KR20100008704A - 나노와이어를 이용한 비접촉식 터치패널 - Google Patents

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Abstract

나노와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널에 관하여 개시된다. 개시된 터치 패널은, 스트립 형상의 서로 직교하는 제1투명전극과 제2투명전극 사이에 형성된 압전성 나노와이어와, 상기 나노와이어에 펄스전압을 인가하는 초음파 발생기와, 상기 초음파 발생기로부터 발생된 초음파가 상기 나노와이어로 접근하는 물체에 부딪혀서 상기 나노와이어로 되돌아오는 초음파를 감지하는 초음파 에코센서를 구비한다.

Description

나노와이어를 이용한 비접촉식 터치패널{Non-contact touch panel using nanowire}
나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널에 관한 것이 개시되어 있다.
터치 패널은, 개인용 컴퓨터, 노트북, PMP(portable media player) 등과 같은 전자 장치의 디스플레이 전면에 설치되어 손가락이나 펜 등을 이용하여 접촉하거나 문자 또는 그림을 그려 넣는 등의 작업을 함으로써 전자 장치에 특정 명령이나 데이터를 입력할 수 있는 입력 장치의 하나이다. 최근 사용자의 편의성에 대한 요구가 증가하면서 이러한 터치 패널의 수요가 크게 증가하고 있다.
일반적인 터치 패널은 압저항 또는 정전용량을 주로 이용한다. 그러나, 이러한 터치패털은 대형화하는 데 문제가 있다.
다른 방식으로는 초음파를 이용한 터치패널이 있으나, 이는 대형화하는 경우 신호발생부가 터치패널의 측면에 설치되어서 신호 발생을 위한 거리가 멀어지며, 신호 처리가 복잡해지는 문제가 있다.
한편 위에서 언급한 터치패널은 접촉식이다. 접촉식은 터치패널의 표면을 직접 접촉하므로 터치패널의 표면의 손상을 초래할 수 있다. 따라서, 대형 터치패 널에 적용되면서 대형 터치패널의 보호를 위해 비접촉식 터치패널에 대한 기술이 필요하다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 대형으로 제작할 수 있으며, 비접촉식으로 작동하는 터치 패널을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널은,
제 1 투명 기판;
상기 제 1 투명 기판 위에 스트립 형상으로 배치된복수의 제 1 투명 전극;
상기 복수의 제 1 투명 전극 위에 수직으로 배치된 복수의 압전성 나노 와이어;
상기 나노 와이어들 위에서 상기 복수의 제1투명전극에 직교하며 스트립 형상을 가진복수의 제 2 투명 전극;
상기 제 2 투명 전극 위에 배치된 제 2 투명 기판;
상기 나노와이어에 펄스전압을 인가하는 초음파 발생기; 및
상기 초음파 발생기로부터 발생된 초음파가 상기 나노와이어로 접근하는 물체에 부딪혀서 상기 나노와이어로 되돌아오는 초음파를 감지하는 초음파 에코센서;를 구비한다.
상기 초음파 발생기는 상기 복수의 제1투명전극 또는 상기 복수의 제2투명전극에 연결될 수 있다.
상기 초음파 에코센서는, 상기 복수의 제1투명전극에 연결된 제1초음파 에 코센서; 및
상기 복수의 제2투명전극에 연결된 제2초음파 에코센서;를 구비할 수 있다.
상기 압전성 나노 와이어는 산화아연(ZnO) 나노 와이어일 수 있다.
상기 압전성 나노 와이어들 사이에 절연성 충진재가 더 채워질 수 있다.
상기 절연성 충진재는 SiO2로 형성될 수 있다.
상기 나노 와이어는, 상기 제 1 투명 전극과 상기 제 2 투명 전극이 서로 교차하는 위치에 배치될 수 있다.
상기 제 1 및 제 2 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), 및 IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성될 수 있다.
상기 나노 와이어는 0.1㎛ 내지 10㎛ 높이로 형성될 수 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여, 본 발명의 실시예들에 따른 나노와이어를 이용한 비접촉식 터치패널의 구조 및 동작에 대해 상세하게 설명한다. 이 과정에서 도면에 도시된 층이나 영역들의 두께는 명세서의 명확성을 위해 과장되게 도시된 것이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어를 이용한 비접촉식 터치패널(100)을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 1을 참조하면, 제1투명전극들(110) 및 제2투명전극들(120)은 스트립(strip) 형상이며, 서로 직교하는 방향으로 배치되어 있다. 제2전극들(120)의 일단들은 초음파 발생기(130)에 연결되어 있다. 그리고, 제1전극들(110)의 일단들은 제1펄스 에코센서(140)에 연결되어 있으며, 제2전극들의 타단들은 제2펄스 에코센서(150)에 연결되어 있다.
제1전극(110) 및 제2전극(120)이 교차하는 영역(셀영역(160))에는 복수의 나노와이어(162)가 형성되어 있으며 후술된다.
도 2는 도 1의 II-II 선단면도이다.
도 2를 참조하면, 터치 패털(100)은, 제 1 투명 기판(102), 상기 제 1 투명 기판(102) 위에 배치된 제 1 투명 전극(110), 상기 제 1 투명 전극(110) 위에 수직으로 배치된 복수의 압전성 나노 와이어들(162), 상기 나노 와이어(162) 위에 배치된 제 2 투명 전극(120), 및 상기 제 2 투명 전극층(120) 위에 배치된 제 2 투명 기판(104)을 구비한다. 여기서, 상기 압전성 나노 와이어(162)들의 하부는 제 1 투명 전극층(110)과 전기적으로 연결되어 있으며, 압전성 나노 와이어(162)들의 상부는 제 2 투명 전극층(120)과 전기적으로 연결되어 있다.
상기 제 1 및 제 2 투명 기판(102, 104)은, 예컨대, 유연성이 있는 투명한 폴리머 재료를 형성될 수 있다. 또한, 제 1 및 제 2 투명 전극층(110, 120)으로는, 도전성이 있는 투명한 금속 산화물을 사용할 수 있다. 예컨대, ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide) 또는 IZO(Indium Zinc Oxide) 등을 제 1 및 제 2 투명 전극층(110, 120)의 재료로 사용할 수 있다.
상기 압전성 나노 와이어(162)로는 산화아연(ZnO) 나노 와이어를 사용할 수 있다. 산화아연 박막은 광투과율이 높지만 PZT에 비하여 압전 상수가 낮다는 문제가 있다. 그러나, 산화아연을 나노 와이어(162)의 형태로 성장시킬 경우, 산화아연 나노와이어(162)는 단결정 상태가 되기 때문에 박막의 형태로 제조될 때에 비하여 압전 상수가 크게 증가하게 된다. 산화아연 나노 와이어(162)의 압전 상수는 산화아연 나노 와이어(162)의 높이가 직경에 비하여 클수록 증가하게 된다. 다만 산화아연 나노 와이어의 높이가 지나치게 높을 경우, 파손의 가능성이 커지게 된다. 따라서, 압전성 나노 와이어(162)로서 약 20nm 내지 100nm 직경의 산화아연 나노 와이어를 사용할 경우, 나노 와이어(162)의 높이는 약 0.1㎛ 내지 10㎛인 것이 적당할 수 있다. 여기서는 산화아연을 예시적으로 설명하고 있으나, 산화아연 이외에도 압전성을 가지며 나노 와이어의 형태로 성장이 가능한 재료라면 어느 것이라도 사용할 수 있다.
한편, 도 2에 도시된 바와 같이, 다수의 압전성 나노 와이어(162)들 사이에는 절연성 충진재(164)를 채워 넣을 수도 있다. 상기 절연성 충진재(164)는 압전성 나노 와이어 들 (162) 사이의 공기 갭(air gap)을 제거함으로써 압전성 나노 와이어(162)들을 보호하는 역할을 한다. 즉, 상기 절연성 충진재(164)는, 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널(100)을 사용하는 동안, 상기 압전성 나노 와이어(162)들이 지속적인 압축 압력에 의해 파손되는 것을 방지할 수 있다. 이를 위해, 상기 절연성 충진재(164)는 적절한 탄성을 갖는 것이 유리하다. 또한, 상기 절연성 충진재(164)는 제 1 및 제 2 투명 전극층(110, 120) 사이의 전기적 단락을 피하기 위해 절연성을 가진다. 이러한 절연성 충진재(164)는 산화물, 무기화합물, 유기화 합물 어느 것으로도 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 절연성 충진재(164)로서 SiO2를 사용할 수 있다. 또한, 충진재(164)로 기계적 신호를 전기적 신호로 변환시키는 효율이 큰 재료를 사용할 수 있다. 예컨대, 폴리비닐 디플로라이드((poly vinyl difluoride: PVDF) 계통의 재료를 사용하면, 초음파에 의한 진동을 감지하는 능력을 증대할 수도 있다. 그러나, 상기 압전성 나노 와이어(162)가 지속적인 압축 압력에 의해서도 파손되지 않을 정도의 강도를 갖는다면, 절연성 충진재(164)는 생략될 수도 있다. 참조번호 160은 제1투명전극(110)과 제2투명전극(120)이 교차하는 셀 영역을 가리키며, 복수의 나노와이어(162) 및 그 사이의 충진재(164)를 포함한다.
도 3은 도 1에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 산화아연(ZnO) 나노 와이어를 이용한 터치 패널(100)의 전체적인 구조를 개략적으로 도시하는 분해 사시도이다.
도 3을 참조하면, 제 1 투명 기판(102)의 상면 위에 배치되어 있는 제 1 투명 전극들(110)은 x 축을 따라 연장되어서 서로 나란하게 배열되어 있다. 제 2 투명 기판(104)의 하부면에 배치되어 있는 제 2 투명 전극들(120)은 y 축을 따라 연장되며, 서로 나란하게 배열되어 있다. 따라서, 제 1 투명 전극들(110)과 제 2 투명 전극들(120)은 서로에 대해 직교하도록 배치된다.
한편, 도 3에 도시된 바와 같이, 셀영역(160)은, 상기 제 1 투명 전극들(110) 과 상기 제 2 투명 전극들(120) 이 서로 교차하는 영역이며, 이들 셀 영역(160)은 2차원 어레이로 배열된 영역이다. 셀영역(160)은 복수의 압전성 나노 와이어(162)들과 압전성 나노 와이어들(162) 사이에 채워진 충진재(164)를 포함한다.
이러한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(100)의 작용을 도면을 참조하여 설명한다.
먼저 펄스발생기(130)에 소정의 펄스 교류전압을 인가하면, 각 셀영역(160)의 나노와이어들(162)이 진동하면서 소정 주파수의 초음파를 발생한다. 발생된 초음파는 제2전극들(120) 상으로 전파된다.
이어서, 터치패널(100)의 상방으로 물체, 예컨대 손가락을 접근시키면 상기 초음파는 상기 손가락에서 반사되어서 다시 터치패널 방향으로 입사된다. 이때의 입사 초음파는 해당 셀영역(160)의 나노와이어(162) 및 충진재(164)로 전달되며, 셀영역(160)에서는 이 입사 초음파에 의해 진동이 생기면서 소정의 전기를 발생시킨다. 제1펄스 에코센서(140) 및 제2펄스 에코센서(150)은 해당되는 제1투명전극들(110) 및 제2투명전극들(120)을 스캐닝하여, 상기 손가락이 가깝게 위치한 셀영역(160)을 포함하는 제1투명전극(110) 및 제2투명전극(120)을 검출한다. 따라서 검출된 제1투명전극(110) 및 제2투명전극(120)이 교차하는 셀영역(160)을 감지할 수 있게 된다.
한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널(100)은 비접촉식으로 해당 셀영역(160)을 검출하지만, 반드시 이에 한정되지는 않는다. 즉, 손으로 터치패널(100)에 압력을 가하는 경우, 셀영역(160)의 나노와이어(162)와 연결된 제1투명전극(110)과 제2투명전극(120)에서의 전류의 변화가 각각 제1펄스 에코센서(140) 및 제2펄스 에코센서(150)에 의해서 검출되므로, 접촉식 터치패널로도 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널(100)은 비접촉식으로 작동할 수 있으므로, 대형 터치패널에 적용시 그 표면의 손상을 방지할 수 있다. 또한, 초음파 발생부가 터치패널(100)의 하부에 위치하여 터치패널(100)의 전방으로부터 접근하는 물체 및 초음파 센서 사이의 거리가 가까우므로 신호 처리가 간단해진다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널(100)의 제조 과정을 개략적으로 도시하고 있다. 상기 실시예의 구성요소와 실질적으로 동일한 구성요소에는 동일한 참조번호를 사용하고 상세한 설명은 생략한다.
도 4a를 참조하면, 제 1 투명 기판(102) 위에 예컨대 ITO, AZO 또는 IZO로 이루어진 제 1 투명 전극층(110')을 형성한다. 그런 다음, 상기 제 1 투명 전극층(110') 위에 압전성 나노 와이어(162)를 수직으로 성장시킨다. 상기 압전성 나노 와이어(162)의 재료로서 산화아연을 사용하는 경우, 예컨대 300℃ 이하의 저온에서도 성장이 가능하다. 따라서, 산화아연 나노 와이어를 성장시키는 동안 열에 의한 제 1 투명 기판(102) 및 제 1 투명 전극층(110')의 변형을 방지할 수 있다. 산화아연 나노 와이어를 저온에서 성장시키는 방법으로는 다양한 방법이 이미 공지되어 있다. 예컨대, 산화아연 나노 와이어의 성장 방법으로서, 수용액 합성법, 열화학기상증착법, 반응증발법, 분무열분해법, 펄스 레이저 증착법, CVD, 스퍼터링, PECVD, ALD, 유기금속기상성장법 등을 이용할 수 있다.
도 4b를 참조하면, 상기 성장된 압전성 나노 와이어(162)들 사이에 절연성 충진재(164)를 형성한다. 앞서 설명한 바와 같이, 상기 절연성 충진재(164)로는 SiO2를 사용할 수 있다. 이러한 절연성 충진재(164)는, 예컨대, 공지된 졸-겔 공정(Sol-Gel process)을 이용하여 형성할 수 있다. 이렇게 형성된 절연성 충진재(164)는 상기 압전성 나노 와이어들 (162) 보다 높게 형성되어 압전성 나노 와이어(162)들을 덮을 수도 있다. 이 경우에는, CMP(chemical mechanical polishing)와 같은 평탄화 공정을 통해 압전성 나노 와이어(162)들이 노출되도록 한다.
이어서, 도 2에 도시된 것과 같이 나노 와이어(162) 및 충진재(164) 및 제 1 투명 전극층(110')을 순차적으로 패터닝하여 서로 평행한 스트립 형상의 제1투명전극들(110)을 형성한다. 예컨대, 에칭을 통해 x축 방향(도 2 참조)으로 길게 형성하도록 상기 나노 와이어(162)와 제 1 투명 전극층(110')을 함께 패터닝한다. 이어서, 에칭을 통해 y축 방향(도 2 참조)을 따라 나노 와이어들(162)을 패터닝함으로써, 나노 와이어들(162)은 2차원 배열된 셀영역(160)에 형성될 수 있다.
다음으로, 도 4c에 도시된 바와 같이, 제 2 투명 기판(104)의 하부면에 제 2 투명 전극층(120')들을 형성한다. 그런 후, 비록 도시되지는 않았지만, 상기 제 2 투명 전극층(120')도 에칭을 통해 패터닝하여 y축 방향으로 길게 형성된 제2 투명 전극들(120)을 형성한다. 제2 투명 전극층(120')의 패터닝은 셀영역(160)의 y축 배열과 대응되게 한다. 이어서, 제 2 투명 기판(104)과 제 2 투명 전극(120)을 도 4b의 나노 와이어층(160) 위에 결합시킴으로써, 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널(100)이 제조될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상술한 본 발명의 실시예에 따르면, 광투과율과 압전 상수가 높은 산화아연 나노 와이어를 압전 소자로서 사용하기 때문에, 터치 패널의 성능이 향상될 수 있다. 또한, 산화아연 나노 와이어는 저온 성장이 가능하기 때문에, 압전 소자의 형성 과정에서 열에 의한 다른 부품의 손상을 감소시킬 수 있다.
지금까지, 본원 발명의 이해를 돕기 위하여 여러 실시예가 설명되고 첨부된 도면에 도시되었다. 그러나, 이러한 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이고 이를 제한하지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 그리고 본 발명은 도시되고 설명된 설명에 국한되지 않는다는 점이 이해되어야 할 것이다. 이는 다양한 다른 변형이 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일어날 수 있기 때문이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 나노와이어를 이용한 비접촉식 터치패널을 개략적으로 보여주는 구성도이다.
도 2는 도 1의 II-II 선단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 구조를 개략적으로 보여주는 분해 사시도이다.
도 4a 내지 도 4c는 본 발명의 다른 실시예에 따른 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널의 제조 과정을 개략적으로 보여주는 단면도이다.

Claims (9)

  1. 제 1 투명 기판;
    상기 제 1 투명 기판 위에 스트립 형상으로 배치된 복수의 제 1 투명 전극;
    상기 복수의 제 1 투명 전극 위에 수직으로 배치된 복수의 나노 와이어;
    상기 복수의 나노 와이어 위에서 상기 복수의 제1투명전극에 직교하며 스트립 형상을 가진복수의 제 2 투명 전극;
    상기 제 2 투명 전극 위에 배치된 제 2 투명 기판;
    상기 나노와이어에 펄스전압을 인가하는 초음파 발생기; 및
    상기 초음파 발생기로부터 발생된 초음파가 상기 나노와이어로 접근하는 물체에 부딪혀서 상기 나노와이어로 되돌아오는 초음파를 감지하는 초음파 에코센서;를 구비하는 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 발생기는 상기 복수의 제1투명전극 또는 상기 복수의 제2투명전극에 연결된 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 초음파 에코센서는, 상기 복수의 제1투명전극에 연결된 제1초음파 에코센서; 및
    상기 복수의 제2투명전극에 연결된 제2초음파 에코센서;를 구비한 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 산화아연(ZnO) 나노 와이어인 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어들 사이에 절연성 충진재가 채워진 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 절연성 충진재는 SiO2 또는 PVDF 폴리머로 이루어진 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는, 상기 제 1 투명 전극과 상기 제 2 투명 전극이 서로 교차하는 위치에 배치되는 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 투명 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), 및 IZO(Indium Zinc Oxide)로 이루어진 그룹으로부터 선택된 어느 하나로 형성된 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 나노 와이어는 0.1㎛ 내지 10㎛ 높이로 형성된 나노 와이어를 이용한 비접촉식 터치 패널.
KR20080069300A 2008-07-16 2008-07-16 나노와이어를 이용한 비접촉식 터치패널 KR101482702B1 (ko)

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