KR20160002571A - 터치스크린 패널 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기판 상에 스퍼터링 공정으로 금속박막을 형성하는 박막형성 단계; 및 상기 기판에 에칭 레지스트로 센싱전극부 또는 베젤전극부를 그라비아 옵셋 공정을 통해 패터닝하는 패터닝 단계;를 포함하며, 상기 에칭 레지스트는 아크릴계 수지 9 내지 25중량%, 고비점 용제 21 내지 49중량%, 저비점 용제 30 내지 70중량% 및 계면활성제 0.01 내지 2중량%를 포함하고, 상기 고비점 용제는 끓는점이 150℃보다 높으며, 상기 저비점 용제는 끓는점이 150℃보다 낮은 터치스크린 패널 제조방법에 관한 것이다.

Description

터치스크린 패널 제조방법{Method for manufacturing touch screen panel}

본 발명은 터치스크린 패널 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 미세 배선 형성을 가능하게 하는 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

터치스크린 모듈은 디스플레이 화면상의 사용자의 접촉 위치를 감지하고, 감지된 접촉 위치에 관한 정보를 입력 정보로 하여 디스플레이 화면 제어를 수행하는 전자기기의 제어장치이다. 이를 이용하여 개발된 스마트폰은 정전용량방식의 터치패널을 이용한 것으로 이는 손가락으로 터치패널을 터치할 경우 사람의 몸에서 발생 되는 정전기에 기초하여 터치패널의 전극영역에서 터치 위치를 검출하는 방식이다.

더욱 상세히 설명하면 기판으로 사용되는 유리나 고분자, 실리콘 재질등에 금속 전도성 물질인 인듐주석 화합물(ITO) 등으로 이루어진 투명전도막을 증착하여 전류가 흐르는 센싱전극(전기회로)을 기판에 형성되도록 한 것으로, 사용자가 터치패널의 표면을 터치하게 되면 사람의 정전기에 의해 센싱전극에 흐르는 전류의 양이 변화하게 되고 이렇게 변화된 전류의 양을 인식하여 동작을 하는 것이다.

터치패널은 표시영역인 센싱전극부와 테두리인 베젤부로 구분된다. 센싱전극부는 투명전도층으로 이루어진 정전용량 전극패턴이 형성되며, 베젤부는 정전용량 전극 패턴과 제어칩과의 사이에서 신호 전달을 하기 위한 신호배선이 형성된다. 최근 들어 모바일 및 태블릿 기기에서의 표시 영역의 확대에 대한 요구가 증대함에 따라 화면 테두리인 베젤영역은 미세베젤, 無베젤의 방향으로 바뀌고 있는 추세이며 이에 따른 베젤부 배선은 점점 미세해 지며 반대로 표시영역은 점점 확대되어지고 있다. 또한 터치스크린 패널시장에서 글로벌 기술들과 가격경쟁이 심화되고 있어 원가경쟁력을 확보해야만 하는 상황에 놓여있다.

그리고 지금까지의 센싱전극으로 사용되고 있는 ITO박막은 자체저항(약150Ω/ㅁ)이 높고 인듐 소재의 한정량으로 인해 자원고갈의 문제와 가격상승 요인에 문제를 안고 있으며 이로 인한 베젤전극 및 센싱전극 소재로서 대체소재개발 및 새로운 터치센서, 패널제조기술의 개발이 요구되어진다.

터치모듈기술도 또한 얇고 가벼운 것이 요구됨에 따라 기존의 무겁고 두꺼운 GG나 GFF 타입에서 얇고 가벼운 G1F나 G2 혹은 아예TSP를 LCD모듈에 포함시킨 In cell 이나 On cell 등이 개발되었다. 하지만 터치스크린 모듈도 경박단소화 기술로 가면 갈수록 양산 수율은 낮아져서 가격경쟁력에서 기존의 GFF에 비해 매우 떨어지므로 이도 역시 현재 시장에서 이슈가 되고 있다.

기존의 그라비아 옵셋으로 터치패널에 적용된 기술은 Ag페이스트를 이용한 베젤부 배선인쇄에 관련된 것이다. 하지만 페이스트 직접 인쇄로 선폭 30~100㎛ 베젤부 배선 제조시 선폭끊어짐이나 핀홀, 합선등의 불량이 많다. 또한 Ag페이스트의 저항치는 순수한 Ag금속보다 약 1000배 가량 높아서 터치스크린 패널에 적용이 어렵다.

결국, 공정의 안정성과 동시에 가격의 안정성을 모두 갖춘 터치스크린 패널의 제조방법에 대한 연구가 시급한 실정이다.

대한민국 공개특허문헌 제10-2008-0110084호

본 발명은 터치스크린 패널을 제조하는 기술에서 인듐 소재의 불안정성 해소와 가격경쟁력을 고취시키며 공정의 단순화 및 공정의 안정성을 도모하고자 한다.

본 발명의 일 측면은 기판 상에 스퍼터링 공정으로 금속박막을 형성하는 박막형성 단계; 및 상기 기판에 에칭 레지스트로 센싱전극부 또는 베젤전극부를 그라비아 옵셋 공정을 통해 패터닝하는 패터닝 단계;를 포함하며, 상기 에칭 레지스트는 아크릴계 수지 9 내지 25중량%, 고비점 용제 21 내지 49중량%, 저비점 용제 30 내지 70중량% 및 계면활성제 0.01 내지 2중량%를 포함하고, 상기 고비점 용제는 끓는점이 150℃보다 높으며, 상기 저비점 용제는 끓는점이 150℃보다 낮은 터치스크린 패널 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 박막형성 단계에서 상기 금속박막의 금속은 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 질화구리(CuO) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하며, 상기 금속박막의 두께는 50 내지 500㎚로 증착시키는 터치스크린 패널 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 패터닝 단계에서 사용되는 인쇄롤은 폴리디메틸실록산(PDMS)로 마련되는 터치스크린 패널 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 패터닝 단계에서 센싱전극부 및 베젤전극부가 동시에 패터닝되는 터치스크린 패널 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 에칭 레지스트는 점도조절제를 추가로 포함하고, 상기 점도조절제의 추가로 상기 에칭 레지스트는 700 내지 1400cps의 점도를 가지는 터치스크린 패널 제조방법을 제공할 수 있다.

또한, 상기 패터닝 단계에서 에칭 레지스트는 10 내지 200㎛의 인쇄배선폭을 가지는 터치스크린 패널 제조방법을 제공할 수 있다.

본 발명에 의한 터치스크린 패널 제조방법은 기존의 인듐 소재의 터치스크린 패널을 대체할 수 있는 공정기술과 소재기술을 제공하여 보다 안정적인 제조원가 구현 및 신뢰도 있는 미세배선의 패턴형성 방법을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 터치스크린 패널 제조방법을 나타내기 위한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 전극패턴을 형성하는 과정을 나타내기 위한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 측면에 따른 에칭 레지스트를 인쇄하는 공정을 나타내기 위한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 점도에 따른 패턴을 나타내기 위한 것이다.

이하에서는 본 발명의 실시 예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 이하의 실시 예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 사상을 충분히 전달하기 위해 제시하는 것이다. 본 발명은 여기서 제시한 실시 예만으로 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. 도면은 본 발명을 명확히 하기 위해 설명과 관계 없는 부분의 도시를 생략하고, 이해를 돕기 위해 구성요소의 크기를 다소 과장하여 표현할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 측면에 따른 터치스크린 패널 제조공정이다. 또한, 도 2는 본 발명의 일 측면에 따른 전극패턴 형성방법을 나타낸 것이다. 도 1 및 도 2를 참고하면, 본 발명의 일 측면에 따른 터치스크린 패널 제조공정은 기판 상에 스퍼터링 공정으로 금속박막을 형성하는 박막형성 단계(200) 및 상기 기판에 에칭 레지스트로 센싱전극부 또는 베젤전극부를 그라비아 옵셋 공정을 통해 패터닝하는 패터닝 단계(300)를 포함할 수 있다.

또한, 박막형성 단계(200) 이전에는 기판 표면처리 단계(100)를 거칠 수 있다. 이 단계는 기판의 표면을 보다 가공성을 가질 수 있게 처리하는 단계로 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 플라즈마를 이용하여 5분동안 처리할 수 있다.

또한, 금속박막의 금속으로는 전도성을 가진다면 특별히 한정이 되는 것은 아니나, 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 산화구리(CuO) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나를 포함할 수 있다.

금속박막의 두께는 50 내지 500㎚일 수 있다. 금속박막의 두께는 전도성 및 제품의 크기를 포함하는 터치스크린 패널의 품질 전체에 영향을 줄 수 있는데 50㎚보다 얇은 경우에는 저항값이 커져서 원하는 전도성을 가지지 않을 수 있으며, 500㎚보다 두꺼운 경우에는 터치센서의 시인성, 투과율에 나쁜 영향을 미칠 수 있다.

박막형성 단계(200)를 거친 이후에는 패터닝 단계(300)를 거칠 수 있다. 패터닝 단계(300)는 박막이 형성된 기판위에 에칭 레지스트를 이용하여 센싱전극부 또는 베젤전극부를 패터닝하는 단계를 말하는 것일 수 있다. 더욱 상세하게는 제1투명 전도성 산화막, 금속막 및 제2투명 전도성 산화막을 패터닝 할 수 있다.

또한, 에칭 레지스트는 아크릴 수지 9 내지 25중량%, 고비점 용제 21 내지 49중량%, 저비점 용제 30 내지 70중량% 및 계면활성제 0.01 내지 2중량%를 포함하고, 상기 고비점 용제는 끓는점이 150℃보다 높으며, 상기 저비점 용제는 끓는점이 150℃보다 낮을 수 있다.

아크릴 수지, 고비점 용제 및 저비점 용제는 각각 블랭킷 롤러에 의한 인쇄성을 향상시킬 수 있으며, 에칭에 의해 패턴이 완성된 후 스트리퍼로써 에칭 레지스트 제거가 용이하기 위한 목적으로 사용될 수 있으며, 상기 조성 범위에서 목적한 효과가 가장 극대화 될 수 있다.

그리고, 패터닝 단계에서 사용되는 인쇄롤은 탄성체로 마련될 수 있다. 이는 센싱전극면과 베젤부의 약 20 내지 30㎛정도가 되는 단차를 극복하면서 한번에 인쇄할 수 있기 때문에 기존의 다단계 공정의 번거로움을 배제할 수 있기 때문이다. 또한, 탄성체라면 특별히 한정이 있는 것은 아니나, 폴리디메틸실록산(PDMS) 블랭킷을 사용할 수 있다.

또한, 패터닝 단계에서 센싱전극부 및 베젤전극부가 동시에 패터닝될 수 있는데 이는 패터닝 방식이 그라비아 옵셋 방식에 의한 것이기 때문일 수 있다. 도 3은 그라비아 옵셋 방식에 의한 에칭 레지스트의 인쇄 공정을 나타낸 것이다. 도 3을 참고하면, 그라비아 옵셋은 기판을 이용해서 기판으로 인쇄하는 방식(Plate to plate)과 롤을 이용해서 기판으로 인쇄하는 방식(Roll to plate)이 있다. 두 방법 모두 볼록판과 반대로 판의 움푹 들어간 부분에 잉크를 채워, 튀어 나온 부분의 불필요한 잉크를 긁개(Doctor)라고 하는 금속제 기구로 긁어내는 과정을 거치고, 움푹 들어간 부분의 잉크를 압력(인압)을 걸어 기판에 전이 시키게 된다.

이러한 그라비아 옵셋 방식을 통해서 패터닝을 하는 경우에는 기판 또는 롤의 요철 부분을 어떻게 제작하느냐에 따라서 센싱전극부와 베젤전극부를 동시에 패터닝할 수 있게 되는 것이다. 또한, 기판 또는 롤의 수명이 길고 고속인쇄적성이 있으며 반영구적인 사용이 가능하기 때문에 공정의 효율성을 높일 수 있다.

그라비아 옵셋 방식은 상기 언급한 효과를 가질 수 있으나, 반드시 그라비아 옵셋 방식에 의해야 하는 것은 아니며 리버스 옵셋, 그라비아off 방식으로도 패턴을 형성할 수 있다.

또한, 에칭 레지스트는 점도조절제를 추가로 포함하고, 상기 점도조절제의 추가로 상기 에칭 레지스트는 700 내지 1400cps의 점도를 가질 수 있다. 하기 표 1을 참고하면 본 발명의 일 측면에 따른 30㎛의 패턴을 인쇄하는 경우에 점도에 따른 선폭, 두께 및 선저항 값을 볼 수 있다. 30㎛에서 ±5 범위로 인쇄되는 경우를 합격으로 판단하였다. 여기에서 볼 수 있듯이 에칭 레지스트의 점도는 패턴의 질에 직접적으로 영향을 미치며 700cps보다 작은 값을 같는 경우에는 선폭이 지나치게 넓어지면서 두께는 얇게 퍼지는 경향을 보이는 것을 알 수 있었으며, 1400cps보다 큰 값을 가지는 경우에는 잘 퍼지지 않고 두께만 두꺼운 상태로 얇은 패턴이 형성되어 불량이 되는 것을 알 수 있다.

점도	600cps	950cps	1500cps	3000cps
선폭	43㎛(불량)	30㎛	20㎛(불량)	15㎛(불량)
선두께	2.4㎛(불량)	2.5㎛	4.5㎛(불량)	5.1㎛(불량)
선저항		0.65㏀/cm	0.75㏀/cm

또한, 상기 점도에 대해서 각 구성성분의 포함 비율은 하기 표 2와 같다.

	3000cps	1500cps	950cps	600cps
아크릴 수지(%)	16.1	15.5	10.6	9.1
Solvent A (%)	31.9	32.2	33.3	33.6
Solvent B (%)	41	42.4	43.6	44
점도조절제 (%)	2.0	5.1	7.9	9.0
첨가제 및 기타(%)	3.0	2.9	2.8	2.6
계면활성제	2.0	1.9	1.8	1.7
합계	100	100	100	100

상기 표 2를 참고하면, 아크릴 수지 함량이 20% 이상일때는 30㎛급 인쇄조건에 있어서 점도의 영향으로 전이/전사율이 낮아 인쇄불량이 많이 발생할 수 있으며, 유기 페이스트로써의 인쇄 패턴 형성이 불가능함을 알 수 있다. 또한, 아크릴 수지 함량이 10% 미만인 경우는 블랭킷의 탄성압력에 의해 인쇄 패턴의 퍼짐으로 인한 불량 발생이 높아져 비효율적일 수 있다.

도 4는 에칭 레지스트가 각각 950cps일때와 1500cps일때의 패턴을 나타낸 그림이다. 도 4에서 볼 수 있듯이 950cps일때가 1500cps일때보다 패턴이 더욱 선명한 것을 알 수 있다.

또한, 패터닝 단계에서 에칭 레지스트는 10 내지 200㎛의 폭을 가질 수 있다.

이하는 본 발명의 일 실시 예를 구체적으로 기재하도록 한다.

먼저 터치스크린 패널 제조공정에 대해서 실험을 하였다. 센싱전극 기재로 메탈메쉬, 나노와이어 필름, 또는 ITO증착된 글라스를 사용하였으며, 필름기판의 테두리인 베젤부위를 스퍼터링으로 50~500nm두께로 증착시켰다. 금속소재는 대표적으로 Cu, Cr, Al, Ni, CuO 및 AlN에서 선택되는 금속을 사용하였으며 단층이나 복층 방식으로 박막 증착할 수 있다.

에칭 레지스트를 그라비아 옵셋 방식으로 센싱전극 및 베젤부위 일괄 패터닝을 수행했다. 패터닝 기술은 그라비아옵셋 공정을 적용하였다.

패터닝된 에칭 레지스트를 건조시켰다. 온도는 90℃이며, 시간은 20분이다. 그 이후에 금속이 증착된 베젤부 및 센싱전극부 상에 점착시킨다. 사용되는 에칭 레지스트는 아크릴계 수지, 고비점 용제(bp. 150℃이상), 저비점 용제(bp. 150℃이하), 불소화합물, 칙소제 및 청색염료를 함유하며 이는 90℃에서 건조되는 저온 건조형 타입이다. 또한, 산성 에칭액에 견디며 패턴형성 후에는 유기용제 박리제로 손쉽게 박리가 가능하다.

산성 에칭액은 RAE 701(인산, 질산, 초산 기반)을 사용하였으며 40초 내지 60초 동안 에칭시켰다. 산성 에칭제는 에칭제로써 상기의 알루미늄 또는 금속 증착막의 표면 금속막도 제거하게된다. 에칭시간은 Just etch가 40초이며, Over etch를 수행하면 에칭 레지스트로 덮여진 부분은 선폭이 가늘어져 단선등이 발생하는 경우는 관찰되지 않지만 패턴형상은 직선이 아닌 약간 불규칙한 곡면을 형성하는 경우가 생길 수 있다.

수세 및 건조 후 박리제로 RPS 903(통칭 에스테르계 용제타입)을 사용하였으며, 60초 동안 박리시켜 공정을 완료하였다. 박리는 매우 신속히 진행되며 에칭 레지스트 하단의 금속패턴에는 전혀 손상을 주지 않고 완전하게 에칭 레지스트만 박리시킬 수 있다. 금속패턴이 형성되어 완성된 기판의 전 영역에 걸쳐 에칭 레지스트의 박리불량 등으로 이물이 남는 경우는 본 발명에 의한 실험에서는 발견되지 않았다.

이하에는 그라비아 옵셋에 의한 인쇄 공정의 실험에 대해서 상세하게 설명한다.

알루미늄(Al) 박막이 형성된 5”급 터치스크린 패널 기판을 인쇄기의 기판 고정부에 고정시키고 전사롤인 블랭킷의 인쇄압력과 인쇄속도를 조절하여 최적의 인쇄조건을 찾아낼 수 있었다. 이때 인쇄롤의 패턴 인쇄선폭은 30㎛로 수행하고 인쇄시 블랭킷롤부의 off/set 압력은 100kgf/500mm로 진행될 수 있다.

인쇄속도는 off시가 100mm/s, set이 30mm/s으로 수행할 수 있으며 set시에는 off시보다 좀더 정밀도가 요구되므로 속도를 off시보다 다소 낮춰 수행할 수 있다. 또한 패턴롤의 패턴설계치 보다 실제 인쇄된 패턴은 약간 사이즈가 증가되는 경향이 있으므로 패턴롤의 선폭에 따른 실제 인쇄패턴의 크기를 실험한 후 패턴롤의 패턴을 30㎛보다 5%정도 작은 28.5㎛로도 인쇄하였다. 그 결과가 하기 표 3에 나타나 있다.

NO	설계치 L/S, (㎛)	패턴결과(㎛)
1	27/27	28.5	29.0	29.2	27.8	28.3
2	28.5/28.5	29.5	29.7	30.1	29.8	29.5
3	30/30	31.5	30.1	31.4	30.9	31.0
4	31.5/31.5	32.3	32.7	32.6	33.0	32.8
5	33/33	34.7	34.2	34.5	34.8	34.7

L/S는 Line/space을 의미하며, 금속막의 패턴을 구현하기 위해 먼저 에칭 레지스트 패턴을 인쇄하게 되는데 이 때, 그라비아 옵셋 패턴 롤의 표면에 음각의 패턴을 설계 또는 제작할 수 있다. 또한, 설계 또는 제작된 패턴을 에칭 레지스트로 채우고 인쇄하여 에칭 레지스트 패턴을 형성킬 수 있다.

이 때, 30㎛ 패턴구현을 위해 설계치를 변경하면서 에칭 레지스트의 인쇄결과를 확인하고 최적의 설계치를 찾을 수 있다. 이는 제작도와 인쇄오차를 감안하기 위한 실험이다.

상기 표 3의 실시예 번호 2,3번의 설계치가 시험결과로 볼 때, 30㎛구현이 가능한 결과치로 얻어졌다.

인쇄잉크인 에칭 레지스트의 점도는 3000cps일때는 점도가 높아 인쇄시 잉크가 굳어 인쇄롤 패턴이 막히는 현상이 발생하여 점도를 점도조절제인 부틸셀로솔브(BC, Dow)용매로 조금씩 넣어 저으면서 균일하게 희석하여 사용하였다. 그 결과는 상기 표 1 및 도 4에 나타내었으며 이를 참고하면 1500cps에서는 인쇄는 가능하나 패턴에 실오라기 현상이 발생하여 패턴이 깔끔하지 않았으며, 이보다 낮은 950cps에서는 패턴형상이 매우 우수하게 얻어짐을 확인할 수 있었다.

100: 기판 표면 처리 단계 200: 박막 형성 단계
300: 에칭 레지스트 패터닝 단계 400: 경화 단계
500: 에칭/스트리핑 단계 600: 수세/건조 단계

Claims (6)

1. 기판 상에 스퍼터링 공정으로 금속박막을 형성하는 박막형성 단계; 및
   상기 기판에 에칭 레지스트로 센싱전극부 또는 베젤전극부를 그라비아 옵셋 공정을 통해 패터닝하는 패터닝 단계;를 포함하며,
   상기 에칭 레지스트는 아크릴계 수지 9 내지 25중량%, 고비점 용제 21 내지 49중량%, 저비점 용제 30 내지 70중량% 및 계면활성제 0.01 내지 2중량%를 포함하고,
   상기 고비점 용제는 끓는점이 150℃보다 높으며, 상기 저비점 용제는 끓는점이 150℃보다 낮은 터치스크린 패널 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 박막형성 단계에서 상기 금속박막의 금속은 구리(Cu), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 산화구리(CuO) 및 질화알루미늄(AlN)을 포함하는 군에서 선택되는 어느 하나를 포함하며,
   상기 금속박막의 두께는 50 내지 500㎚로 증착시키는 터치스크린 패널 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 패터닝 단계에서 사용되는 인쇄롤은 폴리디메틸실록산(PDMS)로 마련되는 터치스크린 패널 제조방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 패터닝 단계에서 센싱전극부 및 베젤전극부가 동시에 패터닝되는 터치스크린 패널 제조방법.
5. 제1항에 있어서,
   상기 에칭 레지스트는 점도조절제를 추가로 포함하고,
   상기 점도조절제의 추가로 상기 에칭 레지스트는 700 내지 1400cps의 점도를 가지는 터치스크린 패널 제조방법.
6. 제1항에 있어서,
   상기 패터닝 단계에서 에칭 레지스트는 10 내지 200㎛의 폭을 가지는 터치스크린 패널 제조방법.

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