JP5780504B2 - 電極およびこれを含む電子素子ならびに電極の製造方法 - Google Patents

Description

本出願は２０１０年１２月３０日に韓国特許庁に提出された韓国特許出願第１０−２０１０−０１３９２８３号の出願日の利益を主張し、その内容の全ては本明細書に含まれる。
本発明は、電極およびこれを含む電子素子に関する。より具体的には、本発明は、補助電極を含む電極およびこれを含む電子素子に関する。

最近、ディスプレイやタッチパネルなどの電子素子において、有効画面部に透明電極が形成されることが求められている。このために電極としてＩＴＯ、ＺｎＯなどのような材料からなる透明導電膜を用いているが、これらは導電度が低いという問題がある。これを改善するために、導電度向上を目的に透明導電膜電極上に金属パターンからなる補助電極を形成する試みがなされている。

当技術分野では、性能に優れ、且つ、製造方法が容易な電極とこれを含む電子素子および電極の製造方法に関する研究が必要である。

本発明は、導電性パターンを含む補助電極、および前記補助電極の少なくとも一部上に備えられ、前記補助電極と電気的に接続された主電極を含み、補助電極の導電性パターンは、０度よりも大きく２５度以下である、底部面または基板に接触する表面と補助電極の側面とのなす角度を有し、主電極は、補助電極の上部面および側面を全て覆った構造であり、補助電極の導電性パターンは銅からなる、電極を提供する。

本発明において、前記電極上に備えられる要素の許容厚さ偏差がβ％である場合、前記補助電極の導電性パターンのテーパー角αは、下記数学式１で表されることができる。
［数学式１］
０≦α＜Ａｒｃｃｏｓ［（１−０．０１×β）］

また、本発明は、前記電極を含む電子素子を提供する。

また、本発明は、
１）基材上に導電性パターンを含む補助電極を形成するステップ、および
２）前記補助電極の少なくとも一部上に備えられ、前記補助電極と電気的に接続された主電極を形成するステップ
を含み、
補助電極の導電性パターンは、０度よりも大きく２５度以下である、底部面または基板に接触する表面と補助電極の側面とのなす角度を有し、
主電極は、補助電極の上部面および側面を全て覆った構造であり、
補助電極の導電性パターンは銅からなる電極の製造方法を提供する。

本発明の一実施状態によれば、導電性などの性能に優れた電極およびこれを含む電子素子を容易に提供することができる。

本発明の一実施状態による電極の側面構造を例示する図である。 本発明による電極をフォトリソグラフィ工程によって製造した例を示す図である。 フォトリソグラフィ工程におけるソフトベーク温度に応じた補助電極パターンのテーパー角を示す図である。 フォトリソグラフィ工程におけるソフトベーク温度に応じた補助電極パターンのテーパー角を示す図である。 本発明による電極を間接印刷工程によって製造した例を示す図である。 間接印刷工程におけるソフトベーク温度に応じた補助電極パターンのテーパー角を示す図である。 間接印刷工程におけるソフトベーク温度に応じた補助電極パターンのテーパー角を示す図である。 フォトリソグラフィ工程または間接印刷工程における補助電極パターンのエッチング液に応じた補助電極パターンのテーパー角を示す図である。 オキソン（Ｏｘｘｏｎ）系エッチング液を用いた場合の補助電極パターンの厚さに応じたテーパー角を示す図である（実施例）。 過酸化水素系エッチング液を用いた場合の補助電極パターンの厚さに応じたテーパー角を示す図である（比較例）。 グラビアオフセット印刷工程によって本発明による電極を製造した例を示す図である。 グラビアオフセット印刷工程によって本発明による電極を製造した例に応じた結果物の写真である。 リバースオフセット印刷工程によって本発明による電極を製造した例を示す図である。 リバースオフセット印刷工程によって本発明による電極を製造した例に応じた結果物の写真である。 実施例および比較例で製造された電極の表面特性を示す写真である。 実施例および比較例で製造された電極の表面特性を示す写真である。

以下、本発明をより詳細に説明する。

本発明による電極は、導電性パターンを含む補助電極、および前記補助電極の少なくとも一部上に備えられ、前記補助電極と電気的に接続された主電極を含むことを特徴とする。本発明では、従来とは異なり、補助電極が主電極の下段部に位置する埋め型構造を有することを特徴とする。

従来は、主電極の導電度を向上させるために補助電極を用いる場合、前記主電極上に備えられる要素の安定性および層間の界面特性を考慮して、主電極を先に形成し、その上に補助電極を形成することが一般的であった。しかし、本発明では、補助電極パターンのテーパー角を調節する場合、具体的には、そのテーパー角を下げる場合は、補助電極上に主電極を形成しても電極上に備えられる要素の安定性を保障することができ、むしろ層間の界面特性にもより優れるという事実を見出した。

本発明において、前記電極上に備えられる要素の許容厚さ偏差がβ％である場合、前記補助電極の導電性パターンのテーパー角αは、下記数学式１で表されることができる。
［数学式１］
０≦α＜Ａｒｃｃｏｓ［（１−０．０１×β）］
本明細書においてテーパー角は、底部面または基板に接触する表面と補助電極の側面とのなす角度として定義され、当該角度は、０度よりも大きく２５度以下である。

図１に本発明の一実施状態による電極の側面構造を例示する。前記補助電極の導電性パターンのテーパー角をαとし、その上に備えられる主電極の平坦面における厚さをＴ_０とすると、前記補助電極の導電性パターンによって傾斜した領域（ｓｌｏｐｅ）における主電極の厚さＴはＴ＝Ｔ_０ｃｏｓ（α）と定義される。同じ数式により、前記補助電極の導電性パターンのテーパー角をαとし、主電極、例えばＩＴＯ主電極上に備えられる要素、例えば有機発光素子の有機物層の平坦面における厚さをＤ_０とすると、前記補助電極の導電性パターンによって傾斜した領域（ｓｌｏｐｅ）上に備えられるＯＬＥＤ物質の厚さＤはＤ＝Ｄ_０ｃｏｓ（α）と定義される。前記主電極上に位置する要素、例えば有機発光素子の場合は、有機物層またはタッチパネルの場合は、また他の電極の許容厚さ偏差をβ％と仮定すると、下記数学式２のように表されることができる。
［数学式２］
（１−０．０１×β）×Ｄ_０≦Ｄ＝Ｄ_０ｃｏｓ（α）≦Ｄ_０

したがって、前記補助電極の導電性パターンの許容可能なテーパー角は、前記数学式１のように表すことができるという事実を見出した。

前記数学式１によれば、結局、主電極の上層部に位置する要素の許容厚さ偏差は、下部の補助電極の導電性パターンのテーパー角に依存する。例えば、上層部に位置する要素の厚さ偏差が１０％以下になるように適用する場合、前記補助電極の導電性パターンの許容可能なテーパー角は約０超過２５度以下の値を有する。

また、本発明者は、補助電極パターンのテーパー角を調節することができる、好ましくは下げることができる方法を見出した。

本発明の一実施状態によれば、前記補助電極パターンのテーパー角の調節は、フォトリソグラフィ法または間接印刷法を利用することができる。この方法において、ソフトベーク温度を調節するか、エッチング液の組成を調節することにより、補助電極パターンのテーパー角を調節することができる。

一例として、本発明により、補助電極パターンのテーパー角を下げるために、前記フォトレジスト材料のソフトベーク温度を１１０℃以下に調節することができる。

図２にフォトリソグラフィ法を利用して補助電極を形成する例を図示する。図２は、本発明を例示するためのものであり、これによって本発明の範囲が限定されるものではない。図２は、基材上に補助電極形成用導電性層を形成するステップと、前記導電性層上にフォトレジストをコーティングするステップと、選択的な露光および現像によってフォトレジストパターンを形成するステップ、および前記フォトレジストパターンにより、塗布されない導電性層をエッチングして導電性パターンを形成するステップを含むフォトリソグラフィ工程を示すものである。前記フォトレジストをコーティングした後、１１０℃以下でソフトベークを実施することによって補助電極パターンのテーパー角を下げることができる。１０５℃でソフトベークを実施した場合と１１５℃でソフトベーク（ｓｏｆｔ ｂａｋｅ）を実施した場合の各々のパターン形成された写真を図３および図４に例示する。この時、フォトレジストパターンは、厚さ１マイクロメーターに形成した。この時、好ましいソフトベーク温度は、フォトレジストの構成樹脂および組成物の種類、例えば溶媒の種類など、コーティング厚さなどに応じて当業者が実験を通じて選択適用することができるが、低いテーパー角（ｔａｐｅｒ ａｎｇｌｅ）のためには、素材の硬化温度より低いソフトベーク（ｓｏｆｔ ｂａｋｅ）温度が有利である。

図５に間接印刷法を利用して補助電極を形成する例を図示する。図５は、本発明を例示するためのものであり、これによって本発明の範囲が限定されるものではない。図５によれば、基材上に補助電極形成用導電性層を形成するステップと、前記導電性層上にフォトレジストパターンを印刷するステップ、および前記フォトレジストパターンにより、塗布されない導電性層をエッチングして導電性パターンを形成するステップを含む間接印刷工程において、前記フォトレジストパターンを印刷した後、８０〜９０℃でソフトベークを実施することにより、補助電極パターンのテーパー角を下げることができる。

８５℃でソフトベークを実施した場合と１１５℃でソフトベークを実施した場合の各々のパターン形成された写真を図６および図７に例示する。この時、フォトレジストパターンは、厚さ０．７マイクロメーターに形成した。

前記フォトレジストをコーティングする前に、必要に応じて、前記導電性層を洗浄するステップをさらに含むことができる。また、前記導電性層をエッチングして導電性パターンを形成した後、前記フォトレジストを除去することもできる。

また１つの例として、本発明により、補助電極パターンのテーパー角を下げるために、補助電極形成用導電性層のエッチング液を調節することができる。

例えば、導電性層の材料が銅（Ｃｕ）である場合、オキソン（Ｏｘｘｏｎ）エッチング液を用いる場合は、大部分の条件で低いテーパー角を得ることができるが、従来のエッチング液を用いる場合は、ソフトベークおよびハードベークの有無に関係なく高いレベルのテーパー角を示す。オキソンエッチング液を用いた場合および従来の過酸化水素エッチング液を用いた場合の導電性パターンのテーパー角を示す写真を図８に例示する。

また、オキソンエッチング液を用いる場合の導電性パターンの厚さに応じたテーパー角を図９に例示し、従来の過酸化水素エッチング液を用いた場合の導電性パターンの厚さに応じたテーパー角を図１０に図示する。このようなエッチング液の組成変化およびエッチング温度の変化などを利用して導電性パターンのテーパー角を調節する場合、アルミニウム（Ａｌ）系材料を用いる場合、従来のエッチング液に対する硝酸の含量を従来の２％から約５〜１５％内外に増やすか、あるいはエッチング温度を上げることによって実現可能である。

本発明のまた１つの実施状態によれば、直接印刷法を利用することができる。この方法において、リバースオフセットやグラビアオフセット印刷法を利用することにより、補助電極パターンのテーパー角を調節することができる。直接印刷法を用いる場合においては、グラビア印刷法やリバース印刷法に関係なく低いテーパー角を有する導電性パターンを得ることができる。これは、接触式パターンの形成から来る現象と考えられる。

グラビアオフセット印刷法を利用する工程を図１１に図示し、これによって形成された導電性パターンの写真を図１２に例示する。また、リバースオフセット印刷法を利用する工程を図１３に図示し、これによって形成された導電性パターンの写真を図１４に例示する。

前述したように、テーパー角の低い導電性パターンを含む補助電極を形成することにより、その上に主電極を形成すると、比較的に緩やかな主電極のスタックカバレッジ（ｓｔａｃｋ ｃｏｖｅｒａｇｅ）を有することができる。これにより、主電極上に備えられる要素の安定性を保障することができる。

具体的な例として、ガラス基材上に銅（Ｃｕ）を蒸着して補助電極形成用導電性層を形成し、フォトレジストをコーティングした後に選択的露光および現像を行い、次に導電性層をエッチングして導電性パターンを形成し、その上に主電極としてＩＴＯ層を２００ｎｍの厚さで蒸着した後に断面形状を観察した時、ソフトベークまたはエッチングにおいて前述した低いテーパー角の形成条件を導入した場合とそうでない場合の写真を各々図１５および図１６に示す。

図１５のようにテーパー角の低い導電性パターンを含む補助電極を形成する場合は、その上に備えられる主電極のスタックカバレッジが比較的に緩やかである反面、図１６のようにテーパー角の大きい導電性パターンを含む補助電極を形成する場合は、その上に備えられる主電極のスタックカバレッジが良くない。また、図１６では、銅（Ｃｕ）で形成された補助電極の末端部（ｔａｉｌ）が不規則なエッチング形状（ｅｔｃｈｉｎｇ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）によって不均一な主電極蒸着形状が観察される。

前記間接印刷法であるフォトリソグラフィ工程によって補助電極を形成する場合は、補助電極のテーパー角が約４５度前後の値を有する。また、前記直接印刷法であるリバースオフセット工程またはグラビアオフセット工程によって補助電極を形成する場合は、補助電極のテーパー角が５〜３０度の値を有する。

本発明において、補助電極の導電性パターンは、導電性材料を蒸着または印刷することによって形成することができる。導電性材料としては、銀、アルミニウム、銅、ネオジム、モリブデンまたはこれらの合金のような金属を用いることができる。

補助電極および主電極からなる全体電極の面抵抗値に応じて主電極の厚さを増加させるか、あるいは補助電極の厚さを増加させて形成することができるが、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）工程によって補助電極を形成する場合、一般的に補助電極の厚さが５０ｎｍ〜２，０００ｎｍ内外であることが好ましい。

このような補助電極の平面形状は、規則パターン構造あるいは不規則パターン構造などの様々なパターン形態を有してもよい。

本発明において、主電極は、透明導電性材料で形成することができる。例えば、ＩＴＯ、ＩＺＯ、透明導電性インク（Ａｇ ｎａｎｏｗｉｒｅ ｉｎｋ、透明導電性高分子など）などを用いることができる。前記主電極は、前述したように当業者の要求抵抗値に合わせて形成することができ、スパッタリング工程を利用して形成する場合、一般的に厚さが５０ｎｍ〜２，０００ｎｍであることが好ましい。

本発明において、前記補助電極および主電極は、透明基板上に形成されることができる。前記透明基板は特に限定されず、当技術分野で知られた材料を用いることができる。例えば、ガラス、プラスチック基板、プラスチックフィルムなどを用いることができるが、これらのみに限定されるものではない。

本発明の一実施状態によれば、前記主電極は、補助電極の上部面および側面を全て覆う構造であることが好ましい。すなわち、本発明において、前記補助電極は、埋め型構造を有する補助電極であってもよい。

また、本発明は、前記電極を含む電子素子を提供する。

前記電子素子は、タッチパネル、有機発光素子および表示装置などを含む。

本発明による電子素子がタッチパネルである場合、前記主電極上に位置する要素は、また１つの電極であってもよい。必要な場合、前記主電極とまた１つの電極との間に絶縁層が備えられることができる。この時、前記また１つの電極の許容厚さ偏差は、構成成分、例えば金属の剛性（Ｓｔｉｆｆｎｅｓｓ）に応じて異なるが、通常、要求厚さにおいてクラック（ｃｒａｃｋ）が発生しないレベルの偏差を有することが好ましく、これにより、前記補助電極の導電性パターンのテーパー角を実験的に決めることができる。

本発明による電子素子が有機発光素子である場合、前記主電極上に位置する要素は、有機物層および上部電極であってもよい。前記有機物層の厚さ偏差が大きい場合、素子寿命に悪影響を及ぼし得る。前記有機物層の好ましい厚さ偏差は０〜１０％であるため、前記補助電極の導電性パターンのテーパー角は０〜２５度であることが好ましい。

また、本発明は、基材上に導電性パターンを含む補助電極を形成するステップ、および前記補助電極の少なくとも一部上に備えられ、前記補助電極と電気的に接続された主電極を形成するステップを含む電極の製造方法を提供する。本発明による方法においては、フォトリソグラフィ法、間接印刷法または直接印刷法を利用することができ、具体的な内容は前述した通りである。

以下、実施例によって本発明をより詳細に説明する。但し、以下の実施例は本発明を例示するためのものであり、本発明の範囲がこれによって限定されるものではない。

＜実施例＞
Ｃｕ金属をスパッタリング工程を利用して約１００ｎｍ厚さで蒸着した後、この上にＬＧ４１２ＤＦ ＰＲを利用して厚さ１マイクロメーターのフォトレジストを形成した。その次、前記フォトレジストを約１２５℃の温度でソフトベークした後、各々、オキソン（Ｏｘｘｏｎ）系エッチング液（自体製造）および過酸化水素水を基にしたエッチング液（ＥＮＦ社のＣｕ ｅｔｃｈａｎｔ）でエッチングした後、ＬＧＳ１００ストリッパー（ｓｔｒｉｐｐｅｒ）で洗浄した。その次、ＩＴＯスパッタ（ｓｐｕｔｔｅｒ）装置を利用してＩＴＯを各々の基板に約２００ｎｍの厚さで蒸着し、その結果は図１５に示す通りである。

エッチング液を調整して導電性パターンのテーパー角が小さくなるように調節した場合、図１５のようにＩＴＯのスタックカバレッジが優れていた。

＜比較例＞
エッチング液として、過酸化水素を基にしたエッチング液（ＥＮＦ社のＣｕ ｅｔｃｈａｎｔ）を用いたことを除いては、実施例と同様に実施した。その結果を図１６に示す。図１５に比べてＩＴＯのスタックカバレッジが良くなく、銅（Ｃｕ）で形成された補助電極の末端部（ｔａｉｌ）が不規則なエッチング形状（ｅｔｃｈｉｎｇ ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ）によって不均一な主電極蒸着形状が観察された。
なお、本願明細書に記載の実施形態によれば、以下の構成もまた開示される。
［項目１］
導電性パターンを含む補助電極、および前記補助電極の少なくとも一部上に備えられ、前記補助電極と電気的に接続された主電極を含む電極。
［項目２］
前記電極上に備えられる要素の許容厚さ偏差がβ％である場合、前記補助電極の導電性パターンのテーパー角αは、下記数学式１で表されることを特徴とする、項目１に記載の電極。
［数学式１］
０≦α＜Ａｒｃ［（１−０．０１×β）］
［項目３］
前記電極上に備えられる要素の許容厚さ偏差は、１０％以下であることを特徴とする、項目２に記載の電極。
［項目４］
前記補助電極の導電性パターンのテーパー角は、０度超過２５度以下であることを特徴とする、項目１〜３の何れか１項に記載の電極。
［項目５］
前記補助電極の導電性パターンは、銀、アルミニウム、銅、ネオジム、モリブデンまたはこれらの合金を含むことを特徴とする、項目１〜４の何れか１項に記載の電極。
［項目６］
前記主電極は、透明導電性材料を含むことを特徴とする、項目１〜５の何れか１項に記載の電極。
［項目７］
前記主電極は、補助電極の上部面および側面を全て覆った構造であることを特徴とする、項目１〜６の何れか１項に記載の電極。
［項目８］
項目１〜７のいずれか１項に記載の電極を含む電子素子。
［項目９］
前記電子素子は、タッチパネル、有機発光素子または表示装置であることを特徴とする、項目８に記載の電子素子。
［項目１０］
１）基材上に導電性パターンを含む補助電極を形成するステップ、および
２）前記補助電極の少なくとも一部上に備えられ、前記補助電極と電気的に接続された主電極を形成するステップ
を含む電極の製造方法。
［項目１１］
前記電極上に備えられる要素の許容厚さ偏差がβ％である場合、前記補助電極の導電性パターンのテーパー角αは、下記数学式１で表されることを特徴とする、項目１０に記載の電極の製造方法。
［数学式１］
０≦α＜Ａｒｃ［（１−０．０１×β）］
［項目１２］
前記補助電極の導電性パターンのテーパー角は、０度超過２５度以下であることを特徴とする、項目１１に記載の電極の製造方法。
［項目１３］
前記補助電極はフォトリソグラフィ法によって形成され、前記補助電極の形成時、フォトレジスト材料のソフトベーク温度を１１０℃以下に調節することを特徴とする、項目１０〜１２の何れか１項に記載の電極の製造方法。
［項目１４］
前記補助電極は間接印刷法によって形成され、前記補助電極の形成時、フォトレジスト材料のソフトベーク温度を８０〜９０℃に調節することを特徴とする、項目１０〜１２の何れか１項に記載の電極の製造方法。
［項目１５］
前記補助電極はフォトリソグラフィ法または間接印刷法によって形成され、前記補助電極の形成時、前記補助電極の材料が銅を含む場合、エッチング液としてオキソン（Ｏｘｘｏｎ）系エッチング液を用いることを特徴とする、項目１０〜１２の何れか１項に記載の電極の製造方法。
［項目１６］
前記補助電極は、リバースオフセット印刷法またはグラビアオフセット印刷法によって形成されることを特徴とする、項目１０〜１２の何れか１項に記載の電極の製造方法。

１０：基板
２０：補助電極
３０：主電極
４０：有機物層または追加の電極

Claims (9)

1. 導電性パターンを含む補助電極、および前記補助電極の少なくとも一部上に備えられ、前記補助電極と電気的に接続された主電極を含み、
   前記補助電極の前記導電性パターンは、０度よりも大きく２５度以下である、底部面または基板に接触する表面と前記補助電極の側面とのなす角度を有し、
   前記主電極は、前記補助電極の上部面および側面を全て覆った構造であり、
   前記補助電極の材料は銅からなる
   電極。
2. 前記主電極は、透明導電性材料を含むことを特徴とする、請求項１に記載の電極。
3. 請求項１または２に記載の電極を含む電子素子。
4. 前記電子素子は、タッチパネル、有機発光素子または表示装置であることを特徴とする、請求項３に記載の電子素子。
5. １）基材上に導電性パターンを含む補助電極を形成するステップ、および
   ２）前記補助電極の少なくとも一部上に備えられ、前記補助電極と電気的に接続された主電極を形成するステップ
   を含み、
   前記補助電極の前記導電性パターンは、０度よりも大きく２５度以下である、底部面または基板に接触する表面と前記補助電極の側面とのなす角度を有し、
   前記主電極は、前記補助電極の上部面および前記側面を全て覆った構造であり、
   前記補助電極の材料は銅からなる
   電極の製造方法。
6. 前記補助電極はフォトリソグラフィ法によって形成され、
   前記フォトリソグラフィ法は、
   前記基材上に前記補助電極の形成用の導電性層を形成するステップと、
   前記導電性層上にフォトレジストをコーティングし、前記フォトレジストをソフトベークするステップと、
   選択的な露光および現像によってフォトレジストパターンを形成するステップと、
   前記フォトレジストパターンで覆われていない前記導電性層をエッチングすることにより前記導電性パターンを形成するステップと
   を含み、
   前記フォトレジストのソフトベーク温度を１１０℃以下に調節することを特徴とする、請求項５に記載の電極の製造方法。
7. 前記補助電極は間接印刷法によって形成され、
   前記間接印刷法は、
   前記基材上に前記補助電極の形成用の導電性層を形成するステップと、
   前記導電性層上にフォトレジストパターンを印刷し、前記フォトレジストパターンをソフトベークするステップと、
   前記フォトレジストパターンで覆われていない前記導電性層をエッチングすることにより前記導電性パターンを形成するステップと
   を含み、
   前記フォトレジストパターンのソフトベーク温度を８０〜９０℃に調節することを特徴とする、請求項５に記載の電極の製造方法。
8. 前記補助電極はフォトリソグラフィ法または間接印刷法によって形成され、
   前記フォトリソグラフィ法は、
   前記基材上に前記補助電極の形成用の導電性層を形成するステップと、
   前記導電性層上にフォトレジストをコーティングし、前記フォトレジストをソフトベークするステップと、
   選択的な露光および現像によってフォトレジストパターンを形成するステップと、
   前記フォトレジストパターンで覆われていない前記導電性層をエッチングすることにより前記導電性パターンを形成するステップと
   を含み、
   前記間接印刷法は、
   前記基材上に前記補助電極の形成用の導電性層を形成するステップと、
   前記導電性層上にフォトレジストパターンを印刷し、前記フォトレジストパターンをソフトベークするステップと、
   前記フォトレジストパターンで覆われていない前記導電性層をエッチングすることにより前記導電性パターンを形成するステップと
   を含み、
   前記導電性層のエッチングにはオキソン（Ｏｘｘｏｎ）系エッチング液を用いることを特徴とする、請求項５に記載の電極の製造方法。
9. 前記補助電極は、リバースオフセット印刷法またはグラビアオフセット印刷法によって形成されることを特徴とする、請求項５に記載の電極の製造方法。