KR102274135B1 - 터치 스크린 패널 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 스크린 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 터치 감지용 전극을 구비하는 터치 센서와 터치 센서의 상부에 배치되며 일면에 하프미러층이 구비된 커버 글라스를 포함한다. 본 발명은 커버 글라스(200)의 일면에 원하는 투과율과 반사율을 갖는 하프미러층(210)을 형성하여 레인보우 현상을 감소시킬 수 있는 이점이 있다.

Description

터치 스크린 패널 및 이의 제조방법{TOUCH SCREEN PANEL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

본 발명은 터치 스크린 패널 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 레인보우 현상을 개선하는 터치 스크린 패널 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

스마트폰, 패드, 네비게이션 등 전자기기의 종류가 다양해지면서 전자기기의 크기는 소형화하되 표시화면은 대면적화 할 수 있는 다양한 기술들이 제안되고 있다. 그리고 최근에는 별도의 입력 도구 없이도 손쉽게 입력할 수 있는 터치스크린을 장착한 멀티미디어 기기들이 각광받고 있다.

터치스크린은 동작방식에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 초음파 방식, 적외선 센서 방식, 전자유도 방식 등으로 구별될 수 있다. 이러한 터치스크린은 디스플레이에 터치 스크린 패널(TSP, Touch screen panel)을 부착하여 제작한다. 그리고 터치 스크린 패널은 커버 글라스에 얇은 필름 형태의 터치 센서를 부착하여 제작한다.

터치스크린은 터치하면 커버 글라스를 통해 터치 센서에 신호가 전달된다. 터치 센서는 터치 신호를 받아 PC(소프트웨어)로 보내고 PC는 이 신호를 디지털로 전환하여 디스플레이에 전달하며, 디스플레이는 신호를 받아 해당 화면을 표시하게 된다.

그런데, 터치스크린은 태양광 아래에서 입사되는 태양광의 헤이즈로 인하여 레인보우 현상이 발생하는 문제점이 있다. 레인보우 현상은 빛을 비추면 기름 띠 같은 무지개 형상이 보이는 것을 의미한다. 레인보우 현상은 시인성을 저하시키고 전자기기의 사용자에게 피로감을 준다.

본 발명의 목적은 레인보우 현상을 개선하고 우수한 시인성을 확보할 수 있도록 커버 글라스에 하프 미러(half mirror)를 적용하는 터치 스크린 패널 및 이의 제조방법을 제공하는 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 특징에 따르면, 본 발명은 터치 감지용 전극을 구비하는 터치 센서와 터치 센서의 상부에 배치되며 일면에 하프미러층이 구비된 커버 글라스를 포함한다.

터치 감지용 전극은 메탈 메쉬로 구현하며, 메탈 메쉬는 금속 소재를 격자무늬 또는 교차무늬로 배열한 것일 수 있다.

하프미러층은 금속 박막을 1층 또는 다층으로 적층한 것일 수 있다.

금속 박막은 Al, Ni 중 선택된 1종 이상일 수 있다.

하프미러층의 반사율은 가시광선 영역에서 12~25% 범위일 수 있다.

하프미러층의 투과율은 가시광선 영역에서 60~90% 범위일 수 있다.

하프미러층의 두께는 100~200 옹스트롱(Å)일 수 있다.

터치 감지용 전극을 구비하는 터치 센서를 제조하는 단계와 커버 글라스를 준비하고, 커버 글라스의 일면에 하프미러층을 형성하는 단계와 하프미러층이 형성된 커버 글라스를 터치 센서의 상부에 부착하는 단계를 포함한다.

터치 감지용 전극을 구비하는 터치 센서를 제조하는 단계에서, 터치 감지용 전극은 메탈 메쉬로 구현한다.

커버 글라스의 일면에 하프미러층을 형성하는 단계는 스퍼터링 방법을 적용하고, 커버 글라스의 일면에 금속 소재를 100~200 옹스트롱(Å)으로 타게팅하여 형성한다.

상기 금속 소재는 Al, Ni 중 선택된 1종 이상일 수 있다.

본 발명은 커버 글라스에 하프미러층을 형성하여 커버 글라스의 반사율을 줄임으로써 태양광에 대한 레인보우 현상을 저감할 수 있고 그에 따라 시인성이 개선되는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 전극이 메탈 메쉬로 구현되고 Cu와 CuOx의 2층 구조로 형성되므로 전도성이 좋고 금속 반사 강도를 낮출 수 있으며, 선폭이 얇은 미세패턴 형성이 가능하다. 따라서 본 발명은 투과율이 높아지고 시인성이 우수한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널을 보인 분해 사시도.
도 2는 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널을 보인 구성도.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 터치 스크린 패널을 보인 구성도.
도 4는 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널에서 터치 센서의 전극을 형성하는 과정을 보인 도면.

이하 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1에 도시된 바와 같이, 터치 스크린 패널은 디스플레이(10)의 상부에 배치되고 터치 감지용 전극을 구비하는 터치 센서(100)와 터치 센서(100)의 상부에 배치되며 일면에 하프미러층(210)이 구비된 커버 글라스(200)를 포함한다.

터치 감지용 전극(120)은 메탈 메쉬(120a)로 구현할 수 있다. 메탈 메쉬(120a)는 금속 소재를 격자무늬 또는 교차무늬로 배열한 것일 수 있다. 메탈 메쉬(120a)를 적용한 전극(120)은 금속을 사용하기 때문에 전도성이 좋고, 투과율이 좋고, 구부릴 수 있기 때문에 플렉서블 디스플레이에 유용하다. 또한 메탈 메쉬(120a)를 적용한 전극(120)은 ITO 보다 가격이 낮아 가격 경쟁력이 있고 터치 민감도가 뛰어나다. 전극(120)을 구현하는 메탈 메쉬(120a)는 선폭이 얇아 많은 양의 빛이 통과하므로 투과율이 높아지고 그 만큼 소비전력도 낮아진다.

터치 센서(100)는 투명기재(110)에 ITO 전극을 구현한 것을 적용할 수도 있다. 그러나 터치 센서(100)는 투명기재(110)에 메탈 메쉬(120a)를 형성하여 전극(120)을 구현하는 것이 터치 민감도 및 투과율 측면에서 보다 우수하다.

터치 센서(100)는 교차하는 두 전극(121,122)을 중첩하여 형성한다. 교차하는 두 전극은 복수의 제1 전극(121)과 복수의 제2 전극(122)을 포함한다. 터치 센서(100)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122)이 교차하는 부분의 x,y좌표로 터치 위치를 감지한다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 전극(121)은 제1 투명기재(110) 상에서 1방향으로 배열된다. 제2 전극(122)은 제2 투명기재(112) 상에서 1방향과 교차하는 2방향으로 배열된다. 제1 전극(121)이 형성된 제1 투명기재(111)를 제2 전극(122)이 형성된 제2 투명기재(112)와 중첩하면 제1 전극(121)과 제2 전극(122)이 교차하는 격자 구조를 갖는 터치 센서(100)가 된다. 1방향과 2방향은 x축과 y축 방향을 의미할 수 있다.

제1 전극(121)은 Rx 전극(수신 전극)으로 기능하고, 제2 전극(122)은 Tx 전극(송신 전극)으로 기능할 수 있다. 제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 메탈 메쉬로 구현될 수 있다. 메탈 메쉬는 선폭이 3㎛ 이하로 형성될 수 있으며, 바람직하게는 선폭이 2.6㎛ 이하로 형성될 수 있다.

터치 스크린 패널(20)은 터치 센서(100)를 커버 글라스(200)와 접착 필름(140)으로 합지하여 제작하며, 디스플레이(10)의 상부에 부착한다. 접착 필름(130,140)은 광학용투명접착 필름(OCA)(140)을 사용할 수 있다.

커버 글라스(200)는 터치 센서(100)의 상부에 접착 필름(140)을 매개로 부착될 수 있다. 커버 글라스(200)는 강화 유리 재질로 형성될 수 있다. 강화 유리는 충격이나 긁힘에 강하고 빛 투과율이 높아 한층 밝고 깨끗한 화면을 볼 수 있다.

레인보우 현상을 감소시키기 위해, 커버 글라스(200)는 일면에 하프미러층(210)을 형성한다. 레인보우 현상은 터치 스크린 패널을 태양광에 노출시 전극을 형성하는 금속에 의한 반사, 커버 글라스의 표면 굴절에 따른 빛의 산란, 커버 글라스의 반사율 등에 의해 발생한다.

상기한 이유로 태양광에 대한 레인보우 현상을 저감하도록 커버 글라스(200)의 일면에 하프미러층(210)을 형성한다.

하프미러층(210)의 반사율은 가시광선 영역에서 12~25% 범위이고, 투과율은 가시광선 영역에서 60~90% 범위로 설정하는 것이 효과적이다.

상기 투과율 및 반사율 범위는 태양광에서 커버 글라스의 반사율을 감소시켜 레인보우 현상을 방지한다. 가시광선 영역에서 투과율이 60% 이상이어야 시인성을 확보할 수 있으며, 반사율을 낮추면 레인보우 현상이 방지된다.

하프미러층(210)은 재료 및 두께를 적절하게 선택하여 반사율과 투과율을 자유롭게 설계할 수 있다.

하프미러층(210)은 금속 박막을 1층 또는 다층으로 적층한 금속미러층일 수 있다. 금속 박막은 Al, Ni 중 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다. 금속 박막은 Al, Ni 외에도 Au, Ag, Cu, Pt, Pd, Se, Te, Rh, Ir, Ge, Os, Ru, Cr 및 W 중 선택된 1종 이상으로 이루어질 수 있다. 바람직하게는, 금속 박막은 Al, Ni 중 선택된 1종 이상으로 이루어진다. Al, Ni로 금속 박막을 형성시 금속 본연의 성질이 나오지 않으면서 반투명한 하프미러층(210)을 형성할 수 있다. 반투명한 하프미러층(210)은 태양광에서 커버 글라스(200)의 반사율을 낮춘다.

또한, 하프미러층(210)은 금속 본연의 성질이 나오지 않고 반투명해야 하므로 두께를 100~200 옹스트롱(Å)으로 형성한다.

도시하지는 않았지만, 커버 글라스(200)의 일면에 하드코팅층을 형성한 후, Al, Ni 등의 금속 박막을 코팅하여 하프미러층(210)을 형성할 수 있다. 하드코팅층은 커버 글라스의 일면에 아크릴 폴리 우레탄을 도포 또는 증착하여 형성할 수 있다. 하드코팅층()은 커버 글라스(200)에 하프미러층(210)의 부착력을 높인다.

하프미러층(210)은 Ai 금속 박막과 Ni 금속 박막이 교대로 적층된 것일 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 하프미러층(210)의 상부에 굴절율층(220)이 더 형성할 수 있다. 굴절율층(220)은 고굴절율층과 저굴절율층을 차례로 다층으로 적층하고 각 층의 굴절율이나 층의 두께를 설계함으로써 가시광선이 하프미러층에 유입되기 전 태양광의 일부를 반사시켜 소멸할 수 있다. 굴절율층(220)은 SiO₂를 주성분으로 하는 저굴절율층과 TiO₂를 주성분으로 하는 저굴절율층이 교대로 적층된 것일 수 있다.

한편, 터치 스크린 패널의 제조방법은 터치 감지용 전극을 구비하는 터치 센서를 제조하는 단계와 커버 글라스를 준비하고, 상기 커버 글라스의 일면에 하프미러층을 형성하는 단계와 하프미러층이 형성된 커버 글라스를 터치 센서의 상부에 부착하는 단계를 포함한다.

터치 감지용 전극을 구비하는 터치 센서를 제조하는 단계에서, 터치 감지용 전극은 메탈 메쉬로 구현할 수 있다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 터치 센서를 제조하는 단계는, 제1 투명기재(110) 상에서 메탈 메쉬로 구현되는 제1 전극(121)을 형성하고, 제2 투명기재(110) 상에서 메탈 메쉬로 구현되며 제1 전극(121)과 교차하는 제2 전극(122)을 형성한다.

도 4에 도시된 바에 의하면, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 각각 Cu, CuOx, Cu-CuOx 중 선택된 1종 이상으로 형성된다. 예를 들어, 전극(120)은 Cu층(b), CuO층(c)의 2층 구조로 형성될 수 있다. 2층 구조는 전극(120)과 투명기재(110)의 부착성을 높이고 선폭을 미세하고 균일하게 형성하기 위한 것이다. Cu층은 반사율이 약 50%이고 CuO층은 반사율이 약 15%이므로 Cu층의 상부에 CuO층을 형성하면 전도성을 확보하면서 반사율은 낮출 수 있다. 금속 반사율을 낮추면 레인보우 현상을 감소시킬 수 있다.

투명기재(110)와 전극(120)의 사이에 하드코팅층(a)이 형성될 수 있다. 하드코팅층(a)은 투명기재(110) 상에 하드코팅액을 코팅하여 형성할 수 있다.

하드코팅층(a)은 투명기재(110)의 오염을 방지하고 스크래치 발생이 어렵도록 투명기재(110)를 고경도로 만든다. 또한 하드코팅층(a)은 투명기재(110)의 표면상에 전극(120)이 잘 부착되게 하고 빛 간섭무늬 발생이 적으며 시인성을 향상시킨다. 하드코팅층(a)은 아크릴 폴리 우레탄으로 형성될 수 있다. 이 외에도 하드코팅층은 폴리에스테르계 수지, 폴리우레탄계 수지 등으로 형성될 수도 있다. 하드코팅층(a)은 투명기재(110)의 표면을 거칠게 하지 않아도 높은 밀착성을 발현한다.

도 4의 (a)에 도시된 바와 같이, 각 투명기재(110)에 전극(120)을 형성하는 과정은 투명기재(110) 상에 하드코팅층(a)을 형성하고, 하드코팅층(a) 상에 전극층(b,c)을 형성하고, 전극층(b,c) 상에 포토레지스트층(d)을 적층한다.

다음으로, 포토레지스트층(d) 상에 패턴구멍(p)이 형성된 마스크(e)를 형성하고, 노광, 현상 및 식각하여 패턴구멍(p)에 해당하는 부분을 남기고 나머지 부분은 제거한다. 다음으로 전극층(b,c)의 상부에 남은 포토레지스트층(d)을 에칭한다.

투명기재(110) 상에 하드코팅층(a)을 형성하는 과정에서, 투명기재(110)는 PET 필름을 사용할 수 있다. 하드코팅층(a)은 투명기재(110) 상에 아크릴 폴리 우레탄을 도포 또는 증착하여 형성할 수 있다. 하드코팅층(a)은 5㎛~15㎛ 두께 범위로 형성할 수 있다.

하드코팅층(a) 상에 전극층(b,c)을 형성하는 과정에서, 전극층(b,c)은 Cu층(b)과 Cu층(b)의 상부에 적층되는 CuO층(c)을 포함할 수 있다. 하드코팅층(a) 상에 스퍼터링 방법에 의해 Cu층(b)을 형성하고, Cu층(b)의 상부에 스퍼터링 방법에 의해 CuO층(c)을 형성할 수 있다. Cu층(b)이 씨드(seed)층이 된다. Cu층(b)은 200~400㎛ 두께로 형성하고, CuO층은 5㎛ 두께로 형성할 수 있다. Cu층은 반사율이 약 50%이고 CuO층은 반사율이 약 15%이므로 Cu층의 상부에 CuO층을 형성하면 전도성을 확보하면서 반사율은 낮출 수 있다. 스퍼터링 방법에 의한 전극층을 형성하면 전극층(b,c)을 박막으로 형성하기 보다 용이하다.

스퍼터링 방법은 롤 두 롤 스퍼터(roll to roll)에서 수행하며, 이온 빔 처리(Iin Beam treatment)를 적용하여 표면 개질 및 전극의 접착 강화 기능을 갖도록 한다.

전극층(b,c) 상에 포토레지스트층(d)을 적층하는 과정에서 포토레지스트층(d)은 감광성 폴리머를 사용할 수 있다. 감광성 폴리머는 자외선에 경화반응이 일어난다.

전극층(b,c) 상에 포토레지스트층(d)을 적층하는 단계는 롤 투 롤(roll to roll) 시스템에서 코팅하는 방식을 이용할 수 있다. 예를 들어, 투명기재(110)의 전극층(b,c)에 액상의 포토 레지스트를 롤 투 롤 시스템에서 연속 공정으로 전기 방사하여 포토레지스트층(d)을 형성할 수 있다. 전기 방사는 균일한 포토레지스트층(d)을 형성한다. 롤 투 롤 연속 공정은 1~2㎛의 두께로 포토 레지스트를 연속 코팅 가능하다. 포토레지스트층(d)은 3.5㎛의 두께로 형성될 수 있다.

포토레지스트층(d) 상에 패턴구멍(p)이 형성된 마스크(e)를 배치하는 단계에서, 패턴구멍(p)은 메탈 메쉬 형성을 위한 것이다. 패턴구멍(p)은 메탈 메쉬 형성을 위해 기설계된 구멍이다. 패턴구멍(p)이 메탈 메쉬에 대응된다. 패턴구멍(p)의 폭은 3㎛ 이하, 바람직하게는 2.6㎛ 이하이고 패턴구멍 간 간격은 11㎛ 이하일 수 있다.

노광, 현상 및 식각하여 패턴구멍(p)에 해당하는 부분을 남기고 나머지 부분은 제거하는 단계에서, 메탈 메쉬로 형성되는 전극(120)의 이미지가 구현된다.

도 4의 (b)와 같이, 포토레지스트층(d)의 상부에 전극(120)을 형성하기 위한 패턴구멍(p)들이 형성된 마스크(e)를 배치하고, 노광기를 이용하여 자외선(UV)을 조사하면 포토레지스트층(d)은 자외선을 받은 부분에 경화반응이 일어난다.

현상은 포토레지스트층(d)에서 경화되지 않은 부분을 현상액으로 용해, 제거시키고 포토레지스트층(d)에서 경과된 부분을 남게 하여 투명기재(110)에 전극(120) 이미지를 형성하는 것이다.

식각은 포토레지스트층(d)이 제거된 부분과 대응되는 부분의 전극층(b,c)을 제거하는 것이다. 식각액은 염화제이철(FeCl₂), 염화구리(CuCl₂) 등이 사용될 수 있다. 도 4의 (c)와 같이, 노광, 현상, 식각하면 패턴구멍(p)에 해당하는 부분은 남고 나머지 부분은 제거된다.

다음으로, 전극층의 상부에 남은 포토레지스트층(d)을 에칭하여 투명기재(110)에 Cu층, CuO로 이루어진 2층 구조의 전극이 노출되게 한다.

상술한 방법으로 제1 투명기재(111) 상에 메탈 메쉬(120a)로 구현되고 1방향으로 배열되는 제1 전극(121)을 형성하고, 제2 투명기재(112) 상에 메탈 메쉬(120a)로 구현되고 1방향과 교차하는 2방향으로 배열되는 제2 전극(122)을 형성한 후, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)이 교차되게 제1 투명기재(111)와 제2 투명기재(112)를 중첩하여 터치 센서(100)를 제작할 수 있다.

커버 글라스의 일면에 하프미러층을 형성하는 단계는 스퍼터링 방법을 적용하고 커버 글라스(200)의 일면에 금속 소재를 100~200 옹스트롱으로 타게팅하여 형성한다. 금속 소재를 100~200 옹스트롱으로 타게팅하면 금속 본연의 성질이 나오지 않고 반투명한 하프미러층(210)이 형성된다.

예를 들어, 진공챔버 내에 각각 금속 소재와 금속 소재가 코팅될 커버 글라스를 고정시키고, 아르곤 가스를 진공챔버 내에 주입한 다음 금속 소재를 100~200 옹스트롱으로 타게팅하면 금속 소재가 커버 글라스에 박막 형태로 균일하게 증착되고 반투명한 하프미러층이 형성된다. 금속 소재는 Al, Ni 중 선택된 1종 이상을 사용한다. 스퍼터링 방법을 적용하여 커버 글라스(200)와 밀착력이 높고 균일한 박막 형태의 하프미러층(210)을 형성할 수 있다.

스프터링 처리시 치밀하고 균일한 박막 형성이 가능하고 광학 성능이 좋으며 커버 글라스와 밀착성이 높은 하프미러층(210)을 형성할 수 있다.

하프미러층(210)은 커버 글라스(200)에 증착하여 형성하는 것도 가능하지만 필요에 따라 패터닝하여 형성하는 것도 가능하다.

상술한 바와 같이, 커버 글라스(200)의 일면에 원하는 투과율과 반사율을 갖는 하프미러층(210)을 형성하여 레인보우 현상을 감소시킬 수 있다. 또한 하프미러층(210)의 상부에 굴절율층(220)을 더 형성하여 투과율을 높이고 반사율을 저감하여 시인성을 개선할 수 있다.

본 발명은 도면과 명세서에 최적의 실시예들이 개시되었다. 여기서, 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 발명은 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면, 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 권리범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.

10: 디스플레이 20: 터치 스크린 패널
100: 터치 센서 110: 투명기재
111: 제1 투명기재 112: 제2 투명기재
120: 전극 120a: 메쉬 패턴
121: 제1 전극 122: 제2 전극
130, 140: 접착필름 200: 커버 글라스
210: 하프미러층 220: 굴절율층
a: 하드코팅층 b: Cu층
c: CuO 층 d: 포토레지스트층
e: 마스크 p: 패턴구멍

Claims (11)

1. 메탈 메쉬로 구현된 터치 감지용 전극을 구비하는 터치 센서; 및
   상기 터치 센서의 상부에 부착되고, 일면에 하프미러층이 구비되며, 상기 하프미러층의 상부에 굴절율층이 형성된 커버 글라스;를 포함하며,
   상기 하프미러층은 Al 박막 및 Ni 박막 중 적어도 하나를 포함하여 반투명하게 형성되고,
   상기 굴절율층은 서로 다른 굴절율을 가진 층들이 교대로 적층된 터치 스크린 패널.
2. 제1 항에 있어서,
   상기 메탈 메쉬는 금속 소재를 격자무늬 또는 교차무늬로 배열한 것임을 특징으로 하는 터치 스크린 패널.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제1 항에 있어서,
   상기 하프미러층의 반사율은 가시광선 영역에서 12~25% 범위인 터치 스크린 패널.
6. 제1 항에 있어서,
   상기 하프미러층의 투과율은 가시광선 영역에서 60~90% 범위인 터치 스크린 패널.
7. 제1 항에 있어서,
   상기 하프미러층의 두께는 100~200 옹스트롱(Å)인 터치 스크린 패널.
8. 삭제
9. 삭제
10. 삭제
11. 삭제

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