KR101537036B1 - 금속 메쉬 전도층 및 이를 갖는 터치 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 금속 메쉬(mesh) 전도층 및 전도층을 갖는 터치 패널(touch panel)에 대한 것이다. 전도층의 표면은 투명 전극 영역 및 전극 리드(lead) 영역을 포함하며, 투명 전극 영역은 금속으로 이루어진 메쉬를 가지고; 전극 리드 영역은 금속을 포함하는 전도성 물질로 이루어진 메쉬를 갖는다. 메쉬는 트렌치(trench) 내에 채워진 금속을 포함하는 전도성 물질로 이루어진다. 본 발명의 투명 전극 영역은 트렌치 내에 보다 균일하게 전도성 물질을 채우기 위하여 메쉬를 사용하며, 외부의 전도성 물질과의 더 우수한 결합을 사용한다. 불규칙한 메쉬로 이루어진 투명 전극 영역에 의해 모아레(moire)의 생성을 방지할 수 있다.

Description

금속 메쉬 전도층 및 이를 갖는 터치 패널{METAL MESH CONDUCTIVE LAYER AND TOUCH PANEL HAVING THE SAME}
본 발명은 전도층에 대한 것으로, 보다 상세하게는 금속 메쉬(mesh) 전도층 및 전도층을 갖는 터치 패널(touch panel)에 대한 것이다.
터치스크린(touchscreen)은 입력 신호를 수신하기 위해 사용되는 센싱 장치이다. 터치스크린은 정보 교환을 위한 새로운 방식을 제공하므로 완전히 새로운 정보 교환 장치이다. 터치스크린 기술의 개발은 국내 및 해외의 미디어 부문에서 광범위한 관심을 불러일으켰고, 광전(photovoltaic) 분야에서 각광받는 최첨단 산업이 되었다.
ITO층은 터치스크린 모듈에 있어 매우 중요한 구성요소이다. 터치스크린의 제조 기술이 급속이 발달하고 있음에도 불구하고, 프로젝티드 정전 용량 터치스크린(projected capacitive screen)을 예로 들면, ITO층의 기본적인 제조 공정은 최근 들어 변화하지 않았다. 이러한 공정은 필연적으로 ITO 코팅(coating), ITO 패터닝(patterning), 및 투명 전극 은선(silver wire) 생산을 포함한다. 종래의 제조 공정은 복잡하고 오래 걸리며, 따라서 현재의 터치스크린 제조 단계에서 수율 제어는 피할 수 없는 문제가 되었다. 나아가, 종래의 제조 공정은 필연적으로 식각을 필요로 하며, 식각 동안 많은 ITO 및 전도성 물질이 낭비된다. 따라서, ITO층의 단순하면서도 친환경적인 공정을 어떻게 달성할 것인지가 해결해야 할 주요 과제가 되었다.
인쇄 전자 기술의 급속한 발달은, 이러한 문제에 대해 실현 가능한 해법을 제공한다. PolyIC 인크(PolyIC Inc.) 사는 완전 인쇄 전도성 금속 필름 PolyIC®을 선보였다(http://www.polyic.com/poly-tc.php). 인쇄 기술에 기초하여, 필름은 주기적인 금속 메쉬(mesh)를 갖는 투명 전도성 영역 및 투명 전극의 은선(silver wire)을 일시에 생산할 수 있다. 따라서, ITO층의 세 공정이 하나의 인쇄로 단순화될 수 있고, 식각 공정이 생략되며 물질의 낭비가 억제된다.
그러나, PolyIC®는 종래의 인쇄 기술에 기초하여 생산되므로, 최소 선폭은 10㎛ 가 될 수 있을 뿐이다. 투자율(permeability)이 85%를 넘는다는 전제 하에, 그리드(grid) 주기는 300㎛ 보다 커야 한다. 따라서 이러한 메쉬는 시각적으로도 분명히 인식될 수 있다.
나노임프린트(nanoimprint) 기술에 기초한 임베디드(embedded) 금속 메쉬는, 폭이 3㎛ 미만인 은선을 달성할 수 있다. 투명 전극 영역의 은선의 폭이 3㎛ 미만일 경우, 육안으로는 인식할 수 없음이 확인되었다. 그러나, 투명 전극의 은 리드(lead)의 폭은 보통 20㎛를 넘는다. 트렌치(trench) 깊이가 동일할 경우, 폭이 상이한 것은 트렌치 깊이의 깊이 대비 폭 비율이 상이함을 의미한다. 깊이 대비 폭 비율의 변화가 커지면, 트렌치 내에 은을 채우는 공정이 더욱 어려워질 것이다.
본 발명의 일 측면에 따르면, 금속 메쉬(mesh) 전도층 및 상기 전도층을 갖는 터치 패널(touch panel)이 제공되며, 이때 상이한 밀도의 금속 메쉬를 이용하여 동시에 투명 전극 영역 및 전극 리드(lead) 영역을 생성하고; 금속 리드 영역의 금속 메쉬는 사용자에게는 보이지 않는다.
본 발명에 의한 기술적 과제의 해결은 다음의 기술적 해결 방법에 의하여 달성된다.
금속 메쉬(mesh) 전도층이 제공된다. 상기 전도층의 표면은 투명 전극 영역 및 전극 리드(lead) 영역을 포함하며, 투명 전극 영역은 금속으로 이루어진 메쉬를 가지고; 전극 리드 영역은 금속을 포함하는 전도성 물질로 이루어진 메쉬를 갖는다. 메쉬는 트렌치(trench) 내에 채워진 금속을 포함하는 전도성 물질로 이루어진다.
바람직하게는, 전극 리드 영역의 메쉬는 정다각형(regular polygon) 메쉬이다.
바람직하게는, 투명 전극 영역의 메쉬는 무작위의 불규칙한 메쉬이며, 투명 전극 영역의 메쉬는 이의 그리드선(gridline)으로 이루어지고, 투명 전극 영역의 그리드선은 각각의 각도 방향으로 균일하게 분산된다.
바람직하게는, 상기 불규칙한 메쉬는 불규칙한 다각형으로 이루어지고; 상기 메쉬의 그리드선은 직선 선분(straight segment)이며, 그리드선 및 직각 수평 방향 X에 의해 형성되는 각도 θ는 균일하게 분산된다. 각각의 불규칙한 메쉬의 각도 θ가 5°의 간격을 이용하여 계수될 경우, 각 선분이 각각의 간격 내에 들어오는 확률 pi 가 계수되어, 0-180° 내의 36개의 각도 간격에서 p1, p2, ... 및 p36 이 얻어지고; 표준 편차를 만족시키는 pi는 산술 평균의 20% 미만이다. 바람직하게는, 전극 리드 영역의 메쉬의 상대 투과도(relative transmittance)는 80% 미만이다.
바람직하게는, 트렌치는 실질적으로 직사각형 단면을 가지며, 트렌치의 폭 대비 깊이의 비율은 0.8을 넘고, 트렌치의 폭은 10㎛ 미만이다.
바람직하게는, 전도층은 정렬 마크를 가지며, 상기 정렬 마크는 금속으로 이루어지는 메쉬를 가지고 투과도가 80% 미만이다.
바람직하게는, 전도층은: 아래로부터 적어도 기판 물질 및 전도성 물질을 포함하거나; 또는 아래로부터 적어도 기판 물질, 폴리머(polymer) 물질 및 전도성 물질을 포함하거나; 또는 아래로부터 적어도 전도성 물질, 기판 물질, 및 전도성 물질을 포함하거나; 또는 아래로부터 적어도 전도성 물질, 폴리머 물질, 기판 물질, 폴리머 물질, 및 전도성 물질을 포함할 수 있고; 이때 폴리머 물질은 UV-경화 물질, 열가소성(thermoplastic) 물질, 또는 열경화성(thermosetting) 물질이다.
터치 패널은 전술한 금속 메쉬 전도층을 하나 이상 포함한다.
본 발명의 몇몇 이점은 다음과 같다:
(1) 본 발명의 전극 리드 영역은 메쉬(mesh) 설계를 이용하여 제공되며, 유연한 인쇄 보드에 결합될 때 메쉬의 폴리머 부분에 의해 핀(pin)과 유연한 회로 보드의 전도성 접착제 사이의 접착력을 향상시킴으로써, 결합을 더 견고하게 한다. 전극 리드 영역이 메쉬 설계를 이용하여 제공되는 것은 종래 기술과 상이한 첫 번째의 혁신이다.
(2) 본 발명의 전극 리드 영역은 트렌치(trench) 폭이 10㎛ 미만인 트렌치 설계를 이용하여 제공되며, 이는 투명 전극 영역의 트렌치 폭 및 전극 리드 영역의 트렌치 폭을 단일화함으로써 트렌치 깊이의 선택을 용이하게 하는 한편, 전도성 물질을 채우는 단계의 공정 파라미터를 단일화하는 것을 용이하게 하고, 전도성 물질이 더 균일하게 채워지도록 한다. 전극 리드 영역이 트렌치 설계를 이용하여 제공되는 것은 종래 기술과 상이한 두 번째의 혁신이다.
(3) 본 발명의 투명 전극은 불규칙한 메쉬로 구성되며, 불규칙한 메쉬로 구성된 투명 전극 영역이 LCD의 표면에 부착될 경우 모아레(moire)가 생성되는 것을 방지한다. 전극 리드 영역은 규칙적인 메쉬로 구성된다. 전극 리드 영역의 규칙적인 메쉬에 의해 모아레가 생성됨에도 불구하고, LCD의 표면에 부착될 경우 전극 리드 영역은 사용자가 볼 수 없는 영역에 위치한다. 규칙적인 메쉬 및 불규칙적인 메쉬 모두가 전도층에 적용될 수 있으며, 이것이 종래 기술과 상이한 세 번째 혁신이다.
도 1은 본 발명에 따른 임베디드(embedded) 금속 메쉬(mesh) 전도층의 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 임베디드 금속 메쉬 전도층의 개략적인 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시된 K에 대응되는 부분 확대도이다.
도 4는 본 발명에 따른 임베디드 금속 메쉬 전도층의 무작위 메쉬의 개략도이다.
도 5는 임베디드 금속 메쉬 전도층의 무작위 메쉬의 각 선분과 X 축에 의해 형성되는 각도 θ를 도시하는 개략도이다.
도 6은 임베디드 금속 메쉬 전도층의 규칙적인 메쉬의 각 선분과 X 축에 의해 형성되는 각도 θ의 확률 P의 분산을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 정렬 마크를 도시하는 개략도이다.
도 8은 도 7에 도시된 L에 대응되는 부분 확대도이다.
이하에서 도면을 참조하여 본 발명이 상세히 기술된다.
실시예 1
규칙적인 메쉬(mesh)로 이루어진 금속 리드(lead) 영역을 갖는 전도층이 제공된다.
도 1은 실시예에 따른 임베디드(embedded) 금속 메쉬 전도층의 개략적인 단면도이다. 전도층은, 아래로부터, 188㎛ 두께의 기판 PET(11); 두께 보조층(thickening layer)(12); 그리고 깊이 3㎛ 및 폭 2.2㎛의 트렌치(trench)를 갖는 UV 아크릴 접착제(13)를 포함한다. 트렌치는 트렌치의 깊이보다 작은 약 2㎛ 의 두께를 갖는 은(14)으로 채워진다.
도 2는 볼 실시예에 따른 임베디드 금속 메쉬 전도층의 개략적인 평면도이다. 전도층은 투명 전극 영역(21) 및 전극 리드 영역(22)을 포함한다. 투명 전극 영역(21)은 선폭 2.2㎛의 무작위의 불규칙적인 메쉬로 구성된다. 메쉬의 평균 직경 R은 바람직하게는 120㎛이며, 상대 투과도(relative transmittance)는 96%이다. 본 실시예의 선택된 PET가 가시 대역에서 91.4%의 평균 투과도를 가지므로, 투명 전극의 전체 투과도는 87.72%이다. 전극 리드 영역(22)은 선폭이 2.2㎛, 사이클이 8㎛이며 상대 투과도가 53.5%인 직교하는 그리드 선들로 구성된다.
도 2는 본 실시예에 따른 임베디드 금속 메쉬 전도층의 개략적인 평면도이며, 도 3의 22'는 전극 리드 영역(22)의 부분 확대도이다. 확대도에 도시되는 것과 같이, 전극 리드 영역(22')은 규칙적인 메쉬들로 구성된다. 전극 리드 영역(22')의 검은 띠는 전도성 영역의 금속 은(14)이고; 빈 영역은 절연 영역이며; 전극 리드 영역(22')의 빈 영역은 UV 아크릴 접착제(13)이어서, 전극 리드 영역(22')과 외부의 전도성 물질이 더 잘 결합될 수 있고, 결합일 클수록 접착도 잘 이루어진다.
본 실시예의 임베디드 금속 메쉬 전도층의 정렬 마크(31)가 도 7에 도시된다. 정렬 마크(31) 또한 선폭이 2.2㎛, 사이클이 8㎛이며 상대 투과도가 53.5%인 직교하는 그리드 선들로 구성된다. 도 8은 도 7에 도시된 L에 대응되는 부분 확대도이다. 도 8에 도시되는 것과 같이, 정렬 마크(31)는 메쉬들로 구성된다.
실시예의 처리 방법은 종래의 기술이다. 도시된 실시예에서, 무작위 메쉬의 유형은 등방성(isotropic)의 무작위한 불규칙적인 다각형 메쉬이다. 도 4에 도시된 5mm*5mm의 무작위 메쉬를 예로 들어 각도 분산이 분석될 것이다.
도 4에 도시된 무작위 메쉬는 4257 개의 선분을 포함한다. 도 5를 참조하면, 각 선분과 X축이 형성하는 각도 θ를 계수함으로써 θ(1) 내지 θ(4257)의 일차원 어레이가 얻어질 수 있고; 0-180°는 5°의 간격을 이용하여 36 개의 각도 간격으로 나누어지며; 선분이 각 간격 내에 들어가는 확률 p를 계수하여, 도 6에 도시된 것과 같이 p(1) 내지 p(36)의 일차원 어레이가 얻어진다. 표준 편차 공식에 따르면 다음과 같다:
Figure 112013102857887-pct00001
여기서 n은 36이며, 표면 편차 s는 0.26%으로, 평균 확률
Figure 112013102857887-pct00002
는 2.78%로 얻어진다.
Figure 112013102857887-pct00003
=9.31%이므로, 무작위 메쉬의 그리드 선은 각도 면에서 균일하게 분산되고, 따라서 모아레(moire)의 생성을 효율적으로 방지할 수 있다.
도시된 실시예에서, 불규칙한 형상을 갖는 투명 전극 영역의 무작위 메쉬는 불규칙한 벌집 구조를 가질 수 있고; 실 적용에서는 국부적인 비주기적 메쉬 유닛에서 불규칙적인 형상을 가지며 비주기적인 무작위 메쉬가 1mm를 넘는 절단 주기(splicing cycle)로 주기적으로 잘라내어질(spliced) 수 있다.
본 발명에 따른 터치 패널(touch panel)은 도 1 및 도 2에 도시된 금속 메쉬 전도층을 갖는다. 터치 패널의 구성은 GFF 모드이며, 즉, 터치 패널은 전술한 특징을 갖는 두 개의 금속 메쉬 전도층을 가지고, 두 층 사이에 OCA에 위치한다.
본 실시예의 기판은 트렌치를 갖는 유리 또는 UV 아크릴 접착제일 수 있으며, 또한 이는 UV 접착제와 동일한 특징을 갖는 유기 물질로 대체될 수 있으며, 예컨대 상기 유기 물질은 UV 경화 물질, 열가소성(thermoplastic) 물질, 또는 열경화성(thermosetting) 물질, 예를 들면, PMMA, PC, PDMS 등일 수 있다. 금속 메쉬 전도층은 양면일 수 있으며, 터치 패널의 구성은 한정되지 않고, GG, 온셀(on-cell), GF2 등일 수도 있다. 본 실시예의 전도층은: 아래로부터 적어도 기판 물질 및 전도성 물질로 구성되거나; 또는 아래로부터 적어도 기판 물질, 폴리머(polymer) 물질 및 전도성 물질로 구성되거나; 또는 아래로부터 적어도 전도성 물질, 기판 물질, 및 전도성 물질로 구성되거나; 또는 아래로부터 적어도 전도성 물질, 폴리머 물질, 기판 물질, 폴리머 물질, 및 전도성 물질로 구성될 수 있다. 이때 폴리머 물질은 UV-경화 물질, 열가소성 물질, 또는 열경화성 물질이다.
본 발명은 구체적인 구조적 특징 및/또는 방법적인 행위와 관련된 내용으로 기술되었으나, 첨부된 청구범위에 의해 정의되는 발명은 기술된 구체적인 특징 및 행위에 의해 반드시 한정되는 것이 아니라는 점이 이해되어야 한다. 오히려, 기술된 구체적인 특징 및 행위는 청구된 발명을 구현하기 위한 예시적인 형태이다.

Claims (9)

  1. 금속 메쉬 전도층으로서,
    기판 물질, 상기 기판 물질상에 위치한 전극 리드 영역 및 투명 전극 영역을 포함하고,
    상기 투명 전극 영역은 금속으로 이루어진 메쉬를 가지며,
    상기 기판 물질은 메쉬로 이루어진 트렌치를 가지거나, 또는 폴리머 물질층이 상기 기판 물질상에 위치하고 상기 폴리머 물질층은 상기 기판 물질로부터 먼 면상에 메쉬로 이루어진 트렌치를 가지며,
    상기 전극 리드 영역은 금속을 포함하는 전도성 물질로 이루어진 메쉬를 가지고 상기 투명 전극 영역에 전기적으로 연결되며,
    상기 메쉬는 트렌치 내에 채워진 금속을 포함하는 전도성 물질로 이루어지고,
    상기 투명 전극 영역의 메쉬의 메쉬 밀도는 상기 전극 리드 영역의 메쉬의 메쉬 밀도보다 작은 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전도층.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 전극 리드 영역의 상기 메쉬는 규칙적인 다각형 메쉬인 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전도층.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 투명 전극 영역의 상기 메쉬는 무작위의 불규칙적인 메쉬이며,
    상기 투명 전극 영역의 상기 메쉬는 그리드선들로 구성되고, 상기 투명 전극 영역의 상기 그리드선들은 각각의 각도 방향으로 균일하게 분산된 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전도층.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 불규칙적인 메쉬는 불규칙적인 다각형들로 구성되며,
    상기 메쉬의 상기 그리드선은 직선 선분이고,
    상기 그리드선들 및 직각 수평 방향 X에 의해 형성되는 각도 θ는 균일하게 분산되며,
    각각의 불규칙한 메쉬의 각도 θ가 5°의 간격을 이용하여 계수될 경우, 각 선분이 각각의 간격 내에 들어오는 확률 pi 가 계수되어, 0 내지 180° 내의 36개의 각도 간격에서 p1, p2, ... 및 p36 이 얻어지고,
    표준 편차를 만족시키는 pi는 산술 평균의 20% 미만인 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전도층.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 금속 리드 영역의 상기 메쉬의 상대 투과도는 80% 미만인 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전도층.
  6. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 트렌치는 실질적으로 직사각형 형상의 단면을 가지며,
    상기 트렌치의 폭 대비 깊이의 비율은 0.8을 넘고, 트렌치의 폭은 10㎛ 미만인 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전도층.
  7. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 전도층은 정렬 마크를 가지며,
    상기 정렬 마크는 금속으로 이루어진 메쉬를 가지며 투과도가 80% 미만인 것을 특징으로 하는 금속 메쉬 전도층.
  8. 삭제
  9. 제 1항 또는 제 2항에 따른 하나 이상의 금속 메쉬 전도층을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
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