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KR101627050B1 - 미세 구조체를 갖는 기판, 및 그 제조 방법 - Google Patents

미세 구조체를 갖는 기판, 및 그 제조 방법 Download PDF

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KR101627050B1
KR101627050B1 KR1020140170362A KR20140170362A KR101627050B1 KR 101627050 B1 KR101627050 B1 KR 101627050B1 KR 1020140170362 A KR1020140170362 A KR 1020140170362A KR 20140170362 A KR20140170362 A KR 20140170362A KR 101627050 B1 KR101627050 B1 KR 101627050B1
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microstructure
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nanomaterial
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김태환
추동철
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법이 제공된다. 상기 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법은, 보조 기판의 상부면 상에 미세 구조체를 형성하는 단계, 상기 미세 구조체 상에 베이스 용액(base solution)을 코팅하는 단계, 상기 베이스 용액을 열처리하여, 상기 미세 구조체를 덮는 베이스 기판을 형성하는 단계, 및 상기 베이스 기판으로부터 상기 보조 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.

Description

미세 구조체를 갖는 기판, 및 그 제조 방법{Substrate comprising Micro/Nano structure, and method of fabricating the same}
본 발명은 미세 구조체를 갖는 기판, 및 그 제조 방법에 관련된 것으로, 보다 상세하게는, 보조 기판 상에 배치된 미세 구조체 상에 베이스 용액을 코팅하고, 베이스 용액을 열처리하여, 베이스 기판을 형성한 후, 상기 보조 기판을 제거하는 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법에 관련된 것이다.
마이크로/나노 구조체(micro/nano structure)는 크기가 수 nm에서 수백 nm 로, 나노 스케일에서 물질을 조작 및 제어하기 때문에, 기존 물질과 다른 새로운 물리적/화학적 특성을 기대할 수 있어, 기존 물질의 한계를 극복할 수 있는 차세대 재료로 각광받고 있다.
이러한 마이크로/나노 구조체는 유기발광 소자, 액정 디스플레이, 터치 패널, 또는 태양 전지 등 다양한 분야의 기술들이 사용될 수 있는 기반을 제공하는 핵심 신소재이다. 일반적으로 이러한 마이크로/나노 구조체는 화학적 방법에 의해 다양한 크기로 제조되며, 마이크로/나노 구조체들은 바 코팅, 스프레이 코팅, 스핀 코팅, 브러쉬 코팅, 딥 코팅, 그라비아 코팅 등을 이용하여 기판 상에 코팅되며, 우수한 특성을 갖는 마이크로/나노 구조체 기판을 제조하기 위한 많은 기술들이 개발되고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허공개공보 10-2013-0037483(출원번호 10-2011-0101907)에는 기판 상에 탄소 나노 튜브, 금속 나노 와이어, 금속 나노 로드 중에서 선택된 어느 하나를 포함하는 1차원 전도성 나노 소재를 형성하고, 1차원 전도성 나노 소재 상면에 그래핀, 보론나이트라이드, 텅스텐 옥사이드 등에서 선택된 어느 하나를 포함하는 2차원 나노 소재를 형성하여, 전도성 필름을 제조하는 방법이 개시되어 있다.
대한민국 특허공개공보 10-2013-0037483
본 발명이 해결하고자 하는 일 기술적 과제는 표면 조도가 최소화된, 미세 구조체를 갖는 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 기술적 과제는 고신뢰성의 미세 구조체를 갖는 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 플렉시블(flexible)한 미세 구조체를 갖는 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 투명하고 전도성 있는, 미세 구조체를 갖는 기판 및 그 제조 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 상술된 것에 제한되지 않는다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법은, 보조 기판의 상부면 상에 미세 구조체를 형성하는 단계, 상기 미세 구조체 상에 베이스 용액(base solution)을 코팅하는 단계, 상기 베이스 용액을 열처리하여, 상기 미세 구조체를 덮는 베이스 기판을 형성하는 단계, 및 상기 베이스 기판으로부터 상기 보조 기판을 제거하는 단계를 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 용액이 열처리되는 동안, 상기 미세 구조체의 적어도 일부가 서로 용융되어 접합되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체 및 상기 보조 기판 사이에 공극이 존재하고, 상기 베이스 용액은, 상기 공극을 채우는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체는, 상기 베이스 기판 내에 배치되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법은, 상기 보조 기판 상에 상기 미세 구조체를 형성하기 전, 상기 보조 기판의 상기 상부면의 표면 에너지를 감소시키는 전처리 공정을 수행하는 단계를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법은, 상기 베이스 용액을 코팅하기 전, 상기 미세 구조체가 형성된 상기 보조 기판을 열처리하는 단계, 및 상기 보조 기판이 분리된 후 상기 베이스 기판을 열처리하는 단계 중에서 적어도 어느 하나를 더 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법은, 상기 미세 구조체를 형성하기 전, 상기 보조 기판의 상기 상부면 상에 이형층을 형성하는 단계를 더 포함하고, 상기 미세 구조체는 상기 이형층 상에 형성되고, 상기 보조 기판을 상기 베이스 기판으로부터 분리시키는 것은, 상기 이형층을 제거하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판으로부터 상기 보조 기판이 제거되어, 상기 보조 기판의 상기 상부면에 인접한 상기 베이스 기판의 메인 면(main surface)를 노출되는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판의 상기 메인 면은, 상기 미세 구조체로 구성되는 부분, 및 상기 베이스 기판으로 구성된 부분을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법은, 상기 베이스 기판의 상기 메인 면 상에 전도성 막을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 전자 소자의 제조 방법을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전자 소자의 제조 방법은, 상술된 실시 예들에 따라, 상기 미세 구조체를 갖는 기판을 제조하는 단계, 및 상기 베이스 기판의 상기 메인 면 상에 반도체 소자를 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 미세 구조체를 갖는 기판을 제공한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체를 갖는 기판은, 평평한(flat) 메인 면을 갖는 베이스 기판, 및 상기 메인 면에 인접한 상기 베이스 기판의 내부에 배치된 미세 구조체를 포함하되, 상기 베이스 기판의 상기 메인 면은, 상기 베이스 기판으로 구성된 제1 부분, 및 상기 미세 구조체로 구성된 제2 부분을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 기판은, 상기 메인 면에 대향하는 반대면을 포함하고, 상기 미세 구조체는, 상기 베이스 기판 내에 배치되되, 상기 반대면보다, 상대적으로 상기 메인 면에 가깝게 위치하는 것을 포함할 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체는, 상기 메인 면을 구성하는 노출부(exposed portion), 및 상기 메인 면 아래에 위치하는 함몰부(dent portion)를 포함하고, 상기 함몰부는, 상기 메인 면의 상기 제1 부분으로 덮이는 것을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 보조 기판 상에 형성된 미세 구조체 상에 베이스 용액이 코팅되고, 상기 베이스 용액을 열처리하여 베이스 기판이 형성된다. 상기 베이스 기판으로부터 상기 보조 기판이 제거되어, 상기 보조 기판에 인접한 상기 베이스 기판의 메인 면이 노출된다. 상기 베이스 기판의 메인 면은 상기 미세 구조체로 구성된 부분을 갖고, 실질적으로 평평할 수 있다. 이에 따라, 표면 조도가 최소화된 미세 구조체를 갖는 기판이 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판, 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 나노 와이어 기판 및 그 제조 방법의 변형 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 투과도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 표면 조도를 설명하기 위한 원자힘 현미경 측정 사진이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명할 것이다. 그러나 본 발명의 기술적 사상은 여기서 설명되는 실시 예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 오히려, 여기서 소개되는 실시 예는 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소가 다른 구성요소 상에 있다고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 형성될 수 있거나 또는 그들 사이에 제 3의 구성요소가 개재될 수도 있다는 것을 의미한다. 또한, 도면들에 있어서, 막 및 영역들의 두께는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
또한, 본 명세서의 다양한 실시 예 들에서 제1, 제2, 제3 등의 용어가 다양한 구성요소들을 기술하기 위해서 사용되었지만, 이들 구성요소들이 이 같은 용어들에 의해서 한정되어서는 안 된다. 이들 용어들은 단지 어느 구성요소를 다른 구성요소와 구별시키기 위해서 사용되었을 뿐이다. 따라서, 어느 한 실시 예에 제 1 구성요소로 언급된 것이 다른 실시 예에서는 제 2 구성요소로 언급될 수도 있다. 여기에 설명되고 예시되는 각 실시 예는 그것의 상보적인 실시 예도 포함한다. 또한, 본 명세서에서 '및/또는'은 전후에 나열한 구성요소들 중 적어도 하나를 포함하는 의미로 사용되었다.
명세서에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함한다. 또한, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 구성요소 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하는 것으로 이해되어서는 안 된다. 또한, 본 명세서에서 "연결"은 복수의 구성 요소를 간접적으로 연결하는 것, 및 직접적으로 연결하는 것을 모두 포함하는 의미로 사용된다.
또한, 하기에서 본 발명을 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 것이다.
또한, 본 명세서에서 사용되는 미세 구조체(nano/micro structure)는 와이어(wire), 로드(rode), 파이버(fiber), 선, 플레이크(flake), 또는 입자(particle) 등을 비롯하여, 마이크로 또는 나노 사이즈를 갖는 미세한 구조체를 포함하는 의미로 사용된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법을 설명하기 위한 순서도이고, 도 2a 내지 도 2f는 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판, 및 그 제조 방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 2a를 참조하면, 보조 기판(100)이 준비된다. 상기 보조 기판(100)은 평평한(flat)한 상부면을 가질 수 있다. 상기 보조 기판(100)은 플렉시블(flexible)한 기판일 수 있다. 상기 보조 기판(100)은 유리 기판, 실리콘 반도체 기판, 화합물 반도체 기판, 또는 고분자 기판 중 어느 하나일 수 있다. 예를 들어, 상기 보조 기판(100)은 PET 기판, PC 기판, PEN 기판, PMMA 기판, PU 기판, 또는 PI 기판 중 어느 하나일 수 있다. 상기
상기 보조 기판(100) 상에 이형층(110)이 형성될 수 있다. 상기 이형층(110)은 후술되는 베이스 기판으로부터 상기 보조 기판(100을 용이하게 제거하기 위한 것일 수 있다. 예를 들어, 상기 이형층(110)은 실리콘계 이형제 또는 불소계 이형제를 사용하여 형성될 수 있다.
도 1 및 도 2b를 참조하면, 상기 보조 기판(100)의 상기 상부면 상에 미세 구조체들(120)이 형성될 수 있다(S110). 일 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체(120)들은 도전성 물질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 미세 구조체(120)들은, 은(Ag) 나노 와이어일 수 있다. 상기 미세 구조체(120)들은 바 코팅(bar coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(dip coating), 브러쉬 코팅(brush coating) 또는 그라비아 코팅(gravure coating) 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
상기 미세 구조체(120)들이 형성되기 전, 상기 미세 구조체(120)들이 상기 보조 기판(100)의 상기 상부면 상에 용이하게 분산되도록, 상기 보조 기판(100)의 상기 상부면, 및/또는 상기 이형층(110)의 상부면의 표면 에너지를 감소시키는 전처리 공정(pretreatment process)이 수행될 수 있다. 예를 들어, 산소, 아르곤, 질소, 또는 수소 등의 가스를 사용한 플라즈마 처리가 수행되거나, 또는 UV 및 오존 처리가 수행될 수 있다.
상기 미세 구조체(120)들이 형성된 후, 상기 미세 구조체(120)들의 형성 과정에서 상기 보조 기판(100) 상에 제공된 용매를 제거하기 위해, 상기 미세 구조체(120)들이 형성된 상기 보조 기판(100)을 건조시킬 수 있다. 예를 들어, 60~80℃의 온도에서 상기 보조 기판(100)이 건조될 수 있다.
상기 미세 구조체(120)들이 형성된 후, 열처리 공정이 수행될 수 있다. 상기 열처리 공정에 의해, 상기 미세 구조체(120)들의 전도도가 향상될 수 있다. 예를 들어, 상기 열처리 공정은 160~180℃에서 수행될 수 있다.
상기 미세 구조체(120)들 및 상기 이형층(110) 사이, 또는 상기 이형층(110)의 형성 과정이 생략되는 경우, 상기 미세 구조체(120)들 및 상기 보조 기판(100) 사이에 공극(120a)이 존재할 수 있다.
도 1 및 도 2c를 참조하면, 상기 미세 구조체(120)들 상에 베이스 용액(130, base solution)이 코팅될 수 있다(S120). 상기 베이스 용액(130)은 플렉시블한 기판의 재료를 포함하는 용액 상태일 수 있다. 예를 들어, 상기 베이스 용액(130)은 polyethylene terephthalate(PET), polyethylene naphthalate(PEN), polycarbonate(PC), polyether sulfone(PES), polyimide(PI), PMMA(poly(methylmethacrylate)) 또는 acrylite 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 베이스 용액(130)은 바 코팅(bar coating), 스핀 코팅(spin coating), 스프레이 코팅(spray coating), 딥 코팅(dip coating), 브러쉬 코팅(brush coating) 또는 그라비아 코팅(gravure coating) 등 다양한 방법으로 형성될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 상기 베이스 용액(130)이 상기 미세 구조체(120)들 상에 코팅되기 전, 상기 미세 구조체(120)들이 패터닝될 수 있다.
도 1 및 도 2d를 참조하면, 상기 베이스 용액(130)을 열처리하여, 상기 베이스 용액(130)을 경화시켜, 상기 미세 구조체(120)들을 덮는 베이스 기판(132)이 형성될 수 있다.(S130) 예를 들어, 상기 베이스 용액(130)은 70~300℃로 열처리 될 수 있다. 보다 구체적으로 예를 들어, 상기 베이스 용액(130)이 PMMA 용액인 경우, 80~100℃로 열처리될 수 있다.
상기 베이스 용액(130)이 열처리되는 동안, 상기 미세 구조체(120)들의 적어도 일부분들이 용융될 수 있다. 이로 인해, 서로 인접한 상기 미세 구조체(120)들의 일부분들이 서로 접합(120b) 및 연결될 수 있다. 이에 따라, 상기 미세 구조체(120)들의 저항이 감소될 수 있다.
도 1 및 도 2e를 참조하면, 상기 베이스 기판(132)으로부터 상기 보조 기판(100) 및 상기 이형층(110)이 제거될 수 있다.(S140) 상기 보조 기판(100) 및 상기 이형층(110)이 제거되어, 상기 베이스 기판(132)의 메인 면(MS, main surface)이 외부로 노출될 수 있다.
상기 베이스 기판(132)의 상기 메인 면(MS)은 상기 보조 기판(100)의 상기 상부면에 인접한 면일 수 있다. 다시 말하면, 상기 메인 면(MS)은 상기 보조 기판(100) 및 상기 이형층(110)이 제거되기 전, 상기 이형층(110), 또는 상기 보조 기판(100)과 접했던 면일 수 있다. 상기 베이스 기판(132)은 상기 메인 면(MS)에 대향되는 반대면을 포함할 수 있다.
도 2c를 참조하여 상술된 것과 같이, 상기 미세 구조체(120)들 상에 상기 베이스 용액(130)이 액체 상태로 제공된다. 액체 상태의 상기 베이스 용액(130)은, 상기 이형층(110)과 상기 미세 구조체(120)들 사이, 또는 상기 이형층(110)의 형성 공정이 생략되는 경우, 상기 보조 기판(100)과 상기 미세 구조체(120)들 사이의 공극(120a)들을 용이하게 채울 수 있다. 이로 인해, 상기 베이스 용액(130)이 열처리되어 고체 상태로 변환된 상기 베이스 기판(132)의 상기 메인 면(MS)이 평평(flat)해질 수 있다.
노출된 상기 메인 면(MS)은, 상기 베이스 기판(132)으로 구성되는 제1 부분(MS1), 및 상기 미세 구조체(120)들로 구성되는 제2 부분(MS2)을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분(MS1) 및 상기 제2 부분(MS2)은 평평한 일체의 면을 이룰 수 있다. 상기 제1 부분(MS1)을 구성하는 상기 베이스 기판(132)의 일부분은, 상기 공극(120a)을 채운 상기 베이스 용액(130)이 열처리되어 생성된 것일 수 있다.
상기 미세 구조체(120)들의 적어도 일부는, 노출부(EP, exposed portion), 및 함몰부(DP, dent portion)를 포함할 수 잇다. 상기 노출부(EP)는 상기 메인 면(MS)의 상기 제2 부분(MS2)을 구성할 수 있다. 상기 함몰부(DP)는 상기 메인 면(MS)의 상기 제1 부분(MS1)의 아래에 위치할 수 있다.
상기 미세 구조체(120)들은, 상기 베이스 기판(132) 내에 위치하되, 상기 반대면보다, 상기 메인 면(MS)에 상대적으로 가깝게 위치할 수 있다.
상기 보조 기판(100) 및 상기 이형층(110)을 제거하는 단계는, 상기 이형층(110) 및 상기 베이스 기판(132)으로부터 상기 보조 기판(100)을 분리시키는 단계, 및 상기 이형층(110)을 솔벤트(solvent)로 용해시켜 상기 베이스 기판(132)으로부터 제거하는 단계를 포함할 수 있다. 또는, 이와는 달리, 상기 베이스 기판(132)으로부터 상기 이형층(110) 및 상기 보조 기판(100)이 일시에 제거될 수 있다.
상기 보조 기판(100) 및 상기 이형층(110)을 제거하여, 상기 메인 면(MS)을 노출시킨 뒤, 상기 베이스 기판(132)이 열처리 될 수 있다. 이로 인해, 상기 베이스 용액(130)을 열처리하여 상기 베이스 기판(132)을 형성하는 과정에서 약해진 상기 미세 구조체(120)들의 접합이 강화될 수 있다.
도 2f를 참조하면, 상기 보조 기판(100) 및 상기 이형층(110)을 제거하여, 상기 메인 면(MS)을 노출시킨 뒤, 상기 메인 면(MS) 상에 전도성 박막(140)이 형성될 수 있다. 상기 전도성 박막(140)은 전도성 고분자(예를 들어, PEDOT:PSS)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 보조 기판(100) 상에 형성된 상기 미세 구조체(120)들 상의 액체 상태의 상기 베이스 용액(130)을 열처리하여 상기 베이스 기판(132)이 형성된다. 이로 인해, 상기 보조 기판(100) 또는 상기 이형층(110)과 접하는 상기 베이스 기판(132)의 상기 메인 면(MS)은, 상기 미세 구조체(120)들로 구성된 부분을 가짐에도 불구하고 평평해질 수 있다. 이에 따라, 상기 베이스 기판(132)의 상기 메인 면(MS) 상에 형성된 박막 트랜지스터, 유기 발광 소자 등 반도체 소자들의 특성 저하가 방지될 수 있다.
일반적으로 기판 상에 금속 나노 와이어들이 형성되는 경우, 상기 기판의 표면은 수백 nm의 표면 조도를 갖는다. 금속 나노 와이어가 형성된 상기 기판의 표면 상에 유기물/무기물 박막을 형성하더라도 약 100nm 이상의 표면 조도를 갖는다. 표면 조도가 높은 상기 기판의 표면 상에 반도체 소자가 형성되는 경우, 상기 반도체 소자의 특성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 상기 기판의 표면 상에 유기 발광 소자가 형성되는 경우, 내부 전기장의 불균일, 또는 양극과 음극 전극의 단락이 발생될 수 있다. 이에 따라, 상기 유기 발광 소자의 내부 열화가 유발되어, 상기 유기 발광 소자의 수명이 감소될 수 있다.
하지만, 상술된 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체(120)들을 갖는 동시에, 평평한 상태의 상기 메인 면(MS)을 갖는 기판 상에, 반도체 소자들이 형성될 수 있어, 반도체 소자의 특성 저하가 최소화될 수 있다.
상술된 실시 예에서, 상기 보조 기판(100) 상에 미세 구조체들 외에, 다른 미세 재료들이 형성될 수 있다. 이하, 이를, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 설명한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 실시 예에 따른 금속 나노 와이어 기판 및 그 제조 방법의 변형 예를 설명하기 위한 도면들이다.
도 3a를 참조하면, 도 2a를 참조하여 설명된 것과 같이 상기 보조 기판(100), 및 상기 보조 기판(100) 상의 상기 이형층(110)이 제공된다. 상기 이형층(110) 상에 미세 구조체(120)들, 및 나노 재료(122, nano material)가 형성될 수 있다. 상기 나노 재료(122)에 의해, 상기 미세 구조체(120)들의 연결이 강화될 수 있고, 상기 미세 구조체(120)들의 분산도가 향상될 수 있다.
일 실시 예에 따르면, 도 2b를 참조하여 설명된 것과 같이 상기 보조 기판(100) 상에 상기 미세 구조체(120)들이 형성되기 전, 상기 나노 재료(122)가 상기 보조 기판(100) 상에 형성되고, 상기 나노 재료(122)가 형성된후 상기 미세 구조체(120)들이 형성될 수 있다.
상술된 바와 달리, 다른 실시 예에 따르면, 상기 미세 구조체(120)들이 상기 보조 기판(100) 상에 형성된 후, 상기 베이스 용액(130)이 상기 보조 기판(100) 상에 코팅되기 전, 상기 나노 재료(122)가 상기 보조 기판(100) 상에 형성될 수 있다.
상기 나노 재료(122)는 상기 미세 구조체(120)들과 다른 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 나노 재료(122)는 그래핀 플레이크, 단일벽 CNT, 이중벽 CNT, 다중벽 CNT, C60, C85, 또는 C70 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 나노 재료(122)는 전도성 유기물과 함께 상기 보조 기판(100) 상에 형성될 수 있다. 예를 들어, 상기 전도성 유기물은 PEDOT:PSS, 또는 PVP 중에서 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
상기 미세 구조체(120)들 및 상기 나노 재료(122)가 상기 보조 기판(100) 상에 형성된 후, 도 2c 를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 베이스 용액(130)이 상기 보조 기판(100) 상에 코팅될 수 있다. 상기 베이스 용액(130)이 코팅된 후, 도 2d를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 베이스 용액(130)이 열처리되어, 상기 베이스 기판(132)이 형성될 수 있다. 상기 베이스 기판(132)은 상기 미세 구조체(120)들 및 상기 나노 재료(122)를 덮을 수 있다.
도 3b를 참조하면, 도 2e를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 베이스 기판(132)으로부터 상기 보조 기판(100) 및 상기 이형층(110)이 제거될 수 있다. 이로 인해, 상기 이형층(110)과 접했던 상기 베이스 기판(132)의 메인 면(MS, 상기 이형층(110)이 생략되는 경우 상기 보조 기판(100)과 접했던 메인 면)이 노출될 수 있다.
노출된 상기 메인 면(MS)은, 상기 베이스 기판(132)으로 구성되는 제1 부분(MS1), 상기 미세 구조체(120)들로 구성되는 제2 부분(MS2), 및 상기 나노 재료(122)로 구성되는 제3 부분(MS3)을 포함할 수 있다. 상기 제1 부분(MS1), 상기 제2 부분(MS2), 및 상기 제3 면(MS3)은 평평한 일체의 면을 이룰 수 있다.
도 2f를 참조하여 설명된 것과 같이, 상기 베이스 기판(132)의 상기 메인 면(MS) 상에 전도성 박막이 더 형성될 수 있다.
본 발명의 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판 및 그 제조 방법의 변형 예에 따르면, 상기 미세 구조체(120)들을 형성하기 전 또는 후에, 상기 보조 기판(100) 상에 상기 나노 재료(122)가 형성되어, 상기 미세 구조체(120)들의 접합 및 분산도가 개선될 수 있다.
이하, 상술된 본 발명의 실시 예들에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 특성 평가 결과가 설명된다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 SEM 사진이다.
도 4를 참조하면, 보조 기판 기판 상에 바 코팅(bar-coating) 방법으로 은 나노 선(silver nano wire)을 형성하고, 은 나노 선 상에 drop-casting 방법으로 PMMA를 형성하였다. 도 4의 (a)는 은 나노 선을 포함하는 PMMA 기판의 평면 이미지이고, 도 4의 (b)는 은 나노 선을 포함하는 PMMA의 경사면 이미지이다.
도 4에서 알 수 있듯이, 은 나노 선이 PMMA 기판에 적당한 밀도로 분포된 것이 확인된다. 또한, 도 4의 (b)에서, PMMA가 은 나노 선의 일부분을 덮고 있는 것이 확인된다. 다시 말하면, PMMA가 표면 거칠기가 큰 은 나노 선을 덮고, 은 나노 선들 사이의 공간을 채워, 표면 거칠기를 감소시킴을 확인할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 투과도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 5를 참조하면, 정공 주입층으로 사용되는 전도성 고분자인 PEDOT:PSS, 은 나노 선, 및 은 나노 선 및 PEDOT:PSS의 적층 구조의 투과도를 측정하였다. 도 5에서 알 수 있듯이, PEDOT:PSS의 투과도가 가장 높은 것으로 측정되었으며, 은 나노 선 상에 PEDOT:PSS를 적층한 구조의 투과도가 가장 낮은 것으로 측정되었다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 미세 구조체를 갖는 기판의 표면 조도를 설명하기 위한 원자힘 현미경 측정 사진이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따라, 유리 기판 상에 은 나노 선을 형성하고, 은 나노 선 상에 PMMA 용액을 코팅 후, 열처리하여 PMMA 기판을 형성하고, 은 나노 선을 갖는 PMMA 기판을 유리 기판으로 분리한 후, PEDOT:PSS를 코팅한 후 원자힘 현미경으로 표면을 측정하였다. 또한, 본 발명의 실시 예에 대한 비교 예로, 유리 기판 상에 은 나노 선을 형성하고, 은 나노 선 상에 PEDOT:PSS를 형성한 후, 원자힘 현미경으로 표면을 측정하였다.
도 6의 (a) 및 (b)는, 각각, 상술된 본 발명의 비교 예에 따라, 유리 기판 상에 형성된 은 나노 선, 및 유리 기판 상에 은 나노 선과 PEDOT:PSS가 적층된 표면의 원자힘 현미경 사진이다. 도 6의 (c) 및 (d)는, 각각, 상술된 본 발명의 실시 예에 따라, PMMA 기판에 전이된 은 나노 선, 및 은 나노 선을 갖는 PMMA 기판 상에 PEDOT:PSS가 적층된 표면의 원자힘 현미경 사진이다.
도 6의 (a)에서 알 수 있듯이, 본 발명의 비교 예에 따라, 유리 기판 상에 형성된 은 나노 선의 peak-to-valley 표면 거칠기는 약 210 nm 였다. 다시 말하면, 은 나노 선의 겹침(overlap)으로 인해 표면 거칠기가 은 나노 선 두께인 80 nm 의 약 2~3배 높은 것으로 측정되었다. 또한, 도 6의 (b)에서 알 수 있듯이, 유리 기판 상에 형성된 은 나노 선에 PEDOT:PSS 를 코팅하는 공정을 통해 peak-to valley 표면 거칠기는 50 nm 로 약 1/4 정도 감소하였으나, 여전히 큰 값을 갖는 것으로 측정되었다.
반면, 도 6의 (c)에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시 예에 따라, PMMA 기판에 은 나노 선을 전이한 경우, peak-to-valley 표면 거칠기 값이, 도 6의 (a)의 경우와 비교하여, 현저하게 낮은 62 nm로 측정되었다. 또한, 도 6의 (d)에서 알 수 있듯이, 은 나노 선을 갖는 PMMA 기판 상에 PEDOT:PSS를 코팅한 경우, peak-to-valley 표면 거칠기 값이, 도 6의 (b)의 경우와 비교하여, 현저하게 낮은 26 nm이고, root-mean-square (RMS) 거칠기 기준으로 약 74% 의 표면 거칠기가 감소되었다.
본 발명의 실시 예에 따라, 유리 기판 상에 배치된 은 나노 선 상에 PMMA 용액을 제공 후 열처리하여 PMMA 막을 형성하고, 유리 기판을 제거한 후 은 나노 선을 갖는 PMMA막을 PEDOT:PSS로 코팅하는 것이, 은 나노 선을 갖는 기판의 표면 조도를 최소화시키는 효과적인 방법임을 확인할 수 있다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시 예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.
100: 보조 기판
110: 이형층
120: 금속 나노 와이어들
122: 나노 재료
130: 베이스 용액
132: 베이스 기판
140: 전도성 박막
MS: 메인 면
MS 1, MS 2, MS 3: 메인 면의 제1 내지 제3 부분
EP: 노출부
DP: 함몰부

Claims (14)

  1. 메인 면에 미세 구조체들이 배열된 기판으로서,
    상기 메인 면은 상기 기판의 구성 물질로 이루어진 제1 부분, 상기 미세 구조체들로 이루어진 제2 부분 및 나노 재료로 구성된 제3 부분을 포함하고,
    상기 제1 부분은, 상기 미세 구조체의 형성 과정에서 생성된 공극에 상기 기판의 구성 물질이 채워진 부분이며,
    상기 미세 구조체들의 적어도 일부는, 상기 메인 면에 대향하는 상기 기판의 반대 면과 상기 제1 부분 사이로 연장하는 부분을 더 포함하고,
    상기 나노 재료는, 그래핀 플레이크, 단일벽 CNT, 이중벽 CNT, 다중벽 CNT, C60, C85, 및 C70 중에서 적어도 어느 하나 이상이고,
    상기 나노 재료는, 상기 나노 재료가 포함되지 않았을 경우에 비하여, 상기 미세 구조체들의 접합 및 분산도를 향상시키며,
    상기 메인 면 상에는 전도성 고분자를 포함하는 전도성 박막이 더 위치하여 상기 메인 면 상부를 평탄화하고,
    상기 전도성 박막은, 상기 공극을 채우는 상기 기판의 구성 물질과 함께 상기 미세 구조체의 표면 거칠기를 감소시켜, 상기 전도성 박막 상에 위치하는 유기 발광 소자의 내부 전기장 불균일 또는 양극과 음극 전극의 단락을 예방하는, 기판.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 미세 구조체들은, 상기 반대 면보다 상대적으로 상기 메인 면에 더 가깝게 위치하는, 기판.

  3. 제1 항에 있어서,
    상기 공극은, 상기 미세 구조체들 사이, 상기 미세 구조체와 이형층 사이 및 상기 미세 구조체와 보조 기판 사이 중 어느 하나 이상에서 발생된, 기판.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 메인 면은, 상기 공극이 상기 기판의 구성 물질로 채워짐으로 인해 평탄화된, 기판.
  5. 삭제
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 보조 기판의 상부면 상에 나노 재료를 형성하는 단계;
    상기 보조 기판의 상부면 상에 미세 구조체를 형성하는 단계;
    상기 미세 구조체 상에 베이스 용액(base solution)을 코팅하는 단계;
    상기 베이스 용액을 열처리하여, 상기 미세 구조체를 덮는 기판을 형성하는 단계;
    상기 기판으로부터 상기 보조 기판을 제거하는 단계; 및
    상기 기판의 메인 면 상부를 평탄화하기 위해, 상기 기판의 메인 면 상에 전도성 고분자를 포함하는 전도성 박막을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 베이스 용액을 코팅하는 단계는, 상기 베이스 용액으로 상기 미세 구조체들 사이 및 상기 미세 구조체와 상기 보조 기판 사이 중 어느 하나 이상에서 발생된 공극을 채우는 단계를 포함하고,
    상기 보조 기판이 제거된 상기 기판의 메인 면은 상기 베이스 용액이 경화된 물질로 이루어진 제1 부분, 상기 미세 구조체들로 이루어진 제2 부분 및 상기 나노 재료로 구성된 제3 부분을 포함하고,
    상기 미세 구조체들의 적어도 일부는, 상기 메인 면에 대향하는 상기 기판의 반대 면과 상기 제1 부분 사이로 연장하는 부분을 더 포함하고,
    상기 나노 재료를 형성하는 단계는,
    그래핀 플레이크, 단일벽 CNT, 이중벽 CNT, 다중벽 CNT, C60, C85, 및 C70 중에서 적어도 어느 하나 이상으로 상기 나노 재료를 형성하는 단계이고,
    상기 나노 재료는, 상기 나노 재료가 포함되지 않았을 경우에 비하여, 상기 미세 구조체들의 접합 및 분산도를 향상시키며,
    상기 전도성 박막은, 상기 공극을 채우는 상기 기판의 구성 물질과 함께 상기 미세 구조체의 표면 거칠기를 감소시켜, 상기 전도성 박막 상에 위치하는 유기 발광 소자의 내부 전기장 불균일 또는 양극과 음극 전극의 단락을 예방하는, 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 보조 기판이 분리된 후 상기 기판을 열처리하는 단계를 더 포함하는, 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법.
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 삭제
  13. 제8 항에 있어서,
    상기 나노 재료를 형성하는 단계는,
    PEDOT:PSS 및 PVP 중에서 적어도 어느 하나 이상의 전도성 유기물과 함께 상기 나노 재료을 상기 보조 기판 상에 형성하는 단계인, 미세 구조체를 갖는 기판의 제조 방법.

  14. 삭제
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