KR102628247B1 - 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서는, 터치 영역에 터치가 입력되면 제1 축을 따라 변형되는 압력 센서; 및 상기 압력 센서로부터 획득한 감지 신호를 이용하여, 상기 터치의 위치 및 상기 터치의 세기를 산출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 축을 따라 변형된 압력 센서의 변위량이 최대 값인 위치를 제1 위치로서 산출하고, 상기 제1 위치를 상기 제1 위치에 대응하는 제1 보정 값만큼 보정하여 상기 터치의 위치를 산출할 수 있다.

Description

터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치{TOUCH SENSOR AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서, 표시 장치에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
최근의 표시 장치는 영상 표시 기능과 더불어 사용자의 터치를 입력받기 위한 터치 센서를 구비하고 있다. 이에 따라, 사용자는 터치 센서를 통해 보다 편리하게 표시 장치를 이용할 수 있게 되었다.
또한 최근에는 터치 위치뿐만 아니라, 터치로 인하여 발생하는 압력을 이용하여 사용자에게 다양한 기능을 제공하고자 하였다.
본 발명은 터치의 위치 및 세기를 파악하는 터치 센서를 제공하는 데에 목적이 있다.
또한, 본 발명은 표시 장치 구조의 특성 상 발생하는 압력 터치의 인식 오차를 줄일 수 있는 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서는, 터치 영역에 터치가 입력되면 제1 축을 따라 변형되는 압력 센서; 및 상기 압력 센서로부터 획득한 감지 신호를 이용하여, 상기 터치의 위치 및 상기 터치의 세기를 산출하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는, 상기 제1 축을 따라 변형된 압력 센서의 변위량이 최대 값인 위치를 제1 위치로서 산출하고, 상기 제1 위치를 상기 제1 위치에 대응하는 제1 보정 값만큼 보정하여 상기 터치의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제1 위치가 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 제1 보정 값이 클 수 있다.
또한, 상기 터치가 임의의 타겟점에 입력된 경우, 상기 임의의 타겟점의 위치와 상기 제1 위치가 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 제1 보정 값은, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치 사이의 거리에 대응할 수 있다.
또한, 상기 임의의 타겟점이 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치 사이의 거리가 멀 수 있다.
또한, 상기 터치 영역의 중심과 상기 제1 위치 사이의 거리는, 상기 터치 영역의 중심과 상기 임의의 타겟점의 위치 사이의 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 산출된 터치의 위치에 대응하는 제2 보정 값을 이용하여 상기 터치의 세기를 산출할 수 있다.
또한, 상기 산출된 터치의 위치가 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 제2 보정 값이 클 수 있다.
또한, 상기 압력 센서는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 이격되며, 상기 제1 전극과 정전 용량을 형성하는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 탄성 부재를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 정전 용량 변화량이 반영된 감지 신호를 획득할 수 있다.
또한, 상기 압력 센서는, 제1 전극; 상기 제1 전극과 이격되는 제2 전극; 및 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 가변 저항 요소를 포함하며, 상기 제어부는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 저항 변화량이 반영된 감지 신호를 획득할 수 있다.
다음으로, 본 발명의 일 실시예에 표시 장치는, 터치 영역에 터치가 입력되면 제1 축을 따라 변형되는 압력 센서를 포함하고, 상기 압력 센서로부터 획득한 감지 신호를 이용하여, 상기 터치의 위치 및 상기 터치의 세기를 산출하는 터치 센서; 상기 터치 센서의 일면에 위치하는 표시 패널; 상기 터치 센서 및 상기 표시 패널을 수용하는 브라켓; 및 상기 브라켓과 결합하는 윈도우를 포함하며, 상기 터치 센서는, 상기 제1 축을 따라 변형된 압력 센서의 변위량이 최대 값인 위치를 제1 위치로서 산출하고, 상기 제1 위치를 상기 제1 위치에 대응하는 제1 보정 값만큼 보정하여 상기 터치의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제1 보정 값은, 상기 표시 패널 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 하나에 대응하는 영률(young's modulus)에 비례할 수 있다.
또한, 상기 제1 보정 값은, 상기 표시 패널 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 하나의 두께에 비례할 수 있다.
또한, 상기 제1 위치가 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 제1 보정 값이 클 수 있다.
또한, 상기 터치가 상기 터치 영역의 중심에 입력되는 경우, 상기 제1 위치가 상기 터치의 위치로서 산출될 수 있다.
또한, 상기 터치가 임의의 타겟점에 입력된 경우, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치가 서로 상이할 수 있다.
또한, 상기 제1 보정 값은, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치 사이의 거리에 대응할 수 있다.
또한, 상기 임의의 타겟점이 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치 사이의 거리가 멀 수 있다.
또한, 상기 터치 영역의 중심과 상기 제1 위치 사이의 거리는, 상기 터치 영역의 중심과 상기 임의의 타겟점의 위치 사이의 거리보다 짧을 수 있다.
또한, 상기 터치 센서는 산출된 터치의 위치에 대응하는 제2 보정 값을 이용하여 상기 터치의 세기를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제2 보정 값은, 상기 표시 패널 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 하나에 대응하는 영률(young's modulus)에 비례할 수 있다.
또한, 상기 제2 보정 값은, 상기 표시 패널 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 하나의 두께에 비례할 수 있다.
또한, 상기 산출된 터치의 위치가 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 제2 보정 값이 클 수 있다.
본 발명에 따르면, 터치의 위치 및 세기를 파악하는 터치 센서를 제공할 수 있다.
본 발명에 따르면, 표시 장치 구조의 특성 상 발생하는 압력 터치의 인식 오차를 줄일 수 있는 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 있다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a의 I-I' 선에 따른 단면도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 패널을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서를 나타낸 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 압력 센서의 일부 영역 S를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부를 포함한 터치 센서를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치에 터치가 입력되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 T1에 터치가 입력된 경우, x축 위치 별 압력 센서의 변위량을 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
도 9는 도 7에 도시된 T2에 터치가 입력된 경우, x축 위치 별 압력 센서 변위량을 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
도 10은 터치가 입력되는 위치에 따른 터치의 이동량을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 11은 실제 터치 위치에 따른 터치의 이동량을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 단면도를 나타낸 것이다.
도 13a 및 도 13b는 도 12에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 단면도를 나타낸 것이다.
도 15a 및 도 15b는 도 14에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치의 단면도를 나타낸 것이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 본 발명의 실시예들과 관련된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서, 이를 포함하는 표시 장치 및 이의 구동 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 도시한 도면이고, 도 1b는 도 1a의 I-I' 선에 따른 단면도이다.
도 1a 및 도 1b를 참조하면, 본 발명에 따른 표시 장치(1)는, 터치 센서(10), 표시 패널(20), 윈도우(60) 및 브라켓(70)을 포함할 수 있다.
터치 센서(10)는 터치 영역(TA)에 입력되는 터치의 위치 및 세기를 산출할 수 있다.
표시 패널(20)은 표시 영역(DA)으로 영상을 표시하며, 터치 센서(10) 상에 위치할 수 있다. 상기 표시 영역(DA)과 상기 터치 영역(TA)은 동일할 수 있다.
브라켓(70)은 내부에 터치 센서(10) 및 표시 패널(20) 등을 수납할 수 있다.
윈도우(60)의 하측에는 편광판(30)이 위치할 수 있으며, 윈도우(60)와 편광판(30) 사이에는 제1 접착 부재(40)가 위치할 수 있다. 다만, 편광판(30)은 필요에 따라 생략될 수 있다.
또한, 윈도우(60)는 제2 접착 부재(50)를 통하여 브라켓(70)과 결합될 수 있다.
제1 접착 부재(40)와 제2 접착 부재(50)는 광학적으로 투명한 접착제, 기타 수지(resin), 테이프 등으로 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 패널을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 패널(20)은 기판(210), 화소들(220) 및 봉지층(encapsulation layer; 230)을 포함할 수 있다.
기판(210) 상에는 다수의 화소들(220)이 위치할 수 있다. 또한, 봉지층(230)은 화소들(220) 및 기판(210) 상에 위치할 수 있다.
예를 들어, 기판(210)은 유리, 수지(resin) 등과 같은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(210)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성(flexibility)을 갖는 재료로 이루어질 수 있고, 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 기판(210)은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 트리아세테이트 셀룰로오스(triacetate cellulose), 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다만, 상기 기판(210)을 구성하는 재료는 다양하게 변화될 수 있으며, 유리 섬유 강화플라스틱(FRP, Fiber glass reinforced plastic) 등으로도 이루어질 수 있다.
화소들(220)은 표시 구동부(미도시)의 제어에 의하여 발광할 수 있으며, 봉지층(230)에 의하여 보호될 수 있다.
예를 들어, 봉지층(230)은 화소들(220)로 수분, 산소 등이 침투하는 것을 방지할 수 있다.
이때, 봉지층(230)은 유리, 유기물, 및 무기물 중 적어도 하나를 포함할 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 봉지층(230)은 적어도 하나의 유기막과 적어도 하나의 무기막을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
상기 유기막의 재료로는 폴리아크릴, 폴리이미드, 테프론과 같은 불소계 탄소 화합물, 폴리에폭시, 벤조시클로부텐 등과 같은 유기 절연 물질이 이용될 수 있으며, 무기막의 재료로는 폴리실록산, 실리콘 질화물, 실리콘 산화물, 알루미늄 산화물을 포함한 금속 산화물 등의 무기 절연 물질이 이용될 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서를 나타낸 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서(10)는 기판(110), 기판(110) 상에 배치되는 압력 센서(10a)를 포함할 수 있다.
압력 센서(10a)는 제1 전극들(120)과 제2 전극들(130)을 포함하며, 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130)은 도전성 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도전성 물질은 금속이나 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu), 백금(Pt) 등을 들 수 있다.
한편, 제1 및 제2 전극들(120, 130)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 투명 도전성 물질로는 은나노와이어(AgNW), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 및 SnO2(Tin Oxide), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀 (graphene) 등을 들 수 있다. 제1 및 제2 전극들(120, 130)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
제1 전극들(120)과 제2 전극들(130) 사이에는 탄성 부재(미도시됨)가 위치할 수 있다.
제1 전극들(120)은 x축 방향을 따라 순차적으로 배열되는 n 개의 전극들(X1~Xn)을 포함하고, 제2 전극들(130)은 x축과 수직한 y축 방향을 따라 순차적으로 배열되는 m 개의 전극들(Y1~Ym)을 포함할 수 있다. 여기서, n과 m은 자연수이다.
제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130) 중 적어도 어느 하나에는 압력 센서(10a)를 구동하기 위한 구동 전압이 인가되고, 나머지로부터는 정전 용량 변화량에 대응하는 감지 신호를 획득할 수 있다.
기판(110)은 유리, 수지(resin) 등과 같은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(110)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성(flexibility)을 갖는 재료로 이루어질 수 있고, 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 기판(110)은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 트리아세테이트 셀룰로오스(triacetate cellulose), 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다만, 상기 기판(110)을 구성하는 재료는 다양하게 변화될 수 있으며, 유리 섬유 강화플라스틱(FRP, Fiber glass reinforced plastic) 등으로도 이루어질 수 있다.
배선들(140)은 제1 및 제2 전극들(120, 130)과 패드들(150) 사이에 연결될 수 있다. 또한, 배선들(140)은 패드들(150)을 통하여 제어부(미도시)와 연결될 수 있다.
압력 센서(10a)에 터치가 입력되는 경우, 상기 터치와 연관된 제1 및 제2 전극들(120, 130) 사이의 정전 용량이 변화하게 되므로, 제어부는 제1 전극들(120) 또는 제2 전극들(130)로부터 출력되는 신호를 이용하여 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 정전 용량의 변화량을 이용하여 터치의 세기도 검출할 수 있다.
도 4는 도 3에 도시된 압력 센서의 일부 영역 S를 구체적으로 나타낸 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 압력 센서(10a)는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 사이에 위치하는 탄성 부재(160)를 더 포함할 수 있다.
제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 서로 이격되어 위치할 수 있다. 이때, 제1 전극(120)과 제2 전극(130)은 커패시터의 역할을 수행할 수 있으며, 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이에는 정전 용량(capacitance)이 형성될 수 있다.
제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 정전 용량은 제1 전극(120)과 제2 전극(130)의 이격 거리에 따라 변화될 수 있다.
예를 들어, 터치 센서(10) 상에 터치가 발생한 경우, 상기 터치에 대응하는 곳에 위치하는 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 거리가 변화되고, 이에 따라 정전 용량은 변화될 수 있다.
이에 따라, 터치 발생 시, 정전 용량의 변화량을 검출함으로써, 상기 터치에 의한 압력을 인식할 수 있다.
도 4에서는 예시적으로 제1 전극(120)이 제2 전극(130)의 상측에 위치하는 경우를 도시하였으나, 제1 전극(120)이 제2 전극(130)의 하측에 위치할 수도 있다.
탄성 부재(160)는 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이에 위치할 수 있다.
예를 들어, 탄성 부재(160)의 일면은 제1 전극(120)에 접촉되고, 탄성 부재(160)의 타면은 제2 전극(130)에 접촉될 수 있다.
탄성 부재(160)는 외부의 충격을 완화시키는 역할을 수행할 수 있으며, 이를 위해 탄성력을 가질 수 있다. 예를 들어, 탄성 부재(160)는 외부로부터의 압력에 의해 변형이 일어나며, 상기 외부로부터의 압력이 제거되면 다시 원 상태로 복원 가능한 탄성력을 가질 수 있다.
또한, 탄성 부재(160)는 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 전기적 단락을 방지하기 위해 절연성을 가질 수 있다.
탄성 부재(160)는 탄성력을 갖도록 다공성 고분자로 제공될 수 있다. 예를 들어, 탄성 부재(160)는 스폰지와 같이 발포체 형태로 제공될 수 있다.
예를 들어, 탄성 부재(160)는 열가소성 탄성 중합체(thermoplastic elastomer), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리우레탄 열가소성 탄성 중합체(polyurethane thermoplastic elastomers), 폴리아미드(polyamides), 합성고무(synthetic rubbers), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리이소부티렌(polyisobutylene), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)[poly(styrene-butadienestyrene)], 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리클로로프렌(polychloroprene), 폴리에틸렌(polyethylene), 실리콘(silicone), 등 및 이들의 조합들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 압력 센서(10a)의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 5a는 압력 센서(10a)에 압력(P)이 인가되지 않은 상태를 도시하였으며, 도 5b는 압력 센서(10a)에 압력(P)이 인가된 상태를 도시하였다.
도 5a를 참조하면, 압력 센서(10a)에 압력(P)이 인가되지 않은 경우, 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이에는 제1 정전 용량(C1)이 형성될 수 있다.
도 5b를 참조하면, 사용자의 터치 등에 따라 압력 센서(10a)에 압력(P)이 가해지는 경우, 압력 센서(10a)는 z축을 따라 변형될 수 있다. 보다 구체적으로, 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 거리가 변화되고, 이에 따라 제1 전극(120)과 제2 전극(130)의 정전 용량은 변화될 수 있다.
예를 들어, 인가되는 압력(P)에 의해 제1 전극(120)과 제2 전극(130) 사이의 거리가 d만큼 변화되면, 제1 정전 용량(C1)은 제2 정전 용량(C2)으로 변화될 수 있다.
결국, 외부 압력(P)이 증가될수록 d 값이 커지고, 제1 전극(120)과 제2 전극(130)의 정전 용량도 증가할 수 있다.
따라서, 압력 센서(10a)에서 발생되는 정전 용량의 변화량을 이용하여, 압력(P)의 세기 등을 검출할 수 있다.
또한, 정전 용량의 변화량을 이용하여 압력 센서(10a)가 변형된 정도(이하에서는 압력 센서(10a)의 변위량이라 함)인 Δd 값을 산출할 수도 있다.
압력 센서(10a)에 인가되는 압력(P)은 주로 사용자의 터치에 의해 발생할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 그 외 다양한 원인에 의하여 발생할 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부를 포함한 터치 센서를 나타낸 도면이다. 특히, 도 6에서는 설명의 편의를 위하여 탄성 부재(160)의 도시를 생략하였다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서(10)는 제어부(170)를 더 포함할 수 있다.
제어부(170)는 제1 전극들(120)과 제2 전극들(130) 사이에 존재하는 정전 용량의 변화량(ΔC)을 감지함으로써, 터치 센서(10) 상에 인가되는 압력을 검출할 수 있다.
예를 들어, 제어부(170)는 제1 전극들(120)의 출력 신호를 이용하여 정전 용량의 변화량(ΔC)을 검출할 수 있다.
제어부(170)는 정전 용량 변화량(ΔC)의 크기를 참조로 하여 터치의 세기를 산출할 수 있다. 또한, 정전 용량 변화량(ΔC)의 크기를 참조로 하여 압력 센서(10a)의 변위량을 산출할 수도 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 의한 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130)은 매트릭스 형상으로 배치되므로, 터치의 세기뿐만 아니라 터치의 위치도 산출할 수 있다.
예를 들어, 제1 전극들(120)이 감지 전극에 해당하고, 제2 전극들(130)이 구동 전극에 해당하는 경우, j 번째 제2 전극이 구동되는 동안 i 번째 제1 전극으로부터 정전 용량 변화량(ΔC)에 대응하는 감지 신호가 출력되면, i 번째 제1 전극과 j 번째 제2 전극이 중첩되는 위치에 터치가 입력된 것으로 판단할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치에 터치가 입력되는 것을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 7에서는 제1 타겟점(T1) 및, 상기 제1 타겟점(T1)과 다른 위치인 제2 타겟점(T2)에 터치가 입력되는 경우를 예로 들어 설명한다. 특히, 제1 타겟점(T1)의 위치는 표시 장치(1)의 중심부에 대응하고, 제2 타겟점(T2)의 위치는 표시 장치(1)의 테두리에 인접할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 사용자가 소정의 힘을 가하여 제1 타겟점(T1)을 터치하면, 제1 타겟점(T1)을 포함하는 제1 영역(A1)에 힘이 가해진다.
따라서 제1 영역(A1)과 중첩하는 영역에 위치하는 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130) 사이의 거리가 변화된다. 이 때 제1 영역(A1) 전체에 동일한 힘이 가해지는 것이 아니므로, 제1 영역(A1)에서의 위치 별 압력 센서(10a) 변위량은 서로 상이할 수 있다.
구체적으로, 제1 타겟점(T1)에서의 압력 센서(10a)의 변위량이 가장 크고, 제1 타겟점(T1)과 멀어질수록 압력 센서(10a)의 변위량이 감소할 수 있다.
도 8은 도 7에 도시된 제1 타겟점(T1)에 터치가 입력된 경우, x축 위치 별 압력 센서(10a)의 변위량을 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
도 8을 참조하면, 제1 타겟점(T1)의 x축 위치를 X1이라고 할 때, X1에서의 압력 센서(10a) 변위량(d1max)이 가장 크다. 또한, X1으로부터 멀어질수록 압력 센서(10a) 변위량이 점차 감소한다.
다음으로, 도 7에 도시된 바와 같이, 사용자가 소정의 힘을 가하여 제2 타겟점(T2)을 터치하면, 제2 타겟점(T2)을 포함하는 제2 영역(A2)에 힘이 가해진다.
따라서 제2 영역(A2)과 중첩하는 영역에 위치하는 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130) 사이의 거리가 변화된다. 이 때 제2 영역(A2) 전체에 동일한 힘이 가해지는 것이 아니므로, 각각의 위치에서의 압력 센서(10a) 변위량은 서로 상이할 수 있다.
도 9는 도 7에 도시된 제2 타겟점(T2)에 터치가 입력된 경우, x축 위치 별 압력 센서(10a)의 변위량을 그래프의 형태로 나타낸 것이다.
도 9를 참조하면, 제2 타겟점(T2)의 x축 위치를 X2이라고 할 때, X2와 압력 센서(10a)의 변위량이 최대 값(d2max)인 위치(X2')가 일치하지 않을 수 있다.
브라켓(70)의 측벽과 윈도우(60)가 제2 접착 부재(50)에 의하여 결합된 표시 장치(1) 구조의 특성 상, 터치 영역(TA)의 테두리는 브라켓(70)의 측벽과 제2 접착 부재(50)에 구속(constraint)되어 있다. 즉, 터치 영역(TA)의 테두리와 근접한 영역에 터치가 입력되는 경우, 터치하는 힘의 중심은 비교적 구속력이 작은 표시 장치(1)의 중심부 방향으로 치우치게 된다.
따라서, 사용자가 제2 타겟점(T2)을 터치하더라도 표시 장치(1) 구조의 특성 상, 상기 터치는 표시 장치(1)의 중심부 방향(또는 터치 영역(TA)의 중심부 방향)으로 소정의 거리(ΔX; 사용자의 의도와 다르게 상기 터치가 이동된 정도; 이하, 터치의 이동량이라고 함)만큼 이동하게 된다. 즉, 압력 센서(10a)로부터 출력되는 감지 신호만으로 터치의 위치를 산출하는 경우, 표시 장치(1) 구조의 특성 상 사용자가 의도한 위치와 다른 위치에 터치가 입력된 것으로 인식할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 제어부(170)는, 상기 터치의 이동량에 따른 터치 인식 오차를 줄일 수 있도록, 압력 센서(10a)의 변위량이 최대 값인 위치에 터치의 이동량(ΔX)을 보상하여 터치의 최종 위치를 생성할 수 있다.
도 10은 터치가 입력되는 위치에 따른 터치의 이동량을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 10에서, 그래프 G1은 터치 영역(TA)의 중심부(Ta)에 터치가 입력된 경우 x축 위치 별 압력 센서(10a) 변위량에 관한 것이고, 그래프 G2는 중심부(Ta)로부터 b(mm)만큼 떨어진 위치(Tb)에 터치가 입력된 경우 x축 위치 별 압력 센서(10a) 변위량에 관한 것이며, 그래프 G3는 중심부(Ta)로부터 c(mm)만큼 떨어진 위치(Tc)에 터치가 입력된 경우 x축 위치 별 압력 센서(10a) 변위량을 나타낸 것이다. 여기서 b와 c는 임의의 자연수이고, c는 b보다 크다.
또한, 그래프 G1 내지 G3은 각각의 위치(Ta, Tb, Tc)를 동일한 세기의 힘으로 터치했을 때 산출된 압력 센서(10a) 변위량을 나타내는 것으로 상정한다.
도 10의 그래프 G1을 참조하면, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D1)을 갖는 위치는 터치가 입력된 위치일 수 있다. 즉, 중심부(Ta)에 터치가 입력되는 경우에는 터치 영역(TA)의 테두리에 가해지는 구속력의 영향이 거의 없으므로, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D1)을 갖는 위치와 실제 터치가 입력된 위치가 동일할 수 있다.
도 10의 그래프 G2를 참조하면, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D2)을 갖는 위치(Mb)는 터치가 입력된 위치(Tb)와 중심부(Ta) 사이일 수 있다. 즉, 터치 영역(TA)의 테두리에 가해진 구속력의 영향으로 인하여, 중심부(Ta) 방향으로 터치의 이동량(ΔX2)만큼 치우진 위치에 가장 큰 힘이 가해진다. 따라서, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D2)을 갖는 위치(Mb)와 실제 터치가 입력된 위치(Tb)가 상이할 수 있다.
즉, 제어부(170)가 압력 센서(10a)로부터 획득한 감지 신호를 이용하여, 실제 터치가 입력된 위치를 정확하게 산출하기 위하여는, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D2)을 갖는 위치(Mb)에 터치의 이동량(ΔX2)을 보상하여야 한다. 한편, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D2)을 갖는 위치(Mb)는 상기 감지 신호를 이용하여 산출될 수 있다.
도 10의 그래프 G3을 참조하면, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D3)을 갖는 위치(Mc)는 터치가 입력된 위치(Tc)와 중심부(Ta) 사이일 수 있다. 즉, 터치 영역(TA)의 테두리에 가해진 구속력의 영향으로 인하여, 중심부(Ta) 방향으로 터치의 이동량(ΔX3)만큼 치우진 위치에 가장 큰 힘이 가해질 수 있다. 따라서, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D3)을 갖는 위치(Mc)와 실제 터치가 입력된 위치(Tc)가 상이할 수 있다.
즉, 제어부(170)가 압력 센서(10a)로부터 획득한 감지 신호를 이용하여, 실제 터치가 입력된 위치를 정확하게 산출하기 위하여는, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D3)을 갖는 위치(Mc)에 터치의 이동량(ΔX3)을 보상하여야 한다. 한편, 압력 센서(10a) 변위량이 최대 값(D3)을 갖는 위치(Mc)는 상기 감지 신호를 이용하여 산출될 수 있다.
도 10의 그래프 G1 내지 G3을 참조하면, 중심부(Ta)로부터 c(mm)만큼 떨어진 위치(Tc)에 터치가 입력된 경우의 터치 이동량(ΔX3)은, 중심부(Ta)로부터 b(mm)만큼 떨어진 위치(Tb)에 터치가 입력된 경우의 터치 이동량(ΔX2)보다 크다. 또한, 중심부(Ta)에 터치가 입력된 경우의 터치 이동량은 0이다.
즉, 터치 영역(TA)의 중심부(Ta)에서 멀어질수록(또는, 터치 영역의 테두리에 가까울수록) 구속력에 의한 영향을 많이 받으므로 터치의 이동량이 커질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(170)는 압력 센서(10a)의 변위량이 최대 값인 제1 위치를, 상기 제1 위치에 대응하는 제1 보정 값만큼 보정하여 상기 터치의 위치를 산출할 수 있다. 즉, 제어부(170)는 제1 보정 값을 이용하여, 압력 센서(10a)의 변위량이 최대 값인 제1 위치에 터치의 이동량을 보상함으로써, 실제 터치가 입력된 위치를 정확히 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 센서는 제1 위치에 대응하는 제1 보정 값을 저장하는 메모리(미도시됨)를 더 포함할 수 있다. 상기 메모리에는 제1 위치에 대응하는 터치의 이동량에 대한 정보가 저장되어 있을 수도 있다. 제어부(170)는 메모리로부터 제1 보정 값에 대한 정보를 직접적으로 획득하거나, 또는 메모리에 저장된 정보를 이용하여 제1 보정 값을 산출할 수도 있다. 메모리는 제어부(170)에 포함될 수 있으며, 또는 제어부(170)와 별도로 형성된 것일 수도 있다.
예를 들어, 제어부(170)는 터치 입력 시 최대 압력 센서(10a) 변위량을 갖는 위치가 중심부인 경우에, 입력된 터치의 위치로서 상기 중심부 위치를 생성하여 출력할 수 있다.
또는, 터치 입력 시 최대 압력 센서(10a) 변위량을 갖는 위치가 중심부로부터 b(mm)만큼 이격된 위치인 경우, 제어부(170)는 제1 보정 값을 이용하여 터치의 위치를 산출할 수 있다. 즉, 제어부(170)는 최대 압력 센서 변위량을 갖는 위치에 'ΔX2'에 대응하는 값이 보상된 위치를 생성할 수 있다.
또는, 터치 입력 시 최대 압력 센서 변위량을 갖는 위치가 중심부로부터 c(mm)만큼 이격된 위치인 경우, 제어부(170)는 제1 보정 값을 이용하여 터치의 위치를 산출할 수 있다. 즉, 제어부(170)는 최대 압력 센서 변위량을 갖는 위치에 'ΔX3'에 대응하는 값이 보상된 위치를 생성할 수 있다.
한편, 도 10을 참조하면, 중심부(Ta)에 터치가 입력된 경우의 최대 압력 센서 변위량(D1)은, 중심부(Ta)로부터 b(mm)만큼 떨어진 위치(Tb)에 터치가 입력된 경우의 최대 압력 센서 변위량(D2) 보다 크다. 또한, 중심부로부터 b(mm)만큼 떨어진 위치(Tb)에 터치가 입력된 경우의 최대 압력 센서 변위량(D2)은, 중심부로부터 c(mm)만큼 떨어진 위치(Tc)에 터치가 입력된 경우의 최대 압력 센서 변위량(D3)보다 크다.
즉, 각각의 위치(Ta, Tb, Tc)를 동일한 힘으로 터치하였음에도 불구하고, 터치 영역의 중심부에서 멀어질수록(또는, 터치 영역의 테두리에 가까울수록) 측정되는 힘의 세기가 작아진다.
앞서 설명한 바와 같이, 브라켓(70)의 측벽과 윈도우(60)가 제2 접착 부재(50)에 의하여 결합된 표시 장치(1) 구조의 특성 상, 터치 영역(TA)의 테두리는 브라켓(70)의 측벽과 제2 접착 부재(50)에 구속(constraint)되어 있다. 즉, 동일한 힘으로 터치하더라도 눌리는 정도(또는, 제1 전극과 제2 전극 사이의 거리 변화량; 또는 압력 센서(10a)의 변위량)가 달라지게 된다. 예를 들어, 구속력이 적은 중심부는 많이 눌리고, 구속력이 큰 테두리는 적게 눌릴 수 있다.
이러한 표시 장치의 구조적 특징은 터치 세기 인식의 오차를 야기하게 되며, 이를 방지하기 위하여 터치 위치 별로 압력의 세기를 보상하여야 한다.
본 발명의 실시예에 의한 제어부(170)는, 압력 센서(10a)로부터 출력되는 감지 신호와 제2 보정 값을 이용하여 터치의 세기를 산출한다. 다만, 터치가 입력되는 위치 별로 압력 센서(10a)가 눌리는 정도가 상이하므로, 압력 세기 보상을 위한 상기 제2 보정 값은 위치 별로 달라야 한다. 따라서, 미리 산출된 터치의 위치에 대응하는 제2 보정 값을 이용하여, 터치의 세기를 산출할 수 있다.
이 때 터치 위치가 터치 영역의 테두리에 가까울수록 그에 대응하는 제2 보정 값은 클 수 있다.
한편, 각각의 터치의 위치에 대응하는 제2 보정 값은 상기 메모리에 저장될 수 있다.
도 11은 실제 터치 위치에 따른 터치의 이동량을 예시적으로 나타내는 그래프이다.
도 11에서 가로축은 터치 영역(TA)의 중심부와 실제 터치가 입력되는 위치 사이의 거리(Xc)를 나타내는 것이며, 세로축은 위치 별 터치의 이동량(ΔX)을 나타내는 것이다.
또한, 도 11에서 그래프 G10 내지 G12는 압력 센서(10a) 상부에 유리 기판이 위치하고 상기 유리 기판 상에 터치가 입력되는 경우의 터치의 이동량(ΔX)을 나타낸 것이다.
그래프 G20 내지 G22는 압력 센서(10a) 상부에 폴리에스테르 필름이 위치하고 상기 폴리에스테르 필름 상에 터치가 입력되는 경우의 터치의 이동량(ΔX)을 나타낸 것이다.
도 11을 참조하면, 압력 센서(10a) 상부에 유리 기판이 위치하는 경우의 터치 이동량(ΔX)이, 압력 센서(10a) 상부에 폴리에스테르 필름이 위치하는 경우의 터치 이동량(ΔX)보다 크다.
즉 터치의 이동량(ΔX)은 압력 센서(10a) 상부에 위치하는 기판의 물성에 영향을 받을 수 있으며, 예를 들어 터치의 이동량(ΔX)은 상기 기판에 대응하는 영률(young's modulus)에 비례할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 있어서 터치의 이동량(ΔX)은, 터치 센서 상부에 위치하는 구성들(예를 들어, 표시 패널이나 윈도우)의 영률(young's modulus)에 비례할 수 있다.
도 11에서 그래프 G10은 상기 유리 기판의 두께가 0.4(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)을 나타낸 것이고, 그래프 G11은 상기 유리 기판의 두께가 0.8(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)을 나타낸 것이며, 그래프 G12은 상기 유리 기판의 두께가 1.2(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)을 나타낸 것이다.
그래프 G10 내지 G12를 참조하면, 상기 유리 기판의 두께가 1.2(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)은, 상기 유리 기판의 두께가 0.8(mm)인 경우 및 상기 유리 기판의 두께가 0.4(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)보다 크다. 또한, 상기 유리 기판의 두께가 0.8(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)은, 상기 유리 기판의 두께가 0.4(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)보다 크다.
다음으로, 도 11에서 그래프 G20은 상기 폴리에스테르 필름의 두께가 0.4(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)을 나타낸 것이고, 그래프 G21은 상기 폴리에스테르 필름의 두께가 0.8(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)을 나타낸 것이며, 그래프 G22은 상기 폴리에스테르 필름의 두께가 1.2(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)을 나타낸 것이다.
그래프 G20 내지 G22를 참조하면, 상기 폴리에스테르 필름의 두께가 1.2(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)은, 상기 폴리에스테르 필름의 두께가 0.8(mm)인 경우 및 상기 폴리에스테르 필름의 두께가 0.4(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)보다 크다. 또한, 상기 폴리에스테르 필름의 두께가 0.8(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)은, 상기 폴리에스테르 필름의 두께가 0.4(mm)인 경우의 터치 이동량(ΔX)보다 크다.
즉, 터치의 이동량(ΔX)은, 압력 센서(10a) 상부에 위치하는 기판의 물성이 동일하더라도 기판의 두께에 의한 영향을 받을 수 있으며, 예를 들어 터치의 이동량(ΔX)은, 기판의 두께에 비례할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치에 있어서 터치의 이동량은, 터치 센서 상부에 위치하는 구성들(예를 들어, 표시 패널이나 윈도우)의 두께에 비례할 수 있다.
한편, 도 7 내지 도 11에서는 x축의 위치에 따른 압력 센서(10a)의 변위량을 참조로 하여 설명하였으며, 정확한 터치의 위치를 산출하기 위하여, 동일한 과정을 y축 위치에 대해서도 수행할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서(10)는, 제1 전극들(120)과 제2 전극들(130) 사이의 거리가 변하면 정전 용량이 변하는 압력 센서(10a)를 포함하는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되지는 않는다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 단면도를 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, 본 발명에 의한 압력 센서(10a')는 제1 전극(121), 제2 전극(131) 및 상기 제1 및 제2 전극(121, 131) 사이에 제공된 가변 저항 요소(161)를 포함할 수 있다.
상기 제1 전극(121)은 도전성 물질을 포함한다. 본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 도전성 물질은 금속이나 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu), 백금(Pt) 등을 들 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 제1 전극(121)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 투명 도전성 물질로는 은나노와이어(AgNW), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 및 SnO2(Tin Oxide), 카본나노튜브 (Carbon Nano Tube), 그래핀 (graphene) 등을 들 수 있다.
다음으로, 상기 제2 전극(131)은 상기 제1 전극(121)과 이격되며 도전성 물질을 포함한다. 상기 도전성 물질은 상기 제1 전극(121)을 구성할 수 있는 재료 중에서 선택될 수 있으며, 상기 제1 전극(121)와 동일 물질로 이루어지거나 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
다음으로, 상기 가변 저항 요소(161)는 상기 제1 전극(121)과 상기 제2 전극(131) 사이에 제공될 수 있다.
상기 가변 저항 요소(161)는 변형된 정도에 따라 전기적 특성이 변경되는 구성 요소로서, 특히, 상기 제1 전극(121)과 상기 제2 전극(131) 사이에서 외부로부터의 압력에 따라 저항이 변경되는 물질을 포함한다.
예를 들어, 가변 저항 요소(161)에 제공되는 힘이 증가할수록 가변 저항 요소(161)의 저항은 감소할 수 있다. 또는, 그와 반대로 가변 저항 요소(161)에 제공되는 힘이 증가할수록 가변 저항 요소(161)의 저항이 증가할 수도 있다.
가변 저항 요소(161)는 압력에 따라 저항이 변경되는 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 가변 저항 요소(161)는 압력 감지 물질(force sensitive material) 또는 압력 감지 레지스터(force sensitive resistor)로 지칭되는 물질들을 포함할 수 있다.
가변 저항 요소(161)는 PZT(lead zirconate titanate), 티탄산 바륨(BaTiO3), PTrFE(polytrifluoroethylene)와 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등과 같은 압전 물질(piezo-electric materials), 폴리 크리스탈(Poly Crystal), 압전단결정(PMN-PT Single Crystal), 산화 아연(ZnO), 이황화몰리브덴(MoS2) 등과 같은 압전 반도체(piezo-electric semiconductor), 카본 파우더(carbon powder), QTC(Quantum tunnelling composite), 실리콘(silicone), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 및 그래핀(graphene) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
도 13a 및 도 13b는 도 12에 도시된 압력 센서(10a')의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 13a에는 압력 센서(10a')에 압력이 인가되지 않은 상태를 도시하였으며, 도 13b에는 압력 센서(10a')에 압력(P)이 인가된 상태를 도시하였다.
도 13a를 참조하면, 압력 센서(10a')에 압력이 인가되지 않은 경우, 제1 전극(121)와 제2 전극(131)는 가변 저항 요소(161)를 사이에 두고 제1 거리로 이격되며, 가변 저항 요소(161)는 제1 저항(R1)을 가질 수 있다.
도 13b를 참조하면, 사용자의 터치 등에 따라 압력 센서(10a')에 압력(P)이 가해지는 경우, 제1 전극(121)와 제2 전극(131) 사이의 거리가 변화되고, 이에 따라 가변 저항 요소(161)의 형태가 변화될 수 있다. 즉, 가변 저항 요소(161)의 저항은 제1 저항(R1)에서 제2 저항(R2)으로 변화될 수 있다.
결국, 저항이 변화된 정도를 참조로 하여 압력의 세기 등을 검출할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력 센서의 단면도를 나타낸 것이다.
도 14를 참조하면, 본 발명에 의한 압력 센서(10a'')는 기판(133), 절연층(123) 및 기판(133)과 절연층(123) 사이에 제공된 나노 입자(163)를 포함할 수 있다.
기판(133)과 절연층(123)은 유리, 수지(resin) 등과 같은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(133) 과 절연층(123)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성을 갖는 재료로 이루어질 수 있고, 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
나노 입자(163)는 기판(133)과 절연층(123) 사이에 제공될 수 있다. 또한 나노 입자(163)는 변형된 정도에 따라 전기적 특성이 변경되는 구성 요소로서, 외부로부터의 압력에 따라 저항이 변경되는 물질을 포함한다.
예를 들어, 나노 입자(163)는 나노 튜브, 나노 컬럼, 나노 로드, 나노 기공, 나노 와이어 등으로 제공될 수 있다.
나노 입자(163)는 탄소, 흑연, 준금속, 금속, 상기 준금속 또는 금속의 도전성 산화물, 또는 상기 준금속 또는 금속의 도전성 질화물의 입자들을 포함하거나, 절연성 비드 상에 상기 입자들이 코팅된 코어 쉘 구조의 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 준금속은, 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge) 및 비소(As) 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속은 아연(Zn), 알루미늄(Al), 스칸듐(Sc), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W), 카드뮴(Cd), 탄탈륨(Ta), 타이타늄(Ti) 등, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 도전성 산화물은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 알루미늄 도프된 아연 산화물(AZO), 갈륨 인듐 아연 산화물(GIZO), 아연 산화물(ZnO) 등, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
도 14에는 도시되지 않았으나, 기판(133)과 절연층(123) 사이에는 나노 입자들(163)의 변화를 측정하기 위한 전극들이 배치될 수 있다.
또한, 도 14에서는 나노 입자들(163)이 단일층 구조로 배치된 것이 도시되었으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니며, 나노 입자들(163)은 다층 구조로 배치될 수도 있다.
도 15a 및 도 15b는 도 14에 도시된 압력 센서(10a'')의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 15a에는 압력 센서(10a'')에 압력이 인가되지 않은 상태를 도시하였으며, 도 15b에는 압력 센서(10a'')에 압력(P)이 인가된 상태를 도시하였다.
도 15a를 참조하면, 압력 센서(10a'')에 압력이 인가되지 않은 경우, 각각의 나노 입자들(163)은 제1 거리(L) 두고 이격될 수 있다.
도 15b를 참조하면, 사용자의 터치 등에 따라 압력 센서(10a'')에 압력(P)이 가해지는 경우, 기판(133)과 절연층(123) 사이의 거리가 변화되고, 이에 따라 나노 입자들(163)이 서로 멀어질 수 있다. 즉, 나노 입자들(163) 간의 거리는 제1 거리(L1)에서 제2 거리(L2)로 변화될 수 있다.
나노 입자들 간의 거리가 변화하게 되면, 나노 입자들 간의 터널 효과(tunnel effect)가 변화하여 전자 이동 확률이 변화하게 된다. 이에 따라, 저항이 변하게 되므로, 저항 변화량을 참조로 하여 압력의 세기 등을 검출할 수 있다.
압력 센서는, 상술한 것 외에도, 다양한 방식으로 형성될 수 있다.
예를 들어, 압력 센서는 스트레인 게이지(strain guage)의 구조를 가질 수 있다. 상기 스트레인 게이지를 형성하는 저항선은 은 나노 와이어(AgNW), 그래핀(graphene), 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube), ITO(Indium Tin Oxide) 등과 같은 물질을 포함할 수 있다.
도 16a 및 도 16b는 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 3을 참조로 한 실시예에서는 제1 전극(120)과 제2 전극(130)이 기판(110) 상에 바(bar) 형상으로 형성된 것을 설명하였으나, 도 16a 및 도 16b를 참조하면, 브라켓(70)의 일부가 제2 전극(130)으로 활용될 수도 있다.
이를 위하여, 브라켓(70)은 도전성을 갖는 물질을 포함할 수 있다. 구체적으로, 브라켓(70) 중 제1 전극(120)과 중첩되는 영역이 도전성을 갖게 되며, 해당 영역이 제2 전극(130)으로 활용될 수 있다.
특히, 브라켓(70)의 하부가 제2 전극(130)으로 활용됨에 따라 제2 전극(130)이 판(plate) 형상이 되는 경우, 터치의 위치까지 감지할 수 있도록 제1 전극(120)은 기판(110) 상에 x축 방향과 y축 방향을 따라 배열될 수 있다.
한편, 브라켓(70)의 일부가 제2 전극(130)으로 활용되는 것 외 다른 구성요소에 대한 설명은 상술한 것과 중복되므로, 여기서는 구체적인 설명을 생략하도록 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1)에서는 터치 센서(10)와 표시 패널(20)이 순차적으로 적층되어 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 표시 장치를 나타낸 단면도이다.
도 17을 참조로 하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 표시 장치(1')는, 도 1a 및 도 1b를 참조로 하여 설명한 것과 같이, 터치 센서(10), 표시 패널(20), 윈도우(60) 및 브라켓(70)을 포함할 수 있다.
다만, 표시 패널(20) 상에 터치 센서(10)가 위치할 수 있다. 즉, 표시 패널(20)보다 터치 센서(10)가 윈도우(60)에 더 근접하도록 적층된 형상일 수 있다. 이 경우, 터치 센서(10)에 포함된 기판(110), 제1 전극들(120, 121), 제2 전극들(130, 131), 탄성 부재(160; 또는 가변 저항 물질(161))은 모두 투명한 물질로 형성된 것일 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
1: 표시 장치
10: 터치 센서
20: 표시 패널
30: 편광판
40: 제1 접착 부재
50: 제2 접착 부재
60: 윈도우
70: 브라켓

Claims (23)

  1. 터치 영역에 터치가 입력되면 제1 축을 따라 변형되는 압력 센서; 및
    상기 압력 센서로부터 획득한 감지 신호를 이용하여, 상기 터치의 위치 및 상기 터치의 세기를 산출하는 제어부를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 제1 축을 따라 변형된 압력 센서의 변위량이 최대 값인 위치를 제1 위치로서 산출하고, 상기 제1 위치를 상기 제1 위치에 대응하는 제1 보정 값만큼 보정하여 상기 터치의 위치를 산출하고,
    상기 제1 위치가 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 제1 보정 값이 큰 터치 센서.
  2. 삭제
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터치가 임의의 타겟점에 입력된 경우, 상기 임의의 타겟점의 위치와 상기 제1 위치가 서로 상이한 터치 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제1 보정 값은, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치 사이의 거리에 대응하는 터치 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 임의의 타겟점이 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치 사이의 거리가 먼 터치 센서.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 터치 영역의 중심과 상기 제1 위치 사이의 거리는, 상기 터치 영역의 중심과 상기 임의의 타겟점의 위치 사이의 거리보다 짧은 터치 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    산출된 터치의 위치에 대응하는 제2 보정 값을 이용하여 상기 터치의 세기를 산출하는 터치 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 산출된 터치의 위치가 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 제2 보정 값이 큰 터치 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 압력 센서는,
    제1 전극;
    상기 제1 전극과 이격되며, 상기 제1 전극과 정전 용량을 형성하는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 탄성 부재를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 정전 용량 변화량이 반영된 감지 신호를 획득하는 터치 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압력 센서는,
    제1 전극;
    상기 제1 전극과 이격되는 제2 전극; 및
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 위치하는 가변 저항 요소를 포함하며,
    상기 제어부는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 저항 변화량이 반영된 감지 신호를 획득하는 터치 센서.
  11. 터치 영역에 터치가 입력되면 제1 축을 따라 변형되는 압력 센서를 포함하고, 상기 압력 센서로부터 획득한 감지 신호를 이용하여, 상기 터치의 위치 및 상기 터치의 세기를 산출하는 터치 센서;
    상기 터치 센서의 일면에 위치하는 표시 패널;
    상기 터치 센서 및 상기 표시 패널을 수용하는 브라켓; 및
    상기 브라켓과 결합하는 윈도우를 포함하며,
    상기 터치 센서는,
    상기 제1 축을 따라 변형된 압력 센서의 변위량이 최대 값인 위치를 제1 위치로서 산출하고, 상기 제1 위치를 상기 제1 위치에 대응하는 제1 보정 값만큼 보정하여 상기 터치의 위치를 산출하고,
    상기 제1 위치가 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 제1 보정 값이 큰 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제1 보정 값은,
    상기 표시 패널 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 하나에 대응하는 영률(young's modulus)에 비례하는 표시 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 제1 보정 값은,
    상기 표시 패널 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 하나의 두께에 비례하는 표시 장치.
  14. 삭제
  15. 제11항에 있어서,
    상기 터치가 상기 터치 영역의 중심에 입력되는 경우, 상기 제1 위치가 상기 터치의 위치로서 산출되는 표시 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 터치가 임의의 타겟점에 입력된 경우, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치가 서로 상이한 표시 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 제1 보정 값은, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치 사이의 거리에 대응하는 표시 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 임의의 타겟점이 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 임의의 타겟점과 상기 제1 위치 사이의 거리가 먼 표시 장치.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 터치 영역의 중심과 상기 제1 위치 사이의 거리는, 상기 터치 영역의 중심과 상기 임의의 타겟점의 위치 사이의 거리보다 짧은 표시 장치.
  20. 제11항에 있어서,
    상기 터치 센서는 산출된 터치의 위치에 대응하는 제2 보정 값을 이용하여 상기 터치의 세기를 산출하는 표시 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제2 보정 값은,
    상기 표시 패널 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 하나에 대응하는 영률(young's modulus)에 비례하는 표시 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 제2 보정 값은,
    상기 표시 패널 및 상기 윈도우 중 적어도 어느 하나의 두께에 비례하는 표시 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 산출된 터치의 위치가 상기 터치 영역의 테두리에 가까울수록, 상기 제2 보정 값이 큰 표시 장치.
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