KR101121120B1 - 불투명 전극패턴을 포함하는 터치패널센서 - Google Patents

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Abstract

디스플레이 상에 놓여 대상체의 접촉 위치를 감지하는 터치패널센서는, 투명 절연기판, 투명 절연기판의 일면에서 투명 도전성 재질로 형성되어 나란하게 제공되는 투명 전극패턴, 및 투명 절연기판 상 같은 일면에서 투명 전극패턴과 교차하도록 나란하게 형성되되 투명 전극패턴과 전기적으로 분리되고, 투명 전극패턴에 비해 미세한 폭으로 형성되는 불투명 전극패턴을 포함한다.

Description

불투명 전극패턴을 포함하는 터치패널센서{TOUCH PANEL SENSOR INCLUDING OPAQUE ELECTRODE PATTERN}
본 발명은 터치패널센서에 관한 것으로서, 보다 자세하게는, 정전용량의 변화를 이용하여 대상체의 접촉 위치를 감지할 수 있는 터치패널센서에 관한 것이다.
도 1은 종래의 뮤츄얼 방식의 터치패널센서를 설명하기 위한 사시도이다.
도 1을 참조하면, 종래의 터치패널센서(1)는 하부 절연시트(10) 및 상부 절연시트(20)가 소정 간격 이격되어 접합된다. 하부 절연시트(10) 및 상부 절연시트(20)의 마주보는 면에는 각각 하부 ITO전극(30)과 상부 ITO전극(40)이 상호 수직하게 배열되어 있으며, 하부 ITO전극(30)은 하부 절연시트(10)의 상면에서 가로 방향으로 배향되어 있으며, 상부 ITO전극(40)은 상부 절연시트(20)의 저면에서 세로 방향으로 배향되어 있다.
상술한 터치패널센서(1)는 상호 교차하도록 배치되는 하부 ITO전극(10) 및 상부 ITO전극(20)의 각 교차지점마다 각 교차지점의 면적에 대응하는 소정의 정전 용량 즉, 기본 커패시턴스 값이 존재하는데, 신체 일부가 근접하면 상부에 배치된 상부 ITO전극(20)의 면적에 신체 일부의 면적이 더해져 터치 지점에서의 커패시턴스 값이 변경될 수 있다.
이때, 그 폭이 하부 ITO전극(30)과 비교하여 상대적으로 좁은 상부 ITO전극(20)은 간헐적으로 전류가 제공되는 구동전극(drive line)으로 사용될 수 있으며, 하부 ITO전극(30)은 상부 ITO전극(20)으로 전류가 제공될 때, 신체 일부의 접근 유무에 의해서 변경되는 하부 ITO전극(30)과 상부 ITO전극(20)의 커패시턴스 값의 변화에 의해서 발생하는 출력 신호 즉 전류 값의 차이를 측정하는 센싱전극(sense line)으로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 디스플레이 상부에 배치되어, 간헐적으로 전달되는 전류와 같은 입력 신호에 대응하여, 변화되는 출력 신호의 변화를 감지함으로써, 신체 일부의 접촉 위치를 감지하는 방식을 뮤츄얼(mutual) 방식 또는 뮤츄얼 커패시턴스 터치센싱(mutual capacitance touch sensing) 방식이라 한다.
한편, 하부 ITO전극(20)의 경우에는 그 폭이 상부 ITO전극(40)과 비교할 때, 비교적 넓기 때문에, 그 길이가 다소 길어지더라도 간헐적으로 전달되는 입력 신호 혹은 출력 신호가 충분히 외부의 제어부로 전달시킬 수 있는 저항 값을 갖도록 조절할 수 있다. 여기서, 제어부는 입력 신호를 하부 ITO전극(20) 혹은 상부 ITO전극(40) 어느 한쪽으로 입력하고, 다른 ITO전극으로 출력된 출력 신호를 이용하여 신체 일부의 접촉 위치를 감지하는 역할을 한다.
다만, 상부 ITO전극(40)은 하부 ITO전극(20)보다 좁게 형성되기 때문에, 그 길이가 길어질수록 급격한 저항 값의 상승이 발생할 수 있다. 이에, 상부 ITO전극(40)을 길게 하기 어려우며, 이로 인하여 터치패널센서(1)의 전체 면적의 제한이 있을 수 있다.
구체적으로 설명하면, 저항 값은 면적에 반비례하고 그 길이에 비례하기 때문에, 일반적으로 면저항이 큰 ITO 혹은 IZO를 이용한 전극의 경우 전극의 폭 길이와, 전극의 연장 방향에 해당하는 길이가 동일한 비율로 증가할 경우에 유사한 저항 값을 갖게 된다. 즉, 저항 값은 저항체의 폭이 동일할 경우, 그 길이가 증가할수록 저항 값이 증가할 수 있다.
이러한 점을 고려하여, 종래의 터치패널센서는 하부 ITO전극(20)의 폭을 대략 5mm로 제공하고, 상부 ITO전극(40)의 폭을 300㎛ 정도가 되도록 제공하고 있다. 일반적인 휴대용 단말기에 사용되는 수 인치(inch)정도의 화면 크기를 갖는 디스플레이에 적용되는데, 이때 상부 ITO전극(40)의 경우 수백Ω 정도의 저항 값을 갖는다.
한편, ITO의 저항을 낮추기 위해 상부 ITO전극의 두께를 증가시킬 수 있으나, 이러한 경우 투과도가 저하되는 문제점이 있다. 반대로 상부 ITO전극의 폭을 상술한 300㎛ 이하가 되도록 제조하는 경우에는, 길이 증가에 따른 저항 값이 증가하여 손가락 접촉에 의한 감도가 저하되거나 디스플레이의 크기를 증가시키기 어렵다는 문제에 봉착하게 된다.
또한, 상부 ITO전극(40)의 저항 값을 줄이기 위하여 그 폭을 넓게 하는 것은, 하부 ITO전극(20)과 상호 작용하여 발생하는 기본 커패시턴스 값을 증가시키기 때문에, 손가락이나 터치 펜에 의한 터치가 있어도 정전용량의 변화 정도가 상대적으로 적게 되고, 그 결과 터치 감도가 감소할 수도 있다는 문제점도 있다.
즉, 종래의 상하 모두 ITO전극으로 형성하는 경우, 상부 ITO전극의 폭을 기존 설계보다 넓게 할 수 없는 제약이 있으며, 반대로 좁게 하는 경우에도 문제가 발생한다는 문제점이 있다.
본 발명은 길이 증가에 따라 저항이 급격히 상승하는 종래 ITO전극의 문제점을 해결하여 길이 증가가 용이하고 대면적 디스플레이에도 적용될 수 있는 터치패널센서를 제공한다.
본 발명은 하나의 기판 또는 필름 상에 서로 교차하는 2개 패턴을 함께 형성할 수 있으며, 종래의 센서보다도 얇으면서도 감도를 향상시킬 수 있는 터치패널센서를 제공한다.
본 발명은 ITO전극을 사용하더라도 금속 등을 저저항 패턴을 이용하여 ITO전극의 도전성을 향상시킬 수 있는 터치패널센서를 제공한다.
본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 디스플레이 상에 놓여 대상체의 접촉 위치를 감지하는 터치패널센서는, 투명 절연기판, 투명 절연기판의 일면에서 투명 도전성 재질로 형성되어 나란하게 제공되는 투명 전극패턴, 및 투명 절연기판 상 같은 일면에서 투명 전극패턴과 교차하도록 나란하게 형성되되 투명 전극패턴과 전기적으로 분리되고, 투명 전극패턴에 비해 미세한 폭으로 형성되는 불투명 전극패턴을 포함한다. 상기 터치패널센서는 대상체의 접근에 따른 정전용량의 변화를 이용하여 상기 대상체의 접촉 위치를 감지할 수 있다.
본 명세서에서 "대상체"는 접촉 위치를 결정하기 위한 수단으로서, 일반적으로 손가락 등의 신체 일부 또는 정전용량 방식의 터치스크린에 적용될 수 있는 스타일러스 펜을 포함할 수 있다. 그 외에도 정전용량 방식의 터치스크린에 적용되어 접촉 위치를 특정할 수 있는 다른 구조 등을 포함할 수도 있다.
본 명세서에서 "투명 절연기판"은 투명 또는 거의 투명에 가까운 필름, 기판 또는 기타 판 구조로서, 재질은 PET나 PC, PE 등의 합성수지 필름이나 유리 기판을 포함할 수 있으며, 기타 실질적으로 투명하면서 굽어짐이 가능한 굴곡 가능한(Flexible) 재질의 기판으로 제공될 수도 있다.
투명 전극패턴 및 불투명 전극패턴은 투명 절연기판을 기준으로 동일한 면에 형성되며, 투명 및 불투명 전극패턴은 투명 절연기판에서 디스플레이를 마주하는 면 또는 디스플레이에 대향하는 면에 형성될 수가 있다. 예를 들어, 투명 절연기판이 강화 유리 기판인 경우 전극패턴들은 기판의 저면에 형성될 수 있으며, 투명 절연기판이 유리 기판의 하부에 제공되는 경우 전극패턴들은 기판의 상면에 형성될 수가 있다.
투명 전극패턴은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(indium zinc oxide), 탄소나노튜브(CNT), 초박막 금속패턴(<100Å) 등의 투명한 도전성 재질로 형성될 수 있으며, 가로 또는 세로 방향으로 나란히 배열될 수 있다. 바람직하게는 일련의 확장부 및 브릿지부를 포함할 수 있지만, 동일한 폭을 가진 레인(lane) 형상으로 제공될 수도 있다.
확장부 및 브릿지부를 이용하여 제1 전극패턴의 폭 변화를 형성하는 경우, 확장부는 사각형, 마름모, 원형 등 다양한 형상으로 형성되며, 브릿지부에 비해 상대적으로 넓은 폭으로 형성된다. 대상체가 접근하지 않은 경우 기본 캐패시턴스는 브릿지부 및 불투명 전극패턴의 교차 부분 치수 및 재질에 의해서 결정되지만, 손가락 등의 대상체가 접근하는 경우 양 브릿지부 사이의 캐패시턴스 변화는 주변의 확장부에 의해서도 영향을 받을 수가 있다. 제1 브릿지부는 약 100~300㎛ 정도의 폭으로 형성될 수 있다.
불투명 전극패턴은 투명 전극패턴과 교차하는 방향으로 형성된다. 바람직하게는 수직하게 교차할 수 있지만, 경우에 따라서 수직 이외의 각도로 교차할 수도 있다. 불투명 전극패턴은 브릿지부와 교차하며, 금속 재질과 같이 불투명하지만 낮은 저항을 갖는 재질로 제공될 수 있다. 전자파 차폐 등을 위해 제1 전극패턴이 형성되지 않는 영역에 투명 연결패턴이 더 형성될 수 있으며, 투명 연결패턴은 불투명 전극패턴과 전기적으로 연결될 수도 있다.
투명 및 불투명 전극패턴에서 그 교차지점 이외 주변의 확장부에 의해서도 정전용량이 영향을 받을 수 있기 때문에, 불투명 전극패턴이 투명 전극패턴에 대해 상부 또는 하부에 형성될 수가 있다. 또한, 약 200㎛ 두께 이상의 접착필름(OCA) 대신, 약 0.5㎛ 이하 두께의 절연층 또는 절연패턴에 의해서 투명 및 불투명 전극패턴 간의 간격이 유지되기 때문에, 불투명 전극패턴과 교차하는 브릿지부는 확장부보다 현저하게 작은 폭으로 형성되는 것이 바람직하다.
반대로 불투명 전극패턴은 약 30㎛ 이하의 폭, 바람직하게는 10㎛ 이하의 폭으로 형성되기 때문에, 육안으로 식별이 어려운 두께로 형성될 수 있으며, 그 자체가 금속과 같이 낮은 저항 값을 갖는 재질이기 때문에 종래의 투명 전극을 사용하는 경우보다 상당히 낮은 저항으로 제공될 수 있다. 또한, 불투명 전극패턴에 의한 낮은 저항은 불투명 전극패턴의 두께 조절로도 조절될 수 있기 때문에, 터치패널센서의 투명도를 손상시키지 않으면서도 불투명 전극패턴의 두께 증가를 통해 더 낮은 저항을 충분히 달성할 수가 있다. 참고로, 불투명 전극패턴은 금, 은 및 알루미늄, 니켈, 티타늄 등의 다양한 금속이나 상술한 금속들을 이용한 합금 등을 사용할 수 있다.
본 발명의 터치패널센서는 신체 일부의 접촉을 인지하기 위한 전극으로 투명 전극패턴과 불투명 전극패턴을 병행하여 사용함으로써, 전극에서 발생하는 신호의 손실에 의해서 감도가 저하되는 것을 최소화할 수 있으며, 투명 전극패턴에 인접하게 배치되는 불투명 전극패턴의 폭을 적절하게 조절하여 외부에서 가시되는 것 또한 방지할 수 있다.
본 발명의 터치패널센서는 하나의 기판 또는 필름 상에 서로 교차하는 2개 패턴을 함께 형성함으로써, 종래의 센서보다도 얇으면서도 감도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 종래의 뮤츄얼 방식의 터치패널센서를 설명하기 위한 사시도이다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 3은 도 2의 터치패널센서의 부분 확대 사시도이다.
도 4는 도 2의 터치패널센서와 유사한 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 부분 확대 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 부분 확대 사시도다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 부분 확대 사시도다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 부분 확대 사시도다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 단면도이다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.
도 2은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 평면도이며, 도 3은 도 2의 터치패널센서의 부분 확대 사시도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치패널센서(100)는 투명 기판(110), 투명 기판(110) 상에 형성된 투명 전극패턴(120) 및 불투명 전극패턴(130), 그리고 투명 전극패턴(120) 및 불투명 전극패턴(130) 사이에 개재되는 절연패턴(140)을 포함한다.
투명 기판(110)은 PET나 PC, PE 등의 합성수지 필름이나 유리 기판으로 형성될 수 있다. 투명 기판(110)은 LCD나 유기LED 등의 디스플레이 상에 별도로 장착될 수도 있지만, LCD나 유기LED의 모듈을 구성하는 투명 기판이나 필름에 사용되어 디스플레이 모듈과 일체로 제공될 수도 있다. 여기서, 투명 기판(110)의 투명은 적용되는 디스플레이의 용도에 적합한 가독성을 저해하지 않는 한에서 약간의 불투명한 정도를 포함하는 경우도 포함한다고 할 것이다.
또한, 투명 전극패턴(120) 및 불투명 전극패턴(130)은 투명 기판(110)의 상면 또는 저면 중 일면에 형성될 수가 있다. 예를 들어, 합성수지 필름으로 제공되는 경우 양 전극패턴은 투명 기판(110)의 상면에 형성되는 것이 일반적이지만, 유리 기판으로 제공되는 경우 양 전극패턴은 투명 기판(110)의 저면에 직접 형성될 수도 있다.
투명 전극패턴(120)은 ITO, IZO, 탄소나노튜브(CNT) 등 투명한 도전성 재질을 이용하여 형성될 수 있으며, 투명 기판(110) 상에서 가로 또는 세로 방향을 따라 나란하게 배열되는 일련의 라인 패턴에 의해서 제공된다. 구체적으로 투명 전극패턴(120)을 위한 라인 패턴은 일 방향을 따라 일렬로 제공되는 확장부(122) 및 브릿지부(124)을 포함한다. 확장부(122) 및 브릿지부(124)는 서로 교대로 형성되며, 동일 또는 다른 투명 도전성 재질에 의해서 형성될 수가 있다.
확장부(122)는 브릿지부(124)보다 상대적으로 또는 현저하게 넓은 폭으로 형성되며, 브릿지부(124)는 확장부(122)들의 사이에 형성되어 일련의 확장부(122)를 전기적으로 연결할 수가 있다. 일 예로 약 3.0인치 디스플레이 및 터치 영역을 갖는 휴대단말기에서, 브릿지부(124)는 약 0.1mm~0.2mm의 폭으로 형성될 때, 확장부(122)는 약 4~6mm의 폭으로 형성될 수가 있으며, 이때 확장부(122)는 브릿지부(124)에 비해 약 20~60배 큰 폭을 가질 수 있다.
확장부(122) 및 브릿지부(124)의 형상은, 도시된 바와 같이, 연속된 사각형을 모티브로 형성될 수 있지만, 그 형상은 마름모, 원형 또는 타원형 등 다양한 도형을 모티브로 할 수가 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 바와 같이, 투명 전극패턴(120)과 적층된 구조를 형성하도록 불투명 전극패턴(130)이 형성된다. 불투명 전극패턴(130)은 투명 전극패턴(120)의 상부 또는 하부에 형성될 수 있으며, 투명 전극패턴(120)과 전기적으로 분리되도록 형성된다. 이를 위해 투명 전극패턴(120)과 불투명 전극패턴(130) 사이에는 절연층 또는 절연패턴(140)이 형성될 수가 있다.
절연층 또는 절연패턴(140)은 일반적으로 절연 박막을 형성하는 SiO2, Si3N4 또는 TiO2 등의 소재를 이용하여 형성될 수 있으며, 다른 증착, 스퍼터링, 도포, 스프레이, 라미네이팅, 접착, 인쇄 등이 가능한 절연 재질을 이용하여 형성될 수가 있다. 또한, 도시된 바와 같이, 증착이나 스퍼터링 후 패턴화 공정을 거쳐 패턴 형상으로 제공될 수도 있지만, 경우에 따라서 패턴화 공정 없이 하나의 절연층으로 제공되거나 패턴을 바로 인쇄하는 공정 등을 통해서 제공될 수 있다.
불투명 전극패턴(130)은 절연패턴(140) 상에 형성되며, 투명 전극패턴(120)과 교차하도록 형성된다. 금이나 은, 알루미늄, 크롬 등의 금속 재질을 이용하여 형성될 수 있으며, 증착이나 스퍼터링 후 패턴화 공정을 통해 형성될 수 있으며, 간단하게는 잉크젯 인쇄 등의 공정을 통해서도 형성될 수가 있다. 불투명 전극패턴(130)은 투명하지 않아 디스플레이를 광학적으로 차단할 수 있으나, 약 30㎛ 이하의 폭으로 형성되도록 하여 육안으로 보이지 않도록 할 수 있으며, 더 바람직하게는 약 10㎛ 이하 또는 수 ㎛의 폭으로 형성하여 어떤 경우에서도 육안으로 확인되지 않도록 할 수도 있다.
또한, 불투명 전극패턴(130)는 직선 형상으로 형성될 수 있지만, 다르게는 곡선 또는 절곡선 형태로 형성될 수도 있고, 변화하는 패턴도 규칙적으로 또는 불규칙적으로 변화할 수도 있다. 불규칙적으로 변화하는 곡선 또는 절곡선의 경우, 외부에서 더 가시화되지 않도록 할 수도 있다.
불투명 전극패턴(130)는 외부 장치와의 연결을 위한 베젤(bezel) 부분의 와이어 패턴(150)과 함께 형성될 수 있다. 베젤 부분의 와이어 패턴(150)은 FPCB 등과 연결되기 위해 투명 기판(110)의 일측으로 집중되도록 형성된다. 일반적인 와이어 패턴(150) 역시 금속 재질로 형성되기 때문에 불투명 전극패턴(130)와 동시에 형성되는 것도 가능하며, 이 경우 불투명 전극패턴(130)를 와이어 패턴(150)과 동시에 형성하여 터치패널센서(100)를 제조하는 공정의 수가 현저하게 줄어들 수 있다.
금속과 같이 빛을 차단 또는 반사하는 재질로 형성되는 불투명 전극패턴(130)는 투명한 투명 기판(110), 브릿지부(124) 및 절연패턴(140) 상에 형성된다. 참고로, ITO 등의 투명 도전성 재질은 약 250 Ω/square의 면저항을 가지기 때문에 약 100~300㎛의 폭과 약 6~8cm의 길이로 패턴을 형성한다면 수백 Ω의 저항을 가진다. 따라서 종래의 ITO 전극을 대면적 디스플레이에 적용하기가 어려우며, 이는 대면적 디스플레이에서 터치스크린을 적용하기가 어려운 이유가 된다. 하지만, 금속 재질의 불투명 전극패턴(130)은 금속으로 형성되어 저항을 낮게 유지할 수 있으며, 그 결과 터치패널센서(100)의 감도가 향상될 수 있으며, 대면적 디스플레이에서도 적용이 가능하다.
실질적으로 손가락 등의 접촉이 없을 때, 투명 전극패턴(120) 및 불투명 전극패턴(130)의 교차에 의한 기본 캐패시턴스 값은 그 교차 지점에서의 캐패시턴스에 의해서 결정될 수 있다. 종래의 ITO 전극만을 이용한 터치패널센서에서 마주하는 ITO필름 사이에 광학접착필름(OCA)에 개재되며, OCA의 두께, 약 200㎛정도만큼 이격되어 양 전극패턴이 기본 캐패시턴스를 형성하는 반면, 본 실시예에 따른 브릿지부(124) 및 불투명 전극패턴(130)는 절연패턴(140)의 두께, 약 0.1~1.0㎛정도만큼만 이격되어 약 200~1000배 이상의 범위에서 기본 캐패시턴스를 형성하도록 조절할 수 있으며, 이때 브릿지부(124) 및 불투명 전극패턴(130)의 면적으로 급격히 감소시켜 기본 캐패시턴스를 원하는 값으로 적절히 조절할 수가 있다.
브릿지부(124) 및 불투명 전극패턴(130) 간의 교차 면적을 작게 하는 것이 가능하기 때문에, 확장부(122) 등을 통해 정전용량 변화를 민감하게 유지할 수 있으며, 상대적으로 기본 캐패시턴스를 설계 사양에 따라 다양하게 변경할 수 있으며, 전극패턴의 길이를 길게 형성할 수가 있어 대면적 디스플레이에도 용이하게 적용될 수가 있다. 그리고, 브릿지부(124) 및 불투명 전극패턴(130) 간의 교차 면적이 작기 때문에 불투명 전극패턴(130)이 투명 전극패턴(120)보다 하부에 형성되어도 기본적으로 정전용량 변화에 따른 접촉 위치 감지가 가능하다.
또한, 불투명 전극패턴(130)의 두께 조절을 통해 저항을 증가 또는 감소시키는 것이 가능하며, 기본적인 패턴의 폭이 동일하게 유지되기 때문에 전체적인 투광도에 손실을 주지 않을 수 있다. 즉, 본 실시예에서는 저항을 낮추기 위해 금속의 함량을 늘려도 투광도가 저하되지 않는다는 장점도 기대할 수 있다.
본 실시예에서 불투명 전극패턴(130)은 평면을 기준으로 직선 형태로 형성되어 있지만, 경우에 따라서 규칙적인 또는 불규칙적인 곡선, 절곡선 형태로 제공되어 외부에서 더 가시화되지 않도록 할 수도 있다.
또한, 불투명 전극패턴(130) 상에 광흡수부를 더 형성할 수도 있다. 즉, 금속 재질의 불투명 전극패턴(130) 상면에 구리/티타늄(Cu/Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 및 블랙크롬(Black Chrome) 등과 같이 어두운 색이나 빛의 반사를 방지할 수 있는 미세 패턴을 함께 형성함으로써 불투명 전극패턴(130)의 상면이 반짝이는 것을 방지할 수도 있다. 또한, 다르게는 불투명 전극패턴(130) 자체를 상기와 같은 어두운 색의 금속으로 형성할 수도 있다.
도 4는 도 2의 터치패널센서와 유사한 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 부분 확대 사시도이다.
도 4를 참조하면, 확장부(122) 및 브릿지부(124)를 포함하는 투명 전극패턴(120)의 사이로 투명 연결패턴(136) 더 형성될 수가 있다. 상기 투명 연결패턴(136)은 투명 전극패턴(120)과 동일 재질 및 동일 면에 형성될 수 있으며, 상호 최소한의 폭으로 이격되도록 형상이 조화를 이루도록 설계될 수가 있다.
터치패널센서의 저부에 배치된 디스플레이를 구비한 단말기로부터 전자파(EMI)가 출사될 수 있는데, 이렇게 투명 전극패턴(120)과 투명 연결패턴(136)에 의해서 최소한의 폭으로 간극이 형성되도록 패턴을 설계함으로써, 전자파를 차폐하는 기능을 수행할 수도 있다.
투명 연결패턴(136)은 투명 전극패턴(120)과 동시에 형성될 수가 있다. 연결 패턴(136) 역시 약 0.1~0.2mm의 폭을 가지는 투명 도전성 재질로 형성될 수 있으며, 투명 기판(110)에 형성된 ITO층을 사진식각공정으로 식각한 후 확장부(122) 및 브릿지부(124)와 함께 형성할 수가 있다.
본 실시예에서는 투명 연결패턴(136)이 불투명 전극패턴(130)과 전기적으로 연결되어 있지만, 절연패턴(140)이 아닌 절연층이 형성되는 경우 불투명 전극패턴(130)과 전기적으로 분리될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 평면도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치패널센서(200)는 투명 기판(210), 투명 기판(210) 상에 형성된 투명 전극패턴(220) 및 불투명 전극패턴(230), 그리고 투명 전극패턴(220) 및 불투명 전극패턴(230) 사이에 개재되는 절연패턴(240)을 포함한다.
투명 기판(210)은 합성수지 필름이나 유리 기판으로 형성될 수 있으며, 투명 전극패턴(220)은 확장부(222) 및 브릿지부(224)를 포함하며, 불투명 전극패턴(230)은 금속이나 기타 저저항 물질로 구성되어 세로 방향으로 길게 형성되어 있다. 기타 구체적인 재질, 구조 및 형성 방법 등은 이전 실시예의 설명 및 도면을 참조할 수 있다.
다만, 본 실시예에서는 복수개의 불투명 전극패턴(230)이 그룹화되어 하나의 전극을 형성하며, 일측이 전기적으로 연결되어 있다. 3개의 불투명 전극패턴(230)이 그룹을 이루며, 이전 실시예에서 1개의 불투명 전극패턴(230)이 하나의 전극을 형성하는 것과 대응될 수 있다. 예를 들어, 도 2에서는 약 5mm 간격으로 패턴 라인이 사용된다면, 본 실시예에서는 약 1.7~1.0mm의 균일 간격으로 불투명 전극패턴(230)이 병렬로 연결되며, 하측이 전기적으로 연결된다.
복수개의 불투명 전극패턴(230)이 그룹화되어 복잡한 연산 없이 손가락의 정확한 위치를 바로 계산할 수 있으며, 손가락 접촉 면적에 의한 영향도 바로 적용할 수 있어 감도를 크게 개선할 수 있다. 또한, 복수개의 불투명 전극패턴(230)이 병렬로 연결되고, 같은 그룹 내에서도 상호 충분한 거리를 두고 이격되어 있기 때문에, 손가락 접촉 시 투명 및 불투명 전극패턴(224, 234) 주변으로 전기장의 우회가 형성되어 정전용량 변화에 따른 감도를 더욱 향상시킬 수가 있다.
정전용량의 변화는 투명 및 불투명 전극패턴(224, 234)의 가장자리 또는 모서리에서 발생하기 때문에 한 전극에서 그룹을 이루는 브릿지부들의 변이 길수록 같은 손가락 접촉이 있어도 정전용량의 변화가 커질 수 있다. 즉, 투명 및 불투명 전극패턴(224, 234)의 오버랩되는 변의 길이에서 터치반응이 대부분 일어나므로 단일 패턴 라인을 이용한 경우보다 병렬로 배치된 복수개의 패턴 라인을 이용한 경우가 보다 민감하게 반응할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 부분 확대 사시도다.
도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치패널센서(300)는 투명 기판(310), 투명 기판(310) 상에 형성된 불투명 전극패턴(330), 불투명 전극패턴(330) 상에 형성된 투명 전극패턴(320), 그리고 불투명 전극패턴(330) 및 투명 전극패턴(320) 사이에 개재되는 절연패턴(340)을 포함한다.
투명 기판(310)은 합성수지 필름이나 유리 기판으로 형성될 수 있으며, 투명 전극패턴(320)은 확장부(322) 및 브릿지부(324)를 포함하며, 불투명 전극패턴(330)은 금속이나 기타 저저항 물질로 구성되어 세로 방향으로 길게 형성되어 있다. 기타 구체적인 재질, 구조 및 형성 방법 등은 이전 실시예의 설명 및 도면을 참조할 수 있다.
불투명 전극패턴(330)은 금속 라인 형상으로 형성되며, 직접 투명 기판(310) 상에 형성되어 있다. 불투명 전극패턴(334) 상에 절연패턴(340)이 형성되며, 후술하는 확장부(322) 및 브릿지부(324)가 투명 기판(310) 및 절연패턴(340) 상에 형성된다. 이전 실시예들과 달리, 투명 기판(310)을 기준으로 불투명 전극패턴(330)이 투명 전극패턴(320)보다 하부에 형성되는 것도 가능하며, 이는 브릿지부(324) 및 불투명 전극패턴(334) 간의 교차 면적이 주변의 확장부(322)보다 적어 상하 위치 전환이 정전용량 변화의 감지를 방해하지 않을 수 있다.
라인 형태로 연결된 불투명 전극패턴(334)의 전체 저항은, 일 예로 불투명 전극패턴(334)가 알루미늄(Al)을 이용하여 형성되고, 약 0.3㎛의 두께, 약 10㎛의 폭, 약 6㎝의 길이로 형성된다고 가정하면 대략 20Ω 정도가 된다. 참고로, 알루미늄의 비저항 값은 1*10-7Ω㎝이다. 이는 거의 같은 조건에서 수백Ω의 저항을 갖는 ITO 전극에 비해 현저하게 작은 값이라 할 수 있다.
물론, 본 실시예에서 투명 기판(310)이 유리 기판으로 제공되며, 유리 기판의 저면에 불투명 전극패턴(330), 절연패턴(340) 및 투명 전극패턴(320)이 형성되는 경우도 포함할 수 있다. 또한, 이전 실시예에서와 같이, 연결된 불투명 전극패턴(334)의 라인은 그룹화되어 하나의 전극을 형성할 수 있으며, 도시된 바와 같이, 상부 및 하부 일측이 전기적으로 연결될 수 있다. 물론, 경우에 따라서는 중간 부분 중 일측이 전기적으로 연결될 수도 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 부분 확대 사시도다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치패널센서는 투명 전극패턴(120) 상에 형성된 저저항 패턴(160)을 더 포함할 수 있다. 저저항 패턴(160)은 확장부(122) 또는 브릿지부(124) 상에 형성될 수 있으며, 투명 도전성 재질보다 낮은 저항을 가진 재질로 형성될 수 있다. 본 실시예에서 저저항 패턴(160)은 불투명 전극패턴(130)와 동일한 금속 재질로 형성되며, 불투명 전극패턴(130)와 별도로 형성되어 약 0.3㎛의 두께 및 약 10㎛ 이하의 폭으로 형성될 수가 있다.
저저항 패턴(160)은 투명 전극패턴(120)을 따라 가로 방향으로 형성될 수 있으며, 저저항 패턴(160)에 의해서 투명 전극패턴(120)의 저항이 상대적으로 감소될 수 있다. 또한, 저저항 패턴(160)은 불투명 전극패턴(130)와 같이 비투광성 특성을 가질 수도 있지만, 100Å이하의 두께로 형성된 금속 박막으로도 제공될 수 있어 상대적으로 투광성을 갖도록 형성될 수도 있다.
저저항 패턴(160)은 직선으로 형성될 수 있지만, 다르게는 곡선 또는 절곡선 형태로 형성될 수 있으며, 곡선 또는 절곡선의 형태도 규칙적 또는 불규칙적 양상으로 형성될 수 있다. 불규칙적으로 형성되는 경우 외부에서 가시화되지 않은 정도를 향상시킬 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 부분 확대 사시도다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치패널센서는 비연속적인 저저항 패턴(165)을 포함할 수 있다. 비연속적인 저저항 패턴(165)은 확장부(122) 또는 브릿지부(124) 상에 형성될 수 있으며, 투명 도전성 재질보다 낮은 저항을 가진 재질로 형성될 수 있다. 앞선 저저항 패턴(160)은 하나로 이어진 금속 라인인 것에 반해, 본 실시예에서의 저저항 패턴(165)은 투명 전극패턴(120) 상에서 전체적으로 혹은 국부적으로 형성될 수가 있다.
저저항 패턴(165)은 투명 전극패턴(120)을 따라 특정 방향을 향하도록 형성될 수 있지만, 서로 다른 방향으로 형성될 수가 있다. 또한, 저저항 패턴(165)은 확장부(122)나 브릿지부(124) 상에 형성될 수 있으며, 혼합된 형태가 아닌 그 표면에 형성되는 상태로 제공될 수가 있다.
저저항 패턴(165)은 규칙적인 배열에 따라 제공될 수도 있지만, 본 실시예에서와 같이, 불규칙적인 양상으로 제공될 수 있으며, 불규칙적으로 형성되는 경우 외부에서 가시화되지 않은 정도를 향상시킬 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 9를 참조하면, 투명 기판(110) 상에 투명 전극패턴(120) 및 절연패턴(140)을 형성하고, 그 위에 불투명 전극패턴(130)을 형성할 수 있으며, 불투명 전극패턴(130)과 함께 그 위에 광흡수패턴(135)을 더 형성할 수도 있다. 광흡수패턴(135)은 금속면이 외부에서 반짝거리는 것을 방지하기 위한 것으로서, 금속 재질의 불투명 전극패턴(130) 상면에 구리/티타늄(Cu/Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 및 블랙크롬(Black Chrome) 등과 같이 어두운 색이나 빛의 반사를 방지할 수 있는 미세 패턴을 함께 형성함으로써 제공될 수가 있다. 광흡수패턴(135)은 상기 어두운 색이나 빛 반사가 가능한 박막을 형성하고, 불투명 전극패턴(130)을 에칭하는 공정에서 함께 형성될 수 있다. 물론, 불투명 전극패턴 자체를 구리/티타늄(Cu/Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 및 블랙크롬(Black Chrome) 등의 어두운 색의 금속으로 형성할 수도 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서를 설명하기 위한 단면도이다.
도 10을 참조하면, 유리 또는 필름의 투명 기판(410) 저면에 난반사층(412)을 형성하고, 그 하부로 불투명 전극패턴(430), 절연층(440) 및 투명 전극패턴(420)을 차례로 형성할 수 있다. 투명 기판(410) 상의 난반사층(412)은 투명 기판(410)의 표면에 약 0.1~1.0㎛ 크기의 미세요철로 제공될 수 있으며, 난반사층(412)에 형성된 불투명 전극패턴(430)의 상면도 빛을 난반사시킬 수 있는 요철 표면으로 형성될 수 있다.
또한, 투명 기판(410)의 난반사층(412)에서 절연층(440)으로 덮인 부분은 투명의 절연층(일 예로, UV 경화층)에 의해서 메워지므로 일반적인 광 투과면을 형성할 수 있다. 절연층(440)의 하부로 투명 전극패턴(420)이 형성될 수 있다.
요철 표면에 의해서, 금속의 불투명 전극패턴(430) 상에 난반사가 일어나며, 외부에서 금속의 불투명 전극패턴(430)에 의해서 반짝거림이 발생하는 것을 방지할 수 있다.
난반사층(412)은 불투명 전극패턴(430)의 상면에서 난반사패턴을 형성하며, 물리적인 요철 구조에 의해서 제공될 수 있고, 투명 기판(410)의 요철 구조는 샌드블라스팅에 의한 UV 몰드형성, 레이저 가공, 화학 에칭 등 다양한 방법에 의해서 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 난반사 물질, 확산코팅 등을 이용하여 불투명 전극패턴(430) 상에 선택적으로 형성할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110, 210, 310, 410：투명 기판
120, 220, 320, 420：투명 전극패턴
130, 230, 330, 430：불투명 전극패턴

Claims (21)

  1. 디스플레이 상에 놓여 대상체의 접촉 위치를 감지하는 터치패널센서에 있어서,
    투명 절연기판;
    상기 투명 절연기판의 일면에서 투명 도전성 재질로 형성되어 나란하게 제공되는 투명 전극패턴;
    상기 투명 절연기판 상에서 상기 투명 전극패턴과 같은 상기 일면에서 상기 투명 전극패턴과 교차하도록 나란하게 형성되되 상기 투명 전극패턴과 전기적으로 분리되고, 상기 투명 전극패턴에 비해 미세한 폭으로 형성되는 불투명 전극패턴;을 구비하며,
    상기 대상체의 접근에 따른 정전용량의 변화를 이용하여 상기 대상체의 접촉 위치를 감지하게 하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극패턴 및 상기 불투명 전극패턴 사이에는 절연층 또는 절연패턴이 형성되어 상기 투명 전극패턴 및 상기 불투명 전극패턴을 전기적으로 분리시키는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 절연층 또는 상기 절연패턴은 SiO2, Si3N4 또는 TiO2를 이용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 절연층 또는 상기 절연패턴은 0.1~1.0㎛의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 전극패턴이 통과하는 상기 투명 전극패턴 사이에 개재되는 투명 연결패턴을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 투명 연결패턴은 상기 투명 전극패턴과 동일 재질 및 동일 면에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 전극패턴은 금속 재질을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 전극패턴은 직선, 규칙적이거나 불규칙적인 곡선, 또는 규칙적이거나 불규칙적인 절곡선 형태로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극패턴은 일 방향을 따라 일렬로 제공되는 복수의 확장부 및 상기 복수의 확장부 사이를 연결하는 복수의 브릿지부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 투명 전극패턴 표면에서 상기 투명 도전성 재질보다 저항이 낮은 재질로 형성된 저저항 패턴을 더 포함하며, 상기 저저항 패턴은 상기 복수의 확장부 또는 상기 복수의 브릿지부 상에 형성되고, 상기 불투명 전극 패턴과 전기적으로 분리된 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 저저항 패턴은 투명 도전성 재질로 형성된 상기 확장부 또는 상기 브릿지부 상에서 직선, 규칙적이거나 불규칙적인 곡선, 또는 규칙적이거나 불규칙적인 절곡선 형태로 이어진 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 저저항 패턴은 투명 도전성 재질로 형성된 상기 확장부 또는 상기 브릿지부 상에서 상호 분리된 상태로 상기 투명 전극패턴 상에 분포된 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  13. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 전극패턴은 상기 투명 전극패턴의 상부 도는 하부에 위치한 상태로 적층되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 투명 절연기판은 합성수지 필름 또는 유리 기판인 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이에 대향하는 상기 불투명 전극패턴의 상면에 형성되는 광흡수부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 광흡수부는 구리/티타늄(Cu/Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 및 블랙크롬(Black Chrome) 중 어느 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 전극패턴은 구리/티타늄(Cu/Ti), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 및 블랙크롬(Black Chrome) 중 어느 하나를 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 전극패턴은 금, 은 및 알루미늄, 니켈, 티타늄과 같은 금속 또는 금속을 이용한 합금을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 불투명 전극패턴의 상면 또는 저면에 난반사 패턴이 형성되며, 상기 난반사 패턴에 의해서 상기 불투명 전극패턴으로부터의 경면 반사가 제한되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  20. 제1항에 있어서,
    복수개의 상기 불투명 전극패턴은 전기적으로 연결되어 그룹화되어 제공되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 그룹화된 불투명 전극패턴은 상단, 하단, 중간 부분 또는 이들의 조합이 전기적으로 연결된 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
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