KR101637554B1 - 터치감도 및 시인성이 향상된 터치패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치감도 및 시인성이 개선된 터치패널에 관한 것으로, 좀더 자세히 설명하면 투명기판 상부에 프린팅 공법으로 액상의 전도성 고분자 물질을 주입하여 복수개의 배선들을 형성하고, 각각의 배선들은 일측과 타측이 경사지게 형성되어 있으면서 상하방향으로 혹은 좌우방향으로 길게 형성되어 있고, 각각의 배선들은 서로 이격되어 있으면서 이웃한 배선과의 선간격(β)은 좁고 각 배선의 선폭(α)은 넓게 형성함으로써, 시인성을 해소하면서 선 저항값을 낮춰 터치감도를 향상시킨 것을 특징으로 하는 터치패널에 관한 것이다.

Description

터치감도 및 시인성이 향상된 터치패널 및 이의 제조방법{A touch panel and its method}

본 발명은 터치감도 및 시인성이 개선된 터치패널에 관한 것으로, 좀더 자세히 설명하면 액상의 전도성 고분자 물질을 상관하협진 음각패턴 안쪽에 주입하여 이웃한 배선과의 선간격(β)은 좁고 각 배선의 선폭(α)은 넓게 형성함으로써 시인성을 해소하면서 선 저항값을 낮춰 터치감도를 개선한 터치패널에 관한 것이다.

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일반적으로 터치패널은 투명한 PET 필름이나 유리 상부에 ITO물질을 도포하여 포토리소그래피 방식이나 화학적 처리방법으로 일정한 모양의 전극패턴을 형성하고, 이렇게 형성된 전극패턴에 사람의 신체가 터치되게 되면 컨트롤러에 전달하기 위한 전극 배선이 형성되어 있게 된다.

이?, 투명한 PET 필름이나 유리 상부에 형성되어 있는 전극패턴은 ITO물질로 형성되게 되는데, 통상 ITO(Indium Tin Oxide )물질은 인듐주석산화물로 고가의희토류 금속인 인듐을 포함하고 있는 금속을 포함하고 있고 전량 수입에 의존하고있기 때문에 국내에서는 이를 대체하여 사용할 수 있는 방안이 요구되게 되었다.

따라서 최근에는 ITO 필름을 사용하지 않고 전도성이 좋은 금속 페이스트를이용해 5um미만의 미세 선폭을 갖는 배선을 가로방향과 세로방향으로 형성시켜 메쉬 형태의 면을 이루도록 한 메탈메쉬 공법의 터치패널이 개발되게 되게 되었으나,

이러한 공법으로 제작된 터치패널은 그 공정이 매우 단순하고 원가가 저렴하다는 장점이 있지만, ITO보다 광투과율이 낮고 빛을 조사하여 주었을 때 금속 고유의 반사특성으로 인해 희미하게 배선들이 보여져버리는 문제점이 있었던 것이다.

따라서 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 배선 형성시 3um미만의 미세선폭을 가진 배선으로 메쉬 면을 형성하여 주어야만 하였고, 특히 배선과 배선사이의 간격도 100um 이상을 유지하여 주어야만 하는 시인성을 최소화할 수 있다는 한계점이 있었던 것이다.

더욱이 상기와 같은 터치패널은 미세선폭 및 배선간격을 일정하게 유지하여주는 것이 중요한데, 이를 충족시키가 어려워 만족할 만한 수율을 확보할 수 없었고, 그 성능 역시 한계를 보이게 되었던 것이다.

국내등록특허공보 등록번호:10-1255920 (등록일자:2013.04.11)

이에 본 발명은 상기와 같은 한계점을 극복하여 보다 향상된 성능의 시인성과 터치감을 확보하면서 보다 안정된 수율의 터치패널을 확보하기 위한 것이다.

이를 위해 본 발명은 투명기판 상부에 프린팅 공법으로 액상의 전도성 물질을 주입하여 복수개의 배선들을 형성하고,

각각의 배선들은 일측과 타측이 경사지게 형성되어 있으면서 상하방향으로 혹은 좌우방향으로 길게 형성되어 있고

각각의 배선들은 서로 이격되어 있으면서 이웃한 배선과의 선간격은 좁고 각배선의 선폭은 넓게 형성하여 시인성을 해소하면서 선 저항값을 낮춰 터치감도를 향상시킨 것을 특징으로 하는 것이다

본 발명은 액상의 전도성 물질을 주입하여 이웃한 배선과의 선간격은 좁고 각 배선의 선폭은 넓게 형성하면서, 종래의 한계에서 벗어나 안정된 수율의 터치패널을 확보할 수 있게 되었다.

더불어 본 발명의 배선은 상관하협지고 이웃한 선간격이 좁혀지면서 갭차이

로 인한 정전용량값이 향상되었고 더불어 시인성을 해소할 수 있게 되었으며, 특히

선폭이 넓혀지면서 선 저항값이 낮아져 보다 높은 터치감도를 확보할 수 있게 되었다.

또한, 본 발명은 복잡한 공정을 단순화시켜 보다 저렴한 비용에 극대화된 생산성의 터치패널을 서비스할 수 있게 되었다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치패널의 확대도.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터치패널의 확대단면도.
도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 터치패널의 확대단면도.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치패널의 순서도.
도 5는 본 발명의 실시 예에 따른 터치패널의 순서도.

이하, 본 발명을 실시하기 위한 구체적인 내용은 첨부된 도면을 참조하여 자세히 설명하기로 한다.

먼저, 도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 패널의 배선 패턴을 확대하여보여준 것이고, 도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 패널의 단면도이다.

도시된 바와 같이 본 발명은 투명한 투명기판 상부에 프린팅 공법으로 액상의 전도성 고분자 물질(14)을 주입하여 세로방향으로 혹은 가로방향으로 복수개의 배선(16)들을 형성한다. 이때 각각의 배선(16)들은 일정한 간격을 두고 이격되어 있으며 그 단면이 가운데를 중심으로 일측과 타측에 경사면을 형성하여 상관하엽진 형상을 이루도록 함으로써 빛이 경사면을 통과할 때 굴절되는 모습을 보이지 않도록 은폐하였고,

특히 상기 배선(16)은 이웃한 배선(16)과의 선간격은 좁고 각 배선(16)의 선폭은 선각격보다 크게 형성하여 선 저항값을 낮추면서 정전용량값을 향상시켜 보다높은 터치감도를 확보할 수 있도록 하였다.

참고로, 배선(16)의 선 저항값은 배선(16)의 길이에 비례하고 단면적에 반비례하게 되는데, 이때 각각의 선간격은 좁고 넓은 면적의 선폭을 가지도록 하여, 선저항값을 낮출수 있게 되었고, 특히 이웃한 배선과의 선간격이 좁아지면서 시인성이 개선되면서 보다 높은 정전용량값을 확보할 수 있게 되어 터치감도를 향상시킬 수 있게 되었다.

그리고 이때의 전도성 고분자 물질(14)은, 투명기판(11) 상부에 스크린 프린팅 방식으로 혹은 그라비어 프린팅 방식으로 혹은 플렉소그래피 방식으로 배선(16)을 형성할 수 있지만, 본 발명에서는 임프린팅방식으로 음각패턴(13)을 형성하고,상기 음각패턴(13) 안쪽에 전도성 고분자 물질(14)을 주입하여 배선패턴을 형성할수도 있는 것이다.

즉, 본 발명은 투명기판(11) 위로 일정 이상의 투과율과 점도를 가지는 UV resin이나 투명한 수지를 도포하고, 상기 투명기판(11) 위로 닥터 블레이드를 위치시킨 후 이를 이동시켜 투명기판(11) 위에 균일한 두께로 UV resin이나 투명한 수지가 도포되어 있는 절연층(12)을 형성하는 것이다. 그리고 이때 상기 절연층(12)위로는 일측과 타측이 경사진 양각패턴(22)이 형성되어 있는 몰드를 밀착시킨 후 소성로(40) 안쪽에서 열처리작업을 수행하여 절연층(12)을 경화하여 주게 되면, 이후 상기 몰드를 분리하였을 때 절연층(12)에는 몰드의 양각패턴(22)에 대응하는 음각패턴(13)을 형성하게 되는 것이다. 그리고 이렇게 상관하협진 음각패턴(13)안쪽으로 투명한 전도성 고분자 물질(14)을 주입하여 줌으로써 배선(16)을 형성하여 주는 것이다.

이때 음각패턴(13) 안쪽에 주입된 액상의 전도성 고분자 물질(14)은, 폴리스티렌술폰산(Polystyrene sulfonate) 겔에 티오펜 5~10개가 중합된 PEDOT(Poly 3,4-ethylenedioxythiophene)이 일정한 간격으로 수용액상에 분산되어 있는 액상의 전도성 고분자 물질(14)인 PEDOT-PSS이며, 실시 예에 따라서는 수용액 중에 ITO 미립자가 분산되어 있는 액상의 ITO 졸(SOL)을 딥 코팅(Dip coating) 및 스핀 코팅(Spin coating)방식으로 주입하여 배선 패턴을 형성한 것일 수도 있는 것이다.

그리고 이러한 액상의 전도성 고분자 물질(14)이 음각패턴(13) 안쪽에 충진된 후, 실시 예에 따라 실버 페이스트(15)나 CNT, 혹은 그리핀과 같은 금속 페이스트(15)가 충진되어, 보다 더 높은 전도율을 확보할 수도 있다, 이때 금속 페이스트(15)가 충진되어 있는 음각패턴(13)은 비활성 영역에 형성되어 있는 더미패턴이거나 배선(16)들이며, 참고로, 실시 예에 따라 금속 페이스트(15)를 충진시킨 후 액상의 전도성 고분자 물질(14)을 충진시켜 준 것일 수도 있다.

그리고 상기 고분자 전도성 물질(14)인 PEDOT-PSS는, 물 기반의 원료가 잘 용해될 수 있도록 알코올 계열의 희석재를 혼합 교반하여 점도성을 조절해 사용하는 것이며, 이러한 희석재는 충진 공정의 편의성에만 영향을 미치고, 바로 직후의 경화 공정에서 완전히 증발되므로 완성된 제품의 특성에는 영향을 미치지 않도록 한 것이다.

그리고 이러한 희석재는 실시 예에 따라 메탄올, 에탄올, i-프로판올, 부탄올 등의 지방족 알코올, 아세톤, 메틸 에틸 케톤 등의 지방족 케톤, 지방족 카르복실산 에스테르, 지방족 카르복실산 아미드, 방향족 탄화수소, 지방족 탄화수소, 아세토 니트릴, 지방족 술폭시드, 물 또는 이들의 혼합물 중 어느 하나를 사용할 수 있다.

참고로, 투입되는 희석재의 비율이 높아질 수록 점도성은 낮아지고 표면장력은 약화되는 성질을 보였으며, 반대로 투입된 희석재의 비율이 낮아지면 점도성은 높아지고 표면장력이 높아지게 되었다.

따라서 상기 음각패턴(13) 안쪽에 고분자 전도성 물질(14)인 PEDOT-PSS를 주입할 때, 이의 점도와 닥터 블레이드의 각도 및 압력, 그리고 경화할 때의 온도에 따라 불량이 발생하게 되었고

항목	과잉시	불충분시
액체점도	패턴 충진 불량	접착력 미흡
탁터블레이드 각도	잔여물 다량 발생	데미지 발생(터치불량)
닥터블레이드 압력	눌림, 스크레래치 불량	잔여물 다량 발생
경화온도	휨 현상	불완전 경화(터치불량)

점도 및 닥터블레이드의 각도, 압력과 온도에 따른 문제점.

상기 표 1에서 보여지고 있는 바와 같이 투입된 희석재의 비율이 높아져 점도가 8000cP이하에 있을 경우 접착력 미흡으로 불량이 발생하게 되었고, 반대로 희석재의 투입비율이 낮춰 점도가 11000cP를 이상을 유지하여 주었을 때에는 충진불량을 유발하게 되어 터치시 그 값이 일정하지 않아 터치불량을 유발하게 되어, 적어도 상기 전도성 고분자 물질(14)인 PEDOT-PSS의 점도가 8000cP ~ 11000cP 사이를 유지하여 주어야만 하는 것이다.

또한, 상기 PEDOT-PSS를 음각패턴(13) 안쪽에 충진시켜 주었을 ?, 닥터 블레이드의 각도가 50°미만을 유지하여 줄 경우에는 잔여물이 다량 발생하여 충진이불완전하게 이루어지게 되었고, 반대로 60°를 초과할 경우에는 충진된 PEDOT-PSS에 데미지를 주어 터치불량을 유발하게 되어, 상기 닥터 블레이드의 각도가 적어도50° ~ 60°사이를 유지하여 주어야만 하는 것이다.

그리고 이러한 닥터 블레이드를 움직여 충진시켜 줄 때, 상기 닥터 블레이드의 압력이 0.4MPa 미만일 때에는 잔여물이 다량 발생하게 되었고, 반대로 닥터 블레이드의 압력이 0.5MPa를 초과하였을 경우에는 절연층(12)에 스크래치를 발생시키게 됨으로, 적어도 상기 닥터 블레이드의 압력을 0.4MPa ~ 0.5MPa 사이를 유지시켜주어야만 하는 것이다.

또한, 상기 닥터 블레이드에 의해 충진이 이루어져 2분동안 경화되게 될 ?,소성의 온도가 140℃미만일 경우에는 불완전한 경화로 부정확한 터치값을 유발하게 되었고, 반대로 소성로(40)의 온도가 160℃을 초과할 경우에는 휨현상의 발생으로 인해 윈도우 접착시 불균형한 접착이나 기포를 포함하는 접착이 이루어지면서 불량을 유발하게 되었음으로, 적어도 140℃ ~ 160℃ 사이에서 경화가 이루어져야만 하는 것이다.

참고로 투명기판(11)은 25 ~ 250㎛ 두께를 유지하고 있고 투과율은 적어도 80%이상 확보하고 있는 박막 유리이거나 혹은 수지성 필름이거나 윈도우이며, 한정하지는 않는다. 그리고 이러한 투명기판(11)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate; PET), 폴리카보네이트(Polycarbonate; PC), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl Methacrylate; PMMA), 폴리이미드(Polyimide; PI),아크릴(Acryl), 폴리에칠렌나프탈레이트(Polyethylene Naphthalate; PEN), 트리아세테이트 셀룰로즈(Triacetate Cellulose; TAC), 폴리에테르설폰(Polyether sulfone; PES) 등의 수지가 사용될 수 있다.

또한, 절연층(12)은 소정의 점도를 가지는 UV resin이나 열 경화성 수지를 투명 기판(11) 위에 도포하고, 닥터 블레이드가 상기 투명기판(11) 위를 이동하면 서 경화시 일정한 두께를 가지는 투명한 층을 형성한 것이다. 그리고 이때의 절연층(12)은 PEDOT-PSS와 동일한 색상의 청색 계열의 염료(이하, 청색염료라고 함)가 혼합되어져 같은 색도를 유지하고 있으며,최대한 얇게 형성하여 높은 투과도를 확보할 수 있다.

참고로, 음각패턴(13)은 양각패턴(22)이 형성되어 있는 몰더가 밀착되면서 경화시 내측에 오목한 음각 패턴을 형성하여 준 것이며, 실시 예에 따라서는 이송라인을 따라 투명기판(11)을 운반하여 줄 때 상기 이송라인의 일측에 가압롤러를 배치하고, 상기 가압롤러의 외주면에 일정한 깊이와 폭을 가지고 산과 골을 형성하여, 상기 가압롤러가 투명기판(11)을 감아 이송하여 줄 때 내측에 음각 패턴을 형성하여 줄 수도 있는 것이다. 또한, 상기 음각패턴(13)은 선폭이 70um이고 선간격이 10um인 것이거나 혹은 선폭이 30 ~ 40um이면서 선간격이 10um인 1 layer 패턴이지만, 이에 한정하지는 않는다.

또한, 도 3은 본 발명의 제2실시 예에 따른 터치패널로, 윈도우 일체형 터치패널에 관한 것으로,

도시된 바와 같이 본 발명은, 베젤영역에 10 ~ 40um 두께로 데코레이션 패턴(2)이 형성되어 있는 윈도우(1) 상부에, UV resin을 주입하여, 상기 데코레이션 패턴(2)에 의해 형성된 단차를 매워 균일한 두께의 절연층을 형성하고, 이렇게 형성되 절연층 위로 양각패턴이 형성되어 있는 몰드를 밀착시켜 그 단면이 가운데를 중심으로 일측과 타측에 경사면을 형성하여 상관하엽진 형상을 이루는 음각패턴을 형성한 후,

상기 음각패턴 안쪽으로 액상의 전도성 고분자 물질을 주입하여 경화하여 배선들을 형성함으로써, 공정 단순화로 자재비 절감과 생산성을 극대화한 윈도우와 터치패널이 일체화되어 있는 터치패널을 서비스할 수 있게 되었다.

더욱이 이때의 배선은 이웃한 배선과의 선간격은 좁고 각 배선의 선폭은 선각격보다 크게 형성하여 선 저항값을 낮추면서 정전용량값을 향상시켜 보다 높은 터치감도를 확보할 수 있었고,

특히, 데코레이션 패턴에 의해 형성된 단차 차이를 극복하여 슬림한 형상의 플렉시블(Flexible)한 터치패널을 서비스할 수 있게 되었으며, 더불어 스퍼터링 공정시 고온으로 인해 데코레이션 패턴이 변색되거나 그을림이 발생되는 것을 방지할 수 있게 되었고, 윈도우가 파손되더라도 절연층에 의해 내측에 위치한 배선패턴들이 안전하게 보호되어 사용할 수 있게 되었다.

또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 상기 몰더는 마스터 몰더(30)와 슬레이브 몰더(31)로 나누어져 있고, 이때의 슬레이브 몰더(31)는 투명기판(11)의 절연층(12)에 밀착시켜 음각패턴(13)을 형성하는 것이다.

참고로, 마스터 몰더(30)는 일정한 형상을 유지하고 있는 금형일 수도 있으나, 본 발명에서는 투명도와 접착이 잘 일어나지 않는 투명한 실리콘인 폴리디메틸실록산(PDMS:polydimethylsiloxane)로 이루어진 것이며,

상기 슬레이브 몰더(31)는 평평한 투명판(20) 상부에 투명수지(21)를 도포하여 닥터블레이 공법으로 균일한 두께의 수지층을 형성하고, 상기 수지층과 돌출패턴이 형성되어 있는 마스터 몰더(30)를 밀착시켜, 소성로(40) 안쪽에서 빛과 열을 가하여 주게 되면, 상기 빛은 투명한 재질로 이루어진 마스터 몰드를 통과하여 하방향에 위치한 슬레이브 몰드의 수지층을 경화하여 줌으로써 형성된 것이다.

이때 상기 마스터 몰더(30)에는 이형제가 뿌려져 있거나 혹은 AF(Anti-Finger) 코팅층이 이루어져 마스터 몰더(30)와 슬레이브 몰더(31)의 분리가 용이하도록 되어 있고, 실시 예에 따라서는 상기 슬레이브 몰더(31)에 이형제나 AF코팅층(23)이 이루어져 있을 수도 있는 것이다.

또한, 도 5는 본 발명의 실시 예에 터치패널의 제조과정을 보여주는 것으로, 이를 참조하여 자세히 설명하면, 먼저 투명기판(11) 위로 일정 이상의 투과율와 점도를 가지는 UV resin이나 열경화성 수지를 도포한다. 이때 도포된 UV resin이나 열경화성 수지는 청색의 염료가 포함되어 있다.

그리고 이러한 투명기판(11) 위에 블레이드를 위치시킨 후, 상기 블레이드를 이동시켜 열경화성 수지나, UV resin을 밀어나게 되면 투명기판(11) 위에는 균일한 두께를 가지는 절연층(12)을 형성하게 된다.

그리고 상기 절연층(12) 위로 일측과 타측에 경사면이 형성되어 있는 슬레이브 몰더(31)를 밀착시킨 후, 소성로(40) 안쪽으로 이동시켜 열처리 작업을 수행한다.

그리고 상기 슬레이브 몰더(31)를 분리하게 되면, 절연층(12)에는 상관하협진 형상의 음각패턴(13)이 형성되어 있게 되는 것이다.

그리고 이러한 음각패턴(13) 안쪽으로 투명한 전도성 물질(14)인 PEDOT-PSS를 주입한다. 이때 주입된 PEDOT-PSS에는 희석재를 포함하여 이루어져 일정량 이상의 점도를 확보하고 있으며, 실시 예에 따라서는 실버 페이스트를 포함하고 있을 수 있다.

그리고 충진이 완료되게 되면 소성로(40) 안쪽으로 이동시켜 경화하여 주게 되면 충전된 PEDOT-PSS가 경화되면서 배선(16) 형성이 완료되게 되는 것이다.

따라서 본 발명은 이웃한 배선과의 선간격은 좁고 각 배선의 선폭은 선각격 보다 크게 형성하여 선 저항값을 낮추면서 시인성을 높였을 뿐만 아니라 정전용량값을 향상시켜 보다 높은 터치감도를 확보할 수 있게 된 것이다.

1:윈도우 2:데코레이션 패턴
11:투명기판 12:절연층
13:음각패턴 14:전도성 고분자 물질
15:금속 페이스트 16:배선
20:투명판 21:투명수지
22:양각패턴 23:안티핑거 코팅층
30:마스터 몰더 31:슬레이브 몰더
40:소성로

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12. 투명기판 위로 일정 이상의 투과율와 점도를 가지는 UV resin이나 열경화성수지를 도포하는 단계와,
    상기 투명기판 위에 블레이드를 위치시킨 후, 블레이드를 이동시켜 열경화성수지나, UV resin을 밀어내 일정한 두께를 가지는 절연층을 형성하는 단계와,
    상기 절연층 위로 일측과 타측에 경사면이 형성되어 있는 슬레이브 몰더를 밀착시킨 후, 소성로 안쪽으로 이동시켜 열처리 작업을 수행하는 단계와,
    상기 슬레이브 몰더를 분리하여 절연층에 선폭(α)이 선간격(β)보다 넓으면서 일측과 타측이 경사진 상관하협진 형상의 음각패턴을 형성하는 단계와,
    상기 음각패턴 안쪽으로 투명한 전도성 고분자 물질인 PEDOT-PSS를 주입하는단계와,
    소성로 안쪽으로 투명기판을 이동시켜 경화하여 주는 단계로 이루어져 있는것을 특징으로 하는 터치감도 및 시인성이 향상된 터치패널의 제조방법
13. 제12항에 있어서,
    투명기판에 UV resin이나 열경화성 수지를 도포할 때에는,
    청색의 염료가 고르게 혼합되어 있는 UV resin이나 열경화성 수지를 도포하는 것을 특징으로 하는 터치감도 및 시인성이 향상된 터치패널의 제조방법
14. 제12항에 있어서,
    주입된 PEDOT-PSS에는 알콜 계열의 희석재를 포함하여 이루어져 경화시 증발되면서 8000cP ~ 11000cP 사이의 점도를 유지하고 있는 것을 특징으로 하는 터치감도 및 시인성이 향상된 터치패널의 제조방법
15. 제12항 또는 제14항에 있어서,
    주입된 PEDOT-PSS에는 실버 페이스트를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치감도 및 시인성이 향상된 터치패널의 제조방법

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