KR101330809B1 - 터치 패널 및 이를 구비한 전자기기 - Google Patents

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Abstract

터치 패널 및 이를 구비한 전자 기기가 개시된다. 일 실시예에 따른 터치 패널은 하부 전극을 갖는 하부 기판, 하부 기판과 소정의 간극을 갖고 이격되어 있으며, 하부 전극에 대응하는 상부 전극을 갖는 상부 기판, 하부 전극 및 이에 대응하는 상부 전극 사이에 개재되어 있는 전도성 고무층 및 하부 전극 및 이에 대응하는 상부 전극 사이에 개재되어 있으며, 전도성 고무층의 상측 또는 하측에 접합되도록 배치되어 있는 유기 트랜지스터를 포함한다.

Description

터치 패널 및 이를 구비한 전자기기{Touch panel and electronic device including the touch panel}
사용자 입력 장치(user's input apparatus)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 터치 패널(touch panel)과 이를 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
터치 패널은 사용자로부터의 접촉을 감지함으로써 입력 여부와 함께 입력 위치를 판정하는 사용자 입력 장치(user's input apparatus)의 하나이다. 사용자는 손가락이나 스타일러스 펜 등을 이용하여 터치 패널을 접촉 또는 가압함으로써 데이터나 신호 등을 입력할 수 있다. 특히, 최근에는 플릭(flick), 드래그(drag), 스크롤(scroll), 핀치(pinch), 탭-앤-슬라이드(tap-and-slide) 등과 같이, 사용자가 터치 패널의 표면을 연속적으로 접촉 또는 가압하는 연속 입력(continuous input) 또는 멀티 터치 입력(multi-touch input)이 터치 패널에 널리 적용되고 있다.
터치 패널은 랩탑 컴퓨터나 넷북 등에서 마우스의 대용으로 구비되는 터치 패드(touch pad)로 사용되거나 또는 전자기기의 입력 스위치의 대용으로 사용될 수 있다. 또는, 터치 패널은 디스플레이와 일체로 결합되어 사용될 수 있는데, 이와 같이 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 등과 같은 디스플레이의 화상 표시면에 설치되는 터치 패널을 '터치 스크린(touch screen)'이라고 한다. 터치 스크린은 디스플레이 패널의 일면을 구성하도록 디스플레이와 일체로 설치되거나 또는 디스플레이의 일면 상측 또는 하측에 추가로 부착될 수도 있다.
터치 패널은 키보드 등과 같은 기계적인 사용자 입력 장치를 대체할 수가 있을 뿐만 아니라 조작이 간단하다. 그리고 터치 패널은 실행되는 어플리케이션의 종류나 어플리케이션의 진행 단계에 따라서 여러 가지 형태의 입력 버튼을 사용자에게 제공할 수가 있다. 따라서 터치 패널은 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM), 정보 검색기, 무인 티켓 발매기 등은 물론 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 카메라, 휴대용 게임기, MP3 플레이어 등과 같은 전자기기의 입력 장치로 광범위하게 사용되고 있다.
터치 패널은 사용자로부터의 입력 여부를 감지하는 방법에 따라 저항막 방식(resistive film type), 정전용량 방식(capacitive type), 초음파 방식(ultrasonic type), 적외선 방식(infrared type) 등으로 구분할 수 있다. 이 중에서 모바일 기기에 주로 사용되는 것은 정전용량 방식과 저항막 방식의 두 가지이다.
정전용량 방식의 터치 패널에서는 접촉 또는 가압에 의한 특정 지점에서의 정전용량의 변화를 감지함으로써 해당 지점에서의 입력 여부를 판정한다. 하지만, 정전용량 방식의 터치 패널은 플렉시블(flexible)하게 제조하기가 어려운데, 정전용량 방식의 터치 패널은 그 외형이 일정한 형태를 유지한 상태에서만 터치로서 기능을 수행할 수가 있기 때문이다. 아울러, 정전용량 방식의 터치 패널은 방전 특성을 이용하는 감지 메커니즘으로 인하여 미세한 터치 해상도(touch resolution)를 가지기 어렵다.
저항막 방식의 터치 패널에서는 가압에 의한 저항의 변화를 감지하여 해당 지점에서의 입력 여부를 판정한다. 이러한 저항막 방식의 터치 패널도 플렉시블하게 제조하기가 어려운데, 저항막 방식의 터치 패널이 상하부 기판 사이에 에어 갭(air gap)이 존재하는 구조이어서 터치 패널이 휜 상태에는 터치를 감지할 수 없기 때문이다. 그리고 저항막 방식의 터치 패널은 X축과 Y축 각각의 저항비를 이용하여 입력 위치를 감지하기 때문에 멀티 터치를 구현하기가 어렵다.
플렉시블 사용자 인터페이스로 활용될 수 있는 터치 패널 및 이를 구비한 전자기기를 제공한다.
양면 모두를 사용자 접촉면으로 이용하여 양면 터치 기술을 구현할 수 있는 터치 패널 및 이를 구비한 전자기기를 제공한다.
일 실시예에 따른 터치 패널은 하부 전극을 갖는 하부 기판, 상기 하부 기판과 소정의 간극을 갖고 이격되어 있으며, 상기 하부 전극에 대응하는 상부 전극을 갖는 상부 기판, 상기 하부 전극 및 이에 대응하는 상기 상부 전극 사이에 개재되어 있는 전도성 고무층, 및 상기 하부 전극 및 이에 대응하는 상기 상부 전극 사이에 개재되어 있으며, 상기 전도성 고무층의 상측 또는 하측에 접합되도록 배치되어 있는 유기 트랜지스터를 포함한다.
다른 실시예에 따른 터치 패널은 제1 방향으로 나란히 연장되도록 배치되어 있는 복수의 제1 전극 라인을 갖는 제1 기판, 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 나란히 연장되도록 배치되어 있는 복수의 제2 전극 라인을 갖는 제2 기판, 상기 복수의 제1 전극 라인과 상기 복수의 제2 전극 라인의 교차점에서 상기 제1 전극 라인과 상기 제2 전극 라인 중의 어느 하나에 접속되어 배치되어 있는 복수의 유기 트랜지스터, 및 상기 복수의 유기 트랜지스터 및 상기 제1 전극 라인과 상기 제2 전극 라인 중의 다른 하나에 접속되어 배치되어 있는 전도성 고무층을 포함한다.
본 발명에 의하면, 전도성 고무층과 유기 트랜지스터를 이용하여 터치 패널을 구현하므로 플렉시블 디스플레이에 적합할 뿐만 아니라 접혀 있거나 휘어져 있는 상태 등에서도 안정적으로 입력을 감지할 수 있을 뿐만 아니라 양면 터치 패널로 사용될 수도 있다. 따라서 본 발명에 따른 터치 패널은 플렉시블 디스플레이의 활용성을 극대화시킬 수가 있으며 다양한 어플리케이션에 활용이 될 수 있다.
그리고 본 발명에 따른 터치 패널은 유기 트랜지스터의 밀집도에 따라서 터치 해상도를 향상시킬 수 있으며, 입력 감지의 정확성 또한 극대화시킬 수 있다. 이러한 터치 패널은 점차 확대되는 고성능화되고 능동적인 디스플레이에 대한 수요를 충족시켜서 다양한 사용자 인터페이스, 어플리케이션 등에 활용이 될 수 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 터치 패널에서 터치 패널 몸체의 구성을 보여 주는 분리 사시도이다.
도 3은 도 2의 III-III' 라인을 따라 절취한 단면도이다.
도 4a 및 도 4b는 시트 형상의 전도성 고무층의 구조 및 전기적 특성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 5는 터치 패널 몸체의 일 노드에 대한 등가 회로도의 일 예이다.
도 6a 및 도 6b는 유기 트랜지스터를 이용하여 가압된 부분에만 전류가 흐르고 이에 인접한 부분에 유기된 전류를 차단하는 것을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 7a 및 도 7b는 유기 트랜지스터를 이용하여 일방향으로만 전류가 흐르는 것을 비교하여 설명하기 위한 도면이다.
도 8a는 하나의 상부 전극과 교차하는 복수의 하부 전극 사이에 형성되는 복수의 노드에 대한 등가 회로도이다.
도 8b는 제어부 복수의 상부 전극(X1, X2, X3, X4, …)에 입력하는 감지 신호(Ss)의 일례를 보여 주는 그래프이다.
도 9는 도 1의 제어부의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 10a는 상부 기판이 사용자 접촉면으로 사용되는 경우의 터치 패널 몸체를 보여 주는 단면도이다.
도 10b는 하부 기판이 사용자 접촉면으로 사용되는 경우의 터치 패널 몸체를 보여 주는 단면도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 구비한 전자 기기의 구성의 일례를 보여 주는 블록도이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
도 1은 일 실시예에 따른 터치 패널(10)의 구성을 보여 주는 블록도이고, 도 2는 도 1의 터치 패널(10)에서 터치 패널 몸체(100)의 구성을 보여 주는 분리 사시도이며, 도 3은 도 2의 III-III' 라인을 따라 절취한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 터치 패널(10)은 터치 패널 몸체(touch panel body, 100) 및 제어부(controlling unit, 110)를 포함한다. 터치 패널 몸체(100)는 터치 패널(10)을 구성하는 물리적 구조체를 가리킨다. 반면, 제어부(110)는 터치 패널 몸체(100)로의 입력 여부를 감지하는 전기 회로 및/또는 하드웨어/소프트웨어일 수 있다. 따라서 본 명세서에서 단순히 '터치 패널'이라고 칭할 경우에, 좁은 의미로는 터치 패널 몸체(100)만을 가리키지만, 넓은 의미로는 제어부(110)도 포함하는 터치 패널(10) 전체를 가리킬 수도 있다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 터치 패널 몸체(100)의 구성에 관하여 먼저 설명한다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 터치 패널 몸체(100)는 한 쌍의 기판, 즉 하부 기판(101) 및 상부 기판(102), 한 쌍의 기판(101, 102) 상에 형성되어 있는 복수의 감지 전극쌍(sensing electrodes pair, 103, 104), 그리고 한 쌍의 기판(101, 102) 사이에 개재되어 있는 유기 트랜지스터(105) 및 전도성 고무층(106)을 포함한다.
하부 기판(101)은 터치 패널 몸체(100)의 하면을 형성하는 베이스 기판이다. 하부 기판(101)은 딱딱한 유리 기판(glass substrate)으로 형성되거나 또는 폴리머 필름(polymer film)) 등과 같은 플렉시블한 재질로 형성될 수 있다. 예를 들어, 터치 패널(10)이 전자기기의 터치 스크린으로서 기능하고 또한 디스플레이 (예컨대, LCD 패널)가 터치 패널(10)의 하측에 구비되는 경우(이 경우에는 터치 패널 몸체(100)를 구성하는 모든 구성요소들은 투명한 재질로 형성되어야 한다)에, 하부 기판(101)은 디스플레이의 상면 자체가 되거나 또는 디스플레이의 상면에 부가적으로 부착되는 기판일 수 있다.
상부 기판(102)은 터치 패널 몸체(100)의 상면을 형성하도록 하부 기판(101)과 소정의 간격으로 이격되어 대향하도록 배치되어 있다. 상부 기판(102)도 딱딱한 유리 기판이나 폴리머 필름 등과 같은 플렉시블한 재질로 형성될 수 있다. 터치 패널(10)이 전자기기의 터치 스크린으로서 기능하고 또한 디스플레이 소자가 터치 패널(10)의 상측에 부착되는 경우(이 경우에는 터치 패널 몸체(100)를 구성하는 구성요소들이 반드시 투명한 재질로 형성될 필요는 없다)에, 상부 기판(102)은 디스플레이의 하면 자체가 되거나 또는 디스플레이의 하면에 부가적으로 부착되는 기판일 수 있다.
상부 기판(102)의 상면은 사용자가 입력을 할 때 직접 또는 간접으로 접촉하는 사용자 접촉면(user's touch surface)이다. 양면 터치를 지원하는 터치 패널의 경우에는 상부 기판(102)의 상면은 물론 하부 기판(101)의 하면도 사용자가 직접 또는 간접으로 접촉하는 사용자 접촉면이 될 수 있다. 상부 기판(102)의 상면이나 하부 기판(101)의 하면에 소정의 힘이 가해지면, 상부 기판(102)이나 하부 기판(101)에는 변형이 생길 수가 있다(도 10a 및 도 10b 참조). 예를 들어, 사용자가 손가락이나 스타일러스 펜 등과 같은 포인팅 오브젝트(pointing object)를 사용하여 사용자 접촉면(S)을 가압하는 경우에 상부 기판(102) 또는 하부 기판(101)은 국부적으로 변형될 수 있다.
감지 전극 쌍(103, 104)은 각각 하부 기판(101)의 상면 상에 형성되어 있는 하부 전극(103)과 상부 기판(102)의 하면 밑에 형성되어 있는 한 쌍의 전극이다. 감지 전극 쌍(103, 104)은 터치 패널 몸체(100) 전체에 어레이(array)로 배열되거나 또는 매트릭스 형태(matrix type)로 배열될 수 있다. 도 2에는 매트릭스 형태로 배열된 감지 전극 쌍의 일례가 도시되어 있는데, 하부 기판(101)의 상면에 라인 타입의 하부 전극(103)이 다수 개가 나란하게 형성되어 있고, 상부 기판(102)의 하면에 라인 타입의 상부 전극(104)이 다수 개가 나란하게 형성되어 있다. 여기서, 하부 전극(103)들은 제1 방향으로 신장되며, 상부 전극(104)들은 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 신장되어 있다. 따라서 다수의 하부 전극(103)들과 다수의 상부 전극(104)들의 교차점들에서 매트릭스 형태로 배열된 복수의 감지 전극 쌍(103, 104)들이 정의될 수 있다. 감지 전극 쌍(103, 104)은 각각 투명하거나 또는 불투명한 도전성 물질로 형성될 수 있으며, 하부 전극(103)과 상부 전극(104)이 반드시 동일한 재질로 형성될 필요는 없다.
하부 기판(101)과 상부 기판(102) 사이의 간극에는 유기 트랜지스터(105) 및 전도성 고무층(106)이 개재되어 있다. 도면에서는 하부 기판(101)의 하부 전극(103) 상에 유기 트랜지스터(105)와 전도성 고무층(106)이 순차적으로 적층되어 있는 것으로 도시되어 있지만, 이것은 단지 예시적인 것이다. 예를 들어, 터치 패널 몸체(100)에서 유기 트랜지스터(105)와 전도성 고무층(106)의 적층 순서는 서로 바뀔 수 있다.
전도성 고무층(105)은 시트(sheet) 형상으로 터치 패널 몸체(100)의 전면에 깔려 있는 하나의 층일 수 있다. 하지만, 본 실시예가 여기에만 한정되는 것은 아니며, 전도성 고무층(105)은 하부 전극(103) 또는 상부 전극(104)과 같은 라인(line) 형상이거나 또는 하부 전극(103)과 상부 전극(104)의 교차점에만 형성되는 스팟(spot) 형상일 수도 있다. 이러한 전도성 고무층(105)은 상측 또는 하측 중 어느 일방으로부터 일정한 압력 이상으로 가압되면 상하로 전기가 통하지만 평상시에는 전기가 통하지 않는 전기적 특성, 즉 가변 저항으로서의 특성을 갖는다.
도 4a 및 도 4b는 전도성 고무층(105)의 구조 및 전기적 특성을 설명하기 위한 단면도로서, 전도성 고무층(105)이 시트 형상인 경우이다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 전도성 고무층(105)은 아주 얇은 두께를 가지며 전기 절연성이 우수한 탄성 재질, 예컨대 고무로 형성된 모재(105a)에 전도체로 형성된 미세 입자, 예컨대 잘게 쪼개진 상태의 탄소 나노튜브(105b)가 분산되어 있는 구조이다. 도면에서는 전도성 고무층(105)의 두께 및 탄소 나노튜브(105b)의 입자가 상대적으로 크게 도시되어 있지만, 이것은 단지 도시 및 설명의 편의를 위한 것이다. 실질적으로 전도성 고무층(105)은 아주 얇은 두께의 시트 형상의 고무로 형성된 모재(105a)에 아주 미세한 탄소 나노튜브(105b)가 고르게 분산되어 분포되어 있다. 탄소 나노튜브(105b)는 모재(105a)에 불규칙적으로 또는 규칙적으로 분포되어 있을 수 있다.
이러한 전도성 고무층(105)은 아무런 힘이 가해지지 않을 경우에는 도 4a에 도시된 바와 같이 어느 방향으로도 전기가 통하지 않는 전기 절연체이다. 즉, 탄소 나노튜브(105b)의 밀도가 낮아서 전도성 고무층(105)은 전기가 통하지 않는다. 그러나 도 4b에 도시된 바와 같이 전도성 고무층(105)의 일 방향, 예컨대 상측으로부터 전도성 고무층(105)에 소정의 압력이 가해지면, 고무로 형성된 모재(105a)의 특성상 가압되는 방향으로 압축이 일어나면서 모재(105a)에 분산되어 분포되어 있던 탄소 나노튜브(105b) 사이의 거리가 가까워지고 또한 서로 접촉이 된다. 그 결과, 탄소 나노튜브(105b)의 밀도가 높아지는데(점선 A 부분), 그에 따라서 전도성 고무층(105)은 전도성이 높아지게 된다. 특히, 전도성 고무층(105)은 가압되는 방향(점선 A 부분의 상하 방향)으로 전류가 가장 잘 통하는 전기 전도체가 된다. 이러한 전도성 고무층(105)의 전기적 특성에 의하면, 전도성 고무층(105)은 상측으로부터 가압되는 경우는 물론 하측으로부터 가압되거나 또는 상하측 모두로부터 가압되는 경우에도 상하 방향으로 전기 전도성이 높아져서 전기가 잘 통할 수 있다는 것은 명백하다(도 10a 및 도 10b 참조).
터치 패널 몸체(100)에는 복수의 유기 트랜지스터(organic transistor, 106)가 상부 전극(104)과 하부 전극(103)의 교차점에 매트릭스 형태로 배열되어 있을 수 있다. 유기 트랜지스터(106)는 전계 효과(field effect) 박막 트랜지스터(Thin Film Transitor, TFT)로서, 그 전체 구조 및 동작 원리는 실리콘을 기반으로 한 전계 효과 박막 트랜지스터와 크게 차이가 없으므로, 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다. 다만, 유기 트랜지스터(106)는 채널을 형성할 수 있는 반도체 층, 즉 채널층이 실리콘 반도체가 아닌 유기 반도체 재료로 형성된다는 점에서 차이가 있다. 유기 트랜지스터(106)는 유기 반도체 재료로 채널층이 형성되어서 실리콘 반도체에 비하여 기계적인 유연성이 풍부하므로 플렉시블 디바이스를 만드는데 널리 활용될 수가 있다.
도 5는 터치 패널 몸체(100)의 일 노드, 즉 하부 전극(103)과 상부 전극(104)의 교차점에 대한 등가 회로도의 일 예를 보여 주는 회로도이다. 도 5에서는 상부 전극(104)이 애노드(anode)로 사용되고 하부 전극이 캐스도(cathode)로 사용되는 경우이다. 도 5를 참조하면, 일 실시예에 따른 터치 패널 몸체(100)의 노드는 상부 전극(104)과 하부 전극(103) 사이에 가변 저항으로서 기능하는 전도성 고무층(105)과 스위칭 소자인 유기 트랜지스터(106)가 직렬로 연결되어 있는 회로 구조를 갖는다. 그리고 유기 트랜지스터(106)는 게이트(106g)와 드레인(106d)이 전기적으로 연결되어 있어서 그 기능상 다이오드로서 동작한다.
보다 구체적으로, 가변 저항인 전도성 고무층(105)의 저항이 낮아서 유기 트랜지스터(106)의 소스(106s)와 게이트(106g) 사이에 상대적으로 고전압, 즉 유기 트랜지스터(106)의 임계 전압(Vth) 이상이 걸리게 되면, 유기 트랜지스터(106)를 통해서 전류(Id)가 흐를 수 있게 된다. 반면, 가변 저항인 전도성 고무(105)의 저항이 높아서 유기 트랜지스터(106)의 소스(106s)와 게이트(106g) 사이에 상대적으로 낮은 전압, 즉 유기 트랜지스터(106)의 임계 전압(Vth) 이하가 걸리게 되면, 유기 트랜지스터(106)는 전류의 흐름을 차단한다.
이와 같이, 유기 트랜지스터(106)는 전도성 고무층(105)을 통해 흐르는 전류를 온/오프(On/Off)시키는 스위칭 기능을 수행할 수 있다. 이러한 유기 트랜지스터(106)의 스위칭 기능은 터치 패널(10)의 오작동을 방지할 수가 있다. 보다 구체적으로, 유기 트랜지스터(106)는 가압된 부분(도 4b의 점선 A 부분)을 통해 흐르는 전류는 흐르게 하지만 이에 인접한 부분(점선 B 부분)을 통해 흐르는 전류는 차단한다. 그 결과, 터치 패널 몸체(100)에서 가압된 부분만이 입력으로 감지되며, 가압되지 않은 다른 부분이 입력으로 감지되는 것과 같은 오동작을 방지할 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 유기 트랜지스터(106)를 이용하여 가압된 부분에만 전류가 흐르고 이에 인접한 부분에 유기된 전류를 차단하는 것을 비교하여 설명하기 위한 도면이다. 전술한 바와 같이, 전도성 고무층(105)에는 탄소 나노튜브(105b)와 같은 미세한 전도성 입자가 모재(105a) 전체에 분산되어 분포되어 있어서 전기 부도체이지만(도 4a 참조), 압력이 가해지면 해당 부분에서는 모재(105a) 내에 분포되어 있는 탄소 나노튜브(105b)의 밀도가 높아져서 상하 방향으로 전류가 흐를 수 있게 된다(도 4b의 참조). 그런데, 전도성 고무층(105)은 압력이 가해진 부분(도 4b의 점선 A 부분)은 물론 그에 인접한 부분(도 4b의 점선 B 부분)에서도 탄소 나노튜브(105b)의 밀도가 증가한다(물론, 점선 B 부분에서의 탄소 나노튜브(105b)의 밀도는 점선 A 부분에서의 탄소 나노튜브(105b)의 밀도보다는 낮지만, 가압되지 않은 그 이외의 영역보다는 높다).
그 결과, 도 6a 및 도 6b에 도시된 바와 같이, 경로 a를 통해 흐르는 전류가 인접한 경로 b를 통해서도 흐를 수 있는 문제, 즉 가압된 부분의 인접 영역에 원하지 않는 유기 전류를 발생시킬 수가 있다. 유기 전류는 터치 패널의 오동작을 일으키는 원인이 될 수 있다. 이 경우에, 도 6a에 도시된 바와 같이, 전도성 고무층(105)과 하부 전극(103) 사이 또는 전도성 고무층(105)과 상부 전극(104) 사이에 유기 트랜지스터가 개재되어 있지 않으면, 상부 전극(104)에 인가된 전류는 경로 a는 물론 경로 b를 통해서도 하부 전극(103)으로 흐를 수 있게 된다. 하지만, 유기 트랜지스터(106)와 같은 스위칭 소자가 전도성 고무층(105)과 하부 전극(103) 사이 등에 개재되어 있으면, 복수의 유기 트랜지스터(106)를 선택적으로 온/오프시킴(보다 구체적으로 경로 a에 위치한 유기 트랜지스터(106)는 온시키지만 경로 b에 위치한 유기 트랜지스터(106)는 오프시킴)으로써, 경로 a를 통해 흐르는 전류는 그대로 흐르게 하고 경로 b를 통해서는 전류가 흐르는 것을 차단할 수 있다. 특히, 도 5에 도시된 것과 같이 다이오드로서 기능하는 유기 트랜지스터(106)는 전도성 고무층(105)을 통해 흐르는 전류의 양이 경로 a(전도성 고무(105)의 저항이 낮아서 소스와 게이트 사이에 임계 전압 이상의 전압이 걸린다)와 경로 b(전도성 고무(105)의 저항이 높아서 소스와 게이트 사이에 임계 전압 이하의 전압이 걸린다)에 차이가 있으므로, 유기 트랜지스터(106)에 대한 선택적인 온/오프 스캐닝 동작을 수행할 필요도 없이 자체적으로 스위칭이 가능하다.
이러한 유기 전류의 발생을 감소시키거나 또는 방지하는 한 가지 방법은 전도성 고무층(105)을 라인 형상 또는 스팟 형상으로 만드는 것이다. 라인 형상의 전도성 고무층은 전도성 고무층이 연장된 방향으로는 유기 전류가 발생할 수 있지만 그에 수직한 방향으로는 전도성 고무층이 존재하지 않기 때문에 유기 전류가 발생하지 않는다. 그리고 스폿 형상의 전도성 고무층은 그 주위에는 전도성 고무층이 존재하지 않기 때문에, 불필요한 유기 전류가 발생하는 것을 원천적으로 차단시킬 수 있다.
그리고 유기 트랜지스터(106)는 터치 패널 몸체(100), 보다 구체적으로 상부 전극(103)과 하부 전극(104) 사이에 역방향 전류가 흐르는 것을 방지하는 기능도 수행할 수 있다. 즉, 유기 트랜지스터(106)는 하부 전극(103)에서 상부 전극(104)으로 흐르는 역전류가 발생할 경우에 이를 차단하여 흐르지 않도록 한다. 이러한 유기 트랜지스터(106)의 기능은 터치 패널(10)의 내구성 및 신뢰성을 향상시키기 위해서 필요하다. 왜냐하면, 터치 패널 몸체(100)가 하부 전극(103)과 상부 전극(104)으로 구성되는 다이오드와 유사한 특성을 가지고 있는데, 역전류가 지속적으로 흐를 경우에는 터치 패널(10)의 파손을 야기할 가능성이 높아지기 때문이다.
도 7a 및 도 7b는 유기 트랜지스터(106)를 이용하여 일방향 예컨대, 상부 전극(104)에서 하부 전극(103)으로만 전류가 흐르고 반대 방향인 하부 전극(103)에서 상부 전극(104)으로 전류가 흐르는 것을 차단하는 것을 비교하여 설명하기 위한 도면이다. 도 7a를 참조하면, 유기 트랜지스터(106)가 없는 경우에는 양 방향으로 즉, 상부 전극(104)에서 하부 전극(103)으로 경로 a를 따라서는 물론 하부 전극(103)에서 상부 전극(104)으로 경로 c를 따라서도 전류가 흐를 수 있다. 반면, 도 7b를 참조하면, 유기 트랜지스터(106)가 있는 경우에는 일 방향, 즉 상부 전극(104)에서 하부 전극(103)으로 경로 a를 따라서는 전류가 흐를 수 있지만, 하부 전극(103)에서 상부 전극(104)으로 경로 c를 따라서는 전류가 흐를 수 없다.
계속해서 도 1을 참조하면, 제어부(110)는 터치 패널 몸체(100)에 대한 사용자로부터의 입력 여부와 함께 입력 위치(input location)를 판정할 수 있다. 이를 위하여, 제어부(110)는 감지 신호(Ss)를 생성하여 터치 패널 몸체(100)로 입력하며, 입력된 감지 신호(Ss)에 대한 출력 신호(So)를 이용하여 입력 여부를 판정한다. 그리고 입력이 있는 것으로 판정되는 경우에, 제어부(100)는 입력 신호(Si, 예컨대, 도 11의 터치 프로세서(touch processor)로 입력되는 인터럽트 신호)와 함께 입력 위치에 대한 정보를 출력한다. 감지 신호(Ss)를 생성하기 위한 전원은 터치 패널(10)을 구비한 전자 기기의 전원부(도 11 참조) 등으로부터 제공될 수 있다.
도 8a는 도 2의 터치 패널 몸체(100)에서 하나의 상부 전극(104)과 이와 교차하는 복수의 하부 전극(103) 사이에 형성되는 복수의 노드에 대한 등가 회로도이다. 그리고 도 8b는 제어부(110)가 복수의 상부 전극(X1, X2, X3, X4, …)에 입력하는 감지 신호(Ss)의 일례를 보여 주는 그래프이다. 도 8b를 참조하면, 제어부(110)는 복수의 상부 전극(104)를 스캔하면서 순차적으로 펄스 신호(Vs)를 입력한다. 그리고 각 상부 전극(104)으로 입력된 펄스 신호(Vs)에 대하여 사용자로부터의 입력이 있는 노드, 즉 가변 저항인 전도성 고무(105)의 저항이 낮아진 노드에 접속된 하부 전극(103)(도 8a의 경우에는 왼쪽에서 네 번째 하부 전극(103))을 통해서는 전류가 흘러서 검출되지만, 사용자로부터의 입력이 없는 노드, 즉 가변 저항인 전도성 고무(105)의 저항이 상대적으로 큰 노드에 접속된 하부 전극(103)(도 8a의 경우에는 왼쪽에서 네 번째 하부 전극(103)을 제외한 하부 전극)을 통해서는 전류가 흐르지 않는다. 그 결과, 제어부(110)는 하부 전극(103)(도 8a의 경우에는 왼쪽에서 네 번째 하부 전극(103))을 통해서 흐르는 전류를 검출하여 입력 여부와 함께 입력 위치를 판정할 수 있다.
이와 같이, 제어부(110)는 패시브 매트릭스 스캔(passive matrix scan)을 수행하여 사용자의 가압에 의하여 전도성 고무(105)의 저항이 낮아진 노드를 통해 흐르는 전류를 검출함으로써 입력 위치를 판정할 수 있다. 도 9는 이러한 제어부(110)를 구성하는 블록도의 일례를 보여 주는 도면이다. 도 9에 도시된 제어부(110)의 구성은 패시브 매트릭스 스캔을 수행하여 입력 위치를 판정하는 상용화된 회로 구성이다. 따라서 이하에서는 이에 대하여 간단히 설명한다.
도 9를 참조하면, 제어부(110)는 드라이버(driver, 1101), 먹스(MUX, 1102), 및 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter, ADC, 1103)를 포함한다.
드라이버(1101)는 매트릭스 형태로 배열되어 있는 노드들에 대한 X축 값과 Y축 값, 즉 도 2의 터치 패널 몸체에서 상부 전극(104)의 위치와 하부 전극(103)의 위치를 지시하는 값을 인식받는 터치 패널 드라이버 인터페이스(touch panel drivers interface)이다. 보다 구체적으로, 터치 패널 몸체(100)로 터치 입력이 인가되면 인터럽트 신호가 발생하여 드라이버(1101)에서 스캐닝 작업을 시작한다(도 8b 참조). 스캐닝 작업은 예컨대, X1 → X2 → X3 → … 의 순서로 실시될 수 있으며, 스캔 센싱 회로는 Y열(Y1, Y2, Y3, …) 중 적어도 어느 하나의 라인으로부터 물리적 접촉, 즉 입력을 감지한다. 드라이버(1101)에서 스캔 센싱된 신호는 먹스(1102)로 입력되는데, 먹스(1102)는 다중 입력을 받아 스위치를 통해 출력되는 회선을 줄인다. 아날로그-디지털 변환기(1103)는 먹스(1102)를 통해 입력되는 스캔 센싱 신호를 디지털 스캔 센싱 신호로 변환시킨다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널은 플렉시블하고 탄성이 있는 재질의 전도성 고무층을 가변 저항으로 사용하고 또한 플렉시블한 환경에서도 신뢰성이 우수한 유기 트랜지스터를 스위칭 소자로 사용한다. 따라서 하부 기판과 상부 기판을 폴리머 필름 등과 같은 플렉시블한 재질로 형성하면, 내구성이 우수한 터치 패널 전체를 플렉시블하게 제조할 수 있다. 그리고 터치 패널은 휘거나 접은 상태에서도 터치 인식 성능이 저하되지 않을 뿐만 아니라 터치 인식에 대한 정확성도 높다.
그리고 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널은 양면 모두를 사용자 접촉면으로 사용할 수 있다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널은 플렉시블한 특성을 갖도록 하부 전극(103)과 상부 전극(104) 사이의 노드에 전도성 고무(105)와 유기 트랜지스터(106)가 배치된다. 이러한 노드의 구조는 물리적으로는 상하가 구분되지 않아서 상부 기판(102)의 상면과 하부 기판(101)의 하면이 모두 사용자 접촉면이 될 수 있으며, 어느 쪽으로부터 압력이 가해지더라도 해당 부분의 전도성 고무(106)의 저항이 감소한다는 점은 동일하다. 도 10a 및 도 10b는 각각 상부 기판(102)과 하부 기판(101)이 사용자 접촉면으로 사용되는 경우인데, 상부 기판(102)의 상면으로부터 압력이 가해지는 경우(도 10a 참조)는 물론 하부 기판(101)의 하면으로부터 압력이 가해지는 경우(도 10b 참조)에도 전도성 고무(105)는 동일하게 변형이 되며, 그 결과 전류(Id)가 흐를 수 있게 된다는 것을 알 수 있다.
전술한 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널은 사용자 입력 장치로서 여러 가지 종류의 전자기기에 구비될 수 있다. 예를 들어, 터치 패널은 노트북이나 넷북 등의 터치 패드로 사용될 수 있다. 그리고 터치 패널은 전자기기의 디스플레이의 윗면 및/또는 아랫면에 장착되어 사용되는 터치 스크린으로 사용될 수 있다. 터치 패널은 예컨대, 휴대폰, 스마트 폰이나 PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 전자책 단말기(E-book terminal), 테블릿 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자기기나 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM), 정보 검색기, 무인 티켓 발매기 등과 같은 전자기기의 터치 스크린으로 사용될 수 있다.
뿐만 아니라, 터치 패널은 플렉시블 디스플레이가 요구되거나 및/또는 양면 터치가 적용될 수 있는 여러 가지 종류의 가정용 전자기기나 사무용 전자기기 등에서 사용자 입력 장치로 사용될 수 있다. 예를 들어, 부분 접은 상태(일 부분이 롤 형상으로 감겨져 있고 다른 부분은 펴져 있는 상태)의 터치 패널은, 펴져 있는 상태의 터치 패널 부분은 전면을 사용자 접촉면으로 사용하고 접혀 있는 상태의 터치 패널 부분은 후면을 사용자 접촉면으로 사용하도록 하여 양면 터치 패널로 사용할 수 있다. 이 경우에, 후면을 터치하여 입력 장치로 사용하는 경우에는 터치 패널의 전면 상에 배치되어 있는 투명 디스플레이에는 180도가 미러된 이미지가 표시될 수 있도록 하여 편리성을 부여할 수도 있다.
다른 예로, 터치 패널은 전도성 고무를 이용하여 미세한 압력도 인지할 수 있는 특성을 활용하여 감성적인 전자 기기로 활용할 수도 있다. 또는, 터치 패널은 플렉시블한 디스플레이를 갖는 전자 기기(예컨대, 책 형상의 디스플레이를 갖는 전자책 단말기)와 결합되어 다용한 용도의 사용자 입력 장치로 활용될 수 있으며, 게임기나 그래픽 작업 등을 위한 전자 기기의 양면 멀티 터치 입력 장치로도 사용될 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(10)을 구비한 전자 기기의 구성의 일례를 보여 주는 블록도이다. 도 11을 참조하면, 전자 기기는 터치 패널(10), 터치 프로세서(touch processor, 20), 호스트 프로세서(30), 전원부(40), 및 메모리(50)를 포함한다. 이러한 전자 기기의 구성은 예시적인 것으로서, 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널을 어떠한 종류의 전자 기기에도 적용이 될 수 있다.
터치 패널(10)은 전술한 바와 같이 터치 패널 몸체(100) 및 제어부(110)를 포함한다. 사용자로부터 터치 입력이 들어오게 되면 해당 지점의 전도성 고무가 일시적으로 압축되므로 저항이 감소하는데, 이 때 센싱 펄스가 해당 노드에 입력이 되면 낮은 저항으로 인하여 유기 트랜지스터의 소스에는 상대적으로 높은 전압이 걸려서 유기 트랜지스터가 온 상태가 된다.
그리고 터치 프로세서(20)는 터치 패널(10)의 제어부(110)로부터 디지털 스캔 센싱 신호(도 9 참조)가 입력되면 이를 메모리(50)에 저장되어 있는 데이터에 매핑을 하여 유효한 인식 정보를 생성한다. 보다 구체적으로, 터치 프로세서는 터치 패널(10)을 통하여 입력되어 감지된 정보가 어떤 성격의 정보인지 판단하는 정보 인식 기능과 인식된 정보에 적합한 패턴을 검색하는 정보 검색 기능, 그리고 메모리(50)로부터 매핑된 정보를 추출하여 호스트 프로세서(30)로 전달하는 기능을 수행한다.
메모리(50)에는 입력된 상황 정보에 맞는 각각의 정의된 패턴이 저장되어 있다. 상황 정보에 맞도록 정의되어 있는 패턴은 특정 메뉴나 어플리케이션의 최조 생성시 정의되거나 및/또는 사용자에 의하여 추후에 정의될 수도 있다. 어떤 방법으로든 정의된 패턴은 반영구적으로 저장이 가능한 외부 저장 장치나 전자 기기의 롬(ROM), 플레쉬 메모리(flash memory) 등과 같은 비휘발성 메모리에 저장이 될 수 있다.
호스트 프로세서(30), 즉 터치 패널(10)이 설치된 전자 기기의 메인 프로세서나 특정 어플리케이션 프로세서로는 터치 프로세서(20)에서 생성된 인식 정보가 전달된다. 그리고 호스트 프로세서(30)는 수신된 인식 정보를 처리하여 전자 기기에 유효하거나 또는 해당 어플리케이션의 실행에 유효한 특정 이벤트를 발생시킨다.
그리고 전원부(40)는 전자 기기의 각종 구성요소에 전원을 공급하는 장치이다. 전원부(40)는 전자 기기의 구성 요소들과 직접 연결되어 있거나 그 중간에 교류/직류 컨버터(AC/DC converter) 및/또는 직류/직류 컨버터(DC/DC converter)가 추가로 구비되어 있을 수 있다. 교류/직류 컨버터는 전원부(40)로 교류 전원이 사용될 경우에 교류 전류를 직류 전류로 변환하기 위한 것이다. 그리고 직류/직류 컨버터는 전원부(40) 및/또는 교류/직류 컨버터로부터 공급되는 직류 전압을 각 구성 요소의 동작에 적합한 전압으로 변환시키기 위한 것이다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예에 불과할 뿐, 이 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 한다. 따라서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
10 : 터치 패널
100 : 터치 패널 몸체
110 : 제어부
101 : 하부 기판
102 : 상부 기판
103 : 하부 전극
104 : 상부 전극
105 : 전도성 고무층
106 : 유기 트랜지스터

Claims (14)

  1. 하부 전극을 갖는 하부 기판;
    상기 하부 기판과 소정의 간극을 갖고 이격되어 있으며, 상기 하부 전극에 대응하는 상부 전극을 갖는 상부 기판;
    상기 하부 전극 및 이에 대응하는 상기 상부 전극 사이에 개재되어 있는 전도성 고무층; 및
    상기 하부 전극 및 이에 대응하는 상기 상부 전극 사이에 개재되어 있으며, 상기 전도성 고무층의 상측 또는 하측에 접합되도록 배치되어 있는 유기 트랜지스터를 포함하며,
    상기 유기 트랜지스터는 소스와 드레인 중에서 센싱 전류의 공급단과 게이트가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 하부 기판과 상기 상부 기판 중에서 적어도 하나는 플렉시블한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 상부 기판의 상면과 상기 하부 기판의 하면이 모두 사용자 접촉면인 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전도성 고무층은 라인 형상 또는 스팟 형상인 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 하부 전극과 상기 상부 전극 중의 어느 하나로 센싱 신호를 입력하여 사용자로부터의 입력 여부를 판정하며, 사용자로부터의 입력이 있는 것으로 감지되면 입력 신호를 출력하는 제어부를 더 포함하는 터치 패널.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 하부 전극은 일 방향으로 연장된 복수의 제1 전극 라인으로 구성되고 또한 상기 상부 전극은 상기 제1 전극 라인에 대하여 수직으로 연장된 복수의 제2 전극 라인으로 구성되며,
    상기 제어부는 상기 제1 및 제2 전극 라인 중에서 어느 하나의 전극 라인에 순차적으로 펄스 신호를 상기 센싱 신호로 입력하고 또한 상기 제1 및 제2 전극 라인 중에서 다른 하나의 전극 라인을 통해 전류가 흐르는지를 감지하여 입력 여부를 판정하는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  8. 제1 방향으로 나란히 연장되도록 배치되어 있는 복수의 제1 전극 라인을 갖는 제1 기판;
    상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 나란히 연장되도록 배치되어 있는 복수의 제2 전극 라인을 갖는 제2 기판;
    상기 복수의 제1 전극 라인과 상기 복수의 제2 전극 라인의 교차점에서 상기 제1 전극 라인과 상기 제2 전극 라인 중의 어느 하나에 접속되어 배치되어 있는 복수의 유기 트랜지스터; 및
    상기 복수의 유기 트랜지스터 및 상기 제1 전극 라인과 상기 제2 전극 라인 중의 다른 하나에 접속되어 배치되어 있는 전도성 고무층을 포함하며,
    상기 복수의 유기 트랜지스터 각각은 소스와 드레인 중에서 센싱 전류의 공급단과 게이트가 전기적으로 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 중에서 적어도 하나는 플렉시블한 재질로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 모두가 사용자 접촉면으로 사용될 수 있는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  11. 삭제
  12. 제8항에 있어서,
    상기 전도성 고무층은 라인 형상 또는 스팟 형상인 것을 특징으로 하는 터치 패널.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 라인과 상기 복수의 제2 전극 라인 중의 어느 하나로 센싱 신호를 순차적으로 입력하여 사용자로부터의 입력 여부를 판정하는 제어부를 더 포함하는 터치 패널.
  14. 제1항 또는 제8항의 터치 패널을 구비한 전자 기기.
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