초록 ▼

A transparent conductor is an indispensable component for many optoelectronic devices such as touch panels, LCDs, OLEDs, and photovoltaic cells which show tremendously rapid growth these days. ITO is the most commonly used material for the transparent conductors due to its high transmittance and low

A transparent conductor is an indispensable component for many optoelectronic devices such as touch panels, LCDs, OLEDs, and photovoltaic cells which show tremendously rapid growth these days. ITO is the most commonly used material for the transparent conductors due to its high transmittance and low sheet resistance despite its high costs by rarity, needs for high temperature process, and low flexibility. As an alternative transparent electrodes, metal grids with high aspect ratio have clear advantages of high transmittance and high conductance.

In this work, we propose a simple process to fabricate thick silver (Ag) ink grids on a flexible substrate. The Ag ink is transferred from a soft mold to the flexible substrate with the aid of a UV resin adhesive layer. The Ag ink within the mold is partly hardened during the UV exposure process, which helps the Ag ink grids to be easily detached from the mold. The focused ion beam image shows that silver ink is strongly bonded by UV resin. Easiness in transferring pattern from PDMS soft mold enables to make electrodes with linewidth of 2 μm. The transmittance at wavelength of 550 nm is 93% and the sheet resistance is 4.2 Ω/sq, which is almost 10 times higher than that of film ITO. Further, 160 mm x 190 mm sized transparent electrodes can be achieved by photolithography process based on 12 inch wafer. Also, we fabricate sheet-resistance-type touch panel using large-transparent electrode to demonstrate feasibility of our transperent electrode for the application of touch panel.

Organic light emitting diodes (OLEDs) have attracted a great attention due to their advantages such as flexibility, compatibility with versatile design, and low cost process. However, conventional transparent electrodes - indium tin oxide (ITO) have been a limiting factor in realizing a flexible lighting source due to their brittleness. For these reason, Many researcher have focused on to develop alternative TEs such as graphene, carbon nanotube, conducting polymer, and metal nanowire. Nevertheless, most of the alternative transparent electrodes for OLED lighting suffer from (i) low conductivity leading to non-uniform luminous characteristics throughout the whole emitting surface. and (ii) surface roughness making it challenging to obtain stable operation without electrical short circuit. In order to solve these problem, we used Ag grid electrode embedded in PET films that improve conductivity of electrode and make flat surface without convex-concave structure.

Together with layer of conducting polymer (Clevious PH1000) with DMSO (5 wt%), the embedded Ag grids (with 5um width and 2um height), which have a square opening area of 125 x 125 um. The proposed electrodes exhibit a sheet resistance (RSh) of 9.7 ± 0.5 Ω sq.-1 and transmittance of 87.1 ± 0.6 %. Moreover, Ag grid electrodes show an unaffected changing of RSh even after 5000-time bending at a radius curvature of 5.7mm. To using these electrodes as a anode of OLED-ligting, we used a conducting polyer (Clevious AI4083) and MoO3 as buffer layers between electrode and organic layer for efficient carrier injection properties. In order to adapt large area OLEDs lighting, moreover, we developed simulation tools to verify luminance distribution on emitting surface as a function of RSh. With these simulation results, we proposed the uniform-emitting performance over 90% of OLED lightings can be obtained by using proposed electrodes. By using these buffer layers and simulation tools, we fabricated the highly efficient grid based OLEDs which have the power efficiency (69 lm W-1) and a external quantum efficiency (24.8 %) which are the highest efficiency among grid based OLEDs as we know. Futhermore these devices turn out to be a highly flexible performance, exhibiting virtually no degradation even after 1000-time bending at a bending radius of 7.9 mm. Finally, the high-performance large area OLEDs (Size : 50 x 20 mm) were demonstrated due to high conductivity embedded Ag grid transparent electrodes.

Abstract ▼

투명전극은 터치패널, LCD 디스플레이, OLED 조명, 태양전지 등 다양한 전지기기들에 폭넓게 활용되어지고 있으며 스마트폰의 보급으로 그 시장이 급격히 커지고 있는 추세이다. 투명전극에 가장 일반적으로 사용되는 ITO 투명전극은 투명도와 전기전도성이 뛰어난 물질이다. 하지만 차원고갈로 인해 가격이 지속적으로 상승하고 있으며 매우 깨지기 쉽고 높은 열처리 온도를 요구하는 문제점을 지니고 있다. 이러한 단점의 극복을 위한 대체 투명전극 중 종휭비가 높은 금속 격자구조 투명전극은 ITO의 문제점을 해결하면서 높은 전도도와 투과도를 얻을

투명전극은 터치패널, LCD 디스플레이, OLED 조명, 태양전지 등 다양한 전지기기들에 폭넓게 활용되어지고 있으며 스마트폰의 보급으로 그 시장이 급격히 커지고 있는 추세이다. 투명전극에 가장 일반적으로 사용되는 ITO 투명전극은 투명도와 전기전도성이 뛰어난 물질이다. 하지만 차원고갈로 인해 가격이 지속적으로 상승하고 있으며 매우 깨지기 쉽고 높은 열처리 온도를 요구하는 문제점을 지니고 있다. 이러한 단점의 극복을 위한 대체 투명전극 중 종휭비가 높은 금속 격자구조 투명전극은 ITO의 문제점을 해결하면서 높은 전도도와 투과도를 얻을 수 있는 장점을 지니고 있다.

본 과제에서는 실버잉크를 이용하여 격자구조 투명전극을 제작하는 새로운 공정방법을 제안한다. 전극의 역상을 지니는 몰드 내부에 실버잉크를 채운 후 기판으로 전사하게 되는데 이때 UV 경화성수지를 실버잉크 전극과 기판사이의 점착층으로 사용함으로써 잉크가 몰드로부터 쉽게 빠져나와 기판에 깨끗하게 전사시킬 수 있도록 한다. 특히 UV 조사를 통하여 수지를 경화시키는 과정에서 발셍하는 열은 몰드 내부에 채워진 실버잉크를 가경화 시키며 이를 통해 높은 종횡비를 지니는 실버잉크 전극 구조가 무너지는 일을 방지하도록 도와준다. 이때 FIB 단면 이미지 확인을 통하여 실버잉크와 UV수지 사이의 결함이 물리적으로 강하게 이루어 지는 것을 확인하였다. 또한 PDMS의 높은 이형성은 2 μm 의 미세한 선폭을 지니는 실버잉크 전극도 손상없이 깨끗이 구현가능 하도록 한다. 10 μm 크선폭을 기준으로 제작된 투명전극은, 550 nm 의 파장대에서 93%의 우수한 투과도를 지니고 있으며, 동시에 면저항이 4.2 Ω/sq 로 필름 ITO 에 비하여 10 배 이상의 뛰어난 전기적 특성을 지니고 있음을 확인하였다. 뿐만 아니라 대면적 투명전극 제작가능성을 확인하기 위해 12 inch 웨이퍼에 사진식각공정을 진행하여 160 mm x 190 mm 의 넓은 면적을 지니는 투명전극을 제작하였다. 또한 이를 바탕으로 면저항 방석의 터치패널을 직접 제작함으로써 제안한 실버잉크 격자구조 투명전그깅 터치패널로 활용 가능함을 확인하였다.

OLED는 유기물의 sp 혼성궤도 결합을 통해 생성되는 p-전자구름 겹침을 이용해 전도성이 형성되므로 휘어지는 광원소자로 제작될 수 있다. 하지만 기존 무기물 투명전극 기반 ITO OLED는 반복적으로 휘게 될 경우 균열을 만들어 안정적인 동작이 불가능해진다. 이에, 전도성 고분자, 그래핀, 카본나노튜브, 금속 나노선 등 ITO 전극을 대체하고자 많은 연구가 진행됐지만, 낮은 전도도와 전극 면의 평탄도가 좋지 못해 실제 조 OLED 조명에 적용하지 못하고 있다. 따라서 투명 전극의 전도도 향상과 전극 면의 평탄도를 개선하기 위해 기판 내부에 음각으로 형성된 실버 그리드 전극을 이용함으로써 기존 ITO 전극으로 구현하기 어려웠던 대면적 플렉서블 OLED 조명을 제작하고자 한다.

이에 제안된 전극의 경우 선폭 5㎛, 두께 2㎛, 간격 125㎛의 정사각형 패턴의 음각 그리드 전극을 이용하고 전도성 고분자 PH1000 전극을 전면에 도포하여 투과도 87.1 %, 면저항 9.7 Ω/sq.를 달성하였다. 게다가, 회전반경 5.7 mm에서 5,000회 구부림에도 면저항 값의 변화율이 5% 이내로 전극에 유연성 특성이 우수함을 확인할 수 있었다. 본 전극을 OLED 소자로 적용하기 위해 MoO3, PEDOT:PSS(AI4083) 물질을 단계적으로 구성하여 전극에서 유기물로 정공 주입이 원활하도록 구성하였고, 본 버퍼층을 설계함에 따라 전력효율 69 lm W-1, 외부양자효율 22.3 %로 현재까지 보고된 그리드 기반 전극 OLED 중 가장 높은 효율을 달성할 수 있었다. 그뿐만 아니라, 회전반경 7.9 mm에서 1000회 구부릴 경우에도 특성 저하 없이 안정적으로 구동됨을 확인할 수 있었다. 해당 전극을 이용하며 대면적 OLED를 제작할 경우, OLED 내의 휘도 균일도를 예측하기 위해, 소자의 등가회로 모델을 기반으로 한 전산모사 시스템을 개발하였으며, 해당 결과 개발된 전극을 이용할 경우 밝기 균일도 90% 이상으로 구현 가능한 대면적 OLED (50 x 20mm급)를 제작할 수 있음을 확인하였다. 따라서 본 시뮬레이션 내용을 바탕으로 70 x 40mm 기판 크기에 발광영역 50 x 20 mm급 그리드 전극 기반 플렉서블 고성능 OLED 조명을 구현하였다.