KR20170141019A - 유연한 소재를 이용한 터치 압력 검출 센서 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 압력 검출 소재에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연한 저항 가변 소재를 이용한 터치 압력 검출 센서에 관한 것이다.

Description

유연한 소재를 이용한 터치 압력 검출 센서{TOUCH FORCE SENSING SENSOR FOR FLEXIBLE MATERIAL}

본 발명은 터치 압력 검출 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유연한 저항 가변 소재를 이용한 터치 압력 검출 센서에 관한 것이다

터치패널(touch panel)은 디스플레이 표면에 장착되어 사용자의 손가락 등의 물리적 접촉을 전기적 신호로 변환하여 제품을 작동시키는 입력장치로서, 각종 디스플레이 장치에 폭넓게 응용될 수 있으며, 근래에 와서는 그 수요가 비약적으로 성장하고 있다.

이러한 터치패널은 동작원리에 따라 저항막 방식(Resistive), 정전용량 방식(Capacitive), 초음파 방식(SAW), 적외선 방식(IR)등으로 구분될 수 있다.

이 중, 종래 정전용량 방식 터치패널은 기본적으로 기판, 금속배선층, 패턴층을 구비한다. 패턴층은 복수개의 패턴 전극(터치패턴)들로 구성되어 있으며, 각각의 패턴 전극은 외부의 물리적 접촉에 대응해 전기적 신호를 발생시킨다. 그리고 발생된 전기적 신호는 패턴 전극과 연결된 금속배선들을 통해 제품의 제어부로 전달되어 제품을 작동시킨다.

최근에는, 스마트폰, 스마트TV 등에서 다양한 기능을 하는 다양한 종류의 애플리케이션(application)이 등장함에 따라, 터치패널에 있어서 다양한 터치 방식에 대한 수요가 급증하고 있는 실정이다.

따라서, 단순히 터치 위치를 판단해내는 데에서 그치는 것이 아니라, 그 터치의 다양한 특성 중 하나인 터치 압력을 판단하여, 그에 기초한 동작을 하도록 하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판 상에 배치된 스페이서에 유연한 가변 저항 소재를 엠보싱 형태로 배치함으로써, 가해지는 압력에 따라 변화하는 저항값을 이용하여 압력 검출 장치의 터치 검출 민감도 또는 정확도를 향상시키는 것을 목적으로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 압력 검출 센서는 기판 상에 배치되는 복수의 스페이서들; 상기 기판 상에 배치된 상기 복수의 스페이서들의 상부를 감싸도록 배치되며, 유연한 가변 저항 물질로 구성되는 압전 재료층을 포함한다.

이 때, 상기 압전 재료층은 엠보싱 형태로 상기 복수의 스페이서들의 상부를 각각 감싸도록 배치될 수 있으며, 상기 복수의 스페이서들은 탄성을 가지는 잉크일 수 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 기판 상에 배치된 복수의 스페이서들에 유연한 가변 저항 소재를 엠보싱 형태로 배치함으로써, 압력 검출 장치의 터치 검출 민감도 또는 정확도를 향상시킬 수 있다.

본 발명은 유연한 가변 저항 소재에 가해지는 압력에 따라 변화하는 저항값을 이용하여 압력을 검출할 수 있다.

도 1은 일체형 압력 검출 장치의 개략적인 구성의 일례 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 압력 검출 센서를 나타내는 도면이다.
도 3은 도 2에 도시된 터치 압력 검출 센서를 저항값으로 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력이 가해지는 경우의 터치 압력 검출 센서를 나타낸 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 압력이 가해진 터치 압력 검출 센서를 저항값으로 나타낸 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 일체형 압력 검출 장치의 개략적인 구성의 일례 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치스크린은, 유리 기판(10), 유리 기판(10) 하부에 형성되는 블랙 매트릭스(20), 블랙 매트릭스(20) 하부에 형성되는 투명 전극층(30)을 포함한다. 투명 전극층(30)에는 유리 기판(10) 상면에서의 터치를 검출하기 위한 복수개의 전극이 구비된다.

투명 전극층(30)의 가장자리의 적어도 일부에는 유리 기판(10) 상면에서 발생한 터치의 압력을 감지하는 압력 센서(40)가 복수개 구비된다.

상기 터치스크린의 제조 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유리 기판(10) 상에 블랙 매트릭스(20)를 인쇄 방식 또는 스퍼터링(sputtering) 방식으로 형성한 후, 블랙 매트릭스(20) 전면에 스퍼터링 방식을 이용하여 투명 전극층(30)을 형성한다.

그 후, 습식 에칭, 건식 에칭 또는 레이저 방식을 통해 투명 전극층(30)에 터치 검출을 위한 전극 및 압력 검출을 위한 전극 패턴을 형성한다. 압력 검출을 위한 전극 패턴은 압력 센서(40)의 일부분이 된다. 즉, 투명 전극층(30)의 일부분은 압력 센서(40)의 제1 레이어(41) 내 전극으로서 기능할 수 있다.

압력 센서(40)의 제1 레이어(41) 상부에는 압전 재료층(42)을 인쇄하여 형성한다. 필요 시에는 블랙 매트릭스(20)와 압전 재료층(42) 사이에 카본층 등의 인쇄층이 더 형성될 수도 있다.

압전 재료층(42) 상에는 제1 레이어(41)의 전극과 전기적 결전을 형성할 수 있는 전극을 포함하는 제2 레이어(43)를 형성하고, 상부에는 내부 전극들을 보호하기 위한 보호층(44)으로서 절연층을 형성한다.

이하에서는, 압력 센서(40)를 구성하는 각 소재들의 형성 패턴에 대하여 설명하도록 한다.

압력 센서는 복수개의 시트가 라미네이션(lamination, 같은 종류 또는 다른 종류의 필름 등 두 개 이상을 겹쳐 붙이는 가공법)되어 하나의 시트로 형성된다.

구체적으로 살펴보면, 압력 검출 터치 패널의 압력 센서는 제1 전극 및 제2 전극을 포함하는 제1 레이어(41)와, 제1 레이어(41)의 제1 전극과 제2 전극을 연결할 수 있는 연결 전극을 포함하는 제2 레이어(43), 및 제1 레이어와 제2 레이어 사이에 배치되며, 물체의 접촉에 따른 압력에 따라 저항이 변하는 압전 재료층(42)을 포함한다. 상기의 구조는 제1 레이어(41), 압전 재료층(42), 제2 레이어(43)의 순서대로 배치되어 라미네이션된다.

제1 레이어(41)의 제1 전극 및 제2 전극은 투명 전극층(30, 도 1 참조)의 재료가 되는 ITO 또는 기타 투명 전극재로 형성될 수 있다.

통상적인 압력 센서(40)의 제1 레이어(41)는 상호 이격된 제1 전극 및 제2 전극이 대칭적으로 배치된다.

압전 재료층(42)은 물체의 접촉 시 발생하는 압력에 따라 면저항(Sheet Resistance)이 변하는 물질을 포함하여 이루어질 수 있다. 예를 들어, 압전 재료층(42)은, 금속성 물질 및 비전도성 탄성 중합체의 합성물인 양자 터널링 합성물(QTC: Quantum Tunnelling Composite) 재질로 구성될 수 있다.

상기 양자 터널링 합성물은 가변 저항 물질로 부전도 탄성 바인더(non-conducting elastomeric binder) 내에 표면 돌기 구조의 금속 입자를 조합한 것으로서, 상기 금속 입자들은 압력이 인가되지 않을 때에는 서로 이격된 상태에 있어 전기를 전도할 수 없지만, 압력이 인가될 때는 서로 인접하여 상기 부전도 탄성 바인더(절연체)를 통해 터널링할 수 있다.

따라서, 압력 센서(40) 상에 압력이 가해지면 압전 재료층(42)이 밀착된 부분에서 전류가 흐르게 되어, 압전 재료층(42)의 상부 전극 및 압전 재료층(42)의 하부 전극이 상하 방향으로 전기적 결연될 수 있다.

압전 재료층(42)에 가해진 압력의 세기에 따라, 압전 재료층(42)의 상부 전극 및 하부 전극 간의 접촉 면적이 달라지므로 압력 센서(40)는 가변 저항 값을 가지게 된다.

제2 레이어(43)는 카본층과 같은 전도성 물질의 연결 전극을 포함할 수 있다.

제2 레이어(43)의 연결 전극은 압전 재료층(42) 상부에 배치되는데, 제1 전극 및 제2 전극과 같은 직선 상에서, 제1 레이어(41)의 제1 전극과 제2 전극 사이의 이격된 부분을 커버하고, 제1 전극 및 제2 전극의 일부와 중첩될 수 있도록 위치한다.

이에 따라, 압력이 가해져 압전 재료층(42)에 전류가 흐르면, 압력 인가 전, 분리되어 있던 제1 전극 및 제2 전극이 제2 레이어(43)의 연결 전극에 의해 전기적으로 연결되게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 압력 검출 센서를 나타내는 도면이다.

종래의 터치 압력 센서는 서로 다른 크기의 구리(Cu), 은(Ag), 탄소분(Carbon powder)을 혼합하여 탄성 폴리머(Polymer)로 고정되어 만들 수 있다. 이에 따라 인가되는 압력에 따라 입자(Particle)간 접합되는 면적의 변화를 이용하여 터치의 압력을 측정할 수 있다.

그러나, 입자(Particle)간 간극이 존재하여 수분에 노출되거나 간극 사이에 수분이 함침 될 경우, 면적의 변화가 이루어지지 않는 문제점이 발생하게 된다

이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 압력 검출 센서(200)는 기판(210), 복수의 스페이서들(220) 및 압전 재료층(230)을 포함한다.

이 때, 복수의 스페이서들(220)은 탄성을 가지며, 압력에 의하여 형태가 변형이 오더라도 다시 원상태로 복원이 될 수 있는 복원성을 가지는 재료일 수 있다. 예를 들어, 자외선의 에너지로 광화학 반응을 일으켜 액상으로부터 고상으로 초단위로 경화하는 잉크인 UV 잉크(Ultra Violet Ink)일 수 있다.

압전 재료층(230)은 유연한 소재일 수 있다. 예를 들어, 폴리에틸렌 도트(PE-Dot), 탄소나노튜브(CNT: Carbon nano tube), 은 나노 와이어(Ag nano Wire)일 수 있다.

복수의 스페이서들(220)은 기판(210)상에 배치된 뒤, 기판(210)상에 배치된 복수의 스페이서들(220)을 압전 재료층(230)으로 뒤덮으며 배치될 수 있다. 이 때, 압전 재료층(230)은 복수의 스페이서들(220)이 있는 부분에 볼록하게 배치되어, 엠보싱 형태로 배치 될 수 있다.

도 2에 도시된 도면을 참고하면, 복수의 스페이서들(220)과 압전 재료층(230)은 각각 구성되는 재료에 따라 고유의 저항값을 가질 수 있다.

도 3은 도 2에 도시된 터치 압력 검출 센서를 저항값으로 나타낸 도면이다.

도 3에 도시 된 본 발명의 일 실시예에 따라, 압전 재료층(230)은 각각의 스페이서들(220)에 독립적으로 엠보싱 형태로 배치되기 때문에 압전 재료층(230)의 각각 구성되는 재료에 따른 각각의 저항값을 가진다.

복수의 스페이서들(220)은 기판(210)상에 배치되어, 각각의 저항값이 모두 직렬로 연결되어 있는 것으로 볼 수 있다.

도 4는 및 도 5에 도시 된 도면을 참고한 본 발명의 일 실시예로, 도 2에 도시 된 터치 압력 검출 센서에 임의의 물체(240)로부터 압력이 가해지는 경우, 압력이 가해진 부분의 압전 재료층(230) 및 복수의 스페이서들(220)들은 압력에 의하여 형태가 변형되게 되고, 형태가 변형됨에 따라 각각의 저항값을 가지는 압전 재료층(230)의 저항값과 복수의 스페이서들(220)의 저항값은 서로 연결될 수 있다.

도 5를 참고하면, 압력에 의하여 엠보싱 형태의 압전 재료층(230)이 형태가 변형되어 볼록한 부분의 엠보싱 부분에 각각 대응하는 저항값이 서로 직렬로 연결되는 경우, 압력이 가해진 부분의 압전 재료층(230)의 저항값과 복수의 스페이서들(220)의 저항값이 서로 병렬로 연결될 수 있다.

이에 따라, 변화하는 총 저항값에 따른 출력값을 이용하여 터치의 압력을 측정할 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

200 : 터치 압력 검출 센서
210 : 기판
220 : 복수의 스페이서들
230 : 압전 재료층

Claims (3)

1. 기판 상에 배치되는 복수의 스페이서들; 및
   상기 복수의 스페이서들의 상부를 감싸도록 배치되며, 유연한 가변 저항 물질로 구성되는 압전 재료층;
   을 포함하는 터치 압력 검출 센서.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압전 재료층은
   엠보싱 형태로 상기 복수의 스페이서들의 상부를 각각 감싸도록 배치되는 것인 터치 압력 검출 센서.
3. 제1항에 있어서,
   상기 복수의 스페이서들은 탄성을 가지는 잉크인 것인 터치 압력 검출 센서.

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