KR20170091376A - 디스플레이 모듈에 압력 전극을 형성하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 형성 방법은, 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법으로서, 상기 하부 글라스층의 하면에 그라비어 인쇄 방식을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및 상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계; 를 포함한다.

Description

디스플레이 모듈에 압력 전극을 형성하는 방법{METHOD FOR FORMING PRESSURE SENSING ELECTRODE IN DISPLAY MODULE}
본 발명은 압력 전극을 형성하는 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 디스플레이 모듈에 터치 압력을 검출할 수 있는 압력 전극을 형성하는 방법에 관한 것이다.
컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린의 이용이 증가하고 있다.
터치 스크린은, 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널일 수 있는 터치 센서 패널(touch sensor panel)을 포함하는 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서 패널은 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 사용자가 손가락 등으로 터치 스크린을 단순히 터치함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 컴퓨팅 시스템은 터치 스크린 상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이때, 디스플레이 모듈의 성능을 저하시키지 않으면서 터치 스크린 상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 터치의 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 양산성을 향상시킬 수 있는 디스플레이 모듈에 압력 전극을 형성하는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 심플한 형상의 압력 전극을 형성하는데 있어서 높은 양산성을 갖는 디스플레이 모듈에 압력 전극을 형성하는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 인쇄 정밀도가 높고 압력 전극 형성 물질의 소비량을 줄일 수 있는 디스플레이 모듈에 압력 전극을 형성하는 방법을 제공함에 있다.
또한, 본 발명의 목적은 대면적의 압력 전극을 형성 시에 유리한 디스플레이 모듈에 압력 전극을 형성하는 방법을 제공함에 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 형성 방법은, 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법으로서, 상기 하부 글라스층의 하면에 그라비어 인쇄 방식을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및 상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 압력 전극 형성 단계는, 그라비어 롤에 형성된 홈에 압력 전극 형성 물질을 주입하여 압력 전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 그라비어 롤을 회전시켜 상기 압력 전극 패턴을 회전하는 전사 롤의 블랭킷으로 전사시키는 단계; 및 상기 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷에 전사된 상기 압력 전극 패턴을 상기 하부 글라스층의 하면으로 전사시키는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압력 전극 형성 단계는, 클리셰판에 형성된 홈에 압력 전극 형성 물질을 주입하여 상기 홈에 압력 전극 패턴을 형성하는 단계; 상기 클리셰판 위에서 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷에 상기 압력 전극 패턴을 전사시키는 단계; 및 상기 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷에 전사된 상기 압력 전극 패턴을 상기 하부 글라스층의 하면으로 전사시키는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압력 전극 형성 단계는, 돌기를 포함하는 클리셰판 위에서 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷의 외면 전체에 코팅된 압력 전극 형성 물질층으로부터 압력 전극 패턴을 가공하는 단계; 및 상기 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷에 가공된 상기 압력 전극 패턴을 상기 하부 글라스층의 하면으로 전사시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 형성 방법은, 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법으로서, 상기 하부 글라스층의 하면에 잉크젯 인쇄법을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및 상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 압력 전극 형성 단계는, 액적을 노즐을 통해 토출시켜 상기 하부 글라스층의 표면에 부착시키는 단계; 및 상기 하부 글라스층에 부착된 상기 액적의 용매를 건조시키는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 형성 방법은, 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법으로서, 상기 하부 글라스층의 하면에 스크린 인쇄법을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및 상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 압력 전극 형성 단계는, 소정의 장력으로 당겨진 스크린 위에 압력 전극 형성 물질인 페이스트를 올리고, 스퀴지를 내리 누르면서 이동시키는 단계; 및 상기 페이스트를 상기 스크린의 메쉬(mesh)를 통해 상기 하부 글라스층의 표면으로 밀어내는 전사 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 메쉬는 스테인레스 금속일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 형성 방법은, 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법으로서, 상기 하부 글라스층의 하면에 플렉소 인쇄법을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및 상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 압력 전극 형성 단계는, 공급부으로부터 공급되는 압력 전극 형성 물질인 잉크를 균일한 그레이팅(grating)을 갖는 아니록스 롤 위에 도포하는 단계; 상기 아니록스 롤의 표면에 펼쳐진 잉크를 프린팅 실린더에 장착된 유연한 프린팅 기판에 양각된 패턴으로 전사하는 단계; 및 상기 유연한 프린팅 기판에 전사된 잉크를 단단한 인쇄 롤의 회전에 의해 이동하는 상기 하부 글라스층 표면에 프린팅하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 형성 방법은, 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법으로서, 상기 하부 글라스층의 하면에 전사 인쇄법을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및 상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;를 포함한다.
여기서, 상기 압력 전극 형성 단계는, 공급부으로부터 공급되는 압력 전극 형성 물질인 잉크를 투명 순환 벨트에 코팅하는 단계; 및 레이저를 이용하여 상기 투명 순환 벨트의 표면에 코팅된 잉크를 상기 하부 글라스층 표면에 전사하는 단계;를 포함할 수 있다.
여기서, 상기 압력 전극 형성 단계는, 공급부으로부터 공급되는 압력 전극 형성 물질인 잉크를 투명 순환 벨트에 코팅하는 단계; 및 발열 소자를 이용하여 상기 투명 순환 벨트의 표면에 코팅된 잉크를 상기 하부 글라스층 표면에 전사하는 단계;를 포함할 수 있다.
본 발명의 디스플레이 모듈에 압력 전극을 형성하는 방법을 사용하면, 양산성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 심플한 형상의 압력 전극을 형성하는데 있어서 높은 양산성을 가질 수 있는 이점이 있다.
또한, 인쇄 정밀도가 높고 압력 전극 형성 물질의 소비량을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 대면적의 압력 전극을 형성할 수 있는 이점이 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 패널 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2e는, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치에서, 다양한 디스플레이 모듈에 대한 터치 센서 패널의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 상호 정전용량(mutual capacitance) 변화량을 검출하여 터치 압력 검출을 수행하는 방식과 구조를 도시한다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 자기 정전용량(self capacitance) 변화량을 검출하여 터치 압력 검출을 수행하는 방식과 구조를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 다양한 디스플레이 모듈(200)에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 디스플레이 모듈의 하부면에 압력 전극을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.
도 8은 롤 타입 인쇄 방식을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 시트 타입 인쇄 방식을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 리버스 오프셋 인쇄 방식을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11은 잉크젯 인쇄법을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 스크린 인쇄법을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 플렉소 인쇄법을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 전사 인쇄법을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.
또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치는, 스마트폰, 스마트워치, 태블릿 PC, 노트북, PDA(personal digital assistants), MP3 플레이어, 카메라, 캠코더, 전자사전 등과 같은 휴대 가능한 전자제품을 비롯해, 가정용 PC, TV, DVD, 냉장고, 에어컨, 전자레인지 등의 가정용 전자제품에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치는, 산업용 제어장치, 의료장치 등 디스플레이와 입력을 위한 장치를 필요로 하는 모든 제품에 제한 없이 이용될 수 있다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 압력 검출 모듈(400)을 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치 및/또는 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 센서 패널(100) 및 압력 검출 모듈(400)이 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서 패널(100)의 동작을 위해 상기 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(120), 및 터치 센서 패널(100)의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 및 터치 위치를 검출하는 감지부(110)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 터치 센서 패널(100)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 대각선, 동심원 및 3차원 랜덤 배열 등을 비롯한 임의의 수의 차원 및 이의 응용 배열을 갖도록 할 수 있다. 여기서, n 및 m은 양의 정수로서 서로 같거나 다른 값을 가질 수 있으며 실시예에 따라 크기가 달라질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에서 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 동일한 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 절연막(미도시)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 또한, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 하나의 절연막(미도시)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 또는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)은 제1절연막(미도시)의 일면에 그리고 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 상기 제1절연막과 다른 제2절연막(미도시)의 일면상에 형성될 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극 (RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 등으로 이루어지는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다. 예컨대, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 은잉크(silver ink), 구리(copper) 또는 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 메탈 메쉬(metal mech)로 구현되거나 은나노(nano silver) 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(120)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.
감지부(110)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 101)에 관한 정보를 포함하는 감지신호를 수신함으로써 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다. 예컨대, 감지신호는 구동전극(TX)에 인가된 구동신호가 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(CM: 101)에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 이와 같이, 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서 패널(100)을 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(110)는 각각의 수신전극(RX1 내지 RXm)과 스위치를 통해 연결된 수신기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위치는 해당 수신전극(RX)의 신호를 감지하는 시간구간에 온(on)되어서 수신전극(RX)으로부터 감지신호가 수신기에서 감지될 수 있도록 한다. 수신기는 증폭기(미도시) 및 증폭기의 부(-)입력단과 증폭기의 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 증폭기의 정(+)입력단은 그라운드(ground)에 접속될 수 있다. 또한, 수신기는 궤환 캐패시터와 병렬로 연결되는 리셋 스위치를 더 포함할 수 있다. 리셋 스위치는 수신기에 의해 수행되는 전류에서 전압으로의 변환을 리셋할 수 있다. 증폭기의 부입력단은 해당 수신전극(RX)과 연결되어 정전용량(CM: 101)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(110)는 수신기를 통해 적분된 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(미도시: analog to digital converter)를 더 포함할 수 있다. 추후, 디지털 데이터는 프로세서(미도시)에 입력되어 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(110)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(130)는 구동부(120)와 감지부(110)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(200)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(110)에 전달하여 감지부(110)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도 1에서 구동부(120) 및 감지부(110)는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미표시)를 구성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 센서 패널(100)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서 패널(100)에 포함된 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 예컨대 전도성 트레이스(conductive trace) 및/또는 회로 기판상에 인쇄된 전도성 패턴(conductive pattern)등을 통해서 터치 센싱 IC(미도시)에 포함된 구동부(120) 및 감지부(110)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 제1인쇄 회로 기판(이하에서, 제1PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC(150)는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(C)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도 1에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(110)에서 감지하여 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서 패널(100)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
이상에서 터치 센서 패널(100)로서 상호 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 전술한 방법 이외의 자기 정전용량 방식, 표면 정전용량 방식, 프로젝티드(projected) 정전용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식(SAW: surface acoustic wave), 적외선(infrared) 방식, 광학적 이미징 방식(optical imaging), 분산 신호 방식(dispersive signal technology) 및 음성 펄스 인식(acoustic pulse recognition) 방식 등 임의의 터치 센싱 방식을 이용하여 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이 패널에 표시된 화면을 시각적으로 확인하면서 터치 표면에 터치를 수행하여 입력 행위를 수행할 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200)은 터치 입력 장치(100)의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 입력을 받아 디스플레이 패널에 원하는 내용을 디스플레이하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 제2인쇄 회로 기판(이하 '제2PCB'로 지칭)에 실장될 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200)의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈에 대한 터치 센서 패널의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
먼저, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 설명하기로 한다.
본원 명세서에서 도면부호 200은 디스플레이 모듈을 지칭하나, 도 2a 내지 도 2e 및 이에 대한 설명에서 도면부호 200은 디스플레이 모듈뿐 아니라 디스플레이 패널을 지칭할 수 있다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, LCD 패널은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정 층(250), 액정 층(250)의 양단에 전극을 포함하는 제1글라스층(261)과 제2글라스층(262), 그리고 상기 액정 층(250)과 대향하는 방향으로서 상기 제1글라스층(261)의 일면에 제1편광층(271) 및 상기 제2글라스층(262)의 일면에 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 이때, 제1글라스층(261)은 컬러필터 글라스(color filter glass)일 수 있고, 제2글라스층(262)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
도 2a는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치된 것을 도시한다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널(100)의 표면일 수 있다. 도 2a에서 터치 표면이 될 수 있는 터치 센서 패널(100)의 면은 터치 센서 패널(100)의 상부면이 될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면이 될 수 있다. 도 2a에서 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 외면은 디스플레이 모듈(200)의 제2편광층(272)의 하부면이 될 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200)을 보호하기 위해서 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
도 2b 및 2c는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(200)의 내부에 배치된 것을 도시한다. 이때, 도 2b에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 제1글라스층(261)과 제1편광층(271) 사이에 배치되어 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도 2b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도 2c에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 액정 층(250)에 포함되어 구현되는 경우를 예시한다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도 2c에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도 2b 및 도 2c에서, 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 상부면 또는 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치의 여부 및/또는 터치의 위치를 검출하는 것을 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)을 이용하여 터치의 여부 및/또는 위치와 함께 터치의 압력의 크기를 검출할 수 있다. 또한, 터치 센서 패널(100)과 별개로 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈을 더 포함하여 터치의 압력 크기를 검출하는 것도 가능하다.
다음으로, 도 2d 및 도 2e를 참조하면서, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 설명하기로 한다. 도 2d는, 터치 센서 패널(100)은 편광층(282)과 제1글라스층(281) 사이에 위치하고, 도 2e는 터치 센서 패널(100)이 유기물층(280)과 제2글라스층(283) 사이에 위치한다. 여기서, 제1글라스층(281)은 인캡슐레이션 글라스(Encapsulation glass)로 이루어질 수 있고, 제2글라스층(283)은 TFT 글라스(TFT glass)로 이루어질 수 있다. 터치 센싱에 대해서는 위에서 상술했기 때문에, 그 외의 구성에 대해서만 간략한 설명을 이루기로 한다.
OLED 패널은 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흘리면 전자와 정공이 유기물층에서 결합하면서 빛이 발생하는 원리를 이용한 자체 발광형 디스플레이 패널로서, 발광층을 구성하는 유기물질이 빛의 색깔을 결정한다.
구체적으로, OLED는 유리나 플라스틱 위에 유기물을 도포해 전기를 흘리면, 유기물이 광을 발산하는 원리를 이용한다. 즉, 유기물의 양극과 음극에 각각 정공과 전자를 주입하여 발광층에 재결합시키면 에너지가 높은 상태인 여기자(excitation)를 형성하고, 여기자가 에너지가 낮은 상태로 떨어지면서 에너지가 방출되면서 특정한 파장의 빛이 생성되는 원리를 이용하는 것이다. 이때, 발광층의 유기물에 따라 빛의 색깔이 달라진다.
OLED는 픽셀 매트릭스를 구성하고 있는 픽셀의 동작특성에 따라 라인 구동 방식의 PM-OLED(Passive-matrix Organic Light-Emitting Diode)와 개별 구동 방식의 AM-OLED(Active-matrix Organic Light-Emitting Diode)가 존재한다. 양자 모두 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 디스플레이 모듈을 매우 얇게 구현할 수 있고, 각도에 따라 명암비가 일정하고, 온도에 따른 색 재현성이 좋다는 장점을 갖는다. 또한, 미구동 픽셀은 전력을 소모하지 않는다는 점에서 매우 경제적이다.
동작 면에서 PM-OLED는 높은 전류로 스캐닝시간(scanning time) 동안만 발광을 하고, AM-OLED는 낮은 전류로 프레임 시간(frame time)동안 계속 발광 상태를 유지한다. 따라서, AM-OLED는 PM-OLED에 비해서 해상도가 좋고, 대면적 디스플레이 패널 구동이 유리하며, 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한, 박막 트랜지스터(TFT)를 내장하여 각 소자를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 정교한 화면을 구현하기 쉽다.
도 2d 및 도 2e에 도시된 바와 같이, 기본적으로 OLED(특히, AM-OLED) 패널은 편광층(282), 제1글라스층(281), 유기물층(280) 및 제2글라스층(283)을 포함한다. 여기서, 제1글라스층(281)은 인캡슐레이션 글라스(Encapsulation glass)이고, 제2글라스층(283)은 TFT 글라스일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
또한, 유기물층(280)은 HIL(Hole Injection Layer, 정공주입층), HTL(Hole Transfer Layer, 정공수송층), EIL(Emission Material Layer, 전자주입층), ETL(Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(Electron Injection Layer, 발광층)을 포함할 수 있다.
각 층에 대해 간략히 설명하면, HIL은 정공을 주입시키며, CuPc 등의 물질을 이용한다. HTL은 주입된 정공을 이동시키는 기능을 하고, 주로, 정공의 이동성(hole mobility)이 좋은 물질을 이용한다. HTL은 아릴라민(arylamine), TPD 등이 이용될 수 있다. EIL과 ETL은 전자의 주입과 수송을 위한 층이며, 주입된 전자와 정공은 EML에서 결합되어 발광한다. EML은 발광되는 색을 표현하는 소재로서, 유기물의 수명을 결정하는 호스트(host)와 색감과 효율을 결정하는 불순물(dopant)로 구성된다. 이는, OLED 패널에 포함되는 유기물층(280)의 기본적인 구성을 설명한 것일 뿐, 본 발명은 유기물층(280)의 층구조나 소재 등에 한정되지 않는다.
유기물층(280)은 애노드(Anode)(미도시)와 캐소드(Cathode)(미도시) 사이에 삽입되며, TFT가 온(On) 상태가 되면, 구동 전류가 애노드에 인가되어 정공이 주입되고 캐소드에는 전자가 주입되어, 유기물층(280)으로 정공과 전자가 이동하여 빛을 발산한다.
위에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 의한 터치 위치 검출에 대해 설명했지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)을 이용하여 터치의 여부 및/또는 위치와 함께 터치의 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 또한, 터치 센서 패널(100)과 별개로 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈을 더 포함하여 터치의 압력 크기를 검출하는 것도 가능하다. 이하에서는 압력 검출 모듈을 이용한 터치 압력 검출에 대해 상세한 설명을 이어가기로 한다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)는 상술한 터치 센서 패널(100)을 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 압력 검출 모듈(400)을 배치하여 터치 압력을 검출할 수 있다.
이하에서는, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 압력 검출 모듈(400)에 의한 터치 압력 검출과 그 구조에 대해 설명하기로 한다.
도 3a 및 도 3b는 상호 정전용량(mutual capacitance) 변화량을 검출하여 터치 압력 검출을 수행하는 방식과 구조를 도시한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 압력 검출 모듈(400)은 예컨대 에어갭(air-gap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하지만, 다른 실시예에서는 스페이서층(420)이 충격흡수물질로 이루어지거나 유전물질(dielectric material)로 채워질 수 있다.
압력 검출 모듈(400)은 스페이서층(420) 내에 위치하는 압력 전극(450,460)을 포함할 수 있다. 여기서, 압력 전극(450,460)은 다양한 방식으로 디스플레이 모듈(200)의 하부에 형성될 수 있다. 이와 관련해서는, 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 압력 전극(450,460)은 디스플레이 패널의 후면에 포함되므로, 투명 물질과 불투명 물질 어느 것을 이용해도 무방하다.
스페이서층(420)을 유지하기 위해, 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 두께를 갖는 접착 테이프(440)가 형성될 수 있다. 접착 테이프(440)는 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 사각형의 4개의 변)에 형성될 수 있지만, 그 일부에만 형성될 수도 있다. 예를 들어, 접착 테이프(440)는 기판(300)의 상부면 또는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착될 수도 있다. 접착 테이프(440)는 기판(300)과 디스플레이 모듈(200)을 동일한 전위로 만들기 위해서 전도성 테이프일 수 있다. 또한, 접착 테이프(440)는 양면 접착 테이프일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 접착 테이프(440)는 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로 접착 테이프(440)가 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 물론, 본 발명은 스페이서층(420)을 유지하기 위한 수단으로 접착 테이프(440)에 한정되는 것은 아니고, 다른 실시예에서는, 접착 테이프(440) 이외의 다양한 수단이 이용될 수 있을 것이다.
도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 압력 검출을 위한 압력 전극은 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함한다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 구동전극일 수 있고 나머지 하나는 수신전극일 수 있다. 구동전극에 구동신호를 인가하고 수신전극을 통해 감지신호를 획득할 수 있다. 전압이 인가되면, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도 3b는 객체(U)에 의해 압력이 인가되었을 때 압력 검출 모듈(400)의 단면도이다. 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(U)를 통해 터치 센서 패널(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 터치 센서 패널(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어질 수 있다.
이에 따라 그라운드 전위를 가지는 기준전위층과 압력 전극 패턴(450, 460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이때, 거리 감소에 따라 디스플레이 모듈(200)의 하부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(100)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어질 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 터치의 위치에서 가장 큰 변형을 나타내도록 휘어질 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈(200)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다.
이때, 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다. 따라서, 기판(300)과 압력 전극(450, 460)이 단락(short circuit)되는 것을 방지하기 위해서 압력 전극(450, 460)은 절연층 상에 형성될 수도 있을 것이다.
도 4, 5a 및 5b는 자기 정전용량(self capacitance) 변화량을 검출하여 터치 압력 검출을 수행하는 방식과 구조를 도시한다.
자기 정전용량 변화량을 검출하기 위한 압력 검출 모듈(400)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성된 압력 전극(455)을 이용한다. 압력 전극(455)에 구동 신호가 인가되면, 자기 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여, 터치 압력을 검출한다.
구동부(20)는 압력 전극(455)에 구동신호를 인가하고, 감지부(30)는 압력 전극(455)을 통해 압력 전극(455)과 기준전위를 가지는 기준전위층(300)(예를 들어, 기판) 사이의 정전용량을 측정함으로써 터치 압력 여부 및 크기를 검출할 수 있다.
구동부(20)는 예컨대 클록 생성기(미도시) 및 버퍼(buffer)를 포함하여 펄스 형태로 구동신호를 생성하여 압력 전극(455)에 인가할 수 있다. 다만, 이는 예시일 뿐이며 다양한 소자를 통해 구동부를 구현할 수 있고, 구동신호의 형태도 다양하게 변형될 수 있다.
구동부(20)와 감지부(30)는 집적회로(Integrated Circuit)로 구현될 수 있으며, 하나의 칩(chip) 상에 형성될 수 있다. 구동부(20)와 감지부(30)는 압력 검출기를 구성할 수 있다.
압력 전극(455)은 기준전위층(300)과의 사이에서 정전용량 변화량의 검출이 용이하도록 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이에 마주하는 면이 크도록 형성될 수 있다. 예컨대, 압력 전극(455)은 판형상의 패턴으로 형성될 수 있다.
자기 정전용량 방식의 터치 압력 검출과 관련하여, 여기서는 하나의 압력 전극(455)을 예로 들어 설명하지만, 복수 개의 전극을 포함하고, 복수 개의 채널을 구성함으로써, 다중터치(multi touch)에 따라 다중의 압력 크기 검출기 가능하도록 구성될 수 있음은 물론이다.
압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이의 거리 변화에 따라 압력 전극(455)과 기준전위층 사이의 정전용량이 변하게 되며, 이러한 정전용량 변화에 대한 정보를 감지부(30)에서 감지하도록 함으로써 터치 압력을 검출하게 된다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)과 압력 검출 모듈(400)의 단면을 나타낸다.
도 3a 및 도 3b와 마찬가지로, 압력 전극(455)은 기준전위층(300)과 소정의 이격 거리(d)를 두고 배치될 수 있다. 이때, 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이에는, 객체(U)에 의해 인가된 압력에 따라 형태의 변형이 가능한(deformable) 물질이 배치될 수 있다. 예컨대, 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이에 배치된 형태 변형이 가능한 물질은, 공기(air), 유전체, 탄성체 및/또는 충격흡수물질일 수 있다.
객체(U)가 터치 표면을 형성하는 구성(여기서는, 디스플레이 모듈(200)의 상부면 또는 터치 센서 패널(100)의 상면)의 터치 표면을 누르면, 인가된 압력에 의해 압력 전극(455)과 기준전위층(300)이 서로 가까워지게 되고, 양자 사이의 이격 거리(d)가 감소한다.
도 5b는 객체(U)에 의해 압력이 인가되어, 디스플레이 모듈(200)과 압력 검출 모듈(400)이 아래 방향으로 휘어진 상태를 도시한다. 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이의 거리가 d에서 d'로 가까워짐에 정전용량 변화량이 생긴다. 구체적으로, 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이에 생성되는 자기 정전용량 값이 증가하게 된다. 이렇게 생성된 자기 정전용량 변화량은, 위에서 설명한 바와 같이, 감지부(30)에 의하여 측정되며, 이를 통해 터치 압력 여부 및 그 크기를 판단할 수 있게 된다.
정전용량 변화량을 감지하기 위한 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 모듈(200)의 글라스층의 상면과 하면 중 어느 일 면에 형성될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 다양한 디스플레이 모듈(200)에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)의 실시예를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도 6a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200) 내에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)을 도시한다. 이때, 상호 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는 구동전극(450)과 수신전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 일 면(더욱 상세하게는, 디스플레이 모듈(200)의 하면, 좀 더 상세하게는, 디스플레이 모듈(200)의 제2글라스층(262)의 하면)에 형성된다. 여기서, 도면에서는 구동전극(450)과 수신전극(460)이 제2글라스층(262)의 하면에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 구동전극(450)과 수신전극(460)은 제2글라스층(262)의 상면에 형성될 수도 있고, 뿐만 아니라 제1글라스층(261)의 상면 또는 하면 중 어느 하나에 형성될 수도 있다.
한편, 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는 압력 전극(455)이 디스플레이 모듈(200) 내의 일 면(더욱 상세하게는, 디스플레이모듈(200)의 하면, 좀 더 상세하게는 제2글라스층(262)의 하면)에 형성된다. 여기서, 도면에서는 압력 전극(455)이 제2글라스층(262)의 하면에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 압력 전극(455)은 제2글라스층(262)의 상면에 형성될 수도 있고, 뿐만 아니라 제1글라스층(261)의 상면 또는 하면 중 어느 하나에 형성될 수도 있다.
도 6a에는 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치가 생략됐지만, 도 2a 내지 도 2c의 실시예를 적용할 수 있을 것이다. 간략히 설명하면, 터치 센서 패널(100)은 도 2a와 같이 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 도 2b나 2c와 같이 디스플레이 패널(200)의 내부에 배치되되, 제1글라스층(261)과 제1편광층(271) 사이에 배치되거나, 액정층(250) 내에 포함될 수 있다.
도 6a의 실시예에서, 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 모듈(200)의 일 면에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 압력 전극(450,460 또는 455)은 제2글라스층(262)의 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 공정을 이용하여 패턴이 형성될 수 있다. 이와 관련해서는, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면서 후술하기로 한다.
한편, LCD 패널에는 백라이트 유닛(back light unit)(275)이 더 구비되는데, 도 6a에서는 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된 제2글라스층(262)의 하부에 백라이트 유닛(275)이 구비될 수 있지만, 이는 일 실시예에 불과하고, 다양한 방법으로 백라이트 유닛(275)을 구성시킬 수 있다.
또한, 정전용량 변화량에 기초한 터치 압력 검출에 이용되는 기준전위층(300)은, 압력 전극(450,460 또는 455)과 소정 거리 이격하여 형성될 수 있다.
다음으로, 도 6b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)을 도시한다. 이때, 상호 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는 구동전극(450)과 수신전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 일 면(더욱 상세하게는, 디스플레이 모듈(200)의 하면, 좀 더 상세하게는 제2글라스층(283)의 하면)에 형성된다. 여기서, 도면에서는 구동전극(450)과 수신전극(460)이 제2글라스층(283)의 하면에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 구동전극(450)과 수신전극(460)은 제2글라스층(283)의 상면에 형성될 수도 있고, 뿐만 아니라 제1글라스층(281)의 상면 또는 하면 중 어느 하나에 형성될 수도 있다.,
한편, 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는 압력 전극(455)이 디스플레이 모듈(200)의 일 면(더욱 상세하게는, 디스플레이 모듈(200)의 하면, 좀 더 상세하게는 제2글라스층(283)의 하면)에 형성된다. 여기서, 도면에서는 압력 전극(455)이 제2글라스층(283)의 하면에 형성된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니다. 예를 들어, 압력 전극(455)은 제2글라스층(283)의 상면에 형성될 수도 있고, 뿐만 아니라 제1글라스층(281)의 상면 또는 하면 중 어느 하나에 형성될 수도 있다.
도 6b에는 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치가 생략됐지만, 도 2d 및 도 2e의 실시예를 적용할 수 있을 것이다. 간략히 설명하면, 터치 센서 패널(100)은 도 2d 및 도 2e와 같이 디스플레이 패널(200)의 내부에 배치되되, 제1글라스층(281)과 제1편광층(282) 사이에 배치되거나, 유기물층(280)과 제2글라스층(283) 사이에 포함될 수 있다.
도 6b의 실시예에서, 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 모듈(200) 내의 일 면에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 압력 전극(450,460 또는 455)은 제2글라스층(283)의 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 공정을 이용하여 패턴이 형성될 수 있다. 이와 관련해서는, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면서 후술하기로 한다.
한편, OLED 패널은 백라이트 유닛(back light unit)을 필요로 하지 않기 때문에, 기준전위층(300)만 압력 전극(450,460 또는 455)과 소정 거리 이격하여 형성될 수 있다.
이하에서는, 도 6b에 도시된 제2글라스층(283)의 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 디스플레이 공정에 대해 설명하기로 한다. 도 6a에 도시된 제2글라스층(262)의 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 디스플레이 공정은 아래에서 설명하는 것으로 대체한다. 여기서, 유의해야 할 점은, 도 7a 내지 도 7d 및 도 8 내지 도 10에 도시된 압력 전극(450,460 또는 455) 형성 방법이 도 6a에 도시된 제2글라스층(262)의 하면 또는 도 6b에 도시된 제2글라스층(283)의 하면에 국한되는 것이 아니라는 점이다. 도 7a 내지 도 7d 및 도 8 내지 도 10에 도시된 압력 전극(450,460 또는 455) 형성 방법은 도 6a에 도시된 제1글라스층(261)의 상면 또는 하면뿐만 아니라 도 6b에 도시된 제1글라스층(281)의 상면 또는 하면에도 그대로 적용할 수 있다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 디스플레이 모듈(200)의 일 면에 압력 전극을 형성하는 공정을 나타낸다.
먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제2글라스층(283)를 반전시키고, 그 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시킨다. 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 방법은 다양하며, 몇 가지 방법에 대해 기술하기로 한다.
첫 번째로, 포토리소그래피(photolithography)에 의한 전극 형성 방법이 있다. 먼저, 제2글라스층(283)를 반전시킨다. 이때, 제2글라스층(283)에 초순수(De-Ionized water)를 이용하여 표면에 묻어 있는 불순물을 제거하는 세정 공정이 사전에 이루어질 수 있다. 이후, 압력 전극(450,460 또는 455)으로 이용 가능한 메탈을, 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition)을 통해 제2글라스층(283)의 하면에 증착시킨다. 상기 메탈은, Al,Mo,AlNd,MoTi,ITO 등의 금속일 수 있다. 그 다음, 스핀코팅(spin coating), 슬릿다이 코팅(slit die coating), 스크린 인쇄(screen printing), DFR(dry film resist) 라미네이팅 등의 공정을 이용하여 포토레지스트(photo resist)를 제2글라스층(283)의 하면에 코팅시킨다. 포토레지스트가 도포된 제2글라스층(283)의 하면에 마스크(mask)상의 패턴을 자외선(UV)을 이용하여, 상기 포토레지스트를 노광시킨다. 이때, 이용되는 포토레지스트가 포지티브 포토레지스트(positive PR)라면 빛이 노출된 부분이 화학적인 분해로 인해 노광후 현상액에 씻겨나가게 되며, 네거티브 포토레지스트(negative PR)라면 빛이 노출된 부분이 화학적으로 결합해 노광 후 빛이 노출되지 않은 부분이 현상액에 씻겨나가게 된다. 노광된 패턴을 현상액(developer)을 이용해 현상하고, 노광된 부위의 포토레지스트를 제거한다. 이때, 현상액으로 아황산나트륨, 탄산나트륨 등의 알칼리를 혼합한 수용액을 이용할 수 있다. 다음 단계로, 염화물 혼합기체, 불산, 초산 등으로 압력 전극(450,460 또는 455) 막의 패턴 부위를 녹여 회로를 형성한 뒤, 식각(etching) 공정을 통해, 패턴을 형성한 뒤, 제2글라스층(283)의 표면에 잔류하는 포토레지스트를 제거한다. 마지막으로, 다시 초순수를 이용하여 제2글라스층(283) 표면에 존재하는 불순물을 제거하는 것으로, 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된다. 이 방법은, 패턴의 선이 깨끗하고, 미세 패턴을 구현할 수 있다는 장점이 있다.
두 번째로, 에칭 레지스트(etching resist)를 이용한 전극 형성 방법이 있다. 에칭 레지스트는 부분적으로 에칭을 방지할 목적으로 도포된 피막 또는 그 재료를 말하며, 유기물, 무기물, 금속 등이 이용될 수 있다. 먼저, 제2글라스층(283)에 대해 초순수를 이용해 표면의 불순물을 제거한다. 이후, 압력 전극(450,460 또는 455)으로 이용 가능한 메탈을, 물리적 증착 또는 화학적 증착을 이용해 제2글라스층(283)의 하면에 증착시킨다. 상기 메탈은, Al,Mo,AlNd,MoTi,ITO 등의 금속일 수 있다. 그리고, 스크린 인쇄(screen printing), 그라비아 코팅(gravure coating), 잉크젯 코팅(inkjet coating) 등을 이용하여 제2글라스층(283) 위에 에칭 레지스트를 코팅한다. 에칭 레지스트가 코팅되면 건조 공정을 거쳐 식각 단계로 넘어간다. 즉, 염화물 혼합기체, 불산, 초산 등의 에칭액으로 제2글라스층(283)의 하면에 증착된 압력 전극(450,460 또는 455)의 패턴 부위를 녹여 회로를 형성시킨다. 이후, 제2글라스층(283)의 표면에 잔류하고 있는 에칭 레지스트를 제거한다. 이 방법은, 고가의 노광기가 필요없기 때문에, 상대적으로 저렴하게 전극을 형성할 수 있다.
세 번째로, 에칭 페이스트(etching paste)를 이용한 전극 형성 방법이 있다. 제2글라스층(283)의 하면에 메탈이 증착되면, 스크린 인쇄(screen printing), 그라비아 코팅(gravure coating), 잉크젯 코팅(inkjet coating) 등을 이용하여 제2글라스층(283) 위에 에칭 페이스트를 코팅한다. 이후, 에칭 페이스트의 식각률을 높이기 위해, 80∼120℃의 고온에서 약 5∼10분간 가열시킨다. 그 다음 세정공정을 거치면, 제2글라스층(283)의 하면에 압력 전극(250,260 또는 255)이 형성된다. 다만, 이와 달리, 가열 공정을 거친 뒤, 에칭 페이스트를 완전히 건조시키는 공정을 더 포함해도 무방하다. 세 번째 방법은 공정이 단순하고 재료비를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 건조 공정을 더 포함하는 경우, 미세한 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있다.
상기 방법에 의해, 제2글라스층(283)의 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성되면, 절연층(insulator)(900)을 형성시킨다. 이는, 제2글라스층(283)의 하면에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)을 보호하는 기능을 가진다. 절연층의 형성도 위에서 언급한 방법에 의해 이루어질 수 있다. 간략히 설명하면, 물리적 또는 화학적 증착 공정을 통해 압력 전극(450,460 또는 455) 상에 절연체를 증착시키고, 포토레지스트를 코팅한 후 건조하여, 노광 공정을 거친 뒤 식각한다. 마지막으로, 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 포토레지스트 스트립 공정을 통해 전극 패턴을 완성한다. 여기서, 절연체는 SiNx, SiOx 등의 재료를 이용할 수 있다.
그 다음, 공정 중 압력 전극(450,460,455)의 패턴을 보호하기 위해, 보호층(910)을 형성하는데, 보호층(910)의 형성은 코팅이나 부착을 통해 이루어질 수 있다. 이때, 보호층(910)은, 낮은 경도를 가지는 TFT 등의 요소를 보호하기 위하여, 각 층을 보호할 수 있는 경도가 높은 재료인 것이 바람직하다. 도 7b는 보호층(910)을 형성한 후, 제2글라스층(283)를 원위치로 반전시킨 상태를 도시한다.
도 7c의 과정에서는 제2글라스층(283)의 상부면에 적층되는 디스플레이 모듈(200)의 구성이 형성된다. 도 7c에서는 OLED 패널을 포함하는 디스플레이 모듈(200)을 상정하여 도시되었기 때문에, TFT 레이어(920)가 형성되는 것으로 도시되었다. TFT 레이어(920)에는, OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)에 포함되는 기본적인 구성들이 포함된다. 즉, OLED 패널과 관련하여 위에서 설명한 바 있는, 캐소드, 유기물층 및 애노드의 구성을 비롯하여, TFT 전극을 포함할 수 있고, 이들을 적층시키기 위한 각종 요소(예: OC(over coat), PAS(passivation), ILD(inter-layer dielectric), GI(gate insulator), LS(light shield) 등)가 형성될 수 있다. 이는, 다양한 OLED 패널 형성 공정에 의해서 이루어질 수 있다.
이와 달리, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)이라면, 액정층을 포함한 각종 요소들이 도 7c의 TFT 레이어(920)를 대체할 수 있을 것이다.
마지막으로, 도 7d와 같이 TFT 레이어(920) 위에 제1글라스층(281)을 형성시키고, 도 7b에서 형성시킨 보호층(910)을 화학적 혹은 물리적으로 제거하면, 하부면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된 디스플레이 모듈(200)이 제조된다.
위에서는, 도 7a 내지 7d를 참조하면서, 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된 디스플레이 모듈(200)의 제조 공정에 대해 설명했지만, 그 순서가 달라져도 무방하고, 그 중 어느 하나의 과정이 생략될 수도 있다. 즉, 도 7a 내지 도 7d의 단계가 가장 최적의 공정 순서일 수 있지만, 본 발명의 권리범위가 그 순서에 한정되지는 않을 것이다.
위의 방법으로, LCD 패널 혹은 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성되면, 터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치(1000)의 두께를 더욱 얇게 할 수 있고, 제조 비용도 낮출 수 있는 효과를 도모하게 된다.
또한, 제2글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 방법으로 그라비어(Gravure) 인쇄 방식(또는 롤러 인쇄 방식)이 있다.
그라비어 인쇄 방식은 그라비어 오프셋(Gravure offset) 인쇄 방식과 리버스 오프셋(Reverse offset) 인쇄 방식을 포함하고, 그라비어 오프셋 인쇄 방식은 롤 타입(Roll type) 인쇄 방식과 시트 타입(Sheet type) 인쇄 방식을 포함한다. 이하 도면을 참조하여, 그라비어 오프셋 인쇄 방식인 롤 타입 인쇄 방식과 시트 타입 인쇄 방식, 및 리버스 오프셋 인쇄 방식을 차례로 설명한다.
도 8은 롤 타입 인쇄 방식을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8을 참조하면, 그라비어 롤(Gravure Roll, 810)에 형성된 홈(815)에 주입 유닛(injection unit, 820)을 사용하여 압력 전극 형성 물질을 주입한다. 여기서, 블레이드(blade, 830)를 사용하여 홈(815) 안에 압력 전극 형성 물질이 채워지도록 한다. 여기서, 홈(815)의 형상은 반전된 제2 글라스층(283)의 하면에 인쇄될 압력 전극(450,460 또는 455)의 형상과 대응되고, 블레이드(830)는 홈(815) 밖으로 넘치는 초과 분량의 압력 전극 형성 물질을 제거하는 것과 함께 홈(815) 안으로 압력 전극 형성 물질을 밀어넣는 역할을 한다. 그리고, 주입 유닛(820)과 블레이드(830)는 그라비어 롤(810) 주위에 고정 설치되고, 그라비어 롤(810)은 반시계 방향으로 회전한다.
그라비어 롤(810)을 회전시켜 그라비어 롤(810)의 홈(815)에 채워진 압력 전극 패턴(M)을 전사 롤(850)의 블랭킷(Blanket, 855)으로 전사시킨다. 전사 롤(850)의 회전 방향은 그라비어 롤(810)의 회전 방향과 반대이고, 블랭킷(855)은 소정의 점성을 갖는 수지, 특히, 실리콘계 수지일 수 있다.
전사 롤(850)을 회전시켜 전사 롤(850)의 블랭킷(855)에 전사된 압력 전극 패턴(M)을 제2 글라스층(283)으로 전사시킨다. 이로써, 반전된 제2 글라스층(283)의 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성될 수 있다.
이러한 도 8에 도시된 롤 타입 인쇄 방식은, 도 9 및 도 10에 도시된 방식과 비교하여 양산성이 좋아 스트라이프(stripe) 형상의 압력 전극이나 메쉬(mesh) 형상의 압력 전극과 같은 심플한 형상의 압력 전극을 형성하는데 유리한 이점이 있다.
도 9는 시트 타입 인쇄 방식을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 9를 참조하면, 클리셰판(Cliche plate, 910)의 홈(915)에 압력 전극 형성 물질을 주입하여 홈(915)에 압력 전극 패턴(M)을 형성한다.
그리고, 클리셰판(910) 위로 블랭킷(blanket, 955)을 포함하는 전사 롤(950)을 회전시켜 블랭킷(955)에 압력 전극 패턴(M)을 전사한다. 여기서, 전사 롤(950)은 고정된 상태에서 회전만 하고, 클리셰판(910)이 전사 롤(950) 아래에서 이동할 수도 있고, 클리셰판(910)은 고정되고, 전사 롤(950)이 클리셰판(910) 위에서 회전과 함께 이동할 수 있도 있다. 홈(915)의 형상은 반전된 제2 글라스층(283)의 하면에 인쇄될 압력 전극(450, 460 또는 455)의 형상과 대응된다. 그리고, 블랭킷(955)은 소정의 점성을 갖는 수지, 특히, 실리콘계 수지일 수 있다.
전사 롤(950)의 블랭킷(955)에 압력 전극 패턴(M)이 전사되면, 전사 롤(950)을 제2 글라스층(283) 위에서 회전시켜 제2 글라스층(283)의 하면에 압력 전극 패턴(M)이 전사되도록 한다. 그리하여 반전된 제2 글라스층(283)의 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성될 수 있다. 여기서, 전사 롤(950)은 고정된 상태에서 회전만 하고, 제2 글라스층(283)이 전사 롤(950) 아래에서 이동할 수도 있고, 제2 글라스층(283)은 고정되고, 전사 롤(950)이 제2 글라스층(283) 위에서 회전과 함께 이동할 수 있도 있다.
이러한 도 9에 도시된 시트 타입 인쇄 방식은, 도 8 및 도 10에 도시된 방식과 비교하여 인쇄 정밀도가 높고, 압력 전극 형성 물질(예, 잉크)의 소비량도 낮은 이점이 있다.
도 10은 리버스 오프셋 인쇄 방식을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 돌기(1015)를 포함하는 클리셰판(Cliche plate, 1010) 위로 블랭킷(blanket, 1055)을 포함하는 전사 롤(1050)을 회전시켜 블랭킷(1055)의 외면 전체에 코팅된 압력 전극 형성 물질층(L)으로부터 압력 전극 패턴(M) 가공한다. 블랭킷(1055)의 외면 전체에 코팅된 압력 전극 형성 물질층(L)에서 돌기(1015)와 접촉하는 부분은 돌기(1015)로 전사되고, 접촉하지 않는 나머지 부분은 블랭킷(1055)에 그대로 남게 되므로, 블랭킷(1055)에는 돌기(1015)에 의해서 일 부분이 제거된 소정의 압력 전극 패턴(M)이 형성될 수 있다. 여기서, 전사 롤(1050)은 고정된 상태에서 회전만 하고, 클리셰판(1010)이 전사 롤(1050) 아래에서 이동할 수도 있고, 클리셰판(1010)은 고정되고, 전사 롤(1050)이 클리셰판(1010) 위에서 회전과 함께 이동할 수 있도 있다. 돌기(1015)의 형상은 반전된 제2 글라스층(283)의 하면에 인쇄될 압력 전극(450, 460 또는 455)의 형상과 대응된다. 그리고, 블랭킷(1055)은 소정의 점성을 갖는 수지, 특히, 실리콘계 수지일 수 있다.
전사 롤(1050)의 블랭킷(1055)에 압력 전극 패턴(M)이 가공되면, 전사 롤(1050)을 제2 글라스층(283) 위에서 회전시켜 제2 글라스층(283)의 하면에 압력 전극 패턴(M)이 전사되도록 한다. 이러한 과정을 통해 반전된 제2 글라스층(283)의 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성될 수 있다. 여기서, 전사 롤(1050)은 고정된 상태에서 회전만 하고, 제2 글라스층(283)이 전사 롤(1050) 아래에서 이동할 수도 있고, 제2 글라스층(283)은 고정되고, 전사 롤(1050)이 제2 글라스층(283) 위에서 회전과 함께 이동할 수 있도 있다.
이러한 도 10에 도시된 리버스 오프셋 인쇄 방식은, 도 8 내지 도 9에 도시된 방식과 비교하여 대면적의 압력 전극을 형성 시 유리한 이점이 있다.
도 8 내지 도 10에 도시된 그라비어 인쇄 방식을 사용하면, 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 직접 인쇄하여 형성할 수 있다. 이러한 그라비어 인쇄 방식은 해상도(resolution)는 상술한 포토리소그래피, 에칭 레지스트, 에칭 페이스트 방식보다 다소 떨어지지만, 압력 전극의 형성 과정이 상술한 방식들보다 단순하고 양산성이 뛰어난 이점이 있다.
또한, 제2글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 방법으로 잉크젯 인쇄법(Inkjet Printing)이 있다.
잉크젯 인쇄법은 압력 전극(450,460 또는 455) 형성 물질인 액적(직경 30μm이하)을 토출시켜 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455)을 패터닝하는 방법이다.
잉크젯 인쇄법은 비접촉식 방식으로 작은 체적에 복잡한 형상을 구현할 수 있는 적합하다. 잉크젯 인쇄법의 장점은 공정이 간단하고 설비 비용 및 제조 비용을 낮출 수 있고, 재료를 원하는 패턴 위치에 퇴적시켜서 원칙적으로 재료의 손실이 없어서 원료의 낭비가 없고, 환경적인 부하가 적다. 또한 포토 리소그래픽과 같이 현상 및 에칭 등의 공정이 필요 없기 때문에 화학적 영향으로 기판이나 재료의 특성이 열화되는 경우가 없을 뿐만 아니라 비접촉식 인쇄 방식이어서 접촉에 의한 디바이스 손상이 없으며 요철이 있는 기판으로의 패턴도 가능하다. 또한, 주문(on demand) 방식으로 인쇄할 경우, 패턴 형상을 컴퓨터로 직접 편집하고 변경할 수 있는 이점이 있다.
잉크젯 인쇄법은 연속적으로 액적을 토출시키는 연속적인(continuous) 방식과 선택적으로 액적을 토출시키는 주문(on demand) 방식으로 나뉜다. 연속적인(continuous) 방식은 일반적으로 장치가 대형이고 인쇄 품위가 낮아 컬러화에 적절하지 않기 때문에, 주로 저해상도의 마킹에 사용된다. 고해상도의 패터닝 목적으로는 주문(on demand) 방식이 대상이 된다.
주문(On demand) 방식의 잉크젯 인쇄법으로는 압전(piezo) 방식과 버블젯 방식(thermal 방식)이 있다. 압전(Piezo) 방식은 잉크실을 압전소자(전압을 인가하면 변형하는 소자)로 바꿔 체적을 변화시켜, 잉크실 안의 잉크에 압력을 주면 노즐을 통해 토출되는 것이고, 버블젯 방식은 잉크에 열을 가해 순간적으로 기포를 발생시켜, 그 압력으로 잉크가 토출되는 것이다. 버블젯 방식은 소형화 및 고밀도화하기 쉽고 헤드의 비용도 저렴하기 때문에 오피스용으로 가장 적합한 방식이다. 다만, 열이 가해지기 때문에 헤드의 내구수명이 짧고, 용매의 비등점의 영향이나 잉크 재료로의 열데미지를 피할 수 없기 때문에 사용 할 수 있는 잉크가 한정된다는 문제점이 있다. 이에 비해 압전(piezo) 방식은 고밀도화와 헤드비용의 측면에서는 버블방식보다 떨어지지만, 잉크에 열을 가하지 않기 때문에 헤드의 수명 및 잉크의 플렉서블리티(flexibility)의 측면에서는 뛰어나 오피스용 이외의 상업 인쇄나 공업 인쇄, 디바이스 제작에는 더 적합한 방식이라고 할 수 있다.
도 11은 잉크젯 인쇄법을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 11을 참조하면, 노즐(1110)을 통해 토출된 미세한 액적(1150)이 공중을 날아 제2 글라스층(283)의 표면에 부착되고, 용매가 건조되어 고형성분이 고착되는 것에 의해 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된다.
액적(1150)의 크기는 수-수십 pl, 직경은 10μm 내외이다. 액적(1150)은 제2 글라스층(283)의 일 면에 충돌해 부착되어 소정의 패턴을 형성한다. 형성되는 패턴의 해상도를 결정하는 주요 인자는 액적(1150)의 크기와 습윤성이다. 제2 글라스층(283)에 떨어진 액적(1150)은 제2 글라스층(283) 위에서 2차원적으로 퍼져 최종적으로 액적(1150)보다 큰 사이즈의 압력 전극(450,460 또는 455)이 되는데, 액적(1150)이 퍼지는 것은 제2 글라스층(283)에 충돌할 때의 운동에너지와 용매의 습윤성에 의존한다. 액적(1150)이 너무 미세한 경우에는 운동에너지의 영향은 매우 작아져 습윤성이 지배적이게 된다. 액적(1150)의 습윤성이 낮고 습윤각이 클수록 액적(1150)의 확대가 억제되어, 미세한 압력 전극(450,460 또는 455)을 인쇄할 수 있다. 그러나 습윤각이 너무 크면 액적(1150)은 튕겨져 뭉쳐지게 되어, 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성되지 않을 수도 있다. 따라서 고해상도의 압력 전극(450,460 또는 455)을 얻기 위해서는 적당한 습윤각을 얻을 수 있도록 용매의 선택이나 제2 글라스층(283) 표면 상태의 제어가 필요하다. 습윤각은 대략 30∼70도인 것이 바람직하다. 제2 글라스층(283)에 부착된 액적(1150)은 용매가 증발해서 압력 전극(450,460 또는 455)이 고정되는데, 이 단계에서 액적(1150)의 크기가 미세하여 건조 속도가 빠르다.
또한, 제2글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 방법으로 스크린 인쇄법(Screen Printing)이 있다.
도 12는 스크린 인쇄법을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
스크린 인쇄법은 잉크젯 프린팅과 마찬가지로 재료의 손실이 적은 공정이다.
도 12를 참조하면, 강한 장력으로 당겨진 스크린(Screen, 1210) 위에 압력 전극 형성 물질인 페이스트(paste, 1230)를 올려 스퀴지(squeegee, 1250)를 내리 누르면서 이동시켜, 페이스트(1230)를 스크린(1210)의 메쉬(mesh)를 통해 제2글라스층(283)의 표면으로 밀어내 전사하는 공정이다.
도 12에서, 도면번호 1215는 스크린 프레임(screen frame)이고, 도면번호 1270은 플라스틱 에멀젼(plastic emulsion)이고, 도면번호 1280은 제2 글라스층(283)이 장착되는 네스트(Nest)이고, 도면번호 1290은 플루드 블레이드(flood blade)이다.
스크린(1210)은 미세한 압력 전극(450,460 또는 455)을 위해 메쉬(mesh)의 재질은 스테인레스 금속일 수 있다. 페이스트(1230)는 적당한 점도가 필요하므로 금속 분말이나 반도체 등의 기본 재료에 수지나 용제 등이 분산된 것일 수 있다. 스크린 인쇄법은 스크린(1210)과 제2글라스층(283)사이에 수 mm의 간격을 유지하다가 스퀴지(1250)가 통과하는 순간에 스크린(1210)이 제2글라스층(283)과 접촉하여 페이스트(1230)를 전사하는 방식으로 접촉형 인쇄방식이긴 하지만, 접촉을 통한 제2글라스층(283)의 영향은 거의 없다.
스크린 인쇄법는 롤링, 토출, 판 분리, 레벨링 등 4가지 기본 과정을 거쳐 진행된다. 롤링이란, 스크린(1210) 위에서 페이스트(1230)가 이동하는 스퀴지(1250)에 의해 앞쪽으로 회전하게 되는 것으로 페이스트(1230)의 점도를 일정하게 안정화시키는 역할을 하여 균일한 박막을 얻는데 중요한 과정이다. 토출과정은 페이스트(1230)가 스퀴지(1250)에 밀려 스크린(1210)의 메쉬 사이를 통과해 제2글라스층(283) 표면으로 밀려나오는 과정으로 토출의 힘은 스퀴지(1250)의 스크린(1210)과의 각도와 이동속도에 의존하여 스퀴지(1250) 각도가 작고 속도가 늦을 수록 토출력은 커지게 된다. 판 분리과정은 페이스트(1230)가 제2글라스층(283) 표면에 도달 한 후 스크린(1210)이 제2글라스층(283)에서 떨어지는 단계로서, 해상력과 연속 인쇄성을 결정하는 매우 중요한 과정이다. 스크린(1210)을 통과해 제2글라스층(283)에 이른 페이스트(1230)는 스크린(1210)과 제2글라스층(283)에 끼워진 상태에서는 확산되어 번지기 때문에 즉시 스크린(1210)에서 떨어지는 것이 바람직하다. 그러기 위해서는 스크린(1210)이 높은 장력으로 당겨져야 할 필요가 있다. 제2글라스층(283) 위에 토출되어 판 분리된 페이스트(1230)는 유동성이 있어 압력 전극(450,460 또는 455)이 변화할 가능성이 있어 메쉬의 자국이나 핀홀 등이 생기게 되는데, 시간이 경과하면서 용매의 증발 등에 의해 점도가 증가하면서 유동성을 잃게 되어 최종적으로 압력 전극(450,460 또는 455)을 완성하게 된다. 이러한 과정을 레벨링이라고 한다.
스크린 인쇄법에 의한 압력 전극(450,460 또는 455)의 인쇄 조건은 다음의 4 가지에 의해 좌우된다. ① 안정적으로 판 분리하기 위한 클리어런스, ② 페이스트(1230)를 토출시키기 위한 스퀴지(1250)의 각도, ③ 페이스트(1230) 토출과 판 분리 속도에 영향을 주는 스퀴지(1250) 속도, ④ 스크린(1210) 위의 페이스트(1230)를 긁어내는 스퀴지(1250) 압력 등이 그것이다.
인쇄되는 압력 전극(450,460 또는 455)의 두께는 스크린(1210)의 메쉬 두께와 개구율의 곱인 토출량으로 결정되며, 압력 전극(450,460 또는 455)의 정밀도는 메쉬의 세밀함에 의존한다. 판 분리를 빨리 하기 위해 스크린(1210)은 강한 장력으로 당겨질 필요가 있지만, 얇은 메쉬를 갖는 스크린(1210)을 이용하여 미세한 패터닝을 할 경우, 얇은 메쉬를 갖는 스크린(1210)이 견딜 수 있는 치수 안정성의 한계를 넘어갈 수 있지만, 대략 16μm의 와이어를 사용한 스크린(1210)을 이용하면 20μm 이하의 선폭을 갖는 압력 전극(450,460 또는 455)의 패터닝도 가능하다.
또한, 제2글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 방법으로 플렉소 인쇄법(Flexography)이 있다.
도 13은 플렉소 인쇄법을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 13을 참조하면, 공급부(1310)으로부터 공급되는 압력 전극 형성 물질인, 잉크를 균일한 그레이팅(grating)을 갖는 아니록스 롤(Anilox roller, 1320) 위에 도포하고, 닥터 블레이드(미도시)를 이용하여 아니록스 롤(1320)의 표면에 균일하게 펼친다. 다음으로, 아니록스 롤(1320) 표면에 펼쳐진 잉크를 프린팅 실린더(1330)에 장착된 유연한(soft) 프린팅 기판(1340)에 양각된 패턴으로 전사한다. 그리고, 유연한 프린팅 기판(1340)에 전사된 잉크를 단단한(hard) 인쇄 롤(1350)의 회전에 의해 이동하는 제2 글라스층(283) 표면에 프린팅하여 압력 전극(450,460 또는 455) 형성한다.
도 13에 도시된 플렉소 인쇄법은 제2 글라스층(283)에 인쇄되는 압력 전극(450,460 또는 455)의 두께를 아니록스 롤(1320)의 기공 크기와 밀도에 의해 조절할 수 있어 균일한 박막의 형성이 가능한 장점이 있다. 또한, 패터닝된 압력 전극(450,460 또는 455)의 형상을 바꾸면 도포되는 위치나 범위를 정밀하게 조절할 수 있어 플렉서블 기판을 이용한 인쇄에도 적용이 가능한 장점이 있다.
이러한 플렉소 인쇄법은 LCD의 배향막을 도포하는 수단으로 이용되는데, 플렉소 인쇄법을 통해 균일한 두께의 폴리이미드 배향막을 형성하고, 러빙(rubbing)하는 방법을 이용하고 있다. 한편, 제2 글라스층(283)의 크기가 대형화됨으로 인해, 제 6세대(1500×1800) 이후의 제2 글라스층(283)에서는 인쇄 롤(1350)이 이동하는 형태로 변경될 수도 있다.
또한, 제2글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 방법으로 전사 인쇄법(Transfer Printing)이 있다. 전사 인쇄법은 레이저 전사(laser transfer) 인쇄법과 열 전사(thermal transfer) 인쇄법을 포함한다.
도 14는 레이저 전사 인쇄법을 이용하여 제2 글라스층(283)에 압력 전극(450,460 또는 455) 형성하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 14를 참조하면, 공급부(1410)에 저장된 압력 전극 형성 물질인, 잉크가 펌프(1430)에 의해 잉크 스테이션(1440)으로 공급된다. 여기서, 공급부(1410)에는 잉크의 점도(viscosity)와 온도(temperature)를 제어하기 위한 제어기(1420)가 마련될 수 있다.
잉크 스테이션(1440)에 존재하는 잉크는 롤러(1450)에 의해 투명 순환 벨트(Transparent endless belt, 1460)의 일 면에 코팅된다. 여기서, 투명 순환 벨트(1460)는 다수의 가이드 롤러(Guide roller, 1470)에 의해 회전한다.
투명 순환 벨트(1460)가 가이드 롤러(1470)에 의해 회전하는 동안에 레이저(1480)를 투명 순환 벨트(1460)에 가하여 잉크를 투명 순환 벨트(1460)으로부터 제2 글라스층(283)의 표면으로 전사한다. 레이저(1480)를 제어함으로서 레이저(1480)에 의해 발생된 열과 레이저의 압력에 의하여 소정의 잉크가 제2 글라스층(283)으로 전사된다. 전사된 잉크가 압력 전극(450, 460 또는 455)이 된다. 그여기서, 제2 글라스층(283)은 핸들링 시스템(Handling system, 1490)에 의해 소정의 프린트 방향(print direction)으로 이송된다. 한편, 도면으로 도시하지 않았지만, 열 전사 인쇄법은, 도 14에 도시된 레이저 전사법과 유사한 방법으로서, 잉크가 코팅된 투명 순환 벨트에 높은 온도의 열을 방출하는 방열 소자를 가하여 제2 글라스층(283)의 표면에 소정의 패턴을 갖는 압력 전극(450, 460 또는 455)을 형성하는 방법이다.
레이저 전사 인쇄법과 열 전사 인쇄법을 포함하는 전사 인쇄법은, 제2 글라스층(283)으로 전사된 압력 전극(450, 460 또는 455)의 정밀도를 약 ±2.5μm 정도로 매우 정밀하게 형성할 수 있는 장점이 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100‥‥‥‥‥‥‥‥‥터치 센서 패널
200‥‥‥‥‥‥‥‥‥디스플레이 모듈
300‥‥‥‥‥‥‥‥‥기준전위층 또는 기판
400‥‥‥‥‥‥‥‥‥압력 검출 모듈

Claims (14)

  1. 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 하부 글라스층의 하면에 그라비어 인쇄 방식을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및
    상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 압력 전극 형성 단계는,
    그라비어 롤에 형성된 홈에 압력 전극 형성 물질을 주입하여 압력 전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 그라비어 롤을 회전시켜 상기 압력 전극 패턴을 회전하는 전사 롤의 블랭킷으로 전사시키는 단계; 및
    상기 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷에 전사된 상기 압력 전극 패턴을 상기 하부 글라스층의 하면으로 전사시키는 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 압력 전극 형성 단계는,
    클리셰판에 형성된 홈에 압력 전극 형성 물질을 주입하여 상기 홈에 압력 전극 패턴을 형성하는 단계;
    상기 클리셰판 위에서 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷에 상기 압력 전극 패턴을 전사시키는 단계; 및
    상기 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷에 전사된 상기 압력 전극 패턴을 상기 하부 글라스층의 하면으로 전사시키는 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 압력 전극 형성 단계는,
    돌기를 포함하는 클리셰판 위에서 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷의 외면 전체에 코팅된 압력 전극 형성 물질층으로부터 압력 전극 패턴을 가공하는 단계; 및
    상기 전사 롤을 회전시켜 상기 전사 롤의 블랭킷에 가공된 상기 압력 전극 패턴을 상기 하부 글라스층의 하면으로 전사시키는 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  5. 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 하부 글라스층의 하면에 잉크젯 인쇄법을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및
    상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 압력 전극 형성 단계는,
    액적을 노즐을 통해 토출시켜 상기 하부 글라스층의 표면에 부착시키는 단계; 및
    상기 하부 글라스층에 부착된 상기 액적의 용매를 건조시키는 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  7. 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 하부 글라스층의 하면에 스크린 인쇄법을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및
    상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 압력 전극 형성 단계는,
    소정의 장력으로 당겨진 스크린 위에 압력 전극 형성 물질인 페이스트를 올리고, 스퀴지를 내리 누르면서 이동시키는 단계; 및
    상기 페이스트를 상기 스크린의 메쉬(mesh)를 통해 상기 하부 글라스층의 표면으로 밀어내는 전사 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 메쉬는 스테인레스 금속인, 압력 전극 형성 방법.
  10. 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 하부 글라스층의 하면에 플렉소 인쇄법을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및
    상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  11. 제10항에 있어서, 상기 압력 전극 형성 단계는,
    공급부으로부터 공급되는 압력 전극 형성 물질인 잉크를 균일한 그레이팅(grating)을 갖는 아니록스 롤 위에 도포하는 단계;
    상기 아니록스 롤의 표면에 펼쳐진 잉크를 프린팅 실린더에 장착된 유연한 프린팅 기판에 양각된 패턴으로 전사하는 단계; 및
    상기 유연한 프린팅 기판에 전사된 잉크를 단단한 인쇄 롤의 회전에 의해 이동하는 상기 하부 글라스층 표면에 프린팅하는 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  12. 상부 글라스층과 하부 글라스층 사이에 배치된 액정층 또는 유기물층을 포함하는 디스플레이 모듈에 터치의 압력을 검출하기 위한 압력 전극을 형성하는 방법에 있어서,
    상기 하부 글라스층의 하면에 전사 인쇄법을 이용하여 압력 전극을 형성하는, 압력 전극 형성 단계; 및
    상기 하부 글라스층의 상면 상에 상기 액정층 또는 상기 유기물층을 형성하는, 액정층 또는 유기물층 형성 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 압력 전극 형성 단계는,
    공급부으로부터 공급되는 압력 전극 형성 물질인 잉크를 투명 순환 벨트에 코팅하는 단계; 및
    레이저를 이용하여 상기 투명 순환 벨트의 표면에 코팅된 잉크를 상기 하부 글라스층 표면에 전사하는 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
  14. 제12항에 있어서, 상기 압력 전극 형성 단계는,
    공급부으로부터 공급되는 압력 전극 형성 물질인 잉크를 투명 순환 벨트에 코팅하는 단계; 및
    발열 소자를 이용하여 상기 투명 순환 벨트의 표면에 코팅된 잉크를 상기 하부 글라스층 표면에 전사하는 단계;
    를 포함하는, 압력 전극 형성 방법.
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