KR20110021641A - 투명 도전성 적층판 - Google Patents

투명 도전성 적층판 Download PDF

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Abstract

투명 도전성 적층판은 투명 기판(1); 상기 투명 기판(1) 상에 형성되는 제1 투명 도전성 박막(2); 및 투명 기판(1)에 대향하는 제1 투명 도전성 박막(2)의 표면상에 형성되는 제2 투명 도전성 박막(3)을 포함한다. 제1 투명 도전성 박막(2)은 인듐 산화물(Indium Oxide), 아연 산화물(Zinc Oxide), 주석 산화물(Tin Oxide) 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함한다. 제2 투명 도전성 박막(3)은 삼산화인듐(diindium trioxide: In2O3) 및 이산화티타늄(titanium oxide: TiO2)을 포함한다.

Description

투명 도전성 적층판 {Transparent conductive laminate}
본 출원은 2009년 8월 25일자로 특허 출원된 대만 특허출원번호 09128529호를 우선권으로 주장한다.
본 발명은 적층판(Laminate)에 관한 것으로, 보다 구체적으로, 투명 도전성 적층판(Transparent conductive laminate)에 관한 것이다.
인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide: ITO)은 전기적으로 도전성을 갖고 비교적 높은 투과율(Transmittance)을 갖기 때문에, 터치 패널, 발광다이오드, 태양전지 등의 투명 도전성 적층판에 널리 이용되고 있다. 하지만, 인듐-주석 산화물(ITO)은 여전히 비교적 높은 결정화 온도(160℃ 이상) 특성을 나타내는 문제점이 있다.
예를 들면, ITO가 터치 패널의 투명 도전성 적층판에 사용될 때, ITO는 아래 기재된 바와 같은 문제점을 갖는다.
터치 패널의 투명 도전성 적층판은 투명한 기판 및 상기 기판 상에 형성된 ITO 박막(Film)을 포함한다. 이러한 터치 패널에 있어서, 상기 기판은 가요성(Flexible)이 있어야 하며, 통상적으로 플라스틱 기판(Plastic substrate)이 사용된다. 이러한 플라스틱 기판은 열악한 내열성(Heat-resistance)을 갖고, 그 내열 온도 범위의 상한 값은 약 160℃이며, 이에 따라 ITO 박막은 160℃ 이상의 온도에서 코팅(Coating) 및 열처리(Annealing)될 수 없다. 결국, 이와 같이 형성된 ITO 박막은 비정질(Amorphous)로서, 다수의 결함(Defects)을 갖는 저밀도 구조를 갖는다. 이러한 비정질 ITO 박막은 사용자가 표면에 접촉할 때 발생하는 압력을 충분히 견딜 수 있는 기계적 강도를 갖지 못한다.
일본 공개특허번호 JP 2008-41364호에는 결정질 ITO 박막을 포함하는 터치 패널용 투명 도전성 적층판이 개시되어 있다. 이러한 JP 2008-41364호 특허에 있어서, 투명 도전성 적층판에 사용되는 결정질 ITO 박막은 반응성 스퍼터링 방식(Reactive sputtering method)에 의해 투명 기판 상에 형성되며, 50% 이상의 결정을 함유하는 결정질 인듐-주석 산화물을 포함한다. 특히, 결정질 ITO 박막은 95 중량퍼센트(wt%)의 삼산화인듐(In2O3) 및 5 중량퍼센트의 이산화주석(SnO2)으로 이루어진 낮은 인듐 산화물-함유 ITO 물질로 제조되며, 150℃에서 열처리에 의해 결정화된다. 또한, 일본 공개특허번호 JP 2008-71531호에는 결정질 ITO 박막을 포함하는 다른 투명 도전성 적층판이 개시되어 있다. 이러한 JP 2008-71531호 특허에 있어서, 투명 도전성 적층판은 투명 기판 및 상기 투명 기판 상에 연속적으로 형성되는 두 개의 결정질 ITO 박막들을 포함한다. 두 개의 ITO 박막의 이산화주석(SnO2) 함유량이 제어됨으로써, 예를 들면, 95 중량퍼센트(wt%)의 삼산화인듐(In2O3) 및 5 중량퍼센트의 이산화주석(SnO2)을 함유하는 제1 ITO 박막 및 90 중량퍼센트(wt%)의 삼산화인듐(In2O3) 및 10 중량퍼센트의 이산화주석(SnO2)을 함유하는 제2 ITO 박막을 갖도록 제어됨으로써, 두 개의 박막들은 150℃의 온도에서 열처리에 의해 충분히 결정화될 수 있다. 전술한 두 특허들의 결정질 ITO 박막들은 약 150℃에서 결정화될 수 있지만, 복잡한 공정들 또는 준비 조건들 및 제한적인 제조 장비들로 인해서 그 제조 비용이 비교적 높은 편이다.
한편, 인듐 산화물 물질의 일종인 인듐-티타늄 산화물(Indium Titanium Oxide)이 트랜지스터 또는 액정 표시장치와 관련된 기술분야에 사용되고 있다. 예를 들면, 인듐-티타늄 산화물로 이루어진 투명 도전성 박막은 통상적으로 양호한 내습성(Humidity resistance)을 갖는 유리기판(Glass substrate) 상에 형성된다. 일반적으로 인듐-티타늄 산화물은 비교적 높은 함량의 삼산화인듐(In2O3) 및 약간의 이산화티타늄(TiO2)과 기타 산화물을 포함하며, 약 150℃에서 결정화될 수 있다. 하지만, 이러한 물질은 열악한 내습성, 즉, 열악한 내후성(Weatherability)을 갖는다.
본 출원의 발명자들은 심도 있는 연구를 수행함으로써, 이러한 물질의 열악한 내습성이 개선될 수 있다면, 터치 패널의 투명 도전성 박막에 인듐-티타늄 산화물을 적용할 수 있다는 것을 창안하였다.
따라서 본 발명의 목적은 비제한적인 처리 조건들 하에 형성될 수 있고, 터치 패널에 요구되는 기계적 강도를 갖도록 비교적 낮은 온도(150℃)에서 결정화될 수 있으며, 또한 개선된 내후성(내습성)을 갖는 투명 도전성 적층판을 제공하기 위한 것이다.
이에 따라 본 발명에 따른 투명 도전성 적층판은, 투명 기판; 상기 투명 기판 상에 형성되는 제1 투명 도전성 박막; 및 상기 투명 기판에 대향하는 상기 제1 투명 도전성 박막의 표면상에 형성되는 제2 투명 도전성 박막을 포함한다. 상기 제1 투명 도전성 박막은 인듐 산화물(Indium Oxide), 아연 산화물(Zinc Oxide), 주석 산화물(Tin Oxide) 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함한다. 상기 제2 투명 도전성 박막은 삼산화인듐(diindium trioxide: In2O3) 및 이산화티타늄(titanium oxide: TiO2)을 포함한다.
본 발명에 따르면, 비제한적인 처리 조건들 하에 형성될 수 있고, 터치 패널에 요구되는 기계적 강도를 갖도록 비교적 낮은 온도(150℃)에서 결정화될 수 있으며, 또한 개선된 내후성(내습성)을 갖는 투명 도전성 적층판을 제공할 수 있다.
본 발명의 기타 특징들 및 장점들이 다음과 같은 첨부 도면을 참조하여 이하의 본 발명의 바람직한 실시예의 상세한 설명으로부터 명백해질 것이다:
도 1은 본 발명에 따른 투명 도전성 적층판을 예시하는 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 투명 도전성 적층판은 투명 기판(1); 상기 투명 기판(1) 상에 형성되는 제1 투명 도전성 박막(2); 및 상기 투명 기판(1)에 대향하는 상기 제1 투명 도전성 박막(2)의 표면상에 형성되는 제2 투명 도전성 박막(3)을 포함한다.
이러한 실시예에서 투명 기판(1)은 가요성을 갖고, 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PolyEthylene Terephthalate: PET), 폴리카보나이트(PolyCarbonate: PC), 폴리에틸렌(PolyEthylene; PE) 등으로 이루어지는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 상기 투명 기판(1)은 PET로 이루어진다.
제1 투명 도전성 박막(2)은 그 물질이 투명하고 도전성이 양호한 내습성을 갖는다면 임의의 물질, 예를 들면, 인듐 산화물(Indium Oxide), 아연 산화물(Zinc Oxide), 주석 산화물(Tin Oxide) 또는 이들의 조합으로 이루어질 수 있다. 인듐 산화물은 다른 원소들(elements)로 선택적으로 도핑되는 임의의 인듐 산화물을 의미하며, 아연 산화물 및 주석 산화물은 유사한 의미를 갖는다. 바람직하게는, 제1 투명 도전성 박막(2)은 인듐-주석 산화물(ITO)로 이루어진다.
제2 투명 도전성 박막(3)은 삼산화인듐(diindium trioxide: In2O3) 및 이산화티타늄(titanium oxide: TiO2)을 포함하는 인듐 티타늄 산화물로 이루어지며, 투명하고 도전성을 갖는다. 바람직하게는, 제2 투명 도전성 박막(3)의 삼산화인듐(In2O3) 함량은 98 중량퍼센트(wt%) 내지 99 중량퍼센트 범위를 갖고, 나머지는 티타늄 산화물(TiO2) 및 약간의 다른 금속 산화물로 이루어진다.
바람직하게는, 제1 및 제2 투명 도전성 박막(2, 3)의 전체 전기저항은 50Ω/㎟ 내지 600Ω/㎟의 범위를 갖는다. 전기 저항은 상기 도전성 박막의 두께가 증가함에 따라 감소되기 때문에, 제1 및 제2 투명 도전성 박막(2, 3)의 전체 두께는 10㎚ 내지 140㎚ 범위인 것이 바람직하다.
[실험예(Examples)]
본 발명은 다음과 같은 예들(Examples)을 참조하여 설명된다.
제1 예(Example 1)
제1 예의 투명 도전성 적층판은 다음과 같이 이루어진다. 125㎛의 두께를 갖고 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET)로 이루어진 투명 기판이 준비되었다. 4㎛ 두께의 제1 투명 도전성 박막이 진공 스퍼터링(Vacuum sputtering)에 의해 상기 PET 기판의 표면상에 형성되었고, ITO(90%의 In2O3 및 10%의 SnO2) 소결 물질(Sintered material)을 사용하였다. 제1 투명 도전성 박막의 스퍼터링을 수행할 때, 스퍼터링 헤드(sputtering head)는 2×10-3 토르(torr) 압력에서 80℃ 내지 150℃ 범위의 온도에서 제어되지만, 상기 PET 기판은 실온 근처로 유지된다.
이후, 15㎛ 두께의 제2 투명 도전성 박막이 진공 스퍼터링에 의해 상기 제1 투명 도전성 박막 상에 형성되었고, InTiO(98~99%의 In2O3) 소결 물질을 사용하였다. 제2 투명 도전성 박막의 스퍼터링을 수행할 때, 스퍼터링 헤드는 2×10-3 토르(torr) 압력에서 80℃ 내지 150℃ 범위의 온도에서 제어되지만, 상기 PET 기판은 실온 근처로 유지된다.
제1 및 제2 투명 도전성 박막들은 상기 PET 기판 상에서 순서대로 형성된 후, 이들 두 박막들은 투명한 도전성 적층판을 형성하도록 90분 동안 150℃에서 열처리 되었다.
제2 예 그리고 제1 및 제2 비교 예
제2 예에 따른 투명 도전성 적층판은, 표 1에 도시된 바와 같이, 상기 제1 및 제2 투명 도전성 박막들의 두께가 상이한 점을 제외하면 제1 예에 따른 투명 도전성 적층판과 유사한 방식으로 이루어졌다. 제1 및 제2 비교예에 따른 투명 도전성 적층판은 상기 제1 및 제2 투명 도전성 박막들 중에서 어느 하나만이 각각의 비교예들에서 17㎛의 두께로 형성된 것을 제외하면 제1 예에 따른 투명 도전성 적층판과 유사한 방식으로 이루어졌다.
제1 및 제2 예 그리고 제1 및 제2 비교예의 투명 도전성 적층판들 각각의 기계적 강도(mechanical strength) 및 내습성(humidity resistance)은 산성 시험 및 내후성 시험에 의해 각각 평가되었다. 투명 도전성 적층판에 있어서, 그 도전성은 가장 중요한 인자이기 때문에, 산(Acid)에 의해 그리고 온도 및 습도의 시험 조건들에 의해 발생되는 각각의 적층판들의 박막(박막들)의 면저항(Sheet resistance)의 변화량에 근거하여 상기 두 시험들이 각각 평가되었다.
산성 시험(Acid test)
도전성 박막이 결정질(crystalline)이면 그 원자 배열은 규칙적이고 결함이 적기 때문에, 도전성 박막은 단단한 구조를 갖고 양호한 내산성(Acid resistance)(즉, 양호한 기계적 강도)을 갖는다. 이러한 경우에 따라서, 상기 예들 및 비교예들의 투명 도전성 적층판들에 대한 결정화도 및 기계적 강도가 산성 시험에 의해 평가되었다.
산성 시험은 다음과 같이 수행된다. 즉, 투명 도전성 적층판들을 산(1N 농도의 염산(HCl))에 담그기 전에 투명 도전성 적층판들 각각의 초기 면저항(R0)을 측정한 후, 10분 동안 상기 산에 각각의 적층판들을 담그고, 상기 산에 각각의 적층판들을 담근 후, 각각의 적층판들의 최종 면저항(R1)을 측정한다. 각각의 면저항들(R0 및 R1)은 각각의 적층판들의 도전성 박막(박막들) 상에서 기설정된 25개의 측정 지점들로부터 획득되는 평균값이다.
각각의 적층판들의 면저항의 변화율은 R1/R0로 정의되며, 내산성(즉, 결정화도 및 기계적 강도)을 평가하는데 사용된다. 적층판의 면저항 변화율이 작을수록, 적층판의 강도가 보다 양호해진다. 그 실험 결과들이 표 1에 도시된다.
내후성 시험(Weatherability test)
내후성 시험은 (a) 투명 도전성 적층판 각각의 초기 면저항(R0)을 (b) 단계 이전에 측정하는 단계, (b) 72시간 동안 85℃의 온도 및 85 퍼센트 상대습도(%RH)의 분위기에서 적층판을 담그는 단계, 및 (c) 투명 도전성 적층판 각각의 최종 면저항(R2)을 (b) 단계 이후에 측정하는 단계로 수행되었다. 각각의 면저항들(R0 및 R2)은 각각의 적층판들의 도전성 박막(박막들) 상에 기설정된 25개의 측정 지점들로부터 획득되는 평균값이다.
내후성 시험시의 면저항 변화율에 의해 그리고 내후성 시험 이전 및 이후의 면저항 균일도를 비교함으로써 각각의 적층판들의 내후성이 평가되었다. 그 실험 결과들이 표 1에 도시된다.
내후성 시험에서 면저항의 변화율은 R2/R0로 정의된다. 적층판의 면저항 변화율이 작을수록, 적층판의 내후성이 보다 양호해진다.
상기 면저항의 균일도는 다음의 수학식 1과 같이 정의된다.:
Figure pat00001
여기서, Rmax는 각각의 적층판들의 25개 측정 지점들 중에서 최대의 면저항을 의미하며, Rmin은 각각의 적층판들의 25개 측정 지점들 중에서 최소의 면저항을 의미한다.
내후성 시험 이전 및 이후의 면저항의 균일도의 변화가 적을수록 적층판의 내후성이 보다 양호해진다.
Figure pat00002
산성 시험의 결과와 관련하여, 제1 비교예의 적층판의 제1 투명 도전성 박막의 면저항은 측정될 수 없기 때문에 그 변화율(R1/R0)은 ∞로 나타낸다. 따라서 제1 비교예에 따른 적층판이 구조면에서 비교적 낮은 결정화도 및 열악한 기계적 강도를 갖는 것으로 예측할 수 있다.
더욱이, 표 1에 도시된 산성 시험의 결과로부터, 제1 및 제2 예에 따른 적층판들의 기계적 강도가 제1 및 제2 비교예에 따른 적층판들의 기계적 강도보다 양호하다는 점이 명백하다. 제1 및 제2 예에 따른 각각의 적층판들이 150℃ 이상의 결정화 온도를 갖는 제1 투명 도전성 박막, 및 약 150℃의 결정화 온도를 갖는 제2 투명 도전성 박막을 포함하기 때문에, 그리고 제2 비교예에 따른 적층판이 상기 제1 및 제2 예에 따른 적층판들의 제2 투명 도전성 박막을 제조하기 위한 물질과 동일한 물질로 이루어지는 단지 하나의 투명 도전성 박막을 포함하기 때문에, 상기 제1 투명 도전성 박막이 열처리(Annealing) 동안에 150℃에서 결정화될 수 있다는 점이 예측된다.
내후성 시험의 결과와 관련하여, 제2 투명 도전성 박막만을 포함하고 있는 제2 비교예의 적층판은 1.2 이상의 변화율(R2/R0)을 갖고, 그 면저항의 균일도는 내후성 시험 이후에 보다 크게 변화한다. 반면에, 제1 및 제2 예에 따른 적층판들은 상기 변화율(R2/R0)의 결과 및 상기 시험 이전 및 이후의 면저항의 균일도의 결과에 근거하여 보다 양호한 내후성을 갖는다.
본 발명이 가장 실질적이고 바람직한 실시예와 연관하여 기술되었지만, 본 발명은 개시된 실시예에 국한되는 것이 아니라 가장 넓게 해석되는 것 및 균등한 장치들의 정신 및 범위 내에 포함되는 다양한 장치들을 망라하는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (4)

  1. 투명 기판(1);
    상기 투명 기판(1) 상에 형성되는 제1 투명 도전성 박막(2); 및
    상기 투명 기판(1)에 대향하는 상기 제1 투명 도전성 박막(2)의 표면상에 형성되는 제2 투명 도전성 박막(3)
    을 포함하되,
    상기 제1 투명 도전성 박막(2)은 인듐 산화물(Indium Oxide), 아연 산화물(Zinc Oxide), 주석 산화물(Tin Oxide) 및 이들의 조합으로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 물질을 포함하고; 그리고
    상기 제2 투명 도전성 박막(3)은 삼산화인듐(diindium trioxide: In2O3) 및 이산화티타늄(titanium oxide: TiO2)을 포함하는 투명 도전성 적층판.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 투명 도전성 박막(3)의 상기 삼산화인듐(In2O3)의 함량은 98 중량퍼센트(wt%) 내지 99 중량퍼센트 범위로 정해지는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층판.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 도전성 박막(2)의 상기 물질은 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide: ITO)인 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층판.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 및 제2 투명 도전성 박막(2, 3)의 전체 두께는 10㎚ 내지 140㎚ 범위로 정해지는 것을 특징으로 하는 투명 도전성 적층판.
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