KR20160045318A - 터치 스크린 패널 및 이를 포함하는 전자장치 - Google Patents

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KR20160045318A
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정인화
박종흠
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널은 윈도우, 상기 윈도우의 일측에 구비되어 전력 생산 및 진동을 발생시키는 압전 진동부, 상기 압전 진동부의 상기 윈도우와 대향하는 일면의 반대면인 타면에 구비되는 터치 센서부 및 상기 터치 센서부의 일측에 구비되는 기판을 포함할 수 있다.

Description

터치 스크린 패널 및 이를 포함하는 전자장치{TOUCH SCREEN PANER AND ELECTRIC DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 터치 스크린 패널 및 이를 포함하는 전자장치에 관한 것이다.
컴퓨터의 용도가 점점 확대되는 추세에 따라, 현재 입력장치 역할을 담당하는 키보드 및 마우스만으로는 효율적인 제품구동에 한계가 있었다.
따라서, 간단하고 오조작이 적으며, 누구나 직관적으로 사용 가능한 입력장치로서 터치 스크린 패널이 개발되었다.
다만, 이러한 터치 스크린 패널의 경우, 사용자가 별도의 버튼 없이 터치 스크린 패널에 손가락 등을 접촉하여 입력하는 방식이므로, 입력 시 사용자에게 피드백을 제공하기가 어려웠다.
따라서, 사용자가 터치 스크린 패널을 사용하여 정보를 입력하는 경우 피드백을 제공하기 위해 전자장치에 압전 액추에이터를 사용한 햅틱 기능이 부가되었다.
다만, 압전 액추에이터는 전자장치의 배터리 전력을 소모한다는 문제점이 있었다.
본 발명의 목적은 전력생산 및 진동발생이 가능한 터치 스크린 패널 및 이를 포함하는 전자장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널은 윈도우; 상기 윈도우의 일측에 구비되어 전력 생산 및 진동을 발생시키는 압전 진동부; 상기 압전 진동부의 상기 윈도우와 대향하는 일면의 반대면인 타면에 구비되는 터치 센서부; 및 상기 터치 센서부의 일측에 구비되는 기판;을 포함한다.
또한, 상기 압전 진동부는 상기 윈도우의 진동에 의해 전력을 생성하는 압전 하베스팅부와 상기 압전 하베스팅부에서 생성된 전력을 이용하여 진동을 발생시키는 압전 액추에이터부를 포함할 수 있다.
따라서, 압전 액추에이터부는 별도의 배터리 전력을 소비하지 않고, 압전 하베스팅부에서 생성된 전력으로 진동을 발생시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치는 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널 및 상기 터치 스크린 패널을 내부에 수용하는 케이스를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널 및 이를 포함하는 전자장치는 전력생산 및 진동발생이 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 A-A'에 따른 개략 단면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동부의 부분 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동부의 변형예를 도시한 부분 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동부의 다른 변형예를 도시한 부분 평면도이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자장치의 개략 단면도이다.
본 발명의 상세한 설명에 앞서, 이하에서 설명되는 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념으로 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 실시예에 불과할 뿐, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형 예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 이때, 첨부된 도면에서 동일한 구성 요소는 가능한 동일한 부호로 나타내고 있음을 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 요지를 흐리게 할 수 있는 공지 기능 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략할 것이다. 마찬가지의 이유로 첨부 도면에 있어서 일부 구성요소는 과장되거나 생략되거나 또는 개략적으로 도시되었으며, 각 구성요소의 크기는 실제 크기를 전적으로 반영하는 것이 아니다.
또한, 본 명세서에서 상측, 하측, 측면 등의 표현은 도면에 도시를 기준으로 설명한 것이며, 해당 대상의 방향이 변경되면 다르게 표현될 수 있음을 미리 밝혀둔다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 A-A'에 다른 개략 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치(500)는 터치 스크린 패널(100) 및 터치 스크린 패널(100)이 장착되는 케이스(200)를 포함한다.
케이스(200)는 전자장치(500)의 전체적인 외관을 형성하는 부재로 터치 스크린 패널(100) 및 기타 전자장치(500)의 구동에 필요한 다양한 전자소자들이 장착된다.
즉, 케이스(200)는 전자장치(500)의 최외측에서 터치 스크린 패널(100) 및 전자소자들을 보호하는 역할을 수행한다.
여기서, 본 명세서의 전자장치(500)란 햅틱 기능이 필요한 핸드폰, PDA, 네비게이션, 노트북 등의 다양한 전자기기를 통칭한다.
터치 스크린 패널(100)은 윈도우(10), 압전 진동부(20), 터치 센서부(30) 및 기판(40)을 포함한다.
윈도우(10)는 터치 스크린 패널(100)의 최외측에 구비되어, 사용자 손가락, 터치펜 등의 접촉 물체로부터 터치 입력을 인가받는다.
또한, 윈도우(10)는 디스 플레이(display)에서 제공하는 화상을 사용자가 인식할 수 있도록 투명성을 갖는다.
즉, 윈도우(10)는 유리 또는 강화 유리로 형성될 수 있으며, 반드시 이에 제한되는 것은 아니고, 투명 플라스틱 등 투명성을 갖는 재료를 이용하여 제조하는 것도 가능하다.
또한, 윈도우(10)의 저면 테두리에는 베젤부(11)가 형성될 수 있으며, 베젤부(11)는 후술할 터치 센서부(30)의 전극배선을 가리기 위해 구비된다.
한편, 윈도우(10)의 일측에는 압전 진동부(20)가 구비된다. 즉, 압전 진동부(20)는 윈도우(10)에서 가해지는 압력에 의해 전력을 생산하고, 햅틱 기능을 구현하기 위해 윈도우(10)의 하측에 구비된다.
보다 상세하게, 압전 진동부(20)는 윈도우(10)에서 가해지는 진동 압력에 의해 전력을 생산하는 압전 하베스팅부(21), 압전 하베스팅부(21)에서 생산된 전력을 이용하여 진동을 발생시키는 압전 액추에이터부(22) 및 상기 압전 하베스팅부(21)와 상기 압전 액추에이터부(22)가 배치되는 압전 진동부 기판(23)을 포함한다.
압전 하베스팅부(21)는 전력생산을 위해 구비되는 것으로, 사용자가 윈도우(10)에 손가락, 터치 펜 등으로 압력을 가하는 경우, 윈도우(10)의 변형에 의해 가해지는 압력을 이용하여 전력을 생산한다.
즉, 압전 하베스팅부(21)는 윈도우(10)의 변형에 의해 변형이 유발될 수 있으며, 기본적으로 발전량이 우수한 세라믹(ceramic) 압전소재를 비롯하여 물리적 유연성이 뛰어난 폴리머(polymer)나 폴리머와 세라믹이 혼합된 하이브리드 압전소재로 제작될 수 있다.
여기서, 압전소재의 종류로는 폴리비닐리덴 풀루오라이드(PVDF), 바륨티타테이트, 지르콘산연(타이타늄 지르콘산 연)[PZT, lead zirconate titanate]으로 구비될 수 있으며, 그 외에 NKN계, BZT-BCT계, BNT계, BSNN, BNBN계 등의 무연(Lead-free) 압전소재, PLZT, P(VDF-TrFE), 수정, 전기석, 로셸염, 티탄산바륨,인산이수소암모늄, 타르타르산 에틸렌디아민 등으로 구비될 수도 있다.
다만, 압전소재의 종류 및 재질이 제안된 실시예에 한정되는 것은 아니며, 외력에 의해 충분한 발전량을 발생시킬 수 있다면 다른 종류 및 재질의 압전소재가 사용될 수 있음은 당연하다.
또한, 압전 하베스팅부(21)는 압전 진동부 기판(23)에 실장되는데, 이때 압전 하베스팅부(21)는 압전 액추에이터부(22)와 인접하도록 배치될 수 있다.
압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)의 배치구성에 관한 상세한 설명은 후술한다.
한편, 압전 하베스팅부(21)는 별도의 에너지 저장부(미도시)와 전기적으로 연결될 수 있다.
에너지 저장부는 압전 하베스팅부(21)에서 생산된 전력을 저장하기 위한 저장매체로 구비되며, 이러한 에너지 저장부는 예를 들어, 수퍼 캐패시터, 리튬이온 2차 전지, 고체 박막 전지 등으로 구비될 수 있다.
즉, 압전 하베스팅부(21)에서 생산된 전력은 에너지 저장부에 저장되었다가, 압전 액추에이터(22)의 구동이 필요한 경우, 상기 압전 액추에이터(22)에 제공된다.
또한, 압전 하베스팅부(21)는 압전 액추에이터부(22)와 쌍으로 구비될 수 있다. 즉, 압전진동부(20)는 한 개의 압전 하베스팅부(21)와 상기 한 개의 압전 하베스팅부(21)와 인접한 한 개의 압전 액추에이터부(22)가 한 쌍으로 구비될 수 있으며, 이러한 한 쌍의 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)는 복수개로 압전 진동부 기판(23)에 이격되어 구비될 수 있다.
다만, 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)가 배치되는 영역을 각각 구획하여, 압전 진동부 기판(23)에 실장할 수도 있다.
즉, 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)가 압전 진동부 기판(23)에 실장되는 형상은 제한이 없음을 밝혀둔다.
압전 액추에이터부(22)는 햅틱 기능을 구현하기 위해 구비되는 것으로, 전력을 인가받는 경우 전자장치(500)를 진동시키며, 폴리머 재질 또는 티탄산 지르콘산연(타이타늄 지르콘산 연)[PZT, lead zirconate titanate] 재질일 수 있다.
이를 위해, 상기 압전 액추에이터부(22)는 에너지 저장부에 전기적으로 연결되어, 에너지 저장부로부터 전력을 공급받는다.
즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 액추에터부(22)는 압전 하베스팅부(21)가 생산한 전력을 사용하여 동작된다.
여기서, 압전 액추에이터부(22)를 구동시키기 위해서는 전력이 필요하므로, 일반적으로 종래에는 전자장치 내에 구비되는 배터리 전력을 사용하여 압전 액추에이터부(22)를 구동시켰다.
따라서, 압전 액추에이터부(22)의 구동에 사용되는 전력에 의해 배터리가 빨리 방전되고, 자주 충전해야하는 문제점이 있었다.
다만, 본 발명의 일 실시예에 따른 압전진동부(20)는 압전 액추에이터부(22)를 구동시기키 위해 별도의 압전 하베스팅부(21)를 구비한다.
따라서, 압전 액추에이터부(22)는 상기 압전 하베스팅부(21)에서 생산된 전력을 사용하여 동작하므로, 압전 진동부(20)의 구동을 위한 추가 배터리 전력이 필요하지 않으며 자체 전원공급(self-powered)이 가능하다.
여기서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널(100)에서 햅틱 기능이 구현되는 과정을 간략히 설명하면, 사용자가 윈도우(10)를 터치하는 경우, 윈도우(10)에는 변형이 발생하게 된다.
이와 같이 윈도우(10)에 변형이 발생하면, 윈도우(10)는 하측에 구비되는 압전 하베스팅부(21)에 변형을 유발시킨다.
따라서, 압전 하베스팅부(21)는 윈도우(10)에 의해 압력을 받아 전력을 생산하게 된다.
또한, 생산된 전력은 압전 하베스팅부(21)에 연결된 별도의 에너지 저장부에 저장되고, 햅틱 기능 구현 시 압전 액추에이터부(22)에 전력을 공급한다.
한편, 전술한 바와 같이 압전 액추에이터부(22)와 압전 하베스팅부(21)는 쌍을 이뤄 압전 진동부 기판(23)에 실장될 수 있으며, 복수개의 쌍으로 압전 진동부 기판(23)에 실장될 수 있다.
이하에서는, 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)가 압전 진동부 기판(23)에 실장되는 다양한 형상에 대해 설명한다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 압전 진동부의 부분 평면도이고, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동부의 변형예를 도시한 부분 평면도이고, 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 압전 진동부의 다른 변형예를 도시한 부분 평면도이고, 도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전자장치의 개략 단면도이다.
도 3을 참조하면, 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)는 각각 사각형상으로 구비될 수 있으며, 일측이 인접하도록 배치되어 한 쌍의 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)는 전체적으로 사각형상으로 압전 진동부 기판(23)에 실장될 수 있다.
또한, 도 4를 참조하면, 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)는 각각 반원 형상으로 구비되고, 반원의 지름을 이루는 직선 부분이 서로 인접하도록 배치되어 한 쌍의 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)는 전체적으로 원형을 이루도록 압전 진동부 기판(23)에 실장될 수 있다.
또한, 도 5를 참조하면, 압전 액추에이터부(22)는 압전 하베스팅부(21)의 테두리를 따라 상기 압전 하베스팅부(21)를 감싸도록 구비될 수 있다.
또한, 도 6을 참조하면, 압전 하베스팅부(21)는 압전 액추에이터부(22)의 상측에 구비될 수도 있다.
이 경우, 압전 하베스팅부(21)와 압전 액추에이터부(22)는 각각 다른 기판에 실장되어 구비될 수 있다.
즉, 압전 진동부 기판(23)은 압전 하베스팅부(21)가 실장되는 제1 압전 진동부 기판(23a) 및 압전 액추에이터부(22)가 실장되는 제2 압전 진동부 기판(23b)를 포함할 수 있다.
또한, 제1 압전 진동부기판(23a)와 제2 압전 진동부 기판(23b)는 제4 접착층(54)에 의해 서로 결합될 수 있다.
다시, 도 1 및 도 2를 참조하면, 윈도우(10)와 압전 진동부(20) 사이에는 제1 접착층(51)이 개재될 수 있다. 즉, 압전 진동부(20)는 윈도우(10)의 하측에 접착제에 의해 결합될 수 있다.
한편, 압전 진동부(20)의 하측에는 전극 패턴(미도시) 및 전극 배선(미도시)이 형성된 터치 센서부(30)가 구비될 수 있으며, 전극 배선은 윈도우(10)의 테두리와 대향하는 터치 센서부(30)의 테두리를 따라 구비된다.
따라서, 전극배선은 윈도우(10)의 저면에 구비되는 베젤부(11)에 의해 시각적으로 차폐된다.
터치 센서부(30)는 전극패턴 및 전극배선이 형성되는 영역을 제공하며, 제2 접착층(52)에 의해 압전 진동부(20)의 하측에 구비된다.
즉, 제2 접착층(52)은 압전 진동부(20)와 터치 센서부(30) 사이에 개재되어 압전 진동부(20)와 터치 센서부(30)를 접착시킨다.
터치 센서부(30)에 형성되는 전극 패턴은 사용자가 손가락 등으로 접촉하는 경우 신호를 발생시켜 컨트롤러에서 터치 좌표를 인식하도록 한다.
여기서, 터치 센서부(30)에 구비되는 전극 패턴은 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 그라핀(Graphene) 또는 PEDOT/PSS와 같은 전도성 고분자로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, 구리(Cu), 알루미늄(Al), 금(Au), 은(Ag), 티타늄(Ti), 팔라듐(Pd), 크롬(Cr) 또는 이들의 조합을 이용하여 메시 패턴(Mesh Pattern)으로 형성될 수 있다.
또한, 전극 패턴은 도금 공정이나 스퍼터(Sputter)를 이용한 증착 공정으로 형성할 수 있다. 또한, 전극 패턴을 구리(Cu)로 형성하는 경우, 전극 패턴의 표면은 흑화 처리될 수 있다.
이와 같이 전극 패턴을 흑화처리함으로써, 광이 반사되는 것을 방지할 수 있다.
한편, 전극 패턴은 평면상 막대형 패턴, 마름모형 패턴, 사각형 패턴, 삼각형 패턴, 원형 패턴 등 본 발명이 속하는 기술분야에서 공지된 다양한 패턴으로 형성 가능하다.
전극 배선은 전극 패턴에 연결되어 전극 패턴과 전기적 신호를 송/수신하는 역할을 수행한다.
또한, 전극 배선은 터치 센서부(30)의 테두리를 따라 전극 패턴과 연결될 수 있으며, 이러한 전극 배선은 통상 불투명한 금속 물질로 형성된다. 따라서, 전극 배선과 대향하는 윈도우(10)의 저면 테두리에는 전극 배선을 시각적으로 차폐하기 위한 베젤부(11)가 구비된다.
여기서, 베젤부(11)는 통상적으로 5 ~ 10μm의 두께로 형성되며, 색상은 검정색, 흰색, 금색, 적색, 초록색, 노랑색, 회색, 보라색, 갈색, 청색 또는 이들의 조합일 수 있다.
또한, 베젤부(11)의 외면에는 베젤부(11)를 감싸도록 실링층(11a)이 구비될 수 있으며, 구체적으로 베젤부(20)가 윈도우(10)와 접촉하는 면 이외의 면에 실링층(11a)이 구비될 수 있다.
실링층(11a)은 UV 경화수지(UV Curable Resin), 열경화성 수지(Thermosetting Resin) 또는 록타이트(Loctite)로 형성될 수 있으며, 베젤부(11)에 스크린 프린팅(Screen Printing), 슬릿 코팅(Slit Coating), 스프레이 코팅(Spray Coating), 디스펜싱(Dispensing) 등 다양한 방식으로 도포될 수 있다.
기판(40)은 터치 센서부(30)의 하측에 구비될 수 있다. 즉, 기판(40)은 터치 센서부(30)의 압전 진동부(20)와 대면하지 않는 일면에 구비될 수 있다.
여기서, 기판(40)과 터치 센서부(30) 사이에는 기판(40)과 터치 센서부(30)를 접착시키는 제 3접착층(53)이 개재될 수 있다.
또한, 기판(40)은 AR 필름(Anti-Reflection Film) 또는 LR 필름(Low-Reflection Film)일 수 있다. 이때, AR 필름은 광의 반사를 방지하는 역할을 수행하고, LR 필름은 광의 반사를 저감시키는 역할을 수행한다.
다만, 기판(40)은 반드시 AR 필름이나 LR 필름이어야 하는 것은 아니고, 화상을 제공하는 디스플레이(Display)일 수 있다.
상기에서는 본 발명에 따른 실시예를 기준으로 본 발명의 구성과 특징을 설명하였으나 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 본 발명의 사상과 범위 내에서 다양하게 변경 또는 변형할 수 있음은 본 발명의 속하는 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백한 것이며, 따라서 이와 같은 변경 또는 변형은 첨부된 특허청구범위에 속함을 밝혀둔다.
10: 윈도우 11: 베젤부
20: 압전 진동부 21: 압전 하베스팅부
22: 압전 액추에이터부 23: 압전 진동부 기판
30: 터치 센서부 40: 기판
51: 제1 접착층 52: 제2 접착층
53: 제3 접착층 54: 제4 접착층
100: 터치 스크린 패널 500: 전자장치

Claims (13)

  1. 윈도우;
    상기 윈도우의 일측에 구비되어 전력 생산 및 진동을 발생시키는 압전 진동부;
    상기 압전진동부의 상기 윈도우와 대향하는 일면의 반대면인 타면에 구비되는 터치 센서부; 및
    상기 터치 센서부의 일측에 구비되는 기판;을 포함하는 터치 스크린 패널.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 압전 진동부는 상기 윈도우의 진동 압력에 의해 전력을 생성하는 압전 하베스팅부와 상기 압전 하베스팅부에서 생성된 전력을 이용하여 진동을 발생시키는 압전 액추에이터부를 포함하는 터치 스크린 패널.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 압전 하베스팅부와 상기 압전 액추에이터부는 각각 사각형상으로 구비되는 터치 스크린 패널.
  4. 제2 항에 있어서,
    상기 압전 하베스팅부와 상기 압전 액추에이터부는 각각 반원형상으로 구비되고, 전체적으로 원형을 이루도록 일측이 접촉되는 터치 스크린 패널.
  5. 제2 항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터부는 상기 압전 하베스팅부의 테두리를 따라 상기 압전 하베스팅부를 감싸도록 구비되는 터치 스크린 패널.
  6. 제2 항에 있어서,
    상기 압전 하베스팅부는 상기 압전 액추에이터부의 상측에 구비되는 터치 스크린 패널.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 압전 하베스팅부는 에너지 저장부와 전기적으로 연결된 터치 스크린 패널.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 압전 액추에이터부는 상기 에너지 저장부에 저장된 전력을 사용하여 진동하는 터치 스크린 패널.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 에너지 저장부는 수퍼 캐패시터, 리튬이온 2차 전지 또는 고체 박막 전지 중 어느 하나로 구비되는 터치 스크린 패널
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 윈도우와 상기 압전 진동부의 사이에는 접착층이 개재되는 터치 스크린 패널
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 압전 진동부는 복수개가 구비되는 터치 스크린 패널.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 윈도우의 저면 테두리에는 베젤부가 구비되는 터치 스크린 패널
  13. 제1 항 내지 제12항 중 어느 한 항의 터치 스크린 패널; 및
    상기 터치 스크린 패널을 내부에 수용하는 케이스;를 포함하는 전자장치.
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