KR102483412B1 - 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치가 제공된다. 접촉 감응 소자는 강유전성 폴리머(Ferroelectric Polymer)로 이루어지는 제1 전기 활성층, 제1 전기 활성층의 적어도 일면에 배치된 복수의 전극 및 복수의 전극 및 제1 전기 활성층과 접하며 전기 활성 폴리머로 이루어지는 제2 전기 활성층을 포함한다. 광투과율이 낮은 강유전성 폴리머로 구성된 제1 전기 활성층 상에, 굴절률이 낮고 전기 활성 폴리머로 이루어진 코팅층을 형성함으로써, 접촉 감응 소자의 광투과율 및 진동 강도를 동시에 향상시킬 수 있다.

Description

접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치{TOUCH SENSITIVE DEVICE AND DISPLAY DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 진동 강도 및 광투과율이 향상된 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 액정 표시 장치 및 유기 발광 표시 장치를 비롯한 다양한 디스플레이 장치를 간편하게 사용하려는 사용자들의 요구에 따라, 디스플레이 장치를 터치하여 입력하는 터치 방식의 표시 장치의 사용이 보편화되고 있다. 이에 따라 사용자에게 직접적이고 다양한 터치 피드백(feedback)을 제공하기 위해 햅틱(haptic) 장치를 활용하는 연구가 계속되고 있다. 특히, 종래의 햅틱 장치는 표시 패널 후면에 부착되어 있으므로, 사용자의 터치에 대한 즉각적이고 미세한 피드백을 제공하기 어려웠다. 따라서, 표시 패널의 상부에 햅틱 장치를 위치시킴으로써, 사용자의 터치에 민감하고 다양하며 직접적인 피드백을 제공하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
종래에는, 이러한 햅틱 장치로 표시 장치에 편심 모터(Eccentric Rotating Mass; ERM), 선형 공진 모터(Linear Resonant Actuator; LRA)와 같은 진동 모터가 사용되었다. 진동 모터는 표시 장치 전체를 진동시키도록 구성되어, 진동 강도를 증가시키기 위해서는 질량체의 크기를 증가시켜야 하는 문제점이 있었고, 진동의 정도를 조절하기 위한 주파수 변조가 어려우며, 응답 속도가 매우 느리다는 단점이 있다.
상술한 바와 같은 문제점들을 개선하기 위하여, 햅틱 장치의 재료로서 형상 기억 합금(Shape Memory Alloy; SMA) 및 압전성 세라믹(Electro-Active Ceramics; EAC)이 개발되어 왔다. 그러나, 형상 기억 합금(SMA)은 반응속도가 느리고 수명이 짧으며 불투명하고, 압전성 세라믹(EAC)은 외부 충격에 대한 내구성이 낮아 외부 충격에 의해 쉽게 깨진다는 단점이 있다. 또한, 압전 세라믹 액츄에이터는 편심 모터 및 선형 공진 모터와 마찬가지로 불투명하고 박형화가 어렵다는 문제점이 있다.
[관련기술문헌]
1. ERM 액추에이터를 이용한 햅틱 효과 발생 방법 및 햅틱 지원 시스템 (한국특허출원번호 제10-2013-0011958호)
이에, 해결하고자 하는 과제는 진동 강도가 향상되고, 구동 전압이 감소된 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 해결하고자 하는 다른 과제는 광투과율을 향상시켜, 표시 패널로부터 광이 방출되는 방향인 표시 패널의 상부에 배치될 수 있는 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 강유전성 폴리머(Ferroelectric Polymer)로 이루어지는 제1 전기 활성층, 제1 전기 활성층의 적어도 일면에 배치된 복수의 전극 및 복수의 전극 및 제1 전기 활성층과 접하며 전기 활성 폴리머로 이루어지는 제2 전기 활성층을 포함한다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널 및 표시 패널 상부 또는 하부의 접촉 감응 소자를 포함하고, 접촉 감응 소자는 강유전성 폴리머로 이루어지는 제1 전기 활성층, 제1 전기 활성층의 적어도 일면에 배치된 복수의 전극 및 복수의 전극과 제1 전기 활성층과 접하며 전기 활성 폴리머로 이루어지는 제2 전기 활성층을 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
진동 강도를 향상시켜 사용자에게 보다 강한 촉각 피드백을 전달할 수 있고, 접촉 감응 소자의 구동 전압을 낮출 수 있다.
또한, 접촉 감응 소자의 광투과율을 향상시켜 접촉 감응 소자를 표시 패널 상에 배치시키는 경우 발생할 수 있는 표시 패널의 화상의 품질 저하를 최소화하고, 사용자에게 직접적인 진동감을 전해줄 수 있다.
본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3은 실시예 1 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자의 광투과율에 대한 그래프이다.
도 4는 실시예 1 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자의 헤이즈에 대한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.
위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.
소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 "위 (on)"로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.
비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.
명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.
본 명세서에서 접촉 감응 소자는 접촉 감응 소자에 대한 사용자의 접촉에 대응하여 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있는 소자를 의미한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 구조를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 접촉 감응 소자(100)는 제1 전기 활성층(110), 복수의 전극(120) 및 제2 전기 활성층(130)을 포함한다.
제1 전기 활성층(110)은 전압이 인가됨에 따라 그 형상이 변형되어 진동을 발생시킬 수 있는 층을 의미한다. 제1 전기 활성층(110)은 전기적인 자극에 의하여 변형되는 전기활성 폴리머(Electroactive Polymer; EAP)인 강유전성 폴리머로 이루어진다. 강유전성 폴리머는 PVDF계 폴리머일 수 있다. PVDF계 폴리머는, 폴리머의 주쇄에 PVDF 반복 단위를 포함하는 폴리머를 의미하며, 예를 들어, PVDF 호모폴리머 또는 PVDF 코폴리머일 수 있다.
일반적으로, 전기 활성층에 사용될 수 있는 전기활성 폴리머로는 강유전성 폴리머와 유전성 엘라스토머(Dielectric Elastomer)가 주로 사용되고 있다. 실리콘계 폴리머, 우레탄계 폴리머 또는 아크릴계 폴리머 등으로 구성되는 유전성 엘라스토머는 강유전성 폴리머에 비해 비유전율(relative permittivity)이 상대적으로 낮기 때문에, 구동 전압이 높아 모바일 전자 기기 등과 같이 상대적으로 낮은 전압에 의해 구동되는 표시 장치에 사용되기 어렵다는 문제점이 있다. 이에 반해, 강유전성 폴리머는 유전성 엘라스토머에 비해 비유전율이 우수하여 저 전압에서 진동 강도가 크다는 장점이 있다.
제1 전기 활성층(110)은 강유전성 폴리머를 포함하는 필름일 수 있다. 즉, 제1 전기 활성층(110)은 강유전성 폴리머를 제막함으로써 형성될 수 있다. 이때, 공압출 공정 또는 용액 공정 등의 방법을 이용하여 강유전성 폴리머로 이루어진 필름을 제조할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
한편, 제1 전기 활성층(110)의 두께는 접촉 감응 소자(100)가 낮은 구동 전압으로도 충분한 진동을 발생시킬 수 있도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전기 활성층(110) 의 두께는 10㎛ 내지 200㎛일 수 있다. 제1 전기 활성층(110) 의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 충분한 진동을 발생시킬 수 있고, 구동 전압을 낮출 수 있다. 접착 감응 소자(100)의 두께가 200㎛보다 큰 경우, 접촉 감응 소자(100)의 구동을 위해 과도한 구동 전압이 요구될 수 있기 때문이다.
제1 전기 활성층(110)은 제1 전기 활성층(110)을 구성하는 강유전성 폴리머의 종류에 따라 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 전기 활성층(110)이 PVDF 호모폴리머로 이루어지는 경우, 제1 전기 활성층(110)은 1.45정도의 굴절률을 가질 수 있다.
복수의 전극(120)은 전기적인 자극에 의하여 진동 또는 휨을 유도하도록 제1 전기 활성층(110) 및 제2 전기 활성층(130)에 전기장을 인가한다. 도 1에 도시된 접촉 감응 소자(100)에서는 제1 전기 활성층(110)의 상면 및 하면에 복수의 전극이 배치된다.
복수의 전극(120)은 도전성 물질로 이루어진다. 또한, 접촉 감응 소자(100)의 광투과율을 확보하기 위해, 복수의 전극(120)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(120)은 인듐 주석 산화물(Induim Tin Oxide, ITO), 인듐 아연 산화물 (Indium Zinc Oxide, IZO), 그래핀(Graphene), 금속 나노 와이어 및 투명 전도성 산화물(TCO)등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 복수의 전극(120)은 메탈 메쉬(metal mesh)로 이루어질 수도 있다. 즉, 복수의 전극(120)은 금속 물질이 메쉬 형태로 배치되는 메탈 메쉬로 구성되어, 복수의 전극(120)은 실질적으로 투명한 전극으로 구성될 수도 있다. 다만, 복수의 전극(120)의 구성 물질은 상술한 예에 제한되지 않고, 다양한 투명 도전성 물질이 복수의 전극(120) 의 구성 물질로 사용될 수 있다. 복수의 전극(120)의 서브 전극 각각은 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 서로 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.
복수의 전극(120)은 구성하는 물질에 따라 상이한 굴절률을 가질 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(120)이 ITO 또는 IZO로 이루어지는 경우, 복수의 전극(120)의 굴절률은 1.8 내지 2.0일 수 있다.
복수의 전극(120)은 도전성 물질이므로, 일반적으로 PVDF계 폴리머 보다 굴절률이 크다. 따라서, 복수의 전극(120)은 제1 전기 활성층(110)상에 배치되어 접촉 감응 소자(100)에 대한 반사율을 증가시키고 광투과율을 저하시킬 수 있다.
복수의 전극(120)은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 복수의 전극(120)은 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing), 슬릿 코팅(slit coating) 등과 같은 방식으로 제1 전기 활성층(110)에 형성될 수 있다.
복수의 전극(120)은 필요에 따라 다양한 형태로 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전기 활성층(110)의 상면 및 하면에 각각 복수의 전극(120)이 배치될 수 있다. 이때, 제1 전기 활성층(110)의 상면에 배치되는 전극은 X축 방향으로 연장되고, 제1 전기 활성층(110)의 하면에 배치되는 전극은 Y측 방향으로 연장되어, 서로 교차하여 매트릭스 형태로 배치되는 수직 배치 구조일 수 있다. 또한, 복수의 전극(120)이 제1 전기 활성층(110)의 일면에만 배치되는 수평 배치 구조일 수도 있다. 뿐만 아니라, 하나의 셀(cell) 내에서 제1 전기 활성층(110)의 상면 및 하면 각각에 복수의 전극이 서로 대향하도록 배치되어, 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현될 수 있는 멀티레이어(multilayer) 형태일 수도 있다.
도 1에 도시된 접촉 감응 소자(100)는 제1 전기 활성층(110)의 상면에 복수의 상부 전극 및 제1 전기 활성층(110)의 하면에 복수의 하부 전극을 포함한다. 이때, 각각의 전극에 다양한 조합으로 전압을 인가함으로써, 다양한 전기장을 형성시킬 수 있다. 따라서, 접촉 감응 소자(100)가 다양하게 구동할 수 있으며, 부분적으로 독립하여 진동할 수 있어, 사용자에게 다양하고 직접적인 촉각을 전달할 수 있다. 복수의 전극(120)은 외부로부터 전압이 인가되어 전기장을 형성한다. 제1 전기 활성층(110)에 전기장을 형성하기 위해서, 복수의 전극(120)에는 서로 상이한 크기의 전압이 인가되거나, 서로 반대의 전기적 성질을 갖는 전압이 인가될 수 있다.
이때, 제1 전기 활성층(110)의 상부 전극과 하부 전극에 서로 다른 전기적 성질을 갖는 전압이 인가되는 경우, 전기장은 종방향으로 형성된다. 형성된 전기장에 의하여 제1 전기 활성층(110)은 변형 또는 진동하게 된다. 또한, 동일한 면에 복수의 전극(120)이 배치되는 경우 인접하는 전극 간에 서로 다른 전기적 성질을 갖는 전압이 인가되면, 횡방향의 전기장이 형성된다. 횡방향 전기장에 의해, 제1 전기 활성층(110)뿐만 아니라, 전기 활성 폴리머로 구성된 제2 전기 활성층(130) 또한 변형 또는 진동할 수 있다.
한편, 도 1에 도시된 접촉 감응 소자(100)는 제1 전기 활성층(110)의 상면 및 하면 각각에 서로 대향하는 복수의 전극(120)을 배치하도록 구성된다. 이 경우, 전극의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현될 수 있다. 구체적인 설명은 하기 도 2에서 설명한다.
제2 전기 활성층(130)은 복수의 전극(120)이 배치되어 있는 제1 전기 활성층(110) 상에 형성된다. 구체적으로 제2 전기 활성층(130)은 복수의 전극(120) 및 제1 전기 활성층(110)과 접하도록 배치되어, 복수의 전극(120) 상에 배치되고 복수의 전극(120)이 배치되지 않은 제1 전기 활성층(110) 상에도 배치된다. 제2 전기 활성층(130)은 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도 및 광투과율을 향상시킨다.
제2 전기 활성층(130)은 제1 전기 활성층(110) 상에 배치되어, 제1 전기 활성층(110)과 함께 전기적인 자극에 의하여 진동하는 보조적인 전기 활성층의 역할을 수행한다. 제2 전기 활성층(130)은 전기 활성 폴리머로 이루어진다. 이로 인해, 제2 전기 활성층(130)은 복수의 전극(120)에 의해 발생한 전기장에 의해 진동하거나 변형된다.
구체적으로, 복수의 전극(120)에 서로 상이한 전압이 인가되는 경우, 수직 방향의 전기장에 대해서는 제1 전기 활성층(110)이 변형되어 진동하고, 수평 방향의 전기장에 대해서는 복수의 전극(120)을 감싸는 제2 전기 활성층(130)이 변형되어 진동할 수 있다. 이로 인해, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)는 복수의 전극 및 전기 활성층 상에 제2 전기 활성층을 포함하지 않는 종래의 접촉 감응 소자에 비하여 진동 강도가 크고 구동 전압이 낮은 장점이 있다. 복수의 전극(120)을 사용하여 제2 전기 활성층(130)이 진동을 발생시키는 구체적인 구동 방법은 도 2를 참조하여 상세히 후술한다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)에서, 제2 전기 활성층(130)은 제1 전기 활성층(110) 상에 배치되어, 접촉 감응 소자(100)의 광투과율을 향상시킬 수 있다. 즉, 제2 전기 활성층(130)은 추가적으로 굴절률 매칭층의 역할도 수행할 수 있다.
일반적으로, 제1 전기 활성층(110)을 구성하는 강유전성 폴리머는 비유전율이 우수하여 저 전압에서 진동 강도가 우수하다. 그러나, 강유전성 폴리머는 유전성 엘라스토머에 비해 광투과율을 비롯한 광학 특성이 우수하지 못한 단점이 있다. 사용자에게 보다 직접적인 촉감을 전달하기 위해, 접촉 감응 소자는 사용자가 터치를 입력하는 위치에 가깝게 배치되는 것이 유리하다. 따라서, 접촉 감응 소자는 표시 패널 상부에 배치되는 것이 유리하다. 그러나, 상술한 바와 같이, 강유전성 폴리머는 유전성 엘라스토머에 비하여 광투과율이 낮기 때문에, 표시 패널 상부에 배치되는 경우, 표시 장치의 효율 및 화상의 화질을 저하시키게 된다.
특히, PVDF 호모폴리머의 경우, 광투과율 저하가 더 큰 문제가 될 수 있다. 구체적으로, PVDF 호모폴리머는 α-상(α-phase)의 구조를 가지므로, PVDF 호모폴리머는 솔루션 캐스팅 방식만으로 높은 비유전율을 가질 수 없다. 은 폴리머의 주쇄에 따라 플루오로기(-F)가 트랜스(trans) 형태 및 비틀림(gauche) 형태가 혼합되어 있는 상태로 배치된 구조를 의미한다. 따라서, α-상에서는 PVDF 호모폴리머의 분극도가 낮다. 또한, 결정격자 내에서 플루오로기가 서로 마주보게 배열되어 있으므로, α-상의 총 분극도가 상쇄되고, 비유전율이 매우 작아진다. 따라서, PVDF 호모폴리머의 비유전율을 확보하기 위해서는, PVDF 호모폴리머를 제막한 다음 연신 공정 및 폴링(polling) 공정이 수행되어야 한다. PVDF 호모폴리머로 구성된 필름을 연신하는 경우, 주쇄가 신장되면서, 탄소 원자에 연결된 플루오로기 간의 입체장애(steric hindrance)가 크게 해소된다. 이로 인해, 플루오로기가 모두 트랜스(all-trans) 형태로 되어있는 β-상(β-phase)이 형성될 수 있는 공간이 확보된다. 이후, 연신된 PVDF 호모폴리머로 구성된 필름에 높은 직류 전압을 인가하여 음전하를 띠는 플루오로기를 한 방향으로 배열시키는 폴링 공정이 수행된다. 폴링 공정을 통해 입체장애가 해소된 플루오로기는 결정격자 내에서 동일한 방향으로 배열되어 있어, 분극도가 최대가 될 수 있다. 결국, 연신된 PVDF 호모폴리머는 α-상의 구조에서 β-상의 구조로 변하게 된다.
그러나, PVDF 호모폴리머로 구성된 필름이 연신되면, 필름의 러프니스(roughness)가 증가되어 광투과율이 낮아지고 헤이즈가 크게 증가한다. 따라서, PVDF 호모폴리머로 이루어지고 연신된 필름으로 형성된 전기 활성층은 유전성 엘라스토머에 비하여 광투과율이 낮아진다.
또한, 상술한 바와 같이 ITO 등과 물질로 이루어지는 접촉 감응 소자(100)의 복수의 전극(120)은 1.8 내지 2.0의 굴절률을 가지고, PVDF계 폴리머로 이루어지는 제1 전기 활성층(110)은 1.45 정도의 굴절률을 가진다. 이에, 접촉 감응 소자(100)는 서로 굴절률이 상이한 복수의 층이 적층된 구조를 갖고, 빛이 두 층 사이의 경계면을 통과할 때 빛의 일부가 반사하게 된다. 구체적으로, 서로 접촉하는 두 층간의 굴절률 차이가 클수록 반사되는 빛의 양이 증가한다. 따라서, 적절한 굴절률을 갖는 물질을 제1 전기 활성층(110) 및 복수의 전극(120) 상에 코팅함으로써, 공기와 제1 전기 활성층(110) 또는 공기와 복수의 전극(120) 사이의 굴절률 차이를 줄일 수 있고, 결국 반사를 줄일 수 있다. 이로 인해, 광투과율이 향상될 수 있다. 예를 들어, 제2 전기 활성층(130)의 굴절률이 접촉 감응 소자(100)에서 가장 높은 굴절률을 가지고 있는 복수의 전극(120) 보다 낮을 경우, 제2 전기 활성층(130)을 사용하지 않는 경우와 비교하여 반사율이 감소하고 광투과율이 증가된다.
보다 구체적으로, 제2 전기 활성층(130)에서의 반사광, 복수의 전극(120)에서의 반사광 및 제1 전기 활성층(110)에서의 반사광이 서로 상쇄 간섭될 수 있도록, 제2 전기 활성층(130)의 굴절률을 설정함으로써, 접촉 감응 소자(100)에서 발생하는 반사율을 최소화할 수 있다.
도 1을 참조하면, 접촉 감응 소자(100)에서는 제1 전기 활성층(110) 상에 복수의 전극(120) 및 제2 전기 활성층(130)이 배치되는 3층 영역 및 제1 전기 활성층(110) 상에 제2 전기 활성층(130)만이 배티되는 2층 영역이 존재한다. 이 때, 제1 전기 활성층(110) 상에 복수의 전극(120)이 배치되지 않고 곧바로 제2 전기 활성층(130)이 배치되는 2층 영역에서는, 제2 전기 활성층(130)의 굴절률(n3)이 하기 수학식 1을 만족할 때 반사율이 최소가 될 수 있다.
[수학식 1]
Figure 112015129506913-pat00001
상기 수학식 1에서, n1은 전기 활성층(110)의 굴절률, n3는 제2 전기 활성층(130)의 굴절률이다.
또한, 제1 전기 활성층(110) 상에 복수의 전극이 배치되어, 제1 전기 활성층(110) 상에 복수의 전극(120) 및 제2 전기 활성층(130)이 배치되는 3층 영역에서는, 제2 전기 활성층(130)의 굴절률(n3)이 하기 수학식 2를 만족할 때 반사율이 최소가 될 수 있다.
[수학식 2]
Figure 112015129506913-pat00002
상기 수학식 2에서, no는 공기의 굴절률, n1은 제1 전기 활성층(110)의 굴절률, n2는 복수의 전극(120)의 굴절률, n3은 제2 전기 활성층(130)의 굴절률이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)에서 제1 전기 활성층(110) 상에는 다양한 형상 및 면적을 가지는 복수의 전극(120)이 배치될 수 있다. 경우에 따라, 제1 전기 활성층(110)이 모두 전극으로 덮이도록 구성될 수도 있고, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 전기 활성층(110) 상에 일정한 간격을 가지도록 복수의 전극(120)이 배치될 수도 있다. 즉, 접촉 감응 소자(100)는 제1 전기 활성층(110) 상에 곧바로 제2 전기 활성층(130)이 배치되는 2층 영역과 제1 전기 활성층(110), 복수의 전극(120) 및 제2 전기 활성층(130)이 순차적으로 적층된 3층 영역이 모두를 포함할 수 있다. 따라서, 제2 전기 활성층(130)이 상기 수학식 1 및 2의 사이의 범위에서 적절한 굴절률을 가지는 물질로 구성됨으로써, 접촉 감응 소자(100)의 반사율을 감소시킬 수 있다. 구체적으로, 접촉 감응 소자(100)를 구성하는 제1 전기 활성층(110) 및 복수의 전극(120)과의 배치 관계를 고려할 때, 제2 전기 활성층(130)의 굴절률(n3)은 하기 수학식 3을 만족하는 것이 바람직하다.
[수학식 3]
Figure 112015129506913-pat00003
상기 수학식 3에서, no는 공기의 굴절률, n1은 제1 전기 활성층(110)의 굴절률, n2는 복수의 전극(120)의 굴절률, n3은 제2 전기 활성층(130)의 굴절률이다.
한편, 제2 전기 활성층(130)을 구성하는 전기 활성 폴리머는, 작은 구동 전압으로 큰 변형을 얻기 위해 비유전율이 큰 화합물이며, 동시에, 적절한 굴절률을 만족시킴으로써, 접촉 감응 소자(100)의 광투과율을 향상시킬 수 있는 화합물인 것이 바람직하다.
예를 들어, 제2 전기 활성층(130)을 구성하는 전기 활성 폴리머는 1kHz에서 측정한 비유전율이 10.0 이상일 수 있다. 전기 활성 폴리머의 비유전율 값이 10.0 이상인 경우, 제1 전기 활성층(110)의 일면에 형성된 전극들 사이에서 발생하는 전기장에 의하여 제2 전기 활성층(130)이 제1 전기 활성층(110)과 더불어 충분한 강도의 진동을 발생시킬 수 있다.
제2 전기 활성층(130)을 구성하는 전기 활성 폴리머는 PVDF 코폴리머 또는 PVDF 터폴리머일 수 있다. PVDF 코폴리머 또는 PVDF 터폴리머는 제1 전기 활성층(110)을 구성하는 강유전성 폴리머와 유사한 굴절률을 가지고 있으며, 비유전율 또는 압전성이 우수하기 때문이다. PVDF 코폴리머는 약 10 내지 16의 비유전율을 가지고 있고, PVDF 터폴리머는 약 15 내지 30의 비유전율을 가지고 있으므로, PVDF 코폴리머 또는 PVDF 터폴리머는 접촉 반응 소자(100)의 진동 강도를 향상시킬 수 있다.
이때, PVDF 코폴리머는 VDF(vinylidenefluoride) 단량체를 포함하는 2원 공중합체이고, PVDF 터폴리머는 VDF 단량체를 포함하는 3원 공중합체이다. 이때, VDF 단량체와 공중합하는 다른 단량체는 TrFE(trifluoroethylene), CTFE(chlorotrifluoroethylene), TFE(tetrafluoroethylene), CFE(chlorofluoroethylene), HFP(hexafluoropropene) 및 PMVE(Perfluoromethylvinylether)로 이루어진 군에서 선택된 1종 또는 2종일 수 있으나, 이에 제한되지는 않는다. 예를 들어, PVDF 코폴리머 또는 PVDF 터폴리머는 P(VDF-CTFE), P(VDF-CFE), P(VDF-HFP), P(VDF-CDFE), P(VDF-TrFE- CTFE), P(VDF-TrFE-CFE), P(VDF-TrFE-HFP), P(VDF-TrFE-CDFE), P(VDF- TFE-CTFE), P(VDF-TFE-CFE), P(VDF-TFE-HFP), 및 P(VDF-TFE-CDFE)로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다.
이때, PVDF 코폴리머 또는 PVDF 터폴리머에서 VDF 단량체는 50 몰% 내지 90 몰%의 함량으로 공중합될 수 있다. 보다 구체적으로, 전기 활성 폴리머가 PVDF 코폴리머로 구성되는 경우, VDF 단량체와 나머지 하나의 단량체가 5:5 내지 9:1의 몰비로 공중합되는 것이 바람직하다. 폴리머에 유전성을 부여하는 VDF의 함량이 상기 범위를 만족시키는 경우, 제2 전기 활성층(130)은 제1 전기 활성층(110) 상에 안정적으로 형성될 수 있고, 접촉 감응 소자(100)의 진동 가속도를 현저히 향상시킬 수 있다.
한편, 제2 전기 활성층(130)은 복수의 전극(120)이 배치된 제1 전기 활성층(110) 상에 코팅함으로써 형성될 수 있다. 도 1에 도시하지 않았으나, 전기 활성층의 일면에만 복수의 전극이 배치된 경우에는, 복수의 전극이 배치된 전기 활성층의 일면뿐만 아니라, 복수의 전극이 배치되지 않은 타면에도 제2 전기 활성층이 형성될 수 있다.
한편, 제2 전기 활성층(130)의 두께는 10㎛ 내지 30㎛일 수 있다. 이때, 제2 전기 활성층(130)의 두께는 제2 전기 활성층(130)이 배치된 제1 전기 활성층(110)의 면으로부터의 두께를 의미한다. 제2 전기 활성층(130)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우 광투과율의 저하 없이 구동 전압을 감소시킬 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 구동 방법을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 2에 도시된 접촉 감응 소자는 도 1에 도시된 접촉 감응 소자(100)와 실질적으로 동일하므로 각각의 구성요소에 대한 중복 설명을 생략한다.
도 2를 참조하면, 제1 전기 활성층(110) 상에 복수의 제1 전극(121) 및 복수의 제2 전극(122)가 배치되고, 제1 전기 활성층(110) 아래에 복수의 제3 전극(123) 및 복수의 제4 전극(124)가 배치된다. 이 때, 인접하는 전극 간에 서로 다른 전압이 인가되고, 서로 대향하는 전극 간에도 다른 전압이 인가된다. 예를 들어, 제1 전극(121) 및 제4 전극(124)에 제1 전압이 인가되고, 제2 전극(122) 및 제3 전극(123)에 제2 전압이 인가된다. 예를 들어, 제1 전압은 소정의 주파수를 갖는 교류 전압일 수 있고, 제2 전압은 그라운드 전압일 수 있다. 또한, 제1 전압이 그라운드 전압이고 제2 전압이 교류 전압일 수도 있다. 제1 전압 및 제2 전압의 주파수에 따라 접촉 감응 소자(100)는 사용자에게 다양한 촉각 피드백을 전달할 수 있다. 도 2에서는 제1 전압이 임의의 양의 전압이고, 제2 전압이 임의의 음의 전압인 순간의 접촉 감응 소자(100)를 도시하였다. 도 2에서는 전기장을 점선 화살표로 도시하였다.
이때, 제1 전기 활성층(110)을 사이에 두고 상면에 배치된 제1 전극(121)과 하면에 배치된 제3 전극(123) 사이에 종방향의 전기장이 발생한다. 또한, 상면에 배치된 제2 전극(122)과 하면에 제4 전극 사이(124)에 종방향의 전기장이 발생한다. 상술한 종방향의 전기장에 의하여, 강유전성 폴리머로 이루어진 제1 전기 활성층(110)이 진동하게 된다.
한편, 제1 전기 활성층(110)의 상면에 배치된 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 횡방향 전기장이 발생하고, 제1 전기 활성층(110)의 하면에 배치된 제3 전극(123)과 제4 전극(124) 사이에 횡방향 전기장이 발생한다. 상술한 횡방향 전기장에 의하여, 전기 활성 폴리머를 포함하는 제2 전기 활성층(130)이 진동하게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)은 복수의 전극(120) 상에 전기 활성 폴리머를 포함하는 제2 전기 활성층(130)을 배치시키고, 제1 전기 활성층(110)의 상면 및 하면 각각에 서로 상이한 전극을 교대로 배치하여 접촉 감응 소자(100) 내에 횡방향 전기장과 종방향 전기장을 동시에 형성한다. 이 경우 종방향 전기장에 의하여 제1 전기 활성층(110)이 구동할 뿐만 아니라, 횡방향 전기장에 의하여 전극 상의 제2 전기 활성층(130)도 추가적인 전기 활성층으로 사용될 수 있다. 따라서, 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도를 향상시키고 구동 전압을 감소시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 전극(121)과 제4 전극(124)에 제1 전압이 선택적으로 인가될 수 있다. 다시 말해서, 제1 전극(121)과 제4 전극(124) 모두에 제1 전압이 인가될 수도 있고, 제1 전극(121)과 제4 전극(124) 중 하나에만 제1 전압이 인가될 수도 있다. 이에 따라, 제1 전극(121)과 제4 전극(124) 중 하나에만 제1 전압이 인가되는 경우 발생하는 전기장의 크기와 제1 전극(121)과 제4 전극(124) 모두에 제1 전압이 인가되는 경우 발생하는 전기장의 크기가 상이하므로, 제1 전극(121) 및 제3 전극(124)에 선택적으로 전압을 인가하여 다양한 크기의 촉각 피드백이 사용자에게 제공될 수 있다. 즉, 사용자에게 상대적으로 강한 크기의 촉각 피드백을 제공하기 위해 제1 전극(121) 및 제4 전극(124) 모두에 제1 전압이 인가될 수 있고, 사용자에게 상대적으로 약한 크기의 촉각 피드백을 제공하기 위해 제1 전극(121) 및 제4 전극(124) 중 어느 하나에만 제1 전압이 인가될 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)는 전기 활성 폴리머로 이루어지는 제2 전기 활성층(130)을 포함함으로써, 진동 강도가 향상되고 구동 전압이 감소될 수 있다. 특히, 제1 전기 활성층(110)의 동일한 면에서 인접하도록 배치되는 복수의 전극(120) 간에 서로 다른 전기적 성질을 가지는 전압이 인가되는 경우, 복수의 전극(120) 사이에 발생하는 횡방향의 전기장에 의하여 제2 전기 활성층(130)이 진동하게 된다. 또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)는 복수의 전극(120) 보다 작은 굴절률을 가지는 제2 전기 활성층(130)을 포함함으로써, 반사율이 감소되고 광투과율이 향상된다. 이로 인해, 접촉 감응 소자(100)는 표시 패널 상에 배치될 수 있어 사용자가 터치를 입력하는 위치에 좀더 가깝게 배치될 수 있다.
이하에서는 실시예를 들어 본 발명의 구현예를 보다 상세히 살펴본다.
실시예 1
PVDF 호모폴리머(굴절률: 1.48)를 제막한 다음 1축 연신하여 80㎛ 두께의 제1 전기 활성층을 준비하였고, 제1 전기 활성층의 상면에 0.5mm의 간격으로 x축 방향으로 8개의 ITO(굴절률 1.91) 상부 전극, 제1 전기 활성층의 하면에 0.5mm의 간격으로 y축 방향으로 6개의 ITO(굴절률 1.91) 하부 전극을 200nm두께로 증착하였다. 이후, P(VDF-TrFE) 코폴리머(굴절률: 1.45)(VDF대 TrFE의 몰비: 7:3)를 DMF(dimethylformamide) 용매에 분산시켜 15 중량%의 코팅 조성물을 제조하였다. 제조된 코팅 조성물을 ITO 전극이 형성된 제1 전기 활성층의 양면에 바코팅으로 도포하여 코팅층을 형성한 다음, 80℃에서 10분, 110℃에서 10분 동안 건조하여 20㎛ 두께의 제2 전기 활성층을 형성하였다. 이후, ㎛당 100V의 폴링 공정을 거침으로써, 최종 접촉 감응 소자를 제조하였다.
실시예 2
제2 전기 활성층 형성용 코팅 조성물로서, P(VDF-TrFE) 코폴리머에서 VDF 단량체대 TrFE 단량체의 몰비가 5.5:4.5인 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 접촉 감응 소자를 제조하였다.
비교예
PVDF 호모폴리머 (굴절률: 1.48)를 제막한 다음 1축 연신하여 80㎛ 두께의 제1 전기 활성층을 준비하였고, 제1 전기 활성층의 양면에 ITO 전극(굴절률 1.91)을 200nm두께로 증착하여, 제2 전기 활성층을 형성하지 않은 접촉 감응 소자를 제조하였다.
실험예 1 - 진동 가속도 측정
실시예 1, 실시예 2 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자에 있어서, 상부 전극에, 100 kHz의 조건 하에서 상부 전극에 100V, 300V, 500V, 700V의 전압을 인가하고 하부 전극에 그라운드 전압을 인가하였을 때의 진동 가속도를 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 1에 표시하였다.
진동 가속도 (G)
100V 인가 300V 인가 500V 인가 700V 인가
비교예 0.12 0.26 0.37 0.43
실시예 1 0.21 0.37 0.55 0.76
실시예 2 0.18 0.35 0.47 0.64
표 1을 통해 확인한 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 접촉 감응 소자는 비교예에 비하여, 각각의 전압에서 월등히 높은 진동 가속도를 나타냄을 확인할 수 있다. 즉, 동일한 인가 전압에 있어서 실시예 1 및 실시예 2에 따른 접촉 감응 소자의 진동 강도가 강한 것을 확인할 수 있다. 또한, 동일한 진동 가속도를 기준으로, 실시예 1 및 실시예 2의 접촉 감응 소자는 비교예의 접촉 감응 소자에 비해 구동 전압이 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 약 0.37G의 진동 가속도를 구현하기 위해서는 비교예에 따른 접촉 감응 소자는 500V의 전압이 인가되어야 하는 반면, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 접촉 감응 소자는 약 300V의 전압만이 인가되면 되므로, 실시예 1 및 실시예 2에 따른 접촉 감응 소자의 구동 전압이 더 낮고, 이에 따라 소비 전력 또한 낮을 수 있음을 확인할 수 있다.
실험예 2 - 광투과율 및 헤이즈 측정
도 3은 실시예 1 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자의 광투과율에 대한 그래프이다. 도 4는 실시예 1 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자의 헤이즈에 대한 그래프이다. 실시예 1 및 비교예의 접촉 감응 소자의 광투과율 및 헤이즈는 미터(JCH-300S, Oceanoptics社)를 이용하여 측정하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 400nm 내지 750nm 파장 영역에서 실시예 1이 비교예에 비하여 광투과율이 높고, 헤이즈가 현저히 낮은 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로, 675nm 파장에서 측정한 실시예 1의 광투과율은 77%이고, 비교예의 광투과율은 67%이었다. 즉, 종래의 접촉 감응 소자에 1.45의 굴절률을 가지는 PVDF 코폴리머를 포함한 제2 전기 활성층을 배치함으로써, 광투과율이 약 10% 정도 증가함을 확인할 수 있었다.
상술한 바와 같이, 광투과율이 낮은 강유전성 폴리머로 이루어지는 제1 전기 활성층 상에 전극 및 제1 전기 활성층과 접하도록, 전기 활성 폴리머로 이루어진 제2 전기 활성층을 배치함으로써, 접촉 감응 소자의 진동 강도 및 광투과율을 동시에 향상시킬 수 있다. 이로 인해, 강유전성 폴리머를 이용한 접촉 감응 소자를 표시 패널의 상부에 배치시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 표시 패널의 화상의 품질의 저하를 최소화하고 사용자에게 직접적인 진동감을 전해줄 수 있는 효과가 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 5를 참조하면, 표시 장치(500)는 표시 패널(540), 접촉 감응 소자(100), 터치 패널(550) 및 커버(560)를 포함한다.
표시 패널(540)은 표시 장치(500)에서 영상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널을 의미한다. 표시 패널(540)로서, 예를 들어, 유기 발광 표시 패널, 액정 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등과 같은 다양한 표시 패널이 사용될 수 있다.
표시 패널(540) 상에는 제1 전기 활성층(110), 복수의 전극(120) 및 제2 전기 활성층(130)을 포함하는 접촉 감응 소자가(100) 배치된다. 이하에서는, 도 5에서 도시된 접촉 감응 소자가 도 1에 도시된 접촉 감응 소자(100)인 것으로 설명한다. 구체적으로, 접촉 감응 소자(100)는 강유전성 폴리머로 이루어지는 제1 전기 활성층(110), 제1 전기 활성층(110)의 적어도 일면에 배치된 복수의 전극(120) 및 복수의 전극(120)을 덮도록 배치되고, 복수의 전극(120)의 굴절률 보다 작은 굴절률을 가지는 제2 전기 활성층(130)을 포함한다.
접촉 감응 소자(100) 상에는 터치 패널(550)이 배치된다. 터치 패널(550)은 표시 장치(500)에 대한 사용자의 터치 입력을 감지하는 패널을 의미한다. 터치 패널(550)로서, 예를 들어, 정전 용량 방식, 저항막 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 정전 용량 방식의 터치 패널이 터치 패널(550)로서 사용될 수 있다. 도 5에 도시된 표시 장치(500)는 별도로 제조된 터치 패널(550)이 표시 패널(540) 상에 별도로 배치되는 애드온(add-on) 타입의 터치 패널을 포함한다.
터치 패널(550) 상에는 커버(560)가 배치된다. 커버(560)는 표시 장치(500) 외부로부터의 충격으로부터 표시 장치(500)를 보호하기 위한 구성이다. 커버(560)는 투명한 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
도 5에 도시되지는 않았으나, 표시 패널(540), 접촉 감응 소자(100), 터치 패널(550) 및 커버(560)를 서로 접착시키기 위한 접착층이 사용될 수 있다. 접착층은, 예를 들어, OCA(optical clear adhesive) 또는 OCR(optical clear resin)이 사용될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
강유전성 폴리머로 이루어지는 제1 전기 활성층을 포함하는 접촉 감응 소자는 유전성 엘라스토머와 같은 다른 유전성 재료보다 비유전율이 우수하여, 진동 강도가 우수하다는 장점이 있지만, 재료 특성상 광투과율이 낮은 단점이 있었다. 광투과율이 낮은 특성은 사용자에게 직접적이고 다양한 터치감을 느끼게 해주기 위해, 표시 패널 상부에 접촉 감응 소자를 배치시키는 것을 어렵게 하였다. 그러나 본 발명의 일 실시예 따른 표시 장치(500)는 PVDF 호모폴리머와 같이 연신되어 사용되는 제1 전기 활성층(110) 상에 제1 전기 활성층(110) 및 복수의 전극(120)을 덮도록 구성된 제2 전기 활성층(130)을 포함하는 접촉 감응 소자(100)를 사용함에 따라, 표시 패널(540) 상부에 접촉 감응 소자(100)를 배치할 수 있게 되었다. 더불어, 작은 굴절률을 가지는 동시에 전기 활성 폴리머로 이루어진 제2 전기 활성층(130)을 사용함에 따라, 진동 강도 또한 우수한 접촉 감응 소자(100)를 이용할 수 있게 되었다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 6에 도시된 표시 장치(600)는 도 5를 참조하여 설명한 표시 장치(500)와 비교하여 표시 패널(640)이 액정 표시 패널이고, 이에 따라 백라이트 유닛(670)을 더 포함하며, 별도의 터치 패널 대신 터치 센서가 표시 패널(460)에 일체화되도록 구비된 인-셀(in-cell) 타입의 터치 센서가 구성된다는 점이 상이할 뿐 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 표시 패널(640)이 커버(560)와 접촉 감응 소자(100) 사이에 배치된다. 액정 표시 패널은 백라이트 유닛(670)으로부터 방출되는 빛의 투과율을 조정함으로써 화상을 표시한다. 액정 표시 패널은 하부 편광판, 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor; TFT)를 포함하는 하부 기판, 액정층, 컬러 필터를 포함하는 상부 기판 및 상부 편광판을 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
표시 패널(640)은 표시 장치(600)에서 영상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널임과 동시에 패널 내에 일체화되도록 구성된 터치 센서를 포함한다. 즉, 표시 패널(640) 내에 터치 센서가 배치되어, 인-셀 타입의 터치 센서를 구성한다. 인-셀 타입의 터치 센서에서는 표시 패널(640)의 공통 전극이 터치 전극으로 동시에 사용된다.
도 6에 도시된 표시 장치(600)는 액정 표시 장치이므로 표시 패널(640)의 하부에는 표시 패널(640)을 향해 출광하는 백라이트 유닛(670)이 배치된다.
표시 패널(640)과 백라이트 유닛(670) 사이에는 제1 전기 활성층(110), 복수의 전극(120) 및 제2 전기 활성층(130)을 포함하는 접촉 감응 소자(100)가 배치된다.
일반적으로, 표시 패널이 액정 표시 패널이고, 인-셀 타입의 터치 센서가 표시 패널과 일체화되는 경우, 접촉 감응 소자가 터치 센서 상에 배치되면 접촉 감응 소자에 인가되는 고전압의 구동 전압에 의해 발생될 수 있는 노이즈에 의해 터치 입력에 대한 오인식의 문제가 발생한다. 이에, 접촉 감응 소자는 표시 패널 하부에 배치될 수 있다. 그러나, 접촉 감응 소자가 표시 패널 하부에 배치되게 되면, 사용자가 터치 입력을 가하는 위치로부터 멀리 위치하므로, 사용자에게 전달되는 진동 강도가 감소된다. 이에, 진동 강도의 감소를 최소화하기 위하여, 접촉 감응 소자를 액정 표시 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치시키는 방법을 고려할 수 있다. 그러나, 상술한 바와 같이, 광투과율이 낮은 강유전성 폴리머를 이용한 접촉 감응 소자는 백라이트 유닛으로부터 출사한 광의 광투과율을 저하시키는 문제점을 가진다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(600)에서는 전극을 덮도록 배치된 제2 전기 활성층(130)을 사용하여 접촉 감응 소자(100)의 광투과율이 향상될 수 있다. 따라서, 접촉 감응 소자(100)가 액정 표시 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되는 경우에도, 백라이트 유닛으로부터 액정 표시 패널에 공급되는 광에 대한 광 차단율이 최소화될 수 있다.
한편, 접촉 감응 소자가 표시 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치된다 하더라도, 접촉 감응 소자가 표시 패널 상에 배치되는 것보다 사용자에게 전달되는 진동 강도는 작을 수 밖에 없다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(600)의 접촉 감응 소자(100)의 제2 전기 활성층(130)은 전기 활성 폴리머를 포함하므로, 추가적인 전기 활성층으로 사용될 수 있다. 구체적으로, 도 2를 참조하여 상술한 바와 같이, 접촉 감응 소자(100)는 동일한 면에 배치된 전극에 의해 횡방향 전기장을 발생시키도록 구동됨으로써, 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도가 현저히 증가될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(600)의 접촉 감응 소자(100)가 표시 패널(640)의 아래에 배치되더라도 사용자에게 강한 진동을 전달할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 접촉 감응 소자
110: 제1 전기 활성층
120: 복수의 전극
121: 제1 전극
122: 제2 전극
123: 제3 전극
124: 제4 전극
130: 제2 전기 활성층
500, 600: 표시 장치
540, 640: 표시 패널
550: 터치 패널
560: 커버
670: 백라이트 유닛

Claims (17)

  1. 강유전성 폴리머(Ferroelectric Polymer)로 이루어지는 제1 전기 활성층;
    상기 제1 전기 활성층의 적어도 일면에 배치된 복수의 전극; 및
    상기 복수의 전극 및 상기 제1 전기 활성층과 접하며, 전기 활성 폴리머로 이루어지는 제2 전기 활성층을 포함하고,
    상기 제2 전기 활성층의 굴절률(n3)은 하기 수학식 3을 만족하는, 접촉 감응 소자.
    [수학식 3]
    Figure 112022039884583-pat00011

    (상기 n0은 공기의 굴절률, n1은 제1 전기 활성층의 굴절률, n2는 복수의 전극의 굴절률이다.)
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전기 활성층은 상기 제1 전기 활성층의 상부 및 하부에 배치되고, 상기 복수의 전극 및 상기 제1 전기 활성층의 표면을 덮는, 접촉 감응 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 전기 활성층은 연신된 PVDF(poly vinylidenefluoride)계 폴리머인, 접촉 감응 소자.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 PVDF계 폴리머는 PVDF 호모폴리머(homopolymer)인, 접촉 감응 소자.
  5. 제1 항에 있어서
    상기 제2 전기 활성층의 굴절률은 상기 복수의 전극의 굴절률 보다 작은, 접촉 감응 소자.
  6. 삭제
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 활성 폴리머는 1kHz에서 측정한 비유전율(relative permittivity)이 10.0 이상인, 접촉 감응 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 전기 활성 폴리머는 PVDF 코폴리머(copolymer) 또는 PVDF 터폴리머(terpolymer)인, 접촉 감응 소자.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 PVDF 코폴리머는 VDF(vinylidenefluoride) 단량체와 TrFE(trifluoroethylene), CTFE(chlorotrifluoroethylene), TFE(tetrafluoroethylene), CFE(chlorofluoroethylene), HFP(hexafluoropropene) 및 PMVE(Perfluoromethylvinylether)로 이루어진 군에서 선택된 1종의 단량체의 2원 공중합체이고,
    상기 PVDF 터폴리머는 VDF 단량체와 TrFE, TFE, CFE, CTFE, HFP 및 PMVE로 이루어진 군에서 선택된 2종의 단량체의 3원 공중합체인, 접촉 감응 소자.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 PVDF 코폴리머 또는 상기 PVDF 터폴리머에서 상기 VDF 단량체는 50 몰% 내지 90 몰%의 함량으로 공중합된, 접촉 감응 소자.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 전기 활성층의 두께는 10㎛ 내지 30㎛인, 접촉 감응 소자.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극은 투명 도전성 물질로 이루어지는, 접촉 감응 소자.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극은,
    상기 제1 전기 활성층의 상면에서 교번하여 배치된 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극; 및
    상기 제1 전기 활성층의 하면에서 교번하여 배치된 복수의 제3 전극과 복수의 제4 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 각각은 전기적으로 분리된, 접촉 감응 소자.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제3 전극은 상기 제1 전극과 대향하도록 배치되고, 상기 제4 전극은 상기 제2 전극과 대향하도록 배치되고,
    상기 제1 전극 및 상기 제4 전극은 제1 전압이 인가되도록 구성되고,
    상기 제2 전극 및 상기 제3 전극은 상기 제1 전압과 상이한 제2 전압이 인가되도록 구성된, 접촉 감응 소자.
  15. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널 상부 또는 하부의 접촉 감응 소자를 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는 강유전성 폴리머로 이루어지는 제1 전기 활성층, 상기 제1 전기 활성층의 적어도 일면에 배치된 복수의 전극 및 상기 복수의 전극과 상기 제1 전기 활성층과 접하며 전기 활성 폴리머로 이루어지는 제2 전기 활성층을 포함하고, 상기 제2 전기 활성층의 굴절률(n3)은 하기 수학식 3을 만족하는, 표시 장치.
    [수학식 3]
    Figure 112022039884583-pat00012

    (상기 n0은 공기의 굴절률, n1은 제1 전기 활성층의 굴절률, n2는 복수의 전극의 굴절률이다.)
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 표시 패널 상에 별도로 배치된 애드온(add-on) 타입의 터치 패널을 더 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는 상기 표시 패널과 상기 터치 패널 사이에 배치된, 표시 장치.
  17. 제15 항에 있어서,
    상기 표시 패널은 패널 내에 일체화되도록 구성된 터치 센서를 포함하는 액정 표시 패널이고,
    상기 액정 표시 패널 하부에 배치된 백라이트 유닛을 더 포함하며,
    상기 접촉 감응 소자는 상기 액정 표시 패널과 상기 백라이트 유닛 사이에 배치된, 표시 장치.
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