KR20170071723A - Patterning method for metal nanowire, transparent electrode having metal nanowire, touch panel, display device - Google Patents
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Abstract
본 발명은 기판을 제공하는 단계; 형성된 상기 기판 상에 희생층을 형성하는 단계; 형성된 상기 희생층의 상부에 폴리머층을 형성한 후, 형성된 폴리머층에 패터닝을 수행하는 단계; 상기 희생층의 상부 중 앞서 형성된 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 제외한 나머지 희생층 영역을 식각하는 단계; 상기 기판의 상부에 금속 나노와이어를 코팅하는 단계; 및 상기 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 식각하여, 상기 폴리머층 및 상기 폴리머층의 표면에 코팅된 금속 나노와이어를 제거하는 단계; 를 포함하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법, 금속 나노와이어를 포함하는 투명 전극, 터치 패널, 디스플레이 장치에 관한 것이다.The present invention provides a method comprising: providing a substrate; Forming a sacrificial layer on the formed substrate; Forming a polymer layer on top of the formed sacrificial layer, and then patterning the formed polymer layer; Etching the remaining sacrificial layer region except the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the polymer layer formed in the upper portion of the sacrificial layer; Coating a metal nanowire on the substrate; And etching a sacrificial layer region where a pattern is formed on a surface of the polymer layer to remove metal nanowires coated on the surface of the polymer layer and the polymer layer; A method of forming a pattern of a metal nanowire including the metal nanowire, a transparent electrode including the metal nanowire, a touch panel, and a display device.
Description
본 발명은 기판 상에 금속 나노와이어의 정밀한 패턴을 형성하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법, 금속 나노와이어를 포함하는 투명 전극, 터치 패널, 디스플레이 장치에 관한 것이다. BACKGROUND OF THE
최근 스마트폰, 태블릿 PC 등의 대중화로 인하여 액정 표시장치(LCD, Liquid Crystal Display), 유기 전계 발광 표시장치(OLED, Organic Light Emitting Display), 터치 스크린(Touch Screen) 등의 전자기기가 널리 사용되고 있다. Recently, electronic devices such as a liquid crystal display (LCD), an organic light emitting display (OLED), and a touch screen have been widely used due to popularization of smart phones and tablet PCs .
이러한 액정 표시 장치, 유기 전계 발광 표시장치, 터치 스크린 등의 주요 구성요소로서 투명전극층이 존재한다. 특히, 투명 전극층의 소재로서 인듐 주석 산화물(ITO)이 주로 사용된다. A transparent electrode layer exists as a main component of such a liquid crystal display device, an organic light emitting display device, a touch screen and the like. In particular, indium tin oxide (ITO) is mainly used as the material of the transparent electrode layer.
인듐 주석 산화물은 투과도나 전기적 특성은 우수하지만, 희토류 금속인 인듐(In)을 사용하기 때문에 매장량 부족으로 인하여 수급이 원활하지 않으며, 비용 또한 매우 높다. 또한, 인듐 주석 산화물은 세라믹 재료로서 조그만 변형에도 깨지기 쉽기 때문에 유연성을 갖는 디스플레이, 태양전지 등에 적용되기 어렵다. Indium tin oxide has excellent transparency and electrical properties, but because it uses indium (In), which is a rare earth metal, supply and demand is not smooth due to lack of reserves, and the cost is also very high. In addition, since indium tin oxide is a ceramic material, it is fragile even to small deformation, so that it is difficult to be applied to a flexible display, a solar cell or the like.
뿐만 아니라, 인듐 주석 산화물 박막을 제작하기 위해서는 진공 상태에서 공정이 이루어져야 하기 때문에 진공장비가 필요하고, 패턴을 형성하기 위해서는 식각 공정이 필요하므로 식각장비 또한 필요하다. 하지만 이러한 장비들은 고가이므로 인듐 주석 산화물 박막 제작비용 및 디스플레이 장치의 원가가 상승하는 문제 또한 발생했다. In addition, to fabricate the indium tin oxide thin film, vacuum equipment is required because the process must be performed in a vacuum state, and an etching process is necessary to form a pattern, so an etching equipment is also needed. However, since these devices are expensive, there is a problem that the cost of manufacturing the indium tin oxide thin film and the cost of the display device are increased.
이러한 인듐 주석 산화물의 문제점을 해결하고자, 인듐 주석 산화물의 대체재로서 탄소 나노튜브, 전도성 고분자 등의 다양한 소재가 개발되고 있는데, 그 중에서도 은 나노와이어가 많은 주목을 받고 있다. In order to solve the problems of the indium tin oxide, various materials such as carbon nanotubes and conductive polymers have been developed as substitutes for indium tin oxide, and silver nano wires are attracting much attention.
은 나노와이어는 나노미터 단위의 크기를 갖는 와이어 구조체를 나타내는 것으로, 대체로 10 nm 미만의 지름을 갖는 것부터 수백 nm 지름의 나노와이어를 포함하며, 길이 방향으로는 특별한 크기 제한이 없다. Silver nanowires represent wire structures with nanometer-scale dimensions, usually containing nanowires of diameter less than 10 nm to several hundreds of nanometers in diameter, and there is no particular size limitation in the length direction.
하지만, 이러한 은 나노와이어를 터치패널의 투명 전극으로서 사용하기 위해서는 반드시 설정된 선 폭을 가지도록 패턴을 형성하는 공정을 수행해야 한다. 이러한 패턴 형성을 위해서는 습식 식각(wet etching) 패터닝 공정이 주로 사용되는데, 이때 환경에 유해한 식각 용액을 사용할 뿐만 아니라, 은 나노와이어를 직접 식각하기 때문에 공정 중에 은 나노와이어가 손상되는 문제점이 발생했다. However, in order to use the silver nanowire as a transparent electrode of a touch panel, it is necessary to perform a process of forming a pattern having a predetermined line width. In order to form such a pattern, a wet etching patterning process is mainly used. In addition to using an etching solution which is harmful to the environment, the silver nanowire is directly etched, thereby causing damage of the nanowire during the process.
본 발명의 일 측면은 은 나노와이어의 패터닝 공정 시 직접적으로 은 나노와이어를 식각하지 않고도 패턴을 형성할 수 있어 은 나노와이어의 손상을 방지하면서 패터닝을 수행할 수 있는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법, 금속 나노와이어를 포함하는 투명 전극, 터치 패널, 디스플레이 장치를 개시한다. One aspect of the present invention is to provide a method of forming a pattern of metal nanowires capable of patterning while preventing damage to silver nanowires because a pattern can be formed without directly etching silver nanowires in the patterning process of silver nanowires, Disclosed is a transparent electrode including a metal nanowire, a touch panel, and a display device.
본 발명의 다른 측면은 원하는 선 폭을 갖도록 은 나노와이어를 미세하게 패터닝을 수행할 수 있는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법, 금속 나노와이어를 포함하는 투명 전극, 터치 패널, 디스플레이 장치를 개시한다. Another aspect of the present invention discloses a metal nanowire pattern forming method capable of finely patterning silver nanowires so as to have a desired line width, a transparent electrode including a metal nanowire, a touch panel, and a display device.
본 발명의 일 측면에 따른 금속 나노와이어의 패턴 형성방법은 기판을 제공하는 단계, 제공된 상기 기판상에 희생층을 형성하는 단계, 형성된 상기 희생층의 상부에 폴리머층을 형성한 후, 형성된 폴리머층에 패터닝을 수행하는 단계, 상기 희생층의 상부 중 앞서 형성된 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 제외한 나머지 희생층 영역을 식각하는 단계, 상기 기판의 상부에 금속 나노와이어를 코팅하는 단계, 상기 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 식각하여, 상기 폴리머층 및 상기 폴리머층의 표면에 코팅된 금속 나노와이어를 제거하는 단계를 포함한다. A method of patterning metal nanowires according to one aspect of the present invention includes the steps of providing a substrate, forming a sacrificial layer on the substrate provided, forming a polymer layer on top of the formed sacrificial layer, Etching the remaining sacrificial layer region except for the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the polymer layer formed in the upper portion of the sacrificial layer, coating the metal nanowire on the substrate, And etching the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the polymer layer to remove the metal nanowires coated on the surface of the polymer layer and the polymer layer.
특히, 이산화게르마늄(GeO2)을 포함하는 희생층을 포함할 수 있다.In particular, it may comprise a sacrificial layer comprising germanium dioxide (GeO 2 ).
특히, 상기 기판 상에 e-beam 증착기를 이용하여 게르마늄을 100 nm 두께로 증착하는 기판 상에 희생층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In particular, the method may include forming a sacrificial layer on the substrate on which the germanium is deposited to a thickness of 100 nm by using an e-beam evaporator on the substrate.
특히, 상기 게르마늄을 510도의 전기로에서 45분 동안 산화시키는 과정을 더 포함하는 기판 상에 희생층을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.In particular, it may include forming a sacrificial layer on the substrate, which further includes oxidizing the germanium in a 510 degree electric furnace for 45 minutes.
보다 바람직하게는 상기 희생층의 상부에 폴리머층을 스핀코팅하여 형성하는 과정 및 형성된 폴리머층의 표면에 포토리소그래피 공정을 수행하여 패터닝을 수행하는 과정을 포함하는 희생층의 상부에 폴리머층을 형성한 후, 형성된 폴리머층에 패터닝을 수행하는 단계를 포함할 수 있다. More preferably, the sacrificial layer is formed by spin-coating a polymer layer on the sacrificial layer, and a photolithography process is performed on the surface of the formed polymer layer to perform patterning, thereby forming a polymer layer on the sacrificial layer And then performing patterning on the formed polymer layer.
특히, 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리피르롤, 폴리아날린(Polyaniline), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 펜타에리스리톨(pentaerythritol) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 폴리머층을 포함할 수 있다.In particular, at least one of polyacetylene, polyparaphenylene, polypyrrole, polyaniline, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and pentaerythritol One of which may comprise a polymer layer.
특히, 상기 희생층의 상부에 25 μm의 두께가 되도록 폴리머층을 스핀코팅하여 형성하는 희생층의 상부에 폴리머층을 스핀코팅하여 형성하는 과정을 포함할 수 있다.In particular, the method may include forming a polymer layer on the sacrificial layer by spin-coating on the sacrificial layer formed by spin-coating the polymer layer to a thickness of 25 μm on the sacrificial layer.
특히, 스핀(spin) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬롯 다이(slot die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로우(flow) 코팅, 닥터 블레이드(doctor blade), 디스펜싱(dispensing), 잉크젯 프린팅, 옵셋 프린팅, 스크린 프린팅, 패드(pad) 프린팅, 그라비아 프린팅, 플렉소(flexography) 프린팅, 리소그래피(lithography) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 금속 나노와이어를 코팅하는 기판의 상부에 금속 나노와이어를 코팅하는 단계를 포함할 수 있다. In particular, it is possible to use coatings such as a spin coating, a spray coating, a bar coating, a slot die coating, a roll coating, a dip coating, a flow coating, a doctor blade the metal nanowires may be formed using at least one of a blade, a dispenser, an inkjet printing, an offset printing, a screen printing, a pad printing, a gravure printing, a flexography printing, Coating the metal nanowires on top of the substrate to be coated.
특히, 금속 나노와이어는 은 나노와이어를 포함할 수 있다.In particular, metal nanowires may include silver nanowires.
보다 바람직하게는 물을 이용하여 희생층을 식각하는 희생층의 상부 중 앞서 형성된 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 제외한 나머지 희생층 영역을 식각하는 단계 및 상기 희생층의 상부 중 상기 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 식각하는 단계를 포함할 수 있다. Etching the remaining sacrificial layer region except for the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the polymer layer formed in the upper portion of the sacrificial layer using water to etch the sacrificial layer; And etching the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the layer.
본 발명의 일 측면에 따른 투명 전극은 본 발명의 일 측면에 따른 패턴 형성 방법에 의해 형성된 금속 나노와이어를 포함할 수 있다.A transparent electrode according to an aspect of the present invention may include a metal nanowire formed by a pattern forming method according to an aspect of the present invention.
본 발명의 일 측면에 따른 터치 패널은 본 발명의 일 측면에 따른 투명 전극을 포함할 수 있다.A touch panel according to an aspect of the present invention may include a transparent electrode according to an aspect of the present invention.
본 발명의 일 측면에 따른 디스플레이 채널은 본 발명의 일 측면에 따른 터치 패널을 포함할 수 있다. A display channel according to an aspect of the present invention may include a touch panel according to an aspect of the present invention.
본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 나노와이어를 직접적으로 식각하지 않고도 패턴을 형성하므로, 금속 나노와이어의 손상없이 정밀한 크기의 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다. According to an aspect of the present invention, since a pattern is formed without directly etching the metal nanowire, it is possible to form a precise size pattern without damaging the metal nanowire.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 금속 나노와이어의 패턴 형성 시, 희생층을 식각하는데 있어서 사용되는 유해한 식각용액을 대신하여 환경에 무해한 물을 사용하여 희생층을 식각함으로써, 공정 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. According to another aspect of the present invention, etching of the sacrificial layer is performed using water harmless to the environment in place of the harmful etching solution used to etch the sacrificial layer when patterning the metal nanowire, thereby preventing the process environment from being contaminated There is an effect that can be done.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 금속 나노와이어의 패턴 형성 시, 식각 공정을 위해 고가의 진공 장비, 식각 장비 등을 사용하지 않고, 물을 이용한 습식 식각 공정을 통해 희생층을 식각함에 따라, 제조 비용을 감소시킬 수 있으며, 공정속도 또한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method for manufacturing a metal nanowire, which comprises etching a sacrificial layer through a wet etching process using water without using expensive vacuum equipment or etching equipment for etching, The cost can be reduced, and the process speed can also be improved.
도 1 은 본 발명의 일 실시예를 나타내는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법을 구현한 공정순서도이다.
도 2는 도 1(e) 단계에 해당하는 기판 상에 금속 나노와이어를 코팅한 실제 공정 상태를 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1(f) 단계를 통해 폴리머층과 폴리머층의 표면에 코팅된 금속 나노와이어를 제거한 실제 공정상태를 나타낸 도면이다. FIG. 1 is a flow chart of a process for fabricating a metal nanowire pattern forming method according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a view showing an actual process state in which a metal nanowire is coated on a substrate corresponding to the step of FIG. 1 (e).
FIG. 3 is a view showing an actual process state of removing the metal nanowires coated on the surfaces of the polymer layer and the polymer layer through the step of FIG. 1 (f).
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있는 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시 예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다.DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. It will be apparent to those skilled in the art, however, that these examples are provided to further illustrate the present invention, and the scope of the present invention is not limited thereto.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS The above and other objects, features and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the present invention when taken in conjunction with the accompanying drawings, in which: It is to be noted that components are denoted by the same reference numerals even though they are shown in different drawings, and components of different drawings can be cited when necessary in describing the drawings. It is to be understood, however, that the invention is not intended to be limited to the particular forms disclosed, but on the contrary, is intended to cover all modifications, equivalents, and alternatives falling within the spirit and scope of the invention.
아울러 본 발명의 바람직한 실시 예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명 그리고 그 이외의 제반 사항이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.In the following detailed description of the principles of operation of the preferred embodiments of the present invention, it is to be understood that the present invention is not limited to the details of the known functions and configurations, and other matters may be unnecessarily obscured, A detailed description thereof will be omitted.
덧붙여, 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 '연결'되어 있다고 할 때, 이는 '직접적으로 연결'되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 '간접적으로 연결'되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 구성 요소를 '포함'한다는 것은, 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.In addition, in the entire specification, when a part is referred to as being 'connected' to another part, it may be referred to as 'indirectly connected' not only with 'directly connected' . Also, to include an element does not exclude other elements unless specifically stated otherwise, but may also include other elements.
또한, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.Also, the terms first, second, etc. may be used to describe various components, but the components should not be limited by the terms. The terms may be used for the purpose of distinguishing one component from another. For example, without departing from the scope of the present invention, the first component may be referred to as a second component, and similarly, the second component may also be referred to as a first component.
본 발명에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 실시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 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.The terminology used herein is for the purpose of describing particular embodiments only and is not intended to be limiting of the invention. The singular expressions include plural expressions unless the context clearly dictates otherwise. In the present application, the terms "comprises", "having", and the like are intended to specify the presence of stated features, integers, steps, operations, elements, components, or combinations thereof, , Steps, operations, components, parts, or combinations thereof, as a matter of principle.
특별히 다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미이다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미인 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.Unless defined otherwise, all terms used herein, including technical or scientific terms, have the same meaning as commonly understood by one of ordinary skill in the art to which this invention belongs. Terms such as those defined in commonly used dictionaries should be construed as meaning consistent with meaning in the context of the relevant art and are not to be construed as ideal or overly formal in meaning unless expressly defined in the present application .
이하에서는 도 1을 참조하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노와이어의 패턴 형성방법에 대하여 자세히 살펴보도록 한다. Hereinafter, a method of forming a pattern of metal nanowires according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIG.
도 1 은 본 발명의 일 실시 예를 나타내는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법을 구현한 공정순서도이다. FIG. 1 is a flow chart of a process for fabricating a metal nanowire pattern forming method according to an embodiment of the present invention.
도 1(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시 예에 따른 금속 나노와이어의 패턴 형성방법은 먼저, 금속 나노와이어의 패턴을 형성하고자 하는 기판(110)을 준비한다. 이때 준비되는 기판(110)은 유리, 플라스틱, 실리콘 또는 합성수지와 같은 절연성의 특성을 가진 재질 또는 그 외 금속으로 형성될 수 있는데, 예를 들어 실리콘 기판, 사파이어(sapphire), 유리, 유리 위에 실리콘을 코팅한 기판, 인듐 주석 산화물, 운모, 흑연, 황화 몰리브덴, 구리, 아연, 알루미늄, 스테인레스, 마그네슘, 철, 니켈, 금, 은 등의 금속 등의 형태를 가질 수 있다. As shown in FIG. 1 (a), in a method of forming a pattern of metal nanowires according to an embodiment of the present invention, a
또한, 상기 기판(110)은 휘거나 접힘이 가능하도록 유연성을 갖는 필름 형태로 구현되어 투명 전극이 형성될 수 있다. 즉, 상기 기판(110)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethyleneterephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(Polymethylmetharcylate; PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(Polyethylenenaphthalate; PEN), 폴리에테르술폰(Polyethersulfone; PES), 고리형 올레핀 고분자(Cyclic olefin copolymer; COC), TAC(Triacetylcellulose), 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA), 폴리이미드(Polyimide; PI), 폴리스틸렌(Polystyrene; PS) 중 적어도 하나로 이루어질 수 있다. In addition, the
이때, 상기 기판(110)은 그 사용 전에 수세 및 탈지 후 사용될 수 있으며, 또는 공정 효율 개선 및 투명 도전층의 특성 강화 등을 위해 선택적으로 전처리 공정이 실시될 수 있다. 이때, 실시되는 전처리 공정으로는 플라즈마, 이온빔, 코로나, 산화 또는 환원, 열, 에칭, 자외선(UV) 조사, 그리고 상기의 바인더나 첨가제를 사용한 프라이머(primer) 처리 등이 수행될 수 있다. At this time, the
이후, 준비된 기판(110)에 대하여 제공된 기판(110) 상에 희생층(120b)을 형성한다. 이때, 상기 희생층(120b)은 이산화게르마늄(GeO2)을 포함하는데, 이를 위해, 먼저 상기 기판(110) 상에 e-beam 증착기를 이용하여 게르마늄(120a)을 100 nm 두께로 증착할 수 있다. 이때, 상술한 e-beam 증착기를 이용하지 않고, 화학 기상 증착법(CVD), 스퍼터링(sputtering), 진공증착법, 스핀 코팅(spin coating), 딥핑(dipping) 방법을 이용하여 기판(110) 상에 게르마늄(120a)을 증착할 수 있다. Thereafter, a
이후, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110) 상에 증착된 상기 게르마늄(120a)을 510도의 전기로에서 45분 동안 산화시켜, 상기 기판(110) 상에 이산화게르마늄(GeO2)으로 이루어지는 희생층(120b)이 형성되도록 한다. Next, FIG. 1 (b), the said substrate with the germanium (120a) deposited on a (110) is oxidized in the electric furnace 510 ° for 45 minutes, germanium dioxide (GeO on the
이어서, 도 1(c)에 도시된 바와 같이, 앞서 형성된 희생층(120b)의 상부에 폴리머층(130)을 형성하고, 이후 형성된 폴리머층(130)의 표면에 패터닝을 수행한다. 이를 위해, 먼저, 상기 희생층(120b)의 상부에 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리피르롤, 폴리아날린(Polyaniline), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 펜타에리스리톨(pentaerythritol) 중 적어도 하나를 포함하여 스핀 코팅을 통해 폴리머층(130)을 형성한다. 이때 형성되는 폴리머층은 25 μm의 두께가 바람직하다. Next, as shown in FIG. 1C, a
이러한 폴리머층(130)은 ?SU-8 폴리머?로 명명되는데, 상기 SU-8 폴리머는 미세전자기계 시스템(microelectromechanical systems, MEMS) 제작 분야에서 잘 알려져 있는 물질로서, 단순한 제조, 우수한 광학적 투과 특성 및 안정성과 같은 많은 장점을 갖는다. 또한, 이러한 SU-8 폴리머는 UV 영역에서 우수한 흡광도를 가지기 때문에 포토리쏘그래피 공정에서 포토레지스트(photoresist)에 이용될 수 있어, 미세전자기계 시스템뿐만 아니라 광 도파로와 같은 광학적 구성요소의 미세가공에도 사용된다.This
이후, 상기 폴리머층(130)에 자외선 노광(UV-exposure)을 광원으로 사용하여 포토마스크를 통해 노광한 뒤 현상하는 포토리소그래피(Photolithography) 공정을 수행하여 패터닝한다. Thereafter, the
이어서, 도 1(d)에 도시된 바와 같이, 상기 희생층(120b)의 상부 전체 영역 중에서 앞서 형성된 폴리머층(130)의 표면상에 패턴이 형성된 희생층(120b) 영역을 제외한 나머지 희생층 영역에 대하여 제1차 식각 공정을 수행한다. 이때, 수행되는 상기 제1차 식각 공정에서는 환경 오염을 야기시키는 화학 약품을 이용한 식각 용액 대신 물을 이용하여 식각 공정을 수행할 수 있다. 1 (d), a
상술한 바와 같이, 상기 폴리머층(130)의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 제외한 나머지 희생층 영역에 대한 식각 공정이 수행됨에 따라, 이후, 도 1(e)에 도시된 바와 같이, 상기 기판(110)의 상부 전면에 금속 나노와이어(140)를 코팅한다. 즉, 상기 폴리머층(130)에 형성된 패턴의 상부영역과, 앞서 희생층이 식각된 영역 다시 말해, 상기 기판(110)의 표면 영역에 상기 금속 나노와이어가 코팅된다. 이때, 상기 금속 나노와이어는 금속 화합물인 염화은(AgCl), 질산은(AgNO3) 또는 시안화은산칼륨(KAg(CN)2) 등을 사용하여 생성된 은 나노와이어를 포함할 수 있다. 특히, 이러한 은 나노와이어는 단축의 폭이 10 내지 100nm이고, 장축의 길이가 3 내지 100 μm의 범위를 가지고 있어 소량의 은 나노와이어가 네트워크화되어 서로 그물망처럼 연결되어 있으며, 높은 전기전도도 특성과 80 내지 90% 이상의 투명도 특성을 유지할 수 있다. 이러한 은 나노와이어는 탄소나노튜브(Carbon Nanotube), 폴리카보네이트 멤브레인(Polycarbonate Membrane) 등의 주형을 이용하는 방법, 나노 미세결정의 브로민화은(AgBr)과 질산은(AgNO3)을 사용하는 방법, 두 개의 은 전극을 질산나트륨(NaNO3)수용액에 넣고 아크 방전시키는 방법, PVA(Poly Vinylalcohol), PVP(PolyVinlypyrrolidone) 등의 고분자를 이용하여 환원시키는 방법 등을 통해 합성될 수 있다.As described above, as the etching process is performed on the remaining sacrificial layer region except for the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the
또한, 상기 금속 나노와이어(140)를 기판(110) 상에 코팅하는데 있어서, 스핀(spin) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬롯 다이(slot die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로우(flow) 코팅, 닥터 블레이드(doctor blade), 디스펜싱(dispensing), 잉크젯 프린팅, 옵셋 프린팅, 스크린 프린팅, 패드(pad) 프린팅, 그라비아 프린팅, 플렉소(flexography) 프린팅, 리소그래피(lithography) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 기판 상에 금속 나노와이어를 코팅할 수 있다. The
마지막으로, 도 1(f)에 도시된 바와 같이, 상기 폴리머층(130)의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역에 대하여 제2차 식각 공정을 수행하여, 상기 폴리머층(130) 및 상기 폴리머층(130)의 표면에 코팅된 금속 나노와이어(140)를 제거한다. Finally, as shown in FIG. 1 (f), a second etching process is performed on the sacrificial layer region in which a pattern is formed on the surface of the
이에 따라, 상기 기판(110)의 상부에는 원하는 선 폭을 갖도록 미리 설정된 금속 나노와이어의 패턴 만이 존재하게 된다. Accordingly, only the pattern of the metal nanowires set to have a desired line width is present on the
상술한 바와 같이, 포토리소그래피 공정이 가능한 폴리머층(130)은 화학적으로 안정적이고 큰 종횡비(aspect ratio)를 가지고 있어, 금속 나노와이어의 패턴 형성에 적합한 특성을 갖지만 포토리소그래피 공정을 수행한 후, 폴리머층의 제거가 쉽지 않다. 따라서, 식각용 가스를 플라즈마 상태로 만들고, 상하 전극을 이용하여 플라즈마 상태의 식각용 가스를 웨이퍼에 충돌시킴으로써, 물리적 충격과 화학 반응의 결합에 의해 방향성 식각이 이루어지는 RIE(Reactive Ion Etching)과 같은 건식 식각(dry etching)공정을 이용하여 폴리머층을 제거해야 한다. 하지만 이때 폴리머층 제거 과정에서 금속 나노와이어가 손상을 입게 된다. As described above, the
하지만 본 발명은 폴리머층을 환경에 무해한 물을 이용하여 제거하기 때문에, 상기 폴리머층의 상부에 형성된 패턴도 함께 제거됨으로써, 직접적인 금속 나노와이어 패턴의 식각 없이, 실질적으로 형성하고자 하는 미세한 금속 나노와이어 패턴이 형성될 수 있다. However, since the polymer layer is removed using water harmless to the environment, the pattern formed on the polymer layer is also removed, so that the fine metal nanowire pattern to be formed substantially without etching the metal nanowire pattern directly Can be formed.
상술한 기판 상에 금속 나노와이어의 패턴이 형성되는 각 단계 중에서, 앞서 도 1(e)를 통해 설명한 기판 상부 전면에 금속 나노와이어를 코팅하는 단계는 주사전자현미경(SEM, Scanning Electron Microscopy)을 통해 도 2와 같이 확인할 수 있다. 이때, 사용되는 주사전자현미경은 전자선이 시료면 위를 주사(scanning)할 때, 시료에서 발생되는 여러 가지 신호 중 그 발생 확률이 가장 많은 이차 전자(secondary electron) 또는 반사전자(back scattered electron)를 검출하여 대상 시료를 관찰하는 현미경으로서, 시료의 두께, 크기 등에 제한없이 시료의 표면 정보를 용이하게 얻을 수 있다. The step of coating the metal nanowires on the entire upper surface of the substrate described above with reference to FIG. 1 (e) is performed by a scanning electron microscope (SEM) It can be confirmed as shown in FIG. When scanning electron beams on the sample surface, the scanning electron microscope is used to detect secondary electrons (back scattered electrons) having the highest probability of occurrence of various signals in the sample A microscope for detecting and observing a target sample, the surface information of the sample can be easily obtained without limiting the thickness, size, and the like of the sample.
도 2에 도시된 바와 같이, 희생층(120b)의 상부에 형성된 폴리머층(130)의 표면과, 앞서 도 1(d)를 통해 식각된 영역 즉, 기판(110)의 상부에 미세한 크기의 금속 나노와이어가 코팅된 것을 확인할 수 있다. As shown in FIG. 2, the surface of the
하지만 패터닝된 폴리머층이 상부에 형성된 나머지 희생층 영역에 대한 제2차 식각 공정이 수행됨에 따라, 도 3에 도시된 바와 같이, 기판상에 희생층의 식각과 함께 상기 희생층의 상부에 형성된 폴리머층과 상기 폴리머층에 코팅된 금속 나노와이어도 함께 제거된다. 결과적으로, 기판의 상부에 금속 나노와이어 패턴만이 형성되는 것을 확인할 수 있다. However, as a second etching process is performed on the remaining sacrificial layer region on which the patterned polymer layer is formed, as shown in FIG. 3, the polymer formed on the sacrificial layer together with the etching of the sacrificial layer Layer and the metal nanowire coated on the polymer layer are also removed. As a result, it can be confirmed that only the metal nanowire pattern is formed on the substrate.
뿐만 아니라, 상술한 방법을 통해 형성된 패턴을 갖는 금속 나노와이어를 포함하는 투명 전극을 구현할 수 있고, 이러한 투명 전극을 포함하는 터치 패널과, 디스플레이 장치 또한 구현할 수 있다.In addition, a transparent electrode including a metal nanowire having a pattern formed through the above-described method can be realized, and a touch panel including the transparent electrode and a display device can also be realized.
본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 나노와이어를 직접적으로 식각하지 않고도 패턴을 형성하므로, 금속 나노와이어의 손상없이 정밀한 크기의 패턴을 형성할 수 있는 효과가 있다. According to an aspect of the present invention, since a pattern is formed without directly etching the metal nanowire, it is possible to form a precise size pattern without damaging the metal nanowire.
본 발명의 다른 측면에 따르면, 금속 나노와이어의 패턴 형성 시, 희생층을 식각하는데 있어서 사용되는 유해한 식각 용액을 대신하여 환경에 무해한 물을 사용하여 희생층을 식각함으로써, 공정 환경이 오염되는 것을 방지할 수 있는 효과가 있다. According to another aspect of the present invention, etching of the sacrificial layer is performed using water harmless to the environment in place of the harmful etching solution used to etch the sacrificial layer when patterning the metal nanowire, thereby preventing the process environment from being contaminated There is an effect that can be done.
본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 금속 나노와이어의 패턴 형성 시, 금속 나노와이어의 직접적인 식각 공정을 수행하는 고가의 진공 장비, 식각 장비 등을 사용하지 않고, 물을 이용한 습식 식각 공정을 통해 희생층을 식각하여 금속 나노와이어의 패턴을 형성함에 따라, 제조 비용을 감소시킬 수 있으며, 공정속도 또한 향상시킬 수 있는 효과가 있다.According to another aspect of the present invention, there is provided a method of forming a pattern of metal nanowires, the method comprising: a wet etching process using water, without using expensive vacuum equipment, etching equipment, Thereby forming a metal nanowire pattern, it is possible to reduce the manufacturing cost and improve the process speed.
이상과 같이 본 발명의 일 실시 예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시 예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명은 상기의 실시 예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 따라서, 본 발명의 사상은 설명된 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be practical exemplary embodiments, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments, but, on the contrary, It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined by the appended claims. Accordingly, the spirit of the present invention should not be construed as being limited to the embodiments described, and all of the equivalents or equivalents of the claims, as well as the following claims, belong to the scope of the present invention .
110: 기판
120a, b: 희생층
130: 폴리머층
140: 금속 나노와이어110: substrate
120a, b: sacrificial layer
130: polymer layer
140: metal nanowire
Claims (13)
제공된 상기 기판 상에 희생층을 형성하는 단계;
형성된 상기 희생층의 상부에 폴리머층을 형성한 후, 형성된 폴리머층에 패터닝을 수행하는 단계;
상기 희생층의 상부 중 앞서 형성된 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 제외한 나머지 희생층 영역을 식각하는 단계;
상기 기판의 상부에 금속 나노와이어를 코팅하는 단계; 및
상기 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 식각하여, 상기 폴리머층 및 상기 폴리머층의 표면에 코팅된 금속 나노와이어를 제거하는 단계;
를 포함하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법. Providing a substrate;
Forming a sacrificial layer on the provided substrate;
Forming a polymer layer on top of the formed sacrificial layer, and then patterning the formed polymer layer;
Etching the remaining sacrificial layer region except the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the polymer layer formed in the upper portion of the sacrificial layer;
Coating a metal nanowire on the substrate; And
Etching the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the polymer layer to remove metal nanowires coated on the surface of the polymer layer and the polymer layer;
≪ / RTI >
상기 희생층은
이산화게르마늄(GeO2)을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법.The method according to claim 1,
The sacrificial layer
Wherein the metal nanowire comprises germanium dioxide (GeO 2 ).
상기 기판 상에 희생층을 형성하는 단계는
상기 기판 상에 e-beam 증착기를 이용하여 게르마늄을 100 nm 두께로 증착하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법. 3. The method of claim 2,
The step of forming a sacrificial layer on the substrate
And depositing germanium to a thickness of 100 nm on the substrate using an e-beam evaporator.
상기 기판 상에 희생층을 형성하는 단계는
상기 게르마늄을 510도의 전기로에서 45분 동안 산화시키는 과정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법. The method of claim 3,
The step of forming a sacrificial layer on the substrate
And oxidizing the germanium in an electric furnace at 510 degrees for 45 minutes.
상기 희생층의 상부에 폴리머층을 형성한 후, 형성된 폴리머층에 패터닝을 수행하는 단계는
상기 희생층의 상부에 폴리머층을 스핀코팅하여 형성하는 과정; 및
형성된 폴리머층의 표면에 포토리소그래피 공정을 수행하여 패터닝을 수행하는 과정;
을 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법.The method according to claim 1,
The step of forming a polymer layer on top of the sacrificial layer and then patterning the formed polymer layer
Forming a polymer layer on the sacrificial layer by spin coating; And
Performing a photolithography process on the surface of the formed polymer layer to perform patterning;
And patterning the metal nanowires.
상기 폴리머층은
폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리피르롤, 폴리아날린(Polyaniline), 폴리비닐피롤리돈(polyvinyl pyrrolidone), 폴리에틸렌글리콜(polyethylene glycol), 펜타에리스리톨(pentaerythritol) 중 적어도 하나를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법. 6. The method of claim 5,
The polymer layer
At least one of polyacetylene, polyparaphenylene, polypyrrole, polyaniline, polyvinyl pyrrolidone, polyethylene glycol, and pentaerythritol is used as a binder. Wherein the metal nanowire pattern is formed on the substrate.
상기 희생층의 상부에 폴리머층을 스핀코팅하여 형성하는 과정은
상기 희생층의 상부에 25 μm의 두께가 되도록 폴리머층을 스핀코팅하여 형성하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법.6. The method of claim 5,
The process of forming the polymer layer by spin coating on the sacrificial layer
And forming a polymer layer on the sacrificial layer by spin coating to a thickness of 25 탆.
상기 기판의 상부에 금속 나노와이어를 코팅하는 단계는
스핀(spin) 코팅, 스프레이(spray) 코팅, 바(bar) 코팅, 슬롯 다이(slot die) 코팅, 롤(roll) 코팅, 딥(dip) 코팅, 플로우(flow) 코팅, 닥터 블레이드(doctor blade), 디스펜싱(dispensing), 잉크젯 프린팅, 옵셋 프린팅, 스크린 프린팅, 패드(pad) 프린팅, 그라비아 프린팅, 플렉소(flexography) 프린팅, 리소그래피(lithography) 중 적어도 하나의 방법을 이용하여 금속 나노와이어를 코팅하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법. The method according to claim 1,
The step of coating the metal nanowires on the substrate
A spin coating, a spray coating, a bar coating, a slot die coating, a roll coating, a dip coating, a flow coating, a doctor blade, The metal nanowires are coated using at least one of the following methods: printing, printing, dispensing, inkjet printing, offset printing, screen printing, pad printing, gravure printing, flexography printing, and lithography Wherein the metal nanowires are patterned.
상기 금속 나노와이어는
은 나노와이어를 포함하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법.The method according to claim 1,
The metal nanowires
Wherein the metal nanowire comprises a nanowire.
상기 희생층의 상부 중 앞서 형성된 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 제외한 나머지 희생층 영역을 식각하는 단계 및 상기 희생층의 상부 중 상기 폴리머층의 표면에 패턴이 형성된 희생층 영역을 식각하는 단계는
물을 이용하여 희생층을 식각하는 것을 특징으로 하는 금속 나노와이어의 패턴 형성방법.The method according to claim 1,
Etching the remaining sacrificial layer region except for the sacrificial layer region where a pattern is formed on the surface of the polymer layer formed in the upper portion of the sacrificial layer and etching the sacrificial layer region in which a pattern is formed on the surface of the polymer layer, The steps
Wherein the sacrificial layer is etched using water.
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| KR20220010939A (en) * | 2020-07-20 | 2022-01-27 | 한국화학연구원 | Nanotip indentation lithography for fabrication of plasmonic nanostructures and plasmonic nanostructures fabricated by the same |
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