KR101940693B1 - 전도성 구조체 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 출원은 전도성 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 제조방법은, 기재 상에 제1 산화물층을 형성하는 단계, 상기 제1 산화물층 상에 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상에 제2 산화물층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 산화물층이 형성된 기재의 면의 반대면에 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함한다.

Description

전도성 구조체 및 이의 제조방법{CONDUCTIVE STRUCTURE BODY AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 출원은 전도성 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 터치 스크린 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.

최근 대면적의 터치 스크린 패널에 대한 필요가 증가함에 따라 전극의 저항을 줄이면서도 시인성이 우수한 대형 터치 스크린 패널을 구현할 수 있는 기술 개발이 필요하였다.

대한민국 공개특허공보 제10-2011-0054369호

당 기술분야에서는, 상기 다양한 방식의 터치 스크린 패널의 성능 향상을 위한 기술 개발이 요구되고 있다.

본 출원의 일 실시상태는,

기재 상에 제1 산화물층을 형성하는 단계,

상기 제1 산화물층 상에 금속층을 형성하는 단계,

상기 금속층 상에 제2 산화물층을 형성하는 단계, 및

상기 제1 산화물층이 형성된 기재의 면의 반대면에 레이저 빔을 조사하는 단계

를 포함하는 전도성 구조체의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 출원의 다른 실시상태는, 상기 전도성 구조체의 제조방법에 의하여 제조되는 전도성 구조체를 제공한다.

또한, 본 출원의 다른 실시상태는, 상기 전도성 구조체를 포함하는 터치 스크린 패널을 제공한다.

본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는 전도성 패턴의 전도도에 영향을 미치지 않으면서도 전도성 패턴에 의한 반사를 방지할 수 있고, 흡광도를 향상시킴으로써 전도성 패턴의 은폐성을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는, 제1 산화물층, 금속층, 및 제2 산화물층을 형성한 후 기재 상에 레이저 빔을 조사함으로써, 금속층의 결정립 크기와 공극률을 조절할 수 있는 특징이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체를 이용하여 시인성이 개선되고, OMO(Oxide-Metal-Oxide) 구조의 특성을 변화시킨 터치 스크린 패널을 개발할 수 있다.

도 1은 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 제조방법을 개략적으로 나타낸 도이다.
<도면의 주요 부호의 설명>
100: 기재
200: 제1 산화물층
220: 제2 산화물층
300: 금속층

이하 본 출원을 보다 상세히 설명한다.

본 명세서에서, 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), OLED 디스플레이 등을 예로 들 수 있다. 디스플레이 소자에는 화상 구현을 위한 RGB 화소 패턴 및 추가적인 광학 필터가 구비되어 있을 수 있다.

한편, 디스플레이 장치와 관련하여, 스마트 폰 및 태블릿 PC, IPTV 등의 보급이 가속화됨에 따라 키보드나 리모컨 등 별도의 입력 장치 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.

현재, 상용화된 대부분의 터치 스크린 패널(TSP, touch screen panel)은 투명 전도성 ITO 박막을 기반으로 하고 있으나, 대면적 터치 스크린 패널 적용시 ITO 투명 전극 자체의 비교적 높은 면저항(최저 150 Ω/□, Nitto denko 社 ELECRYSTA 제품)으로 인한 RC 지연 때문에 터치 인식 속도가 느려지게 되고, 이를 극복하기 위한 추가적인 보상 칩(chip)을 도입해야 하는 등의 문제점이 있다.

본 발명자들은 상기 투명 ITO 박막을 금속 미세 패턴으로 대체하기 위한 기술을 연구하였다. 이에, 본 발명자들은, 터치 스크린 패널의 전극 용도로서, 높은 전기전도도를 가지는 금속 박막을 이용하는 경우에는, 특정 모양의 미세 전극 패턴을 구현하고자 할 때, 높은 반사도로 인하여 시인성 측면에 있어서 패턴이 사람의 눈에 잘 인지되는 문제점과 함께 외부 광에 대하여 높은 반사도 및 헤이즈(Haze) 값 등으로 인하여 눈부심 등이 일어날 수 있다는 것을 밝혀내었다. 또한, 제조공정시 고가의 타겟(target) 값이 들거나, 공정이 복잡한 경우가 많을 수 있음을 밝혀내었다.

또한, 금속 미세선을 투명 전극으로 사용하는 경우, 가장 문제가 될 수 있는 점은 반사 색상이라 할 수 있다. 금속 특유의 광택으로 인하여, 외부 광원에 의한 반짝임 등과 같은 시인성 문제가 발생할 수 있으므로, 금속 표면에 반사율을 낮출 수 있는 추가의 층을 형성하여야 한다.

또한, 본 출원에서는 투명전극의 저저항 및 고투과율을 구현하기 위하여, OMO(Oxide-Metal-Oxide) 구조를 구현하였다. 상기 OMO 구조의 경우에는 두 개의 산화물층 사이에 금속층이 구비되고, 상기 금속층은 증착공정 등을 통하여 형성될 수 있다. 상기 금속층의 최적 두께, 거칠기, 결정립 균일성, 공극률 등의 특성에 따라 최종 OMO 구조의 광학적, 전기적 특성이 변할 수 있다.

따라서, 중간 금속층을 어떻게 제어하느냐에 따라서 OMO 구조의 광학 및 전기적인 특성이 달라질 수 있다. 그러나, OMO 구조의 특성상 금속 증착은 나노 단위(수 ~ 10nm 내외)에서 이루어지기 때문에, 실제 증착공정시 균일한 금속층을 구현하기 힘들며, ALD, CVD, PVD 등의 증착 기구의 한계상 결정립, 공극률 등을 어느 정도 단위 이하로는 조절하기 힘들다.

따라서, 본 출원에서는 종래의 일반 증착공정으로 조절하던 금속층의 결정립 크기와 공극률을 레이저 빔 조사에 의해 자유롭게 조절함으로써, 최종 OMO 구조의 특성을 제어함과 동시에 향상시키고자 하였다.

본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 제조방법은, 기재 상에 제1 산화물층을 형성하는 단계, 상기 제1 산화물층 상에 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상에 제2 산화물층을 형성하는 단계, 및 상기 제1 산화물층이 형성된 기재의 면의 반대면에 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함한다.

종래의 금속층의 파워 및 공정조건을 조절한 증착공정시, 얇은 두께의 금속층 증착은 핵생성 및 박막 성장시 균일하게 증착되기 어려울 뿐만 아니라, 물질별 가질 수 있는 최소 공극률 한계까지만 증착이 가능하다. 따라서, 이를 조절하기 위한 노력으로 O₂, N₂ 등의 반응가스를 첨가하여 증착하는 연구도 진행되어 왔으나, 이 또한 조절시 한계가 있다.

그러나, 본 출원에서는 레이저 빔을 조사하는 방법을 이용하여, 레이저 파장, 파워, 조사 횟수 등에 따라 금속층의 공극률을 다양하게 조절할 수 있을 뿐만 아니라, 금속층의 특성도 변화시킬 수 있다. 또한, 미세 결정립 구현을 위한 증착시 걸리는 긴 공정 시간을, OMO 구조 증착 후, 단시간의 레이저 처리를 통해 제어할 수 있다. 또한, ALD, CVD 등은 지속적인 승온 증착시 OMO 물성의 변화를 가져올 수 있는 반면에, 본 출원에 따른 레이저 빔의 조사공정은 이에 따른 변화를 가져오지 않을 수 있는 장점을 가지고 있다.

본 출원에 있어서, 상기 기재는 특별히 한정되지 않으며, 당 기술분야에 알려진 재료를 이용할 수 있다. 예컨대, 유리, 플라스틱 기재, 플라스틱 필름 등을 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

본 출원에 있어서, 상기 제1 산화물층은 Nb, Sb, Ba, Ga, Ge, Hf, In, La, Ma, Se, Si, Ta, Se, Ti, V, Y, Zn, Sn, Fe, Co, Ti, Al, Au, Cu, Ag, Ni, Mo, Cr, Ce 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 제1 산화물층은 Nb 산화물 또는 Ce 산화물을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 제1 산화물층은 전술한 금속 산화물 이외에, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta) 인듐(In), 및 바나듐(V)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 추가로 포함할 수 있다.

상기 제1 산화물층의 두께는 0 초과 100nm 이하일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 제1 산화물층은 당 기술분야에 알려진 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 증착(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 습식 코팅, 증발, 전해 도금, 무전해 도금 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.

또한, 상기 제1 산화물층을 인쇄방법에 의하여 형성할 수도 있다. 상기 제1 산화물층을 인쇄방법에 의하여 형성하는 경우, 전술한 제1 산화물층 재료를 포함하는 잉크 또는 페이스트를 이용할 수 있으며, 상기 페이스트는 전술한 제1 산화물층 재료 이외에, 바인더 수지, 용매, 글래스 프릿 등을 더 포함할 수도 있다.

본 출원에 있어서, 상기 금속층은 당 기술분야에 알려진 방법을 이용하여 형성할 수 있다. 예를 들어, 증착(evaporation), 스퍼터링(sputtering), 습식 코팅, 증발, 전해 도금, 무전해 도금 등의 방법에 의하여 형성할 수 있다.

상기 금속층은 구리, 알루미늄, 은, 네오디윰, 몰리브덴, 니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 특히, 상기 금속층은 구리 또는 은을 포함하는 것이 바람직하나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 금속층을 인쇄방법에 의하여 형성할 수도 있다. 상기 금속층을 인쇄방법에 의하여 형성하는 경우, 금속을 포함하는 잉크 또는 페이스트를 이용할 수 있으며, 상기 페이스트는 금속 이외에, 바인더 수지, 용매, 글래스 프릿 등을 더 포함할 수도 있다.

상기 금속층의 두께는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 0 초과 50nm 이하인 것이 금속층의 전도도 및 패턴 형성 공정의 경제성 측면에서 보다 우수한 효과를 나타낼 수 있다.

본 출원에 있어서, 상기 제2 산화물층은 Nb, Sb, Ba, Ga, Ge, Hf, In, La, Ma, Se, Si, Ta, Se, Ti, V, Y, Zn, Sn, Fe, Co, Ti, Al, Au, Cu, Ag, Ni, Mo, Cr, Ce 및 Zr로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상의 금속의 산화물을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

또한, 상기 제2 산화물층은 전술한 금속 산화물 이외에, 갈륨(Ga), 알루미늄(Al), 지르코늄(Zr), 티타늄(Ti), 니오븀(Nb), 탄탈(Ta) 인듐(In), 및 바나듐(V)으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 금속을 추가로 포함할 수 있다.

특히, 상기 제2 산화물층은 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO, aluminum doped zinc oxide), 및 갈륨 도핑된 아연 산화물(GZO, gallium doped zinc oxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 제2 산화물층의 두께는 0 초과 100nm 이하일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.

상기 제2 산화물층은 전술한 제2 산화물층용 재료를 이용하여 금속층 상에 증착 공정 또는 인쇄 공정을 이용하여 형성될 수 있다.

본 출원에 있어서, 상기 제1 산화물층, 금속층, 및 제2 산화물층을 각각 독립적으로 병렬식 레이저 패터닝 공정을 수행하여, 제1 산화물층 패턴, 금속층 패턴 및 제2 산화물층 패턴을 형성할 수 있다. 즉, 상기 제1 산화물층, 금속층, 및 제2 산화물층을 동시에 병렬식 레이저 패터닝 공정을 수행하여 제1 산화물층 패턴, 금속층 패턴 및 제2 산화물층 패턴을 형성할 수도 있고, 상기 제1 산화물층, 금속층, 및 제2 산화물층 각각 개별적으로 병렬식 레이저 패터닝 공정을 수행하여 제1 산화물층 패턴, 금속층 패턴 및 제2 산화물층 패턴을 형성할 수도 있다.

상기 금속층 패턴의 선폭은 0 초과 50㎛ 이하일 수 있고, 0 초과 30㎛ 이하일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 금속 패턴의 선폭은 0㎛ 초과 10㎛ 이하일 수 있고, 구체적으로 0.1㎛ 이상 10㎛ 이하일 수 있으며, 더욱 구체적으로 0.2㎛ 이상 내지 8㎛ 이하일 수 있고, 더욱 더 구체적으로 0.5㎛ 이상 내지 5㎛ 이하일 수 있다.

또한, 상기 제1 산화물층 패턴 또는 제2 산화물층 패턴은 상기 금속층 패턴과 동일한 형상의 패턴을 가질 수 있다. 다만, 상기 제1 산화물층 또는 제2 산화물층 패턴의 규모가 상기 금속층 패턴과 완전히 동일할 필요는 없으며, 상기 제1 산화물층 또는 제2 산화물층 패턴의 선폭이 상기 금속층 패턴의 선폭에 비하여 좁거나 넓은 경우도 본 출원의 범위에 포함된다. 구체적으로, 상기 제1 산화물층 또는 제2 산화물층 패턴의 선폭은 상기 금속층 패턴의 선폭의 80 ~ 120%일 수 있다. 또는, 구체적으로, 상기 제1 산화물층 패턴 또는 제2 산화물층 패턴이 구비된 면적은 상기 금속층 패턴이 구비된 면적의 80 ~ 120% 일 수 있다. 더욱 더 구체적으로, 상기 제1 산화물층 패턴 또는 제2 산화물층 패턴의 형태는 금속층 패턴의 선폭과 동일하거나 큰 선폭을 갖는 패턴 형태인 것이 바람직하다.

또한, 본 출원의 다른 실시상태는, 상기 전도성 구조체의 제조방법에 의하여 제조되는 전도성 구조체를 제공한다.

본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 예를 하기 도 1에 예시하였다. 도 1은 제1 산화물층, 금속층 및 제2 산화물층의 적층 순서를 예시하기 위한 것이며, 상기 제1 산화물층, 금속층 및 제2 산화물층은 실제로 터치 스크린 패널 등의 미세 투명 전극 용도로 적용시 전면층이 아니라 패턴 형태일 수 있다.

도 1에 따르면, 기재(100) 상에 제1 산화물층(200)이 구비되고, 상기 제1 산화물층(200) 상에 금속층(300)이 구비되며, 상기 금속층(300) 상에 제2 산화물층(220)이 구비되는 경우를 예시한 것이다.

본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전도성 구조체는 면저항이 1 Ω/□ 이상 300 Ω/□ 이하일 수 있고, 구체적으로 1 Ω/□ 이상 100 Ω/□ 이하일 수 있으며, 더욱 구체적으로 1 Ω/□ 이상 50 Ω/□ 이하일 수 있고, 더욱 더 구체적으로 1 Ω/□ 이상 20 Ω/□ 이하일 수 있다.

상기 전도성 구조체의 면저항이 1 Ω/□ 이상 300 Ω/□ 이하이면 종래의 ITO 투명 전극을 대체할 수 있는 효과가 있다. 상기 전도성 구조체의 면저항이 1 Ω/□ 이상 100 Ω/□ 이하인 경우, 또는 1 Ω/□ 이상 50 Ω/□ 이하인 경우, 특히 1 Ω/□ 이상 20 Ω/□ 이하인 경우에는 종래 ITO 투명 전극 사용시보다 면저항이 상당히 낮기 때문에 신호 인가시 RC 지연이 짧아져 터치 인식 속도를 현저하게 개선할 수 있으며, 이를 바탕으로 10인치 이상 대면적 터치 스크린 적용이 용이하다는 장점이 있다.

본 출원의 하나의 실시상태는 상기 전도성 구조체를 포함하는 터치 스크린 패널을 제공한다. 예컨대, 정전용량식 터치 스크린 패널에 있어서, 상기 본 출원의 하나의 실시상태에 다른 전도성 구조체는 터치 감응식 전극 기판으로 사용될 수 있다.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 터치 스크린 패널은 전술한 전도성 구조체 이외에 추가의 구조체를 더 포함할 수 있다. 이 경우, 2개의 구조체가 서로 같은 방향으로 배치될 수도 있으며, 2개의 구조체가 서로 반대 방향으로 배치될 수도 있다. 2개 이상의 구조체가 포함되는 경우 이들 사이에는 절연층이 구비될 수 있다. 이 때 절연층은 점착층의 기능이 추가로 부여될 수도 있다.

본 출원의 하나의 실시상태에 따른 터치 스크린 패널은 하부 기재; 상부 기재; 및 상기 하부 기재의 상부 기재에 접하는 면 및 상기 상부 기재의 하부 기재에 접하는 면 중 어느 한 면 또는 양면에 구비된 전극층을 포함할 수 있다. 상기 전극층은 각각 X축 위치 검출 및 Y축 위치 검출 기능을 할 수 있다.

이 때, 상기 하부 기재 및 상기 하부 기재의 상부 기재에 접하는 면에 구비된 전극층; 및 상기 상부 기재 및 상기 상부 기재의 하부 기재에 접하는 면에 구비된 전극층 중 하나 또는 두 개 모두가 전술한 본 출원의 하나의 실시상태에 따른 전도성 구조체일 수 있다.

상기 상부 기재와 상기 하부 기재 모두의 일면에 전극층이 구비되어 ２층의 전극층이 형성되는 경우, 상기 전극층의 간격을 일정하기 유지하고 접속이 일어나지 않도록 상기 하부 기재와 상부 기재 사이에 절연층 또는 스페이서가 구비될 수 있다. 상기 절연층은 점착제 또는 UV 혹은 열 경화성 수지를 포함할 수 있다. 상기 터치 스크린 패널은 전술한 전도성 구조체 중의 전도성층의 패턴과 연결된 접지부를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 접지부는 상기 기재의 전도성층의 패턴이 형성된 면의 가장자리부에 형성될 수 있다. 또한，상기 전도성 구조체를 포함하는 적층재의 적어도 일면에는 반사 방지 필름, 편광 필름 및 내지문 필름 중 적어도 하나가 구비될 수 있다. 설계사양에 따라 전술한 기능성 필름 이외에 다른 종류의 기능성 필름을 더 포함할 수도 있다. 상기와 같은 터치 스크린 패널은 OLED 디스플레이 패널(OLED Display Panel), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD) 및 음극선관(Cathode-Ray Tube, CRT), PDP와 같은 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.

Claims (14)

1. 기재 상에 제1 산화물층을 형성하는 단계,
   상기 제1 산화물층 상에 금속층을 형성하는 단계,
   상기 금속층 상에 제2 산화물층을 형성하는 단계, 및
   상기 제1 산화물층이 형성된 기재의 면의 반대면에 레이저 빔을 조사하는 단계를 포함하고,
   상기 제1 산화물층은 Nb 산화물 또는 Ce 산화물을 포함하며,
   상기 제2 산화물층은 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO, aluminum doped zinc oxide), 및 갈륨 도핑된 아연 산화물(GZO, gallium doped zinc oxide)로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것인 전도성 구조체의 제조방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 청구항 1에 있어서, 상기 금속층은 구리, 알루미늄, 은, 네오디윰, 몰리브덴, 니켈 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 구조체의 제조방법.
6. 삭제
7. 삭제
8. 삭제
9. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 산화물층의 두께는 0 초과 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체의 제조방법.
10. 청구항 1에 있어서, 상기 금속층의 두께는 0 초과 50nm 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체의 제조방법.
11. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 산화물층의 0 초과 100nm 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체의 제조방법.
12. 청구항 1, 5 및 9 내지 11 중 어느 한 항의 전도성 구조체의 제조방법에 의하여 제조되는 전도성 구조체.
13. 청구항 12에 있어서, 상기 전도성 구조체의 면저항은 1 Ω/□ 이상 300 Ω/□ 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
14. 청구항 12의 전도성 구조체를 포함하는 터치 스크린 패널.

Images