KR101049865B1 - 터치센싱용 필름, 이를 포함하는 터치센서 조립체 및 터치센서 조립체 제조방법 - Google Patents

터치센싱용 필름, 이를 포함하는 터치센서 조립체 및 터치센서 조립체 제조방법 Download PDF

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Abstract

터치센서가 입체면에 형성된 터치센서 조립체를 제시한다. 이를 위한, 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 조립체는 입체면을 포함하는 베이스부재와, 외부의 접촉에 의한 정전용량변화를 감지하는 투명 도전층이 탄소나노튜브로 이루어지며, 베이스부재의 입체면에 일체 형성된 터치센싱용 필름을 포함한다. 이에 따라, 터치센싱용 필름이 베이스부재의 입체면과 일체로 형성되는 과정에서 압력과 열을 받아 휘어지더라도, 터치센싱용 필름의 면저항과 같은 전기적 특성은 거의 변화되지 않으면서 터치센싱용 필름에 열변형이 발생되지 않는다. 또한, 투명 도전층에 크랙이 발생되지 않으면서 제조사의 설계에 따라 특정 형상으로 변형될 수 있다.

Description

터치센싱용 필름, 이를 포함하는 터치센서 조립체 및 터치센서 조립체 제조방법{Film for touch sensing, Touch sensor assembly including the same and Method of manufacturing touch sensor assembly}
전자기기에 명령을 입력할 수 있는 터치센서 조립체에 대한 것이다.
휴대 기기나 현금 자동 입출금기 등 수많은 전자기기의 버튼이나 디스플레이 패널에는 손가락을 접촉시킴으로써 기기에 명령을 입력할 수 있는 터치센서가 설치되어 있다. 이러한 터치센서는 버튼의 몸체나 디스플레이 패널 상에 접착층을 형성하고, 상기 접착층 상에 터치센서를 배치하는 것이 일반적이다.
터치센서의 일예로 저항막 방식과 정전용량 방식 등이 제시될 수 있다.
저항막 방식 터치센서는 일정 거리 이격된 전도층 사이가 외부의 접촉에 의해 맞닿게 되어 변화된 저항값을 측정하여 접촉 유무와 접촉 위치를 검출한다.
정전용량 방식의 터치센서는 정전 용량의 변화에 의해 접촉 유무와 접촉 위치를 검출한다. 이러한 정전용량 방식 터치센서는 기판과, 투명 도전층과, 보호층 및 전극 단자를 포함한다. 여기서, 종래의 정전용량 방식 터치센서를 구성하는 투명 도전층으로는 ITO(Indium Tin Oxide)를 사용하는 것이 일반적이다.
ITO는 100㎚이하의 박막으로 코팅하여도 우수한 전도성을 나타내고, 가시광선 영역의 광 투과성 등 광학적 특성과 내환경성 등이 우수한 장점이 있다. 그러나, ITO 투명 전도층은 ITO 자체의 유연성이 약한 성질이 있다.
한편, 볼록하거나 오목한 입체면으로 이루어진 버튼의 외면에 상기 터치센서를 형성시키는 경우, 압력과 열에 의해 터치센서에 변형이 발생되면서 깨지는 현상이 발생될 수 있다.
또한, ITO 투명 도전층은, 제조하는 과정에서 진공 증착, 화학 에칭 등 고가의 장비를 사용해야 하기 때문에 경제성이 낮을 뿐만 아니라, 진공 증착 과정, 화학 에칭 과정을 거쳐야 하기 때문에 제조 공정이 복잡한 문제점이 있다.
본 발명은 입체면에 접촉가능한 터치센싱용 필름을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 다른 목적은 터치센서가 입체면에 형성된 터치센서 조립체를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 터치센싱용 필름과 베이스부재가 일체형성될 수 있는 터치센서 조립체 제조방법을 제공하는 것이다.
따라서, 본 발명의 터치센싱용 필름은, 연성이면서 절연성인 소재로 이루어진 것으로, 베이스부재의 입체면에 접촉될 수 있도록 입체면과 대응되는 형상으로 이루어진 기저층과, 기저층에 형성되어 외부의 접촉에 의한 정전용량변화를 감지하는 투명 도전층과, 투명 도전층과 전기적으로 연결되어 투명 도전층으로 전원을 공급하는 적어도 하나의 전원공급단자를 포함한다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 터치센서 조립체는, 입체면을 포함하는 베이스부재와, 외부의 접촉에 의한 정전용량변화를 감지하는 투명 도전층이 탄소나노튜브로 이루어지며, 베이스부재의 입체면에 일체 형성된 터치센싱용 필름을 포함한다.
그리고, 본 발명의 일실시예에 따른 터치센서 조립체 제조방법은 탄소나노튜브층을 투명 도전층으로 하는 필름 형태의 정전용량 방식 터치센싱용 필름을 제공하는 단계와, 사출 성형기의 금형들 중 어느 하나의 내면에 상기 터치센싱용 필름을 밀착하는 단계와, 상기 금형들을 결합시키는 단계와, 상기 금형들 내부의 사출 공간에 용융된 수지를 사출시켜서 베이스부재를 형성하면서, 상기 베이스부재와 상기 터치센싱용 필름을 일체로 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 터치센싱용 필름은 투명 전도층이 탄소나노튜브로 이루어짐으로써 입체면 상에 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 터치센서 조립체는, 터치센싱용 필름이 베이스부재의 입체면과 일체로 형성되는 과정에서 압력과 열을 받아 휘어지더라도, 터치센싱용 필름의 면저항과 같은 전기적 특성은 거의 변화되지 않으면서 터치센싱용 필름에 열변형이 발생되지 않는다. 또한, 투명 도전층에 크랙이 발생되지 않으면서 제조사의 설계 에 따라 특정 형상으로 변형될 수 있다.
또한, 본 발명에 따른 터치센서 조립체는, CNT를 이용하여 투명 도전층을 형성하므로, 진공 증착, 화학 에칭 등 고가의 장비를 사용하지 않아도 되어 경제성이 높을 뿐만 아니라, 진공 증착 과정, 화학 에칭 과정을 거치지 않아도 되기 때문에 제조 공정이 단순해져서 제조 비용이 감소될 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 조립체를 도시한 사시도이고, 도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 조립체의 평면도이다.
도 1및 도 2를 참조하면, 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 조립체(100)는 베이스부재(110)와, 터치센싱용 필름(120)을 포함한다.
베이스부재(110)는 입체면을 포함한다. 베이스부재(110)는 터치센서 조립체(100)의 몸체를 형성한다. 후술할 터치센싱용 필름(120)의 하측에 배치되어 상기 터치센싱용 필름(120)을 지지한다. 베이스부재(110)의 소재의 일예로 아크릴 수지, 열경화성수지 등이 사용될 수 있다. 단, 이에 한정하지는 않으며, 베이스부재(110)의 소재로 상기 터치센싱용 필름(120)을 지지할 수 있는 것이면 어느 것을 사용하여도 무방하다. 단, 베이스부재(110)가 투명한 소재로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 후술할 터치센싱용 필름(120)과 베이스부재(110)가 투명한 소재로 이루 어짐으로써, 상기 터치센서 조립체(100) 전체가 투명하게 이루어질 수 있다. 이러한 투명한 터치센서 조립체(100)는 전자기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 전자기기의 일측에 투명한 터치센서 조립체(110)를 배치하여 사용자가 투명한 조작버튼, 즉 상기 터치센서 조립체(110)을 조작하게 한다. 이러한 터치센서 조립체(110)에 의해 전자기기의 외관이 미려해질 수 있다.
한편, 입체면이란 돌출된 곡면, 인입된 곡면, 단차진 면 등 평면이 아닌 모든 형태의 면을 포함할 수 있다.
터치센싱용 필름(120)은 상기 베이스부재(110)의 입체면과 일체로 형성된다. 이러한 터치센싱용 필름(120)은 외부의 접촉에 의한 정전용량변화를 감지하는 투명 도전층(122)이 탄소나노튜브로 이루어진 것이다. 탄소나노튜브(Carbon Nanotube, CNT)는 탄소 원자가 육각형 벌집무늬로 결합된 판상의 흑연시트가 직경이 수 ㎚에서 수백 ㎚정도인 튜브형태로 말려져 있는 나노 소재이다. 이러한 CNT를 플라스틱이나 필름에 얇은 도전막으로 형성하면, 가시광선 영역에서 높은 투과도와 전도성을 나타내므로 투명 전극으로 사용이 가능하다.
상기 CNT로 이루어진 투명 도전층(122)은 ITO로 이루어진 투명 도전층(122)보다 유연성과 내구성이 우수한 특성이 있다. 이에 따라, 상기 터치센싱용 필름(120)이 베이스부재(110)의 입체면과 일체로 형성되는 과정에서 휘어지더라도, 터치센싱용 필름(120)에 열변형이 거의 발생되지 않으며, 크랙도 발생하지 않을 수 있다.
또한, 상기 터치센서 조립체(100)에서는 CNT를 이용하여 투명 도전층(122)을 형성하므로, 진공 증착, 화학 에칭 등 고가의 장비를 사용하지 않아도 되어 경제성이 높을 뿐만 아니라, 진공 증착 과정, 화학 에칭 과정을 거치지 않아도 되기 때문에 제조 공정이 단순해져서 제조 비용이 감소될 수 있다.
또한, 상기 터치센서 조립체(100)에서 터치센싱용 필름(120)은 타발공정을 통하여 특정 형상 및 단위 길이로 절단하여 제조할 수 있다. 예를 들어, 터치센싱용 필름(120)을 1평방미터 면적에 일정한 간격으로 배열한다. 그리고, 제조사의 설계에 따라 터치센싱용 필름(120)이 절단될 수 있도록 칼날의 형상을 특정 형상으로 형성하고, 상기 칼날을 동일한 간격으로 복수개 배치하여 칼날 조립체를 완성한다. 다음으로, 상기 칼날 조립체로 상기 터치센싱용 필름의 일면에 순간적인 힘을 가하여 압착시킨다. 즉, 터치센싱용 필름(120)을 1m 제조한 다음, 칼날이 10㎝간격마다 배치된 칼날 조립체로 터치센싱용 필름(120)의 일면에 순간적으로 힘을 가하여 누르게 된다. 상기 터치센싱용 필름(120)은 상기 칼날 조립체에 의해 일정한 간격과 동일한 형상으로10㎝씩 절단된다. 이러한 방법은 터치센싱용 필름(120)의 투명 도전층(122)이 CNT로 이루어져서 절단 과정에서 상기 투명 도전층(122)이 깨지지 않는 특성 때문에 가능한 것이다.
한편, 본 발명의 일실시예에 따른 터치센싱용 필름(120)은 기저층(121)과, 전술한 투명 도전층(122)과, 적어도 하나의 전원공급단자(123)를 포함할 수 있다.
도 3를 참조하면, 기저층(121)은 연성이면서 절연성인 소재로 이루어진 것이다. 이러한 기저층(121)의 일면은 베이스부재(110)의 입체면과 접촉된다. 그리고, 기저층(121)의 타면에는 투명 도전층(122)이 형성된다. 기저층(121)의 소재로 는 투명 PET 필름과 같이 투광도 및 연성이 우수한 소재가 사용될 수 있다.
전원공급단자(123)는 투명 도전층(122)과 전기적으로 연결되어 상기 투명 도전층(122)으로 전원을 공급한다. 이러한 전원공급단자(123)의 소재는 구리(Cu), 알루미늄(Al) 등으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 상기 구리 및 알루미늄은 에폭시에 의해 투명 도전층(122)에 접착될 수 있다. 이러한 전원공급단자(123)의 다른예로 실버 페이스트일 수 있다. 이와 다르게, 전원공급단자(123)는 전도성 투명 중합체로 이루어질 수 있다. 상기 전도성 투명 중합체의 일예로 폴리티오펜, 폴리피롤, 폴리아닐린, 폴리아민, 및 폴리아세틸렌 중 어느 하나일 수 있다. 이에 따라, 외부에서 상기 전원공급단자(123)가 투명하게 보임으로써, 상기 터치센싱용 필름(120) 전체가 투명하게 보일 수 있게 한다.
상기 전원공급단자(123)는, 사용자가 거의 접촉하지 않는 터치센싱용 필름(120)의 모서리 부분에 위치될 수 있다. 터치센서 조립체(100)가 미도시된 전자기기에 배치되는 경우, 전원공급단자(123)는 전자기기의 전원공급부와 전기적으로 연결되고, 전원공급단자(123)는 전자기기의 하우징에 가려져서 외부로 노출되지 않을 수 있다.
상기와 같은 구조로 이루어진 터치센싱용 필름(120)은 전원공급단자(123)를 통해 투명 도전층(122)에 전원이 공급된 상태에서, 사용자가 투명 도전층(122)을 접촉하면, 투명 도전층(122)은 상기 접촉에 의한 정전용량변화를 감지하여 사용자가 터치센서 조립체(100)의 특정 영역에 접촉했는지 여부를 판단한다.
종래의 터치센서는 평면으로 이루어진 것이 일반적이고, 휘어짐에 취약하므 로, 입체면이 형성된 곳에 접착하기가 어려웠으나, 상기 터치센싱용 필름(120)은 투명 전도층(122)이 탄소나노튜브로 이루어지므로 입체면에 형성될 수 있다.
한편, 상기 터치센싱용 필름(120)에는 상기 투명 도전층(122)을 분획(分劃)하는 적어도 하나의 분획용 홈(124)들이 형성될 수 있다. 상기 분획용 홈(124)들은 투명 도전층(122)에 일정 간격 또는 불규칙적인 간격으로 형성된다. 이러한 분획용 홈(124)을 투명 도전층(122)에 형성하는 방법의 일예로, 드라이 화학 에칭(Dry etching)이 사용될 수 있다. 드라이 화학 에칭은 레이져 빔 또는 기체 플라즈마에 의한 반응을 이용한 공정으로, 웨트 화학 에칭(wet etching)에서 사용되는 화학 약픔을 사용하지 않으므로 건식 식각이라고도 한다.
상기와 같은 방법에 의해 형성된 분획용 홈(124)들은 하나의 투명 도전층(122)을 여러 개로 분획되게 한다. 도 3에 도시된 바와 같이, 하나의 터치센싱용 필름(120)에 3개의 분획용 홈(124)들이 형성되어 투명 도전층(122)이 4의 터치 구역(A,B,C,D)으로 분획될 수 있으며, 각각의 터치 구역(A,B,C,D)은 전기적으로 연결되지 않게 된다. 이 경우, 상기 전원공급단자는 상기 분획된 투명 도전층(122) 각각에 일대일 대응되도록 형성된 것이 바람직하다. 이는, 분획된 투명 도전층(122) 각각에 전류가 공급될 수 있게 하기 위함이다.
이러한 터치센싱용 필름(120)에서 사용자의 접촉이 인식되는 것은 도 4에 개략적으로 도시한다. 도 4에 도시된 바와 같이, 사용자가 A 터치 구역에 손가락을 접촉시키면 인접한 B 터치 구역에서는 사용자의 접촉이 감지되지 않는다.
한편, 상기 베이스부재(110)에는, 상기 분획된 투명 도전층(122) 각각과 대 응되는 문자, 그림 및 패턴 중 어느 하나가 형성될 수 있다. 이러한 터치센싱용 필름(120)은 투명한 소재로 이루어져 있으므로, 사용자는 투명한 터치센싱용 필름(120)을 통하여 베이스부재(110)에 형성된 문자, 그림 및 패턴을 확인할 수 있다. 베이스부재(110)에 도시된 그림은 미도시된 전자기기를 조작하기 위한 "뒤로 가기(111a), 다음으로 가기(111b), 분획용 홈(124)으로 가기(111c), 전원 on/off(111d)"일 수 있으며, 이러한 그림들은 제조사의 설계에 따라 변경될 수 있다. 사용자는 상기 그림을 보고 복수의 터치 구역(A, B, C, D) 중에서 어느 터치 구역을 접촉하면, 미도시된 전자기기에 어떤 명령이 입력되는지 알 수 있다.
한편, 상기 터치센싱용 필름(120)과 베이스부재(110)는 인몰드 사출 방법에 의해 일체화되어 형성될 수 있다.
도 3 및 5를 참조하여, 상기 인몰드 사출 방법을 설명한다.
우선, 탄소나노튜브층을 투명 도전층(122)으로 하는 필름 형태의 정전용량 방식 터치센싱용 필름(120)을 제공한다. 다음으로, 사출 성형기의 금형들 중 어느 하나의 내면에 상기 터치센싱용 필름(120)을 밀착한다. 여기서, 터치센싱용 필름(120)이 밀착되는 금형의 내벽에 복수의 통공을 형성하고, 상기 통공과 흡입펌프를 연통시키며, 상기 흠입펌프를 동작시켜서 터치센싱용 필름(120)이 금형에 밀착되게 할 수 있다. 이 과정에서, 터치센싱용 필름(120)은 도 3에 도시된 평평한 상태(120a)에서 도 5에 도시된 바와 같이 금형의 내면의 형상과 대응되어 휘어진 상태(120b)로 변형된다. 여기서, 상기 터치센싱용 필름(120)은 투명 도전층(122)이 CNT로 이루어져 있으므로 열변형 되거나 깨지지 않는다.
다음으로, 상기 금형들을 결합시켜서 금형들 내부가 외부로부터 밀폐되게 한다.
마지막으로, 터치센싱용 필름(120)이 밀착되어 있지 않은 금형에 형성된 홀을 통해 사출 장치로 상기 금형들 내부의 사출 공간에 용융된 수지를 사출시켜서 베이스부재(110)를 형성하면서, 상기 베이스부재(110)와 상기 터치센싱용 필름(120)을 일체형성한다.
상기와 같은 방법에 의해 제조된 터치센서 조립체(100)에서는 터치센싱용 필름(120)과 베이스부재(110)가 일체 형성되어 상기 터치센싱용 필름(120)이 외력에 의해 베이스부재(110)로부터 분리되지 않고, 강하게 결합될 수 있으며, 점착제를 도포하거나 양면 테이프 등으로 터치센싱용 필름과 기제조된 베이스부재를 결합시키는 방법보다 제조 공정이 간소화 될 수 있다.
이제까지 본 발명의 바람직한 실시 예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 조립체를 도시한 사시도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 조립체의 평면도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 조립체에서 터치센싱용 필름과 베이스부재를 각각 도시한 사시도이다.
도 4는 도1에 도시된 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 조립체에서 IV-IV' 라인을 따라 취한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 바람직한 일실시예에 따른 터치센서 조립체의 분해사시도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
100: 터치센서 조립체 110: 베이스부재
120: 터치센싱용 필름 121: 기저층
122: 투명 도전층 123: 전원공급단자
124: 분획용 홈

Claims (7)

  1. 삭제
  2. 입체면을 포함하는 베이스부재에 접촉되어 외부의 접촉을 감지하는 터치센싱용 필름에 있어서,
    연성이면서 절연성인 소재로 이루어진 것으로, 상기 베이스부재의 입체면에 접촉될 수 있도록 상기 입체면과 대응되는 형상으로 이루어진 기저층;
    상기 기저층에 형성되어 외부의 접촉에 의한 정전용량변화를 감지하는 투명 도전층; 및
    상기 투명 도전층과 전기적으로 연결되어 상기 투명 도전층으로 전원을 공급하는 적어도 하나의 전원공급단자;를 포함하는 것으로,
    상기 투명 도전층을 분획(分劃)하는 적어도 하나의 분획용 홈들이 형성되고,
    상기 전원공급단자는 상기 분획된 투명 도전층 각각에 일대일 대응되도록 형성된 것을 특징으로 하는 터치센싱용 필름.
  3. 입체면을 포함하는 베이스부재; 및
    외부의 접촉에 의한 정전용량변화를 감지하는 투명 도전층이 탄소나노튜브로 이루어지며, 상기 베이스부재의 입체면에 일체 형성된 터치센싱용 필름;
    을 포함하는 터치센서 조립체.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터치센싱용 필름은:
    연성이면서 절연성인 소재로 이루어지고, 일면은 베이스부재의 입체면과 접촉되고, 타면에는 상기 투명 도전층이 형성되는 기저층; 및
    상기 투명 도전층과 전기적으로 연결되어 상기 투명 도전층으로 전원을 공급하는 적어도 하나의 전원공급단자;
    를 포함하는 터치센서 조립체.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 터치센싱용 필름과 베이스부재는, 인몰드 사출 방법으로 일체화되어 형성된 것을 특징으로 하는 터치센서 조립체.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 터치센싱용 필름에는 상기 투명 도전층을 분획하는 적어도 하나의 분획용 홈들이 형성되고,
    상기 전원공급단자는 상기 분획된 투명 도전층 각각에 일대일 대응되도록 형성되며,
    상기 베이스부재에는, 상기 분획된 투명 도전층 각각과 대응되는 문자, 그림 및 패턴 중 어느 하나가 형성된 것을 특징으로 하는 터치센서 조립체.
  7. 탄소나노튜브층을 투명 도전층으로 하는 필름 형태의 정전용량 방식 터치센싱용 필름을 제공하는 단계;
    사출 성형기의 금형들 중 어느 하나의 내면에 상기 터치센싱용 필름을 밀착하는 단계;
    상기 금형들을 결합시키는 단계;
    상기 금형들 내부의 사출 공간에 용융된 수지를 사출시켜서 베이스부재를 형성하면서, 상기 베이스부재와 상기 터치센싱용 필름을 일체로 형성하는 단계;
    를 포함하는 터치센서 조립체 제조방법.
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