KR20020088488A - 다층 구조의 투명 도전막 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 위에 투명막과 금속막이 교대로 각각 두 층 이상으로 형성된 다층 구조의 박막으로서, 상기 투명막은 가시광 영역의 빛을 투과시킬 수 있는 재료를 사용하여 형성된 박막이며, 상기 금속막은 각 층의 두께가 5 ~ 50nm의 범위인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막을 제공한다. 상기 다층 구조를 형성하는 투명막과 금속막의 교번 횟수 또는 각 층의 두께를 조절하여 원하는 빛의 파장 범위에서 빛의 투과율을 조절할 수 있어, 평판 디스플레이에 사용되는 투명 전극 또는 전자기파 차폐를 위한 필터에 사용될 수 있다.

Description

다층 구조의 투명 도전막{MULTI-LAYERED TRANSPARENT CONDUCTING THIN FILMS}

본 발명은 선택된 파장 범위에서 빛의 투과도를 조절할 수 있으며 도전성이 우수한 다층 구조의 투명 도전막에 관한 것으로, TFT-LCD(Thin film transister liquid crystal display), PDP (Plasma panel display), FED(Field emission display), ELD(Electroluminescent display), OELD(Organic electroluminescent display) 등의 평판 디스플레이와 광전 효과를 이용하는 태양 전지 등에서 사용되는 가시광을 투과하며 전기 전도성을 가지는 투명 전극이나 PDP나 FED에서와 같이 전자기파를 차폐하기 위하여 필터로 사용될 수 있다.

일반적으로, 빛을 투과하며 전기 전도성이 있는 투명 도전막 재료로서 SnO₂, In₂O₃, ZnO 등에 도핑(doping)원소가 첨가된 산화물 계열의 재료가 사용되어 왔다. 산화물계의 투명 도전막에 대한 연구는 1907년에 글로우방전(glow discharge) 챔버에서 증착된 Cd 금속막을 산화시킴으로써 투명한 전기 전도막이 얻어질 수 있음을 보인 최초의 보고 이후, 투명 도전막의 상업적 이용 가능성이 대두되었다. 그러나 투명 도전막 재료에 관한 본격적인 연구 개발 및 상용화는 1960년대에 시작되었으며 열분해스프레이(pyrolysis spray) 또는 스퍼터링(sputtering)에 의한 SnO₂계의 투명 도전막이 개발되어 에너지 절감을 위한 건축용 창유리나 태양전지용 전극 재료에 작용되어 왔으며, 졸겔(sol-gel), 이베이포레이션(evaporation) 또는 스퍼터링 등에 의한 Sn이 첨가된 In₂O₃계(ITO) 투명 도전막으로 자리를 잡아왔다. 이와는 방향을 달리하여 센서용 재료로 널리 연구가 되어오던 ZnO계의 산화막에 대한 연구가 1980년대 이후 활발히 진행되어 ZnO에 Al, Ga, F 또는 희토류 원소의 첨가에 의한 투명 도전막 재료의 개발이 어느 정도의 성과를 나타내기 시작하여 현재 ITO에 필적하는 비저항을 얻은 연구 결과가 발표되고 있기도 하다.

투명 도전막을 실제로 응용할 때 중요한 전기적 저항 특성을 면저항으로 표시되는데, 이는 비저항 값을 실제 사용되는 막의 두께로 나누어서 얻어진다. 예를 들어, 비저항이 1×10^-4Ω㎝ 인 투명 도전막을 100nm 두께로 사용하였을 때의 면 저항은 10Ω/으로 주어지게 된다.

근래에 들어 평판 디스플레이의 대면적화와 고정세화 추세, 전자기파 차폐를 위한 규제의 엄격화 및 유기 EL을 이용한 새로운 디스플레이가 등장함에 따라 광 투과도는 그대로 유지하면서도 면저항이 10Ω/보다 작은 전도 특성을 요구하고 있어 보다 향상된 투명 도전막의 필요성이 증대되고 있다. 또한, PDP와 같은 디스플레이는 그 특성상 전자기파 차단용 필터가 필요하다. 이러한 효과적인 전자기파 차단용 필터로 사용되기 위해서는 투과도가 좋아야 함은 물론 1Ω/이하의 저항이 필요한 것으로 알려져 있다.

그러나 현재까지 안정성과 재현성이 있으며 가장 높은 전기 전도도 및 광 투과도를 가지고 있어서 고품위의 평판 디스플레이용 전극막 재료나 전자기파 차폐용 재료로서 가장 널리 사용되던 재료는 ITO이나, 지난 20여년간 산화물계 투명 도전막의 전기 전도도를 향상시키기 위한 많은 노력에도 불구하고 비저항값이 1 ~ 2×10^-4Ω㎝를 한계로 전기 전도도면에서 더 이상의 진전을 이루지 못하고 있다. 따라서, 면저항 10Ω/이하의 전도 특성을 얻기 위해서는 투명 도전막의 두께가 두꺼워져야 하며, 이러한 두께의 증가는 다시 광 투과율의 감소를 초래하게 되어 투명 도전막으로서의 기능이 감소하게 된다.

위와 같이 ITO와 같은 산화물계의 투명 도전막은 통상 1 ~ 10×10^-4Ω㎝ 정도의 비저항값을 가지고 있어, 통상 상온에서 1 ~ 5× 10^-6Ω㎝ 정도의 비저항을 가지는 알루미늄, 금, 은, 동, 또는 이의 합금과 같은 금속막에 비하여는 약 1/100 이하의 열등한 전도성을 가진다.

금속막을 전기 전도도면에서는 대단히 우수하나 도 1에 도시된 Ag 박막의 경우와 같이 빛의 투과도가 낮아 두께가 5nm 이하로 되어야 가시광 영역에서 어느 정도의 투과성을 유지할 수가 있으며, 그 이상의 두께에서는 투과도가 저하하여 투명 도전막으로서의 기능을 상실하게 된다.

금속 박막을 진공에서 증착할 시 금속막은 아일랜드(island)를 형성한 후 증착이 계속됨에 따라 아일랜드가 성장하여 합쳐지게 됨으로써 연속적인 박막을 형성하는 것으로 알려져 있으며, 일반적인 진공 증착이나 마그네트론 스퍼터링 방법으로 성장시킨 Ag 박막의 경우 10nm 두께 이상이 되어야 연속적인 박막이 형성되는 것으로 알려져 있다. 이러한 두께의 금속 박막은 도 1에 보인 바와 같이 투과도가 낮아 그 자체로서는 투명 도전막으로 사용할 수가 없다.

또한, 근래에 Ag와 같은 금속막을 산화물계 투명 도전막 사이에 끼워 넣은 형태의 투명 도전막이 발표되어, Ag를 10nm로 형성한 경우 면저항이 4Ω/, Ag를 30nm로 형성한 경우에는 1Ω/정도로 향상되는 것이 보고된 바 있다. 그러나 Ag를 10nm로 형성한 경우에는 광 투과도가 500 ~ 600nm 파장 부근에서만 높은 반면 푸른색 영역인 400nm대의 파장에서는 광 투과도가 현저하게 떨어지게 되며, 삽입되는 Ag 두께가 커질 수록 광 투과도가 더욱 저하된다.

근래에 새로운 평판 디스플레이의 하나로 부상하고 있는 유기 EL을 사용한 디스플레이 장치는 충격에 강하고 가벼울 뿐 아니라 쉽게 휘어지는 성질이 있는 플리스틱 기판을 사용하려는 추세가 커지고 있다. 그러나 현재 투명 도전막으로 가장 많이 사용되고 있는 ITO를 포함한 산화물계의 투명 도전막의 경우, 비저항 5×10^-4Ω㎝ 이하의 값을 얻기 위해서는 통상 증착 온도를 300℃ 이상으로 하거나 또는 실온에서 합성된 막을 200℃ 이상의 온도로 열처리를 하여야 한다. 이는 산화물계 박막의 결정 성장을 촉진시켜 전자의 이동도를 크게 하여 전도성을 높이기 위한 것이다. 저온에서 합성한 산화물계 투명 도전막을 비정질 상태이거나 미세한 결정립 구조로 형성되어 전자의 이동도가 떨어지고 결과적으로 전도성이 감소하여 통상 10^-3Ω㎝ 정도의 비저항값을 가진다. 따라서 플라스틱과 같이 고온 공정이 불가능한 기판상에 고품위의 산화물계 투명 도전막을 구현하는 것이 대단히 어려워서 고품위 산화물계 투명 도전막의 적용 범위가 한정되어 있다. 이러한 플라스틱 기판은 저온 공정의 필요성이 클 뿐만 아니라, 플라스틱 재료는 대기 중의 산소나 물을 투과시키는 성질이 있어 발광 재료로 사용되는 유기물의 발광 특성을 악화시키므로 내환경성이 강하게 요구된다.

따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 감안하여 안출된 것으로, 그 목적은 광 투과도를 높은 상태로 유지하면서 전기적 특성을 향상시킨 투명 도전막을 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 목적은 높은 전기 전도도를 가지며 원하는 파장 범위에서의 광 투과도를 임의로 조절할 수 있어, 단순한 전극용 투명 도전막으로서의 기능 뿐 아니라 광 필터의 기능을 동시에 가질 수 있으며, 전자기파 차단을 위한 기능도 할 수 있는 투명 도전막을 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 저온에서도 합성이 가능한 고품위의 투명 도전막을 제공하는 데 있다.

도 1은 Ag 박막의 두께 변화에 따른 광 투과도 변화를 나타낸 그래프.

도 2는 본 발명에서 제공하는 다층 구조 투명 도전막의 단면 모식도.

도 3은 본 발명에서 제공하는 다층 구조 투명 도전막의 가시광 투과도를 나타낸 그래프.

도 4는 본 발명에서 제공하는 다층 구조 투명 도전막의 가시광 투과도와 근자외 및 근적외 차단능을 나타낸 그래프.

도 5는 본 발명에서 제공하는 다층 구조 투명 도전막에 의한 적색광 투과를 나타낸 그래프.

도 6은 본 발명에서 제공하는 다층 구조 투명 도전막에 의한 녹색광 투과를 나타낸 그래프.

도 7은 본 발명에서 제공하는 다층 구조 투명 도전막에 의한 청색광 투과를 나타낸 그래프.

도 8은 본 발명에서 제공하는 금속막이 최상부층인 다층 구조 투명 도전막에 의한 녹색광 투과를 나타낸 그래프.

*** 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 ***

1:빛2:기판

3a:투명막3b:투명막

3c:투명막3d:투명막

4a:금속막4b:금속막

4c:금속막

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 기판 위에 투명막과 금속막이 교대로 각각 두 층 이상으로 형성된 다층 구조의 박막으로서, 상기 투명막은 가시광 영역의 빛을 투과시킬 수 있는 재료를 사용하여 형성된 박막이며, 상기 금속막은 각 층의 두께가 5 ~ 50nm의 범위인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막을 제공한다.

상기 다층 구조를 형성하는 투명막과 금속막의 교번 횟수 또는 각 층의 두께를 조절하여 원하는 빛의 파장 범위에서 빛의 투과율을 조절할 수 있으며, 상기 다층 구조를 형성하는 투명막과 금속막층이 각각 두 층 이상으로 교번되고, 각 투명막층과 금속막층의 수는 같을 수도 있으며 다르게 할 수도 있다.

상기 금속막은 두께가 5nm 이하인 경우 막형성 자체가 매우 어려우며, 50nm를 넘어설 경우 투과도가 매우 떨어져 투명 도전막에 사용되기 어렵다. 다층 구조가 형성되는 기판 재료로는 빛이 투과하는 유리나 플라스틱이 적당하다.

도 2에는 본 발명에서 제공하는 투명 도전막인 다층 구조의 전형적인 일례를 보였다. 빛(1)이 투과하는 기판(2) 상에 투명막(3a), 금속막(4a), 투명막(3b), 금속막(4b), 투명막(3c), 금속막(4c), 투명막(3d)이 교번하여 증착된 구조를 보인다.

이와 같은 다층 구조의 투명 도전막은 도 2에 보인 구조에 한정되는 것은 아니며 목적에 따라서 변화가 가능하다. 즉, 기판 상에 금속막이 먼저 증착되고 그 위에 투명막, 금속막, 투명막, 금속막, 투명막으로 구성되는 구조나 증착된 마지막 층이 금속막으로 이루어지는 구조도 가능하다. 또한 투명막, 금속막의 교번 주기가 도 2에 보인 3주기에 국한되는 것이 아니라, 2주기 이상의 어떤 주기도 가능하다. 또한, 도 2에는 빛(1)이 다층 구조를 통하여 기판(2) 방향으로 진행하는 방식으로 도시되어 있으나, 이와는 반대로 빛(1)이 기판(2)부로 입사하여 다층 구조를 통과하는 방식도 가능하다.

상기 다층 구조를 형성하는 투명막은 가시광 영역에서 빛이 투과하는 성질을 가지는 유전체 재료, 가시광 영역에서 빛을 투과하며 전기 전도성을 가지는 산화물 재료 또는 가시광 영역에서 빛을 투과하는 폴리머 재료 중에서 선택이 가능하다.

상기 다층 구조를 형성하는 상기 유전체 재료로는 SiO₂, TiO₂, ZrO₂, HfO₂, Al₂O₃, ZnO, Y₂O₃, BeO, MgO, PbO₂, WO₃, VOX, SiNX, GeNX, AlN, ZnS, CdS, SiC, MgF, CaF₂, NaF, BaF₂, PbF₂, LiF, LaF₃, GaP로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 화합물의 사용이 가능하다.

상기 다층 구조를 형성하는 상기 전기 전도성을 가지는 산화물 재료로는 Sn 첨가 In₂O₃, F 또는 Sb 첨가 SnO₂, Al, Ga, B, Y, In, Sc, Si, Ge, Ti, Zr, Hf, N 또는 F 중 하나 또는 둘 이상이 첨가된 ZnO, In 첨가 CdO와 같이 불순물이 첨가된 산화물이나, Cd0, MgO, SnO₂, In₂O₃, ZnO, GaO, PbO₂, Tl₂O₃, Sb₂O₅와 같은 산화물들의 혼합물 및 이들 혼합물에 불순물이 첨가된 산화물의 사용이 가능하다. 그리고 AMO₂의 구조를 가지는 산화물의 사용도 가능한데, A는 Cu, Ag, Li, Na, K와 같은 1가(+1)(monovalent)의 금속이고 M은 Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La와 같은 3가(+3)(trivalent)의 금속으로 구성된 산화물이며 이들에 소량의 불순물이 첨가되거나 불순물에 의하여 치환된 구조도 사용이 가능하다.

상기 다층 구조를 형성하는 상기 폴리머 재료로는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타아크릴네이트(polymethyl meta acrylate), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene) 테레프탈레이트(terephthalate) 및 아크릴 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 재료의 사용이 가능하다.

상기 다층 구조를 형성하는 상기 금속막 재료로는 Ag,Au, Cu, Pd, Pt, Ni, Al, Y, La, Mg, Ca, Li, K, Na, Cr, Mo, W, V, Ta, Co, Fe, Nb, Mn, Re, In, Sn, Zn, Pb 또는 이들의 합금 중 선택이 가능하다.

일반적으로 금속은 굴절율(n)이 작고 빛의 감쇄 계수(k)가 커서 단일층으로 되어 있을 때에는 빛의 반사도가 크고 투과를 거의 하지 못한다. 도 1에 보인 바와 같이 Ag의 경우 두께가 10nm 정도만 되더라도 가시광 영역에서의 투과도는 60%대로 떨어지고 20nm 의 경우 20% 대로 급격히 감소한다. 그러나 이러한 금속막이 가시광을 투과하는 재료와 결합되어 본 발명에서 제공하는 바와 같이 다층 구조를 이룰 때는 다층 구조로 이루어진 매질 내에서의 빛의 진행 성질이 공명 터널링(resonant tunneling)이라는 현상에 의하여 바뀌게 된다.

즉, 본 발명에서 제공하는 바와 같은 투명막과 금속막이 주기적으로 배열되어 있는 다층 구조의 매질에서는 근접한 투명막/금속막 계면들에서의 굴절율의 급격한 변화로 인하여 전자기파의 하나인 빛의 그룹속도(group velocity)가 변화하고 감쇄 계수가 큰 금속막을 진행하는 빛의 흡수를 급격히 감소시켜 결과적으로 투명도와 반사도의 변화를 가져오게 된다. 이러한 공명 터널링이 일어나는 빛의 파장과 공명 터널링의 정도는 다층 구조를 이루는 투명막과 금속막 재료의 광학적 성질, 개별 막의 두께, 다층구조의 반복 주기수 및 형성 순서 등에 따라 변화하게 되며, 이러한 변수들을 적절히 조합하면 원하는 빛의 파장 영역에서의 투과도를 조절할 수 있게 된다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에서 제공하는 투명막과 금속막의 다층 구조는빛의 각 파장대에서의 투과도를 조절할 수 있음은 물론, 전기 전도도가 우수한 금속막이 다층 구조에 포함되어 있으므로 전기 전도도를 금속막에 필적하는 수준으로 향상시키는 것이 가능하다. 또한 다층 구조에서 사용된 투명막 중 하나 이상을 전기 전도성이 있으며 투명한 산화물계 투명 도전막을 사용하면 금속막과 산화물계 투명 전도막의 결합에 의한 더욱 우수한 성능의 전기 전도성을 가질 수 있다.

이와 같은 투명 도전막은 후술되는 바와 같이 훌륭한 전자기파 차폐용 재료로서 사용이 가능함은 물론이고, 나아가 도 2에 도시한 바와 같은 다층 구조에 있어서 최상부층 투명막 (3d)이 없는 구조로 제작하거나 최상부층을 기존의 산화물계 투명 도전막을 사용하면 평판 디스플레이의 전극용 투명 도전막으로 응용도 가능하다.

본 발명에서 제공하는 다층 구조 투명 도전막의 장점 중 하나는 우수한 광 투과도 및 전기 전도도를 가지는 투명 도전막을 저온에서 합성이 가능하다는 것이다. 앞에서 설명한 바와 같이 현재 투명 전도막으로 가장 많이 사용되고 있는 ITO를 포함한 산화물계의 투명 도전막에 있어서 비저항 5× 10^-4Ω㎝ 이하의 값을 가지는 고품위 투명 도전막을 얻기 위해서는 200℃ 이상의 고온 공정이 필수이다. 따라서 폴리카보네이트나, 아크릴, PET와 같이 100℃ 이상의 온도에서 변형이 쉽게 일어나는 플라스틱 기판에는 적용이 불가능하다. 그러나 본 발명에서 제공하는 금속막이 포함된 다층 구조의 투명 도전막은 100℃ 이하의 상온에서 저온 합성이 가능하다. 이것은 산화물계 투명막을 하나의 구성층으로 사용하고자 하는 경우에도 인접한 금속막으로 인하여 전기 전도성은 우수하기 때문이다. 또한 본 발명에서 제공하는 다층구조를 적용하는 경우, 도 2의 투명막층 중 하나 또는 두 층을 Si₃N₄, AlN, Al₂O₃등과 같이 치밀한 막을 이루는 유전체 물질로 사용하면 기판을 통하여 스며들어온 대기 중의 산소나 물이 다층 구조 투명 도전막 위에 형성되는 유기물에 침투하는 것을 방지할 수 있어 플라스틱 기판 사용시의 내환경성을 증대시킬 수 있다.

한편, 본 발명에 의한 다층 구조의 투명 도전막은 스퍼터링, CVD, PVD 등과 같은 기존의 어떠한 박막 형성 방법에 의하여도 제조할 수 있다.

이하에 상기한 본 발명을 바람직한 실시예가 도시된 첨부 도면을 참고하여 더욱 상세하게 설명하되, 본 발명을 이에 한정하려는 것은 아니다.

실시예 1

도 3에는 본 발명에서 제공하는 투명막/금속막이 교번되어 있는 다층 구조로 이루어진 투명 도전막의 가시광 영역에서의 투과도를 나타내었다. 도 3을 구성하는 다층 구조는 유리 기판 위에 유전체막(Si₃N₄)과 금속막(Ag)이 교대로 여섯 개의 층을 이루고, 마지막으로 산화물계 투명 도전막(본 실시예에서는 ITO를 사용)이 입혀진 구조로 되어 있고, 각 층의 두께는 도 3에 도시된 바와 같이 ITO는 30nm, Ag는 10nm, Si₃N₄는 기판으로부터 순서대로 45nm, 80nm, 70nm 이었다.

도 3에 보인 바와 같이, 본 발명에서 제공하는 다층 구조의 투명 도전막은 다층 구조를 이루는 Ag 막의 총 두께가 30nm에 달하나 가시광 영역인 440 ~ 700nm 파장대에서 80% 이상의 투과도를 보이며, 최대 90%의 투과도에 달하는 파장도 얻을 수 있음을 알 수 있다. 본 실시예의 다층구조는 최상부층이 산화물계 투명 도전막 재료인 ITO로 이루어져 있고 하부의 Ag 막과 결합되어 우수한 도전성을 가진다. 따라서 본 발명에서 제공하는 다층 구조 투명 도전막은 TFT-LCD, PDP, FED, ELD, OELD 등과 같은 평판 디스플레이에서 도전성이 우수하면서도 투명한 재료가 요구되는 전극용 재료로 사용될 수 있다.

실시예 2

도 4에는 도 3과 같은 구조 및 재료로 이루어져 있으나, 각 층의 두께를 변화시킨 다층 구조의 투과도를 나타내었다. 각 층의 두께는 도면에 도시된 바와 같이 ITO는 160nm이고, Ag는 기판으로부터 순서대로 10nm, 15nm, 10nm이었고, Si₃N₄는 기판으로부터 순서대로 65nm, 85nm, 80nm 이었다. 도 3에 보인 다층 구조가 가시광 영역 전반에서 고른 투과도를 보인 것과는 달리, 도 4에 보인 다층 구조의 투과도는 적색, 녹색 및 청색 파장 영역인 650nm, 530nm 그리고 440nm 부근에 투과도 피크(peak)가 있는 특징을 보인다. 또한, 도 4에 보인 다층 구조는 파장 400nm 대의 근자외 영역에서 투과도가 급격히 감소하고, 750nm 이상의 근적외 영역에서도 투과도가 급격한 감소를 보이는 특징을 나타내고 있다.

다층 구조의 적절한 설계를 통하여 얻어진 도 4에 보인 바와 같은 특징을 이용하면 PDP의 필터용 재료로도 사용이 가능함을 알 수 있다. 즉 PDP의 경우 플라즈마 방전 특성으로 인하여 전자기파가 방출되므로 주변 전자기기 의 오동작을 방지하기 위하여 전자기파 차폐용 필터를 사용하여야 한다. 또한 PDP에서 방출되는 근적외 영역의 파장은 일반 가정용 기기의 리모트콘트롤러에서 사용되는 파장과 같아 이를 차단하지 않으면 주변기기의 리모콘을 사용할 수가 없으며, 이와 아울러 400nm 대의파장은 인체에 유해하므로 이를 방지할 필요성도 있다. 이와 같은 이유로 인하여 대면적 벽걸이용 TV로 각광받는 PDP에는 상기의 목적에 맞는 필터를 채택하는 것이 필수적이다.

또한, 근래에는 FED와 같은 디스플레이도 가속전압이 높아지는 추세에 있어 PDP와 같이 전자기파 차폐용 필터의 채택이 필요하게 되었다. 도 4에 보인 바와 같이 본 발명에서 제공하는 다층 구조의 투명 도전막은 금속막과 산화물계 투명 도전막을 함유하고 있어 전자기파의 차단 기능을 제공할 수 있음은 물론이고, 750 ~ 1100nm 파장대의 근적외선 영역 차단능과 400nm 대의 근자외선 영역 차단능도 동시에 만족시키며 가시광의 투과성이 우수한 필터용 재료로서 사용이 가능함을 알 수 있다. 나아가 본 발명에서 제공하는 다층 구조의 투명 도전막을 PDP나 FED와 같은 디스플레이의 전면판의 버스전극(bus electrode)으로 사용하게 되면 투명 전극막 재료로서의 기능 뿐 아니라 상기 필터의 역할도 겸할 수 있어 대단히 유용한 결과를 얻을 수 있다.

실시예 3

도 5에는 실시예 1에서 보인 바와 같은 구조로 이루어진 다층 구조이나 각 층의 두께를 변화시킨 투명 도전막의 파장별 투과도를 나타내었다. 각 층의 두께는 도면에 도시된 바와 같이 ITO는 100nm이고, Ag는 기판으로부터 순서대로 17nm, 43nm, 17nm이었고, Si₃N₄는 기판으로부터 순서대로 100nm, 115nm, 115nm 이었다. 본 실시예의 다층 구조는 적색 파장 영역인 650nm 부근에서 투과도의 피크를 보이며, 앞서의 실시예와는 달리 다른 파장대에서는 투과도가 거의 없는 것을 알 수 있다.

실시예 4

도 6에는 실시예 1에서 보인 바와 같은 구조로 이루어진 다층 구조이나 각 층의 두께를 변화시킨 투명 도전막의 파장별 투과도를 나타내었다. 각 층의 두께는 도면에 도시된 바와 같이 ITO는 90nm이고, Ag는 기판으로부터 순서대로 15nm, 37nm, 15nm이었고, Si₃N₄는 기판으로부터 순서대로 70nm, 85nm, 85nm 이었다. 본 실시예의 다층 구조는 녹색 파장 영역인 530nm 부근에서 투과도의 피크를 보이며, 다른 파장대에서는 투과도가 거의 없는 것을 알 수 있다.

실시예 5

도 7에는 실시예 1에서 보인 바와 같은 구조로 이루어진 다층 구조이나 각 층의 두께를 변화시킨 투명 도전막의 파장별 투과도를 나타내었다. 각 층의 두께는 도면에 도시된 바와 같이 ITO는 81nm이고, Ag는 기판으로부터 순서대로 15nm, 36nm, 15nm이었고, Si₃N₄는 기판으로부터 순서대로 40nm, 65nm, 65nm 이었다. 본 실시예의 다층 구조는 청색 파장 영역인 460nm 부근에서 투과도의 피크를 보이며, 다른 파장대에서는 투과도가 거의 없는 것을 알 수 있다.

본 발명에서 제공하는 다층 구조의 투명 도전막은 상기 실시예 3 내지 5에서 알 수 있는 바와 같이, 원하는 파장대에서 높은 투과도를 얻으며 다른 파장 영역은 차단시킬 수 있는 기능을 가질 수 있어, 컬러필터(color filter)의 기능을 겸한 투명 도전막 재료로 사용될 수 있다. 즉, ELD, OELD와 같은 디스플레이에 있어서 투명 양극으로 사용되는 전극으로서 본 발명에서 제공하는 다층 구조의 투명 도전막을사용하게 되면 백색광을 발하는 EL을 사용하여도 별도의 컬러필터를 사용할 필요가 없이 전극용 투명 도전막 자체로 충분한 풀컬러(full color) 디스플레이를 구현하는 것이 가능하다. 이와 같은 다층 구조의 투명 도전막을 단색광용 EL 디스플레이의 전극으로 바로 사용할 수 있음은 물론이다.

나아가 TFT-LCD와 같이 도광판으로부터 전달되는 백색광을 투과시켜야 하는 TFT-array에 연결된 투명한 전극막 용도로 사용하게 되면 LCD의 컬러필터용 기판에 별도의 컬러필터를 구성할 필요가 없어지게 된다. 또한, 본 발명에서 제공하는 다층 구조의 투명 도전막을 PDP나 FED와 같은 디스플레이의 전면판의 버스 전극으로 사용하게 되면 투명 전극막 재료로서의 기능 뿐 아니라 컬러필터의 기능도 겸할 수 있어 대단히 유용한 결과를 얻을 수 있다.

실시예 6

도 8에는 앞서의 실시예와는 다른 구조로서, 금속막이 최상부에 위치하며 투명막과 금속막이 2번의 교번으로 이루어진 다층 구조의 투과도를 나타내었으며, 각층의 두께는 도 8에 명시한 바와 같이, Ag는 20nm이었고, Si₃N₄는 80nm이었다. 본 실시예는 적층 주기를 변화시키거나 상부층이 금속인 경우에도 앞서의 실시예에서 보인 선택적 투과성을 얻을 수 있음을 보이며, 본 실시예에서는 녹색 영역인 530nm 부근의 파장대에서 투과도의 피크를 보이고 있다. 이러한 다층 구조의 투명 도전막은 앞서의 실시예에서 보인 바와 같은 통상의 전자기파 차폐용 필터나 투명 전극용 전도막 뿐 아니라 유기 EL의 음전극과 같이 일함수가 작아 전자의 방출이 용이한 금속 전극을 사용하는 음전극용 재료로도 사용이 가능함을 알 수 있다. 또한, 단일 금속막을 음전극으로 사용하는 통상의 유기 EL 디스플레이에서는 도 1에서 보인 바와 같이 투과도가 낮아 음전극 방향으로는 디스플레이의 기능을 할 수가 없으나, 본 실시예에서 보인 바와 같은 다층 구조 투명 도전막을 투과도가 우수하여 음전극으로도 사용을 할 수 있으므로 양방향으로 디스플레이가 가능한 소자를 제조하는 것이 가능하다.

이상의 실시예에서는 투명막과 금속막으로 각각 한 가지 물질만을 사용하였으나, 두 종류 이상의 물질을 사용하여 다층 구조를 형성할 수도 있다. 예를 들어 금속막으로 Ag와 Cu를, 투명막으로 Si₃N₄와 Al₂O₃를 사용하는 것도 가능하다. 이러한 복합 다층 구조에서는 각층에 선택되는 물질의 종류, 각 층의 두께가 변수가 되어 빛이 투과되는 파장 영역 및 투과도가 결정된다.

또한 상기 실시예들에서는 언급되지 않았으나, 실시예에서 사용한 유전체 물질인 Si₃N₄와 같은 재료는 통상의 스퍼터링과 같은 방법으로 제작하여도 충분한 패시베이션(passivation) 효과를 제공할 수가 있다. 광자기 효과를 이용한 광 디스크에서는 기록막 재료로서 산화성이 대단히 큰 희토류 금속인 Tb이 함유된 재료를 사용하나 이러한 기록막을 Si₃N₄와 같은 재료로 기록막 양쪽에 수십 nm의 두께로 적층함으로써 폴리카보네이트와 같이 산소나 물에 취약한 기판을 사용하면서도 내구성을 얻을 수 있으므로, 본 발명은 이러한 투명층을 사용하여 OLED와 같이 산소나 물에 취약한 재료를 사용하는 디스플레이에도 플라스틱 기판을 사용할 수 있는 기술을 제공한다. 또한, 본 발명에서 제공하는 다층 구조의 투명 도전막은 기존의 단일 산화물계 투명 도전막과는 달리 우수한 전도성을 얻기 위한 고온 합성 공정이 불필요하여 플라스틱과 같은 재료에도 적용이 가능하다.

이상에서는 본 발명을 특정의 바람직한 실시예를 예로 들어 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.

상기한 바와 같이 이루어진 본 발명에 의한 투명막/금속막의 다층 구조로 이루어진 투명 도전막 재료는 우수한 광 투과도, 파장의 선택적 투과 기능을 제공할 수 있을 뿐 아니라 전기 전도도가 우수한 금속막을 자체적으로 함유하고 있음과 동시에 투명막 재료로서 기존의 산화물계 투명 도전막을 같이 사용할 수가 있어 우수한 전도성을 제공한다. 따라서 본 발명에서 제공한 다층 구조 투명 도전막은 TFT-LCD, PDP, FED, ELD, OELD 등 가시광 영역에서의 광 투과도와 전지 전도성을 요구하는 평판 디스플레이의 전극용 재료로서 사용이 가능할 뿐 아니라, 다층 구조 디자인에 따라 선택적 파장 투과성을 가질 수 있어 전극과 컬러필터의 기능을 동시에 구현하는 장점도 제공할 수 있다. 또한 금속막을 포함하는 우수한 전기 전도성을 제공하므로 PDP나 FED의 버스 전극으로 사용할 시 전자기파를 차폐하는 기능도 제공할 수가 있어 투명 전극막과 전자기파 차폐라는 기능을 동시에 얻을 수 있다. 나아가 상기 실시예에서 보였듯이 파장 영역을 차단할 수 있는 설계도 가능하여 투명 전극막으로는 물론 PDP나 FED의 다기능 필터로서 사용될 수 있다.

Claims (8)

1. 기판 위에 투명막과 금속막이 교대로 각각 두 층 이상으로 형성된 다층 구조의 박막으로서, 다층구조를 형성하는 투명막과 금속막의 교번 횟수 또는 각 층의 두께를 조절하여 원하는 빛의 파장 범위에서 빛의 투과율을 조절할 수 있으며,

   상기 투명막은 가시광 영역의 빛을 투과시킬 수 있는 재료를 사용하여 형성된 박막이며, 상기 금속막은 각 층의 두께가 5 ~ 50nm의 범위인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막.
2. 제1항에 있어서, 상기 다층 구조를 형성하는 상기 투명막은 가시광 영역에서 빛이 투과하는 성질을 가지는 유전체 재료, 가시광 영역에서 빛을 투과하며 전기 전도성을 가지는 산화물 재료 또는 가시광 영역에서 빛을 투과하는 폴리머 재료 중에서 하나 이상이 선택되는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막.
3. 제2항에 있어서, 상기 상기 유전체 재료는 SiO₂, TiO₂, ZrO₂, HfO₂, Al₂O₃, ZnO, Y₂O₃, BeO, MgO, PbO₂, WO₃, VOX, SiNX, GeNX, AlN, ZnS, CdS, SiC, MgF, CaF₂, NaF, BaF₂, PbF₂, LiF, LaF₃, GaP로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 화합물인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막.
4. 제2항에 있어서, 상기 산화물 재료는 다음의 그룹,

   Sn 첨가 In₂O₃, F 또는 Sb 첨가 SnO₂, Al, Ga, B, Y, In, Sc, Si, Ge, Ti, Zr, Hf, N 또는 F 중 하나 또는 둘 이상이 첨가된 ZnO, In 첨가 CdO와 같이 불순물이 첨가된 산화물,

   Cd0, MgO, SnO₂, In₂O₃, ZnO, GaO, PbO₂, Tl₂O₃, Sb₂O₅와 같은 산화물들의 혼합물 또는 이들 혼합물에 불순물이 첨가된 산화물, 또는

   AMO₂의 구조를 가지는 산화물 또는 이러한 산화물에 소량의 불순물이 첨가되거나 불순물에 의하여 치환된 구조를 가지는 산화물, 여기서 A는 Cu, Ag, Li, Na, K와 같은 1가(monovalent)의 금속이고, M은 Al, Ga, In, Tl, Sc, Y, La와 같은 3가(trivalent)의 금속,

   에 포함되는 산화물 중에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 산화물인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막.
5. 제2항에 있어서, 상기 폴리머 재료는 폴리카보네이트(polycarbonate), 폴리메틸메타아크릴네이트(polymethyl meta acrylate), 폴리스틸렌(polystyrene), 폴리에스테르(polyester), 폴리에틸렌(polyethylene) 테레프탈레이트(terephthalate) 및 아크릴 수지로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나 또는 둘 이상이 혼합된 화화물인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막.
6. 제1항에 있어서, 상기 다층 구조를 형성하는 상기 금속막은 Ag, Au, Cu, Pd, Pt, Ni, Al, Y, La, Mg, Ca, Li, K, Na, Cr, Mo, W, V, Ta, Co, Fe, Nb, Mn, Re, In, Sn, Zn, Pb 또는 이들의 합금 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막.
7. 제1항에 있어서, 상기 다층 구조의 투명 도전막은 TFT-LCD, PDP, FED, ELD, OELD 등과 같은 평판 디스플레이의 투명전극으로 사용되는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막.
8. 제1항에 있어서, 상기 다층 구조의 투명 도전막은 전자기파의 차폐에 사용되는 것을 특징으로 하는 다층 구조의 투명 도전막.