KR100395598B1 - Etching Method of Transparent Electrode on Touchscreen using Laser - Google Patents
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Abstract
본 발명은 레이저를 이용한 터치스크린의 투명전극 식각 방법에 관하여 개시한다. 레이저를 이용한 터치스크린의 투명전극 식각 방법은 (가) 고분자 계열 재질의 터치스크린 상에 투명전극을 마련하는 단계; (나) 상기 투명전극 상에서 자외선 영역의 레이저 빔을 조사하여 상기 투명전극막을 식각하는 단계;를 구비하되, 상기 레이저 빔 조사시 소정의 가공선폭의 확보와 상기 터치스크린의 손상을 방지하도록 상기 레이저 빔의 초점을 흐리게 하는 것을 특징으로 한다. 이에 따르면, 종래의 습식식각 방법과 비교하여 친환경적인 제조방법으로서 다양하게 요구되는 터치스크린 산업의 발달과 함께 그 사용이 증대되는 것이 기대된다.The present invention discloses a method for etching a transparent electrode of a touch screen using a laser. Transparent electrode etching method of the touch screen using a laser (A) preparing a transparent electrode on the touch screen of the polymer-based material; (B) irradiating a laser beam in an ultraviolet region on the transparent electrode to etch the transparent electrode film, wherein the laser beam is provided to secure a predetermined processing line width and prevent damage to the touch screen during the laser beam irradiation. It is characterized by blurring the focus. According to this, it is expected that its use will increase with the development of the touch screen industry which is variously required as an environmentally friendly manufacturing method as compared to the conventional wet etching method.
Description
본 발명은 레이저를 이용한 터치스크린의 투명전극 식각 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 레이저를 이용하여 고분자 재질의 터치스크린 상의 투명전극을 식각하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method of etching a transparent electrode of a touch screen using a laser, and more particularly, to a method of etching a transparent electrode on a polymer touch screen using a laser.
터치스크린은 컴퓨터나 휴대용 정보 단말기 등의 화면상에서 키보드나 마우스를 사용하지 않고 손이나 펜으로 화면 위에 접촉함으로써 정보를 입력할 수 있는 입력장치이다.A touch screen is an input device that can input information by touching a screen with a hand or a pen without using a keyboard or a mouse on a screen of a computer or a portable information terminal.
도 1은 터치스크린의 구조를 보여주는 개략적인 단면도이다. 도 1에서 보면, 손이나 펜이 닿는 터치스크린(1) 하부에 식각된 투명한 전도성 금속(2)이 형성되어 있다. 상기 투명전극(2)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전성 산화물로서 현재 평판 디스플레이 산업 및 다양한 산업 영역에서 사용되고 있다. 이러한 산업영역에서 사용되는 ITO는 원하는 부분을 절연시키기 위해서 식각하는 작업이 필요한데, 지금까지는 산성의 용액을 이용하여 식각하는 습식식각 기술을 주로 사용하였다.1 is a schematic cross-sectional view showing the structure of a touch screen. In FIG. 1, an etched transparent conductive metal 2 is formed below the touch screen 1 to which a hand or pen touches. The transparent electrode 2 is a transparent conductive oxide such as indium tin oxide (ITO) and is currently used in the flat panel display industry and various industrial areas. ITO used in this industrial area needs to be etched to insulate the desired part. Until now, the wet etching technique mainly used an etching solution using an acidic solution.
그러나 이러한 화학적 식각 기술은 평판 디스플레이 산업이 발전하면서 많은 문제점을 낳게 되었다. 소형 크기의 TFT-LCD, PDP 와 같은 평판 디스플레이 제품에는 전면적에 걸쳐서 균일하고 미세하게 식각하는 문제가 어렵지 않았지만 제품이 대형화되면서 넓은 평판 표면에 정밀하고 고르게 식각하는 작업은 쉽지 않은 문제로 대두되었다. 또한, 최근 환경문제가 크게 제기되면서 독성이 강한 용액을 사용하는 습식식각 기술은 엄격한 환경규제 법령 등에 의해서 제약을 받고 있다.However, these chemical etching techniques have caused many problems as the flat panel display industry developed. Flat panel display products such as small size TFT-LCD and PDP have not been difficult to uniformly and finely etch over the entire area, but as the size of the product becomes larger, precisely and evenly etching a large flat surface has become a difficult problem. In addition, due to the recent environmental problems, wet etching techniques using highly toxic solutions are limited by strict environmental regulations.
따라서 본 발명은 상기의 문제점을 개선하고자 창출된 것으로서, 본 발명의목적은 레이저를 이용하여 고분자 재질의 터치스크린 상의 투명전극 식각 방법을 제공하는 것이다.Therefore, the present invention was created to improve the above problems, and an object of the present invention is to provide a transparent electrode etching method on a touch screen of a polymer material using a laser.
도 1은 터치스크린의 구조를 보여주는 개략적인 단면도,1 is a schematic cross-sectional view showing a structure of a touch screen;
도 2는 레이저의 파장영역에 따른 ITO필름의 투과율을 보여주는 그래프,Figure 2 is a graph showing the transmittance of the ITO film according to the wavelength region of the laser,
도 3a는 종래의 레이저빔 사용방법을 도식적으로 보여주는 도면,Figure 3a is a diagram showing a conventional method of using a laser beam,
도 3b는 본 발명에 따른 디포커스된(defocused) 레이저빔을 사용하는 방법을 도식적으로 보여주는 도면,3b diagrammatically shows a method of using a defocused laser beam according to the invention;
도 4는 본 발명에 따른 방법으로 가공된 터치스크린의 현미경 사진.4 is a photomicrograph of a touch screen processed by the method according to the invention.
*도면의 주요부분에 대한 부호의 설명** Description of the symbols for the main parts of the drawings *
1: 터치스크린 2: 전극1: touch screen 2: electrode
10: 레이저 발진부 20: 미러10: laser oscillation unit 20: mirror
30: 집속 광학렌즈 40: 작업물30: focused optical lens 40: workpiece
h: 디포커싱 높이h: defocusing height
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 레이저를 이용한 터치스크린의 투명전극 식각 방법은, (가) 고분자 계열 재질의 터치스크린 상에 투명전극을 마련하는 단계; (나) 상기 투명전극 상에서 자외선 영역의 레이저 빔을 조사하여 상기 투명전극막을 식각하는 단계;를 구비하되,In order to achieve the above object, the transparent electrode etching method of the touch screen using the laser of the present invention, (A) preparing a transparent electrode on the touch screen of the polymer-based material; (B) etching the transparent electrode film by irradiating a laser beam in an ultraviolet region on the transparent electrode;
상기 레이저 빔 조사시 소정의 가공선폭의 확보와 상기 터치스크린의 손상을 방지하도록 상기 레이저 빔의 초점을 흐리게 하는 것을 특징으로 한다.When the laser beam is irradiated, the focus of the laser beam is blurred to secure a predetermined processing line width and prevent damage to the touch screen.
상기 (가)단계의 상기 고분자계열 재질은 PET 층이며, 상기 투명전극막은 ITO 필름이며, 상기 (나)단계의 상기 레이저 빔의 파장은 200 nm 내지 400 nm 이며, 바람직하게는 상기 레이저는 Neodymium (Nd3+) 이온이 첨가된 매질의 레이저이며, 사용 파장은 3차 조화파장으로서 실질적으로 355 nm 이다.The polymer material of step (a) is a PET layer, the transparent electrode film is an ITO film, the wavelength of the laser beam of step (b) is 200 nm to 400 nm, preferably the laser is Neodymium ( Nd 3+ ) ion is added to the laser of the medium, the wavelength used is a third harmonic wavelength substantially 355 nm.
상기 (나)단계의 레이저빔의 초점을 흐리게 하는 단계는, 작업물로부터 초점거리에 있는 집속 광학렌즈를 상방으로 이동시켜 작업물에 조사되는 레이저빔의 스폿크기를 크게 형성하는 단계; 및 상기 디포커싱에 따른 레이저빔의 세기를 보정하기 위해 레이저 출력을 증가시키는 단계;를 더 구비하는 것이 바람직하다.The focusing of the laser beam of step (b) may include: forming a spot size of the laser beam irradiated onto the workpiece by moving the focusing optical lens located at a focal length upward from the workpiece; And increasing the laser power to correct the intensity of the laser beam according to the defocusing.
이하 첨부도면을 참조하여 본 발명의 레이저를 이용한 터치스크린의 투명전극 식각 방법을 상세히 설명한다.Hereinafter, a transparent electrode etching method of a touch screen using a laser of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
도 2는 레이저의 파장영역에 따른 ITO필름 상에서의 레이저빔의 투과율을 보여주는 그래프이다. 도 2에서 보면, 400 nm 파장이상의 가시광선, 적외선 파장영역의 레이저를 사용 시는 ITO 필름상에서의 투과율이 80% 이상 수준을 보이지만, 400 nm 이하의 자외선 파장영역의 레이저빔은 ITO 필름상에서의 투과율이 30% 수준이하로 낮으며, 따라서 흡수율이 높아지므로 ITO 필름이 레이저에 의해 전달된 열을 많이 흡수하게 된다. 이 흡수된 열로 인하여 ITO필름 자체의 온도가 상승하고, 결국 ITO필름의 증발온도보다 높은 온도로 상승하게 되었을 때 ITO필름은 증발하게 되어 도 1에서 보듯이 전극이 패턴되어 전극 서로간에 전기적으로 격리된다. 이러한 ITO 필름의 투과율뿐만 아니라, 레이저 빔의 파장이 짧을수록 MPA(Multi Photon Absorption)에 의해서 장파장대의 레이저에 비해 레이저의 세기가 증대하여 ITO막을 식각하는 데 더욱 효율적이다. 여기서, MPA란 레이저 빔을 구성하는 광자(Photon)이 에너지가 증대함에 따라 그 개수가 증가하여 필름에 흡수되는 광자도 증가하여 효율적인 식각이 가능해지는 현상을 말한다.2 is a graph showing the transmittance of a laser beam on an ITO film according to the wavelength region of the laser. As shown in FIG. 2, the transmittance on the ITO film shows a level of 80% or more when using a laser in the visible and infrared wavelength ranges of 400 nm or more, but the laser beam in the ultraviolet wavelength range of 400 nm or less has a transmittance on the ITO film. This is below 30%, and thus the absorption is high, so that the ITO film absorbs much of the heat transferred by the laser. When the absorbed heat increases the temperature of the ITO film itself, and eventually rises to a temperature higher than the evaporation temperature of the ITO film, the ITO film evaporates and the electrodes are patterned and electrically isolated from each other as shown in FIG. . In addition to the transmittance of the ITO film, the shorter the wavelength of the laser beam, the more the laser intensity increases compared to the long wavelength laser by MPA (Multi Photon Absorption), which is more efficient in etching the ITO film. Here, MPA refers to a phenomenon in which the number of photons constituting the laser beam increases as the number of energy increases, so that the number of photons absorbed in the film also increases and efficient etching is possible.
도 3a 및 도 3b는 일반적인 가공 레이저를 개략적로 나타낸 도면으로서, 도 3a는 레이저의 파워(power)를 작업물에 최대로 조사하고자 집속 광학렌즈로 집속한 레이저빔의 초점을 작업물 상에 조사하는 것을 모식한 것이고, 도 3b는 본 발명에 따른 방법을 도식한 것으로서 한 번의 가공으로 레이저빔의 스폿크기보다 큰 선폭을 가공하기 위해서 디포커스된 레이저를 작업물에 조사하는 것을 모식한 것이며, 도 4는 본 발명에 따른 방법으로 가공된 터치스크린의 현미경 사진이다.3A and 3B are schematic views of a general processing laser. FIG. 3A is a view illustrating a focus of a laser beam focused on a focusing optical lens on a workpiece to maximize the power of the laser onto the workpiece. 3B illustrates the method according to the present invention, which illustrates the irradiation of a defocused laser to a workpiece in order to process a line width larger than the spot size of the laser beam in one processing. Is a photomicrograph of a touch screen processed by the method according to the invention.
도면을 참조하면, 일반적인 가공 레이저 장치는 레이저 발진부(10)로부터 레이저빔이 발진되어 미러(20)를 거쳐서 집속 광학렌즈(30)에 입사된다. 집속 광학렌즈(30)에 입사된 레이저빔은 집속(focusing)되어서 작업물(40)에 조사된다. 도 3b에서는 집속 광학렌즈(30)로부터 집속된 레이저빔의 초점이 흐려진 상태에서의 레이저빔(10b)을 작업물(40)에 조사하는 것이다.Referring to the drawings, in the general laser processing apparatus, a laser beam is oscillated from the laser oscillation unit 10 and is incident on the focusing optical lens 30 via the mirror 20. The laser beam incident on the focusing optical lens 30 is focused and irradiated onto the workpiece 40. In FIG. 3B, the workpiece 40 is irradiated with the laser beam 10b in a defocused state of the laser beam focused from the focusing optical lens 30.
자외선 영역의 레이저(10)를 사용하여 ITO필름을 제거할 때, 포커싱(focusing)된 레이저빔(10a)을 작업물에 조사하는 경우, 가공 선폭을 변화시키는 것이 곤란하게 된다. 즉, 레이저빔(10a)의 스폿 크기(spot size)보다 큰 선폭을 가공하는 것이 어렵게 된다. 레이저빔의 스폿 크기보다 큰 선폭을 가공하고자 하면, 레이저빔을 조금씩 횡방향으로 이동하면서 여러 번 레이저빔을 겹침으로써 스폿 크기보다 큰 선폭을 가공하는 방법도 있지만, 이러한 방법은 레이저빔이 겹쳐지는 부분에서 고분자 계열 재질의 기판이 손상될 위험이 있으며, 레이저빔이 조사되지 않는 가공영역도 생길 수 있다. 따라서, 한 번의 가공으로 레이저빔의 스폿크기보다 큰 선폭을 가공하기 위해서는 도 3b와 같이 레이저빔이 약간 디포커싱된 위치에서 가공을 행하는 것이다. 본 실시예에서는 약 20㎛ 크기의 초점 스폿크기를 가지는 레이저빔으로 100㎛ 크기의 선폭으로 ITO 필름을 제거하기 위하여 포커싱 위치에서 약 5mm 하방에 작업물인 ITO 필름을 위치시켜 가공하였다. 그 결과인 도 4에서 보듯이, 약 100㎛정도의 선폭을 유지하며 ITO Film을 제거할 수 있었다.When the ITO film is removed using the laser 10 in the ultraviolet region, when the focused laser beam 10a is irradiated onto the workpiece, it becomes difficult to change the processing line width. That is, it becomes difficult to process a line width larger than the spot size of the laser beam 10a. If you want to process a line width larger than the spot size of the laser beam, there is also a method of processing a line width larger than the spot size by overlapping the laser beam several times while moving the laser beam in the transverse direction little by little. There is a risk that the substrate of the polymer-based material is damaged, and there may be a processing area in which the laser beam is not irradiated. Therefore, in order to process the line width larger than the spot size of the laser beam by one machining, the machining is performed at the position where the laser beam is slightly defocused as shown in FIG. 3B. In this embodiment, the workpiece is placed and processed by placing the work ITO film about 5 mm below the focusing position to remove the ITO film with a line width of 100 μm with a laser beam having a focal spot size of about 20 μm. As a result, as shown in Figure 4, it was possible to remove the ITO film while maintaining a line width of about 100㎛.
한편, 다양한 가공 선폭으로 ITO필름을 가공하고자 하는 경우에는 레이저의 출력과 집속 광학렌즈 초점과 작업물(40) 사이의 거리인 디포커싱 높이(h)를 조절함으로써 가능해진다. 즉, 위의 실시예에서 행한 100㎛이상의 선폭을 원하는 경우, 디포커싱 높이(h)를 더 높이고, 디포커싱으로 인해 발생하는 레이저 출력의 감소를보상하기 위해 레이저(10)의 출력을 높이게 되면, 원하는 100㎛이상의 선폭 역시 가공할 수 있게 된다.On the other hand, when the ITO film is to be processed at various processing line widths, it is possible to adjust the defocusing height h, which is the distance between the laser output and the focusing optical lens focus and the workpiece 40. That is, when a line width of 100 µm or more performed in the above embodiment is desired, the defocusing height h is further increased, and when the output of the laser 10 is increased to compensate for the decrease in laser output caused by defocusing, The desired line width of more than 100 μm can also be processed.
자외선 영역의 파장을 내기 위해 사용한 레이저는 Nd:YAG와 Nd:YVO4를 합성한 Neodymium (Nd3+) 이온이 첨가된 매질의 레이저의 3차 조화파인 단파장 레이저(파장 355 nm)이고, ITO필름을 제거하기 위해서 레이저의 평균출력은 1.4W로, Q-스위치 반복율은 30 kHz로 설정하여 사용하였으며, 고분자 계열 재질은 PET층을 사용하였다. 이와 같은 조건에서 약 400 mm/sec 속도로 레이저빔을 이동하면서 가공 시에도 ITO필름이 증발되었으며, 도 4에서 보듯이 중앙부에 약 100㎛의 가공면이 형성되었으며, 가공된 상태를 관찰하였을 때 잔유물이 남지 않았다. 가공위치의 양측에 전류를 걸어주었을 때 완전히 절연되었음을 확인할 수 있었다.The laser used to produce the wavelength in the ultraviolet region is a short wavelength laser (wavelength 355 nm), which is the third harmonic of a laser of a medium containing Nd: YAG and Nd: YVO 4 added Neodymium (Nd 3+ ) ions, and an ITO film. In order to remove the laser, the average power of the laser was set to 1.4W, the Q-switch repetition rate was set to 30 kHz, and the polymer material was used as the PET layer. Under these conditions, the ITO film was evaporated during processing while moving the laser beam at a speed of about 400 mm / sec, and as shown in FIG. This did not remain. When the current was applied to both sides of the machining position, it was confirmed that it was completely insulated.
이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 따른 레이저를 이용한 터치스크린의 투명전극 식각 방법은 종래의 습식식각 방법과 비교하여 친환경적인 제조방법으로서 다양하게 요구되는 터치스크린 산업의 발달과 함께 그 사용이 증대되는 것이 기대된다.As described above, the transparent electrode etching method of the touch screen using the laser according to the present invention is an environment-friendly manufacturing method compared to the conventional wet etching method, and its use is increased along with the development of the touch screen industry which is required in various ways. It is expected.
본 발명은 도면을 참조하여 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 한해서 정해져야 할 것이다.Although the present invention has been described with reference to the embodiments with reference to the drawings, this is merely exemplary, it will be understood by those skilled in the art that various modifications and equivalent embodiments are possible. Therefore, the true technical protection scope of the present invention will be defined only by the appended claims.
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