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KR101823358B1 - 투광성 기판의 제조방법 및 이를 통해 제조된 투광성 기판 - Google Patents

투광성 기판의 제조방법 및 이를 통해 제조된 투광성 기판 Download PDF

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KR101823358B1
KR101823358B1 KR1020150150439A KR20150150439A KR101823358B1 KR 101823358 B1 KR101823358 B1 KR 101823358B1 KR 1020150150439 A KR1020150150439 A KR 1020150150439A KR 20150150439 A KR20150150439 A KR 20150150439A KR 101823358 B1 KR101823358 B1 KR 101823358B1
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South Korea
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transparent conductive
layer
conductive layer
metal
substrate
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유영조
최윤수
박태헌
손윤상
장진탁
임영진
오희봉
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덕산하이메탈(주)
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Publication date
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Abstract

본 발명은 제1 투명전도층, 제2 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판 제조방법으로서, 이형층을 준비하는 제1 단계; 상기 이형층 상에 제1 투명전도층을 형성하는 제2-1 단계; 상기 제1 투명전도층 상에 도전체 및 상기 도전체를 피복하는 폴리머피복층을 포함하는 제2 투명전도층을 형성하는 제2-2 단계; 상기 제2 투명전도층 상에 기저 폴리머층을 형성하는 제3 단계; 및 상기 이형층을 상기 제1 투명전도층으로부터 분리하여 제1 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판을 얻는 제4 단계;를 포함하는 투광성 기판 제조방법을 제공한다.

Description

투광성 기판의 제조방법 및 이를 통해 제조된 투광성 기판{Method for manufacturing composite substrate and composite substrate manufactured using thereof}
본 발명은 투광성 기판의 제조방법 및 이를 통해 제조된 투광성 기판에 관한 것이다. 또한 투광성 기판이 적용되는 디스플레이 장치, 조명 장치 등에 관한 것이다.
투광성 기판은 전기 전도성과 광투과성을 동시에 갖춘 투명 전도층을 포함하는 기판으로서, 발광소자에 구비되는 투광성 기판은 발생된 광의 손실을 최소화하도록 구성된다. 예를 들면, 유기발광소자(Organic light-emitting diode, OLED)는 발광성 유기물로 구성된 소자로서 유기 발광층에서 발광된 광은 전극 및 투광성 기판을 거쳐 외부로 나오게 된다. 이러한 투광성 기판은 액정 표시 소자(liquid crystal display), 일렉트로크로믹 디스플레이(ECD), 유기 전계발광소자(electroluminescence), 태양 전지, 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel), 플렉서블(flexible) 디스플레이, 전자페이퍼, 터치패널 등의 디스플레이 장치, 조명장치, 또는 태양전지 등에 응용될 수 있다.
투광성 기판은 기저 기판과 기판에 부착되는 발광소자의 전극기능을 수행하는 투광성 전극을 포함하여 구성된다. 투광성 전극은 플라스틱 소재의 기저 기판 상에 ITO(tin-doped indium oxide) 등 전도성 물질을 이용하여 박막 형태로 형성 되는 것이 주 이지만, 최근 수급이 불안정한 재료인 인듐을 포함하는 ITO를 대체할 수 있는 탄소나노튜브(CNT), 금속 나노 구조체 등에 대한 연구 개발이 활발하게 이루어지고 있다.
한국공개특허 제10-2014-0089670호에 개시된 것과 같이 다른 굴절률을 갖는 투광성 기판을 적층하는 방법으로 투광성 기판에서의 광 손실을 최소화하거나, 한국공개특허 제10-2014-0076268호 에 개시된 것과 같이 형상기억고분자를 이용하여 플렉서블 디스플레이에 응용하는 방법으로 투광성 기판의 유연성을 향상시키기 위한 개발 등이 이루어지고 있다.
본 발명은 제1 투명전도층, 제2 투명전도층 및 광추출층을 포함하는 투광성 기판의 제조방법 및 이를 통해 제조된 투광성 기판과 이를 포함한 유기발광소자에 관한 것으로서, 보다 광추출 기능이 향상된 투광성 기판을 제조하는 공정을 제공하는 것이다.
그러나 본 발명의 목적들은 상기에 언급된 목적으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명은 제1 투명전도층, 제2 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판 제조방법으로서, 이형층을 준비하는 제1 단계; 상기 이형층 상에 제1 투명전도층을 형성하는 제2-1 단계; 상기 제1 투명전도층 상에 도전체 및 상기 도전체를 피복하는 폴리머피복층을 포함하는 제2 투명전도층을 형성하는 제2-2 단계; 상기 제2 투명전도층 상에 기저 폴리머층을 형성하는 제3 단계; 및 상기 이형층을 상기 제1 투명전도층으로부터 분리하여 제1 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판을 얻는 제4 단계;를 포함하는 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제2-2 단계는 금속 나노와이어가 포함된 잉크 조성물을 상기 제1 투명전도층 상에 도포하고 건조 및 경화시킨 후, 폴리머로 피복하여 제2 투명전도층을 형성하는 단계인 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제2-2 단계는 상기 제1 투명전도층 상에 메탈 메쉬 패턴을 형성하고, 폴리머로 피복하여 제2 투명전도층을 형성하는 단계인 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제2-2 단계는 상기 금속 나노와이어가 포함된 잉크 조성물에 금속 입자를 더 포함하여 제2 투명전도층을 형성하는 단계인 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제2-2 단계는 상기 메탈 메쉬 패턴 형성 후, 페이스트를 이용하여 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 1차 피복한 후, 1차 피복된 메탈 메쉬 패턴을 포함하는 층 전체를 폴리머로 2차 피복하여 제2 투명전도층을 형성하는 단계인 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제2-2 단계는 금속 입자 또는 금속 산화물 입자를 포함하는 페이스트를 이용하여 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 1차 피복하는 단계인 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제2-2 단계는 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 1차 피복 시 페이스트에 기공을 형성하여 1차 피복하는 단계인 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제2-2 단계는 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 1차 피복 시 페이스트를 이용하여 표면에 요철을 갖는 형상으로 1차 피복하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
또한 상기 제2-2 단계는 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 금속산화물을 이용하여 1차 피복하는 단계인 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 이형층은 기판, 버퍼 기판 또는 일면에 버퍼층을 포함하는 기판을 또한 상기 제4 단계는 상기 이형층에 광 에너지를 조사하여 상기 이형층을 이루는 물질의 성상을 변화시켜 상기 이형층을 상기 제1 투명전도층으로부터 분리하는 단계인 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 제1 투명전도층, 제2 투명전도층, 광추출층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판 제조방법으로서, 이형층을 준비하는 제1 단계; 상기 이형층 상에 제1 투명전도층을 형성하는 제2-1 단계; 상기 제1 투명전도층 상에 도전체 및 상기 도전체를 피복하는 폴리머피복층을 포함하는 제2 투명전도층을 형성하는 제2-2 단계; 상기 제2 투명전도층 상에 광추출층을 형성하는 제2-3 단계; 상기 광추출층 상에 기저 폴리머층을 형성하는 제3 단계; 및 상기 이형층을 상기 제1 투명전도층으로부터 분리하여 제1 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판을 얻는 제4 단계;를 포함하는 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
또한 상기 제4 단계 이후에, 상기 분리된 제1 투명전도층에 플라즈마 처리하여 잔존하는 이형층 성분을 제거하는 제5 단계를 더 포함하는 투광성 기판 제조방법을 제공한다.
본 발명은 제1 투명전도층, 제2 투명전도층 및 광추출층을 포함하는 투광성 기판을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 금속 나노 와이어, 메탈 메쉬 등의 도전체 및 도전체를 피복하는 폴리머피복층을 포함하는 제2 투명전도층의 구조 제조방법을 제공하여 우수한 전기전도성 및 광 산란 효과를 통해 광추출 기능이 향상된 투광성 기판을 제공할 수 있다.
또한 제2 투명전도층의 금속 나노와이어 및 금속 입자가 제1 투명전도층에 더욱 인접하여 위치하도록 제조할 수 있기 때문에 전기 전도성 향상 및 광 추출 효율이 우수한 투광성 전극을 제공할 수 있다.
또한 제1 투명전도층과 기저 폴리머층 사이에 제2 투명전도층을 포함하여 제1 투명전도층의 전도성을 보완할 수 있고, 광 추출 기능을 가짐으로써 디스플레이용뿐만 아니라 조명용으로도 우수하게 사용될 수 있는 투광성 기판을 제공할 수 있다.
또한 본 발명은 이형층 상에 제1 투명전도층, 제2 투명전도층 및 기저 폴리머층 등을 역순으로 형성한 후 분리함으로써, 보다 단순화되고 비용이 절감된 투광성 기판을 제조하는 공정을 제공할 수 있다. 이때 플렉서블한 플라스틱 기판 또는 버퍼층을 사용하는 경우 유연기판에 사용 가능한 플렉서블 투광성 기판을 제조할 수 있으며, 각 단계 공정은 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 연속적으로 이루어져 생산성, 신뢰성, 경제성을 높일 수 있다.
또한 이형층 상에 제1 투명전도층을 형성함으로써 평탄도가 우수한 제1 투명전도층을 형성하고, 버퍼층을 이루는 물질의 특성상 복잡한 공정을 거치거나 많은 에너지를 들이지 않고도 기판으로부터 분리(detach)가 가능하여, 보다 단순화되고 제조 비용이 절감되는 투광성 기판을 제조하는 공정을 제공할 수 있다.
또한 제1 투명전도층 상에 순차적으로 제2 투명전도층을 형성시킴으로써, 제2 투명전도층의 금속 나노와이어가 제1 투명전도층에 더욱 인접하여 위치하기 때문에 전기 전도성 향상된 투광성 기판 및 이를 포함하는 유기발광소자를 제조하는 공정을 제공할 수 있다.
또한 제2 투명전도층 상에 광추출층을 형성하는 단계를 포함하여 광흡수 및 반사를 통한 광추출이 가능하여 주로 전도체의 기능을 갖는 제2 투명전도층을 기능적 측면에서 보완 가능하며, 제2 투명전도층에 포함되는 금속 나노와이어가 광추출층에 의해 함침 또는 코팅되는 효과가 있어 금속 나노와이어 간의 황화 및 산화로 일어나는 신뢰성 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
도 1, 도 2, 도 4, 도 6 내지 도 8, 도 14, 도 15, 에 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법을 나타내었다.
도 3, 도 5, 도 9, 도 10, 도 16 에 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법에 의해 제조된 투광성 기판을 나타내었다.
도 11 내지 13, 도 20에 본 발명의 일실시예에 따른 제2 투명전도층을 나타내었다.
도 17에 본 발명의 일실시예에 따른 제2 투명전도층 상에 광추출층으로서 산란 입자가 삽입된 SEM 이미지 사진을 나타내었다.
도 18에 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판의 롤투롤 방식 제조방법을 나타내었다.
도 19에 본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유기발광소자를 나타내었다.
도 21에 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 유연성을 시각적으로 나타내는 사진을 도시하였다.
도 22에 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 제1 투명전도층 방향에서 촬영한 표면 광학 이미지 사진을 나타내었다.
도 23에 본 발명의 실시예에 따라 제조된 제2 투명전도층의 금속 나노와이어를 확인 가능한 SEM 이미지 사진을 나타내었다.
도 24에 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 제1 투명전도층의 표면 형상이 물결 무늬로 제어된 SEM 이미지 사진을 나타내었다.
도 25, 도 26에 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 XRD 측정 데이터를 나타내었다.
도 27에 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 EDX 를 통한 성분분석 데이터를 나타내었다.
도 28에 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 제1 투명전도층의 표면 AFM profile을 나타내었다.
도 29에 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 물결무늬로 형상제어된 투광성 전극의 AFM 이미지를 나타내었다.
도 30에 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 투광성 전극의 광추출층의 평균 두께에 따른 광학적 성능 및 전기전도성 데이터를 나타내었다.
이하에 본 발명을 상세하게 설명하기에 앞서, 본 명세서에 사용된 용어는 특정의 실시예를 기술하기 위한 것일 뿐 첨부하는 특허청구의 범위에 의해서만 한정되는 본 발명의 범위를 한정하려는 것은 아님을 이해하여야 한다. 본 명세서에 사용되는 모든 기술용어 및 과학용어는 다른 언급이 없는 한은 기술적으로 통상의 기술을 가진 자에게 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 명세서 및 청구범위의 전반에 걸쳐, 다른 언급이 없는 한 포함(comprise, comprises, comprising)이라는 용어는 언급된 물건, 단계 또는 일군의 물건, 및 단계를 포함하는 것을 의미하고, 임의의 어떤 다른 물건, 단계 또는 일군의 물건 또는 일군의 단계를 배제하는 의미로 사용된 것은 아니다.
또한 본 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
한편, 본 발명의 여러 가지 실시예들은 명확한 반대의 지적이 없는 한 그 외의 어떤 다른 실시예들과 결합될 수 있다. 특히 바람직하거나 유리하다고 지시하는 어떤 특징도 바람직하거나 유리하다고 지시한 그 외의 어떤 특징 및 특징들과 결합될 수 있다. 이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 이에 따른 효과를 설명하기로 한다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법은 도 1 및 도 2에 나타낸 것과 같이 이형층(10)을 준비하는 제1 단계, 이형층(10) 상에 제1 투명전도층(20)을 형성하는 제2-1 단계, 제2 투명전도층(30) 상에 기저 폴리머층(50)을 형성하는 제3 단계 및 이형층(10)과 제1 투명전도층(20)을 분리하는 제4 단계를 포함하여, 도 3에 나타낸 것과 같은 기저 폴리머층(50) 및 기저 폴리머층(50) 상에 구비되는 제1 투명전도층(20)을 포함하는 투광성 기판(100)을 제조할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법은 이형층(10) 상에 제1 투명전도층(20), 기저 폴리머층(50) 등을 역순으로 형성한 후 분리함으로써, 보다 단순화되고 비용이 절감된 투광성 기판(100)을 제조하는 공정을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판(100)을 제조하는 제1 단계는 제1 투명전도층(20)과의 분리가 용이한 이형층(10)을 준비하는 것으로서, 이형층(10)은 기판(11), 버퍼 기판(12), 또는 일면에 버퍼층을 포함하는 기판(13)을 포함한다.
기판(11)은 테플론(polytetrafluoroetylene) 기판, 벌크중합(Bulk polymerization)된 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate, PMMA) 기판을 이용할 수 있으며, 플렉서블한 기판을 사용하는 경우, 플렉서블한 투광성 기판을 제조할 수 있으며, 각 단계 공정은 롤투롤(Roll to Roll) 방식으로 연속적으로 이루어져 생산성, 신뢰성, 경제성을 높일 수 있다. 또한 테플론(polytetrafluoroetylene) 기판을 이용하는 경우 별도의 버퍼층을 구비하지 않고 기판 자체로써 이형층(10)으로 사용될 수 있다.
버퍼 기판(12)은 불소(F)가 포함된 탄소화합물을 포함하는 기판을 이용할 수 있으며, 불소(F) 포함하는 탄소화합물은 메틸트리플루오로프로필 실록세인(Methyltrifluoropropyl siloxane), 메틸플루오로(Methylfluoro), C8F17C2H4Si(NH)3/2, C4F9C2H4Si(NH)3/2 또는 폴리 실록사잔(poly siloxazane) 등을 포함한다. 그 중에서도 테트라플루오르에틸렌(Tetrafluoroetylene)을 포함하는 기판인 것이 바람직하다.
일면에 버퍼층을 포함하는 기판(13)을 이형층(10)으로 사용하는 경우, 버퍼층은 다양한 종류의 탄소화합물 또는 금속산화물을 이용하여 형성된 층으로서, 제1 탄소화합물, 제2 탄소화합물 및 금속산화물로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 물질을 사용하여 기판 상에 형성될 수 있다. 제1 탄소화합물은 유리전이온도(Tg)가 200℃ 이하인 탄소화합물을 포함하며, 제2 탄소화합물은 자외선에 의해 분해되는 탄소화합물을 포함하고, 금속산화물은 점착성이 낮은 금속산화물을 포함한다.
제1 탄소화합물은 유리전이온도(Tg)가 200℃ 이하인 탄소화합물 중에서도 PC(Polycarbonate), PMMA(Polymethyl methacrylate) PTFE(Polytetrafluoroethylene), Polyvinylchloride(PVC), Polystyrene(PS) 및 Polyethyl methacrylate(PEMA) 로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다. 더욱 바람직하게는 유리전이온도(Tg)가 100 내지 150 ℃인 탄소화합물, PMMA(Polymethylmethacrylate), PTFE(Polytetrafluoroethylene)를 사용하는 것이 버퍼층 계면에서의 표면 점착성이 낮아 좋다.
버퍼층이 유리전이온도(Glass transition temperature, Tg)가 200℃ 이하인 제1 탄소화합물을 포함함으로써 후술할 제4 단계에서 이형층(10)과 제1 투명전도층(20)의 분리 공정에 있어서 버퍼층의 성질 및 형상을 변화시키기에 좋다. 유리전이온도가 200℃를 초과하는 경우 상대적으로 경화 시 높은 온도와 시간이 요구되는 문제점이 있다. 또한 롤투롤 및 연속공정 진행 시, 공정가격 및 수율을 위해 낮은 유리전이온도를 가지는 재료가 적합하다.
제2 탄소화합물은 자외선에 의해 분해되는 탄소화합물 중에서도 금속이온계 폴리머, 비닐-케톤(Vinyl-ketone)계 공중합물 및 에틸렌-CO(Ethylene-CO) 공중합체로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
버퍼층이 자외선에 의해 분해되는 제2 탄소화합물을 포함함으로써 후술할 제4 단계에서 이형층(10)과 제1 투명전도층(20)의 분리 공정에 있어서, 간단한 처리에 의해서도 용이하게 제1 투명전도층(20)을 분리할 수 있는 장점이 있다.
금속산화물은 계면에 치환된 원자에 의해 표면장력 및 표면에너지의 컨트롤이 용이하며, 자외선/오존(UV/ozone), 플라즈마 처리(Plasma treatment) 방법에 의해 쉽게 컨트롤 할 수 있는 장점이 있다. 그에 따라, 계면의 점착성 및 접착성을 조절할 수 있고 이종재료를 쉽게 전사할 수 있는 특성을 나타낸다.
금속산화물은 점착성이 낮은 거의 모든 분위기에서 2000℃에 이르기까지 열역학적으로 매우 높은 안정성을 가지는 물질로 산화 이트륨(Y2O3), 지르코니아(ZrO2), 알루미나(Al2O3), 질화붕소(BN), 질화티타늄(TiN) 및 실리콘산화물(SiO2)로 구성되는 군에서 선택되는 어느 하나 이상을 포함하는 것이 바람직하다.
또한 본 발명은 도 4에 나타낸 것과 같이 표면에 패턴이 형성된 기판(11, 12, 13)을 포함하는 이형층(10) 통해 제1 투명전도층(20)의 표면에 오목 또는 볼록한 형상의 표면패턴을 형성할 수 있다. 예를 들어, 기판(13) 상에 버퍼층 형성 시 표면 형상을 제어하여 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법의 제4 단계를 통해 최종적으로 전사된 투광성 기판의 제1 투명전도층의 표면 형상을 제어할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층에 물결무늬를 형성하여 제1 투명전도층 등을 적층하고 분리시키면, 제1 투명전도층에 물결무늬가 전사된다.
도 5에 나타낸 것과 같이 표면에 오목 또는 볼록한 형상의 표면패턴을 구비하는 제1 투명전도층(20)을 포함하는 투광성 기판상에 발광층 및 반사 전극을 적층하여 유기발광소자를 제조하는 경우, 표면 조도가 높아져 발광면적을 높여 주고, 또한 광추출 역할을 하여 발광효율을 높여 주는 효과를 제공할 수 있다. 또한 이 투광성 기판 상에 광활성층 및 금속 전극을 적층하여 유기태양전지를 제조하는 경우, 태양광의 수광면적을 높여주고, 또한 광포집 역할을 하여 발전효율을 높여 주는 효과를 제공할 수 있다.
기판 또는 버퍼층에 요철을 형성하는 방법으로는, 표면에 대기압 및 산소 플라즈마를 이용하여 마스크를 사용하여 에칭하는 방법과 화학용액을 이용하여 습식 에칭하는 방법을 사용한다.
버퍼 기판 및 버퍼층의 두께는 100nm 내지 10μm로 형성하는 것이 좋다. 100nm 미만으로 버퍼층을 형성하는 경우 화학적 내식성 및 표면 균일도가 불안정한 문제점이 있으며, 10μm 초과하여 버퍼층을 형성하는 경우 표면 요철 및 경화시간이 연장되어 공정상 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 400nm 내지 600nm인 것이 좋다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제1 단계는 버퍼 용액을 이용하여 기판(13)상에 바 코팅(bar coating), 슬롯다이 코팅(slot die coating), 스프레이 코팅(spray coating), 스핀 코팅(spin coating) 등의 코팅 방식을 이용하여 버퍼층 시트를 별도로 형성하여 기판 상에 접착시키거나, 기판(13)으로 플렉서블 기판을 사용하는 경우 롤투롤 공정 상에서 버퍼 용액을 이용한 코팅 및 열처리 방식으로 버퍼층을 형성할 수 있고, 표면 형상을 조절할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제2-1 단계는 이형층(10) 상에 제1 투명전도층(20)을 형성하는 단계로서, 본 발명의 일실시예에 따른 제1 투명전도층(20)은 투명하고 전도성을 부여할 수 있는 물질이라면 제한이 없으나, 투명성, 전도성 및 내열성 등이 우수한 투명 전도성 산화물층, 투명 전도성 질화물층, 투명 전도성 황화물층 및 이들의 혼합층을 사용하는 것이 좋다. 바람직하게는 ZnO(Zinc Oxide), SnO2(Tin Oxide), TiO2, Al2O3 및 이들의 고용체에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하여 형성될 수 있으며, 여기에 F, Al, Ga, In, Si 등이 도핑 또는 고용된 것을 사용하여 제1 투명전도층(20)을 형성하는 것이 좋다.
제1 투명전도층(20)의 두께는 5nm 내지 100nm로 형성하는 것이 좋다. 5nm 미만으로 형성하는 경우 박막의 결정성이 떨어지는 문제점이 있으며, 100nm를 초과하여 형성하는 경우 유연성(Flexibility)의 저하로 접거나 휠 때 표면 크랙이 발생하는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 5nm 내지 20nm인 것이 좋다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제2-1 단계는 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여 상기 이형층(10) 상에 제1 투명전도층(20)을 형성하거나, 플렉서블 기판을 사용하는 경우 롤투롤 공정 상에서 증착(Deposition)을 통해 형성할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법은 도 6 내지 도 8에 나타낸 것과 같이 제1 투명전도층(20) 상에 제2 투명전도층(30)을 형성하는 제2-2 단계를 더 포함하여 도 9 및 도 10에 나타낸 것과 같이 제1 투명전도층(20), 제2 투명전도층(30) 및 기저 폴리머층(50)을 포함하는 투광성 기판을 제조할 수 있으며, 유기발광소자 등의 투광성 전극으로 사용될 경우 전기전도성 향상 및 광 산란 효과를 갖는다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법은 이형층(10) 상에 제1 투명전도층(20)을 형성한 후 도전체(31) 및 도전체(31)를 피복하는 폴리머피복층(32)을 포함하는 제2 투명전도층(30)을 형성함으로써 제1 투명전도층(20)에 도전체(31)가 연접하기 때문에 우수한 전기전도성 및 광 산란 효과까지 갖는 투광성 기판(100)을 제조하는 공정을 제공할 수 있다.
제2 투명전도층(30)은 도전체(31)로서 금속 나노와이어(311) 또는 메탈 메쉬 패턴(312)을 포함한다. 금속 나노와이어(311)는 전기적으로 도전성을 갖는 나노 사이즈의 구조체를 의미한다. 금속 나노와이어(311) 평균직경은 30nm 내지 80nm 이며, 길이는 10μm 내지 80μm 인 것을 사용하는 것이 좋다. 상기 크기 범위에 미만 하는 경우 전기전도도가 저하되는 문제점이 있고, 초과하는 경우 투광성이 저하되는 문제점이 있다. 메탈 메쉬 패턴(312)은 금속으로 된 그물망 형태의 패턴을 의미한다.
제2 투명전도층(30)은 제1 투명전도층(20) 상에 금속 나노와이어(311)나 메탈 메쉬 패턴(312)를 형성한 후 폴리머로 피복함으로써 형성된다. 더욱 구체적으로 금속 나노와이어(311)를 포함하는 경우, 금속 나노와이어가 포함된 잉크 조성물을 제1 투명전도층(20) 상에 도포하고 건조 및 경화시킨 후, 폴리머로 피복하여 형성하고, 메탈 메쉬 패턴(312)을 포함하는 경우, 제1 투명전도층(20) 상에 금속 페이스트 또는 잉크를 이용하여 메쉬 형태로 인쇄한 후 소성하여 메탈 메쉬 패턴(312)을 형성한 후 폴리머로 피복하여 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 투광성 기판은 제1 투명전도층(20)과 기저 폴리머층(50) 사이에 제2 투명전도층(30)을 포함하여 제1 투명전도층(20)의 전도성을 보완할 수 있고, 광 추출 기능을 가짐으로써 디스플레이용뿐만 아니라 조명용으로도 우수하게 사용될 수 있는 투광성 기판을 제공할 수 있다.
또한 제2 투명전도층(30)은 금속 입자(313)를 더 포함하여 광추출 효율을 높일 수 있다. 금속 입자(313)의 크기는 100 내지 600nm이다. 100nm 미만인 경우 산란특성이 저하되는 문제점이 있고, 600nm 초과하는 경우 투과율 손실의 문제점이 있다. 금속 입자(313)는 구형, 타원형, 무정형 등 그 형태에 제한이 없으며, 외면에 돌기를 구비할 수 있다. 외면에 돌기를 구비하는 경우 돌기의 크기는 10 내지 300nm이다. 10nm 미만인 경우 광 산란 저하 문제점이 있고, 300nm 초과하는 경우 투과율 손실 문제점이 있다.
제2 투명전도층(30)이 금속 나노와이어(311) 및 금속 입자(313)를 포함하는 경우, 금속 나노와이어 및 금속 입자가 포함된 잉크 조성물을 제1 투명전도층(20) 상에 도포하고 건조 및 경화시킨 후, 폴리머로 피복하여 도 11에 나타낸 것과 같은 제2 투명전도층(30)을 형성할 수 있다.
제2 투명전도층(30)이 메탈 메쉬 패턴(312) 및 금속 입자(313)를 포함하는 경우, 제1 투명전도층(20) 상에 메탈 메쉬 패턴(312)을 형성하고, 메탈 메쉬 패턴(312)이 형성된 제1 투명전도층(20) 상에 금속 입자(313)가 포함된 잉크 조성물을 도포하고 건조 및 경화시킨 후, 폴리머로 피복하여 도 12에 나타낸 것과 같은 제2 투명전도층(30)을 형성할 수 있다.
또는 금속 입자 또는 금속 산화물 입자가 분산된 페이스트를 이용하여 메탈 메쉬 패턴(312) 부분을 1차 피복한 후, 1차 피복된 메탈 메쉬 패턴을 포함하는 층 전체를 폴리머로 다시 2차 피복하여 도 13에 나타낸 것과 같은 제2 투명전도층(30)을 형성할 수 있다. 또한 메탈 메쉬 패턴(312)에 피복 시, 임의적으로 페이스트에 기공을 형성하여 기공에 의한 산란각 변화로 광추출 효율을 부여할 수 있다. 또, 페이스트에 임의의 광추출 나노파티클을 삽입하여 메탈 메쉬 패턴(312) 주위에 광산란 입자들을 배치 함으로써, 내부 산란에 의한 광추출 효율을 증가시키는 방법이 가능하다. 광추출 나노파티클, 광산란 입자는 금속 입자 또는 금속 산화물 입자를 의미한다.
제2 투명전도층(30)이 메탈 메쉬 패턴(312)를 포함하는 경우, 금속 입자(313)를 포함하지 않고도 페이스트를 이용하여 메탈 메쉬 패턴(312)을 피복하되, 광추출 기능이 가능한 형상, 즉 표면에 요철을 갖는 형상으로 피복함으로써 광추출 효과를 제공할 수 있다.
또한, 제논광을 이용하여 메탈 메쉬 패턴(312) 표면에 금속산화물을 이용하여 선택적으로 코팅하여, ZnO, TiO2, SiO2, SnO2, Al2O3 등 다양한 산화물을 피복함으로써 광추출 효과를 제공할 수 있다.
제2 투명전도층(30)에 포함되는 금속 나노와이어(311)와 메탈 메쉬 패턴(312), 금속 입자(313)의 금속은 임의의 도전성 물질일 수 있다. 보다 통상적으로, 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 백금(Pt), 철(Fe), 니켈(Ni), 코발트(Co), 아연(Zn), 티탄(Ti), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 팔라듐(Pd) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 포함하는 것이나 이에 제한되지 않는다. 바람직하게는 은(Ag)을 사용한다. 은(Ag)의 경우 금속으로서 빛을 반사시키고, 투과율이 낮지만 본 발명에 따른 투광성 기판이 유기발광소자의 투광성 전극으로 사용되는 경우 반사 전극(예를 들면, 알루미늄(Al) 금속 전극)과 상응하여 서로 빛을 반사하므로 실제로 소자 내부에서의 광손실을 적게 하기 때문이다.
제2 투명전도층(30)의 두께는 100nm 내지 10μm 이다. 100nm 미만인 경우 전기전도도 저하 문제점이 있고, 10μm 초과하는 경우 투과율 손실 문제점이 있다. 금속 나노와이어 및 금속 입자의 표면에 빛이 도달하면 금속 나노와이어 및 금속입자를 통해 빛을 산란시킬 수 있으므로 유기발광소자의 투광성 전극으로 사용되는 경우, 광 추출 효율을 높일 수 있다. 특히 금속 입자는 외면에 돌기를 구비하여 더 넓은 영역대를 가지는 파장의 빛을 산란시킬 수 있다. 또한 제2 투명전도층(30)이 형성되는 제1 투명전도층(20)과의 접합성을 높일 수 있다.
또한 제2 투명전도층(30)은 다양한 패턴 및 선폭을 갖는 메탈 메쉬(metal mesh) 패턴을 포함하는 층 일 수 있다. 메탈 메쉬 패턴을 포함하는 경우 은(Ag), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 합금 등을 이용하여 직교형식으로 배열 형성한 층이며, 이용되는 장치에 따른 적절한 헤이즈값 및 시인성 등의 요구에 따라 다양한 패턴 및 선폭으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 조명용의 유기발광소자에 사용되는 경우 100nm 내지 10μm의 선폭으로 형성하는 것이, 2% 내지 15% 정도의 헤이즈값 및 70 내지 90% 정도의 투과율을 나타내기 때문에 바람직하다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제2-2 단계는 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여 상기 제1 투명전도층(20) 상에 제2 투명전도층(30)을 형성하거나, 플렉서블 기판을 사용하는 경우 롤투롤 공정 상에서 금속 나노와이어 또는 금속 입자를 포함하는 잉크 조성물을 도포하고 건조하여 형성할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 포토리소그래피(photolithography) 등을 이용하여 제2 투명전도층으로서 메탈 메쉬 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법에 의하면, 버퍼층 상에 제1 투명전도층(20)이 형성되고, 제1 투명전도층(20) 상에 순차적으로 제2 투명전도층(30)을 형성시킴으로써, 제2 투명전도층(30)의 금속 나노와이어(311) 및 금속 입자(313)가 중력에 의해 제1 투명전도층(20)에 더욱 인접하여 위치하기 때문에 전기 전도성 향상 및 광 추출 효율이 우수한 투광성 전극을 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 전극 제조방법은 도 14 및 도 15에 나타낸 것과 같이 제2 투명전도층(30) 상에 광추출층(40)을 제조하는 제2-3 단계를 더 포함하여 도 16에 나타낸 것과 같이 제1 투명전도층(20), 제2 투명전도층(30), 광추출층(40) 및 기저 폴리머층(50)을 포함하는 투광성 기판(100)을 제조할 수 있으며, 유기발광소자의 투광성 기판 등에 사용될 경우 광추출 기능이 가능하여 주로 전도체의 기능을 갖는 제2 투명전도층(30)을 기능적 측면에서 보완 가능하며, 제2 투명전도층(30)에 포함되는 금속 나노와이어(311), 메탈 메쉬 패턴(312) 또는 금속 입자(313)가 광추출층(40)에 의해 함침 또는 코팅되는 효과가 있어 금속 나노와이어(311), 메탈 메쉬 패턴(312) 또는 금속 입자(313) 간의 황화 및 산화로 일어나는 신뢰성 저하의 문제점을 해결할 수 있다.
광추출층(40)은 제2 투명전도층(30) 상에 형성된 금속의 산화물, 질화물 또는 황화물 등으로 코팅된 층(41)일 수 있고, 평균직경 50nm 내지 500nm의 산란 입자가 삽입된 층(42)일 수 있다. 또한 이들이 복합된 금속의 산화물, 질화물 또는 황화물 등으로 코팅되고 산란 입자 역시 삽입된 층일 수 있다. 도 17에 제2 투명전도층 상에 광추출층으로서 산란 입자가 삽입된 SEM 이미지 사진을 나타내었다.
또한 광추출층(40)은 제2 투명전도층(30)으로서 형성된 메탈 메쉬 패턴(312) 상에 형성될 수 있으며, 이 경우, 금속의 산화물, 질화물 또는 황화물 등으로 코팅되거나 평균직경 50 내지 500nm의 금속의 산화물, 질화물 또는 황화물의 산란 입자가 삽입된 층일 수 있다. 또한 이들이 복합된 층으로 형성될 수 있다.
광추출층(40)은 돌기 형태를 갖거나 패턴 형상을 가질 수 있으며 그 두께는 100nm 내지 600nm이다. 100nm 미만인 경우 광산란 효과가 낮은 문제점이 있고, 600nm 초과인 경우 광투과도 감소의 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 100 내지 300nm인 것이 좋다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제2-3 단계는 스핀 코팅(spin coating)을 이용하여 상기 제2 투명전도층(30) 상에 광추출층(40)을 형성하거나, 플렉서블 기판을 사용하는 경우 롤투롤 공정 상에서 금속의 산화물, 질화물, 황화물 또는 이의 혼합물을 포함하는 잉크 조성물을 도포하고 열처리하여 형성할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제3 단계는 상기 제1 투명전도층(20), 제2 투명전도층(30) 또는 광추출층(40) 상에 기저 폴리머층(50)을 형성하는 단계로서 보다 단순화되고 비용이 절감되는 롤투롤(roll to roll) 공정을 통해 플렉서블한 투광성 기판(100)을 제조할 수 있다.
기저 폴리머층(50)은 PI(polyimide), PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate), PES(polyether sulfone), PEN(polyethylene naphthalate), PA(poly acrylate), PUA(polyurethane acrylate), PDMS(polydimethyl siloxane) 및 금속 박막으로 이루어진 군에서 선택된 적어도 1종 이상을 포함하여 형성될 수 있다. 내화학성, 내열성 등이 우수한 PI를 이용하여 형성하는 것이 바람직하다.
기저 폴리머층(50)의 두께는 0.1mm 내지 3mm로 형성하는 것이 좋다. 0.1mm 미만으로 형성하는 경우 모기판으로써 지지력이 낮은 문제점이 있으며, 3mm 초과하여 형성하는 경우 유연성(Flexibility)이 감소하는 문제점이 있다. 더욱 바람직하게는 0.2mm 내지 0.5mm인 것이 좋다.
본 발명의 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제3 단계는 단계는 폴리머 용액을 이용하여 라미네이팅(laminating)하거나 폴리머 조성물을 도포한 후 건조 및 경화시키거나 스크린 프린팅(screen printing)하여 기저 폴리머층(50)을 형성하거나, 플렉서블 기판을 사용하는 경우 롤투롤 공정 상에서 폴리머 조성물을 도포하고 열처리하여 형성할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제4 단계는 이형층(10)을 디태칭(detaching)하는 단계로서, 이형층(10)과 제1 투명전도층(20) 사이를 분리(전사)하여 제1 투명전도층(20) 및 기저 폴리머층(50)을 포함하는 투광성 기판(100), 제1 투명전도층(20), 제2 투명전도층(30) 및 기저 폴리머층(50)을 포함하는 투광성 기판(100), 제1 투명전도층(20), 제2 투명전도층(30), 광추출층(40) 및 기저 폴리머층(50)을 포함하는 투광성 기판(100)을 제공하는 단계이다.
또한 이형층(10)으로서 기판 상에 버퍼층 형성 시 표면에 형상을 갖도록 제조하고 제1 투명전도층(20)을 전사한 경우, 버퍼층 표면 형상과 같이 제1 투명전도층(20) 표면에 버퍼층의 형상이 전사되므로 제조된 투광성 기판(100)의 표면 형상을 제어할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 제조하는 제4 단계는 버퍼층에 광원을 통한 광조사 처리하여 성상을 선택적으로 변화시켜 제1 투명전도층(20)과의 접착력을 낮추어 안정적으로 분리할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일실시예에 따른 버퍼층은 상기 언급한 제1 탄소화합물, 제2 탄소화합물, 금속산화물 등의 물질 즉, 유리전이온도가 200℃ 이하인 탄소화합물, 자외선에 의해 분해되는 탄소화합물, 점착성이 낮은 금속산화물 때문에 복잡한 공정을 거치거나 많은 에너지를 들이지 않고도 용이하게 분리(전사)가 가능한 장점이 있다.
광조사 처리에 이용될 수 있는 광원으로는 제논 램프, 할로겐 램프, HID 램프, 형광 램프, 수은 램프를 포함하는 가스 방전 램프 등을 사용할 수 있으며, 버퍼층의 유리전이온도 이상의 열을 가하여 성상을 변화시킬 수 있는 열원이라면 제한없이 사용 가능하다. 바람직하게는 제논 렘프를 사용하는 것이 투명 전도성 산화층과 타 재료에 손상을 주지 않으면서 광추출층 형성을 위한 국부적인 에너지 전달에 좋다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판의 롤투롤 방식 제조방법을 도 18에 나타내었다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법은, 제4 단계 이후에, 상기 분리된 제1 투명전도층에 잔존하는 이형층 성분을 제거하는 제5 단계를 더 포함할 수 있다. 분리된 제1 투명전도층(20)을 포함하는 투광성 기판 표면에 잔존하는 버퍼층은 아세톤, 에탄올과 같은 화학약품을 이용하여 세척하여 제거하거나 플라즈마 처리하여 제거할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일실시예에 따른 유기발광소자(1000)는 도 19에 나타낸 것과 같이 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법에 따라 투광성 기판(100)을 투광성 전극으로서 형성 후, 제1 투명전도층(20) 상에 유기발광층(200) 적층, 반사 전극(300)을 차례로 적층하여 제조할 수 있다.
유기발광층(200)은 구체적인 물질, 형성방법이 특별히 제한되지 않고, 당 기술분야에 널리 알려진 물질 및 형성방법을 이용할 수 있으며, 다양한 고분자 소재를 사용하여 증착법, 용매 공정(solvent process), 예컨대 스핀코팅, 딥 코팅, 닥터 블레이딩, 스크린 프린팅, 잉크젯 프린팅 또는 열 전사법 등의 방법에 의하여 형성될 수 있다.
반사 전극(300)은 스퍼터링(Sputtering)법, 전자-빔 증착법(E-beam evaporation), 열 증착법(Thermal evaporation), 레이저 분자 빔 증착법(Laser Molecular Beam Epitaxy, L-MBE), 및 펄스 레이저 증착법(Pulsed Laser Deposition, PLD) 중에서 선택된 어느 하나의 물리 기상 증착법(Physical Vapor Deposition, PVD); 열 화학 기상 증착법(Thermal Chemical Vapor Deposition), 플라즈마 화학 기상 증착법(Plasma-Enhanced Chemical Vapor Deposition, PECVD), 광 화학 기상 증착법(Light Chemical Vapor Deposition), 레이저 화학 기상 증착법(Laser Chemical Vapor Deposition), 금속-유기 화학 기상 증착법(Metal-Organic Chemical Vapor Deposition, MOCVD), 및 수소화물 기상 증착법(Hydride Vapor Phase Epitaxy, HVPE) 중에서 선택된 어느 하나의 화학 기상 증착법(Chemical Vapor Deposition); 또는 원자층 증착법(Atomic Layer Deposition, ALD)을 이용하여 형성될 수 있다.
반사 전극(300)은 마그네슘, 칼슘, 나트륨, 칼륨, 타이타늄, 인듐, 이트륨, 리튬, 가돌리늄, 알루미늄, 백금, 금, 텅스텐, 탄탈륨, 구리, 은, 주석 및 납 중에서 선택된 1종 이상으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판(100)은 기저 폴리머층(50), 기저 폴리머층 상에 구비되는 제2 투명전도층(30) 및 제2 투명전도층 상에 구비되는 제1 투명전도층(20) 을 포함한다.
도 20에 나타나는 것과 같이 제2 투명전도층(30)은 도전체(31) 및 도전체를 피복하는 폴리머피복층(32)을 포함하고, 제2 투명전도층(30)이 제1 투명전도층(20)에 인접하는 절반을 A영역이라 하고, 기저 폴리머층(50)에 인접하는 절반을 B영역이라고 할 때, 도전체(31)의 60% 이상이 A영역에 분포한다. 특히 도전체(31)는 제2투명전도층(30)의 제조 특성에 따라 70% 또는 80% 이상으로 분포하는 것이 보다 바람직하다.
도전체(31)는 금속 나노와이어(311) 또는 메탈 메쉬 패턴(312)을 포함한다. 또한 제2 투명전도층(30)은 제1 투명전도층(20)에 인접하여 분포하는 금속 입자(313)를 더 포함할 수 있다. 금속 입자(313)는 제2 투명전도층의 A 영역에 50% 이상 분포한다. 보다 바람직하게는 제2 투명전도층의 제조 특성에 따라 60% 또는 70% 이상으로 분포하도록 형성하는 것이 좋다.
도전체(31)를 피복하는 폴리머피복층(32)은 PI(Polyimide), PET(Polyethylene terephthalate), PDMS(Polydimethylsiloxane), UV 경화용 Resin 수지, 열 경화용 Resin 수지, 에폭시 등을 이용하여 형성될 수 있다. 바람직하게는 자외선(UV) 경화용 수지(Resin)를 이용하여 도전체(31)가 피복된 것이 좋다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판(100)은 제2 투명전도층(30)을 구비하여 제1 투명전도층(20)의 도전성을 보완할 수 있으며, 특히, 도전체(31)가 제1 투명전도층(20)과 인접하여 분포하기 때문에 더욱 우수한 보조 전극의 특성을 나타낼 수 있다. 이는 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판 제조방법에 의해 제1 투명전도층(20) 상에 제2 투명전도층(30)을 형성하기 때문에 가능한 구조이다.
또한 제2 투명전도층(30)은 메탈 메쉬 패턴(312)이 광추출 형상을 갖는 폴리머에 의해 이중 피복된 층일 수 있다. 제1 투명전도층(20) 상에 연접한 메탈 메쉬 패턴(312)이 광추출 형상, 예를 들면 표면에 요철을 갖는 형상을 갖는 폴리머로 피복되고, 다시 폴리머피복층(32)으로 이중 피복되어 제2 투명전도층을 형성한다.
또한 제2 투명전도층(30)은 상기 메탈 메쉬 패턴이 광추출 입자를 포함하는 폴리머에 의해 이중 피복된 층일 수 있다. 따라서 제1 투명전도층(20) 상에 연접한 메탈 메쉬 패턴(312)이 금속 입자(313)를 포함하는 폴리머로 피복되고, 다시 폴리머피복층(32)으로 이중 피복되어 제2 투명전도층을 형성한다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판(100)에 포함되는 제1 투명전도층(20)은 그 표면에 오목 또는 볼록한 표면 패턴을 구비할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판을 포함한 액정 표시 소자(liquid crystal display), 일렉트로크로믹 디스플레이(ECD), 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel), 플렉서블(flexible) 디스플레이, 전자페이퍼, 터치패널 등의 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
또한 본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판은 유기발광소자나 유기태양전지에 이용될 수 있다. 즉, 본 발명의 투광성 기판(100)의 제1 투명전도층(20) 상에 발광물질층(200) 및 반사 금속층(300)을 적층하여 유기발광소자를 제공할 수 있고, 또한 광활성층 및 금속전극층을 적층하여 유기태양전지를 제공할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따른 투광성 기판의 제2 투명전도층(30)이 광 추출 기능을 하는 구조를 포함하는 경우, 예를 들면, 금속 입자를 포함하여 광 산란을 일으키거나 광추출이 가능한 형상을 포함하는 폴리머를 포함하는 경우, 조명용 유기발광소자로 적합하게 이용될 수 있다.
실시예
실시예 1
0.6mm 글래스 기판 위에 버퍼 용액을 스핀 코팅하여 400nm의 버퍼층을 형성하고, 버퍼층 상에 물리기상증착 방식으로 10nm의 투명산화물층을 형성하고, 투명산화물 상에 은 나노와이어(Ag NW)를 포함하는 고분자 잉크 조성물을 도포하고 80~150℃에서 5분~10분 건조 및 경화시켜 200nm이하의 AgNW층을 형성한다. 폴리이미드(PI) 용액 또는 UV resin을 도포 및 건조시켜 폴리머층을 형성한 후, 광에 의한 잠열을 이용하여 버퍼층의 성상을 변화시킴(녹임)으로써 투명 산화물층과 분리하여 투광성 기판을 제조하였다.
실시예 2
0.2mm의 3mm 기판 필름을 롤러에 감아 연속적으로 제공하며 롤투롤 공정을 실시하였다. 먼저 유연 기판 필름에 버퍼층 용액을 코팅하고 열처리하여 희생층을 형성하였으며, 제1 투명전도층을 증착시키고 은 나노와이어를 증착시켜 코팅한 후 고온 건조시켜 제2 투명전도층을 형성하고, 폴리머 용액을 코팅하고 열처리하여 기저 폴리머층을 형성하였다. 여기에 광을 조사하여 버퍼층을 녹임으로써 유연 기판을 분리하여 투광성 기판을 연속적으로 제조하였다. 도 18에 본 실시예의 롤투롤 제조공정을 나타내었다.
실시예 3
0.5mm의 3mm기판 필름을 롤러에 감아 연속적으로 제공하며 롤투롤 공정을 실시하였다. 먼저 유연 기판 필름에 버퍼 용액을 코팅하고 열처리 할 때, 용액코팅에 의한 원심력으로 물결무늬를 가지는 버퍼층을 형성하였으며, 제1 투명전도층을 증착시키고 은 나노와이어를 성장시켜 코팅한 후 고온 건조시켜 제2 투명전도층을 형성하고, 폴리머 또는 UV resin 용액을 코팅하고 UV처리에 의해 기저 폴리머층을 형성하였다. 여기에 제논 램프를 이용하여 버퍼층을 녹임으로써 유연 기판을 분리하여 투광성 기판을 연속적으로 제조하였다. 제조된 투광성 기판은 버퍼층의 표면형상과 동일한 물결무늬를 나타내며, 도 18에 본 실시예의 롤투롤 제조공정을 나타내었다.
비교예
캐리어 글래스에 폴리이미드(PI) 용액을 도포 건조시켜 PI 필름을 제조한 후, 그 위에 배리어 코팅막을 형성하고 ITO 투명전극 제조 공정을 진행시켜 디바이스를 만든 다음 캐리어 글래스에서 분리시켜 투광성 전극을 제조하였다.
실험예
(1) 이미지 측정
도 21에 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 유연성을 시각적으로 나타내는 사진을 도시하였다.
도 22에 본 발명의 실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 제1 투명전도층 방향에서 촬영한 표면 광학 이미지 사진을 나타내었으며, 도 23에 제2 투명전도층의 금속 나노와이어를 확인 가능한 SEM 이미지 사진을 나타내었다.
도 24에 버퍼층의 표면 형상을 제어함으로써 제조된 투광성 기판의 제1 투명전도층의 표면 형상이 물결 무늬로 제어된 SEM 이미지 사진을 나타내었다.
(2) X-선 회절 패턴(XRD) 및 EDX 측정
도 25에 제1 투명전도층, 제2 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판의 XRD 측정 데이터를 나타내었으며, ITO의 피크, Ag의 피크를 갖는다.
도 26에 제1 투명전도층, 제2 투명전도층, 광추출층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판의 XRD 측정 데이터를 나타내었으며, ITO의 피크, ZnO의 피크, Ag의 피크 및 C-H의 피크를 갖는다.
도 27에 본 발명의 일실시예에 따라 제조된 투광성 기판의 EDX 를 통한 성분분석 데이터를 나타내었으며, Si, C, O, Zn, Ag, In, Sn 등의 성분이 존재하는 것을 알 수 있다.
(3) 평탄도(표면 거칠기) 측정
실시예에서 제조된 투광성 기판의 제1 투명전도층의 표면거칠기를 AFM(Atomic Force Microscope)을 이용하여 10㎛×10㎛의 스캔 범위로 관측할 때, RPV 및 RMS를 측정하였다. 측정결과는 하기 표 1에 나타내었으며, 도 28에 표면 AFM profile을 나타내었다. 또한 도 29에 물결무늬로 형상제어된 투광성 전극의 AFM 이미지를 나타내었다.
(4) 투과율 및 전기전도성 측정
실시예에서 제조된 다양한 광추출층 두께를 갖는 플렉서블 투광성 기판의 표면 저항을 측정하여 전기전도성을 측정하였으며, 표면 저항 측정 시에 통상적으로 사용되는 4 포인트 프로브(기기명: MCP-T610, 제조사: MITSUBISHI CHEMICAL)를 사용하고, 핀간 간격이 5 mm인 ESP 타입의 프로브를 이용하여 측정하였다. 측정결과는 하기 표 1에 나타내었으며, 표 2 및 도 230에 광추출층의 평균 두께에 따른 광학적 성능 및 전기전도성 데이터를 나타내었다.
RPV(nm) RMS(nm) 면저항(Ω/□)
실시예 1 5.769 0.6217 3.09
실시예 2 31.9 2.008 8.77
Property 광추출층 두께
Average
Thickness(nm)		 124 186 214 256
Transmittance(%) 77.9 70.8 70.3 69.8
Haze(%) 10.3 47 49.8 54.6
Sheet
Resistance(Ω/□)		 5.88 55.35 30.4 13.9
전술한 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

  1. 제1 투명전도층, 제2 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 광 추출 기능을 갖는 투광성 기판 제조방법으로서,
    이형층을 준비하는 제1 단계;
    상기 이형층 상에 투명 전도성 산화물, 투명 전도성 질화물, 투명 전도성 황화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 층인 제1 투명전도층을 형성하는 제2-1 단계;
    상기 제1 투명전도층 상에 망상구조의 메탈 메쉬 또는 금속 나노와이어를 포함하는 도전체 및 상기 도전체를 피복하는 폴리머피복층을 포함하는 제2 투명전도층을 형성하는 제2-2 단계;
    상기 제2 투명전도층 상에 기저 폴리머층을 형성하는 제3 단계; 및
    상기 이형층을 상기 제1 투명전도층으로부터 분리하여 제1 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판을 얻는 제4 단계;를 포함하는 투광성 기판 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 금속 나노와이어가 포함된 잉크 조성물을 상기 제1 투명전도층 상에 도포하고 건조 및 경화시킨 후, 폴리머로 피복하여 제2 투명전도층을 형성하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 상기 제1 투명전도층 상에 메탈 메쉬 패턴을 형성하고, 폴리머로 피복하여 제2 투명전도층을 형성하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 상기 금속 나노와이어가 포함된 잉크 조성물에 금속 입자를 더 포함하여 제2 투명전도층을 형성하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 상기 메탈 메쉬 패턴 형성 후, 페이스트를 이용하여 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 1차 피복한 후, 1차 피복된 메탈 메쉬 패턴을 포함하는 층 전체를 폴리머로 2차 피복하여 제2 투명전도층을 형성하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 금속 입자 또는 금속 산화물 입자를 포함하는 페이스트를 이용하여 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 1차 피복하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  7. 제3항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 1차 피복 시 페이스트에 기공을 형성하여 1차 피복하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 1차 피복 시 페이스트를 이용하여 표면에 요철을 갖는 형상으로 1차 피복하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  9. 제3항에 있어서,
    상기 제2-2 단계는 상기 메탈 메쉬 패턴 부분을 금속산화물을 이용하여 1차 피복하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  10. 제2항에 있어서,
    상기 이형층은 기판, 버퍼 기판 또는 일면에 버퍼층을 포함하는 기판을 포함하는 투광성 기판 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 제4 단계는 상기 이형층에 광 에너지를 조사하여 상기 이형층을 이루는 물질의 성상을 변화시켜 상기 이형층을 상기 제1 투명전도층으로부터 분리하는 단계인 투광성 기판 제조방법.
  12. 제1 투명전도층, 제2 투명전도층, 광추출층 및 기저 폴리머층을 포함하는 광 추출 기능을 갖는 투광성 기판 제조방법으로서,
    이형층을 준비하는 제1 단계;
    상기 이형층 상에 투명 전도성 산화물, 투명 전도성 질화물, 투명 전도성 황화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 층인 제1 투명전도층을 형성하는 제2-1 단계;
    상기 제1 투명전도층 상에 망상구조의 메탈 메쉬 또는 금속 나노와이어를 포함하는 도전체를 도포하고, 상기 도전체를 피복하는 폴리머피복층을 포함하는 제2 투명전도층을 형성하는 제2-2 단계;
    상기 제2 투명전도층 상에 광추출층을 형성하는 제2-3 단계;
    상기 광추출층 상에 기저 폴리머층을 형성하는 제3 단계; 및
    상기 이형층을 상기 제1 투명전도층으로부터 분리하여 제1 투명전도층 및 기저 폴리머층을 포함하는 투광성 기판을 얻는 제4 단계;를 포함하는 투광성 기판 제조방법.
  13. 제1항 또는 제12항에 있어서,
    상기 제4 단계 이후에, 상기 분리된 제1 투명전도층에 플라즈마 처리하여 잔존하는 이형층 성분을 제거하는 제5 단계를 더 포함하는 투광성 기판 제조방법.

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