KR20160096156A - 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛, 터치스크린 및 그의 제조방법 - Google Patents

압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛, 터치스크린 및 그의 제조방법 Download PDF

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touch screen
sensitive display
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KR1020167018197A
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샤오펭 주
용 치우
홍 첸
시우치 후앙
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쿤산 뉴 플랫 패널 디스플레이 테크놀로지 센터 씨오., 엘티디.
쿤산 고-비젼녹스 옵토-일렉트로닉스 씨오., 엘티디.
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Abstract

본 발명은 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛, 터치스크린 및 그의 제조방법을 공개하였고 상기 터치 컨트롤 유닛은 주로 구동전극, 하부전극(lower electrode) 및 상기 구동전극과 하부전극 사이에 있는 유전체층을 포함하고; 상기 구동전극과 하부전극 사이에 압력을 가할 때 터널전류 IT가 발생하게 되고 상기 구동전극, 하부전극 사이에는 전압 VT가 존재한다. 본 발명의 터치 컨트롤 유닛을 이용하여 외부압력을 전류신호로 전환시켜 압력이 일종의 정보입력방식으로 될 수 있도록 하고; 또한 그를 기존의 콘덴서 터치스크린 또는 저항 터치스크린과 결합시켜 해당 터치 컨트롤 유닛이 기존의 멀티 포인트 터치 컨트롤 기능과 호환성을 갖는 동시에 압력 크기의 변화를 예민하게 감지할 수 있도록 하며 기존의 터치스크린의 기능을 증강시켜 터치스크린에 더욱 풍부한 조작 응용을 제공할 수 있다.

Description

압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛, 터치스크린 및 그의 제조방법{PRESSURE-SENSITIVE DISPLAY TOUCH UNIT, TOUCH SCREEN, AND MANUFACTURING METHOD THEREOF}
본 발명은 터치 컨트롤 및 디스플레이 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛, 터치스크린 및 그의 제조방법에 관한 것이고 터치스크린의 기본 센싱유닛에 적용된다.
기존의 터치스크린은 주로 콘덴서, 저항, 표면 탄성파와 광학 등 방식으로 터치 동작의 센싱을 진행한다. 그 중에서 표면 탄성파 터치스크린(표면 탄성파 기술)은 기존 터치스크린 기술 중에서 유일하게 터치 압력을 센싱할 수 있는 기술이나 상기 기술이 큰 사이즈에 적용될 수 없고, 표면 오염물질에 대해 너무 민감하고, 음파에 의해 간섭되기가 쉬우며, 멀티 포인트 터치 컨트롤을 실현하기 어렵고, 또한 정압을 감지하기 어려운 등의 많은 결함이 있어 현재에는 아직 핸드폰과 태블릿 PC 등과 같은 주류 응용에 들어갈 수 없는 상황이기에 주류로 되기가 어렵다. 콘덴서 터치스크린은 멀티 포인트 터치를 실현할 수 있고 위치의 민감도가 높기에 현재 주류로 되는 터치스크린 기술이다.
터치스크린은 인간-컴퓨터 상호작용의 중요하면서 직접적인 입출력 도구로서 현재의 대부분은 아직 이차원을 기반으로 하고 있다. 즉 터치하는 사람의 스크린 표면에 평행되는 x-y평면 상에서의 동작을 감지할 수 있다. 전자설비가 더욱 지능화 심지어 인성화됨에 따라, 기기로 하여금 사람의 기분을 감지하는 동시에 적당한 응답을 할 수 있는 것과 같은 더욱 많은 인간-컴퓨터 상호작용의 방식을 개발하는 것이 요구되고 있다. 물체 또는 사람에 대해 접촉 압력을 가하는 것은 사람이 정보 또는 기분을 전달하는 일종의 방식으로서 예를 들면 악기를 연주함에 있어서의 경중 정도, 그림을 그릴 때 필치의 경중 정도, 및 타인에 대해 신체 접촉 방식으로 명시하거나 암시하는 등이 있다. 이러한 상황을 감안하여 압력을 인간-컴퓨터 상호작용의 다른 하나의 차원으로 하는 기술을 연구함으로써, 압력이 새로운 인간-컴퓨터 상호작용 방식으로 센싱되도록 하는 것은 광범한 응용 전망이 있을 것이다.
따라서 본 발명의 주요한 목적은 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛, 터치스크린 및 그의 제조방법을 제공하는 것이고 상기 터치 컨트롤 유닛을 이용하여 외부압력을 전류 신호로 전환시켜 압력이 일종의 정보입력 방식으로 될 수 있도록 하고, 또한 기존의 콘덴서 터치스크린 또는 저항 터치스크린과 결합시켜 상기 터치 컨트롤 유닛이 기존의 멀티 포인트 터치 컨트롤 기능과 호환성을 갖는 동시에 압력 크기의 변화를 예민하게 감지할 수 있도록 하며 기존의 터치스크린의 기능을 증강시켜 터치스크린에 더욱 풍부한 조작 응용을 제공할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 과제의 해결 수단은 하기와 같이 구현된다.
압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛에 있어서, 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛은 구동전극, 하부전극 및 상기 구동전극과 하부전극 사이에 있는 유전체층을 포함하고 그의 두께는 0.5nm~5nm이다.
그 중에서 상기 구동전극과 하부전극 사이에 압력을 가할 때 터널전류 IT가 발생하게 되고 상기 구동전극, 하부전극 사이에는 전압 VT가 존재하며 상기 터널전류 IT와 구동전극, 하부전극 사이에 있는 전압 VT와의 관계는 IT=CVTexp（-AU0d）이고;
그 중에서 C와 A는 비례상수이고 U0은 구동전극과 하부전극의 확산 퍼텐셜 장벽의 산술평균치이며 d는 유전체층의 두께이다.
상기 구동전극과 하부전극은 투명 또는 반투명의 도체이고 그의 재료는 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑 산화아연(AZO), 불소 도핑 산화주석(FTO), 갈륨 도핑 산화아연(GZO), 그래핀 또는 금속 나노와이어 어레이 중의 어느 하나이다.
상기 유전체층의 재료는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드, 폴리요소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화하프늄, 이산화규소, 알루미늄 알콕시드 또는 Zincone이다.
상기 유전체층은 원자층 증착법 또는 분자층 증착법에 의해 제조된다.
상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛을 포함하는 콘덴서 터치스크린에 있어서, 유리 또는 중합체의 프런트 패널상에 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 제작한다.
상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛을 포함하는 저항 터치스크린에 있어서, 상기 저항 터치스크린의 연질 기판상에 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 제작하고 절연막으로 상기 어레이를 덮는다.
압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 제조방법에 있어서, 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 제조방법은 구동전극과 하부전극 사이에 하나의 유전체층을 설정하고 원자층 증착법 또는 분자층 증착법에 의해 상기 유전체층을 제조하는 것을 포함하고 상기 유전체층의 두께는 0.5nm~5nm이다.
상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 제조방법을 포함하는 콘덴서 터치스크린의 제조방법에 있어서, 상기 방법은 유리 또는 중합체의 프런트 패널 상에 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 제작하는 것이다.
상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 제조방법을 포함하는 저항 터치스크린의 제조방법에 있어서, 상기 방법은 상기 저항 터치스크린의 연질 기판상에 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 제작하고 절연막으로 상기 어레이를 덮는 것이다.
본 발명에서 제공한 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛, 터치스크린 및 그 제조방법은 하기 장점을 갖고 있다. 1) 상기 디스플레이 터치 컨트롤 유닛은 외부압력을 전류신호로 전환시킬 수 있고 상기 전류신호의 변화를 탐측하면 바로 터치압력의 크기를 감지할 수 있다. 이와 같이 터치압력 신호를 접수하기만 하면 터치력의 크기를 예민하게 감지할 수 있어 압력을 정보입력의 방식으로 이용하는 것을 실현할 수 있다.
2) 상기 디스플레이 터치 컨트롤 유닛은 또한 기존의 콘덴서 터치스크린과 저항 터치스크린과 호환성을 구비할 수 있고 멀티 포인트 터치스크린과 호환성을 구비할 수 있어 상기 터치 컨트롤 유닛을 콘덴서 터치스크린 또는 저항 터치스크린과 결합시켜 멀티 포인트 터치 컨트롤 기능을 실현할 수도 있고 동시에 압력을 예민하게 감지할 수도 있어 고감도의 다기능(이를테면, 힘으로 피트백하는 기능) 터치 컨트롤/터치스크린을 설계하고 실현함에 있어서 유리하다.
도 1은 본 발명에 따른 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 구조 설명도이다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에서 설명한 콘덴서 터치스크린과 호환성을 갖는 터치 압력 센서의 설명도이다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에서 설명한 저항 터치스크린과 호환성을 갖는 터치 압력 센서의 설명도이다.
이하, 첨부도면과 결합하여 본 발명의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛 및 그의 제조방법에 대해 더욱 상세하게 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명에 따른 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 구조 설명도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이 상기 도면에서 설명한 것은 터치 압력 센서의 하나의 가장 기본적인 유닛으로서 주로 상부전극(구동전극)(101), 하부전극(102) 및 중간에 있는 초박형의 유전체층(103)으로 구성되어 있다.
그 중에서 상기 상부전극(101)과 하부전극(102)은 모두 투명 또는 반투명의 도체이고 그의 재료는 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑 산화아연(AZO), 불소 도핑 산화주석(FTO), 갈륨 도핑 산화아연(GZO), 그래핀 또는 금속 나노와이어 어레이 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 그의 일반적 필름 두께와 제조방법은 업계에서 공지한 것이다.
상기 중간의 초박형의 유전체층(103)의 두께 범위는 0.5nm~5nm이고 치밀성이 극히 우수하다. 그의 치밀성과 무결함의 특성을 실현하기 위하여 상기 유전체층(103)(박막임)은 원자층 증착법(ALD) 또는 분자층 증착법(MLD)으로 제조된다. 그의 재료는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드(PPAT), 폴리요소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화하프늄, 이산화규소, 알루미늄 알콕시드(Alucone) 또는 Zincone 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다.
그의 작업원리는 다음과 같다. 상기 유전체층(103)은 전극 중의 자유전자의 퍼텐셜 장벽으로서 퍼텐셜 장벽의 두께가 극히 얇아서 상부전극(101), 하부전극(102) 사이에 압력을 가한 후 양자적 역학의 원리에 근거하여 전자는 퍼텐셜 장벽을 통과하는 확률이 있어 터널전류 IT를 형성하게 된다. 상기 터널전류 IT와 상부, 하부 전극 사이에 있는 전압 VT와의 관계는 IT=CVTexp（-AU0d）이며;
그 중에서 C와 A는 비례상수이고 U0은 양쪽에 있는 전극의 확산 퍼텐셜 장벽의 산술평균치이며 d는 유전체층(103)의 두께이다. 표현식으로부터 알 수 있다시피 손가락으로 터치하면 초박형의 유전체층(103)의 변형을 초래하게 되며, 즉 두께 d의 미소한 변화는 터널전류 IT에 지수적인 영향을 주게 된다. 터널전류 IT의 변화를 탐측하는 것을 통하면 접촉 압력의 크기의 변화를 탐지할 수 있게 된다.
도 2는 본 발명의 하나의 실시예에서 설명한 콘덴서 터치스크린과 호환성을 갖는 터치 압력 센서의 설명도이다. 도 2에 나타낸 바와 같이 유리 또는 중합체의 프런트 패널(205) 상에 전통적 콘덴서 스크린의 구동전극(201)과 접수전극(202)을 형성한다.
그 중에서 상기 구동전극(201)과 접수전극(202)의 재료는 ITO, AZO등일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 실시예에서 바람직하게는 ITO를 사용하고 그의 제조방법과 파라미터는 콘덴서 터치스크린 업계에서 공지된 것이다.
도 2에 나타낸 바와 같이 구동펄스신호(207)는 구동완충기(206)를 통하여 구동전극(201) 상에 가한 후 접수회로(209)를 이용하여 접수전극(202)에 의해 전하를 수집하고 x-y평면의 터치 동작과 위치를 감지한다.
구동전극(201)의 하방에 초박형의 유전체층(203)을 가하여 하부전극(204)과 공동으로 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 구성한다. 상기 유전체층(203)은 원자층 증착법(ALD) 또는 분자층 증착법(MLD)으로 제조될 수 있다. 그의 재료는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드(PPAT), 폴리요소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화하프늄, 이산화규소, 알루미늄 알콕시드(Alucone), Zincone 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 상기 실시예에서 바람직한 것은 MLD로 증착한 폴리요소이고 그 막의 두께는 0.5~3nm이고 바람직하게는 1nm이다.
상기 유전체층(203)에 압력을 가하여 상기 하부전극(204)을 터치 컨트롤한다. 상기 하부전극(204)은 한 단락 연장하여 압력감지회로(208)와 연결되도록 하여 구동펄스신호(207)가 하부전극(204)에서 발생하는 전류를 감지하는데 사용함으로써 압력의 크기를 감지한다. 상기 하부전극(204)의 재료는 ITO, AZO 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않으며 바람직한 것은 ITO이며 막의 두께는 50~1000nm이고 바람직하게는 100nm이다.
도 3은 본 발명의 다른 하나의 실시예에서 설명한 저항 터치스크린과 호환성을 갖는 터치 압력 센서의 설명도이다. 도 3에 나타낸 바와 같이 본 발명의 터치센서 기본유닛은 전통의 저항식 터치스크린과 결합되어 터치스크린 경질기판(301) 상에 제1저항필름(304)을 형성하고 절연지점(303)으로 터치스크린의 다른 연질기판(302)과 결합되도록 한다. 상기 연질기판(302)의 제일 아래쪽에 제2저항필름(305)을 형성한다. 상기 경질기판(301), 연질기판(302), 절연지점(303), 제1저항필름(304) 및 제2저항필름(305)은 모두 공지의 저항터치스크린의 제조방법에 의해 형성된 것이다. 전통적인 저항터치스크린과 서로 다른 점은 제2저항필름(305)을 형성하기 전에 먼저 연질기판(302)에 제2전극(즉 구동전극)(308)과 초박형의 유전체층(309)의 어레이를 형성한 다음 제1전극(즉 하부전극)(307)을 형성하고 마지막에 하나의 절연막(306)으로 상기 어레이를 덮는다.
여기에서 상기 제2전극(308)과 초박형의 유전체층(309) 및 제1전극(307)이 공동으로 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 구성한다.
제2전극(308)과 제1전극(307)의 재료는 ITO, 은나노와이어 어레이, 폴리3,4-에틸렌디옥시티오펜, 폴리스티렌크산토겐산염(PEDOT:PSS) 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않는다. 여기에서 바람직하게는 PEDOT:PSS를 선택하며, 그의 제조방법은 잉크젯 프린팅, 플라즈마 중합, 스핀 코팅, 기상진공증착 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않으며 그의 막의 두께는 바람직하게는 500nm이다. 상기 절연막(306)을 제조하는 재료는 폴리요소, 폴리이미드, 알루미늄 알콕시드 등일 수 있으나 이에 한정되지는 않으며 여기에서 바람직한 것은 폴리요소이고 그 막의 두께는 바람직하게 0.8nm이며 증착방법은 MLD이다.
적용할 때 제1전극(307)을 통하여 전압을 가하고 제2전극(308) 어레이 상의 매 하나의 검측 포인트의 전류를 감지함으로써 압력을 감지한다.
위에서 기재한 것은 다만 본 발명의 비교적 바람직한 실시예이고 본 발명의 보호범위를 한정하고자 하는 것은 아니다.

Claims (10)

  1. 구동전극, 하부전극 및 상기 구동전극과 하부전극 사이에 있는 유전체층을 포함하고 그의 두께는 0.5nm~5nm인 것을 특징으로 하는 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동전극과 하부전극 사이에 압력을 가할 때 터널전류 IT가 발생하게 되고 상기 구동전극, 하부전극 사이에는 전압 VT가 존재하며 상기 터널전류 IT와 구동전극, 하부전극 사이에 있는 전압 VT와의 관계는 IT=CVTexp（-AU0d）이고;
    그 중에서 C와 A는 비례상수이고 U0은 구동전극과 하부전극의 확산장벽의 산술평균치이며 d는 유전체층의 두께인 것을 특징으로 하는 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 구동전극과 하부전극은 투명 또는 반투명의 도체이고 그의 재료는 인듐 주석 산화물(ITO), 알루미늄 도핑 산화아연(AZO), 불소 도핑 산화주석(FTO), 갈륨 도핑 산화아연(GZO), 그래핀 또는 금속 나노와이어 어레이 중의 어느 하나인 것을 특징으로 하는 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 유전체층의 재료는 폴리아미드, 폴리이미드, 폴리-p-페닐렌 테레프탈아미드, 폴리요소, 산화알루미늄, 산화지르코늄, 산화하프늄, 이산화규소, 알루미늄 알콕시드 또는 Zincone인 것을 특징으로 하는 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 유전체층은 원자층 증착법 또는 분자층 증착법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛을 포함하며, 유리 또는 중합체의 프런트 패널 상에 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 제작하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 터치스크린.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛을 포함하며, 저항 터치스크린의 연질 기판상에 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 제작하고 절연막으로 상기 어레이를 덮는 것을 특징으로 하는 저항 터치스크린.
  8. 구동전극과 하부전극 사이에 하나의 유전체층을 설정하고 원자층 증착법 또는 분자층 증착법에 의해 상기 유전체층을 제조하는 것을 포함하며, 상기 유전체층의 두께는 0.5nm~5nm인 것을 특징으로 하는 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 제조방법.
  9. 제8항의 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 제조방법을 포함하며, 상기 방법은 유리 또는 중합체의 프런트 패널 상에 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 제작하는 것을 특징으로 하는 콘덴서 터치스크린의 제조방법.
  10. 제8항의 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 제조방법을 포함하며, 상기 방법은 저항 터치스크린의 연질 기판상에 상기 압력 감지형의 디스플레이 터치 컨트롤 유닛의 어레이를 제작하고 절연막으로 상기 어레이를 덮는 것을 특징으로 하는 저항 터치스크린의 제조방법.
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