저온공정에 기반한 고전도 고안정 은 나노와이어 투명전극 제작에 관한 연구

Abstract

본 연구의 목적은, 현재 산업계에서 사용되는 투명전극의 대부분을 차지하는 ITO가 가지는 문제점인 비싼 재료와 공정 비용, 비환경적, 취성의 문제점을 해결하고자, 저온공정에 기반한 고전도 고안정 은 나노와이어 투명전극을 제안하고, 이를 실제 OLED의 전극에 적용하여 제작하는 것이다. 공정의 변수들을 선정하고, 실험을 통하여 최적화 하여 만들어진 고전도 고안정 은 나노와이어 투명전극의 전기적 (면저항), 광학적 (헤이즈), 물리적 (굽힘 시험), 그리고 환경적 (시간에 따른 저항 변화) 특성을 파악함으로써 본 연구에서 제안한 공정과 투명전극을 검증하였다. 또한, 기존 은 나노와이어 기반의 OLED와 고전도 은 나노와이어 기반의 OLED를 제작하여 발광 성능을 평가하였다.

1. 먼저, 은 유기금속화합물 잉크의 모관력을 이용하여 나노와이어 교차부에서 선택적으로 2~3nm의 극 미세 금속 입자를 자가 생성 시킬 수 있었다. 형성된 미세입자와 나노와이어에 광자 에너지인 자외선 램프를 조사하여, 표면 플라즈몬파의 상호 작용으로 소결 할 수 있었다. 제작된 고전도 투명전극은 은 나노와이어 교차부에서의 접촉 저항을 감소시켜 동일 투과도에서 약 2배의 전기적 특성을 얻을 수 있었다. 즉, 기존보다 더 적은 양의 나노와이어로 비슷한 전기적 특성을 얻을 수 있기 때문에 헤이즈를 ITO 수준의 1% 미만으로 현저히 감소시킬 수 있었다.

2. TiO2 솔젤용액의 농도와 두께를 최적화하여, 은 나노와이어 전반 및 교차부를 포함한 전 영역에 고르게 코팅할 수 있었다. 제작된 고안정 투명전극은 외부 공기를 효과적으로 차단해 은 나노와이어 산화 및 부식을 방지할 수 있었다. 즉, 저항치 변화율이 산업계에서 요구하는 한계인 1.1 이내를 만족한다. 또한 PET 기판 위에 고전도 및 고안정 은 나노와이어 투명전극을 제작하여, 굽힘 시험을 통해 플렉시블 정보전자 기기에의 적용 가능성을 확인하였다.

3. 고전도 은 나노와이어 투명전극 기반의 OLED는, 동일한 전기 전도도를 가지는 은 나노와이어 투명전극 기반의 OLED보다 투과도가 높고 헤이즈 영향이 적기 때문에, 더 나은 광 추출 효율을 얻을 수 있었다. 즉, 기존 은 나노와이어 기반의 OLED와 고전도 은 나노와이어 기반의 OLED를 제작하여 발광 성능을 평가했을 때, 비슷한 전류 밀도 (Current Density)를 가지면서, 휘도와 광효율은 고전도 투명전극이 더 우수하였다. 또한 ITO 투명전극 기반의 OLED 발광 성능에도 필적하기 때문에, ITO를 대체하는 차세대 정보 전자 기기에 적합한 투명전극임을 확인하였다.