KR101173212B1 - 터치 패널 필름 및 그의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 패널 필름 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 터치 패널 필름은 플라스틱 재질의 투명 기판; 기판 상에 형성된 금속산화물 씨드층; 및 금속산화물 씨드층 상에 형성된 투명 전도층을 포함하고, 금속산화물 씨드층의 도입으로 투명 전도층, 예를 들면, ITO 층을 저온에서 결정화시킬 수 있고, 이로 인해 투과성에 영향을 미치지 않으면서 내구성을 개선시킬 수 있다.
금속 도핑, 투명, 전도성, 산화물

Description

터치 패널 필름 및 그의 제조방법{Touch Panel Film and Method for Preparing the Same}
본 발명은 터치 패널 필름 및 그의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 고투과성과 내구성을 갖는 터치 패널 필름 및 그의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 지식경제부 및 정보통신연구진흥원의 IT 원천 사업의 일환으로 수행한 과제로부터 도출된 것이다[과제번호: 2006-S-079-03, 과제명: 투명전자소자를 이용한 스마트창].
일반적으로 종래 고투과성 터치패널의 구조는 도 1과 같다. 즉, 약 150 내지 300㎛의 두께를 갖는 플라스틱 재질의 투명 기판(100)과, 그의 하부에 광경화성 수지로 코팅되어 자외선으로 경화시킨 외부환경 노출로부터 보호역할을 하는 약 10㎛ 내외의 두께를 갖는 보호막(110)과, 투명 기판(100) 상부에는 투명 전도층(120)이 약 10 내지 30㎚의 두께로 형성되어 있는 구조를 갖는다. 이와 같은 터치패널은 구조에 상관없이 투과율이 87% 이상이어야 하며, 저항 규격이 400Ω/□ ± 20% 이어야 한다.
터치패널용 투명 전도층으로는 주로 ITO를 사용하는데, 터치패널은 작동 원리상 압력이 지속적으로 가해지기 때문에 마모가 진행될 수 있으며, 마모가 진행되면 투명 전도층의 전기저항이 달라져서 오작동을 일으키는 원인이 된다. 따라서, 마모가 일어나지 않도록 하여야 하며, 이를 위해, ITO는 In2O3 및 SnO2의 조성을 다르게 하여, 터치패널용 기판인 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트)가 견딜 수 있는 150℃ 이하의 열처리를 거쳐 결정질 ITO로 변환시켜 사용한다.
그러나, 저온에서 결정질 ITO를 형성시키는 것은 매우 어렵다. 이 부분은 각 제조회사에서 극비로 다루어지고 있기 때문에, 이에 대한 정확한 자료 확보에도 어려움이 있지만, 증착방법 및 증착공정 상 공정 조건이 변수가 될 수 있다고 여겨지고 있다.
이에 본 발명자들은 터치패널용 투명 전도막에 대한 연구를 진행하면서, 터치패널용 기판 상에 ITO 투명 전도막을 증착하기 전에 금속산화물 씨드층를 형성시키는 경우, ITO 투명 전도막의 저온 결정화를 도와, 내구성을 개선시킬 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 첫 번째 기술적 과제는 고투과성 및 내구성을 갖춘 터치 패널 필름을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 두 번째 기술적 과제는 고투과성 및 내구성을 갖춘 터치 패널 필름의 제조방법을 제공하는 것이다.
첫 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
플라스틱 재질의 투명 기판;
기판 상에 형성된 금속산화물 씨드층; 및
금속산화물 씨드층 상에 형성된 투명 전도층을 포함하는 터치 패널 필름을 제공한다.
본 발명에 따른 터치 패널 필름은 기판과 금속산화물 씨드층 사이에 산화물 절연체로 형성된 버퍼층을 더 포함할 수 있으며, 기판 하부에 경화성 수지로 경화된 보호층을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 패널 필름에서, 플라스틱 소재 투명 기판으로는 PET가 바람직하며, 투명 전도층은 Sn의 원자비가 5 내지 20%인 ITO 층인 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 터치 패널 필름에서, 금속산화물 씨드층의 금속산화물은 Al, Ga, Sn, B, In, Y, Se, V, Si, Ge, Ti, Zr, Hf 및 F로 이루어진 군에서 일종 이상 선택된 도펀트로 도핑된 아연산화물, 주석산화물 또는 아연주석산화물인 것이 바람직하다. 여기서, 도펀트는 0.001 내지 10at%로 도핑되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 터치 패널 필름에서, 버퍼층은 2.0 ± 10%의 굴절율을 갖는 산화물 절연체로 형성되는 것이 바람직하며, 산화물 절연체로는 SiOx, SiNx 또는 AlOx인 것이 바람직하다.
본 발명의 두 번째 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명은
플라스틱 소재 투명 기판 상에 금속산화물 씨드층을 형성하는 단계; 금속산화물 씨드층 상에 투명 전도층을 형성하는 단계; 및 투명 전도층을 후속 열처리하는 단계를 포함하고, 여기서, 각 단계는 150℃ 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 터치 패널 필름의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 따른 터치 패널 필름의 제조방법에서, 금속산화물 씨드층 형성 전에, 기판 상에 150℃ 이하의 온도 하에서 산화물 절연체로 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하며, 또한, 기판 상에 임의의 구조물이 형성되기 전에, 그의 하부에 경화성 수지를 코팅 및 경화시켜 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 터치 패널 필름의 제조방법에서, 금속산화물 씨드층은 스퍼터링, 이베퍼레이션, 이온-빔 증착 또는 기상 핵생성에 의해 1 내지 10㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 투명 전도층은 Sn의 원자비가 5 내지 20%인 ITO를 이용하여 10 내지 20㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하며, 버퍼층은 스퍼터링, 이베 퍼레이션, ALD법 또는 PECVD법으로 5 내지 100㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 효과는 다음과 같다.
첫 번째, 본 발명에 따른 터치 패널 필름은 금속산화물 씨드층을 도입함으로써, 투명 전도층, 예를 들면, ITO층의 저온 결정화를 도울 수 있고, 이로 인하여 투과성에 영향을 미치지 않으면서 내구성을 높일 수 있다.
두 번째, 본 발명에 따른 터치 패널 필름은 박막의 투과도 및 균일도를 높일 수 있는 버퍼층을 도입함으로써 상기 효과를 극대화할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 필름의 단면도를 나타낸 것이도, 도 3은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 터치 패널 필름의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2을 참조하면, 본 발명의 터치 패널 필름은 플라스틱 소재의 투명 기판(200), 투명 기판(200) 상에 형성된 금속산화물 씨드층(210), 금속산화물 씨드층(210) 상에 형성된 투명 전도층(220) 및 투명 기판 하부에 형성된 보호층(230)을 포함한다.
본 발명에 따른 터치 패널 필름에서, 플라스틱 소재의 투명 기판(200)으로는 이 분야에 일반적으로 사용되는 것이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 PET(폴리에틸렌 테레프탈레이트) 기판이 사용되는 것이다. 기판의 두께는 일반적으로 150 내지 300㎛의 범위일 수 있다.
플라스틱 소재의 투명 기판(200)은 그 자체로 사용될 수 있으며, 또한, 그의 하부에 경화성 수지를 코팅하여, 이를 경화시켜 형성된 보호층(240)을 갖는 구조로 플라스틱 소재의 투명 기판(200)이 이용될 수 있다.
이 경우, 경화성 수지로는 광경화성 수지, 열경화성 수지 또는 광?열 병용 수지가 사용될 수 있으며, 보호층(230)의 두께는 대략 10㎛의 내외의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
이어, 투명 기판(200) 상에는 금속산화물 씨드층(210)이 포함된다. 금속산화물 씨드층(210)의 도입은 금속이 투명 전도층으로 주로 사용되는 ITO의 결정화에 기여할 수 있기 때문이다.
여기서, 금속산화물로는 얇은 두께에서도 결정성 형성이 용이한 아연산화물 계열을 사용하는 것이 바람직하며, 주석산화물 및 아연주석산화물도 사용될 수 있다. 바람직하게는 Al, Ga, Sn, B, In, Y, Se, V, Si, Ge, Ti, Zr, Hf 및 F로 이루어진 군에서 일종 이상 선택된 도펀트로 도핑된 아연산화물, 주석산화물 또는 아연주석산화물이며, 보다 바람직하게는 Al-도핑된 ZnO, Ga-도핑된 ZnO이다. 또한, 여기서 도펀트는 0.001 내지 10at%의 범위 내에서 도핑되는 것이 바람직하다.
금속산화물 씨드층(210)은 터치 패널 필름의 투과도 하락을 초래할 수 있다. 따라서, 금속산화물 씨드층(210)은 투과도 하락을 허용하지 않도록 1 내지 10㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
금속씨드층(210) 상에는 투명 전도층(220)을 포함한다. 투명 전도층(220)으로 가장 일반적인 것은 ITO이지만, 그 외에도 다른 투명 산화물이 사용될 수 있다. ITO층의 경우, 주석의 비율이 원자비로 5 내지 20% 포함되는 것이 바람직하다. 투명 전도층(220)은 약 10 내지 20㎚의 두께를 갖는 것이 바람직하다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 터치 패널 필름은 도 2와 같은 구조의 터치 패널 필름에서 투명 기판(200)과 금속산화물 씨드층(210) 사이에 버퍼층(240)을 더 포함한다.
버퍼층(240)은 금속산화물 씨드층 하부에 씨드의 결정성과 투과율 보정을 동시에 해소시키기 위하여 도입되는 층이다. 버퍼층(240)은 굴절율이 2.0±10%인 산화물 절연체로 형성되며, 산화물 절연체로는 SiOx, SiNx 또는 AlOx가 포함될 수 있지만, 이것으로 제한되는 것은 아니다. 버퍼층(240)의 두께는 5 내지 100㎚인 것이 바람직하다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널 필름의 제조되는 과정을 도시한 공정도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명에 따른 터치 패널 필름의 제조방법은 플라스틱 소재 투명 기판 상에 150℃ 이하의 온도 하에서 금속산화물 씨드층을 형성하는 단계(S11); 금속산화물 씨드층 상에 150℃ 이하의의 온도 하에서 투명 전도층을 형성하는 단계(S12); 및 투명 전도층을 150℃ 이하의 온도로 후속 열처리하는 단 계(S13)를 포함한다.
플라스틱 소재 투명 기판(200)으로는 PET 기판이 이용될 수 있으며, 플라스틱 소재 투명 기판(200) 상에 금속산화물 씨드층(210)을 형성하기 전에, 기판(200)의 하부를 경화성 수지로 코팅한 후, 이를 경화시켜 보호층(230)을 약 10㎛의 두께 내외로 형성할 수 있다. 이 경우, 경화성 수지로는 광경화성 수지일 수 있으며, 열경화성 수지 또는 광과 열 병용 수지가 사용될 수 있다. 광경화성 수지의 경우, UV와 같은 것으로 경화시키고, 열경화성 수지의 경우, 가열을 통해 경화시킬 수 있다.
이어, 투명 기판(200) 상에 금속산화물 씨드층(210)이 형성된다(S11). 한편, 금속산화물 씨드층(210)의 형성 전에, 금속산화물 씨드층(210)의 도입에 의한 씨드층 하부의 결정성과 투과율 보정에 따른 문제를 방지하기 위하여, 버퍼층(240)이 형성될 수 있다. 버퍼층(240)은 150℃ 이하의 저온 범위에서, 스퍼터링, 이베퍼레이션, ALD 또는 PECVD법을 사용하여 형성될 수 있으며, 이 경우, 버퍼층(240)은 굴절율이 2.0±10%인 산화물 절연체를 사용하여 5 내지 100㎚의 두께 범위로 형성되는 것이 바람직하다.
투명 기판(200) 상에 또는 버퍼층(240) 상에 금속산화물 씨드층(210)의 형성은 기판 온도를 150℃ 이하의 온도로 유지하면서, 스퍼터링, 이베퍼레이션, 이온-빔 증착등의 물리적 증착 방법을 통해 형성될 수 있거나, 또는 기상 핵생성에 의해 형성될 수 있으며, 이 경우 기판 온도는 상온 이상인 것이 바람직하다. 금속산화물 씨드층(210)은 투과도 하락을 허용하지 않는 범위 내에서 1 내지 10㎚의 두께로 형성되는 것이 바람직하다.
이어, 금속산화물 씨드층(210) 상에 투명 전도층(220)을 형성한다(S12). 여기서, 투명 전도층은 ITO층이 바람직하고, ITO 층은 Sn의 원자비가 5 내지 20%인 ITO 타겟을 이용하여 150℃ 이하의 온도에서, 바람직하게는 상온 내지 100℃의 온도에서 약 10 내지 20㎚의 두께로 증착된다.
이어, 투명 전도층(220)을 150℃ 이하의 온도에서 30분 내지 2 시간 동안 열처리한다(S13). 이 열처리에 의해 투명 전도층(220), 즉 ITO층이 결정화된다.
이와 같은 공정을 통해 제조된 터치 패널 필름은 87% 이상의 투과율을 가지며, 400Ω/□ ± 20%의 저항 규격을 갖는다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하고자 하나, 하기 실시예는 설명을 목적으로 한 것으로 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예
뒷면에 보호층을 갖는 PET 기판 상에 스퍼터링법으로 150℃의 온도에서 알루미늄이 3at% 도핑된 ZnO를 이용하여 금속산화물 씨드층을 10㎚의 두께로 형성하였다. 이어, 금속산화물 씨드층 상에 100℃의 온도에서 Sn의 원자비가 10%인 ITO를 이용하여 스퍼터링법으로 15㎚의 두께로 ITO층을 형성하였다. 이어, ITO 층을 150℃의 온도에서 1시간 동안 열처리하여, 터치 패널 필름을 얻었다.
비교예
금속산화물 씨드층을 도입하지 않는 것만 제외하고, 실시예와 동일하게 하여 터치 패널 필름을 얻었다.
상기 실시예와 비교예로부터 얻은 터치 패널 필름에서 ITO층의 결정성을 XRD로 측정하였고, 그 결과를 도 5 및 도 6에 각각 나타내었다.
도 5의 경우, ITO (222) 피크가 분명히 드러나 있지만, 도 6의 경우, ITO (222) 피크가 보이지 않는 비정질 막이였다.
도 1은 종래 기술의 비정질 ITO 터치 패널 필름 구조를 나타낸 단면도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따라 금속씨드층이 적용된 고투과 터치 패널 필름 구조를 나타낸 단면도이다.
도 3는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따라 버퍼층과 금속씨드층이 적용된 고투과 터치 패널 구조를 나타낸 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따라 고투과 터치 패널 필름의 제조 과정을 나타낸 공정도이다.
도 5는 본 발명에 따른 금속산화물 씨드층이 적용된 실시예에 따라 제작된 터치 패널 필름의 결정성을 분석한 XRD 결과이다.
도 6은 금속산화물 씨드층이 적용되지 않는 터치 패널 필름의 결정성을 분석한 XRD 결과이다.

Claims (12)

  1. 플라스틱 소재의 투명 기판;
    상기 기판 상에 Al, Ga, Sn, B, In, Y, Se, V, Si, Ge, Ti, Zr, Hf 및 F로 이루어진 군에서 일종 이상 선택된 도펀트로 도핑된 아연산화물 및 아연주석산화물로 이루어진 군에서 선택된 금속산화물로 형성된 씨드층; 및
    상기 씨드층 상에 ITO로 형성된 10 내지 20㎚의 두께의 투명 전도층을 포함하는 터치 패널 필름.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판과 금속산화물 씨드층 사이에 산화물 절연체로 형성된 버퍼층을 더 포함하는 터치 패널 필름.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 기판 하부에 경화성 수지로 경화된 보호층을 더 포함하는 터치 패널 필름.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 플라스틱 소재 투명 기판은 PET이고, 상기 투명 전도층은 Sn의 원자비 가 5 내지 20%인 ITO 층인 터치 패널 필름.
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 도펀트는 0.001 내지 10at%로 도핑되는 것인 터치 패널 필름.
  7. 플라스틱 소재 투명 기판 상에 Al, Ga, Sn, B, In, Y, Se, V, Si, Ge, Ti, Zr, Hf 및 F로 이루어진 군에서 일종 이상 선택된 도펀트로 도핑된 아연산화물 및 아연주석산화물로 이루어진 군에서 선택된 금속산화물로 씨드층을 형성하는 단계;
    상기 씨드층 상에 ITO로 10 내지 20㎚의 두께의 투명 전도층을 형성하는 단계; 및
    상기 투명 전도층을 후속 열처리하는 단계를 포함하고,
    여기서 각 단계는 150℃ 이하의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 터치 패널 필름의 제조방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 금속산화물 씨드층 형성 전에, 투명 기판 상에 150℃ 이하의 온도 하에서 굴절율이 2.0±10%인 산화물 절연체로 버퍼층을 형성하는 단계를 더 포함하는 터치 패널 필름의 제조방법.
  9. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 플라스틱 소재 투명 기판 하부에, 경화성 수지를 코팅 및 경화시켜 보호층을 형성하는 단계를 더 포함하는 터치 패널 필름의 제조방법.
  10. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 금속산화물 씨드층은 스퍼터링, 이베퍼레이션, 이온-빔 증착 또는 기상 핵생성에 의해 1 내지 10㎚의 두께로 형성되는 것인 터치 패널 필름의 제조방법.
  11. 제 7항 또는 제 8항에 있어서,
    상기 투명 전도층은 Sn의 원자비가 5 내지 20%인 ITO를 이용하여 형성되는 것인 터치 패널 필름의 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 버퍼층은 스퍼터링, 이베퍼레이션, ALD 또는 PECVD법으로 5 내지 100㎚의 두께로 형성되는 것인 터치 패널 필름의 제조방법.
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