KR101900618B1

KR101900618B1 - 감을 수 있는 터치스크린

Info

Publication number: KR101900618B1
Application number: KR1020170171584A
Authority: KR
Inventors: 박종진; 박성웅; 박시용; 곽다인; 박상기
Original assignee: 전남대학교산학협력단
Priority date: 2017-12-13
Filing date: 2017-12-13
Publication date: 2018-11-08
Also published as: KR20180001530A

Abstract

본 발명은 종이 위에 그래파이트로 전도성 패턴을 형성하거나 가요성 필름위에 금속 전구체로 구성되는 제1 전도성 패턴을 프린트하거나 전사하여 형성된 제1 유연 전극; 상기 제1 유연 전극과 대향하여 형성되고, 종이 위에 그래파이트로 전도성 패턴을 형성하거나 가요성 필름위에 금속 전구체로 구성되는 제2 전도성 패턴을 프린트하거나 전사하여 형성된 제2 유연 전극; 상기 제1 유연 전극과 제2 유연 전극 사이에 형성되어, 상기 제1 유연 전극과 상기 제2 유연 전극 사이의 이격거리를 유지하는 스페이서; 상기 유연전극의 처짐으로 인한 에러를 방지하기 위해 상기 스페이서와 상기 제1 유연 전극 사이에 일정한 간격으로 복수 개 분산 형성된 스페이서 도트를 포함하는 감을 수 있는 터치스크린에 관한 것으로, 감아서 보관하고 사용 시에 펼쳐서 사용할 수 있는 감을 수 있는 터치스크린에 관한 것이다.

Description

감을 수 있는 터치스크린{ROLLABLE TOUCH SCREEN}

본 발명은 감을 수 있는 터치스크린에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 굽힘성과 유연성이 있는 전극을 채용하여 언제 어디서나 감아서 휴대하기 쉬운 상태로 보관하다가 사용 시 펼쳐서 입력할 수 있는 감을 수 있는 터치스크린에 관한 것이다.

터치 스크린은 각종 정보기기에 사용자 친화형 인터페이스를 제공하는데 널리 사용된다. 터치 스크린 패널은 간단하고, 오작동이 적으며, 별도의 입력기기를 사용하지 않고도 입력이 가능할 뿐만 아니라 사용자가 화면에 표시되는 내용을 통해 신속하고 용이하게 조작할 수 있다는 편리성 때문에 다양한 장치에

적용되고 있다. 터치스크린 패널은 화면에 손가락, 펜 등을 접촉하면 그 좌표를 인식하여 입력하는 컴퓨팅 입력장치의 하나로 다양한 방식과 구조로 개발되어 있다.

터치 스크린 패널은 터치된 부분을 감지하는 방식에 따라, 상판 또는 하판에 금속 전극을 형성하여 직류전압을 인가한 상태에서 터치된 위치를 저항에 따른 전압 구배로 판단하는 저항막 방식(Resistive type), 도전막에 등전위를 형성하고 터치에 따른 상하판의 전압 변화가 일어난 위치를 감지하여 터치된 부분을 감지하는 정전용량 방식(Electrostatic Capacitive type), 전자펜이 도전막을 터치함에 따라 유도되는 LC값을 읽어 들여 터치된 부분을 감지하는 전자 유도 방식(Electro Magnetic type), SAW(Surface Acoustic Wave)방식, 적외선 방식, 광학방식 등 여러 가지 종류가 있다.

최근에는 플렉서블한 영상표시장치가 각광받고 있는 추세이며, 이에 따라 플렉서블 영상표시장치 상에 부착되는 터치스크린 패널 역시 플렉서블한 특성이 요구된다. 그러나 종래의 터치스크린패널은 도 1에 도시된 바와 같이 유리기판 상에 ITO와 같은 구부러지지 않는 투명 도전성 물질을 이용하여 형성되는 감지셀을 포함하는 구조로, 플렉서블한 특성을 만족시키지 못했다.

현재 PET 소재 등의 유연한 필름을 터치스크린 패널의 기판으로 이용하는 플렉서블 터치스크린 패널이 개발되고 있으나, 이런 터치스크린 패널은 한계변형율이 낮아 감을 수 있는 정도의 굽힘성과 유연성을 충분히 제공하지 못하여 그 활용에 한계가 있다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제를 해소하기 위한 것으로, 본 발명의 하나의 목적은 감아서 사이즈를 작게 하고, 사용 시에는 펼쳐서 사용할 수 있는 감을 수 있는 터치스크린을 제공하는 것이다.

상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 하나의 양상은,

대향하는 제1 유연전극 및 제2 유연전극 사이에 스페이서 및 복수의 스페이서 도트를 포함하는 터치 스크린에 있어서, 상기 제1 유연 전극 및 제2 유연전극은 종이 위에 그래파이트로 전도성 패턴을 형성하거나 가요성 필름 위에 금속 전구체로 구성되는 전도성 패턴을 프린트하거나 전사하여 형성되고, 상기 제1 유연 전극의 전도성 패턴에 전원을 도입하는 배선 전극을 포함하고, 상기 배선전극은 선 전극을 그리드 형상으로 함께 직조하여 형성된 직물 전극인 것을 특징으로 하는 터치 스크린에 관한 것이다.

본 발명에 의하면 사이즈를 작게 하여 보관하다가 사용 시에 펼쳐서 사용할 수 있는 스마트 기기를 조작하거나 정보를 입력할 수 있는 터치스크린을 제공할 수 있다. 따라서 본 발명의 감을 수 있는 터치스크린은 장래의 플렉서블 스마트 기기 시대에 다양한 분야에서 무한하게 활용 가능하다.

또한, 본 발명에 따른 감을 수 있는 터치스크린 패널은 그래파이트가 코팅된 종이 또는 금속전구체가 프린팅되거나 전사된 가요성 폴리머 필름으로 구성되어 터치스크린 패널의 역할을 수행하므로, 구조가 단순하고, 소형화가 용이하며, 더 나아가 회로의 구성이 간단하고, 제조공정이 단순해져 생산성을 향상시키고 생산비를 낮출 수 있다.

도 1은 터치스크린의 개략사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감을 수 있는 터치스크린의 분해사시도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 감을 수 있는 터치스크린의 분해사시도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 감을 수 있는 터치스크린의 동작 방식을 설명하기 위한 입력장치 터치 전후의 개략단면도이다.
도 5a-b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감을 수 있는 정전용량형 터치스크린의 분해사시도이다.
도 6은 그래파이트로 코팅된 종이 전극을 이용한 감을 수 있는 터치 스크린의 사진이다.
도 7은 금속 전구체로 만든 전극을 이용한 감을 수 있는 터치스크린의 사진이다.
도 8은 금속 전구체를 필름위에 전사시켜 만든 전극을 이용한 감을 수 있는 터치스크린의 사진이다.

이하, 본 발명에 대해서 첨부 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 도면에서의 요소들의 형상 및 크기 등은 보다 명확한 설명을 위해 과장될 수 있으며, 도면들 중 도면 부호들 및 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 도면부호들로 표시하였다. 참고로 본 명을 설명함에 있어서 관련된 공지의 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

다양한 실시 예들 가운데 사용될 수 있는 "포함한다" 또는 "포함할 수 있다" 등의 표현은 개시된 해당 기능, 동작 또는 구성요소 등의 존재를 가리키며, 추가적인 하나 이상의 기능, 동작 또는 구성요소 등을 제한하지 않는다.

본 발명의 감을 수 있는 터치 스크린은 굽힙성과 유연성을 갖는 전극 그리고 다양한 구조를 갖는 스페이서와 컨트롤러로 구성된다. 두 개의 유연성 기판 위에 x, y 위치를 인식할 수 있도록 굽힙성 전도성 전극을 형성한다. 이 때 굽힘성 유연 전극은 종이 또는 가요성 필름 기재의 전면에 코팅되거나 스트라이프, 메쉬, 그리드 등의 미세 형상으로 형성될 수 있다. 두 개의 전극이 외부 압력에 의해 맞닿게 되면 이때 x, y의 위치에 따라 서로 다른 저항을 컨트롤러가 인식하여 감을 수 있는 전극 위에서 좌표를 인식하고 연속되는 압력에 따라 다양한 입력 신호를 입력하게 된다. 외부 압력에 따라 두 개의 전극이 서로 터치 될 때의 위치에 따라 발생되는 x, y의 저항의 변화나 발생되는 전류에 따라 감압방식과 정전방식으로 감을 수 있는 터치스크린을 형성할 수 있다. 본 발명의 감을 수 있는 터치스크린은 굽힙성 전극을 형성하는 방법에 따라 다양한 접을 수 있는 전극을 형성하여 원하는 감을 수 있는 입력 소자를 형성할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 감을 수 있는 터치스크린을 설명하기 위한 분해사시도이다. 본 발명의 감을 수 있는 터치스크린은 각종 스마트 기기의 입력장치로 이용될 수 있다. 본 발명의 감을 수 있는 터치스크린은 사용자로부터의 접촉을 감지함으로써 입력 여부와 함께 입력 위치를 판정하는 사용자 입력 장치(user's input apparatus)로서, 사용자는 손가락이나 스타일러스 펜 등을 이용하여 접촉 또는 가압함으로써 데이터나 신호 등을 입력할 수 있다.

도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 감을 수 있는 터치스크린은 종이 기재 위에 그래파이트를 코팅하여 전도성 패턴을 형성하거나 가요성 필름위에 금속 전구체로 구성되는 제1 전도성 패턴을 프린트하거나 전사하여 형성된 제1 유연 전극(110); 상기 제1 유연 전극과 대향하여 형성되고, 종이 기재 위에 그래파이트를 코팅하여 전도성 패턴을 형성하거나 가요성 필름위에 금속 전구체로 구성되는 제2 전도성 패턴을 프린트하거나 전사하여 형성된 제2 유연 전극(120); 상기 제1 유연 전극과 제2 유연 전극 사이에 형성되어, 상기 제1 유연 전극과 상기 제2 유연 전극 사이의 이격 거리를 유지하는 스페이서(120); 상기 유연전극의 처짐으로 인한 에러를 방지하기 위해 상기 스페이서와 상기 제1 유연 전극 사이에 일정한 간격으로 복수 개 분산 형성된 스페이서 도트(spacer dot)(121)를 포함하고, 제1 유연 전극(110) 및 제2 유연 전극(130)에 입력신호를 공급하고, 공급된 입력신호를 감지하는 컨트롤러(미도시)를 포함한다.

본 명세서에서 단순히 '감을 수 있는 터치스크린'이라고 칭할 경우에, 좁은 의미로는 제1 유연 전극, 제2 유연 전극, 스페이서 및 스페이서 도트로 이루어진 감을 수 있는 터치스크린만을 가리키지만, 넓은 의미로는 컨트롤러, 드라이버 소프트웨어도 포함하는 전체를 가리킬 수도 있다.

본 발명의 터치스크린 패널은 제1 유연 전극과 제2 유연 전극으로 구성되어 있으며, 물리적인 접촉이 발생된 지점의 제1 유연 전극과 제2 유연 전극이 접촉되어 전기적인 아날로그 좌표를 검출하고, 그 신호를 컨트롤러(미도시)에 입력한다. 컨트롤러는 터치스크린 패널로부터 입력되는 아날로그 신호를 에이디컨버터(A/D converter, Analog/digital converter)에 의하여 디지털 신호로 변화하여 드라이버 소프트웨어에 전송한다. 드라이버 소프트웨어는 컨트롤러부터 입력되는 디지털 신호에 의하여 터치스크린 패널을 작동시킨다.

제2 유연 전극(130)의 상면은 사용자가 입력을 할 때 접촉하는 사용자 접촉면(user's touch surface)을 포함한다. 제2 유연 전극(130)은 소정의 힘이 가해지면 변형이 생길 수가 있다. 예를 들어, 사용자가 손가락이나 스타일러스 펜 등을 사용하여 사용자 접촉면을 접촉 또는 가압하는 경우에, 제2 유연 전극(130)은 변형될 수 있다. 이를 위하여, 제2 유연 전극(130)은 변형이 가능한 종이 또는 가요성 필름으로 만들어질 수 있다. 제2 유연 전극(130)은 제1 유연 전극(110)과 소정의 간격으로 이격되어 배치되며, 제2 유연 전극(130)과 제1 유연 전극(110) 사이에는 스페이서(120) 및 스페이스 도트(121)에 의해서 소정의 크기를 갖는 간극(gap)이 형성된다. 가압 또는 접촉되어 변형된 제2 유연 전극(130)은 제2 유연 전극(130)의 자체적인 복원력은 물론 스페이서(120)와 스페이서 도트(121)의 복원력에 의하여 편평한 상태로 복원될 수 있다.

도 2를 참조하면, 상기 제1 유연 전극(110) 및 제2 유연 전극(130)은 종이 또는 가요성 필름과 종이 또는 가요성 필름 상에 도전성 물질이 패터닝되어 형성된 전도성 패턴(111, 131)을 포함한다. 제1 유연 전극(110) 및 제2 유연 전극(130)은 각각의 전도성 패턴들(111, 131)이 서로 대향되도록 배치될 수 있다. 제1 유연 전극(110) 및 제2 유연 전극(130)에 형성된 전도성 패턴(111, 131)은 종이에 그래파이트를 코팅하거나, 가요성 필름에 금속 전구체를 프린팅하거나 전사하여 형성할 수 있다.

본 발명의 감을 수 있는 터치스크린은 전극으로서 그래파이트 코팅된 종이를 사용할 수 있다. 본 발명에서 굽힘성과 유연성 기재의 하나인 종이는 한솔페이퍼® A4용지, HP® glossy paper, 삼성® 스카치테이프 , 효성® 양면테이프 , ㈜삼원특수지® 색지, ㈜삼원특수지® 수공예지, ㈜삼원특수지® 골판지, ㈜삼원특수지® 그래픽용지, ㈜삼원특수지® 아트지, ㈜삼원특수지® 코팅지, ㈜삼원특수지® 레터지, ㈜삼원특수지® 크라프트지, ㈜삼원특수지® 트레싱지, ㈜삼원특수지® 켄트지, ㈜삼원특수지® 하드보드, ㈜삼원특수지® 수채화지, ㈜삼원특수지® 판화지, ㈜삼원특수지® 아크릴, ㈜삼원특수지® 드로잉페이퍼, ㈜삼원특수지® 스케치북, ㈜삼원특수지® 재생용지, 한솔페이퍼® 아트지, 한솔페이퍼® 하이벌크지, 한솔페이퍼® 백상지, 한솔페이퍼® 복사지, 한솔페이퍼® HI-Q GSC, 한솔페이퍼® HI-Q SC, 한솔페이퍼® GK, 한솔페이퍼® HI-Q IV, 한솔페이퍼® 인쇄용지, 한솔페이퍼® 펄지, 한솔페이퍼® 워터마크지, 한솔페이퍼® 흑지, 한솔페이퍼® 화일지, 한솔페이퍼® 나염원지, 한솔페이퍼® 박리지, 한솔페이퍼® 글라스지, 한솔페이퍼® 감열지, 한솔페이퍼® 감압지, 한솔페이퍼® 통장용지, 한국 조폐공사 지폐용지 등에서 선택하여 사용 할 수 있다.

그래파이트는 높은 결정질 탄소의 하나로서, 결정구조가 6각형(hexagonal)구조로 탄소 여섯 개로 이루어진 고리가 연결되어 층을 이룬 모양이며 층면간 거리는 0.33 nm로써 층간 서로 분리되어 있다. 그래파이트는 내열성이 우수하고 낮은 열팽창 계수를 갖고 높은 열전도율, 높은 내열 충격성, 경량 및 우수한 가공성, 높은 전기 전도성을 갖고 있다.

본 발명에서 사용되는 그래파이트는 합성 또는 천연 흑연일 수 있다. 합성 그래파이트가 특히 바람직하며, 이는 높은 온도 및 압력에서 탄소를 가공함으로써 제조될 수 있다.

그래파이트는 목탄, 탄소섬유 강화 탄소복합재료, ㈜현대코마산업® 인상흑연, ㈜현대코마산업® 토상흑연, ㈜현대코마산업® 인조흑연, ㈜현대코마산업® 팽창흑연, ㈜현대코마산업® 단정흑연, ㈜현대코마산업® 미세결정흑연, ㈜현대코마산업® 고순도흑연, Qingdao Xinghe Graphite® 미정질 흑연 등방성 고밀도 흑연® TOYO TANSO, 이방성 흑연® TOYO TANSO , TOMBOW® MONO J, TOMBOW® MONO 100, STAEDTLER® 134 yellow, FABER-CASTELL® PITT29 graphite, FABER-CASTELL® PITT18, FABER-CASTELL® PITT graphite crayon, FABER-CASTELL® 9000 pencil, FABER-CASTELL® 9000 design, STABILO® sketch graphite, PRIZMA® EBONY pencil, PRIZMA® design 3800, CRETACOLOR ® CARPENTER pencil, CRETACOLOR ® expert pencil, CRETACOLOR ® MONOLITH HB, CRETACOLOR ® MONOLITH 2B, CRETACOLOR ® MONOLITH 4B, CRETACOLOR ® MONOLITH 6B, CRETACOLOR ® MONOLITH 8B, CRETACOLOR ® MONOLITH 9B, CRETACOLOR ® GRAPHITE POWDER, DERWENT® GRAPHITEONE Light 2B, DERWENT® GRAPHITEONE Light 2B, DERWENT® SKETCHING 2B, DERWENT® SKETCHING 4B, DERWENT® SKETCHING HB, DERWENT® GRAPHITE SOFT, DERWENT® GRAPHIC 4B, DERWENT® DRAWING, DERWENT® CHACORAL 에서 선택하여 사용할 수 있다.

상기 가요성 필름은 폴리아미드계, 폴리우레탄계, 폴리에스터계, 폴리에틸렌테레프탈레이트계, 폴리카보네이트, 아세틸셀룰로오즈, 폴리비닐클로라이드, 폴리스티렌, 에틸렌 비닐 아세테이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리비닐알콜, 폴리비닐플로라이드로 구성되는 군에서 선택되는 가요성 필름으로 구성될 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다. 이러한 가요성 필름의 비제한적인 예들은 두께 100미크론 이하의 Wuxi Qida Tape Co., Ltd.® 셀로판, 효성® 아세틸 셀룰로즈, 한화 케미칼® 폴리에틸렌, 대우 하이테크® 폴리프로필렌, 한화 케미칼® 에틸렌 비닐 아세테이트, Dupont® Ionomer, 워더스 케미칼® 폴리비닐클로라이드, BASF AG® 폴리스티렌, 삼양 케미칼® 폴리카보네이트, 효성 케미칼® 폴리아미드, SK 케미칼® 폴리비닐알콜, DELONG® 폴리우레탄, Nito DENKO® PTFE, SKC® PEN, SKC® PVDF, JSR® COP, 미쓰비씨 GAS® PAN, SEJINTS.CO.Ltd® 폴리메틸메타크릴레이트, 한화 L&C® ITO 필름, 미쓰비시 GAS® PPO 필름, Du Pont® PVF, Toyo Plastic® POM 시이트를 포함한다.

금속 전구체로는 유기금속복합체를 형성할 수 있도록 용액(물, 용매)에 녹는 금속화합물과 전도성 가용성 물질인 STA(silver trifluoroacetate), SA(Silver acetate), 실버 락테이트, 실버 펜타플루오로프로피오네이트, 실버 헵타플루오로뷰티레이트, 실버 아이오다이드, 비스 (2,4,6-트리메틸피리딘)실버 (l) 헥사플루오로포스페이트, 쿠퍼 (ll) 아세티이트, 쿠퍼(ll)트리플루오로아세테이트 하이드레이트, 팔라듐(ll) 아세테이트, 팔라듐(ll) 트리플루오로아세테이트, 리드(ll) 아세테이트 트리하이드레이트, 비스(시클로펜타디에닐)지르코늄(lV) 클로라이드 하이드라이드, 황산 구리, 실버 나이트레이트, 쿠퍼 설페이트, 쿠퍼 하이드라이드, 크로뮴, Fe, 인듐, 리튬, 리튬 알루미늄 하이드라이드, 리튬 테트라하이드로 알루미네이트, 리튬 트리에틸보로하이드라이드, 마그네슘에서 선택된 물질을 사용할 수 있다.

본 발명에서 제1 유연 전극(110)과 제2 유연 전극(130)의 전도성 패턴(111, 131)은 금속 전구체를 가요성 필름에 잉크젯 프린팅, 롤코팅, 스프레이 코팅, 바 코팅, 노즐 프린팅, EHD 프린팅, CrN 코팅, Tin 코팅, TIAIN 코팅, TICN 코팅, ZrN 코팅, 열 코팅, UV 코팅, 바니쉬 코팅, 라미넥스 코팅, CVD 공정 및 붓칠 등을 통해 코팅 또는 프린팅하여 형성할 수 있다.

이때, 전도성 패턴은 연성을 갖는 도전성 재료를 스트라이프, 그리드 또는 메쉬 형태의 세선으로 패터닝함에 의하여, 전도성 패턴 자체가 유연성을 갖게 되면서 감을 수 있는 터치스크린에 적용이 용이하다. 도 3은 도전성 재료를 스트라이프 모양의 전극으로 형성한 실시예의 터치스크린의 분해사시도이다.

금속 전구체는 당 분야에 공지된 방법에 의해 형성될 수 있으며, 예를 들면 화학기상증착(CVD) 방법, 에피택시법, 또는 기계적 박리법에 의하여 형성된 것일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 종이 또는 가요성 필름 기재 상에 형성된 금속 전구체를 패터닝한 후에 이를 필름으로 전사할 수도 있고, 금속 전구체를 필름에 전사한 후에 패턴에 맞게 패터닝할 수도 있다.

금속 전구체의 전사 방법은 특별히 한정되지 않으며, 습식 전사 방법 또는 건식 전사 방법을 이용하여 점착제가 균일하게 도포된 필름에 전사할 수 있다. 건식 전사 방법으로는 UV 테이프(Ultraviolet tape), 온도 반응형 점착력 소멸 테이프(thermal release tape) 등을 이용한 간접 전사 방법을 사용하거나, 직접 금속 전구체를 필름에 전사하는 직접 전사 방법이 사용될 수 있다.

본 발명의 감을 수 있는 터치스크린은 제 1 유연 전극(110)과 연결된 하나 이상의 배선 전극(115)을 추가로 포함할 수 있다. 하나 이상의 배선 전극(115)은 제1 유연전극(110)의 제1 전도성 패턴(111)과 컨트롤러를 연결한다. 예를 들어, 터치스크린 패널의 제1 유연 전극(110)으로 컨트롤러로부터 인가된 터치 스캔 신호를 전달하며, 터치스크린 패널의 전극(110)으로부터 수신되는 정전용량의 변화를 컨트롤러로 전달하는 역할을 한다.

본 발명에서 배선 전극(115)은 전도성 직물에 의해서 형성될 수 있다. 여기서 전도성 직물은 금속 소재가 포함된 피복사, 커버링사, 또는 합연사 등의 실이 일부 또는 전부 사용되어 제조된 편직물, 금속 소재를 직접적으로 경사 및 위사로 사용하여 제조된 직물, 또는 금속 소재를 편직용 실로 사용하여 제조된 편물을 의미하고, 상기 금속 소재는 금, 은, 알루미늄, 구리, 니켈 등과 같은 저저항 금속 또는 은 나노와이어와 같은 나노 금속 도전사가 사용될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 대안으로 직물 위에 전기전도성 금사, 은사 또는 도전사(conductive yarn)로 자수를 놓아서 전극을 형성할 수 있다.

본 발명에서 배선 전극을 형성하는데 이용가능한 도전성 재료로는 일본精線® Brauswick, Brausmet, 도레이® 토루카, 쿠라레® 쿠쿠, 쿠라레® 세루멧구, Rohm & Haars® X-static, Teijin® 메다리온, ICI® Epitoropic fiber, Rhone Poulene® Nylfrance, Du pont® Antron-Ⅲ, 쿠라레® 쿠라가보, Monsanto® ultron, 종방® 베루도롱, 유니타카® 무가Ⅲ, 도레이® SA-7 에서 선택하여 사용할 수 있다.

본 발명의 감을 수 있는 터치스크린에서 스페이서(120)는 두 개의 유연 전극(110, 130)이 서로 닿지 않도록 하기 위해 물리적 간격을 두는 역할을 한다. 스페이서(120)는 제1 유연 전극(110) 및 제2 유연 전극(130) 사이에 배치되어, 제1 유연 전극(110) 및 제2 유연 전극(130)간의 이격거리를 탄성적으로 변화시킬 수 있다. 스페이서(120)는 이격거리를 탄성적으로 유지변화 시킬 수 있는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계 필름, 고무등과 같은 탄성체, 광경화성 재료 등에서 선택하여 형성할 수 있다. 제2 유연 전극(130)에 압력이 가해지는 경우, 대향하는 양 전극(110, 130)의 전도성 패턴들(111, 131) 간의 이격거리는 감소될 수 있다. 또한, 제2 유연 전극(130)에 가해지는 압력이 제거되면, 각각의 전도성 패턴간의 이격거리는 처음 상태로 복원될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 터치스크린은 제1 유연 전극(110) 및 제2 유연 전극(130)이 갖는 종이 또는 가요성 필름의 탄력성과 스페이서가 갖는 탄성력에 의해 이격거리가 변화됨으로써, 입력장치로서의 동작을 행할 수 있다.

스페이서 도트(121)는 유연전극의 처짐으로 인한 에러를 방지하기 위해서, 제1 유연 전극(110)과 제2 유연 전극(130) 사이의 간극에 분산되어 형성될 수 있다. 스페이서 도트(121)는 감을 수 있는 터치스크린의 전 영역에 규칙적으로 또는 랜덤하게 분산되어 있을 수 있다. 스페이서 도트(121)는 실리콘 고무 등과 같은 탄성 특성을 갖는 엘라스토머(elastomer)로 형성될 수 있으나, 반드시 이러한 소재로 제한되는 것은 아니다. 또한 스페이서 도트(121)는 기둥 형상의 구조물일 수 있다. 이러한 스페이서 도트(121)의 높이는 수십 내지 수백 마이크로미터일 수 있다. 한편, 상기 스페이서 도트(121)는 상기 스페이서(120)와 일체로 스페이서 표면에 형성된 나노로드 등의 나노구조체 형상으로 형성될 수도 있다.

스페이서 도트(121)의 재료로는 합성고무인 LG화학® SBR, LG화학® NBR, LG화학® BR, 한국씨앰비® CR, 평화약품® EPDM, 상주 하이바 고무 유한회사® ACM, 다우코닝® PDMS, SFXKOREA® ECO-FLEX, 천연고무인 NR과 화장품의 베이스 코팅인 에이부® 클래식 베이스 코트, 에이부® 더블 유스 베이스 코트, 허니걸® 젤네일, 에프카® 젤네일, 프쉬케로스® POD LIFE, ?앤와일드® 와일드 샤인 네일 컬러, ?앤와일드® 와일드 샤인 네일 컬러, 나니올라® 베이스젤, 위드샨® 글리터 젤네일 컬러, 유키® 젤네일 컬러 C 타입, 프로랑스® 다이아나 젤네일, Glory® 베이스 코트, 뷰닉스® 엔비젤 젤네일 컬러, 턴 백 타임® deborah lippmann, jellstar® 베이스 젤네일 컬러, 네일 컬러 테라피® 와일드 샤인 네일 컬러를 사용할 수 있으나, 반드시 이들로 제한되는 것은 아니다.

스페이서 도트(121)의 형상은 일련의 도트 형상, 라인 형상, 피라미드 형상, 구 형상, 원기둥 형상, 삼각기둥 형상, 오각기둥 형상, 육각기둥 형상, 팔각기둥 형상, 십이면체 형상, 이십면체, 삼십이면체, 다이아몬드 형상, 원뿔 형상, 별 형상, 돔 형상, 슬라이스된 구형상, 언리얼 큐브 형상, 삼각뿔 형상, 오각뿔 형상, 준정다면체, 반정다면체, 볼록 정다면체, 오목 정다면체, 오목 정다면체, 아르키메데스 다면체, 각기동, 엇각기둥, 오목 반정다면체, 존슨 다면체, 카탈란 다면체, 쌍다각뿔, 엇쌍다각뿔 등의 형상으로 형성될 수 있다.

또한, 상기 스페이서 도트(121) 또는 스페이서(120)를 구성하는 액상 소재를 피에조 타입 잉크젯 프린팅, 써멀 타입 잉크젯 프린팅, 정전기력을 이용하여 액츄에이터를 구동하는 잉크젯 프린팅, 정전기력을 이용하여 잉크상에 분산된 대전 입자들을 기판으로 전사하거나 잉크 자체를 기판으로 전사하는 정전기 잉크젯 프린팅, 에어로졸 프린팅, 디스펜서와 같은 디지탈 프린팅에 의해 패턴을 형성하는 것도 가능하다. 한편, 스페이서나 스페이서 도트를 형성하기 위한 액상 소재가 광중합형일 경우, 잉크젯 프린팅이나 에어로졸 프린팅, 디스펜싱을 통해 기판 상에 패턴을 수행하면서 혹은 수행한 후, 레이저의 조사를 통해 미세 패턴을 형성할 수 있다.

컨트롤러는 감을 수 있는 터치스크린으로의 입력 여부를 감지하고 입력 유형을 판정하여 감을 수 있는 터치스크린에 대한 구동을 제어하는 전기 회로 및/또는 하드웨어/소프트웨어일 수 있다. 컨트롤러는 그 기능에 따른 논리적인 구분으로서, 이들 구성요소는 물리적으로는 통합되어 구현되거나 또는 분리되어 구현될 수 있다. 그리고 컨트롤러의 이러한 논리적인 기능 구분도 단지 설명의 편의를 위한 것으로서, 통합된 하나 또는 두 개의 구성요소가 모든 기능을 수행하거나 또는 그 본질에 반하지 않는 한 어느 하나의 구성요소에서 수행되는 일부 기능은 다른 구성요소에서 수행이 될 수도 있다.

본 발명의 감을 수 있는 터치스크린은 제1 유연 전극(110) 및 제2 유연 전극(130)과 접속된 전원부(미도시)를 포함할 수 있다. 이러한 전원부는 감을 수 있는 터치스크린이 설치되는 스마트 전자기기의 전원 장치를 포함할 수 있다. 전원부는 접속된 구동전극 쌍에 인가되는 구동 전압(driving voltage) 및/또는 센싱 전압(sensing voltage)을 발생시키는 소스 전원을 포함하며, 소스 전원에서 생성된 구동전압은 제1 유연 전극과 제2 유연 전극에 인가되어 입력 여부 및 입력 위치를 판별하는데 이용될 수 있다.

도 4를 참조하면, 제2 유연 전극(130)을 도 4의 상부에서 하부 방향으로 터치할 때 제2 유연 전극(130)이 휘어짐에 따라 제2 유연 전극(130)과 제1 유연 전극(110) 사이의 이격거리는 변화하게 된다. 제2 유연 전극(130)에 대한 터치 시에 상호 정전용량이 기본 상호 정전용량에 비해 감소할 수 있다. 이는 손가락과 같은 객체가 제2 유연 전극(130)에 근접한 경우, 객체가 그라운드(GND) 역할을 하여 상호 정전용량의 프린징 정전용량(fringing capacitance)이 객체로 흡수되기 때문이다. 제2 유연 전극(130)의 표면을 객체로 터치 시 압력이 가해진 경우 제2 유연 전극(130)이 휘어질 수 있다. 제2 유연 전극(130)이 휘어지더라도 제1 유연 전극(110)은 휘어지지 않으므로 제2 유연 전극(130)에 압력이 가해질 때 터치 압력이 가해진 영역서 제2 유연 전극(130)과 제1 유연 전극(110) 사이의 이격거리가 달라질 수 있다. 따라서, 제1 유연 전극(110)과 제2 유연 전극(130) 사이의 이격거리의 변화에 따라 상호 정전용량 및 자체 정전용량의 변화량을 측정함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.

도 5a-b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 감을 수 있는 터치스크린의 분해사시도이다. 도 5a는 스퀘어 타입의 정전용량형 터치스크린의 분해사시도이고, 도 5b는 멀티-그리드 타입의 정전용량형 터치스크린의 분해사시도이다. 도 5a를 참조하면, 본 발명의 다른 양상은 종이 위에 그래파이트로 전도성 패턴을 형성하거나 가요성 필름위에 금속 전구체로 구성되는 전도성 패턴을 프린트하거나 전사하여 형성된 제1 유연 전극(111), 상기 제1 유연 전극의 전도성 패턴에 교차되게 설치되는, 종이 위에 그래파이트로 전도성 패턴을 형성하거나 가요성 필름위에 금속 전구체로 구성되는 전도성 패턴을 프린트하거나 전사하여 형성된 제2 유연 전극(131); 및 교차하는 상기 하부 전극과 상기 상부 전극에 신호가 인가되는 경우에 정전용량을 발생시키는 절연층(140)을 포함하는 감을 수 있는 터치스크린에 관한 것이다. 절연층은 폴리디메틸실록산 (PDMS), 페릴렌, 폴리메틸메타크릴레이트(PMMA), 폴리비닐피롤리돈, 및 폴리이미드 중에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.

정전용량형 터치스크린은 활성 접촉 영역 내의 제1층을 가로질러 가해지는 전기 전위를 제공하고 물체, 예로써 사용자의 손 또는 도전성 스타일러스가 활성 접촉 영역에 접촉하는 X, Y 좌표를 나타내는 전기 신호를 수용하기 위한 컨트롤러에 연결되는 것이 바람직하다. 컨트롤러는 상기 X 및 Y 좌표를 나타내는 전기 신호를 더 제공하는 것이 바람직하다. 컨트롤러는 전기 리드에 연결되고, 전극에 교류 전압을 제공하는 것이 바람직하다. 컨트롤러는 이러한 전극 각각을 통해 흐르는 전류의 양을 모니터링하고, 이러한 전류량을 기초로 하여, 전기적 신호를 더 제공하는 것이 바람직하다. 이러한 정전용량형 터치 스크린에서는 화면을 접촉하면 터치 스크린 패널에서 전기적 용량변화(아날로그 신호)를 감지해 신호발생 위치를 파악, 컨트롤러가 이를 디지털 좌표로 변환하고 드라이버 소프트웨어가 각 운영시스템에 맞게 터치 패널이 구동하도록 제어한다.

이상에서 감을 수 있는 터치스크린으로서 상호 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 감을 수 있는 터치스크린에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 감을 수 있는 터치스크린은 전술한 방식 이외의 자기 정전용량 방식, 표면 정전용량 방식, 프로젝티드(projected) 정전용량 방식, 표면 탄성파 방식(SAW: surface acoustic wave), 적외선(infrared) 방식, 광학적 이미징 방식(optical imaging), 분산 신호 방식(dispersive signal technology) 및 음성 펄스 인식(acoustic pulse recognition) 방식 등 임의의 터치 센싱 방식을 이용하여 구현될 수 있다.

본 발명의 또 다른 양상은 본 발명의 감을 수 있는 터치스크린을 이용하는 전자기기에 관한 것이다. 이러한 기기들은 손목, 팔목, 또는 발목에 착용하는 밴드형, 신발형, e-텍스타일을 포함한 의복형, 안경형 등으로 신체 상태를 모니터링하는 웨어러블 전자 건강 관리 기기들(wearable electronic healthcare appliances) 뿐만 아니라 엔터테인먼트 등 다양한 용도의 웨어러블 기기를 포함할 수 있다. 본 발명의 다양한 실시예의 감을 수 있는 터치스크린은 블루투스 무선통신용 웨어러블 입력시스템 (헬스케어용; 만보계, 활동량 측정계, 혈압계)에 광범위하게 적용될 수 있다.

도 6은 그래파이트로 코팅된 종이 전극을 이용한 감을 수 있는 터치 스크린의 사진이고, 도 7은 금속 전구체로 만든 전극을 이용한 감을 수 있는 터치스크린의 사진이며, 도 8은 금속 전구체를 점착제가 균일하게 코팅된 필름위에 전사시켜 만든 전극을 이용한 감을 수 있는 터치스크린의 사진이다. 도 6 내지 도 8을 참조하면, 본 발명의 터치스크린은 종이나 필름에 전극을 압착시켜 만든 유연 전극을 이용하여, 평소에는 감아서 사이즈를 작게 해서 보관하고, 사용 시에는 펼쳐서 사용할 수 있다.

이상에서 본 발명의 바람직한 구현예에 대해서 상세하게 설명하였으나, 이상에서 기술한 실시예는 본 발명의 보호범위를 제한하는 것이 아니고, 단지 본 발명의 바람직한 구현예를 예시하기 위한 것이다. 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형상으로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 본 발명의 진정한 보호범위는 후술하는 특허청구범위 및 그와 균등한 범위로 정해져야 할 것이다.

110: 제1 유연 전극 130: 제2 유연 전극
111, 112: 제1 전도성 패턴 131, 132: 제2 전도성 패턴
115: 배선 전극 120: 스페이서
121: 스페이서 도트

Claims

대향하는 제1 유연전극 및 제2 유연전극 사이에 스페이서 및 복수의 스페이서 도트를 포함하는 터치 스크린에 있어서, 상기 제1 유연 전극 및 제2 유연전극은 종이 위에 그래파이트로 전도성 패턴을 형성하여 형성되고, 상기 제1 유연 전극의 전도성 패턴에 전원을 도입하는 배선 전극을 포함하고, 상기 배선전극은 선 전극을 그리드 형상으로 함께 직조하여 형성된 직물 전극인 것을 특징으로 하는 감을 수 있는 터치 스크린.
제1항에 있어서, 상기 전도성 패턴은 그래파이트가 종이의 전체 면에 형성되거나 스트라이프, 메쉬 또는 그리드 상으로 형성된 것임을 특징으로 하는 감을 수 있는 터치스크린.
삭제
제1항에 있어서, 상기 스페이서 도트는 상기 스페이서 표면에 형성된 나노구조체인 것을 특징으로 하는 감을 수 있는 터치스크린.
삭제
삭제
제1항에 있어서, 상기 터치스크린이 상기 제1 유연 전극에 입력 신호를 공급하고, 공급된 입력신호를 감지하는 컨트롤러를 추가로 포함하는 감을 수 있는 터치스크린.
제1항에 있어서, 상기 스페이서는 이격거리를 탄성적으로 유지변화시킬 수 있는 폴리에스터계, 폴리아미드계, 폴리우레탄계 재료, 탄성체 또는 광경화성 재료로 구성되는 것을 특징으로 하는 감을 수 있는 터치스크린.
제1항에 있어서, 상기 터치 스크린이, 블루투스 무선통신용 웨어러블 입력 시스템, 또는 산업용 입력장치로 사용되는 것을 특징으로 하는 감을 수 있는 터치스크린.
대향하는 제1 유연 전극 및 제2 유연 전극과 이들 전극에 신호가 인가되는 경우에 정전용량을 발생시키는 절연층을 포함하고, 상기 제1 유연 전극 및 제2 유연전극은 종이 위에 그래파이트로 전도성 패턴을 형성하여 형성되고, 상기 제1 유연 전극의 전도성 패턴에 전원을 도입하는 배선 전극을 포함하고, 상기 배선전극은 선 전극을 그리드 형상으로 함께 직조하여 형성된 직물 전극인 것을 특징으로 하는 감을 수 있는 터치 스크린.
제1항, 제2항, 제4항 및 제7항 내지 제10항 중 어느 하나의 항의 감을 수 있는 터치스크린을 구비하는 전자기기.