KR20160112600A - 필름 터치 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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KR20160112600A
KR20160112600A KR1020150038626A KR20150038626A KR20160112600A KR 20160112600 A KR20160112600 A KR 20160112600A KR 1020150038626 A KR1020150038626 A KR 1020150038626A KR 20150038626 A KR20150038626 A KR 20150038626A KR 20160112600 A KR20160112600 A KR 20160112600A
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최봉진
박민혁
차진규
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 필름 터치 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 분리층; 상기 분리층 상에 위치한 탄성률 10GPa 내지 15GPa의 무기 보호층; 및 상기 무기 보호층 상에 위치한 전극 패턴층을 포함함으로써, 내열성이 우수하여, 고온 증착 및 어닐링 공정 시 발생할 수 있는 주름, 크랙 등의 열 손상을 억제할 수 있고, 굴곡 특성이 우수하여 박리 시 크랙 발생 가능성이 낮고, 플렉서블 터치 센서 등으로 응용될 수 있는 필름 터치 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

필름 터치 센서 및 이의 제조 방법{Film Touch Sensor and Method for Fabricating the Same}
본 발명은 필름 터치 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
터치입력방식이 차세대 입력방식으로 각광받으면서 좀더 다양한 전자기기에 터치입력방식을 도입하려는 시도들이 이루어지고 있으며, 따라서 다양한 환경에 적용할 수 있고 정확한 터치인식이 가능한 터치센서에 대한 연구개발도 활발히 이루어지고 있다.
예를 들어, 터치 방식의 디스플레이를 갖는 전자기기의 경우 초경량, 저전력을 달성하고 휴대성이 향상된 초박막의 유연성 디스플레이가 차세대 디스플레이로 주목받으면서 이러한 디스플레이에 적용 가능한 터치센서의 개발이 요구되어 왔다.
유연성 디스플레이란 특성의 손실 없이 휘거나 구부리거나 말 수 있는 유연한 기판상에 제작된 디스플레이를 의미하며, 유연성 LCD, 유연성 OLED, 및 전자종이와 같은 형태로 기술개발이 진행중에 있다.
이러한 유연성 디스플레이에 터치입력방식을 적용하기 위해서는 휘어짐 및 복원력이 우수하고 유연성 및 신축성이 뛰어난 터치센서가 요구된다.
이와 같은 유연성 디스플레이 제조를 위한 필름 터치 센서에 관하여 투명 수지 기재 중에 매설된 배선을 포함하는 배선 기판이 제시되고 있다.
캐리어 기판상에 금속 배선을 형성하는 배선형성공정과, 상기 금속 배선을 덮도록 투명 수지 용액을 도포 건조하여 투명 수지 기재를 형성하는 적층 공정 및 상기 캐리어 기판으로부터 투명 수지 기재를 박리시키는 박리 공정을 포함하는 것이다.
이와 같은 제조 방법에서는 박리공정을 원활하게 수행하기 위하여, 실리콘 수지나 불소수지와 같은 유기 박리재, 다이아몬드 라이크 카본(Diamond Like Carbon, DLC) 박막, 산화 지르코늄 박막 등의 무기 박리재를 기판의 표면에 미리 형성시키는 방법을 사용한다. 그러나 무기 박리재를 이용하는 경우, 캐리어 기판으로부터 기재 및 금속 배선을 박리시킬 때, 배선 및 기재의 박리가 원활하게 진행되지 않아 기판 표면에 금속 배선 및 기재의 일부가 잔류하는 문제가 있으며, 박리재로 사용된 유기 물질이 배선 및 기재의 표면에 묻어나오는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 한국등록특허 제1191865호에서 제시되고 있는 방법은, 금속 배선이 매립된 형태의 유연기판을 제조하는 단계에서 빛이나 용매에 의해 제거될 수 있는 희생층, 금속 배선 및 고분자 물질(유연기판)을 캐리어 기판상에 형성시킨 후, 빛이나 용매를 이용하여 희생층을 제거함으로써 금속 배선 및 고분자 물질(유연기판)을 캐리어 기판으로부터 박리시킨다.
하지만, 이와 같은 방법은 대형 사이즈에서의 희생층 제거 공정이 어렵고, 금속 배선이 용매 등 약액에 직접 노출되며, 고온 공정이 불가능하여 다양한 필름 기재를 사용할 수 없는 문제가 있다.
한국등록특허 제1191865호
본 발명은 전극 패턴층을 피복하는 보호층을 구비한 필름 터치 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 내열성이 우수한 보호층을 구비하여, 고온 증착 및 어닐링 공정 시 발생할 수 있는 열 손상을 억제할 수 있는 필름 터치 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 우수한 굴곡 특성을 갖는 필름 터치 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 우수한 내열성 및 굴곡 특성을 갖는 필름 터치 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 분리층;
상기 분리층 상에 위치한 탄성률 10GPa 내지 15GPa의 무기 보호층; 및
상기 무기 보호층 상에 위치한 전극 패턴층;을 포함하는, 필름 터치 센서.
2. 위 1에 있어서, 상기 무기 보호층은 무기 산화물 또는 무기 질화물층인, 필름 터치 센서.
3. 위 1에 있어서, 상기 무기 보호층은 실리콘 산화물층인, 필름 터치 센서.
4. 위 1에 있어서, 상기 무기 보호층은 두께가 200nm 미만인, 필름 터치 센서.
5. 위 1에 있어서, 상기 전극 패턴층은 두께가 30 내지 150nm인, 필름 터치 센서.
6. 위 1에 있어서, 상기 전극 패턴층은 150℃ 내지 250℃의 고온 공정을 거쳐 제조된 것인, 필름 터치 센서.
7. 위 1에 있어서, 상기 전극 패턴층 상에 점접착층을 통해 부착된 기재 필름을 더 포함하는, 필름 터치 센서.
8. 위 7에 있어서, 상기 점접착층은 탄성률이 107Pa 내지 109Pa이고, 박리력이 10N/25mm 이상인, 필름 터치 센서.
9. 위 7에 있어서, 상기 전극 패턴층과 점접착층 사이에 위치한 제2 보호층을 더 포함하는, 필름 터치 센서.
10. 위 1 내지 9 중 어느 한 항의 필름 터치 센서를 포함하는 화상 표시 장치.
11. 캐리어 기판 상에 분리층을 형성하는 단계;
상기 분리층 상에 탄성률 10GPa 내지 15GPa의 무기 보호층을 형성하는 단계;
상기 무기 보호층 상에 전극 패턴층을 형성하는 단계; 및
상기 분리층을 캐리어 기판으로부터 박리하는 단계를 포함하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
12. 위 11에 있어서, 상기 무기 보호층은 두께 200nm 미만의 실리콘 산화물층인, 필름 터치 센서의 제조 방법.
13. 위 11에 있어서, 상기 무기 보호층은 코팅 이후 160 내지 240℃에서 10 내지 30분간 경화 공정을 거쳐 형성하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
14. 위 11에 있어서, 상기 전극 패턴층은 150℃ 내지 250℃의 고온 공정을 거쳐 형성하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
15. 위 11에 있어서, 상기 전극 패턴층 상에 점접착층을 형성하는 단계; 및 상기 점접착층 상에 기재 필름을 부착하는 단계를 더 포함하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
16. 캐리어 기판 상에 분리층을 형성하는 단계;
상기 분리층 상에 두께 200nm 미만, 탄성률 10Gpa 내지 15Gpa의 무기 보호층을 형성하는 단계; 및
상기 무기 보호층 상에 전극 패턴층을 150℃ 내지 250℃ 사이의 고온 공정을 거쳐 형성하는 단계;를 포함하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
본 발명의 필름 터치 센서는 내열성이 우수하여, 고온 증착 및 어닐링 공정 시 발생할 수 있는 주름, 크랙, 색상 변화 등의 열 손상을 억제할 수 있다. 이에 따라, 고온 증착 및 어닐링 공정을 수행하여 보다 낮은 저항을 갖는 전극 패턴층을 구현할 수 있다.
본 발명의 필름 터치 센서는 굴곡 특성이 우수하여 박리 시 크랙 발생 가능성이 낮고, 플렉서블 터치 센서 등으로 응용될 수 있다.
도 1 내지 3은 본 발명의 일 구현예에 따른 필름 터치 센서의 개략적인 단면도이다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 필름 터치 센서의 제조 방법의 개략적인 공정도이다.
본 발명은 분리층; 상기 분리층 상에 위치한 탄성률 10GPa 내지 15GPa의 무기 보호층; 및 상기 무기 보호층 상에 위치한 전극 패턴층을 포함함으로써, 내열성이 우수하여, 고온 증착 및 어닐링 공정 시 발생할 수 있는 주름, 크랙 등의 열 손상을 억제할 수 있고, 굴곡 특성이 우수하여 박리 시 크랙 발생 가능성이 낮고, 플렉서블 터치 센서 등으로 응용될 수 있는 필름 터치 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
본 발명의 필름 터치 센서는 분리층, 무기 보호층 및 전극 패턴층을 포함한다.
이하 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 필름 터치 센서의 개략적인 단면도이다.
본 발명의 터치 센서는 캐리어 기판(10) 상에서 제조 공정이 진행되고, 제조된 적층체를 캐리어 기판(10)으로부터 분리하여 제조되는 것으로서, 분리층(20)은 캐리어 기판(10)과의 분리를 위해 형성되는 층이다.
분리층(20)은 캐리어 기판(10)과의 분리 이후에 제거되지 않고 전극 패턴층(40)을 피복하여 전극 패턴층(40)을 보호하는 층이 된다.
분리층(20)은 고분자 유기막일 수 있으며, 예를 들면 폴리이미드(polyimide)계 고분자, 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol)계 고분자, 폴리아믹산(polyamic acid)계 고분자, 폴리아미드(polyamide)계 고분자, 폴리에틸렌(polyethylene)계 고분자, 폴리스타일렌(polystylene)계 고분자, 폴리노보넨(polynorbornene)계 고분자, 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer)계 고분자, 폴리아조벤젠(polyazobenzene)계 고분자, 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide)계 고분자, 폴리에스테르(polyester)계 고분자, 폴리메틸 메타크릴레이트(polymethyl methacrylate)계 고분자, 폴리아릴레이트(polyarylate)계 고분자, 신나메이트(cinnamate)계 고분자, 쿠마린(coumarin)계 고분자, 프탈리미딘(phthalimidine)계 고분자, 칼콘(chalcone)계 고분자, 방향족 아세틸렌계 고분자 등의 고분자로 제조된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 분리층(20)은 캐리어 기판(10)으로부터 용이하게 박리되며, 박리시에 후술할 보호층(30)으로부터는 박리되지 않도록, 상기 소재 중 캐리어 기판(10)에 대한 박리력이 1N/25mm 이하인 소재로 제조되는 것이 바람직하다.
분리층(20)의 두께는 10 내지 1000nm가 바람직하고, 50 내지 500nm인 것이 보다 바람직하다. 분리층(20)의 두께가 10nm 미만이면 분리층(20) 도포시의 균일성이 떨어져 전극 패턴 형성이 불균일하거나, 국부적으로 박리력이 상승하여 찢겨짐이 발생하거나, 캐리어 기판(10)과 분리 후, 필름 터치 센서의 컬(curl)이 제어되지 않는 문제점이 있다. 그리고 두께가 1000nm를 초과하면 상기 박리력이 더 이상 낮아지지 않는 문제점이 있으며, 필름의 유연성이 저하되는 문제점이 있다.
보호층(30)은 분리층(20) 상에 위치하여, 분리층(20)과 마찬가지로 전극 패턴층(40)을 피복하여 전극 패턴층(40)의 오염 및 캐리어 기판(10)으로부터 분리시의 전극 패턴층(40)의 파단을 방지하는 역할을 한다.
통상의 유기 보호층 등의 경우 후술할 전극 패턴층(40)의 제조시 가해지는 고열에 의해 주름 등의 변형이 발생하거나, 열 응력에 의해 전극 패턴층(40)의 크랙을 유발할 수 있다. 그리고, 고탄성화가 어려워, 굴곡 특성이 부족한 문제가 있다.
그러나, 본 발명에 따른 무기 보호층(30)은 무기 재료로 제조된 것으로서, 내열성이 우수하여 열변형 및 열응력에 의한 크랙 발생을 줄일 수 있다. 이에, 고온 증착 및 어닐링 공정을 수행하여 보다 낮은 저항을 갖는 전극 패턴층(40)을 구현할 수 있다. 또한, 내화학성이 우수하여 분리층(20)의 팽윤이나 박리 등을 억제한다.
무기 보호층(30)을 구성하는 무기 재료는 무기물이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 무기 산화물, 무기 질화물 등일 수 있다. 무기 산화물은 예를 들면 실리콘 산화물, 알루미나, 산화티탄 등을 들 수 있고, 무기 질화물은 실리콘 질화물, 질화티탄 등을 들 수 있다. 고투과율을 구현한다는 측면에서 바람직하게는 실리콘 산화물일 수 있다.
본 발명에 따른 무기 보호층(30)은 탄성률이 10GPa 내지 15GPa일 수 있다. 탄성률이 10GPa 미만이거나, 15GPa 초과이면 제조된 필름 터치 센서를 캐리어 기판(10)으로부터 박리시에 무기 보호층(30), 전극 패턴층(40), 또는 터치 센서에 크랙이 발생할 수 있다.
무기 보호층(30)이 상기 탄성률 범위를 갖도록 하는 방법은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 무기 보호층(30)의 두께, 경화 밀도를 조절함으로써 조절할 수 있다. 경화 밀도를 조절하는 경우의 구체적인 예시를 들자면 무기 보호층(30)의 코팅 이후에 160℃ 내지 240℃에서 10 내지 30분간, 바람직하게는 180 내지 220℃에서 15분 내지 25분간 경화시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
무기 보호층(30)의 두께는 상기 탄성률을 나타내는 범위라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 200nm 미만일 수 있다. 두께가 200nm 이상인 경우 상기 탄성률 범위를 만족하기 어려울 수 있으며, 제조된 필름 터치 센서를 캐리어 기판(10)으로부터 박리시에 보호층, 전극 패턴층(40), 또는 터치 센서에 크랙이 발생할 수 있다. 상기 범위 내에서 예를 들면, 10nm 내지 190nm, 10nm 내지 195nm, 20nm 내지 190nm, 30nm 내지 150nm 등일 수 있다.
상기 무기 보호층(30) 상에는 전극 패턴층(40)이 위치한다.
전극 패턴층(40)은 터치를 감지하는 전극뿐 아니라, 그 전극에 연결된 배선 패턴을 포함할 수 있다.
전극 패턴층(40)으로는 전도성 물질이라면 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들면 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드(GZO), 플로린틴옥사이드(FTO), 인듐틴옥사이드-은-인듐틴옥사이드(ITO-Ag-ITO), 인듐징크옥사이드-은-인듐징크옥사이드(IZO-Ag-IZO), 인듐징크틴옥사이드-은-인듐징크틴옥사이드(IZTO-Ag-IZTO) 및 알루미늄징크옥사이드-은-알루미늄징크옥사이드(AZO-Ag-AZO)로 이루어진 군에서 선택된 금속 산화물류; 금(Au), 은(Ag), 구리(Cu), 몰리브덴(Mo) 및 APC(Ag, Pd, Cu 합금)로 이루어진 군에서 선택된 금속류; 금, 은, 구리 및 납으로 이루어진 군에서 선택된 금속의 나노와이어; 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀 (graphene)으로 이루어진 군에서 선택된 탄소계 물질류; 및 폴리(3,4-에틸렌디옥시티오펜)(PEDOT) 및 폴리아닐린(PANI)으로 이루어진 군에서 선택된 전도성 고분자 물질류에서 선택된 재료로 형성될 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
상기 전극 패턴층(40)은 전기 저항을 저감시키기 위해 경우에 따라서는 제 1 전극층 및 제 2 전극층의 형태로 2 이상의 도전층으로 이루어 질 수 있다.
전극 패턴층(40)은 일 실시예로 ITO, 은 나노와이어(AgNW), 메탈 메쉬로 1층으로 형성할 수 있으며, 2 이상의 층을 형성하는 경우에는 제 1 전극층을 ITO와 같은 투명 금속 산화물로 형성하고, 전기적 저항을 더 낮추기 위하여 ITO 전극층 상부에 금속이나 AgNW 등을 이용하여 제 2 전극층을 형성할 수 있다.
전극 패턴층(40)의 전기 전도도 향상을 위하여, 금속 또는 금속 산화물로 이루어진 전극 패턴층(40)을 적어도 1층 이상 포함하여 형성할 수 있다. 보다 상세하게는, 전극 패턴층(40)은 분리층(20) 또는 보호층상에 금속 또는 금속 산화물로 투명 도전층을 형성한 후 추가로 투명 도전층을 적층하여 전극 패턴을 형성하거나, 분리층(20) 또는 보호층 상에 1층 이상의 투명 도전층을 적층한 후 추가로 금속 또는 금속 산화물로 투명 도전층을 형성하여 전극 패턴을 형성할 수 있다. 상기 전극 패턴의 적층 구조의 구체적인 예는 다음과 같다. 분리층(20)과 전극 패턴층(40) 사이에 금속 또는 금속 산화물 패턴층이 더 형성되는 구조, 전극 패턴층(40)과 절연층 사이에 금속 또는 금속 산화물 패턴층이 더 형성되는 구조, 보호층과 전극 패턴층(40) 사이에 금속 또는 금속 산화물 패턴층이 더 형성되는 구조일 수 있으며, 또한 투명 도전성 재료로 이루어지는 전극 패턴층(40)을 1층 이상 더 포함할 수 있다.
적용 가능한 전극 패턴층(40)의 적층 구조의 구체적인 예는 다음과 같다.
금속 산화물을 적층하고 그 상부에 은 나노와이어를 적층하는 구조, 금속 산화물을 적층하고 그 상부에 금속을 적층하는 구조, 금속 산화물을 적층하고 그 상부에 메탈 메쉬 전극을 적층하는 구조, 은 나노와이어를 적층하고 그 상부에 금속 산화물을 적층하는 구조, 금속을 적층하고 그 상부에 금속 산화물을 적층하는 구조, 메탈 메쉬 전극을 적층하고 그 상부에 금속 산화물을 적층하는 구조, 금속 산화물을 적층하고 그 상부에 은 나노와이어를 적층하고 그 상부에 금속층을 더 적층하는 구조, 은 나노와이어를 적층하고 그 상부에 금속 산화물을 적층하고 그 상부에 금속층을 더 적층하는 구조 등이 있으며, 상기 전극 적층 구조는 터치 센서의 신호처리, 저항을 고려하여 변경할 수 있으며 상기 기재한 적층 구조에 제한 되는 것은 아니다.
전극 패턴층(40)은 제 1 전극 패턴층(40)과 제 2 전극 패턴층(40) 사이에 전기절연층이 형성될 수 있고, 전기 절연층을 패터닝하여 컨택홀을 형성하여 제 2 도전층을 브릿지 전극이 되도록 형성할 수도 있다.
또한, 전극 패턴층(40)의 구조를 터치 센서 방식의 관점에서 설명하면 다음과 같다.
전극 패턴층(40)의 패턴 구조는 정전용량 방식에 사용되는 전극 패턴구조가 바람직하며, 상호 정전용량 방식(mutual-capacitance) 또는 셀프 정전용량 방식(self-capacitance)이 적용될 수 있다.
상호 정전용량 방식(mutual-capacitance)일 경우, 가로축과 세로축의 격자 전극구조일 수 있다. 가로축과 세로축의 전극의 교차점에는 브릿지 전극을 포함할 수 있으며, 또는, 가로축 전극 패턴층(40)과 세로축 전극 패턴층(40)이 각각 형성되어 전기적으로 이격되는 형태일 수도 있다.
셀프 정전용량 방식(self-capacitance)일 경우, 각 지점의 한 개의 전극을 사용해 정전용량 변화를 읽어내는 방식의 전극층 구조일 수 있다.
전극 패턴층(40)은 낮은 저항을 구현하기 위해 고온 열처리 공정을 포함하여 형성된 것이 바람직하다. 상기 고온은 예를 들면 150℃ 내지 250℃일 수 있다. 구체적으로, 150℃ 내지 250℃의 증착 공정으로 형성되거나, 상온 증착 및 150℃ 내지 250℃의 열처리 공정으로 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 필름 터치 센서는 상기 전극 패턴층(40) 상에 점접착층(50)을 통해 부착된 기재 필름을 더 포함할 수 있다. 도 2는 그러한 일 구현예에 따른 필름 터치 센서의 개략적인 단면도이다.
점접착층(50)은 점착층 또는 접착층을 의미한다.
기재 필름(60)으로는 당 분야에 널리 사용되는 소재로 제조된 투명 필름이 제한되지 않고 사용될 수 있으며, 예를 들면, 셀룰로오스 에스테르(예: 셀룰로오스 트리아세테이트, 셀룰로오스 프로피오네이트, 셀룰로오스 부티레이트, 셀룰로오스 아세테이트 프로피오네이트, 및 니트로셀룰로오스), 폴리이미드, 폴리카보네이트, 폴리에스테르(예: 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리-1,4-시클로헥산디메틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌 1,2-디페녹시에탄-4,4´-디카르복실레이트 및 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리스티렌(예: 신디오택틱(syndiotactic) 폴리스티렌), 폴리올레핀(예: 폴리프로필렌, 폴리에틸렌 및 폴리메틸펜텐), 폴리술폰, 폴리에테르 술폰, 폴리아릴레이트, 폴리에테르-이미드, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리에테르 케톤, 폴리비닐알코올 및 폴리염화비닐로 이루어진 군으로부터 선택된 단독 또는 이들의 혼합물로 제조된 필름일 수 있다.
또한, 투명 필름은 등방성 필름 또는 위상차 필름일 수 있다.
등방성 필름일 경우 면내 위상차(Ro, Ro=[(nx-ny)ⅹd], nx, ny는 필름 평면 내의 주굴절률, nz는 필름 두께 방향의 굴절률, d는 필름 두께이다) 가 40nm 이하이고, 15nm 이하가 바람직하며, 두께방향 위상차(Rth, Rth=[(nx+ny)/2-nz]ⅹd) 가 -90nm 내지 +75nm이며, 바람직하게는 -80nm 내지 +60nm, 특히 -70nm 내지 +45nm가 바람직하다.
위상차 필름은 고분자필름의 일축 연신, 이축 연신, 고분자코팅, 액정코팅의 방법으로 제조된 필름이며, 일반적으로 디스플레이의 시야각보상, 색감개선, 빛샘개선, 색미조절 등의 광학특성 향상 및 조절을 위하여 사용된다.
또한, 기재 필름(60)으로 편광판을 사용할 수도 있다.
편광판은 폴리비닐알콜계 편광자의 일면 또는 양면에 편광자 보호필름이 부착된 것일 수 있다.
또한, 기재 필름(60)으로 보호필름을 사용할 수도 있다.
보호필름은 고분자 수지로 이루어진 필름의 적어도 일면에 점착층을 포함하는 필름이거나 폴리프로필렌 등의 자가점착성을 가진 필름일 수 있으며, 터치 센서 표면의 보호, 공정정 개선을 위하여 사용될 수 있다.
기재 필름(60)의 광투과율은 바람직하게는 85% 이상이며, 보다 바람직하게는 90% 이상일 수 있다. 또한, 상기 기재 필름(60)은 JIS K7136에 따라 측정되는 전체 헤이즈값이 10% 이하인 것이 바람직하고, 7% 이하인 것이 보다 바람직하다.
상기 기재 필름(60)의 두께는 제한되지 않지만 바람직하게는 30 내지 150㎛이며, 보다 바람직하게는 70 내지 120 ㎛이다.
점착제 또는 접착제로는 당 분야에 공지된 열경화 또는 광경화성 점착제 또는 접착제를 제한없이 사용할 수 있다. 예를 들어, 폴리에스테르계, 폴리에테르계, 우레탄계, 에폭시계, 실리콘계, 아크릴계 등의 열경화 또는 광경화성 점착제 또는 접착제를 사용할 수 있다.
점접착층(50)은 탄성률이 107Pa 이상의 고탄성을 가지는 것이 필름 터치 센서의 박리 공정시에 크랙 발생을 억제한다는 측면에서 바람직하다. 크랙 발생을 억제하면서 동시에 우수한 접착력도 나타낸다는 측면에서 바람직하게는 탄성률이 107Pa 내지 109Pa일 수 있다.
또한, 점접착층(50)은 박리력이 10N/25mm 이상인 것이 필름 터치 센서의 박리 공정시에 크랙 발생을 억제한다는 측면에서 바람직하다.
본 발명의 필름 터치 센서는 상기 전극 패턴층(40)과 점접착층(50) 사이에 위치한 제2 보호층(70)을 더 포함할 수 있다. 도 3은 그러한 일 구현예에 따른 필름 터치 센서의 개략적인 단면도이다.
제2 보호층(70)은 전극 패턴층(40)을 피복하여 전극 패턴층(40)의 부식을 방지하고, 정전기에 의한 전극 패턴층(40)의 손상을 방지한다.
제2 보호층(70)은 유기 절연층 또는 무기 보호층(30)과 동일한 소재로 형성된 층일 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 필름 터치 센서를 포함하는 화상 표시 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 필름 터치 센서는 통상의 액정 표시 장치뿐만 아니라, 전계 발광 표시 장치, 플라스마 표시 장치, 전계 방출 표시 장치 등 각종 화상 표시 장치에 적용이 가능하다.
또한, 본 발명의 필름 터치 센서는 굴곡 특성이 우수한 바, 상기 화상 표시 장치는 플렉서블 화상 표시 장치일 수 있다.
또한, 본 발명은 필름 터치 센서의 제조 방법을 제공한다.
도 4 및 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 필름 터치 센서의 제조 방법의 개략적인 공정도이다. 이는 후술할 기재 필름의 부착 단계를 포함하는 경우의 일 구현예로서, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
이하 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
먼저, 도 4 (a)와 같이, 캐리어 기판(10) 상에 분리층(20)을 형성한다.
캐리어 기판(10)으로는 공정 중에 쉽게 휘거나 뒤틀리지 않고 고정될 수 있도록 적정 강도를 제공하며 열이나 화학 처리에 영향이 거의 없는 재료라면 특별한 제한이 없이 사용될 수 있다. 예를 들면 글라스, 석영, 실리콘 웨이퍼, 서스 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 글라스가 사용될 수 있다.
분리층(20)은 전술한 고분자 소재로 형성될 수 있다.
금속 소재로 형성되는 전극 패턴층(40)의 경우 캐리어 기판(10)으로부터의 박리가 어려울 수 있는데, 분리층(20)의 경우 캐리어 기판(10)으로부터 잘 박리되므로, 분리층(20)을 형성하는 경우 캐리어 기판(10)으로부터 박리시에 터치 센서에 가해지는 충격이 적어 전극 패턴층(40) 손상 등의 문제를 줄일 수 있다.
상기 박리시 가해지는 물리적 손상을 최소화한다는 측면에서 바람직하게는 분리층(20)은 캐리어 기판(10)에 대한 박리력이 1N/25mm 이하일 수 있다.
분리층(20)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않고, 슬릿 코팅법, 나이프 코팅법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 마이크로 그라비아 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 와이어 바 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 코팅법, 디스펜서 인쇄법, 노즐 코팅법, 모세관 코팅법 등의 당 분야에 공지된 방법에 의할 수 있다.
전술한 방법에 의해 분리층(20)을 형성한 이후에, 추가적인 경화 공정을 더 거칠 수 있다.
분리층(20)의 경화 방법은 특별히 한정되지 않고 광경화 또는 열경화에 의하거나, 상기 2가지 방법을 모두 사용 가능하다. 광경화 및 열경화를 모두 수행시 그 순서는 특별히 한정되지 않는다.
다음으로, 도 4 (b)와 같이, 상기 분리층(20) 상에 탄성률 10GPa 내지 15GPa의 무기 보호층(30)을 형성한다.
무기 보호층(30)은 전술한 소재로 형성될 수 있으며, 그 형성 방법도 특별히 한정되지 않고 물리적 증착법, 화학적 증착법, 플라즈마 증착법, 플라즈마 중합법, 열 증착법, 열 산화법, 양극 산화법, 클러스터 이온빔 증착법, 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 코팅법, 디스펜서 인쇄법 등의 당 분야에 공지된 방법에 의할 수 있다.
무기 보호층(30)은 전술한 두께 범위를 갖도록 형성할 수 있다.
무기 보호층(30)은 전술한 방법에 의해 코팅 후 고온 경화 공정을 거쳐 제조될 수 있다. 예를 들면 160℃ 내지 240℃에서 10 내지 30분간, 바람직하게는 180 내지 220℃에서 15분 내지 25분간 경화시킬 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 도 4 (c)와 같이, 상기 무기 보호층(30) 상에 전극 패턴층(40)을 형성한다.
전극 패턴층(40)은 전술한 소재로, 무기 보호층(30)의 형성 방법과 동일한 방법으로 형성 가능하다.
전극 패턴층(40)이 낮은 저항을 갖도록 한다는 측면에서 바람직하게는 전극 패턴층(40)은 150℃ 내지 250℃의 고온 공정을 거쳐 형성될 수 있다. 구체적인 예를 들면 150℃ 내지 250℃의 증착 공정으로 형성되거나, 상온 증착 및 150℃ 내지 250℃의 열처리 공정으로 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 상기 도 4 (e)와 같이, 분리층(20)을 캐리어 기판(10)으로부터 박리한다.
전술한 공정을 거치면 캐리어 기판(10) 상에 분리층(20), 무기 보호층(30) 및 전극 패턴층(40)의 순으로 적층된 적층체가 얻어질 수 있고, 분리층(20)을 캐리어 기판(10)으로부터 박리하여, 상기 적층체를 필름 터치 센서로 사용할 수 있다.
본 발명의 필름 터치 센서의 제조 방법은 도 4 (d)와 같이, 상기 전극 패턴층(40) 상에 기재 필름을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 패턴층(40) 상에 점접착층(50)을 형성하는 단계; 및 상기 점접착층(50) 상에 기재 필름을 부착하는 단계를 더 포함할 수 있다.
이 경우, 상기 박리 공정은 기재 필름의 부착 이전 또는 부착 이후에 수행될 수 있다. 도 5는 기재 필름의 부착 이후에 박리 공정이 진행되는 경우를 예시한 것이다.
점접착층(50)은 전술한 점착제 또는 접착제로 형성될 수 있는 것으로서, 슬릿 코팅법, 나이프 코팅법, 스핀 코팅법, 캐스팅법, 마이크로 그라비아 코팅법, 그라비아 코팅법, 바 코팅법, 롤 코팅법, 와이어 바 코팅법, 딥 코팅법, 스프레이 코팅법, 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 코팅법, 디스펜서 인쇄법, 노즐 코팅법, 모세관 코팅법 등의 도포 방법에 의해 전극 패턴층(40) 상에 도포되고, 건조 또는 경화되어 형성될 수 있다.
점접착층(50)은 전술한 탄성률 범위 및 박리력 범위를 가지는 것이 상기 박리 공정시에 필름 터치 센서의 크랙 발생 억제 측면에서 바람직하다.
본 발명의 필름 터치 센서의 제조 방법은 상기 기재 필름의 부착 이전에, 상기 전극 패턴층(40) 상에 제2 보호층(70)을 형성하는 단계를 더 포함할 수 있다.
제2 보호층(70)은 전술한 소재로, 분리층(20) 형성 시와 동일한 방법으로 형성될 수 있다.
제2 보호층(70)은 상기 박리 이전 또는 이후에 형성될 수 있다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시하나, 이들 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 첨부된 특허청구범위를 제한하는 것이 아니며, 본 발명의 범주 및 기술사상 범위 내에서 실시예에 대한 다양한 변경 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속하는 것도 당연한 것이다.
실시예 1
두께 700㎛의 소다 라임 글래스(Soda lime Glass)를 캐리어 기판으로 사용하고, 상기 캐리어 기판 상에 멜라민계 수지 50중량부, 신나메이트계 수지 50중량부를 10중량%의 농도로 프로필렌글리콜 모노메틸에터아세테이트(Propylene glycol monomethyl ether acetate, PGMEA)에 희석한 분리층 조성물을 두께 300nm로 스핀코팅법으로 도포하고, 150℃에서 30분간 건조 처리하여 분리층을 형성하였다.
후에, SiOx Precursor(헥사메틸디실라잔)를 상압 플라즈마 장치를 통하여 전면적에 코팅하였다. 이때 노즐 갭은 50mm를 유지하고 500mm/min의 속도로 코팅하고, 200℃에서 20분간 경화시켜 60nm의 두께를 가지는 무기 보호층을 형성하였다. 이후에 ITO를 상온 25℃ 조건에서 35nm 두께로 증착하고, ITO층을 230℃에서 30분 동안 어닐링하여 전극 패턴층을 형성하였다.
상기 전극 패턴층 상에 제2 보호층 조성물(다관능 아크릴계 모노머 40중량부와 에폭시계 수지 60중량부를 혼합하고 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르(MEDG), PGMEA 및 3-메톡시부탄올을 각각 30중량부, 40중량부, 30중량부로 혼합된 용매에 고형분이 20중량부의 비율을 가지도록 제조)을 두께 2㎛로 스핀코팅법으로 도포하고, UV를 200mJ/cm2로 조사하여 광경화를 실시하고, 200℃에서 30분간 건조 경화하여 제2 보호층을 형성하였다.
이후에 상기 제2 보호층 상에 중합개시제 SP500, 레벨링제 KRM230를 포함하는 모노머 CEL2021P((3,4-Epoxycyclohenaxane)methyl 3,4-Epoxy cyclohexylcarboxylate 50중량부 및 NPGDGE(Neo-Pentyl Glycol DiGlycidyl Ether) 20중량부, 1,6-헥산디올 디아크릴레이트 10중량부, 트리메틸올 프로판 트리아크릴레이트 5중량부, 밀착부여제 KRM0273 10중량부, 희석모노머로서 4-HBVE를 5중량부를 포함하는 점착제 조성물을 60㎛ TAC 필름과 제2 보호층 사이에 스포이드로 도포하고, 롤 라미테이터로 압착하여 점착층의 두께가 2㎛가 되도록 하였다.
상기 접착층에 10mW/cm2 세기의 자외선을 100초간 조사하여 밀착시키고, 80℃ 오븐에서 10분간 건조 후 상온까지 방치하였다.
실시예 2
무기 보호층의 두께를 120nm로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름 터치 센서를 제조하였다.
실시예 3
무기 보호층의 두께를 200nm로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름 터치 센서를 제조하였다.
실시예 4
무기 보호층의 두께를 190nm로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름 터치 센서를 제조하였다.
실시예 5
무기 보호층을 TiO2로 형성한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름 터치 센서를 제조하였다.
비교예 1
무기 보호층을 형성하는 대신에 상기 전극 패턴층 상에 제1 보호층 조성물(다관능 아크릴계 모노머 40중량부와 에폭시계 수지 60중량부를 혼합하고 디에틸렌글리콜 메틸에틸에테르(MEDG), PGMEA 및 3-메톡시부탄올 을 각각 30중량부, 40중량부, 30중량부로 혼합된 용매에 고형분이 20중량부의 비율을 가지도록 제조)을 두께 2㎛로 스핀코팅법으로 도포하고, UV를 200mJ/cm2로 조사하여 광경화를 실시하고, 200℃에서 30분간 건조 경화하여 제1 보호층을 형성하고,
ITO층의 어닐링을 수행하지 않은 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름 터치 센서를 제조하였다.
비교예 2
ITO층을 230℃에서 30분 동안 어닐링한 것을 제외하고는 비교예 1과 동일한 방법으로 필름 터치 센서를 제조하였다.
비교예 3
무기 보호층을 SiO2를 코팅하고, 150℃에서 20분 동안 경화시켜 형성하고, ITO 어닐링 조건을 80℃, 10분으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름 터치 센서를 제조하였다.
비교예 4
무기 보호층을 SiOx를 코팅하고, 250℃에서 20분 동안 경화시켜 형성하고, ITO 어닐링 조건을 300℃, 60분으로 한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 필름 터치 센서를 제조하였다.
실험예
(1) 탄성율 측정
실시예 및 비교예의 필름 터치 센서의 무기 보호층(제1 보호층)의 탄성율을 나노인덴터로 측정하였다. 각각의 기재를 나노인덴터에 세팅하고 2000mN의 힘까지 가압하여, 노출된 무기 보호층(제1 보호층) 부위의 탄성율을 측정하였다.
(2) 면저항 측정
실시예 및 비교예의 필름 터치 센서의 전극 패턴층의 면 저항을 4-탐침법(4-point probe)으로 측정하였다.
(3) 투과율 측정
헤이즈 미터(HM-150, 무라카미사)를 사용하여 실시예 및 비교예의 필름 터치 센서의 전광선 투과율을 측정하였고, 유리 기판 대비 투과율을 계산하여 하기 표 2에 측정 결과를 기재하였다.
(4) 색상 평가
실시예 및 비교예의 필름 터치 센서의 색상 b값을 N&K analyzer(N&K Technology Inc.)로 측정하였다.
(5) 보호층 주름 여부 관측
실시예 및 비교예의 필름 터치 센서에서 무기 보호층 또는 제1 보호층의 주름 발생 여부를 현미경으로 관찰하여 주름 발생 여부를 확인하였다.
(6) 박리 크랙 발생 여부 평가
실시예 및 비교예의 제조된 필름 터치 센서를 캐리어 기판으로부터 박리하고, 박리된 필름 터치 센서의 크랙 발생 여부를 현미경으로 관찰하여 하기 기준에 따라 크랙 발생 여부를 평가하였다.
○: 전면에 크랙이 발생하지 않음
△: 일부 영역에 크랙이 발생함
X: 전면에 걸쳐 크랙이 발생함
구 분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4
보호층 탄성율(GPa) 10 11 14.9 14.4 15.0 4.9 5.4 8.9 15.3
면저항(Ω/□) 35.5 37.2 37.1 36.7 48.2 171 127 34.7 25
투과율(%) 92.6 91.8 92.1 91.6 65.1 88 90 90.7 92.2
색상 b* 1.0 0.8 1.3 1.1 1.5 4 2.7 1.3 0.9
굴곡반경
(mm)
3 5 5 5 5 5 5 5 7
보호층 주름 없음 없음 없음 없음 없음 없음 발생 없음 없음
박리 크랙 X X X
상기 표 1을 참조하면, 본 발명의 탄성율 범위의 보호층을 갖는 실시예의 필름 터치 센서는 ITO 어닐링 이후에도 색상 변화가 적고, 주름이 발생하지 않았으며, 크랙 발생이 최소화되는 것을 확인할 수 있다.
그러나, 비교예의 필름 터치 센서는 ITO 어닐링에 의해 보호층에 주름이 발생하거나, 박리 크랙이 발생하였다.
10: 캐리어 기판 20: 분리층
30: 무기 보호층 40: 전극 패턴층
50: 점접착층 60: 기재 필름
70: 제2 보호층

Claims (16)

  1. 분리층;
    상기 분리층 상에 위치한 탄성률 10GPa 내지 15GPa의 무기 보호층; 및
    상기 무기 보호층 상에 위치한 전극 패턴층;을 포함하는, 필름 터치 센서.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 무기 보호층은 무기 산화물 또는 무기 질화물층인, 필름 터치 센서.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 무기 보호층은 실리콘 산화물층인, 필름 터치 센서.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 무기 보호층은 두께가 200nm 미만인, 필름 터치 센서.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 전극 패턴층은 두께가 30 내지 150nm인, 필름 터치 센서.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 전극 패턴층은 150℃ 내지 250℃의 고온 공정을 거쳐 제조된 것인, 필름 터치 센서.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 전극 패턴층 상에 점접착층을 통해 부착된 기재 필름을 더 포함하는, 필름 터치 센서.
  8. 청구항 7에 있어서, 상기 점접착층은 탄성률이 107Pa 내지 109Pa이고, 박리력이 10N/25mm 이상인, 필름 터치 센서.
  9. 청구항 7에 있어서, 상기 전극 패턴층과 점접착층 사이에 위치한 제2 보호층을 더 포함하는, 필름 터치 센서.
  10. 청구항 1 내지 9 중 어느 한 항의 필름 터치 센서를 포함하는 화상 표시 장치.
  11. 캐리어 기판 상에 분리층을 형성하는 단계;
    상기 분리층 상에 탄성률 10GPa 내지 15GPa의 무기 보호층을 형성하는 단계;
    상기 무기 보호층 상에 전극 패턴층을 형성하는 단계; 및
    상기 분리층을 캐리어 기판으로부터 박리하는 단계를 포함하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 무기 보호층은 두께 200nm 미만의 실리콘 산화물층인, 필름 터치 센서의 제조 방법.
  13. 청구항 11에 있어서, 상기 무기 보호층은 코팅 이후 160 내지 240℃에서 10 내지 30분간 경화 공정을 거쳐 형성하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
  14. 청구항 11에 있어서, 상기 전극 패턴층은 150℃ 내지 250℃의 고온 공정을 거쳐 형성하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
  15. 청구항 11에 있어서, 상기 전극 패턴층 상에 점접착층을 형성하는 단계; 및 상기 점접착층 상에 기재 필름을 부착하는 단계를 더 포함하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
  16. 캐리어 기판 상에 분리층을 형성하는 단계;
    상기 분리층 상에 두께 200nm 미만, 탄성률 10Gpa 내지 15Gpa의 무기 보호층을 형성하는 단계; 및
    상기 무기 보호층 상에 전극 패턴층을 150℃ 내지 250℃ 사이의 고온 공정을 거쳐 형성하는 단계;를 포함하는, 필름 터치 센서의 제조 방법.
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