KR101219313B1 - 터치패널의 적층 구조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치패널에 있어서: 열경화성수지, 열가소성수지, 엔지니어링플라스틱 중에서 선택되는 기판(10); 및 상기 기판(10)의 일면에 굴절율이 다른 물질을 다층으로 증착하여 형성되는 전도층(30);을 포함하여 이루어지되, 상기 전도층(30)은 아르곤 플라즈마에 의한 100~200Å 박막 두께로 고굴절율을 지닌 산화니오븀층(32)의 상측으로, 아르곤 플라즈마에 의한 700~1000Å 박막 두께로 저굴절율을 지닌 산화규소층(34)과, DC 파워 제어방식에 의한 100~250Å 박막 두께로 고굴절율을 지닌 산화인듐주석층(36)을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 경량화/슬림화의 추세에 부응하면서 시인성을 향상하여 다양한 제품으로 응용이 가능한 효과가 있다.

Description

터치패널의 적층 구조{Construction of touch panel layer}

본 발명은 터치패널의 적층 구조에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량화/슬림화의 추세에 부응하면서 시인성을 향상하여 다양한 제품으로 응용이 가능한 터치패널의 적층 구조에 관한 것이다.

근래 국내 굴지의 가전회사들이 터치센서를 이용한 냉장고를 선보인 이후 다양한 가전으로의 적용 가능성을 시도하고 있고, 해외의 경우 마이크로소프트(MS)는 멀티 터치 기술을 적용한 테이블 PC를 개발하여 마우스나 키보드 없는 서피스 컴퓨터(Surface Computer)를 개발하기도 했다.

이와 같은 터치 패널은 저항막 방식, 정전용량 방식, 초음파 방식, 탄성파 방식, 적외선 방식 등으로 구분되며, 이 중에서 현재 저항막 방식과 정전용량 방식이 주종을 이루고 있다. 저항막 방식은 작동 신뢰성과 안정성이 높아 TV, 모니터, 노트북 PC, 카네비게이션, 게임기기, 백색가전, PDA, 전자사전, 휴대전화, 캠코더 등에 폭 넓게 사용된다. 다만, 전도성 물질이 코팅된 유리나 필름 위에 전도성 물질이 코팅된 필름을 적층한 구조이므로, 상하판 사이 공기층(Air Gap)에 의한 난반사 현상으로 야외 시인성이 불량하고, 유리를 사용하는 경우 표면의 유연성이 결여되어 응용분야의 확산에 장애가 된다. 정전용량 방식은 인체의 정전기를 감지해 구동하는 방식으로서 내구성이 강하고 반응시간이 짧으며 투과성이 좋아 일부 산업용, 카지노 게임기로부터 최근 휴대폰으로 적용범위가 확대되고 있다. 반면, 펜을 이용하거나 장갑 낀 손으로 작동되지 않고 비교적 고가인 단점을 지닌다. 어느 방식에 있어서 제품의 용도에 부합된 품질과 생산성의 유지는 향후 시장성을 판가름하는 중요한 요인으로 인식되고 있다.

한국 등록특허공보 제0908225호는 『하부 절연체층, 상기 하부 절연체층의 상면에 터치부 패턴으로 형성된 하부 투명 전도 산화막 층, 및 상기 하부 투명 전도 산화막 층으로부터 상기 하부 절연체층의 가장자리까지 전기적 신호의 인출을 위한 연결 패턴으로 형성된 하부 금속 증착 코팅층으로 이루어진 하부 패드; (중략) 상기 전기적 신호의 인출을 위한 연결 패턴은 전부에 대하여 상기 투명 전도 산화막 층과 상기 금속 증착코팅층의 2중층 구조』를 제안한다. 이는 종래에 ITO층으로부터 외부로의 인출을 위한 연결 패턴으로 실버페이스트를 적용한 공정보다 저가의 재료와 간단한 공정으로 제작이 가능하다고 밝힌다.

한국 등록특허공보 제0906323호는 터치 스크린 패널에 관한 것으로, 『영상표시장치에 설치되는 상부필름, 상기 상부필름 아래쪽에 배치되며 ITO층이 증착되고 금속전극이 설치된 하부필름, 상기 상부필름과 하부필름을 합착시키는 광학접착층을 포함하며, 상기 상부필름은 PET 또는 아크릴로 이루어지고, 상기 하부필름은 아크릴로 이루어진』 구성을 제안한다. 이는 상부필름의 긁힘에 의한 표면 손상을 방지하면서 빛 투과율을 향상하고 그에 따른 영상표시장치의 소비전력의 절약을 도모하는 것으로 밝힌다.

그러나 상기한 종래 기술들에 의하면 어느 정도 양산성과 내구성을 향상할 수 있기는 하지만, 높은 굴절율을 발휘하는데 있어 한계가 있어 다양한 제품으로 응용하기 곤란한 폐단이 있다.

이에 따라 본 발명은 경량화/슬림화의 추세에 부응하면서 시인성을 향상하여 다양한 제품으로 응용이 가능한 터치패널의 적층 구조를 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 터치패널에 있어서: 열경화성수지, 열가소성수지, 엔지니어링플라스틱 중에서 선택되는 기판; 및 상기 기판의 일면에 굴절율이 다른 물질을 다층으로 증착하여 형성되는 전도층;을 포함하여 이루어지되, 상기 전도층은 아르곤 플라즈마에 의한 100~200Å 박막 두께로 고굴절율을 지닌 산화니오븀층의 상측으로, 아르곤 플라즈마에 의한 700~1000Å 박막 두께로 저굴절율을 지닌 산화규소층과, DC 파워 제어방식에 의한 100~250Å 박막 두께로 고굴절율을 지닌 산화인듐주석층을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 기판은 열경화성수지로서 페놀, 요소수지, 멜라민, 에폭시를 포함하여, 열가소성수지로서 염화비닐, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메타크릴산메탈을 포함하고, 엔지니어링플라스틱으로서 폴리아미드, 폴리카보네이트, PET, 불소수지, 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 한다.
또, 본 발명에 따르면 상기 전도층의 산화니오븀층 대신에 산화티타늄층을 형성하는 것을 특징으로 한다.

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한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 터치패널의 적층 구조는 경량화/슬림화의 추세에 부응하면서 시인성을 향상하여 다양한 제품으로 응용이 가능한 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터치패널의 주요 구조를 단면 상태로 나타내는 구성도이다.

이하, 첨부된 도면에 의거하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

본 발명은 터치패널에 관련되는 것으로, 특히 전도층의 일부를 증착에 의하여 형성하는 방식에 관련된다. 일예로, 저항막 방식의 경우 기판(10) 상에 전도층(30)을 증착으로 형성한 본 발명의 구성에 이어서, 연결구, 도트스페이서, 도선을 지닌 도전층을 접합한 다음 마지막으로 필름을 접합하는 공정을 택할 수 있다. 다른 예로, 정전용량 방식의 경우 기판(10) 상에 전도층(30)을 증착으로 형성한 상태에서 상기와 다른 적층 구조를 택할 수 있다. 어느 방식이든 시인성이 개선되면 다양한 제품으로의 응용성이 높아진다.

본 발명에 의한 터치패널의 제조공정을 개략적으로 살피면, 기판(10)을 열풍건조로에서 가열하는 전열처리 단계, 기판(10) 표면의 정전기로 인한 먼지를 제거하는 제진처리 단계, 기판(10)을 캐리어에 로딩하고 로딩된 기판에 제전처리하는 단계, 기판(10)을 진공챔버에 투입하고 마그네트론 스퍼터링 방식에 의한 플라즈마 전처리에 의해 표면을 개질하는 단계, 이후 기판(10)의 일면에 전도층(30)을 형성하는 단계를 거치고, 마지막으로 최종 제품의 방식(저항막 방식, 정전용량 방식 등)에 따라 적층 처리하는 단계를 거친다.

본 발명에 따르면 열경화성수지, 열가소성수지, 엔지니어링플라스틱 중에서 선택되는 기판(10)을 사용할 수 있다. 종래의 경우 기판(10)의 소재는 유리와 필름이 주종을 이루고 부분적으로 수지재가 활용되기도 한다.

이때, 본 발명의 상기 기판(10)은 열경화성수지로서 페놀, 요소수지, 멜라민, 에폭시를 포함하여, 열가소성수지로서 염화비닐, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메타크릴산메탈을 포함하고, 엔지니어링플라스틱으로서 폴리아미드, 폴리카보네이트, PET, 불소수지, 폴리이미드를 포함한다. 인장강도의 측면에서는 멜라민, PET, 폴리이미드가 적절하고, 굴곡강도의 측면에서는 요소수지, 폴리메타크릴산메탈, PET, 폴리이미드가 적절하고, 압축강도의 측면에서는 페놀, 요소수지, 에폭시, 폴리메타크릴산메탈, PET, 폴리이미드가 적절하고, 충격강도의 측면에서는 염화비닐, 폴리카보네이트가 적절하다.

또, 본 발명에 따르면 상기 기판(10)의 일면에 굴절율이 다른 물질을 다층으로 증착하여 형성되는 전도층(30)을 포함한다. 전도층(30)은 다양한 소재 중에서 선택되는 기판(10)을 진공챔버(Vacuum chamber)에 수용하고 소정의 가스 분위기에서 증착(sputtering)을 통하여 형성된다.

이때, 본 발명의 상기 전도층(30)은 고굴절율을 지닌 산화니오븀층(32)의 상측으로, 저굴절율을 지닌 산화규소층(34)과, 고굴절율을 지닌 산화인듐주석층(36)을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 이와 같이 기판(10) 상에 산화니오븀층(32), 산화규소층(34), 산화인듐주석층(ITO; Indium Tin Oxide)(36)을 형성하는 본 발명의 증착 과정을 보다 상세하게 설명한다.

먼저, 투입되는 기판(10)의 원단(예컨대 폴리카보네이트)을 수입 검사 및 자재수량 확인을 거쳐 열처리 전에 분류하여 적재 상태로 둔다. 기판(10)은 일면에 아크릴수지계의 하드코팅층(20)이 형성되어 있어야 한다.

첫 번째 공정으로, 기판(10)을 열풍건조로에서 가열 온도 80℃, 시간은 60분 정도로 가열하여 전열 처리를 한다. 이러한 공정 조건은 투입되는 기판(10)의 내열온도 및 기타 조건에 따라 변경될 수 있다.

다음 공정으로, 상기 기판(10)을 에어 압력 제어가 가능한 양면 먼지제거기를 사용하여 제진 처리한다. 일반적으로 기판(10)의 양면에는 보호필름이 부착되어 있으며 보호필름을 탈착하는 과정에서 정전기 발생에 따른 표면 전하에 의하여 입자(Particle)가 발생하게 된다. 이러한 정전 입자는 후속하는 증착단계에서 박막 형성에 치명적인 결함을 주게 된다. 제진 처리 단계에서는 클린룸 환경에서 작업하는 것이 좋다.

다음 공정으로, 제진 처리 공정을 마친 기판(10)은 진공챔버로 진입하기 위해 캐리어(Carrier)로 로딩된다. 로딩 시에는 코팅 유효 범위 존(Zone) 내에 유지하도록 투입되는 수량을 제한한다.

다음 공정으로, 로딩된 기판은 이온건(Ionizer-Gun)에 진입시킨다. 이때, 진공 챔버 분위기 온도는 적정온도로 설정한다.

이후 마그네트론 스퍼터링(Magnetron Sputtering) 방식에 의한 플라즈마 스퍼터링 처리를 수행한다. 마그네트론 스퍼터링은 타겟에 가해지는 바이어스 전압(DC, RF)에 의하여 타겟(Target)과 실드(Shield) 또는 타겟과 기판(10) 사이에서 생성될 수 있는 플라즈마를 타겟에 붙어 있는 영구자석을 이용하여 타겟 근처에 집중시키고, 타겟 표면과 플라즈마 사이의 전위차에 의해 가속된 이온들이 타겟 표면과 출돌하여 이차 전자방출을 일으킴과 동시에 타겟 표면에서 스퍼터링을 일으키고, 스퍼터링된 중성의 원자들이 기판(10)으로 날아가 박막을 형성하는 원리로 작동된다. 스퍼터링에 있어서 아르곤 가스를 사용하여 표면 거칠기를 높여 막 부착력 및 성막하고자 하는 막질을 향상시킨다. 플라즈마 처리에 의해 표면 개질된 기판에 아르곤 플라즈마에 의한 산화니오븀층(Nb2O5)(32)을 코팅처리한다. 이때, 코팅되는 산화니오븀층(32)의 박막 두께는 100~200Å, 바람직하기는 150Å 내외의 범위로 유지하는 것이 바람직하다. 적정온도에 예열된 기판(10)의 산화니오븀층(32) 막강도를 향상시키기 위해 플라즈마 처리 작업을 진행한다.

다음 공정으로, 아르곤 플라즈마에 의한 산화규소층(SiO2)(34)의 코팅 처리를 진행한다. 이때 코팅되는 박막 두께는 700~1000Å 정도를 유지하는 것이 바람직하다. 산화규소층(34)의 코팅에 있어서 RF 파워의 제어 방식으로는 4개의 캐소드(Cathode)를 사용하는 것이 좋다. 캐소드의 수량 및 배치되는 위치는 진공챔버의 구조에 따라 달라질 수 있으며, 본 발명에서 최적화되는 캐소드는 기판에 대향하는 위치에서 등간격을 유지하는 4개가 적절하다. 캐소드의 수가 적으면 박막 형성이 미흡해질 우려가 있고, 너무 많으면 두께의 균일한 제어가 곤란하다. 이에 따라 코팅에 의한 투과율을 88% 이상으로 향상시킬 수 있다.

다음 공정으로, 상온에서 증착된 산화규소층(34)의 막강도를 향상시키기 위해 플라즈마 처리 작업을 진행하고, 코팅된 산화규소층(34)의 기판에 DC 파워 제어방식에 의해 100~250Å 두께로 산화인듐주석층(36)의 코팅처리(면저항은 200~600Ω으로 유지)를 수행한다. 산화인듐주석 코팅 처리시에는 아르곤 및 산소 가스의 압력 제어에 의해 산화인듐주석 성막의 저항균일도를 5% 이내로 유지하도록 한다. 이러한 제어 방식은 통상의 장치를 사용할 수 있으나, 분위기 조건을 정밀하게 제어하는 전용의 장치를 사용하는 것이 좋다.

마지막 공정으로, 이온건을 통해 플라즈마 처리하게 됨으로써 산화인듐주석층(36)의 안정화를 통한 저항경시변화율 감소를 획득할 수 있다.

이후, 상기한 공정으로 제조된 터치패널을 캐리어에서 탈착한 후 외관검사와 특성검사를 수행하게 된다. 외관검사는 표면의 스크래치, 이물, 오염, 핀홀 등을 육안으로 검사하는 것이고, 특성검사는 전기저항, 투과율, 막두께, 내열성, 내마모성, 항온항습성, 열충격 등을 측정하는 것이다.

한편, 본 발명의 변형예에 따르면 상기 전도층(30)의 산화니오븀층(32) 대신에 산화티타늄층을 형성하는 것도 가능하다. 산화티타늄층은 산화니오븀층(32)과 마찬가지로 고굴절율을 구현할 수 있는 물질이다. 즉, 전술한 바와 동일한 공정을 거쳐 산화티타늄층을 성막하여 전도층(30)을 형성한다.

본 발명은 기판(10)의 상면에 산화니오븀층(32) 또는 산화티타늄층의 고굴절 물질, 산화규소층(34)의 저굴절 물질, 산화인듐주석층(36)의 고굴절 물질을 순차적으로 적층하여 터치패널의 시인성을 향상한다.

본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

10: 기판 20: 하드코팅층
30: 전도층 32: 산화니오븀층
34: 산화규소층 36: 산화인듐주석층

Claims (4)

1. 터치패널에 있어서:
   열경화성수지, 열가소성수지, 엔지니어링플라스틱 중에서 선택되는 기판(10); 및
   상기 기판(10)의 일면에 굴절율이 다른 물질을 다층으로 증착하여 형성되는 전도층(30);을 포함하여 이루어지되,
   상기 전도층(30)은 아르곤 플라즈마에 의한 100~200Å 박막 두께로 고굴절율을 지닌 산화니오븀층(32)의 상측으로, 아르곤 플라즈마에 의한 700~1000Å 박막 두께로 저굴절율을 지닌 산화규소층(34)과, DC 파워 제어방식에 의한 100~250Å 박막 두께로 고굴절율을 지닌 산화인듐주석층(36)을 증착하여 형성되는 것을 특징으로 하는 터치패널의 적층 구조.
2. 제 1항에 있어서,
   상기 기판(10)은 열경화성수지로서 페놀, 요소수지, 멜라민, 에폭시를 포함하여, 열가소성수지로서 염화비닐, 폴리스틸렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메타크릴산메탈을 포함하고, 엔지니어링플라스틱으로서 폴리아미드, 폴리카보네이트, PET, 불소수지, 폴리이미드를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널의 적층 구조.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,
   상기 전도층(30)의 산화니오븀층(32) 대신에 산화티타늄층을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치패널의 적층 구조.

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