KR101983069B1 - 터치스크린 패널 - Google Patents

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KR101983069B1
KR101983069B1 KR1020120144344A KR20120144344A KR101983069B1 KR 101983069 B1 KR101983069 B1 KR 101983069B1 KR 1020120144344 A KR1020120144344 A KR 1020120144344A KR 20120144344 A KR20120144344 A KR 20120144344A KR 101983069 B1 KR101983069 B1 KR 101983069B1
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Abstract

본 발명에 따른 터치스크린 패널은 적어도 하나의 전극을 포함하고, 외부입력의 2차원 좌표정보를 측정하는 제1 터치 감지부, 유체를 봉입한 튜브층 및 외부입력의 세기정보를 측정하는 제2 터치 감지부를 포함한다. 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 외부입력에 따른 압력정보를 측정할 수 있다.

Description

터치스크린 패널{TOUCH SCREEN PANEL}
본 발명은 터치스크린 패널, 특히 외부입력의 압력을 측정할 수 있는 터치스크린 패널에 관한 것이다.
터치스크린 패널은 정보를 입력함에 있어 간단하고 직관적인 인터페이스를 제공할 수 있어 다양한 전자 분야에서 사용되고 있다. 특히, 터치스크린 패널의 한 종류인 투명한 터치 스크린은 모바일폰(Mobile Phone), 개인 휴대 정보 단말기(PDA) 등의 디스플레이 장치에서 널리 사용되고 있다.
이러한 터치 패널에는 손가락 또는 수동 물체에 의한 터치 위치를 감지하기 위해, 저항막(resistive) 방식, 음향식(acoustic), 초음파 방식(SAW), 적외선(IR) 방식 및 정전용량(capacitive) 방식 등의 다양한 방식들이 이용되고 있다.
저항막 방식 터치스크린 패널은 2개의 도전성 플레이트를 포함하며, 손가락 또는 수동 물체가 2개의 도전성 플레이트를 함께 누름으로써 외부입력의 위치가 감지된다. 저렴하고, 정확도가 높아 소형화 기기에 적용되었으나, 투명도가 낮고 내구성이 약하다는 단점이 있다.
한편, 정전용량식 터치스크린 패널은 도전성 물질의 접촉으로 인한 전극 사이의 정전용량의 변화량을 측정함으로써 터치 위치를 감지하는 원리를 이용한다. 간단한 구조로 구현될 수 있기 때문에 많은 연구가 진행되고 있다. 그러나 대부분의 터치스크린 패널들은 반응속도나 외부입력의 위치와 같은 2차원 정보산출에 관한 기술이 주류를 이룬다.
따라서, 본 발명은 외부입력의 압력정보를 측정할 수 있는 터치스크린 패널을 제공하는 데 그 목적이 있다.
상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 수단으로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널은 제 1 터치 감지부, 튜브층 및 제2 터치 감지부를 포함한다.
상기 제1 터치 감지부는 적어도 하나의 전극을 포함하며, 외부입력의 2차원 좌표정보를 측정하고, 상기 튜브층은 상기 외부입력에 따라 두께가 변경되도록 유체를 봉입한다. 또한, 상기 제2 터치 감지부는 상기 튜브층의 두께의 변경에 대응하는 정전용량의 변화를 산출하여 상기 외부입력의 세기정보를 측정한다.
상기 유체는 순수일 수 있고, 유기분자 또는 무기분자를 분산시킨 분산매일 수 있다.
상기 제1 터치 감지부는 베이스 기판, 제1 전극들, 제2 전극들 및 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들 사이에 배치되는 절연층을 포함한다. 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들은 서로 교차하여 배열되며, 상기 제1 터치 감지부는 상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들 사이의 정전용량의 변화로부터 상기 2차원 좌표정보를 측정한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널은 상기 제2 전극들을 커버하는 보호층이 구비된 상기 제1 터치 감지부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널은 상기 제1 터치 감지부 및 상기 튜브층 사이에 배치되는 탄성층을 더 포함할 수 있다.
상기 제2 터치 감지부는 전극층을 포함하거나, 제3 전극들을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널은 상기 전극층을 커버하는 보호층을 구비한 상기 제2 터치 감지부를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널은 제1 터치 감지부, 튜브층 및 제2 터치 감지부를 포함한다. 상기 제1 터치 감지부는 절연 교차하는 제1 전극 및 제2 전극들을 포함한다. 상기 튜브층은 외부입력에 대응하여 두께가 변경되도록 유체를 봉입하여 형성된다. 상기 제2 터치 감지부는 상기 튜브층을 사이에 두고 상기 제1 터치 감지부의 일측에 배치된 전극층을 포함한다.
상술한 바에 따르면, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 튜브층과 전극층을 더 구비함으로써, 외부입력의 2차원 좌표정보 외에도 상기 외부입력의 압력을 측정할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널의 단면도를 도시한 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널에 외부입력이 가해진 경우의 단면도를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널에 외부입력이 가해진 제1 터치 감지부의 단면도를 도시한 것이다.
도 4a는 외부입력이 가해지지 않은 제1 터치 감지부의 회로도를 간단히 나타낸 것이다.
도 4b는 외부입력이 가해진 제1 터치 감지부의 회로도를 간단히 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널의 단면도를 도시한 것이다.
도 6은 제2 터치 감지부가 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 상부에 위치하는 경우의 단면도를 도시한 것이다.
상기 서술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 대하여 이하, 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 첨부한 도면에서는 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 일부 구성요소의 스케일을 과장하거나 축소하여 나타내었다. 명세서 전체에 걸쳐 유사한 참조 부호는 유사한 구성요소를 지칭한다. 그리소, 어떤 층이 다른 층의 '상에' 형성된다(배치된다)는 것은, 두 층이 접해 있는 경우뿐만 아니라, 두 층 사이에 다른 층이 존재하는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 어떤 층의 일면이 평평하게 도시되었지만, 반드시 평평할 것을 요구하지 않으며, 각 층의 표면에 단차가 발생할 수도 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널의 단면도를 도시한 것이다. 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 제1 터치 감지부(100), 튜브층(200) 및 제2 터치 감지부(300)를 포함한다.
상기 제1 터치 감지부(100)는 외부입력을 받아 상기 외부입력의 2차원 좌표정보를 측정한다. 상기 제1 터치 감지부(100)는 베이스 기판(SUB), 제1 전극들(101), 절연층(110), 제2 전극들(102) 및 보호층(120)을 포함한다. 본 실시예에서 상기 제1 터치감지부(100)는 정전용량 방식의 터치 감지부로 설명된다.
다만, 이에 제한되지 않고, 예를 들어, 다른 실시예에서 상기 제1 터치 감지부(100)는 상기 저항의 변화를 통해 상기 외부입력의 2차원 좌표정보를 측정하는 저항막 방식의 터치 감지부일 수 있다. 상기 저항막 방식의 제1 터치 감지부는 제1 전극층 및 공기층을 사이에 두고 상기 제1 전극층의 일측에 배치되는 제2 전극층을 포함할 수 있다. 상기 제1 터치 감지부는 상기 외부입력에 따라 상기 제1 전극층과 상기 제2 전극층이 접촉하게 되고, 상기 제1 전극층 및 상기 제2 전극층 사이의 저항이 변하게 된다.
상기 베이스 기판(SUB)은 상기 제1 터치 감지부(100)를 다른 구성요소들로부터 이격시킨다. 상기 제1 터치 감지부(100)에 포함되는 구성들이 적층되기 위한 기재가 된다.
상기 베이스 기판(SUB)은 상기 외부입력의 세기를 상기 튜브층(200)에 전달한다. 상기 베이스 기판(SUB)의 재질에 따라 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 검출 감도가 향상될 수 있다. 따라서, 상기 베이스 기판(SUB)의 재질은 특별히 한정되는 것은 아니지만, 예를 들어, 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리알릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 유연성있는 투명수지를 이용할 수 있다.
상기 제1 전극들(101)은 상기 베이스 기판(SUB)상에 배치된다. 상기 제1 전극들(101)은 일 방향으로 연장된 복수 개의 전극 라인들로 구성된다. 상기 복수 개의 전극 라인들은 일정한 간격을 두고 배열된다.
상기 제1 전극들(101)은 투명한 도전물질로 형성되며, 예컨대, 인듐주석산화물, 주석산화물, 인듐아연산화물, 인듐주석아연산화물, 금속성 SWCNT(Single-Walled Carbon NanoTube), 또는 전도성 고분자 PEDOT(Poly 3,4-ethylenedioxythiophene)으로 형성될 수 있다.
상기 제2 전극들(102)은 상기 제1 전극들(101)의 일측에 배치된다. 상기 제2 전극들(102)은 상기 제1 전극들(101)과 교차하는 방향으로 배치되고, 일정한 간격을 가진 배열을 이루는 복수 개의 전극 라인들로 형성된다.
상기 제2 전극들(102)도 상기 제1 전극들(101)과 동일하게 투명한 전도성 물질로 형성될 수 있다. 예컨대, 인듐주석산화물, 주석산화물, 인듐아연산화물, 인듐주석아연산화, 금속성 SWCNT(Single-Walled Carbon NanoTube), 또는 전도성 고분자 PEDOT(Poly 3,4-ethylenedioxythiophene)으로 형성될 수 있다.
도시되지 않았으나, 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102)은 상기 라인 형상에 제한되지 않고, 서로 대향되어 상기 외부입력의 2차원 좌표정보를 측정할 수 있는 형상이면 다양한 형상을 가질 수 있다. 예컨대, 마름모, 다이아몬드 형상들의 연속된 패턴과 같은 평면패턴 형상으로 형성될 수 있다.
상기 절연층(110)은 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102) 사이에 배치된다. 상기 절연층(110)은 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102)이 서로 접촉되지 않도록 절연시키다. 또한, 상기 절연층(110)은 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102) 사이에서 유전층의 기능을 한다.
상기 절연층(110)은 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102) 사이에 투명한 절연물질이 충진되어 형성될 수 있다. 예컨대, 상기 절연층(110)은 유기 절연막 또는 무기 절연막, 액정 등으로 형성될 수 있다.
본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 절연층(110)의 물성이나 두께를 조절함으로써, 상기 제1 터치 감지부(100)의 위치감지특성을 제어할 수 있다.
상기 보호층(120)은 상기 제2 전극들(102) 상부에 배치된다. 상기 보호층(120)은 외부로부터 상기 제2 전극들(102)을 보호하며, 상기 보호층(120)은 경우에 따라 생략될 수 있다.
상기 보호층(120)은 투명하고 유연한 필름으로 형성될 수 있다. 예컨대, 폴리에틸렌 테레프탈레인, 폴리메탈메타크릴레이트 등의 수지가 사용될 수 있으며, 이들의 조합도 가능하다. 상기 보호층(120)은 본 발명에 따른 터치스크린 패널을 채용하는 표시장치의 윈도우 기판으로 설정될 수 있다.
상기 튜브층(200)은 상기 제1 터치 감지부(100)의 일측에 배치된다. 상기 튜브층(200)은 유체(FL) 및 봉입부재(TB)를 포함한다.
상기 유체(FL)는 유동성을 지닌 물질로 외부입력에 따라 모양이 연속적으로 변하는 성질을 지닌 물질을 말한다. 상기 유체(FL)는 상기 외부입력의 세기를 측정하기 위한 정전용량이 형성되는 유전층이 된다.
상기 유체는 예를 들어, 순수(purified water)로 형성될 수 있다. 상기 순수는 양이온(예를 들어, H+) 또는 음이온(예를 들어, OH-)이 없는 순수한 물을 말하며, 초순수(ultrapure water), 탈 이온수(Deionized water)를 포함한다. 상기 순수는 전기 전도도가 낮아 절연물질과 동일한 기능을 한다.
상기 순수는 점성이 낮아 일반적으로 전자기기의 일 구성요소로 적용되기 어렵다. 그러나, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 튜브층(200)을 구비함으로써, 점성이 낮은 유체도 일 구성요소로 기능할 수 있는 특징을 가진다.
또한, 상기 유체(FL)는 유동성을 가진 투명한 유체로, 파라핀, 미네랄 오일, 실리콘 오일등이 될 수 있고, 알코올, 에테르 등의 유기용제도 가능하다. 예를 들어, 상기 유체(FL)는 분산매 및 상기 분산매에 분산된 나노입자들을 포함할 수 있으며, 에멀젼, 서스펜션등의 콜로이드 유체를 포함한다.
상기 나노입자들은 유기분자 또는 무기분자를 포함한다. 상기 분산매의 물성, 상기 분산매에 분산된 상기 나노입자들의 물성 및 분산된 상기 나노입자들의 양에 따라 상기 유체(FL)의 정전용량성이 결정될 수 있다.
상기 투명성은 100%의 투명함은 물론, 높은 광 투과율을 갖는 정도로 투명함을 포괄적으로 의미한다. 상기와 같은 투명액체를 사용함으로써, 계면 반사가 억제되고, 투과율이 향상된 터치스크린 패널이 구현될 수 있다.
상기 유체(FL)의 유동성, 유전율, 봉입량은 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 민감도에 영향을 미친다. 상기 유체(FL)를 유동성이 높은 물질로 형성하거나, 봉입량을 적게 하면, 적은 세기의 압력에 대해서도 두께가 변화될 수 있다. 이와 반대로, 상기 유체(FL)를 유동성이 낮은 물질로 형성하거나 봉입량을 늘리면, 일정 세기 이상의 압력이 가해져야 변형이 일어난다.
또한, 상기 유체(FL)의 유동성이 같고, 봉입량을 동일하게 하더라도, 상기 유전율이 다른 경우 정전용량의 변화정도가 달라진다. 상기 제2 터치 감지부(300)는 상기 정전용량의 변화에 따라 상기 외부입력의 세기를 측정하므로, 상기 유전율은 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 동작특성에 영향을 미칠 수 있다.
상기 봉입부재(TB)는 상기 유체(FL)의 주변을 둘러싸고, 상기 유체(FL)를 밀봉한다. 상기 봉입부재(TB)는 상기 유체(FL)가 패널의 일 구성요소로 적층될 수 있도록 상기 유체(FL)의 모양을 유지시킨다.
도시되지 않았으나, 상기 봉입부재(TB)는 평면의 판 형상, 막대 형상의 튜브 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또는 상기 봉입부재(TB)는 구 형상으로 형성될 수 있다. 상기 봉입부재(TB)의 형상에 따라 상기 유체(FL)의 형상이 결정된다.
또한, 도시하지 않았으나, 상기 튜브층(200)은 복수 개의 봉입부재(TB)들로 형성될 수 있다. 상기 복수 개의 봉입부재(TB)들은 각각 상기 유체(FL)를 봉입한다.
상기 복수 개의 봉입부재(TB)들은 단층으로 배열되어 형성될 수 있고, 복수 개의 층으로 적층되어 형성될 수 있다. 상기 튜브층(200)이 적층되어 형성되는 경우 상기 복수 개의 봉입부재(TB)들은 교차하여 배열될 수 있다. 또는, 상기 봉입부재(TB)가 구 형상을 가지는 경우, 상기 튜브층(200)은 상기 제1 터치 감지부(100) 및 상기 제2 터치 감지부(300) 사이에 복수 개의 구 형상을 가진 상기 봉입부재(TB)들이 배열되어 형성될 수 있다.
상기 봉입부재(TB)는 상기 외부 입력에 따라 상기 유체(FL)와 함께 변형되어야 하므로, 유연성을 가진 재질이어야 한다. 또한, 외부입력이 제거된 후에는 다시 원래의 형태를 유지할 수 있는 복원력을 가진 재질이 요구된다.
예컨대, 상기 봉입부재(TB)가 폴리에틸렌테레프탈레인, 폴리메틸메타크릴레이트 등의 투명한 플라스틱 필름으로 형성될 경우, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 향상된 투과율을 가질 수 있다. 상기 봉입부재(TB)의 재질은 상기 유체(FL)의 유동성을 보강하거나 억제할 수 있다.
따라서, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 유체(FL) 및 상기 봉입부재(TB)를 다양하게 선택 및 조합하여 형성한 상기 튜브층(200)을 이용하여, 상기 외부입력의 세기에 대한 민감도를 다양하게 조절할 수 있다. 또한, 상기 튜브층(200)을 이용하여, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 유체(FL)의 점성이나, 상(예를 들어, 액체, 기체)에 구애받지 않고, 높은 유전율을 지닌 물질을 유전층으로 적용시킬 수 있다.
상기 제2 터치 감지부(300)는 상기 튜브층(200)을 사이에 두고, 상기 제1 터치 감지부(100)의 일측에 배치된다. 상기 제2 터치 감지부(300)는 상기 외부입력의 세기 정보를 측정한다. 상기 제2 터치 감지부(300)는 전극층(301), 제1 절연층(310), 제2 절연층(320)을 포함한다.
상기 전극층(301)은 상기 전극층(301)과 대향되는 상기 제1 전극들(101) 또는 상기 제2 전극들(102)과 함께 상기 튜브층에 정전용량을 제공한다. 따라서, 상기 전극층(301)은 상기 튜브층을 사이에 두고, 상기 제1 전극들(101) 또는 상기 제2 전극들(102)의 일측에 배치된다.
상기 전극층(301)은 도전성을 가진 층이면 특별히 한정되지 않으며, 투명한 전극층인 경우, 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 투과율이 향상될 수 있다. 상기 전극층(301)은 광 굴절률이나 광 반사에 의한 광의 흡수나 산란이 적은 것이 바람직하다.
상기 전극층(301)은 예를 들어, 산화인듐주석, 산화안티몬주석, 산화인듐아연등이 투명수지 상에 스퍼터링 등의 증착법에 의해 성막되어 박막으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 전극층(301)은 상기 투명수지 상에 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리피롤, 폴리이소나프토티오펜 등의 유기 도전성 재료를 도포하여 형성될 수 있다.
도시되지 않았으나, 상기 전극층(301)은 제3 전극들을 포함할 수 있다. 상기 제3 전극들은 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102)과 같이 복수 개의 라인으로 형성되거나, 특정한 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 제3 전극들은 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102) 중 선택된 어느 하나의 전극들과 교차하는 방향으로 배열될 수 있다. 상기 제3 전극들은 상기 선택된 어느 하나의 전극들과 대향되어, 상기 튜브층(200)을 사이에 두고 정전용량을 형성한다.
상기 제3 전극들은 예컨대, 인듐주석산화물, 주석산화물, 인듐아연산화물, 인듐주석아연산화물, 금속성 SWCNT(Single-Walled Carbon NanoTube), 또는 전도성 고분자 PEDOT(Poly 3,4-ethylenedioxythiophene) 등으로 형성될 수 있다.
상기 제1 절연층(310)은 상기 제2 터치 감지부(300)와 상기 튜브층(200)을 분리시키고, 상기 전극층(301)이 상기 튜브층(200)과 직접 접촉하는 것을 방지한다. 따라서, 본 발명에 따른 터치스크린 패널이 작동하는 동안 상기 튜브층(200)이 상기 전극층(301)에 의해 열화되거나 손실되는 것을 방지할 수 있다.
상기 제2 절연층(320)은 상기 전극층(301)을 커버하여 외부환경으로부터 보호하는 보호층이 될 수 있다. 또는, 상기 제2 절연층(320)은 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 하부기재가 될 수 있다. 따라서, 본 발명에 따른 터치스크린 패널을 채용하는 표시장치에 있어서, 상기 제2 절연층(320)은 다른 구성들과 본 실시예에 따른 터치스크린 패널을 이격시킨다.
상기 제1 절연층(310) 및 상기 제2 절연층(320)의 재질, 두께 등은 특별히 한정되는 것이 아니고, 그 용도, 목적에 따라 선택될 수 있다. 예를 들어, 바륨 붕소 규소산 유리, 소다 유리 등의 무기 유리, 화학 강화 유리나 폴리에테르술폰, 폴리술폰, 폴리카보네이트, 폴리알릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트 등의 수지 필름이 될 수 있다.
상기 제1 절연층(310) 또는 상기 제2 절연층(320)은 생략될 수 있다. 따라서, 도시되지 않았으나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린 패널에는 상기 전극층(301)만을 구비한 상기 제2 터치 감지부(300)가 배치될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널에 외부입력이 가해진 경우의 단면도를 도시한 것이다. 상기 외부입력은 사용자의 손가락(터치), 스타일러스 펜, 또는 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력도구에 의해 발생한다.
본 발명에 따른 터치스크린 패널은 외부입력의 세기를 측정하기 위해, 상기 제1 터치 감지부(100) 및 상기 제2 터치 감지부(300) 사이에 작용하는 정전용량을 측정한다. 일반적으로, 두 도전판 사이의 정전용량(C)은 하기 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012103297278-pat00001
상기 수학식 1에서 보는 바와 같이, 상기 두 도전판 사이의 정전용량(C)은 두 도전판 사이의 유전층(절연층)의 상대 유전율(ε), 상기 두 도전판의 면적(A) 및 상기 유전층의 두께(d)에 의해 정의될 수 있다.
도 2에 도시된 것과 같이, 상기 두 도전판 사이의 정전용량(C)은 상기 제1 터치 감지부(100) 및 상기 제2 터치 감지부(300) 사이에 발생하는 정전용량에 적용될 수 있다. 상기 제1 전극들(101) 중 어느 하나의 전극이 일 도전판이 되고, 상기 제3 전극들 중 어느 하나의 전극이 다른 일 도전판으로 대응된다. 따라서, 상기 정전용량(C)은 상기 튜브층(200)을 상기 유전층으로 하여 생성된다.
도시하지 않았으나, 상기 정전용량은 상기 제2 전극들(102)중 어느 하나의 전극과 상기 제3 전극들 중 어느 하나의 전극 사이의 정전용량으로 정의될 수 있다. 상기 튜브층(200)의 두께에 비해, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 사이의 간격은 미미하다. 따라서, 상기 설명한 바와 같이 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102) 중 어느 하나를 선택하여 일 도전판으로 정의할 수 있다.
도 2에서 보는 바와 같이, 본 발명에 따른 터치스크린 패널에 상기 외부입력이 가해지면, 상기 제1 터치 감지부(100) 및 상기 튜브층(200)이 상기 외부입력에 대응하여 변형된다. 따라서, 상기 외부입력이 없는 지점(Tx-a)과 상기 외부입력이 발생된 지점(Tx)에 상기 튜브층(200)의 두께(d) 차이가 발생한다.
상기 제1 터치 감지부(100)는 상기 제1 터치 감지부(100)를 구성하는 모든 층들이 간격을 유지하며 변형된다. 따라서, 상기 제1 터치 감지부(100)는 상기 외부입력을 그대로 상기 튜브층(200)에 전달할 수 있다.
상기 튜브층(200)은 상기 외부입력에 의해 상기 튜브층(200)의 상측만 변형되고, 하측에는 변형이 일어나지 않는다. 따라서, 상기 외부입력이 발생한 지점(Tx)과 상기 외부입력이 없는 지점(Tx-a) 사이에 정전용량 차이가 발생한다.
상기 외부입력이 발생한 지점(Tx)의 두께(d2)는 상기 튜브층(200)의 두께(d1)보다 극히 작다. 상기 두께의 차이는 상기 외부입력에 따른 압력의 세기에 대응하여 달라진다.
상기 수학식 1을 참조하면, 상기 두께의 차이를 상기 외부입력이 발생한 지점(Tx)의 정전용량(C22)과 상기 외부입력이 없는 지점(Tx-a)의 정전용량(C21)의 차이와 연관시킬 수 있다. 상기 튜브층은 외부입력의 세기를 반영하여 변형되므로, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 정전용량의 차이를 통해 상기 외부입력의 압력정보를 측정할 수 있다.
상기 외부입력의 압력정보는 상기 외부입력의 위치를 나타내는 상기 2차원 좌표정보와 수직을 이루는 방향성을 가진 정보가 된다. 즉, 상기 외부입력의 압력정보는 상기 외부입력의 2차원 좌표정보와는 다른 차원의 정보이다. 따라서, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 튜브층(200)을 통해, 3차원 정보를 감지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널에 외부입력이 가해진 제1 터치 감지부(100)의 단면도를 도시한 것이고, 도 4a는 외부입력이 가해지지 않은 제1 터치 감지부(100)의 회로도를 간단히 나타낸 것이며, 도 4b는 외부입력이 가해진 제1 터치 감지부(100)의 회로도를 간단히 나타낸 것이다. 도 3 내지 도 4b를 참조하여, 상기 제1 터치 감지부(100)가 2차원 좌표를 산출하는 경로를 살펴본다.
도 3 내지 도 4b에서는 편의상, 상기 제1 전극들(101)을 X축 전극(XE)들로, 상기 제2 전극들(102)을 Y축 전극(YE)들로 정의한다. 상기 X축 전극(XE)들은 접지되어 0V를 나타내는 기준 전압이 된다. 또한, 상기 Y축 전극(YE)들은 전압 또는 정전용량이 측정되는 측정부가 된다. 도 3 내지 도 4b에서는 앞서 검토한 바와 같이, 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 상기 제1 터치 감지부(100)가 정전용량방식인 경우를 설명한다.
도 3 및 도 4a를 참조하여 보면, 상기 외부입력이 없는 지점(Tx-a)과 상기 외부입력이 발생된 지점(Tx)은 변형으로 인한 단차가 존재하나, 층간 두께의 차이는 없다. 따라서, 상기 외부입력의 2차원 좌표를 측정하기 위해서는 새로운 정의가 필요하다.
도 3 및 도 4a에 도시한 바와 같이, 상기 외부입력이 없는 지점(Tx-a)에도, 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102) 사이에는 정전용량(C11)이 존재한다. 도 3에 도시하지 않았으나, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102) 사이에서 발생되는 다양한 정전용량들로 이루어진 기생 정전용량(Cp: 도 4a 및 도 4b 참조)가 존재한다.
도 3 및 도 4b를 참조하여 보면, 상기 외부입력이 발생되면, 상기 외부입력은 새로운 도전판이 된다. 따라서, 상기 외부입력이 발생된 지점(Tx)과 상기 제2 전극들(102) 사이에 배치되는 상기 보호층(120)내에 새로운 정전용량이 형성된다.
도 4a 및 도 4b에 도시된 바와 같이, 상기 새로운 정전용량은 접촉에 의한 정전용량(Ct)이 된다. 따라서, 상기 측정부인 상기 Y축 전극(YE)을 기준으로 볼 때, 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102) 사이의 정전용량(C11), 상기 기생 정전용량(Cp) 및 상기 접촉에 의한 정전용량(Ct)이 병렬로 연결된 것으로 볼 수 있다.
예를 들어, 복수 개의 정전용량들(C1, C2)이 병렬로 연결된 경우, 측정되는 등가 정전용량(Ceq) 값은 하기 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112012103297278-pat00002
도 4a 및 도 4b에 도시된 것과 같이, 복수의 정전용량들이 병렬로 존재하는 경우, 상기 Y축 전극(YE)에서 측정되는 등가 정전용량(Ceq) 값은 상기 수학식 2에 의해, 상기 복수의 정전용량 값들의 합으로 얻어진다.
따라서, 상기 외부입력이 발생된 지점(Tx)의 등가 정전용량(Ceq)값은 상기 외부입력이 없는 지점(Tx-a)보다 증가된 정전용량 값을 갖게 된다. 이러한 정전용량의 변화를 산출하여, 상기 제1 터치 감지부(100)는 상기 외부입력의 2차원 좌표정보를 측정할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널의 단면도를 도시한 것이다. 도 5에 도시된 것과 같이 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 탄성층(400)을 더 포함할 수 있다.
상기 탄성층(400)은 상기 제1 터치 감지부(100) 및 상기 튜브층(200) 사이에 배치된다. 상기 탄성층(400)은 상기 제1 터치 감지부(100)가 상기 외부입력을 상기 튜브층(200)에 온전히 전달할 수 있도록 보조한다.
상기 탄성층(400)은 특별히 제한되지는 않으나, 탄성을 가진 유연성있는 재료로서, 투과율 향상을 위해 가시광 영역에서 투명성을 가진 재료로 형성될 수 있다. 예컨대, 아크릴 계 및 실리콘 계 수지로 형성될 수 있다.
도 6은 본 발명에 따른 일 실시예를 단면도로 도시한 것이다. 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 제2 터치 감지부(300)가 상기 튜브층(200)의 상부에 배치된다.
상기 제1 터치 감지부(100)는 본 발명에 따른 터치스크린 패널의 하부에 배치될 수 있다. 도 1 및 도 6을 참조할 때, 도 6에 도시된 실시예를 구성하는 상기 제1 전극들(101) 및 상기 제2 전극들(102)은 도 1에 도시된 실시예를 구성하는 전극들과 배열 방향이 다르게 배치될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 제2 터치 감지부(300)상에 상기 외부입력이 가해질 수 있다. 본 실시예에서, 상기 제2 절연층(320)은 외부로부터 상기 전극층(301)을 보호하는 보호층이 된다.
도 6에 도시된 바와 같이, 상기 제2 터치 감지부(300)는 상기 외부입력을 상기 튜브층(200)에 전달하여야 하므로, 상기 제2 터치 감지부(300)는 상기 외부입력에 따라 변형되어야 한다.
따라서, 상기 전극층(301)은 투명하고 유연한 재질로 형성될 수 있으며, 예컨대, 산화인듐주석, 산화안티몬주석, 산화인듐아연 등과 같은 투명한 전극미립자를 분산시킨 얇은 도전성막으로 형성될 수 있다. 또는, 상기 전극층(301)은 상기 투명수지 상에 폴리아닐린, 폴리아세틸렌, 폴리에틸렌디옥시티오펜, 폴리피롤, 폴리이소나프토티오펜 등의 유기 도전성 재료를 도포하여 형성될 수 있다.
상기 제1 절연층(310) 및 상기 제2 절연층(302)도 투명하고 유연한 재질로 형성됨이 바람직하며, 예컨대, 폴리카보네이트, 폴리라릴레이트, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에테르술폰 등의 투명수지로 형성될 수 있다.
특히, 상기 제1 절연층(310)은 상기 튜브층(200)과 접하고 있어, 상기 외부입력의 세기정보를 측정하기 위한 정전용량 변화에 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 상기 제1 절연층(310)이 유연하면서도 얇은 두께로 형성될수록 본 발명에 따른 터치스크린 패널은 상기 외부입력의 세기에 대해 향상된 민감도를 가질 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
100: 제1 터치 감지부 101: 제1 전극들
102: 제2 전극들 110: 절연층
120: 보호층 SUB: 베이스 기판
200: 튜브층 FL: 유체
TB: 봉입부재 300: 제2 터치 감지부
301: 전극층 310: 제1 절연층
320: 제2 절연층 400: 탄성층
Ct: 외부입력에 의한 정전용량 Cp: 기생 정전용량

Claims (11)

  1. 제1 방향으로 연장되는 제1 전극들 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 제2 전극들을 포함하고, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 사이의 정전용량 및 외부입력에 따른 정전용량에 기초하여, 2차원 좌표정보를 측정하는 제1 터치 감지부;
    상기 제1 터치 감지부의 일측에 배치되고, 상기 외부입력에 대응하여 두께가 변경되도록 유체를 봉입한 튜브층; 및
    상기 제1 터치 감지부의 상기 일측에 상기 튜브층을 사이에 두고 배치되고, 상기 튜브층의 두께 변경에 대응하는 정전용량의 변화에 따라 상기 외부입력의 압력정보를 측정하는 제2 터치 감지부를 포함하되,
    상기 2차원 좌표정보 및 상기 압력정보는 3차원 정보를 생성하도록, 서로 분리되어 출력되는 터치스크린 패널.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 유체는 순수인 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 유체는 분산매; 및
    상기 분산매에 분산된 나노입자들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 터치 감지부 및 상기 튜브층 사이에 배치되는 탄성층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 터치 감지부는 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전극층은 제3 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 터치감지부는,
    상기 제1 전극들과 상기 제2 전극들 사이에 배치된 절연층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 제1 터치 감지부는 상기 제2 전극들을 커버하는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제2 터치 감지부는 전극층을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 전극층은 상기 제1 전극들 또는 상기 제2 전극들 중 어느 하나의 전극들과 교차하는 방향으로 배열된 제3 전극들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  11. 제9 항에 있어서,
    상기 제2 터치 감지부는 상기 전극층을 커버하는 보호층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
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