KR102225528B1 - 터치 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예들에 따른 터치 센서는 기재층, 및 기재층 상에 배열되며 투명 산화물 전극층 및 금속층의 적층 구조를 포함하고 소정의 광학 비율이 5이하인 센싱 전극들을 포함한다. 센싱 전극의 광학 비율 설계를 통해 고투과, 저반사 구조를 구현할 수 있다.

Description

터치 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치{TOUCH SENSOR AND IMAGE DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 터치 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 복층 구조의 센싱 전극을 포함하는 터치 센서 및 이를 포함하는 화상 표시 장치에 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.
상기 터치 센서의 경우, 사용자의 터치 센싱을 위한 금속과 같은 도전 물질을 포함하는 센싱 전극들이 기판 상에 배열될 수 있다. 상기 터치 센서가 디스플레이 장치에 삽입되는 경우, 상기 센싱 전극에 의해 디스플레이 장치에 의해 구현되는 이미지의 품질이 저하될 수 있다. 예를 들면, 상기 센싱 전극이 사용자에게 시인되어 상기 이미지를 교란시킬 수 있다. 또한, 상기 센싱 전극에 의해 이미지의 색감이 변화할 수 있다.
따라서, 터치 센싱을 위한 소정의 전도성, 감도는 유지하면서, 이미지 품질 향상을 위한 광학적 특성도 함께 고려하여 상기 센싱 전극을 설계할 필요가 있다.
예를 들면, 한국공개특허 제2014-0092366호에서와 같이 최근 다양한 화상 표시 장치에 터치 센서가 결합된 터치 스크린 패널이 개발되고 있으나, 상술한 바와 같이 광학적 특성이 향상된 터치 센서 또는 터치 패널의 요구가 지속되고 있다.
한국공개특허 제2014-0092366호
본 발명의 일 과제는 향상된 광학적, 기계적 특성을 갖는 터치 센서를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 과제는 상기 터치 센서를 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것이다.
1. 기재층; 및 상기 기재층 상에 배열되며 투명 산화물 전극층 및 금속층의 적층 구조를 포함하고 하기 식 1로 정의된 광학 비율이 5이하인 센싱 전극들을 포함하는, 터치 센서:
[식 1]
광학 비율 = 금속층의 소멸 계수/(|투명 산화물 전극층 굴절률-금속층 굴절률|).
2. 위 1에 있어서, 상기 센싱 전극의 상기 광학 비율은 3 이하인, 터치 센서.
3. 위 1에 있어서, 상기 센싱 전극은 상기 기재층 상에 순차적으로 적층된 제1 투명 산화물 전극층, 상기 금속층 및 제2 투명 산화물 전극층을 포함하는, 터치 센서.
4. 위 3에 있어서, 상기 금속층 및 상기 제1 투명 산화물 전극층 사이의 광학 비율은 5 이하이며, 상기 금속층 및 상기 제2 투명 산화물 전극층 사이의 광학 비율은 5 이하인, 터치 센서.
5. 위 3에 있어서, 상기 제1 투명 산화물 전극층 및 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 각각 100 내지 700Å이며, 상기 금속층의 두께는 50 내지 300Å인, 터치 센서.
6. 위 3에 있어서, 상기 제1 투명 산화물 전극층 및 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 각각 300 내지 500Å이며, 상기 금속층의 두께는 70 내지 150Å인, 터치 센서.
7. 위 3에 있어서, 상기 제1 투명 산화물 전극층 및 상기 기재층 사이에 형성된 굴절률 정합층을 더 포함하는, 터치 센서.
8. 위 7에 있어서, 상기 굴절률 정합층은 상기 기재층의 굴절률 및 상기 제1 투명 산화물 전극층 사이의 굴절률을 갖는, 터치 센서.
9. 위 1에 있어서, 상기 투명 산화물 전극층의 굴절률은 1.7 내지 2.2인, 터치 센서.
10. 위 1에 있어서, 상기 금속층은 은(Ag) 합금을 포함하는, 터치 센서.
11. 위 1에 있어서, 상기 센싱 전극들은 서로 교차하는 방향으로 배열된 제1 센싱 전극들 및 제2 센싱 전극들을 포함하는, 터치 센서.
12. 위 11에 있어서, 상기 제2 센싱 전극들은 연결부에 의해 열 방향으로 일체로 연결된, 터치 센서.
13. 위 12에 있어서, 상기 제1 센싱 전극들은 상기 연결부를 사이에 두고 행 방향으로 서로 이격되며,
상기 연결부를 사이에 두고 이웃하는 상기 제1 센싱 전극들을 서로 전기적으로 연결하는 브릿지 전극을 더 포함하는, 터치 센서.
14. 위 11에 있어서, 상기 제1 센싱 전극들 및 상기 제2 센싱 전극들을 서로 절연시키는 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성된 패시베이션 층을 더 포함하며,
상기 절연층 또는 상기 패시베이션 층 중 적어도 하나는 알루미늄 산화물-아연 산화물(AZO) 복합 물질, 실라잔(silazane), 실록산(siloxane) 또는 규소 함유 무기 물질을 포함하는 배리어 층 또는 배리어 구조를 포함하는, 터치 센서.
15. 위 14에 있어서, 상기 배리어 구조는 상기 배리어 층 상에 적층된 유기층을 더 포함하는, 터치 센서.
16. 위 15에 있어서, 상기 배리어 구조는 교대로 복수로 적층된 상기 배리어 층들 및 유기층들을 포함하는, 터치 센서.
17. 위 14에 있어서, 상기 배리어 층은 제1 배리어 층 및 제2 배리어 층을 포함하는 복층 구조를 갖는, 터치 센서.
18. 위 17에 있어서, 상기 제1 배리어 층은 상기 규소 함유 무기 물질을 포함하며, 상기 제2 배리어 층은 실라잔을 포함하는, 터치 센서.
19. 윈도우 기판; 및 상기 윈도우 기판 상에 적층된 위 1 내지 18 중 어느 한 항의 터치 센서를 포함하는, 윈도우 적층체.
20. 표시 패널; 및 상기 표시 패널 상에 적층된 위 1 내지 18 중 어느 한 항의 터치 센서를 포함하는, 화상 표시 장치.
본 발명의 실시예들에 따른 터치 센서는 투명 산화물 전극층 및 금속층의 복층 구조의 센싱 전극을 포함하며 낮은 저항 및 높은 투과도를 함께 구현할 수 있다. 상기 금속층 및 상기 투명 산화물 전극층 사이의 소멸계수 및 굴절률을 조절하여 상기 센싱 전극으로부터 발생되는 광반사를 감소시키며, 센싱 전극이 사용자에게 시인되는 것을 방지할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 상기 센싱 전극은 제1 투명 산화물 전극층-금속층-제2 투명 산화물 전극층을 포함하는 3층 구조를 포함하며, 센싱 전극의 투과도 및 내부식성을 더욱 향상시킬 수 있다.
도 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다.
도 3은 일부 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4는 일부 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 5 내지 도 10은 일부 예시적인 실시예들에 따른 배리어 구조를 나타내는 개략적인 단면도들이다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 윈도우 적층체 및 화상 표시 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
본 발명의 실시예들은 투명 산화물 전극층 및 금속층의 복층 구조를 가지며, 전극 시인을 방지할 수 있는 광학 특성을 갖는 센싱 전극을 포함하는 터치 센서를 제공한다. 또한, 상기 터치 센서를 포함하는 윈도우 적층체 및 화상 표시 장치를 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 1 및 도 2는 각각 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 평면도 및 단면도이다. 구체적으로, 도 2는 도 1의 교차 영역(C)에서의 단면도를 도시하고 있다. 예를 들면, 도 1 및 도 2에서는 상호 정전 용량(Mutual Capacitance) 방식의 터치 센서를 도시하고 있다.
도 1을 참조하면, 상기 터치 센서는 기재층(100) 및 기재층(100) 상에 배열된 센싱 전극들을 포함할 수 있다.
기재층(100)은 센싱 전극들(110, 130) 형성을 위한 지지층, 층간 절연층 또는 필름 타입 기재를 포괄하는 의미로 사용된다. 예를 들면, 기재 층(100)은 터치 센서에 통상적으로 사용되는 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.
일부 실시예들에 있어서, 상기 터치 센서가 삽입되는 화상 표시 장치의 층 또는 필름 부재가 기재층(100)으로 제공될 수도 있다. 예를 들면, 디스플레이 패널에 포함되는 인캡슐레이션 층 또는 패시베이션 층 등이 기재층(100)으로 제공될 수도 있다.
센싱 전극들(110, 130)은 기재층(100)의 상면의 중앙 영역 또는 활성 영역 상에 배치될 수 있다. 상기 활성 영역 상으로 사용자의 터치가 입력되는 경우 센싱 전극들(110, 130)에 의해 정전 용량 변화가 발생할 수 있다. 이에 따라, 물리적 터치가 전기적 신호로 변환되어 소정의 센싱 기능이 수행될 수 있다.
제1 센싱 전극들(110) 및 제2 센싱 전극들(130)은 서로 다른 교차하는 두 방향을 따라 배열될 수 있다. 예를 들면, 제1 센싱 전극들(110)은 기재층(100) 상면의 행 방향(또는 X 방향)을 따라 배열될 수 있다. 제2 센싱 전극들(130)은 기재층(100) 상면의 열 방향(또는 Y 방향)을 따라 배열될 수 있다.
상기 열 방향을 따라 이웃하는 제2 센싱 전극들(130)은 연결부(135)에 의해 서로 연결될 수 있다. 연결부(135)는 제2 센싱 전극들(130)과 일체로 연결되어 실질적으로 단일 부재로 제공될 수 있다.
복수의 제2 센싱 전극들(130)이 연결부(135)에 의해 서로 일체로 연결되어 제2 센싱 전극 열이 정의될 수 있다. 또한, 복수의 상기 제2 센싱 전극 열들이 상기 행 방향을 따라 배치될 수 있다.
제1 센싱 전극들(110) 각각은 독립된 섬(island) 패턴 형상을 가질 수 있다. 상기 행 방향으로 이웃하는 제1 센싱 전극들(110)은 브릿지 전극(115)을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이에 따라, 브릿지 전극(115)을 통해 서로 연결된 복수의 제1 센싱 전극들(110)을 포함하는 제1 센싱 전극 행이 정의될 수 있다. 또한, 복수의 상기 제1 센싱 전극 행들이 상기 열 방향을 따라 배치될 수 있다.
상기 제1 센싱 전극 행 및 상기 제2 센싱 전극 열 각각으로부터는 트레이스가 분기되어 연장될 수 있다. 예를 들면, 상기 제1 센싱 전극 행 각각으로부터 제1 트레이스(150)가 연장되며, 상기 제2 센싱 전극 열 각각으로부터 제2 트레이스(160)가 연장될 수 있다.
제1 및 제2 트레이스들(150, 160)의 말단부들은 기재층(100)의 일 단부에 할당된 본딩 영역으로 집합될 수 있다. 상기 말단부들은 예를 들면, 연성 인쇄 회로 기판(FPCB)과 이방성 도전 필름(ACF)을 통해 본딩될 수 있다. 상기 연성 인쇄 회로 기판을 통해 터치 센서 구동 IC 칩이 제1 및 제2 트레이스들(150, 160)과 전기적으로 연결될 수 있다.
본 출원에서 사용된 용어 "열 방향" 및 "행 방향"은 절대적인 방향을 지칭하는 것이 아니라, 교차하는 서로 다른 두 방향을 지칭하기 위해 상대적인 의미로 사용된 것이다. 예를 들면, 도 1에서 제1 센싱 전극들(110)이 연결부에 의해 서로 일체로 연결되고, 제2 센싱 전극들(130)이 브릿지 전극을 통해 서로 연결될 수도 있다.
도 2를 참조하면, 도 1의 점선 원으로 표시된 교차 영역(C)에서 브릿지 전극(155) 및 연결부(135)가 평면 방향에서 서로 교차하며 중첩될 수 있다. 또한, 도 2에 도시된 바와 같이, 브릿지 전극(115) 및 연결부(135)는 절연층(120)을 사이에 두고 두께 방향으로 서로 마주볼 수 있다.
센싱 전극들(110, 130)은 각각 투명 산화물 전극층 및 금속층의 복층 구조를 포함할 수 있다. 예시적인 실시예들에 있어서, 센싱 전극들(110, 130)은 각각 기재층(100) 상면으로부터 순차적으로 적층된 제1 투명 산화물 전극층(50), 금속층(60) 및 제2 투명 산화물 전극층(70)의 적층 구조를 포함할 수 있다.
제1 투명 산화물 전극층(50) 및 제2 투명 산화물 전극층(70)은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 아연 산화물(ZnO), 인듐 아연 주석 산화물(IZTO), 알루미늄 도핑 아연 산화물(AZO), 갈륨 도핑 아연 산화물(GZO), 아연 주석 산화물(ZTO), 인듐 갈륨 산화물(IGO), 주석 산화물(SnO2) 등과 같은 투명 도전성 산화물을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 투명 산화물 전극층(50) 및 제2 투명 산화물 전극층(70)은 ITO 또는 IZO를 포함할 수 있다.
금속층(60)은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 텅스텐(W), 니오븀(Nb), 탄탈륨(Ta), 바나듐(V), 철(Fe), 망간(Mn), 코발트(Co), 니켈(Ni), 아연(Zn), 몰리브덴(Mo) 또는 이들의 합금(예를 들면, 은-팔라듐-구리(APC))을 포함할 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 금속층(60)은 후술하는 광학 비율 범위를 만족하는 재질을 포함하며, 바람직하게는 APC와 같은 은 합금을 포함할 수 있다.
상술한 바와 같이, 금속층(60)을 센싱 전극들(110, 130)에 포함시켜 터치 센서의 센싱 채널 저항을 감소시킬 수 있다. 또한, 금속층(60)을 통해 터치 센서의 유연성이 확보되어 플렉시블 디스플레이에 적용되어 반복 접힘, 폴딩이 인가되는 경우에도 센싱 전극(110, 130)의 손상이 방지될 수 있다.
금속층(60)의 상면 및 하면 상에 상대적으로 내화학성이 향상된 투명 산화물 전극층들(50, 70)을 배치시켜, 금속층(60)의 외부 수분, 공기 침투에 의한 산화, 부식 등을 방지할 수 있다. 또한, 투명 산화물 전극층들(50, 70)에 의해 센싱 전극(110, 130)의 투과율이 향상되어 전극 시인을 방지할 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 투명 산화물 전극층(50, 70)의 굴절률은 금속층(60)과의 굴절률 매칭을 통한 반사 감소를 위해 약 1.7 내지 2.2 범위로 조절될 수 있다. 예를 들면, ITO의 경우 산화 인듐(In2O3) 및 산화 주석(SnO2)의 중량비가 조절된 타겟을 사용한 스퍼터링 공정을 통해 굴절률이 조절될 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 금속층 및 투명 산화물 전극층의 굴절률 차이 대비 금속층의 소멸계수의 비율(이하 광학 비율로 지칭한다)은 5 이하일 수 있다(하기 식 1로 표시). 예를 들면, 상기 광학 비율은 약 1 내지 5 범위일 수 있다.
[식 1]
광학 비율 = 금속층의 소멸 계수/(|투명 산화물 전극층의 굴절률- 금속층의 굴절률|)
식 1을 만족하는 경우, 센싱 전극(110, 130)에서의 반사율이 감소되면서, 투과율을 현저히 상승시킬 수 있다. 바람직한 일 실시예에 있어서, 바람직하게는 상기 광학 비율은 약 3이하(예를 들면, 1 내지 3)일 수 있다.
상기 소멸 계수는 금속층에서의 단위 경로당 빛의 강도를 나타내는 지표로서 하기 수학식 1 및 2로 표시되는 식에 의해 구할 수 있다.
[수학식 1]
I = I0e(-αT)
수학식 1 중 α는 흡수 계수, T는 두께, I0 는 투과 전 광의 세기, I 는 투과 후 광의 세기를 나타낸다.
[수학식 2]
α = 4πk/λ0
수학식 2 중, α는 흡수 계수, k는 소멸 계수, λ0는 광의 파장을 나타낸다.
상기 식 1의 광학 비율 범위를 만족함에 따라, 센싱 전극(110, 130) 투과광의 지나친 소멸을 방지하면서 광반사에 따른 전극 시인을 효과적으로 억제할 수 있다.
예시적인 실시예들에 있어서, 금속층(60) 및 제1 투명 산화물 전극층(50) 사이의 광학 비율이 5 이하이며, 금속층(60) 및 제2 투명 산화물 전극층(70) 사이의 광학 비율이 5 이하일 수 있다.
금속층(60)은 투과율 향상을 위해 제1 및 제2 투명 산화물 전극층(50, 70) 각각의 두께보다 작은 두께로 형성될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 제1 및 제2 투명 산화물 전극층(50, 70) 각각의 두께는 약 100 내지 700Å, 바람직하게는 약 300 내지 500Å일 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 금속층(60)의 두께는 약 50 내지 300Å, 바람직하게는 약 70 내지 150Å일 수 있다.
상기 두께 범위 내에서 상술한 식 1의 값과 조합되어 반사율 억제 및 투과율 향상 효과가 보다 효과적으로 구현될 수 있다.
다시 도 2를 참조하면, 브릿지 전극(115)은 절연층(120) 상에서 이웃하는 제1 센싱 전극들(110)을 서로 전기적으로 연결시킬 수 있다.
예를 들면, 브릿지 전극(115)은 절연층(120)을 관통하며, 제1 센싱 전극(110)에 포함된 제2 투명 산화물 전극층(70)과 접촉하는 콘택부를 포함할 수 있다.
브릿지 전극(115)은 상술한 투명 도전성 산화물 및/또는 저저항 금속을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 브릿지 전극(115)을 통한 채널 저항 증가를 방지하기 위해, 브릿지 전극(115)은 금속층을 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 브릿지 전극(115) 역시 금속층 및 투명 산화물 전극층의 복층 구조를 가질 수 있다.
절연층(120) 상에는 패시베이션 층(140)이 형성되어 브릿지 전극(115)을 덮을 수 있다. 절연층(120) 및 패시베이션 층(140)은 실록산계 수지, 아크릴계 수지 등과 같은 유기 절연 물질, 또는 실리콘 산화물, 실리콘 질화물, 실리콘 산질화물 등과 같은 무기 절연 물질을 포함할 수 있다.
도 3은 일부 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구성 및 구조에 대한 상세한 설명은 생략된다.
도 3을 참조하면, 기재층(100) 및 센싱 전극들(110, 130) 사이에 굴절률 정합층(105)이 배치될 수 있다.
굴절률 정합층(105)은 예를 들면, 기재층(100)의 굴절률 및 제1 투명 산화물 전극층(50)의 굴절률 사이의 굴절률을 가지며, 제1 투명 산화물 전극층(50) 및 기재층(100) 사이의 굴절률 변화를 완충할 수 있다.
예를 들면, 굴절률 정합층(105)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(105)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 굴절률 정합층(105)에 포함되어 상대적으로 굴절률을 증가시킬 수 있다.
도 4는 일부 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서를 나타내는 개략적인 단면도이다.
도 4를 참조하면, 브릿지 전극(115)이 기재층(100) 상에 형성되며, 절연층(120)이 브릿지 전극(115)을 부분적으로 덮을 수 있다.
제1 센싱 전극(110)은 절연층(120) 내에 형성된 콘택 홀을 채우며 절연층(120) 상에 형성될 수 있다. 이웃하는 제1 센싱 전극들(110)은 상기 콘택 홀들을 통해 브릿지 전극(115)에 의해 전기적으로 연결될 수 있다.
제2 센싱 전극들(130)은 절연층 상에 형성되어 제1 센싱 전극들(110)과 교차하는 방향으로 연장할 수 있다.
제1 센싱 전극(110) 및 제2 센싱 전극(130)은 도 2를 참조로 설명한 바와 실질적으로 동일하거나 유사한 구조 및 재질을 포함할 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 도 2 내지 도 4에 도시된 절연층(120) 및/또는 패시베이션 층(140)은 수분 차폐능이 향상된 배리어 물질을 포함하는 배리어 층 또는 배리어 구조를 가질 수 있다.
예시적인 실시예들에 따르면, 상기 배리어 물질은 알루미늄 산화물(예를 들면, Al2O3)-아연 산화물(예를 들면, ZnO)(AZO) 복합 물질(AZO), 실라잔(silazne), 실록산(siloxane) 및/또는 규소 함유 무기 물질을 포함할 수 있다.
본 출원에 있어서 "실라잔"은 "-Si-N-Si-" 구조를 포함하는 화합물 또는 폴리머를 포괄하는 용어로 사용된다. "실록산"은 "-Si-O-Si-" 구조를 포함하는 화합물 또는 폴리머를 포괄하는 용어로 사용된다.
상기 규소 함유 무기 물질의 예로서, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및/또는 실리콘 산질화물을 들 수 있다. 이들은 단독으로 혹은 2 이상이 조합되어 사용될 수 있다. 바람직하게는, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 또는 실리콘 산질화물 중 적어도 2 이상이 함께 사용되며, 보다 바람직하게는, 실리콘 산화물, 실리콘 질화물 및 실리콘 산질화물이 함께 사용될 수 있다.
도 5 내지 도 10은 일부 예시적인 실시예들에 따른 배리어 구조를 나타내는 개략적인 단면도들이다.
상술한 바와 같이 절연층(120) 및/또는 패시베이션 층(140)은 배리어 물질을 포함하는 배리어 층을 포함할 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 절연층(120) 및/또는 패시베이션 층(140) 상기 배리어 층을 포함하며 복층 구조를 갖는 배리어 구조를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 상기 배리어 구조는 상술한 배리어 물질을 포함하는 배리어 층(80) 및 배리어 층(80) 상에 적층된 유기층(90)을 포함할 수 있다.
유기층(90)은 예를 들면, 아크릴계 수지 또는 실록산계 수지를 포함할 수 있다. 유기층(90)이 배리어 층(80) 상에 형성됨에 따라, 상기 배리어 물질의 에칭 손상을 방지 또는 감소시킬 수 있다. 이 경우, 배리어 층(80)은 AZO 물질 또는 실라잔을 포함할 수 있다.
예를 들면, 상대적으로 내에칭성이 떨어질 수 있는 AZO 물질이 배리어 층(80)에 포함되는 경우 유기층(90)을 통해 효과적으로 에칭 손상(예를 들면, 패드 오픈을 위한 패시베이션층(140) 에칭 공정 시)을 억제할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 배리어 구조는 복층 구조의 배리어 층 적층체를 포함할 수 있다. 예를 들면, 하부 배리어층(80a) 및 상부 배리어층(80b)을 포함하는 배리어 층 적층체 상에 유기막(90)이 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 하부 배리어층(80a) 및 상부 배리어층(80b)은 각각 독립적으로 AZO 물질 또는 실라잔을 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 배리어 층(80) 및 유기막(90)이 교대로, 반복적으로 적층될 수도 있다. 이 경우, 배리어 층들(80)이 서로 이격되어 복수로 포함됨에 따라 수분 차폐 특성이 보다 향상될 수 있다. 상술한 바와 같이, 배리어 층들(80)은 각각 AZO 물질 또는 실라잔을 포함할 수 있다.
도 8을 참조하면, 상기 배리어 구조는 제1 배리어층(82) 및 제2 배리어층(84)을 포함하는 복층 구조(예를 들면, 2층 구조)를 가질 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 배리어층(82) 및 제2 배리어층(84)은 상기 규소 함유 무기 물질을 포함할 수 있다.
일 실시예에 있어서, 제1 배리어층(82)은 상기 규소 함유 무기 물질을 포함하며, 제2 배리어층(84)은 실라잔을 포함할 수 있다.
도 9를 참조하면, 제2 배리어층(84)은 제1 배리어층들(82) 사이에 샌드위치될 수 있다. 예를 들면, 제1 배리어층들(82)이 각각 제2 배리어층(84)의 상면 및 저면 상에 형성될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 상기 규소 함유 무기 물질을 포함하는 제1 배리어층들(82)이 실라잔 함유 제2 배리어층(84)의 상면 및 하면을 커버함으로써, 터치 센서의 내부로의 수분 확산을 보다 효과적으로 차단할 수 있다.
도 10을 참조하면, 제1 배리어층(82) 및 제2 배리어층(84)은 교대로, 반복적으로 적층되어 4층 이상의 구조체로 형성될 수도 있다.
일 실시예에 있어서, 도 10에 도시된 바와 같이 상기 규소 함유 무기 물질을 포함하는 제1 배리어층들(82) 및 실라잔 함유 제2 배리어층들(84)이 교대로 적층되어 4층 구조의 적층체가 배리어 구조로 활용될 수 있다.
도 5 내지 도 10에 도시된 배리어 층 각각은 포함되는 물질에 따라 적절히 두께가 조절될 수 있다. 예를 들면, 상기 배리어 층이 AZO물질을 포함하는 경우 상기 배리어 층의 두께는 약 10 nm 내지 약 1㎛일 수 있다. 상기 배리어 층이 실라잔을 포함하는 경우 상기 배리어 층의 두께는 약 100nm 내지 2㎛일 수 있다. 상기 배리어 층이 규소 함유 무기 물질을 포함하는 경우, 상기 배리어 층의 두께는 약 10nm 내지 약 1㎛일 수 있다.
상술한 배리어 층 또는 배리어 층 적층체의 투습도는 40oC, 90% 상대습도 조건에서 10-6 내지 10-1 g/m2·24hr 범위일 수 있다.
도 11은 예시적인 실시예들에 따른 윈도우 적층체 및 화상 표시 장치를 나타내는 개략적인 도면이다.
도 11을 참조하면, 윈도우 적층체(250)는 윈도우 기판(230), 편광층(210) 및 상술한 예시적인 실시예들에 따른 터치 센서(200)을 포함할 수 있다.
윈도우 기판(230)은 예를 들면 하드 코팅 필름을 포함하며, 일 실시예에 있어서, 윈도우 기판(230)의 일면의 주변부 상에 차광 패턴(235)이 형성될 수 있다. 차광 패턴(235)은 예를 들면 컬러 인쇄 패턴을 포함할 수 있으며, 단층 또는 복층 구조를 가질 수 있다. 차광 패턴(235)에 의해 화상 표시 장치의 베젤 영역 혹은 비표시 영역이 정의될 수 있다.
편광층(210)은 코팅형 편광자 또는 편광판을 포함할 수 있다. 상기 코팅형 편광자는 중합성 액정 화합물 및 이색성 염료를 포함하는 액정 코팅층을 포함할 수 있다. 이 경우, 편광층(210)은 상기 액정 코팅층에 배향성을 부여하기 위한 배향막을 더 포함할 수 있다
예를 들면, 상기 편광판은 폴리비닐알코올계 편광자 및 상기 폴리비닐알코올계 편광자의 적어도 일면에 부착된 보호필름을 포함할 수 있다.
편광층(210)은 윈도우 기판(230)의 상기 일면과 직접 접합되거나, 제1 점접착층(220)을 통해 부착될 수도 있다.
터치 센서(200)는 필름 또는 패널 형태로 윈도우 적층체(250)에 포함될 수 있다. 일 실시예에 있어서, 터치 센서(200)는 제2 점접착층(225)를 통해 편광층(210)과 결합될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 사용자의 시인측으로부터 윈도우 기판(230), 편광층(210) 및 터치 센서(200) 순으로 배치될 수 있다. 이 경우, 터치 센서(200)의 전극층이 편광층(210) 아래에 배치되므로 전극 시인 현상을 방지할 수 있다. 또한, 상술한 광학 비율 범위를 갖는 센싱 전극 적층 구조를 통해 터치 센서를 통한 투과율이 향상되어 전극 시인이 보다 효과적으로 억제될 수 있다.
일 실시예에 있어서, 터치 센서(200)는 윈도우 기판(230) 또는 편광층(210) 상에 직접 전사될 수도 있다. 일 실시예에 있어서, 사용자의 시인측으로부터 윈도우 기판(230), 터치 센서(200) 및 편광층(210) 순으로 배치될 수도 있다.
상기 화상 표시 장치는 표시 패널(360) 및 표시 패널(360) 상에 결합된 상술한 윈도우 적층체(250)를 포함할 수 있다.
표시 패널(360)은 패널 기판(300) 상에 배치된 화소 전극(310), 화소 정의막(320), 표시층(330), 대향 전극(340) 및 인캡슐레이션 층(350)을 포함할 수 있다.
패널 기판(300) 상에는 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 화소 회로가 형성되며, 상기 화소 회로를 덮는 절연막이 형성될 수 있다. 화소 전극(310)은 상기 절연막 상에서 예를 들면 TFT의 드레인 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
화소 정의막(320)은 상기 절연막 상에 형성되어 화소 전극(310)을 노출시켜 화소 영역을 정의할 수 있다. 화소 전극(310) 상에는 표시층(330)이 형성되며, 표시 층(330)은 예를 들면, 액정층 또는 유기 발광층을 포함할 수 있다.
화소 정의막(320) 및 표시층(330) 상에는 대향 전극(340)이 배치될 수 있다. 대향 전극(340)은 예를 들면, 화상 표시 장치의 공통 전극 또는 캐소드로 제공될 수 있다. 대향 전극(340) 상에 표시 패널(360) 보호를 위한 인캡슐레이션 층(350)이 적층될 수 있다.
일부 실시예들에 있어서, 표시 패널(360) 및 윈도우 적층체(250)는 점접착층(260)을 통해 결합될 수도 있다. 예를 들면, 점접착층(260)의 두께는 제1 및 제2 점접착층(220, 225) 각각의 두께보다 클 수 있으며, -20 내지 80
Figure 112019062102016-pat00001
에서의 점탄성이 약 0.2MPa 이하일 수 있다. 이 경우, 표시 패널(360)로부터의 노이즈를 차폐할 수 있고, 굴곡 시에 계면 응력을 완화하여 윈도우 적층체(250)의 손상을 억제할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 상기 점탄성은 약 0.01 내지 0.15MPa일 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예들을 포함하는 실험예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 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 1: 식 1 수치에 따른 광학 특성 평가
COP 필름(자체 투과율 90%) 상에 IZO 층(굴절률: 1.96, 두께 350Å)-금속층(두께: 100 Å)-IZO 층(굴절률: 1.96, 두께: 350Å)의 적층 구조를 갖는 실시예 및 비교예들에 따른 센싱 전극층을 형성하였다. 금속층의 재질, 굴절률 및 소멸계수는 하기 표 1에 기재된 바와 같다.
실시예 및 비교예들의 센싱 전극층에 대해 광특성을 평가하였다. 구체적으로 실시예 및 비교예들에 따른 센싱 전극층에 대한 파장광에 대한 반사율 및 투과율을 360 내지 740nm 범위의 파장대에서 측정하고, 550nm 파장에서의 금속층의 소멸계수를 계산하여 하기와 같이 광특성을 평가하였다.
<광 특성 평가기준>
○: 반사율 < 10%, 투과율 > 80%
△: 반사율 10~15%, 투과율70~80%
×: 반사율 >15% , 투과율 <70%
평가결과는 하기의 표 1에 함께 나타낸다.
구분 금속층 재질 금속층 굴절률 금속층 소멸계수 식 1 수치
* 소멸계수/
(IZO층 굴절률-금속층 굴절률)		 광특성
평가
실시예 1 금(Au) 0.42 2.47 1.60 △
실시예 2 은(Ag) 0.06 3.6 1.89 △
실시예 3 은 합금
(APC)		 0.15 3.74 2.07 ○
실시예 4 구리(Cu) 1.01 2.58 2.72 △
비교예 1 알루미늄
(Al)		 1.02 6.63 7.05 ×
비교예 2 몰리브덴
(Mo)		 0.96 9.34 9.34 ×
실험예 2: 두께 변화에 따른 광학 특성 평가
실시예 3의 적층 구조를 갖는 센싱 전극의 각 층의 두께를 변경한 샘플들에 대해 투과율, 반사율 및 색좌표 값(a*, b*)을 CM-3600A(Minolta 제조)를 사용하여 측정하였다.
측정 결과는 하기의 표 2에 나타낸다.
샘플 두께
(IZO층/금속층/IZO층)		 투과광 반사광
투과율
(D65)		 a*
(D65)		 b*
(D65)		 반사율
(D65)		 a*
(D65)		 b*
(D65)
1 330Å/90Å/330Å 84.93 -0.91 5.13 7.74 -4.15 -7.88
2 330Å/100Å/330Å 85.34 -1.22 5.02 7.11 -3.01 -7.83
3 330Å/110Å/330Å 85.78 -1.54 4.76 6.45 -1.49 -7.57
4 410Å/90Å/410Å 86.50 -0.88 3.71 6.84 -6.09 -1.58
5 410Å/100Å/410Å 87.18 -1.30 3.79 5.93 -4.65 -1.93
6 410Å/110Å/410Å 87.71 -1.88 3.62 5.18 -1.86 -0.79
7 370Å/100Å/370Å 86.46 -1.26 3.82 6.30 -3.53 -2.12
8 250Å/60Å/250Å 81.52 -1.69 0.83 4.12 7.29 -1.43
9 550Å/160Å/550Å 78.98 -3.54 -0.46 4.5 14.35 3.63
표 2를 참조하면, 상술한 광학 비율 범위 및 센싱 전극의 각 층의 두께 범위를 만족하는 샘플들의 경우 전체적으로 약 84% 이상의 투과율 및 약 7% 미만의 반사율을 나타내며 ±10 범위의 색좌표 값이 획득되었다.
실험예 3: 폴딩 특성 평가
상기 실시예 1 및 실시예 2의 터치 센서 샘플들에 대해 곡률 2R(2mm) 조건에서 100회 폴딩 및 60만회 폴딩 후 선저항을 평가하였다. 평가결과는 하기의 표 3에 나타낸다.
구분 100회 폴딩후 선저항 60만회 폴딩후 선저항
실시예 1 387.9Ω 387.8Ω
실시예 2 186.6 Ω 186.6Ω
표 3을 참조하면, 60만회 폴딩 후에도 100회 폴딩 후의 선저항값이 실질적으로 유지됨을 확인하였다.
실험예 4: 배리어층 투습도 평가
상술한 바와 같이, 터치 센서의 패시베이션 층 및/또는 절연층에 적용되는 배리어층의 물질을 변경한 복수의 샘플들의 40oC, 90% 상대습도 조건에서 투습도를 평가하였다.
구체적으로, 50 cm2 사이즈의 샘플을 제작하여 MOCON사의 Permatran W-3/33 및 Aquatran 2 장비를 이용하여 투습도를 측정하였다.
평가결과는 하기 표 4에 나타낸다.
배리어 층 구조
(두께)		 투습도
(g/m2·24hr)
샘플 1 SiNx (300nm) 7.1
샘플 2 SiO2 (300nm) 1.2×10-2
샘플 3 SiON (300nm) 2.4×10-2
샘플 4 AZO (20nm) 1.3×10-2
샘플 5 AZO (40nm) 1.0×10-2
샘플 6 AZO (60nm) 9.0×10-3
샘플 7 AZO (80nm) 5.0×10-3
샘플 8 AZO (100nm) 9.1×10-4
샘플 9 실라잔(Silazane)(400nm) 2.9×10-2
샘플 10 (상부층) SiO2 (300nm)(하부층) SiO2 (300nm) 2×10-3
샘플 11 (상부층) SiON (300nm)(하부층) SiO2 (300nm) 5×10-5
샘플 12 (상부층) SiO2 (300nm)(하부층) SiON (300nm) 7.6×10-4
표 4를 참조하면, AZO 또는 실라잔을 활용하여 투습도를 10-1 g/m2·24hr 미만으로 감소시켰다. 규소 함유 무기 물질을 사용하는 경우, 서로 다른 물질의 복합층을 사용하는 경우 보다 효과적으로 투습도가 감소되었다.
50: 제1 투명 산화물 전극층 60: 금속층
70: 제2 투명 산화물 전극층 80: 배리어 층
90: 유기층 100: 기재층
110: 제1 센싱 전극 115: 브릿지 전극
120: 절연층 130: 제2 센싱 전극
135: 연결부

Claims (20)

  1. 기재층; 및
    상기 기재층의 동일한 일 면 상에 배열되며 투명 산화물 전극층 및 금속층의 적층 구조를 포함하고 하기 식 1로 정의된 550nm 파장에서의 광학 비율이 5이하인 센싱 전극들을 포함하는, 터치 센서:
    [식 1]
    광학 비율 = 금속층의 소멸 계수/(|투명 산화물 전극층 굴절률-금속층 굴절률|).
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 센싱 전극의 상기 광학 비율은 3 이하인, 터치 센서.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 센싱 전극은 상기 기재층 상에 순차적으로 적층된 제1 투명 산화물 전극층, 상기 금속층 및 제2 투명 산화물 전극층을 포함하는, 터치 센서.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 금속층 및 상기 제1 투명 산화물 전극층 사이의 광학 비율은 5 이하이며, 상기 금속층 및 상기 제2 투명 산화물 전극층 사이의 광학 비율은 5 이하인, 터치 센서.
  5. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 투명 산화물 전극층 및 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 각각 100 내지 700Å이며, 상기 금속층의 두께는 50 내지 300Å인, 터치 센서.
  6. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 투명 산화물 전극층 및 상기 제2 투명 산화물 전극층의 두께는 각각 300 내지 500Å이며, 상기 금속층의 두께는 70 내지 150Å인, 터치 센서.
  7. 청구항 3에 있어서, 상기 제1 투명 산화물 전극층 및 상기 기재층 사이에 형성된 굴절률 정합층을 더 포함하는, 터치 센서.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 굴절률 정합층은 상기 기재층의 굴절률 및 상기 제1 투명 산화물 전극층 사이의 굴절률을 갖는, 터치 센서.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 산화물 전극층의 굴절률은 1.7 내지 2.2인, 터치 센서.
  10. 청구항 1에 있어서, 상기 금속층은 은(Ag) 합금을 포함하는, 터치 센서.
  11. 청구항 1에 있어서, 상기 센싱 전극들은 서로 교차하는 방향으로 배열된 제1 센싱 전극들 및 제2 센싱 전극들을 포함하는, 터치 센서.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 제2 센싱 전극들은 연결부에 의해 열 방향으로 일체로 연결된, 터치 센서.
  13. 청구항 12에 있어서, 상기 제1 센싱 전극들은 상기 연결부를 사이에 두고 행 방향으로 서로 이격되며,
    상기 연결부를 사이에 두고 이웃하는 상기 제1 센싱 전극들을 서로 전기적으로 연결하는 브릿지 전극을 더 포함하는, 터치 센서.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 제1 센싱 전극들 및 상기 제2 센싱 전극들을 서로 절연시키는 절연층; 및
    상기 절연층 상에 형성된 패시베이션 층을 더 포함하며,
    상기 절연층 또는 상기 패시베이션 층 중 적어도 하나는 알루미늄 산화물-아연 산화물(AZO) 복합 물질, 실라잔(silazane), 실록산(siloxane) 또는 규소 함유 무기 물질을 포함하는 배리어 층 또는 배리어 구조를 포함하는, 터치 센서.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 배리어 구조는 상기 배리어 층 상에 적층된 유기층을 더 포함하는, 터치 센서.
  16. 청구항 15에 있어서, 상기 배리어 구조는 교대로 복수로 적층된 상기 배리어 층들 및 유기층들을 포함하는, 터치 센서.
  17. 청구항 14에 있어서, 상기 배리어 층은 제1 배리어 층 및 제2 배리어 층을 포함하는 복층 구조를 갖는, 터치 센서.
  18. 청구항 17에 있어서, 상기 제1 배리어 층은 상기 규소 함유 무기 물질을 포함하며, 상기 제2 배리어 층은 실라잔을 포함하는, 터치 센서.
  19. 윈도우 기판; 및
    상기 윈도우 기판 상에 적층된 청구항 1의 터치 센서를 포함하는, 윈도우 적층체.
  20. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널 상에 적층된 청구항 1의 터치 센서를 포함하는, 화상 표시 장치.
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