KR20160091807A - 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하거나 패널 기판에 패널 물질을 도포한 다음 매크로 프리패턴을 형성한 후에 에칭을 통하여 패널 물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것으로, 시인성 문제를 해결하기 위한 추가적인 오버코팅 공정 등의 추가적인 공정비용 없고, 고가의 장비 없이 나노 수준의 구조를 만들며, 시인성과 휘도 성능이 크게 향상되어 저항값이 낮고, 유연성을 가지면서 투명도가 높은 전극을 제공할 수 있으며, 베젤 회선의 추가 증착 없이, 터치스크린패널과 베젤 회선을 한번에 제조할 수 있다.

Description

매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법{Method of Preparing Touch Screen Panel Using Macro Pre-pattern}

본 발명은 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하거나 패널 기판에 패널 물질을 도포한 다음 매크로 프리패턴을 형성한 후에 에칭을 통하여 패널 물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

최근 대부분의 IT 기기에 터치스크린 기술이 들어감에 따라 더 좋은 사양의 터치스크린 패널을 개발하는 것이 투명전극 분야에서 굉장히 중요한 연구이다. 기존에 ITO 필름, 메탈메쉬(metal mesh), 은 나노 와이어(Ag nano wire)등 많은 연구가 진행되어 왔지만, 각각 많은 단점들이 남아있어 더 진보된 기술이 필요하다.

터치스크린패널에 적용되는 ITO 기술은 높은 투명도에 비하여 저항값이 150Ω/□ 이상으로 높아 대면적 IT소자에 사용이 적합하지 않고, 유연성이 없어 웨어러블(wearable) 디바이스나 플렉서블(flexible) 디스플레이에서의 적용이 불가능하다.

수마이크로 선폭을 가지는 메탈메쉬를 이용한 터치스크린패널 기술은 금속을 사용한 기술로 저항값이 낮고 유연성이 높은 반면 시인성으로 인한 문제, 마이크로 선폭에 따른 반짝임으로 흑화처리 공정을 추가하여야 하는 등의 문제점을 가지고 있다. 또한, 음각 또는 양각 방식을 사용하여 메탈 메쉬타입 패널 양산을 시도하고 있으나, 수율이 50%를 넘지 못해 경제성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

나노 와이어를 이용하는 터치스크린패널 기술은 나노와이어를 분산시켜 패널을 만들고, 나노와이어 보호층을 입히고, 패터닝 공정을 하는 등 공정이 복잡하다. 또한, 헤이즈(haze) 문제, 보호층에 따른 패터닝 문제, 높은 습도와 온도 조건에서의 나노와이어의 성장의 문제 등을 가지고 있다.

특히, 상기 터치스크린패널 제조 방법들은 패널을 만들고 패터닝을 하는 공정 이외에 저항값을 낮추기 위해 베젤(bezel) 부분의 회선 공정을 추가적으로 하여야 하며, 그렇지 않은 경우에는 베젤 부분이 넓어야 하고, 터치스크린패널 콘트롤 IC와 연결시키기 위한 컨넥트 단자 형성 공정이 필수적으로 추가하여야 하는 문제점을 가지고 있다. 또한, 반도체 공정을 이용한 터치스크린 패널타입이 있으나 패널을 만들기 위한 장비가 매우 고가여서 경제성이 떨어지는 문제점을 가지고 있다.

종래에 메탈 그리드 혹은 메탈 패턴을 이용한 방법들의 경우, 낮은 저항을 달성하였지만, 낮은 저항과 동시에 높은 투과율을 가지지 못하였다. 기존의 패턴들은 모두 이차원적으로 만들어지기 때문에 낮은 저항을 갖기 위해서는 평면 방향으로 패턴이 커질 수 밖에 없다. 이러한 이유로, 높은 투과율과 낮은 저항이 동시에 공존하기 힘들다. 또한, 대면적 구현이 힘든 단점이 있다(Sukjoon Hong et al., ACS nano, Vol. 7, No. 6, pp5024~5031 (2013); Norihiro Fukaya et al., ACS nano, Vol. 8, No. 4, pp3285~3293 (2014); Tianda He et al., ACS nano, Vol. 8, No. 5, pp4782~4789 (2014)).

이에, 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하기 위하여 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하거나 패널 기판에 패널 물질을 도포한 다음 매크로 프리패턴을 형성한 후에 에칭을 통하여 패널 물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 터치스크린 패널을 제조할 경우, 기존의 터치스크린패널의 제조방법에 문제가 되었던, 투명도, 헤이즈, 전도성 등에서 우수한 성능을 나타낼 뿐만 아니라, 패턴 면적의 증가, 패턴의 높이, 선폭의 조절이 가능하고, 베젤 회선까지 패터닝을 고려하여 더 간단한 공정을 제시하는 효과가 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 목적은 기존 터치스크린패널 에칭 공정을 활용하여 시인성 문제를 해결하기 위한 추가적인 오버코팅 공정 등의 추가적인 공정비용 없고, 고가의 장비 없이 나노 수준의 구조를 만들며, 시인성과 휘도 성능이 크게 향상되어 저항값이 낮고, 유연성을 가지면서 투명도가 높은 전극을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 베젤 회선의 추가 증착 없이, 터치스크린패널과 베젤 회선을 한번에 제조하는 저항값이 낮고, 유연성을 가지며, 투명도가 높은 전극을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다:

(a) 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하는 단계; 및

(b) 에칭을 통하여 패널 물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 터치스크린 패널을 수득하는 단계.

본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다:

(a) 패널 기판에 패널 물질을 도포한 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및

(b) 상기 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 터치스크린 패널을 수득하는 단계.

본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 전극이 설치된 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다:

(a) 패널 기판 상에 프리패턴 물질층을 증착시킨 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계;

(b) 상기 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하는 단계;

(c) 투명전극으로 사용하고자 하는 영역은 에칭에 노출시키고, 나머지 부분은 마스크를 씌운 후, 에칭공정을 실시하되, 투명전극을 위해 형성된 부분패턴보다 마스크를 약간 작게 함으로써 투명전극부분과 베젤회선을 연결시키는 단계; 및

(d) 상기 마스크를 제거하고, 프리패턴을 클리닝하여 제거한 후에 투명전극용 패턴과 베젤회선 및 연결단자를 동시에 형성하는 단계.

본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다:

(a) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 패널 물질을 증착하는 단계;

(b) 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;

(c) 상기 제1 패널이 형성된 기판 상에 제2 패널 물질을 증착하는 단계; 및

(d) 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계.

본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다:

(a) 기판에 제1 패널 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계;

(b) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;

(c) 상기 제1 격벽이 형성된 기판 상에 제2 패널 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및

(d) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계.

본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다:

(a) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 패널 물질을 증착하는 단계;

(b) 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;

(c) 제1 패널이 형성된 기판 상에 제1 패널과 각도를 달리하여 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에 제2 패널 물질을 증착하는 단계; 및

(d) 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계.

본 발명은 또한, 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 터치스크린 패널의 제조방법을 제공한다:

(a) 기판에 제1 패널 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계;

(b) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;

(c) 제1 패널이 형성된 기판 상에 제1 패널과 각도를 달리하여 제2 패널 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및

(d) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계.

본 발명에 따른 대면적에 10nm대의 선 패턴을 마이크로 수준의 간격으로 구현하는 기술을 통해 기존의 터치스크린에서 문제가 되었던 투명도, 결함(defect), 헤이즈(haze), 전도성(conductivity)등에서 우수한 성능을 나타낸다. 성능면에서, ITO 필름에 비해서 유연성(flexibility)가 더 뛰어나며, 메탈메쉬(metal mesh)와 비교했을 때에는 투과도가 더 높을 뿐만 아니라, 결함(defect)부분에 대한 영향이 더 적기 때문에 수율에서 큰 장점을 보이며, 은 나노와이어(Ag nanowire)와 비교했을 때, 헤이즈(haze)현상을 쉽게 없앨 수 있다는 장점이 있다. 또한, 기존의 저항이 높은 ITO 패턴으로부터 전극을 연결하기 위해 넓은 폭의 전극을 사용하여 베젤이 넓었던 것을, 본 발명에서는 낮은 저항을 가지는 패턴을 사용하기 때문에, 얇은 베젤이 가능하다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따라 대면적 전도성 패턴 구현 방법의 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따라 5마이크로미터 선폭을 가지는 선 패턴을 위에서 바라본 SEM 사진이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 5마이크로미터 선폭을 가지는 선 패턴을 위에서 바라본 저배율의 SEM 사진이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 5마이크로미터 선폭을 가지며, 800나노미터의 높이를 가지는 선 패턴을 측면에서 바라본 SEM 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따라 투명필름 PET 위에 제작된 패턴의 모습이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 투명한 유리 위에 제작된 패턴의 투과도 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 투명한 PET 위에 제작된 패턴의 투과도 그래프이다.
도 8은 본 발명의 그림으로, 프리패턴의 모양에 따라 얻을 수 있는 다양한 구조의 나노 구조 모양이다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따라 패널 물질이 프리패턴 위에 있는 경우의 대면적의 전도성 패턴 구현 방법의 모식도이다.
도 10은 투명전극의 패턴과 베젤 회선을 동시에 제작하는 방법의 모식도이다.
도 11은 격자 패턴으로 터치스크린 패널을 제조하는 모식도와 프리패턴 모양의 모식도이다.
도 12a 내지 도 12c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 개념도이다.
도 13은 대면적 전도성 패턴을 롤-투-롤(roll-to-roll)방식으로 구현하기 위한 시스템 개념도이다.
도 14는 대면적 전도성 패턴을 롤-투-롤(roll-to-roll)방식으로 구현하기 위한 시스템 개념도이다.

다른 식으로 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 기술적 및 과학적 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 숙련된 전문가에 의해서 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 일반적으로, 본 명세서에서 사용된 명명법은 본 기술 분야에서 잘 알려져 있고 통상적으로 사용되는 것이다.

본 발명은 베이스 기판 위에 매크로 프리패턴을 이용하여 메쉬타입의 패널 물질 나노패턴을 형성시킴으로써, 투명전극을 제공할 수 있으며, 또한, 센서회로부, 연결선 및 컨택트 단자를 고려한 프리패턴을 형성하며, 전극으로 사용하기 위한 패널 물질층을 형성하고, 투명전극을 만들기 위해 베젤 부위의 연결선 및 컨넥트 단자를 고려하여 패널 물질층의 에칭을 진행하고, 프리패턴을 제거함으로써, 투명전극과 연결선 및 컨넥트 단자를 동시에 형성할 수 있다는 것을 확인하였다.

따라서, 본 발명은 일 관점에서, (a) 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하는 단계; 및 (b) 에칭을 통하여 패널 물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 터치스크린 패널을 수득하는 단계;를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 물리적으로 충격 받은 목적물질의 입자들이 사방으로 이탈되어 튕겨져 나가는 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 이용한 것으로, 패널 물질 층으로부터 튕겨진 입자들을 프리패턴의 외주 면에 부착시키는 경우, 패널 물질은 평면적으로 수십 나노미터의 두께를 가지는 구조를 얻을 수 있다. 이때, 제조된 투명전극의 높이가 낮은 경우 저항값이 높아 TSP로의 활용이 불가능하나, 본 발명에 따른 투명전극은 높이가 수백 나노에서 수십 마이크로로 매우 높아 저항값이 낮은 장점이 있다. 또한, 높이가 상대적으로 높지 않은 상황에서도 평면적으로 매우 얇은 전극을 병렬로 다수 개 배치하는 경우, 저항 값은 더욱 낮아지는 장점을 가지고 있다.

일반적으로 TSP 기술은 투명도를 손해를 보아야만 저항값을 낮게 할 수 있으나, 본 발명은 높이를 높게 하는 경우, 투명도를 손해보지 않고도 저항값을 낮게 유지할 수 있는 장점이 있다.

특히, 매크로 프리패턴은 기판 상에 프리패턴 물질을 증착시키고 리소그래피 또는 임프린팅 공정을 수행하여 형성할 수 있는데, 매크로 프리패턴 자체는 수백nm 이상의 폭을 가지는 것으로 저렴한 임프린팅 공정이나 포토리소그래피 공정 등을 이용하기 때문에, 고가의 장비가 불필요하다. 마이크로 단위로 프리패턴을 형성하는 경우, 선폭 자체는 수십 나노미터에 불과하여 투명도에 문제가 없고, 전극의 높이만 확보하면 저항 값 유지에 전혀 문제가 없는 장점을 가진다.

본 발명에 있어서, 에칭을 통하여 패널 물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 터치스크린 패널을 수득할 수 있다.

상기 패턴은 70~90°의 각도를 가지며, 바람직하게는 80~90°, 보다 바람직하게는 85~90°의 각도를 가진 패턴일 수 있다.

본 발명에 있어서, 기판은 프리패턴이 가능한 재질이면 제한 없이 가능하고, 바람직하게는 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethyleneterephthalate, PET), 폴리아릴레이트(polyarylate, PAR), 폴리에틸렌(polyethylene, PE) 등과 같은 고분자 투명기판이나, 석영, 유리, 실리콘, 실리콘 산화물 및 이들의 혼합물로 구성된 군에서 선택된 기판이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 투명 유리기판이 사용된다.

패널 물질은 물리적 이온 에칭을 통한 이온 봄바드먼트(ion bombardment) 현상을 적용하기 위해 에너지를 가하면 여러 방향으로 이탈될 수 있는 물질이면 제한 없이 사용 가능하고, 바람직하게는 금, 백금, 은, 구리, 알루미늄, 니켈, 철, 티타늄, 몰리브덴 또는 크롬 등과 같은 금속의 전도성 물질이나 징크옥사이드(zinc oxide), 실리콘, 실리콘 디옥사이드, 인듐틴옥사이드(indium tin oxide, ITO), 티타늄 옥사이드(titanium oxide) 등과 같은 비금속 물질 중에서 선택될 수 있다.

이온 밀링 공정은 Torr 내외의 진공조건에서 이루어지며, 투명도 확보를 위해 증착된 전도성 물질의 두께를 고려하여 시간을 조절한다. 진공도와 시간은 상호 반비례하여 조정할 수 있고, 이온빔의 강도를 고려하여 조정할 수 있다. 강도가 너무 강한 경우, 본 발명에서 원하는 프리패턴 측면 면전극 형성이 이루어지지 않고 일반적인 밀링 효과만 발생된다.

프리패턴에 사용되는 물질은 리소그래피나 임프린팅 등의 방법으로 구조체를 제작할 수 있는 물질이면 사용 가능하고, 바람직하게는 폴리스타일렌, 키토산, 폴리비닐알코올(polyvinylalcohol), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 포토레지스트(photoresist, PR) 등을 이용할 수 있다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 투명기판(3) 위에 프리패턴을 포토리소그래피 공정(1: 마스크, 2: 프리패턴 물질)으로 제작한다. 이렇게 제작한 패턴(4)위에 만들고자 하는 패턴의 소재인 금, 은, 구리, ITO 등의 특정 패널 물질(5)을 증착한다. 증착하고자 하는 패널 물질의 두께는 최종적으로 얻고자 하는 패턴의 높이와 선폭에 따라 결정된다. 다음으로, 이온밀링 공정으로 Ar 이온이 패널 물질을 에칭하여 기존에 있는 프리패턴 벽면에 재증착(6)되게 한다. 마지막으로 프리패턴을 아세톤, 포토레지스트, 스트립퍼(stripper) 또는 톨루엔 등과 같은 용매로 제거하면 약 10nm대의 두께와 프리패턴의 높이에 따라 높이 수십 나노에서 수백 마이크로의 전도성 패턴(7)으로 세워진 면전극(7)을 얻을 수 있고, 이러한 구조를 터치스크린패널의 투명전극으로 사용할 수 있다.

패널 물질로서 Au를 이용하여 두께 15nm, 선간격 5μm, 높이 800nm로 병렬 연결하는 경우 저항값이 약 50옴 이하의 저항값이 측정되었다. 선간격이 넓은 경우 저항값은 높아지나, 전극의 높이를 높게 하는 경우, 저항값 손실을 보상할 수 있다. 현재 수백 나노급 이상의 매크로 프리패턴 형성이 매우 저렴한 장비로 가능하며, 본 발명은 매크로 프리패턴을 이용하여 나노급 투명전극 생성이 용이한 장점이 있다.

본 발명에서 에칭은 밀링 또는 스퍼터링으로 수행될 수 있으며, 밀링은 0.001mTorr~10mTorr의 압력하에서 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음 상기 플라즈마를 100V~700V로 가속화하여 수행될 수 있다. 기체는 아르곤, 헬륨, 질소, 산소 및 이들의 혼합기체로 구성된 군에서 선택될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

프리패턴(도 1 및 도 4)의 높이에 따라, 최종적으로 얻을 수 있는 전도성 패턴(7)의 높이가 결정된다. 1μm의 프리패턴 높이를 사용했을 때는 이온 밀링 시간과 선간폭에 따라 약 수십nm~1μm 높이의 전도성 패턴이 얻어지며, 8.5μm의 프리패턴을 사용했을 경우, 약 수십nm~8.5μm높이의 투명전극 패턴이 얻어진다. 바닥층의 패널 물질이 측면에 재증착되어야 하는 패널 물질의 양보다 많은 경우, 형성되는 높이는 프리패턴의 높이에 따르게 된다. 바닥층의 패널 물질이 측면에 재증착되어야 하는 패널 물질보다 적은 경우, 형성되는 높이는 바닥층의 패널 물질의 양과 비례한다. 선 간격은 프리패턴의 선폭에 따라 결정이 된다. 5μm의 프리패턴의 선폭을 사용했을 경우에는, 프리패턴의 좌우측 측면에 투명전극이 형성되기 때문에 투명전극의 패턴 또한 5μm의 선폭을 얻게 된다. 즉, 선폭 및 높이가 각각 1nm~100㎛ 및 10nm~1000㎛일 수 있으며, 바람직하게는 선폭 및 높이가 각각 1nm~10㎛ 및 10nm~100㎛, 보다 바람직하게는 선폭 및 높이가 각각 1~100nm 및200~800nm일 수 있다.

도 8과 같이 여러 가지 모양의 패턴이 제작 가능하다. 본 발명은 프리패턴 벽면에 패널 물질을 재증착하는 방식이기 때문에, 프리패턴의 모양에 따라 최종 모양이 결정된다. 프리패턴의 모양을 바꿔서 도 8과 같이 여러 가지 모양의 패턴이 제작 가능하다. 예를 들면, 선 모양, 격자 모양, 사각기둥 또는 ㄷ자 모양일 수 있다. 격자모양의 패턴(우측 상단)은 도 1과 같은 공정을 2회 반복하여 얻을 수도 있고, 도 11b와 같은 프리패턴을 이용하여 얻을 수도 있다. 도 11b와 같은 패턴은 사각기둥 모양의 프리패턴 모듈 각각의 사이에 이온밀링에 의해 형성되는 전극두께 이하로 이격시켜 프리패턴을 만들어 패널 물질을 이온밀링하면, 각각의 투명전극이 상호 연결되어 도 11a와 같이 그물 모양으로 연결될 수 있다.

본 발명은 다른 관점에서 (a) 패널 기판에 패널 물질을 도포한 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (b) 상기 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 터치스크린 패널을 수득하는 단계;를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

도 9는 전도성 층을 프리패턴 제작 전에 미리 형성하는 방식으로 제작하는 공정을 나타내는 도면이다. 전도성 층을 먼저 기판에 형성한 후, 전도성 층 위에 프리패턴 층을 제작한다. 이후, 이온밀링 에칭(이온 스퍼터링) 공정을 통해 프리패턴 벽면에 패널 물질을 재증착하고 프리패턴을 제거한다. 이후, 아래 기판에 남은 패널 물질을 제거하기 위해 이온밀링 에칭(이온 스퍼터링) 공정을 다시 진행하여 제거한다. 결과적으로, 도 1에서 얻은 패턴과 같은 모양의 패턴을 얻을 수 있다. 2번째 이온밀링 에칭을 진행하는 경우, 프리패턴 측면에 증착된 패널 물질도 상부 쪽에서 일부 에칭이 되지만, 기판에 남아 있는 평면 쪽의 물질이 에칭되면서 도 1과 같은 투명전극을 얻을 수 있다. 터치스크린패널 제조 방법에 있어서, 패널 물질층의 형성과 프리패턴의 형성이 서로 바뀌어도 터치스크린패널의 제조가 가능함을 알 수 있다.

터치스크린패널은 투명전극부분(도 11a, 10)과, 베젤 부분(20), FPCB(Flexible Printed Circuit Board)를 통해 콘트롤 IC와 연결시켜주기 위한 연결단자(30)를 가지고 있다. ITO 기판이나 나노 와이어 기판 등도 투명전극부분(10), 베젤부분(20) 및 연결단자(30)를 가지고 있다. 그런데, 기존 터치스크린패널은 베젤 부위를 최소화하기 위해 수백 마이크로 간격의 금속전극을 인쇄전자기술 등을 활용하여 추가 공정을 통해 형성시키고 있어 공정비용이 상승하는 문제점을 가지고 있다.

본 발명은 또 다른 관점에서 (a) 패널 기판 상에 프리패턴 물질층을 증착시킨 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하는 단계; (c) 투명전극으로 사용하고자 하는 영역은 에칭에 노출시키고, 나머지 부분은 마스크를 씌운 후, 에칭공정을 실시하되, 투명전극을 위해 형성된 부분패턴보다 마스크를 약간 작게 함으로써 투명전극부분과 베젤회선을 연결시키는 단계; 및 (d) 상기 마스크를 제거하고, 프리패턴을 클리닝하여 제거한 후에 투명전극용 패턴과 베젤회선 및 연결단자를 동시에 형성하는 단계;를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 전극이 설치된 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

도 10은 패턴 부분과 베젤 회선을 동시에 제작하는 방법을 보여주는 모식도이다. 먼저 패턴과 베젤 회선 부분을 고려하여 프리패턴을 동시에 제작한 후, 패널 물질을 증착한다. 이후, 투명전극으로 사용하고자 하는 영역은 이온밀링에 노출시키고, 나머지 부분은 마스크를 씌운 후, 이온밀링 에칭(이온 스퍼터링) 공정을 진행 한다. 이때, 투명전극을 위해 형성된 프리패턴보다 마스크가 약간 작게 함으로써, 투명전극부분과 베젤회선이 연결되도록 한다. 이후, 마스크를 제거하고, 프리패턴을 클리닝하여 제거하면, 투명전극용 패턴과 베젤 회선(투명전극에서 나오는 터치 센서 라인을 접점단자까지 연결시켜주기 위한 부분으로, 일반적으로 디스플레이 좌우 검은색 부분을 말함) 및 연결단자(TSP 콘트롤 IC와 연결하기 위한 단자)를 동시에 형성시킬 수 있다. 프리패턴을 아세톤과 같은 물질로 제거하는 경우 프리패턴 상부에 남아 있던 증착된 패널 물질도 함께 제거됨으로써, 베젤(20) 및 연결단자(30)부분이 한번에 형성될 수 있다.

본 발명에 있어서, 도 11에서와 같이, (d) 상기 (c) 단계에서 수득된 터치스크린 패널을 0.1~90°로 회전시켜서 상기 (a)~(c) 단계를 2~5회 반복할 수 있다.

따라서 본 발명은 또 다른 관점에서 (a) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 패널 물질을 증착하는 단계;(b) 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;(c) 상기 제1 패널이 형성된 기판 상에 제2 패널 물질을 증착하는 단계; 및(d) 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계;를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 또 다른 관점에서 (a) 기판에 제1 패널 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계; (c) 상기 제1 패널이 형성된 기판 상에 제2 패널 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계;를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 또 다른 관점에서 (a) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 패널 물질을 증착하는 단계; (b) 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계; (c) 제1 패널이 형성된 기판 상에 제1 패널과 각도를 달리하여 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에 제2 패널 물질을 증착하는 단계; 및 (d) 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계;를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명은 또 다른 관점에서 (a) 기판에 제1 패널 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; (b) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계; ((c) 제1 패널이 형성된 기판 상에 제1 패널과 각도를 달리하여 제2 패널 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및 (d) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계;를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 터치스크린 패널의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 에칭을 통하여 패널 물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널 또는 제2 패널을 수득할 수 있다.

상기 패턴은 70~90°의 각도를 가지며, 바람직하게는 80~90°, 보다 바람직하게는 85~90°의 각도를 가진 패턴일 수 있다.

상기에서 제1 패널과 제2 패널은 0.1~90°의 각도를 가질 수 있다.

상기에서 (b) 단계의 재증착 후에 제1 매크로 프리패턴을 제거하거나 상기 (d) 단계의 재증착 후에 제2 매크로 프리패턴을 제거하는 단계를 추가로 수행할 수 있다.

도 11은 격자패턴으로 만들 경우의 패턴과 베젤 회선의 모식도와 그의 맞는 프리패턴 모양이다. ITO 패널의 경우, 전체적으로 ITO를 코팅하고, 이후에 터치센서라인을 고려하여 패터닝을 함과 같이, 본 발명의 기술을 이용하여 전체적으로 메쉬타입으로 투명전극을 형성시켜놓은 상태에서, 추가적인 패터닝 공정을 진행할 수도 있다. 메쉬타입의 투명전극 형성은 도 1이나 도 9의 공정을 수행하고, 같은 공정을 90도 회전시켜서 반복함으로써 얻을 수도 있고, 도 11b의 프리패턴과 같이 각 프리패턴 모듈간의 간격(40)을 1~100㎛로 조절하여 만들 수도 있다.

도 12는 기판 위에 패널 물질(5)이 형성된 상태에서, 프리패턴(2)을 형성하되, 투명전극부위(10), 베젤(20) 및 연결단자(30)를 고려하여 프리패턴을 형성하고, 이온 에칭에 의해 일체화된 터치스크린패널을 구현한 것이다. 도 12b는 프리패턴(2)이 제거된 상태의 개념도로 일반적인 마스크를 이용한 패터닝과 유사한 것처럼 보이나, 이온 밀링의 강도를 낮게 하고, 적절한 시간(도 12a 에서 노출된 패널 물질을 제거하여 투명도를 확보할 수 있는 시간으로 금의 경우, 10nm 마다 40초 내외가 소요됨) 동안 수행할 수 있다.

본 발명에 있어서, 제1 패널 또는 제2 패널은 터치스크린 패널이고, 나머지는 편광패널, 터치스크린 패널 및 보안패널로 구성된 군에서 선택되는 1종일 수 있다.

일반적인 마스크 공정을 이용한 방법과 달리 본 발명에서는 터치스크린패널의 전극 부위가 도 12c와 같이 형성된다. 도 12c를 보면 양측이 세워진 면전극 모양을 하고 있고, 바닥면은 프리패턴에 의해 감춰진다. 일반적으로 전극의 폭이 2마이크로미터를 넘어가는 경우, 시인성 문제가 발생되고, 반짝임에 따른 오버코팅을 수행해야 하지만, 본 발명에서는 이와 같은 문제점을 해결하기 위하여 프리패턴(2)으로 검은색 물질을 이용하면 실제 노출되는 패널 물질부위는 수십 나노미터에 불과하여 오버코팅을 할 필요성이 없다. 또한, 프리패턴(2)의 바닥은 물론이고, 양 측면에 형성된 패널 물질이 전극의 단면적을 넓혀 저항값을 낮추는 역할을 하여 전체적인 저항값 문제를 해결할 수 있는 장점이 있다. 프리패턴의 폭과 높이는 투명도와 저항값을 고려하여 적절하게 분배하면 된다. 예를 들어 500nm 폭의 프리패턴의 경우, 프리패턴 간의 간격은 투명도 95%를 고려하면 10마이크로미터 거리를 두어 형성하고, 저항값을 낮추기 위해 프리패턴(2)의 높이를 적절하게 조절한다.

이하는 본 발명에 따른 터치스크린패널 제조를 위한 롤투롤 시스템에 대하여 설명한다.

본 발명에 있어서, 도 13에 나타낸 바와 같이, 기판과 매크로 프리패턴이 형성된 시트가 롤로부터 언와인드되면서 상기 기판과 매크로 프리패턴 시트를 접착시켜 상기 기판 상에 상기 매크로 프리패턴을 형성할 수 있다.

또한, 도 14에 나타낸 바와 같이, 기판이 롤로부터 언와인드되면서 상기 기판 상에 패널 물질과 매크로 프리패턴 물질을 증착한 다음 상기 매크로 프리패턴을 형성할 수 있다.

도 13을 보면, PET 등의 기판(120) 위에 미리 제조된 프리패턴 시트(110)를 접착부(200)에서 접착하면서 프리패턴부(300)에서 프리패턴을 기판 위에 형성한다. 프리패턴의 형성은 롤투롤 임프린팅 방법으로 구현할 수 있다. 증착부(400)에서 프리패턴이 형성된 기판에 패널 물질을 증착시키고, 스퍼터링부(500)에서 이온밀링 에칭(이온 스퍼터링) 공정을 거치며, 패턴제거부(600)에서 프리패턴을 제거하고 보호층형성부(700)에서 패턴 보호층을 형성하는 순서로 시스템을 구축할 수 있다. 보호층은 기판과 전극의 박리를 예방할 수 있고, 투명도, 투습성 및 내열성 등을 고려하여 선택한다.

또한, 도 14는 기판 위에 용액공정이나 증착 공정 등을 통한 프리패턴용 소재를 형성하고, 임프린팅이나 리소 공정 등을 통해 프리패턴을 형성하는 것이다. 이후의 시스템은 도 13과 같다.

기판 위에 패널 물질을 먼저 형성시킨 경우, 프리패턴을 패널 물질 위에 형성하고, 이온밀링 에칭(이온 스퍼터링) 공정을 진행한다. 투명도를 높이기 위해 추가적으로 프리패턴을 제거하고 바닥에 남은 패널 물질을 이온밀링 에칭(이온 스퍼터링) 공정으로 다시 제거한다(도9). 이후 보호층을 형성한다.

프리패턴을 제거하는 공정은 앞서 설명한 바와 같이 검은색 물질로 이루어진 경우 별도로 제거할 필요성은 없으나, 투명도를 높이기 위해 프리패턴을 제거하고, 다시 이온 밀링을 진행할 수 있다.

[실시예]

실시예 1

도 1에 나타낸 바와 같이, PET 투명기판 위에 1마이크로 높이의 포토레지스트로 포토리소그래피 공정을 실시하여 프리패턴을 제작하였다. 포토레지스트의 높이는 수십 나노~수십 마이크로로 변경 가능하다. 이렇게 제작한 패턴 위에 만들고자 하는 패턴의 소재인 금을 20nm의 두께로 증착하였다. 이온밀링 공정을 이용하여 0.001mTorr의 압력하에서 Ar 이온으로 금을 50~120초 동안 에칭하여 기존에 있는 프리패턴 벽면에 재증착하였다. 마지막으로 프리패턴을 용매로 제거하여 10~20nm의 두께와 800nm(포토레지스트 높이의 0~80%의 높이로 제작가능)의 높이의 전도성 패턴으로 세워진 면전극 구조를 가진 터치스크린 패널을 제조하였다.

실시예 2

실시예 1에서 PET 투명기판 대신에 유리 투명기판을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 실시하였다.

본 발명에서 만든 패턴의 경우, PET 필름과 유리 위에서의 투과도 등을 측정하였다. 투과도의 경우, 투과도 95%인 PET 필름을 사용했을 경우(도 5 참조), 도 6과 같이 550nm 파장에서 90.4354%(PET 필름)의 투과도를 얻을 수 있었다. 유리를 사용했을 경우, 도 7과 같이 92.6349%의 투과도를 얻을 수 있다.

실시예 3

실시예 1에서 제조한 보안패널을 두께 15nm, 선 간격5μm, 높이 800nm로 병렬 연결하였다. 이 경우 저항값이 약50옴이 이하의 저항값이 측정되었다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

1: 마스크 2: 프리패턴 물질
3: 투명기판 4: 프리패턴
5: 패널 물질 6: 재증착 물질
7: 전도성 패턴 10: 투명전극부분
20: 베젤 부분 30: 연결단자
40: 프리패턴 모듈간의 간격
100: 프리패턴 시트 롤러
110: 프리패턴 시트 120: 기판 시트
200: 접착부 210: 패턴층형성부
300: 프리패턴부 400: 증착부
500: 스퍼터링부 600: 패턴제거부
700: 보호층형성부

Claims (19)

1. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법:
   (a) 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하는 단계; 및
   (b) 에칭을 통하여 패널 물질을 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 터치스크린 패널을 수득하는 단계.
   
2. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 터치스크린 패널의 제조방법:
   (a) 패널 기판에 패널 물질을 도포한 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및
   (b) 상기 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 터치스크린 패널을 수득하는 단계.
   
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, (c) 상기 매크로 프리패턴을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
   
4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 매크로 프리패턴은 기판 상에 프리패턴 물질을 증착시키고 리소그래피 또는 임프린팅 공정을 수행하여 형성하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
   
5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 에칭은 밀링 또는 스퍼터링으로 수행되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
   
6. 제5항에 있어서, 상기 밀링은 0.1mTorr~10mTorr의 압력하에서 기체를 이용하여 플라즈마를 형성한 다음 상기 플라즈마를 100eV~5,000eV로 가속화하여 수행되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
   
7. 제1항 또는 제2항에 있어서, 선폭 및 높이가 각각 1nm~100㎛ 및 10nm~1000㎛인 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
   
8. 제3항에 있어서, (d) 상기 (c) 단계에서 수득된 터치스크린 패널을 0.1~90°로 회전시켜서 상기 (a)~(c) 단계를 2~5회 반복하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
   
9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 프리패턴 모듈 간의 간격이 1~100㎛인 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
   
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판과 매크로 프리패턴이 형성된 시트가 롤로부터 언와인드되면서 상기 기판과 매크로 프리패턴 시트를 접착시켜 상기 기판 상에 상기 매크로 프리패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
    
11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 기판이 롤로부터 언와인드되면서 상기 기판 상에 패널 물질과 매크로 프리패턴 물질을 증착한 다음 상기 매크로 프리패턴을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
    
12. 제3항에 있어서, 상기 (c) 공정에서 매크로 프리패턴을 제거한 후에 패턴 보호층을 형성하는 단계를 추가로 포함하는 터치스크린 패널의 제조방법.
    
13. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 전극이 설치된 터치스크린 패널의 제조방법:
    (a) 패널 기판 상에 프리패턴 물질층을 증착시킨 다음, 매크로 프리패턴을 형성하는 단계;
    (b) 상기 매크로 프리패턴이 형성된 패널 기판에 패널 물질을 증착하는 단계;
    (c) 투명전극으로 사용하고자 하는 영역은 에칭에 노출시키고, 나머지 부분은 마스크를 씌운 후, 에칭공정을 실시하되, 투명전극을 위해 형성된 부분패턴보다 마스크를 약간 작게 함으로써 투명전극부분과 베젤회선을 연결시키는 단계; 및
    (d) 상기 마스크를 제거하고, 프리패턴을 클리닝하여 제거한 후에 투명전극용 패턴과 베젤회선 및 연결단자를 동시에 형성하는 단계.
    
14. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 터치스크린 패널의 제조방법:
    (a) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 패널 물질을 증착하는 단계;
    (b) 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;
    (c) 상기 제1 패널이 형성된 기판 상에 제2 패널 물질을 증착하는 단계; 및
    (d) 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계.
    
15. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 적층형 터치스크린 패널의 제조방법:
    (a) 기판에 제1 패널 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;
    (c) 상기 제1 패널이 형성된 기판 상에 제2 패널 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계.
    
16. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 터치스크린 패널의 제조방법:
    (a) 제1 매크로 프리패턴이 형성된 기판에 제1 패널 물질을 증착하는 단계;
    (b) 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 제1 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;
    (c) 제1 패널이 형성된 기판 상에 제1 패널과 각도를 달리하여 제2 매크로 프리패턴을 형성하고 난 후에 제2 패널 물질을 증착하는 단계; 및
    (d) 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 제2 매크로 프리패턴의 측면에 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계.
    
17. 다음 단계를 포함하는 매크로 프리패턴을 이용한 격자형 터치스크린 패널의 제조방법:
    (a) 기판에 제1 패널 물질을 도포한 다음, 제1 매크로 프리패턴을 형성하는 단계;
    (b) 상기 제1 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제1 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제1 패널을 수득하는 단계;
    (c) 제1 패널이 형성된 기판 상에 제1 패널과 각도를 달리하여 제2 패널 물질을 도포한 다음, 제2 매크로 프리패턴을 형성하는 단계; 및
    (d) 상기 제2 매크로 프리패턴의 측면에 에칭을 통하여 제2 패널 물질을 재증착하여 패턴을 가지는 제2 패널을 수득하는 단계.
    
18. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 (b) 단계의 재증착 후에 제1 매크로 프리패턴을 제거하거나 상기 (d) 단계의 재증착 후에 제2 매크로 프리패턴을 제거하는 단계를 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
    
19. 제14항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서, 제1 패널 또는 제2 패널은 터치스크린 패널이고, 나머지는 편광패널, 터치스크린 패널 및 보안패널로 구성된 군에서 선택되는 1종인 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널의 제조방법.
    

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