KR102227078B1 - 터치 패널 - Google Patents

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KR102227078B1 KR1020140035484A KR20140035484A KR102227078B1 KR 102227078 B1 KR102227078 B1 KR 102227078B1 KR 1020140035484 A KR1020140035484 A KR 1020140035484A KR 20140035484 A KR20140035484 A KR 20140035484A KR 102227078 B1 KR102227078 B1 KR 102227078B1
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Abstract

본 발명은 터치 패널로, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널은 기판, 상기 기판 중 적어도 일부 상에 형성된 산화물층, 전기적으로 서로 분리된 복수의 패턴을 갖고, 상기 산화물층 중 외부에 노출된 노출부를 정의하도록 상기 산화물층 상에 형성된 금속 패턴부, 전기적으로 서로 분리된 복수의 패턴을 갖도록 상기 금속 패턴부 상에 형성된 산화물 패턴부 및 상기 산화물층의 상기 노출부 중 적어도 일부 상에 형성된 광학적 성질 조절 패턴부를 포함한다.

Description

터치 패널{TOUCH PANEL}
본 발명은 터치 패널에 관한 발명으로, 구체적으로는 금속 패턴부를 포함하는 하이브리드 투명 전극을 포함하는 터치 패널에 관한 발명이다.
본 발명은 지식경제부의 사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다.
[국가연구과제명: 윈도우 일체형 20"급 1mm이하의 두께를 가지는 터치센서개발]
최근 각광을 받고 있는 터치입력 기술은 사용자가 원하는 기능을 선택하거나 입력하기 위한 것으로, 노트북, 개인정보단말기(PDA), 게임기, 휴대폰 등 다양한 전자/통신기기에 사용되고 있다.
이러한 터치입력 방식 중 최근 가장 주목을 받는 방식 중 하나가 아이폰이 사용하는 정전용량 방식이다. 정전용량 방식의 터치 패널은 다양한 타입으로 구현 가능하며, 그 타입들의 예로는 하나의 전극이 특정 영역의 터치 여부를 감지하는 매트릭스 스위칭 타입(matrix-switching type), 두 종류의 전극(예를 들어 X축 전극과 Y축 전극) 사이 정전용량을 감지하는 뮤추얼 타입(mutual type) 등이 있다.
향후에는 대면적 디스플레이에 적용 가능한 감성터치 기능을 가지는 대면적, 슬림 터치센서기술이 각광을 받을 것이라 예측된다. 대면적 터치센서 기술을 구현하기 위해서는 현재보다 더 낮은 면저항을 갖는 투명 전극이 필요하고, 이를 위해 현재의 ITO(indium tin oxide)보다 낮은 면저항을 갖고 높은 투과도를 갖는 산화물층/금속층/산화물층(oxide/metal/oxide, OMO)으로 구성된 하이브리드 투명전극에 대한 연구가 진행 중이다.
도 1은 종래 터치 패널을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 터치 패널(100)은 기판(110), 기판(110) 위에 형성된 산화물층(120), 산화물층(120) 상에 형성된 금속 패턴부(130), 금속 패턴부(130) 상에 형성된 산화물 패턴부(140) 및 광접착층(150)으로, 산화물 패턴부(140) 및 산화물층(120) 중 노출된 부분 상에 형성된 광접착층(150)을 포함한다. 산화물 패턴부(140)에서 반사되는 반사율(R0)은 산화물층(120)에서 반사되는 반사율(R1)과 다르고, 광접착층(150), 산화물 패턴부(140), 금속 패턴부(130), 산화물층(120) 및 기판(110)을 거쳐 투과되는 투과율(T0)은 광접착층(150), 산화물층(120) 및 기판(110)을 거쳐 투과되는 투과율(T1)과 다르다.
도 2는 종래 터치 패널의 반사율 및 투과율을 나타내는 도면이다. 도 2를 참조하면, 그래프에서 X 축은 빛의 파장을 나타내며(단위: Å(옹스트롱)), Y 축은 반사율 및 투과율을 나타낸다(단위: %). 도 1 및 도 2를 참조하면, 투과율(T0, 171)과 투과율(T1, 172)의 차이의 절대값은 1.0 내지 6.4 %이고, 반사율(R0, 173)과 반사율(R1, 174)의 차이의 절대값은 3.5 내지 8.2 %이다. 투과율(T0, T1) 사이 차이와 반사율(R0, R1) 사이 차이가 커서, 패턴이 육안으로 쉽게 인식될 수 있다는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명은 빛의 경로에 따른 투과율 및 반사율의 차이를 감소시켜, 그 패턴이 육안으로 인식되기 어려운 터치 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.
이를 위하여 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널은, 기판, 상기 기판 중 적어도 일부 상에 형성된 산화물층, 전기적으로 서로 분리된 복수의 패턴을 갖고, 상기 산화물층 중 외부에 노출된 노출부를 정의하도록 상기 산화물층 상에 형성된 금속 패턴부, 전기적으로 서로 분리된 복수의 패턴을 갖도록 상기 금속 패턴부 상에 형성된 산화물 패턴부 및 상기 산화물층의 상기 노출부 중 적어도 일부 상에 형성된 광학적 성질 조절 패턴부를 포함한다.
본 발명은 빛의 경로에 따른 투과율 및 반사율의 차이를 감소시켜, 그 패턴이 육안으로 인식되기 어려운 터치 패널을 제공하는 효과가 있다.
도 1은 종래 터치 패널을 설명하기 위한 도면,
도 2는 종래 터치 패널의 반사율 및 투과율을 나타내는 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 도면,
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널의 반사율 및 투과율을 나타내는 도면,
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 도면,
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 도면이다. 도 3을 참조하면, 터치 패널(200)은 기판(210), 기판(210) 중 적어도 일부 상에 형성된 산화물층(220), 산화물층 상에 형성된 금속 패턴부(230), 금속 패턴부(230) 상에 형성된 산화물 패턴부(240), 산화물층(220) 중 적어도 일부 상에 형성된 광학적 성질 조절 패턴부(250) 및 광접착층(260)으로, 산화물 패턴부(240), 광학적 성질 조절 패턴부(250) 중 외부에 노출된 부분 위에 형성된 광접착층(260)를 포함한다. 여기서 기판(210), 산화물층(220), 금속 패턴부(230), 산화물 패턴부(240) 및 광접착층(260)은 각각 기판(110), 산화물층(120), 금속 패턴부(130), 산화물 패턴부(140) 및 광접착층(150)에 대응한다.
여기서 금속 패턴부(230) 및 산화물 패턴부(240)는 전기적으로 서로 분리된 복수의 패턴을 갖고, 산화물층(220) 중 금속 패턴부(230)가 형성되지 않은 부분은 노출부(220e)로 정의된다. 산화물 패턴부(240)는 금속 패턴부(230) 상에만 형성되므로, 금속 패턴부(230)에 의해 정의된 노출부(220e)에 영향을 미치지 않는다. 광학적 성질 조절 패턴부(250)는 노출부(220e) 중 적어도 일부 상에 형성되며, 광학적 성질, 특히 투과율과 반사율을 조절하여 패턴이 육안으로 인식되는 것이 어렵도록 한다.
기판(210)의 재질은 유리, PMMA(Poly Methyl MethAcrylate), PC(PolyCarbonate), PET(PolyEthylene Terephthalate) 등이 가능하다. 또한, 기판(210)은 충격으로 인한 파손을 줄이기 위해 강화처리될 수도 있다.
산화물층(220)의 두께, 구성 물질 및 형성 방법은 형성 시 공정 조건, 기판(210) 상에 산화물층(220)이 막질이 좋게 형성되는지 여부, 터치 패널(200) 완성시 광학적 특성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 산화물층(220)의 두께는 20 nm 이상 60 nm 이하이며, 산화물층(220)을 구성하는 물질은 TiO2, Nb2O5, ZnO, ZrO2 및 HfO2 로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다. 산화물층(220)의 두께가 20 nm 미만인 경우, 막질이 좋지 못하여 단일층으로 보기 힘들며 광학적 성질도 열화된다. 산화물층(220)의 두께가 60 nm를 초과하는 경우, 공정 시간이 오래 걸리고 재료비가 많이 들어 공정 비용이 상승하며 광학적 성질이 열화되는 문제점이 있다. 산화물층(220)은 화학기상증착법(CVD), 원자층증착법(ALD) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
금속 패턴부(230)의 두께, 구성 물질 및 형성 방법은 형성 시 공정 조건, 산화물층(220) 상에 금속 패턴부(230)가 막질이 좋게 형성되는지 여부, 터치 패널(200) 완성시 광학적 특성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 금속 패턴부(230)의 두께는 5 nm 이상 15 nm 이며, 금속 패턴부(230)를 구성하는 물질은 Ag, Ag-Al 합금, Ag-Mo 합금, Ag-Au 합금, Ag-Pd 합금, Ag-Ti 합금, Ag-Cu 합금, Ag-Au-Pd 및 Ag-Au-Cu 합금으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다. 금속 패턴부(230)의 두께가 5 nm 미만인 경우는 금속이 뭉치는 현상이 발생하여 단일층으로 보기 힘들며, 면저항이 높아지는 문제점이 있다. 금속 패턴부(230)의 두께가 15 nm을 초과하는 경우, 광흡수로 인하여 광학적 특성이 지나치게 열화되며 공정 시간이 오래 걸리고 재료비가 많이 들어 공정 비용이 상승하는 문제점이 있다. 금속 패턴부(230)는 진공증착법(evaporation), 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
산화물 패턴부(240)의 두께, 구성 물질 및 형성 방법은 형성 시 공정 조건, 금속 패턴부(230) 상에 산화물 패턴부(240)이 잘 형성되는지 여부, 터치 패널(200) 완성시 광학적 특성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 산화물 패턴부(240)의 두께는 30 nm 이상 70 nm 이하이며, 산화물 패턴부(240)를 구성하는 물질은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Al-doped ZnO), GZO(Ga-doped ZnO), ITZO(Indium-Tin-Zinc Oxide), ZTO(Zinc-Tin Oxide), IGO(Indium-Gallium Oxide), SnO2 및 ZnO로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다. 산화물 패턴부(240)의 두께가 30 nm 미만인 경우, 막질이 좋지 못하여 단일층으로 보기 힘들며 광학적 성질도 열화된다. 산화물 패턴부(240)의 두께가 70 nm를 초과하는 경우, 공정 시간이 오래 걸리고 재료비가 많이 들어 공정 비용이 상승하며 광학적 성질이 열화되는 문제점이 있다. 산화물 패턴부(240)는 화학기상증착법(CVD), 원자층증착법(ALD) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
광학적 성질 조절 패턴부(250)의 두께, 구성 물질 및 형성 방법은 형성 시 공정 조건, 산화물층(220) 상에 광학적 성질 조절 패턴부(250)가 잘 형성되는지 여부 및 터치 패널(200) 완성시 광학적 특성 등을 고려하여 선택될 수 있다. 광학적 성질 조절 패턴부(250)의 두께는 50 nm 이상 110 nm 이하이며, 광학적 성질 조절 패턴부(250)를 구성하는 물질은 MgO, Ta2O3 및 SiON로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것이 바람직하다. 광학적 성질 조절 패턴부(250)의 두께가 50nm 이하인 경우, 막질이 좋지 못하여 단일층으로 보기 힘들며 광학적 성질도 열화된다. 광학적 성질 조절 패턴부(250)의 두께가 110 nm를 초과하는 경우, 공정 시간이 오래 걸리고 재료비가 많이 들어 공정 비용이 상승하며 광학적 성질도 열화되는 문제점이 있다. 광학적 성질 조절 패턴부(250)는 화학기상증착법(CVD), 원자층증착법(ALD) 등의 방법으로 형성될 수 있다.
산화물 패턴부(240)에서 반사되는 반사율(R0)과 광학적 성질 조절 패턴부(250)에서 반사되는 반사율(R2)은 다르고, 광접착층(260), 산화물 패턴부(240), 금속 패턴부(230), 산화물층(220) 및 기판(210)을 거쳐 투과되는 투과율(T0)과 광접착층(260), 광학적 성질 조절 패턴부(250), 산화물층(220) 및 기판(210)을 거쳐 투과되는 투과율(T2)은 다르다. 도 3에서의 반사율(R0) 및 투과율(T0)은 도 1에서의 반사율(R0) 및 투과율(T0)과 동일한 의미이므로 같은 기호로 표시되었다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널의 반사율 및 투과율을 나타내는 도면이다. 도 4를 참조하면, 그래프에서 X 축은 빛의 파장을 나타내며(단위: Å(옹스트롱)), Y 축은 반사율 및 투과율을 나타낸다(단위: %). 도 3 및 도 4에서, 투과율(T0, 271)과 투과율(T2, 272)의 차이의 절대값은 0.8 내지 1.5 %이고, 반사율(R0, 273)와 반사율(R2, 274)의 차이는 0.1 내지 1.5 %이다. 투과율(T0, T1) 사이 차이와 반사율(R0, R1) 사이 차이가 1.5 % 이내로 작기 때문에, 패턴이 육안으로 인식되기 어렵고, 패턴의 시인성 문제가 해결될 수 있다. 산화물층(220), 금속 패턴부(230) 및 산화물 패턴부(240)의 두께, 재질 및 형성 방법이 터치 패널(200)의 면저항 및 광학적 성질을 고려하여 결정되면 반사율(R0) 및 투과율(T0)이 결정된다. 반사율(R0) 및 투과율(T0)이 결정된 이후, 광학적 성질 조절 패턴부(250)의 두께, 재질 및 형성 방법은 반사율(R0)과 반사율(R2) 사이 차이의 절대값 및 투과율(T0)과 투과율(T2) 사이 차이의 절대값이 최소화되도록 선택될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 도면이며, 도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 단면도이다. 도 6은 도 5에서 A-A' 라인을 따라 절단한 단면도이며, 도 7은 도 5에서 B-B' 라인을 따라 절단한 단면도이다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 터치 패널(300)은 기판(310), 산화물층(320), 금속 패턴부(330), 산화물 패턴부(340), 광학적 성질 조절 패턴부(350), 광접착층(360), 제1 메탈 배선부(370),제2 메탈 배선부(375), 절연 패턴부(380) 및 브리지 패턴부(385)를 포함한다. 기판(310), 산화물층(320), 금속 패턴부(330), 산화물 패턴부(340), 광학적 성질 조절 패턴부(350) 및 광접착층(360)은 각각 기판(210), 산화물층(220), 금속 패턴부(230), 산화물 패턴부(240), 광학적 성질 조절 패턴부(250) 및 광접착층(260)에 대응하므로 자세한 설명은 생략되어도 무방하다.
도 5 내지 도 7에 도시된 터치 패널(300)은 뮤추얼 타입이며, X축 방향으로전기적으로 연결되어 있는 X축 전극(390) 및 Y축 방향으로 전기적으로 연결되어 있는 Y축 전극(395) 사이 정전용량의 변화를 기반으로 터치를 감지한다. Y축 전극(395)은 브리지 패턴부(385)를 통해 전기적으로 연결되어 있다. X축 전극(390)과 Y축 전극(395) 사이에는 절연 패턴부(380)가 있으므로, X축 전극(390)과 Y축 전극(395)은 전기적으로 서로 분리된다. 브리지 패턴부(385)는 금속 또는 투명한 전도성 물질(TCO)이 가능하다. 브리지 패턴부(385)의 구성 물질이 금속인 경우,브리지 패턴부(385)의 폭이 2 ㎛ 내지 20 ㎛ 인 것이 바람직하다. 브리지 패턴부(385)의 폭이 20 ㎛를 초과하는 경우, 브리지 패턴부(385)가 육안으로 식별되기 쉬운 문제가 있다. 브리지 패턴부(385)의 폭이 2 ㎛ 미만인 경우, 전기적 연결이 원활하지 않은 문제가 있다. 브리지 패턴부(385)의 구성 물질이 투명한 전도성 물질인 경우, 브리지 패턴부(385)의 구성 물질은 일반적인 ITO, IZO(Indium-Zinc Oxide), IZTO(Indium-Zinc-Tin Oxide), ITZO 등의 물질에서 선택될 수 있다.
절연 패턴부(380) 및 브리지 패턴부(385)로 인하여, 도 3 또는 도 4에서 설명되었던 반사율(R0, R2), 투과율(T0, T2) 외에도 다양한 반사율 및 투과율이 있다. 예를 들어, 브리지 패턴부(385)에서 반사되는 반사율(R3), 광접착층(360), 브리지 패턴부(385), 절연 패턴부(380), 광학적 성질 조절 패턴부(350), 산화물층(320) 및 기판(310)을 거쳐 투과되는 투과율(T3), 절연 패턴부(380)에서 반사되는 반사율(R4), 광접착층(360), 절연 패턴부(380), 산화물 패턴부(340), 금속 패턴부(330), 산화물층(320) 및 기판(310)을 거쳐 투과되는 투과율(T4) 등이 있다. 복수, 특히 각각 4종류 이상의 반사율 및 투과율이 존재하는 경우에도, 광학적 성질 조절 패턴부(350)의 재질, 두께 및 형성 방법의 선택에 의해 패턴의 시인성이 저감될 수 있다. 우선 터치 패널(300)의 전기적 특성 및 광학적 특성을 고려하여 산화물층(320), 금속 패턴부(330), 산화물 패턴부(340), 절연 패턴부(380) 및 브리지 패턴부(385)의 재질, 두께 및 형성 방법이 결정된다. 결정된 후, 복수의 반사율 중 최대값과 최소값의 차이 및 복수의 투과율 중 최대값과 최소값의 차이가 최소화되도록 광학적 성질 조절 패턴부(350)의 재질, 두께 및 형성 방법이 선택될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대해서 그 바람직한 실시예를 중심으로 살펴보았으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 본질적 기술 범위 내에서 상기 본 발명의 상세한 설명과 다른 형태의 실시예들을 구현할 수 있을 것이다.
여기서 본 발명의 본질적 기술 범위는 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
220, 320: 산화물층 230, 330: 금속 패턴부
240, 340: 산화물 패턴부 250, 350: 광학적 성질 조절 패턴부

Claims (7)

  1. 기판;
    상기 기판 중 적어도 일부 상에 형성된 산화물층;
    전기적으로 서로 분리된 복수의 패턴을 갖고, 상기 산화물층 중 외부에 노출된 노출부를 정의하도록 상기 산화물층 상에 형성된 금속 패턴부;
    전기적으로 서로 분리된 복수의 패턴을 갖도록 상기 금속 패턴부 상에 형성된 산화물 패턴부;
    상기 산화물층의 상기 노출부 중 적어도 일부 상에 형성된 광학적 성질 조절 패턴부;
    상기 광학적 성질 조절 패턴부 중 적어도 일부 및 상기 산화물 패턴부 중 적어도 일부의 상면에 형성된 절연 패턴부;
    상기 절연 패턴부 중 적어도 일부 및 상기 산화물 패턴부 중 적어도 일부의 상면에 형성되며, 상기 산화물 패턴부의 상기 복수의 패턴 중 적어도 두 개의 패턴을 전기적으로 연결하는 브리지 패턴부; 및
    상기 산화물 패턴부, 상기 광학적 성질 조절 패턴부, 상기 절연 패턴부 및 상기 브리지 패턴부 중 외부에 노출된 부분 상에 형성된 광접착층을 포함하되,
    상기 광학적 성질 조절 패턴부의 두께는 50 nm 이상 110 nm 이하이며, 상기 광학적 성질 조절 패턴부를 구성하는 물질은 MgO, Ta2O3　및 SiON로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되고,
    상기 광학적 성질 조절 패턴부의 상면은 상기 산화물 패턴부의 상면보다 낮은 레벨에 위치하는 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 산화물층의 두께는 20 nm 이상 60 nm 이하이며, 상기 산화물층을 구성하는 물질은 TiO2, Nb2O5, ZnO, ZrO2 및 HfO2로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 패턴부의 두께는 5 nm 이상 15 nm 이하이며, 상기 금속 패턴부를 구성하는 물질은 Ag, Ag-Al 합금, Ag-Mo 합금, Ag-Au 합금, Ag-Pd 합금, Ag-Ti 합금, Ag-Cu 합금, Ag-Au-Pd 및 Ag-Au-Cu 합금으로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 산화물 패턴부의 두께는 30 nm 이상 70 nm 이하이며, 상기 산화물 패턴부를 구성하는 물질은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Al-doped ZnO), GZO(Ga-doped ZnO), ITZO(Indium-Tin-Zinc Oxide), ZTO(Zinc-Tin Oxide), IGO(Indium-Gallium Oxide), SnO2 및 ZnO로 이루어진 군에서 적어도 하나 이상 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
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