KR101771137B1 - Thermoelectric touch sensor - Google Patents

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삼성전자주식회사
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Abstract

개시된 열전 터치 센서는 제1전극, 열전 재료로 형성된 박막층, 제2전극 및 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이를 흐르는 전류 또는 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 걸리는 전압을 감지하는 감지부를 포함한다. 개시된 열전 터치 센서는 열전 효과를 이용하여 외부 전원 없이 신체 등의 접촉을 감지할 수 있는데, 여기서 열전 효과란 열전 소자의 양단에 온도 차이가 있을 때 열전 소자 내부의 캐리어가 이동함으로 기전력이 발생하는 현상이다. The thermoelectric touch sensor includes a first electrode, a thin film layer formed of a thermoelectric material, a second electrode, and a current sensing unit that senses a voltage flowing between the first electrode and the second electrode or a voltage between the first electrode and the second electrode . The disclosed thermoelectric touch sensor can detect the contact of the body without using an external power source by using the thermoelectric effect. Here, the thermoelectric effect is a phenomenon in which the carrier inside the thermoelectric element moves when there is a temperature difference at both ends of the thermoelectric element, to be.

Description

열전 터치 센서{Thermoelectric touch sensor}[0001] The present invention relates to a thermoelectric touch sensor,

열전 터치 센서에 관한 것이다.To a thermoelectric touch sensor.

터치 센서는 디스플레이, 핸드폰 등 여러 전자 제품의 터치 스크린, 터치 스위치 등으로 널리 사용되고 있다. 터치 센서로는 저항막 방식의 터치 센서와 정전 용량 방식의 터치 센서가 보통 사용된다.Touch sensors are widely used for touch screens and touch switches of various electronic products such as displays and mobile phones. As the touch sensor, a resistance film type touch sensor and a capacitive type touch sensor are usually used.

저항막 방식의 터치 센서는 일정 간격 떨어져 있는 양 전극에 외부에서 압력이 가해지면, 양 전극이 접촉하게 되어 전류가 흐르는 것을 감지하는 방식으로 구동된다. 그리고, 정전 용량 방식의 터치 센서는 신체 또는 특정 물체가 접촉할 때 발생하는 정전 용량의 변화를 감지하는 방식으로 구동된다. In the resistance film type touch sensor, when external pressure is applied to both electrodes spaced apart from each other by a certain distance, both electrodes are in contact with each other and are driven in such a manner as to sense current flow. The electrostatic capacity type touch sensor is driven in such a manner as to detect a change in capacitance caused when a body or a specific object makes contact.

열전 터치 센서를 제공한다.A thermoelectric touch sensor is provided.

개시된 열전 터치 센서는The disclosed thermoelectric touch sensor

제1전극;A first electrode;

상기 제1전극 위에 마련되고, 열전 재료로 형성된 박막층;A thin film layer provided on the first electrode and formed of a thermoelectric material;

상기 열전 재료층 위에 마련된 제2전극; 및A second electrode provided on the thermoelectric material layer; And

상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이를 흐르는 전류 또는 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 걸리는 전압을 감지하는 감지부;를 포함할 수 있다.And a sensing unit sensing a current flowing between the first electrode and the second electrode or a voltage between the first electrode and the second electrode.

상기 열전 재료는 10μV/K 보다 큰 제백 계수(Seeback coefficient)를 가질 수 있다.The thermoelectric material may have a Seeback coefficient greater than 10 μV / K.

상기 열전 재료는 10 S/㎝ 보다 큰 전기 전도도를 가질 수 있다.The thermoelectric material may have an electrical conductivity greater than 10 S / cm.

상기 열전 재료는 투명한 열전 재료일 수 있다.The thermoelectric material may be a transparent thermoelectric material.

상기 제1전극 또는 상기 제2전극은 투명 전극일 수 있다.The first electrode or the second electrode may be a transparent electrode.

상기 열전 재료는 Bi2Te3, Bi2Sb3, Bi2Se3로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The thermoelectric material may include at least one selected from the group consisting of Bi 2 Te 3 , Bi 2 Sb 3 and Bi 2 Se 3 .

상기 박막층은 전자 저지 재료 또는 정공 저지 재료를 포함할 수 있다.The thin film layer may include an electron blocking material or a hole blocking material.

상기 전자 저지 재료 또는 상기 정공 저지 재료는 상기 열전 재료와 동일한 층에 혼합되어 있을 수 있다.The electron blocking material or the hole blocking material may be mixed in the same layer as the thermoelectric material.

상기 전자 저지 재료 또는 상기 정공 저지 재료는 상기 열전 재료와 다층 구조를 형성할 수 있다.The electron blocking material or the hole blocking material may form a multi-layer structure with the thermoelectric material.

상기 전자 저지 재료는 정공 전도성 반도체 폴리머(hole conducting semiconducting polymer) 또는 정공 전도성 반도체 폴리머의 유도체(derivative)일 수 있다.The electron blocking material may be a hole conducting semiconducting polymer or a derivative of a hole conducting semiconductor polymer.

상기 전자 저지 재료는 P3HT(Poly(3-Hexylthiophene))를 포함할 수 있다.The electron blocking material may comprise P3HT (Poly (3-Hexylthiophene)).

상기 제2전극의 열 전도도는 상기 제1전극의 열 전도도보다 더 높을 수 있다.The thermal conductivity of the second electrode may be higher than the thermal conductivity of the first electrode.

상기 제1전극 및 상기 제2전극은 Cu, Ag, Au로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료를 포함할 수 있다.The first electrode and the second electrode may include at least one material selected from the group consisting of Cu, Ag, and Au.

상기 제1전극은 금속 산화물로 형성되고, 상기 제2전극은 금속으로 형성될 수 있다.The first electrode may be formed of a metal oxide, and the second electrode may be formed of a metal.

상기 금속 산화물은 ITO, IZO, GZO로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal oxide may include at least one selected from the group consisting of ITO, IZO, and GZO.

상기 금속은 Cu, Ag, Au로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The metal may include at least one selected from the group consisting of Cu, Ag, and Au.

상기 박막층은 그라펜(Graphene)을 포함할 수 있다.The thin film layer may include Graphene.

개시된 열전 터치 센서는 종래 터치 센서의 구동 원리와는 다른 새로운 방식의 터치 센서이다. 개시된 열전 터치 센서는 열전 효과를 이용하여 터치 센서를 구현함으로써, 종래 터치 센서의 문제점을 해결하고, 열전 효과에 의해 발생된 전압 또는 전류를 감지하여 외부 전원 없이 자가 전력으로 구동이 가능하다.The disclosed thermoelectric touch sensor is a new type of touch sensor that is different from the driving principle of a conventional touch sensor. The disclosed thermoelectric touch sensor realizes the touch sensor using the thermoelectric effect, solves the problems of the conventional touch sensor, and can sense the voltage or current generated by the thermoelectric effect and can operate the device without the external power.

도 1은 개시된 열전 터치 센서의 단면도이다.
도 2는 다층 구조의 박막층을 갖는 열전 터치 센서의 단면도이다.
도 3은 터치 스크린에 적용된 열전 터치 센서의 개략적인 평면도이다.1 is a cross-sectional view of the thermoelectric touch sensor disclosed.
2 is a cross-sectional view of a thermoelectric touch sensor having a thin film layer of a multilayer structure.
3 is a schematic plan view of a thermoelectric touch sensor applied to a touch screen.

이하, 열전 터치 센서를 첨부된 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 첨부된 도면에 도시된 층이나 영역들의 폭 및 두께는 명세서의 명확성을 위해 다소 과장되게 도시된 것이다. 상세한 설명 전체에 걸쳐 동일한 참조 번호는 동일한 구성 요소를 나타낸다.Hereinafter, a thermoelectric touch sensor will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The widths and thicknesses of the layers or regions illustrated in the accompanying drawings are exaggeratedly shown for clarity of the description. Like reference numerals designate like elements throughout the specification.

도 1은 개시된 열전 터치 센서(40)의 단면도이다.1 is a cross-sectional view of the thermoelectric touch sensor 40 disclosed.

도 1을 참조하면, 열전 터치 센서(40)는 제1전극(10), 박막층(20), 제2전극(30) 및 감지부(50)를 포함한다. 감지부(50)는 제어부와 연결될 수 있으며, 상기 제어부는 피제어 회로를 제어할 수 있다. 제1전극(10) 위에는 박막층(20)이 마련되어 있으며, 박막층(20) 위에는 제2전극(30)이 마련되어 있다. 감지부(50)는 제1전극(10) 및 제2전극(30)과 연결되어 있다. 도면에 도시되지는 않았지만, 제2전극(30) 위에는 절연층이 마련될 수 있다.Referring to FIG. 1, a thermoelectric touch sensor 40 includes a first electrode 10, a thin film layer 20, a second electrode 30, and a sensing unit 50. The sensing unit 50 may be connected to the control unit, and the control unit may control the controlled circuit. A thin film layer 20 is formed on the first electrode 10 and a second electrode 30 is formed on the thin film layer 20. The sensing unit 50 is connected to the first electrode 10 and the second electrode 30. Although not shown in the drawing, an insulating layer may be provided on the second electrode 30.

제1전극(10)은 Cu, Ag, Au 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료를 포함할 수 있다. 이렇게 제1전극(10)이 금속으로 형성되는 경우 열전 재료로 형성된 박막층(20)과 저항 접촉(Ohmic contact)하는데 유리할 수 있다. 제1전극(10)은 열전 터치 센서(40)가 투명 터치 스크린에 사용되는 경우에는 투명 전극일 수 있다. 또한, 제1전극(10)은 금속 산화물을 포함할 수 있다. 상기 금속 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(In-doped Zinc Oxide), GZO(Ga-doped Zinc Oxide) 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료일 수 있다. 제1전극(10)은 제2전극(30)보다 열 전도도가 낮을 수 있다. 이는 신체 접촉에 의한 제2전극(30)의 온도 변화로부터 영향을 적게 받도록 하여, 제2전극(30) 및 제1전극(10) 사이의 온도 구배(thermal gradient)를 유지하기 위함이다.The first electrode 10 may include at least one material selected from the group consisting of Cu, Ag, Au, and the like. If the first electrode 10 is formed of a metal, it may be advantageous to ohmic contact with the thin film layer 20 formed of a thermoelectric material. The first electrode 10 may be a transparent electrode when the thermoelectric touch sensor 40 is used in a transparent touch screen. In addition, the first electrode 10 may include a metal oxide. The metal oxide may be at least one material selected from the group consisting of ITO (Indium Tin Oxide), IZO (In-doped Zinc Oxide), and GZO (Ga-doped Zinc Oxide). The first electrode 10 may have a thermal conductivity lower than that of the second electrode 30. This is to maintain a thermal gradient between the second electrode 30 and the first electrode 10 by making it less influenced by the temperature change of the second electrode 30 due to the physical contact.

박막층(20)은 제1전극(10) 위에 마련될 수 있다. 박막층(20)은 열전 재료로 형성된다. 상기 열전 재료는 10μV/K 보다 큰 제백 계수(Seeback coefficient)를 가질 수 있다. 또한, 상기 열전 재료는 10 S/㎝ 보다 큰 전기 전도도를 가질 수 있다. 상기 제백 계수 및 상기 전기 전도도는 열전 효과를 이용하여 효율적인 열전 터치 센서(40)를 구현하기 위한 값으로서, 상기 제백 계수 또는 상기 전기 전도도보다 작은 값을 갖는 열전 재료를 사용하는 경우 열전 터치 센서(40)를 효율적으로 구현하기 어려울 수 있다. 상기 열전 재료는 열전 터치 센서(40)가 투명 터치 스크린에 사용되는 경우 투명할 수 있다. 상기 열전 재료는 Bi2Te3, Bi2Sb3, Bi2Se3 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.The thin film layer 20 may be provided on the first electrode 10. The thin film layer 20 is formed of a thermoelectric material. The thermoelectric material may have a Seeback coefficient greater than 10 μV / K. In addition, the thermoelectric material may have an electrical conductivity greater than 10 S / cm. The whitening coefficient and the electric conductivity are values for realizing the thermoelectric touch sensor 40 using the thermoelectric effect. When the thermoelectric material having a value smaller than the whiteness coefficient or the electric conductivity is used, the thermoelectric touch sensor 40 ) May be difficult to implement efficiently. The thermoelectric material may be transparent when the thermoelectric touch sensor 40 is used in a transparent touch screen. The thermoelectric material may be Bi 2 Te 3 , Bi 2 Sb 3 , Bi 2 Se 3 And the like.

또한, 박막층(20)은 전자 저지 재료(electron blocking material) 또는 정공 저지 재료(hole blocking material)를 포함할 수 있다. 상기 전자 저지 재료 또는 상기 정공 저지 재료는 상기 열전 재료와 동일한 층에 혼합되어 있을 수 있다. 한편, 상기 전자 저지 재료 또는 상기 정공 저지 재료는 상기 열전 재료와 다층 구조(multi-layers)를 형성할 수도 있다. 이렇게 박막층(20)에 상기 전자 저지 재료 또는 상기 정공 저지 재료를 포함시켜서, 열전 터치 센서(40)를 구현할 수 있는 정도의 열전 효과가 발생하게 할 수 있다. 즉, 상기 전자 저지 재료 또는 상기 정공 저지 재료와 상기 열전 재료의 혼합 정도, 다층 구조의 적층수, 적층 순서 등을 조정하여, 열전 터치 센서(40)를 구현할 수 있는 열전 효과가 발생하도록 열전 터치 센서(40)의 박막층(20)을 설계할 수 있다. 도 2는 상기 다층 구조를 도시한 것이다. 도 2를 참조하면, 박막층(20)은 제1층(20a), 제2층(20b) 및 제3층(20c)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1층(20a)은 상기 전자 저지 재료로 형성될 수 있으며, 제2층(20b)은 상기 열전 재료로 형성될 수 있고, 제3층(20c)은 상기 정공 저지 재료로 형성될 수 있다. 하지만, 상기 층들의 순서나 재료는 이에 한정되는 것은 아니다. 상기 전자 저지 재료는 예를 들어, P3HT(Poly(3-Hexylthiophene)과 같은 정공 전도성 반도체 폴리머(hole conducting semiconducting polymer) 또는 상기 정공 전도성 반도체 폴리머의 유도체(derivatives)일 수 있다.In addition, the thin film layer 20 may include an electron blocking material or a hole blocking material. The electron blocking material or the hole blocking material may be mixed in the same layer as the thermoelectric material. Meanwhile, the electron blocking material or the hole blocking material may form multi-layers with the thermoelectric material. The thin film layer 20 may contain the electron blocking material or the hole blocking material to generate a thermoelectric effect to such an extent that the thermoelectric touch sensor 40 can be realized. That is, by adjusting the degree of mixing of the electron blocking material or the hole blocking material and the thermoelectric material, the number of layers of the multi-layer structure, the stacking order, and the like, the thermoelectric touch sensor 40, It is possible to design the thin film layer 20 of the semiconductor device 40. Figure 2 shows the multilayer structure. Referring to FIG. 2, the thin film layer 20 may include a first layer 20a, a second layer 20b, and a third layer 20c. For example, the first layer 20a may be formed of the electron blocking material, the second layer 20b may be formed of the thermoelectric material, and the third layer 20c may be formed of the hole blocking material . However, the order and materials of the layers are not limited thereto. The electron blocking material may be, for example, a hole conducting semiconducting polymer such as P3HT (poly (3-hexylthiophene) or derivatives of the hole-conducting semiconductor polymer.

또한, 박막층(20)은 그라펜(Graphene)을 포함할 수 있다. 그라펜은 복수 개의 탄소원자들이 서로 공유 결합으로 연결되어 폴리시클릭 방향족 분자를 형성한 것이다. 상기 그라펜은 상기 공유 결합으로 연결된 탄소원자들은 기본 반복단위로서 6원환을 형성하나, 5원환 및/또는 7원환을 더 포함하는 것도 가능하다. 그 결과 상기 그라펜은 서로 공유 결합된 탄소원자들의 단일층으로 보이게 된다. 상기 그라펜은 단일층으로 이루어질 수 있으나, 이들이 여러 개 서로 적층되어 복수층을 형성하는 것도 가능하며, 최대 100nm까지의 두께를 형성할 수 있다. 상기 그라펜은 상기 열전 재료와 동일한 층에 혼합되어 있을 수 있으며, 한편으로는 상기 열전 재료와 다층 구조(multi-layers)를 형성할 수도 있다. 이렇게 박막층(20)에 상기 그라펜을 포함시켜서, 열전 터치 센서(40)를 구현할 수 있는 정도의 열전 효과가 발생하게 할 수 있다. 즉, 상기 그라펜과 상기 열전 재료의 혼합 정도, 다층 구조의 적층수, 적층 순서 등을 조정하여, 열전 터치 센서를 구현할 수 있는 열전 효과가 발생하도록 열전 터치 센서(40)의 박막층(20)을 설계할 수 있다. 도 2에서, 제1 내지 제3층(20a, 20b, 20c) 중에서 적어도 한 층은 그라펜으로 형성될 수 있다.In addition, the thin film layer 20 may include Graphene. Graphene is formed by a plurality of carbon atoms covalently linked together to form a polycyclic aromatic molecule. The carbon atoms of the graphenes linked with the covalent bond may form a 6-membered ring as a basic repeating unit, but may further include a 5-membered ring and / or a 7-membered ring. As a result, the graphene appears as a single layer of covalently bonded carbon atoms. The graphene may be composed of a single layer, but a plurality of the graphenes may be laminated to form a plurality of layers, and a thickness of up to 100 nm may be formed. The graphenes may be mixed in the same layer as the thermoelectric material, and may form multi-layers with the thermoelectric material. By including the graphenes in the thin film layer 20, a thermoelectric effect to such an extent that the thermoelectric touch sensor 40 can be realized can be generated. That is, by adjusting the degree of mixing of the graphene and the thermoelectric material, the number of layers of the multi-layer structure, the stacking sequence, and the like, the thin film layer 20 of the thermoelectric- Can be designed. In Fig. 2, at least one of the first to third layers 20a, 20b, and 20c may be formed of graphene.

제2전극(30)에는 신체의 일부가 접촉될 수 있다. 또는, 제2전극(30) 위에 마련된 절연층에 신체의 일부가 접촉될 수 있다. 상기 절연층은 열 전도도가 높은 재료로 형성되어, 열이 제2전극(30)에 빠르게 전달될 수 있게 할 수 있다. 제2전극(30)은 금속 재료를 포함할 수 있다. 즉, 제2전극(30)은 Cu, Ag, Au 등으로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료를 포함할 수 있다. 이렇게 제2전극(30)이 금속으로 형성되는 경우 열전 재료로 형성된 박막층(20)과 저항 접촉(Ohmic contact)하는데 유리할 수 있다. 제2전극(30)은 열전 터치 센서(40)가 투명 터치 스크린에 사용되는 경우 투명 전극일 수 있다. 제2전극(30)은 신체의 일부로부터 빠르게 열을 흡수하기 위해서 열 전도도가 높을 수 있다. 제2전극(30)의 열 전도도는 제1전극(10)의 열 전도도보다 높을 수 있다. 이는 제2전극(30)에 신체의 일부가 접촉되는 경우 제2전극(30)은 신체로부터 빨리 열을 전달받아 박막층(20)으로 빨리 열을 전달하고, 제1전극(10)은 신체 접촉에 의한 제2전극(30)의 온도 변화로부터 영향을 적게 받도록 하여, 제1전극(10) 및 제2전극(30) 사이의 온도 구배(thermal gradient)를 유지하기 위함이다.A portion of the body may contact the second electrode 30. Alternatively, a part of the body may be brought into contact with the insulating layer provided on the second electrode 30. The insulating layer may be formed of a material having a high thermal conductivity so that heat can be rapidly transferred to the second electrode 30. The second electrode 30 may comprise a metallic material. That is, the second electrode 30 may include at least one material selected from the group consisting of Cu, Ag, and Au. When the second electrode 30 is formed of metal, it may be advantageous to ohmic contact with the thin film layer 20 formed of the thermoelectric material. The second electrode 30 may be a transparent electrode when the thermoelectric touch sensor 40 is used in a transparent touch screen. The second electrode 30 may have a high thermal conductivity to quickly absorb heat from a part of the body. The thermal conductivity of the second electrode 30 may be higher than the thermal conductivity of the first electrode 10. This is because, when a part of the body is brought into contact with the second electrode 30, the second electrode 30 receives heat from the body quickly and transfers heat to the thin film layer 20 quickly, So as to maintain a thermal gradient between the first electrode 10 and the second electrode 30 by minimizing the influence of the temperature change of the second electrode 30 due to the temperature change.

다음으로 개시된 열전 터치 센서(40)의 동작 원리를 설명한다. 종래 저항막 방식의 터치 센서의 경우 내구성이 약하고, 멀티 및 소프트 터치의 구현이 어려웠으며, 정전 용량 방식의 터치 센서의 경우 스타일러스 펜 입력과 노이즈 환경에서 오작동하는 문제가 있었다. 개시된 열전 터치 센서(40)는 종래와는 다른 방식인 열전 효과를 이용하여 터치 센서를 구현함으로써, 종래 터치 센서의 문제점을 해결하고자 하였다.Next, the operation principle of the thermoelectric touch sensor 40 will be described. Conventional resistance film type touch sensors have poor durability, and it is difficult to realize multi-touch and soft touch. In the case of capacitive touch sensor, there is a problem that the stylus pen input and the noise environment malfunction. The disclosed thermoelectric touch sensor 40 realizes a touch sensor using a thermoelectric effect, which is different from the conventional thermoelectric effect, to solve the problems of the conventional touch sensor.

열전 효과(Thermoelectric effect)란 열 에너지와 전기 에너지 사이의 에너지 변환 현상을 말한다. 즉, 열전 소자의 양단에 온도 차이가 있을 때 열전 소자 내부의 캐리어가 이동함으로 기전력이 발생하는 현상이다. 이러한 열전 효과는 열전 소자 양단 간의 온도 차이를 이용하여 기전력을 얻어내는 제벡 효과(Seebeck effect), 기전력으로 냉각와 가열을 하는 펠티어 효과(Peltier effect), 도체의 선상의 온도차에 의해 기전력이 발생하는 톰슨 효과(Tomson effect)로 나눌 수 있다. 상온이 26℃이고 사람의 체온이 36.5℃라고 가정한다면, 신체의 일부가 접촉되기 전에 개시된 열전 터치 센서(40)의 온도는 상온과 평형을 이루어 약 26℃라고 추정할 수 있다. 신체의 일부가 제2전극(30)에 접촉되면, 제2전극(30)의 온도는 신체 온도와 평형을 이루어 약 36.5℃가 될 수 있다. 따라서, 제2전극(30)과 제1전극(10) 사이에는 약 10.5℃ 정도의 온도 구배(thermal gradient)가 발생하게 된다. 이러한 온도 구배가 발생하면 제1전극(10) 및 제2전극(30) 사이에 기전력이 발생하며, 전류가 흐르게 된다. 제1전극(10) 및 제2전극(30) 사이에 열전 재료로 형성된 박막층(20)이 마련된 경우 제1전극(10) 및 제2전극(30) 사이에는 더 큰 기전력이 발생할 수 있다. 열전 터치 센서(40)는 이때 발생한 전압 또는 전류를 감지함으로써, 신체 일부가 열전 터치 센서(40)에 접촉되는 것을 감지하게 된다.Thermoelectric effect is the energy conversion phenomenon between thermal energy and electrical energy. That is, when there is a temperature difference between both ends of the thermoelectric element, a carrier inside the thermoelectric element moves, thereby generating an electromotive force. This thermoelectric effect is caused by the Seebeck effect, which is obtained by using the temperature difference between the two ends of the thermoelectric element, the Peltier effect by cooling and heating by the electromotive force, the Thomson effect by which the electromotive force is generated by the temperature difference of the conductor (Tomson effect). Assuming that the room temperature is 26 ° C and the human body temperature is 36.5 ° C, the temperature of the thermoelectric touch sensor 40 initiated before a part of the body is contacted can be estimated to be about 26 ° C in equilibrium with room temperature. When a part of the body is brought into contact with the second electrode 30, the temperature of the second electrode 30 can be about 36.5 DEG C in equilibrium with the body temperature. Accordingly, a thermal gradient of about 10.5 ° C is generated between the second electrode 30 and the first electrode 10. When this temperature gradient occurs, an electromotive force is generated between the first electrode 10 and the second electrode 30, and a current flows. A larger electromotive force may be generated between the first electrode 10 and the second electrode 30 when the thin film layer 20 formed of the thermoelectric material is provided between the first electrode 10 and the second electrode 30. The thermoelectric touch sensor 40 senses a voltage or a current generated at this time, thereby sensing that a part of the body is in contact with the thermoelectric touch sensor 40.

개시된 열전 터치 센서(40)에서, 감지부(50)는 신체 일부의 접촉에 의한 제1전극(10) 및 제2전극(30) 사이의 온도 구배에 인한 열전 효과에 의해 발생한 전압 또는 전류를 감지한다. 감지부(50)가 상기 전압 또는 전류를 감지하여 제어부에 감지 신호를 전달하면, 제어부는 상기 접촉이 의도하는 바대로 피제어 회로를 구동하게 된다. 예를 들어, 열전 터치 센서(40)가 스위치이고, 피제어 회로가 전등인 경우, 감지부(50)는 신체 일부의 접촉을 감지하여 제어부에 감지 신호를 보내고, 제어부는 전등을 켜거나 끌 수 있다.In the disclosed thermoelectric touch sensor 40, the sensing unit 50 senses a voltage or current generated by a thermoelectric effect due to a temperature gradient between the first electrode 10 and the second electrode 30 due to the contact of a part of the body, do. When the sensing unit 50 senses the voltage or current and transmits a sensing signal to the control unit, the control unit drives the controlled circuit as the contact is intended. For example, when the thermoelectric touch sensor 40 is a switch and the controlled circuit is a lamp, the sensing unit 50 senses the touch of a part of the body and sends a sensing signal to the control unit, have.

또한, 개시된 열전 터치 센서(40)는 외부 전원 없이 열전 효과에 의해 발생한 전압 또는 전류를 감지하여 터치 센서를 구현하기 때문에, 자가 전력(self-power) 소자가 될 수 있다. 따라서, 열전 터치 센서(40)를 구동하는데 별도의 전원이 필요하지 않을 수 있다. 한편, 개시된 열전 터치 센서(40)에서 투명한 열전 재료로 박막층(20)을 형성하는 경우, 투명한 플렉서블(flexible) 자가 전력 터치 센서를 구현할 수 있다.In addition, the disclosed thermoelectric touch sensor 40 can be a self-power device because it detects a voltage or current generated by a thermoelectric effect without an external power source to implement a touch sensor. Therefore, a separate power source may not be required to drive the thermoelectric touch sensor 40. Meanwhile, when the thin film layer 20 is formed of a transparent thermoelectric material in the disclosed thermoelectric touch sensor 40, a transparent flexible self-powered touch sensor can be realized.

도 3은 터치 스크린에 적용된 열전 터치 센서의 개략적인 평면도이다.3 is a schematic plan view of a thermoelectric touch sensor applied to a touch screen.

도 3을 참조하면, 열전 터치 센서는 디스플레이의 스크린 위에 오는 애드-온 타입(Add-on type)이 도시되어 있다. 도시되어 있지는 않지만, 열전 터치 센서가 디스플레이 내의 발광층 위에 오게 되는 온-셀 타입(On-cell type)으로도 사용될 수 있다. 제1전극(10)과 제2전극(30)은 박막층(20)을 사이에 두고 어레이 형태로 교차하여 배열되어 있다. 제1전극(10), 박막층(20) 및 제2전극(30)은 열전 터치 센서 하부에 위치하는 디스플레이 화면을 볼 수 있도록 투명한 재료로 형성될 수 있다. 제1전극(10)과 제2전극(30)이 교차하는 부분에 신체 일부의 접촉이 있는 경우, 그 부분에는 열전 효과에 의해서 전압 또는 전류가 발생할 수 있다. 그러면, 감지부(60)가 상기 전압 또는 전류를 감지하여, 신체 일부가 접촉된 상기 부분의 위치 정보를 포함하는 감지 신호를 제어부에 보낼 수 있다. 제어부는 상기 접촉이 의도하는 명령을 수행하고, 다음 화면을 디스플레이에 표시할 수 있다.Referring to FIG. 3, the thermoelectric touch sensor is shown on the screen of the display as an add-on type. Although not shown, it can be used as an on-cell type in which a thermoelectric touch sensor is placed on a light emitting layer in a display. The first electrode 10 and the second electrode 30 are arranged in an array form crossing the thin film layer 20. The first electrode 10, the thin film layer 20, and the second electrode 30 may be formed of a transparent material so that a display screen located below the thermoelectric touch sensor can be seen. When a part of the body is in contact with a portion where the first electrode 10 and the second electrode 30 intersect, a voltage or a current may be generated at the portion due to the thermoelectric effect. Then, the sensing unit 60 senses the voltage or current, and can send a sensing signal including positional information of the part where the body part is in contact to the control unit. The control unit may execute the command intended by the contact and display the next screen on the display.

이러한 열전 터치 센서는 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시예를 참고로 설명되었으나, 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 다른 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.Although the thermoelectric touch sensor has been described with reference to the embodiments shown in the drawings for the sake of understanding, the thermoelectric touch sensor is merely an example, and various modifications and equivalent embodiments can be made by those skilled in the art . Accordingly, the true scope of the present invention should be determined by the appended claims.

10: 제1전극 20: 박막층
30: 제2전극 40: 열전 터치 센서
50, 60: 감지부10: first electrode 20: thin film layer
30: second electrode 40: thermoelectric touch sensor
50, 60:

Claims (14)

제1전극;
상기 제1전극 위에 마련되고, 열전 재료층을 포함한 다층 구조를 가지는 박막층;
상기 열전 재료층 위에 마련되며, 상기 제1전극의 열 전도도보다 높은 열 전도도를 가져 외부 온도 변화로 인한 영향을 줄이는 온도 구배(thermal gradient)를 형성하는 제2전극; 및
상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이를 흐르는 전류 또는 상기 제1전극 및 상기 제2전극 사이에 걸리는 전압을 감지하는 감지부;를 포함하고,
상기 다층 구조에서, 전자 저지 재료, 정공 저지 재료, 그라펜 중 적어도 하나의 재료가 상기 열전 재료층과는 다른 별도의 층을 형성하는 열전 터치 센서.A first electrode;
A thin film layer provided on the first electrode and having a multilayer structure including a thermoelectric material layer;
A second electrode provided on the thermoelectric material layer and having a thermal conductivity higher than the thermal conductivity of the first electrode to form a thermal gradient that reduces the influence of an external temperature change; And
And a sensing unit sensing a current flowing between the first electrode and the second electrode or a voltage between the first electrode and the second electrode,
Wherein at least one of the electron blocking material, the hole blocking material, and the graphenes forms a separate layer from the thermoelectric material layer in the multilayer structure. 제 1 항에 있어서,
상기 열전 재료층은 10μV/K 보다 큰 제백 계수(Seeback coefficient)를 갖는 열전 터치 센서.The method according to claim 1,
Wherein the thermoelectric material layer has a Seeback coefficient greater than 10 < RTI ID = 0.0 > V / K. ≪ / RTI > 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열전 재료층은 10 S/㎝ 보다 큰 전기 전도도를 갖는 열전 터치 센서.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the thermoelectric material layer has an electrical conductivity greater than 10 S / cm. 제 1 항에 있어서,
상기 열전 재료층은 투명한 열전 재료로 형성되는 열전 터치 센서.The method according to claim 1,
Wherein the thermoelectric material layer is formed of a transparent thermoelectric material. 제 4 항에 있어서,
상기 제1전극 또는 상기 제2전극은 투명 전극인 열전 터치 센서.5. The method of claim 4,
Wherein the first electrode or the second electrode is a transparent electrode. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 열전 재료층은 Bi2Te3, Bi2Sb3, Bi2Se3로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 열전 터치 센서.3. The method according to claim 1 or 2,
Wherein the thermoelectric material layer comprises at least one selected from the group consisting of Bi 2 Te 3 , Bi 2 Sb 3 , and Bi 2 Se 3 . 제 1 항에 있어서,
상기 열전 재료층은 상기 전자 저지 재료, 정공 저지 재료, 그라펜 중 적어도 하나의 재료를 포함하는 열전 터치 센서.The method according to claim 1,
Wherein the thermoelectric material layer comprises at least one material selected from the group consisting of the electron blocking material, the hole blocking material, and the graphene. 제 1 항에 있어서,
상기 다층 구조는 전자 저지 재료를 포함하는 전자 저지 재료층, 정공 저지 재료를 포함하는 정공 저지 재료층을 더 포함하고,
상기 전자 저지 재료층 및 상기 정공 저지 재료층은 상기 열전 재료층과는 다른 별도의 층을 형성하는 열전 터치 센서.The method according to claim 1,
Wherein the multilayer structure further comprises an electron blocking material layer comprising an electron blocking material, a hole blocking material layer comprising a hole blocking material,
Wherein the electron blocking material layer and the hole blocking material layer form a layer different from the thermoelectric material layer. 제 1 항에 있어서,
상기 전자 저지 재료는 정공 전도성 반도체 폴리머(hole conducting semiconducting polymer) 또는 정공 전도성 반도체 폴리머의 유도체(derivative)인 열전 터치 센서.The method according to claim 1,
Wherein the electron blocking material is a derivative of a hole conducting semiconducting polymer or a hole conducting semiconductor polymer. 제 1 항에 있어서,
상기 전자 저지 재료는 P3HT(Poly(3-Hexylthiophene))를 포함하는 열전 터치 센서.The method according to claim 1,
Wherein the electronic blocking material comprises P3HT (Poly (3-Hexylthiophene)). 제 1 항에 있어서,
상기 제1전극 및 상기 제2전극은 Cu, Ag, Au로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나의 재료를 포함하는 열전 터치 센서.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode and the second electrode comprise at least one material selected from the group consisting of Cu, Ag, and Au. 제 1 항에 있어서,
상기 제1전극은 금속 산화물로 형성되고, 상기 제2전극은 금속으로 형성된 열전 터치 센서.The method according to claim 1,
Wherein the first electrode is formed of a metal oxide and the second electrode is formed of a metal. 제 12 항에 있어서,
상기 금속 산화물은 ITO, IZO, GZO로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 열전 터치 센서.13. The method of claim 12,
Wherein the metal oxide comprises at least one selected from the group consisting of ITO, IZO, and GZO. 제 12 항에 있어서,
상기 금속은 Cu, Ag, Au로 이루어진 그룹에서 선택된 적어도 어느 하나를 포함하는 열전 터치 센서.13. The method of claim 12,
Wherein the metal comprises at least one selected from the group consisting of Cu, Ag, and Au.
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