KR102611514B1 - 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치이 제공된다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함함으로써, 전기 활성층의 압전성을 향상시켜 접촉 감응 소자의 진동 강도를 개선하고, 내열성을 크게 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, 이를 포함하는 표시 장치 및 이의 제조 방법에 관한 것으로서, 내열성 및 분극도가 향상된 전기 활성 폴리머를 포함하는 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. 또한, 편심 모터와 선형 공진 모터는 불투명한 물질로 이루어지므로, 표시 패널의 상부에 배치되는 것이 불가능하였다.
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 불투명한 물질로 이루어진다. 또한, 압전성 세라믹(EAC)은 외부 충격에 대한 내구성이 낮아 외부 충격에 의해 쉽게 깨지며, 불투명하고 박형화가 어렵다는 문제점이 있다.
이에 따라, 최근, 전기 활성 폴리머(Electro-Active Polymer; EAP)를 이용한 햅틱 장치 기술이 많은 사람들의 관심을 끌고 있다. 전기 활성 폴리머란 전기적 자극에 의하여 변형될 수 있는 폴리머로서, 전기적 자극에 의해 반복적으로 팽창, 수축 및 벤딩(bending)될 수 있는 폴리머를 의미한다. 이러한 전기 활성 폴리머로는 강유전성 폴리머(Ferroelectric Polymer)와 유전성 엘라스토머(Dielectric Elastomer)이 사용될 수 있다. 이중, 강유전성 폴리머로서, 상대적으로 압전성이 큰 폴리비닐리덴플루오르(Polyvinylidene fluoride, 이하 PVDF)계 폴리머가 주목받고 있다.
그러나, PVDF계 폴리머는 폭발성이 강해 합성에 어려운 문제점이 있다. 또한, 비록 PVDF계 폴리머가 전기 활성 폴리머중에는 높은 압전성을 가지나 여전히 모바일 디스플레이에 사용하기에는 구동 전압이 높고 내열성이 약하다는 문제점이 있다.
[관련기술문헌]
1. ERM 액추에이터를 이용한 햅틱 효과 발생 방법 및 햅틱 지원 시스템 (한국특허출원번호 제10-2013-0011958호)
이에, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 합성이 용이하면서도 분극도가 높아 압전성이 우수한 전기 활성 폴리머를 포함하는 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 내열성이 향상되어 높은 온도에서도 압전성을 유지할 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 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 선형 질화붕소 폴리머의 특성에 의하여 진동 강도가 우수하고 내열성이 향상될 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함하고, 전기 활성층은 25℃에서 측정한 유전율을 기준으로 110℃에서 측정한 진동 가속도의 변화율이 50% 이하이다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 분극도가 높아 압전성이 우수한 전기 활성 폴리머를 사용하여, 접촉 감응 소자의 구동 전압을 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 전기 활성층의 내열성을 향상시킬 수 있어, 높은 온도에서도 전기 활성층의 압전성을 유지할 수 있는 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 접촉 감응 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2는 폴리비닐리덴플루오르계 폴리머 및 선형 질화붕소 폴리머의 분극의 세기를 개략적으로 나타내는 도면이다
도 3은 선형 질화붕소 폴리머, 판상 구조를 갖는 헥사고날 질화붕소 폴리머 및 나노 튜브 구조를 갖는 헥사고날 질화붕소 폴리머의 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 5는 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.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
접촉 감응 소자
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)는 전기 활성층(110) 및 전극(120)을 포함한다.
전극
전극(120)은 전기적인 자극에 의하여 진동 또는 휨을 유도하도록 전기 활성층(110)에 전기장을 인가한다. 전극(120)은 필요에 따라 다양한 형태 및 다양한 수로 배치될 수 있다. 예를 들어, 전극(120)은 도 1에 도시된 바와 같이 전기 활성층(110)의 상면 및 하면에 복수로 배치될 수도 있고, 전기 활성층(110)의 상면 및 하면 중 어느 하나의 면에 복수로 배치될 수도 있다.
구체적으로, 전기 활성층(110)의 상면 및 하면에 각각 전극(120)이 배치될 수 있다. 이때, 전기 활성층(110)의 상면에 배치되는 전극(120)은 X축 방향으로 연장되고, 전기 활성층(110)의 하면에 배치되는 전극(120)은 Y측 방향으로 연장되어, 서로 교차하여 매트릭스 형태로 배치되는 수직 배치 구조일 수 있다. 또한, 전극(120)이 전기 활성층(110)의 일면에만 배치되는 수평 배치 구조일 수도 있다. 뿐만 아니라, 하나의 셀(cell) 내에서 전기 활성층(110)의 상면 및 하면 각각에 복수의 전극(120)이 서로 대향하도록 배치되어, 전극(120)의 수직 배치 구조 및 수평 배치 구조 둘 모두가 구현될 수 있는 멀티레이어(multilayer) 형태일 수도 있다.
전극(120)은 도전성 물질로 이루어진다. 또한, 접촉 감응 소자(100)의 광투과율을 확보하기 위해, 전극(120)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 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, 전극(120)은 메탈 메쉬(metal mesh)로 이루어질 수도 있다. 즉, 전극(120)은 금속 물질이 메쉬 형태로 배치되는 메탈 메쉬로 구성되어, 실질적으로 투명하게 시인될 수 있는 전극(120)으로 구성될 수도 있다. 다만, 전극(120)의 구성 물질은 상술한 예에 제한되지 않고, 다양한 투명 도전성 물질이 전극(120)의 구성 물질로 사용될 수 있다. 전극(120)이 복수로 구성되는 경우 전극 각각은 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 서로 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.
전극(120)은 다양한 방식으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 전극(120)은 스퍼터링(sputtering), 프린팅(printing), 슬릿 코팅(slit coating) 등과 같은 방식으로 전기 활성층(110) 상에 형성될 수 있다.
전기 활성층
전기 활성층(110)은 전압이 인가됨에 따라 그 형상이 변형되어 진동을 발생시킬 수 있는 층을 의미한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)은 선형 질화붕소 폴리머(linear boron nitride polymer)로 이루어진다.
질화붕소 폴리머는 주쇄(back bone)가 붕소(boron)와 질소(nitide)로 이루어지는 폴리머를 의미한다. 이때, 선형 질화붕소 폴리머는 주쇄를 이루는 붕소와 질소가 6각 고리를 형성한 헥사고날 질화붕소(hexagonal boron nitride)와 달리, 주쇄가 직선으로 연결된 질화붕소 폴리머를 의미한다. 보다 구체적으로, 일반적인 질화붕소 폴리머는 붕소와 질소가 형성한 6각 고리 형상에 의해 결정성을 가지며, 다수의 적층된 판상 구조를 갖거나 나노 튜브 구조를 갖는다. 그러나, 선형 질화붕소 폴리머는 주쇄가 사슬구조와 같이 직선으로 연장된 구조를 갖는다.
선형 질화붕소 폴리머는 높은 분극도를 갖는다. 선형 질화붕소 폴리머는 그 구조상 특징으로 인해 전기 활성층으로 사용되는 강유전성 폴리머인 PVDF계 폴리머와 비교하여 높은 분극도를 갖는다. 뿐만 아니라 선형 질화붕소 폴리머는 판상 구조 또는 나노 튜브 구조를 갖는 헥사고날 질화붕소와 비교하여도 높은 분극도를 가진다. 이와 관련된 구체적인 설명은 도 2 및 도3을 참조하여 후술한다.
예를 들어, 선형 질화붕소 폴리머의 분극도는 0.2 C/m2 이상일 수 있고, 보다 바람직하게는 0.3 C/m2 이상일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머는 높은 분극도를 갖는다. 이로 인해, 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)은 우수한 압전성을 갖는다.
구체적으로, 하기 수학식 1을 참조하면, 접촉 감응 소자(100)의 힘, 즉, 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도는 전기 활성층(110)의 압전상수(d33)에 비례한다. 또한, 하기 수학식 2를 참조하면, 전기 활성층(110)의 압전상수(d33)는 전기 활성층(110)을 구성하는 물질의 분극도(P)에 비례한다. 따라서, 전기 활성층(110)을 구성하는 물질의 분극도가 향상될수록 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도 또한 향상된다.
[수학식 1]
Figure 112016115833237-pat00001
[수학식 2]
Figure 112016115833237-pat00002
(F: 전기 감응 소자의 힘, N: 전기 활성층(110)의 적층 수, S: 전기 활성층(110)의 횡방향 단면적, L 전기 활성층(110)의 길이, Y: Young Modulus, Q11: 전하량, d33: 압전상수, ε0: 진공에서의 유전율, ε33: 유전율, P3: 분극도)
본 발명의 선형 질화붕소 폴리머는 전기 활성 폴리머로 사용되는 PVDF계 폴리머보다 높은 분극도를 갖는다. 보다 구체적인 내용을 살펴보기 위하여 도 2를 참조한다.
도 2는 폴리비닐리덴플루오르계 폴리머 및 선형 질화붕소 폴리머의 분극의 세기(즉, 분극도)를 개략적으로 나타내는 도면이다. 구체적으로 도 2의 (a)는 강유전성 폴리머인 PVDF계 폴리머를 구성하는 하나의 반복단위에 있어서 주쇄에 작용하는 분극의 세기를 나타내고, 도 2의 (b)는 선형 질화붕소 폴리머를 구성하는 하나의 반복단위에 있어서 주쇄에 작용하는 분극의 세기를 나타낸다. 이때, 원자 옆에 표시된 숫자는 각 원자의 전기음성도(electronegativity)이다.
일반적으로 분극도는 쌍극자 모멘트(dipole moment)의 합으로 정의된다. PVDF계 폴리머의 경우, 탄소와 플루오르 사이의 전기음성도 차이가 커 높은 분극도를 갖는다. 그러나, 도 2의 (a)에서 확인할 수 있듯이, PVDF계 폴리머 내부의 분극 방향은 쌍극자 모멘트 합에 의하여 PVDF계 폴리머의 주쇄가 배열된 방향과 동일하다. 그러나, PVDF계 폴리머의 주쇄는 탄소-탄소의 결합으로 구성된다. 즉, 주쇄가 동일한 탄소로 구성되어 있으므로 탄소와 탄소사이에는 전기 음성도의 차이가 없으며, 주쇄의 원자들에 의한 분극은 형성되지 않는다.
그러나, 도 2의 (b)를 살펴보면, 질화붕소 폴리머의 경우, 주쇄를 구성하는 질소와 붕소사이에서 전기음성도 차이에 의하여 주쇄를 구성하는 원자사이에서 분극이 형성된다. 질화붕소 폴리머의 주쇄에서 형성되는 분극도는 PVDF계 폴리머 내부의 쌍극자 모멘트 합에 비하여 더 크며, 이로인해 전체 분극도가 향상된다. 결국, 질화붕소 폴리머의 압전성이 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 선형 질화붕소 폴리머는 판상 구조 또는 나노 튜브 구조를 갖는 헥사고날 질화붕소에 비하여 높은 분극도를 가진다. 이와 관련하여, 도 3을 참조하여 설명한다.
도 3은 선형 질화붕소 폴리머, 판상 구조를 갖는 헥사고날 질화붕소 폴리머 및 나노 튜브 구조를 갖는 헥사고날 질화붕소 폴리머의 구조를 설명하기 위하여 개략적으로 나타내는 도면이다. 이때, 도 3에 도시된 흑색 원은 붕소 원자를 표시한 것이고, 백색 원은 질소 원자를 표시한 것이다. 구체적으로, 도 3의 (a)는 선형 질화붕소 폴리머의 구조를 나타내고, 도 3의 (b)는 판상 구조를 갖는 헥사고날 질화붕소 폴리머의 구조를 나타내고, 도 3의 (c)는 나노 튜브 구조를 갖는 헥사고날 질화붕소 폴리머의 구조를 나타낸다.
도 3의 (a)를 참조하면, 선형 질화붕소 폴리머는 질소와 붕소의 결합 구조상 사슬구조와 같은 일직선의 형상을 갖는다. 질화붕소 폴리머가 일직선으로 형성되는 경우 각각의 반복단위의 주쇄를 이루는 질소와 붕소가 모두 실질적으로 동일한 방향으로 일직선으로 배열된다. 이러한 경우, 도 2에서 설명한 바와 같이 각각의 반복단위의 주쇄에 형성된 분극 방향이 모두 일치된다. 따라서, 전체 질화붕소 폴리머의 분극도가 향상될 수 있다.
이와 달리, 도 3의 (b)에 도시된 헥사고날 질화붕소 폴리머는 주쇄를 이루는 질소와 붕소가 반복되는 6각 고리를 형성하여 평면의 판상 구조를 이루며, 복수의 판상 구조가 정합하여 적층된 구조를 가진다. 또한, 도 3의 (c)에 도시된 헥사고날 질화붕소 폴리머는 주쇄를 이루는 질소와 붕소가 반복되어 6각 고리가 반복되어 전체적으로 탄소 나노 튜브 구조를 형성한다. 도 3의 (b) 및 (c)에 도시된 구조와 같이 주쇄를 이루는 질소와 붕소가 6각 고리를 이루게 되면 각각의 질소와 붕소 사이의 분극 방향이 상이하여 전체 분극도가 상쇄된다.
따라서, 선형 질화붕소 폴리머와 헥사고날 질화붕소 폴리머를 비교하면, 선형 질화붕소 폴리머의 분극도가 현저히 우수하며, 선형 질화붕소 폴리머로 구성된 전기 활성층(110)을 포함하는 접촉 감응 소자(100)의 진동 크기는 향상된다.
구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머는 질소 원자에 적어도 하나의 탄화수소기 또는 할라이드기 등의 작용기가 치환된 화합물일 수 있다. 즉, 선형 질화붕소 폴리머는 주쇄에 배치되는 질소 원자의 수소 대신 메틸기와 같은 작용기가 치환된 반복단위로 이루어질 수 있다.
보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하도록 구성될 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016115833237-pat00003
화학식 1에서, R1은 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기 또는 할라이드기이며, R2는 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기, 할라이드기 또는 수소이며, x는 임의의 정수이다. 이로써 제한되는 것은 아니나, x는 100 이상일 수 있다.
즉, 전기 활성층(110)을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머는 질소 원자에 적어도 하나의 탄화수소기 또는 할라이드기 등의 작용기가 치환된 반복단위로 이루어질 수 있다.
이때, 전기 활성층(110)을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머는 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위만으로 구성된 호모폴리머(homo-polymer)일 수 있다.
한편, 전기 활성층(110)을 구성하는 또 다른 선형 질화붕소 폴리머로 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하도록 구성될 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016115833237-pat00004
화학식 2에서, R3은 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기 또는 할라이드기이며, R4는 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기, 할라이드기 또는 수소이며, y 및 z는 임의의 정수이다.
즉, 전기 활성층(110)을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머는 질소 원자에 적어도 하나의 탄화수소기 또는 할라이드기 등의 작용기가 치환된 반복단위와 질소 원자 및 붕소 원자에 작용기가 치환되지 않은 반복단위를 동시에 포함하는 폴리머일 수 있다. 예를 들어, 선형 질화붕소 폴리머는 화학식 2로 표시되는 반복단위로 구성된 코폴리머(co-polymer)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머가 상기 화학식 1 및 2와 같이 주쇄의 질소 원자에 작용기가 치환된 반복단위를 포함하는 구조인 경우, 접촉 감응 소자(100)는 내열성이 우수하다.
이와 관련하여 PVDF계 폴리머와 비교하면, 일반적으로 PVDF계 폴리머는 주쇄를 따라 플루오로기 또는 클로로기가 트랜스(trans) 형태 및 비틀림(gauche) 형태가 혼합되어 있는 상태인 α-상(α-phase)을 갖는다. 따라서, PVDF계 폴리머가 전기 활성을 갖기 위해서는, 연신 공정 또는 폴링 공정을 통해 플루오로기 또는 클로로기가 모두 트랜스(all-trans) 형태로 되어있는 β-상(β-phase)으로 변형되어야 한다. 플루오로기가 동일한 한쪽 방향으로 배열되어 있어야 분극도가 최대가 될 수 있기 때문이다. 그러나, β-상의 PVDF계 폴리머는 약 80℃에서 원자들의 배열이 변화하여 β-상에서 다시 α-상으로 돌아가게 되는 문제점이 있다. 즉, PVDF계 폴리머를 전기 활성층(110)으로 하는 접촉 감응 소자(100)는 일정 온도 이상이 되면 압전성이 저하되어 진도 강도 또한 감소하게 된다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)는 내열성이 우수한 선형 질화붕소 폴리머로 인해 고온에서도 진동 강도의 감소가 최소화될 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)에 사용되는 선형 질화붕소 폴리머는 주쇄의 질소 원자에 탄화수소기 또는 할라이드기 등의 작용기가 치환된 구조를 가진다. 예를 들어, 상기 화학식 1의 반복단위를 포함하는 선형 질화붕소 폴리머는 도 2에서 상술한 바와 같이 주쇄에 분극이 형성되므로 PVDF계 폴리머와 같이 연신 공정 또는 폴링 공정으로 원자의 배열을 변경하지 않고도 일정하고 높은 분극도를 가질 수 있다. 따라서, 포함하는 선형 질화붕소 폴리머는 PVDF계 폴리머와 같이 80℃에서 원자들의 배열이 변경되지 않으므로 높은 온도에서도 압전성이 유지될 수 있다.
한편, 하기 화학식 2의 반복단위를 포함하는 선형 질화붕소 폴리머에 있어서, y는 z의 3배 이상인 것이 바람직하다. y와 z의 정수비가 3배 이상인 경우, 선형 질화붕소 폴리머의 내열성이 향상되어 80℃ 이상의 온도에서 압전성의 저하율이 크게 감소하게 되어, 고온에서도 접촉 감응 소자(100)의 진동 가속도를 유지할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016115833237-pat00005
보다 구체적으로, 질소에 탄화수소기 또는 할라이드기 등의 작용기가 치환되지 않은 반복단위의 비율이 높은 경우, 내열성이 저하될 수 있다. 예를 들어, 하기 화학식 3으로 표시되는 반복단위로 이루어진 선형 질화붕소 폴리머와 같이, 주쇄의 붕소와 질소에 수소 원자만이 연결된 구조에서는 약 110℃에서 인접하는 붕소의 수소 원자와 질소의 수소 원자가 제거(debonding)되면서 수소 가스(H2) 생성하면서, 도 3의 (b) 또는 (c)에 도시된 바와 같이 에너지적으로 안정한 육각고리를 형성하게 된다. 결국, 고온에서 선형 질화붕소 폴리머는 헥사고날 질화붕소 폴리머로 변형되므로 상술한 바와 같이 분극도가 상쇄되어 압전성이 크게 감소하게 된다.
[화학식 3]
그러나, 본 발명의 전기 감응 소자는 상기 화학식 1 또는 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 선형 질화붕소 폴리머와 같이, 주쇄의 질소에 탄화수소기 또는 할라이드기 등의 작용기가 치환된 선형 질화붕소 폴리머를 포함한다. 이때, 질소에 치환된 탄화수소기 또는 할라이드기는 고온에서 붕소와 질소와 연결된 수소 원자가 제거(debonding)되면서 선형 질화붕소 폴리머에서 헥사고날 질화붕소 폴리머로 변형되는 현상을 억제할 수 있다. 즉, 고온에서도 선형 구조를 유지할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)은 25℃에서 측정한 진동 가속도를 기준으로 110℃에서 측정한 진동 가속도의 변화율이 50% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 20% 이하일 수 있고, 보다 바람직하게는 10% 이하일 수 있다. 강유전성 폴리머로서 높은 유전율을 갖는 PVDF계 폴리머로 이루어진 전기 활성층의 동일 조건하에서의 진동 가속도의 변화율이 대략 70%인 것을 고려할 때, 본 발명의 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)은 내열성이 크게 향상되는 특징이 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)의 전기 활성층(110)을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머가 상기 화학식 1 및 2와 같이 주쇄의 질소 원자에 작용기가 치환된 반복단위를 포함하는 구조인 경우, 선형 질화붕소 폴리머의 용해도가 향상된다. 선형 질화붕소 폴리머의 용해도가 향상됨으로써, 솔루션 캐스팅(solution cating)법을 이용하여 보다 쉽게 전기 활성층(110)을 형성할 수 있다.
이로써 제한되는 것은 아니나, 상기 화학식 1 및 화학식 2에 표시된 반복단위에 있어서, 질소에 치환된 작용기인 R1, R2, R3 및 R4의 탄소수는 5 이하인 것이 바람직하다. 치환기의 탄소수가 5 이하인 경우, 선형 질화붕소 폴리머의 용해도가 우수하여 솔루션 캐스팅법 등을 이용하여 전기 활성층을 형성하기 용이하며, 형성된 전기 활성층의 압전성이 개선될 수 있다.
선형 질화붕소 폴리머는 이로써 제한되는 것은 아니나, 중량평균 분자량이 10,000 내지 1,000,000일 수 있고, 100,000 내지 500,000일 수도 있다. 선형 질화붕소 폴리머의 중량평균분자량이 상기 범위를 만족하는 경우, 전기 활성층으로 제막하기 용이하며, 우수한 압전성을 가질 수 있다.
한편, 전기 활성층(110)의 두께는 접촉 감응 소자(100)가 낮은 구동 전압으로도 충분한 진동을 발생시킬 수 있도록 결정될 수 있다. 예를 들어, 전기 활성층(110) 의 두께는 1㎛ 내지 30㎛일 수 있고, 보다 바람직하게는 1㎛ 내지 15㎛일 수 있다. 전기 활성층(110)의 두께가 상기 범위를 만족하는 경우, 선형 질화붕소 폴리머를 이용하여 크랙(crack)없이 전기 활성층(110)을 형성할 수 있고 충분한 진동을 발생시킬 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 진동 강도 및 내열성이 우수하다. 구체적으로, 전기 활성층을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머는 구조상 특징에 따라 분극도가 높아 전기 활성층의 압전성을 향상시킨다. 또한, 선형 질화붕소 폴리머는 PVDF계 폴리머 및 헥사고날 질화붕소 폴리머와 비교하여 높은 온도에서도 구조의 변화가 억제되어, 내열성이 향상된다. 한편, 선형 질화붕소 폴리머는 PVDF계 폴리머와 같이 높은 투과율을 갖는 특성이 있어, 표시 장치의 전면부에 배치될 수 있다.
이하에서는 본 발명의 접촉 감응 소자의 전기 활성층을 구성하는 선형 질화붕소 폴리머를 합성하는 방법을 설명한다.
먼저, 모노머를 합성한다(S100).
예를 들어, 상기 화학식 1로 표시되는 반복단위만을 포함하는 선형 질화붕소 호모 폴리머(제1 폴리머)를 형성하는 경우, 질소 원자에 치환기가 형성된 제1 모노머를 준비한다. 이와 달리, 상기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는 선형 질화붕소 코폴리머(제2 폴리머)를 형성하는 경우, 질소 원자에 치환기가 형성된 제1 모노머와 질소 원자에 치환기가 형성되지 않은 제2 모노머를 준비한다.
질소 원자에 치환기가 형성된 제1 모노머의 합성 반응식은 다음와 같다.
Figure 112016115833237-pat00007
한편, 질소 원자에 치환기가 형성되지 않은 제2 모노머의 합성 반응식은 다음과 같다.
Figure 112016115833237-pat00008
합성된 모노머를 중합한다(S200).
질소 원자에 치환기가 형성된 반복단위만을 포함하는 호모폴리머(제1 폴리머)를 형성하는 경우, 상기 제조된 제1 모노머만을 중합한다. 구체적으로 제1 폴리머의 중합 반응식은 다음과 같다.
Figure 112016115833237-pat00009
질소 원자에 치환기가 형성된 반복단위와 질소 원자에 치환기가 형성되지 않은 반복단위를 동시에 포함하는 코폴리머(제2 폴리머)를 형성하는 경우, 상기 제조된 제1 모노머와 제2 모노머를 중합한다. 구체적으로 제2 폴리머의 중합 반응식은 다음과 같다.
Figure 112016115833237-pat00010
한편, 중합 반응에서 사용되는 촉매(catalyst)는 이리듐계 촉매인 (ρ-HPCP)IrH2일 수 있다. 이로써 제한되는 것은 아니나, 본 발명에서 사용되는 촉매의 합성방법은 다음과 같다.
Figure 112016115833237-pat00011
한편, 본 발명의 선형 질화붕소 폴리머는 상술한 제조 방법에 따라 안정적으로 수득이 가능한 특징이 있다. 일반적으로 PVDF계 폴리머를 제조하기 위해서 1,1-difluoroethelene (VDF)과 Benzonyl peroxide를 중합시키는 과정을 거치게 되는데, 폭발성이 매우 강하여 중합이 어렵다는 문제가 있다. 그러나, 본 발명의 선형 질화붕소 폴리머를 제조하기 위한 모노머는 액체 상태로 존재하는 바, 중합시 폭발의 위험이 현저히 낮아 보다 안전하게 수득할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 상술한 내열성과 관련된 본 발명의 효과를 보다 설명한다. 그러나, 이하의 실시예는 본 발명의 예시를 위한 것이며, 하기 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.
실시예 1
먼저, 질소 원자에 메틸기가 치환된 반복단위 대 질소 원자에 메틸기가 치환되지 않은 반복단위의 비가 10:1이 되도록 하기 화학식 4로 표시되는 선형 질화붕소 폴리머를 합성하였다.
[화학식 4]
Figure 112016115833237-pat00012
합성된 선형 질화붕소 폴리머를 DMF 용매에 녹인 후 하부 전극 상에 솔루션 캐스팅 기법으로 10um 두께의 전기 활성층을 형성한 다음, 그 위에 상부 전극을 증착시켜, 접촉 감응 소자를 제조하였다.
실시예 2
질소 원자에 메틸기가 치환된 반복단위 대 질소 원자에 메틸기가 치환되지 않은 반복단위의 비가 3:1이 되도록 하기 화학식 5로 표시되는 선형 질화붕소 폴리머를 이용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 접촉 감응 소자를 제조하였다.
[화학식 5]
Figure 112016115833237-pat00013
비교예
PVDF 호모폴리머(solef 6020, solvay社)를 공압출하여 제막한 다음, 1축 연신하였다. 연신된 PVDF 필름에 100V/㎛의 폴링 공정을 수행하여, 10um 두께를 갖는 PVDF 필름을 형성하였다. 이후, PVDF 필름의 양면에 상부 전극 및 하부 전극을 증착시켜 접촉 감응 소자를 제조하였다.
실험예 1- 접촉 감응 소자의 내열성 평가
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1에 따른 접촉 감응 소자에 있어서, 25℃의 조건 하에서 상부 전극 및 하부 전극을 통해 전기 활성층에 각각 100Hz의 100V, 200V, 300V, 400V 및 500V의 교류 전압을 인가하였을 때의 제1 진동 가속도를 측정한 다음, 제조된 접촉 감응 소자를 각각 80℃ 및 110℃에서 24시간 보관한 후 동일한 교류 전압을 인가하였을 때의 제2 진동 가속도를 측정하여, 진동 가속도의 변화율을 측정하였다. 각각의 전압에 대응하여 접촉 감응 소자의 80℃ 에서 보관한 후의 진동 가속도 변화율은 하기 [표 1]에 기재하였고, 110℃ 에서 보관한 후의 진동 가속도의 변화율은 하기 [표 2]에 기재하였다.
구분 실시예 1 실시예 2 비교예
100V 에서의 변화율(%) 0 12.32 56.10
200V 에서의 변화율(%) 0 9.68 53.03
300V 에서의 변화율(%) 0 20.46 57.14
400V 에서의 변화율(%) 0 17.74 44.80
500V 에서의 변화율(%) 0 12.32 56.10
구분 실시예 1 실시예 2 비교예
100V 에서의 변화율(%) 0 33.33 81.25
200V 에서의 변화율(%) 0 34.78 80.49
300V 에서의 변화율(%) 0 48.39 72.73
400V 에서의 변화율(%) 0 47.73 66.34
500V 에서의 변화율(%) 0 51.61 67.20
[표 1]에서 학인할 수 있듯이, PVDF계 폴리머로 이루어진 전기 활성층을 포함하는 접촉 감응 소자는 80℃ 에서 보관후 진동 가속도의 변화율이 40% 이상이었으며, [표 2]에서 학인할 수 있듯이, 80℃ 에서 보관후 진동 가속도의 변화율이 약 60% 이상이었다. 즉, 고온의 환경에서 PVDF계 폴리머의 배열이 변화하여 분극도가 크게 감소하기 때문이다. 그러나, 본 발명의 접촉 감응 소자는 80℃ 에서 보관후 진동 가속도의 변화율이 약 20% 이하이고, 110℃ 에서 보관후 진동 가속도의 변화율이 약 50% 이하이므로, PVDF계 폴리머에 비하여 내열성이 우수한 것을 확인할 수 있었다.
특히, 질소 원자에 메틸기가 치환된 반복단위 대 질소 원자에 메틸기가 치환되지 않은 반복단위의 비가 10:1인 실시예 1의 경우, 110℃에 보관하여도 진동 가속도가 전혀 감소하지 않은 것을 확인할 수 있었다.
표시장치
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 4를 참조하면, 표시 장치(400)는 표시 패널(440), 접촉 감응 소자(100), 터치 패널(450) 및 커버(460)를 포함한다. 이때, 도 4의 표시 장치(400)에 포함된 접촉 감응 소자(100)는 도 1을 참조하여 설명한 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)와 동일하다. 이에, 접촉 감응 소자(100)에 대한 중복 설명은 생략한다.
표시 패널(440)은 표시 장치(400)에서 영상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널을 의미한다. 표시 패널(440)로서, 예를 들어, 유기 발광 표시 패널, 액정 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등과 같은 다양한 표시 패널이 사용될 수 있다.
표시 패널(440) 상에는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층(110) 및 전극(120)을 포함하는 접촉 감응 소자가(100) 배치된다. 이하에서는, 도 4에서 도시된 접촉 감응 소자가 도 1에 도시된 접촉 감응 소자(100)인 것으로 설명한다. 구체적으로, 접촉 감응 소자(100)는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층(110) 및 전기 활성층(110)의 적어도 일면에 배치된 전극(120)을 포함한다.
접촉 감응 소자(100) 상에는 터치 패널(450)이 배치된다. 터치 패널(450)은 표시 장치(400)에 대한 사용자의 터치 입력을 감지하는 패널을 의미한다. 터치 패널(450)로서, 예를 들어, 정전 용량 방식, 저항막 방식, 초음파 방식, 적외선 방식 등이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 정전 용량 방식의 터치 패널이 터치 패널(450)로서 사용될 수 있다. 도 4에 도시된 표시 장치(400)는 별도로 제조된 터치 패널(450)이 표시 패널(440) 상에 별도로 배치되는 애드온(add-on) 타입의 터치 패널을 포함한다.
터치 패널(450) 상에는 커버(460)가 배치된다. 커버(460)는 표시 장치(400) 외부로부터의 충격으로부터 표시 장치(400)를 보호하기 위한 구성이다. 커버(460)는 투명한 절연성 물질로 이루어질 수 있다.
도 4에 도시되지는 않았으나, 표시 패널(440), 접촉 감응 소자(100), 터치 패널(450) 및 커버(460)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.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 PVDF계 폴리머로 구성된 전기 활성층을 포함한 접촉 감응 소자와 같이 투명하면서도, 진동 강도가 향상되고 내열성이 향상된 접촉 감응 소자를 포함한다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자를 포함하는 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 5에 도시된 표시 장치(500)는 도 5를 참조하여 설명한 표시 장치(400)와 비교하여 표시 패널(540)이 액정 표시 패널이고, 이에 따라 백라이트 유닛(570)을 더 포함하며, 별도의 터치 패널 대신 터치 센서가 표시 패널(540)에 일체화되도록 구비된 인-셀(in-cell) 타입의 터치 센서가 구성된다는 점이 상이할 뿐 다른 구성요소들은 실질적으로 동일하므로 중복 설명을 생략한다.
도 5를 참조하면, 표시 패널(540)이 커버(460)와 접촉 감응 소자(100) 사이에 배치된다. 액정 표시 패널은 백라이트 유닛(570)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(540)은 표시 장치(500)에서 영상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널임과 동시에 패널 내에 일체화되도록 구성된 터치 센서를 포함한다. 즉, 표시 패널(540) 내에 터치 센서가 배치되어, 인-셀 타입의 터치 센서를 구성한다. 인-셀 타입의 터치 센서에서는 표시 패널(540)의 공통 전극이 터치 전극으로 동시에 사용된다.
도 5에 도시된 표시 장치(500)는 액정 표시 장치이므로 표시 패널(540)의 하부에는 표시 패널(540)을 향해 출광하는 백라이트 유닛(570)이 배치된다.
표시 패널(540)과 백라이트 유닛(570) 사이에는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층(110) 및 전극(120)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, 종래의 접촉 감응 소자에 사용되던 형상 기억 합금 또는 압전성 세라믹은 광투과율이 낮은 문제점이 있었다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(500)에서는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층을 포함하는 접촉 감응 소자를 배치시킴으로써, 투명성이 투명성이 우수하면서도 진동 강도가 향상된다. 따라서, 접촉 감응 소자(100)가 액정 표시 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치되는 경우에도, 백라이트 유닛으로부터 액정 표시 패널에 공급되는 광의 투과율이 우수하면서도 종래의 전기 활성 폴리머를 이용한 경우 보다 강한 진동을 전달할 수 있다.
본 발명의 예시적인 실시예는 다음과 같이 설명될 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함한다.
질화붕소 폴리머는 질소 원자에 탄화수소기 또는 할라이드기가 치환될 수 있다.
선형 질화붕소 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016115833237-pat00014
(화학식 1에서, R1은 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기 또는 할라이드기이며, R2는 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기, 할라이드기 또는 수소이며, x는 임의의 정수이다)
선형 질화붕소 폴리머는 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 2]
Figure 112016115833237-pat00015
(화학식 2에서, R3은 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기 또는 할라이드기이며, R4는 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기, 할라이드기 또는 수소이며, y 및 z는 임의의 정수이다)
y는 z의 3배 이상일 수 있다.
R1, R2, R3 및 R4의 탄소수는 5이하일 수 있다.
선형 질화붕소 폴리머의 분극도는 0.2 C/m2 이상일 수 있다.
선형 질화붕소 폴리머의 중량평균분자량은 10만 중량부 이상일 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함하고, 전기 활성층은 25℃에서 측정한 유전율을 기준으로 110℃에서 측정한 진동 가속도의 변화율이 50% 이하이다.
질화붕소 폴리머는 주쇄가 붕소 원자 및 질소 원자를 포함하는 선형 폴리머일 수 있다.
질화붕소 폴리머는 질소 원자에 탄화수소기 또는 할라이드기가 치환될 수 있다.
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, 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함한다.
선형 질화붕소 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함할 수 있다.
[화학식 1]
Figure 112016115833237-pat00016
(화학식 1에서, R1은 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기 또는 할라이드기이며, R2는 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기, 할라이드기 또는 수소이며, x는 임의의 정수이다)
표시 패널 상에 별도로 배치된 애드온(add-on) 타입의 터치 패널을 더 포함하고, 접촉 감응 소자는 표시 패널과 터치 패널 사이에 배치될 수 있다.
표시 패널은 표시 패널 내에 일체화되도록 구성된 터치 센서를 포함하는 액정 표시 패널이고, 액정 표시 패널 하부에 배치된 백라이트 유닛을 더 포함하며, 접촉 감응 소자는 액정 표시 패널과 백라이트 유닛 사이에 배치될 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: 전기 활성층
120: 전극
400, 500: 표시 장치
440, 540: 표시 패널
450: 터치 패널
460: 커버
570: 백라이트 유닛

Claims (15)

  1. 주쇄가 사슬구조와 같이 직선으로 연장된 구조를 갖는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층; 및
    상기 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함하는, 접촉 감응 소자.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 질화붕소 폴리머는 질소 원자에 탄화수소기 또는 할라이드기가 치환된, 접촉 감응 소자.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 선형 질화붕소 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는, 접촉 감응 소자.
    [화학식 1]
    Figure 112016115833237-pat00017

    (화학식 1에서, R1은 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기 또는 할라이드기이며, R2는 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기, 할라이드기 또는 수소이며, x는 임의의 정수이다)
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 선형 질화붕소 폴리머는 하기 화학식 2로 표시되는 반복단위를 포함하는, 접촉 감응 소자.
    [화학식 2]
    Figure 112016115833237-pat00018

    (화학식 2에서, R3은 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기 또는 할라이드기이며, R4는 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기, 할라이드기 또는 수소이며, y 및 z는 임의의 정수이다)
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 y는 상기 z의 3배 이상인, 접촉 감응 소자.
  6. 제3 항 또는 제4 항에 있어서,
    상기 R1, R2, R3 및 R4의 탄소수는 5이하인, 접촉 감응 소자.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 선형 질화붕소 폴리머의 분극도는 0.2 C/m2 이상인, 접촉 감응 소자.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 선형 질화붕소 폴리머의 중량평균분자량은 10만 중량부 이상인, 접촉 감응 소자.
  9. 주쇄가 사슬구조와 같이 직선으로 연장된 구조를 갖는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층; 및
    상기 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함하고,
    상기 전기 활성층은 25℃에서 측정한 유전율을 기준으로 110℃에서 측정한 진동 가속도의 변화율이 50% 이하인, 접촉 감응 소자.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 질화붕소 폴리머는 주쇄가 붕소 원자 및 질소 원자를 포함하는 선형 폴리머인, 접촉 감응 소자.
  11. 제10 항에 있어서,
    상기 질화붕소 폴리머는 상기 질소 원자에 탄화수소기 또는 할라이드기가 치환된, 접촉 감응 소자.
  12. 표시 패널; 및
    상기 표시 패널 상부 또는 하부의 접촉 감응 소자를 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는, 주쇄가 사슬구조와 같이 직선으로 연장된 구조를 갖는 선형 질화붕소 폴리머로 이루어진 전기 활성층 및 상기 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함하는, 표시 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 선형 질화붕소 폴리머는 하기 화학식 1로 표시되는 반복단위를 포함하는, 표시 장치.
    [화학식 1]
    Figure 112016115833237-pat00019

    (화학식 1에서, R1은 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기 또는 할라이드기이며, R2는 C1 내지 C20의 알킬기, C1 내지 C20의 알케닐기, C1 내지 C20의 알키닐기, C5 내지 C20의 아릴기, C3 내지 C20의 시클로알킬기, C1 내지 C20의 할로알킬기, 할라이드기 또는 수소이며, x는 임의의 정수이다)
  14. 제12 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.
  15. 제12 항에 있어서,
    상기 표시 패널은 상기 표시 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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