KR20130067183A - 터치 패널 및 그 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 패널 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연 패턴과 제2 전극의 교차 영역을 상온에서 형성 가능한 정전 용량 방식의 터치 패널에 관한 것이다.
본 발명의 일 측면에 따른 터치 패널은, 투명한 절연 기판과, 상기 기판의 제1 면상에 제1 방향의 터치 위치를 감지하도록 제1 방향을 따라서 배열되고 각각 적어도 하나의 교차 영역을 구비한 복수의 제1 전극과, 상기 기판의 제1 면상에 상기 교차 영역의 양측에 섬 형태로 배치된 복수의 제2 전극과, 상기 복수의 제1 전극의 각각의 교차 영역 상에 적층 된 복수의 절연패턴과, 양단이 상기 각각의 교차 영역을 가로질러 교차영역의 양측에 이웃하는 제2 전극과 접촉하도록 상기 절연 패턴의 상부에 적층 된 복수의 연결 전극을 포함하고, 상기 절연 패턴들은 합성수지로 되어 있고, 상기 복수의 연결 전극은 전도성 입자를 포함하고, 인쇄에 의하여 형성된 전도성 막인 것을 특징으로 한다.

Description

터치 패널 및 그 제조 방법{TOUCH PANEL AND METHOD FOR MANUFACTURING THE TOUCH PANEL}

본 발명은 터치 패널 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 절연 패턴과 제2 전극의 교차 영역을 상온에서 형성 가능한 정전 용량 방식의 터치 패널 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

터치 패널은 평면상에 접촉된 위치(좌표)를 감지하기 위한 센서로서, 컴퓨터나 휴대폰과 같은 전자 장치의 사용자 인터페이스로 사용된다. 특히, 투명한 터치 패널은 디스플레이 장치의 전면에 설치되어 사용자 인터페이스로 사용된다.

터치 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식과, 정전 용량 방식이 알려져 있다. 정전 용량 방식의 터치 패널은 사용자의 손가락과 같은 물체가 터치 패널에 접촉할 경우 정전 용량의 변화를 감지하여 접촉된 위치에 대응하는 전기적인 신호를 출력하여 접촉 위치를 감지한다.

종래의 정전 용량 방식의 터치 패널로, X- 축 방향의 접촉 위치를 감지하기 위한 복수의 제1 전극과, Y-축 방향의 접촉 위치를 감지하기 위한 복수의 제2 전극을 서로 다른 평면에 형성한 것이 알려져 있다. 즉, 유리 기판의 양면에 제1 및 제2 전극을 각각 형성하거나, 유리기판의 일면에 제1 전극을 형성하고 합성수지 필름에 제2 전극을 형성하여 결합한 방식의 터치 패널이 있다.

상기와 같은 두 개의 서로 다른 평면에 전극들을 형성한 종래의 터치 패널의 두께가 두꺼워 지고, 손가락과 X-축 방향의 위치 감지용 제1 전극과 Y-축 방향의 위치 감지용 제2 전극 사이의 거리가 기판 두께만큼 차이가 나서 누설 전류량이 다르게 되는 문제점이 있다. 또한, 기판을 사이에 두고 제1 및 제2 전극에 신호를 인가하기 위한 구조가 복잡하다는 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 새로운 구조의 정전 용량 방식 터치 패널이 대한민국 등록특허 제10-898221호에 개시되어 있다. 상기 특허에 개시된 정전 용량 방식 터치 패널은, 기판의 제1면에 X-축 방향의 접촉을 감지하기 위하여 X-축 방향으로 배열된 복수의 제1 전극과, Y-축 방향의 접촉을 감지하기 위하여 Y-축 방향으로 배열된 복수의 제2 전극이 형성되어 있다. 복수의 제1 전극과 제2 전극은 서로 교차하도록 배치되어 있다. 제2 전극의 일부는 제1 전극의 상부를 교차하여 지나가도록 배치되어, 제1 전극과 제2 전극의 교차 영역 사이에는 절연 패턴이 삽입되어 있다. 즉, 제1 전극의 부분 중에서 제2 전극의 교차하는 영역의 상부에는 절연 패턴이 적층 되어 있고, 절연 패턴의 상부에는 제2 전극의 교차하지 않는 부분을 전기적으로 연결하기 위한 연결 전극이 적층 되어 있다. 터치 패널의 제조시에 제1 전극 및 제2 전극의 교차 전극 이외의 부분은 투명한 도전성 물질, 일례로 인듐-틴 옥사이드(Indume Tin Oxide, 이하 ITO 라고 한다)를 유리 기판에 코팅하고 패턴닝하여 형성하며, 절연 패턴은 산화 실리콘(SiO2) 막을 마스크를 이용하여 교차 영역 상에 코팅하여 형성한 후에, 연결 전극을 절연 패턴의 상부에 마스크를 이용하여 코팅하여 형성한다.

한편, 대한민국 공개특허공보 제10-2011-0121892호에는 절연 패턴의 상부에 배치되는 연결 패턴(연결 전극)을 Al, AlNd, Mo, Cu 등과 같은 저항이 낮은 금속막으로 형성한 터치 패널이 개시되어 있다. 이는 연결 패턴의 폭이 좁을 경우 ITO 막으로 형성되는 연결 패턴(연결 전극)의 저항이 높아지는 문제점을 해결하기 위한 것이다.

상기 특허들에 개시된 터치 패널은 제조 공정이 복잡하고, 수율이 낮아서 제조 비용이 높게 되는 문제점이 있다.

절연패턴의 상부에 형성되는 연결 전극(또는 연결 패턴)을 ITO 막으로 형성할 경우, ITO 막이 깨지기 쉬운 물질이라서 제조시 가해지는 열 응력에 의하여 미세한 크랙이 발생하거나 충격에 의하여 깨져서 불량이 자주 발생하여 수율이 낮다.

또한, 절연 패턴의 상부면에 ITO 막이나 금속막을 코팅하여 연결 전극을 형성하기 위하여는 고온 증착 공정이 수반되므로, 절연 패턴을 형성하기 위한 재료로 내열성이 높은 물질을 사용하여야 한다. 실리콘 산화막(SiO2)과 같이 내열성이 높은 물질로 코팅하여 절연 패턴을 형성할 경우 역시 고온 증착 공정이 수반되고, 동시에 실리콘 산화막은 유리 기판과 화학적 성질이 유사하여 화학적인 방법으로 패턴을 형성하기가 어려워 수십 마이크로 미터 두께의 쉐도우 마스크(shadow mask)를 사용하여야 한다. 두께가 얇은 쉐도우 마스크는 제작이 어렵고, 동시에 공정 중에도 다루기가 어려워서 작업성도 나쁘고, 절연 패턴에 불량이 적지 않게 발생하여 제품의 수율이 좋지 않다.

또한, 절연 패턴의 상부에 적층 되는 연결 전극(또는 연결 패턴)을 금속으로 형성할 경우에는, 금속 패턴에 빛이 반사되어 터치 패널이 디스플레이 장치의 전면에 설치된 경우 눈부심 현상을 유발하는 문제점도 있다.

본 발명은 제조 공정이 간단하여 수율이 높고, 제조 원가를 절감할 수 있는 터치 패널 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히 본 발명은 절연 패턴과 연결 전극을 고온 증착 공정이 아닌 저온에서 인쇄 공정에 의하여 형성할 수 있는 구조를 갖는 정전 용량형 터치 패널 및 그 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 일 측면에 따른 터치 패널은, 투명한 절연 기판과, 상기 기판의 제1 면상에 제1 방향의 터치 위치를 감지하도록 제1 방향을 따라서 배열되고 각각 적어도 하나의 교차 영역을 구비한 복수의 제1 전극과, 상기 기판의 제1 면상에 상기 교차 영역의 양측에 섬 형태로 배치된 복수의 제2 전극과, 상기 복수의 제1 전극의 각각의 교차 영역 상에 적층 된 복수의 절연패턴과, 양단이 상기 각각의 교차 영역을 가로질러 교차영역의 양측에 이웃하는 제2 전극과 접촉하도록 상기 절연 패턴의 상부에 적층 된 복수의 연결 전극을 포함하고, 상기 절연 패턴들은 합성수지로 되어 있고, 상기 복수의 연결 전극은 전도성 입자를 포함하고, 인쇄에 의하여 형성된 전도성 막인 것을 특징으로 한다.

본 발명에 있어서, 상기 전도성 입자는, 탄소 나노 튜브, 그래핀, 및 실버 나노 와이어 중에서 선택된 어느 하나의 입자를 포함할 수 있다. 또한, 상기 합성 수지는 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 텔레브탈레이트(PET), 아크릴, 폴리 메틸 메타크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리우레탄(PU) 및 포토 레지스트 중에서 선택된 물질을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면, 연결 전극을 탄소나노튜브와 같이 전도성 입자를 포함하는 전도성 막으로 형성할 경우, 크랙에 강하여 제조 후에 발생하는 결함을 방지하고, 원하는 두께로 코팅하여 적당한 전기적 저항을 부여할 수 있으며, 빛을 반사하지 않기 때문에 금속으로 연결 전극을 형성할 경우 발생하는 빛의 반사현상을 제거할 수 있다. 또한, 상온에서 인쇄에 의하여 연결 전극을 형성할 수 있어서, 증착이나 어닐링과 같은 고온 공정이 필요 없게 되어, 내열성이 낮은 합성수지를 사용하여 간단하게 절연 패턴을 전사 인쇄 등의 방법으로 형성할 수 있게 된다.

본 발명의 다른 측면에 의한 터치 패널 제조 방법은, 투명한 절연 기판의 제1 면에, 제1 방향의 터치 위치를 감지하도록 제1 방향을 따라서 배열된 복수의 제1 전극과, 제 2 방향의 터치 위치를 감지하도록 제2 방향을 따라서 배열되고, 상기 복수의 제1 전극과 교차하지 않는 복수의 제2 전극 부분을 형성하는 제1층 전극 형성단계와, 상기 제1 전극들의 교차 영역들 상에 합성수지로 된 절연 패턴들을 적층 하는 제2층 절연 패턴 형성단계와, 양단이 제2 전극들 각각을 전기적으로 연결하도록 교차 영역을 가로질러 교차 영역의 양측에 이웃하는 제2 전극들과 접촉하도록 상기 절연 패턴들 상에 각각 전도성 입자를 포함하는 전도성 막을 적층 하는 제3층 연결 전극 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 제3층 연결 전극 형성단계는 폴리머 몰드로 전도성 입자를 포함하는 잉크 조성물을 전사 인쇄하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따른 정전 용량형 터치 패널은 절연 패턴을 합성수지로 대체하고, 연결 전극을 인쇄에 의하여 코팅 가능한 전도성 입자를 포함하는 도전성 막으로 형성하여, 연결 전극을 ITO와 같은 전도성 막으로 형성할 경우에 필요한 고온 증착 공정을 제거하여 생산 공정을 단순화하고 수율을 높일 수 있다.

또한, 연결 전극을 탄소 나노 튜브나 그래핀 또는 실버 나노 와이어와 같은 전도성 입자를 포함하는 전도성 막으로 형성할 경우 반사에 의한 눈부심 현상도 제거할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명에 따른 터치 패널의 일 실시예의 개략적 구조를 나타내는 사시도
도 2는 본 발명에 따른 터치 패널의 제조 방법을 나타내는 개략적인 설명도

도 1에는 본 발명에 따른 터치 패널의 일 실시예의 개략적 구조가 도시되어 있다. 도 1에 도시된 터치 패널은 터치 감지를 위한 전극들에 전압을 인가하기 위한 도선 패턴이나, 전극들을 보호하기 위하여 코팅된 보호층이 도시되어 있지 않은 개략적인 도면이다.

본 실시예의 터치 패널(100)은, 유리로 된 투명한 기판(10)을 구비한다. 기판(10)의 상부면에는 X-축 방향의 접촉된 위치를 감지하기 위한 복수의 제1 전극(20)이 X-축 방향을 따라서 배열되어 있다. 도시된 바와 같이, 각각의 제1 전극(20-1, 20-2, 20-3)은 Y-축 방향으로 연장되고, 복수의 사각형의 패턴이 모서리 부분에서 연장된 형태를 하고 있다. 또한, Y-축 방향의 접촉된 위치를 감지하기 위한 복수의 제2 전극(30)은 사각형 형상의 복수의 패턴들(30-1, 30-2)이 섬 형태로 X-축 방향을 따라서 배열되어 있고, 복수의 제1 전극(30)의 교차 영역에서 복수의 연결 전극(40)에 의하여 전기적으로 연결되어 있다. 복수의 연결 전극(40)에 의하여 전기적으로 연결된 각각의 제2 전극(30-1, 30-2)은 Y-축 방향을 따라서 배열되어 있다.

복수의 제1 전극(20)의 모서리 부분에 형성된 교차 영역(C)에 위치하는 제1 전극(20)의 상부에 복수의 절연 패턴(50)이 적층 되어 있다. 절연 패턴들(50-1, 50-2)의 상부에는 연결 전극들(40-1, 40-2)이 적층 되어 Y-축 방향을 따라서 이웃하는 섬 형태의 제2 전극들(30-1, 30-1)을 X-축 방향으로 전기적으로 연결한다.

기판의 상부면에 적층된 복수의 제1 전극(20)과 섬 형태로 분리된 복수의 제2 전극(30)은 기판의 상부에 ITO를 증착하여 코팅하고, 화학적으로 에칭하여 형성한 것이다. 절연 패턴들(50-1, 50-2)은 제1 전극들(20-1, 20-2, 20-3) 교차 영역의 상부에 예를 들면 폴리카보네이트(PC), 폴리에틸렌 텔레브탈레이트(PET), 아크릴 같은 합성수지를 전사 인쇄하여 형성한다. 합성수지는 UV 경화되는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 전사 인쇄는 폴리머 몰드를 사용하여 전사 인쇄하여 형성하는 것이 바람직하나 이에 한정되는 것은 아니다. 또한, 절연 패턴으로 포토 레지스트나 폴리 우레탄을 사용할 수도 있다. 전사 인쇄시 절연 패턴의 두께는 수 마이크로 미터에서 수십 마이크로 미터 범위로 할 수 있다.

연결 전극들(40-1, 40-2)은 전도성 입자를 포함하는 전도성 막을 전연 패턴들(50-1, 50-2)의 상부에 적층 하여 형성한다. 연결 전극들의 양단은 교차 영역의 X-축 방향으로 이웃하는 제2 전극들(30-1, 30-2)과 접촉하도록 형성되어 있다. 연결 전극들(40-1, 40-2)에 의해서 교차 영역의 양측에 섬 형태로 형성된 제2 전극들(30-1)이 전기적으로 통하도록 연결된다. 복수의 섬 형태로 패턴닝 된 제2 전극(30-1)은 연결 전극들(40-1)에 의하여 X-축 방향으로 전기적으로 연결된다. 또한, 제2 전극(30-2)은 연결 전극들(40-2)에 의하여 X-축 방향으로 전기적으로 연결된다. 연결 전극(30-1)과 연결 전극(30-2)은 Y-축 방향으로 배열되어 Y-축 방향의 접촉 위치를 감지한다. 연결 전극들(40-1, 40-2)은 인쇄나, 폴리머 몰드를 이용한 전사에 의하여 형성할 수 있다. 또한, 쉐도우 마스크를 이용하여 형성할 수도 있다.

또한, 전도성 입자로 탄소나노튜브, 그래핀, 나노 실버 와이어 등을 사용할 수 있다. 연결 전극(40)을 전도성 입자를 포함하는 전도성 막으로 형성할 경우, 제조 공정이 간단하고, 적층 두께의 조절이 용이하여 연결 전극들(40-1, 40-2)의 저항을 용이하게 변경시킬 수 있다. 특히 탄소 나노 튜브나 그래핀을 사용하여 연결 전극들(40-1, 40-2)을 형성할 경우, 도전성을 가지면서 동시에 카본의 특성상 빛을 반사하지 않기 때문에 금속으로 연결 전극을 형성할 경우 발생하는 빛의 반사현상을 방지할 수 있다. 또한, ITO로 연결 전극을 형성할 경우에 비하여 크랙에 강한 특성을 지니고 있어서 제작 이후 결함이 발생하는 것을 방지할 수 있다.

또한, 연결 전극을 ITO로 증착하여 형성할 경우에는, 증착 면의 높이 차이로 인하여 균일한 연결 전극 막을 형성하는 것이 어려울 뿐만 아니라, 높은 열처리 온도가 필요하다. 따라서, SiO2와 같이 내열성이 있는 재료로 절연 패턴을 형성하여야 하나, SiO2 와 같은 재료로 절연 층을 형성하기가 어렵고 비용도 많이 들게 된다. 반면에 본 발명에 따른 연결 저항은, 전극형성을 위해 메탈 증착이나 ITO 증착 및 어널링 공정이 필요 없으므로, 폴리머를 사용하여 절연 패턴을 형성할 수가 있어서 제조 공정을 단순화할 수 있다.

도 2에는 본 발명에 따른 터치 패널을 제조하는 공정이 간략하게 도시되어 있다.

먼저, 유리 기판(10)의 상부에 ITO와 같은 전도성 막을 코팅한다(a). 다음으로 ITO 막에 화학적 에칭이나 레이저 가공을 하여 제1 전극(20)과 섬 형상의 제2 전극(30)을 패턴닝 한다(b).

동시에 폴리머 몰드를 제조하기 위하여 기판(110)에 도포된 포토 리지스트(120)를 절연패턴을 전사인쇄하기 위한 형상으로 패턴닝한다(a'). 다음으로 패턴된 포토리지스트(120)의 상부에 폴리머를 붓는다(b'). 다음으로, 경화된 폴리머몰드(130)를 분리한다(c'). 다음으로 폴리머 몰드의 전사면에 절연 패턴(50) 형성을 위한 합성수지(150)를 코팅한다.

합성수지(150)가 코팅된 폴리머 몰드(130)를 제1 전극(20)과 제2 전극(30)의 교차 영역의 상부에 놓고서 가압하여(c), 전사에 의하여 절연 패턴(50)을 형성한다(d). 다음으로 앞의 (a')-(d')과 유사한 공정에 의하여 제작된 폴리머 몰드(230)의 전사면에 코팅된 탄소나노 튜브나 그래핀과 같은 도전성 입자를 포함하는 도전성 막(240)을 절연 패턴(50)의 상부에 놓고서 가압하여 연결 패턴(40)을 전사에 의하여 형성한다(e). 폴리머 몰드(230)를 제거하면, 제1 전극(20)의 교차 영역의 양측에 배치된 제2 전극(30)에 양단이 접촉된 연결 전극(40)을 얻게 된다.

도 2에 도시된 방법으로 터치 패널을 제조할 경우, 절연 패턴 및 연결 전극을 형성하는 공정에 고온 공정이 필요 없으며, 연결 전극을 ITO로 형성하는 공정에 비하여 공정이 단순하다. 특히, 고온 공정이 필요 없으므로, 합성수지로 절연 패턴을 형성할 수 있게 된다. 따라서, SiO2와 같으 내열성 재료로 절연 패턴을 형성하는 경우에 비교하여, 추가적인 쉐도우 마스크를 필요로 하지 않으며, 고온 공정이 필요가 없다는 장점이 있다. 또한, 폴리머 몰드를 제조하는 방법도, 포토리소그래피 공정을 이용하거나, 전기 도금 등을 이용하여 간편하고 저렴하게 제조할 수있기 때문에 SiO2와 같은 내열성을 갖는 재료로 절연 패턴을 형성하는 것보다 저렴하게 절연 패턴을 제조할 수 있다.

10 기판
20 제1 전극
30 제2 전극
40 연결 전극
50 절연 패턴

Claims (7)

1. 투명한 절연 기판과,
   상기 기판의 제1 면상에 제1 방향의 터치 위치를 감지하도록 제1 방향을 따라서 배열되고 각각 적어도 하나의 교차 영역을 구비한 복수의 제1 전극과,
   상기 기판의 제1 면상에 상기 교차 영역의 양측에 섬 형태로 배치된 복수의 제2 전극과,
   상기 복수의 제1 전극의 각각의 교차 영역 상에 적층 된 복수의 절연패턴과,
   양단이 상기 각각의 교차 영역을 가로질러 교차영역의 양측에 이웃하는 제2 전극과 접촉하도록 상기 절연 패턴의 상부에 적층 된 복수의 연결 전극을 포함하고,
   상기 절연 패턴들은 합성수지로 되어 있고,
   상기 복수의 연결 전극은 전도성 입자를 포함하고, 인쇄에 의하여 형성된 전도성막인 것을 특징으로 하는 터치 패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 전도성 입자는 탄소 나노 튜브, 그래핀, 및 실버 나노 와이어 중에서 선택된 어느 하나의 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
3. 제1항에 있어서,
   상기 합성 수지는 PC, PET, 아크릴, PMMA, PP, PU, 및 포토 레지스트 중에서 선택된 물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
4. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 연결 전극은 폴리머 몰드로 전도성 입자를 포함하는 잉크 조성물을 전사 인쇄하여 형성된 것을 특징으로 하는 터치 패널.
5. 투명한 절연 기판의 제1 면에, 제1 방향의 터치 위치를 감지하도록 제1 방향을 따라서 배열된 복수의 제1 전극과, 제 2 방향의 터치 위치를 감지하도록 제2 방향을 따라서 배열되고, 상기 복수의 제1 전극과 교차하지 않는 복수의 제2 전극 부분을 형성하는 제1층 전극 형성단계와,
   상기 제1 전극들의 교차 영역들 상에 합성수지로 된 절연 패턴들을 적층 하는 제2층 절연 패턴 형성단계와,
   양단이 제2 전극들 각각을 전기적으로 연결하도록 교차 영역을 가로질러 교차 영역의 양측에 이웃하는 제2 전극들과 접촉하도록 상기 절연 패턴들 상에 각각 전도성 입자를 포함하는 전도성 막을 적층 하는 제3층 연결 전극 형성단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 제조 방법.
6. 제5항에 있어서,
   상기 전도성 입자는 탄소 나노 튜브, 그래핀, 및 실버 나노 와이어 중에서 선택된 어느 하나의 입자를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 제조 방법.
7. 제5항에 있어서,
   상기 제3층 연결 전극 형성단계는 폴리머 몰드로 전도성 입자를 포함하는 잉크 조성물을 전사 인쇄하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 제조 방법.
   

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