KR101502532B1 - 정전 용량 방식 터치 스크린 - Google Patents

정전 용량 방식 터치 스크린 Download PDF

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Abstract

본 발명에서는 제1표면 및 이 제1표면과 마주보는 제2표면을 포함하는 투명 기판; 투명 기판의 제1표면의 가장자리 상에 형성되어 비-가시 영역을 형성하는 광-차단층; 및 제1표면 상에 형성되고 제1표면과 마주보며 광-차단층을 덮는 투명 고분자층을 포함하며, 투명 기판의 광-투과 영역을 덮는 투명 고분자층의 부분은 감지 영역을 형성하고, 감지 영역의 표면은 패턴화되어 제1망상체 전도성 홈을 형성하고, 전도성 홈은 전도성 재료로 충진되는 정전 용량 방식 터치 스크린이 개시된다. 전도성 홈은 정전 용량 방식 터치 스크린이 사용 중일 때, 전도성 재료에 대한 긁힘을 감소시키고, 홈 구조를 이용함으로써 전도성 재료의 커버 면적, 접촉 저항 및 비용을 감소시킨다.

Description

정전 용량 방식 터치 스크린{Capacitive touch screen}
본 발명은 터치 스크린의 분야에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 정전 용량 방식 터치 스크린(capacitive touch screen)에 관한 것이다.
터치 스크린은 "터치 스크린" 또는 "터치 패널"로도 알려져 있고, 접촉 등의 입력 신호를 수신할 수 있는 유도 액정 디스플레이 장치이며, 스크린의 그래픽 버튼을 터치할 경우, 촉각 피드백 시스템은 미리 프로그램된 프로그램에 따라 다양한 커플링 장치를 구동할 수 있고, 기계적 버튼 패널을 대체하여 사용될 수 있으며, 액정 디스플레이에 의해 생생한 오디오 및 비디오 효과를 창출한다. 터치 스크린의 작동 원리 및 정보 전송 매체에 따라, 터치 스크린의 형태는 저항막 방식, 정전 용량 유도 방식, 적외선 방식 및 표면 탄성파 방식으로 분류될 수 있고, 정전 용량 방식 터치 스크린은 현재 가장 널리 사용되는 것이다.
정전 용량 방식 터치 스크린은 인체의 전류 감지를 이용함으로써 작동하고, 손가락으로 금속층을 터치할 때, 사용자 및 정전 용량 방식 터치 스크린의 표면은 협력하여 결합 커패시터(coupling capacitor)를 형성함으로써, 손가락은 접촉점으로부터 적은 전류를 가져간다. 전류는 정전 용량 방식 터치 스크린의 4개 코너의 전극으로부터 각각 유출되고, 4개 전극의 전류는 손가락과 4개 코너 사이의 거리에 비례하며, 컨트롤러는 4개 전류의 비율을 정확하게 계산함으로써 터치 점 위치를 얻는다.
가장 흔히 사용되는 정전 용량 방식 터치 스크린은 원 글라스 솔루션(one glass solution, OGS) 기술을 이용하고, 투명 산화 인듐 주석(ITO) 전도성 필름 및 센서는 보호 유리 상에 직접 형성되며, 한 장의 유리는 유리 보호 및 터치 센서의 이중 역할을 한다. 그러나, 일체형 터치 기술에서 전도성 재료는 유리의 표면 상에 배치되고, 전도성 재료는 쉽게 긁히며, 이에 따라 정전 용량 방식 터치 스크린은 손상되고 정상적으로 사용될 수 없다. 일체형 터치 기술에 사용되는 주재료는 산화 인듐 주석이고, 산화 인듐 주석의 주재료는 인듐인데, 그 비용이 비싸며, 큰 크기의 스크린이 제조될 경우 산화 인듐 주석의 저항은 상대적으로 크고, 감도는 나쁘며; 터치 스크린의 제조 공정에서 전도성 박막층의 접합이 필요하고, 유리가 접합됨으로써, 두께는 증가하고, 유리의 접합 공정이 추가되며, 제조 비용은 상승한다.
일체형 터치 기술에 사용되는 터치 스크린이 쉽게 긁히고, 고 비용 및 고 저항의 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 일 목적은 스크린이 쉽게 긁히지 않는 저 비용 및 저 저항의 정전 용량 방식 터치 스크린을 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 정전 용량 방식 터치 스크린은;
제1표면 및 이 제1표면과 마주보는 제2표면을 포함하는 투명 기판;
투명 기판의 제1표면의 가장자리 상에 형성되고, 투명 기판의 제1표면 상에 비-가시 영역을 형성하는 광-차단층; 및
투명 기판의 제1표면 상에 형성되어 광-차단층을 덮는 투명 고분자층을 포함하며,
투명 고분자층은 투명 기판의 제1표면과 마주보고, 투명 기판의 광-투과 영역을 덮는 투명 고분자층의 부분은 감지 영역을 형성하며, 감지 영역의 표면은 패턴화되어 제1망상체(meshed) 전도성 홈(trench)을 형성하고, 전도성 홈은 전도성 재료로 충진된다.
일 태양에서, 홈의 폭이 d1로 정의되고, 홈의 깊이가 h로 정의될 경우, 1㎛≤d1≤5㎛, 2㎛≤h≤6㎛, h/d1＞1이다.
일 태양에서, 전도성 재료는 나노-전도성 금속이다.
일 태양에서, 전도성 재료로 덮이는 면적 및 제1망상체(mesh)의 총 면적의 비율은 5% 미만이다.
일 태양에서, 제1망상체는 다각형 망상체이고, 다각형 망상체의 한 변의 길이가 a로 정의될 경우, 150㎛≤a≤500㎛이다.
일 태양에서, 비-가시 영역의 폭이 d2로 정의될 경우, 150mm≤d2≤500mm이다.
일 태양에서, 투명 고분자층은 투명 기판의 제1표면과 마주보고, 비-가시 영역을 덮는 투명 고분자층의 부분은 배선 영역(traces area)을 형성하며, 배선 영역의 표면은 패턴화되어 제2망상체 배선 홈을 형성하고, 배선 홈은 전도성 재료로 충진된다.
일 태양에서, 배선 영역의 배선 홈은 교점을 통해 감지 영역의 전도성 홈과 통한다.
일 태양에서, 감지 영역은 배선 영역에 연결되는 부위에 연결 홈을 구비하고, 연결 홈은 전도성 재료로 충진되며, 배선 홈은 연결 홈과 통함으로써 전도성 홈과 통한다.
일 태양에서, 배선 영역에 의해 형성되는 제2망상체의 밀도는 감지 영역에 의해 형성되는 제1망상체의 밀도보다 크다.
일 태양에서, 정전 용량 방식 터치 스크린은 투명 보호층을 추가로 포함하고, 투명 보호층은 배선 영역의 리드 출력(lead output)의 일부가 제거된 투명 고분자층의 표면을 덮는다.
일 태양에서, 투명 보호층은 UV 접착제, 엠보싱 접착제 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조된다.
일 태양에서, 투명 고분자층은 UV 접착제, 엠보싱 접착제 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조된다.
일 태양에서, 광-차단층은 잉크로 제조된다.
일 태양에서, 투명 기판은 유리이다.
정전 용량 방식 터치 스크린에서, 전도성 홈은 정전 용량 방식 터치 스크린의 표면 상에 형성됨으로써, 정전 용량 방식 터치 스크린을 이용할 때, 전도성 재료에 대한 긁힘을 감소시킬 수 있으며, 홈 구조를 이용함으로써 전도성 재료의 커버 면적을 감소시키고, 접촉 저항 및 제조 비용을 감소시킨다.
본 발명에 따른 정전 용량 방식 터치 스크린은 전도성 홈을 정전 용량 방식 터치 스크린의 표면에 형성하여 전도성 재료에 대한 긁힘을 감소시킬 수 있고, 홈 구조를 이용하여 전도성 재료의 커버 면적, 접촉 저항 및 제조 비용을 감소시킬 수 있다.
도 1은 일 태양에 따른 정전 용량 방식 터치 스크린의 단면도이다.
도 2는 일 태양에 따른 정전 용량 방식 터치 스크린의 상부 정면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 태양에 따른 감지 영역 및 배선 영역의 연결부위의 부분 구성도이다.
도 4는 도 2에 도시된 태양에 따른 감지 영역 및 배선 영역의 다른 연결부위의 부분 구성도이다.
도 5는 다른 태양에 따른 감지 영역 및 배선 영역의 연결부위의 부분 구성도이다.
도 6은 다른 태양에 따른 정전 용량 방식 터치 스크린의 구성도이다.
정전 용량 방식 터치 스크린은 전도성 홈을 구비하는 표면을 가짐으로써, 정전 용량 방식 터치 스크린을 이용할 때, 전도성 재료에 대한 긁힘을 감소시킬 수 있으며, 홈 구조를 이용함으로써 전도성 재료의 커버 면적이 감소하고, 접촉 저항 및 제조 비용이 감소한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명에 따른 정전 용량 방식 터치 스크린의 태양을 상세하게 설명한다.
도 1은 일 태양에 따른 정전 용량 방식 터치 스크린의 구성도를 보여주고, 도 2는 일 태양에 따른 정전 용량 방식 터치 스크린의 구성도를 보여준다.
도 1을 참고하면, 정전 용량 방식 터치 스크린은 투명 기판(110), 광-차단층(130), 투명 고분자층(150) 및 전도성 재료(170)를 포함한다. 투명 기판(110)은 제1표면(111) 및 제2표면(113)을 포함하고, 광-차단층(130)은 투명 기판(110)의 제1표면(111) 상에 형성되며, 광-차단층(130)은 투명 기판(110)의 제1표면(111) 상에 비-가시 영역(미도시)을 형성한다. 투명 고분자층(150)은 투명 기판(110)의 제1표면(111) 상에 코팅되고, 비-가시 영역을 덮으며, 투명 고분자층(150)은 투명 기판(110)의 제1표면(111)과 마주보고, 투명 기판(110)의 광-투과 영역(미도시)을 덮는 투명 고분자층(150)의 일부는 감지 영역(210)을 형성하며(도 2 참조), 감지 영역(210)의 표면은 패턴화되어 제1망상체 전도성 홈(211)을 형성하고, 전도성 홈(211)은 전도성 재료(170)로 충진된다.
정전 용량 방식 터치 스크린에서, 정전 용량 방식 터치 스크린의 표면 상에 코팅되는 전도성 재료(170)는 망상의 감지 영역(210)에 의해 대체되고, 정전 용량 방식 터치 스크린이 사용 중이거나 제조 중일 때, 감지 영역(210)의 망상 구조는 전도성 재료(170)의 긁힘을 방지하고, 전도성 재료(170)의 사용 및 비용을 감소시킬 수 있으며, 정전 용량 방식 터치 스크린의 표면 저항이 감소한다.
특히, 전도성 재료(170)는 나노-은, 나노-구리 등과 같은 전도성 나노-금속이다. 나노 금속 입자는 잉크에 용해되고, 나노-입자의 잉크는 코팅기를 이용함으로써 전도성 홈(211)에 코팅된 후, 공기-건조된다. 도 1을 참고하면, 전도성 홈(211)에서 공기-건조된 나노 금속 입자의 깊이는 망상체의 평면보다 낮고, 통상적으로 약 1 ㎛이다. 이에 따라 전도성 기능의 저하 없이 사용 중에 정전 용량 방식 터치 스크린의 긁힘을 방지할 수 있다. 공기-건조된 후, 정전 용량 방식 터치 스크린의 표면은 세척되고, 투명 고분자층(150)의 표면 상에 잔류하는 나노 금속 입자는 제거된다.
특히, 전도성 홈(211)의 폭이 d1로 정의되고, 깊이가 h로 정의될 경우, 1㎛≤d1≤5㎛, 2㎛≤h≤6㎛이며, 깊이/폭의 비율은 1보다 크고, 즉 h/d1＞1이다. 전도성 재료(170)가 나노-금속임에 따라, 전도성 재료(170)로 충진된 전도성 홈(211)은 불투명한데, 그 이유는 나노-금속 입자가 불투명하고 잉크 중 용질로 있기 때문이다. 전도성 홈(211)의 폭은 1㎛ 내지 5㎛의 범위로 매우 작아서, 정전 용량 방식 터치 스크린의 투과율을 유지할 수 있으며, 전도성 홈(211)의 깊이/폭의 비율은 1보다 커서, 전도성 홈(211)의 전도성을 더욱 확보할 수 있고, 감지 영역(210)의 감도가 개선된다.
특히, 전도성 홈(211)의 폭은 1㎛, 3㎛ 또는 5㎛일 수 있고, 대응하는 깊이는 각각 2㎛, 4㎛, 6㎛일 수 있으며, 대응하는 깊이/폭의 비율은 1보다 크다. 전도성 홈(211)의 깊이 및 폭은 깊이/폭의 비율이 1보다 크기만 하면 해당 한도 내에서 임의 값을 가질 수 있다.
전도성 홈(211)에 의해 형성되는 제1망상체(213)는 규칙적인 형상이고, 특히 정다각형일 수 있다. 도 2를 참고하면, 제1망상체(213)가 정전 용량 방식 터치 스크린의 등변 사각형인 것이 도시되어 있다. 등변 다각형 망상체의 한 변의 길이가 a로 정의될 경우, 150㎛≤a≤500㎛이고, 즉 정다각형 망상체의 한 변의 길이는 150㎛ 및 500㎛ 사이에서 임의 값을 가질 수 있다. 대체 태양에서, 제1망상체(213)의 형상은 다른 정다각형 또는 다른 규칙적인 형상일 수 있다.
대체 태양에서, 전도성 홈(211)에 의해 형성되는 제1망상체(213)는 무작위 및 불규칙한 형상일 수 있다(도 5 참조).
바람직한 태양에서, 제1망상체의 표면의 총 면적에 대한 전도성 재료(170)의 커버 면적(즉 전도성 홈(211)의 표면적)의 비율은 5% 미만이다. 제1망상체의 표면의 총 면적에 대한 전도성 재료(170)의 커버 면적의 비율은 5% 미만으로 한정되고, 즉 감지 영역(210) 중 전도성 홈(211)의 표면의 비율은 한정되며, 전도성 홈(211)의 폭 및 정다각형의 한 변 길이를 한정함으로써, 정전 용량 방식 터치 스크린의 광 투과율은 더욱 확보된다. 전도성 홈(211)의 깊이, 폭, 및 깊이/폭의 비율을 한정하고, 추가로 감지 영역(210)에 대한 전도성 홈(211)의 표면의 비율을 한정함으로써, 정전 용량 방식 터치 스크린의 광 투과율은 89% 이상 확보된다.
특히, 비-가시 영역의 폭이 d2로 정의될 경우, 150mm≤d2≤500mm이다. 투명 고분자층(150)은 투명 기판(110)의 제1표면(111)과 마주보고, 비-가시 영역을 덮는 투명 고분자층(150)의 부분은 배선 영역(230)을 형성하며(도 2 참조), 배선 영역(230)의 표면은 패턴화되어 제2망상체 배선 홈(231)을 형성하고(도 3 참조), 배선 홈(231)에 의해 형성되는 제2망상체(233)의 밀도는 전도성 홈(211)에 의해 형성되는 제1망상체의 것보다 크다.
도 3을 참고하면, 감지 영역(210)은 배선 영역(230)에 연결되는 부위에 연결 홈(250)을 구비하고, 연결 홈(250)은 전도성 재료(170)로 충진되며, 배선 홈(231)은 연결 홈(250)과 통함으로써 전도성 홈(211)과 통한다. 배선 홈(231)은 연결 홈(250)을 통해 전도성 홈(211)과 통하고, 전도성 홈(211), 배선 홈(231) 및 연결 홈(250)은 전도성 재료(170)로 충진되며, 손가락으로 감지 영역(210)을 터치할 때, 전류는 전도성 홈(211)으로부터 유출되어 연결 홈(250)을 통해 배선 홈(231)으로 흘러서, 손가락의 위치를 결정할 수 있다. 대체 태양에서, 전도성 홈(211) 및 배선 홈(231)은 교점을 통해 통한다(도 4 참조).
정전 용량 방식 터치 스크린의 제조에 있어서, 전도성 홈(211) 및 배선 홈(231)은 모두 임프린팅 기술에 의해 제조될 수 있다. 전도성 홈(211)은 필요에 따라 교점 또는 연결 홈(250)을 통해 배선 홈(231)과 통할 수 있다.
또한, 도 6을 참고하면, 배선 영역(230)은 리드 출력단(235)을 구비하는데, 이 출력단은 배선 영역의 외부 가장자리에 위치하여 외부와 연결됨으로써 사용 중 정전 용량 방식 터치 스크린에 의해 전도된 유도 전류를 출력한다.
도 6을 참고하면, 정전 용량 방식 터치 스크린은 투명 보호층(190)을 추가로 포함하고, 투명 보호층(190)은 배선 영역(230)의 리드 출력(235)의 일부가 제거된 투명 고분자층(150)의 표면을 덮으며, 투명 보호층(190)은 UV 접착제, 엠보싱 접착제 및 폴리카보네이트로 구성되는 군에서 선택되는 재료로 제조됨으로써, 감지 영역(210)의 전도성 홈(211) 내의 전도성 재료(170)를 보호하고 정전 용량 방식 터치 스크린의 수명을 연장하는데 이용된다.
특히, 투명 고분자층(150)은 UV 접착제, 엠보싱 접착제 및 폴리카보네이트로 구성되는 군에서 선택되는 재료, 또는 동일한 기능의 다른 재료로 제조된다.
UV 접착제는 무영(shadowless) 접착제, 감광성 접착제, UV 경화성 접착제로도 알려져 있고, 무영 접착제는 자외선 광이 조사됨으로써 경화될 수 있는 접착제의 일종이며, 접착제로서 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 페인트, 코팅, 잉크 및 다른 플라스틱 재료로도 사용될 수 있다. UV는 자외선, 즉 UV 광의 약어이다.
폴리카보네이트(PC)는 에스터 기의 구조를 근간으로 하여, 분자 사슬 내에 탄산 에스터 기를 함유하는 고분자로서, 지방족, 방향족, 지방족-방향족 등의 형태로 분류될 수 있다.
특히, 광-차단층(130)은 잉크로 제조되고, 투명 기판(110)은 투명 유리이며, 비-가시 영역은 유리의 가장자리 상에 스크린 인쇄기를 이용하여 흑 유리를 스크린 인쇄함으로써 형성될 수 있다.
실시예의 설명은 특정적이고 상세하지만, 상기 설명은 본 발명의 개시를 한정하는데 사용될 수 없음을 이해하여야 한다. 따라서, 본 발명의 보호 범위는 첨부된 청구범위에 따라야 한다.

Claims (15)

  1. 제1표면 및 이 제1표면과 마주보는 제2표면을 포함하는 투명 기판;
    투명 기판의 제1표면의 가장자리 상에 형성되고, 투명 기판의 제1표면 상에 비-가시 영역을 형성하는 광-차단층; 및
    투명 기판의 제1표면 상에 형성되어 광-차단층을 덮는 투명 고분자층을 포함하며,
    투명 고분자층은 투명 기판의 제1표면과 마주보고, 투명 기판의 광-투과 영역을 덮는 투명 고분자층의 부분은 감지 영역을 형성하며, 감지 영역의 표면은 패턴화되어 제1망상체(meshed) 전도성 홈(trench)을 형성하고, 전도성 홈은 전도성 재료로 충진되며,
    비-가시 영역의 폭이 d2로 정의될 경우, 150mm≤d2≤500mm인 정전 용량 방식 터치 스크린.
  2. 제1항에 있어서,
    홈의 폭이 d1로 정의되고, 홈의 깊이가 h로 정의될 경우, 1㎛≤d1≤5㎛, 2㎛≤h≤6㎛, h/d1＞1인 정전 용량 방식 터치 스크린.
  3. 제1항에 있어서,
    전도성 재료는 나노-전도성 금속인 정전 용량 방식 터치 스크린.
  4. 제3항에 있어서,
    전도성 재료로 덮이는 면적 및 제1망상체(mesh)의 총 면적의 비율은 5% 미만인 정전 용량 방식 터치 스크린.
  5. 제1항에 있어서,
    제1망상체는 다각형 망상체이고, 다각형 망상체의 한 변의 길이가 a로 정의될 경우, 150㎛≤a≤500㎛인 정전 용량 방식 터치 스크린.
  6. 삭제
  7. 제1항에 있어서,
    투명 고분자층은 투명 기판의 제1표면과 마주보고, 비-가시 영역을 덮는 투명 고분자층의 부분은 배선 영역(traces area)을 형성하며, 배선 영역의 표면은 패턴화되어 제2망상체 배선 홈을 형성하고, 배선 홈은 전도성 재료로 충진되는 정전 용량 방식 터치 스크린.
  8. 제7항에 있어서,
    배선 영역의 배선 홈은 교점을 통해 감지 영역의 전도성 홈과 통하는 정전 용량 방식 터치 스크린.
  9. 제7항에 있어서,
    감지 영역은 배선 영역에 연결되는 부위에 연결 홈을 구비하고, 연결 홈은 전도성 재료로 충진되며, 배선 홈은 연결 홈과 통함으로써 전도성 홈과 통하는 정전 용량 방식 터치 스크린.
  10. 제7항에 있어서,
    배선 영역에 의해 형성되는 제2망상체의 밀도는 감지 영역에 의해 형성되는 제1망상체의 밀도보다 큰 정전 용량 방식 터치 스크린.
  11. 제7항에 있어서,
    투명 보호층을 추가로 포함하고, 투명 보호층은 배선 영역의 리드 출력(lead output)의 일부가 제거된 투명 고분자층의 표면을 덮는 정전 용량 방식 터치 스크린.
  12. 제11항에 있어서,
    투명 보호층은 UV 접착제, 엠보싱 접착제 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는 정전 용량 방식 터치 스크린.
  13. 제1항에 있어서,
    투명 고분자층은 UV 접착제, 엠보싱 접착제 및 폴리카보네이트로 이루어진 군에서 선택되는 재료로 제조되는 정전 용량 방식 터치 스크린.
  14. 제1항에 있어서,
    광-차단층은 잉크로 제조되는 정전 용량 방식 터치 스크린.
  15. 제1항에 있어서,
    투명 기판은 유리인 정전 용량 방식 터치 스크린.
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