KR101866692B1 - 터치 센서 패널 - Google Patents

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KR101866692B1
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안기환
김종희
유동빈
임창경
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 터치 감지층을 이루는 패턴 영역과 비패턴 영역이 구별되게 시인되는 현상을 방지하여 표시 품질을 향상시킬 수 있는 터치 센서 패널에 관한 것이다.

Description

터치 센서 패널{Touch Sensor Panel}
본 발명은 터치 센서 패널에 관한 것으로, 더 상세하게는 터치 감지층을 이루는 패턴 영역과 비패턴 영역이 구별되게 시인되는 현상을 방지하여 표시 품질을 향상시킬 수 있는 터치 센서 패널에 관한 것이다.
터치 센서는 사용자가 화면에 표시되는 영상을 손가락이나 터치 펜 등으로 접촉하는 경우 이 접촉에 반응하여 터치 지점을 파악하는 장치로서, 액정 표시 패널(Liquid Crystal Display, LCD), 유기 EL(Organic light-Emitting Diode, OLED) 등과 같은 디스플레이 장치에 장착되는 구조로 제작된다.
일반적으로, 터치 센서에는 사용자의 터치 동작을 감지하기 위한 구성요소로서 서로 교차하는 방향으로 형성된 투명전극 패턴들을 포함하는 터치 감지층이 구비되는데, 이 터치 감지층은 투명전극 패턴이 존재하는 패턴 영역과 존재하지 않는 비패턴 영역으로 구분될 수 있다.
이러한 패턴 영역과 비패턴 영역은 투명전극 패턴의 존재 유무로 인하여 광 투과율을 비롯한 광학 성능이 서로 상이하기 때문에, 패턴 영역과 비패턴 영역이 구별되게 시인되는 문제점이 발생하며, 이에 따라 영상 품질이 저하된다.
대한민국 공개특허공보 제10-2013-0129625호 대한민국 공개특허공보 제10-2015-0107969호
본 발명의 목적은 터치 감지층을 이루는 패턴 영역과 비패턴 영역 간의 광학 특성 차이를 보상하여 이들 영역이 구별되게 시인되는 현상을 방지할 수 있는 필름 터치 센서 및 이를 포함하는 터치 센서 패널을 제공하는 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 표시 장치용 커버 윈도우, 상기 커버 윈도우 하부에 배치되며 전극 패턴이 형성된 패턴 영역 및 상기 패턴 영역 사이의 비패턴 영역을 포함하는 필름 터치 센서, 및 상기 필름 터치 센서 하부에 배치되는 광변환층을 포함하며, 색채측정용 기준광으로 CIE 표준광 D65를 사용하고 CIE 10° 관측자(10D Observer)를 기준으로 상기 커버 윈도우의 면에서 측정하였을 때, 상기 패턴 영역과 상기 비패턴 영역의 색상각 차(Δh0°)가 50° 이하인 터치 센서 패널을 제공한다.
상기 패턴 영역과 상기 비패턴 영역의 색상각 차는 20° 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 상기 패턴 영역과 상기 비패턴 영역의 반사 색상의 CIE a*b* 색좌표계 상의 색좌표가 아래의 식을 만족하는 타원 영역 내에 위치하며,
Figure 112018038550543-pat00001
=1
여기에서, a는 16 이하, b는 11.5 이하이며, h는 3 내지 3.5, k는 -5 내지 -10.5이고, θ는 85° 내지 120°일 수 있다.
상기 커버 윈도우는 커버 기재 및 상기 커버 기재 상에 배치된 적어도 하나의 기능층을 포함할 수 있으며, 상기 기능층은 반사 방지(Anti-Reflection)층, 난반사 방지(Anti-Glare)층, 방오(Anti-Fouling)층, 비산방지(Shatter Proof)층 및 지문 방지(Anti-Fingerprint)층 중 하나일 수 있다.
상기 커버 윈도우는 상기 커버 기재 및 상기 기능층 사이에 배치된 확산층을 더 포함할 수도 있다.
상기 광변환층은 편광판 및 위상차판을 포함할 수 있다.
상기 필름 터치 센서는 상기 패턴 영역과 상기 비패턴 영역 간의 투과율 차이를 보상하는 광학 보상층을 더 포함할 수 있다.
상기 광학 보상층의 두께는 50nm 내지 100nm일 수 있으며, 굴절률은 1.6 내지 2.1일 수 있다.
상기 커버 윈도우, 필름 터치 센서 및 광변환층은 OCA(Optically Clear Adhesive)를 사용하여 서로 부착될 수 있다.
본 발명에 따른 터치 센서 패널은 터치 감지층을 이루는 패턴 영역과 비패턴 영역 간의 광학 특성 차이를 보상하여 이들 영역이 구별되게 시인되지 않도록 하여 표시 품질이 향상된다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 터치 센서를 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 도시한 단면도이다.
도 3은 필름 터치 센서를 커버 윈도우 및 광변환층과 일체화한 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서 패널을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 터치 센서 패널에 포함되는 커버 윈도우의 파장별 반사율 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따라 제작된 터치 센서 패널에 포함되는 원편광판의 파장별 반사율 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따라 제작된 터치 센서 패널에 포함되는 커버 윈도우 및 커버 윈도우-OCA 접합품의 파장별 반사율 측정결과를 나타내는 그래프이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 실시예에 따라 제작한 터치 센서 패널의 반사색상 측정 결과를 나타내는 도면이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만 본 발명을 설명함에 있어서 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조할 때, 도면들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명 상의 편의를 위해 일부 구성요소들은 도면 상에서 과장되게 표현되거나, 축소 또는 생략되어 있을 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 터치 센서의 전체적인 평면 형상을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 터치 센서(100)는 시각 정보가 표시되는지 여부를 기준으로 표시 영역과 비표시 영역으로 구분될 수 있다. 도 1에서, 비표시 영역에 구비되는 구성요소들을 명확히 드러내기 위하여 비표시 영역을 실제보다 크게 표현하였음을 밝혀둔다.
표시 영역은 필름 터치 센서에 결합된 장치가 제공하는 화상이 표시되는 영역인 동시에 사용자로부터 입력되는 터치 신호를 정전용량 방식으로 감지하기 위한 영역으로서, 이 표시 영역에는 제1 방향(도 1에서는 세로 방향)으로 배열되며 하나의 패턴으로 서로 연결된 다수의 제1 터치 전극(141) 및 제1 방향과 교차하는 제2 방향(도 1에서는 가로 방향)으로 배열되며 브리지(143)를 통해 서로 연결된 다수의 제2 터치 전극(142)이 형성되어 있다.
표시 영역의 외곽에 위치하는 비표시 영역에는 터치 전극들과 전기적으로 연결되는 전극 패드들, 이 전극 패드들에 전기적으로 연결되는 감지 라인들, 이 감지 라인들에 전기적으로 연결되는 본딩 패드들이 형성되어 있다. 본딩 패드에는 표시 영역에서 감지된 터치 신호를 도시하지 않은 구동부로 전달하는 FPC(Flexible Printed Circuit)가 연결된다.
도 2는 도 1의 II-II'선을 따라 도시한 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 터치 센서(100)는 분리층(110), 제1 보호층(120), 광학 보상층(130), 터치 감지층(140) 및 제2 보호층(150)을 포함한다.
분리층(110)은 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 터치 센서를 제조하는 공정에서, 유리 등과 같은 경질의 캐리어 기판으로부터의 박리를 위해 형성되는 층이다. 후술하겠지만, 분리층(110)은 상부에 형성되는 터치 감지층(140)을 감싸서 피복하고 이를 절연시키는 기능을 아울러 수행할 수 있다.
일정 수준의 박리력과 투명성을 제공하는 조건을 충족시키면 분리층(110)의 소재는 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 분리층(110)은 폴리이미드(polyimide)계 고분자, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol)계 고분자, 폴리아믹산(polyamic acid)계 고분자, 폴리아미드(polyamide)계 고분자, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자, 폴리스타일렌(polystylene)계 고분자, 폴리노보넨(polynorbornene)계 고분자, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer)계 고분자, 폴리아조벤젠(polyazobenzene)계 고분자, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide)계 고분자, 폴리에스테르(polyester)계 고분자, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)계 고분자, 폴리아릴레이트(polyarylate)계 고분자, 신나메이트(cinnamate)계 고분자, 쿠마린(coumarin)계 고분자, 프탈리미딘(phthalimidine)계 고분자, 칼콘(chalcone)계 고분자, 방향족 아세틸렌계(aromatic acetylene) 고분자 등의 고분자로 제조된 것일 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합되어 사용될 수 있다.
분리층(110)의 박리력은 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 0.01N/25mm 이상 1N/25mm 이하일 수 있으며, 바람직하게는 0.01N/25mm 이상 0.1N/25mm 이하일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 터치 센서의 제조공정에서, 캐리어 기판으로부터 잔여물 없이 용이하게 박리될 수 있으며, 박리 시 발생하는 장력에 의한 컬(curl) 및 크랙을 저감할 수 있다.
분리층(110)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 예를 들어, 10 내지 1,000nm일 수 있으며, 바람직하게는 50 내지 500nm일 수 있다. 상기 범위를 만족하는 경우, 박리력이 안정하고, 균일한 패턴을 형성할 수 있다.
제1 보호층(120)은 분리층(110)과 터치 감지층(140) 사이에 형성되어 있으며, 필요에 따라 생략될 수 있는 선택적인 구성요소이다. 제1 보호층(120)은 분리층(110)과 함께 터치 감지층(140)을 피복하여 보호하며, 본 발명의 일 실시 예에 따른 필름 터치 센서를 제조하는 공정 중에 분리층(110)이 터치 감지층(140)의 패턴 형성을 위해 사용하는 식각액에 노출되지 않도록 하는 기능을 수행한다.
제1 보호층(120)의 소재로는 당 기술분야에 공지된 고분자가 제한없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 유기 절연막이 적용될 수 있으며, 그 중에서도 폴리올(polyol) 및 멜라민(melamine) 경화제를 포함하는 경화성 조성물로 형성된 것일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
폴리올의 구체적인 종류로는 폴리에테르 글리콜(polyether glycol) 유도체, 폴리에스테르 글리콜(polyester glycol) 유도체, 폴리카프로락톤 글리콜(polycaprolactone glycol) 유도체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
멜라민 경화제의 구체적인 종류로는 메톡시 메틸 멜라민(methoxy methyl melamine) 유도체, 메틸 멜라민(methyl melamine) 유도체, 부틸 멜라민(butyl melamine) 유도체, 이소부톡시 멜라민(isobutoxy melamine) 유도체 및 부톡시 멜라민(butoxy melamine) 유도체 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
다른 예로, 제1 보호층(120)은 유무기 하이브리드 경화성 조성물로 형성될 수 있으며, 유기 화합물과 무기 화합물을 동시에 사용하는 경우, 박리시 발생하는 크랙(crack)을 저감할 수 있다는 점에서 바람직하다.
유기 화합물로는 전술한 성분이 사용될 수 있고, 무기물로는 실리카계 나노 입자, 실리콘계 나노 입자, 유리 나노 섬유 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
광학 보상층(130)은 제1 보호층(120) 상에 형성되어 있으며, 터치 감지층(140)을 구성하는 투명전극 패턴이 형성되어 있는 패턴 영역과 투명전극 패턴이 형성되어 있지 않은 비패턴 영역 간의 투과율 차이를 포함한 광학 특성의 차이를 보상하는 기능을 수행한다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 1을 참조하면, 필름 터치 센서는 표시 영역 내에서 제1 및 제2 터치 전극(141, 142) 및 브리지(143)가 형성된 영역을 포함하는 패턴 영역과 패턴 영역 사이의 비패턴 영역을 포함한다.
이와 같은 패턴 영역과 비패턴 영역은, 도 2를 참조하면, 상하 방향의 적층 구조에 따라 구분될 수 있다.
만약, 광학 보상층(130)이 개재되지 않는다면, 비패턴 영역(B)은 분리층(110), 제1 보호층(120) 및 제2 보호층(150)이 적층된 구조를 가지는 반면, 패턴 영역(A)은 분리층(110), 제1 보호층(120), 제2 보호층(150) 뿐만 아니라 터치 감지층(140), 즉 제1 터치 전극(141) 또는 제2 터치 전극(142)이 추가적으로 적층된 구조를 가진다. 또한, 도 2에서는 도시되어 있지 않지만, 일부 영역에서는 브리지(도 1: 143)나 절연부(도시하지 않음) 또는 브리지와 절연부의 양자가 추가적으로 적층된 구조를 가진다.
이와 같이 서로 다른 적층 구조를 가짐에 따라, 패턴 영역(A)과 비패턴 영역(B)은 서로 다른 광학 특성을 가지게 된다. 대표적으로, 두 영역이 서로 다른 투과율과 색상을 나타낼 수 있으며, 이에 따라 두 영역이 사용자에게 구별되게 시인되는 문제점이 발생한다.
본 발명의 실시예에 따른 필름 터치 센서에서, 광학 보상층(130)은 패턴 영역과 비패턴 영역이 사용자에게 구별될 정도로 시인되지 않도록 하기 위하여 두 영역의 광학 특성 차이를 보상하는 역할을 한다.
광학 보상층(130)의 두께는 50nm 내지 100nm일 수 있으며, 광학 보상층(130)은 유기막 또는 무기막으로 형성될 수 있다.
광학 보상층(130)이 무기막인 경우, Al2O3, MgO, NdF3, SiON, Y2O3, ZnO, TiO2, ZrO2, Nb2O5로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
광학 보상층(130)이 유기막인 경우, Al2O3, MgO, NdF3, SiON, Y2O3, ZnO, TiO2, ZrO2, Nb2O5로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 무기 미립자를 포함하는 유기 절연막으로 형성될 수 있다. 이 경우, 무기 미립자의 함량은 상기 광학 보상층의 전체 중량을 기준으로 40 중량부 이상 95 중량부 이하일 수 있다. 무기 미립자의 함량을 조절함으로써 광학 보상층의 굴절률을 조절할 수 있다.
또한, 유기물은 아크릴 수지, 우레탄 수지, 멜라민 수지, 알키드 수지, 실록산계 폴리머, 유기 실란 축합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있으며, 무기 미립자는 Al2O3, MgO, NdF3, SiON, Y2O3, ZnO, TiO2, ZrO2, Nb2O5로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
무기 미립자의 평균 분산 입자 직경은 10nm 이상 200nm 이하일 수 있다.
광학 보상층(130)의 굴절률은 제1 보호층(120)의 굴절률보다 크고 터치 감지층(140)을 구성하는 투명전극 패턴의 굴절률 이하가 되도록 구성될 수 있으며, 구체적인 예로, 광학 보상층(130)의 굴절률은 1.6 이상 2.1 이하로 구성될 수 있으며, 보다 바람직하게는, 1.6 이상 1.8 이하가 되도록 구성될 수 있다. 이와 같이 구성하면, 제1 보호층(120)과 터치 감지층(140) 사이에 개재되는 광학 보상층(130)이 제1 보호층(120)의 굴절률과 터치 감지층(140)의 굴절률 사이의 굴절률을 갖게 되어 제1 보호층(120)과 터치 감지층(140) 간의 급격한 굴절률 차이로 인한 광 손실을 방지할 수 있다. 굴절률이 1.6 미만이면, 비패턴 영역의 투과율이 증가되어 시인성이 증가하는 문제가 있다. 굴절률이 2.1을 초과하면, 비패턴 영역의 투과율이 저하되어 시인성이 증가하는 문제가 있다. 그리고, 광학 보상층(130)의 두께가 너무 얇아 성막 공정시 두께 균일도 제어에 어려움이 발생하는 문제가 있다.
터치 감지층(140)은 광학 보상층(130) 상에 형성되어 있으며, 사용자가 입력하는 터치 신호를 감지하기 위한 구성요소이다.
터치 감지층(140)을 구성하는 감지 패턴은 적용되는 전자 기기의 요구에 따라 적절한 모양으로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 터치 스크린 패널에 적용되는 경우, x 좌표를 감지하는 패턴과 y 좌표를 감지하는 패턴의 2 종류의 패턴으로 형성될 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
터치 감지층(140)은, 예를 들면 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 터치 전극(141), 제2 터치 전극(142), 절연부(도시하지 않음) 및 브리지(143)를 포함할 수 있다.
도 1을 더 참조하면, 제1 터치 전극(141)은 서로 전기적으로 연결된 상태로 세로 방향을 따라 형성되어 있고, 제2 터치 전극(142)은 서로 전기적으로 분리된 상태로 가로 방향을 따라 형성되어 있다.
절연부는 제1 터치 전극(141)과 제2 터치 전극(142)을 전기적으로 절연시키기 위하여 제1 터치 전극(141)과 제2 터치 전극(142) 사이에 형성되며, 절연부에는 제2 터치 전극(142)의 일부를 노출시키는 컨택홀(도시하지 않음)이 형성되어 절연부 상에 형성된 브리지(143)가 컨택홀을 통해 인접하는 제2 터치 전극(142)을 전기적으로 연결한다.
제1 터치 전극(141), 제2 터치 전극(142) 및 브리지(143)를 형성하는 재료로는 투명 전도성 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들어, 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드(GZO), 플로린틴옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZOAg-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)로 이루어진 군에서 선택된 금속산화물류; 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 및 APC로 이루어진 군에서 선택된 금속류; 금, 은, 구리 및 납으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 나노와이어; 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 (graphene)으로 이루어진 군에서 선택된 탄소계 물질류; 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 폴리아닐린(PANI)으로 이루어진 군에서 선택된 전도성 고분자 물질류에서 선택된 재료로 형성될 수 있으며, 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있고, 바람직하게는 인듐틴옥사이드가 사용될 수 있다. 결정성 또는 비결정성 인듐틴옥사이드가 모두 사용 가능하다.
터치 감지층(140)의 전기 저항은 40Ω/□ 이하일 수 있다.
터치 감지층(140)의 두께는 특별히 한정되지 않으나, 필름 터치 센서의 유연성을 고려할 때 가급적 박막인 것이 바람직하다. 예를 들면, 터치 감지층(140)의 두께는 100nm 내지 150nm일 수 있다.
터치 감지층(140)을 구성하는 제1 터치 전극(141)과 제2 터치 전극(142)은 서로 독립적으로 3각형, 4각형, 5각형, 6각형 또는 7각형 이상의 다각형 패턴일 수 있다.
또한, 터치 감지층(140)은 규칙 패턴을 포함할 수 있다. 규칙 패턴이란, 패턴의 형태가 규칙성을 갖는 것을 의미한다. 예들 들어, 터치 감지층(140)의 패턴들은 서로 독립적으로 직사각형 또는 정사각형과 같은 메쉬 형태나, 육각형과 같은 형태의 패턴을 포함할 수 있다.
또는, 터치 감지층(140)은 불규칙 패턴을 포함할 수 있다. 불규칙 패턴이란 패턴의 형태가 규칙성을 갖지 아니한 것을 의미한다.
한편, 터치 감지층(140)을 구성하는 패턴이 금속 나노와이어, 탄소계 물질류, 고분자 물질류 등의 재료로 형성된 경우, 터치 감지층(140)의 패턴은 망상 구조를 가질 수 있다. 패턴이 망상 구조를 갖는 경우, 서로 접촉하여 인접하는 패턴들에 순차적으로 신호가 전달되므로, 높은 감도를 갖는 패턴을 실현할 수 있다.
터치 감지층(140)을 구성하는 패턴은 단일층 또는 복수의 층으로 형성될 수 있다.
제1 터치 전극(141)과 제2 터치 전극(142)을 전기적으로 절연시키기 위하여 사용되는 절연부의 소재로는 당 기술분야에 알려진 절연 재료가 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 실리콘 산화물과 같은 금속 산화물이나 아크릴계 수지를 포함하는 감광성 수지 조성물 혹은 열경화성 수지 조성물이 사용될 수 있다. 또는 절연부가 실리콘산화물(SiOx)등의 무기물을 사용하여 형성될 수 있으며, 이 경우 증착, 스퍼터링 등의 방법으로 형성될 수 있다.
제2 보호층(150)은 절연성 소재로 형성되며, 터치 감지층(140)을 구성하는 제1 터치 전극(141), 제2 터치 전극(142), 절연부, 브리지(143)를 덮도록 형성되어, 터치 감지층(140)을 외부와 절연시키고, 보호하는 기능을 수행한다.
제2 보호층(150)은 터치 감지층(140)과 접하는 면의 반대면이 평탄화되도록 형성될 수 있다.
또한, 제2 보호층(150)은 단층 또는 2층 이상의 복수의 층으로 형성될 수 있다.
제2 보호층(150)의 소재로는 당 기술분야에 알려진 절연 재료가 제한 없이 사용될 수 있으며, 예를 들면 실리콘 산화물과 같은 금속 산화물이나 아크릴계 수지를 포함하는 감광성 수지 조성물 혹은 열경화성 수지 조성물이 사용될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 필름 터치 센서가 필름 터치 센서를 덮는 커버 윈도우 및 광의 편광방향 및 위상을 변환시켜 출력하는 광변환층과 일체화된 터치 센서 패널의 형태로 제공될 수 있다.
도 3은 이와 같이 필름 터치 센서가 커버 윈도우 및 광변환층과 일체화된 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서 패널의 단면도이다.
도 3을 참조하면, 필름 터치 센서(100)의 하부에 광변환층(200)이 부착되어 있고, 필름 터치 센서(100)의 상부에는 커버 윈도우(300)가 부착되어 있다.
필름 터치 센서(100)는 앞서 도 1 및 도 2를 참조하여 자세히 설명한 본 발명의 일 실시예에 따른 필름 터치 센서(100)일 수 있다.
광변환층(200)은 이를 통과하는 광의 편광방향 및 위상을 변환시켜 출력할 수 있는 층으로서, 편광판(220) 및 위상차판(210)을 포함할 수 있다.
도 3에 나타난 실시예에서는, 광변환층(200)이 필름 터치 센서(100)의 하부에 부착되어 있지만, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 광변환층을 필름 터치 센서의 상부에 부착하고 그 위에 커버 윈도우를 부착하는 것도 가능하다. 다만, 광변환층(200)을 필름 터치 센서(100)의 하부에 부착할 경우, 사용자가 터치 조작을 할 때 터치 센서와 접촉하는 손가락 사이의 거리가 가까우므로 터치에 따른 정전 용량 변화량이 커지며, 이에 따라 터치 성능이 좋아지는 측면에서 유리하다.
광변환층(200)이 편광판(220)을 포함하는 경우 광변환층(200)은 투과하는 광을 편광된 광으로 변환하여 출력할 수 있다. 편광판(220)은 투과축과 흡수축을 포함할 수 있다. 편광판(220)에 조사된 광은 투과축과 평행하는 방향으로 편광된 광을 투과하고, 나머지 광은 흡수하여 결과적으로 편광된 광을 출력할 수 있다.
광변환층(200)이 위상차판(210)을 포함하는 경우 광변환층(200)은 투과하는 광의 위상을 변환하여 출력할 수 있다. 위상차판(210)은 입사되는 광을 λ/4만큼 지연시키는 QWP일 수 있다. 위상차판(210)에 의해, 위상차판(210)에 원편광이 입사되는 경우 이를 선편광으로 변환하고, 선편광이 입사되는 경우 이를 원편광으로 변환할 수 있다.
광변환층(200)은 편광판(220) 또는 위상차판(210)을 포함할 수도 있고, 편광판(220)과 위상차판(210)을 모두 포함할 수 있다.
광변환층(200)은 25um 내지 75um의 두께를 가질 수 있다. 편광판(220)은 15um 내지 50um의 두께를 가질 수 있고, 위상차판(210)은 10um 내지 25um의 두께를 가질 수 있다.
또는, 광변환층(200)은 5um 내지 250um의 두께를 가질 수 있으며, 편광판(220)은 5um 내지 100um의 두께를 가질 수 있다.
편광판(220)의 두께가 5um 미만일 경우 공정 이동간 취급이 용이하지 않고, 공정상 불량이 발생할 가능성이 높아진다. 반대로, 편광판(220)의 두께가 100um를 초과하는 경우 벤딩시 작용하는 응력이 커져 반복적으로 벤딩시 편광판(220)에 크랙이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 도 3에 나타난 것과는 달리, 광변환층을 필름 터치 센서의 상부에 부착하는 경우라면, 터치 센서와 접촉하는 손가락 사이의 거리가 멀어져, 터치 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 편광판(220)의 두께를 5um 내지 100um로 형성함으로써, 공정 불량 또는 손상불량을 줄일 수 있어 제조수율이 향상되는 효과가 있다.
편광판(220)은 필요에 따라 염색된 것을 사용할 수 있다.
또한, 편광판(220)의 투과율은 필요에 따라 적절하게 선택될 수 있다.
위상차판(210)은 10um 내지 150um의 두께를 가질 수 있다.
위상차판(210)의 두께가 10um 미만일 경우 공정 이동간 취급이 용이하지 않고, 공정상 불량이 발생할 가능성이 높아진다.
위상차판(210)의 두께가 150um를 초과하는 경우 벤딩시 작용하는 응력이 커져 반복적으로 벤딩시 위상차판(210)에 크랙이 발생하는 문제점이 있다. 또한, 도 3에 나타난 것과는 달리, 광변환층을 필름 터치 센서의 상부에 부착하는 경우라면, 터치 센서와 접촉하는 손가락 사이의 거리가 멀어져, 터치 성능이 저하되는 문제점이 발생할 수 있다.
따라서, 위상차판(210)의 두께를 10um 내지 150um로 형성함으로써, 공정 불량 또는 손상불량을 줄일 수 있어 제조수율이 향상되는 효과가 있다. 또한 터치감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
커버 윈도우(300)는 스크래치 또는 외부 충격으로부터 필름 터치 센서(100)를 보호하는 층으로서, 통상 강화 유리로 이루어진 커버 기재(310)를 적어도 포함하며, 한 층 이상의 기능층(320)을 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 커버 기재(310)는 투명기재로 유리 또는 필름일 수 있다. 커버 기재로서 필요한 투명성, 경량성, 내충격성, 내스크래치성, 가공성 등의 필요한 특성을 갖춘 재료이면 특별한 한정 없이 임의의 소재를 사용할 수 있다.
기능층(320)은 유기막 또는 무기막으로 형성될 수 있으며, 반사 방지(Anti-Reflection)층, 난반사 방지(Anti-Glare)층, 방오(Anti-Fouling)층, 비산방지(Shatter Proof)층, 지문 방지(Anti-Fingerprint)층 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
기능층(320)은 커버 기재(310)와 다른 굴절률을 갖도록 형성할 수 있다.
또한, 기능층(320)과 커버 기재(310) 사이에 확산층을 더 형성할 수 있으며, 이 경우 확산층은 거칠기면으로 형성하거나 입자를 포함하는 유기막 층으로 형성할 수 있다.
필름 터치 센서에 광변환층과 커버 윈도우를 부착하게 되면, 추가로 적층되는 층으로 인하여 터치 센서 패널이 나타내는 광학 특성이 변할 수 있다. 특히, 도 3에 나타난 바와 같이, 터치 성능의 개선을 위하여 광변환층(300)을 필름 터치 센서(100)의 하부에 부착할 경우, 반사광이 광변환층(300)을 통과하지 않으며 터치 센서 패널을 구성하는 각 구성요소의 색상에 의한 영향으로 필름 터치 센서(100)의 패턴 영역과 비패턴 영역이 사용자에게 구분되어 시인되기 쉽다.
이에 따라, 본 발명의 다른 실시예에서는, 사용자가 최종적으로 표시장치를 사용하게 되는 상태인 커버 윈도우와 광변환층이 필름 터치 센서와 부착된 상태에서, 터치 센서 패널의 반사 색상을 제어함으로써 필름 터치 센서의 패턴 영역과 비패턴 영역이 사용자에게 쉽게 구분하여 시인되지 않도록 하여 표시장치의 표시 특성을 개선할 수 있다.
구체적으로, 색채측정용 기준광으로 CIE 표준광 D65를 사용하고 CIE 10° 관측자(10D Observer)를 기준으로 커버 윈도우의 면에서 측정하였을 때, 패턴 영역과 비패턴 영역의 반사 색상의 CIE a*b* 색좌표계 상 좌표가 아래의 식을 만족하는 타원 영역 내에 위치하게 한다.
Figure 112018038550543-pat00002
=1
여기에서, a는 16 이하, b는 11.5 이하이며, h는 3 내지 3.5, k는 -5 내지 -10.5이다. 그리고, θ는 85° 내지 120°이다.
또한, 패턴 영역과 비패턴 영역의 색좌표가 이루는 색상각(Hue Angle)의 차이 Δh0°가 50° 이하, 더 바람직하게는 20°이하가 되도록 한다.
이와 같이 함으로써, 패턴 영역과 비패턴 영역의 광학 특성, 특히 반사색상이 유사하게 되어 패턴 영역과 비패턴 영역이 사용자에게 육안으로 구분되지 않게 된다.
이하, 실시예 및 비교예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 그러나, 이들 실시예 및 비교예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
먼저, 커버 윈도우의 제작에 대해 설명한다.
커버 윈도우는 확산층을 포함하는 것과 포함하지 않는 것의 두 가지로 제작하여 반사율을 측정하였으며, 두 경우 모두 커버 윈도우 위에는 유기 박막을 형성하였다.
제작된 커버 윈도우의 파장별 반사율 측정결과가 도 4에 나타나 있으며, 이 결과는 케이멕사의 ST4000 측정기를 사용하여 측정한 결과이다.
다음, 광변환층으로 원편광판을 제작하였다. 원편광판은 투과율 43%의 편광판(동우 화인켐)과 1/4λ 위상차 필름(Fuji)을 점착제로 접합하여 제작하였으며, 제작된 원편광판의 편광판면 반사율을 마찬가지로 케이멕사의 ST4000 측정기를 사용하여 측정한 결과가 도 5에 나타나 있다.
필름 터치 센서는 다양한 두께의 터치 감지층과 광학 보상층의 두께로 제작하였다. 구체적으로, 터치 감지층은 110nm 내지 140nm 두께의 ITO로 형성하였으며, 광학 보상층은 1.6 내지 1.68의 굴절률을 갖는 재료로 40nm 내지 90nm의 두께로 형성하였다. 각 실시예 및 비교예 별 터치 감지층과 광학 보상층의 특성은 이하에서 다시 설명하기로 한다.
이와 같이 제작한 커버 윈도우, 필름 터치 센서 및 원편광판을 OCA(Optically Clear Adhesive)를 사용하여 부착한 후 OCA의 반사율은 커버 윈도우의 반사율과 커버 윈도우 및 OCA의 접합품의 반사율을 측정하여 확인하였다. 이 측정 결과는 도 6에 나타나 있다.
도 7a 내지 도 7c는 이와 같이 제작한 터치 센서 패널의 반사색상 측정 결과를 나타내는 도면이다. 커버 윈도우의 경우, 확산층을 포함하지 않은 것을 사용하였으며, 광변환층으로는 상술한 원편광판을 사용하였다. 측정 결과는 CIE a*b* 색좌표계 상에 나타내었으며, D65 표준광을 사용하여 10° 관측자로 측정한 결과이다.
도 7a 내지 도 7c에서 빨간색 네모로 표시한 부분이 패턴 영역, 파란색 마름모로 표시한 부분이 비패턴 영역의 색좌표계 상의 좌표를 나타내며, 도 7a 내지 도 7c는 각각 색차(Δa*b*)가 8 미만, 12 미만, 14 미만의 조건을 만족하는 타원 영역을 한정하는 a, b, h, k 및 θ 값을 도면 상에 함께 나타내고 있다.
도면에서도 표시한 바와 같이, a는 16 이하, b는 11.5 이하이며, h는 3 내지 3.5, k는 -5 내지 -10.5이다. 그리고, θ는 85° 내지 120°인 경우 패턴 영역과 비패턴 영역의 색좌표의 위치가 충분히 가까워 두 영역이 비슷한 색상으로 표시되므로 사용자에게 구별되게 시인되지 않는다.
다음의 표 1은 터치 감지층의 두께, 광학 보상층의 두께 및 굴절률을 변화시켜 색상각(Hue Angle)의 차이 Δh0°를 측정하고, 이에 따른 목시 평가 결과를 나타낸 것이다. 목시 평가는 사람의 눈으로 터치 센서 패널의 패턴 영역과 비패턴 영역이 구분하여 시인되는 정도를 평가한 것이다.
구분 터치 감지층 두께
(nm)		 광학 보상층 두께
(nm)		 광학 보상층 굴절률 Δh0°
(°)		 목시 평가
(구분 시인 정도)
비교예 120 50 1.6 51.53 강
실시예1 122 80 1.62 20.14 중
실시예2 127 80 1.62 9.59 약
실시예3 117 70 1.64 8.58 약
실시예4 122 70 1.64 0.71 미시인
실시예5 127 80 1.64 0.55 미시인
실시예6 117 70 1.66 5.33 약
실시예7 112 60 1.68 4.37 약
터치 감지층의 두께가 120nm이고 광학 보상층의 두께는 50nm, 굴절률은 1.6인 비교예의 경우 Δh0°는 51.53°으로 높게 나타났으며, 이 경우 목시 평가에서 패턴 영역과 비패턴 영역이 강하게 구분되어 시인되는 것으로 나타났다.
이에 비하여, 터치 감지층의 두께가 122nm이고 광학 보상층의 두께가 80nm, 굴절률이 1.62인 실시예 1의 경우 20.14°의 Δh0°를 나타내며, 목시 평가에서 패턴 영역과 비패턴 영역이 중간 정도로 시인되었다.
각각 9.59°, 8.58°, 5.33°, 4.37°의 Δh0°를 나타내는 실시예 2, 3, 6, 7의 경우, 패턴 영역과 비패턴 영역이 약하게 시인되었으며, 0.71° 및 0.55°의 Δh0°를 각각 나타내는 실시예 4 및 5의 경우, 패턴 영역과 비패턴 영역이 구분되어 시인되지 않고 균일한 시인성을 나타내었다.
상술한 실시예에서는 터치 감지층의 두께, 광학 보상층의 두께 및 굴절률을 변화시키며 Δh0°를 측정하고 이에 따른 목시 평가를 수행하였으나, Δh0°에 영향을 주는 파라미터는 터치 감지층의 두께, 광학 보상층의 두께 및 굴절률 외에도 다양하게 존재할 수 있다. 예를 들면, 커버 윈도우에 포함되는 기능층의 종류 및 두께, 커버 윈도우, 필름 터치 센서 및 광변환층을 부착하는 데 사용하는 접착제의 종류 및 두께, 편광판의 색상 및 투과율 등을 들 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
그러므로, 필요에 따라서는 터치 감지층의 두께, 광학 보상층의 두께 및 굴절률 외의 다른 파라미터를 변경하여 Δh0°값을 적절히 조절할 수도 있음을 충분히 이해할 수 있을 것이며, 이러한 변경은 본 발명의 범위에 포함된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상술한 본 발명의 실시예들은 독립적으로 또는 그 특징들의 일부 또는 전부를 조합하여 적용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 정해지며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 필름 터치 센서 110: 분리층
120: 제1 보호층 130: 광학 보상층
140: 터치 감지층 141: 제1 터치 전극
142: 제2 터치 전극 143: 브리지
150: 제2 보호층 200: 광변환층
210: 위상차판 220: 편광판
300: 커버 윈도우 310: 커버 기재
320: 기능층

Claims (11)

  1. 표시 장치용 커버 윈도우;
    상기 커버 윈도우 하부에 배치되며 전극 패턴이 형성된 패턴 영역 및 상기 패턴 영역 사이의 비패턴 영역을 포함하는 필름 터치 센서; 및
    상기 필름 터치 센서 하부에 배치되는 광변환층을 포함하며,
    색채측정용 기준광으로 CIE 표준광 D65를 사용하고 CIE 10° 관측자(10D Observer)를 기준으로 상기 커버 윈도우의 면에서 측정하였을 때, 상기 패턴 영역과 상기 비패턴 영역의 색상각 차(Δh0°)가 50° 이하이고,
    상기 패턴 영역과 상기 비패턴 영역의 반사 색상의 CIE a*b* 색좌표계 상의 색좌표가 아래의 식을 만족하는 타원 영역 내에 위치하며,
    Figure 112018038550543-pat00013
    =1
    여기에서, a는 16 이하, b는 11.5 이하이며, h는 3 내지 3.5, k는 -5 내지 -10.5이고, θ는 85° 내지 120°인 터치 센서 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 패턴 영역과 상기 비패턴 영역의 색상각 차(Δh0°)가 20° 이하인 터치 센서 패널.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 커버 윈도우는 커버 기재 및 상기 커버 기재 상에 배치된 적어도 하나의 기능층을 포함하는 터치 센서 패널.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기능층은 반사 방지(Anti-Reflection)층, 난반사 방지(Anti-Glare)층, 방오(Anti-Fouling)층, 비산방지(Shatter Proof)층 및 지문 방지(Anti-Fingerprint)층 중 하나인 터치 센서 패널.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 커버 윈도우는 상기 커버 기재 및 상기 기능층 사이에 배치된 확산층을 더 포함하는 터치 센서 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 광변환층은 편광판 및 위상차판을 포함하는 터치 센서 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 필름 터치 센서는 상기 패턴 영역과 상기 비패턴 영역 간의 투과율 차이를 보상하는 광학 보상층을 더 포함하는 터치 센서 패널.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 광학 보상층의 두께는 50nm 내지 100nm인 터치 센서 패널.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 광학 보상층의 굴절률은 1.6 내지 2.1인 터치 센서 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 커버 윈도우, 필름 터치 센서 및 광변환층은 OCA(Optically Clear Adhesive)를 사용하여 서로 부착되는 터치 센서 패널.
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