KR20120045581A

KR20120045581A - 저항막식 터치스크린

Info

Publication number: KR20120045581A
Application number: KR1020100107204A
Authority: KR
Inventors: 김연수; 진용현; 이지수
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2010-10-29
Filing date: 2010-10-29
Publication date: 2012-05-09
Also published as: US20120105359A1; JP2012099086A

Abstract

본 발명은 저항막식 터치스크린에 관련되며, 전도성 고분자로 구성된 하부 전극패턴부 및 상기 하부 전극패턴부에 연결된 하부 전극배선부가 형성된 하부기판, 상기 하부기판의 상측에 배치되며, 대향면에 전도성 고분자로 구성된 상부 전극패턴부 및 상기 상부 전극패턴부에 연결된 상부 전극배선부가 형성된 상부기판, 상기 하부기판과 상기 상부기판 사이에 배치되며, 내측에 개구부가 형성된 스페이서, 및 상기 하부 전극패턴부 또는 상기 상부 전극패턴부 중 어느 하나 이상을 커버하며, 상기 전도성 고분자보다 일 함수가 작은 물질로 구성된 표면개질층을 포함한다.

Description

저항막식 터치스크린{Resistive Type Touch Screen}

본 발명은 저항막식 터치스크린에 관한 것이다.

이동 통신 기술의 발달과 더불어 핸드폰, PDA, 네비게이션과 같은 단말기는 단순한 문자 정보의 표시수단에서 더 나아가 오디오, 동영상, 무선 인터넷 웹 브라우저 등과 같은 더욱 다양하고 복잡한 멀티 미디어 제공 수단으로 그 기능을 확대해 나가고 있다. 최근 제한된 단말기의 크기 내에서 더욱 큰 디스플레이 화면의 구현이 요구되고 있어 터치스크린을 적용한 디스플레이 방식이 더욱 각광받고 있다. 이러한 터치스크린은 스크린과 좌표입력 수단을 통합함으로써 종래의 키입력 방식에 비하여 공간을 절약할 수 있는 이점이 있다.

현재 많이 채용되고 있는 터치스크린의 형태는 크게 두 가지 방식으로 분류된다.

먼저, 정전용량식 터치스크린은 제1 방향성을 갖는 제1 전극패턴이 형성된 상부기판과 제2 방향성을 갖는 제2 전극패턴이 형성된 하부기판이 서로 이격되며, 제1 전극패턴과 제2 전극패턴이 접촉하지 못하게 절연체가 삽입된다.

이러한 정전용량식 터치스크린은 입력수단이 터치스크린에 접촉함에 따라 제1 전극패턴과 제2 전극패턴에서 발생하는 정전용량의 변화를 측정하여 접촉점의 좌표를 산출한다.

저항막식 터치스크린은 상부 전극패턴이 형성된 상부기판과 하부 전극패턴이 형성된 하부기판이 스페이서에 의해 이격되어 있고 외압에 의해 서로 접촉될 수 있도록 배치된 형태이다. 상부 전극패턴이 형성되어 있는 상부기판이 손가락, 펜 등의 입력수단에 의해 눌릴 때 상/하부 전극패턴이 통전되고, 그 위치의 저항값 변화에 따른 전압변화를 제어부에서 인지하여 접촉점의 좌표를 검출한다.

종래의 전극패턴은 금속산화물(대표적으로 ITO)과 같은 투명한 전도성 물질로 구성되는 것이 일반적이었다. 그러나, 희토류 금속류를 포함하는 금속산화물은 고가이며, 자원의 매장량이 한정되는 점이 문제되고 있다.

최근, 금속산화물을 대체하기위해 전도성 고분자에 대한 연구가 진행되고 있다. 전도성 고분자의 경우 금속산화물이 갖는 단점을 보완하는 장점이 있으나, 몇가지 문제점을 갖고 있다.

특히, 전도성 고분자는 물질 내에 있는 전자 하나를 밖으로 끌어내는 데 필요한 최소의 에너지인 일 함수(work function)가 높은 문제점을 안고 있다.

저항막식 터치스크린은 외압에 의해 상/하부 전극패턴이 접촉하여 전자의 이동이 발생함으로써 통전되고, 이를 근거로 접촉점의 좌표를 산출하는데, 전도성 고분자로 구성된 전극패턴을 포함하는 저항막식 터치스크린은 전자의 이동을 위해 더 높은 전압이 요구되고, 더 센 외압이 요구되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 창안된 것으로, 전극패턴을 커버하며 전도성 고분자보다 일 함수가 작은 물질로 구성된 표면개질층을 더 포함하여 낮은 전압과 낮은 외압에 의해서도 터치감도를 향상시킬 수 있는 저항막식 터치스크린을 제안하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 전도성 고분자는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리페닐렌계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 한다.

또한, 본 발명의 상기 표면개질층은 불화세슘(CsF), 탄산세슘(Cs₂Co₃) 또는 탄산칼륨(K₂CO₃) 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 상부기판 상측에 결합된 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 스페이서는 양면 접착시트로 구성된 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 상기 하부 전극패턴부는 제1 방향으로 연장된 형상의 복수의 하부 전극패턴을 포함하고, 상기 복수의 하부 전극패턴은 제2 방향으로 배열되며, 상기 상부 전극패턴부는 제2 방향으로 연장된 형상의 복수의 상부 전극패턴을 포함하고, 상기 복수의 상부 전극패턴은 제1 방향으로 배열된 것을 특징으로 한다.

본 발명의 특징 및 이점들은 첨부도면에 의거한 다음의 상세한 설명으로 더욱 명백해질 것이다.

이에 앞서 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이고 사전적인 의미로 해석되어서는 아니되며, 발명자가 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다.

본 발명에 따른 저항막식 터치스크린은 전극패턴부를 구성하는 전도성 고분자보다 일 함수가 작은 물질로 구성된 표면개질층을 더 포함하여 낮은 전압과 낮은 외압에 의해서도 터치감도를 향상시킬 수 있다.

또한, 표면개질층은 에어갭에 침투한 수분으로부터 전극패턴부를 보호하여 전극패턴부의 면저항을 일정하게 유지시킴으로써 터치스크린의 신뢰성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저항막식 터치스크린을 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 도 1에 채용되는 저항막식 터치스크린의 구성을 설명하기 위해 도시한 분해사시도이다.
도 3은 전극패턴부와 표면개질층의 일 함수를 간략하게 도시한 그래프이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따른 저항막식 터치스크린을 간략하게 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, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 저항막식 터치스크린을 개략적으로 도시한 단면도이고, 도 2는 도 1에 채용되는 저항막식 터치스크린의 구성을 설명하기 위해 도시한 분해사시도이며, 도 3은 전극패턴부와 표면개질층의 일 함수를 간략하게 도시한 그래프이다. 이하, 이를 참조하여 본 실시예에 따른 저항막식 터치스크린(이하, 터치스크린)을 검토한다.

본 실시예에 따른 저항막식 터치스크린(100: 이하 터치스크린)은 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 전도성 고분자로 구성된 전극패턴부(120, 150)와 전극배선부(130, 160)가 형성된 2개의 기판이 스페이서(170)에 의해 대향하게 결합되어 있다. 그리고, 상기 전극패턴부(120, 150) 중 어느 하나 이상을 커버하며, 전도성 고분자보다 일 함수가 작은 물질로 구성된 표면개질층(180)을 포함한다.

도 1 및 도 2에는 아날로그 저항막식 터치스크린을 예시적으로 도시하고 있는데, 이러한 터치스크린(100)은 화상이 통과하는 활성영역에 막 형상의 전극패턴부(120, 150 : 일반적으로 저항막이라고 지칭함.)가 형성되고, 활성영역을 둘러쌓는 비활성영역에는 2개의 전극배선으로 구성된 전극배선부(130, 160)가 하부기판(110)과 상부기판(140)에 형성된다.

하부기판(110)과 상부기판(140)은 투명한 부재로 필름기판이 사용될 수 있으며, 이 중에서 필름기판은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET), 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리프로필렌(PP), 폴리에틸렌(PE), 폴리에틸렌나프탈렌디카르복실레이트(PEN), 폴리카보네이트(PC), 폴리에테르술폰(PES), 폴리이미드(PI), 폴리비닐알코올(PVA), 시클릭 올레핀 공중합체(COC), 스틸렌 중합체, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌 등으로 구성될 수 있고 특별히 한정되지는 않는다.

상부기판(140)은 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET)이 채용되는 것이 일반적이며, 하부기판(110)은 필요에 따라 유리기판이 채용될 수 있다.

그리고, 하부기판(110)의 상면과 상부기판(140)의 하면에 형성된 막 형상의 전극패턴부(120, 150)는 대향하게 형성된다. 막 형상의 전극패턴부(120, 150)는 전도성 고분자 용액을 기판에 도포한 후 건조하는 방식에 의해 형성되거나, 인쇄하는 방식에 의해 형성될 수 있다.

이때, 전극패턴부(120, 150)는 전도성 고분자로 구성될 수 있는데, 전도성 고분자는 유기계 화합물로 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리페닐렌계 등이 채용될 수 있으며, 특히 폴리티오펜계 중에서도 PEDOT/PSS 화합물의 경우가 가장 바람직하고, 상기 유기계 화합물 중 1종 이상을 혼합하여 사용할 수 있다. 또한, 카본 나노튜브 등을 더 혼합하는 경우 전도성을 높일 수 있다.

이러한, 전도성 고분자는 종래의 금속산화물에 비해 제조단가가 저렴하며, 대량생산이 가능한 장점이 있다.

하부기판(110)과 상부기판(140)의 비활성영역에는 막 형상의 전극패턴부(120, 150)와 연결된 전극배선부(130, 160)가 형성된다. 이러한 전극배선부(130, 160)는 저항이 낮은 금속(특히, 은 페이스트)으로 구성되며, 하부 전극배선부(130)와 상부 전극배선부(160)는 서로 교차하는 방향성을 갖는다. 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 4 선식 터치스크린의 경우 하부 전극배선부(130)는 전극패턴부(120)의 양측에서 통전되고, 상부 전극배선부(160)는 하부 전극배선와과 교차하는 방향으로 상부 전극패턴부(150)와 통전되어, 외부접촉에 따른 전압변화를 제어부에 전달한다.

이러한 전극배선부(130, 160)는 포토 리소그래피 방식, 잉크젯 인쇄방식, 그라비아 인쇄방식 등에 의해 형성될 수 있다.

스페이서(170)는 외압에 의해 상부기판(140)에 휨이 발생하여 상부 전극패턴부(150)가 하부 전극패턴부(120)에 접촉할 수 있도록 개구부가 형성된 형상을 갖는다. 이러한, 스페이서(170)는 플라스틱 수지로 성형한 후 별도의 접착제를 사용하여 상부기판(140)과 하부기판(110)을 결합할 수도 있으나, 제조의 용이성을 고려하여 양면 접착시트로 구성되는 것이 바람직하다.

그리고, 본 발명에 따른 터치스크린(100)은 전극패턴부(120, 150) 중 어느 하나 이상을 커버하며, 전도성 고분자보다 일 함수가 작은 물질로 구성된 표면개질층(180)을 포함한다.

원자 내 전자는 위치에 따라 에너지가 다르다. 핵에 가까울수록 에너지가 낮다. 낮은 에너지 준위부터 전자를 채워나갈 때 전자가 가득 찬 최고의 준위(페르미준위)와 물질 외부의 전위와 사이를 전자 1개가 이동할 때 필요한 에너지의 차를 일 함수라 한다. 보통 eV(일렉트론 볼트)로 나타낸다. 1eV는 전자가 1V의 전위차를 이동할 때 필요한 일 또는 에너지이다.

도 3에 도시된 것과 같이 표면개질층(180)의 전위(E_B)와 외부의 전위(E_A) 사이를 전자가 이동하는데 필요한 일 함수(W_B)는 전도성 고분자로 구성된 전극패턴의 전위(E_P)와 외부의 전위(E_A) 사이의 일 함수(W_P)보다 작은 것을 알 수 있다.

본 발명에 따른 터치스크린은 하부 전극패턴부(120)와 상부 전극패턴부(150) 사이에 전자가 이동함에 있어서, 표면개질층(180)으로 전자가 이동한 뒤 전극패턴부(120, 150)로 이동하기 때문에 일 함수를 감소시킬 수 있어 입력전압을 감소시킬 수 있고, 외압의 세기를 감소시킬 수 있다.

이러한 표면개질층(180)은 불화세슘(CsF), 탄산세슘(Cs₂Co₃) 또는 탄산칼륨(K₂CO₃) 중 어느 하나로 구성되는 것이 바람직하나, 이에 한정되지 않고 전도성 고분자보다 일 함수가 작은 물질로 구성됨으로써 본 발명의 목적을 달성할 수 있다.

한편, 도 1 및 도 2에 도시되지 않고 있으나, 터치스크린의 오작동을 방지하기 위해 에폭시, 아크릴 수지 등 절연성 합성수지로 이루어진 도트 스페이서(dot spacer)가 전극패턴부(150) 또는 표면개질층(180) 상에 형성될 수도 있다.

또한, 본 발명에 따른 터치스크린(100)은 도 1 및 도 2에 도시된 것과 같이, 상부기판(140)의 상측에 형성된 윈도우(190)를 더 포함할 수 있다.

윈도우(190)는 터치스크린(100)을 보호하고 입력수단이 접촉하는 접촉면을 제공한다. 이러한, 윈도우(190)는 내구성이 뛰어나며, 투명성이 좋은 필름기판(특히, 폴리메틸메타아크릴레이트(PMMA), 폴리카보네이트(PC)) 또는 유리기판(특히, 강화유리)이 채용될 수 있다. 이러한 윈도우(190)는 OCA와 같은 투명한 접착제(A)에 의해 저항막식 터치스크린의 상부기판(140)에 결합된다.

그리고, 도 1 및 도 2에 도시되지는 않았으나, 윈도우(190)의 상면 또는 하면의 외측영역에는 가림막이 형성될 수 있다. 전극배선부(130, 160)가 은 페이스트와 같은 금속으로 구성되는 경우 외부에서 전극배선부(130, 160)가 인식될 수 있으므로 이를 방지하기 위함이다. 이러한 가림막은 예를 들면, 블랙잉크와 같이 명도가 낮은 잉크를 윈도우(190)의 외측영역에 인쇄함으로써 형성될 수 있다.

본 발명의 또 다른 터치스크린(100')은 도 4에 도시된 것과 같이, 표면개질층(180-1, 180-2)이 하부 전극패턴부(120)와 상부 전극패턴부(150) 각각을 커버하도록 형성될 수도 있다.

이때, 표면개질층(180)은 전도성 고분자로 구성된 전극패턴부(120, 150)를 커버하는데, 표면개질층(180)은 일 함수를 낮추는 기능 이외에 에어갭(G)에 침투한 수분으로부터 전극패턴부(120, 150)를 보호하는 기능을 수행한다.

저항막식 터치스크린은 에어겝(G)에 침투한 수분이 전도성 고분자로 구성된 전극패턴부(120, 150)의 변성을 유발한다. 특히, 전도성 고분자는 수분에 따라 면저항인 변화되는 문제점을 안고 있다.

본 발명은 전극패턴부(120, 150)를 커버하는 표면개질층(180)을 포함하여 에어갭(G)에 침투한 수분이 전극패턴부(120, 150)에 직접 접촉하지 못하게 함으로써 전극패턴부(120, 150)의 변성을 최소화할 수 있는 장점을 갖는다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치스크린(100")은 도 5에 도시된 것과 같이 디지털 저항막식 터치스크린로 구성될 수도 있다. 디지털 저항막식 터치스크린은 아날로그 저항막식 터치스크린이 막 형상의 전극패턴부(120, 150)를 포함하는 것과 달리 패터닝된 복수의 전극패턴을 포함하고 그에 따라 전극배선의 수도 증가한다.

하부 전극패턴부(120')는 제1 방향으로 연장된 형상의 복수의 하부 전극패턴을 포함하고, 복수의 하부 전극패턴은 제2 방향으로 배열되며, 상부 전극패턴부(150')는 제2 방향으로 연장된 형상의 복수의 상부 전극패턴을 포함하고, 복수의 상부 전극패턴은 제1 방향으로 배열된다.

이때, 제1 방향은 X방향, Y방향 또는 대각선 방향이 될 수 있고, 제2 방향은 제1 방향과 교차하는 방향으로 정의된다. 특히, 제1 방향과 제2 방향은 직교하는 방향성을 갖는 것이 더욱 바람직하다.

디지털 저항막식 터치스크린(100")은 복수의 전극패턴을 포함하여 다점이 터치된 경우 전극패턴 각각에서 변화되는 전압변화를 측정하여 좌표정보를 획득할 수 있는 장점이 있다. 이러한, 디지털 저항막식 터치스크린의 좌표정보 획득방법은 공지된 기술인 바 상세한 설명은 생략한다.

디지털 저항막식 터치스크린(100") 역시 전극패턴의 상부를 표면개질층(180)이 커버하기 때문에 전자가 이동함에 있어서, 일 함수가 낮은 표면개질층(180)을 거치게 되므로 낮은 입력전압으로도 전자의 이동이 용이해진다.

도 5에는 표면개질층(180)이 하부 전극패턴부(120')만을 커버하도록 도시되어 있으나, 도 4에 도시된 것과 같이 상부 전극패턴부(150')를 더 커버하도록 형성될 수도 있다.

한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

100, 100', 100" : 저항막식 터치스크린 110 : 하부기판
120, 120': 하부 전극패턴부 130 : 하부 전극배선부
140 : 상부기판 150, 150' : 상부 전극패턴부
160 : 상부 전극배선부 170 : 스페이서
180 : 표면개질층 190 : 윈도우
G : 에어갭 A : 투명 접착제

Claims

전도성 고분자로 구성된 하부 전극패턴부 및 상기 하부 전극패턴부에 연결된 하부 전극배선부가 형성된 하부기판;
상기 하부기판의 상측에 배치되며, 대향면에 전도성 고분자로 구성된 상부 전극패턴부 및 상기 상부 전극패턴부에 연결된 상부 전극배선부가 형성된 상부기판;
상기 하부기판과 상기 상부기판 사이에 배치되며, 내측에 개구부가 형성된 스페이서; 및
상기 하부 전극패턴부 또는 상기 상부 전극패턴부 중 어느 하나 이상을 커버하며, 상기 전도성 고분자보다 일 함수가 작은 물질로 구성된 표면개질층;
을 포함하는 저항막식 터치스크린.
청구항 1에 있어서,
상기 전도성 고분자는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리페닐렌계 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 저항막식 터치스크린.
청구항 1에 있어서,
상기 표면개질층은 불화세슘(CsF), 탄산세슘(Cs₂Co₃) 또는 탄산칼륨(K₂CO₃) 중 어느 하나로 구성된 것을 특징으로 하는 저항막식 터치스크린.
청구항 1에 있어서,
상기 상부기판 상측에 결합된 윈도우를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 저항막식 터치스크린.
청구항 1에 있어서,
상기 스페이서는 양면 접착시트로 구성된 것을 특징으로 하는 저항막식 터치스크린.
청구항 1에 있어서,
상기 하부 전극패턴부는 제1 방향으로 연장된 형상의 복수의 하부 전극패턴을 포함하고, 상기 복수의 하부 전극패턴은 제2 방향으로 배열되며,
상기 상부 전극패턴부는 제2 방향으로 연장된 형상의 복수의 상부 전극패턴을 포함하고, 상기 복수의 상부 전극패턴은 제1 방향으로 배열된 것을 특징으로 하는 저항막식 터치스크린.