KR101379963B1 - 투명 전도성 기판 및 이의 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 투명 기판, 및 상기 투명 기판 상에 구비된 전도성 패턴을 포함하는 투명 전도성 기판으로서, 상기 전도성 패턴은 전기적으로 단절을 시키는 단선부를 포함하고, 상기 단선부들을 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 불규칙 패턴 형상을 포함한다. 본 발명은 규칙 또는 불규칙 전도성 패턴을 불규칙 패턴을 이용하여 단선시킴으로써 모아레(moire) 현상 및 외부광에 의한 회절 현상을 최소화할 수 있다.

Description

투명 전도성 기판 및 이의 제조방법{TRANSPARENT CONDUCTING SUBSTRATE AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}
본 출원은 2011년 9월 27일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제10-2011-0097754호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
본 발명은 모아레(moire) 현상 및 회절 패턴의 발생을 제어할 수 있는 투명 전도성 패턴을 포함하는 투명 전도성 기판 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 디스플레이　장치란 TV나 컴퓨터용 모니터 등을 통틀어 일컫는 말로서, 화상을 형성하는 디스플레이 소자 및 디스플레이 소자를 지지하는 케이스를 포함한다.
상기 디스플레이 소자로는 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 전기영동 디스플레이 (Electrophoretic display) 및 음극선관(Cathode-Ray Tube, CRT)를 예로 들 수 있다. 디스플레이 소자에는 화상 구현을 위한 RGB 화소 패턴 및 추가적인 광학 필터가 구비되어 있을 수 있다.
상기 광학 필터는 외부로부터 입사된 외광이 다시 외부로 반사되는 것을 방지하는 반사방지 필름, 리모콘과 같은 전자기기의 오작동 방지를 위해 디스플레이 소자에서 발생된 근적외선을 차폐하는 근적외선 차폐필름, 색 조절 염료를 포함하여 색조를 조절함으로써 색순도를 높이는 색 보정 필름, 및 디스플레이 장치 구동시 디스플레이 소자에서 발생되는 전자파의 차폐를 위한 전자파 차폐필름 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 여기서, 전자파 차폐필름은 투명 기재 및 기재 위에 구비된 금속 메쉬 패턴을 포함한다.
한편, 디스플레이 장치와 관련하여，IPTV의 보급이 가속화됨에 따라 리모컨 등 별도의 입력장치 없이 사람의 손이 직접 입력 장치가 되는 터치 기능에 대한 필요성이 점점 커지고 있다. 또한, 특정 포인트 인식뿐만 아니라 필기가 가능한 다중 인식(multi-touch) 기능도 요구되고 있다.
상기와 같은 기능을 하는 터치 패널은 신호의 검출 방식에 따라 다음과 같이 분류할 수 있다.
즉, 직류 전압을 인가한 상태에서 압력에 의해 눌려진 위치를 전류 또는 전압 값의 변화를 통해 감지하는 저항막 방식(resistive type)과, 교류 전압을 인가한 상태에서 캐패시턴스 커플링(capacitance coupling)을 이용하는 정전 용량 방식(capacitive type)과, 자계를 인가한 상태에서 선택된 위치를 전압의 변화로서 감지하는 전자 유도 방식(electromagnetic type) 등이 있다.
이중, 가장 보편화된 저항막 및 정전 용량 방식의 터치 패널은 ITO 필름과 같은 투명 도전막을 이용하여 전기적인 접촉이나 정전 용량의 변화에 의하여 터치　여부를 인식한다. 하지만, 상기 투명 도전막은 100 ohm/square 이상의 고저항이어서 대형화시에 감도가 떨어지고, 스크린의 크기가 커질수록 ITO 필름의 가격이 급증한다는 문제로 상용화가 쉽지 않다. 이를 극복하기 위하여 전도도가 높은 금속 패턴을 이용한 방식으로 대형화를 구현하려는 시도가 이루어지고　있다.
상기와　같이, 디스플레이 장치에 있어서　금속 패턴을　포함하는　전자파 차폐필름이나　터치　패널을　포함하는　경우, 이들은　디스플레이의　픽셀　패턴, 전극　패턴　또는　다른　광학　필름의　패턴　구조와　함께　간섭을　일으켜, 모아레　현상을　일으키는　문제가　있다. 여기서, 모아레(moire)란 규칙적인 두 개 이상의 패턴이 겹쳐질 때 만들어지는 간섭무늬를 일컫는 말이다.
한 예로 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)에서는, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 화소 패턴과 광학 필터의 전자파 차폐용 금속 메쉬 패턴이 공존하기 때문에 모아레 현상이 발생할 수 있다. 이에, 일반적으로 플라즈마 디스플레이 패널(PDP)의 사양이 결정되면, 광학 필터의 금속 메쉬 패턴 설계를 통하여 모아레 현상을 해소하려는 시도를 하게 된다.
이와 같이, 모아레를 없애기 위하여 전자파 차폐용 금속 메쉬 패턴의 선폭, 피치(Pitch) 및 각도를 조절하고 있으나, 디스플레이의 크기 및 픽셀 구현 방식에 따라 다른 패턴으로 대응해야 하는 번거로움이 있다.
특히, 최근에 개발된 플라즈마 디스플레이 패널은 고해상도를 구현하기 위하여 화소 패턴을 더 세밀하게 하고 있으며, 이로 인해 모아레 발생 가능성이 더 커졌다. 이에 기존 패턴의 선폭, 피치, 각도 조절만으로는 모아레 개선에 한계가 있다.
한국 공개 특허 제10-2010-0007605호
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 시야를 가리지 않고 전도성이 우수할 뿐만 아니라, 모아레(moire) 현상 및 회절 현상을 방지할 수 있는 전도성 패턴을 포함하는 전도성 기판 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 투명 기판, 및 상기 투명 기판 상에 구비된 전도성 패턴을 포함하는 투명 전도성 기판으로서,
상기 전도성 패턴은 전기적으로 단절을 시키는 단선부를 포함하고,
상기 단선부들을 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 불규칙 패턴 형상을 포함하는 것인 투명 전도성 기판을 제공한다.
또한, 본 발명은 투명 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 투명 전도성 기판의 제조방법으로서, 상기 전도성 패턴은 전기적으로 단절을 시키는 단선부를 포함하고, 상기 단선부들을 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 불규칙 패턴 형상을 포함하는 것으로 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 투명 전도성 기판을 포함하는 정전용량식 터치 스크린 장치를 제공한다.
본 발명은 전도성 패턴을 포함하는 투명 전도성 기판 및 이의 제조방법에 관한 것으로서, 규칙 또는 불규칙 전도성 패턴을 불규칙 패턴을 이용하여 단선시킴으로써 모아레(moire) 현상 및 외부광에 의한 회절 현상을 최소화할 수 있다.
도 1은 종래의 선 단선 패턴의 일구체예를 나타낸 도이다.
도 2는 종래의 면 단선 패턴의 일구체예를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일구체예로서 불규칙 선 단선 패턴을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일구체예로서 불규칙 면 단선 패턴을 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 일구체예로서 불규칙 단선 패턴을 포함하는 전도성 패턴을 나타낸 도이다.
도 6은 본 발명의 일구체예로서 규칙 단선을 도입한 경우 및 불규칙 단선을 도입한 경우의 전도성 패턴을 나타낸 도이다.
이하 본 발명에 대하여 상세히 설명한다.
본 발명은 투명 기판, 및 상기 투명 기판 상에 구비된 전도성 패턴을 포함하는 투명 전도성 기판으로서, 상기 전도성 패턴은 전기적으로 단절을 시키는 단선부를 포함하고, 상기 단선부들을 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 불규칙 패턴 형상을 포함하는 것인 투명 전도성 기판을 제공한다.
본 발명에 따른 투명 전도성 기판에 있어서, 상기 전도성 패턴은 전도성 금속선으로 이루어진 패턴을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 전도성 금속선으로 이루어진 패턴은 직선, 곡선, 또는 직선이나 곡선으로 이루어진 폐곡선을 포함할 수 있다.
상기 전도성 패턴은 규칙적 패턴일 수도 있고, 불규칙적인 패턴일 수도 있다.
상기 규칙적인 패턴으로는 메쉬 패턴 등 당 기술분야의 패턴 형태가 사용될 수 있다. 상기 메쉬 패턴은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 팔각형 중 하나 이상의 형태를 포함하는 규칙적인 다각형 패턴을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시상태에서, 상기 전도성 패턴은 규칙적 패턴이고, 전도성 패턴을 구성하는 선들 중 임의의 복수의 선이 교차하여 형성되는 교차점을 포함하며, 이 때 이러한 교차점의 수는 3.5cm × 3.5cm 면적에서 3,000 ~ 122,500개 일 수 있고, 13,611 ~ 30,625개 일 수 있으며, 19,600 ~ 30,625개 일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 디스플레이에 장착시 4,000 ~ 123,000개인 경우가 디스플레이의 광학특성을 크게 해치지 않는 광특성을 나타냄을 확인하였다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에서, 상기 전도성 패턴은 불규칙적 패턴이고, 전도성 패턴을 구성하는 선들 중 임의의 복수의 선이 교차하여 형성되는 교차점을 포함하며, 이 때 이러한 교차점의 수는 3.5cm × 3.5cm 면적에서 6,000 ~ 245,000개 일 수 있고, 3,000 ~ 122,500개 일 수 있고, 13,611 ~ 30,625개 일 수 있으며, 19,600 ~ 30,625개 일 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시상태에 따르면, 디스플레이에 장착시 4,000 ~ 123,000개인 경우가 디스플레이의 광학특성을 크게 해치지 않는 광특성을 나타냄을 확인하였다.
상기 전도성 패턴의 피치는 600㎛ 이하일 수 있고, 250㎛ 이하일 수 있으나, 이는 당업자가 원하는 투과도 및 전도도에 따라 조정할 수 있다.
본 발명에서 사용되는 전도성 패턴은 비저항 1 × 106 옴·cm 내지 30 × 106 옴·cm의 물질이 적절하며, 7 × 106 옴·cm 이하인 것이 더욱 바람직하다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 패턴은 불규칙적인 패턴일 수 있다.
상기 불규칙적인 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 불규칙적인 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고, 상기 폐쇄도형들의 꼭지점 개수는, 상기 폐쇄도형들과 동일한 개수의 사각형들의 꼭지점 개수와 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폐쇄도형들의 꼭지점 개수는, 상기 폐쇄도형들과 동일한 개수의 사각형들의 꼭지점 개수와 비교하였을 때 더 많을 수 있고, 1.9 ~ 2.1배 더 많을 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 폐쇄도형들은 서로 연속하여 연결된 것으로서, 예컨대 상기 폐쇄도형들이 다각형인 경우에는 서로 이웃하는 폐쇄도형들이 적어도 하나의 변을 공유하는 형태일 수 있다.
상기 불규칙적인 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 불규칙적인 패턴은 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고, 상기 폐쇄도형들의 꼭지점 개수는, 상기 폐쇄도형들 각각의 무게중심들간의 최단거리를 연결하여 형성한 다각형의 꼭지점의 개수와 상이할 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 폐쇄도형들의 꼭지점 개수는, 상기 폐쇄도형들 각각의 무게중심들간의 최단거리를 연결하여 형성한 다각형의 꼭지점의 개수와 비교하였을 때 더 많을 수 있고, 1.9 ~ 2.1배 더 많을 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
상기 불규칙적인 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 불규칙적인 패턴은 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고, 상기 폐쇄도형들은 하기 수학식 1의 값이 50 이상일 수 있다.
[수학식 1]
(꼭지점간의 거리의 표준편차 / 꼭지점간 거리의 평균) × 100
상기 수학식 1의 값은 전도성 패턴의 단위면적 내에서 계산될 수 있다. 상기 단위면적은 전도성 패턴이 형성되는 면적일 수 있고, 예컨대 3.5cm × 3.5cm 등일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 상기 꼭지점은 전도성 패턴의 폐쇄도형들의 테두리를 구성하는 선들이 서로 교차하는 점을 의미하는 것으로 정의하기로 한다.
상기 불규칙적인 패턴은, 규칙적으로 배열된 단위 유닛셀 내에 각각 임의의 점들을 배치한 후, 각각의 점들이 다른 점들로부터의 거리에 비하여 가장 가까운 점과 연결되어 이루어진 폐쇄도형들의 테두리 구조의 형태일 수 있다.
이 때, 상기 규칙적으로 배열된 단위 유닛셀 내에 임의의 점들을 배치하는 방식에 불규칙도를 도입하는 경우에 상기 불규칙적인 패턴이 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 불규칙도를 0으로 부여하는 경우에는 단위 유닛셀이 정사각형이면 전도성 패턴이 정사각형 메쉬 구조가 형성되고, 단위 유닛셀이 정육각형이면 전도성 패턴이 벌집(honeycomb) 구조가 형성되게 된다. 즉, 상기 불규칙적인 패턴은 상기 불규칙도가 0이 아닌 패턴을 의미한다.
본 발명에 따른 불규칙 패턴 형태의 전도성 패턴에 의하여, 패턴을 이루는 선의 쏠림현상 등을 억제할 수 있고, 디스플레이로부터 균일한 투과율을 얻게 해줌과 동시에 단위면적에 대한 선밀도를 동일하게 유지시켜 줄 수 있으며, 균일한 전도도를 확보할 수 있게 된다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 패턴의 재료는 특별히 한정되지 않지만, 금속인 것이 바람직하다. 상기 전도성 패턴의 재료는 전도도가 우수하고, 식각(etching)이 용이한 재료일수록 바람직하다.
본 발명에서는 전반사율이 70 ~ 80% 이상인 재료를 이용하는 경우에도, 전반사율을 낮추고, 전기 전도성 패턴의 시인성을 낮추며, 콘트라스트 특성을 유지 또는 향상시킬 수 있다.
상기 전도성 패턴의 재료의 구체적인 예로는 금, 은, 알루미늄, 구리, 네오디윰, 몰리브덴, 니켈 또는 이들의 합금을 포함하는 단일막 또는 다층막이 바람직하다. 여기서, 상기 제1 전도성 패턴 및 제2 전도성 패턴의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0.01 ~ 10㎛인 것이 전도성 패턴의 전도도 및 형성 공정의 경제성 측면에서 바람직하다.
상기 전도성 패턴의 형성은 에칭 레지스트 패턴을 이용한 방법을 이용할 수 있다. 에칭 레지스트 패턴은 인쇄법, 포토리소그래피법, 포토그래피법, 마스크를 이용한 방법 또는 레이져 전사, 예컨대, 열 전사 이미징(thermal transfer imaging) 등을 이용하여 형성할 수 있으며, 인쇄법 또는 포토리소그래피법이 더욱 바람직하다. 상기 에칭 레지스트 패턴을 이용하여 상기 전기 전도성 패턴을 에칭하고, 상기 에칭 레지스트 패턴은 제거할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 패턴은 선폭이 10㎛ 이하일 수 있고, 7㎛ 이하일 수 있고, 5㎛ 이하일 수 있으며, 4㎛ 이하일 수 있고, 2㎛ 이하일 수 있으며, 0.1㎛ 이상일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 전도성 패턴은 선폭이 0.1 ~ 1㎛, 1 ~ 2㎛, 2 ~ 4㎛, 4 ~ 5㎛, 5 ~ 7㎛ 등일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
또한, 상기 전도성 패턴의 선폭은 10㎛ 이하 및 두께는 10㎛ 이하일 수 있고, 상기 전도성 패턴의 선폭은 7㎛ 이하 및 두께는 1㎛ 이하일 수 있으며, 상기 전도성 패턴의 선폭은 5㎛ 이하 및 두께는 0.5㎛ 이하일 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 있어서, 상기 전도성 패턴의 선폭은 10㎛ 이하이고, 상기 전도성 패턴은 3.5cm × 3.5cm의 면적 내에서 폐쇄도형들의 꼭지점의 수가 6,000 ~ 245,000개일 수 있다. 또한, 상기 전도성 패턴의 선폭은 7㎛ 이하이고, 상기 전도성 패턴은 3.5cm × 3.5cm의 면적 내에서 폐쇄도형들의 꼭지점의 수가 7,000 ~ 62,000개일 수 있다. 또한, 상기 전도성 패턴의 선폭은 5㎛ 이하이고, 상기 전도성 패턴은 3.5cm × 3.5cm의 면적 내에서 폐쇄도형들의 꼭지점의 수가 15,000 ~ 62,000개일 수 있다.
상기 전도성 패턴의 개구율, 즉 패턴에 의하여 덮여지지 않는 면적 비율은 70% 이상일 수 있고, 85% 이상일 수 있으며, 95% 이상일 수 있다. 또한, 상기 전도성 패턴의 개구율은 90 내지 99.9% 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 전도성 패턴은 비저항 1 × 106 옴·cm 내지 30 × 106 옴·cm의 물질이 적절하며, 7 × 106 옴·cm 이하인 것이 더욱 바람직하다.
또한, 본 발명에서는 상기 전도성 패턴이 가시되는 면에 투명 기재를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 재료를 증착을 통하여 전면에 형성하는 경우, 패터닝하는 방법으로는 기존의 포토리소그라피법이나 오프셋 인쇄법, 스크린 인쇄법, 잉크젯 인쇄법 등을 이용하여 에칭공정에 있어서 내산성을 지니는 유기물 또는 유/무기물의 혼합체를 패터닝하여 형성할 수 있다. 이 때, 당업자에 따라 적절히 해당 선폭을 구현하기 위한 방법을 택하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 상기 전도성 패턴의 형성방법으로 직접 인쇄법을 택하여 사용할 수 있다. 이 때, 직접 인쇄법이라 함은 전도성 재료를 직접 인쇄함으로써 패턴을 형성하는 방법으로 그라비아 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄, 리버스 오프셋 인쇄, 잉크젯 인쇄를 통하여 전도성 재료를 직접 인쇄하는 방식을 의미한다. 이 때, 전도성 재료의 형태는 입자 형태로 사용할 수 있다. 이 때, 전도성 패턴의 재료로서 순수 은 또는 구리로 된 입자 등이 주로 사용될 수 있으며, 은으로 코팅된 구리 입자도 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 패턴 재료를 포함하는 잉크 또는 페이스트를 이용하는 경우, 상기 재료는 인쇄 공정이 용이하도록 전술한 전도성 패턴 재료 이외에 유기 바인더를 더 포함할 수도 있다. 상기 유기 바인더는 소성 공정에서 휘발되는 성질을 갖는 것이 바람직하다. 상기 유기 바인더로는 노볼락 수지, 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 셀룰로우즈 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트계 수지, 변성 에폭시 등이 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
유리와 같은 투명 기재에 대한 페이스트의 부착력을 향상시키기 위하여, 상기 잉크 또는 페이스트는 추가의 부착력 강화제를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 부착력 강화제는 유기물일 수도 있고, 글라스 상에 형성하는 경우에는 글래스 프릿(glass frit)일 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 패턴은 암색화될 수 있다. 일반적으로, 금속을 증착하여 사용하는 경우에는 증착공정에서 암색화를 진행할 수 있으며, 증착공정에서 암색화를 진행하지 않는 경우에는 패터닝 후 추가의 건식 또는 습식공정을 통하여 암색화를 진행할 수 있다. 이 때, 건식 암색화방법으로는 플라즈마 가스를 통하여 금속 표면을 암색화시키는 방법이 있고, 습식 암색화방법으로는 암색화 용액에 담침함으로써 표면을 암색화 할 수 있다. 이 때, 당업자에 따라 암색화 영역이 전도성을 띄어야 하는 경우, 이에 맞춘 방식을 택하여 선택할 수 있으며, 이 경우에는 증착단계에서의 암색화가 다른 방법에 비해 유리할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 직접인쇄시 잉크 또는 페이스트에 암색화 물질을 첨가하여 사용할 수 있다. 이 때, 상기 잉크 또는 페이스트에 첨가될 수 있는 암색화 물질로는 금속 산화물, 카본블랙, 카본나노튜브, 흑색 안료, 흑색 염료 등이 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 기판의 면저항이 1 내지 300 오옴/스퀘어 일 수 있다. 이와 같은 범위 내인 것이 터치스크린의 작동에 유리하다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 패턴은 그 측면이 순 테이퍼각을 가질 수 있으나, 전도성 패턴의 기재측 반대면 상에 위치하는 전도성 패턴은 역테이퍼각을 가질 수도 있다.
본 발명에 있어서, 상기 단선 패턴은 단선부들을 연결하였을 때 형성되는 패턴을 의미한다.
도 1은 종래의 선 단선 패턴의 일구체예를 나타낸 도이고, 도 2는 종래의 면 단선 패턴의 일구체예를 나타낸 도이다. 종래의 단선 패턴은 규칙 패턴 형상만을 포함하고 있으므로, 단선 패턴에 의한 모아레(moire) 현상 및 외부광에 의한 회절 현상이 발생되는 문제점이 있다.
한편, 도 3 및 도 4는 본 발명의 일구체예로서 각각 불규칙한 선 단선 패턴 및 불규칙한 면 단선 패턴을 나타낸 도이다.
본 발명에 따른 투명 전도성 기판에 있어서, 상기 단선부들을 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 규칙 패턴 형상을 더 포함할 수 있다. 이 때, 상기 규칙 패턴 형상은 전체 단선 패턴 형상 중 20% 미만인 것이 바람직하다.
또한, 상기 단선부들을 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 불규칙 패턴 형태를 포함할 수 있다. 상기 불규칙한 단선 패턴의 형태에 대한 내용은 전술한 불규칙한 전도성 패턴의 형태와 동일하므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 발명에 따른 투명 전도성 기판에 있어서, 상기 전도성 패턴은 전도성 금속선을 포함하고, 상기 단선부에 의하여 단선된 전도성 금속선의 간격은 50㎛ 이하일 수 있다. 상기 단선부에 의하여 단선된 전도성 금속선의 간격은 0.5 내지 15㎛인 것이 보다 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 전도성 패턴을 포함하는 투명 전도성 기판은 규칙 또는 불규칙 전도성 패턴을 불규칙 패턴을 이용하여 단선시킴으로써 모아레(moire) 현상 및 외부광에 의한 회절 현상을 최소화할 수 있는 특징이 있다.
전술한 바와 같은 불규칙 단선 패턴을 포함하는 전도성 패턴을 하기 도 5에 나타내었다.
본 발명에 있어서, 상기 투명 기판으로는 특별히 한정되지 않으나, 빛투과율이 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상인 것이 바람직하다. 구체적으로, 상기 투명 기판으로는 유리를 사용할 수도 있고, 플라스틱 기판 또는 플라스틱 필름을 사용할 수 있다. 상기 플라스틱 기판 또는 필름으로는 당 기술분야에 알려져 있는 재료를 사용할 수 있으며, 예컨대 폴리아크릴계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계, 폴리에폭시계, 폴리올레핀계, 폴리카보네이트계 및 셀룰로오스계 중에서 선택된 1종 이상의 수지로 형성된 것을　사용할　수　있다. 더욱　구체적으로, PET(Polyethylene terephthalate), PVB(polyvinylbutyral), PEN(polyethylenenaphthalate), PES(polyethersulfon), PC(polycarbonate), 아세틸 셀룰로이드와 같은 가시광 투과율 80% 이상의 필름이 바람직하다. 상기 플라스틱 필름의 두께는 12.5 내지 500㎛인 것이 바람직하고, 50 내지 450㎛인 것이 더욱　바람직하며, 50 내지 250㎛인　것이 더욱 바람직하다. 상기 플라스틱 기판은 플라스틱 필름의 일면 또는 양면에 수분, 가스차단을 위한 가스배리어층, 강도보강을 위한 하드코트층과 같은 다양한 기능성층이 적층된 구조의 기판일 수 있다. 상기 플라스틱 기판에 포함될 수 있는 기능성층은 전술한 것들로 한정되는 것은 아니며, 다양한 기능성층이 구비될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전도성 패턴의 재료로는 전기 전도도가 우수한 금속을 사용하는 것이 바람직하다. 또한, 상기 전도성 패턴 재료의 비저항 값은 1 microOhm cm 이상 200 microOhm cm 이하의 값을 가지는 것이 좋다. 전도성 패턴 재료의 구체적인 예로서, 구리, 은(silver), 금, 철, 니켈, 알루미늄, 탄소나노튜브(CNT) 등이 사용될 수 있고, 은이 가장 바람직하다. 상기 전기 전도성　패턴 재료는 입자 형태로 사용할 수 있다. 본 발명에 있어서, 전도성　패턴 재료로서 은으로 코팅된 구리 입자도 사용될 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 전기 전도성 패턴 재료를 포함하는 페이스트를 이용하는 경우, 상기 페이스트는 인쇄 공정이 용이하도록 전술한 전기 전도성 패턴 재료 이외에 유기 바인더를 더 포함할 수도 있다. 상기 유기 바인더는 소성 공정에서 휘발되는 성질을 갖는 것이 바람직하다. 상기 유기 바인더로는 폴리아크릴계 수지, 폴리우레탄계 수지, 폴리에스테르계 수지, 폴리올레핀계 수지, 폴리카보네이트계 수지, 셀룰로우즈 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리에틸렌 나프탈레이트계 수지 및 변성 에폭시 등이 있으나, 이들에만 한정되는 것은 아니다.
유리와 같은 투명 기판에 대한 페이스트의 부착력을 향상시키기 위하여, 상기 페이스트는 글래스 프릿(Glass Frit)을 더 포함할 수 있다. 상기 글래스 프릿은 시판품으로부터 선택할 수 있으나, 친환경적인 납 성분이 없는 글래스 프릿을 사용하는 것이 좋다. 이 때, 사용하는 글래스 프릿의 크기는 평균 구경이 2㎛ 이하이고 최대 구경이 50㎛ 이하의 것이 좋다.
필요에 따라, 상기 페이스트에는 용매가 더 추가될 수 있다. 상기 용매로는 부틸 카르비톨 아세테이트(Butyl Carbitol Acetate), 카르비톨 아세테이트(Carbitol acetate), 시클로 헥사논(Cyclohexanon), 셀로솔브 아세테이트(Cellosolve Acetate) 및 테르피놀(Terpineol) 등이 있으나, 이들 예에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 있어서, 전도성 패턴 재료, 유기 바인더, 글래스 프릿 및 용매를 포함하는 페이스트를 사용하는 경우, 각 성분의 중량비는 전기 전도성 패턴 재료 50 ~ 90%, 유기 바인더 1 ~ 20%, 글래스 프릿 0.1 ~ 10% 및 용매 1 ~ 20%로 하는 것이 좋다.
본 발명의 일 실시상태에 따르면, 상기 전도성 패턴은 흑화될 수 있다. 고온에서 금속 재료를 포함하는 페이스트를 소성하게 되면 금속 광택이 발현되어 빛의 반사 등에 의하여 시인성이 나빠질 수 있다. 이와 같은 문제는 상기 전도성 패턴을 흑화시킴으로써 방지할 수 있다. 상기 전도성 패턴을 흑화시키기 위하여, 전기 전도성 패턴 형성을 위한 페이스트에 흑화 물질을 첨가하거나, 상기 페이스트를 인쇄 및 소성 후 흑화 처리를 수행함으로써 전도성 패턴을 흑화시킬 수 있다.
상기 페이스트에 첨가될 수 있는 흑화 물질로는 금속 산화물, 카본블랙, 카본나노튜브, 흑색 안료, 착색된 글래스 프릿 등이 있다. 이 때, 상기 페이스트의 조성은 전기 전도성 패턴 재료는 50 ~ 90 중량%, 유기 바인더는 1 ~ 20 중량%, 흑화 물질 1 ~ 10 중량%, 글래스 프릿은 0.1 ~ 10 중량%, 용매는 1 ~ 20 중량%로 하는 것이 좋다.
상기 소성 후 흑화처리를 할 때 페이스트의 조성은 전기 전도성 패턴 재료는 50 ~ 90 중량%, 유기 바인더는 1 ~ 20 중량%, 글래스 프릿은 0.1 ~ 10 중량%, 용매는 1 ~ 20 중량%로 하는 것이 좋다. 소성 후 흑화 처리는 산화 용액, 예컨대 Fe 또는 Cu 이온 함유 용액에 침지, 염소 이온 등 할로겐 이온 함유 용액에 침지, 과산화수소, 질산 등에의 침지, 할로겐 가스로의 처리 등이 있다.
본 발명의 일 실시상태에　따르면, 전기 전도성 패턴 재료, 유기 바인더 및 글래스 프릿을 용매에 분산시켜 제조할 수 있다. 구체적으로는 유기 바인더를 용매에 용해시켜 유기 바인더 수지액을 제조하고, 여기에 글래스 프릿을 첨가하고, 마지막으로 전도성 재료로서 전술한 금속의 분말을 첨가한 후 반죽하고 나서, 3단 롤밀을 이용하여 뭉쳐있던 금속 분말과 글래스 프릿이 균일하게 분산되도록 제조할 수 있다. 그러나, 본 발명이 상기 방법에 의하여 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 투명 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 투명 전도성 기판의 제조방법으로서, 상기 전도성 패턴은 전기적으로 단절을 시키는 단선부를 포함하고, 상기 단선부들을 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 불규칙 패턴 형상을 포함하는 것으로 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판의 제조방법을 제공한다.
본 발명에서는 우선 목적하는 패턴 형태를 결정한 후, 인쇄법, 포토리소그래피법, 포토그래피법, 마스크를 이용한 방법, 스퍼터링법, 또는 잉크젯 법 등을 이용함으로써 투명기재 상에 선폭이 얇으며 정밀한 전도성　패턴을 형성할 수 있다. 상기 패턴 형태의 결정시 보로노이 다이어그램 제너레이터를 이용할 수 있으며, 이에 의하여 복잡한 패턴 형태를 용이하게 결정할 수 있다. 여기서, 상기 보로노이 다이어그램 제너레이터란 각각 전술한 바와 같이 보로노이 다이어그램을 형성할 수 있도록 배치된 점들을 의미한다. 그러나, 본 발명의 범위가 그것에 한정되는 것은 아니며, 목적하는 패턴 형태의 결정시 그 이외의 방법을 이용할 수도 있다.
상기 인쇄법은 전기　전도성　패턴 재료를 포함하는 페이스트를 목적하는 패턴 형태로 투명 기판 상에 전사한 후 소성하는 방식으로 수행될 수 있다.
상기 전사방법으로는 특별히 한정되지 않으나, 요판 또는 스크린 등 패턴 전사 매체에 상기 패턴 형태를 형성하고, 이를 이용하여 원하는 패턴을 투명 기판에 전사할 수 있다. 상기 패턴 전사 매체에 패턴 형태를 형성하는 방법은 당 기술분야에 알려져 있는 방법을 이용할 수 있다.
상기 인쇄법으로는 특별히 한정되지 않으며, 오프셋 인쇄, 스크린 인쇄, 그라비아 인쇄, 플렉소 인쇄, 잉크젯 인쇄 등의 인쇄법이 사용될 수 있으며, 이들 중 1종 이상의 복합방법이 사용될 수도 있다. 상기 인쇄법은 롤 대 롤(roll to roll) 방법, 롤 대 평판(roll to plate), 평판 대 롤(plate to roll) 또는 평판 대 평판(plate to plate) 방법을 사용할 수 있다.
오프셋 인쇄는 패턴이 새겨진 요판에 페이스트를 채운 후 블랑킷(blanket)이라고 부르는 실리콘 고무로 1차 전사를 시킨 후, 블랑킷과 투명 기판을 밀착시켜 2차 전사를 시키는 방식으로 수행될 수 있다. 스크린 인쇄는 패턴이 있는 스크린 위에 페이스트를 위치시킨 후, 스퀴지를 밀면서 공간이 비워져 있는 스크린을 통하여 직접적으로 기재에 페이스트를 위치시키는 방식으로 수행될 수 있다. 그라비아 인쇄는 롤 위에 패턴이 새겨진 블랑킷을 감고 페이스트를 패턴 안에 채운 후, 투명 기판에 전사시키는 방식으로 수행될 수 있다. 본 발명에서는 상기 방식뿐만 아니라 상기 방식들이 복합적으로 사용될 수도 있다. 또한, 그 외의 당업자들에게 알려진 인쇄방식을 사용할 수도 있다.
오프셋 인쇄법의 경우, 블랑킷이 갖는 이형 특성으로 인하여 페이스트가 유리와 같은 투명 기판에 거의 대부분 전사되기 때문에 별도의 블랑킷 세정공정이 필요하지 않다. 상기 요판은 목적하는 전기 전도성 패턴이 새겨진 유리를 정밀 에칭하여 제조할 수 있으며, 내구성을 위하여 유리 표면에 금속 또는 DLC(Diamond-like Carbon) 코팅을 할 수도 있다. 상기 요판은 금속판을 에칭하여 제조할 수도 있다.
본 발명에서는 보다 정밀한 전도성 패턴을 구현하기 위하여 오프셋 인쇄법이 바람직하다. 제1 단계로서 닥터 블레이드(Doctor Blade)를 이용하여 요판의 패턴에 페이스트를 채운 후, 블랑킷을 회전시켜 1차 전사하고, 제2 단계로서 블랑킷을 회전시켜 투명 기판의 표면에 2차 전사한다.
본 발명에서는 전술한 인쇄법에 한정되지 않고, 포토리소그래피 공정을 사용할 수도 있다. 예컨대, 포토리소그래피 공정은 투명 기판의 전면에 전도성 패턴 재료층을 형성하고, 그 위에 포토레지스트층을 형성하고, 선택적 노광 및 현상 공정에 의하여 포토레지스트층을 패턴화한 후, 패턴화된 포토레지스트층을 마스크로 이용하여 전도성 패턴을 패턴화하고, 포토레지스트층을 제거하는 방식으로 수행될 수 있다.
본 발명은 또한 포토그래피 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들어, 투명 기판 상에 할로겐화은을 포함한 사진 감광재료를 도포한 후, 상기 감광재료를 선택적 노광 및 현상 공정에 의하여 패턴을 형성할 수도 있다. 좀 더 상세한 예를 들면 하기와 같다. 우선, 패턴을 형성하고자 하는 기재 위에 네거티브용 감광재료를 도포한다. 이 때, 기재로는 PET, 아세틸 셀룰로이드 등의 고분자 필름이 사용될 수 있다. 감광재료가 도포된 고분자 필름재를 여기서 필름이라 칭하기로 한다. 상기 네거티브용 감광재료는 일반적으로 빛에 대해 매우 민감하고 규칙적인 반응을 하는 AgBr에 약간의 AgI를 섞은 할로겐화은(Silver Halide)으로 구성할 수 있다. 일반적인 네거티브용 감광재료를 촬영하여 현상 처리된 화상은 피사체와 명암이 반대인 음화이므로, 형성하고자 하는 패턴 형상, 바람직하게는 불규칙한 패턴 형상을 갖는 마스크(mask)를 이용하여 촬영을 진행할 수 있다.
포토리소그래피와 포토그래피 공정을 이용하여 형성된 상기 전도성　패턴의 전도도를 높이기 위하여 도금처리를 추가로 수행할 수도 있다. 상기 도금은 무전해 도금방법을 이용할 수 있으며, 도금 재료로는 구리 또는 니켈을 사용할 수 있으며, 구리 도금을 수행한 후 그 위에 니켈 도금을 수행할 수 있으나, 본 발명의 범위가 이들 예로만 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 또한 마스크를 이용한 방법을 이용할 수도 있다. 예를 들어 목적하는　전도성　패턴의　형상을　갖는　마스크를 기재 가까이에 위치한 후, 전도성　패턴 재료를 기재에 증착하는 방식을 사용하여 패턴화할 수도 있다.
이 때, 증착을 하는 방식은 열 또는 전자빔에 의한 열 증착법 및 스퍼터(sputter)와 같은 PVD(physical vapor deposition) 방식을 이용할 수도 있고, 유기금속(organometal) 재료를 이용한 CVD(chemical vapor deposition) 방식을 이용할 수도 있다.
본 발명에 있어서, 전술한 페이스트를 이용하는 경우, 페이스트를 전술한 패턴대로 인쇄한 후 소성 과정을 거치면 전기 전도성을 갖는 패턴이 형성된다. 이 때 소성온도는 특별히 한정되지 않으나, 400 ~ 800℃, 바람직하게는 600 ~ 700℃로 할 수 있다. 상기 전기 전도성 패턴을 형성하는 투명기재가 유리인 경우, 필요한 경우 상기 소성 단계에서 상기 유리를 목적 용도에 맞도록 성형을 할 수 있다. 또한, 상기 전기 전도성 패턴을 형성하는 투명 기판으로서 플라스틱 기판 또는 필름을 사용하는 경우에는 비교적 저온에서 소성을 수행하는 것이 바람직하다. 예컨대 50 내지 350℃에서 수행할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 투명 전도성 기판을 포함하는 정전용량식 터치 스크린 장치를 제공한다.
본 발명에 따른 투명 전도성 기판을 포함하는 정전용량식 터치 스크린 장치는 모아레(moire) 현상 및 외부광에 의한 회절 현상을 최소화할 수 있는 특징이 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더 자세히 설명한다. 그러나, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐이며, 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 한정될 것을 의도하지 않는다.
< 실시예 >
선의 단선에 의한 모아레(moire)의 회피를 위하여 300㎛ 피치 4㎛의 메쉬(mesh) 영역을 전기적으로 절연하기 위하여 1,000㎛ 설계 피치의 보로노이 패턴(Voronoi pattern)을 이용하여 단선을 진행하였으며, 이 때 단선폭은 10㎛으로 정의하였다.
상기와 같이 불규칙 단선을 도입한 경우로서 보로노이 패턴을 이용하여 단선을 진행한 경우와 종래의 규칙 단선을 도입한 경우의 전도성 패턴을 하기 도 6에 나타내었다.
상기 결과와 같이, 본 발명에 따른 전도성 패턴을 포함하는 투명 전도성 기판은 규칙 또는 불규칙 전도성 패턴을 불규칙 패턴을 이용하여 단선시킴으로써 모아레(moire) 현상 및 외부광에 의한 회절 현상을 최소화할 수 있다.

Claims (18)

  1. 투명 기판, 및 상기 투명 기판 상에 구비된 전도성 패턴을 포함하는 투명 전도성 기판으로서,
    상기 전도성 패턴은 전기적으로 단절을 시키는 단선부를 포함하고,
    상기 전도성 패턴은 전도성 금속선으로 이루어진 패턴을 포함하며,
    상기 단선부는 전도성 금속선을 전기적으로 단절시키고, 전기적으로 단절된 전도성 금속선의 간격은 50㎛ 이하이며,
    상기 단선부를 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 불규칙 패턴 형상을 포함하는 것인 투명 전도성 기판.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 전기적으로 단절된 전도성 금속선의 간격은 0.5 내지 15㎛인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 금속선으로 이루어진 패턴은 직선, 곡선, 또는 직선이나 곡선으로 이루어진 폐곡선을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 패턴은 규칙 또는 불규칙적인 패턴인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 패턴은 메쉬 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 메쉬 패턴은 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형 및 팔각형 중 하나 이상의 형태를 포함하는 규칙적인 다각형 패턴을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 전도성 패턴은 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고,
    상기 폐쇄도형들의 꼭지점 개수는, 상기 폐쇄도형들과 동일한 개수의 사각형들의 꼭지점 개수와 상이한 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 전도성 패턴은 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고,
    상기 폐쇄도형들의 꼭지점 개수는, 상기 폐쇄도형들 각각의 무게중심들간의 최단거리를 연결하여 형성한 다각형의 꼭지점의 개수와 상이한 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 전도성 패턴은 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고,
    상기 폐쇄도형들은 하기 수학식 1의 값이 50 이상인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판:
    [수학식 1]
    (꼭지점간의 거리의 표준편차 / 꼭지점간 거리의 평균) × 100
  12. 청구항 1에 있어서, 상기 단선부를 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 규칙 패턴 형상을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 규칙 패턴 형상은 전체 단선 패턴 형상 중 20% 미만인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 단선부를 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 단선 패턴은 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고,
    상기 폐쇄도형들의 꼭지점 개수는, 상기 폐쇄도형들과 동일한 개수의 사각형들의 꼭지점 개수와 상이한 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  15. 청구항 1에 있어서, 상기 단선부를 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 단선 패턴은 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고,
    상기 폐쇄도형들의 꼭지점 개수는, 상기 폐쇄도형들 각각의 무게중심들간의 최단거리를 연결하여 형성한 다각형의 꼭지점의 개수와 상이한 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판.
  16. 청구항 1에 있어서, 상기 단선부를 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 연속하여 연결된 폐쇄도형들의 테두리 구조를 포함하며, 상기 단선 패턴은 임의의 단위면적(1cm × 1cm) 내에서 동일한 형태의 폐쇄도형이 존재하지 않고,
    상기 폐쇄도형들은 하기 수학식 1의 값이 50 이상인 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판:
    [수학식 1]
    (꼭지점간의 거리의 표준편차 / 꼭지점간 거리의 평균) × 100
  17. 투명 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 단계를 포함하는 투명 전도성 기판의 제조방법으로서,
    목적하는 전도성 패턴 형태를 결정한 후, 인쇄법, 포토리소그래피법, 포토그래피법, 마스크를 이용한 방법, 스퍼터링법, 또는 잉크젯 법을 이용하여, 투명 기판 상에 전도성 패턴을 형성하는 단계를 포함하고,
    상기 전도성 패턴은 전기적으로 단절을 시키는 단선부를 포함하고,
    상기 전도성 패턴은 전도성 금속선으로 이루어진 패턴을 포함하며,
    상기 단선부는 전도성 금속선을 전기적으로 단절시키고, 전기적으로 단절된 전도성 금속선의 간격은 50㎛ 이하이며,
    상기 단선부를 연결하였을 때 형성되는 단선 패턴은 불규칙 패턴 형상을 포함하는 것으로 형성하는 것을 특징으로 하는 투명 전도성 기판의 제조방법.
  18. 청구항 1, 및 4 내지 16 중 어느 한 항의 투명 전도성 기판을 포함하는 정전용량식 터치 스크린 장치.
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