WO2023149749A1 - 플렉서블 터치 센서 - Google Patents

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WO2023149749A1
WO2023149749A1 PCT/KR2023/001586 KR2023001586W WO2023149749A1 WO 2023149749 A1 WO2023149749 A1 WO 2023149749A1 KR 2023001586 W KR2023001586 W KR 2023001586W WO 2023149749 A1 WO2023149749 A1 WO 2023149749A1
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WO
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layer
circuit pattern
touch sensor
nanoweb
flexible touch
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PCT/KR2023/001586
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이효정
장근영
임새영
이규민
서인용
김진한
김경수
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주식회사 아모그린텍
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    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to a flexible touch sensor.
  • the touch sensor can detect input in a resistive type, capacitive type, optical type, etc., and the capacitance value of each electrode line by the touch of the conductor through the electrode Based on the change, the coordinates are calculated and the touch location is displayed.
  • the capacitive touch sensor can recognize a touch position on a flat surface, but has a problem in that it is difficult to detect a touch pressure.
  • flexible sensors are required to be applied to various types of electronic devices, but capacitive touch sensors generally use cover glasses, so there is a limitation that it is difficult to apply them to various types of curved surfaces.
  • the present invention has been devised in view of the above, and an object of the present invention is to provide a flexible touch sensor capable of detecting a change in touch pressure through a multilayer structure including a nanoweb layer.
  • Another object is to provide a flexible touch sensor applicable to electronic devices having various shapes.
  • the present invention is a body in which a first circuit pattern layer, a first nanoweb layer, a substrate layer, a second nanoweb layer, and a second circuit pattern layer are sequentially stacked and disposed; a flexible circuit board connected to any one of the first circuit pattern layer and the second circuit pattern layer of the body; and a connecting portion connecting the body and the flexible printed circuit board, wherein the connecting portion includes an anisotropic conductive film, and when wound around a cylindrical mandrel having a diameter of 4 mm, a crack having a length of 3 mm or more is generated.
  • a flexible touch sensor that does not
  • the base layer may include at least one selected from polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyurethane (PU).
  • PI polyimide
  • PET polyethylene terephthalate
  • PEN polyethylene naphthalate
  • PU polyurethane
  • the average thickness of the base layer may be 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • first nanoweb layer and the second nanoweb layer may include nanofibers and conductive powder.
  • the nanofibers are polyacrylonitrile nanofibers, polyvinylidene fluoride nanofibers, poly-vinylidene fluoride-trifluoroethylene (P(VDF-TrFE)) random copolymers It may include one or more coppers selected from nanofibers.
  • the average diameter of the nanofibers may be 0.1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less.
  • the average thickness of the first nanoweb layer and the second nanoweb layer may be 5 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less.
  • porosity of the first nanoweb layer and the second nanoweb layer may be 10% or more and 80% or less.
  • porosity of the first nanoweb layer and the second nanoweb layer may be 10% or more and 80% or less.
  • the average thickness of the first circuit pattern layer and the second circuit pattern layer may be 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less.
  • the shape of the circuit pattern of the first circuit pattern layer is different from the shape of the circuit pattern of the second circuit pattern layer flexible touch sensor.
  • a sponge layer disposed on the first circuit pattern layer may be further included.
  • a ground layer disposed on the sponge layer may be further included.
  • the present invention is a body in which a substrate layer, a nanoweb layer, a circuit pattern layer, an upper sponge layer, and an upper ground layer are sequentially stacked and disposed; a flexible circuit board connected to the circuit pattern layer of the body; and a connection portion connecting the body and the flexible circuit board, wherein at least a portion of the flexible circuit board is disposed between the upper sponge layer and the circuit pattern layer, and the connection portion includes an anisotropic conductive film,
  • a flexible touch sensor that does not generate cracks with a length of 3 mm or more when wound around a cylindrical mandrel with a diameter of 4 mm.
  • a lower sponge layer and a lower ground layer disposed below the base layer may be further included.
  • the upper sponge layer may be disposed to entirely cover the circuit pattern layer.
  • a flexible touch sensor capable of being deformed into various shapes can be provided by applying an anisotropic conductive film to a connection part connecting the flexible circuit board and the sensor body to increase flexibility.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view schematically showing a flexible touch sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a modified example of a flexible touch sensor according to the present invention
  • FIG. 3 is a view schematically showing the inside of a nanoweb layer applied to a flexible touch sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a diagram schematically showing a first circuit pattern layer applied to a flexible touch sensor according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a plan view of a second circuit pattern layer of the flexible touch sensor of FIG. 4;
  • FIG. 6 is a plan view schematically showing a first circuit pattern layer of a flexible touch sensor according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a plan view of a second circuit pattern layer of the flexible touch sensor of FIG. 6, and
  • FIG. 8 is a schematic cross-sectional view of a flexible touch sensor according to another embodiment of the present invention.
  • the X direction may be defined as the first direction, the L direction or the length direction, the Y direction as the second direction, the W direction or the width direction, and the Z direction as the third direction, the T direction or the thickness direction.
  • the flexible touch sensor 1 includes a first circuit pattern layer 131, a first nanoweb layer 121, a substrate layer 110, and a second nanoweb layer.
  • body 10 in which 122 and the second circuit pattern layer 132 are sequentially stacked and disposed; a flexible circuit board 20 connected to any one of the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer 132 of the body 10; and a connection part 210 connecting the body 10 and the flexible circuit board 20 .
  • connection part 210 may include an anisotropic conductive film.
  • the anisotropic conductive film may refer to a thermosetting or thermoplastic film including conductive balls dispersed therein.
  • a sensor that detects a general user's touch has been developed centering on a touch screen. This is because the development of smart devices has been centered on smart phones, and general touch screens have a form in which a cover glass is bonded to a touch sensor equipped with a transparent electrode. A sensor having such a touch screen has a limitation in that it is difficult to implement flexibility due to the presence of a cover glass.
  • the present invention can provide a flexible touch sensor having excellent flexibility and flexibility because it does not include a material having strong rigidity such as a soldering part or a rigid circuit board as described above.
  • the flexible touch sensor according to the present invention may have flexibility to the extent that cracks with a length of 3 mm or more do not occur when wound around a cylindrical mandrel with a diameter of 4 mm.
  • the flexibility may be a specific value according to the method of measurement standard JIS K5600-5-1.
  • the touch sensation may not be adversely affected even when attached close to the surface of a stuffed toy or clothing.
  • a multi-layered structure including a nanoweb layer is included, excellent flexibility and high restoring characteristics can be implemented at the same time, and touch pressure can be divided into several stages and sensed.
  • the first nanoweb layer 121 is disposed toward the lower portion of the base layer 110 of the body 10 of the flexible touch sensor 1 according to the present invention, and the first nanoweb layer 121 is disposed under the first nanoweb layer 121.
  • 1 circuit pattern layer 131 may be disposed.
  • a second nanoweb layer 122 may be disposed on the base layer 110, and a second circuit pattern layer 132 may be disposed on the second nanoweb layer 122.
  • the base layer 110 may serve to reinforce the strength of the first nanoweb layer 121 and the second nanoweb layer 122, and various materials having flexibility may be used.
  • the base layer 110 includes at least one selected from polyimide (PI), polyethylene terephthalate (PET), polyethylene naphthalate (PEN), and polyurethane (PU) It can be done, but is not limited thereto.
  • the average thickness of the base layer 110 may be 20 ⁇ m or more and 100 ⁇ m or less.
  • the support function for the nanoweb layer may deteriorate, and thus, durability and mechanical properties of the flexible touch sensor may deteriorate.
  • the average thickness of the base layer 110 exceeds 100 ⁇ m, process handling characteristics may be deteriorated due to the excessive thickness, and in particular, bending characteristics may be deteriorated due to the excessive thickness.
  • the substrate layer 110 is disposed between the first nanoweb layer 121 and the second nanoweb layer 122, has flexibility, and the first nanoweb layer 121 and the second nanoweb layer 122 Since it can support, the flexible touch sensor according to the present invention can be attached to the surface of an object whose shape is easily changed due to its low compressive strength, such as a stuffed toy.
  • the first nanoweb layer 121 and the second nanoweb layer 122 disposed below and above the base layer 110 may include nanofibers 120a and conductive powder 120b.
  • the flexible touch sensor 1 according to the present invention may include nanoweb layers 121 and 122, wherein the nanoweb layers 121 and 122 have a plurality of nanofibers 120a forming a matrix structure, and the matrix structure It may have a structure in which the conductive powder 120b is dispersed and disposed therein.
  • the strength of the touch pressure may be sensed by using a change in elasticity of the first nanoweb layer 121 and the second nanoweb layer 122 .
  • the first nanoweb layer 121 and the second nanoweb layer 122 include pores, as described below, to easily cause elastic changes, and as will be described later, through capacitance change values with respect to pressure. It may be possible to detect the intensity of pressure.
  • the nanoweb layer may include nanofibers 120a prepared by electrospinning a spinning solution containing fiber-forming components, and may be formed by randomly accumulating a plurality of nanofibers 120a.
  • the nanoweb layer may be used without limitation in the case of a method of forming a fibrous web having a three-dimensional network shape by including nanofibers 120a.
  • the fiber-forming component is polyurethane, polystyrene, polyvinylalchol, polymethyl methacrylate, polylactic acid, polyethyleneoxide, poly Polyvinyl acetate, polyacrylic acid, polycaprolactone, polyacrylonitrile, polyvinylpyrrolidone, polyvinylchloride, polycarbonate, PC ( polycarbonate), polyetherimide, polyethersulfone, polybenzimidazol, polyethylene terephthalate, polybutylene terephthalate, and fluorine-based compounds selected from the group consisting of One or more may be included.
  • the fluorine-based compound is polytetrafluoroethylene (PTFE)-based, tetrafluoroethylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA)-based, tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene copolymer (FEP)-based, Tetrafluoroethylene-hexafluoropropylene-perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (EPE) system, tetrafluoroethylene-ethylene copolymer (ETFE) system, polychlorotrifluoroethylene (PCTFE) system, chlorotrifluoro It may include any one or more compounds selected from the group consisting of ethylene-ethylene copolymer (ECTFE) and polyvinylidene fluoride (PVDF), preferably polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyurethane ) can be used in combination. It is not limited thereto.
  • ECTFE ethylene-ethylene copolymer
  • An average diameter of the nanofibers 120a constituting the nanoweb layer may be 0.1 ⁇ m or more and 2 ⁇ m or less. If the average diameter of the nanofibers (120a) is less than 0.1 ⁇ m, durability of the nanoweb layer may be reduced and a touch pressure of a certain level or higher may not be sensed. In addition, when the average diameter of the nanofibers 120a exceeds 2 ⁇ m, the compressive strength of the nanoweb layer may be excessively high and the sensitivity to touch pressure may be reduced.
  • the conductive powder 120b included in the first and second nanoweb layers 121 and 122 of the flexible touch sensor according to the present invention may include a conductivity imparting agent.
  • a conductivity imparting agent calcium (Ca), titanium (Ti), molybdenum (Mo), tungsten (W), iron (Fe), cobalt (Co), nickel (Ni), palladium (Pd), platinum (Pt), copper (Cu), silver (Ag), gold (Au), zinc (Zn), aluminum (Al), tin (Sn), lead (Pb), and one selected from the group consisting of alloys thereof It may be the above conductive metal, but is not limited thereto.
  • the conductivity imparting agent examples include carbon-based non-metal components such as carbon black, carbon nanotubes, and graphene, and metal salts such as copper formate and nickel acetate. It may be, but is not limited thereto.
  • the conductive powder 120b may be inserted into the nanoweb layer and evenly distributed, and through this, the capacitance change value may be further subdivided and accurately classified and sensed.
  • the nanoweb layers 121 and 122 may have a plurality of pores formed by crossing the plurality of nanofibers. Through this, it is possible to increase the sensitivity of elastic deformation to the touch pressure and improve flexibility and resilience.
  • the porosity of the nanoweb layer may be 10% or more and 80% or less, for example, 30% or more and 60% or less, but is not limited thereto. If the porosity of the nanoweb layer is less than 10%, elasticity may decrease, peeling of the nanoweb layer may occur during electroless plating, and durability may decrease, and if the porosity exceeds 80%, the nanoweb layer may occur. The durability, processability, and mechanical properties of may be deteriorated.
  • the basis weight of the nanofiber web may be 2 to 100 g/m 2 , and for example 10 g/m 2 to 20 g/m 2 .
  • the average thickness of the nanoweb layers 121 and 122 may be 5 ⁇ m or more and 40 ⁇ m or less, and may be exemplarily 10 ⁇ m or more and 30 ⁇ m or less, but is not limited thereto. If the average thickness of the nanoweb layer is less than 5 ⁇ m, the range of detectable touch pressure may be reduced, and durability and mechanical properties of the nanoweb layer may be deteriorated. In addition, if the average thickness of the nanoweb layer exceeds 40 ⁇ m, As the thickness of the body 10 becomes thick, process handling characteristics may be deteriorated, and thinning of the touch sensor may be disadvantageous.
  • a first circuit pattern layer 131 may be disposed under the first nanoweb layer 121 .
  • a second circuit pattern layer 132 may be disposed on the second nanoweb layer 122 .
  • the first and second circuit pattern layers 131 and 132 form capacitance, and the flexible touch sensor 1 according to the present invention has the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer
  • the degree of touch pressure from the outside can be sensed by detecting a change in capacitance formed by 132 .
  • the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer 132 may be formed by a printed electronic technique using conductive ink, and specifically, inkjet printing and flexographic printing ( Flexography) may be printed by any one method, but is not limited thereto.
  • the conductive ink may be the same as the conductivity imparting agent included in the aforementioned nanoweb layer, but is not limited thereto.
  • the conductive ink may further include a binder, a dispersant, and the like in addition to the conductivity imparting agent.
  • the binder is not particularly limited as long as it can impart flexibility to the first and second circuit pattern layers 131 and 132 .
  • examples of the binder include, but are not limited to, acrylic binders, epoxy-based binders, urethane-based binders, and silicon-based binders.
  • the circuit pattern layers 131 and 132 formed on the nanoweb layers 121 and 122 may have a thickness of 0.1 ⁇ m or more and 20 ⁇ m or less on average from the surface of the nanoweb layer. If the circuit pattern layer has a thickness of less than 0.1 ⁇ m from the surface of the nanoweb layer, there is a risk of deterioration in stability of electrical properties through the circuit pattern layer, and if the circuit pattern layer is 20 ⁇ m from the surface of the nanoweb layer If it has a thickness exceeding that of the circuit pattern layer, cracks may occur in the nanoweb layer or segmentation of nanofibers constituting the nanoweb layer may occur due to the excessive thickness of the circuit pattern layer, resulting in reduced elasticity. When applied to small electronic products, light and thin surfaces can be disadvantageous in
  • the shape of the first circuit pattern layer 131 and the shape of the second circuit pattern layer 132 may be different from each other.
  • the fact that the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer 132 have different shapes means that the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer 132 have a narrow overlapping area. It can mean that it is implemented as . That is, most of the second circuit pattern layer 132 is implemented as a visible pattern as an open area (open area) of the first circuit pattern layer 131 .
  • the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer 132 may be connected through via holes 170 formed in the substrate layer 110 and the first and second nanoweb layers 121 and 122. .
  • the via hole 170 may be formed to pass through the base layer 110 and the first and second nanoweb layers 121 and 122 .
  • a conductive material may be disposed inside the via hole 170, and the material is not particularly limited as long as it can electrically connect the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer 132.
  • An example of the conductive material may include the aforementioned conductive ink, and when the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer 132 are connected with the conductive ink, the body 10 is formed through a flexible material. It can have excellent flexibility.
  • the first circuit pattern layer 131 may have a predetermined shape, for example, a shape in which a diamond ( ⁇ ) shape is repeatedly disposed. At this time, other members may not be disposed in an area where the rhombic ( ⁇ ) shaped first circuit pattern layer 131 is not disposed, and the nanoweb layer 120 may be exposed as it is.
  • the second circuit pattern layer 132 may be formed to face a region where the first circuit pattern layer 131 is not formed, and may be formed as a net pattern in which the diamond ( ⁇ ) shape is pierced at regular intervals.
  • FIGS. 6 and 7 are plan views schematically illustrating first and second circuit pattern layers 131' and 132' of a flexible touch sensor according to another example of the present invention.
  • the first circuit pattern layer 131' may have a predetermined shape, for example, a shape in which a zigzag shape is repeatedly disposed. At this time, other members may not be disposed in an area where the zigzag-shaped first circuit pattern layer 131' is not disposed, and the nanoweb layer 120 may be exposed as it is.
  • the second circuit pattern layer 132' may be formed to face a region where the first circuit pattern layer 131' is not formed, and may be formed in a net pattern in which the zigzag shape is pierced at regular intervals. there is.
  • the first circuit pattern layers 131 and 131' and the second circuit pattern layers 132 and 132' are formed as in the above example, the first circuit pattern layers 131 and 131' and the second circuit pattern layer 132 , 132') may be connected to the flexible circuit board 20 through the connecting member 133.
  • the predetermined shape of the first circuit pattern layer or the interval between open areas may be designed in various ways.
  • the patterns of the first circuit pattern layer and the second circuit pattern layer may be formed in a rhombic ( ⁇ ), square ( ⁇ ), circular ( ⁇ ), or zigzag shape, but are not limited thereto, and may have various shapes depending on the purpose. can have
  • the flexible touch sensor according to the present invention may include a flexible printed circuit board (FPCB) 20 connected to either one of the first circuit pattern layer 131 and the second circuit pattern layer 132.
  • the flexible circuit board 20 may have a structure such as a copper foil bonded to a polyimide substrate, and any flexible substrate may be used without limitation.
  • the flexible circuit board 20 may function as a connector connecting the flexible touch sensor 1 according to the present invention and an external circuit, and may implement a flexible touch sensor by having flexibility like the body 10 described above. there is.
  • the flexible touch sensor according to the present invention may include a connection part 210 connecting the flexible circuit board and the body 10 described above.
  • the connection part 210 may include an anisotropic conductive film (ACF).
  • ACF anisotropic conductive film
  • a sponge layer 140 may be additionally disposed on the second circuit pattern layer 132 of the flexible touch sensor 1 according to the present example.
  • the sponge layer 140 includes at least one selected from the group consisting of polyurethane, styrene-butadiene rubber, polychloroprene rubber, nitrile rubber, butyl rubber, isoprene rubber, ethylene propylene rubber, silicone rubber, fluoro rubber, and acrylic rubber It may be a foam molded form, but is not limited thereto.
  • the sponge layer 140 is for giving a cushioning feeling to the touch sensor, and when applied to a wearable device, etc., it can give a user a softer feeling of use.
  • a protective layer 150 may be additionally disposed on the sponge layer 140 .
  • Components of the protective layer 150 are not particularly limited as long as they have insulating properties, and for example, the same components as those of the above-described base layer may be used.
  • the protective layer 150 is, for example, polyimide (polyimide, PI), polyethylene terephthalate (polyethylene terephthalate, PET), polyethylene naphthalate (polyethylene naphthalate, PEN) and polyurethane (polyurethane, PU) selected from 1 May include more than one species.
  • the flexible touch sensor 2 includes a body 10 in which a base layer 110, a nanoweb layer 120 and a circuit pattern layer 130 are sequentially stacked and disposed; an upper sponge layer 142 disposed on the body; an upper ground layer 162 disposed on the upper sponge layer 142; a flexible circuit board 20 connected to the circuit pattern layer 130 of the body 10; and a connection part 210 connecting the body 10 and the flexible circuit board 20, wherein at least a part of the flexible circuit board 20 is connected to the upper sponge layer 142 and the circuit pattern layer ( 130), the connection part 210 may include an anisotropic conductive film.
  • the flexibility may be a specific value according to the method of measurement standard JIS K5600-5-1.
  • the flexible touch sensor 2 according to the present embodiment may further include a lower sponge layer 141 and a lower ground layer 161 disposed under the base layer 120 .
  • the flexible touch sensor 2 of the present embodiment has a structure in which the body 10 is disposed in the central portion and the sponge layers 141 and 142 and the ground layers 161 and 162 are disposed in the upper and lower parts of the body.
  • the upper sponge layer 142 may be disposed to entirely cover the circuit pattern layer 130 .
  • the fact that the upper sponge layer 142 is disposed to entirely cover the circuit pattern layer 130 means that when the flexible touch sensor 2 according to the present invention is viewed from the top of the upper sponge layer 142, the upper It may refer to an arrangement in which the circuit pattern layer 130 disposed under the sponge layer 142 is invisible to the naked eye.
  • the upper and/or lower ground layers 161 and 162 are for reducing noise, and may include a conductive metal such as copper or a conductive polymer such as PEDOT:PSS, but are not limited thereto.
  • the upper and/or lower ground layers 161 and 162 may have a structure in which insulating layers 161b and 162b, conductive layers 161a and 162a, and insulating layers 161b and 162b are sequentially stacked.
  • the upper ground layer 162 may have a structure in which an upper insulating layer 162b, an upper conductive layer 161a, and an upper insulating layer 162b are sequentially stacked, and the lower ground layer 162 may have a lower
  • the insulating layer 162b, the lower conductive layer 162a, and the lower insulating layer 162b may have a sequentially stacked structure.
  • the insulating layer may include the same material as the above-described base layer.
  • the upper conductive layer 162a, the lower conductive layer 161a, and the circuit pattern layer 110 may be connected to each other through a conductive material.
  • the upper conductive layer 162a, the lower conductive layer 161a, and the circuit pattern layer 110 may be connected using an external conductive line.
  • the upper conductive layer 162a, the lower conductive layer 161a, and the circuit pattern layer 110 may include, for example, a via hole (not shown) connecting the first circuit pattern layer and the second circuit pattern layer described above. It may be connected in the same way, but is not limited thereto.
  • the base layer 110, the nanoweb layer 120, the circuit pattern layer 130, and the sponge layers 141 and 142 are the same as those described above, they will be omitted.
  • a flexible touch sensor capable of being deformed into various shapes can be provided by applying an anisotropic conductive film to a connection part connecting the flexible circuit board and the sensor body to increase flexibility.

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Abstract

본 발명은 제1 회로 패턴층, 제1 나노웹층, 기재층, 제2 나노웹층 및 제2 회로 패턴층이 순차 적층되어 배치되는 바디; 상기 바디의 제1 회로 패턴층 및 제2 회로 패턴층 중 어느 하나와 연결되는 연성회로 기판; 및 상기 바디와 상기 연성회로 기판을 연결하는 접속부;를 포함하고, 상기 접속부는 이방성 도전 필름을 포함하며, 직경이 4mm의 원통형 만드렐(mandrel)에 감았을 때 길이 3mm 이상의 크랙(crack)이 발생하지 않으므로, 가요성이 우수하고 다양한 형상으로 변형이 가능한 플렉서블 터치 센서를 제공할 수 있다.

Description

플렉서블 터치 센서
본 발명은 플렉서블 터치 센서에 관한 것이다.
반도체 등의 전자 부품의 발달에 따라 다양한 웨어러블 전자 디바이스가 등장하고 있다. 전통적인 형태의 전자 디바이스는 동작을 위한 터치 센서를 구비하는 것이 일반적이며, 이러한 터치 센서는 디스플레이와 일체화되어 터치 스크린의 형태로 사용되어 왔다. 반면 최근의 전자 디바이스는 다양한 형태의 웨어러블 기기 형태로 분화되고 있으며, 그에 따라 다양한 형태의 터치 센서가 요구되고 있다.
터치 센서는 저항막 방식(Resistive type), 정전 용량 방식(capacitive type), 광학 방식(Optical type) 등으로 입력을 감지할 수 있으며, 전극을 통해 도체의 터치에 의한 각 전극 라인의 정전 용량 값의 변화를 기초로 좌표를 계산하여 터치 위치를 표시한다.
하지만 정전 용량 방식의 터치 센서는 평면 상에서의 터치 위치를 인식할 수 있지만, 터치 압력을 감지하기 어려운 문제점이 있다. 또한 다양한 형태의 전자 디바이스에 적용하기 위해 플렉서블한 센서가 요구되고 있으나, 정전 용량 방식의 터치 센서는 커버 글라스를 사용하는 것이 일반적이어서 다양한 형태의 곡면에 적용하기 어려운 한계점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 점을 감안하여 안출된 것으로, 나노웹층을 포함하는 다층 구조를 통해 터치 압력 변화를 감지할 수 있는 플렉서블 터치 센서를 제공하는데 그 목적이 있다.
또한, 다양한 형상의 전자 디바이스에 적용이 가능한 플렉서블 터치 센서를 제공하는데 다른 목적이 있다.
상술한 과제를 해결하기 위하여 본 발명은, 제1 회로 패턴층, 제1 나노웹층, 기재층, 제2 나노웹층 및 제2 회로 패턴층이 순차 적층되어 배치되는 바디; 상기 바디의 제1 회로 패턴층 및 제2 회로 패턴층 중 어느 하나와 연결되는 연성회로 기판; 및 상기 바디와 상기 연성회로 기판을 연결하는 접속부;를 포함하고, 상기 접속부는 이방성 도전 필름을 포함하며, 직경이 4mm의 원통형 만드렐(mandrel)에 감았을 때 길이 3mm 이상의 크랙(crack)이 발생하지 않는 플렉서블 터치 센서를 제공한다.
또한, 상기 기재층은 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 기재층의 평균 두께는 20 μm 이상, 100 μm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 나노웹층 및 제2 나노웹층은 나노 섬유 및 도전성 분말을 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노 섬유는 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유, 폴리-비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(P(VDF-TrFE)) 랜덤 공중합체 나노섬유 중에서 선택되는 1동 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 나노 섬유의 평균 직경은 0.1 μm 이상, 2 μm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 나노웹층 및 제2 나노웹층의 평균 두께는 5 μm 이상, 40 μm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 나노웹층 및 제2 나노웹층의 기공도는 10% 이상, 80% 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 나노웹층 및 제2 나노웹층의 기공도는 10% 이상, 80% 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 회로 패턴층 및 제2 회로 패턴층의 평균 두께는 0.1 μm 이상, 20 μm 이하일 수 있다.
또한, 상기 제1 회로 패턴층의 회로 패턴의 형상은 상기 제2 회로 패턴층의 회로 패턴의 형상과 상이한 것인 플렉서블 터치 센서.
또한, 상기 제1 회로 패턴층 상에 배치되는 스펀지층을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 스펀지층 상에 배치되는 그라운드 층을 추가로 포함할 수 있다.
*본 발명의 다른 실시예에 의하면, 본 발명은 기재층, 나노웹층, 회로 패턴층, 상부 스펀지층 및 상부 그라운드층이 순차 적층되어 배치되는 바디; 상기 바디의 회로 패턴층과 연결되는 연성회로 기판; 및 상기 바디와 상기 연성회로 기판을 연결하는 접속부;를 포함하고, 상기 연성회로 기판의 적어도 일부가 상기 상부 스펀지층 및 상기 회로 패턴층의 사이에 배치되며, 상기 접속부는 이방성 도전 필름을 포함하고, 직경이 4mm의 원통형 만드렐(mandrel)에 감았을 때 길이 3mm 이상의 크랙(crack)이 발생하지 않는 플렉서블 터치 센서를 제공한다.
또한, 상기 기재층의 하부에 배치되는 하부 스펀지층 및 하부 그라운드층을 추가로 포함할 수 있다.
또한, 상기 상부 스펀지층은 상기 회로 패턴층을 전부 덮도록 배치될 수 있다.
본 발명에 의하면 적층 구조의 터치 센서에 나노웹을 포함하는 유연한 소재를 적용하여 탄성회복이 용이한 플렉서블 터치 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 연성회로 기판과 센서 바디를 연결하는 접속부에 이방성 도전 필름을 적용하여 가요성을 높임으로써 다양한 형상으로 변형이 가능한 플렉서블 터치 센서를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치 센서를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 2는 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서의 변형예를 개략적으로 나타내는 단면도,
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치 센서에 적용되는 나노웹층의 내부를 모식적으로 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치 센서에 적용되는 제1 회로 패턴층을 모식적으로 나타내는 도면,
도 5는 도 4의 플렉서블 터치 센서의 제2 회로 패턴층의 평면도,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉서블 터치 센서의 제1 회로 패턴층을 모식적으로 나타내는 평면도,
도 7은 도 6의 플렉서블 터치 센서의 제2 회로 패턴층의 평면도, 그리고
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 플렉서블 터치 센서를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 부가한다.
도면에서, X 방향은 제1 방향, L 방향 또는 길이 방향, Y 방향은 제2 방향, W 방향 또는 폭 방향, Z 방향은 제3 방향, T 방향 또는 두께 방향으로 정의될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 플렉서블 터치 센서(1)는 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 회로 패턴층(131), 제1 나노웹층(121), 기재층(110), 제2 나노웹층(122) 및 제2 회로 패턴층(132)이 순차 적층되어 배치되는 바디(10); 상기 바디(10)의 제1 회로 패턴층(131) 및 제2 회로 패턴층(132) 중 어느 하나와 연결되는 연성회로 기판(20); 및 상기 바디(10)와 상기 연성회로 기판(20)을 연결하는 접속부(210);를 포함한다.
이 때, 상기 접속부(210)는 이방성 도전 필름을 포함할 수 있다. 상기 이방성 도전 필름(Anisotropic Conductive Film;ACF)은 내부에 분산된 도전볼을 포함하는 열경화성 또는 열가소성 필름을 의미할 수 있다.
일반적인 사용자의 터치를 감지하는 센서는 터치 스크린을 중심으로 발전해왔다. 이는 스마트 기기의 발달이 스마트 폰을 중심으로 진행되었기 때문이며, 일반적인 터치 스크린은 투명 전극이 구비된 터치 센서 상에 커버 유리(Cover Glass)가 합착된 형태를 가진다. 이러한 터치 스크린을 구비한 센서는, 커버 유리의 존재로 인해 가요성을 구현하기 어려운 한계가 있다.
또한 터치 스크린을 사용하지 않는 형태로 물리 버튼, 가속도 센서 등을 이용하는 방법 등이 사용되어 왔으나, 회로 기판이나 납땜 연결부 등의 하드 세그먼트를 사용해야 하는 문제점이 있었다. 그리고 최근 사용되는 정전식 센서의 경우, 터치 감지가 필요한 영역에 전극 패턴을 부착하고 이를 EMC 몰딩 등에 봉지된 회로 모듈과 연결하여 사용하고 있다. 하지만 상기와 같은 형태 또한 외장 케이스가 하드 세그먼트로 기능할 수 밖에 없으며, 전선을 통해 연결되는 거리가 길어 단락 등의 문제가 발생할 가능성이 있다.
이에 본 발명은 상기와 같이 납땜부나 경성 회로기판 등의 강성이 강한 재료를 포함하지 않으므로, 유연성, 가요성이 뛰어난 플렉서블 터치 센서를 제공할 수 있다. 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서는 직경이 4mm의 원통형 만드렐(mandrel)에 감았을 때 길이 3mm 이상의 크랙(crack)이 발생하지 않는 정도의 가요성을 가질 수 있다. 상기 가요성은 측정 표준 JIS K5600-5-1의 방법에 따라 특정한 값일 수 있다.
즉, 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서는 센서에 포함되는 거의 모든 구성 들이 연성을 가지는 재료로 이루어져 있어 봉제 인형이나 의류 등의 표면 가까이 부착되어도 터치감에 악영향을 주지 않을 수 있다. 또한, 후술하는 바와 같이 나노웹층을 포함하는 다층 구조를 포함함에 따라 우수한 가요성과 동시에 높은 복원 특성을 동시에 구현할 수 있으며, 터치 압력을 여러 단계로 나누어 감지할 수 있다.
구체적으로 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서(1)의 바디(10)의 기재층(110)의 하부를 향하여 제1 나노웹층(121)이 배치되고, 상기 제1 나노웹층(121)의 하부에 제1 회로 패턴층(131)이 배치될 수 있다. 또한 상기 기재층(110)의 상부에 제2 나노웹층(122)이 배치되고, 상기 제2 나노웹층(122) 상에 제2 회로 패턴층(132)이 배치될 수 있다.
상기 기재층(110)은 상기 제1 나노웹층(121) 및 제2 나노웹층(122)의 강도를 보강하는 기능을 할 수 있으며, 가요성을 가진 다양한 소재를 사용할 수 있다. 상기 기재층(110)은 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이 때, 상기 기재층(110)의 평균 두께는 20 μm 이상, 100 μm 이하일 수 있다. 상기 기재층(110)의 평균 두께가 20 μm 미만인 경우 나노웹층에 대한 지지기능이 저하될 수 있고, 이로 인해 플렉서블 터치 센서의 내구성 및 기계적 물성이 떨어질 수 있다. 또한, 상기 기재층(110)의 평균 두께가 100 μm 을 초과하는 경우 과도한 두께로 인해 공정 핸들링 특성이 저하될 수 있으며, 특히 과도한 두께로 인해 휨 특성이 저하될 수 있다. 상기 기재층(110)이 제1 나노웹층(121) 및 제2 나노웹층(122)의 사이에 배치되고, 가요성을 가짐과 동시에 상기 제1 나노웹층(121) 및 제2 나노웹층(122)을 지지할 수 있으므로 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서는 봉제 인형과 같이 압축강도가 낮아 표면의 형상이 쉽게 변화하는 물건의 표면에 부착이 가능할 수 있다.
일례로, 상기 기재층(110)의 하부 및 상부에 배치되는 제1 나노웹층(121) 및 제2 나노웹층(122)은 나노 섬유(120a) 및 도전성 분말(120b)을 포함할 수 있다. (도 3 참조). 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서(1)는 나노웹층(121, 122)을 포함할 수 있으며, 상기 나노웹층(121, 122)은 복수의 나노 섬유(120a)가 매트릭스 구조를 형성하고, 상기 매트릭스 구조 내에 도전성 분말(120b)이 분산되어 배치된 구조를 가질 수 있다. 본 발명은 외부의 압력 인가 시 제1 나노웹층(121) 및 제2 나노웹층(122)의 탄성 변화를 이용하여 터치 압력의 세기를 감지할 수 있다. 구체적으로, 상기 제1 나노웹층(121) 및 제2 나노웹층(122)은 후술하는 바와 같이 기공을 포함하여 탄성 변화를 일으키기 용이하여 후술하는 바와 같이 압력에 대한 정전용량(Capacitance) 변화 값을 통해 압력의 세기의 감지가 가능할 수 있다.
상기 나노웹층은 섬유형성성분이 포함된 방사용액을 전기 방사하여 제조된 나노섬유(120a)를 포함할 수 있으며, 복수의 나노섬유(120a)가 랜덤하게 축적되어 이루어질 수 있다. 상기 나노웹층은 나노섬유(120a)를 구비하여 3차원 네트워크 형상의 섬유웹을 형성시키는 방법의 경우 제한 없이 사용될 수 있다.
상기 섬유형성성분은 목적에 따라서 폴리우레탄(polyurethane), 폴리스티렌(polystylene), 폴리비닐알코올(polyvinylalchol), 폴리메틸메타크릴레이트(polymethyl methacrylate), 폴리락트산(polylactic acid), 폴리에틸렌옥사이드(polyethyleneoxide), 폴리비닐아세테이트(polyvinyl acetate), 폴리아크릴산(polyacrylic acid), 폴리카프로락톤(polycaprolactone), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile), 폴리비닐피롤리돈 (polyvinylpyrrolidone), 폴리염화비닐(polyvinylchloride), 폴리카보네이트, PC(polycarbonate), 폴리이더이미드(polyetherimide), 폴리이더술폰(polyesthersulphone), 폴리벤지미다졸(polybenzimidazol), 폴리에틸렌테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리부틸렌테레프탈레이트(polybutylene terephthalate) 및 불소계화합물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
또한, 상기 불소계화합물은 폴리테트라플루오로에틸렌(PTFE)계, 테트라플루오로에틸렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(PFA)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌 공중합체(FEP)계, 테트라플루오로에틸렌-헥사플루오로프로필렌-퍼플루오로알킬 비닐 에테르 공중합체(EPE)계, 테트라플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ETFE)계, 폴리클로로트리플루오로에틸렌(PCTFE)계, 클로로트리플루오로에틸렌-에틸렌 공중합체(ECTFE)계 및 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)계로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나 이상의 화합물을 포함할 수 있으며, 바람직하게 는 폴리비닐리덴플루오라이드(PVDF)와 폴리우레탄(polyurethane)을 혼합하여 사용할 수 있으나. 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 나노웹층을 구성하는 나노섬유(120a)의 평균 직경은 0.1 μm 이상, 2 μm 이하일 수 있다. 상기 나노섬유(120a)의 평균 직경이 0.1 μm 미만인 경우 나노웹층이 내구성이 저하될 수 있고 일정 수준 이상의 터치 압력을 감지하지 못할 수 있다. 또한 상기 나노섬유(120a)의 평균 직경이 2 μm 초과일 경우 나노웹층의 압축 강도가 과도하게 높아질 수 있으며 터치 압력에 대한 민감도를 저하시킬 수 있다.
본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서의 제1 및 제2 나노웹층(121, 122)에 포함되는 도전성 분말(120b)은 전도성 부여제를 포함할 수 있다. 상기 전도성 부여제의 일 예시로, 칼슘(Ca), 티타늄(Ti), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 팔라듐(Pd), 백금(Pt), 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 아연(Zn), 알루미늄(Al), 주석(Sn), 납(Pb) 및 이들의 합금으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상의 도전성 금속일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 상기 전도성 부여제의 다른 예시로 카본블랙(carbon black), 카본나노튜브(carbon nanotube) 및 그래핀(graphene) 등의 탄소계 비금속 성분을 들 수 있으며, 포름산 구리, 아세트산 니켈 등의 금속 염의 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 도전성 분말(120b)은 나노웹층 내부에 삽입되어 고르게 분포될 수 있으며, 이를 통해 정전용량의 변화값을 더 세분화하고, 정확하게 구분하여 감지할 수 있다.
상기 나노웹층(121, 122)은 상기 다수 개의 나노섬유의 교차로 형성되는 다수 개의 기공을 가질 수 있다. 이를 통해 터치 압력에 대한 탄성변형의 민감도를 높일 수 있으며 가요성 및 복원성을 향상시킬 수 있다. 상기 나노웹층의 기공도는 10 % 이상, 80 % 이하일 수 있고, 예를 들어 30% 이상, 60% 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 만일 상기 나노웹층의 기공도가 10% 미만이면 신축성이 저하될 수 있고, 무전해도금 시 나노웹층의 박리현상이 발생할 수 있으며, 내구성이 저하될 수 있고, 기공도가 80%를 초과하면 나노웹층의 내구성, 공정성 및 기계적 물성이 저하될 수 있다.
일례로, 상기 나노섬유웹의 평량은 2 ~ 100g/㎡일 수 있고, 일예로 10g/㎡ ~ 20g/㎡ 일 수 있다.
상기 나노웹층(121, 122)의 평균 두께는 5 μm 이상, 40 μm 이하일 수 있으며, 예시적으로 10 μm 이상, 30 μm 이하일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 나노웹층의 평균 두께가 5 μm 미만이면 감지할 수 있는 터치 압력의 범위가 줄어들 수 있으며 나노웹층의 내구성 및 기계적 물성이 저하될 수 있다 .또한, 상기 나노웹층의 평균 두께가 40 μm 를 초과하면 바디(10)의 두께가 두꺼워져 공정 핸들링 특성이 저하될 수 있으며 터치 센서의 박형화에 불리할 수 있다.
상기 제1 나노웹층(121)의 하부에는 제1 회로 패턴층(131)이 배치될 수 있다. 또한 상기 제2 나노웹층(122)의 상부에는 제2 회로 패턴층(132)이 배치될 수 있다. 상기 제1 및 제2 회로 패턴층(131, 132)은 정전용량(Capacitance)을 형성하며, 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서(1)는 상기 제1 회로 패턴층(131) 및 제2 회로 패턴층(132)이 형성하는 정전용량(Capacitance)의 변화를 감지하여 외부로부터의 터치 압력의 정도를 감지할 수 있다.
상기 제1 회로 패턴층(131) 및 제2 회로 패턴층(132)은 전도성 잉크를 사용한 인쇄전자(Printed Electronic) 기법으로 형성된 것일 수 있으며, 구체적으로 잉크젯프린팅(Inkjet Printing) 및 플렉소인쇄법(Flexography) 중 어느 하나의 방법으로 인쇄된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 전도성 잉크는 전술한 나노웹층에 포함되는 전도성 부여제와 동일한 것을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 전도성 잉크는 전도성 부여제 이외에 바인더, 분산제 등을 더 포함할 수 있다. 상기 바인더로는 제1 및 제2 회로 패턴층(131, 132)에 가요성을 부여할 수 있는 것이라면 특별히 제한되지 않는다. 상기 바인더의 예시로 아크릴계 바인더, 에폭시계 바인더, 우레탄계 바인더 실리콘계 바인더 등을 들 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 바인더를 포함하는 전도성 잉크로 제1 및 제2 회로 패턴층(131, 132)을 형성함으로써 터치 센서에 굽힘 등의 변형이 가해지더라도 회로 패턴층에 단락이 발생하지 않을 수 있으며 우수한 휨 특성을 가질 수 있다.
상기 나노웹층(121, 122) 상에 형성된 상기 회로 패턴층(131, 132)은 나노웹층의 표면으로부터 0.1 μm 이상, 20 μm 평균 이하의 두께를 가질 수 있다. 만일 상기 회로 패턴층이 나노웹층의 표면으로부터 0.1 μm 미만의 두께를 가질 경우 회로패턴층을 통한 전기적 특성에 대한 안정성이 저하될 우려가 있으며, 만일 상기 회로패턴층이 나노웹층의 표면으로부터 20 μm 를 초과하는 두께를 가질 경우 회로패턴층의 과도한 두께로 인해 나노웹층에 크랙이 발생하거나 나노웹층을 이루는 나노 섬유의 분절이 발생하여 신축성이 저하될 수 있으며, 소형 전자제품에 적용 시, 경량화 및 박형화 면에서 불리할 수 있다.
상기 제1 회로 패턴층(131)의 형상과 제2 회로 패턴층(132)의 형상은 서로 상이할 수 있다. 상기 제1 회로 패턴층(131)과 제2 회로 패턴층(132)의 형상이 서로 상이하다는 것은, 상기 제1 회로 패턴층(131)과 제2 회로 패턴층(132)이 겹치는 영역이 좁은 패턴으로 구현된 것을 의미할 수 있다. 즉, 제1 회로 패턴층(131)의 열린 영역(뚫린 영역)으로 제2 회로 패턴층(132)의 대부분이 보이는 패턴으로 구현된다.
일례로 상기 제1 회로 패턴층(131)과 제2 회로 패턴층(132)은 기재층(110) 및 제1 및 제2 나노웹층(121, 122)에 형성된 비아홀(170)을 통해 연결될 수 있다. 상기 비아홀(170)은 상기 기재층(110) 및 제1 및 제2 나노웹층(121, 122)을 관통하도록 형성될 수 있다. 상기 비아홀(170)의 내부에 전도성 물질이 배치될 수 있으며, 상기 제1 회로 패턴층(131) 및 제2 회로 패턴층(132)을 전기적으로 연결할 수 있는 것이라면 그 소재는 특별히 제한되는 것은 아니다. 상기 전도성 물질의 일례로 전술한 전도성 잉크를 들 수 있으며, 상기 제1 회로 패턴층(131) 및 제2 회로 패턴층(132)이 전도성 잉크로 연결되는 경우 연성 재료를 통해 바디(10)를 형성할 수 있으므로 우수한 가요성을 가질 수 있다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 예시에 따른 플렉서블 터치 센서의 제1 및 제2 회로 패턴층을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 4 및 도 5를 참조하면, 제1 회로 패턴층(131)은 일정 모양, 예를 들면, 마름모(◇) 형상이 반복적으로 배치되는 형상을 가질 수 있다. 이 때, 상기 마름모(◇) 형상의 제1 회로 패턴층(131)이 배치되지 않은 영역에 다른 부재가 배치되지 않을 수 있으며 나노웹층(120)이 그대로 드러날 수 있다. 또한, 제2 회로 패턴층(132)은 상기 제1 회로 패턴층(131)이 형성되지 않은 영역에 대향하여 형성될 수 있으며, 상기 마름모(◇) 형상이 일정 간격으로 뚫려있는 그물 패턴으로 형성될 수 있다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 다른 예시에 따른 플렉서블 터치 센서의 제1 및 제2 회로 패턴층(131', 132')을 개략적으로 도시한 평면도이다. 도 6 및 도 7을 참조하면, 제1 회로 패턴층(131')은 일정 모양, 예를 들면, 지그재그 형상이 반복적으로 배치되는 형상을 가질 수 있다. 이 때, 상기 지그재그 형상의 제1 회로 패턴층(131')이 배치되지 않은 영역에 다른 부재가 배치되지 않을 수 있으며 나노웹층(120)이 그대로 드러날 수 있다. 또한, 제2 회로 패턴층(132')은 상기 제1 회로 패턴층(131')이 형성되지 않은 영역에 대향하여 형성될 수 있으며, 상기 지그재그 형상이 일정 간격으로 뚫려있는 그물 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 예시와 같이 제1 회로 패턴층(131,131') 및 제2 회로 패턴층(132, 132')이 형성되는 경우, 상기 제1 회로 패턴층(131, 131') 및 제2 회로 패턴층(132, 132')은 연결 부재(133)를 통해 연성 회로기판(20)과 연결될 수 있다.
여기서, 제1 회로 패턴층의 일정 모양, 또는 열린 영역 간의 간격은 다양하게 설계될 수 있다. 제1 회로 패턴층과 제2 회로 패턴층의 패턴은 마름모형(◇), 사각형(□), 원형(○), 지그재그형 등으로 형성될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 목적에 따라 다양한 형태를 가질 수 있다.
본 발명에 따른 플렉서블 터치센서는 제1 회로 패턴층(131) 및 제2 회로 패턴층 중(132) 어느 하나와 연결되는 연성회로 기판(Flexible Printed Circuit Board; FPCB)(20)을 포함할 수 있다. 상기 연성회로 기판(20)은 폴리이미드 기재 상에 동박을 접착시킨 형태 등의 구조를 가질 수 있으며, 가요성이 있는 기판이라면 제한없이 사용할 수 있다. 상기 연성회로 기판(20)은 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서(1)와 외부 회로를 연결하는 커넥터로 기능할 수 있으며, 전술한 바디(10)와 마찬가지로 가요성을 가짐으로써 플렉서블 터치 센서를 구현할 수 있다.
본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서는 상기 연성회로 기판과 전술한 바디(10)를 연결하는 접속부(210)를 포함할 수 있다. 이 때, 상기 접속부(210)는 이방성 도전 필름(ACF: Anisotropic Conductive Film)을 포함할 수 있다. 상기 이방성 도전 필름을 이용하여 상기 접속부(210)를 상기 바디(10)와 연결하는 경우 땜납 등을 이용한 방식 보다 가요성이 뛰어날 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 예시에 따른 플렉서블 터치 센서를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 2를 참조하면, 본 예시에 따른 플렉서블 터치 센서(1)의 제2 회로 패턴층(132) 상에 스펀지층(140)이 추가로 배치될 수 있다. 상기 스펀지층(140)은 폴리우레탄, 스티렌부타디엔고무, 폴리클로로프렌고무, 니트릴고무, 부틸고무, 이소프렌고무, 에틸렌프로필렌고무, 실리콘고무, 플루오로고무 및 아크릴고무로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하여 발포성형된 형태일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 스펀지층(140)은 터치 센서에 쿠션감을 주기 위한 것으로, 웨어러블 기기 등에 적용 시 사용자에게 보다 부드러운 사용감을 줄 수 있다.
상기 예시에서, 스펀지층(140) 상에는 보호층(150)이 추가로 배치될 수 있다. 상기 보호층(150)은 절연성을 가지는 것이라면 그 성분은 특별히 제한되지 않으며, 예를 들어 전술한 기재층과 동일한 성분을 사용할 수 있다. 상기 보호층(150)은 예를 들어, 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에서, 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서(2)는 기재층(110), 나노웹층(120) 및 회로 패턴층(130)이 순차 적층되어 배치되는 바디(10); 상기 바디 상에 배치되는 상부 스펀지층(142); 상기 상부 스펀지층(142) 상에 배치되는 상부 그라운드층(162); 상기 바디(10)의 회로 패턴층(130)과 연결되는 연성회로 기판(20); 및 상기 바디(10)와 상기 연성회로 기판(20)을 연결하는 접속부(210);를 포함하고, 상기 연성회로 기판(20)의 적어도 일부가 상기 상부 스펀지층(142) 및 상기 회로 패턴층(130)의 사이에 배치되며, 상기 접속부(210)는 이방성 도전 필름을 포함할 수 있다.
이 때, 상기 플렉서블 터치 센서(2)는 직경이 4mm의 원통형 만드렐(mandrel)에 감았을 때 길이 3mm 이상의 크랙(crack)이 발생하지 않는 정도의 가요성을 가질 수 있다. 상기 가요성은 측정 표준 JIS K5600-5-1의 방법에 따라 특정한 값일 수 있다.
또한, 본 실시형태에 따른 플렉서블 터치 센서(2)는 상기 기재층(120)의 하부에 배치되는 하부 스펀지층(141) 및 하부 그라운드층(161)을 추가로 포함할 수 있다. 이 경우 본 실시형태의 플렉서블 터치 센서(2)는 중앙부에 바디(10)가 배치되고, 상기 바디의 상하부에 모두 스펀지층(141, 142) 및 그라운드층(161, 162)이 배치되는 구조를 가질 수 있다.
하나의 예시에서, 상기 상부 스펀지층(142)은 상기 회로 패턴층(130)을 전부 덮도록 배치될 수 있다. 상기 상부 스펀지층(142)이 상기 회로 패턴층(130)을 전부 덮도록 배치된다는 것은, 상기 상부 스펀지층(142)의 상부에서 본 발명에 따른 플렉서블 터치 센서(2)를 바라 보았을 때, 상기 상부 스펀지층(142)의 하부에 배치되는 회로 패턴층(130)이 육안으로 보이지 않는 배치를 의미할 수 있다.
상기 상부 및/또는 하부 그라운드층(161, 162)은 노이즈를 저감시키기 위한 것으로, 구리 등의 도전성 금속이나, PEDOT:PSS 등의 전도성 고분자 등을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 상부 및/또는 하부 그라운드층(161, 162)은 절연층(161b, 162b), 전도성층(161a, 162a) 및 절연층(161b, 162b)이 순차 적층된 구조를 가질 수 있다. 예를들어 상기 상부 그라운드층(162)은 상부 절연층(162b), 상부 전도성층(161a) 및 상부 절연층(162b)이 순차 적층된 구조를 가질 수 있으며, 상기 하부 그라운드층(162)은 하부 절연층(162b), 하부 전도성층(162a) 및 하부 절연층(162b)이 순차 적층된 구조를 가질 수 있다. 이 때, 상기 절연층은 전술한 기재층과 동일한 소재를 포함할 수 있다.
일례로, 상기 상부 전도성층(162a), 하부 전도성층(161a) 및 회로 패턴층(110)은 전도성 물질을 통해 서로 연결될 수 있다. 상기 상부 전도성층(162a), 하부 전도성층(161a) 및 회로 패턴층(110)은 외부 도전선을 이용하여 연결될 수 있다. 또한, 상기 상부 전도성층(162a), 하부 전도성층(161a) 및 회로 패턴층(110)은, 예를 들어 전술한 제1 회로 패턴층과 제2 회로 패턴층을 연결하는 비아홀(미도시)과 같은 방법으로 연결될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 기재층(110), 나노웹층(120), 회로 패턴층(130) 및 스펀지층(141, 142) 등에 대하여는 전술한 바와 동일하므로 생략하기로 한다.
이상에서 본 발명의 일 실시예에 대하여 설명하였으나, 본 발명의 사상은 본 명세서에 제시되는 실시 예에 제한되지 아니하며, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서, 구성요소의 부가, 변경, 삭제, 추가 등에 의해서 다른 실시 예를 용이하게 제안할 수 있을 것이나, 이 또한 본 발명의 사상범위 내에 든다고 할 것이다.
본 발명에 의하면 적층 구조의 터치 센서에 나노웹을 포함하는 유연한 소재를 적용하여 탄성회복이 용이한 플렉서블 터치 센서를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 연성회로 기판과 센서 바디를 연결하는 접속부에 이방성 도전 필름을 적용하여 가요성을 높임으로써 다양한 형상으로 변형이 가능한 플렉서블 터치 센서를 제공할 수 있다.

Claims (16)

  1. 제1 회로 패턴층, 제1 나노웹층, 기재층, 제2 나노웹층 및 제2 회로 패턴층이 순차 적층되어 배치되는 바디; 상기 바디의 제1 회로 패턴층 및 제2 회로 패턴층 중 어느 하나와 연결되는 연성회로 기판; 및 상기 바디와 상기 연성회로 기판을 연결하는 접속부;를 포함하고,
    상기 접속부는 이방성 도전 필름을 포함하며,
    직경이 4mm의 원통형 만드렐(mandrel)에 감았을 때 길이 3mm 이상의 크랙(crack)이 발생하지 않는 플렉서블 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기재층은 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate, PEN) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 중에서 선택되는 1종 이상을 포함하는 플렉서블 터치 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기재층의 평균 두께는 20 μm 이상, 100 μm 이하인 플렉서블 터치 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나노웹층 및 제2 나노웹층은 나노 섬유 및 도전성 분말을 포함하는 플렉서블 터치 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 나노 섬유는 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile) 나노섬유, 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride) 나노섬유, 폴리-비닐리덴 플루오라이드-트리플루오로에틸렌(P(VDF-TrFE)) 랜덤 공중합체 나노섬유 중에서 선택되는 1동 이상을 포함하는 플렉서블 터치 센서.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 나노 섬유의 평균 직경은 0.1 μm 이상, 2 μm 이하인 플렉서블 터치 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나노웹층 및 제2 나노웹층의 평균 두께는 5 μm 이상, 40 μm 이하인 플렉서블 터치 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나노웹층 및 제2 나노웹층의 기공도는 10% 이상, 80% 이하인 플렉서블 터치 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 제1 나노웹층 및 제2 나노웹층의 기공도는 10% 이상, 80% 이하인 플렉서블 터치 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회로 패턴층 및 제2 회로 패턴층의 평균 두께는 0.1 μm 이상, 20 μm 이하인 플렉서블 터치 센서.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회로 패턴층의 회로 패턴의 형상은 상기 제2 회로 패턴층의 회로 패턴의 형상과 상이한 것인 플렉서블 터치 센서.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 제1 회로 패턴층 상에 배치되는 스펀지층을 추가로 포함하는 플렉서블 터치 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 스펀지층 상에 배치되는 그라운드 층을 추가로 포함하는 플렉서블 터치 센서.
  14. 기재층, 나노웹층, 회로 패턴층이 순차 적층되어 배치되는 바디; 상기 바디 상에 배치되는 상부 스펀지층; 상기 상부 스펀지층 상에 배치되는 상부 그라운드층; 상기 바디의 회로 패턴층과 연결되는 연성회로 기판; 및 상기 바디와 상기 연성회로 기판을 연결하는 접속부;를 포함하고,
    상기 연성회로 기판의 적어도 일부가 상기 상부 스펀지층 및 상기 회로 패턴층의 사이에 배치되며,
    상기 접속부는 이방성 도전 필름을 포함하고,
    직경이 4mm의 원통형 만드렐(mandrel)에 감았을 때 길이 3mm 이상의 크랙(crack)이 발생하지 않는 플렉서블 터치 센서.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 기재층의 하부에 배치되는 하부 스펀지층 및 하부 그라운드층을 추가로 포함하는 플렉서블 터치 센서.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 상부 스펀지층은 상기 회로 패턴층을 전부 덮도록 배치되는 플렉서블 터치 센서.
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