초박형 스위치 및 이의 제조방법

초박형 스위치 및 이의 제조방법{ULTRA-THIN SWITCH AND METHOD FOR MANUFACTURING THE SAME}

초박형 스위치 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

기존의 기계식 스위치의 경우 압력에 의해 스위치가 수직방향으로 동작하여 전기 접점을 접촉시켜야 하기 때문에 부피가 크고 구조가 복잡하다.

이를 해결하기 위하여 캐퍼시턴스를 이용한 터치스위치가 개발되었으나 금속 전극을 설치하기 위하여 평면형태 또는 고정된 곡면 형태로 이용되어왔다. 이러한 형태는 구조의 단순화나 박형화에는 유리하나 터치 시의 작동감을 느끼기 어려운 단점이 있다.

상기와 같은 이유로 터치스위치의 작동감 구현을 위해서는 진동이나 소리를 이용한 햅틱 시스템이 사용되어 왔는데, 이와 같은 시스템은 실제와 같은 버튼감을 느끼기 힘들 뿐 아니라 진동을 위한 전기 모터 등 추가 장비를 필요로 하는 단점이 있다.

이에, 초박형의 두께를 구현할 수 있으면서 스위치 버튼의 작동감 또는 버튼감을 확보할 수 있는 스위치에 관한 연구가 지속되고 있다.

상기와 같은 문제를 해결하여, 버튼촉감 및 초박형의 두께를 구현할 수 있고, 투명형태의 구성을 통해 유리면에도 사용 가능한 초박형 스위치 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.

본 발명의 일 구현예는 기재; 및 상기 기재의 일면 또는 양면상에 위치하는 유연 전극; 을 포함하는 스위치이되, 상기 유연 전극은, 유연 기판; 상기 유연 기판 내부에 함입되어 있는 전도성 입자; 및 열화방지제;를 포함하고, 상기 유연 전극은, 상기 유연 전극의 총부피 100부피%에 대하여, 상기 전도성 입자 29.9 내지 94.9 부피%, 상기 유연 기판 5 내지 70부피%, 및 상기 열화방지제 0.1 내지 1부피% 포함하는 것인 초박형 스위치를 제공한다.

상기 초박형 스위치는 두께가 0.5 내지 3 mm인 것일 수 있다.

상기 전도성 입자는 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 퓰러린, 흑연, 구리분말, 은분말, 금분말, 니켈분말, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 기재는 실리콘 수지류, 아크릴계 수지류, 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 폴리바이닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리카모네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸 메타아크릴레이트(poly(methyl methacrylate, PMMA), 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드이미드(poly(amideimede), PAI), 폴리프탈아마이드(polyphthalaminde, PPA), 에폭시(epoxy)수지, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 유연 기판은 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄 (polyurethane) 실리콘(silicone), 니트릴부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber, NBR), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 또는 이들의 올리고머 및 모노머 중에서 선택되는 1종 또는 이들 중 2종 이상인 것일 수 있다.

상기 열화 방지제는 티오에스테르계 화합물, 힌더드페놀계 화합물, 힌더드 아민계 화합물, 포스파이트계 화합물 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

본 발명의 다른 일 구현예는, 유연 기판, 전도성 입자, 및 열화 방지제를 포함하는 페이스트를 제조하는 단계; 상기 페이스트를 기재의 일면 또는 양면상에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 페이스트를 건조 또는 경화시켜 기재의 일면 또는 양면 상에 유연 전극을 형성하는 단계;를 포함하는 초박형 스위치의 제조 방법을 제공한다.

상기 유연 기판, 전도성 입자, 및 열화 방지제를 포함하는 페이스트를 제조하는 단계;의 열화 방지제는 티오에스테르계 화합물, 힌더드페놀계 화합물, 힌더드 아민계 화합물, 포스파이트계 화합물 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 페이스트를 기재의 일면 또는 양면상에 코팅하는 단계;는, 스크린프린팅, 프린터 인쇄, 스프레이 코팅, 디핑, 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있다.

상기 코팅된 페이스트를 건조 또는 경화시켜 기재의 일면 또는 양면 상에 전극을 형성하는 단계;는 열경화 또는 광경화에 의해 수행되는 것일 수 있다.

상기 전도성 입자는 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 퓰러린, 흑연, 구리분말, 은분말, 금분말, 니켈분말, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 기재는 실리콘 수지류, 아크릴계 수지류, 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 폴리바이닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리카모네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸 메타아크릴레이트(poly(methyl methacrylate, PMMA), 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드이미드(poly(amideimede), PAI), 폴리프탈아마이드(polyphthalaminde, PPA), 에폭시(epoxy)수지, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 유연 기판은 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄 (polyurethane) 실리콘(silicone), 니트릴부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber, NBR), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 또는 이들의 올리고머 및 모노머 중에서 선택되는 1종 또는 이들 중 2종 이상인 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예는, 버튼촉감 및 초박형의 두께를 구현할 수 있고, 투명형태의 구성을 통해 유리면에도 사용 가능한 초박형 스위치 및 이의 제조방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 스위치의 개략적인 모식도이다.
도 2는 본 발명의 일 구현예에 따른 스위치의 유연 전극을 나타낸 모식도이다.
도 3은 스위치의 통전 저항 측정 결과 그래프이다.
도 4는 스위치의 발광 테스트 결과 사진이다.
도 5는 본 발명의 일 구현예에 따른 스위치를 이용한 발광표시 스위치의 개략적인 구성도이다.

이하, 본 발명의 구현예를 상세히 설명하기로 한다. 다만, 이는 예시로서 제시되는 것으로, 이에 의해 본 발명이 제한되지는 않으며 본 발명은 후술할 청구범위의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 일 구현예는, 기재(2); 및 상기 기재의 일면 또는 양면상에 위치하는 유연 전극(1); 을 포함하는 스위치이되, 상기 유연 전극(1)은, 유연 기판(3); 상기 유연 기판 내부에 함입되어 있는 전도성 입자(4); 및 열화방지제;를 포함하고, 상기 유연 전극(1)은, 상기 유연 전극(1)의 총부피 100부피%에 대하여, 상기 전도성 입자(4) 29.9 내지 94.9 부피%, 상기 유연 기판(3) 5 내지 70부피%, 및 상기 열화방지제 0.1 내지 1부피% 포함하는 것인 초박형 스위치를 제공한다.

상기 초박형 스위치는 두께가 0.5 내지 3 mm인 것일 수 있다.

상기 기재에 있어서, 기재는 평면형, 돔형 등 다양한 형태를 가질 수 있고, 상기 돔형은 반구형, 사다리꼴형, 삼각뿔형 등 다양한 형상이 가능하다.

상기 전도성 입자는 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 퓰러린, 흑연, 구리분말, 은분말, 금분말, 니켈분말, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 기재는 실리콘 수지류, 아크릴계 수지류, 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 폴리바이닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리카모네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸 메타아크릴레이트(poly(methyl methacrylate, PMMA), 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드이미드(poly(amideimede), PAI), 폴리프탈아마이드(polyphthalaminde, PPA), 에폭시(epoxy)수지, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 유연 기판은 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄 (polyurethane) 실리콘(silicone), 니트릴부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber, NBR), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 또는 이들의 올리고머 및 모노머 중에서 선택되는 1종 또는 이들 중 2종 이상인 것일 수 있다.

본 발명의 일 구현예에서 제공하는 초박형 스위치는, 탄소 또는 금속입자 등의 전도성 입자를 함유하는 고분자소재로 유연한 전극을 형성한다. 이에, 다양한 사용환경에서 사용 가능한, 버튼촉감의 스위치를 제작할 수 있을 뿐 아니라 초박형의 두께를 구현할 수 있고, 소재의 유연함으로 전극 형상이 자유롭고, 투명형태의 구성을 통해 유리면에도 사용 가능한 이점이 있다. 특히, 본 발명의 일 구현예에서 제공하는 초박형 스위치가 자동차에 사용되는 경우 큰 이점이 있을 수 있다. 구체적으로, 자동차에 있어 운전 중 스위치의 위치를 파악하여 누르는 동작은 위험성을 내재하고 있다. 이와 같은 위험성을 개선하기 위해 스위치에 돌출부가 존재할 경우 스위치의 정확한 위치를 파악하고 동작시키는데 있어 운전자의 주의를 방해하지 않는 효과를 얻어낼 수 있다.

상기 초박형 스위치의 작동 기작을 도 2를 참고하여 설명하면 다음과 같다.

스위치의 작동을 판단하는 ON-OFF 신호를 형성함에 있어 기존의 전극 접촉식이나 정전방식이 아닌 전도성 입자(4)를 포함하는 고무 또는 플라스틱 소재인 유연 기판(3)의 연신을 이용한다. 구체적으로, 전극이 부착되어 있는 플라스틱 돔 구조(도 2에는 도시되어 있지 않음)가 연신 또는 압축할 때 부착된 전극소재도 함께 연신 또는 수축을 하게 되며, 그로 인해 -20 내지 20% 의 변형이 일어나게 된다. 압축 또는 연신이 일어날 경우 고무 또는 플라스틱 소재인 유연 기판(3)의 신장으로 인해 전도성 입자(4)의 간격이 떨어지게 되며, 공극(5)이 발생하고, 이로 인해 전극 소재의 비저항이 급격하게 변화한다. 이 때 변화하는 전압값 또는 전류값을 검출하여 스위치를 작동시킨다. 즉, 고무 소재의 연신에 의해 전도성 입자(4) 간 공극(5) 증대로 인하여 소재의 비저항 값 상승, 전압차/ 전류차 를 이용하여 스위치 동작 가능한 것이다.

상기 초박형 스위치의 기재, 및 유연 전극은 재료와 형상의 조절이 가능하다. 이에, 투명한 시트형태의 스위치 구조도 구현할 수 있으며, 반투명 또는 불투명한 스위치 또한 모두 구현할 수 있다.

특히, LED 조명의 경우 본 발명을 이용하여 특별한 효과를 거둘 수 있다. 기존의 스위치는 스위치의 주변부에 LED 를 배치한 후 확산필름을 사용하여 상부의 버튼에 조명효과를 주는 방식을 사용해왔다. 이에, LED 를 사용할 경우 박형 스위치를 구성하기 어려운 문제점이 있었다. 반면, 본 발명의 경우 투명, 반투명 확산필름을 사용가능하고, 표면부에 단차나 요철을 줄 수 있기 때문에 측면의 조명을 통해 전체 면적 또는 텍스트 등 일부 면적의 발광이 가능하다. 상기 단차 또는 요철은 기계적 커팅, 압착, 사출 또는 레이저 가공으로 형성 가능하다. 본 조명 기술을 이용하여 스위치를 제조할 경우 1 ~ 2 mm 의 얇은 두께로 발광표시 스위치를 구성할 수 있다. 또한 투명 시트를 사용할 경우 요철을 통해 텍스트 부위만 발광이 가능하며 이를 통해 윈도우나 미러 등에 접착시킬 수 있는 스위치를 형성할 수 있다.(도 4, 및 도 5) 또한, 본 발명은 기존의 투명전극을 이용한 터치 스위치와 비교해 제조공정이 매우 간단하며 곡면의 유리에도 적용 가능한 장점이 있다.

본 발명의 또 다른 일 구현예는, 유연 기판, 전도성 입자, 및 열화 방지제를 포함하는 페이스트를 제조하는 단계; 상기 페이스트를 기재의 일면 또는 양면상에 코팅하는 단계; 및 상기 코팅된 페이스트를 건조 또는 경화시켜 기재의 일면 또는 양면 상에 유연 전극을 형성하는 단계; 를 포함하는 초박형 스위치의 제조 방법을 제공한다.

상기 유연 기판, 전도성 입자, 및 열화 방지제를 포함하는 페이스트를 제조하는 단계;의 열화 방지제는 티오에스테르계 화합물, 힌더드페놀계 화합물, 힌더드 아민계 화합물, 포스파이트계 화합물 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 페이스트를 기재의 일면 또는 양면상에 코팅하는 단계;는, 스크린프린팅, 프린터 인쇄, 스프레이 코팅, 디핑 또는 이들의 조합에 의해 수행되는 것일 수 있다.

상기 코팅된 페이스트를 건조 또는 경화시켜 기재의 일면 또는 양면 상에 전극을 형성하는 단계;는 열경화 또는 광경화에 의해 수행되는 것일 수 있다.

상기 전도성 입자는 카본블랙, 탄소나노튜브, 그래핀, 퓰러린, 흑연, 구리분말, 은분말, 금분말, 니켈분말, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 기재는 실리콘 수지류, 아크릴계 수지류, 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 폴리바이닐 클로라이드(polyvinyl chloride, PVC), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리카모네이트(polycarbonate, PC), 폴리메틸 메타아크릴레이트(poly(methyl methacrylate, PMMA), 아크릴로 니트릴 부타디엔 스티렌(acrylonitrile butadiene styrene, ABS), 폴리프로필렌(Polypropylene, PP), 폴리이미드(polyimide, PI), 폴리아미드이미드(poly(amideimede), PAI), 폴리프탈아마이드(polyphthalaminde, PPA), 에폭시(epoxy)수지, 또는 이들의 조합인 것일 수 있다.

상기 유연 기판은 폴리에스테르(polyester), 폴리우레탄 (polyurethane) 실리콘(silicone), 니트릴부타디엔 고무(nitrile butadiene rubber, NBR), 폴리에틸렌 테레프탈레이드(polyethylene terephthalate, PET), 또는 이들의 올리고머 및 모노머 중에서 선택되는 1종 또는 이들 중 2종 이상인 것일 수 있다.

이하 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예를 기재한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 바람직한 일 실시예일뿐 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

실시예 - 초박형 스위치의 제조

실시예 1

전도성 입자로 카본블랙(Ketjen black (Lion Co.Ltd.), 천연흑연플레이크(Aldrich), 은분말(Aldrich) 를 준비하였다. 유연 기판은 폴리에스테르수지 (ES-120, SK케미칼)를 사용하였다. 상기 수지의 열화를 방지하기 위한 열화 방지제로는 TINUVIN 770(Ciba-Geigy)를 사용하였다.

전극을 제조하기 위해, 전체 전극 100부피%에 대하여, 상기 카본블랙 20부피%, 상기 흑연 30부피%, 상기 은분말 2부피%, 상기 열화 방지제 0.3부피%를 혼합하고 잔부로 상기 폴리에스테르수지를 혼합하였다. 이후 교반기로 혼합 과정을 거쳐 상기 혼합물의 페이스트를 제조하였다.

이후, 제조된 상기 페이스트를 PET 필름(LOTTE 케미칼)상에 스크린프린팅 방법으로 코팅하였다.

이후, 상기 페이스트를 130℃로 가열한 후 상부에 접착제를 도포하고 PET 필름을 덮은 후 150℃에서 가공하여 두께 1 mm의 초박형 스위치를 제조하였다.

실시예 2

전체 전극 부피 100부피%에 대하여, 상기 카본블랙 20부피%, 상기 흑연 30부피%, 상기 열화 방지제 0.3부피%를 혼합하고 잔부로 상기 폴리에스테르수지를 혼합한 점을 제외하고는, 실시예 1과 같은 방법으로 초박형 스위치를 제조하였다.

실험예

실험예 1

상기 실시예 1, 및 실시예 2 를 통해 제조된 박막형 전극 스위치의 양 단자부에 미세저항 측정기를 연결하여 평상시와 작동시의 통전 저항을 측정하였다.

그 결과는 하기 표 1 및 도 3에 나타내었다. 도 3에서 빨간색은 실시예 1, 파란색은 실시예 2를 나타낸다. 작동시 스위치가 정상적으로 작동되는 것을 확인할 수 있었다.

실험예 2

상기 실시예 1, 및 실시예 2 를 통해 제조된 전극구조체 측면에 LED 를 설치하여 PET 필름 내부로 광 확산을 유도하였으며 스위치 표면에 흑색 페인트를 도포한 후, 텍스트 부를 레이저로 식각하여 요철을 형성하였다. 형성된 요철에서 LED 에서 확산된 빛이 산란되어 조명효과를 가지게 되는 것을 확인할 수 있었다.

본 발명은 상기 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.

1 : 유연 전극 2 : 기재
3 : 유연 기판 4 : 전도성 입자
5 : 공극