KR101376342B1 - 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서 - Google Patents

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KR101376342B1 KR1020130019858A KR20130019858A KR101376342B1 KR 101376342 B1 KR101376342 B1 KR 101376342B1 KR 1020130019858 A KR1020130019858 A KR 1020130019858A KR 20130019858 A KR20130019858 A KR 20130019858A KR 101376342 B1 KR101376342 B1 KR 101376342B1
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Abstract

본 발명은 점착제를 사용하지 않고 유리면에 직접 패턴의 증착으로 터치스크린용 터치센서를 제조하여 공정을 단축하고 경량화 및 원가를 절감한 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서에 관한 것으로, 상기 글라스기판 위에 Y축 좌표 상하방향으로 일정 두께로 적층되되, 다이아몬드 형상의 패턴이 연속으로 배열된 제1도전막 패턴층; 상기 글라스기판 위에 X축 좌표 좌우방향으로 일정 두께로 적층되되, 다이아몬드 형상의 패턴이 연속으로 배열된 제2도전막 패턴층; 상기 글라스기판에 적층된 제1도전막 패턴층의 하단 패턴과 상기 제2도전막 패턴층의 좌측단 패턴 및 우측단 패턴 위에 적층되는 메탈와이어 패턴층; 상기 제1도전막 패턴층의 다이아몬드 패턴 사이의 브리지와 제2도전막 패턴층의 다이아몬드 패턴 사이에 브리지가 교차 형성되되, 제2도전막 패턴층의 브리지를 관통하여 제1도전막 패턴층 브리지 위에 일정 두께로 적층되고, 상기 메탈와이어 패턴층을 감싸듯이 적층되는 유기유전막 패턴층; 상기 유기유전막 패턴층 위에 적층되는 제3도전막 패턴층; 상기 글라스기판 저면에 일정 두께로 적층되는 제4도전막 패턴층, 및 상기 제1도전막 패턴층, 제2도전막 패턴층, 제3도전막 패턴층 및 유기유전막 패턴층 위와 제4도전막 패턴층 아래에 각각 적층되는 무기유전막 패턴층을 포함하여 이루어진 것이다. 본 발명은 글라스기판에 정전용량식 터치센서의 모든 기능을 증착으로 적층하여 인쇄 처리함으로써 공정의 단순화가 가능하고 제조 원가를 절감할 수 있으며 모바일단말기의 중량과 두께를 줄이고 디스플레이 패널의 선명도를 향상시키며 에지(Edge) 쪽의 BM(Black Matrix) 폭을 더욱 줄일 수 있어 에지 프리(Edge Free)가 가능해져 외부 충격 및 디자인을 고려할 때에 우수한 제품 안정성을 구현한 것이다.

Description

터치스크린용 글라스 일체형 터치센서{Touch Sensor Integrated Glass for Touch Screen}
본 발명은 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 점착제를 사용하지 않고 유리면에 직접 패턴의 증착으로 터치스크린용 터치센서를 제조하여 공정을 단축하고 경량화 및 원가를 절감한 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서에 관한 것이다.
터치스크린은 키보드를 사용하지 않고 스크린에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면, 그 위치를 파악하여 저장된 소프트웨어에 의해 특정 처리를 할 수 있도록 하는 입력장치를 의미하며, 화면을 직접 터치하여 조작할 수 있으므로 조작의 효율성 및 편의성 등을 향상시킨 것이다.
통상의 터치스크린용 정전용량식 터치센서의 원리는 도 1a에서, 터치센서의 정전용량(C)은 손가락 등의 터치가 발생되지 않을 때에 기본적인 정전용량(C1)이 대략 2~30pF이다. 터치센서에 손가락 등의 터치가 발생될 경우에 손가락의 터치에 의하여 발생되는 정전용량(C2)은 대략 1~2pF이다. 따라서 그래프와 같이 터치센서에 손가락이 터치되었을 때에는 기본적인 정전용량(C1)에 손가락의 터치에 의한 정전용량(C2)이 합쳐져 터치센서의 전체 정전용량(C)은 (C1) + (C2)이 된다.
더욱이 도 1b 및 도 1c의 등가회로를 참조하면, 도 1b에서, 손가락이 터치센서에 접촉되어 않았을 때에는 단일의 정전용량 값을 갖는 커패시터, 즉 (C1)이 되지만, 도 1c에서, 손가락이 터치센서에 접촉되었을 때에는 각각의 정전용량 값을 갖는 복수의 커패시터, 즉 (C1) + (C2)이 병렬로 연결되는 것과 같다.
도 2a에서, 버튼(Button) 타입으로 배열된 터치센서는 버튼과 같은 전극에 손가락 등이 터치되는 경우에 해당하는 전극의 정전용량이 가장 커지고 인접하는 전극도 다소 커진다. 도 2b에서, 어느 한 축의 좌표로 일정 간격으로 배열된 바(Bar) 타입으로 배열된 터치센서는 바와 같은 전극에 손가락 등이 터치되는 경우에 해당하는 전극의 정전용량이 가장 커지고 인접하는 전극도 다소 커진다. 또한, 도 2c에서, 2개의 축 즉, X축 좌표와 Y축 좌표가 매트릭스 타입으로 배열된 터치센서는 복수로 배열된 해당 전극 위치에 손가락 등이 터치되면 해당하는 X축 좌표 및 Y축 좌표의 정전용량이 가장 커지고 인접하는 전극도 다소 커진다. 이와 같이 대부분의 터치센서는 보다 향상된 분해능을 갖는 도 2c와 같이 X축 좌표와 Y축 좌표가 매트릭스 타입으로 구성된 것이 제조되고 있는 실정이다.
종래의 터치스크린용 터치센서는 복잡한 부품을 서로 점착하여 제조하는 공정을 거치게 되므로 터치센서는 중량이 커지고 두께도 두꺼워지며 디스플레이 패널의 선명도가 저하되는 단점으로 지적되었다. 또한, 디스플레이 패널의 에지(edge)부분이 두꺼워져 불필요한 부분의 확장에 미치는 영향도 무시할 수 없게 되었다.
또한, 도 3에서, PET와 일체 결합된 ITO(Indium Tin Oxide, 인듐-주석 산화물), 즉 양측단에 금속전극으로 Silver가 접합된 X축 좌표, Y축 좌표 및 GND는 각각 점착제인 TAPE로 점착 결합되어 필름형 터치스크린 패널로 구성된다.
또한, 본 발명과 관련된 선행기술로서, 하기의 특허문헌1은 투명수지로 이루어진 절연층에 광학용 투명 접착제(OCA)나 감압성 접착제(PSA)가 형성되고, 제 1 도전성 전극 패턴 및 제 1 도전성 회로 배선 위에 투명한 접착제층을 도포하며, 제 2 도전성 전극 패턴 및 제 2 도전성 회로 배선이 마련된 절연 기판을 제 2 도전성 전극 패턴 및 제 2 도전성 회로 배선이 절연 기판과 접착제층의 사이에 배치되도록 상기 접착제층에 부착하는 등 접착제가 빈번이 도포되어 공정이 복잡하고 두께 및 중량이 커지는 문제가 있었다.
또한, 특허문헌2는 전극 기재의 2개의 섹션들을 롤로부터 절단하고 이들을 광학적으로 투명한 접착제(Optically Clear Adhesive, OCA)를 사용하여 유리 기재 상에 직교하고 정렬되어 서로에 걸쳐 라미네이팅시켜, X-축 다층 전극 및 Y-축 다층 전극을 매트릭스 전극 센서를 형성하고 있다. 이 역시 접착제를 사용하여 X-축 다층 전극 및 Y-축 다층 전극을 라미네이팅시킴으로써, 공정의 복잡성과 두께 및 중량에 불리한 터치센서를 제조하는 문제가 있었다.
대한민국 공개특허공보 제10-2011-0008453호(2011.01.27.공개); 윈도우 패널 일체형 정전용량방식 터치센서 및 그 제조방법 대한민국 공개특허공보 제10-2012-0104326호(2012.09.20.공개); 광학적 전기적 성능이 개선된 다층 전극을 구비한 터치 감응 장치
본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로, 글라스기판에 ITO를 포함하여 X축 좌표와 Y축 좌표가 되는 패턴층을 증착에 의하여 적층하여 터치센서의 제조에 따른 원가 절감 및 소형화를 구현하기 위한 것이 목적이다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, 상기 글라스기판 위에 Y축 좌표 상하방향으로 일정 두께로 적층되되, 다이아몬드 형상의 패턴이 연속으로 배열된 제1도전막 패턴층; 상기 글라스기판 위에 X축 좌표 좌우방향으로 일정 두께로 적층되되, 다이아몬드 형상의 패턴이 연속으로 배열된 제2도전막 패턴층; 상기 글라스기판에 적층된 제1도전막 패턴층의 하단 패턴과 상기 제2도전막 패턴층의 좌측단 패턴 및 우측단 패턴 위에 적층되는 메탈와이어 패턴층; 상기 제1도전막 패턴층의 다이아몬드 패턴 사이의 브리지와 제2도전막 패턴층의 다이아몬드 패턴 사이에 브리지가 교차 형성되되, 제2도전막 패턴층의 브리지를 관통하여 제1도전막 패턴층 브리지 위에 일정 두께로 적층되고, 상기 메탈와이어 패턴층을 감싸듯이 적층되는 유기유전막 패턴층; 상기 유기유전막 패턴층 위에 적층되는 제3도전막 패턴층; 상기 글라스기판 저면에 일정 두께로 적층되는 제4도전막 패턴층, 및 상기 제1도전막 패턴층, 제2도전막 패턴층, 제3도전막 패턴층 및 유기유전막 패턴층 위와 제4도전막 패턴층 아래에 각각 적층되는 무기유전막 패턴층을 포함하여 이루어진 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서를 제공한 것이 특징이다.
또한, 본 발명에서, 상기 메탈와이어 패턴층은 상기 제1도전막 패턴층과 제2도전막 패턴층의 각 메탈와이어 패턴층은 트레이스로 FPC패널까지 인쇄될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 메탈와이어 패턴층은 500Å 두께의 몰리브덴-니오븀(MoNb), 2,600Å 두께의 알루미늄-네오디뮴(AlNd) 및 300Å 두께의 몰리브덴-니오븀(MoNb) 3층막으로 3,400Å의 두께로 형성될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 제3도전막 패턴층은 메탈와이어 패턴층이 적층된 유기유전막 패턴층을 제외한 유기유전막 패턴층에 증착되어 적층될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 제1도전막 패턴층 내지 제4도전막 패턴층은 200Å 내외의 두께로 적층될 수 있다.
또한, 본 발명에서, 상기 FPC패널은 X축 좌표 처리부와 Y축 좌표 처리부에서 각각 X축 및 Y축 좌표값이 처리되면 연산유니트의 연산에 의해 이동유니트와 동작유니트에서 해당하는 작동이 이루어지도록 하는 컨트롤러와 연결될 수 있다.
본 발명에 따르면, 글라스기판에 정전용량식 터치센서의 모든 기능을 증착으로 적층하여 인쇄 처리함으로써 공정의 단순화가 가능하고 제조 원가를 절감할 수 있으며 모바일단말기의 중량과 두께를 줄이고 디스플레이 패널의 선명도를 향상시키며 에지(Edge) 쪽의 BM(Black Matrix) 폭을 더욱 줄일 수 있어 에지 프리(Edge Free)가 가능해져 외부 충격 및 디자인을 고려할 때에 우수한 제품 안정성을 구현할 수 있는 이점이 있다.
도 1a 내지 도 1c는 일반적인 터치센서의 원리를 나타낸 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 터치센서의 구조에 따른 기본적인 개념을 나타낸 것이다.
도 3은 종래의 터치스크린용 터치센서의 제조에 따른 단면을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명에 따른 실시 예로, 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서의 제조에 따른 요부 및 그 단면을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서의 감지신호를 제어하기 위한 회로를 나타낸 구성도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 4에서, 터치센서(10)의 글라스기판(11)에 증착, 또는 스퍼터링이나 인쇄 등에 의하여 복수의 패턴층이 매트릭스 형상으로 적층 형성된 것으로, 터치센서(10) 좌측 하부를 확대한 것과 이의 단면을 나타낸 것이다.
터치센서(10)로서 글라스(Glass) 기판(11)은 일정 두께 및 가로 및 세로 크기를 갖는 대략 사각형의 패널 형상이고 영상을 표출하는 디스플레이 패널로부터 발광된 빛을 투과할 수 있는 투명한 재질이 적용되며 외부의 충격에 쉽게 파손되지 않는 강화유리 등이 적용되는 것이 좋다.
글라스기판(11) 양면에는 전극소자가 패턴으로 적층된다. 제1도전막 패턴층(12)은 글라스기판(11) 평면상에 Y축 좌표 상하방향으로 일정 두께로 증착되어 적층된다. 제1도전막 패턴층(12)이 적층되는 두께는 대략 200Å 내외이다. 제1도전막 패턴층(12)은 다이아몬드 형상의 패턴이 연속으로 배열되고, Y축 좌표를 따라 각 다이아몬드 형상의 제1도전막 패턴층(12)은 상하로 연결된다. 그리고 각 다이아몬드 형상 사이에 브리지(12a)가 연결된다.
제2도전막 패턴층(13)은 글라스기판(11) 평면상에 X축 좌표 좌우방향으로 일정 두께로 증착되어 적층된다. 제2도전막 패턴층(13)이 적층되는 두께는 대략 200Å 내외이다. 제2도전막 패턴층(13)은 다이아몬드 형상의 패턴이 연속으로 배열되고, X축 좌표를 따라 각 다이아몬드 형상의 제2도전막 패턴층(13)은 좌우로 연결된다. 그리고 각 다이아몬드 형상 사이에 브리지(13a)가 연결된다. 더욱이 제2도전막 패턴층(13)의 브리지(13a)와 제1도전막 패턴층(12)의 브리지(12a)가 서로 교차하면서 겹쳐지는 부분이 발생된다.
메탈와이어 패턴층(14)은 글라스기판(11)에 증착되는 터치센서(10)의 Y축 좌표에 해당하는 하단에 위치하는 제1도전막 패턴층(12), 즉 삼각형 부분과, X축 좌표에 해당하는 좌측단과 우측단에 위치하는 제2도전막 패턴층(13), 즉 삼각형 부분에 각각 증착되어 적층된다. 더욱이 제2도전막 패턴층(13)에 적층되는 메탈와이어 패턴층(14)은 좌측단과 우측단이 번갈아 적층되는 것이 좋다. 즉 좌측단에는 위로부터 홀수 위치에 적층되고 우측단에는 위로부터 짝수 위치에 적층된다. 그리고 메탈와이어 패턴층(14)은 대략 500Å 두께의 몰리브덴-니오븀(MoNb)과 대략 2,600Å 두께의 알루미늄-네오디뮴(AlNd) 및 대략 300Å 두께의 몰리브덴-니오븀(MoNb)이 순차 증착되어 적층되는 3층막으로 대략 3,400Å 내의의 두께로 형성된다. 또한, 제1도전막 패턴층(12)과 제2도전막 패턴층(13)에 각각 적층된 메탈와이어 패턴층(14)은 글라스기판(11)에 인쇄된 Y축 좌표 트레이스(20) 및 X축 좌표 트레이스(19)와 각각 연결된다. 메탈와이어 패턴층(14)과 연결된 Y축 좌표 트레이스(20) 및 X축 좌표 트레이스(19)는 글라스기판(11) 하부에 접합된 FPC패널(21)까지 인쇄되어 연결된다.
유기유전막 패턴층(15)은 제1도전막 패턴층(12) 위와 메탈와이어 패턴층(14) 위에 증착으로 적층된다. 이때, 유기유전막 패턴층(15)은 제1도전막 패턴층(12) 위에 적층되되, 제2도전막 패턴층(13)을 관통하여 적층된다. 즉 유기유전막 패턴층(15)은 제1도전막 패턴층(12)의 다이아몬드 패턴 사이의 브리지(12a)와 제2도전막 패턴층(13)의 다이아몬드 패턴 사이에 브리지(13a)가 교차 형성되는 부분에 제2도전막 패턴층(13)의 브리지(13a)를 관통하여 제1도전막 패턴층(12)의 브리지(12a) 위에 일정 두께로 적층된다. 그리고 유기유전막 패턴층(15)은 메탈와이어 패턴층(14)을 감싸듯이 적층된다.
제3도전막 패턴층(16)은 유기유전막 패턴층(15) 위에 적층된다. 즉 메탈와이어 패턴층(14)이 적층된 유기유전막 패턴층(15) 부분을 제외한 유기유전막 패턴층(15) 위에 증착되어 적층된다. 제3도전막 패턴층(16)이 적층되는 두께는 대략 200Å 내외이다.
제4도전막 패턴층(17)은 글라스기판(11) 저면에 일정 두께로 적층된다. 제4도전막 패턴층(17)이 적층되는 두께는 대략 200Å 내외이다. 또한, 제1도전막 패턴층(12), 제2도전막 패턴층(13), 제3도전막 패턴층(16) 및 유기유전막 패턴층(15) 위, 그리고 제4도전막 패턴층(17) 아래에 무기유전막 패턴층(18)이 증착되어 적층된다. 즉 무기유전막 패턴층(18)의 글라스기판(11)에 증착으로 적층된 각 패턴층 위에 적층된다.
더욱이 제1도전막 패턴층(12) 내지 제4도전막 패턴층(17)은 ITO(Indium Tin Oxide)가 적용된다. 산화인듐(In2O3)은 도전성을 가지고 있으나, 이것에 산화주석(SnO2)을 수~10%첨가하여 더욱 더 도전성을 높인 것이다. ITO를 스퍼터링 타깃(Spattering Target)으로 가공하여 글라스기판에 스퍼터링을 하면 투명한 도전막을 얻을 수 있다. 또는 ITO를 용해하여 글라스기판에 스프레이를 하거나 글라스기판을 용액에 침적시키는 방법으로 투명한 전극막을 얻을 수 있다. 폴리에틸렌 등의 필름에 ITO를 피복한 것을 투명전도성 필름이라 한다. 따라서 ITO는 터치센서의 투명스위치로 적용된다.
도 5에서, FPC패널(21)는 컨트롤러(30)로 연결되어 터치센서(10)에서 입력되는 값을 처리한다. 즉 컨트롤러(30)는 터치센서(10)의 X축 좌표에 해당하는 제2도전막 패턴층(13)에서 입력된 정전용량값을 처리하는 X축 좌표 처리부(31)와, Y축 좌표에 해당하는 제1도전막 패턴층(12)에서 입력된 정전용량값을 처리하는 Y축 좌표 처리부(32)가 포함되고, X축 좌표 처리부(31)와 Y축 좌표 처리부(32)에서 각각 처리된 X축 좌표값과 Y축 좌표값은 연산유니트(33)로 인가되고, 연산유니트(33)는 설정된 연산에 의해 X단, Y단 및 Z단을 통해 각각 이동유니트(34)와 동작유니트(35)로 출력한다. 그리고 이동유니트(34)에서는 ΔX값 및 ΔY값에 따라 디스플레이패널의 화면이 이동되도록 하고, 동작유니트(35)에서는 해당 동작에 따른 가상버튼을 제어한다. 즉 동작유니트(35)는 터치센서(10)에서 감지된 평면 위에서 손가락 움직임을 인식하기 위해 이용된다. 또한, 동작유니트(35)는 이동유니트(34)로 신호를 발생시킨다.
이상의 설명에서 본 발명은 특정의 실시 예와 관련하여 도시 및 설명하였지만, 특허청구범위에 의해 나타난 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 개조 및 변화가 가능하다는 것을 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구나 쉽게 알 수 있을 것이다.
10: 터치센서 11: 글라스기판 12: 제1도전막 패턴층 13: 제2도전막 패턴층 14: 메탈와이어 패턴층 15: 유기유전막 패턴층 16: 제3도전막 패턴층 17: 제4도전막 패턴층 18: 무기유전막 패턴층 19: X축 좌표 트레이스 20: Y축 좌표 트레이스 21: FPC패널 30: 컨트롤러 31: X축 좌표 처리부 32: Y축 좌표 처리부 33: 연산유니트 34: 이동유니트 35: 동작유니트

Claims (6)

  1. 상기 글라스기판 위에 Y축 좌표 상하방향으로 일정 두께로 적층되되, 다이아몬드 형상의 패턴이 연속으로 배열된 제1도전막 패턴층;
    상기 글라스기판 위에 X축 좌표 좌우방향으로 일정 두께로 적층되되, 다이아몬드 형상의 패턴이 연속으로 배열된 제2도전막 패턴층;
    상기 글라스기판에 적층된 제1도전막 패턴층의 하단 패턴과 상기 제2도전막 패턴층의 좌측단 패턴 및 우측단 패턴 위에 적층되는 메탈와이어 패턴층;
    상기 제1도전막 패턴층의 다이아몬드 패턴 사이의 브리지와 제2도전막 패턴층의 다이아몬드 패턴 사이에 브리지가 교차 형성되되, 제2도전막 패턴층의 브리지를 관통하여 제1도전막 패턴층 브리지 위에 일정 두께로 적층되고, 상기 메탈와이어 패턴층을 감싸듯이 적층되는 유기유전막 패턴층;
    상기 유기유전막 패턴층 위에 적층되는 제3도전막 패턴층;
    상기 글라스기판 저면에 일정 두께로 적층되는 제4도전막 패턴층, 및
    상기 제1도전막 패턴층, 제2도전막 패턴층, 제3도전막 패턴층 및 유기유전막 패턴층 위와 제4도전막 패턴층 아래에 각각 적층되는 무기유전막 패턴층을 포함하여 이루어진 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 메탈와이어 패턴층은 상기 제1도전막 패턴층과 제2도전막 패턴층의 각 메탈와이어 패턴층은 트레이스로 FPC패널까지 인쇄된 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 메탈와이어 패턴층은 500Å 두께의 몰리브덴-니오븀(MoNb), 2,600Å 두께의 알루미늄-네오디뮴(AlNd) 및 300Å 두께의 몰리브덴-니오븀(MoNb) 3층막으로 3,400Å의 두께로 형성된 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제3도전막 패턴층은 메탈와이어 패턴층이 적층된 유기유전막 패턴층을 제외한 유기유전막 패턴층에 증착되어 적층되는 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1도전막 패턴층 내지 제4도전막 패턴층은 200Å 두께로 적층된 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서.
  6. 제2항에 있어서, 상기 FPC패널은 X축 좌표 처리부와 Y축 좌표 처리부에서 각각 X축 및 Y축 좌표값이 처리되면 연산유니트의 연산에 의해 이동유니트와 동작유니트에서 해당하는 작동이 이루어지도록 하는 컨트롤러와 연결된 터치스크린용 글라스 일체형 터치센서.
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