KR20120133522A - 칼라를 제어하는 광학 윈도우 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

금속 나노입자들을 이용하여 칼라를 제어하는 광학 윈도우 및 그 제조 방법이 개시된다. 본 발명의 일면에 따른 광학 윈도우는, 광학 윈도우용 기판 상에 형성된 도전막층과 광 제어층을 포함하되, 상기 광 제어층은, 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 특정 파장 영역의 광을 흡수하기 위해 전기적 도전성을 가지는 무기물, 유기물, 무기-유기 혼합물 또는 이들의 복합물 중 어느 하나의 물질로 이루어진 매질에 금속 나노입자들을 분산시킨 제1층, 전기적 도전성을 갖는 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 도전성 유기물이나 이들의 조합으로 이루어진 제2층, 또는 보강 간섭을 통한 간섭색을 이용하기 위해 금속 박막 코팅과 투명 도전막층을 형성한 제3층 중에서, 상기 도전막층의 상부와 하부 중 적어도 한쪽 이상에 형성되며, 상기 도전막층의 상부와 하부에 모두 상기 광 제어층이 형성되는 경우에, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층으로 동일하게 형성되거나, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층 중에서 서로 다른 종류로 선택되어 형성된다.

Description

칼라를 제어하는 광학 윈도우 및 그 제조 방법{OPTICAL WINDOWS FOR CONTROLLING COLORS USING METAL NANO-PARTICLES AND METHOD FOR MANUFACTURING THEREOF}
본 발명은 광학 윈도우 분야에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 금속 및 금속 산화물 및 질화물과 같은 매질을 이용하거나 매질에 분산된 금속 나노입자들의 표면 플라즈몬 공명을 통해 광학 윈도우 예를 들어, 터치스크린의 기판에 사용되는 ITO 등에 의해 발생될 수 있는 원하지 않은 칼라 또는 콘트라스트를 감소시키는 전극의 은색칼라를 피하고자 하는 파장 영역을 흡수하여 원하지 않은 칼라를 줄이거나 제거하고, 이를 통해 광학 윈도우가 적용되는 디스플레이의 화질을 향상시킬 수 있는 칼라를 제어하기 위한 광학 윈도우 및 그 제조 방법에 관한 것이다.
일반적으로 광학 윈도우는 도 1에 도시된 일 예와 같이, 투명 기판(110) 상에 인쇄를 하여 칼라를 구현하거나, 고급스러운 감을 주기 위해 투명 기판 위에 금속을 이용한 하프미러 층을 형성하거나 멀티 칼라를 이용한 층을 형성한 후 인쇄 및 에칭, 그리고 가공을 통해(주로 블랙 인쇄)를 하여 윈도우를 만든다. 터치 윈도우의 경우 투명도전막인 ITO가 증착 되거나 배선 전극 등이 증착 및 인쇄되어 에칭 가공을 통해 사용되기도 한다.
도전막층(120)을 형성하는데, 도전막층(120)은 반거울(Half-Mirror) 증착 코팅을 하거나 투명 도료나 칼라 도료 등을 코팅하여 생성할 수도 있고, ITO 등과 같은 투명 금속을 기판 전면에 코팅하여 생성할 수도 있다. 또한, PDP 메쉬 필터의 경우 전면에 금속의 메쉬를 형성시킬 수 있다. PDP 등의 투명전극 외에 금속 전극 등이 형성 될 수도 있다.
물론, 투명 기판(110) 상부에 형성되는 도전막층(120)은 도 1(a)에 도시된 바와 같이, 전면층으로 형성될 수도 있지만, 도 1(b)에 도시된 바와 같이, 특정 모양으로 패턴되어 형성될 수도 있다.
특히, 최근의 윈도우는 광학적인 측면이 매우 중요시 되고 있기 때문에, Index matching 을 통한 투명 도전막의 에칭부와 비에칭부의 반사도 편차를 줄이고, Hue 값을 제어하는 기판이 중요시 되고 있다.
기존의 윈도우는 투명기판에 전기적, 광학적 기능성층(도전층, 하프미러층, 멀티칼라 층)을 형성하고, 인쇄를 하고 에칭, 가공 공정을 많이 거치게 되는데, 칼라를 구현 하는 층을 전기적 부도체가 아닌 어느 정도의 전도성을 유지하며, 칼라를 구현할 수 있는 박막층은 윈도우에서 공정을 간단히 할 뿐만 아니라 기능을 향상시킬 수 있다. 즉, 칼라용 금속 하프미러층이나 멀티층과 인쇄층과의 조합으로 구현되는 층을 단일 박막 층으로 구현할 수 있을 뿐만 아니라, 일반적으로 칼라를 구현하는 층은 SiO2, TiO2 등의 산화물 등을 이용한 멀티층으로 절연층으로 구성되어 있는데, 전도성을 가지는 산하물이나 질화물 등으로 구성된 층으로 구현하면, 칼라층 밑에 구성된 배선 전극과 FPC 등을 통한 전기적 연결을 쉽게 구성할 수 있는 기능도 있다.
종래 기술에 따른 광학 윈도우는 양 방향 평균 투과도가 10 내지 80[%] 범위인 반거울을 위한 메탈 등의 증착을 통해 도전막층이 형성되면 기판 고유의 투명성에 원하지 않는 칼라 특성을 갖게 된다. 예를들면, ITO 박막 경우는 노란색 톤을 내며, 반거울(Half-Mirror)에 사용되는 Al, Ni, Cr, Ti, Sn 등의 금속들은 공정 조건 및 금속 특성에 따라 가시광 영역 내에서 균일한 분포를 보이지 못하고 있다.
즉, 종래 기술에 적용되는 투명 기판에 박막을 증착하거나, 기능성 도료를 코팅하는 경우, 투명 기판에 추가된 박막층이나 도료층에 의해 칼라가 발생하게 되는데, 이러한 칼라를 근본적으로는 없앨 수 없는 것이다. 또한, 칼라를 구현하는 층은 간섭을 이용한 SiO2, TiO2 등의 절연층을 이용한 멀티층으로 구현하기 때문에 전기적 절연층의 특성을 가지고 있어, 위에서 언급한 FPC 등의 전기적 기능을 부가하기 위해서는 FPC 본딩영역의 에칭이나 증착이 되지 않게하는 마스킹 기법이나 쓰루홀 등의 형성 등을 통해서만이 가능하다.
또한, 도전막층이 패턴된 경우 도전막층을 형성하기 위해 주로 ITO가 사용되는데, 이런 ITO를 패턴한 도전막층은 모바일용 터치스크린에 많이 사용되고 있다. 하지만, 도전막층이 ITO인 경우는 약한 노란색을 띠고 있기 때문에 ITO가 있는 곳과 ITO가 에칭되어 없는 곳이 시각적으로 볼 때 확연한 차이가 발생한다. 그래서, ITO의 패턴을 눈에 보이지 않을 정도로 가늘게 하거나 두겹을 이용하여 오버랩시키는 방법으로 투과도 차이를 줄이는 방법을 취하고 있으나 근본적인 문제는 해결하지 못하고 있다.
즉, 패턴을 가늘게 하면, ITO의 선저항이 매우 증가해서 노이즈가 증가해 터치스크린 동작에 문제를 일으키며, 선저항을 낮추기 위해서는 ITO의 두께를 뚜껍하거나 폭을 넓혀야 하는데, 이 경우는 ITO의 패턴 형태가 눈에 잘 띄기 때문에 적용이 쉽지 않다.
이와 같이, 종래 기술에 따른 광학 윈도우는 기판 상에 형성된 전기적 광학적 기능성 구현을 위해 공정이 한단계 이상이 추가로 필요할 수 있게 되어, 공정횟수에 따른 불량이나 비용 절감이 어려울 수 있다.
따라서, 광학 윈도우에서 공정을 줄여 비용을 절감할 수 있는 광학적 전기적 기능성 박막의 필요성이 대두된다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 창안된 본 발명의 실시예에 따른 목적은, 나노입자들의 표면 플라즈몬 공명이나 칼라 제어용 금속 및 금속 화합물을 통해 광학 윈도우를 구성하는 도전막층에서 발생될 수 있는 칼라에 대한 파장 영역을 흡수하여, 특정한 칼라를 내거나 콘트라스트를 증가시키기 위한 블랙 칼라를 내거나 함으로써, 불필요하게 발생되는 칼라를 줄이거나 제거할 수 있는 칼라를 제어하기 위한 광학 윈도우 및 그 제조 방법을 제공하는데 있는데, 금속 화합물을 사용시 전도성을 유지할 수 있는 금속 화합물(투명 도전막: ITO, ATO, FTO, AZO 등)을 사용하면, 칼라를 제어하면서 전기적 기능을 추가할 수 있다. 또한, 특수한 경우는 다양하고 미세한 칼라를 제어할 수 있는 플라즈모닉 공명을 이용한 칼라를 제어하는 층 대신, 칼라를 가지는 전도성을 가지는 화합물을 이용하여 제한적인 칼라를 구현하면서, 전기적 기능을 추가할 수도 있다.
또한, 본 발명에서 제시하는 칼라 제어용 층은 전기적 도전성을 가지기 때문에 에칭에 더욱 용이할 뿐만 아니라, 면저항을 제어할 수 있는 전기적 특성의 제어도 포함하고 있다.
상기 목적을 달성하기 위한, 본 발명의 한 관점에 따른 광학 윈도우는, 광학 윈도우용 기판 상에 형성된 도전막층과 광 제어층을 포함하되, 상기 광 제어층은, 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 특정 파장 영역의 광을 흡수하기 위해 전기적 도전성을 가지는 무기물, 유기물, 무기-유기 혼합물 또는 이들의 복합물 중 어느 하나의 물질로 이루어진 매질에 금속 나노입자들을 분산시킨 제1층, 전기적 도전성을 갖는 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 도전성 유기물이나 이들의 조합으로 이루어진 제2층, 또는 보강 간섭을 통한 간섭색을 이용하기 위해 금속 박막 코팅과 투명 도전막층을 형성한 제3층 중에서, 상기 도전막층의 상부와 하부 중 적어도 한쪽 이상에 형성되며, 상기 도전막층의 상부와 하부에 모두 상기 광 제어층이 형성되는 경우에, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층으로 동일하게 형성되거나, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층 중에서 서로 다른 종류로 선택되어 형성된 것을 특징으로 한다.
상기 광학 윈도우용 기판은, PMMA(Polymethyl Methacrylate), PC(Poly-carbonate), PET(Poly ethylene terephthalate) 또는 유리이거나, 이들 중 어느 하나 위에 ITO(Indium-Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)의 투명 도전막층을 형성한 기판일 수 있다.
전기적 도전성을 가지는 상기 매질은, ITO(Indium-Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)의 TCO를 포함한다.
상기 도전막층과 상기 광 제어층은 진공증착법 또는 스퍼터링법으로 형성될 수 있다.
상기 도전막층은 상기 기판 상에 패턴되어 형성되고, 상기 광 제어층은 패턴된 상기 도전막층의 상부 또는 하부에만 형성되거나, 상기 도전막층의 상부와 하부에 모두에 형성될 수 있다.
상기 도전막층과 상기 광 제어층이 형성되지 않은 상기 기판의 영역에 투과도 감소를 위한 투과도 조절층을 더 포함할 수 있다.
상기 도전막층 상부의 상기 광 제어층에 직접 FPC를 부착하여 상기 도전막층과 전기적 연결을 용이하게 할 수 있다.
그리고, 본 발명의 다른 일면에 따른, 광학 윈도우 제조 방법은, 광학 윈도우용 기판 상에 도전막층과 광 제어층을 형성하되, 상기 광 제어층을, 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 특정 파장 영역의 광을 흡수하기 위해 전기적 도전성을 가지는 무기물, 유기물, 무기-유기 혼합물 또는 이들의 복합물 중 어느 하나의 물질로 이루어진 매질에 금속 나노입자들을 분산시킨 제1층, 전기적 도전성을 갖는 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 도전성 유기물이나 이들의 조합으로 이루어진 제2층, 또는 보강 간섭을 통한 간섭색을 이용하기 위해 금속 박막 코팅과 투명 도전막층을 형성한 제3층 중에서, 상기 도전막층의 상부와 하부 중 적어도 한쪽 이상에 형성하며, 상기 도전막층의 상부와 하부에 모두 상기 광 제어층을 형성하는 경우에, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층으로 동일하게 형성하거나, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층 중에서 서로 다른 종류로 선택되어 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 광학 윈도우에 구성된 도전막층 예를 들어, 광학 윈도우용 투명 기판에 박막을 증착하거나, 기능성 도료를 코팅하는 경우, 투명 기판에 추가된 박막층이나 도료층에 의해 발생될 수 있는 불필요한 칼라, 더 나아가 도전막 층이 전극으로 사용될 경우, 전극의 금속 칼라를 줄여 콘트라스트를 증가시키기 위한 목적 등으로 블랙 계열로 보이게 할 수도 있다. 이 경우 블랙일 경우라도 블랙 톤이 다를 수도 있기 때문에 해당하는 파장 영역을 매질에 분산된 금속 나노입자들의 표면 플라즈몬 공명을 이용하여 흡수함으로써, 원하는 칼라를 구현하여, 이런 광학 윈도우가 디스플레이에 적용되는 경우 디스플레이의 화질을 향상시킬 수 있다. 과거 Cr Oxide 계열의 블랙은 비전도성을 띠기 때문에, 전기적 기능을 부여할 수가 없지만, 예를들어 블랙을 구현할 수 있는 TCO인 산화물인 Cu 산하물이나 Cu 질화물은 전기적 특성을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 액정표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 소자(PDP), 터치 스크린 등과 같이 투명 기판 상에 도전막층을 구비하는 모든 디스플레이 소자에 적용 가능한 장점이 있고, 도전막층 상부 및 하부 중 적어도 하나에 금속 및 금속 화합물로 구성된 매질 등의 도전성을 가지면서 칼라를 제어하는 층을 형성할 수 있기 때문에 그 공정이 간단한 장점이 있다.
도 1은 종래 일 실시예 기술에 따른 광학 윈도우에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 윈도우에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 일 실시예에 따른 광학 윈도우에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광학 윈도우에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 5는 광 제어층에 의해 흡수되는 파장 영역에 대한 흡수 스펙트럼에 대한 일 예를 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광학 윈도우에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 윈도우 제조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것이다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부 도면을 참조한 실시 예에 대한 설명을 통하여 명백히 드러나게 될 것이다. 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다. 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.
이하에서는, 본 발명의 일 실시 예에 따른 칼라를 제어하기 위한 광학 윈도우 및 그 제조 방법을 첨부된 도 2 내지 도 7을 참조하여 상세히 설명한다.
플라즈몬(plasmon)이란 금속 내의 자유전자가 집단적으로 진동하는 유사 입자를 말한다. 금속 나노 입자에서는 플라즈몬이 표면에 국부적으로 존재하기 때문에 표면 플라즈몬(surface plasmon)이라 부르기도 한다. 그 중에서도 금속 나노 입자에서는 자외선~가시광선 대역 광원의 전기장과 플라즈몬이 짝지어지면서 광흡수가 일어나 선명한 색을 띠게 되는데, 플라즈몬과 광자가 결합되어 생성하는 또 다른 유사 입자를 플라즈마 폴라리톤이라고 한다. 이러한 현상을 표면 플라즈몬 공명(surface plasmon resonance)이라 하며, 국소적으로 매우 증가된 전기장을 발생시키는데, 이것은 빛 에너지가 표면 플라즈몬에 변환되어 금속 나노 입자 표면에 축적되었음을 뜻한다.
본 발명은 칼라 제어층에 (1)이런 표면 플라즈몬 공명을 구현하는 박막을 구성물이 전기적 도전성을 갖는 화합물로 구성하는 것을 통해 또는 전기적 도전성을 가지는 칼라를 띠는 금속산화물이나 화합물을 통해 광학 윈도우를 구성하는 투명 기판 상부 또는 하부에 형성되는 도전막층에 의해 발생될 수 있는 칼라를 바꾸거나 제어하는 층이나 (2) 전기적 도전성을 가지는 금속 산화물이나 질화물, 유기물 및 유무기 화합물의 광학적 흡수 스펙트럼에 의해 칼라를 나타낼 수 있는 층, 그리고 (3) 도전막의 반사면과 전기적 도전성을 갖는 TCO 등의 박막의 유전율과 두께에 의해 발생하는 간섭에 의해 칼라를 제어하는 층에 전기적 특성을 부여하면서 기판에 형성된 도전막(금속 박막 등)의 칼라를 제어할 수 있는 것을 그 요지로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 윈도우에 대한 단면도를 나타낸 것이다.
도 2를 참조하면, 광학 윈도우는 투명 기판(210), 광 제어층(220) 및 도전막층(230)을 포함한다.
투명 기판(210)은 광학 윈도우용 투명 기판으로, PMMA(Polymethyl Methacrylate), PC(Poly-carbonate), PET(Poly ethylene terephthalate) 및 유리 등이 사용될 수 있고, 경우에 따라서는 그 위에, 투명 도전막층, 예를 들어, ITO(Indium-Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 TCO를 형성한 기판일 수도 있다.
광 제어층(220)은 투명 기판(210) 상부에 형성되는데, 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 전기적 도전성을 갖는 매질(222)에 금속 나노입자들(221)이 분산된 형태로 형성되어, 금속 나노입자들(221)의 표면 플라즈몬 공명을 통해 광학 윈도우를 통해 방출되는 광의 파장 영역에서 특정 파장 영역을 흡수함으로써, 도전막층(230)에 의해 불필요하게 발생될 수 있는 칼라를 줄이거나 제거할 수 있다. 또한, 도2(d)에 도시한 바와 같이 특수한 경우는 광 제어층(220)은 전기적 도전성을 갖는 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 도전성 유기물이나 이들의 조합으로 대체를 할 수 있다. 도 2의 (e)와 같이, 투명 기판(210) 위에 광 제어층(220) 및 도전막층(230)을 형성하는 대신에, 투명 기판(210) 위에 반사를 위한 금속 박막 코팅과 투명 도전막층(예를 들어, ITO(Indium-Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 TCO)을 형성하여, 금속 박막 코팅과 투명 도전막층 간의 보강 간섭을 통한 간섭색을 이용하여 특정 칼라를 구현할 수도 있다.
예를 들어, 가시광선 영역에서, 플라즈모닉 공진을 이용한 흡수 스펙트럼을 이용해 다양한 칼라를 만들어 낼 수 있다. 그러나, 이러한 플라즈모닉 공진을 이용한 칼라를 제어하는 경우는 흑색을 만들기가 가장 어려운 경우가 된다. 가시광 영역 전체에 대해 공진을 이용한 흡수를 만들어 내는 설계를 구현시켜야 하기 때문이다. 블랙칼라는 가시광 영역의 빛이 전부 흡수되는 것을 의미하지만, 실제적 응용에서는 어느정도의 칼라를 가진다. 대표적으로 많이 사용되는 고급스러운 흑진주 칼라는 블랙 계역이면서 약간 회색톤을 내는 블랙 계열의 칼라를 의미한다. 흑진주와 같은 칼라는 투과도를 낮춰 칼라톤을 조금 변경시키면, 즉 흡수가 적어지는 스펙트럼을 제어하면 다양한 톤의 흑진주색을 만들어 낼 수 있다. 또한, 흑색계열, 황색 계열의 칼라 등 일부의 칼라는 금속 산화물이나 질화물에 의해 광학적 밴드갭에 의한 광흡수에 의해 칼라가 구현될 수 있다. 그리고 간섭에 의한 칼라는 광학적 보강 간섭을 통해 특정 칼라를 증폭시켜 칼라를 구현하는 것이다.즉, 광 제어층(220)은 도전막층(230)에 의해 발생되는 칼라에 해당하는 파장 영역을 금속 나노입자들(221)의 표면 플라즈몬 공명을 통해 흡수함으로써, 불필요하게 발생되는 칼라를 제거 및 제어할 수 있고, 단순한 칼라의 경우는 도 2의 (d)와 같이 전기적 도전성을 내는 금속 산화물, 금속 질화물, 유기물이나 이들의 조합으로 칼라를 제어할 수도 있다. 또한, 도 2의 (e)와 같이 간섭에 의한 칼라를 구현하여 칼라를 제어할 수도 있다.
여기서, 금속 나노입자들의 재질은 Au, Ag, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, Zn, In, Sn, Pb, Sb, Bi 또는 이들의 합금일 수 있다.
이때, 광 제어층(220)은 도 2(a)에 도시된 바와 같이, 패턴되지 않은 전면 박막 형태로 형성될 수도 있고, 도 2(b)에 도시된 바와 같이, 특정 모양으로 패턴되게 형성될 수도 있는데, 이는 그 상부에 형성되는 도전막층(230)의 형태에 따라 결정될 수 있다.
광 제어층(220)은 도 2(c)에 도시된 바와 같이, 매질(222)과 금속 나노입자들(221)로 구성되는데, 매질(222)은 전기적 도전성을 내는 무기물, 유기물 및 무기-유기 혼합물 또는 이들의 복합물 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 금속 나노입자들(221)은 2 내지 100[nm]의 크기를 가질 수 있다. 또는 광 제어층(220)은 도 2의 (d)와 같이 전기적 도전성을 내는 금속 산화물, 질화물, 유기물이나 이들의 조합의 물질로 이루어 질 수 있다.
여기서, 무기물은 Si-O, Ge-O, Sn-O, Al-O, In-O, Cr-O, Mo-O, Ti-O, Zr-O, Hf-O, Y-O, Mg-O, Ta-O, W-O, V-O, Ba-Ti-O, Pb-Ti-O, Sr-Ti-O계의 산화물, Al-F, Zn-F, Mg-F, Ca-F, Na-F, Ba-F, Pb-F, Li-F, La-F계의 불화물, Si-N, Al-N, Ti-N, Zr-N, Hf-N, Ga-N, B-N, In-N 계의 질화물, Zn-S, Cd-S, Cu-S, Ba-S, Na-S, K-S, Pb-S, As-S 계의 황화물, Zn-Se, Bi-Se, Cd-Se, Cu-Se, Pb-Se, As-Se계의 셀렌화물, 다이아몬드 유사 카본(dimondlike carbon), 또는 이들의 화합물이나 혼합물일 수 있다. 산화물의 경우 일반적으로 대부분 부도체의 특성을 가지고 있지만, 산소가 결여되게 결합을 시킬 경우는 전기적 도전성을 부여할 수도 있다.
여기서, 유기물은 전기적 도전성을 가지는 PEDOT 등이 대표적이다. 매질(222)을 구성하는 전기적 도전성을 부여할 수 있는 무기물은 In, Sn, Cu, Ni, W 등이 유리하며, 전기적 도전성을 내는 매질(222)을 구성하는 유기물은 PEDOT등을 포함할 수 있고, 이들의 화합물 및 혼합물을 포함할 수 있다. 또한, 매질(222)로서 ITO(Indium-Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 TCO가 될 수도 있다. 금속 산화물로는 Cu 산화물 이외에, ITO(Indium-Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 TCO(Transparent Conductive Oxide)가 유리하고, 금속 질화물로는 Cu, Ti, In, Si 등의 질화물이 유리하다.
금속 나노입자들(221)은 원형, 타원형, 다각형 등과 같이 다양한 형태를 가질 수 있고, 금속 나노입자들(221)의 재질로는 Au, Ag, Cu, Al, Pt, Pd, Ni, Co, Fe, Mn, Cr, Mo, W, V, Ta, Nb, Hf, Zr, Ti, Zn, In, Sn, Sb, Bi 및 이들의 합금을 포함할 수 있으며, 매질 내에 아일랜드형으로 형성될 수도 있고 특정 모양으로 분산되어 형성될 수도 있다.
광 제어층(220)에서 특히 플라즈모닉 공명을 이용하는 경우, 흡수하는 광의 파장 영역은 광 제어층을 구성하는 매질의 종류, 금속 나노입자들의 재질, 금속 나노입자들의 크기, 금속 나노입자들의 양, 및 금속 나노입자들의 형태에 따라 달라질 수 있으며, 이런 요소들을 고려하여 광 제어층(220)에서 흡수할 파장 영역을 설계함으로써, 도전막층(230)에 의해 발생될 수 있는 칼라를 줄이거나 제거할 수 있다. 또는 전기적 도전성을 내는 금속 산화물이나 금속 질화물을 통해 특정 칼라를 구현할 수 있다. 예컨대, Cu 산화물이나 질화물은 전기적 도전성을 구현하며, 블랙계열의 칼라를 낼 수 있으며, 도 2의 (e)와 같이 금속 박막 코팅층위에 투명 도전막층을 이용한 간섭색을 이용하여 특정 칼라를 구현할 수 도 있다.예컨대, 도 5에 도시된 광 흡수 스펙트럼을 통해 알 수 있듯이, 광 제어층(220)을 구성하는 매질의 종류, 금속 나노입자들의 재질, 금속 나노입자들의 크기, 금속 나노입자들의 양, 및 금속 나노입자들의 형태를 조절함으로써, 도전막층에 의해 발생될 수 있는 특정 파장 대역 예를 들어, 550 내지 600[nm]의 파장 대역을 광 제어층에서 흡수하고, 이를 통해 도전막층(230)이 형성된 영역에서 발생될 수 있는 불 필요한 칼라를 줄이거나 제거할 수 있다.
도전막층(230)은 광 제어층(220) 상부에 형성되는데, 도전막층(230)은 ITO와 같은 투명 도전막층일 수도 있고, 양 방향 평균 투과도가 10 내지 80[%] 범위인 반거울층일 수도 있고 배선전극처럼 두께가 두꺼워 불투명한 전극 층일 수 있다.
여기서, 도전막층(230)은 광 제어층(220)과 동일한 패턴 즉, 패턴되지 않은 전면 박막 형태로 형성될 수도 있고, 광 제어층(220)이 패턴된 모양으로 동일하게 형성될 수도 있다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 윈도우는 전기적 도전성을 재공하는 금속 산화물이나 질화물이나 전기적 도전성을 제공하는 나노입자들을 포함하는 광제어층(220)을 형성하고, 광제어층(220)에 포함된 금속 나노입자들의 표면 플라즈몬 공명을 통해 도전막층(230)에 의해 불 필요하게 발생될 수 있는 칼라의 파장 영역을 흡수하거나 특정 칼라를 구현함으로써, 광학 윈도우의 도전막층(230)에 의해 불 필요하게 발생될 수 있는 칼라를 제거하거나 원하는 칼라로 구현하여, 이를 통해 광학 윈도우가 적용되는 디스플레이의 화질을 향상시킬 수 있다.
도 2에 도시된 광학 윈도우에서 광제어층(220)이 투명 기판(210)과 도전막층(230) 사이에 형성되는 것으로 기재되어 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
일 예로, 도 3에 도시된 바와 같이, 투명 기판(310) 상에 패턴되지 않은 전면 박막 형태나 기 설정된 패턴된 모양으로 도전막층(320)을 형성하고, 그 형성된 도전막층(320) 상부에 (매질과 금속 나노입자들을 포함하는) 광 제어층(330)을 형성할 수도 있다.
여기서, 광 제어층(330)을 구성하는 매질과 금속 나노입자들에 대한 설명 및 그 흡수 파장 대역에 대한 설명은 도 2에서 설명하였기에 생략한다.
본 발명에서는 전기적 특성을 부여했기 때문에, 도전막층(230/320)에 직접 FPC 등을 부착시키는 경우는 아무 문제가 될 것이 없겠지만, 광 제어층(220/330)을 통해 FPC를 부착시키는 경우는 본 발명에서와 같이 전기적 도전성을 가진 광 제어층(220/330)이 매우 유리하다. 왜냐하면, FPC에 포함 된 도전볼이 광 제어층(220/330)을 뚫고 도전막층을 형성하고 있는 층과 접촉을 할지라도, 광 제어층(220/330)을 뚫고 도전막층에 접한 도전볼의 개수 및 접촉면 등이 변수가 되어, 전기적 접촉 저항의 특성을 결정하기 때문에, 실제로 적용이 매우 어렵지만, 광 제어층(220/330)의 면저항이 수 백 K옴 이하의 저항 특성을 보인다면, FPC의 접촉 저항을 크게 줄여 공정 간소화에 도움을 줄 수 있다. 또한, 전기적 특성의 부여는 패턴을 에칭시 에칭시간을 줄이는 하나의 중요한 변수가 되기 때문에 매우 공정에서의 비용을 줄이는 중요한 특성을 부여하고 있다.
다른 일 예로, 도 4 (a)에 도시된 바와 같이, 투명 기판(410) 상부에 순차적으로 광 제어층(420), 도전막층(430) 및 광 제어층(420)을 형성함으로써, 특정 파장 대역의 칼라를 제거하거나 특정 칼라를 구현할 수 있다. 도 4 (b)와 같이 도전막층(430) 패턴되어 형성될 수 있고, 그 상부 또는 하부에만 광 제어층(420)이 형성될 수 있다.
여기서, 도전막층(430) 하부에 형성되는 광 제어층(420)과 도전막층(430) 상부에 형성되는 광 제어층(420)은 동일한 광 제어층일 수도 있고 상이한 광 제어층일 수도 있으며, 예를 들어, 하부와 상부의 광 제어층(420)을 구성하는 매질이나 금속 나노입자들에 대한 부분 그리고 광 제어층의 두께가 동일하거나 상이할 수 있다.
이렇듯, 광 제어층은 도전막층 상부 및 하부 중 적어도 하나에 형성되어 도전막층에 의해 발생될 수 있는 특정 파장 영역의 칼라를 줄이거나 제거 또는 특정 칼라를 구현할 수 있다.
하지만, 도전막층 및 광 제어층이 패턴된 상태로 형성되는 경우 광 제어층에 의해 불 필요한 특정 파장 영역의 칼라를 줄이거나 제거할 수 있는 장점이 있지만, 도전막층 및 광 제어층이 존재하는 영역의 투과도와 투명 기판만이 존재하는 영역의 투과도 차이가 발생하여 시각적으로 쉽게 구별될 수도 있는 경우가 발생할 수도 있다. 따라서, 투과도 차이를 극복할 수 있는 층이 추가적으로 구성되는 것이 바람직하다.
도 6은 본 발명의 또 다른 일 실시예에 따른 광학 윈도우에 대한 단면도를 나타낸 것으로, 투과도 차이를 극복하기 위한 투과도 조절층을 포함한다.
즉, 도 6에 도시된 광학 윈도우는 광 제어층(620) 및 도전막층(630)이 존재하는 영역과 투명 기판(610)만이 존재하는 영역의 투과도 차이를 조절하기 위한 투과도 조절층(640)이 광 제어층(620) 및 도전막층(630)이 존재하지 않은 투명 기판(610) 상에만 형성되어 광 제어층(620) 및 도전막층(630)이 존재하는 영역의 투과도와 투명 기판(610)만이 존재하는 영역의 투과도를 동일하거나 유사하게 조절한다.
이때, 투과도 조절층(640)은 투명 기판(610)의 투과도를 광 제어층(620) 및 도전막층(630)이 존재하는 영역의 투과도만큼 감소시킬 수 있는 기능성 박막인 것이 바람직하다.
이와 같이, 도전막층이 투명 기판 상에 패턴된 상태로 형성된 경우 광 제어층을 도전막층 상부 및 하부 중 적어도 하나에 형성하고, 광 제어층이 형성되지 않은 투명 기판 상부 영역에 투과도 조절층을 형성함으로써, 도전막층에 의해 발생될 수 있는 특정 파장 영역의 칼라를 제거함과 동시에 도전막층이 형성되지 않은 영역과의 투과도 차이를 줄일 수 있고, 이를 통해 투과도 차이와 색상 차이를 광학 윈도우의 외관상에서 구별하기 어렵게 만들어 고품질의 광학 윈도우를 구현할 수 있다.
또한, 본 발명의 광학 윈도우는 액정표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 소자(PDP), 터치 스크린 등과 같이 도전막층을 구비하는 모든 디스플레이 소자에 적용할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 광학 윈도우 제조 방법에 대한 동작 흐름도를 나타낸 것으로, 도전막층 및 광 제어층이 패턴되어 형성되는 것으로 가정한다.
도 7을 참조하면, 먼저, 투명 기판 상에 진공증착법 또는 스퍼터링법 등으로 도전막층을 형성하고, 필요한 경우 기 설정된 모양으로 패터닝한다(S710).
여기서, 투명 기판은 PMMA(Polymethyl Methacrylate), PC(Poly-carbonate), PET(Poly ethylene terephthalate) 및 유리 등을 포함할 수 있고, 도전막층은 ITO와 같은 투명 도전막층이거나 양 방향 평균 투과도가 10 내지 80[%] 범위인 반거울층일 수 있고, 또는 버스전극과 같이 불투명 전극(Cu, Ag, Al 등 금속 재질)일 수 있다.
그 다음, 도전막층에 의해 불 필요하게 발생될 수 있는 칼라를 줄이거나 제거하기 위해 진공증착법 또는 스퍼터링법 등으로 광 제어층을 형성하는데, 광 제어층은 도전막층 상부에만 형성될 수도 있고, 위의 도전막층을 형성하기 전에 도전막층 하부에 광 제어층이 형성되어 있을 수 있다(S720). 또한, S710의 도전막층 형성 없이 광 제어층을 먼저 형성하고, 위 위에 도전막층을 형성할 수도 있다.
즉, 광 제어층을 1)도전막층 하부에 형성하거나, 2)도전막층 상부에 형성하거나, 3)도전막층 상부 및 하부에 동시에 형성할 수 있다.
1)의 경우에는 투명 기판 상부에 도전막층의 패턴 형태로 광 제어층을 형성하고, 그 상부에 도전막층을 형성한다.
2)의 경우에는 투명 기판 상부에 일정 패턴으로 광 제어층과 도전막층을 순차적으로 형성한다.
3)의 경우에는 투명 기판 상부에 도전막층의 패턴 형태로 제1 광 제어층을 형성한 후 그 상부에 도전막층을 형성하고, 다시 도전막층 상부에 제2 광 제어층을 형성한다.
이때, 광 제어층 중 플라즈모닉 공진을 이용한 광 제어층은 매질과 금속 나노입자들을 포함하는데, 금속 나노입자들이 매질에 분산되어 형성되는 것이 바람직하며, 매질은 전기적 도전성을 제공하는 무기물, 유기물 및 무기-유기 혼합물 또는 복합물 중 어느 하나의 물질로 이루어질 수 있고, 금속 나노입자들은 2 내지 100[nm]의 크기를 가질 수 있다.
광 제어층은 전기적 도전성을 제공하는 매질에 분산된 금속 나노입자들의 표면 플라즈몬 공명을 통해 도전막층에 의해 발생될 수 있는 칼라에 해당하는 파장 영역을 흡수함으로써, 불 필요하게 발생될 수 있는 칼라를 줄이거나 제거할 수 있으며, 또는 전기적 도전성을 제공하는 금속 산화물이나 질화물로 특정 칼라를 구현할 수 있다(도 2의 (d) 참조). 전면 또는 패턴된 광 간섭 발생층(금속 반사 코팅층과 투명도전막층, 도 2의 (e) 참조)은 금속 박막과 전기적 도전성을 제공하는 투명한 층(무기물-TCO 등 또는 유기물-PEDOT 등)의 두께 및 유전상수에 의한 간섭에 의해 발생되는 칼라 제어층을 의미한다.
그 다음, 필요한 경우, 투명 기판 상의 도전막층과 광 제어층이 존재하는 영역의 투과도와 투명 기판만이 존재하는 영역의 투과도를 조절하기 위한 투과도 조절층을 투명 기판 상에 형성할 수도 있다(S730). 즉, 투명 기판만이 존재하는 영역의 투과도를 도전막층과 광 제어층이 존재하는 영역의 투과도로 감소시키기 위한 투과도 조절층을 도전막층과 광 제어층이 존재하는 영역 이외의 투명 기판만이 존재하는 영역에 형성한다.
도전막층은 액정표시소자(LCD), 플라즈마 디스플레이 소자(PDP), 터치 스크린 등을 위한 투명 기판 상부에 형성되 전극배선 부분일 수 있으며, 도전막층 상부에 광 제어층이 있는 경우에 광 제어층에 직접 FPC(Flexible Printed Circuit)를 부착하여 전극배선(도전막층)과 용이하게 전기적으로 연결될 수 있도록 할 수 있다.
본 발명에 의한, 칼라를 제어하기 위한 광학 윈도우 및 그 제조 방법은 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 다양한 형태로 변형, 응용 가능하며 상기 실시 예에 한정되지 않는다. 또한, 상기 실시 예와 도면은 발명의 내용을 상세히 설명하기 위한 목적일 뿐, 발명의 기술적 사상의 범위를 한정하고자 하는 목적은 아니며, 이상에서 설명한 본 발명은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하므로 상기 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것은 아님은 물론이며, 후술하는 청구범위뿐만이 아니라 청구범위와 균등 범위를 포함하여 판단되어야 한다.
211: 금속 나노입자
212: 매질
610: 투명 기판
620: 광 제어층
630: 도전막층
640: 투과도 조절층

Claims (8)

  1. 광학 윈도우용 기판 상에 형성된 도전막층과 광 제어층을 포함하되,
    상기 광 제어층은,
    표면 플라즈몬 공명을 이용하여 특정 파장 영역의 광을 흡수하기 위해 전기적 도전성을 가지는 무기물, 유기물, 무기-유기 혼합물 또는 이들의 복합물 중 어느 하나의 물질로 이루어진 매질에 금속 나노입자들을 분산시킨 제1층,
    전기적 도전성을 갖는 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 도전성 유기물이나 이들의 조합으로 이루어진 제2층, 또는
    보강 간섭을 통한 간섭색을 이용하기 위해 금속 박막 코팅과 투명 도전막층을 형성한 제3층 중에서,
    상기 도전막층의 상부와 하부 중 적어도 한쪽 이상에 형성되며,
    상기 도전막층의 상부와 하부에 모두 상기 광 제어층이 형성되는 경우에, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층으로 동일하게 형성되거나, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층 중에서 서로 다른 종류로 선택되어 형성된 것을 특징으로 하는 광학 윈도우.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 광학 윈도우용 기판은,
    PMMA(Polymethyl Methacrylate), PC(Poly-carbonate), PET(Poly ethylene terephthalate) 또는 유리이거나, 이들 중 어느 하나 위에 ITO(Indium-Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)의 투명 도전막층을 형성한 기판인 것을 특징으로 하는 광학 윈도우.
  3. 제1항에 있어서,
    전기적 도전성을 가지는 상기 매질은, ITO(Indium-Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), FTO(Fluorine Tin Oxide), AZO(Aluminum Zinc Oxide), 또는 IZO(Indium Zinc Oxide)의 TCO를 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 윈도우.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도전막층과 상기 광 제어층은 진공증착법 또는 스퍼터링법으로 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 윈도우.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 도전막층은 상기 기판 상에 패턴되어 형성되고, 상기 광 제어층은 패턴된 상기 도전막층의 상부 또는 하부에만 형성되거나, 상기 도전막층의 상부와 하부에 모두에 형성되는 것을 특징으로 하는 광학 윈도우.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 도전막층과 상기 광 제어층이 형성되지 않은 상기 기판의 영역에 투과도 감소를 위한 투과도 조절층
    을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 광학 윈도우.
  7. 제1항 또는 제5항에 있어서,
    상기 도전막층 상부의 상기 광 제어층에 직접 FPC를 부착하여 상기 도전막층과 전기적 연결을 용이하게 하기 위한 것을 특징으로 하는 광학 윈도우.
  8. 광학 윈도우용 기판 상에 도전막층과 광 제어층을 형성하되,
    상기 광 제어층을,
    표면 플라즈몬 공명을 이용하여 특정 파장 영역의 광을 흡수하기 위해 전기적 도전성을 가지는 무기물, 유기물, 무기-유기 혼합물 또는 이들의 복합물 중 어느 하나의 물질로 이루어진 매질에 금속 나노입자들을 분산시킨 제1층,
    전기적 도전성을 갖는 금속 산화물, 금속 질화물, 또는 도전성 유기물이나 이들의 조합으로 이루어진 제2층, 또는
    보강 간섭을 통한 간섭색을 이용하기 위해 금속 박막 코팅과 투명 도전막층을 형성한 제3층 중에서,
    상기 도전막층의 상부와 하부 중 적어도 한쪽 이상에 형성하며,
    상기 도전막층의 상부와 하부에 모두 상기 광 제어층을 형성하는 경우에, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층으로 동일하게 형성하거나, 상기 제1층, 상기 제2층, 또는 상기 제3층 중에서 서로 다른 종류로 선택되어 형성하는 것을 특징으로 하는 광학 윈도우 제조 방법.
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