後述する本発明に対する詳細な説明は、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示として図示する添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施するのに十分なように詳細に説明される。本発明の多様な実施形態は互いに異なるが、相互に排他的である必要はないことが理解されなければならない。例えば、ここに記載されている特定の形状、構造及び特性は、一実施形態に関連して本発明の精神及び範囲を外れないながらも、他の実施形態で具現されてもよい。また、それぞれの開示された実施形態内の個別の構成要素の位置又は配置は、本発明の精神及び範囲を外れないながらも、変更されてもよいことが理解されなければならない。図面において類似の参照符号は様々な側面にわたって同一もしくは類似の機能を指し示す。
以下、添付される図面を参照して本発明の実施形態による圧力検出が可能なタッチ入力装置を説明する。以下では、静電容量方式のタッチセンサ10を例示するが、任意の方式でタッチ位置を検出することができるタッチセンサ10が適用されてもよい。
図1aは、本発明の実施形態によるタッチ入力装置に含まれる静電容量方式のタッチセンサ10及びこの動作のための構成の概略図である。図1aを参照すると、タッチセンサ10は、複数の駆動電極TX1〜TXn及び複数の受信電極RX1〜RXmを含み、前記タッチセンサ10の動作のために複数の駆動電極TX1〜TXnに駆動信号を印加する駆動部12、及び複数の受信電極RX1〜RXmからタッチ表面に対するタッチによって変化する静電容量の変化量に対する情報を含む感知信号を受信して、タッチ及びタッチ位置を検出する感知部11を含んでもよい。
図1aに示されたように、タッチセンサ10は、複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmとを含んでもよい。図1aにおいては、タッチセンサ10の複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmとが直交アレイを構成することが示されているが、本発明はこれに限定されず、複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmとが対角線、同心円、3次元ランダム配列などをはじめとする任意の数の次元、及びこの応用配列を有するようにすることができる。ここで、n及びmは、量の整数として互いに同じか、もしくは異なる値を有してもよく、実施形態により大きさが変わってもよい。
複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmとは、それぞれ互いに交差するように配列されてもよい。駆動電極TXは、第1軸方向に延びた複数の駆動電極TX1〜TXnを含み、受信電極RXは、第1軸方向と交差する第2軸方向に延びた複数の受信電極RX1〜RXmを含んでもよい。
図14a及び図14bに示されたように、本発明の実施形態によるタッチセンサ10において、複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmとは、互いに同一の層に形成されてもよい。例えば、複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmとは、後述することになるディスプレイパネル200Aの上面に形成されてもよい。
また、図14cに示されたように、複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmとは、互いに異なる層に形成されてもよい。例えば、複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmのうちの何れか一つは、ディスプレイパネル200Aの上面に形成され、残りの一つは、後述することになるカバーの下面に形成されるか、もしくはディスプレイパネル200Aの内部に形成されてもよい。
複数の駆動電極TX1〜TXnと複数の受信電極RX1〜RXmとは、透明伝導性物質(例えば、酸化スズ(SnO2)及び酸化インジウム(In2O3)等からなるITO(Indium Tin Oxide)またはATO(Antimony Tin Oxide))等から形成されてもよい。しかし、これは単に例示に過ぎず、駆動電極TX及び受信電極RXは、他の透明伝導性物質または不透明伝導性物質から形成されてもよい。例えば、駆動電極TX及び受信電極RXは、銀インク(silver ink)、銅(copper)、銀ナノ(nano silver)、炭素ナノチューブ(CNT:Carbon Nanotube)のうちの少なくとも何れか一つを含んで構成されてもよい。また、駆動電極TX及び受信電極RXは、メタルメッシュ(metal mesh)で具現されてもよい。
本発明の実施形態による駆動部12は、駆動信号を駆動電極TX1〜TXnに印加することができる。本発明の実施形態において、駆動信号は、第1駆動電極TX1から第n駆動電極TXnまで順次一度に一つの駆動電極に対して印加されてもよい。このような駆動信号の印加は、再度反復して成されてもよい。これは単に例示に過ぎず、実施形態により多数の駆動電極に駆動信号が同時に印加されてもよい。
感知部11は、受信電極RX1〜RXmを介して駆動信号が印加された駆動電極TX1〜TXnと受信電極RX1〜RXmとの間に生成された静電容量Cm:14に関する情報を含む感知信号を受信することによって、タッチの有無及びタッチ位置を検出することができる。例えば、感知信号は、駆動電極TXに印加された駆動信号が駆動電極TXと受信電極RXとの間に生成された静電容量Cm:14によりカップリングされた信号であってもよい。このように、第1駆動電極TX1から第n駆動電極TXnまで印加された駆動信号を受信電極RX1〜RXmを介して感知する過程は、タッチセンサ10をスキャン(scan)すると指称すことができる。
例えば、感知部11は、それぞれの受信電極RX1〜RXmとスイッチを介して連結された受信機(図示せず)を含んで構成されてもよい。前記スイッチは、該受信電極RXの信号を感知する時間区間にオン(on)になって受信電極RXから感知信号が受信機で感知され得るようにする。受信機は、増幅器(図示せず)及び増幅器の負(−)入力端と増幅器の出力端との間、すなわち帰還経路に結合した帰還キャパシタを含んで構成されてもよい。この時、増幅器の正(+)入力端は、グランド(ground)に接続されてもよい。また、受信機は、帰還キャパシタと並列に連結されるリセットスイッチをさらに含んでもよい。リセットスイッチは、受信機によって遂行される電流から電圧への変換をリセットすることができる。増幅器の負入力端は、該受信電極RXと連結されて静電容量Cm:14に対する情報を含む電流信号を受信した後、積分して電圧に変換することができる。感知部11は、受信機を介して積分されたデータをデジタルデータに変換するADC(図示せず:analog to digital converter)をさらに含んでもよい。その後、デジタルデータはプロセッサ(図示せず)に入力され、タッチセンサ10に対するタッチ情報を取得するように処理されてもよい。感知部11は受信機とともに、ADC及びプロセッサを含んで構成されてもよい。
制御部13は、駆動部12と感知部11の動作を制御する機能を遂行することができる。例えば、制御部13は、駆動制御信号を生成した後、駆動部12に伝達して駆動信号が所定の時間にあらかじめ設定された駆動電極TXに印加されるようにすることができる。また、制御部13は、感知制御信号を生成した後、感知部11に伝達して感知部11が所定の時間にあらかじめ設定された受信電極RXから感知信号の入力を受けて、あらかじめ設定された機能を遂行するようにすることができる。
図1aにおいて、駆動部12及び感知部11は、タッチセンサ10に対するタッチの有無及びタッチ位置を検出することができるタッチ検出装置(図示せず)を構成することができる。タッチ検出装置は、制御部13をさらに含んでもよい。タッチ検出装置は、タッチセンサ10を含むタッチ入力装置において、後述することになるタッチセンサ制御器1100に該当するタッチセンシングIC(touch sensing Integrated Circuit)上に集積されて具現されてもよい。タッチセンサ10に含まれた駆動電極TX及び受信電極RXは、例えば伝導性トレース(conductive trace)及び/又は回路基板上に印刷された伝導性パターン(conductive pattern)等を介してタッチセンシングICに含まれた駆動部12及び感知部11に連結されてもよい。タッチセンシングICは、伝導性パターンが印刷された回路基板、図6a〜図6iにおいて、例えばタッチ回路基板(以下、タッチPCBという)上に位置することができる。実施形態により、タッチセンシングICは、タッチ入力装置の作動のためのメインボード上に実装されていてもよい。
以上で詳しく見たように、駆動電極TXと受信電極RXの交差地点ごとに所定値の静電容量Cmが生成され、指のような客体がタッチセンサ10に近接する場合、このような静電容量の値が変更され得る。図1aにおいて、前記静電容量は、相互静電容量Cm(mutual capacitance)を表わすことができる。このような電気的特性を感知部11で感知し、タッチセンサ10に対するタッチの有無及び/又はタッチ位置を感知することができる。例えば、第1軸と第2軸とからなる2次元平面からなるタッチセンサ10の表面に対するタッチの有無及び/又はその位置を感知することができる。
より具体的に、タッチセンサ10に対するタッチが生じる時、駆動信号が印加された駆動電極TXを検出することによって、タッチの第2軸方向の位置を検出することができる。これと同様に、タッチセンサ10に対するタッチの際に受信電極RXを介して受信された受信信号から静電容量の変化を検出することによって、タッチの第1軸方向の位置を検出することができる。
上では、駆動電極TXと受信電極RXとの間の相互静電容量の変化量に基づいて、タッチ位置を感知するタッチセンサ10の動作方式について説明したが、本発明はこれに限定されない。すなわち、図1bのように、自己静電容量(self capacitance)の変化量に基づいてタッチ位置を感知することも可能である。
図1bは、本発明の他の実施形態によるタッチ入力装置に含まれる他の静電容量方式のタッチセンサ10及びこの動作を説明するための概略図である。図1bに示されたタッチセンサ10には、複数のタッチ電極30が備えられる。複数のタッチ電極30は、図7dに示されたように、一定の間隔を置いて格子状に配置され得るが、これに限定されない。
制御部13により生成された駆動制御信号は駆動部12に伝達され、駆動部12は駆動制御信号に基づいて、所定時間にあらかじめ設定されたタッチ電極30に駆動信号を印加する。また、制御部13により生成された感知制御信号は感知部11に伝達され、感知部11は感知制御信号に基づいて、所定時間にあらかじめ設定されたタッチ電極30から感知信号の入力を受ける。この時、感知信号は、タッチ電極30に形成された自己静電容量の変化量に対する信号であってもよい。
この時、感知部11が感知した感知信号によって、タッチセンサ10に対するタッチの有無及び/又はタッチ位置が検出される。例えば、タッチ電極30の座標をあらかじめ知っているため、タッチセンサ10の表面に対する客体のタッチの有無及び/又はその位置を感知できるようになる。
以上では、便宜上、駆動部12と感知部11とが別個のブロックに分けられて動作するものと説明したが、タッチ電極30に駆動信号を印加し、タッチ電極30から感知信号の入力を受ける動作を、一つの駆動部及び感知部で遂行することも可能である。
以上で、タッチセンサ10として静電容量方式のタッチセンサパネルが詳細に説明されたが、本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000において、タッチの有無及びタッチ位置を検出するためのタッチセンサ10は、前述の方法以外の表面静電容量方式、プロジェクテッド(projected)静電容量方式、抵抗膜方式、表面弾性波方式(SAW:surface acoustic wave)、赤外線(infrared)方式、光学的イメージング方式(optical imaging)、分散信号方式(dispersive signal technology)、音声パルス認識(acoustic pulse recognition)方式等の任意のタッチセンシング方式を用いて具現されてもよい。
図2は、本発明の実施形態によるタッチ入力装置において、タッチ位置、タッチ圧力及びディスプレイ動作を制御するための制御ブロックを例示する。ディスプレイ機能及びタッチ位置の検出に加えてタッチ圧力を検出することができるように構成されたタッチ入力装置1000において、制御ブロックは、前述したタッチ位置を検出するためのタッチセンサ制御器1100、ディスプレイパネルを駆動するためのディスプレイ制御器1200及び力(又は、圧力)を検出するための圧力センサ制御器1300を含んで構成されてもよい。
ディスプレイ制御器1200は、タッチ入力装置1000の作動のためのメインボード(main board)上の中央処理ユニットであるCPU(central processing unit)またはAP(application processor)などから入力を受けてディスプレイパネル200Aに所望の内容をディスプレイするようにする制御回路を含んでもよい。このような制御回路は、ディスプレイ回路基板(以下、「ディスプレイPCB」という)に実装されてもよい。このような制御回路は、ディスプレイパネル制御IC、グラフィック制御IC(graphic controller IC)、及びその他のディスプレイパネル200Aの作動に必要な回路を含んでもよい。
圧力センサを介して圧力を検出するための圧力センサ制御器1300は、タッチセンサ制御器1100の構成と類似するように構成され、タッチセンサ制御器1100と類似するように動作し得る。具体的に、圧力センサ制御器1300が、図1a及び図1bに示されたように、駆動部、感知部及び制御部を含み、感知部が感知した感知信号によって圧力の大きさを検出することができる。この時、圧力センサ制御器1300は、タッチセンサ制御器1100が実装されたタッチPCBに実装されてもよく、ディスプレイ制御器1200が実装されたディスプレイPCBに実装されてもよい。
実施形態により、タッチセンサ制御器1100、ディスプレイ制御器1200及び圧力センサ制御器1300は、互いに異なる構成要素としてタッチ入力装置1000に含まれてもよい。例えば、タッチセンサ制御器1100、ディスプレイ制御器1200及び圧力センサ制御器1300は、それぞれ互いに異なるチップ(chip)で構成されてもよい。この時、タッチ入力装置1000のプロセッサ1500は、タッチセンサ制御器1100、ディスプレイ制御器1200及び圧力センサ制御器1300に対するホスト(host)プロセッサとして機能することができる。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000は、携帯電話(cell phone)、PDA(Personal Data Assistant)、スマートフォン(smartphone)、タブレットPC(tablet Personal Computer)、MP3プレーヤ、ノートブック(notebook)などのようなディスプレイ画面及び/又はタッチスクリーンを含む電子装置を含んでもよい。
このようなタッチ入力装置1000を薄く(slim)軽量(light weight)に製作するために、上述したように、別個に構成されるタッチセンサ制御器1100、ディスプレイ制御器1200及び圧力センサ制御器1300が、実施形態により、一つ以上の構成で統合され得る。これに加えて、プロセッサ1500にこれらそれぞれの制御器が統合されることも可能である。これと共に、実施形態により、ディスプレイパネル200Aにタッチセンサ10及び/又は圧力感知部が統合され得る。
実施形態によるタッチ入力装置1000において、タッチ位置を検出するためのタッチセンサ10がディスプレイパネル200Aの外部または内部に位置し得る。実施形態によるタッチ入力装置1000のディスプレイパネル200Aは、液晶表示装置(LCD:Liquid Crystal Display)、PDP(Plasma Display Panel)、有機発光表示装置(Organic Light Emitting Diode:OLED)などに含まれたディスプレイパネルであってもよい。これにより、ユーザは、ディスプレイパネルに表示された画面を視覚的に確認しながらタッチ表面にタッチを行って入力行為を遂行することができる。
図3a及び図3bは、本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000において、ディスプレイモジュール200の構成を説明するための概念図である。まず、図3aを参照し、LCDパネルを用いるディスプレイパネル200Aを含むディスプレイモジュール200の構成を説明することにする。
図3aに示されたように、ディスプレイモジュール200はLCDパネルであるディスプレイパネル200A、ディスプレイパネル200Aの上部に配置される第1偏光層271及びディスプレイパネル200Aの下部に配置される第2偏光層272を含んでもよい。また、LCDパネルであるディスプレイパネル200Aは、液晶セル(liquid crystal cell)を含む液晶層250、液晶層250の上部に配置される第1基板層261及び液晶層250の下部に配置される第2基板層262を含んでもよい。この時、第1基板層261はカラーフィルタガラス(color filter glass)であってもよく、第2基板層262はTFTガラス(TFT glass)であってもよい。また、実施形態により、第1基板層261及び第2基板層262のうちの少なくとも一つは、プラスチックのようなベンディング(bending)可能な物質で形成されてもよい。図3aにおいて、第2基板層262は、データライン(data line)、ゲートライン(gate line)、TFT、共通電極(Vcom:common electrode)、ピクセル電極(pixel electrode)等を含む多様な層から成っていてもよい。これら電気的構成要素は、制御された電場を生成して液晶層250に位置した液晶を配向させるように作動することができる。
次に、図3bを参照して、OLEDパネルを用いるディスプレイパネル200Aを含むディスプレイモジュール200の構成を説明することにする。
図3bに示されたように、ディスプレイモジュール200は、OLEDパネルであるディスプレイパネル200A、ディスプレイパネル200Aの上部に配置される第1偏光層282を含んでもよい。また、OLEDパネルであるディスプレイパネル200Aは、OLED(Organic Light-Emitting Diode)を含む有機物層280、有機物層280の上部に配置される第1基板層281、及び有機物層280の下部に配置される第2基板層283を含んでもよい。この時、第1基板層281は、エンカプセレーションガラス(Encapsulation glass)であってもよく、第2基板283は、TFTガラス(TFT glass)であってもよい。また、実施形態により、第1基板層281及び第2基板層283のうちの少なくとも一つは、プラスチックのようなベンディング(bending)可能な物質で形成されてもよい。図3d〜図3fに示されたOLEDパネルの場合、ゲートライン、データライン、第1電源ライン(ELVDD)、第2電源ライン(ELVSS)等のディスプレイパネル200Aの駆動に使用される電極を含んでもよい。OLEDパネルは、蛍光または燐光有機物薄膜に電流を流すと、電子と正孔が有機物層で結合して光が発生する原理を用いた自己発光型ディスプレイパネルとして、発光層を構成する有機物質が光の色を決定する。
具体的に、OLEDは、ガラスやプラスチックの上に有機物を塗布して電気を流せば、有機物が光を発散する原理を用いる。すなわち、有機物の陽極と陰極にそれぞれ正孔と電子を注入して発光層に再結合させると、エネルギーが高い状態である励起子(excitation)を形成し、励起子がエネルギーが低い状態に落ちながらエネルギーが放出され、特定の波長の光が生成される原理を用いるわけである。この時、発光層の有機物によって光の色が変わる。
OLEDは、ピクセルマトリックスを構成しているピクセルの動作特性により、ライン駆動方式のPM−OLED(Passive-matrix Organic Light-Emitting Diode)と個別駆動方式のAM−OLED(Active-matrix Organic Light-Emitting Diode)とが存在する。両者は共にバックライトを必要としないため、ディスプレイモジュールを非常に薄く具現することができ、角度によって明暗比が一定であり、温度に伴う色の再現性が良いという長所を有する。また、未駆動ピクセルは、電力を消耗しないという点で非常に経済的である。
動作面において、PM−OLEDは、高い電流でスキャニング時間(scanning time)の間だけ発光し、AM−OLEDは低い電流でフレーム時間(frame time)の間ずっと発光状態を維持する。したがって、AM−OLEDはPM−OLEDに比べて解像度が良く、大面積ディスプレイパネルの駆動が有利であり、電力消耗が少ないという長所がある。また、薄膜トランジスタ(TFT)を内蔵して各素子を個別的に制御できるため、精巧な画面を具現しやすい。
また、有機物層280は、HIL(Hole Injection Layer、正孔注入層)、HTL(Hole Transfer Layer、正孔輸送層)、EIL(Emission Material Layer、電子注入層)、ETL(Electron Transfer Layer、電子輸送層)、EML(Electron Injection Layer、発光層)を含んでもよい。
各層について簡略に説明すると、HILは、正孔を注入させ、CuPcなどの物質を用いる。HTLは、注入された正孔を移動させる機能をして、主に、正孔の移動性(hole mobility)が良い物質を用いる。HTLは、アリールアミン(arylamine)、TPDなどが用いられてもよい。EILとETLは、電子の注入と輸送のための層であり、注入された電子と正孔はEMLで結合して発光する。EMLは、発光する色を具現する素材として、有機物の寿命を決定するホスト(host)と色感と効率を決定する不純物(dopant)とから構成される。これは、OLEDパネルに含まれる有機物層280の基本的な構成を説明したに過ぎず、本発明は、有機物層280の層構造や素材などに限定されない。
有機物層280は、アノード(Anode)(図示せず)とカソード(Cathode)(図示せず)との間に挿入され、TFTがオン(On)状態になれば、駆動電流がアノードに印加されて正孔が注入され、カソードには電子が注入されて、有機物層280に正孔と電子が移動して光を発散する。
当該技術分野の当業者には、LCDパネルまたはOLEDパネルがディスプレイ機能を遂行するために他の構成をさらに含んでもよく、変形が可能であることは自明であろう。
本発明によるタッチ入力装置1000のディスプレイモジュール200は、ディスプレイパネル200A及びディスプレイパネル200Aを駆動するための構成を含んでもよい。具体的に、ディスプレイパネル200AがLCDパネルである場合、ディスプレイモジュール200は、第2偏光層272の下部に配置されるバックライトユニット(図示せず:backlight unit)を含んで構成されてもよく、LCDパネルの作動のためのディスプレイパネル制御IC、グラフィック制御IC及びその他の回路をさらに含んでもよい。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000のディスプレイモジュール200は、ディスプレイパネル200A及びディスプレイパネル200Aを駆動するための構成を含んでもよい。具体的に、ディスプレイパネル200AがLCDパネルである場合、ディスプレイモジュール200は、第2偏光層272の下部に配置されるバックライトユニット(図示せず)を含んで構成されてもよく、LCDパネルの作動のためのディスプレイパネル制御IC、グラフィック制御IC及びその他の回路をさらに含んでもよい。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000において、タッチ位置を検出するためのタッチセンサ10は、ディスプレイモジュール200の外部または内部に位置することができる。
タッチ入力装置1000において、タッチセンサ10がディスプレイモジュール200の外部に配置される場合、ディスプレイモジュール200の上部にはタッチセンサパネルが配置されてもよく、タッチセンサ10がタッチセンサパネルに含まれてもよい。タッチ入力装置1000に対するタッチ表面は、タッチセンサパネルの表面であってもよい。
タッチ入力装置1000において、タッチセンサ10がディスプレイモジュール200の内部に配置される場合、タッチセンサ10がディスプレイパネル200Aの外部に位置するように構成されてもよい。具体的に、タッチセンサ10が第1基板層261、281の上面に形成されてもよい。この時、タッチ入力装置1000に対するタッチ表面は、ディスプレイモジュール200の外面として、図3a及び図3bにおいて上部面または下部面になり得る。
タッチ入力装置1000において、タッチセンサ10がディスプレイモジュール200の内部に配置される場合、実施形態により、タッチセンサ10のうちの少なくとも一部はディスプレイパネル200A内に位置するように構成され、タッチセンサ10のうちの少なくとも残りの一部は、ディスプレイパネル200Aの外部に位置するように構成され得る。例えば、タッチセンサ10を構成する駆動電極TXと受信電極RXの何れか一つの電極は、ディスプレイパネル200Aの外部に位置するように構成されてもよく、残りの電極は、ディスプレイパネル200Aの内部に位置するように構成されてもよい。具体的に、タッチセンサ10を構成する駆動電極TXと受信電極RXの何れか一つの電極は、第1基板層261、281の上面に形成されてもよく、残りの電極は、第1基板層261、281の下面または第2基板層262、283の上面に形成されてもよい。
タッチ入力装置1000において、タッチセンサ10がディスプレイモジュール200の内部に配置される場合、タッチセンサ10がディスプレイパネル200Aの内部に位置するように構成されてもよい。具体的に、タッチセンサ10が第1基板層261、281の下面または第2基板層262、283の上面に形成されてもよい。
ディスプレイパネル200Aの内部にタッチセンサ10が配置される場合、タッチ センサの動作のための電極が追加で配置されてもよいが、ディスプレイパネル200Aの内部に位置する多様な構成及び/又は電極が、タッチセンシングのためのタッチセンサ10として用いられてもよい。具体的に、ディスプレイパネル200AがLCDパネルである場合、タッチセンサ10に含まれる電極のうちの少なくとも何れか一つはデータライン(data line)、ゲートライン(gate line)、TFT、共通電極(Vcom:common electrode)、ピクセル電極(pixel electrode)のうちの少なくとも何れか一つを含んでもよく、ディスプレイパネル200AがOLEDパネルである場合、タッチセンサ10に含まれる電極のうちの少なくとも何れか一つは、データライン(data line)、ゲートライン(gate line)、第1電源ライン(ELVDD)、第2電源ライン(ELVSS)のうちの少なくとも何れか一つを含んでもよい。
この時、タッチセンサ10は、図1aで説明された駆動電極及び受信電極で動作し、駆動電極及び受信電極の間の相互静電容量によりタッチ位置を検出することができる。また、タッチセンサ10は、図1bで説明された単一電極30で動作し、単一電極30それぞれの自己静電容量によりタッチ位置を検出することができる。この時、タッチセンサ10に含まれる電極がディスプレイパネル200Aの駆動に用いられる電極の場合、第1時間区間にディスプレイパネル200Aを駆動し、第1時間区間と異なる第2時間区間にタッチ位置を検出することができる。
本発明のタッチ入力装置1000において、タッチ位置を検出するためのタッチセンサが形成されたカバー層100とディスプレイパネル200Aを含むディスプレイモジュール200との間がOCA(Optically Clear Adhesive)のような接着剤でラミネーションされていてもよい。これにより、タッチセンサのタッチ表面を介して確認することができるディスプレイモジュール200のディスプレイの色の鮮明度、視認性及び光の透過性が向上し得る。
以上では、タッチの有無及び/又はタッチ位置を検出することができるタッチセンサパネル100を含むタッチ入力装置1000について詳しく見てみた。実施形態による圧力検出モジュールを、前述したタッチ入力装置1000に適用することによって、タッチの有無及び/又はタッチ位置だけでなく、タッチ圧力の大きさもまた容易に検出することができる。特に、ディスプレイモジュール200に対する衝撃緩和、及びディスプレイパネル200Aの画質を保持するために、基板300とディスプレイモジュール200との間に圧力センサと弾性物質を挿入してタッチ入力装置1000が製造されてもよい。実施形態では、このような弾性物質を圧力センサに結合してディスプレイモジュール200に対する衝撃緩和及びディスプレイモジュールの品質を保障しつつも圧力検出のためのギャップ(gap)を安定して保持しようとする。以下では、タッチ入力装置1000に実施形態による圧力センサを適用して、タッチ圧力を検出する場合について例を挙げて詳細に見てみる。
図4a〜図4fは、本発明の実施形態によるタッチ入力装置において、圧力センサが形成される例を例示する。
図4a及び以下の一部の図面において、ディスプレイパネル200Aがカバー層100に直接ラミネーションされて付着されたもので示されているが、これは単に説明の便宜のためのものであり、第1偏光層271、282がディスプレイパネル200Aの上部に位置したディスプレイモジュール200がカバー層100にラミネーションされて付着されてもよく、LCDパネルがディスプレイパネル200Aである場合、第2偏光層272及びバックライトユニットが省略されて示されたものである。
図4a〜図4fを参照した説明において、本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000としてタッチセンサが形成されたカバー層100が、図3a及び図3bに示されたディスプレイモジュール200上に接着剤でラミネーションされて付着されたものを例示しているが、本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000は、タッチセンサ10が、図3a及び図3bに示されたディスプレイモジュール200の内部に配置される場合を含んでもよい。より具体的に、図4a〜図4cにおいて、タッチセンサ10が形成されたカバー層100がディスプレイパネル200Aを含むディスプレイモジュール200を覆うことが示されているが、タッチセンサ10は、ディスプレイモジュール200の内部に位置し、ディスプレイモジュール200がガラスのようなカバー層100で覆われたタッチ入力装置1000が本発明の実施形態として用いられてもよい。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000は、携帯電話(cell phone)、PDA(Personal Data Assistant)、スマートフォン(smartphone)、タブレットPC(Tablet Personal Computer)、MP3プレーヤ、ノートブック(notebook)などのようなタッチスクリーンを含む電子装置を含んでもよい。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000において、基板300は、例えばタッチ入力装置1000の最外郭機構であるハウジング320と共にタッチ入力装置1000の作動のための回路基板及び/又はバッテリが位置し得る実装空間310などを覆う機能を遂行することができる。この時、タッチ入力装置1000の作動のための回路基板には、メインボード(main board)として中央処理ユニットであるCPU(central processing unit)またはAP(application processor)などが実装されていてもよい。基板300を介してディスプレイモジュール200とタッチ入力装置1000の作動のための回路基板及び/又はバッテリが分離され、ディスプレイモジュール200で発生する電気的ノイズ及び回路基板で発生するノイズが遮断され得る。
タッチ入力装置1000において、タッチセンサ10またはカバー層100がディスプレイモジュール200、基板300、及び実装空間310より広く形成されてもよく、これにより、ハウジング320がタッチセンサ10と共にディスプレイモジュール200、基板300及び回路基板を覆うように、ハウジング320が形成されてもよい。本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000は、タッチセンサ10を介してタッチ位置を検出し、タッチ位置を検出するのに用いられる電極及びディスプレイを駆動するのに用いられる電極とは異なる、別途の電極を配置して圧力センサとして用いてタッチ圧力を検出することができる。この時、タッチセンサ10は、ディスプレイモジュール200の内部または外部に位置してもよい。
以下で、圧力感知または検出のための構成を総括し、圧力感知部と指称する。圧力感知部400は、圧力検出モジュールであってもよい。
実施形態において、圧力感知部400は、圧力センサ450、460及び/又はスペーサ層420を含んでもよい。ここで、図4aにおける圧力感知部400は、圧力センサ450、460及び/又はスペーサ層420を含み、電極シート440をさらに含んでもよい。圧力センサ450、460は電極シート440内部に配置され、電極シート440がディスプレイモジュール200に付着されてもよい。ここで、図4bにおける圧力感知部400は、圧力センサ450、460及び/又はスペーサ層420を含むものの、圧力センサ450、460がディスプレイモジュール200に直接形成されてもよい。
圧力感知部400は、例えば、エアギャップ(airgap)からなるスペーサ層420を含んで構成され、これに対しては、図4a〜図4fを参照して詳しく見てみる。
実施形態により、スペーサ層420は、エアギャップで具現されてもよい。スペーサ層は、実施形態により、衝撃吸収物質からなってもよい。スペーサ層420は、実施形態により、誘電物質(dielectric material)で満たされてもよい。実施形態により、スペーサ層420は、圧力印加によって収縮し、圧力の解除時に元の形態に復帰する回復力を有する物質で形成されてもよい。実施形態により、スペーサ層420は、弾性フォーム(elastic foam)で形成されてもよい。また、スペーサ層がディスプレイモジュール200の下部に配置されるので、透明な物質であっても不透明な物質であってもよい。
また、基準電位層は、ディスプレイモジュール200の下部に配置されてもよい。具体的に、基準電位層は、ディスプレイモジュール200の下部に配置される基板300に形成されたり、又は、基板300自体が基準電位層の役割をすることができる。また、基準電位層は、基板300の上部に配置されてディスプレイモジュール200の下部に配置され、ディスプレイモジュール200を保護する機能を遂行するカバー(図示せず)に形成されたり、又は、カバー自体が基準電位層の役割をすることができる。タッチ入力装置1000に圧力が印加される時、ディスプレイパネル200Aが撓み、ディスプレイパネル200Aが撓むことにより基準電位層と圧力センサ450、460との距離が変わり得る。また、基準電位層と圧力感知部400との間には、スペーサ層が配置されてもよい。具体的に、ディスプレイモジュール200と基準電位層が配置された基板300との間、又は、ディスプレイモジュール200と基準電位層が配置されたカバーとの間にスペーサ層が配置され得る。
また、基準電位層は、ディスプレイモジュール200の内部に配置されてもよい。具体的に、基準電位層は、ディスプレイパネル200Aの第1基板層261、281の上面又は下面、または、第2基板層262、283の上面又は下面に配置されてもよい。タッチ入力装置1000に圧力が印加される時、ディスプレイパネル200Aが撓み、ディスプレイパネル200Aが撓むことにより基準電位層と圧力センサ450、460との距離が変わり得る。また、基準電位層と圧力感知部400との間には、スペーサ層が配置されていてもよい。図3a及び図3bに示されたタッチ入力装置1000の場合、スペーサ層がディスプレイパネル200Aの上部または内部に配置されてもよい。
同様に、実施形態により、スペーサ層420は、エアギャップで具現されてもよい。スペーサ層は、実施形態により、衝撃吸収物質からなってもよい。スペーサ層は、実施形態により、誘電物質で満たされてもよい。実施形態により、スペーサ層は、圧力印加によって収縮し、圧力の解除時に元の形態に復帰する回復力を有する物質で形成されてもよい。実施形態により、スペーサ層は、弾性フォームで形成されてもよい。また、スペーサ層がディスプレイパネル200Aの上部又は内部に配置されるので、透明な物質であってもよい。
実施形態により、スペーサ層がディスプレイモジュール200の内部に配置される場合、スペーサ層は、ディスプレイパネル200A及び/又はバックライトユニットの製造時に含まれるエアギャップであってもよい。ディスプレイパネル200A及び/又はバックライトユニットが一つのエアギャップを含む場合、該一つのエアギャップがスペーサ層の機能を遂行することができ、複数個のエアギャップを含む場合、該複数個のエアギャップが統合的にスペーサ層の機能を遂行することができる。
以下で、タッチセンサ10に含まれた電極と区分が明確なように、圧力を検出するための電極(450及び460)を圧力センサ450、460と指称する。この時、圧力電極450、460は、ディスプレイパネル200Aの前面でない後面に配置されるので、透明物質だけでなく不透明物質で構成されることも可能である。ディスプレイパネル200AがLCDパネルである場合、バックライトユニットから光が透過されなければならないので、圧力センサ450、460はITOのような透明な物質で構成され得る。
この時、圧力センサ450、460が配置されるスペーサ層420を保持するために、基板300の上部の縁に沿って所定の高さを有するフレーム330が形成されてもよい。この時、フレーム330は、接着層(図示せず)でカバー層100に接着されてもよい。この時、接着層は接着テープであってもよい。図4bにおいて、フレーム330は基板300のすべての縁(例えば、四角形の4面)に形成されたものが示されているが、フレーム330は、基板300の縁の少なくとも一部(例えば、四角形の3面)にだけ形成されてもよい。実施形態により、フレーム330は、基板300の上部面に基板300と一体型で形成されてもよい。本発明の実施形態において、フレーム330は弾性がない物質で構成されてもよい。本発明の実施形態において、カバー層100を介してディスプレイパネル200Aに圧力が印加される場合、カバー層100とともにディスプレイパネル200Aが撓み得るので、フレーム330が圧力によって形体の変形がなくても、タッチ圧力の大きさを検出することができる。
図4dは、本発明の実施形態による圧力センサを含むタッチ入力装置の断面図である。図4dに示されたように、本発明の実施形態による圧力センサ450、460がスペーサ層420内としてディスプレイパネル200Aの下部面上に配置されてもよい。
圧力検出のための圧力センサは、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460を含んでもよい。この時、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460の何れか一つは駆動電極であってもよく、残りの一つは受信電極であってもよい。駆動電極に駆動信号を印加し、受信電極を介して感知信号を取得することができる。電圧が印加されれば、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間に相互静電容量が生成され得る。
図4eは、図4dに示されたタッチ入力装置1000に圧力が印加された場合の断面図である。基板300の上部面はノイズ遮蔽のためにグランド(ground)電位を有してもよい。客体500を介してカバー層100の表面に圧力を印加する場合、カバー層100及びディスプレイパネル200Aは、撓んだり押圧され得る。これにより、グランド電位面と圧力センサ450、460との間の距離dがd’に減少し得る。このような場合、前記距離dの減少により、基板300の上部面にフリンジング静電容量が吸収されるので、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の相互静電容量は減少し得る。したがって、受信電極を介して取得される感知信号から相互静電容量の減少量を取得して、タッチ圧力の大きさを算出することができる。
図4eでは、基板300の上部面がグランド電位、すなわち基準電位層である場合について説明したが、基準電位層がディスプレイモジュール200の内部に配置されてもよい。この時、客体500を介してカバー層100の表面に圧力を印加する場合、カバー層100及びディスプレイパネル200Aは、撓んだり押圧され得る。これにより、ディスプレイモジュール200の内部に配置された基準電位層と圧力センサ450、460との間の距離が変わり、これにより、受信電極を介して取得される感知信号から静電容量の変化量を取得して、タッチ圧力の大きさを算出することができる。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000において、ディスプレイパネル200Aは、圧力を印加するタッチによって撓んだり押圧され得る。実施形態により、ディスプレイパネル200Aが撓んだり押圧される時、最も大きい変形を示す位置は、前記タッチ位置と一致しないことがあるが、ディスプレイパネル200Aは、少なくとも前記タッチ位置で撓みを示すことができる。例えば、タッチ位置がディスプレイパネル200Aの縁及び端などに近接する場合、ディスプレイパネル200Aが撓んだり押圧される程度が最も大きい位置は、タッチ位置と異なることがあるが、ディスプレイパネル200Aは、少なくとも前記タッチ位置で撓み又は押圧を示すことができる。
第1圧力センサ450と第2圧力センサ460は、同一の層に形成された形態において、図4d及び図4eに示された第1圧力センサ450と第2圧力センサ460のそれぞれは、図14aに示されたように菱形状の複数の電極で構成され得る。ここで、複数の第1圧力センサ450は第1軸方向に互いにつながった形態であり、複数の第2圧力センサ460は第1軸方向と直交する第2軸方向に互いにつながった形態であり、第1圧力センサ450及び第2圧力センサ460のうちの少なくとも一つは、それぞれの複数の菱形状の電極がブリッジを介して連結され、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460とが互いに絶縁された形態であり得る。また、この時、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460とは、図14bに示された形態の電極で構成され得る。
以上において、タッチ圧力は、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の相互静電容量の変化から検出されることが例示される。しかし、圧力感知部400は、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460の何れか一つの圧力センサのみを含むように構成されてもよく、このような場合、一つの圧力センサとグランド層(基板300又はディスプレイモジュール200の内部に配置される基準電位層)との間の静電容量、すなわち自己静電容量の変化を検出することによってタッチ圧力の大きさを検出することもできる。この時、駆動信号は、前記一つの圧力センサに印加され、圧力センサとグランド層との間の自己静電容量の変化が前記圧力センサから感知され得る。
例えば、図4dにおいて、圧力センサは、第1圧力センサ450のみを含んで構成されてもよく、この時、基板300と第1圧力センサ450との間の距離変化によって引き起こされる第1圧力センサ450と基板300との間の静電容量の変化からタッチ圧力の大きさを検出することができる。タッチ圧力が大きくなることによって距離dが減少するので、基板300と第1圧力センサ450との間の静電容量は、タッチ圧力が増加するほど大きくなり得る。この時、圧力センサは、相互静電容量の変化量の検出精度を高めるために必要な、くし形状またはフォーク形状を有する必要はなく、一つの板(例えば、四角板)形状を有してもよく、図14dに示されたように、複数の第1圧力センサ450が一定の間隔を置いて格子状に配置されてもよい。
図4fは、圧力センサ450、460がスペーサ層420内として基板300の上部面及びディスプレイパネル200Aの下部面上に形成された場合を例示する。この時、第1圧力センサ450は、ディスプレイパネル200Aの下部面上に形成され、第2圧力センサ460は、第2圧力センサ460が第1絶縁層470上に形成され、第2絶縁層470が第2圧力センサ460上に形成される、電極シートの形態で基板300の上部面に配置されてもよい。第1圧力センサ450と第2圧力センサ460は、図14cに示されたように構成されてもよい。
客体500を介してカバー層100の表面に圧力を印加する場合、カバー層100及びディスプレイパネル200Aは撓んだり押圧され得る。これにより、第1センサ450と第2センサ460との間の距離dが減少し得る。このような場合、前記距離dの減少によって第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の相互静電容量は増加し得る。したがって、受信電極を介して取得される感知信号から相互静電容量の増加量を取得してタッチ圧力の大きさを算出することができる。この時、図4fにおいて、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460は互いに異なる層に形成されるので、第1圧力センサ450及び第2圧力センサ460は、くし形状またはフォーク形状を有する必要はなく、第1圧力センサ450及び第2圧力センサ460の何れか一つは、一つの板(例えば、四角板)形状を有してもよく、他の一つは、図14dに示されたように、複数の電極が一定の間隔を置いて格子状に配置されてもよい。
図5a〜図5eは、実施形態による圧力センサに含まれる圧力センサのパターンを例示する。
図5a〜図5cは、第1実施形態及び第2実施形態に適用され得る圧力センサのパターンを例示する。第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の相互静電容量が変化することによりタッチ圧力の大きさを検出する時、検出精度を高めるために必要な静電容量の範囲を生成するように第1圧力センサ450と第2圧力センサ460のパターンを形成する必要がある。第1圧力センサ450と第2圧力センサ460とが互いに向き合う面積が大きかったり長さが長かったりするほど、生成される静電容量の大きさが大きくなり得る。したがって、必要な静電容量の範囲により、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の向き合う面積の大きさ、長さ及び形状などを調節して設計することができる。図5b及び図5cには、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460が同一の層に形成される場合として、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460とが互いに向き合う長さが相対的に長いように圧力センサが形成された場合を例示する。第1圧力センサ450と第2圧力センサ460とが互いに異なる層に位置する場合には、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460とが互いにオーバーラップ(overlap)するように具現されてもよい。
第1実施形態及び第2実施形態において、タッチ圧力は、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の相互静電容量の変化から検出されるものが例示される。しかし、圧力センサ450、460が、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460のいずれか一つの圧力センサだけを含むように構成されてもよく、このような場合、一つの圧力センサとグランド層(ディスプレイモジュール200又は基板300)との間の静電容量の変化を検出することによって、タッチ圧力の大きさを検出することもできる。
例えば、図4a〜4eにおいて、圧力センサは、第1圧力センサ450のみを含んで構成されてもよく、この時、ディスプレイモジュール200と第1圧力センサ450との間の距離変化によって引き起こされる第1圧力センサ450と基準電位層との間の自己静電容量の変化からタッチ圧力の大きさを検出することができる。タッチ圧力が大きくなることにより距離dが減少するので、基準電位層と第1圧力センサ450との間の静電容量はタッチ圧力が増加するほど大きくなり得る。この時、圧力センサは、相互静電容量の変化量の検出精度を高めるために必要な、くし形状またはフォーク形状を有する必要はなく、図5dに例示されたように、板(例えば、四角板)形状を有してもよい。
図5eは、第3実施形態に適用され得る圧力センサのパターンを例示する。第1圧力センサ450と第2圧力センサ460は互いに異なる層に位置するので、互いにオーバーラップするように具現されてもよい。図5eに示されたように、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460とが互いに直交するように配置して、静電容量の変化量の感知感度が向上し得る。第3実施形態において、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460は、図5dに例示されたように、板形状を有するように具現されてもよい。
以上で詳しく見てみたように、タッチ入力装置1000において、圧力を検出するための圧力感知部400は圧力センサ450、460及びスペーサ層420を含んでもよい。以上で、スペーサ層420は、基板300とディスプレイモジュール200との間の空間として例示されたが、スペーサ層420は、圧力センサ450、460と基準電位層(例えば、基板300又はディスプレイモジュール200)との間に位置し、圧力を有するタッチにより押圧され得る構成を指称すことができる。
この時、圧力センサ450、460を介してタッチ入力装置1000に対するタッチ圧力の大きさを感知する場合、均一な感知性能を有するためにスペーサ層420の撓みの程度及びこの回復力が均一である必要がある。例えば、同一の圧力の大きさでタッチ入力装置1000を多数回タッチする場合、毎回圧力の大きさを同一に検出できるためには、スペーサ層420が前記圧力によって押圧される程度が同一でなければならない。例えば、反復されるタッチを介してスペーサ層420が変形されてスペーサ層420のギャップ(gap)が減少する場合には、圧力感知部400の均一な性能を保障することができない。したがって、圧力感知部400の圧力検出性能を保障するために、このようなスペーサ層420のギャップを安定して確保することが重要である。
これにより、実施形態では、このようなスペーサ層420として早い回復力を有する弾性フォーム(elastic foam)を用いることができる。実施形態による弾性フォームを有する圧力感知部400は、タッチ入力装置1000の基板300とディスプレイモジュール200との間に配置されてもよい。このような弾性フォームを含むように圧力感知部400を構成することによって、ディスプレイモジュール200と基板300との間に追加の弾性物質を挿入せずとも、ディスプレイモジュール200に対する衝撃を緩和してディスプレイパネル200Aの画質を保持させることができる。
この時、実施形態による圧力感知部400に含まれる弾性フォームは、衝撃が印加された時に押圧されるなど形態が変わり得る柔軟性を有することによって、衝撃吸収の役割を遂行しつつも復原力を有して圧力検出に対する性能の均一性を提供できなければならない。
また、弾性フォームは、ディスプレイモジュール200に印加される衝撃を緩和できるように十分な厚さが形成される必要があり、これと同時に圧力検出の感度を高められるように圧力センサ450、460と基準電位層との間の距離が遠すぎないようにする厚さで形成される必要がある。例えば、実施形態による弾性フォームは、10μm〜1mmの厚さで形成されてもよい。弾性フォームが10μmより薄く形成されれば、十分に衝撃を吸収することができず、1mmより厚い場合、基準電位層と圧力センサ450、460との間、又は、第1圧力センサと第2圧力センサとの間の距離が遠くて圧力検出の感度が低下し得る。
例えば、実施形態による弾性フォームは、ポリウレタン(Polyurethane)、ポリエステル(Polyester)、ポリプロピレン(Polypropylene)、アクリル(Acrylic)のうちの少なくともいずれか一つを含んで構成されてもよい。
図6a及び図6bは、実施形態による圧力感知部400のタッチ入力装置に対する付着位置を例示する。図6aに例示されたように、圧力感知部400は基板300の上部面上に付着されるように構成されてもよい。また、図6bに例示されたように、圧力感知部400は、ディスプレイモジュール200の下部面上に付着されるように構成されてもよい。以下では、圧力感知部400が基板300の上部面上に付着される場合について、まず詳しく見てみる。
図7a〜図7fは、実施形態による圧力センサの構造的断面を例示する。
図7aに示されたように、実施形態による圧力センサモジュール400において、圧力センサ450、460は第1絶縁層410と第2絶縁層411との間に位置する。例えば、第1絶縁層410上に圧力センサ450、460を形成した後、第2絶縁層411で圧力センサ450、460を覆うことができる。この時、第1絶縁層410と第2絶縁層411は、ポリイミド(polyimide)のような絶縁物質であってもよい。第1絶縁層410は、PET(Polyethylene terephthalate)であってもよく、第2絶縁層411はインク(ink)からなる蓋層(cover layer)であってもよい。圧力センサ450、460は、銅(copper)とアルミニウムのような物質を含んでもよい。実施形態により、第1絶縁層410と第2絶縁層411との間、及び、圧力センサ450、460と第1絶縁層410との間は、液体接着体(liquid bond)のような接着剤(図示せず)で接着されてもよい。また、実施形態により、圧力センサ450、460は、第1絶縁層410上に圧力センサのパターンに相応する貫通孔を有するマスク(mask)を位置させた後、伝導性スプレー(spray)を噴射することによって形成されてもよい。
図7aにおいて、圧力感知部400は弾性フォーム440をさらに含み、弾性フォーム440は、第2絶縁層411の一面として第1絶縁層410と逆方向に形成されてもよい。その後、圧力感知部400が基板300に付着される時、第2絶縁層411を基準として基板300側に弾性フォーム440が配置されてもよい。
この時、圧力感知部400を基板300に付着するために所定の厚さを有する接着層430が弾性フォーム440の外郭に形成されてもよい。実施形態により、接着層430は両面接着テープであってもよい。この時、接着層430は弾性フォーム440を第2絶縁層411に接着する役割も遂行することができる。この時、弾性フォーム440の外郭に接着層430を配置させることにより、圧力感知部400の厚さを効果的に減らすことができる。
図7aに例示された圧力感知部400が、図7aの下端方向に位置する基板300に付着される場合、圧力センサ450、460は、図4cを参照して説明されたように、圧力を検出するように動作することができる。例えば、圧力センサ450、460は、ディスプレイモジュール200側に配置されたものとして、基準電位層は基板300面であり、弾性フォーム440はスペーサ層420に対応する動作を遂行することができる。例えば、タッチ入力装置1000を上部からタッチする場合、弾性フォーム440が押圧されて圧力センサ450、460と基準電位層である基板300との間の距離が減少し、これにより第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の相互静電容量が減少し得る。このような静電容量の変化を介してタッチ圧力の大きさを検出することができる。
図7bは、図7aを参照した圧力感知部400と類似し、以下ではその差異点を中心に説明する。図7bでは図7aとは異なって、弾性フォーム440の外郭に位置する接着層430を介して圧力感知部400が基板300に付着されない。図7bでは、弾性フォーム440を第2絶縁層411に接着するために、第1接着層431と、圧力感知部400を基板300に接着するために弾性フォーム440上に第2接着層432とを含んでもよい。このように、第1及び第2接着層431、432を配置することによって、弾性フォーム440を第2絶縁層411に堅固に付着し、また、圧力感知部400を基板300に堅固に付着することができる。実施形態により、図7bに例示された圧力感知部400は、第2絶縁層411を含めなくてもよい。例えば、第1接着層431が圧力センサ450、460を直接覆うカバー層の役割を遂行しつつ弾性フォーム440を第1絶縁層410及び圧力センサ450、460に付着する役割を遂行することができる。これは、以下の図7c〜図7fの場合にも適用することができる。
図7cは、図7aに示された構造の変形例である。図7cでは、弾性フォーム440に弾性フォーム440の高さを貫通するホール(hole)Hを形成し、タッチ入力装置1000に対するタッチの際に弾性フォーム440がよく押圧されるようにすることができる。
ホールHには空気が満たされ得る。弾性フォーム440がよく押圧される場合、圧力検出の感度が向上し得る。また、弾性フォーム440にホールHを形成することによって、圧力感知部400を基板300等に付着させる際に空気によって弾性フォーム440の表面が突出する現象を除去することができる。図7cでは、弾性フォーム440を第2絶縁層411に堅固に接着させるために、接着層430以外に第1接着層431をさらに含んでもよい。ここで、第1接着層431は両面接着テープであってもよい。
図7dは、図7bに示された構造の変形例として、図7cと同様に、弾性フォーム440に弾性フォーム440の高さを貫通するホールHが形成されている。
図7eは、図7bに示された構造の変形例として、第1絶縁層410の一面として弾性フォーム440と異なる方向の一面に第2弾性フォーム441をさらに含む。このような第2弾性フォーム441は、その後、タッチ入力装置1000に圧力感知部400が付着された時、ディスプレイモジュール200に伝達される衝撃を最小化にするために追加で形成され得る。この時、第2弾性フォーム441を第1絶縁層410に接着するため、第3接着層433をさらに含んでもよい。
図7fは、図4dを参照して説明されたように、圧力を検出するように動作できる圧力感知部400の構造を例示する。図7fでは、弾性フォーム440を挟んで第1圧力センサ450、451と第2圧力センサ460、461が配置された圧力感知部400の構造が示される。図7bを参照して説明した構造と類似して、第1圧力センサ450、451は第1絶縁層410と第2絶縁層411との間に形成され、第1接着層431、弾性フォーム440及び第2接着層432が形成されてもよい。第2圧力センサ460、461は、第3絶縁層412と第4絶縁層413との間に形成され、第4絶縁層413が第2接着層432を介して弾性フォーム440の一面側に付着されてもよい。この時、第3絶縁層412の基板側の一面には第3接着層433が形成されてもよく、第3接着層433を介して圧力感知部400が基板300に付着されてもよい。図7bを参照して説明したように、実施形態により、図7fに例示された圧力感知部400は、第2絶縁層411及び/又は第4絶縁層413を含まなくてもよい。例えば、第1接着層431が第1圧力センサ450、451を直接覆うカバー層の役割を遂行しつつ、弾性フォーム440を第1絶縁層410及び第1圧力センサ450、451に付着する役割を遂行することができる。また、第2接着層432が第2圧力センサ460、461を直接覆うカバー層の役割を遂行しつつ、弾性フォーム440を第3絶縁層412及び第2圧力センサ460、461に付着する役割を遂行することができる。ここで、第1、第2、第3接着層431、432、433は、接着テープであってもよい。
この時、タッチ入力装置1000に対するタッチを介して弾性フォーム440が押圧され、これにより、第1圧力センサ450、451と第2圧力センサ460、461との間の相互静電容量が増加し得る。このような静電容量の変化を介してタッチ圧力を検出することができる。また、実施形態により、第1圧力センサ450、451と第2圧力センサ460、461のいずれか一つをグランド(ground)とし、残りの一つの電極を介して自己静電容量を感知することができる。
図7fの場合、電極を単一層で形成する場合よりも、圧力感知部400の厚さ及び製造単価は増加するが、圧力感知部400の外部に位置する基準電位層の特性によって変わらない圧力検出性能が保障され得る。すなわち、図7fのように圧力感知部400を構成することによって、圧力検出時に外部電位(グランド)環境による影響を最小化にすることができる。したがって、圧力感知部400が適用されるタッチ入力装置1000の種類に関係なく、同一の圧力感知部400の使用が可能である。
図8a及び図8bは、実施形態による圧力センサがディスプレイモジュールの向い側の基板に付着される場合を例示する。図8aは、図7bに例示された構造の圧力感知部400が基板300の上部面上に付着された場合を例示する。図8bは、図7eに例示された構造の圧力感知部400が基板300の上部面上に付着された場合を例示する。この時、タッチ入力装置1000の製造過程により、圧力感知部400とディスプレイモジュール200との間にはエアギャップが位置してもよい。タッチにより、このようなエアギャップが押圧されても、圧力センサ450、460と基板300との間の距離が近くて圧力検出性能に及ぼす影響は大きくないこともある。
図8aでは、基板300が基準電位層として機能する場合であり、実施形態により、図7a〜図7dの変形された形態が基板300に付着される場合も可能である。図8aでは、圧力感知部400において弾性フォーム440が圧力センサ450、460に対して相対的に基板300側に近く形成されているが、弾性フォーム440が圧力センサ450、460に対して相対的にディスプレイモジュール200側に近く形成されている圧力感知部400が基板300に付着されてもよい。すなわち、弾性フォーム440が第1絶縁層410の上部に形成されていてもよい。この場合、基準電位層は、ディスプレイモジュール200となり得る。
図9a及び図9bは、実施形態による圧力センサがディスプレイモジュールに付着される場合を例示する。
図7a〜図7eに例示された構造の圧力感知部400は、上下を反転させればディスプレイモジュール200に付着させることもできる。図9aでは、図7bに例示された構造の圧力感知部400を、上下反転させてディスプレイモジュール200に付着した場合を例示する。この時、タッチにより、弾性フォーム440が押圧されることによって、圧力センサ450、460と基準電位層であるディスプレイモジュール200との間の距離が減少し、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の相互静電容量が減少し得る。このような静電容量の変化を介してタッチ圧力を検出することができる。
実施形態により、変形された圧力感知部400の構造が使用されてもよい。図9bでは、図7bに例示された圧力感知部400の変形された構造を上下反転させてディスプレイモジュール200に付着した場合を例示する。図9bでは、弾性フォーム400が圧力センサ450、460とディスプレイモジュール200との間に位置せずに、圧力センサ450、460と基板300との間に位置するように圧力感知部400が構成されてもよい。この場合、圧力検出のための基準電位層は、基板300となり得る。したがって、タッチにより、弾性フォーム440が押圧され、圧力センサ450、460と基準電位層である基板300との間の距離が減少し、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間の相互静電容量が減少し得る。このような静電容量の変化からタッチ圧力を検出することができる。この場合、基板300と圧力感知部400との間に位置し得るエアギャップもまた弾性フォーム440と共にタッチによる静電容量の変化を誘導するのに利用されてもよい。
以上で詳しく見てみた圧力感知部400は、タッチがディスプレイモジュールの上面側でなされた場合を想定して説明されたが、実施形態による圧力感知部400は、タッチ入力装置1000の下面側で圧力を印加する場合にもタッチ圧力を感知できるように変形されてもよい。
以上で詳しく見てみたように、本発明の実施形態による圧力感知部400が適用されるタッチ入力装置1000を介して圧力を検出するために、圧力センサ450、460で発生する静電容量の変化を感知する必要がある。したがって、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460のうち駆動電極には駆動信号が印加される必要があり、受信電極から感知信号を取得して静電容量の変化量からタッチ圧力を算出しなければならない。実施形態により、圧力検出の動作のための圧力センシングIC形態で圧力検出装置を追加で含むことも可能である。本発明の実施形態による圧力感知部400は、圧力検出のための圧力センサ450、460を含む図7などに例示された構造だけでなく、このような圧力検出装置を包括する構成であってもよい。
このような場合、図1に例示されたように、駆動部12、感知部11、制御部13と類似の構成を重複して含むようになるので、タッチ入力装置1000の面積及び体積が大きくなるという問題点が発生し得る。
実施形態により、タッチ入力装置1000は、タッチセンサパネル100の作動のためのタッチ検出装置を用いて、圧力センサ450、460に圧力検出のための駆動信号を印加し、圧力センサ450、460から感知信号の入力を受けてタッチ圧力を検出することもできる。以下では、第1圧力センサ450が駆動電極であり、第2圧力センサ460が受信電極である場合を仮定して説明する。
このために、本発明の実施形態による圧力感知部400が適用されるタッチ入力装置1000において、第1圧力センサ450は駆動部12から駆動信号の印加を受け、第2圧力センサ460は感知信号を感知部11に伝達することができる。制御部13は、タッチセンサパネル100のスキャニングを遂行するとともに圧力検出のスキャニングを遂行するようにしたり、又は、制御部13は時分割して第1時間区間にはタッチセンサパネル100のスキャニングを遂行するようにし、第1時間区間とは異なる第2時間区間には圧力検出のスキャニングを遂行するように制御信号を生成することができる。
したがって、本発明の実施形態において、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460は、電気的に駆動部12及び/又は感知部11に連結されなければならない。この時、タッチセンサパネル100のためのタッチ検出装置は、タッチセンシングIC150としてタッチセンサパネル100の一端、又は、タッチセンサパネル100と同一平面上に形成されることが一般的である。圧力感知部400に含まれた圧力センサ450、460は、任意の方法でタッチセンサパネル100のタッチ検出装置と電気的に連結されてもよい。例えば、圧力センサ450、460は、ディスプレイモジュール200に含まれた第2PCB210を用いてコネクタ(connector)を介してタッチ検出装置に連結されてもよい。
図10a及び図10bは、圧力センサ450、460を含む圧力感知部400がディスプレイモジュール200の下部面に付着される場合を示す。図10a及び図10bにおいて、ディスプレイモジュール200は、下部面の一部にディスプレイパネルの作動のための回路が実装された第2PCB210が示される。
図10aは、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460が、ディスプレイモジュール200の第2PCB210の一端に連結されるように、圧力感知部400をディスプレイモジュール200の下部面に付着する場合を例示する。第2PCB210上には、圧力センサ450、460をタッチセンシングIC150など必要な構成まで電気的に連結できるように導電性パターンが印刷されていてもよい。これに対する詳細な説明は、図11a〜図11cを参照して説明する。図10aに例示された圧力センサ450、460を含む圧力感知部400の付着方法は、基板300に対しても同一に適用されてもよい。
図10bは、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460を含む圧力感知部400が、ディスプレイモジュール200の第2PCB210に一体型で形成された場合を例示する。例えば、ディスプレイモジュール200の第2PCB210の製作時に、第2PCBに一定面積を割愛して、あらかじめディスプレイパネルの作動のための回路だけでなく、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460に該当するパターンまで印刷することができる。第2PCB210には、第1圧力センサ450及び第2圧力センサ460をタッチセンシングIC150など必要な構成まで電気的に連結する導電性パターンが印刷されていてもよい。
図11a〜図11cは、圧力センサ450、460をタッチセンシングIC150に連結する方法を例示する。図11a〜図11cにおいて、タッチセンサパネル100がディスプレイモジュール200の外部に含まれた場合として、タッチセンサパネル100のタッチ検出装置がタッチセンサパネル100のための第1PCB160に実装されたタッチセンシングIC150に集積された場合を例示する。
図11aいおいて、ディスプレイモジュール200に付着された圧力センサ450、460が、第1コネクタ121を介してタッチセンシングIC150まで連結される場合を例示する。図11aに例示されたように、スマートフォンのような移動通信装置においてタッチセンシングIC150は、第1コネクタ(connector)121を介してディスプレイモジュール200のための第2PCB210に連結される。第2PCB210は、第2コネクタ224を介してメインボードに電気的に連結されてもよい。したがって、タッチセンシングIC150は、第1コネクタ121及び第2コネクタ224を介してタッチ入力装置1000の作動のためのCPUまたはAPと信号をやり取りすることができる。
この時、図11aにおいては、圧力感知部400が図10bに例示されたような方式でディスプレイモジュール200に付着されたものが例示されるが、図10aに例示されたような方式で付着された場合にも適用されてもよい。第2PCB210には、圧力センサ450、460が第1コネクタ121を介してタッチセンシングIC150まで電気的に連結され得るように導電性パターンが印刷されていてもよい。
図11bにおいて、ディスプレイモジュール200に付着された圧力センサ450、460が第3コネクタ473を介してタッチセンシングIC150まで連結される場合が例示される。図11bにおいて、圧力センサ450、460は、第3コネクタ473を介してタッチ入力装置1000の作動のためのメインボードまで連結され、その後、第2コネクタ224及び第1コネクタ121を介してタッチセンシングIC150まで連結されてもよい。この時、圧力センサ450、460は、第2PCB210と分離された追加のPCB上に印刷されてもよい。または、実施形態により、圧力センサ450、460は、図7に例示されたような構造でタッチ入力装置1000に付着され、圧力センサ450、460から伝導性トレースなどを延長させてコネクタ473を介してメインボードまで連結されてもよい。
圧力電極450、460が第2PCB210上に印刷されたり第2PCBと分離された追加のPCB上に印刷されたりする場合にも、圧力電極450、460が印刷されたPCB部分と圧力電極450、460とを統合的に圧力感知部400と指称することができる。
図11cにおいて、圧力センサ450、460が第4コネクタ474を介して直接タッチセンシングIC150に連結される場合が例示される。図11cにおいて、圧力センサ450、460は、第4コネクタ474を介して第1PCB160まで連結されてもよい。第1PCB160には、第4コネクタ474からタッチセンシングIC150まで電気的に連結する導電性パターンが印刷されていてもよい。これにより、圧力センサ450、460は、第4コネクタ474を介してタッチセンシングIC150まで連結されてもよい。この時、圧力センサ450、460は、第2PCB210と分離された追加のPCB上に印刷されてもよい。第2PCB210と追加のPCBは、互いに短絡しないように絶縁されていてもよい。または、実施形態により、圧力センサ450、460は、図7に例示されたような構造でタッチ入力装置1000に付着し、圧力センサ450、460から伝導性トレース等を延長させてコネクタ474を介して第1PCB160まで連結されてもよい。ここで、第4コネクタ474は、図11cと異なり、第2PCB210と直接連結されてもよい。
図11b及び図11cの連結方法は、圧力センサ450、460がディスプレイモジュール200の下部面だけでなく、基板300上に形成された場合にも適用され得る。
図11a〜図11cでは、タッチセンシングIC150が第1PCB160上に形成されたCOF(chip on film)構造を仮定して説明された。しかし、これは単に例示に過ぎず、本発明は、タッチセンシングIC150がタッチ入力装置1000の実装空間310内のメインボード上に実装されるCOB(chip on board)構造の場合にも適用され得る。図11a〜図11cに対する説明から、当該技術分野の当業者に、他の実施形態の場合に圧力センサ450、460のコネクタを介した連結が自明であろう。
以上では、駆動電極として第1圧力センサ450が一つのチャネルを構成し、受信電極として第2圧力センサ460が一つのチャネルを構成する圧力センサ450、460について詳しく見てみた。しかし、これは単に例示に過ぎず、実施形態により、駆動電極及び受信電極は、それぞれ複数個のチャネルを構成して多重タッチ(multi touch)により多重の圧力検出が可能であり得る。
図12a〜図12cは、本発明の圧力センサが複数のチャネルを構成する場合を例示する。図12aでは、第1圧力センサ450−1、450−2と第2圧力センサ460−1、460−2のそれぞれが2個のチャネルを構成する場合が例示される。図12aでは、第1チャネルを構成する第1圧力センサ450−1と第2圧力センサ460−1とが第1圧力感知部400−1含まれ、第2チャネルを構成する第1圧力センサ450−2と第2圧力センサ460−2とが第2圧力感知部400−2に含まれるものを例示しているが、2個のチャネルを構成する第1圧力センサ450−1、450−2と第2圧力センサ460−1、460−2とが共に一つの圧力感知部400に含まれるように構成されてもよい。図12bでは、第1圧力センサ450は2個のチャネル450−1、450−2を構成するが、第2圧力センサ460は1個のチャネルを構成する場合が例示される。図12cでは、第1圧力センサ450−1〜450−5と第2圧力センサ460−1、460−5のそれぞれが5個のチャネルを構成する場合が例示される。この場合にも、5個のチャネルを構成する電極が共に一つの圧力感知部400に含まれるように構成されてもよい。
図12a〜図12cは、圧力センサが単数または複数のチャネルを構成する場合を例示しており、多様な方法で圧力センサが単数または複数のチャネルから構成されてもよい。図12a〜図12cにおいて、圧力センサ450、460がタッチセンシングIC150に電気的に連結される場合が例示されなかったが、図11a〜図11c及びその他の方法で圧力センサ450、460がタッチセンシングIC150に連結されてもよい。
以上で詳しく見てみたように、既存のタッチの有無及びタッチ位置を検出できるようにするタッチセンサパネルを含むタッチ入力装置1000に、本発明の実施形態による圧力感知部400を適用することにより、該タッチ入力装置1000を介してタッチ圧力を容易に検出することができる。既存のタッチ入力装置1000に最小限の変更を遂行した後、本発明の圧力感知部400を配置することにより、既存のタッチ入力装置1000を用いてタッチ圧力を検出することができる。
図13a〜図13cの実験において、図8aに例示されたような構造を有するタッチ入力装置1000に対して遂行された。以下の実験において、圧力感知部400に含まれる弾性フォーム440は、ポリプロピレンを含んで製作された。
図13aは、実施形態による圧力センサを含むタッチ入力装置に対する圧力タッチの重さによる正規化された静電容量の変化差を示すグラフである。図13aでは、タッチ入力装置1000に対し、0gf(gram force)、100gf、・・・、1000gfでタッチ表面を押圧する時、圧力検出装置で計算された、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間に発生する静電容量の変化差を正規化したグラフである。ここで、前記静電容量の変化差は、タッチ入力装置1000を0gfで圧力タッチした場合と当該重さのgfで圧力タッチした場合との静電容量の変化差を示す。たとえタッチ入力装置1000に対するタッチ重さの大きさに応じて静電容量の変化差が正比例して変化しなくても、単調増加の形態で変化するので、実施形態によるタッチ入力装置1000に対するタッチ時の圧力の大きさを検出することが可能である。
図13bは、実施形態による圧力センサを含むタッチ入力装置に対する所定回数の圧力タッチ前と後に圧力タッチによる正規化された静電容量の変化差、及び、これらの偏差を示すグラフである。図13bの実験は、4個のセット(set)のタッチ入力装置1000に対してそれぞれ遂行された。図13bの上段グラフにおいて、A及びBは、800gfの重さで実施形態によるタッチ入力装置1000に対して10万回圧力タッチを遂行する前及び後を表示する。A及びBはそれぞれ800gfでタッチ入力装置1000のタッチ表面を押圧した時に圧力検出装置で計算された、第1圧力センサ450と第2圧力センサ460との間に発生する静電容量の変化差を正規化した値である。10万回タッチ前Aとタッチ後Bに発生する静電容量の変化差の値が同一ではないが、その偏差は非常に微々たるものであることが分かる。
図13bの下段には、グラフAとグラフBの静電容量の変化差の値の間の偏差が表示される。実施形態によるタッチ入力装置1000を10万回圧力タッチする前及び後に発生する静電容量の変化差の値の間の偏差が5%以内であることが分かる。図13bから、実施形態による弾性フォームを用いる圧力感知部400を長期間使用する場合にも、圧力検出性能が均一に保持され得ることが分かる。
図13cは、実施形態による圧力センサを含むタッチ入力装置に対し、印加された圧力を解除した後に検出される正規化された圧力差の変化を示すグラフである。図13cにおいて、800gfでタッチ入力装置1000のタッチ表面を押圧した時に圧力検出装置で計算された圧力の大きさを1で表示し、このような圧力印加が解除された後に計算された圧力の大きさの変化を示す。図13cを参照すると、圧力印加が解除された後に最大圧力の大きさである1の90%から10%に到達する時までにかかる時間は、約0.7秒に該当することがことを分かる。このように、実施形態による弾性フォームを含む圧力感知部400を用いる場合、圧力タッチの解除後の復原力は高く、連続した圧力タッチにも圧力検出の精度が低下することが防止され得る。この時、実施形態により、必要な復元速度は差があり得る。実施形態により、最大圧力の大きさの90%から10%に到達する時間は1秒以内であり得る。
一方、本発明によるタッチ入力装置1000において、ストレインゲージ450は、ディスプレイパネル200Aに直接形成されてもよい。図15a〜図15bは、本発明によるタッチ入力装置において、多様なディスプレイパネルに直接形成されたストレインゲージの実施形態を示す断面図である。
まず、図15aは、LCDパネルを用いるディスプレイパネル200Aに形成されたストレインゲージ450を示す。具体的に、図15aに示されたように、ストレインゲージ450が第2基板層262の下面に形成されてもよい。この時、ストレインゲージ450が第2偏光層272の下面に形成されてもよい。次に、図15bは、OLEDパネル(特に、AM−OLEDパネル)を用いるディスプレイパネル200Aの下部面に形成されたストレインゲージ450を示す。具体的に、ストレインゲージ450が、第2基板層283の下面に形成されてもよい。
OLEDパネルの場合、有機物層280で光が発光するので、有機物層280の下部に配置された第2基板層283の下面に形成されるストレインゲージ450は、不透明な物質で構成されてもよい。しかし、この場合、ディスプレイパネル200Aの下面に形成されたストレインゲージ450のパターンがユーザに見えるかもしれないので、ストレインゲージ450を第2基板層283の下面に直接形成させるため、第2基板層283の下面にブラックインクのような遮光層を塗布した後、遮光層上にストレインゲージ450を形成させることができる。また、図15bでは、第2基板層283の下面にストレインゲージ450が形成されるもので示されたが、第2基板層283の下部に第3基板層(図示せず)が配置され、第3基板層の下面にストレインゲージ450が形成されてもよい。特に、ディスプレイパネル200AがフレキシブルOLEDパネルの場合、第1基板層281、有機物層280及び第2基板層283から構成されたディスプレイパネル200Aが非常に薄くてよく撓むため、第2基板層283の下部に相対的によく撓まない第3基板層を配置することができる
図16a〜図16dは、本発明によるタッチ入力装置にストレインゲージが適用される例を例示する。
本発明のタッチ入力装置1000において、タッチ位置を検出するためのタッチセンサが形成されたカバー層100とディスプレイパネル200Aを含むディスプレイモジュール200との間がOCA(Optically Clear Adhesive)のような接着剤でラミネーションされていてもよい。これにより、タッチセンサのタッチ表面を介して確認できるディスプレイモジュール200のディスプレイの色の鮮明度、視認性及び光透過性が向上し得る。
図16a及び以下の一部の図面において、ディスプレイパネル200Aがカバー層100に直接ラミネーションされて付着されたもので示されているが、これは単に説明の便宜のためのものであり、第1偏光層271、282がディスプレイパネル200Aの上部に位置したディスプレイモジュール200がカバー層100にラミネーションされて付着されてもよく、LCDパネルがディスプレイパネル200Aである場合、第2偏光層272及びバックライトユニットが省略されて示されたものである。
図16a〜図16dを参照した説明において、本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000としてタッチセンサが形成されたカバー層100が、図3a及び図3bに示された、ディスプレイモジュール200上に接着剤でラミネーションされて付着されたものを例示しているが、本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000は、タッチセンサ10が図3a及び図3bに示されたディスプレイモジュール200の内部に配置される場合も含んでもよい。より具体的に、図16a及び図16bにおいて、タッチセンサが形成されたカバー層100がディスプレイパネル200Aを含むディスプレイモジュール200を覆うものが示されているが、タッチセンサ10はディスプレイモジュール200内部に位置し、ディスプレイモジュール200がガラスのようなカバー層100で覆われたタッチ入力装置1000が、本発明の実施形態として用いられてもよい。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000は、携帯電話(cell phone)、PDA(Personal Data Assistant)、スマートフォン(smartphone)、タブレットPC(tablet Personal Computer)、MP3プレーヤ、ノートブック(notebook)などのようなタッチスクリーンを含む電子装置を含んでもよい。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000において、基板300は、例えばタッチ入力装置1000の最外郭機構であるハウジング320と共にタッチ入力装置1000の作動のための回路基板及び/又はバッテリが位置し得る実装空間310などを覆う機能を遂行することができる。この時、タッチ入力装置1000の作動のための回路基板には、メインボード(main board)として中央処理ユニットであるCPU(central processing unit)又はAP(application processor)等が実装されていてもよい。基板300を介してディスプレイモジュール200とタッチ入力装置1000の作動のための回路基板及び/又はバッテリが分離され、ディスプレイモジュール200で発生する電気的ノイズ及び回路基板で発行するノイズが遮断され得る。
タッチ入力装置1000において、タッチセンサ10またはカバー層100がディスプレイモジュール200、基板300、及び実装空間310より広く形成されてもよく、これにより、ハウジング320がタッチセンサ10と共にディスプレイモジュール200、基板300及び回路基板を覆うように、ハウジング320が形成されてもよい。
以下で、タッチセンサ10に含まれた電極と区分が明確なように、圧力または力を検出するための圧力センサ450はストレインゲージであってもよい。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000は、タッチセンサ10を介してタッチ位置を検出し、ディスプレイモジュール200に形成されたストレインゲージ450からタッチ圧力(又は、力)を検出することができる。この時、タッチセンサ10は、ディスプレイモジュール200の内部または外部に位置してもよい。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000は、エアギャップ(airgap)からなるスペーサ層420を含んで構成されてもよい。この時、スペーサ層420は、実施形態により、衝撃吸収物質からなってもよい。スペーサ層420は、実施形態により、誘電物質(dielectric material)で満たされてもよい。
この時、ストレインゲージ450は、ディスプレイパネル200Aの前面でない後面に配置されるので、透明物質だけでなく不透明物質で構成されるのも可能である。ディスプレイパネル200AがLCDパネルである場合、バックライトユニットから光が透過されなければならないので、ストレインゲージ450はITOのような透明な物質で構成されてもよい。
この時、スペーサ層420を保持するために基板300の上部の縁に沿って所定の高さを有するフレーム330が形成されてもよい。この時、フレーム330は、接着層(図示せず)でカバー層100に接着されてもよい。ここで、接着層は接着テープであってもよい。図5bにおいて、フレーム330は、基板300のすべての縁(例えば、四角形の4面)に形成されたものが示されているが、フレーム330は、基板300の縁のうちの少なくとも一部(例えば、四角形の3面)にのみ形成されてもよい。実施形態により、フレーム330は、基板300の上部面に基板300と一体型に形成されてもよい。本発明の実施形態において、フレーム330は、弾性がない物質で構成されてもよい。本発明の実施形態において、カバー層100を介してディスプレイパネル200Aに圧力(又は、力)が印加される場合、カバー層100と共にディスプレイパネル200Aが撓み得るので、フレーム330が圧力(又は、力)により形体の変形がなくてもタッチ圧力(又は、力)の大きさを検出することができる。
図16cは、本発明の実施形態によるストレインゲージを含むタッチ入力装置の断面図である。図16cに示されたように、本発明の実施形態によるストレインゲージ450は、ディスプレイパネル200Aの下面に形成されてもよい。
図16dは、図16cに示されたタッチ入力装置1000に圧力(又は、力)が印加された場合の断面図である。基板300の上部面は、ノイズ遮蔽のためにグランド(ground)電位を有してもよい。客体500を介してカバー層100の表面に圧力(又は、力)を印加する場合、カバー層100及びディスプレイパネル200Aは撓んだり押圧され得る。ディスプレイパネル200Aが撓むことにより、ディスプレイパネル200Aに形成されたストレインゲージ450が変形され、それに伴いストレインゲージ450の抵抗値が変わり得る。このような抵抗値の変化から、タッチ圧力(又は、力)の大きさを算出することができる。
本発明の実施形態によるタッチ入力装置1000において、ディスプレイパネル200Aは、圧力(又は、力)を印加するタッチにより撓んだり押圧され得る。ディスプレイパネル200Aは、タッチにより変形を示すように撓んだり押圧され得る。実施形態により、ディスプレイパネル200Aが撓んだり押圧される時、最も大きい変形を示す位置は前記タッチ位置と一致しないことがあるが、ディスプレイパネル200Aは少なくとも前記タッチ位置で撓みを示すことができる。例えば、タッチ位置がディスプレイパネル200Aの縁及び端などに近接する場合、ディスプレイパネル200Aが撓んだり押圧される程度が最も大きい位置は、タッチ位置と異なることがあるが、ディスプレイパネル200Aは少なくとも前記タッチ位置で撓み又は押圧を示すことができる。
図17a、図17d〜図17fは、本発明によるタッチ入力装置に使用される圧力(又は、力)を感知できる例示的な圧力(又は、力)センサの平面図である。この場合、圧力(又は、力)センサは、ストレインゲージ(strain gauge)であってもよい。ストレインゲージは、ストレイン量に比例して電気抵抗が変わる装置であって、一般的に金属結合したストレインゲージが使用され得る。
ストレインゲージに使用され得る材料としては、透明物質として、伝導性高分子(PEDOT:polyethyleneioxythiophene)、ITO(indium tin oxide)、ATO(Antimony tin oxide)、炭素ナノチューブ(CNT:carbon nanotubes)、グラフェン(graphene)、酸化ガリウム亜鉛(gallium zinc oxide)、インジウムガリウム亜鉛酸化物(IGZO:indium gallium zinc oxide)、酸化スズ(SnO2)、酸化インジウム(In2O3)、酸化亜鉛(ZnO)、酸化ガリウム(Ga2O3)、酸化カドミウム(CdO)、その他のドーピングされた金属酸化物、圧電抵抗素子(piezoresistive element)、圧電抵抗半導体物質(piezoresistive semiconductor materials)、圧電抵抗金属物質(piezoresistive metal material)、銀ナノワイヤ(silver nanowire)、白金ナノワイヤ(platinum nanowire)、ニッケルナノワイヤ(nickel nanowire)、その他の金属ナノワイヤ(metallic nanowires)等が使用されてもよい。不透明物質としては、銀インク(silver ink)、銅(copper)、銀ナノ(nano silver)、炭素ナノチューブ(CNT:carbon nanotube)、コンスタンタン合金(Constantan alloy)、カルマ合金(Karma alloys)、ドーピングされた多結晶質シリコン(polycrystalline silicon)、ドーピングされた非結晶質シリコン(amorphous silicon)、ドーピングされた単結晶シリコン(single crystal silicon)、ドーピングされたその他の半導体物質(semiconductor material)等が使用されてもよい。
図17aに示されたように、金属ストレインゲージは、格子状方式で整列された金属ホイールで構成されてもよい。格子状方式は、平行方向に変形されやすい金属ワイヤ、又は、ホイールの変形量を最大化させることができる。この時、図17aに示されたストレインゲージ450の垂直方向の格子断面は、剪断ひずみ(shear strain)とポアソンひずみ(Poisson Strain)の効果を減少させるために最小化され得る。
図17aの例で、ストレインゲージ450は、休止(at rest)状態にある間、すなわち、ストレーンされなかったり異なるように変形されない間に接触はないが、互いに近くに配置されたトレース(traces)451を含んでもよい。ストレインゲージは、ストレーンまたは力の不在時に、1.8KΩ±0.1%のような公称抵抗(nominal resistance)を有し得る。ストレインゲージの基本パラメータとして、ひずみに対する感度がゲージ係数GFで表現され得る。この時、ゲージ係数は、長さの変化(変形率)に対する電気抵抗の変化の割合として定義されてもよく、次のように、ストレインεの関数として表現することができる。
ここで、Rは、ストレインゲージ抵抗の変化量であり、Rは非変形(undeformed)ストレインゲージ抵抗であり、GFはゲージ係数である。
この時、抵抗の小さい変化を測定するために、ストレインゲージは多くの場合、電圧駆動ソースがあるブリッジ設定で使用される。
図17b及び図17cは、本発明によるタッチ入力装置に適用され得る例示的なストレインゲージを示す。図17bの例に示されたように、ストレインゲージは4個の異なる抵抗(R1、R2、R3、R4で示される)を有するホイートストーン・ブリッジ(Wheatstone bridge)3000に含まれ、加えられた力を示す(他の抵抗器に対する)ゲージの抵抗変化を感知することができる。ブリッジ3000は、力センサインターフェース(図示せず)に結合し、タッチ制御器(図示せず)から駆動信号(電圧VEX)を受信してストレインゲージを駆動し、処理のために加えられた力を示す感知信号(電圧VO)をタッチ制御器に送信することができる。この時、ブリッジ3000の出力電圧VOは、次のように表現することができる。
前記等式において、R
1/R
2=R
4/R
3である場合、出力電圧V
Oは0になる。この条件下で、ブリッジ3000は均衡をなした状態である。この時、ブリッジ3000に含まれた抵抗のいずれか一つの抵抗値が変更されれば、0でない出力電圧V
Oが出力される。
この時、図17cに示されたように、ストレインゲージ450がRGであり、RGが変化する場合、ストレインゲージ450抵抗の変化はブリッジに不均衡をもたらし、0でない出力電圧VOを生成する。ストレインゲージ450の公称抵抗がRGである時、変形に誘導された抵抗の変化Rは、前記ゲージ係数の等式を介してΔR=RG×GF×εと表現することができる。この時、R1=R2であり、R3=RGであると仮定する時、前記ブリッジの等式をVO/VEXのストレインεに対する関数として再び使えば、次のとおりである。
たとえ図17cのブリッジが単に一つのストレインゲージ450のみを含むとしても、図17bのブリッジに含まれたR
1、R
2、R
3、R
4で示された位置に4個のストレインゲージまで使用されてもよく、この場合、ゲージの抵抗変化は加えられた力を感知するのに使用され得ることが理解されるだろう。
図17c及び図17dに示されたように、ストレインゲージ450が形成されたディスプレイパネル200Aに力が加えられると、ディスプレイパネル200Aは撓み、ディスプレイパネル200Aが撓みによりトレース451が増えて、トレース451がさらに長くかつさらに狭くなって、ストレインゲージ450の抵抗が増加することになる。加えられる力が増加することにより、ストレインゲージ450の抵抗は、それに対応して増加し得る。したがって、圧力センサ制御器1300がストレインゲージ450の抵抗値の上昇を検出すれば、その上昇は、ディスプレイパネル200Aに加えられた力と解釈され得る。
さらに他の実施形態において、ブリッジ3000は、圧力センサ制御器1300と統合されてもよく、この場合、抵抗R1、R2、R3のうちの少なくとも一つ以上は、圧力センサ制御器1300内の抵抗で代替され得る。例えば、抵抗R2、R3は、圧力センサ制御器1300内の抵抗で代替され、ストレインゲージ450及び抵抗R1でブリッジ3000を形成することができる。これでブリッジ3000が占める空間が減り得る。
図17aに示されたストレインゲージ450は、トレース451が水平方向に整列しているので、水平方向の変形に対してトレース451の長さ変化が大きいため、水平方向の変形に対する感度は高いが、垂直方向の変形に対してはトレース451の長さ変化が相対的に小さいため、垂直方向の変形に対する感度は低い。図6dに示されたように、ストレインゲージ450が複数の細部領域を含み、それぞれの細部領域に含まれたトレース451の整列方向を異なるように構成することができる。このように整列方向が異なるトレース451を含むストレインゲージ450を構成することによって、変形方向に対するストレインゲージ450の感度差を減らすことができる。
本発明によるタッチ入力装置1000は、ディスプレイパネル200Aの下部に、図17a及び図17dに示されたように、一つのストレインゲージ450を形成して単一チャネルで構成された力センサを備えることができる。また、本発明によるタッチ入力装置1000は、ディスプレイパネル200Aの下部に、図17eに示されたように、複数のストレインゲージ450を形成して複数チャネルで構成された力センサを備えることもできる。このような複数チャネルで構成された力センサを用いて、複数のタッチに対する複数の力それぞれの大きさを同時にセンシングすることもできる。
温度増加は、加えられた力がなくてもディスプレイパネル200Aを膨張させ、その結果、ディスプレイパネル200Aに形成されたストレインゲージ450が増加し得るため、温度変化はストレインゲージ450に悪影響を及ぼし得る。その結果、ストレインゲージ450の抵抗が増加し、ストレインゲージ450に加えられた力と間違って解釈されることがある。
温度変化を補償するため、図17cに示されたブリッジ3000の抵抗R1、R2、R3のうちの少なくとも一つ以上がサーミスタ(thermistor)で代替されてもよい。サーミスタの温度による抵抗変化は、ストレインゲージ450が形成されたディスプレイパネル200Aの熱膨張によるストレインゲージ450の温度による抵抗変化に対応することができ、そうすることで温度による出力電圧VOの変化を減らすことができる。
また、二つのゲージを用いて温度変化の影響を最小化にすることができる。例えば、図17fに示されたように、水平方向への変形が起きる時、ストレインゲージ450のトレース451は変形方向と平行な水平方向に整列され、ダミーゲージ460のトレース461は変形方向と直交する垂直方向に整列され得る。この時、変形は、ストレインゲージ450に影響を及ぼし、ダミーゲージ460には影響をほぼ及ぼさないが、温度は、ストレインゲージ450及びダミーゲージ460共に同じ影響を及ぼす。したがって、温度変化が二つのゲージに同一に適用されるので、二つのゲージの公称抵抗RGの比率は変わらない。この時、このような二つのゲージが、ホイートストーンブリッジの出力ノードを共有する場合、すなわち、二つのゲージが図6bのR1とR2である場合、あるいは、R3とR4である場合、ブリッジ3000の出力電圧VOもまた変わらないので、温度変化の影響を最小化にすることができる。
図17g〜図17iは、本発明によるタッチ入力装置の力センサが形成されたディスプレイパネルの背面図である。
ストレインゲージ450のトレース451は、変形方向と平行な方向に整列されることが好ましいので、図17gに示されたように、ディスプレイパネル200Aの端領域ではディスプレイパネル200Aの縁と垂直な方向にストレインゲージ450のトレース451が整列されるように配置することができる。さらに具体的には、ディスプレイパネル200Aの端は固定されているので、ディスプレイパネル200Aに力が印加される時、ディスプレイパネル200Aの中心と力が印加される位置をつなぐ直線と平行な方向への変形が最も大きい。したがって、ストレインゲージ450が配置される位置とディスプレイパネル200Aの中心をつなぐ直線と平行な方向にストレインゲージ450のトレース451が整列されるように配置することが好ましい。
反面、ダミーゲージ460のトレース461は、変形方向と垂直な方向に整列されることが好ましいので、図17gに示されたように、ディスプレイパネル200Aの端領域では、ディスプレイパネル200Aの縁と平行な方向にダミーゲージ460のトレース461が整列されるように配置することができる。さらに具体的には、ディスプレイパネル200Aの端は固定されているので、ディスプレイパネル200Aに力が印加される時、ディスプレイパネル200Aの中心と力が印加される位置をつなぐ直線と垂直な方向への変形が最も小さい。したがって、ダミーゲージ460が配置される位置とディスプレイパネル200Aの中心をつなぐ直線と垂直な方向にダミーゲージ460のトレース461が整列されるように配置することが好ましい。
この時、図17gに示されたように、ストレインゲージ450とダミーゲージ460とが一対をなして互いに隣接した位置に配置されてもよい。この場合、互いに隣接した位置の間の温度差は大きくないので、さらに温度変化の影響を最小化にすることができる。
また、例えば、図17hに示されたように、ディスプレイパネル200Aの縁に沿って、ディスプレイパネル200Aの縁と平行な方向に整列されたトレース461を有する複数のダミーゲージ460を配置することもできる。この場合、ディスプレイパネル200Aの端領域は、力による変形量が非常に小さいので、ディスプレイパネル200Aの端領域に配置されたダミーゲージ460は温度変化の影響を補償するのに、さらに効果的であり得る。また、例えば、図17iに示されたように、ダミーゲージ460が、変形量が最も小さいディスプレイパネル200Aの4つのコーナー領域に配置されてもよく、ダミーゲージ460のトレースが、変形量が最も大きい方向と垂直な方向に整列されるように配置されてもよい。
図18は、図6bに示されたタッチ入力装置を具体化した一例の断面図である。
図18を参照すると、本発明の実施形態によるタッチ入力装置は、カバー100、ディスプレイモジュール200、基板300及び圧力感知部400を含み、圧力感知部400はディスプレイモジュール200に配置される。具体的に、圧力感知部400は、ディスプレイモジュール200の下面に配置されてもよい。圧力感知部400は、基板300から離隔されてもよいが、これに限定される訳ではなく、圧力感知部400は基板300の上面と接してもよい。
図18に示された圧力感知部400は、第1弾性フォーム440a、第1弾性フォーム440a上に配置された圧力センサ450、460、第1弾性フォーム440aと圧力センサ450、460との間に配置された第1接着層431、及び圧力センサ450、460とディスプレイモジュール200との間に配置された第2接着層432を含む。
第1弾性フォーム440aは、圧力感知部400を構成する様々な構成のうち最も下に配置され、基板300上に配置される。図18では、第1弾性フォーム440aが基板300の上面から離隔されたもので示されているが、これに限定される訳ではなく、図18とは異なり、第1弾性フォーム440aは基板300の上面と接触することができる。
第1弾性フォーム440aは、カバー100の表面に入力される客体の圧力によって影響を受けて物理的な状態が変形され、カバー100の表面に入力される客体の圧力が消えれば元の状態に復元される性質を有する。
第1弾性フォーム440aは、ポリウレタン、ポリエステル、ポリプロピレン及びアクリルのうちの少なくともいずれか一つを含む。
第1弾性フォーム440aの厚さは、174μm以上226μm以下であり、好ましくは200μmであってもよい。第1弾性フォーム440aの色(color)はグレー(gray)であってもよい。第1弾性フォーム440aの密度(denity)は0.27g/cm3以上0.33g/cm3であってもよい。第1弾性フォーム440aの圧縮永久ひずみ(compression set)は10%未満であってもよい。第1弾性フォーム440aの25%の圧縮力撓み(25% compression force deflection)は0.05kg/cm2以上0.20kg/cm2以下であってもよい。
図18に示されたタッチ入力装置において、第1弾性フォーム440aが位置する所の特性上、第1弾性フォーム440aは、元の状態から所定厚さまで圧縮される時までは第1弾性フォーム440aに直接伝達される外力(力)をほとんど吸収し、所定厚さ未満では第1弾性フォーム440aに伝達される外力に抵抗してディスプレイモジュール200又は基板300を保護することが重要である。ここで、所定厚さは、元の状態の厚さの半分であってもよい。
第1弾性フォーム440aが元の状態から所定の厚さまで圧縮されるのに要求される第1弾性フォーム440aの応力の変化量は、所定の厚さ未満に圧力されるのに要求される第1弾性フォーム440aの応力の変化量より小さい。このような第1弾性フォーム440aは、所定の厚さまでは外部から加えられる外力によってもよく押圧され、所定の厚さ未満では外部から加えられる外力に抵抗するため、ディスプレイモジュール200又は基板300を保護することができる。
第1弾性フォーム440aは、元の状態から半分の厚さまで圧縮されるのに要求される第1弾性フォーム440aの応力は0.1Mpa未満であって、自ら伝達される外力に対応する応力が非常に低く、カバー100に入力される客体の圧力によってカバー100、ディスプレイモジュール200及び圧力感知部400がよく押圧される利点があり、これにより、圧力感知部400の圧力センサ450、460と基板300との間の距離変化が客体の圧力に直ちに反応するため、圧力検出の感度を向上させることができる。
図18に示された第1弾性フォーム440aは、圧縮率と応力との間に所定の特性を有する。
図19a〜図19bを参照し、図18に示された第1弾性フォーム440aの圧縮率−応力特性を具体的に説明する。
図19aは、図18に示された第1弾性フォーム440aの圧縮率(compression ratio)−応力(stress)特性を示す圧縮率−応力曲線である。ここで、応力は、第1弾性フォーム440aに加えられる外力に対応して第1弾性フォーム440aに生じる抵抗力Mpaを意味し、圧縮率は、第1弾性フォーム440aが圧縮される程度をパーセント(%)で表現した値である。
図19bは、図18に示された第1弾性フォーム440aに作用する力(gf)による距離変化を示すグラフである。ここで、距離変化は、図18に示された圧力センサ450、460と基板300との間の最大距離を100μmと仮定した時の圧力センサ450、460と基板300との間の距離変化を意味する。
図19aを参照すると、第1弾性フォーム440aの厚さが元の状態から半分の厚さまで圧縮されるのに要求される第1弾性フォーム440aの応力の変化量は、第1弾性フォーム440aの半分の厚さから最大に圧縮可能な厚さまで圧縮されるのに要求される第1弾性フォーム440aの応力の変化量より小さい。
また、第1弾性フォーム440aの応力が、0Mpa超過0.05Mpa以下での第1弾性フォーム440aの圧縮率の変化量は、第1弾性フォーム440aの応力が0.05Mpa超過1.0Mpa以下での第1弾性フォーム440aの圧縮率の変化量より大きい。
このような第1弾性フォーム440aは、半分の厚さまでは外部から加えられる外力によってもよく押圧されるため、圧力感知部400の圧力センサ450、460と基板300との間の距離変化が客体の圧力に直ちに反応する。したがって、圧力検出の感度を向上させることができる。また、半分の厚さ未満では、外部から加えられる外力に抵抗するため、ディスプレイモジュール200又は基板300を保護することができる。
第1弾性フォーム440aの圧縮率による応力が指数的に増加する特性を有する。逆に、応力による圧縮率は指数的に減少する特性を有する。
第1弾性フォーム440aが元の状態から半分の厚さまで圧縮(圧縮率が50%)されるのに要求される第1弾性フォーム440aの応力は、0.05Mpa未満である。
第1弾性フォーム440aの応力が0Mpaから0.05Mpaに増加する途中に、第1弾性フォーム440aの圧縮率は50%を超過する。
第1弾性フォーム440aの応力が0Mpa超過0.05Mpa以下での第1弾性フォーム440aの圧縮率の平均変化量は、第1弾性フォーム440aの応力が0.05Mpa超過1.0Mpa以下での第1弾性フォーム440aの圧縮率の平均変化量より大きい。
図19bを参照すると、第1弾性フォーム440aに加えられる力の強さが0から500gfまで増加すれば距離変化も線形的に増加するが、加えられる力の強さがさらに増加して500gfを超過するようになれば距離変化率は徐々に低くなる。
再び、図19aを参照すると、第1弾性フォーム440aの0〜50%の圧縮率区間における圧縮率による応力の変化量は、第1弾性フォーム440aの50%〜60%の圧縮率区間における圧縮率による応力の変化量の半分以下の特性を有する。
第1弾性フォーム440aの50%未満の圧縮率区間では圧縮率による応力が線形的に増加し、50%以上における圧縮率区間では圧縮率による応力が指数的に増加する特性を有する。
第1弾性フォーム440aは、応力が0.3Mpa以上において圧縮率が70%以上である特性を有する。
このように、図19a〜図19bに示されたグラフを参照すると、図18に示された第1弾性フォーム440aは、自身に加えられる低い圧力でも容易に変形されるので、図18に示されたカバー100に入力される客体の圧力に敏感に反応し得る利点がある。
一方、図20は、図18に示された圧力感知部400の第1弾性フォーム440aのさらに他の特性を示す圧縮率−応力曲線である。図18に示された第1弾性フォーム440aは、図19aの圧縮率−応力特性又は図20の圧縮率−応力特性を有し得る。
図20を参照すると、第1弾性フォーム440aの圧縮率が0〜50%の区間における第1弾性フォーム440aの応力の傾きと、第1弾性フォーム440aの圧縮率が50%〜70%の区間における第1弾性フォーム440aの応力の傾きとの間の誤差は5%以内であってもよい。これは、図20に示された第1弾性フォーム440aの圧縮率による応力が線形的であることを意味し、第1弾性フォーム440aの圧縮率による応力が線形的であるため、図19aに示された第1弾性フォーム440aと比較して元の状態への回復力も優れ、加えられる外力によって圧縮率がほぼ一定であるため、ユーザが感じる違和感がさらに少ないという利点がある。
図20に示された第1弾性フォーム440aの圧縮率が70%以上の区間における第1弾性フォーム440aの応力の傾きは、第1弾性フォーム440aの圧縮率が50%〜 70%の区間における第1弾性フォーム440aの応力の傾きの2倍以上である。これは、圧縮率が70%を超過すれば、これ以上圧縮されるのが難しいことを意味する。
一方、図19aに示された第1弾性フォーム440aは、図20に示された第1弾性フォーム440aに比べて、圧縮率が60%未満における圧縮率による応力曲線の傾きが図20の圧縮率による応力曲線の傾きより低い。これは、図19aに示された第1弾性フォーム440aが、図20に示された弾性フォーム440aよりさらに小さい圧力変化にも圧縮が多くなされるということであるから、図19aに示された弾性フォーム440aを使用したタッチ入力装置の感度が、図20に示された弾性フォーム440aを使用したタッチ入力装置の感度よりさらに良いという利点がある。
また、図20を参照すると、第1弾性フォーム440aの圧縮率が0〜70%の区間における第1弾性フォーム440aの応力は、第1弾性フォーム440aの圧縮率に対して線形的であってもよい。
具体的に、第1弾性フォーム440aの圧縮率が0〜70%の区間における第1弾性フォーム440aの応力と第1弾性フォーム440aの圧縮率との間の決定係数(coefficient of determination)が0.9以上であってもよい。
ここで、第1弾性フォーム440aの応力と第1弾性フォーム440aの圧縮率との間の決定係数は、第1弾性フォーム440aの応力と第1弾性フォーム440aの圧縮率との間の相関係数R(coefficient of correlation)の二乗であってもよい。
ここで、第1弾性フォーム440aの応力と第1弾性フォーム440aの圧縮率との間の相関係数Rは、次の[数式1]を介して計算され得る。
数式1
図20に示された第1弾性フォーム440aの圧縮率が0〜70%の区間における第1弾性フォーム440aの応力と第1弾性フォーム440aの圧縮率との間の相関係数Rを[数式1]によって計算すると、次の[表1]の通りである。
上記[表1]において、xiは、図20に示された第1弾性フォーム440aの圧縮率を意味し、yiは、図20に示された第1弾性フォーム440aの圧縮率に対応する第1弾性フォーム440aの応力値である。
上記[表1]のxiとyiとを上記[数式1]に代入すると、相関係数Rは約0.997486である。したがって、第1弾性フォーム440aの圧縮率が0〜70%の区間における第1弾性フォーム440aの応力と第1弾性フォーム440aの圧縮率との間の決定係数は、相関係数Rの二乗に該当する約0.994978である。
再び、図18を参照すると、圧力センサ450、460は、第1弾性フォーム440a上に配置される。具体的に、圧力センサ450、460は第1弾性フォーム440aの上面上に配置される。図18に示されたように、第1弾性フォーム440aの上面に第1接着層431が配置された場合、圧力センサ450、460は第1接着層431上に配置される。
圧力センサ450、460は、先に上述した図4a〜図5e及び図7a〜図12cに示された圧力センサのいずれか一つであってもよい。圧力センサ450、460を用いてカバー100に入力される客体の圧力の大きさを検出することができる。圧力の大きさを検出する方法は、先に図1〜図13で上述したので、具体的な説明は省略する。
第1接着層431は、第1弾性フォーム440aの上面と圧力センサ450、460の下面に接触して、第1弾性フォーム440aと圧力センサ450、460とが互いに離れないように固定する。ここで、第1接着層431の厚さは約30μmであってもよい。
第2接着層432は、圧力センサ450、460の上面とディスプレイモジュール200の下面に接触して、圧力センサ450、460とディスプレイモジュール200とが互いに離れないように固定する。ここで、第2接着層432の厚さは約30μmであってもよい。
図21は、図6bに示されたタッチ入力装置を具体化した他の一例の断面図である。
図21を参照すると、本発明の実施形態によるタッチ入力装置は、カバー100、ディスプレイモジュール200、基板300、及び圧力感知部400’を含む。カバー100、ディスプレイモジュール200、及び基板300は、図18に示されたものと同一であるため、具体的な説明は省略する。
圧力感知部400’は、第1弾性フォーム440a、第1弾性フォーム440a上に配置された圧力センサ450、460、圧力センサ450、460上に配置された第2弾性フォーム440b、第1弾性フォーム440aと圧力センサ450、460との間に配置された第1接着層431、圧力センサ450、460と第2弾性フォーム440bとの間に配置された第2接着層432、及び第2弾性フォーム440bとディスプレイモジュール200との間に配置された第3接着層433を含む。
第1弾性フォーム440aは、図18〜図20に示された第1弾性フォーム440aと同一であり、第1接着層431と圧力センサ450、460も図18に示された第1接着層431と圧力センサ450、460と同一である。
第2接着層432は、圧力センサ450、460の上面と第2弾性フォーム440bの下面に接触して、圧力センサ450、460と第2弾性フォーム440bとが互いに離れないように固定する。ここで、第2接着層431の厚さは約30μmであってもよい。
第3接着層433は、第2弾性フォーム440bの上面とディスプレイモジュール200の下面に接触されて、第2弾性フォーム440bとディスプレイモジュール200とが互いに離れないように固定する。ここで、第3接着層433の厚さは約30μmであってもよい。
第2弾性フォーム440bは、ポリウレタン、ポリエステル、ポリプロピレン、及びアクリルのうちの少なくともいずれか一つを含む。
第2弾性フォーム440bは、第2接着層432と第3接着層433との間に配置される。
第2弾性フォーム440bは、第1弾性フォーム440aより小さい厚さを有する。例えば、第2弾性フォーム440aの厚さは、第1弾性フォーム440aの厚さの半分以下であってもよい。
具体的に、第2弾性フォーム440bの厚さは、80μm以上120μm以下であってもよく、好ましくは100μmであってもよい。第2弾性フォーム440bの色(color)はグレー(gray)であってもよい。第2弾性フォーム440bの密度(denity)は、0.415g/cm3以上0.495g/cm3であってもよい。第2弾性フォーム440bの圧縮永久ひずみ(compression set)は25%未満であってもよい。第2弾性フォーム440bの25%の圧縮力撓み(25% compression force deflection)は0.15kg/cm2以上0.35kg/cm2以下であってもよい。
第2弾性フォーム440bの圧縮率による応力特性は、図19a又は図20に示された第1弾性フォーム440aの圧縮率による応力特性と異なる。具体的に、図22を参照して説明する。
図22は、図21に示された第2弾性フォーム440bの圧縮率による応力特性を示すグラフである。
図22を参照すると、第2弾性フォーム440bの圧縮率による応力曲線は指数的に増加し、逆に応力による圧縮率曲線は指数的に減少する。
第2弾性フォーム440bの厚さが元の状態から半分の厚さまで圧縮されるのに要求される第2弾性フォーム440bの応力の変化量は、図19aに示された第1弾性フォーム440aの応力の変化量より大きい。具体的に、第2弾性フォーム440bの0%〜50%の圧縮率区間における圧縮率による応力の変化量は、図19aに示された第1弾性フォーム440aの0%〜50%の圧縮率区間における圧縮率による応力の変化量の10倍以上である。
第2弾性フォーム440bの応力が0Mpa超過0.05Mpa以下での第2弾性フォーム440bの圧縮率の変化量は、図19aに示された第1弾性フォーム440aの応力が0Mpa超過0.05Mpa以下での第1弾性フォーム440aの圧縮率の変化量より小さい。
第2弾性フォーム440bの0%〜50%の圧縮率区間における圧縮率による応力は指数的に増加するが、図20に示された第1弾性フォーム440aの0%〜50%の圧縮率区間における圧縮率による応力は線形的に増加するという点で差がある。
第2弾性フォーム440bの誘電率は第1弾性フォーム440aの誘電率より小さい。すなわち、第1弾性フォーム440aの誘電率が第2弾性フォーム440bの誘電率より大きい。第2弾性フォーム440bの誘電率が第1弾性フォーム440aの誘電率より小さければ、第1弾性フォーム440aが第2弾性フォーム440bより外部外力にさらによく反応し、元の状態への回復も早いという利点がある。
また、第2弾性フォーム440bの誘電率が第1弾性フォーム440aの誘電率より小さければ、静電容量方式のタッチ入力装置における寄生静電容量を減らすことができる。第1弾性フォーム440aは、静電容量方式のタッチ入力装置において静電容量の変化量による圧力感知に主に用いられるクッションである反面、第2弾性フォーム440bは、第1弾性フォーム440aと比較して、静電容量方式のタッチ入力装置において静電容量の変化量による圧力感知に主に用いられるクッションではない。ところで、圧力感知時にタッチ入力装置で発生する静電容量の変化量には、第2弾性フォーム440bによる寄生静電容量が含まれているため、これを最大限減らすためには、第2弾性フォーム440bの誘電率を低くして寄生静電容量の発生を減らすのが良い。したがって、第2弾性フォーム440bを第1弾性フォーム440aの誘電率より小さくすれば、第2弾性フォーム440bが第1弾性フォーム440aと誘電率が互いに同じか、又は、第2弾性フォーム440bが第1弾性フォーム440aの誘電率より大きい場合より、寄生静電容量を顕著に減らすことができる。
図23は、図6bに示されたタッチ入力装置を具体化したさらに他の一例の断面図である。
図23に示されたタッチ入力装置の圧力感知部400’’は、図18に示されたタッチ入力装置と対比して圧力感知部400と差がある。具体的に、図23に示された圧力感知部400’’は、図18に示された圧力感知部400の第2接着層432を備えていない。
図23に示された圧力感知部400’’の圧力センサ450、460が、図18に示された圧力センサ450、460と異なり、ディスプレイモジュール200に直接形成される。具体的に、圧力センサ450、460がディスプレイモジュール200の下面に、次の様々な方式のいずれか一つの方式を用いて直接形成され得る。
圧力センサ450、460をディスプレイモジュール200の下面に直接形成するための方法として、マスクを用いたフォトリソグラフィ(photolithography)方式、グラビア印刷方式、インクジェット印刷方式、スクリーン印刷方式、フレキソ印刷方式、及び戦転写印刷方式などがある。
以上で、説明した図18〜図23に示されたタッチ入力装置において、圧力センサ450、460は、図15a〜図17iで説明した圧力センサ450であってもよい。
図24は、図6aに示されたタッチ入力装置を具体化した一例の断面図である。
図24を参照すると、本発明の実施形態によるタッチ入力装置は、カバー100、ディスプレイモジュール200、基板300、及び圧力感知部400’’’を含み、圧力感知部400’’’は基板300に配置される。具体的に、圧力感知部400’’’は基板300の下面に配置されてもよい。圧力感知部400’’’はディスプレイモジュール200から離隔されてもよいが、これに限定される訳ではなく、圧力感知部400’’’はディスプレイモジュール200の下面と接してもよい。
図24に示された圧力感知部400’’’の構造は、図18に示された圧力感知部400をひっくり返して第2接着層432が基板300の上面に接着されるようにしたものと同一である。圧力感知部400’’’の各構成(440a、431、450、460、432)は、図18に示された構成と同一であるため、各構成に対する説明は、前の説明に代える。
図25は、図6aに示されたタッチ入力装置を具体化した他の一例の断面図である。
図25に示された圧力感知部400’’’’は、図21に示された圧力感知部400’をひっくり返して第3接着層433が基板300の上面に接着されるようにしたものと同一である。圧力感知部400’’’’の各構成(440a、431、450、460、432、440b、433)は、図21に示された構成と同一であるため、各構成に対する説明は、前の説明に代える。
図26は、図6aに示されたタッチ入力装置を具体化したさらに他の一例の断面図である。図26に示された圧力感知部400’’’’’は、図23に示された圧力感知部400’’をひっくり返して圧力センサ450、460が基板300の上面に直接形成されたものと同一である。圧力感知部400’’’’’の各構成(440a、431、450、460)は、図22に示された構成と同一であるため、各構成に対する説明は、前の説明に代える。
また、以上において、実施形態を中心に説明したが、これは単に例示に過ぎず、本発明を限定する訳ではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性を外れない範囲で、以上に例示されない様々な変形と応用が可能であることが分かるはずである。例えば、実施形態に具体的に示された各構成要素は、変形して実施することができるものである。そして、このような変形と応用に係る相違点は、添付の特許請求の範囲において規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきであろう。