KR101311750B1 - 카본나노튜브 기반의 터치패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 투명전도성 기판(12)을 사용하는 터치패널에 있어서: 상기 투명전도성 기판(12)의 상면으로 형성되고 Y채널(43)의 전기적 연결을 위한 브릿지(22)를 구비하되, 상기 브릿지(22)를 제외한 부분에는 습식공정으로 형성되는 차폐층(25)을 구비하는 연결패턴막(20); 상기 연결패턴막(20)의 상면으로 형성되고, 상기 브릿지(22)에 대응하는 비아홀(35)을 구비하는 절연막(30); 및 상기 절연막(30)의 상면으로 형성되고, 교호적으로 배치되는 X채널(41)과 Y채널(43)을 구비하는 채널패턴막(40)을 포함하며; 상기 채널패턴막(40)의 X채널(41)과 Y채널(43)은 50~500nm 범위의 두께를 지닌 카본나노튜브(45)로 투명 전극물질을 형성한 것을 특징으로 한다.
이에 따라, 저전력으로 동일한 정전용량 채널의 구성이 가능하고 공정비용이 절감되어 다양한 분야에 걸쳐 응용함에 작동신뢰성과 경제성을 만족할 수 있는 효과가 있다.

Description

카본나노튜브 기반의 터치패널{Touch panel based on carbon nanotubes}

본 발명은 터치 스크린 패널에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 저전력으로 동일한 정전용량 채널의 구성이 가능하고 공정비용이 절감되어 다양한 분야에 걸쳐 응용함에 작동신뢰성과 경제성을 만족할 수 있는 카본나노튜브 기반의 터치패널에 관한 것이다.

터치패널의 기술에는 저항막, 정전용량, 초음파 방식, IR방식, 카메라 방식 등 다양한 기술이 적용되고 있는 바, 현재 시장 비중이 가장 큰 모바일 분야에서 저항막 방식과 정전용량 방식이 주류를 이룬다. 특히 정전용량 방식은 투명도와 내구성이 양호하고 소프트 터치와 멀티터치가 가능하여 다양한 모바일기기 분야에 응용이 확대되고 있다. 이와 관련되는 선행특허로서, 한국 공개특허공보 제2010-0061993호의 "터치 스크린 패널", 한국 공개특허공보 제2010-0114766호의 "터치센싱용 필름, 이를 포함하는 터치센서 조립체 및 터치센서 조립체 제조방법" 등이 알려져 있다.

한국 공개특허공보 제2010-0061993호는 투명기판과; 상기 투명기판 상에 제1 방향을 따라 X 좌표가 배치된 제1 감지셀과 제1 연결라인으로 구성되는 제1 감지패턴들과; 상기 투명 기판 상에 제2 방향을 따라 Y 좌표가 배치된 제2 감지셀들로 구성되는 제2 감지패턴들과; 상기 제1 및 제2 감지패턴들 상에 다수의 콘택홀이 형성된 절연막과; 상기 절연막 상에 형성되어 상기 각 제2 감지셀들을 전기적으로 연결하는 다수의 연결패턴들과; 감지패턴들을 위치 검출라인과 전기적으로 연결하는 다수의 금속패턴들을 포함한다. 이에 따라, 연결패턴과 외곽의 금속패턴을 동일 마스크로 구현하여 별도의 마스크 공정을 줄이고 교차부의 저항을 낮추어 센싱 감도 저하를 방지하는 효과를 기대한다.

한국 공개특허공보 제2010-0114766호는 외부의 접촉을 감지하는 터치센싱용 필름에 있어서, 연성이면서 절연성인 소재로, 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 포함한다. 이는 필름의 투명 전도층을 탄소나노튜브로 함에 따라 열변형이나 크랙이 발생되지 않고 진공 증착, 화학 에칭 등 고가의 공정이 불필요하여 제조비용이 감소되는 효과를 기대한다.

그러나 상기한 선행특허에 의하면 양호한 투과성과 저전력 소모를 바탕으로 하여 터치패널의 슬림화 구조를 구현하기에 한계성을 보이거나 슬림화 구조에 치중하면 공정비용이 증가하면서 전자파 영향에 의하여 작동신뢰성을 유지하기 곤란한 단점이 있다.

상기와 같은 종래의 문제점들을 개선하기 위한 본 발명의 목적은, 저전력으로 동일한 정전용량 채널의 구성이 가능하고 공정비용이 절감되어 다양한 분야에 걸쳐 응용함에 작동신뢰성과 경제성을 만족할 수 있는 카본나노튜브 기반의 터치패널을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 투명전도성 기판을 사용하는 터치패널에 있어서: 상기 투명전도성 기판의 상면으로 형성되고 Y채널의 전기적 연결을 위한 브릿지를 구비하되, 상기 브릿지를 제외한 부분에는 습식공정으로 형성되는 차폐층을 구비하는 연결패턴막; 상기 연결패턴막의 상면으로 형성되고, 상기 브릿지에 대응하는 비아홀을 구비하는 절연막; 및 상기 절연막의 상면으로 형성되고, 교호적으로 배치되는 X채널과 Y채널을 구비하는 채널패턴막을 포함하며; 상기 채널패턴막의 X채널과 Y채널은 50~500nm 범위의 두께를 지닌 카본나노튜브로 투명 전극물질을 형성한 것을 특징으로 한다.

또, 본 발명에 따르면 상기 연결패턴막은 브릿지를 제외한 부분을 차폐층으로 형성하는 것을 특징으로 한다.

이때, 상기 연결패턴막의 차폐층은 습식공정으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

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이상과 같이 본 발명에 의하면, 저전력으로 동일한 정전용량 채널의 구성이 가능하고 공정비용이 절감되어 다양한 분야에 걸쳐 응용함에 작동신뢰성과 경제성을 만족할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터치패널을 분리하여 나타내는 모식도
도 2는 본 발명에 따른 터치패널의 요부를 나타내는 분해사시도
도 3은 본 발명에 따른 터치패널을 종단하여 나타내는 모식도

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

본 발명은 투명전도성 기판(12)을 사용하는 터치패널에 관련되는 것으로 터치를 감지하는 정전용량형 센서를 배치하는 방식에 따라 크게 GG형과 On-cell형으로 구현될 수 있다. GG형은 일면에 터치센서가 형성된 투명전도성 기판(12)에 커버글래스(14)를 부착하여 LCD패널(10)에 결합한 것이고, On-cell형은 일면에 터치센서가 형성된 투명전도성 기판(12)을 그대로 LCD패널(10)에 결합한 것이다. 물론 LCD패널(10) 대신에 OLED패널이 적용될 수도 있다.

도 1에서 미설명 부호 16은 접착제이다.

본 발명에 따르면 전기적 연결을 위한 브릿지(22)를 구비하는 연결패턴막(20)이 상기 투명전도성 기판(12)의 상면으로 형성된다. 연결패턴막(20)은 인듐-틴 옥사이드(ITO)인 것이 바람직하지만 상기 ITO보다 낮은 저항값을 갖는 금속 물질로 형성될 수도 있다. 브릿지(22)는 채널패턴막(40)의 전기적 연결을 위한 것으로서 세부 구성과 작용은 후술한다.

이때, 상기 연결패턴막(20)은 브릿지(22)를 제외한 부분을 차폐층(25)으로 형성하는 것을 특징으로 한다. 차폐층(25)은 외부에서 터치하는 과정에서 발생하는 전자파 영향을 최소화하여 터치센서의 감지에러를 감소시킨다. 차폐층(25)은 습식공정인 마스크 공정과 식각 공정을 통하여 100 내지 1000 Å 두께로 형성하는 것이 좋다.

한편, 상기 연결패턴막(20)의 차폐층(25)은 습식공정으로 형성된다.

또, 본 발명에 따르면 상기 브릿지(22)에 대응하는 비아홀(35)을 구비하는 절연막(30)이 상기 연결패턴막(20)의 상면으로 형성된다. 브릿지(22)와 차폐층(25)을 형성한 투명전도성 기판(12)의 연결패턴막(20)의 상면으로 절연막(30)이 형성되어, 절연막(30)에 의해 연결패턴막(20)과 후술하는 채널패턴막(40) 간의 상호 절연상태가 유지된다. 절연막(30)은 1.6~1.9의 광굴절률이 확보되는 3000 내지 30000 Å 두께의 투명 절연물질로 형성될 수 있다. 절연막(30)의 비아홀(35)은 후술하는 Y채널(43) 간을 전기적으로 연결하는 구조이다.

전술한 연결패턴막(20)의 브릿지(22)는 도시된 바와 같이 직사각형 바(bar) 형태로 이루어질 수 있으나, 이는 하나의 실시예로서 반드시 이러한 형상에 한정되지 않는다. 즉, 상기 절연막(30)의 비아홀(35)에 의해 노출되는 부분인 브릿지(22)의 양끝단부가 타 부분보다 넓은 폭으로 되는 형상(예를 들어 피너츠형)으로 구현될 수도 있다.

또, 본 발명에 따르면 X채널(41)과 Y채널(43)을 구비하는 채널패턴막(40)이 상기 절연막(30)의 상면으로 형성된다. 채널패턴막(40)은 X채널(41)과 Y채널(43)이 서로 교호적인 패턴으로 배치되는 구조로서, X채널(41)이 동일한 하나의 열로 연결되면서 Y채널(43)이 동일한 하나의 행으로 연결된다. X채널(41)은 이웃하는 열끼리 동일한 패턴에 의해 일체로 연결되는 반면, Y채널(43)은 이웃하는 열끼리 이격되면서 브릿지(22)를 통하여 행으로 연결된다.

이와 같은 브릿지(22)는 필연적으로 X채널(41)의 연결부와 서로 교차되므로 교차에 의해 발생되는 기생 캐패시턴스의 영향을 줄이기 위해 선폭을 최소화하는 것이 바람직하다. 그러나, 브릿지(22)의 폭을 최소화할 경우 상기 Y채널(43)의 라인 저항이 높아져 결과적으로 터치패널의 신호간섭을 유발하는 문제가 발생한다. 따라서 상기 브릿지(22)는 저항이 낮은 도전성 물질로 형성함이 보다 바람직하다.

한편, 금속패턴(50)은 X채널(41) 및 Y채널(43)이 형성되는 영역의 가장자리 영역에 형성되어 감지된 신호를 구동회로(미도시) 측으로 공급하는 것으로, 상기 채널 패턴들과 동일한 레이어에 동일 공정을 통해 형성되므로 상기 금속패턴(50)를 형성하기 위해 추가의 마스크 공정이 필요하지 않는다. 상기 금속패턴(50)이 X, Y채널(41)(43)과 같은 투명 도전성 물질 물질로 형성되지 않아 라인 저항의 증가를 방지할 수도 있다.

본 발명에 따르면, 상기 채널패턴막(40)의 X채널(41)과 Y채널(43)은 50~500nm 범위의 두께를 지닌 카본나노튜브(45)로 투명 전극물질을 형성한다. 투명 재질로 동일 레이어(layer)에 형성되는 X채널(41) 및 Y채널(43)은 탄소나노튜브(이하, CNT라 약칭함)로 구현된다. 카본나노튜브(45)의 채널은 높은 축전률에 의한 낮은 전력구동으로 동일한 정전용량 채널을 구성하는 것이 가능하고, 가시광선 흡수 스펙트럼이 균일한 파장 분포를 갖아 칼라 시프트(Color shift)면에서 우수하다. 카본나노튜브(45)를 습식 공정으로 코팅하면 공정비용의 축소가 가능하다. X, Y채널(41)(43)은 각각 50~500nm 두께의 카본나노튜브(45) 패턴으로 형성됨이 바람직하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 이들의 두께는 투과율 및/또는 면저항 등을 고려하여 변경될 수 있음은 물론이다.

도 3에서, 채널패턴막(40)의 X채널(41)과 Y채널(43)은 각각 다이아몬드 형태의 셀이 연속되는 형태이지만, 각각의 셀이 상호 중첩되지 않고 서로 어긋나도록 교호적으로 배치된다. 이와 같은 본 발명에 따른 터치패널은 상기 브릿지(22)가 상기 투명전도성 기판(12)의 가장 하층 레이어에 형성됨으로써, 외부에서 입력되는 정전기에 대한 취약성을 개선하는 동시에 절연막(30)과의 밀착 안정성을 확보하는데 유리하다. 채널패턴막(40)과 절연막(30)의 두께는 투과율과 면저항을 고려하여 최적화되도록 설정될 수 있다.

작동에 있어서, 사용자의 손 또는 물체가 터치패널에 접촉되면, X, Y채널(41)(43), 브릿지(22), 금속패턴(도시 생략)들이 위치 검출라인을 경유하여 구동회로 측으로 접촉위치에 따른 정전용량의 변화를 전달한다. 그리고, X 및 Y 입력처리회로(미도시) 등에 의해 정전용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 의해 접촉위치가 파악된다.

한편, 상기 브릿지(22)가 형성된 상기 투명전도성 기판(12)의 일면과 반대되는 타측면, 즉 상기 투명전도성 기판(12)의 하부면에는 투명 접지전극(도시 생략)과, 투명 접지전극을 커버하는 별도의 절연막(도시 생략)이 더 형성될 수 있다. 예를 들어, 투명전도성 기판(12)의 하부면에는 50~500nm 두께를 갖는 CNT 등의 투명 전극물질로 형성된 투명 접지전극이 형성되고, 투명 접지전극의 하부에는 이를 커버하는 3000 내지 30000 Å 두께의 절연막이 형성될 수 있다.

하지만, 이는 단지 하나의 실시예로 투명 접지전극 및 절연막의 두께 등은 광투과율 등을 고려하여 변형 실시될 수 있다. 또한, 투명 접지전극 및/또는 절연막은 제품 설계에 따라 생략되는 것도 가능하다. 즉, 정전용량의 터치패널에서, 접촉위치를 감지하기 위해 X채널(41)과 Y채널(43)들 사이의 정전용량이 이용되거나, 혹은 X, Y채널(41)(43)과 투명 접지전극 사이의 정전용량이 이용될 수 있는 것으로, 이는 다양하게 변형 실시가 가능하다.

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: LCD패널 12: 투명전도성 기판
14: 커버글래스 16: 접착제
20: 연결패턴막 22: 브릿지
25: 차폐층 30: 절연막
35: 비아홀 40: 채널패턴막
41: X채널 43: Y채널
45: 카본나노튜브 50: 금속패턴

Claims (4)

1. 투명전도성 기판(12)을 사용하는 터치패널에 있어서:
   상기 투명전도성 기판(12)의 상면으로 형성되고 Y채널(43)의 전기적 연결을 위한 브릿지(22)를 구비하되, 상기 브릿지(22)를 제외한 부분에는 습식공정으로 형성되는 차폐층(25)을 구비하는 연결패턴막(20);
   상기 연결패턴막(20)의 상면으로 형성되고, 상기 브릿지(22)에 대응하는 비아홀(35)을 구비하는 절연막(30); 및
   상기 절연막(30)의 상면으로 형성되고, 교호적으로 배치되는 X채널(41)과 Y채널(43)을 구비하는 채널패턴막(40)을 포함하며;
   상기 채널패턴막(40)의 X채널(41)과 Y채널(43)은 50~500nm 범위의 두께를 지닌 카본나노튜브(45)로 투명 전극물질을 형성한 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 기반의 터치패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 차폐층(25)은 마스크 공정과 식각 공정을 통하여 100 내지 1000 Å 두께 형성되고, 상기 절연막(30)은 3000 내지 30000 Å 두께의 투명 절연물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 기반의 터치패널.
3. 제1항에 있어서,
   상기 X채널(41)과 Y채널(43)의 가장자리 영역에는 X채널(41) 및 Y채널(43)과 동일한 레이어에 X채널(41) 및 Y채널(43)과 동일한 공정으로 형성되는 금속패턴(50)을 구비하는 것을 특징으로 하는 카본나노튜브 기반의 터치패널.
4. 삭제

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