WO2019132243A1 - 투명전극 제조방법 - Google Patents

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    • H01B7/04—Flexible cables, conductors, or cords, e.g. trailing cables

Definitions

  • the present invention relates to a transparent electrode comprising a silver nanowire or a method for producing a transparent heat wire.
  • electrodes are widely used in various fields.
  • the role of the electrode is to transfer electric charge to each electric element, thereby performing energy transfer for driving each electric element. Therefore, it is essential to have a resistivity and stability as low as possible.
  • metals such as silver and copper are the main materials for the electrodes, and transparent electrodes (ITO, etc.) are widely used in the display field.
  • the transparent electrode is generally used as an electronic component having a high transparency of 80% or more, and is widely used in electronic fields such as LCD front electrodes, OLED electrodes, displays, touch screens, solar cells, and optoelectronic devices.
  • LCD front electrodes LCD front electrodes
  • OLED electrodes OLED electrodes
  • displays touch screens
  • solar cells solar cells
  • optoelectronic devices In these devices, indium tin oxide (ITO) is commonly used as a transparent electrode. ITO electrodes have many advantages such as optical transparency, electrical conductivity, and environmental stability.
  • ITO electrodes applied to existing touch screen panels are difficult to use in flexible displays that are weak in flexibility and curved surfaces, they are used as next-generation new materials to replace ITO films.
  • Graphene, CNT, Wire (AgnW) have attracted attention.
  • silver nanowires are electrodes having high conductivity and electric conductivity. Therefore, there is an increasing demand for transparent electrodes containing silver nanowires.
  • a method of fabricating a transparent electrode includes the steps of preparing a base substrate, forming silver nano wires in contact with one surface of the base substrate, heating the base substrate and the silver nano wires with predetermined heat, The method includes the steps of: applying an uncured polymer to the one surface of the base substrate to cover the silver nano wire; disposing a flexible film on the uncured polymer; Irradiating light onto the flexible film with light having a specific wavelength to cure the uncured polymer to form a cured polymer; separating the silver nanowire from the base substrate to form a cured polymer; Separating the base substrate and the cured polymer so as to be bonded, Forming a silver nano wire assembly comprising a silver nano wire, the cured polymer, and the flexible film; exposing the silver nano wire assembly to an iodine mixture for a predetermined time period so that the color of a portion of the silver nano wire is gray or black And annealing the silver nano wire assembly that has been exposed to the iod
  • the base substrate may be a glass substrate.
  • the base substrate may be a lithosphere.
  • the flexible film may comprise PET.
  • the predetermined heat may be 200 degrees Celsius or more and 300 degrees Celsius or less.
  • the predetermined pressure may be applied by rolling of the roller.
  • the hardness of the roller may be 30HB or more and 50HB or less.
  • the iodine mixture may comprise a mixture of chlorinated series.
  • the iodine mixture may further comprise potassium.
  • the portion of the silver or silver wire that has been changed to gray or black may be silver chloride.
  • the annealing may be conducted at a temperature of from 100 degrees Celsius to 150 degrees Celsius for not less than 2 minutes and not more than 5 minutes.
  • a method of fabricating a transparent electrode includes the steps of preparing a base substrate, forming silver nano wires in contact with one surface of the base substrate, heating the base substrate and the silver nano wires with predetermined heat, Exposing the silver nano wire to a iodine mixture for a predetermined period of time to change the color of a portion of the silver nano wire to gray or black; and applying an uncured polymer to the one side of the base substrate to cover the discolored silver nano wire
  • a method of manufacturing a flexible film comprising the steps of: applying a flexible film on an uncured polymer; applying a predetermined pressure between the disposed flexible film and the base substrate; irradiating the flexible film with light having a specific wavelength , Changing the uncured polymer to a cured polymer Separating the base substrate and the cured polymer so that the discolored silver nano wire is detached from the base substrate and bonded to the cured polymer, and the discolored silver nano wire, the cured polymer, and the flexible film are contained
  • silver nano wires can be disposed on a flexible film to provide a transparent electrode or a transparent heat wire with improved flexibility.
  • a transparent electrode or a transparent heat line with improved visibility by reducing the haze phenomenon (aka, Haze phenomenon) visually observed when viewed from the naked eye.
  • the silver nano wire can be disposed at a predetermined depth on the surface of the flexible film, thereby providing a transparent electrode or a transparent heat wire with improved durability.
  • FIG. 1 is an exemplary illustration of placing a silver wire on a base substrate.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate application of heat to the silver wire of FIG. 1.
  • FIG. 3 exemplarily illustrates application of an uncured polymer covering the silver wire on the base substrate shown in FIG.
  • Fig. 4 exemplarily illustrates the placement of a flexible film on the uncured polymer shown in Fig.
  • Figure 5A illustrates by way of example the application of pressure to the assembly shown in Figure 4 using a roller.
  • Fig. 5B shows a comparison of the processing quality of the flexible film according to the hardness of the roller of Fig. 5A.
  • Fig. 6 exemplarily shows application of ultraviolet rays to cure the uncured polymer.
  • Figure 7 illustrates, by way of example, the separation of a silver wire assembly from a base substrate.
  • FIG. 8A illustrates an exemplary silver nano wire assembly.
  • FIG. 8B is an exemplary cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG. 8A.
  • Figure 9 illustrates, by way of example, the processing of the silver nano and fly assembly of Figure 8a with a solution comprising an iodine mixture.
  • Figure 10a illustrates an exemplary silver nano wire assembly fabricated by an iodine mixture.
  • 10B is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 10A.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
  • 1 to 10B illustrate a method of manufacturing a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
  • 11 is a flowchart of a method of manufacturing a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 exemplarily shows the arrangement of a silver wire (NW) on a base substrate (BS).
  • the base substrate (BS) may be a glass substrate or a photomask. Glass substrates and stone crystals have strong heat resistance. Therefore, there is an advantage that deformation does not occur even if a high heat of 200 DEG C or more is applied in the subsequent heat treatment process.
  • the silver nano wire NW is disposed directly on the base substrate BS.
  • methods such as dispensing, bar coating, slot die coating, applicator, spin coating, or spray coating may be used.
  • the silver nano wire ink when silver nano wire is coated using a spin coater, the silver nano wire ink may be coated on the glass substrate by holding the spin coater at 1000 to 3000 rpm, When the above conditions are exceeded, the silver nano wire (NW) can not be uniformly coated on the base substrate (BS).
  • a bar coater may be used to apply the coating solution at a rate of 1 to 100 cm / sec,
  • a spray coater when using a spray coater, it can be applied on a base substrate (BS) with a nozzle size of 0.2 to 0.3 at a pressure of 1 to 5 kgf / cm 2.
  • the silver nano-wire ink when an applicator is used, may be dropped in a line and then applied at 1 to 100 cm / sec.
  • the silver nano wire (NW) may not be coated on the base substrate BS in a uniform thickness.
  • Silver nano wires having a diameter of 1 to 100 nm and a length of 2 to 100 ⁇ may be used.
  • the diameter is less than 5 nm, the mechanical stability is very weak and can be easily broken, and there may be a problem that it is difficult to maintain a stable network shape.
  • the diameter exceeds 100 nm, transparency (light transmittance) Problems can arise.
  • the length When the length is smaller than 2 mu m, the length of the silver wire constituting the network becomes too short, and a large number of silver nano wires are required. The transparency is lowered and the problem of deterioration of the electric conduction characteristic by many contact points Can be.
  • the length is longer than 100 mu m, there is a problem that the production of the silver nano wire is difficult and a problem that the silver nano wire is too long to be broken at the time of coating may occur.
  • FIGS. 2A and 2B illustrate application of heat to the silver wire NW of FIG. 1.
  • Heating may be achieved by burn-off, micro pulse photonic heating, continuous photonic heating, microwave heating, or oven heating.
  • the contact portion CT between the first silver nano wire NW1 and the second silver nano wire NW2 is made conductive by the applied heat, thereby lowering the sheet resistance of the entire silver nano wire NW. More specifically, the contact portion CT of the first silver nano wire NW1 and the second silver wire NW2 is not a simple physical contact, but a slight melting occurs, the contact portion CT becomes soft and the contact area becomes larger The overall resistance characteristic can be improved. In addition, since the silver nano wire having tension is softened by heat, it becomes more close to the base substrate (BS) and widens the surface area, so that the adhesive force (adhesion) can be improved.
  • BS base substrate
  • the heat applied to the silver nano wire NW may be about 100 to 300 degrees centigrade, and preferably about 200 to 300 degrees centigrade. When the temperature is lower than 200 degrees Celsius, the sheet resistance of the silver nano wire (NW) is not sufficiently lowered. When the temperature is higher than 300 degrees centigrade, the base substrate (BS) or a part of the silver nano wire .
  • the base substrate (BS) is a glass substrate or a quartz crystal, it can be processed at a temperature of 200 ° C or more. If the base substrate (BS) is a substrate containing a polymer, thermal deformation may occur when the substrate is processed at such a high temperature .
  • FIG. 3 exemplarily illustrates application of an uncured polymer (RS-N) covering silver nano wires (NW) on the base substrate BS shown in FIG.
  • RS-N uncured polymer
  • NW silver nano wires
  • Uncured polymer is a gel-like liquid material and can be thinly coated to a thickness of about 3 ⁇ m or less through bar coding or dispensing.
  • the uncured polymer (RS-N) can be cured in response to light of a specific wavelength range, specifically, cured in response to ultraviolet (UV) light.
  • the uncured polymer (RS-N) may be selected from materials having excellent optical characteristics such as light transmittance.
  • the silver nano wire (NW) according to an embodiment of the present invention is for producing a transparent electrode, and other materials incidental to the silver nano wire are also required to have a high light transmittance so that a transparent electrode can be manufactured.
  • Fig. 4 exemplarily shows the arrangement of the flexible film FM on the uncured polymer (RS-N) shown in Fig.
  • the flexible film (FM) may include PET (polyethylene terephthalate). Since the flexible film FM has flexibility, it is advantageous to mount the completed transparent electrode on a flexible display device such as a foldable display device, a rollable display device, or a sli double display device.
  • a flexible display device such as a foldable display device, a rollable display device, or a sli double display device.
  • Figure 5A is an illustration of applying pressure to the assemblies FM, RS-N, BS shown in Figure 4 using a roller RL.
  • Fig. 5B shows a comparison of the processing quality of the flexible film according to the hardness of the roller of Fig. 5A.
  • the rollers RL are used to transfer the silver nano wire NW coated on the base substrate BS to the uncured polymer RS-N and the flexible film FM via the assemblies FM, RS-N, BS).
  • the hardness of the roller RL is 30 to 50 HB, preferably about 40 HB.
  • the hardness of the roller RL is less than 30HB and the hardness is insufficient for transferring the nano wire NW and the hardness of the roller RL is larger than 50HB, the flexible film FM is scooped due to aggregation or pressing. So that the processing quality may be deteriorated.
  • the pressure is applied by the roller RL so that the thickness of the uncured polymer (RS-N) is about 4 to 6 mu m. If the thickness of the uncured polymer (RS-N) is less than 4 ⁇ , the silver nano wire (NW) may be damaged. If it is larger than 6 ⁇ , heat stress may occur in the subsequent process. Therefore, it is preferable that the thickness of the uncured polymer (RS-N) is about 4 to 6 ⁇ considering the subsequent process.
  • FIG. 6 exemplarily shows application of ultraviolet rays for curing the uncured polymer (RS-N).
  • the light source for irradiating ultraviolet rays may be a lamp or an LED.
  • Uncured polymer (RS-N) can be cured within a few seconds by an acrylic polymerization reaction in response to ultraviolet light (UV).
  • UV ultraviolet light
  • the present invention is not limited thereto, and the uncured polymer (RS-N) can be cured by light of a specific wavelength band other than ultraviolet light.
  • the silver nano wire (NW, see FIG. 3), which was uncoined poly (RS-N) and thus covered with a cured polymer (RS-N) (RS-H).
  • Figure 7 illustrates, by way of example, the separation of a silver wire assembly (NWA) from a base substrate (BS).
  • NWA silver wire assembly
  • BS base substrate
  • the silver nano wire NW is separated from the base substrate BS and transferred to the cured polymer RS-H by separating the cured polymer RS-H and the flexible film FM from one end of the base substrate BS. do.
  • the silver nano wire assembly including the silver nano wire (NW), the cured polymer (RS-H), and the flexible film (NWA) is formed.
  • FIG. 8A is an illustration of a silver wire assembly (NWA).
  • FIG. 8B is an exemplary cross-sectional view taken along line I-I 'of FIG. 8A.
  • silver nano wires NW are fixed in a form buried in a hardened polymer RS-H. This form is formed because it covers the silver nano wire (NW) using an uncured polymer (RS-N, see Fig. 3) in the transferring process.
  • the thickness (H1) of the cured polymer (RS-H) is preferably about 4 to 6 ⁇ ⁇ similarly to the thickness of the uncured polymer (RS-N) described in Fig. The reason for this is as described above. However, if necessary, the thickness (H1) of the cured polymer (RS-H) may be about 4 to 15 mu m.
  • the thickness (H2) of the flexible film (FM) is preferably about 50 to 100 mu m. This is because when the thickness H2 of the flexible film FM is larger than the above-mentioned range, flexibility is reduced.
  • FIG. 9 is an exemplary illustration of machining the silver wire assembly (NWA) of FIG. 8A with a processing solution PL containing an iodine mixture.
  • Figure 10a is an illustration of a silver nano wire assembly (NWA) fabricated by an iodine mixture.
  • 10B is a cross-sectional view taken along the line II-II 'of FIG. 10A.
  • the processing solution (PL) comprises an iodine mixture and the iodine mixture comprises a mixture of chloride series.
  • the iodine mixture containing a mixture of chlorides reacts with the silver nano wire (NW), so silver chloride is formed on the surface of the silver nano wire (NW) and the surface of the silver nano wire (NW) becomes gray or black.
  • the portion where the silver nanowire NW is discolored in this manner can be referred to as a discoloring portion BK.
  • the discoloring portion BK By the discoloring portion BK, the haze phenomenon in which the silver nano wire assembly (NWA) is wholly blurred due to the optical effect is reduced.
  • the proportion of the chloride-based mixture based on mass in the iodine mixture is preferably 20 to 30%. If the ratio of the chloride-based mixture is out of the above-described range, precipitation by the iodine mixture occurs on the surface of the silver nano wire assembly (NWA), and the haze phenomenon is rather increased.
  • the ratio based on the mass of the iodine mixture and potassium may be about 1: 1 to 1: 5.
  • the ratio of potassium is smaller than the above range, the increase in the reaction rate is insignificant, and when the ratio is larger than the above range, the haze phenomenon may be increased.
  • the silver nano wire assembly NWA completed until the discoloring portion BK is formed can be annealed.
  • a silver nano wire assembly (NWA) is processed by an iodine mixture, the sheet resistance of the silver nano wire (NW) is increased by about 10%, which can lower the increased resistance through the annealing process.
  • the annealing process can be conducted by a box oven or an IR oven.
  • annealing when annealing is performed using a box oven, it can be heated at about 100 to 150 degrees Celsius for about 10 to 60 minutes.
  • heating when annealing is performed using an IR oven, heating may be performed at about 100 to 150 degrees Celsius for about 1 to 20 minutes.
  • the sheet resistance will not be sufficiently lowered, and if it is larger than the above-mentioned numerical ranges, the silver nano wire assembly (NWA) may be damaged by heat.
  • the treatment time can be adjusted depending on the degree of increase in sheet resistance. For example, when the sheet resistance of the silver nano wire (NW) is increased by about 10% by the iodine mixture, the sheet is heated at 100 to 150 degrees centigrade for about 2 minutes, and the sheet resistance of the silver nano wire (NW) %, It can be heated for about 5 minutes at 100 to 150 degrees Celsius.
  • FIG. 11 is a flowchart of a method of manufacturing a transparent electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a flow chart summarizing the processes described in FIGS. 1 to 10B.
  • the base substrate preparing step (S100) and the AgNW forming step (S110) may correspond to FIG.
  • the heating and cooling step S120 may correspond to Figs. 2A and 2B.
  • the uncured polymer application step (S130) may correspond to Fig.
  • the flexible film placement step S140 may correspond to Fig.
  • the pressure application step (S150) may correspond to Figs. 5A and 5B.
  • the UV irradiation step S160 may correspond to Fig.
  • the silver nano wire assembly separation step S170 may correspond to Figs. 7 to 8B.
  • the iodine mixture and the reaction step (S180) may correspond to Figs. 9 to 10B.
  • the iodine mixture and the reaction step (S180) may be performed between the heating and cooling step (S120) and the uncured polymer application step (S130).
  • the area of the silver nano wire (NW) that reacts with the iodine mixture is widened, thereby improving the visibility.
  • the annealing step (S190) has not been shown, but has been described above.
  • Transparent electrodes which are not well visible to the human eye, are widely used in fields related to various electric devices including display fields.

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Abstract

유기기판 상에 형성된 은나노와이어를 폴리머 및 플렉서블 필름에 전사시켜서 투명 전극 또는 투명 열선을 제조한다. 상기 폴리머 및 상기 플렉서블 필름에 전사된 상기 은나노와이어를 요오드 혼합물로 가공하는 경우, 상기 은나노와이어 표면이 변색된다.

Description

투명전극 제조방법
본 발명은 은나노와이어를 포함하는 투명전극 또는 투명열선을 제조하는 방법에 관한 것이다.
일반적으로 전극은 여러 분야에 널리 사용되고 있다. 전극의 역할은 각 전기소자로 전하를 전달함으로써 각 전기소자를 구동하는 에너지 전달 역할을 수행한다. 따라서 가능한 한 낮은 비저항과 안정성을 가지는 것이 필수적이다. 일반적으로 은, 구리 등의 금속이 전극을 이루는 주요 소재이며, 디스플레이 분야에서는 투명전극(ITO 등)이 많이 사용되고 있다.
투명전극은 통상 80% 이상의 고투명도를 갖는 전자 부품으로 LCD 전면 전극, OLED 전극 등 디스플레이, 터치스크린, 태양전지, 광전자 소자 등 전자분야에 광범위하게 이용된다. 이들 디바이스에는 공통적으로 인듐주석산화물(indium tin oxide; 이하'ITO')이 투명전극으로 이용된다. ITO 전극은 광학적 투명성, 전기전도도, 및 환경 안정성과 같은 많은 장점을 가진다.
그러나, 기존 터치스크린패널(Touch Screen Panel; TSP)에 적용된 ITO 전극은 유연성이 약해 휘거나 곡면인 플렉시블 디스플레이에 사용하기 어렵기 때문에 ITO 필름을 대체할 차세대 신소재로 그래핀(Graphene), CNT, 은나노와이어(AgnW) 등이 주목받고 있다.
그 중, 은나노와이어는 고전도성을 가지며 전기 전도성을 보유한 전극이다. 따라서, 은 나노 와이어를 포함하는 투명전극에 대한 수요가 점점 증가하고 있다.
본 발명은 면저항이 낮고, 유연성을 가지며, 시인성이 향상된 투명전극 또는 투명열선을 제조하기 위한 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 제조방법은 베이스 기판을 준비하는 단계, 상기 베이스 기판의 일면에 접촉하는 은나노와이어를 형성하는 단계, 상기 베이스 기판 및 상기 은나노와이어를 소정의 열로 가열하는 단계, 상기 식은 은나노와이어를 커버하도록 상기 베이스 기판의 상기 일면에 미경화된 폴리머를 도포하는 단계, 상기 미경화된 폴리머 상에 플렉서블 필름을 배치하는 단계, 상기 배치된 플렉서블 필름과 상기 베이스 기판 사이에 소정의 압력을 인가하는 단계, 상기 플렉서블 필름 상에 특정 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 미경화된 폴리머을 경화시켜서 경화된 폴리머로 변경하는 단계, 상기 은나노와이어가 상기 베이스 기판에서 분리되어 상기 경화된 폴리머에 결합되도록 상기 베이스 기판과 상기 경화된 폴리머를 분리하여, 상기 은나노와이어, 상기 경화된 폴리머, 및 상기 플렉서블 필름을 포함하는 은나노와이어 조립체를 형성하는 단계, 상기 은나노와이어 조립체를 요오드 혼합물에 소정의 시간동안 노출시켜서, 상기 은나노와이어의 일부분의 컬러를 회색 또는 검정색으로 변경시키는 단계, 및 상기 요오드 혼합물에 노출되었던 상기 은나노와이어 조립체를 어닐링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 베이스 기판은 유리기판일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 베이스 기판은 석정반일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 플렉서블 필름은 PET를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 소정의 열은 섭씨 200도 이상 300도 이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 소정의 압력은 롤러의 롤링에 의해 인가될 수 있다. 상기 롤러의 경도는 30HB 이상 50HB이하일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 요오드 혼합물은 염화계열의 혼합물을 포함할 수 있다. 상기 요오드 혼합물은 칼륨을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 회색 또는 검정색으로 변경된 상기 은나노와이어의 상기 일부분은 염화은일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 상기 어닐링은 섭씨 100도 이상 150도 이하의 온도에서 2분 이상 및 5분 이하로 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 제조방법은 베이스 기판을 준비하는 단계, 상기 베이스 기판의 일면에 접촉하는 은나노와이어를 형성하는 단계, 상기 베이스 기판 및 상기 은나노와이어를 소정의 열로 가열하는 단계, 상기 은나노와이어를 요오드 혼합물에 소정의 시간동안 노출시켜서, 상기 은나노와이어의 일부분의 컬러를 회색 또는 검정색으로 변색시키는 단계, 상기 변색된 은나노와이어를 커버하도록 상기 베이스 기판의 상기 일면에 미경화된 폴리머를 도포하는 단계, 상기 미경화된 폴리머 상에 플렉서블 필름을 배치하는 단계, 상기 배치된 플렉서블 필름과 상기 베이스 기판 사이에 소정의 압력을 인가하는 단계, 상기 플렉서블 필름 상에 특정 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 미경화된 폴리머을 경화시켜서 경화된 폴리머로 변경하는 단계, 상기 변색된 은나노와이어가 상기 베이스 기판에서 분리되어 상기 경화된 폴리머에 결합되도록 상기 베이스 기판과 상기 경화된 폴리머를 분리하여, 상기 변색된 은나노와이어, 상기 경화된 폴리머, 및 상기 플렉서블 필름을 포함하는 은나노와이어 조립체를 형성하는 단계, 및 상기 은나노와이어 조립체를 어닐링하는 단계를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 은나노와이어가 플렉서블한 필름 상에 배치되어 유연성이 향상된 투명전극 또는 투명열선을 제공할 수 있다.
또한, 낮은 면저항을 가져서, 대면적으로 구현이 가능한 투명전극 또는 투명열선을 제공할 수 있다.
또한, 육안으로 보았을 때 안개처럼 뿌옇게 보이는 현상(일명, 헤이즈 현상)을 감소시켜서, 시인성이 향상된 투명전극 또는 투명열선을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 은나노와이어가 플렉서블한 필름의 표면에서 일정한 깊이에 배치되어, 내구성이 향상된 투명전극 또는 투명열선을 제공할 수 있다.
도 1은 베이스 기판에 은나노와이어를 배치하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 은나노와이어에 열을 인가하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
도 3은 도 1에 도시된 베이스 기판 상에 은나노와이어를 커버하는 미경화 폴리머를 도포하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
도 4는 도 3에 도시된 미경화 폴리머 상에 플렉서블 필름을 배치하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
도 5a는 롤러를 이용하여 도 4에 도시된 조립체에 압력을 인가하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
도 5b는 도 5a의 롤러의 경도에 따른 플렉서블 필름의 가공품질을 비교하여 도시한 것이다.
도 6은 미경화 폴리머를 경화시키기 위해서 자외선을 인가하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
도 7은 베이스 기판으로부터 은나노와이어 조립체를 분리하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
도 8a는 은나노와이어 조립체를 예시적으로 도시한 것이다.
도 8b는 도 8a의 I-I`을 따라 절단한 단면을 예시적으로 도시한 것이다.
도 9는 요오드 혼합물을 포함하는 용액으로 도 8a의 은나노와이이 조립체를 가공하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
도 10a는 요오드 혼합물에 의해 가공된 은나노와이어 조립체를 예시적으로 도시한 것이다.
도 10b는 도 10a의 II-II`을 따라 절단한 단면을 예시적으로 도시한 것이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 제조방법의 순서도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도면들에 있어서, 구성요소들의 비율 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"포함하다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 1 내지 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 제조방법을 예시적으로 도시한 것이다. 도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 제조방법의 순서도이다.
도 1은 베이스 기판(BS)에 은나노와이어(NW)를 배치하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
베이스 기판(BS)은 유리기판 또는 석정반일 수 있다. 유리기판과 석정반은 내열성이 강하다. 따라서, 추후 열처리 공정에서 섭씨 200도 이상의 고열을 인가하더라도 변형이 일어나지 않는 이점이 있다.
은나노와이어(NW)는 베이스 기판(BS) 상에 직접 배치된다. 이 때, 디스펜싱, 바코팅, 슬롯다이코팅, 어플리케이터, 스핀코팅, 또는 스프레이코팅과 같은 방식이 이용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스핀코터를 사용하여 은나노와이어를 도포하는 경우에는 은나노와이어 잉크를 유리기판에 떨어뜨린 후 스핀코터를 1000 내지 3000 rpm으로 유지하여 은나노와이어 잉크를 코팅할 수 있으며, 상기 조건을 벗어나는 경우에는 베이스 기판(BS)에 균일한 두께로 은나노와이어(NW)를 코팅할 수 없다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 바코터(bar coater)를 사용하여 1 내지 100 ㎝/sec으로 도포할 수 있으며,
본 발명의 일 실시예에 따르면, 스프레이 코터를 사용하는 경우 0.2 내지 0.3의 노즐사이즈로 1 내지 5 kgf/㎠ 압력으로 베이스 기판(BS) 상에 도포할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 어플리케이터(applicator)를 사용하는 경우에는 은나노와이어 잉크를 일렬로 떨어뜨린 후에 1 내지 100㎝/sec으로 도포할 수 있다.
상기 기술한 수치범위를 만족하지 못하는 경우, 베이스 기판(BS) 상에 은나노와이어(NW)가 균일한 두께로 코팅되지 않을 수 있다.
은나노와이어(NW)는 직경 1~100nm, 길이 2~100㎛ 크기의 은나노와이어가 사용될 수 있다. 직경이 5nm보다 작은 경우에는 기계적인 안정성이 매우 약해 잘 끊어질 수 있어, 안정적인 네트워크 형상을 유지하기 힘든 문제가 있을수 있고, 100nm를 초과하는 경우에는 투명도(광투과율)가 70% 이하로 급격히 낮아지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 길이가 2㎛보다 작은 경우에는 네트워크를 구성하는 은나노와이어의 길이가 너무 짧아져서, 많은 수의 은나노와이어가 필요하게 되고, 투명도가 낮아지고, 많은 접촉점에 의한 전기전도 특성의 저하의 문제도 있을 수있다. 길이가 100㎛보다 긴 경우에는, 은나노와이어의 제조가 곤란해지는 문제와 은나노와이어가 너무 길어서 코팅시에 잘 끊어지는 문제가 발생할 수 있다.
도 2a 및 도 2b는 도 1의 은나노와이어(NW)에 열을 인가하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
가열은 번-오프(burn-off), 마이크로 펄스 포토닉(micro pulse photonic) 가열, 연속 포토닉 가열, 마이크로웨이브 가열, 또는 오븐 가열에 의해 이루어질 수 있다.
도 2b를 참조하면, 제1 은나노와이어(NW1)와 제2 은나노와이어(NW2)의 접촉부(CT)는 인가되는 열에 의해 전도성이 강해져셔, 은나노와이어(NW) 전체의 면저항을 낮출 수 있다. 좀 더 구체적으로, 제1 은나노와이어(NW1)와 제2 은나노와이어(NW2)의 접촉부(CT)는 단순 물리적인 접촉이 아닌 약간의 용융이 일어나 접촉부(CT)가 유연해져 보다 접촉면적이 더 커져서 전체적인 저항특성을 개선할수 있다. 또한 텐션을 가지는 은나노와이어가 열에 의해 유연해지면서 베이스 기판(BS)과 좀더 밀착이 되어 표면적을 넓히는 효과를 가지고 오기 때문에 접착력(부착력)도 향상 시킬 수 있다.
은나노와이어(NW)에 인가되는 열은 약 섭씨 100~300도 이고, 바람직하게는 약 섭씨 200~300도 일 수 있다. 온도가 섭씨 200도 보다 낮은 경우에는 은나노와이어(NW)의 면저항이 충분하게 낮아지지 않으며, 온도가 섭씨 300도보다 높은 경우에는 높은 열에 의해 베이스 기판(BS) 또는 은나노와이어(NW)의 일부가 손상될 수 있다.
베이스 기판(BS)이 유리기판 또는 석정반인 경우에만 섭씨 200도 이상에서도 가공가능하며, 만약 베이스 기판(BS)이 폴리머를 포함하는 기판이라면 이와 같은 높은 온도에서 가공하는 경우 열에 의한 변형이 일어날 수 있다.
도 3은 도 1에 도시된 베이스 기판(BS) 상에 은나노와이어(NW)를 커버하는 미경화 폴리머(RS-N)를 도포하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
미경화 폴리머(RS-N)는 겔형태의 액상물질로, 바코딩, 또는 디스펜싱 등을 통해서 약 3㎛ 이하까지 얇게 도포를 할수 있다.
미경화 폴리머(RS-N)는 특정 파장대의 광에 반응하여 경화될 수 있으며, 구체적으로는 자외선(UV)에 반응하여 경화될 수 있다.
미경화 폴리머(RS-N)는 광 투과성과 같은 광학적 특징이 우수한 재료로 선택될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 은나노와이어(NW)는 투명한 전극을 제조하기 위한 것인바, 이에 부수하는 다른 재료들 역시 높은 광 투과성을 확보해야만 투명한 전극을 제조할 수 있기 때문이다.
도 4는 도 3에 도시된 미경화 폴리머(RS-N) 상에 플렉서블 필름(FM)을 배치하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
플렉서블 필름(FM)은 PET(Polyethylene terephthalate)을 포함할 수 있다. 플렉서블 필름(FM)은 유연성을 갖고 있기 때문에, 추후 완성된 투명 전극을 폴더블 표시장치, 롤러블 표시장치, 또는 슬라이더블 표시장치와 같은 플렉서블 표시장치에 실장시키기 유리하다.
도 5a는 롤러(RL)를 이용하여 도 4에 도시된 조립체(FM, RS-N, BS)에 압력을 인가하는 것을 예시적으로 도시한 것이다. 도 5b는 도 5a의 롤러의 경도에 따른 플렉서블 필름의 가공품질을 비교하여 도시한 것이다.
베이스 기판(BS) 상에 코팅되었던 은나노와이어(NW)를 미경화 폴리머(RS-N) 및 플렉서블 필름(FM) 쪽으로 전사시키기 위해서, 롤러(RL)를 이용하여 도 4에 도시된 조립체(FM, RS-N, BS)에 압력을 인가한다.
롤러(RL)의 경도는 30~50HB이며, 바람직하게는 약 40HB일 수 있다. 롤러(RL)의 경도가 30HB보다 작은 경우 은나노와이어(NW)를 전사시키기에 경도가 부족하고, 롤러(RL)의 경도가 50HB보다 큰 경우 플렉서블 필름(FM)에 뭉침이나 눌림에 의한 주림이 발생하여 가공품질이 나빠질 수 있다.
도 5b를 참조하면, 롤러(RL)의 경도가 80HB일 때의 플렉서블 필름(FM)의 가공품질을 살펴보면 표면에 주름이 다수 발생하여 깨끗한 시인성을 확보하지 못하여, 뒤쪽의 사물이 정확히 보이지 않게 된다. 반면에, 롤러(RL)의 경도가 40HB일 때의 플렉서블 필름(FM)의 가공품질을 살펴보면 표면이 배끈하여 깨끗한 시성을 확보하여, 뒤쪽의 사물이 정확히 보임을 알 수 있다.
롤러(RL)로 압력을 인가하여 미경화 폴리머(RS-N)의 두께가 약 4~6㎛ 정도가 되도록 한다. 미경화 폴리머(RS-N)의 두께가 4㎛보다 작을 경우 너무 얇아서 은나노와이어(NW)가 손상될 우려가 있으며, 6㎛보다 클 경우 이후 공정에서 열에 의한 스트레스가 발생하여 주름이 발생할 수 있다. 따라서, 이후 연속되는 공정을 고려하여 미경화 폴리머(RS-N)의 두께를 약 4~6㎛ 정도가 되게 하는 것이 바람직하다.
도 6은 미경화 폴리머(RS-N)를 경화시키기 위해서 자외선을 인가하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
자외선을 조사하는 광원은 램프 또는 LED일 수 있다.
미경화 폴리머(RS-N)는 자외선(UV)에 반응하여 아크릴계의 중합반응으로 수초이내 경화될 수 있다. 단, 이에 제한되는 것은 아니며, 미경화 폴리머(RS-N)는 자외선이 아닌 다른 특정 파장대의 광에 의해 경화될 수 있다.
미경화 폴리며(RS-N)는 경화되어 경화 폴리머(RS-H)로 변하게 되며, 이에 따라 미경화 폴리며(RS-N)에 의해 커버되었던 은나노와이어(NW, 도 3 참조)는 경화 폴리머(RS-H)에 고정되게 된다.
도 7은 베이스 기판(BS)으로부터 은나노와이어 조립체(NWA)를 분리하는 것을 예시적으로 도시한 것이다.
베이스 기판(BS)의 한쪽 끝에서부터 경화 폴리머(RS-H) 및 플렉서블 필름(FM)을 분리하기 시작하면, 은나노와이어(NW)가 베이스 기판(BS)으로부터 떨어져서 경화 폴리머(RS-H)에 전사된다.
베이스 기판(BS)으로부터 경화 폴리머(RS-H) 및 플렉서블 필름(FM)가 모두 분리되면, 은나노와이어(NW), 경화 폴리머(RS-H), 및 플렉서블 필름(FM)을 포함하는 은나노와이어 조립체(NWA)가 형성된다.
도 8a는 은나노와이어 조립체(NWA)를 예시적으로 도시한 것이다. 도 8b는 도 8a의 I-I`을 따라 절단한 단면을 예시적으로 도시한 것이다.
도 8b를 참조하면, 은나노와이어(NW)는 경화 폴리머(RS-H)에 매몰된 형태로 고정된다. 이러한 형태는 전사공정에서 미경화 폴리머(RS-N, 도 3 참조)를 이용하여 은나노와이어(NW)를 커버하기 때문에 형성된다.
경화 폴리머(RS-H)의 두께(H1)는 도 5에서 설명한 미경화 폴리머(RS-N)의 두께와 마찬가지로 약 4~6㎛ 정도인 것이 바람직하다. 그 이유는 앞에서 설명한바와 같다. 다만, 필요에 따라, 경화 폴리머(RS-H)의 두께(H1)는 약 4~15㎛ 일 수 있다.
플렉서블 필름(FM)의 두께(H2)는 약 50~100㎛인 것이 바람직하다. 플렉서블 필름(FM)의 두께(H2)가 상기 수치범위보다 커지는 경우 유연성이 작아지기 때문이다.
도 9는 요오드 혼합물을 포함하는 가공용액(PL)으로 도 8a의 은나노와이어 조립체(NWA)를 가공하는 것을 예시적으로 도시한 것이다. 도 10a는 요오드 혼합물에 의해 가공된 은나노와이어 조립체(NWA)를 예시적으로 도시한 것이다. 도 10b는 도 10a의 II-II`을 따라 절단한 단면을 예시적으로 도시한 것이다.
가공용액(PL)은 요오드 혼합물을 포함하며, 요오드 혼합물은 염화계열의 혼합물을 포함한다.
염화계열의 혼합물을 포함하는 요오드 혼합물은 은나노와이어(NW)와 반응하고, 이에 따라 은나노와이어(NW)의 표면에는 염화은이 형성되어 은나노와이어(NW) 표면이 회색 또는 검은 색으로 변하게 된다. 이와 같이 은나노와이어(NW)이 변색되는 부분은 변색부(BK)로 지칭될 수 있다.
변색부(BK)에 의해, 광학적 효과에 의해 은나노와이어 조립체(NWA)가 전체적으로 뿌옇게 보이는 헤이즈(Haze) 현상이 줄어들게 된다.
요오드 혼합물 내에서 질량을 기준으로한 염화계열의 혼합물의 비율은 20~30%인 것이 바람직하다. 염화계열의 혼합물의 비율이 상기 수치범위를 벗어나는 경우, 은나노와이어 조립체(NWA)의 표면에 요오드 혼합물에 의한 침전물이 생겨서, 오히려 헤이즈 현상이 증가하게 되기 때문이다.
요오드 혼합물에 칼륨을 일정비율로 섞는 경우, 이와 같은 변색 반응을 촉진시킬 수 있다. 이 때, 요오드 혼합물과 칼륨의 질량을 기준으로 한 비율은 1:1 내지 1:5 정도 일 수 있다. 칼륨의 비율이 상기 수치범위보다 작은 경우 반응속도의 증가가 미미하고, 상기 수치범위보다 큰 경우 헤이즈 현상이 증가되는 문제점이 발생할 수 있다.
변색부(BK) 형성까지 완료된 은나노와이어 조립체(NWA)는 어닐링 처리될 수 있다. 은나노와이어 조립체(NWA)가 요오드 혼합물에 의해 가공되는 경우 은나노와이어(NW)의 면저항이 약 10% 정도 증가하게 되는데, 어닐링 처리를 통해 높아진 저항을 낮출 수 있다.
어닐링 처리는 박스오븐 또는 IR오븐에 의해 진행될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 박스오븐을 이용하여 어닐링 처리하는 경우 약 섭씨 100~150도에서 약 10~60분 정도 가열할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, IR오븐을 이용하여 어닐링 처리하는 경우 약 섭씨 100~150도에서 약 1~20분 정도 가열할 수 있다.
어닐링 공정에서, 가열 온도 및 가열 시간이 상기 수치범위들보다 작은 경우 면저항이 충분히 낮아지지 않게 되며, 상기 수치범위들보다 큰 경우 오히려 은나노와이어 조립체(NWA)가 열에 의해 손상될 수 있다.
좀 더 구체적으로, IR오븐을 이용하여 어닐링 처리하는 경우 면저항이 증가된 정도에 따라 처리시간을 조절할 수 있다. 예를들어, 요오드 혼합물에 의해 은나노와이어(NW)의 면저항이 약 10% 정도 증가하는 경우 섭씨 100~150도에서 약 2분 정도 가열하고, 요오드 혼합물에 의해 은나노와이어(NW)의 면저항이 약 20% 정도 증가하는 경우 섭씨 100~150도에서 약 5분 정도 가열할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 투명전극 제조방법의 순서도이다. 도 11은 도 1 내지 도 10b에서 설명한 공정을 순서도로 요약해서 도시한 것이다.
베이스 기판 준비 단계(S100) 및 AgNW 형성 단계(S110)는 도 1에 대응될 수 있다.
가열 및 냉각 단계(S120)은 도 2a 및 도 2b에 대응될 수 있다.
미경화 폴리머 도포 단계(S130)는 도 3에 대응될 수 있다.
플렉서블 필름 배치 단계(S140)는 도 4에 대응될 수 있다.
압력 인가 단계(S150)는 도 5a 및 도 5b에 대응될 수 있다.
UV조사 단계(S160)는 도 6에 대응될 수 있다.
은나노와이어 조립체 분리 단계(S170)는 도 7 내지 도 8b에 대응될 수 있다.
요오드 혼합물과 반응 단계(S180)는 도 9 내지 도 10b에 대응될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 요오드 혼합물과 반응 단계(S180)는 가열 및 냉각 단계(S120)와 미경화 폴리머 도포 단계(S130) 사이에서 이루어 질 수 있다. 이 경우, 요오드 혼합물과 반응하는 은나노와이어(NW)의 면적이 넓어져서 시인성이 더 좋아지는 효과가 있다.
어닐링 단계(S190)는 별도로 도시하지 않았으나, 앞에서 설명하였다.
실시 예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 또한 본 발명에 개시된 실시 예는 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니고, 하기의 특허 청구의 범위 및 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
디스플레이 분야를 비롯하여 다양한 전기기기에 관한 분야에서 사람의 눈에 잘 시인되지 않는 투명전극이 많이 이용되고 있다.
따라서, 면저항이 낮고 시인성이 향상된 투명전극을 제조하기 위한 본 특허는 산업상 이용가능성이 높다.

Claims (6)

  1. 베이스 기판을 준비하는 단계;
    상기 베이스 기판의 일면에 접촉하는 은나노와이어를 형성하는 단계;
    상기 베이스 기판 및 상기 은나노와이어를 소정의 열로 가열하는 단계;
    상기 은나노와이어를 커버하도록 상기 베이스 기판의 상기 일면에 미경화된 폴리머를 도포하는 단계;
    상기 미경화된 폴리머 상에 플렉서블 필름을 배치하는 단계;
    상기 배치된 플렉서블 필름과 상기 베이스 기판 사이에 소정의 압력을 인가하는 단계;
    상기 플렉서블 필름 상에 특정 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 미경화된 폴리머을 경화시켜서 경화된 폴리머로 변경하는 단계;
    상기 은나노와이어가 상기 베이스 기판에서 분리되어 상기 경화된 폴리머에 결합되도록 상기 베이스 기판과 상기 경화된 폴리머를 분리하여, 상기 은나노와이어, 상기 경화된 폴리머, 및 상기 플렉서블 필름을 포함하는 은나노와이어 조립체를 형성하는 단계;
    상기 은나노와이어 조립체를 염화계열의 혼합물 및 칼륨을 포함하는 요오드 혼합물에 소정의 시간동안 노출시켜서, 상기 은나노와이어의 표면 중 일부분만을 회색 또는 검정색을 갖는 염화은으로 변경시키고, 상기 은나노와이어의 중 다른 부분이 갖는 도전성은 유지시키는 단계; 및
    상기 요오드 혼합물에 노출되었던 상기 은나노와이어 조립체를 섭씨 100도 이상 110도 이하의 온도에서 2분 이상 및 5분 이하 동안 어닐링하는 단계를 포함하고,
    상기 소정의 압력은 30HB 이상 50HB 이하의 경도를 갖는 롤러의 롤링에 의해 인가되는 투명전극 제조방법.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 유리기판인 투명전극 제조방법.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 석정반인 투명전극 제조방법.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 플렉서블 필름은 PET를 포함하는 투명전극 제조방법.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 소정의 열은 섭씨 200도 이상 300도 이하인 투명전극 제조방법.
  6. 베이스 기판을 준비하는 단계;
    상기 베이스 기판의 일면에 접촉하는 은나노와이어를 형성하는 단계;
    상기 베이스 기판 및 상기 은나노와이어를 소정의 열로 가열하는 단계;
    상기 은나노와이어를 염화계열의 혼합물 및 칼륨을 포함하는 요오드 혼합물에 소정의 시간동안 노출시켜서, 상기 은나노와이어의 표면 중 일부분만을 회색 또는 검정색을 갖는 염화은으로 변경시키고, 상기 은나노와이어 중 다른 부분이 갖는 도전성은 유지시켜서 변색된 은나노와이어를 생성하는 단계;
    상기 변색된 은나노와이어를 커버하도록 상기 베이스 기판의 상기 일면에 미경화된 폴리머를 도포하는 단계;
    상기 미경화된 폴리머 상에 플렉서블 필름을 배치하는 단계;
    상기 배치된 플렉서블 필름과 상기 베이스 기판 사이에 소정의 압력을 인가하는 단계;
    상기 플렉서블 필름 상에 특정 파장을 갖는 광을 조사하여, 상기 미경화된 폴리머을 경화시켜서 경화된 폴리머로 변경하는 단계;
    상기 변색된 은나노와이어가 상기 베이스 기판에서 분리되어 상기 경화된 폴리머에 결합되도록 상기 베이스 기판과 상기 경화된 폴리머를 분리하여, 상기 변색된 은나노와이어, 상기 경화된 폴리머, 및 상기 플렉서블 필름을 포함하는 은나노와이어 조립체를 형성하는 단계; 및
    상기 은나노와이어 조립체를 섭씨 100도 이상 110도 이하의 온도에서 2분 이상 및 5분 이하 동안 어닐링하는 단계를 포함하고,
    상기 소정의 압력은 30HB 이상 50HB 이하의 경도를 갖는 롤러의 롤링에 의해 인가되는 투명전극 제조방법.
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