KR101339296B1 - 그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린을 이용한 힘 측정방법 - Google Patents

그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린을 이용한 힘 측정방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 모듈, 그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린, 그 터치스크린을 이용한 힘 측정방법에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 힘 또는 압력 감지 모듈에 있어서, 유연한 상부기판 하부면에 결합되는 제1도전층; 하부기판 상부면에 결합되는 제2도전층; 및 제1도전층과 상기 제2도전층 사이에 구비되며 적어도 하나의 그래핀막으로 구성된 그래핀층과 상기 그래핀층 사이에 구비된 터널링 장벽층을 갖는 그래핀 그래핀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 모듈에 관한 것이다.

Description

그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린을 이용한 힘 측정방법{A multi­touch force­sensing transparent touch screen based on graphene film}
본 발명은 그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린에 대한 것이다. 보다 상세하게는, 그래핀은 탄소원자가 육각형 모양으로 2차원으로 배열된 구조로써 전도성이 우수하고 투명하여 차세대 투명 전극으로써 효용가치가 높다. 본 발명은 그래핀을 이용하여 현재 터치스크린이 가지고 있는 단점의 개선한 그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린에 관한 것이다
현재 터치스크린 기술은 크게 감압식과 정전식 방식으로 나눌 수 있는데 최근 정전식 터치스크린이 멀티터치와 감도가 우수하고 강화유리 패널을 쓸 수 있는 장점으로 인해 널리 쓰이고 있다. 하지만 정전식 터치스크린은 사람의 손가락과 같은 유전체의 입력만 받을 수 있으며 장갑을 낀 상태에서는 동작을 하지 못하는 단점을 갖는다.
또한 스타일러스 펜과 같이 끝이 뾰쪽하여 스크린과 접촉 면적이 작을 경우 터치에 의한 전하량 변화가 미미하기 때문에 검출하기 어려운 단점이 있다. 이를 해결하기 위한 기술로 와콤사가 개발한 전자기유도 방식의 펜 터치 입력 방식을 사용하고 있지만 손가락과 펜 입력을 동시에 받기 위해 각각 다른 방식의 입력 방식을 사용하기 때문에 불필요한 전력소모, 제조비용의 상승을 초래한다. 또한 전자기유도 방식의 펜 터치는 압력까지 구분할 수 있지만 펜에 특수한 장치(코일 등)가 달려야 하므로 특정 펜의 입력만 받을 수 있는 단점이 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 단일 또는 다수의 그래핀막으로 구성된 복수의 그래핀층과 그래핀층 사이에 터널링 장벽층을 갖는 그래핀부를 포함하여, 수직방향의 전류흐름을 측정하여 터치스크린에 인가되는 힘의 위치와 전류값 및 전류변화값을 분석하여 힘의 크기 역시 측정가능한 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 모듈, 그래핀을 이용한 멀티터치 힘 또는 압력 감지 투명 터치스크린, 그 터치스크린을 이용한 힘 측정방법을 제공하게 된다.
본 발명의 그 밖에 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 관련되어 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예로부터 더욱 명확해질 것이다.
본 발명의 목적은 힘 또는 압력 감지 모듈에 있어서, 유연한 상부기판 하부면에 결합되는 제1도전층; 하부기판 상부면에 결합되는 제2도전층; 및 제1도전층과 제2도전층 사이에 구비되며 적어도 하나의 그래핀막으로 구성된 그래핀층과 그래핀층 사이에 구비된 터널링 장벽층을 갖는 그래핀 그래핀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 모듈로서 달성될 수 있다.
상부기판 및 하부기판은 투명한 것을 특징으로 할 수 있다.
제1도전층과 제2도전층은 전기적으로 연결되며 제1도전층과 제2도전층에 흐르는 전류를 측정하는 측정수단을 포함하며, 상부기판으로 힘이 인가되는 경우 측정수단은 전류의 변화를 감지하는 것을 특징으로 할 수 있다.
터널링 장벽층은 수 나노미터 ~ 수십나노미터 두께의 유전막으로서 PSS 또는 PAH로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제2목적은 힘 또는 압력 감지 터치 스크린에 있어서, 하부기판과 하부기판과 특정거리 이격되어 구비되는 유연한 상부기판; 상부기판의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 평행인 다수의 제1도전층; 하부기판의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 수직인 제2방향과 평행인 다수의 제2도전층; 및 제1도전층과 제2도전층이 교차되는 각각의 영역에, 적어도 하나의 그래핀막으로 구성된 그래핀층과 그래핀층 사이에 구비된 터널링 장벽층을 갖는 그래핀부가 구비되는 다수의 터치셀;을 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린으로서 달성될 수 있다.
다수의 제1도전층과 다수의 제2도전층 각각과 전기적으로 연결되어 다수의 터치셀을 통해 제1도전층과 제2도전층 사이에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하는 측정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상부기판 및 하부기판은 투명한 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제3목적은 앞서 언급한 터치스크린을 이용한 힘 측정방법에 있어서, 상부기판의 상부로 힘이 인가되는 제1단계; 측정수단이 다수의 터치셀 중 특정 터치셀의 상부 접하는 제1도전층과 하부에 접하는 제2도전층에 흐르는 전류를 측정하고 나머지 제1도전층과 제2도전층은 접지시키는 제2단계; 특정 터치셀 외의 다른 터치셀들에 대해 제2단계를 반복하여 실시간으로 스캐닝하는 제3단계; 측정 수단이 제2단계 및 제3단계에 의해 상부기판으로 인가되는 힘의 위치를 측정하는 제4단계; 및 측정 수단이 측정된 전류값에 의해 인가된 힘의 크기를 측정하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘 측정방법으로서 달성될 수 있다.
측정된 전류값은 인가된 힘에 비례하는 것을 특징으로 하는 할 수 있다.
본 발명의 제4목적은 힘 또는 압력 감지 터치 스크린에 있어서, 하부기판과 하부기판과 특정거리 이격되어 구비되는 유연한 상부기판; 상부기판의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 평행인 다수의 제1도전층; 하부기판의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 수직인 제2방향과 평행인 다수의 제2도전층; 및 상부기판과 하부기판 사이에 구비되며 적어도 하나의 그래핀막으로 구성된 그래핀층과 그래핀층 사이에 구비된 터널링 장벽층을 갖는 그래핀부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린으로서 달성될 수 있다.
다수의 제1도전층과 다수의 제2도전층 각각과 전기적으로 연결되어 다수의 터치셀을 통해 제1도전층과 제2도전층 사이에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하는 측정수단을 더 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
상부기판 및 하부기판은 투명한 것을 특징으로 할 수 있다.
터널링 장벽층은 유전막으로서 PSS 또는 PAH로 구성된 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 제5목적은 앞서 언급한 터치스크린을 이용한 힘 측정방법에 있어서, 상부기판의 상부로 힘이 인가되는 제1단계; 측정수단이 다수의 제1도전층 중 특정 제1도전층과 다수의 제2도전층 중 특정 제2도전층 사이에 흐르는 전류를 측정하고 나머지 제1도전층과 제2도전층은 접지시키는 제2단계; 특정 제1도전층과 특정 제2도전층 외의 다른 제1도전층과 제2도전층들에 대해 제2단계를 반복하여 실시간 스캐닝하는 제3단계; 측정 수단이 제2단계 및 제3단계에 의해 상부기판으로 인가되는 힘의 위치를 측정하는 제4단계; 및 측정 수단이 측정된 전류값에 의해 인가된 힘의 크기를 측정하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘 측정방법으로서 달성될 수 있다.
측정된 전류값은 인가된 힘에 비례하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면 단일 또는 다수의 그래핀막으로 구성된 복수의 그래핀층과 그래핀층 사이에 터널링 장벽층을 갖는 그래핀부를 포함하여, 수직방향의 전류흐름을 측정하여 터치스크린에 인가되는 힘의 위치와 전류값 및 전류변화값을 분석하여 힘의 크기 역시 측정가능한 효과를 갖는다.
비록 본 발명이 상기에서 언급한 바람직한 실시예와 관련하여 설명되어 졌지만, 본 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다른 다양한 수정 및 변형이 가능한 것은 당업자라면 용이하게 인식할 수 있을 것이며, 이러한 변경 및 수정은 모두 첨부된 특허 청구 범위에 속함은 자명하다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 모듈의 단면도,
도 2는 본 발명의 일실시예의 일구성에 해당하는 그래핀의 사시도,
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린의 분해 사시도,
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린의 평면도,
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린의 분해 사시도,
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따라 일부분에 힘이 인가된 경우 전류 흐름을 나타내기 위한 힘/압력 감지 터치 스크린의 일부 평면도를 도시한 것이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 쉽게 실시할 수 있는 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예에 대한 동작 원리를 상세하게 설명함에 있어 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다.
또한, 도면 전체에 걸쳐 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용한다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고, 간접적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 구성요소를 포함한다는 것은 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라, 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
이하에서는 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 모듈(1)의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 모듈(1)의 단면도를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 모듈(1)은 상부기판(10), 하부기판(20), 제1도전층(11), 제2도전층(21), 그래핀부(30), 측정수단(40) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
상부기판(10)은 유연성을 갖는 투명한 필름 형태로 구성됨이 바람직하고, 하부기판(20)은 투명한 유리기판으로 구성됨이 바람직하다. 또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 상부기판(10)의 하부면에는 제1도전층(11)이 결합되고, 하부기판(20)의 상부면에는 제2도전층(21)이 형성되며, 제1도전층(11)과 제2도전층(21)은 전기적으로 측정수단(40)에 연결되어 진다. 따라서 측정수단(40)은 제1도전층(11)에서 제2도전층(21)으로 흐르는 전류 흐름, 전압을 측정하게 되고, 측정되는 바이어스 전압의 변화를 측정, 분석하여 상부 기판(10)으로 인가되는 힘의 크기를 감지하게 된다.
제1도전층(11)과 제2도전층(21)의 사이공간에는 그래핀부(30)가 구비되게 된다. 이러한 그래핀부(30)는 도 1에 도시된 바와 같이, 복수개(실시예에서는 2개)의 그래핀 막이 적층된 그래핀층(32)을 복수(실시예에서는 3층)로 구비하고 있고, 이러한 그래핀 층 사이에는 터널링 장벽층(33)이 구비되게 된다.
도 2는 본 발명의 일실시예의 일구성에 해당하는 그래핀막(31)의 사시도를 도시한 것이다. 그래핀은 탄소가 육각형 그물처럼 배열된 2차원 평면으로 구성된 물질이다. 그래핀에서는 세 개의 최외각 전자들이 탄소 간 강한 공유결합에 참여하여 육각형 그물모양 평면을 만들고 여분의 최외각 전자는 평면에 수직인 형태로 위치할 확률이 지니게 된다. 이러한 여분의 최외각 전자는 자유롭게 움직일 수 있는 전자로 수직방향의 전류 흐름에 관여하게 된다.
상부기판(10)으로 하중이 가해지게 되면 이러한 하중으로 인해 터널링 장벽층(33)이 스트레스를 받아 압축되면서 그래핀층(32) 사이의 간격이 좁아지게 되고, 이로 인하여 측정수단(40)에서 측정되는 전류(I)는 하중에 비례하여 증가되게 된다. 단위 면적당 전류인 전류 밀도(J)는 아래의 수학식 1로서 표현될 수 있다.
Figure 112012036387789-pat00001
여기서, V는 제1도전층(11)과 제2도전층(21)에 걸리는 바이어스 전압, R은 옴 저항, a는 수직방향의 입자간 거리(즉, 터널링 장벽 거리), K는 터널링이 시작되는 임계 전기장, 그리고, P는 전도에 사용되는 캐리어 밀도이며 일정한 온도에서는 V2에 비례하는 값이다.
상부기판(10)으로 하중이 가해지면 제1도전층(11)과 제2도전층(21) 사이의 간극이 좁아지게 되며, 통전하는 채널(percolating channel)의 개수가 늘어나므로 옴 저항(R)이 작아지게 되고, a 또한 작아지므로 터널링 전류(I) 또한 증가하게 된다. 바이어스 전압 V가 커지면 누설에 의한 전류(Jl)보다는 터널링에 의한 효과가 커지게 된다.
R은 하중에 선형적으로 반비례하므로 누설전류(Jl)는 하중에 비례하게 되며, 터널링 전류(Jt)도 마찬가지므로 -aK 항이 하중에 선형적으로 비례하여 감소하고, 하중에 의한 변화량이 바이어스 전압(V)에 비해 작으므로(즉, (△(aK)/V)《 1)터널링 전류 Jt는 선형적으로 증가하게 된다.
본 발명의 일실시예에 따른 터널링 장벽층(33)은 수나노미터 두께의 유전막으로 구성되며, 유전막의 재료는 PSS(polystyrene sulfonate), PAH(polyallylamine hydrochloride)등과 같은 물질을 사용할 수 있으며 다른 유전막 재료도 사용가능하다.
그래핀 막은 도 1에 도시된 바와 같이, 단일 또는 여러겹으로 그래핀 층을 형성하여 구성될 수 있고, 열화학기상증착법(chemical vapor deposition)에 의해 대면적으로 제조, 생산할 수도 있고,용액상태의 그래핀 파편(flake)을 코팅하여 구성할 수도 있으며 기타 다른 제조방법으로도 생산가능하다.
이하에서는 앞서 설명한 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 모듈(1)의 구성 및 작동원리에 기초한 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린의 구성 및 작용에 대해 설명하도록 한다. 먼저, 도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린의 분해 사시도를 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린은 상부기판(10), 하부기판(20), 길이방향이 제1방향인 복수의 제1도전층(11), 길이방향이 제2방향인 복수의 제2도전층(21), 제1도전층(11)과 제2도전층(21)이 교차되는 각 영역에 구비되는 그래핀부(30) 등을 포함하고 있음을 알 수 있다.
하부기판(20)은 투명한 유리기판으로 구성됨이 바람직하고, 상부기판(10)은 하부기판(20)과 특정거리 이격되어 구비되며 유연성을 갖는 투명한 필름형태로 구성됨이 바람직하다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 복수의 제1도전층(11)은 상부기판(10)의 하부면에 결합되며 각각이 서로 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 평행하게 구성됨을 알 수 있다. 또한, 복수의 제2도전층(21)은 하부기판(20)의 하부면에 결합되며 각각이 서로 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 수직인 제2방향과 평행하게 구성된다.
그리고, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1도전층(11)과 제2도전층(21)이 교차되는 각각의 영역에, 적어도 하나의 그래핀막(31)으로 구성된 그래핀층(32)과 그래핀층(32) 사이에 구비된 터널링 장벽층(33)을 갖는 그래핀부(30)가 구비되게 되어 교차되는 영역 각각이 터치셀을 형성하게 됨을 알 수 있다. 이러한 그래핀부(30)의 구체적인 구성과 기능은 앞서 설명한 바와 같다.
또한, 측정수단(40)은 다수의 상기 제1도전층(11)과 다수의 상기 제2도전층(21) 각각과 전기적으로 연결되어 다수의 터치셀을 통해 제1도전층(11)과 제2도전층(21) 사이에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하게 된다. 즉, 실시간으로 특정 터치셀에 연결된 제1도전층(11)과 제2도전층(21)에 흐르는 전류를 측정하고, 나머지 터치셀에 연결된 제1도전층(11)과 제2도전층(21)을 접지시키면서, 각 터치셀마다 스캐닝을 통해 디스플레이영역에 분포되어 있는 각 터치셀의 전류 변화량을 감지하게 되면 힘이 인가된 접촉점의 위치와 접촉힘의 크기를 알아 낼 수 있게 된다.
이러한 제1실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘이 인가된 위치와 크기를 측정하는 방법을 간략히 설명하도록 한다. 측정수단(40)이 실시간으로 터치셀을 스캐닝하는 중에 상부기판(10)의 상부로 힘이 인가되게 되면, 측정수단(40)이 다수의 터치셀 중 힘이 인가된 특정 터치셀의 상부 접하는 제1도전층(11)과 하부에 접하는 제2도전층(21)에 흐르는 전류를 측정하게 되고, 나머지 제1도전층(11)과 제2도전층(21)은 접지시키면서, 힘이 인가된 특정 터치셀이 무엇인지를 감지하게 되어 힘이 인가된 위치를 측정하게 된다. 또한, 측정 수단(40)은 측정된 전류값에 의해 인가된 힘의 크기를 분석하게 된다.
도 4는 본 발명의 제2실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린의 평면도를 도시한 것이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 제1도전층(11)과 제2도전층(21)의 형태를 다이아몬트 패턴 형태로 제작하여 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린을 구성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 제3실시예에 따른 그래핀을 이용한 힘/압력 감지 터치 스크린의 분해 사시도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 스크린은 제1 및 제2실시예와 같이, 상부기판(10), 하부기판(20), 제1도전층(11), 제2도전층(21), 그래핀부(30) 등을 포함하고 있으나 그래핀부(30)가 제1실시예나 제2실시예에 비해 대면적으로 형성되게 됨을 알 수 있다. 따라서 전체적인 제조공정이 제1실시예나 제2실시예에 비해 간단하여 보다 경제적으로 제작이 가능하다는 장점을 가지게 된다.
하부기판(20)은 투명한 유리기판으로 구성됨이 바람직하고, 상부기판(10)은 하부기판(20)과 특정거리 이격되어 구비되며 유연성을 갖는 필름형태로 구성됨이 바람직하다. 또한, 복수의 제1도전층(11)은 상부기판(10)의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 평행하게 구성되며, 복수의 제2도전층(21)은 하부기판(20)의 상부면에 결합되며 각각이 평행하고 각각의 길이방향이 제1방향과 수직인 제2방향과 평행하게 구성됨은 제1실시예와 동일하다.
그러나, 제3실시예에서, 그래핀부(30)는 복수로 구비되어 제1도전층(11)과 제2도전층(21)이 교차되는 영역에 구비되는 것이 아닌, 상부기판(10)과 하부기판(20) 사이 전체에 대면적으로 구성되게 된다. 이러한, 그래힌부는 적어도 하나의 그래핀막(31)으로 구성된 그래핀층(32)과 그래핀층(32) 사이에 구비된 터널링 장벽층(33)을 갖고 있음은 앞서 언급한 바와 동일하다. 그리고, 하나의 그래핀부(30)를 포함하지만, 여기서 터치를 감지하는 하나의 터치셀은 제1도전층(11)과 제2도전층(21)이 서로 교차하여 형성하는 사각형 형태가 하나의 터치셀로 정의되게 된다. 도 4에 도시된 바와 같이, 터치 스크린을 구성하게 되면 제1실시예나 제2실시예의 구성처럼 그래핀부(30)를 일정한 모양으로 패터닝을 할 필요가 없어 제조상의 장점을 가지게 된다.
도 6은 본 발명의 제3실시예에 따라 일부분에 힘이 인가된 경우 전류 흐름을 나타내기 위한 힘/압력 감지 터치 스크린의 일부 평면도를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 복수의 제1도전층(11)과 복수의 제2도전층(21) 각각은 전기적으로 측정수단(40)에 연결되게 됨을 알 수 있다. 그리고, 제1실시예 및 제2실시예에서와 같이, 측정수단(40)은 실시간으로 스캐닝을 진행하여, 즉, 어느 특정 터치셀을 교차하는 제1도전층(21)에 바이어스 전압을 인가하고, 제2도전층(21)에 흐르는 전압을 측정하고, 나머지 터치셀을 교차하는 제1도전층(11)과 제2도전층(21)을 접지시키고, 특정 주기후에 다른 터치셀에 대해 이러한 과정을 계속반복하며 실시간으로 스캐닝을 진행하게 된다.
따라서 도 5에 도시된 바와 같이, 제1도전측에 바이어스 전압(V)을 가하게 되고, 이에 수직인 제2도전측의 전압을 측정수단(40)이 측정하게 되고, 이때, 바이어스 전압과 측정되는 도전층을 제외한 나머지 도전층은 접지하게 된다.
상부기판(10)에 접촉이 일어나 그래핀부(30)의 통전이 일어나게 되면, 측정되는 도전층에 터치힘에 비례하는 전압을 측정수단(40)이 검출하게 된다. 이러한, 전류는 전원이 가해지는 제1도전층(11)에서 출발하여 접촉점까지 그래핀 부의 위 표면을 통해 흐르게 되며, 접촉면에서 수직방향으로 통과하여 그래핀부(30) 아래 표면을 통해 흘러 아래 위치한 제2도전층(21)으로 빠져 나가게 된다.
흐르는 전류는 접촉 힘의 세기에 비례하여 증가하며 전원 전극과 측정전극의 교차점에서 접촉점에서의 거리 r에 반비례하게 된다. 그래핀부(30)의 면저항은 수백 옴 정도이므로 그래핀부(30)의 수평 저항을 수백 옴 정도로 맞출 수 있고, 그래핀 부의 수직저항은 수 킬로 옴 또는 수십 킬로 옴이므로 측정수단(40)에서 두 저항을 구분할 수 할 수 있다. 따라서 이러한 구성과 원리에 의해 접촉점의 위치와 힘의 크기를 측정할 수 있게 된다.
1:그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 모듈
10:상부기판
11:제1도전층
20:하부기판
21:제2도전층
30:그래핀부
31:그래핀막
32:그래핀층
33:터널링 장벽층
40:측정수단

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  7. 하부기판과 상기 하부기판과 특정거리 이격되어 구비되는 유연한 상부기판;
    상기 상부기판의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 평행인 다수의 제1도전층; 상기 하부기판의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 상기 제1방향과 수직인 제2방향과 평행인 다수의 제2도전층; 상기 제1도전층과 제2도전층이 교차되는 각각의 영역에, 적어도 하나의 그래핀막으로 구성된 그래핀층과 상기 그래핀층 사이에 구비된 터널링 장벽층을 갖는 그래핀부가 구비되는 다수의 터치셀; 및 다수의 상기 제1도전층과 다수의 상기 제2도전층 각각과 전기적으로 연결되어 다수의 상기 터치셀을 통해 제1도전층과 제2도전층 사이에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하는 측정수단을 포함하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘 측정방법에 있어서,
    상기 상부기판의 상부로 힘이 인가되는 제1단계;
    측정수단이 다수의 상기 터치셀 중 특정 터치셀의 상부 접하는 상기 제1도전층과 하부에 접하는 상기 제2도전층에 흐르는 전류를 측정하고 나머지 제1도전층과 제2도전층은 접지시키는 제2단계;
    상기 특정 터치셀 외의 다른 터치셀들에 대해 제2단계를 반복하여 실시간으로 스캐닝하는 제3단계;
    상기 측정 수단이 상기 제2단계 및 상기 제3단계에 의해 상기 상부기판으로 인가되는 힘의 위치를 측정하는 제4단계; 및
    상기 측정 수단이 측정된 전류값에 의해 인가된 힘의 크기를 측정하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘 측정방법.
  8. 제 7항에 있어서,
    측정된 상기 전류값은 인가된 힘에 비례하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘 측정방법.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 삭제
  12. 하부기판과 상기 하부기판과 특정거리 이격되어 구비되는 유연한 상부기판;
    상기 상부기판의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 제1방향과 평행인 다수의 제1도전층; 상기 하부기판의 하부면에 결합되며 각각이 평행하며 각각의 길이방향이 상기 제1방향과 수직인 제2방향과 평행인 다수의 제2도전층; 상기 상부기판과 상기 하부기판 사이에 구비되며 적어도 하나의 그래핀막으로 구성된 그래핀층과 상기 그래핀층 사이에 구비된 터널링 장벽층을 갖는 그래핀부; 및 다수의 상기 제1도전층과 다수의 상기 제2도전층 각각과 전기적으로 연결되어 다수의 상기 터치셀을 통해 제1도전층과 제2도전층 사이에 흐르는 전류를 실시간으로 측정하는 측정수단을 포함하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘 측정방법에 있어서,
    상기 상부기판의 상부로 힘이 인가되는 제1단계;
    측정수단이 다수의 상기 제1도전층 중 특정 제1도전층과 다수의 상기 제2도전층 중 특정 제2도전층 사이에 흐르는 전류를 측정하고 나머지 제1도전층과 제2도전층은 접지시키는 제2단계;
    상기 특정 제1도전층과 상기 특정 제2도전층 외의 다른 제1도전층과 제2도전층들에 대해 제2단계를 반복하여 실시간 스캐닝하는 제3단계;
    상기 측정 수단이 상기 제2단계 및 상기 제3단계에 의해 상기 상부기판으로 인가되는 힘의 위치를 측정하는 제4단계; 및
    상기 측정 수단이 측정된 전류값에 의해 인가된 힘의 크기를 측정하는 제5단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘 측정방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    측정된 상기 전류값은 인가된 힘에 비례하는 것을 특징으로 하는 그래핀을 이용한 힘 또는 압력 감지 터치 스크린을 이용한 힘 측정방법.
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