KR102029439B1 - 터치 스크린 패널용 투명 평면체 및 이를 포함하는 터치 스크린 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에서는, 유리 기판과, 상기 유리 기판 위에 형성되는 투명한 터치 전극과, 상기 터치 전극을 덮도록 상기 유리 기판에 형성되는 보정층을 포함하고, 상기 보정층은, 아크릴, 우레탄, 아크릴(Acrylic), 우레탄(Urethane), 폴리이미드(Polyimide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 실록산(Siloxane), 메탈록산 폴리머(Metalloxane polymer)와 같은 투명한 폴리머로 이뤄진 투명 평면체를 개시한다.

Description

터치 스크린 패널용 투명 평면체 및 이를 포함하는 터치 스크린 패널{transparent flat plate for touch screen panel and touch screen panel thereof}

본 발명은 터치 전극의 시인성을 낮춘 터치 스크린 패널용 투명 평면체에 관한 것이다.

입력 위치를 검출하기 위한 터치 스크린 패널의 구성은 종래부터 다양하게 검토되고 있지만, 일 예로서 정전용량 방식이 현재 널리 사용되고 있다. 이 정전용량 방식은 각각 소정의 패턴 형상을 갖는 투명 도전막을 구비한 한 쌍의 투명 평면체 사이에 유전체층이 개재되어 구성되고, 손가락 등이 조작면에 접촉하면, 인체를 통해 접지되는 것에 의한 정전용량의 변화를 이용하여 터치 위치를 검출할 수 있다.

이러한 터치 스크린 패널은 액정표시장치나 OLED 등의 표면에 장착해서 사용할 수 있으며, 투명 평면체를 포함해서 구성된다. 그런데, 지금까지의 터치 스크린 패널은 투명 평면체에 형성된 투명한 터치 전극의 패턴 형상이 눈에 두드러지는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하는 하나의 방법은 도 1 에서 예시하는 바처럼 터치 전극(20)과 기판(10) 사이에 언더코팅층(30)을 형성하는 것이다.

언더코팅층(30)은 고굴절층(31)과 저굴절층(33)의 2층 구조로 이뤄져 있으며, 고굴절층(31)은 1.6~2.3의 굴절률을 갖고, 저굴절층(33)은 1.4~1.6의 굴절률을 갖는다.

고굴절층(31)은 아크릴 수지나 우레탄 수지 등의 경화형 유기물로 이뤄지며, 저굴절층(33)은 무기물, 특히 SiO₂가 선호된다. 고굴절층(31) 및 저굴절층(33)의 두께는 각각 20~100nm 범위에 위치하며, 터치 전극(20)의 두께는 20~40nm 이내에서 형성된다.

그러나 이 같은 방식을 정전용량식의 투명 터치스위치에 이용한 경우, 역시 투명 도전층의 패턴 형상이 눈에 두드러지게 되는 문제가 있다.

보다 구체적으로, 스퍼터링법에 성막된 터치 전극(20)은 가시광 영역 내의 각 파장에 따라 굴절률이 상이하며, 단파장 쪽이 장파장에 비해 최대 0.3 이상 높다. 따라서, 이 같은 언더코팅층(30) 만으로 반사율을 보정할 수 있는 유효한 파장 범위가 좁아 투명 도전층이 보이는 문제가 발생한다.

그리고, 이 같은 언더 코팅층에 의한 반사율 보정은 각 계면의 반사광이 서로 상쇄 간섭을 일으켜 감쇄되는 원리를 갖는다. 그러나 터치 스크린 패널의 성능 향상을 위하여 터치 전극(20) 두께를 증가시킨 경우(예, 40(nm) -> 140nm)에, 투명 도전막의 광학 두께가 입사광 파장의 1/4, 3/4, 5/4,...에 해당하거나 근접하는 파장대에서는 터치 전극 상하 계면의 반사광 사이에 보강 간섭이 발생하여 반사율이 매우 높아지게 되므로, 언더 코팅 구조는 적합하지 않다.

또한, 이처럼 터치 전극(20)이 언더코팅층(30) 위에 적층될 경우 터치 전극의 단차가 노출된다. 그런데, 성능 향상을 위해 터치 전극(20)의 두께를 증가시킬수록 단차도 두드러지게 되며, 그럼, 단차에 의한 난반사가 커져 터치 전극(20) 패턴이 쉽게 인지될 수 밖에 없다.

본 발명은 이 같은 배경에서 창안된 것으로, 터치 전극 패턴이 잘 보이지 않도록 한 터치 스크린 패널용 투명 평면체를 제공하는데 있다.

본 발명의 일 실시예에서는, 유리 기판과, 상기 유리 기판 위에 ITO로 이뤄진 터치 전극과, 상기 터치 전극을 덮도록 상기 유리 기판에 형성되는 보정층을 포함하고, 상기 보정층은, 아크릴, 우레탄, 아크릴(Acrylic), 우레탄(Urethane), 폴리이미드(Polyimide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 실록산(Siloxane), 메탈록산 폴리머(Metalloxane polymer)와 같은 투명한 폴리머로 이뤄진 투명 평면체를 개시한다.

상기 터치 전극의 두께가 30~50(nm)이면, 상기 보정층의 두께는 30~60(nm)이고, 터치 전극의 두께가 120~170(nm)이면, 상기 보정층의 두께는 50~110(nm)인 것이 바람직하다.

상기 투명 평면체는 상기 보정층 위로 단차를 완화하는 오버코팅층이 더 형성될 수 있고, 상기 오버 코팅층의 두께는 2(um)이하인 것이 바람직하다.

상기 보정층은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물로 이뤄진 버퍼층을 더 포함할 수 있다.

상기 보정층은 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 잉크젯 코팅 중의 어느 한 방법에 의해 성막될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 투명 폴리머로 이뤄진 보정층을 이용해서 터치 전극의 단차를 완화하면서도 터치 전극에 위한 표면 반사율과 터치 전극이 없는 부분의 표면 반사율 차이를 줄여 터치 전극의 시인성이 줄어들도록 한다.

또한, 보정층이 터치 전극의 단차를 완하 시켜주므로, 터치 전극의 두께를 증가시킬 수 있고, 결국 터치 스크린 패널의 감도를 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술을 설명하는 도면이다.
도 2는 본 발명의 제1 실시예예 따른 투명 평면체의 단면 모습을 보여준다.
도 3은 본 발명의 제2 실시예에 따른 투명 평면체의 모습을 보여준다.
도 4는 본 발명의 제3 실시에에 따른 투명 평면체의 모습을 보여준다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 투명 평면체의 단면 모습을 보여준다.

도 2에서, 제1 실시예의 투명 평면체는 기판(100), 터치 전극(200), 보정층(300)을 포함해서 구성된다.

기판(100)은 유리 기판으로 구성된다.

터치 전극(200)은 ITO, IZO와 같은 투명 전극으로, 유리 기판에 스퍼터링법에 의해 성막된다. 터치전극(200)의 굴절률, 특히 ITO는 파장대에 따라 1.7~2.2를 가진다. 이 터치 전극(200)은 30~50(nm) 또는 120~170(nm)의 두께(D1) 에서, 빛의 투과율이 우수하기 때문에, 이 두께로 이뤄진다.

보정층(300)은 기판(100) 위에서 터치 전극(200)을 덮도록 형성된다. 보정층(300)은 1.5~1.9 범위의 굴절률을 갖고, 150? 이하에서 열경화가 가능한 투명 폴리머로 구성된다. 이러한 투명 투명 폴리머로 아크릴(Acrylic), 우레탄(Urethane), 폴리이미드(Polyimide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 실록산(Siloxane), 메탈록산 폴리머(Metalloxane polymer)가 바람직하게 사용될 수 있고, 광 개시제를 더 포함해서 노광 및 현상만으로 보정층이 패터닝(patterning)되며, 빛에 의해 경화될 수 있도록 구성될 수 있다.

이 메탈록산 폴리머(Metalloxane polymer)는 일반 유기막 재료에 비해 파장대에 따른 굴절률 산포(일반적으로, 380~780nm 범위에서 0.2 내외)가 크므로, 터치 전극(200)을 이루는 ITO처럼 파장대별 굴절률이 다른 물질과 인덱스 매칭하기에 유리하다.

또한, 터치 전극(200)의 두께(D1)가 30~50(nm)이면, 이 보정층(300)은 30~60(nm)의 두께(D2)로 형성되며, 터치 전극의 두께(D1)가 120~170(nm)이면, 이 보정층(300)은 50~110(nm)의 두께(D2)로 형성되어야 인덱스 매칭이 잘돼서 터치 전극(200)이 있는 부분(이하, 패턴부)과 없는 부분(제거부)에서의 파장대별 반사율 차이를 줄여 터치 전극(200)의 시인성을 낮출 수 있다.

터치 전극(200)과 보정층(300) 사이의 인덱스 매칭은 다음과 같은 조건을 따른다. 패턴부와 제거부 사이의 평균 반사율 차이는 1.5(%) 이하이고, 상대비율은 20% 이내일 때, 패턴부와 제거부 사이의 반사율 차이를 효과적으로 줄여 터치 전극이 보이는 문제점을 해결할 수가 있다. 여기서, 상대비율은 "패턴부의 반사율/게거부의 반사율)ⅹ100"로 정의되며, 패턴부에서 반사되는 빛과 제거부에서 반사되는 빛의 범위를 정량화한 것이다. 상대비율이 20(%)를 넘어서면, 패턴부에서 반사되는 빛이 많아져 터치 전극(200)이 보이는 문제가 있다.

아래 그래프 1은 터치 전극이 30(nm)일 때, 위 조건에 따른 보정층의 바람직한 두께를 나타낸다. 그래프에서 최적 범위는 위 조건을 만족하는 범위이다.

[그래프 1]

아래 그래프 2는 터치 전극이 50(nm)일 때, 위 조건에 따른 보정층의 바람직한 두께를 나타낸다.

[그래프 2]

아래 그래프 3은 터치 전극이 120(nm)일 때, 위 조건에 따른 보정층의 바람직한 두께를 나타낸다.

[그래프 3]

아래 그래프 4는 터치 전극이 170(nm)일 때, 위 조건에 따른 보정층의 바람직한 두께를 나타낸다.

[그래프 4]

이상의 실험 결과를 통해, 터치 전극(200)의 두께(D1)가 30~50(nm)이면, 보정층(300)은 30~60(nm)의 두께(D2)로 형성되고, 터치 전극의 두께(D1)가 120~170(nm)이면, 보정층(300)은 50~110(nm)의 두께(D2)로 형성될 때, 가장 효과적으로 패턴부와 제거부 사이의 반사율 비율을 맞춰 터치전극(200)이 보이는 문제를 해결할 수가 있다.

또한, 이처럼 보정층(300)을 유기막으로 구성하면, 터치 전극(200)의 단차를 완화해, 단차에서 난반사가 일어나 터치 전극(200)이 인식되는 문제를 해결할 수 있다.

이처럼 구성되는 보정층은 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 잉크젯 코팅 등을 통해 성막된다.

단차 완화를 위해서는 도 3의 제 2 실시예처럼 보정층(300) 위에 오버코팅층(400)을 더 형성할 수도 있다. 이 오버코팅층(400)은 투명 수지로, 두께(D3)는 특별히 제한되지 않지만, 접착성 및 투과되는 빛의 흡수를 최소화하려면 2(um)이하로 이뤄지는 것이 바람직하다.

한편, 아래의 그래프는 상술한 보정층(300)이 없는 경우와, 보정층(300)이 있는 경우에 있어서, 터치 전극(200)이 형성된 부분(패턴부)과 터치 전극(200)이 없는 부분(제거부)에서 일어나는 표면 반사율의 차이를 보여준다. 패턴부와 제거부 사이에서 표면 반사율의 차이가 적을수록 터치 전극의 시인성은 낮아지는 것을 의미한다.

이 실험에서, 터치 전극은 ITO, 140(nm)의 두께로, 보정층은 지르코늄(Zr)-메탈록산 폴리머, 80(nm)의 두께로 형성하였다.

[표 1](보정층이 없는 경우)

[그래프 5]

[표2] (보정층이 있는 경우)

[그래프 6]

위 표 및 그래프(파장대별 반사율)에서, 확인할 수 있듯이, 보정층이 없는 경우에 있어서는 패턴부와 제거부 사이의 표면 반사율 차이가 5.92(%)로 관측된 반면에 보정층이 있는 경우에 있어서는 차이가 0.17(%)로 줄어들었으며, 그래프를 통해서 확인할 수 있듯이, 제거부에서의 파장대별 분포가 패턴부에 근접하게 나타난다는 점을 통해 보정층이 시인성을 개선하는데 효과적임을 알 수 있다.

도 4는 본 발명의 제3 실시예에 따른 투명 평면체의 단면 모습을 보여준다.

제3 실시예에서, 투명 평면체는 기판(100), 터치 전극(200), 그 위에 형성되는 보정층(300)을 포함해서 구성된다. 기판(100), 터치 전극(200)은 상술한 실시예와 동일하게 구성되므로, 상세한 설명은 생략한다.

제3 실시예에서, 보정층(300)은 무기막(310)과 유기막(320)의 2층 구성으로 이뤄진다.

무기막(310)은 실리콘 산화막 또는 실리콘 질화막으로 이뤄지며, 두께는 10~30(nm)를 이룬다. 무기막의 두께가 10(nm) 이하면, 막두께를 균일하게 형성하는 것이 힘들고, 10(nm) 이상이면, 가시광선 영역에서 무기막(310) 상하 계면의 반상사광이 단파장에서 적게 상쇄되어 반사율이 증가할 수가 있다.

그리고, 유기막(320)은 1.5~1.9 범위의 굴절률을 갖고, 150? 이하에서 열경화가 가능한 투명 폴리머로 구성된다. 이러한 투명 폴리머로 아크릴(Acrylic), 우레탄(Urethane), 폴리이미드(Polyimide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 실록산(Siloxane), 메탈록산 폴리머(Metalloxane polymer)가 이용될 수 있으며, 이 중 실록산(Siloxane) 또는 메탈록산 폴리머(Metalloxane polymer)가 바람직하게 사용될 수 있다.

이 메탈록산 폴리머(Metalloxane polymer)는 일반 유기막 재료에 비해 파장대에 따른 굴절률 산포(일반적으로, 380~780nm 범위에서 0.2 내외)가 크므로, 터치 전극을 이루는 ITO처럼 파장대별 굴절률이 다른 물질과 인덱스 매칭하기에 유리하다.

또한, 터치 전극(200)의 두께가 30~50(nm)이면, 이 유기막(320)은 30~60(nm)의 두께로 형성되며, 터치 전극(200)의 두께가 120~170(nm)이면, 이 유기막(320)은 50~110(nm)의 두께로 형성되어야 인덱스 매칭이 잘돼서 터치 전극(200)이 있는 부분과 없는 부분에서의 파장대별 반사율 차이를 줄여 시인성을 높일 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

Claims (7)

1. 유리 기판,
   상기 유리 기판 위에 형성되는 투명한 터치 전극과,
   상기 터치 전극을 덮도록 상기 유리 기판에 형성되는 보정층을 포함하고,
   상기 보정층은,
   상기 터치 전극과 상기 유리 기판을 10~30nm의 균일한 두께로 덮어 상기 터치 전극이 형성된 부분과 형성되지 않은 부분이 단차를 갖도록 형성된 무기막; 및
   상기 무기막을 덮어 상기 무기막의 단차가 완화되도록 형성되는 유기막을 포함하고,
   상기 유기막은, 아크릴, 우레탄, 아크릴(Acrylic), 우레탄(Urethane), 폴리이미드(Polyimide), 폴리카보네이트(Polycarbonate), 실록산(Siloxane), 메탈록산 폴리머(Metalloxane polymer)와 같은 투명한 폴리머와 광 개시제를 포함하여 이뤄진 투명 평면체.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치 전극의 두께가 30~50(nm)이면, 상기 보정층의 두께는 30~60(nm)이고, 터치 전극의 두께가 120~170(nm)이면, 상기 보정층의 두께는 50~110(nm)인 투명 평면체.
   
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1항에 있어서,
   상기 무기막은 실리콘 산화물 또는 실리콘 질화물을 포함하는 투명 평면체.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 유기막은 스핀 코팅, 슬릿 코팅, 롤 코팅, 잉크젯 코팅 중의 어느 한 방법에 의해 성막된 투명 평면체.
   
7. 제1항, 제2항, 제5항 및 제6항 중 어느 한 항에 의한 투명 평면체를 포함하는 터치 스크린 패널.

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