WO2021091206A1 - 투명 전극 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전기 소자 - Google Patents

투명 전극 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전기 소자 Download PDF

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WO2021091206A1
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layer
transparent electrode
barrier layer
electrode structure
transparent
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이명원
금동기
안기환
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동우화인켐 주식회사
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Definitions

  • the present invention relates to a transparent electrode structure, a method for manufacturing the same, and an electric device including the same. More specifically, the present invention relates to a transparent electrode structure including an insulating layer and an electrode layer, a method of manufacturing the same, and an electric device including the same.
  • Electrode structures are introduced in various electric/electronic devices such as battery devices, lighting devices, and display devices.
  • an electrode structure having improved transparency is employed for optical properties and image quality.
  • an electrode structure having improved transparency is employed to improve light efficiency.
  • the electrode structure or a functional layer such as an organic light emitting layer or a photoactive layer may be oxidized when exposed to moisture penetrating from the outside of the electrical device, and operation in the functional layer may also be deteriorated.
  • Korean Patent Application Publication No. 2018-0014073 discloses a metal electrode for OLED lighting, but the metal electrode may not provide sufficient stability.
  • An object of the present invention is to provide a transparent electrode structure having improved optical, chemical, and mechanical properties and a method of manufacturing the same.
  • An object of the present invention is to provide an electrical device such as a lighting device and a solar cell including the transparent electrode stack.
  • Transparent substrate An insulating layer formed on the transparent substrate; A barrier layer formed on the insulating layer so as to be in contact with the insulating layer and including a corrugated structure; And a transparent electrode layer disposed on the barrier layer.
  • the elastic modulus of the insulating layer is less than the elastic modulus of the barrier layer, the transparent electrode herbicide.
  • the ratio of the elastic modulus of the barrier layer to the elastic modulus of the insulating layer is 10 to 100, the transparent electrode herbicide.
  • the height of the step of the corrugated structure is 0.06 to 3 ⁇ m, the transparent electrode structure.
  • the insulating layer includes an intermediary layer and a protective layer sequentially stacked on the transparent substrate.
  • the barrier layer includes a first barrier layer and a second barrier layer sequentially stacked on the insulating layer.
  • the barrier layer is indium-tin oxide (ITO), aluminum oxide, zinc oxide, aluminum oxide-zinc oxide composite (AZO) material, silazane, siloxane, and silicon-containing inorganic
  • ITO indium-tin oxide
  • AZO aluminum oxide-zinc oxide composite
  • silazane siloxane
  • silicon-containing inorganic A method of manufacturing a transparent electrode structure comprising at least one barrier material selected from the group consisting of materials.
  • the transparent electrode layer includes a first transparent oxide electrode layer, a metal layer, and a second transparent oxide electrode layer sequentially stacked.
  • forming an insulating layer on the transparent substrate Forming a barrier layer on the insulating layer; Heat-treating the barrier layer to form a corrugated structure in the barrier layer due to a difference in modulus of elasticity from the insulating layer; And forming a transparent electrode layer on the barrier layer.
  • Transparent electrode structure according to the above-described embodiments; An organic emission layer disposed on the transparent electrode structure; And a counter electrode disposed on the organic emission layer.
  • Transparent electrode structure according to the above-described embodiments; A photoactive layer disposed on the transparent electrode structure; And a counter electrode disposed on the photoactive layer.
  • the transparent electrode structure according to embodiments of the present invention may include a barrier layer having a corrugated structure. Accordingly, excellent chemical resistance and high transmittance can be implemented together.
  • the barrier layer may satisfy a specific moisture permeability range. Accordingly, chemical resistance of the transparent electrode structure may be improved.
  • the step difference of the corrugated structure may be adjusted. Accordingly, the light efficiency of the transparent electrode structure may be further improved.
  • the transparent electrode structure By using the transparent electrode structure, it is possible to manufacture a lighting device and a battery device having improved optical, chemical, and mechanical stability.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a transparent electrode structure according to some exemplary embodiments.
  • FIGS. 2 to 9 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transparent electrode structure according to some exemplary embodiments.
  • FIGS. 10 and 11 are schematic cross-sectional views illustrating an electric device to which a transparent electrode structure according to exemplary embodiments is applied.
  • FIG. 12 is an image showing a barrier layer according to example embodiments.
  • Embodiments of the present invention provide a transparent electrode structure formed on an insulating layer and including a barrier layer including a corrugated structure. In addition, it provides an electric device such as a lighting device, a battery device, etc. to which the transparent electrode structure is applied.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view illustrating a transparent electrode structure according to exemplary embodiments.
  • the transparent electrode structure 100 is a transparent substrate 110.
  • An insulating layer 120 formed on a transparent substrate, a barrier layer 140 including a corrugated structure stacked on the insulating layer 120, and a transparent electrode layer 150 stacked on the barrier layer 140 may be included. have.
  • the corrugated structure is shown as a wave pattern for convenience, but this is only an example of the corrugated structure, and the shape of the corrugated structure is not limited to the drawings.
  • the overcoat layer 130 may be formed between the barrier layer 140 and the transparent electrode layer 150.
  • the transparent substrate 110 may include glass or a transparent resin material having high light transmittance.
  • the transparent resin material include cyclic olefin polymer (COP), polyethylene terephthalate (PET), polyacrylate (PAR), polyetherimide (PEI), polyethylene naphthalate (PEN), polyphenylene sulfide (PPS), Polyallylate, polyimide (PI), cellulose acetate propionate (CAP), polyethersulfone (PES), cellulose triacetate (TAC), polycarbonate (PC), cyclic olefin copolymer (COC), And polymethyl methacrylate (PMMA).
  • COP cyclic olefin polymer
  • PET polyethylene terephthalate
  • PAR polyacrylate
  • PEI polyetherimide
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PPS polyphenylene sulfide
  • Polyallylate polyimide
  • CAP cellulose acetate propionate
  • PES polyethersulfone
  • the insulating layer 120 may be provided as an intermediary layer for protecting the transparent electrode layer 150 and transferring the transparent electrode layer 150 to the transparent substrate 110.
  • the insulating layer 120 may include an intermediate layer 122 and a protective layer 124 sequentially stacked on the upper surface of the transparent substrate 110.
  • the intermediate layer 122 may include an organic polymer film, and as non-limiting examples, a polyimide polymer, a poly vinyl alcohol polymer, a polyamic acid polymer, and a polyamide ( polyamide) polymer, polyethylene polymer, polystylene polymer, polynorbornene polymer, phenylmaleimide copolymer polymer, polyazobenzene polymer, polyphenyl Polyphenylenephthalamide polymer, polyester polymer, polymethyl methacrylate polymer, polyarylate polymer, cinnamate polymer, coumarin It may include polymers, phthalimidine polymers, chalcone polymers, aromatic acetylene polymers, and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the thickness of the intermediate layer 122 may be about 5 to 1,000 nm, preferably about 50 to 500 nm.
  • the intermediate layer 122 may have a refractive index of about 1.48 to 1.58.
  • the protective layer 124 may be formed on the intermediate layer 122.
  • the protective layer 124 may include, for example, an organic insulating material.
  • the protective layer 124 may be entirely formed on the upper surface of the intermediate layer 122. In one embodiment, the protective layer 124 may at least partially cover side surfaces of the intermediate layer 122. In this case, it is possible to prevent the side surface of the intermediate layer 122 from being exposed to an etchant or the like during the patterning process of the electrode patterns. The protective layer 124 may cover all sides of the intermediate layer 122.
  • the thickness of the protective layer 124 may be about 1 to 10 ⁇ m, preferably 1 to 3 ⁇ m. In the above range, chemical resistance and flexibility may be improved.
  • the refractive index of the protective layer 124 may be about 1.48 to 1.58.
  • the carrier substrate may be peeled off from the insulating layer 120.
  • the transparent substrate 110 may be bonded through an adhesive layer (not shown) formed on the peeling surface of the insulating layer 120.
  • the transparent electrode structure 100 may be obtained through a peeling/transfer process using the carrier substrate. In this case, it is possible to prevent the transparent substrate 110 from being damaged by a high-temperature deposition process such as a sputtering process performed when the barrier layer 140 or the transparent electrode layer 150 is formed, and a thinner transparent substrate 110 is used. I can. Therefore, the thin transparent electrode structure 100 and the electric device can be easily implemented.
  • the peeling force of the intermediate layer 122 to the carrier substrate may be about 0.01 to 0.2 N/25mm. Within the above range, it is possible to suppress the occurrence of cracks in the transparent electrode structure 100 when the carrier substrate is peeled.
  • the insulating layer 120, the barrier layer 140, and the transparent electrode layer 150 may be directly stacked on the transparent substrate 110.
  • the barrier layer 140 is formed on the insulating layer 120 to contact the insulating layer 120 and may include a corrugated structure. In this case, by the corrugated structure included in the barrier layer 140, total reflection of light passing through the transparent electrode structure 100 is prevented, so that light efficiency may be further improved.
  • the corrugated structure may be formed due to a difference in elastic modulus between the barrier layer 140 and the insulating layer 120.
  • the elastic modulus of the barrier layer 140 may be greater than about 4 Gpa and less than or equal to 400 Gpa.
  • the elastic modulus of the insulating layer 120 may be about 4 Gpa or less. In this case, due to a difference in thermal contraction rate due to a difference in elastic modulus between the barrier layer 140 and the insulating layer 120, a wrinkle structure in the barrier layer 140 may be formed.
  • the elastic modulus of the insulating layer 120 may be smaller than the elastic modulus of the barrier layer 140.
  • the ratio of the elastic modulus of the barrier layer 140 to the elastic modulus of the insulating layer 120 may be about 10 to 100.
  • the corrugated structure may be more easily formed in the barrier layer 140.
  • the step of the corrugated structure may be appropriately adjusted. Accordingly, it is possible to effectively prevent a decrease in flatness due to an excessive increase in the step difference of the corrugated structure.
  • a step (or height) of the corrugated structure included in the barrier layer 140 may be about 0.06 to 3 ⁇ m. In the above range, excellent light efficiency, chemical resistance, and durability of the transparent electrode structure 100 may be easily implemented.
  • the step of the corrugated structure is less than about 0.06 ⁇ m, the effect of improving light efficiency may be insignificant, and when it exceeds about 3 ⁇ m, the flatness and durability of the transparent electrode structure 100 may be deteriorated.
  • the barrier layer 140 may include a barrier material having improved moisture shielding properties.
  • the barrier material is an indium-tin oxide (ITO), an aluminum oxide (eg, Al 2 O 3 ), a zinc oxide (eg, ZnO), and an aluminum oxide-zinc oxide composite material. (AZO), silazne, siloxane, and/or silicon-containing inorganic materials.
  • sizane is used as a term encompassing a compound or polymer including a "-Si-N-Si-” structure.
  • Siloxane is used as a term encompassing a compound or polymer comprising a "-Si-O-Si-” structure.
  • silicon-containing inorganic material examples include silicon oxide, silicon nitride and/or silicon oxynitride. These may be used alone or in combination of two or more. Preferably, at least two or more of silicon oxide, silicon nitride, or silicon oxynitride are used together, and more preferably, silicon oxide, silicon nitride, and silicon oxynitride may be used together.
  • the barrier layer 140 may have a moisture permeability of about 10 -3 g/m 2 24 hr or less, preferably about 10 -5 g/m 2 24 hr or less under a condition of 40° C. and 90% relative humidity. have.
  • the barrier layer 140 satisfies the moisture permeability range, the corrosion resistance of the transparent electrode structure 100 may be further improved.
  • it can be more easily applied to various electric devices such as lighting devices, solar cells, or quantum dots.
  • the barrier layer 140 may have a single-layer or multi-layer structure including the above-described barrier material.
  • the barrier layer 140 may include a first barrier layer 142 and a second barrier layer 142 sequentially stacked on the insulating layer 120.
  • the moisture permeability may be lowered by the second barrier layer 144 and the corrosion resistance of the transparent electrode structure 100 may be further improved.
  • the moisture permeability of at least one of the first barrier layer 142 and the second barrier layer 144 may be about 10 -3 g/m 2 24 hours at 40° C. and 90% relative humidity.
  • the moisture permeability of the first barrier layer 142 and the second barrier layer 144 may be about 10 -3 g/m 2 24 hours at 40° C. and 90% relative humidity, respectively.
  • the refractive index of the second barrier layer 144 may be smaller than the refractive index of the first barrier layer 142. In this case, total reflection is more effectively prevented, and the optical characteristics of the transparent electrode structure 100 may be further improved.
  • the thickness of each of the first barrier layer 142 and the second barrier layer 144 may be appropriately adjusted according to the included material.
  • the thickness of each of the first barrier layer 142 or the second barrier layer 144 is about 10 nm to It may be about 1 ⁇ m.
  • the thickness of each of the first barrier layer 142 or the second barrier layer 144 may be about 100 nm to 2 ⁇ m.
  • the thickness may be about 10 nm to about 1 ⁇ m, respectively.
  • the overcoat layer 130 may be formed between the barrier layer 140 and the transparent electrode layer 150.
  • the overcoat layer 130 may cover the corrugated structure. Accordingly, the step difference due to the corrugated structure may be reduced by the overcoat layer 130, and durability and mechanical properties of the transparent electrode structure 100 may be further improved.
  • the overcoat layer 130 may be provided as a substrate or a passivation layer for the transparent electrode layer 150.
  • the transparent electrode layer 150 may be provided as an anti-corrosion layer or an adhesive layer.
  • the overcoat layer 130 may be formed of a single layer or a plurality of layers of two or more layers.
  • silicone-based polymers such as polydimethylsiloxane (PDMS) and polyorganosiloxane (POS); Polyimide polymer; It may include a polyurethane-based polymer and the like. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the overcoat layer 130 may be formed using an inorganic material such as a photosensitive resin composition or a thermosetting resin composition including an acrylic resin, or silicon oxide (SiOx).
  • the overcoat layer 130 may be formed through a deposition process such as a sputtering process.
  • the overcoat layer 130 may include a thermosetting or photocurable adhesive.
  • the overcoat layer 130 may include a heat-curable or photo-curable adhesive such as a polyester-based resin, a polyether-based resin, a urethane-based resin, an epoxy-based resin, a silicone-based resin, or an acrylic-based resin. .
  • the thickness of the over-coating layer 130 may be adjusted in the range of, for example, about 1 to 10 ⁇ m, preferably about 1 to 3 ⁇ m, in consideration of securing corrosion, flatness, and flexibility.
  • the transparent electrode layer 150 may include a multilayer structure including a transparent oxide electrode layer and a metal layer.
  • the transparent electrode layer 150 includes a first transparent oxide electrode layer 152, a metal layer 154, and a second transparent oxide electrode layer 156 sequentially stacked from the top surface of the barrier layer 140. It can contain structures.
  • the first transparent oxide electrode layer 152 and the second transparent oxide electrode layer 156 are indium tin oxide (ITO), indium zinc oxide (IZO), zinc oxide (ZnO), indium zinc tin oxide (IZTO), and aluminum-doped zinc oxide.
  • Transparent conductive oxides such as (AZO), gallium-doped zinc oxide (GZO), zinc tin oxide (ZTO), indium gallium oxide (IGO), and tin oxide (SnO 2) may be included.
  • the first transparent oxide electrode layer 152 and the second transparent oxide electrode layer 156 may include ITO or IZO.
  • the metal layer 154 is silver (Ag), gold (Au), copper (Cu), aluminum (Al), platinum (Pt), palladium (Pd), chromium (Cr), titanium (Ti), tungsten (W), Niobium (Nb), tantalum (Ta), vanadium (V), iron (Fe), manganese (Mn), cobalt (Co), nickel (Ni), zinc (Zn), molybdenum (Mo), calcium (Ca), Tin (Sn) or an alloy thereof (for example, silver-palladium-copper (APC), copper-calcium (CuCa) or a silver alloy or a copper alloy) may be included. These may be used alone or in combination of two or more.
  • the overall resistance of the transparent electrode layer 150 is reduced by the metal layer 154, so that, for example, the activation speed or reaction speed of the lighting element and the battery element may be improved.
  • the overall flexibility of the transparent electrode layer 150 is secured through the metal layer 154 so that damage to the electrode can be prevented even when repeatedly folding or folding is applied.
  • the transparent oxide electrode layers 152 and 156 By disposing the transparent oxide electrode layers 152 and 156 having relatively improved chemical resistance on the upper and lower surfaces of the metal layer 154, oxidation, corrosion, etc. due to external moisture and air penetration of the metal layer 154 can be prevented. . In addition, the transmittance of the transparent electrode layer 150 is improved by the transparent oxide electrode layers 152 and 156, so that the optical efficiency of the electric device may be improved.
  • the refractive index of the transparent oxide electrode layers 152 and 156 may be adjusted in a range of about 1.7 to 2.2 to reduce reflection through refractive index matching with the metal layer 154.
  • the refractive index may be adjusted through a sputtering process using a target in which a weight ratio of indium oxide (In 2 O 3 ) and tin oxide (SnO 2) is adjusted.
  • the metal layer 154 may be formed to have a thickness smaller than the thickness of each of the first and second transparent oxide electrode layers 152 and 156 to improve transmittance.
  • each of the first and second transparent oxide electrode layers 152 and 156 may have a thickness of about 200 to 800 ⁇ , preferably about 300 to 500 ⁇ . In some embodiments, the thickness of the metal layer 154 may be about 50 to 500 ⁇ , preferably about 70 to 200 ⁇ .
  • a protective film such as an encapsulation film or a release film may be formed on the transparent electrode layer 150.
  • the transparent electrode layer 150 by including the transparent oxide electrode layers 152 and 156 together with the metal layer 154, it is possible to prevent damage due to moisture and air while utilizing the low resistance characteristics of the metal layer 154. I can.
  • FIGS. 2 to 9 are schematic cross-sectional views illustrating a method of manufacturing a transparent electrode structure according to exemplary embodiments.
  • an insulating layer 120 may be formed on the transparent substrate 110.
  • the insulating layer 120 may include an intermediate layer 122 and a protective layer 124.
  • the transparent substrate 110 may be provided as a carrier substrate. In this case, after the carrier substrate is peeled from the insulating layer 120, a separate transparent substrate 110 may be adhered to the peeling surface of the insulating layer 120.
  • a barrier layer 140 may be formed on the insulating layer 120.
  • the barrier layer 140 may have a single layer or a multilayer structure.
  • the barrier layer 140 may be heated to form a corrugated structure.
  • a corrugated structure may be formed inside the barrier layer 140 by heating.
  • the corrugated structure may be formed by a difference in elastic modulus between the insulating layer 120 and the barrier layer 140.
  • the barrier layer 140 may be heated to about 150 to 300°C.
  • the barrier layer 140 may be heated in the above temperature range for about 15 to 30 minutes. In the above range, the wrinkle structure can be easily formed, and deterioration of the transparent electrode structure 100 that may occur during the heating process can be prevented.
  • a corrugated structure may be formed inside the first barrier layer 142 by heating. Thereafter, a second barrier layer 144 is formed on the first barrier layer 142 to form a barrier layer 140 having a multilayer structure.
  • the second barrier layer 144 may be heated to form a corrugated structure inside the second barrier layer 144.
  • the elastic modulus of the first barrier layer 142 may be greater than that of the second barrier layer 144.
  • a ratio of the elastic modulus of the first barrier layer 142 to the elastic modulus of the second barrier layer 144 may be about 3 to 10. In this case, due to the wrinkle structure additionally formed on the second barrier layer 144, the total reflection prevention effect may be further improved.
  • an overcoat layer 130 may be formed on the barrier layer 140 on which the corrugated structure is formed.
  • the overcoat layer 130 may alleviate a step difference due to the wrinkle structure.
  • a transparent electrode layer 150 may be formed on the barrier layer 140.
  • the transparent electrode layer 150 may include a first transparent oxide electrode layer 152, a metal layer 154, and a second transparent oxide electrode layer 156 that are sequentially stacked.
  • an overcoat layer 130 and a transparent electrode layer 150 may be sequentially stacked on the barrier layer 140 having a multilayer structure.
  • FIG. 10 is a schematic cross-sectional view illustrating an electric device to which a transparent electrode structure is applied according to example embodiments.
  • FIG. 10 illustrates a lighting device including a transparent electrode structure according to the above-described exemplary embodiments.
  • the lighting device 200 may include a light emitting layer 160 and a counter electrode 170 sequentially stacked on the above-described transparent electrode structure 100.
  • the light-emitting layer 160 may include, for example, an organic light-emitting material known in the art.
  • the lighting device 200 may be provided as an OLED lighting device.
  • a hole transport layer may be further included between the transparent electrode layer 150 and the light emitting layer 160.
  • an electron transport layer may be further included between the light emitting layer 160 and the counter electrode 170.
  • the transparent electrode layer 150 may be provided as an anode of the lighting device 200, and the lighting device 200 may be a bottom-emission type that emits light through the transparent substrate 110.
  • the counter electrode 170 may be provided as a cathode and a reflective electrode of the lighting element 200.
  • FIG. 11 is a schematic cross-sectional view illustrating an electric device to which a transparent electrode structure is applied according to example embodiments.
  • FIG. 11 shows a battery device such as a solar cell including a transparent electrode structure according to the above-described exemplary embodiments.
  • the battery device 300 may include a photo-active layer 180 and a counter electrode 190 sequentially stacked on the above-described transparent electrode structure 100.
  • the photoactive layer 180 may include, for example, a light absorbing layer including an organic polymer known in the art included in a solar cell.
  • a hole transport layer may be further included between the transparent electrode layer 150 and the photoactive layer 180.
  • the transparent electrode layer 150 may be provided as an anode of the battery element 300, and the counter electrode 190 may be provided as a cathode of the battery element 300.
  • a protective layer having the refractive index, thickness, and elastic modulus characteristics of Table 1 was formed on the intermediate layer.
  • a barrier layer including the material according to Table 1 below and having a refractive index, a thickness elastic modulus, and a moisture permeability (WVTR) characteristic was formed on the protective layer.
  • FIG. 12 is a photograph showing a wrinkle structure formed according to Example 1.
  • Table 2 shows the steps and periods of wrinkles formed according to Examples and Comparative Examples.
  • an ITO layer was formed to a thickness of 0.05 ⁇ m on the protective layer by a vacuum deposition method, and then a photosensitive photoresist was applied on the ITO layer, exposed, developed, and etched to form an electrode pattern layer.
  • Example 1 1.52 3 4 ZnO 2.01 30 210 3.8*10 -4
  • Example 2 1.52 3 4 ITO 2 135 116 3.0*10 -1
  • Example 3 1.52 3 4 AZO 1.68 112 370 8.8*10 -4
  • Example 4 1.52 3 4 Al 2 O 3 1.67 50 390 5.8*10 -4
  • Example 5 1.52 3 4 SiON 1.56 177 305 7.3*10 -3
  • Example 6 1.52 3 4 SiO 2 1.46 189 80 7.9*10 -2
  • Example 7 1.52 3 4 Poly silazane(2 layer) 1.53 600 45 3.4*10 -3
  • Example 8 1.52 3 4 ITO/AZO 2/1.68 247 370/116 8.6*10 -5
  • Example 9 1.52 3 4 ITO/Al 2 O 3 2/1.67 252 390/ 116 3.3*10
  • Example 1 1.5 8.2 18.2
  • Example 2 0.55 5.41 19
  • Example 3 One 5 16
  • Example 4 0.9 One 14
  • Example 5 One 1.5 12
  • Example 6 0.16 3
  • Example 7 0.54 5.45 17.9
  • Example 8 0.54 5.44 17.6
  • Example 9 1.1 5.4 15.6
  • Example 10 0.54 2.2 11.4
  • Example 11 0.06 5 1.2 Comparative Example 1 0 0 0 0
  • the luminance was improved as compared to the comparative example in which the corrugated structure was not formed.
  • the degree of brightness improvement was controlled.

Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극 구조체는 투명 기판, 투명 기판 상에 형성된 절연층, 절연층과 접하도록 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, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전기 소자
본 발명은 투명 전극 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 포함하는 전기 소자에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 절연층 및 전극층을 포함하는 투명 전극 구조체, 이의 제조 방법 및 이를 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 전기 소자의 외부로부터 침투하는 수분에 노출되는 경우 산화될 수 있으며, 상기 기능층에서의 동작도 열화될 수 있다.
최근 박형화되는 전기 소자의 경우, 수분 침투에 의한 산화, 손상에 보다 쉽게 노출될 수 있다.
따라서, 전극의 광 효율을 향상시키면서도 소자의 화학적 안정성을 확보하기 위한 전극 구조 개발이 필요하다. 예를 들면, 한국 공개특허공보 제2018-0014073호는 OLED 조명용 금속 전극을 개시하고 있으나, 상기 금속 전극은 충분한 안정성은 제공하지 못할 수 있다.
본 발명의 일 과제는 향상된 광학적, 화학적, 기계적 특성을 갖는 투명 전극 구조체 및 이의 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 절연층; 상기 절연층과 접하도록 상기 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/m 2ㆍ24hr 이하인, 투명 전극 구조체.
3. 위 1에 있어서, 상기 배리어 층의 탄성률은 4 Gpa를 초과하고, 400 GPa 이하인, 투명 전극 구조체.
4. 위 3에 있어서, 상기 절연층의 탄성률은 상기 배리어 층의 탄성률보다 작은, 투명 전극 구초제.
5. 위 4에 있어서, 상기 절연층의 탄성률 대비 상기 배리어 층의 탄성률의 비율은 10 내지 100인, 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 절연층은 상기 투명 기판 상에 순차적으로 적층된 중개층 및 보호층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
9. 위 1에 있어서, 상기 배리어 층은 상기 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 절연층을 형성하는 단계; 상기 절연층 상에 배리어 층을 형성하는 단계; 상기 배리어 층을 열처리하여 상기 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. 상술한 실시예들에 따른 투명 전극 구조체; 상기 투명 전극 구조체 상에 배치된 유기 발광층; 및 상기 유기 발광층 상에 배치된 대향 전극을 포함하는, 조명 소자.
16. 상술한 실시예들에 따른 투명 전극 구조체; 상기 투명 전극 구조체 상에 배치된 광 활성층; 및 상기 광 활성층 상에 배치된 대향 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, 절연층의 탄성률 대비 배리어 층의 탄성율을 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 단면도들이다.
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 이미지이다.
본 발명의 실시예들은 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 절연층(120), 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)이 형성될 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.
절연층(120)은 투명 전극층(150)을 보호하고, 투명 전극층(150)을 투명 기판(110)으로 전사하기 위한 중개층으로 제공될 수 있다.
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 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 절연 물질을 포함할 수 있다.
보호층(124)은 중개층(122)의 상면 상에 전체적으로 형성될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 보호층(124)은 중개층(122)의 측면들을 적어도 부분적으로 덮을 수도 있다. 이 경우, 전극 패턴들의 패터닝 공정 중에 중개층(122)의 측면이 에천트 등에 노출되는 것을 방지할 수 있다. 보호층(124)은 중개층(122) 측면을 전부 덮을 수도 있다.
예를 들면, 보호층(124)의 두께는 약 1 내지 10㎛, 바람직하게는 1 내지 3㎛일 수 있다. 상기 범위에서, 내화학성 및 유연성이 향상될 수 있다. 예를 들면, 보호층(124)의 굴절률은 약 1.48 내지 1.58일 수 있다.
예를 들면, 캐리어 기판(미도시) 상에 절연층(120), 배리어 층(140) 및 투명 전극층(150)을 순차적으로 형성한 후, 상기 캐리어 기판을 절연층(120)으로부터 박리시킬 수 있다. 이후, 절연층(120)의 박리면에 형성된 점접착층(미도시)을 통해 투명 기판(110)을 접합시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 상기 캐리어 기판을 이용한 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)이 사용될 수 있다. 따라서, 박형의 투명 전극 구조체(100) 및 전기 소자가 용이하게 구현될 수 있다.
예를 들면, 중개층(122)의 상기 캐리어 기판에 대한 박리력은 약 0.01 내지 0.2 N/25mm일 수 있다. 상기 범위에서, 상기 캐리어 기판의 박리 시에 투명 전극 구조체(100) 내의 크랙 발생을 억제할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 투명 기판(110) 상에 절연층(120), 배리어 층(140) 및 투명 전극층(150)이 직접 적층될 수도 있다.
배리어 층(140)는 절연층(120)과 접하도록 절연층(120) 상에 형성되며, 주름 구조를 포함할 수 있다. 이 경우 배리어 층(140)에 포함된 상기 주름 구조에 의해, 투명 전극 구조체(100)를 투과하는 빛의 전반사가 방지되어, 광 효율이 더욱 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 상기 주름 구조는 배리어 층(140) 및 절연층(120) 사이의 탄성률 차이로 인해 형성될 수 있다.
예를 들면, 배리어 층(140)의 탄성률은 약 4Gpa를 초과하며, 400Gpa 이하일 수 있다. 예를 들면, 절연층(120)의 탄성률은 약 4Gpa 이하일 수 있다. 이 경우, 배리어 층(140) 및 절연층(120) 사이의 탄성률 차이에 따른 열 수축률 차이로 인해, 배리어 층(140) 내 주름 구조가 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 절연층(120)의 탄성률은 배리어 층(140)의 탄성률 보다 작을 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 절연층(120)의 탄성률 대비 배리어 층(140)의 탄성률 비율은 약 10 내지 100일 수 있다.
상기 범위에서 배리어 층(140) 내에 상기 주름 구조를 보다 용이하게 형성할 수 있다. 또한, 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 단차(또는 높이)는 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 차폐 특성이 향상된 배리어 물질을 포함할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 배리어 물질은 인듐-주석 산화물(ITO), 알루미늄 산화물(예를 들면, Al 2O 3), 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/m 2 24hr 이하, 바람직하게는 약 10 -5 g/m 2 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 각종 전기 소자에 보다 용이하게 적용할 수 있다.
배리어 층(140)은 상술한 배리어 물질을 포함하는 단층 또는 복층 구조를 가질 수 있다. 예를 들면, 배리어 층(140)은 절연층(120) 상에 순차적으로 적층된 제1 배리어 층(142) 및 제2 배리어 층(142)을 포함할 수 있다.
제2 배리어 층(144)에 의해 투습도를 보다 낮출 수 있으며, 투명 전극 구조체(100)의 내부식성이 더욱 향상될 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제1 배리어 층(142) 및 제2 배리어 층(144) 중 적어도 하나의 투습도는 40℃, 90% 상대습도 조건에서 약 10 -3 g/m 2 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/m 2 24hr일 수 있다.
일부 실시예들에 따르면, 제2 배리어 층(144)의 굴절률은 제1 배리어 층(142)의 굴절률 보다 작을 수 있다. 이 경우, 전반사가 보다 효과적으로 방지되어, 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, 제1 배리어 층(142) 또는 제2 배리어 층(144) 각각의 두께는 약 10 nm 내지 약 1㎛일 수 있다. 제1 배리어 층(142) 또는 제2 배리어 층(144)이 실라잔을 포함하는 경우, 제1 배리어 층(142) 또는 제2 배리어 층(144) 각각의 두께는 약 100nm 내지 2㎛일 수 있다. 제1 배리어 층(142) 또는 제2 배리어 층(144)이 규소 함유 무기 물질을 포함하는 경우, 두께는 각각 약 10nm 내지 약 1㎛일 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 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. 이에 따라, 오버 코팅층(130)에 의해 상기 주름 구조에 의한 단차가 감소될 수 있으며, 투명 전극 구조체(100)의 내구성 및 기계적 특성을 보다 향상시킬 수 있다.
오버 코팅층(130)은 투명 전극층(150)의 기재 또는 패시베이션층으로 제공될 수 있다. 또한, 투명 전극층(150)의 부식 방지층 또는 점접착층으로 제공될 수도 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 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
예를 들면, 오버 코팅층(130)은 아크릴계 수지를 포함하는 감광성 수지 조성물 혹은 열경화성 수지 조성물 또는 실리콘산화물(SiOx)등의 무기물을 사용하여 형성될 수도 있더. 이 경우, 오버 코팅층(130)은 스퍼터링 공정과 같은 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
오버 코팅층(130)은 열경화 또는 광경화성 점접착제를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 오버 코팅층(130)은 폴리에스테르계 수지, 폴리에테르계 수지, 우레탄계 수지, 에폭시계 수지, 실리콘(silicone)계 수지, 아크릴계 수지 등의 열경화 또는 광경화성 점접착제를 포함할 수 있다.
오버 코팅층(130)의 두께는 부식성, 평탄성 및 유연성 확보 등을 고려하여, 예를 들면 약 1 내지 10㎛, 바람직하게는 약 1 내지 3㎛ 범위로 조절될 수 있다.
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(SnO 2) 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), 주석(Sn) 또는 이들의 합금(예를 들면, 은-팔라듐-구리(APC), 구리-칼슘(CuCa) 등과 같은 은 합금 또는 구리 합금)을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
금속층(154)에 의해 투명 전극층(150)의 전체적인 저항이 감소되어, 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(In 2O 3) 및 산화 주석(SnO 2)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.
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 절연층(120)을 형성할 수 있다. 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 절연층(120)으로부터 박리한 후 별도의 투명 기판(110)을 절연층(120)의 박리면 상에 접착할 수 있다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 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 5에 도시된 바와 같이, 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 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 6에 도시된 바와 같이, 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.
일 실시예에 있어서, 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 10일 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 대향 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 대향 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, 대향 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 대향 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, 대향 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 Al 2O 3 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 SiO 2 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/Al 2O 3 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/
SiO 2 		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 1의 휘도를 기준으로 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 정도가 조절되었다.

Claims (16)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 형성된 절연층;
    상기 절연층과 접하도록 상기 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/m 2ㆍ24hr 이하인, 투명 전극 구조체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 배리어 층의 탄성률은 4 Gpa를 초과하고, 400 GPa 이하인, 투명 전극 구조체.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 절연층의 탄성률은 상기 배리어 층의 탄성률보다 작은, 투명 전극 구초제.
  5. 청구항 4에 있어서, 상기 절연층의 탄성률 대비 상기 배리어 층의 탄성률의 비율은 10 내지 100인, 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 절연층은 상기 투명 기판 상에 순차적으로 적층된 중개층 및 보호층을 포함하는, 투명 전극 구조체.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 배리어 층은 상기 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 절연층을 형성하는 단계;
    상기 절연층 상에 배리어 층을 형성하는 단계;
    상기 배리어 층을 열처리하여 상기 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 대향 전극을 포함하는, 조명 소자.
  16. 청구항 1의 투명 전극 구조체;
    상기 투명 전극 구조체 상에 배치된 광 활성층; 및
    상기 광 활성층 상에 배치된 대향 전극을 포함하는, 태양 전지.
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