KR101239255B1 - 가요성 멀티터치 센싱 전계발광 디스플레이 - Google Patents

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존 더블유 해머
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글로벌 오엘이디 테크놀러지 엘엘씨
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Abstract

본 발명은 터치감지 EL 디스플레이; 및 입력 이미지 신호에 응답해 컨트롤 신호를 칩렛에 제공하고, 상기 칩렛으로부터 변위신호들을 수신하며 터치신호를 발생하기 위한 컨트롤러를 구비하는 디스플레이 디바이스로서, 상기 터치감지 EL 디스플레이는 가요성 기판과, 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 파워버스들과, 전기신호에 응답해 광을 방출하기 위해 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 EL 소자들과, 별도의 칩렛 기판을 각각 가지며 적어도 2개의 칩렛들이 EL 디스플레 상의 각각의 복수의 터치감지면적들과 연결되도록 배열되고, 해당 터치감지면적에 따른 각각의 변위신호를 제공하기 위해 가요성 기판 또는 칩렛 기판의 휨에 대한 스트레스 또는 스트레인을 감지하기 위한 복수의 제 1 분산 칩렛들을 구비하며, 각 칩렛은 하나 이상의 파워버스들과 하나 이상의 EL 소자들에 연결되어 해당 컨트롤 신호에 응답해 파워버스로부터 전력을 변조하여 하나 이상의 EL 소자들에 전기신호를 제공하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

Description

가요성 멀티터치 센싱 전계발광 디스플레이{Flexible Multitouch Sensing Electroluminescent Display}
더스틴 엘. 윈터스 등(Dustin L. Winters, et al.)이 2008년 8월 14일자로 출원한 발명의 명칭이 "OLED DEVICE WITH EMBEDDED CHIP DRIVING"이며 공통으로 양도되고 동계류중인 미국 가출원 No. 12/191,478을 참조로 하며, 상기 문헌의 개시는 본 명세서에 합체되어 있다.
본 발명은 가해진 힘에 응답하는 일체형 힘작용 멀티터치 스크린을 갖는 가요성 EL 디스플레이를 제공한다.
종래 터치스크린 디스플레이는 일반적으로 박막 트랜지스터 어레이를 포함하는 제 1 기판에 형성되는 디스플레이와 제 2 기판에 형성되거나 제 2 기판과 접촉하는 터치스크린을 결합함으로써 형성된다. 일반적으로, 이 제 2 기판은 디스플레이 기판과 사용자 사이에 위치되어 있다.
이 구성은 극복해야할 많은 문제를 일으킨다. 먼저, 디스플레이와 터치스크린은 별개의 재료들로 만들어져 함께 조립되기 때문에, 일체형 터치스크린을 갖는 디스플레이는 비교적 고가일 수 있다. 이 원가를 줄이기 위해, 터치스크린은 종종 저가의 전자장치를 이용해 형성되며, 이는 감도, 응답시간, 또는 터치스크린의 선택도(selectivity)를 저하시킨다. 가장 공통적인 접근법 중 하나는 터치스크린내 센서의 행들이 어느 한 시간에 어드레스되는 패시브 매트릭스 어드레싱 접근과 신호들이 정확한 2차원 분리없이 전극들의 행렬로부터만 읽어지는 접근을 적용하는 것이다. 예컨대, 옹 등(Wong et al.)의 발명의 명칭이 "Digitizer for flexible display"인 미국 공개공보 No. 2008/0158171는 상기 공보의 도 6에 도시된바와 같은 패시브 어드레싱을 이용한 가요성 디스플레이층을 언급하고 있다. 가령, 박막 트랜지스터(TFT)의 어레이와 커패시터를 이용해 신호가 누적되고 요구시 읽어지게 하는 액티브 어드레싱 기술의 사용이 더 양호한 사용자 응답 및 감도를 제공할 수 있기 때문에 더 바람직하나 매우 고가일 수 있다.
또 다른 문제는 전기신호들이 캡쳐되어 터치스크린의 외부 프로세서에 전달되게 하기 위해 종종 반사금속 트레이스들 또는 다른 불투명 요소들을 포함해 터치 스크린이 종종 완전히 투명하지 않다는 것이다. 이 터치스크린은 종종 디스플레이의 상단 위에 놓이고 투명하지 않기 때문에, 일반적으로 콘트라스트와 이에 따라 아래의 디스플레에 나타난 이미지의 인식 품질을 저하시킨다. 또한, 터치스크린은 종종 디스플레이와 광접촉되지 않아, 따라서 디스플레이에 의해 방출된 광이 2 기판들 사이에 반사될 수 있어 디스플레이어의 유효 콘트라스트를 저하시킨다. 예로서, 쳉(Cheng)의 발명의 명칭이 "Flexible multi-touch screen"인 미국 공개공보 No. 2008/0180399는 "가요성 디스플레이 디바이스 전면에 위치된 투명 패널"을 갖는 가요성 디스플레이를 언급한다. 그러나, 보다 상세히 "투명 패널" 언급에 있어, 이 실시예는 센서들 간의 갭이 바람직하게는 작아지게 하여 감지면적을 늘리고 공간과 투명 센서들 간의 광학적 차를 줄이는 것임을 나타낸다. 따라서, "투명"이라고 하는 이 터치스크린에서 조차도, 쳉은 센서들이 오버레이내 다른 영역들과는 광학적 속성들이 다르고 따라서 완전히 투명하지 않는 광학적 특징들을 갖는 것을 인식한다.
또 다른 문제는 터치스크린이 항상 2차원 위치로부터 데이터를 구별하게 샘플링하는 능력을 갖지 않기 때문에, 사용자가 한 곳 이상에서 디스플레이를 터치할 때 디스플레이가 터치되는 곳을 판단하기가 종종 어렵다는 것이다. 예컨대, 로버츠(Roberts)의 발명의 명칭이 "Force sensors and touch panels using the same"인 미국특허 No. 7,196, 694와 라이티넨 등(Laitinen et al.)의 발명의 명칭이 "Cost efficient element for combined piezo sensor and actuator in robust and small touch screen realization and method for operation thereof"인 미국 공개공보 No. 2007/0103449는 스트레스 또는 스트레인을 측정하기 위한 피에조 액츄에이터(piezo actuator)가 기판의 코너에 또는 가장자리에 배치된다. 그러나, 단 4개의 센서들만 있고 상대적으로 단단한 표면이 센서들의 위치시 단지 제약되기 때문에, 실제로 2곳의 식별 위치에서 2 손가락에 의해 가해진 힘을 이런 타입의 터치패널을 이용한 2곳의 식별 위치들 사이의 중간에 가해진 하나의 힘과 구별할 수 없다.
이들 터치스크린이 갖는 추가 문제는 터치스크린이 유한한 두께를 갖고 이미지면의 앞에 배열된다는 사실로 인해 유발된 시차(parallax)이다. 이런 이유로, 사용자 인식 터치 위치는 디스플레이의 중심에 대한 사용자의 머리 위치에 의해 영향받을 수 있다. 이는 디스플레이의 사용을 더 복잡하게 한다.
또한 터치 이외에 다른 사용자 입력 또는 상호작용을 이용해 사용자와 디스플레이 간의 상호작용을 향상시키는데 사용되는 것이 알려져 있다. 일예로, 가요성 디스플레이가 휘어지는 정도를 결정하고 디스플레이가 휘어짐에 따라 디스플레이가 업데이트되게 할 수 있도록 벤드(bend) 센서들, 가령, 기판내 스트레인을 측정하기 위한 센서들을 포함하는 것이 알려져 있다. 예컨대, 나라야나스와미 등(Narayanaswami et al.)의 발명의 명칭이 "Flexible displays as an input device"인 미국 공개공보 No. 2006/0238494는 사용자가 디스플레이를 휘게 하는 정도를 디스플레이가 결정하게 하도록 가요성 기판에 벤드 센서들을 포함하는 것을 언급하고 있다. 이 공보는 벤드 센서로부터의 출력은 풍부한 사용자 상호작용을 제공하기 위해 다른 센서 값들, 가령 터치 센서에서 얻은 값들과 조합될 수 있음을 개시하고 있다. 이런 상호작용 패러다임은 흥미있으나, 터치스크린에 의해 제공된 물체의 직접 조작을 위해 제공되지는 않는다.
이미지 인식 품질의 열화를 방지하도록 형성된 이미지 위에 놓이지 않고, 가요성 디스플레이와 함께 사용되며, 시차를 띄지 않고, 향상된 감도를 가지며 멀티터치 인터페이스를 가능하게 하는 터치스크린을 갖는 가요성 디스플레이가 필요하다. 사용자가 디스플레이를 누르는 힘 또는 속도와 같이 터치 위치 이외에 정보를 제공하는 가요성 디스플레이에 대한 요구가 계속된다.
본 발명에 따르면,
a) 터치감지 EL 디스플레이와,
b) 입력 이미지 신호에 응답해 컨트롤 신호를 칩렛에 제공하고, 상기 칩렛으로부터 변위신호들을 수신하며, 접촉된 터치감지 EL 디스플레이의 해당 터치감지면적을 나타내는 터치신호를 발생하기 위한 컨트롤러를 구비하는 디스플레이 디바이스로서,
상기 터치감지 EL 디스플레이는
ⅰ) 가요성 기판과,
ⅱ) 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 파워버스들과,
ⅲ) 전기신호에 응답해 광을 방출하기 위해 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 EL 소자들과,
ⅳ) 별도의 칩렛 기판을 각각 가지며 적어도 2개의 칩렛들이 EL 디스플레 상의 각각의 복수의 터치감지면적들과 연결되도록 배열되고, 해당 터치감지면적에 따른 각각의 변위신호를 제공하기 위해 가요성 기판 또는 칩렛 기판의 휨에 대한 스트레스 또는 스트레인을 감지하기 위한 복수의 제 1 분산 칩렛들을 구비하며, 각 칩렛은 하나 이상의 파워버스들과 하나 이상의 EL 소자들에 연결되어 해당 컨트롤 신호에 응답해 파워버스로부터 전력을 변조하여 하나 이상의 EL 소자들에 전기신호를 제공하는 디스플레이 디바이스가 제공된다.
본 발명은 전계발광 디스플레이 디바이스에 단일 가요성 디스플레이 기판상에 집적된 힘 작용 멀티터치 센서를 제공한다. 이 결합은 이미지 품질 열하 또는 이미지와 터치 패널 간의 시차없이 직접 사용자 입력을 지원하는 매우 얇은 가요성 디스플레이 디바이스를 제공한다. 터치센서들을 제공하는 스트레스 또는 스트레인 게이지는 디스플레이를 구동하는 주요 기능을 갖는 칩렛에 또는 칩렛과 함께 집적된다. 따라서, 이들 스트레스 또는 스트레인 게이지의 포함은 이들 센서들이 없는 비교가능한 디스플레이보다 거의 비용 증가가 필요치 않다. 몇몇 배열에서 칩렛들은 상대적으로 고밀도이며 따라서 터치스크린은 고정확도로 멀티터치들을 검출할 능력을 제공할 수 있고, 디스플레이를 휨으로써 스트레스 또는 스트레인으로부터 손가락 또는 스타일러스 터치의 결과로서 발생한 국소적 힘들로부터 유발된 스트레스 또는 스트레인을 분간할 수 있다. 마지막으로, 본 발명은 터치신호를 향상시키기 위해 디스플레이 디바이스내 EL 디바이스들에 의해 발생된 열에 응답하는 스트레스 또는 스트레인 게이지로부터의 신호를 보정하는 보상방식을 제공한다.
본 발명의 내용에 포함됨.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 디스플레이 디바이스의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치감지 EL 디스플레이의 횡단면도 및 칩렛의 부분 횡단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치감지 EL 디스플레이의 일부의 개략도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 유용한 칩렛의 개략도이다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 유용한 컨트롤러의 일부의 개략도이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 유용한 컨트롤러의 일부의 개략도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치감지 EL 디스플레이의 일부분의 개략도이다.
도 7은 본 발명의 디스플레이 디바이스를 적용하는 방법을 도시한 흐름도이다.
본 발명은 터치신호를 제공하기 위해 스트레인 또는 스트레스 센서들의 일체형 어레이와 디스플레이상에 이미지를 디스플레이하고 변위신호들을 수신하는 컨트롤러를 가요성 기판의 EL 디스플레이에 제공한다.
본 발명은 도 1에 도시된 바와 같은 디스플레이 디바이스(2)를 제공한다. 디스플레이 디바이스(2)는 접촉된 터치감지 EL 디스플레이(4)의 해당 터치감지면적을 나타내는 터치신호(8)를 발생할 수 있다. 이 가요성 디스플레이 디바이스(2)는 터치감지 EL 디스플레이(4)와 컨트롤러(6)를 포함하며, 터치 센서들은 EL 디스플레이(4)내에 매설되어 있어, 터치 오버레이, 해당 전자장치 또는 추가 시스템 구성요소들이 필요치 않다. 몇몇 실시예에서, 이 디스플레이에 디스플레이(4)의 변형을 제한하기 위한 가요성 지지면이 제공된다.
본 발명 내에서, 가요성 디스플레이 디바이스(2)는 터치감지 전계발광(EL) 디스플레이(4)와 컨트롤러(6)를 포함한다. 터치감지 EL 디스플레이(4)는 가요성 기판(10)으로부터 형성된다. 하나 이상의 파워버스들(12)이 가요성 기판(10) 위에 형성되고 배치된다. 추가로, 하나 이상의 EL 소자들(14)은 전기신호에 응답해 광을 방출하기 위한 가요성 기판(10) 위에 배치된다. 마지막으로, 복수의 제 1 분산 칩렛들(16a,16b)이 가요성 기판(10)에 위치된다. 각 칩렛들(16a,16b)은 (도 2에 도시된 바와 같이) 별개의 칩렛 기판(29)을 가지며 적어도 2개의 칩렛들(16a,16b)이 EL 디스플레이(4)상의 복수의 터치감지면적(26) 각각과 연결되고 해당 터치감지면적(26)에 따라 각각의 변위신호(18)를 제공하기 위해 가요성 기판(10) 또는 칩렛 기판(29)의 휨과 관련된 스트레스 또는 스트레인을 감지하도록 배열된다. 칩렛이 가요성 기판에 부착됨에 따라, 터치감지 EL 디스플레이(4)에 부과된 스트레스 또는 스트레인이 가요성 기판(10) 및 칩렛 기판(29) 간에 전달되어 가요성 기판 또는 칩렛 기판 중 어느 하나에 형성된 스트레스 또는 스트레인 게이지들이 일반적으로 상관된 값을 제공하게 된다. 이 터치감지 EL 디스플레이(4)에서, 각 칩렛들(16a,16b)은 하나 이상의 파워버스들(12) 및 하나 이상의 EL 소자들(14)에 연결되어 해당 제어신호에 응답해 파워버스들로부터 전원을 변조하여 하나 이상의 EL 소자들(14)에 전기 신호를 제공한다. 예컨대, 커넥터(20)는 칩렛(16a)과 EL 소자(14) 간에 전기연결을 형성한다.
디스플레이 디바이스(2)의 컨트롤러(6)는 입력 이미지 신호(24)에 응답해 제어신호(22)를 칩렛들(16a,16b)에 제공하고 칩렛들(16a,16b)로부터 변위신호들(18)을 수신한다. 컨트롤러는 이들 변위신호들(18)을 이용해 접촉된 터치감지 EL 디스플레이(4)의 해당 터치감지면적(26)을 나타내는 터치신호(8)를 제공한다.
본 발명에 의해 제공된 배열에서, 터치감지신호들을 제공하는 칩렛들(16a,16b)이 터치감지 EL 디스플레이(4)의 가요성 기판상에 형성되고 이에 따라 터치감지 EL 디스플레이상에 나타난 이미지를 겹치게 하지 않는다. 따라서, 본 발명의 디스플레이 디바이스(2)의 이미지 품질이 터치센서들의 존재로 인해 열화되지 않으며 일반적으로 상기 센서들은 EL 소자(14)내 발광면의 수백 옹스트롬내에 형성되기 때문에 전혀 눈에 띄지 않게 된다. 스트레스 또는 스트레인 게이지들이 터치감지 EL 디스플레이(4)의 EL 소자들(14)을 구동하는데 사용되는 칩렛들(16a,16b)에 구성되거나 칩렛들(16a,16b)과 접촉하기 때문에, 이 기술에 덧붙여진 추가비용이 최소화되고, 디스플레이당 다수의 종종 수백 개 또는 수천 개의 센서들의 액티브 컨트롤을 가능하게 한다. 따라서, 신호들은 터치위치(즉, 터치감지면적(26))를 결정하기 위해 여러 칩렛들(16a,16b)로부터 이용될 수 있어, 향상된 감도를 제공하며 다수의 동시 터치들의 디코딩을 가능하게 한다. 급히 어드레스될 수 있는 이 고밀도 센서 어레이들은 가요성 기판(10)의 일반적인 휨이 별개의 터치들과 구분되게 하여, 피적용 스트레스 또는 스트레인 게이지들이 가요성 기판(10)에 매설된 스트레스 또는 스트레인 게이지들을 이용해 터치 인터페이스를 제공하게 한다. 이 기능은 터치감지 EL 디스플레이(4)의 휨으로 인해 거리의 함수로서 스트레스 또는 스트레인에서의 변화가 느려지게 되고 터치들로 가요성 기판(10)내 스트레스 또는 스트레인에서의 변화가 더 국소적이게 되도록 가요성 기판(10)의 변형을 제한하기 위한 선택적 가요성 지지면의 사용을 통해 더 향상된다. 소정 배열들로 스트레스 또는 스트레인에서의 변화의 함수로서 연속 신호들을 제공하는 스트레스 또는 스트레인이 있으므로 인해 사용자가 터치감지 EL 디스플레이(4)를 누르는 힘 또는 속도를 포함한 터치 위치 이외의 정보가 제공된다.
본 발명의 터치감지 EL 디스플레이(4)로부터의 광방출은 일반적으로 한 쌍의 전극들 사이에 코팅된 전계발광층으로부터 형성된다. 이들 디바이스들은 일반적으로 탕 등(Tang et al.)의 1988년 9월 6일자로 출원된 US 4,769,292 및 반슬리케 등(VanSlyke et al.)의 1991년 10월 29일자로 출원된 US 5,061,569을 포함한 종래 기술에 기술된 바와 같은 유기 홀수송층, 유기 발광층 및 유기 전자수송층을 구비한 순순한 유기성 작은 분자 또는 폴리머 재료를 이용한 전계발광층들을 포함한다. 다른 전계발광층은 일반적으로 바웬디 등(Bawendi et al.)의 2005년 3월 1일자로 출원된 US 6,861,155에 기술된 발광층들과 같이, 무기 발광층과 결합하여 유기 홀수송층 및 전자수송층을 포함한 유기 및 무기 재료를 포함한다. 다른 대안적인 배열들로, 발명의 명칭이 "Quantum Dot Light Emitting Layer"인 2005년 9월 14일자로 출원된 미국 특허공개공보 US 2007/0057263에 기술된 디바이스와 같이 전체적으로 무기 재료들로 전계발광층이 형성된다. 본 발명의 터치감지 EL 디스플레이(4)는 가요성 기판(10)을 통해 또는 가요성 기판 맞은 편을 통해 광을 방출할 수 있다.
가요성을 제공하기 위해, 터치감지 EL 디스플레이(4)는 가요성 기판(10)에 형성된다. 이 가요성 기판(10)은 종종 얇은 금속시트 또는 폴리머 재료로 형성된다. 얇은 금속기판은 스테인레스강으로 제조된 기판을 포함하며, 상기 기판은 디바이스가 형성되는 스테인레스강의 표면을 완화하거나 절연시키기 위해 폴리머층이 코팅된다. 대안으로, 가요성 기판(10)은 일반적으로 가요성 기판(10)을 통한 습도의 침투를 방지하기 위한 재료로 코팅된 가요성 플라스틱 시트에 형성된다. 본 발명에 유용해지기 위해, 가요성 기판(10)은 일반적으로 100 그램 미만의 힘으로 변형되며 직경이 2인치인 실린더의 표면 주위로 감겨지게 적어도 한 차원을 따라 휘어질 수 있다.
칩렛(16a,16b)은 별개로 제조된 집적회로로서, 터치감지 가요성 EL 디스플레이(4)에 장착되고 매설된다. 대부분의 종래 마이크로칩(또는 칩)과 같이, 칩렛(16a,16b)은 (도 2에 도시된 바와 같은) 칩렛 기판(29)으로 제조되고 집적된 트랜지스터들 및 절연층들과 도체층들을 포함하며, 이들은 반도체 제조시설(또는 실험실)에서 포토리소그래피 방법을 이용해 증착된 후 패턴화된다. 이들 칩렛(16a,16b)에 있는 트랜지스터들은 터치감지 가요성 EL 디스플레이(4)의 EL 소자(14)에 전류를 변조하기 위해 트랜지스터 드라이브회로에 배열된다. 칩렛(16a,16b)은 종래 마이크로칩보다 더 작고 종래 마이크로칩과는 달리 와이어 본딩 또는 필립칩 본딩에 의한 전기 연결이 칩렛(16a,16b)에 이루어지지 않는다. 대신, 각 칩렛(16a,16b)을 가요성 기판(10)에 장착한 후, 도전층 및 절연층의 증착 및 포토리소그래피 패턴화가 필요한 부착을 형성하도록 사용된다. 따라서, 연결은 일반적으로 예컨대 크기가 2 내지 15 마이크로미터인 공도를 이용해 작게 형성된다.
칩렛(16a,16b)은 종래 실리콘 제조시설에서 제조되기 때문에, 이들 칩렛(16a,16b)내 반도체는 매우 안정적이며 튼튼하고 우수한 전자 이동도를 갖는다. 이와 같이, 파워버스(12)로부터 EL 소자(14)로 전류를 변조하기 위한 트랜지스터들은 종종 매우 작다. 또한, 기준 트랜지스터들은 소정 배열로 칩렛내에 형성되며, 매우 일정량의 전류를 보낸다. 그러나, 반도체의 이동도는 온도에 따라 약간 변하기 때문에, 이들 기준 트랜지스터들을 통한 전류 흐름은 일반적으로 온도와 직접 상관되며 따라서 이들 기준 트랜지스터들은 가요성 EL 디스플레이(4)의 국소적 영역내 각 칩렛(16a,16b)의 온도의 측정을 제공하는데 사용된다. 몇몇 실시예에서, CMOS 센서들이 또한 각 칩렛(16a,16b)내 광센서를 제공하는 각각의 이들 칩렛에서 광의 변화를 검출하기 위해 이들 칩렛 내에 형성된다. 다른 몇몇 배열들로, 스트레스 또는 스트레인을 측정하기 위한 수단들이 이들 칩렛내에 구성된다. 예컨대, 몇몇 배열들에서, 압전센서들이 칩렛 내에 제조된다. 따라서, 이들 압전센서로부터 전류흐름은 일반적으로 칩렛에 가해진 스트레스 또는 스트레스와 상관된다.
본 발명은 일반적으로 터치센서들을 이용하며 이들은 가요성 기판(10)내 스트레스 또는 스트레인을 측정한다. 이들 터치센서들은 칩렛 내에 구성되고 칩렛에 가해진 스트레스와 상관되는 측정가능한 전류를 발생하기 위해 칩렛의 결정 격자에 가해지는 힘들에 반응하는 압전센서들을 포함하거나 디스플레이 구조내에 얇은 도체(종종 금속) 패턴으로 형성되고 칩렛들 중 하나에 연결된 스트레인 게이지(52a,52b)를 포함한다. 이런 타입의 스트레인 게이지에 전기신호가 제공되고 스트레인 게이지를 통과한 전류는 가요성 기판(42)이 노출되는 스트레인 량을 나타낸다. 보다 상세한 실시예들이 본 명세서에 더 제공된다. 본 발명은 변위신호들을 제공하기 위해 다수의 칩렛들이 있는 것이 필요하며 따라서, 디스플레이가 멀티 터치센서들을 갖는 것이 단지 요구된다. 그러나, 상대적으로 고밀도 터치센서들을 제공하는 것이 본 발명의 실시예에서 유용하다. 본 발명의 터치감지 EL 디스플레이(4)는 일반적으로 디스플레이 면적의 매 5㎠마다 적어도 하나의 터치센서를 포함하고 각 터치감지 EL 디스플레이(4)는 일반적으로 적어도 20개의 터치센서들을 포함한다. 보다 바람직한 실시예에서, 본 발명의 터치감지 EL 디스플레이(4)는 일반적으로 100개 보다 많은 터치센서들을 포함한다.
그러나, 압전 디바이스 또는 종래 스트레인 게이지들 중 어느 하나는 당면한 환경의 온도에 의존하는 신호를 제공하는 것에 주목해야 한다. 본 발명의 EL 소자(14)가 이상적으로 전기를 광으로 변환해야 하지만, 이 변환 효율은 종종 바라는 것보다 덜하며 따라서 EL 소자(14)에 제공된 전력의 상당한 부분이 일반적으로 열로 변환된다. 또한, 파워버스(12)내 저항과 디스플레이내 다른 전기 구성요소들은 일반적으로 열의 형태로 원치않게 에너지를 손실한다. 따라서, 이 전류의 일부가 열로 변환됨에 따라 이들 센서 부근에 있는 EL 소자(14)에 제공된 전류에 의해 가요성 기판(10) 및 압전 디바이스의 온도 또는 스트레인 게이지들이 직접 영향받는다. 이 열은 스트레스 또는 스트레인과만 이상적으로 상관되어야 하는 터치센서들을 통해 직접 측정된 전류에 영향을 끼친다. 따라서, 본 발명의 몇몇 실시예에서, 측정되거나 예상된 온도에 응답해 스트레스 또는 스트레인 게이지들로부터 리드아웃 또는 전류를 보정하는 것이 필요하다.
본 발명에서, "터치감지면적"이라는 용어가 사용된다. 이 용어는 터치 위치가 결정되는 터치감지 가요성 EL 디스플레이(4)의 면적에 대한 것이다. 본 발명의 디스플레이 디바이스(2)의 몇가지 배열들에 있어, 개개의 스트레인 또는 스트레스 게이지들이 조밀하게 모여있고 이에 따라 가요성 기판(10)을 편향시키는 손가락과 같은 크기의 물체와 함께 터치감지 가요성 EL 디스플레이(4)로 측정가능한 스트레스 또는 스트레인 신호가 가요성 기판(10) 상의 고유 위치에 각각 있는 여러 센서들에 제공되게 한다. 이와 같이, 가요성 기판 또는 하나 이상의 칩렛 기판(들)의 스트레스 또는 스트레인을 나타내는 변위신호들(18)이 여러 센서들에 의해 컨트로러(6)에 제공된다. 컨트롤러(6)는 일반적으로 이들 여러 변위신호들(18) 및 몇몇 배열에서 이들 힘 성분들을 이용해 터치 위치를 판단한다. 이 터치 위치에는 본 발명의 몇몇 실시예에 따라 임의의 터치감지면적내 고도의 정확도가 제공된다. 도 1은 2개 칩렛들(16a,16b) 간의 면적으로 터치감지면적(26)을 도시한 것이나, 내삽 또는 삼각측량법과 같은 수학적 기술을 이용해 본 발명의 컨트롤러(6)에 의해 구별된 최소 터치감지면적은 일반적으로 이 면적보다 훨씬 더 작아져, 다수의 터치감지면적들(26)이 임의의 2개 칩렛들(16a,16b) 또는 터치 센서들을 식별하게 하는 것임에 유의해야 한다.
몇몇 실시예들도 또한 선택적 지지면을 포함한다. 이 선택적 지지면은 터치감지 가요성 EL 디스플레이(4)와 관련없는 가요성 기판(10)의 휨을 제한하는데 이용된다. 바람직한 실시예에서, 이 선택적 지지면은 일반적으로 터치로 인해 힘에 노출될 때 가요성 기판(10)의 위치 편향을 허용하나, 이 편향을 유발하는 힘에 대한 반작용력을 제공한다. 구체적 실시예가 도 2에 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 터치감지 EL 디스플레이(30)는 칩렛(28)을 포함하고, 각각의 칩렛들은 칩렛 기판(29)상에 형성된다. 터치감지 EL 디스플레이는 선택적 압축성 지지면(32) 반대 방향으로 광이 터치감지 가요성 EL 디스플레이(4)로부터 방출되도록 선택적 압축성 지지면(32)에 장착된다. 이 선택적 압축성 지지면(32)은 예컨대 고밀도 폼(foam)으로 형성된다. 이 선택적 압축성 지지면(32)은 이상적으로 터치감지 EL 디스플레이(6)보다 더 두껍다. 바람직한 실시예에서, 선택적 압축성 지지면(32)은 일반적으로 두께가 1 내지 10㎜이어서, 사용자가 표면의 편향을 느낄 수 있다. 선택적 압축성 지지면(32)은 일반적으로 두께가 2㎜ 보다 크고 바람직하게는 적어도 5㎜의 편향을 허용할 정도로 충분히 두껍다. 몇몇 실시예에서, 이 선택적 압축성 지지면(32)은 다른 선택적 추가 지지 서브기판(34)에 부착된다. 이 추가 지지 서브기판(34)은 이상적으로 터치감지 EL 디스플레이(30)처럼 국소적 편향에 민감하지 않는 휘어지고 말려질 수 있는 재료로 형성된다. 이와 같이, 터치감지 EL 디스플레이(6)가 선택적 압축성 지지면(32) 및 선택적 추가 지지 서브기판(34)상에 장착되는 경우, 컴팩트한 저장을 위해 전체 기기를 말거나 터치와는 다른 힘에 응답해 터치감지 EL 디스플레이(4)의 휨을 제한하는 동안 상호작용을 가능하게 하기 위해 랩(lap)과 같은 불규칙 표면 위에 전체 기기를 둘 수 있다. 이와 같이, 추가 지지 서브기판(34)의 인식가능한 국소 편향을 일으키는데 필요한 힘은 일반적으로 터치감지 EL 디스플레이 또는 선택적 압축성 지지면(32)의 동등한 국소 편향을 일으키는데 필요한 힘보다 적어도 크기가 크다. 이 같은 터치감지 EL 디스플레이(4)는 테이블탑 또는 가요성 기판(10)에 인접한 추가 지지 기판(34)과 같이 다소 단단한 지지물을 포함할 수 있다.
본 발명의 디스플레이 디바이스(2)에 유용한 터치감지 EL 디스플레이(4)의 일부분(40)이 도 3에 도시되어 있다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 터치감지 EL 디스플레이(4)는 복수의 분산 칩렛들(44a,44b)를 포함한다. 이들 칩렛들(44a,44b)은 가요성 기판(42)의 표면 위로 분포되어 부착된다. 일예로, 이들 칩렛들(44a,44b)은 접착제에 의해 가요성 기판(42)에 부착되고 그런 후 칩렛들(44a,44b)의 상단 위에 두꺼운 평탄층을 제공함으로써 가요성 기판(42)에 밀봉된다. 그리고 나서 공도가 이 평탄층을 통해 형성되어 칩렛에 대한 전기접촉을 허용한다. 금속층이 이 평탄층 위에 형성되어 파워버스(46), EL 소자(48)용 전기커넥터(54) 및 데이터 신호 제공용 신호 와이어(50)를 포함한 유용한 특징들을 형성하도록 패턴화된 공도 및 금속을 통해 칩렛들(44a,44b)에 전기 접촉을 하게 한다. 몇몇 실시예에서, 이런 동일한 금속층은 칩렛들에 연결된 스트레인 게이지(52a,52b)를 제공하도록 패턴화된다. 이와 같이, 디스플레이는 단일 금속층 및 스트레인 게이지를 포함하고, 파워버스가 이 단일 금속층으로부터 모두 형성된다. 몇몇 배열에서 이 금속층은 EL 소자(48)용 전극을 형성하는데 사용된다. 대안으로 은, ITO 또는 다른 적절한 재료로 된 얇은 층과 같은 투명 도체들이 금속층 위에 증착되고 EL 소자(48)용 제 1 전극을 형성하도록 패턴화된다. 그런 후 EL 층들이 다음에 EL 소자(48)를 형성하기 위해 제 2 전극이 증착된다. 전체 디바이스는 가요성 터치감지 EL 디스플레이(4)를 형성하기 위해 가요성 기판에 가요성 커버 시트를 부착함으로써 캡슐화될 수 있다. 이 실시예에서, 터치감지 EL 디스플레이(4)의 일부(40)는 파워버스(46)로부터 전력을 변조해 하나 이상의 EL 소자들(48)에 전기 신호를 제공하기 위한 복수의 분산 칩렛들(44a,44b)을 포함한다. 이 전기신호는 전기 커넥터(54)를 통해 제공된다. 터치감지 EL 디스플레이(4)의 일부(40)는 가요성 기판(42)에 형성된 복수의 스트레인 게이지들(52a,52b)을 더 포함하고, 하나 이상의 스트레인 게이지들(52a,52b)은 편향으로 인해 가요성 기판의 스트레인을 각각 측정하기 위해 각각 칩렛(44a,44b)에 연결된다.
도 4는 일실시예내의 칩렛(44a,44b)의 구성요소들을 도시한 것이다. 도시된 바와 같이, 도 4에서 칩렛(60)은 도 3의 파워버스(46)로부터 도 3의 전기 커넥터(54)까지 전력을 변조하기 위해 칩렛(60)에 매설된 회로에 도 3의 전기커넥터(54)를 연결하기 위해 접촉점(62)을 제공한다. 이들 회로는 도 3의 신호와이어(50)에 제공된 신호에 응답하며, 상기 와이어는 도 3의 파워버스(46)로부터 전력을 변조하기 위해 도 4의 신호와이어 접촉점(66a,66b)에 연결되고, 상기 파워버스는 칩렛의 파워버스 접촉점(64)에 연결된다.
도 3의 스트레인 게이지(52a)의 양단을 칩렛에 연결하기 위한 스트레인 게이지 접촉점(68a,68b)이 도 4에 또한 도시되어 있다. 이들 접촉점들은 스트레인 게이지 회로(70)가 상기 스트레인 게이지를 통해 기지의 전압을 제공하게 하고, 스트레인 게이지를 통해 흐르는 전류를 측정하게 하며 전류에 의해 부과된 전류 또는 스트레인을 나타내는 신호를 도 1의 컨트롤러(6)에 제공하게 한다. 이 실시예에 도시된 바와 같이, 이 신호는 동일한 신호와이어들(50) 위로 제공된 컨트롤신호(22)와 시다중화(time-multiplex)되고 따라서 이들 공유된 신호와이어들(50) 위로 변위신호(18)로서 컨트롤러에 전달될 수 있다.
도 4의 칩렛(60)은 칩렛내 스트레스를 측정하기 위한 압전소자(72)를 더 포함한다. 이 압전소자는 또한 도 3의 신호와이어들(50)을 통해 도 1의 컨트롤러(6)에 변위신호를 만들어 제공하기 위해 전류를 제공 및 측정하는 회로를 포함할 수 있다. 따라서, 도시된 바와 같이, 하나 이상의 칩렛들은 칩렛 기판의 스트레스를 측정하기 위한 압전소자(72)를 포함한다. 가요성 기판(42)상의 각 칩렛(60)은 압전소자(72)를 포함할 필요는 없으나, 멀티 칩렛들(60)이 일반적으로 가요성 기판(42)상에 제공되며, 각각의 칩렛은 해당 변위신호(102)를 발생하기 위해 칩렛 기판(29)의 스트레스를 측정하기 위한 압전소자(72)를 포함한다(도 5b에 도시됨).
도 3 및 도 4내에 도시된 특정 실시예는 스트레스를 측정하기 위해 칩렛과 상기 칩렛내 압전센서에 부착된 종래 스트레인 게이지를 모두 포함하나, 터치감지 EL 디스플레이에 가해진 힘을 판단하기 위해 센서들을 둘 다 갖는 중복이 필요치 않다. 그러나, 이 특정 실시예에서, 종래 스트레인 게이지(52a,52b)의 장축은 도 3에서 화살표(58a)로 표시된 방향을 따라 지향되며, 압전센서(72)를 포함한 칩렛(44a)의 장축은 화살표(58b)로 표시된 수직방향으로 지향되어 있는 것에 유의해야 한다. 이 특정 배열은 센서들이 다른 방향으로 가요성 또는 칩렛 기판의 편향보다는 이들 구조의 장축에 수직한 축을 따른 가요성 또는 칩렛 기판의 편향에 더 민감하기 때문에 가해진 힘에 응답하는 이들 2차원을 따른 스트레스 또는 스트레인을 구분하는데 특히 유용하다.
온도센서(74)가 도 4의 칩렛(60)에 또한 도시되어 있다. 이 온도센서는 일반적으로 몇몇 실시예에서 전류의 흐름이 측정되는 TFT를 포함한다. 이 전류는 일반적으로 온도 증가에 따라 증가하고 온도 감소에 따라 감소한다. 이 센서는 도 3의 신호 와이어(50)를 통해 도 1의 컨트롤러(4)에 온도신호를 제공하거나, 이 전류를 이용해 도 3의 압전센서(72) 또는 종래 스트레인 게이지(52a,52b)에 의해 제공된 신호 값들을 조절한 다음에 이들 신호 값들이 도 3의 신호와이어들(50)을 통해 도 1의 컨트롤러(4)에 제공된다. 각 칩렛(44a)은 도 3에 도시된 바와 같이 가요성 기판(42)상의 영역(78)에 해당하는 것에 유의하라. 따라서, 온도센서(74)에 의해 제공된 온도신호는 일반적으로 칩렛(44a)의 온도를 제공하고, 칩렛(44a) 주위 영역(78)내 가요성 기판(42)의 온도를 근사한다. 이와 같이, 가요성 기판(42)은 하나 이상의 영역들(78)로 나누어지며, 각 영역은 하나 이상의 복수의 칩렛들(44a)을 포함하며, 각 영역(78)내 적어도 하나의 칩렛(44a)은 가요성 기판 또는 칩렛 기판의 온도를 판단하고 온도 변화에 대해 보정되는 터치신호(8)를 제공하도록 온도신호를 제공하기 위한 온도센서(74)를 포함한다. 몇몇 배열에서, 이 온도신호는 컨트롤러(6)에 제공되며, 컨트롤러(6)는 온도신호를 이용해 약술한 바와 같이 온도 변화에 대해 보정되는 터치신호(8)를 제공한다. 대안으로, 칩렛(44a)은 압전소자(72) 또는 종래 스트레인 게이지(70)로부터 신호를 조절해 전력이 EL 소자(14)에 제공될 때 발생하는 온도 변화에 대해 보정되는 터치신호(8)를 제공하도록 변위신호(18)를 조절할 수 있다. 한가지 배열로, 이 보정은 온도센서(74)에 의해 제공된 전류로부터 임계전류를 빼고, 결과를 역으로 한 후 상기 결과 또는 결과의 상관을 압전소자(72) 또는 종래 스트레인 게이지(52a,52b)에 제공된 전류로부터 뺌으로써 달성될 수 있다. 이처럼, 각 영역(78)에서 적어도 하나의 칩렛(60)은 칩렛(44a)의 결정된 온도에 해당하는 온도신호를 판단하고 변위신호(18)를 조절하며, 상기 변위신호들은 몇몇 실시예에서는 신호와이어(50)에 제공된 신호들에 포함되며 변위신호(18)가 온도 변화에 대해 보상되는 터치신호(8)를 제공하는 컨트롤러(6)에 제공되기 전에 터치감지영역(78)에 해당한다.
온도에 따른 상관을 직접 측정하게 온도센서(74)가 칩렛(60)에 제공되어 디스플레이가 해당 터치감지영역에 일치하는 변위신호(18)를 조절하게 하도록 터치 센서가 온도 변화에 대해 보정되게 허용하나, 반드시 이런 센서들이 온도 변화에 대한 터치신호를 보정하기 위해 이런 상관 값을 직접 측정하도록 제공될 필요는 없다. 다른 실시예에서, 이 온도는 터치감지 EL 디스플레이(40)의 영역에 제공된 전류의 평가를 판단하고 이 평가를 터치감지 EL 디스플레이내 영역의 온도에서 변화 또는 온도를 간접적으로 판단하게 적용함으로써 평가된다.
도 5a는 도 3에 도시된 가요성 기판(42)의 여러 영역들(78)에서 온도를 평가하는 컨트롤러의 일부를 제공한다. 일실시예로, 컨트롤러(80)는 입력 이미지 신호(82)를 수신하기 위한 유닛(84)을 포함하고, 이 신호를 선형강도 변환유닛(86)에 제공한다. 이 유닛은 입력이미지신호(82)에서의 값을 선형강도 값으로 변환하며, 상기 선형강도 값들은 일반적으로 전류와 상관된다. 이들 값들은 선형강도 처리유닛(88)에 제공된다. 몇몇 실시예들에서, 선형강도 처리유닛(88)은 각각의 여러 영역들(78)에 다른 합이 제공되도록 가요성 기판내 여러 영역들에 해당하는 좌표들을 포함하는 선형 강도값을 합한다. 보다 상세하게, 입력 이미지 신호는 일반적으로 입력 이미지 신호(82)내 각 EL 소자에 대한 소정의 휘도를 나타내기 위해 시간 순서대로 제공된 일련의 값들을 포함하고, 입력 이미지 신호(82)에서 각 값의 디스플레이 디바이스상에 각 EL 소자의 좌표는 선형 역추적 신호와 같이 기준신호에 대해 각 신호의 타이밍에 의해 내포된다. 이들 내포된 좌표를 적용함으로써, 각 영역(78)내 모든 EL 소자들에 대해 값들이 합산된다. 몇몇 실시예에서, 합은 영역유닛(94) 당 선택적 평가온도로 제공되며, 상기 유닛은 가요성 기판(42)의 여러 영역들(78) 각각에 있는 가요성 기판 또는 칩렛 기판의 온도 평가를 계산한다. 그러나, 몇몇 배열에서, 합은 각 해당 영역(78)내 가요성 기판 또는 칩렛 기판 온도의 평가로서 직접적으로 적용된다. 그런 후, 각각의 복수의 영역들(78)내 평가된 온도 값들은 온도 변화로 인한 이 신호의 변화를 보정하기 위해 다른 유닛들에 의해 스트레스 또는 스트레인 신호들을 보정하도록 적용된 온도신호(96)로서 출력된다. 더 논의되는 바와 같이, 이 보정은 온도 변화에 대해 보정되는 터치신호를 제공하기 위해 온도 평가의 역수로 변위신호들을 스케일링하는 것을 포함한다. 도 5a에 도시된 컨트롤러의 일부(80)는 또한 드라이브 신호유닛(90)을 만들 수 있고, 상기 유닛은 일반적으로 선형강도 값들을 수신하고 이들 값들을 처리해 드라이브 신호(92)를 제공하며, 상기 신호는 EL 소자(14)의 광출력을 제어하기 위해 칩렛(16a,16b)에 제공된다. 이 실시예에 기술된 바와 같이, 가요성 기판(42)은 하나 이상의 영역들(78)로 분할되며, 각 영역(78)은 복수의 칩렛들(44a)중 하나 이상을 포함하며, 도 5a에 그 일부(80)가 도시된 컨트롤러는 각 영역내 가요성 기판(들) 또는 칩렛 기판(들)의 온도를 평가하고 해당하는 온도신호(96)를 제공하기 위한 입력 이미지 신호에 응답하는 평가 기기를 더 포함하며, 컨트롤러는 온도신호(96)를 이용해 온도 변화에 대해 보정되는 터치신호를 제공한다.
도 5b는 변위신호(102) 및 컨트롤러부(80)에 의해 제공된 온도신호(96)와 같은 온도신호(104)를 수신하고, 터치신호(106)를 출력하기 위한 제 2 컨트롤러부(100)를 도시한 것이다. 그러나, 이 온도신호(104)는 도 4에 도시된 칩렛(60)내 온도센서(74)를 포함한 다른 소스로부터 나올 수 있다. 일반적인 배열로, 가요성 기판(42) 상의 칩렛(60)은 변위신호(102)를 제 2 컨트롤러부(100)에 제공한다. 이들 변위신호(102)는 터치 또는 기타 힘에 의해 매설된 터치센서들(즉, 스트레인 게이지(52a,52b) 또는 압전소자(72))에 부과된 스트레스 또는 스트레인량을 나타낸다. 그런 후, 제 2 컨트롤러부(100)는 이들 신호들을 터치신호(106)로 변환시킨다. 터치신호(106)는 일반적으로 하나 이상의 터치 위치들을 포함하며, 일반적으로 사용자의 동작에 응답해 이들 신호를 이용하는 상위 컨트롤러에 제공된다. 그러나, 몇몇 실시예에서, 터치신호(106)는 위치성분 및 힘성분을 포함한다. 그리고 나서 힘 성분은 사용자에 응답해 또한 이용될 수 있다. 몇몇 실시예에서, 컨트롤러는 변위신호의 힘성분이 선택된 레벨보다 클 때에만 또는 이 힘성분이 특정 시간 간격내 선택된 량만큼 변할 때 터치신호를 제공한다.
도 5b를 참조하면, 제 2 컨트롤러부(100)는 변위신호(102)를 수신하기 위한 변위신호 수신유닛(108)과 온도신호 수신유닛(112)을 포함한다. 이들 유닛들은 변위신호(102) 및 온도신호(104)를 디코딩하여 변위신호값(110) 및 온도신호값(114)을 제공하며, 상기 값들은 시간 동기화되어 도 3의 가요성 기판(42)상의 같은 영역(78)에 속하는 식으로 변위신호 값(110) 및 온도신호값(114)이 제공된다. 이들 값들(110,114)은 온도신호값(114)의 함수로서 변위신호값(110)을 조절하는 변위신호 보정유닛(116)에 제공된다. 특히, 변위신호 보정유닛은 일반적으로 터치감지 EL 디스플레이(4)내 EL 소자들(14)에 제공된 전류 증가에 의해 가요성 또는 칩렛 기판의 온도가 높아짐에 따라 스트레인 게이지(52a)와 압전소자(72)가 일반적으로 높은 신호값을 제공하기 때문에 변위신호값(110)이 온도신호값(114)의 역 함수로서 조절되도록 컨트롤을 제공한다. 따라서, 이 변위신호 보정유닛(116)은 변위신호 값들(110)을 조절해 온도변화에 대한 스트레인 게이지(52a)와 압전소자(72)의 감도를 보상하여 보정된 변위신호값(118)을 제공한다.
그런 후, 보정된 변위 신호값(118)은 상대변위 계산유닛(120)에 제공된다. 가요성 기판(42)은 휘어질 수 있기 때문에, 언제나 평평하지 않고 따라서 터치감지 EL 디스플레이가 터치되지 않을 때에도 적어도 스트레인 게이지 또는 압전소자의 서브세트에 의해 스트레인 또는 스트레인이 나타나지게 된다. 그러므로, 제 2 컨트롤러부(100) 및 보다 상세하게는 상대변위 계산유닛(120)은 정적 스트레인 또는 스트레스에 대한 응답을 방지할 수 있으나, 대신 히스토리 값을 기초로 한 신호를 조절할 수 있다. 이를 달성하기 위해, 상대변위 계산유닛(120)은 변위 버퍼(124)로부터 기준변위신호(122)를 검색할 수 있다. 변위 버퍼(124)는 메모리로서, 각 영역에 대한 기준변위신호(122)를 저장한다. 그런 후 상대변위 계산유닛은 선택적으로 임의의 값들을 0 이하로 잘라 보정된 변위신호값(118)으로부터 기준변위신호(122)를 뺌으로써 절대 변위신호(126) 값을 계산한다. 이 상대변위 계산유닛(120)은 보정 변위신호값이 일정한 휨을 디스플레이에 가함으로써 야기된 정적 스트레스 또는 스트레인 값들에 대해 보정되게 할 수 있다. 몇몇 실시예에서, 이 유닛(120)은 디스플레이 신호들내 보정된 변위신호값(118)에서의 국소영역 및 대영역 변화들을 구별하기 위한 추가 공간 필터링을 제공할 수 있다. 가요성 기판(10)이 휘어지므로 일반적으로 스트레인 또는 스트레스에 있어 공간주파수 변화가 낮아지고 터치들로 일반적으로 스트레인 또는 스트레스에 있어 공간주파수 변화가 높아지기 때문에, 이 유닛은 이런 타입의 변형을 구별할 수 있다. 즉, 상대변위 계산유닛이 보정된 변위신호값(118)에 하이패스 또는 대역통과 공간필터를 적용하고 터치 위치들을 식별하기 위해 변위신호 임계유닛(126)에 결과를 제공할 수 있다. 이 하이패스 또는 대역통과필터는 종종 약 1 내지 2cm 일반적으로는 0.2 내지 2.5cm의 크기 정도의 공간을 갖는다.
그런 후 절대 변위신호(126)가 다음 유닛(128)으로 출력된다. 상대변위 계산유닛(120)은 또한 수신된 기준변위신호(122)를 계산하고 이를 나중 사용을 위해 변위버퍼(124)에 저장할 수 있다. 예컨대, 상대변위 계산유닛(120)은 이전 상대변위 신호값과 절대변위신호(126)의 지수함수적 이동 평균을 계산하고 수신된 기준변위신호(122)로서 이 값을 변위버퍼(124)에 저장할 수 있다. 그리고 나서 임계 변위신호유닛(128)이 절대 변위신호(126)를 임계치로 하여 기설정된 임계치보다 더 큰 절대 변위신호를 갖는 임의의 영역을 나타내는 플래그 신호(140)를 발생할 수 있다. 위치할당유닛(134)은 또한 절대 변위신호(126)와 동기되는 변위신호 임계유닛(128)으로부터 타이밍 신호(130)를 수신하고 위치좌표를 할당해 좌표신호(136)를 형성한다. 터치위치 판단유닛(142)은 플래그 신호(140)를 이용해 임계치보다 더 큰 변위신호 값에 해당하는 좌표신호(136)로부터 위치좌표를 선택한다. 이들 좌표들은 위치신호(144)를 이룬다. 동시에, 변위신호 임계유닛(128)은 이들 값들이 임계치보다 큰 경우 힘판단유닛(138)으로 변위신호(132)를 출력한다. 이 유닛(138)은 표준 변환방법을 이용해 변위신호를 힘 단위로 변환하고 힘 신호(146)를 출력한다. 그런 후 힘 및 터치 제공유닛(146)은 임계치보다 큰 변위신호를 갖는 각 영역에 대한 좌표 세트와 힘 신호를 수신한다. 이들 신호로부터, 힘 및 터치 제공유닛(146)은 좌표의 연속성과 힘 신호(146)를 기초로 상기 위치들을 잠재적 터치 지점들로 클러스터를 만든다. 이 유닛(148)은 클러스터 분석과 같은 기술을 이용해 클러스터들의 좌표를 판단할 수 있거나 경향 분석을 적용해 힘 신호(146)에서 최소 또는 최대에 근접한 값들을 결정하여 터치위치들의 가능한 중심궤적을 판단할 수 있다. 이는 터치감지 EL 디스플레이에 두어진 하나의 손가락이 여러 영역들에 대한 임계치보다 큰 변위신호들을 발생할 수 있기 때문에 중요하다. 그러나, 이들 영역들은 종종 손가락 터치 위치 주위로 국소화되면 가장 큰 변위 신호 값은 손가락이 터치감지 EL 디스플레이와 가장 많이 접촉한 지점에서 발생될 가능성이 있다. 하지만, 사용자가 반드시 하나의 손가락으로 디스플레이를 만질 필요는 없고, 여러 손가락들로 터치감지 EL 디스플레이(4)를 만질 수 있다. 각각의 이들 손가락 터치들로 터치가 충분히 강하고 각 손가락 터치 중심이 개별적으로 떨어져 있다면 일반적으로 변위신호들이 임계치보다 커지게 되어, 이로써 터치감지 EL 디스플레이(4)가 다수의 동시 터치들에 대한 정보를 제공하게 하고 이에 따라 가요성 멀티터치 EL 디스플레이를 이루게 된다. 클러스터 분석 또는 경향 분석 이외에도, 터치감지 EL 디스플레이가 각각의 손가락들, 나란한 손가락들로 터치될 때 발생하는 변위신호의 일반적 패턴에 해당하는 패턴들과 다양한 손 위치들이 힘 분포 또는 좌표와 매치되어 디스플레이의 물체 터칭 타입을 결정하는 패턴매칭기술을 포함한 다른 기술들이 적용될 수 있다. 이 분석으로부터, 제공된 힘과 터치유닛이 터치신호를 출력한다. 이 터치신호(106)는 일반적으로 디스플레이를 터치하는 각 물체에 해당하는 한 쌍의 좌표를 포함하고 이는 각 물체가 디스플레이를 만지는 힘을 나타내는 힘 값을 포함할 수 있다. 또한, 터치신호(106)는 손가락 또는 엄지에 의해 제공된 터치와는 다른 타입의 터치들로서 손의 상처나 손바닥의 위치를 허용하며 디스플레이와 접촉되는 가능성 있는 손 부분들을 출력할 수 있다. 상술한 바와 같이, 제 2 컨트롤러부(100)를 포함하는 컨트롤러는 터치감지 EL 디스플레이내 다른 터치감지 면적들에 멀티터치를 동시에 검출한다.
도 3은 칩렛(44a,44b)이 화살표(58b)로 표시된 방향으로 장축과 각각 지향된 것을 도시한 것이다. 이와 같이, 칩렛(44a,44b)내 압전소자 또는 다른 스트레스 또는 스트레인 게이지들은 일반적으로 화살표(58b)로 표시된 방향으로 가요성 기판(42)을 변형시킴으로써 유발되는 스트레스 또는 스트레인에 가장 민감하고, 화살표(58a)로 표시된 직각방향을 포함한 다른 방향으로 가요성 기판(42)을 변형시킴으로써 유발되는 스트레스 또는 스트레인에 덜 민감하다. 다른 방향으로 스트레스 또는 스트레인에 대한 칩렛의 감도를 높이기 위해, 몇몇 칩렛들(44a,44b)은 어떤 배열내 다른 칩렛들과는 다른 방향으로 지향된 장축으로 지향된다. 한가지 이런 배열이 도 6에 도시되어 있으며, 상기 도면은 본 발명의 터치감지 EL 디스플레이의 일부(150)를 도시한 것이다. 이 도면은 한 쌍의 칩렛(152 및 154)을 도시한 것이다. 칩렛(152)의 장축은 화살표(156) 방향으로 지향되어 있고 칩렛(154)의 장축은 화살표(158)로 표시된 바와 같이 직각방향으로 지향되어 있다. 이 구성에서, 이들 칩렛(152,154)은 동일 영역에 형성되어 있다. 칩렛(1552)내 센서들은 주로 화살표(156)에 나란히 놓인 방향으로 가요성 기판의 편향을 결정하는데 일반적으로 사용되고, 칩렛(154)내 센서들은 주로 화살표(158)에 나란히 놓인 방향으로 가요성 기판의 편향을 결정하는데 일반적으로 사용된다. 이와 같이, 제 1 복수의 칩렛들(152,154)은 화살표(156)로 표시된 바와 같이 제 1 방향으로 지향된 축을 갖는 제 1 칩렛(152)과 화살표(158)로 표시된 바와 같이 제 2 방향으로 지향된 축을 갖는 제 2 칩렛(154)을 포함한다. 이 구성에서, 제 2 방향은 제 1 방향과 다르고 각 칩렛은 각각의 축을 따라 스트레스를 감지한다.
몇몇 실시예에서, 본 발명의 디스플레이 디바이스는 사용자에 의해 조작될 수 있는 게임 바디를 갖는 게임 디바이스에 결합된다. 게임 디바이스는 본 발명의 디스플레이 디바이스상에 디스플레이되는 게임 대상물을 컨트롤하기 위해 터치신호(106)내 위치 및 힘성분에 응답하는 기기를 더 포함한다. 게임 디바이스는 게임 대상물의 다른 속성들을 컨트롤하기 위해 위치 및 힘 성분들을 더 이용한다. 일예로, 게임 디바이스는 게임의 일부로서 본 발명의 디스플레이 디바이스상의 풀테이블(pool table)의 이미지를 디스플레이할 수 있으며, 이 풀테이블은 큐볼(cue ball)을 포함한 게임 풀(game pool)의 특색을 나타내는 볼들을 포함한다. 그런 후 사용자는 자신의 손가락을 큐볼에 두고 스크린을 힘주어 누른다. 응답으로, 본 발명의 디스플레이 디바이스는 도 5b에 도시된 바와 같이 게임에서 상위 컨트롤러에 터치신호(106)를 제공한다. 그런 후, 게임은 터치위치를 이용해 두드려진 볼을 결정할 수 있고 힘성분이 큐볼에 가해지도록 된 관련 힘을 판단하고 터치위치 및 관련 힘에 응답해 본 발명의 디스플레이에 풀 테이블의 이미지를 업데이트하는데 이용될 수 있다.
또 다른 배열로, 디스플레이 디바이스는 키보드 시뮬레이션 대상물에 관련된고, 예컨대 피아노 또는 컴퓨터 키보드의 이미지를 디스플레이한다. 이런 환경에서, 키보드 시뮬레이션 대상물은 일반적으로 키들을 디스플레이하고 터치신호(106)에서 위치성분에 응답해 사용자 손가락이 놓여지고 사용자 손의 상처에 대한 터치위치와 손가락 터치위치를 구별하기 위한 힘 성분들에 의존하는 키들을 판단한다. 이와 같이, 디스플레이 디바이스(2)는 키보드 시뮬레이션 대상물에 관련있다. 키보드 시뮬레이션 대상물은 키보드 시뮬레이션 대상물과 접촉하는 사용자 손의 다른 부분들로부터 키보드 시뮬레이션 대상물상의 손가락 위치들을 식별하기 위한 위치와 힘성분들에 응답하는 기기를 더 포함한다.
힘 성분과 위치 성분 모두를 제공하는 것은 많은 가능한 적용에 있어 이점이 있다. 이는 서체(書體)를 캡쳐하고 디스플레이하는 분야에 상당한 이점이 있다. 한자 서체를 포함한 많은 문자언어들에 있어, 한 획의 폭은 획을 포함한 문자의 해석 의미에 영향을 줄 수 있다. 또한, 종래의 펜 및 연필로 이들 문자언어들을 형성할 때, 획의 폭은 일반적으로 종이에 쓸 때 펜 또는 연필에 가해진 힘을 조절함으로써 컨트롤된다. 몇몇 적용에서, 본 발명의 디스플레이 디바이스는 쓰기(writing)를 기록 및 표현하기 위한 디바이스에 동일한 행동을 제공한다.
일 배열로 본 발명의 디스플레이 디바이스는 도 7에 도시된 바와 같은 방법으로 적용된다. 이 도면에 도시된 바와 같이, 디스플레이를 이용해 상기 디스플레이에 쓰기를 나타내는 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 터치감지 EL 디스플레이(4)를 제공하는 단계를 포함한다. 앞서 언급한 바와 같이, 이 터치감지 EL 디스플레이(4)는 가요성 기판(10), 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 파워버스(12), 전기신호에 응답해 광을 방출하기 위한 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 EL 소자(14), 및 제 1 복수의 분산 칩렛들(16a,16b)을 포함한다. 이들 칩렛들(16a,16b)은 적어도 2개의 칩렛들이 터치감지 EL 디스플레이(4) 상에 그리고 가요성 기판(10)의 휨과 관련된 스트레스 또는 스트레인을 감지해 해당 터치감지면적들에 대응하는 각각의 변위신호들(18)을 제공하기 위해 복수의 터치감지면적들(26) 각각과 연결되어 있도록 배열된다. 변위신호들(18)은 피크 벤딩력(peak bending force)을 갖는 위치 또는 영역을 삼각측량하기 위해 다른 방식으로 내삽되거나 처리된다. 칩렛(16a,16b)은 하나 이상의 EL 소자(14)에 전기신호를 제공하도록 해당 컨트롤 신호(22)에 응답해 파워버스(12)로부터 전력을 변조하기 위한 하나 이상의 파워버스(12)와 하나 이상의 EL 소자(14)에 더 연결된다.
컨트롤러, 예컨대, 도 1에서 컨트롤러(6)가 추가로 제공된다(172). 이 컨트롤러(6)는 입력 이미지 신호(24)에 응답해 컨트롤 신호를 칩렛(16a,16b)에 제공하고 칩렛(16a,16b)으로부터 변위신호(18)를 수신한다. 이 컨트롤러는 접촉된 터치감지 EL 디스플레이(4)의 해당 터치감지면적을 나타내는 변위신호들(18)의 함수로서 터치신호(8)를 발생하고, 각 터치신호(8)는 위치성분과 힘 성분을 포함한다. 이 방법에서, 터치감지 EL 디스플레이(4)를 터치하는 사용자에 응답해 컨트롤러(6)는 사용자의 쓰기를 나타내는 터치신호(8)를 제공하고, 터치신호(8)에 응답해 디스플레이가 쓰기를 나타내게 하는(176) 컨트롤 신호(22)를 제공한다. 본 발명의 실시예에서, 사용자는 스타일러스와 같은 물체가 디스플레이(4)를 터치하게 하여 상기 디스플레이(4) 상에 쓰기를 제공할 수 있으며, 컨트롤러(6)는 디스플레이가 쓰기를 나타내게 하는 컨트롤 신호를 제공하도록 상기 디스플레이에 응답할 수 있다.
이 방법에 있어, 터치감지 EL 디스플레이(4)에 제공된 사용자 쓰기는 종종 하나 이상의 위치들 및 소정의 폭을 각각 갖는 복수의 획들을 포함하며, 각 획의 하나 이상의 위치들은 해당 터치신호의 위치 성분들과 관련 있고 각 획의 폭은 해당 터치신호의 힘 성분과 관련 있다. 이 목표를 달성하기 위해, 컨트롤러(6)는 폭 획과 함께 힘 성분을 연관시키고(174) 관련된 획 폭을 갖는 디스플레이 상에 쓰기를 표현할 수 있다.
본 발명은 몇몇 바람직한 실시예들에 대한 특별한 참조로 상세히 기술하였으나, 본 발명의 기술사상 및 범위 내에서 변형 및 변경들이 이루어질 수 있음을 알 것이다.
2 디스플레이 디바이스
4 터치감지 EL 디스플레이
6 컨트롤러
8 터치신호
10 가요성 기판
12 파워버스
14 EL 소자
16a 칩렛
16b 칩렛
18 변위신호
20 커넥터
22 컨트롤 신호
24 이미지 입력 신호
26 터치감지면적
28 칩렛
29 칩렛 기판
30 터치감지 가요성 EL 디스플레이
32 선택적 압축성 지지면
34 선택적 추가 지지기판
40 터치감지 EL 디스플레이의 일부분
42 가요성 기판
44a,44b 칩렛
46 파워버스
48 EL 소자
50 신호 와이어
52a,52b 스트레인 게이지
54 전기 커넥터
58a,58b 화살표
60 칩렛
62 접촉점
64 파워버스 접촉점
66a,66b 신호와이어 접촉점
68a,68b 스트레인 게이지 접촉점
70 스트레인 게이지 회로
72 압전소자
74 온도센서
78 영역
80 제 1 컨트롤러부
82 입력 이미지 신호유닛
84 입력 이미지 신호 수신유닛
86 선형변환 강도유닛
88 선형처리 강도유닛
90 드라이브 신호 형성유닛
92 드라이브 신호
94 단위영역당 평가온도
96 온도신호
100 제 2 컨트롤러부
102 변위신호
104 온도신호
106 터치신호
108 변위신호 수신유닛
110 변위신호 값
112 온도신호 수신유닛
114 온도신호 값
116 변위신호 보정유닛
118 보정된 변위신호 값
120 상대변위 계산유닛
122 기준 변위신호
124 변위 버퍼
126 절대 변위신호
128 변위신호 임계유닛
130 타이밍 신호
132 변위신호
134 위치유닛 할당
136 좌표신호
138 힘 유닛 판단
140 플래그 신호
142 터치위치 판단유닛
144 위치신호
146 힘 신호
148 힘 및 터치 유닛신호 제공
150 터치감지 EL 디스플레이의 일부분
152 제 1 칩렛
154 제 2 칩렛
156 제 1 화살표
158 제 2 화살표
170 터치감지 EL 디스플레이 제공단계
172 컨트롤러 제공 단계
174 힘 결합 단계
176 쓰기 표현 단계

Claims (20)

  1. a) 터치감지 EL 디스플레이와,
    b) 입력 이미지 신호에 응답해 컨트롤 신호를 칩렛에 제공하고, 상기 칩렛으로부터 변위신호들을 수신하며, 접촉된 터치감지 EL 디스플레이의 해당 터치감지면적을 나타내는 터치신호를 발생하기 위한 컨트롤러를 구비하는 디스플레이 디바이스로서,
    상기 터치감지 EL 디스플레이는
    ⅰ) 가요성 기판과,
    ⅱ) 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 파워버스들과,
    ⅲ) 전기신호에 응답해 광을 방출하기 위해 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 EL 소자들과,
    ⅳ) 별도의 칩렛 기판을 각각 가지며 적어도 2개의 칩렛들이 EL 디스플레 상의 각각의 복수의 터치감지면적들과 연결되도록 배열되고, 해당 터치감지면적에 따른 각각의 변위신호를 제공하기 위해 가요성 기판 또는 칩렛 기판의 휨에 대한 스트레스 또는 스트레인을 감지하기 위한 복수의 제 1 분산 칩렛들을 구비하며,
    각 칩렛은 하나 이상의 파워버스들과 하나 이상의 EL 소자들에 연결되어 해당 컨트롤 신호에 응답해 파워버스로부터 전력을 변조하여 하나 이상의 EL 소자들에 전기신호를 제공하는 디스플레이 디바이스.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각 터치신호는 위치성분과 힘성분을 포함하는 디스플레이 디바이스.
  3. 제 2 항에 있어서,
    컨트롤러는 힘성분이 선택된 레벨보다 클 때에만 터치신호를 제공하는 디스플레이 디바이스.
  4. 제 1 항에 있어서,
    하나 이상의 EL 소자들에 전기신호를 제공하기 위해 파워버스로부터 전력을 변조하기 위한 복수의 분산 칩렛들을 더 포함하는 디스플레이 디바이스.
  5. 제 1 항에 있어서,
    여러 칩렛들은 해당 변위신호들을 발생하기 위해 칩렛 기판의 스트레스를 측정하기 위한 압전소자를 포함하는 디스플레이 디바이스.
  6. 제 1 항에 있어서,
    가요성 기판상에 형성된 복수의 스트레인 게이지들을 더 포함하고, 하나 이상의 스트레인 게이지들은 가요성 기판의 스트레인을 측정하기 위해 각 칩렛에 연결되는 디스플레이 디바이스.
  7. 제 6 항에 있어서,
    단일 금속층을 더 포함하고, 상기 스트레인 게이지들과 파워버스들이 단일 금속층에 형성되는 디스플레이 디바이스.
  8. 제 1 항에 있어서,
    제 1 복수의 칩렛들은 제 1 방향으로 지향된 축을 갖는 제 1 칩렛과 제 1 방향과는 다른 제 2 방향으로 지향된 축을 갖는 제 2 칩렛을 포함하고, 각 칩렛은 각각의 축을 따라 스트레스를 감지하는 디스플레이 디바이스.
  9. 제 1 항에 있어서,
    가요성 기판은 하나 이상의 영역들로 나누어지고, 각 영역은 하나 이상의 복수의 칩렛들을 포함하며, 각 영역에 있는 적어도 하나의 칩렛은 가요성 기판의 온도를 판단하기 위한 온도센서를 포함하고, 터치신호들이 온도 변화에 대해 보정되는 디스플레이 디바이스.
  10. 제 9 항에 있어서,
    각 영역에서 적어도 하나의 칩렛은 가요성 기판의 온도에 따라 온도신호를 제공하고 상기 온도신호에 응답해 컨트롤러는 온도신호를 이용해 온도 변화에 대해 보정되는 터치신호를 제공하는 디스플레이 디바이스.
  11. 제 9 항에 있어서,
    각 영역에서 적어도 하나의 칩렛은 가요성 기판의 온도에 해당하는 온도신호를 판단하고, 변위신호가 컨트롤러에 제공되기 전에 해당 터치감지면적에 따른 변위신호 조절하여 온도 변화에 대해 보정되는 터치신호를 제공하는 디스플레이 디바이스.
  12. 제 1 항에 있어서,
    가요성 기판은 하나 이상의 영역들로 나누어지고, 각 영역은 복수의 칩렛들 중 하나 이상을 포함하며, 컨트롤러는 각 영역에 가요성 기판의 온도를 평가하고 해당 온도신호를 제공하기 위해 입력 이미지 신호에 응답하는 평가수단을 더 포함하고, 컨트롤러는 온도신호를 이용해 온도 변화에 대해 보정되는 터치신호를 제공하는 디스플레이 디바이스.
  13. 제 1 항에 있어서,
    가요성 기판에 인접한 강체 지지체를 더 포함하는 디스플레이 디바이스.
  14. 제 1 항에 있어서,
    컨트롤러는 다른 터치감지면적에 여러 터치들을 동시에 검출하는 디스플레이 디바이스.
  15. 제 1 항에 있어서,
    컨트롤러는 변위신호들에 공간필터를 이용하는 디스플레이 디바이스.
  16. 제 1 항에 있어서,
    게임 대상물을 갖는 게임 디바이스에 연결되고, 게임 대상물을 제어하기 위한 위치 및 힘 성분에 응답하는 수단을 더 포함하고, 상기 위치 및 힘성분은 게임 대상물의 다른 속성들을 제어하는 디스플레이 디바이스.
  17. 제 1 항에 있어서,
    키보드 시뮬레이션 대상물에 연결되고, 키보드 시뮬레이션 대상물상의 손가락 위치들을 사용자의 손의 다른 부분들과 식별하기 위한 위치 및 힘성분들에 응답하는 수단들을 더 포함하는 디스플레이 디바이스.
  18. a) 터치감지 EL 디스플레이를 제공하는 단계와,
    b) 입력 이미지 신호에 응답해 컨트롤 신호를 칩렛에 제공하고, 상기 칩렛으로부터 변위신호들을 수신하며, 터치된 디스플레이의 해당 터치감지면적을 나타내는 위치성분과 힘성분을 포함하는 터치신호를 발생하기 위한 컨트롤러를 제공하는 단계와,
    c) 사용자가 물체를 디스플레이에 터치해 디스플레이 상에 쓰기를 제공하고 컨트롤러가 디스플레이를 터치한 사용자에 응답해 사용자에 의한 쓰기를 나타내는 터치신호를 제공하며 상기 터치신호에 응답해 디스플레이가 쓰기를 나타내게 하는 단계를 포함하는 디스플레이를 이용해 디스플레이 상에 쓰기를 나타내는 방법으로서,
    상기 터치감지 EL 디스플레이는
    ⅰ) 가요성 기판과,
    ⅱ) 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 파워버스들과,
    ⅲ) 전기신호에 응답해 광을 방출하기 위해 상기 가요성 기판 위에 배치된 하나 이상의 EL 소자들과,
    ⅳ) 적어도 2개의 칩렛들이 EL 디스플레 상의 각각의 복수의 터치감지면적들과 연결되도록 배열되고, 해당 터치감지면적에 따른 각각의 변위신호를 제공하기 위해 기판의 휨에 대한 스트레스 또는 스트레인을 감지하기 위한 복수의 제 1 분산 칩렛들을 구비하며,
    각 칩렛은 하나 이상의 파워버스들과 하나 이상의 EL 소자들에 연결되어 해당 컨트롤 신호에 응답해 파워버스로부터 전력을 변조하여 하나 이상의 EL 소자들에 전기신호를 제공하는 디스플레이 상에 쓰기를 나타내는 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    물체는 스타일러스인 디스플레이 상에 쓰기를 나타내는 방법.
  20. 제 18 항에 있어서,
    디스플레이상에 쓰기는 하나 이상의 위치를 각각 갖는 복수의 획들과 폭을 포함하고, 각 획의 하나 이상의 위치들은 해당 터치신호의 위치성분들에 대한 것이며, 각 획의 폭은 해당 터치신호의 힘성분에 대한 것인 디스플레이 상에 쓰기를 나타내는 방법.
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