KR102640240B1 - 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 전기 활성층, 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함한다. 전기 활성층은 제1 두께를 갖는 제1 부분 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가지며 제1 부분의 외측에서 제1 부분과 접하는 제2 부분을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 제1 두께를 갖는 제1 부분과 제1 두께와 상이한 제2 두께를 갖는 제2 부분을 구비하는 전기 활성층을 포함하므로, 제1 부분에 인가되는 전기장의 세기를 증가시킬 수 있고, 제2 부분의 절연파괴 전압을 증가시킬 수 있다. 이에, 접촉 감응 소자의 진동 강도를 향상시키는 동시에 절연파괴로 인한 배선 쇼트 불량을 최소화할 수 있다.

Description

접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치 {CONTACT SENSITIVE DEVICE AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 불량 발생율이 감소되고, 낮은 구동 전압으로 큰 진동을 발생시킬 수 있는 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
터치 소자는 표시 장치에 대한 화면 터치와 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 소자의 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) 장치에 대한 연구가 진행되고 있다.
이러한 햅틱 장치로 ERM(Eccentric Rotating Mass)이 적용된 햅틱 장치, LRA(Linear Resonant Actuator)가 적용된 햅틱 장치, 압전 세라믹 액츄에이터 (Piezo Ceramic Actuator)가 적용된 햅틱 장치 등이 사용되었다. 그러나, 상술한 햅틱 장치들은 불투명한 재료로 구성되고, 표시 장치의 특정 부분이 아닌 표시 장치 전체를 진동시키고, 다양한 진동감을 제공하지 못하며, 내구성이 낮아 외부 충격에 의해 쉽게 깨질 수 있다는 문제점을 갖는다.
햅틱 표시 장치 및 이의 제조 방법(특허출원번호 제 10-2014-0193682 호).
본 발명은 전기 활성층의 얇은 두께로 인한 쇼트 불량이 현저히 감소된 접촉 감응 소자 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명은 진동 강도가 우수한 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 전기 활성층, 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함한다. 전기 활성층은 제1 두께를 갖는 제1 부분 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가지며 제1 부분의 외측에서 제1 부분과 접하는 제2 부분을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 제1 두께를 갖는 제1 부분과 제1 두께와 상이한 제2 두께를 갖는 제2 부분을 구비하는 전기 활성층을 포함하므로, 제1 부분에 인가되는 전기장의 세기를 증가시킬 수 있고, 제2 부분의 절연파괴 전압을 증가시킬 수 있다. 이에, 접촉 감응 소자의 진동 강도를 향상시키는 동시에 절연파괴로 인한 배선 쇼트 불량을 최소화할 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 터치 소자, 접촉 감응 소자 및 구조물을 포함한다. 터치 소자는 복수의 터치 전극을 포함한다. 접촉 감응 소자는 터치 소자의 하부에 위치하고, 제1 부분 및 제1 부분과 외측에서 접하는 제2 부분을 포함하는 전기 활성층 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함한다. 구조물은 접촉 감응 소자의 하부에 위치한다. 전기 활성층의 제1 부분과 구조물 사이의 간격은 전기 활성층의 제2 부분과 구조물 사이의 간격과 서로 상이하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 전기 활성층 및 구조물을 포함하고, 전기 활성층의 제1 부분과 구조물 사이의 간격은 제2 부분과 구조물 사이 간격과 상이하다. 이에, 전기 활성층의 제1 부분에 가해지는 전기장의 세기가 증가되며, 제1 부분의 수직 방향 진동은 제1 부분과 구조물 사이 공간에서 더욱 증폭될 수 있다. 이에, 표시 장치는 사용자에게 우수한 촉각 피드백을 전달할 수 있다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명은 서로 상이한 두께를 갖는 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 전기 활성층을 사용하여, 배선과 전극의 접촉지점에서 전기 활성층이 절연파괴됨으로써 발생되는 배선 쇼트 불량을 감소시킬 수 있다.
본 발명은 전극이 배치되는 영역에서 얇은 두께를 갖는 전기 활성층을 사용하여 전기 활성층의 진동 강도를 향상시킬 수 있고, 전기 활성층의 하부 방향에 에어 갭을 형성하여 상부 방향으로의 진동 강도를 극대화할 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 소자의 분해 사시도이다.
도 2는 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 분해 사시도이다.
도 4는 도 3의 IV-IV'에 따른 단면도이다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전기 활성층의 평면도들이다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 분해 사시도이다.
도 7은 도 6의 VII-VII'에 따른 단면도이다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 분해 사시도이다.
도 9는 도 8의 IX-IX'에 따른 단면도이다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 접촉 감응 소자의 감소된 불량률 및 개선된 진동 강도를 설명하기 위한 전기 활성층의 평면도들이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 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. 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. 구성요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.
구성요소를 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 가능하며, 당업자가 충분히 이해할 수 있듯이 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시 가능할 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 분해 사시도이다. 도 2는 도 1의 II-II'에 따른 단면도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 접촉 감응 소자(100)는 전기 활성층(120), 제1 전극(110), 제2 전극(130), 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)을 포함한다. 도 1 및 도 2에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)의 특징이 잘 보일 수 있도록 접촉 감응 소자(100)의 상부와 하부가 반전되어 도시되어있다. 즉, 도 1 및 도 2에서 제1 전극(110)은 전기 활성층(120)의 상면에 배치되고, 제2 전극(130)은 전기 활성층(120)의 하면에 배치된 것으로 도시되어 있지만, 제1 전극(110)은 전기 활성층(120)의 하면에 배치되며, 제2 전극(130)은 전기 활성층(120)의 상면에 배치된다. 아하에서는, 제1 전극(110)이 배치되는 방향을 상부 제2 전극(130)이 배치되는 방향을 하부로 지칭한다.
제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 전기 활성층(120)의 적어도 일면에 배치된다. 예를 들어, 전기 활성층(120)의 하면에는 제1 전극(110)이 배치되고, 전기 활성층(120)의 상면에는 제2 전극(130)이 배치된다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 전기 활성층(120)에 전압을 인가하기 위한 전극으로서, 도전성 물질로 이루어진다. 또한, 접촉 감응 소자(100)의 투과율을 확보하기 위해, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Aluminium doped zinc oxide), FTO(Fluorine tin oxide), 은-나노와이어(AgNW) 등과 같은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 메탈 메쉬(metal mesh)로 구성될 수도 있다. 즉, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 금속 물질이 메쉬 형태로 배치되는 메탈 메쉬로 구성되어, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 실질적으로 투명한 전극으로 기능할 수도 있다. 다만, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)의 구성 물질은 상술한 예에 제한되지 않고, 다양한 투명 도전성 물질이 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)의 구성 물질로 사용될 수 있다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 동일한 물질로 이루어질 수도 있고, 서로 상이한 물질로 이루어질 수도 있다.
제1 배선(141) 및 제2 배선(143)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)과 각각 전기적으로 연결되며, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)에 전기적 신호를 전달한다. 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)은 전기적 신호를 정확하게 전달할 수 있도록 저항이 낮은 금속으로 형성될 수 있다. 예를 들어, 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)은 저항이 낮은 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 티타늄(Ti) 또는 이들을 포함하는 합금으로 형성될 수 있다.
제1 배선(141) 및 제2 배선(143)은 전기 활성층(120)의 에지(edge) 영역(EA)에서 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)과 각각 접촉된다. 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)으로부터 전달 받은 전기적 신호에 기초하여 전기장(electric field)을 형성하고, 전기 활성층(120)을 진동시킨다.
전기 활성층(120)은 전기적인 자극에 의하여 변형되는 고분자 재료인 전기 활성 고분자로 이루어지는 판상의 필름이다. 예를 들어, 전기 활성층(120)은 실리콘계, 우레탄계, 아크릴계 등의 유전성 엘라스토머(dielectric elastomer), PVDF, P(VDF-TrFE), PVDF-TrFE-CFE 등의 강유전성 고분자(ferroelectric polymer) 또는 압전 세라믹(piezo ceramic) 소자로 이루어질 수 있다. 전기 활성층(120)이 유전성 엘라스토머로 이루어지는 경우, 전기 활성층(120)에 전압을 인가됨에 따라 발생하는 정전기적 인력(Coulombic Force)에 의해 유전성 엘라스토머가 수축 및 팽창되어 접촉 감응 소자(100)가 진동할 수 있다. 또한, 전기 활성층(120)이 강유전성 고분자로 이루어지는 경우, 전기 활성층(120)에 전압을 인가됨에 따라 전기 활성층(120) 내부의 쌍극자(dipole)의 정렬 방향이 변경되어 접촉 감응 소자(100)가 진동할 수 있다. 필름 형태의 전기 활성층(120)은 투과율이 우수하므로, 접촉 감응 소자(100)는 표시 패널의 전면에 부착되어 표시 장치에 용이하게 적용될 수 있다.
전기 활성층(120)은 코어(core) 영역(CA)과 에지 영역(EA)을 포함한다. 전기 활성층(120)의 코어 영역(CA)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)이 배치되는 영역을 의미하며, 전기 활성층(120)의 에지 영역(EA)은 코어 영역(CA)의 바깥 영역으로서, 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)이 배치되는 영역을 의미한다.
전기 활성층(120)은 제1 두께(t1)를 갖는 제1 부분(121)과 제2 두께(t2)를 갖는 제2 부분(123)을 갖는다. 제1 부분(121)은 코어 영역(CA)에 대응되며, 제2 부분(123)은 에지 영역(EA)에 대응된다. 제2 부분(123)은 제1 부분(121)의 외측에서 제1 부분(121)과 접한다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제2 부분(123)은 제1 부분(121)을 둘러싼다. 제1 부분(121) 및 제2 부분(123)은 서로 연결된 하나의 층이며, 각각의 두께만 상이하다. 즉, 전기 활성층(120)은 전기 활성 고분자로 이루어진 하나의 필름이지만 서로 두께가 상이한 부분들(121, 123)로 구분된다.
제1 전극(110) 및 제2 전극(130)은 전기 활성층(120)의 제1 부분(121)에 접한다. 예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같이, 제1 전극(110)은 제1 부분(121)의 하면에 접하며, 제2 전극(130)은 제1 부분(121)의 상면에 접한다. 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)은 제2 부분(141)에 접한다. 예를 들어, 제1 배선(141)은 제2 부분(123)의 하면에 접하며 제2 배선(143)은 제2 부분(123)의 상면에 접한다. 제1 전극(110)은 제2 부분(121)의 하면에서 제1 배선(141)과 접촉되고, 제2 전극(130)은 제2 부분(123)의 하면에서 제2 배선(143)과 접촉된다.
전기 활성층(120)의 제1 부분(121)의 제1 두께(t1)는 제2 부분(123)의 제2 두께(t-2)보다 작다. 이에, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)이 배치되는 코어 영역(CA)의 두께는 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)이 배치되는 에지 영역(EA)의 두께보다 얇다. 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)은 에지 영역(EA)에 대응되는 전기 활성층(120)의 제2 부분(123)에서 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)과 접촉된다.
전기 활성층(120)의 제1 부분(121)은 제2 부분(123)의 제2 두께(t2)보다 얇은 제1 두께(t1)를 갖는다. 제1 두께(t1)는 35μm보다 작거나 같을 수 있으며, 제2 두께(t2)는 50μm보다 크거나 같을 수 있다. 그러나, 제1 두께(t1) 및 제2 두께(t2)의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
전기 활성층(120)의 제1 부분(121)은 제2 부분(123)에 비해 얇은 제1 두께(t1)를 가지므로, 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도는 향상될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 전기 활성층(120)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(130) 사이의 전기장에 의해 진동하도록 구성된다. 전기장의 세기는 거리에 반비례하므로, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130) 사이의 거리가 가까울수록 전기 활성층(120)에 인가되는 전기장의 세기는 강해지며, 전기 활성층(120)의 진동 강도는 강해질 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(121)의 제1 두께(t1)가 35μm보다 작거나 같은 경우, 제1 전극(110)과 제2 전극(130) 사이의 전기장은 극대화될 수 있다.
또한, 전기 활성층(120)의 제2 부분(123)은 제1 부분(121)에 비해 두꺼운 제2 두께(t2)를 가지므로, 접촉 감응 소자(100)의 불량률은 감소될 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)는 코어 영역(CA)과 에지 영역(EA)에서 서로 상이한 두께를 갖는 전기 활성층(120)을 포함하므로, 진동 강도를 향상시키면서, 접촉 감응 소자(100)의 불량률을 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 앞서 언급한 바와 같이, 전기 활성층의 두께가 얇을수록 전기 활성층에 인가되는 전기장의 세기가 강해질 수 있으므로, 전기 활성층은 낮은 구동 전압으로 큰 진동을 발생시킬 수 있다. 그러나, 전기 활성층의 얇은 두께는 전기 활성층의 전기적 내구성을 감소시킬 수 있다. 예를들어, 전기 활성층의 얇은 두께로 인해 전기 활성층은 쉽게 절연파괴(dielectric breakdown)될 수 있다. 절연파괴란 절연체에 순간적으로 큰 전계가 인가되는 경우, 절연체의 저항이 감소되면서 전류가 흐르게 되는 현상을 말한다. 전기 활성층의 절연파괴는 다양한 원인에 의해 발생될 수 있다. 예를들어, 전기 활성층에 미세한 홀(hole) 또는 이물질과 같은 결함(defect)이 존재하고, 결함 부위에 순간적으로 강한 전계가 인가되는 경우, 결함 부위에 전하들이 순간적으로 집중되면서 절연파괴가 발생될 수 있다. 전기 활성층의 두께가 충분히 두꺼운 경우, 결함 부위에 전하가 집중되더라도 집중된 전하가 상대적으로 먼 거리를 이동해야 하므로, 전기 활성층의 절연파괴가 잘 발생되지 않지만, 전기 활성층의 두께가 얇은 경우, 결함 부위에 집중된 전하들이 상대적으로 짧은 거리를 이동하면 되므로, 절연파괴가 쉽게 발생된다.
특히, 전기 활성층의 절연파괴는 전극과 배선이 접촉되는 접촉지점에서 자주 발생될 수 있다. 구체적으로, 접촉지점에서 전극의 표면과 배선의 표면은 서로 접한다. 전극의 표면과 배선의 표면은 완벽하게 평평하지 못하므로, 전극의 표면과 배선의 표면이 일부 접하지 않는 부분이 발생될 수 있고, 전극과 배선의 접촉 부위에 이물이 존재하여 전극과 배선의 접촉을 방해할 수도 있다. 배선에 전압이 인가되는 경우, 전극의 표면과 배선의 표면이 접하지 않는 부분 또는 이물이 존재하는 부분에서 상대적으로 전하가 잘 집중될 수 있다. 또한, 전극의 표면과 배선의 표면이 접하지 않거나 그 사이에 이물이 유입되는 등의 이유로 전극과 배선 사이의 접촉저항이 증가될 수 있다. 이 경우, 전극과 배선 사이의 높은 접촉저항으로 전극과 배선의 접촉지점에서 열이 발생될 수 있다. 열 발생으로 접촉지점의 온도가 상승되면 열에 의한 도전율 상승으로 전하가 증가하면서 절연파괴가 더욱 잘 유도된다. 결과적으로, 전극과 배선의 접촉지점은 다른 부분에 비해 전하가 잘 집중되므로, 전기 활성층의 절연파괴를 더 용이하게 하며, 전극과 배선의 접촉지점에서 전기 활성층이 절연파괴되는 문제가 자주 발생된다.
전기 활성층이 절연파괴되면, 전기 활성층을 통해 전류가 흐르게 되므로, 전기 활성층의 적어도 일면에 배치된 배선들이 서로 쇼트(short)되는 문제가 발생될 수 있다. 이 경우, 전극들 사이에 전기장이 온전히 형성되지 못해 전기 활성층이 진동하지 않는 문제가 발생되며, 접촉 감응 소자의 불량이 유발될 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 전기 활성층의 두께가 얇아질 수록, 접촉 감응 소자의 진동 강도는 향상되지만, 전기 활성층의 절연파괴로 인한 접촉 감응 소자의 불량율은 증가된다. 즉, 전기 활성층의 두께에 따른 진동 강도와 절연파괴 전압은 서로 트레이드 오프(trade off)관계 있다. 예를들어, PVDF-TrFE-CFE로 이루어진 전기 활성층의 두께에 따른 진동 가속도(vibration acceleration) 및 절연파괴 전압은 하기 [표 1]과 같이 측정된다. 여기서, 진동 가속도는 전기 활성층에 400V 100Hz의 교류 전압을 인가하였을 때의 진동 가속도를 의미한다.
전기 활성층의 두께 절연파괴 전압 진동 가속도
20μm 0.55kV 1.5G
30μm 0.85kV 1.6G
40μm 0.95kV 1.3G
50μm 1.35kV 1.0G
60μm 1.55kV 0.7G
70μm 1.95kV 0.6G
80μm 2.00kV 0.4G
90μm 2.10kV 0.4G
100μm 2.45kV 0.3G
150μm 3.00kV 이상 0.1G 이하
200μm 3.00kV 이상 0.1G 이하
상기 [표 1]에 표시된 바와 같이, 1.5G 이상의 우수한 진동 강도를 구현하기 위해서는 전기 활성층의 두께를 35μm 이하로 유지해야 한다. 그러나, 전기 활성층의 두께가 35μm 보다 얇아지는 경우, 전기 활성층의 절연파괴전압은 1kV 이하로 감소되므로, 전기 활성층의 절연파괴가 쉽게 발생될 수 있으며, 접촉 감응 소자의 불량이 쉽게 발생될 수 있다.
일반적인 접촉 감응 소자는 균일한 두께의 전기 활성층을 포함하며, 전극이 배치되는 코어 영역과 배선이 배치되는 에지 영역의 두께는 모두 균일하다. 만약, 진동 강도를 향상시키기 위해 전기 활성층의 두께를 얇게 형성하는 경우, 전극과 배선의 접촉지점에서 절연파괴가 발생되면서 배선이 쇼트되는 불량이 빈번하게 발생될 수 있다. 또한, 쇼트 불량을 감소시키기 위해 전기 활성층의 두께를 두껍게 형성하는 경우, 전극 사이의 전기장의 세기가 약해지므로, 진동 강도가 감소될 수 있다. 따라서, 균일한 두께를 갖는 전기 활성층을 포함하는 일반적인 접촉 감응 소자는 진동 강도를 향상시키는 동시에 불량률을 감소시키는데 한계가 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)는 얇은 제1 두께(t1)를 갖는 제1 부분(121) 및 두꺼운 제2 두께(t2)를 갖는 제2 부분(123)을 포함하는 전기 활성층(120)을 구비하므로, 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도를 향상시키는 동시에 접촉 감응 소자(100)의 불량률을 효과적으로 감소시킬 수 있다.
구체적으로, 제1 부분(121)은 제1 전극(110) 및 제2 전극(120)이 배치되는 코어 영역(CA)에 대응되며, 얇은 제1 두께(t1)를 갖는다. 이 경우, 동일한 구동 전압으로 제1 부분(121)에 인가되는 전기장의 세기는 증가될 수 있으며, 동일한 구동 전압에 따른 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도는 향상될 수 있다. 예를 들어, 제1 부분(121)의 두께가 35μm보다 작거나 같은 경우, 제1 부분(121)의 진동 가속도는 제1 전극(110) 및 제2 전극(130) 양단에 400V 100Hz의 구동 전압이 인가되었을 때, 약, 1.5G보다 크거나 같을 수 있다. 반면, 제2 부분(123)은 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)이 배치되는 에지 영역(EA)에 대응되며, 두꺼운 제2 두께(t2)를 갖는다. 비록, 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)이 에지 영역(EA)의 일부를 점유할 수 있지만, 에지 영역(EA)의 대부분에는 제1 전극(110) 및 제2 전극(130)이 배치되지 않는다. 따라서, 전기 활성층(120)의 제2 부분(123)은 거의 진동하지 않는다. 즉, 제2 부분(123)의 제2 두께(t2)가 두껍더라도 접촉 감응 소자(100)의 진동 강도에는 거의 영향을 미치지 않는다. 한편, 제2 부분(123) 상에서 제1 전극(110)은 제1 배선(141)과 접촉되며, 제2 전극(130)은 제2 배선(143)과 접촉된다. 앞서 언급한 바와 같이, 전극과 배선이 접촉되는 접촉지점에서 절연파괴가 쉽게 발생될 수 있지만, 제1 전극(110)과 제2 전극(130)은 두꺼운 제2 두께(t2)를 갖는 제2 부분(123) 상에서 제1 배선(141) 및 제2 배선(143)과 각각 접촉된다. 이에, 전기 활성층(120)의 절연파괴 전압은 상승될 수 있고, 전기 활성층(120)의 절연파괴로 인한 접촉 감응 소자(100)의 불량률은 감소될 수 있다. 예를 들어, 제2 부분(123)의 제2 두께(t2)가 50μm보다 크거나 같은 경우, 제2 부분(123)의 절연파괴 전압은 1.35kV보다 크거나 같을 수 있다. 따라서, 제2 부분(123)의 절연파괴는 최소화될 수 있고, 접촉 감응 소자(100)의 불량률은 감소될 수 있다. 이에, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(100)는 진동 강도를 향상시키는 동시에 전극과 배선의 접촉지점에서 용이하게 발생되는 쇼트 불량률을 감소시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 분해 사시도이다. 도 4는 도 3의 IV-IV'에 따른 단면도이다. 도 3 및 도 4에 도시된 접촉 감응 소자(300)는 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)의 제1 두께(t1)가 제1 부분(321)의 외측으로 갈수록 점진적으로 증가되는 것을 제외하고는 도 1 및 도 2에 도시된 접촉 감응 소자(100)와 동일하다. 이에, 중복되는 설명은 생략한다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)의 제1 두께(t1)는 제1 부분(321)의 중심에서 제1 부분(321)과 제2 부분(323)이 접하는 경계선으로 갈수록 점차적으로 증가된다. 이에, 코어 영역(CA)에 대응되는 전기 활성층(120)의 하면은 오목한 형상을 갖는다. 제1 부분(321)의 제1 두께(t1)는 제2 부분(323)의 제2 두께(t2)보다 작거나 같으므로, 동일한 구동 전압 하에서 제1 부분(321)에 작용하는 전기장의 세기는 제2 부분(323)보다 증가될 수 있다. 이에, 제1 부분(321)의 진동 가속도는 커지며, 접촉 감응 소자(300)의 진동 강도는 향상될 수 있다.
반면, 전기 활성층(320)의 제2 부분(323)은 균일한 제2 두께(t2)를 갖는다. 제2 부분(323)에는 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)이 거의 배치되지 않으므로, 전기 활성층(320)의 제2 부분(323)은 거의 진동하지 않는다. 한편, 제2 부분(323)에서 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)은 제1 배선(341) 및 제2 배선(343)과 접촉되며, 제2 부분(323)의 제2 두께(t2)는 제1 부분(321)의 제1 두께(t1)보다 크므로, 제2 부분(323)의 절연파괴 전압은 상승될 수 있다. 이에, 제1 전극(310)과 제1 배선(341)의 접촉지점 및 제2 전극(330)과 제2 배선(343)의 접촉지점에서 절연파괴는 잘 발생되지 않을 수 있다. 이에, 접촉 감응 소자(300)의 불량률은 감소될 수 있다.
특히, 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자(300)는 제1 부분(321)의 외측으로 갈수록 점차적으로 증가하는 제1 두께(t1)를 갖는 제1 부분(321)을 포함하는 전기 활성층(320)을 구비하므로, 제1 부분(321)과 제2 부분(323) 사이에 단차가 형성되지 않을 수 있으며, 제1 부분(321)과 제2 부분(323) 사이에 완만한 경사면이 형성될 수 있다. 이에, 전기 활성층(320)의 전기적 불량 발생 확률을 좀더 낮출 수 있는 이점이 있다.
구체적으로, 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)과 제2 부분(323)은 날카로운 코너를 형성하지 않으며, 완만한 경사면을 형성한다. 일반적으로 전계는 날카로운 코너 부분에 집중되므로, 제1 부분과 제2 부분 사이에 코너가 형성되는 경우, 코너 부분에 전계가 집중되면서 전하들이 집중될 수 있다. 이 경우, 코너 부분에 집중된 전하들에 의해 전기 활성층의 절연파괴가 상대적으로 쉽게 발생될 수 있다. 그러나, 본 발명의 다른 실시예에 다른 접촉 감응 소자(300)의 전기 활성층(320)은 제1 부분(321)과 제2 부분(323) 사이에 코너가 형성되지 않으므로, 전하의 집중 현상이 억제될 수 있으며, 전기 활성층(320)의 절연파괴가 더욱 효과적으로 억제될 수 있다.
이 경우, 제1 부분(321)의 제1 두께(t1)가 점차적으로 증가하는 영역의 경사면의 기울기(θ)는 0.1˚보다 작거나 같을 수 있다. 여기서, 경사면의 기울기(θ)는 경사면의 접선(TL)의 기울기를 의미한다. 만약, 경사면의 기울기(θ)가 0.1˚보다 큰 경우, 경사면 부분에 전하가 집중되는 문제가 발생될 수 있으며, 전기 활성층(320)의 절연파괴 전압이 상승될 수 있다.
또한, 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)의 제1 두께(t1) 및 제2 부분(323)의 제2 두께(t2)의 비는 1: 1.75 내지 1: 3.5 일 수 있다. 만약, 제1 부분(321)의 제1 두께(t1) 및 제2 부분(323)의 제2 두께(t2)의 비가 1: 1.75 미만인 경우, 제1 부분(321)의 제1 두께(t1)가 제2 부분(323)의 제2 두께(t2)와 비교하여 거의 동일한 수준이 되므로, 실질적으로 접촉 감응 소자(300)의 불량률을 감소시키면서 접촉 감응 소자(300)의 진동 강도를 향상시키지 못할 수 있다. 또한, 제1 부분(321)의 제1 두께(t1) 및 제2 부분(323)의 제2 두께(t2)의 비가 1: 3.5를 초과하는 경우, 제1 부분(321)의 제1 두께(t1)와 제2 부분(323)의 제2 두께(t2) 사이의 격차가 너무 크게 되어 경사면의 기울기(θ)가 증가되며, 이로 인해 경사면에 전하가 집중되는 문제가 발생될 수 있다.
도 5a 내지 도 5c는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 전기 활성층의 평면도들이다. 도 5a 내지 도 5c를 참조하면, 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 접촉 감응 소자의 전기 활성층은 다양한 형태의 제1 부분 및 제2 부분을 포함할 수 있다. 설명의 편의를 위해 도 5a 내지 도 5c에는 전기 활성층을 제외한 다른 구성요소들은 도시되어 있지 않으며, 전기 활성층의 두께는 해칭의 농도로 표시되어 있다. 구체적으로, 작은 두께는 상대적으로 진한 해칭으로 도시되어 있으며, 큰 두께는 상대적으로 연한 해칭으로 도시되어 있다.
도 5a를 참조하면, 전기 활성층(520A)은 사각형의 제1 부분(521A) 및 제2 부분(523A)을 포함한다. 즉, 제2 부분(523A)은 제1 부분(521A)을 둘러싸며 제2 부분(523A)과 제1 부분(521A)의 경계선은 사각형이다. 제1 부분(521A)의 제1 두께는 제1 부분(521A)의 중심에서 제1 부분(521A)의 외측으로 갈수록 점차적으로 증가하며, 제1 부분(521A)의 제1 두께가 점차적으로 증가하는 영역의 경사면은 0.1˚이하의 완만한 기울기를 가질 수 있다.
도 5b를 참조하면, 전기 활성층(520B)은 원형의 제1 부분(521B) 및 제2 부분(523B)을 포함한다. 즉, 제2 부분(523B)은 제1 부분(521B)을 둘러싸며 제2 부분(523B)과 제1 부분(521B)의 경계선은 원형이다. 제1 부분(521B)의 제1 두께는 제1 부분(521B)의 중심에서 제1 부분(521B)의 외측으로 갈수록 점차적으로 증가하며, 제1 부분(521B)의 제1 두께가 점차적으로 증가하는 영역의 경사면은 0.1˚이하의 완만한 기울기를 가질 수 있다.
도 5c를 참조하면, 전기 활성층(520C)은 사각형의 제1 부분(521C) 및 제1 부분(521C)의 외측과 접하는 사각형의 제2 부분(520C)을 포함한다. 즉, 제2 부분(523C)은 제1 부분(521C)의 양측과 접하며, 제2 부분(523C)과 제1 부분(521C)의 경계선은 직선이다. 제1 부분(521C)의 제1 두께는 제1 부분(521C)의 중심에서 제1 부분(521C)의 양측으로 갈수록 점차적으로 증가하며, 제1 부분(521C)의 제1 두께가 점차적으로 증가하는 영역의 경사면은 0.1˚이하의 완만한 기울기를 가질 수 있다.
도 5a 내지 도 5c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 다양한 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 다양한 형상의 제1 부분 및 제2 부분을 포함하는 전기 활성층을 구비하므로, 다양한 구조의 접촉 감응 소자가 구현될 수 있다. 예를들어, 전극의 형상을 원형으로 구현한 경우, 도 5b에 도시된 바와 같이, 전기 활성층(520B)의 제1 부분(521A)과 제2 부분(523A)이 접하는 경계선의 형태를 원형으로 구성함으로써, 원형 전극 구조의 접촉 감응 소자가 제공될 수 있다. 또한, 전극과 접촉되는 배선이 전기 활성층(520C)의 양측 영역에만 배치되는 경우, 도 5c에 도시된 바와 같이, 전기 활성층(520C)의 제1 부분(521C)과 제2 부분(523C)이 접하는 경계선의 형태를 직선으로 구성하여, 접촉 감응 소자의 진동 강도를 극대화할 수 있다.
도 6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 분해 사시도이다. 도 7은 도 6의 VII-VII'에 따른 단면도이다. 도 6 및 도 7에 도시된 접촉 감응 소자(600)는 패터닝된 복수의 패턴 전극을 포함하는 제2 전극(630)을 구비하는 것을 제외하고, 도 3 및 도 4에 도시된 접촉 감응 소자(300)와 동일하다. 이에, 중복되는 설명을 생략한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 제2 전극(630)은 패터닝된 복수의 패턴 전극들을 포함한다. 이 경우, 복수의 패턴 전극들이 배치되는 영역은 하나의 촉각 셀(cell)로 정의된다. 여기서, 촉각 셀은 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있는 최소 단위로서, 각각의 촉각 셀은 독립적으로 촉각 피드백을 전달할 수 있다. 구체적으로, 복수의 패턴 전극들 중 어느 하나의 패턴 전극에만 구동 전압을 인가할 수 있다. 이 경우, 구동 전압이 인가된 패턴 전극과 제1 전극(610) 사이에 전기장이 발생되고, 구동 전압이 인가된 패턴 전극과 제1 전극(610) 사이에 배치된 전기 활성층(610)의 일 부분이 진동함으로써, 촉각 피드백이 발생될 수 있다. 이 경우, 복수의 패턴 전극들은 각각 복수의 제2 배선(643)과 연결되며, 제2 배선 전극(643)을 통해 각각 개별적으로 구동 전압을 제공받을 수 있다.
한편, 제1 전극(610)은 제2 전극(630)과 상이하게 패터닝되지 않고, 단일 전극으로 구성된다. 이 경우, 제1 전극(610)에는 제1 배선(641)을 통해 공통 전압이 인가되며, 전기 활성층(620)은 제1 전극(610)에 인가된 공통 전압과 제2 전극(630)에 인가된 구동 전압 사이의 전위차에 의해 발생되는 전기장에 기초하여 진동한다. 몇몇 실시예에서, 제1 전극(610)은 제1 배선(641)을 통해 접지와 연결될 수 있다.
한편, 촉각 셀의 면적 즉, 복수의 패턴 전극 각각의 면적은 일반적인 사람의 손가락의 크기를 고려하여 결정될 수 있다. 접촉 감응 소자(600)는 사용자의 터치 입력에 대한 촉각 피드백을 전달하는 것이므로, 사용자에게 촉각 피드백을 전달할 수 있는 최소 단위 영역인 촉각 셀은 사용자의 터치 입력이 발생하는 면적을 고려하여 결정될 수 있다. 이 경우, 사용자의 터치 입력이 발생하는 면적은 일반적인 사람의 손가락의 크기에 따라 결정되므로, 촉각 셀의 면적 또한 일반적인 사람의 손가락의 크기에 기초하여 결정될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 촉각 셀의 면적은 접촉 감응 소자(600)와 함께 사용될 수 있는 터치 소자의 터치 셀의 면적을 고려하여 결정될 수도 있다. 여기서, 터치 소자의 터치 셀은 사용자의 터치 입력을 감지할 수 있는 최소의 단위를 의미한다. 촉각 셀의 면적이 터치 소자의 터치 셀의 면적을 고려하여 결정되는 경우, 촉각 셀은 터치 소자의 터치 셀과 1:1로 대응될 수 있다. 이 경우, 접촉 감응 소자(600)는 사용자의 터치 입력이 인가된 정확한 지점에 촉각 피드백을 제공할 수 있다.
제2 배선(643)은 제2 전극(630)의 복수의 패턴 전극과 1:1로 연결된다. 앞서 언급한 바와 같이, 복수의 패턴 전극들 각각은 제2 배선(643)을 통해 구동 전압을 전달받을 수 있으며, 전기 활성층(620)을 부분적으로 진동시킬 수 있다. 제2 배선(643)은 전기 활성층(620)의 제2 부분(623) 상에서 복수의 패턴 전극과 접촉된다. 예를들어, 제2 배선(643)은 에지 영역(EA)을 따라 제2 전극(630)의 양측 바깥 부분으로 연장되며, 에지 영역(EA)에서 복수의 패턴 전극 각각의 모서리와 접촉된다. 접촉 감응 소자(600)가 표시 장치에 적용되는 경우, 제2 배선(643)이 연장되는 에지 영역(EA)은 표시 장치의 베젤 영역(bezel area)에 대응될 수 있고, 이 경우, 금속으로 형성된 제2 배선(643)에 의한 표시 장치 시인성 저하는 최소화될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자(600)는 패터닝된 복수의 패턴 전극을 포함하는 제2 전극(630)을 구비하므로, 사용자에게 보다 세부적인 촉각 피드백을 제공할 수 있다. 즉, 복수의 패턴 전극 각각에 서로 상이한 전압 또는 서로 상이한 주파수의 전압이 인가될 수 있으며, 복수의 패턴 전극 각각에 대응되는 촉각 셀은 서로 상이한 진동을 발생시키므로, 사용자에게 세부적인 촉각 패드백을 제공할 수 있다.
한편, 제1 전극(610) 및 제2 전극(630)이 배치되는 코어 영역(CA)에 대응되는 전기 활성층(620)의 제1 부분(621)은 제1 배선(641) 및 제2 배선(643)이 배치되는 에지 영역(EA)에 대응되는 제2 부분(623)보다 얇은 두께를 가지므로, 동일한 구동 전압 하에서 제1 부분(621)의 진동 강도가 향상될 수 있다. 한편, 제1 배선(641) 과 제1 전극(610)이 접촉되고, 제2 배선(643)과 제2 전극(630)이 접촉되는 에지 영역(EA)에 대응되는 제2 부분(623)의 제2 두께(t2)는 제1 부분(621)의 제1 두께(t1)보다 크므로, 제1 배선(641) 과 제1 전극(610)의 접촉지점 및 제2 배선(643)과 제2 전극(630)의 접촉지점에서 발생될 수 있는 절연파괴는 최소화될 수 있다.
도 8은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 분해 사시도이다. 도 9는 도 8의 IX-IX'에 따른 단면도이다. 도 8 및 도 9에 도시된 접촉 감응 소자(800)는 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)이 전기 활성층(820)의 동일 면에 배치된 것을 제외하고는 도 3 및 도 4에 도시된 접촉 감응 소자(300)와 동일하다. 이에, 중복된 설명은 생략한다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)은 전기 활성층(820)의 동일면에 배치된다. 또한, 제1 전극(810)과 접촉되는 제1 배선(841) 및 제2 전극(830)과 접촉되는 제2 배선(843)은 전기 활성층(820)의 동일면에 배치된다. 이 경우, 제1 전극(810)과 제2 전극(830) 사이의 전위차에 기초하여 제1 전극(810)과 제2 전극(830) 사이에 수평 전기장이 발생되며, 전기 활성층(820)은 제1 전극(810)과 제2 전극(830) 사이의 수평 전기장에 기초하여 진동할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자(800)는 전기 활성층(820)의 동일면 상에 형성된 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)을 포함한다. 이에, 접촉 감응 소자(800)는 우수한 시인성이 제공될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 제1 전극(810)과 제2 전극(830)은 투명 도전성 물질로 형성될 수 있다. 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)이 투명 도전성 물질로 이루어짐에도 불구하고, 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)으로 입사하는 광의 일부는 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)에서 반사되거나 흡수될 수 있다. 따라서, 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)으로 입사하는 광 중 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)을 통과하지 못하는 광이 존재하므로, 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)에 의해 접촉 감응 소자(800)의 투과율이 저하될 수 있다. 특히, 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)이 전기 활성층(820)의 양면에 배치되는 경우, 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)에 의해 투과율은 더욱 저하될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자(800)에서는 투명 도전성 물질로 이루어지는 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)이 전기 활성층(820)의 일 면에 배치된다. 따라서, 접촉 감응 소자(800)로 입사하는 광이 통과하는 전극의 개수가 감소되므로, 제1 전극(810)과 제2 전극(830)이 전기 활성층(820)의 서로 다른 면에 배치되는 경우와 비교하여 접촉 감응 소자(800)의 투과율이 향상될 수 있다.
한편, 제1 전극(810) 및 제2 전극(830)이 배치되는 코어 영역(CA)에 대응되는 전기 활성층(820)의 제1 부분(821)은 에지 영역(EA)에 대응되는 제2 부분(823)보다 얇은 두께를 가지므로, 동일한 구동 전압 하에서 제1 부분(821)의 진동 강도가 향상될 수 있다. 또한, 제1 배선(841) 과 제1 전극(810)이 접촉되고, 제2 배선(843)과 제2 전극(830)이 접촉되는 에지 영역(EA)에 대응되는 제2 부분(823)의 제2 두께(t2)는 제1 부분(821)의 제1 두께(t1)보다 크므로, 제1 배선(841) 과 제1 전극(810)의 접촉지점 및 제2 배선(843)과 제2 전극(830)의 접촉지점에서 발생될 수 있는 절연파괴는 최소화될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 실시예들에 따른 접촉 감응 소자의 감소된 불량률 및 개선된 진동 강도를 설명하기 위한 전기 활성층의 평면도들이다. 구체적으로, 도 10a는 본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자의 전기 활성층(320)의 평면도이며, 도 10b는 비교예에 따른 접촉 감응 소자의 전기 활성층(1020)의 평면도이다.
본 발명의 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자(300)와 동일한 구조를 갖는다. 구체적으로, 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자 각각의 전기 활성층(320)은 제1 두께를 갖는 제1 부분(321) 및 제1 두께보다 두꺼운 제2 두께를 갖는 제2 부분(323)을 포함한다. 제1 부분(321)의 제1 두께는 제1 부분(321)의 중심에서 제1 부분(321)의 외측으로 갈수록 점진적으로 증가된다. 전기 활성층(320)은 PVDF-TrFE-CFE에 Cyano계열의 올리고머를 첨가하여 형성되며, 전기 활성층(320)의 제1 폭(W1) 및 제2 폭(W2)은 모두 100mm이다. 한편, 제2 부분(323)의 외곽선에서 제2 부분(323)과 제1 부분(321)이 접하는 경계선까지의 거리로 정의되는 제2 부분(323)의 폭은 가로 방향의 폭(W4)이 20mm이고, 세로 방향의 폭(W3)이 20mm이다. 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자 각각의 제1 전극 및 제2 전극은 모두 ITO 물질로 형성된다.
다만, 제1 실시예에 따른 접촉 감응 소자와 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자에서 제1 부분(321)의 제1 두께는 서로 상이하다.
구체적으로, 제1 실시예에 따른 접촉 감응 소자에서 제1 부분(321)의 제1 두께는 제1 부분(321)의 중심에서 30μm이며, 제1 부분(321)의 외측으로 갈수록 30μm에서 70μm로 점진적으로 증가한다. 또한, 제2 부분(323)의 제2 두께는 70μm이다.
반면 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자에서 제1 부분(321)의 제1 두께는 제1 부분(321)의 중심에서 40μm이며, 제1 부분(321)의 외측으로 갈수록 40μm에서 70μm로 점진적으로 증가한다. 또한, 제2 부분(323)의 제2 두께는 70μm이다.
비교예에 따른 접촉 감응 소자는 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자와 비교하기 위한 접촉 감응 소자로서, 모든 영역에서 동일한 두께를 갖는 전기 활성층(1020)을 포함하는 것을 제외하고는 제1 실시예에 따른 접촉 감응 소자와 동일한 구성을 갖는다. 즉, 비교예에 따른 접촉 감응 소자의 전기 활성층(1020)은 PVDF-TrFE-CFE에 Cyano계열의 올리고머를 첨가하여 형성되며, 전기 활성층(1020)의 제1 폭(W1) 및 제2 폭(W2)은 모두 100mm이다. 비교예에 따른 접촉 감응 소자의 전기 활성층(1020)의 두께는 40μm로 균일하다.
본 발명의 실시예들에 따른 접촉 감응 소자의 감소된 불량률 및 향상된 진동 강도를 확인하기 위해, 제1 실시예, 제2 실시예 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자 각각의 절연파괴 전압, 불량률 및 진동 가속도가 측정되었다.
절연파괴 전압은 제1 실시예, 제2 실시예 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자 각각의 제1 전극 및 제2 전극 양단에 50V 간격으로 상승되는 전압을 20초씩 인가하면서 전기 활성층의 절연파괴가 발생되는 순간의 전압을 측정함으로써 얻어졌다.
불량률은 제1 실시예, 제2 실시예 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자를 각각 10개씩 제조한 이후, 400V 100Hz의 구동 전압으로 구동하여 배선의 쇼트가 발생되는 소자의 개수를 카운트함으로써, 얻어졌다.
진동 가속도는 제1 실시예, 제2 실시예 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자를 각각 400V 100Hz의 구동 전압으로 구동하여 측정되었다.
제1 실시예, 제2 실시예 및 비교예에 따른 접촉 감응 소자에 대해 실험된 절연파괴 전압, 불량률 및 진동 가속도는 하기 [표 2]와 같다.
구분 제1 부분 두께 제2 부분 두께 절연파괴 전압 불량률 진동 가속도
제1 실시예 30μm 70μm 1.70kV 4/10 1.6G
제2 실시예 40μm 70μm 1.70kV 2/10 1.3G
비교예 40μm 40μm 0.95kV 6/10 1.3G
상기 [표 2]에 표시된 바와 같이, 두께 편차를 갖는 전기 활성층을 포함하는 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자가 두께 편차를 갖지 않는 전기 활성층을 포함하는 비교예에 따른 접촉 감응 소자에 비해 불량률이 현저히 감소됨을 알 수 있다. 구체적으로, 비교예에 따른 접촉 감응 소자는 0.95kV의 낮은 절연파괴 전압을 가지며, 10개의 소자들 중 6개의 소자들에 배선 쇼트 불량이 발생되었다. 반면, 제1 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 1.70kV의 높은 절연파괴 전압을 가지며, 10개의 소자들 중 4개의 소자들에 배선 쇼트 불량이 발생되었다. 또한, 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 1.70kV의 높은 절연파괴 전압을 가지며, 10개의 소자들 중 2개의 소자들에 배선 쇼트 불량이 발생되었다.
한편, 두께 편차를 갖는 전기 활성층을 포함하는 제1 실시예 및 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자가 두께 편차를 갖지 않는 전기 활성층을 포함하는 비교예에 따른 접촉 감응 소자에 비해 우수한 진동 강도를 갖는 것을 알 수 있다. 구체적으로, 비교예에 따른 접촉 감응 소자는 1.3G의 진동 강도를 갖지만, 제1 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 1.6G의 진동 강도를 갖는다. 한편, 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 비교예에 따른 접촉 감응 소자와 동일하게 1.3G의 진동 강도를 가지므로, 진동 강도의 이점은 없지만, 제2 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 비교예에 따른 접촉 감응 소자보다 불량률이 개선되는 이점이 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 11의 표시 장치(100)에 포함된 접촉 감응 소자(300)는 도 3 및 도 4를 참조하여 설명한 본 발명의 다른 실시예에 따른 접촉 감응 소자(300)와 동일하다. 이에, 접촉 감응 소자(300)에 대한 중복 설명은 생략한다.
도 11을 참조하면, 표시 장치(1100)는 표시 패널(1140), 접촉 감응 소자(300), 터치 소자(1150), 커버 윈도우(1170) 및 구조물(1160)을 포함한다. 도 11에서는 터치 소자(1150), 표시 패널(1150) 및 구조물(1160)의 구체적인 구성들에 대한 구체적인 도시를 생략하였다.
표시 패널(1140)은 표시 장치(1100)에서 화상을 표시하기 위한 표시 소자가 배치된 패널을 의미한다. 표시 패널(1140)로서, 예를 들어, 유기 발광 표시 패널, 액정 표시 패널, 전기 영동 표시 패널 등과 같은 다양한 표시 패널이 사용될 수 있다.
터치 소자(1150)는 표시 장치(1100)에 대한 사용자의 터치 입력을 감지하는 패널을 의미한다. 터치 소자(1150)로서, 예를 들어, 정전 용량 방식(capacitive type), 저항막 방식(resistive type), 초음파 방식(surface acoustic wave type), 적외선 방식(infrared ray type) 등이 사용될 수 있으나, 바람직하게는 정전 용량 방식의 터치 소자가 터치 소자(1150)로서 사용될 수 있다.
커버 윈도우(1170)는 터치 소자(1150), 접촉 감응 소자(300), 표시 패널(1140) 및 구조물(1160)을 커버하며 이들의 구성 요소들을 외부 충격, 이물질 또는 수분으로부터 보호하도록 구성된다. 예를 들어, 커버 윈도우(1170)는 강성이 우수한 유리나 열 성형이 가능하고 가공성이 좋은 플라스틱과 같은 물질로 이루어질 수 있다.
구조물(1160)은 표시 패널(1140) 하부에 배치되며, 표시 패널(1140)의 종류에 따라 다양한 구성 요소를 포함할 수 있다. 예를 들어, 표시 패널(1140)이 액정을 포함하는 액정 표시 패널인 경우, 구조물(1160)은 표시 패널(1140)에 광을 제공하는 백라이트 유닛을 포함할 수 있다. 또한, 표시 패널(1140)이 유기 발광 소자를 포함하는 유기 발광 표시 패널인 경우, 구조물(1160)은 방열 시트, 압력 센서 및 백커버 중 어느 하나를 포함할 수 있다. 방열 시트는 표시 패널(1140)의 하부에서 표시 패널(1140)의 열을 외부로 방출시키는 시트이며, 열 전도성이 우수한 금속으로 형성될 수 있다. 압력 센서는 사용자의 터치 입력에 대한 세기를 측정할 수 있는 센서로서, 커패시턴스 방식으로 구현될 수 있다. 예를 들어, 압력 센서는 서로 대향하는 두개의 전극과 두개의 전극 사이에 배치된 탄성 절연 부재로 구성될 수 있으며, 사용자의 터치 입력에 따라 두개의 전극 사이의 간격이 변화됨으로써, 발생되는 커패시턴스 변화를 측정하여 터치 입력의 세기를 측정한다. 백커버는 표시 패널(1140)의 하부를 보호하는 부재로서, 금속 또는 플라스틱으로 형성될 수 있다.
몇몇 실시예에서, 표시 패널(1140)은 플렉서블 기판(flexible substrate)을 포함할 수 있다. 이 경우, 표시 패널(1140)은 얇은 두께 및 플렉서빌리티(flexibility)를 가질 수 있으며, 표시 장치(1100)는 플렉서블 표시 장치로 구현될 수 있다. 이 경우, 구조물(1160)은 표시 패널(1140)의 하부에서 표시 패널(1140)을 지지하는 백플레이트(back plate)를 포함할 수 있다. 백플레이트는 표시 패널(1140)의 플렉서블 기판의 휨이나 찢어짐을 방지할 수 있는 플라스틱 필름으로 구성될 수 있다.
접촉 감응 소자(300)는 터치 소자(1150)와 표시 패널(1140) 사이에 배치되며, 제1 전극(310), 전기 활성층(320) 및 제2 전극(330)을 포함한다. 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)과 표시 패널(1140) 사이의 간격(ta)은 제2 부분(323)과 표시 패널(1140) 사이의 간격과 상이하며, 구체적으로, 제1 부분(321)과 표시 패널(1140) 사이의 간격(ta)은 제2 부분(323)과 표시 패널(1140) 사이의 간격보다 크다. 제1 부분(321)과 표시 패널(1140)이 서로 이격됨으로써, 전기 활성층(320)과 표시 패널(1140) 사이에 에어 갭(air gap)(AG)이 형성된다.
전기 활성층(320)의 제2 부분(323)은 표시 패널(1140)과 접착된다. 비록 도 11에는 도시되어있지 않으나, 전기 활성층(320)의 제2 부분(323)과 표시 패널(1140) 사이에는 접착층이 배치될 수 있으며, 제2 부분(323)과 표시 패널(1140)은 접착층을 통해 서로 접착될 수 있다.
도 11에 도시된 바와 같이, 제1 부분(321)과 표시 패널(1140) 사이의 간격(ta)은 제1 부분(321)의 중심에서 제1 부분(321)과 제2 부분(323)의 경계선 측으로 갈수록 점차적으로 감소된다. 이에, 제1 부분(321)과 제2 부분(323) 사이에 경사면이 형성된다. 제1 부분(321)과 표시 패널(1140) 사이의 간격(t-a)의 최대 값은 15μm 보다 크거나 같을 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)은 제2 부분(323)에 비해 두께가 두꺼우므로, 제1 부분(321)에서의 제1 전극(310)과 제2 전극(330) 사이의 간격은 작아질 수 있다. 이에, 제1 부분(321)에 작용하는 전기장의 세기는 커질 수 있으며, 제1 부분(321)의 진동 강도는 향상될 수 있다. 또한, 제1 전극(310)과 접촉되는 제1 배선 및 제2 전극(330)과 접촉되는 제2 배선이 배치되는 제2 부분(323)의 두께는 제1 부분(321)의 두께보다 크다. 이에, 제1 전극(310)과 제1 배선의 접촉지점 및 제2 전극(330)과 제2 배선의 접촉지점에서 발생될 수 있는 절연파괴는 효율적으로 감소될 수 있다. 만약, 제1 부분(321)과 표시 패널(1140) 사이의 간격(ta)의 최대 값이 15μm보다 작은 경우, 제1 부분(321)과 제2 부분(323) 사이의 두께 차이가 매우 작아져 접촉 감응 소자(300)의 진동 강도를 향상시키면서 절연파괴 발생 가능성을 효과적으로 감소시킬 수 없다. 즉, 1 부분(321)과 표시 패널(1140) 사이의 간격(ta)의 최대 값이 15μm보다 작은 경우, 제1 부분(321)의 두께가 두꺼워 전기 활성층(320)의 진동 강도를 증가시킬 수 없거나, 제2 부분(323)의 두께가 얇아 절연파괴 발생 가능성이 증가될 수 있다.
한편, 전기 활성층(320)과 표시 패널(1140) 사이에 이격된 공간이 형성되므로, 전기 활성층(320)의 진동 강도는 더욱 향상될 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 전기 활성층(320)은 제1 전극(310) 및 제2 전극(330) 사이에 발생되는 전기장에 의해 진동한다. 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)은 제2 부분(323)에 비해 얇은 두께를 가지므로, 제1 부분(321)에 작용하는 전기장의 세기는 증가될 수 있으며, 제1 부분(321)의 진동 강도는 향상된다. 또한, 제1 부분(321)은 표시 패널(1140)과 서로 이격되어 있으며, 제1 부분(321)과 표시 패널(1140) 사이에 에어 갭(AG)이 존재하므로, 제1 부분(321)은 에어 갭(AG) 공간 안에서 상하로 크게 진동할 수 있다. 이에, 접촉 감응 소자(300)의 진동 강도가 더욱 향상될 수 있다.
또한, 도 11에 도시된 바와 같이, 전기 활성층(320)의 일면은 평면이다. 즉, 제2 전극(330)이 배치되는 전기 활성층(320)의 일면은 평면이며, 제1 전극(310)은 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)의 곡면을 따라 굴곡된다. 이에, 접촉 감응 소자(300)의 일면은 평평하며, 일면에 대향하는 타면은 굴곡된다. 접촉 감응 소자(300)의 평평한 일면은 접촉 감응 소자(300)의 상부에 배치된 터치 소자(1150)에 접하며, 굴곡된 타면은 접촉 감응 소자(300)의 하부에 배치된 표시 패널(1140)에 접한다. 이 경우, 전기 활성층(320)의 진동은 평평한 일면을 통해 일면에 수직한 방향으로 전달되며, 접촉 감응 소자(300)의 상부 방향의 진동 강도는 하부 방향의 진동 강도보다 커질 수 있다. 구체적으로, 사용자는 표시 장치(1100)의 커버 윈도우(1170)를 통해 표시 패널(1140)의 화상을 시청하며, 커버 윈도우(1170) 상면에 터치 입력을 인가할 수 있다. 접촉 감응 소자(300)는 사용자의 터치 입력에 반응하여 촉각 피드백을 제공할 수 있다. 즉, 접촉 감응 소자(300)의 진동은 커버 윈도우(1170)를 통해 사용자에게 전달되며, 접촉 감응 소자(300)의 상부 방향 진동이 강할수록 사용자는 큰 촉각 피드백을 제공받을 수 있다. 따라서, 접촉 감응 소자(300)의 상부 방향 진동 강도를 극대화하는 것이 요구된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1100)는 일면이 평면이고, 타면이 곡면인 전기 활성층(320)을 포함하며, 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)은 표시 패널(1140)과 이격되어 에어 갭(AG)을 형성한다. 제1 전극(330) 및 제2 전극(310)은 수직 방향의 전기장을 형성하며, 전기 활성층(320)은 수직 방향의 전기장에 기초하여 수직 방향으로 진동할 수 있다. 이 경우, 전기 활성층(320)의 하부 방향에는 에어 갭(AG)이 존재하므로, 전기 활성층(320)의 하부 방향 진동은 표시 패널(1140) 측으로 잘 전달되지 않을 수 있다. 반면, 전기 활성층(320)의 상부 방향 진동은 전기 활성층(320)의 평평한 일면을 통해 터치 소자(1150)로 대부분 전달될 수 있으므로, 전기 활성층(320)의 상부 방향 진동은 터치 소자(1150) 측으로 잘 전달될 수 있다. 이에, 접촉 감응 소자(300)의 상부 방향 진동 강도는 극대화될 수 있으며, 사용자에게 극대화된 촉각 피드백이 전달될 수 있다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 12의 표시 장치(1200)는 표시 패널(1240)이 복수의 터치 전극(1243)을 포함하고, 터치 소자가 생략된 것을 제외하고는 도 11의 표시 장치(1100)와 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다. 도 12에는 복수의 터치 전극(1243)을 제외한 표시 패널(1240)의 구성들은 도시되어 있지 않다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(1200)는 복수의 터치 전극(1243)을 포함하는 터치 소자 일체형 표시 패널(1240)을 포함한다. 구체적으로, 표시 패널(1240)은 제1 기판(1241), 복수의 터치 전극(1243) 및 제2 기판(1245)을 포함한다. 터치 소자 일체형 표시 패널(1240)은 복수의 터치 전극(1243)을 포함하는 액정 표시 패널일 수 있다. 복수의 터치 전극(1243)은 액정 표시 패널의 화소 전극 또는 공통 전극으로 기능할 수 있다. 이 경우, 표시 패널(1240)에 화상이 표시되는 표시 구간 동안 복수의 터치 전극(1243)에는 공통 전압 또는 화소 전압이 인가되고, 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱 구간 동안 복수의 터치 전극(1243)에는 터치 전압이 인가된다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 표시 패널(1240)은 복수의 터치 전극(1243)을 포함하는 유기 발광 표시 패널(1240)일 수 있다. 이 경우, 복수의 터치 전극(1243)은 제2 기판(1245) 하부에 배치되거나, 제1 기판(1241) 상의 유기 발광 소자를 봉지하는 봉지층 상부에 배치될 수 있다.
접촉 감응 소자(300)는 표시 패널(1240)의 하부에 배치될 수 있다. 즉, 표시 패널(1240)이 복수의 터치 전극(1243)을 포함하므로, 터치 입력의 정확한 센싱을 위해 표시 패널(1240)은 커버 윈도우(1270) 하부에 배치될 수 있으며, 접촉 감응 소자(300)는 표시 패널(1240)의 하부에 배치된다.
구조물(1260)은 접촉 감응 소자(300)의 하부에 배치되며, 전기 활성층(320)의 제2 부분(323)과 접착된다. 구조물(1260)과 전기 활성층(320)의 제1 부분(321)은 서로 이격되며, 구조물(1260)과 제1 부분(321) 사이에는 에어 갭(AG)이 형성된다.
구조물(1260)은 다양한 구성 요소들을 포함할 수 있으며, 표시 패널(1240)이 터치 소자 일체형 액정 표시 패널(1240)로 구현되는 경우, 구조물(1260)은 백라이트 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치(1200)는 표시 패널(1240)에 복수의 터치 전극(1243)이 구비되므로, 별도의 터치 소자가 생략될 수 있다. 이에, 표시 장치(1200)의 전체적인 두께가 감소될 수 있고, 얇고 가벼운 표시 장치(1200)가 제공될 수 있다. 비록 접촉 감응 소자(300)는 표시 패널(1240)의 하부에 배치되지만, 접촉 감응 소자(300)는 얇은 두께의 제1 부분(321) 및 두꺼운 두께의 제2 부분(323)을 구비하는 전기 활성층(320)을 포함하므로, 우수한 진동 강도의 촉각 피드백을 전달할 수 있다. 특히, 접촉 감응 소자(300)와 구조물(1260) 사이에 에어 갭(AG)이 형성되며, 접촉 감응 소자(300)의 평평한 상면은 표시 패널(1240)과 접하므로, 접촉 감응 소자(300)의 수직 방향 진동은 하부 방향 보다 상부 방향으로 잘 전달된다. 이에, 접촉 감응 소자(300)의 상부 방향 진동 강도가 극대화될 수 있으며, 사용자에게 큰 촉각 피드백이 전달될 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다. 도 13의 표시 장치(1300)는 표시 패널(1340)의 하부에 배치된 접촉 감응 소자(300)를 포함하는 것을 제외하고는 도 11의 표시 장치(1100)와 동일하므로, 이에 대한 중복된 설명은 생략한다. 도 13에는 터치 소자(1350) 및 표시 패널(1240)의 세부적인 구성들은 도시되어 있지 않다.
도 13을 참조하면, 접촉 감응 소자(300)는 표시 패널(1340)의 하부에 배치되며, 접촉 감응 소자(300)의 하부에 구조물(1360)이 배치된다. 접촉 감응 소자(300)의 진동은 표시 패널(1340) 및 터치 소자(1350)를 통해 커버 윈도우(1370)로 전달되며, 사용자는 커버 윈도우(1370)를 통해 촉각 피드백을 제공받을 수 있다.
비록, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시 장치에서 접촉 감응 소자(300) 상부에는 표시 패널(1340) 및 터치 소자(1350)가 배치되지만, 접촉 감응 소자(300)는 우수한 진동 강도를 가지므로, 접촉 감응 소자(300)에서 발생된 촉각 피드백은 효과적으로 사용자에게 전달될 수 있다. 즉, 접촉 감응 소자(300)는 제1 전극(310) 및 제2 전극(330)이 배치되는 부분의 두께가 얇은 전기 활성층(320)을 포함하므로, 제1 전극(310)과 제2 전극(330) 사이의 전기장의 세기를 증가시킬 수 있고, 전기 활성층(320)의 진동 강도를 향상시킬 수 있다. 또한, 전기 활성층(320)의 제1 부분(323)과 구조물(1360)이 서로 이격되어 제1 부분(323)과 구조물(1360) 사이에 에어 갭(AG)이 형성되므로, 전기 활성층(320)의 하부 방향 진동의 전달은 에어 갭(AG)에 의해 최소화되고, 상부 방향으로의 진동 전달이 극대화될 수 있다. 이에, 접촉 감응 소자(300)의 상부에 표시 패널(1340) 및 터치 소자(1350)가 배치되더라도 접촉 감응 소자(300)는 사용자에게 우수한 촉각 피드백을 전달할 수 있다.
한편, 표시 패널(1340)이 플렉서블 기판을 포함하는 플렉서블 표시 패널인 경우, 접촉 감응 소자(300)는 표시 패널(1340)의 하부에서 표시 패널(1340)을 지지하는 백플레이트로 기능할 수 있다. 이 경우, 플렉서블 기판의 휨이나 찢어짐을 방지하는 별도의 백플레이트가 생략될 수 있으므로, 표시 장치(1300)의 두께가 좀더 얇아질 수 있다.
표시 패널(1340)이 플렉서블 기판을 포함하는 플렉서블 표시 패널인 경우, 구조물(1360)은 방열 시트를 포함할 수 있다. 즉, 플렉서블 표시 패널은 얇은 두께를 가지므로, 많은 열을 발생시킬 수 있으며, 표시 장치(1300)의 여러 구성 요소들의 신뢰성을 저하시킬 수 있다. 구조물(1360)은 접촉 감응 소자(300)의 하부에 배치되어 표시 장치(1300)에서 발생되는 열을 외부로 방출하는 방열 시트로 기능할 수 있으며, 열 전도성이 우수한 금속 필름으로 구성될 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 전기 활성층, 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함한다. 전기 활성층은 제1 두께를 갖는 제1 부분 및 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가지며 제1 부분의 외측에서 제1 부분과 접하는 제2 부분을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감응 소자는 제1 두께를 갖는 제1 부분과 제1 두께와 상이한 제2 두께를 갖는 제2 부분을 구비하는 전기 활성층을 포함하므로, 제1 부분에 인가되는 전기장의 세기를 증가시킬 수 있고, 제2 부분의 절연파괴 전압을 증가시킬 수 있다. 이에, 접촉 감응 소자의 진동 강도를 향상시키는 동시에 절연파괴로 인한 배선 쇼트 불량을 최소화할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 전기 활성층의 제1 부분은 전극과 중첩하고, 제1 부분의 제1 두께는 제2 부분의 제2 두께보다 작을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전기 활성층의 제2 부분에서 전극과 연결되는 배선을 더 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 부분과 제2 부분이 접하는 경계선은 직선, 사각형 또는 원형일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 부분의 제1 두께는 제1 부분의 중심에서 제2 부분과 제1 부분이 서로 접하는 경계선으로 갈수록 점차적으로 증가할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 부분의 제1 두께가 점차적으로 증가하는 영역의 경사면의 기울기는 0.1˚이하일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 부분의 제1 두께는 35μm 보다 작거나 같고, 제2 부분의 제2 두께는 50μm 보다 크거나 같을 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 부분의 제1 두께와 제2 부분의 제2 두께의 비는 1: 1.75 내지 1: 3.5일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전극은 전기 활성층의 상면에 배치된 제1 전극 및 전기 활성층의 하면에 배치된 제2 전극을 포함하고, 제1 전극 또는 제2 전극은 패터닝된 복수의 패턴 전극으로 구성될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전기 활성층의 일면은 평면이고, 전기 활성층의 진동은 일면을 통해 일면과 수직한 방향으로 전달될 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 터치 소자, 접촉 감응 소자 및 구조물을 포함한다. 터치 소자는 복수의 터치 전극을 포함한다. 접촉 감응 소자는 터치 소자의 하부에 위치하고, 제1 부분 및 제1 부분과 외측에서 접하는 제2 부분을 포함하는 전기 활성층 및 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함한다. 구조물은 접촉 감응 소자의 하부에 위치한다. 전기 활성층의 제1 부분과 구조물 사이의 간격은 전기 활성층의 제2 부분과 구조물 사이의 간격과 서로 상이하다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 전기 활성층 및 구조물을 포함하고, 전기 활성층의 제1 부분과 구조물 사이의 간격은 제2 부분과 구조물 사이 간격과 상이하다. 이에, 전기 활성층의 제1 부분에 가해지는 전기장의 세기가 증가되며, 제1 부분의 수직 방향 진동은 제1 부분과 구조물 사이 공간에서 더욱 증폭될 수 있다. 이에, 표시 장치는 사용자에게 우수한 촉각 피드백을 전달할 수 있다.
본 발명의 다른 특징에 따르면, 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 패널을 더 포함하고, 터치 소자는 표시 패널의 상부에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 유기 발광 표시 패널이며, 구조물은 방열 시트, 압력 센서 및 백커버 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시 장치는 화상을 표시하는 표시 패널을 더 포함하고, 복수의 터치 전극은 표시 패널 내부에 위치할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 액정 표시 패널이며, 구조물은 백라이트 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 구조물은 화상을 표시하는 표시 패널을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 표시 패널은 유기 발광 표시 패널 또는 액정 표시 패널일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 전기 활성층의 제1 부분은 구조물과 이격되고, 전기 활성층의 제2 부분은 구조물과 접착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 부분과 구조물 사이의 간격은 제1 부분의 중심에서 제1 부분과 제2 부분이 접하는 경계선으로 갈수록 점차적으로 감소되고, 제1 부분과 구조물 사이의 간격의 최대 값은 15μm 이상일 수 있다.
본 발명의 또 다른 특징에 따르면, 제1 부분과 구조물 사이의 간격이 감소되는 영역의 경사면의 기울기는 0.1˚보다 작거나 같을 수 있다.
전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널, 커버 윈도우 및 접촉 감응 소자를 포함한다. 커버 윈도우는 표시 패널의 상부에 배치된다. 접촉 감응 소자는 커버 윈도우 하부에 배치되며, 전기 활성층을 포함하고, 전기 활성층은 제1 두께를 갖는 제1 부분 및 제1 부분의 외측에서 제1 부분과 접하며 제1 두께와 상이한 제2 두께를 갖는 제2 부분을 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 접촉 감응 소자는 표시 패널 상부에 배치되고, 전기 활성층의 제1 부분은 표시 패널과 이격되고, 제2 부분은 표시 패널과 접착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 표시 장치는 표시 패널 상부에 배치되고, 복수의 터치 전극을 포함하는 터치 소자를 더 포함하고, 접촉 감응 소자는 터치 소자 하부에 배치될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 표시 장치는 표시 패널 하부에 배치된 구조물을 더 포함하고, 접촉 감응 소자는 표시 패널과 구조물 사이에 배치되고, 전기 활성층의 제1 부분은 구조물과 이격되고, 제2 부분은 구조물과 접착될 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 표시 패널은 액정을 포함하고, 구조물은 백라이트 유닛을 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 표시 패널은 유기 발광 소자를 포함하고, 구조물은 방열 시트, 압력 센서 및 백커버 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 표시 패널은 플렉서블 기판을 포함하고, 접촉 감응 소자는 상기 플렉서블 기판과 접착되어 플렉서블 기판을 지지할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 제1 부분의 두께는 35μm 보다 작거나 같고, 제2 부분의 두께는 50μm 보다 크거나 같을 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 변형실시될 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, 300, 600, 800: 접촉 감응 소자
110, 310, 610, 810: 제1 전극
120, 320, 520A, 520B, 520C, 620, 820, 1020: 전기 활성층
121, 321, 521A, 521B, 521C, 621, 821: 제1 부분
123, 323, 523A, 523B, 523C, 623, 823: 제2 부분
130, 330, 630, 830: 제2 전극
141, 341, 641, 841: 제1 배선
143, 343, 643, 843: 제2 배선
1100, 1200, 1300: 표시 장치
1140, 1240, 1340: 표시 패널
1241: 제1 기판
1243: 복수의 터치 전극
1245: 제2 기판
1150, 1350: 터치 소자
1160, 1260, 1360: 구조물
1170, 1270, 1370: 커버 윈도우
t1: 제1 두께
t2: 제2 두께
ta: 제1 부분과 표시 패널 사이의 간격
TL: 접선
CA: 코어 영역
EA: 에지 영역

Claims (28)

  1. 전기 활성층; 및
    상기 전기 활성층의 적어도 일면에 배치되는 전극을 포함하고,
    상기 전기 활성층은 제1 두께를 갖는 제1 부분 및 상기 제1 두께와 상이한 제2 두께를 가지며 상기 제1 부분의 외측에서 상기 제1 부분과 접하는 제2 부분을 가지며,
    상기 전기 활성층의 상기 제1 부분은 상기 전극과 중첩하고,
    상기 제1 부분의 상기 제1 두께는 상기 제2 부분의 상기 제2 두께보다 작고,
    상기 전기 활성층의 상기 제2 부분에서 상기 전극과 연결되는 배선을 포함하는, 접촉 감응 소자.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 접하는 경계선은 직선, 사각형 또는 원형인, 접촉 감응 소자.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분의 상기 제1 두께는 상기 제1 부분의 중심에서 상기 제2 부분과 상기 제1 부분이 서로 접하는 경계선으로 갈수록 점차적으로 증가하는, 접촉 감응 소자.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 제1 부분의 상기 제1 두께가 점차적으로 증가하는 영역의 경사면의 기울기는 0.1˚보다 작거나 같은, 접촉 감응 소자.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분의 상기 제1 두께는 35μm 보다 작거나 같고,
    상기 제2 부분의 상기 제2 두께는 50μm 보다 크거나 같은, 접촉 감응 소자.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제1 부분의 상기 제1 두께와 상기 제2 부분의 상기 제2 두께의 비는 1: 1.75 내지 1: 3.5인, 접촉 감응 소자.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극은,
    상기 전기 활성층의 상면에 배치된 제1 전극; 및
    상기 전기 활성층의 하면에 배치된 제2 전극을 갖고,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 패터닝된 복수의 패턴 전극으로 구성되는, 접촉 감응 소자.
  10. 복수의 터치 전극을 포함하는 터치 소자;
    상기 터치 소자의 하부에 위치하는 접촉 감응 소자; 및
    상기 접촉 감응 소자의 하부에 위치하는 구조물을 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는 제1항 및 제4항 내지 제9항 중 어느 한 항의 접촉 감응 소자이고,
    상기 전기 활성층의 제1 부분과 상기 구조물 사이의 간격은 상기 전기 활성층의 상기 제2 부분과 상기 구조물 사이의 간격과 서로 상이한, 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    화상을 표시하는 유기 발광 표시 패널을 더 포함하고,
    상기 터치 소자는 상기 표시 패널의 상부에 위치하며,
    상기 구조물은 방열 시트, 압력 센서 및 백커버 중 적어도 하나를 포함하는, 표시 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    화상을 표시하는 액정 표시 패널을 더 포함하고,
    상기 복수의 터치 전극은 상기 표시 패널 내부에 위치하며,
    상기 구조물은 백라이트 유닛을 포함하는, 표시 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 전기 활성층의 상기 제1 부분은 상기 구조물과 이격되고, 상기 전기 활성층의 상기 제2 부분은 상기 구조물과 접착된, 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 제1 부분과 상기 구조물 사이의 간격은 상기 제1 부분의 중심에서 상기 제1 부분과 상기 제2 부분이 접하는 경계선으로 갈수록 점차적으로 감소되고,
    상기 제1 부분과 상기 구조물 사이의 간격의 최대 값은 15μm 이상인, 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 부분과 상기 구조물 사이의 간격이 감소되는 영역의 경사면의 기울기는 0.1˚보다 작거나 같은, 표시 장치.
  16. 표시 패널;
    상기 표시 패널의 상부에 배치되는 커버 윈도우; 및
    상기 커버 윈도우 하부에 배치되며, 전기 활성층을 갖는 접촉 감응 소자를 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는 제1항, 제4항 내지 제6항, 제8항 및 제9항 중 어느 한 항의 접촉 감응 소자인, 표시 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 접촉 감응 소자는 상기 표시 패널 상부에 배치되고,
    상기 전기 활성층의 상기 제1 부분은 상기 표시 패널과 이격되고, 상기 제2 부분은 상기 표시 패널과 접착된, 표시 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 표시 패널 상부에 배치되고, 복수의 터치 전극을 포함하는 터치 소자를 더 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는 상기 터치 소자 하부에 배치된, 표시 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 표시 패널 하부에 배치된 구조물을 더 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는 상기 표시 패널과 상기 구조물 사이에 배치되고,
    상기 전기 활성층의 상기 제1 부분은 상기 구조물과 이격되고, 상기 제2 부분은 상기 구조물과 접착된, 표시 장치.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 표시 패널은 플렉서블 기판을 포함하고,
    상기 접촉 감응 소자는 상기 플렉서블 기판과 접착되어 상기 플렉서블 기판을 지지하는, 표시 장치.
  21. 제16항에 있어서,
    상기 제1 부분의 두께는 35μm 보다 작거나 같고,
    상기 제2 부분의 두께는 50μm 보다 크거나 같은, 표시 장치.
  22. 제10항에 있어서,
    상기 전기 활성층의 상기 제1 부분과 상기 구조물 사이에 에어 갭을 포함하는, 표시 장치.
  23. 제16항에 있어서,
    상기 전기 활성층의 상기 제1 부분과 상기 표시 패널 사이에 에어 갭을 포함하는, 표시 장치.
  24. 삭제
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 삭제
  28. 삭제
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