KR101765513B1 - 전극 일체형 윈도우를 포함하는 터치스크린 패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 전극 일체형 윈도우를 포함하는 터치스크린 패널에 관한 것이다. 본 발명에 따른 터치스크린 패널은, 적어도 하나의 면으로 접촉 입력을 수용하는 커버 렌즈, 및 상기 커버 렌즈의 유효 감지 영역에 상기 커버 렌즈와 일체형으로 형성되는 투명 감지 전극을 포함하고, 상기 커버 렌즈의 유효 감지 영역은 90% 이상의 빛 투과율을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 높은 빛 투과율을 갖는 투명 전도성 물질을 이용하여 커버 렌즈의 유효 감지 영역에 투명 감지 전극을 직접 형성함으로써, 별도의 보호층(Passivation Coating)이 필요없는 간단한 구조의 윈도우 일체형 터치스크린 패널을 제공할 수 있다.

Description

전극 일체형 윈도우를 포함하는 터치스크린 패널{TOUCHSCREEN PANEL INCLUDING ELECTRODE-INTEGRATED WINDOW}

본 발명은 전극 일체형 윈도우를 포함하는 터치스크린 패널에 관한 것으로서, 높은 빛 투과율을 갖는 투명 전도성 물질로 감지 전극을 형성함으로써 별도의 보호층없이 간단한 구조를 갖는 터치스크린 패널에 관한 것이다.

터치스크린이 장착된 휴대폰이 널리 보급되고, 다양한 종류의 스마트 폰이 대중화되면서 접촉 감지 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 대표적인 접촉 감지 장치인 터치스크린은 그 동작 방식에 따라 저항막, 정전용량, 초음파, 적외선 방식 등으로 구분할 수 있으며, 이 가운데 정전용량 방식 터치스크린은 내구성 및 수명이 뛰어나고 멀티터치 기능을 지원한다는 장점이 있어, 최근 그 적용 분야를 넓혀가고 있다.

일반적인 정전용량 방식 터치스크린은 PET 등과 같은 투명 필름 기재에 ITO, ZnO, IZO, 탄소 나노 튜브 등과 같은 투명 전도성 물질로 감지 전극을 형성하고, 이를 아크릴 혹은 강화 글라스 재질의 커버 렌즈(Cover Lens)에 부착하여 제조된다. 감지 전극이 형성된 투명 필름을 커버 렌즈에 부착하는 공정은, 통상 OCA(Optical Clear Adhesive) 등과 같은 투명 접착 물질을 이용한 라미네이션 공정으로서, 터치스크린 제조 공정에서 특히 높은 불량률을 나타낸다.

따라서 전반적인 제조 공정의 수율을 높이고 터치스크린의 두께를 감소시키고자 하는 목적으로 별도의 투명 필름을 사용하지 않고 커버 렌즈에 감지 전극을 직접 형성하는 윈도우 일체형 터치스크린 패널에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 윈도우 일체형 터치스크린 패널은 투명 필름과 커버 렌즈를 부착하는 라미네이션 공정을 생략함으로써 제조 공정의 수율을 높이고 얇은 두께의 터치스크린 패널을 제조할 수 있는 장점이 있으나, 커버 렌즈에 직접 형성된 감지 전극이 외부로 노출되거나, 사용자에게 감지 전극의 패턴이 보이는 패턴 보임 현상을 방지하기 위해 커버 렌즈의 배면에 보호층(Passivation layer)을 형성하는 공정이 추가되는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 빛 투과율이 우수한 투명 전도성 물질로 감지 전극을 커버 렌즈에 직접 형성하여 별도의 보호층을 생략할 수 있는 윈도우 일체형 터치스크린 패널을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 터치스크린 패널은, 적어도 하나의 면으로 접촉 입력을 수용하는 커버 렌즈, 및 상기 커버 렌즈의 유효 감지 영역에 상기 커버 렌즈와 일체형으로 형성되는 투명 감지 전극을 포함하고, 상기 커버 렌즈의 유효 감지 영역은 90% 이상의 빛 투과율을 갖는다.

본 발명에 따르면, 별도의 보호층 없이도 패턴 보임 현상이 나타나지 않는 전극 일체형 윈도우를 포함하는 터치스크린 패널을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터치스크린 패널을 도시한 평면도,
도 2는 도 1에 도시한 터치스크린 패널의 A-A' 방향 단면을 도시한 도,
도 3은 도 1에 도시한 터치스크린 패널의 B 영역을 확대 도시한 도, 및
도 4 및 도 5는 도 1에 도시한 터치스크린 패널의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 터치스크린 패널을 도시한 평면도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 패널(100)은, 커버 렌즈(110), 커버 렌즈(110)에 일체형으로 직접 형성되는 다수의 투명 감지 전극(120, 130), 및 투명 감지 전극(120, 130)과 전기적으로 연결되는 배선부(140)를 포함한다.

커버 렌즈(110)는 빛 투과율이 우수한 아크릴 혹은 강화 글라스 재질로 마련되며, 적어도 하나의 면을 통해 접촉 입력을 수용한다. 바람직하게는 커버 렌즈(110)의 제1면을 통해 접촉 입력을 수용하고, 제1면 반대측의 제2면에 투명 감지 전극(120, 130)이 직접 형성된다. 제1면에 접촉 입력이 수용되면, 그에 대응하여 투명 감지 전극(120, 130)에서 소정의 전기 신호가 생성된다.

액정 디스플레이(LCD), 혹은 유기전계발광표시장치(OLED) 등과 같은 디스플레이 장치의 전면에 부착되는 터치스크린 패널(100)의 특성상, 커버 렌즈(110)의 유효 감지 영역에 형성되는 투명 감지 전극(120, 130)은 커버 렌즈(110)와 마찬가지로 빛 투과율이 우수한 전도성 물질로 형성된다. 예를 들어, ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube) 등과 같은 투명 전도성 물질로 투명 감지 전극(120, 130)을 형성할 수 있다.

별도의 투명 기판에 투명 감지 전극(120, 130)을 형성하고 이를 투명 접착 물질로 커버 렌즈(110)에 부착하는 일반적인 터치스크린과 달리, 커버 렌즈(110)에 투명 감지 전극(120, 130)이 직접 형성되는 본 발명의 터치스크린 패널(100)의 경우에는 투명 접착층이 생략됨에 따라 사용자의 육안으로 투명 감지 전극(120, 130)의 패턴이 확인되는 패턴 보임 현상이 발생할 수 있다. 패턴 보임 현상은 특히, 터치스크린 패널(100)이 부착된 디스플레이 장치가 상대적으로 밝은 화면을 표시할 때 두드러질 수 있다.

이와 같은 패턴 보임 현상을 해결하는 방법으로는 별도의 보호층(Passivation Layer)을 투명 감지 전극(120, 130) 상에 부착하는 방법이 있다. 하지만 상술한 바와 같이, 이와 같은 방법은 추가적인 라미네이션 공정을 필요로 하므로, 라미네이션 공정을 생략하여 전체적인 제조 수율을 높이고자 하는 전극 일체형 윈도우 방식 터치스크린 패널(100)의 장점을 현저히 저하시킬 수 있다. 따라서 본 실시예에서는, 커버 렌즈(110)와 빛 투과율이 유사한, 바람직하게는 투명 감지 전극(120, 130)이 형성된 유효 감지 영역의 빛 투과율이 95% 이상을 갖도록 하는 투명 전도성 물질로 투명 감지 전극(120, 130)을 형성함으로써 패턴 보임 현상을 해결한다.

통상적인 터치스크린에서, 투명 감지 전극(120, 130)이 형성된 별도의 투명 기판의 빛 투과율은 90% 내외이다. 다만 상술한 바와 같이 OCA(Optical Clear Adhesive)를 이용한 라미네이션 공정에 의해 커버 렌즈(110)에 투명 기판이 부착되면서 패턴 보임 현상은 없어진다.

패턴 보임 현상은 유효 감지 영역 내의 투명 감지 전극(120, 130)과, 투명 감지 전극(120, 130) 간격 사이의 공백 영역의 빛 투과율 차이로 인해 발생한다. 따라서, 투명 감지 전극(120, 130)이 형성된 영역의 빛 투과율과 상기 공백 영역의 빛 투과율 차이를 최소화함으로써 추가적인 라미네이션 공정을 통한 보호층 추가 없이 패턴 보임 현상을 해결할 수 있다.

바람직하게는, 투명 감지 전극(120, 130)이 형성된 영역과 공백 영역의 빛 투과율 차이가 5% 이내인 것이 바람직하다. 이를 위해, 투명 감지 전극(120, 130)은 빛 투과율이 우수한 투명 전도성 물질로 형성할 수 있다.

도 2는 도 1에 도시한 터치스크린 패널의 A-A' 방향 단면을 도시한 도이다. 도 2를 참조하면, 접촉 입력이 인가되는 방향에서부터 순서대로 커버 렌즈(110)와 감지 전극(120, 130)이 순차적으로 적층되며, 도시된 바와 같이 별도의 접착층(210)에 의해 디스플레이 장치(220)가 부착될 수 있다.

도 2에 도시한 적층 구조를 살펴보면, 커버 렌즈(110)와 접착층(210) 사이에 감지 전극(120, 130)이 배치된다. 따라서, 본 적층 구조에서 감지 전극(120, 130)의 패턴 보임 현상을 해결하기 위해서는, 감지 전극(120, 130)의 굴절률이 커버 렌즈(110)의 굴절률과 접착층(210)의 굴절률 사이의 값을 갖는 것이 바람직하다. 통상적으로 감지 전극(120, 130)의 재료인 ITO(Indium-Tin-Oxide)의 경우, 1.17에서 2.1 사이에서 굴절률을 조절할 수 있으므로, 커버 렌즈(110)와 접착층(210)의 굴절률 사이 값을 갖도록 감지 전극(120, 130)을 형성할 수 있다.

도 3은 도 1에 도시한 터치스크린 패널의 B 영역을 확대 도시한 도이다. 도 3을 참조하면, 투명 감지 전극(120, 130)이 형성된 B-1 영역과 투명 감지 전극(120, 130) 사이의 B-2 영역이 도시되어 있다.

터치스크린 패널(100)에서의 패턴 보임 현상은, B-1 영역과 B-2 영역의 굴절률 차이로 인해 발생한다. 이를 해결하기 위해, 별도의 투명 필름을 구비한 터치스크린 패널의 경우에는 투명 감지 전극(120, 130)이 형성된 투명 필름과, 커버 렌즈(110) 사이의 투명 접착층이 B-1 영역과 B-2 영역의 굴절률 차이를 상쇄시켜 주는 역할을 한다.

전극 일체형 윈도우를 포함하는 터치스크린 패널(100)의 경우에는, B-1 영역과 B-2 영역의 굴절률 차이를 상쇄할 수 있는 투명 접착층이 없다. 따라서, 이를 해결하기 위해 투명 감지 전극(120, 130)이 형성되는 커버 렌즈(110)의 배면에 굴절률을 맞추기 위한 별도의 굴절률 매칭 층(Index Matching Layer)을 마련하거나, 투명 감지 전극(120, 130) 위에 별도의 보호층(Passivation Layer)을 마련하는 방식이 가능하다.

그러나 별도의 보호층을 마련하는 방식은 라미네이션 공정을 생략해서 수율을 높이고자 하는 전극 일체형 윈도우를 포함하는 터치스크린 패널(100)의 종래 목적에 맞지 않는다. 또한, 굴절률 매칭 층을 마련하는 방식은 터치스크린 패널(100)의 전체적인 두께를 증가시킬 뿐만 아니라 전체적인 투과율을 낮춰서 패턴 보임 현상을 해결하는 방식이므로, 터치스크린 패널(100)의 빛 투과율이 저하되는 문제가 있다.

따라서, 본 발명에서 제안하는 바와 같이 커버 렌즈(110)의 빛 투과율과 5% 이내의 오차를 갖도록 투명 감지 전극(120, 130)을 형성함으로써 별도의 층 추가 없이 패턴 보임 현상을 해결할 수 있다. 전체적인 투과율을 낮출 필요없이 B-1 영역과 B-2 영역의 투과율의 차이를 적게 함으로써, 디스플레이 화면에서 발생하는 빛으로 인한 패턴 보임 현상을 해결한다.

도 4 및 도 5는 도 1에 도시한 터치스크린 패널의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도이다. 도 4를 참조하면, 배선부(140)를 통해 투명 감지 전극(120, 130)과 전기적으로 연결되는 컨트롤러 집적회로에서 투명 감지 전극(120, 130) 중 적어도 하나에 구동 신호(410)를 인가한다. 이하 설명의 편의를 위해 제2투명 감지 전극(130)에 구동 신호(410)가 인가되는 것을 가정하나, 제1투명 감지 전극(120)에 구동 신호(410)가 인가될 수도 있음은 물론이다.

컨트롤러 집적회로는 구동 신호(410)가 인가된 제2투명 감지 전극(130)과 인접한 제1투명 감지 전극(120)으로부터 감지 신호(420)를 획득한다. 컨트롤러 집적회로가 획득하는 감지 신호(420)는 구동 신호(410)가 인가된 제2투명 감지 전극(130)과, 제1투명 감지 전극(120) 사이에서 생성되는 상호 정전용량(Mutual-Capacitance) 변화일 수 있다.

상호 정전용량 변화를 감지 신호(420)로 획득하고, 이에 기초하여 접촉 입력을 판단함으로써 자체 정전용량(Self-Capacitance) 변화를 감지하는 방식보다 멀티 터치 감지의 정확도를 높일 수 있다. 특히, 복수의 투명 감지 전극(120, 130) 사이에서 생성되는 상호 정전용량 변화를 용이하게 감지하기 위해서는, 사용자의 손가락과 같은 접촉 물체에 의해 상호 정전용량 변화가 크게 나타나도록 구동 신호(410)가 인가되는 제2투명 감지 전극(130)과, 감지 신호(420)를 내보내는 제1투명 감지 전극(120)이 동일한 층에 형성되는 것이 바람직하다.

도 5를 참조하면, 본 실시예의 경우 투명 감지 전극(120, 130)과 접촉 물체(500) 사이에 커버 렌즈(110) 만이 배치된다. 따라서, 거리에 반비례하는 정전용량 변화의 특성상, 일반적인 필름 타입의 터치스크린 패널에 비해 동일한 조건에서 상대적으로 높은 강도의 상호 정전용량 변화를 획득할 수 있다.

또한, 도 3에 도시된 B-1 영역과 B-2 영역의 굴절률을 500서로 맞추기 위한 별도의 층이 없으므로, 일반적인 전극 일체형 윈도우를 포함하는 터치스크린 패널에 비해서도 상대적으로 높은 강도의 감지 신호를 획득할 수 있다. 따라서, 동일한 조건에서 접촉 입력 감지의 정확도를 높일 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100 : 터치스크린 패널
110 : 커버 렌즈
120, 130 : 투명 감지 전극
140 : 배선부

Claims (8)

1. 적어도 하나의 면으로 접촉 입력을 수용하는 커버 렌즈; 및
   상기 커버 렌즈의 유효 감지 영역에 상기 커버 렌즈와 일체형으로 형성되는 투명 감지 전극; 을 포함하고,
   상기 커버 렌즈의 유효 감지 영역은 95% 이상의 빛 투과율을 가지며,
   상기 커버 렌즈의 유효 감지 영역은 투명 감지 전극이 마련되는 제1영역, 및 상기 투명 감지 전극 사이의 간격에 대응하는 제2영역; 을 포함하고,
   상기 제1영역의 빛 투과율과 상기 제2영역의 빛 투과율 차이는 5% 이내인 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서, 상기 투명 감지 전극은,
   제1축 방향으로 연장되는 다수의 제1전극; 및
   상기 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향에서 상기 제1전극을 둘러싸도록 배치되는 다수의 제2전극; 을 포함하고,
   상기 제1축 상의 동일한 위치에 배치되는 제2전극은 배선부에 의해 서로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
4. 제3항에 있어서,
   상기 배선부는 상기 유효 감지 영역 내에 배치되는 제1배선부, 및 상기 유효 감지 영역 밖에 배치되는 제2배선부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
5. 제4항에 있어서, 상기 제1배선부는,
   상기 제2축 방향으로 상기 제2전극에만 인접하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 투명 감지 전극에서 생성되는 감지 신호를 획득하여 상기 접촉 입력을 판단하는 회로부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
8. 제7항에 있어서, 상기 회로부는,
   상기 투명 감지 전극 사이에서 발생하는 결합 정전용량(Mutual-Capacitance) 변화를 상기 감지 신호로 획득하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
   

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