1. 서론

스마트폰, 태블릿PC, 모바일PC의 입력 UI(유저 인터페이스)에서 터치패널은 필수 디바이스가 됐다. 특히 멀티터치가 가능해지고 제스처 기능이 유효한 정전용량식 터치패널은 터치패널 시장의 80% 이상을 점유하고 있다.
정전용량 터치패널의 구조는 <그림1>에 표시한 것과 같이 Out-Cell, On-Cell, In-Cell (On/In-Cell 하이브리드)로 구분할 수 있다(1)~(4). 이 중, 주류가 되는 것은 Out-Cell의 일종인 Window Type으로, 특히, OGS(One Glass Solution)라는 커버 유리 일체형과 In-Cell이라는 디스플레이 내부에 터치패널 기능을 넣은 타입이다. OGS에서는 커버 유리 위에 설치된 투명도전성층을 터치 센서에 패턴 가공할 필요가 있다.
커버 유리는 쉽게 깨지지 않기 위해 화학강화된 특수 유리가 주로 사용된다. 양산성을 위해서는 더 강하게 화학강화된 커버 유리 위에 센서를 형성하고, 이를 잘라 소판화하는 것이 좋다. 그러나 특수 유리를 자르는 것이 어려워 이 방식에서는 본래의 화학강화 유리의 강도를 얻기 힘들다는 문제가 있다.
한편 In-Cell에는 Apple사의 특허 구조품이 있으며, Sony의 On/In-Cell의 하이브리드 구조가 있다(5). 이들은 디스플레이 생산시 터치패널용 센서나 배선 등을 형성할 필요가 있으며, 공정변경 등을 고려하게 되면 대량생산품이 아닐 때 코스트다운이 어렵다. 또한, 전자부품 커머더티화에 의한 저가격품의 확대가 예상됨에 따라 미래 시장 예측에서는 Out-Cell 타입의 터치패널이 주요한 지위를 점유할 것으로 전망된다.
Out-Cell 타입의 터치패널 구조에서는 터치패널의 기판에 유리를 사용하는 경우와 필름을 사용하는 경우가 있으며 표면 커버에 화학강화 유리 커버를 사용하는 경우, 플라스틱 커버를 사용하는 경우가 있다.

2. 올 플라스틱패널의 필요성과 그 조건

스마트폰과 같은 소형 패널은 손으로 다루기 어렵지 않지만, 예를 들어 i-Pad air처럼 약 10인치급의 태블릿은 중량이 약 450g으로, 한 손으로 가지고 있기에는 무게가 느껴진다(6). iPad의 표면 커버는 화학강화유리, 터치패널 기판은 필름으로 구성되어있다. 화학강화유리는 <표1>에 나와 있는 것처럼 플라스틱커버에 비해 쉽게 상처 나지 않는 표면 경도, 강성, 촌법안정성, 그리고 높은 유전율 등 우수한 면이 있지만 경량화에는 적합하지 않다. 또한, 화학강화로 강화했다 해도 충돌로 깨져 비산하는 것은 방지할 수 없다. 때문에 비산방지필름을 라미네이트하는 경우가 많다.
반대로 플라스틱커버재는 가볍고 깨지지 않으며 용이한 가공성 등 우수한 점을 활용하면 충분히 사용 가능하다. 게다가, 화학강화유리를 커버재로 가지고 있는 GFF 타입의 터치패널 가격 구성의 예(<그림2>)에는 커버 유리가 그 가공비도 포함해, 터치패널 매가의 약 50~30% 정도를 점유한다는 보고도 있다(7).
저가격화를 목표로 하려면 커버 재료의 코스트다운을 생각하는 것이 필수이며 플라스틱 커버 재료 채용이 필요하다. 이미 안경 렌즈나 자동차 헤드램프커버 등에는 플라스틱화가 진행되고 있고 광학특성이나 내구성으로 충분한 경쟁력을 인정받고 있다.
터치패널센서의 기판으로는 유리 기판과 필름 기판이 시장을 형성하고 있다. Apple사도 iPad mini에서 유리 기판 대신 필름 기판을 채용하고 있다(8). 단, 필름 기판 센서에서는 투명전도성막(ITO막)의 저항을 저저항화할 수 없기 때문에, 10인치 이상의 터치패널필름센서가 제작될 수 없다는 한계가 있다.
대형 터치패널에는 유리 기판인 ITO막을 사용하지 않으면 생산할 수 없으므로 저저항이 가능한 ITO 대체 필름의 등장이 기대되고 있다. 대형 터치패널에는 유리를 채용하면 전체 중량이 무거워지고, 깨지기 쉽기 때문에 플라스틱커버재와 플라스틱센서를 채용한 올 플라스틱터치패널(APT)이 전망되고 있다. 또, 소형 터치패널도 코스트다운이 중요한 과제로, APT를 채용할 가능성이 높을 것으로 예상된다.

3. 플라스틱센서 재료

대형패널을 작성하기 위해서는 수 Ω/□ 정도 이하의 투명전도성막이 필요하기 때문에 ITO 대체 재료가 검사되고 있다. <그림3>에 필름의 저항과 코스트의 관계를 그림으로 표현했다(9). 종래부터 검사되어 온 전도성 고분자나 CNT(카본나노튜브) 도공막으로는 최대한 200 Ω/□ 정도로 저저항화가 어렵다.
은나노와이어를 도공한 필름이 후보로 올랐지만, 저항적, 내구성 면에서 문제가 있어 실용화가 지연되고 있다. 우리는 저렴한 가격으로 내구성에 우수한 Cu 매쉬 패턴 센서를 개발하여 ‘SpiderNet’이라는 이름을 붙였다(4). 이는 PET필름/Cu막을 롤투롤의 포토리소공정에 통과시켜 1공정에서 센서 부분과 배전 부분을 동시에 작성 가능하다.
X, Y센서 필름을 각각 작성하여 접합하는 구조 또는 PET 필름의 양면 Cu막을 패턴화하여 X, Y센서를 뒷면에 작성하는 구조를 취한다. 그동안 금속 메쉬 필름의 문제는 우수한 사람 눈으로 메쉬가 시인될 수 있다는 걱정이었다. 가시광 파장의 10배 정도로, 빛은 기하광학·파동광학의 영역부터 전자파광학의 영역으로 변화하지만 정확히 이 4~7㎛정도는 시인 가능 한계 영역에 대응한다. 즉, 메쉬패턴의 선폭이 4~7㎛ 이하의 폭이 되면 사람이 거의 보지 못하게 된다.
현재 우리는 포토리소로 가능한 선폭이 3㎛정도에 달하고, 투과율이 90% 이상으로 저항이 0.1Ω/□정도의 고투명, 저저항의 투명전도성필름을 얻고 있다. 또한, 연구 단계에서는 서브미크론의 선폭도 가능하다는 보고가 있다.

<참고문헌>
(1) 中谷：”ディスプレイ技術年鑑2012”、p.166、タッチパネル技術のロドマップ
(2) 中谷：”電ガラス”、45、p.7(2011年)
(3) 中谷：日エレクトロニクス、p.75　“大型タッチパネルを安なCu配線で現”(2013年4月15日)
(4) Nakatani : Proceeding of the 19th International Display Workshops in conjunction with Asia Display 2012 (IDW/AD’12), pp.807-810
(5) Sony(株)「CX-PAL」,Vol.91, New Products ACX-433BLN4 (2012年冬)
(6) Apple社　i-Pad　カタログより http:www.apple.com/jp/ipad/compare/
(7) SID2012 Business Seminar of HISby Randy-Lawson
(8) 日Tec-On[iPad Miniの部材サプライヤ](2012年10月22日)
(9) J.Colegrove Touch Display Recearch SID 2013 Market focus conference
(10) 朝日住金化株「シルプラス」カタログより
(11) 日本合成化工業株「ORGA」カタログより

* 필자
中谷健司(NAKATANI KENJI)
(주)터치판넬연구소 개발부 부장