KR20180079055A - 스트레처블 터치 스크린, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치 - Google Patents

스트레처블 터치 스크린, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 스트레처블 터치 스크린 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것으로, 기재로서 탄성 복원력이 높은 재료를 사용하고, 이에 요부를 정의하여 터치 전극의 형성 부위를 정한 후 나노 와이어로 상기 요부를 채워 터치 전극을 형성함으로써, 기재 자체의 탄성 복원력과 나노 와이어의 와이어간 전기적 연결을 유지하는 특성에 의해 어느 방향으로 연신하여도 터치 전극이 깨지거나 파단되지 않고, 또한 저항 증가가 없어 신뢰성 있는 스트레처블 터치 스크린을 구비할 수 있다.

Description

스트레처블 터치 스크린, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치 {Stretchable Touch Screen, Method for Manufacturing the Same, and Display Device Using the Same}
본 발명은 터치 스크린에 관한 것으로, 랜덤한 연신에 대해서도 동작의 신뢰성을 갖는 스트레처블 터치 스크린, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
표시장치의 구체적인 예로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display device: LCD), 유기 발광 표시 장치(Organic Emitting Display Device), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device: PDP), 양자점 표시 장치(Quantum Dot Display Device), 전계방출표시장치(Field Emission Display device: FED), 전기영동 표시장치(Electrophoretic Display Device: EPD) 등을 들 수 있는데, 이들은 공통적으로 화상을 구현하는 평판 표시패널을 필수적인 구성요소로 하는 바, 평판 표시패널은 고유의 발광 또는 편광 혹은 그 밖의 광학 물질층을 사이에 두고 한 쌍의 투명 절연기판을 대면 합착시킨 구성을 갖는다.
이 중 광원의 생략으로 경량화가 가능하며 색표현이 풍부한 유기 발광 표시 장치가 현재 주목받고 있다.
또한, 최근 표시장치의 대형화에 따라 공간 점유가 적은 형태로의 요구가 증대되고 있는데, 이러한 요구는 증진되어, 최근에는 표시 장치를 플렉서블한 형태로 이용하고자 하는 요구가 있다.
따라서, 표시 장치는 두께가 점차로 얇아져 연성 가능한 플렉서블 표시 장치로 발전되고 있으며 다양한 형태로의 변형이 요구되고 있다. 그 예로, 구부리고 접거나 말 수 있는 벤더블(bendable)이나 롤러블(rollable)을 포함하여, 랜덤한 방향으로 연신하여 이용하는 스트레처블(stretchable)한 형태로까지 변형이 요구되고 있다.
그리고, 표시 장치는 단순한 표시 기능뿐만이 아니라 사용자의 특정 요구에 부응할 수 있도록 터치 검출 기능을 부가한 터치 스크린을 더 포함할 것이 요구되기도 한다.
그런데, 현재까지 알려진 터치 스크린은 딱딱하며 충격에 취약한 투명 전극을 터치 전극으로 이용하고 있어, 이러한 플렉서블 표시 장치에 적용시 특정 스트레스에 터치 전극이 깨지거나 파단이 일어나 저항이 커지거나, 심할 경우 터치 감지 기능이 불가능할 수 있다. 특히 터치 전극은 송신 또는 수신 방향에서 전기적으로 길게 연결되도록 한 방향으로 길게 형성되거나 혹은 일정한 패턴으로 나누어 형성되고 나뉘어 있는 패턴들간의 접속이 요구되는데, 전자의 경우는 스트레처블 표시 장치로 구현시 연신에 따른 스트레스를 한 방향으로 길게 받아 크랙이 발생하기 쉽고, 후자의 경우는 전극간의 접속부에서 분리나 크랙이 일어나 전기적 연결이 끊어지기 쉽다는 스트레처블 표시 장치에 적용하기 어려운 구조적인 문제점을 갖는다.
따라서, 플렉서블 표시 장치의 다양한 변형에도 신뢰성을 갖는 터치 스크린에 대한 연구가 진행되고 있다.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로, 랜덤한 연신에 대해서도 동작의 신뢰성을 갖는 스트레처블 터치 스크린, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 스트레처블 터치 스크린 및 이를 이용한 표시 장치는 터치 스크린을 이루는 기재 및 전극의 성분을 변경하고 그 형성 방식을 변경함으로써, 랜덤한 방향의 연신에 대해서는 전극의 손상없이 원복이 용이하고, 연신 상태에서는 전극의 신뢰성을 가질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린은 모듈러스가 100MPa 내지 200MPa 인 기재와, 상기 기재의 제 1 표면으로부터 일정 두께 제거되어 정의된 복수개의 제 1 요부와, 상기 복수개의 제 1 요부에 채워진 나노 와이어로 이루어진 복수개의 제 1 전극 및 상기 제 1 전극을 덮는 보호막을 포함할 수 있다.
상기 기재는 실리콘 계열 필름 또는 폴리우레탄 계열 필름일 수 있다.
상기 복수개의 제 1 요부는 평행하며, 각각 상기 기재의 일 변의 방향을 따른 진행 방향을 가질 수 있다.
그리고, 상기 보호막은 표면을 평탄화하는 유기막일 수 있다.
또한, 상기 보호막 상에, 상기 제 1 전극과 교차하는 방향으로 배치되는 복수개의 제 2 전극 및 상기 제 2 전극과 비중첩하며, 서로 인접한 상기 제 1 전극들에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 전극과 교차하는 방향으로 배치된 제 1 접속 전극들을 더 포함하며, 상기 제 2 전극들 및 상기 제 1 접속 전극들은 나노 와이어일 수 있다.
여기서, 상기 보호막은 유기막 및 무기막의 적층일 수 있다.
또한, 상기 보호막 상에 상기 제 2 전극들 및 상기 제 1 접속 전극들을 덮는 배리어막을 더 포함할 수도 있다.
상기 기재의 제 2 면에 구비되며, 상기 제 1 요부들과 교차하는 방향으로 상기 기재의 제 2 면으로부터 일정 두께 제거되어 구비된 복수개의 제 2 요부 및 상기 제 2 요부에 채워지며, 나노 와이어로 이루어진 복수개의 제 2 전극을 더 포함할 수 있다.
동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 스크린의 제조 방법은 모듈러스가 100MPa 내지 200MPa인 기재의 제 1 표면에 제 1 깊이를 갖고, 동일한 일 직선 방향으로 진행하는 제 1 요부를 형성하는 단계와, 상기 제 1 요부 내에 나노 와이어를 채워 제 1 전극을 구비하는 단계 및 상기 제 1 전극 및 상기 기재의 제 1 표면을 덮는 보호막을 구비하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 제 1 요부를 형성하는 단계는 상기 기재를 사출 성형하여 이루어질 수 있다.
또는, 상기 보호막을 선택적으로 제거하여 상기 복수개의 제 1 전극들의 양단이 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계; 상기 콘택홀을 채우며 상기 보호막 상에 나노 와이어를 코팅하는 단계 및 상기 나노 와이어를 선택적으로 제거하여 상기 보호막 상에, 상기 콘택홀을 통해 인접한 제 1 전극들의 양단과 접속되는 제 1 접속 전극들과 상기 제 1 접속 전극들의 방향과 교차하는 방향의 복수개의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 제 1 접속 전극들과 상기 제 2 전극들을 포함한 상기 보호막을 덮는 배리어 막을 형성할 수 있다.
혹은 상기 기재의 제 2 표면에 제 2 깊이를 갖고, 상기 동일한 일 직선 방향으로 진행하는 복수개의 제 2 요부를 형성하는 단계와, 상기 제 2 요부에 나노와이어로 복수개의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 기재의 제 1 요부와 상기 제 2 요부는 동일한 사출 성형 공정에서 정의될 수 있다.
또한, 동일한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 표시 장치는 상술한 스트레처블 터치 스크린과 상기 스트레처블 터치 스크린과 접착층에 의해 합착된 표시 패널을 포함할 수 있다.
본 발명의 스트레처블 터치 스크린, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치는 다음과 같은 효과가 있다.
기재로서 탄성 복원력이 높은 재료를 사용하고, 이에 요부를 정의하여 터치 전극의 형성 부위를 정한 후 나노 와이어로 상기 요부를 채워 터치 전극을 형성한다. 따라서, 기재 자체의 탄성 복원력과 나노 와이어의 와이어간 전기적 연결을 유지하는 특성에 의해 어느 방향으로 연신하여도 터치 전극이 깨지거나 파단되지 않고, 또한 저항 증가가 없어 신뢰성 있는 스트레처블 터치 스크린을 구비할 수 있다.
그리고, 이러한 터치 스크린을 플렉서블한 표시 패널에 부착시 표시 장치를 스트레처블 가능하게 구현할 수 있다.
도 1은 스트레처블 표시 장치의 일 예를 나타낸 사진
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린을 나타낸 평면도
도 3은 도 2의 I~I' 선상의 단면도
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 5는 도 2의 터치 전극을 이루는 나노 와이어의 구조를 나타낸 확대 사진
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린을 나타낸 평면도
도 7은 도 6의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 단면도
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린을 나타낸 단면도
도 10은 본 발명의 스트레처블 터치 스크린을 이용한 표시 장치를 나타낸 단면도
발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 다양한 실시예를 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 다양한 실시예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이다. 따라서 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의된다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 본 명세서 전체에 걸쳐 동일한 도면 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급한 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
본 발명의 다양한 실시예에 포함된 구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 위치 관계에 대하여 설명하는 경우에, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, 시간 관계에 대한 설명하는 경우에, 예를 들어, '~후에', '~에 이어서', '~다음에', '~전에' 등으로 시간적 선후 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 연속적이지 않은 경우도 포함할 수 있다.
본 발명의 다양한 실시예를 설명함에 있어, '제 1~', '제 2~' 등이 다양한 구성 요소를 서술하기 위해서 사용될 수 있지만, 이러한 용어들은 서로 동일 유사한 구성 요소 간에 구별을 하기 위하여 사용될 따름이다. 따라서, 본 명세서에서 '제 1~'로 수식되는 구성 요소는 별도의 언급이 없는 한, 본 발명의 기술적 사상 내에서 '제 2~' 로 수식되는 구성 요소와 동일할 수 있다.
본 발명의 여러 다양한 실시예의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 다양한 실시예가 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 본 발명의 스트레처블 터치 스크린, 이의 제조 방법 및 이를 이용한 표시 장치에 대하여 도면을 참조하여 구체적으로 설명한다.
도 1은 스트레처블 표시 장치의 일 예를 나타낸 사진이다.
도 1과 같이, 스트레처블 표시 장치란 표시가 이루어지는 기재의 단(短) 방향 또는 장(長) 방향 혹은 대각선 방향 등 어느 방향으로도 연신이 이루어질 수 있는 표시 장치를 말하는 것으로, 연신 후의 원복도 가능한 것이다. 이를테면 얇은 필름과 같이, 자유자재로 연신이 가능하며 이에 표시가 가능한 장치를 스트레처블 표시 장치라 한다.
본 발명에서는 도 1과 같은 스트레처블 표시 장치에 터치 스크린의 기능을 부가한 것으로, 일반적인 터치 스크린이 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 재료의 투명 전극을 패터닝하여 터치 전극을 이룰 때, 연신 과정에서 터치 전극이 깨지는 현상이 발생하는 것을 고려하여, 이러한 전극 크랙이나 파단을 방지하도록 터치 스크린의 구조를 변경한 스트레처블 터치 스크린에 관한 것이다. 본 발명의 스트레처블 터치 스크린은 전극의 방향성이나 연신에 관계없이 터치 전극의 저항 변화없이 원 상태의 복귀가 용이한 것으로, 일반적인 터치 스크린의 터치 전극의 문제점을 해결할 수 있다.
*본 발명의 제 1 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린*
도 2는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린을 나타낸 평면도이며, 도 3은 도 2의 I~I' 선상의 단면도이다.
도 2 및 도 3과 같이, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린은 모듈러스가 100MPa 내지 200MPa 인 기재(100)와, 상기 기재(100)의 제 1 표면(도면 상의 기재 상부면)으로부터 일정 두께 제거되어 정의된 복수개의 요부(100a)와, 상기 복수개의 요부(100a)에 채워진 나노 와이어(nanowire)로 이루어진 복수개의 전극(110) 및 상기 전극(110)을 덮는 보호막(120)을 포함한다.
여기서, 상기 기재(100)는 실리콘(Silicone) 계열 필름 또는 폴리우레탄(Polyurethane) 계열 필름일 수 있다. 그러나 열거된 재료에 한하지는 않으며, 모듈러스(modulus)가 100~200MPa로, 플렉서블 디스플레이에서 이용되는 터치 스크린에 이용되는 기재인 PAC, PET, COP, PC 등의 플라스틱 필름이 갖는 모듈러스 4~10GPa 대비 낮은 계수를 갖는 것으로, 물리적으로 어느 방향으로나 연성이 가능하며 탄성 복원력이 있는 성분의 유기 필름 재료라면 대체 가능하다.
모듈러스(Modulus)란 재료의 인장에 대한 탄성계수를 나타낸 것으로, 계수가 높을수록 탄성력이 적음을 의미하고, 계수가 낮을수록 탄성력이 큼을 의미한다. 한편, 본 발명의 기재(100)가 갖는 모듈러스의 범위 100MPa 내지 200MPa는, 200MPa이 넘을 경우, 일반적인 PET 와 같이, 탄성 복원력이 작아 장치를 일정 이상으로 연신시 기재가 깨지거나 원복 상태로 돌아오기 힘들기 때문이며, 100MPa 미만이 되면, 본 발명의 스트레처블 터치 스크린은 터치 전극 어레이 공정을 진행하는데, 이 과정에서 해당 기재가 지지력을 잃고 형상이 변형되어 버릴 수 있기 때문에, 택해진 것이다.
그리고, 본 발명의 기재(100)는 스트레인(strain)이 10%를 넘는 것이다. 스트레인이란 초기 상태의 2차원(2 dimension)에서 늘어날 수 있는 면적의 정도를 의미하며, 본 발명의 기재(100)는 초기 상태에서 10% 이상의 면적으로 늘어날 수 있음을 의미하는 것이다. 이 경우의 연신은 이차원에서, 즉, 면 내의 어느 방향으로도 연신이 가능함을 의미한다.
또한, 본 발명의 스트레처블 터치 스크린에서, 상기 요부(100a) 내에 구비되는 전극(110)들은 은(Ag), 금(Au), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 등의 금속 성분의 나노 와이어로 이루어지는 것으로, 이는 특정 방향의 연신이 있더라도 수 nm의 크기로 미세하게 나뉜 와이어들이 연결되어 있어, 연신으로 내부 조직이 밀(密)해지거나 소(疎)해지거나 관계없이, 끊기거나 파단없이 전기적 연결 상태를 유지하고 있어, 장치의 신뢰성을 유지할 수 있기 때문에 구비된다.
또한, 본 발명의 스트레처블 터치 스크린에서, 기재(100)를 특정의 모듈러스를 갖는 재료를 이용한 이유는, 기재(100) 자체에서 갖는 연신성을 확보하기 위함이다. 또한, 미리 요부(100a)를 구비하여, 전극(110)을 형성한 이유는 나노 와이어의 성질상 패턴의 명확한 구분을 위함이다. 그리고, 미리 기재(100)에 요부(100a)를 정의하고 그 안에 나노 와이어 성분의 전극(110)을 구비시, 연신력이 가해질 때 주로 힘을 받는 부분은 기재(100)가 되고, 요부(100a) 내의 전극(110)까지 힘이 가해지지 않아, 연신에 대한 전극(110)의 스트레스 감소 구조가 가능하다.
한편, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린은, 셀프 캐패시턴스 방식으로, 각각의 전극들에 신호가 인가되고, 각 전극(110)에서 신호 변화를 읽어들여 그 신호 변화가 일정 값 이상일 경우, 터치로 판단하는 방식이다. 따라서, 전극(110)들을 서로 평행하며, 동일한 방향, 예를 들어, X 방향 또는 Y 방향의 일 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 기재(100)의 일 변의 방향을 따를 수 있다.
한편, 상기 스트레처블 터치 스크린은 요부 내에 형성된 전극(110)과 상기 기재(100)의 제 1 표면을 덮는 보호막(120)이 구비될 수 있다. 이는 전기적 신호가 흐르는 전극(110)의 노출을 방지하기 위함과 표면의 평탄화를 위한 2가지 목적을 위함이며, 이러한 목적으로, 유기막을 이용할 수 있다. 경우에 따라, 상기 유기막 상부에 무기막 성분의 배리어 막이 더 구비될 수 있다.
또한, 상기 전극(110)들의 나노와이어와 동일한 금속으로 얇은 선폭의 라우팅 배선(110a)을 구비하고, 라우팅 배선의 단부 표면에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극이 패터닝되어 패드 전극(115)으로 이용할 수 있다. 이 경우, 전극(110)과 라우팅 배선(110a)을 동시에 나노와이어로 형성이 가능한 이유는, 나노 와이어는 개별 와이어의 폭이 나노 사이즈(10-9 m=0.001㎛)인 것으로, 수 ㎛의 폭을 갖는 라우팅 배선도 적용 가능할 것이다. 한편, 패드 전극(115)의 경우는 기재(100)의 일변에 한정되어 구비되는 것으로, 연신력이 기재(100)에 가해져도 기재(100)의 중앙 영역과 같이 연신력이 크게 인가되지 않아 크랙 등의 문제는 발생하지 않는다.
이하, 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 제 1 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 4a와 같이, 실리콘 엘라스토머 또는 폴리우레탄과 같이 모듈러스가 100MPa 내지 200MPa인 기재(100)를 준비한 후, 상기 기재(100) 내에 행 방향 또는 열 방향으로 복수개의 요부(100a)를 형성한다.
상기 요부(100a)는 일정한 깊이로 기재(100)가 대략 100㎛ 내지 200㎛의 두께를 가질 때, 기재(100) 제 1 표면으로부터 1㎛ 내지 10㎛ 의 깊이를 갖도록 사출 성형하여 형성하는 것이다.
이어, 도 4b와 같이, 상기 요부(100a) 내에 나노 와이어를 포함시킨 용매를 채워 상기 요부(100a)가 갖는 형상대로 복수개의 전극(110)을 형성한다. 상기 전극(110)을 형성 후, 용매의 액상 성분을 휘발시킨다. 이 경우, 용매의 액상 성분의 예로 DI water(Deionized water)를 들 수 있다.
여기서, 상기 요부(100a)는 미리 전극(110)의 형성 부위를 정의한 것으로, 나노와이어와 같이, 와이어가 사슬처럼 연결되어 코팅 및 식각과정에서 미세하게 패턴을 정의하기 어려운 점을 극복할 수 있다.
이어, 도 4c와 같이, 상기 요부(100a) 내에 채워진 전극(110)의 표면과 상기 기재(100)의 제 1 표면에 보호막(120)을 형성하여, 스트레처블 터치 스크린의 전극이 형성된 표면을 보호할 수 있다. 상기 보호막(120)은 고유전율의 유기막일 수 있으며, 수 ㎛의 두께로 형성되어 표면을 평탄화하고 전극(110)을 보호하는 기능을 한다. 그리고, 상기 보호막(120)은 패드 전극을 제외한 전극(110) 및 라우팅 배선(110a)을 덮을 수 있다.
상기 기재의 재료는 탄성 복원력이 높은 것으로, 그 모듈러스가 100MPa 내지 200MPa이다. 따라서, 2차원의 초기 면적에서 늘어날 수 있는 연신율이 10% 내지 40%의 수준으로 스트레처블 장치에 적용 가능하다. 또한, 기재(100)의 요부(100a)에 포함되는 전극(110)도 연신이 초기 상태로부터 20% 늘어나는 경우에도 나노 와이어의 내부 구조는 소해진 밀도를 갖지만 전기적 연결 상태를 유지하여, 초기 상태의 저항 대비에서 10% 미만의 변화를 가질 뿐으로, 스트레처블 표시 장치에서, 이는 연신에 의한 극심한 스트레스에서도 전기적 신뢰성을 유지할 수 있음을 의미한다.
도 5는 도 2의 터치 전극을 이루는 나노 와이어의 구조를 나타낸 확대 사진이다.
도 5와 같이, 전극을 이루는 나노 와이어의 내부 구조는 나노 스케일의 미세한 와이어들이 서로 얽허져 전기적 접속을 이뤄 연신에 의해 얽혀져 있는 사이 공간이 넓어지던 줄어들던 전기적 접속이 유지되어 저항 변화가 거의 없어 스트레처블 터치 스크린의 연신에 대한 전기적 신뢰성을 확보하게 된다.
*본 발명의 제 2 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린*
도 6은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린을 나타낸 평면도이며, 도 7은 도 6의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 단면도이다.
도 6 및 도 7과 같이, 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린은 뮤추얼 캐패시턴스(mutual capacitance) 방식으로, 서로 교차하는 복수개의 Rx 전극 및 Tx 전극으로 이루어진다.
도 6에 도시된 평면도에서 상기 Rx 전극 및 Tx 전극은 하나의 열과 행에서 마름모꼴 패턴이 연속적으로 구비되어 연결된 것으로 도시되어 있지만 이에 한하지 않고, 필요에 따라 다른 형태의 다각형이나 원형으로 변형될 수도 있다.
또한, 도면에서 Rx 전극은 세로 방향으로 이격된 제 1 마름모꼴 패턴들(231)을 다른 층에 위치하는 브리지 전극(251)이 콘택홀을 통해 연결하는 구성을 갖고, 이와 교차하여 Tx 전극은 가로 방향으로 제 2 마름모꼴 패턴들(233)들의 사이 사이를 연결해주는 일체형의 연결 전극(233a)를 포함하여 이루어진다. 여기서, Rx 전극과 Tx 전극의 방향은 서로 반대일 수도 있고, 또한, 도시된 바와 반대로, Rx 전극이 열 방향에서 배치된 마름모꼴 패턴들과 그 사이의 일체형의 패턴들로 이루어지고, Tx 전극이 행 방향에서 배치된 마름모꼴 패턴과 그 사이의 브리지 전극에 의해 연결될 수도 있다.
제 2 실시예에 따른 본 발명의 스트레처블 터치 스크린에서는 도 7과 같이, 상기 Rx 전극 및 Tx 전극, 즉, 제 1 마름모꼴 패턴들(231), 제 2 마름모꼴 패턴들(233), 브리지 전극(251), 연결 전극(233a)이 모두 나노와이어로 이루어진 점과 상기 브리지 전극(251)이 탄성 복원력이 높은 기재(200)의 요부(200a)에 위치한 점이 특징이다.
여기서, 상기 브리지 전극(251)과 상기 제 1 마름모꼴 패턴들(231)의 층간에는 제 1 층간 절연막(210) 및 제 2 층간 절연막(220)이 구비되고 상기 브리지 전극(251)의 양단에 대응하여, 상기 제 1 층간 절연막(210) 및 제 2 층간 절연막(220)의 층간에 콘택홀(220a)이 구비된다. 상기 제 1 층간 절연막(210)은 예를 들어, 하측에 구비된 브리지 전극(251)의 표면을 안정화하도록 유기막 성분의 절연막일 수 있으며, 상기 제 2 층간 절연막(220)은 유기막 성분으로 수분이 투습됨을 방지하기 위한 질화막 등의 무기막으로 이루어진 배리어막(220)일 수 있다. 상기 배리어막(220)은 그 상부에 형성하는 상기 제 1 마름모꼴 패턴들(231) 및 제 2 마름모꼴 패턴들(233)과 상기 제 2 마름모꼴 패턴들과 일체형의 연결 전극(233a) 형성시 이용되는 에천트에 대해 하부 구성물을 보호하며, 외기 또는 수분 투습을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 1 마름모꼴 패턴들(231) 및 제 2 마름모꼴 패턴들(233)과 상기 제 2 마름모꼴 패턴들과 일체형의 연결 전극(233a) 형성시 상기 콘택홀(220a)에도 상기 제 1 마름모꼴 패턴들(231)과 연결되는 나노와이어 금속이 채워져 브리지 전극(251)과 전기적 접속이 형성된다.
또한, 이러한 제 2 실시예에 따른 본 발명의 스트레처블 터치 스크린의 구조에도 상기 제 1, 제 2 마름모꼴 패턴들(231, 233) 및 연결 전극(233a)을 덮는 보호막(260)이 구비될 수 있다.
한편, 상술한 구성에서 설명하지 않은 240은 패드 전극을 의미하며, 230은 라우팅 배선을 나타낸다. 상기 패드 전극(240)은 상술한 바와 같이, 하측의 나노와이어 금속의 배선층과 상부에 ITO 등의 투명 금속으로 형성할 수 있고, 상기 라우팅 배선(230)은 상대적으로 마름모꼴의 패턴들(231, 233) 대비 얇은 폭의 요부(200a)를 구비하여, 상기 요부(200a)에 브리지 전극(251)과 동일층의 나노와이어 금속이 지나가게 하여 정의할 수 있다.
그리고, DA 는 데드 영역, AA는 액티브 영역을 의미하는 것으로, 데드 영역(DA)는 센싱이 이루어지지 않고, 패드부 혹은 신호를 인가하는 배선들이 지나가는 영역이며, 액티브 영역(AA)는 Rx, Tx 전극 구비에 의해 실질적으로 터치가 센싱되는 영역을 의미한다.
한편, 부호 '525'는 패드 전극(240)들과 이를 표시 패널과 본딩시키기 위해 구비되는 이방성 도전 필름을 의미한다.
이하, 상기 본 발명의 제 2 실시예에 따른 본 발명의 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 8a 내지 도 8e는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법을 나타낸 공정 단면도이다.
도 8a와 같이, 모듈러스가 100MPa 내지 200MPa인 기재(200)의 제 1 표면으로부터 대략 1㎛ 내지 10㎛ 의 깊이를 갖고, 동일한 일 직선 방향에서 복수개 이격된 제 1 요부(200a)를 형성한다. 여기서, 상기 기재(200)는 그 두께가 100㎛ 내지 200㎛으로 제 1 요부(200a)의 깊이가 충분히 얇아 제 1 요부(200a)의 형성 후에도 기재(200) 자체의 연신력에는 변화가 없다. 상기 제 1 요부(200a)는 사출 성형으로 정의될 수 있다.
도 8b와 같이, 상기 제 1 요부(200a) 내에 나노 와이어를 채워 브리지 전극(251)을 형성한다.
이어, 도 8c와 같이, 상기 브리지 전극(251)을 포함한 상기 기재(200)의 제 도 1 표면에 차례로 유기막 성분의 제 1 층간 절연막(210) 및 무기막 성분의 제 2 층간 절연막(220)을 형성한다.
이어, 상기 제 2 층간 절연막(220) 및 제 1 층간 절연막(210)을 함께 선택적으로 식각하여 상기 브리지 전극(251)들 각각의 양단이 노출되는 콘택홀(220a)을 형성한다.
이어, 도 8d와 같이, 상기 콘택홀(220a)을 채우며, 상기 제 2 층간 절연막(220) 상에 나노 와이어를 코팅한 후, 이를 선택적으로 식각하여 제거하여, 브리지 전극(251)과 중첩되는 부위만을 제외하고는 서로 교차하는 형상의 열과 행 (혹은 행과 열)의 제 1 마름모꼴 패턴(231)과 제 2 마름모꼴 패턴(233) 및 서로 인접한 상기 제 2 마름모꼴 패턴(233)들을 일체형으로 연결하는 연결 전극(233a)을 형성한다.
이어, 도 8e와 같이, 상기 제 1 마름모꼴 패턴(231), 제 2 마름모꼴 패턴(233) 및 연결 전극(233a)을 덮는 무기막 성분의 보호막(260)을 형성한다.
한편, 상술한 제 2 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린의 경우, 전극의 기능상 제 1 마름모꼴 패턴(231) 및 브리지 전극(251)을 함께 제 1 전극이라 하며, 제 2 마름모꼴 패턴(233) 및 연결 전극(233a)을 제 2 전극이라 할 수 있다.
또한, 구성 상 식각 과정 후 제 2 층간 절연막(220)의 상부에 노출되는 제 1 마름모꼴 패턴(231), 제 2 마름모꼴 패턴(233) 및 연결 전극(233a)은 나노와이어의 식각 후의 패턴 자체가 완전히 정마름모꼴 혹은 정다각형의 형상으로 패턴화되지 않으며 와이어가 가장 자리에서 돌출되더라도 각 패턴들이 충분히 수 ㎛ 간격으로 이격되어 적어도 터치와 같은 이벤트가 없는 한 교차하는 Rx전극 및 Tx 전극은 전기적 이격 관계를 유지할 수 있다.
또한, 본 발명의 스트레처블 터치 스크린의 경우 기재(200) 내에 제 1 요부(200a)로써 이미 브리지 전극(251)을 형성하여 같은 성분의 브리지 전극(251) 및 제 1 마름모꼴 패턴(231)들이 전기적으로 연결되고, 이와 교차하는 방향에서 제 2 마름모꼴 패턴(233)들 및 연결 전극(233a)이 전기적으로 연결되어 각 방향에서는 일체화되어 작용한다. 따라서, 기재(200)를 특정 방향으로 연신할 때, 각 방향의 전극들은 독립적으로 나노와이어 성분끼리 얽혀있어 연신에 대한 스트레스를 적게 받으며, 또한, 나노 와이어의 구조상 일부 연신에 의해 밀도가 소해지는 부분이 있어도 전기적 연결 상태는 유지하고 있어, 터치 동작에 있어서 장치의 신뢰성은 유지된다.
*본 발명의 제 3 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린*
도 9는 본 발명의 제 3 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린을 나타낸 단면도이다.
도 9와 같이, 본 발명의 제 3 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린은 뮤추얼 캐패시턴스 방식를 구현하는 다른 형태의 실시예로, 제 1 방향의 제 1 전극(310)과 교차하는 제 2 방향의 제 2 전극(320)이 기재(300)의 서로 다른 면에 구비된 상태를 나타낸다.
이 경우, 기재(300)는 동일 공정에서 제 1 면과 제 2 면에 각각 제 1 요부(300a)와 제 2 요부(300b)를 사출 성형한 후, 차례로 각 면의 요부들(300a, 300b)에 나노 와이어로 이루어진 제 1 전극(310)과 제 2 전극(320)을 채우는 것이다.
또한, 상기 제 1 전극(310)을 포함한 기재(300)의 제 1 면은 그 표면을 보호하도록 제 1 보호막(330)으로 덮고, 제 2 전극(320)을 포함한 기재(300)의 제 2 면은 그 표면을 보호하도록 제 2 보호막(340)으로 덮는다.
여기서, 상기 제 1, 제 2 보호막(330, 340)은 투명한 유기막일 수 있으며, 상부에 추가적으로 무기막 성분의 배리어막을 더 포함할 수 있다.
이러한 제 3 실시예에 따른 스트레처블 터치 스크린은 단일한 기재(300)로 그 양면에 전극의 형성 영역을 구비하여 서로 다른 신호가 전달되는 Rx, Tx를 구비하는 것으로, 나노와이어로 이루어지는 전극의 패턴화가 용이하고, 별도의 콘택홀이나 나노와이어 자체의 에칭 공정이 요구되지 않아, 보다 신호 간섭이 없는 뮤추얼 캐패시턴스 방식으로 구현이 가능하다.
한편, 본 발명의 스트레처블 터치 스크린을 이용한 표시 장치를 설명한다.
도 10은 본 발명의 스트레처블 터치 스크린을 이용한 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 10과 같이, 본 발명의 표시 장치는 상술한 스트레처블 터치 스크린을 포함하여, 이루어지며, 다음과 같은 표시 패널(600)을 포함한다.
즉, 표시 패널(600)은 복수개의 서브 화소를 액티브 영역에 구비하며, 각 서브 화소는 적어도 하나의 박막 트랜지스터와 유기 발광 다이오드를 포함할 수 있다.
상기 표시 패널(600) 역시 연성화 및 스트레처블 표시 장치에 대응하기 위해, 플렉서블한 기재(미도시) 상에 박막 트랜지스터와 유기 발광 다이오드를 포함시킬 수 있다. 경우에 따라 표시 패널(600)의 일부 구성도 상술한 스트레처블 터치 스크린의 구성이 갖는 요부와 상기 요부 내에 나노 와이어로 이루어진 전극을 채우는 구성을 적용할 수 있을 것이다.
상술한 스트레처블 터치 패널(1000)은 접착층(700)을 통해 표시 패널(600)과 부착되며, 스트레처블한 특성을 유지한다.
한편, 본 발명의 스트레처블 터치 스크린은 실리콘 엘라스토머 또는 폴리 우레탄과 같이, 2차원 연신율이 10% 내지 40%의 수준인 재료를 이용하는 것으로, 스트레처블에 적합하며, 또한, 이에 사출 성형된 요부 내에 나노 와이어 성분의 전극을 채우는 것으로, 조직인 나노 와이어에 의해 서로 불규칙한 체인 구조를 갖는 전극의 특성상 연신이 있더라도 저항 변화가 거의 없어 스트레처블이 반복되어도 동작의 신뢰성을 유지할 수 있는 이점이 있다.
또한, 나노 와이어는 패터닝보다 요부 내에 채우는 방식을 먼저 적용하여 에칭을 적용시 영역별 감도의 차이가 발생되는 현상을 방지할 수 있으며, 비정형성을 갖는 나노 와이어의 단점을 극복하고, 정확한 형상으로 전극의 형상을 유지할 수 있다.
상술한 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다.
100: 기재 100a: 요부
110; 제 1 전극 110a: 라우팅 배선
120: 보호막

Claims (15)

  1. 모듈러스가 100MPa 내지 200MPa 인 기재;
    상기 기재의 제 1 표면으로부터 일정 두께 제거되어 정의된 복수개의 제 1 요부;
    상기 복수개의 제 1 요부에 채워진 나노 와이어로 이루어진 복수개의 제 1 전극; 및
    상기 제 1 전극을 덮는 보호막을 포함한 스트레처블 터치 스크린.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 기재는 실리콘 계열 필름 또는 폴리우레탄 계열 필름인 스트레처블 터치 스크린.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 복수개의 제 1 요부는 평행하며, 각각 상기 기재의 일 변의 방향을 따른 진행 방향을 갖는 스트레처블 터치 스크린.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 보호막은 표면을 평탄화하는 유기막인 스트레처블 터치 스크린.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 보호막 상에, 상기 제 1 전극과 교차하는 방향으로 배치되는 복수개의 제 2 전극; 및
    상기 제 2 전극과 비중첩하며, 서로 인접한 상기 제 1 전극들에 의해 전기적으로 연결되며, 상기 제 2 전극과 교차하는 방향으로 배치된 제 1 접속 전극들을 더 포함하며,
    상기 제 2 전극들 및 상기 제 1 접속 전극들은 나노 와이어인 스트레처블 터치 스크린.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 보호막은 유기막 및 무기막의 적층인 스트레처블 터치 스크린.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 보호막 상에 상기 제 2 전극들 및 상기 제 1 접속 전극들을 덮는 배리어막을 더 포함한 스트레처블 터치 스크린.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 기재의 제 2 면에 구비되며, 상기 제 1 요부들과 교차하는 방향으로 상기 기재의 제 2 면으로부터 일정 두께 제거되어 구비된 복수개의 제 2 요부; 및
    상기 제 2 요부에 채워지며, 나노 와이어로 이루어진 복수개의 제 2 전극을 더 포함한 스트레처블 터치 스크린.
  9. 모듈러스가 100MPa 내지 200MPa인 기재의 제 1 표면에 제 1 깊이를 갖고, 동일한 일 직선 방향으로 진행하는 제 1 요부를 형성하는 단계;
    상기 제 1 요부 내에 나노 와이어를 채워 제 1 전극을 구비하는 단계; 및
    상기 제 1 전극 및 상기 기재의 제 1 표면을 덮는 보호막을 구비하는 단계를 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1 요부를 형성하는 단계는 상기 기재를 사출 성형하여 이루어지는 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 보호막을 선택적으로 제거하여 상기 복수개의 제 1 전극들의 양단이 노출되는 콘택홀을 형성하는 단계;
    상기 콘택홀을 채우며 상기 보호막 상에 나노 와이어를 코팅하는 단계; 및
    상기 나노 와이어를 선택적으로 제거하여 상기 보호막 상에, 상기 콘택홀을 통해 인접한 제 1 전극들의 양단과 접속되는 제 1 접속 전극들과 상기 제 1 접속 전극들의 방향과 교차하는 방향의 복수개의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 접속 전극들과 상기 제 2 전극들을 포함한 상기 보호막을 덮는 배리어 막을 형성하는 단계를 더 포함한 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법.
  13. 제 9항에 있어서,
    상기 기재의 제 2 표면에 제 2 깊이를 갖고, 상기 동일한 일 직선 방향으로 진행하는 복수개의 제 2 요부를 형성하는 단계;
    상기 제 2 요부에 나노와이어로 복수개의 제 2 전극을 형성하는 단계를 포함한 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 기재의 제 1 요부와 상기 제 2 요부는 동일한 사출 성형 공정에서 정의되는 스트레처블 터치 스크린의 제조 방법.
  15. 제 1 항 내지 제 8항 중 어느 한 항에 따른 스트레처블 터치 스크린; 및
    상기 스트레처블 터치 스크린과 접착층에 의해 합착된 표시 패널을 포함한 표시 장치.
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