JP2019207688A - 透明フレキシブル電極を備えるタッチパネルおよびその製造方法{Touch Panel With Transparent Flexible Electrodes And Manufacturing Methods Thereof} - Google Patents

透明フレキシブル電極を備えるタッチパネルおよびその製造方法{Touch Panel With Transparent Flexible Electrodes And Manufacturing Methods Thereof} Download PDF

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Abstract

【課題】高解像度の配線線幅が実現可能であり、ナローベゼルの実現が可能な構造を有する透明フレキシブル電極を備えたタッチパネルを提供する。【解決手段】基板上に検知電極パターン及び検知電極パターンを電気的に接続するための配線パターンが形成されたタッチパネル100であって、基板上の第1面に形成される第1検知電極パターン112、基板上で第1面とは異なる高さの第2面に形成され、金属ナノワイヤを含む第2検知電極パターン132、第1検知電極パターンと共面に形成される第1配線パターン及び第2配線パターン及び基板上に積層され、第1検知電極パターン及び第2検知電極パターンを絶縁する第1層間絶縁膜130を含み、層間絶縁膜を貫通して第2検知電極パターンと第2配線パターンの一部を電気的に接続するビア電極150を含む。【選択図】図3

Description

本発明は、タッチパネルおよびそれを含む表示装置に関し、より詳しくは、透明フレキシブル電極を備えるタッチパネルおよびそれを含む表示装置に関する。
表示装置には、液晶表示装置(Liquid Crystal Display Device:LCD)、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel:PDP)、有機発光表示装置(Organic Light Emitting Display Device:OLED)、電気泳動表示装置(Electrophoretic Display Device:EPD)などがある。
ナローベゼル(narrow bezel)技術は、表示パネルの縁において画像が表示されないベゼルを減らして、同じ大きさの表示パネルでも画像が表示される有効画面の大きさを相対的に大きくするための技術をいう。表示装置の製造会社は、表示領域外部の非表示領域の幅に定義されるベゼル(bezel)をさらに小さく実現するために様々な試みをしている。
図1は、表示装置の一例として液晶表示装置の例示的な積層構造を概略的に示す断面図である。
図1を参照すれば、液晶表示装置は、ウィンドウパネル10、ウィンドウパネルの下部に配置されるタッチパネル20、およびタッチパネル20の下部に配置される表示パネル70を含むことができる。
前記ウィンドウパネル10はタッチパネル20および表示パネル70を保護するためのカバー12を備え、ウィンドウパネル10のカバー裏面に形成される印刷領域14に対応する領域Aは表示装置のベゼル(Bezel)を形成する。
表示パネル70は、液晶層50を間に介在させ、下部基板であるアレイ基板60と上部基板であるカラーフィルタ基板40とを対面させて貼り合わせた構成を有することができる。カラーフィルタ基板40は、表示領域VAに対応する領域には、各画素領域の境界に対応してRGBカラーフィルタパターンからなるカラーフィルタ層43が備えられることができる。また、カラーフィルタ層33の間には、画素ブラックメトリックス45が備えられる。また、表示領域VAを囲み、表示領域VAの最外郭内部にブラックメトリックス41が備えられることができる。
タッチパネル20は透明基板21を含み、透明基板21上には透明な検知電極パターン23および配線パターン25が形成されている。好ましくは、配線パターン25は表示領域VAの外側に形成され、末端部を除いた検知電極パターン23の大部分は表示領域VA内に形成され、末端部の一部のパターンは表示領域の外側にかけて形成される。また、検知電極パターン23は透明導電物質からなり、配線パターン25は導電性金属からなり、配線パターン25は検知電極パターン23に電気的に接続される。例示的に図示されたタッチパネル20は一つの基板上に検知電極パターンおよび配線パターンが形成されたものを示しているが、多層基板に検知電極パターンおよび配線パターンが形成されてもよい。
前述したタッチパネル20において、配線パターン25は不透明な導電性金属からなるため、通常、配線パターン25はウィンドウパネル10の印刷領域14の下部領域に形成される。したがって、ナローベゼルを実現するために印刷領域14の幅を減らすためには、配線パターン25の幅を狭く減らさなければならない。
一方、最近、タッチパネルの透明な検知電極パターン23をAgのような金属ナノワイヤ(nanowire)を用いて透明フレキシブル電極に実現しようとする試みがあった。
図2は、透明フレキシブル電極を有する従来のタッチパネルの一例10を模式的に示す図である。
図2を参照すれば、タッチパネル10は、第1基板10A、第2基板10Bおよび印刷回路基板10Cを含むことができる。前記第2基板10Bはカバー基板の下部に配置され、前記第1基板10Aは前記第2基板10Bの下部に配置され、各々光学透明接着剤(Optical Clear Adhesive、OCA)などの接着物質を用いて接着できる。
前記第1基板10Aおよび第2基板10Bには各々検知電極パターン11A、11Bおよび配線電極パターン13A、13Bが形成されることができ、各基板上で検知電極パターンと配線電極パターンは電気的に接続される。この時、基板の透明性および柔軟性を確保するために、第1基板10Aの第1検知電極パターンおよび第2基板10Bの第2検知電極パターン11Bは、銀(Ag)のような導電性ナノワイヤ(AgNW)、メタルメッシュやCNTのような材料から形成されている。
一方、前記印刷回路基板10Cは、前記第1基板10Aおよび第2基板10Bの一側に付着され、前記第1配線電極パターン13Aおよび第2配線電極パターン13Bと電気的に接続されることができる。
上述した従来の透明フレキシブル電極を適用したタッチパネルは次のような問題点を有する。
先ず、金属ナノワイヤは微細ナノワイヤの集合体であるため、接触点により配線パターンと電気的に接続するため、高い接触抵抗を示すという問題点を有する。
また、金属ナノワイヤは機械的強度が低いため、その上に配線パターン用の物質を形成する時にスパッタのような気相蒸着法を適用するのが難しい。このため、粉末ペーストを用いた印刷法を適用する場合には、ペーストの粒度および印刷工法による塗膜厚さの限界により、配線パターンの線幅が薄膜で蒸着された導電材料などに比して増加するしかなく、その結果、ナローベゼルの実現に限界がある。
韓国公開特許第2015−138472号
前記技術的課題を達成するために、本発明は、ナローベゼルの実現が可能な構造を有する透明フレキシブル電極を備えたタッチパネルを提供することを目的とする。
また、本発明は、配線パターンの気相薄膜蒸着が可能であって、高解像度の線幅の実現が可能な構造を有する透明フレキシブル電極を備えたタッチパネルを提供することを目的とする。
なお、本発明は、透明フレキシブル電極と配線パターンの接触領域において低い接触抵抗を有するタッチパネルを提供することを目的とする。
前記他の技術的課題を達成するために、前述したタッチパネルの製造において工程ステップを減らす製造方法を提供することを目的とする。
前記技術的課題を達成するために、本発明は、基板上に検知電極パターンおよび前記検知電極パターンを電気的に接続するための配線パターンが形成されたタッチパネルであって、前記基板上の第1面に形成される第1検知電極パターン、前記基板上で前記第1面とは異なる高さの第2面に形成され、金属ナノワイヤを含む第2検知電極パターン、前記第1検知電極パターンと共面に形成される第1配線パターンおよび第2配線パターン、および前記基板上に積層され、前記第1検知電極パターンおよび前記第2検知電極パターンを絶縁する第1層間絶縁膜を含み、前記層間絶縁膜を貫通して前記第2検知電極パターンと前記第2配線パターンの一部を電気的に接続するビア電極を含むことを特徴とするタッチパネルを提供する。
本発明において、前記第1面は基板表面であり、第2面は第1層間絶縁膜表面であってもよい。これとは異なり、前記第1検知電極パターン、第1配線パターンおよび第2配線パターンと前記基板との間には第2層間絶縁膜をさらに含んでもよい。
本発明において、前記ビア電極は、前記第2検知電極パターンの端部に形成されてもよい。この時、前記第2配線パターンは接続部および配線部を含み、前記ビア電極は前記第2検知電極パターンの端部と第2配線パターンの接続部を電気的に接続することが好ましい。また、この時、前記第2配線パターンは接続部および配線部を含み、前記ビア電極は前記第2検知電極パターンの端部と第2配線パターンの接続部を電気的に接続し、前記第2検知電極パターンと前記第2配線パターンの接続部は平面的に重ならなくてもよく、前記第2検知電極パターンと前記第2配線パターンの接続部は一部が平面的に重なってもよい。
本発明において、前記ビア電極は、サブミクロン大きさの金属粒子を含むことが好ましい。
本発明において、前記第1層間絶縁膜は、硬化したフォトレジストまたはポリマーフィルムの形態であってもよい。
前記他の技術的課題を達成するために、本発明は、複数の第1検知電極パターン、複数の第1配線パターンおよび第2配線パターンが形成された基板を提供するステップ、前記基板上に絶縁層および金属ナノワイヤを含む検知電極層を形成するステップ、前記絶縁層の一部をパターニングして前記第2配線パターンの一部を開口させるビアホールを形成するステップ、および前記ビアホールを充填して前記絶縁層上の検知電極層と前記第2配線パターンの一部を電気的に接続するビア電極を形成するステップを含むタッチパネルの製造方法を提供する。
この時、前記絶縁層提供ステップの絶縁層はフォトレジストであり、前記絶縁層のパターニングは前記フォトレジストの硬化を含んでもよい。
本発明において、前記第2配線パターンと前記ビア電極は各々金属粒子を含み、前記ビア電極はサブミクロン大きさの金属粒子を含むことが好ましい。
本発明によれば、パネル縁部における高解像度の配線線幅が実現可能であり、ナローベゼルの実現が可能な構造を有する透明フレキシブル電極を備えたタッチパネルを提供することができる。
また、本発明は、透明フレキシブル電極と配線パターンの接触領域において低い接触抵抗を有するタッチパネルを提供することができる。
なお、本発明に係るタッチパネルは、パネルの製造において工程ステップを減らすのに好適である。
従来の表示装置の構成の一例を模式的に示す図である。 従来のタッチパネルの一例を模式的に示す図である。 本発明の一実施形態によるタッチパネルを概略的に示す平面図である。 図3のタッチパネルにおいて基板レベルのレイアウトの一部を模式的に示す図である。 図3のタッチパネル下端部のビア電極の周囲をA−A’方向に切断して示す断面図である。 図3のタッチパネルのビア電極の周囲をB−B’方向に切断して示す断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチパネルの製造過程を順次に示す断面図である。
以下では、図面を参照して本発明の好ましい実施形態を説明することで本発明について詳述する。
図3は、本発明の一実施形態によるタッチパネルの平面図である。説明または図示の便宜上、互いに異なるレイヤに実現された構造物の一部が図面上投影されたイメージに重ね合わせられている。
図3を参照すれば、タッチパネル100は、第1方向(例えば、パネルの横方向)に平行に配列された複数の第1検知電極パターン112、および第2方向(例えば、パネルの縦方向)に平行に配列された複数の第2検知電極パターン132を含む。
個別の第1検知電極パターン112は、前記タッチパネルのエッジに備えられた対応の第1配線パターン114A、114Bおよび第1配線パッド120Aを経て印刷回路基板に連結されることができる。同様に、個別の第2検知電極パターン132は、前記タッチパネルのエッジに備えられた対応の第2配線パターン134A、134Bおよび第2配線パッド120Bを経て印刷回路基板に連結されることができる。この時、前記第1配線パターンの接続部114Aと第2配線パターンの接続部134Aの設置位置は検知電極パターンの配列方向によって決定され、図示されたように、横方向に配列された第1検知電極パターンの場合はパネルの左側および/または右側エッジに備えられ、縦方向に配列された第2検知電極パターンの場合はパネルの上側および/または下側エッジに備えられることができる。ナローベゼルの実現やその他の理由で配線パターンの接続部114A、134Aの一部が左側または右側、上側または下側に分割されるか、またはいずれか一側に統合されて実現できることは、本技術分野の当業者であれば周知のものである。
本発明において、前記タッチパネル100の第1検知電極パターン112と第2検知電極パターン132は、基板から相異した高さで多層構造を有するように実現されることができる。例えば、前記第1検知電極パターン112が前記基板110上に形成される場合、前記第2検知電極パターン132は、前記第1検知電極パターン112との間に絶縁層が介在されて相異した位置に配置されることができる。
図4は、このような多層構造のタッチパネルにおいて基板レベルのレイアウトの一部を模式的に示す図である。
図4を参照すれば、基板110上には、複数の第1検知電極パターン112、第1配線パターン114A、114B、第2配線パターン134A、134B、第1配線パッド120Aおよび第2配線パッド120Bが備えられている。図示されたように、基板上の第1検知電極パターン112、第1配線パターン114A、114Bおよび第2配線パターン134A、134Bは共面(coplanar)に位置する。
前記第1検知電極パターン112は、インジウム酸化物、スズ酸化物、インジウムスズ酸化物(ITO)、銅酸化物(copper oxide)、カーボンナノチューブ(carbon nanotube、CNT)、金属ナノワイヤ(nano wire)、導電性ポリマーおよびグラフェンからなる群より選択された少なくとも一つの透明導電物質を含むことができる。また、前記金属ナノワイヤは所定範囲の線径を有するワイヤ形態の導電性金属構造物をいい、好ましくは、その線径は、30マイクロメータ以下であってもよく、その材質は、例えば、銀(silver)、金(gold)、銅(copper)、ニッケル(nickel)、金−メッキ銀(gold−plated silver)、白金(platinum)およびパラジウム(palladium)から選択された少なくとも1種の金属またはその合金であってもよい。
また、前記第1配線パターン114A、114Bは、銀、銅(Cu)のような導電性金属物質により実現されることができる。
再び図3を参照すれば、図4のレイアウト上に、第2検知電極パターン132、および前記第2検知電極パターン132を下部の第2配線パターンの接続部134Aと電気的に接続するためのビア電極(via electrode)150が備えられている。前記第2検知電極パターン132は、層間絶縁膜130により、下部の他の構造物とは電気的に絶縁される。
本発明において、前記第2検知電極パターン132は、金属ナノワイヤ(nanowire)を含む。この時、金属ナノワイヤは、銀(silver)、金(gold)、銅(copper)、ニッケル(nickel)、金−メッキ銀(gold−plated silver)、白金(platinum)およびパラジウム(palladium)から選択された少なくとも1種の金属またはその合金からなる金属ナノワイヤであってもよい。
また、前記第1配線パターン114A、114Bは、銀、銅(Cu)のような導電性金属物質により実現されることができる。
本発明において、前記層間絶縁膜は、絶縁性樹脂層であってもよい。具体的には、前記層間絶縁膜は、フォトレジストのような感光性樹脂層により実現されることができる。この場合、前記層間絶縁膜は、露光および現像を経て硬化したフォトレジストパターンであってもよい。
前記ビア電極150は、前記配線パターンと同一の材質または相異した材質の金属物質により実現されることができる。本発明において、前記ビア電極150を構成する金属粒子は、粉末ペーストから形成された配線パターンを構成する金属粒子より小さい大きさの粒子で実現できるという長所を有する。後述するように、フォト工程において、配線パターンを形成するための金属粒子の大きさは制限される。例えば、1μm以下の平均粒子大きさを有する微細な金属粒子からなる配線パターンは、下部の感光性樹脂層厚さの全体にかけて十分な露光を保障し難い。しかし、ビア電極150は、配線パターン形成後にビアホールを充填すれば良いため、前述した粒子大きさの制限がない。したがって、微細な粒度の金属粉末からなるビア電極150を採用することによって、第2検知電極パターン132のナノワイヤとの十分な接触点を提供して電極の電気的特性を向上できるようになる。
以下では、図5および図6を参照して前述したタッチパネルの層間構造について説明する。
図5は、図3のタッチパネル下端部のビア電極の周囲をA−A’方向に切断して示す断面図であり、図6は、図3のタッチパネルのビア電極の周囲をB−B’方向に切断して示す断面図である。
先ず、図5を参照すれば、前記ビア電極150の下部には、基板110、第2配線パターン134A、層間絶縁膜130および第2検知電極パターン132が形成されている。ビア電極150は、前記層間絶縁膜130を貫通して前記第2配線パターン134Bと前記第2検知電極パターン132を電気的に接続している。
次に、図6を参照すれば、第2検知電極パターン132の外側方向にビア電極150を介してビア電極が第2配線パターンの接続部134Aと電気的に接触し、その外側には複数の第2配線パターンの配線部134Bが備えられ、その外側には再び第1配線パターンの配線部134Bが備えられている。前記第1および第2配線パターンの配線部134B、114Bは、層間絶縁膜によって覆われている。
図5および図6を参照して説明した本発明の層間構造は、図示された形態に限定されるものではない。図5および図6において、第2検知電極パターン132は第2配線パターンの接続部134Aと平面的に重ならないものとして示されているが、これとは異なり、第2検知電極パターン132と第2配線パターンの接続部134Aは一部が平面的に重なるように配置されてもよい。
以下では、本発明のタッチパネルの製造過程について説明する。図7は、タッチパネルの縁部においてB−B’方向断面上で見たタッチパネルの製造過程を模式的に示す流れ図である。
図7を参照すれば、第1検知電極パターン(図示せず)、第1配線パターン114A、114Bおよび第2配線パターン134Bが形成された基板110が提供される。基板上の第1検知電極パターンおよび配線パターンの形成過程は、本技術分野で周知の技法を適用することができる。例えば、基板上に検知電極層および配線層を積層し、フォトレジストを用いた写真エッチング工程により検知電極層および配線層を所望のパターンにパターニングすることができる。また、これとは異なり、基板上に感光性樹脂層を形成し、その上に検知電極層および配線層を形成した後、感光性樹脂層を用いて前記検知電極層および配線層をパターニングすることもできる。この場合、検知電極パターンや配線パターンは基板と直接接触せず、硬化した感光性樹脂パターン上に積層された状態で存在することができる。
次に、図7の(b)に示すように、第2検知電極層132Aおよび絶縁層130Aが提供される。好ましくは、本実施形態において、前記第2検知電極層132Aとしては、前述したように金属ナノワイヤが用いられることができる。
次に、図7の(c)に示すように、図7の(a)および(b)の各構造物を貼り合わせる。このような貼り合わせ方式は、図7の(c)に示された積層構造を得る例示的な方式に過ぎない。これとは異なり、図7の(a)構造物上に絶縁層と検知電極層を順次塗布または蒸着する方式が利用できることは勿論である。
次に、図7の(d)を参照すれば、前記第2検知電極層132Aおよび絶縁層をパターニングして第2配線パターンの一部、すなわち、第2配線パターンの接続部114Aを露出するビアホール152を形成する。この過程は絶縁層のパターニングおよび第2検知電極層のパターニングを含むことができ、各過程は写真工程および/またはエッチング工程を適用してイン・サイチュ(in situ)または順次行われることができる。
一方、本発明において、前記絶縁層130Aとしてフォトレジストフィルムのような感光性樹脂層を用いる場合、パターン形成のための工程ステップを減らすことができる。例えば、ビアホール領域に該当する検知電極層下部のフォトレジストを適切な露光および現像工程により除去し、残ったパターンを硬化することによって層間絶縁膜を形成できるようになるため、検知電極層上に追加のフォトレジストフィルムの形成過程が省略できる。
次に、図7の(e)を参照すれば、形成されたビアホール152を導電性金属物質で充填してビア電極150を形成する。金属物質の充填は、金属粉末ペーストを用いてスクリーン印刷、直接印刷法、コーティングなどのような様々な方式で行われることができる。本発明において、前記ビア電極150の充填には、電極物質に直接写真工程が適用されないため、粒子大きさや形状の制限が適用されない。例えば、ナノミクロンまたはサブミクロン大きさの微細な粒度を有する金属粉末が用いられることができ、充填された金属粉末はナノワイヤに対して多数の接触点を提供することができるため、電極の接触抵抗を減少させることができる。
以上、本発明の好ましい実施形態について説明したが、本発明の技術的思想が上述した好ましい実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に具体化された本発明の技術的思想を逸脱しない範疇で多様に実現されることができる。
100 ・・・タッチパネル
110 ・・・基板
112 ・・・第1検知電極パターン
114A ・・・第1配線パターンの接続部
114B ・・・第1配線パターンの配線部
120A ・・・第1配線パッド
120B ・・・第2配線パッド
130 ・・・層間絶縁膜
132 ・・・第2検知電極パターン
134A ・・・第1配線パターンの接続部
134B ・・・第1配線パターンの配線部
150 ・・・ビア電極
152 ・・・ビアホール

Claims (13)

  1. 基板上に検知電極パターンおよび前記検知電極パターンを電気的に接続するための配線パターンが形成されたタッチパネルであって、
    前記基板上の第1面に形成される第1検知電極パターン、前記基板上で前記第1面とは異なる高さの第2面に形成され、金属ナノワイヤを含む第2検知電極パターン、前記第1検知電極パターンと共面に形成される第1配線パターンおよび第2配線パターン、および
    前記基板上に積層され、前記第1検知電極パターンおよび前記第2検知電極パターンを絶縁する第1層間絶縁膜を含み、
    前記層間絶縁膜を貫通して前記第2検知電極パターンと前記第2配線パターンの一部を電気的に接続するビア電極を含むことを特徴とするタッチパネル。
  2. 前記第1面は基板表面であり、第2面は第1層間絶縁膜表面であることを特徴とする、請求項1に記載のタッチパネル。
  3. 前記第1検知電極パターン、第1配線パターンおよび第2配線パターンと前記基板との間には第2層間絶縁膜をさらに含むことを特徴とする、請求項1に記載のタッチパネル。
  4. 前記ビア電極は、前記第2検知電極パターンの端部に形成されることを特徴とする、請求項1に記載のタッチパネル。
  5. 前記第2配線パターンは接続部および配線部を含み、
    前記ビア電極は前記第2検知電極パターンの端部と第2配線パターンの接続部を電気的に接続することを特徴とする、請求項4に記載のタッチパネル。
  6. 前記第2配線パターンは接続部および配線部を含み、
    前記ビア電極は前記第2検知電極パターンの端部と第2配線パターンの接続部を電気的に接続し、
    前記第2検知電極パターンと前記第2配線パターンの接続部は平面的に重ならないことを特徴とする、請求項4に記載のタッチパネル。
  7. 前記第2配線パターンは接続部および配線部を含み、
    前記ビア電極は前記第2検知電極パターンの端部と第2配線パターンの接続部を電気的に接続し、
    前記第2検知電極パターンと前記第2配線パターンの接続部は一部が平面的に重なることを特徴とする、請求項4に記載のタッチパネル。
  8. 前記ビア電極は、サブミクロン大きさの金属粒子を含むことを特徴とする、請求項4〜6のいずれか1項に記載のタッチパネル。
  9. 前記第1層間絶縁膜は、硬化したフォトレジストであることを特徴とする、請求項1に記載のタッチパネル。
  10. 複数の第1検知電極パターン、複数の第1配線パターンおよび第2配線パターンが形成された基板を提供するステップ、
    前記基板上に絶縁層および検知電極層を形成するステップ、
    前記絶縁層の一部をパターニングして前記第2配線パターンの一部を開口させるビアホールを形成するステップ、および
    前記ビアホールを充填して前記絶縁層上の検知電極層と前記第2配線パターンの一部を電気的に接続するビア電極を形成するステップを含むタッチパネルの製造方法。
  11. 絶縁層提供ステップの絶縁層はフォトレジストであることを特徴とする、請求項10に記載のタッチパネルの製造方法。
  12. ビアホール形成ステップにおいて、
    前記絶縁層のパターニングは、前記フォトレジストの硬化を含むことを特徴とする、請求項11に記載のタッチパネルの製造方法。
  13. 前記ビア電極は、サブミクロン大きさの金属粒子を含むことを特徴とする、請求項10に記載のタッチパネルの製造方法。
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