KR20170048061A

KR20170048061A - 광학 패턴을 갖는 임베디드형 메탈메쉬를 이용하는 감압식의 터치 센서

Info

Publication number: KR20170048061A
Application number: KR1020150148950A
Authority: KR
Inventors: 김혜영; 김용남; 연효동
Original assignee: 미래나노텍(주)
Priority date: 2015-10-26
Filing date: 2015-10-26
Publication date: 2017-05-08
Also published as: KR102360721B1

Abstract

본 발명에 의한 광학 패턴을 갖는 임베디드형 메탈메쉬를 이용하는 감압식의 터치 센서가 개시된다. 본 발명에 따른 감압식의 터치 센서는 압력에 대한 복원력을 갖고, 일부에 음각 패턴이 형성된 레진층; 상기 음각 패턴에 매립된 전도층; 및 상기 음각 패턴 이외의 상기 레진층에 형성된 광학패턴을 포함하는 제1 센서층; 및 상기 전도층과 마주하며 이격된 제2 센서층을 포함한다.

Description

광학 패턴을 갖는 임베디드형 메탈메쉬를 이용하는 감압식의 터치 센서{RESISTIVE TOUCH SENSOR USING EMBEDDED METAL MESH HAVING OPTICAL PATTERN}

본 발명은 감압식의 터치 패널에 관한 것으로서, 특히, 광학 패턴을 갖는 임베디드형 메탈메쉬를 이용한 감압식의 터치 센서에 관한 것이다.

일반적으로, 터치 스크린은 화면과 동일한 크기의 터치 스크린 패널을 구비함으로써, 디스플레이 장치의 화면상에서 사용자의 조작에 따른 전기적 변화로부터 접촉 지점을 감지하게 된다. 이때, 디스플레이 장치의 화면 좌표와 터치 스크린 패널의 접촉 지점 좌표를 일치시켜 디스플레이 장치상에 터치 스크린 패널을 부착함으로써, 사용자는 화면에 나타내는 아이콘이나 문자를 접촉하는 것으로, 각종 메뉴 선택이나 조작을 위한 명령을 실행시킬 수 있다.

터치 스크린의 터치 센서는 접촉 신호를 감지하는 방식에 따라 감압식, 정전용량 방식이 대표적이다. 특히, 감압식의 터치 센서는 정전용량 방식에 비해 저렴하여 공공 장소에 설치된 정보 단말기나 매표기, 현금 자동 지급기와 같이 주변에서 흔히 볼수 있는 장비에 설치되어 있으며 보급형 휴대용 단말기에도 적용되고 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 감압식의 터치 센서의 구조를 나타내는 도면이다.

도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 ITO(Indium-Tin Oxide) 감압식 터치 센서는 전기가 통하는 투명 전극 상부 기판과 하부 기판의 접촉에 의해 발생하는 저항을 감지하는데, 상부 기판과 하부 기판 사이에 절연이 가능한 마이크로 도트 스페이서(micro dot spacer)가 필요하다.

그러나 절연체로 마이크로 도트 스페이서를 사용하는 경우 불투명하고, 조도를 형성하게 되어 투과율은 손실되며, 난반사가 발생하여 광학적 특성이 저하된다.

또한 ITO 전극의 경우 굴절율이 높아 공기와 만나는 계면에서 굴절율 차이에 의한 반사광이 발생하여 시각적 간섭 현상이 발생한다.

또한 상부 기판과 하부 기판이 양면테이프 등의 접착제에 의해 테두리가 접합되게 되는데, 접합부를 제외한 도트 스페이서 영역에는 셀 갭이 형성되고, 이로 인해 상부 기판과 하부 기판이 렌즈와 같은 곡률을 형성하게 되고, 필름의 렌즈화에 따른 뉴턴스 링(Newton's ring) 현상이 발생되어 외관에 문제가 될 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 임베디드형 메탈메쉬 기반의 터치 센서가 이용되는데, 기존의 임베디드형 메탈메쉬 기반의 터치 센서의 경우 개구율 감소에 따라 휘도와 시야각 등의 광학적 손실이 불가피하게 야기된다. 휘도와 시야각을 개선하는 방안으로 광학 시트를 적용할 경우 디스플레이 장치의 전체적인 슬림화가 불가능하게 된다.

따라서 이러한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 기재 위에 복원력을 갖는 UV 또는 열 경화형 레진층이 형성되어 그 형성된 UV 또는 열 경화형 레진층의 음각 패턴 내 일부 또는 전체를 전도성 페이스트로 충진시키고 음각패턴 사이마다 적어도 하나의 형상을 갖는 광학 패턴이 구비된 센서 패턴을 형성하도록 하는 광학 패턴을 갖는 임베디드형 메탈메쉬를 이용하는 감압식의 터치 센서를 제공하는데 있다.

그러나 본 발명의 목적은 상기에 언급된 사항으로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

상기 목적들을 달성하기 위하여, 본 발명의 한 관점에 따른 감압식의 터치 센서는 압력에 대한 복원력을 갖고, 일부에 음각 패턴이 형성된 레진층; 상기 음각 패턴에 매립된 전도층; 및 상기 음각 패턴 이외의 상기 레진층에 형성된 광학패턴을 포함하는 제1 센서층; 및 상기 전도층과 마주하며 이격된 제2 센서층을 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 광학 패턴은 확산 구조, 콘(corn) 구조, 비정형 렌즈 구조, 정형 렌즈 구조, 프리즘 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 광학 패턴은 10~500㎛ 이내의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전도층은 상기 음각 패턴의 일부 또는 전체에 전도성 페이스트를 충진하여 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 레진층은 3㎛ ~ 100㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 전도성 페이스트는 10nm ~ 30㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 음각 패턴은 30㎛ ~ 3000㎛의 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 감압식의 터치 센서는 상기 제1 센서층의 외곽과 상기 제2 센서층의 외곽을 접합하는 접착층을 더 포함할 수 있다.

바람직하게, 상기 제2 센서층은 투명 필름, 유리 기판, 플라스틱 기판 상에 전도성 물질을 격자 형상으로 형성하여 제조하거나, ITO(Indium-Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AgNW, 전도성 고분자를 형성하여 제조하는 것을 특징으로 한다.

이를 통해, 본 발명은 기재 위에 복원력을 갖는 UV 또는 열 경화형 레진층이 형성되어 그 형성된 UV 또는 열 경화형 레진층의 음각 패턴 내 일부 또는 전체를 전도성 페이스트로 충진시키고 음각 패턴 사이마다 적어도 하나의 형상을 갖는 광학 패턴이 구비된 센서 패턴을 형성하도록 함으로써, 종래의 도트 스페이서 생성 공정을 없앨 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 도트 스페이서를 없애는 것이 가능하기 때문에 도트 스페이서에 의해 발생하는 난반사를 최소화하여 투과율 저하를 최소화할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 기존의 방식보다 두께가 얇고 평탄도가 우수하며 ITO 대비 굴절율이 낮은 터치 센서 제작이 가능하여 뉴턴스 링을 현저히 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 복원력을 갖는 레진층에 광학 패턴을 형성하기 때문에 기존의 메탈 메쉬의 사용에 따른 개구율 감소로 저하된 휘도 및 시야각 등의 광학 특성을 개선할 수 있는 효과가 있다.

또한 본 발명은 복원력을 갖는 레진층에 광학 패턴을 형성하기 때문에 사용 목적에 따라 광학 시트의 제거가 가능하여 디스플레이 장치의 슬림화가 가능할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 따른 감압식의 터치 센서의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감압식의 터치 센서 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감압식의 터치 센서 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 감압식의 터치 센서의 평면도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감압식의 터치 센서의 평면도이다.
도 8은 메탈 메쉬 표면에 광학 패턴이 적용된 경우를 보여주는 도면이다.
도 9는 메탈 메쉬 표면에 광학 패턴 형성에 따른 휘도 변화를 보여주는 도면이다.
도 10은 메탈 메쉬 표면에 광학 패턴 형성에 따른 시야각 변화를 보여주는 도면이다.

이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 광학 패턴을 갖는 임베디드형 메탈메쉬를 이용하는 감압식의 터치 센서를 첨부한 도면을 참조하여 설명한다. 본 발명에 따른 동작 및 작용을 이해하는 데 필요한 부분을 중심으로 상세히 설명한다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 동일한 명칭의 구성 요소에 대하여 도면에 따라 다른 참조부호를 부여할 수도 있으며, 서로 다른 도면임에도 불구하고 동일한 참조부호를 부여할 수도 있다. 그러나, 이와 같은 경우라 하더라도 해당 구성 요소가 실시예에 따라 서로 다른 기능을 갖는다는 것을 의미하거나, 서로 다른 실시예에서 동일한 기능을 갖는다는 것을 의미하는 것은 아니며, 각각의 구성 요소의 기능은 해당 실시예에서의 각각의 구성 요소에 대한 설명에 기초하여 판단하여야 할 것이다.

특히, 본 발명에서는 기재 위에 복원력을 갖는 UV 또는 열 경화형 레진층이 형성되어 그 형성된 UV 또는 열 경화형 레진층의 음각 패턴 내 일부 또는 전체를 전도성 페이스트로 충진시키고, 음각패턴 사이마다 적어도 하나의 형상을 갖는 광학 패턴이 구비된 센서 패턴을 형성하도록 하는 새로운 감압식의 터치 센서를 제안한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감압식의 터치 센서 구조를 나타내는 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 감압식의 터치 센서는 압력에 대한 복원력을 갖는 레진층에 격자 형상으로 매립되어 일면이 노출된 전도층을 포함하는 제1 센서층 및 상기 전도층의 노출면과 마주하며 이격하는 제2 센서층을 포함한다. 즉, 본 발명의 터치 센서는 제1 센서층에 해당하는 상부 기판(100), 레진층(200), 광학 패턴(210), 전도성 페이스트로 이루어진 전도층(300)과 제2 센서층에 해당하는 하부 기판(500) 및 접착층(400)을 포함할 수 있다. 여기서, 전도층(300)과 하부 기판(500)은 센싱 패턴이라고도 칭하며 사용자의 터치를 감지하는 역할을 하게 된다.

상부 기판(100)은 투명 필름, 유리 기판, 플라스틱 기판 등 소재의 제한 없이 사용될 수 있다. 특히, 기판은 투명 필름으로 형성될 수 있는데, 투명 필름은 PET(Polyethylene Terephthalate), PI(Polymide), 아크릴(Acryl), PEN(Polyethylene Naphthalate), 또는 글라스(glass) 중 적어도 하나를 이용하여 형성될 수 있다.

레진층(200)은 상부 기판(100)의 하부에 형성되어, 격자 형상의 음각 패턴을 형성할 수 있다. 이러한 레진층(200)은 자기 복원력을 갖는 UV 또는 열 경화형 레진으로 형성될 수 있다.

여기서, 자기 복원력이란 한 번 생긴 오목부(홈부) 자국이 경시적으로 소실되어 원래의 형상으로 되돌아가는(복원되는) 성질을 의미한다. 레진층(200)의 두께는 3㎛~100㎛가 바람직하다. 즉, 이 두께가3㎛ 미만인 경우 레진층(200)의 유연성이 부족하여 자기 복원력이나 필기 내구성이 저하되고, 100㎛ 이상인 경우 레진층(200)이 너무 두꺼워 져 터치 패널에 이용했을 때의 펜(혹은 손) 입력의 하중을 크게 할 필요가 있어 바람직하지 않다.

이러한 레진층 형성용 경화성 조성물 중에는 자외선 경화성 또는 열강화성의 불포화 아크릴 수지 조성물, 우레탄변성(메트)아크릴레이트 등의 불포화 폴리우레탄 수지 조성물, 불포화 폴리에스테르 수지 조성물, 폴리아미드수지 조성물, 열경화형의 실리콘계, 멜라민계 및 에폭시계의 수지 조성물 등이 포함될 수 있다.

이때, 음각 패턴은 센서 패턴을 형성하기 위한 것으로서 정형 또는 비정형 격자 형상으로 형성될 수 있다.

특히, 레진층(200)은 상부 기판(100)의 하부에 임프린트 공정을 통해 형성될 수 있다.

광학 패턴(210)은 레진층(200)의 하부에 형성된 다수의 음각 패턴들 사이에 형성될 수 있다. 이러한 광학 패턴(210)은 사용 목적에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있는데, 예컨대, 확산(비드 분산 구조) 구조, 콘(corn) 구조, 비정형 렌즈 구조, 정형 렌즈 구조, 프리즘 구조 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 또한, 광학 패턴(210)은 레진층(200)과 마찬가지로 자기 복원력을 갖는 UV 또는 열 경화형 레진으로 형성될 수 있다. 이는 전도층(300)과 하부 기판(500)의 접촉시 광학 패턴(210)이 변형될 수 있는 것을 감안한 것이다.

전도층(300)은 레진층의 하부에 형성된 다수의 음각 패턴들 각각에 전도성 페이스트를 충진하여 형성될 수 있다. 이러한 전도성 페이스트는 각 음각 패턴의 일부에 충진되거나, 도 3과 같이 전부에 충진될 수 있다. 전도성 페이스트가 각 음각 패턴의 전체에 충진되지 않고 일부에 충진되는 경우, 상대적으로 접착제 두께가 감소될 수 있고, 적은 압력으로도 동작이 가능하여 감도가 향상될 뿐 아니라 터치 센서의 두께를 감소시킬 수 있다. 이때, 전도성 페이스트는 음각 패턴에 나이프 코팅 방법을 통해 충진될 수 있다.

이렇게 상부 기판(100) 상에 레진층(200)을 형성하고, 그 형성된 레진층(200)의 하부면에 규칙적으로 형성된 음각 패턴들 각각에 전도성 페이스트가 충진된 후 열처리 과정을 거치게 되면 복원력을 갖는 임베디드형 센서가 형성될 수 있다.

접착층(400)은 음각 패턴들이 형성된 레진층의 하부에 하부 기판을 접착할 수 있다. 이러한 접착층(400)은 레진층의 하부 가장 자리 영역에 하부 기판을 접착할 수 있다.

하부 기판(500)은 다수의 음각 패턴들이 형성된 레진층의 하부에 형성될 수 있다. 이러한 하부 기판(500)은 센서 패턴이 형성되는 상부 기판(100)과 마찬가지로 투명 필름, 유리 기판, 플라스틱 기판 등에 메탈메쉬, ITO(Indium-Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AgNW, 전도성 고분자 등의 투명 전도성 소재 등이 제한 없이 사용될 수 있다.

이때, 접착층(400)으로 인해 레진층(200)과 하부 기판(500) 사이에 에어 갭(air gap)이 형성될 수 있는데, 전도성 페이스트(300)가 레진층에 형성된 음각 패턴의 전체에 형성되는 경우보다 일부에 형성되는 경우 에어 갭의 크기가 더 커질 수 있다.

도 4는 도 2의 터치 센서의 스펙을 추가로 설명하기 위한 도면이다.

도 4에 도시한 바와 같이, 상부 기판(100)은 8㎛ ~ 500㎛ 이내의 두께(L1)를 갖도록 형성될 수 있고, 레진층(200)은 3㎛ ~ 100㎛ 이내의 두께(L2)를 갖도록 형성될 수 있다.

전도층(200)을 이루는 전도성 페이스트는 레진층(200)에 형성된 음각 패턴의 일부 또는 전체에 충진될 수 있는데, 예컨대, 10nm ~ 30㎛ 이내의 두께(L3)를 갖도록 형성될 수 있다.

또한 레진층(200)에 형성되는 음각 패턴은 일정한 크기를 갖는 격자 형상의 패턴으로 형성될 수 있는데, 음각 패턴은 70㎛ ~ 700㎛ 이내의 간격(D)을 갖도록 형성될 수 있다.

광학 패턴(210)은 10~500㎛ 이내의 두께(L4)를 갖도록 형성될 수 있다.

도 5는 상술한 터치 센서의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다.

도 5에 도시한 바와 같이, 사용자가 손가락으로 누를 때, 레진층(200)이 눌려지면서 레진층(200)에 형성된 전도층(300)이 눌려지게 되고, 그 전도층(300)이 하부 기판(500)에 접촉할 수 있다. 여기서 전도층(300)은 격자(mesh) 형태일 수 있다.

이때, 레진층(200)과 광학 패턴(210)이 복원력을 갖는 UV 또는 열 경화형 레진으로 형성되었기 때문에, 손가락을 때면 레진층(200) 및 광학 패턴(210)이 원래의 위치로 복원되면서 전도층(300)이 하부 기판(500)으로부터 떨어져 원래의 위치로 복원될 수 있다.

도 6 및 도 7은 상술한 터치 센서의 평면도다.

도 6 및 도 7에 도시한 바와 같이, 본 발명에 따른 감압식의 터치 센서는 제1 센서 패턴이 형성된 제1 센서층(10)와 제2 센서 패턴이 형성된 제2 센서층(20)를 포함할 수 있다.

이때, 제1 센서층(10)는 복원력을 갖는 UV 또는 열 경화형 레진을 통해 형성된 격자 형상의 센서 패턴을 포함할 수 있고, 제2 센서층(20)도 제1 센서층(10)와 마찬가지로 전도성 물질이 격자 형상으로 패터닝되어 있거나, 투명 필름, 유리 기판, 플라스틱 기판 등에 ITO, FTO, AgNW, 전도성 고분자 등의 투명 전도성 소재 등이 제한 없이 형성되어 있을 수 있다.

만약, 전도성 물질을 격자 형상으로 패터닝(메탈메쉬)하여 제2 센서층(20)를 제조할 경우, 제2 센서층(20)에는 제1 센서층(10)에 형성된 제1 격자 형상의 제1 센서 패턴보다 간격이 좁은 제2 격자 형상의 제2 센서 패턴이 형성되는 것이 바람직하다.

도 8은 광학 패턴의 다양한 실시예를 보여주는 도면이다.

도 8에 도시한 바와 같이, 광학 패턴은 정렬된 렌즈, 비정렬 렌즈, 다양한 꼭지점 각도를 갖는 프리즘 형상일 수 있다.

도 9 및 10은 터치 센서에 광학 패턴을 형성할 경우의 휘도 및 시야각 변화를 보여주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 기존구조(광학패턴이 없는 구조)를 평균 100%으로 보았을 때 광학 패턴이 확산(비드)구조일 경우 131.2%, 콘구조일 경우 144.4%, 비정형 렌즈구조일 경우 143%, 정형 렌즈구조일 경우 154.4%, 프리즘구조일 경우 166.9%로서 기존구조보다 터치 센서에 광학 패턴을 형성한 경우의 휘도가 더 높음을 알 수 있다.

마찬가지로, 도 10을 참조하면, 기존구조(광학패턴이 없는 구조) 보다 확산(비드)구조, 콘구조, 비정형 렌즈구조, 정형 렌즈구조, 프리즘 구조가 평균적 시야각(-40~+40)에서 높은 밝기(Y축 인자)를 나타냄을 확인할 수 있다. 이는 기존구조보다 광학패턴이 형성된 구조의 시야각이 보다 우수함을 나타낸다.

이상에서 설명한 실시예들은 그 일 예로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 상부 기판
200: 레진층
210: 광학 패턴
300: 전도층
400: 접착층
500: 하부 기판

Claims

압력에 대한 복원력을 갖고, 일부에 음각 패턴이 형성된 레진층; 상기 음각 패턴에 매립된 전도층; 및 상기 음각 패턴 이외의 상기 레진층에 형성된 광학패턴을 포함하는 제1 센서층; 및
상기 전도층과 마주하며 이격된 제2 센서층을 포함하는 감압식의 터치 센서.
제1 항에 있어서,
상기 광학 패턴은,
확산 구조, 콘(corn) 구조, 비정형 렌즈 구조, 정형 렌즈 구조, 프리즘 구조 중 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 감압식의 터치 센서.
제1 항에 있어서,
상기 광학 패턴은,
10~500㎛ 이내의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 감압식의 터치 센서.
제1 항에 있어서,
상기 전도층은
상기 음각 패턴의 일부 또는 전체에 전도성 페이스트를 충진하여 형성되는 것을 특징으로 하는 감압식의 터치 센서.
제4 항에 있어서,
상기 레진층은,
3㎛ ~ 100㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 감압식의 터치 센서.
제4 항에 있어서,
상기 전도성 페이스트는,
10nm ~ 30㎛의 두께를 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 감압식의 터치 센서.
제4 항에 있어서,
상기 음각 패턴은,
30㎛ ~ 3000㎛의 간격을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 감압식의 터치 센서.
제1 항에 있어서,
상기 제1 센서층의 외곽과 상기 제2 센서층의 외곽을 접합하는 접착층;
을 더 포함하는 감압식의 터치 센서.
제1 항에 있어서,
상기 제2 센서층은,
투명 필름, 유리 기판, 플라스틱 기판 상에 전도성 물질을 격자 형상으로 형성하여 제조하거나, ITO(Indium-Tin Oxide), FTO(Fluorine-doped Tin Oxide), AgNW, 전도성 고분자를 형성하여 제조하는 것을 특징으로 하는 감압식의 터치 센서.