KR20220118082A - 터치 센서 - Google Patents

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KR20220118082A
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권도형
이철훈
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

터치 센서는 제1 전극층, 제2 전극층, 절연층을 구비한다. 제1 전극층은 제1 방향으로 연결 배열되는 제1 메인 전극셀들, 그리고 제1 메인 전극셀들과 분리되고 제2 방향으로 분리 배열되는 제2 보조 전극셀들을 동일 하부 평면에 구비한다. 제2 전극층은 제1 방향으로 분리 배열되고 제1 메인 전극셀들에 제1 메인 전극셀들과 동일 패턴을 가지면서 적층 연결되는 제1 보조 전극셀들, 그리고 제1 보조 전극셀들과 분리되고 제2 방향으로 연결 배열되면서 제2 보조 전극셀들에 제2 보조 전극셀들과 동일 패턴을 가지면서 적층 연결되는 제2 메인 전극셀들을 동일 상부 평면에 구비한다. 절연층은 제1 전극층과 제2 전극층 사이에 형성된다.

Description

터치 센서{Touch Sensor}
본 발명은 터치 센서에 관한 것으로, 저항은 낮추면서 투과율과 개구율을 높이고, 패턴 시인성을 낮추며, 나아가 브릿지가 필요없는 터치 센서에 관한 것이다.
터치 센서는 사용자의 터치 동작을 감지하는 전극층을 포함한다. 전극층은 서로 교차하면서 이격 배열되는 다수의 전극셀을 포함하면서, 전극셀이 존재하는 전극셀 영역과 전극셀이 존재하지 않는 셀간 영역으로 구분된다.
전극셀 영역과 셀간 영역은 투과율, 반사율 등의 광학 특성이 다를 수 있는데, 그 결과 전극셀 영역과 셀간 영역이 구별되면서 사용자에게 시인되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해서, 한국특허공개 제10-2014-0051649호(메탈 메쉬형 터치 스크린 패널)는 전극층을 금속 메쉬로 구성하는 것을 제시하고 있고, 한국특허등록 제10-1952770호(터치 센서)는 투명 산화물 전극셀에 미세 패턴을 형성하여 전극셀 영역과 셀간 영역이 시인되는 것을 차단 내지 최소화하는 방법을 제시하고 있다.
그런데, 전극층을 금속 메쉬로 구성하여 전극셀을 브릿지로 연결하는 구조에서는 브릿지가 시인되는 문제가 발생할 수 있다. 또한 저항을 낮추기 위해서는 전극(금속 메쉬) 면적을 늘려야 하는데, 이 경우 개구율, 투과율이 감소할 수 있어, 종래의 기술로는 저항 감소와 개구율/투과율 향상을 동시에 달성하기가 곤란하다.
[선행기술문헌]
1. 한국특허공개 제10-2014-0051649호(메탈 메쉬형 터치 스크린 패널)
2. 한국특허등록 제10-1952770호(터치 센서)
본 발명은 이러한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로,
첫째, 동일 개구율을 기준으로 저항을 낮출 수 있고,
둘째, 동일 저항을 기준으로 개구율(또는 투과율)을 높일 수 있으며,
셋째, 시인성을 개선할 수 있고, 그리고
넷째, 브릿지를 사용하지 않음으로써 브릿지가 시인되는 문제도 해소할 수 있는, 터치 센서를 제공하고자 한다.
이러한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 센서는 제1 전극층, 제2 전극층, 절연층 등을 포함할 수 있다.
제1 전극층은 동일한 하부 평면에 형성되는 제1 메인 전극셀들과 제2 보조 전극셀들을 포함할 수 있다.
제1 메인 전극셀들은 제1 방향으로 연결되면서 배열될 수 있다.
제2 보조 전극셀들은 제2 방향으로 분리되면서 배열되고 제1 메인 전극셀들과도 분리될 수 있다.
제2 전극층은 동일한 상부 평면에 형성되는 제1 보조 전극셀들과 제2 메인 전극셀들을 포함할 수 있다.
제1 보조 전극셀들은 제1 메인 전극셀들의 배열 방향인 제1 방향으로 분리되면서 배열되고 제1 메인 전극셀들에 제1 메인 전극셀들과 동일 패턴을 가지면서 적층되어 상하로 연결될 수 있다.
제2 메인 전극셀들은 제1 보조 전극셀들의 배열 방향과 동일한 제2 방향으로 연결되면서 배열되고 제2 보조 전극셀들에 제2 보조 전극셀들과 동일 패턴을 가지면서 적층되어 상하로 연결될 수 있다. 제2 메인 전극셀들은 제1 보조 전극셀들과도 분리될 수 있다.
절연층은 제1 전극층과 제2 전극층의 사이에 형성될 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 절연층은 상기 제1 메인 전극셀들과 상기 제2 메인 전극셀들의 교차 영역에 형성될 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 제1,2 메인 전극셀과 제1,2 보조 전극셀은 메쉬 패턴을 가질 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 절연층은 제1 메인 전극셀들과 제2 메인 전극셀들의 교차 영역에서 섬(island) 형태로 존재하며, 제1 메인 전극셀들과 제2 메인 전극셀들의 교차 영역을 상하 절연하는 1~9 개의 절연 패드를 포함할 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 절연층은 4 개의 절연 패드를 포함할 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴은 금속으로 구성할 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 절연 패드는 제1,2 메인 전극셀들의 메쉬 패턴의 선폭과 동일한 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 절연 패드는 제1,2 메인 전극셀들의 메쉬 패턴의 선폭보다 큰 폭을 가질 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴은 2~7 ㎛의 선폭을 가질 수 있다.
본 발명의 터치 센서에서, 메쉬 패턴은 150~450 ㎛의 피치를 가질 수 있다.
이러한 구성을 갖는 본 발명의 터치 센서는 제1 메인 전극셀들 및 제2 보조 전극셀들을 갖는 제1 전극층과 제2 메인 전극셀들 및 제1 보조 전극셀들을 갖는 제2 전극층을 상하로 적층 연결하고, 나아가 전극셀들을 메쉬 패턴으로 구성함으로써, 동일 개구율에서는 저항을 낮출 수 있고, 동일 저항에서는 개구율(또는 투과율)을 높일 수 있다.
본 발명의 터치 센서는 제1 전극층과 제2 전극층의 절연을 섬(island) 형태로 배열되는 절연 패드로 구성하고, 나아가 절연 패드를 금속 메쉬의 선폭에 가깝게, 이상적으로는 동일하게 형성함으로써, 절연층이 시인되는 것을 차단 내지 최소화할 수 있다.
또한, 본 발명의 터치 센서는 브릿지를 제거한 구성을 취함으로써, 브릿지가 시인되는 문제를 원천적으로 해소할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 터치 센서의 결합 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 터치 센서의 결합 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 터치 센서의 분해 사시도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1~3은 본 발명에 따른 터치 센서의 결합 평면도, 결합 사시도, 및 분해 사시도이다.
도 1~3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 터치 센서는 기재층(10), 전극층(20,40), 절연층(30) 등을 포함하여 구성할 수 있다.
기재층(10)은 전극층(20,40)의 기재(base)로서, 예를들어 시클로올레핀폴리머(cyclo-olefin polymer: COP), 폴리카보네이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리이미드, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리에테르설폰 등으로 구성할 수 있다.
기재층(10)은, 전사방식으로 터치 센서를 제조하는 경우에는, 분리층, 보호층, 또는 분리층과 보호층의 적층체일 수 있다.
분리층은 고분자 유기막, 예를 들어, 폴리이미드(polyimide), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리아미드(polyamide), 폴리에틸렌(polyethylene), 폴리스타일렌(polystylene), 폴리노보넨(polynorbornene) 등으로 구성할 수 있다.
보호층은 유기 절연막 또는 무기 절연막 중 적어도 하나를 포함하며, 코팅/경화 또는 증착을 통해 형성할 수 있다.
전극층(20,40)은 기재층(10)에 예를 들어 가로(도 1~3에서 X축), 세로(도 1~3에서 Y축)로 규칙적으로 배열되어 연결되는 다수의 전극셀(21,22,41,42)을 포함할 수 있다. 전극셀(21,22,41,42)은 삼각형, 사각형, 마름모형, 오각형, 육각형 등 다양한 평면 형상을 가질 수 있다.
전극층(20,40)은 도전 금속으로 구성할 수 있는데, 도전 금속은 예를 들어 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리브데늄(Mo), 니켈(Ni), 크롬(Cr), 알루미늄(Al), 은-팔라듐-구리 합금(APC) 등을 사용할 수 있다. 전극층(20,40)은 도전 금속을 단독으로 구성할 수도 있고, 예를 들어 니켈-구리층/구리층/니켈 구리층의 3중층, 니켈-구리층/구리층/니켈층의 3중층, 니켈-구리층/구리층의 2중층, 또는 흑니켈층/구리층/흑니켈층의 3중층 등의 적층체로 구성할 수도 있다.
전극층(20,40)은 금속을 메쉬 패턴으로 구성할 수 있는데, 이 경우 저항을 더 낮추기 위해서 2층 구조, 예를 들어 제1 전극층(20)과 제2 전극층(40)을 적층하여 구성할 수 있다.
도 2,3에 도시한 바와 같이, 제1 전극층(20)은 동일한 하부 평면, 예를 들어 기재층(10)에 형성할 수 있으며, 제1 메인 전극셀들(21)과 제2 보조 전극셀들(22)을 포함할 수 있다.
제1 메인 전극셀들(21)은 제1 방향(도 3에서 Y축 방향)으로 연결되면서 배열될 수 있다. 제1 메인 전극셀들(21)은 도전 금속의 메쉬 패턴을 마름모 형상으로 구성할 수 있다.
제2 보조 전극셀들(22)은 제2 방향, 예를 들어 제1 메인 전극셀들(21)의 배열과 수직되는 방향(도 3에 X축 방향)으로 분리되면서 배열될 수 있다. 제2 보조 전극셀들(22)은 제1 메인 전극셀들(21)과도 물리적 및 전기적으로 분리될 수 있다. 제2 보조 전극셀들(22)은, 제1 메인 전극셀(21)과 마찬가지로, 도전 금속의 메쉬 패턴을 마름모 형상으로 구성할 수 있다.
제1 전극층(20)은 예를 들어 리소그라피 공정으로 형성할 수 있는데, 예를 들어 기재층(10)에 도전 금속을 먼저 형성한 후, 포토레지스트 도포, 마스크 정렬, 노광, 현상 등을 거쳐 형성할 수 있다.
절연층(30)은 제1 메인 전극셀들(21)과 제2 보조 전극셀들(22)의 교차 영역에서 제2 전극층(40)의 방향으로 돌출하는 형태로 구성할 수 있다.
절연층(30)은, 제1 메인 전극셀(21)의 연결 영역에만 형성할 수 있다. 제1 메인 전극셀(21)과 제2 보조 전극셀(22)을 메쉬 패턴으로 구성하는 경우에는, 제1 메인 전극셀들(21)의 연결 패턴(또는 배선) 상에만 형성할 수 있다. 이 때, 절연층(30)은 섬(island) 형태로 이격시켜 구성할 수도 있는데, 이 경우 절연층(30)은 제1 메인 전극셀들(21)의 연결 패턴을 도포하여 폐쇄하는 원형, 사각 등의 평면 형상을 갖는 절연 패드로 구성할 수 있다. 절연 패드는 제1 메인 전극셀들(21)의 연결 영역과 제2 메인 전극셀들(22)의 연결 영역이 교차하는 영역에서 제1 메인 전극셀들(21)의 연결 패턴 상의 4개 지점에만 형성할 수도 있다. 4개 지점은 2개의 라인이 교차하는 경우에 해당하고, 만약 교차 영역에서 1개 라인이 교차하는 경우에는 1개 지점, 3개 라인이 교차하는 경우에는 9개 지점에 절연 패드가 형성될 수 있다.
절연층(30)을 섬 형태 배열의 절연 패드로 구성하는 경우, 절연층(30)을 전극층(20,40)의 메쉬 패턴과 구별되어 시인되는 것을 차단 내지 최소화하려면, 절연층(30)의 폭(또는 직경)을 전극층(20,40)의 메쉬 패턴(배선)의 폭에 가깝게 형성하는 것이 바람직하며, 제1 메인 전극셀들(21)과 제2 메인 전극셀들(41)의 절연 파괴를 차단하려면 메쉬 패턴의 폭보다 크게 형성하는 것이 유리하나 이 경우에도 동일한 폭에 가깝게 형성하는 것이 바람직할 수 있다.
제2 전극층(40)은 일부가 절연층(30)으로 절연되면서 제1 전극층(20)의 상부에 결합하는 것으로, 동일 평면 상에 제2 메인 전극셀들(41)과 제1 보조 전극셀들(42)을 포함할 수 있다.
제2 메인 전극셀들(41)은 제1 전극층(20)의 제2 보조 전극셀들(22)의 배열 방향과 동일한 제2 방향을 따라 연결되면서 배열될 수 있다. 제2 메인 전극셀들(41)은 제2 보조 전극셀들(22)에 상하로 적층되면서 연결되어 제2 보조 전극셀들(22)과 동일 전극을 형성하며, 연결되는 영역을 제외하면 제2 보조 전극셀들(22)과 동일한 형상 및 패턴으로 구성할 수 있다.
제2 메인 전극셀들(41)은 연결 영역에서 절연층(30)에 의해 제1 메인 전극셀(21)들의 연결 영역과 상하로 절연되며, 그 결과 제1 메인 전극셀들(21)과 제1 보조 전극셀들(42)의 상하 적층 결합체와 제2 메인 전극셀들(41)과 제2 보조 전극셀들(22)의 상하 적층 결합체가 각각 독립적으로 전극을 형성할 수 있다.
제1 보조 전극셀들(42)은 제1 전극층(20)의 제1 메인 전극셀들(21)의 배열 방향과 동일한 제1 방향을 따라 분리되면서 배열될 수 있다. 제1 보조 전극셀들(42)은 제1 메인 전극셀들(21)에 상하로 적층 연결되어 제1 메인 전극셀들(21)과 동일 전극을 형성하며, 분리되는 영역을 제외하면 제1 메인 전극셀들(21)과 동일한 형상 및 패턴으로 구성할 수 있다.
이와 같이, 제1 전극층(20)과 제2 전극층(40)이 국부적으로 절연되면서 적층 연결되는 구조를 취함으로써, 본 발명의 터치 센서는 동일 개구율에서는 저항을 낮추고, 동일 저항에서는 개구율(또는 투과율)을 높이는 효과를 달성할 수 있다.
또한, 본 발명의 터치 센서는 제1 전극층(20) 또는 제2 전극층(40)에서 이격된 전극셀을 연결하기 위한 브릿지를 추가로 형성할 필요가 없기 때문에, 전극층의 구조와 제조 공정을 단순화할 수 있고, 이를 통해 제조 원가를 줄이는 효과를 얻을 수 있으며, 나아가 브릿지가 시인되는 문제를 원천적으로 해소함으로써 시인성 개선의 효과도 달성할 수 있다.
전극층(20,40)은, 메쉬 패턴으로 구성하는 경우, 선폭은 2~10㎛로 구성할 수 있는데, 선폭이 2㎛ 미만이면 공정상 어려움이 있고, 10㎛를 초과하면 개구율이 작아져서 투과율이 나빠질 수 있다. 최적 선폭은 2~7㎛로 할 수 있다. 피치는 150~450㎛로 구성할 수 있는데, 피치가 150㎛ 미만이면 투과율이 나빠지고, 450㎛를 초과하면 패턴 시인성이 열화될 수 있다. 최적 피치는 300㎛로 할 수 있다.
전극층(20,40)의 사이 공간, 즉 제1 전극층(20)의 사이 공간, 제2 전극층(40)의 사이 공간 등에는 절연층 또는 패시베이션층으로 채울 수 있다.
절연층 또는 패시베이션층은 전극층(20,40)을 절연하여 보호하는 것으로, 절연체인 경화성 프리폴리머, 경화성 폴리머, 가소성 폴리머에서 선택되는 하나 이상의 물질로 구성할 수 있다.
절연층 또는 패시베이션층은 필름화가 가능한 바니쉬(varnish) 타입의 재료를 사용할 수도 있는데, 바니쉬 타입의 재료로는 폴리다이메틸실록산(PDMS: polydimethylsiloxane), 폴리오가노실록산(POS: polyorganosiloxane) 등의 폴리실리콘계 또는 폴리이미드계 또는 스판덱스 등의 폴리우레탄계 등이 있다. 이러한 바니쉬 타입의 재료들은 연성 절연물로서 터치 패널의 연신성을 높이고 다이나믹 폴딩 능력을 높일 수 있다.
이상, 본 발명을 실시예로서 설명하였는데, 이들은 본 발명을 예증하기 위한 것이다. 통상의 기술자라면 이러한 실시예를 다른 형태로 변형하거나 수정할 수 있을 것이다. 그러나, 본 발명의 권리범위는 아래의 특허청구범위에 의해 정해지므로, 그러한 변형이나 수정이 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석될 수 있다.
10: 기재층 20: 제1 전극층
21 : 제1 메인 전극셀 22: 제2 보조 전극셀
30 : 절연층 40: 제2 전극층
41 : 제2 메인 전극셀 42 : 제1 보조 전극셀

Claims (10)

  1. 기재층;
    기재층 상에 제1 방향으로 연결 배열되는 제1 메인 전극셀들과 상기 제1 메인 전극셀들과 분리되고 제2 방향으로 분리 배열되는 제2 보조 전극셀들을 포함하는 제1 전극층;
    상기 제1 방향으로 분리 배열되고 상기 제1 메인 전극셀들에 상기 제1 메인 전극셀들과 동일 패턴을 가지면서 적층 연결되는 제1 보조 전극셀들과 상기 제1 보조 전극셀들과 분리되고 상기 제2 방향으로 연결 배열되면서 상기 제2 보조 전극셀들에 상기 제2 보조 전극셀들과 동일 패턴을 가지면서 적층 연결되는 제2 메인 전극셀들을 포함하는 제2 전극층; 및
    제1 전극층과 제2 전극층의 사이에 절연층을 포함하는 터치센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 절연층은
    상기 제1 메인 전극셀들과 상기 제2 메인 전극셀들의 교차 영역에 형성되는 터치센서.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제1,2 메인 전극셀과 상기 제1,2 보조 전극셀은
    메쉬 패턴을 갖는, 터치센서.
  4. 제3항에 있어서, 상기 절연층은
    상기 제1 메인 전극셀들과 상기 제2 메인 전극셀들의 교차 영역에서 섬(island) 형태로 존재하며, 상기 제1 메인 전극셀들과 제2 메인 전극셀들의 교차 영역을 상하 절연하는 1~9 개의 절연 패드를 포함하는, 터치센서.
  5. 제4항에 있어서, 상기 절연층은
    4 개의 절연 패드를 포함하는, 터치센서.
  6. 제3항에 있어서, 상기 메쉬 패턴은
    금속으로 구성되는, 터치 센서.
  7. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 패드는
    상기 제1,2 메인 전극셀들의 메쉬 패턴의 선폭과 동일한 폭을 갖는, 터치센서.
  8. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절연 패드는
    상기 제1,2 메인 전극셀들의 메쉬 패턴의 선폭보다 큰 폭을 갖는, 터치센서.
  9. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메쉬 패턴은
    2~7 ㎛의 선폭을 갖는, 터치센서.
  10. 제4항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 메쉬 패턴은
    150~450 ㎛의 피치를 갖는, 터치센서.
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