KR101329340B1 - 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널 - Google Patents

압전소자를 이용한 터치 스크린 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명은 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널에 관한 것으로, 투명기판과 상기 투명기판의 베젤 영역을 따라 일정한 간격을 두고 마련되는 다수의 압전소자 및 상기 압전소자와 전기적으로 각각 연결되는 배선부가 형성된 연성인쇄회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널이 개시된다. 이에 따라서,

Description

압전소자를 이용한 터치 스크린 패널{Touch Screen Panel using Piezoelectric Elements}
본 발명은 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 투명전극을 사용하지 않고 투명기판의 투광 영역에 행해지는 터치 위치를 도출할 수 있도록 투명기판의 베젤 영역을 따라 일정한 간격을 두고 마련되는 다수의 압전소자 및 상기 압전소자와 전기적으로 각각 연결되는 배선부가 형성된 연성인쇄회로기판으로 구성하여 터치 스크린 패널의 제조원가를 낮추며 수율을 향상시킬 수 있는 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널에 관한 것이다.
컴퓨터 기술의 발달에 따라 다양한 용도의 컴퓨터 기반 시스템이 개발되고 있으며 이러한 시스템을 사용하는데 있어서 정화,신속,편리에 대한 요구가 증가하고 있다.
또한, 소형화,이동화되고 있는 컴퓨터 및 멀티 미디어기기에 있어서 손쉽게 기기를 작동시킬 수 있는 입력장치의 필요성은 더욱 증가하고 있으며 기존의 키보드나 마우스를 사용하는 입력장치에는 이동 및 사용의 한계가 있어 화면상에서 손이나 펜에 의한 직접적인 접촉으로 입력할 수 있는 입력장치로 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)이 사용되고 있다.
이러한 터치 스크린 패널은 영상표시장치 등의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치로, 최근 다양한 정보처리장치에 적용되고 있다. 이와 같은 터치 스크린 패널은 조작이 간단하고, 오작동이 적으며, 다른 입력기기 없이 정보 입력이 가능하며, 영상표시장치와 일체형으로 제조되어 제품의 휴대성을 높여준다.
터치 스크린 패널은 접촉된 부분을 감지하는 방식에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 표면 초음파 방식, 적외선 방식 등으로 구분되며, 저항막 방식과 정전용량 방식이 주로 이용되고 있다.
상기 저항막 방식은 투명전극이 코팅되어 있는 두 장의 기판을 합착시킨 구조로 이루어지며, 손가락이나 펜으로 압력을 가해 상부와 하부의 전극층이 접촉되면 전기적 신호가 발생되어 위치를 인지하는 방식이다. 이와 같은 저항막 방식의 경우 가격이 싸고 정확도가 높으며 소형화에 유리하나, 물리적으로 두 장의 기판이 접촉되어야 터치를 인식하기 때문에 견고하게 제작되는데 어려움이 있다.
한편, 정전용량 방식은 얇은 전도성 물질이 코팅된 투명기판을 이용하는데, 일정량의 전류를 투명기판의 표면에 흐르게 하고 사용자가 코팅된 투명기판의 표면을 터치하면, 일정량의 전류가 사용자의 체내에 흡수되며, 접촉면의 전류량이 변경된 부분을 인식함으로써 터치된 부분을 확인하게 된다.
이와 같은 터치 스크린 패널은 접촉면에서의 접촉위치를 정확하게 판단하기 위해 X축 좌표 및 Y축 좌표를 인식하기 위해 투명기판에 제 1 감지셀과 제 2 감지셀로 이루어진 투명전극층이 형성된다. 이를 도 1에 의거하여 설명한다.
도 1은 종래의 터치 스크린 패널 중 투명기판을 나타낸 개략도이다. 도 1을 참조하여 설명하면, 상기 투명기판(1)의 X축 방향으로 일렬로 배치되는 다수의 제 1 감지셀(12)로 이루어진 제 1 감지전극(10)이 형성되며, 상기 제 1 감지셀(12)과 중첩되지 않도록 상기 투명기판(1)의 Y축 방향으로 일렬로 배치되는 다수의 제 2 감지셀(22)로 이루어진 제 2 감지전극(20)이 형성된다.
이때, 상기 제 1 감지셀(12)은 서로 이웃하는 두 개의 제 1 감지셀(12)을 전기적으로 연결하는 연결패턴(14)이 형성되며, 상기 제 1 감지셀(12)과 연결패턴(14)은 복수가 교번적으로 배치된다.
또한, 상기 투명기판(1)에는 제 1 감지셀(12)과 중첩되지 않도록 일렬로 배치되는 제 2 감지셀(22)이 형성되며, 상기 제 2 감지셀(22)은 서로 이웃하는 두 개의 제 2 감지셀(22)을 전기적으로 연결하는 브릿지패턴(24)이 형성된다. 이때, 상기 브릿지패턴(24)은 연결패턴(14)과 접하지 않으면서 연결패턴(14)과 교차하도록 절연패턴(30) 위로 두 개의 제 2 감지셀(22)을 연결하게 된다.
이와 같은 제 1 감지셀(12)과 제 2 감지셀(22)은 각각 양쪽 끝단을 구성하는 것을 제외한 나머지가 마름모꼴 형상으로 이루어지며 다수의 제 1 감지셀(12)로 이루어진 제 1 감지전극(10) 및 다수의 제 2 감지셀(22)로 이루어진 제 2 감지전극(20)은 각각 제 1 배선부(40) 및 제 2 배선부(50)와 연결된다.
이때, 상기 제 1 감지전극(10)과 연결된 제 1 배선부(40) 및 제 2 감지전극(20)과 연결된 제 2 배선부(50)는 투명기판(1)의 가장자리를 따라 형성되며, 이렇게 형성된 제 1 배선부(40) 및 제 2 배선부(50)는 투명기판(1)의 일측으로 집합되어 연성인쇄회로기판(FPCB)(70)과 전기적으로 연결되는 전극패드(60)에 접속한다. 이러한 제 1 배선부(40) 및 제 2 배선부(50)를 포함하는 전극패드(60)는 Al, Cu, Mo, Ni, Ag, Pd 등의 단일 금속이나 이들의 합금으로 이루어진다.
그러나, 상기와 같은 구조를 갖는 종래의 터치 스크린 패널은 투명기판에 순차적으로 제 1 감지셀과 제 2 감지셀로 이루어진 투명전극, 배선부 또는 전극패드를 형성하여 제조하거나 또는 투명기판의 상면 전체에 순차적으로 투명전극층, 금속전극층 및 감광층이 적층되어 있는 적층기판을 이용하여 투명전극, 배선부 및 전극패드를 형성하여 제조하기 때문에 그 공정이 매우 복잡할 뿐만 아니라 각 공정이 정밀하게 수행되어야 하기 때문에 제조원가가 상승하는 문제가 있다.
또한, 상기와 같은 구조를 갖는 터치 스크린 패널은 복잡한 제조 공정을 거치기 때문에 그에 따른 불량률도 급격히 증가하기 때문에 수율이 매우 낮은 문제가 있다.
대한민국특허등록 제1118727호(2012.02.14) "박막형 멀티 터치 스트린 패널 및 그 제조방법"
본 발명은 앞서 설명한 투명전극이 형성된 터치 스크린 패널이 가지는 문제점을 해결하기 위한 것으로 투명기판의 베젤 영역을 따라 다수의 압전소자를 마련하여 투명기판을 사용자가 터치할 때 가해지는 압력에 따른 압전소자들의 전위차를 감지해 터치 위치를 파악할 수 있는 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 기술적 사상으로는, 투명기판과 상기 투명기판의 베젤 영역을 따라 일정한 간격을 두고 마련되는 다수의 압전소자 및 상기 압전소자와 전기적으로 각각 연결되는 배선부가 형성된 연성인쇄회로기판을 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널에 의해 달성된다.
여기서, 상기 압전소자는 투명기판에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 압전소자는 연성인쇄회로기판에 형성되는 것이 바람직하다.
또한, 상기 투명기판과 연성인쇄회로기판 사이에 마련되는 스페이서를 포함하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 스페이서는 탄성 복원력이 발휘되는 재질로 이루어지는 것이 바람직하다.
또한, 상기 연성인쇄회로기판은 투명기판의 베젤 영역을 따라 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널에 의하면, 투명기판의 베젤 영역을 따라 일정한 간격을 두고 다수의 압전소자가 마련되고, 상기 압전소자와 전기적으로 연결되는 배선부가 형성된 연성인쇄회로기판으로 이루어짐으로써, 투명전극이 불필요하게 되어 투명전극을 제조하고 이를 투명기판에 적층시키는 공정이 필요 없어 터치 스크린 패널의 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 투명기판과 연성인쇄회로기판 사이에 압전소자가 마련되는 간단한 구조에 따라서 터치 스크린 패널의 제조 공정이 단순화되기 때문에 그에 따른 불량률을 감소시킬 수 있어 수율이 향상되는 효과가 있다.
도 1은 터치 스크린 패널을 나타낸 평면도이다.
도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널을 나타낸 사시도이다.
도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널을 나타낸 분해 사시도이다.
도 4는 도 2의 A부를 나타낸 확대도이다.
도 5는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널을 나타낸 단면도이다.
도 6은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널의 다른 실시예로 투명기판에 압전소자가 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 7은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널의 또 다른 실시예로 투명기판과 연성인쇄회로기판 사이에 스페이서가 형성된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 8은 투명기판의 터치에 따라 스페이서가 변형된 상태를 나타낸 단면도이다.
도 9는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널 중 투명기판의 터치에 따른 압전소자위 위치에 따른 전위차를 나타낸 평면도이다.
본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널을 나타낸 사시도이고, 도 3은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널을 나타낸 분해 사시도이다.
도면을 참조하여 설명하면, 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널(100)은 투명기판(110)과 상기 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 일정한 간격을 두고 마련되는 다수의 압전소자(120) 및 상기 압전소자(120)와 전기적으로 각각 연결되는 배선부(132)가 형성된 연성인쇄회로기판(130)으로 구성된다.
투명기판(110)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(Polyethylene Terephthalate, PET)나 유리 등의 투광성 재질로 이루어져 투명기판(110)의 하부에 위치하게 되는 스마트폰 액정과 같은 디스플레이 모듈(미도시)에서 구현되는 화면이 보이게 된다.
이러한 투명기판(110)의 하부에는 순차적으로 압전소자(120)와 연성인쇄회로기판(130)이 마련되는데, 압전소자(120)는 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 일정한 간격을 두고 배열되며, 연성인쇄회로기판(130)은 압전소자(120)와 각각 전기적으로 연결된다.
즉, 투명기판(110)과 연성인쇄회로기판(130) 사이에서 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 배열되는 다수의 압전소자(120)는 도 4에 도시된 바와 같이 연성인쇄회로기판(130)에 형성된 배선부(132)와 각각 전기적으로 연결되어 투명기판(110)을 터치할 때 가해지는 압력에 따른 압전소자(120)들의 전위차를 감지해 터치 위치를 파악할 수 있게 된다.
압전소자(Piezoelectric Element)(120)는 그에 가해지는 기계적 에너지와 전기적 에너지를 서로 간에 변환시킬 수 있는 소자로써, 외부로부터 물리적인 힘을 받아 변형이 생기면 전기적 에너지가 발생하고, 반대로 외부로부터 전기적 에너지에 따라 물리적 변형이 발생하는 소자이다.
이러한 압전소자(120)는 복수의 압전층과 내부 전극층이 반복적으로 적층된 압전체의 표면에 외부 전극이 형성되고, 압전체의 상부 및 하부에 각각 커버층이 형성된 적층 구조로 이루어질 수 있으며 압전층으로는 대표적으로 Pb(Zr,Ti)O3(이하, PZT라 함)계의 산화물이 될 수 있다.
이와 같이 투명기판(110)과 연성인쇄회로기판(130) 사이에 마련되는 압전소자(120)는 도 5에 도시된 바와 같이 연성인쇄회로기판(130)에 형성되거나 또는 도 6에 도시된 바와 같이 투명기판(110)에 형성될 수 있다.
즉, 도 4와 같이 배선부(132)가 형성된 연성인쇄회로기판(130)에 먼저 압전소자(120)를 집적한 뒤 도 5에 도시된 바와 같이 압전소자(120)와 투명기판(110)을 대면시켜 투명기판(110)을 사용자가 터치하는 것에 따라 압전소자(120)가 전류를 배선부(132)를 통해 흘려보내도록 형성된다.
이와는 반대로 도 6에 도시된 바와 같이 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 압전소자(120)가 형성되고, 상기 투명기판(110)의 베젤 영역(112)에 형성된 압전소자(120)와 일치되는 배선부(132)가 형성된 연성인쇄회로기판(130)을 압전소자(120)와 대면시켜 투명기판(110)을 사용자가 터치하는 것에 따라 압전소자(120)와 배선부(132)가 전기적으로 연결되면서 전류를 흘려보내도록 형성된다.
이와 같이 투명기판(110)과 연성인쇄회로기판(130) 사이에서 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 압전소자가 마련될 때 투명기판(110)에 압력이 가해지지 않는 한 압전소자(120)에 기계적 에너지(압력)이 전달되지 않도록 압전소자(120)는 투명기판(110)과 이격되거나 또는 연성인쇄회로기판(130)과 이격되어 공극(G)을 형성하는 것이 바람직하다.
즉, 도 5에 도시된 바와 같이 연성인쇄회로기판(130)에 형성된 압전소자(120)는 투명기판(110)과 공극(G)이 형성되며, 도 6에 도시된 바와 같이 투명기판(110)에 형성된 압전소자(120)는 연성인쇄회로기판(130)과 공극(G)이 형성되어 투명기판(110)에 일정 이상의 압력이 가해져야 압전소자(120)로부터 전류가 발생하게 된다.
이와 같이 압전소자(120)와 투명기판(110) 또는 압전소자(120)와 연성인쇄회로기판(130)에 공극(G)이 형성되면 투명기판(110)의 의도하지 않은 터치(압력)에 의한 오작동을 방지할 수 있게 된다.
이때, 압전소자(120)와 투명기판(110) 또는 압전소자(120)와 연성인쇄회로기판(130) 사이에 형성되는 공극(G)은 투명기판(110) 또는 연성인쇄회로기판(130)의 탄성력에 의해 긴장상태를 유지하여 투명기판(110)에 일정 이상의 압력이 가해지지 않는 한 압전소자(120)에 압력을 전달하지 않도록 형성될 수도 있으나 경우에 따라서는 도 7에 도시된 바와 같이 압전소자(120)들 사이에 스페이서(140)가 마련되어 공극(G)을 유지시킬 수도 있다.
도 7은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널의 또 다른 실시예로 투명기판과 연성인쇄회로기판 사이에 스페이서가 형성된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 7에 도시된 바와 같이 스페이서(140)는 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 형성되되 압전소자(120)들 사이에 위치하여 상면과 하면이 각각 투명기판(110)과 연성인쇄회로기판(130)과 접하여 압전소자(120)와 투명기판(110) 또는 압전소자(120)와 연성인쇄회로기판(130) 사이의 공극(G)을 유지시키게 된다.
이때, 상기 스페이서(140)의 두께는 압전소자(120)의 두께보다 크게 형성되어 압전소자(120)의 두께와 스페이서(140)의 두께의 차이만큼 공극(G)을 형성하게 된다. 그리고, 스페이서(140)는 바람직하게 탄성 복원력이 발휘되는 재질로 이루어져 투명기판(110)에 압력이 가해졌을 때 스페이서(140)의 외형이 변형되었다가 투명기판(110)에 가해지는 압력이 사라지면 스페이서(140)가 원래의 상태로 복원되어 공극(G)을 형성하게 된다.
도 8은 투명기판의 터치에 따라 스페이서가 변형된 상태를 나타낸 단면도이다. 도 8에 도시된 바와 같이 투명기판(110)에 압력이 가해지는 것에 따라 압전소자(120)들 사이에 위치한 스페이서(140)가 변형되어 투명기판(110)이 압전소자(120)를 향해 이동하여 압력이 압전소자(120)에 전달되어 압전소자(120)로부터 전류가 인가되고, 이와는 반대로 투명기판(110)에 가해지는 외력이 사라지면 스페이서(140)로부터 발휘되는 탄성 복원력에 의해 투명기판(110)이 원래의 위치로 복귀하게 된다.
한편, 상기와 같이 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 일정한 간격을 두고 다수의 압전소자(120)가 마련되고, 상기 압전소자(120)와 전기적으로 연결되는 배선부(132)가 형성된 연성인쇄회로기판(130)으로 구성된 본 발명의 터치 스크린 패널(100)의 사용을 도 9에 의거하여 설명한다.
도 9는 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널 중 투명기판의 터치에 따른 압전소자위 위치에 따른 전위차를 나타낸 평면도이다. 도 9에 도시된 바와 같이, 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 압전소자(120)가 마련된 본 발명의 터치 스크린 패널(100)은 사용자가 의도적으로 투명기판(110)의 투광 구역(디스플레이 모듈에서 구현되는 화면이 투광되는 영역(114)을 터치하게 되면 터치한 지점(P)을 중심으로 인접한 거리에 위치한 압전소자(120)들에 압력이 전달된다. 압전소자(120)는 기계적 응력이 가해지는 경우 기계적 응력의 크기에 상응하여 전압을 발생하는데, 터치 지점(P)으로부터 서로 다른 위치에 위치하는 압전소자(120)는 각 압전소자에 가해지는 압력의 크기에 상응하는 전압을 발생한다.
보다 구체적으로 살펴보면, 터치한 지점(P)을 중심으로 가장 가까운 거리에 위치한 압전소자(A8)에 가장 큰 압력이 전달되고 그에 상응하는 높은 크기의 전압을 발생하며, 터치한 지점(P)으로부터 거리가 멀어진 압전소자들(A8,A9,B7,B8,B9)은 그만큼 압력이 줄어들어 압전소자에 가해지는 압력의 크기에 상응하는 작은 크기의 전압을 발생한다. 이에 따라서, 상기와 같은 압전소자(120)들의 전위차를 제어부(미도시)가 감지하여 사용자가 터치한 지점을 정확하게 파악할 수 있게 된다.
부연하자면, 투명기판(110)의 어느 한 지점을 사용자가 터치하게 되면, 터치한 지점(P)에 인접하여 위치하는 압전소자에서는 각 압전소자에 가해지는 압력 크기에 상응하는 전압을 발생한다. 제어부는 각 압전소자에서 발생한 전압 크기에 상응하는 거리를 계산하며, 계산한 거리를 반지름으로 하는 원이 서로 겹치는 지점을 터치 지점(P)으로 판단한다. 바람직하게, 본 발명에서 터치 지점(P)을 계산하기 위하여 적어도 2개 이상의 압전 소자에서 발생한 전압 크기에 상응하는 거리를 계산하고, 계산한 거리를 반지름으로 하는 원이 서로 겹치는 지점을 터치 지점(P)으로 판단한다.
상기와 같은 본 발명에 따른 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널(100)에 의하면, 투명기판(110)의 베젤 영역(112)을 따라 일정한 간격을 두고 다수의 압전소자(120)가 마련되고, 상기 압전소자(120)와 전기적으로 연결되는 배선부(132)가 형성된 연성인쇄회로기판(130)으로 이루어짐으로써, 투명전극이 불필요하게 되어 투명전극을 제조하고 이를 투명기판에 적층시키는 공정이 필요 없어 터치 스크린 패널의 제조원가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 투명기판(110)과 연성인쇄회로기판(130) 사이에 압전소자(120)가 마련되는 간단한 구조에 따라서 터치 스크린 패널의 제조 공정이 단순화되기 때문에 그에 따른 불량률을 감소시킬 수 있어 수율이 향상되는 효과가 있다.
한편, 본 발명은 앞서 설명한 실시예로 한정되는 것이 아니라 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 수정 및 변형하여 실시할 수 있고, 그러한 수정 및 변형이 가해진 것도 본 발명의 기술적 사상에 속하는 것으로 보아야 한다.
100 : 터치 스크린 패널 110 : 투명기판
112 : 베젤 영역 114 : 투광 영역
120 : 압전소자 130 : 연성인쇄회로기판
132 : 배선부 140 : 스페이서

Claims (6)

  1. 투명기판;
    상기 투명기판의 베젤 영역을 따라 일정한 간격을 두고 마련되는 다수의 압전소자;
    상기 압전소자와 전기적으로 각각 연결되는 배선부가 형성되어 있으며, 상기 베젤영역을 따라 상기 베젤영역의 상면에 배치되는 연성인쇄회로기판; 및
    상기 압전소자의 두께보다 높은 두께를 가지며 상기 투명기판과 연성인쇄회로기판 사이에 마련되는, 탄성 복원력이 발휘되는 재질의 스페이서를 포함하는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전소자는 투명기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 압전소자는 연성인쇄회로기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 압전소자를 이용한 터치 스크린 패널.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 삭제
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