KR20150019058A - 터치스크린 패널 및 그 제조방법 - Google Patents

터치스크린 패널 및 그 제조방법 Download PDF

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KR20150019058A
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Abstract

본 발명은 터치스크린 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 ITO에 비하여 공급이 원할하고 낮은 면저항을 가지는 금속 박막을 사용하여 메쉬(mesh) 전극을 형성하면서도 형성되는 금속 메쉬(mesh) 전극의 붉은 빛 및 빛의 반사를 완화시켜 시인성 문제를 개선한 터치스크린 패널에 관한 것이다.

Description

터치스크린 패널 및 그 제조방법{Touch screen panel and manufacturing method thereof}
본 발명은 터치스크린 패널 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 금속 메쉬(mesh) 전극을 이용한 터치스크린 패널 및 그 제조방법에 관한 것이다.
터치스크린, 터치패드 등과 같은 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치에 부착되어 사용자에게 직관적인 입력 방법을 제공할 수 있는 입력 장치로서, 최근 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 네비게이션 등과 같은 다양한 전자 기기에 널리 적용되고 있다. 특히 최근 스마트폰에 대한 수요가 증가하면서, 제한된 폼팩터에서 다양한 입력 방법을 제공할 수 있는 접촉 감지 장치로 터치스크린의 채용 비율이 날로 증가하고 있다.
휴대용 기기에 적용되는 터치스크린은 터치 입력을 감지하는 방법에 따라 크게 저항막 방식(Resistive), 정전용량 방식(Capacitive), 적외선 방식(IR) 등으로 구분할 수 있으며, 이 중 정전용량 방식은 상대적으로 수명이 길고 다양한 입력 방법과 제스처를 손쉽게 구현할 수 있는 장점으로 인해 그 적용 비율이 갈수록 높아지고 있다. 특히 정전용량 방식은 저항막 방식에 비해 멀티 터치 인터페이스를 구현하기가 용이하여 스마트폰 등의 기기에 폭넓게 적용된다.
정전용량 방식의 터치스크린은 일정한 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함하며, 디스플레이 장치의 유효 표시 영역에 해당하는 터치스크린의 영역 대부분에 전극이 형성되어야 하며, 터치 입력 감지를 위하여 복수의 전극이 일정한 패턴을 가져야 한다.
종래에 가장 많이 사용되는 정전용량 방식의 터치스크린 패널의 투명 전극은 인듐 주석 산화물(Indium Tin Oxide, 이하 ITO)이다. 그러나, ITO를 사용하는 데 있어서 다음과 같은 단점들이 있다.
첫째, ITO는 제한된 인듐 자원으로 인하여 전 세계적으로 급증하는 수요로 ITO 물질 자체의 원활한 공급이 어려움에 직면하고 있으며, 이로 인한 자원고갈이 곧 예상되고 이의 원재료에 의한 재료비 상승이 예상된다.
둘째, Cu 와 Ni와 같은 금속박막을 사용한 전극의 면저항 (1 ohm/sq 미만)과 비교해서 ITO 의 면저항 (~수백 ohms/sq)이 상대적으로 높아서 전력소비량이 커질 수 있으며, 휴대 기기에서 점점 작은 터치 분해능이 요구됨에 따라 전극 패턴이 미세하여지고 이에 따라 저항이 증가하여 그 사용에 제약요소가 되고 있다.
셋째, ITO의 주된 특징은 전기 전도율과 광학적 투명이 결합되어 있어서, 박막을 두껍게 하면 금속의 전도율이 높아지지만 광학적 투명도는 감소되어, 얇은 박막(<100nm)을 적용하게 되는데, 이러한 얇은 박막에 대한 균일한 패터닝을 위하여 식각하는 방법으로 고가의 레이저(laser) 식각 장치를 사용하였다.
상기의 한계들을 극복하는 터치 스크린을 생산하기 위해서 구리(Cu), 니켈(Ni) 등의 금속 박막을 이용하여 미세 선폭을 갖는 메쉬(mesh) 패턴을 형성함으로써 낮은 면저항을 갖는 투명 전극 제작의 개발이 이어지고 있다. 금속은 본질적으로 불투명하지만 메쉬(mesh) 패턴의 선폭을 광학적으로 눈에 보이지 않을 정도 충분히 좁게 형성한다.
그러나 구리(Cu)의 경우 전기 전도성이 우수하고 경제적인 장점이 있으나, 금속 상태에서 붉은 빛을 띠기 때문에 패턴이 시각적으로 인식되기 쉬운 시인성의 문제점이 있었다.
아래의 특허문헌 1은 구리(Cu) 등의 금속 박막 하부에 은(Ag)으로 구성되는 금속층이 형성된 구조를 개시하고 있다. 그러나 특허문헌 1의 발명은 고가의 은(Ag)을 사용하여 제조 단가가 높고, 은(Ag)의 금속 광택에 의해 여전히 시인성 면에서 한계가 있었다.
한국공개특허 제 2013-0022170 호
본 발명에 따른 일 실시형태의 목적은 ITO에 비하여 공급이 원할하고 낮은 면저항을 가지는 금속 박막을 사용하여 메쉬(mesh) 전극을 형성하면서도 형성되는 금속 메쉬(mesh) 전극의 붉은 빛 및 빛의 반사를 완화시켜 시인성 문제를 개선한 터치스크린 패널 및 그 제조방법을 제공하는 것이다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시형태는,
투명 기판; 상기 투명 기판 상에 형성되는 금속 메쉬(mesh) 전극; 및 상기 금속 메쉬(mesh) 전극의 적어도 일면에 형성되며, 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2) 중 어느 하나 이상을 포함하는 반사 방지층;을 포함하는 터치스크린 패널을 제공한다.
상기 금속 메쉬(mesh) 전극은 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 Al(알루미늄)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상일 수 있다.
상기 금속 메쉬(mesh) 전극은 제1 축 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극; 및 상기 제1 축과 교차하는 제2 축 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극;을 포함할 수 있다.
상기 금속 메쉬(mesh) 전극은 5 내지 20㎛의 폭을 가질 수 있다.
상기 반사 방지층은 1 내지 100nm의 두께로 형성될 수 있다.
상기 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2)는 카본(C)을 0.5 내지 5 중량% 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 실시형태는 투명 기판 상에 금속 박막층을 형성하는 단계; 상기 금속 박막층 상에 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2) 중 어느 하나 이상을 포함하는 반사 방지 박막층을 형성하는 단계; 및 상기 반사 방지 박막층 상에 감광물질(PR)을 도포하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 메쉬(mesh) 형상으로 패터닝하는 단계; 를 포함하는 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다.
상기 투명 기판 상에 금속 박막층을 형성하기 전에, 반사 방지 박막층을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 금속 박막층은 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 Al(알루미늄)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
상기 반사 방지 박막층은 1 내지 100nm의 두께로 형성할 수 있다.
상기 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2)는 카본(C)을 0.5 내지 5 중량% 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태의 터치스크린 패널은 ITO에 비하여 공급이 원할하고 낮은 면저항을 가지는 금속 박막을 사용하여 메쉬(mesh) 전극을 형성하면서도 형성되는 금속 메쉬(mesh) 전극의 붉은 빛 및 빛의 반사를 완화시켜 시인성 문제를 개선할 수 있다.
또한, 시인성 문제를 개선함과 더불어 금속 메쉬(mesh) 전극의 기계적 내구성을 향상시키고, 열팽창 계수를 감소시킴으로써 터치스크린 패널의 신뢰성을 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 터치스크린 패널을 개략적으로 도시한 평면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 메쉬(mesh) 전극을 형성한 터치스크린 패널의 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 메쉬(mesh) 전극을 형성한 터치스크린 패널의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 터치스크린 패널의 금속 메쉬(mesh) 전극을 제조하는 공정을 나타내는 공정 흐름도이다.
이하, 구체적인 실시예 및 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태를 설명한다. 그러나, 본 발명의 실시형태는 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 이하 설명하는 실시형태로 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시형태는 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한, 각 실시예의 도면에 나타나는 동일한 사상의 범위 내의 기능이 동일한 구성요소는 동일한 참조부호를 사용하여 설명한다.
터치스크린 패널
도 1은 본 발명의 일 실시형태에 따른 터치스크린 패널을 개략적으로 도시한 평면도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시형태에 따른 금속 메쉬(mesh) 전극의 일부를 형성한 터치스크린 패널의 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 일 실시형태에 따른 터치스크린 패널(200)은 투명 기판(210) 및 투명 기판(210) 상에 마련되는 금속 메쉬(mesh) 전극(220, 250)을 포함한다. 상기 금속 메쉬(mesh) 전극은 제1 축 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극(220)과 상기 제1 축과 교차하는 제2 축 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극(250)을 포함할 수 있다. 상기 복수의 제1 전극(220)은 X 축 방향으로 연장되어 형성되고, 복수의 제2 전극(250)은 Y 축 방향으로 연장되어 형성될 수 있다.
상기 제1 전극(220)과 제2 전극(250)은 투명 기판의 양면에 마련되거나, 또는 서로 다른 기판에 마련되어 교차될 수 있으며, 투명 기판의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 전극(220)과 제2 전극(250)의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층을 형성할 수 있다.
상기 투명 기판(210)은 금속 메쉬(mesh) 전극(220, 250)이 형성되기 위한 투명한 기판일 수 있으며, PI(Polyimide), PMMA (Polymethylmethacrylate), PET(Polyethyleneterephthalate), PC(Polycarbonate)과 같은 플라스틱 재료, 또는 강화 글라스(tempered glass)로 마련될 수 있다. 또한, 복수의 제1 전극(220) 및 제2 전극(250)이 형성되는 영역 이외에 복수의 제1 전극(220) 및 제2 전극(250)과 연결되는 배선이 마련되는 영역에 대해서는 통상 불투명한 금속 물질로 형성되는 배선을 시각적으로 차폐하기 위한 소정의 인쇄 영역이 기판에 형성될 수 있다.
상기 금속 메쉬(mesh) 전극(220, 250)은 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 Al(알루미늄) 등의 단독 또는 합금으로 이루어질 수 있다.
상기 금속 메쉬(mesh) 전극(220, 250)은 5 내지 20㎛의 선폭을 가질 수 있다. 선폭이 5㎛ 미만일 경우 터치스크린 패널의 불량률이 증가할 수 있고, 20㎛를 초과할 경우 육안으로 인식되는 문제점이 있다. 또한, 상기 복수의 제1 전극(220) 사이의 간격 또는 상기 복수의 제2 전극(250) 사이의 간격은 200㎛ 이상일 수 있다. 간격이 200㎛ 미만일 경우 투과성이 떨어지는 문제가 발생할 수 있다.
도 1에는 도시되지 않았으나 복수의 제1 및 제2 전극(220, 250) 각각은 배선 및 본딩 패드를 통해 기판의 일단에 부착되는 회로 기판의 배선 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 기판에는 컨트롤러 집적회로가 실장되어 복수의 제1 및 제2 전극(220, 250)에서 생성되는 감지 신호를 검출하고, 그로부터 터치 입력을 판단할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 상기 제1 전극(220)과 제2 전극(250)으로 형성되는 금속 메쉬(mesh) 전극의 적어도 일면에는 반사 방지층(도 1 미도시)이 형성될 수 있다. 상기 반사 방지층을 형성함으로써 금속 메쉬(mesh) 전극이 보여지는 시인성 문제를 개선할 수 있다.
보다 구체적으로 설명하기 위해 도 2를 참조하면, 본 일 실시형태에 따른 터치스크린 패널은 투명 기판(210) 상에 서로 소정의 간격을 두고 형성되는 복수의 제1 전극(220)을 구비하며, 상기 제1 전극(220) 상에 형성되는 반사 방지층(230)을 포함한다.
상기 반사 방지층(230)은 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2) 중 어느 하나 이상을 포함한다. 상기 반사 방지층(230)은 금속 특히, 구리(Cu)를 이용하여 메쉬(mesh) 전극을 형성할 경우 구리(Cu)의 붉은 빛으로 인한 시인성 문제를 개선할 수 있다. 또한, 빛의 반사를 줄이기 위한 별도의 광학 처리 없이도 금속 광택도 완화시킬 수 있으며, 금속 메쉬(mesh) 전극의 기계적 내구성 등을 향상시키는 효과가 있다.
상기 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2)는 카본(C)을 0.5 내지 5 중량% 포함할 수 있다. 카본(C)이 0.5 내지 5 중량% 포함될 때 시인성 개선의 효과가 우수하면서 전극을 보호하는 효과가 있다. 카본(C)이 0.5 중량% 미만일 경우 구리(Cu) 특유의 붉은 빛이 없어지지 않을 수 있으며, 5 중량%를 초과할 경우 저항이 증가하고 유연성이 나빠지는 단점이 있다.
상기 반사 방지층(230)은 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 금속 메쉬(mesh) 전극의 적어도 일면에 형성될 수 있다. 도 2는 제1 전극(220)의 상면에 반사 방지층(230)을 형성하는 일 실시형태이며, 도 3은 제1 전극(220)의 상면 및 하면에 모두 반사 방지층(230, 240)을 형성하는 일 실시형태를 도시하였다. 상기 제1 전극(220) 뿐만 아니라 제2 전극(250)도 마찬가지로 상면 및/또는 하면에 반사 방지층을 형성할 수 있다.
상기 반사 방지층은 1 내지 100nm의 두께로 형성될 수 있다. 반사 방지층이 1nm 미만일 경우 금속의 붉은 빛 및 광택으로 인한 시인성 문제의 개선의 효과가 미비할 수 있으며, 100nm를 초과하는 경우 패턴화 공정이 어려워지고 유연성이 나빠지는 단점이 있다.
터치스크린 패널의 제조방법
도 4는 본 발명의 일 실시형태에 따른 터치스크린 패널의 금속 메쉬(mesh) 전극을 제조하는 공정을 나타내는 공정 흐름도이다.
도 4 (a)를 참조하면, 투명 기판(210)의 일면에 금속 박막층(220')을 형성할 수 있다.
상기 금속 박막층(220')은 구리(Cu), 니켈(Ni) 또는 Al(알루미늄) 등의 단독 또는 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속 박막층(220')은 상기 금속을 포함하는 페이스트(paste)를 이용한 스크린 프린팅(screen printing) 기법 또는 스퍼터링(sputtering), 그라비아(gravure), 캐스팅(casting) 기법 등으로 0.05 내지 1 ㎛ 범위 내의 두께로 형성할 수 있다.
도 4(b)를 참조하면, 상기 금속 박막층(220') 상에 반사 방지 박막층(230')을 형성할 수 있다. 상기 반사 방지 박막층(230')은 얇은 박막층으로 증착시키기 위하여 스퍼터링(sputtering) 공정으로 형성될 수 있다.
상기 반사 방지 박막층(230')은 1 내지 100nm의 두께로 형성될 수 있다. 반사 방지 박막층(230')이 1nm 미만일 경우 금속의 붉은 빛 및 광택으로 인한 시인성 문제의 개선의 효과가 미비할 수 있으며, 100nm를 초과하는 경우 패턴화 공정이 어려워지고 유연성이 나빠지는 단점이 있다.
상기 반사 방지 박막층(230')은 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2) 중 어느 하나 이상을 포함한다.
상기 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2)는 카본(C)을 0.5 내지 5 중량% 포함할 수 있다. 카본(C)이 0.5 내지 5 중량% 포함될 때 시인성 개선의 효과가 우수하면서 전극을 보호하는 효과가 있다. 카본(C)이 0.5 중량% 미만일 경우 구리(Cu) 특유의 붉은 빛이 없어지지 않을 수 있으며, 5 중량%를 초과할 경우 저항이 증가하고 유연성이 나빠지는 단점이 있다.
도 4(c)를 참조하면, 상기 반사 방지 박막층(230') 상에 감광 물질(PR : photo resist)(300)를 도포할 수 있다.
도 4(d)를 참조하면, 감광 물질(300) 상에 메쉬 패턴으로 포토마스크(310)를 형성할 수 있다. 포토마스크(310)를 형성한 후, 노광 및 현상하는 단계를 거쳐 도 4(e)와 같이 메쉬 패턴의 감광 물질(300)을 형성할 수 있다.
다음으로, 에칭 용액 등을 사용하여 금속 박막층(220') 및 반사 방지 박막층(230')을 식각하여 패턴을 형성하는 제1 전극(220) 및 반사 방지층(230)을 형성(도 4(f))할 수 있다.
본 발명의 일 실시형태에 따르면, 도 4에 도시된 바와 같이 금속 박막층(220')의 상면 뿐만 아니라, 금속 박막층을 형성하기 전에 반사 방지 박막층을 형성하는 단계를 더 포함하여 금속 박막층의 상면 및 하면에 모두 반사 방지 박막층을 형성하고 포토리소그래피 공정을 수행하여 패턴을 형성할 수 있다.
본 발명은 상술한 실시 형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다.
따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
200 : 터치스크린 패널 220' : 금속 박막층
210 : 투명 기판 230' : 반사 방지 박막층
220 : 제1 전극 300 : 감광 물질(PR)
230, 240 : 반사 방지층 310 : 포토마스크
250 : 제2 전극

Claims (11)

  1. 투명 기판;
    상기 투명 기판 상에 형성되는 금속 메쉬(mesh) 전극; 및
    상기 금속 메쉬(mesh) 전극의 적어도 일면에 형성되며, 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2) 중 어느 하나 이상을 포함하는 반사 방지층;
    을 포함하는 터치스크린 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 금속 메쉬(mesh) 전극은 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 Al(알루미늄)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 금속 메쉬(mesh) 전극은 제1 축 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극; 및
    상기 제1 축과 교차하는 제2 축 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극;을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 금속 메쉬(mesh) 전극은 5 내지 20㎛의 폭을 가지는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 반사 방지층은 1 내지 100nm의 두께로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2)는 카본(C)을 0.5 내지 5 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  7. 투명 기판 상에 금속 박막층을 형성하는 단계;
    상기 금속 박막층 상에 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2) 중 어느 하나 이상을 포함하는 반사 방지 박막층을 형성하는 단계; 및
    상기 반사 방지 박막층 상에 감광 물질(PR)을 도포하고 포토리소그래피 공정을 이용하여 메쉬(mesh) 형상으로 패터닝하는 단계;
    를 포함하는 터치스크린 패널의 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 투명 기판 상에 금속 박막층을 형성하기 전에, 반사 방지 박막층을 형성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 금속 박막층은 구리(Cu), 니켈(Ni) 및 Al(알루미늄)으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 반사 방지 박막층은 1 내지 100nm의 두께로 형성하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
  11. 제7항에 있어서,
    상기 구리(Cu)-카본(C) 및 구리 카바이드(CuC2)는 카본(C)을 0.5 내지 5 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.

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KR20160130601A (ko) * 2015-05-04 2016-11-14 엘지이노텍 주식회사 터치 윈도우
JP2019012508A (ja) * 2017-06-30 2019-01-24 三星ディスプレイ株式會社Samsung Display Co.,Ltd. 入力検知ユニット及びその製造方法並びに表示装置
US10324568B2 (en) 2015-10-22 2019-06-18 Samsung Display Co., Ltd. Touch panel

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