KR20160046721A - 투명 복합 기판, 그 제조 방법 및 터치 패널 - Google Patents

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Abstract

투명 복합 기판은 제 1 투명 기판, 제 2 투명 기판, 및 그것들 사이의 결합으로 제 1 투명 기판과 제 2 투명 기판을 접착하는 결합 층을 포함한다.

Description

투명 복합 기판, 그 제조 방법 및 터치 패널{TRANSPARENT COMPOSITE SUBSTRATE, PREPARATION METHOD THEREOF AND TOUCH PANEL}
관련 특허들
본 출원서 2014년 10월 21일에 출원된 중화인민공화국 특허출원 제 201410562579.0의 우선권을 주장하며, 이는 여기에 참조로써 통합된다.
본 발명은 투명 복합 기판에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 발명은 결합 층(binding layer)을 갖는 투명 복합 기판, 그 제조 방법, 및 터치 패널들로의 그 적용들에 관한 것이다.
사파이어 기판들은 뛰어난 마모 및 긁힘 저항을 가지며, 사파이어 기판들의 모오스 경도(Moh's hardness)는 약 9이고, 이는 오직 다이아몬드보다 낮다. 또한, 사파이어 기판들은 높은 다짐도(compactness)에 기인하여 큰 표면 장력을 갖는다. 위에 언급된 두 가지 특징은 사파이어 기판들이 전자 장치들의 터치 패널들의 제조에 적합하도록 한다. 비록 사파이어 기판들의 적용들이 인기를 얻고 있으나, 사파이어 기판들과 관련된 비용은 매우 높고 이는 광범위한 적용과 증진을 달성하는 것을 어렵게 한다. 게다가, 비록 사파이어 기판들이 높은 경도를 가지나, 사파이어 기판들은 또한 낮은 압축 저항, 높은 취성(brittleness) 및 낮은 충격 저항을 가지며, 이는 사파이어 기판들의 적용을 제한한다.
통상의 복합 기판들은 복합 기판의 압축 및 충격 저항을 더 증가시키기 위하여 유리 기판들을 사용하는 동안에, 사파이어 기판들의 마모 및 긁힘 저항을 이용하기 위하여 사파이어 기판들과 유리 기판들의 복합재에 의해 형성된다. 일반적으로, 사파이어 기판을 유리 기판에 결합하기 위하여 접착제가 사용된다. 그러나, 접착제는 부족한 투명도와 접착성을 가지며, 고온 및 고압에서 접착 특성을 상실할 수 있다. 접착제는 복합 기판의 두께를 더 증가시킨다.
본 발명은 어떠한 접착제의 사용 없이 유리 기판과 사파이어 기판의 복합재를 달성하기 위하여 결합 층을 사용하는 투명 복합 기판을 제공한다.
본 발명은 투명 복합 기판을 제공한다. 투명 복합 기판은 제 1 투명 기판, 제 2 투명 기판, 및 그것들 사이의 결합으로 제 1 투명 기판과 제 2 투명 기판을 접착하는 결합 층을 포함한다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 결합 층은 실리콘-산소-실리콘 결합들, 알루미늄-산소-실리콘 결합들 또는 알루미늄-산소-알루미늄 결합들을 포함한다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판은 유리 기판 또는 사파이어 기판으로부터 독립적으로 선택된다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 제 1 투명 기판은 사파이어 기판이고, 제 2 투명 기판은 유리 기판이다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 결합 층 및 사파이어 기판 사이에 무기 재료 층이 배치되고, 결합 층은 실리콘-산소-실리콘 결합들을 갖는다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 무기 재료 층은 실리콘 층 또는 이산화규소 층이다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 무기 재료 층은 약 1 ㎛부터 약 10 ㎛까지 범위의 두께를 갖는다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 사파이어 기판은 약 0.1 ㎚부터 약 0.3 ㎚까지 범위의 두께를 가지며, 유리 기판은 약 0.2 ㎚부터 약 1 ㎚까지 범위의 두께를 갖는다.
본 발명은 투명 복합 기판의 제조 방법을 제공한다. 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판이 제공되고, 그 안에 수산기(hydroxyl group)를 흡착하기 위하여 제 1 투명 기판과 제 2 투명 기판의 표면들이 활성화된다. 활성화된 제 1 투명 기판과 제 2 투명 기판의 표면들은 중첩되고(overlapped), 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판은 접촉 표면에 결합 층을 형성하기 위하여 어닐링된다(annealed).
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 제 1 투명 기판과 제 2 투명 기판의 표면들은 질소 가스, 아르곤 가스, 네온 가스, 또는 그것들의 조합을 포함하는 플라스마 가스에 의해 활성화된다.
본 발명의 다양한 실시 예들에서, 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판은 0℃ 및 1000℃ 사이에서 어닐링된다.
본 발명은 투명 복합 기판의 제조 방법을 제공한다. 방법은 다음의 단계들을 포함한다. 사파이어 기판 및 유리 기판이 제공되고, 사파이어 기판의 바닥 표면에 무기 재료 층이 형성된다. 그리고 나서, 사파이어 기판 및 유리 기판은 무기 재료 층과 유리 기판 사이에 접촉 층을 형성하도록 적층되고(stacked), 사파이어 기판과 유리 기판에 전기 장(electrical field)이 적용되는데, 사파이어 기판은 전기 장의 양극에 연결되고, 유리 기판은 전기 장의 음극에 연결된다. 사파이어 기판 및 유리 기판은 접촉 표면에서 결합 층을 형성하기 위하여 가열된다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 무기 재료 층은 실리콘 층 또는 이산화규소 층이다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 전기 장은 약 300 V부터 약 800 V까지 범위의 전압을 가지며, 가열 온도는 약 200℃부터 약 400℃까지의 범위이다.
본 발명은 터치 패널을 제공한다. 터치 패널은 투명 복합 기판 및 터치 감지 장치(touch sensing device)를 포함한다. 투명 복합 기판은 터치 패널의 커버 플레이트로서 작용하고, 투명 복합 기판은 제 1 투명 기판, 제 2 투명 기판, 및 그것들 사이의 결합으로 제 1 투명 기판과 제 2 투명 기판을 접착하는 결합 층을 포함한다. 터치 감지 장치는 제 2 투명 기판에 배치되고, 터치 감지 장치 및 결합 층은 각각 제 2 투명 기판의 두 반대편 면에 위치된다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 제 1 투명 기판은 사파이어 기판이고, 제 2 투명 기판은 유리 기판이다.
본 발명의 하나 또는 일부 실시 예들에서, 제 1 투명 기판에 반사방지 필름(anti-reflective film)이 배치되고, 반사방지 필름 및 결합 층은 각각 제 1 투명 기판의 두 반대편 면에 위치된다.
다음과 같이 첨부된 도면들을 참조하여 이후의 상세한 설명을 해석함으로써 실시 예들이 더 완전히 이해될 수 있다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 단면도를 도시한다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 단면도를 도시한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 단면도를 도시한다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 단면도를 도시한다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 제조 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 제조 방법을 도시한 플로우 차트이다.
도 7a는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 터치 패널의 3차원 다이어그램이다.
도 7b는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따라, 라인 A-A를 따라 절단된 도 7a의 터치 패널의 일부분의 단면도이다.
다음의 설명은 제공되는 주제의 서로 다른 특징들을 구현하기 위한 서로 다른 많은 실시 예들 또는 예들을 제공한다. 본 발명을 단순화하기 위하여 부품들 및 배치들의 특정 예들이 아래에 설명된다. 이것들은 물론 단지 예들이고 이를 한정되는 것으로 의도되지 않는다. 예를 들면, 뒤따르는 설명에서 제 2 특징부에 대한 제 1 특징부의 형성은 제 1 및 제 2 특징부들이 직접적으로 접촉되어 형성되는 실시 예들을 포함할 수 있고 또한 제 1 및 제 2 특징부들이 직접적으로 접촉되지 않을 수 있는 것과 같이, 부가적인 특징부들이 제 1 및 제 2 특징 사이에 형성될 수 있는 실시 예들을 포함할 수 있다. 게다가, 본 발명은 다양한 실시 예들에서 참조번호들 및/또는 단어들을 반복할 수 있다. 이러한 반복은 단순성과 명확성의 목적을 위한 것이고 설명되는 다양한 실시 예들 및/또는 구성들 사이의 관계를 지시하지는 않는다.
도 1은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판(100)의 단면도를 도시한다. 도 1에 도시된 것과 같이, 투명 복합 기판(100)은 유리 기판(110), 사파이어 기판(120), 및 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120)을 접착하기 위하여 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120) 사이에 배치되는 결합 층(130)을 포함한다. 결합은 안정적이고 강력한 유리 기판(110)과 사파이어(120) 기판의 복합재를 달성하기 위하여, 유리 기판(110) 및 사파이어 기판(120) 사이에 결합이 형성되는 것을 의미한다.
특히, 유리 기판(110)은 상부 표면(112)과 하부 표면(114)을 포함하고, 사파이어 기판(120)도 또한 상부 표면(122)과 하부 표면(124)을 포함한다. 유리 기판(110)은 그 안에 일부 나트륨 이온들, 칼륨 이온들, 및 칼슘 이온들을 갖는 이산화규소로 형성되고, 사파이어 기판(120)은 산화알루미늄(aluminum oxide)으로 형성된다.
결합 과정 동안에, 결합을 위하여 미리 결정된 표면들 상에 표면 처리가 실행된다. 일부 실시 예들에서, 하부 표면(124) 및 상부 표면(112)이 친수성이 되도록 하고 원자가 결합을 갖도록 하기 위하여, 표면 처리는 사파이어 기판(120)의 하부 표면(124) 및 유리 기판(110)의 상부 표면(112)에 실행된다. 특히, 사파이어 기판(120)의 친수성 하부 표면(124) 및 유리 기판(110)의 친수성 상부 표면(112)은 실라놀 결합들(Si-OH)을 형성하기 위하여 유리 기판(110) 내의 실리콘과 반응하는, 수산기들을 흡착한다. 유사하게, 수산기들은 또한 알루미늄 알코올 결합들(Al-OH)을 형성하기 위하여 사파이어 기판(120) 내의 알루미늄과 반응한다.
사파이어 기판(120)의 하부 표면(124) 및 유리 기판(110)의 상부 표면(112)은 그것들 사이에 접촉 표면을 형성하도록 중첩된다. 그리고 나서, 고온에서 실라놀 결합들과 알루미늄 결합들을 중합하기(polymerize) 위하여 사파이어 기판(120) 및 유리 기판(110) 상에 어닐링 과정이 실행되고, 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110)의 안정적인 복합재를 달성하기 위하여 그 안에 알루미늄-산소-실리콘 결합들(Al-O-Si)로 결합 층(130)이 형성된다. 결합 층(130)의 두께는 매우 얇은데, 이는 약 10 ㎛보다 작거나 또는 동일하다.
일부 실시 예들에서, 사파이어 기판(120)은 약 0.1 ㎜부터 약 0.3 ㎜까지 범위의 두께를 갖고, 유리 기판(100)은 약 0.2 ㎜부터 약 1 ㎜까지 범위의 두께를 갖는다. 유리 기판(110)은 예를 들면, 화학적 보강을 통하여 얇은 두께와 낮은 압축 저항으로 사파이어 기판(120)을 향상시키도록 더 나은 강도를 갖는 기판일 수 있다.
도 2는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판(200)의 단면도를 도시한다. 도 2에 도시된 것과 같이, 투명 복합 기판(200)은 제 1 유리 기판(210), 제 2 유리 기판(220), 및 제 1 유리 기판(210)과 제 2 유리 기판(220)을 접착하기 위하여 제 1 유리 기판(210)과 제 2 유리 기판(220) 사이에 배치되는 결합 층(230)을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 결합 층(230)은 실리콘-산소-실리콘 결합들(Si-O-Si)을 포함한다.
도 3은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 단면도를 도시한다. 도 3에 도시된 것과 같이, 투명 복합 기판(330)은 제 1 사파이어 기판(310), 제 2 사파이어 기판(320), 및 제 1 사파이어 기판(310)과 제 2 사파이어 기판(320)을 접착하기 위하여 제 1 사파이어 기판(310)과 제 2 사파이어 기판(320) 사이에 배치되는 결합 층(330)을 포함한다. 일부 실시 예들에서, 결합 층(330)은 알루미늄-산소-알루미늄 결합들(Al-O-Al)을 포함한다.
위의 실시 예들과 관련하여 설명된 것과 같이, 결합 층(130)은 어떠한 접착제도 사용하지 않는 결합에 의해 둘의 복합재를 달성하기 위하여 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110) 사이에 형성되나, 이에 한정되지는 않는다. 유사하게, 결합 층(230 또는 330)은 그것들 사이에 안정적인 결합을 달성하기 위하여 두 유리 기판(210 및 220) 사이에 또는 두 사파이어 기판(310 및 320) 사이에 형성된다. 게다가, 다양한 실시 예들에서, 결합 층(130)은 복수의 기판 사이의 안정적인 결합을 달성하도록 사용될 수 있다. 예를 들면, 투명 복합 기판은 터치 패널의 강도를 증가시키기 위하여 다음의 순서로 위에서부터 아래로, 유리기판(110), 결합 층(130), 사파이어 기판(120), 또 다른 결합 층(130) 및 또 다른 유리 기판(110)을 포함하는 다층 복합 기판이다.
도 4는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 단면도를 도시한다. 도 4 및 도 1은 동일하거나 또는 같은 소자들을 표현하기 위하여 동일한 참조번호들을 사용하고, 동일한 부분들의 설명은 생략된다. 생략된 부분들의 설명은 위를 참조할 수 있고, 상세한 설명은 아래에 반복되지 않는다.
도 4에 도시된 것과 같이, 투명 복합 기판(400)은 유리 기판(110), 사파이어 기판(120), 및 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120)을 접착하기 위하여 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120) 사이에 배치되는 결합 층(430)을 포함한다. 게다가, 투명 복합 기판(400)은 결합 층(430) 및 사파이어 기판(120) 사이에 배치되는 무기 재료 층(410)을 더 포함한다. 무기 재료 층(410)은 유리 기판(110) 및 사파이어 기판(120) 사이의 높은 결합 강도를 달성하기 위하여 실리콘 층 또는 이산화규소 층이다.
투명 복합 기판(400)은 외부 전기 장을 사용하는 전기화학 반응 과정에 의해 형성된다. 예를 들면, 사파이어 기판(120)의 상부 표면(122)은 외부 전기 장의 양극에 연결되고, 우리 기판(110)의 하부 기판(112)은 외부 전기 장의 음극에 연결된다. 나트륨, 칼륨 및 칼슘 이온들과 같은, 유리 기판(110) 내의 알칼리 금속 이온들은 음극을 향하여 이동하고 유리 기판(110)이 하부 표면(114)에 모인다. 따라서, 무기 재료 층(410)에 인접한 유리 기판(110)의 상부 표면(112)에 음 전하들을 갖는 공핍 영역(depletion region)이 형성된다. 유리 기판(110)을 무기 재료 층(430)을 통하여 사파이어 기판(120)에 결합하도록 하기 위하여 음 전하들을 갖는 공핍 영역 및 양 전하들을 갖는 무기 재료 층(410) 사이에 거대한 인력(electrostatic attraction force)이 형성된다. 게다가, 산소 이온들은 알칼리 금속 이온들의 이동에 기인하여 유리 기판(110)의 상부 표면(112)에 남아 있다. 고온에서, 이러한 산소 이온들은 결합 층(430) 내의 안정적인 실리콘-산소-실리콘 결합들(Si-O-Si)을 형성하기 위하여 무기 재료 층(410) 내부의 실리콘과 더 반응한다. 결합 층(430)은 안정적이고 단단한 결합을 달성하기 위하여 실리콘-산소-실리콘 결합들을 포함하여야만 한다.
일부 실시 예들에서, 무기 재료 층(410)은 약 1 ㎛부터 약 10 ㎛까지 범위의 두께를 갖는 실리콘 층이다. 다양한 실시 예들에서, 무기 재료 층(410)은 약 1 ㎛부터 약 10 ㎛까지 범위의 두께를 갖는 이산화규소 층이다.
도 5는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른, 투명 복합 기판의 제조 방법을 도시한 플로우 차트이다. 방법은 제 1 투명 기판과 제 2 투명 기판이 제공되는, 단계 510으로 시작한다. 일부 실시 예들에서, 도 1에 도시된 투명 복합 기판(100)을 제조하기 위하여 제 1 투명 기판은 유리 기판(110)이고, 제 2 투명 기판은 사파이어 기판(120)이다. 다양한 실시 예들에서, 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판은 도 2에 도시된 투명 복합 기판(200)을 제조하기 위하여 유리 기판(210 및 220)이다. 다양한 실시 예들에서, 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판은 도 3에 도시된 투명 복합 기판(300)을 제조하기 위한 사파이어 기판들(310 및 320)이다.
계속해서 단계 520에서, 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판의 표면들이 세척된다. 결합 표면들의 세정이 결합 강도에 영향을 미치기 때문에, 제 1 기판과 제 2 기판의 표면들 상의 먼지 및 입자들은 결합 이전에 물, 알코올, 아세톤, 또는 그것들의 조합으로 세척된다. 게다가, 결합 표면들의 평탄도가 또한 결합 강도에 영향을 미친다. 제 1 기판과 제 2 기판의 표면들은 평평하고 매끄러운 표면들을 획득하기 위하여 세척 이전에 연마된다(polished).
단계 530을 참조하면, 제 1 기판과 제 2 기판의 표면들은 그 안에 수산기를 흡착하도록 활성화된다. 질소 가스, 아르곤 가스, 또는 네온 가스와 같은, 플라스마 가스는 고온에서 높은 에너지로 이온들 또는 중성 원자들을 발생시키고, 이러한 이온들 또는 중성 원자들은 제 1 기판과 제 2 기판의 표면들과 물리적으로 충돌한다. 따라서, 결합을 위하여 미리 결정된 표면들은 그 안에 수산기들을 흡착한다. 도 1에 도시된 것과 같이, 일부 불안정한 산소 원자들이 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120)의 표면들 또는 체내에 존재한다. 특정 상황들 하에서, 이러한 불안정한 산소 원자들은 실리콘 원자들과 알루미늄 원자들을 남기도록 활성화되고, 표면들에 댕글링 결합(불포화 결합, dangling bond)들이 형성된다. 도 1에서, 유리 기판(110)의 상부 표면(112) 및 사파이어 기판(120)의 바닥 표면(124)은 친수성 하부 표면(124)과 친수성 상부 표면(112)을 형성하기 위하여 플라스마 가스에 의해 활성화된다. 사파이어 기판(120)의 친수성 하부 표면(124) 및 유리 기판(110)이 친수성 상부 표면(112)은 실라놀 결합들(Si-OH) 및 알루미늄 알코올 결합들(Al-Oh)을 형성하기 위하여 수산기들을 흡착할 수 있다. 일부 실시 예들에서, 플라스마 가스는 저온 플라스마 가스이다. 다양한 실시 예들에서, 플라스마 가스는 공정의 효율성을 증가시키기 위하여 진공 환경 내에 존재한다.
계속해서 단계 540에서, 제 1 기판과 제 2 기판의 활성화된 표면들이 중첩되고, 제 1 기판과 제 2 기판 사이에 접촉 표면이 형성된다. 동시에 도 1을 참조하면, 유리 기판(110)의 활성화된 상부 표면(112) 및 사파이어 기판(120)의 활성화된 하부 표면(124)은 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120) 사이에 접촉 표면을 형성하기 위하여 적층된다. 상부 표면(112)과 하부 표면(124)이 친수성이기 때문에, 물 분자들은 그 안에 쉽게 흡착되고, 상부 표면(112)과 하부 표면(124)을 끌어당기기 위하여 접촉 표면에 수소 결합 브리지(hydrogen bonding bridge)가 형성된다. 수소 결합 브리지의 결합 강도는 원자들 사이의 반데르발스(ven der Waals) 힘보다 강하고, 따라서 초기 결합이 달성되기가 훨씬 쉽다.
계속해서 단계 550에서, 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판은 접촉 표면에 결합 층을 형성하도록 어닐링된다. 초기 접착 후에, 유리 기판(110) 및 사파이어 기판(120)은 어닐링 과정을 실행하도록 대기 용광로(atmosphere furnace) 내에서 가열된다. 어닐링 과정 동안에, 상부 표면(112)과 하부 표면(124) 사이의 수소 결합들이 사라지고, 접촉 표면에서 원자들 사이의 공간을 단축하도록 산소 결합들(-O-O- 또는 -O-)이 형성된다. 동시에, 유리 기판(110)의 상부 표면(112)에서의 실라놀 결합들은 사파이어 기판(120)의 하부 표면(124)에서의 알루미늄 알코올 결합들과 함께 중합되고, 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120)의 안정적인 복합재를 달성하기 위하여 실리콘-산소-알루미늄 결합들을 갖는 결합 층(130)이 접촉 표면에 형성된다.
도 5에 도시된 플로우 차트는 도 1 내지 도 3에 도시된 투명 복합 기판들의 제조에 한정되는 것이 아니라, 또한 도 4에 도시된 투명 복합 기판을 제조하는데 사용될 수 있다는 것에 주목하여야 한다. 예를 들면, 무기 재료 층(410)은 사파이어 기판(120)의 하부 표면(124) 상에 코팅되고, 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110) 사이에 결합 층(430)을 형성하기 위하여 세척, 활성화, 적층 및 어닐링 단계들이 실행된다. 일부 실시 예들에서, 결합 층(430)은 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120)의 안정적인 복합재를 달성하기 위하여 실리콘-산소-실리콘 결합들(Si-O-Si)을 포함한다.
도 6은 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 투명 복합 기판의 제조 방법을 도시한 플로우 차트이다. 도 6 및 동시에 도 4에 도시된 투명 복합 기판(400)이 참조된다. 방법은 도 4에 도시된 투명 복합 기판을 제조하기 위하여 사파이어 기판(120) 및 유리 기판(110)이 제공되는, 단계 610으로 시작한다.
계속해서 단계 620에서, 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110)의 표면들이 세척된다. 결합 표면들의 세정이 결합 강도에 영향을 미치기 때문에, 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110)의 표면들 상의 먼지 및 입자들은 결합 이전에 물, 알코올, 아세톤, 또는 그것들의 조합으로 세척된다. 게다가, 결합 표면들의 평탄도가 또한 결합 강도에 영향을 미친다. 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110)의 표면들은 평평하고 매끄러운 표면들을 획득하기 위하여 세척 이전에 연마된다.
단계 630을 참조하면, 사파이어 기판(120)의 하부 표면(124)에 무기 재료 층(410)이 형성된다. 무기 재료 층(410)은 실리콘 층 또는 이산화규소 층이다. 도 4에 도시된 것과 같이, 무기 재료 층(410)은 사파이어 기판(120)의 하부 표면(124)에 형성되고 사파이어 기판(120)과 접촉한다. 일부 실시 예들에서, 무기 재료 층(410)은 코팅에 의해 형성된다. 일부 실시 예들에서, 무기 재료 층(410)은 약 1 ㎛부터 약 10 ㎛까지 범위의 두께를 갖는 실리콘 층이다. 다양한 실시 예들에서, 무기 재료 층(410)은 약 1 ㎛부터 약 10 ㎛까지 범위의 두께를 갖는 이산화규소 층이다.
계속해서 단계 640에서, 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110)이 적층되고, 유리 기판(110) 및 무기 재료 층(410) 사이에 접촉 표면이 형성된다. 동시에 도 4를 참조하면, 유리 기판(110)은 무기 재료 층(410)과 유리 기판(110) 사이에 접촉 표면을 형성하기 위하여 하부 표면(124)에 무기 재료 층(410)을 갖는 사파이어 기판(120)으로 적층된다.
계속해서 단계 650에서, 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110)에 전기 장이 적용된다. 사파이어 기판(120)은 전기 장의 양극에 연결되고, 유리 기판(110)은 전기 장의 음극에 연결된다. 적층 후에, 우리 기판(110)과 사파이어 기판(120)은 결합을 위하여 결합 기계(bonding machine) 내에 위치된다. 결합 기계는 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110)에 적용되는 전기 장을 발생시킨다. 사파이어 기판(120)의 상단 표면(122)은 전기 장의 양극에 연결되고, 사파이어 기판(120)의 바닥 표면(124)은 전기 장의 음극에 연결된다. 전기 장을 적용하는 동안에, 엄청난 전류 펄스가 발생된다. 전류 펄스가 점진적으로 0으로 감소될 때, 결합 공정은 완료된다. 일부 실시 예들에서, 전기 장은 약 300 V부터 약 800 V까지 범위의 전압을 갖는다.
유리 기판(110) 내의 이온들은 전기 장에 기인하여 이동한다. 특히, 나트륨, 칼륨 및 칼슘 이온들과 같은, 유리 기판 내의 알칼리 금속 이온들이 음극을 향하여 이동하고 유리 기판(110)의 바닥 표면(114)에 모인다. 따라서, 무기 재료 층(410)에 인접한 유리 기판(110)의 상단 표면(112)에 음 전하들을 갖는 공핍 영역이 형성된다. 유리 기판(110)을 사파이어 기판(120)에 안정적으로 결합하도록 하기 위하여 공핍 영역 및 양 전하들을 갖는 무기 재료 층(410) 사이에 거대한 정전기 인력이 형성된다.
계속해서 단계 660에서, 사파이어 기판(120)과 유리 기판(110)은 접촉 표면에 결합 층(430)을 형성하기 위하여 가열된다. 결합 과정은 정전기 인력에 도움을 주기 위하여 고온, 약 200℃ 내지 400℃에서 실행된다. 게다가, 산소 이온들이 알칼리 금속 이온들의 이동에 기인하여 유리 기판(110)의 상단 표면(112)에 남아 있다. 이러한 산소 이온들은 유리 기판(110)과 사파이어 기판(120)의 안정적인 복합물을 달성하기 위하여 결합 층(430) 내에 안정적인 실리콘-산소-실리콘 결합들(Si-O-Si)을 형성하도록 고온에서 무기 재료 층(440) 내부의 실리콘과 반응한다.
본 발명의 투명 복합 기판은 터치 패널의 커버 플레이트로서 작용할 수 있다. 본 발명을 더 명확하게 하기 위하여 도 7a 및 7b가 참조된다. 도 7a는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따른 터치 패널의 3차원 다이어그램을 도시하고, 도 7b는 본 발명의 다양한 실시 예들에 따라, 라인 A-A를 따라 절단된 도 7a의 터치 패널의 일부분의 단면도를 도시한다. 도 7a에 도시된 것과 같이, 터치 패널(1000)은 터치 영역(1100) 및 터치 영역(1100)을 둘러싸는 비-터치 영역(1200)을 포함한다. 터치 영역(1100)은 터치 패널(1000)의 디스플레이 영역이고, 비-터치 영역(1200)은 터치 패널(1000)의 비-조망(non-viewing) 영역이다. 일반적으로, 비-터치 영역(1200)을 덮기 위하여 광-차폐 층(light-shielding layer)에 의해 프레임이 형성된다. 도 7b에서, 터치 패널(1000)은 위에 설명된 투명 복합 기판인, 커버 플레이트(1120)를 포함한다. 커버 플레이트(1120)는 제 1 투명 기판(1122), 제 2 투명 기판(1124), 및 제 1 투명 기판(1122)과 제 2 투명 기판(1124)을 접착하는 결합 층(1126)을 포함한다.
터치 패널(1000)의 투과율을 증가시키기 위하여, 반사방지 필름(1140)이 제 1 투명 기판(1122) 상에 배치된다. 반사방지 필름(1140) 및 결합 층(1126)은 투과율을 증가시키기 위하여 각각 제 1 투명 기판(1122)의 두 반대편 면에 위치된다. 반사방지 필름(1140)은 반사방지 또는 방현(anti-glare)의 기능을 갖는 단일 층 또는 다층 투명 필름일 수 있다. 다른 한편으로, 제 2 투명 기판(1124)에 터치 감지 장치(1160)가 배치되는데. 터치 감지 장치(1160) 및 결합 층(1126)은 각각 제 2 투명 기판(1124)의 두 반대편 면에 위치된다.
터치 감지 장치(1160)는 감지 전극 층(1162) 및 와이어 층(1164)을 포함한다. 감지 전극 층(1162)은 터치 영역(1100) 내에 배치되고, 와이어 층(1164)은 비-터치 영역(1200) 내에 배치되는데, 감지 전극 층(1162)은 와이어 층(1164)을 전기적으로 연결하기 위하여 비-터치 영역(1200)으로 확장된다. 감지 전극 층(1162)은 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO), 카드뮴 주석 산화물(CTO), 알루미늄 아연 산화물(AZO), 인듐 주석 아연 산화물(ITZO), 그래핀, 은 나노와이어 또는 탄소 나노튜브(CNT)들과 같은, 투명한 전도성 재료로 형성되나, 이에 한정되지는 않는다. 와이어 층(1164)은 감지 전극 층(1162)과 동일한 투명한 전도성 재료, 혹은 은, 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 또는 다른 적절한 금속들 또는 합금들과 같은 불투명한 전도성 재료로 형성된다. 감지 전극 층(1162) 및 와이어 층(1164)은 프린팅과 레이저 에칭(laser etching), 또는 스퍼터링(sputtering)과 포토리소그래피 에칭에 의해 형성될 수 있다. 감지 전극 층(1162)은 접촉을 감지할 때 신호들을 발생시키고, 와이어 층(1164)은 접촉의 위치를 계산하기 위하여 신호들을 프로세서로 전달한다. 게다가, 감지 전극 층(1162)은 제 2 투명 기판(1124)에 직접적으로 형성되는 것에 한정되지 않는다. 다양한 실시 예들에서, 감지 전극 층(1162)은 접착 재료에 의해 제 2 투명 기판(1124)에 접착된다.
터치 패널(1000)은 제 2 투명 기판(1124) 상에 배치되는 광-차폐 층(1180)을 더 포함하고, 광-차폐 층(1180)과 결합 층(1126)은 각각 제 2 투명 기판(1124)으 두 반댜편 면에 위치된다. 광-차폐 층(1180)은 와이어 층(1164) 및 비-터치 영역(1200) 내의 다른 불투명 장치들을 차폐하기 위하여, 비-터치 영역 내에, 그리고 제 2 투명 기판(1124)과 와이어 층(1164) 사이에 배치된다. 광-차폐 층(1180)은 잉크 및 포토레지스트(photoresist)와 같은, 불투명 재료들로 형성되고, 잉크는 프린팅에 의해 제 2 투명 기판(1124) 상에 배치되고, 포토레지스트는 포토리소스래피 에칭에 의해 제 2 투명 기판(1124) 상에 배치된다.
일부 실시 예들에서, 제 1 투명 기판(1122)은 사파이어 기판이고, 제 2 투명 기판(1124)은 유리 기판이다. 사파이어 기판은 터치 패널(1000)이 사파이어 기판의 긁힘 저항 및 유리 기판의 강도를 갖도록 하기 위한 접촉 표면으로 작용하는 것에 주목할 가치가 있다. 특히, 사용자들은 사파이어 기판을 터치함으로써 프로그램들을 운영하고 명령들을 내린다. 일부 실시 예들에서, 사파이어는 접촉 표면에 실리콘-산소-알루미늄 결합들을 갖는 결합 층(1126)을 형성하기 위하여 유리 기판에 직접적으로 결합된다. 다양한 실시 예들에서, 무기 재료 층은 사파이어 기판 상에 코팅되고, 그리고 나서 사파이어 기판은 유리 기판과 무기 재료 층 사이에 실리콘-산소-실리콘 결합들을 갖는 결합 층(1126)을 형성하기 위하여 유리 기판에 결합된다.
위에 설명된 본 발명의 실시 예들은 현존하는 구조체들과 방법들에 대한 장점들을 갖고, 아래에 장점들이 요약된다. 투명 복합 기판은 사파이어 기판의 비용을 상당히 감소시키기 위하여 사파이어 기판과 유리 기판의 복합재에 의해 형성된다. 또한 유리 기판은 사파이어 기판의 부러지기 쉬운 단점을 극복하기 위하여 사파이어 기판의 압축 저항을 증가시킨다. 더 중요하게는, 유리 기판과 사파이어 기판은 어더한 접착제 없이 결합 층을 통하여 결합되고, 따라서 뛰어난 투명도를 갖는 더 얇은 투명 복합 기판이 형성될 수 있다. 게다가, 유리 기판과 사파이어 기판 사이의 결합 강도는 고온과 고압에서 안정적이고 단단한 결합을 유지하기에 충분히 강하고, 이에 의해 터치 장치에 광범위하게 적용된다.
비록 본 발명이 특정 실시 예들을 참조하여 상당히 자세하게 설명되었으나, 다른 실시 예들도 또한 가능하다. 따라서, 첨부된 청구항들의 정신과 범위는 여기에 포함된 실시 예들의 설명에 한정되지 않는다. 이제 첨부된 도면들에 도시된, 본 발명의 실시 예들이 더 상세히 참조될 것이다. 가능하면, 동일하거나 또는 같은 부품들을 언급하기 위하여 도면들과 설명에서 동일한 참조번호들이 사용된다.
100 : 투명 복합 기판
110 : 유리 기판
112 : 유리 기판의 상부 표면
114 : 유리 기판의 하부 표면
120 : 사파이어 기판
122 : 사파이어 기판의 상부 표면
124 : 사파이어 기판의 하부 표면
130 : 결합 층
200 : 투명 복합 기판
210 : 제 1 유리 기판
220 : 제 2 유리 기판
230 : 결합 층
300 : 투명 복합 기판
310 : 제 1 사파이어 기판
320 : 제 2 사파이어 기판
330 : 결합 층
400 : 투명 복합 기판
410 : 무기 재료 층
430 : 결합 층
1000 : 터치 패널
1100 : 터치 영역
1120 : 커버 플레이트
1122 : 제 1 투명 기판
1124 : 제 2 투명 기판
1126 : 결합 층
1140 : 반사방지 필름
1160 : 터치 감지 장치
1162 : 감지 전극 층
1164 : 와이어 층
1180 : 광-차폐 층
1200 : 비-터치 영역

Claims (17)

  1. 제 1 투명 기판;
    제 2 투명 기판; 및
    상기 제 1 투명 기판과 상기 제 2 투명 기판을 그것들 사이의 결합으로 접착하는 결합 층;을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 결합 층은 실리콘-산소-실리콘 결합들, 알루미늄-산소-실리콘 결합들 또는 알루미늄-산소-알루미늄 결합들을 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 제 1 투명 기판 및 상기 제 2 투명 기판은 유리 기판 또는 사파이어 기판으로부터 독립적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 제 1 투명 기판은 상기 사파이어 기판이고, 상기 제 2 투명 기판은 상기 유리 기판인 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 결합 층 및 상기 사파이어 기판 사이에 무기 재료 층이 배치되고, 상기 결합 층은 실리콘-산소-실리콘 결합들을 갖는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판.
  6. 제 5항에 있어서, 상기 무기 재료 층은 실리콘 층 또는 이산화규소 층인 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판.
  7. 제 5항에 있어서, 상기 무기 재료 층은 1 ㎛부터 10 ㎛까지 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판.
  8. 제 4항에 있어서, 상기 사파이어 기판은 0.1 ㎜부터 0.3 ㎜까지 범위의 두께를 가지며, 상기 유리 기판은 0.2 ㎜부터 1 ㎜까지 범위의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판.
  9. 제 1 투명 기판 및 제 2 투명 기판이 제공되는 단계;
    표면들 상에 수산기를 흡착하기 위하여 상기 제 1 투명 기판과 상기 제 2 투명 기판의 표면들을 활성화하는 단계;
    상기 제 1 투명 기판과 상기 제 2 투명 기판의 상기 표면들 사이에 접촉 표면을 형성하기 위하여 중첩하는 단계; 및
    상기 접촉 표면에 결합 층을 형성하기 위하여 상기 제 1 투명 기판 및 상기 제 2 투명 기판을 어닐링하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 투명 기판 및 상기 제 2 투명 기판의 표면들은 질소 가스, 아르곤 가스, 네온 가스, 또는 그것들의 조합을 포함하는 플라스마 가스에 의해 활성화되는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 제 1 투명 기판 및 상기 제 2 투명 기판은 0℃ 및 1000℃ 사이에서 어닐링되는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판의 제조 방법.
  12. 사파이어 기판 및 유리 기판을 제공하는 단계;
    상기 사파이어 기판의 바닥 표면에 무기 재료 층을 형성하는 단계;
    상기 무기 재료 층과 상기 유리 기판 사이에 접촉 층을 형성하기 위하여 상기 사파이어 기판 및 상기 유리 기판을 적층하는 단계;
    상기 사파이어 기판 및 상기 유리 기판에 전기 장을 적용하는 단계를 포함하되, 상기 사파이어 기판은 상기 전기 장의 양극에 연결되고, 상기 유리 기판은 상기 전기 장의 음극에 연결됨; 및
    상기 접촉 표면에서 결합 층을 형성하기 위하여 상기 사파이어 기판 및 상기 유리 기판을 가열하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판의 제조 방법.
  13. 제 12항에 있어서, 상기 무기 재료 층은 실리콘 층 또는 이산화규소 층인 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판의 제조 방법.
  14. 제 12항에 있어서, 상기 전기 장은 300 V부터 800 V까지 범위의 전압을 가지며, 가열 온도는 200℃부터 400℃까지의 범위인 것을 특징으로 하는 투명 복합 기판의 제조 방법.
  15. 터치 패널의 커버 플레이트로서 투명 복합 기판을 포함하되, 상기 투명 복합 기판은 제 1 투명 기판, 제 2 투명 기판, 및 제 1 투명 기판과 제 2 투명 기판을 그것들 사이의 결합으로 접착하는 결합 층을 포함함; 및
    상기 제 2 투명 기판에 배치되는 터치 감지 장치;를 포함하고,
    상기 터치 감지 장치 및 상기 결합 층은 각각 상기 제 2 투명 기판의 두 반대편 면에 위치되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  16. 제 15항에 있어서, 상기 제 1 투명 기판은 사파이어 기판이고, 상기 제 2 투명 기판은 유리 기판인 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  17. 제 16항에 있어서, 상기 제 1 투명 기판에 배치되는 반사방지 필름을 더 포함하고, 상기 반사방지 필름 및 상기 결합 층은 각각 상기 제 1 투명 기판의 두 반대편 면에 위치되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
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