KR20200057988A

KR20200057988A - 터치 센싱 장치

Info

Publication number: KR20200057988A
Application number: KR1020180142371A
Authority: KR
Inventors: 이상영; 김갑영; 최용재
Original assignee: 엘지이노텍 주식회사
Priority date: 2018-11-19
Filing date: 2018-11-19
Publication date: 2020-05-27

Abstract

실시 예의 터치 센싱 장치는 터치 수단이 터치되는 유효 영역 및 유효 영역 주변의 비유효 영역을 포함하는 패널과, 비유효 영역에 서로 이격되어 배치되고, 유효 영역을 향해 서로 직교하는 제1 및 제2 방향으로 각각 진행파를 전송하여 패널의 유효 영역을 평판 분할 진동시키는 복수의 진행파 발생부 및 유효 영역에 배치되고, 패널의 유효 영역이 평판 분할 진동할 때 터치 수단에서 반사된 반사파를 수신하는 반사파 수신부를 포함한다.

Description

터치 센싱 장치{Apparatus for sensing touching}

실시 예는 터치 센싱 장치에 관한 것이다.

지문 센싱 기술은 생체 인식 또는 인증 프로세스 등의 개인 식별에 널리 이용되고 있다. 예를 들어, 스마트폰(smartphone) 등과 같은 전자 기기에서 접근 권한을 부여하기 위해 지문 인식 센서(또는, 지문 센서)가 사용되고 있다. 이러한 지문 센서를 포함하는 터치 센싱 장치는 베젤(bezel)을 갖지 않도록 디자인되고 있다.

또한, 사용자가 터치 센싱 장치의 전체 화면에 손가락을 대는 것만으로 지문을 식별할 수 있도록, 사용자 인터페이스의 용이성이 요구되고 있다.

또한, 디스플레이의 시인성을 저하시키지 않은 구조를 갖도록, 터치 센싱 장치가 연구되고 있다.

일반적으로 정전 방식 또는 초음파 방식의 지문 센싱 장치는 여러 가지 설계 상의 제약이 따르는 문제점이 있다.

실시 예는 지문 센싱 능력이 우수하고, 저가이며, 각 구성 요소의 재질 선택의 자유도가 높고 다양한 분야에 적용될 수 있는 터치 센싱 장치를 제공한다.

일 실시 예에 의한 터치 센싱 장치는, 터치 수단이 터치되는 유효 영역과, 상기 유효 영역 주변의 비유효 영역을 포함하는 패널; 및 상기 비유효 영역에 서로 이격되어 배치되고, 상기 유효 영역을 향해 서로 직교하는 제1 및 제2 방향으로 각각 진행파를 전송하여 상기 패널의 상기 유효 영역을 평판 분할 진동시키는 복수의 진행파 발생부를 포함할 수 있다.

다른 실시 예에 의한 터치 센싱 장치는 터치 수단이 터치되는 유효 영역과, 상기 유효 영역 주변의 비유효 영역을 포함하는 패널; 및 상기 유효 영역에 배치되고, 상기 비유효 영역으로부터 서로 직교하는 제1 및 제2 방향으로 각각 전송된 진행파에 의해 상기 패널의 상기 유효 영역이 평판 분할 진동할 때 상기 터치 수단에서 반사된 반사파를 수신하는 반사파 수신부를 포함할 수 있다.

또 다른 실시 예에 의한 터치 센싱 장치는, 터치 수단이 터치되는 유효 영역 및 상기 유효 영역 주변의 비유효 영역을 포함하는 패널; 상기 비유효 영역에 서로 이격되어 배치되고, 상기 유효 영역을 향해 서로 직교하는 제1 및 제2 방향으로 각각 진행파를 전송하여 상기 패널의 상기 유효 영역을 평판 분할 진동시키는 복수의 진행파 발생부; 및 상기 유효 영역에 배치되고, 상기 패널의 상기 유효 영역이 평판 분할 진동할 때 상기 터치 수단에서 반사된 반사파를 수신하는 반사파 수신부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 진행파 발생부는 상기 진행파인 제1 초음파를 생성하여 상기 제1 방향으로 상기 유효 영역을 향해 전송하는 제1 초음파 발생부; 및 상기 진행파인 제2 초음파를 생성하여 상기 제2 방향으로 상기 유효 영역을 향해 전송하는 제2 초음파 발생부를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 진행파 발생부는 상기 진행파인 제3 초음파를 생성하여 상기 제1 방향의 반대 방향으로 상기 유효 영역을 향해 전송하는 제3 초음파 발생부; 및 상기 진행파인 제4 초음파를 생성하여 상기 제2 방향의 반대 방향으로 상기 유효 영역을 향해 전송하는 제4 초음파 발생부를 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 내지 제4 초음파 발생부 중에서 서로 마주하는 초음파 발생부에서 생성되는 초음파는 동일한 특성을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 내지 제4 초음파 발생부 중에서 서로 마주하는 초음파 발생부 각각은 서로 이격되며 각각이 상기 진행파를 생성하는 복수의 초음파 발생 세그먼트를 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 복수의 초음파 발생 세그먼트 중에서 서로 마주하는 초음파 발생 세그먼트에서 생성되는 상기 진행파는 동일한 특성을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 진행파 발생부는 압전 세라믹 물질을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 반사파 수신부는 폴리머 압전 물질을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 반사파 수신부는 상기 폴리머 압전 물질을 포함하는 압전층; 상기 압전층의 위 및 아래 중 어느 한 곳에 배치되며, 상기 제1 및 제2 방향 중 어느 하나의 방향으로 서로 제1 거리만큼 이격되어 배열된 복수의 제1 수신 전극; 및 상기 압전층의 위 및 아래 중 다른 한 곳에 배치되며, 상기 제1 또는 제2 방향 중 다른 하나의 방향으로 서로 제2 거리만큼 이격되어 배열된 복수의 제2 수신 전극을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 동일할 수 있다.

예를 들어, 상기 패널은 디스플레이; 및 상기 디스플레이 위에 배치된 커버 윈도우를 포함하고, 상기 유효 영역은 상기 디스플레이와 상기 커버 윈도우가 수직으로 중첩하는 영역에 해당하고, 상기 비유효 영역은 상기 유효 영역의 주변 영역에 해당할 수 있다.

예를 들어, 상기 반사파 수신부는 상기 디스플레이의 아래에 배치될 수 있다. 예를 들어, 상기 반사파 수신부는 불투광성을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 반사파 수신부는 상기 커버 윈도우와 상기 디스플레이 사이에 배치되거나, 상기 디스플레이에 매립되어 배치될 수 있다. 이 경우, 에를 들어, 상기 반사파 수신부는 투광성을 가질 수 있다.

예를 들어, 상기 패널은 상기 커버 윈도우 위에 배치된 보호 필름을 더 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 진행파 발생부는 상기 커버 윈도우의 저면과 상기 디스플레이의 측면 사이의 공간에 배치될 수 있다.

실시 예에 따른 터치 센싱 장치는 커버 윈도우의 특정한 두께나 지문 이미지의 해상도에 영향을 받지 않아 블러링 없는 지문 이미지를 획득할 수 있고, 제조 공정이 간단하고 제조 비용이 절감될 수 있으며, 보호 필름의 존재 여부와 무관하게 지문을 우수하게 센싱할 수 있으며, 반사파 수신부의 재질 선택의 높은 자유도를 갖고, 생체 인식 분야 등 다양한 분야에 적용될 수 있고, 패널의 가져야 하는 제약 조건을 해소시킬 수 있다.

도 1은 실시 예에 의한 터치 센싱 장치의 부분 분해 사시도를 나타낸다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 센싱 장치의 평면도를 나타낸다.
도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 실시 예에 의한 터치 센싱 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 다른 실시 예에 의한 터치 센싱 장치의 평면도를 나타낸다.
도 5는 또 다른 실시 예에 의한 터치 센싱 장치의 평면도를 나타낸다.
도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 반사파 수신부의 실시 예에 의한 사시도를 나타낸다.
도 7은 터치 센싱 장치의 일 실시 예 의한 단면도를 나타낸다.
도 8은 터치 센싱 장치의 다른 실시 예 의한 단면도를 나타낸다
도 9는 터치 센싱 장치의 또 다른 실시 예 의한 단면도를 나타낸다.
도 10 (a) 및 (b)는 실시 예에 의한 터치 센싱 장치가 적용되는 실시 예들을 나타낸다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 상세히 설명한다.

다만, 본 발명의 기술 사상은 설명되는 일부 실시 예에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 기술 사상 범위 내에서라면, 실시 예들 간 그 구성 요소들 중 하나 이상을 선택적으로 결합, 치환하여 사용할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용되는 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는, 명백하게 특별히 정의되어 기술되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 일반적으로 이해될 수 있는 의미로 해석될 수 있으며, 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥상의 의미를 고려하여 그 의미를 해석할 수 있을 것이다.

또한, 본 발명의 실시 예에서 사용된 용어는 실시 예들을 설명하기 위한 것이며 본 발명을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본 명세서에서, 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함할 수 있고, “A 및(와) B, C중 적어도 하나(또는 한 개이상)”으로 기재되는 경우 A, B, C로 조합할 수 있는 모든 조합 중 하나이상을 포함할 수 있다.

또한, 본 발명의 실시 예의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제1, 제2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등으로 한정되지 않는다.

그리고, 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결, 결합 또는 접속되는 경우 뿐만아니라, 그 구성 요소와 그 다른 구성요소 사이에 있는 또 다른 구성 요소로 인해 ‘연결’, ‘결합’ 또는 ‘접속’되는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 각 구성 요소의 “상(위) 또는 하(아래)”에 형성 또는 배치되는 것으로 기재되는 경우, 상(위) 또는 하(아래)는 두 개의 구성 요소들이 서로 직접 접촉되는 경우 뿐만아니라 하나 이상의 또 다른 구성 요소가 두 개의 구성 요소들 사이에 형성 또는 배치되는 경우도 포함한다. 또한 “상(위) 또는 하(아래)”로 표현되는 경우 하나의 구성 요소를 기준으로 위쪽 방향뿐만 아니라 아래쪽 방향의 의미도 포함할 수 있다.

이하, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)를 첨부된 도면을 참조하여 다음과 같이 설명한다. 편의상, 데카르트 좌표계(x축, y축, z축)를 이용하여 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)를 설명하지만, 다른 좌표계에 의해서도 이를 설명할 수 있음은 물론이다. 또한, 데카르트 좌표계에 의하면, x축, y축 및 z축은 서로 직교하지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, x축, y축 및 z축은 서로 교차할 수도 있다.

도 1은 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A)의 부분 분해 사시도를 나타내고, 도 2는 도 1에 도시된 터치 센싱 장치(100A)의 평면도를 나타낸다.

도 1 및 도 2에 도시된 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A)는 패널(110) 및 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)를 포함할 수 있다.

패널(110)은 유효 영역(EA) 및 비유효 영역(NEA)을 포함할 수 있다. 여기서, ‘유효 영역’이란 패널(110)에서 터치 수단이 터치되는 영역으로서 정의되고, ‘비유효 영역’이란 유효 영역 주변의 영역으로서 정의된다.

도 2에 도시된 바와 같이, 유효 영역(EA)은 패널(110)의 중앙에 위치하고, 비유효 영역은 유효 영역(EA)의 주변 예를 들어 패널(110B)의 가장 자리에 위치할 수 있다. 그러나, 실시 예는 유효 영역(EA)의 특정한 크기 및 특정한 위치에 국한되지 않는다.

또한, ‘터치 수단’이란 패널(110)에 터치되는 수단으로서, 인체(예를 들어, 지문) 또는 포인팅 수단(예를 들어, 포인팅 펜 등)이 될 수 있다.

이하, 설명의 편의상 터치 수단이 지문인 경우에 대해, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A)를 설명한다. 그러나, 하기의 설명은 터치 수단(OB)이 지문 이외에 다른 터치 수단 예를 들어, 포인팅 수단일 경우에도 적용될 수 있다.

도 3은 도 1 및 도 2에 도시된 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A)의 동작 원리를 설명하기 위한 단면도이다.

동작 원리를 설명하기 위해, 도 3의 경우 패널(110) 전체를 도시하지 않고, 패널(110)에서 터치 수단(OB)이 터치되는 터치면(110S)만을 도시하였다.

복수의 진행파 발생부는 비유효 영역(NEA)에서 서로 직교하면서 인접하여 이격되어 배치될 수 있다. 복수의 진행파 발생부 중 하나는 진행파(TW:Traveling Wave)를 생성하여 제1 방향으로 유효 영역(EA)을 향해 전송하고, 복수의 진행파 발생부 중 다른 하나는 진행파(TW)를 생성하여 제2 방향으로 유효 영역(EA)을 향해 전송할 수 있다. 여기서, 제1 방향과 제2 방향은 서로 직교하는 방향이다.

이와 같이, 서로 직교하는 제1 및 제2 방향으로 유효 영역(EA)을 향해 진행파가 전송될 경우, 패널(110)이 유효 영역(EA)이 평판 분할 진동할 수 있다. 여기서, ‘평판 분할 진동’이란, 도 1에 도시된 바와 같이, 격자 형태로 진동되는 형태로서, 도 1을 참조하면 패널(110)의 유효 영역(EA)에서 진동하는 부분(V)과 진동하지 않는 부분(NV)이 교호적으로 반복되는 진동 형태를 의미할 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 진행파 발생부는 제1 내지 제4 초음파 발생부(120-1 내지 120-4)를 포함할 수 있다.

제1 초음파 발생부(120-1)는 진행파인 제1 초음파(TW1)를 생성하여 제1 방향(예를 들어, +x축 방향)으로 유효 영역(EA)을 향해 전송한다. 제2 초음파 발생부(120-2)는 진행파인 제2 초음파(TW2)를 생성하여 제2 방향(예를 들어, -y축 방향)으로 유효 영역(EA)을 향해 전송한다. 제3 초음파 발생부(120-3)는 진행파인 제3 초음파(TW3)를 생성하여 제1 방향(예를 들어, +x축 방향)의 반대 방향(예를 들어, -x축 방향)으로 유효 영역(EA)을 향해 전송한다. 제4 초음파 발생부(120-4)는 진행파인 제4 초음파(TW4)를 생성하여 제2 방향(예를 들어, -y축 방향)의 반대 방향(예를 들어, +y축 방향)으로 유효 영역(EA)을 향해 전송한다. 이와 같이, 서로 교차하는 방향으로 진행파가 유효 영역(EA)으로 전송되어야만 평판 분할 진동이 일어날 수 있다.

또한, 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)는 도 1에 도시된 바와 같이, 바(bar) 형태를 가질 수 있으나, 실시 예는 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.

도 4는 다른 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100B)의 평면도를 나타낸다.

도 1 내지 도 3의 경우, 복수의 진행파 발생부는 제1 내지 제4 초음파 발생부(120-1 내지 120-4)를 포함하는 것으로 설명하였지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

다른 실시 예에 의하면, 도 4에 도시된 바와 같이, 터치 센싱 장치(100B)에서 복수의 진행파 발생부는 제1 및 제2 초음파 발생부(120-1 및 120-2)만을 포함할 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 달리 터치 센싱 장치(100B)는 제1 및 제4 초음파 발생부(120-1 및 120-4)만을 포함할 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 달리 터치 센싱 장치(100B)는 제2 및 제3 초음파 발생부(120-2 및 120-3)만을 포함할 수 있다. 또는, 도 4에 도시된 바와 달리 터치 센싱 장치(100B)는 제3 및 제4 초음파 발생부(120-3 및 120-4)만을 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 서로 교차하는 방향으로 유효 영역(EA)을 향해 진행파를 전송할 수만 있다면, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100B)는 복수의 진행파 발생부의 특정한 개수에 국한되지 않는다.

도 5는 또 다른 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100C)의 평면도를 나타낸다.

또 다른 실시 예에 의하면, 제1 내지 제4 초음파 발생부(120-1 내지 120-4) 중에서 서로 마주하는 초음파 발생부 각각은 복수의 초음파 발생 세그먼트를 포함할 수 있다. 여기서, 복수의 초음파 발생 세그먼트는 서로 이격되며 각각이 진행파를 생성할 수 있다.

예를 들어, 도 5를 참조하면, 서로 마주하는 제1 및 제3 초음파 발생부(120-1, 120-3) 각각은 서로 이격된 2개의 초음파 발생 세그먼트를 포함할 수 있다. 즉, 제1 초음파 발생부(120-1)는 서로 이격된 2개의 초음파 발생 세그먼트(120-11, 120-12)를 포함하고, 제3 초음파 발생부(120-3)는 서로 이격된 2개의 초음파 발생 세그먼트(120-31, 120-32)를 포함할 수 있다. 이때, 복수의 초음파 발생 세그먼트(120-11, 120-12)는 서로 동일한 폭과 길이를 갖고, 복수의 초음파 발생 세그먼트(120-31, 120-32)도 서로 동일한 폭과 길이를 가질 수 있다.

또는, 도 5에 도시된 바와 달리, 서로 마주하는 제2 및 제4 초음파 발생부(120-2, 120-4)도 제1 및 제3 초음파 발생부(120-1, 120-3)와 마찬가지로 서로 이격된 복수의 초음파 발생 세그먼트를 포함할 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면, 제1 내지 제4 초음파 발생부(120-1 내지 120-4) 중에서 서로 마주하는 초음파 발생부에서 생성되는 초음파는 동일한 특성을 가질 수 있다. 즉, 서로 마주하는 제1 및 제3 초음파 발생부(120-1, 120-3)에서 생성되는 초음파(TW1, TW3)는 서로 동일한 특성을 갖고, 서로 마주하는 제2 및 제4 초음파 발생부(120-2, 120-4)에서 생성되는 초음파(TW2, TW4)는 서로 동일한 특성을 가질 수 있다.

이와 마찬가지로, 복수의 초음파 발생 세그먼트 중에서 서로 마주하는 초음파 발생 세그먼트에서 생성되는 진행파는 동일한 특성을 가질 수도 있다. 즉, 도 5를 참조하면, 서로 마주하는 초음파 발생 세그먼트(120-11, 120-12, 120-31, 120-32)에서 생성되는 진행파는 동일한 특성을 가질 수 있다.

예를 들어, 진행파의 특성이란, 진행파의 주파수, 진행 속도 또는 감도 중 적어도 하나를 의미할 수 있다.

그러나, 서로 마주하지 않는 진행파 발생부에서 생성되는 진행파는 동일한 특성을 갖지 않을 수도 있다. 예를 들어, 제1 초음파 발생부(120-1)에서 생성되는 진행파의 특성과 제2 초음파 발생부(120-2)에서 생성되는 진행파의 특성을 서로 다를 수도 있다.

이하, 설명의 편의상 복수의 진행파 발생부의 개수가 도 2에 도시된 바와 같이 4개인 것으로 설명하지만, 하기의 설명은 복수의 진행파 발생부가 도 4에 도시된 바와 같이 2개이거나 도 5에 도시된 바와 같은 세그먼트로 분할된 경우에도 적용될 수 있다.

복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)는 압전 세라믹 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 압전 세라믹 물질로서, 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)는 PZT(lead zirconate titanate), PST, Quartz, (Pb, Sm)TiO3, 또는 PMN(Pb(MgNb)O3)-PT(PbTiO3) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)에 포함되는 특정한 압전 세라믹 물질에 국한되지 않는다.

도 1 내지 도 3을 다시 참조하면, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A)는 반사파 수신부(130)를 더 포함할 수 있다.

반사파 수신부(130)는 유효 영역(EA)에 배치되고, 비유효 영역(NEA)으로부터 서로 직교하는 제1 및 제2 방향으로 각각 전송된 진행파(TW)에 의해 패널(110)의 유효 영역(EA)이 평판 분할 진동할 때 터치 수단인 지문(OB)에서 반사된 후 패널(110)을 통과한 반사파를 수신하는 역할을 한다.

실시 예에 의하면, 반사파 수신부(130)는 비유효 영역(NEA)에 접하면서 유효 영역(EA) 전체에 배치될 수도 있다. 또는, 반사파 수신부(130)는 비유효 영역(NEA)으로부터 일정한 거리만큼 이격되어 유효 영역(EA)의 일부 영역에만 배치될 수도 있다.

복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)에서 발생된 진행파(TW1 내지 TW4)가 유효 영역(EA)으로 전송될 경우, 유효 영역(EA)에서 패널(110)은 평판 분할 진동하고, 평판 분할 진동하는 패널(110)에 지문(OB)이 터치될 때 지문(OB)에서 반사된 반사파가 반사파 수신부(130)로 제공될 수 있다. 반사파 수신부(130)에서 수신되는 반사파의 음향(acoustic)은 지문(OB)의 산(Ridge)과 골(Valley)에 의해 변하고, 이 변화량을 이용하여 지문(OB)의 산과 골에 대한 이미지 정보가 구성될 수 있다.

실시 예에 의하면, 반사파 수신부(130)는 폴리머 압전 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 폴리머 압전 물질로서, 반사파 수신부(130)는 PVDF(polyvinylidene fluoride), 또는 PVDF-TrFF(polyvinylidenefluoride-co-trifluoroethylene) 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

도 6은 도 1 내지 도 5에 도시된 반사파 수신부(130)의 실시 예에 의한 사시도를 나타낸다.

반사파 수신부(130)는 압전층(132), 제1 수신 전극(RE1) 및 제2 수신 전극(RE2)을 포함할 수 있다.

압전층(132)은 폴리머 압전 물질을 포함할 수 있다.

복수의 제1 수신 전극(RE1)은 압전층(132)의 위 및 아래 중 어느 한 곳에 배치되며, 제1 및 제2 방향 중 어느 하나의 방향(예를 들어, +y축 방향)으로 서로 제1 거리(d1)만큼 이격되어 배열될 수 있다.

또한, 제2 수신 전극(RE2)은 압전층(132)의 위 및 아래 중 다른 한 곳에 배치되며, 제1 및 제2 방향 중 다른 하나의 방향(예를 들어, +x축 방향)으로 서로 제2 거리(d2)만큼 이격되어 배열될 수 있다.

도 6의 경우, 복수의 제1 수신 전극(RE1)이 압전층(132)의 위에 배치되고 복수의 제2 수신 전극(RE2)이 압전층(132)의 아래에 배치된 것으로 예시되어 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 즉, 다른 실시 에에 의하면, 복수의 제1 수신 전극(RE1)이 압전층(132)의 아래에 배치되고 복수의 제2 수신 전극(RE2)이 압전층(132)의 위에 배치될 수도 있다.

또한, 제1 거리(d1)와 제2 거리(d2)는 서로 동일할 수도 있다.

또한, 복수의 제1 및 제2 수신 전극(RE1, RE2) 각각은 도 6에 도시된 바와 같이, 스트라이프(stripe) 형상을 가질 수도 있고, 도 6에 도시된 바와 달리 도트 형상을 가질 수도 있으나, 실시 예는 제1 및 제2 수신 전극(RE1, RE2) 각각의 특정한 형태에 국한되지 않는다.

또한, 제1 수신 전극(RE1)과 제2 수신 전극(RE2)의 두께, 폭, 높이 및 개수는 서로 동일할 수 있다.

도 7은 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)의 일 실시 예 의한 단면도를 나타낸다. 즉, 도 7은 도 2에 도시된 터치 센싱 장치의 실시 예에 해당한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 패널(110)은 커버 윈도우(112) 및 디스플레이(114)를 포함할 수 있다.

커버 윈도우(112)는 디스플레이(114) 위에 배치되고, 디스플레이(114)는 커버 윈도우(112)의 아래에 배치될 수 있다. 패널(110)은 접착층(116)을 더 포함할 수 있다. 커버 윈도우(112)와 디스플레이(114)는 접착층(116)에 의해 서로 결합될 수 있지만, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 경우에 따라, 접착층(116)은 생략될 수도 있다.

커버 윈도우(112)의 재질은 투명한 물질 예를 들어, 글래스(glass)로 구현될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

도 7을 참조하면, 유효 영역(EA)이란 디스플레이(114)와 커버 윈도우(112)가 서로 접하는 영역(즉, 수직 방향으로 서로 중첩하는 영역)에 해당할 수 있고, 비유효 영역(NEA)은 유효 영역(EA)의 주변 영역에 해당할 수 있다.

도 7을 참조하면, 진행파 발생부(120-1, 120-3)는 커버 윈도우(112)의 저면(112B)과 디스플레이(114)의 측면(114S) 사이의 공간에 배치될 수 있다.

일 실시 예에 의하면, 반사파 수신부(130)는 도 7에 도시된 바와 같이 디스플레이(114)의 저면(114B)에 접하여 배치될 수도 있고, 도 7에 도시된 바와 달리 저면(114B)으로부터 이격되어 배치될 수도 있다. 또한, 반사파 수신부(130)는 도 7에 예시된 바와 같이 필름 형태로 배치될 수 있으나, 실시 예는 반사파 수신부(130)의 특정한 형태에 국한되지 않는다.

도 8은 터치 센싱 장치(100A)의 다른 실시 예 의한 단면도를 나타낸다.

다른 실시 예에 의하면, 도 8에 도시된 바와 같이 반사파 수신부(130)는 커버 윈도우(112)와 디스플레이(114) 사이에 배치될 수도 있다. 또한, 도 6 및 도 7에 도시된 바와 달리, 도 8에서 복수의 제2 수신 전극(RE2)은 압전층(132) 위에 배치되고, 복수의 제1 수신 전극(RE1)은 압전층(132)의 아래에 배치된다. 또한, 도 7에 도시된 바와 달리, 도 8에 도시된 패널(110)은 접착층(116)을 포함하지 않을 수도 있다.

전술한 차이점을 제외하면, 도 8에 도시된 터치 센싱 장치(100A)는 도 7에 도시된 터치 센싱 장치(100A)와 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.

도 9는 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)의 또 다른 실시 예 의한 단면도를 나타낸다.

또 다른 실시 예에 의하면, 도 9에 도시된 바와 같이 반사파 수신부(130)는 디스플레이(114)의 내부에 매립되어 배치될 수도 있다. 도 6 및 도 7에 도시된 바와 달리, 도 9에서 복수의 제2 수신 전극(RE2)은 압전층(132) 위에 배치되고, 복수의 제1 수신 전극(RE1)은 압전층(132)의 아래에 배치된다. 이를 제외하면, 도 9에 도시된 터치 센싱 장치(100A)는 도 7에 도시된 터치 센싱 장치(100A)와 동일하므로, 중복되는 설명을 생략한다.

도 7에 도시된 바와 같이, 반사파 수신부(130)가 디스플레이(114)의 아래에 배치될 경우, 반사파 수신부(130)는 투광성을 갖지 않는 물질로 구현될 수 있다. 즉, 반사파 수신부(130)는 불투광성을 가질 수 있다.

그러나, 도 8 및 도 9에 도시된 바와 같이, 반사파 수신부(130)가 커버 윈도우(112)와 디스플레이(114) 사이에 배치되거나 디스플레이(114)에 매립되어 배치될 경우, 반사파 수신부(130)는 투광성을 가질 수 있다.

한편, 도 7에 도시된 바와 같이 패널(110)은 커버 윈도우(112) 위에 배치된 보호 필름(118)을 더 포함할 수도 있다. 보호 필름(118)은 외부로 이물질로부터 커버 윈도우(112)를 포함하여 패널(110)을 보호할 수 있다.

경우에 따라, 보호 필름(118)은 생략될 수도 있다.

비록 도시되지는 않았지만, 실시 예에 의하면, 터치 센싱 장치(100A)는 프레임(미도시)을 더 포함할 수 있다. 프레임은 커버 윈도우(112)와 함께 디스플레이(114), 진행파 발생부(120-1 내지 120-4) 및 반사파 수신부(130)를 수용하는 공간을 형성할 수 있다.

또한, 비록 도시되지는 않았지만, 실시 예에 의하면, 터치 센싱 장치(100A)는 회로 소자(미도시)를 더 포함할 수 있다. 회로 소자는 프레임의 내측 저면과 내측 측면 및 반사파 수신부(130)의 외측 바닥면에 의해 정의되는 공간에 수용될 수 있다. 회로 소자는 디스플레이(114)를 구동하는 회로 등을 포함할 수 있다.

실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 진행파를 서로 교차하는 제1 및 제2 방향으로 유효 영역(EA)을 향해 전송하므로, 패널(110)의 유효 영역(EA)이 평판 분할 진동한다.

도 10 (a) 및 (b)는 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)가 적용되는 실시 례들을 나타낸다.

전술한 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)에 터치되는 터치 수단(OB)이 지문일 경우 지문의 감지를 위해 사용될 수 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다. 도 10 (a)에 도시된 바와 같이, 터치 수단은 포인팅 펜(OB)일 수도 있다.

이하, 제1 및 제2 비교 례 및 실시 예에 의한 터치 센싱 장치를 다음과 같이 비교하여 설명한다. 이때, 설명의 이해를 돕기 위해, 제1 및 제2 비교 례 및 실시 예에 의한 터치 센싱 장치는 지문을 센싱한다고 가정하자.

제1 비교 례에 의한 터치 센싱 장치는 정전 용량 방식으로 지문을 센싱할 수 있다. 이 경우, 지문을 향해 진행파를 전송하고, 지문에서 반사된 반사파를 수신하는 송/수신부가 모두 글래스의 아래에 위치한다. 이 경우, 지문 이미지의 해상도가 500DPI이고 송수신부와 지문 사이에 배치된 글래스의 두께가 0.5㎜일 경우, 지문 이미지의 블러링(blurring)이 발생할 가능성이 높아진다. 그러나, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 패널을 평판 분할 진동시켜 지문의 산과 골을 인식하므로, 커버 윈도우(112)의 특정한 두께나 지문 이미지의 해상도에 영향을 받지 않으므로, 블러링 없는 지문 이미지를 획득할 수 있다.

또한, 제2 비교 례에 의한 터치 센싱 장치는 초음파 방식으로 지문을 센싱하기 위해, 진행파를 발신하고, 지문에서 반사된 반사파를 수신할 수 있는 트랜스듀서(transducer)가 다수 개 예를 들어, 256개 정도 필요하다. 반면에, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 진행파를 생성하는 진행파 발생부 및 반사파 수신부의 개수가 제2 비교 례에 의한 터치 센싱 장치보다 적으므로, 제조 공정이 간소화되고, 제조 비용이 절감될 수 있다.

또한, 제2 비교 례에 의한 터치 센싱 장치의 경우, 패널의 상부에 보호 필름이 배치될 경우, 지문에서 반사된 반사파를 수신하기 어렵거나 수신할 수 없어 지문 인식을 제대로 수행할 수 없다. 반면에, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 평판 분할 진동을 이용하여 지문에서 반사된 반사파를 수신하므로, 보호 필름의 배치 여부에 무관하게 지문을 센싱할 수 있다. 즉, 도 7에 도시된 바와 같이, 진행파(TW1/TW3)가 보호 필름(118)의 아래로 전송되며 평판 분할 진동하므로, 보호 필름(118)이 배치된다고 하더라도, 보호 필름(118)에 영향을 받지 않고 지문을 우수하게 센싱할 수 있다.

또한, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치는 복수의 진행파 발생부가 비유효 영역(NEA)에 배치되므로, 디스플레이(114)를 광학적으로 가리지 않는다. 또한, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치는 반사파 수신부(130)가 디스플레이(114)의 아래에 배치될 경우, 반사파 수신부(130)를 불투광성을 갖는 물질로 구현할 수 있는 등, 반사파 수신부(130)의 재질 선택의 자유도가 높아질 수 있다.

또한, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치는 진행파의 크기를 증가시켜 터치 수단(예를 들어, 인체)의 내부로도 진행파가 도달하도록 할 수 있다. 이로 인해, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치는 지문 인식 뿐만아니라 생체 인식 분야에도 폭 넓게 적용될 수 있다.

또한, 실시 예에 의하면, 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)에서 생성되는 진행파(TW1 내지 TW4)의 주파수는 지문 이미지의 해상도에 영향을 받지 않는다. 왜냐하면, 도 1에 도시된 바와 같이, 평판 분할 진동에 의해 진동하는 경우 부분(V)과 진동하지 않은 부분(NV)이 서로 교차하므로, 지문이 터치될 경우 반사파 수신부(130)는 지문이 터치되는 지점의 음향 변화량을 통해 지문을 인식할 수 있끼 때문이다. 이와 같이, 평면 분할 진동의 경우 진행파의 감도나 주파수에 영향을 받지 않고 격자 형태의 진동에 의해 반사파의 음향이 변화량을 이용하여 지문을 센싱하므로, 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)는 지문 이미지의 해상도와 무관한 주파수를 갖는 진행파를 생성할 수 있으며, 특정한 주파수를 갖는 진행파를 생성해야 하는 제약이 해소된다.

또한, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 평판 분할 진동에 의해 지문을 센싱하므로, 패널(110)의 탄성 계수나 밀도 등, 패널(110)이 가져야 하는 제약을 해소시켜 준다.

터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 지문 인식 이외에 다양한 분야에도 적용될 수 있다. 예를 들어, 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)에서 진행파(TW1 내지 TW4)를 생성하여 유효 영역(EA)으로 전송하고, 서로 직교하는 진행파(TW1 내지 TW4)가 유효 영역(EA)을 평판 분할 진동시킴은 전술한 바와 같다. 이때, 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)가 리시버(receiver), 스피커(speaker) 또는 햅틱(haptic) 기능을 수행하도록, 도 10 (b)에 도시된 바와 같이 유효 영역(EA)을 평판 분할 진동시키도록 복수의 진행파 발생부(120-1 내지 120-4)는 진행파(TW1 내지 TW4)를 발생할 수 있다.

또한, 도 7을 참조하면, 진행파(TW1/TW3)의 감도를 높일 경우, 진행파(140)는 터치 수단(OB)의 표면이 아니라 터치 수단(OB)의 내부까지 도달할 수 있다. 이와 같이, 진행파의 특성을 조절함으로써, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 터치 수단(OB)에서 반사된 반사파의 위상이나 맥놀이 등을 이용하여 터치 수단의 생체 정보 등을 인식할 수도 있다.

또한, 전술한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 다양한 전자 기기에 적용될 수 있다. 예를 들어, 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)를 포함하는 전자 기기로서, 휴대폰, 스마트폰, 휴대 정보 단말기(PDA:Personal Digital Assistant), 휴대용 멀티미디어 플레이어(PMP:Portable Multimedia Player), 또는 노트북 등과 같은 휴대용 단말기등이 있으나, 실시 예는 이에 국한되지 않는다.

또한, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)를 포함하는 전자 기기는 차량 내에도 적용될 수 있다. 구체적으로, 실시 예에 의한 터치 센싱 장치(100A 내지 100C)는 차량 내에서 다양한 부분에 적용될 수 있다. 예를 들어, PND(Personal Navigation Display)뿐만 아니라, 계기판(dashboard) 등에 적용되어 CID(Center Information Display)도 구현할 수 있다. 그러나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니고, 이러한 전자 기기는 더 다양할 수 있음은 물론이다.

이상에서 실시 예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 예에 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.

100A, 100B, 100C: 터치 센싱 장치 110: 패널
120-1 내지 120-4: 진행파 발생부 130: 반사파 수신부

Claims

터치 수단이 터치되는 유효 영역 및 상기 유효 영역 주변의 비유효 영역을 포함하는 패널;
상기 비유효 영역에 서로 이격되어 배치되고, 상기 유효 영역을 향해 서로 직교하는 제1 및 제2 방향으로 각각 진행파를 전송하여 상기 패널의 상기 유효 영역을 평판 분할 진동시키는 복수의 진행파 발생부; 및
상기 유효 영역에 배치되고, 상기 패널의 상기 유효 영역이 평판 분할 진동할 때 상기 터치 수단에서 반사된 반사파를 수신하는 반사파 수신부를 포함하는 터치 센싱 장치.
제1 항에 있어서, 상기 복수의 진행파 발생부는
상기 진행파인 제1 초음파를 생성하여 상기 제1 방향으로 상기 유효 영역을 향해 전송하는 제1 초음파 발생부; 및
상기 진행파인 제2 초음파를 생성하여 상기 제2 방향으로 상기 유효 영역을 향해 전송하는 제2 초음파 발생부를 포함하는 터치 센싱 장치.
제2 항에 있어서, 상기 복수의 진행파 발생부는
상기 진행파인 제3 초음파를 생성하여 상기 제1 방향의 반대 방향으로 상기 유효 영역을 향해 전송하는 제3 초음파 발생부; 및
상기 진행파인 제4 초음파를 생성하여 상기 제2 방향의 반대 방향으로 상기 유효 영역을 향해 전송하는 제4 초음파 발생부를 더 포함하는 터치 센싱 장치.
제3 항에 있어서, 상기 제1 내지 제4 초음파 발생부 중에서 서로 마주하는 초음파 발생부 각각은 서로 이격되며 각각이 상기 진행파를 생성하는 복수의 초음파 발생 세그먼트를 포함하는 터치 센싱 장치.
제1 항에 있어서, 상기 진행파 발생부는 압전 세라믹 물질을 포함하는 터치 센싱 장치.
제1 항에 있어서, 상기 반사파 수신부는 폴리머 압전 물질을 포함하는 터치 센싱 장치.
제6 항에 있어서, 상기 반사파 수신부는
상기 폴리머 압전 물질을 포함하는 압전층;
상기 압전층의 위 및 아래 중 어느 한 곳에 배치되며, 상기 제1 및 제2 방향 중 어느 하나의 방향으로 서로 제1 거리만큼 이격되어 배열된 복수의 제1 수신 전극; 및
상기 압전층의 위 및 아래 중 다른 한 곳에 배치되며, 상기 제1 또는 제2 방향 중 다른 하나의 방향으로 서로 제2 거리만큼 이격되어 배열된 복수의 제2 수신 전극을 포함하는 터치 센싱 장치.
제7 항에 있어서, 상기 제1 거리와 상기 제2 거리는 동일한 터치 센싱 장치.
제1 항에 있어서, 상기 반사파 수신부는 디스플레이의 아래에 배치된 터치 센싱 장치.
제1 항에 있어서, 상기 반사파 수신부는 커버 윈도우와 상기 디스플레이 사이에 배치된 터치 센싱 장치.