KR20180097212A - 금속 메시 전극 및 이를 포함하는 유연성 장치 - Google Patents

금속 메시 전극 및 이를 포함하는 유연성 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 금속 메시 및 상기 금속 메시의 가장자리 중 적어도 일부를 따라 형성된 금속 테두리를 포함하는 금속 메시 전극에 관한 것이다.

Description

금속 메시 전극 및 이를 포함하는 유연성 장치{Metal Mesh Electrode and Flexible Device Comprising the Same}
본 발명은 금속 메시 전극 및 이를 포함하는 유연성 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 투과율과 시인성이 우수하면서도 급격한 저항의 증가를 방지할 수 있는 금속 메시 전극 및 이를 포함하는 유연성 장치에 관한 것이다.
금속 메시(metal mesh)는 금속을 이용하여 미세한 그물망 형상을 형성한 것으로, 투명전극 소재로 사용되는 ITO(Indium Tin Oxide, 인듐주석산화물)를 대체할 수 있는 재료로 각광받고 있다.
금속 메시는 희토류를 사용하지 않으므로 ITO에 비해 가격 면에서 유리하고, 표면 저항값이 낮아 응답 속도가 빠르며, 금속을 소재로 하기 때문에 구부릴 수 있어 유연성 장치에 사용하기에도 적합하다.
그러나, 금속 메시는 불투명한 그물망 형상으로 인하여 시인성이 저하되고 ITO에 비해 어두운 단점이 있다. 이를 극복하기 위해서는 금속 메시를 형성하는 패턴의 선폭을 최소한으로 줄이는 것이 관건이지만, 패턴의 선폭을 줄이는 경우 저항의 증가로 이어져 반응 속도가 저하된다.
즉, 반응 속도와 투과율 및 시인성은 서로 트레이드오프의 관계에 있으며, 금속 메시의 투과율을 개선하고자 하는 시도가 이루어지고 있다.
예를 들면, 대한민국 공개특허 제2016-0029311호에서는 제1 산화구리층, 구리층 및 제2 산화구리층이 순차적으로 적층된 구조의 전극층을 메시 형상으로 패터닝하여 금속 메시를 형성하는 것을 개시하고 있다.
대한민국 공개 특허 제2016-0029311호
본 발명의 한 목적은 투과율과 시인성이 우수하면서도 급격한 저항 증가를 방지할 수 있는 금속 메시 전극을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 금속 메시 전극을 포함하는 유연성 장치를 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 금속 메시 및 상기 금속 메시의 가장자리 중 적어도 일부를 따라 형성된 금속 테두리를 포함하는 금속 메시 전극을 제공한다.
상기 금속 메시의 선폭은 1.0 내지 4.5㎛일 수 있다.
상기 금속 테두리는 상기 금속 메시의 선폭과 동일한 선폭을 갖는 것이 바람직하다.
상기 금속 메시 및 상기 금속 테두리는 유연성 기판 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 상기한 바와 같은 금속 메시 전극으로 이루어진 터치 센서 전극 및 상기 터치 센서 전극을 구동하는 터치 센서 구동부를 포함하는 유연성 터치 센서가 제공된다.
상기 터치 센서 전극은 투명필름 또는 편광판 상에 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명의 또 다른 양상에 따르면, 상기한 바와 같은 금속 메시 전극을 포함하는 RF 장치가 제공된다.
상기 RF 장치는 안테나를 포함하며, 이 때 상기 안테나가 상기 금속 메시 전극을 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 금속 메시 전극은 금속 메시의 선폭을 얇게 형성하여 우수한 시인성과 투과율을 확보하면서도 급격한 저항의 증가를 방지할 수 있으며, 이에 따라 RC 지연시간을 줄여 빠른 반응속도를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 메시 전극을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 A 부분의 확대도이다.
도 3은 금속 메시와 테두리의 선폭에 따른 시인성 및 저항의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만 본 발명을 설명함에 있어서 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조할 때, 도면들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명 상의 편의를 위해 일부 구성요소들은 도면 상에서 과장되게 표현되거나, 축소 또는 생략되어 있을 수 있다.
본 발명의 일 실시형태는 금속 메시; 및 상기 금속 메시의 가장자리 중 적어도 일부를 따라 형성된 금속 테두리를 포함하는 금속 메시 전극에 관한 것이다.
본 발명에 따른 금속 메시 전극은 금속 메시의 선폭을 얇게 형성하여 우수한 시인성과 투과율을 확보하면서도 급격한 저항의 증가를 방지할 수 있으며, 이에 따라 RC 지연시간을 줄여 빠른 반응속도를 얻을 수 있다. 구체적으로, 상기 금속 메시의 선폭은 1.0 내지 4.5㎛로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 메시는 전도성 물질을 포함할 수 있으며, 구체적으로 상기 금속 메시는 금속 또는 금속 합금 재료로 이루어질 수 있다. 금속 재료로는, 예를 들어, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 은(Ag), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 코발트(Co), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd) 또는 이들의 합금 중 어느 하나 이상을 사용할 수 있다. 또한, 상기 금속 메시는 이들 재료를 포함하는 단일막이거나 이들의 조합으로 이루어진 다중막일 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 메시는 상술한 재료를 물리 기상증착(Physical Vapor Deposition, PVD), 화학 기상 증착(Chemical Vapor Deposition, CVD) 또는 도금(Plating) 방식으로 증착 또는 코팅하여 형성할 수 있으며, 이때 롤투롤(Roll-to-Roll) 또는 인라인(In-line) 코팅 장비를 이용할 수도 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 메시는 전기 전도도가 높고 식각이 용이한 금속으로 구성하는 것이 바람직하다. 그러나, 일반적으로 전기 전도도가 높은 금속은 반사율 또한 높아서 난반사를 일으킬 수 있다. 그러므로 이를 방지하기 위해 상기 금속 메시에 전자와 같은 캐리어(Carrier)의 터널링이 가능하면서도 반사율이 낮은 금속산화물, 금속질화물 및 금속화합물 중 어느 하나 이상을 첨가할 수 있다. 예를 들어, 산화구리(CuOx, 0<x≤1), 질화알루미늄(AlN), 니오븀(Nb) 합금, 산화니오븀(NbOx, 0<x≤1) 또는 흑니켈 등 흑색을 띠는 박막 물질이 첨가될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 테두리는 상기 금속 메시와 동일한 재료를 사용하여 동일한 공정을 통해 형성될 수 있다. 상기 금속 테두리는 상기 금속 메시의 선폭과 동일한 선폭을 가질 수 있다.
테두리의 선폭이 넓어질수록 저항 감소의 측면에서 유리하지만, 금속 메시의 내부 선폭과 테두리의 선폭이 다를 경우, 특히 테두리의 선폭이 더 넓을 경우 서로 다른 면적으로 인해 사용자에게 쉽게 시인될 가능성이 있다. 따라서, 금속 메시의 선폭과 테두리의 선폭을 동일하게 형성할 때 시인성 측면에서 유리하다.
다만, 테두리의 경우 표시 영역 외부에 위치할 가능성이 있으므로, 이 때에는 시인성을 고려하지 않고 더 넓은 폭으로 형성하는 것도 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 메시 전극을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 메시 전극은 금속 메시(110) 및 금속 메시(110)의 가장자리를 따라 형성된 금속 테두리(120)를 포함하여 이루어진다.
금속 메시(110)의 선폭은 1.0 내지 4.5㎛로 형성될 수 있으며, 금속 테두리(120)는 금속 메시(110)와 동일한 선폭으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에서, 상기 금속 메시 및 상기 금속 테두리는 유연성 기판 상에 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태는 상기 금속 메시 전극을 포함하는 유연성 터치 센서에 관한 것이다.
상기 유연성 터치 센서는 상기 금속 메시 전극으로 이루어진 터치 센서 전극 및 상기 터치 센서 전극을 구동하는 터치 센서 구동부를 포함할 수 있다.
상기 유연성 터치 센서에서, 상기 금속 메시 전극은 투명필름 또는 편광판 상에 형성될 수 있다.
투명필름은 투명성, 기계적 강도, 열안정성이 우수한 필름이 사용될 수 있으며, 구체적인 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화성 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다.
이와 같은 투명 필름의 두께는 적절히 결정할 수 있지만, 일반적으로는 강도나 취급성 등의 작업성, 박층성 등의 점에서 1∼500㎛ 정도이며, 1∼300㎛가 바람직하고, 5∼200㎛가 보다 바람직하다.
이러한 투명 필름은 적절한 1종 이상의 첨가제가 함유된 것일 수도 있다. 첨가제로는, 예컨대 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다. 상기 투명 필름은 필름의 일면 또는 양면에 하드코팅층, 반사방지층, 가스배리어층과 같은 다양한 기능성층을 포함하는 구조일 수 있으며, 기능성층은 전술한 것으로 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 다양한 기능성층을 포함할 수 있다.
또한, 필요에 따라 투명 필름은 표면 처리된 것일 수 있다. 이러한 표면 처리로는 플라즈마 처리, 코로나 처리, 프라이머 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리 등을 들 수 있다.
또한, 투명필름은 등방성필름, 위상차필름 또는 보호필름(Protective Film)일 수 있다.
등방성필름일 경우 면내 위상차(Ro, Ro=[(nx-ny)ⅹd], nx, ny는 필름 평면 내의 주굴절률, nz는 필름 두께 방향의 굴절률, d는 필름 두께이다)가 40nm 이하이고, 15nm 이하가 바람직하며, 두께방향 위상차(Rth, Rth=[(nx+ny)/2-nz]ⅹd)가 -90nm∼+75nm 이며, 바람직하게는 -80nm∼+60nm, 특히 -70nm∼+45nm 가 바람직하다.
위상차필름은 고분자필름의 일축 연신, 이축 연신, 고분자코팅, 액정코팅의 방법으로 제조된 필름이며, 일반적으로 디스플레이의 시야각보상, 색감개선, 빛샘개선, 색미조절 등의 광학특성 향상 및 조절을 위하여 사용된다.
위상차필름의 종류에는 1/2 이나 1/4 등의 파장판, 양의 C플레이트, 음의 C플레이트, 양의 A플레이트, 음의 A플레이트, 이축성 파장판을 포함한다.
보호필름은 고분자수지로 이루어진 필름의 적어도 일면에 점착층을 포함하는 필름이거나 폴리프로필렌 등의 자가점착성을 가진 필름일 수 있으며, 터치센서 표면의 보호, 공정성 개선을 위하여 사용될 수 있다.
편광판은 디스플레이 장치에 사용되는 공지의 것이 사용될 수 있다.
구체적으로는 PVA(폴리비닐알코올), TAC(트리아세틸셀룰로스)나 COP(시클로올레핀폴리머) 계열 필름을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 또 다른 실시형태는 상기 금속 메시 전극을 포함하는 RF 장치에 관한 것이다.
RF 장치는 상기 금속 메시 전극으로 이루어진 안테나를 포함할 수 있으며, 이 경우 휴대용 단말기의 표시 영역에 내장형으로 안테나를 형성할 수 있다.
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나, 이들 실시예 및 비교예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
실시예 및 비교예
먼저 금속 메시의 투과율 및 시인성을 확인하기 위하여 10mm*10mm 크기의 금속 메시 샘플에 대해 선폭을 증가시키며 관찰하였다.
실시예 및 비교예에서 제작한 금속 메시 샘플은 도 1에 나타난 바와 같은 형태이며, 도 2는 도 1의 A 부분의 확대도로서, 실제 제작된 샘플의 치수를 함께 나타내고 있다. 도 2에 나타난 바와 같이, 금속 메시를 구성하는 하나의 마름모꼴 패턴의 높이(b)는 200μm, 폭(c)은 100μm로 형성하였으며, 이하에서 설명할 실시예 및 비교예에서 선폭(a)을 1.0μm부터 7.0μm까지 0.5μm씩 증가시켰다.
시인성의 시험은 전문 관능 시험 요원 100명을 대상으로 메탈 메시의 시인성을 목시로 관찰하였다. 관찰 결과 시인되는 것으로 판단된 시험 요원의 수를 세어 그 결과 값을 표 1에 기재하였다.
구분 선폭 (μm) 시인성 (명) 투과율 (%)
실시예 1 1.0 2 88
실시예 2 1.5 3 86.40
실시예 3 2.0 3 85.50
실시예 4 2.5 5 84.60
실시예 5 3.0 6 84.06
실시예 6 3.5 10 82.80
실시예 7 4.0 15 81.90
실시예 8 4.5 19 81.00
비교예 1 5.0 48 79.82
비교예 2 5.5 63 78.30
비교예 3 6.0 80 77.40
비교예 4 6.5 85 76.50
비교예 5 7.0 92 75.60
표 1에 나타난 바와 같이, 선폭이 1.0 내지 4.5μm인 실시예 1 내지 실시예 8의 경우 100명의 시험 요원 중 20명 미만의 시험 요원이 금속 메시가 시인되는 것으로 판단한 데 비하여, 선폭이 5.0μm 이상인 비교예 1 내지 5의 경우 시험 요원의 약 절반 내지 그 이상이 금속 메시가 시인되는 것으로 판단하였다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따라 금속 메시의 선폭을 1.0 내지 4.5μm로 형성할 경우 우수한 시인성을 얻을 수 있으며, 시인성의 측면에서 볼 때 가장 바람직한 선폭의 범위는 10명 미만의 시험 요원이 금속 메시를 시인한 1.0 내지 3.0μm로 볼 수 있다(실시예 1 내지 5).
두번째로는 위의 실시예 5에서와 같은 3.0μm 선폭의 금속 메시에 대하여 1.0μm부터 7.0μm까지 0.5μm씩 그 폭을 증가시키며 테두리를 형성하여 저항을 측정한 결과를 아래의 표 2에 나타내었다. 이 때 사용한 금속의 면저항은 0.16Ω/□이다.
구분 테두리 폭 (μm) 저항 (Ω)
비교예 6 테두리 없음 24.516
실시예 9 1.0 18.955
실시예 10 1.5 17.561
실시예 11 2.0 16.482
실시예 12 2.5 15.596
실시예 13 3.0 14.841
실시예 14 3.5 14.148
실시예 15 4.0 13.601
실시예 16 4.5 13.079
실시예 17 5.0 12.605
실시예 18 5.5 12.201
실시예 19 6.0 11.895
실시예 20 6.5 11.408
실시예 21 7.0 11.101
표 2에 나타난 바와 같이, 테두리가 없는 비교에 6에 비해, 테두리를 형성한 모든 실시예(실시예 9 내지 21)에서 저항의 감소를 나타내며, 테두리의 폭이 증가할수록 효과가 증가함을 알 수 있다. 구체적으로, 가장 좁은 1.0 μm 폭의 테두리를 형성한 실시예 9의 경우에 22.7%, 금속 메시의 선폭과 동일한 3.0 μm 폭의 테두리를 형성한 실시예 13의 경우 39.5%, 7.0 μm 폭의 테두리를 형성한 실시예 21의 경우 54.7%의 감소율을 나타내었다.
도 3은 금속 메시와 테두리의 선폭에 따른 시인성 및 저항의 측정 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3의 그래프에서 가로축은 세로축이 시인성인 경우 금속 메시의 선폭, 세로축이 저항인 경우 테두리의 선폭을 각각 나타내며, 저항의 그래프에서 맨 왼쪽의 점은 테두리가 없는 경우를 나타낸다.
도 3에서 B로 표시한 구간을 저항의 급격한 증가를 방지하면서 시인성을 만족하는 선폭의 범위로 볼 수 있으며, 이는 금속 메시 및 테두리의 선폭이 1.0 내지 4.5 μm인 범위에 해당한다.
다만, 테두리의 경우 표시 영역 외부에 위치할 가능성이 있으므로, 이 때에는 시인성을 고려하지 않고 더 넓은 폭으로 형성하는 것도 가능하다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시형태 및 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였지만, 본 발명은 상술한 실시형태 및 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상술한 본 발명의 실시형태 및 실시예들은 독립적으로 또는 그 특징들의 일부 또는 전부를 조합하여 적용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 정해지며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
110: 금속 메시 120: 금속 테두리

Claims (8)

  1. 금속 메시; 및
    상기 금속 메시의 가장자리 중 적어도 일부를 따라 형성된 금속 테두리를 포함하는,
    금속 메시 전극.
  2. 제1항에 있어서,
    금속 메시의 선폭은 1.0 내지 4.5㎛인,
    금속 메시 전극.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 테두리는 상기 금속 메시의 선폭과 동일한 선폭을 갖는,
    금속 메시 전극.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 메시 및 상기 금속 테두리는 유연성 기판 상에 형성되는,
    금속 메시 전극.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 금속 메시 전극으로 이루어진 터치 센서 전극; 및
    상기 터치 센서 전극을 구동하는 터치 센서 구동부를 포함하는,
    유연성 터치 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 터치 센서 전극은 투명필름 또는 편광판 상에 형성되는,
    유연성 터치 센서.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 금속 메시 전극을 포함하는 안테나.
  8. 제7항에 따른 안테나를 포함하는 RF 장치.
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