KR20130109288A - 터치 패널 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20130109288A
KR20130109288A KR1020120030875A KR20120030875A KR20130109288A KR 20130109288 A KR20130109288 A KR 20130109288A KR 1020120030875 A KR1020120030875 A KR 1020120030875A KR 20120030875 A KR20120030875 A KR 20120030875A KR 20130109288 A KR20130109288 A KR 20130109288A
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윤지선
이상영
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채경훈
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엘지이노텍 주식회사
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Abstract

실시예에 따른 터치 패널은, 기판; 상기 기판의 하부에 위치하고, 위치를 감지하는 위치 검출 전극; 및 상기 위치 검출 전극의 상부에 위치하는 촉각 제시층을 포함하고, 상기 촉각 제시층은 절연층 및 전기력 인가 전극을 포함한다.
실시예예 따른 터치 패널의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 촉각 제시층을 형성하는 단계; 및 상기 기판에 위치 검출 전극을 형성하는 단계를 포함한다.

Description

터치 패널 및 이의 제조 방법{TOUCH PANEL AND METHOD OF THE SAME}
실시예는 터치 패널 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
종래 기술에 의한 저항막 방식 및 정전용량 방식의 터치 패널에 있어서는, 모두 화면 입력이 이루어질 때 터치의 강도 또는 힘을 인식하지 못하고 단순한 위치 정보만을 인식할 수밖에 없다는 한계를 가지고 있다. 또한 디스플레이 층 상단에 터치 패널층이 위치하고 있는 구조를 가지기 때문에 구조가 복잡해지고 디스플레이의 가시성을 저해할 수 있으므로, 기존 방식 외에 압전체를 이용한 터치패널에 대한 연구가 진행되어 왔다.
압전체의 경우, 압력과 같은 기계적 신호를 전압과 같은 전기 신호로 바꾸어 줄 수 있는 특성을 가지고 있기 때문에 압력 센서나 초음파 센서 등과 같은 센서에 많이 사용되고 있다.
그러나 최근 전자기기의 사용수요가 크게 증가하면서 보다 다양한 기능을 갖춘 전자기기에 대한 사용자의 요구도 증가하고 있다. 이에 따라, 터치 패널에 터치 시, 다양한 촉감 피드백을 얻거나 근거리 또는 원거리 터치가 가능한 입체적인 터치 등 다양한 피드백에 대한 요구로 사용자의 경험을 극대화시키고자 한다.
실시예는 전기적인 촉감을 제시하는 터치 패널 및 이의 제조 방법을 제공하고자 한다.
실시예에 따른 터치 패널은, 기판; 상기 기판의 하부에 위치하고, 위치를 감지하는 위치 검출 전극; 및 상기 위치 검출 전극의 상부에 위치하는 촉각 제시층을 포함하고, 상기 촉각 제시층은 절연층 및 전기력 인가 전극을 포함한다.
실시예예 따른 터치 패널의 제조 방법은, 기판을 준비하는 단계; 상기 기판에 촉각 제시층을 형성하는 단계; 및 상기 기판에 위치 검출 전극을 형성하는 단계를 포함한다.
실시예에 따른 터치 패널은 촉각 제시층을 포함한다. 상기 촉각 제시층을 통해 전기적인 촉감을 제시할 수 있다. 구체적으로, 정전기적 인력을 조절하여 다양한 형태의 촉감 질감 및 형상 제시가 가능하다. 즉, 정전기적 인력으로 그래픽 물체의 움직임을 질감으로 제시할 수 있다.
또한, 압력의 크기와 손가락 거리에 따른 근거리 또는 원거리의 터치가 가능하여 입체적인 터치 구현이 가능하다. 따라서, 사용자 경험을 극대화할 수 있다.
또한, 터치 패널에 가해진 미세한 터치에 의한 압력의 변화도 인식할 수 있다.
또한, 기판에 절연층을 접합함으로써, 비산 방지 필름의 역할을 대체할 수 있어, 추가적인 기능을 위한 별도의 기구적 두께 증가를 최소화할 수 있다.
실시예예 따른 터치 패널의 제조 방법은 상술한 효과를 가지는 터치 패널을 제공할 수 있다.
도 1은 제1 실시예에 따른 터치 패널의 단면도이다.
도 2 및 도 3은 제1 실시예에 따른 터치 패널의 구동 원리를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 4는 제2 실시예에 따른 터치 패널의 단면도이다.
실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.
도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.
먼저, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 제1 실시예에 따른 터치 패널을 상세하게 설명한다.
도 1은 제1 실시예에 따른 터치 패널의 단면도이다. 도 2 및 도 3은 제1 실시예에 따른 터치 패널의 구동 원리를 설명하기 위한 단면도들이다.
도 1을 참조하면, 제1 실시예에 따른 터치 패널(10)은, 기판(100), 촉각 제시층(120), 위치 검출 전극(130), 배선(140) 및 보호층(150)을 포함한다.
상기 기판(100)은 상기 터치 패널(10)의 가장 상부에 위치할 수 있다.
상기 기판(100)은 투명할 수 있다. 상기 기판(100)은 소다 글래스, 붕소 규소산 글래스 등의 알칼리 글래스, 무알칼리 글래스, 또는 화학 강화 등의 글래스 기판(100)일 수 있다. 또한, 투명성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르 필름, 내열성과 투명성이 높은 폴리이미드 필름, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리카보네이트 등 투명성을 갖는 복합 폴리머 계열의 기판(100)일 수 있다.
상기 기판(100)의 표면에는 보호 필름이나 안티플레어(anti-flare) 코팅층이 더 위치할 수 있다.
상기 기판(100)의 두께는 소재에 따라 100 ㎛ 내지 700 ㎛ 일 수 있다.
상기 기판(100)의 표면에 펜이나 손가락 등의 입력 장치가 터치될 수 있다.
상기 촉각 제시층(120)은 상기 위치 검출 전극(130)의 상부에 위치할 수 있다. 또한, 상기 촉각 제시층(120)은 상기 기판(100)의 하부에 위치할 수 있다.
상기 촉각 제시층(120)은 절연층(121) 및 전기력 인가 전극(122)을 포함한다.
상기 절연층(121)은 상기 전기력 인가 전극(122)의 상부에 위치한다.
상기 절연층(121)은 압전 고분자 재료를 포함한다. 일례로, 상기 절연층(121)은 폴리비닐리덴 플루오로라이드(PVDF)를 포함할 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 폴리테트라 플루오로에틸렌(PTFE) 등의 다양한 고분자 재료를 포함할 수 있다.
상기 절연층(121)은 터치 패널에 터치되는 입력 도구와 상기 전기력 인가 전극(122)을 절연할 수 있다. 즉, 터치 패널에 터치되는 입력 도구와 상기 전기력 인가 전극(122)간의 전기적 단락을 방지할 수 있다.
또한, 상기 절연층(121)은 압력 인식을 통해 터치 압력 세기에 따른 다양한 촉감을 제시할 수 있다. 즉, 상기 절연층(121)은 압전효과를 발생시킬 수 있다. 압전효과란, 어떠한 물질에 압력을 가하면 전압이 발생하는 현상이며 반대로 전압을 걸어주면 물질이 팽창하거나 수축하게 되는 현상이다.
상기 절연층(121)의 두께는 소재에 따라 50 ㎛내지 100 ㎛일 수 있다.
상기 전기력 인가 전극(122)은 상기 절연층(121)의 하부에 위치한다.
상기 전기력 인가 전극(122)은 전기적 진동을 발생시킬 수 있다. 즉, 상기 전기력 인가 전극(122)에 전압이 인가되고, 터치 패널 상에 입력 도구가 터치 되었을 때, 입력 도구와 전기력 인가 전극(122) 사이에 정전 용량이 형성될 수 있다. 따라서, 상기 전기력 인가 전극(122)을 통해 전기적인 촉감을 제시할 수 있다.
상기 전기력 인가 전극(122)은 투명 전도체를 포함할 수 있다. 상기 전기력 인가 전극(122)은 전도도가 높고, 가시광 영역에서 광 투과율이 80 % 이상인 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 전기력 인가 전극(122)은 인듐 산화 주석막이나, 인듐 산화 아연막, 산화 아연 등의 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 전기력 인가 전극(122)은 탄소나노튜브, 은 나노 와이어, 그래핀 또는 나노 메쉬를 포함할 수 있다.
상기 전기력 인가 전극(122)의 두께는 소재에 따라 10 nm 내지 50 nm 일 수 있다.
이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 제1 실시예에 따른 터치 패널의 구동 원리를 설명한다.
도 2를 참조하면, 상기 전기력 인가 전극(122)에 전압(V1, V2)이 인가되어, 상기 전기력 인가 전극(122)에 양극(+)이 인가될 수 있다. 상기 기판(100)의 상면에 손가락(f)이 터치되면 손가락(f)에 음극(-)이 대전될 수 있다. 상기 손가락(f)과 기판(100)이 접촉하는 유효 표면적(S1)에 따라 다른 크기의 정전 용량이 발생할 수 있다. 또한, 손가락(f)의 압력 크기에 따라 기판(100) 및 절연층(121)의 두께(T1)도 달라질 수 있고, 이에 따라서도 정전 용량이 변화할 수 있다. 축전지 원리에 의해 손가락(f)과 상기 전기력 인가 전극(122) 사이에 정전 용량이 형성되고, 주파수가 변화하여 전기적 인력이 변화한다. 이러한 전기적 인력의 변화에 따라 다양한 촉감을 제시할 수 있다.
도 3을 참조하면, 손가락(f)으로 터치하는 압력이 더 커질 경우, 손가락(f)과 기판(100)이 접촉하는 유효 표면적(S2)이 넓어지게 되고, 기판(100) 및 절연층(121)의 두께(T2)는 얇아지게 되어 다음 식에 따라 정전 용량(C)의 변화가 더 커지게 된다. 따라서, 촉감을 제시하는 감도가 증가할 수 있다.
식
C= εS/T
여기서, C는 정전용량, ε는 유전율, T는 기판(100) 및 절연층(121)의 두께 및 S는 유효 표면적이다.
따라서, 상기 촉각 제시층(120)을 통해 정전기적 인력을 조절하여 다양한 형태의 촉감 질감 및 형상 제시가 가능하다. 즉, 정전기적 인력으로 그래픽 물체의 움직임을 질감으로 제시할 수 있다.
또한, 압력의 크기와 손가락 거리에 따른 근거리 또는 원거리의 터치가 가능하여 입체적인 터치 구현이 가능하다. 따라서, 사용자 경험을 극대화할 수 있다.
또한, 터치 패널에 가해진 미세한 터치에 의한 압력의 변화도 인식할 수 있다.
또한, 상기 기판(100)에 절연층(121)을 접합함으로써, 비산 방지 필름의 역할을 대체할 수 있어, 추가적인 기능을 위한 별도의 기구적 두께 증가를 최소화할 수 있다.
이어서, 다시 도 1을 참조하면, 상기 기판(100)의 하부에 위치 검출 전극(130)이 위치한다. 구체적으로, 상기 위치 검출 전극(130)은 상기 촉각 제시층(120)의 하부에 위치할 수 있다. 이때, 상기 전기력 인가 전극(122) 및 상기 위치 검출 전극(130) 사이의 전기적 단락을 방지하기 위해, 광학용 투명 접착제(optically clear adhesive, OCA)(160)가 위치할 수 있다.
상기 위치 검출 전극(130)은 투명 전도체를 포함할 수 있다. 상기 위치 검출 전극(130)은 전도도가 높고, 가시광 영역에서 광 투과율이 80 % 이상인 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 위치 검출 전극(130)은 인듐 산화 주석막이나, 인듐 산화 아연막, 산화 아연 등의 산화물을 포함할 수 있다. 또한, 상기 위치 검출 전극(130)은 탄소나노튜브, 은 나노 와이어, 그래핀 또는 나노 메쉬를 포함할 수 있다.
상기 위치 검출 전극(130)의 두께는 소재에 따라 10 nm 내지 50 nm 일 수 있다.
상기 위치 검출 전극(130)의 측면에는 상기 위치 검출 전극(130)을 전기적으로 연결하는 배선(140)이 위치할 수 있다. 상기 배선(140)은 전기 전도성이 우수한 금속으로 이루어질 수 있다. 상기 배선(140)은 면저항 0.4 Ω/sq 이하인 물질을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 배선(140)은 백금, 금, 은, 알루미늄 또는 구리를 포함할 수 있다. 상기 배선(140)은 상기 기판(100)과의 밀착력을 향상하기 위해 크롬, 몰리브덴 또는 니켈을 더 포함할 수 있다. 즉, 상기 배선(140)은 적어도 하나 이상의 층으로 이루어질 수 있다. 상기 배선(140)의 두께는 100 nm 내지 2000 nm 일 수 있다.
도면에 도시하지 않았으나, 상기 배선(140)에 연결되는 인쇄 회로 기판(도시하지 않음, 이하 동일)이 더 위치할 수 있다. 인쇄 회로 기판으로는 다양한 형태의 인쇄 회로 기판이 적용될 수 있는데, 일례로 플렉서블 인쇄 회로 기판(flexible printed circuit board, FPCB) 등이 적용될 수 있다.
상기 위치 검출 전극(130) 및 상기 배선(140)을 보호하기 위해 보호층(150)이 더 위치할 수 있다.
이하, 제1 실시예예 따른 터치 패널의 제조 방법을 설명한다.
제1 실시예에 따른 터치 패널의 제조 방법은, 기판(100)을 준비하는 단계, 촉각 제시층(120)을 형성하는 단계 및 위치 검출 전극(130)을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기판(100)을 준비하는 단계에서는 기판(100)을 준비할 수 있다.
이후, 상기 촉각 제시층(120)을 형성하는 단계에서는 절연층(121)을 형성하는 단계 및 전기력 인가 전극(122)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 절연층(121)을 형성하는 단계에서는 상기 기판(100)에 절연층(121)을 형성할 수 있다. 일례로, 상기 기판(100) 상에 PVDF분말을 용융 압출한 후, 연신 및 분극 처리하여 접합할 수 있다.
이후, 상기 전기력 인가 전극(122)을 형성하는 단계에서는 전기력 인가 전극(122)을 상기 절연층(121)의 하부에 형성할 수 있다.
상기 전기력 인가 전극(122)은 상기 절연층(121)에 투명 전극 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다. 일례로, 인듐 산화 주성막을 스퍼터링법을 이용해 상기 절연층(121)의 하면에 전체적으로 성막할 수 있다. 주지의 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트를 도포하고, 노광, 현상에 의해, 하층의 인듐 산화 주석이 노출된 원하는 패턴을 형성한다. 다음으로, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 인듐 산화 주석을 에칭 용액으로 에칭한다. 이때, 상기 에칭 용액은 카복실산계, 염화제2철계, 취화수소산계, 요오드화수소산계 또는 왕수계 용액일 수 있다. 다음으로 포토레지스트를 제거하여, 패턴이 형성된 전기력 인가 전극(122)이 형성될 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 전기력 인가 전극(122)은 인쇄 공정, 라미네이팅 등 다양한 공정을 통해 형성될 수 있다.
이후, 상기 위치 검출 전극(130)을 형성하는 단계에서는 상기 전기력 인가 전극(122)과 동일 또는 유사한 방법으로 형성할 수 있다. 이때, 전기력 인가 전극(122)과 위치 검출 전극(130) 사이에 이들의 절연을 위해 광학용 투명 접착제 등 다양한 절연물질을 형성할 수 있다.
이어서, 상기 위치 검출 전극(130)을 전기적으로 연결하는 배선(140)을 형성할 수 있다. 상기 배선(140)은 상기 절연층(121)에 금속 물질을 형성하고 에칭 용액으로 에칭하여 패턴을 형성할 수 있다. 이때, 상기 에칭 용액은 인산, 질산 또는 초산 혼합액일 수 있다. 그러나 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 배선(140)은 인쇄 공정, 라미네이팅 등 다양한 공정을 통해 형성될 수 있다.
이후, 상기 위치 검출 전극(130)을 보호하기 위한 보호층(150)을 더 형성할 수 있다.
이하, 도 4를 참조하여, 제2 실시예에 따른 터치 패널을 설명한다. 명확하고 간략한 설명을 위하여 앞서 설명한 부분과 동일 또는 유사한 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
도 4는 제2 실시예에 따른 터치 패널의 단면도이다.
도 4를 참조하면, 제2 실시예예 따른 터치 패널(20)은, 촉각 제시층(120)이 상기 기판(100) 상에 위치한다.
즉, 상기 기판(100)의 하부에 위치 검출 전극(130) 및 배선(140)이 형성되고, 상기 기판(100)의 상부에 절연층(121) 및 전기력 인가 전극(122)을 포함하는 촉각 제시층(120)이 위치할 수 있다. 여기서, 상기 절연층(121)은 상기 전기력 인가 전극(122)의 상부에 위치한다.
상기 촉각 제시층(120)에 직접 입력 도구 등이 터치 될 수 있고, 이에 따라 압력 인식 및 촉각 제시 감도가 증대될 수 있다.
한편, 제2 실시예에 따른 터치 패널(20)에서 절연층(121)의 두께는 제1 실시예에 따른 터치 패널(10)에서 절연층(121)의 두께에 비해 더 두꺼울 수 있다. 제1 실시예에 따른 터치 패널(10)에서는 촉각 제시층(120) 상에 기판(100)이 위치하여 기판(100)이 절연 역할을 수행할 수 있어, 촉각 제시층(120)의 절연층(121)의 두께를 감소시킬 수 있다.
제2 실시예에 따른 터치 패널(20)을 통해서 터치 패널의 구조적 다양성을 확보할 수 있다.
이하, 제2 실시예에 따른 터치 패널의 제조 방법을 설명한다.
제2 실시예에 따른 터치 패널의 제조 방법에서는, 기판(100)을 준비하는 단계, 위치 검출 전극(130)을 형성하는 단계 및 촉각 제시층(120)을 형성하는 단계를 포함한다.
상기 기판(100)을 준비하는 단계에서는 기판(100)을 준비할 수 있다.
이어서, 상기 위치 검출 전극(130)을 형성하는 단계에서는 상기 기판(100) 하부에 위치 검출 전극(130) 및 이를 전기적으로 연결하는 배선(140)을 형성할 수 있다.
이후, 상기 촉각 제시층(120)을 형성하는 단계에서는 전기력 인가 전극(122)을 형성하는 단계 및 절연층(121)을 형성하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 전기력 인가 전극(122)을 형성하는 단계에서는 상기 기판(100) 상부에 투명 전극 물질을 증착함으로써 형성될 수 있다.
상기 절연층(121)을 형성하는 단계에서는 상기 전기력 인가 전극(122) 상에 압전 고분자 재료를 형성할 수 있다.
상술한 실시예에 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. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 기판;
    상기 기판의 하부에 위치하고, 위치를 감지하는 위치 검출 전극; 및
    상기 위치 검출 전극의 상부에 위치하는 촉각 제시층을 포함하고,
    상기 촉각 제시층은 절연층 및 전기력 인가 전극을 포함하는 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기력 인가 전극은 전기적 진동을 발생시키는 터치 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기력 인가 전극에 전압이 인가되는 터치 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 촉각 제시층은 상기 기판 및 상기 위치 검출 전극 사이에 위치하는 터치 패널.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전기력 인가 전극 및 상기 위치 검출 전극 사이에 광학용 투명 접착제(optically clear adhesive, OCA)가 더 위치하는 터치 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 촉각 제시층은 상기 기판 상에 위치하는 터치 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 상기 전기력 인가 전극의 상부에 위치하는 터치 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 압전 고분자 재료를 포함하는 터치 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 절연층은 폴리비닐리덴 플루오로라이드(PVDF)를 포함하는 터치 패널.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출 전극 또는 상기 전기력 인가 전극은 탄소나노튜브, 은 나노 와이어, 그래핀 및 나노 메쉬로 이루어진 군에서 선택된 물질을 어느 하나 포함하는 터치 패널.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 위치 검출 전극 또는 상기 전기력 인가 전극의 두께는 10 nm 내지 50 nm 인 터치 패널.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 절연층의 두께는 50 ㎛내지 100 ㎛ 인 터치 패널.
  13. 기판을 준비하는 단계;
    상기 기판에 촉각 제시층을 형성하는 단계; 및
    상기 기판에 위치 검출 전극을 형성하는 단계를 포함하는 터치 패널의 제조 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 촉각 제시층을 형성하는 단계는
    상기 기판 상에 절연층을 형성하는 단계; 및
    상기 절연층 상에 전기력 인가 전극을 형성하는 단계를 포함하는 터치 패널의 제조 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 촉각 제시층을 형성하는 단계는
    상기 기판 상에 전기력 인가 전극을 형성하는 단계; 및
    상기 전기력 인가 전극 상에 절연층을 형성하는 단계를 포함하는 터치 패널의 제조 방법.
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