KR100685954B1 - 터치 패널 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전 용량 방식에 저항막 방식을 결합하여 전도성 펜뿐만 아니라 장갑 낀 손이나 비도전성 펜 등에까지 입력 도구의 재질을 확장시킨 터치 패널에 관한 것으로, 지지필름과, 상기 지지필름 상에 전압인가를 위한 금속 전극을 구비하여 형성된 제 1 투명 도전막과, 상기 제 1 투명 도전막과 마주보며 일측에 신호 검출 전극을 구비한 제 2 투명 도전막과, 상기 제 1, 제 2 투명 도전막을 서로 부착하도록 가장 자리에 형성된 양면 접착제와, 상기 제 2 투명 도전막 상에 보호용 필름을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
정전 용량 방식, 저항막 방식, 전도성 펜

Description

터치 패널{Touch Panel}
도 1은 일반적인 정전 용량 방식의 터치 패널 및 그 동작 원리를 나타낸 개략적인 도면
도 2는 일반적인 정전 용량 방식의 터치 패널을 나타낸 평면도
도 3은 도 2의 I~I' 선상의 구조 단면도
도 4는 정전 용량 방식의 터치 패널의 구동 원리를 나타낸 블록도
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 터치 패널의 하부 필름 및 상부 필름을 나타낸 평면도
도 6은 도 5a 및 도 5b의 하부 필름 및 상부 필름이 합착된 모습을 나타낸 평면도
도 7은 도 5a, 도 5b 및 도 6의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도
도 8은 도 6의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 단면도
*도면의 주요 부분에 대한 부호 설명*
105 : 유리 기판 107 : 제 1 투명 도전막
110a, 110b, 110c, 110d, 210 : 금속 전극 120 : 도트 스페이서
203 : PET 필름 205 : 제 2 투명 도전막
220 : 절연성 접착제
본 발명은 표시 장치를 일체형으로 형성하는 터치 패널에 관한 것으로 특히, 정전 용량 방식에 저항막 방식을 결합하여 전도성 펜뿐만 아니라 장갑 낀 손이나 비도전성 펜 등에까지 입력 도구의 재질을 확장시킨 터치 패널에 관한 것이다.
개인용 컴퓨터, 휴대용 전송 장치 그 밖의 개인전용 정보 처리 장치 등은 키보드, 마우스, 디지타이저(Digitizer) 등의 다양한 입력 장치(Input Device)를 이용하여 텍스트 및 그래픽 처리 등을 수행한다.
이러한 입력 장치들은 PC의 용도 확대에 따라 인터페이스로서의 입력 장치로서 키보드 및 마우스만으로는 제품 대응이 어렵고 보다 간단하고 오조작은 적으면서 누구라도 입력할 수 있고 또 휴대하면서 손으로 문자입력도 가능한 필요성에 의해 발전했다.
현재는 이러한 입력 장치의 일반적 기능과 관련된 필요성을 충족시키는 수준을 넘어 고신뢰성, 새로운 기능의 제공, 내구성, 재료나 물질을 포함한 설계 및 가공과 관련된 제조 기술 등과 같이 미세한 기술로 관심이 바뀌고 있다.
특히, 간단하고, 오조작이 적으며, 휴대하면서 누구라도 입력이 가능하고, 다른 입력기기 없이 문자 입력도 가능한 입력 장치로서 터치 패널(Touch Panel)이 알려져 있으며, 그에 따른 검출 방식, 구조 및 성능 등에 있어서도 자세히 알려져 있다.
검출 방식에 따라 간단히 살펴보면, 상판 또는 하판에 금속 전극을 형성하여 직류 전압을 인가한 상태에서 눌려진 위치를 저항에 따른 전압 구배로 판단하는 저항막 방식(Resistive type)과, 도전막에 등전위를 형성하여 상하판의 접촉시 전압 변화가 일어난 위치를 감지하는 정전 용량 방식(Capacitive type)과, 전자펜으로 도전막을 접촉하여 유도된 LC 값을 읽어들어 위치를 감지하는 전자 유도 방식(Electro Magnetic type) 등이 있다.
각각의 방식에 따라 신호 증폭의 문제나 해상도 차이, 설계 및 가공 기술의 난이도 차이 등이 다르게 나타나는 특징이 있어 장점을 잘 살릴 수 있게 구분하여 그 방식을 선택한다. 선택 기준은 광학적 특성, 전기적 특성, 기계적 특성, 내환경 특성, 입력 특성 외에 내구성과 경제성 등도 고려된다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 종래의 터치 패널을 설명하면 다음과 같다.
도 1은 일반적인 정전 용량 방식의 터치 패널 및 그 동작 원리를 나타낸 개략적인 도면이다.
도 1과 같이, 일반적인 정전 용량 방식의 터치 패널은 투명 도전막(1)으로 코팅된 곡면 또는 평면 유리 기판(도 2의 10참조)의 각 모서리에 등전위가 생성되도록 금속 전극들(2a, 2b, 2c, 2d)을 위치시켜 구성된다.
상기 금속 전극들(2a, 2b, 2c, 2d)을 통해 상기 투명 도전막(1)은 전압을 인가받아 전면에 등전위를 이루고 있으며, 터치 패널의 터치 동작이 일어났을 때, 전압 강하(Voltage drop)가 나타난다.
이러한 전압 강하치를 컨트롤러를 통해 감지하여 터치가 일어난 위치를 찾는 것이 정전 용량 방식의 동작 원리이다.
상기 정전 용량 방식의 터치 패널의 입력 도구로는 맨 손(Bare finger) 또는 전도성 스타일러스 펜(Conductive Stylus Pen)으로서, 도전성이 있는 재료로서 터치 패널의 입력면에 접촉이 일어났을 때, 접촉 부위의 전압 강하를 유발할 수 있는 성분이어야 한다.
이하, 터치 패널의 평면도 및 단면도를 통해 종래의 정전 용량 방식의 터치 패널에 대해 살펴본다.
도 2는 종래의 정전 용량 방식의 터치 패널에 관한 평면도이며, 도 3은 도 2의 I~I' 선상의 구조 단면도이다.
도 2 및 도 3과 같이, 종래의 정전 용량 방식의 터치 패널은 지지기판이 유리 기판 상에 투명 도전막이 형성되며, 상기 투명 도전막의 네 모서리 각각에 전압 인가용 금속 전극이 형성되어 있다.
상기 투명 도전막(1)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성되며, 상기 투명 도전막(1)의 지지기판인 유리 기판(10)은 통상의 소다라임 글래스(Soda-lime glass)로 형성한다.
그리고, 상기 투명 도전막(1)의 네 모서리에 형성되는 금속 전극들(2a, 2b, 2c, 2d)은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성한다.
상기 금속 전극들(2a, 2b, 2c, 2d)의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명 도전막(1)의 표면 전체에 균등하게 컨트롤 신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다.
도시되지 않았지만, 상기 금속 전극들(2a, 2b, 2c, 2d)을 포함한 투명 도전막(1)의 상부에는 보호막이 코팅된다. 재질은 액체 글래스지만 열처리한 후, 경화/고밀도화 과정을 거쳐 하트 코팅재로 기능하게 한다.
도 4는 일반적인 정전 용량 방식의 터치 패널의 구동 원리를 나타낸 블록도이다.
도 4와 같이, 정전 용량 방식의 터치 패널은 투명 도전막(1)의 4 모서리의 위치한 각각의 금속 전극(2a, 2b, 2c, 2d)에 전압을 걸어주면 구석에서 발생되는 고주파가 터치 패널 전면에 퍼지게 된다. 이 때, 손가락 또는 전도성 펜으로 상기 투명 도전막(1)을 접촉하게 되면 각각의 전류 센서(20a, 20b, 20c, 20d)에서는 전류의 변화를 감지한다.
상기 전류 센서(20a, 20b, 20c, 20d) 및 아날로그-디지털 변환기(30)는 컨트롤러(도 1의 3 참조)에 구성되는 블록이다.
상기 컨트롤러(3)는 내부의 오실레이터(OSC)를 통해 수십 킬로 Hz의 방형파를 전류 센서(20a, 20b, 20c, 20d)로 공급하여, 상기 전류 센서(20a, 20b, 20c, 20d)의 충전과 방전을 지속적으로 행하며, 아날로그-디지털 변환기(30)를 통해 적분 기간(통상 8msec)동안 충전량을 디지털적으로 적분한다. 이를 통해 접촉 여부를 판단하고, 좌표치를 계산하여 시스템(미도시)에 정보로 출력한다.
이와 같이, 정전 용량 방식은 입력 도구로서 컨트롤러(3)로부터 신호를 인가받는 전도성 펜 또는 손가락(bare finger)만이 적용되었다. 따라서, 전도성 펜을 분실하거나 실험 도중 장갑 낀 손으로 터치 패널을 접촉시에는 위치 감지 능력이 떨어졌다.
한편, 저항막 방식의 터치 패널은 상부 전극이 형성되어 있는 상부 기판에 펜 또는 손가락 같은 소정의 입력 수단으로 어느 한 지점에 접촉하게 되면, 상부 기판에 형성된 상부 전극과 하부 기판에 형성된 하부 전극이 상호 통전되고, 그 위치의 저항 값에 의하여 변화된 전압 값을 읽어들인 후 제어부에서 전위차의 변화에 따라 위치 좌표를 찾게되는 장치이다.
이러한 저항막 방식은 입력 도구의 관계없이, 접촉을 행하는 위치에 대하여 인식이 가능하므로, 전도성 펜이 특별히 요구되지 않아, 실험 중에 장갑 낀 손이나, 비전도성 펜으로도 충분히 위치 검출이 가능하였다.
그러나, 정전 용량 방식과 달리 투명 도전막에 분포되는 저항의 의해 위치가 정해지므로, 부정확한 위치 검출이 이루어질 수 있어 정전 용량 방식에 비해 정확성이나 해상도면에서는 효율이 떨어지는 문제점이 있다.
상기와 같은 종래의 터치 패널은 다음과 같은 문제점이 있다.
정전 용량 방식은 비전도성 입력 도구, 예를 들어, 장갑 낀 손이나 비전도성 펜으로는 터치 패널의 입력면에 터치 동작이 이루어지더라도 위치 검출이 되지 안았다.
따라서, 전도성 펜을 분실하거나, 또는 실험 중에 장갑 낀 손을 입력 도구로 사용할 경우, 상기 터치 패널은 입력 장치로서 기능을 못하게 된다.
이와 같이, 외부 조건에 따라 제약을 받는 정전 용량 방식에 장갑 낀 손이나 부도체 등의 입력 도구로도 사용 가능한 저항막 방식을 적용시켜 터치 패널의 입력 도구의 사용예를 늘리고, 환경이 변하더라도 사용 가능한 터치 패널의 요구가 필요하였다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로, 정전 용량 방식에 저항막 방식을 결합하여 전도성 펜뿐만 아니라 장갑 낀 손이나 비도전성 펜 등에까지 입력 도구의 재질을 확장시킨 터치 패널을 제공하는 데, 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 패널은 지지필름과, 상기 지지필름 상에 전압인가를 위한 금속 전극을 구비하여 형성된 제 1 투명 도전막과, 상기 제 1 투명 도전막과 마주보며 일측에 신호 검출 전극을 구비한 제 2 투명 도전막과, 상기 제 1, 제 2 투명 도전막을 서로 부착하도록 가장 자리에 형성된 양면 접착제와, 상기 제 2 투명 도전막 상에 보호용 필름을 포함하여 이루어짐에 그 특징이 있다.
상기 지지필름은 하부에 차폐용 투명 도전막을 더 구비함이 바람직하다.
상기 양면 접착제는 절연성 물질로 이루어진 것임이 바람직하다.
상기 금속 전극은 제 1 투명 도전막의 4 모서리에 각각 형성된 것이 바람직하다.
상기 신호 검출 전극은 제 2 투명 도전막의 가장 자리 일측에 형성된 것이 바람직하다.
상기 보호용 필름은 유리 기판 또는 투명 필름으로 이루어진 것이 바람직하 다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 터치 패널을 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 터치 패널의 하부 필름 및 상부 필름을 나타낸 평면도이며, 도 6은 도 5a 및 도 5b의 하부 필름 및 상부 필름이 합착된 모습을 나타낸 평면도이며, 도 7은 도 5a, 도 5b 및 도 6의 Ⅱ~Ⅱ' 선상의 구조 단면도, 도 8은 도 6의 Ⅲ~Ⅲ' 선상의 구조 단면도이다.
본 발명의 터치 패널은 유리 기판(도 7의 105 참조)을 지지기판으로 하여 도 5a와 같이, 제 1 투명 도전막(107)을 형성한 후, 상기 제 1 투명 도전막(107)의 네 모서리에 각각 금속 전극(110a, 110b, 110c, 110d)을 형성한다. 또한, 제 1 투명 도전막(107) 상에는 하부에 형성되는 표시부에 대응하는 영역에 도트 스페이서(120)를 소정 간격 이격하여 복수개 형성한다.
그리고, 상기 제 1 투명 도전막(107)과 대응하여 도 5b와 같이, 제 2 투명 도전막(205) 상의 일측에 금속 전극(210)을 형성한다.
도 6과 같이, 상기 제 1 투명 도전막(107)의 금속 전극들과 상기 제 2 투명 도전막(205)의 금속 전극(210)을 마주보도록 하여 두 도전막(107, 205) 사이에 절연성 접착제(220)를 개재하여 부착한다. 이 때, 상기 절연성 접착제(220)는 상기 제 1, 제 2 투명 도전막(107, 205)의 주변부(데드 스페이스)에 대응하도록 형성한다.
도시되어 있는 바에 따르면, 상기 제 1 투명 도전막(107) 상의 금속 전극과 상기 제 2 투명 도전막(205) 상의 금속 전극(210)과 오버랩되어 형성되어 있지만, 상기 금속 전극이 가지는 높이로 인해 터치 패널면에서 가지는 단차를 줄이기 위해 제 2 투명 도전막(205)의 금속 전극(210)을 모서리가 아닌 데드 스페이스(dead space)의 가운데 부분이나, 그 외 소정 영역으로 이동하여 형성할 수 있다.
도 7 및 도 8과 같이, 본 발명의 터치 패널의 단면도에 따르면 상기 각 금속 전극(110a, 110b, 110c, 110d, 210)이 형성되어 있는 부위는 터치 패널의 데드 스페이스이고, 데드 스페이스에 해당되는 부위는 제 1, 제 2 투명 도전막(107, 205)의 접착 부위로서, 상기 금속 전극들(110a, 110b, 110c, 110d, 210)을 포함하여 절연성 접착제(220)가 형성되어, 상기 제 1, 제 2 투명 도전막(107, 205) 상의 금속 전극들(110a, 110b, 110c, 110d, 210)이 서로 접촉하지 않도록 한다.
상기 제 1 투명 도전막(107)은 유리 기판(105) 상에 형성되며, 네 모서리에 금속 전극(110a, 110b, 110c, 110d)이 형성되어, 외부로부터 등전위 형성용 전압 신호를 인가받는다.
상기 유리 기판(105)은 지지기판으로서, 터치 패널면에 손가락 또는 펜 등에 의해 접촉 또는 드로잉(drawing) 동작이 여러 번 이루어져도, 그 충격에 의해 상기 제 1, 제 2 투명 도전막(107)이 깨짐을 방지하는 역할을 한다. 상기 지지기판으로서의 역할을 필름 타입의 기판으로서도 그 기능을 기대할 수 있다.
도시되어 있지 않지만, 상기 유리 기판(105)의 하부에는 제 1 투명 도전막(107)과 대칭적으로 투명 도전막을 더 형성하고 이를 접지함으로써, 터치 패널 하부에 형성되는 표시 장치에서의 노이즈가 상기 터치 패널측으로 유입되는 것 을 방지할 수 있다.
또한, 상기 제 2 투명 도전막(205) 상부의 PET(Poly Ethylene Terephtalate) 필름(203)은 보호막으로 기능하며, 또한, 투명한 플라스틱 물질로서 내구성 및 필기감을 향상시킬 수 있다.
그리고, 상기 제 1 투명 도전막(107)과 마주 보는 상기 제 2 투명 도전막(205)의 내측면에 형성된 금속 전극(210)은 외부의 접지 전원 또는 금속 쉴드 성분과 만나 터치 패널면의 접촉이 일어났을 때, 상기 제 2 투명 도전막(205)을 접지시키는 역할을 한다.
따라서, 손가락 또는 전도성 펜 등이 입력 도구로 사용되었을 때는 접촉 동작 후, 접촉 부위를 기점으로 상기 제 1 투명 도전막(107)의 형성된 등전위가 파괴되어, 전류가 발생하고, 전류가 흐름에 따라 충전된 전하량을 상기 제 1 투명 도전막(107) 상에 형성된 금속 전극들(110a, 110b, 110c, 110d)에 연결된 전류 센서를 통해 감지하고, 아날로그-디지털 변환기를 통해 변환하여 위치를 검출하고, 상기 손가락 또는 전도성 펜 등을 방전 수단으로 이용하며, 장갑 낀 손가락이나 비전도성 펜 등이 입력 도구로 사용되었을 때는 같은 방식으로 충전된 전하량으로 위치를 검출한 후, 상기 제 2 투명 도전막(205)을 상기 금속 전극(210)을 통해 접지시켜 방전시킨다.
도 8과 같이, 본 발명의 터치 패널은 마주보는 제 1, 제 2 투명 도전막(107, 205)의 주변부에 형성되는 절연성 접착제(220)를 제외한 터치 패널의 표시 영역에 도트 스페이서(120)가 형성되어 상기 제 1, 제 2 투명 도전막(107, 205) 사이의 소 정 갭을 유지하도록 한다.
또한, 상기 제 2 투명 도전막(205) 상부의 PET(Poly Ethylene Terephtalate) 필름(203)은 종래의 정전 용량 방식에서 직접적으로 도전성 물질이 닿는 것을 방지하고, 보호막으로 기능하며, 또한, 플라스틱 물질로서 내구성을 향상시킬 수 있다.
본 발명의 터치 패널은 정전용량 방식의 터치 패널을 저항막 방식의 터치 패널의 하부 필름으로 하고, 투명 도전막 및 PET 필름의 상부 필름으로 감안하면 정전용량 방식 및 저항막 방식의 기능이 합쳐진 새로운 터치 패널 구조이다.
따라서, 본 발명의 정전 용량 방식의 터치 패널은 맨 손이나 도전성 스타일러스 펜으로만 사용 가능했던 문제점을 장갑 낀 손 또는 비전도성 펜으로도 사용 가능하여 입력 도구를 확장 가능할 뿐만 아니라, 터치 패널의 터치 동작시 종래의 투명 도전막 상에 직접 접촉이 이루는 정전 용량 방식을 피하고, 도트 스페이서를 사이에 개재시켜 필기감 및 내구성을 향상시키게 된다.
종래 맨 손에서 동작 가능했던 이유는 사람 자체가 접지 역할을 하므로 정전 용량 방식에서 터치시 신호의 변화를 발생시키는 원인이 된다. 그러나, 장갑 낀 손 사용시, 사람 자체가 접지 역할을 할 수 없도록 장갑이 절연 역할을 하므로 신호 변화를 발생시키게 할 수 없게 된다. 결국, 동작이 제대로 되지 않는다.
본 발명은 터치 입력 도구가 어떠한 재질임을 불문하고 동작 가능한 터치 패널에 관한 것으로, 저항막 방식과 마찬가지로 손과 펜 등의 입력이 모두 가능하며, 정전 용량 방식의 장점으로 되어 있는 내구성 또한 유지할 수 있는 구조이다.
본 발명의 터치 패널은 하부에 위치하는 표시 장치를 액정 표시 장치를 포함 하여 여러 형태의 표시 장치를 선택적으로 구비할 수 있으며, 그 부착은 양면 접착제를 표시 장치와 터치 패널이 만나는 면 전면에 형성하거나, 가장 자리에 형성함으로써, 이루어질 수 있다.
상기와 같은 본 발명의 터치 패널은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 전도성 펜뿐만 아니라, 비전도성 펜과 장갑 낀 손 모두 입력 도구로 이용할 수 있다.
둘째, 터치 패널의 상부 필름 상에 투명 플라스틱 필름이 더 형성되어 내구성이 향상될 수 있다.
셋째, 스타일러스 펜과 투명 플라스틱 필름(예를 들어, PET 필름)의 조합으로 필기감을 향상시킬 수 있다.

Claims (6)

  1. 지지기판;
    상기 지지기판 상에 전압인가를 위하여, 네모서리에 각각 형성된 금속 전극들을 구비하여 형성된 제 1 투명 도전막;
    상기 제 1 투명 도전막과 마주보며 가장 자리 일측에 형성된 신호 검출 전극을 구비한 제 2 투명 도전막;
    상기 제 1, 제 2 투명 도전막을 서로 부착하도록 가장 자리에 형성된 절연성의 양면 접착제; 및
    상기 제 2 투명 도전막 외측면 상에 보호용 필름을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 터치 패널.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 지지기판은 하부에 차폐용 투명 도전막을 더 구비함을 특징으로 하는 터치 패널.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 보호용 필름은 투명 필름으로 이루어진 것임을 특징으로 하는 터치 패널.
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