导电结构及其制造方法与流程

本申请要求于2014年9月24日在韩国知识产权局提交的韩国专利申请No.10-2014-0127603的优先权，该申请的公开内容通过引用全部并入本文。

本申请涉及一种导电结构及其制造方法。

背景技术：

通常，根据信号的检测模式，触摸屏面板可以被如下分类。也就是说，存在：在施加直流电压时通过电流或电压值的变化感测被压力按压的位置的电阻型；在施加交流电压时使用电容耦合的电容型；在施加磁场时通过电压变化来感测选定位置的电磁型。

近来，随着对大面积触摸屏面板的需求的增加，需要开发一种可以实现具有优异可视性同时降低电极的电阻的大型触摸屏面板的技术。

技术实现要素：

技术问题

在本发明所属的技术领域中，需要开发改善各种形式的触摸屏面板的性能的技术。

技术方案

本申请的一个示例性实施方案提供了一种导电结构，包括：基板；设置在所述基板上且包含铜的金属层；设置在所述金属层上的防变色层；以及设置在所述防变色层上且包含氧化铜、氮化铜、氮氧化铜、氧化铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的暗化层。

本申请的另一示例性实施方案提供一种制造导电结构的方法，包括：在基板上形成包含铜的金属层；在所述金属层上形成防变色层；以及在所述防变色层上形成包含氧化铜、氮化铜、氮氧化铜、氧化铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的暗化层。

本申请的又一示例性实施方案提供一种包括所述导电结构的电子元件。

有益效果

根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构可以防止由导电图案引起的反射而不影响导电图案的导电性，并且可以通过提高导电图案的吸光度来提高导电图案的隐蔽性。

此外，根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构在包含铜的金属层和包含氧化铜、氮化铜、氮氧化铜、氧化铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的暗化层之间包括防变色层，从而防止金属层的铜扩散到暗化层中。因此，可以抑制金属层和暗化层之间的界面的劣化，并且可以使在高温和高湿下的稳定性最大化。

此外，使用根据本发明的示例性实施方案的导电结构可以开发具有改善的可视性的电子元件，例如触摸屏面板、显示装置或太阳能电池。

附图说明

图1是示意性地示出作为本申请的一个示例性实施方案的导电结构的层压结构的视图。

图2是示出对现有技术的导电结构进行热处理之前和之后的组成的视图。

图3是作为本申请的一个示例性实施方案，通过测量对根据实施例1的导电结构进行热处理之前和之后的反射率的变化而得到的视图。

图4是作为本申请的一个示例性实施方案，通过测量对根据比较例1的导电结构进行热处理之前和之后的反射率的变化而得到的视图。

图5是作为本申请的一个示例性实施方案，通过测量对根据实施例2的导电结构进行热处理之前和之后的反射率的变化而得到的视图。

图6是作为本申请的一个示例性实施方案，通过测量对根据实施例3的导电结构进行热处理之前和之后的反射率的变化而得到的视图。

图7是作为本申请的一个示例性实施方案，通过测量高温变色度随着作为导电结构的防变色层的Ti层的厚度的变化而得到的图。

图8是作为本申请的一个示例性实施方案，通过测量高温和高湿稳定性随着作为导电结构的防变色层的Ti层的厚度的变化而得到的视图。

具体实施方式

下文中，将更详细地描述本申请。

在本说明书中，显示装置统称为TV、计算机显示器等，并且包括形成图像的显示装置和支撑显示装置的壳体。

显示装置的实例包括等离子体显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、电泳显示器、阴极射线管(CRT)、OLED显示器等。显示装置可以包括用于呈现图像的RGB像素图案和附加滤光器。

同时，关于显示装置，随着智能手机、平板PC、PTV等的普及的加速，对在没有单独的输入装置(例如键盘、遥控器等)的情况下将人手用作直接输入装置的触摸功能的需要正在逐渐增加。此外，还需要能够识别特定点和写入的多触摸功能。

目前，大多数市售的触摸屏面板(TSP)以透明导电ITO薄膜为基础，但是具有如下问题：在应用具有大面积的触摸屏面板时，由于ITO透明电极的相对高的薄层电阻(sheet resistance)(最小为150Ω/□(Ω/square)，由Nitto Denko有限公司制造的ELECRYSTA产品)而引起的RC延迟，所以触摸识别速度降低，并且应当引入用于克服触摸识别速度降低的附加的补偿芯片。

本发明人研究了用金属精细图案替代透明ITO薄膜的技术。因此，本发明人发现，当具有高导电性的金属薄膜用于触摸屏面板的电极时，为了实现精细电极图案的特定形状，就高反射率引起的可视性而言，由于对外部光的高反射率，雾度值等，可能发生对眼睛的眩光等以及图案可以被人眼很好识别的问题。另外，本发明人发现在制造工艺中需要昂贵的目标成本，或者可能存在该工艺复杂的许多情况。

此外，当将透明电极用于金属细线时，最严重的问题可能是反射颜色。因为由于独特的金属光泽由外部光源可能引起诸如闪光的可视性问题，所以可以在金属的表面上形成可以降低反射率的附加层。

此外，以恒定线宽和恒定节距制造的金属细线具有低电阻，并且具有光线透过金属细线的大部分区域的性质。因此，积极地研究作为下一代透明电极和触摸传感器的金属细线。

具体地，在金属细线中，Cu金属细线便宜并且具有高导电性，使得Cu金属细线被认为是用于实现金属细线的合适材料。通过在金属上沉积氧化物层可以减少上述金属特有的可视性问题。然而，当在Cu金属上沉积CuOx的结构在沉积之后经历高温后处理时，Cu/CuOx的界面由于Cu的高扩散性能而变得不稳定，从而产生反射颜色的问题。

因此，本申请试图在实现导电结构的适当颜色的同时，使包括金属层和暗化层的导电结构在高温下的稳定性最大化。

根据本发明的一个示例性实施方案的导电结构体包括基板、设置在所述基板上且包含铜的金属层、设置在所述金属层上的防变色层以及设置在防变色层上并且包含氧化铜、氮化铜、氮氧化铜、氧化铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的暗化层。

在本申请中，防变色层是指当在150℃下进行30分钟以上的热处理时，整体结构的反射率的变化小于5％的层。

在本说明书中，暗化层是指具有吸光度以减少入射到金属层上的光量和从金属层反射的光量的层。暗化层也可以表示为光吸收层、吸光层、黑化层或黑色层(blackness layer)。

根据本发明的一个示例性实施方案，可以使用透明基板作为基板，但是基板没有特别限制，例如，可以使用玻璃、塑料基板或塑料膜。

根据本申请的一个示例性实施方案，防变色层可以用于防止金属层的铜扩散到暗化层上。

现有技术的导电结构可以包括层压有包含铜的金属层和包含氧化铜的暗化层的结构。然而，当包括Cu/CuO的层压结构的导电结构在常压和150℃下加热30分钟时，存在导电结构的反射率提高并且暗化能力降低的问题。上述变化由Cu/CuO的界面产生，具体地，发现CuO变成Cu₂O的现象。如上所述，在图2中示出了现有技术的导电结构在进行热处理之前和之后的组成。也就是说，如上所述，Cu/CuO的界面处的劣化导致导电结构的反射率的提高和暗色的变化，这会在未来制造和评价细线产品的过程中引起问题。

在150℃下Cu和CuO之间的扩散系数大约为1.3×10^-20m²/s，这大于大约为6.85×10^-31m²/s的Cu和Cu之间的扩散系数。通过这样做，可以确认，Cu在150℃的温度下扩散到CuO的界面上，并且产生Cu/CuO的界面处的劣化。

在本申请中，防变色层设置在包含铜的金属层和包含氧化铜的暗化层之间，从而防止金属层的铜扩散到暗化层上。因此，可以抑制金属层和金属氧化物层之间的界面的劣化，并且可以使高温下的稳定性最大化。

根据本申请的一个示例性实施方案，防变色层可以包括选自Ti、Ru、Ta、TiN、Al、Cu、Ni及它们的合金中的一种或多种，但不限于此。此外，防变色层的厚度可以为0.1nm至30nm，可以为5nm至15nm，并且可以为8nm至12nm，但不限于此。

根据本发明的一个示例性实施方案，金属层的厚度可以是100nm至160nm，并且可以是130nm至145nm，但不限于此。此外，暗化层的厚度可以为20nm至30nm，但不限于此。

在图1中示出了根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构的实例。图1示出了将基板、金属层、防变色层和暗化层进行层压的顺序，并且当在实践中被用作诸如触摸屏面板的精细透明电极时，金属层、防变色层和暗化层可以没有前表面层，但是具有图案形状。

根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构可以具有在金属层的至少一个表面上设置暗化层的结构。

根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构可以具有基板、暗化层、金属层和暗化层顺序进行层压的结构。此外，导电结构可以在最外面的暗化层上包括额外的金属层和额外的暗化层。

也就是说，根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构可以具有基板/暗化层/防变色层/金属层的结构，基板/金属层/防变色层/暗化层的结构，基板/暗化层/防变色层/金属层/防变色层/暗化层的结构，基板/金属层/防变色层/暗化层/防变色层/金属层的结构，基板/暗化层/防变色层/金属层/防变色层/暗化层/防变色层/金属层/防变色层/暗化层的结构，或者基板/暗化层/防变色层/金属层/防变色层/暗化层/防变色层/金属层/防变色层/暗化层/防变色层/金属层/防变色层/暗化层的结构。

根据本申请的一个示例性实施方案，导电结构的薄层电阻可以为1Ω/□以上且为300Ω/□以下，具体地为1Ω/□以上且为100Ω/□以下，更具体地，为1Ω/□以上且为50Ω/□以下，甚至更具体地为1Ω/□以上且为20Ω/□以下。

如果导电结构的薄层电阻为1Ω/□以上且为300Ω/□以下，则具有替代已知的ITO透明电极的效果。如果导电结构的薄层电阻为1Ω/□以上且为100Ω/□以下，或为1Ω/□以上且为50Ω/□以下，并且具体地为1Ω/□以上且为20Ω/□以下，因为与使用已知的ITO透明电极的情况相比薄层电阻显著低，所以存在当施加信号时减小RC延迟以显著提高触摸识别速度的优点，于是，可以容易地应用具有10英寸以上的大面积的触摸屏。

在导电结构中，图案化之前的金属层或暗化层的薄层电阻可以大于0Ω/□且为2Ω/□以下，具体地为大于0Ω/□且为0.7Ω/□以下。

当薄层电阻为2Ω/□以下，特别是0.7Ω/□以下时，在图案化前金属层或暗化层的薄层电阻越低，越容易进行精细图案化的设计和制造工艺。图案化后的导电结构体的薄层电阻变低，因此具有加快电极的反应速度的效果。可以根据金属层或暗化层的厚度来控制薄层电阻。

根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构在可见光区域中的平均消光系数k可以为0.2至1.5，特别是0.4至1.0。当平均消光系数k为0.2以上时，具有能够实现暗化的效果。平均消光系数k还可以被称为吸收系数，并且作为可以定义导电结构吸收特定波长的光的强烈程度的度量，是决定导电结构的透光率的因素。例如，在透明介电材料的情况下，k<0.2，这是非常小的值。然而，材料中金属成分的含量越高，k值越高。如果金属成分的量更加增大，则几乎不发生透射，大多数情况下，仅在金属上发生表面反射，并且消光系数k大于1.5，这在暗化层的形成中是不期望的。

在本申请的一个示例性实施方案中，导电结构在可见光区域的平均折射率可以为2至3。

在本说明书中，可见光区域是指波长为360nm至820nm的区域。

在本发明的一个示例性实施方案中，暗化层的总反射率可以为20％以下，具体地为15％以下，更具体地为10％以下，甚至更具体地为5％以下以及3％以下。总反射率越小，效果越好。

总反射率的测量可以在与金属层接触的暗化层的表面的相对表面方向上进行。当在该方向上进行测量时，总反射率可以为20％以下，具体地为15％以下，更具体地为10％以下，甚至更具体地为5％以下和为3％以下。反射率越小，效果越好。

另外，可以在金属层和基板之间设置暗化层，并且可以在基板侧测量总反射率。当在基板侧测量总反射率时，总反射率可以为20％以下，具体地为15％以下，更具体地为10％以下，甚至更具体地为5％以下和3％以下。总反射率越小，效果越好。

此外，当在150℃的条件下进行30分钟以上的热处理时，导电结构的总反射率的变化可以小于5％。

在本说明书中，总反射率是指对于波长为300nm至800nm，特别为380nm至780nm，更具体地，为550nm的光的反射率，在用黑色层(完全黑色)处理与待测量表面相对的表面之后，所述光以90°入射到待测量表面上。

根据本发明的一个示例性实施方案，导电结构的暗化层的总反射率可以为20％以下，具体地为15％以下，更具体地为10％以下，甚至更具体地为6％以下。总反射率越小，效果越好。

在本说明书中，总反射率可以是基于300nm至680nm，具体地从450nm至650nm，更具体地550nm的波长值，当入射光被定义为100％时，由光所照射的目标图案层或导电结构所反射的反射光中测得的值。

根据本申请的一个示例性实施方案，基于CIE(国际照明委员会，Commission Internationale de l'Eclairage)的L*a*b*色坐标，导电结构的亮度值L*可以为50以下，更具体地为20以下。有利的是，亮度值越小，总反射率变得越低。

此外，在根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构中，暗化层可以直接设置在基板、金属层或防变色层上，而不在它们中间插入粘结层或粘合层。粘结层或粘合层会影响耐久性或光学性质。此外，根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构的制造方法与使用粘结层或粘合层的情况显著不同。此外，在本申请的示例性实施方案中，与使用粘结层或粘合层的情况相比，基板、金属层或防变色层与暗化层之间的界面性质优异。

根据本发明的示例性实施方案，暗化层可以由单层形成，或者由两层或更多层的多个层形成。

根据本申请的示例性实施方案，期望暗化层具有非彩色(achromatic color)。此时，非彩色系列中的颜色是指不选择性地吸收入射到物体表面的光并直到光相对于每个成分的波长被均匀地反射和吸收才呈现的颜色。

此外，根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构的制造方法包括：在基板上形成包含铜的金属层；在所述金属层上形成防变色层；以及在所述防变色层上形成包含氧化铜、氮化铜、氮氧化铜、氧化铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的暗化层。

在根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构的制造方法中，基板、金属层、防变色层和暗化层的描述与上述描述相同，因此它们的详细描述将被省略。

根据本申请的一个示例性实施方案，金属层、防变色层或暗化层可以独立地通过蒸发沉积法或溅射工艺形成，但不限于此。

根据本申请的一个示例性实施方案，使用蒸发沉积方法形成金属层、防变色层或暗化层，从而保持暗化层的颜色并且可以加快沉积速度。

蒸发沉积可以使用电子束蒸发方法。

根据本申请的一个示例性实施方案，蒸发沉积方法可以通过直接蒸发选自待沉积的金属、金属氧化物、金属氮化物和金属氮氧化物中的一种或多种的工艺来进行。

此外，在本申请中，为了加快沉积速度并解决沉积后的暗化层在大气中容易变色的问题，蒸发沉积方法可以通过蒸发金属并使O₂或N₂气体活化以产生金属氧化物、金属氮化物或金属氮氧化物的工艺进行。在这种情况下，可以使用离子枪使O₂或N₂气体活化，但不限于此。

更具体地，可以使用灯丝型离子枪来使O₂或N₂气体活化。来自灯丝的热电子被电磁场加速以进行回旋加速运动，并且中性的O₂或N₂气体在该过程中被电离。电离后的电子朝着基板移动并遇到通过蒸发沉积而移动的金属原子以形成氧化物或氮化物。

用于使O₂或N₂气体活化的条件包括灯丝电压、电流或流动气体量。使用200V的电压和5A的电流来使O₂活化，并且在这种情况下气体的流量可以是20sccm。使用100V的电压和5A的电流来活化N₂，并且在这种情况下气体的量可以是28sccm。为了使O₂或N₂气体活化，可以使用100V与300V之间的电压以及5A与10A之间的电流。可以在金属沉积量为0.5A/s至10A/s的范围内实现暗化。在CuOx的情况下，沉积后的氧化物层的组成，即Cu：O为1:1。

根据本申请的一个示例性实施方案，还包括单独地或同时地使金属层、防变色层和暗化层图案化的工艺。

也就是说，根据制造根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构的方法，在基板上形成金属层，在所述金属层上形成防变色层，在所述防变色层上形成暗化层，然后使所述金属层、所述防变色层和所述暗化层同时图案化以形成金属图案、防变色层图案和暗化图案。

本申请的又一示例性实施方案提供了一种包括导电结构的电子元件。

电子元件包括触摸屏面板、显示装置或太阳能电池，但不限于此。

更具体地，例如，在静电电容型触摸屏面板中，根据本发明的一个实施例的导电结构可以用作触摸感应型电极基板。

除了上述包括基板、金属层、防变色层和暗化层的导电结构之外，触摸屏面板还可以包括额外的结构。在这种情况下，两个结构可以沿相同方向布置，并且可以沿彼此相反的方向布置。可以包括在根据本发明的触摸屏面板中的两个或更多个结构不必具有相同的结构，并且仅任意一个并且理想地，离用户最近的结构可以包括基板、金属层、防变色层和暗化图案层，并且额外设置的结构可以不包括图案化的暗化层。此外，两个或更多个结构中的层的层压结构可以互相不同。当包括两个或更多个结构时，可以在它们之间设置绝缘层。此时，可以对绝缘层另外赋予作为粘合层的功能。

根据本申请的一个示例性实施方案的触摸屏面板可以包括：下基板；上基板；以及电极层，电极层设置在与上基板接触的下基板的表面以及与下基板接触的上基板的表面中的任一个表面上或两个表面上。电极层可以用于检测X轴位置和Y轴位置。

在这种情况下，设置在下基板上和与上基板接触的下基板的表面上的电极层；以及设置在上基板上和与下基板接触的上基板的表面上的电极层中的一个或两个可以是根据本申请的示例性实施方式的导电结构。当仅电极层中的任意一个是根据本申请的示例性实施方式的导电结构时，另一个可以具有本领域已知的金属图案。

当电极层设置在上基板和下基板两者的一个表面上以形成具有两层的电极层时，可以在下基板与上基板之间设置绝缘层或隔片，使得电极层的间隔保持恒定并且不发生它们的接触。绝缘层可以包括粘合剂或者UV或热固化树脂。触摸屏面板还可以包括连接到上述导电结构中的金属图案的接地终端。例如，接地终端可以在形成基板的金属图案的表面的边缘部分处形成。另外，可以在包括导电结构的层压体的至少一个表面上设置防反射膜、偏振膜和防指纹膜中的至少一种。根据设计规格，除了上述功能膜之外，还可以包括不同类型的功能膜。上述触摸屏面板可以应用于诸如OLED显示面板(PDP)、液晶显示器(LCD)、阴极射线管(CRT)和PDP的显示装置。

根据本申请的一个示例性实施方案的触摸屏面板还可以包括在导电结构上的电极单元或垫片单元(pad unit)，并且在这种情况下，有效屏幕单元可以由与电极单元和垫片单元相同的导体形成。

在根据本申请的一个示例性实施方案的触摸屏面板中，可以在用户观察的一侧设置暗化层。

此外，在显示装置中，根据本发明的一个示例性实施方案的导电结构可以用在滤光器基板或薄膜晶体管基板中。

此外，太阳能电池可以包括阳极电极、阴极电极、光敏层、空穴传输层和/或电子传输层，并且根据本发明的一个示例性实施方案的导电结构可以用作阳极电极和/或阴极电极。

在显示装置或太阳能电池中，所述导电结构可以替代现有技术的ITO，并且可以灵活使用。此外，所述导电结构可以与CNT、导电聚合物和石墨烯一起用作下一代透明电极。

在下文中，将参考实施例详细描述本发明。然而，提出以下实施例是为了说明本发明，但是本发明的范围不限于此。

<实施例>

<实施例1>

使用单一的Cu靶，通过蒸汽沉积法在玻璃基板上形成厚度为100nm的Cu层。使用蒸汽沉积法在Cu层上形成Ti层作为防变色层。

接着，使用蒸发沉积法在防变色层上形成CuOx暗化层。在这种情况下，使用利用离子枪同时蒸发Cu并使O₂活化的蒸发沉积法作为形成CuOx暗化层的方法。

<实施例2>

除了使用Cu-Ni合金层作为实施例1中的防变色层之外，以与实施例1相同的方式进行。

<实施例3>

除了使用Al层作为实施例1中的防变色层之外，以与实施例1相同的方式进行。

<比较例1>

使用单一的Cu靶，通过蒸汽沉积法在玻璃基板上形成厚度为100nm的Cu层。

接着，使用蒸汽沉积法在Cu层上形成CuOx暗化层。在这种情况下，使用利用离子枪同时蒸发Cu并使O₂活化的蒸发沉积法作为形成CuOx暗化层的方法。

<实验例1>

将在实施例1中制造的具有Cu/Ti/CuOx结构的导电结构在150℃下进行30分钟，在180℃下进行30分钟，以及在220℃下进行30分钟的热处理，然后测量导电结构的反射率。结果示于下面的表1和图3中。

将在比较例1中制造的具有Cu/CuOx结构的导电结构在150℃下热处理30分钟，以及在180℃下热处理30分钟后，然后测定导电结构的反射率。结果示于下面的表1和图4中。

将在实施例2中制造的具有Cu/Cu-Ni/CuOx结构的导电结构和在实施例3中制造的具有Cu/Al/CuOx结构的导电结构在150℃下热处理30分钟，然后测量导电结构的反射率。结果示于图5和图6中。

[表1]

如结果所示，根据本申请的示例性实施方案的导电结构在包含铜的金属层和包含氧化铜的暗化层之间包括防变色层，从而即使在220°下热处理30分钟反射率也几乎不变化。因此，根据本申请的示例性实施方案的导电结构可以在长波长下将反射率降低至大约20％，并将平均反射率降低至大约7％。<实验例2>

通过调整实施例1中作为防变色层的Ti层的厚度来制造导电结构，并测量Ti层在高温下的变色度随着厚度的变化。结果示于下面的表2和图7中。热处理在150℃下进行30分钟。

[表2]

<实验例3>

通过调整实施例1中作为防变色层的Ti层的厚度来制造导电结构，并测量Ti层的高温高湿稳定性随着厚度的变化。该实验是在高温和高湿的环境评价下根据是否进行热处理检查反射率变化的实验，并且该实验是在比通过仅评估高温和高湿的环境而获得的结果更苛刻的条件下的环境评价。结果示于下面的表3和图8中。热处理在150℃下进行30分钟，并且在85℃和85％的湿度下进行高温高湿试验100小时。

[表3]

如结果所示，根据本申请的一个示例性实施方案的导电结构可以防止导电图案的反射而不影响导电图案的导电性，并且可以通过提高导电图案的吸光度来提高导电图案的隐蔽性。此外，根据本申请的示例性实施方案的导电结构包括在包含铜的金属层与包含氧化铜、氮化铜、氮氧化铜、氧化铝、氮化铝和氮氧化铝中的一种或多种的暗化层之间的防变色层，从而防止金属层的铜扩散到暗化层上。因此，可以抑制金属层与暗化层之间的界面的劣化，并且可以使在高温和高湿下的稳定性最大化。