KR102532982B1 - 입력 센서 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 필압을 감지할 수 있는 입력센서 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.

Description

입력 센서 및 이를 포함하는 표시장치{Input Sensor and Display Device Including the Same}
본 발명은 입력 센서 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것으로, 더 구체적으로는 필압을 감지할 수 있는 입력 센서 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
최근의 표시장치에는 사용자가 손가락을 이용하여 직접 화면을 터치하여 입력하는 터치 입력방식이 많이 적용되고 있다. 터치 입력방식은 키보드나 마우스와 같은 별도의 입력장치 없이 표시 화면에 결합될 수 있으며, 사용자가 표시 화면의 특정 위치를 직접 터치하여 입력할 수 있어 직관적이고 편리한 사용자 인터페이스를 제공할 수 있다.
터치 입력방식으로 현재 용량성 터치센서의 구조가 널리 이용되고 있으며, 투명 전도성 재료를 사용하여 터치센서의 터치 감지 전극 패턴을 형성한다. 터치센서는 통상 손가락으로 화면을 터치하는 방식으로 사용되므로 사람의 손가락 크기를 감안하여 그 감지 전극 패턴을 형성한다. 예를 들면, 대한민국 공개특허 제10-2016-0105947호에서는 5 밀리미터 x 5 밀리미터 정사각형 영역들을 갖는 터치 감지 구역을 포함하는 터치 스크린 센서를 개시하고 있다.
이와 같이 손가락을 이용하여 입력을 수행하는 정전용량 방식의 터치센서는 정밀한 좌표의 지정에는 한계가 있다. 이에 따라, 정밀한 그래픽 입력을 위해서는 펜을 사용하는 전자기 공진(ElectroMagnetic Resonance, EMR) 방식을 사용하는 디지타이저가 유리하게 사용된다.
EMR 방식을 사용하는 종래 기술의 디지타이저로는, 국제특허 공개 제WO 2010/023861 A1호에 개시된 것을 예로 들 수 있으며, 여기에서 디지타이저는 지시 장치(100)와 이를 감지하는 위치 검출 장치로 이루어진 것으로, 위치 검출 장치는 구동 루프 배선 군(10), 감지 루프 배선 군(20), 구동 루프 배선 군(10)과 감지 루프 배선 군(20)이 배치되는 검출면(30), 식별부(40)와 검출부(50)로 이루어진다. 구동 루프 배선 군(10)의 U자형의 복수의 선형 루프 배선과 검출 루프 배선 군(20)의 복수의 U 자형의 선형 루프 배선의 길이 방향은 서로 직교하고 있다. 검출부(50)는, 구동 루프 배선 군(10)과 감지 루프 배선 군(20)의 전자 결합 정도의 변화에 기초하여, 지시 장치(100)가 가리키는 위치를 검출한다.
이와 같은 EMR 방식 디지타이저는 정밀한 좌표 지정이 가능하고 필기 압력을 인식할 수 있는 장점이 있지만, 구성이 복잡하고 특정한 지시 장치를 사용하여야 하는 불편함이 있다.
한편, 대한민국 공개특허 제10-2016-0056682호에서는 전도성 유체를 구비한 펜팁을 포함하는 터치 펜; 복수의 구동 전극 및 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치센서; 및 상기 펜팁과 상기 터치센서 간의 접촉 면적에 기반하여 터치 압력을 결정하는 제어부를 포함하는 터치 압력 감지 장치를 개시하고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0056682호의 터치 압력 감지 장치는 압력센서 없이 필압을 감지할 수 있지만, 전도성 유체를 구비한 펜팁을 포함하는 터치 펜이라는 특정한 지시 장치를 사용하여야 하는 불편함을 여전히 가지고 있다.
대한민국 공개특허 제10-2016-0105947호 국제특허 공개 제WO 2010/023861 A1호 대한민국 공개특허 제10-2016-0056682호
본 발명은 상기한 바와 같은 기술적 배경을 바탕으로 이루어진 것으로서 특정한 지시 장치를 사용하지 않고도 필압을 감지할 수 있는 입력 센서 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하는 것을 그 과제로 한다.
본 발명의 다른 과제는 구성이 간단하고 저비용으로 제조할 수 있으면서 필압을 감지할 수 있는 입력 센서 및 이를 포함하는 표시장치를 제공하고자 하는 것이다.
이와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명에서는, 1~3mm의 패턴 피치를 갖는 터치센서 패턴을 포함하는 터치센서; 상기 터치센서의 상부 또는 하부에 배치되는 압력센서; 및 상기 터치센서 및 상기 압력센서에 연결되는 신호처리부를 포함하는 입력센서를 제공한다.
상기 신호처리부는 펜 입력에 따른 터치 입력 신호와 펜 입력에 따른 압력 신호를 함께 출력할 수 있다.
상기 터치센서는, 기재; 상기 기재 상의 분리층; 상기 분리층 상에 형성된 보호층; 상기 보호층 상에 형성된 가스 누출 방지층; 상기 가스 누출 방지층 상에 형성되며 투명 전도성 물질을 포함하는 터치 센서 패턴 층; 상기 터치 센서 패턴 층 상에 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성되며 금속 물질을 포함하는 브리지층을 포함할 수 있다.
상기 터치센서는, 기재; 상기 기재 상의 분리층; 상기 분리층 상에 형성된 보호층; 상기 보호층 상에 형성된 가스 누출 방지층; 상기 가스 누출 방지층 상에 형성되며 금속 물질을 포함하는 브리지층; 상기 브리지층 상에 형성된 절연층; 및 상기 절연층 상에 형성되며 투명 전도성 물질을 포함하는 터치 센서 패턴 층을 포함할 수 있다.
상기 터치센서의 상기 기재는 유연성 기재일 수 있다.
상기 압력센서는 정전용량 방식 압력센서일 수 있다.
상기 압력센서는 저항막 방식 압력센서일 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따르면, 표시층; 상기 표시층의 상부에 배치되는 터치센서; 상기 표시층의 상부 또는 하부에 배치되는 압력센서; 및 상기 터치센서 및 상기 압력센서에 연결되는 신호처리부를 포함하며, 상기 터치센서는 1~3mm의 패턴 피치를 갖는 표시장치가 제공된다.
상기 표시장치는 상기 표시층, 상기 터치센서 및 상기 압력센서의 상부에 배치되는 커버윈도우를 더 포함할 수 있다.
상기 커버윈도우는 유리로 이루어질 수 있다.
상기 커버윈도우는 유연성 필름기재로 이루어질 수 있다.
상기 신호처리부는 펜 입력에 따른 터치 입력 신호와 펜 입력에 따른 압력 신호를 함께 출력할 수 있다.
상기 표시층은 OLED층 또는 LCD층일 수 있다.
본 발명에 따른 입력 센서는 특정한 지시 장치를 사용하지 않고도 펜 입력에 따른 필압을 감지할 수 있으며, 그 구성이 간단하고 저비용으로 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 터치센서의 피치 간격에 따른 선형성(Linaerity) 변화를 보여주는 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 감지 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 다만 본 발명을 설명함에 있어서 본 명세서에 첨부된 도면들을 참조할 때, 도면들은 단지 본 발명을 설명하기 위한 예시일 뿐, 본 발명이 도면에 의해 한정되는 것은 아니다. 또한, 설명 상의 편의를 위해 일부 구성요소들은 도면 상에서 과장되게 표현되거나, 축소 또는 생략되어 있을 수 있다.
본 발명은 미세 패턴을 갖는 터치센서와 압력센서를 사용하여 필압을 감지할 수 있는 입력 센서와 이를 포함하는 표시장치를 제공한다.
도 1은 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치(10)는 표시층(110), 표시층(110) 상부의 압력센서(120), 압력센서(120) 상부의 터치센서(130), 압력센서(120) 및 터치센서(130)와 연결되는 신호처리부(140) 및 터치센서(130) 상부의 커버윈도우(150)를 포함한다.
표시층(110)으로는 유연성 표시장치에 적용할 수 있는 것을 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, OLED층이거나 LCD층일 수 있다.
압력센서(120)는 유연성 표시장치에 적용할 수 있는 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
압력센서(120)는 정전용량 방식 또는 저항막 방식 압력센서일 수 있다.
정전용량 방식은 압력센서의 변위에 따라 정전용량값 변화를 신호처리부에서 감지하는 방식이다.
저항막 방식은 압력센서의 압력에 따라 저항값의 변화를 신호처리부에서 감지하는 방식이다.
정전용량 방식 압력센서는, 예를 들면, PI, PET, COP, TAC, PES, PC, 아크릴 필름과 같은 기재필름 상에 감지 전극이 형성되며, 감지 전극의 상부 또는 하부에 압력센서의 변위를 갖게 하는 쿠션층을 포함할 수 있다.
저항막 방식 압력센서는, 예를 들면, 예를 들면, PI, PET, COP, TAC, PES, PC, 아크릴 필름과 같은 기재필름 상에 압력에 따라 저항이 변하는 물질을 포함할 수 있다.
또한, 저항막 방식은 상부 기재필름에 형성되어 있는 전극과 하부 기재필름에 형성되어 있는 전극이 서로 접촉되어 저항이 발생되는 방식을 포함할 수 있다.
터치센서(130)는 정전용량 방식 터치센서로서, 손가락을 사용한 터치 입력만이 아니라 펜(160)을 사용한 터치 입력을 인식할 수 있도록 미세 패턴을 가질 수 있다. 터치센서(130)는 1~3mm의 피치를 갖는 패턴을 가질 수 있다.
도 2는 터치센서의 피치 간격에 따른 선형성(Linaerity) 변화를 보여주는 그래프이다.
본 발명의 터치센서는 디지타이저로도 기능할 수 있게 구성할 수 있는데, 이를 위해서는 해상도를 높이는 것, 즉 패턴 피치(pattern pitch)를 좁게 하여 채널수를 늘이는 것이 바람직할 수 있다. 다만, 디지타이저에서 펜은 일반적으로 1Φ, 즉 도전봉 직경이 1mm 이하인 펜을 사용하는데, 이 경우 선형성(Linearity)을 허용오차(공차) 0.5mm 이내로 유지시키는 것이 필요하다.
도 2에 도시한 바와 같이, 1Φ 펜을 사용할 때, 패턴 피치를 변화시키면서 선형성을 측정한 결과, 아래의 표 1과 같은 결과를 얻었다.
패턴 피치(mm) 선형성(mm)
0.6 0.75
0.8 0.51
1.0 0.20
1.2 0.22
1.4 0.25
1.6 0.26
1.8 0.28
2.0 0.29
2.2 0.30
2.4 0.31
2.6 0.32
2.8 0.35
3.0 0.38
3.2 0.72
3.4 0.80
3.6 0.95
위의 표 1에서 확인할 수 있듯이, 1Φ 펜을 사용할 때 선형성의 허용오차가 0.5mm 내로 유지되는 패턴 피치는 1~3mm임을 알 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서(130)를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서(130)는 기재(11), 기재 상에 형성된 분리층(12), 분리층(12) 상에 형성된 보호층(13) 및 보호층(13) 상에 형성된 가스 누출 방지층(14)을 포함하며, 터치센서 패턴 층(15)은 가스 누출 방지층(14) 상에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 기재(11)는 유연성 필름 기재일 수 있으며, 특히 투명필름일 수 있다.
투명필름은 투명성, 기계적 강도, 열안정성이 우수한 필름이 사용될 수 있으며, 구체적인 예로는, 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌이소프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트, 폴리부틸렌테레프탈레이트 등의 폴리에스테르계 수지; 디아세틸셀룰로오스, 트리아세틸셀룰로오스 등의 셀룰로오스계 수지; 폴리카보네이트계 수지; 폴리메틸(메타)아크릴레이트, 폴리에틸(메타)아크릴레이트 등의 아크릴계 수지; 폴리스티렌, 아크릴로니트릴-스티렌 공중합체 등의 스티렌계 수지; 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 시클로계 또는 노보넨 구조를 갖는 폴리올레핀, 에틸렌-프로필렌 공중합체 등의 폴리올레핀계 수지; 염화비닐계 수지; 나일론, 방향족 폴리아미드 등의 아미드계 수지; 이미드계 수지; 폴리에테르술폰계 수지; 술폰계 수지; 폴리에테르에테르케톤계 수지; 황화 폴리페닐렌계 수지; 비닐알코올계 수지; 염화비닐리덴계 수지; 비닐부티랄계 수지; 알릴레이트계 수지; 폴리옥시메틸렌계 수지; 에폭시계 수지 등과 같은 열가소성 수지로 구성된 필름을 들 수 있으며, 상기 열가소성 수지의 블렌드물로 구성된 필름도 사용할 수 있다. 또한, (메타)아크릴계, 우레탄계, 아크릴우레탄계, 에폭시계, 실리콘계 등의 열경화형 수지 또는 자외선 경화형 수지로 된 필름을 이용할 수도 있다.
이와 같은 투명필름의 두께는 적절히 결정할 수 있지만, 일반적으로는 강도나 취급성 등의 작업성, 박층성 등의 점에서 1 내지 500㎛ 정도이며, 1 내지 300㎛가 바람직하고, 5 내지 200㎛가 보다 바람직하다.
이러한 투명필름은 적절한 1종 이상의 첨가제가 함유된 것일 수도 있다. 첨가제로는, 예컨대 자외선흡수제, 산화방지제, 윤활제, 가소제, 이형제, 착색방지제, 난연제, 대전방지제, 안료, 착색제 등을 들 수 있다. 상기 투명 필름은 필름의 일면 또는 양면에 하드코팅층, 반사방지층, 가스배리어층과 같은 다양한 기능성층을 포함하는 구조일 수 있으며, 기능성층은 전술한 것으로 한정되는 것은 아니며, 용도에 따라 다양한 기능성층을 포함할 수 있다.
또한, 필요에 따라 투명필름은 표면 처리된 것일 수 있다. 이러한 표면 처리로는 플라즈마 처리, 코로나 처리, 프라이머 처리 등의 건식 처리, 검화 처리를 포함하는 알칼리 처리 등의 화학 처리 등을 들 수 있다.
또한, 투명필름은 등방성필름, 위상차필름 또는 보호필름(Protective Film)일 수 있다.
등방성필름일 경우 면내 위상차(Ro, Ro=[(nx-ny)*d], nx, ny는 필름 평면 내의 주굴절률, nz는 필름 두께 방향의 굴절률, d는 필름 두께이다)가 40nm 이하이고, 15nm 이하가 바람직하며, 두께방향 위상차(Rth, Rth=[(nx+ny)/2-nz]*d)가 -90nm 내지 +75nm 이며, 바람직하게는 -80nm 내지 +60nm, 특히 -70nm 내지 +45nm 가 바람직하다.
위상차필름은 고분자필름의 일축 연신, 이축 연신, 고분자코팅, 액정코팅의 방법으로 제조된 필름이며, 일반적으로 디스플레이의 시야각보상, 색감개선, 빛샘개선, 색미조절 등의 광학특성 향상 및 조절을 위하여 사용된다.
위상차필름의 종류에는 1/2 이나 1/4 등의 파장판, 양의 C플레이트, 음의 C플레이트, 양의 A플레이트, 음의 A플레이트, 이축성 파장판을 포함한다.
보호필름은 고분자수지로 이루어진 필름의 적어도 일면에 점착층을 포함하는 필름이거나 폴리프로필렌 등의 자가점착성을 가진 필름일 수 있다.
편광판은 표시장치에 사용되는 공지의 것이 사용될 수 있다.
구체적으로는 PVA(폴리비닐알코올), TAC(트리아세틸셀룰로스)나 COP(시클로올레핀폴리머) 계열 필름을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
분리층(12)은 본 발명의 제조공정에서 터치센서의 제조가 완료된 후에 캐리어 기판과의 박리를 위해 형성하는 층이다. 따라서 분리층(12)은 캐리어 기판과는 물리적인 힘을 통해 분리될 수 있으며 분리된 후에는 기재 필름(11)과 적층된다.
보호층(13)은 상기 분리층(12)을 보호하기 위한 층으로 분리층(12) 위에 형성된다.
본 발명의 일 실시예에서, 유연성 터치센서를 제공하기 위하여 분리층(12) 또는 보호층(13), 또는 분리층(12)과 보호층(13)이 모두 유기층으로 형성될 수 있다.
상기 유기층의 재질로는 고분자 재질이 사용될 수 있다. 상기 고분자 재질은 예를 들면 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리메타크릴레이트(polymethacrylate, 예를 들면 PMMA), 폴리이미드(polyimide), 폴리아미드(polyamide), 폴리비닐알코올(poly vinyl alcohol), 폴리아믹산(polyamic acid), 폴리올레핀(polyolefin, 예를 들면, PE, PP), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리노보넨(polynorbornene), 페닐말레이미드 공중합체(phenylmaleimide copolymer), 폴리아조벤젠(polyazobenzene), 폴리페닐렌프탈아미드(polyphenylenephthalamide), 폴리에스테르(polyester, 예를 들면, PET, PBT), 폴리아릴레이트(polyarylate), 신나메이트(cinnamate)계 고분자, 쿠마린(coumarin)계 고분자, 프탈리미딘(phthalimidine)계 고분자, 칼콘(chalcone)계 고분자 및 방향족 아세틸렌계 고분자로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 물질을 포함한다.
분리층(12) 또는 보호층(13), 또는 분리층(12)과 보호층(13)을 구성하는 유기 물질은 제조 공정 중에 가스를 발생시킨다(outgassing). 유기 물질로부터 발생되는 가스는 상부의 성막 과정에서 불균일성을 일으키고 상부층의 손상을 가져올 수 있어 결과적으로 미세 패턴 형성을 어렵게 하는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 보호층(13)의 상부에 무기막 또는 유기막으로 구성된 가스 누출 방지층(14)을 형성한다.
가스 누출 방지층(14)은 무기막으로 형성될 수 있으며, 금속 산화물 또는 금속 질화물을 포함하는 단일막 또는 적층막일 수 있다. 구체적으로 SiNx, SiON, Al2O3, SiO2, TiO2 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 예를 들면, 가스 누출 방지층(14)을 SiON층 또는 SiO2층으로 형성하거나, SiON과 SiO2의 이중막으로 형성할 수 있다.
가스 누출 방지층(14)의 두께는 100nm 내지 400nm로 형성할 수 있다.
가스 누출 방지층의 두께가 100nm보다 낮을 경우 가스 누출 방지 효과가 충분하지 못하여 성막의 불균일을 초래하며, 400nm보다 높을 경우 터치센서 제조 후 캐리어 기판과의 분리 시에 크랙이 발생할 수 있다.
구체적으로, 가스 누출 방지층(14)을 SiON층 또는 SiO2층의 단일층으로 형성할 경우, 단일층의 두께를 100nm 내지 400nm로 형성할 수 있으며, SiON과 SiO2의 이중층으로 형성할 경우, 각 층의 두께를 100nm 내지 200nm로 형성할 수 있다.
가스 누출 방지층(14)은 유기막으로 형성될 수 있으며, 유기막의 재료로는 당해 기술분야에 알려진 절연 소재가 제한 없이 사용될 수 있으며, 실리콘 산화물과 같은 비금속 산화물이나 아크릴계 수지를 포함하는 감광성 수지 조성물 혹은 열경화성 수지 조성물이 사용될 수 있다.
가스 누출 방지층(14)은 예를 들면 에폭시계, 폴리사이클로올레핀계 또는 아크릴계 재질로 형성될 수 있으며, 10nm 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다.
또는, 가스 누출 방지층(14)으로 기체 차단성 배리어 필름을 사용할 수 있다. 배리어 필름은 유기층 및 무기층이 교번하여 적층된 것일 수 있다.
또한, 가스 누출 방지층(14)으로 증착되는 무기막 또는 배리어 필름에 포함되는 무기층은 투습을 방지하도록 형성할 수 있다.
가스 누출 방지층(14)을 보호층(13)의 상부에 형성하게 되면, 가스 누출 방지층(14) 하부의 보호층(13) 및 분리층(12)으로부터 발생할 수 있는 가스가 상부 성막 및 패터닝 공정에 영향을 주지 않도록 차단할 수 있다. 구체적으로 가스 누출이 차단되면, 가스 누출 방지층(14) 상에 형성되는 터치센서 패턴 층(15)을 이루는 투명 전도성 물질이 균일한 저항을 갖도록 형성할 수 있다.
또한, 가스 누출 방지층(14)은 가스 누출 방지층(14) 상부에 형성될 수 있는 전극 패턴을 미세하게 형성할 수 있는 기능층으로 사용될 수 있다. 즉, 가스 누출 방지층(14)을 형성함으로써 표면이 평탄화되고 상부의 패터닝 공정에서 터치센서 패턴 층(15)을 이루는 투명 전도성 물질과의 밀착력이 향상되어, 식각 속도를 정밀하게 제어할 수 있고 투명 전도성 물질의 식각 단면이 역 테이퍼(taper) 형상이 아닌 순 테이퍼 형상을 갖도록 형성할 수 있어 미세 패턴의 형성이 가능하게 된다.
뿐만 아니라, 가스 누출 방지층(14)은 상부의 패터닝 공정에서 식각 보호층의 기능을 수행할 수 있다. 예를 들면, 가스 누출 방지층(14)의 상부에 형성될 수 있는 절연층과 같은 다른 무기막을 건식 식각할 때, 가스 누출 방지층(14) 하부에 위치하는 분리층(12)과 보호층(13)이 손상되지 않도록 보호할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 가스 누출 방지층(14) 상부에 터치센서 패턴 층(15)을 형성한다.
이 때, 각 터치 감지 전극(151, 152)은 터치 입력을 감지할 수 있는 단위가 될 수 있다. 각 터치 감지 전극(151, 152) 사이의 간격을 포함하여 반복되는 패턴을 형성하는 하나의 단위의 폭을 터치 감지 전극 패턴의 피치로 정의할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 가스 누출 방지층(14) 상부에 터치센서 패턴 층(15)을 형성함으로써 상술한 가스 누출 방지층(14)의 기능으로 인하여 3mm 이하의 피치를 갖는 미세한 터치센서 패턴을 얻을 수 있다. 이를 통해 손가락을 이용한 입력뿐 아니라 손가락보다 터치 면적이 좁은 펜 입력을 정확히 감지할 수 있게 된다.
터치센서 패턴 층(15)은 투명 전도층으로, 금속 메시, 금속 나노와이어, 금속 산화물, 탄소 나노튜브, 그래핀, 전도성 고분자 및 도전성 잉크에서 선택된 하나 이상의 물질로 형성될 수 있다.
여기서, 금속 메시를 형성하는 금속은 금, 은, 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 팔라듐, 네오듐, 백금, 아연, 주석, 티타늄 또는 이들의 합금 중 어느 하나가 될 수 있다.
그리고, 금속 나노와이어는 은 나노와이어, 구리 나노와이어, 지르코늄 나노와이어, 금 나노와이어 중 어느 하나가 될 수 있다.
그리고, 금속 산화물은 인듐틴옥사이드(ITO), 인듐징크옥사이드(IZO), 인듐징크틴옥사이드(IZTO), 알루미늄징크옥사이드(AZO), 갈륨징크옥사이드(GZO), 플로린틴옥사이드(FTO), 징크옥사이드(ZnO) 중 어느 하나가 될 수 있다.
또한 터치센서 패턴 층(15)은 탄소 나노튜브(CNT) 또는 그래핀 (graphene)을 포함하는 탄소(carbon)계 물질로 형성할 수도 있다.
상기 전도성 고분자는 폴리피롤(polypyrrole), 폴리티오펜(polythiophene), 폴리아세틸렌(polyacetylene), 피닷(PEDOT) 및 폴리아닐린(polyaniline)을 포함하며, 상기 도전성 잉크는 금속파우더와 경화성 고분자 바인더가 혼합된 잉크를 포함한다.
또한, 터치센서 패턴 층(15)은 전기 저항을 저감시키기 위해 경우에 따라서는 2 이상의 전도층의 적층 구조로 이루어질 수 있다.
터치센서 패턴 층(15)은 일 예로 ITO, AgNW(은나노와이어), 또는 메탈 메쉬로 1층으로 형성할 수 있으며, 2 이상의 층을 형성하는 경우에는 제 1 전극층을 ITO와 같은 투명 금속산화물로 형성하고, 전기적 저항을 더 낮추기 위하여 ITO 전극층 상부에 금속이나 AgNW 등을 이용하여 제 2 전극층을 형성할 수 있다.
터치센서 패턴 층(15) 상부에는 절연층(16)이 형성되어 제1 터치 감지 전극(151)과 제2 터치 감지 전극(152)을 전기적으로 분리한다.
각각 별도의 감지 영역을 구성하는 셀에 속하며 터치센서 패턴 상에서 서로 분리되어 있는 다수의 제2 터치 감지 전극(152)은 절연층(16)의 구멍을 통하여 브리지(17)로 서로 연결된다.
절연층(16)은 터치센서 패턴 층(15) 상부에 전면적으로 형성될 수 있으며, 제1 터치 감지 전극(151)이 서로 연결되어 있는 연결부 상에서 섬 형태로 형성되도록 패터닝하는 것도 가능하다.
본 발명의 일 실시예에서, 절연층(16)은 무기막으로 형성될 수 있다.
상술한 바와 같이, 가스 누출 방지층(14)이 절연층(16)의 건식 식각 공정에서 분리층(12)과 보호층(13)이 손상되지 않도록 보호할 수 있으므로, 절연층(16)으로 무기막을 사용할 수 있다.
한편, 절연층(16)으로 유기막을 사용할 수도 있다.
절연층(16) 상부에는 브리지(17)가 형성되어 제2 터치 감지 전극(152)을 서로 전기적으로 연결한다.
브리지(17)는 임의의 전도성 물질로 형성될 수 있으며, 예를 들면, 금속으로 형성될 수 있다. 금속은 금, 은, 구리, 몰리브덴, 알루미늄, 팔라듐, 네오듐, 백금, 아연, 주석, 티타늄 또는 이들의 합금 중 어느 하나가 될 수 있다.
브리지(17) 상부에는 패시베이션층(18)이 형성된다.
패시베이션층(18)은 유기막 또는 무기막으로 형성될 수 있다.
패시베이션층(18)의 소재로는 당해 기술분야에 알려진 절연 소재가 제한 없이 사용될 수 있으며, 실리콘 산화물과 같은 비금속 산화물이나 아크릴계 수지를 포함하는 감광성 수지 조성물 혹은 열경화성 수지 조성물이 사용될 수 있다.
패시베이션층(18)은 예를 들면 에폭시계 재질로 형성될 수 있으며, 10nm 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다.
패시베이션층(18)은 예를 들면 폴리사이클로올레핀계 재질로 형성될 수 있으며, 10nm 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다.
또한, 패시베이션층(18)은 예를 들면 아크릴계 유기절연막 재질로 형성될 수 있으며, 10nm 내지 5㎛의 두께를 가질 수 있다.
한편, 도 3에 나타난 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서(130)는 가스 누출 방지층(14) 상에 제1 및 제2 터치 감지 전극(151, 152)이 형성되고 그 위에 절연층(16)을 사이에 두고 브리지(17)가 형성되는 구조를 가지고 있으나, 터치센서(130)의 구조가 이에 제한되는 것은 아니며, 펜(160)을 사용한 터치 입력을 인식할 수 있는 미세 패턴을 형성할 수 있다면 임의의 구조를 사용할 수 있다. 예를 들면, 가스 누출 방지층 상에 브리지가 먼저 형성되고 그 상부에 절연층을 사이에 두고 터치 감지 전극이 형성되는 구조를 가질 수도 있다.
압력센서(120) 및 터치센서(130)는 신호처리부(140)와 연결된다. 신호처리부(140)는 압력센서(120) 및 터치센서(130)에서 감지하는 압력 및 터치에 관한 신호를 처리하는 부분으로서 하나의 집적회로로 이루어지거나 각각 압력센서(120) 및 터치센서(130)와 연결되는 두 개의 집적회로로 이루어질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 펜(160)으로 필기하는 필기 애플리케이션이 사용될 경우, 신호처리부(140)에서 터치 위치와 함께 필기 압력을 출력하여 필압 감지 기능을 구현할 수 있다. 이와 같은 신호처리부(140)의 신호 처리 흐름에 대해서는 후술한다.
커버윈도우(150)의 재질로는 유리 또는 유연성 투명기재를 사용할 수 있다. 그러나, 이외에도 표시장치(10)를 외력으로부터 충분히 보호할 수 있도록 내구성이 크고, 사용자가 디스플레이를 잘 볼 수 있도록 하는 물질이라면 특별히 한정되지 않는다.
커버윈도우(150)로 유리를 사용할 경우 그 두께는 특별히 제한되지 않으나, 8 내지 1000㎛, 구체적으로는 20 내지 300㎛일 수 있다. 커버윈도우(150)의 두께가 8㎛ 미만이면 강도가 저하되어 가공성이 떨어지게 되고, 1000㎛ 초과이면 투명성이 저하되거나 커버윈도우(150)의 중량이 커지는 문제가 발생할 수 있다.
또한, 유연성 표시장치를 위해서는 커버윈도우(150)로 유연성 필름기재를 사용할 수 있다. 유연성 필름기재로는 투명성과 유연성을 갖춘 재료를 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 도 3을 참조하여 설명한 터치센서(130)의 기재(11)로 사용된 것과 유사한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치(10)에서 입력을 위해 사용할 수 있는 펜(160)은 입력을 위해 특정 기능이나 구성을 필요로 하지 않으며 단지 터치를 위한 팁 형상을 갖고 있기만 하면 임의의 것을 제한 없이 사용할 수 있다.
예를 들어, 정전용량 방식 압력센서를 사용하는 경우, 전도성을 갖는 물질을 포함하는 펜이 더욱 적합할 수 있다. 예를 들면, 탄소가 함유된 연필이나 금속이 함유된 젓가락, 부도체에 탄소 등의 전도성 물질이 코팅된 펜과 같이 전도성을 갖는 재료를 사용한 펜을 제한 없이 사용할 수 있다.
저항막 방식 압력센서를 사용할 경우, 펜은 전도성 물질을 포함할 필요가 없으며, 임의의 재료로 이루어진 것을 사용할 수 있다.
한편, 표시층, 압력센서 및 터치센서의 적층 구조는 도 1에 도시한 것에한정되지 않으며, 다양한 구조로 형성하는 것이 가능하다. 도 4 및 도 5는 각각 본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 표시장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시장치(20)는 표시층(210), 표시층(210) 상부의 터치센서(230), 터치센서(230) 상부의 압력센서(220), 압력센서(220) 및 터치센서(230)와 연결되는 신호처리부(240) 및 압력센서(220) 상부의 커버윈도우(250)를 포함한다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 표시장치(30)는 압력센서(320), 압력센서(320) 상부의 표시층(310), 표시층(210) 상부의 터치센서(330), 압력센서(320) 및 터치센서(330)와 연결되는 신호처리부(340) 및 터치센서(330) 상부의 커버윈도우(350)를 포함한다.
본 발명의 제2 및 제3 실시예에 따른 표시장치(20, 30)에서 각 구성요소에 대한 구체적인 사항은 도 1~3을 참조하여 설명한 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시장치(10)와 유사하므로 그 자세한 설명을 생략한다.
이제, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치의 입력 감지 방법을 자세히 설명한다. 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 감지 방법을 개략적으로 도시한 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 사용자의 손가락 또는 펜 등을 사용한 터치가 감지되면(S510), 신호처리부는 터치 위치를 출력한다(S520).
이때, 사용하는 애플리케이션이 필기 애플리케이션이면(S530), 압력센서에 의해 감지되는(S540) 압력을 필기 압력으로 출력한다(S550). 즉, 필기 애플리케이션에서 펜의 압력을 인식 또는 출력할 수 있다.
여기에서, 필기 애플리케이션이란 펜을 사용하는 모든 애플리케이션을 포함하도록 의도된다. 예를 들어, 펜을 사용하는 게임 애플리케이션 또한 필기 애플리케이션이 될 수 있다.
사용되는 애플리케이션이 필기 애플리케이션이 아닌 경우(S530), 압력센서에 의해 감지되는(S560) 압력은 일반적인 압력센서의 출력으로 출력된다(S570).
이와 같이, 본 발명의 일 실시예에 의하면 정전방식 터치센서와 압력센서를 사용하여 특정한 지시 장치를 사용하지 않고도 필압을 감지할 수 있다는 효과를 얻을 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도면을 참조하여 설명하였다. 그러나, 본 발명은 상술한 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 상술한 본 발명의 실시예들은 독립적으로 또는 그 특징들의 일부 또는 전부를 조합하여 적용될 수 있다.
그러므로, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 의해 정해지며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10, 20, 30: 표시장치 11: 기재
12: 분리층 13: 보호층
14: 가스 누출 방지층 15: 터치센서 패턴 층
151: 제1 터치 감지 전극 152: 제2 터치 감지 전극
16: 절연층 17: 브리지
18: 패시베이션층 110, 210, 310: 표시층
120. 220, 320: 압력센서 130, 230, 330: 터치센서
140, 240, 340: 신호처리부 150, 250, 350: 커버윈도우
160, 260, 360: 펜

Claims (13)

1~3mm의 패턴 피치를 갖는 터치센서 패턴을 포함하는 터치센서;
상기 터치센서의 상부 또는 하부에 배치되는 압력센서; 및
상기 터치센서 및 상기 압력센서에 연결되는 신호처리부를 포함하고,
상기 신호처리부는
사용하는 애플리케이션이 필기 애플리케이션이면 상기 압력센서에 의해 감지되는 압력을 필기 압력으로 출력하고,
사용되는 애플리케이션이 필기 애플리케이션이 아니면 상기 압력센서에 의해 감지되는 압력을 일반 출력으로 출력하는, 입력센서.
제1항에 있어서,
상기 신호처리부는 펜 입력에 따른 터치 입력 신호와 펜 입력에 따른 압력 신호를 함께 출력하는 입력센서.
제1항에 있어서, 상기 터치센서는,
기재;
상기 기재 상의 분리층;
상기 분리층 상에 형성된 보호층;
상기 보호층 상에 형성된 가스 누출 방지층;
상기 가스 누출 방지층 상에 형성되며 투명 전도성 물질을 포함하는 터치 센서 패턴 층;
상기 터치 센서 패턴 층 상에 형성된 절연층; 및
상기 절연층 상에 형성되며 금속 물질을 포함하는 브리지층을 포함하는 입력센서.
제1항에 있어서, 상기 터치센서는,
기재;
상기 기재 상의 분리층;
상기 분리층 상에 형성된 보호층;
상기 보호층 상에 형성된 가스 누출 방지층;
상기 가스 누출 방지층 상에 형성되며 금속 물질을 포함하는 브리지층;
상기 브리지층 상에 형성된 절연층; 및
상기 절연층 상에 형성되며 투명 전도성 물질을 포함하는 터치 센서 패턴 층을 포함하는 입력센서.
제3항 또는 제4항에 있어서,
상기 기재는 유연성 기재인 입력센서.
제1항에 있어서,
상기 압력센서는 정전용량 방식 압력센서인 입력센서.
제1항에 있어서,
상기 압력센서는 저항막 방식 압력센서인 입력센서.
표시층;
상기 표시층의 상부에 배치되는 터치센서;
상기 표시층의 상부 또는 하부에 배치되는 압력센서; 및
상기 터치센서 및 상기 압력센서에 연결되는 신호처리부를 포함하며,
상기 터치센서는 1~3mm의 패턴 피치를 갖고,
상기 신호처리부는
사용하는 애플리케이션이 필기 애플리케이션이면 상기 압력센서에 의해 감지되는 압력을 필기 압력으로 출력하고,
사용되는 애플리케이션이 필기 애플리케이션이 아니면 상기 압력센서에 의해 감지되는 압력을 일반 출력으로 출력하는, 표시장치.
제8항에 있어서,
상기 표시층, 상기 터치센서 및 상기 압력센서의 상부에 배치되는 커버윈도우를 더 포함하는 표시장치.
제9항에 있어서,
상기 커버윈도우는 유리로 이루어진 표시장치.
제9항에 있어서,
상기 커버윈도우는 유연성 필름기재로 이루어진 표시장치.
제8항에 있어서,
상기 신호처리부는 펜 입력에 따른 터치 입력 신호와 펜 입력에 따른 압력 신호를 함께 출력하는 표시장치.
제8항에 있어서,
상기 표시층은 OLED층 또는 LCD층인 표시장치.
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