KR20180053772A

KR20180053772A - 단극 터치 센서 및 그 제조 방법

Info

Publication number: KR20180053772A
Application number: KR1020187013599A
Authority: KR
Inventors: 중린 왕; 야 양; 후린 장
Original assignee: 베이징 인스티튜트 오브 나노에너지 앤드 나노시스템즈
Priority date: 2013-08-12
Filing date: 2014-02-18
Publication date: 2018-05-23
Also published as: KR102016399B1; CN103777803B; KR20160071367A; EP3035398A4; JP2016535894A; CN103777803A; JP6353535B2; WO2015021761A1; EP3035398B1; EP3035398A1

Abstract

단극 터치 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 본 발명에서는 터치동작의 진행자와 터치층을 구성하는 재료가 서로 다른 마찰대전특성을 가지는데 기초하여 단일 전극의, 자체 구동형 터치 센서를 제공한다. 터치동작을 진행하는 자가 터치층과 접촉-분리 또는 슬라이드 등 동작을 진행할 때, 터치 센서의 전기적 신호를 생성하는 메카니즘을 트리거하여, 자동적으로 외부에 전기적 신호를 출력하게 함으로써, 터치 동작이 기록 및 피드백 되도록 하여, 센서의 기능을 실현하도록 한다. 본 발명의 단극 터치 센서는 터치 동작을 실시간으로 기록할 수 있으며, 저렴하고, 자체 구동될 수 있으며, 구조가 간단한 등 특징을 가져, 스마트형 전자 기기 및 HMI(Human Machine Interface)에서 널리 응용될 수 있다.

Description

단극 터치 센서 및 그 제조 방법{SINGLE-ELECTRODE TOUCH SENSOR AND PREPARATION METHOD THEREFOR}

본 발명은 터치 센서 및 그 제조 방법에 관한 것으로, 특히 단극 터치 센서(singleelectrode touch sensor) 및 그 제조 방법에 관한 것이다.

종래의 마찰대전식 발전기는 서로 다른 종류의 마찰대전 재료 사이의 상호적인 접촉과 분리를 이용하여 발전한다. 하지만, 현재 널리 알려진 모든 마찰식 발전기들은 도전 금속이 마찰대전 박막 재료의 표면에 퇴적되어 외부로 전력을 출력하는 것들이다. 이는 장치를 제조하는 비용을 증가한다. 이와 동시에, 피부, 공기 등과 같은 일부 마찰 재료 상에서는 전극을 제조하는 것이 극히 어려운 바, 이러한 제한 요소들은 상술한 마찰대전식 발전기의 발전에 아주 큰 영향을 끼치고 있다.

터치 센서는, 터치 장치의 신호를 그와 선형 또는 임의의 함수 관계를 가지는 저항 또는 전압으로 변환하여 출력하여, 터치에 대해 감지하는 것이다. 이러한 터치 센서는, 로봇,HMI(Human Machine Interface) 및 안전 시스템 분야에서 널리 사용될 수 있다. 종래의 터치 센서는 주로 압전저항과 커패시턴스의 변화에 기초하여 동작하는 것으로, 외부로부터의 전력 공급은 이러한 센서들이 정상적으로 동작할 수 있는 필수 조건이었다. 하지만 외부 에너지에 의해 전력을 공급받는 터치 센서는 미래의 에너지 위기에서 널리 응용되기 어렵다. 따라서, 자체 구동되는 터치 센서를 발전시키는 것은 이러한 장치들을 장기적이고 안정적으로 동작하도록 하는 문제를 근본적으로 해결하는 관건적 요소이다. 마찰대전식 발전기를 이용하여 터치 센서를 구성하면, 터치에 대해 실시간으로 기록 및 모니터링할 수 있을 뿐만 아니라, 외부로 전원을 출력할 수도 있어서 기타 장치에도 전력을 공급할 수 있다.

상술한 종래 시스템들의 기술적 결함들을 극복하기 위하여, 본 발명은, 자체 구동 터치 센서를 제공하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 단극 터치 센서를 제공하는데, 상기 단극 터치 센서는, 터치층, 일단이 등전위 소스에 전기적으로 연결된 감지 전극층 및 신호 모니터링 소자를 포함하며, 상기 감지 전극층은 상기 터치층의 하면에 접합되고, 상기 감지 전극층은 상기 신호 모니터링 소자에 전기적으로 연결된다.

바람직하게는, 상기 터치층은 단일 층의 박층 또는 박막이고, 두께는 100nm~1mm 이다.

바람직하게는, 상기 두께는 500nm~800μm 이다.

바람직하게는, 상기 터치층은 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄 탄성 스펀지, PET(Poly ethyleneterephthalate), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 폴리클로로프렌, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리염화비닐, 폴리디메틸실록산 및 폴리테트라플루오로에틸렌으로부터 선택된다.

바람직하게는, 상기 터치층의 상면의 전부 또는 일부에는 미세 구조가 설치된다.

바람직하게는, 상기 미세 구조는 나노와이어, 나노입자, 나노로드, 나노튜브, 나노꽃 및 상술한 구조로 형성된 어레이로부터 선택된다.

바람직하게는, 상기 미세 구조는 와이어 형상, 정육면체 또는 사각뿔 형상의 유닛으로 형성된 어레이이고, 유닛 각각의 사이즈는 10nm~50μm 이다.

바람직하게는, 상기 감지 전극층은, 금속, 합금, 도전 산화물 및 유기물 도체로부터 선택된다.

바람직하게는, 상기 금속은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 셀렌(Se)이고; 상기 합금은 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 및 셀렌(Se) 중의 하나 또는 복수의 금속으로 이루어진 합금으로부터 선택되고; 상기 도전 산화물은 ITO(Indium Tin Oxide)이고; 상기 유기물 도체는 폴리피롤, 폴리페닐렌설파이드(poly phenylene sulfide), 폴리프탈로시아닌계화합물, 폴리아닐린 및/또는 폴리티오펜이다.

바람직하게는, 상기 감지 전극층은 평판(flat plate), 시트 또는 박막이고, 상기 박막의 두께는 10nm~5mm 이다.

바람직하게는, 상기 감지 전극층은 상기 터치층 하면에 접합된 분리된 복수의 전극 유닛으로 형성되고, 상기 전극 유닛 각각은 상기 신호 모니터링 소자에 전기적으로 연결된다.

바람직하게는, 상기 전극 유닛 각각은 규칙적인 패턴 또는 불규칙적인 패턴이고, 상기 전극 유닛 각각의 사이즈 및 형상은 동일하거나 서로 다르다.

바람직하게는, 상기 신호 모니터링 소자는 복수의 신호 모니터링 유닛을 포함하고, 상기 신호 모니터링 유닛 각각은 동일하거나 서로 다르다.

바람직하게는, 상기 터치층은 복수의 터치 유닛으로 형성되고, 상기 분리된 전극 유닛은 상기 터치 유닛의 하면에 접합된다.

바람직하게는, 상기 터치 유닛 각각은 분리되거나 또는 일부가 연결되어 패턴을 형성하고, 상기 터치 유닛 각각은 동일하거나 서로 다르다.

바람직하게는, 상기 터치 유닛과 상기 전극 유닛의 형상 및 사이즈는 거의 일치하고, 터치 유닛 각각의 하면에는 하나의 상기 전극 유닛이 대응되게 접합된다.

바람직하게는, 인접하는 상기 전극 유닛 사이의 공간과 인접하는 상기 터치 유닛 사이의 공간을 충진하기 위한 차단층을 더 포함한다.

바람직하게는, 상기 차단층은 대전열에서 가운데에 위치한 물질로 형성된다.

바람직하게는, 상기 터치층과 감지 전극층은 경질 재료 또는 연질 재료로 형성된다.

바람직하게는, 상기 등전위 소스는 접지를 통해서 제공되거나 외부 보상 회로로부터 제공된다.

바람직하게는, 상기 등전위 소스와의 전기적 연결은 상기 신호 모니터링 소자 또는 저항에 의해 실현된다.

바람직하게는, 상기 저항의 저항값은 1MΩ~200MΩ이다.

바람직하게는, 상기 저항을 두개 이상 포함하며, 저항 각각은 동일하거나 서로 다르다.

또한, 본 발명에서는 상술한 터치 센서와 결합되어 사용되는 터치펜을 더 제공하는데, 상기 터치펜은 상기 터치층과 접촉하는 접촉점을 포함하고, 대전열에서 접촉점을 이루는 재료와 상기 터치층을 구성하는 재료는 나열순서에 차이가 있는 것을 그 특징으로 한다.

바람직하게는, 상기 접촉점을 이루는 재료는 절연체, 반도체 또는 도체이다.

바람직하게는, 상기 절연체는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 폴리에스테르 및 폴리이소부틸렌이다.

바람직하게는, 상기 접촉점과 상기 터치층이 접촉하는 표면의 면적은, 상기 감지 전극층의 전극 유닛과 상기 터치층이 접합하는 부분의 면적보다 크거나 거의 동일하다.

또한, 본 발명에서는 상술한 터치 센서의 제조 방법을 제공하는데 상기 방법은,

（1）터치층을 준비하는 단계;

（2）필요한 감지 전극층을 준비하여, 이를 신호 모니터링 소자의 하나의 입력단에 전기적으로 연결하는 단계;

（3）신호 모니터링 유닛의 다른 하나의 입력단을 등전위 소스에 전기적으로 연결하는 단계; 및

（4）터치층을 감지 전극층의 상면에 밀접하게 접촉하도록 접합하는 단계;를 포함한다.

바람직하게는, 상기 단계 （2）는 복수의 전극 유닛을 패터닝하여 배열하고, 상기 전극 유닛 각각을 상기 신호 모니터링 유닛에 전기적으로 연결하는 단계이다.

바람직하게는, 상기 감지 전극층은 금속 재료로 형성되고, 단계 （2）는 터치층의 하면에, 퇴적, 마그네트론 스퍼터링, 증착 또는 프린팅을 통해 상기 감지 전극층을 제조하고, 이를 신호 모니터링 소자의 하나의 입력단에 전기적으로 연결함과 동시에 단계 （4）를 생략하는 단계이다.

바람직하게는, 단계 （3） 다음에, 상기 감지 전극층과 등전위 소스 사이에 저항을 연결하여, 상기 저항이 상기 신호 모니터링 소자에 병렬 또는 직렬로 연결되도록 하는 단계（3-1）를 더 포함한다.

본 발명의 단극 터치 센서는, 종래 기술에 비해 아래와 같은 이점들이 있다.

1, 최초로 단극 마찰대전식 발전기에 의한 자체 구동 터치 센서를 제조하였다. 본 발명의 터치 센서는 외부회로인 전력 공급 유닛을 필요하지 않으며, 주로 손가락 또는 터치펜에 의해 터치층을 이루는 재료와 접촉, 분리, 슬라이드를 발생하여 마찰대전식 발전기를 트리거하여 신호를 출력하게 함으로써, 터치 동작에 대한 실시간 기록 및 모니터링을 실현할 수 있다.

2, 본 발명의 터치 센서는 구조가 간단하여 제작하기 쉬운 이점을 가지고 있어, 휴대폰, 태블릿 PC 등 스마트형 전자 기기 및 HMI(Human Machine Interface)에 쉽게 응용될 수 있다.

첨부도면을 통해, 본 발명의 상술한 목적 및 기타 목적, 특징 및 이점들은 더욱 선명해질 것이다. 모든 첨부 도면에 있어서, 동일한 부호는 동일한 부분을 표시한다. 도면은 실제 사이즈에 기초하여 등비례로 확대 또는 축소한 것이 아니라, 본 발명의 주제를 표시하는데 그 목적이 있다. 또한, 본 명세서에서는 특정값을 포함하는 파라미터의 예시적 값들을 제공하고 있으나 파라미터는 상응하는 값에 정학하게 일치할 필요가 없는 바, 허용하는 오차 범위 내에 있거나 또는 설계 상의 제약으로 상응한 값에 근사하면 된다. 또한 아래의 실시예들에서 사용되는, 예를 들면 “상”, “하”, “전”, “후”, “좌”, “우” 등과 같은 방향에 관한 용어들은 단지 첨부 도면에서의 방향을 나타낸다. 따라서, 방향에 관하여 사용되는 용어들은 본 발명을 설명하기 위한 것이지 본 발명을 제한하기 위한 것은 아니다.
도 1 은 본 발명의 터치 센서의 일 전형적인 구조도이다.
도 2 는 본 발명의 터치 센서에 의한 접촉-분리 동작에 대한 감지 원리도이다.
도 3 은 본 발명의 터치 센서의 다른 일 전형적인 구조도이다.
도 4 는 본 발명의 터치 센서에 의한 슬라이드 동작에 대한 감지 원리도이다.
도 5 는 본 발명의 터치 센서의 다른 일 전형적인 구조도이다.
도 6 은 본 발명의 터치 센서의 다른 일 전형적인 구조도이다.
도 7 은 본 발명의 터치 센서의 다른 일 전형적인 구조도이다.
도 8 은 도 7 에 도시된 구조로 슬라이드 동작을 감지하는 원리도이다.
도 9 는 본 발명의 터치 센서의 다른 일 전형적인 구조도이다.
도 10 은 본 발명의 실시예 2 에서 제조한 터치 센서가 손가락의 접촉과 분리에 대한 응답 신호를 나타내는 도면이다.

이하, 본 발명의 도면들을 참조하면서 본 발명의 실시예들을 명확하고 완정하게 설명한다. 물론, 여기에서 설명하는 실시예들은 본 발명의 일부 실시예일 뿐 모든 실시형태를 포함하는 것은 아니다. 통상의 기술자들이 본 발명의 실시예에 기초하여 쉽게 얻을 수 있는 모든 기타 실시예들도 본 발명의 보호범위내에 포함된다.

또한, 본 발명을 도면을 참조하면서 상세하게 설명하나, 본 발명의 실시예를 상세하게 설명할 경우 상기 도면들은 설명의 편의를 위한 예시일 뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.

도 1 에는 본 발명의 터치 센서의 전형적인 구조가 도시되어 있는데, 순차로, 터치층(10), 일단이 등전위 소스(40)에 전기적으로 연결된 감지 전극층(20) 및 신호 모니터링 소자(30)를 포함한다. 여기서, 감지 전극층(20)은 터치층(10)의 하면에 접합됨과 동시에 신호 모니터링 소자(30)에 전기적으로 연결된다. 설명의 편의를 위하여, 아래 도 1 의 전형적인 구조와 결합하여 본 발명의 원리, 각 부재들을 선택하는 원칙 및 재료의 범위를 설명한다. 물론, 이러한 내용들은 도 1 에 도시된 실시예에 한정되는 것이 아니라, 본 발명에 개시된 모든 기술방안에 적용될 수 있다.

본 발명의 발전기의 동작 원리는 도 2 를 참조하면서 설명하기로 한다. 동작 원리가 터치동작의 집행자와 터치층 사이의 접촉하는 부분에만 연관되므로, 도 2 에서는 양자가 실제로 접촉하는 부분만 도시되어 있다. 터치동작을 진행하는 자(100)의 예를 들어 손가락이 터치층(10)과 접촉할 때, 피부와 터치층(10)이 대전열에서 나열순서에 차이가 있으므로, 양자의 전자를 얻는 능력에는 차이가 있다. 피부가 전자를 잃는 능력이 비교적 강한 경우를 예로 들면, 양자가 접촉한 후 접촉표면의 미세구조 사이에는 미세한 접선 방향에서의 슬라이드가 발생하여, 마찰로 인한 표면전하를 발생하게 된다. 따라서 피부 표면은 양전하를 띠고, 터치층(10)의 표면은 음전하를 띠게 된다（도 2(a) 참조）. 손가락(100)이 떠난 후, 피부와 터치층(10) 사이의 표면전하의 평형이 파괴되여, 전자는 감지 전극층(20)으로부터 등전위 소스(40)로 이동하고, 신호 모니터링 소자(30)는 이와 상응하게 전기적 신호의 출력을 모니터링 할 수 있다（도 2(b)참조）. 손가락(100)과 터치층(10)이 완전히 분리된 후, 전하는 평형을 이루어 전자의 이동이 발생하지 않는다（도 2(c)참조）. 손가락(100)이 다시 터치층(10)의 표면에 가까워질 때, 등전위 소스(40)로부터 감지 전극층(20)으로의 전자의 이동을 초래하여, 신호 모니터링 소자(30)로 반대 방향의 전류를 출력하게 된다（도 2(d)참조）. 손가락(100)과 터치층(10)이 다시 완전히 접촉하면, 표면전하가 평형 상태를 이루어, 외부 회로에서는 전자가 이동하지 않는 바, 전류의 출력을 관찰할 수 없게 된다（도 2(a)참조）.

본 발명에서 재료의 마찰대전특성은 모 재료가 기타 다른 재료와 마찰 또는 접촉하는 과정에서 나타내는 전자를 얻고 잃는 능력을 말하는 것으로, 두가지 종류의 재료가 서로 접촉 또는 마찰할 때 하나가 양전하를 띠고 다른 하나가 음전하를 띠게 된다면, 이는 상술한 두가지 종류의 재료가 전자를 얻는 능력에 차이가 있다는 것, 다시 말하면 양자의 마찰대전특성이 서로 다르다는 것을 의미한다. 예를 들면, 폴리머 나일론이 알루미늄 포일과 접촉할 때, 그 표면은 양전하를 띠므로 전자를 잃는 능력이 비교적 강하고, 폴리테트라플루오로에틸렌이 알루미늄 포일과 접촉할 때, 그 표면은 음전하를 띠므로 전자를 얻는 능력이 비교적 강하다.

아래의 폴리머 재료들은 모두 본 발명의 터치층(10) 을 구성하는 재료로 사용될 수 있으며, 배열된 순서에 따라 전자를 얻는 능력이 점차적으로 강해진다. 상기 폴리머 재료로는, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄 탄성 스펀지, PET(Poly ethylene terephthalate), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 폴리클로로프렌, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리염화비닐, 폴리디메틸실록산 및 폴리테트라플루오로에틸렌이다. 본 명세서의 지면 상의 제한으로 사용 가능한 모든 재료들을 예시할 수 없으므로, 여기서는 참고로 몇개의 구체적인 폴리머 재료들만 예시한다. 물론, 이러한 재료는 본 발명의 보호범위를 한정할 수 있는 요소들이 아니다. 통상의 기술자들은, 본 발명의 시사 하에 이러한 재료의 마찰 대전 특성에 의해 유사한 기타 재료를 용이하게 선택할 수 있을 것이다.

실험을 통해, 터치층(10)의 재료와 터치동작의 진행자 사이의 전자를 얻는 능력 차이가 클수록, 마찰대전식 발전기가 출력하는 전기적 신호는 더욱 강하다는 것을 발견하였다. 따라서, 터치동작을 진행하는 자가 사용하는 재료를 확정할 수 있을 경우, 상기 열거한 순서에 따라 적합한 폴리머 재료를 터치층(10)으로 선택하면 최적의 전기적 신호 출력 성능을 얻을 수 있을 것이다.

마찰대전식 발전기의 출력 성능을 제고시키기 위하여, 터치층(10)의 상면, 다시 말하면 감지 전극층(20)이 설치되지 않은 표면의 전부 또는 일부에 미세 구조를 설치하는 것이 바람직하다. 이로써, 터치층(10)과 터치동작을 진행하는 자(100)의 유효접촉면적을 증가시켜, 양자의 표면전하의 밀도를 향상시킬 수 있다. 상기 미세 구조는 바람직하게는 나노와이어, 마이크로와이어, 나노입자, 나노로드, 마이크로로드, 나노튜브, 마이크로튜브, 나노꽃 및 상술한 구조로 형성된 어레이이다. 특히, 나노와이어, 나노튜브 또는 나노로드로 이루어진 나노 어레이가 바람직하다. 상기 어레이는 포토리소그래피 등 방법으로 제조된 와이어 형상, 정육면체 또는 사각뿔 형상의 어레이일 수 있다. 어레이 중에서, 미세 구조 유닛 각각의 사이즈는 나노미터로부터 마이크로미터 레벨의 크기로, 바람직하게는 10nm~50μm 이고, 더 바람직하게는 50nm~10μm 이며, 더욱 바람직하게는 100nm~5μm 이다. 구체적인 마이크로-나노 구조인 유닛의 사이즈 및 형상은 본 발명의 범위를 제한하지 않는다.

터치층(10)은 일반적으로 단일 층의 박층 또는 박막으로, 두께가 100nm~1mm 사이에 있으며, 더 바람직하게는 500nm~800μm 이고, 더욱 바람직하게는 10μm~500μm 이다. 시장에서 판매되는 박막을 사용할 수도 있고, 스핀 코팅 등 방법으로 제조할 수도 있다.

터치동작은 일반적으로 손가락 또는 터치펜을 통해 진행하는데, 손가락은 피부가 건조할 경우 절연 상태를 나타낼 수 있고, 습윤한 조건 하에서는 도체 상태를 나타낼 수 있다. 하지만, 어떠한 상태든지, 피부가 아닌 터치층(10) 재료와 비교할 때 마찰대전특성에 비교적 큰 차이가 있으므로, 어떤 터치동작이든지 모두 선명한 신호를 출력할 수 있다. 터치펜을 사용할 경우, 터치펜의 터치층과 접촉하는 접촉점의 재료는 터치층(10)을 구성하는 재료와 달라야 한다는 점에 주의하여야 한다. 센서의 감도가 더욱 높아 지도록, 마찰대전특성에 비교적 큰 차이가 있는 것이 바람직하다. 하지만, 터치펜의 접촉점을 이루는 재료가 반드시 도체, 반도체 또는 절연체여야 한다는 것을 한정하는 것은 아니다. 이는 상술한 재료들 중에는 모두 마찰층(10) 재료의 마찰대전특성과 비교적 큰 차이를 보이는 재료들이 있을 뿐만 아니라 마찰층(10)을 구성하는 재료의 변화에 따라 터치점의 재료를 조절해야 하기 때문이다. 예를 들면, 터치층(10)을 폴리디메틸실록산（PDMS）으로 형성할 경우, 터치펜의 접촉점을 이루는 재료는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 폴리에스테르 및 폴리이소부틸렌 등 일 수 있다. 통상의 기술자들은 본 발명에 개시된, 마찰층(10)과 터치펜의 접촉점을 이루는 재료 사이의 작용 원리 및 재료를 선택하는 원칙에 의하여, 간단한 실험을 통해 양자를 구성하는 재료들의 종류를 확정할 수 있다. 따라서, 접촉점의 재료에 대한 선택은 모두 본 발명의 보호범위에 속한다.

감지 전극층(20)은 도전 재료로 구성된다. 도전 재료는, 금속, ITO(Indium Tin Oxide), 유기물 도체 또는 도핑반도체로부터 선택될 수 있다. 감지 전극층(20)은, 평판(flat plate), 시트 또는 박막일 수 있는데, 박막일 경우 그 두께의 가능한 범위는 10nm~5mm 이고, 바람직하게는 50nm~1mm 이며, 더욱 바람직하게 100nm~500μm 이다. 본 기술 분야에서 널리 쓰이는 재료들로는, 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 또는 셀렌(Se)을 포함하는 금속; 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 알루미늄(Al), 니켈(Ni), 구리(Cu), 티타늄(Ti), 크롬(Cr) 및 셀렌(Se) 중에서 선택된 하나 또는 복수의 금속으로 이루어진 합금; ITO 와 같은 도전 산화물; 및 유기물 도체이다. 상기 유기물 도체는 일반적으로 도전 고분자로서, 폴리피롤, 폴리페닐렌설파이드(poly phenylene sulfide), 폴리프탈로시아닌계화합물, 폴리아닐린 및/또는 폴리티오펜을 포함한다. 감지 전극층(20)은 직접적인 접합 또는 퇴적 등 일반적인 방식을 통해 터치층(10)의 하면에 접합되어 밀접한 접촉을 이룰 수 있다.

본 발명에서는 터치층(10)과 감지 전극층(20)이 반드시 경질 재료로 형성되어야 한다는 것을 한정하지 않는 바, 연질 재료로 형성될 수도 있다. 이는 재료의 경도가 터치 동작에 대한 감지 및 전기적 신호의 출력 효과에 큰 영향을 주지 않기 때문이다. 마찰하는 면이 평탄함을 유지하여야 한다면, 기타 부재를 통해 지지할 수도 있다. 따라서, 통상의 기술자들은 실제 수요에 따라 터치층(10)과 감지 전극층(20)을 구성하는 재료의 경도를 선택할 수 있다.

감지 전극층(20)과 등전위 소스(40)의 전기적 연결은 본 발명에서 센서가 정상적으로 동작하는 관건적 요소인 바, 상기 등전위 소스는 접지를 통해 제공될 수도 있고, 외부의 보상 회로로부터 제공될 수도 있다. 본 발명의 “접지(接地)”는 대량의 전하를 제공할 수 있거나 제공을 받을 수 있는 물체에 연결하는 의미로, “지(地)”는 모 점의 전위가 관례에 따라 제로인 대지 또는 도전물질을 가르키는데, 예를 들면 선박, 운반 수단 또는 전자기기의 금속 케이스 등을 가르킨다. 상술한 전기적 연결은 신호 모니터링 소자(30)를 통해 직접 실현할 수도 있고, 저항을 연결하여 실현할 수도 있다（도 3(b)를 참조하면, 도면 부호가 701, 702, ……및 705 인 부재가 바로 저항이다）. 다시 말하면, 감지 전극층(20)은 상기 저항을 통해 등전위 소스(40)와의 전기적 연결을 실현하고, 전력 공급을 필요함과 동시에 신호를 모니터링하는 신호 모니터링 소자(30)는 상기 저항에 병렬 또는 직렬 연결되어 전기적 신호를 모니터링한다. 저항과 신호 모니터링 소자(30)의 저항값은 출력되는 전압에 큰 영향을 주는 바, 저항값이 비교적 클 경우, 부하와 신호 모니터링 소자(30)에 가해지는 전압이 증가하게 된다. 일반적으로 저항값을 1MΩ~200MΩ사이에서 선택하며, 10MΩ~100MΩ을 선택하는 것이 더 바람직하다.

도 3(a)에는 본 발명의 터치 센서의 다른 일 전형적인 구조가 도시되어 있는데, 터치층(10), 일단이 등전위 소스(40)에 전기적으로 연결된 감지 전극층(20) 및 신호 모니터링 소자(30)를 포함한다. 상기 감지 전극층(20)은 터치층(10)의 하면에 접합된, 분리된 여러개의 전극 유닛(201)으로 구성되고, 전극 유닛(201)마다 신호 모니터링 소자(30)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 센서의 각 부재들을 선택하는 원칙은 도 1 에서 설명한 것과 동일한 바, 여기서는 설명하지 않기로 한다.

전극 유닛(201)에 있어서, 이를 형성하는 재료 및 두께의 선택은 상술한 감지 전극(20)과 동일한 바, 박막이 바람직하고, 퇴적 방식을 통해 터치층(10)의 하면에 형성하는 것이 가장 바람직하다. 전극 유닛(201)들은 규칙적인 패턴일 수도 있고, 불규칙적인 패턴일 수도 있는데, 수요에 따라 구체적으로 선택할 수 있다. 하지만 전반적인 레이아웃 디자인에 유리하도록 규칙적인 패턴을 선택하는 것이 바람직하고, 특히 중심대칭형 패턴인것이 바람직하다. 예를 들면, 3 각형, 정 4 각형, 마름모꼴, 정 6 각형, 정 8 각형 등 규칙적인 다각형일 수도 있고, 원형일 수도 있다. 도 5 및 도 6 은 각각 전극 유닛(201)이 정 4 각형과 정 6 각형인 경우의 레이아웃 디자인을 나타내는 도면이다. 상술한 두가지 레이아웃들은 터치층(10) 전체에 대한 터치를 감지하기 위하여, 터치층(10)의 하면 전체에 전극 유닛(201)이 배치되어 있다. 따라서 엣지 부분에 기타 형상의 전극 유닛, 예를 들면 사다리꼴의 전극 유닛(202)과 3 각형의 전극 유닛(203)을 설치하여야 한다. 또한, 터치층(10)의 일부 하면에만 전극 유닛(201)을 설치하여, 모니터링을 필요하는 부분에 대해서만 터치 감지를 실현하도록 할 수도 있다. 모든 전극 유닛의 사이즈 및 형상은 동일할 수도 있고 다를 수도 있는 바, 레이아웃에 따라 여러가지로 조절할 수 있다.

전극 유닛(201)과 터치층(10)이 접합하는 부분의 면적 및 인접하는 전극 유닛(201)과의 거리는 모두 터치 센서의 정도(精度)에 영향준다. 면적이 동일한 터치층(10)에 있어서, 배치되는 전극 유닛(201)이 많을 수록 접촉하는 위치에 대한 위치결정(positioning)이 더욱 정확하다. 한편, 전극 유닛(201)의 사이즈가 클수록 출력되는 전기적 신호가 더 강하다. 또한, 전극 유닛(201)의 사이즈는, 터치동작의 진행자, 예를 들면 손가락 또는 터치펜이 터치 동작을 진행할 때 터치층(10)과 접촉하는 표면의 면적과도 매칭되어야 한다. 양자의 사이즈가 비슷한 것이 바람직하며, 터치층에 접근하거나 터치 동작을 진행했을 때 터치층(10)과 접촉하는 표면의 면적이, 전극 유닛(201)과 터치층(10) 사이의 접합 부분의 면적보다 크거나 거의 동일한 것이 더욱 바람직하다.

본 실시형태에서는 도 1 에 도시된 방식과 유사하게, 접촉-분리식 터치 동작에 대해 감지 신호를 발생할 뿐만 아니라, 슬라이드식 터치 동작도 감지할 수 있다. 그 원리는 도 4 에 도시된 바와 같다. 터치동작을 진행하는 자(100)와 터치층(10)이 접촉한 후, 접촉 마찰 효과로 인하여, 터치동작을 진행하는 자(100)의 하면에는 양전하가 발생되고, 터치층(10)의 대응되는 부분에는 동일한 양의 음전하가 발생된다（도 4(a) 참조）. 터치동작을 진행하는 자(100)가 터치층(10)의 상면에서 화살표의 방향을 따라 슬라이드할 시, 양자의 접촉면이 변하므로 표면전하의 평형이 파괴된다. 따라서, 이로 인해 발생되는 전위차를 평형시키기 위하여, 음전하는 전극 유닛(201)으로부터 등전위 소스(40)로 이동하며 신호 모니터링 소자(30)에는 전기적 신호가 출력된다. 이때 신호 모니터링 소자(30)는 위치결정(positioning) 기능을 통해 대응되는 위치에 터치 동작이 발생하였음을 곧바로 표시할 수 있다（도 4(b) 참조）. 터치동작을 진행하는 자(100)가 계속하여 화살표의 방향을 따라 슬라이드하여, 좌측의 첫번째 전극 유닛(201)과 완전히 분리되면, 당해 전극 유닛(201)에는 같은 량의 양전하가 유도되어, 대응되는 터치층(10) 부분에 남겨진 표면전하를 평형시킨다. 터치동작을 진행하는 자(100)는 터치층(10) 상에서 상기 단계(a)의 동작을 중복하여, 양자가 접촉하는 표면이 슬라이드 마찰로 인해 같은 량의 표면전하를 발생하게 한다（도 4(c) 참조）. 좌측의 첫번째 전극 유닛(201) 및 이에 대응되는 터치층(10) 부분의 표면전하와 대응되는 전극 유닛(201)이 존재하지 않는 터치층(10) 부분의 표면전하는, 환경 조건 하에서 점차 소실되어 최종적으로는 마찰이 발생하지 않았던 초기 상태로 회복된다. 이런 회복 과정에서 발생하는 미약한 전류는 소음으로 간주하여 차단할 수 있으므로, 센서의 정상적인 동작에 아무런 영향도 끼치지 않는다.

도 3(b)는 터치 센서에 저항을 연결한 전형적인 구조를 나타내는 도면으로서, 주요 구조는 도 3(a)와 동일하다. 부동한 점이라면, 각 전극 유닛(201)은 저항을 통해 등전위 소스(40)와의 전기적 연결을 실현하고, 복수의 신호 모니터링 유닛（도면 부호는 301, 302, 303, 304 및 305）들은 각각 저항에 병렬 연결되었다는 점이다. 이런 연결방식에서는 저항의 저항값을 조절하여 출력 신호의 강약을 용이하게 조절할 수 있다. 저항을 두개 이상 포함할 경우, 이러한 저항들은 동일할 수도 있고 다를 수도 있으며, 저항의 저항값이 증가되면 출력 전압이 증가되므로, 사용자는 실제 수요에 따라 서로 다른 위치에 있는 전극 유닛(201)에 연결된 저항을 조절함으로써, 수요에 부합되는 신호를 출력할 수 있다.

도 5 에는 본 발명의 터치 센서의 다른 일 전형적인 구조가 도시되어 있는데, 터치층(10), 일단이 등전위 소스(40)에 전기적으로 연결된 감지 전극층(20) 및 신호 모니터링 소자(30)를 포함하며, 상기 감지 전극층(20)은 터치층(10)의 하면에 접합된, 분리된 여러개의 전극 유닛(201)으로 구성된다. 각 전극 유닛(201)은 신호 모니터링 소자(30)에 전기적으로 연결되어 있다. 상기 신호 모니터링 소자(30)는 여러개의 신호 모니터링 유닛을 포함하는데, 도면에서는 각각 제 1 신호 모니터링 유닛(301), 제 2 신호 모니터링 유닛(302) 및 제 3 신호 모니터링 유닛(303)으로 표시한다. 신호 모니터링 유닛들의 유형은 동일할 수 있으며, 단지 서로 다른 전극 유닛(201)에 열결되었을 뿐이다. 이런 방식은 신호 모니터링 유닛 하나의 모니터링 채널 수량으로는 부족할 경우에 적용된다. 신호 모니터링 유닛의 모니터링 채널 수량이 충족할 경우, 신호 모니터링 유닛마다 모든 전극 유닛(201)에 연결될 수 있는데, 이때 신호 모니터링 유닛들의 유형은 서로 다르다. 예를 들면, 제 1 신호 모니터링 유닛(301)은 전류를 모니터링하기 위한 것이고, 제 2 신호 모니터링 유닛(302)은 전압을 모니터링하기 위한 것이며, 제 3 신호 모니터링 유닛(303)은 전류 밀도를 모니터링하기 위한 것, 등 일 수 있다. 이런 형태를 통해 동시에 여러 종류의 신호를 얻을 수 있어, 터치 동작에 대해 다차원 분석을 실현하여 센서의 신호가 더욱 정확하도록 할 수 있다. 신호 검출 유닛에 관한 선택은 본 기술분야에서 널리 쓰이는 수단으로서 본 발명의 요점이 아니므로 설명을 생략하기로 한다.

도 7 에는 본 발명의 터치 센서의 다른 전형적인 일 구조가 도시되어 있는데, 터치층(10), 일단이 등전위 소스(40)에 전기적으로 연결된 감지 전극층(20) 및 신호 모니터링 소자(30)를 포함한다. 상기 터치층(10)은 여러개의 터치 유닛(101)으로 형성되고, 상기 감지 전극층(20)은 터치 유닛(101)의 하면에 접합된, 분리된 여러개의 전극 유닛(201)으로 형성된다. 전극 유닛(201) 각각은 신호 모니터링 소자(30)에 전기적으로 연결되어 있다.

여기서, 터치 유닛(101)은, 분리된 것일 수도 있고, 일부가 연결되어 일정한 패턴을 형성할 수도 있다. 또한, 각 터치 유닛들은 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있는 바, 예를 들면 감도에 대한 요구가 높은 일부 부위에는 표면에 미세 구조를 가지는 재료 또는 터치동작을 진행하는 자와의 마찰대전특성의 차이가 비교적 큰 재료를 사용할 수도 있다. 위치결정(positioning)의 정도(精度)에 대한 요구가 높은 부위에는 작은 사이즈의 터치 유닛을 사용하여 레이아웃 밀도를 향상시킬 수도 있다. 이러한 원칙 하에, 통상의 기술자들은 수요에 따라 터치 유닛(101)의 재료, 사이즈 및 형상을 선택하여 적합한 레이아웃으로 실현할 수 있다.

도 7 에 도시된 전극 유닛(201)과 터치 유닛(101)의 형상 및 사이즈는 기본적으로 일치하고, 터치 유닛(101) 각각의 하면에는 전극 유닛(201)이 대응되게 접합되어 있는데, 이는 구체적인 일 실시형태일 뿐, 실제 응용 과정에서는 이러한 제한이 존재하지 않는다. 전극 유닛(201)은, 터치 유닛(101) 각각의 하면에 하나만 설치될 수도 있고 여러개 설치될 수도 있으며, 그 형상은 터치 유닛(101)과 유사할 수도 있고 서로 다를 수도 있다.

감지 전극층(20)의 하면에 위치하는 지지소자(50)는 센서 자체의 일부분일 수도 있고, 센서를 장착하는 장치에 의해 제공될 수도 있으므로, 반드시 센서의 구성부분에 포함되어야 하는 것은 아니다. 지지소자(50)는 바람직하게는 절연 재료로 구성되며, 경질 재료일 수도 있고 연질 재료일 수도 있는 바, 일정한 기계적 강도를 가지고 터치 유닛(101)과 전극 유닛(201)을 지지할 수만 있으면 된다.

이런 구조의 터치 센서의 동작 원리는 도 8 에 도시된 바와 같다. 터치동작을 진행하는 자(100)와 터치 유닛(101)이 접촉한 후, 접촉 마찰 효과로 인하여, 터치동작을 진행하는 자(100)의 하면에는 양전하가 발생하고, 터치 유닛(101)의 상면에는 같은 량의 음전하가 발생하게 된다（도 8(a) 참조）. 터치동작을 진행하는 자(100)가 화살표의 방향을 따라 슬라이드할 시, 마찰하는 면적의 변화로 터치 유닛(101)의 표면전하의 평형이 파괴되는데, 이로 인하여 발생되는 전위차를 평형시키기 위하여 음전하는 전극 유닛(201)으로부터 등전위 소스(40)로 이동한다. 이때 신호 모니터링 소자(30)에는 전기적 신호가 출력되는데, 신호 모니터링 소자(30)는 위치결정(positioning) 기능을 통해 첫번째 터치 유닛(101)의 위치에서 터치 동작이 있었음을 바로 표시할 수 있다（도 8(b) 참조）. 터치동작을 진행하는 자(100)가 계속하여 화살표의 방향을 따라 슬라이드하여, 좌측의 첫번째 터치 유닛(101)과 완전히 분리하면, 그에 대응되는 전극 유닛(201)에는 같은 량의 양전하가 유도되어, 터치 유닛(101)에 남겨진 표면전하를 평형시키게 된다. 터치동작을 진행하는 자(100)는 계속하여 두번 째 터치 유닛(101)과 슬라이드하여 마찰하므로, 두번 째 터치 유닛(101)의 상면의 일부분은 음전하를 띠게 된다（도 8(c) 참조）. 터치동작을 진행하는 자(100)가 두번 째 터치 유닛(101)과 완전히 접촉하게 되면, 두번 째 터치 유닛(101)의 상면에 발생되는 표면전하는 최대에 달하게 된다（도 8(d) 참조）. 터치동작을 진행하는 자(100)가 계속하여 화살표의 방향을 따라 슬라이드할 시, 이상의 동작을 중복하게 된다.

도 9 에 도시된 실시형태는 도 7 에 도시된 실시형태와 유사한 바, 다만 인접하는 전극 유닛(201) 사이 및 인접하는 터치 유닛(101) 사이의 공간에 차단층(60)을 충진했을 뿐이다. 상기 차단층(60)은 터치평면이 평탄함을 유지하게 함과 동시에 그 기계적 강도를 증강시키고 수명을 연장하는 작용을 가진다. 대전열에서 상대적으로 가운데에 위치하는 재료, 예를 들면 나무판, 유기유리 등을 이용하는 것이 바람직하다.

본 발명의 터치 센서는 터치 동작을 감지하고, 위치결정(positioning)할 수 있을 뿐만 아니라, 터치할 때 인가되는 압력도 감지할 수 있다. 터치층(10)이 폴리디메틸실록산으로, 감지 전극층(20)이 ITO 박막으로 형성되고, 도 3 에 도시된 바와 같이 조립되어 형성된 4×4 센서를 예로, 터치 압력에 대한 출력되는 전기적 신호의 응답성을 연구하였다. 그 결과는, 서로 다른 전극 유닛(201)에 대응되는 터치층(10)을 누를 경우, 신호 검출 유닛(30)에는 대응되는 위치에 전기적 신호의 출력이 존재한다는 것이 표시되는데, 누르는 힘이 증가함에 따라 출력 전압도 점차 증가한다는 것을 나타냈다. 센서를 플라스틱 재질의 원통에 고정하여도 그 감지 특성은 여전히 변화하지 않았다. 손가락으로 센서의 서로 다른 위치에 대해 크기가 상이한 압력을 인가했을 경우, 출력 신호에도 선명한 차이가 존재하였다.

아래와 같은 방법을 이용하여 본 발명의 터치 센서를 제조한다. 상기 방법은,

（1）터치층(10)을 준비하는 단계;

（2）필요한 감지 전극층(20)을 준비하여, 이를 신호 모니터링 소자(30)의 하나의 입력단에 전기적으로 연결하는 단계;

（3）신호 모니터링 소자(30)의 다른 하나의 입력단을 등전위 소스(40)에 전기적으로 연결하는 단계; 및

（4）터치층(10)을 감지 전극층(20)의 상면에 밀접히 접촉하도록 접합하는 단계;를 포함한다.

손가락 등 터치동작을 진행하는 자가 터치층(10)과 접촉할 경우, 피부와 터치층(10)을 구성하는 재료의 마찰대전특성이 서로 다르므로, 센서가 외부로 신호를 출력하게 되며, 신호 모니터링 소자(30)를 통해 출력되는 신호들을 실시간으로 수집할 수 있다. 또한 이러한 신호들에 대한 분석을 통해, 터치 동작이 발생한 위치를 알 수 있다.

감지 전극(20)이 복수의 전극 유닛(201)으로 형성된다면, 단계 （2）에서는 우선 복수의 전극 유닛(201)을 수요되는 패턴에 따라 배열하고, 각 전극 유닛(201)을 신호 모니터링 유닛(30)에 전기적으로 연결한 다음, 단계 （3）을 실시하여야 한다.

신호 모니터링 소자(30)의 저항이 작을 경우 단계 （3） 다음에, 상기 감지 전극층과 등전위 소스 사이에저항을 연결하여, 상기 저항이 상기 신호 모니터링 소자에 병렬 또는 직렬로 연결되도록 하는 단계 （3-1）를 더 포함한다.

감지 전극층(20)이 금속 재료로 형성된 터치 센서에 있어서, 바람직하게는 단계 （2）에서 터치층(10)의 하면에 퇴적, 마그네트론 스퍼터링, 증착 또는 프린팅 등 방법을 통해 감지 전극층(20)을 형성하고, 이를 신호 모니터링 소자(30)의 하나의 입력단에 전기적으로 연결함과 동시에 단계 （4）를 생략한다.

실시예 1: 단일 감지 전극 터치 센서의 제조

길이 10cm × 폭 10cm × 두께 25μm 인 Al 포일을 절단하여 전극층으로 하고, 전극층의 상면에 스핀 코팅 방법을 통해 폴리머 （PDMS）를 코팅하여 마찰대전 재료로 한다. 구리 도선으로 Al 포일을 연결하는 한편 저항에 연결하고, 저항의 타단을 접지한다. 그리고 구리 도선을 전압계에 연결한다. 손가락으로 폴리머층인 PDMS 를 터치할 경우, 전압계에는 대응되는 전기적 신호가 출력된다. 이는 역학적 에너지를 전기적 에너지로 전환하여 발전할 수 있다는 것을 설명한다. 손가락이 폴리머층인 PDMS 를 떠날 경우, 반대 방향의 전기적 신호를 관찰할 수 있었다.

실시예 2: 다 전극 유닛에 의한 터치 센서의 제조

레이저를 이용하여 길이 10 cm × 폭 10cm × 두께 1.59mm 인 유기유리를 절단하여 지지소자로 사용한다. 마그네트론 스퍼터링 방법을 이용하여, 지지소자에 16 개의 길이 1cm × 폭 1cm 인 투명한 전극 유닛（ITO） 어레이를 형성하여 감지 전극층을 구성한다. 16 개의 구리 도선을 이용하여 16 개의 전극 유닛을 각각 16 개의 저항에 연결하고, 각 저항의 타단은 접지한다. 동시에, 각 저항을 전압 테스트용 장치에 병렬 연결한다. 감지 전극층의 상면에 폴리머 재료인 PDMS 를 전극 어레이 전부를 완전히 덮도록 형성한다. 손가락과 전극 유닛 상면의 폴리머 재료의 표면이 접촉할 경우, 피부와 폴리머 재료의 마찰대전특성이 다르므로, 외부로 전기적 신호를 출력할 수 있다. 이러한 신호들을 수집하여 터치 위치 및 압력에 대해 감지할 수 있다. 이러한 시스템은 트리거링 센서로서 직접 마찰식 발전기를 사용하므로, 외부로부터의 전력 공급을 필요하지 않는 바, 에너지를 효과적으로 절약할 수 있고 장기적으로 안정적인 동작을 진행할 수 있다. 도 10 은 손가락이 감지 전극층과 접촉/분리할 때 터치 센서가 출력하는 전압 신호를 나타내고 있다.

상술한 내용들은 본 발명의 비교적 바람직한 실시예일 뿐, 본 발명을 한정하는 것은 아니다. 통상의 기술자들은, 본 발명의 주지를 이탈하지 않는 범위 내에서, 상기 개시된 방법 및 기술내용에 의해 본 발명에 대하여 여러가지 변경 및 개선을 진행할 수도 있고, 동등하게 변화시킨 균등 실시예로 변경할 수도 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 주지를 이탈하지 않는 한, 본 발명의 사상에 기초하여 진행한 간단한 수정, 균등한 변경, 개선등은 모두 본 발명이 보호하고자 하는 범위 내에 속한다.

Claims

터치층, 상기 터치층의 하면에 접합된 감지 전극층 및 등전위 소스에 전기적으로 연결된 신호 모니터링 소자를 포함하며,
상기 감지 전극층은 분리된 복수의 전극 유닛을 포함하고,
상기 전극 유닛 각각은 상기 터치층의 하면에 접합되며 그리고 상기 신호 모니터링 소자에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 터치층은 단일 층의 박층 또는 박막이고, 두께는 100nm~1mm 인 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 터치층은, 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 폴리에스테르, 폴리이소부틸렌, 폴리우레탄 탄성 스펀지, PET(Poly ethylene terephthalate), 폴리비닐 부티랄(polyvinyl butyral), 폴리클로로프렌, 천연고무, 폴리아크릴로니트릴, 폴리디페놀카보네이트, 염화폴리에테르(polyetherchloride), 폴리염화비닐리덴, 폴리스티렌, 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리염화비닐, 폴리디메틸실록산 및 폴리테트라플루오로에틸렌 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 터치층의 상면의 전부 또는 일부에는 미세 구조가 설치되고,
상기 미세 구조는 나노와이어, 나노입자, 나노로드, 나노튜브, 나노꽃 및 상술한 구조로 형성된 어레이 중에서 선택되는 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 감지 전극층은 평판(flat plate), 시트 또는 박막이고, 상기 박막의 두께는 10nm~5mm 인 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 신호 모니터링 소자는 복수의 신호 모니터링 유닛을 포함하고, 상기 신호 모니터링 유닛 각각은 동일하거나 서로 다른 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 1 항에 있어서,
상기 터치층은 복수의 터치 유닛들로 구성되며,
상기 분리된 전극 유닛은 상기 터치 유닛의 하면에 접합되는 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 7 항에 있어서,
상기 터치 유닛은 분리되거나 부분적으로 함께 연결되어 특정 패턴으로 배열되며,
상기 터치 유닛 각각은 동일하거나 서로 다른 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 7 항에 있어서,
상기 터치 유닛과 상기 전극 유닛의 형상 및 사이즈는 일치하고, 터치 유닛 각각의 하면에는 하나의 상기 전극 유닛이 대응되게 접합되는 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 7 항에 있어서,
상기 터치 센서는 인접하는 상기 전극 유닛 사이의 공간과 인접하는 상기 터치 유닛 사이의 공간을 충진하기 위한 차단층을 더 포함하고,
상기 차단층은 대전열에서 가운데에 위치하는 물질로 형성되는 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 등전위 소스와 상기 감지 전극층 간의 전기적 연결은 상기 신호 모니터링 소자 또는 저항에 의해 이루어지는 것을 특징으로 하는 단극 터치 센서.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항의 터치 센서 및 터치펜을 포함하는 키트로서,
상기 터치펜은 상기 터치층과 접촉하는 접촉점을 포함하며,
대전열에서 상기 접촉점을 이루는 재료와 상기 터치층을 구성하는 재료는 나열순서에 차이가 있는 것을 특징으로 하는 키트.
제 12 항에 있어서,
상기 접촉점을 이루는 재료는 절연체, 반도체 또는 도체인 것을 특징으로 하는 키트.
제 13 항에 있어서,
상기 절연체는 폴리메틸메타크릴레이트(polymethylmethacrylate), 폴리비닐알코올, 폴리에스테르 및 폴리이소부틸렌인 것을 특징으로 하는 키트.
제 12 항에 있어서,
상기 접촉점과 상기 터치층이 접촉하는 표면의 면적은, 상기 감지 전극층의 하나의 전극 유닛과 상기 터치층이 접합하는 영역의 면적보다 크거나 동일한 것을 특징으로 하는 키트.