KR20120010795A - 터치패널 일체형 전자종이 - Google Patents

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KR20120010795A
KR20120010795A KR1020100072366A KR20100072366A KR20120010795A KR 20120010795 A KR20120010795 A KR 20120010795A KR 1020100072366 A KR1020100072366 A KR 1020100072366A KR 20100072366 A KR20100072366 A KR 20100072366A KR 20120010795 A KR20120010795 A KR 20120010795A
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이희범
김상진
채경수
오용수
이종영
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삼성전기주식회사
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Abstract

본 발명은 터치패널 일체형 전자종이에 관한 것으로, 본 발명에 따른 터치패널 일체형 전자종이(100)는 상부기판(128)과 하부기판(135) 사이에 구비된 전자잉크(110), 상부기판(128)의 하면에 구비되어 전자잉크(110)를 구동하고, 신호를 발생시키는 상부전극(120), 하부기판(135)의 상면에 구비되어 전자잉크(110)를 구동하는 하부전극(130) 및 상부기판(128)의 상측에 구비되어 상기 신호로 인하여 상부전극(120)과 정전용량이 형성되고, 입력수단(150)이 터치할 때 정전용량의 변화를 감지하는 센싱전극(140)을 포함하는 구성이며, 상부전극(120)을 터치패널의 구동전극으로 사용하여 전자종이와 터치패널을 일체형으로 결합시킴으로써, 전자종이의 장점인 얇은 두께를 유지하면서도 직관적인 정보입력이 가능한 효과가 있다.

Description

터치패널 일체형 전자종이{Electronic paper associated with touch panel}
본 발명은 터치패널 일체형 전자종이에 관한 것이다.
전자종이는 일종의 반사형 디스플레이(reflective display)로서 기존의 종이와 잉크처럼 높은 해상도, 넓은 시야각, 밝은 흰색 배경과 흑색 입자간의 높은 대조비(contrast)에 의한 우수한 가독성(readability)을 가지며, 전원을 차단한 후에도 화상이 유지되는 쌍안정성(bistable)을 가져 전력손실을 최소화할 수 있다. 따라서, 배터리 수명이 오래 유지되므로 원가절감 및 경량화를 쉽게 구현할 수 있다. 또한, 기존의 종이와 마찬가지로 넓은 면적으로 제작이 가능하므로 다른 어떠한 디스플레이보다도 대면적에 적용하기 용이한 장점이 있다. 그리고, 전자종이는 유리기판, 백라이트 및 편광판을 사용하지 않으므로, 종이와 비슷한 두께와 무게로 제작이 가능하다.
이러한 전자종이의 장점에 불구하고, 종래기술에 따른 전자종이는 별도의 키패드 등으로 조작해야 하므로 직관적인 정보입력이 어려운 단점이 있었다. 현재 직관적인 정보입력을 위한 가장 효과적인 수단으로 터치패널이 각광받고 있다. 이러한 터치패널은 전자수첩, 액정표시장치(LCD; Liquid Crystal Display Device), PDP(Plasma Display Panel), El(Electroluminescence) 등의 평판 디스플레이 장치 및 CRT(Cathode Ray Tube)와 같은 화상표시장치의 표시면에 설치되어, 사용자가 화상표시장치를 보면서 원하는 정보를 선택하도록 하는데 이용되는 도구이다. 또한, 터치패널은 저항막방식(Resistive Type), 정전용량방식(Capacitive Type), 전기자기장방식(Electro-Magnetic Type), 소오방식(SAW Type; Surface Acoustic Wave Type) 및 인프라레드방식(Infrared Type)으로 구분되는데, 이중 정전용량방식은 높은 투과율과 뛰어난 내구성을 구현할 수 있고, 멀티 터치가 가능한 점에서 활용도가 매우 높다. 하지만, 종래기술에서는 전자종이의 장점인 얇은 두께를 유지하면서도 정전용량방식 터치패널을 결합할 수 있는 일체형 기술이 전무한 상황이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 전자종이에 터치패널을 상호 정전용량방식으로 결합시켜 직관적인 정보입력이 가능한 터치패널 일체형 전자종이를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패널 일체형 전자종이는 상부기판과 하부기판 사이에 구비된 전자잉크, 상기 상부기판의 하면에 구비되어 상기 전자잉크를 구동하고, 신호를 발생시키는 상부전극, 상기 하부기판의 상면에 구비되어 상기 전자잉크를 구동하는 하부전극 및 상기 상부기판의 상측에 구비되어 상기 신호로 인하여 상기 상부전극과 정전용량이 형성되고, 입력수단이 터치할 때 상기 정전용량의 변화를 감지하는 센싱전극을 포함하여 구성된다.
여기서, 상기 센싱전극은 투명기판에 형성되어 접착층으로 상기 상부기판에 부착되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 접착층은 광학투명접착제(Optical Clear Adhesive; OCA)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 입력수단이 터치할 때 상기 하부전극은 하이 임피던스(high-impedance)인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전자잉크는 입자회전형 또는 전기영동형인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 상부전극은 TFT(Thin Film Transistor) 전극인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 하부전극은 공통전극인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 센싱전극은 전도성 고분자로 형성된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 전도성 고분자는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDOT/PSS), 폴리아닐린, 폴리아세틸렌 또는 폴리페닐렌비닐렌을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법 으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.
본 발명에 따르면, 전자종이의 상부전극을 터치패널의 구동전극으로 사용하여 전자종이와 터치패널을 일체형으로 결합시킴으로써, 전자종이의 장점인 얇은 두께를 유지하면서도 직관적인 정보입력이 가능한 효과가 있다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패널 일체형 전자종이의 단면도;
도 3은 도 1에 도시된 상부전극 및 센싱전극의 평면도;
도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 터치패널 일체형 전자종이의 A 부분을 확대한 부분확대도; 및
도 6 내지 도 8은 도 1에 도시된 터치패널 일체형 전자종이의 작동과정을 도시한 단면도이다.
본 발명의 목적, 특정한 장점들 및 신규한 특징들은 첨부된 도면들과 연관되어지는 이하의 상세한 설명과 바람직한 실시예들로부터 더욱 명백해질 것이다. 본 명세서에서 각 도면의 구성요소들에 참조번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다. 또한, "상부", "하부", "상면", "하면" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로, 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다. 그리고, 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 관련된 공지 기술에 대한 상세한 설명은 생략하도록 한다.
참고로, 본 명세서 전체에 걸쳐 사용되는 '터치'라는 용어는 직접적인 접촉을 의미할 뿐만 아니라, 상당한 거리만큼 근접하는 것을 의미하는 것으로 넓게 해석된다. 즉, 본 발명에 따른 터치패널 일체형 전자종이는 입력수단의 직접적인 접촉을 인식할 뿐만 아니라 상당한 거리 이내로의 근접도 인식하는 것으로 해석되어야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패널 일체형 전자종이의 단면도이고, 도 3은 도 1에 도시된 상부전극 및 센싱전극의 평면도이다.
도 1 내지 도 3에 도시된 바와 같이, 본 실시예에 따른 터치패널 일체형 전자종이(100)는 상부기판(128)과 하부기판(135) 사이에 구비된 전자잉크(110), 상부기판(128)의 하면에 구비되어 전자잉크(110)를 구동하고, 신호를 발생시키는 상부전극(120), 하부기판(135)의 상면에 구비되어 전자잉크(110)를 구동하는 하부전극(130) 및 상부기판(128)의 상측에 구비되어 상부전극(120)의 신호로 인하여 상부전극(120)과 정전용량이 형성되고, 입력수단(150)이 터치할 때 상기 정전용량의 변화를 감지하는 센싱전극(140)을 포함하는 구성이다.
상기 전자잉크(110)는 상부전극(120)과 하부전극(130)의 전압에 따라 구동되며 사용자가 인식할 수 있는 이미지를 구현하는 것으로, 전자잉크(110)는 입자회전형(Twist ball type; 도 1 참조)과 전기영동형(Electrophoresis type; 도 2 참조)으로 구분된다.
여기서, 입자회전형은 약 100μm의 크기를 갖는 입자(111)의 반구에 각기 다른 전하를 갖는 흑/백 물질을 각각 코팅한 후 상부전극(120)과 하부전극(130)에서 가해지는 전압의 극성 변화를 통해서 흑/백 이미지를 구현하는 방식이다. 입자회전형은 입자(111)들이 인가된 전압에 의해서 특정 축을 따라 회전함으로써, 빛을 흡수, 산란 또는 반사하여 이미지를 표시하게 된다.
한편, 전기영동형은 유전유체(117) 속에 빛을 산란하는 잉크 미립자(113, 115)를 분산시켜, 이들을 전기적으로 이동시키는 것을 기본 동작원리로 한다. 전기영동형은 양전하를 가진 백색의 잉크 미립자(113)와 음전하를 가진 흑색의 잉크 미립자(115) 및 투명 유전유체(117)를 포함하는 지름 200μ 내지 300μ의 투명한 마이크로캡슐(119)을 이용한다. 상기 마이크로캡슐(119)을 바인더와 혼합하여 상부전극(120)과 하부전극(130)에 전압을 인가하면, 양전하를 가진 잉크 미립자(113)는 음전압 방향으로 이동하고 음전하를 가진 잉크 미립자(115)는 양전압 방향으로 이동하여 이미지를 구현할 수 있다.
상기 상부전극(120)은 상부기판(128)의 하면에 구비되어 전자잉크(110)를 구동하는 역할을 수행한다. 여기서, 상부전극(120)은 TFT(Thin Film Transistor) 전극으로, 게이트선(121), 데이터선(122), 게이트전극(123), 소스전극(124), 드레인전극(125) 및 픽셀(126)롤 구성된다(도 3 참조). 이때, 게이트선(121)은 행 방향으로 형성되고 데이터선(122)은 열 방향으로 형성되어 서로 교차한다. 또한, 데이터선(122)으로부터 연장된 소스전극(124)은 게이트선(121)으로부터 연장된 게이트전극(123)을 기준으로 드레인전극(125)과 서로 반대쪽에 배치된다. 여기서, 게이트전극(123)은 드레인전극(125)과 소스전극(124) 사이의 통전 여부를 결정하는 스위치 역할을 한다. 즉, 게이트전극(123)이 게이트선(121)으로부터 주사 신호를 전달받아 전계를 형성하면, 드레인전극(125)과 소스전극(124) 사이에는 전자가 흐르게되므로, 최종적으로 데이터선(122)이 인가한 데이터전압은 소스전극(124), 드레인전극(125)을 통해서 픽셀(126)에 전달되어 전자잉크(110)를 구동시킨다. 한편, 게이트선(121)과 데이터선(122)은 비전항이 낮은 은(Ag), 은 합금(Ag alloy), 알루미늄(Al) 또는 알루미늄 합금(Al alloy)으로 이루어진 단일막으로 형성될 수 있고, 상기 단일막에 물리적, 전기적 접촉 특성이 뛰어난 크롬(Cr), 티타늄(Ti), 탄탈륨(Ta) 등의 물질로 이루어진 막이 추가적으로 형성될 수 있다.
또한, 상부전극(120)은 전자잉크(110)를 구동하는 역할뿐만 아니라, 터치패널의 구동전극(driving electrode) 역할을 수행한다. 즉, 상부전극(120)은 Sine 신호 또는 Pulse 신호 등을 발생시켜 센싱전극(140)과 정전용량이 형성하여 상호 정전용량방식(Mutual Capacitive Type)의 터치패널을 구현할 수 있는 것이다. 상부전극(120)이 터치패널의 구동전극의 역할을 수행하므로 별도의 구동전극을 형성할 필요가 없어, 터치패널 일체형 전자종이(100)의 구조를 단순화할 수 있고 터치패널 일체형 전자종이(100)의 박형화를 구현할 수 있다. 상부전극(120)과 센싱전극(140)의 정전용량을 이용하여 터치좌표를 산출하는 상세한 과정은 후술하도록 한다.
상기 하부전극(130)은 하부기판(135)의 상면에 구비되어 상부전극(120)과 함께 전자잉크(110)를 구동하는 역할을 수행한다. 여기서, 하부전극(130)은 상부전극(120)과 마찬가지로 TFT 전극으로 형성할 수 있을 뿐만 아니라, 일정한 크기의 공통전압이 인가되는 공통전극(common electrode)으로 형성할 수 있음은 물론이다.
상기 센싱전극(140)은 상부기판(128)의 상측에 구비되어 입력수단(150; 사용자의 손가락, 스타일러스 펜 등)의 터치를 감지하는 역할을 수행한다. 도 4 및 도 5는 도 1에 도시된 터치패널 일체형 전자종이의 A 부분을 확대한 부분확대도이다. 도 4 및 도 5를 참고하여 입력수단(150)의 터치를 감지하는 과정을 살펴보도록 한다. 우선, 상부전극(120)이 발생하는 Sine 신호 또는 Pulse 신호 등으로 인하여 상부전극(120)과 센싱전극(140)의 시이에는 정전용량이 형성된다(도 4 참조). 이후, 입력수단(150)이 투명기판(145)을 터치하면, 입력수단(150)으로 전하가 일부 흘러들어가게 되어 센싱전극(140)과 상부전극(120) 사이의 정전용량이 변화되고, 센싱전극(140)은 상기 정전용량의 변화를 감지한다(도 5 참조). 센싱전극(140)에서 감지한 정전용량의 변화는 최종적으로 컨트롤러(controller)에 전달되어 입력수단(150)의 터치좌표를 산출할 수 있다. 또한. 터치좌표를 산출하는 중 전자잉크(110)가 임의로 구동되는 것을 방지하기 위해서, 하부전극(130)은 입력수단(150)이 터치할 때 하이 임피던스(high-impedance)를 유지하는 것이 바람직하다.
한편, 센싱전극(140)은 통상적으로 사용하는 ITO(Indium Thin Oxide)뿐만 아니라 유연성이 뛰어나고 코팅 공정이 단순한 전도성 고분자를 이용하여 형성할 수 있다. 이때, 전도성 고분자는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDOT/PSS), 폴리아닐린, 폴리아세틸렌 또는 폴리페닐렌비닐렌 등을 포함하는 것이다. 또한, 센싱전극(140)은 스퍼터링(Sputtering), 증착(Evaporation) 등의 건식 공정, 딥 코팅(Dip coating), 스핀 코팅(Spin coating), 롤 코팅(Roll coating), 스프레이 코팅(Spray coating) 등의 습식 공정 또는 스크린 인쇄법(Screen Printing), 그라비아 인쇄법(Gravure Printing), 잉크젯 인쇄법(Inkjet Printing) 등의 다이렉트(direct) 패터닝 공정을 이용하여 형성할 수 있다.
그리고, 센싱전극(140)은 상부기판(128)의 상측에 직접 형성할 수도 있지만, 제조공정 상의 편의를 위해서 별도의 투명기판(145)에 센싱전극(140)을 형성하여 접착층(147)으로 상부기판(128)에 부착하는 것이 바람직하다. 여기서, 접착층(147)은 광학투명접착제(Optical Clear Adhesive; OCA)를 이용하여 투명성을 확보할 수 있다. 또한, 투명기판(145)은 입력수단(150)의 터치를 입력받는 것으로, 투명기판(145)의 재질은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리카보네이트(PC), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리에틸렌나프탈레이트(PEN), 폴리에테르술폰(PES), 고리형 올레핀 고분자(COC), TAC(Triacetylcellulose) 필름, 폴리비닐알코올(Polyvinyl alcohol; PVA) 필름, 폴리이미드(Polyimide; PI) 필름, 폴리스틸렌(Polystyrene; PS), 이축연신폴리스틸렌(K레진 함유 biaxially oriented PS; BOPS), 유리 또는 강화유리 등으로 형성하는 것이 바람직하지만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 한편, 투명기판(145)과 센싱전극(140) 사이의 접착력을 향상시키기 위하여 투명기판(145)에는 고주파 처리 또는 프라이머(primer) 처리를 수행하는 것이 바람직하다.
도 6 내지 도 8은 도 1에 도시된 터치패널 일체형 전자종이의 작동과정을 도시한 단면도이다. 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 실시예에 따른 터치패널 일체형 전자종이의 작동과정을 살펴보면 다음과 같다.
우선, 도 6에 도시된 바와 같이, 터치패널 일체형 전자종이(100)를 준비하는 단계이다. 이때, 터치패널 일체형 전자종이(100)는 이미지를 구현하기 전이므로 모든 입자(111)의 흰색 반구가 상측을 향한다. 따라서, 사용자는 터치패널 일체형 전자종이(100)가 전체적으로 흰색임을 인식할 수 있다. 한편, 입력수단(150)의 터치를 인식하기 위해서, 상부전극(120)은 신호를 발생시키므로 상부전극(120)과 센싱전극(140) 사이에는 정전용량이 형성된다.
다음, 도 7에 도시된 바와 같이, 입력수단(150)의 터치좌표를 산출하는 단계이다. 입력수단(150)이 투명기판(145)을 터치하면, 입력수단(150)으로 일부 전하가 흘러들어가므로 상부전극(120)과 센싱전극(140) 사이에 형성된 정전용량은 변화하고, 센싱전극(140)이 정전용량의 변화를 감지하여 컨트롤러에 전달함으로써 터치좌표를 산출할 수 있다. 이때, 하부전극(130)을 하이 임프던스(high-impedance)를 유지하여 전자잉크(110)가 임의로 구동하는 것을 방지하는 것이 바람직하다.
다음, 도 8에 도시된 바와 같이, 산출한 터치좌표에 따라 전자잉크(110)를 구동시켜 이미지를 구현하는 단계이다. 터치좌표에 대응하는 이미지를 구현하기 위해서, 상부전극(120)과 하부전극(130)에는 전압이 인가된다. 이때, 상부전극(120)은 TFT 전극으로 구성되므로 특정 픽셀(126)에만 선택적으로 양전압을 인가할 수 있다. 따라서, 특정 픽셀(126)에 배치된 입자(111)는 음전하를 갖는 흑색 반구가 상측을 향하도록 회전하게 된다. 결국, 사용자는 흰색 바탕에 흑색으로 이미지가 구현되는 것을 인식할 수 있다.
본 실시예에 따른 터치패널 일체형 전자종이(100)는 전자종이와 터치패널을 일체형으로 결합시킴으로써, 전자종이의 장점인 얇은 두께를 유지하면서도 직관적인 정보입력이 가능하다. 또한, 상부전극(120)이 터치패널의 구동전극의 역할을 수행하므로 별도의 구동전극을 형성할 필요가 없어, 터치패널 일체형 전자종이(100)의 구조를 단순화할 수 있는 장점이 있다.
이상 본 발명을 구체적인 실시예를 통하여 상세히 설명하였으나, 이는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명에 따른 터치패널 일체형 전자종이는 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 기술적 사상 내에서 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 그 변형이나 개량이 가능함은 명백하다고 할 것이다. 본 발명의 단순한 변형 내지 변경은 모두 본 발명의 영역에 속하는 것으로 본 발명의 구체적인 보호 범위는 첨부된 특허청구범위에 의하여 명확해질 것이다.
100: 터치패널 일체형 전자종이 110: 전자잉크
111: 입자 113, 115: 잉크 미립자
117: 유전유체 119: 마이크로캡슐
120: 상부전극 121: 게이트선
122: 데이터선 123: 게이트전극
124: 소스전극 125: 드레인전극
126: 픽셀 128: 상부기판
130: 하부전극 135: 하부기판
140: 센싱전극 145: 투명기판
147: 접착층 150: 입력수단

Claims (9)

  1. 상부기판과 하부기판 사이에 구비된 전자잉크;
    상기 상부기판의 하면에 구비되어 상기 전자잉크를 구동하고, 신호를 발생시키는 상부전극;
    상기 하부기판의 상면에 구비되어 상기 전자잉크를 구동하는 하부전극; 및
    상기 상부기판의 상측에 구비되어 상기 신호로 인하여 상기 상부전극과 정전용량이 형성되고, 입력수단이 터치할 때 상기 정전용량의 변화를 감지하는 센싱전극;
    을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 센싱전극은 투명기판에 형성되어 접착층으로 상기 상부기판에 부착되는 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 접착층은 광학투명접착제(Optical Clear Adhesive; OCA)인 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 입력수단이 터치할 때 상기 하부전극은 하이 임피던스(high-impedance)인 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 전자잉크는 입자회전형 또는 전기영동형인 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 상부전극은 TFT(Thin Film Transistor) 전극인 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 하부전극은 공통전극인 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 센싱전극은 전도성 고분자로 형성된 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 전도성 고분자는 폴리-3,4-에틸렌디옥시티오펜/폴리스티렌설포네이트(PEDOT/PSS), 폴리아닐린, 폴리아세틸렌 또는 폴리페닐렌비닐렌을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치패널 일체형 전자종이.
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