KR102530306B1 - 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서 - Google Patents

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Abstract

터치 센서는 투명 기판과 투명 기판 상에 형성되는 메쉬 패턴 전극을 구비한다. 메쉬 패턴 전극은 도전 금속 배선과 도전 투명 배선을 구비한다. 도전 금속 배선은 메쉬 패턴으로 형성되고 노드 부분에 절단 이격 공간을 구비한다. 도전 투명 배선은 도전 금속 배선의 적어도 절단 이격 공간에 결합하여 도전 금속 배선을 전기적으로 연결한다.

Description

메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서{Touch Sensor with Mesh-Typed Electrode}
본 발명은 터치 센서에 관한 것으로, 상세하게는 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서에 관한 것이다.
터치 센서는 스마트폰 등에서 터치 명령을 입력받는 입력 장치이다. 터치 센서는 터치 부분의 감지 방식에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등이 있는데, 최근에는 정전용량 방식이 주로 이용되고 있다.
정전용량 방식은 도전성 박막이 코팅된 투명 기판을 이용하는 것으로, 일정량의 전압을 투명 기판의 표면에 유지하게 한 상태에서 투명 기판의 표면에 터치가 이루어지면 접촉면에서 전압이 변화하는데, 이러한 전압 변화를 검출하여 터치 여부를 감지할 수 있다.
특허등록 제1717031호(터치 스크린 센서)를 보면, 가시광 투명 기판과 가시광 투명 기판 상에 또는 그 내에 배치되는 전기 전도성 미세 패턴을 포함하는 터치 스크린 센서를 개시하고 있다.
도 1은 종래기술의 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서를 도시하고 있는데, 도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 터치 센서는 투명 기판(10) 상에 메쉬 패턴 전극(20)을 형성하고, 메쉬 패턴 전극(20)은 도전 금속 배선을 메쉬 패턴 형태로 연결하고 있다. 그런데, 이러한 종래의 메쉬 패턴 전극(20)은 도전 금속 배선이 교차하는 교차점, 즉 노드 부분에서 투과율이 감소할 수 있고, 그 결과 메쉬 패턴 전극(20)이 시인되는 경우가 발생할 수 있다.
[선행특허문헌] 특허등록 제1717031호
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서에서 메쉬 패턴의 노드 부분에서 투과율이 감소하는 것을 차단 내지 최소화하고 메쉬 패턴의 시인을 방지 내지 최소화하는 것을 목적으로 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 센서는 투명 기판, 메쉬 패턴 전극을 포함하여 구성할 수 있다.
메쉬 패턴 전극은 투명 기판 상에 형성할 수 있다. 메쉬 패턴 전극은 도전 금속 배선과 도전 투명 배선을 포함할 수 있다.
도전 금속 배선은 메쉬 패턴을 형성하고 노드 부분에 절단된 이격 공간을 형성할 수 있다.
도전 투명 배선은 도전 금속 배선의 적어도 절단 이격 공간에 결합하여 도전 금속 배선을 전기적으로 연결할 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 도전 투명 배선은 선폭을 도전 금속 배선의 선폭에 대해 100~150%를 갖도록 구성할 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 도전 투명 배선은 길이를 도전 금속 배선의 길이에 대해 5~20%를 갖도록 구성할 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴 전극은 다각형 메쉬 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴 전극은 정삼각형 메쉬 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 89.6~97.4% 일 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴 전극은 정사각형 메쉬 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 94.0~98.5% 일 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴 전극은 오각형 메쉬 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 89.6~99.1% 일 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴 전극은 정육각형 메쉬 패턴을 형성할 수 있다. 이 경우, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 96.5~99.1% 일 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴 전극은 150~225㎛의 피치(pitch)를 가질 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 도전 금속 배선과 도전 투명 배선은 오버랩될 수 있다. 오버랩 길이는 도전 금속 배선의 노드 부분을 도전 투명 전극으로 대체하는 경우에는 도전 투명 배선의 길이의 30~60%, 도전 투명 전극 상에 도전 금속 배선을 형성하는 경우에는 도전 금속 배선의 길이의 100%일 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서에 의하면, 메쉬 패턴 전극에서 도전 금속 배선의 노드 부분에서 도전 금속 배선을 도전 투명 배선으로 대체함으로써 메쉬 패턴 전극의 노드 부분에서 투과율이 감소하는 것을 차단 내지 최소화할 수 있고, 이를 통해 메쉬 패턴이 시인되는 것을 차단 내지 최소화할 수 있다.
도 1은 종래기술의 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서를 도시하고 있다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서를 도시하고 있다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예의 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서를 도시하고 있다.
도 4a~4c는 본 발명에 따른 메쉬 패턴 전극에서 도전 투명 배선의 다양한 형태를 예시하고 있다.
도 5a~5f는 본 발명에 따른 메쉬 패턴 전극에서 도전 금속 배선과 도전 투명 배선의 다양한 연결 형태를 예시하는 단면도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명에 따른 제1 실시예의 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서를 도시하고 있다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 터치 센서는 투명 기판(100), 메쉬 패턴 전극(200) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
투명 기판(100)은 메쉬 패턴 전극(200)이 형성되는 기판으로, 유리, 중합체 등의 전기 절연성 재질로 구성할 수 있다. 중합체로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(PEN) 등을 이용할 수 있다.
메쉬 패턴 전극(200)은 투명 기판(100) 상에 형성할 수 있다. 메쉬 패턴 전극(200)은, 도 2에 도시한 바와 같이, 마름모 형태로 구성할 수 있고. 그 밖에 정사각, 직사각, 오각, 정육각 등 다른 형태도 가능하다.
메쉬 패턴 전극(200)은 투과율을 88% 이상, 시인 확률을 10% 이하로 유지하는 것이 바람직한데, 이를 위해서는 투과율에 영향을 미치는 피치(pitch), 즉 배선 사이의 최대 간격을 최적화할 필요가 있다. 피치를 변화시키면서 투과율과 시인 확률을 측정한 결과, 투과율을 88% 이상, 시인 확률을 10% 이하로 유지할 수 있는 피치는 150~225㎛로 확인되었다. 나아가, 피치가 175㎛일 때 시인 확률이 최소화되는 것도 확인하였다. 따라서, 본 발명에서, 메쉬 패턴 전극(200)은 유효 피치를 150~225㎛로, 최적 피치를 175㎛로 설정할 수 있다.
메쉬 패턴 전극(200)은 도전 금속 배선(210), 도전 투명 배선(220)을 포함하여 구성할 수 있다.
도전 금속 배선(210)은 도전성을 갖는 금속 배선, 예를들어 금, 은, 팔라듐, 백금, 알루미늄, 구리, 니켈, 주석, 합금 및 이들의 조합 등을 이용할 수 있다. 도전 금속 배선(210)은 1~3㎛의 선폭을 가질 수 있다.
도전 금속 배선(210)은 메쉬 패턴의 노드(교차점) 부분을 제거한 절단 이격 공간을 형성할 수 있다. 메쉬 패턴에서 하나의 배선의 길이를 기준으로 할 때, 절단 이격 공간의 길이는 하나의 도전 금속 배선(210)의 길이의 5~20% 만큼 형성할 수 있다.
도전 투명 배선(220)은 도전 금속 배선(210)의 절단 이격 공간에 삽입되거나 일부가 도전 금속 배선(210)에 오버랩되게 결합하여 절단된 도전 금속 배선(210)을 전기적으로 연결할 수 있다.
도전 투명 배선(220)은 선폭을 도전 금속 배선(210)의 선폭과 동일하게 구성할 수도 있으나, 도전 투명 배선(220)이 도전 금속 배선(210)보다 저항이 클 수 있으므로 동일 높이의 경우 도전 투명 배선(220)의 선폭을 도전 금속 배선(210)의 선폭보다 넓게 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 도전 투명 배선(220)의 선폭은 도전 금속 배선(210)의 선폭의 110~150% 크기로 구성할 수 있다. 예를들어, 도전 금속 배선(210)이 2㎛ 선폭일 경우, 도전 투명 배선(220)은 2.2~3.0㎛의 선폭을 가질 수 있다.
도전 투명 배선(220)은 도전 금속 배선(210)과 오버랩될 수 있는데, 이를 통해 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)의 접촉 저항을 낮추고, 나아가 단선 불량을 방지할 수 있다. 오버랩 형태는 브릿지 등의 형태로 구성할 수 있는데, 예를들어 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)의 상면에 브릿지 형태의 도전 투명 배선(220)이나 도전 금속 배선(210)을 직접 형성하거나, 브릿지를 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)의 상면에서 상방으로 이격시켜 형성하고 브릿지와 도전 투명 배선(220) 및 브릿지와 도전 금속 배선(210)은 상하로 형성되는 수직 비아(via)로 연결하는 등의 방법을 사용할 수 있다. 오버랩 길이는, 도전 금속 배선(210)이 노드 부분을 도전 투명 전극(220)으로 교체하는 경우, 도전 투명 배선(220)의 길이의 30~60%로 구성할 수 있다. 본 발명에서는, 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)의 상면 또는 상부에 형성되는 브릿지, 도전 비아는 투과율을 높이고 시인확률을 낮추기 위해서, 도전 금속 배선(210)보다는 도전 투명 배선(220)을 사용하는 것이 바람직할 수 있다.
한편, 도전 투명 배선(220)이 메쉬 패턴 및 메쉬 패턴의 노드 부분에 모두 형성되고, 도전 금속 배선(210)은 도전 투명 배선(220) 상에서 노드 부분을 제외한 영역에 오버랩되게 형성할 수 있다. 이 경우에는, 도전 금속 배선(210)과 도전 투명 배선(220)이 별도의 접촉부를 필요로 하지 않으며, 도전 금속 배선(210) 전체가 도전 투명 배선(220) 상에 적층된 구조를 가지게 된다. 이러한 적층 구조에서, 오버랩 길이는 도전 금속 배선(210)의 길이의 100%가 될 수 있다.
도전 투명 배선(220)은 인듐-주석 산화물(Indium-Tin Oxide; ITO), 인듐-아연 산화물(Indium-Zinc Oxide; IZO), 알루미늄-아연 산화물(Aluminium-Zinc Oxide; AZO), 갈륨-주석 산화물(Ga-doped Zinc Oxide; GZO), 아연-주석 산화물(Zinc-Tin Oxide; ZTO), 알루미늄-아연-주석 산화물(Aluminium-Zinc-Tin Oxide; AZTO), 인듐-알루미늄-아연-주석 산화물(Indium-Aluminium-Zinc-Tin Oxide; IAZTO), 인듐-아연-주석 산화물(Indium-Zinc-Tin Oxide; IZTO), 그래핀(Graphene), 나노 와이어(Nanowire) 등을 사용할 수 있다.
도 3은 본 발명에 따른 제2 실시예의 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서를 도시하고 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 메쉬 패턴 전극(200)은 정육각형 메쉬 패턴으로 구성할 수 있다. 제2 실시예에서, 메쉬 패턴 전극(200)은 120°의 사잇각을 가질 수 있다. 메쉬 패턴 전극(200)의 사잇각 크기, 각의 수를 증가시키면서 투과율 변화를 측정한 결과, 각의 수가 증가하면 투과율이 대체로 개선되는 것을 확인하였다. 아래는 도전 금속 배선(210)의 선폭을 1~3㎛, 절단 이격 공간의 길이를 도전 금속 배선(210)의 10% 길이로 한 후, 메쉬 패턴 전극(200)의 각 수를 증가시키면서 투과율을 측정한 결과이다.
먼저, 정삼각형 메쉬 패턴의 경우, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 89.6(선폭 3㎛)~97.4(선폭 1㎛)%이고, 투과율은 81.5(선폭 3㎛)~88.6(선폭 1㎛)%로 측정되었다.
정사각형 메쉬 패턴의 경우, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 94.0(선폭 3㎛)~98.5(선폭 1㎛)%이고, 투과율은 85.5(선폭 3㎛)~89.6(선폭 1㎛)%로 측정되었다.
오각형 메쉬 패턴의 경우, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 89.6(선폭 3㎛)~99.1(선폭 1㎛)%이고, 투과율은 81.5(선폭 3㎛)~90.2(선폭 1㎛)%로 측정되었다.
정육각형 메쉬 패턴의 경우, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 96.5(선폭 3㎛)~99.1(선폭 3㎛)%이고, 투과율은 87.8(선폭 3㎛)~90.2(선폭 1㎛)%로 측정되었다.
이와 같이, 메쉬 패턴 전극(200)을 다각형으로 형성할 때, 각의 수가 증가할수록 투과율이 대체로 개선되는 것을 확인할 수 있고, 따라서 제2 실시예의 정육각형 메쉬 패턴 전극(200)이 제1 실시예의 마름모형 메쉬 패턴 전극보다 투과율은 높고 시인확률은 낮아, 본 발명의 목적에 더 부합한다고 볼 수 있다.
도 4a~4c는 본 발명에 따른 메쉬 패턴 전극에서 도전 투명 배선의 다양한 형태를 예시하고 있다.
도 4a~4c는 도전 투명 배선(220)의 다양한 형태로 예시하고 있는데, 도 4a와 같이 도전 금속 배선(210)보다 폭이 넓은 삼각형으로 구성할 수 있고, 도 4b와 같이 도전 금속 배선(210)보다 폭이 넓은 일자 가지형으로 구성할 수도 있으며, 도 4c와 같이 도전 금속 배선(210)보다 폭이 넓은 다각형으로 구성할 수도 있다.
도 4a~4c에서는, 도전 투명 배선(220)의 선폭을 도전 금속 배선(210)의 폭보다 넓게 형성하는 것을 예시하고 있으나, 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)의 폭을 동일하게, 즉 도전 투명 배선(220)의 선폭은 도전 금속 배선(210)의 선폭의 100% 크기로 구성하는 것을 배제하는 것은 아니다.
도 5a~5f는 본 발명에 따른 메쉬 패턴 전극에서 도전 금속 배선과 도전 투명 배선의 다양한 연결 형태를 예시하는 단면도이다.
도 5a의 도시와 같이, 도전 투명 배선(220)은 도전 금속 배선(210)과 동일 평면 상에서 수평으로 연결할 수 있다. 이 경우, 도전 투명 배선(220)은 도전 금속 배선(210)과 수직 높이가 동일할 수 있고 수평 폭은 동일하거나 넓을 수 있다.
도 5b의 도시와 같이, 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)은 동일 평면의 수평 연결과 다른 평면의 오버랩 연결이 결합된 형태로 연결될 수 있다.
수평 연결은 도 5a와 동일할 수 있다.
오버랩 연결은 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)의 수평 연결의 경계부 상면에 도전 투명 배선(220)을 추가 형성한 형태일 수 있다. 이러한 이중 결합을 통해, 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)의 전기 접속을 견고히 할 수 있다.
도 5c의 연결 형태는, 도 5b와 같이, 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)이 동일 평면의 수평 연결과 다른 평면의 오버랩 연결이 결합된 형태로 연결되되, 수평 연결의 경계부 상면에 도전 금속 배선(210)을 추가 형성한 형태일 수 있다. 도 5c는, 경계부 상면의 오버랩 연결에 도전 금속 배선(210)을 이용하고 있는데, 이를 통해 도전 투명 배선(220)보다 투과율은 일부 저하될 수 있지만 접촉 저항을 낮출 수 있다.
도 5d와 같이, 도전 투명 배선(220)은 도전 금속 배선(210)과 다른 평면, 즉 상부에 이격되는 브릿지 형태로 구성되어 도전 금속 배선(210)을 연결할 수 있다. 평면을 달리하는 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210)은 수직 비아에 의해 연결될 수 있다. 이 경우, 수직 비아는 도전 투명 배선(220)의 일부일 수 있다. 도전 투명 배선(220)과 도전 금속 배선(210) 사이에는 절연층(310)이 형성될 수 있고, 도전 투명 배선(220)의 상부에는 보호층(320)이 형성될 수 있다.
도 5e의 연결 형태는, 도 5d와 같이 도전 투명 배선(220)이 도전 금속 배선(210)과 평면을 달리하는 브릿지 형태로 도전 금속 배선(210)을 연결하되, 도 5d와는 달리 도전 투명 배선(220)이 도전 금속 배선(210)의 하부에서 도전 금속 배선(210)을 연결하고 있다. 이 경우, 수직 비아는 도전 금속 배선(210)의 일부일 수 있다. 도전 금속 배선(210)과 도전 투명 배선(220) 사이에는 절연층(310)이 형성될 수 있고, 도전 금속 배선(210)의 상부에는 보호층(320)이 형성될 수 있다.
도 5f와 같이, 메쉬 패턴의 노드 부분을 포함하는 메쉬 패턴 전체를 도전 투명 배선(220)으로 구성하고, 노드 부분을 제외한 도전 투명 배선(220) 상에 도전 금속 배선(210)을 오버랩되게 형성할 수도 있다. 이 경우에는, 도전 금속 배선(210)과 도전 투명 배선(220) 사이에 별도의 접촉부가 필요없어 제조가 용이할 수 있다.
이상 본 발명을 여러 실시예로 설명하였으나, 이는 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 기술자라면 이러한 실시예를 다른 형태로 변형하거나 수정하는 것이 가능하겠지만, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의해 정해지므로, 그러한 변형이나 수정이 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
10,100 : 투명 기판 20, 200 : 메쉬 패턴 전극
210 : 도전 금속 배선 220 : 도전 투명 배선
310 : 절연층 320 : 보호층

Claims (9)

  1. 투명 기판; 및
    상기 투명 기판 상에 형성되는 메쉬 패턴 전극을 포함하고,
    상기 메쉬 패턴 전극은
    메쉬 패턴으로 형성되고, 노드 부분에 절단 이격 공간을 구비하는 도전 금속 배선; 및
    상기 도전 금속 배선의 적어도 상기 절단 이격 공간에 결합하여 상기 도전 금속 배선을 전기적으로 연결하는 도전 투명 배선을 포함하는, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 도전 투명 배선의 선폭은
    상기 도전 금속 배선의 선폭의 100~150%인, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 도전 투명 배선의 길이는
    상기 도전 금속 배선의 길이의 5~20%인, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 메쉬 패턴 전극은
    정삼각형 메쉬 패턴을 형성하고, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 89.6~97.4% 인, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 메쉬 패턴 전극은
    정사각형 메쉬 패턴을 형성하고, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 94.0~98.5% 인, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 메쉬 패턴 전극은
    오각형 메쉬 패턴을 형성하고, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 89.6~99.1% 인, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
  7. 제1항에 있어서, 상기 메쉬 패턴 전극은
    정육각형 메쉬 패턴을 형성하고, 메쉬 패턴에 대한 내부 투과부의 면적비는 96.5~99.1% 인, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
  8. 제1항에 있어서, 상기 메쉬 패턴 전극은
    150~225㎛의 피치를 갖는, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 도전 금속 배선과 상기 도전 투명 배선은 오버랩되고,
    상기 오버랩 길이는, 상기 도전 금속 배선의 노드 부분이 상기 도전 투명 전극으로 대체되는 경우에는 도전 투명 배선의 길이의 30~60%, 상기 도전 금속 배선을 상기 도전 투명 전극 상에 형성하는 경우에는 도전 금속 배선의 길이의 100%인, 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서.
KR1020190030992A 2019-03-19 2019-03-19 메쉬 패턴 전극을 갖는 터치 센서 KR102530306B1 (ko)

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