KR101717062B1 - 고감도 터치 압력 검출 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 배선 및 그라운드 배선이 하나의 쌍(pair)을 이루는 복수개의 직선형 전극 페어가 각각의 길이 방향과 수직한 방향으로 상호 이격되어 배치되는 제1 레이어; 및 상기 제1 레이어 상부에 배치되며, 압력 인가시 인접한 상기 두 전극 페어 일단을 상호 전기적으로 연결시키는 복수개의 전극으로 구성되는 제2 레이어를 포함하는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

Description

고감도 터치 압력 검출 장치{HIGH SENSITIVITY TOUCH FORCE SENSING APPARATUS}

본 발명은 고감도 터치 압력 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 저항 가변 소재의 패터닝을 통해 압력 센서의 민감도를 향상시키는 터치 압력 검출 장치에 관한 것이다.

터치패널(touch panel)은 디스플레이 표면에 장착되어 사용자의 손가락 등의 물리적 접촉을 전기적 신호로 변환하여 제품을 작동시키는 입력장치로서, 각종 디스플레이 장치에 폭넓게 응용될 수 있으며, 근래에 와서는 그 수요가 비약적으로 성장하고 있다.

이러한 터치패널은 동작원리에 따라 저항막 방식(Resistive), 정전용량 방식(Capacitive), 초음파 방식(SAW), 적외선 방식(IR)등으로 구분될 수 있다.

이 중, 종래 정전용량 방식 터치패널은 기본적으로 기판, 금속배선층, 패턴층을 구비한다. 패턴층은 복수개의 패턴 전극(터치패턴)들로 구성되어 있으며, 각각의 패턴 전극은 외부의 물리적 접촉에 대응해 전기적 신호를 발생시킨다. 그리고 발생된 전기적 신호는 패턴 전극과 연결된 금속배선들을 통해 제품의 제어부로 전달되어 제품을 작동시킨다.

최근에는, 스마트폰, 스마트TV 등에서 다양한 기능을 하는 다양한 종류의 애플리케이션(application)이 등장함에 따라, 터치패널에 있어서 다양한 터치 방식에 대한 수요가 급증하고 있는 실정이다.

따라서, 단순히 터치 위치를 판단해내는 데에서 그치는 것이 아니라, 그 터치의 다양한 특성, 구체적으로는, 터치 압력을 판단하여, 그에 기초한 동작을 하도록 하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은 복수개의 저항 가변 소재들을 상호 이격된 복수개의 전극 배선들과 직렬로 연결하는 방식의 패터닝을 함으로써, 압력 검출 장치의 터치 검출 민감도 또는 정확도를 향상시키는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 적은 양의 가변 소재만으로도 넓은 저항 가변 범위를 갖도록 함으로써, 압력 검출 장치 제작시 경제성을 향상시키는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적은 저항 가변 소재의 병렬 연결 구조를 이용하여 안정적인 압력 센서의 구동이 가능하도록 하는 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 신호 배선 및 그라운드 배선이 하나의 쌍(pair)을 이루는 복수개의 직선형 전극 페어가 각각의 길이 방향과 수직한 방향으로 상호 이격되어 배치되는 제1 레이어; 및 상기 제1 레이어 상부에 배치되며, 압력 인가시 인접한 상기 두 전극 페어 일단을 상호 전기적으로 연결시키는 복수개의 전극으로 구성되는 제2 레이어를 포함하는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

상기 제1 레이어 상부에 배치되며, 저항 가변 물질로 구성되는 압전 재료층을 포함하고, 상기 제2 레이어는 상기 압전 재료층 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

상기 압전 재료층은 양자 터널링 합성물(QTC: Quantum Tunnelling Composite)층으로 이루어지며, 상기 제2 레이어의 상기 복수개의 전극들은 카본(Carbon)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

상기 제2 레이어의 상기 복수개의 전극들은 FSR 센서(Force Sensing Resistors) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT: Multi-Walled CNT)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

압력 인가시, 상기 제1 레이어의 직선형 전극 페어와 상기 제2 레이어의 전극이 교대로 연결되어, 직렬 연결 구조를 이루는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

상기 제2 레이어의 상기 복수개의 전극들 각각은, 상기 전극 페어의 길이 방향으로 상호 이격된, 복수개의 서브 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

본 발명의 실시예에 따르면, 복수개의 저항 가변 소재들을 상호 이격된 복수개의 전극 배선들과 직렬로 연결하는 방식의 패터닝을 함으로써, 압력 검출 장치의 터치 검출 민감도 또는 정확도를 향상시킬 수 있다.

또한, 적은 양의 가변 소재만으로도 넓은 저항 가변 범위를 갖도록 압력 검출 장치 제작시 경제성을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 저항 가변 소재의 병렬 연결 구조를 이용하여 안정적인 압력 센서의 구동이 가능하도록 할 수 있다.

도 1은 일체형 압력 검출 장치의 개략적인 구성의 일례 나타내는 도면이다.
도 2는 통상적인 압력 센서 패터닝 구성의 예시를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 압력 센서 패터닝에 대한 저항 연결 구조를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 패터닝 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 도 4의 압력 센서 패터닝에 대한 저항 연결 구조를 개략적으로 나타내는 회로도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 패터닝 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 도 6의 압력 센서 패터닝에 대한 저항 연결 구조를 개략적으로 나타내는 회로도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일체형 압력 검출 장치의 개략적인 구성의 일례 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 터치 압력 검출 장치를 포함하는 디스플레이 장치는, 유리 기판(10), 유리 기판(10) 하부에 형성되는 블랙 매트릭스(20), 블랙 매트릭스(20) 하부에 형성되는 투명 전극층(30)을 포함한다. 투명 전극층(30)에는 유리 기판(10) 상면에서의 터치를 검출하기 위한 복수개의 전극이 구비된다.

투명 전극층(30)의 가장자리의 적어도 일부에는 유리 기판(10) 상면에서 발생한 터치의 압력을 감지하는 압력 센서(40)가 복수개 구비된다.

상기 디스플레이 장치의 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유리 기판(10) 상에 블랙 매트릭스(20)를 인쇄 방식 또는 스퍼터링 방식으로 형성한 후, 전면에 스퍼터링 방식으로 투명 전극층(30)을 형성한다.

그 후, 습식 에칭, 건식 에칭 또는 레이저 방식을 통해 투명 전극층(30)에 터치 검출을 위한 전극 및 압력 검출을 위한 전극 패턴을 형성한다. 압력 검출을 위한 전극 패턴은 압력 센서(40)의 일부분이 된다. 즉, 투명 전극층(30)의 일부분은 압력 센서(40)의 제1 레이어(41) 내 전극으로서 기능할 수 있다.

압력 센서(40)의 제1 레이어(41) 상부에는 압전 재료층(42)을 인쇄하여 형성한다. 필요 시에는 블랙 매트릭스(20)와 압전 재료층(42) 사이에 카본층 등의 인쇄층이 더 형성될 수 있다.

압전 재료층(42) 상에는 제1 레이어(41)의 전극과 전기적 결전을 형성할 수 있는 전극을 포함하는 제2 레이어(43)를 형성하고, 상부에는 내부 전극들을 보호하기 위한 보호층(44)으로서 절연층을 형성한다.

이하에서는, 압력 센서(40)를 구성하는 각 소재들의 형성 패턴에 대하여 설명하도록 한다.

도 2는 통상적인 압력 센서(40) 패터닝 구성의 예시들을 나타내는 도면이다. 도 2에는 압력 센서(40)의 형태로서 원형인 것이 예시되었으나, 압력 센서(40)는 원형 또는 사각형 등 다양한 모양으로 형성될 수 있다.

도 2를 참고하면, 압력 센서는 복수개의 시트가 라미네이션(lamination, 같은 종류 또는 다른 종류의 필름 등 두 개 이상을 겹쳐 붙이는 가공법)되어 하나의 시트로 형성된다.

구체적으로 살펴보면, 압력 검출 터치 패널의 압력 센서는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 레이어(41)와, 제1 레이어(41)의 제1 전극과 제2 전극을 연결할 수 있는 연결 전극을 포함하는 제2 레이어(43), 및 제1 레이어와 제2 레이어 사이에 배치되며, 물체의 접촉에 따른 압력에 따라 저항이 변하는 압전 재료층(42)을 포함한다. 상기의 구조는 제1 레이어(41), 압전 재료층(42), 제2 레이어(43)의 순서대로 배치되어 라미네이션된다.

제1 레이어(41)의 제1 전극 및 제2 전극은 투명 전극층(30, 도 1 참조)의 재료가 되는 ITO 또는 기타 투명 전극재로 형성될 수 있다.

도 2의 (a) 및 (b)를 참고하면, 통상적인 압력 센서(40)의 제1 레이어(41)는 상호 이격된 제1 전극 및 제2 전극이 대칭적으로 배치된다.

압전 재료층(42)은 물체의 접촉 시 발생하는 압력에 따라 면저항(Sheet Resistance)이 변하는 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 압전 재료층(42)은, 금속성 물질 및 비전도성 탄성 중합체의 합성물인 양자 터널링 합성물(QTC: Quantum Tunnelling Composite) 재질로 구성될 수 있다.

상기 양자 터널링 합성물은 가변 저항 물질로 부전도 탄성 바인더(non-conducting elastomeric binder) 내에 표면 돌기 구조의 금속 입자를 조합한 것으로서, 상기 금속 입자들은 압력이 인가되지 않을 때에는 서로 이격된 상태에 있어 전기를 전도할 수 없지만, 압력이 인가될 때는 서로 인접하여 상기 부전도 탄성 바인더(절연체)를 통해 터널링할 수 있다.

따라서, 압력 센서(40) 상에 압력이 가해지면 압전 재료층(42)이 밀착된 부분에서 전류가 흐르게 되어, 압전 재료층(42)의 상부 전극 및 압전 재료층(42)의 하부 전극이 상하 방향으로 전기적 결연될 수 있다.

압전 재료층(42)에 가해진 압력의 세기에 따라, 압전 재료층(42)의 상부 전극 및 하부 전극 간의 접촉 면적이 달라지므로 압력 센서(40)는 가변 저항 값을 가지게 된다.

제2 레이어(43)는 카본층과 같은 전도성 물질의 연결 전극을 포함할 수 있다.

제2 레이어(43)의 연결 전극은 압전 재료층(42) 상부에 배치되는데, 제1 전극 및 제2 전극과 같은 직선 상에서, 제1 레이어(41)의 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격된 부분을 커버하고, 제1 전극 및 제2 전극의 일부와 중첩될 수 있도록 위치한다.

이에 따라, 압력이 가해져 압전 재료층(42)에 전류가 흐르면, 압력 인가 전, 분리되어 있던 제1 전극 및 제2 전극이 제2 레이어(43)의 연결 전극에 의해 전기적으로 연결되게 된다.

도 2의 (a) 및 (b)의 압력 센서(40)는 서로 다른 제1 레이어(41)의 형상을 도시하고 있으나, 상기 두 경우 모두 압력 센서(40)의 평면도 상에서 제1 전극 및 제2 전극 사이에 제2 레이어(43)의 연결 전극이 위치함으로써, 압력 인가에 따른 제1 전극, 연결 전극 및 제2 전극의 전기적 연결이 직렬 형태를 이루게 된다.

도 3은 도 2의 압력 센서 패터닝에 대한 저항 연결 구조를 개략적으로 나타내는 회로도이다.

압력 센서에 압력이 가해지면, 양자 터널링 합성물과 같은 압전 재료층에 전류가 흐르게 되어, 압전 재료층이 하부의 제1 전극 및 제2 전극과, 상부의 연결 전극을 전기적으로 통하게 하는데, 이때, 압력의 세기에 따라 압전 재료층(42, 도 2 참고)의 면저항 값이 달라진다.

뿐만 아니라, 압력 인가시 제2 레이어(43, 도 2 참고)의 연결 전극이 제1 레이어(41, 도 2 참고)와 접촉되는 면적 또한 압력 센서에 가해진 압력의 세기에 따라 달라진다.

이에 따라, 압전 재료층 및 제2 레이어의 연결 전극은 압력 센서의 저항 가변 소재에 해당한다고 할 수 있다.

상술한 바와 같이, 도 2의 (a) 및 (b)의 압력 센서 패터닝 구조에서 제1 레이어와 저항 가변 소재의 연결 상태는 도 3과 같은 직렬 연결 형태로 나타낼 수 있다.

따라서, 도 3을 참고할 때, 압력 센서의 전체 저항 값은 가변 소재 양측에 직렬로 연결된 제1 전극의 제1 트레이스(trace) 저항(R) 및 제2 전극의 제2 트레이스(trace) 저항(R)과 가변 소재의 저항(R) 값을 합한 값과 같게 된다.

이때, 상기 제1 트레이스 저항 및 제2 트레이스 저항은 압력 센서에 가해지는 압력과 무관하게 일정하므로, 도 2의 (a) 또는 (b)와 같은 압력 센서의 저항 가변 범위는 가변 소재의 저항 가변 범위에 의해서만 좌우된다.

예를 들어, 압전 재료층의 면저항 값과, 연결 전극의 접촉 면적 차이에 따른 가변 소재의 저항 가변 범위가 0Ω 내지 300Ω 이라고 가정할 때, 압력 센서 전체의 저항 가변 범위는 (제1 트레이스 R + 제2 트레이스 R) 내지 (제1 트레이스 R + 제2 트레이스 R + 300 Ω)가 된다.

즉, 도 3의 회로도를 참고할 때, 도 2의 (a) 또는 (b)의 압력 센서 패터닝 구조에서 압력 센서의 저항 가변 범위의 변화폭은, 가변 소재 저항 가변 범위의 변화폭과 동일함을 알 수 있다.

따라서, 도 2와 같은 압력 센서의 패터닝 방법의 압력 센서가 감지할 수 있는 터치 압력은 가변 소재의 저항 가변 범위에만 국한되어 검출되는 압력 세기의 정확도에 한계가 있다는 문제점이 있다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 패터닝 구성을 나타내는 도면이다.

도 4를 참고하면, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서의 제1 레이어(100)는 평행하게 배치된 일 이상의 직선형 전극쌍(pair)들을 포함한다.

일 실시예에 따르면, 제1 레이어(100)를 구성하는 전극은 ITO 또는 기타 투명 전극재로 이루어질 수 있는데, 두 개의 투명 전극 배선이 하나의 전극쌍(pair)을 구성하여 배치된다. 두 개의 전극 배선은 압력 센서로부터 신호를 전달 받아 압력 값을 검출해내는 구동부(미도시)와 연결된다. 상기 두개의 전극 배선 중 하나는 구동부와 전기적 신호를 송수신하는 신호 배선이고, 다른 하나는 그라운드 전위와 연결되는 그라운드 배선이다.

이하에서는, 설명의 편의를 위해 상기 제1 레이어(100)에서 하나의 쌍을 이루는 두 개의 투명 전극 배선을 '전극 페어'라고 한다.

도 4의 (a) 및 (b)의 압력 센서의 제1 레이어(100)는 제1 전극 페어(110), 제2 전극 페어(120), 제3 전극 페어(130), 제4 전극 페어(140) 및 제5 전극 페어(150)의 5개의 직선형 투명 전극 페어가 모두 상호 이격되어 배치된다.

도 4의 (a) 및 (b)를 참고하면, 제1 전극 페어(110), 제2 전극 페어(120), 제3 전극 페어(130), 제4 전극 페어(140) 및 제5 전극 페어(150)는 각 전극 페어의 투명 전극 배선들의 직선 방향과 수직한 방향을 따라 순차적으로 이격되어 배치될 수 있다.

환언하면, 제1 내지 제5 전극 페어(110 내지 150)들은 소정의 거리만큼 상호 이격되어 실질적으로 평행하게 배치될 수 있으나, 반드시 평행할 필요는 없다.

상기 각 전극 페어는 디스플레이 장치의 투명 전극층(도 1 참고)의 일부로서, 디스플레이 장치의 터치 검출을 위한 투명 전극층(도 1 참고)의 전극들 중 일부가 압력 센서의 일부분을 구성하는데, 이때, 압력 센서의 제1 전극 페어(110) 및 제5 전극 페어(150)는 압력 센서 외부에 존재하는 디스플레이 장치의 투명 전극층(도 1 참고)과 연결될 수 있다.

도 4에서는 5개의 전극 페어가 제1 레이어(100)를 구성하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되지 않으며, 복수개의 직선형 전극 페어들이 도 4와 같은 방법으로 배치될 수 있다.

제1 레이어(100)의 상부에는 압전 재료층(200) 및 연결 전극으로 구성되는 제2 레이어(300)가 배치된다.

도 4의 (a)에서 압력 센서 패터닝 구조를 살펴보면, 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서는 제1 레이어(100)의 상부에 양자 터널링 합성물층 등과 같은 압전 재료층(200)이 배치되고, 압전 재료층(200) 상부에 카본 등으로 형성되는 복수개의 연결 전극들로 구성된 제2 레이어(300)가 배치될 수 있다.

압력 인가 여부에 따라 저항 값이 변하는 압전 재료층(200)은 압력 센서 내부에 위치하는 각 전극 페어들을 커버할 수 있도록 제1 레이어(100) 상부에 배치된다. 압전 재료층(200)의 압력에 따른 저항 가변성은 도 2에 상술한 바와 같다.

일 실시예에 따르면, 도 4의 (a)에서 제2 레이어(300)를 구성하는 복수개의 연결 전극들은 제1 레이어(100)를 구성하는 인접한 두 전극 페어의 이격된 부분 및 상기 두 전극 페어 각각의 단부를 오버랩하도록 배치된다.

이와 같이 제2 레이어(300)의 연결 전극들이 배치됨으로써, 압력 인가시 인접한 상기 두 전극 페어 일단을 상호 전기적으로 연결시킬 수 있다.

예를 들어, 제1 연결 전극(310)은 제1 전극 페어(110)의 일단, 제2 전극 페어(120)의 일단 및 그 사이의 이격된 영역을 커버하도록 배치되며, 제2 연결 전극(320)은 제2 전극 페어(120)의 타단, 제3 전극 페어(130)의 일단 및 그 사이의 이격된 영역을 커버하도록 배치된다. 마찬가지로, 제3 연결 전극(330)은 제3 전극 페어(130)의 타단, 제4 전극 페어(140)의 일단 및 그 사이의 이격 영역을 커버하고, 제4 연결 전극(340)은 제4 전극 페어(140)의 타단, 제5 전극 페어(150)의 일단 및 그 사이의 이격 영역을 커버할 수 있다.

즉, 제2 레이어(300)의 연결 전극은 제1 레이어(100)를 구성하는 각 이격된 전극 페어들의 단부들이 압전 재료층(200)을 통해 상호 연결될 수 있도록 배치되며, 이에 따라 연결 전극의 개수는 상기 전극 페어들의 개수보다 하나 적게 구성된다.

또한, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서의 패터닝 구조는 도 4의 (b)와 같이 구성될 수도 있다.

도 4의 (b)를 참고하면, 제1 레이어(100)의 상부에 별도의 압전 재료층이 배치되지 않고, 복수개의 압력 센싱 전극들을 포함하는 압력 센싱층(400)이 제1 레이어(100)의 상부에 배치된다.

상기 압력 센싱층(400)의 압력 센싱 전극들은 FSR 센서(Force Sensing Resistors) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT: Multi-Walled CNT) 등으로 구성될 수 있다.

FSR 센서는 압력이 가해지면 저항 값이 줄어드는 원리를 이용하여 압력, 무게, 터치 등을 감지하는　센서이다. FSR 센서는 복수개의 층으로 이루어지며, 가장 상부에는 반도체(semi-conductor)로 형성되는 층이 존재하고, 가장 하부에는 액티브 영역(active dot area)이 존재한다. 압력이 존재하지 않을 때는　반도체 층이　액티브 영역에 접촉되지 않지만 압력이 높아질 수록　반도체 층과 액티브 영역의 접촉 면적이 증가하여　저항이 낮아진다.

다중벽 탄소나노튜브를 구성하는 탄소나노튜브는 흑연면이 말려있는 각도와 구조에 따라 도체에서부터 반도체에 이르기까지 다양한 전기적 특성을 나타낸다.

외부 압력에 의해 이격된 탄소나노튜브 입자들 간 접촉이 발생하면 통전이 이루어지게 되는데, 다중벽 탄소나노튜브의 탄소나노튜브 농도가 낮으면 외부 압력이 가해지더라도 인접한 탄소나노튜트들 간의 접촉률이 낮아져 저항이 증가하면서 통전에 어려움이 발생하게 되고, 농도가 높을 경우 접촉률이 높아지면서 통전이 원활하게 진행된다.

이와 같이, 도 4의 (b)와 같은 압력 센서의 경우, FSR 센서 또는 다중벽 탄소나노튜브와 같이 다층 구조를 이루고 있어, 인가되는 압력 세기에 따라 상하좌우의 전도성 입자 간 접촉률이 달라지는 압력 센싱 전극만으로 가변 소재를 구성할 수 있다.

도 4의 (b)를 참고하면, 압력 센싱층(400)은 제1 압력 센싱 전극(410), 제2 압력 센싱 전극(420), 제3 압력 센싱 전극(430), 및 제4 압력 센싱 전극(440)을 포함하며, 도 4의 (a)에서의 각 연결 전극(310 내지 340)들과 동일한 방법으로 배치될 수 있다.

이와 같은 도 4의 (a) 또는 (b)의 패터닝 구조에 따르면, 도 4의 (a)에서의 연결 전극 또는 도 4의 (b)에서의 압력 센싱 전극의 총 면적은 도 2의 압력 센서를 구성하는 연결 전극들의 총 면적보다 좁은 면적으로 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 구성할 수 있다.

도 5는 도 4의 압력 센서 패터닝에 대한 저항 연결 구조를 개략적으로 나타내는 회로도이다.

상술한 바와 같이, 도 4의 (a) 및 (b)의 압력 센서는 복수개의 전극 페어들 사이에 복수개의 연결 전극 또는 압력 센싱 전극들이 직렬로 연결된 형태를 취하고 있는데, 도 4의 (a)의 경우 압전 재료층, 즉, 양자 터널링 합성물층 및 각 연결 전극이 압력 센서의 저항 가변 소재에 해당하며, 도 4의 (b)의 압력 센서에서는 각 압력 센싱 전극들이 저항 가변 소재가 된다.

이하, 도 도 4의 (a)의 압전 재료층과 하나의 연결 전극 및 도 4의 (b)에서 하나의 압력 센싱 전극을 가변 소재라고 통칭하고, 각 가변 소재의 저항 값은 '가변소재R' 과 같이 나타내도록 한다. 또한, 각 전극 페어들의 저항 값은 '트레이스R' 로 나타낸다.

도 5를 참고하면, 도 4의 (a) 및 (b)의 압력 센서 전체 저항(Total R)은 모든 트레이스 저항 및 모든 가변 소재 저항의 합과 같다.

즉, 이를 수식으로 표현하면 다음과 같다.

[Total R = 제1 트레이스 R + 제1 가변소재 R + 제2 트레이스 R + 제2 가변소재 R + 제3 트레이스 R + 제3 가변소재 R + 제4 트레이스 R + 제4 가변소재 R + 제5 트레이스 R]

이때 각 트레이스 R은 압력 세기와 무관하게 일정한 값을 갖기 때문에, 압력 센서의 저항 값은 제1 내지 제5 가변소재 R에 의해 변한다.

따라서, 압력 센서의 저항 가변 범위의 변화폭은 각 가변소재 R의 최소값들의 합 내지 각 가변소재 R의 최대값이 된다.

예를 들어, 제1 내지 제5 가변소재 R이 각각 0Ω 내지 300Ω의 저항 가변 범위를 갖는다고 가정할 때, 압력 센서 전체 저항 가변 범위의 변화폭은 0Ω 내지 1200Ω 이 된다.

상술한 도 2 및 도 3의 압력 센서 패터닝 구조에서의 저항 가변 범위와 도 4 및 도 5의 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 패터닝 구조에서의 저항 가변 범위를 비교해 볼 때, 동일한 저항 가변 범위를 갖는 가변 소재라 하더라도, 도 4 및 도 5의 압력 센서의 전체 저항 가변 범위가 도 2 및 도 3에 비해 4배가 큰 변화폭을 가지는 것을 알 수 있다.

따라서, 본 발명에 실시예에 따른 압력 센서 패터닝 방법은 상대적으로 적은 양의 가변 소재만으로도 넓은 저항 가변 범위를 가질 수 있어, 압력 검출 장치의 터치 압력 검출 정확도 또는 민감도를 향상시킬 수 있다.

도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 패터닝 구성을 나타내는 도면이다.

도 6의 (a) 및 (b)를 참고하면, 제1 내지 제5 가변소재는 각각 두 개의 전극이 하나의 쌍(pair)을 이루어 병렬로 배치될 수 있다.

도 6의 (a)의 압력 센서 가장 하부에는 제1 내지 제5 전극 페어를 포함하는 제1 레이어가 도 4의 (a)와 동일하게 배치되고, 제1 레이어의 상부에는 압전 재료층이 배치된다.

압전 재료층의 상부에 배치되는 제2 레이어는 복수개의 연결 전극들을 포함하는데, 도 6의 (a)에서 도시하는 압력 센서는 도 4의 (a)의 제1 내지 제4 연결 전극들의 위치 각각에 두 개의 서브 연결 전극을 병렬로 배치한 제1 내지 제4 연결 전극 페어(311 내지 341)들로 구성된다.

즉, 도 6의 (a)의 압력 센서에서는 인접한 두 전극 페어의 단부에 오버랩되어 상기 두 전극 페어를 전기적으로 연결할 수 있도록 하는 두 개의 서브 연결 전극이 평행하게 배치될 수 있다.

마찬가지로, 도 6의 (b)의 경우에도 도 4의 (b)와 동일하게 제1 레이어가 배치되며, 압력 센싱층에는 도 4의 (b)의 제1 내지 제4 압력 센싱 전극들의 위치 각각에 두 개의 서브 압력 센싱 전극을 병렬로 배치한 제1 내지 제4 압력 센싱 전극 페어(411 내지 414)들로 구성된다.

도 6의 (a) 및 (b)에서는 상기 연결 전극 페어 및 상기 압력 센싱 전극 페어가 두 개의 서브 전극의 병렬 구조로 구성되는 것을 도시하고 있으나, 이에 한정되지 않으며, 2 이상의 복수개의 서브 연결 전극 또는 서브 압력 센싱 전극의 병렬 구조로 배치될 수도 있다.

도 7은 도 6의 압력 센서 패터닝에 대한 저항 연결 구조를 개략적으로 나타내는 회로도이다.

도 7을 참고하면, 도 6의 (a) 또는 (b)의 압력 센서는 두 개의 저항 가변 소재가 병렬로 연결된 가변 소재 병렬 연결 구조 4쌍 및 제1 내지 제 5 전극 페어가 직렬로 연결된다.

각 가변 소재의 저항 값이 R이라고 할 때, 두 개의 가변 소재가 병렬로 연결된 가변 소재 페어의 저항 값은 R/2와 같다.

예를 들어, 가변소재 R이 각각 0Ω 내지 300Ω의 저항 가변 범위를 갖는다고 가정할 때, 가변 소재 페어의 저항 가변 범위는 0Ω 내지 150Ω가 되어, 압력 센서 전체 저항 가변 범위의 변화폭은 0Ω 내지 600Ω 이 된다.

따라서, 도 6의 (a) 또는 (b)와 같은 패터닝 구조의 압력 센서는 도 4의 (a) 또는 (b)의 압력 센서에 비해 저항 가변 범위의 변화폭은 좁으나, 도 2의 (a) 또는 (b)의 압력 센서보다는 여전히 민감도가 향상된 터치 압력 검출이 가능하며, 동시에 보다 안정적인 압력 센서의 구동이 가능하다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 제1 레이어
110: 제1 전극 페어
120: 제2 전극 페어
130: 제3 전극 페어
140: 제4 전극 페어
150: 제5 전극 페어
200: 압전 재료층
300: 제2 레이어
310: 제1 연결 전극
311: 제1 연결 전극 페어
320: 제2 연결 전극
321: 제2 연결 전극 페어
330: 제3 연결 전극
331: 제3 연결 전극 페어
340: 제4 연결 전극
341: 제4 연결 전극 페어
400: 압력 센싱층
410: 제1 압력 센싱 전극
411: 제1 압력 센싱 전극 페어
420: 제2 압력 센싱 전극
421: 제2 압력 센싱 전극 페어
430: 제3 압력 센싱 전극
431: 제3 압력 센싱 전극 페어
440: 제4 압력 센싱 전극
441: 제4 압력 센싱 전극 페어

Claims (6)

1. 신호 배선 및 그라운드 배선이 하나의 쌍(pair)을 이루는 복수개의 직선형 전극 페어가 각각의 길이 방향과 수직한 방향으로 상호 이격되어 배치되는 제1 레이어; 및
   상기 제1 레이어 상부에 배치되며, 압력 인가시 인접한 상기 두 전극 페어 일단을 상호 전기적으로 연결시키는 복수개의 전극으로 구성되는 제2 레이어를 포함하며,
   인가되는 압력에 따라, 상기 전극 페어 각각과 상기 복수개의 전극 각각 사이의 저항 또는 상기 복수개의 전극 각각의 저항이 가변되는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 레이어 상부에 배치되며, 저항 가변 물질로 구성되는 압전 재료층을 포함하고,
   상기 제2 레이어는 상기 압전 재료층 상부에 배치되는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 압전 재료층은 양자 터널링 합성물(QTC: Quantum Tunnelling Composite)층으로 이루어지며,
   상기 제2 레이어의 상기 복수개의 전극들은 카본(Carbon)으로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 레이어의 상기 복수개의 전극들은 FSR 센서(Force Sensing Resistors) 또는 다중벽 탄소나노튜브(MWCNT: Multi-Walled CNT)로 이루어지는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   압력 인가시, 상기 제1 레이어의 직선형 전극 페어와 상기 제2 레이어의 전극이 교대로 연결되어, 직렬 연결 구조를 이루는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치.
   
6. 제1항에 있어서,
   상기 제2 레이어의 상기 복수개의 전극들 각각은,
   상기 전극 페어의 길이 방향으로 상호 이격된, 복수개의 서브 전극으로 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 압력 검출 장치.

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