KR101565855B1 - 패턴 비시인성이 우수한 투명 전도성 광학시트 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 패턴 등이 식각 형성된 ITO층을 포함하는 투명 전도성 광학시트에 관한 것으로서, 이에 구비된 굴절률조합층들의 박막간섭 효과에 의하여, ITO층의 비식각부와 식각부의 반사율과 반사색의 차이를 보정하여, 사용자가 비식각부와 식각부를 시각적으로 인지하지 못하게 함으로써, 하부 디스플레이 패널에서 구현하고자 하는 화질을 저하시키지 않을 수 있다. 또한, 상기 투명 전도성 광학시트는 열처리시에 ITO층의 결정화도가 우수하고 치수변화율이 적어 안정성과 신뢰성이 높고, 표면경도가 우수하여 취급성이 양호하다. 따라서, 상기 투명 전도성 광학시트는 각종 전자기기의 디스플레이 패널에 적용되는 터치스크린 패널 분야에 유용하게 활용될 수 있다.

Description

패턴 비시인성이 우수한 투명 전도성 광학시트{TRANSPARENT CONDUCTIVE OPTICAL SHEET HAVING HIGH INVISIBILITY OF PATTERN}
본 발명은 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO)을 함유하는 투명 전도성 광학시트에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 터치스크린 패널 등에서 사용되기 위하여 패턴 등이 식각 형성된 ITO층을 포함하는 투명 전도성 광학시트에 관한 것이다.
최근 휴대폰, 태블릿 기기, 모니터 등의 디스플레이 부분에 터치스크린 패널(touch screen panel, TSP)의 적용이 일반화되고 있다. 이와 같은 TSP의 핵심 소재로는 투명 전도성 소재인 ITO가 포함된 광학시트가 주로 사용되고 있다.
ITO를 포함하는 광학시트가 터치스크린 패널 등에 사용될 경우, 일반적으로 ITO층을 부분적으로 식각하여 센서 패턴을 형성하고 있다. 그러나, ITO는 가시광 파장영역(380~780nm)에서 단파장 쪽으로 이동할수록 굴절률이 증가하는 고유한 분산(dispersion) 특성을 가지고 있으며, 특히 ITO층에 반사되는 빛은 450nm 이하의 파장에서 더욱 많이 반사되어 반사율이 높고, 반사색이 푸른색을 띠게 된다. 이러한 특성에 의해, 패턴 등이 형성된 ITO층은 비식각부와 식각부의 반사율 및 반사색이 매우 상이해지게 되며, 이로 인해 ITO층의 패턴이 사용자의 눈에 인지되어 하부 디스플레이에서 구현하고자 하는 화질을 저하시키는 문제가 발생한다.
이에 따라, 투명 기재층과 ITO층 사이에 굴절률조합층(refractive index matching layer)을 구비하여, 박막간섭효과를 통해 ITO층의 비식각부와 식각부 간의 광학적 특성을 보정함으로써 화질을 개선하려는 시도가 이루어지고 있다(대한민국 공개특허공보 제2010-0008758호 참조).
그러나, 종래의 투명 전도성 광학시트는 광학적/전기적/기계적 특성 면에서 아직도 개선할 여지가 있다.
대한민국 공개특허공보 제2010-0008758호 (닛토덴코 가부시키가이샤) 2010.01.26.
따라서, 본 발명의 목적은 ITO층의 비식각부와 식각부 간의 반사광의 차이를 보정하여 비시인성을 높임으로써, 구현하고자 하는 화질의 저하가 없는 투명 전도성 광학시트를 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 투명 기재층, 제 1 굴절률조합층, 제 2 굴절률조합층, 제 3 굴절률조합층 및 인듐주석산화물(ITO)층이 순서대로 적층된 구조를 포함하는 투명 전도성 광학시트로서, 상기 ITO층이 비식각부와 식각부를 포함하고, 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률이 모두 상기 투명 기재층 및 ITO층과 동일하거나 더 낮고, 상기 제 2 굴절률조합층이 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층보다 두께가 두꺼우며, 상기 투명 전도성 광학시트가, 가시광 영역의 각 파장에 대한 ITO층의 비식각부 및 식각부의 반사율을 측정시에 하기 수학식 1에 따르는 △R 값이 0% 내지 1.0% 이고, D65 광원에 대한 2˚시야의 반사광으로 L* a* b* 색좌표계에 따른 반사색을 측정시에 하기 수학식 2로 표시되는 △ER 값이 0 내지 6.0 인, 투명 전도성 광학시트를 제공한다:
[수학식 1]
Figure 112014037923586-pat00001
상기 수학식 1에서, i 는 가시광 영역의 각 파장이고, r1i 은 각 파장에서의 ITO층의 비식각부의 반사율(%)이고, r2i 은 각 파장에서의 ITO층의 식각부의 반사율(%)이고, n 은 측정 파장의 총 개수이다.
[수학식 2]
Figure 112014037923586-pat00002
상기 수학식 2에서, L*1, a*1 및 b*1 은 각각 ITO층의 비식각부의 반사색의 L*, a* 및 b* 이고, L*2, a*2 및 b*2 은 각각 ITO층의 식각부의 반사색의 L*, a* 및 b* 이다.
상기 투명 전도성 광학시트는, 이에 구비된 굴절률조합층들의 박막간섭 효과에 의하여, ITO층의 비식각부와 식각부의 반사율과 반사색의 차이를 보정하여, 사용자가 비식각부와 식각부를 시각적으로 인지하지 못하게 함으로써, 하부 디스플레이 패널에서 구현하고자 하는 화질을 저하시키지 않을 수 있다. 또한, 상기 투명 전도성 광학시트는 열처리시에 ITO층의 결정화도가 우수하고 치수변화율이 적어 안정성과 신뢰성이 높고, 표면경도가 우수하여 취급성이 양호하다. 따라서, 상기 투명 전도성 광학시트는 각종 전자기기의 디스플레이 패널에 적용되는 터치스크린 패널 분야에 유용하게 활용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 투명 전도성 광학시트의 구성의 일례를 모식적으로 나타낸 것이다.
도 2는 디스플레이 패널에 적용된 투명 전도성 광학시트의 일례 및 이에 반사되는 광을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 구체적인 구현예에 따라 보다 구체적으로 설명한다.
투명 전도성 광학시트의 구조
첨부한 도 1을 참조하면, 본 발명의 일례에 따르는 투명 전도성 광학시트는, 투명 기재층(100) 상에, 제 1 굴절률조합층(400), 제 2 굴절률조합층(410), 제 3 굴절률조합층(420), 및 ITO층(200)이 순서대로 적층된 구조를 갖는다.
또한, 상기 ITO층(200)은 비식각부(210) 및 식각부(220)를 포함한다.
본 발명의 다른 예에 따르면, 상기 투명 기재층과 제 1 굴절률조합층 사이에 1층 또는 2층 이상의 추가적인 굴절률조합층을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 예에 따르면, 상기 ITO층과 제 3 굴절률조합층 사이에 1층 또는 2층 이상의 추가적인 굴절률조합층을 포함할 수 있다.
이하, 각 구성층별로 구체적으로 설명한다.
투명 기재층
투명 기재층은 본 발명의 투명 전도성 광학시트에서 가장 외곽에 위치하는 층으로서, 지지체의 역할을 수행한다.
투명 기재층의 550nm 파장에 대한 굴절률은 1.50 내지 1.70일 수 있으며, 더욱 한정한다면 1.60 내지 1.70일 수 있고, 가장 한정한다면 1.63 내지 1.67일 수 있다. 굴절률이 상기 범위일 때, 굴절률조합층의 박막 간섭효과가 보다 더 우수해질 수 있다.
또한, 투명 기재층의 두께는 2 내지 250 ㎛일 수 있으며, 더욱 한정한다면 2 내지 188 ㎛일 수 있고, 보다 더 한정한다면 2 내지 125 ㎛일 수 있다. 두께가 상기 범위일 때, TSP 시트로 사용시 두께가 얇으면서 가공성이 양호하여 활용도가 보다 높을 수 있다.
또한, 투명 기재층의 주성분으로는 폴리에스테르 수지, 셀룰로스 수지, 아크릴 수지, 폴리카보네이트 수지, 사이클로올레핀고분자(COP) 수지 및 이들의 조합 등이 가능하고, 보다 구체적인 예로는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET) 수지, 트라이아세틸셀룰로스(TAC) 수지, 폴리카보네이트(PC) 수지, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 수지, 사이클로올레핀고분자(COP) 수지 및 이들의 조합을 들 수 있다.
굴절률조합층
본 발명의 투명 전도성 광학시트는 서로 다른 굴절률을 갖는 3층의 굴절률조합층(refractive index matching layer)을 구비함으로써, 박막 간섭현상(thin film interference)을 유발시켜, ITO층 비식각부와 식각부의 반사율과 반사광의 차이를 보정함으로써 이들의 시인성을 낮추어, 하부 디스플레이 패널에서 구현하고자 하는 화질을 저하시키지 않을 수 있다.
3층의 굴절률조합층은, 투명 기재층 상에 제 1 굴절률조합층, 제 2 굴절률조합층, 및 제 3 굴절률조합층의 순서대로 적층된다.
이들 중 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률은 모두 상기 투명 기재층 및 ITO층과 동일하거나 더 낮다. 또한, 상기 제 2 굴절률조합층의 굴절률이 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층의 굴절률보다 높은 것이 바람직하다.
보다 구체적으로, 기재층, 제 1 굴절률조합층, 제 2 굴절률조합층, 제 3 굴절률조합층, 및 ITO층의 굴절률은 다음과 같은 관계가 있다.
먼저, 상기 제 1 굴절률조합층과 제 3 굴절률조합층은 550nm 파장에 대한 굴절률이 서로 유사하거나 동일할 수 있으며, 예를 들어 이들의 굴절률 차이가 0.15 이하일 수 있다.
또한, 상기 제 2 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률은, 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층 각각의 굴절률과 비교하여 0.01 내지 0.165의 차이를 갖는 것이 바람직하다.
또한, 상기 투명 기재층은, 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층과 비교할 때, 550nm 파장에 대한 굴절률이 동일하거나 또는 0.01 내지 0.16 만큼 더 클 수 있다.
(1) 제 1 굴절률조합층
제 1 굴절률조합층은 투명 기재층 상에 적층되며, 박막 간섭현상 유발 뿐만 아니라 투명 기재층과 제 2 굴절률조합층의 부착력을 향상시키는 역할을 수행한다.
제 1 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률은 투명 기재층보다 낮은 것이 바람직하다.
예를 들어 제 1 굴절률조합층의 굴절률은 1.5 내지 1.66 일 수 있으며, 더욱 한정한다면 1.52 내지 1.66 일 수 있고, 보다 더 한정한다면 1.63 내지 1.66 일 수 있다. 굴절률이 상기 범위일 때, 박막 간섭효과가 더욱 우수해질 수 있다.
또한, 제 1 굴절률조합층의 두께는 50 내지 150 nm일 수 있으며, 더욱 한정한다면 60 내지 120 nm일 수 있고, 가장 한정한다면 70 내지 90 nm일 수 있다. 두께가 상기 범위일 때, 박막 간섭효과가 더욱 우수해지며, 제 2 굴절률조합층과의 부착이 더욱 우수해질 수 있다.
또한, 제 1 굴절률조합층의 주성분으로 사용될 수 있는 수지로는 우레탄아크릴레이트 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 폴리에스터 수지, 및 이들의 혼합 수지 등이 있다.
상기 제 1 굴절률조합층에는 굴절률 조절을 위해, ZrO2, TiO2, ZnO2, Sb2O3, Sb2O5, ATO(antimony tin oxide), AZO(antimony zinc oxide), PTO(phosphorous tin oxide) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 입자가 추가로 첨가될 수 있다. 상기 첨가 입자의 함량은 제 1 굴절률조합층에 사용된 원료 수지의 고형분 100중량부 대비 30 내지 100 중량부일 수 있다.
또한, 상기 제 1 굴절률조합층에는 실리콘계 레벨링제를 첨가할 수 있으며, 상기 실리콘계 레벨링제의 함량은 제 1 굴절률조합층에 사용된 원료 수지의 고형분 100중량부 대비 0.1 내지 2.0 중량부일 수 있다.
(2) 제 2 굴절률조합층
제 2 굴절률조합층은 상기 제 1 굴절률조합층 상에 적층되며, 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층보다 높은 굴절률을 가짐으로써 박막 간섭현상을 유발시키는 역할을 한다.
제 2 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률은 상기 제 1 굴절률조합층의 굴절률보다 높은 것이 바람직하다.
예를 들어, 상기 제 2 굴절률조합층의 굴절률은 1.60 내지 1.68 일 수 있으며, 더욱 한정한다면 1.62 내지 1.68 일 수 있고, 보다 더 한정한다면 1.64 내지 1.68 일 수 있다. 굴절률이 상기 범위일 때, 제 1 굴절률조합층과 제 3 굴절률조합층과의 박막 간섭현상이 보다 더 우수해질 수 있다.
또한, 제 2 굴절률조합층의 두께는 0.6 내지 3.0 ㎛ 범위일 수 있다. 두께가 상기 범위일 때, 경도 향상의 이점이 있다.
상기 제 2 굴절률조합층은 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층보다 두께가 더 두껍다. 예를 들어, 상기 제 2 굴절률조합층의 두께는 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층의 두께의 약 40배 내지 200배인 것이 바람직하다.
또한, 제 2 굴절률조합층의 주성분으로 사용될 수 있는 수지로는 우레탄아크릴레이트 수지, 에폭시아크릴레이트 수지, 멜라민 수지 및 이들의 혼합 수지 등이 가능하다.
아울러, 제 2 굴절률조합층에는 굴절률 조절을 위해, ZrO2, TiO2, ZnO2, Sb2O3, Sb2O5, ATO(antimony tin oxide), AZO(antimony zinc oxide), PTO(phosphorous tin oxide) 및 이들의 조합으로부터 선택되는 입자가 추가로 첨가될 수 있다. 상기 첨가 입자의 함량은 제 2 굴절률조합층에 사용된 원료 수지의 고형분 100중량부 대비 50 내지 150 중량부일 수 있다.
또한, 상기 제 2 굴절률조합층에는 실리콘계 레벨링제를 첨가할 수 있으며, 상기 실리콘계 레벨링제의 함량은 제 2 굴절률조합층에 사용된 원료 수지의 고형분 100중량부 대비 0.1 내지 2.0 중량부일 수 있다.
(3) 제 3 굴절률조합층
제 3 굴절률조합층은 상기 제 2 굴절률조합층 상에 적층되며, 박막 간섭현상 유발 뿐만 아니라 ITO층의 결정화에 기여하는 역할을 갖는다. 투명 전도성 광학시트의 제조시에는 ITO층을 결정화하기 위하여 마지막 단계에 열처리 공정을 수행할 수 있는데, 이러한 열처리 공정 중에는 투명 기재층, 제 1 굴절률조합층 및 제 2 굴절률조합층으로부터 잔류 모노머, 올리고머 및 미세유기물이 ITO층으로 이행하여 ITO층의 결정화를 저하시킬 수 있다, 그러나, 제 3 굴절률조합층에 의해 이러한 이행이 차단되어 ITO층의 결정화에 기여할 수 있다
제 3 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률은 제 2 굴절률조합층의 굴절률보다 낮은 것이 바람직하다.
예를 들어 굴절률이 1.3 내지 1.6 일 수 있으며, 더욱 한정한다면 1.40 내지 1.55 일 수 있고, 가장 한정한다면 1.45 내지 1.52 일 수 있다. 굴절률이 상기 범위일 때, 박막 간섭효과가 더욱 우수해질 수 있다.
또한, 제 3 굴절률조합층의 두께는 5 내지 20 nm일 수 있으며, 더욱 한정한다면 10 내지 20 nm일 수 있다. 두께가 상기 범위일 때, 제 2 굴절률조합층을 포함하는 하부 층으로부터 이행하는 ITO 결정화 저해인자를 방지하는 효과가 보다 우수할 수 있다.
또한, 제 3 굴절률조합층의 주성분으로 사용될 수 있는 원료로는 이산화규소, 규소, 산화알루미늄, 불화마그네슘(MgF2), 및 이들의 혼합물 등이 가능하다.
(4) 추가적인 굴절률조합층
상기 투명 전도성 광학시트에는 상기 제 1 내지 제 3 굴절률조합층 외에도 추가적인 굴절률조합층이 포함될 수 있다. 상기 추가적인 굴절률조합층은 1층 또는 2층 이상일 수 있으며, 이들은 투명 기재층과 제 1 굴절률조합층 사이, 또는 ITO층과 제 3 굴절률조합층 사이에 위치할 수 있다.
상기 추가적인 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률은 상기 투명 기재층 및 ITO층보다는 낮을 수 있다.
상기 추가적인 굴절률조합층은 제 1 내지 제 3 굴절률조합층의 성분과 동일하거나 다른 성분으로 구성될 수 있다.
일례로서, 상기 투명 기재층과 제 1 굴절률조합층 사이에 추가적인 1층의 굴절률조합층을 포함할 수 있고, 이 때 상기 추가된 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률은 상기 투명 기재층 및 ITO층보다는 낮되 제 1 굴절률조합층보다는 높거나 낮을 수 있다.
ITO층
ITO층은 본 발명의 투명 전도성 광학시트에 있어서, 투명 기재층의 반대면의 가장 외곽에 위치하는 층으로서, 전도성을 부여하는 역할을 수행한다.
상기 ITO층은 비식각부와 식각부를 포함한다. 이에 따라, 상기 ITO층은 불연속적인 평면 형태일 수 있다. 또한 상기 비식각부 또는 식각부는 패턴을 구성할 수 있다.
상기 ITO층은 주석산화물을 2 내지 15 중량%로 포함할 수 있다. 주석산화물의 함량이 상기 범위 내일 때, 투명성이 보다 우수하고 터치스크린 패널의 센서층에 보다 적합한 면저항을 얻을 수 있다.
상기 ITO층은 결정화도를 높이기 위해 열처리된 것일 수 있으며, 열처리된 ITO층의 550nm 파장에 대한 굴절률은 1.7 내지 2.0 일 수 있으며, 더욱 한정한다면 1.8 내지 1.95 일 수 있고, 가장 한정한다면 1.825 내지 1.90 일 수 있다. 굴절률이 상기 범위일 때, 제 2 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층 간의 박막 간섭현상이 보다 더 우수해질 수 있다.
또한, ITO층의 두께는 10 내지 40 nm 일 수 있으며, 두께가 상기 범위일 때 광학 투과율이 보다 우수할 수 있다. 또는 사용목적에 따라 두께를 조정하여 면저항을 변화시킬 수 있다.
투명 전도성 광학시트의 특징
도 2를 참조하여 설명하면, 상기 투명 전도성 광학시트는 투명 기재층(100) 상에 적층된, 제 1 굴절률조합층(400), 제 2 굴절률조합층(410) 및 제 3 굴절률조합층(420)의 박막 간섭효과에 의하여, 최외곽 ITO층(200)의 비식각부(210)의 반사광(610) 및 식각부(220)의 반사광(620) 간의 반사색 및 반사율의 차이를 보정해 줌으로써, 하부의 디스플레이 패널(300)에서 구현하고자 하는 화질을 저하시키지 않을 수 있다.
(1) 광학적 특징
상기 투명 전도성 광학시트는, 하기 수학식 1로 표시되는 △R 값이 0% 이상 1.0% 이하를 만족한다.
[수학식 1]
Figure 112014037923586-pat00003
상기 식에서,
i 는 가시광 영역의 각 파장이고,
r1i 은 각 파장에서의 ITO층의 비식각부의 반사율(%)이고,
r2i 은 각 파장에서의 ITO층의 식각부의 반사율(%)이고,
n 은 측정 파장의 총 개수이다.
또한, 상기 투명 전도성 광학시트는, D65 광원에 대한 2˚시야의 반사광으로 L* a* b* 색좌표계에 따른 반사색을 측정시에, 하기 수학식 2로 표시되는 △ER 값이 0 이상 6.0 이하를 만족한다.
[수학식 2]
Figure 112014037923586-pat00004
상기 식에서,
L*1, a*1 및 b*1 은 각각 ITO층의 비식각부의 반사색의 L*, a* 및 b* 이고;
L*2, a*2 및 b*2 은 각각 ITO층의 식각부의 반사색의 L*, a* 및 b* 이다.
△R 값 및 △ER 값이 상기 범위 내일 때, ITO층의 비식각부와 식각부간의 광학 특성을 보정하여 가시광 영역의 반사율 차이가 최소화되고, ITO층의 비식각부와 식각부의 시각적인 인지가 어려운 광학시트의 제공이 가능해진다.
또한, 상기 투명 전도성 광학시트는, 하기 수학식 3에 따르는 외관적합도 값이 99% 이상 101% 이하인 것이 바람직하다.
[수학식 3]
Figure 112014037923586-pat00005
상기 식에서,
n0, n1 및 n2 은 각각 투명 기재층, 제 1 굴절률조합층 및 제 2 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률이다.
외관적합도 값이 상기 범위 내일 때, 외부 광원에 대한 반사광에서 기름띠 형상과 같은 색 얼룩 현상이 더욱 억제될 수 있다.
(2) 전기적 특징
상기 투명 전도성 광학시트는 50 내지 500 Ω/□ 범위의 면저항을 가질 수 있다.
일례에 따르면, 상기 투명 전도성 광학시트는 열처리되지 않은 것일 수 있으며, 이 경우 상기 투명 전도성 광학시트의 면저항(R0)은 250 내지 400 Ω/□일 수 있고, 이를 120℃ 내지 160℃의 온도범위에서 30분 내지 90분 동안 열처리시의 면저항(R1)이 130 내지 160 Ω/□일 수 있다. 이는 열처리를 통해 인듐, 주석 및 산소가 재배열됨으로써 전자 이동도가 개선되기 때문인 것으로 풀이된다. 또한, 상기 열처리 전/후의 면저항 비율(R1/R0)이 0.325 내지 0.64 Ω/□일 수 있다. 상기 R1/R0 비율이 상기 범위 내일 때, 열처리 과정 중의 ITO층의 인듐, 주석 및 산소의 배열이 가장 안정화되어, ITO층의 안정성이 보다 우수할 수 있다.
다른 예에 따르면, 상기 투명 전도성 광학시트는 ITO층의 결정화를 위해 열처리된 것일 수 있으며, 예를 들어, 120℃ 내지 160℃의 온도범위에서 30분 내지 90분 동안 열처리된 것일 수 있다. 이 경우 상기 열처리된 투명 전도성 광학시트의 면저항(R1)은 130 내지 160 Ω/□일 수 있고, 이를 5% 황산 용액으로 10분간 처리시에 면저항(R2)이 130 내지 192 Ω/□일 수 있다. 또한, 상기 황산 용액 처리 전/후의 면저항 비율(R2/R1) 값이 1.0 이상 1.2 미만, 즉 황산 용액으로 10분간 처리시의 면저항 증가 비율이 20% 미만일 수 있다. 상기 R2/R1 비율이 상기 범위 내일 때, 열처리된 ITO층의 결정화도 및 안정성이 보다 우수할 수 있다.
(3) 기계적/열적 특징
상기 투명 전도성 광학시트는, 상기 ITO층의 표면 상에 JIS K-5600에 따라 H 연필을 사용하여 표면 경도 테스트를 5회 실시하였을 때, 5회 모두 손상되지 않는 표면 경도를 가질 수 있다.
또한 상기 투명 전도성 광학시트는, 120℃ 내지 160℃의 온도범위에서 30분 내지 60분 동안 열처리시에, 하기 수학식 4에 따른 열처리 전/후의 치수변화율이 종방향(MD)에 대해 0.5% 이하를 나타내고, 횡방향(TD)에 대해 0.3% 이하를 나타낸다.
[수학식 4]
치수변화율(%) = (열처리전 치수-열처리후 치수) / 열처리전 치수 x 100
투명 전도성 광학시트의 제조방법
본 발명의 일례에 따른 투명 전도성 광학시트는, (a) 투명 기재층의 준비, (b) 제 1 굴절률조합층의 형성, (c) 제 2 굴절률조합층의 형성, (d) 제 3 굴절률조합층의 형성, (e) ITO층의 증착, 및 (f) ITO층의 식각 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
각 단계는 본 발명의 기술 분야에서 통상적으로 사용되는 방법, 예를 들어 수지 용액의 도포에 의한 코팅, 스퍼터링에 의한 증착 등으로 실시될 수 있다.
단계 (a) 내지 (e)의 실시 후에 ITO층의 결정화도를 높이기 위해 열처리를 추가로 실시하는 것이 바람직하며, (a) 내지 (f)의 실시 후 열처리를 추가로 실시하는 것도 가능하다. 상기 열처리는, 예를 들어 120℃ 내지 160℃의 온도범위에서 30분 내지 90분 동안 수행될 수 있다.
단계 (f)는 상기 ITO층 위에 실크스크린, 그라비아 또는 잉크젯 방식에 의해 원하는 패턴으로 식각액을 직접 도포하여 ITO층을 부분적으로 식각하여 수행되거나, 또는 실크스크린, 그라비아 또는 잉크젯 방식에 의해 원하는 패턴으로 포토레지스트막을 형성시킨 뒤 식각액 등에 의해 ITO층을 부분적으로 식각하여 수행될 수 있다.
구체적인 실시예 및 시험예
실시예: 굴절률조합층을 갖는 투명 전도성 광학시트의 제조(시트 1 내지 12)
단계 1: 투명 기재층의 준비
550nm 파장에서 굴절률(n)이 1.634~1.663이고 두께가 125㎛인 PET 투명 기재를 사용하였다.
단계 2: 제 1 굴절률조합층의 형성
열경화형 아크릴계 수지(A811, 애경화학사) 5.5중량부, 폴리아이소시아네트계 경화제(DN980S, 애경화학사) 0.3중량부, 희석을 위한 자일렌(xylene) 47.1중량부, 및 부틸아세테이트(butyl acetate) 47.1중량부를 배합한 뒤, 이 배합 용액의 고형분 100중량부당 이산화지르코늄(ZrO2, JGC사) 50~80중량부를 추가로 배합하였다. 수득한 배합 용액을 상기 투명 기재층 상에 도포하고 건조 및 열경화하여, 550nm 파장에서 굴절률이 1.573~1.657 범위이고 두께가 70~85nm 범위인 제 1 굴절률조합층을 형성하였다.
단계 3: 제 2 굴절률조합층의 형성
UV경화형 올리고머(DPHA, 미원사) 15중량부, 펜타에리스리톨 트라이아크릴레이트(PETA, 미원사) 5중량부, 희석용 모노머(SR499, Satomer사) 4중량부, 및 UV경화용 광개시제(Irgacure-184, BASF사) 1중량부, 및 희석을 위한 메틸에틸케톤(MEK) 37.5중량부, 메틸이소부틸케톤(MIBK) 37.5중량부를 배합한 뒤, 이 배합 용액의 고형분 100중량부당 이산화지르코늄(ZrO2, JGC사) 100~150중량부를 추가로 배합하였다. 수득한 배합 용액을 상기 제 1 굴절률조합층 상에 도포하고 건조 및 UV 경화하여, 550nm 파장에서 굴절률이 1.60~1.675 범위이고 두께가 0.6~3.0㎛ 범위인 제 2 굴절률조합층을 형성하였다.
단계 4: 제 3 굴절률조합층의 형성
상기 제 2 굴절률조합층 상에 이산화규소(SiO2)를 진공 스퍼터링하여 증착함으로써, 550nm 파장에서 굴절률(n)이 1.45~1.52 범위이고 두께가 10~20nm 범위인 제 3 굴절률조합층을 형성하였다.
단계 5: ITO층의 증착
상기 제 3 굴절률조합층 상에 주석산화물을 7중량%의 함량으로 함유하는 ITO를 진공 스퍼터링하여 증착하였다.
단계 6: ITO층의 열처리
상기 ITO층이 증착된 시트를 120~160℃의 온도범위에서 30~90분 동안 열처리하였다.
그 결과 550nm 파장에 대한 굴절률은 1.825~1.90 범위이고 두께가 25nm인 ITO층을 형성하였다.
단계 7: ITO층의 식각
상기 ITO층 위에 실크스크린, 그라비아 또는 잉크젯 방식에 의해 선형 또는 다이아몬드형 격자무늬의 포토레지스트막을 형성시키고, 25℃ 및 5중량%의 염산 수용액에 1분간 담근 후 초순수(DI)로 세정하여 ITO층을 부분적으로 식각하였다.
아래 표 1에 다양한 굴절률 및 두께 조합의 굴절률조합층을 갖는 투명 전도성 광학시트(시트 1 내지 12)의 구성을 정리하였다.
시험예 1: △R 값 평가
투명 전도성 광학시트에 대하여, 측정기기(U4100, Mitsubishi사)를 사용하여 가시광 영역(380~780nm)의 각 파장에서의 반사율(%)을 측정하였다. 이때 내부반사에 의한 노이즈를 제거하기 위해 투명 기재층의 외부 표면을 검정색으로 인쇄한 뒤 측정하였다. 측정값을 이용하여 앞서의 수학식 1에 따라 △R 값(%)을 도출하였다.
시험예 2: △ER 값 평가
투명 전도성 광학시트에 대하여, 측정기기(U4100, Mitsubishi사)를 사용하여 D65 광원에 대한 2˚시야의 L* a* b* 색좌표계로 표현되는 반사색을 측정하였다. 이때 내부반사에 의한 노이즈를 제거하기 위해 투명 PET 기재의 표면을 검정색으로 인쇄한 뒤 측정하였다. 측정 값을 이용하여 앞서의 수학식 2에 따라 △ER 값의 도출하였다.
시험예 3: 외관적합도 평가
투명 전도성 광학시트에 대하여, 앞서의 수학식 3에 따라 외관적합도 값을 도출하였다.
시험예 4: 면저항 평가
투명 전도성 광학시트에 대하여, 먼저, 열처리하기 이전의 상태에서 면저항을 측정하고, 이 때의 측정값을 R0로 하였다. 이후, 150℃에서 60분간 열처리하여 ITO층을 결정화시킨 후 면저항을 측정하여, 이 때의 측정값을 R1으로 하였다. 마지막으로, 5% 황산 용액으로 10분간 처리하고 면저항을 측정하여, 이 때의 측정값을 R2로 하였다. 이와 같이 측정된 값을 기초로 R1/R0 의 비율 및 R2/R1의 비율을 계산하였다.
시험예 5: 표면경도 평가
투명 전도성 광학시트 ITO층의 표면 경도를 JIS-K5600의 절차(Mitsubishi pencil H 사용)에 따라, 5회 측정시에 스크래치가 발생하지 않은 횟수의 비율로 평가하였다.
시험예 6: 열처리 전/후의 치수변화율 평가
투명 전도성 광학시트의 종방향(MD) 및 횡방향(TD)에 대하여, ITO층의 결정화를 위한 열처리 전/후의 치수를 측정하여, 앞서의 수학식 4에 따라 치수변화율을 도출하였다.
이들 시험예의 평가 결과를 하기 표 1 및 2에 함께 정리하였다.
시트
No.		 투명
기재층		 제 1
굴절률조합층		 제 2
굴절률조합층		 제 3
굴절률조합층		 ITO층
△R(%)
△ER		 외관
적합도
(%)
굴절률 굴절률 두께
(nm)		 굴절률 두께
(nm)		 굴절률 두께
(nm)		 굴절률 두께
(nm)
1 1.634 1.573 85 1.600 985 1.510 15 1.825 25 1.68 6.91 105.66
2 1.634 1.573 85 1.647 1108 1.510 15 1.825 25 1.57 5.90 108.76
3 1.634 1.573 85 1.675 1050 1.510 15 1.825 25 1.69 4.72 110.61
4 1.634 1.634 80 1.600 1130 1.510 15 1.825 25 1.55 5.96 97.92
5 1.634 1.634 80 1.647 1070 1.510 15 1.825 25 0.93 5.50 100.80
6 1.634 1.634 80 1.675 1120 1.510 15 1.825 25 0.79 4.39 102.51
7 1.663 1.619 80 1.600 1055 1.510 15 1.825 25 1.49 6.58 101.51
8 1.663 1.619 80 1.647 1030 1.510 15 1.825 25 1.2 5.33 104.49
9 1.663 1.619 80 1.675 1100 1.510 15 1.825 25 1.13 4.52 106.27
10 1.663 1.657 70 1.600 997 1.510 15 1.825 25 1.58 6.38 96.91
11 1.663 1.657 70 1.647 1035 1.510 15 1.825 25 0.92 5.45 99.76
12 1.663 1.657 70 1.675 1010 1.510 15 1.825 25 0.74 4.43 101.45
* 굴절률은 550nm 파장에서의 굴절률을 의미함.
시트
No.		 면저항 (Ω/□) 면저항 비율 표면경도 치수변화율 (%)
열처리전
(R0)		 열처리후
(R1)		 5% 황산
(R2)		 R1 / R0 R2 / R1 MD TD
1 312 147 157 0.47 1.07 H (5/5) 0.30 0.17
2 310 145 158 0.47 1.09 H (5/5) 0.33 0.19
3 312 144 155 0.46 1.08 H (5/5) 0.31 0.20
4 314 146 152 0.46 1.04 H (5/5) 0.36 0.18
5 309 144 153 0.47 1.06 H (5/5) 0.35 0.19
6 312 145 150 0.46 1.03 H (5/5) 0.33 0.20
7 315 143 152 0.45 1.06 H (5/5) 0.45 0.14
8 310 145 151 0.47 1.04 H (5/5) 0.43 0.15
9 312 144 153 0.46 1.06 H (5/5) 0.41 0.13
10 315 142 150 0.45 1.06 H (5/5) 0.44 0.17
11 308 141 151 0.46 1.07 H (5/5) 0.40 0.15
12 312 143 153 0.46 1.07 H (5/5) 0.39 0.17
상기 표 1에서 보듯이, 제조된 시트들 중에서, 시트 5, 6, 11 및 12의 경우가 본원발명에서 요구하는 범위, 즉 1.0% 이하의 △R 값, 및 6.0 이하의 △ER 값을 나타내었음을 알 수 있다. 특히, 시트 5 및 11의 경우에는 이에 추가로 외관접합도 값이 99% 내지 101%를 나타내었다.
또한, 상기 표 2에서 보듯이, 시트 1 내지 12는 모두 양호한 면저항 특성을 나타내었으며, 이는 ITO층이 열처리를 통해 양호한 결정화 특성을 가지게 되었음을 의미한다.
100: 투명 기재층, 200: ITO층,
210: 비식각부, 220: 식각부,
300: 디스플레이패널, 400: 제 1 굴절률조합층,
410: 제 2 굴절률조합층, 420: 제 3 굴절률조합층,
610: 비식각부의 반사광, 620: 식각부의 반사광

Claims (7)

  1. 투명 기재층, 제 1 굴절률조합층, 제 2 굴절률조합층, 제 3 굴절률조합층 및 인듐주석산화물(ITO)층이 순서대로 적층된 구조를 포함하는 투명 전도성 광학시트로서, 상기 ITO층이 비식각부와 식각부를 포함하고,
    550nm 파장에 대한 굴절률에 대해, 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층이 모두 상기 투명 기재층 및 ITO층과 동일하거나 그보다 더 낮은 굴절률을 갖고, 상기 제 1 굴절률조합층이 상기 제 3 굴절률조합층과 0.15 이하의 굴절률 차이를 갖고, 상기 투명 기재층이 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층과 동일하거나 그보다 0.01~0.16 만큼 더 큰 굴절률을 갖고, 상기 제 2 굴절률조합층이 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층과 0.01~0.165의 굴절률 차이를 갖고, 이때 상기 제 3 굴절률조합층이 상기 제 2 굴절률조합층보다 더 낮은 굴절률을 갖고, 상기 투명 기재층, 제 1 굴절률조합층, 제 2 굴절률조합층, 제 3 굴절률조합층 및 ITO층이 각각 2~250㎛, 50~150nm, 0.6~3.0㎛, 5~20nm, 및 10~40nm의 두께를 갖고, 이때 상기 제 2 굴절률조합층이 상기 제 1 굴절률조합층 및 제 3 굴절률조합층보다 두께가 두꺼우며,
    상기 투명 전도성 광학시트가, 가시광 영역의 각 파장에 대한 ITO층의 비식각부 및 식각부의 반사율 측정시에 하기 수학식 1에 따르는 △R 값이 0% 내지 1.0%이고, D65 광원에 대한 2˚시야의 반사광으로 L*a*b* 색좌표계에 따른 반사색 측정시에 하기 수학식 2로 표시되는 △ER 값이 0 내지 6.0인, 투명 전도성 광학시트:
    [수학식 1]
    Figure 112015067070819-pat00006

    상기 수학식 1에서, i 는 가시광 영역의 각 파장이고, r1i 은 각 파장에서의 ITO층의 비식각부의 반사율(%)이고, r2i 은 각 파장에서의 ITO층의 식각부의 반사율(%)이고, n 은 측정 파장의 총 개수이다.
    [수학식 2]
    Figure 112015067070819-pat00007

    상기 수학식 2에서, L*1, a*1 및 b*1 은 각각 ITO층의 비식각부의 반사색의 L*, a* 및 b* 이고; L*2, a*2 및 b*2 은 각각 ITO층의 식각부의 반사색의 L*, a* 및 b* 이다.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 전도성 광학시트가, 하기 수학식 3에 따르는 외관적합도 값이 99% 내지 101% 인, 투명 전도성 광학시트:
    [수학식 3]
    Figure 112015067070819-pat00008

    상기 수학식 3에서, n0, n1 및 n2 은 각각 투명 기재층, 제 1 굴절률조합층 및 제 2 굴절률조합층의 550nm 파장에 대한 굴절률이다.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 ITO층이 주석산화물을 2 내지 15 중량%의 함량으로 포함하는, 투명 전도성 광학시트.
  4. 제 1 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 투명 전도성 광학시트는 120℃ 내지 160℃의 온도범위에서 30분 내지 90분 동안 열처리된 것이고, 상기 투명 전도성 광학시트가 130 내지 160 Ω/□ 의 면저항을 갖는, 투명 전도성 광학시트.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 투명 전도성 시트가 5% 황산 용액으로 10분간 처리시에 면저항의 증가 비율이 20% 미만인, 투명 전도성 광학시트.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 전도성 광학시트가,
    상기 ITO층의 표면 상에 JIS K-5600에 따라 H 연필을 사용하여 표면 경도 테스트를 5회 실시하였을 때, 5회 모두 손상되지 않는 표면 경도를 갖는, 투명 전도성 광학시트.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 전도성 광학시트는 열처리되지 않은 것이고,
    상기 투명 전도성 광학시트를 120℃ 내지 160℃의 온도범위에서 30분 내지 90분 동안 열처리시에 하기 수학식 4로 표시되는 치수변화율이 종방향(MD)에 대하여 0.5% 이하이고 횡방향(TD)에 대하여 0.3% 이하인, 투명 전도성 광학시트:
    [수학식 4]
    치수변화율(%) = (열처리전 치수-열처리후 치수) / 열처리전 치수 x 100
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