JP2018073425A - 接触感応素子およびそれを含む表示装置 - Google Patents

接触感応素子およびそれを含む表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】接触感応素子およびそれを含む表示装置が提供される。
【解決手段】本発明の一実施例に係る接触感応素子は、電気活性ポリマー（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＡＰ）からなる電気活性層、電気活性層の少なくとも一面に配置される電極、および、電気活性層および前記電極上に配置され、負の熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ＣＴＥ）を有するハードコーティング層を含むことにより、垂直方向への振動効果を極大化し、耐衝撃性を向上させることができる。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は、接触感応素子、それを含む表示装置およびその製造方法に関し、振動強度が向上した接触感応素子およびそれを含む表示装置に関する。
近年、液晶表示装置および有機発光表示装置を始めとした様々なディスプレイ装置を簡便に使用しようとするユーザの要求に応じて、ディスプレイ装置をタッチして入力するタッチ方式の表示装置の使用が普遍化している。これによって、ユーザに直接的かつ様々なタッチフィードバック（ｆｅｅｄｂａｃｋ）を提供するために、ハプティック（ｈａｐｔｉｃ）装置を活用する研究が続いている。特に、従来のハプティック装置は、表示パネルの背面に取り付けられているので、ユーザのタッチに対する即刻かつ微細なフィードバックを提供することが難しかった。従って、表示パネルの上部にハプティック装置を位置させることにより、ユーザのタッチに敏感かつ多様で直接的なフィードバックを提供しようとする研究が盛んに進められている。
従来は、このようなハプティック装置として、表示装置に偏心モータ（Ｅｃｃｅｎｔｒｉｃ Ｒｏｔａｔｉｎｇ Ｍａｓｓ；ＥＲＭ）、線形共振モータ（Ｌｉｎｅａｒ Ｒｅｓｏｎａｎｔ Ａｃｔｕａｔｏｒ；ＬＲＡ）のような振動モータが用いられていた。振動モータは、表示装置全体を振動させるように構成され、振動強度を増加させるためには、質量体の大きさを増加させなければならない問題点があり、振動の程度を調節するための周波数変調が難しく、応答速度が非常に遅いという短所がある。また、偏心モータと線形共振モータは、不透明な物質からなるので、表示パネルの上部に配置されることが不可能であった。
上述したような問題点を改善するために、ハプティック装置の材料として、形状記憶合金（Ｓｈａｐｅ Ｍｅｍｏｒｙ Ａｌｌｏｙ；ＳＭＡ）および圧電性セラミックス（Ｅｌｅｃｔｒｏ−Ａｃｔｉｖｅ Ｃｅｒａｍｉｃｓ；ＥＡＣ）が開発されてきた。しかし、形状記憶合金（ＳＭＡ）は、反応速度が遅く、寿命が短く、不透明な物質からなる。また、圧電性セラミックス（ＥＡＣ）は、外部衝撃に対する耐久性が低く、外部衝撃により容易に割れてしまい、不透明で薄型化が難しいという問題点がある。
そこで、本発明が解決しようとする課題は、電気活性層の振動効果を極大化することにより、低い駆動電圧で優れたハプティック効果を具現できる接触感応素子およびそれを含む表示装置を提供することである。
また、本発明が解決しようとするまた他の課題は、透明でありながらも表面の硬度に優れた接触感応素子およびそれを含む表示装置を提供することである。
本発明の課題は、以上において言及した課題に制限されず、言及されていないまた他の課題は、下記の記載から当業者に明確に理解され得るだろう。
前述したような課題を解決するために、本発明の一実施例に係る接触感応素子は、電気活性ポリマー（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＡＰ）からなる電気活性層、電気活性層の少なくとも一面に配置される電極、および、電気活性層および前記電極上に配置され、負の熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ＣＴＥ）を有するハードコーティング層を含むことにより、垂直方向への振動効果を極大化し、耐衝撃性を向上させることができる。
前述したような課題を解決するために、本発明の一実施例に係る表示装置は、表示パネルおよび表示パネルの上部または下部の接触感応素子を含み、接触感応素子は、電気活性ポリマーからなる電気活性層、電気活性層の少なくとも一面に配置される電極、および、電気活性層および前記電極上に配置され、負の熱膨張係数を有するハードコーティング層を含む。
その他の実施例の具体的な事項は、詳細な説明および図面に含まれている。
本発明は、電気活性層の表面の特性を変更して垂直方向への振動効果を極大化することができ、これによって、低い駆動電圧で優れたハプティック効果を具現することができる。
また、本発明は、透明でありながらも表面の硬度に優れ、耐衝撃性が向上した効果がある。
本発明に係る効果は、以上において例示された内容により制限されず、さらに様々な効果が本明細書内に含まれている。
本発明の一実施例に係る接触感応素子を説明するための概略的な断面図である。 本発明の一実施例に係る接触感応素子の電気活性層に発生する圧縮力と引張力を説明するための概略図である。 本発明の比較例に係る接触感応素子を説明するための概略的な断面図である。 実施例１、比較例１および比較例２の接触感応素子の振動加速度を測定したグラフである。 実施例１、比較例１および比較例２の接触感応素子の振動加速度を測定したグラフである。 実施例１、比較例１および比較例２の接触感応素子の振動加速度を測定したグラフである。 本発明の一実施例に係る接触感応素子を含む表示装置を説明するための概略的な断面図である。 本発明の他の実施例に係る接触感応素子を含む表示装置を説明するための概略的な断面図である。
本発明の利点および特徴、そして、それらを達成する方法は、添付の図面と共に詳細に後述されている実施例を参照すれば、明確になるだろう。しかし、本発明は、以下において開示される実施例に限定されるものではなく、互いに異なる様々な形態で具現され、単に、本実施例は、本発明の開示が完全なものとなるようにし、本発明の属する技術の分野における通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものであり、本発明は、請求項の範疇により定義されるだけである。
本発明の実施例を説明するための図面に開示された形状、大きさ、比率、角度、個数などは、例示的なものであるので、本発明は、図示された事項に限定されるものではない。明細書全体にわたって、同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。また、本発明を説明するにあたって、関連した公知技術についての具体的な説明が本発明の要旨を不要に濁す恐れがあると判断される場合、その詳細な説明は省略する。本明細書上において言及された「含む」、「有する」、「なされる」などが使用される場合、「〜だけ」が使用されない以上、他の部分が加えられ得る。構成要素を単数で表現した場合、特に明示的な記載事項がない限り、複数を含む場合を含む。
構成要素を解釈するにあたって、別途の明示的な記載がなくても誤差範囲を含むものと解釈する。
位置関係についての説明である場合、例えば、「〜上に」、「〜上部に」、「〜下部に」、「〜隣に」などと二部分の位置関係が説明される場合、「すぐ」または「直接」が使用されない以上、二部分の間に一つ以上の他の部分が位置してもよい。
素子または層が異なる素子または層の「上（ｏｎ）」と称されるものは、他の素子のすぐ上または中間に他の層または他の素子を介在した場合をいずれも含む。
第１、第２などが様々な構成要素を述べるために使用されるが、これらの構成要素は、これらの用語により制限されない。これらの用語は、単に一つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用するものである。従って、以下において言及される第１構成要素は、本発明の技術的思想内で第２構成要素であってもよい。
明細書全体にわたって、同じ参照符号は、同じ構成要素を指す。
図面に示された各構成の大きさおよび厚さは、説明の便宜のために示されたものであり、本発明は、示された構成の大きさおよび厚さに必ずしも限定されるものではない。
本発明の様々な実施例のそれぞれの特徴は、部分的または全体的に互いに結合または組み合わせ可能であり、技術的に多様な連動および駆動が可能であり、各実施例が互いに対して独立して実施可能であっても、関連関係で共に実施してもよい。
以下、添付の図面を参照して、本発明の様々な実施例を詳細に説明する。
図１ａは、本発明の一実施例に係る接触感応素子を説明するための概略的な断面図である。図１ｂは、本発明の一実施例に係る接触感応素子の電気活性層に発生する圧縮力と引張力を説明するための概略図である。図１ａおよび図１ｂを参照すると、接触感応素子１００は、電気活性層１１０、電極１２０およびハードコーティング層１３０を含む。
電極１２０は、電気的な刺激により振動または反りを誘導するように電気活性層１１０に電場を印加する。電極１２０は、必要に応じて、様々な形態および様々な数で配置され得る。例えば、電極１２０は、図１ａに示されたように、電気活性層１１０の上面および下面に複数で配置されても、電気活性層１１０の上面および下面のいずれか一つの面に複数で配置されてもよい。
具体的には、電気活性層１１０の上面および下面にそれぞれ電極１２０が配置され得る。このとき、電気活性層１１０の上面に配置される電極１２０は、Ｘ軸方向に延び、電気活性層１１０の下面に配置される電極１２０は、Ｙ軸方向に延びて、互いに交差してマトリックス形態に配置される垂直配置構造であってよい。また、電極１２０が電気活性層１１０の一面にのみ配置される水平配置構造であってもよい。それだけでなく、一つのセル（ｃｅｌｌ）内で電気活性層１１０の上面および下面のそれぞれに複数の電極１２０が互いに対向するように配置され、電極１２０の垂直配置構造および水平配置構造がいずれも具現され得るマルチレイヤー（ｍｕｌｔｉｌａｙｅｒ）形態であってもよい。
電極１２０は、導電性物質からなる。また、接触感応素子１００の光透過率を確保するために、電極１２０は、透明導電性物質からなり得る。例えば、電極１２０は、インジウムスズ酸化物（Ｉｎｄｕｉｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ、ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｚｉｎｃ Ｏｘｉｄｅ、ＩＺＯ）、グラフェン（Ｇｒａｐｈｅｎｅ）、金属ナノワイヤおよび透明伝導性酸化物（ＴＣＯ）などのような透明導電性物質からなり得る。また、電極１２０は、メタルメッシュ（ｍｅｔａｌ ｍｅｓｈ）からなってもよい。即ち、電極１２０は、金属物質がメッシュ形態に配置されるメタルメッシュで構成され、実質的に透明に視認できる電極１２０に構成されてもよい。ただし、電極１２０の構成物質は、上述の例に制限されず、様々な透明導電性物質が電極１２０の構成物質として用いられ得る。電極１２０が複数で構成される場合、電極それぞれは、同じ物質からなっても、互いに異なる物質からなってもよい。
電極１２０は、様々な方式で形成され得る。例えば、電極１２０は、スパッタリング（ｓｐｕｔｔｅｒｉｎｇ）、プリンティング（ｐｒｉｎｔｉｎｇ）、スリットコーティング（ｓｌｉｔ ｃｏａｔｉｎｇ）などのような方式で電気活性層１１０上に形成され得る。
電気活性層１１０は、電圧が印加されるにつれ、その形状が変形されて振動を発生させることができる層を意味する。電気活性層１１０は、電気的な刺激によって変形される電気活性ポリマー（Ｅｌｅｃｔｒｏａｃｔｉｖｅ Ｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＡＰ）からなる。例えば、電気活性ポリマーとしては、誘電性エラストマー（Ｄｉｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｅｌａｓｔｏｍｅｒ）または強誘電性ポリマー（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｐｏｌｙｍｅｒ）であってよい。具体的に、誘電性エラストマーは、アクリル系重合体、ウレタン系重合体およびシリコーン系重合体からなる群から選択される１種以上のものであってよいが、これに制限されない。また、強誘電性ポリマーは、ポリフッ化ビニリデン（Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌｉｄｅｎｅ ｆｌｕｏｒｉｄｅ、以下、ＰＶＤＦ）系ポリマーであってよい。ＰＶＤＦ系ポリマーは、ポリマーの主鎖にＰＶＤＦ繰り返し単位を含むポリマーを意味し、例えば、ＰＶＤＦホモポリマー（ｈｏｍｏｐｏｌｙｍｅｒ）またはＰＶＤＦコポリマー（ｃｏｐｏｌｙｍｅｒ）であってよい。
電気活性層１１０が誘電性エラストマーからなる場合、電気活性層１１０に電圧が印加されるにつれて発生する静電気的引力（Ｃｏｕｌｏｍｂｉｃ Ｆｏｒｃｅ）により誘電性エラストマーが収縮および膨張し、接触感応素子１００が変形または振動し得る。電気活性層１１０が強誘電性ポリマーからなる場合、電気活性層１１０に電圧が印加されるにつれて電気活性層１１０の内部の双極子（ｄｉｐｏｌｅ）の整列方向が変更され、接触感応素子が変形され得る。フィルム形態の電気活性層１１０は、透過率に優れるので、接触感応素子は、表示パネルの前面に取り付けられ、表示装置に容易に適用され得る。
このとき、電気活性層１１０を構成する電気活性ポリマーは、熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ＣＴＥ）が正（ポジティブ、ｐｏｓｉｔｉｖｅ）の値を有する。正の熱膨張係数を有する電気活性ポリマーは、熱処理工程で膨張する性質を持っており、負の熱膨張係数を有するハードコーティング層１３０を形成する過程で電気活性層１１０の表面部分に圧縮力が与えられる。これと関連し、熱膨張係数についての具体的な内容は、ハードコーティング層１３０と共に詳細に後述する。
一方、電気活性層１１０の厚さは、接触感応素子１００が低い駆動電圧でも十分な振動を発生させることができるように決定され得る。例えば、電気活性層１１０の厚さは、１０μｍ〜２００μｍであってよい。電気活性層１１０の厚さが前記範囲を満たす場合、十分な振動を発生させることができ、駆動電圧を低くすることができる。電気活性層の厚さが２００μｍより大きな場合、接触感応素子１００の駆動のために過度な駆動電圧が要求され得るからである。
ハードコーティング層１３０は、電極１２０および電気活性層１１０上に形成される。より具体的に、ハードコーティング層１３０は、電極１２０および電気活性層１１０と接するように配置されて、電極１２０上に配置され、電極１２０が配置されていない電気活性層１１０上にも配置される。ハードコーティング層１３０は、接触感応素子１００の外観を保護して耐久性を向上させ、電気活性層１１０の表面部の硬度を向上させることにより、電気活性層１１０から伝達される振動力を強化させる。
ハードコーティング層１３０は、負（ネガティブ、ｎｅｇａｔｉｖｅ）の熱膨張係数を有する。ハードコーティング層１３０を電気活性層１１０上に形成する場合、一般的に、コーティング組成物を塗布してコーティング層を形成してから熱を加える熱処理技法を利用する。このとき、ハードコーティング層１３０が負の熱膨張係数を有する場合、ハードコーティング層１３０の下部に配置された電気活性層１１０の表面部に圧縮力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）が与えられ、電気活性層１１０の表面部の硬度を高めることとなる。ハードコーティング層１３０が負の熱膨張係数を有する場合、電気活性層１１０が受ける力を具体的に検討するために、図１ｂを参照する。
図１ｂは、本発明の一実施例に係る接触感応素子１００の電気活性層１１０に発生する圧縮力と引張力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｏｒｃｅ）を説明するための概略図である。図１ｂを参照すると、電気活性層１１０は、中央部１１１、中央部１１１の上部に位置する上部表面部１１２および中央部１１１の下部に位置する下部表面部１１３に区分され得る。上部表面部１１２および下部表面部１１３は、電気活性層１１０とハードコーティング層１３０が接する電気活性層１１０の表面および表面下に位置する任意の厚さの空間を含む。このとき、中央部１１１、上部表面部１１２および下部表面部１１３は、任意に空間を区分したものであり、図１ｂに示された領域に制限されるものではない。
電気活性層１１０を構成する電気活性ポリマーは、正の熱膨張係数を有する。従って、ハードコーティング層１３０を熱処理する工程で電気活性層１１０は左右に膨張する性質を有する。従って、熱処理工程を経た電気活性層１１０は、図１ｂに表示されたように、電気活性層１１０の中心から左右方向に引張力Ｂを受ける。具体的に、電気活性層１１０の中央部１１１は、左右方向に引張力Ｂを受ける。
これとは異なり、電気活性層１１０の上部表面部１１２および下部表面部１１３は、圧縮力Ａを受ける。具体的に、ハードコーティング層１３０は、負の熱膨張係数を有するため、ハードコーティング層１３０を熱処理する工程でハードコーティング層１３０は収縮する性質を有する。従って、熱処理工程によりハードコーティング層１３０が中心に収縮することで、ハードコーティング層１３０と接触する電気活性層１１０の表面部もまた収縮しようとする力を受ける。即ち、電気活性層１１０の上部表面部１１２と下部表面部１１３は、ハードコーティング層１３０によって圧縮力Ａを受ける。
結局、ハードコーティング層１３０が形成されることにより、電気活性層１１０の中央部１１１は、引張力Ｂを受け、電気活性層１１０の上部表面部１１２および下部表面部１１３は、圧縮力Ａを受ける。圧縮力Ａを受ける電気活性層１１０の上部表面部１１２および下部表面部１１３は、中央部１１１と比較して内部貯蔵エネルギーが増加し、電気活性層１１０の垂直方向への硬度が増加する。これによって、電気活性層１１０が振動する場合、電気活性層１１０の中心から表面に伝達される振動力が強化する。これによって、電気活性層１１０に同じ電圧が印加されても、振動効果をさらに向上させることができる。
ハードコーティング層１３０を構成する物質は、負の熱膨張係数を有し、透明な物質で構成され得る。より具体的に、ハードコーティング層１３０を構成する物質は、結晶化された透明セラミック物質であってよい。例えば、ハードコーティング層１３０を構成する物質は、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）および酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）が結晶化されたセラミック物質であってよい。例えば、β−ユークリプタイト（β−ｅｕｃｒｙｐｔｉｔｅ、β−Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・２ＳｉＯ２）またはβ−スポジュメン（β−ｓｐｏｄｕｍｅｎ、β−Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２またはβ−Ｌｉ２Ｏ・Ａｌ２Ｏ３・９ＳｉＯ２）が用いられ得、ＺｒＷ２Ｏ８（Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔａｔｅ）、ＨｆＷ２Ｏ８（ｈａｆｎｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔａｔｅ）、ＺｒＭｏ２Ｏ８（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｍｏｌｙｂｄａｔｅ）またはＨｆＭｏ２Ｏ８（ｈａｆｎｉｕｍ ｍｏｌｙｂｄａｔｅ）が用いられてもよいが、これに制限されるものではない。
ハードコーティング層１３０は、負の熱膨張係数を有するセラミック物質を含む組成物を電気活性層１１０上に塗布した後、熱処理工程を通して焼結することにより形成され得る。一方、熱処理工程は、低温と高温を繰り返して処理する複数のサイクル過程を経ることができる。ハードコーティング層１３０を構成する物質によって複数のサイクルを通して電気活性層１１０にさらに強い圧縮力が印加され得る。
ハードコーティング層１３０は、電極１２０および電気活性層１１０の上部に配置される。ハードコーティング層１３０が電極１２０の下部、即ち、電極１２０と電気活性層１１０との間に配置される場合、接触感応素子１００の振動強度が低下するからである。一般的に、負の熱膨張係数を有するハードコーティング層１３０は、誘電率が非常に小さいので、電極１２０の間に配置される場合、電気活性層１１０の振動に妨害となる構成で作用し得る。
具体的に、ハードコーティング層１３０は、電極１２０および電気活性層１１０の表面を覆うように配置され得る。ハードコーティング層１３０が電気活性層１１０の表面と接触して配置されてはじめて、ハードコーティング層１３０の形成時に電気活性層１１０の表面部に十分な圧縮力を与えることができ、接触感応素子１００の保護層の役割をすることができる。
ハードコーティング層１３０の厚さは、１０ｎｍ〜２００ｎｍであってよい。このとき、ハードコーティング層１３０の厚さは、ハードコーティング層１３０が配置された電気活性層１１０の面からの厚さを意味する。ハードコーティング層１３０の厚さが前記範囲を満たす場合、電気活性層１１０の表面部に十分な引張力を与えることができ、接触感応素子１００全体の動きを妨害しない範囲内で十分な硬度を有する保護層の役割をすることができる。
以下においては、実施例を通して本発明をさらに詳細に説明する。しかし、以下の実施例は、本発明の例示のためのものであり、下記実施例によって本発明の範囲が限定されるものではない。
実施例１
アクリル系ポリマーを利用して電気活性層を２０ｕｍの厚さに製膜した後、両面に上部電極および下部電極を蒸着させた。以後、シリカ（ＳｉＯ２）ゾル（ｓｏｌ）、Ａｌ（ＮＯ３）３・９Ｈ２ＯおよびＬｉＮＯ３を蒸留水に３時間の間撹拌して混合し、ＰＶＡ溶液を加えて３時間の間撹拌してゲル（ｇｅｌ）状態のコーティング組成物を製造した。製造されたコーティング組成物を、電気活性層および電極を全て覆うことができるようにコーティングした後、１５０℃で２４時間の間熱処理し、ＬｉＯ２・Ａｌ２Ｏ３・４ＳｉＯ２スポジュメンからなる５０ｎｍの厚さのハードコーティング層を形成した。このとき、ハードコーティング層の熱膨張係数は、−０．１４×１０−６／℃である。
比較例１
ハードコーティング層を形成しないことを除いては、実施例１と同様の方法で接触感応素子を製造した。
比較例２
図２は、本発明の比較例に係る接触感応素子２００を説明するための概略的な断面図である。図２を参照すると、ハードコーティング層２３０は、電気活性層１１０と電極２２０との間に配置される。図２による接触感応素子２００は、電気活性層１１０上にすぐにハードコーティング層２３０を形成した後、電極２２０を蒸着させる点を除いては、実施例１と同様の方法で接触感応素子が製造された。
実験例１−振動加速度の測定
実施例１、比較例１および比較例２に係る接触感応素子において、上部電極に、１００Ｈｚの条件下で上部電極に４００Ｖの電圧を印加し、下部電極にグラウンド電圧を印加した時の振動加速度を測定した。測定結果は、図３ａ、図３ｂおよび図３ｃに示した。
図３ａ、図３ｂおよび図３ｃは、それぞれ実施例１、比較例１および比較例２の接触感応素子の振動加速度を測定したグラフである。図３ａおよび図３ｂを比較すると、実施例１は、約０．９Ｇの振動加速度を示し、比較例１は、約０．６Ｇの振動加速度を示すことを確認することができた。即ち、負の熱膨張係数を有するハードコーティング層を形成した実施例１に係る接触感応素子は、ハードコーティング層を形成しない比較例１に比べて、同じ電圧で遥かに高い振動加速度を示すことを確認することができた。即ち、同じ印加電圧において、実施例１に係る接触感応素子の振動強度が強く、同じ振動強度を獲得するために、実施例１においては、比較例１に比べてさらに低い電圧が要求されることを確認することができた。
また、図３ａおよび図３ｃを比較すると、比較例２は、約０．５Ｇの振動加速度を示すことを確認することができた。
実施例１と比較例２を比較すると、負の熱膨張係数を有するハードコーティング層が電気活性層および電極の上部に配置される場合、ハードコーティング層が電気活性層と電極との間に配置される場合より遥かに高い振動加速度を示すことを確認することができた。ハードコーティング層が電気活性層と電極との間に配置される場合は、ハードコーティング層が配置されない比較例１に比べて振動加速度がむしろ減少することを確認することができた。これは、電気活性層の表面部に圧縮力が発生して電気活性層の垂直方向に伝達される振動力が増加するとしても、誘電率の低いハードコーティング層が電極の間に配置されることで、むしろ接触感応素子の振動強度を低下させるからである。
上述したように、一般的に正の熱膨張係数を有する電気活性ポリマーからなる電気活性層および電極の上部に負の熱膨張係数を有するハードコーティング層を配置させることで、接触感応素子の振動強度を大きく向上させることができ、接触感応素子の外観に硬度に優れた保護層を供することができる。従って、本発明の一実施例に係る接触感応素子は、耐衝撃性が向上すると同時にユーザに直接的な振動感を伝えることができる効果がある。
図４は、本発明の一実施例に係る接触感応素子を含む表示装置を説明するための概略的な断面図である。図４を参照すると、表示装置４００は、表示パネル４４０、接触感応素子１００、タッチパネル４５０およびカバー４６０を含む。このとき、図４の表示装置４００に含まれた接触感応素子１００は、図１ａを参照して説明した本発明の実施例に係る接触感応素子１００と同一である。そこで、接触感応素子１００についての重複した説明は省略する。
表示パネル４４０は、表示装置４００で映像を表示するための表示素子が配置されたパネルを意味する。表示パネル４４０として、例えば、有機発光表示パネル、液晶表示パネル、電気泳動表示パネルなどのような様々な表示パネルが用いられ得る。
表示パネル４４０上には、電気活性層１１０、電極１２０およびハードコーティング層１３０を含む接触感応素子１００が配置される。以下においては、図４で示された接触感応素子が図１ａに示された接触感応素子１００であると説明する。具体的に、接触感応素子１００は、電気活性ポリマーからなる電気活性層１１０、電気活性層１１０の少なくとも一面に配置された電極１２０、および、電気活性層および電極１２０上に配置され、負の熱膨張係数を有するハードコーティング層１３０を含む。
接触感応素子１００上には、タッチパネル４５０が配置される。タッチパネル４５０は、表示装置４００に対するユーザのタッチ入力を感知するパネルを意味する。タッチパネル４５０として、例えば、静電容量方式、抵抗膜方式、超音波方式、赤外線方式などが用いられ得るが、好ましくは、静電容量方式のタッチパネルがタッチパネル４５０として用いられ得る。図４に示された表示装置４００は、別に製造されたタッチパネル４５０が表示パネル４４０上に別に配置されるアドオン（ａｄｄ−ｏｎ）タイプのタッチパネルを含む。
タッチパネル４５０上には、カバー４６０が配置される。カバー４６０は、表示装置４００の外部からの衝撃から表示装置４００を保護するための構成である。カバー４６０は、透明な絶縁性物質からなり得る。
図４に示されてはいないが、表示パネル４４０、接触感応素子１００、タッチパネル４５０およびカバー４６０を互いに接着させるための接着層が用いられ得る。接着層は、例えば、ＯＣＡ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｌｅａｒ ａｄｈｅｓｉｖｅ）またはＯＣＲ（ｏｐｔｉｃａｌ ｃｌｅａｒ ｒｅｓｉｎ）が用いられ得るが、これに制限されるものではない。
一般的に、電気活性ポリマーからなる電気活性層を含む接触感応素子は、透明性に優れるという長所があるが、従来の接触感応素子に比べて振動強度が低い短所があった。そこで、モバイル装置のように小型ディスプレイ装置に接触感応素子を導入するには、過度に高い駆動電圧を要求した。しかし、本発明の一実施例に係る表示装置は、透明でありながらも同時に振動強度が向上した接触感応素子を用いることにより、駆動電圧を減少させることができる。
図５は、本発明の他の実施例に係る接触感応素子を含む表示装置を説明するための概略的な断面図である。図５に示された表示装置５００は、図４を参照して説明した表示装置４００と比較して表示パネル５４０が液晶表示パネルであり、これによってバックライトユニット５７０をさらに含み、別途のタッチパネルの代わりにタッチセンサが表示パネル５４０に一体化するように備えられたイン−セル（ｉｎ−ｃｅｌｌ）タイプのタッチセンサが構成されるという点が異なるだけで、他の構成要素は実質的に同一であるので、重複した説明を省略する。
図５を参照すると、表示パネル５４０がカバー４６０と接触感応素子１００との間に配置される。液晶表示パネルは、バックライトユニット５７０から放出される光の透過率を調整することによって画像を表示する。液晶表示パネルは、下部偏光板、薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）を含む下部基板、液晶層、カラーフィルタを含む上部基板および上部偏光板を含むが、これに制限されない。
表示パネル５４０は、表示装置５００で映像を表示するための表示素子が配置されたパネルであると同時にパネル内に一体化するように構成されたタッチセンサを含む。即ち、表示パネル５４０内にタッチセンサが配置され、イン−セルタイプのタッチセンサを構成する。イン−セルタイプのタッチセンサにおいては、表示パネル５４０の共通電極がタッチ電極として同時に用いられる。
図５に示された表示装置５００は、液晶表示装置であるので、表示パネル５４０の下部には、表示パネル５４０に向かって出光するバックライトユニット５７０が配置される。
表示パネル５４０とバックライトユニット５７０との間には、電気活性層１１０、電極１２０およびハードコーティング層１３０を含む接触感応素子１００が配置される。
一般的に、表示パネルが液晶表示パネルであり、イン−セルタイプのタッチセンサが表示パネルと一体化する場合、接触感応素子がタッチセンサ上に配置されると、接触感応素子に印加される高電圧の駆動電圧により発生し得るノイズによってタッチ入力に対する誤認識の問題が発生する。そこで、接触感応素子は、表示パネルの下部に配置され得る。しかし、接触感応素子が表示パネルの下部に配置されるようになると、ユーザがタッチ入力を加える位置から遠く位置するので、ユーザに伝達される振動強度が減少する。そこで、振動強度の減少を最小化するために、接触感応素子を液晶表示パネルとバックライトユニットとの間に配置させる方法を考慮することができる。しかし、上述したように、従来の接触感応素子に用いられていた形状記憶合金または圧電性セラミックスは、光透過率が低い問題点があった。しかし、本発明の他の実施例に係る表示装置５００においては、電気活性ポリマーからなる電気活性層および前記電極上に負の熱膨張係数を有するハードコーティング層を配置させることにより、透明性に優れながらも振動強度が向上する。従って、接触感応素子１００が液晶表示パネルとバックライトユニットとの間に配置される場合にも、バックライトユニットから液晶表示パネルに供給される光の透過率に優れながらも従来の電気活性ポリマーを利用した場合より強い振動を伝達することができる。
本発明の実施態様は、下記のように記載することもできる。
本発明の態様によれば、接触感応素子は、電気活性ポリマー（ＥＡＰ）からなる電気活性層、電気活性層の少なくとも一面に配置される電極、および、電気活性層および電極上に配置され、負の熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ＣＴＥ）を有するハードコーティング層を含む。
電気活性層は、正の熱膨張係数を有することができる。
ハードコーティング層は、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）および酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）からなるユークリプタイト（ｅｕｃｒｙｐｔｉｔｅ）またはスポジュメン（ｓｐｏｄｕｍｅｎ）を含むことができる。
ハードコーティング層は、ＺｒＷ２Ｏ８（Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔａｔｅ）、ＨｆＷ２Ｏ８（ｈａｆｎｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔａｔｅ）、ＺｒＭｏ２Ｏ８（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｍｏｌｙｂｄａｔｅ）およびＨｆＭｏ２Ｏ８（ｈａｆｎｉｕｍ ｍｏｌｙｂｄａｔｅ）の少なくとも一つを含むことができる。
ハードコーティング層は、低温と高温を繰り返して処理する熱処理工程により形成され得る。
電気活性層は、中央部、中央部上の上部表面部および中央部下の下部表面部で構成され、電極に電圧が印加されていない状態で、中央部は、引張力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｏｒｃｅ）を受け、上部表面部および下部表面部は、圧縮力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）を受けるものであってよい。
ハードコーティング層の厚さは、１０ｎｍ〜２００ｎｍであってよい。
ハードコーティング層は、電極および電気活性層の表面を覆うことができる。
本発明の他の態様によれば、表示装置は、表示パネルおよび表示パネルの上部または下部の接触感応素子を含み、接触感応素子は、電気活性ポリマーからなる電気活性層、電気活性層の少なくとも一面に配置される電極、および、電気活性層および電極上に配置され、負の熱膨張係数を有するハードコーティング層を含む。
電気活性層は、正の熱膨張係数を有することができる。
表示パネル上に別に配置されたアドオン（ａｄｄ−ｏｎ）タイプのタッチパネルをさらに含み、接触感応素子は、表示パネルとタッチパネルとの間に配置され得る。
表示パネルは、表示パネル内に一体化するように構成されたタッチセンサを含む液晶表示パネルであり、液晶表示パネルの下部に配置されたバックライトユニットをさらに含み、接触感応素子は、液晶表示パネルとバックライトユニットとの間に配置され得る。
以上、添付の図面を参照して、本発明の実施例をさらに詳細に説明したが、本発明は、必ずしもこのような実施例に限定されるものではなく、本発明の技術思想を外れない範囲内で多様に変形実施され得る。従って、本発明に開示された実施例は、本発明の技術思想を限定するためのものではなく、説明するためのものであり、このような実施例によって本発明の技術思想の範囲が限定されるものではない。本発明の保護範囲は、下記の請求の範囲によって解釈されるべきであり、それと同等な範囲内にある全ての技術思想は、本発明の権利範囲に含まれるものと解釈されるべきである。
１００：接触感応素子
１１０：電気活性層
１２０：電極
１３０：ハードコーティング層
４００、５００：表示装置
４４０、５４０：表示パネル
４５０：タッチパネル
４６０：カバー
５７０：バックライトユニット

Claims (12)

  1. 電気活性ポリマー（ｅｌｅｃｔｒｉｃ ａｃｔｉｖｅ ｐｏｌｙｍｅｒ；ＥＡＰ）からなる電気活性層；
    前記電気活性層の少なくとも一面に配置される電極；および
    前記電気活性層および前記電極上に配置され、負の熱膨張係数（Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ ｏｆ Ｔｈｅｒｍａｌ Ｅｘｐａｎｓｉｏｎ；ＣＴＥ）を有するハードコーティング層を含む、接触感応素子。
  2. 前記電気活性層は、正の熱膨張係数を有する、請求項１に記載の接触感応素子。
  3. 前記ハードコーティング層は、シリカ（ＳｉＯ２）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）および酸化リチウム（Ｌｉ２Ｏ）からなるユークリプタイト（ｅｕｃｒｙｐｔｉｔｅ）またはスポジュメン（ｓｐｏｄｕｍｅｎ）を含む、請求項１に記載の接触感応素子。
  4. 前記ハードコーティング層は、ＺｒＷ２Ｏ８（Ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔａｔｅ）、ＨｆＷ２Ｏ８（ｈａｆｎｉｕｍ ｔｕｎｇｓｔａｔｅ）、ＺｒＭｏ２Ｏ８（ｚｉｒｃｏｎｉｕｍ ｍｏｌｙｂｄａｔｅ）およびＨｆＭｏ２Ｏ８（ｈａｆｎｉｕｍ ｍｏｌｙｂｄａｔｅ）の少なくとも一つを含む、請求項１に記載の接触感応素子。
  5. 前記ハードコーティング層は、低温と高温を繰り返して処理する熱処理工程により形成された、請求項１に記載の接触感応素子。
  6. 前記電気活性層は、中央部、前記中央部上の上部表面部および前記中央部下の下部表面部で構成され、
    前記電極に電圧が印加されていない状態で、前記中央部は、引張力（ｔｅｎｓｉｌｅ ｆｏｒｃｅ）を受け、前記上部表面部および前記下部表面部は、圧縮力（ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ ｆｏｒｃｅ）を受ける、請求項１に記載の接触感応素子。
  7. 前記ハードコーティング層の厚さは、１０ｎｍ〜２００ｎｍである、請求項１に記載の接触感応素子。
  8. 前記ハードコーティング層は、前記電極および前記電気活性層の表面を覆う、請求項１に記載の接触感応素子。
  9. 表示パネル；および
    前記表示パネルの上部または下部の接触感応素子を含み、
    前記接触感応素子は、電気活性ポリマーからなる電気活性層、前記電気活性層の少なくとも一面に配置される電極、および、前記電気活性層および前記電極上に配置され、負の熱膨張係数を有するハードコーティング層を含む、表示装置。
  10. 前記電気活性層は、正の熱膨張係数を有する、請求項９に記載の表示装置。
  11. 前記表示パネル上に別に配置されたアドオン（ａｄｄ−ｏｎ）タイプのタッチパネルをさらに含み、
    前記接触感応素子は、前記表示パネルと前記タッチパネルとの間に配置された、請求項９に記載の表示装置。
  12. 前記表示パネルは、前記表示パネル内に一体化するように構成されたタッチセンサを含む液晶表示パネルであり、
    前記液晶表示パネルの下部に配置されたバックライトユニットをさらに含み、
    前記接触感応素子は、前記液晶表示パネルと前記バックライトユニットとの間に配置された、請求項９に記載の表示装置。
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