KR20170055243A - 3차원 터치 센서 및 이의 제조 방법 - Google Patents

3차원 터치 센서 및 이의 제조 방법 Download PDF

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KR20170055243A
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touch sensor
dimensional touch
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zinc oxide
nano
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금동기
손영섭
김병인
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동우 화인켐 주식회사
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Abstract

본 발명은 3차원 터치 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 기판 및 상기 기판 상에 위치한 도전성 나노 격벽을 포함하는 투명 전극; 및 상기 투명 전극의 일측에 형성된 투명 유전층;을 포함함으로써, 3차원 터치 센서에 적용되어 투과율 저하를 최소화할 뿐만 아니라, Z축에 인가되는 압력에 민감하게 응답하여 감도를 현저히 개선할 수 있는 3차원 터치 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

3차원 터치 센서 및 이의 제조 방법{3D TOUCH SENSOR AND PREPARING METHOD THEREOF}
본 발명은 3차원 터치 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
터치 입력 방식이 차세대 입력 방식으로 각광받으면서 좀더 다양한 전자기기에 터치 입력 방식을 도입하려는 시도들이 이루어지고 있으며, 따라서 다양한 환경에 적용할 수 있고 정확한 터치 인식이 가능한 터치 센서에 대한 연구 개발도 활발히 이루어지고 있다.
이러한 터치 입력 기술은 크게 저항막 방식과 정전용량 방식으로 구현될 수 있다.
먼저, 저항막 방식은 상부 및 하부 전극막이 스페이서에 의해 이격되고, 눌림에 의해 서로 접촉될 수 있도록 배치된 형태로서, 상부 전극막이 형성되어 있는 상판이 손가락, 펜 등의 입력수단에 의해 눌릴 때 상부와 하부의 전극막이 통전되고, 그 위치의 저항값 변화에 따른 전압변화를 제어부에서 인지하여 접촉좌표를 인식하는 방식이다.
한편, 정전용량 방식은 다시 표면 정전용량 방식(Surface Capacitive)과 투영 정전용량 방식(Projected Capacitive)으로 분류될 수 있다.
표면 정전용량 방식은 금속 테두리 패턴이 있는 평평한 ITO 층을 사용하며, 상기 ITO 층 전체에 걸쳐 자기장이 형성되어 있는 상태에서 손가락으로 스크린을 터치하면 정전용량의 변화를 네 모퉁이에서 감지하여 좌표를 추출하는 방식이다.
투영 정전용량 방식은 가로축과 세로축으로 전극을 형성하여 가로축 및 세로축 각각의 채널별 정전용량 변화에 따른 위치 좌표를 추출하는 방식이다.
터치 센서에 유전층을 부가해서 Z축 방향의 압력을 인지할 수 있는 3차원 터치 기술이 소개되어 있다. 하지만, 종래 터치 입력 기술은 멀티 터치가 가깝게 입력되는 경우, 상호간에 간섭이 발생되어 정밀한 감지가 어렵고, X, Y축 위치 검출에 부가적으로 Z축에서 인가되는 압력에 민감하게 응답하기 어렵다는 문제가 있다.
한국공개특허 제2010-0004324호에는 3차원 신호 처리가 가능한 터치스크린이 개시되어 있으나, 전술한 문제점에 대한 대안을 제시하지 못하였다.
한국공개특허 제2010-0004324호
본 발명은 3차원 터치 센서의 투과율을 개선할 수 있는 3차원 터치 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 3차원 터치 센서의 감도를 개선할 수 있는 3차원 터치 센서를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기 3차원 터치 센서의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
1. 기판 및 상기 기판 상에 위치한 도전성 나노 격벽을 포함하는 투명 전극; 및
상기 투명 전극의 일측에 형성된 투명 유전층;을 포함하는 3차원 터치 센서.
2. 위 1에 있어서, 상기 나노 격벽은 두께가 5 내지 200nm인, 3차원 터치 센서.
3. 위 1에 있어서, 상기 나노 격벽은 소정의 패턴을 이루는, 3차원 터치 센서.
4. 위 3에 있어서, 상기 패턴은 개구부가 원, 타원, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 또는 이들이 혼합된 도형 형상을 갖는 개구 패턴인, 3차원 터치 센서.
5. 위 1에 있어서, 상기 나노 격벽은 격벽 사이 중 적어도 일부가 기판 상에서 서로 이어진 것인, 3차원 터치 센서.
6. 위 1에 있어서, 상기 나노 격벽의 높이는 50 내지 2,000nm인, 3차원 터치 센서.
7. 위 1에 있어서, 상기 나노 격벽은 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속; 또는 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 1종 이상의 금속산화물류를 포함하는 것인, 3차원 터치 센서.
8. 위 1에 있어서, 상기 투명 유전층은 상기 도전성 나노 격벽이 형성한 개구부를 덮는, 3차원 터치 센서.
9. 위 1에 있어서, 상기 투명 유전층은 도전성 입자를 포함하는, 3차원 터치 센서.
10. 위 9에 있어서 상기 도전성 입자는 안티몬으로 도핑된 주석 산화물(tin oxide), 금속 나노 와이어 및 탄소 나노 와이어로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 3차원 터치 센서.
11. 위 9에 있어서, 상기 투명 유전층은 상기 도전성 입자의 밀도가 서로 다른 복수의 층을 포함하는, 3차원 터치 센서.
12. 위 11에 있어서, 상기 투명 유전층은 압력이 가해지는 측의 층이 도전성 입자의 밀도가 더 높은, 3차원 터치 센서.
13. 위 1에 있어서, 상기 도전성 나노 격벽 사이 중 적어도 일부에 고분자 패턴을 더 포함하는, 3차원 터치 센서.
14. 위 1에 있어서, 상기 투명 전극은 제1 방향으로 형성되는 제1 감지 전극 및 상기 제1 감지 전극과 절연되고 제2 방향으로 형성되는 제2 감지 전극 중 적어도 하나인, 3차원 터치 센서.
15. 위 14에 있어서, 상기 제1 감지 전극과 제2 감지 전극은 동일한 기판 상에 형성되는, 3차원 터치 센서.
16. 위 1 내지 15의 3차원 터치 센서를 포함하는 터치 스크린 패널.
17. 기판 상에 도전층을 형성하는 단계;
상기 도전층 상에 고분자 패턴을 형성하는 단계;
상기 패턴 사이로 노출된 도전층을 이온 밀링하여 식각하고, 상기 고분자 패턴의 측면에 나노 두께의 코팅층을 형성하여 나노 격벽을 형성하는 단계; 및
상기 나노 격벽이 형성된 기판 상에 투명 유전층을 형성하는 단계;
를 포함하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
18. 기판 상에 고분자 패턴을 형성하는 단계;
상기 고분자 패턴이 형성된 기판 상에 도전층을 형성하는 단계;
상기 도전층을 이온 밀링하여 식각하고, 상기 고분자 패턴의 측면에 나노 두께의 코팅층을 형성하여 나노 격벽을 형성하는 단계; 및
상기 나노 격벽이 형성된 기판 상에 투명 유전층을 형성하는 단계;
를 포함하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
19. 위 17 또는 18에 있어서, 상기 나노 격벽은 두께가 5 내지 200nm인, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
20. 위 17 또는 18에 있어서, 상기 고분자 패턴은 나노 임프린팅법으로 형성하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
21. 위 17 또는 18에 있어서, 상기 코팅층은 이온 밀링으로 뜯겨져 나간 도전성 입자가 고분자 패턴의 측면에 부착되어 형성되는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
22. 위 17 또는 18에 있어서, 상기 도전층은 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속; 또는 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 1종 이상의 금속산화물류를 포함하는 것인, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
23. 위 17 또는 18에 있어서, 상기 이온 밀링은 10- 5Torr 내지 10- 3Torr의 압력 하에서 플라즈마를 100ev 내지 1500eV로 가속화하여 수행되는 것인, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
24. 위 17 또는 18에 있어서, 상기 고분자 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
25. 위 17 또는 18에 있어서, 상기 투명 유전층은 도전성 입자를 포함하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
26. 위 17 또는 18에 있어서, 상기 투명 유전층을 형성하는 단계는 도전성 입자의 밀도가 서로 다른 복수의 층이 형성되는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
27. 위 26에 있어서, 상기 투명 유전층은 압력이 가해지는 측의 층이 도전성 입자의 밀도가 더 높게 형성되는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
본 발명의 3차원 터치 센서는 도전성 나노 격벽을 포함하여, 3차원 터치 센서의 투과율을 현저히 개선할 수 있다.
본 발명의 3차원 터치 센서는 투명 전극의 일측에 형성된 투명 유전층을 포함하여, Z축에 인가되는 압력에 민감하게 응답하여 감도를 현저히 개선할 수 있다.
도 1 내지 4는 각각 본 발명의 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서의 개략적인 사시도이다.
도 5 및 6은 각각 본 발명의 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서의 제조 방법의 개략적인 공정도이다.
도 7은 본 발명의 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서의 작동 모습의 개략적인 도면이다.
본 발명은 기판 및 상기 기판 상에 위치한 도전성 나노 격벽을 포함하는 투명 전극; 및 상기 투명 전극의 일측에 형성된 투명 유전층;을 포함함으로써, 3차원 터치 센서에 적용되어 투과율 저하를 최소화할 뿐만 아니라, Z축에 인가되는 압력에 민감하게 응답하여 감도를 현저히 개선할 수 있는 3차원 터치 센서 및 이의 제조 방법에 관한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 구체적인 실시 형태를 설명하기로 한다. 다만, 본 명세서에 첨부되는 다음의 도면들은 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하는 것이며, 전술한 발명의 내용과 함께 본 발명의 기술 사상을 더욱 이해시키는 역할을 하는 것이므로, 본 발명은 그러한 도면에 기재된 사항에만 한정되어 해석되어서는 아니된다.
본 발명의 3차원 터치 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판(100) 및 상기 기판(100) 상에 위치한 도전성 나노 격벽(200)을 포함하는 투명 전극; 및 상기 투명 전극의 일측에 형성된 투명 유전층(500)을 포함한다.
기판(100)은 투명성 및 적정 강도를 가지는 것이라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 실리콘, 석영, 유리, 고분자, 금속, 금속 산화물, 비금속 산화물, 노르보르넨이나 다환 노르보르넨계 단량체와 같은 시클로올레핀을 포함하는 단량체의 단위를 갖는 시클로올레핀계 유도체, 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스, 아세틸셀룰로오스부틸레이트, 이소부틸에스테르셀룰로오스, 프로피오닐셀룰로오스, 부티릴셀룰로오스 또는 아세틸프로피오닐셀룰로오스 등에서 선택되는 셀룰로오스, 에틸렌-아세트산비닐공중합체, 폴리에스테르, 폴리스티렌, 폴리아미드, 폴리에테르이미드, 폴리아크릴, 폴리이미드, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리메틸펜텐, 폴리염화비닐, 폴리염화비닐리덴, 폴리비닐알콜, 폴리비닐아세탈, 폴리에테르케톤, 폴리에테르에테르케톤, 폴리에테르술폰, 폴리메틸메타아크릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리카보네이트, 폴리우레탄, 에폭시 등의 소재를 포함하는 기판(100)일 수 있다. 이들 소재는 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
기판(100)의 두께는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 10 내지 500㎛일 수 있다.
도 2에 도시된 바와 같이, 도전성 나노 격벽(200)은 기판(100) 상에 위치하는데, 본 발명에 따른 나노 격벽은 그 두께가 나노 수준인 격벽을 의미한다.
본 발명의 3차원 터치 센서는 X, Y축 방향 감지 전극이 나노 격벽으로 형성되므로 감지 전극이 시인되지 않아 투과율이 현저히 개선되는 장점이 있다.
도전성 나노 격벽(200)은 도전성 재료로 제조된 것으로서, 예를 들면 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속; 또는 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 1종 이상의 금속산화물류 등을 사용할 수 있다.
나노 격벽의 두께는 감도 개선 효과 및 투과율 저하 최소화를 달성할 수 있는 범위 내라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 두께가 5 내지 200nm일 수 잇고, 바람직하게는 5 내지 100nm, 보다 바람직하게는 5 내지 50nm, 가장 바람직하게는 10 내지 30nm일 수 있다. 두께가 5nm 미만이면 전도성 및 내구성에 문제가 있을 수 있고, 200nm 초과이면 투과율이 저하될 수 있다.
나노 격벽의 높이는 충분한 감도 및 광 투과율을 나타낼 수 있는 범위 내라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 50nm 내지 2,000nm일 수 있다. 높이가 50nm 미만이면 감도 개선 정도가 미미할 수 있고, 2,000nm 초과이면 과다한 갭의 존재로 3차원 터치 센서의 내구성 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
나노 격벽(200)은 단독으로 또는 복수개의 벽으로서 위치할 수 있다.
복수개의 벽이 병렬하여 위치하는 경우, 나노 격벽(200)간 간격은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 10nm 내지 3㎛일 수 있고, 광 추출 효율 개선의 측면에서 바람직하게는 10 내지 200nm일 수 있다.
복수개의 벽은 병렬하지 않고, 서로 만나거나, 그 연장선이 서로 만나도록 위치할 수도 있다.
나노 격벽의 간격은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 10nm 내지 3㎛일 수 있고, 광 추출 효율 개선의 측면에서 바람직하게는 10 내지 200nm일 수 있다.
나노 격벽은 도 3에 예시된 바와 같이 격벽 사이 중 적어도 일부가 기판(100) 상에서 서로 이어진 것일 수 있다. 그러한 경우에 감도가 보다 개선될 수 있다. 도 5 (f)에도 육각형 개구부의 개구 패턴을 이룬 나노 격벽의 사이 중 적어도 일부가 기판 상에서 서로 이어진 경우가 도시되어 있다.
나노 격벽은 소정의 패턴을 이룰 수 있다. 예를 들면 개구 패턴으로서, 개구부가 원, 타원, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 등의 다각형, 또는 이들이 결합된 형상을 가질 수도 있고, 선형 패턴, 메쉬 패턴, 지그재그, 나선형, 방사선형, 불규칙한 단일 폐곡선 등의 형상을 가질 수도 있다. 도 4에는 육각형의 개구부를 갖는 개구 패턴인 경우가 예시되어 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
개구 패턴은 나노 격벽들로 둘러쌓이면서 개구부를 갖는 패턴으로서, 개구 패턴은 단독 또는 복수개로 위치할 수 있다.
복수개의 개구 패턴이 위치하는 경우, 각 개구 패턴은 규칙적 또는 불규칙적인 간격으로 위치할 수 있다. 또한, 복수개의 개구 패턴은 서로 연결되거나 이격되어 위치할 수 있으며, 선대칭, 점대칭 또는 불규칙하게 위치할 수 있다.
개구 패턴은 개구부가 상기 예시한 도형 형상; 상기 예시한 도형이 결합된 형상; 또는 이들 중 적어도 1개 이상의 도형이 혼재된 형상을 가질 수 있는 것으로서, 개구부는 주기적으로, 또는 비주기적으로 배열될 수 있다.
개구부의 크기는 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 장축의 길이가 100nm 내지 1㎛일 수 있다.
본 발명의 3차원 터치 센서의 투명 전극은 도전성 나노 격벽(200) 사이 중 적어도 일부에 고분자 패턴(420)을 더 포함할 수 있다.
고분자 패턴(420)으로는 투명 고분자라면 당 분야에 공지된 고분자 수지를 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들면 에폭시계, 셀룰로오스계, 아크릴계, 염화비닐계, 아세트산비닐계, 폴리비닐알콜계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계 등의 고분자 수지일 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 기판 및 상기 기판 상에 위치한 도전성 나노 격벽을 포함하는 투명 전극의 일측에 형성된 투명 유전층(500)을 포함한다.
투명 유전층(500)은 당분야에 공지된 것을 사용하여 형성할 수 있으며 특별한 제한이 없으나, 예를 들면, 바인더 및 도전성 입자(510)를 포함할 수 있다. 이와 같이 Z축에 인가되는 압력을 감지할 수 있는 탄성이 있는 도전성 입자를 포함하는 투명 유전층을 포함함으로써, Z축 방향의 터치 감도를 더욱 향상시킬 수 있다. 도 7에는 본 발명의 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서에 압력이 가해졌을 때, 도전성 입자(510)들의 배치 및 밀도가 변하는 개략적인 형태가 도시되어 있다. 도전성 입자(510)들의 배치 및 밀도가 변하면서 그 지점에서의 정전용량이 변하게 되고 그에 따라 Z축 방향의 터치를 인식할 수 있다.
바인더는 당분야에 공지된 것을 특별한 제한 없이 사용할 수 있고, 예를 들면, Poly(3,4-ethylenedbxythbphene) poly(styrenesulfonate)(PEDOT/PSS)을 사용할 수 있다.
도전성 입자는 탄성 및 도전성을 가지는 것이라면 특별한 제한없이 사용될 수 있으나, 예를 들면 안티몬으로 도핑된 주석 산화물(tin oxide), 금속 나노 와이어 및 탄소 나노 와이어 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
안티몬으로 도핑된 주석 산화물(tin oxide)은 구형이 될 수 있고, 또는 복합의 전기 및 기계적 특성을 변경하도록 형상화될 수 있다. 예를 들어, 인가된 압력에 대한 전기적 감도를 증가시키고 필드-보조 전자 터널링(field-assisted electron tunnelling)을 촉진시키기 위해 침상(acicular) 모양 입자를 사용할 수 있다. 더욱 구체적이 예를 들면, 도핑된 주석 산화물(tin oxide)은 구형 입자와 침상 입자(예를 들어, 1:1 보다 큰 종횡비를 갖는 바늘 모양의 입자)의 혼합물일 수 있다. 구형 대 침상 입자 종류의 특정 비율의 선택은 최종 제품의 압력 감도에 따라 선택될 수 있다.
또한, 도전성 입자로 금속 나노 와이어에 사용되는 금속은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 은(Ag), 금, 알루미늄, 구리, 철, 니켈, 티타늄, 텔레늄, 크롬 등을 들 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
필요에 따라, 투명 유전층은 유전체 필러를 더 포함할 수도 있다. 유전체 필러는 흄드 실리카 또는 다른 유전체 입자일 수 있다. 유전체 입자들은 복합의 광학 특성을 유지하기 위해 소량으로 추가될 수 있거나, 또는 광학 특성을 변경하기 위해 대량으로 추가될 수 있다. 유전체 입자를 추가함으로써 저항-힘(resistance-force) 응답을 변경시킬 수 있다.
바람직하게는, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서는 도 1에 도시된 바와 같이, 투명 유전층은 도전성 입자의 밀도가 다른 복수의 층을 포함할 수 있는데, 더욱 구체적으로 압력이 가해지는 측의 투명 유전층 층의 도전성 입자의 밀도를 더 높게 형성함으로써, 압력 인가 시 도전성 입자의 민감한 변형을 통해 Z축 방향의 터치 감도를 더욱 개선시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 3차원 터치 센서의 투명 전극은 제1 방향으로 형성되는 제1 감지 전극 및 상기 제1 감지 전극과 절연되고 제2 방향으로 형성되는 제2 감지 전극 중 적어도 하나일 수 있다.
이와 같이, 제1 감지 전극 및 제2 감지 전극 중 적어도 하나에 본 발명에 따른 투명 전극이 형성되어 감도 향상 효과를 극대화 할 수 있다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 상기 제1 감지 전극과 제2 감지 전극은 서로 기판 상에 형성될 수 있고, 본 발명의 3차원 터치 센서는 3차원 터치 센서에 적용될 때 필요한 통상의 구성을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 다른 실시예에서, 상기 제1 감지 전극과 제2 감지 전극은 동일한 기판 상에 형성될 수 있고, 본 발명의 3차원 터치 센서는 제1 감지 전극과 제2 감지 전극을 서로 전기적으로 절연하는 절연층, 제1 감지 전극 또는 제2 감지 전극을 전기적으로 서로 연결하는 브릿지(연결 전극)등 3차원 터치 센서에 적용될 때 필요한 통상의 구성을 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 3차원 터치 센서를 포함하는 터치 스크린 패널을 제공한다. 본 발명에 따른 3차원 터치 센서 외에는 당분야에 공지된 구성이 결합되어 터치 스크린 패널을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 3차원 터치 센서의 제조 방법을 제공한다.
이하 본 발명의 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 5 (b)와 같이 기판(100) 상에 도전층(300)을 형성한다.
도전층(300)의 형성 방법은 특별히 한정되지 않으며, 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, 포토리소그래피법 등의 당 분야에 공지된 방법에 의할 수 있다.
도전층(300)에 사용되는 도전성 소재로는 예를 들면 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속; 또는 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 1종 이상의 금속산화물류 등을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
고분자 패턴(420)의 형성 전에 도전층(300)을 먼저 형성하는 경우, 고분자 패턴(420) 하에 도전층(300)이 존재한다. 그러한 경우 후술할 공정에 의해 형성되는 나노 격벽 하에 도전층(300)이 존재하여, 나노 격벽이 도전층(300)에 의해 기판(100) 상에서 서로 이어지게 된다. 이에, 전기 전도도 및 감도가 개선될 수 있다.
이후에, 도 5 (c), (d)와 같이 상기 도전층(300) 상에 고분자 패턴(420)을 형성한다.
고분자 패턴(420)은 도전층(300) 상에 고분자 수지층(410)을 형성하고, 이를 패터닝하여 형성할 수 있다.
고분자 패턴의 높이에 따라 나노 격벽의 높이가 결정되므로, 고분자 패턴의 높이를 조절하여 본 발명의 나노 격벽의 높이를 선택할 수 있다.
고분자 수지층(410)으로는 당 분야에 공지된 고분자 수지를 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들면 에폭시계, 셀룰로오스계, 아크릴계, 염화비닐계, 아세트산비닐계, 폴리비닐알콜계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계 등의 고분자 수지일 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
고분자 수지층(410)의 패터닝 방법은 특별히 한정되지 않고 예를 들면 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 코팅법, 디스펜서 인쇄법, 포토리소그래피법, 나노 임프린팅 등의 방법을 사용할 수 있으며, 투과율 및 감도를 더욱 개선할 수 있다는 측면에서 바람직하게는 나노 임프린팅법에 의할 수 있다. 격벽 및 격벽에 의해 정의되는 개구 패턴이 결정된다.
패터닝은 도전층(300)의 식각이 용이하도록 패터닝 부위의 도전층(300)이 노출되도록 수행될 수 있다.
이후에, 도 5 (e)와 같이 상기 패턴 사이로 노출된 도전층(300)을 이온 밀링하여 식각하고, 상기 고분자 패턴(420)의 측면에 나노 두께의 코팅층을 형성하여 나노 격벽(200)을 형성한다.
이온 밀링법은 이온빔을 조사하여 도전층(300)을 물리적으로 식각하는 방법으로, 이온을 전압차로 가속화시켜 도전층(300)에 물리적인 충격을 가한다. 이에 금속 입자들이 뜯겨져 나가서 고분자 패턴(420)의 측면에 부착되어, 고분자 패턴(420)의 측면에 나노 두께의 코팅층이 형성될 수 있다.
나노 두께의 코팅층이 나노 격벽(200)에 해당한다.
이온 형성에 사용되는 기체는 예를 들면 아르곤, 헬륨, 질소, 수소, 산소 또는 이들의 혼합 기체일 수 있고, 바람직하게는 아르곤일 수 있다.
이온 밀링 조건은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 10- 5Torr 내지 10- 3Torr의 압력 하에서 기체로 플라즈마를 형성한 다음, 플라즈마를 100eV ~ 1500eV로 가속화하여 수행할 수 있다. 에너지가 100eV 미만인 경우 도전층(300)의 식각이 어려울 수 있고, 1500eV 초과이면 고분자 패턴(420)이 손상되어 나노 격벽의 생성이 어려울 수 있다.
나노 격벽(200)의 두께는 투과율 저하 최소화 및 감도 개선 효과를 달성할 수 있는 범위 내라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 두께가 5 내지 200nm일 수 있고, 바람직하게는 5 내지 100nm, 보다 바람직하게는 5 내지 50nm, 가장 바람직하게는 10 내지 30nm일 수 있다. 두께가 5nm 미만이면 전도성 및 내구성에 문제가 있을 수 있고, 200nm 초과이면 투과율이 저하될 수 있다.
나노 격벽(200)의 높이는 충분한 감도 및 감도 개선 효과를 나타낼 수 있는 범위 내라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 50nm 내지 2,000nm일 수 있다. 두께가 50nm 미만이면 감도 개선 정도가 미미할 수 있고, 2,000nm 초과이면 과다한 갭의 존재로 3차원 터치 센서의 내구성 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
나노 격벽(200)의 간격은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 10nm 내지 3㎛일 수 있고, 투과율 및 감도 개선의 측면에서 바람직하게는 10 내지 200nm일 수 있다.
다음으로, 나노 격벽이 형성된 기판(100)상에 투명 유전층(미도시)을 형성한다.
투명 유전층은 당분야에 공지된 방법이면 특별한 제한없이 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 전술한 도전성 입자를 포함하는 바인더 용액을 도포하고 경화/건조하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
투명 유전층은 도전성 입자를 포함할 수 있고, 도전성 입자는 전술한 도전성 입자를 사용할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서의 제조 방법으로, 투명 유전층을 형성하는 단계는 도전성 입자의 밀도가 서로 다른 복수의 층을 형성할 수 있는데, 더욱 구체적으로 압력이 가해지는 측의 층이 도전성 입자의 밀도를 더 높게 형성됨으로써, 압력 인가 시 도전성 입자의 민감한 변형을 통해 Z축 방향의 터치 감도를 더욱 개선시킬 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 3차원 터치 센서 제조 방법은 도 5 (f)와 같이 상기 고분자 패턴(420)을 제거하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 또 다른 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서의 제조 방법을 제공한다.
이하, 또 다른 일 구현예에 따른 3차원 터치 센서의 제조 방법을 설명한다.
먼저, 도 6 (a)와 같이 기판(100) 상에 고분자 패턴(420)을 형성한다.
고분자 패턴(420)은 기판(100) 상에 고분자 수지층을 형성하고, 이를 패터닝하여 형성할 수 있다.
고분자 수지층으로는 당 분야에 공지된 고분자 수지를 제한없이 사용할 수 있고, 예를 들면 에폭시계, 셀룰로오스계, 아크릴계, 염화비닐계, 아세트산비닐계, 폴리비닐알콜계, 폴리우레탄계, 폴리에스테르계 등의 고분자 수지일 수 있다. 이들은 단독 또는 2종 이상 혼합하여 사용할 수 있다.
고분자 수지층의 패터닝 방법은 특별히 한정되지 않고 예를 들면 스크린 인쇄법, 그라비아 인쇄법, 플렉소 인쇄법, 오프셋 인쇄법, 잉크젯 코팅법, 디스펜서 인쇄법, 포토리소그래피법, 나노 임프린팅 등의 방법을 사용할 수 있으며, 투과율 및 감도를 더욱 개선할 수 있다는 측면에서 바람직하게는 나노 임프린팅법에 의할 수 있다.
이후에, 도 6 (b)와 같이 상기 고분자 패턴(420)이 형성된 기판(100) 상에 도전층(300)을 형성한다.
도전층(300)은 전술한 1종 이상의 금속, 1종 이상의 금속산화물 등의 도전성 소재로, 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, 포토리소그래피법 등의 방법으로 형성할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
이후에, 도 6 (c)와 같이 상기 도전층(300)을 이온 밀링하여 식각하고, 상기 고분자 패턴(420)의 측면에 나노 두께의 코팅층을 형성하여 나노 격벽(200)을 형성한다.
이온 형성에 사용되는 기체는 예를 들면 아르곤, 헬륨, 질소, 수소, 산소 또는 이들의 혼합 기체일 수 있고, 바람직하게는 아르곤일 수 있다.
이온 밀링 조건은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 10- 3mTorr 내지 10-5mTorr의 압력 하에서 기체로 플라즈마를 형성한 다음, 플라즈마를 100eV ~ 1500eV로 가속화하여 수행할 수 있다. 에너지가 100eV 미만인 경우 도전층(300)의 식각이 어려울 수 있고, 1500eV 초과이면 고분자 패턴(420)이 손상되어 나노 격벽의 생성이 어려울 수 있다.
나노 격벽(200)의 두께는 감도 개선 효과 및 투과율 저하 최소화를 달성할 수 있는 범위 내라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 5 내지 200nm일 수 있고, 바람직하게는 5 내지 100nm, 보다 바람직하게는 5 내지 50nm, 가장 바람직하게는 10 내지 30nm일 수 있다. 두께가 5nm 미만이면 전도성 및 내구성에 문제가 있을 수 있고, 200nm 초과이면 투과율이 저하될 수 있다.
나노 격벽(200)의 높이는 충분한 감도 및 광 투과율을 나타낼 수 있는 범위 내라면 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 50nm 내지 2,000nm일 수 있다. 두께가 50nm 미만이면 감도 개선 정도가 미미할 수 있고, 2,000nm 초과이면 과다한 갭의 존재로 3차원 터치 센서의 내구성 저하 등의 문제가 발생할 수 있다.
나노 격벽(200)의 간격은 특별히 한정되지 않으며, 예를 들면 10nm 내지 3㎛일 수 있고, 투과율 및 감도 개선의 측면에서 바람직하게는 10 내지 200nm일 수 있다.
필요에 따라, 본 발명의 3차원 터치 센서의 제조 방법은 도 6 (d)와 같이 고분자 패턴(420)을 제거함으로써, 그 측면에 형성된 나노 격벽(200)만이 남을 수 있다. 도 6 (d)는 도 4의 A-A' 단면이다.
다음으로, 나노 격벽이 형성된 기판(100)상에 투명 유전층(미도시)을 형성한다.
투명 유전층은 당분야에 공지된 방법이면 특별한 제한없이 사용하여 형성할 수 있고, 예를 들면 전술한 도전성 입자를 포함하는 바인더 용액을 도포하고 경화/건조하여 형성될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
100: 기판 200: 도전성 나노 격벽
300: 도전층 410: 고분자 수지층
420: 고분자 패턴 500: 투명 유전층
510: 도전성 입자

Claims (27)

  1. 기판 및 상기 기판 상에 위치한 도전성 나노 격벽을 포함하는 투명 전극; 및
    상기 투명 전극의 일측에 형성된 투명 유전층;을 포함하는 3차원 터치 센서.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 나노 격벽은 두께가 5 내지 200nm인, 3차원 터치 센서.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 나노 격벽은 소정의 패턴을 이루는, 3차원 터치 센서.
  4. 청구항 3에 있어서, 상기 패턴은 개구부가 원, 타원, 삼각형, 사각형, 오각형, 육각형, 팔각형 또는 이들이 혼합된 도형 형상을 갖는 개구 패턴인, 3차원 터치 센서.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 나노 격벽은 격벽 사이 중 적어도 일부가 기판 상에서 서로 이어진 것인, 3차원 터치 센서.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 나노 격벽의 높이는 50 내지 2,000nm인, 3차원 터치 센서.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 나노 격벽은 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속; 또는 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 1종 이상의 금속산화물류를 포함하는 것인, 3차원 터치 센서.
  8. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 유전층은 상기 도전성 나노 격벽이 형성한 개구부를 덮는, 3차원 터치 센서.
  9. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 유전층은 도전성 입자를 포함하는, 3차원 터치 센서.
  10. 청구항 9에 있어서, 상기 도전성 입자는 안티몬으로 도핑된 주석 산화물(tin oxide), 금속 나노 와이어 및 탄소 나노 와이어로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나인, 3차원 터치 센서.
  11. 청구항 9에 있어서, 상기 투명 유전층은 상기 도전성 입자의 밀도가 서로 다른 복수의 층을 포함하는, 3차원 터치 센서.
  12. 청구항 11에 있어서, 상기 투명 유전층은 압력이 가해지는 측의 층이 도전성 입자의 밀도가 더 높은, 3차원 터치 센서.
  13. 청구항 1에 있어서, 상기 도전성 나노 격벽 사이 중 적어도 일부에 고분자 패턴을 더 포함하는, 3차원 터치 센서.
  14. 청구항 1에 있어서, 상기 투명 전극은 제1 방향으로 형성되는 제1 감지 전극 및 상기 제1 감지 전극과 절연되고 제2 방향으로 형성되는 제2 감지 전극 중 적어도 하나인, 3차원 터치 센서.
  15. 청구항 14에 있어서, 상기 제1 감지 전극과 제2 감지 전극은 동일한 기판 상에 형성되는, 3차원 터치 센서.
  16. 청구항 1 내지 15의 3차원 터치 센서를 포함하는 터치 스크린 패널.
  17. 기판 상에 도전층을 형성하는 단계;
    상기 도전층 상에 고분자 패턴을 형성하는 단계;
    상기 패턴 사이로 노출된 도전층을 이온 밀링하여 식각하고, 상기 고분자 패턴의 측면에 나노 두께의 코팅층을 형성하여 나노 격벽을 형성하는 단계; 및
    상기 나노 격벽이 형성된 기판 상에 투명 유전층을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  18. 기판 상에 고분자 패턴을 형성하는 단계;
    상기 고분자 패턴이 형성된 기판 상에 도전층을 형성하는 단계;
    상기 도전층을 이온 밀링하여 식각하고, 상기 고분자 패턴의 측면에 나노 두께의 코팅층을 형성하여 나노 격벽을 형성하는 단계; 및
    상기 나노 격벽이 형성된 기판 상에 투명 유전층을 형성하는 단계;
    를 포함하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  19. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 나노 격벽은 두께가 5 내지 200nm인, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  20. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 고분자 패턴은 나노 임프린팅법으로 형성하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  21. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 코팅층은 이온 밀링으로 뜯겨져 나간 도전성 입자가 고분자 패턴의 측면에 부착되어 형성되는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  22. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 도전층은 In, Co, Si, Ge, Au, Pd, Pt, Ru, Re, Mg, Zn, Hf, Ta, Rh, Ir, W, Ti, Ag, Cr, Mo, Nb, Al, Ni, Cu, 및 WTi로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 금속; 또는 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 1종 이상의 금속산화물류를 포함하는 것인, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  23. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 이온 밀링은 10- 3Torr 내지 10- 5Torr의 압력 하에서 플라즈마를 100ev 내지 1500eV로 가속화하여 수행되는 것인, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  24. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 고분자 패턴을 제거하는 단계를 더 포함하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  25. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 투명 유전층은 도전성 입자를 포함하는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  26. 청구항 17 또는 18에 있어서, 상기 투명 유전층을 형성하는 단계는 도전성 입자의 밀도가 서로 다른 복수의 층이 형성되는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
  27. 청구항 26에 있어서, 상기 투명 유전층은 압력이 가해지는 측의 층이 도전성 입자의 밀도가 더 높게 형성되는, 3차원 터치 센서의 제조 방법.
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