혼합용액을 이용한 그물형 구조의 은나노와이어 투명 전극의 제작 및 특성 분석

Abstract

In recent years, with the development of display electronic devices, works on a flexibility and stretchability of transparent conductive electrode (TCE) have been actively studied. Indium-tin oxide (ITO), which is currently the most widely used transparent electrode material for touch display panels, exhibits low sheet resistance and high transmittance, but ITO is difficult to use as flexible transparent electrode, because of brittle characteristic and high process temperature. Therefore, various materials such as metal mesh, graphene, carbon nano tube, silver nanowire, conductive polymer are being studied as a next-generation transparent electrode material to replace ITO. Among these materials, silver nanowires are the closest material to commercialization because its high conductivity and transmittance. However, silver nanowire has high haze caused by high surface roughness, and weakness to folding. In this study, we propose a simple method to provide grid type composite materials transparent electrode with silver nanowire, conductive polymer and UV reactive materials, to solve problems of silver nanowire electrode. First, composite solution of silver nanowire, PEDOT:PSS, 2,4-hexadiene-1,6-diol(HDD) is coated on corona treated PET substrate. Then, coated electrode is washed out with deionized water to shape grid type pattern after selectively exposed to UV light(254nm). Grid type transparent electrode fabricated by optimizing mixing ratio of silver nanowire and PEDOT:DOT at 2:1 showed a low sheet resistance of 23.01 Ω/□ and a high visible light transmittance of 81.09%. In addition, as a result of bending test repeated 10,000 times, the change of sheet resistance of composite electrode was smaller than silver nanowire electrode. As decrease of surface roughness, haze effect was diminished. In conclusion, this study provides effective methods to manufacture high electric and optic characteristics composite transparent electrode by solving problems of visibility and bending durability in silver nanowire electrode. |최근, 디스플레이 전자 기기의 급격한 발전에 따라 유연성(flexibility) 또는 신축성(stretchability)을 가진 투명 전도성 전극(transparent conductive electrode) 이에 대한 연구가 활발히 진행 되고 있다. 현재 터치 디스플레이 패널의 투명 전극 소재로 가장 널리 사용되고 있는 인듐-주석 산화물(indium-tin oxide, ITO)은 낮은 면 저항과 높은 광투과율을 나타내지만 외부 충격에 쉽게 깨어지는 성질과 높은 공정 온도 때문에 유연 전자 기기에 활용하기 힘들다. 따라서 기존 ITO를 대체하기 위한 차세대 투명 전극 소재로 금속 그물망(metal mesh), 그래핀(graphene), 탄소나노튜브(carbon nanotube), 은나노와이어(silver nanowire), 전도성 고분자(conductive polymer) 등의 다양한 소재들이 연구되고 있다. 앞서 언급한 소재들 중 은나노와이어는 높은 전도성과 동시에 높은 투과율을 가지고 있어 상용화에 가장 가까운 소재로 각광받고 있다. 하지만 은나노와이어는 고유 물성인 높은 표면 거칠기 의해 발생하는 빛 번짐 현상이 발생하며 접힘에 약한 내구성에 한계가 있다. 전도성 고분자는 비교적 낮은 전기 전도성을 띄지만 높은 유연성을 보인다. 본 연구에서는 전도성 고분자와 은나노와이어 복합 재료를 사용하고, 광 반응성 물질을 사용하여 UV에 노출된 부분을 경화시킴으로써 증류수 세척으로 격자형 그물망 구조를 간단한 방법으로 제작할 수 있는 방법을 제안하여 은나노와이어 전극의 단점을 보완하였다. 은나노와이어 전극 증착은 은나노와이어와 PEDOT:PSS, 2,4-hexadiene-1,6-diol(HDD) 용액을 혼합 사용하여 코로나 표면 처리한 PET기판 위에 코팅하고 UV에 노출시킨 후 증류수 세척만을 통해 패턴을 형성하였다. 본 연구에서 은나노와이어와 PEDOT:DOT를 2:1로 최적화하여 혼합 용액을 사용한 그물망 전극을 제작하였으며, 제작된 전극은 23.01 Ω/□의 낮은 면저항과, 81.09 %의 높은 가시광 투과율을 나타냈다. 또한, 10000회 반복된 굽힘 시험에 따른 면저항 변화를 측정한 결과 은나노와이어 전극에 PEDOT:PSS를 혼합함으로서 기존 은나노와이어 전극에 비해 면저항 변화가 작게 나타났으며, PEDOT:PSS의 영향으로 표면 거칠기가 감소함과 동시에 헤이즈(haze) 현상도 줄어드는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 기존 은나노와이어 단일 소재를 사용한 투명전극에서 나타났던 헤이즈와 굽힘 내구성 문제를 해결함으로써 높은 전기적, 광학적 특성을 가지며, 우수한 시인성과 높은 유연성을 보유한 은나노와이어-PEDOT:PSS 혼합 투명 전극의 제작방법과 실험 결과를 제시하였다.