KR20160035998A - 전도성 구조체 및 이의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 출원은 전도성 구조체 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는, 기재; 상기 기재 상에 구비되고, 구리를 포함하는 금속층; 상기 금속층 상에 구비된 변색방지층; 및 상기 변색방지층 상에 구비되고, 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층을 포함한다.
Description
본 출원은 2014년 9월 24일에 한국특허청에 제출된 한국 특허 출원 제 10-2014-0127603호의 출원일의 이익을 주장하며, 그 내용 전부는 본 명세서에 포함된다.
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.
당 기술분야에서는, 상기 다양한 방식의 터치 스크린 패널의 성능 향상을 위한 기술 개발이 요구되고 있다.
본 출원의 일 실시상태는,
기재;
상기 기재 상에 구비되고, 구리를 포함하는 금속층;
상기 금속층 상에 구비된 변색방지층; 및
상기 변색방지층 상에 구비되고, 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층
을 포함하는 전도성 구조체를 제공한다.
또한, 본 출원의 다른 실시상태는,
기재 상에 구리를 포함하는 금속층을 형성하는 단계,
상기 금속층 상에 변색방지층을 형성하는 단계, 및
상기 변색방지층 상에 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층을 형성하는 단계
를 포함하는 전도성 구조체의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 출원의 다른 실시상태는, 상기 전도성 구조체를 포함하는 전자 소자를 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, 구리를 포함하는 금속층과 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층 사이에 변색방지층을 포함함으로써, 상기 금속층의 구리가 암색화층으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속층과 암색화층 간의 계면의 변성을 방지할 수 있고, 고온고습에서의 안정성을 극대화할 수 있는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체를 이용하여 시인성이 개선된 터치 스크린 패널, 디스플레이 장치, 태양 전지 등과 같은 전자 소자를 개발할 수 있다.
도 1은 각각 본 출원의 일 실시상태로서, 전도성 구조체의 적층 구조를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 종래의 전도성 구조체의 열처리 전후의 조성을 나타낸 도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시상태로서, 실시예 1에 따른 전도성 구조체의 열처리 전후에 따른 반사율 변화를 측정한 도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시상태로서, 비교예 1에 따른 전도성 구조체의 열처리 전후에 따른 반사율 변화를 측정한 도이다.
도 5는 본 출원의 일 실시상태로서, 실시예 2에 따른 전도성 구조체의 열처리 전후에 따른 반사율 변화를 측정한 도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시상태로서, 실시예 3에 따른 전도성 구조체의 열처리 전후에 따른 반사율 변화를 측정한 도이다.
도 7은 본 출원의 일 실시상태로서, 전도성 구조체의 변색방지층인 Ti층의 두께별 고온 변색 정도를 측정한 도이다.
도 8은 본 출원의 일 실시상태로서, 전도성 구조체의 변색방지층인 Ti층의 두께별 고온고습 안정성을 측정한 도이다.
도 2는 종래의 전도성 구조체의 열처리 전후의 조성을 나타낸 도이다.
도 3은 본 출원의 일 실시상태로서, 실시예 1에 따른 전도성 구조체의 열처리 전후에 따른 반사율 변화를 측정한 도이다.
도 4는 본 출원의 일 실시상태로서, 비교예 1에 따른 전도성 구조체의 열처리 전후에 따른 반사율 변화를 측정한 도이다.
도 5는 본 출원의 일 실시상태로서, 실시예 2에 따른 전도성 구조체의 열처리 전후에 따른 반사율 변화를 측정한 도이다.
도 6은 본 출원의 일 실시상태로서, 실시예 3에 따른 전도성 구조체의 열처리 전후에 따른 반사율 변화를 측정한 도이다.
도 7은 본 출원의 일 실시상태로서, 전도성 구조체의 변색방지층인 Ti층의 두께별 고온 변색 정도를 측정한 도이다.
도 8은 본 출원의 일 실시상태로서, 전도성 구조체의 변색방지층인 Ti층의 두께별 고온고습 안정성을 측정한 도이다.
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/square, 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, 일정한 선폭과 피치로 제작되는 금속 미세선은 낮은 전기저항을 가짐과 동시에 대부분의 면적으로 빛이 투과하는 특성을 가지고 있으므로, 차세대 투명전극 및 터치센서로 활발히 연구되고 있다.
특히, 그 중에서 Cu 금속 미세선은 낮은 가격과 높은 전기전도도로 금속 미세선 구현에 있어 적절한 물질로 여겨지고 있다. 전술한 금속 특유의 시인성 문제는 금속 위에 산화막을 증착하여 감소시킬 수 있다. 그러나, Cu 금속에 CuOx를 증착한 구조는, 증착 이후 고온의 후공정이 가해졌을 때, Cu의 높은 확산특성으로 인하여 Cu/CuOx 계면이 불안정해지게 되고, 이에 따라 반사 색상에 문제점이 발생하게 된다.
이에, 본 출원에서는 금속층 및 암색화층을 포함하는 전도성 구조체의 적절한 색상을 구현하면서 고온에서의 안정성을 극대화시키고자 하였다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는, 기재; 상기 기재 상에 구비되고, 구리를 포함하는 금속층; 상기 금속층 상에 구비된 변색방지층; 및 상기 변색방지층 상에 구비되고, 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층을 포함한다.
본 출원에 있어서, 상기 변색방지층은 고온 열처리, 예컨대 150℃, 30분 이상 열처리시 전체 구조의 반사율 변화가 5% 미만인 층을 의미하는 것으로 한다.
본 명세서에서, 상기 암색화층은 흡광성을 가져서 금속층 자체로 입사되는 빛과 금속층으로부터 반사되는 빛의 양을 감소시킬 수 있는 층을 의미하는 것으로서, 암색화층은 흡광층, 흡광성층, 흑화층, 흑화성층 등의 용어로 표현될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 기재로는 투명 기판을 사용할 수 있으나, 특별히 한정되지 않으며, 예컨대 유리, 플라스틱 기판, 플라스틱 필름 등을 사용할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 변색방지층은 금속층의 구리가 암색화층으로의 확산을 방지하는 역할을 수행할 수 있다.
종래의 전도성 구조체는 구리를 포함하는 금속층과 구리 산화물을 포함하는 암색화층이 적층된 구조를 포함할 수 있다. 그러나, 상기 Cu/CuO의 적층구조를 포함하는 전도성 구조체를 상압 150℃에서 30분간 가열하는 경우, 전도성 구조체의 반사율이 증가하며 암색 능력이 저하되는 문제점이 있다. 이러한 변화는 Cu/CuO 계면에서부터 발생하며, 특히 CuO가 Cu2O로 변화되는 현상을 확인할 수 있다. 상기와 같은, 종래의 전도성 구조체의 열처리 전후의 조성을 하기 도 2에 나타내었다. 즉, 전술한 바와 같은, Cu/CuO 계면에서의 변성은 전도성 구조체의 반사율 증가와 암색 색상 변화로 이어져, 향후 미세선 제품을 제작, 평가하는 과정에서 문제가 될 수 있다.
150℃에서의 Cu-CuO 사이의 확산계수는 1.3 × 10-20 m2/s 정도로 Cu-Cu 사이의 확산계수인 6.85 × 10-31 m2/s 정도보다 큰 값을 갖는다. 이를 통해 150℃의 온도에서 Cu가 CuO 계면으로 확산이 발생하고, Cu/CuO 계면에서의 변성이 발생되는 것을 확인할 수 있다.
본 출원에서는, 상기 구리를 포함하는 금속층과 구리 산화물을 포함하는 암색화층 사이에 변색방지층을 포함함으로써, 상기 금속층의 구리가 암색화층으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속층과 금속 산화물층 간의 계면의 변성을 방지할 수 있고, 고온에서의 안정성을 극대화할 수 있는 특징이 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 변색방지층은 Ti, Ru, Ta, TiN, Al, Cu, Ni, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 변색방지층의 두께는 0.1 내지 30nm일 수 있고, 5 내지 15nm일 수 있으며, 8 내지 12nm일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 금속층의 두께는 100 내지 160nm일 수 있고, 130 내지 145nm 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다. 또한, 상기 암색화층의 두께는 20 내지 30nm 일 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 예를 하기 도 1에 예시하였다. 도 1은 기재, 금속층, 변색방지층 및 암색화층의 적층 순서를 예시하기 위한 것이며, 상기 금속층, 변색방지층 및 상기 암색화층은 실제로 터치 스크린 패널 등의 미세 투명 전극 용도로 적용시 전면층이 아니라 패턴 형태일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 구조는 암색화층이 금속층의 적어도 일면에 구비된 것일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 구조는 기재, 암색화층, 금속층 및 암색화층이 순차적으로 적층된 구조일 수 있다. 또한, 상기 전도성 구조체는 최외곽의 암색화층 상에 추가의 금속층 및 암색화층을 포함할 수 있다.
즉, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 구조는 기재/암색화층/변색방지층/금속층의 구조, 기재/금속층/변색방지층/암색화층의 구조, 기재/암색화층/변색방지층/금속층/변색방지층/암색화층의 구조, 기재/금속층/변색방지층/암색화층/변색방지층/금속층의 구조, 기재/암색화층/변색방지층/금속층/변색방지층/암색화층/변색방지층/금속층/변색방지층/암색화층의 구조, 기재/암색화층/변색방지층/금속층/변색방지층/암색화층/변색방지층/금속층/변색방지층/암색화층/변색방지층/금속층/변색방지층/암색화층의 구조 등일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전도성 구조체는 면저항이 1 Ω/square 이상 300 Ω/square 이하일 수 있고, 구체적으로 1 Ω/square 이상 100 Ω/square 이하일 수 있으며, 더욱 구체적으로 1 Ω/square 이상 50 Ω/square 이하일 수 있고, 더욱 더 구체적으로 1 Ω/square 이상 20 Ω/square 이하일 수 있다.
상기 전도성 구조체의 면저항이 1 Ω/square 이상 300 Ω/square 이하이면 종래의 ITO 투명 전극을 대체할 수 있는 효과가 있다. 상기 전도성 구조체의 면저항이 1 Ω/square 이상 100 Ω/square 이하인 경우, 또는 1 Ω/square 이상 50 Ω/square 이하인 경우, 특히 1 Ω/square 이상 20 Ω/square 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.
상기 전도성 구조체에서 패턴화하기 이전의 금속층 또는 암색화층의 면저항은 0 Ω/square 초과 2 Ω/square 이하, 구체적으로 0 Ω/square 초과 0.7 Ω/square 이하일 수 있다. 상기 면저항이 2 Ω/square 이하이면, 특히 0.7 Ω/square 이하이면, 패터닝 전의 금속층 또는 암색화층의 면저항이 낮을수록 미세 패터닝 설계 및 제조공정이 용이하게 진행되며, 패터닝 후의 전도성 구조체의 면저항이 낮아져서 전극의 반응 속도를 빠르게 하는 효과가 있다. 상기 면저항은 금속층 또는 암색화층의 두께에 따라 조절될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는 가시광선 영역에서의 평균 소멸계수(Extinction coefficient) k가 0.2 내지 1.5, 구체적으로는 0.4 내지 1.0 일 수 있다. 상기 평균 소멸계수 k가 0.2 이상이면 암색화를 가능하게 하는 효과가 있다. 상기 평균 소멸계수 k는 흡수계수(Absorption Coefficient)라고도 하며, 특정 파장에서 전도성 구조체가 빛을 얼마나 강하게 흡수하는지를 정의할 수 있는 척도로서, 전도성 구조체의 투과도를 결정하는 요소이다. 예를 들어, 투명한 유전체(dielectric) 물질인 경우, k < 0.2로 k 값이 매우 작다. 그러나, 물질 내부에 금속 성분이 증가할수록 k 값이 증가하게 된다. 만약, 더욱 더 금속 성분이 많아지면, 투과가 거의 일어나지 않고, 대부분 표면 반사만 일어나는 금속이 되며, 소멸계수 k는 1.5 초과가 되어 암색화층의 형성에는 바람직하지 않다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전도성 구조체는 가시광선 영역에서의 평균 굴절율이 2 내지 3 일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 가시광선 영역은 360 내지 820nm의 파장을 갖는 영역을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에서, 상기 암색화층의 전반사율(total reflection)은 20% 이하일 수 있고, 구체적으로 15% 이하일 수 있고, 더욱 구체적으로 10% 이하일 수 있으며, 더욱 더 구체적으로 5% 이하일 수 있고, 3% 이하일 수 있다. 상기 전반사율은 작을수록 효과가 더욱 좋다.
상기 전반사율의 측정은 상기 암색화층이 상기 금속층과 접하는 면의 반대면 방향에서 측정한 것일 수 있다. 이 방향에서 측정하였을 때 전반사율은 20% 이하일 수 있고, 구체적으로 15% 이하일 수 있으며, 더욱 구체적으로 10% 이하일 수 있고, 더욱 더 구체적으로 5% 이하일 수 있고, 3% 이하일 수 있다. 상기 반사율은 작을수록 효과가 더욱 좋다.
또한, 상기 암색화층이 상기 금속층과 기재 사이에 구비되고, 상기 기재측에서 측정한 것일 수 있다. 상기 기재측에서 전반사율을 측정하였을 때 전반사율은 20% 이하일 수 있고, 구체적으로 15% 이하일 수 있으며, 더욱 구체적으로 10% 이하일 수 있고, 더욱 더 구체적으로 5% 이하일 수 있고, 3% 이하일 수 있다. 상기 전반사율은 작을수록 효과가 더욱 좋다.
또한, 150℃의 조건에서 30분 이상 열처리시, 상기 전도성 구조체의 전반사율 변화가 5% 미만일 수 있다.
본 명세서에 있어서, 상기 전반사율은 측정하고자 하는 면의 반대면을 검은 층(perfect black)으로 처리한 후, 측정하고자 하는 면에 90°로 입사한 파장 300 ~ 800nm, 구체적으로 380 ~ 780nm, 더욱 구체적으로 550nm의 빛에 대한 반사율을 의미한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전도성 구조체는 암색화층의 전반사율이 20% 이하일 수 있고, 구체적으로 15% 이하일 수 있으며, 더욱 구체적으로 10% 이하일 수 있고, 더욱 더 구체적으로 6% 이하일 수 있다. 상기 전반사율은 작을수록 효과가 더욱 좋다.
본 명세서에 있어서, 전반사율은 입사광을 100%로 하였을 때 광이 입사한 대상 패턴층 또는 전도성 구조체에 의하여 반사된 반사광 중 300 ~ 680nm, 구체적으로 450 ~ 650nm, 더욱 구체적으로 550nm의 파장 값을 기준으로 측정한 값일 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 전도성 구조체는 CIE(국제조명위원회: Commission Internationale de l'Eclairage) L*a*b* 색좌표 기준으로 명도값(L*)이 50 이하일 수 있고, 더욱 구체적으로는 20 이하일 수 있다. 명도값이 낮을수록 전반사율이 낮아져서 유리한 효과가 있다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체에 있어서, 상기 암색화층은 접착층 또는 점착층을 개재하지 않고, 직접 상기 기재, 금속층 또는 변색방지층 상에 구비될 수 있다. 상기 접착층 또는 점착층은 내구성이나 광학 물성에 영향을 미칠 수 있다. 또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는 접착층 또는 점착층을 이용하는 경우와 비교할 때 제조방법이 전혀 상이하다. 더욱이, 접착층이나 점착층을 이용하는 경우에 비하여, 본 출원의 일 실시상태에에서는 기재, 금속층 또는 변색방지층과 암색화층의 계면 특성이 우수하다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 암색화층은 단일층으로 이루어질 수도 있고, 2층 이상의 복수층으로 이루어질 수도 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 암색화층은 무채색(無彩色) 계열의 색상을 띠는 것이 바람직하다. 이 때, 무채색 계열의 색상이라 함은 물체의 표면에 입사(入射)하는 빛이 선택 흡수되지 않고, 각 성분의 파장(波長)에 대해 골고루 반사 흡수될 때에 나타나는 색을 의미한다.
또한, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 제조방법은, 기재 상에 구리를 포함하는 금속층을 형성하는 단계, 상기 금속층 상에 변색방지층을 형성하는 단계, 및 상기 변색방지층 상에 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층을 형성하는 단계를 포함한다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 제조방법에 있어서, 상기 기재, 금속층, 변색방지층, 암색화층 등에 대한 설명은 전술한 바와 동일하므로, 이의 구체적인 설명은 생략하기로 한다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 금속층, 변색방지층 또는 암색화층의 형성은 각각 독립적으로 증발증착법 또는 스퍼터링 공정으로 수행될 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 금속층, 변색방지층 또는 암색화층 형성시 증발증착법을 이용함으로써 암색화층의 색상을 유지할 수 있고 증착속도를 증가시킬 수 있다.
상기 증발증착법은 전자빔 증발증착법(electron beam evaporation)을 이용할 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 증발증착법은 금속, 금속 산화물, 금속 질화물 및 금속 산질화물로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 직접 증발시켜서 증착하는 공정으로 수행될 수 있다.
또한, 본 출원에서는 증착속도를 보다 증가시키고, 증착된 암색화층이 대기중에서 쉽게 변색될 수 있는 문제점을 해결하기 위하여, 상기 증발증착법은 금속을 증발시키고 O2 또는 N2 기체를 활성화시켜서, 금속 산화물, 금속 질화물 또는 금속 산질화물을 생성하는 공정으로 수행될 수 있다. 이 때, 상기 O2 또는 N2 기체의 활성화는 이온 건(ion gun) 등을 이용할 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 상기 O2 또는 N2 기체의 활성화는 필라멘트형 이온 건을 사용할 수 있다. 필라멘트로부터 나오는 열전자가 전자기장에 의해 가속되어 사이크로트론 운동을 하게 되고, 이 과정에서 중성인 O2 또는 N2 기체를 이온화 하게 된다. 이온화된 전자는 기재 방향으로 이동하게 되며 증발증착에 의해 이동한 금속 원자와 만나 산화물 또는 질화물을 형성하게 된다.
상기 O2 또는 N2 기체를 활성화시키기 위한 조건으로는 필라멘트 전압, 전류, 기체 흐름 양 등이 있다. O2를 활성화시키기 위해서 200V의 전압과 5A의 전류를 사용할 수 있고, 이 때 기체의 흐름은 20sccm 일 수 있다. N2를 활성화시키기 위해서 100V의 전압과 5A의 전류를 사용할 수 있고, 이 때 기체의 양은 28sccm 일 수 있다. 상기 O2 또는 N2 기체를 활성화시키기 위해서는 100V ~ 300V 사이의 전압과 5 ~ 10A의 전류를 사용할 수 있다. 금속의 증착량은 0.5 ~ 10A/s 범위에서 암색화가 가능하다. CuOx의 경우 증착된 산화층의 성분 Cu : O가 1 : 1로 형성될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 있어서, 상기 금속층, 변색방지층 및 암색화층을 각각 또는 동시에 패터닝하는 공정을 추가로 포함할 수 있다.
즉, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체의 제조방법은, 기재 상에 금속층을 형성하고, 상기 금속층 상에 변색방지층을 형성하며, 상기 변색방지층 상에 암색화층을 형성한 후, 상기 금속층, 변색방지층 및 암색화층을 동시에 패터닝하여 금속 패턴, 변색방지층 패턴 및 암색화 패턴을 형성할 수 있다.
또한, 본 출원의 다른 실시상태는, 상기 전도성 구조체를 포함하는 전자 소자를 제공한다.
상기 전자 소자는 터치 스크린 패널, 디스플레이 장치, 태양 전지 등을 들 수 있으나, 이에만 한정되는 것은 아니다.
보다 구체적으로, 예컨대, 정전용량식 터치스크린 패널에 있어서, 상기 본 발명의 일 구현예에 다른 전도성 구조체는 터치 감응식 전극 기판으로 사용될 수 있다.
상기 터치 스크린 패널은 전술한 기재, 금속층, 변색방지층 및 암색화층을 포함하는 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. 본 발명의 터치 스크린 패널에 포함될 수 있는 2개 이상의 구조체는 동일한 구조일 필요는 없으며, 어느 하나, 바람직하게는 사용자에 가장 가까운 측의 구조체만 전술한 기재, 금속층, 변색방지층 및 암색화층을 포함하는 것이기만 해도 좋으며, 추가로 포함되는 구조체는 패턴화된 암색화층을 포함하지 않아도 좋다. 또한, 2개 이상의 구조체 내의 층 적층 구조가 서로 상이해도 좋다. 2개 이상의 구조체가 포함되는 경우 이들 사이에는 절연층이 구비될 수 있다. 이 때, 절연층은 점착층의 기능이 추가로 부여될 수도 있다.
본 출원의 일 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 일 실시상태에 따른 전도성 구조체일 수 있다. 상기 전극층 중 어느 하나만이 본 출원에 따른 전도성 구조체인 경우, 나머지 다른 하나는 당 기술분야에 알려져 있는 금속 패턴을 가질 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 금속 패턴과 연결된 접지부를 더 포함할 수 있다. 예컨대, 상기 접지부는 상기 기재의 금속 패턴이 형성된 면의 가장자리부에 형성될 수 있다. 또한，상기 전도성 구조체를 포함하는 적층재의 적어도 일면에는 반사 방지 필름, 편광 필름, 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, PDP), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 및 음극선관(Cathode-Ray Tube, CRT), PDP와 같은 디스플레이 장치에 적용될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 터치 스크린 패널은 상기 전도성 구조체 상에 전극부 또는 패드부를 추가로 포함할 수 있으며, 이 때 유효화면부와 전극부 및 패드부는 동일한 전도체로 구성될 수 있다.
본 출원의 일 실시상태에 따른 터치 스크린 패널에 있어서, 상기 암색화층은 사용자가 바라보는 측에 구비될 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 장치에서 컬러필터 기판 또는 박막 트랜지스터 기판 등에 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체가 사용될 수 있다.
또한, 상기 태양 전지는 애노드 전극, 캐소드 전극, 광활성층, 정공 수송층 및/또는 전자 수송층을 포함할 수 있는데, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는 상기 애노드 전극 및/또는 캐소드 전극으로 사용될 수 있다.
상기 전도성 구조체는 디스플레이 장치 또는 태양 전지에서 종래의 ITO를 대체할 수 있고, 플렉서블(flexible) 가능 용도로 활용할 수 있다. 또한, CNT, 전도성 고분자, 그래핀(Graphene) 등과 함께 차세대 투명 전극으로 활용할 수 있다.
이하 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것이며, 이에 의하여 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
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실시예
>
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실시예
1>
글래스(Glass) 기재 상에 Cu 단일 타겟(target)을 이용하여 증발증착법에 의하여 두께 100nm인 Cu층을 형성하였다. 그 위에 증발증착법을 이용하여 변색방지층으로서 Ti층을 형성하였다.
그 후, 상기 변색방지층 상에 증발증착법을 이용하여 CuOx 암색화층을 형성하였다. 이 때, CuOx 암색화층을 형성하는 방법은, Cu를 증발시킴과 동시에 이온 건(ion gun)으로 O2를 활성화시키는 증발증착법을 이용하였다.
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실시예
2>
실시예 1에서 상기 변색방지층으로서 Cu-Ni 합금층을 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
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실시예
3>
실시예 1에서 상기 변색방지층으로서 Al층을 이용한 것을 제외하고는, 상기 실시예 1과 동일하게 실시하였다.
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비교예
1>
글래스(Glass) 기재 상에 Cu 단일 타겟(target)을 이용하여 증발증착법에 의하여 두께 100nm인 Cu층을 형성하였다.
그 후, 상기 Cu층 상에 증발증착법을 이용하여 CuOx 암색화층을 형성하였다. 이 때, CuOx 암색화층을 형성하는 방법은, Cu를 증발시킴과 동시에 이온 건(ion gun)으로 O2를 활성화시키는 증발증착법을 이용하였다.
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실험예
1>
상기 실시예 1에서 제조한 Cu/Ti/CuOx 구조의 전도성 구조체를 150℃에서 30분간, 180℃에서 30분간, 및 220℃에서 30분간 각각 열처리를 수행하였고, 그 후 전도성 구조체의 반사율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 3에 나타내었다.
또한, 상기 비교예 1에서 제조한 Cu/CuOx 구조의 전도성 구조체를 150℃에서 30분간, 및 180℃에서 30분간 각각 열처리를 수행하였고, 그 후 전도성 구조체의 반사율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 1 및 도 4에 나타내었다.
상기 실시예 2에서 제조한 Cu/Cu-Ni/CuOx 구조의 전도성 구조체와 상기 실시예 3에서 제조한 Cu/Al/CuOx 구조의 전도성 구조체를 150℃에서 30분간 각각 열처리를 수행하였고, 그 후 전도성 구조체의 반사율을 측정하였으며, 그 결과를 하기 도 5 및 도 6에 나타내었다.
[표 1]
상기 결과와 같이, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는, 구리를 포함하는 금속층과 구리 산화물을 포함하는 암색화층 사이에 변색방지층을 포함함으로써, 220℃에서 30분의 열처리에서도 반사율 변화가 거의 없었다. 따라서, 본 출원의 일 실시상태에 따른 전도성 구조체는, 장파장에서의 반사율을 20%대로 저하시킬 수 있으며, 평균 반사율을 7% 가량 낮추는 효과가 있다.
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실험예
2>
상기 실시예 1에서 변색방지층인 Ti층의 두께를 조절하여 전도성 구조체를 제조하였고, Ti층의 두께별 고온 변색 정도를 측정하였다. 그 결과를 하기 표 2 및 도 7에 나타내었다. 열처리는 150℃에서 30분간 수행하였다.
[표 2]
<
실험예
3>
상기 실시예 1에서 변색방지층인 Ti층의 두께를 조절하여 전도성 구조체를 제조하였고, Ti층의 두께별 고온고습 안정성을 측정하였다. 본 실험은 열처리 유무에 따른 고온고습 환경평가에서의 반사율 변화를 확인하고자 한 실험이며, 고온고습 환경평가만 진행한 결과보다 가혹한 조건에서의 환경평가이다. 그 결과를 하기 표 3 및 도 8에 나타내었다. 열처리는 150℃에서 30분간 수행하였고, 고온고습 테스트는 85℃, 85% 습도에서 100시간 진행하였다.
[표 3]
상기 결과와 같이, 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, 구리를 포함하는 금속층과 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층 사이에 변색방지층을 포함함으로써, 상기 금속층의 구리가 암색화층으로 확산되는 것을 방지할 수 있다. 이에 따라, 상기 금속층과 암색화층 간의 계면의 변성을 방지할 수 있고, 고온고습에서의 안정성을 극대화할 수 있는 특징이 있다.
Claims (14)
- 기재;
상기 기재 상에 구비되고, 구리를 포함하는 금속층;
상기 금속층 상에 구비된 변색방지층; 및
상기 변색방지층 상에 구비되고, 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층
을 포함하는 전도성 구조체. - 청구항 1에 있어서, 상기 변색방지층은 Ti, Ru, Ta, TiN, Al, Cu, Ni, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 금속층의 두께는 100 내지 160nm인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 변색방지층의 두께는 0.1 내지 30nm인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 암색화층의 두께는 20 내지 30nm인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 암색화층이 상기 금속층과 접하는 면의 반대면 방향에서 측정한 전반사율이 20% 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 청구항 6에 있어서, 150℃의 조건에서 30분 이상 열처리시, 전도성 구조체의 전반사율 변화가 5% 미만인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 구조체의 면저항은 1 Ω/square 이상 300 Ω/square 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 구조체의 가시광선 영역에서의 평균 소멸계수(k)는 0.4 내지 1.0 인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 청구항 1에 있어서, 상기 전도성 구조체는 CIE L*a*b* 색좌표 기준으로 명도값(L*)이 50 이하인 것을 특징으로 하는 전도성 구조체.
- 기재 상에 구리를 포함하는 금속층을 형성하는 단계,
상기 금속층 상에 변색방지층을 형성하는 단계, 및
상기 변색방지층 상에 구리 산화물, 구리 질화물, 구리 산질화물, 알루미늄 산화물, 알루미늄 질화물 및 알루미늄 산질화물 중 1종 이상을 포함하는 암색화층을 형성하는 단계
를 포함하는 전도성 구조체의 제조방법. - 청구항 11에 있어서, 상기 변색방지층은 Ti, Ru, Ta, TiN, Al, Cu, Ni, 및 이들의 합금으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1종 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 전도성 구조체의 제조방법.
- 청구항 11에 있어서, 상기 금속층, 변색방지층 또는 암색화층의 형성은 각각 독립적으로 증발증착법 또는 스퍼터링 공정으로 수행되는 것을 특징으로 하는 전도성 구조체의 제조방법.
- 청구항 1 내지 10 중 어느 한 항의 전도성 구조체를 포함하는 전자 소자.
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