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문제 정의
- Sapphire glass를 기반으로 한 전도성 산화물 indium tin oxide 전극 및 광학 코팅을 통하여 우수한 광학특성과 높은 강도를 갖는 일체형 터치패널의 광학특성 평가를 목표에 두고 연구를 진행하였다. 전도성 산화물 코팅에서 sapphire glass에 indium tin oxide를 DC 스퍼터링법으로 증착을 하였다.
제안 방법
- 또한, 기판에 직접 공정처리 할 경우, 화학적 강화에 의한 강화글라스는 다층 (indium tin oxide/금속) 박막을 코팅 시 플라즈마에 의한 표면 영향과 indium tin oxide 재결정을 위한 열처리 시 화학 강화 풀림 현상이 발생되어 제조 수율이 현저히 낮아진다. (강화글라스 600 MPa : 레이저 가공 후 300 MPa 감소 열에 의한 강화 풀림현상) 이의 개선을 위해 기존 강화글라스를 대체한 사파이어 기판 도입함으로써 공정상 추가적인 표면 처리를 하지 않고 높은 강도와 내구성의 사파이어 글라스에 직접 indium tin oxide/금속 전극 및 절연코팅, 패터닝 공정을 통하여 우수한 광학특성과 높은 강도와 내구성을 갖는 커버 글라스 일체형 터치 패널을 구현하였다.
- 표 5, 6, 7, 8은 모델링 구조에 따른 시뮬레이션 조건이다. Air를 고정한 후 SiO2를 변수로 둔 것과 SiO2 를 고정한 후 air를 변수로 둔 조건을 시뮬레이션 하였다. 이에 도출된 silica층의 최적조건으로 고정한 후 아래층의 indium tin oxide 두께를 변수로 두어 광학 특성 시뮬레이션을 확인하였다.
- 표 1은 그에 대한 조건 표이다. DC Power를 0.15, 0.25, 0.3 A으로 변수를 두어 적용하였고, Ar:(Ar+O2) gas는 10:0.1 주입하여 10분 증착하였다. DC power를 변수로 두어 진행한 샘플에 광 투과율이 우수한 조건의 DC power를 적용하여 증착시간을 5, 10, 20, 30분으로 변수를 두어 증착하였다.
- 1 주입하여 10분 증착하였다. DC power를 변수로 두어 진행한 샘플에 광 투과율이 우수한 조건의 DC power를 적용하여 증착시간을 5, 10, 20, 30분으로 변수를 두어 증착하였다.
- 그림 12와 13은 hollow silica sol을 Macleod simulation 프로그램으로 시뮬레이션 하기위해 모델링한 구조이다. Hollow Silica 구조를 응용하여 SiO2/ Air/SiO2으로 단순화하게 모델링 하였다.
- 그림 3은 hollow silica sol의 Macleod simulation 프로그램으로 단순화 모델링한 구조이다. Hollow silica sol이 겉에는 silica 막으로 되어있고 안에는 공기로 되어있어 시뮬레이션 프로그램 상에서 indium tin oxide/SiO2/Air/SiO2으로 설계하였다.
- 5 T 두께의 sapphire glass를 사용하였다. Indium tin oxide 박막의 광 특성 최적 조건을 얻기 위하여 DC power와 증착시간의 변수를 두어 증착하였다.
- 그림 2는 hollow silica sol의 제조과정 및 SEM image이다. SILIO社의 hollow silica sol 용액을 사용하여 indium tin oxide가 증착된 glass 및 sapphire glass 기판의 투과율을 높였다. Hollow silica sol 용액은 hollow powder로 제조 되었으며 입자 크기는 60 ∼ 80 nm 정도이다.
- dip coating은 이플렉스社의 EF-4100 장비를 사용하였고, 속도를 3∼9 mm/sec으로 변화를 주어 진행하였다.
- 또한 표 2와 같이 광 투과율이 우수한 조건의 샘플을 소성로 장비를 이용하여 200, 300, 400, 500℃에서 30분 열처리를 하여 광학 특성 평가하였다 [1-3].
- Air를 고정한 후 SiO2를 변수로 둔 것과 SiO2 를 고정한 후 air를 변수로 둔 조건을 시뮬레이션 하였다. 이에 도출된 silica층의 최적조건으로 고정한 후 아래층의 indium tin oxide 두께를 변수로 두어 광학 특성 시뮬레이션을 확인하였다.
- 전체 범위를 기준으로 indium tin oxide 60∼100 nm, Air(Δ2) 40∼190 nm, SiO2(Δ1, Δ3) 45∼120 nm으로 설정하여 시뮬레이션을 진행하였다.
- 표 3은 hollow silica sol의 dip coating 조건 표이다. 코팅은 dip coating 방식으로 진행하였고, glass 및 sapphire glass 기판에 단면 coating 하였다. dip coating은 이플렉스社의 EF-4100 장비를 사용하였고, 속도를 3∼9 mm/sec으로 변화를 주어 진행하였다.
대상 데이터
- 5%, 표면저항 63 Ω/□을 확인하였다. SILIO社의 hollow silica sol 용액을 사용하여 sapphire glass에 코팅하였다. 코팅 전의 투과율이 85%에서 hollow silica sol 용액을 코팅 한 후 91.
- 5×10-3에서 진행하였다. 기본적인 indium tin oxide 박막 후 투과율을 보기 위하여 기판을 0.5 T 두께의 sapphire glass를 사용하였다. Indium tin oxide 박막의 광 특성 최적 조건을 얻기 위하여 DC power와 증착시간의 변수를 두어 증착하였다.
데이터처리
- 5%까지 약 6%가 증가 하는 것을 확인하였다. Macleod simulation으로 hollow silica sol을 모델링 하여 측정하였을 때 실제와 유사하게 하기 위해 silica 부분이 있는 영역과 없는 영역으로 나누어 측정하고 평균값을 계산하였다. 시뮬레이션 상의 굴절률 값과 실제 재료의 굴절률 값이 차이가 있어 투과율이 완전히 일치하지는 않지만 실제 값(투과율)과 유사한 air 영역이 5 nm에서 10 nm으로 설정되었을 때 그 사이의 값으로 측정되는 것을 확인할 수 있었다.
- 그림 4와 5는 증착 두께에 따른 투과율이다. 최적조건의 투과율의 판단 조건은 평균적으로 높은 값을 나타내는 550 nm 파장대의 투과율을 비교 하였다. DC power를 변수로 두어 진행하였을 때 증착 두께는 60∼75 nm로 증착되었고 60 nm에서 투과율 80%, 75 nm 82%로 75 nm에서 2% 높은 광학 특성을 보였다.
이론/모형
- Sapphire glass를 기반으로 한 전도성 산화물 indium tin oxide 전극 및 광학 코팅을 통하여 우수한 광학특성과 높은 강도를 갖는 일체형 터치패널의 광학특성 평가를 목표에 두고 연구를 진행하였다. 전도성 산화물 코팅에서 sapphire glass에 indium tin oxide를 DC 스퍼터링법으로 증착을 하였다. 우수한 광학 특성을 보이는 조건으로 0.
성능/효과
- 그림 10과 11은 기판(sapphire glass)에 hollow silica sol을 coating하여 두께에 따른 투과율을 비교한 그래프 및 130 nm 두께에서 코팅 전 후의 그래프이다. 130 nm정도 두께의 일정한 두께의 투과율이 91.5%, 280 nm 87.2%으로 측정되었다. 코팅된 두께가 두꺼울수록 광학 특성이 4.
- 온도는 200∼500℃에서 진행하였다. 200℃에서의 투과율은 84%, 500℃에서는 86.5%로 500℃에서 광학 특성이 2.5% 높은 결과를 보였다.
- DC power를 변수로 두어 진행하였을 때 증착 두께는 60∼75 nm로 증착되었고 60 nm에서 투과율 80%, 75 nm 82%로 75 nm에서 2% 높은 광학 특성을 보였다.
- 그림 15와 같이 각 두께에 따라 투과율 파장 550 nm 기준으로 비교하였다. air 영역이 20 nm에서 5 nm로 감소할 때 평균적으로 투과율이 증가하는 것을 확인하였다. 실제 실험값과 비교하였을 때 5 nm와 10 nm의 사이의 값으로 측정 되었다.
- Macleod simulation으로 hollow silica sol을 모델링 하여 측정하였을 때 실제와 유사하게 하기 위해 silica 부분이 있는 영역과 없는 영역으로 나누어 측정하고 평균값을 계산하였다. 시뮬레이션 상의 굴절률 값과 실제 재료의 굴절률 값이 차이가 있어 투과율이 완전히 일치하지는 않지만 실제 값(투과율)과 유사한 air 영역이 5 nm에서 10 nm으로 설정되었을 때 그 사이의 값으로 측정되는 것을 확인할 수 있었다.
- 각 두께에 따라 투과율 파장 550 nm 기준으로 비교하였다. 시뮬레이션과 실제 투과율이 130 nm 두께에서 각각 91.5%, 90.1%, 90.5%으로 가장 높은 투과율을 보였고, 두께가 두꺼워 질수록 투과율이 낮아지는 경향을 보였다. 전체적으로 시뮬레이션 값과 실제 값이 유사한 경향을 보였다.
- 전도성 산화물 코팅에서 sapphire glass에 indium tin oxide를 DC 스퍼터링법으로 증착을 하였다. 우수한 광학 특성을 보이는 조건으로 0.3 A/30분, 열처리 500℃, 투과율 86.5%, 표면저항 63 Ω/□을 확인하였다. SILIO社의 hollow silica sol 용액을 사용하여 sapphire glass에 코팅하였다.
- 이어서, 0.3 A에서 시간을 변수로 두어 5∼30분으로 진행하였을 때 증착 두께는 60∼100 nm로 증착되었고 60 nm에서 투과율 80%, 100 nm에서 84%로 100 nm에서 4% 높은 광학 특성을 보였다.
- SILIO社의 hollow silica sol 용액을 사용하여 sapphire glass에 코팅하였다. 코팅 전의 투과율이 85%에서 hollow silica sol 용액을 코팅 한 후 91.5%까지 약 6%가 증가 하는 것을 확인하였다. Macleod simulation으로 hollow silica sol을 모델링 하여 측정하였을 때 실제와 유사하게 하기 위해 silica 부분이 있는 영역과 없는 영역으로 나누어 측정하고 평균값을 계산하였다.
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