KR101655429B1 - ３차원 터치 스크린 패널 - Google Patents

３차원 터치 스크린 패널 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 스크린 커버, 상기 스크린 커버의 아래에 위치하며,상기 스크린 커버에 대한 터치 위치를 검출하는 터치 감지부, 상기 터치 감지부의 아래에 위치하며, 상기 스크린 커버에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전용량에 대응하는 신호를 출력하는 도전성 재질의 압력 감지 레이어, 및 상기 압력 감지 레이어의 아래에 상기 압력감지 레이어와 이격되어 위치하는 디스플레이 모듈을 포함하는 3차원 터치 스크린 패널을 제공한다.

Description

３차원 터치 스크린 패널{３ Dimension Touch Screen Panel}
본 발명은 압력과 터치를 함께 검출할 수 있는 3차원 터치 스크린 패널에 관한 것이다.
이동 통신 기술의 발달과 더불어 핸드폰, PDA, 네비게이션과 같은 전자 정보 단말기는 단순한 문자 정보의 표시수단에서 더 나아가 오디오, 동영상, 무선 인터넷 웹 브라우저 등과 같은 더욱 다양하고 복잡한 멀티 미디어 제공 수단으로 그 기능을 확대해 나가고 있다. 이러한 멀티 미디어 기능의 발달과 더불어 제한된 전자 정보 단말기의 크기 내에서 더욱 큰 디스플레이 화면 구현이 요구되고 있고 이에 따라 터치 패널을 적용한 디스플레이 장치가 더욱 각광받고 있다.
액정 디스플레이 상에 터치패널을 적층 배치한 터치 스크린 패널은 스크린에 사용자가 손가락이나 펜 등으로 화면을 터치하면, 터치 이벤트의 위치를 인지하여 시스템에 전달하는 입력장치이다. 스크린과 좌표 입력 수단을 통합함으로써 종래 키입력 방식에 비하여 공간을 절약할 수 있는 이점이 있다. 따라서 터치 스크린 패널이 적용된 전자 정보 단말기는 스크린 사이즈(size) 및 사용자의 편의성을 더욱 증대시킬 수 있어 사용이 증가되고 있는 추세이다.
터치 스크린 패널을 터치 인식 방법에 따라 저항막 방식(Resistive), 정전용량 방식(Capacitive type), 광학 방식(Infrared type), 초음파 방식(SAW, Surface Acoustic Wave type), 전자유도 방식(Electro Magnetic type), 음향파 방식(APR:Acoustic pulse recognition type), 광학식 등으로 구분된다.
저항막 방식은 도 1에 도시되는 바와 같이, 손가락이나 펜으로 터치패널 표면을 터치하여 압으로 전극 간의 저항값이 변하는 원리를 이용한다. 각각 투명 전극을 형성한 두장의 유리나 필름으로 제작된 커버로 미세한 전극 간격을 둬 서로 마주보게 겹친다. 그 중 압력이 발생한 커버의 해당 부분을 전극에 접촉하면 이때 눌린 지점에서 전위차가 발생하면 그 지점을 감지해 동작하는 원리이며 감압식이라 부르기도 한다. 정전용량 방식은 터치패널에 손가락 등이 접촉 시 발생하는 정전용량 변화를 이용한다. 현재 많은 스마트폰이 정전용량 방식의 터치패널을 사용하여 그 수요가 급증하고 있다.
정전용량 방식은 표면 타입과 프로젝션 타입으로 나뉜다. 먼저 표면 타입은 도 2에 도시되는 바와 같이, 기판 위에 투명 전극 필름을 표면에 보호 덮개를 덮는 구조다. 기판의 네 모서리에 마련한 전극에 전압을 더해 패널 전체에 걸쳐 균일한 전기를 발생시킨다. 이후 터치패널 표면에 손가락을 터치하면 정전용량이 변화하고 이때 생긴 4선 전극 사이에 흐르는 전류가 변경되어 터치 지점 위치를 알 수 있다. 표면 형식은 비교적 간단한 구조로 구성되며 저렴한 비용으로 이용할 수 있다. 하지만 동시에 여러 개의 터치 포인트를 인식하는 멀티 터치 기능을 실현하기가 어렵다. 프로젝션 타입은 도 3에 도시되는 바와 같이, 유리 기판 위에 특정 패턴으로 여러 투명 전극을 마련해 표면을 커버로 덮는 구조를 채택하고 있다. 터치패널 표면에 손가락을 가까이하면 접촉 지점의 주변 전극 간이 정전용량이 변화해 터치 지점의 위치를 확인할 수 있다.
초음파 방식은 도 4에 도시되는 바와 같이, 유리 표면을 전파가 터치패널을 만진 손가락에 흡수되는 것을 이용해 터치된 위치를 검색한다. 이 방식은 전기나 과학적인 가공을 사용하지 않고 액정 디스플레이 패널 전면의 유리를 그대로 터치스크린으로 사용할 수 있어 내구성 확보가 쉽다. 또한 전극에 의해 빛 투명도가 손실되지 않아 선명한 디스플레이 화질을 제공한다. 음향파 방식은 터치패널 표면에 손가락 접촉 시 발생하는 음향 진동이 패널로 전달되는 것을 검출해 신호해석으로 터치 위치를 알아낸다. 초음파 방식과 같이 액정 유리 패널을 가공하지 않고 터치스크린으로 사용할 수 있다. SAW(표면 초음파) 방식 터치 스크린 패널은 순수 유리 구조를 사용하므로 뛰어난 이미지 선명도를 제공한다. SAW 기술은 터치 스크린 패널을 통과하는 초음파를 사용한다. 사용자가 패널을 터치하면 초음파의 일부가 흡수되고 이러한 초음파의 변화가 터치 이벤트의 위치를 인식하고 이 정보를 처리하여 터치 위치를 감지한다.
적외선 방식은 도 5에 도시되는 바와 같이, 터치패널 주위에 부착된 발광 소자와 감광 소자를 이용해 표면에 따라 움직이는 빛의 변화를 감지해 터치된 위치를 찾아낸다. 패널 표면은 먼지로 인한 감지 기능이 손실되지 않아 옥외에 설치하는 기기나 다수 사람이 조작하는 기기에 적합하다. 적외선 방식은 디스플레이 화면 앞에 적외선 조명 그리드를 형성하고 조명 그리드의 방해에 의존한다. 터치 프레임에 일련의 적외선 LED와 포토 트랜지스터가 포함되고 서로 반대측에 탑재되어 눈에 보이지 않는 적외선 조명 그리드를 만든다. 프레임 본체는 전자 장치가 탑재되어 있고 적외선이투과하는 베젤 뒤에 감춰진 배선판으로 구성된다. 손가락이 적외선 조명 그리드의 광선을 방해하면 포토 트랜지스터가 조명의 부재를 탐지하고 좌표 식별하는 신호를 전송한다.
전자기유도 방식은, 자기장을 발생시키는 전용 스타일러스를 이용해 전자파가 터치패널에 부착된 센서에 감지되어 터치 지점을 검색한다.
광학식 터치 스크린 패널은 스크린의 양쪽 모서리에 광학 센서를 탑재하고 양쪽 각도에서 스크린을 터치하는 물체를 감지하게 된다. 손가락이나 스타일러스 펜으로 화면을 누르지 않아도 매우 정확하게 대상을 인식한다. 광학식 터치 스크린 패널은 탁월한 정밀도를 자랑하고 여러개의 터치 포인트를 검출할 수 있다.
저항막 방식과 정전용량 방식은 터치 스크린을 부착하는 부착형과 터치 스크린과 패널이 일체화된 일체형으로 구분된다. 디스플레이와 터치패널을 일체화하면 부품 수를 줄여 제품의 슬림화와 경량화를 이룰 수 있기 때문이다. 또한 디스플레이 전면에 배치한 부품 수를 줄일 수 있어 화질을 높이는 효과도 기대할 수 있다. 터치패널과 디스플레이의 일체화는 터치패널 기능을 액정의 화소 내에 통합하는 ‘In-cell’ 기술과 터치패널 기능을 컬러 필터 기판과 편광판 사이에 만드는 ‘On-cell’ 기술이 있다.
정전용량 방식의 터치 스크린 패널은 부착형, 커버윈도우 일체형, 디스플레이 일체형의 3가지 카테고리로 구분할 수 있다. 부착형 타입은 크게 필름 방식과 글래스 방식이 있다. 필름 방식은 ITO 패터닝을 필름 상에 구현한 것으로, GFF 구조, GF2 구조가 있고, 글래스 방식은 글래스에 ITO를 패터닝한 것으로 GG 구조와 GG2 구조가 있다. GFF 구조는 일반적인 터치 패널 구조로글래스 1장과 ITO 필름 2장을 사용하여 2장의 ITO 필름에 X축 센서와 Y축 센서를 각각 패터닝한 후 글래스를 접착하여 제작한다. GF2 구조는 도 3에 도시되는 바와 같이 글래스 1장과 양면 ITO 필름 한장이 사용되며 필름의 양면에 X축 센서와 Y축 센서를 각각 패터닝한 후 커버 글래스에 부착하여 제작된다.
커버윈도우 일체형은 커버윈도우에 증착한 투명전극에 패터닝하여 센서를 만드는 방식으로 G1F, G2, G1 구조가 있다. G1F 방식은 글래스 한장과 필름 한장이 사용되며, 커버윈도우 뒷면에 ITO를 증착하고 ITO 필름을 사용하여 X축, Y축 센서를 커버 윈도우 글래스에 증착된 ITO와 ITO 필름에 각각 패터닝하여 제작된다. G1 방식은 커버윈도우 뒷면에 한개층의 ITO를 증착하고 ITO에 X/Y 센서를 패터닝하여 제작된다.
이러한 종래의 터치 패널은 터치 이벤트와 위치만 획득할 수 있을 뿐, 터치 이벤트시 패널에 가해진 압력의 크기 등을 검출할 수 없다는 문제점이 있었다. 이는 3차원의 사용자 인터페이스를 구현하기 위해 더욱 터치를 필요로 하거나 디스플레이 화면에 다양한 메뉴를 표시하고자 하는 경우 대응하기 어려운 단점으로 작용하였다. 따라서, 터치 이벤트 위치 뿐만 아니라 터치 압력도 측정할 수 있는 터치 패널의 개발이 요구되는 실정이다.
대한민국 공개 특허 번호 제10-2015-0052906호 대한민국 등록 특허 번호 제10-1452302호 대한민국 등록 특허 번호 제10-1115421호
본 발명의 목적은 간단한 구조로 터치 스크린 패널상의 터치 이벤트 및 터치 위치 뿐만 아니라 터치 시 압력의 크기를 감지할 수 있는 3차원 터치 스크린 패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 터치 스크린 패널은, 스크린 커버, 상기 스크린 커버의 아래에 위치하며,상기 스크린 커버에 대한 터치 위치를 검출하는 터치 감지부, 상기 터치 감지부의 아래에 위치하며, 상기 스크린 커버에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전용량에 대응하는 신호를 출력하는 도전성 재질의 압력 감지 레이어, 및 상기 압력 감지 레이어의 아래에 상기 압력감지 레이어와 이격되어 위치하는 디스플레이 모듈을 포함한다.
상기 디스플레이 모듈은 상기 압력감지 레이어와 대면한 면에 전극 레이어가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 터치 감지부는 전극층을 포함하고, 상기 전극층은 상기 압력 감지 레이어의 압력 검출 시 그라운드 또는 설정 전압으로 설정되는 것을 특징으로 한다.
또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 터치 스크린 패널에서 상기 압력 감지 레이어는 가장자리에서 중심부로 복수의 관통공이 형성되고, 상기 복수의 관통공은 상기 패널 가장자리에서 중심부로 갈수록 면적이 증가하는 압력 감지 레이어를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 터치 스크린 패널상의 터치 이벤트 및 터치 위치 뿐만 아니라 터치 시 압력의 크기를 감지할 수 있는 3차원 터치 스크린 패널을 제공할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 압력감지 레이어와 함께 압력감지 레이어의 변위에 따른 정전용량의 변화를 도출할 전도체 부재를 별도로 배치하지 않고, 압력 감지 레이어와 디스플레이 모듈의 VCOM 레이어를 이용하여 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이에 따라, 3차원 터치 스크린 패널의 제조 공정을 간략히 하고 제조 코스트를 저감할 수 있다.
도 1 내지 도 5는 터치 스크린 패널을 개략적으로 나타낸 도면,
도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 터치 스크린 패널을 개략적으로 나타낸 단면도,
도 7 은 본 발명의 일 실시예에 3차원 터치 스크린 패널을 개략적으로 나타낸 단면도,
도 8 는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감지 레이어를 개략적으로 나타낸 정면도, 및
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 감지 레이어를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
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. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하 설명하는 3차원 터치 스크린 패널은 종래의 터치 입력의 세기(압력의 세기)까지 인식할 수 있는 장치이다. 이하 설명하는 터치 스크린 패널은 종전의 터치 스크린 패널과 같이 터치의 유무 내지 터치의 위치를 결정하는 구성을 포함할 수 있다. 이하 종래 터치의 유무 내지 터치의 위치를 결정하는 구성을 터치 감지부라고 명명한다. 터치 감지부는 터치 스크린 패널을 터치 인식 방법에 따라 저항막 방식(Resistive), 정전용량 방식(Capacitive type), 광학 방식(Infrared type), 초음파 방식(SAW, Surface Acoustic Wave type), 전자유도 방식(Electro Magnetic type), 음향파 방식(APR:Acoustic pulse recognition type), 광학식으로 구성될 수 있다. 스마트폰과 같은 장치에서는 주로 정전용량 방식을 많이 사용된다. 전전 용량 방식에는 자체 정전 용량을 이용하는 Self-Capacitive 방식과 상호 정전 용량을 이용하는 Mutual-Capacitive 방식으로 구분되는데, 본 발명의 실시예에서 터치 감지부는 전술한 방식들을 포함해서 이에 제한되지 않고 폭넓게 적용될 수 있다.
이하 설명하는 기술은 터치 압력의 세기를 측정하는 터치 스크린 패널에 관한 것으로, 이하 종래의 터치 감지부의 구성에 대한 자세한 설명은 생략하기로 한다.
첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 3차원 터치 스크린 패널을 설명한다. 도 6 은 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 터치 스크린 패널을 개략적으로 나타낸 단면도이다. 도시되는 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 3차원 터치 스크린 패널(100)은 스크린 커버(110), 압력 감지 레이어(120), 터치 감지부(130), 디스플레이 모듈(140), 지지 프레임(150), 접착 레이어(160), PCB 모듈(170), 및 컨트롤 IC(180)를 포함한다.
스크린 커버(110)는 사용자의 터치 표면으로서 기능할 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린 패널의 정상적인 동작을 위해 스크린 커버(110)는 균일한 유전율을 갖는 물질로 이루어지며 일정한 두께를 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 예컨대, 스크린 커버(110)는 PET(polyethylene terephthalate), 또는 글라스(glass)와 같은 재질로 이루어질 수 있다.
압력 감지 레이어(120)는 전도체 재질의 시트로 구성되어 터치 이벤트 시의 압력의 세기를 검출한다. 도 8 및 9는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 레이어(120)를 개략적으로 나타낸 평면도로서, 압력 감지 레이어(120)는 도 8에 개시된 바와 같이, 가장자리(edge)에서 중심부로 복수의 관통공(121)이 형성할 수 있다. 상기 복수의 관통공(151)은 상기 패널 에지에서 중심부로 갈수록 면적이 증가하도록 형성도될 수 있다. 도 9에 도시되는 바와 같이 압력 감지 레이어(120)는 중심부의 관통 면적이 압력 감지 레이어(120) 전체 관통 면적의 20%이상의 면적을 가지도록 형성될 수도 있고, 복수의 관통공(151)은 중심 영역의 관통 면적이 전체 관토 면적의 50% 이상이 되도록 형성될 수 있다. 또한, 압력 감지 레이어(120)는 각 에지에 각 설정 길이와 폭으로 내측으로 절개되어 형성되는 절개부를 포함할 수도 있다. 압력 감지 레이어(120)는 압력 감지 레이어(120)의 중심에서 각 에지 길이의 1/4 거리의 영역의 관통 면적이 전체 관통 면적의20% 이상으로 형성될 수 있다. 압력 감지 레이어(120)의 중심에 전체 압력 감지 레이어 면적의 1/4 이상의 면적이 관통되는 관통공(121')이 형성될 수 있다. 압력 감지 레이어(120)에 관통공(121)을 형성하면 스크린 커버(110)의 중심부를 터치할 때와 스크린 커버(110)의 에지 부분을 터치할 때 압력 크기 검출에 오류가 생기는 것을 보정할 수 있다. 압력 감지 레이어(120)는 터치 감지부(130)를 개재하여 스크린 커버(110)에 결합할 수 있다. 스크린 커버(110)의 터치 시 가해지는 힘의 방향으로 압력 감지 레이어(120)가 커버(110)와 함께 변위하게 된다. 압력 감지 레이어(120)는 ITO 또는 은잉크(silver ink), 구리(copper) 또는 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 같은 투명 전도체 재질로 구성되는 것이 바람직하다.
터치 감지부(130)는 스크린 커버(110)에 결합하여 스크린 커버(110)에 대한 터치 이벤트 및 터치 위치를 검출하도록 구성된다. 터치 감지부(130)는 스크린 커버(110)에 결합하여 스크린 커버(110)에 대한 터치 이벤트 및 터치 위치를 검출하도록 구성된다. 터치 감지부(130)는 도 1 내지 도 6에 개시된 바와 같은 저항막 방식(Resistive type), 정전용량 방식(Capacitive type), 적외선 방식(Infrared type), 초음파 방식(SAW, Surface Acoustic Wave type), 전자유도 방식(Electro Magnetic type), 음향파 방식(APR:Acoustic pulse recognition type), 또는 광학식(Optical type)으로 이루어진 그룹으로부터 선택한 방식을 채용할 수 있다. 정전용량 방식을 채용하는 경우, 셀프 커패시턴스를 측정하는 방식과 상호(mutual) 커패시턴스를 측정하는 방식 모두 적용 가능하다. 도 7에서 터치 감지부(130)는 절연막에 센서 전극이 형성되는 터치 레이어를 스크린 커버(110)에 부착하는 부착형이 개시되어 있으나, 이는 예로써 나타낸 것이고, 터치 레이어와 스크린 커버가 일체화된 일체형이 될 수도 있다. 즉, 터치 감지부(120)는 별도의 절연막에 각각 X축 센서와 Y축 센서가 형성되는 GFF 방식을 채용하거나, 절연막 필름의 양면에 X축 전극 과 Y축 전극을 각각 패터닝한 후 스크린 커버에 부착되는 GF2 방식을 채용하거나, 스크린 커버(110) 뒷면에 ITO를 증착하고 ITO 필름을 사용하여 X축, Y축 전극을 커버 윈도우 글래스에 증착된 ITO와 ITO 필름에 각각 패터닝하여 제작되는 G1F 방식을 채용할 수 있다. 절연막은 PET와 같은 플라스틱 재질의 ?은 투명 필름으로 이루어질 수 있다. 전극은 각각 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 등으로 이루어지는 균일한 두께의 투명 전도막(ITO: Indium Tin Oxide), 은잉크(silver ink), 구리(copper) 또는 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 터치 감지부(130)는 압력 감지 레이어(120)의 압력 크기 검출 시 노이즈가 발생하는 것을 방지하도록, 압력 검출시 터치 감지부(130)에 포함되는 전극층이 그라운드 또는 설정 전압으로 설정될 수 있다.
디스플레이 모듈(140)은 압력 감지 레이어(120)와 설정거리 이격하여 배치되어 화면 정보를 구성하는 빛을 방출한다. 디스플레이 모듈(140)은 발광다이오드(Light Emitting Diodes, LED), 액정 디스플레이(Liquid Crystal Display, LCD), 박막 트랜지스터 액정 디스플레이(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display, TFT LCD), 유기 발광 다이오드(Organic Light-Emitting Diode, OLED), 플렉시블 디스플레이(Flexible Display), 3차원 디스플레이(3차원 Display), 전자종이 중에서 적어도 하나를 포함할 수 있다. 도 7 은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널(100)의 단면도를 나타낸 도면으로, LCD 디스플레이 모듈(140‘)을 채용한 실시예이다. 도시되는 바와 같이 평면 LCD를 구성하는 유리 기판 측에 공통 전극(VCOM) 레이어(141)가 형성된다. 공통 전극 레이어(141)가 형성된 유리 기판과 압력 감지 레이어(120) 사이에 스페이서(190)가 결합하여 전극 레이어(141)와 압력 감지 레이어(120)는 서로 접촉하지 않는다. 이격부재(190)는 탄성을 가지고 있어, 스크린 커버(110) 레이어가 터치에 의해 변위한 후 원상태로 복귀할 수 있도록 한다. 이격부재(190)는 OCA, OCR, 감압 접착 물질, 또는 투명 DST(Double sided Tape)가 사용될 수 있다. 디스플레이 모듈의 전극 레이어(141)와 압력 감지 레이어(120)는 둘 사이의 거리의 변위가 발생하면 그에 따른 정전용량의 변화를 검출하여 가해진 압력의 크기를 검출하도록 하는 것으로, 정전용량이 유지되도록 서로 접촉하지 않도록 결합한다. 즉, 힘이 가해지지 않는 디폴트 상태에서 압력 감지 레이어(120)와 디스플레이 모듈(140)의 전극레이어(141)는 서로 접촉하지 않고, 스크린 커버(110)에 힘이 가해져 압력 감지 레이어(120)에 최대 변위가 발생하는 경우에도 서로 접촉하지 않도록 이격하여 배치된다. 한편, 도 6의 실시예에 따르면, 별도의 스페이서를 포함하지 않고, 스크린 커버(110), 터치 감지부(130), 디스플레이 모듈(140), 및 압력 감지 레이어(120)는 접착 부재(160‘)에 의해 지지 프레임(150)에 결합되는데, 지지 프레임(150)의 측벽을 구성하는 이격 부재(121)와 접착 부재(160’)의 높이를 이용하여 디스플레이 모듈(140)과 압력 감지 레이어(120) 사이에 설정거리 이격하여 배치되도록 할 수도 있다. 전극 레이어(141)는 디스플레이 모듈에 LCD를 채용할 경우 VCOM 레이어가 되고, OLED를 채용할 경우 캐소드 전극이 될 수 있다.
지지 프레임(150)은 터치 스크린 패널(100)을 하우징하는 지지 프레임, 디스플레이 패널과 배터리를 포함하는 전장 부품을 구휙하는 미들 프레임, 디스플레이 패널을 포함하는 터치 스크린 패널의 전기 신호에 의한 노이즈를 차폐하기 위한 차폐 프레임이 될 수 있다. 도 6의 실시예에서, 프레임(150)은 터치 스크린 패널의 하우징 부재로서, 스크린 커버(110)가 배치될 수 있는 중심 개구를 갖추고 터치 스크린 패널(100)을 하우징하도록 구성된다.
접착 레이어(160)는 스크린 커버(110)에 터치 감지부(130)를 접착 결합한다. OCA(Optical Clear Adhesive), OCR(Optical Clear Resin), 감압 접착 물질 또는 자외선 경화 접착 물질, 양면 접착 테이프 등이 사용될 수 있다.
PCB 모듈(170a)은 터치 감지부(130) 및 압력 감지 레이어(120)와 컨트롤 IC(180)를 연결하여, 신호를 전달한다. PCB 모듈(170b)은 디스플레이 모듈(140)과 컨트롤 IC 또는 구동회로(도면중 미도시)를 연결하여 신호를 전달한다. 플렉시블 PCB 모듈을 사용하는 것이 바람직하다.
컨트롤 IC(180)는 터치 스크린 패널을 구성하는 주요한 부품의 하나로, Signal source, Multiplexer,　A/D converter 등으로 구성되며, 패널에서 전달된 아날로그 신호를 디지털 신호로 전환하고, 터치 영역의 좌표, 터치 압력의 크기를 판단하는데 필요한 데이터(좌표값 등)을 제어하여 호스트(스마트폰 AP 등)에 전달한다.
스크린 커버(110)에 접착 레이어(160)에 의해 결합된 터치감지부(130)와 압력감지 레이어(120)는 사용자가 스크린 커버(110)를 터치할 경우 압력의 크기에 따라 디스플레이 모듈(140)과의 거리가 변화할 수 있도록 지지 프레임(150)에 결합되거나, 결합된 레이어들(120,130)은 스크린 커버(110)를 터치할 경우 압력의 크기에 따라 디스플레이 모듈(140)과의 거리가 변화하고, 압력이 제거될 때 원 위치로 복원할 수 있도록 탄성을 가지는 것이 바람직하다.
한편, 도면 중 포함되지 않은 마이크로콘트롤러는 터치 감지부(130)와 압력 감지 레이어(120)에서 인가되는 신호에 따라 터치 이벤트, 터치 위치, 압력 크기를 결정한다. 마이크로 콘트롤러는 예를 들어, 단일의 집적회로 칩 또는 구조 내에 집적되거나 또는 마더보드 상에 모두 동작가능하게 배열된 프로세서, 장치 드라이버 및 인터페이스 회로등을 포함한다. 콘트롤러는 펌웨어 및/또는 소프트웨어(도시하지 않음)로 저장된 명령들을 실행한다.
상기와 같이 구성된 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널(100)의 동작을 설명하면 다음과 같다. 사용자가 스크린 커버(110)를 터치하게 되면 결합된 레이어들(130,120)은 인가된 압력에 따라 디스플레이 모듈(140)의 전극 레이어(141) 쪽으로 변위가 발생하게 된다. 전도체 재질의 전극 레이어(141)와 압력 감지 레이어(120) 사이의 거리가 변화하면 정전용량이 변화하고, 정전용량 감지 신호를 인가받은 마이크로콘트롤러는 정전용량의 변화량을 통해 압력의 크기를 결정하게 된다. 마이크로콘트롤러는 터치 감지부(130)에서 인가되는 신호에 따라 터치 이벤트, 터치 위치를 결정한다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널(100)은 터치 이벤트와 터치 위치는 터치 감지부(130)에서 인가되는 신호에 따라 결정하고, 터치 발생 시 가해진 압력의 크기는 압력 감지 레이어(120)에서 인가되는 신호에 따라 결정하므로 복잡한 전극 패턴이나 별도의 전극 패턴을 필요로 하지 않는 장점이 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널(100)은 복수의 관통공(151)이 형성된 압력 감지 레이어(120)를 채택하여 스크린 커버(110)의 중심 위치를 터치할 때나 에지 부분을 터치할 때 압력 크기에 오류가 발생하는 것을 보정할 수 있다. 한편, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널(100)은 압력의 크기 감지 시 터치 감지부(130)의 전극을 그라운드 설정하여, 터치 감지부(130)의 노이즈에 의해 압력 크기 검출에 오류가 생기는 것을 방지할 수도 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널(100)은 별도의 부재를 추가하지 않고, 디스플레이 모듈(140)의 전극 레이어(141)를 이용하여 압력 감지 레이어(120) 사이의 변위에 의한 정전용량 변화를 압력 크기 감지에 사용할 수 있다. 즉, 터치 스크린 패널(100)이 장착되는 모바일 기기에서 모바일 기기의 전장 부품과 터치 스크린 패널(100) 사이에 노이즈가 발생하는 것을 방지하기 위한 차폐 수단으로 사용되는 금속과 같은 전도체 재질의 지지 프레임을 사용하여, 터치 시 가해진 압력 크기를 감지하도록 할 수 있으므로 구성을 간략히 하고 제조 공정 및 제조 원가를 감소시킬 수 있는 장점이 있다.
100 : 터치 스크린 패널 110 : 스크린 커버
120 : 압력 감지 레이어 130 : 터치 감지부
140 : 디스플레이 모듈 150 : 지지 프레임
160,160' : 접착부재 170a,b : PCB 모듈
180 : 컨트롤 IC 190 : 스페이서

Claims (10)

  1. 3차원 터치 스크린 패널에 있어서,
    스크린 커버;
    상기 스크린 커버의 아래에 위치하며,상기 스크린 커버에 대한 터치 위치를 검출하는 터치 감지부;
    상기 터치 감지부의 아래에 위치하며, 상기 스크린 커버에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전용량에 대응하는 신호를 출력하는 도전성 재질의 압력 감지 레이어; 및
    상기 압력 감지 레이어의 아래에 상기 압력감지 레이어와 이격되어 위치하는 디스플레이 모듈을 포함하고,
    상기 압력 감지 레이어는 두께 방향으로 관통하는 하나 이상의 관통부가 형성되고, 상기 관통부들은 상기 압력 감지 레이어의 에지에서 중심으로 갈수록 면적이 증가하는 3차원 터치 스크린 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 감지 레이어와 상기 디스플레이 모듈 사이의 간격은 상기 압력에 따라 변화하는 3차원 터치 스크린 패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 상기 압력감지 레이어와 대면한 면에 전극 레이어가 형성되는 3차원 터치 스크린 패널.
  4. 3차원 터치 스크린 패널에 있어서,
    스크린 커버;
    상기 스크린 커버의 아래에 위치하며,상기 스크린 커버에 대한 터치 위치를 검출하는 터치 감지부;
    상기 터치 감지부의 아래에 위치하며, 상기 스크린 커버에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전용량에 대응하는 신호를 출력하는 도전성 재질의 압력 감지 레이어; 및
    상기 압력 감지 레이어의 아래에 상기 압력감지 레이어와 이격되어 위치하는 디스플레이 모듈을 포함하고,
    상기 디스플레이 모듈은 LCD이고, 상기 디스플레이 모듈에 포함되는 VCOM 전극과 상기 압력 감지 레이어 사이의 거리 변화에 따라 상기 정전용량이 변화하는 3차원 터치 스크린 패널.
  5. 3차원 터치 스크린 패널에 있어서,
    스크린 커버;
    상기 스크린 커버의 아래에 위치하며,상기 스크린 커버에 대한 터치 위치를 검출하는 터치 감지부;
    상기 터치 감지부의 아래에 위치하며, 상기 스크린 커버에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전용량에 대응하는 신호를 출력하는 도전성 재질의 압력 감지 레이어; 및
    상기 압력 감지 레이어의 아래에 상기 압력감지 레이어와 이격되어 위치하는 디스플레이 모듈을 포함하고,
    상기 디스플레이 모듈은 OLED이고, 상기 디스플레이 모듈에 포함되는 캐소드 전극과 상기 압력 감지 레이어 사이의 거리 변화에 따라 상기 정전용량이 변화하는 3차원 터치 스크린 패널.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 감지 레이어와 상기 디스플레이 모듈이 사이에 위치하는 스페이서를 추가로 포함하는 3차원 터치 스크린 패널.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 감지 레이어에 연결되어 상기 압력 감지 레이어에서 인가되는 신호에 따라 상기 터치에 의한 압력의 크기를 결정하는 마이크로콘트롤러를 추가로 포함하는 3차원 터치 스크린 패널.
  10. 3차원 터치 스크린 패널에 있어서,
    스크린 커버;
    상기 스크린 커버의 아래에 위치하며,상기 스크린 커버에 대한 터치 위치를 검출하는 터치 감지부;
    상기 터치 감지부의 아래에 위치하며, 상기 스크린 커버에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전용량에 대응하는 신호를 출력하는 도전성 재질의 압력 감지 레이어; 및
    상기 압력 감지 레이어의 아래에 상기 압력감지 레이어와 이격되어 위치하는 디스플레이 모듈을 포함하고,
    상기 터치 감지부는 전극층을 포함하고, 상기 전극층은 상기 압력 감지 레이어의 압력 검출 시 그라운드 또는 설정 전압으로 설정되는 3차원 터치 스크린 패널.
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