KR102347989B1 - 전자 장치 - Google Patents

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Abstract

전자 장치는 외부에서 인가되는 외력에 의해 평면상에서의 단면적이 가변되는 베이스 기판, 및 베이스 기판 상에 배치되어 외부에서 인가되는 터치를 감지하고, 외력에 의해 평면상에서의 단면적이 가변 되는 센서를 포함하고, 센서는, 베이스 기판 상에 배치된 제1 전극, 베이스 기판 상에 배치되고, 제1 전극과 전계를 형성하는 제2 전극, 및 제1 전극 및 제2 전극 사이에 배치된 유전층을 포함하고, 베이스 기판이 제1 단면적을 가질 때의 유전층의 두께는 베이스 기판이 제1 단면적과 상이한 제2 단면적을 가질 때의 유전층의 두께와 실질적으로 동일하다.

Description

전자 장치{ELECTRONIC DEVICE}
본 발명은 전자 장치에 관한 것으로, 상세하게는 터치를 감지할 수 있는 전자 장치에 관한 것이다.
전자 장치는 전기적 신호를 인가 받아 활성화된다. 전자 장치는 영상을 표시하는 표시 장치나 외부로부터 인가되는 터치를 감지하는 터치 스크린을 포함한다.
전자 장치는 전기적 신호에 의해 활성화 되도록 다양한 도전 패턴들을 포함할 수 있다. 도전 패턴들이 활성화된 영역은 정보가 표시되거나 외부로부터 인가되는 터치에 반응한다. 전자 장치는 인가되는 터치를 감지하여 터치에 관한 정보를 사용자에게 제공하거나, 이를 기초로 다양한 어플리케이션들을 구동시킬 수 있다.
따라서, 본 발명은 외부에서 인가되는 터치의 위치와 세기를 감지할 수 있는 전자 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 외부에서 인가되는 외력에 의해 평면상에서의 단면적이 가변되는 베이스 기판, 및 상기 베이스 기판 상에 배치되어 외부에서 인가되는 터치를 감지하고, 상기 외력에 의해 상기 평면상에서의 단면적이 가변 되는 센서를 포함하고, 상기 센서는, 상기 베이스 기판 상에 배치된 제1 전극, 상기 베이스 기판 상에 배치되고, 상기 제1 전극과 전계를 형성하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 유전층을 포함하고, 상기 베이스 기판이 제1 단면적을 가질 때의 상기 유전층의 두께는 상기 베이스 기판이 상기 제1 단면적과 상이한 제2 단면적을 가질 때의 상기 유전층의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 평면상에서의 단면적은 상기 평면상에 투영된 면적일 수 있다.
상기 베이스 기판은, 상기 외력이 0(zero) MPa인 제1 모드에서 상기 제1 단면적을 갖고, 상기 외력이 0 MPa보다 큰 제2 모드에서, 상기 제2 단면적을 가질 수 있다.
이때, 상기 제2 단면적은 상기 제1 단면적보다 클 수 있다.
상기 제1 모드에서의 상기 유전층의 상면의 면적은 상기 제2 모드에서의 상기 유전층의 상면의 면적과 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제1 모드에서의 상기 유전층의 상기 평면상에 투영된 면적은 상기 제2 모드에서의 상기 유전층의 상기 평면상에 투영된 면적보다 작을 수 있다.
상기 베이스 기판의 상면은 복수의 요철들을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판은 상기 복수의 요철들을 정의하는 복수의 마루 구간들 및 복수의 골 구간들을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판의 하면은 상기 평면상에서 플랫(flat)할 수 있다.
상기 베이스 기판의 상기 제1 모드에서의 두께는 상기 베이스 기판의 상기 제2 모드에서의 두께보다 클 수 있다.
상기 유전층은 상기 복수의 마루 구간들과 중첩하는 영역에서의 두께와 상기 복수의 골 구간들과 중첩하는 영역에서의 두께가 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제2 전극은 압저항성 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 동일한 물질을 포함할 수 있다.
상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각은 광학적으로 투명할 수 있다.
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상이한 물질을 포함할 수 있다.
상기 베이스 기판이 상기 제1 단면적을 가질 때의 상기 제1 전극의 두께는 상기 베이스 기판이 상기 제2 단면적을 가질 때의 상기 제1 전극의 두께보다 클 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 복수의 요철들이 정의된 상면을 포함하고 신축성을 가진 베이스 기판, 및 상기 상면 상에 배치되고 외부에서 인가되는 터치를 감지하는 센서를 포함하고, 상기 센서는, 상기 상면 상에 배치된 제1 전극, 상기 제1 전극 상에 배치되고 압 저항성 물질을 포함하는 제2 전극, 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 신축성을 가진 유전층을 포함한다.
상기 센서는 상기 터치가 제공되는 위치 및 상기 터치의 세기를 감지할 수 있다.
상기 제2 전극의 저항은 상기 터치의 세기와 반비례할 수 있다.
상기 베이스 기판은 외부에서 제1 외력이 제공되는 제1 모드에서 제1 단면적을 갖고, 상기 제1 외력보다 큰 제2 외력이 제공되는 제2 모드에서 상기 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 가질 수 있다.
상기 베이스 기판은 서로 교번하여 배열되고 상기 복수의 요철들을 정의하는 복수의 마루 구간들 및 복수의 골 구간들을 포함하고, 상기 복수의 마루 구간들 각각의 높이 및 상기 복수의 골 구간들 각각의 깊이는 상기 제1 모드와 상기 제2 모드에서 서로 상이할 수 있다.
상기 제1 외력 및 상기 제2 외력에 따른 상기 제1 전극의 두께 변화량과 상기 제2 전극의 두께 변화량은 서로 상이할 수 있다.
상기 센서는 상기 베이스 기판의 신축 정도를 감지할 수 있다.
상기 제1 모드에서의 상기 유전층의 두께는 상기 제2 모드에서의 상기 유전층의 두께와 실질적으로 동일할 수 있다.
상기 제2 전극의 상면의 면적은 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드에서 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 상기 베이스 기판 및 상기 센서 사이에 배치되고 영상을 표시하는 표시층을 더 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 광학적으로 투명할 수 있다.
본 발명에 따르면, 하나의 센서를 통해 터치의 위치 정보와 터치의 세기 정보를 모두 감지할 수 있는 전자 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 외력에 의해 형상이 변형되더라도 터치 감도의 저하를 방지할 수 있는 전자 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면, 하나의 센서를 통해 터치 정보와 함께 외력에 따른 변형 정도를 감지할 수 있는 다 기능성 전자 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도이다.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 전자 장치의 모드에 따른 사용 상태를 도시한 사시도들이다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 전자 장치의 일부를 도시한 단면도들이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 부분 단면도들이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시한 사시도들이다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도들이다.
도 7a는 도 6a에 도시된 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 7b는 도 6b에 도시된 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 7c는 도 7a 및 도 7b에 도시된 일부 구성들을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 8a는 비교 실시예의 신장 변형률에 따른 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 일 실시예의 신장 변형률에 따른 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 9a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 시간에 따른 전류 변화를 도시한 그래프이다.
도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 시간에 따른 전류 변화를 도시한 그래프이다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극의 시간에 따른 전류 변화를 도시한 그래프들이다.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 대해 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도이다. 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 전자 장치의 모드에 따른 사용 상태를 도시한 사시도들이다. 이하, 도 1 내지 도 2b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 1에 도시된 것과 같이, 전자 장치(10)는 베이스 기판(100) 및 센서(200)를 포함한다. 본 실시예에서, 전자 장치(10)는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 의해 정의되는 평면상에서 원 형상을 가지고, 제3 방향(DR3)으로 소정의 두께를 가진 원형 플레이트 형상으로 도시되었다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 전자 장치(10)는 다각 플레이트 형상, 구 형상, 타원 형상 등 다양한 형상을 가질 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
전자 장치(10)는 평면상에서 터치 영역(TA) 및 주변 영역(SA)으로 구분될 수 있다. 터치 영역(TA)은 외부에서 인가되는 터치(TC)를 감지하여 전기적 신호를 생성하는 영역일 수 있다.
주변 영역(SA)은 터치 영역(TA)에 인접한다. 주변 영역(SA)은 터치(TC)가 제공되어도 활성화되지 않을 수 있다. 한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10)에 있어서, 주변 영역(SA)은 생략될 수도 있다.
도 1, 도 2a, 및 도 2b를 참조하면, 전자 장치(10)는 신축성을 가질 수 있다. 전자 장치(10)는 외부에서 인가되는 힘에 의해 평면상에서의 면적이 늘어나거나 줄어들 수 있다. 도 2a 및 도 2b는 외부에서 인가되는 힘에 의해 전자 장치(10)의 평면상에서의 면적이 변하는 상태에 따라 구분되는 두 가지 모드들에서 전자 장치(10)에 터치(TC)가 제공되는 상태들을 도시하였다.
도 2a에는 노멀 모드에서의 전자 장치(10-N)를 도시하였다. 노멀 모드는 외력이 존재하지 않는 상태일 수 있다. 즉, 노멀 모드에서 전자 장치(10-N)에 인가되는 외력은 0(zero) MPa일 수 있다.
노멀 모드에서의 전자 장치(10-N)는 실질적으로 도 1의 전자 장치(10)와 대응될 수 있으며, 전자 장치(10)로부터 평면상에서의 면적 변화가 제로(zero)인 상태일 수 있다. 전자 장치(10-N)에 터치(TC)가 제공되면 전자 장치(10-N)는 터치(TC)를 감지하여 이에 대응하는 전기적 신호를 생성한다.
도 2b에는 스트레인 모드에서의 전자 장치(10-S)를 도시하였다. 스트레인 모드는 외력이 존재하는 상태일 수 있다. 즉, 스트레인 모드에서 전자 장치(10-S)에 인가되는 외력은 0 MPa보다 큰 값일 수 있다.
스트레인 모드에서의 전자 장치(10-S)는 도 1의 전자 장치(10)가 외력에 의해 평면상에서의 면적 변화가 발생된 상태일 수 있다. 이에 따라, 스트레인 모드에서의 전자 장치(10-S)의 평면상에서의 면적은 노멀 모드에서의 전자 장치(10-N)의 평면상에서의 면적보다 클 수 있다.
본 실시예에서, 외력(TS)은 평면상에서 제3 방향(DR3)에 직교하는 방향으로 전자 장치(10)에 인가되는 인장력(tensile stress, stretching stress)일 수 있다. 외력(TS)은 다양한 방향의 힘일 수 있다.
예를 들어, 외력(TS)은 제1 방향(DR1)에 평행하거나 제2 방향(DR2)에 평행한 방향의 힘일 수 있고, 또는 외력(TS)은 제1 방향(DR1)이나 제2 방향(DR2)에 교차하는 방향의 힘일 수도 있다. 외력(TS)의 방향은 제3 방향(DR3)에 직교하는 방향이라면 다양한 방향을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다. 한편, 외력(TS)의 방향은 분극된 힘의 방향을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10)는 동일한 터치(TS)에 대하여 노멀 모드에서의 전자 장치(10-N)가 감지하는 정도와 스트레인 모드에서의 전자 장치(10-S)가 감지하는 정도가 실질적으로 동일할 수 있다. 다시 말해, 동일한 터치(TS)에 대하여 노멀 모드에서의 전자 장치(10-N)가 생성하는 전기적 신호와 스트레인 모드에서의 전자 장치(10-S)가 생성하는 전기적 신호는 대응되는 신호일 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10)는 외력에 의해 형상이 변형되더라도 터치(TC) 감지 특성을 균일하게 유지할 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
다시 도 1을 참조하면, 전자 장치(10)는 베이스 기판(100) 및 센서(200)를 포함할 수 있다. 베이스 기판(100) 및 센서(200)는 제3 방향(DR3)을 따라 적층될 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 베이스 기판(100) 및 센서(200) 사이에 추가적인 부재들이 더 배치될 수도 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
베이스 기판(100)은 신축성을 가질 수 있다. 본 발명에 있어서, 신축성은 외력에 의한 연신이 용이하고, 외력이 제거되면 원 상태로 용이하게 되돌아올 수 있는 탄성 및 복원력을 가진 것을 의미할 수 있다. 본 실시예에서, 베이스 기판(100)은 약 30% 이상의 신축 변형 성을 가질 수 있다.
베이스 기판(100)은 외부에서 인가되는 인장력에 따라 평면상에서의 단면적이 가변될 수 있다. 본 발명에 있어서, 평면상에서의 단면적은 평면상에 투영된 면적일 수 있다.
베이스 기판(100)은 신축성을 가진 절연 물질을 포함할 수 있다. 또는, 베이스 기판(100)은 소정의 쿠션을 가진 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 베이스 기판(100)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 에코플렉스(ecoflex) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 한편, 이는 예시적으로 기재한 것이고, 베이스 기판(100)은 신축성을 가진 절연 물질이라면 다양한 물질을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
센서(200)는 베이스 기판(100) 상에 배치된다. 센서(200)는 외부에서 인가되는 터치(TC)를 감지한다. 센서(200)는 감지된 터치(TC)에 대응하는 전기적 신호를 생성하여 외부에 제공한다. 전자 장치(10)는 센서(200)를 통해 터치(TC)에 대한 정보를 제공할 수 있다.
본 실시예에서, 센서(200)는 터치(TC)에 대한 다양한 정보들을 감지할 수 있다. 예를 들어, 터치(TC)에 대한 정보는 터치(TC)가 제공되는 위치 정보 및 터치(TC)의 세기 정보를 포함할 수 있다. 한편, 이는 예시적으로 기재한 것이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 센서(200)가 감지하는 터치(TC)에 대한 정보는 다양한 인자(factor)들을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
센서(200)는 신축성을 가질 수 있다. 센서(200)의 신축성은 베이스 기판(100)의 신축성 이상일 수 있다. 이에 따라, 센서(200)는 베이스 기판(100)의 형상 변화에 용이하게 대응할 수 있고, 외력에 대해 향상된 신뢰성을 가질 수 있다. 센서(200)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 도 1에 도시된 전자 장치의 일부를 도시한 단면도들이다. 용이한 설명을 위해, 도 3a에는 도 2a와 대응되는 상태인 노멀 모드의 전자 장치(10-N)의 일부를 도시하였고, 도 3b에는 도 2b와 대응되는 상태인 스트레인 모드의 전자 장치(10-S)의 일부를 도시하였다.
이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 대해 설명한다. 한편, 도 1 내지 도 2b에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다.
상술한 바와 같이, 노멀 모드의 전자 장치(10-N)는 외력이 제공되지 않은 상태의 전자 장치에 해당되므로, 실질적으로 도 1에 도시된 전자 장치(10, 도 1 참조)와 동일한 것일 수 있다. 이하, 노멀 모드의 전자 장치(10-N)는 도 1에 도시된 전자 장치(10)와 대응되는 것으로 설명한다.
또한, 상술한 바와 같이, 스트레인 모드의 전자 장치(10-S)는 소정의 외력이 제공된 상태일 수 있다. 스트레인 모드의 전자 장치(10-S)에 제공된 외력이 제거되면 노멀 모드의 전자 장치(10-N)로 복원될 수 있다. 본 실시예에서, 스트레인 모드의 전자 장치(10-S)에 존재하는 외력은 미 도시되었다.
도 3a에 도시된 것과 같이, 센서(200)는 제1 전극(210), 제2 전극(220), 및 유전층(230)을 포함한다. 제1 전극(210)은 베이스 기판(100) 상에 배치된다. 제1 전극(210)은 복수로 구비되어 베이스 기판(100) 상에 서로 이격되어 배열될 수 있다.
제1 전극(210)은 신축성을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(210)은 베이스 기판(100)의 신축에 대응하여 안정적으로 신축 변형될 수 있다.
제1 전극(210)은 신축성을 가진 도전성 물질을 포함할 수 있다. 또는, 제1 전극(210)은 광학적으로 투명한 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(210)은 압저항성 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(210)은 인듐 주석 산화물(Indium tin oxide, ITO), 은 나노 와이어(Silver nanowire, AgNW), 탄소 나노 튜브(Carbon nanotube, CNT), 그래핀(Graphene), 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리피롤(polypyrole) 및 폴리아닐린(polyaniline) 등으로 이루어진 투명전극 군에서 선택된 적어도 어느 하나와 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 에코플렉스(ecoflex) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 등의 탄성체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나가 혼합되어 형성될 수 있다.
제2 전극(220)은 베이스 기판(100) 상에 배치된다. 제2 전극(220)은 제1 전극(210) 상에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 제2 전극(220)은 제1 전극(210)과 평면상에서 중첩하도록 배치될 수 있다.
본 실시예에서, 터치(TC: 도 1 참조)는 센서(200)의 상측에 제공된다. 이에 따라, 터치(TC)는 상대적으로 제1 전극(210)보다 제2 전극(220)에 근접하여 제공될 수 있다.
제2 전극(220)은 복수의 도전 패턴들을 포함할 수 있다. 제2 전극(220)은 신축성을 가진 도전성 물질을 포함할 수 있다. 또는, 제2 전극(220)은 투명한 물질을 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 전극(220)은 압저항성 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 제2 전극(220)은 인듐주석산화물(Indium tin oxide, ITO), 은나노와이어(Silver nanowire, AgNW), 탄소나노튜브(Carbon nanotube, CNT), 그래핀(Graphene), 폴리(3,4-에틸렌 디옥시티오펜):폴리(4-스티렌설포네이트)(poly(3,4-ethylenedioxythiophene):poly(4-styrenesulfonate), PEDOT:PSS), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 폴리파라페닐렌(polyparaphenylene), 폴리피롤(polypyrole) 및 폴리아닐린(polyaniline) 등으로 이루어진 투명전극 군에서 선택된 적어도 어느 하나와 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 에코플렉스(ecoflex) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 등의 탄성체로 이루어진 군에서 선택된 적어도 어느 하나가 혼합되어 형성될 수 있다.
본 실시예에서, 제2 전극(220)은 압 저항성이 높은 물질을 포함할 수 있다. 제2 전극(220)은 센서(200)에 있어서, 터치(TC)에 대해 가장 근접하여 배치되는 구성일 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 다른 전자 장치는 압 저항성이 높은 물질로 제2 전극(220)을 형성할수록 터치(TC)의 세기에 대해 향상된 민감도를 가질 수 있다.
다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 제1 전극(210) 및 제2 전극(220) 각각은 다양한 물질을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
유전층(230)은 제1 전극(210) 및 제2 전극(220) 사이에 배치될 수 있다. 유전층(230)은 제1 전극(210) 및 제2 전극(220) 각각에 대해 평면상에서 중첩할 수 있다.
유전층(230)은 외력(TS)에 의해 신축되어 형상이 변형될 수 있다. 유전층(230)은 약 10% 이상 연신 가능하고, 외력 제거 시 원 상태로 용이하게 복원될 수 있는 정도의 신축성을 가진다.
유전층(230)은 신축성을 가진 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전층(230)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 에코플렉스(ecoflex) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 등 신축성을 가지는 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
또한, 유전층(230)은 산화물 나노 입자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 유전층(230)은 상술한 신축성을 가지는 물질에 알루미늄산화물(Al2O3), 하프늄산화물(HfO2), 지르코늄산화물(ZrO2), 바륨티탄산화물(BaTiO3), 티타늄산화물(TiO2)과 같은 산화물이 혼합되어 형성될 수 있다. 이때, 유전층(230)의 산화물 입자의 분포나 양을 제어함으로써, 유전층(230)의 유전율이 다양하게 설계될 수 있다.
본 실시예에서, 베이스 기판(100) 및 센서(200)는 각각 신축성을 가진다. 이에 따라, 노멀 모드의 전자 장치(10-N)와 스트레인 모드의 전자 장치(10-S)는 각각 동일한 구성들을 포함하나, 형상의 변화로 인한 차이점을 가질 수 있다. 전자 장치(10)는 형상의 변화를 통해 전자 장치(10)에 제공하는 외력(TS)에 따른 스트레스를 안정적으로 해소할 수 있다.
형상의 변화는 각 구성들의 제3 방향(DR3)에서의 두께 변화, 각 구성들의 평면상에서의 단면적 변화를 포함할 수 있다. 평면상에서의 단면적은 상술한 바와 같이, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면에 투영된 면적일 수 있다.
한편, 본 실시예에서, 두께는 제3 방향(DR3)에서 정의되는 두께일 수 있고, 평면상에서의 면적은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(미도시)이 정의하는 평면상에 투영된 면적일 수 있다. 이에 따라, 각 구성들의 상면의 면적과 각 구성들의 평면상의 면적은 각 구성들의 형상에 따라 서로 동일하거나 상이할 수 있다.
베이스 기판(100)은 외력에 의해 스트레인 모드의 베이스 기판(100-S)으로 변형될 수 있다. 이때, 스트레인 모드의 베이스 기판(100-S)의 두께(TH1-S)는 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 베이스 기판(100)의 두께(TH1)와 상이할 수 있다. 스트레인 모드의 베이스 기판(100-S)의 두께(TH1-S)는 노멀 모드의 베이스 기판(100)의 두께(TH1)보다 작을 수 있다.
유전층(230)은 외력에 의해 스트레인 모드의 유전층(230-S)으로 변형될 수 있다. 스트레인 모드의 유전층(230-S)의 두께(TH2-S)는 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 유전층(230)의 두께(TH2)와 실질적으로 동일할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 유전층(230)은 외력이 인가되더라도 두께를 유지함으로써, 센서(200)의 정전 용량이 외력의 인가에 의해 변형되지 않도록 할 수 있다. 이에 따라, 센서(200)는 외력에 의해 변형된 형상을 갖더라도 터치 감도 저하 문제를 방지할 수 있다.
제1 전극(210)은 외력에 의해 스트레인 모드의 제1 전극(210-S)으로 변형될 수 있고, 제2 전극(220)은 외력에 의해 스트레인 모드의 제2 전극(220-S)으로 변형될 수 있다.
이때, 스트레인 모드의 제1 전극(210-S)의 두께(TH3-S)와 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 제1 전극(210)의 두께(TH3)의 차이는 없거나 극히 작을 수 있다. 또한, 스트레인 모드의 제2 전극(220-S)의 두께(TH4-S)와 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 제2 전극(220)의 두께(TH4)의 차이는 없거나 극히 작을 수 있다. 따라서, 외력에 따른 제1 전극(210)의 두께 변화나 제2 전극(220)의 두께 변화가 센서(200)의 터치 감도에 미치는 영향은 적을 수 있다.
한편, 스트레인 모드의 제1 전극(210-S)의 제1 방향(DR1)에서의 너비(WD210-S)는 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 제1 전극(210)의 제1 방향(DR1)에서의 너비(WD210)와 상이하고, 스트레인 모드의 제2 전극(220-S)의 제1 방향(DR1)에서의 너비(WD220-S)는 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 제2 전극(220)의 제1 방향(DR1)에서의 너비(WD220)와 상이할 수 있다.
본 실시예에서, 제1 전극(210)의 너비(WD210) 및 제2 전극(220)의 너비(WD220) 각각은 평면상에 투영되는 전극들 각각의 면적과 관련될 수 있다. 즉, 외력에 의해 스트레인 모드의 제1 전극(210-S)의 평면상에서의 단면적은 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 제1 전극(210)의 평면상에서의 단면적보다 클 수 있고, 외력에 의해 스트레인 모드의 제2 전극(220-S)의 평면상에서의 단면적은 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 제2 전극(220)의 평면상에서의 단면적보다 클 수 있다.
다만, 스트레인 모드의 제1 전극(210-S)의 상면의 실제 면적은 제1 전극(210)의 상면의 실제 면적과 실질적으로 동일할 수 있다. 또한 스트레인 모드의 제2 전극(220-S)의 상면의 실제 면적은 제2 전극(220)의 상면의 실제 면적과 실질적으로 동일할 수 있다.
제1 전극(210-S)의 상면의 면적 및 제2 전극(220)의 상면의 면적은 베이스 기판(100)의 상면의 면적 변화에 대응되어 변형될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 기판(100)은 외력(TS)에 따른 스트레스를 두께 변화를 통해 해소하고 상면의 실제 면적은 변화 없이 유지할 수 있다.
이에 따라, 스트레인 모드의 제1 전극(210-S)의 상면의 실제 면적과 스트레인 모드의 제2 전극(220-S)의 상면의 실제 면적은 각각 외력(TS)이 인가되지 않은 노멀 모드에서의 면적들과 실질적으로 동일하게 유지될 수 있다.
본 발명의 센서(200)의 터치 감도는 제1 전극(210)의 상면의 실제 면적, 제2 전극(220)의 상면의 실제 면적, 및 유전층(230)의 두께에 정의되는 정전 용량(capacitance)과 관련될 수 있다.
본 발명에 있어서, 외력(TS)에 의해 스트레인 모드의 베이스 기판(100-S)의 두께(TH1-S)가 노멀 모드의 베이스 기판(100)의 두께(TH1)로부터 변형되더라도, 제1 전극(210)의 상면의 실제 면적, 제2 전극(220)의 상면의 실제 면적, 및 유전층(230)의 두께는 일정하게 유지될 수 있다.
이에 따라, 본 발명에 따른 노멀 모드의 전자 장치(10-N)나 스트레인 모드의 전자 장치(10-S)는 실질적으로 균일한 터치 감도를 유지할 수 있다. 또한, 본 발명에 따르면 외력에 의해 형상이 변형되더라도 사용자에게 안정적인 터치 환경을 제공할 수 있는 전자 장치를 구현할 수 있다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 부분 단면도들이다. 도 4a는 노멀 모드의 전자 장치(10-N)에 제1 터치(TC-T)가 인가된 상태를 도시한 것이고, 도 4b는 노멀 모드의 전자 장치(10-N)에 제2 터치(TC-F)가 인가된 상태를 도시한 것이고, 도 4c는 스트레인 모드의 전자 장치(10-S)에 제1 터치(TC-T)가 인가된 상태를 도시한 것이다.
이하, 도 4a 내지 도 4c를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 대해 설명하기로 한다. 한편, 도 1 내지 도 3b에서 설명한 구성과 동일한 구성에 대해서는 동일한 참조부호를 부여하고 중복된 설명은 생략하기로 한다.
도 4a를 참조하면, 노멀 모드의 전자 장치(10-N)에 제1 터치(TC-T)가 인가되면 센서(200)에 소정의 정전 용량(CTS)이 형성될 수 있다. 제1 터치(TC-T)는 센서(200)에 대한 접촉 터치 및 근접 터치를 포함할 수 있다. 제1 터치(TC-T)가 접촉 터치일 때, 제1 터치(TC-T)의 세기는 센서(200)의 형상을 변형시키지 않을 정도의 세기일 수 있다.
센서(200)는 제1 터치(TC-T)에 의한 정전 용량(CTS)을 통해 제1 터치(TC-T)의 제공 여부를 감지한다. 센서(200)가 생성하는 전기적 신호는 제1 터치(TC-T)의 위치 정보(position information)를 포함할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 노멀 모드의 전자 장치(10-N)에 제2 터치(TC-F)가 인가되면 센서(200)에 소정의 정전 용량(CFS)이 형성될 수 있다. 제2 터치(TC-F)는 센서(200)에 대한 접촉 터치를 포함할 수 있다.
이때, 제2 터치(TC-F)의 세기는 센서(200)의 형상을 변형 시킬 정도의 세기일 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(210), 제2 전극(220), 및 유전층(230) 중 적어도 어느 하나에는 제2 터치(TC-F)에 의해 형상 변형이 발생될 수 있다.
센서(200)는 제2 터치(TC-F)에 의한 정전 용량(CFS)을 통해 제2 터치(TC-F)의 세기를 감지한다. 이에 따라, 센서(200)가 생성하는 전기적 신호는 제2 터치(TC-F)의 세기 정보(force information)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 전자 장치(10)는 하나의 센서(200)를 이용하여 터치의 위치 및 터치의 세기를 모두 감지할 수 있다. 따라서, 별도의 압력 센서를 포함하지 않더라도 다양한 터치 정보를 감지할 수 있어, 슬림하고 간소화된 구성의 전자 장치를 제공할 수 있다.
한편, 도 4c를 참조하면, 스트레인 모드의 전자 장치(10-S)에 제1 터치(TC-T)가 인가되면 스트레인 모드의 센서층(200-S)에 소정의 정전 용량(CTS-S)이 형성될 수 있다. 제1 터치(TC-T)가 도 4a의 노멀 모드의 센서(200)에 제공된 제1 터치(TC-T)와 동일할 때, 스트레인 모드의 센서층(200-S)에 형성된 정전 용량(CTS-S)과 노멀 모드의 센서(200)에 형성된 정전 용량(CTS)은 실질적으로 동일할 수 있다.
상술한 바와 같이, 센서(200)의 구성들 각각의 두께 및 센싱 면적은 외력 발생 여부에 관계없이 균일하게 유지되거나, 센서(200)의 구성들 각각의 두께 및 센싱 면적이 변화되더라도 변화된 두께 및 센싱 면적이 기초 정전 용량을 유지하도록 제어될 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 외력에 의해 형상이 변형되더라도 균일한 터치 감도를 가질 수 있고, 형상이 변형되는 환경에서도 안정적인 터치 센싱 환경을 사용자에게 제공할 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 도시한 사시도들이다. 도 5a에는 노멀 모드의 전자 장치(10S)를 도시하였고, 도 5b에는 제1 스트레인 모드의 전자 장치(10S-S1)를 도시하였고, 도 5c에는 제2 스트레인 모드의 전자 장치(10S-S2)를 도시하였다.
도 5a에 도시된 것과 같이, 전자 장치(10S)는 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)이 정의하는 평면상에서 제3 방향(DR3)에서 정의되는 두께를 갖는 사각 플레이트 형상을 가질 수 있다. 이때, 전자 장치(10S)의 평면상에서 투영된 형상은 제1 방향(DR1)을 따라 연장되고 서로 마주하는 두 변들 및 제2 방향(DR2)을 따라 연장되고 서로 마주하는 두 변들에 의해 정의되는 사각 형상일 수 있다.
전자 장치(10S)는 외력이 제공되는 위치나 방향에 따라 다양한 형상으로 변형될 수 있다.
예를 들어, 도 5b에 도시된 것과 같이, 제1 스트레인 모드의 전자 장치(10S-S1)는 노멀 모드의 전자 장치(10S)의 각 꼭지점들이 연신된 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 제1 스트레인 모드의 전자 장치(10S-S1)의 평면상에서 투영된 형상은 내측을 향해 볼록한 곡선들로 정의되는 사각 형상일 수 있다.
이때, 전자 장치(10S)에 제공된 외력(TS1)은 노멀 모드의 전자 장치(10S)의 중심으로부터 노멀 모드의 전자 장치(10S)의 각 꼭지점들을 향하는 방향으로 인가된 힘일 수 있고, 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 대한 사선 방향으로 인가되는 힘일 수 있다.
또는, 예를 들어, 도 5c에 도시된 것과 같이, 제2 스트레인 모드의 전자 장치(10S-S2)는 노멀 모드의 전자 장치(10S)의 각 모서리들이 연신된 형상을 가질 수 있다. 이에 따라, 제2 스트레인 모드의 전자 장치(10S-S2)의 평면상에서 투영된 형상은 외측을 향해 볼록한 곡선들로 정의되는 사각 형상일 수 있다.
이때, 전자 장치(10S)에 제공된 외력(TS2)은 노멀 모드의 전자 장치(10S)의 중심으로부터 노멀 모드의 전자 장치(10S)의 각 모서리들을 향하는 방향으로 인가된 힘일 수 있고, 제1 방향(DR1) 또는 제2 방향(DR2)과 대응되는 방향으로 인가되는 힘일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 노멀 모드에서의 전자 장치의 형상 및 스트레인 모드에서 인가되는 외력의 세기나 인가 방향에 따라, 스트레인 모드에서 다양한 형상으로 변형될 수 있다. 본 발명에 따른 전자 장치는 신축성을 가지므로, 외력에 대응하여 형상이 변형될 수 있고, 외력에 대해 향상된 신뢰성을 가질 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 사시도들이다. 도 7a는 도 6a에 도시된 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다. 도 7b는 도 6b에 도시된 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다. 도 7c는 도 7a 및 도 7b에 도시된 일부 구성들을 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 8a는 비교 실시예의 신장 변형률에 따른 저항 변화를 도시한 그래프이고, 도 8b는 본 발명의 일 실시예의 신장 변형률에 따른 저항 변화를 도시한 그래프이다.
도 6a에는 노멀 모드의 전자 장치(10-1)를 도시하였고, 도 6b에는 스트레인 모드의 전자 장치(10-1S)를 도시하였다. 이하, 도 6a 내지 도 8b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 대해 설명한다.
도 6a 및 도 7a에 도시된 것과 같이, 노멀 모드의 전자 장치(10-N)의 상면은 복수의 요철들을 포함할 수 있다. 복수의 요철들은 복수의 마루(Peak)들 및 복수의 골(Valley)들을 포함할 수 있다.
복수의 마루들 각각은 평면상에서 상측을 향해 돌출되고, 복수의 골들 각각은 평면상에서 하측을 향해 함몰될 수 있다. 복수의 마루들과 복수의 골들은 서로 교번하여 배열될 수 있다. 하나의 마루는 여섯 개의 골 구간들에 의해 에워싸일 수 있고, 하나의 골은 여섯 개의 마루들에 의해 에워싸일 수 있다.
노멀 모드의 전자 장치(10-N)는 베이스 기판(100-1), 제1 전극(210-1), 제2 전극(220-1), 및 유전층(230-1)을 포함한다. 베이스 기판(100-1)의 상면은 복수의 요철들을 포함할 수 있다.
베이스 기판(100-1)은 복수의 마루 구간들(PP) 및 복수의 골 구간들(VP)을 포함할 수 있다. 복수의 요철들은 복수의 마루 구간들(PP) 및 복수의 골 구간들(VP)에 의해 정의될 수 있다.
베이스 기판(100-1) 중 복수의 마루 구간들(PP)은 상대적으로 큰 두께를 갖고, 복수의 골 구간들(VP)은 상대적으로 낮은 두께를 가질 수 있다. 노멀 모드의 전자 장치(10-N)의 상면에 형성된 복수의 요철들은 실질적으로 베이스 기판(100-1)의 요철들이 반영되어 형성된 것일 수 있다. 한편, 베이스 기판(100-1)의 하면은 플랫한 평면일 수 있다.
제1 전극(210-1)은 베이스 기판(100-1)의 상면에 배치될 수 있다. 제1 전극(210-1)은 각각이 하나의 골 구간 및 두 개의 마루 구간들에 중첩하는 복수의 패턴들을 포함할 수 있다. 도 7a 및 도 7b에는 하나의 패턴을 예시적으로 도시하였다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 제1 전극(210-1)은 다양한 형상의 패턴들을 포함할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
제2 전극(220-1)은 제1 전극(210-1) 상에 배치될 수 있다. 본 실시예에서, 제2 전극(220-1)은 제1 전극(220-1)과 평면상에서 중첩하는 위치에 배치되고, 제1 전극(210-1)과 동일한 형상을 가진 패턴으로 도시되었다.
유전층(230-1)은 제1 전극(210-1) 및 제2 전극(220-1) 사이에 배치된다. 유전층(230-1)은 제1 전극(210-1)의 상면에 접촉하고, 제2 전극(220-1)의 하면에 접촉할 수 있다.
유전층(230-1)의 상면에는 베이스 기판(100-1)의 상면이 반영될 수 있다. 이에 따라, 유전층(230-1)의 상면은 베이스 기판(100-1)의 상면에 대응하는 복수의 요철들이 정의될 수 있다.
도 7b에 도시된 것과 같이, 외력(TS)이 인가되면 노멀 모드의 전자 장치(10-1N)는 변형된 형상을 가진 스트레인 모드의 전자 장치(10-1S)가 될 수 있다. 스트레인 모드의 전자 장치(10-1S)는 외력(TS)에 대응하여 형상을 변형시킴으로써, 외력(TS)에 대한 안정성을 확보할 수 있다.
외력(TS)이 인가됨에 따라, 스트레인 모드의 베이스 기판(100-1S)은 복수의 스트레인 마루 구간들(PP-S) 및 복수의 스트레인 골 구간들(VP-S)을 포함할 수 있다. 복수의 스트레인 마루 구간들(PP-S) 및 복수의 스트레인 골 구간들(VP-S)은 각각 노멀 모드의 베이스 기판(100-1)의 복수의 마루 구간들(PP) 및 복수의 골 구간들(VP)로부터 외력(TS) 인가 방향을 따라 연신된 부분들일 수 있다.
복수의 스트레인 마루 구간들(PP-S) 및 복수의 스트레인 골 구간들(VP-S)에 의해 정의되는 복수의 요철들은 복수의 마루 구간들(PP) 및 복수의 골 구간들(VP)에 의해 정의되는 복수의 요철들보다 완만한 형태일 수 있다.
본 실시예에 있어서, 복수의 요철들은 모굴(mogul) 구조를 가질 수 있다. 다만, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 복수의 요철들은 다양한 형상을 가질 수 있다.
예를 들어, 복수의 요철들은 복수의 피라미드(pyramid) 형상들, 또는 복수의 기둥(pillar) 형상들을 포함하는 구조를 가질 수 있다. 또는, 다공성(porous) 구조를 가질 수도 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 베이스 기판(100-1)은 다양한 구조를 통해 복수의 요철들을 포함하는 상면을 제공할 수 있으며, 어느 하나의 실시예로 한정되지 않는다.
복수의 스트레인 마루 구간들(PP-S) 각각의 두께는 복수의 마루 구간들(PP) 각각의 두께보다 감소되고, 복수의 스트레인 골 구간들(VP-S) 각각의 두께는 복수의 골 구간들(VP) 각각의 두께보다 증가될 수 있다. 이에 따라, 스트레인 모드의 베이스 기판(100-1S)의 평면상에 투영된 면적은 노멀 모드의 베이스 기판(100-1)의 평면상에 투영된 면적보다 클 수 있다.
스트레인 모드의 유전층(230-1S)은 스트레인 모드의 베이스 기판(100-1S)에 대응하여 외력(TS)이 인가된 방향을 따라 연신될 수 있다. 이에 따라, 스트레인 모드의 유전층(230-1S)의 평면상에 투영된 면적은 노멀 모드의 유전층(230)의 평면상에 투영된 면적보다 클 수 있다.
한편, 스트레인 모드의 유전층(230-1S)의 두께(TH-1S)는 노멀 모드의 유전층(230)의 두께(TH-1)와 실질적으로 동일할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10-1)에 있어서, 유전층(230)은 외력(TS)이 인가되더라도 실질적으로 제로(zero)의 두께 변화를 가질 수 있다.
본 발명에 있어서, 베이스 기판(100-1)은 인가된 외력(TS)을 복수의 요철들의 굴곡 변화를 통해 해소함으로써, 베이스 기판(100-1)의 상면의 면적 자체를 변형시키지 않고도 외력(TS)에 안정적으로 대응할 수 있다. 베이스 기판(100-1)의 상면의 실질적인 면적 변화가 없으므로, 베이스 기판(100-1)의 상면에 배치된 유전층(230-1S)의 하면의 면적 변화도 유도되지 않을 수 있다.
유전층(230-1)의 하면 및 상면은 베이스 기판(100-1)의 상면을 반영한다. 유전층(230-1)의 하면 및 상면은 동일한 형상을 가질 수 있다. 베이스 기판(100-1)의 상면의 형상 변화는 유전층(230-1)의 하면에 반영되고, 유전층(230-1)의 상면에도 반영된다.
스트레인 모드의 유전층(230-1S)의 하면의 면적 및 상면의 면적은 각각 노멀 모드의 유전층(230-1)의 하면의 면적 및 상면의 면적과 실질적으로 동일할 수 있다. 스트레인 모드의 유전층(230-1S)의 두께(TH-1S)는 노멀 모드의 유전층(230-1)의 두께(TH-1)와 실질적으로 동일할 수 있다. 유전층(230-1)은 두께 변화 없이 베이스 기판(100-1)의 형상 변형에 안정적으로 대응할 수 있다.
이에 따라, 스트레인 모드의 유전층(230-1S)의 평면상에 투영된 면적은 노멀 모드의 유전층(230-1)의 평면상에 투영된 면적보다 클 수 있으나, 스트레인 모드의 유전층(230-1S)의 부피는 노멀 모드의 유전층(230-1)의 부피와 실질적으로 동일할 수 있다.
한편, 도 7c를 참조하면, 노멀 모드의 제2 전극(220-1)과 스트레인 모드의 제2 전극(220-1S)은 형상의 차이점을 가진다. 노멀 모드의 제2 전극(220-1)은 평면상에 제1 형상(SP-N)으로 투영되고, 스트레인 모드의 제2 전극(220-1S)은 평면상에 제2 형상(SP-S)으로 투영될 수 있다.
제1 형상(SP-N)과 제2 형상(SP-S)은 서로 상이한 너비들(WD-N, WD-S)을 가진다. 이에 따라, 제1 형상(SP-N)과 제2 형상(SP-S)은 서로 상이한 면적들을 가진다고 볼 수 있다. 즉, 노멀 모드의 제2 전극(220-1)의 평면상에서의 단면적은 스트레인 모드의 제2 전극(220-1S)의 평면상에서의 단면적과 상이하게 된다.
이때, 스트레인 모드의 제2 전극(220-1S)의 상면 자체의 면적(AR-S)은 노멀 모드의 제2 전극(220-1)의 상면 자체의 면적(AR-N)과 실질적으로 동일할 수 있다. 스트레인 모드의 제2 전극(220-1S)은 외력(TS)에 의해 완만한 굴곡을 가지는 것으로 형태가 변형될 뿐, 상면의 면적이나 두께는 노멀 모드의 제2 전극(220-1)으로부터 변형되지 않는다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 제2 전극(220-1)은 외력(TS)에 의해 형상이 변형되더라도, 평면상에서의 단면적이 변형될 뿐, 상면 자체의 면적은 변화되지 않는다. 터치 감지를 위한 정전 용량 형성에 실질적으로 영향을 미치는 인자(factor)들은 유전층(230-1)의 두께 및 전극들의 상면 자체의 면적일 수 있다.
이와 관련하여, 도 8a 및 도 8b에 비교 실시예의 신장 변형(Elongation, %)에 따른 저항 변화(Resistance change, △R/R0)와 본 발명의 일 실시예의 신장 변형에 따른 저항 변화를 각각 도시하였다. 도 8a에 있어서, 제1 비교 그래프(PL1-E), 제2 비교 그래프(PL2-E), 및 제3 비교 그래프(PL3-E)는 각각 서로 다른 혼합 비율을 가진 전도성 폴리머로 형성된 전극층의 신축에 따른 저항 변화를 도시한 것이다. 비교 실시예는 신축에 따라 두께가 변화되는 베이스 기판 및 유전층을 포함한다.
도 8b에 있어서, 제1 그래프(PL1), 제2 그래프(PL2), 및 제3 그래프(PL3)는 각각 서로 다른 혼합 비율을 가진 전도성 폴리머로 형성된 전극층의 신축에 따른 저항 변화를 도시한 것이다. 제1 그래프(PL1)는 제1 비교 그래프(PL1-E)의 전극층과 대응되는 전극층의 저항 변화이고, 제2 그래프(PL2)는 제2 비교 그래프(PL2-E)의 전극층과 대응되는 전극층의 저항 변화이고, 제3 그래프(PL3)는 제3 비교 그래프(PL3-E)의 전극층과 대응되는 전극층의 저항 변화이다.
도 8b에 따른 본 발명의 실시예들은 베이스 기판(100-1)을 포함할 수 있다. 이때, 유전층은 형상이 변형되되, 두께는 변화되지 않을 수 있다. 이하, 도 8a 및 도 8b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전극층의 저항 변화에 대해 설명한다.
도 8a 및 도 8b에 도시된 것과 같이, 대응되는 전극층들의 그래프들을 서로 비교해 보면, 동일한 변형(elongation, %)에 대하여 본 발명에 따른 전극층들의 저항 변화(Resistance change, △R/R0)가 상대적으로 낮게 나타난다. 구체적으로, 제1 그래프(PL1)는 제1 비교 그래프(PL1-E) 보다 약 20% 이상의 변형 상태에서 낮은 저항 변화를 갖고, 제2 그래프(PL2)는 및 제3 그래프(PL3)는 제2 비교 그래프(PL2-E) 및 제3 비교 그래프(PL3-E) 각각보다 약 10% 이상의 변형 상태에서도 낮은 저항 변화를 가진다. 제3 그래프(PL3)의 경우, 제3 비교 그래프(PL3-E) 대비 변형이 발생된 초기 상태에서 저항 변화에 있어서 큰 차이를 보인다.
도 8b를 참조하면, 본 발명에 따른 전극층들의 저항 변화는 상대적으로 평이하다. 제1 내지 제3 그래프들(PL1, PL2, PL3)은 30%의 변형에도 저항 변화가 약 3 이하로 나타난다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 굴곡을 가진 베이스 기판(100-1)에 전극층을 제공함으로써, 스트레인 모드에서도 전기적으로 안정적인 감지 환경을 제공할 수 있다. 본 발명에 따르면, 스트레인 모드에서도 안정적으로 외부 터치를 감지할 수 있고, 형상 변형에도 안정적인 민감도를 가진 전자 장치가 제공될 수 있다.
다시 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 본 발명에 있어서, 스트레인 모드의 유전층(230-1S)의 두께(TH-1S)는 노멀 모드에서의 두께(TH-1)와 실질적으로 동일하고, 스트레인 모드의 제2 전극(220-1S)의 상면 자체의 면적(AR-S)도 노멀 모드에서의 면적(AR-N)과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10-1)는 외력(TS)에 의해 형상이 변형되더라도 균일한 터치 감도를 유지할 수 있으므로, 안정적인 터치 환경을 사용자에게 제공할 수 있다.
도 9a는 본 발명의 실시예에 따른 전자 장치의 시간에 따른 전류 변화를 도시한 그래프이고, 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 시간에 따른 전류 변화를 도시한 그래프이다.
도 9a 및 도 9b에는 도 7a 및 도 7b에 도시된 전자 장치(10-1N, 10-1S: 도 7a 참조)의 터치 감지 플롯들을 모드에 따라 각각 도시하였다. 도 9a에는 노멀 모드의 전자 장치(10-1N)에서의 시간에 따른 전류 변화를 도시하였고, 도 9b에는 스트레인 모드의 전자 장치(10-1S)에서의 시간에 따른 전류 변화를 도시하였다.
도 9a 및 도 9b에는 제1 터치가 입력된 구간(TS) 및 제2 터치가 입력된 구간(FS)을 도시하였다. 제1 터치는 도 4a 및 도 4c에 도시된 제1 터치(TC-T)에 대응되고, 제2 터치는 도 4b에 도시된 제2 터치(TC-F)에 대응될 수 있다.
도 9a에 도시된 것과 같이, 시간이 지남에 따라 인접 구간들보다 작은 전류 진폭을 갖는 복수의 구간들이 나타난다. 비교 실시예에서는 15초(s)를 기준으로, 15초 이전인 약 5초 지점과 약 10초 지점에서 제1 터치가 인가되고, 15초 이후인 약 15초 지점과 약 23초 지점에서 제2 터치가 인가되었다.
제1 터치 및 제2 터치가 인가됨에 따라, 전류 진폭의 변화가 발생된다. 이에 따라, 비교 실시예는 전류 진폭의 변화를 통해 제1 터치나 제2 터치를 감지할 수 있다.
한편, 제2 터치가 인가된 15초 이후 에서의 전류 진폭 변화는 제1 터치가 인가된 15초 이전 에서의 전류 진폭 변화보다 작게 나타날 수 있다. 이에 따라, 위치 정보를 포함하는 접촉 터치와 세기 정보를 포함하는 압력 터치가 구분될 수 있다.
도 9b에 도시된 것과 같이, 본 실시예에서도 제1 터치 및 제2 터치가 각각 두 번씩 인가되었으며, 15초를 기준으로, 15초 이전인 약 5초 지점과 약 10초 지점에 제1 터치에 해당하는 터치가 인가되고, 15초 이후인 약 16초 지점과 약 26초 지점에 제2 터치에 해당하는 터치가 인가되었다. 도 9b를 참조하면, 스트레인 모드에서 전자 장치(10-1S)에 발생되는 전류 변화 진폭은 노멀 모드에서의 전자 장치(10-1N)에서 발생되는 전류 변화 진폭에 비해 상대적으로 작게 나타난다. 그러나, 약 16초 지점 및 약 26초 지점에 도시된 바와 같이, 제2 터치가 인가되는 구간에서의 전류 변화 진폭도 노멀 모드에 비해 상대적으로 작게 나타난다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10-1)는 연신된 상태에서도 접촉 터치는 물론 압력 터치도 용이하게 감지할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10-1)는 연신 정도에 따라 안정적인 터치 감지 환경을 제공할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 전자 장치(10-1)의 형상 변화에 영향 없이 안정적으로 터치를 통해 전자 장치를 제어할 수 있다.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다. 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다. 도 10a 및 도 10b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 설명하기로 한다.
도 10a에 도시된 것과 같이, 전자 장치(10-2)는 베이스 기판(100-1), 제1 전극(210-2), 제2 전극(220-2), 및 유전층(230-2)을 포함할 수 있다. 베이스 기판(100-1), 및 유전층(230-2)은 도 7a에 도시된 베이스 기판(100-1) 및 유전층(230-1)과 대응될 수 있다. 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
제1 전극(210-2)과 제2 전극(220-2)은 평면상에서 비 중첩하도록 배치될 수 있다. 전자 장치(10-2)는 엇갈리게 배치된 제1 전극(210-2), 제2 전극(220-2), 및 유전층(230-2)에 의해 형성되는 정전 용량의 변화를 통해 외부에서 인가되는 터치를 감지할 수 있다.
도 10b에 도시된 것과 같이, 전자 장치(10-3)는 버퍼층(BFL) 및 보호층(PVL)을 더 포함할 수 있다. 버퍼층(BFL)은 베이스 기판(100-2) 및 유전층(230-2) 사이에 배치될 수 있다. 제1 전극(210-2)은 버퍼층(BFL) 상에 배치될 수 있다.
버퍼층(BFL)은 베이스 기판(100-2)의 상면을 커버한다. 버퍼층(BFL)은 산화 알루미늄과 같은 금속 산화물을 포함할 수 있다.
버퍼층(BFL)은 베이스 기판(100-2)의 상면 특성을 변화시킨다. 이에 따라, 제1 전극(210-3)은 버퍼층(BFL)에 의해 베이스 기판(100-3) 상에 안정적으로 형성될 수 있다.
보호층(PVL)은 유전층(230-2) 상에 배치될 수 있다. 보호층(PVL)은 제2 전극(220-2)을 커버한다. 보호층(PVL)은 센서층을 외부로부터 전기적으로 절연시키고 센서층을 보호한다.
보호층(PVL)은 절연 물질을 포함한다. 보호층(PVL)은 신축성을 가진 절연 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호층(PVL)은 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane, PDMS), 에코플렉스(ecoflex) 및 폴리우레탄(polyurethane, PU) 등 신축성을 가지는 물질로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상을 포함할 수 있다.
또는, 보호층(PVL)은 유전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 보호층(PVL)은 신축성 물질 내에 산화물 입자들이 분산된 혼합물을 포함할 수 있다. 이에 따라, 보호층(PVL)은 신축성을 가지면서도 유전율 제어가 용이한 기능층으로 형성될 수 있다. 한편, 이는 예시적으로 도시한 것이고, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치는 다양한 층 구성들을 포함할 수 있으며, 다양한 배열의 전극들로 구성된 센서층을 포함할 수 있다.
도 11a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이고, 도 11b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 일부를 도시한 단면도이다. 도 11b는 도 11a에 도시된 전자 장치의 스트레인 모드일 때의 상태를 도시한 것이다.
도 11b는 제1 방향(DR1)과 평행한 방향으로 인가된 외력에 의해 연신된 상태인 것을 제외하고 도 11a에 도시된 전자 장치(10-4)와 동일한 구성들을 포함할 수 있다. 이하, 도 11a 및 도 11b를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치에 대해 설명한다.
도 11a에 도시된 것과 같이, 전자 장치(10-4)는 베이스 기판(100), 제1 전극(210-4), 유전층(230-4), 및 제2 전극(220-4)을 포함할 수 있다. 베이스 기판(100)은 제1 두께(TH11)를 갖고, 유전층(230-4)은 제2 두께(TH12)를 갖고, 제1 전극(210-4)은 제3 두께(TH13)를 갖고, 제2 전극(220-4)은 제4 두께(TH14)를 가질 수 있다.
베이스 기판(100)은 외력에 의해 스트레인 모드의 베이스 기판(100-S)으로 변형될 수 있다. 이때, 스트레인 모드의 베이스 기판(100-S)의 두께(TH11-S)는 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 베이스 기판(100)의 두께(TH11)와 상이할 수 있다.
베이스 기판(100)은 도 3a에 도시된 베이스 기판(100)과 실질적으로 동일하고, 스트레인 모드의 베이스 기판(100-S)은 도 3b에 도시된 스트레인 모드의 베이스 기판(100-S)과 실질적으로 동일할 수 있다. 따라서, 이에 대한 중복된 설명은 생략하기로 한다.
유전층(230-4)은 외력에 의해 스트레인 모드의 유전층(230-4S)으로 변형될 수 있다. 스트레인 모드의 유전층(230-4S)의 두께(TH12-S)는 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 유전층(230-4)의 두께(TH12)와 실질적으로 동일할 수 있다.
제2 전극(220-4)은 외력에 의해 스트레인 모드의 제2 전극(220-4S)으로 변형될 수 있다. 스트레인 모드의 제2 전극(220-4S)의 두께(TH14-S)와 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 제2 전극(220-4)의 두께(TH14)의 차이는 없거나 극히 작을 수 있다.
제1 전극(210-4)은 외력에 의해 스트레인 모드의 제1 전극(210-4S)으로 변형될 수 있다. 이때, 스트레인 모드의 제1 전극(210-4S)의 두께(TH13-S)와 외력이 인가되지 않은 노멀 모드의 제1 전극(210-4)의 두께(TH13)는 서로 상이할 수 있다.
제1 전극(210-4)은 제2 전극(220-4)에 비해 상대적으로 베이스 기판(100)의 상면에 인접하여 배치된다. 이에 따라, 제1 전극(210-4)은 베이스 기판(100)의 상면의 면적 변화에 대해 제2 전극(220-4)에 비해 상대적으로 큰 영향을 받을 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10-4)는 스트레인에 대한 민감도가 높은 물질로 제1 전극(210-4)을 형성함으로써, 전자 장치(10-4)의 스트레인(strain) 변화도 용이하게 감지할 수 있다. 본 발명에 따르면, 외부 터치의 위치 정보나 세기 정보는 물론, 외력에 의한 전자 장치(10-4)의 변형정도에 대해서도 감지할 수 있는 다 기능성 센서를 구현할 수 있다.
도 11b에 도시된 것과 같이, 스트레인 모드의 전자 장치(10-4S)는 도 11a에 도시된 전자 장치(10-4)로부터 연신된 형상을 가질 수 있다. 스트레인 모드의 전자 장치(10-4S)는 스트레인 모드의 베이스 기판(100-4S), 스트레인 모드의 제1 전극(210-4S), 스트레인 모드의 제2 전극(220-4S), 및 스트레인 모드의 유전층(230-4)을 포함한다.
스트레인 모드의 베이스 기판(100-4S)은 스트레인 모드의 제1 두께(TH11-S)를 갖고, 스트레인 모드의 유전층(230-4S)은 스트레인 모드의 제2 두께(TH12-S)를 갖고, 스트레인 모드의 제1 전극(210-4S)은 스트레인 모드의 제3 두께(TH13-S)를 갖고, 스트레인 모드의 제2 전극(220-4S)은 스트레인 모드의 제4 두께(TH14-S)를 가질 수 있다.
이때, 제1 전극(210-4)은 제2 전극(220-4)과 상이한 신축 민감도를 가질 수 있다. 예를 들어, 동일 신축 변형에 대하여 제1 전극(210-4)은 제2 전극(220-4)과 상이한 저항 변화를 가질 수 있다.
구체적으로, 제1 전극(210-4)은 제2 전극(220-4)과 상이한 신축성을 가질 수 있다. 본 실시예에서, 제1 전극(210-4)은 제2 전극(220-4) 보다 낮은 신축성을 가질 수 있다. 예를 들어, 동일한 외력에 대하여, 제4 두께(TH14)와 스트레인 모드의 제4 두께(TH14-S)는 실질적으로 동일하고, 제3 두께(TH13)와 스트레인 모드의 제3 두께(TH13-S)는 서로 상이해질 수 있다.
제1 전극(210-4)은 외력에 의해 두께 변화가 발생된다. 제1 전극(210-4)의 두께 변화는 제1 전극(210-4)의 내부 저항을 변화시킬 수 있다. 이에 따라, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10-4)는 제1 전극(210-4)의 내부 저항 변화를 통해 베이스 기판(100-4)의 연신 정도를 감지할 수 있다.
구체적으로, 교류 펄스 전압을 제2 전극(220-4)에 인가하고, 제1 전극(210-4)의 전압을 측정하면, 제1 전극(210-4)의 저항 변화에 따라 변화된 전압이 측정될 수 있다. 변화된 전압은 전자 장치(10-4)의 연신 정도가 반영된 요소(factor)일 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(10-4)는 터치 감지와 동시에 외력에 따른 연신 정도를 감지할 수 있는 다 기능성 센서가 될 수 있다.
이때, 제1 전극(210-4)은 신축성을 가진 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(210-4)은 금속 나노 입자, 금속 나노 와이어, 탄소 나노 튜브(CNT), 전도성 폴리머, 및 이들의 복합체 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 전도성 폴리머는 통전 가능한 고분자 물질 복합체일 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(210-4)은 CNT/PEDOT:PSS/PU, CNT/PU, Ag NW/PU, Ag NP/PDMS, Ag NW/PDMS, Graphene/rubber, ZnO NW/polystyrene, Polypyrrole/PU, Carbon black/PDMS, AgNW/PEDOT:PSS/PU, Graphene/AgNWs, AgNW/PU, AgNW/PDMS, SWCNT/PMMA (polymethyl methacrylate), rGO/Polyimide, CNT/Ecoflex, CBs/PDMS, ZnO NWs/PDMS, CBs/TPE, CNT/Ecoflex, CBs/Ecoflex, CNTs/silicone elastomer, Graphene/rubber, Ag NWs/Ecoflex, Platinum (Pt)/PDMS, Au NWs/PANI/rubber, Au NWs/latex rubber, ZnO-embedded paper, graphene woven fabrics, Aligned CNTs/PDMS, Graphene foam/PDMS 등의 투명한 금속 나노 와이어/폴리머 복합체 또는 투명한 금속 나노 입자/폴리머 복합체, Dragon Skin® 등을 포함할 수 있다.
한편, 제1 전극(210-4)은 제2 전극(220-4)에 비해 상대적으로 스트레인 변화에 민감할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(210-4)은 제2 전극(220-4)에 비해 스트레인 변화에 대해 큰 저항 변화를 가질 수 있다. 스트레인 변화에 대한 민감도는 전극 구조(형상)나 전극 재료에 따라 달라질 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(210-4)은 신축성을 가진 도전성 물질 중 제2 전극(220-4)보다 높은 신축 민감도를 가진 물질을 포함할 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(210-4)과 제2 전극(220-4) 각각이 신축성을 가진 도전성 물질을 포함하더라도, 실질적인 신축 민감도를 상이하게 설계함으로써, 스트레인 정도를 용이하게 감지할 수 있는 전자 장치가 제공될 수 있다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 전극의 시간에 따른 전류 변화를 도시한 그래프들이다. 도 12a는 노멀 모드에서의 제1 전극(210-4: 도 11a 참조)의 전류 변화이고, 도 12b 내지 도 12d는 스트레인 모드에서의 제1 전극(210-4S: 도 11b 참조)의 전류 변화들이다. 도 12b 내지 도 12d는 서로 상이한 신축 변형 정도를 가질 때의 그래프들을 도시하였다. 도 12b는 약 10%로 신장된 상태의 전류 변화, 도 12c는 약 20%로 신장된 상태의 전류 변화, 도 12d는 약 30%로 신장된 상태의 전류 변화를 도시하였다. 이하, 도 12a 내지 도 12d를 참조하여 스트레인 모드에서의 연신 정도 측정에 대해 설명한다.
도 12 내지 도 12d를 참조하면, 제1 전극(210-4S)은 더 큰 변형 정도를 가질수록 낮은 진폭의 전류 변화 흐름을 보인다. 노멀 모드에서의 제1 전극(210-4)은 약 ±610-6 (A)의 진폭을 가진 전류 변화를 보이나, 스트레인 모드에서의 제1 전극(210-4S)은 연신 정도가 증가함에 따라 낮은 진폭의 전류 변화로 변화된다. 가장 큰 연신 정도인 30%로 신장된 상태에서 약 ±110-6 (A) 이하의 진폭 변화를 보이는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치(10-4)는 제1 전극(210-4)을 연신 정도에 따라 민감한 저항 변화를 보이도록 설계함으로써, 전자 장치(10-4)의 연신 정도를 측정할 수 있다. 이에 따라, 전자 장치(10-4)는 터치 및 연신 정도를 모두 감지할 수 있는 다 기능성 전자 장치로 활용될 수 있다.
도 13a는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 13b는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다. 도 13a 및 도 13b를 참조하여 본 발명에 대해 설명한다.
도 13a에 도시된 것과 같이, 전자 장치(10-5)는 표시층(300)을 더 포함할 수 있다. 표시층(300)은 베이스 기판(100) 및 센서(200) 사이에 배치될 수 있다. 표시층(300)은 전기적 신호에 의해 영상을 표시할 수 있다.
표시층(300)은 표시소자층(DPL) 및 커버층(ECL)을 포함할 수 있다. 표시소자층(DPL)은 전기적 신호에 따라 영상을 생성하는 표시 소자를 포함할 수 있다. 표시 소자는 다양한 실시예들을 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 소자는 유기발광소자, 액정 소자, 전기 영동 소자, 또는 전기 습윤 소자일 수 있다.
커버층(ECL)은 표시 소자층(DPL) 상에 배치된다. 커버층(ECL)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 커버층(ECL)은 표시 소자층(DPL)을 외부로부터 보호한다.
본 실시예에서, 센서(200)는 표시층(300) 상에 배치되어 평면상에서 표시층(300)과 중첩할 수 있다. 따라서, 센서(200)는 광학적으로 투명할 수 있다. 표시층(300)에서 생성된 영상은 투명한 센서(200)을 통해 사용자에게 용이하게 시인될 수 있다.
도 13b에 도시된 것과 같이, 전자 장치(10-6)에 있어서, 표시층(300)은 센서(200) 상에 배치될 수도 있다. 이때, 센서(200)는 표시층(300)이 표시하는 영상의 시인성에 영향을 적게 미칠 수 있다. 이에 따라, 센서(200)는 광학적으로 불 투명한 물질로도 형성될 수 있어, 다양한 재료를 통해 센서(200)을 용이하게 형성할 수 있다.
도 14a 내지 도 14e는 본 발명의 일 실시예에 따른 전자 장치의 제조방법을 도시한 단면도들이다. 도 14a 내지 도 14e를 참조하여 전자 장치의 형성 과정에 대해 설명한다. 도 14a 내지 도 14e에는 도 10a에 도시된 전자 장치의 제조 방법을 예시적으로 도시하였다.
도 14a에 도시된 것과 같이, 상면에 복수의 요철들이 형성된 베이스 기판(100-1)을 제공한다. 베이스 기판(100-1)은 평탄한 하면 및 하면으로부터 상이한 두께들을 형성하는 복수의 마루들 및 복수의 골들을 포함하는 상면을 포함한다.
도 14b에 도시된 것과 같이, 베이스 기판(100-1)에 버퍼층(BFL)을 형성할 수 있다. 버퍼층(BFL)은 증착 또는 코팅 공정을 통해 형성되어 베이스 기판(100-1)의 상면을 커버한다.
예를 들어, 버퍼층(BFL)은 산화 알루미늄을 원자층 증착법(Atomic layer deposition)을 이용하여 형성할 수 있다. 버퍼층(BFL)은 버퍼층(BFL) 상에 배치되는 금속 패턴이 얇은 박막을 갖더라도 요철 표면에 안정적으로 형성되도록 한다.
이후, 도 14c에 도시된 것과 같이, 제1 전극(210)을 형성한다. 제1 전극(210)은 도전 물질을 버퍼층(BFL) 상에 직접 패터닝하여 형성할 수 있다. 제1 전극(210)은 버퍼층(BFL)을 통해 베이스 기판(100-1) 상에 높은 결합력을 가지며 안정적으로 형성될 수 있다.
한편, 제1 전극(210)은 베이스 기판(100-1)의 상면 형상을 따라 형성될 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(210)은 베이스 기판(100-1)의 상면의 형상을 반영한 형상으로 형성될 수 있다. 제1 전극(210)은 단면상에서 웨이브 형상을 갖도록 형성될 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(210)은 PEDOT:PSS/PU 복합체를 스텐실 마스크를 이용하여 스프레이 코팅법으로 형성할 수 있다. 이후, 소정의 열처리를 추가로 거칠 수 있다. 이에 따라, 제1 전극(210)은 얇은 두께의 박막으로 형성되더라도 안정적으로 형성될 수 있다.
이후, 도 14d에 도시된 것과 같이, 유전층(230)을 형성한다. 유전층(230)은 절연 물질을 버퍼층(BFL) 또는 베이스 기판(100-1) 상에 도포하거나 증착하여 형성될 수 있다. 이에 따라, 유전층(230)의 상면은 베이스 기판(100-1)의 상면을 반영하여 형성될 수 있다.
예를 들어, 스핀 코팅을 이용하여 수용성 폴리 우레탄으로 베이스 기판(100-1)의 상면 또는 버퍼층(BFL)의 상면에 코팅층을 형성한다. 이후 소정의 열처리를 거쳐 유전층(230)을 형성할 수 있다.
이후, 도 14e에 도시된 것과 같이, 제2 전극(220)을 형성한다. 제2 전극(220)은 유전층(230) 상에 도전 물질을 패터닝하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 유전층(230) 상에 PEDOT:PSS/PU 복합체를 포함하는 층을 형성한 후, 이를 패터닝하여 제2 전극(220)을 형성할 수 있다. 제2 전극(220)은 유전층(230)의 상면이 반영된 형상을 가질 수 있으며, 이에 따라, 단면상에서 물결 형상으로 형성될 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.
10: 전자 장치 100: 베이스 기판
210: 제1 전극 220: 제2 전극
230: 유전층

Claims (26)

  1. 외부에서 인가되는 외력에 의해 평면상에서의 단면적이 가변되는 베이스 기판; 및
    상기 베이스 기판 상에 배치되어 외부에서 인가되는 터치를 감지하고, 상기 외력에 의해 상기 평면상에서의 단면적이 가변 되는 센서를 포함하고,
    상기 센서는,
    상기 베이스 기판 상에 배치된 제1 전극;
    상기 베이스 기판 상에 배치되고, 상기 제1 전극과 전계를 형성하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 사이에 배치된 유전층을 포함하고,
    상기 베이스 기판 및 상기 센서가 수평한 방향으로 늘어날 때, 상기 유전층의 두께는 일정하게 유지되고,
    상기 베이스 기판의 상면에 외력이 인가되지 않을 때, 상기 베이스 기판의 상기 상면은 복수의 마루 구간들 및 복수의 골 구간들을 포함하고, 상기 베이스 기판이 수평하게 늘어날 때와 상기 베이스 기판이 수평하게 늘어나지 않을 때, 상기 베이스 기판의 상기 상면의 면적은 변동되지 않는 전자 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 평면상에서의 단면적은 상기 평면상에 투영된 면적인 전자 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은,
    상기 외력이 0(zero) MPa인 제1 모드에서 제1 단면적을 갖고,
    상기 외력이 0 MPa보다 큰 제2 모드에서, 제2 단면적을 갖는 전자 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제2 단면적은 상기 제1 단면적보다 큰 전자 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 모드에서의 상기 유전층의 상면의 면적은 상기 제2 모드에서의 상기 유전층의 상면의 면적과 실질적으로 동일한 전자 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제1 모드에서의 상기 유전층의 상기 평면상에 투영된 면적은 상기 제2 모드에서의 상기 유전층의 상기 평면상에 투영된 면적보다 작은 전자 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제3 항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 하면은 상기 평면상에서 플랫(flat)한 전자 장치.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 베이스 기판의 상기 제1 모드에서의 두께는 상기 베이스 기판의 상기 제2 모드에서의 두께보다 큰 전자 장치.
  11. 제2 항에 있어서,
    상기 유전층은 상기 복수의 마루 구간들과 중첩하는 영역에서의 두께와 상기 복수의 골 구간들과 중첩하는 영역에서의 두께가 실질적으로 동일한 전자 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전극은 압저항성 물질을 포함하는 전자 장치.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 동일한 물질을 포함하는 전자 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 각각은 광학적으로 투명한 전자 장치.
  15. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 상이한 물질을 포함하는 전자 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 베이스 기판이 상기 제1 단면적을 가질 때의 상기 제1 전극의 두께는 상기 베이스 기판이 상기 제2 단면적을 가질 때의 상기 제1 전극의 두께보다 큰 전자 장치.
  17. 복수의 요철들이 정의된 상면을 포함하고 신축성을 가진 베이스 기판; 및
    상기 상면 상에 배치되고 외부에서 인가되는 터치를 감지하는 센서를 포함하고,
    상기 센서는,
    상기 상면 상에 배치된 제1 전극;
    상기 제1 전극 상에 배치되고 압 저항성 물질을 포함하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 배치되고 신축성을 가진 유전층을 포함하고,
    상기 베이스 기판의 상면은 복수의 마루 구간들 및 복수의 골 구간들을 포함하고, 상기 베이스 기판의 상면에 외력이 인가되지 않은 노멀 모드에서 상기 마루 구간들과 상기 골 구간들 사이의 높이차는, 상기 베이스 기판의 상기 상면에 외력이 인가되는 확장 모드에서 상기 마루 구간들과 상기 골 구간들 사이의 높이차보다 큰 전자 장치.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 터치가 제공되는 위치 및 상기 터치의 세기를 감지하는 전자 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 제2 전극의 저항은 상기 터치의 세기와 반비례하는 전자 장치.
  20. 제17 항에 있어서,
    상기 베이스 기판은 외부에서 제1 외력이 제공되는 제1 모드에서 제1 단면적을 갖고, 상기 제1 외력보다 큰 제2 외력이 제공되는 제2 모드에서 상기 제1 단면적보다 큰 제2 단면적을 갖는 전자 장치.
  21. 제20 항에 있어서,
    상기 복수의 마루 구간들 각각의 높이 및 상기 복수의 골 구간들 각각의 깊이는 상기 제1 모드와 상기 제2 모드에서 서로 상이한 전자 장치.
  22. 제21 항에 있어서,
    상기 제1 외력 및 상기 제2 외력에 따른 상기 제1 전극의 두께 변화량과 상기 제2 전극의 두께 변화량은 서로 상이한 전자 장치.
  23. 제22 항에 있어서,
    상기 센서는 상기 베이스 기판의 신축 정도를 감지하는 전자 장치.
  24. 제20 항에 있어서,
    상기 제1 모드에서의 상기 유전층의 두께는 상기 제2 모드에서의 상기 유전층의 두께와 실질적으로 동일한 전자 장치.
  25. 제24 항에 있어서,
    상기 제2 전극의 상면의 면적은 상기 제1 모드 및 상기 제2 모드에서 실질적으로 동일한 전자 장치.
  26. 제17항에 있어서,
    상기 베이스 기판 및 상기 센서 사이에 배치되고 영상을 표시하는 표시층을 더 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극은 광학적으로 투명한 전자 장치.
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