KR20150069410A - 햅틱 일체형 터치스크린, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치 - Google Patents

햅틱 일체형 터치스크린, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치 Download PDF

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Abstract

터치인식과 햅틱 피드백을 함께 수행할 수 있는 햅틱 일체형 터치스크린이 제공된다. 햅틱 일체형 터치스크린은, 전기활성고분자에 강유전성 물질이 도핑되어 형성된 절연필름, 절연필름의 상면에 형성된 상부전극 및 절연필름의 배면에 상부전극에 대응되도록 형성된 하부전극을 포함한다.

Description

햅틱 일체형 터치스크린, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치{Monolithic haptic type touch screen, manufacturing method thereof and display device includes of the same}
본 발명은 터치스크린(Touch screen)에 관한 것으로, 특히 터치기능과 햅틱(Haptic)기능이 일체화 된 햅틱 일체형 터치스크린, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치에 관한 것이다.
터치스크린은 키보드나 마우스와 같은 입력장치를 사용하지 않고, 특정위치에 사람의 손 또는 물체가 닿으면 그 위치를 파악하여 특정한 기능을 처리하도록 한 입력장치이다.
이러한 터치스크린은 다양한 표시장치, 예컨대 휴대폰을 비롯하여 은행의 ATM기, PDA, PMP, 노트북의 터치패드, 내비게이션 등 다양한 화면 크기의 전자제품에 사용되고 있다.
최근에는 단순히 화면을 터치하여 조작하는 터치스크린을 넘어서, 사용자에게 촉각을 부여하기 위해 햅틱 기능이 발전하였다. 햅틱은 사용자에게 촉각과 힘, 운동감 등을 느끼게 하는 기술이다.
이러한 햅틱 기능은 터치스크린과 함께 표시장치에 구현되어 사용자가 입력장치인 터치스크린을 터치하는 경우에 진동 등을 통해 사용자에게 촉각적 피드백을 줄 수 있었다.
도 1은 종래의 터치스크린과 햅틱장치를 포함하는 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 1을 참조하면, 종래의 표시장치(1)는 커버글라스(3), 터치스크린(4), 디스플레이패널(2) 및 햅틱 피드백부(5)로 구성된다.
디스플레이패널(2)는 실질적으로 영상이 표시되는 부분으로 액정패널, 유기발광패널, 플라즈마패널 등이 사용된다.
터치스크린(4)은 디스플레이패널(2) 상부에 위치하고, 사용자가 커버글라스(3)를 통해 입력한 터치 입력을 감지한다.
터치스크린(4)은 절연필름(4b)과, 상기 절연필름(4b) 상/하부에 각각 형성된 상부전극(4a)과 하부전극(4c)으로 구성된다.
이러한 터치스크린(4)은 사용자가 커버글라스(3)를 통해 터치를 수행하면, 상부전극(4a)과 하부전극(4c) 사이에 발생되는 커패시턴스에 의해 터치입력을 인식하고, 이에 해당하는 동작을 수행하게 된다.
커버글라스(3)는 터치스크린(4) 상부에 위치하여 터치스크린(4)과 디스플레이패널(2)을 보호한다. 커버글라스(3)는 소정 두께의 강화유리로 형성된다.
햅틱 피드백부(5)는 디스플레이패널(2) 하부에 위치하여 사용자에게 진동 등과 같은 햅틱을 제공한다.
이러한 햅틱 피드백부(5)는 터치스크린(4)과 함께 동작되어 사용자가 터치스크린(4)을 터치하면 이에 따른 햅틱을 사용자에게 피드백하여 제공한다. 햅틱 피드백부(5)는 진동모터나 압전세라믹으로 구성된다.
상술한 구성의 종래의 표시장치(1)에서는 터치스크린(4)과 햅틱 피드백부(5)를 포함하여 구성되기 때문에 표시장치(1)의 전체 두께가 증가된다.
또한, 햅틱 피드백부(5)가 최하부, 즉 디스플레이패널(2)의 하부에 위치하고 있기 때문에, 햅틱 피드백부(5)에 의해 발생된 진동 등의 햅틱이 사용자에게 제대로 전달되지 않게 된다.
예를 들어, 햅틱 피드백부(5)가 진동모터로 구성되는 경우에, 진동모터의 느린 응답속도로 인해 사용자에게 즉각적인 햅틱 피드백이 어려울 뿐만 아니라, 표시장치(1) 전면에 균일한 진동을 전달하기 위해 많은 수의 진동모터가 사용되어야 하며, 이로 인해 표시장치(1)는 두께 및 크기가 증가된다.
또한, 햅틱 피드백부(5)가 압전세라믹으로 구성되는 경우에, 앞서 진동모터에 비하여 응답속도는 향상되나, 상대적으로 고가인 관계로 표시장치(1)의 제조비용이 상승된다. 그리고, 압전세라믹의 불투명한 특성으로 인하여 진동모터와 마찬가지로 디스플레이패널(2)의 최하부에 배치되어야 하므로 사용자에게 정확한 햅틱 피드백의 전달이 불가능하다.
본 발명은 상기한 문제점을 개선하기 위한 것으로, 터치 인식과 햅틱 피드백을 함께 수행할 수 있는 햅틱 일체형 터치스크린과 이의 제조방법 및 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하는 표시장치를 제공하고자 하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린은, 전기활성고분자에 강유전성 물질이 도핑되어 형성된 절연필름; 상기 절연필름의 상면에 형성된 상부전극; 및 상기 절연필름의 배면에 상기 상부전극에 대응되도록 형성된 하부전극을 포함한다. 그리고, 상기 상부전극과 상기 하부전극은 터치인식 및 햅틱 피드백을 위한 전극으로 동작된다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린의 제조방법은, 액상 폴리머 내에 강유전성 물질을 함침시켜 절연필름을 형성하는 단계; 상기 절연필름의 상면에 상부전극을 형성하는 단계; 및 상기 절연필름의 배면에 상기 상부전극과 대응되는 하부전극을 형성하는 단계를 포함한다.
본 발명의 햅틱 일체형 터치스크린, 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치는, 전기활성고분자를 이용하여 터치인식과 햅틱 피드백을 함꼐 수행할 수 있는 햅틱 일체형 터치스크린을 제조함으로써, 이를 포함하여 터치 및 햅틱 기능을 할 수 있도록 구성된 표시장치 전체 두께를 감소시킬 수 있으며, 이에 따른 제조비용을 절감할 수 있다.
또한, 햅틱 일체형 터치스크린이 디스플레이패널 상부에 위치하게 되므로, 사용자에게 정확하고 즉각적인 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
또한, 터치스크린의 전체 영역이 아닌 사용자의 터치 지점에 국한하여 선택적으로 햅틱 피드백을 제공할 수 있어 사용자에게 다양한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
도 1은 종래의 터치스크린과 햅틱장치를 포함하는 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하는 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2의 햅틱 일체형 터치스크린의 제조방법 순서도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린의 전극 구조를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린의 전극 구조를 나타내는 도면이다.
도 6은 도 2에 도시된 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하는 표시장치의 구동부를 나타내는 도면이다.
도 7은 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하는 표시장치를 예시한 도면이다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 햅틱 일체형 터치스크린과 이의 제조방법 및 이를 포함하는 표시장치에 대해 상세히 설명한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하는 표시장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 표시장치(100)는 보호커버(130), 햅틱 일체형 터치스크린(120) 및 디스플레이패널(110)을 포함할 수 있다.
디스플레이패널(110)은 실질적으로 영상이 표시되는 장치로, 액정패널, 유기발광패널, 플라즈마패널 등이 사용될 수 있으며, 제한되지는 않는다. 디스플레이패널(110)에서 표시된 영상은 후술될 햅틱 일체형 터치스크린(120) 및 보호커버(130)를 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
디스플레이패널(110) 상에는 햅틱 일체형 터치스크린(120)이 배치될 수 있다. 햅틱 일체형 터치스크린(120)은 투명한 절연필름(121)과 상기 절연필름(121)의 상면 및 배면에 각각 형성된 투명한 전극, 즉 상부전극(125)과 하부전극(123)을 포함할 수 있다.
절연필름(121)은 전기활성고분자(Electro Active Polymer; EAP) 물질을 이용하여 형성될 수 있다.
전기활성고분자 물질은 전극(electrode), 폴리머(polymer), 전극의 순서로 수직 배열된 구조를 가질 수 있으며, 외부로부터 인가되는 신호, 예컨대 전압에 따라 진동을 발생시킬 수 있다.
예컨대, 전기활성고분자 물질로 형성된 절연필름(121)은 인가되는 전압에 따라 연속적으로 수축 및 팽창되면서 안정적으로 진동을 발산할 수 있으며, 빠른 응답속도를 가지므로 다양한 주파수 대역을 가지는 진동을 발생시킬 수 있다.
전기활성고분자로는 실리콘(Silicone), 아크릴(Acrylic), 우레탄(Urethane) 등과 같은 유전성 탄성체(dielectric elastomer)가 사용될 수 있다. 이러한 유전성 탄성체는 고투명성과 탄성을 가질 수 있다.
그러나, 상술한 유전성 탄성체는 상대적으로 높은 전압이 요구되며, 낮은 탄성계수로 인하여 과도한 변형이 발생되어 내구성이 저하될 수 있다. 이에 따라, 본 실시예의 절연필름(121)은 전기활성고분자에 높은 탄성계수 및 강유전성 특성을 가지는 물질을 도핑시켜 형성될 수 있다.
이렇게, 전기활성고분자에 탄성계수가 높은 강유전성의 물질을 도핑시켜 절연필름(121)을 형성함으로써, 상기 절연필름(121)은 유전탄성체 등 종래의 전기활성고분자를 이용하여 형성된 경우에 비하여 상대적으로 낮은 구동전압이 요구되며, 내구성이 향상될 수 있다.
여기서, 절연필름(121)은 대략 50~200um의 두께를 가지도록 형성될 수 있으며, 절연필름(121)에 인가되는 전압은 절연필름(121)의 두께에 따라 반비례될 수 있다.
또한, 절연필름(121)은 85% 이상의 고 투과율을 가질 수 있으며, 대략 300~700의 탄성계수(young's modulus)와 5% 이내의 변형율을 가질 수 있다.
절연필름(121)의 상면과 배면에는 각각 상부전극(125)과 하부전극(123)이 형성되어 위치할 수 있다.
상부전극(125)과 하부전극(123)은 사용자의 터치 입력을 감지하는 터치센서의 전극과 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 햅틱액츄에이터의 전극으로 함께 동작할 수 있다.
예컨대, 사용자가 보호커버(130)의 상면에서 터치 동작을 수행하면, 사용자의 터치가 이루어진 부분에서 상부전극(125)과 하부전극(123)은 절연필름(121)을 사이에 두고 커패시턴스가 변하게 된다. 그리고, 표시장치(100)는 이러한 커패시턴스의 변화를 감지하여 사용자의 터치를 인식할 수 있다.
또한, 사용자에게 햅틱 피드백, 예컨대 진동을 제공할 때에는, 상부전극(125)과 하부전극(123)에 소정의 전압이 인가될 수 있다. 이에 따라, 절연필름(121)은 상부전극(125)과 하부전극(123)에 인가된 전압에 의해 진동을 발산하고, 발산된 진동은 보호커버(130)를 통해 사용자에게 제공될 수 있다.
상부전극(125)과 하부전극(123)은 햅틱 일체형 터치스크린(120)이 디스플레이패널(110) 상부에 배치된 것을 고려해 볼 때, 투명한 물질, 예컨대 ITO(Indium Tin Oxide)나 IZO(Indium Zinc Oxide)로 형성될 수 있다.
그러나, 상부전극(125)과 하부전극(123)이 햅틱 피드백을 위한 전극으로도 동작되는 것을 고려해 보면, 진동에 강한 투명한 전극물질, 예컨대 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 유기물의 도전성 폴리머(PEDOT/PSS), 그래핀(Graphene), 은나노와이어(Silver Nano Wire), 메탈메쉬(Metal Mesh)와 같은 투명한 전극물질을 사용하여 상부전극(125)과 하부전극(123)을 형성할 수 있다.
보호커버(130)는 햅틱 일체형 터치스크린(120)의 상부에 배치될 수 있다. 보호커버(130)는 터치스크린(120)과 디스플레이패널(110)을 보호할 수 있다.
또한, 보호커버(130)는 햅틱 일체형 터치스크린(120)에서 발생되는 진동을 사용자에게 전달하는 매개체로 동작할 수도 있다. 다시 말해, 보호커버(130)는 햅틱 일체형 터치스크린(120)에서 발생된 진동을 사용자 방향으로 증폭시킬 수 있다.
한편, 보호커버(130)는 강화 유리 등으로 형성될 수 있다. 그러나, 햅틱 일체형 터치스크린(120)이 사용자에게 국부적인(localized) 진동을 제공할 수 있음을 고려하여 투명한 플라스틱으로 형성될 수 있다. 예컨대, 보호커버(130)는 폴리메타크릴레이트(Polymethacrylate)나 폴리카보네이트(Poly Carbonate) 등과 같은 투명한 플라스틱으로 형성될 수 있다.
한편, 도면에 도시하지는 않았으나, 햅틱 일체형 터치스크린(120)과 디스플레이패널(110) 사이에 절연물질로 형성된 절연시트(미도시)가 배치될 수 있다.
절연시트는 햅틱 일체형 터치스크린(120)이 터치 및 햅틱 동작을 수행할 때 발생되는 고 전압에 의해 디스플레이 패널(110)의 오동작을 방지할 수 있다. 또한, 경우에 따라, 절연시트를 대신하는 도전시트가 배치될 수도 있으며, 도전시트는 접지(GND)에 연결될 수 있다.
이하, 상술한 본 발명의 햅틱 일체형 터치스크린의 제조방법에 대해 상세히 설명하기로 한다.
도 3은 도 2에 도시된 햅틱 일체형 터치스크린의 제조방법 순서도이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린의 제조방법은, 절연필름 제조단계(S10), 상부전극 형성단계(S20) 및 하부전극 형성단계(S30)를 포함할 수 있다.
또한, 절연필름 제조단계(S10)는 함침(S11), 분산(S13) 및 건조(S15)의 세부단계들을 포함할 수 있다.
먼저, 액상의 전기활성고분자, 즉 액상의 폴리머 기지에 강유전성 물질을 함침시킬 수 있다(S11).
강유전성 물질은 고유전율 특성을 가지는 물질일 수 있으며, 세라믹(Ceramic) 화합물이 사용될 수 있다. 예컨대, 강유전성 물질은 고유전율 특성을 가지는 바륨티타네이트(BaTiO3), 티탄산연(PbTiO3), 지르콘산연(PbZrO3) 또는 니오브산칼륨(KNbO3) 등과 같은 페브로스카이트(Perovskite) 구조의 세라믹 화합물일 수 있다.
상술한 강유전성 물질은 액상 폴리머 내에 대략 1.0~4.0중량%로 함침될 수 있다. 이는, 강유전성 물질이 1.0 중량%로 미만으로 함침될 경우 고유전율에 의한 낮은 구동전압이 요구되는 효과를 얻기 힘들고, 4.0중량% 초과로 함침될 경우 투과율이 감소되기 때문이다.
또한, 강유전성 물질은 액상 폴리머 내에 분말의 형태로 함침될 수 있는데, 이때 강유전성 물질의 입자는 50~150nm의 크기를 가질 수 있다. 이는, 강유전성 분말의 입자가 50nm 미만인 경우 현저한 입자의 응집이 발생되어 액상 폴리머에 제대로 섞이지 않게 되고, 분말의 입자가 150nm 초과할 경우 입자의 불투명성으로 인해 투과율이 감소되기 때문이다.
이어, 함침된 강유전성 물질을 액상 폴리머 내에 분산시킬 수 있다(S13). 예컨대, 강유전성 물질이 함침된 후 고속회전기 또는 탈포기를 사용하여 강유전성 물질을 폴리머 기지 내에 분산시킬 수 있다.
계속해서, 강유전성 물질이 분산된 액상 폴리머는 소정 시간 상온에서 방치된 후, 건조를 통해 절연필름(121)을 형성할 수 있다(S15).
여기서, 액상 폴리머는 상온에서 대략 2~4시간 동안 방치될 수 있다. 또한, 액상 폴리머는 100~200도의 온도에서 4시간 이상 건조되어 절연필름(121)을 형성할 수 있다.
절연필름(121)이 형성되면, 절연필름(121)의 상면에 상부전극(125)을 형성할 수 있다(S20). 그리고, 절연필름(121)의 배면에 하부전극(123)을 형성하여 햅틱 일체형 터치스크린(120)을 제조할 수 있다(S30).
한편, 상부전극(125)과 하부전극(123)은 다양한 형태로 절연필름(121)의 상면과 배면에 형성될 수 있다.
예컨대, 상부전극(125)과 하부전극(123)은 절연필름(121)의 상면과 배면에 각각 판(flat) 형태, 바(bar) 형태 또는 다수개의 서브전극들로 구성된 바둑판 형태로 형성될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린의 전극 구조를 나타내는 도면이고, 도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 햅틱 일체형 터치스크린의 전극 구조를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 상부전극(125)은 절연필름(121)의 상면에서 일방향으로 다수개 배열된 바 형태로 형성될 수 있다.
그리고, 하부전극(123)은 절연필름(121)의 배면에서 상부전극(125)과 대응되어 타방향으로 다수개 배열된 바 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상부전극(125)과 하부전극(123)은 그 배열 방향이 서로 교차될 수 있다.
상술한 상부전극(125)과 하부전극(123)은 사용자의 터치에 의해 서로 교차되는 지점에서 커패시턴스의 변화를 일으킴에 따라 사용자의 터치입력을 인식할 수 있다.
그리고, 상부전극(125)과 하부전극(123)은 그 인식지점에서 절연필름(121)이 진동되도록 외부로부터 소정의 전압을 제공받을 수 있다.
이러한 상부전극(125)과 하부전극(123)은 절연필름(121)의 상면 및 배면에 각각 전극물질이 증착된 후 패터닝되어 형성될 수 있다.
한편, 좀 더 세밀한 터치인식 및 햅틱 피드백을 위하여, 상부전극(125)과 하부전극(123)은 다수의 서브전극들을 포함하는 바둑판 구조로 형성될 수 있다.
도 5를 참조하면, 상부전극(125)은 절연필름(121)의 상면에서 다수의 서브전극들로 구성된 바둑판 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 상부전극(125)의 다수의 서브전극들은 외부 회로, 예컨대 터치 및 햅틱 제어회로에 개별적으로 연결될 수 있다.
그리고, 하부전극(123)은 절연필름(121)의 배면에서 판 형태로 형성될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지는 않으며, 하부전극(123) 또한 상부전극(125)과 동일한 바둑판 형태로 형성될 수도 있다.
상술한 상부전극(125)과 하부전극(123)은 사용자의 터치에 의해 서로 교차되는 지점에서 커패시턴스의 변화를 일으킴에 따라 사용자의 터치입력을 인식할 수 있다.
그리고, 상부전극(125)과 하부전극(123)은 그 인식지점에서 절연필름(121)이 진동되도록 외부로부터 소정의 전압을 제공받을 수 있다.
이때, 상부전극(125)이 다수의 서브전극들로 형성되기 때문에, 앞서 도 4를 참조하여 설명된 상부전극(125)에 비하여 사용자의 터치 입력을 좀 더 세밀하게 인식하고 이에 따른 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
이러한 상부전극(125)과 하부전극(123)은 절연필름(121)의 상면 및 배면에 각각 전극물질이 증착된 후 패터닝되어 형성될 수 있다.
도 6은 도 2에 도시된 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하는 표시장치의 구동부를 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 표시장치(100)의 구동부(200)는 터치제어부(210), 햅틱제어부(220) 및 메인제어부(230)를 포함할 수 있다.
여기서, 터치제어부(210)는 터치입력부(211) 및 터치콘트롤러(213)를 포함할 수 있다. 또한, 햅틱제어부(220)는 햅틱콘트롤러(221), 증폭기(223) 및 햅틱동작부(225)를 포함할 수 있다.
터치제어부(210)는 사용자의 터치 입력을 감지하고, 표시장치(100)의 디스플레이패널(110)이 그에 따른 동작을 수행하도록 제어할 수 있다.
즉, 터치입력부(211)는 사용자의 터치입력을 감지하고, 터치콘트롤러(213)는 터치입력부(211)의 감지 결과에 따라 사용자의 터치 좌표 및 이에 해당하는 명령신호를 생성할 수 있다.
예컨대, 사용자는 표시장치(100)의 보호커버(130)를 통해 시인되는 화면, 즉 디스플레이패널(110)에서 표시되고 있는 화면에서 소정의 아이콘(icon)을 터치할 수 있다.
터치입력부(211)는 햅틱 일체형 터치스크린(120)의 커패시턴스 변화를 통해 사용자의 터치입력을 감지할 수 있다. 그리고, 이러한 감지결과를 터치콘트롤러(213)로 출력할 수 있다.
터치콘트롤러(213)는 터치입력부(211)에서 출력된 감지결과에 따라 사용자의 터치 좌표, 즉 디스플레이패널(110)의 화면에서의 아이콘 위치 및 그 아이콘이 수행해야 할 명령신호를 생성할 수 있다. 그리고, 터치콘트롤러(213)는 터치 좌표 및 명령신호를 터치신호로써 메인제어부(230)로 출력할 수 있다.
메인제어부(230)는 터치콘트롤러(213)에서 출력된 터치신호에 따라 해당하는 명령을 처리하여 그 결과가 디스플레이패널(110)을 통해 사용자에게 시인되도록 제어할 수 있다.
이와 동시에, 메인제어부(230)는 사용자에게 터치입력에 따른 햅틱 피드백을 제공하기 위해 소정의 햅틱신호를 생성하여 햅틱제어부(220)로 출력할 수 있다. 햅틱신호에는 앞서 터치제어부(210)로부터 제공된 터치신호에 포함되었던 사용자의 터치 좌표가 포함될 수 있다.
햅틱제어부(220)는 햅틱신호에 따라 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하기 위한 신호, 즉 진동신호를 생성할 수 있다. 진동신호는 사용자의 터치 좌표 및 소정의 전압, 예컨대 햅틱 일체형 터치스크린(120)을 햅틱액츄에이터로 이용하기 위한 전압을 포함할 수 있다.
햅틱제어부(220)로부터 출력된 진동신호의 전압신호는 증폭기(223)에 의해 증폭될 수 있다. 이는 햅틱 피드백 동작을 위해 햅틱 일체형 터치스크린(120)의 상부전극(125)과 하부전극(123)에 고 전압, 예컨대 500~700V의 전압이 인가되어야 하기 때문이다.
이어, 햅틱동작부(225)는 진동신호의 터치 좌표에 따라 증폭기(223)에 의해 증폭된 전압신호를 햅틱 일체형 터치스크린(120)의 상부전극(125)과 하부전극(123)으로 출력할 수 있다.
이에 따라, 햅틱 일체형 터치스크린(120)의 절연필름(121)은 전압신호가 인가된 상부전극(125)과 하부전극(123)에 대응되는 부분에서 진동이 발생되며, 그 진동은 보호커버(130)를 통해 사용자에게 햅틱 피드백으로 제공될 수 있다.
여기서, 햅틱 일체형 터치스크린(120)의 햅틱 피드백 동작은 터치 감지 동작이 끝난 즉시, 즉 터치 감지 동작과 거의 동시에 수행될 수 있다.
햅틱 일체형 터치스크린(120)은 대략 0.5~1.0G의 세기로 진동될 수 있고, 진동 시 주파수는 대략 10~400Hz일 수 있다.
한편, 햅틱 일체형 터치스크린(120)의 상부전극(125)이 앞서 도 5에 도시된 것과 같이 다수의 서브전극들이 바둑판 구조로 형성된 경우에 좀 더 세밀한 터치입력 감지와 햅틱 피드백 제공을 할 수 있다.
예컨대, 상부전극(125)이 개별적으로 동작하는 다수개의 서브전극들로 구성되면, 터치제어부(210)는 다수개의 서브전극에 의해 사용자의 터치좌표를 세밀하게 감지할 수 있다. 그리고, 햅틱제어부(220)는 터치제어부(210)에 의해 감지된 터치좌표에서 진동되도록 하여 사용자에게 선택적 진동을 제공할 수 있다.
도 7은 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하는 표시장치를 예시한 도면이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 표시장치는 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하기 때문에 그 두께가 얇다. 또한, 종래와 같이 별도의 진동모터 등과 같은 햅틱장치를 사용하지 않기 때문에 그 무게 또한 가볍고, 투명도가 높은 특성이 있다.
이에 따라, 본 발명의 햅틱 일체형 터치스크린을 포함하는 표시장치는 휴대기기, 예컨대 스마트폰, PDA, 네비게이션, 타블렛(Tablet) 등과 같은 휴대기기의 디스플레이로 사용될 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 햅틱 일체형 터치스크린은 사용자의 터치 입력시에는 터치센서로 동작되고, 사용자에게 햅틱 피드백, 즉 진동을 제공할 때에는 햅틱액츄에이터로 동작될 수 있다.
그리고, 햅틱 일체형 터치스크린은 투명도가 높기 때문에 디스플레이패널의 상부에 배치될 수 있어 사용자에게 즉각적이고 정확한 햅틱 피드백을 제공할 수 있다.
또한, 햅틱 일체형 터치스크린은 전체 영역을 통해 사용자에게 진동을 제공하거나 사용자의 터치 부분에서만 선택적으로 진동을 제공할 수도 있다.
전술한 설명에 많은 사항이 구체적으로 기재되어 있으나 이것은 발명의 범위를 한정하는 것이라기보다 바람직한 실시예의 예시로서 해석되어야 한다. 따라서 발명은 설명된 실시예에 의하여 정할 것이 아니고 특허청구범위와 특허청구범위에 균등한 것에 의하여 정하여져야 한다.
100: 표시장치 110: 디스플레이패널
120: 햅틱 일체형 터치스크린 121: 절연필름
123: 하부전극 125: 상부전극
130: 보호커버

Claims (15)

  1. 전기활성고분자에 강유전성 물질이 도핑되어 형성된 절연필름;
    상기 절연필름의 상면에 형성된 상부전극; 및
    상기 절연필름의 배면에 상기 상부전극에 대응되도록 형성된 하부전극을 포함하고,
    상기 상부전극과 상기 하부전극은 터치인식 및 햅틱 피드백을 위한 전극으로 동작되는 햅틱 일체형 터치스크린.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 전기활성고분자는 실리콘, 아크릴 또는 우레탄의 유전성 탄성체 중 하나인 햅틱 일체형 터치스크린.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 강유전성 물질은 바륨티타네이트, 티탄산연, 지르콘산연 또는 니오브산칼륨의 세라믹 화합물 중 하나인 햅틱 일체형 터치스크린.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 절연필름의 두께는 50~200um인 햅틱 일체형 터치스크린.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 상부전극과 상기 하부전극은 카본나노튜브, 유기물 도전성폴리머, 그래핀, 은나노와이어 또는 메탈메쉬 중 하나인 햅틱 일체형 터치스크린.
  6. 액상 폴리머 내에 강유전성 물질을 함침시켜 절연필름을 형성하는 단계;
    상기 절연필름의 상면에 상부전극을 형성하는 단계; 및
    상기 절연필름의 배면에 상기 상부전극과 대응되는 하부전극을 형성하는 단계를 포함하는 햅틱 일체형 터치스크린 제조방법.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 강유전성 물질은 세라믹 화합물이고,
    상기 절연필름을 형성하는 단계는, 상기 액상 폴리머에 상기 세라믹 화합물을 1.0~4.0중량%로 함침시키는 단계를 포함하는 햅틱 일체형 터치스크린 제조방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 세라믹 화합물은 상기 액상 폴리머 내에 분말 형태로 함침되며, 상기 세라믹 화합물의 입자는 50~150nm의 크기인 햅틱 일체형 터치스크린 제조방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 세라믹 화합물은 바륨티타네이트, 티탄산연, 지르콘산연 또는 니오브산칼륨 중 하나인 햅틱 일체형 터치스크린 제조방법.
  10. 제6항에 있어서,
    상기 액상 폴리머 내에 상기 강유전성 물질을 함침시킨 후,
    함침된 강유전성 물질을 분산시키는 단계; 및
    강유전성 물질이 분산된 액상 폴리머를 상온에서 방치한 후 건조시키는 단계를 더 포함하는 햅틱 일체형 터치스크린 제조방법.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 강유전성 물질이 분산된 액상 폴리머는 상온에서 2~4시간 방치되고, 100~200도의 온도에서 4시간 이상 건조되는 햅틱 일체형 터치스크린 제조방법.
  12. 제6항에 있어서,
    상기 상부전극과 상기 하부전극은 카본나노튜브, 유기물 도전성폴리머, 그래핀, 은나노와이어 또는 메탈메쉬 중 하나를 이용하여 형성하는 햅틱 일체형 터치스크린 제조방법.
  13. 영상을 표시하는 디스플레이패널;
    상기 디스플레이패널 상에 배치되고, 사용자의 터치 인식과 사용자에게 햅틱 피드백을 제공하는 역할을 수행하며, 전기활성고분자에 강유전성 물질이 도핑되어 형성된 절연필름, 상기 절연필름의 상면에 형성된 상부전극 및 상기 절연필름의 배면에 상기 상부전극에 대응되도록 형성된 하부전극을 포함하여 구성되고, 상기 상부전극과 상기 하부전극은 터치인식 및 햅틱 피드백을 위한 전극으로 동작되는 햅틱 일체형 터치스크린; 및
    상기 햅틱 일체형 터치스크린 상에 배치되는 보호커버를 포함하는 표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 보호커버는 폴리메타크릴레이트 또는 폴리카보네이트의 투명한 플라스틱으로 형성된 표시장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 햅틱 일체형 터치스크린과 상기 디스플레이패널 사이에 배치된 절연시트를 더 포함하는 표시장치.
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