KR20150143090A - 터치패널센서 - Google Patents

Abstract

피대상물의 접촉 위치를 감지하기 위한 터치패널센서는, 투명한 절연기판, 절연기판의 저면에서 피대상물의 접촉을 감지하기 위한 복수개의 전극패턴, 절연기판의 저면 가장자리에 형성되는 외측 데코레이션 및 전극패턴의 단부에 대응하는 위치에서 외측 데코레이션보다 내측으로 배치되며, 디스플레이와 접합 시 디스플레이의 가장자리에 배치되는 블랙매트릭스 영역에 대응하는 내측 데코레이션을 포함하는 윈도우 데코레이션, 및 내측 데코레이션 상부에서 전극패턴의 단부와 외부장치를 전기적으로 연결하기 위한 와이어부재를 포함할 수 있다.

Description

터치패널센서{TOUCH PANEL SENSOR}

본 발명은 피대상물의 접촉 위치를 감지하기 위한 터치패널센서에 관한 것이다.

도 1은 일반적인 정전용량 방식의 터치패널센서의 사시도이며, 도 1을 참조하면, 터치패널센서(1)는 상호 접합되는 하부 절연시트(10) 및 상부 절연시트(20)를 포함하며, 하부 절연시트(10) 및 상부 절연시트(20)에는 각각 하부 ITO전극(30)과 상부 ITO전극(40)이 상호 수직하게 배열되어 있다.

또한, 상부 ITO전극(40)과 연성회로기판(50)의 단자(52)를 전기적으로 연결하는 금속선(48)이 상부 ITO전극(40)의 단부로부터 상부 절연시트(20)의 하부까지 연장되며, 하부 ITO전극(30) 또한 별도의 금속선(38)에 의해서 회로기판(50)과 전기적으로 연결된다.

한편, 금속선(38, 48) 및 회로기판(50)은 빛이 통과하지 않아 투명한 상부 절연시트(20)의 상부에서 육안으로 확인될 수 있어서 투명한 유리나 강화플라스틱을 이용한 강화기판(60)의 저면에 비투광성의 윈도우 데코레이션(65)을 인쇄, 코팅, 및 사진식각, 전사 등의 방법으로 배치한다.

최근에는 터치패널센서의 두께를 줄이고, 그에 따른 터치패널센서의 투명도, 선명도, 및 감도의 증가, 및 재료의 절감을 위해서 통상 PET재질의 상부 절연시트(20)를 배제하고, 최상층에서 커버 윈도우로 사용되는 강화기판(60)에 ITO 전극을 바로 형성하는 방향으로 기술 개발이 이뤄지고 있다.

예를 들면, PET 필름의 상부 절연시트를 없애고, 상부 ITO전극을 커버 윈도우 용도의 글라스에 직접 형성한 후, 투명한 접착층을 두어 하부 ITO전극이 형성된 하부 필름과 접합하여 터치패널센서를 형성하는 방식이 그 중에 하나이며, 이를 업계에서는 글라스(glass)에 1층의 ITO 회로가 있고 하부의 필름(film)에 1층의 ITO 회로가 있으므로 G1F 타입이라 칭한다. 또한, 글라스에 2층의 ITO 전극을 모두 형성하되 교차 영역의 층간에는 절연층을 두는 경우를 G2 타입 혹은 OGS(One glass solution) 이라 약칭한다. 도 1과 같은 타입의 터치패널센서는 글라스와 2장의 필름을 접합하므로 통상 GFF 타입으로 칭한다.

그래서, 필름을 이용한 상부 절연시트(20)를 쓰지 않기 위해서 도 2와 같이 커버 윈도우 용도의 상부 절연시트(20´) 저면에 윈도우 데코레이션(45´)을 배치하고, 그 아래로 상부 ITO전극(40´)을 배치하는 시도도 있었으나, 이는 상부 ITO전극(40´)을 형성하는 과정에서 동반되는 필수적인 열처리 과정에서 윈도우 데코레이션(45´)으로부터 발생하는 기포에 의한 상부 ITO전극(40´)의 훼손이 발생할 수 있다. 또한, 투명한 ITO 소재를 이용한 전극패턴은 대략 약 0.1㎛의 두께로 형성되는 반면, 윈도우 데코레이션은 약 2~3㎛의 두께로 형성된다. 그래서, 상부 ITO전극(40´)이 윈도우 데코레이션(45´)과 상부 ITO전극(40´)이 만나는 경계선 부분(A)에서 굴절이 일어날 수 있다. 상부 ITO전극(40´)의 굴절된 구조는, 터치패널센서에 신체 일부가 접촉되어 미세하게 위아래로 굴절하는 상부 절연시트(20´)의 굽힘 변형 시에, 쉽게 상부 ITO전극(40´)의 파손을 초래할 수 있다. 따라서, 이러한 터치패널센서의 공정은 사실상 제품을 만들기에 적절하지 못하다.

최근에는 도 1 및 도 2에 도시되는 터치패널센서의 두께 문제, ITO전극의 굴절 문제 등을 해결하고자, 출원번호 10-2010-0057279에 터치패널센서가 제안되었다. 상기 출원에 따르면, 최상층에서 사용자에게 터치되는 커버 윈도우 용도의 상부 절연기판(111)에 상부 투명전극 패턴(112)을 윈도우 데코레이션(120)보다 먼저 형성하여 윈도우 데코레이션과 상부 투명전극 패턴의 경계부분에서 굴절이 발생하는 것을 원천적으로 차단하였고, 상부 투명전극패턴과 금속전극 단자(113)의 전기적 연결은 윈도우 데코레이션의 형성된 관통 영역에 배치되는 착색 도전층(140)을 매개로 구현하였다.

하지만, 상기 출원번호 10-2010-0057279의 터치패널센서에서도 아래와 같은 문제가 지적되고 있다.

먼저, 외부에서 관찰할 때 착색 도전층 및 윈도우 데코레이션이 서로 시각적으로 구분되면 디자인적인 차원에서 상품 가치가 떨어질 수 있기 때문에 착색 도전층과 윈도우 데코레이션의 색상을 서로 맞추어 제조해야 하는 것이 바람직하다. 하지만, 착색 도전층에 사용 가능한 도전성 인쇄 물질의 색상이 다양하지 못하고, 실지로 사용되고 있는 도전성 재료의 대부분이 흑색으로 한정되는 문제가 있다.

따라서, 착색 도전층을 접목시킨 터치패널센서에서는 흑색 외에 다양한 컬러로 윈도우 데코레이션을 제작하는 것이 현실적으로 어렵고, 나아가 상술한 터치패널센서가 적용되는 디스플레이에서는 다양한 색상의 베젤(bezel)을 갖는 상품 출시가 어려운 점으로 지적되고 있다.

본 발명은 피대상물의 접촉을 감지하는 ITO 전극의 파손을 줄일 수 있는 터치패널센서를 제공한다.

본 발명은 ITO전극 및 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 금속선 및 연성회로기판이 가시되지 않는 터치패널센서를 제공한다.

본 발명은 다양한 색상의 베젤을 적용할 수 있는 터치패널센서를 제공하며, 특히, 본 발명은 착색 도전층을 접목시킨 터치패널센서에서 기술적으로 개선하기 어려웠던 다양한 색상의 베젤을 갖는 제품의 출시가 가능한 터치패널센서를 제공한다.

본 발명의 예시적인 일 실시예에 따르면, 디스플레이 상에 배치되어 피대상물의 접촉 위치를 감지하기 위한 터치패널센서는, 투명한 절연기판, 절연기판의 저면에서 피대상물의 접촉을 감지하기 위한 복수개의 전극패턴, 절연기판의 저면 가장자리에 형성되는 외측 데코레이션 및 전극패턴의 단부에 대응하는 위치에서 외측 데코레이션보다 내측으로 배치되며, 상기 디스플레이와 접합 시 상기 디스플레이의 가장자리에 배치되는 블랙매트릭스 영역에 대응하는 내측 데코레이션을 포함하는 윈도우 데코레이션, 및 내측 데코레이션 상부에서 전극패턴의 단부와 외부장치를 전기적으로 연결하기 위한 와이어부재를 포함할 수 있다.

절연기판은 실질적으로 피대상물이 직접 터치되는 최상층의 커버 윈도우를 포함할 수 있으며, 커버 윈도우 저면에 전극패턴을 형성하여, 도 1에 도시되는 종래의 터치패널센서의 상부 절연시트를 배제할 수 있고, 이에 터치패널센서의 전체적인 두께 감소 및 선명도 향상을 기대할 수 있다.

또한, 터치패널센서는 손가락과 같은 신체의 일부 혹은 터치 펜(touch pen)과 같은 피대상물의 접촉이나 접근에 의해서 발생하는 정전용량의 변화를 이용하여 접촉 위치를 감지할 수 있는데, 이러한 터치패널센서는 기본적으로 디스플레이에서 제공되는 영상에 대응하여 접촉되는 신체의 좌표를 측정하도록 유기전계발광장치(organic light emitting diode, OLED), 액정표시장치(liquid crystal display device, LCD) 등의 평판 디스플레이 상에 제공될 수 있다.

또한, 앞서 나열한 디스플레이에는 빛 샘 방지 등의 목적으로 베젤 영역에 직사각 프레임 형상의 블랙매트릭스를 통상적으로 제공하는 바, 터치패널센서가 디스플레이와 접합되어 사용된다는 점에 착안하여, 내측 데코레이션을 디스플레이의 블랙매트릭스 영역에 대응하게 형성하고, 동일 내지 유사한 색상으로 형성함으로써, 빛 샘 현상을 부가적으로 방지하면서 동시에 시각적으로 사용자에게 인지된 디스플레이의 블랙매트릭스와 동일하게 노출되므로 시각적인 거부감 없이 외측 데코레이션만으로도 독립적으로 윈도우 데코레이션의 색상을 자유로이 구현할 수 있다.

투명한 절연기판으로는 유리, 사파이어 등과 같은 투명한 세라믹 재료 혹은 빛이 투과하는 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리프로필렌(polypropylene), 아크릴(acryloyl), 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET) 등의 플라스틱과 같은 투명한 합성수지 등을 이용할 수 있다.

전극패턴은 기본적으로 투명한 도전성 물질을 이용할 수 있다. 구체적으로, 투명한 도전성 물질은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(indium zinc oxide), 카본 파이버, 카본 파우더, 금속을 이용한 파우더, 도전성 잉크, 도전성 유기물질, PEDOT(폴리에틸렌디옥시티오펜), AZO(Al-doped zinc oxide), CNT(탄소나노튜브), 그래핀(graphene), 및 카본 파우더(carbon powder) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.

물론, 전극패턴은 불투명한 도전성 물질을 이용할 수도 있다. 예를 들어, ITO 및 IZO보다 작은 저항계수를 갖는 금, 은, 및 알루미늄 등의 다양한 금속이나 합금 등을 사용할 수 있다. 다만, 전극패턴의 재료로 불투명한 도전성 물질을 이용하는 경우에는 디스플레이의 영상을 가리지 않도록 폭이 0 초과 30㎛이하 정도가 되도록 가늘게 제공되어야 한다. 불투명한 도전성 물질을 이용하는 경우 앞서 언급한 폭을 갖는 얇은 라인 형상으로 제공하는 것도 가능하며, 메쉬(mesh) 형상으로 제공하여 외부에서 육안으로 잘 확인되지 않게 할 수 있다. 참고로, 메쉬 형태를 갖지 않는 금속 전극패턴은 적어도 60㎛이하의 폭이 되어야 육안으로 잘 확인이 되지 않으나, 그물망상의 금속 전극패턴은 메쉬 형태를 갖지 않는 금속 전극패턴과 비교할 때 그 폭이 다소 더 커지더라도 육안으로 확인되지 않는다. 이는 서로 얽혀 그물망을 이루는 0.5 내지 1㎛ 정도의 미세한 금속선이 빛을 산란하는 역할을 하기 때문이다.

한편, 절연기판의 일측 가장자리에는 전극패턴의 단부와 전기적으로 연결되는 와이어부재가 배치되는데, 일반적으로 실버페이스트를 이용하여 제공되는 금속성 와이어부재는 비투광성으로 외부에서 가시될 수 있다.

따라서, 절연기판의 둘레 영역에 액자 프레임 형상으로 윈도우 데코레이션을 배치하고, 와이어부재를 윈도우 데코레이션 아래로 배치할 수 있다.

또한, 윈도우 데코레이션은 절연기판 저면에 전극패턴을 먼저 제공하고 나서 제공되며, 이를 통해서 윈도우 데코레이션의 경계 부분에서 전극패턴이 굴절되는 것을 방지할 수 있다. 참고로, 전극패턴을 형성하기 전에 투명한 절연기판의 저면에 윈도우 데코레이션 또는 절연기판 저면 전체에 대응하는 프라이머층을 더 제공할 수 있는데, 당연히 프라이머층은 프라이머층의 경계에서 전극패턴의 굴절이 생기지 않도록 상당히 얇게 제공되며, 구제적으로 보통 ITO 소재를 이용한 전극패턴은 대략 약 0.1㎛의 두께로 형성되는 바, 프라이머층은 나노 수준의 매우 얇은 층으로 제공될 수 있다.

프라이머층은 윈도우 데코레이션을 절연기판에 잘 밀착시키는 역할을 할 수 있고, 투광성을 갖는 재질이면 무난하되, 이산화규소(silicon dioxide), 이산화타이타늄(titanium dioxide), 또는 코발트(cobalt) 등을 포함시킬 수 있다. 이들 재질은 투명하면서도 푸른빛이 돌아 터치패널센서를 보다 고급스럽게 표현할 수 있다.

윈도우 데코레이션은 기본적으로 눈에 보일 수 있는 터치패널센서의 구성요소를 가리기 위해서 제공될 수 있다. 이러한 기본적인 기능에 충실한 범위 내에서 윈도우 데코레이션은 액자 혹은 일정 폭을 갖는 라인 또는 다각 형으로 디자인될 수 있다.

구체적으로, 외측 데코레이션은 절연기판의 저면 가장자리를 따라서 연속적 혹은 불연속적인 라인이나 다각 형 또는 박스 등의 다양한 형상으로 제공될 수 있다. 그리고, 내측 데코레이션은 전극패턴의 단부에 대응하도록 절연기판의 저면에 형성될 수도 있고, 일부는 외측 데코레이션 저면에 겹쳐질 수도 있다.

한편, 전극패턴은 증착이나 사진식각 등의 이미 널리 알려진 공정을 통해서 형성되는데, 전도도 향상을 위하여 열처리 단계를 더 거칠 수 있다. 본 발명에 따르면 윈도우 데코레이션은 전극패턴의 제공 후에 그 단부 일부를 덮도록 절연기판 가장자리에 제공되기 때문에 상기 열처리 과정에 의해서 윈도우 데코레이션으로부터 발생하는 기포에 의한 전극패턴의 훼손을 방지할 수 있다.

또한, 외측 데코레이션 및 내측 데코레이션은 인쇄나 코팅 등의 방법을 통해서 각각 형성될 수 있다.

본 명세서에서 외부장치라 함은, 전극패턴의 정전용량 변화와 같은 전기적인 신호를 수신하고, 이를 근거로 피대상물의 접촉 위치를 감지하거나 계산할 수 있는 중앙처리장치(central processing unit) 혹은 제어장치를 포함하는 개념으로 사용될 수 있다.

와이어부재는 내측 데코레이션 상부에서 전극패턴의 단부와 전기적으로 연결됨으로써, 전극패턴의 단부와 외부장치를 전기적으로 연결할 수 있다.

일 예를 들어, 내측 데코레이션을 사이에 두고 상하로 배치되는 와이어부재 및 전극패턴의 단부가 통전되도록 내측 데코레이션의 저항이 상대적으로 외측 데코레이션보다 작게 형성될 수 있다.

이때, 내측 데코레이션은 기본적으로 면 방향으로의 통전을 제한하여 서로 인접한 전극패턴 간의 전기적 연결은 방지될 수 있으며, 수직한 방향으로는 통전이 가능한 저항계수를 가질 수 있다.

다른 예를 들면, 내측 데코레이션이 일부가 통전 가능하게 내측 데코레이션에 전극패턴의 단부 일부를 노출시키는 관통영역을 형성하고, 관통영역에서 빛을 차단하는 착색 도전층을 매개로 와이어부재는 전극패턴의 단부와 외부장치를 전기적으로 연결시킬 수 있다. 물론, 착색 도전층을 굳이 사용하지 않더라도 통전을 위한 부분 일부가 도전성을 갖는 내측 데코레이션의 제작도 가능할 것이다.

착색 도전층은 도전물질 및 착색물질을 혼합하여 제공할 수 있고, 도전물질로는 섬유형태의 카본 파이버, 분말형태의 금속을 이용한 파우더 혹은 액상의 도전성 잉크, PEDOT(폴리에틸렌디옥시티오펜)와 같은 도전성 유기물질(electrically conductive organic material), ITO, IZO, CNT, AZO(Al-doped zinc oxide) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 착색물질로는 착색을 위한 잉크를 사용할 수 있다.

상술한 착색 도전층은 도포, 인쇄, 실크스크린, 잉크젯, 패드인쇄, 마스킹 또는 증착 방법 등의 다양한 방법을 이용하여 관통영역에 형성될 수 있다.

한편, 절연기판의 외부에서 관찰할 때 디스플레이의 외곽 블랙매트릭스와 유사한 모양과 색상을 가지고 착색 도전층 및 내측 데코레이션의 여타 부분이 서로 시각적으로 구분되지 않도록 색상을 맞추는 것이 바람직하다.

다만, 상품성을 위하여 다양한 디자인을 제공해야 하는 경우 디스플레이 외곽 블랙매트릭스의 색상과 다르게 내측 데코레이션 및 착색도전층의 색상을 상이하게 제공할 수도 있다.

본 발명의 터치패널센서는 절연기판의 저면에 전극패턴을 먼저 형성하고, 윈도우 데코레이션을 형성하므로 윈도우 데코레이션 경계부분에서 전극패턴의 굴절과 파손을 방지할 뿐만 아니라, 전극 패턴을 열처리한 후에 윈도우 데코레이션을 수행하므로 데코레이션에서 발생하게 되는 기포로 인한 전극패턴 불량을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명의 터치패널센서에서는 절연기판에 형성된 전극패턴 단부와 와이어부재를 전기적으로 연결하는 착색 도전층을 제공하여 터치패널센서의 동작을 보장한다.

특히, 본 발명은 전극패턴과의 통전 기능을 수행하는 동시에 디스플레이의 외곽 블랙매트릭스와 동질감을 부여한 내측 데코레이션을 제공함으로써, 분할된 외측 데코레이션을 독립적으로 사용하여 다양한 색상으로 표현할 수 있으므로 기존의 착색 도전층의 색깔의 한계를 탈피하여 완성도 높은 컬러 윈도우 데코레이션을 제조할 수 있다.

도 1은 종래의 정전용량 방식의 터치패널센서를 설명하기 위한 분해 사시도이다.
도 2는 상부 투명전극 패턴에 굴곡이 생기는 경우 발생할 수 있는 문제점을 설명하기 위한 참고도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서 및 디스플레이의 접합 과정을 도시한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서의 분해 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서 중 상부시트의 배면 사시도이다.
도 6은 도 5의 상부시트를 A-A 방향으로 절단한 확대 단면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치패널센서 중 상부시트의 배면 사시도이다.
도 8은 도 7의 상부시트를 B-B 방향으로 절단한 확대 단면도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치패널센서의 정면도들이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예들에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

이하의 실시예들은 당업자들에게 G1F 타입으로 지칭되는 방식의 터치패널센서 구성에 따르는 것으로서, G1F와 달리 절연기판에 1층의 전극패턴으로만 구성되는 G1 타입의 터치패널센서 혹은 2층의 전극패턴과 중간의 절연층으로 구성되는 G2 타입의 터치패널센서에도 커버 윈도우 즉, 최상부에 배치되는 기판에 전극패턴을 형성하고, 그 밑에 윈도우 데코레이션을 두는 본 발명의 개념을 적용하여 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서 및 디스플레이의 접합 과정을 도시한 도면이다. 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서의 분해 사시도이며, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널센서 중 상부시트의 배면 사시도이고, 도 6은 도 5의 상부시트를 A-A 방향으로 절단한 확대 단면도이다.

먼저, 도 3을 참조하면, 디스플레이(70) 위에 접합되는 터치패널센서(100)의 윈도우 데코레이션(120)은 내측 및 외측 데코레이션(122, 124)을 포함한다.

공개번호 10-2006-0082313에 개시되는 액정표시장치의 외곽 블랙매트릭스와 같이, 통상적인 디스플레이(70)에는 빛 샘 방지 등의 목적으로 베젤 영역에 직사각 프레임 형상의 외곽 블랙매트릭스(75)가 제공되는데, 본 실시예의 내측 데코레이션(122)은 디스플레이(70)의 블랙매트릭스(75) 영역에 대응하게 형성되어 디스플레이(70)와 터치패널센서(100)의 접합 시 시각적으로 사용자에게 인지된 디스플레이(70)의 블랙매트릭스(75)와 동일하게 노출되므로 거부감 없다. 반면, 분할된 외측 데코레이션(124)을 독립적으로 사용하여 다양한 색상을 표현할 수 있다. 참고로, 블랙매트릭스라 함은, 반드시 검정색을 의미하는 것은 아니며, 빛 샘 방지를 위한 블랙매트릭스의 기능을 벗어나지 않는 수준에서 다른 색상으로 제공될 수 있고, 이런 측면에서 본 실시예의 내측 데코레이션도 반드시 검정색으로 제공될 필요는 없다.

도 4 내지 도 6을 참조하면, 터치패널센서(100)는 상부시트(110), 하부시트(130), 및 광학접착층(150)을 포함한다.

상부시트(110)는 상부 절연기판(111) 및 상부 전극패턴(112)을 포함하며, 하부시트(130)는 하부 절연기판(131) 및 하부 전극패턴(132)을 포함한다.

상부 절연기판(111)은 높은 표면 강도를 갖는 유리, 사파이어와 같은 세라믹이나 플라스틱 재질을 이용하여 제조될 수 있으며, 마찬가지로 하부시트(130)에서 상부 전극패턴(112)과의 상호 작용을 하는 하부 전극패턴(132)이 배치되는 하부 절연기판(131) 역시 상부 절연기판(111)과 동일한 재질로 제조될 수 있다.

상부 전극패턴(112)은 투광성과 도전성을 갖춘 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide), ATO(Al-doped Tin Oxide), AZO(Al-doped Zinc Oxide), 탄소나노튜브(CNT) 등으로 제공될 수 있다. 상부 전극패턴(112)은 외부에서 가시되지 않아서 터치패널센서의 하부에 배치되는 유기전계발광장치(organic light emitting diode), 액정표시장치(liquid crystal display device), 및 플라즈마 디스플레이 패널(plasma display panel)과 같은 디스플레이의 영상을 가리지 않는다.

경우에 따라서, 상부 전극패턴(112)은 불투명한 도전성 물질로 제공될 수도 있다. 예를 들어, ITO 및 IZO보다 작은 저항계수를 갖는 금, 은, 알루미늄 등의 다양한 금속이나 이들의 합금 등으로 제공될 수 있다. 다만, 전극패턴의 재료로 불투명한 도전성 물질을 이용하는 경우에는 그 폭을 0 초과 30㎛이하로 하여 육안으로 잘 확인되지 않게 하며, 최근에는 나노 임프린팅 고정 등을 통해서 전극패턴의 굵기를 수nm까지 얇게 하는 것이 가능하다.

투명하거나 불투명한 재질 중 어느 것을 택하던 상부 전극패턴(112)은 기본적으로 윈도우 데코레이션(120)보다 선행 형성되기 때문에 서로 만나는 지점에서 굴절이 발생하는 원인 자체가 차단되며, 윈도우 데코레이션을 먼저 형성하고 전극패턴을 형성하는 경우, 전극패턴의 전도도 향상을 위한 200~300℃의 열처리 과정에서 윈도우 데코레이션으로부터 발생하는 기포로 인한 전극패턴의 단락과 그에 따른 전도도 저하를 방지할 수 있다.

참고로, 신체 접근을 감지하기 위한 전극패턴의 구조는 공개번호 10-2011-0092814, 10-2010-0134849, 및 10-2011-0095684 등의 터치패널센서에 이미 개시된 구조를 두루 적용할 수 있고, 구체적으로 상기 공개된 특허들처럼, 2장의 절연필름에 각각 전극패턴을 배치하고, 이를 접합하여 제공되는 터치패널센서, 혹은 1장의 절연필름의 상면과 저면에 전극패턴을 배치하는 터치패널센서, 1장의 절연필름 일면에 전극패턴을 제공하는 터치패널센서 등의 전극패턴 구조를 모두 적용할 수 있다.

또한, 상부시트(110) 및 하부시트(130) 사이에는 광학접착층(150)이 제공되며, 비도전성의 광학접착층(150)은 상기 2개의 시트를 접합하면서 상부 전극패턴(112) 및 하부 전극패턴(132)을 전기적으로 분리할 수 있다. 광학접착층(150)은 광학접착필름 또는 OCA(Optically Clear Adhesive)필름을 이용할 수 있고, 상기 2개의 시트를 접합한 후 경화하는 액체를 이용할 수도 있다.

한편, 도 5를 기준으로 상부 절연기판(111)의 상부 가장자리에는 상부 전극패턴(112)의 단부와 전기적으로 연결되는 상부 와이어부재(115)가 배치된다. 상부 와이어부재(115)는 상부 절연기판(111)의 둘레 영역에 액자 프레임 형상으로 제공되는 윈도우 데코레이션(120)에 의해서 가려질 수 있다.

또한, 상부 절연기판(111) 저면에 상부 전극패턴(112)이 윈도우 데코레이션(120)보다 선행되어 인쇄나 패터닝 등의 방법으로 제공됨으로써, 윈도우 데코레이션(120) 경계에서 상부 전극패턴(112)이 굴절되는 것이 방지된다.

윈도우 데코레이션(120)은 기본적으로 상부 와이어부재(115)나 연성회로기판(160)과 같이 불투명한 터치패널센서(100)의 구성요소를 상부 절연기판(111) 상부에서 차폐하도록 제공되며, 기본적인 기능에 충실한 범위 내에서 윈도우 데코레이션(구체적으로, 외측 데코레이션 및 내측 데코레이션)은 버튼, 아이콘, 로고 등을 포함하여 액자 혹은 일정 폭을 갖는 라인 또는 다각 형으로 다양하게 디자인될 수 있다.

본 실시예에서 외측 데코레이션(124) 및 내측 데코레이션(122)은 액자 형상으로 제공되며, 내측 데코레이션(122)은 외측 데코레이션(124)과 겹쳐지는 영역을 형성하지 않도록 외측 데코레이션(124)의 내측에 제공된다.

내측 데코레이션(122)은 기본적으로 상부 전극패턴(112)의 단부와 상부 와이어부재(115)가 상호 통전되도록 카본 파우더를 포함하고, 대부분의 도전성 재료가 그러하듯 카본 파우더 역시 흑색을 가진다. 따라서, 도전성과 무관한 외측 데코레이션(124)은 다양한 색으로 제공할 수 있다.

한편, 내측 데코레이션(122)은 상부 절연기판(111)의 상부에서 관찰할 때 터치패널센서와 접합하여 사용되는 디스플레이의 외곽 블랙매트릭스와 일치하는 폭의 모양과 색상을 가지도록 맞추는 것이 바람직하다.

다만, 상품성을 위하여 다양한 디자인을 제공해야 하는 경우 디스플레이 외곽의 블랙매트릭스와 색상과 다르게 내측 데코레이션(111)의 색상을 검정색과 상이하게 제공할 수도 있다.

외측 데코레이션(124)은 기본적으로 고저항 내지 비도전성으로 제공되어 그 면상에 놓이는 상부 와이어부재(115)들 간의 통전을 방지한다. 또한, 본 실시예에서는 외측 데코레이션(124)과 상부 전극패턴(112)이 서로 겹쳐지지 않으나, 상부 전극패턴들이 외측 데코레이션과 겹쳐지더라도 비도전성인 외측 데코레이션은 상부 전극패턴들 간의 통전을 방지할 수 있다.

그리고, 내측 데코레이션(122)을 예를 들어 블랙으로 표현하기 위해서 카본 파우더 및 비도전성 블랙 잉크를 혼합하여 제공할 수 있으며, 실크스크린, 그라비아 인쇄 등 다양한 방법으로 약 2~3㎛의 두께로 형성할 수 있다. 상술한 내측 데코레이션을 카본 파우더, 카본, ATO, ITO, PEDOT, 메탈 분말, 카본 파이버, 나노실버 등 다양한 도전성 물질과 같은 도전성 물질과 블랙 잉크와 같은 비도전성 잉크를 혼합하여 제공할 수 있고, 도전성 물질과 비도전성 잉크 간의 조성을 이용하여 전체 저항을 조절할 수 있을 것이다.

따라서, 내측 데코레이션(122)을 사이에 두고 상하로 배치되는 상부 와이어부재(115)와 상부 전극패턴(112)의 단부가 배타적으로 신호를 주고 받을 수(communicate) 있다. 즉, 내측 데코레이션은 일부나 전부가 도전성을 가질 수 있지만, 특히, 앞서 언급한 경우처럼 카본 파우더를 포함하여 내측 데코레이션 전부가 도전성을 가지더라도, 내측 데코레이션(122)을 상부 전극패턴(112)보다 상대적으로 높은 저항을 갖도록 하여 내측 데코레이션(122)에 단부가 걸쳐지는 상부 전극패턴(112)들이 상호 통전되지 않도록 면 방향 통전을 방지한다.

구체적으로, 카본 파우더가 약 25%, 바람직하게는 약 20% 이하로 혼합된 도전성 도료로 형성한 내측 데코레이션(122)은 상대적으로 상부 전극패턴(112)보다 높은 저항을 가져, 면 방향 통전은 제한되나, 상하로 인접하게 배치되는 상부 와이어부재(115) 및 상부 전극패턴(112) 단부 간의 저항은 낮아 통전은 허용할 수 있다.

도 6을 기준으로, 중앙에 배치된 상부 와이어부재(115)는 내측 데코레이션(122)을 사이에 두고 그 바로 아래에 배치되어 약 2~3㎛ 박막으로 이격된 상부 전극패턴(112b)과 상부 와이어부재(115) 간에는 저항이 낮아 통전되어 배타적인 통신을 할 수 있지만, 그 주변으로 200㎛ 이상 떨어진 다른 상부 전극패턴(112a, 112c)과는 저항이 높아 신호를 정상적으로 주고 받을 수가 없다. 참고로, 본 실시예에서 언급되는 카본 파우더 혹은 잉크 등의 비율은 중량%를 의미할 수 있다.

일 예로, 상기 비율의 카본 파우더와 절연성 블랙 잉크 성분를 혼합한 도전성 도료의 비저항은 대략 1000Ωcm으로 금속 전도성 재료와 비교할 때 매우 높게 형성될 수 있다. 도전성 잉크의 고저항에도 불구하고 수 마이크로미터 예를 들어 약 4㎛ 두께의 박막인 경우 상하 대응하는 방향의 저항은 약 40Ω 정도로 터치센서의 투명전극보다 낮다고 할 수 있다.

다만, 동일한 고저항 도전성 잉크를 상하 대응 위치가 아닌 측면으로 이웃하여 약 1cm 정도 떨어진 곳과의 저항이 상당히 커지게 된다. 예를 들어, 내측 데코레이션을 약 4㎛ 두께로 형성되고, 이웃 전극 간의 거리가 1cm 떨어져 있다고 하면 그 사이 위치 간의 저항은 약 2.5MΩ으로, 상기 상하 대응 위치 간의 저항인 약 40Ω에 비해 6만 배 이상의 큰 저항 값이 나온다.

실제로, 카본 파우더를 20% 첨가한 도전성 도료를 이용하여 형성된 내측 데코레이션(122) 및 상부 와이어부재(115), 상부 전극패턴(112b) 간의 구조에서, 상하로 인접하게 배치되는 상부 와이어부재(115) 및 상부 전극패턴(112b) 사이의 저항은 약 10~1000Ω 정도로 측정된 반면, 좌우 즉, 측면으로 인접한 상부 와이어부재(170)와 주변의 상부 전극패턴(112a, 112c) 간의 저항은 약 10MΩ 이상이 측정될 수 있다.

이렇게 상부 와이어부재(115)와 상부 전극패턴(112)은 도전성 내측 데코레이션(122)을 통해서 상호 전기적으로 연결될 수 있다. 참고로, 하부 와이어부재(135)는 직접 하부 전극패턴(132)과 전기적으로 연결될 수 있다.

본 실시예에서 상부 전극패턴(112)은 단일 라인 형상으로 형성되어 있지만, 경우에 따라서는 복수개의 직선, 곡선, 웨이브 형상의 라인이 서로 평행하게 형성되면서 하나의 그룹을 형성하고, 그룹화된 평행 라인의 양단 중 하나가 전기적으로 연결되어 제공될 수도 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치패널센서 중 상부시트의 배면 사시도이며, 도 8은 도 7의 상부시트를 B-B 방향으로 절단한 확대 단면도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 터치패널센서(200)는 상부시트(210), 하부시트(230), 및 광학접착층(250)을 포함한다.

상부시트(210)는 상부 절연기판(211) 및 상부 전극패턴(212)을 포함하며, 하부시트(230)는 하부 절연기판(231) 및 하부 전극패턴(232)을 포함한다.

본 실시예에서도 상부 절연기판(211)의 저면에 상부 전극패턴(212)을 형성하고, 윈도우 데코레이션(220)을 형성한다. 윈도우 데코레이션(220)은 외측 데코레이션(224) 및 내측 데코레이션(222)을 포함한다.

내측 데코레이션(222)에는 상부 전극패턴(212)의 단부가 각각 배치되는 관통영역(226)이 형성되며, 관통영역(226)에 디스플레이의 외곽 블랙매트릭스 색상과 일치하는 착색 도전층(240)을 배치함으로써, 관통영역(226)을 통해서 터치패널센서(200)의 저면이 가시되는 것을 방지할 수 있다.

관통영역(226)은 본 실시예처럼 상부 전극패턴(212)의 단부를 노출시키는 닫힌 홀 형상으로 제공될 수 있고, 경우에 따라서 관통영역은 윈도우 데코레이션과 상부 전극패턴이 만나는 경계부터 상부 전극패턴의 단부까지 연장되는 U자 형태의 절개된 패턴으로 제공될 수도 있다.

착색 도전층(240)에는 상부 전극패턴(212)의 단부가 놓일 수 있으며, 비도전성의 내측 데코레이션(222)을 사이에 두고 배치되는 상부 전극패턴(212)과 연성회로기판을 전기적으로 연결하는 상부 와이어부재(215)가 착색 도전층(240)을 매개로 전기적으로 연결된다.

착색 도전층(240)은 도전물질 및 착색물질로서 비도전성 착색 잉크를 포함할 수 있고, 착색 도전층의 도전물질로는 섬유 상의 카본 파이버가 있으며, 분말형태의 금속을 이용한 파우더 혹은 액상의 도전성 잉크, PEDOT(폴리에틸렌디옥시티오펜)와 같은 도전성 유기물질(electrically conductive organic material), ITO, IZO, CNT, AZO(Al-doped zinc oxide) 중 적어도 어느 하나를 이용할 수 있다. 착색물질로는 착색을 위한 잉크를 사용할 수 있다. 한편, 도전물질은 액상으로도 가능하지만, 분말로 제공되어 액상의 착색물질과 혼합하여 사용될 수 있다.

또한, 도전성 유기물질 중 하나인 PEDOT, ITO, IZO, AZO 중 적어도 어느 하나를 포함하는 투명한 도전물질들은 착색물질에 의한 색을 발색할 수 있으며, 상기한 투명한 재질의 도전성 물질들은 분말 혹은 잉크와 같은 액상으로 제공되어 액상의 비도전성 착색물질과 혼합되어 사용될 수 있다.

또한, 착색 도전층은 도전물질, 착색물질 및 열 경화제 혹은 자외선 경화제와 같은 점착제와 혼합하여 도포, 인쇄, 실크스크린, 잉크젯, 패드인쇄, 마스킹 또는 증착 방법 등의 다양한 방법을 이용하여 형성될 수 있다.

한편, 윈도우 데코레이션은 가시되면 곤란한 내부의 구성요소를 가리는 용도 외에도, 외부에서 사용자에게 가시되는 부분으로서 상품성을 위하여 다양한 디자인을 제공할 수 있는 용도로도 사용 가능하다.

본 실시예에서는 내측 데코레이션(222)은 검은색을 가질 수 있으며, 상부 전극패턴(212)의 단부가 각각 배치되는 관통영역(226)에 배치되는 착색 도전층(240)이 내측 데코레이션(222)과 동일 혹은 유사한 검은색을 가질 경우, 디스플레이의 외곽 블랙매트릭스의 색상과 모양이 일치하여 기존의 디스플레이의 외곽 블랙매트릭스와 동질감을 가지고 시인된다.

반면에, 외측 데코레이션(224)은 독립적으로 활용하여 다양한 컬러 데코레이션이 가능한 터치패널센서로서 상품 가치를 향상시킬 수 있다.

도 9 및 도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치패널센서의 정면도들이다.

도 9 및 도 10에 도시된 터치패널센서는 앞선 실시예에 따른 터치패널센서와 사실상 동일하며, 이에, 본 실시예에 따른 터치패널센서에 대한 설명은 앞선 실시예를 참조할 수 있으며, 본 실시예에서는 앞선 실시예와 차이가 부분을 중심으로 설명한다.

먼저, 도 9를 참고하면, 본 실시예에 따른 터치패널센서의 윈도우 데코레이션(320)은 외측 데코레이션(324) 및 내측 데코레이션(322)을 포함한다.

외측 데코레이션(324)은 액자 형상으로 제공되며, 내측 데코레이션(322)은 외측 데코레이션(324) 안쪽에서 박스 형상이나 얇은 폭의 라인 형상으로 제공된다.

특히, 내측 데코레이션(322)은 상부 전극패턴(312)과 상부 와이어부재(315)가 만나는 영역, 도면상으로는 아래쪽에, 박스 형상이나 얇은 폭의 라인 형상으로 제공된다.

내측 데코레이션(322)을 사이에 두고 배치되는 상부 전극패턴(312)과 상부 와이어부재(315)는 앞선 실시예들에서 언급되는 배타적 연결방법 또는 착색 도전층을 매개로 하는 연결방법을 통해서 상호 전기적으로 연결될 수 있다.

또한, 도 10에 도시되는 바와 같이, 외측 데코레이션(324)이 박스 형상으로 상부 전극패턴(312)이 배치되는 터치영역 상하로 배치될 수도 있다.

한편, 내측 데코레이션(322)은 외측 데코레이션(324) 내측으로 제공되되, 터치영역을 연속적으로 둘러싸는 윈도우 형상으로 제공된다. 본 실시예에서도 내측 데코레이션(322) 영역에서 상부 전극패턴(312)과 상부 와이어부재(315)가 상하로 대응하게 배치될 수 있으며, 내측 데코레이션(322)을 사이에 두고 배치되는 상부 전극패턴(312)과 상부 와이어부재(315)는 앞선 실시예들에서 언급되는 배타적 연결방법 또는 착색 도전층을 매개로 하는 연결방법을 통해서 상호 전기적으로 연결될 수 있다.

도 9 및 도 10과 같이 내측 데코레이션이 어떠한 형상을 갖던, 배타적 연결이나 착색 도전층을 매개로 연결되던 지와 무관하게 내측 데코레이션은 통전을 위한 도전성 물질을 포함하고, 착색 도전층과 색을 일치시켜야 하는 경우, 외측 데코레이션과 비교할 때, 암색 계통으로 제공되는 것이 유리하다. 따라서, 내측 데코레이션은 비록 암색 계통으로 제공되지만, 반면에 외측 데코레이션은 도전성 물질이 전혀 내포되지 않을 수 있고, 착색 도전층이 배치되는 영역도 아니기 때문에 자유롭게 다양한 색을 적용할 수 있고, 이를 통해서 종래에 단일 혹은 암색으로 한정되던 단조로운 제품으로부터 차별화될 수 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

70：디스플레이 75：외곽 블랙매트릭스
100, 200：터치패널센서 110, 210：상부시트
111, 211：상부 절연기판 112, 212, 312：상부 전극패턴
115, 315：상부 와이어부재 120, 220, 320：윈도우 데코레이션
122, 222, 322：내측 데코레이션 124, 224, 324：외측 데코레이션
130：하부시트 131：하부 절연기판
132, 232：하부 전극패턴 135：하부 와이어부재
150：광학접착층 160：연성회로기판
162： 연성회로기판의 단자 226：관통영역
240：착색 도전층

Claims (13)

1. 디스플레이 상에 배치되어 피대상물의 접촉 위치를 감지하기 위한 터치패널센서에 있어서,
   투명한 절연기판;
   상기 절연기판의 저면에서 피대상물의 접촉을 감지하기 위한 복수개의 전극패턴;
   상기 절연기판의 저면 가장자리에 형성되는 외측 데코레이션 및 상기 전극패턴의 단부에 대응하는 위치에서 상기 외측 데코레이션보다 내측으로 배치되며, 상기 디스플레이와 접합 시 상기 디스플레이의 가장자리에 배치되는 블랙매트릭스 영역에 대응하는 내측 데코레이션을 포함하는 윈도우 데코레이션; 및
   상기 내측 데코레이션 상부에서 상기 전극패턴의 단부와 외부장치를 전기적으로 연결하기 위한 와이어부재;
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 절연기판은 피대상물이 직접 터치되는 최상층의 커버 윈도우를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 내측 데코레이션은 상기 블랙매트릭스와 동일한 색을 갖는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
4. 제1항에 있어서,
   상기 내측 데코레이션이 일부 혹은 전부가 도전성이 있는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
5. 제1항에 있어서,
   상기 내측 데코레이션에는 상기 전극패턴의 단부 일부를 노출시키는 관통영역이 형성되며,
   상기 관통영역에서 빛을 차단하는 착색 도전층을 더 포함하여 상기 착색 도전층을 매개로 상기 와이어부재는 상기 전극패턴의 단부와 상기 외부장치를 전기적으로 연결하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
6. 제1항에 있어서,
   상기 내측 데코레이션의 상하방향 저항이 면방향 저항보다 낮아, 내측 데코레이션을 사이에 두고 상하로 배치되는 상기 와이어부재 및 상기 전극패턴의 단부가 형성하는 저항이 좌우로 떨어져 이웃한 다른 상기 와이어부재 또는 상기 전극패턴의 단부와 형성하는 저항보다 상대적으로 적어 상기 와이어부재가 상기 내측 데코레이션을 사이에 두고 상하로 배치되는 상기 전극패턴의 단부와 배타적으로 신호를 주고 받는 것(communicate)을 특징으로 하는 터치패널센서.
7. 제1항에 있어서,
   상기 투명한 절연기판의 저면에 상기 윈도우 데코레이션 또는 상기 절연기판 저면 전체에 대응하여 형성되는 프라이머층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
8. 제1항에 있어서,
   상기 절연기판은 투명한 세라믹 또는 합성수지를 이용하여 형성된 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
9. 제1항에 있어서,
   상기 전극패턴은 투명 또는 불투명 도전성 물질을 이용하여 제공되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
10. 제9항에 있어서,
    상기 투명한 도전성 물질은 카본 파이버, 카본 파우더, 금속을 이용한 파우더, 도전성 잉크, 도전성 유기물질, PEDOT(폴리에틸렌디옥시티오펜), ITO, IZO, AZO(Al-doped zinc oxide), CNT(탄소나노튜브), 그래핀(graphene), 및 카본 파우더(carbon powder) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
11. 제9항에 있어서,
    상기 전극패턴은 불투명한 금속을 이용하여 라인 또는 메쉬(mesh) 형상으로 제공되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
12. 제1항에 있어서,
    상기 전극패턴은 상기 전극패턴의 전도도 향상을 위해서 열처리되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.
13. 제1항에 있어서,
    상기 외측 데코레이션 및 상기 내측 데코레이션은 인쇄 또는 코팅을 통해서 제공되는 것을 특징으로 하는 터치패널센서.

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