KR102497657B1 - 표시 장치 - Google Patents

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KR102497657B1
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Abstract

표시 장치가 제공된다. 표시 장치는 표시 패널, 표시 패널 상의 접촉 감응 소자 및 접촉 감응 소자 상의 선 편광판을 포함한다. 접촉 감응 소자는 1축 연신되고, 입사광의 위상을 지연시키도록 구성된 전기 활성층을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 입사광의 위상을 지연시키도록 구성된 전기 활성층을 갖는 접촉 감응 소자를 포함하므로, 외광 반사 억제를 위한 별도의 위상 지연 필름이 생략될 수 있다. 이에, 표시 장치의 두께가 얇아질 수 있고, 표시 장치의 제조 비용이 절감될 수 있다.

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 외광 반사 억제 기능과 촉각 피드백 제공 기능을 모두 갖는 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
터치 패널은 표시 장치에 대한 화면 터치나 제스쳐(gesture) 등과 같은 사용자의 터치 입력을 감지하는 장치로서, 스마트폰, 태블릿 PC 등의 휴대용 표시 장치를 비롯하여 공공 시설의 표시 장치와 스마트 TV 등의 대형 표시 장치에 널리 활용되고 있다. 이러한 터치 패널의 동작 방식으로는 저항막(resistive) 방식, 정전용량(capcitive) 방식, 광학(optical) 방식, 전자기(ElctroMagnetic; EM) 방식 등을 들 수 있다.
그러나, 최근에는 사용자의 터치 입력을 감지하는 것에 그치지 않고, 사용자의 터치 입력에 대한 피드백(feedback)으로 사용자의 손가락 또는 사용자의 스타일러스 펜으로 느낄 수 있는 촉각 피드백을 전달하는 햅틱(haptic) 효과를 갖는 터치 패널에 대한 연구가 진행되고 있다.
종래 햅틱 효과는 편심 모터등을 사용하여 사용자에게 진동을 전달하는 방식으로 구현되었지만, 최근에는 전기 활성 고분자(Electro-Active Polymers; EAP)를 사용하여 필름 형태로 구현된 접촉 감응 소자가 주목받고 있다.
그러나, 전기 활성 고분자를 이용한 접촉 감응 소자는 전기적인 자극에 의해 구동되므로, 전기 활성 고분자로 구성된 전기 활성층에는 강한 전기장이 인가될 수 있으며, 전기 활성층에 인가된 강한 전기장에 의해 표시 장치의 다른 구성들에 간섭이 발생될 수 있다.
한편, 휴대용 표시 장치의 발달에 따라 실외 환경에서의 편의성에 대한 소비자의 기대가 높아지고 있다. 특히, 외부에서 유입되는 광의 반사로 인한 시인성 저감 문제가 대두되고 있으며, 위상 지연 필름 등의 부가적인 구성 요소들이 개발되고 있으나 경량화, 박형화 등의 한계에 부딪히고, 제조 비용을 증가시키는 문제가 있다.
압전 고분자를 이용한 햅틱 피드백 스크린 (특허출원번호 제10-2013-0023058호)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 햅틱 효과를 발생시키기 위한 압전 성질과 위상 지연 효과를 동시에 갖는 전기 활성층을 사용하여 얇은 두께를 갖는 동시에 외광 반사율이 낮은 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 표시 장치는 표시 패널, 표시 패널 상의 접촉 감응 소자 및 접촉 감응 소자 상의 선 편광판을 포함한다. 접촉 감응 소자는 1축 연신되고, 입사광의 위상을 지연시키도록 구성된 전기 활성층을 포함한다. 여기서, 전기 활성층은 입사광의 위상을 약 λ/4만큼 지연시키도록 구성될 수 있다. 그리고, 전기 활성층은 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 계열의 고분자로 이루어질 수 있다. 여기서, 전기 활성층의 상기 두께는 40μm일 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널, 표시 패널 상의 선 편광판 및 접촉 감응 소자를 포함한다. 접촉 감응 소자는 표시 패널과 선 편광판 사이에 배치되고, 편광판의 편광축으로부터 소정의 각도로 기울어진 연신축을 갖는 전기 활성층을 구비한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 1축 연신되어 굴절율 이방성 특성을 가지게되는 전기 활성층을 사용하여 입사광의 위상을 지연시킴으로써, 외광 반사를 최소화하기 위한 별도의 위상 지연 필름과 같은 부가 구성요소가 생략될 수 있으며, 이에 따라 두께가 감소할 수 있다. 또한, 부가 구성요소가 생략되므로 비용 절감에 효과적이다.
또한, 본 발명은 접촉 감응 소자와 터치 패널 사이에 선 편광판을 배치하고, 선 편광판을 차폐층으로 활용함으로써, 전기 활성층에 인가되는 전기장으로 인해 터치 패널의 터치 신호가 간섭되는 현상을 최소화하는 효과가 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 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 3a 내지 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 접촉 감응 소자에 구비된 전기 활성층의 위상 지연 효과를 설명하기 위한 개략적인 사시도들이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 전기 활성층의 반사율에 대한 그래프이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 6는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.
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 구성요소를 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 전기 활성층은 전압이 인가됨에 따라 그 형상이 변형되어 진동감을 전달할 수 있는 층을 의미한다.
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 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다. 도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 설명의 편의를 위해, 표시 장치(100)에 구비된 각 구성 요소들을 사각형 형태로 개략적으로 도시하였으며, 표시 패널(110)에 구비된 다양한 구성 요소들은 세부적으로 도시되어있지 않다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 표시 장치(100)는 표시 패널(110), 접촉 감응 소자(120), 선 편광판(130) 및 커버 윈도우(140)를 포함한다.
표시 패널(110)은 화상을 표시하며, 복수의 화소(pixel)들을 포함한다. 표시 패널(110)의 화소는 다양한 소자들로 구성될 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(100)가 유기 발광 표시 장치인 경우, 표시 패널(110)의 화소는 유기 발광 다이오드(Organic Light Emission Diode; OLED)를 포함할 수 있다. 한편, 표시 패널(110)의 화소는 유기 발광 다이오드 이외에 박막 트랜지스터, 커패시터 및 이들과 연결된 배선을 포함할 수 있다.
몇몇 실시예들에 의하면, 표시 패널(110)은 플렉서빌리티(flexibility)를 가질 수 있다. 이 경우, 폴리에스터계 고분자, 실리콘계 고분자, 아크릴계 고분자, 폴리올레핀계 고분자 등으로 이루어진 기판 상에 얇은 두께의 화소를 포함할 수 있다.
표시 패널(110)은 적어도 하나의 반사층을 포함한다. 예를 들어, 표시 패널(110)이 탑 에미션(Top emission) 방식의 유기 발광 표시 장치에서 사용되는 유기 발광 표시 패널인 경우, 표시 패널(110)에 구비된 유기 발광 다이오드의 애노드가 반사층으로 기능한다. 이 경우, 유기 발광 다이오드의 애노드는 ITO, IZO 등과 같은 투명 도전층 및는 은(Ag), 니켈(Ni), 금(Au), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 구리(Cu), 몰리브덴/알루미늄네오듐(Mo/AlNd) 반사층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 유기 발광 다이오드에서 발광된 광은 애노드의 반사층에서 반사되어 표시 패널(110)의 상면 방향으로 방출된다. 또한, 표시 패널(100)이 바텀 에미션(Bottom emission) 방식의 유기 발광 표시 장치에서 사용되는 유기 발광 표시 패널인 경우, 유기 발광 다이오드의 캐소드가 반사층으로 기능한다. 이 경우, 유기 발광 다이오드의 캐소드는 마그네슘(Mg), 은(Ag) 또는 이들의 합금(MgAg)로 이루어질 수 있다. 상술한 재료들은 높은 반사율을 가지므로, 유기 발광 다이오드의 애노드 또는 캐소드는 높은 반사율을 가질 수 있다. 그러나, 반사층이 애노드 또는 캐소드로 한정되는 것은 아니며, 높은 반사율을 갖는 표시 패널(110)의 모든 구성들은 반사층으로 지칭될 수 있다. 예를 들어, 금속으로 형성된 배선, 표시 패널(110)의 색을 구현하기 위한 컬러 필터의 표면 또는 화소와 화소를 구분하기 위한 블랙 매트릭스의 표면 등에서도 반사가 발생될 수 있으며, 이러한 구성들은 모두 반사층으로 지칭될 수 있다.
접촉 감응 소자(120)는 표시 패널(110) 상에 배치되며, 촉각 피드백을 발생시켜 표시 장치(100)에 햅틱 효과를 발생시킨다. 접촉 감응 소자는 전기 활성층(122), 복수의 제1 전극(121) 및 복수의 제2 전극(123)을 포함한다.
복수의 제1 전극(121) 및 복수의 제2 전극(123)은 전기 활성층(122)의 적어도 일면 상에 배치되며, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 전기 활성층(122)의 상면과 하면에 모두 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(121)은 전기 활성층(122)의 하면에 배치되고, 제2 전극(123)은 전기 활성층(122)의 상면에 배치된다. 제1 전극(121) 및 제2 전극(123)은 서로 상이한 방향으로 연장되고, 제1 전극(121) 및 제2 전극(123)에는 서로 상이한 전압이 인가된다. 전기 활성층(122)은 제1 전극(121) 과 제2 전극(123)이 교차하는 영역에서 제1 전극(121)과 제2 전극(123) 사이에 발생되는 전기장에 기초하여 진동할 수 있다.
몇몇 실시예들에 의하면, 복수의 제1 전극(121) 및 복수의 제2 전극(123)은 전기 활성층(122)의 일 면에만 배치될 수 있다. 이 경우, 제1 전극(121)과 제2 전극(123)은 서로 이격되어 동일 평면 상에 배치되며, 제1 전극(121)과 제2 전극(123)에는 서로 상이한 전압이 인가될 수 있다. 전기 활성층(122)은 제1 전극(121)과 제2 전극(123)에 의해 형성된 전기장에 기초하여 진동할 수 있다.
복수의 제1 전극(121) 및 복수의 제2 전극(123)은 투과율이 우수한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(121) 및 제2 전극(123)은 ITO(Indium Tin Oxide), PEDOT:PSS, 은-나노와이어(AgNW) 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전극(121) 및 제2 전극(123)은 메탈 메쉬(metal mesh)로 구성될 수도 있다. 이 경우, 메쉬 형태의 금속 라인들 사이로 광이 투과할 수 있으므로, 제1 전극(121) 및 제2 전극(123)은 실질적으로 투명할 수 있다. 제1 전극(121) 및 제2 전극(123)은 서로 동일한 물질 또는 서로 상이한 물질로 이루어질 수 있으며, 제1 전극(121) 및 제2 전극(123) 각각은 상술한 물질로 이루어진 단층 구조 또는 복층 구조로 형성될 수 있다.
전기 활성층(122)은 전기적인 자극에 의하여 변형되는 고분자 재료인 전기 활성 고분자(Electro-Active Polymers; EAP)로 이루어진 판상의 필름이다. 예를 들어, 전기 활성층(122)은 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 계열의 강유전성 고분자(ferroelectric polymer)로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 전기 활성층(122)은 비닐리덴플루오라이드(VF2) 단량체의 단일중합체(homopolymer)인 PVDF로 이루어지거나, P(VDF-TrFE)poly[(vinylidenefluoride-co-trifluoroethylene] 로 이루어질 수 있다. 전기 활성층(122)이 강유전성 고분자로 이루어지는 경우, 전기 활성층(122)에 전압이 인가됨에 따라 전기 활성층(122) 내부의 쌍극자(dipole)의 정렬 방향이 변경되어 접촉 감응 소자(120)가 진동할 수 있다.
전기 활성층(122)은 복수의 셀 단위로 촉각 피드백을 전달할 수 있다. 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 전극(121)과 복수의 제2 전극(123)이 서로 교차하는 경우, 복수의 셀은 복수의 제1 전극(121)과 복수의 제2 전극(123)이 서로 교차하는 영역으로 정의될 수 있다. 이 경우, 복수의 제1 전극(121) 각각에 서로 상이한 전압이 인가되고, 복수의 제2 전극(123) 각각에 서로 상이한 전압이 인가된다. 이에, 복수의 제1 전극(121)과 복수의 제2 전극(123)이 서로 교차하는 교차 영역에는 서로 상이한 전기장이 형성될 수 있다. 이 경우, 전기 활성층(122)은 교차 영역에서 서로 상이한 주파수로 진동할 수 있으며, 복수의 셀 단위로 독립적인 촉각 피드백을 전달할 수 있다.
복수의 셀 각각의 면적은 일반적인 사람의 손가락의 크기를 고려하여 결정될 수 있다. 예를 들어, 복수의 셀 각각의 면적은 2cm × 2cm의 면적을 가질 수 있다. 전기 활성층(122)이 복수의 셀 단위로 촉각 피드백을 전달하므로, 접촉 감응 소자(120)는 사용자에게 다양하고 세부적인 햅틱 효과를 제공할 수 있다.
전기 활성층(122)은 특정 방향을 따라 1축 연신될 수 있다. 예를 들어, 특정 연신축 방향으로 전기 활성층(122)에 인장력을 가함으로써, 전기 활성층(122)이 1축 연신될 수 있다. 전기 활성층(122)이 1축 연신됨에 의해 전기 활성층(122)은 결정의 방향에 따라 서로 상이한 굴절율을 갖는다. 이러한, 전기 활성층(122)의 결정성 굴절률 이방성에 기초하여 전기 활성층(122)으로 입사된 입사광의 위상은 변한다.
전기 활성층(122)이 특정 방향을 따라 1축 연신됨에 따라, 전기 활성층(122)은 굴절율 이방성을 가지며, 이로 인해 전기 활성층(122)에 입사하는 입사광의 위상이 지연될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 이러한 전기 활성층(122)의 광학적 특징을 이용하여 외광 반사를 억제할 수 있다. 구체적으로, 전기 활성층(122)은 선 편광판(130) 하부에서 위상 지연 필름으로 기능할 수 있다.
그러나, 전기 활성층(122)이 외광 반사 필름으로 사용되기 위해서는 특정 조건을 만족시켜야 한다. 일반적으로, 외광 반사 필름은 선 편광판(130), 위상 지연 필름 및 반사층의 구조로 형성되고, 위상 지연 필름은 λ의 파장을 갖는 입사광의 위상을 λ/4만큼 지연시키도록 형성된다. 이 경우, 선 편광판(130)으로 입사된 광은 위상 지연 필름 및 반사층을 통해 선 편광판(130)의 편광축과 수직한 방향으로 편광된 광으로 광학 특징이 변화될 수 있으며, 선 편광판(130)에 의해 차단되어 외광 반사 효과는 극대화될 수 있다. 따라서, 선 편광판(130) 하부에 배치되는 전기 활성층(122)이 위상 지연 필름으로 기능하기 위해서는 일반적인 외광 반사 필름에 적용되는 위상 지연 필름과 같이 입사광의 위상을 λ/4만큼 지연시킬 수 있어야 한다. 전기 활성층(122)의 위상 지연 값은 전기 활성층(122)의 두께 및 연신율에 기초하여 결정될 수 있다.
구체적으로, 전기 활성층(122)의 위상 지연값은 하기 [수학식 1]을 만족시킨다.
Figure 112015122099913-pat00001
(Δneff: 유효 굴절 이방값, d: 전기 활성층의 두께, λ: 입사광의 파장)
상기 [수학식 1]에서 Δneff는 전기 활성층(122)의 유효 굴절 이방값을 나타내며, 복굴절율(birefringence)로 지칭될 수도 있다. 전기 활성층(122)의 유효 굴절 이방값은 전기 활성층(122)의 굴절율 이방성 특징의 정도를 나타내는 요소이고, 이는 전기 활성층(122)의 구성 재료 및 연신율에 의해 결정된다. 따라서, 상기 [수학식 1]에 표현된 바와 같이, 전기 활성층(122)의 위상 지연값(λ/4)은 전기 활성층(122)의 유효 굴절 이방값(Δneff)을 결정하는 전기 활성층(122)의 구성 재료, 연신율 및 전기 활성층(122)의 두께(d)에 의해 결정된다. 전기 활성층(122)의 위상 지연값(λ/4)에 대해서는 [표 1]을 참조하여 후술한다.
한편, 전기 활성층(122)은 표시 장치(100)의 시인성 저하를 최소화하기 위해, 높은 투과율을 갖는다. 즉, 전기 활성층(122)의 반사율은 낮다. 예를 들어, 전기 활성층(122)의 반사율은 6% 보다 작을 수 있다. 이 경우, 전기 활성층(122)으로 입사된 광은 대부분 전기 활성층(122)을 통과하며, 전기 활성층(122)을 통과하는 과정에서 위상이 지연될 수 있다. 전기 활성층(122)의 반사율에 대한 상세한 설명은 도 4를 참조하여 후술한다.
선 편광판(130)은 접촉 감응 소자(120) 상에 배치된다. 선 편광판(130)은 상, 하의 지지층 사이에 편광자(polarizer)가 개재된 구조로 구현된다. 편광자는 입사되는 광의 편광 정도에 따라 투과되는 광의 광량을 제어한다. 편광자는, 예를 들어, PVA(Poly Vinyl Alcohol) 재질의 필름으로 구현될 수 있고, 요오드를 흡수한 PVA 필름을 강한 장력으로 연신하여 형성될 수 있다. 또한, 상기 편광자의 상, 하부에 구비되는 지지층은 PVA 필름을 보호, 지지하기 위한 TAC(TriAcetyl Cellulose) 재질의 필름으로 구현될 수 있다. 그러나, 선 편광판(130)의 구조 및 물질이 이에 한정되는 것은 아니며, 선 편광판(130)에서 적어도 하나의 지지층은 생략될 수 있고, 하나의 지지층 상에 편광자를 코팅하여 박막 결정막 편광자(thin crystal film ploarizer)가 형성될 수도 있다.
선 편광판(130)은 다양한 편광 상태를 갖는 입사광 중에서 특정 편광 상태를 갖는 광을 선택적으로 투과시키거나 흡수한다. 예를 들어, 선 편광판(130)은 편광축과 평행한 방향으로 편광된 광을 선택적으로 투과시킨다.
선 편광판(130)의 편광축과 전기 활성층(122)의 연신축은 소정의 각도를 이룰수 있다. 예를 들어, 선 편광판(130)의 편광축과 전기 활성층(122)의 연신축이 이루는 각도는 약 45°(degree) 또는 약 135°이다. 여기서, 약 45°는 43° 내지 47°의 범위에서 선택된 하나의 각도를 의미하며, 약 135°는 133° 내지 137°의 범위에서 선택된 하나의 각도를 의미한다. 즉, 접촉 감응 소자(120) 상에 선 편광판(130)을 배치시키는 과정에서 발생될 수 있는 일반적인 공정상의 오차가 ±2°이므로, 선 편광판(130)의 편광축과 전기 활성층(122)의 연신축이 이루는 각도는 도는 43° 내지 47°의 범위에서 선택된 각도 또는 133° 내지 137°의 범위에서 선택된 각도일 수 있다. 상술한 바와 같은 각도로 선 편광판(130)과 전기 활성층(122)이 배치되는 경우 표시 패널(110)의 반사층에 의해 발생되는 외광 반사는 최소화될 수 있다. 이에 대해서는 도 3a 및 도 3b를 참조하여 후술한다.
커버 윈도우(140)는 선 편광판(130) 상에 배치된다. 커버 윈도우(140)는 외부 환경으로부터 표시 장치(100)의 구성 요소들을 보호하기 위한 기판이다. 커버 윈도우(140)는 표시 패널(110)에서 방출되는 광이 잘 투과할 수 있도록 투과율이 우수한 유리로 구성될 수도 있고, 경도가 5H 이상이며 투과율이 우수한 유기물 또는 유무기 복합물질로 이루어진 필름으로 구성될 수도 있다.
비록, 도 1 및 도 2에 도시되어 있지 않지만, 표시 패널(110)과 접촉 감응 소자(120)를 접착하도록 제1 접착층이 표시 패널(110)과 접촉 감응 소자(120) 사이에 배치되고, 접촉 감응 소자(120)와 선 편광판(130)을 접착하도록 제2 접착층이 접촉 감응 소자(120)와 선 편광판(130) 사이에 배치되며, 선 편광판(130)과 커버 윈도우(140)를 접착하도록 제3 접착층이 선 편광판(130)과 커버 윈도우(140) 사이에 배치될 수 있다. 제1 접착층 내지 제3 접착층은 접착력과 광 투과율이 높은 접착 재료로서, SVR(Super View Resin) 또는 OCA(Optically Clear Adhesive) 등으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에 구비된 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)은 입사광의 위상을 지연시킬 수 있으므로, 전기 활성층(122)은 위상 지연 필름으로서 기능할 수 있다. 이에 대해 보다 상세히 설명하기 위해, 도 3a 및 도 3b를 함께 참조한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 접촉 감응 소자에 구비된 전기 활성층의 위상 지연 효과를 설명하기 위한 개략적인 사시도들이다. 도 3a 및 도 3b에서는 설명의 편의를 위해, 선 편광판(130), 전기 활성층(122) 및 표시 패널(110)의 반사층(111) 이외의 표시 장치(100)의 구성 요소들은 생략되어 있으며, 광의 이동 경로는 점선 화살표로, 광의 편광 상태는 실선 화살표로 도시하였다. 또한, 도 3a 내지 도 3b에서는 설명의 편의를 위해 반사층(111)의 형상을 판(plate) 형태로 도시하였다. 한편, 도 3a 내지 도 3b에서는 선 편광판(130)의 편광축(PA) 및 전기 활성층(122)의 연신축(EA)의 방향을 해칭을 사용하여 도시하였다.
도 3a를 참조하면, 표시 장치(100)의 외부에서 유입되는 광(L1)은 표시 장치(100) 상부의 커버 윈도우(140)를 지나 선 편광판(130)으로 입사한다.
표시 장치(100)의 외부에서 유입되는 광(L1)은 다양한 편광 상태를 갖는다. 선 편광판(130)은 다양한 편광 상태를 갖는 광(L1) 중에서 특정 편광 상태를 갖는 광(L2)만을 선택적으로 흡수 또는 투과시킨다. 이에, 선 편광판(130)을 통과한 광(L2)은 특정 편광 상태를 갖게된다. 예를 들어, 도 3a에 도시된 바와 같이, 선 편광판(130)은 편광축(PA)과 평행한 편광 상태를 갖는 광을 투과시킬 수 있다. 따라서, 선 편광판(130)을 통과한 광(L2)은 평광축(PA)과 평행한 편광 상태를 갖는다.
이어서, 선 편광판(130)을 통과한 광(L2)은 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)으로 입사한다.
접촉 감응 소자(120)의 제2 전극(123)은 투명한 도전성 물질로 이루어지므로, 선 편광판(130)을 통과한 광(L2)은 접촉 감응 소자(120)의 제2 전극(123)을 통과할 수 있으며, 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)에 도달할 수 있다. 상술한 바와 같이, 전기 활성층(122)은 연신축(EA) 방향으로 1축 연신될 수 있고, 전기 활성층(122)의 연신축(EA)과 선 편광판(130)의 편광축(PA)이 이루는 각도(α)는 45° 또는 135°이다. 앞서 언급한 바와 같이, 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)은 입사광의 위상을 지연시키도록 구현되므로, 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)을 통과한 광(L3)은 전기 활성층(122)을 통과하기 전의 광(L2)보다 위상이 지연된다. 이 경우, 전기 활성층(122)의 투과율은 하기 [수학식 2]로 결정될 수 있다.
Figure 112015122099913-pat00002
(단, T: 투과율, α: 선 편광판(130)의 편광축(PA)과 전기 활성층(122)의 연신축(EA) 사이의 각도(radian), d: 전기 활성층(122)의 두께, Δneff: 전기 활성층(122)의 유효 굴절 이방값, λ: 입사광의 파장)
만약, 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)의 연신축(EA)과 선 편광판(130)의 편광축(PA) 사이의 각도(α)가 45° 또는 135°(즉, π/4 또는 3π/4) 이면, 상기 [수학식 2]의 sin2(2α) 값은 1이 된다. 한편, 전기 활성층(122)의 두께(d)와 연신율이 입사광의 위상을 λ/4만큼 지연시키도록 최적화된다면, 상기 [수학식 2]의 sin2(2πdΔneff/λ) 값도 1이된다. 즉, 상기 [수학식 1]로부터 d·Δneff=λ/4 이므로, sin2(2πdΔneff/λ) = sin2(π/2) = 1이 된다. 결과적으로, 상기 [수학식 2]의 투과율(T)은 1이 되므로, 전기 활성층(122)으로 입사된 광(L2)은 모두 투과되며, 그 위상이 λ/4만큼 지연된다.
이어서, 전기 활성층(122)을 통과한 광(L3)은 표시 패널(110)의 반사층(111)에 도달한다. 앞서 언급한 바와 같이, 반사층(111)은 표시 패널(110)에서 반사율이 높아 외부광을 반사할 수 있는 구성 요소를 의미한다. 예를 들어, 반사층(111)은 유기 발광 다이오드의 애노드, 표시 패널(110)에 포함된 각종 금속 배선, 표시 패널(110)의 색을 구현하기 위한 컬러 필터의 표면, 표시 패널(110)의 화소들을 서로 구분하기 위한 블랙 매트릭스의 표면일 수 있다.
도 3b를 참조하면, 표시 패널(110)의 반사층(111)에 도달한 광(L3)은 반사층(111)에서 반사된다.
표시 패널(110)의 반사층(111)에 도달한 광(L3)은 반사층(111)에 반사되면서, 위상이 180° 변한다. 따라서, 반사층(111)에서 반사된 광(L4)의 위상은 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)을 투과한 광(L3)의 위상과 180°의 차이를 갖는다. 비록, 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)과 표시 패널(110)의 반사층(111) 사이에 접촉 감응 소자(120)의 제1 전극(121)과 같은 다른 구성 요소들이 배치될 수 있지만, 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)과 표시 패널(110)의 반사층(111) 사이에 배치되는 구성 요소들은 높은 투과율을 가지므로, 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)을 통과한 광(L3)의 대부분은 표시 패널(110)의 반사층(111)에 도달할 수 있다.
이어서, 반사층(111)에 의해 반사된 광(L4)은 다시 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)으로 입사한다.
전기 활성층(122)에 입사된 광(L4)은 전기 활성층(122)을 통과하면서 위상이 λ/4만큼 다시 지연된다. 즉, 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)을 최초 통과하였던 광(L3)은 전기 활성층(122)으로 최초 입사되었던 광(L2)의 위상으로부터 λ/4만큼 지연된 위상을 가지고, 반사층(111)에 의해 반사된 광(L4)은 반사되기 전의 광(L3)의 위상으로부터 180°(즉, π 라디안) 반전된 위상을 가지며, 전기 활성층(122)을 다시 통과한 광(L5)은 반사된 광(L4)의 위상으로부터 λ/4만큼 지연된 위상을 갖는다. 결과적으로, 전기 활성층(122)을 다시 통과한 광(L5)은 전기 활성층(122)으로 최초 입사되었던 광(L2)의 위상으로부터 λ/2만큼 지연된 위상을 가지며, 선 편광판(130)의 편광축과 수직한 방향으로 편광된 광이 된다.
이어서, 전기 활성층(122)을 통과한 광(L5)은 선 편광판(130)에 도달한다.
앞서 언급한 바와 같이, 선 편광판(130)은 편광축(PA)과 평행한 광을 투과시키므로, 전기 활성층(122)을 통과한 광(L5)은 선 편광판(130)을 투과하지 못하고, 선 편광판(130)에 의해 차단된다. 이로써, 표시 장치(100)의 외부에서 유입된 광(L1)이 반사되어 다시 외부로 방출되는 외광 반사가 최소화될 수 있으며, 표시 장치(100)의 시인성이 향상될 수 있다.
즉, 전기 활성층(122)이 입사광(L2)의 위상을 λ/4만큼 지연시키고, 전기 활성층(122)의 연신축(EA)과 선 편광판(130)의 편광축(PA)이 약 45° 또는 약 135° 기울어진 경우, 외부에서 유입된 광(L1)은 다시 반사되어 외부로 방출되지 않는다. 앞서 언급한 바와 같이, 전기 활성층(122)의 위상 지연 값은 전기 활성층(122)의 구성 재료, 연신율 및 두께에 의해 결정될 수 있으므로, 전기 활성층(122)이 λ/4만큼 위상을 지연시킬 수 있도록 전기 활성층(122)의 두께 및 연신율은 최적화될 수 있다.
구체적으로, 전기 활성층(122)의 두께 및 연신율은 전기 활성층(122)의 위상 지연값이 약 λ/4가 되도록 최적화될 수 있다. 여기서, 약 λ/4는 λ/4에서 ± 5nm의 오차 범위를 포함한다. 즉, 약 λ/4는 λ/4 - 5nm 내지 λ/4 + 5nm의 범위에서 선택된 하나의 값을 의미하며, 이는, 공정과정에서 발생될 수 있는 미세한 오차를 반영한 값이다.
일반적으로, 전기 활성층(122)이 λ/4 - 5nm 내지 λ/4 + 5nm 의 위상 지연값을 가질 때, 반사층(111)에 의해 반사되어 전기 활성층(122)을 통과한 광(L5)은 대부분 선 편광판(130)에 의해 차단되며, 선 편광판(130)을 통과하여 세어나오는 광은 미세하여 잘 시인되지 않을 수 있다. 그러나, 전기 활성층(122)의 위상 지연값이 λ/4 - 5nm 내지 λ/4 + 5nm의 범위를 넘어서게 되는 경우, 반사층(111)에 반사되어 전기 활성층(122)을 통과한 광(L5)의 일부가 선 편광판(130)을 통과하여 외부에서 시인될 수 있다. 즉, 전기 활성층(122)이 λ/4의 위상 지연값을 갖는 위상 지연 필름으로 기능하기 위해 허용 가능한 오차 범위는 λ/4 - 5nm 내지 λ/4 + 5nm이다.
하기 [표 1]은 4배의 연신율로 1축 연신된 PVDF 필름의 위상 지연값을 약 λ/4로 설정하기 위한 최적의 두께를 알아보기 위한 데이터들이다.
입사광 필름 두께 별 투과광의 위상 지연값 λ/4
28μm 40μm 80μm 110μm REF
550nm 100.83nm 134.15nm 290.57nm 404.19nm 140.15nm 137.50nm
560nm 102.67nm 136.59nm 297.61nm 411.54nm 139.99nm 140.00nm
570nm 103.85nm 139.02nm 302.92nm 418.89nm 140.14nm 142.50nm
580nm 106.33nm 141.46nm 308.24nm 426.24nm 140.06nm 145.00nm
590nm 108.17nm 143.90nm 313.55nm 436.89nm 139.46nm 147.50nm
600nm 110.00nm 146.34nm 318.87nm 440.94nm 138.20nm 150.00nm
상기 [표 1]을 참조하면, PVDF 필름의 두께가 40μm일 때, 입사광의 위상이 약 λ/4만큼 지연됨을 알 수 있다. 즉, PVDF 필름의 두께가 40μm일 때 입사광의 위상은 λ/4 - 5nm 내지 λ/4 + 5nm의 범위에서 선택된 어느 하나의 위상으로 지연된다. 특히, 4배 연신율로 1축 연신되고, 40μm의 두께를 갖는 PVDF 필름은 일반적인 위상 지연 필름(REF)과 비교하여 실질적으로 동등한 수준의 위상 지연 효과를 나타냄을 알 수 있다. 여기서, 일반적인 위상 지연 필름(REF)으로는 ZEON 사(社)의 Cyclo Olefin Polymer® (COP) 필름이 사용되었다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)에서 전기 활성층(122)이 위상 지연 필름으로서 기능하기 위해서는 특정 연신율로 1축 연신될 필요가 있으며, 특정 두께를 가질 필요가 있다. 예를 들어, 전기 활성층(122)은 2배 내지 6배의 연신율로 1축 연신될 수 있고, 20μm 내지 110μm의 두께를 가질 수 있다. 바람직하게, 전기 활성층(122)이 PVDF로 이루어진 경우, 전기 활성층(122)은 4배 연신율로 1축 연신되고, 40μm의 두께를 갖는다. 이 경우, 전기 활성층(122)은 약 λ/4의 위상 지연값을 가지며, 외광 반사를 억제시키기 위한 위상 지연 필름으로 기능할 수 있다.
한편, 전기 활성층(122)에 의한 위상 지연 효과로 외광 반사가 억제되기 위해서는 전기 활성층(122)의 연신축(EA)이 선 편광판(130)의 편광축(PA)로부터 특정 각도(α)만큼 기울어질 필요가 있다. 상기 [수학식 2]를 참조하여 설명한 바와 같이, 전기 활성층(122)의 연신축(EA)과 선 편광판(130)의 편광축(PA)이 이루는 각도가 45° 또는 135°일 때, 상기 [수학식 2]의 sin2(2α)가 1이 되어 외광 반사 효과가 극대화된다. 그러나, 선 편광판(130)과 전기 활성층(122)을 형성하는 과정에서 연신축(EA)과 편광축(PA) 사이의 각도(α)는 미세하게 오차가 발생될 수 있다. 만약, 전기 활성층(122)의 연신축(EA)과 선 편광판(130)의 편광축(PA)사이 각도(α)가 45° 또는 135°에서 ±2° 이내의 오차를 갖는 경우, 상기 [수학식 2]의 sin2(2α)가 1에 충분히 근접하여 전기 활성층(122)은 외광 반사를 충분히 억제할 수 있다. 반면, 전기 활성층(122)의 연신축(EA)과 선 편광판(130)의 편광축(PA)사이 각도(α)가 45° 또는 135°에서 ±2°를 넘어서는 오차를 갖는 경우, 상기 [수학식 2]의 sin2(2α)가 1에 충분히 근접하지 못할 수 있으며, 반사층(111)에서 반사되어 전기 활성층(122)을 통과한 광(L5)의 일부가 선 편광판(130)을 통과하여 외부에서 시인될 수 있다.
결과적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)의 전기 활성층(122)은 선 편광판(130)의 편광축(PA)으로부터 약 45° 또는 약 135° 기울어진 연신축(EA)을 갖는다. 여기서, 약 45°는 43° 내지 47°의 범위에서 선택된 각도를 의미하며, 약 135°는 133° 내지 137°의 범위에서 선택된 각도를 의미한다. 이는, 상술한 바와 같이, 공정과정에서 발생될 수 있는 전기 화성층(122)의 연신축(EA)과 선 편광판(130)의 편광축(PA) 사이의 각도(α) 오차를 반영한 것이다. 전기 활성층(122)의 연신축(EA)과 선 편광판(130)의 편광축(PA)이 약 45° 또는 약 135° 기울어진 경우, 반사층(111)에서 반사되어 전기 활성층(122)을 통과한 광(L5)은 선 편광판(130)의 편광축(PA)으로부터 거의 수직하게 편광된 광이 될 수 있으며, 외광 반사는 효과적으로 억제될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 전기 활성층의 반사율에 대한 그래프이다. 전기 활성층이 외광 반사 필름으로 사용되기 위해서는 전기 활성층의 반사율이 낮을 필요가 있다. 즉, 전기 활성층의 반사율이 높은 경우, 선 편광판을 통과한 광은 전기 활성층을 통과하지 못하고, 전기 활성층의 표면에서 반사될 수 있다. 따라서, 선 편광판을 통과한 광이 전기 활성층을 통과할 수 있도록 전기 활성층의 반사율은 충분히 낮을 필요가 있다.
도 4에서 실선④는 비교예로서, 일반적인 위상 지연 필름의 반사율을 나타낸다. 일반적인 위상 지연 필름은 ZEON 사(社)의 Cyclo Olefin Polymer® (COP) 필름을 사용하였다. 일반적인 위상 지연 필름의 두께는 32μm 였다. 실선①, 실선② 및 실선③은 각각 28μm 두께의 PVDF 필름, 80μm 두께의 PVDF 필름 및 40μm 두께의 PVDF 필름의 반사율을 나타낸다. 28μm 두께의 PVDF 필름, 80μm 두께의 PVDF 필름 및 40μm 두께의 PVDF 필름은 모두 4배의 연신율로 1축 연신되었으며, PVDF 필름의 연신축은 선 편광판의 편광축으로부터 약 45° 기울어지게 배치하였다.
도 4를 참조하면, 비교예로서, 일반적인 위상 지연 필름의 반사율은 평균 4.76%이다.
이에 반해, 40μm 두께의 PVDF 필름의 반사율은 평균 5.88%이다. 즉, 40 μm 두께의 PVDF 필름의 반사율은 일반적인 위상 지연 필름의 반사율과 2% 미만의 차이를 갖는다. 그러나, 2% 미만의 반사율 차이는 사람의 눈으로 쉽게 구분하기 어려우며, 40μm 두께의 PVDF 필름은 대부분의 광을 통과시킬 수 있으므로, 위상 지연 필름의 대체 필름으로 충분히 사용될 수 있음을 알 수 있다.
한편, 80μm 두께의 PVDF 필름의 반사율은 평균 5.96%이며, 28μm 두께의 PVDF 필름의 반사율은 평균 5.94%이다. 즉, 80μm 두께의 PVDF 필름의 반사율과 28μm 두께의 PVDF 필름의 반사율은 각각 일반적인 위상 지연 필름의 반사율과 2% 미만의 차이를 보인다. 앞서 언급한 바와 같이, 2% 미만의 반사율 차이는 사람의 눈으로 쉽게 구분하기 어렵다. 그러나, 28μm 두께의 PVDF 필름과 80μm 두께의 PVDF 필름은 상기 [표 1]을 참조하여 알 수 있듯이, 입사광의 위상을 약 λ/4만큼 지연시키지 못한다. 따라서, 28μm 두께의 PVDF 필름과 80μm 두께의 PVDF 필름은 낮은 반사율을 갖음에도 불구하고, 위상 지연 필름으로 사용되기에 어려움이 있다.
도 4를 참조하여 알수 있듯이, 4배의 연신율로 1축 연신된 40μm PVDF 필름은 일반적인 위상 지연 필름 대비 약간 높은 반사율을 갖지만, 입사광의 위상을 약 λ/4 수준으로 지연시킬 수 있다. PVDF 필름과 일반적인 위상 지연 필름 사이의 반사율 차이는 사람의 눈으로 감지하기 어려운 수준에 불과하므로, 외광 반사를 억제 효과는 실질적으로 동일할 수 있다. 특히, PVDF 필름은 접촉 감응 소자의 전기 활성층으로 기능하므로, 사용자에게 촉각 피드백도 전달할 수 있는 추가적인 기능이 있다. 따라서, 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치에서 일반적인 위상 지연 필름은 생략될 수 있으며, 위상 지연 필름의 기능을 1축 연신된 전기 활성층이 대신할 수 있다. 이에, 표시 장치의 두께는 생략된 위상 지연 필름의 두께만큼 얇아질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(100)는 1축 연신되어 입사광의 위상을 지연시킬 수 있는 전기 활성층(122)을 갖는 접촉 감응 소자를 포함하므로, 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있을 뿐 아니라, 외광 반사 억제를 위한 별도의 위상 지연 필름이 생략될 수 있다. 따라서, 위상 지연 필름이 생략됨에 따라 표시 장치(100)의 두께가 그만큼 얇아질 수 있다. 이에 표시 장치(100)의 박형화가 가능하고, 플렉서블 표시 장치(100)의 구현이 보다 용이해질 수 있다. 비교적 가격이 비싼 위상 지연 필름을 따로 선 편광판(130) 하부에 부착할 필요가 없으므로, 표시 장치(100)의 제조 비용이 절감될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 5에 도시된 표시 장치(500)는 표시 패널(510)이 유기 발광 표시 패널이고, 선 편광판(130) 상에 터치 패널(570)이 배치된 것을 제외하고는 도 1 및 도 2에 도시된 표시 장치(100)와 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략한다.
표시 패널(510)은 유기 발광 다이오드를 포함하는 유기 발광 표시 패널로 구현된다. 이 경우, 표시 패널(510)은 애노드(511), 유기 발광층(514) 및 캐소드(515)로 구성되는 유기 발광 다이오드 및 유기 발광 다이오드에 구동 전류를 전달하도록 구성된 박막 트랜지스터(513)를 포함한다. 유기 발광 다이오드와 박막 트랜지스터(513)는 표시 패널(510)의 하부 기판(512) 상에 배치되며, 표시 패널(510)의 상부 기판(516)은 유기 발광 다이오드와 박막 트랜지스터(513)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다.
표시 패널(510)이 탑 에미션 방식의 유기 발광 표시 패널인 경우, 유기 발광 다이오드에서 방출된 광은 상부 기판(516)을 통해 표시 장치(100)의 상부 방향으로 방출된다. 반면, 표시 패널(510)이 바텀 에미션 방식의 유기 발광 표시 패널인 경우, 유기 발광 다이오드에서 방출된 광은 하부 기판(512)을 통해 표시 장치(100)의 하부 방향으로 방출된다. 도 5는 예시적인 실시예로서, 탑 에미션 방식의 유기 발광 표시 패널을 도시한다.
탑 에미션 방식의 유기 발광 표시 패널은 유기 발광층(514)에서 발생된 광의 발광 효율을 극대화하도록 애노드(511)가 반사 전극으로 구성될 수 있다. 이 경우, 유기 발광층(514)에서 상부 방향으로 발생된 광은 바로 상부 기판(516) 쪽으로 방출되고, 유기 발광층(514)의 하부 방향으로 발생된 광은 애노드(511)에 반사되어 상부 기판(516) 쪽으로 방출될 수 있다.
이 경우, 애노드(514)는 반사층으로 기능할 수 있다. 즉, 외부에서 유입된 광은 선 편광판(130) 및 전기 활성층(122)을 통과하면서 특정 편광 상태를 가지게 되고, 애노드(514)에 반사되어 반전된 편광 상태를 가지게 된다. 애노드(514)를 통해 반사된 광은 다시 전기 활성층(122)과 선 편광판(130)에 의해 차단되며, 외광 반사는 최소화될 수 있다.
터치 패널(570)은 선 편광판(130) 상에 배치된다. 터치 패널(570)은 사용자의 표시 장치(100)에 대한 터치 입력을 감지한다. 터치 패널(570)은 저항막 방식, 정전용량 방식, 광학 방식, 전자기 방식 등 다양한 방식으로 구현될 수 있다. 만약, 터치 패널(570)이 정전용량 방식으로 구현되는 경우, 터치 패널(570)은 도 5에 도시된 바와 같이, 제1 터치 전극(571), 제1 터치 전극(571)과 전기적으로 분리된 제2 터치 전극(572) 및 절연층(573)을 포함한다. 이 경우, 터치 패널(570)은 사용자의 터치 입력이 인가된 지점에서 제1 터치 전극(571) 및 제2 터치 전극(572)의 커패시턴스가 변화되는 현상을 이용하여 터치 입력이 인가된 지점의 위치를 검출할 수 있다.
터치 패널(570)의 하부에 배치된 선 편광판(130)은 소정의 두께(t)를 갖는다. 예를 들어, 선 편광판(130)은 100μm 이상의 두께를 갖는다. 선 편광판(130)은 접촉 감응 소자(120)의 전기 활성층(122)에 인가되는 전기장에 의해 터치 패널(570)의 터치 신호가 간섭 받지 않도록, 차폐층으로 기능한다. 즉, 전기 활성층(122)에 인가된 전기장으로 인해 터치 패널(570)의 제1 터치 전극(571) 또는 제2 터치 전극(572)이 대전될 수 있다. 이 경우, 대전된 제1 터치 전극(571) 또는 제2 터치 전극(572)에 의해 터치 신호가 변형되거나, 신호 지연이 발생될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(500)는 100μm 이상의 두께를 갖는 선 편광판(130)이 전기 활성층(122)에 인가되는 전기장으로부터 터치 패널(570)을 보호할 수 있으므로, 전기장에 의한 터치 패널(570)의 간섭 현상이 최소화될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(500)는 터치 패널(570)을 포함하므로, 터치 입력의 인식이 가능하며, 사용자에게 직관적인 터치 인터페이스를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(500)는 터치 패널(570)과 접촉 감응 소자(120) 사이에 배치된 선 편광판(130)을 포함하고, 선 편광판(130)이 차폐층으로 기능하므로, 별도의 차폐층을 배치할 필요가 없다. 따라서, 별도의 차폐층으로 인한 표시 장치(500)의 두께 상승이 최소화될 수 있으며, 박형 표시 장치(500)의 구현이 보다 용이해 질 수 있다.
몇몇 실시예들에 의하면, 터치 패널(570)은 압력 센서를 더 포함할 수 있다. 압력 센서는 터치 입력의 세기를 측정할 수 있다. 예를 들어, 사용자의 터치 입력이 인가된 지점에서 절연층(573)의 두께가 국부적으로 감소될 수 있고, 절연층(573)의 두께가 변화됨에 따라 절연층(573) 제1 터치 전극(571)과 제2 터치 전극(572) 사이의 커패시턴스가 변할 수 있다. 압력 센서는 이러한 커패시턴스 변화를 검출함으로써, 터치 입력의 세기를 측정할 수 있다. 이 경우, 터치 패널(570)은 터치 입력의 2차원적인 위치뿐 아니라 터치 입력의 세기까지 측정할 수 있으므로, 표시 장치(500)는 다양한 터치 입력을 수신할 수 있고, 접촉 감응 소자(120)와 연동되어 터치 입력의 세기에 따라 다양한 촉각 피드백을 제공할 수 있다.
도 6는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다. 도 6의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(610)가 모바일 디바이스(600)에서 사용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(610)가 도 5의 (a)에서 모바일 디바이스(600)에 포함되도록 도시되었으며, 여기서 모바일 디바이스(600)는 스마트폰, 핸드폰, 태블릿 PC, PDA 등과 같은 소형화 장치를 의미한다. 표시 장치(610)가 모바일 디바이스(600)에 설치되는 경우, 사용자는 표시 장치(610)의 화면에 직접 터치 입력을 인가함으로써, 모바일 디바이스(600)의 다양한 기능들을 수행할 수 있다.
특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(610)는 얇은 필름 형태의 접촉 감응 소자를 포함하므로, 사용자의 터치 입력에 반응하여 모바일 디바이스(600)는 다양한 촉각 피드백을 제공할 수 있다. 예를 들어, 사용자는 모바일 디바이스(600)로 동영상 시청, 게임, 버튼 입력 등을 수행할 시에 터치와 함께 진동을 느낄 수 있고, 보다 감각적인 정보를 전달받을 수 있다. 또한, 표시 장치(610)의 두께가 얇아짐에 따라, 모바일 디바이스(600)의 박형 경량화가 용이하고, 플렉서블 모바일 디바이스(600)의 구현이 용이해질 수 있다.
도 6의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 차량용 네비게이션(700)에서 사용되는 경우를 도시한다. 차량용 네비게이션(700)은 표시 장치(710) 및 다수의 조작 요소들을 포함할 수 있으며, 차량 내부에 설치된 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 표시 장치(710)가 차량용 네비게이션(700)에 적용되는 경우, 도로의 높낮이, 도로의 상태, 차량의 진행 상황 등을 촉각적으로 제공할 수 있게 되므로, 운전자의 차량용 네비게이션(700)에 대한 조작이 보다 용이해질 수 있다.
도 6의 (c)는 본 발명의 일 실시예들에 따른 표시 장치가 모니터, TV 등과 같은 디스플레이 수단(800)으로 사용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(810)가 디스플레이 수단(800)으로 이용되는 경우, 사용자는 표시 장치(810) 화면에 직접 터치 입력을 인가하여 디스플레이 수단(800)의 다양한 기능들을 수행할 수 있고, 디스플레이 수단(800)에서 제공되는 촉각 피드백에 기초하여 디스플레이 수단(800)에 표시된 사물의 촉감을 실제로 경험하듯이 느낄 수 있다. 이에, 사용자는 보다 실감나는 영상을 즐길 수 있으며, 시각 장애인도 촉각적인 경험을 통해 다양한 컨텐츠를 감상할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(810)의 접촉 감응 소자는 외광 반사 억제 기능이 있으므로, 밝은 곳에서 디스플레이 수단(800)을 시청하는 경우에도 외광에 의해 디스플레이 수단(800)의 시인성이 감소되는 것이 최소화될 수 있다.
도 6의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 옥외 광고판(900)에서 사용되는 경우를 도시한다. 옥외 광고판(900)은 표시 장치(910) 및 지면과 표시 장치(910)를 연결시키는 지지대를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(910)를 옥외 광고판(900)에 적용하는 경우, 판매하고자 하는 광고 물품에 대한 정보가 시각 및 청각 매체를 통해 전달되는 것을 넘어서서 촉각 매체를 통해서도 전달될 수 있다. 따라서, 사용자는 옥외 광고판(900)을 터치함으로써, 광고 물품에 대한 촉각 정보를 전달받을 수 있으며, 광고 효과가 극대화될 수 있게 된다. 특히, 표시 장치(910)의 접촉 감응 소자는 외광 반사를 억제하는 기능이 있으므로, 옥외 광고판(900)의 시인성을 보다 향상시킬 수 있다.
도 6의 (e)는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 게임기(1000)에서 사용되는 경우를 도시한다. 게임기(1000)는 표시 장치(1010), 및 다양한 프로세서가 내장되는 하우징을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1010)를 게임기(1000)에 적용하는 경우, 사용자는 표시 장치(1010) 화면을 직접 터치함으로써 게임을 조작할 수 있으므로 게임의 조작이 용이할 수 있고, 사용자의 게임 조작에 따른 다양한 촉각적 피드백이 실감나게 제공되므로, 사용자의 게임에 대한 몰입도가 배가될 수 있게 된다. 특히, 표시 장치(1010)의 접촉 감응 소자는 외광 반사를 억제하는 기능이 있으므로, 사용자는 야외에서 게임기(1000)의 화면을 불편함 없이 시청할 수 있는 장점이 있다.
도 6의 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 전자 칠판(1100)에서 사용되는 경우를 도시한다. 전자 칠판(1100)은 표시 장치(1110), 스피커 및 이들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 구조물을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1110)를 전자 칠판(1100)에 적용하는 경우, 교육자는 스타일러스 펜 또는 손가락으로 표시 장치(1110)에 강의 내용을 입력할 때에 직접 칠판에 판서하는 듯한 느낌을 제공받을 수 있게 된다. 또한, 피교육자가 전자 칠판(1100)에 표시된 이미지에 대한 터치 입력을 인가하는 경우, 해당 이미지에 적합한 촉각적 피드백이 피교육자에게 제공될 수 있으므로, 교육의 효과가 극대화될 수 있다.
본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로 (ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 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. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 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, 500, 610, 710, 810, 910, 1010, 1110: 표시 장치
110, 510: 표시 패널
111: 반사층
120: 접촉 감응 소자
121: 제1 전극
122: 전기 활성층
123: 제2 전극
130: 선 편광판
140: 커버 윈도우
511: 애노드
512: 하부 기판
513: 박막 트랜지스터
514: 유기 발광층
515: 캐소드
516: 상부 기판
571: 제1 터치 전극
572: 제2 터치 전극
573: 절연층
d: 전기 활성층의 두께
t: 선 편광판의 두께
α: 편광축과 연신축의 각도

Claims (12)

  1. 표시 패널;
    상기 표시 패널 상에 배치되어, 터치 입력에 대응하여 촉각 피드백을 전달하는 햅틱 효과를 발생시키는 접촉 감응 소자; 및
    상기 접촉 감응 소자 상의 선 편광판을 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는, 상기 선 편광판의 편광축으로부터 43° 내지 47° 또는 133° 내지 137° 기울어진 연신축을 가지도록 1축 연신되어 입사광의 위상을 지연시키도록 구성되고, 전기 활성 고분자(Electro-Active Polymers; EAP)로 이루어진 전기 활성층;
    상기 전기 활성층 하부에 배치되는 복수의 제1 전극; 및
    상기 전기 활성층 상부에 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 서로 상이한 방향으로 연장되고, 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극에 서로 상이한 전압이 인가되는 포함하는, 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기 활성층은 입사광의 위상을 약 λ/4만큼 지연시키도록 구성되고, 상기 λ는 상기 입사광의 파장인, 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전기 활성층은 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 계열의 고분자로 이루어지는, 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 전기 활성층은 1축으로 연신된 필름이고,
    상기 전기 활성층의 두께는 40μm인, 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 표시 패널은 반사층을 포함하는 유기 발광 표시 패널인, 표시 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 반사층은 애노드, 캐소드, 금속 배선, 컬러 필터의 표면 및 블랙 매트릭스의 표면 중 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치.
  7. 삭제
  8. 표시 패널;
    상기 표시 패널 상의 선 편광판; 및
    상기 표시 패널과 상기 선 편광판 사이에 배치되고, 터치 입력에 대응하여 촉각 피드백을 전달하는 햅틱 효과를 발생시키는 접촉 감응 소자를 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는 상기 선 편광판의 편광축으로부터 편광축으로부터 43° 내지 47° 또는 133° 내지 137° 기울어진 연신축을 가지고, 전기 활성 고분자(Electro-Active Polymers; EAP)로 이루어진 전기 활성층;
    상기 전기 활성층 하부에 배치되는 복수의 제1 전극; 및
    상기 전기 활성층 상부에 배치되는 복수의 제2 전극을 포함하고,
    상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 서로 상이한 방향으로 연장되고, 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극에 서로 상이한 전압이 인가되는, 표시 장치.
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제8항에 있어서,
    상기 전기 활성층의 두께(d)와 상기 전기 활성층의 유효 굴절 이방값(Δneff)은 하기 [수학식 1]을 만족시키는, 표시 장치.
    [수학식 1]
    Figure 112022127120281-pat00003
  12. 제8항에 있어서,
    상기 선 편광판 상에 배치된 터치 패널을 더 포함하고,
    상기 선 편광판의 두께는 100μm이상 인, 표시 장치.
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