KR101144702B1 - 터치스크린용 투명 회로 기판 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 측면에 따른 터치스크린용 투명 회로 기판은, 투명 기판과; 상기 투명 기판의 주변부에 적층되며, 서로 다른 폭을 갖는 계단 구조의 제1 및 제2 광차단층과; 상기 투명 기판의 중앙부에 적층되며, 그 주변부가 상기 제1 광차단층과 겹치도록 형성되고, 기설정된 패턴을 갖는 전도층과; 상기 제2 광차단층에 적층되며, 상기 전도층과 연결된 전극층을 포함하고, 상기 제1 광차단층은 그 두께가 점차 감소하는 테이퍼부를 구비한다.

Description

터치스크린용 투명 회로 기판{TRANSPARENT CIRCUIT SUBSTRATE FOR TOUCHSCREEN}

본 발명은 터치스크린에 관한 것으로, 특히 터치스크린의 전면을 이루면서 기설정된 패턴의 전도층을 구비하는 터치스크린용 투명 회로 기판의 제조 방법에 관한 것이다.

일반적으로, 터치스크린은 입력 검출 수단을 표시 수단에 통합한 장치를 말하며, 액정 디스플레이(liquid crystal display: LCD)와 같은 디스플레이 유닛(display unit)과, 상기 디스플레이 유닛의 위에 배치된 터치 패널(touch panel)을 포함한다.

터치스크린은, 기구적 키패드(keypad)를 사용하지 않고 화면(screen)에 나타난 문자나 특정 위치에 사람의 손끝 또는 기타 물체가 닿으면 그 위치를 파악함으로써, 화면 접촉을 통해 사용자의 입력을 수신한다.

터치스크린은, 정밀도가 높지는 않지만, 기구적 키패드가 필요 없고 조작이 간단하기 때문에 대중들이 많이 이용하는 장소, 즉 지하철, 백화점, 은행 등의 공공 장소에서 안내용 디스플레이 장치로 많이 이용되며, 각종 점포에서 판매용 단말기에도 많이 응용될 뿐만 아니라, 근래에는 휴대 전화기, DMB(Digital Multimedia Broadcasting) 수신기, 차량용 내비게이션 등 휴대용 단말기에 널리 활용되고 있다.

터치스크린(또는 터치 패널)의 종류로는 저항막 방식(resistive overlay), 정전용량 방식, 표면 초음파 방식(surface acoustic wave) 및 적외선 방식(infrared beam) 등이 있다.

그 중에서, 통상적인 정전용량 방식의 터치스크린은, 제1 및 제2 필름(film)에 제1 및 제2 전도층을 각각 형성하고, 상기 제1 필름은 상기 터치 스크린의 전면을 이루는 상부 유리 기판에 접착되고, 상기 제2 필름은 하부 기판에 접착된다. 또한, 상기 제1 및 제2 전도층을 접속 단자들을 통해 제어부와 연결한다. 상기 제어부는 입력 수단(예를 들어, 손가락, 스타일러스 펜 등)의 접촉에 따른 상기 터치 패널의 해당 부분의 정전용량의 변화를 감지하고, 상기 접촉 부분의 위치를 결정한다.

그러나 종래의 정전용량 방식의 터치스크린은, 복수의 필름들을 구비함으로 인하여 그 두께가 크고, 광투과율이 낮다는 문제점을 갖는다.

즉, 터치스크린용 필름으로서 광투과율이 높은 재료가 사용되기는 하나, 각 필름에 대한 광투과율이 100%가 되지는 못하기 때문에, 사용되는 필름의 수가 증가하면 터치스크린의 전체적인 광투과율은 감소할 수밖에 없다.

즉, 종래의 정전용량 방식의 터치스크린은, 복수의 필름들을 구비함으로 인하여, 그 두께가 크고, 광투과율이 낮으며, 이로 인해 화면의 시인성이 떨어지고, 제품 슬림화가 어렵다는 문제점이 있다.

따라서, 본 발명은 그 두께가 얇고, 광투과율이 높아서, 화면의 시인성을 향상시키고, 제품 슬림화를 구현할 수 있는 터치스크린용 투명 회로 기판과, 이를 이용한 터치스크린을 제공한다.

또한, 본 발명은 온도 및 습도 변화에 강인한 저항 특성을 갖는 터치스크린용 투명 회로 기판을 제공한다.

본 발명의 일 측면에 따른 터치스크린용 투명 회로 기판은, 투명 기판과; 상기 투명 기판의 주변부에 적층되며, 서로 다른 폭을 갖는 계단 구조의 제1 및 제2 광차단층과; 상기 투명 기판의 중앙부에 적층되며, 그 주변부가 상기 제1 광차단층과 겹치도록 형성되고, 기설정된 패턴을 갖는 전도층과; 상기 제2 광차단층에 적층되며, 상기 전도층과 연결된 전극층을 포함하고, 상기 제1 광차단층은 그 두께가 점차 감소하는 테이퍼부를 구비한다.

본 발명에 따른 터치스크린용 투명 회로 기판은 가시광의 차단을 위한 광차단층이 테이퍼부를 구비하기 때문에, 상기 광차단층에 그 일부가 적층된 전도층이 온도 및 습도 변화에 강인한 저항 특성을 갖게 된다는 이점이 있다.

또한, 본 발명에 따른 터치스크린용 투명 회로 기판을 적용한 터치스크린은, 상술한 이점들 이외에, 투명 기판에 적층된 상부 전극층과 필름에 적층된 하부 전극층을 서로 부착함으로써, 그 두께가 얇고, 광투과율이 높아서, 화면의 시인성을 향상시키고, 제품 슬림화를 구현할 수 있다는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터치스크린용 투명 회로 기판을 나타내는 도면,
도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터치스크린을 나타내는 도면,
도 3은 상부 및 하부 전도층을 나타내는 도면,
도 4는 상부 및 하부 전도층에 의한 정전용량 형성 원리를 설명하기 위한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명을 구성하는 장치 및 동작 방법을 본 발명의 실시 예를 참조하여 상세히 설명한다. 하기 설명에서는 구체적인 구성 소자 등과 같은 특정 사항들이 나타나고 있는데 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐 이러한 특정 사항들이 본 발명의 범위 내에서 소정의 변형이나 혹은 변경이 이루어질 수 있음은 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다 할 것이다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서 본 발명과 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에 그 상세한 설명을 생략하기로 한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터치스크린용 투명 회로 기판을 나타내는 도면이다.

상기 투명 회로 기판(1)은 투명 기판(10)과, 제1 및 제2 광차단층(30, 40)과, 전도층(20)과, 전극층(60)을 포함한다.

상기 투명 기판(10)은 상기 투명 회로 기판(1)의 기저부를 형성하며, 사각 판의 형태를 갖는다. 상기 투명 기판(10)의 하면은 외부에 노출되는 터치 스크린의 전면의 적어도 일부를 형성한다. 상기 투명 기판(10)은 가시광에 대해 투명한 절연 물질로 형성된다. 상기 절연 물질의 예로는 유리(glass), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET), 폴리카보네이트(polycarbonate: PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate: PEN), 폴리페닐렌술파이드(polyphenylenesulfaid : PES) 등을 들 수 있다.

상기 제1 광차단층(30)은 상기 투명 기판(10)의 주변부에 적층되며, 가시광을 차단하는 기능을 한다. 상기 투명 기판(10)이 외부에 노출되기 때문에, 관찰자에게 표시되는 유효 표시 영역에 포함되는 중앙부 외측의 주변부가 외부에 보이는 것을 방지하기 위해, 상기 투명 기판(10)의 상면의 주변부에 가시광을 차단하는 상기 제1 및 제2 광차단층(30, 40)이 적층된다. 상기 각 광차단층(30, 40)은 1~10㎛의 두께를 가질 수 있고, 상기 각 광차단층(30, 40)으로는 폴리에틸렌(polyethylene: PE), 아크릴, 폴리우레탄(polyurethane: PU) 등의 수지를 함유하는 스크린 인쇄용 잉크를 사용할 수 있다. 상기 각 광차단층(30, 40)은 흑색 잉크 인쇄 등의 공정을 통해 형성될 수 있다.

상기 제1 광차단층(30)은 그 내측 단부에 그 끝단으로 갈수록 점차 두께가 감소하는 테이퍼부(34)를 구비하며, 도시된 바와 같이 상기 테이퍼부(34)는 직각 삼각형의 단면(또는 쐐기 형태)을 가질 수 있다. 즉, 상기 제1 광차단층(30)은 두께가 일정한 평탄부(32)와, 상기 평탄부(32)로부터 멀어질수록 그 두께가 점차 감소하는 테이퍼부(34)로 구성된다. 상기 테이퍼부(34)는 10~60°의 경사각(또는 끼인각)을 가질 수 있다. 예를 들어, 상기 테이퍼부(34)는 흑색 잉크를 도포하는 디스펜서를 상기 제1 광차단층(30)의 내측 끝단 위치에서부터 그 반대측 끝단측으로 이동시키면서 점차 높이를 상승시키다가 일정하게 높이를 유지하는 방법으로 형성될 수 있다.

상기 제2 광차단층(40)은 상기 제1 광차단층(30)의 평탄부(32)에 적층된다. 상기 제1 및 제2 광차단층(30, 40)의 폭의 차이는 0.1~2㎜의 범위에 있을 수 있고, 상기 제1 광차단층(30)의 테이퍼부(34)는 0.1~2㎜의 범위의 폭을 가질 수 있다.

상기 전도층(20)은 상기 투명 기판(10)의 상면 중앙부에 적층되고, 상기 전도층(20)은 상기 투명 회로 기판(1)이 위치 검출 센서 또는 그 일부를 구성할 수 있도록 설정된 패턴을 갖는다. 상기 전도층(20)은 그 주변부가 상기 제1 광차단층과 겹치도록 형성된다. 상기 전도층(20)은 가시광에 대해 투명한 도전성 물질로 형성되며, 상기 도전성 물질의 예로는 인듐 주석 산화물(Indium tin oxide: ITO), PEDOT(poly(3,4-ethylenedioxythiophene)) 등을 들 수 있다. 상기 전도층(20)은, 진공 증착 공정으로 도전성 박막을 형성한 후, 리소그래피(lithography) 공정 등으로 패터닝하는 과정을 통해 형성될 수 있다. 상기 진공 증착 공정의 예로는 전자빔(E-beam), 스퍼터링(Sputtering) 등을 들 수 있다. 상기 전도층(20)은 일 방향을 따라 연장된 다수의 전극 라인을 포함하거나, 서로 교차하는 제1 및 제2 방향을 따라 연장된 다수의 전극 라인을 포함할 수 있다. 예를 들어, 상기 전도층(20)은 선형 격자형 패턴, 사각 격자형 패턴 등을 가질 수 있다.

상기 전극층(60)은 상기 전도층(20)의 외측에 위치하도록 상기 제1 및 제2 광차단층(30, 40)에 적층된다. 상기 전도층(20)과의 전기적 연결을 위해, 상기 전극층(60)은 상기 전도층(20)의 주변부(또는 단부)와 일부 겹치도록 형성된다. 상기 전극층(60)은, 전도층(20)에 전류를 인가하기 위하여 외부에 노출되는 접속 단자들(62)과, 상기 접속 단자들(62)과 상기 전도층(20)의 전극 라인들을 연결하는 연결 라인들(64)로 구성된다.

상기 전극층(60)은 상기 전도층(20)의 것과 동일한 재질로 형성되거나, 다른 재질(예를 들면, 은과 같은 불투명한 도전성 재질)로 형성될 수 있다. 상기 전극층(60)의 접속 단자들(62)은, 예를 들어, 제어부(미도시)와 연결된 연성 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board: FPCB)(미도시)과 직접 접촉되는 방식으로 연결될 수 있다.

하기 표 1은 상기 터치스크린용 투명 회로 기판(1)에 대하여 테이퍼부(34)의 경사각 변화에 따른 상기 전도층(20)의 면저항값의 변화를 나타내는 실험 데이터이다. 하기 환경시험결과에서의 저항값 변화율은 하기 상온에서의 면저항과 85°에서의 면저항을 비교한 변화율을 나타낸다.

테이퍼부의 끼인각	면저항	환경시험결과(저항값 변화율)
5°
10°	400Ω/□ 대	10%
30°	500Ω/□ 대	12%
40°	550Ω/□ 대	12%
60°	600Ω/□ 대	13%
70°	800Ω/□ 대	25%

전술한 바와 같은 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터치스크린용 투명 회로 기판(1)은 단일층 대신에 서로 다른 폭을 갖는 계단 구조의 제1 및 제2 광차단층(30, 40)을 구비함으로써 양품 수율을 높일 수 있고, 상기 제1 광차단층(30)은 10~60° 범위의 경사각을 갖는 테이퍼부(34)를 구비함으로써 온도 및 습도 등의 환경 변화에 강인한 저항 특성을 제공할 수 있다.

이하, 상기 터치스크린용 투명 회로 기판(1)을 적용한 터치스크린에 대해 예시하기로 하고, 상기 터치스크린용 투명 회로 기판(1)은 다양한 터치스크린에 적용될 수 있고, 이하의 실시 예는 단지 예시에 불과할 뿐임에 주의하여야 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 터치스크린을 나타내는 도면이고, 도 3은 상부 및 하부 전도층을 나타내는 도면이다. 도 2에 도시된 터치 스크린(100)에서는, 도 1에 도시된 투명 회로 기판(1)이 뒤집힌 상태로 적용되어 있으므로, 상하 구분(상부 및 하부 구분을 포함)은 도시된 구성에 맞추어 적절히 부가되어 설명되고 있음에 주의하여야 한다. 또한, 투명 회로 기판(1)과 관련된 설명 중 중복되는 것은 생략하기로 한다.

상기 터치스크린(100)은 디스플레이 유닛(110)과, 필름(130)과, 투명 기판(10) 및 상부 전도층(20)을 구비한 투명 회로 기판(1)과, 하부 전도층(140)과, 제1 및 제2 접착 부재(120, 125)를 포함한다.

상기 디스플레이 유닛(110)은 다수의 픽셀들(pixels)을 구비하고, 상기 픽셀들을 통해 영상을 표시한다. 상기 디스플레이 유닛(110)의 상면의 일부(중앙 부분)가 관찰자에게 표시되는 상기 터치스크린(100)의 유효 표시 영역에 포함될 수 있으나, 이해의 편이를 위하여, 본 실시 예에서는 상기 디스플레이 유닛(110)의 상면 전체가 유효 표시 영역에 포함된다. 상기 디스플레이 유닛(110)으로는 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기발광다이오드(Organic Light Emitting Diodes: OLED) 등을 사용할 수 있다.

상기 액정표시장치는 제어부(미도시)의 제어에 따른 영상을 표시한다. 통상적인 액정표시장치는 액정층(liquid crystal layer)을 구비하고 영상을 표시하는 액정 표시 패널과, 상기 액정 표시 패널에 광을 제공하는 백라이트 유닛(back light unit: BLU)을 포함한다. 상기 액정 표시 패널은 상기 액정층과, 액정 분자들의 배열 상태를 제어하기 위해 상기 액정층의 상하에 배치된 상부 및 하부 유리 기판(upper and lower glass substrates)을 포함한다. 상기 하부 유리 기판은 박막 트랜지스터들과 화소 전극들(piexel electrodes)을 포함하고, 상기 상부 유리 기판은 공통 전극(common electrode)을 포함한다. 상기 액정 표시 패널은 상기 액정층의 상하에 배치되며 각각 입력된 광을 선편광(linear polarization)시키는 상부 및 하부 편광판(upper and lower polarization plates)을 더 포함한다. 이때, 상기 상부 및 하부 편광판의 편광 방향들은 서로 직교한다.

상기 필름(130)은 상기 디스플레이 유닛(110)의 위에 배치되고, 그 상단(즉, 상면)에 적층된 하부 전도층(140)을 구비한다. 상기 상부 및 하부 전도층(20, 140) 각각이 차지하는 면적은 상기 유효 표시 영역의 면적과 거의 일치한다. 상기 필름(130)은 가시광에 대해 투명한 절연 물질로 형성된다. 상기 절연 물질의 예로는 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET), 폴리카보네이트(polycarbonate: PC), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate: PEN), 폴리페닐렌술파이드(polyphenylenesulfaid : PES) 등을 들 수 있다.

상기 필름(130)은 제1 접착 부재(120)를 이용하여 상기 디스플레이 유닛(110)에 부착(즉, 접착)된다. 즉, 상기 필름(130)의 하단(즉, 하면)의 일부는 상기 제1 접착 부재(120)를 이용하여 상기 디스플레이 유닛(110)의 상단(즉, 상면) 전체에 부착된다. 상기 제1 및 제2 접착 부재(120, 125)의 각각은 가시광에 대해 투명한 절연 물질로 형성된다. 상기 각 접착 부재(120, 125)로는 가시광에 대하여 투명한 광학용 투명 접착 테이프(optical clear adhesive tape: OCA 테이프), 접착제(또는 점착제), 자외선 경화성 수지 등을 사용할 수 있다. 상기 OCA 테이프는 양면 접착이 가능하고, 아크릴계, 실리콘 등의 재질로 형성될 수 있다.

도 3을 참고하면, 상기 하부 전도층(140)은 상기 필름(130)의 상면(132)에 적층되고, 각각 제1 방향(예를 들어 x축 또는 수평 방향)을 따라 연장된 다수의 하부 전극 라인(또는 직선 전극)(142)을 포함한다. 상기 하부 전극 라인들(142)은 상기 제1 방향과 수직으로 교차하는 제2 방향(예를 들어, y축 또는 수직 방향)을 따라 등간격 또는 서로 다른 간격들로 배치된다. 상기 각 하부 전극 라인(142)의 선폭 및 상기 하부 전극 라인들(142) 간의 간격은 임의로 설정될 수 있다. 상기 하부 전극층(140)은 상기 상부 전극층(20)의 것과 동일한 방식으로 형성될 수 있다.

다시 도 1을 참고하면, 상기 상부 전극층(60)과 함께, 상기 상부 및 하부 전도층(20, 140)에 전류를 인가하기 위한 하부 전극층(154)은 상기 하부 전도층(140)의 외측에 위치하도록 상기 필름(130)의 상면에 적층된다. 즉, 상기 하부 전극층(154)은 외부로부터의 접근을 용이하게 하기 위해 상기 하부 전도층(140)의 외측(즉, 상기 필름(130)의 주변부)에 배치된다. 이때, 상기 필름(130)의 중앙부는 상기 터치스크린(100)의 유효 표시 영역에 포함되고, 상기 필름(130)의 주변부는 유효 표시 영역의 외측에 위치하는 영역, 상기 중앙부를 제외한 나머지 영역에 해당한다.

상기 하부 전극층(154)은 상기 하부 전도층(140)과 전기적으로 연결된다. 상기 하부 전극층(154)은, 상기 하부 전도층(140)에 전류를 인가하기 위하여 외부에 노출되는 접속 단자들과, 상기 접속 단자들과 상기 하부 전도층(140)의 전극 라인들을 연결하는 연결 라인들로 구성된다. 제1 및 제2 하부 광차단층(150, 152)과 하부 전극층(154)은 제1 및 제2 상부 광차단층(30, 40)과 상부 전극층(60)의 것과 동일한 방식으로 형성될 수 있다.

한편, 본 실시 예에서, 본 발명에 따른 터치스크린용 투명 회로 기판(1)의 제조 방법이 상기 필름(130)에도 적용될 수 있음을 보여 주기 위하여, 상기 필름(130)이 상기 제1 및 제2 하부 광차단층(150, 152)을 포함하는 것으로 기술하고 있으나, 상기 제1 및 제2 하부 광차단층(150, 152)은 제거될 수도 있다.

상기 투명 기판(10)은 상기 필름(130)의 위에 배치되고, 그 하면에 적층된 상부 전극층(20)을 구비한다. 상기 투명 기판(10)의 상면은 외부에 노출되는 상기 터치 스크린(100)의 전면의 적어도 일부를 형성한다.

상기 투명 기판(10)의 상면이 외부에 노출되기 때문에, 유효 표시 영역에 포함되는 중앙부 외측의 주변부가 외부에 보이는 것을 방지하기 위해, 상기 투명 기판(10)의 하면의 주변부(14)에는 가시광을 차단하는 제1 및 제2 상부 광차단층(30, 40)이 적층된다.

상기 투명 기판(10)은 제2 접착 부재(125)를 이용하여 상기 필름(130)에 부착(즉, 접착)된다. 즉, 상기 투명 기판(10)의 하단은 상기 제2 접착 부재(125)를 이용하여 상기 필름(130)의 상단에 부착된다. 이때, 상기 상부 및 하부 전도층(20, 140)만이 상기 제2 접착 부재(125)를 이용하여 서로 부착된다.

도 3을 참고하면, 상기 상부 전도층(20)은 상기 투명 기판(10)의 하면(12)에 적층되고, 상기 제1 방향을 따라 등간격 또는 서로 다른 간격들로 배치된 다수의 상부 전극 라인(또는 직선 전극)(22)을 포함된다. 상기 각 상부 전극 라인(22)은 상기 제1 방향과 수직으로 교차하는 상기 제2 방향을 따라 연장된다. 상기 각 상부 전극 라인(22)의 선폭 및 상기 상부 전극 라인들(22) 간의 간격은 임의로 설정될 수 있다.

도 4는 상기 상부 및 하부 전도층(20, 140)에 의한 정전용량 형성 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 4에는 상기 제2 접착 부재(125)에 의해 서로 부착된 상기 상부 및 하부 전도층(20, 140)의 평면도와 일부 단면도가 도시되어 있다.

상기 상부 및 하부 전도층(20, 140)의 사이에 개재된 상기 제2 접착 부재(125)는 절연체로서 기능하고, 상기 상부 및 하부 전극층(20, 140)에 전류를 인가함으로써 정전용량이 발생한다. 상기 제2 접착 부재(125)의 두께 조절을 통해, 상기 터치스크린(100)의 터치 감도를 조절할 수 있다.

1: 터치스크린용 투명 회로 기판, 10: 투명 기판, 20: 전도층, 30: 제1 광차단층, 40: 제2 광차단층, 60: 전극층

Claims (4)

1. 터치스크린용 투명 회로 기판에 있어서,
   투명 기판과;
   상기 투명 기판의 주변부에 적층되며, 서로 다른 폭을 갖는 계단 구조의 제1 및 제2 광차단층과;
   상기 투명 기판의 중앙부에 적층되며, 그 주변부가 상기 제1 광차단층과 겹치도록 형성되고, 기설정된 패턴을 갖는 전도층과;
   상기 제2 광차단층에 적층되며, 상기 전도층과 연결된 전극층을 포함하고,
   상기 제1 광차단층은 그 두께가 점차 감소하는 테이퍼부를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치스크린용 투명 회로 기판.
2. 제1항에 있어서,
   상기 테이퍼부는 10~60°의 경사각을 가짐을 특징으로 하는 터치스크린용 투명 회로 기판.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 광차단층의 폭의 차이는 0.1~2㎜의 범위에 있음을 특징으로 하는 터치스크린용 투명 회로 기판.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제1 및 제2 광차단층은 각각 1~10㎛의 높이를 가짐을 특징으로 하는 터치스크린용 투명 회로 기판.

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