KR101524928B1 - 디지타이저 기능을 구비한 터치패널 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디지타이저 기능을 구비한 터치패널에 관한 것이다. 본 발명의 터치패널은 터치감지층, 디지타이저층, 및 압력감지층이 적층 형성되며, 터치감지층은 글래스기판 상하면에 각각 투명 전극이 코팅되어 손가락 터치를 감지할 수 있는 패턴이 형성되며, 디지타이저층은 투명 또는 반투명한 절연층 기판 상하면에 각각 투명 전극이 코팅되어 펜 터치를 감지할 수 있는 패턴이 형성되고, 압력감지층은 피에조층 상하면에 각각 투명 전극이 코팅되어 손가락이나 펜 터치의 압력을 감지할 수 있는 패턴이 형성되게 된다. 따라서, 본 발명은 간단하고 저렴하게 펜 터치와 손가락 터치를 모두 감지할 수 있는 구조의 패널을 제조하여 터치패널 상에서 디지타이저 기능을 수행할 수 있으며, 터치패널의 장점은 그대로 유지시키고 상판에 가해지는 압력에 응답하여 선의 굵기, 3차원적 표현, 원근, 색의 개조, 깊이 표현 등과 같은 다양한 요구특성을 신뢰성 있게 수용할 수 있는 효과가 있다.

Description

디지타이저 기능을 구비한 터치패널{Touch panel have digitizer function}

본 발명은 터치패널의 표면에 손가락이나 펜이 누르는 압력을 감지하는 기능을 구비한 디지타이저 기능과 터치패널 기능을 동시에 갖는 새로운 터치패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 디지타이저와 터치패널의 장점을 취합하여 간단하고 저렴하게 구성할 수 있으면서 그 표면에 가해지는 압력을 감지하여 3차원 좌표인식을 할 수 있는 구조로 된 디지타이저 기능을 구비한 터치패널에 관한 것이다.

개인용 컴퓨터(PC), 휴대용 전송 장치, 그 밖의 개인 전용 정보처리장치 등은 키보드, 마우스, 디지타이저(Digitizer) 등의 다양한 입력장치(Input Device)를 이용하여 텍스트 및 그래픽 처리 등을 수행한다.

이러한 입력장치들은 PC의 용도 확대에 따라 인터페이스로서의 입력장치로서 키보드 및 마우스만으로는 제품 대응이 어렵고 보다 간단하고 오조작은 적으면서 누구라도 입력할 수 있고 또 휴대하면서 손으로 문자입력도 가능한 필요성에 의해 발전했다.

현재는 이러한 입력장치의 일반적 기능과 관련된 필요성을 충족시키는 수준을 넘어 고 신뢰성, 새로운 기능의 제공, 내구성, 재료나 물질을 포함한 설계 및 가공과 관련된 제조 기술 등과 같이 미세한 기술로 관심이 바뀌고 있다.

특히 간단하고, 오조작이 적으며, 휴대하면서 누구라도 입력이 가능하고, 다른 입력기기 없이 문자입력도 가능한 입력장치로서 터치패널(Touch Panel)이 알려져 있으며, 그에 따른 검출방식, 구조 및 성능 등에 있어서는 자세히 알려져 있다.

간단히 살펴보면, 보통 스페이서에 의해 격리되고 눌림에 의해 서로 접촉될 수 있도록 배치된 두개의 저항 성분의 시트를 합쳐놓아 구성되는 저항막식(Resistive) 터치패널(스크린) 외에 터치패널을 방식에 따라 구분하면, 정전용량식(Capacitive), 초음파식, 광(적외선)센서식, 전자유도식 등이 있으며, 각각의 방식에 따라 신호 증폭의 문제나 해상도 차이, 설계 및 가공 기술의 난이도 차이 등이 다르게 나타나는 특징이 있어 장점을 잘 살릴 수 있게 구분하여 그 방식을 선택한다. 선택기준은 광학적특성, 전기적특성, 기계적특성, 내환경특성, 입력특성 등 외에 내구성과 경제성 등도 고려된다.

그중 저항막식은 LCD(Liquid Crystal Display)와의 조합으로 전자수첩, PDA, 휴대용 PC 등 입력 기기로서 많이 보급되고 있으며 박형, 소형, 경량 그리고 저소비전력 등에서 다른 방식에 유리한 설계 방식으로 알려져 있다. 저항막식의 검출방식은 매트릭스식과 아날로그식이 있고 기판 재료로서 0.1∼0.2㎜ 두께의 필름기판, 0.2∼2㎜ 두께의 글래스 기판 및 1∼2㎜ 두께의 플라스틱 기판이 있으며 이러한 것들을 조합하여 상/하부 전극으로 구성한다.

도 1은 저항막 방식의 터치 패널(10) 기본 구조의 분해 사시도를 나타낸다.

구조적으로는 상부에 놓이는 가동전극판이 되는 상판(11)과 하부에 놓이는 고정전극판이 되는 하판(13)을 투명도전막(15)이 마주보도록 75∼200㎛정도의 두께의 접착제에 의해 접착시킨다. 상판(11)은 입력할 때 손가락이나 펜에 의해 눌리는 압력을 받아 하판(13)과 접촉한다.

상판(11)은 기재로서 신축성이 있는 PET 필름 또는 얇은 글래스가 사용되고 있다. 박판 글래스를 사용하는 목적은 광학적으로 등방성을 갖기 때문에 그 위에 편광판을 붙여 표면반사를 줄이기 위한 것이지만 최근에는 광학 등방성을 갖는 플라스틱 필름을 사용한 것도 제품화되고 있다. 단 코스트면이나 가공이 어려운 점, 물리적 특성면에서 개선할 여지가 많다.

입력 위치 검출 원리는 도 2를 참고로 알 수 있다. 도 2는 동작원리이다.

상판(11)과 하판(13)을 도트 스페이서(17) 사이에 끼워 100∼300㎛의 간격으로 대향시켜 커넥터 테일(Connector Tail)에 의해 입력신호를 추출하는 구조로 되어 있다. 동작은 펜이나 손가락(20)이 입력점(A)을 누르면 상판(11)과 하판(13)이 접촉된다. 하판(13)의 전극 간에 전압(Vx)을 인가하면 양전극 간의 저항면에 전위 구배가 발생한다. 이 전압을 상판(11)의 전극에서 읽어 컨트롤러를 통해 X축의 입력위치를 계산하여 구한다.

그 다음 상판(11)의 전극 간에 전압(Vy)을 인가하고, 하판(13)의 전극에서 전압을 읽어 Y축의 위치를 계산하여 입력점(A)을 디스플레이상에 표시한다. 이것을 고속으로 반복하는 것에 의해 연속적으로 입력위치를 디스플레이상에 표시하고, 문자나 선을 그리는 것이 가능하다.

이러한 저항막 방식의 터치패널은 가격, 생산성, 문자 필기, 용이 조작 등이 우선되고 있는 민생용도에 적합하다.

한편, 상기한 터치패널의 저항막방식에서 아날로그 검출 방식 대신 디지탈적으로 검출하고 이를 XY 좌표화하여 출력하는 장치로 디지타이저가 있다. 이는 그래픽 작업에서의 편리함 및 다양한 응용성에 의해, 맨-머신 인터페이스로서 각광받고 있다.

디지타이저에서는 글씨나 그림을 보다 편하고 정교하게 입력할 수 있는 장점이 있는 반면, 고가이고 전용 터치펜을 사용하여야만 하는 한계가 있다.

따라서, 본 발명의 목적은 터치패널과 디지타이저의 장점을 취합하여 간단하고 저렴하게 구성할 수 있는 구조의 디지타이저 기능을 구비한 터치패널을 제공함에 있다.

본 발명의 목적은 또한, 터치패널 표면에 가해지는 압력을 감지하여 그 압력에 따라 선의 굵기, 3차원적 표현, 원근, 색의 개조, 깊이 등의 다양한 디스플레이를 구현할 수 있는 구조의 디지타이저 기능을 구비한 터치패널을 제공함에 있다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 디지타이저 기능을 구비한 터치패널은, 글래스기판 상하면 각각에 투명 전극이 코팅되어 형성되는 터치감지층과, 투명 또는 반투명한 절연층 기판과, 그 기판 상하면 각각에 투명 전극이 코팅되어 형성되는 디지타이저층, 및 상기 터치감지층과 디지타이저층 사이에 형성되는 절연층으로 구성된다.

바람직하게는, 손가락이나 펜의 터치 압력을 감지하기 위한 압력감지층을 더 포함하여 구성된다.

본 발명의 디지타이저 기능을 구비한 터치패널은, 터치패널 상에서 펜 터치와 손가락 터치를 모두 감지할 수 있는 디지타이저 기능을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 펜 터치와 손가락 터치를 감지할 수 있는 패널 구조가 간단하여 저렴하게 제조할 수 있으며 구성이 쉬운 디지타이저 기능을 구비한 터치패널을 제공할 수 있다.

따라서, 본 발명의 터치패널은 기존 터치패널에 디지타이저 기능이 탑재된 PCB 보드를 단순 장착한 구조에 비해 제품의 두께를 줄일 수 있는 효과가 있다.

또한, 터치패널의 장점은 그대로 유지시키고 그 표면에 가해지는 압력에 응답하여 선의 굵기, 3차원적 표현, 원근, 색의 개조, 깊이 표현 등과 같은 다양한 요구특성을 신뢰성 있게 수용할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 저항막 방식의 터치패널 구조를 나타내는 도면,
도 2는 도 1의 작동을 설명하기 위한 도면,
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지타이저 기능을 구비한 터치패널의 구조를 나타내는 도면,
도 4는 본 발명의 다른 실시예로서 압력감지층을 적용하는 디지타이저 기능을 구비한 터치패널의 구조를 나타내는 도면,
도 5a-5c는 도 4의 터치패널에서 압력감지층 형성의 다른 예를 나타내는 도면,
도 6a-6c는 도 4의 터치패널에서 압력감지층 형성의 또 다른 예를 나타내는 도면.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 기술하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 디지타이저 기능을 구비한 터치패널의 구조를 나타낸다. 도 3에 나타낸 터치패널(100) 구조를 살펴보면, 크게 터치감지층(110)과 디지타이저층(120)으로 구성된다.

터치감지층(110)은 아날로그 검출방식의 기존 정전용량방식 터치패널 구조와 동일하게 구성된다. 즉, 글래스 기판(111)의 상면과 하면에 각각 투명 전극(112,113)이 코팅되어 손가락 터치를 감지할 수 있는 패턴이 형성되게 된다.

이때, 상기 투명 전극(112,113)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide) 등을 사용하며, 이외에도 투명 또는 반투명한 도전 물질을 사용할 수 있다.

투명 전극(113) 위에는 투명 또는 반투명한 절연층(114)이 코팅되어 형성되어 있다.

디지타이저층(120)은 절연층(121)과, 그 절연층(121)을 사이에 두고 상면과 하면에 각각 투명 전극(122,123)이 코팅되어 펜 터치를 감지할 수 있는 패턴이 형성되게 된다.

이때, 상기 투명 전극(122,123)은 ITO, IZO 등을 사용하며, 이외에도 투명 또는 반투명한 도전물질을 사용할 수 있다.

디지타이저층(120)의 절연층(121)은 별도의 PCB기판을 이용하여 형성하지 아니하고, 투명 또는 반투명한 절연물질을 코팅하여 형성한다.

투명 전극(123) 아래에는 투명 또는 반투명한 절연층(124)이 코팅되어 형성되어 있다.

또한, 터치감지층(110)과 디지타이저층(120) 사이에도 투명 또는 반투명한 절연층(130)이 코팅되어 형성되어 있다.

사용자가 손가락으로 터치시 터치감지층(110)에서만 이를 감지하여 좌표를 검출하게 되며, 펜으로 터치시에는 디지타이저층(120)에서만 이를 감지하여 좌표를 검출할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 다른 실시예에 따른 디지타이저 기능을 구비한 터치패널의 구조를 나타낸다. 도 4에 나타낸 터치패널의 구조를 살펴보면, 이는 도 3의 구조와 동일하게 구성되되 터치패널(100)의 표면에 손가락이나 펜이 눌러지는 압력을 감지하는 압력감지층(140)이 더 형성되도록 구성된다.

압력감지층(140)은 터치패널(100) 전체면에 투명 또는 반투명한 피에조 효과(piezo effect) 물질로 된 피에조층(141)과, 이 피에조층(141)의 상하면 각각에 ITO나 IZO 등을 사용한 투명 전극(142,143)이 코팅되어 형성되어 있다.

피에조 효과란, 압전성 결정에 물리적 압력이 가해지면 전기 분극에 의해서 전압이 발생하는 현상을 말한다.

여기서, 압력감지층(140)은 터치패널(100)의 디지타이저층(120) 일면 전체에 형성되었지만, 터치감지층(110) 윗면이나 또는 터치감지층(110)과 디지타이저층(120) 사이에 형성될 수도 있다.

도 5a-5c는 도 4의 터치패널(100)에서 압력감지층 형성의 다른 예로, 이는 도 4의 구조와 동일하게 구성되되 터치패널(100) 전면에 형성된 압력감지층(도 4의 140)의 구조 대신 터치패널(100) 외곽 테두리에 점선 형태로 압력감지층(150)이 형성되게 된다. 터치패널(100)의 테두리를 따라 일정간격의 점선 형태로 압력감지층(150)을 형성하여도 터치패널(100)의 표면에 손가락이나 펜이 눌러지는 압력을 감지하기 충분하다.

도 5a-5c에 보여진 압력감지층(150)의 구조는 피에조 효과 물질로 된 피에조층(151)과, 그 피에조층(151) 상하면 각각에 ITO, IZO 이외에도 투명 또는 반투명한 도전 물질 등을 사용한 투명 전극(152,153)이 코팅되어 형성되어 있다.

도 6a-6c는 도 4의 터치패널에서 압력감지층 형성의 또 다른 예로, 이는 터치패널 외곽 테두리에 도 5a-5c에 도시된 점선 형태의 압력감지층(150) 구조 대신 실선 형태로 피에조 효과 물질과 그 상하면 각각에 투명 또는 불투명 전극이 코팅되어 압력감지층(160)이 형성되게 된다.

도 6a-6c에 보여진 압력감지층(160)은 피에조 효과 물질로 된 피에조층(161)과, 그 상하면에 각각 ITO나 IZO 등을 증착하여 형성한 투명 또는 불투명 전극(162,163)으로 이루어진다.

본 실시예에서, 압력감지층(160)은 디지타이저층(120)의 일면에 적층 형성되었지만, 이에 한정되지 않고 터치감지층(110)의 일면이나 또는 터치감지층(110)과 디지타이저층(120) 사이에 형성되어도 무방하다.

압력감지층(140,150,160)은 사용자가 손가락 터치나 펜 터치시 압력을 가하면 그에 따라 압력이 가해진 부분의 전압이 변하게 된다. 이에 따라 압력의 크기를 구하고 이를 소프트웨어적으로 충분히 차별화시켜 선의 굵기나 3차원적 표현, 원근, 색의 개조, 깊이 등을 나타낼 수 있다.

이와 같이, 감지범위가 서로 다른 각각의 패턴이 형성된 투명 기판을 적층하여 배치하게 되면, 손가락 터치와 펜 터치 좌표 모두 검출할 수 있어 고가의 디지타이저 기능이 탑재된 PCB보드를 장착하지 않더라도 터치패널 상에서 디지타이저 기능을 수행할 수 있게 된다.

그에 더하여, XY 좌표 입력 뿐만 아니라 터치 압력을 감지하여 입력변수를 확장함으로써 표현기능을 다양화할 수 있게 된다.

100 : 터치패널 110 : 터치감지층
120 : 디지타이저층 130 : 절연층
140,150,160 : 압력감지층

Claims (7)

1. 글래스 기판과, 그 기판 상하면 각각에 코팅되어 손가락 터치를 감지하기 위한 패턴을 형성하는 투명 전극을 포함하는 터치감지층;
   투명 또는 반투명한 절연층 기판과, 그 기판 상하면 각각에 코팅되어 펜 터치를 감지하기 위한 패턴을 형성하는 투명 전극을 포함하는 디지타이저층; 및
   상기 터치감지층의 기판 상면에 형성된 투명 전극 위에, 상기 디지타이저층의 기판 하면에 형성된 투명 전극 아래에, 그리고 상기 터치감지층과 디지타이저층 사이에 각각 코팅되어 형성되는 투명 또는 반투명한 절연층으로 구성되는 디지타이저 기능을 구비한 터치패널.
2. 제 1항에 있어서, 손가락이나 펜의 터치 압력을 감지하기 위한 압력감지층이 상기 터치감지층과 디지타이저층 중 어느 한측면이나, 그 사이에 더 형성됨을 특징으로 하는 디지타이저 기능을 구비한 터치패널.
3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 투명 전극은 ITO나 IZO, 투명 또는 반투명 도전물질이 사용됨을 특징으로 하는 디지타이저 기능을 구비한 터치패널.
4. 제 2항에 있어서, 상기 압력감지층은,
   투명 또는 반투명한 피에조 효과 물질로 된 피에조층과, 그 피에조층 상하면 각각에 투명 또는 반투명한 전극이 코팅되어 터치 압력을 감지하여 입력변수를 확장함을 특징으로 하는 디지타이저 기능을 구비한 터치패널.
5. 제 4항에 있어서, 상기 압력감지층은 터치패널 전체면에 설치됨을 특징으로 하는 디지타이저 기능을 구비한 터치패널.
6. 제 4항에 있어서, 상기 압력감지층은 터치패널 외곽 테두리에 실선 또는 점선 형태로 설치됨을 특징으로 하는 디지타이저 기능을 구비한 터치패널.
7. 삭제

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