KR20170050553A - 압력 검출 정밀도 보정을 수행하는 압력 검출기 및 터치 입력 장치 - Google Patents

압력 검출 정밀도 보정을 수행하는 압력 검출기 및 터치 입력 장치 Download PDF

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Abstract

실시예에 따른 터치 입력 장치는 압력 센서; 및 압력 검출기를 포함하는 터치 입력 장치이고, 상기 압력 검출기는: 상기 압력 센서에 구동신호를 인가하는 구동부; 상기 압력 센서로부터 신호를 수신하여 상기 압력 센서에서 발생하는 정전용량을 검출하는 감지부; 상기 감지부로부터 입력되는 신호에 근거하여 압력 크기를 판단하는 압력 크기 판단부; 및 상기 압력 크기 판단부에서 판단되는 소정 압력 크기에 대응하는 상기 정전용량을 변경하는 보정을 수행하도록 구성된 제어부;를 포함할 수 있다.

Description

압력 검출 정밀도 보정을 수행하는 압력 검출기 및 터치 입력 장치 {TOUCH DETECTOR PERFORMING PRESSURE DETECTION ACCURACY CORRECTION METHOD AND TOUCH INPUT DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 압력 검출 정밀도 보정 방법을 수행하는 압력 검출기 및 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 입력 장치에 적용되어 터치 압력의 정밀도를 검사하여 필요시 보정할 수 있도록 하는 압력 검출 정밀도 보정 방법, 이를 수행하는 압력 검출기 및 이를 포함하는 터치 입력 장치에 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.
터치 위치뿐 아니라 터치의 압력 크기를 검출하도록 하는 터치 입력 장치에 대한 수요가 높아지고 있으며, 이와 더불어 이러한 터치 입력 장치에서 터치의 압력 검출 정밀도를 향상시킬 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 터치 입력 장치에서 터치의 압력 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 압력 검출 정밀도 보정 방법 및 이를 수행하는 압력 검출기를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 압력 검출 정밀도 보정 방법을 수행하는 압력 검출기를 포함하는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
실시예에 따른 터치 입력 장치는 압력 센서; 및 압력 검출기를 포함하는 터치 입력 장치이고, 상기 압력 검출기는: 상기 압력 센서에 구동신호를 인가하는 구동부; 상기 압력 센서로부터 신호를 수신하여 상기 압력 센서에서 발생하는 정전용량을 검출하는 감지부; 상기 감지부로부터 입력되는 신호에 근거하여 압력 크기를 판단하는 압력 크기 판단부; 및 상기 압력 크기 판단부에서 판단되는 소정 압력 크기에 대응하는 상기 정전용량을 변경하는 보정을 수행하도록 구성된 제어부;를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 압력 검출기는 압력 센서에 구동신호를 인가하는 구동부; 상기 압력 센서로부터 신호를 수신하여 상기 압력 센서에서 발생하는 정전용량을 검출하는 감지부; 상기 감지부로부터 입력되는 신호에 근거하여 압력 크기를 판단하는 압력 크기 판단부; 및 상기 압력 크기 판단부에서 판단되는 소정 압력 크기에 대응하는 상기 정전용량을 변경하는 보정을 수행하도록 구성된 제어부;를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 터치 입력 장치에서 터치의 압력 검출 정밀도를 향상시킬 수 있는 압력 검출 정밀도 보정 방법 및 이를 수행하는 압력 검출기를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 압력 검출 정밀도 보정 방법을 수행하는 압력 검출기를 포함하는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 터치 입력 장치에서 기구 등에 변형이 생겨 압력 검출 정밀도가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 압력 검출시 SNR(Signal to Noise Ratio)를 향상시킬 수 있는 압력 검출 모듈을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 압력 검출 균일도를 향상시킬 수 있다.
도1은 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 패널 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2a 내지 도2e는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 패널에 대한 터치 센서 패널의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
도3a는 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 제1예의 터치 입력 장치의 단면도이다.
도3b는 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 제2예의 터치 입력 장치의 단면도이다.
도3c는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 백라이트 유닛의 광학층을 예시한다.
도3d는 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 제3예의 터치 입력 장치의 단면도이다.
도4a 및 도4b는 터치 입력 장치에 포함된 제1예의 압력 센서와 기준 전위층 사이의 상대적인 거리 및 이에 압력이 인가된 경우를 예시한다.
도4c 및 도4d는 터치 입력 장치에 포함된 제2예의 압력 센서와 기준 전위층 사이의 상대적인 거리 및 이에 압력이 인가된 경우를 예시한다.
도4e는 터치 입력 장치에 포함된 제3예의 압력 센서의 배치를 예시한다.
도5a 내지 도5e는 본 발명에 따른 압력 센서를 구성하는 전극의 제1예 내지 제5예에 따른 패턴을 예시한다.
도6a는 실시예에 따른 터치 입력 장치에 부착하기 위한 압력 전극을 포함하는 예시적인 전극 시트의 단면도이다.
도6b는 제1방법에 따라 전극 시트가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다.
도6c는 제1방법에 따라 전극 시트를 터치 입력 장치에 부착하기 위한 전극 시트의 평면도이다.
도6d는 제2방법에 따라 전극 시트가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다.
도7a는 제1실시예에 따라 압력 검출 정밀도가 보정될 수 있는 압력 센서가 부착된 터치 입력 장치 일부의 단면을 예시한다.
도7b는 제2실시예에 따라 압력 검출 정밀도가 보정될 수 있는 압력 센서가 부착된 터치 입력 장치 일부의 단면을 예시한다.
도8a는 제1실시예에 따른 압력 센서의 평면도이다.
도8b는 제2실시예에 따른 압력 센서의 평면도이다.
도9a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출기를 예시한다.
도9b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출기의 감지부를 예시한다.
도10a 및 도10b는 압력 검출의 비균일성이 발생할 수 있는 터치 입력 장치 일부의 단면도이다.
도11a 내지 11f는 압력 검출의 균일성을 향상시킬 수 있는 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치의 일부의 단면도들이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 및 이를 포함하는 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 압력 센서(450, 460)을 예시하나 실시예에 따라 다른 방식으로 터치 위치 및/또는 터치 압력을 검출할 수 있는 기법이 적용될 수 있다.
도1은 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도1을 참조하면, 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 여부 및/또는 터치 위치를 검출하는 감지부(110)를 포함할 수 있다.
도1에 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. 도1에서는 터치 센서 패널(100)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 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.
도1에 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.
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)는 메탈 메쉬(metal mech)로 구현되거나 은나노(nano silver) 물질로 구성될 수 있다.
실시예에 따른 구동부(120)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 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) 또는 기준 전압에 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.
도1에서 구동부(120) 및 감지부(110)는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 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: 미도시) 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 IC에 포함된 구동부(120) 및 감지부(110)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 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. 도1에서 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, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 전술한 방법 이외의 자체 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.
이하에서 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출하기 위한 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)에 해당하는 구성은 터치 센서(touch sensor)로 지칭될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(200A) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 패널(200A)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 패널(200A)은 터치 입력 장치(1000)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 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200A)의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
도2a 내지 도2e는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 패널(200A)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다. 먼저, 도2a 내지 도2c를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 설명하기로 한다.
도2a 내지 도2c에 도시된 바와 같이, LCD 패널은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 양단에 전극을 포함하는 제1글라스층(261)과 제2글라스층(262), 그리고 상기 액정층(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.
도2a는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(200A)의 외부에 배치된 것을 도시한다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널(100)의 표면일 수 있다. 도2a에서 터치 센서 패널(100)의 상부면이 터치 표면이 될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면이 될 수 있다. 도2a에서 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 패널(200A)의 외면은 디스플레이 패널(200A)의 제2편광층(272)의 하부면이 될 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200)을 보호하기 위해서 디스플레이 패널(200A)의 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
도2b 및 2c는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치된 것을 도시한다. 이때, 도2b에서는 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 패널(200A)의 외면으로서 도2b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도2c에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 액정층(250)에 포함되어 구현되는 경우를 예시한다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면으로서 도2c에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도2b 및 도2c에서, 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 패널(200A)의 상부면 또는 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
다음으로, 도2d 및 도2e를 참조하면서, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 설명하기로 한다. 도2d에서, 터치 센서 패널(100)은 편광층(282)과 제1글라스층(281) 사이에 위치하고, 도2e에서 터치 센서 패널(100)이 유기물층(280)과 제2글라스층(283) 사이에 위치한다.
여기서, 제1글라스층(281)은 커버 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.
도2d 및 도2e에 도시된 바와 같이, 기본적으로 OLED(특히, AM-OLED) 패널은 편광층(282), 제1글라스층(281), 유기물층(280) 및 제2글라스층(283)을 포함한다. 여기서, 제1글라스층(281)은 커버 글라스이고, 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.
또한, 실시예에 따라 터치 센서 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널(100)을 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있으며, 나머지 전극은 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 패널(200) 내부에 터치 센서가 배치되는 경우, 터치 센서 동작을 위한 전극이 추가로 배치될 수도 있으나, 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하는 다양한 구성 및/또는 전극이 터치 센싱을 위한 터치 센서로 이용될 수도 있다.
제2글라스층(262)은, 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(common electrode) 및 화소 전극(pixel electrode) 등을 포함하는 다양한 층으로 이루어질 수 있다. 이들 전기적 구성요소들은, 제어된 전기장을 생성하여 액정층(250)에 위치한 액정들을 배향시키도록 작동할 수 있다. 제2글라스층(262)에 포함된 데이터 라인, 게이트 라인, 공통 전극 및 화소 전극 중 어느 하나가 터치 센서로 이용되도록 구성될 수 있다.
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, 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출 모듈이 적용되는 터치 입력 장치는 터치 센서 패널(100)을 구비하지 않을 수도 있다. 또한, 터치 센서 패널(100)과 별개로 터치 압력을 검출하는 압력 센서를 더 포함하여 터치의 압력 크기를 검출하는 것도 가능하다. 이하에서는 압력 센서 및 이를 포함하는 터치 입력 장치에 대해서 상세히 설명한다.
도3a는 본 발명의 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 제1예의 터치 입력 장치의 단면도이다. 디스플레이 모듈(200)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100) 및 압력 검출 모듈(400)은 디스플레이 패널(200)의 전면에 부착될 수 있다. 이에 따라 디스플레이 패널(200)의 디스플레이 스크린을 보호하고 터치 센서 패널(100)의 터치 검출 민감도를 높일 수 있다.
이때, 압력 검출 모듈(400)은 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 별개로 동작할 수도 있는바, 예컨대, 압력 검출 모듈(400)은 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 독립적으로 압력만을 검출하도록 구성될 수 있다. 또한, 압력 검출 모듈(400)은 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 결합하여 터치 압력을 검출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)에 포함된 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 적어도 하나의 전극은 터치 압력을 검출하는데 이용될 수 있다.
도3a에서 압력 검출 모듈(400)은 터치 센서 패널(100)과 결합하여 터치 압력을 검출할 수 있는 경우를 예시한다. 도3a에서 압력 검출 모듈(400)은 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이를 이격시키는 스페이서층(420)을 포함한다. 압력 검출 모듈(400)은 스페이서층(420)을 통해 터치 센서 패널(100)과 이격된 기준 전위층을 포함할 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200)은 기준 전위층으로서 기능할 수 있다.
기준 전위층은 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(101)에 변화를 야기할 수 있도록 하는 임의의 전위를 가질 수 있다. 예컨대, 기준 전위층은 그라운드(ground) 전위를 갖는 그라운드 층일 수 있다. 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 그라운드(ground) 층일 수 있다. 이때, 기준 전위층은 터치 센서 패널(100)의 2차원 평면과 평행한 평면을 가질 수 있다.
도3a에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)과 기준 전위층인 디스플레이 모듈(200)은 이격되어 위치한다. 이때, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)의 접착 방법의 차이에 따라 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 스페이서층(420)은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 충격흡수물질이 스폰지와 그라파이트층을 포함할 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 이러한 스페이서층(420)은 에어갭, 충격흡수물질, 유전 물질의 조합에 의해서 형성될 수 있다.
이때, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)을 고정하기 위해서 양면 접착 테이프(430: DAT: Double Adhesive Tape)가 이용될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)은 각각의 면적이 포개어진 형태이고, 터치 센서 패널(100)과 터치 센서 패널(200) 각각의 가장자리 영역에서 양면 접착 테이프(430)를 통해서 두 개의 층이 접착되되 나머지 영역에서 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)이 소정 거리(d)로 이격될 수 있다.
일반적으로, 터치 센서 패널(100)의 휘어짐 없이 터치 표면을 터치하는 경우라도 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 정전용량(101: Cm)이 변화한다. 즉, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시에 상호 정전용량(Cm: 101)이 기본 상호 정전용량에 비해 감소할 수 있다. 이는 손가락과 같은 도체인 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접한 경우, 객체가 그라운드(GND) 역할을 하여 상호 정전용량(Cm: 101)의 프린징 정전용량(fringing capacitance)이 객체로 흡수되기 때문이다. 기본 상호 정전용량은 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 없는 경우에 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량의 값이다.
터치 센서 패널(100)의 터치 표면인 상부 표면을 객체로 터치 시 압력이 가해진 경우 터치 센서 패널(100)이 휘어질 수 있다. 이때, 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량(101: Cm)의 값은 더 감소할 수 있다. 이는, 터치 센서 패널(100)이 휘어져 터치 센서 패널(100)과 기준 전위층 사이의 거리가 d에서 d'로 감소함으로써 상기 상호 정전용량(101: Cm)의 프린징 정전용량이 객체뿐 아니라 기준 전위층으로도 흡수되기 때문이다. 터치 객체가 부도체인 경우에는 상호 정전용량(Cm)의 변화는 단순히 터치 센서 패널(100)과 기준 전위층 사이의 거리 변화(d-d')에만 기인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 디스플레이 모듈(200) 상에 터치 센서 패널(100) 및 압력 검출 모듈(400)을 포함하여 터치 입력 장치(1000)를 구성함으로써, 터치 위치뿐 아니라 터치 압력을 동시에 검출할 수 있다.
하지만, 도3a에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)뿐 아니라 압력 검출 모듈(400)까지 디스플레이 모듈(200) 상부에 배치시키는 경우, 디스플레이 패널의 디스플레이 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 특히, 디스플레이 모듈(200) 상부에 에어갭을 포함하는 경우에 디스플레이 패널의 시인성 및 빛 투과율이 저하될 수 있다.
따라서, 이러한 문제점이 발생되는 것을 방지하기 위해서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 에어갭을 배치하지 않고, OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)이 완전 라미네이션(Full lamination)될 수 있다.
아래 도3b 및 도3d에서 터치 센서 패널(100)은 별도로 도시되지 않으나, 실시예에 따라 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈(200)의 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
도3b는 본 발명의 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 제2예의 터치 입력 장치의 단면도이다. 도3b에 예시된 터치 입력 장치(1000)의 단면도는 터치 입력 장치(1000)의 일부의 단면도일 수 있다. 도3b에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치된 백라이트 유닛(200B), 및 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치된 커버층(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450, 460)는 커버(240)상에 형성될 수 있다. 본 명세서에서 디스플레이 패널(200A) 및 백라이트 유닛(200B)을 포함하여, 디스플레이 모듈(200)로 지칭될 수 있다. 도3b에서 커버(240) 상에 압력 센서(450, 460)가 부착된 것이 예시되나, 실시예에 따라 커버(240)와 동일 및/또는 유사한 기능을 수행하는 터치 입력 장치(1000)에 포함된 구성에 부착되는 것도 가능하다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 패널(200A)은 터치 센서 중 적어도 일부가 디스플레이 패널(200A) 내부에 포함되는 디스플레이 패널일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 센싱을 위한 구동전극 및 수신전극이 디스플레이 패널(200A) 내부에 포함될 수 있다.
실시예에 따른 커버층(500)은 디스플레이 패널(200A)의 전면을 보호하고 터치 표면을 형성하는 커버 글라스(cover glass)로 구성될 수 있다. 도3b에 예시된 바와 같이, 커버층(500)은 디스플레이 패널(200A)보다 넓게 형성될 수 있다.
실시예에 따른 LCD 패널과 같은 디스플레이 패널(200A)은 그 자체로 발광하지 못하고 다만 빛을 차단 내지 투과시키는 기능을 수행하므로 백라이트 유닛(backlight unit: 200B)이 요구될 수 있다. 예컨대, 백라이트 유닛(200B)은 디스플레이 패널(200A)의 하부에 위치하고 광원을 포함하여 디스플레이 패널(200A)에 빛을 비추어 화면에는 밝음과 어두움뿐 아니라 여러 가지 다양한 색상을 갖는 정보를 표현하게 된다. 디스플레이 패널(200A)은 수동소자로서 자체 발광하지 못하므로, 후면에 균일한 휘도 분포를 갖는 광원이 요구되는 것이다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 디스플레이 패널(200A)에 빛을 비추도록 하기 위한 광학층(220)을 포함하여 구성될 수 있다. 광학층(220)에 대해서는 도3c를 참조하여 상세히 살펴본다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 커버(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 커버(240)는 메탈(metal)로 구성된 커버일 수 있다. 터치 입력 장치(1000)의 커버층(500)을 통해 외부에서 압력이 인가되는 경우, 커버층(500) 및 디스플레이 모듈(200) 등이 휘어질 수 있다. 이때, 휘어짐을 통해 압력 센서(450, 460)와 디스플레이 모듈 내부에 위치하는 기준 전위층 사이의 거리가 변화하고, 이러한 거리 변화에 따른 정전 용량 변화를 압력 센서(450, 460)를 통해 검출함으로써 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이때, 압력의 크기를 정밀하게 검출하기 위해서 커버층(500)에 대해 압력을 인가하는 경우 압력 센서(450, 460)의 위치는 변하지 않고 고정될 필요가 있다. 따라서, 커버(240)는 압력의 인가에도 휘어지지 않고 압력 센서를 고정시킬 수 있는 지지부 역할을 수행할 수 있다. 실시예에 따라 커버(240)는 백라이트 유닛(200B)과 별개로 제작되어 디스플레이 모듈 제작 시에 함께 조립될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B) 사이는 제1에어갭(210: air gap)을 포함하여 구성될 수 있다. 이는 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛(200B)을 외부의 충격으로부터 보호하기 위함이다. 이러한 제1에어갭(310)은 백라이트 유닛(200B)에 포함되도록 구성될 수 있다.
백라이트 유닛(200B)에 포함되는 광학층(220)과 커버(240) 사이는 서로 이격되도록 구성될 수 있다. 광학층(220)과 커버(240) 사이는 제2에어갭(230)으로 구성될 수 있다. 커버(240) 상에 배치된 압력 센서(450, 460)가 광학층(220)에 접촉하지 않는 것을 보장하고, 커버층(500)에 외부 압력이 인가되어 광학층(220), 디스플레이 패널(200A) 및 커버층(500)이 휘어지더라도 광학층(220)과 압력 센서(450, 460)가 접촉하여 광학층(220)의 성능을 저하시키는 것을 방지하기 위해서 제2에어갭(230)이 요구될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A), 백라이트 유닛(200B) 및 커버층(500)이 결합되어 고정된 형태를 유지할 수 있도록 지지부(251, 252)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 커버(240)는 지지부(251, 252)와 일체로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 지지부(251, 252)는 백라이트 유닛(200B)의 일부를 형성할 수 있다.
LCD 패널(200A) 및 백라이트 유닛(200B)의 구조 및 기능은 공지된 기술이며 이하에서 간단히 살펴본다. 백라이트 유닛(200B)은 수개의 광학적 부품(optical part)을 포함할 수 있다.
도3c는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 백라이트 유닛(200B)의 광학층(220)을 예시한다. 도3c에서는 디스플레이 패널(200A)로서 LCD 패널을 이용하는 경우의 광학층(220)을 예시한다.
도3c에서 백라이트 유닛(200B)의 광학층(220)은 반사시트(221), 도광판(222), 확산시트(223) 및 프리즘시트(224)를 포함할 수 있다. 이때, 백라이트 유닛(200B)은 선광원(linear light source) 또는 점광원(point light source)등의 형태로서 도광판(222)의 후면 및/또는 측면에 배치된 광원(미도시)을 포함할 수 있다.
도광판(222: light guide plate)은 일반적으로 선광원 또는 점광원의 형태인 광원(미도시)으로부터 광들을 면광원 형태로 변환하여 LCD 패널(200A)로 향하게 하는 역할을 할 수 있다.
도광판(222)에서 방출되는 광의 일부가 LCD 패널(200A)의 반대편으로 방출되어 손실될 수 있다. 반사시트(221)은 이러한 손실된 광을 도광판(222)으로 재입사 시킬 수 있도록 도광판(222) 하부에 위치하며 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있다.
확산시트(223: diffuser sheet)는 도광판(222)으로부터 입사되는 광을 확산시키는 역할을 한다. 예컨대, 도광판(222)의 패턴(pattern)에 의하여 산란된 빛은 직접 눈으로 들어오기 때문에 도광판(222)의 패턴이 그대로 비치게 될 수 있다. 심지어 이러한 패턴은 LCD 패널(200A)을 장착한 후에도 확연하게 감지할 수 있으므로 확산시트(224)는 이러한 도광판(222)의 패턴을 상쇄시키는 역할을 수행할 수 있다.
확산시트(223)를 지나면 광 휘도는 급격히 떨어지게 된다. 따라서, 광을 다시 포커스(focus)시켜 광 휘도를 향상시키도록 프리즘시트(224: prism sheet)가 포함될 수 있다. 프리즘시트(224)는 예컨대 수평 프리즘시트와 수직 프리즘 시트를 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 기술의 변화, 발전 및/또는 실시예에 따라 전술한 구성과 다른 구성을 포함할 수 있으며, 또한 전술한 구성 이외에 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 예컨대, 백라이트 유닛(200B)의 광학적 구성을 외부의 충격이나 이물 유입에 따른 오염 등으로부터 보호하기 위해서 보호 시트(protection sheet)를 프리즘 시트(224) 상부에 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 광원으로부터의 광 손실을 최소화하기 위해서 실시예에 따라 램프 커버(lamp cover)를 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 백라이트 유닛(200B)의 주요 구성인 도광판(222), 확산시트(223), 프리즘시트(224) 및 램프(미도시) 등이 허용치수에 맞게 정확하게 형합이 가능하도록 하는 형태를 유지하게 해주는 프레임(frame)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 구성 각각은 2개 이상의 별개의 부분으로 이루어질 수 있다.
실시예에 따라, 도광판(222)과 반사시트(221) 사이에는 추가의 에어갭이 존재하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 도광판(222)으로부터 반사시트(221)로의 손실광이 반사시트(221)를 통해 다시 도광판(222)으로 재입사될 수 있다. 이때, 상기 추가의 에어갭을 유지할 수 있도록 도광판(222)과 반사판(221) 사이로서 가장자리에는 양면 접착 테이프(DAT: Double Adhesive Tape)가 포함될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 백라이트 유닛(200B) 및 이를 포함하는 디스플레이 모듈은 자체적으로 제1에어갭(210) 및/또는 제2에어갭(230)과 같은 에어갭을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 광학층(220)에 포함된 복수의 레이어들 사이에 에어갭이 포함될 수 있다. 이상에서는 LCD 패널(200A)을 이용하는 경우에 대해서 설명하였으나, 다른 디스플레이 패널의 경우에도 구조 내에 에어갭을 포함할 수 있다.
도3d는 본 발명의 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 제3예의 터치 입력 장치의 단면도이다. 도3d에서는 디스플레이 모듈(200)뿐 아니라 기판(300)을 더 포함하는 터치 입력 장치(1000)의 단면을 예시한다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 제2커버(320)와 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간(310) 등을 감싸는 하우징(housing)의 기능을 수행할 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판에는 메인보드(main board)로서 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등이 실장되어 있을 수 있다. 기판(300)을 통해 디스플레이 모듈(200)과 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 분리되고, 디스플레이 모듈(200)에서 발생하는 전기적 노이즈가 차단될 수 있다. 실시예에 따라 기판(300)은 터치 입력 장치(1000)에서 미드 프레임(mid-frame)으로 지칭될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 커버층(500)이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 제2커버(320)가 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판이 위치하는 실장공간(310)을 감싸도록, 제2커버(320)가 형성될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100)을 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 압력 검출 모듈(400)을 포함할 수 있다.
이때, 압력 검출 모듈(400)에 포함되는 압력 센서는 기판(300)상에 형성될 수도 있고, 디스플레이 모듈(200)상에 형성될 수도 있고, 디스플레이 모듈(200) 및 기판(300)상에 형성될 수도 있다. 또한, 압력 검출 모듈(400)에 포함되는 압력 센서를 구성하는 전극(450, 460)은 해당 전극을 포함하는 전극 시트(440)의 형태로 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있으며, 이에 대해서는 이하에서 상세하게 살펴본다.
도3b 및 도3d에 예시된 바와 같이, 터치 입력 장치(1000)에서 압력 검출 모듈(400)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에서 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되므로, 압력 검출 모듈(400)에 포함된 압력 센서를 구성하는 전극은 투명 물질뿐 아니라 불투명 물질로 구성되는 것도 가능하다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 압력 센서(450, 460)를 이용하여 터치 압력의 크기를 검출하는 원리 및 구조에 대해서 상세히 살펴본다.
도4a 및 도4b는 터치 입력 장치에 포함된 제1예의 압력 센서와 기준 전위층 사이의 상대적인 거리 및 이에 압력이 인가된 경우를 예시한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450, 460)는 백라이트 유닛(200B)을 구성할 수 있는 커버(240) 상에 부착될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450, 460)와 기준 전위층(600)은 거리(d)로 이격되어 위치할 수 있다.
도4a에서 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이는 스페이서층(미도시)을 사이에 두고 이격될 수 있다. 이때, 스페이서층은 도3b 및 도3c를 참조하여 설명된 바와 같이 디스플레이 모듈(200) 및/또는 백라이트 유닛(200B)의 제조시에 포함되는 제1에어갭(210), 제2에어갭(230) 및/또는 추가의 에어갭일 수 있다. 디스플레이 모듈(200) 및/또는 백라이트 유닛(200A)이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층의 기능을 수행할 수 있으며, 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층의 기능을 수행할 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 스페이서층은 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 커버층(500)에 대해서 압력이 인가된 때 기준 전위층(600)이 휘어져 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이의 상대적인 거리가 감소할 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 모듈은 터치의 위치에서 가장 큰 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 모듈은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 커버층(500), 디스플레이 패널(200A), 및/또는 백라이트 유닛(200B)이 휘어지거나 눌릴 때 도4b에 도시된 바와 같이 스페이서층으로 인해 스페이서층 하부에 위치한 커버(240)는 휘어짐이나 눌림이 감소될 수 있다. 도4b에서는 커버(240)의 휘어짐 또는 눌림이 전혀 없는 것으로 도시되었으나 이는 예시일 뿐이며 압력 센서(450, 460)가 부착된 커버(240)의 최하부에서도 휘어짐 또는 눌림이 있을 수 있으나 스페이서층을 통해 그 정도가 완화될 수 있다.
실시예에 따라 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다
도4b는 도4a의 구조에서 압력이 인가된 경우를 예시한다. 예컨대, 도3b에 예시된 커버층(500)에 외부 압력이 인가된 경우에 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이에 상대적인 거리가 d에서 d'로 감소함을 알 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 외부 압력이 인가된 경우에 기준 전위층(600)을 압력 센서(450, 460)가 부착된 커버(240)에 비해서 더 휘어지도록 구성함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도3b, 도4a 및 도4b에서 압력 검출을 위한 압력 센서(450, 460)로서 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 포함하는 경우가 예시된다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에는 상호 정전용량(mutual capacitance)이 생성될 수 있다. 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.
기준 전위층(600)은 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 생성된 상호 정전용량에 변화를 야기할 수 있도록 하는 임의의 전위를 가질 수 있다. 예컨대, 기준 전위층(600)은 그라운드(ground) 전위를 갖는 그라운드 층일 수 있다. 기준 전위층(600)은 디스플레이 모듈 내에 포함되는 임의의 그라운드(ground) 층일 수 있다. 실시예에 따라 기준 전위층(600)은 터치 입력 장치(1000)의 제조시에 자체적으로 포함되는 그라운드 전위층일 수 있다. 예컨대, 도2a 내지 도2c에 도시된 디스플레이 패널(200)에서 제1편광층(271)과 제1글라스층(261) 사이에 노이즈(noise) 차폐를 위한 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 차폐를 위한 전극은 ITO로 구성될 수 있으며 그라운드 역할을 수행할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 기준 전위층(600)은 디스플레이 패널(200)에 포함되는 복수의 공통 전극이 기준 전위층을 구성할 수 있다. 이때 공통 전극의 전위가 기준 전위일 수 있다.
커버층(500)에 대해서 객체로 터치시 압력이 가해진 경우 커버층(500), 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛(200B)의 적어도 일부가 휘어지므로 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 및 제2전극(460) 사이의 상대적인 거리가 d에서 d'로 가까워질 수 있다. 이때, 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 및 제2전극(450) 사이의 거리가 가까워질수록, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 값은 감소할 수 있다. 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 및 제2전극(460) 사이의 거리가 d에서 d'로 감소함으로써 상기 상호 정전용량의 프린징 정전용량이 객체뿐 아니라 기준 전위층(600)으로도 흡수되기 때문이다. 터치 객체가 부도체인 경우에는 상호 정전용량의 변화는 단순히 기준 전위층(600)과 전극(450, 460) 사이의 거리 변화(d-d')에만 기인할 수 있다.
이상에서는 압력 센서(450, 460)로서 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함하고, 이 둘 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 압력을 검출하는 경우를 설명하였다. 압력 센서(450, 460)는 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나(예컨대, 제1전극(450))만을 포함하도록 구성될 수 있다.
도4c 및 도4d는 터치 입력 장치에 포함된 제2예의 압력 센서와 기준 전위층 사이의 상대적인 거리 및 이에 압력이 인가된 경우를 예시한다. 이때, 제1전극(450)과 기준 전위층(600) 사이의 자기 정전용량(self capacitance)을 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이때, 제1전극(450)에 구동신호가 인가되고 제1전극(450)으로부터 수신신호를 입력받아 제1전극(450)과 기준 전위층(600) 사이의 자기 정전용량 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기가 검출될 수 있다.
예컨대, 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1전극(450)과 기준 전위층(600) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다.
실시예에 따라, 터치 압력의 크기가 충분히 큰 경우 소정 위치에서 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 상태에 다다를 수 있다. 이러한 상태를 이하에서는 포화 상태라고 지칭한다. 하지만, 이러한 경우에도 터치 압력의 크기가 더 커지는 때에는 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 포화 상태에 있는 면적이 커질 수 있다. 이러한 면적이 커질수록 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 이하에서 거리의 변화에 따른 정전용량 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것이 설명되나 이는 포화 상태에 있는 면적의 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것을 포함할 수 있다. 이는 도4e와 관련된 실시예에도 적용될 수 있다.
도3b, 도4a 내지 도4d에서 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)의 두께가 상대적으로 두껍게 도시되고 이들이 직접 커버(240)에 부착된 것이 도시되나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 실시예에 따라 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)은 예컨대 시트(sheet)의 형태로 커버(240)에 부착될 수 있으며 상대적으로 그 두께가 작을 수 있다.
이상에서는 도3b에 예시된 터치 입력 장치(1000)를 참조하여 압력 센서(450, 460)가 커버(240)에 부착된 경우에 대해서 설명하였으나, 압력 센서(450, 460)는 도3c에 예시된 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 압력 센서(450, 460)가 디스플레이 모듈(200) 하부에 부착될 수 있으며, 이 경우, 기준 전위층(600)은 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하는 임의의 전위층일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)가 기판(300)에 부착될 수 있으며, 이 경우, 기준 전위층(600)은 디스플레이 모듈(200) 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하는 임의의 전위층일 수 있다.
도4e는 터치 입력 장치에 포함된 제3예의 압력 센서의 배치를 예시한다. 도4e에 예시된 바와 같이, 압력 센서(450, 460) 중 제1전극(450)은 기판(300) 상에 배치되고 제2전극(460)은 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치될 수 있다. 이 경우, 별도의 기준 전위층이 요구되지 않을 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대해 압력 터치가 수행되는 경우, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 거리가 변할 수 있고 이에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 증가할 수 있다. 이러한 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도5a 내지 도5e는 본 발명에 따른 압력 센서를 구성하는 전극의 제1예 내지 제5예에 따른 패턴을 예시한다.
도5a에서는 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 통해 터치 압력을 검출하는 경우의 압력 전극의 제1예에 따른 패턴이 예시된다. 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 변화함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 때, 검출 정확도를 높이기 위해서 필요한 정전용량 범위를 생성하도록 제1전극(450)과 제2전극(460)의 패턴을 형성할 필요가 있다. 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 마주하는 면적이 크거나 길이가 길수록 생성되는 정전용량의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 필요한 정전용량 범위에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 마주하는 면적의 크기, 길이 및 형상 등을 조절하여 설계할 수 있다. 도5a에서는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 마주하는 길이가 길어지도록 빗살형상의 압력 전극 패턴이 예시된다.
도5a에서는 압력 검출을 위한 제1전극(450)과 제2전극(460)이 하나의 채널을 형성하는 경우를 나타내나, 도5b에서는 압력 센서가 2개의 채널을 구성하는 경우의 패턴을 예시한다. 도5b에서 제1채널을 구성하는 제1전극(450-1)과 제2전극(460-1)과제2채널을 구성하는 제1전극(450-2)과 제2전극(460-2)이 도시된다. 도5c에서는 제1전극(450)은 2개의 채널(450-1, 450-2)을 구성하나 제2전극(460)은 1개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 압력 센서가 제1채널과 제2채널을 통해 서로 다른 위치에서 터치 압력의 크기가 검출될 수 있으므로 멀티 터치의 경우에도 각각의 터치에 대해서 터치 압력의 크기가 검출될 수 있다. 이때, 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)는 더 많은 수의 채널을 형성하도록 구성될 수 있다.
도5d에서는 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 사이의 자기 정전용량의 변화에 따라 터치 압력의 크기를 검출하는 경우의 전극 패턴을 예시한다. 도5d에서 제1전극(450)으로서 빗살형상의 패턴이 예시되나, 제1전극(450)은 판형상(예컨대, 사각판형상)을 가질 수 있다.
도5e에서는 제1전극(451 내지 459) 각각이 9개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 즉, 도5d에서는 1개의 채널을 구성하는 경우를 예시하며 도5e에서는 9개의 채널을 구성하는 경우의 압력 센서를 예시한다. 따라서, 도5e의 경우 멀티 터치의 경우에도 각각에 대한 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이때, 다른 개수의 채널을 구성하도록 압력 센서가 구성될 수 있다.
도6a는 실시예에 따른 터치 입력 장치에 부착하기 위한 압력 전극을 포함하는 예시적인 전극 시트의 단면도이다. 예컨대, 전극 시트(440)는 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 전극층(441)을 포함할 수 있다. 전극층(441)은 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1절연층(470)과 제2절연층(471)은 폴리이미드(polyimide), 페트(Polyethylene Terephthalate, PET) 등과 같은 절연 물질일 수 있다. 전극층(441)에 포함된 제1전극(450)과 제2전극(460)은 구리(copper), 알루미늄(A1), 은(Ag) 등과 같은 물질을 포함할 수 있다. 전극 시트(440)의 제조 공정에 따라 전극층(441)과 제2절연층(471) 사이는 OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제(미도시)로 접착될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)은, 제1절연층(470) 위에 압력 전극 패턴에 상응하는 관통 구멍을 갖는 마스크(mask)를 위치시킨 후 전도성 스프레이(spray)를 분사하거나, 전도성 물질을 인쇄하거나, 금속물질이 도포되어 있는 상태에서 에칭하여 형성될 수 있다. 도6a 및 이하의 설명에서는 전극 시트(440)가 절연층(470, 471) 사이에 압력 전극(450, 460)을 포함하는 구조를 갖는 것으로 예시되나, 이는 단지 예시일 뿐이며 전극 시트(440)는 단순히 압력 전극(450, 460)만을 포함할 수도 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 압력을 검출할 수 있도록, 전극 시트(440)는 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)와 스페이서층(420)을 사이에 두고 이격되도록 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)에 부착될 수 있다.
도6b는 제1방법에 따라 전극 시트가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다. 도6b에서는 전극 시트(440)가 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240) 상에 부착된 것이 도시된다.
도6c에 도시된 바와 같이, 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 전극 시트(440)의 테두리를 따라 소정 두께를 갖는 접착 테이프(430)가 형성될 수 있다. 도6c에서 접착 테이프(430)는 전극 시트(440)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 접착 테이프(430)는 전극 시트(440)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 이때, 도6c에 도시된 바와 같이, 접착 테이프(430)는 압력 전극(450, 460)을 포함하는 영역에는 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라, 전극 시트(440)가 접착 테이프(430)를 통해 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착될 때 압력 전극(450, 460)이 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 소정 거리 이격되어 있을 수 있다. 실시예에 따라, 접착 테이프(430)는 기판(300)의 상부면, 디스플레이 모듈(200)의 하부면, 또는 커버(240)의 표면 상에 형성될 수 있다. 또한, 접착 테이프(430)는 양면 접착 테이프일 수 있다. 도6c에서는 압력 전극(450, 460) 중 하나의 압력 전극만을 예시하고 있다. 실시예에 따라, 복수의 채널을 형성하는 전극이 하나의 전극 시트(440)에 포함될 수 있다.
도6d는 제2방법에 따라 전극 시트가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다. 도6d에서는 전극 시트(440)를 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240) 상에 위치시킨 후 접착 테이프(431)로 전극 시트(440)를 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)에 고정시킬 수 있다. 이를 위해 접착 테이프(431)는 전극 시트(440)의 적어도 일부와 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)의 적어도 일부에 접촉할 수 있다. 도6d에서는 접착 테이프(431)가 전극 시트(440)의 상부로부터 이어져 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)의 노출 표면까지 이어지도록 도시된다. 이때, 접착 테이프(431)는 전극 시트(440)와 맞닿는 면 측에만 접착력이 있을 수 있다. 따라서, 도6d에서 접착 테이프(431)의 상부면은 접착력이 없을 수 있다.
도6d에 도시된 바와 같이, 전극 시트(440)를 접착 테이프(431)를 통해 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)에 고정시키더라도 전극 시트(440)와 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240) 사이에는 소정의 공간, 즉 에어갭이 존재할 수 있다. 이는 전극 시트(440)와 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240) 사이가 직접 접착제로 부착된 것이 아니며 또한 전극 시트(440)는 패턴을 갖는 압력 전극(450, 460)을 포함하므로 전극 시트(440)의 표면은 편평하지 않을 수 있기 때문이다. 이러한, 도6d에서의 에어갭 또한 터치 압력을 검출하기 위한 스페이서층(420)으로서 기능할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 및 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 터치 입력 장치에 대해서 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출 모듈을 통한 압력 검출 정밀도의 보정 방법 및 이를 위한 압력 검출기에 대해서 상세하게 살펴본다. 터치 입력 장치(1000) 및 이에 대한 압력 검출 모듈(400)의 설계시에 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리, 및/또는 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 거리가 결정되며 이에 따라 압력 검출 모듈(400)을 통해 상기 거리 변화에 따라 압력의 크기 검출이 가능하다. 하지만, 터치 입력 장치(1000)의 제조, 처리 및 사용 등의 과정에서 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리가 최초 의도된 거리와 다르게 변형될 수 있다. 거리 변형은 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이 중 일부에 대해서만 일어날 수 있다. 또는, 실시예에 따라 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이에 발생하는 정전용량 변화량이 최초 설계시와는 달라질 수 있다. 이러한 경우, 압력 검출 모듈(400)을 통한 압력 검출 정밀도를 유지할 수 있도록 보정이 필요하다. 이하에서는 압력 검출 정밀도의 보정 방법에 대해서 살펴본다.
도7a는 제1실시예에 따라 압력 검출 정밀도가 보정될 수 있는 압력 센서가 부착된 터치 입력 장치 일부의 단면을 예시한다. 도7a 및 도7b와 관련된 설명에서는 압력 센서로서 자기 정전용량(self capacitance)를 검출하는 하나의 전극(450)만을 포함하는 것이 예시되나 압력 센서로서 상호 정전용량을 검출하는 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함하는 경우에도 적용될 수 있다. 도7a에서 압력 센서(450)가 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 및/또는 커버(240)에 부착되고 기준 전위층(600)은 이로부터 이격된 것이 예시된다. 예컨대, 압력 센서(450)가 커버(240)에 부착된 경우 기준 전위층(600)은 디스플레이 모듈(200) 내부에 있는 임의의 전위층이거나 기판(300)일 수 있다. 압력 센서(450)가 디스플레이 모듈(200) 하부면상에 부착된 경우 기준 전위층(600)은 디스플레이 모듈(200) 내부에 있는 임의의 전위층이거나 기판(300) 일 수 있다. 압력 센서(450)가 기판(300) 상부면상에 부착된 경우 기준 전위층(600)은 디스플레이 모듈(200) 내부에 있는 임의의 전위층이거나 디스플레이 모듈(200) 일 수 있다. 도7a 및 이하의 도면에서 도시되지는 않지만, 기준 전위층(600)은 압력 센서(450)가 부착된 기판(300), 디스플레이 모듈(200), 또는 커버(240)일 수도 있다.
도7a에서는 기준 전위층(600)의 일부가 변형(M)된 경우가 예시된다. 이러한 변형(M)은 예컨대 기준 전위층(600)인 기판(300) 등의 기구 변형을 통해 일어날 수 있다. 이에 따라, 압력 센서(450)를 통한 압력 센서(450)와 기준 전위층(600) 사이의 기본 정전용량이 최초 설계시와는 다르게 변형될 수 있다. 이러한 경우, 압력 터치가 이루어지더라도 해당 압력의 크기를 정밀하게 검출할 수 없다. 따라서, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 적용된 압력 검출 모듈(400)에서는 이러한 변형을 감지하여 보정하는 방법을 수행할 수 있다.
예컨대, 압력 검출 모듈(400)의 압력 검출기(700)는, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치가 이루어지지 않는 상태에서, 제1전극(450)에 구동신호를 인가하고 제1전극(450)으로부터 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신한 후, 해당 정전용량과 최초 설계시에 설정된 기본 정전용량 사이의 차이값이 오차 범위를 벗어나는 경우 압력 검출 정밀도를 보정할 수 있다.
도7b는 제2실시예에 따라 압력 검출 정밀도가 보정될 수 있는 압력 센서가 부착된 터치 입력 장치 일부의 단면을 예시한다. 도7b에서는 압력 센서로 두 개의 제1전극(451, 452)을 포함하는 것이 예시되나 더 많은 수의 제1전극이 포함될 수 있다. 이때, 제1전극(451, 452) 각각은 별개의 채널을 형성할 수 있다. 도7b에서는 도7a에서와 마찬가지로 기준 전위층(600)의 일부가 변형(M)된 경우가 예시된다.
이에 따라, 압력 센서(451, 452)를 통해 획득되는 압력 센서(451, 452)와 기준 전위층(600) 사이의 기본 정전용량이 최초 설계시와는 다르게 변형될 수 있다. 따라서, 도7a에서 설명한 바와 동일하게 각 압력 센서(451, 452)에 대해서 압력 검출 정밀도를 보정할 수 있다. 즉, 터치 입력 장치(1000)를 터치하지 않은 상태에서, 압력 검출기(700)가 각각의 제1전극(451, 452)에 대해서 기준 전위층(600) 사이의 정전용량을 측정하고, 해당 정전용량과 최초 설계시에 설정된 기본 정전용량 사이의 차이값이 오차 범위를 벗어나는 경우 압력 검출 정밀도를 보정할 수 있다.
기준 전위층(600)의 변형(M)이 일부에만 일어난 경우에, 도7a에서와 같이 하나의 전극(450)만을 가지고 정밀도를 보정하는 경우에 비해서 도7b에서와 같이 복수의 전극(451, 452)을 가지고 정밀도를 보정하는 것이 용이할 수 있다. 보다 구체적으로, 하나의 전극(450)만을 가지고 정전용량을 검출하는 경우, 전체 정전용량 값 대비 상기 변형(M)에 의한 변화 비율이 낮아 기본 정전용량 변화의 검출이 상대적으로 용이하지 않을 수 있다. 이에 비해, 복수의 전극(451, 452)을 포함하는 경우, 하나의 전극(450)만을 사용하는 경우에 비해 각 전극(451, 452)의 면적이 작을 수 있다. 따라서, 복수의 전극(451, 452)을 가지고 정전용량을 검출하는 경우, 상기 변형(M)에 의해 영향을 받는 전극(451)에서 검출되는 전체 정전용량 값 대비 상기 변형(M)에 의한 정전용량 변화의 비율이 높아 기본 정전용량 변화의 검출이 상대적으로 용이할 수 있다.
또한, 실시예에 따라 변형(M)의 영향을 받지 않는 전극(452)으로부터 검출되는 정전용량 값이 정상 비교군으로 이용되어 전극(451)으로부터 검출되는 정전용량에 변화가 발생했는지 검출할 수 있다. 도7b에서는 정상 비교군으로서 하나의 전극(452)만이 예시되나, 실시예에 따라 2개보다 많은 전극이 이용되는 경우 변형(M)에 영향을 받지 않는 다수의 전극(452)으로부터 검출되는 정전용량이 비교군으로 이용될 수 있다. 또는, 복수의 전극(451, 452) 중 더 많은 수의 전극(452)으로부터 검출되는 기본 정전용량을 정상 기준 정전용량으로 판단하고 소수의 전극(451)으로부터 검출되는 정전용량을 보정 대상으로 판단할 수도 있다.
이상에서는 기준 전위층(600)에 변형이 발생한 경우를 예로들어 설명하였으나, 본 발명의 압력 검출 정밀도 보정 기술은 터치 입력 장치에서 임의의 원인을 통해 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이에 발생하는 정전용량이 최초 설계시와는 달라지거나, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 발생하는 정전용량이 최초 설계시와 달라지는 경우에도 적용될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 소정 압력 크기 이상인 터치가 있는 경우 압력 터치로서 인식될 수 있다. 압력 터치는 터치 입력 장치(1000)의 터치 표면에 대한 단순한 탭터치(tap touch)와 구분되는 것이며, 압력 터치로 인식된 후 터치 압력 크기의 레벨(level)에 따라서 서로 다른 입력으로서 인식될 수 있다. 또는 터치 입력 장치(1000)에서 압력 터치 자체가 의미있는 입력으로 인식될 수 있다. 이러한 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450, 460)로부터 검출되는 기본 정전용량이 변화하는 경우 압력 감도가 변경될 수 있다.
예컨대, 도7a 및 도7b에서와 같이, 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 451)가 가까워지도록 변형된 경우, 검출되는 기본 정전용량이 커지고, 압력 감도는 민감해진다. 이때, 사용자가 동일한 힘으로 누르는 경우 변형전에 비해서 더 큰 힘으로 누른 것과 같은 효과가 터치 입력 장치(1000)에서 발생할 수 있다. 또는, 실시예에 따라 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 451)가 멀어지도록 변형된 경우, 검출되는 기본 정전용량이 작아지고, 압력 감도는 둔감해진다. 이때, 사용자가 동일한 힘으로 누르는 경우 변형전에 비해서 더 작은 힘으로 누른 것과 같은 효과가 발생할 수 있다. 즉, 이러한 변형으로 인해, 사용자는 기존에 자신이 누르던 힘에 비해서 더 큰/작은 힘으로 누른 것과 같은 반응을 경험하게 된다. 따라서, 터치 입력 장치(1000)에 사용자가 원하는 입력을 수행할 수 없게 된다.
따라서, 이렇게 압력 센서(450, 451, 452)로부터 검출되는 기본 정전용량이 변화된 경우, 기존 압력 감도를 유지할 수 있도록 터치 입력 장치(1000)의 압력 검출 정밀도를 보정할 필요가 있다.
도8a는 제1실시예에 따른 압력 센서의 평면도이고, 도8b는 제2실시예에 따른 압력 센서의 평면도이다. 도8a에서는 압력 센서로서 하나의 제1전극(450)을 포함하는 경우로서 전극(450)이 터치 스크린의 너비에 대응되도록 넓게 형성될 수 있다. 도8b에서는 압력 센서로서 복수의 제1전극(450 내지 458)을 포함하는 경우로서 복수의 전극(450 내지 458)이 결합하여 터치 스크린의 너비에 대응되도록 각각의 전극(450 내지 458)이 좁게 형성될 수 있다.
도8b에서와 같이 복수의 제1전극(450 내지 458)은 복수의 채널을 구성할 수 있다. 예컨대, 복수의 제1전극(450 내지 458) 각각의 하나의 채널을 구성할 수 있다. 이와 같이, 압력 센서를 복수의 채널을 형성하도록 구성함으로써, 싱글 터치(single touch)에 대한 압력을 검출할 때 그 정밀도를 향상시킬 수 있으며 또한 다중 터치(multi touch)에 대한 다중의 압력 검출이 가능할 수 있다.
예컨대, 압력 센서가 복수개의 채널을 형성하도록 구성된 경우에, 싱글 터치에 대해서 압력의 크기를 검출할 때, 각 채널로부터 검출된 압력의 크기(또는 이에 대응하는 정전용량 값)을 합산한 값이나 평균값이 이용됨으로써 압력 크기 검출의 정밀도가 향상될 수 있다.
압력 센서가 복수개의 채널을 형성하도록 구성된 경우에, 다중 터치에 대한 다중의 압력 검출이 가능할 수 있다. 이는, 예컨대, 터치 센서 패널(100)로부터 획득된 다중의 터치 위치 각각에 대응하는 위치에 배치된 압력 전극(450,460)의 채널로부터 획득된 압력 크기를 이용해 수행될 수 있다. 또는, 압력 센서가 복수개의 채널을 형성하도록 구성된 경우에, 압력 센서에서 직접 터치 위치를 검출하는 것도 가능하며 해당 위치에 배치된 압력 전극(450, 460)의 채널로부터 획득된 압력 크기를 이용해, 다중의 압력 검출이 수행될 수도 있다.
도8a 및 도8b에서와 같이 변형(M)이 일부 영역에서 존재하는 경우, 도8a와 같이 상대적으로 넓은 전극(450)보다 도8b와 같이 상대적으로 좁은 전극(450 내지 458)으로부터 상기 변형에 따른 정전용량 변화가 용이하게 검출될 수 있다. 이때, 전극(450 내지 458)이 복수의 채널을 형성하기 때문에, 더욱 정밀한 기구 변형 등에 대한 보정이 수행될 수 있는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 검출 정밀도의 보정은 각 채널별로 수행될 수 있다. 예컨대, 하나의 채널로부터 검출되는 기본 정전용량 값과 기설정된 기본 정전용량 값 사이의 차이값을 기준으로 보정 여부를 판단하고, 보정이 필요한 경우 각 채널별로 보정이 이루어질 수 있다. 또는, 하나의 채널로부터 검출되는 기본 정전용량 값과 나머지 채널로부터 검출되는 기본 정전용량 값 사이의 차이값을 기준으로 해당 하나의 채널의 보정 여부가 판단될 수 있다.
도9a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출기를 예시한다. 본 명세서에서 압력 검출 모듈(400)은 압력 센서(450, 460) 및 압력 검출기(700)를 포함하여 지칭될 수 있다.
실시예에 따른 압력 검출기(700)는 감지부(710), 구동부(720), 제어부(730) 및 보정부(740)를 포함하여 구성될 수 있다. 압력 검출기(700)에 포함된 구동부(720) 및 감지부(710)는 도1을 참조하여 설명된 터치 센서 패널(100)의 구동부(120) 및 감지부(110)와 동일하거나 유사하게 동작할 수 있다. 구동부(720)를 통해 각 전극(450 내지 458)에 구동신호가 인가될 수 있다. 감지부(710)는 각 전극(450 내지 458)으로부터 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다.
도9b는 본 발명의 실시예에 따른 감지부(710)의 구성을 예시한다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출기(700)의 감지부(710)는 도1을 참조하여 설명한 감지부(110)와 동일하거나 유사한 구성을 가질 수 있다. 실시예에서 감지부(710)는 수신기(711) 및 ADC(712)를 포함하여 구성될 수 있다. 수신기(711)는 압력 센서(450, 460)에서 발생하는 정전용량을 나타내는 신호를 ADC(711)에 전달할 수 있다. 여기서, 상기 정전용량은 터치 입력 장치(1000)의 터치 표면에 대한 압력의 인가로 인해 압력 센서(450, 460)에서 발생하는 정전용량 또는 압력 센서(450, 460)와 기준 전위층(600) 사이에 발생하는 정전용량일 수 있으며 상기 신호는 아날로그 전압신호일 수 있다.
감지부(710)에 포함된 ADC(712)는 상기 정전용량에 대한 정보를 포함하는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. 실시예에 따른 압력 검출기(700)에 포함될 수 있는 압력 크기 판단부(750)는 상기 디지털 신호값에 기반하여 압력의 크기를 판단할 수 있다. 예컨대, 최초 설계시에, ADC(712)로부터 출력되는 디지털 신호값이 0~100 사이에서 변화한다고 가정할 수 있다. 이때, 기본 정전용량에 대응하는 디지털 신호값 10에 대응할 수 있다. 프로세서(미도시)는 압력 크기 판단부(750)의 결과에 따라 압력 크기에 대응하는 입력 동작이 터치 입력 장치(1000)에서 수행되도록 처리할 수 있다. 실시예에 따라 압력 크기 판단부(750)는 프로세서(미도시)에 포함되어 구성될 수 있다. 실시예에 따라 압력 크기 판단부(750)는 터치 입력 장치(1000)의 중앙 처리 장치(CPU) 또는 응용 프로세서(AP)에 포함되어 구성될 수 있다.
제어부(730)는 압력 검출 정밀도 보정이 필요한지를 판단하기 위한 프로세스를 시작하도록 구동부(720) 및 감지부(710)를 동작시킬 수 있다. 이러한 압력 검출 정밀도 보정 방법의 개시는 터치 입력 장치(1000)의 사용자의 입력에 따라 수동적으로 이루어지거나 기존에 설정된 시간에 자동으로 개시될 수 있다. 이하에서는 압력 검출 정밀도 보정 과정을 상세히 설명한다.
압력 검출 정밀도 보정 과정에서, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치가 이루어지지 않은 상태에서 구동부(720)를 통해 각 전극(450 내지 458)에 구동신호가 인가된다. 감지부(710)는 각 전극(450 내지 458)으로부터 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신할 수 있다. 감지부(710)는 전극(450 내지 458)과 기준 전위층(600) 사이의 기본 정전용량에 대한 정보를 출력할 수 있다. 이때, 제어부(730)는 감지부(710)에서 출력되는 측정된 기본 정전용량과 기설정된 기준값으로서 기본 정전용량 사이의 차이값이 소정 오차 범위를 벗어나는지 판단할 수 있다. 상기 차이값이 소정 오차 범위를 벗어나지 않는 경우 제어부(730)는 압력 검출 정밀도 보정이 필요하지 않다고 판단하고 후속 보정 과정을 수행하지 않는다. 상기 차이값이 소정 오차 범위를 벗어나는 경우 제어부(730)는 압력 검출 정밀도 보정이 필요하다고 판단한다. 이에 따라, 제어부(730)는 후속 보정 과정을 수행한다.
예컨대, 변형등을 통해 측정되는 기본 정전용량에 대응하는 ADC(712)의 출력 디지털 신호값이 5로 변형될 수 있다. 이는 압력 센서(450 내지 458)와 기준 전위층(600) 사이가 멀어져 압력 감도가 둔감하게 변경된 예이다. 이러한 경우 사용자가 변형 전 누르는 힘으로 누를 때 동일한 압력 크기로 판단될 수 있도록, 제어부(730)는 ADC(712) 출력값에 소정 팩터(factor)를 곱하여 압력 크기 판단부(750)에 전달할 수 있도록 보정한다. 상기 예에서, 압력 크기 판단부(750)에 대해서 수정/변경함이 없이 기존 판단 기준에 따라 압력 크기를 판단할 수 있도록, 팩터는 2로 설정될 수 있다. 따라서, ADC(712)로부터 출력된 디지털 신호값에 팩터2를 곱한 결과값이 압력 크기 판단부(750)로 입력될 수 있다. 따라서, 변형전과 동일한 힘으로 터치 입력 장치(1000)의 터치 표면을 누를 때, ADC(712)로부터 출력되는 디지털 신호값이 작지만, 해당 디지털 신호값에 팩터2가 곱해져 압력 크기 판단부(750)에 입력되므로, 해당 압력 크기는 변형 전과 동일한 크기로 검출될 수 있다. 즉, 변형을 통해 터치 입력 장치(1000)의 압력 검출 감도가 둔감하게 변형되었지만, 보정을 통해 ADC(712)의 출력 디지털 신호값에 팩터2가 곱해져 보정됨으로써, 사용자의 변형 전 및 후의 동일한 힘에 대해서 압력 크기 판단부(750)는 모두 동일한 압력의 크기로 판단할 수 있다.
유사하게, 변형등을 통해 측정되는 기본 정전용량에 대응하는 ADC(712)의 출력 디지털 신호값이 20로 변형될 수 있다. 이는 압력 센서(450 내지 458)와 기준 전위층(600) 사이가 가까워져 압력 감도가 민감하게 변경된 예이다. 이러한 경우 사용자가 변형 전 누르는 힘으로 누를 때 동일한 압력 크기로 판단될 수 있도록, 제어부(730)는 ADC(712) 출력값에 소정 팩터(factor)를 곱하여 압력 크기 판단부(750)에 전달할 수 있도록 보정한다. 상기 예에서, 압력 크기 판단부(750)에 대해서 수정/변경함이 없이 기존 판단 기준에 따라 압력 크기를 판단할 수 있도록, 팩터는 1/2로 설정될 수 있다. 따라서, ADC(712)로부터 출력된 디지털 신호값에 팩터1/2를 곱한 결과값이 압력 크기 판단부(750)로 입력될 수 있다. 따라서, 변형전과 동일한 힘으로 터치 입력 장치(1000)의 터치 표면을 누를 때, ADC(712)로부터 출력되는 디지털 신호값이 크지만, 해당 디지털 신호값에 팩터1/2가 곱해져 압력 크기 판단부(750)에 입력되므로, 해당 압력 크기는 변형 전과 동일한 크기로 검출될 수 있다. 즉, 변형을 통해 터치 입력 장치(1000)의 압력 검출 감도가 민감하게 변형되었지만, 보정을 통해 ADC(712)의 출력 디지털 신호값에 팩터1/2가 곱해져 보정됨으로써, 사용자의 변형 전 및 후의 동일한 힘에 대해서 압력 크기 판단부(750)는 모두 동일한 압력의 크기로 판단할 수 있다.
제어부(730)는 압력 검출 정밀도 보정이 있는 경우 해당 설정을 메모리(740)에 저장하고 감지부(710)에 제어신호를 전달할 수 있다.
즉, 제어부(730) 압력 검출 정밀도 보정이 있는 경우 이러한 팩터(factor) 값을 계산하여 메모리(740)에 저장할 수 있다. 보정이 없는 경우, ADC(712)에 곱해지는 팩터는 1로 지정되어 메모리(740)에 저장되어 있을 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 제어부(730)는 압력 검출 정밀도 보정 사항을 메모리(740)에 저장할 수 있다. 실시예에 따라 제어부(730)는 압력 검출 정밀도 보정에 따른 전술한 팩터 값을 계산하여 메모리(740)에 저장할 수 있다. 제어부(730)는 ADC(712) 출력 디지털 신호값에 상기 팩터가 곱해진 결과값이 압력 크기 판단부(750)에 입력되도록 제어할 수 있다. 또는, 압력 크기 판단부(750)가 ADC(712) 출력 디지털 신호값에 상기 팩터를 곱한 결과값에 근거하여 압력 크기를 판단하도록 제어할 수 있다. 실시예에 따라 제어부(730) 및/또는 감지부(710)는 메모리(740)를 참조하여 동작할 수 있다. 실시예에 따라 제어부(730)는 터치 입력 장치(1000)의 중앙 처리 장치(CPU) 또는 응용 프로세서(AP)일 수 있다.
실시예에 따라, 터치 입력 장치(1000)에는 압력 검출의 동작을 위한 압력 검출기(700)가 구현된 터치 센싱 IC를 추가로 포함하는 것도 가능하다. 이러한 경우, 도1에 예시된 바와 같이, 구동부(120), 감지부(110) 및 제어부(130)와 유사한 구성을 중복하여 포함하게 되므로 터치 입력 장치(1000)의 면적 및 부피가 커지는 문제점이 발생할 수 있다. 실시예에 따라, 터치 입력 장치(1000)는 압력 검출을 위한 압력 센서에/로부터, 터치 센서 패널(100)의 작동을 위한 터치 검출 장치를 통해, 구동신호가 인가되고 감지신호를 입력받아 터치 압력을 검출할 수 있다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 제어부(130)는 터치 센서 패널(100)의 스캐닝을 수행함과 동시에 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 하거나, 또는 제어부(130)는 시분할하여 제1시간구간에는 터치 센서 패널(100)의 스캐닝을 수행하도록 하고 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 제어신호를 생성할 수 있다.
이와 같이 터치 압력 검출 정밀도가 보정됨으로써 터치 입력 장치(1000)의 터치 스크린 전체에서 균일한 압력 검출 정밀도가 획득될 수 있다. 또한, 사용자는 터치 입력 장치(1000)의 기구 변형등에도 불구하고 동일한 압력 감도로 터치 입력 장치(1000)를 조작할 수 있다.
이상에서는 압력 센서가 제1전극(450 내지 458)으로 이루어져 기준 전위층 사이의 자기 정전용량을 근거로 압력 검출 정밀도 보정방법이 설명되었으나, 본 보정 방법은 압력 센서가 적어도 한 쌍 이상의 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 포함하여 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량을 근거로 수행될 수도 있음은 자명하다.
도10a 및 도10b는 압력 검출 정밀도의 비균일성이 발생할 수 있는 터치 입력 장치 일부의 단면도이다. 도10a 및 도10b에서는 기판(300)에 압력 센서가 부착되고 디스플레이 모듈(200)이 기준 전위층으로 기능하는 경우를 예시한다.
예컨대, 객체를 통해 터치 입력 장치(1000)의 터치 스크린에 압력이 인가되는 경우 압력이 인가된 위치에 따라, 터치 센서 패널(100) 및 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 정도가 다르기 때문에, 동일한 크기의 압력이 인가되더라도, 압력이 인가된 위치에 따라 터치 압력의 크기가 서로 다르게 검출될 수 있다.
예를 들어, 도10a 및 도10b에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되면, 디스플레이 모듈(200)의 제1영역(a)이 제2영역(b, c)보다 더 많이 휘어질 수 있으므로, 디스플레이 모듈(200)의 제1영역(a)에 압력이 인가되는 경우의 디스플레이 모듈(200)과 제1영역(a) 하부에 배치된 압력 전극(451)간의 거리(d1) 보다 디스플레이 모듈(200)의 제2영역(b, c)에 동일한 크기의 압력이 인가되는 경우의 디스플레이 모듈(200)과 제2영역(b, c) 하부에 배치된 압력 전극(450, 452)간의 거리(d2)가 더 클 수 있다.
즉, 도10a 및 10b에 도시된 바와 같이 압력 전극이 기판(300)상에 형성되되, 동일한 너비를 갖고, 동일한 간격으로 형성되며, 기준 전위층과 동일한 거리를 갖고, 동일한 조성으로 형성되는 경우, 동일한 크기의 압력이 인가되더라도, 디스플레이 모듈(200)의 제1영역(a)에서 검출되는 정전용량 변화량보다 제2영역(b, c)에서 검출되는 정전용량 변화량이 클 수 있다.
따라서, 객체가 터치 센서 패널(100)에 압력을 인가할 때, 동일한 크기의 압력을 인가하는 경우, 압력을 인가하는 위치와 관계없이 동일한 크기의 터치 압력이 검출되도록 하기 위해 디스플레이 모듈(200)의 제1영역(a)보다 제2영역(b, c)에서 검출되는 정전용량 변화량이 크도록 압력 전극을 배치할 필요성이 있다.
다시 말해, 터치 센서 패널(100)에 압력이 인가되면, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 거리가 변하고, 상기 거리 변화가 동일한 조건에서, 디스플레이 모듈(200)의 제1영역 하부에 배치된 압력 전극에서 검출되는 정전용량 변화량보다, 디스플레이 모듈(200)의 제2영역 하부에 배치된 압력 전극에서 검출되는 정전용량 변화량이 더 크도록 압력 전극을 배치할 필요성이 있다.
예컨대, 도11a에 예시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)의 제1영역(a)보다 제2영역(b, c)에서 검출되는 정전용량의 변화량이 크도록 하기 위해서 제1영역(a) 하부에 배치된 압력 전극(460)의 너비가 제2영역(b, c) 하부에 배치된 압력 전극(450, 470)의 너비보다 작도록 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 도11b에 예시된 바와 같이 제1영역(a) 하부에 배치된 압력 전극(470)의 인접한 압력 전극과의 거리가 제2영역(b, c) 하부에 배치된 압력 전극(450, 460)의 인접한 압력 전극과의 거리보다 크도록 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 도11c에 예시된 바와 같이 제1영역(a) 하부에 배치된 압력 전극(460)의 기준 전위층과의 거리가 제2영역(b, c) 하부에 배치된 압력 전극(450, 470)의 기준 전위층과의 거리보다 크도록 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 도11d에 예시된 바와 같이 제1영역(a) 하부에 배치된 압력 전극(460)을 형성하는 물질의 조성이 제2영역(b, c) 하부에 배치된 압력 전극(450, 470)을 형성하는 물질의 조성과 다르도록 구성될 수 있다.
상기에서는 압력 센서가 자기 정전용량 검출을 위한 단일 전극으로 구성되는 경우 제1 내지 제4 방법에 따라 디스플레이 패널(200)의 제1영역(a)보다 제2영역(b, c)에서 검출되는 정전용량의 변화량이 크도록 하기 위한 실시예를 설명하였다. 압력 센서가 상호 정전용량 검출을 위한 제1전극과 제2전극을 포함하도록 구성되는 경우 디스플레이 모듈(200)의 제1영역(a)보다 제2영역(b, c)에서 검출되는 정전용량의 변화량이 크도록 하기 위한 실시예를 도 11e 내지 도 11f를 통해서 설명하도록 한다.
예컨대, 도11e에 도시된 바와 같이 압력 전극이 제1전극(450, 460, 470)과 제2전극(451, 461, 471)으로 구성된 경우 제1영역(a) 하부에 배치된 제1전극(460)과 제2전극(461)의 너비가 제2영역(b, c) 하부에 배치된 제1전극(450, 470)과 제2전극(451, 461)의 너비보다 작도록 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 도11f에 도시된 바와 같이 압력 전극이 제1 전극(450, 460, 470, 480)과 제2전극(451, 461, 471, 481)으로 구성된 경우 제1영역(a) 하부에 배치된 제1전극(470)과 제2전극(471)에 인접한 전극과의 거리가 제2영역(b, c) 하부에 배치된 제1전극(450, 460, 480, 490)과 제2전극(451, 461, 481, 491)의 인접한 전극과의 거리보다 클 수 있다.
또한 상기와 같이 압력 센서가 상호 정전용량 검출을 위한 제1전극과 제2전극을 포함하는 경우 도11c 및 도11d에서 설명한 바와 유사하게, 제1영역(a)보다 제2영역(b, c)에서 검출되는 정전용량의 변화량이 크도록 구성될 수 있다.
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.
1000: 터치 입력 장치 100: 터치 센서 패널
120: 구동부 110: 감지부
130: 제어부 200: 디스플레이 모듈
450, 460: 압력 센서 700: 압력 검출기

Claims (14)

  1. 압력 센서; 및 압력 검출기를 포함하는 터치 입력 장치이고,
    상기 압력 검출기는:
    상기 압력 센서에 구동신호를 인가하는 구동부;
    상기 압력 센서로부터 신호를 수신하여 상기 압력 센서에서 발생하는 정전용량을 검출하는 감지부;
    상기 감지부로부터 입력되는 신호에 근거하여 압력 크기를 판단하는 압력 크기 판단부; 및
    상기 압력 크기 판단부에서 판단되는 소정 압력 크기에 대응하는 상기 정전용량을 변경하는 보정을 수행하도록 구성된 제어부;를 포함하는 터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 보정은:
    상기 터치 입력 장치에 터치가 이루어지지 않은 상태에서 상기 감지부로부터 출력되는 정전용량 값과 기준 정전용량값 사이의 차이값이 소정 오차값보다 클 때 수행되는,
    터치 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력 센서는 복수의 채널을 구성하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 보정은 상기 복수의 채널 각각에 대해서 수행되는,
    터치 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 보정에 따라 결정된 팩터가 상기 감지부의 출력 신호에 곱해진 후 상기 압력 크기 판단부에 입력되는,
    터치 입력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 감지부는 수신기 및 ADC(Analog-Digital Conveter)를 포함하며,
    상기 감지부의 출력 신호는 상기 ADC의 출력 신호인,
    터치 입력 장치.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 적어도 한 쌍 이상의 제1전극과 제2전극을 포함하며,
    상기 압력 센서로부터 수신되는 신호는, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 상호 정전용량 값에 대한 정보를 포함하는,
    터치 입력 장치.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서로부터 수신되는 신호는, 상기 압력 센서와 기준 전위층 사이의 자기 정전용량 값에 대한 정보를 포함하며,
    상기 압력 센서는 적어도 하나 이상의 단일 전극을 포함하는,
    터치 입력 장치.
  8. 압력 센서에 구동신호를 인가하는 구동부;
    상기 압력 센서로부터 신호를 수신하여 상기 압력 센서에서 발생하는 정전용량을 검출하는 감지부;
    상기 감지부로부터 입력되는 신호에 근거하여 압력 크기를 판단하는 압력 크기 판단부; 및
    상기 압력 크기 판단부에서 판단되는 소정 압력 크기에 대응하는 상기 정전용량을 변경하는 보정을 수행하도록 구성된 제어부;를 포함하는, 압력 검출기.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 보정은:
    상기 압력 센서가 부착되는 터치 입력 장치에 터치가 이루어지지 않은 상태에서 상기 감지부로부터 출력되는 정전용량 값과 기준 정전용량값 사이의 차이값이 소정 오차값보다 클 때 수행되는,
    압력 검출기.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 압력 센서는 복수의 채널을 구성하는 복수의 전극을 포함하며, 상기 보정은 상기 복수의 채널 각각에 대해서 수행되는,
    압력 검출기.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 보정에 따라 결정된 팩터가 상기 감지부의 출력 신호에 곱해진 후 상기 압력 크기 판단부에 입력되는,
    압력 검출기.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 감지부는 수신기 및 ADC(Analog-Digital Conveter)를 포함하며,
    상기 감지부의 출력 신호는 상기 ADC의 출력 신호인,
    압력 검출기.
  13. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 적어도 한 쌍 이상의 제1전극과 제2전극을 포함하며,
    상기 압력 센서로부터 수신되는 신호는, 상기 제1전극과 상기 제2전극 사이의 상호 정전용량 값에 대한 정보를 포함하는,
    압력 검출기.
  14. 제8항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서로부터 수신되는 신호는, 상기 압력 센서와 기준 전위층 사이의 자기 정전용량 값에 대한 정보를 포함하며,
    상기 압력 센서는 적어도 하나 이상의 단일 전극을 포함하는,
    압력 검출기.
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