WO2018117581A1 - 복수의 전기적 특성을 검출하는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치 - Google Patents

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서봉진
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주식회사 하이딥
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    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position

Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensing unit for detecting a plurality of electrical characteristics and a touch input device including the same, and more particularly, to a pressure sensing unit for detecting at least two electrical characteristics and calculating a magnitude of pressure. It relates to a touch input device.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a touch input device configured to detect a touch position and touch pressure according to an embodiment of the present invention.
  • the detector 11 may include a receiver (not shown) connected to each of the reception electrodes RX1 to RXm through a switch.
  • the switch is turned on in a time interval for detecting the signal of the corresponding receiving electrode RX, so that the detection signal from the receiving electrode RX can be detected at the receiver.
  • the receiver may comprise an amplifier (not shown) and a feedback capacitor coupled between the negative input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier, i.e., in the feedback path. At this time, the positive input terminal of the amplifier may be connected to ground.
  • the receiver may further include a reset switch connected in parallel with the feedback capacitor. The reset switch may reset the conversion from current to voltage performed by the receiver.
  • the capacitive touch sensor panel has been described in detail as the touch sensor 10, the touch sensor 10 for detecting whether or not a touch is detected in the touch input device 1000 according to an embodiment of the present invention
  • Surface capacitive, projected capacitive, resistive, SAW (surface acoustic wave), infrared, optical imaging, and distributed signals other than those described above It can be implemented using any touch sensing scheme such as dispersive signal technology and acoustic pulse recognition scheme.
  • the first signal sensed by the first pressure sensor 401 is input to the first pressure sensor controller 1301 and the second signal sensed by the second pressure sensor 402. May be input to the second pressure sensor controller 1302, and the magnitude of the pressure may be detected from the inputted first and second signals.
  • the first pressure sensor controller 1301 calculates a normalized value corresponding to the magnitude of the pressure from the first signal sensed by the first pressure sensor 401 and converts the calculated value into the processor 1500.
  • the second pressure sensor controller 1302 calculates a normalized value corresponding to the magnitude of the pressure from the second signal sensed by the second pressure sensor 402, and converts the calculated value into a processor. Output to (1500).
  • OLED uses a principle that the organic material emits light when the organic material is applied to glass or plastic to flow electricity.
  • the organic material emits light when the organic material is applied to glass or plastic to flow electricity.
  • excitons are formed in a high energy state. Is to use the generated principle.
  • the color of light varies according to the organic material of the light emitting layer.
  • OLED is composed of line-driven passive-matrix organic light-emitting diode (PM-OLED) and individual-driven active-matrix organic light-emitting diode (AM-OLED) depending on the operating characteristics of the pixels constituting the pixel matrix.
  • PM-OLED passive-matrix organic light-emitting diode
  • AM-OLED active-matrix organic light-emitting diode
  • the organic material layer 280 may include a HIL (Hole Injection Layer), a HTL (Hole Transfer Layer), an EIL (Emission Material Layer), an ETL (Electron Transfer Layer), and an EML. (Electron Injection Layer, light emitting layer) may be included.
  • HIL Hole Injection Layer
  • HTL Hole Transfer Layer
  • EIL emission Material Layer
  • ETL Electrode Transfer Layer
  • EML Electrometic Injection Layer, light emitting layer
  • the touch sensor 10 When the touch sensor 10 is disposed inside the display module 200 in the touch input device 1000, the touch sensor 10 may be configured to be positioned inside the display panel 200A. In detail, the touch sensor 10 may be formed on the bottom surface of the first substrate layers 261 and 281 or the top surface of the second substrate layers 262 and 283.
  • the sensor sheet when the pressure sensing unit includes the sensor sheet, the sensor sheet includes the first sensor sheet 440-1 and the second sensor 460 including the first sensor 450. It may be composed of a second sensor sheet (440-2). In this case, any one of the first sensor 450 and the second sensor 460 may be formed on the substrate 300, and the other may be formed on the lower surface of the display module 200.
  • the first sensor 450 is formed on the substrate 300, and the second sensor 460 is formed on the lower surface of the display module 200.
  • the pressure sensors 450 and 460 formed on the lower surface of the second substrate layer 283 disposed under the organic layer 280 may be made of an opaque material.
  • the second substrate may be used. After applying a light shielding layer such as black ink on the lower surface of the layer 283, pressure sensors 450 and 460 may be formed on the light shielding layer.
  • the electrode sheet 440 of FIG. 5 is formed without the first insulating layer 470, that is, the pressure sensors 450 and 460 are formed on one surface of the second insulating layer 471. It is also possible to form pressure sensors 450 and 460 directly on the display panel 200A by attaching the surface on which the insulating layer is not disposed, that is, the surface opposite to the second insulating layer 471, to the display panel 200A. . Specifically, the pressure sensors 450 and 60 may be directly formed on the display panel 200A by attaching a film having an electrode made of ITO to the display panel 200A.
  • pressure sensor 450 may include traces 451 that are not in contact but disposed close to each other while in an at rest state, that is, while not being strained or otherwise deformed. have.
  • the pressure sensor may have a nominal resistance such as 1.8 K ⁇ ⁇ 0.1% in the absence of strain or force.
  • the sensitivity to strain may be expressed as a gauge factor (GF).
  • the gauge coefficient can be defined as the ratio of the change in electrical resistance to the change in strain (strain), and can be expressed as a function of strain ⁇ as follows.
  • FIG. 7B and 7C illustrate exemplary pressure sensors that can be applied to a touch input device in accordance with the present invention.
  • the pressure sensor is included in a Wheatstone bridge 3000 having four different resistors (shown as R1, R2, R3, R4) to indicate the applied pressure ( Change the resistance of the gauge relative to other resistors.
  • the bridge 3000 is coupled to a pressure sensor interface (not shown), receives a drive signal (voltage V EX ) from the touch controller (not shown) to drive the pressure sensor, and sense signal (voltage) representing the pressure applied for processing.
  • V O may be sent to the touch controller.
  • the output voltage V O of the bridge 3000 may be expressed as follows.
  • the pressure sensor 450 since the trace 451 is aligned in the horizontal direction, since the length variation of the trace 451 is large with respect to the horizontal deformation, the sensitivity of the horizontal sensor is high but vertical. Since the change in the length of the trace 451 is relatively small with respect to the deformation in the direction, the sensitivity to the deformation in the vertical direction is low.
  • the pressure sensor 450 may include a plurality of subregions, and may configure different alignment directions of the trace 451 included in each subregion. By configuring the pressure sensor 450 including the traces 451 having different alignment directions, the sensitivity difference of the pressure sensor 450 with respect to the deformation direction can be reduced.
  • the touch input device 1000 may include a pressure sensor configured as a single channel by forming one pressure sensor 450 as shown in FIGS. 7A and 7D under the display panel 200A.
  • the touch input device 1000 according to the present invention may include a pressure sensor composed of a plurality of channels by forming a plurality of pressure sensors 450 under the display panel 200A as shown in FIG. 7E. By using the pressure sensor composed of the plurality of channels, it is also possible to simultaneously sense the magnitude of each of the plurality of pressures for the plurality of touches.
  • the first pressure sensor 452 included in the first pressure sensing unit may be configured in a rectangular shape having a high sensitivity of the first electrical characteristic, or the second pressure sensor included in the second pressure sensing unit ( 453 may be configured as a thin and long shape having a high sensitivity of the second electrical characteristic.
  • the material constituting the first pressure sensor 452 may be different from the material constituting the second pressure sensor 453.
  • the material constituting the first pressure sensor 452 may be made of a metal such as copper having high sensitivity of capacitance, which is a first electrical characteristic detected by the first pressure sensor 452, and a second pressure sensor.
  • the material constituting 453 may be made of silicon having a high sensitivity of resistance, which is a second electrical characteristic detected by the second pressure sensor 453.
  • the first pressure sensor 452 and the second pressure sensor are disposed so that the first pressure sensors 452 are not adjacent to each other and the second pressure sensors 453 are not adjacent to each other. 453 may be alternately arranged. In this way, by alternately disposing the first pressure sensor 452 and the second pressure sensor 453, the first electrical characteristic detected from the first pressure sensor 452 and the second detected from the second pressure sensor 453. 2 Both electrical characteristics have the advantage of maintaining a uniform sensitivity regardless of the pressure applied position.
  • the first pressure sensor 452 and the second pressure sensor 453 may be disposed on both sides of the first insulating layer 470.
  • the predetermined condition may be a condition that the touch input is a multi input.
  • the capacitance is suitable as an electrical characteristic for detecting the pressure, and in the case of the multi input, the touch input device needs to detect the pressure of each of the multi inputs.
  • Resistance which is an electrical property that is easy to detect the pressure of each of the plurality of portions that are deflected, may be suitable.

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Abstract

실시형태에 따른 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널; 및 압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고, 상기 압력 감지부는 상기 압력 센서의 제1 전기적 특성 및 상기 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고, 상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 압력의 크기를 산출할 수 있다.

Description

복수의 전기적 특성을 검출하는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치
본 발명은 복수의 전기적 특성을 검출하는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 적어도 두 가지의 전기적 특성을 검출하여 압력의 크기를 산출하는 압력 감지부 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 패널과 터치 입력 수단인 터치 센서(touch sensor)로 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서는 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 스크린상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이러한 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하기 위한 압력 감지부는 한가지의 전기적 특성을 검출하는데, 여러가지 조건에 따라 해당 전기적 특성의 압력 검출 감도가 떨어지거나 한가지의 전기적 특성을 이용해서는 정확한 압력의 검출이 되지 않는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 복수의 전기적 특성을 검출하여 정확한 압력을 검출할 수 있는 압력 감지부 및 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널; 및 압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고, 상기 압력 감지부는 상기 압력 센서의 제1 전기적 특성 및 상기 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고, 상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따른 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널; 및 압력 감지부;를 포함하고, 상기 압력 감지부는, 제1 압력 센서를 포함하는 제1 압력 감지부 및 제2 압력 센서를 포함하는 제2 압력 감지부;를 포함하고, 상기 제1 압력 감지부는 상기 제1 압력 센서의 제1 전기적 특성을 검출하고, 상기 제2 압력 감지부는 상기 제2 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고, 상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따른 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널; 및 압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고, 상기 압력 감지부는 상기 압력 센서의 제1 전기적 특성 및 상기 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출 가능하고, 상기 제2 전기적 특성은 검출하지 않고 상기 제1 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제1모드, 상기 제1 전기적 특성은 검출하지 않고 상기 제2 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제2모드, 상기 제1 전기적 특성 및 상기 제2 전기적 특성을 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제3모드 중 어느 하나가 선택적으로 구동될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따른 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널; 및 압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고, 상기 압력 감지부는, 제1 압력 센서를 포함하는 제1 압력 감지부 및 제2 압력 센서를 포함하는 제2 압력 감지부;를 포함하고, 상기 제1 압력 감지부는 상기 제1 압력 센서의 제1 전기적 특성을 검출 가능하고, 상기 제2 압력 감지부는 상기 제2 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출 가능하고, 상기 제2 전기적 특성은 검출하지 않고 상기 제1 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제1모드, 상기 제1 전기적 특성은 검출하지 않고 상기 제2 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제2모드, 상기 제1 전기적 특성 및 상기 제2 전기적 특성을 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제3모드 중 어느 하나가 선택적으로 구동될 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따른 N개의 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널; 및 압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고, 상기 압력 감지부는 상기 압력 센서의 제1 전기적 특성 및 상기 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고, 상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 상기 N개의 압력 각각의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따른 N개의 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널; 및 압력 감지부;를 포함하고, 상기 압력 감지부는, 제1 압력 센서를 포함하는 제1 압력 감지부 및 제2 압력 센서를 포함하는 제2 압력 감지부;를 포함하고, 상기 제1 압력 감지부는 상기 제1 압력 센서의 제1 전기적 특성을 검출하고, 상기 제2 압력 감지부는 상기 제2 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고, 상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 상기 N개의 압력 각각의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 복수의 전기적 특성을 검출하여 정확한 압력을 검출할 수 있는 압력 감지부 및 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도3a 내지 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도4a은 본 발명의 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치의 단면도이다.
도4b 내지 도4h는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 압력 센서가 형성되는 예를 예시한다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 단면을 예시한다
도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 다양한 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도7a, 도7d 내지 도7f는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 사용되는 압력을 감지할 수 있는 예시적인 압력 센서의 평면도이다.
도7b 및 도7c는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 적용될 수 있는 예시적인 압력 센서를 도시한다.
도8a 내지 도8c는 본 발명의 실시예에 따른 전극 시트 형태의 압력 감지부의 평면도이다.
도8d 내지 도8g는 본 발명의 실시예에 따른 전극 시트 형태의 압력 감지부의 단면도이다.
도9a 내지 도9d는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 센서의 형태를 예시하는 도면이다.
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 검출이 가능한 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서(10)를 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서(10)가 적용될 수 있다.
도1a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도1a를 참조하면, 터치 센서(10)는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서(10)의 동작을 위해 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(12), 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)으로부터 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 및 터치 위치를 검출하는 감지부(11)를 포함할 수 있다.
도1a에 도시된 바와 같이, 터치 센서(10)는 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도1a에서는 터치 센서(10)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 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.
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.
도9a 및 도9b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서(10)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 후술하게 될 디스플레이 패널(200A)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도9c에 도시된 바와 같이, 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) 중 어느 하나는 디스플레이 패널(200A)의 상면에 형성되고, 나머지 하나는 후술하게될 커버의 하면에 형성되거나 디스플레이 패널(200A)의 내부에 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), 은나노(nano silver) 및 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)는 메탈 메쉬(metal mesh)로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(12)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 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(11)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 14)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: 14)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(10)를 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(11)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)에 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: 14)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(11)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(10)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(11)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(13)는 구동부(12)와 감지부(11)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(13)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(12)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(13)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(11)에 전달하여 감지부(11)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도1a에서 구동부(12) 및 감지부(11)는 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미도시)를 구성할 수 있다. 터치 검출 장치는 제어부(13)를 더 포함할 수 있다. 터치 검출 장치는 터치 센서(10)를 포함하는 터치 입력 장치에서 후술하게될 터치 센서 제어기(1100)에 해당하는 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서(10)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(12) 및 감지부(11)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 도7a 내지 6i에서 예컨대 터치 회로 기판(이하 터치PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(Cm)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서(10)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도1a에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm, mutual capacitance)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(11)에서 감지하여 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서(10)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서(10)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서(10)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
위에서는 구동 전극(TX)과 수신 전극(RX) 사이의 상호 정전용량 변화량에 기초하여, 터치 위치를 감지하는 터치 센서(10)의 동작 방식에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도1b와 같이, 자기 정전용량(self capacitance)의 변화량에 기초하여 터치 위치를 감지하는 것도 가능하다.
도1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 또다른 정전용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도1b에 도시된 터치 센서(10)에는 복수의 터치 전극(30)이 구비된다. 복수의 터치 전극(30)은 도9d에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(13)에 의해 생성된 구동제어신호는 구동부(12)에 전달되고, 구동부(12)는 구동제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)에 구동신호를 인가한다. 또한, 제어부(13)에 의해 생성된 감지제어신호는 감지부(11)에 전달되고, 감지부(11)는 감지제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는다. 이때, 감지신호는 터치 전극(30)에 형성된 자기 정전용량 변화량에 대한 신호일 수 있다.
이때, 감지부(11)가 감지한 감지신호에 의하여, 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치가 검출된다. 예컨대, 터치 전극(30)의 좌표를 미리 알고 있기 때문에, 터치 센서(10)의 표면에 대한 객체의 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있게 된다.
이상에서는, 편의상 구동부(12)와 감지부(11)가 별개의 블록으로 나뉘어 동작하는 것으로 설명되었지만, 터치 전극(30)에 구동신호를 인가하고, 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는 동작을 하나의 구동 및 감지부에서 수행하는 것도 가능하다.
이상에서 터치 센서(10)로서 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 전술한 방법 이외의 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.
도2a 내지 도2e는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 기능 및 터치 위치 검출에 더하여 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치(1000)에서 제어 블록은 전술한 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 패널을 구동하기 위한 디스플레이 제어기(1200) 및 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)를 포함하여 구성될 수 있다. 디스플레이 제어기(1200)는 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 패널(200A)에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 회로 기판(이하 디스플레이PCB로 지칭)에 실장될 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
압력 감지부를 통해 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)의 구성과 유사하게 구성되어 터치 센서 제어기(1100)와 유사하게 동작할 수 있다. 구체적으로, 압력 센서 제어기(1300)가 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 구동부, 감지부 및 제어부를 포함하고, 감지부가 감지한 감지 신호에 의하여 압력의 크기를 검출할 수 있다. 더욱 구체적으로, 후술하게될 압력 감지부(400)로부터 감지된 신호가 압력 센서 제어기(1300)로 입력될 수 있고, 입력된 신호로부터 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 압력 센서 제어기(1300)는 압력 감지부(400)로부터 감지된 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된(normalized) 값을 산출하고 산출된 값을 프로세서(1500)로 출력한다.
이 때, 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)가 실장된 터치PCB에 실장될 수도 있고, 디스플레이 제어기(1200)가 실장된 디스플레이PCB에 실장될 수도 있다.
실시예에 따라, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 서로 다른 구성요소로서 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 각각 서로 다른 칩(chip)으로 구성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 프로세서(1500)는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)에 대한 호스트(host) 프로세서로서 기능할 수 있다.
본 발명의 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 디스플레이 화면 및/또는 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
이와 같은 터치 입력 장치(1000)를 얇고(slim) 경량(light weight)으로 제작하기 위해, 전술한 바와 같이 별개로 구성되는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)가 실시예에 따라 하나 이상의 구성으로 통합될 수 있다. 이에 더하여 프로세서(1500)에 이들 각각의 제어기가 통합되는 것도 가능하다. 이와 더불어, 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)에 터치 센서(10) 및/또는 압력 감지부가 통합될 수 있다.
또한, 도 2b에 도시된 바와 같이, 압력 감지부(400)로부터 감지된 제1 신호 및 제2 신호가 압력 센서 제어기(1300)로 입력될 수 있고, 입력된 제1 신호 및 제2 신호로부터 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 제1 신호는 후술하게될 압력 센서의 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 신호일 수 있으며, 제2 신호는 압력 센서의 제1 전기적 특성과 다른 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 신호일 수 있다. 이 때, 압력 센서 제어기(1300)는 압력 감지부(400)로부터 감지된 제1 신호 및 제2 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된(normalized) 값을 산출하고, 산출된 값을 프로세서(1500)로 출력한다.
또한, 도 2c에 도시된 바와 같이, 압력 감지부(400)로부터 감지된 제1 신호가 제1 압력 센서 제어기(1301)로 입력되고 압력 감지부(400)로부터 감지된 제2 신호가 제2 압력 센서 제어기(1302)로 입력될 수 있고, 입력된 제1 신호 및 제2 신호로부터 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 제1 압력 센서 제어기(1301)는 압력 감지부(400)로부터 감지된 제1 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된(normalized) 값을 산출하고, 산출된 값을 프로세서(1500)로 출력하고, 제2 압력 센서 제어기(1302)는 압력 감지부(400)로부터 감지된 제2 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된(normalized) 값을 산출하고, 산출된 값을 프로세서(1500)로 출력한다.
또한, 도 2d에 도시된 바와 같이, 제1 압력 감지부(401)로부터 감지된 제1 신호 및 제2 압력 감지부(402)로부터 감지된 제2 신호가 압력 센서 제어기(1300)로 입력될 수 있고, 입력된 제1 신호 및 제2 신호로부터 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 압력 센서 제어기(1300)는 제1 압력 감지부(401)로부터 감지된 제1 신호 및 제2 압력 감지부(402)로부터 감지된 제2 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된(normalized) 값을 산출하고, 산출된 값을 프로세서(1500)로 출력한다.
또한, 도 2e에 도시된 바와 같이, 제1 압력 감지부(401)로부터 감지된 제1 신호가 제1 압력 센서 제어기(1301)로 입력되고 제2 압력 감지부(402)로부터 감지된 제2 신호가 제2 압력 센서 제어기(1302)로 입력될 수 있고, 입력된 제1 신호 및 제2 신호로부터 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 제1 압력 센서 제어기(1301)는 제1 압력 감지부(401)로부터 감지된 제1 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된(normalized) 값을 산출하고, 산출된 값을 프로세서(1500)로 출력하고, 제2 압력 센서 제어기(1302)는 제2 압력 감지부(402)로부터 감지된 제2 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된(normalized) 값을 산출하고, 산출된 값을 프로세서(1500)로 출력한다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)가 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.
도3a 및 도3b는 본 발명의 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 먼저, 도3a를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도3a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 LCD 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(271) 및 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되는 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 또한, LCD 패널인 디스플레이 패널(200A)은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 상부에 배치되는제1기판층(261) 및 액정층(250)의 하부에 배치되는 제2기판층(262)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(261)은 컬러필터 글라스(color filter glass)일 수 있고, 제2기판층(262)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(261) 및 제2기판층(262) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3a에서 제2기판층(262)은, 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 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.
다음으로, 도3b를 참조하여, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도3b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 OLED 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(282)을 포함할 수 있다. 또한, OLED 패널인 디스플레이 패널(200A)은 OLED(Organic Light-Emitting Diode)를 포함하는 유기물층(280), 유기물층(280)의 상부에 배치되는 제1기판층(281) 및 유기물층(280) 하부에 배치되는 제2기판층(283)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(281)은 인캡 글라스(Encapsulation glass)일 수 있고, 제2기판층(283)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(281) 및 제2기판층(283) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3d 내지 도3f에 도시된 OLED 패널의 경우, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ELVSS) 등의 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극을 포함할 수 있다. OLED(Organic Light-Emitting Diode) 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 방출되어 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 스캐닝 시간(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.
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.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널 또는 OLED 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널(200A) 및 디스플레이 패널(200A)를 구동하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 제2편광층(272) 하부에 배치되는 백라이트 유닛(미도시: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널(200A) 및 디스플레이 패널(200A)를 구동하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 제2편광층(272) 하부에 배치되는 백라이트 유닛(미도시: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치되는 경우, 디스플레이 모듈(200) 상부에는 터치 센서 패널이 배치될 수 있고, 터치 센서(10)가 터치 센서 패널에 포함될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널의 표면일 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 상면에 형성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도3a 및 도3b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 실시예에 따라 터치 센서(10) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서(10) 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서(10)를 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. 구체적으로, 터치 센서(10)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 제1기판층(261,281) 상면에 형성될 수 있으며, 나머지 전극은 제1기판층(261,281) 하면 또는 제2기판층(262,283) 상면에 형성될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 하면 또는 제2기판층(262,283)의 상면에 형성될 수 있다.
디스플레이 패널(200A) 내부에 터치 센서(10)가 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 센서(10)로 이용될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 패널인 경우, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), 제1전원라인(ELVDD) 및 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 터치 센서(10)는 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 구동전극 및 수신전극 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 터치 센서(10)는 도1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 단일 전극(30) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)에 포함되는 전극이 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 경우, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 위치를 검출할 수 있다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하기 위한 압력 감지부의 구성에 대하여 예를 들어 상세하게 살펴본다.
도4a은 본 발명의 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치의 단면도이다.
디스플레이 모듈(200)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 및 압력 감지부가 포함된 커버층(100)은 디스플레이 모듈(200)의 전면에 부착될 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 스크린을 보호하고 터치 센서의 터치 검출 민감도를 높일 수 있다.
일반적으로, 커버층(100)의 휘어짐 없이 터치 표면을 터치하는 경우라도 터치 센서의 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 정전용량(14: Cm)이 변화한다. 즉, 터치 센서에 대한 터치시에 상호 정전용량(Cm: 14)이 기본 상호 정전용량에 비해 감소할 수 있다. 이는 손가락과 같은 도체인 객체가 터치 센서에 근접한 경우, 객체가 그라운드(GND) 역할을 하여 상호 정전용량(Cm: 14)의 프린징 정전용량(fringing capacitance)이 객체로 흡수되기 때문이다. 기본 상호 정전용량은 터치 센서에 대한 터치가 없는 경우에 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량의 값이다.
이때, 압력 감지부는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서와 별개로 동작할 수도 있는바, 예컨대, 압력 감지부는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서와 독립적으로 압력만을 검출하도록 구성될 수 있다. 또한, 압력 감지부는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서와 결합하여 터치 압력을 검출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서에 포함된 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 적어도 하나의 전극은 터치 압력을 검출하는데 이용될 수 있다.
도4a에서 압력 감지부는 커버층(100)과 결합하여 터치 압력을 검출할 수 있는 경우를 예시한다. 도4a에서 압력 감지부에 포함되는 압력 센서의 제1 전기적 특성인 정전용량을 검출하기 위하여, 압력 감지부는 상기 커버층(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이를 이격시키는 스페이서층(420)을 더 포함할 수 있다. 압력 감지부는 스페이서층(420)을 통해 커버층(100)과 이격된 기준 전위층을 포함할 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200)은 기준 전위층으로서 기능할 수 있다.
기준 전위층은 압력 감지부에 포함된 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 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 커버층(100)의 2차원 평면과 평행한 평면을 가질 수 있다.
도4a에 도시된 바와 같이, 압력 감지부가 포함된 커버층(100)과 기준 전위층인 디스플레이 모듈(200)은 이격되어 위치한다. 이때, 커버층(100)과 디스플레이 모듈(200)의 접착 방법의 차이에 따라 커버층(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. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다.
이때, 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 디스플레이 모듈(200) 상부의 테두리를 따라 소정 높이를 갖는 프레임(430)이 형성될 수 있다. 이 때, 프레임(430)은 접착 테이프(미도시)로 커버층(100)에 접착될 수 있다. 또한, 별도의 프레임(430)의 구성 없이, 커버층(100)과 디스플레이 모듈(200)을 고정하기 위한 양면 접착 테이프(DAT: Double Adhesive Tape) 자체가 프레임으로 이용될 수 있다. 예컨대, 커버층(100)과 디스플레이 모듈(200)은 각각의 면적이 포개어진 형태이고, 커버층(100)과 디스플레이 모듈(200) 각각의 가장자리 영역에서 양면 접착 테이프를 통해서 두 개의 층이 접착되되 나머지 영역에서 커버층(100)과 디스플레이 모듈(200)이 소정 거리(d)로 이격될 수 있다.
압력 감지부가 포함된 커버층(100)의 터치 표면인 상부 표면을 객체로 터치 시 압력이 가해진 경우 커버층(100)이 휘어질 수 있다. 이때, 압력 감지부에 포함된 압력 센서로부터 검출되는 정전용량의 값이 변할 수 있다. 이는, 커버층(100)이 휘어져 압력 감지부와 기준 전위층 사이의 거리가 d에서 d'로 감소함으로써 압력 감지부에 포함된 압력 센서의 정전용량이 기준 전위층으로 흡수되기 때문이다.
또한, 압력 감지부가 포함된 커버층(100)의 터치 표면인 상부 표면을 객체로 터치 시 압력이 가해진 경우 커버층(100)이 휘어질 수 있다. 이때, 압력 감지부에 포함된 압력 센서로부터 검출되는 제2 전기적 특성인 저항의 값이 변할 수 있다. 이는, 커버층(100)이 휘어짐에 따라, 커버층(100)에 포함된 압력 감지부의 압력 센서의 길이가 변함으로써 압력 센서의 저항이 변하기 때문이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 디스플레이 모듈(200) 상에 터치 센서 및 압력 감지부를 포함하여 터치 입력 장치(1000)를 구성함으로써, 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있다.
하지만, 도4a에 도시된 바와 같이, 터치 센서뿐 아니라 압력 감지부까지 디스플레이 모듈(200) 상부에 배치시키는 경우, 디스플레이 모듈의 디스플레이 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 특히, 디스플레이 모듈(200) 상부에 에어갭(420)을 포함하는 경우에 디스플레이 모듈의 시인성 및 빛 투과율이 저하될 수 있다.
본 발명의 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서가 형성된 커버층(100)과 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200) 사이가 OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 라미네이션되어 있을 수 있다. 이에 따라 터치 센서의 터치 표면을 통해 확인할 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 색상 선명도, 시인성 및 빛 투과성이 향상될 수 있다.
도4b 내지 도4h는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에서 압력 센서가 형성되는 예를 예시한다.
도4b 및 이하의 일부 도면에서 디스플레이 패널(200A)이 커버층(100)에 직접 라미네이션되어 부착된 것으로 도시되나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것이며 제1편광층(271,282)이 디스플레이 패널(200A) 상부에 위치한 디스플레이 모듈(200)이 커버층(100)에 라미네이션 되어 부착될 수 있으며, LCD 패널이 디스플레이 패널(200A)인 경우, 제2편광층(272) 및 백라이트 유닛이 생략되어 도시된 것이다.
도4b 내지 도4h를 참조한 설명에서, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)로서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 도3a 및 도3b에 도시된 디스플레이 모듈(200) 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)가 도3a 및 도3be에 도시된 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도4b 내지 도4d에서 터치 센서(10)가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)을 덮는 것이 도시되나, 터치 센서 (10)는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하고 디스플레이 모듈(200)이 유리와 같은 커버층(100)으로 덮인 터치 입력 장치(1000)가 본 발명의 실시예로 이용될 수 있다.
본 발명의 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.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 하우징(320)과 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간 (310) 등을 감싸는 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 노이즈 및 회로기판에서 발생하는 노이즈가 차단될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10) 또는 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 하우징(320)이 터치 센서(10)와 함께 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판을 감싸도록, 하우징(320)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)를 통해 터치 위치를 검출하고, 터치 위치를 검출하는데 사용되는 전극 및 디스플레이를 구동하는데 사용되는 전극과는 다른, 별도의 센서를 배치하여 압력 감지부로 사용하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
압력 검출을 위한 구성을 총괄하여 압력 감지부로 지칭한다. 예컨대, 도4b에 도시된 실시예에서 압력 감지부는 센서시트(440)를 포함할 수 있고, 도4c에 도시된 실시예에서 압력 감지부는 압력 센서(450,460)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치는 도4b에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)을 포함하는 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수 있으며, 4c에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)이 디스플레이 패널(200A) 하면에 직접 형성될 수도 있다.
또한, 압력 감지부는 예컨대, 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성되며, 이에 대해서는 도4b 내지 도4h를 참조하여 상세하게 살펴본다.
실시예에 따라 스페이서층(420)은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되므로, 투명한 물질이거나 불투명한 물질일 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되는 기판(300)에 형성되거나 기판(300) 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 또한, 기준 전위층은 기판(300) 상부에 배치되고 디스플레이 모듈(200)의 하부에 배치되며, 디스플레이 모듈(200)을 보호하는 기능을 수행하는 커버(미도시)에 형성되거나, 커버 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 모듈(200)과 기준 전위층이 배치된 기판(300) 사이 또는 디스플레이 모듈(200)과 기준 전위층이 배치된 커버 사이에 스페이서층이 배치될 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)의 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면, 또는 제2기판층(262,283)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 도 3a 및 도3b에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 경우, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A)의 상부 또는 내부에 배치될 수도 있다.
마찬가지로, 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. 실시예에 따라 스페이서층은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 상부 또는 내부에 배치되므로, 투명한 물질일 수 있다.
실시예에 따라, 스페이서층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우, 스페이서층은 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛의 제조시에 포함되는 에어갭(air gap)일 수 있다. 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛이 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.
도4d는 본 발명의 도4b에 도시된 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 사시도이다. 도4d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1예에서 센서시트(440)는 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)은 센서시트(440)를 배치하기 위해서 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되는 스페이서층을 포함할 수 있다.
이하에서, 터치 센서(10)에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 압력을 검출하기 위한 센서(450 및 460)를 압력 센서(450,460)으로 지칭한다. 이때, 압력 센서(450,460)은 디스플레이 패널(200A)의 전면이 아닌 후면에 배치되므로 투명 물질뿐 아니라 불투명 물질로 구성되는 것도 가능하다. 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 백라이트 유닛으로부터 빛이 투과되어야 하므로, 압력 센서(450,460)은 ITO와 같은 투명한 물질로 구성될 수 있다.
이때, 압력 센서(450,460)이 배치되는 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 높이를 갖는 프레임(330)이 형성될 수 있다. 이 때, 프레임(330)은 접착 테이프(미도시)로 커버층(100)에 접착될 수 있다. 도4d에서 프레임(330)은 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 프레임(330)은 기판(300)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 실시예에 따라, 프레임(330)은 기판(300)의 상부면에 기판(300)과 일체형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 커버층(100)을 통하여 디스플레이 패널(200A)에 압력이 인가되는 경우 커버층(100)과 함께 디스플레이 패널(200A)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서의 제1 전기적 특성인 정전용량을 검출하는 방법에 대하여 설명한다. 이 경우, 압력 센서는 전극일 수 있다.
도4e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도4e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(450,460)이 스페이서층(420) 내로서 디스플레이 패널(200A)하부면 상에 배치될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 센서는 제1센서(450)과 제2센서(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1센서(450)과 제2센서(460) 중 어느 하나는 구동센서일 수 있고 나머지 하나는 수신센서일 수 있다. 구동센서에 구동신호를 인가하고 수신센서를 통해 압력이 인가됨에 따라 변하는 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 획득할 수 있다. 예를 들면, 전압이 인가되면, 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도4f는 도4e에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)의 상부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 센서(450,460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기판(300)의 상부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도4f에서는 기판(300)의 상부면이 그라운드 전위, 즉 기준 전위층인 경우에 대하여 설명하였지만, 기준 전위층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수 있다. 이 때, 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 정전용량 변화량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 패널(200A)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 패널(200A)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 패널(200A)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 패널(200A)이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 패널(200A)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다.
제1센서(450)과 제2센서(460)은 동일한 층에 형성된 형태에 있어서, 도4e 및 도4f에 도시된 제1센서(450)과 제2센서(460) 각각은 도9a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 센서로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 제1센서(450)은 제1축 방향으로 서로 이어진 형태이고, 복수의 제2센서(460)은 제1축 방향과 직교하는 제2축 방향으로 서로 이어진 형태이며, 제1센서(450) 및 제2센서(460) 중 적어도 하나는 각각의 복수의 마름모꼴 형태의 센서가 브릿지를 통해 연결되어 제1센서(450)과 제2센서(460)이 서로 절연된 형태일 수 있다. 또한, 이 때, 도6에 도시된 제1센서(450)과 제2센서(460)은 도9b에 도시된 형태의 센서로 구성될 수 있다.
이상에서 터치 압력은 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것이 예시된다. 하지만, 압력 감지부는 제1센서(450)과 제2센서(460) 중 어느 하나의 압력 센서만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 센서와 그라운드층(기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 기준 전위층) 사이의 정전용량, 즉 자기 정전용량의 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이때, 구동신호는 상기 하나의 압력 센서에 인가되고, 압력 센서와 그라운드층 사이의 자기 정전용량 변화가 상기 압력 센서로부터 감지될 수 있다.
예컨대, 도4e에서 압력 센서는 제1센서(450)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 기판(300)과 제1센서(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1센서(450)과 기판(300) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 기판(300)과 제1센서(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이때, 압력 센서는, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 도9d에 도시된 바와 같이 복수의 제1센서(450)이 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
도4e 및 도4f에서는 압력 센서(450, 460)가 디스플레이 패널(200A)의 하면에 배치되는 것에 대하여 설명하였지만, 이에 한정하지 않으며, 압력 센서(450, 460)가 기판(300)의 상면에 배치되고, 기준전위층이 디스플레이 모듈(200) 상에 또는 내부에 배치되는 것도 가능하다.
도4g는 압력 센서(450,460)이 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 이 때, 도4b에 도시된 바와 같이 압력 감지부가 센서시트로 구성되는 경우, 센서시트는 제1센서(450)을 포함하는 제1센서시트(440-1)와 제2센서(460)을 포함하는 제2센서시트(440-2)로 구성될 수 있다. 이때, 제1센서(450)과 제2센서(460) 중 어느 하나는 기판(300) 상에 형성되고 나머지 하나는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 도4h에서는 제1센서(450)이 기판(300) 상에 형성되고 제2센서(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 형성된 것을 예시한다.
도4h는 압력 센서(450,460)이 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 이 때, 제1센서(450)은 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 형성되고, 제2센서(460)은, 제2센서(460)이 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2절연층(471)이 제2센서(460) 상에 형성되는, 센서시트의 형태로 기판(300)의 상부면에 배치될 수 있다.
객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 증가할 수 있다. 따라서, 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 증가량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이때, 도4h에서 제1센서(450)과 제2센서(460)은 서로 다른 층에 형성되므로, 제1센서(450) 및 제2센서(460)은 빗살형상 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며 제1센서(450) 및 제2센서(460) 중 어느 하나는 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 다른 하나는 도9d에 도시된 바와 같이 복수의 센서가 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
상기에서는 도4c에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)이 디스플레이 패널(200A)의 하면에 직접 형성되는 실시예를 기준으로 설명하였으나 도4b에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)이 포함된 센서시트(440)이 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되는 실시예에도 모두 적용 가능하다.
이 경우, 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다. 도5는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 단면을 예시한다. 도5의 (a)를 참조하여 설명하면, 압력 센서(450,460)을 포함하는 센서시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 이때, 센서시트(440)에서 압력 센서(450,460)은 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 위치하므로, 압력 센서(450,460)이 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 단락되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)의 종류 및/또는 구현 방식에 따라, 압력 센서(450,460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 절연층(470) 사이에 그라운드 전극(ground electrode: 미도시)을 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 그라운드 전극과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 또 다른 절연층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 그라운드 전극(미도시)은 압력 센서인 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이에 생성되는 정전용량의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
제1센서(450)과 제2센서(460)은 실시예에 따라 서로 다른 층에 구현되어 센서층을 구성하여도 무방하다. 도5의 (b)는 제1센서(450)과 제2센서(460)이 서로 다른 층에 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (b)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2센서(460)은 제1센서(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제2센서(460)은 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다. 즉, 센서시트(440)는 제1절연층(470) 내지 제3절연층(472), 제1센서(450) 및 제2센서(460)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제1센서(450)과 제2센서(460)은 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1센서(450)과 제2센서(460)은 도9c에 도시된 바와 같이, MXN의 구조로 배열된 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 패턴과 유사하게 형성될 수 있다. 이때, M 및 N은 1 이상의 자연수 일 수 있다. 또는, 도9a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 제1센서(450)과 제2센서(460)이 각각 다른 층에 위치할 수도 있다.
도5의 (c)는 센서시트(440)가 제1센서(450)만을 포함하여 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (c)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)을 포함하는 센서시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 배치될 수 있다.
도5의 (d)는 제1센서(450)을 포함하는 제1센서시트(440-1)가 기판(300) 상에 부착되고 제2센서(460)을 포함하는 제2센서시트(440-2)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (d)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)을 포함하는 제1센서시트(440-1)은 기판(300) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2센서(460)을 포함하는 제2센서시트(440-2)는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치될 수 있다.
도5의 (a)와 관련하여 설명된 바와 마찬가지로, 압력 센서(450,460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타내는 경우, 도5의 (a) 내지 (d)에서 센서시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 제1절연층(470, 470-1, 470-2) 사이에 그라운드 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 센서시트(440)는 그라운드 전극(미도시)과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에 추가의 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450,460)은 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수 있다. 도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 다양한 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서의 실시예를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도6a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 형성된 압력 센서(450,460)을 도시한다. 구체적으로, 도6a에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450,460)이 제2기판층(262) 하면에 형성될 수 있다. 이 때, 압력 센서(450,460)이 제2편광층(272) 하면에 형성될 수도 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가되면, 상호 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 구동센서(450)에 구동신호가 인가되고, 압력 센서(450,460)과 이격된 기준 전위층과 압력 센서(450,460)과의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 수신센서(460)으로부터 수신한다. 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 압력 센서(450,460)에 구동신호가 인가되고, 압력 센서(450,460)과 이격된 기준 전위층과 압력 센서(450,460)과의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 압력 센서(450,460)으로부터 수신한다. 여기서 기준전위층은 기판(300)이거나 디스플레이 패널(200A)과 기판(300) 사이에 배치되며, 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버일 수 있다.
다음으로, 도6b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 형성된 압력 센서(450,460)을 도시한다. 구체적으로, 압력 센서(450,460)이 제2기판층(283) 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도6a에서 설명한 방법과 동일하다.
OLED 패널의 경우, 유기물층(280)에서 빛이 발광하므로, 유기물층(280) 하부에 배치된 제2기판층(283)의 하면에 형성되는 압력 센서(450,460)은 불투명한 물질로 구성될 수 있다. 하지만 이 경우, 디스플레이 패널(200A) 하면에 형성된 압력 센서(450,460)의 패턴이 사용자에게 보일 수 있기 때문에, 압력 센서(450,460)을 제2기판층(283) 하면에 직접 형성시키기 위하여, 제2기판층(283) 하면에 블랙 잉크와 같은 차광층을 도포한 후, 차광층 상에 압력 센서(450,460)을 형성시킬 수 있다.
또한, 도6b에서는 제2기판층(283)의 하면에 압력 센서(450,460)이 형성되는 것으로 도시되었지만, 제2기판층(283)의 하부에 제3기판층(미도시)가 배치되고, 제3기판층의 하면에 압력 센서(450,460)이 형성될 수 있다. 특히 디스플레이 패널(200A)이 플렉서블 OLED 패널일 경우, 제1기판층(281), 유기물층(280) 및 제2기판층(283)으로 구성된 디스플레이 패널(200A)이 매우 얇고 잘 휘어지기 때문에, 제2기판층(283)의 하부에 상대적으로 잘 휘어지지 않는 제3기판층을 배치할 수 있다.
다음으로, 도6c는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A) 내에 형성된 압력 센서(450,460)을 도시한다. 구체적으로, 압력 센서(450,460)이 제2기판층(283) 상면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도6a에서 설명한 방법과 동일하다.
또한, 도6c에서는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 대하여 예를 들어 설명하였지만, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 제2기판층(272) 상면에 압력 센서(450,460)이 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도6a 내지 도6c에서는 압력 센서(450,460)이 제2기판층(272,283)의 상면 또는 하면에 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 센서(450,460)이 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도6a 내지 도6c에서는 압력 센서(450,460)이 포함된 압력 감지부가 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 감지부가 기판(300)에 직접 형성되고, 전위층이 디스플레이 패널(200A)이거나 디스플레이 패널(200A)과 기판(300) 사이에 배치되며, 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버일 수 있다.
또한, 도6a 내지 도6c에서는 기준전위층이 압력 감지부의 하부에 배치되는 것에 대하여 설명하였지만, 기준전위층이 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준전위층이 디스플레이 패널(200A)의 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면, 또는 제2기판층(262,283)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 전극시트(440)에서 제1절연층(470)이 없는 형태, 즉, 제2절연층(471)의 일면에 압력 센서(450,460)이 형성된 형태의 전극시트(440)를 절연층이 배치되지 않은 면, 즉, 제2절연층(471)과 반대되는 면을 디스플레이 패널(200A)에 부착함으로써, 압력 센서(450,460)를 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성하는 것도 가능하다. 구체적으로, ITO로 구성된 전극이 형성된 필름을 디스플레이 패널(200A)에 부착함으로써, 압력 센서(450,60)를 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 정전용량 변화량을 감지하기 위한 압력 센서(450,460)은 도4h에 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 제1센서(450) 및 센서시트의 형태로 구성된 제2센서(460)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1센서(450)은 도6a 내지 도6c에 설명한 바와 같이 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되고, 제2센서(460)은 도4h에서 설명한 바와 같이 센서시트의 형태로 구성되어 터치 입력 장치(1000)에 부착될 수 있다.
이하에서는, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서의 제2 전기적 특성인 저항을 검출하는 방법에 대하여 설명한다.
도4e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(450,460)가 디스플레이 패널(200A) 하부면 상에 배치될 수 있다.
도4f에 도시된 바와 같이, 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라, 디스플레이 패널(200A) 상에 배치된 압력 센서(450,460)가 변형되고, 그에 따라 압력 센서(450,460)의 저항값이 변할 수 있다. 이러한 저항값의 변화로부터 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도7a, 도7d 내지 도7f는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 인가되는 압력을 감지할 수 있는 예시적인 압력 센서의 평면도이다. 이 경우, 압력 센서는 스트레인 게이지(strain gauge)일 수 있다. 스트레인 게이지는 스트레인 양에 비례하여 전기 저항이 달라지는 장치로, 일반적으로 금속 결합된 스트레인 게이지가 사용될 수 있다.
스트레인 게이지에 사용될 수 있는 재료로는, 투명 물질로, 전도성 고분자(PEDOT: polyethyleneioxythiophene), ITO(indium tin oxide), ATO(Antimony tin oxide), 탄소나노튜브(CNT: carbon nanotubes), 그래핀(graphene), 산화갈륨아연(gallium zinc oxide), 인듐갈륨아연산화물(IGZO: indium gallium zinc oxide), 산화주석(SnO2), 산화인듐(In2O3), 산화아연(ZnO), 산화갈륨(Ga2O3), and 산화카드뮴(CdO), 기타 도핑된 금속 산화물, 압전 저항 소자(piezoresistive element), 압전 저항 반도체 물질(piezoresistive semiconductor materials), 압전 저항 금속 물질(piezoresistive metal material), 은 나노 와이어(silver nanowire), 백금 나노 와이어(platinum nanowire), 니켈 나노 와이어(nickel nanowire), 기타 금속 나노 와이어(metallic nanowires) 등이 사용될 수 있다. 불투명 물질로는, 은잉크(silver ink), 구리(copper), 은나노(nano silver), 탄소 나노튜브(CNT: carbon nanotube), 콘스탄탄 합금(Constantan alloy), 카르마 합금(Karma alloys), 도핑된 다결정질 실리콘(polycrystalline silicon), 도핑된 비결정질 실리콘(amorphous silicon), 도핑된 단결정 실리콘(single crystal silicon), 도핑된 기타 반도체 물질(semiconductor material) 등이 사용될 수 있다.
도7a에 도시된 바와 같이, 금속 압력 센서는 격자형 방식으로 정렬된 금속 호일로 구성될 수 있다. 격자형 방식은 평행 방향으로 변형되기 쉬운 금속 와이어 또는 호일의 변형량을 극대화시킬 수 있다. 이 때, 도7a에 도시된 압력 센서(450)의 수직방향 격자 단면은 전단 변형률(shear strain)과 포아송 변형률(Poisson Strain)의 효과를 감소시키기 위해 최소화될 수 있다.
도7a의 예에서, 압력 센서(450)는 휴지(at rest) 상태에 있는 동안, 즉, 스트레인되지 않거나 다르게 변형되지 않은 동안 접촉하지는 않지만 서로 가까이 배치된 트레이스(traces)(451)을 포함할 수 있다. 압력 센서는 스트레인 또는 힘의 부재시 1.8KΩ ±0.1%와 같은 공칭 저항(nominal resistance)을 가질 수 있다. 압력 센서의 기본 파라미터로 변형률에 대한 민감도가 게이지 계수(GF)로 표현될 수 있다. 이 때, 게이지 계수는 길이의 변화(변형률)에 대한 전기 저항 변화의 비율로 정의될 수 있고, 다음과 같이 스트레인ε의 함수로서 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2017014986-appb-I000001
여기서 △R은 압력 센서 저항의 변화량이고, R은 비변형(undeformed) 압력 센서의 저항이고, GF는 게이지 계수이다.
이 때, 저항의 작은 변화를 측정하기 위해, 압력 센서는 대부분의 경우 전압 구동 소스가 있는 브리지 설정에서 사용된다. 도7b 및 도7c는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 적용될 수 있는 예시적인 압력 센서를 도시한다. 도7b의 예에 도시된 바와 같이, 압력 센서는 네 개의 다른 저항(R1, R2, R3, R4로 도시됨)을 갖는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)(3000)에 포함되어, 가해진 압력을 나타내는 (다른 저항기들에 대한) 게이지의 저항 변화를 감지할 수 있다. 브리지(3000)는 압력 센서 인터페이스(미도시)에 결합되어, 터치 제어기(미도시)로부터 구동 신호(전압 VEX)를 수신하여 압력 센서를 구동하고, 처리를 위해 가해진 압력을 나타내는 감지 신호(전압 VO)를 터치 제어기로 송신할 수 있다. 이 때, 브리지(3000)의 출력 전압(VO)은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2017014986-appb-I000002
상기 등식에서 R1/R2 = R4/R3인 경우, 출력 전압(VO)은 0이 된다. 이 조건하에서 브리지(3000)는 균형을 이룬 상태이다. 이 때, 브리지(3000)에 포함된 저항 중 어느 하나의 저항값이 변경되면 0이 아닌 출력 전압(VO)이 출력된다.
이 때, 도7c에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450)가 RG이고, RG가 변화하는 경우, 압력 센서(450) 저항의 변화는 브리지에 불균형을 가져오며 0이 아닌 출력 전압(VO)을 생성한다. 압력 센서(450)의 공칭 저항이 RG일 때, 변형으로 유도된 저항의 변화 △R은 상기 게이지 계수 등식을 통해 ΔR = RG×GF×ε로 표현할 수 있다. 이 때, R1 = R2이고 R3 = RG라고 가정할 때 상기 브리지 등식을 VO/VEX 의 스트레인ε에 대한 함수로 다시 쓰면, 다음과 같다.
Figure PCTKR2017014986-appb-I000003
비록 도7c의 브리지가 단지 하나의 압력 센서(450)만 포함하지만, 도7b의 브리지에 포함된 R1, R2, R3, R4로 도시된 위치에 네 개의 압력 센서까지 사용될 수 있고, 이 경우 게이지들의 저항 변화는 가해진 압력을 감지하는데 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
도5c 및 도5d에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450)가 형성된 디스플레이 패널(200A)에 압력이 가해지면, 디스플레이 패널(200A)은 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 트레이스(451)가 늘어나고, 트레이스(451)가 더 길고 더 좁아지게 되어 압력 센서(450)의 저항이 증가하게 된다. 가해지는 압력이 증가함에 따라, 압력 센서(450)의 저항은 그에 대응하여 증가할 수 있다. 따라서, 압력 센서 제어기(1300)가 압력 센서(450)의 저항값의 상승을 검출하면, 그 상승은 디스플레이 패널(200A)에 가해진 압력으로 해석될 수 있다.
또 다른 실시예에서, 브리지(3000)는 압력 센서 제어기(1300)와 통합될 수 있고, 이 경우 저항(R1, R2, R3) 중 적어도 하나 이상은 압력 센서 제어기(1300) 내의 저항으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 저항(R2, R3)은 압력 센서 제어기(1300) 내의 저항들로 대체되고, 압력 센서(450) 및 저항(R1)으로 브리지(3000)를 형성할 수 있다. 이로써 브리지(3000)가 차지하는 공간이 줄어들 수 있다.
도7a에 도시된 압력 센서(450)는 트레이스(451)이 수평방향으로 정렬되어 있으므로, 수평방향의 변형에 대하여 트레이스(451)의 길이 변화가 크므로 수평방향의 변형에 대한 감도는 높으나, 수직방향의 변형에 대하여는 트레이스(451)의 길이 변화가 상대적으로 작으므로, 수직방향의 변형에 대한 감도는 낮다. 도7d에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450)가 복수의 세부 영역을 포함하고, 각각의 세부영역에 포함된 트레이스(451)의 정렬 방향을 다르게 구성할 수 있다. 이렇게 정렬 방향이 다른 트레이스(451)들을 포함하는 압력 센서(450)를 구성함으로써, 변형 방향에 대한 압력 센서(450)의 감도 차이를 줄일 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A) 하부에 도7a 및 도7d에 도시된 바와 같이 하나의 압력 센서(450)를 형성하여 단일 채널로 구성된 압력 센서를 구비할 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A) 하부에 도7e에 도시된 바와 같이 복수의 압력 센서(450)를 형성하여 복수 채널로 구성된 압력 센서를 구비할 수도 있다. 이러한 복수 채널로 구성된 압력 센서를 이용하여 복수의 터치에 대한 복수의 압력 각각의 크기를 동시에 센싱할 수도 있다.
온도 증가는 가해진 압력이 없어도 디스플레이 패널(200A)을 팽창시키고, 그 결과 디스플레이 패널(200A)에 형성된 압력 센서(450)가 늘어날 수 있기 때문에, 온도 변화는 압력 센서(450)에 악영향을 미칠 수 있다. 그 결과, 압력 센서(450)의 저항이 증가하고 압력 센서(450)에 가해진 압력으로 잘못 해석될 수 있다.
온도 변화를 보상하기 위해, 도7c에 도시된 브리지(3000)의 저항(R1, R2, R3) 중 적어도 하나 이상이 서미스터(thermistor)로 대체될 수 있다. 서미스터의 온도에 의한 저항 변화는 압력 센서(450)가 형성된 디스플레이 패널(200A)의 열 팽창으로 인한 압력 센서(450)의 온도에 의한 저항 변화에 대응할 수 있고, 그럼으로써 온도에 의한 출력 전압(VO)의 변화를 줄여줄 수 있다.
또한, 두 개의 게이지를 사용하여 온도 변화의 영향을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 도7f에 도시된 바와 같이, 수평방향으로의 변형이 일어날 때, 압력 센서(450)의 트레이스(451)는 변형 방향과 평행한 수평방향으로 정렬될 수 있고, 더미 압력 센서(460)의 트레이스(461)는 변형 방향과 직교하는 수직방향으로 정렬될 수 있다. 이 때, 변형은 압력 센서(450)에 영향을 미치고 더미 압력 센서(460)에는 영향을 거의 미치지 않으나, 온도는 압력 센서(450) 및 더미 압력 센서(460) 모두에 같은 영향을 미친다. 따라서, 온도 변화가 두 게이지에 동일하게 적용되므로, 두 게이지의 공칭 저항 RG의 비율은 변하지 않는다. 이 때, 이러한 두 게이지가 휘트스톤 브리지의 출력 노드를 공유하는 경우, 즉, 두 게이지가 도7b의 R1과 R2인 경우, 혹은 R3와 R4인 경우, 브리지(3000)의 출력 전압(VO) 또한 변하지 않으므로, 온도 변화의 영향을 최소화할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450,460)가 스트레인 게이지인 경우에도 마찬가지로, 도6a 내지 도6c에 도시된 바와 같이 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수 있다.
도8a 내지 도8c는 본 발명의 실시예에 따른 전극 시트 형태의 압력 감지부의 평면도이다. 도8a 내지 도8c에서는 압력 감지부에 포함된 압력 센서를 도시하기 위하여 편의상 압력 센서 상에 배치되는 절연층을 도시하지 않는다. 도8d 내지 도8g는 본 발명의 실시예에 따른 전극 시트 형태의 압력 감지부의 단면도이다. 도8d 내지 도8g에서는 전극시트 형태의 압력 감지부가 제2절연층 및 제3절연층을 모두 포함하는 것으로 도시되었으나, 이에 한정하지 않고, 제2절연층 및 제3절연층 중 어느 하나만 포함하는 것도 가능하다. 이 경우, 절연층이 배치되지 않은 면을 터치 입력 장치에 직접 부착할 수 있다. 예를 들어, 절연층이 배치되지 않은 면을 디스플레이 패널의 하부면에 부착할 수 있다.
도8a에 도시된 바와 같이, 압력 감지부에 포함되는 압력 센서(450)는 제1 전기적 특성의 감도가 높은 형태인 장방형 형상으로 구성될 수도 있고, 도8b에 도시된 바와 같이, 압력 감지부에 포함되는 압력 센서(450)는 제2 전기적 특성의 감도가 높은 형태인 얇고 긴 형상으로 구성될 수도 있다.
이 때, 압력 감지부는 복수의 압력 센서(450)를 포함하고, 도5의 (a)에 도시된 바와 같이, 복수의 압력 센서(450)가 하나의 층에 배치될 수도 있고, 도8d에 도시된 바와 같이, 복수의 압력 센서(450)가 제1절연층(470)을 사이에 두고 양측에 배치되고, 압력 센서(450)의 제1절연층(470)과 반대되는 면에 제2절연층(471) 및 제3절연층(472)이 배치될 수도 있다. 이 때, 제1절연층(470)의 양측에 배치되는 압력 센서(450)의 형상은 도8a 또는 도8b에 도시된 형상과 같을 수 있다.
압력 감지부는 도4a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 상부에 배치될 수도 있고, 도4b 내지 도4h에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 하부에 배치될 수도 있다. 구체적으로, 압력 감지부가 도4a에 도시된 바와 같이 커버층(100)에 포함될 수도 있고, 도4e에 도시된 바와 같이 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 배치될 수도 있고, 도4g의 압력 센서(450) 또는 도4h의 압력 센서(460)와 같이 기판(300)의 상부면에 배치될 수도 있다. 또한, 도6a 내지 도6c에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수도 있다.
이 때, 도2b에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450)의 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호 및 압력 센서(450)의 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제2 신호가 압력 감지부로부터 압력 센서 제어기(1300)로 입력 될 수 있다. 또한, 도2c에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450)의 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호가 압력 감지부로부터 제1 압력 센서 제어기(1301)로 입력되고, 압력 센서(450)의 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제2 신호가 압력 감지부로부터 제2 압력 센서 제어기(1302)로 입력 될 수 있다.
또한, 도8c, 도8e 내지 도8g에 도시된 바와 같이, 압력 감지부는 제1 압력 센서(452)가 포함된 제1 압력 감지부 및 제2 압력 센서(453)가 포함된 제2 압력 감지부를 포함할 수 있다. 이 때, 도8c에 도시된 바와 같이, 제1 압력 센서(452)와 제2 압력 센서(453)은 동일한 층에 배치될 수 있다. 또한, 제1 압력 센서(452)의 형상과 제2 압력 센서(453)의 형상이 다를 수 있다. 구체적으로, 제1 압력 감지부에 포함되는 제1 압력 센서(452)는 제1 전기적 특성의 감도가 높은 형태인 장방형 형상로 구성될 수도 있고, 제2 압력 감지부에 포함되는 제2 압력 센서(453)는 제2 전기적 특성의 감도가 높은 형태인 얇고 긴 형상로 구성될 수도 있다. 또한, 제1 압력 센서(452)를 구성하는 물질과 제2 압력 센서(453)를 구성하는 물질이 다를 수 있다. 구체적으로, 제1 압력 센서(452)를 구성하는 물질은 제1 압력 센서(452)에서 검출되는 제1 전기적 특성인 정전용량의 감도가 높은 구리와 같은 메탈로 구성될 수 있고, 제2 압력 센서(453)를 구성하는 물질은 제2 압력 센서(453)에서 검출되는 제2 전기적 특성인 저항의 감도가 높은 실리콘 등으로 구성될 수 있다. 또한, 도8c에 도시된 바와 같이, 제1 압력 센서(452)들끼리 서로 인접하지 않고, 제2 압력 센서(453)들끼리도 서로 인접하지 않도록, 제1 압력 센서(452)와 제2 압력 센서(453)이 교번적으로 배치될 수도 있다. 이와 같이 제1 압력 센서(452)와 제2 압력 센서(453)를 교번적으로 배치함으로써, 제1 압력 센서(452)로부터 검출되는 제1 전기적 특성 및 제2 압력 센서(453)로부터 검출되는 제2 전기적 특성 모두 압력 인가 위치에 관계없이 균일한 감도를 유지할 수 있는 장점이 있다.
또한, 도8e 내지 도8g에 도시된 바와 같이, 제1 압력 센서(452)와 제2 압력 센서(453)가 제1절연층(470)을 사이에 두고 양측에 배치되고, 제1 압력 센서(452) 및 제2 압력 센서(453)의 제1절연층(470)과 반대되는 면에 제2절연층(471) 및 제3절연층(472)이 배치될 수도 있다.
구체적으로, 도8e에 도시된 바와 같이, 제1절연층(470)의 일측에는 제1 압력 센서(452)가 배치되고, 제1절연층(470)의 타측에는 제2 압력 센서(453)가 배치될 수 있다. 이 때, 제1절연층(470)의 일측에 배치되는 제1 압력 센서(452)의 형상은 도8a에 도시된 형상과 같을 수 있으며, 제1절연층(470)의 타측에 배치되는 제2 압력 센서(453)의 형상은 도8b에 도시된 형상과 같을 수 있다.
또한, 도8e에서는 하나의 전극시트에 제1 압력 감지부 및 제2 압력 감지부가 포함되는 것에 대하여 설명하였으나, 이에 한정하지 않는다. 구체적으로, 제1 압력 감지부와 제2 압력 감지부가 별도의 구성으로 터치 입력 장치에 배치될 수 있다. 더욱 구체적으로, 제1 압력 감지부 및 제2 압력 감지부 중 어느 하나는 도4a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 상부에 배치되고, 다른 하나는 도4b 내지 도4h에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 하부에 배치될 수도 있다. 이 때, 디스플레이 패널(200A)의 상부에 배치되는 압력 감지부는 도4a에 도시된 바와 같이 커버층(100)에 포함될 수도 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되는 압력 감지부는 도4e에 도시된 바와 같이 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 배치될 수도 있고, 도4g의 압력 센서(450) 또는 도4h의 압력 센서(460)와 같이 기판(300)의 상부면에 배치될 수도 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되는 압력 감지부는 도6a 내지 도6c에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수도 있다. 또한, 도4g, 도4h 및 도5의 (d)에 도시된 압력전극(450,460)의 형태와 같이, 제1 압력 감지부 및 제2 압력 감지부 중 어느 하나는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 배치되고, 다른 하나는 기판(300)의 상부면에 배치될 수도 있다.
또한, 도8f 및 도8g에 도시된 바와 같이, 제1절연층(470)의 양측에 제1 압력 센서(452)와 제2 압력 센서(453)가 배치될 수 있다.
구체적으로, 도8f에 도시된 바와 같이, 제1 압력 센서(452)가 배치된 위치와 동일한 위치의 제1절연층(470)의 반대면에 제1 압력 센서(452)가 배치될 수 있고, 제2 압력 센서(453)가 배치된 위치와 동일한 위치의 제1절연층(470)의 반대면에 제2 압력 센서(453)가 배치될 수 있다. 이 때, 제1절연층(470)의 양측에 배치되는 제1 압력 센서(452) 및 제2 압력 센서(453)의 형상은 도8c에 도시된 형상과 같을 수 있다. 즉, 제1 압력 센서(452)와 제2 압력 센서(453)의 형상이 서로 다르거나 물질이 다를 수 있으며, 교번적으로 배치될 수 있다.
또한, 도8g에 도시된 바와 같이, 제1 압력 센서(452)가 배치된 위치와 동일한 위치의 제1절연층(470)의 반대면에 제2 압력 센서(453)가 배치될 수 있고, 제2 압력 센서(453)가 배치된 위치와 동일한 위치의 제1절연층(470)의 반대면에 제1 압력 센서(452)가 배치될 수 있다. 즉, 제1절연층(470)을 사이에 두고 제1 압력 센서(452)들끼리 서로 인접하지 않고, 제2 압력 센서(453)들끼리도 서로 인접하지 않도록, 제1 압력 센서(452)와 제2 압력 센서(453)가 제1절연층(470)에 대하여 교번적으로 배치될 수 있다. 이 때, 제1절연층(470)의 양측에 배치되는 제1 압력 센서(452) 및 제2 압력 센서(453)의 형상은 도8c에 도시된 형상과 같을 수 있다. 즉, 제1 압력 센서(452)와 제2 압력 센서(453)의 형상이 서로 다르거나 물질이 다를 수 있으며, 교번적으로 배치될 수 있다.
이 때, 도2d에 도시된 바와 같이, 제1 압력 센서(452)의 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호가 제1 압력 감지부로부터 압력 센서 제어기(1300)로 입력되고, 제2 압력 센서(453)의 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제2 신호가 제2 압력 감지부로부터 압력 센서 제어기(1300)로 입력될 수 있다. 또한, 도2e에 도시된 바와 같이, 제1 압력 센서(452)의 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호가 제1 압력 감지부로부터 제1 압력 센서 제어기(1301)로 입력되고, 제2 압력 센서(453)의 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제2 신호가 제2 압력 감지부로부터 제2 압력 센서 제어기(1302)로 입력 될 수 있다.
도2b 및 도2c에 도시된 바와 같이, 동일한 압력 감지부로부터 제1 신호 및 제2 신호를 입력 받는 경우, 압력 센서 제어기는 시분할하여 제1시간구간에는 제1 전기적 특성을 검출하기 위한 제1 구동신호를 압력 감지부에 인가하고, 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 제2 전기적 특성을 검출하기 위한 제2 구동신호를 압력 감지부에 인가할 수 있다. 또한, 도2d 및 도2e에 도시된 바와 같이, 제1 압력 감지부로부터 제1 신호를 입력 받고, 제2 압력 감지부로부터 제2 신호를 입력 받는 경우, 압력 센서 제어기는 제1 전기적 특성을 검출하기 위한 제1 구동신호를 제1 압력 감지부에 인가하는 시간구간과 동일한 시간구간에 제2 전기적 특성을 검출하기 위한 제2 구동신호를 제2 압력 감지부에 인가할 수도 있으며, 압력 센서 제어기는 시분할하여 제1시간구간에는 제1 전기적 특성을 검출하기 위한 제1 구동신호를 제1 압력 감지부에 인가하고, 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 제2 전기적 특성을 검출하기 위한 제2 구동신호를 제2 압력 감지부에 인가할 수 있다.
이 때, 제1 전기적 특성이 정전용량이고, 제2 전기적 특성이 저항일 때, 제1 전기적 특성을 검출하는 제1 압력 감지부와 기준전위층 사이에 제2 압력 감지부가 배치되는 경우, 제2 압력 감지부가 제1 압력 감지부와 기준전위층 사이의 거리 변화를 감지하는데 영향을 줄 수 있으므로, 제1 전기전 특성을 검출하기 위한 제1 구동신호를 제1 압력 감지부에 인가하는 제1시간구간에는 제2 압력 감지부에 포함된 제2 압력 센서를 플로팅시킬 수 있다.
이하에서는 제1 신호 및 제2 신호를 이용하여 압력의 크기를 산출하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 제1 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된 제1 값을 산출하고, 제2 신호로부터 압력의 크기에 대응되는 정규화된 제2 값을 산출한 다음, 제1 값과 제2 값의 함수로 인가된 압력의 크기로 결정할 수 있다. 구체적으로, 제1 값과 제2 값에 가중치를 부여하여 인가된 압력의 크기로 결정할 수 있다. 예를 들면, 제1 값에 0.8의 가중치를 부여하고, 제2 값에 0.2의 가중치를 부여한 다음, 가중치가 부여된 제1 값과 제2 값을 합하여 인가된 압력의 크기를 산출할 수 있다. 정리하면, 산출하고자 하는 압력 값을 V라고 하고, 제1 값을 V1, 제2 값을 V2라고 할 때, 상기 가중치를 이용한 압력 산출을 식으로 표현하면 다음과 같을 수 있다.
Figure PCTKR2017014986-appb-I000004
이 때, 가중치는 압력이 인가된 위치에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 압력 인가 위치가 터치 입력 장치의 중앙부에 가까울 수록, 제1 값에 부여되는 가중치가 커지고, 압력 인가 위치가 터치 입력 장치의 테두리부에 가까울 수록, 제2 값에 부여되는 가중치가 커질 수 있다. 이러한 가중치는 압력 인가 위치에 대하여 미리 설정된 값으로 저장될 수 있다.
또한, 가중치는 터치 입력 장치의 온도와 같은 터치 입력 장치의 여러가지 상태에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 터치 입력 장치의 온도가 높아질 수록, 제1 값에 부여되는 가중치가 커지고, 터치 입력 장치의 온도가 낮아질 수록, 제2 값에 부여되는 가중치가 커질 수 있다. 이러한 온도와 같은 터치 입력 장치의 상태는 다양한 센서를 통해 감지될 수 있으며, 이에 따른 가중치는 각각의 상태에 대하여 미리 설정된 값으로 저장될 수 있다.
또는, 소정의 조건을 만족하는 경우 제1 값을 인가된 압력의 크기로 결정하고, 소정의 조건을 만족하지 않는 경우, 제2 값을 인가된 압력의 크기로 결정할 수 있다.
구체적으로, 소정의 조건은 터치 면적이 기설정된 면적 이상인 조건일 수 있다. 예를 들어, 터치 센서로부터 터치된 면적을 산출하고, 터치된 면적이 기설정된 면적 이상일 경우, 제1 값을 인가된 압력의 크기로 결정하고, 그렇지 않을 경우, 제2 값을 인가된 압력의 크기로 결정할 수 있다. 이 때, 정전용량의 경우, 압력 센서와 기준전위층 간의 거리 변화에 따라 그 값이 변하므로, 터치 입력 장치가 넓은 면적에 대하여 완만하게 휘어지는 경우에는 압력을 검출하기 위한 전기적 특성으로 정전용량이 적합하고, 저항의 경우, 압력 센서의 길이 변화에 따라 그 값이 변하므로, 터치 입력 장치가 좁은 면적에 대하여 급격하게 휘어지는 경우에는 압력을 검출하기 위한 전기적 특성으로 저항이 적합할 수 있다.
또한, 마찬가지로, 소정의 조건은 제1 신호 또는 제2 신호의 프로파일 형태가 기설정된 형태에 부합되는 조건일 수 있다. 구제척으로, 제1 신호 또는 제2 신호의 프로파일 형태를 기설정된 형태와 비교하여, 제1 신호 또는 제2 신호의 프로파일이 넓은 면적에 대하여 완만하게 형성되는 경우, 터치 입력 장치가 넓은 면적에 대하여 완만하게 휘어지는 것으로 판단할 수 있으므로, 압력을 검출하기 위한 전기적 특성으로 정전용량이 적합하고, 제1 신호 또는 제2 신호의 프로파일이 좁은 면적에 대하여 급격하게 형성되는 경우, 터치 입력 장치가 좁은 면적에 대하여 급격하게 휘어지는 것으로 판단할 수 있으므로, 압력을 검출하기 위한 전기적 특성으로 저항이 적합할 수 있다.
또한, 마찬가지로, 소정의 조건은 터치 입력이 멀티 입력인 조건일 수 있다. 싱글 입력의 경우, 하나의 입력에 대한 압력만 검출하면 되므로, 압력을 검출하기 위한 전기적 특성으로 정전용량이 적합하고, 멀티 입력의 경우, 멀티 입력 각각의 압력을 검출해야하므로, 터치 입력 장치가 국소적으로 휘어지는 복수의 부분 각각의 압력을 검출하는 것이 용이한 전기적 특성인 저항이 적합할 수 있다.
또한, 소정의 조건은 제1 신호의 SNR값이 제2 신호의 SNR값보다 같거나 큰 조건일 수 있다. SNR값이 작은 경우, 검출되는 신호가 실제로 인가된 압력에 의한 변화보다 노이즈 등 다른 요인에 의한 변화에 영향을 더 많이 받는 것이므로, SNR값이 작은 신호보다는 SNR값이 큰 신호가 실제 인가된 압력의 크기를 나타낼 수 있다. 따라서, SNR값이 큰 신호를 선택하여 인가된 압력의 크기를 결정할 수 있다.
구체적으로, 도2b 및 도2c의 경우, 압력 센서 제어기(1300)가 제1 신호 및 제2 신호를 입력 받으므로, 압력 센서 제어기(1300)가 제1 신호로부터 제1 값을 산출하고, 제2 신호로부터 제2 값을 산출하고, 상기에 설명한 바와 같이 제1 값과 제2 값을 이용하여 인가된 압력의 크기를 결정한 다음, 산출된 값을 프로세서(1500)로 출력할 수 있다. 반면, 도2d 및 도2e의 경우, 프로세서(1500)가 제1 신호로부터 산출된 제1 값과 제2 신호로부터 산출된 제2 값을 입력 받으므로, 프로세서(1500)가 상기에 설명한 바와 같이 제1 값과 제2 값을 이용하여 인가된 압력의 크기를 결정할 수도 있다.
이하에서는, 이하에서는 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성을 검출하는 터치 입력 장치를 구동하는 방법에 대하여 설명한다.
먼저, 사용자의 선택에 따라, 제2 전기적 특성은 검출하지 않고, 제1 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제1모드, 제1 전기적 특성은 검출하지 않고, 제2 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제2모드 및 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성을 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제3모드 중 어느 하나가 구동되도록 터치 입력 장치를 사용자가 조작할 수 있다.
또한, 소정의 조건을 만족하는 경우, 상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드 중 어느 하나가 구동되도록 터치 입력 장치를 설정할 수도 있다.
구체적으로 소정의 조건은 터치 입력 장치의 온도가 기설정된 범위에 포함되는 조건일 수 있다. 예를 들어, 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성 중 온도의 영향을 많이 받는 특성은 터치 입력 장치의 온도가 기설정된 온도보다 낮을 경우에만 검출되도록 터치 입력 장치를 설정할 수 있다.
또한, 소정의 조건은 터치 입력 장치에 영향을 주는 노이즈의 크기가 기설정된 범위에 포함되는 조건일 수 있다. 예를 들어, 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성 중 디스플레이 노이즈 등 주위 노이즈의 영향을 많이 받는 특성은 터치 입력 장치에 영향을 주는 노이즈가 소정 크기보다 작을 경우에만 검출되도록 터치 입력 장치를 설정할 수 있다.
이하에서는, 이하에서는 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성을 이용하여 복수의 압력 각각의 크기를 검출하는 방법에 대하여 설명한다.
N개의 터치 압력이 터치 입력 장치에 인가되고, 압력 감지부에 포함되는 압력 센서로부터 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성을 검출하는 경우, 검출된 제1 전기적 특성과 제2 전기적 특성에 기초하여 N개의 압력 각각의 크기를 산출할 수 있다. 구체적으로, 압력 감지부는 복수의 압력 센서를 포함하고, 복수의 압력 센서 중 적어도 어느 하나로부터 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호를 검출하고, 복수의 압력 센서 중 서로 다른 M개의 압력 센서로부터 각각 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 M개의 제2 신호를 검출할 수 있다. 이후, 제1 신호로부터 제1 값을 산출하고, M개의 제2 신호로부터 N개의 제2 값을 산출하고, 산출된 제1 값 및 N개의 제2 값을 기초로 하여 N개의 압력 각각의 크기를 산출할 수 있다.
마찬가지로, N개의 터치 압력이 터치 입력 장치에 인가되고, 압력 감지부에 포함되는 제1 압력 센서로부터 제1 전기적 특성을 검출하고, 제2 압력 센서로부터 제2 전기적 특성을 검출하는 경우, 검출된 제1 전기적 특성과 제2 전기적 특성에 기초하여 N개의 압력 각각의 크기를 산출할 수 있다. 구체적으로, 제1 압력 센서로부터 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호를 검출하고, 압력 감지부는 복수의 제2 압력 센서를 포함하고, 복수의 제2 압력 센서 중 서로 다른 M개의 제2 압력 센서로부터 각각 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 M개의 제2 신호를 검출할 수 있다. 이후, 제1 신호로부터 제1 값을 산출하고, M개의 제2 신호로부터 N개의 제2 값을 산출하고, 산출된 제1 값 및 N개의 제2 값을 기초로 하여 N개의 압력 각각의 크기를 산출할 수 있다.
이 때, 제1 값으로부터 N개의 압력의 총 크기를 산출하고, N개의 제2 값으로부터 N개의 압력의 총 크기에 대한 N개의 압력 각각의 비율을 산출할 수 있다. 이후, N개의 압력의 총 크기 및 N개의 압력 각각의 비율로부터 N개의 압력 각각의 크기를 산출할 수 있다. 구체적으로, 구하고자 하는 i번째의 압력값을 Vi라고하고, 제1 값을 V1, i번째의 제2 값을 V2i이라고 할 때, 제1 값 및 N개의 제2 값을 이용하여 N개의 압력 각각의 크기를 산출하는 것을 식으로 표현하면 다음과 같을 수 있다.
Figure PCTKR2017014986-appb-I000005
예를 들어, N = 3이고, 제1 값이 2이고, 3개의 제2 값이 각각 2, 3, 5인 경우, 첫번째 압력 값은 2 x (2/(2+3+5)) = 0.4이고, 두번째 압력값은 2 x (3/(2+3+5)) = 0.6이고, 세번째 압력 값은 2 x (2/(2+3+5)) = 1.0일 수 있다.
상기에서 N과 M은 자연수이며, M은 N보다 같거나 클 수 있다.
이 때, 제1 전기적 특성은 정전용량이고, 제2 전기적 특성은 저항일 수 있다. 복수의 압력이 인가될 경우, 정전용량의 경우, 디스플레이 모듈이 휘어짐에 따라, 압력이 인가된 바로 그 위치에 대응되는 압력 센서의 정전용량뿐만 아니라, 그 주변에 위치한 압력 센서의 정전용량도 함께 변화한다. 반면, 저항의 경우, 디스플레이 모듈이 휘어짐에 따라, 압력이 인가된 바로 그 위치에 대응되는 압력 센서의 저항은 크게 변화하지만, 그 주변에 위치한 압력 센서의 저항은 상대적으로 거의 변화하지 않는다. 따라서, 총 압력의 크기를 산출하는데 사용되는 제1 전기적 특성은 압력 검출 감도가 높은 정전용량이 적합하고, N개의 압력 각각의 비율을 산출하는데 사용되는 제2 전기적 특성은 복수 각각의 압력 값의 차이가 상대적으로 확실하게 구분되는 저항이 적합할 수 있다.
상기에서는 제1 전기적 특성으로 정전용량을, 제2 전기적 특성으로 저항을 예를 들어 설명하였지만, 이에 한정하지 않으며, 정전용량 및 저항 외의 다른 전기적 특성을 검출하여 압력의 크기를 산출하는 것도 가능하다.
또한, 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.
본 발명의 실시예에 따르면 복수의 전기적 특성을 검출하여 정확한 압력을 검출할 수 있는 압력 감지부 및 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.

Claims (46)

  1. 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는 상기 압력 센서의 제1 전기적 특성 및 상기 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고,
    상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 압력의 크기를 산출하는,
    터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 복수의 압력 센서를 포함하고,
    상기 복수의 압력 센서는 하나의 층에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 복수의 압력 센서 및 제1절연층을 포함하고,
    상기 복수의 압력 센서는 상기 제1절연층의 양측에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널 상부에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널 하부에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널 하부면에 직접 형성되는,
    터치 입력 장치.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1시간구간에 상기 압력 감지부에 상기 제1 전기적 특성을 검출하기 위한 제1 구동신호가 인가되고,
    상기 제1시간구간과 다른 제2시간구간에 상기 압력 감지부에 상기 제2 전기적 특성을 검출하기 위한 제2 구동신호가 인가되는,
    터치 입력 장치.
  8. 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    압력 감지부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는, 제1 압력 센서를 포함하는 제1 압력 감지부 및 제2 압력 센서를 포함하는 제2 압력 감지부;를 포함하고,
    상기 제1 압력 감지부는 상기 제1 압력 센서의 제1 전기적 특성을 검출하고,
    상기 제2 압력 감지부는 상기 제2 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고,
    상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 압력의 크기를 산출하는,
    터치 입력 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1 압력 센서와 상기 제2 압력 센서는 동일한 층에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 압력 센서와 상기 제2 압력 센서는 교번적으로 배치되는,
    터치 입력 장치.
  11. 제8항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 제1절연층을 더 포함하고,
    상기 제1 압력 센서는 상기 제1절연층의 일측에 배치되고,
    상기 제2 압력 센서는 상기 제1절연층의 타측에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  12. 제8항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 제1절연층을 더 포함하고,
    상기 제1 압력 센서 및 상기 제2 압력 센서가 상기 제1절연층의 양측에 배치되고,
    상기 제1절연층의 일측에 배치된 상기 제1 압력 센서 및 상기 제1절연층의 일측에 배치된 상기 제2 압력 센서가 교번적으로 배치되고,
    상기 제1절연층의 타측에 배치된 상기 제1 압력 센서 및 상기 제1절연층의 타측에 배치된 상기 제2 압력 센서가 교번적으로 배치되고,
    터치 입력 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 압력 센서 및 상기 제2 압력 센서가 상기 제1절연층에 대하여 교번적으로 배치되는,
    터치 입력 장치.
  14. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널 상부에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  15. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널 하부에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  16. 제8항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널 하부면에 직접 형성되는,
    터치 입력 장치.
  17. 제8항에 있어서,
    상기 제1 압력 감지부 및 상기 제2 압력 감지부 중 어느 하나는 상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되고,
    상기 제1 압력 감지부 및 상기 제2 압력 감지부 중 다른 하나는 상기 디스플레이 패널의 하부에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제1 압력 감지부 및 상기 제2 압력 감지부 중 다른 하나는 상기 디스플레이 패널의 하부면에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널의 하부에 이격되어 배치되는 기판;을 더 포함하고,
    상기 제1 압력 감지부 및 상기 제2 압력 감지부 중 다른 하나는 상기 기판의 상부면에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 제1 압력 감지부 및 상기 제2 압력 감지부 중 다른 하나는 상기 디스플레이 패널의 하부면에 직접 형성되는,
    터치 입력 장치.
  21. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널의 하부에 이격되어 배치되는 기판;을 더 포함하고,
    상기 제1 압력 감지부 및 상기 제2 압력 감지부 중 어느 하나는 상기 디스플레이 패널의 하부면에 배치되고,
    상기 제1 압력 감지부 및 상기 제2 압력 감지부 중 다른 하나는 상기 기판의 상부면에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  22. 제21항에 있어서,
    상기 제1 압력 감지부 및 상기 제2 압력 감지부 중 어느 하나는 상기 디스플레이 패널의 하부면에 직접 형성되는,
    터치 입력 장치.
  23. 제8항 내지 제13항 및 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 압력 센서의 형상과 상기 제2 압력 센서의 형상이 다른,
    터치 입력 장치.
  24. 제8항 내지 제13항 및 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 압력 센서를 구성하는 물질과 상기 제2 압력 센서를 구성하는 물질이 다른,
    터치 입력 장치.
  25. 제8항 내지 제13항 및 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1시간구간에 상기 제1 압력 감지부에 상기 제1 전기적 특성을 검출하기 위한 제1 구동신호가 인가되고,
    상기 제1시간구간과 다른 제2시간구간에 상기 제1 압력 감지부에 상기 제2 전기적 특성을 검출하기 위한 제 구동신호가 인가되는,
    터치 입력 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 제1시간구간에 상기 제2 압력 센서가 플로팅되는,
    터치 입력 장치.
  27. 제8항 내지 제13항 및 제17항 내지 제22항 중 어느 한 항에 있어서,
    제1시간구간에 상기 제1 압력 감지부에 상기 제1 전기적 특성을 검출하기 위한 제1 구동신호가 인가되고,
    상기 제1시간구간에 상기 제2 압력 감지부에 상기 제2 전기적 특성을 검출하기 위한 제2 구동신호가 인가되는,
    터치 입력 장치.
  28. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호로부터 제1 값을 산출하고,
    상기 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제2 신호로부터 제2 값을 산출하고,
    상기 제1 값과 상기 제2 값의 함수로 인가된 압력의 크기를 결정하는,
    터치 입력 장치.
  29. 제28항에 있어서,
    상기 제1 값과 상기 제2 값에 각각 기설정된 가중치를 부여하여 상기 인가된 압력의 크기를 결정하는,
    터치 입력 장치.
  30. 제29에 있어서,
    상기 가중치는 상기 압력이 인가된 위치에 따라 달라지는,
    터치 입력 장치.
  31. 제1항 또는 제8항에 있어서,
    상기 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호로부터 제1 값을 산출하고,
    상기 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제2 신호로부터 제2 값을 산출하고,
    소정의 조건을 만족하는 경우, 상기 제1 값을 인가된 압력의 크기로 결정하고, 소정의 조건을 만족하지 않는 경우, 상기 제2 값을 인가된 압력의 크기로 결정하는,
    터치 입력 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 소정의 조건은, 터치 면적이 기설정된 면적 이상인 조건인,
    터치 입력 장치.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 소정의 조건은, 상기 제1 신호의 프로파일 형태가 기설정된 형태에 부합되는 조건인,
    터치 입력 장치.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 소정의 조건은, 터치 입력이 멀티 입력인 조건인,
    터치 입력 장치.
  35. 제31항에 있어서,
    상기 소정의 조건은, 상기 제1 신호의 SNR값이 상기 제2 신호의 SNR값보다 같거나 큰 조건인,
    터치 입력 장치.
  36. 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는 상기 압력 센서의 제1 전기적 특성 및 상기 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출 가능하고,
    상기 제2 전기적 특성은 검출하지 않고 상기 제1 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제1모드, 상기 제1 전기적 특성은 검출하지 않고 상기 제2 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제2모드, 상기 제1 전기적 특성 및 상기 제2 전기적 특성을 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제3모드 중 어느 하나가 선택적으로 구동되는,
    터치 입력 장치.
  37. 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는, 제1 압력 센서를 포함하는 제1 압력 감지부 및 제2 압력 센서를 포함하는 제2 압력 감지부;를 포함하고,
    상기 제1 압력 감지부는 상기 제1 압력 센서의 제1 전기적 특성을 검출 가능하고,
    상기 제2 압력 감지부는 상기 제2 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출 가능하고,
    상기 제2 전기적 특성은 검출하지 않고 상기 제1 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제1모드, 상기 제1 전기적 특성은 검출하지 않고 상기 제2 전기적 특성만 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제2모드, 상기 제1 전기적 특성 및 상기 제2 전기적 특성을 검출하여 압력의 크기를 산출하는 제3모드 중 어느 하나가 선택적으로 구동되는,
    터치 입력 장치.
  38. 제36항 또는 제37항에 있어서,
    사용자의 선택에 따라, 상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드 중 어느 하나가 구동되는,
    터치 입력 장치.
  39. 제36항 또는 제37항에 있어서,
    소정의 조건을 만족하는 경우, 상기 제1모드, 상기 제2모드 및 상기 제3모드 중 어느 하나가 구동되는,
    터치 입력 장치.
  40. 제39항에 있어서,
    상기 소정의 조건은, 상기 터치 입력 장치의 온도가 기설정된 범위에 포함되는 조건인,
    터치 입력 장치.
  41. 제39항에 있어서,
    상기 소정의 조건은, 상기 터치 입력 장치에 영향을 주는 노이즈의 크기가 기설정된 범위에 포함되는 조건인,
    터치 입력 장치.
  42. N개의 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    압력 센서를 포함하는 압력 감지부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는 상기 압력 센서의 제1 전기적 특성 및 상기 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고,
    상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 상기 N개의 압력 각각의 크기를 산출하는,
    터치 입력 장치.
  43. 제42항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 복수의 압력 센서를 포함하고,
    상기 복수의 압력 센서 중 적어도 어느 하나로부터 상기 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호를 검출하고,
    상기 제1 신호로부터 제1 값을 산출하고,
    상기 복수의 압력 센서 중 서로 댜른 M개의 압력 센서로부터 각각 상기 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 M개의 제2 신호를 검출하고,
    상기 M개의 제2 신호로부터 N개의 제2 값을 산출하고,
    상기 제1 값, 상기 N개의 제2값을 기초로 하여 상기 N개의 압력 각각의 크기를 산출하는,
    터치 입력 장치.
  44. N개의 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    압력 감지부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는, 제1 압력 센서를 포함하는 제1 압력 감지부 및 제2 압력 센서를 포함하는 제2 압력 감지부;를 포함하고,
    상기 제1 압력 감지부는 상기 제1 압력 센서의 제1 전기적 특성을 검출하고,
    상기 제2 압력 감지부는 상기 제2 압력 센서의 제2 전기적 특성을 검출하고,
    상기 제1 전기적 특성 및 제2 전기적 특성에 기초하여 상기 N개의 압력 각각의 크기를 산출하는,
    터치 입력 장치.
  45. 제44항에 있어서,
    상기 제1 압력 센서로부터 검출되고 상기 제1 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 제1 신호로부터 제1 값을 산출하고,
    상기 제2 압력 감지부는 복수의 상기 제2 압력 센서를 포함하고,
    상기 복수의 제2 압력 센서 중 서로 댜른 M개의 제2 압력 센서로부터 각각 상기 제2 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 M개의 제2 신호를 검출하고,
    상기 M개의 제2 신호로부터 N개의 제2 값을 산출하고,
    상기 제1 값, 상기 N개의 제2값을 기초로 하여 상기 N개의 압력 각각의 크기를 산출하는,
    터치 입력 장치.
  46. 제43항 또는 제45항에 있어서,
    상기 제1 값으로부터 상기 N개의 압력의 총 크기를 산출하고,
    상기 N개의 제2 값으로부터 상기 N개의 압력의 총 크기에 대한 상기 N개의 압력 각각의 비율을 산출하고,
    상기 N개의 압력의 총 크기 및 상기 N개의 압력 각각의 비율로부터 상기 N개의 압력 각각의 크기를 산출하는,
    터치 입력 장치.
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