KR101947397B1 - 투명 전극 적층체 및 이를 포함하는 터치 센서 - Google Patents

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윤억근
노성진
권도형
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Abstract

투명 전극 적층체는 기재층 및 기재층의 상면 상에 적층된 투명 전극층을 포함하다. 투명 전극층은 인듐 아연 산화물(IZO)을 포함하는 제1 투명 산화물 전극층, 및 상기 제1 투명 산화물 전극층 상에 적층된 인듐 주석 산화물(ITO)를 포함하는 제2 투명 산화물 전극층을 포함한다. 제1 투명 산화물 전극층의 두께는 10 내지 20nm 이며, 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 100 내지 150nm이다. 제1 및 제2 투명 산화물 전극층의 조합을 통해 유연성, 저저항, 고투과 특성을 함께 구현할 수 있다.

Description

투명 전극 적층체 및 이를 포함하는 터치 센서{TRANSPARENT ELECTRODE LAMINATE AND TOUCH SENSOR INCLUDING THE SAME}
본 발명은 투명 전극 적층체 및 이를 포함하는 터치 센서에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복수의 투명 도전층을 포함하는 투명 전극 적층체 및 이를 포함하는 터치 센서에 관한 것이다.
최근 정보화 기술이 발전함에 따라 디스플레이 분야에 대한 요구도 다양한 형태로 제시되고 있다. 예를 들면, 박형화, 경량화, 저소비 전력화 등의 특징을 지닌 여러 평판 표시 장치(Flat Panel Display device), 예를 들어, 액정표시장치(Liquid Crystal Display device), 플라즈마표시장치(Plasma Display Panel device), 전계발광표시장치(Electro Luminescent Display device), 유기발광다이오드표시장치(Organic Light-Emitting Diode Display device) 등이 연구되고 있다.
한편, 상기 표시 장치 상에 부착되어 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치인 터치 패널 또는 터치 센서가 디스플레이 장치와 결합되어 화상 표시 기능 및 정보 입력 기능이 함께 구현된 전자 기기들이 개발되고 있다.
또한, 최근 접거나 굽힘이 가능한 플렉시블 디스플레이가 개발되면서, 상기 플렉시블 디스플레이에 적용되는 터치 센서 역시 향상된 플렉시블 특성을 가질 필요가 있다. 예를 들면, 반복적인 폴딩에도 상기 터치 센서에 포함되는 전극, 배선 등의 기계적, 전기적 신뢰성이 유지될 필요가 있다.
또한, 상기 터치 센서에 포함되는 전극들은 디스플레이 장치가 구현하는 이미지 품질을 열화시키지 않도록 향상된 투과성을 함께 가질 필요가 있다.
예를 들면, 한국공개특허 제2014-0092366호에서와 같이 최근 다양한 화상 표시 장치에 터치 센서가 결합된 터치 스크린 패널이 개발되고 있으나, 상술한 바와 같이 플렉시블 특성 및 광학적 특성이 향상된 터치 센서 또는 터치 패널의 요구가 지속되고 있다.
한국공개특허 제2014-0092366호
본 발명의 일 과제는 향상된 유연성을 가지며 전기적, 기계적 신뢰성이 우수한 투명 전극 적층체를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 투명 전극 적층체를 포함하는 터치 센서를 제공하는 것이다.
1. 기재층; 및 상기 기재층의 상면 상에 적층되며,
인듐 아연 산화물(IZO)을 포함하는 제1 투명 산화물 전극층; 및 상기 제1 투명 산화물 전극층 상에 적층된 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하는 제2 투명 산화물 전극층을 포함하는 투명 전극층을 포함하고,
상기 제1 투명 산화물 전극층의 두께는 10 내지 20nm 이며, 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 100 내지 150nm인, 투명 전극 적층체.
2. 위 1에 있어서, 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 120 내지 130nm인, 투명 전극 적층체.
3. 위 1에 있어서, 상기 투명 전극층은 상기 제1 투명 산화물 전극층 및 상기 제2 투명 산화물 전극층으로 구성된 2중층 구조를 갖는, 투명 전극 적층체.
4. 위 1에 있어서, 상기 제1 투명 산화물 전극층은 IZO로 구성되며, 상기 제2 투명 산화물 전극층은 ITO로 구성된, 투명 전극 적층체.
5. 위 1에 있어서, 상기 적층체 전체의 투과율은 87% 이상인, 투명 전극 적층체.
6. 위 1에 있어서, 상기 기재층 및 상기 투명 전극층 사이에 형성된 굴절률 정합층을 더 포함하는, 투명 전극 적층체
7. 위 6에 있어서, 상기 굴절률 정합층은 서로 굴절률이 상이하며 상기 기재층으로부터 순차적으로 형성된 제1 굴절률 정합층 및 제2 굴절률 정합층을 포함하는, 투명 전극 적층체.
8. 위 7에 있어서, 상기 제1 굴절률 정합층의 굴절률은 상기 제2 굴절률 정합층의 굴절률 보다 큰, 투명 전극 적층체.
9. 위 1에 있어서, 6mm 곡률반경으로 180o 폴딩 각도로 상기 제2 투명 산화물 전극층이 서로 마주보도록 4000회 인-폴딩 시, 상기 기재층이 서로 마주보도록 2000회 아웃-폴딩 시 각각 폴딩 전 저항 대비 폴딩 이후 저항비가 1.2 미만인, 투명 전극 적층체.
10. 위 1에 있어서, 상기 기재층의 저면이 사용자의 시인측으로 향하는, 투명 전극 적층체.
11. 기재층; 및 위 1 내지 10 중 어느 한 항의 투명 전극층으로부터 형성된 센싱 전극들을 포함하는, 터치 센서.
12. 위 11에 있어서, 상기 센싱 전극들은 서로 교차하는 방향으로 배열된 제1 센싱 전극들 및 제2 센싱 전극들을 포함하는, 터치 센서,
13. 위 12에 있어서, 상기 제2 센싱 전극을 사이에 두고 이웃하는 상기 제1 센싱 전극들을 연결하는 브릿지 전극을 더 포함하는, 터치 센서.
14. 위 13에 있어서, 상기 브릿지 전극은 금속층을 포함하는, 터치 센서.
본 발명의 실시예들에 따른 투명 전극 적층체는 기재 상에 소정의 두께 범위로 순차적으로 적층되며 인듐 아연 산화물(IZO)을 포함하는 제1 투명 산화물 전극층 및 인듐 주석 산화물(ITO)를 포함하는 제2 투명 산화물 전극층을 포함하는 투명 전극층을 포함할 수 있다. IZO로 폴딩 특성을 확보하고, ITO로부터 투과도를 향상시킴으로써, 유연성 및 광학 특성이 함께 향상된 투명 전극 적층체가 구현될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 투명 전극 층은 상기 제1 및 제2 투명 산화물 전극층으로 구성된 이중층 구조를 포함할 수 있으며, IZO 및 ITO로 구성될 수 있다. 따라서, 다른 도전성 성분들의 혼합에 따른 투과성 저하, 유연성 저하를 방지하면서, 원하는 도전 특성을 확보할 수 있다.
상기 투명 전극 적층체는 플렉시블 디스플레이에 채용되어, 폴딩 반복에도 저항 특성 및 투과도가 실질적으로 변화되지 않을 수 있다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 적층체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 적층체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 적층체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 적층체의 폴딩 특성을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 평면도이다.
본 발명의 실시예들은 제1 투명 산화물 전극층 및 제2 투명 산화물 전극층을 포함하며, 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께 조절을 통해 폴딩 특성 및 투과도가 함께 향상된 투명 전극체 및 터치 센서를 제공한다.
이하 도면을 참고하여, 본 발명의 실시예들을 보다 구체적으로 설명하도록 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 실시예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
도 1은 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 적층체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 1을 참조하면, 투명 전극 적층체(100)는 기재층(105) 및 기재층(105) 상에 형성된 투명 전극 층(150)을 포함할 수 있다. 투명 전극 층(150)은 기재층(105) 상에 순차적으로 적층된 제1 투명 산화물 전극층(160) 및 제2 투명 산화물 전극층(170)을 포함할 수 있다.
기재층(105)은 투명 산화물 전극층(160, 170) 형성을 위해 베이스 층으로 사용되는 필름 타입 기재, 또는 투명 산화물 전극층(160, 170)이 형성되는 대상체를 포괄하는 의미로 사용된다. 일부 실시예들에 있어서, 기재층(105)은 터치 센서가 형성 또는 적층되는 표시 패널을 지칭할 수도 있다. 일부 실시예들에 있어서, 기재층(105)은 화상 표시 장치의 윈도우 기판을 포함할 수도 있다.
예를 들면, 기재층(105)은 터치 센서에 통상적으로 사용되는 기판, 또는 필름 소재가 특별한 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면, 유리, 고분자 및/또는 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 상기 고분자의 예로서, 환형올레핀중합체(COP), 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리아크릴레이트(PAR), 폴리에테르이미드(PEI), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리페닐렌설파이드(PPS), 폴리알릴레이트(polyallylate), 폴리이미드(PI), 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트(CAP), 폴리에테르술폰(PES), 셀룰로오스 트리아세테이트(TAC), 폴리카보네이트(PC), 환형올레핀공중합체(COC), 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA) 등을 들 수 있다. 상기 무기 절연 물질의 예로서, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물, 금속 산화물 등을 들 수 있다.
제1 투명 산화물 전극층(160)은 기재층(105) 상에 예를 들면, 스퍼터링(sputtering) 공정과 같은 증착 공정, 잉크젯 프린팅과 같은 프린팅 공정 등을 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 투명 산화물 전극층(160)은 인듐 아연 산화물(IZO)을 포함하도록 형성될 수 있다. 예를 들면, 산화 인듐(In2O3) 및 산화 아연(ZnO)의 중량비가 조절된 타겟을 사용한 스퍼터링 공정을 통해 제1 투명 산화물 전극층(160)을 형성할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 투명 산화물 전극층(160)에 있어서, 상기 타겟의 총 중량 중 산화 아연의 중량비는 약 5 내지 15중량%일 수 있다.
제1 투명 산화물 전극층(160)의 두께는 약 10 내지 20 nm 범위 내에서 조절될 수 있다. 제1 투명 산화물 전극층(160)의 두께가 약 20 nm를 초과하는 경우, 투명 전극 적층체(100)의 기계적 신뢰성이 저하되고, 폴딩 반복에 따라 저항이 지나치게 변화할 수 있다. 또한, 제1 투명 산화물 전극층(160)의 두께가 약 20 nm를 초과하는 경우, ITO를 포함하는 제1 투명 산화물 전극층(160)의 저저항, 고투과 특성이 저감될 수 있다.
제1 투명 산화물 전극층(160)의 두께가 약 10 nm 미만인 경우에도 역시 폴딩 반복에 따라 저항이 지나치게 변화할 수 있으며, 폴딩 시 크랙, 파단과 같은 불량이 발생할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 제1 투명 산화물 전극층(160)은 상술한 바와 같이 IZO를 사용하여 상대적으로 저온 공정을 통해 형성될 수 있으며, 따라서 기재층(105)의 손상을 방지할 수 있다. 예를 들면, 제1 투명 산화물 전극층(160)은 약 20 내지 130℃ 범위의 저온 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
제1 투명 산화물 전극층(160) 상에는 제2 투명 산화물 전극층(170)이 형성될 수 있다. 제2 투명 산화물 전극층(170)은 제1 투명 산화물 전극층(160) 보다 상대적으로 투과율 및 전도성이 향상된 물질을 포함하도록 형성될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 제2 투명 산화물 전극층(170)은 ITO를 포함하도록 스퍼터링 공정과 같은 증착 공정, 또는 잉크젯 프린팅과 같은 프린팅 공정을 통해 형성될 수 있다.
예를 들면, 산화 인듐(In2O3) 및 산화 주석(SnO2)의 중량비가 조절된 타겟을 사용한 스퍼터링 공정을 통해 제2 투명 산화물 전극층(170)을 형성할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제2 투명 산화물 전극층(170)에 있어서, 상기 타겟 총 중량 중 산화 주석의 중량비는 약 5 내지 15중량%일 수 있다.
제2 투명 산화물 전극층(170)은 제1 투명 산화물 전극층(160) 보다 상대적으로 고온 공정을 통해 형성될 수 있다. 예를 들면, 제2 투명 산화물 전극층(170)은 약 30 내지 230℃ 온도의 증착 공정을 통해 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제2 투명 산화물 전극층(170)의 두께는 약 100 내지 150 nm 범위에서 조절될 수 있다. 제2 투명 산화물 전극층(170)의 두께가 약 150nm를 초과하는 경우, 폴딩 특성 및 유연성이 지나치게 저하되며, 투과도도 감소할 수 있다. 제2 투명 산화물 전극층(170)의 두께가 약 100nm 미만인 경우, 폴딩 반복시 저항이 지나치게 변화할 수 있으며 터치 센싱 감도가 감소할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 바람직하게는 제2 투명 산화물 전극층(170)의 두께는 약 120 내지 130 nm 범위에서 조절될 수 있다. 상기 범위에서 투명 전극 적층체의 저항 변화율이 효과적으로 억제될 수 있다.
상술한 바와 같이, 기재층(105) 상에 상대적으로 소프트한 막질을 갖는 IZO를 포함하는 제1 투명 산화물 전극층(160)을 형성하여, 투명 전극 적층체(100)의 플렉시블 및 폴딩 특성을 확보할 수 있다. 제1 투명 산화물 전극층(160) 상에는 IZO에 비해 향상된 투과도를 가지며, 저항이 낮은 ITO를 포함하는 제2 투명 산화물 전극층(170)을 형성할 수 있다.
제2 투명 산화물 전극층(170)은 상술한 두께 범위로 제1 투명 산화물 전극층(160)보다 큰 두께를 가질 수 있다. 따라서, 투명 전극 적층체(100)에서 요구되는 투과도, 저저항 특성을 충분히 확보할 수 있다.
또한, 기재층(105) 및 제2 투명 산화물 전극층(170) 사이에는 상대적으로 얇은 두께의 제1 투명 산화물 전극층(160)을 삽입할 수 있다. 따라서, 제2 투명 산화물 전극층(170)을 통해 확보된 투과도, 저저항 특성을 저해하지 않으면서, 투명 전극 적층체(100)의 유연성, 폴딩 특성을 확보할 수 있다
예시적인 실시예들에 따르면, 상술한 두께 범위로 제1 및 제2 투명 산화물 전극층(160, 170)을 형성함에 따라, 투명 전극 적층체(100) 전체 투과도는 약 87% 이상으로 구현될 수 있다. 따라서, 터치 센서의 사용자에게 투명 전극층(150)이 시인되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 반복되는 폴딩에도 투명 전극층(100)의 저항 변화가 실질적으로 억제될 수 있다. 예를 들면, 투명 전극층(100)의 초기 저항 대비 소정 횟수의 폴딩 반복 이후 저항 비는 1.2 미만으로 억제될 수 있다.
제1 투명 산화물 전극층(160)은 예를 들면, 기재층(105) 측으로부터 제2 투명 산화물 전극층(170)으로 침투하는 외부 불순물에 대핸 배리어로 제공될 수도 있으며, 터치 센서에 포함되는 센싱 전극의 기계적 안정성을 향상시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 투명 산화물 전극층(160) 및 제2 투명 산화물 전극층(170)은 서로 접촉하며, 이 경우, 투명 전극층(100) 또는 터치 센서의 센싱 전극은 2층 구조를 가질 수 있다. 상기 센싱 전극에 있어서, 상술한 바와 같이 제1 투명 산화물 전극층(160)이 배리어 전극 또는 지지 전극으로 제공되며, 제2 투명 산화물 전극층(170)이 전도성, 투과율 조절 전극으로 제공될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 투명 전극층(150)은 제1 및 제2 투명 산화물 전극층들(160, 170)로 구성되며, 예를 들면 다른 금속층, 도전성 고분자층, 도전성 탄소층과 같은 도전층들은 배제될 수 있다. 따라서, 상기 다른 도전층 포함에 따른 투과도 및/또는 전도성 저하를 억제할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 투명 산화물 전극층(160)은 실질적으로 IZO로 구성되며, 제2 투명 산화물 전극층(170)은 실질적으로 ITO로 구성될 수 있다. 이 경우, 다른 금속 원소의 혼입에 따른 유연성 및/또는 도전성 저하를 방지할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 기재층(105)의 저면(예를 들면, 투명 전극층(150) 형성된 일면의 반대면)이 터치 센서 사용자의 시인측으로 향할 수 있다. 이 경우, 제1 투명 산화물 전극층(160)이 제2 투명 산화물 전극층(170)보다 사용자 시인측으로 보다 근접하게 배치될 수 있다. 상대적으로, 유연성이 향상된 제1 투명 산화물 전극층(160)이 외측 또는 사용자의 시인측으로 배치됨에 따라, 외부 충격 및 폴딩 스트레스가 보다 용이하게 흡수 또는 완충될 수 있다.
도 2는 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 적층체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 2를 참조하면, 투명 전극 적층체(100a)는 투명 전극층(150) 및 기재층(105) 사이에 형성된 굴절률 정합층(140)을 더 포함할 수 있다. 굴절률 정합층(140)은 예를 들면, 기재층(105)의 굴절률 및 투명 산화물 전극층(160, 170)의 굴절률 사이의 굴절률을 가지며, 제1 투명 산화물 전극층(160) 및 기재층(105) 사이의 굴절률 변화를 완충할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 2에 도시된 바와 같이, 굴절률 정합층(140)은 기재층(105) 상면으로부터 순차적으로 적층되며 서로 다른 굴절률을 갖는 제1 굴절률 정합층(120) 및 제2 굴절률 정합층(130)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 굴절률 정합층(120)의 굴절률이 제2 굴절률 정합층(130)의 굴절률보다 높을 수 있다.
예를 들면, 굴절률 정합층(140)은 아크릴 수지, 실록산 수지등과 같은 유기 절연 물질, 또는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 등과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 굴절률 정합층(140)은 산화 티타늄(TiO2), 산화 지르코늄(ZrO2), 산화 주석(SnO2), 알루미나(Al2O3), 산화 탄탈륨(Ta2O5) 등과 같은 무기 입자를 더 포함할 수 있다. 예를 들면, 상기 무기 입자는 제1 굴절률 정합층(120)에 포함되어 상대적으로 굴절률을 증가시킬 수 있다.
굴절률 정합층(140)의 두께는 투명 전극 적층체(100a)에 있어서, 제1 및 제2 투명 산화물 전극층(160, 170)에 의해 조절된 폴딩 특성, 투과율에 영향을 주지 않도록 설정될 수 있다.
예를 들면, 제1 굴절률 정합층(120)의 두께는 약 10 내지 80nm일 수 있다. 제2 굴절률 정합층(130)의 두께는 약 100 내지 200nm일 수 있다.
도 3은 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 적층체를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 3을 참조하면, 투명 전극 적층체(100b)는 기재층(105)의 적어도 일면 상에 형성된 하드코팅층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 하드코팅층은 기재층(105)의 저면 상에 형성된 제1 하드코팅층(110a) 및 기재층(105)의 상면 상에 형성된 제2 하드코팅층(110b)을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 하드코팅층(110a, 110b)은 기재층(105)의 일부로 고려될 수 있다.
하드코팅층(110a, 110b)은 예를 들면, 광경화성 화합물, 광개시제 및 용제를 포함하는 하드코팅 조성물을 사용하여 형성되며, 이에 따라 기재층(105)의 유연성, 내마모성, 표면 경도를 추가적으로 향상시킬 수 있다.
상기 광경화성 화합물은, 예를 들면 실록산 계열 화합물, 아크릴레이트 계열 화합물, (메타)아크릴로일기를 또는 비닐기를 갖는 화합물 등을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2종 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 기재층(105)은 화상 표시 장치의 윈도우로 제공될 수 있으며, 기재층(105)의 상기 저면 혹은 제1 하드코팅층(110a)이 사용자의 시인 측으로 배치될 수 있다.
도 4는 예시적인 실시예들에 따른 투명 전극 적층체의 폴딩 특성을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 스테이지(300) 상에 투명 전극 적층체(100)를 로딩한 후, 반복 폴딩을 통해 폴딩 특성을 평가할 수 있다.
스테이지(300)는 서로 이격된 한 쌍의 플레이트들을 포함할 수 있으며, 투명 전극 적층체(100)는 상기 플레이트들의 말단부들에 로딩되어 고정될 수 있다.
이후, 도 4의 우측에 도시된 바와 같이 스테이지(300)를 당겨 투명 전극 적층체(100)가 소정의 곡률 반경으로 180o로 꺾이도록(예를 들면, 상기 플레이트들이 서로 마주보도록) 폴딩할 수 있디.
제2 투명 산화물 전극층(170)(도 4에서 ITO층으로 표시됨)이 스테이지(300)로부터 멀리 배치되어, 폴딩 후 스테이지(300) 내측으로 접히는 경우를 인-폴딩(In-Folding)으로 정의할 수 있다.
기재층(105)이 스테이지(300)로부터 멀리 배치되어, 폴딩 후 스테이지(300) 내측으로 접히는 경우를 아웃-폴딩(In-Folding)으로 정의할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 3R(6mm)의 곡률반경으로 도 4에 도시된 바와 같이 180o 인-폴딩 4000회 수행 후에도 투명 전극 적층체(100)의 초기 저항 대비 폴딩 이후 저항비(폴딩 반복후 저항(R)/폴딩 수행 전 저항(R0))는 1.2 미만일 수 있다. 또한, 동일 조건으로 아웃-폴딩 2000회 수행 후에도 투명 전극 적층체(100)의 초기 저항 대비 폴딩 이후 저항비는 1.2 미만일 수 있다.
상술한 바와 같이, 소정 범위의 두께를 갖는 IZO막을 통해 유연성을 확보하고, 충분한 두께를 갖는 ITO막을 통해 균일한 저항 특성을 확보할 수 있다.
도 5는 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5를 참조하면, 상기 터치 센서는 기재층(200) 상에 형성된 센싱 전극들(210, 230)을 포함할 수 있다. 센싱 전극들(210, 230)은 상술한 바와 같이, 제1 투명 산화물 전극층(160) 및 제2 투명 산화물 전극층(170)의 이중층 구조를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 터치 센서는 상호 정전 용량(Mutual-Capacitance) 방식으로 구동될 수 있다. 이 경우, 센싱 전극들(210, 230)은 사용자의 터치 위치를 센싱하기 위해 서로 다른 방향(예를 들면, X 방향 및 Y 방향)으로 교차하도록 배열되는 제1 센싱 전극들 및 제2 센싱 전극들을 포함할 수 있다.
제1 센싱 전극들(210)은 기재층(200) 상면에 평행한 제1 방향을 따라 배열되며, 각각 서로 물리적으로 이격된 섬(island) 패턴들을 포함할 수 있다. 제2 센싱 전극들(230)은 기재층(200) 상면에 평행하며, 상기 제1 방향과 예를 들면 수직하게 교차하는 제2 방향을 따라 배열되며, 이음부(240)를 통해 일체로 서로 연결될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제2 센싱 전극(230) 또는 이음부(240)를 사이에 두고 서로 이웃하는 제1 센싱 전극들(210)을 전기적으로 연결시키는 브릿지 전극(220)이 더 포함될 수 있다. 이 경우, 절연 패턴이 이음부(240) 및 브릿지 전극(220)의 교차부에 형성되어 상기 제1 및 제2 센싱 전극들(210, 230)을 서로 절연시킬 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 브릿지 전극(220)은 제1 센싱 전극들(210)과의 접촉 저항 감소 및 유연성 향상을 고려하여 금속을 포함할 수 있다. 예를 들면, 브릿지 전극(220)은 몰리브덴, 은, 알루미늄, 구리, 팔라듐, 금, 백금, 아연, 주석, 티타늄, 크롬, 니켈, 텅스텐 또는 이들 중 2종 이상의 합금으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 점유 면적이 작은 브릿지 전극(220)은 저저항 금속으로 형성하여 신호 전달 속도 및 센싱 감도를 향상시키고, 제1 센싱 전극들(210)이 연결되는 영역에서의 유연성을 더욱 향상시킬 수 있다.
일 실시예에 있어서, 브릿지 전극(220) 역시 상술한 제1 투명 산화물 전극층(160) 및 제2 투명 산화물 전극층(170)의 2중층 구조를 가질 수도 있다. 이 경우, 터치 센서의 투과율이 보다 향상될 수 있다.
제1 센싱 전극들(210) 및 제2 센싱 전극들(230)은 터치 센서의 센싱 영역(S) 내에 배치될 수 있다. 예를 들면, 센싱 영역(S) 내에서 상기 제1 방향을 따라 배열되는 제1 센싱 전극들(210)에 의해 제1 센싱 전극 행들이 정의되며, 상기 제2 방향을 따라 배열되는 제2 센싱 전극들(230)에 의해 제2 센싱 전극 열들이 정의될 수 있다.
센싱 영역(S)의 주변 영역은 트레이스 영역 또는 배선 영역으로 제공될 수 있다. 상기 주변 영역에는 제1 트레이스들(250) 및 제2 트레이스들(260)이 배치될 수 있다. 제1 트레이스(250)는 각각 상기 제1 센싱 전극 행으로부터 분기되어 연장할 수 있다. 제2 트레이스(260)는 각각 상기 제1 센싱 전극 열로부터 분기되어 연장할 수 있다.
제1 및 제2 트레이스들(250, 260)은 예를 들면, 구동 회로 또는 외부 회로 부재(예를 들면, 연성 회로 기판(FPCB))와 연결되도록 상기 주변 영역의 말단부에 집합될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 트레이스들(250, 260)은 신호 전달 속도를 고려하여 금속으로 형성할 수 있다. 예를 들면, 제1 및 제2 트레이스들(250, 260)은 몰리브덴, 은, 알루미늄, 구리, 팔라듐, 금, 백금, 아연, 주석, 티타늄, 크롬, 니켈, 텅스텐 또는 이들 중 2종 이상의 합금으로 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 및 제2 트레이스들(250, 260)은 센싱 전극들(210, 230)과 동일한 패터닝 공정을 통해 형성될 수 있다. 이 경우, 제1 및 제2 트레이스들(250, 260)은 역시 상술한 제1 투명 산화물 전극층(160) 및 제2 투명 산화물 전극층(170)의 2중층 구조를 가질 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 터치 센서는 자기 정전 용량(Self-Capacitance) 방식으로 구동되는 터치 센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 센싱 전극들은 각각 물리적으로 이격된 단위 패턴들을 포함할 수 있다. 상기 단위 패턴들은 각각 트레이스 또는 배선 라인을 통해 구동 회로와 전기적으로 연결될 수 있다.
기재층(200) 상에는 센싱 전극들(210, 230)을 덮는 보호층이 형성될 수 있다. 상기 보호층은 예를 들면, 실리콘 산화물과 같은 무기 절연 물질, 또는 아크릴계 수지와 같은 투명 유기 물질로 형성될 수 있다.
기재층(200) 상에는, 도 2를 참조로 설명한 바와 같이, 굴절률 정합층(140)이 형성될 수 있다. 이웃하는 센싱 전극들(210, 230) 사이의 영역, 예를 들면 센싱 전극들(210, 230)이 형성되지 않은 영역에서는 굴절률 정합층(140)이 노출되어, 전극 영역 및 비전극 영역 사이에서의 굴절률 차이에 의한 전극 시인을 억제 또는 감소할 수 있다.
본 발명의 실시예들은 상술한 투명 전극 적층체를 포함하는 터치 센서 또는 터치 스크린 패널을 제공한다. 또한, 본 발명의 실시예들은 상기 터치 센서를 포함하는 예를 들면, OLED 장치 또는 LCD 장치와 같은 화상 표시 장치를 제공한다.
상기 화상 표시 장치에 있어서, OLED 패널 또는 LCD 패널과 같은 디스플레이 패널 상에 예를 들면, 도 5에 도시된 바와 같은 터치 센서가 적층될 수 있다. 상기 디스플레이 패널은 디스플레이 기판 상에 배열된 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 화소 회로 및 상기 화소 회로와 전기적으로 연결되는 화소부 또는 발광부를 포함할 수 있다.
상기 디스플레이 패널 및 상기 터치 센서 사이에, 또는 상기 터치 센서 상에 편광판이 적층될 수도 있다. 상기 터치 센서 상에는 윈도우가 배치되어 보호 부재로서 제공될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 상기 투명 전극 적층체 또는 상기 터치 센서의 기재층(105)이 상기 윈도우로서 제공될 수도 있다.
이하, 구체적인 실험예들을 통해, 본 발명의 투명 전극 적층체의 특성에 대해 보다 상세히 설명한다. 하기의 실험예에 포함된 실시예들은 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며 또한 비교예들이 반드시 본원의 권리 범위를 제한하고자 하는 의도로 포함되지는 않는다. 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실험예
상면 및 하면에 각각 1.38㎛의 아크릴계 하드코팅층이 형성된 COP 재질의 기재층(Zeon사 제조, 두께 40.5㎛)을 준비하였다. 상기 기재층 상에 상에 IZO를 스퍼터링 공정으로 증착하여 제1 투명 산화물 전극층을 형성하였다. 이후, 상기 제1 투명 산화물 전극층 상에 ITO를 스퍼터링 공정으로 증착하여 제2 투명 산화물 전극층(두께: 130 nm)을 형성함으로써 투명 전극 적층체를 제조하였다. 상기 제1 및 제2 투명 산화물 전극층을 형성 후 추가적으로 120℃의 온도에서 20분간 열처리 공정을 수행하였다.
도 4를 참조로 설명한 바와 같이, 금속 스테이지 상에 상기 투명 전극 적층체를 로딩 한후 폴딩 반복을 수행하고, 이어서 저항비를 측정하였다. 구체적으로, 곡률반경 3R(6mm), 180o 폴딩, 폴딩 속도 220o/초의 조건으로 폴딩하였으며, 인-폴딩 반복 후 저항비(표 1 참조) 및 아웃-폴딩 반복 후의 저항비(표 2 참조)를 각각 측정하였다. 또한, 각 투명 적층체에 대한 투과율을 특정하였다.
측정결과는 하기의 표 1 및 표 2에 함께 나타낸다.
인-폴딩 횟수 실시예 1
(IZO: 10nm,
ITO: 130nm)		 실시예 2
(IZO: 15nm,
ITO: 130nm)		 실시예 3
(IZO: 20nm,
ITO: 130nm)		 비교예 1
(IZO: 0 nm,
ITO: 130nm)		 비교예 2
(IZO: 5 nm,
ITO: 130nm)
300 0.97 0.99 1.04 1.04 0.93
500 0.95 0.83 0.98 1.19 0.91
800 0.93 0.84 1.00 1.09 0.93
1000 0.93 0.89 1.06 1.16 0.96
1500 0.91 0.90 1.06 1.37 0.98
2000 0.85 0.88 0.99 - 1.06
2500 0.90 0.77 1.10 - 1.19
3000 0.94 0.97 1.08 - 1.16
3500 0.98 1.01 0.98 - 1.97
4000 1.14 1.13 1.18 - 2.04
5000 기재 파단 기재 파단 파단 기재 파단 기재 파단
투과율 87.8 87.5 87.5 86.9 87.4
아웃-폴딩 횟수 실시예 1
(IZO: 10nm,
ITO: 130nm)		 실시예 2
(IZO: 15nm,
ITO: 130nm)		 실시예 3
(IZO: 20nm,
ITO: 130nm)		 비교예 1
(IZO: 0 nm,
ITO: 130nm)		 비교예 2
(IZO: 5 nm,
ITO: 130nm)
50 1.06 0.99 1.02 1.08 0.99
100 1.04 1.03 0.99 1.05 1.03
150 1.07 0.93 0.94 1.03 1.09
200 0.96 1.04 1.04 1.00 1.05
300 0.97 0.98 0.98 1.04 0.97
500 0.97 0.94 0.97 2.52 1.06
600 1.01 1.03 0.99 2.89 1.07
800 1.08 0.97 0.94 5.42 1.06
1000 1.01 1.02 0.96 - 1.00
1300 1.00 0.97 0.90 - 1.00
1500 1.06 0.98 0.94 - 1.04
2000 1.03 0.98 0.96 - 1.24
투과율 87.8 87.5 87.5 86.9 87.4
표 1을 참조하면, IZO막이 약 10 내지 20nm 범위의 실시예들의 경우 4000회 인-폴딩 반복 후에도 반복 전 대비 저항비가 1.2 미만을 유지하였다. 반면 IZO막이 생략된 비교예 1의 경우 1500회 반복 이후 저항비가 약 1.4까지 증가하여 추가 폴딩이 진행되지 않았다. 비교예 2의 경우 3000회 폴딩 반복 이후 저항비가 급격히 증가하였다.
표 2를 참조하면, 실시예들의 경우 2000회 아웃-폴딩 반복 후에도 실질적으로 저항이 동일하게 유지되었다. 반면 IZO막이 생략된 비교예 1의 경우 1000회 폴딩 이전에 이미 저항이 지나치게 상승하였다. 비교예 2의 경우 2000회 폴딩 반복 이후 저항비가 1.2를 초과하였다.
또한, 실시예들의 투명 전극 적층체의 경우 모두 87% 이상의 투과율이 확보되었다.
100, 100a, 100b: 투명 전극 적층체
105, 200: 기재층 120: 제1 굴절률 정합층
130: 제2 굴절률 정합층 140: 굴절률 정합층
150: 투명 전극층 160: 제1 투명 산화물 전극층
170: 제2 투명 산화물 전극층
210: 제1 센싱 전극 220: 브릿지 전극
230: 제2 센싱 전극 240: 이음부
250: 제1 트레이스 260: 제2 트레이스

Claims (14)

  1. 기재층; 및
    상기 기재층의 상면 상에 적층되며,
    인듐 아연 산화물(IZO)을 포함하는 제1 투명 산화물 전극층; 및
    상기 제1 투명 산화물 전극층 상에 적층된 인듐 주석 산화물(ITO)을 포함하는 제2 투명 산화물 전극층을 포함하는 투명 전극층을 포함하고,
    상기 제1 투명 산화물 전극층의 두께는 10 내지 20nm 이며, 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 100 내지 150nm인, 투명 전극 적층체.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 120 내지 130nm인, 투명 전극 적층체.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 전극층은 상기 제1 투명 산화물 전극층 및 상기 제2 투명 산화물 전극층으로 구성된 2중층 구조를 갖는, 투명 전극 적층체.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 투명 산화물 전극층은 IZO로 구성되며, 상기 제2 투명 산화물 전극층은 ITO로 구성된, 투명 전극 적층체.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 적층체 전체의 투과율은 87% 이상인, 투명 전극 적층체.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 기재층 및 상기 투명 전극층 사이에 형성된 굴절률 정합층을 더 포함하는, 투명 전극 적층체
  7. 청구항 6에 있어서, 상기 굴절률 정합층은 서로 굴절률이 상이하며 상기 기재층으로부터 순차적으로 형성된 제1 굴절률 정합층 및 제2 굴절률 정합층을 포함하는, 투명 전극 적층체.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 제1 굴절률 정합층의 굴절률은 상기 제2 굴절률 정합층의 굴절률 보다 큰, 투명 전극 적층체.
  9. 청구항 1에 있어서, 6mm 곡률반경으로 180o 폴딩 각도로 상기 제2 투명 산화물 전극층이 서로 마주보도록 4000회 인-폴딩 시, 상기 기재층이 서로 마주보도록 2000회 아웃-폴딩 시 각각 폴딩 전 저항 대비 폴딩 이후 저항비가 1.2 미만인, 투명 전극 적층체.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 기재층의 저면이 사용자의 시인측으로 향하는, 투명 전극 적층체.
  11. 기재층; 및
    청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 투명 전극층으로부터 형성된 센싱 전극들을 포함하는, 터치 센서.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 센싱 전극들은 서로 교차하는 방향으로 배열된 제1 센싱 전극들 및 제2 센싱 전극들을 포함하는, 터치 센서,
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 제2 센싱 전극을 사이에 두고 이웃하는 상기 제1 센싱 전극들을 연결하는 브릿지 전극을 더 포함하는, 터치 센서.
  14. 청구항 13에 있어서, 상기 브릿지 전극은 금속층을 포함하는, 터치 센서.
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