KR101096559B1 - 터치 장치 및 그 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 장치 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 상에 제 1 축 센서를 형성하고, 상기 제 1 축 센서 상에 절연층을 형성하고, 상기 절연층 상에 제 2 축 센서를 형성함으로써, 브릿지 연결 전극을 제거하여 제 1 축 센서 및 제 2 축 센서의 브릿지 연결 부분에서 발생하는 저항 상승에 따른 단락 등의 오동작과 안정성 저하문제를 해결할 수 있는 터치 장치 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

Description

터치 장치 및 그 제조 방법 {Touch Device And Manufacturing Method}
본 발명은 터치 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 기판 상에 제 1 축 센서를 형성하고, 상기 제 1 축 센서 상에 절연층을 형성하고, 상기 절연층 상에 제 2 축 센서를 형성함으로써, 브릿지 연결 전극을 제거하여 제 1 축 센서 및 제 2 축 센서의 브릿지 연결 부분에서 발생하는 저항 상승에 따른 단락 등의 오동작과 안정성 저하문제를 해결할 수 있는 터치 장치에 관한 것이다.
휴대전화, 자동차 내비게이션, 컴퓨터, 발권기, 은행의 단말 등의 전자기기에서는 최근 액정 장치 등의 표면에 타블렛형의 입력장치가 배치되고, 액정 장치의 화상 표시 영역에 표시된 지시 화상을 참조하면서, 지시화상이 표시되어 있는 위치에 손가락 등을 접촉함으로써 지시 화상에 대응하는 정보의 입력이 실행되는 것이 있다.
이러한 입력장치(터치패널)에는 저항막형, 정전용량형등이 있지만, 저항막형의 입력장치는 필름과 유리의 2층 구조이고, 위쪽의 필름을 눌러서 아래쪽의 유리에 접촉시키는 구조이기 때문에 외부에서의 충격에 노출이 많고, 시간경과 변화에 약한 결점을 가지고 있다.
이에 반하여 정전 용량형 입력장치는 1장의 기판에 투명도전막이 형성되어 내구성이 강한 이점을 가지고 있다.
이러한, 정전 용량형의 입력장치로는 투명성의 도전막의 양단에 동상, 동전위의 교류를 인가하고, 손가락이 접촉 또는 근접해서 캐패시터가 형성될 때에 흐르는 미약 전류를 검지하여 입력위치를 검출하는 표면형 용량센서(Surface capacitive touch sense) 타입이 있다.
또한, 서로 교차하는 방향으로 전극패턴을 연장시켜서 손가락 등이 접촉했을 때 전극간의 정전 용량이 변화하는 것을 검지하여 입력 위치를 검출하는 투영형 용량센서(Projected capacitive touch sense)타입도 있다.
도 1은 종래의 터치 구조를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 터치 구조는 기판(510) 상에 X축 센서와 Y축 센서의 연결부위에 브릿지 연결 전극(520)이 형성되고, 상기 형성된 브릿지 연결 전극 상에 절연층(530)이 형성된 후, X축 센서(541), Y축 센서(542) 및 상기 X축 센서 및 Y축 센서를 전기적으로 연결하는 신호 전극(550)이 형성된다.
그러나, 이러한 종래의 터치 구조는 브릿지 연결 전극이 절연층의 상부 또는 하부를 연결해야 하는 구조적인 문제를 가지며, 상기와 같은 구조적 문제로 인해 X축 센서와 Y축 센서의 연결부위의 저항이 크게 상승하여 단락 등의 오동작이 발생하고, 이로 인해 전압강하가 발생되어 입력신호가 컨트롤러로 전달되지 않거나, 양측의 신호전달이 불균형을 이루는 등 터치에 대한 입력신호를 원활하게 인식하지 못하는 안정성이 저하되는 문제가 있었다.
또한, 절연층의 패턴 경계면이 디스플레이 영역의 X축 센서와 Y축 센서의 연결부위 마다 형성되어 시인성이 저하되는 문제가 있었다.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 종래의 브릿지 연결 전극과 센서 패턴간 경계 영역에만 형성된 절연층으로 인해 발생하는 오동작 및 안정성 저하와 시인성 불량을 해소할 수 있는 터치 장치 및 그 방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 터치 장치는 기판과 상기 기판 상에 형성된 제 1축 센서와 상기 제 1 축 센서가 형성된 기판의 디스플레이 영역 상에 형성된 절연층과 상기 절연층 상에 형성된 제 2축 센서와 상기 기판의 디스플레이 이외 영역인 테두리 영역에서 상기 제 1축 센서 및 제 2축 센서와 각각 연결되는 신호배선을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 기판은 터치패널과 윈도우가 일체로 형성되는 윈도우 기판인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1 축 센서는 X축 센서 또는 Y축 센서로 구성되고, 상기 제 1 축 센서가 X축 센서인 경우 상기 제 2 축 센서는 Y축 센서로 구성되고, 상기 제 1 축 센서가 Y축 센서인 경우 상기 제 2 축 센서는 X축 센서로 구성되는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 신호 배선은 상기 제 1축 센서 및 제 2축 센서의 두께보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 신호 배선은 상기 제 1축 센서 및 제 2축 센서와 각각 연결된 신호 전극과 상기 신호 전극을 통해 감지된 전기 신호를 전달하는 신호 라인을 포함하는 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 신호 전극은 상기 절연층 하부에 형성된 제 1축 센서와 연결된 제 1축 신호 전극과 상기 절연층 상부에 형성된 제 2축 센서와 연결된 제 2축 신호 전극을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 절연층은 상기 디스플레이 영역보다 크게 형성된 것을 특징으로 한다.
한편, 본 발명에 따른 터치 장치 제조 방법은 기판 상에 투명 도전막을 형성하여 제 1 축 센서를 형성하는 단계와 상기 제 1 축 센서가 형성된 기판 상의 디스플레이 영역에 절연막을 형성하여 절연층을 형성하는 단계와 상기 절연층 상에 투명 도전막을 형성하여 제 2 축 센서를 형성하는 단계와 상기 제 1 축 센서 및 제 2 축 센서 각각과 연결되는 신호 배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 기판은 터치 패널과 윈도우가 일체로 형성되는 윈도우 기판인 것을 특징으로 한다.
그리고 상기 신호 배선을 형성하는 단계는 상기 제 1축 센서 및 제 2축 센서와 각각 연결된 신호 전극을 상기 제 1축 센서 및 제 2 축 센서보다 두껍게 신호 배선을 형성하는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 제 1축 센서와 제 2 축 센서는 상기 절연층보다 크게 형성하고,상기 절연층은 상기 디스플레이 영역보다 크게 형성하고, 상기 제 1축 센서와 제 2 축 센서가 상기 절연층으로부터 연장된 부분이 상기 신호 배선과 연결되는 것을 특징으로 한다.
상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 터치 장치는 종래의 브릿지 연결 전극과 센서 패턴간 경계 영역에만 형성된 절연층으로 인해 발생하는 저항 증가에 따른 오동작, 단락 문제 및 안정성 저하 문제를 해소할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.
또한, 절연층 경계면이 디스플레이 영역 외부인 디스플레이 이외 영역에 위치하여 시인성이 개선되는 탁월한 효과가 발생한다.
도 1은 종래의 터치 구조를 개략적으로 도시한 평면도 및 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치 장치의 평면도 및 단면도이다.
도 3은 제 1 축 센서와 제 2 축 센서의 교차부에 대한 확대 사시도이다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치 장치의 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 A4 라인에 대한 터치 장치 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 평면도이다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치 장치의 평면도 및 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 터치 장치는 기판(110)과, 상기 투명 기판(110)상에 이차원 배열되는 제 1축 센서(121)과 상기 제 1 축 센서(121)가 형성된 기판 상에 형성된 절연층(130)가 상기 절연층 상에 형성된 제 2축 센서(122)와 상기 기판의 테두리 영역에서 상기 제 1축 센서(121) 및 제 2축 센서(122)와 각각 연결되어 컨트롤러(미도시)측으로 신호를 전달하는 신호배선(140)을 포함하여 구성될 수 있다.
여기서, 상기 기판(110)은 통상의 터치 패널을 구성하는 플라스틱, 아크릴, 글라스 재질의 투명 기판으로 구성될 수 있으며, 터치 패널과 윈도우가 일체로 형성되는 구조인 경우 플라스틱, 글라스, 강화글라스 등의 소재로 제조되는 윈도우 기판으로 구성될 수 있다.
상기와 같이 기판(110)이 윈도우 기판으로 구성되는 경우 일체형 터치 장치로 구현되어 전체 두께를 슬림화할 수 있다.
상기 기판(110)이 윈도우 기판인 경우 기판 상이 디스플레이 이외 영역에는 장식 또는 각종 로고가 인쇄되고, 내부의 광을 차단하는 베젤(111)이 형성될 수 있다.
상기 제 1축 센서(121)과 제 2축 센서(122) 및 신호배선(140)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide), Nano silver film, AgNW, CNT, 그래핀, 도전성 폴리머필름 등과 같은 투명 도전성 소재로 이루어질 수 있다.
본 실시예에서는 제 1축 센서(121)와 제 2축 센서(122)가 마름모형으로 이루어져 사선방향으로 서로 엇갈리면서 배치되도록 이차원 배열되지만, 다른 형태로 배치될 수 있음은 자명하고, 상기 제 1축 센서(121)는 X축 또는 Y축 센서 패턴으로 구성될 수 있으며, 상기 제 1축 센서(121)가 X축 센서 패턴인 경우 상기 제 2축 센서(122)는 Y축 센서 패턴으로 구성되고, 상기 제 1축 센서(121)가 Y축 센서 패턴인 경우 상기 제 2축 센서(122)는 X축 센서 패턴으로 구성될 수 있다.
상기 절연층(130)은 상기 제 1축 센서(121)와 제 2축 센서(122)를 전기적으로 절연시키는 역할을 담당하고, SiO2, SiNx, Al2O3, 유기절연막, SOG(Spin-On-Glass)와 같은 절연성 재질로 이루어질 수 있다.
상기 절연층(130)은 디스플레이 영역 전체에 형성되므로 종래의 제 1축 센서와 제 2축 센서의 연결부위에만 형성되어 절연층 경계면을 디스플레이 영역 내부에서 제거하여 시인성이 저하되는 문제가 개선된다.
또한, 상기 신호 배선(140)은 상기 제 1축 센서(121) 및 제 2축 센서(122)와 각각 연결된 신호 전극(141a, 141b)과 상기 신호 전극과 연결되어 외부의 컨트롤러로 신호를 전달하는 신호 라인(142a, 142b)을 포함하여 구성될 수 있다.
상기 신호전극(141)은 상기 제 1축 센서(121)와 제 2축 센서(122)와 각각 연결되어 상기 제 1축 센서(121)와 제 2축 센서(122)로부터 감지된 신호를 추출하는 역할을 담당한다.
상기 제 1축 센서(121)와 연결되는 제 1축 신호전극(141a)은 도 2c의 A3 단면 구조와 같으며, 제 2축 센서(122)와 연결되는 제 2축 신호전극(141b)은 도 2의 A1 단면 구조와 같다.
보다 구체적으로, 제 1 축 센서(121)는 절연층(130) 하부에 형성되므로, 디스플레이 영역과 디스플레이 이외 영역의 경계인 상기 절연층 하부에서 상기 제 1 축 센서(121)와 제 1 축 신호전극(141a)이 연결될 수 있다.
그리고 제 2 축 센서(122)는 절연층 상부에 형성되므로, 디스플레이 영역과 디스플레이 이외 영역의 경계인 상기 절연층 상부에서 상기 제 2 축 센서(122)와 제 2 축 신호전극(141b)이 연결될 수 있다.
본 발명에 따른 터치 장치는 도 3과 같이 절연층을 디스플레이 영역 전체에 형성함으로써 종래의 X축 센서와 Y축 센서가 교차하는 부분마다 절연층이 형성되므로 인해 디스플레이 영역 내에 절연층 경계면이 형성되어 시인성이 저하되는 문제를 해결할 수 있으나, 디스플레이 영역 내에 존재하던 절연층 경계면이 디스플레이 영역 외곽에 형성되어 상기 절연층 경계면인 디스플레이 영역 외곽의 저항이 증가하여 전제 저항이 상승할 수 있다.
상기와 같은 문제를 해결하기 위해 상기 절연층 경계면에서 제 1 축 센서(121)와 제 2축 센서(122)와 각각 연결되는 신호배선(140)의 두께를 두껍게하여 저항 상승 요인을 제거할 수 있으며, 상기 신호배선(140)은 디스플레이 이외 영역에 형성되어 시인성에 영향을 미치지 않으므로 전도성이 높은 금속과 같은 불투명 재료로 형성하여 저항 상승 요인을 제거할 수 있다.
여기서, 상기 신호배선(140)의 두께는 제 1 축 센서 및 제 2 축 센서의 두께보다 두껍게 형성하기만 하면 저항이 감소하지만, 제 1 축 센서 및 제 2 축 센서의 두께차가 크지 않으면 저항 감소 효과가 떨어지고, 두께차가 지나치게 클 경우 장치의 전체 두께가 증가할 수 있으므로 상기 제 1 축 센서 및 제 2 축 센서의 두께의 1/2 ~ 4배 두께로 형성하는 것이 바람직하다.
이하, 터치 장치의 동작에 대하여 설명한다.
사용자가 기판(110)의 입력영역 내의 어느 한 지점을 접촉하는 경우, 접촉지점에 해당하는 제 1축 전극(121)과 제 2축 전극(122)의 사이에서 용량성 효과를 일으키고, 이로 인해 발생되는 전기적 신호를 상기 제 1 축 전극(121)과 제 2 축 전극(122)과 각각 연결된 신호 전극이 감지하여 위치정보를 신호라인을 통해 컨트롤러(미도시)로 전송하여 접촉된 위치를 인식하게 된다.
상기와 같은 동작을 통한 터치 장치의 저항 값에 대해 살펴보기로 한다.
먼저, 종래의 브릿지 타입 터치 패널의 저항값은 하기와 같이 계산된다.
RB = {RS + (RL × 2)} × A
여기서, RS 는 ITO 고유 저항값이고, RL은 브릿지 연결 전극의 저항값이고, A는 X,Y 센서의 교차수이다.
그리고 본 발명에 따른 터치 장치의 저항값은 하기와 같이 계산된다.
R = {RS + (RLS × 2)} × A
여기서, RLS는 X,Y 센서 교차 라인 저항값이다.
결국, 종래의 브릿지 타입 터치 패널과 본 발명에 따른 터치 장치의 저항값은 RL과 RLS 값에 따라 결정되고, 실험 결과 RS < RLS ≪ RL인 관계가 성립되며, RLS 값이 RL값보다 크게 작으르로 본 발명에 따른 터치 장치의 전체 저항값이 종래의 브릿지 타입 터치 패널의 전체 저항값보다 크게 작다는 것을 알 수 있으며, 이로 인해 본원발명은 저항 상승으로 인한 오동작, 안정성 저하 문제가 크게 개선됨을 알 수 있다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치 장치 제조 방법에 대해 살펴보기로 한다.
도 4a는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치 장치의 단면도이고, 도 4b는 도 4a의 A4 라인에 대한 터치 장치 제조 방법을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 5는 평면도이다.
본 발명에 따른 터치 장치 제조방법은 먼저, 도 4b의 (a) 및 도 5의 (a)와 같이 기판(110)의 상측 면에 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide), Nano silver film, AgNW, CNT, 그래핀, 도전성 폴리머필름 등과 같은 투명 도전을 증착하고, 패터닝하여 사선방향으로 서로 엇갈리면서 이차원 배열되는 제 1축 전극(121)을 형성한다.
이어서 도 4b의 (b) 및 도 5의 (b)와 같이 상기 제 1 축 전극(121)이 형성된 기판에 SiO2, SiNx, Al2O3, 유기절연막, SOG(Spin-On-Glass)와 같은 절연막을 증착하고, 이를 패터닝하여 절연층을 형성한다.
또한, 도 4b의 (c) 및 도 5의 (c)와 같이 상기 절연층 상에 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide), Nano silver film, AgNW, CNT, 그래핀, 도전성 폴리머 필름 등과 같은 투명 도전막을 증착하고, 패터닝하여 사선방향으로 서로 엇갈리면서 이차원 배열되는 마름모형의 제 2축 전극(122)을 형성한다.
이어서, 도 4b의 (d) 및 도 5의 (d)와 같이 디스플레이 이외 영역인 기판의 테두리 영역에 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide), Nano silver film, , AgNW, CNT, 그래핀, 도전성 폴리머 필름 등과 같은 투명 도전막 또는 금, 은, 구리, 알루미늄, 알루미늄 합금, 은 합금, Mo/Al-alloy/Mo, Al/Ag-alloy/Mo, Ag paste 등과 같은 붙투명 도전막을 증착하고, 패터닝하여 신호 배선(140)을 형성한다.
여기서, 상기 실시예는 신호 배선(140)이 X축 센서, 절연층, Y축 센서가 형성된 후에 형성되는 방법에 관한 것이지만, 기판 상에 신호 배선(140)이 먼저 형성된 후 X축 센서, 절연층, Y축 센서가 차례대로 형성되는 방법으로 제조될 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110 : 기판 121 : 제 1 축 센서
122 : 제 2 축 센서 130 : 절연층
140 : 신호배선

Claims (11)

  1. 기판과;
    상기 기판 상에 형성된 제 1 축 센서와;
    상기 제 1 축 센서가 형성된 기판의 디스플레이 영역 상에 형성된 절연층과;
    상기 절연층 상에 형성된 제 2축 센서와;
    상기 기판의 디스플레이 이외 영역인 테두리 영역에서 상기 제 1 축 센서 및 제 2 축 센서와 각각 연결되는 신호배선을 포함하되;
    상기 절연층은 상기 디스플레이 영역보다 크게 형성되되, 디스플레이 이외 영역을 전체 덮지 않는 크기로 형성되고,
    상기 제 1 축 센서 및 제 2축 센서는 각각 상기 절연층으로부터 상기 디스플레이 이외 영역으로 연장되는 크기로 형성되고,
    상기 신호배선이 상기 절연층으로부터 연장된 제 1 축 센서 및 제 2축 센서와 각각 연결되도록 형성하되, 상기 제 1축 센서 및 제 2축 센서와 각각 연결된 신호 전극이 상기 제 1축 센서 및 제 2 축 센서보다 두껍게 형성된 것을 특징으로 하는 터치 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기판은
    터치패널과 윈도우가 일체로 형성되는 윈도우 기판인 것을 특징으로 하는 터치 장치.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 제 1 축 센서는
    X축 센서 또는 Y축 센서로 구성되고;
    상기 제 1 축 센서가 X축 센서인 경우 상기 제 2 축 센서는 Y축 센서로 구성되고, 상기 제 1 축 센서가 Y축 센서인 경우 상기 제 2 축 센서는 X축 센서로 구성되는 것을 특징으로 하는 터치 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 신호 배선은
    상기 제 1축 센서 및 제 2축 센서와 각각 연결된 신호 전극과;
    상기 신호 전극을 통해 감지된 전기 신호를 전달하는 신호 라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 신호 전극은
    상기 절연층 하부에 형성된 제 1축 센서와 연결된 제 1축 신호 전극과;
    상기 절연층 상부에 형성된 제 2축 센서와 연결된 제 2축 신호 전극을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 장치.
  7. 삭제
  8. 기판 상에 투명 도전막을 형성하여 디스플레이 이외 영역으로 연장되는 제 1 축 센서를 형성하는 단계와;
    상기 제 1 축 센서가 형성된 기판 상에 디스플레이 영역보다 크게 절연층을 형성하되, 디스플레이 이외 영역을 전체 덮지 않는 크기로 형성되어 상기 제 1 축 센서가 상기 절연층으로부터 연장되도록 절연막을 형성하여 절연층을 형성하는 단계와;
    상기 절연층 상에 상기 절연층으로부터 디스플레이 이외 영역으로 연장되도록 투명 도전막을 형성하여 제 2 축 센서를 형성하는 단계와;
    상기 절연층으로부터 연장된 제 1 축 센서 및 제 2 축 센서 각각과 연결되는 신호 배선을 형성하되, 상기 제 1축 센서 및 제 2축 센서와 각각 연결된 신호 전극을 상기 제 1축 센서 및 제 2 축 센서보다 두껍게 신호배선을 형성하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 장치 제조 방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 기판은
    터치 패널과 윈도우가 일체로 형성되는 윈도우 기판인 것을 특징으로 하는 터치 장치 제조 방법.
  10. 삭제
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