KR20170010291A - 3차원 곡면 터치 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 3차원 곡면 터치 장치에 관한 것으로, 평면이 아닌 3차원 곡면을 구비한 표면에 직접 터치 센서를 형성시켜 터치 장치를 구현함으로써 터치 장치의 활용 폭을 확장할 수 있는 3차원 곡면 터치 장치에 관한 것이다.

Description

3차원 곡면 터치 장치 {Touch Device}

본 발명은 3차원 곡면 터치 장치에 관한 것으로, 평면이 아닌 3차원 곡면을 구비한 표면에 직접 터치 센서를 형성시켜 터치 장치를 구현함으로써 터치 장치의 활용 폭을 확장할 수 있는 3차원 곡면 터치 장치에 관한 것이다.

휴대전화, 자동차 내비게이션, 컴퓨터, 발권기, 은행의 단말 등의 전자기기에는 액정 장치 등의 표면에 입력장치로 터치 장치가 배치되고, 액정 장치의 화상 표시 영역에 표시된 지시 화상을 참조하면서, 지시화상이 표시되어 있는 위치에 손가락 등을 접촉함으로써 지시 화상에 대응하는 정보의 입력이 실행된다.

이러한 터치 장치에는 저항막형, 정전용량형등이 있지만, 저항막형의 입력장치는 필름과 유리의 2층구조이고, 위쪽의 필름을 눌러서 아래쪽의 유리에 접촉시키는 구조이기 때문에 외부에서의 충격에 노출이 많고, 시간경과 변화에 약한 결점을 가지고 있다.

이에 반하여 정전 용량형 입력장치는 1장의 기판에 투명도전막이 형성되어 내구성이 강한 이점을 가지고 있다.

이러한, 정전 용량형의 입력장치로는 투명성의 도전막의 양단에 동상, 동전위의 교류를 인가하고, 손가락이 접촉 또는 근접해서 캐패시터가 형성될 때에 흐르는 미약 전류를 검지하여 입력위치를 검출하는 표면형 용량센서(Surface capacitive touch sense) 타입이 있다.

또한, 서로 교차하는 방향으로 전극패턴을 연장시켜서 손가락 등이 접촉했을 때 전극간의 정전 용량이 변화하는 것을 검지하여 입력 위치를 검출하는 투영형 용량센서(Projected capacitive touch sense)타입도 있다.

그러나, 종래의 터치 장치는 터치 센서를 형성하기 위해 인쇄 또는 포토리소그라피 공정이 이용되므로 평면 형태의 표면에만 제조될 수 있으며, 곡면을 가진 표면에는 적용할 수 없는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 3차원 곡면을 가지는 표면에 터치 센서를 직접 형성함으로써 평면이 아닌 곡면 상에 터치 장치를 구현할 수 있는 3차원 곡면 터치 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3차원 곡면 터치 장치는 접촉을 감지하는 감지부 패턴이 3차원 곡면 모재 상에 직접 형성된 감지부와 상기 감지부 패턴과 PCB를 연결하기 위해 상기 감지부 패턴을 연장하는 트레이서 패턴이 상기 3차원 곡면 모재 상에 직접 형성된 트레이서를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기 3차원 곡면 모재는 3차원 곡률지름이 10mm 이상의 곡면으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 감지부 및 트레이서는 Cr, Ni, Al, Ti, Ag, Au, AgNW, CNT, 그래핀 중 선택된 적어도 하나 또는 이 중 적어도 하나를 포함하는 합금의 전도성 물질이 상기 3차원 곡면 모재에 직접 형성되고; 상기 감지부는 절연 간격이 20 ~ 5000um인 패턴으로 일체형으로 형성된 것을 특징으로 한다.

상기 감지부 및 트레이서는 LDS 소재 또는 스프레이를 상기 3차원 곡면 모재 상에 적용하고, 감지부 패턴 및 트레이서 패턴을 레이저로 패터닝하고, 상기 감지부 패턴 및 트레이서 패턴 상에 전기 도금을 통해 전도성 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 감지부 및 트레이서는 상기 3차원 곡면 모재 상에 증착 또는 도금하여 전도성 물질층을 형성한 후 레이저 마킹을 통해 감지부 패턴 및 트레이서 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 감지부 및 트레이서는 감지부 패턴과 트레이서 패턴이 형성된 인쇄 롤을 통해 상기 3차원 곡면 모재 상에 전도성 잉크를 직접 인쇄하여 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 3차원 곡면 모재 상에 전도성 잉크를 스프레이 분사 또는 코팅하여 전도성 물질층을 형성한 후 레이저 마킹을 통해 감지부 패턴 및 트레이서 패턴이 형성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 감지부는 제 1 축 패턴과 제 2 축 패턴이 동일한 층에 형성된 단일층 구조 또는 제 1 축 패턴과 제 2 축 패턴이 절연층을 사이로 구분된 다층 구조로 형성된 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 감지부 패턴은 중앙부에서 측면으로 갈수록 감지부 패턴의 크기가 증가하도록 형성된 것을 특징으로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 3차원 곡면 터치 장치는 글라스나 플라스틱 소재의 필름 상에 터치 센서를 생성하여 3차원 곡면 모재에 양면 테이프 등을 이용해 부착하는 것이 아니라, 3차원 곡면 모재에 직접 터치 센서(감지부, 트레이서)를 형성함으로써 전체 두께를 슬림화할 수 있을 뿐만 아니라, 제조 과정이 간소화되어 생산성 및 수율을 획기적으로 향상시킬 수 있으며, 터치의 정확성을 높일 수 있다.

본 발명은 곡률을 가지는 3차원 곡면에 적용할 수 있으므로 종래의 전자 장치의 버튼이나 스위치를 터치 장치로 대체할 수 있어 제품의 디자인을 획기적으로 개선할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 곡면 터치 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 터치 장치를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감지부 패턴을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 3차원 곡면 터치 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1의 터치 장치를 제조하는 과정을 개략적으로 도시한 순서도이다.

도 1 및 2를 참조하면, 본 발명에 따른 3차원 곡면 터치 장치는 3차원 곡면 모재(10) 상에 직접 형성되어 접촉을 감지하는 감지부(20)와 상기 감지부 패턴과 PCB를 연결하기 위해 패턴을 연장하는 트레이서(30)과 상기 트레이서 패턴과 PCB를 전기적으로 연결하는 접합부 및 상기 감지부 패턴들을 센싱해서 컨트롤하는 컨트롤 칩을 내장하는 PCB(40)를 포함하여 구성될 수 있다.

종래의 3차원 곡면 터치 장치는 패턴을 구비한 별도의 센서를 제조하고 양면 테이프와 같은 접착제를 통해 글라스나 플라스틱 재질의 필름 상에 상기 센서를 부착하여 제조하는 방식으로 제조되고 있으므로 평면이 아닌 곡면인 표면에 터치 장치를 결합하여 제조하기 어려운 문제가 있으며, 이로 인해 생산성과 수율이 떨어지는 문제가 있었다.

그러나, 본 발명은 표면이 곡면인 3차원 곡면 모재(10) 상에 감지부 패턴과 트레이서 패턴을 직접 형성함으로써 생산성과 수율을 획기적으로 높일 수 있다. 예를 들어, 3차원 곡면을 가진 전자 제품 표면에 형성되는 버튼을 3차원 곡면 장치로 대체할 수 있다.

여기서, 3차원 곡면 모재(10)는 표면이 3차원 곡률지름이 10mm 이상의 곡면이기만 하면 어떠한 제품이나 부품이 포함될 수 있다.

본 발명은 글라스나 플라스틱 재질의 필름 또는 시트 상에 터치 센서를 형성하는 것이 아니라, 3차원 곡면 모재상에 전도성 물질을 직접 부착하여 감지부 패턴과 트레이서 패턴을 형성하는 것을 특징으로 한다. 상기 전도성 물질은 절연 간격이 20 ~ 5000um인 감지부 패턴으로 일체형으로 형성될 수 있다.

여기서, 상기 전도성 물질은 Cr, Ni, Al, Ti, Ag, Au 중 선택된 어느 하나 또는 이 중 적어도 하나를 포함하는 합금으로 구성될 수 있다.

또한, AgNW, CNT, 그래핀, ZnO, PEDOT 등 전도성을 가진 물질은 무엇이나 가능하다.

본 발명에 따른 감지부 패턴은 제 1 축 패턴과 제 2 축 패턴의 구분없이 단일의 층으로 형성될 수 있지만, 도 1의 실시예와 같이 제 1 축 패턴과 제 2 축 패턴 사이에 절연층이 형성되어 제 1 축 패턴과 제 2 축 패턴이 전기적으로 절연되는 구성으로 형성될 수 있다.

상기 전도성 물질로 감지부(20)와 트레이서(30)를 형성하기 위해 다음과 같은 방법이 이용될 수 있다.

먼저, LDS 소재 또는 스프레이를 3차원 곡면 모재에 적용한 후 감지부 패턴과 트레이서 패턴을 레이저로 패터닝하고 전기도금을 수행하여 감지부(20)와 트레이서(30)를 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, LDS 소재는 절연체이면서 레이저에 의해 활성화되기 때문에 LDS 소재 또는 스프레이를 3차원 곡면 모재에 적용한 후 감지부 패턴과 트레이서 패턴에 따라 레이저로 패터닝을 수행하여 감지부 패턴과 트레이서 패턴을 생성한 후 상기 감지부 패턴과 트레이서 패턴 상에 무전해 도금을 통한 전기도금를 수행하여 전도성 패턴을 형성하여 감지부(20)와 트레이서(30)를 형성하게 된다.

상기와 같이 LDS소재를 적용한 후 레이저 패터닝 및 전기 도금을 통해 표면이 굴곡진 곡면을 가진 3차원 곡면 모재(10)라 하더라도 직접 감지부(20)와 트레이서(30)를 형성할 수 있다.

또 다른 방법으로, 3차원 곡면 모재(10) 상에 전도성 물질을 증착 또는 도금한 후 레이저 마킹을 통해 감지부 패턴과 트레이서 패턴을 형성하여 감지부(20)와 트레이서(30)를 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, 3차원 곡면 모재(10) 표면 상에 전도성 물질을 증착 또는 도금하여 전도성 물질층을 형성한 뒤, 레이저 마킹을 통해 감지부 패턴과 트레이서 패턴을 제외한 영역을 제거하여 3차원 곡면 모재 표면에 감지부(20)와 트레이서(30)를 직접 형성할 수 있다.

또 다른 방법으로, 상기 3차원 곡면 모재(10) 표면 상에 전도성 물질로 구성된 전도성 잉크를 직접 인쇄하여 감지부 패턴과 트레이서 패턴을 구비한 감지부(20)와 트레이서(30)를 형성할 수 있다.

보다 구체적으로, 감지부 패턴과 트레이서 패턴이 형성된 인쇄롤을 이용하여 상기 3차원 곡면 모재(10) 상에 상기 전도성 잉크를 직접 인쇄하면 상기 인쇄롤에 형성된 감지부 패턴과 트레이서 패턴이 상기 3차원 곡면 모재(10) 상에 그대로 전사되어 직접 인쇄되고 이를 통해 감지부 패턴과 트레이서 패턴이 직접 형성된 감지부(20)와 트레이서(30)를 형성할 수 있다.

그리고 상기 전도성 잉크를 상기 3차원 곡면 모재(10) 상에 코팅 또는 스프레이 분사하여 전도성 물질층을 형성한 후 레이저 마킹을 통해 감지부 패턴과 트레이서 패턴을 형성하여 감지부(20)와 트레이서(30)를 형성할 수 있다.

여기서, 상기 코팅은 스핀 코팅, 딥 코팅(Dipping), 캐스팅, 닥터블레이드 등 통상에 사용되는 모든 코팅 방법이 사용될 수 있다.

도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 감지부 패턴을 개략적으로 도시한 것이다.

일반적으로, 평면으로 형성된 터치 장치의 경우 접촉 면적이 동일하므로 감지부 패턴이 동일한 크기로 형성되지만, 본 발명과 같이 곡률을 가지는 곡면 상에 터치 장치가 구현되는 경우 곡면의 곡률에 의해 접촉 면적이 달라지게 된다.

즉, 가장 높은 중앙부의 경우 평면과 동일하지만, 측면으로 갈수록 곡률에 따라 접촉 면적이 작아지게 되므로 위치에 따라 접촉 면적이 달라지게 되고 정확한 접촉을 감지할 수 없는 문제가 있다.

그러나, 도 3과 같이 중앙부에서 측면으로 갈수록 패턴의 크기가 커지도록 형성할 경우 접촉 면적이 작아짐으로 인해 발생하는 문제를 보상할 수 있으며, 곡률이 변하는 상황에서 접촉에 따른 정확한 감지가 가능하게 된다.

상기와 같이 감지부와 트레이서가 3차원 곡면 모재 상에 직접 형성되면 트레이서 패턴에 PCB를 ACF 또는 솔더링을 통해 전기적으로 연결하여 터치 장치를 완성하게 된다.

여기서, 상기 트레이서와 PCB를 전기적으로 연결하는 과정은 종래의 터치 장치에 일반적으로 적용되는 구성이며 본 발명의 핵심에서 벗어나는 부분이므로 구체적인 설명은 생략하기로 한다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 3차원 곡면 모재 20 : 감지부
30 : 트레이서 40 : PCB

Claims (9)

1. 접촉을 감지하는 감지부 패턴이 3차원 곡면 모재 상에 직접 형성된 감지부와;
   상기 감지부 패턴과 PCB를 연결하기 위해 상기 감지부 패턴을 연장하는 트레이서 패턴이 상기 3차원 곡면 모재 상에 직접 형성된 트레이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 3차원 곡면 모재는
   3차원 곡률지름이 10mm 이상의 곡면으로 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 감지부 및 트레이서는
   Cr, Ni, Al, Ti, Ag, Au, 그래핀, CNT, AgNW 중 선택된 적어도 하나 또는 이중 적어도 하나를 포함하는 합금의 전도성 물질이 상기 3차원 곡면 모재에 직접 형성되고;
   상기 감지부는 절연 간격이 20 ~ 5000um인 패턴으로 일체형으로 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 감지부 및 트레이서는
   LDS 소재 또는 스프레이를 상기 3차원 곡면 모재 상에 적용하고, 감지부 패턴 및 트레이서 패턴을 레이저로 패터닝하고, 상기 감지부 패턴 및 트레이서 패턴 상에 전기 도금을 통해 전도성 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 감지부 및 트레이서는
   상기 3차원 곡면 모재 상에 증착 또는 도금하여 전도성 물질층을 형성한 후 레이저 마킹을 통해 감지부 패턴 및 트레이서 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 감지부 및 트레이서는
   감지부 패턴과 트레이서 패턴이 형성된 인쇄 롤을 통해 상기 3차원 곡면 모재 상에 전도성 잉크를 직접 인쇄하여 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 3차원 곡면 모재 상에 전도성 잉크를 스프레이 분사 또는 코팅하여 전도성 물질층을 형성한 후 레이저 마킹을 통해 감지부 패턴 및 트레이서 패턴이 형성되는 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 감지부는
   제 1 축 패턴과 제 2 축 패턴이 동일한 층에 형성된 단일층 구조 또는 제 1 축 패턴과 제 2 축 패턴이 절연층을 사이로 구분된 다층 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 감지부 패턴은
   중앙부에서 측면으로 갈수록 감지부 패턴의 크기가 증가하도록 형성된 것을 특징으로 하는 3차원 곡면 터치 장치.

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