KR20230072563A - Flexible and transparent electrode with controllable crack length by a metal polymer hybrid nanostructure and the manufacture method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 나노 구조 투명유연전극에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 금속 고분자 하이브리드(Metal Polymer Hybrid, MPH) 나노 구조를 적용하여 반복적인 접힘 피로 하에서 균열 길이를 효과적으로 줄인 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 및 그 제조 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a nanostructured transparent flexible electrode, and more particularly, to a metal polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode that effectively reduces crack length under repeated folding fatigue by applying a metal polymer hybrid (MPH) nanostructure. and a manufacturing method thereof.
최근에는 휘어지거나 접힐 수 있는 휘어지거나 접히는 플렉서블 디스플레이 장치의 응용이나 용도가 확대되고 있다. 플렉서블 표시 장치가 휘거나 접히면 금속 박막이나 투명 전도성 산화물(TCO)을 상업적으로 사용하는 전극이나 배선에 크랙이 발생한다. 구리, 은(Ag), 알루미늄 및 크롬과 같은 박막 금속을 기반으로 하는 대부분의 전극은 폴리머 기판의 작은 변형(< 2%)에서 파괴된다고 종종 보고되었다. 이 값은 해당 벌크 금속의 파괴 변형률보다 작다. TCO 전극으로 사용되는 ITO(Indium Tin Oxide) 필름의 경우 폴리머 기판에 적용된 부서지기 쉬운 세라믹 재료로 인해 낮은 변형률(0.37%~1.59%)에서 균열이 시작되고 취성으로 인한 전도층의 파손으로 인해 상대 저항비가 급격히 증가한다.Recently, applications or uses of a bendable or foldable flexible display device are expanding. When the flexible display device is bent or folded, cracks occur in electrodes or wires commercially using metal thin films or transparent conductive oxide (TCO). It has often been reported that most electrodes based on thin metals such as copper, silver (Ag), aluminum and chromium fail at small deformations (<2%) of the polymer substrate. This value is less than the fracture strain of the corresponding bulk metal. In the case of ITO (Indium Tin Oxide) films used as TCO electrodes, cracks initiate at low strains (0.37% to 1.59%) due to the brittle ceramic material applied to the polymer substrate, and the relative resistance due to breakage of the conducting layer due to brittleness. Rain increases rapidly.
금속 또는 TCO 기반의 박막 전극을 이용한 플렉서블 디스플레이 소자의 응용 한계 극복을 위해 그래핀 시트, 금속 나노와이어, 금속 나노메쉬, 탄소나노튜브(CNT) 필름 등의 대체 소재 기반 고휘도 투명 전극 개발 및 공액 전도성 고분자 필름이 널리 연구되었다. 그러나 이러한 물질들은 유연성은 좋았으나, 높은 비용 또는 제조 공정의 복잡성으로 인해 상업화에는 어려웠다.Development of high-brightness transparent electrodes based on alternative materials such as graphene sheets, metal nanowires, metal nanomesh, and carbon nanotube (CNT) films and conjugated conductive polymers to overcome the application limitations of flexible display devices using metal or TCO-based thin film electrodes The film has been widely studied. However, these materials have good flexibility, but are difficult to commercialize due to high cost or complexity of manufacturing process.
그리고 벤더블, 폴더블 디스플레이에 사용되는 금속전극이나 투명 전도성 산화물(TCP)로 형성되는 상술한 기존 전극들은 전극의 균열 발생으로 인해 시간이 지날수록 기판의 성능이 떨어진다.In addition, the above-described conventional electrodes formed of metal electrodes or transparent conductive oxide (TCP) used in bendable and foldable displays deteriorate over time due to cracks in the electrodes.
따라서 폴더블(foldable) 및 롤러블(rollable) 디스플레이 장치의 대량 생산을 실현하기 위해서는, 평판 디스플레이 산업에 일반적으로 사용되는 기존 금속 또는 구리, 알루미늄, 티타늄, 몰리브덴, Ag, ITO 및 인듐 아연 산화물과 같은 전극 또는 TCO 전극의 유연성을 높이는 것이 요구된다. 일반적으로, 상술한 기존 전극들을 사용하는 때에, 기존 전극들은 외부 굽힘 응력(bending stress)을 감소시키는 중립 변형 위치(neutral strain position)에 배치된다. 그러나 이러한 구조의 변형은 플렉서블 디스플레이 소자의 설계 제약을 초래할 뿐만 아니라 외부 굽힘 응력 하에서 박막 전극의 가요성 문제에 대한 근본적인 해결책이 되지 못하는 문제가 있다.Therefore, in order to realize mass production of foldable and rollable display devices, conventional metals commonly used in the flat panel display industry or materials such as copper, aluminum, titanium, molybdenum, Ag, ITO and indium zinc oxide It is desired to increase the flexibility of electrodes or TCO electrodes. Generally, when using the conventional electrodes described above, the conventional electrodes are placed in a neutral strain position to reduce external bending stress. However, the deformation of the structure not only causes design limitations of the flexible display device, but also has a problem in that it is not a fundamental solution to the problem of flexibility of the thin film electrode under external bending stress.
또한, 이러한 문제를 해결하기 위해 그래핀 시트, 탄소나노튜브(CNT)와 같은 대체 소재가 개발되고 있지만 유연성에 비해 값이 비싸고 상용화하기 어려운 복잡한 공정 과정이 필요한 문제가 있다.In addition, alternative materials such as graphene sheets and carbon nanotubes (CNTs) are being developed to solve these problems, but they are expensive compared to flexibility and require complex process processes that are difficult to commercialize.
따라서 상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 디스플레이 패널 제조 산업에서 널리 사용되는 상업용 재료인 ITO(Indium Tin Oxide), Ag, CYTOP 불소수지(fluoropolymer)의 금속 고분자 하이브리드를 적용하여 반복적인 접힘 피로 하에서 균열 길이를 효과적으로 줄인 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극을 제공하는 것을 해결하고자 하는 과제로 한다.Therefore, one embodiment of the present invention to solve the above-mentioned problems of the prior art, commercial materials widely used in the display panel manufacturing industry, ITO (Indium Tin Oxide), Ag, metal polymer hybrid of CYTOP fluoropolymer (fluoropolymer) It is a task to be solved to provide a metal-polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode that effectively reduces the crack length under repeated folding fatigue by applying the present invention.
또한, 본 발명의 일 실시예는, 기존의 금속과 TCO 전극을 사용하는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조를 가지는 초 유연 전극을 제조하는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조방법을 제공하는 것을 다른 해결하고자 하는 과제로 한다.In addition, one embodiment of the present invention is to solve another problem of providing a method for manufacturing a metal polymer hybrid nanostructure transparent flexible electrode for manufacturing a super flexible electrode having a metal polymer hybrid nanostructure using a conventional metal and TCO electrode. make it a task
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예는, 비전도성 고분자 유기절연체로 형성된 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판; 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 비전도성 고분자 유기절연체 및 전도성 금속 소재가 층상 구조로 적층 형성되는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조의 투명 다층 전극들로 이루어지는 투명 다층 전극 배열; 및 상기 투명 다층 전극들 사이의 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판의 상부에 형성되는 제2 투명전도성 전극층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극을 제공한다.One embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, a first non-conductive polymer organic insulator substrate formed of a non-conductive polymer organic insulator; a transparent multilayer electrode array composed of transparent multilayer electrodes having a metal polymer hybrid nanostructure in which a nonconductive polymer organic insulator and a conductive metal material are laminated in a layered structure on the first nonconductive polymer organic insulator substrate; and a second transparent conductive electrode layer formed on the first non-conductive polymeric organic insulator substrate between the transparent multilayer electrodes.
상기 투명 다층 전극은, 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 배열을 이루며 형성되는 복수의 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부; 상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부의 상부에 적층되는 전도성 금속 전극층; 및 상기 전도성 금속 전극층의 상부에 적층되는 제2 투명전도성 전극층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The transparent multilayer electrode may include a plurality of second non-conductive polymer organic insulator electrode units formed in an array on the first non-conductive polymer organic insulator substrate; a conductive metal electrode layer laminated on top of the second non-conductive polymer organic insulator electrode unit; and a second transparent conductive electrode layer stacked on top of the conductive metal electrode layer.
상기 비전도성 고분자 유기절연체는, 폴리비닐알콜(PVA, Poly vinyl alcohol), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Poly methyo methacrylate), 폴리스티렌(PS, Polystyrene) 및 CYTOP(Cyclic Transparent Optical Polymer, Perfluoro butenyl vinyl ether, 퍼플루오로부테닐비닐에테르)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.The non-conductive polymeric organic insulator is polyvinyl alcohol (PVA, Poly vinyl alcohol), polyimide (PI, polyimide), polymethyl methacrylate (PMMA, Poly methyo methacrylate), polystyrene (PS, Polystyrene) and CYTOP (Cyclic It may be at least one selected from the group consisting of transparent optical polymer, perfluoro butenyl vinyl ether, and perfluoro butenyl vinyl ether).
상기 전도성 금속 전극층의 증착은, 증착되는 전도성 금속 소재의 개수 밀도(number density)와 표면 피복률(surface coverage)의 제어에 의한 유연성 제어를 위해 스퍼터링 파워를 10 ~ 50W의 범위에서 가변하는 스퍼터링에 의해 수행되는 것을 특징으로 한다.Deposition of the conductive metal electrode layer is carried out by sputtering varying the sputtering power in the range of 10 to 50 W for flexibility control by controlling the number density and surface coverage of the conductive metal material to be deposited. characterized in that it is carried out.
상기 전도성 금속 소재는, 전도성금속 또는 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The conductive metal material may include a conductive metal or a metal oxide.
상기 투명유연전극은, 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판과 상기 투명 다층 전극 배열 및 상기 투명 다층 전극들 사이에 형성된 제2 투명전도성 전극층의 사이에 전도성 금속 소재로 형성되는 제1 투명전도성 전극층;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The transparent flexible electrode may include a first transparent conductive electrode layer formed of a conductive metal material between the first non-conductive polymeric organic insulator substrate, the transparent multi-layer electrode array, and a second transparent conductive electrode layer formed between the transparent multi-layer electrodes; Characterized in that it is configured to further include.
상술한 본 발명의 과제를 달성하기 위한 본 발명의 다른 실시예는, b. 비전도성 고분자 유기절연체로 형성된 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 비전도성 고분자 유기절연체를 스핀 코팅하여 제2 고분자 유기절연체층을 형성하는 단계; c. 상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체층 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 전도성 금속 소재층을 형성하는 단계; d. 대기 중에서 열처리하여 상기 전도성 금속 소재층의 전도성 금속 소재를 응집시켜 전도성 금속 전극층 배열을 형성하는 단계; e. 상기 전도성 금속 전극층 배열이 형성된 후 식각을 수행하여 상기 전도성 금속 전극층 사이에서 노출된 제2 비전도성 고분자 유기 절연체층을 제거하는 단계; 및 f. 식각을 수행한 후 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 및 상기 전도성 금속 전극층 배열 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 투명 다층 전극을 가지는 투명 다층 전극 배열과 제2 투명전도성 전극층을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 균열 길이 제어 가능한 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조 방법을 제공한다.Another embodiment of the present invention for achieving the above object of the present invention, b. forming a second polymer organic insulator layer by spin-coating a non-conductive polymer organic insulator on a first non-conductive polymer organic insulator substrate formed of the non-conductive polymer organic insulator; c. forming a conductive metal material layer by depositing a conductive metal material on the second non-conductive polymer organic insulator layer; d. forming an array of conductive metal electrode layers by aggregating the conductive metal material of the conductive metal material layer by heat treatment in the air; e. removing the second non-conductive polymeric organic insulator layer exposed between the conductive metal electrode layers by performing etching after the conductive metal electrode layer array is formed; and f. After etching, depositing a conductive metal material on the first non-conductive polymeric organic insulator substrate and the conductive metal electrode layer array to form a transparent multilayer electrode array having a transparent multilayer electrode and a second transparent conductive electrode layer; including It provides a method for manufacturing a metal-polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode having a controllable crack length, characterized in that it is configured.
상기 b 단계의 상기 비전도성 고분자 유기절연체는, 폴리비닐알콜(PVA, Poly vinyl alcohol), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Poly methyo methacrylate), 폴리스티렌(PS, Polystyrene) 및 CYTOP(Cyclic Transparent Optical Polymer, Perfluoro butenyl vinyl ether, 퍼플루오로부테닐비닐에테르)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.The non-conductive polymeric organic insulator of step b is polyvinyl alcohol (PVA, poly vinyl alcohol), polyimide (PI, polyimide), polymethyl methacrylate (PMMA, poly methyo methacrylate), polystyrene (PS, polystyrene) And CYTOP (Cyclic Transparent Optical Polymer, perfluoro butenyl vinyl ether, perfluoro butenyl vinyl ether) may be at least one selected from the group consisting of.
상기 c 단계는, 증착되는 상기 전도성 금속 소재의 개수 밀도(number density)와 표면 피복률(surface coverage)의 제어에 의한 유연성 제어를 위해 스퍼터링 파워를 10 ~ 50W의 범위에서 가변하여 스퍼터링 증착을 수행하는 것에 의해 상기 전도성 금속 전극층을 형성하는 것을 특징으로 한다.In the step c, sputter deposition is performed by varying the sputtering power in the range of 10 to 50 W for flexibility control by controlling the number density and surface coverage of the conductive metal material to be deposited. It is characterized in that by forming the conductive metal electrode layer.
상기 전도성 금속 소재는, 전도성금속 또는 금속산화물을 포함하는 것을 특징으로 한다.The conductive metal material may include a conductive metal or a metal oxide.
상기 f 단계에서 형성되는 상기 투명 다층 전극은, 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 배열을 이루며 형성되는 복수의 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부; 상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부의 상부에 적층되는 전도성 금속 전극층; 및 식각에 의해 노출된 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 및 상기 전도성 금속 전극층의 상부에 적층되는 상기 제2 투명전도성 전극층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The transparent multi-layer electrode formed in step f may include a plurality of second non-conductive polymer organic insulator electrode units formed in an array on the first non-conductive polymer organic insulator substrate; a conductive metal electrode layer laminated on top of the second non-conductive polymer organic insulator electrode unit; and the second transparent conductive electrode layer stacked on top of the first non-conductive polymeric organic insulator substrate exposed by etching and the conductive metal electrode layer.
상술한 본 발명의 일 실시예의 균열 길이 제어 가능한 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조 방법은, a. 상기 b 단계의 수행 이전에, 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 제1 투명전도성 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 한다.The above-described method for manufacturing a metal-polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode having controllable crack length according to an embodiment of the present invention includes a. The method may further include forming a first transparent conductive electrode layer by depositing a conductive metal material on the first non-conductive polymeric organic insulator substrate before performing step b.
상술한 본 발명의 실시예는 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(CYTOP 고분자) 위에 응집되는 전도성 금속 소재(Ag) 층의 응집은 전도성 금속 소재(Ag)의 스퍼터링 파워 조절을 통해 전도성 금속 소재(Ag) 나노구조의 표면 피복률(surface coverage)와 개수 밀도(number density)를 제어해 전극의 접힘 부분에서 발생하는 균열 길이와 균열 선단의 응력을 감소시켜 낮은 저항 변화율과 높은 유연성을 나타내고, 낮은 Δ0 값과 작은 균열길이를 가져 제2 투명전도성 전극(ITO/Ag/ITO 투명전극)과 비슷한 투과율을 가지는 투명유연전극을 제조할 수 있도록 한다.In the above-described embodiment of the present invention, the aggregation of the conductive metal material (Ag) layer condensed on the first non-conductive polymeric organic insulator substrate (CYTOP polymer) is performed by adjusting the sputtering power of the conductive metal material (Ag). ) Control the surface coverage and number density of the nanostructure to reduce the crack length and stress at the crack tip that occur at the folded part of the electrode, resulting in low resistance change rate and high flexibility, and low Δ 0 value and a small crack length, making it possible to manufacture a transparent flexible electrode having a transmittance similar to that of the second transparent conductive electrode (ITO/Ag/ITO transparent electrode).
또한, 본 발명의 실시예는 디스플레이 패널 제조 산업에서 널리 사용되는 간단한 공정과 스퍼터링된 금속 및 TCO 등의 비전도성 유기절연체 소재를 사용하여 제작된 MPH 나노 구조의 초유연성 금속 고분자 하이브리드(MPH, 이하'MPH'라 함) 투명유연전극(또는, MPH 나노 구조 투명유연전극)은 10W의 스퍼터링 파워를 사용하여 전도성 금속 소재층을 증착하여 제조된 MPH 나노 구조의 투명유연전극(MPH 10W)이 이전에 보고된 대부분의 유연한 전극보다 더 심한 반복 접힘 피로(εN = 2500)에서 저항 변화가 4.57%로 가장 우수한 유연성을 보여주는 바와 같이, 우수한 유연 특성 및 반복 접힘 피로 하에서 낮은 전기저항 변화율을 가지는 투명유연전극을 제조할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention is a super-flexible metal-polymer hybrid (MPH, hereinafter ' MPH') transparent flexible electrode (or MPH nanostructured transparent flexible electrode) was previously reported as an MPH nanostructured transparent flexible electrode (
또한, 본 발명의 실시예의 투명유연전극은 매우 낮은 E 및 γs를 갖는 CYTOP 등의 비전도성 고분자 유기절연체층의 존재로 인해 IAI 박막 전극보다 균열 선단에서 더 짧은 균열 길이 및 더 긴 곡률 반경을 가지므로 균열 선단에서의 낮은 응력으로 인해 균열 전파가 억제되고, 그 결과 MPH 나노 구조의 투명유연전극의 유연성을 현저히 향상시키는 효과를 제공한다.In addition, the transparent flexible electrode of the embodiment of the present invention has a shorter crack length and a longer radius of curvature at the crack tip than the IAI thin film electrode due to the presence of a non-conductive polymeric organic insulator layer such as CYTOP having very low E and γs. Crack propagation is suppressed due to the low stress at the crack tip, and as a result, the flexibility of the MPH nanostructured transparent flexible electrode is significantly improved.
또한, 본 발명이 실시예는 전도성 금속 전극층의 증착 시의 스퍼터링 파워의 조절에 의해, 기존 금속 및 TCO 등의 비전도성 유기절연체 소재의 유연성 향상에 중요한 역할을 하는 MPH 나노 구조의 밀도를 조절하여 균열 길이를 쉽게 제어할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.In addition, an embodiment of the present invention controls the density of the MPH nanostructure, which plays an important role in improving the flexibility of non-conductive organic insulator materials such as conventional metals and TCO, by adjusting the sputtering power during deposition of the conductive metal electrode layer to prevent cracking. It provides an effect that allows you to easily control the length.
또한, 본 발명의 실시예에 적용되는 DC 스퍼터링, 건식 에칭 및 열처리를 사용한 금속-고분자 나노 구조의 투명유연전극의 제조 공정은 대면적 기판 응용을 위한 쉽고 실용적인 공정이며, 굽힘 응력 하에서 유연한 전극의 균열 전파를 억제하여 성능 저하를 최소화하여, 초 유연성이 요구되는 유연한 전자 분야에서 기존 금속 및 TCO 등의 비전도성 유기절연체 소재를 기반으로 하는 나노 구조 하이브리드 전극으로 광범위하게 적용할 수 있도록 하는 효과를 제공한다.In addition, the manufacturing process of metal-polymer nanostructured transparent flexible electrodes using DC sputtering, dry etching and heat treatment applied to the embodiments of the present invention is an easy and practical process for large-area substrate applications, and cracking of flexible electrodes under bending stress By suppressing radio waves and minimizing performance degradation, it provides an effect that can be widely applied as a nanostructured hybrid electrode based on non-conductive organic insulator materials such as conventional metals and TCO in the flexible electronics field that requires ultra-flexibility. .
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 투명유연전극(1)의 단면도이다.
도 2는 본 발명의 제2 실시예의 투명유연전극(2)의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예의 투명유연전극 제조방법의 처리과정을 나타내는 순서도이다.
도 4는 MPH 나노 구조를 갖는 투명유연전극의 단면 모식도 및 제조 공정 흐름을 나타내는 도면이다.
도 5는 MPH 나노 구조체 상의 IAI 박막 전극과 IAI 전극("MPH 나노 구조 투명유연전극"으로 표기)의 광투과율(T) 및 면저항(Rs) 특성을 나타내는 그래프로서, 도 5의 (a)는 파장 범위 350~750nm에서 IAI 박막 전극과 비교하여 MPH 나노 구조 투명유연전극의 관찰된 광 투과율 스펙트럼의 그래프, 도 5의 (b)는 CYTOP에 응집되는 Ag 박막의 스퍼터링 파워에 따른 550 nm 파장에서의 T와 IAI 박막 전극과 MPH 나노 구조 투명유연전극의 면저항(Rs)을 나타내는 그래프이다.
도 6은 IAI 박막 전극과 비교하여 MPH 나노 구조 투명유연전극의 내부 접힘 반복 피로 변형 특성을 나타내는 그래프로서, 도 6의 (a)는 IAI 박막 전극(삽입: 반복 접힘 시험기에 장착된 굽힘 반경 1mm의 피크 변형 상태의 샘플 사진), (b)는 아래의 MPH 나노 구조 투명유연전극의 저항 거동 변화 순환 접힘 조건(ε= 2.5%, N = 100,000), (c)는 CYTOP에 응집되는 Ag 박막의 스퍼터링 전력에 따른 저항 거동의 평균 변화(0W는 IAI 박막 전극을 의미함) 및 (d)는 이전에 보고된 유연한 전극과 비교하여 MPH 나노 구조 투명유연전극의 주기적 접힘 피로 정도에 따른 저항 변화를 나타내는 그래프이다.
도 7의 (a-e)는 제작된 전극과 (f-j) 전극의 100,000주기 접힌 영역의 미세 균열(노란색 화살표가 서로 마주함) 압축 응력의 방향을 나타냄)을 나타내는 FE-SEM 이미지로서, (a,f)는 IAI 박막 전극, (b,g)는 10W 스퍼터링 파워로 제작된 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 10W), (c,h)는 20W 스퍼터링 파워로 제작된 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 20W), (d,i)는 30W 스퍼터링 파워로 제작된 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 35W 및 (e,j)는 50W 스퍼터링 파워로 제작된 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 50W)의 전극과 미세균열을 나타내는 FE-SEM 이미지이다.
도 8의 (a)는 IAI 박막 전극 및 (b)는 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 50W)의 균열 팁의 FE-SEM 이미지이다(노란색 화살표는 두 전극이 균열 팁에서 서로 다른 곡률 반경을 가지고 있음을 나타냄. 눈금 막대는 2μm를 나타냄).
도 9의 (a)는 CYTOP에 응집되는 Ag 박막의 스퍼터링 파워에 따른 MPH 나노 구조 투명유연전극의 밀도와 크랙 길이의 변화, (b)는 주기적 굽힘 응력 하에서 MPH 나노 구조 투명유연전극의 균열 길이에 대한 저항의 평균 변화의 의존성을 나타내는 그래프이다.1 is a cross-sectional view of a transparent
2 is a cross-sectional view of a transparent
3 is a flowchart illustrating a process of a method for manufacturing a transparent flexible electrode according to an embodiment of the present invention.
4 is a schematic cross-sectional view of a transparent flexible electrode having an MPH nanostructure and a view showing a manufacturing process flow.
Figure 5 is a graph showing the light transmittance (T) and sheet resistance (Rs) characteristics of an IAI thin film electrode and an IAI electrode (indicated as "MPH nanostructured transparent flexible electrode") on the MPH nanostructure. A graph of the observed light transmittance spectrum of the MPH nanostructured transparent flexible electrode compared to the IAI thin film electrode in the range of 350 to 750 nm, FIG. and the graph showing the sheet resistance (Rs) of the IAI thin film electrode and the MPH nanostructured transparent flexible electrode.
Figure 6 is a graph showing the internal folding repeated fatigue deformation characteristics of MPH nanostructured transparent flexible electrodes compared to IAI thin film electrodes. Sample photo in the peak strain state), (b) is the change in resistance behavior of the MPH nanostructured transparent flexible electrode below cyclic folding condition (ε = 2.5%, N = 100,000), (c) is the sputtering of Ag thin film aggregated on CYTOP Average change in resistance behavior according to power (0W means IAI thin film electrode) and (d) is a graph showing the resistance change according to the degree of cyclic folding fatigue of the MPH nanostructured transparent flexible electrode compared to the previously reported flexible electrode am.
7 (ae) is a FE-SEM image showing microcracks (yellow arrows facing each other) indicating the direction of compressive stress) in the 100,000 cycle folded region of the fabricated electrode and (fj) electrode, (a, f ) is an IAI thin film electrode, (b, g) is an MPH nanostructured transparent flexible electrode (
8 (a) is an IAI thin film electrode and (b) is an FE-SEM image of a crack tip of an MPH nanostructured transparent flexible electrode (
9 (a) shows the change in the density and crack length of the MPH nanostructured transparent flexible electrode according to the sputtering power of the Ag thin film aggregated in CYTOP, and (b) shows the crack length of the MPH nanostructured transparent flexible electrode under cyclic bending stress. It is a graph showing the dependence of the average change in resistance to
이하에서는 첨부한 도면을 참고하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. However, the present invention may be embodied in many different forms and, therefore, is not limited to the embodiments described herein. And in order to clearly explain the present invention in the drawings, parts irrelevant to the description are omitted, and similar reference numerals are attached to similar parts throughout the specification.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결(접속, 접촉, 결합)"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.Throughout the specification, when a part is said to be "connected (connected, contacted, combined)" with another part, this is not only "directly connected", but also "indirectly connected" with another member in between. "Including cases where In addition, when a part "includes" a certain component, it means that it may further include other components without excluding other components unless otherwise stated.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.Terms used in this specification are only used to describe specific embodiments, and are not intended to limit the present invention. Singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In this specification, terms such as "include" or "have" are intended to indicate that there is a feature, number, step, operation, component, part, or combination thereof described in the specification, but one or more other features It should be understood that the presence or addition of numbers, steps, operations, components, parts, or combinations thereof is not precluded.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 1은 본 발명의 제1 실시예의 투명유연전극(1)의 단면도이고, 도 2는 본 발명의 제2 실시예의 투명유연전극(2)의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of a transparent
도 1과 같이 본원 발명의 제1 실시예의 상기 투명유연전극(1)은 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10) 및 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10)의 상부에 배열되는 투명 다층 전극(31)들을 가지는 투명 다층 전극 배열(30) 및 상기 투명 다층 전극(31)들의 사이에서 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10) 상에 형성되는 제2 투명전도성 전극층(37)을 포함하여 구성될 수 있다.As shown in FIG. 1, the transparent
상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10)은 광투과성을 가지는 비전도성 고분자 유기절연체로 형성된다.The first non-conductive polymer
상기 투명 다층 전극 배열(30)을 구성하는 상기 투명 다층 전극(31)은 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10) 상에 비도전성 고분자 유기절연체 및 전도성 금속 소재로 적층형성되는 금속 고분자 하이브리드(MPH, Metal Polymer Hybride) 나노 구조를 가지는 것을 특징으로 한다.The transparent
구체적으로, 상기 투명 다층 전극(31)은 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10) 상에 배열을 이루며 적층된 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부(33), 상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부(33)의 상부에 적층되는 전도성 금속 전극층(35) 및 상기 전도성 금속 전극층(35)의 상부에 적층되는 제2 투명전도성 전극층(37)을 포함하여 구성될 수 있다.Specifically, the transparent
본 발명의 제2 실시에의 상기 투명유연전극(2)은, 도 2와 같이, 상술한 제1 실시예의 투명유연전극(1)의 구성에 부가하여, 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10)과 상기 투명 다층 전극 배열(30) 및 상기 제2 투명전도성 전극층(37)의 사이에 전도성 금속 소재로 형성되는 제1 투명전도성 전극층(20)을 더 포함하여 구성된다..As shown in FIG. 2, the transparent
도 3은 본 발명의 일 실시예의 투명유연전극 제조방법의 처리과정을 나타내는 순서도이고, 도 4는 MPH 나노 구조를 갖는 투명유연전극의 단면 모식도 및 제조 공정 흐름을 나타내는 도면이다.FIG. 3 is a flow chart showing a process of a method for manufacturing a transparent flexible electrode according to an embodiment of the present invention, and FIG. 4 is a schematic cross-sectional view of a transparent flexible electrode having an MPH nanostructure and a manufacturing process flow.
도 3 및 도 4와 같이, 본 발명의 일 실시예의 균열 길이 제어 가능한 MPH 나노 구조 투명유연전극 제조 방법은, As shown in FIGS. 3 and 4, the manufacturing method of the MPH nanostructured transparent flexible electrode capable of controlling the crack length according to an embodiment of the present invention,
비전도성 고분자 유기절연체로 형성된 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10) 상에 비전도성 고분자 유기절연체를 스핀 코팅하여 제2 고분자 유기절연체층(11)을 형성하는 b 단계(S20), 상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체층(11) 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 전도성 금속 소재층(13)을 형성하는 c 단계(S30), 대기 중에서 열처리하여 상기 전도성 금속 소재층(13)의 전도성 금속 소재를 응집시켜 전도성 금속 전극층(35)들로 이루어지는 전도성 금속 전극층 배열(15)을 형성하는 d 단계(S40), 상기 전도성 금속 전극층 배열(15)이 형성된 후 드라이 에칭 등의 식각을 수행하여 상기 전도성 금속 전극층(35) 사이에서 노출된 제2 비전도성 고분자 유기 절연체층(11)을 제거하는 e 단계(S50) 및 식각을 수행한 후 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10) 및 상기 전도성 금속 전극층 배열(15) 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 투명 다층 전극(31)을 가지는 투명 다층 전극 배열(30)과 제2 투명전도성 전극층(37)을 형성하는 f 단계(S60) 를 포함하여 구성될 수 있다.Step b (S20) of forming a second organic
또한, 상술한 구성의 상기 MPH 나노 구조 투명유연전극 제조 방법은, 도 3과 같이, 상기 b 단계의 수행 이전에, 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10) 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 제1 투명전도성 전극층(20)을 형성하는 a 단계(S10)를 더 포함하여 구성될 수도 있다.In addition, in the method of manufacturing the MPH nanostructured transparent flexible electrode having the above-described configuration, as shown in FIG. 3, prior to performing step b, a conductive metal material is deposited on the first non-conductive polymer
상술한 도 1 내지 도 4 및 본 발명의 실시예의 설명에서, 상기 비전도성 고분자 유기절연체는 폴리비닐알콜(PVA, Poly vinyl alcohol), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Poly methyo methacrylate), 폴리스티렌(PS, Polystyrene) 및 CYTOP(Cyclic Transparent Optical Polymer, Perfluoro butenyl vinyl ether, 퍼플루오로부테닐비닐에테르)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있다.1 to 4 and the description of the embodiments of the present invention, the non-conductive polymeric organic insulator is polyvinyl alcohol (PVA, poly vinyl alcohol), polyimide (PI, polyimide), polymethyl methacrylate (PMMA, It may be at least one selected from the group consisting of poly methyo methacrylate), polystyrene (PS, polystyrene) and CYTOP (Cyclic Transparent Optical Polymer, Perfluoro butenyl vinyl ether, perfluorobutenyl vinyl ether).
상기 전도성 금속 전극층(35)의 증착은, 증착되는 전도성 금속 소재의 개수 밀도(number density)와 표면 피복률(surface coverage)의 제어에 의한 유연성 제어를 위해 스퍼터링 파워를 10 ~ 50W의 범위에서 가변하는 스퍼터링에 의해 수행될 수 있다.Deposition of the conductive
그리고 상기 전도성 금속 소재는 Au, Ag, Cu 등을 포함하는 전도성금속, 인듐산화물(In2O3), 주석산화물(SnO2) 및 산화아연(ZnO)계의 금속산화물 반도체 박막 재료, 불순물이 도핑된 ITO(In2O3:Sn), FTO(SnO2:F), GZO(ZnO:Ga), AZO(ZnO:Al) 등을 포함하는 금속산화물 중 하나 이상을 포함하여 구성될 수 있다.And the conductive metal material is a conductive metal including Au, Ag, Cu, etc., indium oxide (In 2 O 3 ), tin oxide (SnO 2 ), and zinc oxide (ZnO) based metal oxide semiconductor thin film material, doped with impurities. It may be configured to include one or more of metal oxides including ITO (In 2 O 3 :Sn), FTO (SnO 2 :F), GZO (ZnO:Ga), AZO (ZnO:Al), and the like.
본 발명의 실시예를 나타내는 도 4의 경우, 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판(10)의 비전도성 고분자 유기절연체 소재는 PI, 상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체층(11)의 비전도성 고분자 유기절연체 소재는 CYTOP, 상기 제1 투명전도성 전극층(20) 및 제2 투명전도성 전극층(37)의 전도성 금속 소재는 ITO, ITO/Ag 또는 ITO/Ag/ITO(IAT) 중 하나 이상이고, 상기 전도성 금속 전극층(35)의 전도성 금속 소재는 Ag인 것으로 도시하였으며, 이하, 도 5 내지 도 9의 설명에서는 상기 도 4의 소재들을 이용하여 본 발명의 실시예의 MPH 나노 구조 투명유연전극(1, 2)에 대하여 설명한다.In the case of FIG. 4 showing an embodiment of the present invention, the non-conductive polymer organic insulator material of the first non-conductive polymer
도 5 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예의 MPH 나노 구조 투명유연전극(1, 2)에 제조 및 특성을 시험한 실험예를 나타내는 도면이다.5 to 9 are views showing experimental examples in which manufacturing and characteristics of the MPH nanostructured transparent
도 5 내지 도 9와 같이, 본 발명의 실시예의 MPH 나노 구조 투명유연전극(1, 2)의 평가를 위한 MPH 나노 구조 투명유연적극(1,2)을 위해, 50μm 두께의 무색 폴리이미드(PI, KOLON CPITM, 60mm × 20mm)와 1mm 두께의 유리 슬라이드(Paul Marienfeld, 76mm × 26mm)를 유연 기판과 임시 기판으로 사용했다. CYTOP 용액(퍼플루오로-3-부테닐-비닐 에테르의 단독 중합체, CTL-809M) 및 플루오르화 용매(CT-Solv.180)는 일본 AGC Chemicals에서 구입했다. CYTOP 용액을 CT-Solv.180)에 20vol% 농도로 희석하였다. 순수 Ag(99.99%) 및 ITO(99.99%, In2O3:Sn2O3=90:10 wt%) sputtering target은 한국의 Dasom RMS Co., Ltd.에서 구입하여 나노 구조의 전도층을 형성하는데 사용하였다.5 to 9, for the MPH nanostructured transparent
상술한 바와 같이, 준비된 재료들을 이용하여 MPH 나노 구조 투명유연전극(1, 2)을 도 4와 같이 제조하였다.As described above, the MPH nanostructured transparent
구체적으로, 유연한 전극을 쉽게 제작할 수 있도록 하기 위해 50μm 두께의 무색 PI 필름 기판을 1mm 두께의 유리 슬라이드에 테프론 테이프를 사용하여 순서대로 부착했다. 도 4의 (b)와 같이 80nm 두께의 CYTOP 층을 PI 필름에 60초 동안 1,000rpm에서 희석된 CYTOP 용액(CYTOP:CT-Solv.180=20:80 vol%)을 스핀 코팅하여 증착하였다. 도 4의 (c)와 같이 나노 구조 형성을 위한 Ag 박막을 순수한 Ag 타겟을 사용하여 dc 마그네트론 스퍼터에 의해 증착하였다.Specifically, in order to easily fabricate a flexible electrode, a 50 μm-thick colorless PI film substrate was sequentially attached to a 1-mm-thick glass slide using Teflon tape. As shown in (b) of FIG. 4, an 80 nm thick CYTOP layer was deposited on the PI film by spin-coating a diluted CYTOP solution (CYTOP:CT-Solv.180=20:80 vol%) at 1,000 rpm for 60 seconds. As shown in (c) of FIG. 4, an Ag thin film for nanostructure formation was deposited using a pure Ag target by dc magnetron sputtering.
스퍼터링은 2.2초 동안 수행하였다. 이는 실온에서 100sccm의 순수 아르곤 가스 플럭스를 사용하여 5mTorr의 작동 압력에서 재현성있는 Ag 박막을 얻기 위해 CYTOP 코팅된 PI 기판을 이동하여 스퍼터링 건을 통과시키면서 수행되었다.Sputtering was performed for 2.2 seconds. This was done at room temperature using a pure argon gas flux of 100 sccm at an operating pressure of 5 mTorr while passing the CYTOP-coated PI substrate through a sputtering gun to obtain reproducible Ag thin films.
Ag 나노입자 응집을 위한 개수 밀도의 제어를 위해, 스퍼터링 DC 파워를 10W에서 50W까지 조정하였다. CYTOP 위에서 제어된 스퍼터링 파워로 스퍼터링된 Ag 박막은 10분 동안 대기 중에서 250°C로 열처리된 후, 도 4의 (d)-(e)와 같이, 3mTorr의 작업압력에서 Ar:O2 = 75: 25sccm의 혼합 가스 플럭스를 사용하여 60초 동안 200W의 rf 전력으로 노출된 CYTOP 층을 선택적으로 드라이 에칭하였다. 연속적으로, 투명 IAI 다층 전극은 Ag/CYTOP 나노 구조층 상에 ITO 타겟과 순수 Ag 타겟을 사용하는 DC 마그네트론 스퍼터에 의해 실온에서 증착되었다. 상부 및 하부 ITO 층은 5m Torr 작업압력 하의 Ar 100sccm 가스 플럭스로 100W의 DC 펄스 파워로 각각 31.5 nm와 13.5 nm 두께로 증착되었다. 중간의 6nm 두께의 Ag 층은 35W의 DC 파워로 진공을 깨뜨리지 않고 기판 이동 증착 방식으로 연속적으로 증착되었다. 제어샘플로서의 MPH 나노 구조를 가지지 않는 IAT 박막 전극이 동일 방식으로 제조되었다. 마지막으로, 모든 샘플들이 대기 중에서 250℃로 30분 동안 열 어닐링 처리되었다.To control the number density for Ag nanoparticle aggregation, the sputtering DC power was adjusted from 10 W to 50 W. The Ag thin film sputtered on CYTOP with controlled sputtering power was heat treated at 250 °C in the air for 10 minutes, and then Ar:O 2 = 75 at a working pressure of 3 mTorr, as shown in FIG. 4 (d)-(e): The exposed CYTOP layer was selectively dry etched at an rf power of 200 W for 60 seconds using a mixed gas flux of 25 sccm. Subsequently, transparent IAI multilayer electrodes were deposited at room temperature by DC magnetron sputter using an ITO target and pure Ag target on the Ag/CYTOP nanostructured layer. The top and bottom ITO layers were deposited to thicknesses of 31.5 nm and 13.5 nm, respectively, with a DC pulse power of 100 W with an Ar gas flux of 100 sccm under a working pressure of 5 m Torr. The middle 6 nm thick Ag layer was continuously deposited by substrate transfer deposition without breaking the vacuum with a DC power of 35 W. An IAT thin film electrode without MPH nanostructures as a control sample was prepared in the same way. Finally, all samples were thermally annealed at 250 °C for 30 min in air.
유연전극들의 가용성 평가를 위해, PI 필름과 유리 슬라이드 사이를 분리하였다. 접힘 시험이 COVOTECH, CFT-070i 장치를 이용하여 10만 번 수행한 후, 전기 저항은 2 포인트 프로브 방법을 사용하여 10만 사이클 당 매 10회 측정 및 평균하였다. 전기 저항 변화율(ΔR/R0)은 ΔR/R0 = (R-R0)/R0에 의해 계산하였고, 여기서, R은 접힘 후의 변화된 저항이고, R0는 접힘 이전의 초기 저항이다. 유연전극의 면저항(sheet resistance(Rs)) 특성은 4 포인트 프로브 방법을 사용하여 측정하였다(4 포인트 면 저항 측정기, Meter R-Check 및 R-Check+, 모델 RC2175 및 RC3175, EDTM, USA). 유연전극의 전계 방출 주사 전자 현미경(FE-SEM) 사진이 FEI Sirion 전계 방출 주사 전자 현미경을 사용하여 5kV 및 5mm 작업 거리에서 얻어졌다. 샘플들의 투과율은 UV-Vis 스펙트로포토미터(UV-2550, SHIMADZU, Japan)를 사용하여 분석되었다..To evaluate the solubility of the flexible electrodes, a separation was made between the PI film and the glass slide. After the folding test was performed 100,000 times using a COVOTECH, CFT-070i apparatus, electrical resistance was measured and averaged every 10 times per 100,000 cycles using a two-point probe method. The electrical resistance change rate (ΔR/R 0 ) was calculated by ΔR/R 0 = (RR 0 )/R 0 , where R is the changed resistance after folding and R 0 is the initial resistance before folding. The sheet resistance (Rs) characteristics of the flexible electrodes were measured using a 4-point probe method (4-point sheet resistance meter, Meter R-Check and R-Check+, models RC2175 and RC3175, EDTM, USA). Field emission scanning electron microscopy (FE-SEM) pictures of the flexible electrodes were obtained using a FEI Sirion field emission scanning electron microscope at 5 kV and 5 mm working distance. The transmittance of the samples was analyzed using a UV-Vis spectrophotometer (UV-2550, SHIMADZU, Japan).
도 5는 MPH 나노 구조체 상의 IAI 박막 전극과 IAI 전극("MPH 나노 구조 투명유연전극"으로 표기)의 광투과율(T) 및 면저항(Rs) 특성을 나타내는 그래프로서, 그 결과가 표 1에 정리되었다.5 is a graph showing the light transmittance (T) and sheet resistance (Rs) characteristics of an IAI thin film electrode on an MPH nanostructure and an IAI electrode (denoted as "MPH nanostructured transparent flexible electrode"), and the results are summarized in Table 1. .
[표 1][Table 1]
* 100,000 번 접힘 주기* 100,000 folding cycles
† FE-SEM의 최소배율(X100)에서 측정된 균열길이† Crack length measured at minimum magnification (X100) of FE-SEM
도 5의 (a)는 파장 범위 350~750nm에서 IAI 박막 전극과 비교하여 MPH 나노 구조 투명유연전극의 관찰된 광 투과율 스펙트럼의 그래프, 도 5의 (b)는 CYTOP에 응집되는 Ag 박막의 스퍼터링 파워에 따른 550 nm 파장에서의 T와 IAI 박막 전극과 MPH 나노 구조 투명유연전극의 면저항(Rs)을 나타내는 그래프이다.Figure 5 (a) is a graph of the observed light transmittance spectrum of the MPH nanostructured transparent flexible electrode compared to the IAI thin film electrode in the wavelength range of 350 ~ 750 nm, Figure 5 (b) is the sputtering power of the Ag thin film aggregated in CYTOP It is a graph showing T and sheet resistance (Rs) of IAI thin film electrode and MPH nanostructured transparent flexible electrode at 550 nm wavelength according to
IAI 박막전극은 TCO/Ag/TCO 투명전극의 전형적인 광투과 특성을 나타내었으며, 가시광선 영역에서 파장이 증가함에 따라 T가 감소하는 특성을 나타냈는데, 이는 표면 플라즈몬 공명(SPR) 현상에 의한 빛의 반사 또는 흡수 증가로 인한 것이다. The IAI thin film electrode exhibited typical light transmission characteristics of the TCO/Ag/TCO transparent electrode, and T decreased as the wavelength increased in the visible ray region. This is due to increased reflection or absorption.
도 5의 (b)는 CYTOP에 응집되는 Ag 박막의 스퍼터링 파워에 따른 550 nm 파장에서의 T와 IAI 박막 전극과 MPH 나노 구조 투명유연전극의 면저항(Rs)을 나타내며, 0W의 스퍼터링 파워는 IAI 박막 전극을 의미한다. MPH 나노 구조 투명유연전극은 "MPH xW"로 표시되고, 여기서 xW는 Ag 응집을 위한 Ag 박막 증착(도 4의 (c)) 시의 스퍼터링 전력으로 10W에서 50W이다.Figure 5 (b) shows T at 550 nm wavelength according to the sputtering power of the Ag thin film aggregated in CYTOP and the sheet resistance (Rs) of the IAI thin film electrode and the MPH nanostructured transparent flexible electrode, and the sputtering power of 0 W is the IAI thin film means electrode. The MPH nanostructured transparent flexible electrode is denoted by “MPH xW”, where xW is the sputtering power at the time of Ag thin film deposition for Ag aggregation (FIG. 4(c)) and is 10W to 50W.
MPH 나노 구조 투명유연전극의 경우 SPR 현상을 유발하는 나노 덩어리 Ag 어레이가 더 삽입됨에 따라 IAI 박막 전극보다 T가 낮았다. 특히, 스퍼터링 파워가 MPH 10W에서 MPH 50W로 증가함에 따라 550 nm 파장에서 T는 나노 응집된 Ag 어레이의 표면 피복률(surface coverage)가 증가함에 따라 74%에서 66%로 점차 감소했다(도 5의 (b), 표 1).In the case of the MPH nanostructured transparent flexible electrode, T was lower than that of the IAI thin film electrode as the nanoaggregate Ag array causing the SPR phenomenon was further inserted. In particular, as the sputtering power increased from
MPH의 면저항(Rs)은 전자의 흐름을 간섭하는 Ag/CYTOP 나노 구조 어레이의 삽입으로 인해 IAI 박막 전극의 면저항(Rs)보다 열등했다. 더 높은 스퍼터링 파워를 가진 MPH 나노 구조 투명유연전극은 나노 구조 어레이의 표면 피복률 증가로 인해 면저항(Rs)이 증가했지만 103Ω/sq(제곱당 옴) 미만의 수준을 유지했으며, 이는 도 5의 (b) 및 표 1에서 볼 수 있듯이 이전에 보고된 나노 구조(102 ~ 104 Ω/sq 정도)의 유연한 ITO 전극과 비슷하거나 더 우수하였다. 10W 에서 35W(MPH 10W, 20W and 35W)의 스퍼터링 파워에 의해 제조된 MPH 나노 구조 투명유연전극이 터치 스크린 내의 전극에 요구되는 400-700 Ω/sq의 면저항 요건을 충족하였다.The sheet resistance (Rs) of MPH was inferior to that of IAI thin-film electrodes (Rs) due to the insertion of Ag/CYTOP nanostructured arrays interfering with the flow of electrons. The MPH nanostructured transparent flexible electrode with higher sputtering power increased the sheet resistance (Rs) due to the increased surface coverage of the nanostructured array, but maintained a level of less than 10 3 Ω/sq (ohms per square), which is shown in FIG. 5 ( As shown in b) and Table 1, it was comparable to or better than previously reported flexible ITO electrodes with nanostructures (about 102 ~ 104 Ω/sq). MPH nanostructured transparent flexible electrodes manufactured by sputtering powers of 10W to 35W (
도 6은 IAI 박막 전극과 비교하여 MPH 나노 구조 투명유연전극의 내부 접힘 반복 피로 변형 특성을 나타내는 그래프로서, 도 6의 (a)는 IAI 박막 전극(삽입: 반복 접힘 시험기에 장착된 굽힘 반경 1mm의 피크 변형 상태의 샘플 사진), (b)는 아래의 MPH 나노 구조 투명유연전극의 저항 거동 변화 순환 접힘 조건(ε= 2.5%, N = 100,000), (c)는 CYTOP에 응집되는 Ag 박막의 스퍼터링 전력에 따른 저항 거동의 평균 변화(0W는 IAI 박막 전극을 의미함) 및 (d)는 이전에 보고된 유연한 전극과 비교하여 MPH 나노 구조 투명유연전극의 주기적 접힘 피로 정도에 따른 저항 변화를 나타내는 그래프이다.Figure 6 is a graph showing the internal folding repeated fatigue deformation characteristics of MPH nanostructured transparent flexible electrodes compared to IAI thin film electrodes. Sample photo in the peak strain state), (b) is the change in resistance behavior of the MPH nanostructured transparent flexible electrode below cyclic folding condition (ε = 2.5%, N = 100,000), (c) is the sputtering of Ag thin film aggregated on CYTOP Average change in resistance behavior according to power (0W means IAI thin film electrode) and (d) is a graph showing the resistance change according to the degree of cyclic folding fatigue of the MPH nanostructured transparent flexible electrode compared to the previously reported flexible electrode am.
반복적인 접힘 시험은 1mm의 고정된 굽힘 반경(R)(도 6의 (a))에서 100,000 주기 동안 수행되었으며, 이는 2.5%의 압축 피크 변형률(peak strain)에 해당한다. 피크 변형률(ε은 방정식 ε을 사용하여 추정되었으며, 여기서, D는 PI 필름 두께(~50㎛)이다. IAI 박막 전극의 경우 도 6의 (a)와 같이 100,000 접힘 주기에서 전기저항변화율 Δ가 11,228%까지 급격히 증가했다. IA와 같은 ITO/금속/ITO 다층 전극은 ITO에 필적하는 투과율을 가지면서 동시에 낮은 Rs를 나타내기 때문에 광전자 소자에 널리 적용되고 있다. 또한, IAI 투명 전극은 연성 금속 중간층의 존재로 인해 반복 접힘 조건(R = 10 mm, ε= 0.5%, 10,000 주기)에서 ITO보다 우수한 유연성을 갖는다. 그러나 우리의 IAI 박막 전극은 가혹한 반복 접힘 조건(R = 1mm, ε= 2.5%, 100,000주기)에서 좋은 유연성을 나타내지 않았다. 도 6의 (b)는 반복 접힘 조건에서 CYTOP에 응집될 Ag 박막의 스퍼터링 전력이 제어된 MPH 나노 구조 투명유연전극의 전기저항 변화율(Δ거동을 보여준다. MPH 20W, 35W, 50W는 100,000회 구부렸을 때 MPH 10W(Δ~166%)에 비해 전기저항 변화율(Δ이 4.57%~17.9%로 우수한 유연성을 보였다. 도 6의 (c)는 IAI 박막과 MPH 나노 구조 투명유연전극의 평균 저항 변화((Δ를 나타내며 0W는 IAI 박막 전극을 의미한다. 저항의 평균 변화는 10,000에서 100,000 접힘 주기의 모든 전기저항 변화율(Δ값을 평균화하여 계산되었다. MPH 나노 구조 투명유연전극은 IAI 박막 전극에 비해 접힘 사이클 피로에 대해 훨씬 더 안정적이었고, 표 1과 같이, 특히 MPH 20W, 35W 및 50W는 6.49%-15.1%의 (Δ￢로 가장 안정적인 유연성을 보였다. 이러한 결과는 도 7에 표시된 IAI 박막과 MPH 나노 구조 투명유연전극의 표면 형태를 비교하여 설명할 수 있다. 이전에 보고된 유연한 전극과 결과를 비교하기 위해 반복 접힘 피로의 정도를 나타내는 값으로 ε값(즉, 작업의 ε값이 2.5% × 105 = 2500)을 정의했으며, 여기서 N은 도 6의 (d)와 접힘 주기의 수이다. 기존의 유연전극 연구는 대부분 ε값이 1000 미만으로 온화한 조건에서 유연성을 검증했지만, 본 발명의 실시예에서는 εN 값이 2500로 비교된 레퍼런스에 비해 벤딩 사이클 수가 100,000회인 가혹한 조건에서 이전에 보고된 그래핀 결합 ITO 필름, 금속 나노와이어, 금속 나노 메쉬, CNT 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜):폴리(스티렌술포네이트)(PEDOT:PSS) 필름 등의 유연 전극과 비교하여 유사하거나 더 나은 유연성을 보였다.The repetitive folding test was performed for 100,000 cycles at a fixed bending radius (R) of 1 mm (Fig. 6(a)), which corresponds to a compressive peak strain of 2.5%. The peak strain (ε) was estimated using the equation ε, where D is the PI film thickness (~50 μm). In the case of the IAI thin film electrode, the electrical resistance change rate Δ at 100,000 folding cycles is 11,228 as shown in FIG. ITO/metal/ITO multilayer electrodes such as IA are widely applied to optoelectronic devices because they have a transmittance comparable to that of ITO and at the same time show low Rs. Due to the existence of cyclic folding conditions (R = 10 mm, ε = 0.5%, 10,000 cycles), it has better flexibility than ITO, but our IAI thin-film electrode can withstand severe cyclic folding conditions (R = 1 mm, ε = 2.5%, 100,000 cycles). Figure 6(b) shows the electrical resistance change rate (Δ behavior) of the MPH nanostructured transparent flexible electrode in which the sputtering power of the Ag thin film to be aggregated on the CYTOP is controlled under the repeated folding condition.
도 7의 (a-e)는 제작된 전극과 (f-j) 전극의 100,000주기 접힌 영역의 미세 균열(노란색 화살표가 서로 마주함) 압축 응력의 방향을 나타냄)을 나타내는 FE-SEM 이미지로서, (a,f)는 IAI 박막 전극, (b,g)는 10W 스퍼터링 파워로 제작된 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 10W), (c,h)는 20W 스퍼터링 파워로 제작된 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 20W), (d,i)는 30W 스퍼터링 파워로 제작된 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 35W 및 (e,j)는 50W 스퍼터링 파워로 제작된 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 50W)의 전극과 미세균열을 나타내는 FE-SEM 이미지이고, 도 8의 (a)는 IAI 박막 전극 및 (b)는 MPH 나노 구조 투명유연전극(MPH 50W)의 균열 팁의 FE-SEM 이미지이다(노란색 화살표는 두 전극이 균열 팁에서 서로 다른 곡률 반경을 가지고 있음을 나타냄. 눈금 막대는 2μm를 나타냄).7 (a-e) are FE-SEM images showing microcracks (yellow arrows facing each other) indicating the direction of compressive stress) in the 100,000 cycle folded region of the fabricated electrode and (f-j) electrode, (a, f ) is an IAI thin film electrode, (b, g) is an MPH nanostructured transparent flexible electrode (
도 7(a) 내지 7(e) 및 7(f) 내지 7(j)는 각각 제작된 전극의 표면 나노 형태와 100,000주기 접힘 전극 영역의 미세 균열에 대한 FE-SEM 사진이다. 제작된 IAI 박막 전극은 매끄럽고 핀홀이 없는 표면 형태를 나타냈으며(도 7(a)), 접힘 응력 영역에서 압축 응력 방향에 수직인 전체 샘플 너비에 걸쳐 형성된 파편이 있는 조밀한 미세 균열(도 7(f))을 나타낸다. 그러므로 IA 박막 전극의 경우, 굽힘 응력에 의해 생성된 조밀하고 긴 크랙에 의해 전자의 흐름에 대한 전기저항이 증가하였으며, 반복 굽힘 피로 특성이 열등한 것으로 나타났다. 반면, MPH 나노 구조 투명유연전극의 경우 도 7 (b)와 도 7 (e)와 같이 평균 크기가 60 ~ 73nm인 조밀하게 응집된 Ag 나노 입자 어레이가 관찰되었다. 특히, 스퍼터링 파워가 MPH 10W에서 MPH 50W로 증가함에 따라 응집된 Ag 나노입자 어레이의 표면 커버리지 및 개수 밀도는 각각 52.5%에서 73.8%로, 111μm-2에서 154μm-2로 증가하였다(표 1). ). 도 7(g), 7 (h), 7(i) 및 7 (j)는 각각 MPH 10W, 20W, 35W 및 50W의 접힘 응력 영역에서 미세 균열 이미지를 보여준다. IAI 박막 전극과 비교하여 모든 MPH 나노 구조 투명유연전극의 평균 균열 길이는 8.76 μm에서 88.1 μm까지 현저히 짧았으며, 이는 MPH 나노 구조 투명유연전극이 IAI 박막 전극보다 반복 접힘 피로 변형 특성이 더 우수하다는 결과와 일치한다. 균열 길이가 짧은 MPH 나노 구조 투명유연전극은 전자가 균열 사이를 우회하고 흐를 수 있기 때문에 접힘 응력 하에서 낮은 Δ변화를 유지한다.7(a) to 7(e) and 7(f) to 7(j) are FE-SEM images of the surface nano morphology of the fabricated electrode and the microcracks in the electrode area folded after 100,000 cycles, respectively. The fabricated IAI thin film electrode exhibited a smooth, pinhole-free surface morphology (Fig. 7(a)), and dense microcracks with fragments formed over the entire sample width perpendicular to the compressive stress direction in the folding stress region (Fig. 7(a)). f)). Therefore, in the case of the IA thin film electrode, the electrical resistance to the flow of electrons increased due to the dense and long cracks generated by the bending stress, and the cyclic bending fatigue characteristics were found to be inferior. On the other hand, in the case of the MPH nanostructured transparent flexible electrode, a densely aggregated Ag nanoparticle array having an average size of 60 to 73 nm was observed, as shown in FIGS. 7(b) and 7(e). In particular, as the sputtering power increased from
Griffith 파괴 기준에 따르면 균열의 반쪽 길이 a는 다음 수학식 1로 주어진다.According to the Griffith failure criterion, the half length a of the crack is given by
[수학식 1][Equation 1]
여기서 E, γ및 σc는 각각 영률, 표면 에너지 및 파괴 응력이다. 그러므로 ITO(E ~118 GPa, γ~1.85 J/m2) 및 Ag(E ~63 GPa, γ~1.25 J/m2),)에 비해 현저히 낮은 E(1.2-1.4 GPa) 및 γJ/m2)를 가지는 CYTOP가 있는 MPH 나노 구조 투명유연전극은 CYTOP으로 인해 IAI 전극보다 균열 선단에서 더 짧은 균열 길이와 더 긴 곡률 반경을 가져 균열 선단의 낮은 응력으로 인해 균열 전파가 억제되어 유연성이 향상되는 것을 나타냈다(도 6 (d)의 타원 영역 참조). 또한, 도 8과 같이 MPH 나노 구조 투명유연전극은 날카로운 균열팁을 가지는 IAI 박막 전극에 비해 크랙 팁에서 더 큰 곡률 반경(ρt)과 더 짧은 크랙 길이를 가지기 때문에 크랙 팁에서 더 낮은 응력(σm)을 나타내며, 이는 다음 수학식 2로 설명할 수 있습니다.where E, γ and σc are the Young's modulus, surface energy and failure stress, respectively. Therefore, it has significantly lower E (1.2-1.4 GPa) and γJ/m2) than ITO (E ~118 GPa, γ ~ 1.85 J/m2) and Ag (E ~63 GPa, γ ~ 1.25 J/m2). The MPH nanostructured transparent flexible electrode with CYTOP has a shorter crack length and a longer radius of curvature at the crack tip than the IAI electrode due to CYTOP, indicating that crack propagation is suppressed due to lower stress at the crack tip, resulting in improved flexibility (Fig. see elliptical region in Fig. 6(d)). In addition, as shown in FIG. 8, since the MPH nanostructured transparent flexible electrode has a larger radius of curvature (ρt) and a shorter crack length at the crack tip than the IAI thin film electrode having a sharp crack tip, lower stress (σm) at the crack tip , which can be explained by
[수학식 2][Equation 2]
여기서, σ0는 인가 응력이다. IAI 박막 전극의 취성 골절로 인한 날카로운 팁이 있는 균열(도 8의 (a))은 MPH 나노 구조 투명유연전극의 연성 골절로 인해 뭉툭한 팁이 있는 균열보다 더 쉽게 전파된다(도 8의 (b)). 균열 선단의 응력이 파괴 응력(σm > σc)을 초과하면 균열이 전파되기 때문에 IAI 박막 전극보다 σm이 낮은 MPH 나노 구조 투명유연전극은 균열 전파를 억제하고 유연성을 향상시켰다.Here, σ 0 is the applied stress. A crack with a sharp tip due to brittle fracture of the IAI thin film electrode (Fig. 8(a)) propagates more easily than a crack with a blunt tip due to a ductile fracture of the MPH nanostructured transparent flexible electrode (Fig. 8(b) ). Since the crack propagates when the stress at the crack tip exceeds the fracture stress (σm > σc), the MPH nanostructured transparent flexible electrode with lower σm than the IAI thin film electrode suppresses crack propagation and improves flexibility.
도 9의 (a)는 CYTOP에 응집되는 Ag 박막의 스퍼터링 파워에 따른 MPH 나노 구조 투명유연전극의 밀도와 크랙 길이의 변화, (b)는 주기적 굽힘 응력 하에서 MPH 나노 구조 투명유연전극의 균열 길이에 대한 저항의 평균 변화의 의존성을 나타내는 그래프이다.9 (a) shows the change in the density and crack length of the MPH nanostructured transparent flexible electrode according to the sputtering power of the Ag thin film aggregated in CYTOP, and (b) shows the crack length of the MPH nanostructured transparent flexible electrode under cyclic bending stress. It is a graph showing the dependence of the average change in resistance to
도 9는 도 7의 FE-SEM 분석 결과를 바탕으로 MPH 나노 구조 투명유연전극의 주기적 굽힘 응력 하에서 Ag 스퍼터링 파워, Ag 응집물의 개수 밀도, 균열 길이 및 전기적 거동 사이의 관계를 정량적으로 나타내는 도면이다. Ag 스퍼터링 파워가 증가할수록 응집된 Ag 나노입자 어레이의 개수 밀도는 비례적으로 증가하였고, 이에 따라 크랙 길이는 도 9 (a) 및 표 1과 같이 감소하는 경향을 보였다. 이것은 MPH 나노 구조의 밀도가 균열 형성에 중요한 역할을 한다는 것을 의미할 뿐만 아니라, Griffith 파괴 기준에서 이전에 논의된 바와 같이 MPH 나노 구조가 균열 길이를 효과적으로 감소시킨다는 것을 의미한다. 또한, CYTOP에 응집되는 Ag 박막의 스퍼터링 파워를 조절함으로써 MPH 나노 구조 투명유연전극의 크랙 길이를 간단히 조절할 수 있음을 보여준다. 도 9 (b)는 주기적 굽힘 응력 하에서 MPH 나노 구조 투명유연전극의 균열 길이에 대한 저항의 평균 변화의 의존성을 보여준다. ΔR/R0 값은 균열 길이가 약 70μm까지는 상대적으로 낮으나 균열 길이가 약 90μm가 되면 급격히 증가함을 알 수 있다. 따라서 이러한 결과는 넓은 스퍼터링 공정 창(20W~50W의 스퍼터링 출력)과 제어 가능한 균열 길이에 따라 전기적 거동이 둔감한 영역이 있음을 확인했다.9 is a view quantitatively showing the relationship between Ag sputtering power, number density of Ag aggregates, crack length, and electrical behavior under cyclic bending stress of the MPH nanostructured transparent flexible electrode based on the FE-SEM analysis results of FIG. 7 . As the Ag sputtering power increased, the number density of the aggregated Ag nanoparticle array increased proportionally, and accordingly, the crack length tended to decrease as shown in FIG. 9 (a) and Table 1. This not only implies that the density of MPH nanostructures plays an important role in crack formation, but also implies that MPH nanostructures effectively reduce crack length, as previously discussed in the Griffith fracture criterion. In addition, it is shown that the crack length of the MPH nanostructured transparent flexible electrode can be easily controlled by adjusting the sputtering power of the Ag thin film aggregated on the CYTOP. 9(b) shows the dependence of the average change in resistance on the crack length of the MPH nanostructured transparent flexible electrode under cyclic bending stress. It can be seen that the ΔR/R 0 value is relatively low until the crack length is about 70 μm, but increases rapidly when the crack length is about 90 μm. Therefore, these results confirm that there is a region in which the electrical behavior is insensitive according to the wide sputtering process window (sputtering power of 20 W to 50 W) and the controllable crack length.
본원 발명은, 디스플레이 패널 제조 산업에서 널리 사용되는 간단한 공정과 스퍼터링된 금속 및 TCO 재료를 사용하여 MPH 나노 구조의 초유연성 전극을 제작하고 IAI 박막 전극과 비교하여 MPH 나노 구조 투명유연전극의 유연성 향상 메커니즘을 조사했다. 본 발명에서 MPH 나노 구조 투명유연전극 중 MPH 10W는 이전에 보고된 대부분의 유연한 전극 연구보다 더 심한 반복 접힘 피로(ε= 2500)에서 저항 변화가 4.57%로 가장 우수한 유연성을 보여주었다. 본 발명의 실시예의 MPH 나노 구조 투명유연전극은 매우 낮은 E 및 γ를 갖는 CYTOP의 존재로 인해 IAI 박막 전극보다 균열 선단에서 더 짧은 균열 길이 및 더 긴 곡률 반경을 가지므로 균열 선단에서의 낮은 응력으로 인해 균열 전파가 억제되고, 그 결과 유연성이 향상되었다. 또한, 기존 금속 및 TCO 재료의 유연성 향상에 중요한 역할을 하는 MPH 나노 구조의 밀도를 조정하여 균열 길이를 쉽게 제어할 수 있음을 보여주었다. DC 스퍼터링, 건식 에칭 및 열처리를 사용한 금속-고분자 나노 구조의 유연한 전극의 형성은 대면적 기판 응용을 위한 쉽고 실용적인 공정이며 굽힘 응력 하에서 유연한 전극의 균열 전파를 억제하여 성능 저하를 최소화한다. 따라서 본 발명은 초 유연성이 요구되는 유연한 전자 분야에서 기존 금속 및 TCO 재료를 기반으로 하는 나노 구조 하이브리드 전극의 광범위한 적용을 가능하게 한다.The present invention fabricates an MPH nanostructured super-flexible electrode using a simple process widely used in the display panel manufacturing industry and sputtered metal and TCO materials, and a mechanism for improving the flexibility of the MPH nanostructured transparent flexible electrode compared to an IAI thin film electrode. investigated. Among the MPH nanostructured transparent flexible electrodes in the present invention,
상술한 본 발명의 실시예는 은(Ag) 등의 전도성 금속 소재의 나노 구조와 CYTOP 등의 비전도성 고분자 유기절연체 고분자 하이브리드 전극을 이용하여 균열 길이 제어 가능한 초유연 투명전극을 제공할 수 있도록 한다.The embodiment of the present invention described above makes it possible to provide a super flexible transparent electrode capable of controlling the crack length by using a nanostructure of a conductive metal material such as silver (Ag) and a non-conductive polymer organic insulator polymer hybrid electrode such as CYTOP.
Ag 등의 전도성 금속 소재 박막 증착 공정 중 스퍼터 파워의 세기 조절을 통해, 전도성 금속 소재 나노 구조의 표면 피복률(surface coverage)와 개수 밀도(number density를 제어하고, 이를 통해 전극을 구부릴 때 발생하는 균열 길이와 균열 선단의 응력을 감소시켜, 본 발명의 실시예에 따른 초유연 투명전극이 낮은 저항 변화율과 높은 유연성을 갖도록 한다.During the thin film deposition process of conductive metal materials such as Ag, the sputter power is controlled to control the surface coverage and number density of the nanostructure of conductive metal materials, through which cracks that occur when the electrode is bent By reducing the length and the stress of the crack tip, the super flexible transparent electrode according to the embodiment of the present invention has a low resistance change rate and high flexibility.
또한, 본 발명의 실시예는 상기 은(Ag) 등의 전도성 금속 소재 증착 시 스퍼터 파워의 세기 조절을 통해 전극을 구부릴 때 발생하는 균열 길이와 균열 선단(crack tip)의 응력을 감소시켜 2.5%의 peak strain에서 10만 번 반복 굽힘 피로 하에서 낮은 저항 변화율(ΔR/R0)을 가지는 높은 유연성을 나타낼 수 있도록 한다.In addition, the embodiment of the present invention reduces the stress of the crack tip and the length of the crack that occurs when bending the electrode through the control of the sputter power when depositing a conductive metal material such as silver (Ag) to reduce the stress of 2.5%. It enables to show high flexibility with low resistance change rate (ΔR/R 0 ) under 100,000 repeated bending fatigue at peak strain.
또한, 본 발명의 실시예는 기존에 사용하던 공정을 이용해 새로운 공정 과정을 추가할 필요가 없으며 상용 소재를 이용함으로써 값싸고 간단한 초유연 투명 전극을 제조할 수 있도록 하는 초유연 투명전극 제조 기술을 제공한다.In addition, embodiments of the present invention provide a super-flexible transparent electrode manufacturing technology that does not require adding a new process using the existing process and can manufacture a cheap and simple super-flexible transparent electrode by using commercial materials. do.
상기에서 설명한 본 발명의 기술적 사상은 바람직한 실시예에서 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술적 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 실시예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.Although the technical idea of the present invention described above has been specifically described in a preferred embodiment, it should be noted that the above embodiment is for explanation and not for limitation. In addition, those of ordinary skill in the technical field of the present invention will be able to understand that various embodiments are possible within the scope of the technical spirit of the present invention. Therefore, the true technical protection scope of the present invention should be determined by the technical spirit of the appended claims.
1, 2: 투명유연전극
10: 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판
11: 제2 비전도성 고분자 유기절연체층
13: 전도성 금속 소재층
15: 전도성 금속 전극층 배열
20: 제1 투명전도성 전극층
30: 투명 다층 전극 배열
31: 투명 다층 전극
33: 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부
35: 전도성 금속 전극층
37: 제2 투명전도성 전극층1, 2: transparent flexible electrode
10: first non-conductive polymeric organic insulator substrate
11: second non-conductive polymer organic insulator layer
13: conductive metal material layer
15: conductive metal electrode layer arrangement
20: first transparent conductive electrode layer
30: transparent multilayer electrode array
31: transparent multilayer electrode
33: second non-conductive polymeric organic insulator electrode unit
35: conductive metal electrode layer
37: second transparent conductive electrode layer
Claims (12)
상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 비전도성 고분자 유기절연체 및 전도성 금속 소재가 층상 구조로 적층 형성되는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조의 투명 다층 전극들로 이루어지는 투명 다층 전극 배열; 및
상기 투명 다층 전극들 사이의 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판의 상부에 형성되는 제2 투명전도성 전극층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극.a first non-conductive polymeric organic insulator substrate formed of a non-conductive polymeric organic insulator;
a transparent multilayer electrode array composed of transparent multilayer electrodes having a metal polymer hybrid nanostructure in which a nonconductive polymer organic insulator and a conductive metal material are laminated in a layered structure on the first nonconductive polymer organic insulator substrate; and
A metal polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode comprising a; second transparent conductive electrode layer formed on top of the first non-conductive polymer organic insulator substrate between the transparent multi-layer electrodes.
상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 배열을 이루며 형성되는 복수의 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부;
상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부의 상부에 적층되는 전도성 금속 전극층; 및
상기 전도성 금속 전극층의 상부에 적층되는 제2 투명전도성 전극층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극.The method of claim 1, wherein the transparent multilayer electrode,
a plurality of second non-conductive polymer organic insulator electrode units formed in an array on the first non-conductive polymer organic insulator substrate;
a conductive metal electrode layer laminated on top of the second non-conductive polymer organic insulator electrode unit; and
A metal polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode comprising a; second transparent conductive electrode layer laminated on top of the conductive metal electrode layer.
폴리비닐알콜(PVA, Poly vinyl alcohol), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Poly methyo methacrylate), 폴리스티렌(PS, Polystyrene) 및 CYTOP(Cyclic Transparent Optical Polymer, Perfluoro butenyl vinyl ether, 퍼플루오로부테닐비닐에테르)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극.The method of claim 1, wherein the non-conductive polymer organic insulator,
Polyvinyl alcohol (PVA), polyimide (PI), polymethyo methacrylate (PMMA), polystyrene (PS, Polystyrene) and CYTOP (Cyclic Transparent Optical Polymer, Perfluoro butenyl vinyl ether) , Perfluorobutenyl vinyl ether) metal polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode, characterized in that at least one selected from the group consisting of.
전도성금속 또는 금속산화물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극.The method of claim 1, wherein the conductive metal material,
A metal-polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode comprising at least one of a conductive metal or a metal oxide.
상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판과 상기 투명 다층 전극 배열 및 상기 제2 투명전도성 전극층의 사이에 전도성 금속 소재로 형성되는 제1 투명전도성 전극층;을 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극.According to claim 1,
A first transparent conductive electrode layer formed of a conductive metal material between the first non-conductive polymeric organic insulator substrate, the transparent multi-layer electrode array, and the second transparent conductive electrode layer; metal polymer hybrid characterized in that it is configured to further include Nanostructured transparent flexible electrode.
c. 상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체층 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 전도성 금속 소재층을 형성하는 단계;
d. 대기 중에서 열처리하여 상기 전도성 금속 소재층의 전도성 금속 소재를 응집시켜 전도성 금속 전극층 배열을 형성하는 단계;
e. 상기 전도성 금속 전극층 배열이 형성된 후 식각을 수행하여 상기 전도성 금속 전극층 사이에서 노출된 제2 비전도성 고분자 유기 절연체층을 제거하는 단계; 및
f. 식각을 수행한 후 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 및 상기 전도성 금속 전극층 배열 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 투명 다층 전극을 가지는 투명 다층 전극 배열과 제2 투명전도성 전극층을 형성하는 단계;를 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 균열 길이 제어 가능한 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조 방법.b. forming a second polymer organic insulator layer by spin-coating a non-conductive polymer organic insulator on a first non-conductive polymer organic insulator substrate formed of the non-conductive polymer organic insulator;
c. forming a conductive metal material layer by depositing a conductive metal material on the second non-conductive polymer organic insulator layer;
d. forming an array of conductive metal electrode layers by aggregating the conductive metal material of the conductive metal material layer by heat treatment in the air;
e. removing the second non-conductive polymeric organic insulator layer exposed between the conductive metal electrode layers by performing etching after the conductive metal electrode layer array is formed; and
f. After etching, depositing a conductive metal material on the first non-conductive polymeric organic insulator substrate and the conductive metal electrode layer array to form a transparent multilayer electrode array having a transparent multilayer electrode and a second transparent conductive electrode layer; including Crack length controllable metal-polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode manufacturing method characterized in that the configuration.
폴리비닐알콜(PVA, Poly vinyl alcohol), 폴리이미드(PI, polyimide), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA, Poly methyo methacrylate), 폴리스티렌(PS, Polystyrene) 및 CYTOP(Cyclic Transparent Optical Polymer, Perfluoro butenyl vinyl ether, 퍼플루오로부테닐비닐에테르)으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 균열 길이 제어 가능한 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조 방법.The method of claim 7, wherein the non-conductive polymeric organic insulator of step b,
Polyvinyl alcohol (PVA), polyimide (PI), polymethyo methacrylate (PMMA), polystyrene (PS, Polystyrene) and CYTOP (Cyclic Transparent Optical Polymer, Perfluoro butenyl vinyl ether) , perfluorobutenyl vinyl ether), characterized in that at least one selected from the group consisting of controllable crack length metal polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode manufacturing method.
증착되는 상기 전도성 금속 소재의 개수 밀도(number density)와 표면 피복률(surface coverage)의 제어에 의한 유연성 제어를 위해 스퍼터링 파워를 10 ~ 50W의 범위에서 가변하여 스퍼터링 증착을 수행하는 것에 의해 상기 전도성 금속 전극층을 형성하는 것을 특징으로 하는 균열 길이 제어 가능한 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조 방법.The method of claim 7, wherein step c,
For flexibility control by controlling the number density and surface coverage of the conductive metal material to be deposited, sputtering deposition is performed by varying the sputtering power in the range of 10 to 50 W to perform the conductive metal. A method for manufacturing a metal-polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode with controllable crack length, characterized in that an electrode layer is formed.
전도성금속 또는 금속산화물 중 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 균열 길이 제어 가능한 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조 방법.The method of claim 7, wherein the conductive metal material of step c or step f,
A method for manufacturing a metal-polymer hybrid nanostructured transparent flexible electrode with controllable crack length, characterized in that it contains at least one of a conductive metal or a metal oxide.
상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 배열을 이루며 형성되는 복수의 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부;
상기 제2 비전도성 고분자 유기절연체 전극부의 상부에 적층되는 전도성 금속 전극층; 및
식각에 의해 노출된 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 및 상기 전도성 금속 전극층의 상부에 적층되는 상기 제2 투명전도성 전극층;을 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 균열 길이 제어 가능한 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조 방법.The method of claim 7, wherein the transparent multi-layer electrode formed in step f,
a plurality of second non-conductive polymer organic insulator electrode units formed in an array on the first non-conductive polymer organic insulator substrate;
a conductive metal electrode layer laminated on top of the second non-conductive polymer organic insulator electrode unit; and
The first non-conductive polymeric organic insulator substrate exposed by etching and the second transparent conductive electrode layer laminated on top of the conductive metal electrode layer; crack length controllable metal-polymer hybrid nanostructure transparent A method for manufacturing a flexible electrode.
a. 상기 b 단계의 수행 이전에, 상기 제1 비전도성 고분자 유기절연체 기판 상에 전도성 금속 소재를 증착하여 제1 투명전도성 전극층을 형성하는 단계를 더 포함하여 구성되는 것을 특징으로 하는 균열 길이 제어 가능한 금속 고분자 하이브리드 나노 구조 투명유연전극 제조 방법.According to claim 7,
a. Prior to the step b, depositing a conductive metal material on the first non-conductive polymer organic insulator substrate to form a first transparent conductive electrode layer, characterized in that the crack length controllable metal polymer Manufacturing method of hybrid nanostructured transparent flexible electrode.
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| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
| GRNT | Written decision to grant |