KR20220019381A - 고전도성 투명 터치센서, 그를 제조하는 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

고전도성 투명 터치센서, 그를 제조하는 장치 및 방법을 개시한다.
본 실시예의 일 측면에 의하면, 투명필름 상에 나노 와이어 레이어를 형성하는 형성과정과 나노 와이어 레이어가 형성된 투명필름을 나노 복합체 용액이 담긴 용기에 침지하는 침지과정과 용기 내 나노 복합체 용액을 기 설정된 시간 동안 교반하는 교반과정 및 교반 후 상기 투명필름을 정제수로 세척하는 세척과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전도성 투명터치센서 제조방법을 제공한다.

Description

고전도성 투명 터치센서, 그를 제조하는 장치 및 방법{High-Conductivity Transparent Touch Sensor, Apparatus and Method for Manufacturing the Same}

본 발명은 고전도성을 갖는 투명 터치센서와 그를 제조하는 장치 및 방법에 관한 것이다.

이 부분에 기술된 내용은 단순히 본 실시예에 대한 배경 정보를 제공할 뿐 종래기술을 구성하는 것은 아니다.

최근 정보화 기술이 발전함에 따라 디스플레이 분야에 대한 요구도 다양한 형태로 제시되고 있다. 예를 들면, 박형화, 경량화, 저소비 전력화 등의 특징을 지닌 여러 평판 표시 장치(Flat Panel Display device), 예를 들어, 액정표시장치(Liquid Crystal Display device), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel device), 전계 발광표시장치(Electro Luminescent Display device), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light-Emitting Diode Display device) 등이 연구되고 있다.

한편, 표시 장치 상에 부착되어 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치인 터치 패널 또는 터치 센서가 디스플레이 장치와 결합되어 화상 표시 기능 및 정보 입력 기능이 함께 구현된 전자 기기들이 개발되고 있다.

또한, 최근 접거나 굽힘이 가능한 플렉서블 디스플레이가 개발되면서, 플렉서블 디스플레이에 적용되는 터치 센서 역시 향상된 플렉서블 특성을 가질 필요가 있다. 예를 들면, 반복적인 폴딩에도 터치 센서에 포함되는 전극, 배선 등의 기계적, 전기적 신뢰성이 유지될 필요가 있다.

종래의 플렉서블 터치센서는 플렉서블 필름 상에 금속 배선이 형성되며 센싱을 수행한다. 플렉서블 필름 상에 형성되는 금속 배선은 필름 상에 고르게 형성되어야, 우수한 센싱 효과를 가져올 수 있다. 그러나 종래의 플렉서블 터치센서 제조과정에서 금속 배선은 고르게 형성되지 못할 가능성이 존재하여, 플렉서블 필름 상에 금속 배선이 형성되지 않은 부분이 존재한다. 이러한 부분은 온전히 사용자의 터치를 센싱하지 못해, 플렉서블 터치센서의 센싱율을 떨어뜨리는 문제점이 존재한다.

본 발명의 일 실시예는, 광 투과도를 유지하면서도 전기 전도성을 향상시킨 고전도성 투명 터치센서 및 그의 제조방법을 제공하는 데 일 목적이 있다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 투명필름 상에 나노 와이어 레이어를 형성하는 형성과정과 나노 와이어 레이어가 형성된 투명필름을 나노 복합체 용액이 담긴 용기에 침지하는 침지과정과 용기 내 나노 복합체 용액을 기 설정된 시간 동안 교반하는 교반과정 및 교반 후 상기 투명필름을 정제수로 세척하는 세척과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전도성 투명터치센서 제조방법을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 나노 와이어 레이어는 소재로 은(Ag)을 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 나노 복합체는 기 설정된 기준치 이상의 전기 전도성과 기 설정된 기준치 이상의 투명도를 갖는 것을 특징으로 한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 상기 고전도성 투명터치센서 제조방법에 의해 제조된 고전도성 투명터치센서를 제공한다.

본 발명의 일 측면에 의하면, 내부에 나노 복합체 용액이 저장되는 용기와 나노 와이어 레이어가 형성된 투명필름을 상기 용기 내 나노 복합체 용액에 침지되는 위치에 고정시키는 홀더와 상기 용기 내에 포함되어 나노 복합체 용액을 교반시키는 마그네틱 바 및 상기 용기의 외부에서 자장을 발생시켜, 상기 마그네틱 바를 회전시키는 교반기를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전도성 투명터치 센서 제조장치를 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 일 측면에 따르면, 광 투과도를 유지하면서도 전기 전도성을 향상시켜, 센싱율을 향상시킨 장점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전도성 투명 터치센서 제조방법을 도시한 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전도성 투명 터치센서 제조장치의 일 구현예를 도시한 도면이다.
도 3은 나노 와이어 레이어만이 코팅된 투명필름의 표면을 측정한 도면이다.
도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 농도의 나노 복합체 용액에 의해 코팅된 투명 터치센서의 표면을 측정한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 농도의 나노 복합체 용액에 의해 코팅된 고전도성 투명 터치센서의 광 투과도를 측정한 그래프이다.
도 9는 종래의 투명 터치센서와 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 농도의 나노 복합체에 의해 코팅된 고전도성 투명 터치센서의 면저항을 측정한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전도성 투명 터치센서의 일 구현예를 도시한 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 각 도면을 설명하면서 유사한 참조부호를 유사한 구성요소에 대해 사용하였다.

제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에서, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서 "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해서 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다.

일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

또한, 본 발명의 각 실시예에 포함된 각 구성, 과정, 공정 또는 방법 등은 기술적으로 상호간 모순되지 않는 범위 내에서 공유될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전도성 투명 터치센서 제조방법을 도시한 순서도이다. 도 1에 도시된 제조방법은 예를 들어, 도 2에 도시된 고전도성 투명 터치센서 제조장치에 의해 수행될 수 있다.

투명 필름 상에 나노 와이어 레이어를 코팅한다(S110). 투명 터치센서를 코팅하여야 하기에, 투명도가 기 설정된 기준치 이상인 필름이 사용된다. 이때, 투명 필름은 플렉서블(Flexible)한 특성을 가질 수 있다. 투명필름이 플렉서블한 특성을 가짐으로써, 제조되는 투명 터치센서는 플렉서블 디스플레이 등의 장치 내에서 사용될 수 있다. 이러한 특성을 갖는 투명필름 상에 나노 와이어 레이어가 코팅된다. 나노 와이어 레이어는 투명도를 저하시키지 않는 성분, 예를 들어, 은(Ag)을 주성분으로 할 수 있다. 나노 와이어 레이어는 투명 필름상에 코팅되어, 사용자의 터치를 감지한다.

다만, 나노 와이어 레이어가 아무리 투명 필름상에 고르게 코팅된다 하더라도, 투명 필름 상에서 코팅되어야 할 모든 면적에 고르게 코팅되는 것은 실질적으로 곤란한다. 나노 와이어 레이어가 투명 필름상에 코팅된 모습은 도 3에 도시되어 있다.

도 3은 나노 와이어 레이어만이 코팅된 투명필름의 표면을 측정한 도면이다.

도 3(a)에 도시된 바와 같이, 나노 와이어 레이어가 온전히 투명 필름상에 코팅된 것처럼 보이지만, 이를 보다 상세히 확대하면 도 3(b)와 같다. 도 3(b)를 참조하면, 투명 필름 상에서 코팅된 나노 와이어의 농도가 연한 부위도 존재하고, 코팅이 온전히 되지 않은 부위도 존재하게 된다.

다시 도 1을 참조하면, 나노 와이어 레이어가 코팅된 투명 필름을 나노 복합체 용액이 담긴 용기에 침지시킨다(S120). 전술한 대로, 투명필름 상에 나노 와이어 레이어는 충분히 코팅되기는 곤란하다. 이를 해소하기 위해, 나노 와이어 레이어 상에 나노 복합체가 추가적으로 코팅된다. 나노 복합체는 나노 미터(㎚) 내지 마이크로 미터(㎛)의 크기를 갖는 미세한 물질로서, 전기 전도성이 우수하며 높은 투명도를 갖는다. 예를 들어, 나노 복합체는 전이 금속 카바이드로 나노미터 두께에 마이크로 미터 크기를 갖는 2차원 평판 구조의 나노 재료인 맥신(Mxene)으로 구현될 수 있다. 또 다른 예로서, 나노 복합체는 탄소의 동소체 중 하나이며 탄소 원자들이 모여 2차원 평면을 이루고 있는 그래핀(Graphene)으로 구현될 수 있다. 이러한 나노 복합체가 투명필름의 나노 와이어 레이어 상에 코팅될 수 있도록, 나노 와이어 레이어가 코팅된 투명 필름이 나노 복합체 용액이 담긴 용기에 침지된다. 주로, 나노 복합체는 용매에 온전히 용해되지 않은 불용성 용액을 형성할 수도 있다. 예를 들어, 나노 복합체는 용매로 정제수에 용해된 상태로 나노 복합체 용액을 형성할 수 있다.

용기 내 나노 복합체 용액을 기 설정된 시간 동안 교반한다(S130). 나노 와이어 레이어가 코팅된 투명 필름이 침지된 후, 나노 복합체 용액이 기 설정된 시간 동안 교반된다. 여기서, 기 설정된 시간은 수분 내지 수십분일 수 있다. 특히, 나노 복합체가 맥신으로 구현될 경우, 별도의 환경을 제공하거나 추가적인 공정을 제공할 필요없이, 투명필름을 나노 복합체 용액에 침지한 후 기 설정된 시간동안 교반함으로써 나노 와이어 레이어 상에 나노 복합체를 코팅할 수 있다. 이처럼 나노 복합체가 나노 와이어 레이어 상에 코팅됨으로써, 나노 와이어 레이어만이 코팅되며 농도가 연하거나 온전히 코팅되지 않았던 부위까지 모두 코팅된다. 이는 도 4 내지 7에 도시되어 있다.

도 4 내지 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 농도의 나노 복합체 용액에 의해 코팅된 고전도성 투명 터치센서의 표면을 측정한 도면이다.

도 4 내지 7은 각각 2mg/mL, 5mg/mL, 8mg/mL 및 10mg/mL 농도를 갖는 나노 복합체 용액 내에서 코팅된 투명 터치센서의 표면이다. 각 도면 내에서 확인할 수 있듯이, 나노 복합체가 투명 터치센서의 표면에 추가적으로 코팅된 것을 확인할 수 있다. 이와 같이 코팅되며, 나노 복합체가 나노 와이어 레이어의 코팅된 부분 중 농도가 연하거나 온전히 코팅되지 않았던 부위를 보강한다.

다시 도 1을 참조하면, 나노 복합체 용액의 교반 후, 투명 필름을 정제수로 세척한다(S140). 나노 복합체 용액이 교반되며, 투명필름 상의 나노 와이어 레이어에 나노 복합체가 추가적으로 코팅된 후, 투명 필름은 정제수(Di Water)로 세척된다. 전술한 대로, 나노 복합체는 별도의 공정이나 환경 제공없이 교반만으로도 나노 와이어 레이어 상에 코팅되기에, 정제수의 세척으로 코팅이 완료된다. 이처럼, 고전도성 투명 터치센서가 제조될 경우, 투명도는 그대로 유지할 수 있으면서도 나노 복합체에 의해 고전도성을 가져 센싱율이 향상될 수 있다. 또한, 제조 과정에 있어, 나노 복합체 용액의 교반만이 수행되면 되기에, 고전도성 투명 터치센서는 간단한 공정으로 손쉽게 제조될 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 고전도성 투명 터치센서 제조장치의 일 구현예를 도시한 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 고전도성 투명 터치센서 제조장치는 교반기(210), 마그네틱 바(220), 용기(230) 및 홀더(250)를 포함한다.

나노 와이어 레이어가 코팅된 투명 필름(240)은 용기(230) 내 나노 복합체 용액(260)에 침지된다. 투명 필름(240)이 침지된 채 고정될 수 있도록, 투명 필름(240)은 홀더(250)에 연결된다. 홀더(250)는 투명 필름(240)을 용기(230) 내 나노 복합체 용액(260)에 침지된 위치로 고정시킨다.

교반기(210)는 용기(230) 내 마그네틱 바(220)를 회전시켜 나노 복합체 용액(260)을 교반시킨다. 교반기(210)는 마그네틱 바(220)가 회전할 수 있도록 자장을 발생시킨다.

마그네틱 바(220)는 용기(230) 내 나노 복합체 용액(260) 내에 포함되어, 교반기(210)에 의해 회전하며 나노 복합체 용액(260)을 교반한다. 마그네틱 바(220)는 교반기(210)에 의해 나노 복합체 용액(260)을 교반함으로써, 나노 복합체가 투명필름(240) 상의 나노 와이어 레이어에 추가적으로 코팅될 수 있도록 한다. 전술한 대로, 나노 복합체는 용매에 불용성으로 용해되어 있기 때문에, 교반에 의해서도 무리없이 나노 와이어 레이어에 추가적으로 코팅될 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 농도의 나노 복합체 용액에 의해 코팅된 고전도성 투명 터치센서의 광 투과도를 측정한 그래프이다.

고전도성 투명 터치센서는 나노 복합체 용액 내 나노 복합체의 농도가 높아질수록 광 투과도가 떨어지는 양상을 보인다. 다만, 나노 복합체의 농도가 2 내지 10mg/mL의 범위 내에서, 고전도성 투명 터치센서는 75% 이상의 광 투과도를 가졌으며, 2 내지 5 mg/mL의 범위에서는 약 90% 정도의 광 투과도를 갖는 것을 확인할 수 있었다.

도 9는 종래의 투명 터치센서와 본 발명의 일 실시예에 따라 서로 다른 농도의 나노 복합체에 의해 코팅된 고전도성 투명 터치센서의 면저항을 측정한 도면이다.

Ref는 종래의 투명 터치센서의 면저항을 나타내며, 2 내지 10mg/mL는 각각 본 발명의 일 실시예에 따른 고전도성 투명 터치센서의 제조과정에서 사용된 나노 복합체 용액 내 나노 복합체의 농도를 나타낸다.

여기서, 면저항은 전기 전도성을 파악할 수 있는 인자로서, 면저항이 증가할수록 센서의 전기 전도성은 떨어진다. 즉, 전기 전도성이 우수한 센서일수록 면저항이 낮아진다.

종래의 투명 터치센서의 면저항은 평균 72.4 Ohm/sq를 갖는 반면, 나노 복합체의 농도가 2 내지 8mg/mL인 범위에서는 61 내지 62 Ohm/sq를 갖는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 나노 복합체가 추가적으로 코팅될 경우, 전기 전도성은 10% 이상 우수해지는 것을 확인할 수 있었다.

다만, 나노 복합체의 농도가 과도하게 높아질 경우(10mg/mL 이상), 면저항은 다시 커지며 전기 전도성이 낮아지는 것을 확인할 수 있었다.

즉, 우수한 전기 전도성을 갖는 고전도성 투명 터치센서가 제조되기 위해서는 기 설정된 범위 내의 농도를 갖는 나노 복합체 용액에 침지되며 나노 복합체가 나노 와이어 레이어 상에 코팅되어야 한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 고전도성 투명 터치센서의 일 구현예를 도시한 도면이다.

도 10(a)와 도 10(b)를 참조하면, 고전도성 투명 터치센서가 투명성은 확보하면서도 우수한 센싱율을 갖고 있음을 확인할 수 있다.

도 1에서는 각 과정을 순차적으로 실행하는 것으로 기재하고 있으나, 이는 본 발명의 일 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것이다. 다시 말해, 본 발명의 일 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 일 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 도 11에 기재된 순서를 변경하여 실행하거나 각 과정 중 하나 이상의 과정을 병렬적으로 실행하는 것으로 다양하게 수정 및 변형하여 적용 가능할 것이므로, 도 11은 시계열적인 순서로 한정되는 것은 아니다.

한편, 도 1에 도시된 과정들은 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록장치를 포함한다. 즉, 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 마그네틱 저장매체(예를 들면, 롬, 플로피 디스크, 하드디스크 등) 및 광학적 판독 매체(예를 들면, 시디롬, 디브이디 등)와 같은 저장매체를 포함한다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다.

이상의 설명은 본 실시예의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 실시예가 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 실시예들은 본 실시예의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 실시예의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 실시예의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 실시예의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

210: 교반기
220: 마그네틱 바
230: 용기
240: 투명 필름
250: 홀더
260: 나노 복합체 용액

Claims (5)

1. 투명필름 상에 나노 와이어 레이어를 형성하는 형성과정;
   나노 와이어 레이어가 형성된 투명필름을 나노 복합체 용액이 담긴 용기에 침지하는 침지과정;
   용기 내 나노 복합체 용액을 기 설정된 시간 동안 교반하는 교반과정; 및
   교반 후 상기 투명필름을 정제수로 세척하는 세척과정
   을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전도성 투명터치센서 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 나노 와이어 레이어는,
   소재로 은(Ag)을 포함하는 것을 특징으로 하는 고전도성 투명터치센서 제조방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 나노 복합체는,
   기 설정된 기준치 이상의 전기 전도성과 기 설정된 기준치 이상의 투명도를 갖는 것을 특징으로 하는 고전도성 투명터치센서 제조방법.
4. 제1 내지 제3항의 제조방법에 의해 제조된 고전도성 투명터치센서.
5. 내부에 나노 복합체 용액이 저장되는 용기;
   나노 와이어 레이어가 형성된 투명필름을 상기 용기 내 나노 복합체 용액에 침지되는 위치에 고정시키는 홀더;
   상기 용기 내에 포함되어 나노 복합체 용액을 교반시키는 마그네틱 바; 및
   상기 용기의 외부에서 자장을 발생시켜, 상기 마그네틱 바를 회전시키는 교반기
   를 포함하는 것을 특징으로 하는 고전도성 투명터치 센서 제조장치.
   

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