KR101270753B1 - 유연기판을 포함하는 기능성 박막 및 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법 - Google Patents

유연기판을 포함하는 기능성 박막 및 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법 Download PDF

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Abstract

유연기판을 포함하는 기능성 박막이 개시되며, 상기 유연기판을 포함하는 기능성 박막은 유연기판; 상기 유연기판 상에 형성되는 버퍼층; 상기 버퍼층 상에 형성되고, 가시광선 영역에서 투명 상태를 유지하는 산화물을 포함하는 투명 반도체층; 상기 투명 반도체층 상에 형성되는 절연보호막; 및 상기 절연보호막 상에 형성되는 지문방지막을 포함하되, 상기 투명 반도체층의 면저항은 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□이다.

Description

유연기판을 포함하는 기능성 박막 및 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법{FUNCTIONALITY THIN FILM INCLUDING FLEXIBLE PLATE AND METHOD FOR LAMINATING THE SAME}
본 발명은 유연기판을 사용하는 기능성 박막 및 유연기판을 사용하는 기능성 박막 적층 방법에 관한 것이다.
스마트폰 및 패드와 같은 터치스크린을 이용하는 모바일 디스플레이 관련 산업이 발달함에 따라서 차세대 터치스크린에 대한 새로운 요구와 연구가 많이 진행되고 있다. 특히 터치스크린에 데이터를 입력하는 기능뿐만 아니라, 스크린 위에 전기장을 형성하여 사용자의 촉각을 인식할 수 있도록 하는 전기 감응형 터치스크린에 대한 연구가 진행 중이다.
미국 공개특허 US2011/0109588(발명의 명칭: TACTILE STIMULATION APPARATUS HAVING A COMPOSITE SECTION COMPRISING A SEMICONDUCTING MATERIAL)는 전기 감응형 터치스크린 구조를 개시하고 있는 것으로, 이 장치는 전기 감응형 스크린을 만들어서 정전용량 터치스크린 위에 밀착시킨 구조를 사용한다.
도 1은 전기 자극 감지 관련 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 하부에 전극이 연결된 반도체층과 이 반도체층 상에 적층되는 절연층으로 구성된 전기 감응형 스크린이다. 이 장치는 정전하를 이용하기 때문에 절연체로 이루어진 절연층이 있다. 이 절연층 표면에 터치를 하게 되면, 정전하가 반도체층으로 전달되고 전달된 정전하는 전기 감응형 스크린 아래에 위치하는 정전용량 방식 터치스크린의 자극 신호로 전달된다. 정전용량 방식 터치스크린은 동일하게 정전용량의 변화를 인지하여 터치스크린의 작업을 수행하게 된다.
하지만 이러한 수행 작업을 거치면서 절연층에 전하가 쌓이게 되고 이 때문에 전기 감응형 스크린의 기능이 저하될 수 있다. 이러한 것을 방지하기 위해 지문방지막을 추가하여 절연층에 전하가 쌓이게 되는 것을 방지할 수 있는데 장시간 사용으로 인해 본연의 기능이 저하될 수 있다. 기능이 저하되면 기존의 전기 감응형 스크린은 설치한 터치스크린까지 전부 교체해야 하는 문제점이 있었다.
또한 터치스크린과 밀착된 형태의 전기 감응형 스크린은 정전용량 방식 터치스크린과 결합된 형태로 제작되어 소비자가 전기 감응형 스크린만 구입할 수 없어 경제적인 부담이 있었다.
또한 기존의 전기 감응형 스크린은 유연성이 없어 새로 개발되는 형태가 변하고, 휘거나 구부릴 수 있는 터치스크린에는 사용할 수 없는 제약이 있었다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제점들을 해결하기 위해 창출된 것으로서, 절연층에 전하가 쌓이는 것을 방지하여 전기 감응형 스크린의 기능을 유지하고, 적절한 저항 수준을 만족시켜 정전용량 터치스크린이 용이하게 작동하면서 전기 감응형 스크린 또한 용이하게 작동하게 하고, 가시광선 영역에 대한 투명도를 보장하며, 유연성 있는 전기 감응형 스크린을 제작하여 휘거나 구부릴 수 있는 유연기판을 포함하는 기능성 박막 및 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법을 제공하는 것이다.
상기한 기술적 과제를 달성하기 위한 기술적 수단으로서, 본원의 제 1측면에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막은 유연기판, 상기 유연기판 상에 형성되는 버퍼층, 상기 버퍼층 상에 형성되고, 가시광선 영역에서 투명 상태를 유지하는 산화물을 포함하는 투명 반도체층, 상기 투명 반도체층 상에 형성되는 절연보호막, 및 상기 절연보호막 상에 형성되는 지문방지막을 포함하되, 상기 투명 반도체층의 면저항은 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□일 수 있다.
본원의 제 2측면에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법은 (a) 유연기판 상에 PECVD 방법을 통해 버퍼층을 형성하는 단계, (b) 상기 버퍼층 상에 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 통해 투명 반도체층을 형성하는 단계, (c) 상기 투명 반도체층에 n형 도핑을 통해 저항을 조절하는 단계, (d) 상기 투명 반도체층 상에 SiOX로 절연보호막을 형성하는 단계, 및 (e) 상기 절연보호막 상에 지문방지막을 형성하는 단계를 포함하되, 상기 투명 반도체층의 면저항은 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□일 수 있다.
본 발명에 의하면, 유연기판을 포함함으로써, 휘거나 구부릴 수 있는 유연성 있는 전기 감응형 스크린을 제작할 수 있다.
또한 가시광선 영역에서 투명 상태를 유지하는 산화물을 포함하는 투명 반도체층을 면저항이 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□인 상태로 포함함으로써, 가시광선 영역에 대해 투명하고, 정전용량 터치스크린 작동에 대한 요구사항과 전기 감응형 스크린에 대한 요구사항을 동시에 만족시킬 수 있다.
또한 버퍼층을 포함함으로써, 유연기판의 표면을 평탄하게 하고 유연기판과 투명 반도체층 사이의 접착력을 강화할 수 있다.
본 발명에 의하면, 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 통해 투명 반도체층을 형성함으로써, 저온에서 고품위 투명 반도체층을 형성할 수 있다.
또한 n형 도핑을 통해 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□의 면저항을 갖게 함으로써, 가시광선 영역에 대해 투명하고, 정전용량 터치스크린 작동에 대한 요구사항과 전기 감응형 스크린에 대한 요구사항을 동시에 만족시킬 수 있다.
도 1은 종래의 전기 자극 감지 관련 장치를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막의 구조도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막을 터치스크린에 적용하는 예를 보여주는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법에 관한 순서도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 대향 스퍼터링 장치에 관한 개략적인 개념도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전극을 적용한 PECVD 장치에 관한 개략적인 개념도이다.
아래에서는 첨부한 도면을 참조하여 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본원의 실시예를 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본원을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 "전기적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부재가 다른 부재 “상에” 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본원 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "약", "실질적으로" 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본원의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다. 본원 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 "~(하는) 단계" 또는 "~의 단계"는 "~ 를 위한 단계"를 의미하지 않는다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막의 구조도이다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)은 유연기판(10), 버퍼층(20), 투명 반도체층(30), 절연보호막(40), 및 지문방지막(50)을 포함한다.
유연기판(10)은 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)이 휘거나 구부러질 수 있게 유연성이 있는 물질로 제작할 수 있다. 예시적으로 유연기판(10)은 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PI(polyimide), 및 PEN(polyethylene naphthalate) 등의 폴리머 소재 중 적어도 하나로 형성할 수 있다. 또한 유리 또는 아크릴 등의 플라스틱을 사용하여 형성할 수 있다.
유연기판(10)을 포함하는 기능성 박막(100)이 터치스크린에 부착되면, 터치스크린의 특성에 따라 유기적으로 구부리거나 형태를 변형시킬 수 있게 하여 구부러지거나 휘어지는 터치스크린에도 사용할 수 있다.
버퍼층(20)은 유연기판(10) 상에 형성된다. 예시적으로 버퍼층(20)은 절연기능을 갖는 박막을 사용할 수 있다. 전기 감응형 터치스크린으로 사용하기 위해서 전기적으로 절연체적인 성질을 갖고, 광학적으로는 가시광선영역에서 투명한 재료를 이용하여 박막을 형성한다. 버퍼층(20)은 예시적으로 SiOX 또는 SiNX로 형성할 수 있다. SiOX 또는 SiNX로 버퍼층(20)을 형성하면 전기적으로 절연체적인 성질을 갖고, 광학적으로는 가시광선영역에서 투명한 특징을 갖는다.
유연기판(10)으로 사용되는 PET, PC, PI, 및 PEN 등의 재료는 제조방법에 따라 차이가 있으나 표면이 거칠고 고르지 못하다. 또한 후술될 투명 반도체층(30)에 사용되는 재료와 접착력이 좋지 않다. 따라서 유연기판(10)의 표면을 평탄하게 하고, 유연기판(10)과 투명 반도체층(30) 사이의 접착력을 강화하기 위한 역할을 버퍼층(20)이 하게 된다. 또한 SiOX는 굴절률이 유연기판(10)으로 사용되는 PET, PC와 비슷하여 굴절률 차이로 인한 계면 반사도 최소화 시킬 수 있다.
투명 반도체층(30)은 버퍼층(20) 상에 형성되고, 가시광선 영역에서 투명 상태를 유지하는 산화물을 포함한다. 또한 투명 반도체층(30)의 면저항은 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□일 수 있다.
예시적으로, 투명 반도체층(30)에 포함되는 가시광선 영역에서 투명 상태를 유지하는 산화물은 ZnO와 SnO2일 수 있다. ZnO와 SnO2와 같은 산화물은 밴드갭이 3eV이상으로 가시광선 영역이 속하는 380~780nm의 파장을 통과할 수 있어 가시광선 영역에서 투명하다. ZnO와 SnO2 이외에도 가시광선 영역을 통과시킬 수 있는 밴드갭을 갖는 산화물을 사용할 수 있다.
ZnO와 SnO2와 같은 산화물을 포함하는 투명 반도체층(30)은 적절한 면저항을 가져야 정전용량 터치스크린 작동에 대한 요구사항과 전기 감응형 스크린에 대한 요구사항을 동시에 만족시킬 수 있다. 이러한 요구사항을 동시에 만족시키는 면저항은 예시적으로 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□일 수 있다.
ZnO와 SnO2는 순수한 물질 상태로는 저항이 매우 크기 때문에 도핑을 통한 저항 조절 방법을 이용하여 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□의 면저항을 만족하게 할 수 있다. 예시적으로, SnO2를 사용할 경우 플루오린(F)을 사용하여 도핑을 한다. 또한 ZnO의 경우로 예를 들면 알루미늄(Al), 갈륨(Ga), 및 붕소(B) 중 하나로 n형 도핑을 한다. 도핑시 반응기체로 수소(H)를 사용하여 원하는 영역의 저항과 가시광선 투과도를 동시에 확보할 수 있다. 따라서, 투명 반도체층(30)의 산화물은 SnO2이고, 플루오린을 이용하여 n형 도핑된다. 또는 투명 반도체층(30)의 산화물은 ZnO이고, 알루미늄, 갈륨, 및 붕소 중 하나를 이용하여 n형 도핑을 수행한다.
저항을 조절하는 방법으로 도핑을 통한 조절이 아닌 산소 결핍에 의한 방법으로 결정화도를 조절하여 저항을 조절하는 방법이 있다. 결정화도를 높이면 박막의 투명도가 올라가게 되고 정공의 이동성이 증가되고 정공의 개수 또한 증가하여 저항을 낮출 수 있다. 또한 전술한 바와 같이, 디스플레이용으로 많이 사용되는 터치스크린의 특성상 가시광선 영역에 대한 투명도가 보장되어야 하는데 결정화도 조절을 통한 박막 자체의 투명도를 좋게 할 수 있다.
하지만 ZnO의 경우 결정화도를 조절하여 저항을 조절할 경우 가시광선 영역에서 투명도를 유지하는데 어려움이 있다. 예시적으로, 노란색이나 초록색으로 보이는 현상이 나타날 수 있다.
따라서, 가시광선 영역에서 투명도를 유지할 수 있는 결정화도 조절을 하는 동시에 전술한 반응기체로 수소를 이용한 n형 도핑을 통해 원하는 투명도와 저항의 박막을 제작할 수 있다.
또한 투명 반도체층(30)은 박막 두께가 1nm ~ 100nm일 수 있다. 이러한 박막 두께를 갖는 이유는 후술될 절연보호막(40)과 간섭현상에 의한 투명도와 색 조절 때문이다. 굴절률이 다른 2개의 박막을 적층하게 되면 빛의 간섭에 의해서 파장의 변화에 따른 보강간섭과 소멸간섭이 일어나게 되어서 투명한 박막일지라도 투명도가 떨어지거나 특정 색이 나올 수 있다.
후술될 절연보호막(40)의 굴절률이 1.5 정도이고 ZnO의 경우는 그보다 큰 굴절률을 갖는다. 이러한 투명도와 색 조절을 하기 위하여 예시적으로 투명 반도체층(30)은 1nm ~ 100nm의 박막 두께를 갖는다. 또한 후술될 절연보호막(40)은 500nm ~ 1um 사이의 박막 두께를 갖는다. 예시적으로 유연기판(10)은 0.7mm의 두께로 할 수 있다. 투명도를 높이는 방법으로 반사방지코팅(anti-reflection coating)방법을 사용할 수 있다. 예시적으로 ZnO가 유연기판(10)에 코팅되면, 굴절율이 유연기판(10)보다 크기 때문에 대략 λ/2의 두께를 갖는다. 후술될 절연보호막(40)은 굴절율이 1.45 ~ 1.5 사이이므로 λ/4 두께가 되면 해당하는 파장 λ에서 최적의 투과도를 확보할 수 있다.
절연보호막(40)은 투명 반도체층(30) 상에 형성된다.
절연보호막(40)은 예시적으로 SiOX를 이용하여 형성할 수 있다.
지문방지막(50)은 절연보호막(40) 상에 형성된다.
표면에 손가락이 직접 접촉하게 되는 터치스크린 특성상 지문이 묻어나게 되는데 이를 방지하는 지문방지코팅을 할 수 있다. 또한 절연보호막(40)에 전하가 쌓이게 되면 전기 감응형 터치스크린으로써 기능이 저하된다. 이를 지문방지막(50)을 형성함으로써 절연보호막(40)에 전하가 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막을 터치스크린에 적용하는 예를 보여주는 도면이다.
도 3을 참조하면, 전술한 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)은 기존의 전기 감응형 터치스크린과 차이점이 있다. 기존의 전기 감응형 터치스크린은 터치스크린에 전기 감응형 터치스크린을 적층하여 하나의 제품으로 만들어 진다. 하지만 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)은 기능성 박막 자체만 제작하여 상용화 할 수 있다. 제작된 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)은 광학 투명 접착제(OCA, optically clear adhesive)를 사용하여 어느 터치스크린 패널에나 부착하여 사용할 수 있다.
이러한 특징으로 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)의 반복적인 사용으로 인해 지문방지막(50)이 마모되어 기능이 저하되면, 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)을 터치스크린에서 제거한 후 새로운 박막으로 교체가 가능하다.
또한 후술될 공정에서도 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)만 따로 제작하여 기존의 전기 감응형 터치스크린의 제작 공정보다 번거로움이 줄고, 공정상의 위험도 줄어든다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100) 적층 방법에 대해 살핀다.
참고로, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100) 적층 방법은 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)을 적층하는 방법에 관한 것으로, 앞서 살핀 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100)에서 설명한 구성과 유사한 구성에 대해서는 동일한 도면부호를 적용하고 이에 대한 설명은 간략히 하거나 생략하기로 한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막(100) 적층 방법에 관한 순서도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법은 유연기판(10) 상에 PECVD(plasma enhanced chemical vapor deposition) 방법을 통해 버퍼층(20)을 형성(S410)한다.
버퍼층(20)은 예시적으로 SiOX 또는 SiNX로 형성된다.
유연기판(10)으로 사용되는 PET, PC, PI, 및 PEN 등의 재료는 제조방법에 따라 차이가 있으나 표면이 거칠고 고르지 못하다. 또한 후술될 투명 반도체층(30)에 사용되는 재료와 접착력이 좋지 않다. 따라서 유연기판(10)의 표면을 평탄하게 하고, 유연기판(10)과 투명 반도체층(30) 사이의 접착력을 강화하기 위한 역할을 버퍼층(20)이 하게 된다. 또한 SiOX는 굴절율이 유연기판(10)으로 사용되는 PET, PC와 비슷하여 굴절률 차이로 인한 계면 반사도 최소화 시킬 수 있다.
다음으로, 버퍼층(20) 상에 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 통해 투명 반도체층(30)을 형성(S420)한다. 투명 반도체층(30)의 면저항은 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□이다.
투명 반도체층(30)의 면저항을 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□로 하는 이유는 전술한 바와 같이 가시광선 영역에 대해 투명하고, 정전용량 터치스크린 작동에 대한 요구사항과 전기 감응형 스크린에 대한 요구사항을 동시에 만족시키기 위해서이다.
투명 반도체층(30)을 만드는 방법으로는 크게 습식방식과 건식방식이 있다. 본 발명은 예시적으로 건식방식에서 PVD(physical vapor deposition) 방법의 하나로 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 사용하여 투명 반도체층(30)을 형성하였다. 스퍼터링 방법 또는 화학 기상 증착 방법을 사용하여 투명 반도체층(30)을 형성시 후술될 도핑을 통한 저항 조절까지 가능하다.
스퍼터링 방법으로 ZnO나 SnO2 박막 합성 시 일반적인 스퍼터링 방법에서는 산소 이온이 기판으로 가속되어서 고품위 박막 형성에 좋지 않은 영향을 주게 된다. 이 때문에 기판을 고온(200℃ 이상)으로 가열하여 결함제어를 해야 한다. 그리고 도핑을 위해서 반응기체로 수소를 넣어주게 되면 n형 도핑을 할 수가 있다. 수소 기체의 유입량을 조절하여 도핑 농도를 조절 할 수 있고, 따라서 박막의 저항을 제어할 수 있다. 이러한 스퍼터링 공정에서 기판의 온도와 공정 압력과 타깃에 주는 전기에너지, 수소 유입량 등이 고품위 박막 형성을 결정하는 인자로 작용한다.
다음으로, 투명 반도체층(30)에 n형 도핑을 통해 저항을 조절(S430)한다.
투명 반도체층(30)은 후술될 수평 대향 타깃 스퍼터링 방법 또는 보조전극 적용 PECVD 방법을 통해 알루미늄, 갈륨, 및 붕소 중 하나로 n형 도핑을 한다. 이때, n형 도핑의 반응기체인 수소의 유입량을 조절하여 도핑 농도를 조절할 수 있다. 투명 반도체층(30)은 도핑 농도 조절을 통해 저항 및 가시광선 투과도가 조절된다.
다음으로, 투명 반도체층(30) 상에 SiOX로 절연보호막(40)을 형성(S440)한다. 절연보호막(40)은 후술될 보조전극 적용 PECVD 방법으로 증착할 수 있다. 전구체로 TEOS(tetraethylorthosilicate), TMSO(tetramethylenesulfoxide), HMDSO(hexamethyldisiloxane), OMCTS(octamethylcyclotetrasiloxane) 등의 유기실란 계열이 사용될 수 있다. 이 구조에서는 100℃ 이하의 저온 증착이 가능하다.
마지막으로, 절연보호막(40) 상에 지문방지막(50)을 형성(S450)한다.
표면에 손가락이 직접 접촉하게 되는 터치스크린 특성상 지문이 묻어나게 되는데 이를 방지하는 지문방지코팅을 할 수 있다. 또한 절연보호막(40)에 전하가 쌓이게 되면 전기 감응형 터치스크린으로써 기능이 저하된다. 이에 따라, 지막(50)을 형성함으로써 절연보호막(40)에 전하가 쌓이는 것을 방지할 수 있다.
후술될 도 5와 도 6에 도시된 실시예는 도 3의 버퍼층 형성(S410), 투명 반도체층 형성(S420), 저항 조절(S430), 및 절연보호막 형성(S440)을 설명하기 위한 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 수평 대향 스퍼터링 장치에 관한 개념도이다.
수평 대향 타깃 스퍼터링 방법(facing target sputtering)을 상세히 살펴보면, 예시적으로 기판은 장치 상부나 하부에 위치할 수 있다. 이때, 타깃으로부터 나오는 강한 에너지를 가진 라디칼들이 직접 기판에 영향을 주지 않으므로 저온에서도 고품위의 박막을 얻을 수 있다. 또한 수소 유입량을 조절하게 되면 저온에서 고품위의 투명 반도체층(30)을 형성할 수 있다.
박막의 결정화도에 영향을 미치는 요소는 기판의 온도와 기판에 입사하는 라디칼의 에너지 등이 있다. 특히 ZnO와 같은 산화물의 경우 높은 운동에너지를 가지는 산소 이온에 의한 박막 합성에 손상을 많이 주게 된다. 이러한 라디칼에 의한 손상을 없애주는 것이 저온에서 결정화도를 높이는 핵심 인자이다.
이러한 라디칼에 의한 손상을 줄이기 위한 방법으로 전술한 수평 대향 타깃 스퍼터링 방법을 이용한다. 구체적으로 예를 들면, 수평 대향 타깃 스퍼터링 방법은 기판이 전극에 수직으로 위치하게 되어 높은 에너지를 가지는 라디칼에 의한 충격을 최소화할 수 있다. 이 경우 결정화도에 영향을 미치는 인자는 수평 대향 타깃간의 거리로 15cm 이내로 들어와야 하고, 기판이 전극에서 10cm 이내로 들어와야 결정화에 필요한 에너지를 공급받을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 보조전극을 적용한 PECVD 장치에 관한 개략적인 개념도이다.
전술한 버퍼층(20)을 형성할 때 도 6의 보조전극을 적용한 PECVD 장치의 상판 전극과 하판 전극을 독립적으로 조정하여 플라스마 밀도를 올리는 동시에 라디칼의 에너지를 제어하여 절연기능의 특성을 갖고, 가시광선 영역에 투명한 버퍼층을 형성할 수 있다.
전술한 투명 반도체층(30)을 만드는 방법 중 화학 기상 증착 방법을 사용할 수 있다. 예시적으로, 일반적인 화학 증착 방법을 사용하여 ZnO 박막 형성시, 다이메틸아연(DMZ)이나 디에틸아연(DEZ)를 전구체로 사용하는데 이런 다이메틸아연이나 디에틸아연은 메틸기나 에틸기를 가진 소스이다. 이런 공정에서 저온상태일 경우에는 CHX가 박막 내에 들어가게 되는 문제가 있다. 200~300℃ 이상의 고온에서는 CHX가 감소하게 되어서 치밀한 고품위 박막을 만들 수 있다. 400℃ 이상의 고온이 되면 수소가 빠져나가서 제어가 힘들다, 수소 유입량을 조절해서 투명 반도체층(30)의 도핑과 박막의 저항을 제어할 수 있다.
저온에서 고품위 박막을 만들기 위해서는 도 6과 같이 하부 전극을 제어해서 CHX를 충분히 분해하여 CH4 또는 H2O또는 CO 또는 CO2와 같은 기체로 배출시킬 수 있다. 예시적으로, 도 6에서 하부 전극에도 RF 파워가 연결되어 있는 것을 용도에 따라서 DC나 MF 파워로 대체하여 연결할 수 있다. 이때 기판에도 시스(sheath)가 형성 되기 때문에 기판으로 오는 라디칼은 어느 정도 운동에너지를 가지고 오고 이 에너지가 고품위 박막 형성에 영향을 준다.
여기서 시스는 플라스마 주위에 얇은 층의 발광하지 않는 영역을 말하며 라디칼은 화학 변화가 일어날 때 분해되지 않고 다른 분자로 이동하는 원자의 무리를 말한다.
저항 조절(S430)과 절연보호막 형성(S440)도 보조전극을 적용한 PECVD 장치로 할 수 있다.
유연기판을 적용한 기능성 박막(100)은 유연기판(10)이 열에 약한 구성물질을 포함하기 때문에 전술한 수평 대향 타깃 스퍼터링 방법 및 보조전극을 적용한 PECVD 방법으로 저온공정이 필수적이다.
또한 유연기판을 적용한 기능성 박막(100)은 터치스크린에 전기 감응형 스크린을 직접 적층하는 공정이 아닌 유연기판을 적용한 기능성 박막(100)만 독립적으로 적층하여 기존의 터치스크린 패널에 OCA를 이용하여 부착이 가능하다.
따라서, 제조 공정이 간단하고 터치스크린 위에 직접 적층하는 기존의 전기 감응형 스크린 보다 공정의 위험성이 적다. 또한 전기 감응형 스크린의 사용으로 인한 마모로 지문방지막(50)이 마모되거나 전기 감응형 스크린의 기능 저하시 유연기판을 적용한 기능성 박막(100)은 터치스크린에서 유연기판을 적용한 기능성 박막(100)만 제거하여 교체할 수 있어 경제적으로도 유리하다.
전술한 본원의 설명은 예시를 위한 것이며, 본원이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본원의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본원의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본원의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100: 유연기판을 포함하는 기능성 박막
10: 유연기판 20: 버퍼층
30: 투명 반도체층 40: 절연보호막
50: 지문방지막 200: 터치스크린
S410 버퍼층 형성 단계 S420: 투명 반도체층 형성 단계
S430: 절연보호막 형성 단계 S440: 지문방지막 형성 단계

Claims (12)

  1. 유연기판을 포함하는 기능성 박막에 있어서,
    유연기판;
    상기 유연기판 상에 형성되는 버퍼층;
    상기 버퍼층 상에 형성되고, 가시광선 영역에서 투명 상태를 유지하는 산화물을 포함하는 투명 반도체층;
    상기 투명 반도체층 상에 형성되는 절연보호막; 및
    상기 절연보호막 상에 형성되는 지문방지막을 포함하되,
    상기 투명 반도체층의 면저항은 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□인 유연기판을 포함하는 기능성 박막.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 유연기판은 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PI(polyimide), 및 PEN(polyethylene naphthalate) 중 적어도 하나를 포함하는 유연기판을 포함하는 기능성 박막.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 버퍼층은 SiOX 또는 SiNX인 유연기판을 포함하는 기능성 박막.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 산화물은 SnO2이고, 플루오린을 이용하여 n형 도핑된 것인 유연기판을 포함하는 기능성 박막.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 산화물은 ZnO이고, 알루미늄, 갈륨, 및 붕소 중 하나를 이용하여 n형 도핑된 것인 유연기판을 포함하는 기능성 박막.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 투명 반도체층은 박막 두께가 1nm ~ 100nm인 유연기판을 포함하는 기능성 박막.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 절연보호막은 SiOX인 유연기판을 포함하는 기능성 박막.
  8. 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법에 있어서,
    (a) 유연기판 상에 버퍼층을 형성하는 단계;
    (b) 상기 버퍼층 상에 투명 반도체층을 형성하는 단계;
    (c) 상기 투명 반도체층에 대하여 n형 도핑을 수행하여 상기 투명 반도체층의 저항을 조절하는 단계;
    (d) 상기 투명 반도체층 상에 SiOX로 절연보호막을 형성하는 단계; 및
    (e) 상기 절연보호막 상에 지문방지막을 형성하는 단계를 포함하되,
    상기 투명 반도체층의 면저항은 10MΩ/□ ~ 100MΩ/□인 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 버퍼층은 SiOX 또는 SiNX인 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 알루미늄, 갈륨, 및 붕소 중 하나로 n형 도핑을 하는 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 (c) 단계는 n형 도핑의 반응기체인 수소의 유입량을 조절하여 도핑 농도를 조절할 수 있는 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 투명 반도체층은 도핑 농도 조절을 통해 저항 및 가시광선 투과도가 조절되는 유연기판을 포함하는 기능성 박막 적층 방법.
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