KR101248783B1 - 시인성과 슬림화를 겸비한 터치패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 시인성과 슬림화를 겸비한 터치패널에 관련되며, 구성의 특징으로서 소다라임 글래스 또는 고리라 글래스 중에서 하나를 주재로 하는 기판(10); 및 상기 기판(10)의 일면에 화학강화층(20)과 인쇄층(21) 및 산화인듐주석층(30)을 차례로 형성하거나, 기판(10)의 일면에 화학강화층(20)과 산화인듐주석층(30) 및 인쇄층(21)을 차례로 형성하되, 상기 기판(10)의 일면에 구비된 화학강화층(20)은 400~500℃의 질산칼륨용액에 2~8시간 침지하여 형성되면서 상기 기판(10)의 상면에 산화인듐주석층(30)을 증착시킨 다음, 180~500℃ 내외의 진공챔버 내에 10~50분가량 재투입하여 저항치를 크게 낮출 수도 있음을 특징으로 한다.
이에 따라, 본 발명은 경량화 및 슬림화 추세에 부응하면서 시인성을 확보하여 다양한 제품으로의 응용이 가능하도록 한 효과가 있다.

Description

시인성과 슬림화를 겸비한 터치패널{Touch panel with both view trait and slim state}

본 발명은 글래스 기판을 이용한 터치패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 경량화 및 슬림화 추세에 부응하면서 시인성을 확보하고, 인쇄층까지 형성할 수 있도록 하여 다양한 제품으로의 응용이 가능하도록 한 시인성과 슬림화를 겸비한 터치패널에 관한 것이다.

통상적으로 터치패널은 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, 상 · 하판 사이 공기층(Air Gap)에 의한 난반사 현상으로 야외 시인성이 불량하고, 유리를 사용하는 경우 표면의 유연성이 결여되어 응용분야의 확산에 장애가 된다. 또 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 있어서나 제품의 용도에 부합된 품질과 생산성의 유지는 향후 시장성을 판가름하는 중요한 요인으로 인식되고 있으며, 적용제품의 다양화로 글래스(유리)를 도입할 필요성도 있으나 현실적인 난관이 따른다.

일예로, 한국 등록특허공보 제908225호의 "저항막 방식 터치패널"에 의하면, 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 구조를 제안한다. 이는 종래에 ITO층으로부터 외부로의 인출을 위한 연결 패턴으로 실버페이스트를 적용한 공정보다 저가의 재료와 간단한 공정으로 제작이 가능하다고 밝힌다.

또한 한국 등록특허공보 제0681157호의 "정전용량 방식의 터치 패널의 구조 및 그 제조방법"에 의하면, 『은 페이스트로 형성된 선형성 패턴, 실드패턴 및 오버코팅막이 형성되는 글래스 기판과; 상기 글래스 기판의 전면부에 ITO 또는 ATO로 형성하여 터치패널에 터치되는 물제의 터치위치를 정확하게 검출할 수 있는 투명도전막과; 상기 글래스 기판의 배면부를 ITO로 형성하여 노이즈를 차폐하는 투명도전막과; 상기 투명도전막의 배면부에 은 페이스트로 형성되어 노이즈를 감쇄시키기 위한 실드패턴과; 상기 투명도전막의 전면부에 은 페이스트로 형성하여 터치패널에서 구조적으로 발생하는 왜곡된 신호로부터 선형성으로 보정하기 위해 형성되며, 터치패널에 만들어지는 전압을 일정하게 분배시켜 선형성을 확보하는 선형성 패턴과; 상기 선형성 패턴 상부면과 투명도전막의 표면 위에 산화규소층(SiO₂) 계 코팅 용액으로 균일하게 스핀 코팅되어 터치패널의 전도 코팅층을 보호하고 노이즈를 감쇄시킬 수 있는 오버 코팅막과; 상기 선형성 패턴에 전원을 공급하기 위한 전극에 테일의 단자를 솔더링으로 접합하여 연결되어 있는 유연하고 플래트한 테일;로 구성』된다.

그러나 상기한 종래 기술들에 의하면 어느 정도의 양산성과 내구성을 향상할 수 있긴 하지만, 저항막 방식이든 정전용량 방식이든 유리 기판에 적용할 시 높은 굴절율의 발휘에 한계가 있어 다양한 제품으로 응용하기 어려운 폐단이 있었고, 그 외 인쇄층을 터치패널의 초기 공정에 포함시켜 제조해내는 기술은 거의 전무한 문제가 있었다.

한국 등록특허공보 제908225호 "저항막 방식 터치패널" 2)한국 등록특허공보 제681157호의 "정전용량 방식의 터치 패널의 구조 및 그 제조방법"

이에 따라 본 발명은 경량화 및 슬림화의 추세에 부응하면서 시인성을 확보하고, 인쇄층까지 형성할 수 있도록 하여 다양한 제품으로의 응용이 가능하도록 한 시인성과 슬림화를 겸비한 터치패널을 제공하려는데 그 목적이 있다.

이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 터치패널에 있어서: 소다라임 글래스 또는 고리라 글래스 중에서 하나를 주재로 하는 기판; 및 상기 기판의 일면에 화학강화층과 인쇄층 및 산화인듐주석층을 차례로 형성하거나, 기판의 일면에 화학강화층과 산화인듐주석층 및 인쇄층을 차례로 형성하되, 상기 기판의 일면에 구비된 화학강화층은 400~500℃의 질산칼륨용액에 2~8시간 침지하여 형성되면서 기판(10)의 상면에 산화인듐주석층(30)을 증착시킨 다음, 180~500℃ 내외의 진공챔버 내에 10~50분가량 재투입하여 저항치를 크게 낮출 수도 있음을 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 터치패널에 기판을 적용함에 있어 경량화 및 슬림화의 추세에 부응하면서 시인성을 확보하고, 인쇄층까지 형성할 수 있도록 하여 다양한 제품으로의 응용이 가능한 효과가 있고, 또 인쇄층까지 일괄 형성함으로써 추가 제조공정의 번거로움까지 제거시킨 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치패널의 적층상태 구성도,
도 2는 도 1의 구조를 단면 상태로 나타낸 구성도,
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치패널의 적층상태 구성도
도 4는 도 3의 구조를 단면 상태로 나타낸 구성도,

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

본 발명은 터치패널에 관련되는 것으로, 특히 기판(10) 상면에 산화인듐주석층(ITO; Indium Tin Oxide)(30)을 증착에 의하여 형성하는 방식에 관련된다. 일예로, 기판(10) 상에 산화인듐주석층(ITO)(30)을 증착으로 형성한 본 발명의 구성에 이어서, 연결구ㆍ도트 스페이서ㆍ도선을 지닌 도전층을 접합한 다음 마지막으로 필름을 접합하는 공정을 택할 수 있다. 다른 예로, 기판(10) 상에 산화인듐주석층(ITO)(30)을 증착으로 형성한 상태에서 상기와 다른 적층구조를 택할 수 있다. 어느 방식이든 시인성이 개선되면 다양한 제품으로의 응용성이 높아진다.

본 발명의 개략적인 공정순서를 살피기에 앞서 설명의 편의를 위해 글래스의 기판(10) 가운데 셀 글래스(Cell Glass) 기판을 중심으로 설명하기로 한다.

본 발명의 개략적인 공정순서를 살피면, 세정 전 셀 글래스(Cell Glass) 기판(10)을 적재하는 준비단계, 셀 글래스를 세정기에 투입하는 세정단계, 셀 글래스를 캐리어에 로딩하는 단계, 셀 글래스를 진공챔버에 진입시키는 단계, 직류전원 제어방식에 의해 ITO를 코팅하는 단계, 셀 글래스를 이온빔으로 표면 처리하여 ITO 박막의 안정화를 통한 저항 경시변화율을 감소하는 단계를 거친다.

본 발명에 따르면 글래스를 주재로 하는 기판(10)이 사용되며, 기판(10)은 소정의 전처리를 거쳐 물성을 개선해야 한다. 통상적으로 물성의 개선은 물리적 방식, 열적 방식, 화학적 방식 중에서 선택된다.

이때, 상기 글래스 기판(10)의 경우에는 소다라임 글래스 또는 고리라 글래스 중에서 선택되고, 화학강화층(20)을 구비한다. 소다라임 글래스와 고리라 글래스는 디스플레이 제품에 요구되는 물성을 구비하므로 적절하지만, 반드시 이에 국한되는 것은 아니고 다양한 글래스 소재의 기판(10)에도 적용할 수도 있다. 다만, 글래스의 균열은 미세한 균열과 마찰력에 의하여 발생하므로, 열처리 또는 화학적 처리에 의한 표면강화로 이를 개선할 수 있다. 열처리 방식의 경우 용융점 이상의 온도구배에서 임시적으로 응력개선이 발생하고, 글래스가 단순한 평면이면서 일정치 이상의 두께로 되어야 한다. 반면 도 2처럼 화학적 방식에 의한 화학강화층(20)은 글래스의 모양이나 두께에 관계없이 고강도를 구현할 수 있다.

이러한 화학강화층(20)은 400~500℃ 내외의 질산칼륨용액에 2~8시간 내외로 침지하여 형성되는 것을 특징으로 한다. 화학강화는 이온교환과정에 의한 것으로서 유리의 용융점 보다 낮은 온도에서 수행된다. 글래스를 400~500℃의 질산칼륨용액에 2~8시간 동안 침지한 상태로 두면 글래스 표면의 Na이온과 용액의 K이온이 상호 교환되면서 전자기력에 의한 수축으로 강화가 발생한다.

그리고 화학강화층(20)의 바람직한 온도와 질산칼륨용액의 침지시간은 터치패널의 기능에 따라 달라지는데, 예를 들어 화학강화층(20)의 온도를 420℃로 하고 질산칼륨용액에 3시간가량을 침지시킬 수도 있지만, 온도를 450℃로 하고 질산칼륨용액에 4~5시간동안 침지시킬 수도 있는데, 이것은 터치패널의 특성에 따라 화학강화층(20)의 강도를 달리 처리하는데서 오는 결과라 할 수 있다. 이와 같은 화학강화층(20)을 지닌 기판(10)은 열처리에 의한 것보다 약 8배정도 높은 강도를 발휘하고, 처리 중에 비틀림 등의 변형이 적을뿐더러 색상 및 빛 투과율 특성을 그대로 유지한다.

한편, 본 발명에 따르면 상기 기판(10)의 일면에 인쇄층(21)과 산화인듐주석층(30)을 차례로 증착하는데(도면 1 참조), 이러한 증착과정을 보다 상세하게 설명한다.

우선 인쇄층(21)은 기판(10)의 어느 일면 중 임의의 적정지점에 그림 · 문자 · 도형 등을 새길 수 있는 층을 말하는데, 터치패널이 완성되거나 완성되기 전에 별도의 공정을 통해 인쇄층을 형성하는 방법도 있지만, 그보다는 화학강화층(20)이 형성된 기판(10) 위에 인쇄층(21)을 먼저 형성한 다음 다양한 기능향상과 함께 시인성을 높이기 위한 산화인듐주석층(30)을 형성하는 것이 좀 더 바람직한 것으로 사료된다. 이하에서는 화학강화층(20)이 형성된 기판(10) 위에 인쇄층(21)을 형성하고 나서 산화인듐주석층(30)을 추가 형성하는 것(제1 실시예)을 중심으로 먼저 설명하기로 한다.

인쇄층(21)의 형성은 유기물의 경우에는 스퀴즈 프린팅(printing) 방법 등으로, 무기물의 경우에는 진공증착 메탈방법 등으로 형성하는데, 인쇄층(21)을 무기물로 형성할 경우에는 일반적으로 진행하는 340℃ 내외의 가열조건에서 작업수행을 해도 별 문제없지만 유기물로 인쇄층(21)을 형성할 경우에 일반적으로 진행하는 340℃ 내외의 가열조건에서는 작업수행이 약간 어려운 문제가 있다.

즉, 인쇄층(21) 상면에 적층될 산화인듐주석층(30)은 진공증착방법에 있어서 바람직한 온도범위인 340℃ 내외의 가열조건에서도 깔끔하게 작업을 수행할 수 있으나 유기물로 인쇄층(21)을 형성할 경우에는 270℃의 온도가 되면 타버릴 수 있는 경우도 발생한다. 따라서 인쇄층(21)은 가급적 250℃±50℃의 가열온도범위 내에서 형성하는 것이 좋고, 그 결과 산화인듐주석층(30) 역시 250℃ 내외의 온도범주 속에서 진공증착을 하는 것이 바람직한데, 이때 발생되는 또 다른 문제는 250℃ 내외의 낮은 온도에서 진공 증착할 경우에 산화인듐주석층(30)의 저항치가 높아 터치패널로서의 기능 수행이 어렵다는 점이다. 즉, 산화인듐주석층(30)을 340℃ 내외로 진공증착(sputtering) 시키면 터치패널로서는 가장 바람직한 80~250Ω의 저항치를 갖게 되지만 250℃ 내외로 진공증착 시키면 평균 400~500Ω의 저항치를 갖게 되어 터치패널로서의 기능 수행이 어렵게 된다.

이를 좀 더 상세히 설명하면, 산화인듐주석층(30)을 250℃ 내외로 진공증착(sputtering) 시키면 산화인듐주석층(30)의 물질들이 불안정하고 유동적인 상태가 되어 결정화가 되지 않아 저항치가 400~500Ω으로 높아진다. 즉, 터치패널 기능이 제대로 수행되기 위해서는 80~250Ω의 저항치가 바람직하지만 산화인듐주석층(30)이 250℃ 내외에서 진공증착 되는 한, 산화인듐주석층(30)의 물질들이 결정되지 않아 저항치가 400~500Ω으로 높아지는 문제가 뒤따른다. 따라서 250℃ 내외의 가열온도 범위에서 형성해야 할 인쇄층(21)의 형성으로 말미암아 발생되는 400~500Ω의 저항치를 80~250Ω의 저항치로 떨어뜨리기 위해서는 산화인듐주석층(30)의 불안정 상태를 안정화 상태로 변화시켜야 하고, 안정화 상태 모드로 만들기 위해서는 180~500℃의 진공챔버 내에 산화인듐주석층(30)까지 모두 적층된 상태의 터치패널을 진공챔버 내에 재투입해서 10~50분가량을 재차 통과시키면 산화인듐주석층(30)의 물질들이 쉽게 결정화되면서 저항치가 80~250Ω 내외로 떨어져 다양한 소비자의 욕구에 부응할 수 있게 된다.

다음으로 본 발명의 또 다른 제2 실시예에 따르면(도 3 참조), 기판(10) 상면에 형성된 화학강화층(20) 위에 산화인듐주석층(30)을 증착시킨 다음, 산화인듐주석층(30) 위에 인쇄층(21)을 형성할 수도 있고, 산화인듐주석층(30) 위에 또 다른 물질들을 추가로 형성한 뒤 다시 인쇄층(21)을 형성할 수도 있다. 그러나 본 발명에 따른 제2 실시예의 경우에는 전술한 바처럼 인쇄층(21) 위에 산화인듐주석층(30)을 적층하는 제1 실시예보다는 제조공정이 다소 번거로운 면이 있음은 부인할 수 없다.

한편, 산화인듐주석층(30)은 전술한 글래스의 소재 중에서 선택되는 기판(10)을 진공챔버(Vacuum chamber)에 수용하고 소정의 가스 분위기에서 증착(sputtering)을 통하여 형성된다.

우선, 셀 글래스 재료의 수입검사 및 자재수량을 확인한 다음 카세트에 적재한다. 한 열에 적재 가능한 수량은 대략 62개 내외이며(그 이상, 이하도 가능), 첫 번째와 마지막 칸은 비워서 취급불량을 방지한다. 세정 카세트 3열 60매씩 적재가 완료되면 전체적으로 외관 상태를 확인한다. 세정기 투입대기 장소로 이동하여 투입대기 선반에 적재한다. 물론 이 공정의 이전 또는 직후에 화학강화를 거쳐 화학강화층(20)을 형성한 셀 글래스를 사용해야 한다.

다음으로, 적재된 셀 글래스 재료를 세정기에 넣어 세정작업을 수행한다. 이때 세정 온도는 60℃ 내외로 하고 세정 시간은 약 45분 정도로 하는 것이 적당하다. 이러한 수치는 사용하는 셀 글래스 재료의 기타 조건에 따라 조절될 수 있다.

다음으로, 세정 공정을 마친 셀 글래스 재료는 진공챔버로 진입하기 위해 캐리어(Carrier)에 로딩된다. 로딩 시에는 코팅 유효 범위 존(Zone) 내에 유지하도록 투입되는 수량을 제한한다.

다음으로, 셀 글래스 재료를 진공챔버에 진입시킨다. 이때 진공챔버 분위기 온도는 진공챔버의 분위기 온도는 250℃±50 내외의 적정온도 또는 340℃ 내외로 설정한다. 이후 마그네트론 스퍼터링(Magnetron Sputtering) 방식에 의한 플라즈마 스퍼터링 처리를 수행한다. 마그네트론 스퍼터링은 타겟에 가해지는 바이어스 전압(DC, RF)에 의하여 타겟과 실드(Shield) 혹은 타겟과 기판(Substrate) 사이에서 생성될 수 있는 플라즈마를 타겟에 붙어 있는 영구자석을 이용하여 타겟 근처에 집중시키고, 타겟 표면과 플라즈마 사이의 전위차에 의해 가속된 이온들이 타겟 표면과 충돌하여 이차 전자방출을 일으킴과 동시에 타겟 표면에서 스퍼터링을 일으키고, 스퍼터링된 중성의 원자들이 기판으로 날아가 박막을 형성하는 원리로 작동된다.

다음으로, 직류파워 제어방식에 의해 120±50Å 두께로 ITO를 코팅하여 산화인듐주석층(30)을 형성한다. ITO 코팅 처리 시에는 아르곤 및 산소 가스의 압력제어에 의해 ITO 성막의 저항 균일도를 5% 이내로 유지하도록 한다. 이러한 제어 방식은 통상의 장치를 사용할 수 있다. 분위기의 조건을 정밀 제어하는 전용의 장치를 사용한다.

다음으로, 이온빔으로 표면 처리하여 ITO 박막의 안정화를 통한 저항 경시변화율 감소를 달성할 수 있다.

한편, 글래스 기판(10)은 진공챔버의 온도를 250℃±50 내외로 설정해서 산화인듐주석층(ITO; Indium Tin Oxide)(30)을 증착하게 되면 저항치도 400~500Ω 내외여서 무난하게 사용될 수 있는 형태로 제조될 수 있다. 그런데 글래스 기판(10)의 경우에 진공챔버의 온도를 일반적으로 행하고 있는 340℃ 내외로 설정해서 산화인듐주석층(ITO층, 30)을 증착하게 되면 저항치를 80~300Ω 내외로 감소시킬 수도 있고, 또 산화인듐주석층(30)의 물질들이 안정화/결정화되는데 아무런 장애가 생기지 않아 소비자의 다양한 요구에 부응할 수 있는 터치패널을 제조할 수 있다.

이렇게 제조된 셀 글래스 재료의 터치패널을 캐리어에서 탈착한 후 외관 검사과 특성 검사를 수행한다. 외관 검사는 표면의 스크래치, 이물, 오염, 핀홀 등을 육안으로 검사하는 것이고, 특성 검사는 전기저항, 투과율, 막 두께, 내열성, 내마모성을 측정하는 것이다.

통상 90% 내외의 투과율을 지니는 기판(10)에 산화인듐주석층(30)만 적층하면 투과율이 다소 저하될 수도 있겠지만, 제조공정이 단순하고 제조단가가 낮아지는 유용성을 갖추고 있을 뿐 아니라 인쇄층(21)의 효율적인 형성으로 다양한 제품으로의 응용이 가능하도록 한 작용 · 효과가 있다 할 것이다.

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: 화학강화층
21: 인쇄층 30: 산화인듐주석층

Claims (4)

1. 터치패널에 있어서:
   소다라임 글래스 또는 고리라 글래스 중에서 하나를 주재로 하는 기판(10); 및
   상기 기판(10)의 일면에 화학강화층(20)과 인쇄층(21) 및 산화인듐주석층(30)을 차례로 형성하거나, 기판(10)의 일면에 화학강화층(20)과 산화인듐주석층(30) 및 인쇄층(21)을 차례로 형성하되,
   상기 기판(10)의 일면에 구비된 화학강화층(20)은 400~500℃의 질산칼륨용액에 2~8시간 침지하여 형성되고, 상기 기판(10)의 상면에 산화인듐주석층(30)을 증착시킨 다음, 180~500℃ 내외의 진공챔버 내에 10~50분가량 재투입하여 저항치를 크게 낮출 수도 있음을 특징으로 하는 시인성과 슬림화를 겸비한 터치패널.
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