) 및 제2 배리어 층(144)의 투습도가 각각 40℃, 90% 상대습도 조건에서 약 10-3 g/m2 24hr일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제2 배리어 층(144)의 굴절률은 제1 배리어 층(142)의 굴절률 보다 작은 값을 가질 수 있다. 이 경우 전반사가 방지 효과가 증대되어, 투명 전극 구조체(100)의 광학특성이 보다 향상될 수 있다.
예를 들면, 제1 배리어 층(142) 및 제2 배리어 층(144) 각각은 포함되는 물질에 따라 두께가 적절히 조절될 수 있다. 예를 들면, 제1 배리어 층(142) 또는 제2 배리어 층(144)이 AZO물질을 포함하는 경우 그 두께는 약 10 nm 내지 약 1㎛일 수 있다. 제1 배리어 층(142) 또는 제2 배리어 층(144)이 실라잔을 포함하는 경우 그 두께는 약 100nm 내지 2㎛일 수 있다. 제1 배리어 층(142) 또는 제2 배리어 층(144)이 규소 함유 무기 물질을 포함하는 경우, 그 두께는 약 10nm 내지 약 1㎛일 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 오버 코팅층(130)은 배리어 층(140) 및 투명 전극층 사이에(150)에 형성될 수 있다.
예를 들면, 오버 코팅층(130)은 상기 주름 구조를 덮을 수 있다. 이 경우, 오버 코팅층(130)는 주름 구조에 의한 단차를 완화할 수 있다. 이에 따라, 투명 전극 구조체(100)의 내구성 및 기계적 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
오버 코팅층(130)은 그 자체로서 기재의 역할, 그리고 패시베이션층의 역할을 할 수 있다. 뿐만 아니라, 투명 전극층(150)의 부식을 방지할 수 있다. 또한, 점접착층의 역할을 할 수 있다.
오버 코팅층(130)은 단층 또는 2층 이상의 복수의 층으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 오버 코팅층(130)이 기재의 역할을 하는 경우, 폴리디메틸실록산(PDMS), 폴리오르가노실록산(POS) 등의 실리콘계 고분자; 폴리이미드계 고분자; 폴리우레탄계 고분자 등으로 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 오버 코팅층(130)은 비제한적 예시로서, 실리콘 산화물과 같은 금속 산화물, 아크릴계 수지를 포함하는 감광성 수지 조성물 혹은 열경화성 수지 조성물 또는 실리콘산화물(SiOx)등의 무기물을 사용하여 형성될 수 있으며 이 경우 증착, 스퍼터링 등의 방법으로 형성될 수 있다.
예를 들면, 오버 코팅층(130)이 접착층의 역할을 하는 경우, 열경화 또는 광경화성 점접착제를 포함할 수 있다. 예를 들어, 오버 코팅층(130)은 폴리에스테르계, 폴리에테르계, 우레탄계, 에폭시계, 실리콘계, 아크릴계 등의 열경화 또는 광경화성 점접착제를 포함할 수 있다.
오버 코팅층(130)의 두께는 예를 들면 약 1 내지 10㎛, 바람직하게는 약 1 내지 3㎛인 것이 부식성, 평탄성 및 유연성 확보 측면에서 바람직하다.
투명 전극층(150)은 투명 산화물 전극층 및 금속층을 포함하는 복층 구조를 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 투명 전극층(150)은 배리어 층(140)의 상면으로부터 순차적으로 적층된 제1 투명 산화물 전극층(152), 금속층(154) 및 제2 투명 산화물 전극층(156)의 적층 구조를 포함할 수 있다.
제1 투명 산화물 전극층(152) 및 제2 투명 산화물 전극층(156)은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 산화물(ZnO), 인듐 아연 주석 산화물(IZTO), 알루미늄 도핑 아연 산화물(AZO), 갈륨 도핑 아연 산화물(GZO), 아연 주석 산화물(ZTO), 인듐 갈륨 산화물(IGO), 주석 산화물(SnO2) 등과 같은 투명 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 투명 산화물 전극층(152) 및 제2 투명 산화물 전극층(156)은 ITO 또는 IZO를 포함할 수 있다.
금속층(154)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo), 칼슘(Ca) 또는 이들의 합금(예를 들면, 은-팔라듐-구리(APC))을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 금속층(154)은 APC와 같은 은(Ag) 합금을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 금속층(154)은 투명 전극층(150)에 포함되어 저항을 감소시켜 예를 들면, 조명 소자 및 전지 소자의 활성화 속도 또는 반응 속도를 향상킬 수 있다. 또한, 금속층(154)을 통해 투명 전극 층(150)의 전체적인 유연성이 확보되어 반복 접힘, 폴딩이 인가되는 경우에도 전극 손상이 방지될 수 있다.
금속층(154)의 상면 및 하면 상에 상대적으로 내화학성이 향상된 투명 산화물 전극층들(152, 156)을 배치시켜, 금속층(154)의 외부 수분, 공기 침투에 의한 산화, 부식 등을 방지할 수 있다. 또한, 투명 산화물 전극층들(152, 156)에 의해 투명 전극층(150)의 투과율이 향상되어 전기 소자의 광학적 효율을 향상시킬 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 투명 산화물 전극층(152, 156)의 굴절률은 금속층(154)과의 굴절률 매칭을 통한 반사 감소를 위해 약 1.7 내지 2.2 범위로 조절될 수 있다. 예를 들면, ITO의 경우 산화 인듐(In2O3) 및 산화 주석(SnO2)의 중량비가 조절된 타겟을 사용한 스퍼터링 공정을 통해 굴절률이 조절될 수 있다.
금속층(154)은 투과율 향상을 위해 제1 및 제2 투명 산화물 전극층(152, 156) 각각의 두께보다 작은 두께로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 투명 산화물 전극층(152, 156) 각각의 두께는 약 200 내지 800Å, 바람직하게는 약 300 내지 500Å일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 금속층(154)의 두께는 약 50 내지 500Å, 바람직하게는 약 70 내지 200Å일 수 있다.
상기 두께 범위 내에서 상술한 식 1의 값과 조합되어 반사율 억제 및 투과율 향상 효과가 보다 효과적으로 구현될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 투명 전극층(150) 상에는 인캡슐레이션 필름 또는 이형 필름과 같은 보호 필름이 형성될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 투명 전극층(150)에 있어서, 금속층(154)과 함께 투명 산화물 전극층(152, 156)을 포함시킴으로써 금속층(154)의 저저항 특성을 활용하면서 수분, 공기에 의한 손상을 방지할 수 있다.
도 2 내지 도 9는 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체의 제조 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 투명 기판(110) 상에 하부 절연층(120)을 형성할 수 있다. 하부 절연층(120)은 중개층(122) 및 보호층(124)을 포함할 수 있다.
일부 실시예에 있어서, 투명 기판(110)은 캐리어 기판으로서 제공될 수도 있다. 이 경우, 캐리어 기판을 하부 절연층(120)으로부터 박리한 후 별도의 투명 기판(110)을 하부 절연층(120)의 박리면 상에 접착할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 하부 절연층(120) 상에 배리어 층(140)을 형성할 수 있다. 예를 들면, 배리어 층(140)은 단층 또는 복층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면 배리어 층(140)를 가열하여, 주름 구조를 형성할 수 있다.
도 5를 참조하면, 하부 절연층(120) 상에 단층의 배리어 층(140)이 형성된 후, 가열에 의해 배리어 층(140) 내부에 주름 구조가 형성될 수 있다.
예를 들면, 상기 주름 구조는 하부 절연층(120)과 배리어 층(140) 사이의 탄성률 차이에 의해 형성될 수 있다.
예를 들면, 배리어 층(140)을 약 150 내지 300℃로 가열할 수 있다. 예를 들면, 배리어 층(140)을 상기 온도 범위에서 약 15 내지 30분 가열할 수 있다. 상기 범위에서 주름 구조를 용이하게 형성할 수 있으며, 가열 과정에서 발생할 수 있는 투명 전극 구조체(100)의 열화를 방지할 수 있다.
도 6을 참조하면, 하부 절연층(120) 상에 제1 배리어 층(142)이 형성된 후, 가열에 의해 제1 배리어 층(142) 내부에 주름 구조가 형성될 수 있다. 이 후, 제1 배리어 층(142) 상에 제2 배리어 층(144)이 형성되어, 복층 구조를 갖는 배리어 층(140)이 형성될 수 있다.
예를 들면, 도시되어 있지는 않으나, 제2 배리어 층(144)을 가열하여, 제2 배리어 층(144) 내부에 주름 구조를 형성할 수도 있다. 이 경우, 제1 배리어 층(142)의 탄성률이 제2 배리어 층(144)의 탄성률보다 클 수 있다.
예를 들면 제2 배리어 층(144)의 탄성률 대비 제1 배리어 층(142)의 탄성률의 비율은 약 3 내지 10배일 수 있다. 이 경우, 제2 배리어 층(144)에 추가로 형성된 주름 구조로 인해, 전반사 방지 효과가 더욱 향상될 수 있다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 상기 주름 구조가 형성된 배리어 층(140) 상에 오버 코팅층(130)이 형성될 수 있다. 예를 들면 오버 코팅층(130)은 상기 주름 구조에 의한 단차를 완화시킬 수 있다.
도 9를 참조하면, 배리어 층(140) 상에 투명 전극층(150)을 형성할 수 있다. 예를 들면 투명 전극층(150)은 순차적으로 적층된 제1 투명 산화물 전극층(152), 금속층(154) 및 제2 투명 산화물 전극층(156)을 포함할 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 복층 구조를 갖는 배리어 층(140) 상에 오버 코팅층(130) 및 투명 전극층(150)이 순차적으로 적층될 수 있다.
도 10은 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체가 적용된 전기 소자를 나타내는 개략적인 단면도이다. 예를 들면, 도 10은 상술한 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체를 포함한 조명 소자를 도시하고 있다.
도 10을 참조하면, 조명 소자(200)는 상술한 투명 전극 구조체(100) 상에 순차적으로 적층된 발광층(160) 및 상부 전극(170)을 포함할 수 있다.
발광층(160)은 예를 들면, 당해 기술 분야에 공지된 유기 발광 물질을 포함할 수 있다. 이 경우, 조명 소자(200)는 OLED 조명 소자로 제공될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 투명 전극층(150) 및 발광층(160) 사이에 정공 수송층(Hole Transport Layer: HTL)이 더 포함될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 발광층(160) 및 상부 전극(170) 사이에 전자 수송층(Electron Transport Layer: ETL)이 더 포함될 수도 있다.
예를 들면, 투명 전극층(150)은 조명 소자(200)의 애노드로 제공될 수 있으며, 조명 소자(200)는 투명 기판(110)을 통해 발광되는 저면 발광 방식(bottom-emission type)일 수 있다. 이 경우, 상부 전극(170)은 조명 소자(200)의 캐소드 및 반사 전극으로 제공될 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체가 적용된 전기 소자를 나타내는 개략적인 단면도이다. 예를 들면, 도 11은 상술한 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 구조체를 포함한 태양 전지(solar cell)와 같은 전지 소자를 도시하고 있다.
도 11을 참조하면, 전지 소자(300)는 상술한 투명 전극 구조체(100) 상에 순차적으로 적층된 광 활성층(photo-active layer)(180) 및 상부 전극(190)을 포함할 수 있다. 광 활성층(180)은 예를 들면, 태양 전지(solar cell)에 포함되는 당해 기술분야에서 공지된 유기 고분자를 포함하는 광 흡수층을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 투명 전극층(150) 및 광 활성층(180) 사이에는 정공 수송층이 더 포함될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 투명 전극층(150)은 전지 소자(300)의 애노드로 제공되며, 상부 전극(190)은 전지 소자(300)의 캐소드로 제공될 수 있다.
실시예 및 비교예
두께 700㎛의 소다라임 글라스 상에, 중개층을 형성한 후, 상기 중개층 상에 하기 표 1의 굴절률, 두께 및 탄성률 특성을 갖는 보호층을 형성하였다.
이후, 상기 보호층 상에 하기 표 1에 따른 물질을 포함하고, 굴절률, 두께 탄성률 및 투습도(WVTR) 특성을 갖는 배리어 층을 형성하였다.
이후, 상기 배리어 층을 225℃에서 15분 가열하여, 상기 배리어 층 내에 주름 구조를 형성하였다. 도 12는 실시예 1에 따라 형성된 주름 구조를 나타난 사진이다. 실시예들 및 비교예에 따라 형성된 주름의 단차 및 주기를 표 2에 표시하였다.
이후에, 상기 보호층 상에 진공 증착 방법으로 ITO층을 두께 0.05㎛로 형성한 후, 상기 ITO층 상에 감광성 포토레지스트를 도포하고 노광, 현상 및 에칭하여 전극 패턴층을 형성하였다.
구분 분리층 배리어 층
굴절률 두께
(㎛)		 탄성율
(Gpa)		 물질 굴절률 두께
(nm)		 탄성율
(Gpa)		 수분
투과도
실시예1 1.52 3 4 ZnO 2.01 30 210 3.8*10-4
실시예2 1.52 3 4 ITO 2 135 116 3.0*10-1
실시예3 1.52 3 4 AZO 1.68 112 370 8.8*10-4
실시예4 1.52 3 4 Al2O3 1.67 50 390 5.8*10-4
실시예5 1.52 3 4 SiON 1.56 177 305 7.3*10-3
실시예6 1.52 3 4 SiO2 1.46 189 80 7.9*10-2
실시예7 1.52 3 4 Poly silazane(2 layer) 1.53 600 45 3.4*10-3
실시예8 1.52 3 4 ITO/AZO 2/1.68 247 370/116 8.6*10-5
실시예9 1.52 3 4 ITO/Al2O3 2/1.67 252 390/116 3.3*10-5
실시예10 1.52 3 4 AZO/
silazane		 1.68/1.53 442 370/45 1.7*10-5
실시예11 1.52 3 4 SiON/
SiO2 		1.56/1.46 300 305/80 8.6*10-5
비교예1 1.52 3 4 유기막 1.52 3000 4 5.5
실험예
휘도 향상율 평가
마이크로스코픽 스펙트로미터 CAS-140을 이용하여, 실시예 및 비교예의 투명 전극 구조체의 휘도를 측정하였다. 비교예 1을 기준으로 실시예들의 휘도 향상율을 계산하여 표 2에 나타내었다.
구분 주름 구조 휘도향상율(%)
단차(㎛) 주기(㎛)
실시예1 1.5 8.2 18.2
실시예2 0.55 5.41 19
실시예3 1 5 16
실시예4 0.9 1 14
실시예5 1 1.5 12
실시예6 0.16 3 9.4
실시예7 0.54 5.45 17.9
실시예8 0.54 5.44 17.6
실시예9 1.1 5.4 15.6
실시예10 0.54 2.2 11.4
실시예11 0.06 5 1.2
비교예1 0 0 0
상기 표 2를 참조하면 배리어 층 내에 주름 구조가 형성된 실시예들의 경우, 주름 구조가 형성되지 않은 비교예와 비교할 때, 휘도가 향상되었다. 또한, 형성된 주름 구조의 단차를 조절하여, 휘도 향상 정도를 조절하였다.
100: 투명 전극 구조체 110: 투명 기판
120: 하부 절연층 122: 중개층
124: 보호층 130: 오버 코팅층
140: 배리어 층 150: 투명 전극층
152: 제1 투명 산화물 전극층 154: 금속층
156: 제2 투명 산화물 전극층

Claims (16)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 형성된 하부 절연층;
    상기 하부 절연층과 접하도록 상기 하부 절연층 상에 형성되며, 주름 구조를 포함하는 배리어 층; 및
    상기 배리어 층 상에 배치된 투명 전극층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 배리어 층은 40℃, 90% 상대습도 조건에서의 투습도가 10-3 g/m2·24hr 이하인, 투명 전극 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 배리어 층의 탄성률은 4 Gpa 초과 내지 400 GPa 이하인, 투명 전극 구조체.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 하부 절연층의 탄성률은 상기 배리어 층의 탄성률보다 작은, 투명 전극 구초제.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 하부 절연층의 탄성률 대비 상기 배리어 층의 탄성률의 비율은 10 내지 100배인, 투명 전극 구초제.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 주름 구조의 단차 높이는 0.06 내지 3㎛인, 투명 전극 구조체.
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 배리어 층 및 상기 투명 전극층 사이에 형성되어 상기 주름 구조를 덮는 오버 코팅층을 더 포함하는, 투명 전극 구조체.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 하부 절연층은 상기 투명 기판 상에 순차적으로 적층된 중개층 및 보호층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 배리어 층은 상기 하부 절연층 상에 순차적으로 적층된 제1 배리어 층 및 제2 배리어 층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 제2 배리어 층의 굴절률은 상기 제1 배리어 층의 굴절률보다 작은, 투명 전극 구조체.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 배리어 층은 인듐-주석 산화물(ITO), 알루미늄 산화물, 아연 산화물, 알루미늄 산화물-아연 산화물 복합(AZO) 물질, 실라잔(silazane), 실록산(siloxane) 및 규소 함유 무기 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상의 배리어 물질을 포함하는, 투명 전극 구조체의 제조 방법.
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 전극층은 순차적으로 적층된 제1 투명 산화물 전극층, 금속층 및 제2 투명 산화물 전극층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
  13. 투명 기판 상에 하부 절연층을 형성하는 단계;
    상기 하부 절연층 상에 배리어 층을 형성하는 단계;
    상기 배리어 층을 열처리하여 상기 하부 절연층과의 탄성률 차이에 의해 상기 배리어 층에 주름 구조를 형성하는 단계; 및
    상기 배리어 층 상에 투명 전극층을 형성하는 단계를 포함하는, 투명 전극 구조체의 제조 방법.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 열처리는 150 내지 300℃ 범위의 온도에서 수행되는, 투명 전극 구조체의 제조 방법.
  15. 청구항 1의 투명 전극 구조체;
    상기 투명 전극 구조체 상에 배치된 유기 발광층; 및
    상기 유기 발광층 상에 배치된 상부 전극을 포함하는, 조명 소자.
  16. 청구항 1의 투명 전극 구조체;
    상기 투명 전극 구조체 상에 배치된 광 활성층; 및
    상기 광 활성층 상에 배치된 상부 전극을 포함하는, 태양 전지.
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