KR101655430B1 - ３차원 터치 패널 및 그 압력 감지 레이어 - Google Patents

３차원 터치 패널 및 그 압력 감지 레이어 Download PDF

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KR101655430B1
KR101655430B1 KR1020150178368A KR20150178368A KR101655430B1 KR 101655430 B1 KR101655430 B1 KR 101655430B1 KR 1020150178368 A KR1020150178368 A KR 1020150178368A KR 20150178368 A KR20150178368 A KR 20150178368A KR 101655430 B1 KR101655430 B1 KR 101655430B1
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한승준
김진태
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(주)멜파스
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Abstract

본 발명은 사용자의 터치가 가해지는 터치면, 상기 터치면의 아래에 위치하는 도전성 재질의 제1 전극, 및 상기 제1 전극의 아래에 상기 제1전극과 이격되어 위치하는 도전성 재질의 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격은 상기 터치면에 가해진 압력에 따라 변화하며,상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 하나의 전극에는 두께 방향으로 관통하는 하나 이상의 관통부들이 형성된 3차원 터치 패널 제공한다.

Description

３차원 터치 패널 및 그 압력 감지 레이어{3 DIMENSION TOUCCH PANEL AND PRESSURE SENSING LAYER THEREOF}
이하 설명하는 기술은 3차원 터치 패널 및 그 압력 감지 레이어에 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 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 패널이 적용된 전자 정보 단말기는 스크린 사이즈(size) 및 사용자의 편의성을 더욱 증대시킬 수 있어 사용이 증가되고 있는 추세이다.
스마트폰 등의 시장확대와 함께 다양한 3차원 터치 패널이 등장하고 있다. 3차원 터치 패널은 일반적으로 터치 입력의 유무 및 터치 입력의 위치를 입력 명령으로 사용한다. 나아가 최근 3차원 터치 패널은 터치의 압력의 세기(터치의 강도)를 새로운 입력 명령의 유형으로 사용하기 시작했다.
대한민국 공개 특허 번호 제10-2015-0052906호 대한민국 공개 특허 번호 제10-2014-0017351호
터치 압력의 세기를 감지하는 3차원 터치 패널은 기구적 구조의 한계로 터치 위치에 따라 압력의 세기를 다르게 인식할 수 있다. 이하 설명하는 기술은 3차원 터치 패널에서 터치 위치에 관계없이 압력의 세기를 감지할 수 있는 3차원 터치 패널 및 그 압력 레이어를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3차원 터치 패널에 있어서, 사용자의 터치가 가해지는 터치면, 상기 터치면의 아래에 위치하는 도전성 재질의 제1 전극, 및 상기 제1 전극의 아래에 상기 제1전극과 이격되어 위치하는 도전성 재질의 제2 전극을 포함하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격은 상기 터치면에 가해진 압력에 따라 변화하며, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 하나의 전극에는 두께 방향으로 관통하는 하나 이상의 관통부들이 형성되는 3차원 터치 패널을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 3D 터치 패널의 터치면에 평행하게 결합하여 상기 터치면에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전 용량에 해당하는 신호를 출력하며, 두께 방향으로 관통하는 하나 이상의 관통부가 형성되며, 도전성 재질로 구성되는 3D 터치 패널의 압력 감지 레이어를 제공한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 동일한 세기의 압력으로 터치하는 경우 터치 위치에 따른 편차 없이 균일한 터치 인터페이스를 사용자에게 제공할 수 있다.
도 1은 터치 패널의 단면도에 대한 예이다.
도 2는 터치 패널의 단면도에 대한 다른 예이다.
도 3 내지 5는 시트 형상의 압력 감지 레이어를 구비한 터치 패널에 테스트 압력을 가한 후 패널 위치별 검출되는 압력 분포를 나타낸 도면이다.
도 6는 압력 감지 레이어의 평면도에 대한 다른 예이다.
도 7은 압력 감지 레이어의 평면도에 대한 다른 예이다.
도 8은 압력 감지 레이어의 평면도에 대한 다른 예이다.
도 9는 시트 형상의 압력 감지 레이어를 구비한 터치 패널에서의 압력 분포(패턴 1)와 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지 레이어를 구비한 터치 패널에서의 압력 분포(패턴 2)를 나타낸 그래프이다.
이하 설명하는 기술은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 이하 설명하는 기술을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 이하 설명하는 기술의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2, A, B 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되지는 않으며, 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 이하 설명하는 기술의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.
본 명세서에서 사용되는 용어에서 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 해석되지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함한다" 등의 용어는 설시된 특징, 개수, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 개수, 단계 동작 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도면에 대한 상세한 설명을 하기에 앞서, 본 명세서에서의 구성부들에 대한 구분은 각 구성부가 담당하는 주기능 별로 구분한 것에 불과함을 명확히 하고자 한다. 즉, 이하에서 설명할 2개 이상의 구성부가 하나의 구성부로 합쳐지거나 또는 하나의 구성부가 보다 세분화된 기능별로 2개 이상으로 분화되어 구비될 수도 있다. 그리고 이하에서 설명할 구성부 각각은 자신이 담당하는 주기능 이외에도 다른 구성부가 담당하는 기능 중 일부 또는 전부의 기능을 추가적으로 수행할 수도 있으며, 구성부 각각이 담당하는 주기능 중 일부 기능이 다른 구성부에 의해 전담되어 수행될 수도 있음은 물론이다.
이하 설명하는 터치 패널은 종래의 터치 입력의 세기(압력의 세기)까지 인식할 수 있는 장치이다. 이하 설명하는 3차원 터치 패널은 종전 3차원 터치 패널과 같이 터치의 유무 내지 터치의 위치를 결정하는 구성을 포함할 수 있다. 이하 종래 터치의 유무 내지 터치의 위치를 결정하는 구성을 터치 패널이라고 명명한다. 터치 감지부는 터치를 감지하기 위한 전극층(터치 센서), 전극층에 신호를 인가하는 구동 회로 및 구동 회로를 제어하는 IC를 포함하는 의미이다. 터치 감지부는 정전방식(Capacitive type), 저항막 방식(Resistive type), 광학방식(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) 등 다양한 방식이 사용될 수 있다. 스마트폰과 같은 장치에서는 주로 정전 방식을 많이 사용한다. 정전 방식은 대부분 투영형(PCAP, Projected Capacitive)을 사용한다. PCAP 방식은 자체 정전 용량을 이용하는 방식(Self-Capacitive)과 상호 정전 용량을 이용하는 방식(Mutual-Capacitive)으로 구분된다.
이하 설명하는 기술에서 터치 감지부는 다양한 방식을 사용할 수 있다. 이하 설명하는 기술은 터치 압력의 세기의 정도를 측정하는 3차원 터치 패널에 관한 것이다. 따라서, 이하 종래의 터치 감지부에 대한 자세한 설명은 생략한다.
이하에서는 도면을 참조하면서 3차원 터치 패널에서 입력 위치에 따라 압력의 세기를 보정하는 방법에 관하여 구체적으로 설명하겠다. 도 1은 3차원 터치 패널(100)의 단면도에 대한 예이다. 도 1은 상호 정전 용량을 이용하여 터치 압력의 크기를 결정하는 3차원 터치 패널(100)에 대한 예이다. 도 1에서는 구동 회로, 제어회로 등을 도시하지 않았다.
도 1은 3차원 터치 패널(100)에서 터치 압력의 세기를 측정하기 위한 기본적인 구성을 도시한 예이다. 도 1에서는 3차원 터치 패널(100)의 주요 구성만을 도시한 것으로 디스플레이 패널은 도시하지 않았다. 도 1을 살펴보면 3차원 터치 패널(100)은 터치 감지부(110), 제1 전극층(120), 스페이서층(130) 및 제2 전극층(140)을 구비한다.
터치 감지부(110)는 사용자의 터치 입력의 유무 및 터치 입력의 위치를 감지한다.
제1 전극층(120)은 터치 감지부(110)의 아래에 위치한다. 제1 전극층(120)은 제1 절연막(121) 및 제1 전극(125)을 구비한다. 제1 절연막(121)은 전류가 전도되지 않는 절연 물질로 구성된다. 제1 절연막(121)은 PET(Polyethylene terephthalate)와 같은 플라스틱 재질의 얇은 투명 필름(film)으로 이루어질 수 있다. 제1 전극(125)은 일례로 일체로 형성된 시트 형상의 1개의 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극(125)은 다른 예로 일 방향(제1 방향)으로 형성된 복수의 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극(125)의 형상은 이하에서 자세히 설명하기로 한다. 제1 전극(125)는 전류가 전도되는 물질로 구성된다. 제1 전극(125)는 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.
제2 전극층(140)은 제1 전극층(120)의 아래에 위치한다. 제2 전극층(140)은 제2 절연막(141) 및 제2 전극(145)을 구비한다. 제2 절연막(141)은 전류가 전도되지 않는 절연 물질로 구성된다. 제2 절연막(141)은 PET(Polyethylene terephthalate)과 같은 플라스틱 재질의 얇은 투명 필름(film)으로 이루어 질 수 있다. 제2 전극(145)는 일례로 일체로 형성된 1개의 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극(145)은 다른 예로 제1 방향과 다른 방향(제2 방향)으로 형성된 복수의 전극을 포함할 수 있다. 제2 전극(145)는 전류가 전도되는 물질로 구성된다. 제2 전극(145)는 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.
스페이서층(130)은 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이에 위치한다. 스페이서층(130)는 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이에 일정한 공간을 확보하기 위한 구성이다. 스페이서층(130)은 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140)을 지지하는 내부 이격부재(131)을 포함할 수 있다. 스페이서층(130)은 유전체(dielectric substance)로 채워질 수 있다. 유전체는 오픈 셀 발포제(open cell foam), 젤(gel), 경결합 중합체(lightly linked polymer) 등과 같은 물질을 포함한다. 예컨대, 스페이서층(130)은 공기(air)로 채워질 수도 있다.
터치 압력의 세기를 측정하기 위한 주요 구성은 제1 전극층(120), 스페이서층(130) 및 제2 전극층(140)이다. 설명의 편의를 위해 이하 제1 전극층(120), 스페이서층(130) 및 제2 전극층(140)을 포함하는 패널을 “제1 터치 압력 패널”이라고 명명한다.
3차원 터치 패널(100)의 내부 구성은 도1에 도시한 바와 다를 수도 있다. 예컨대, 터치 감지부(110), 제1 전극층(120), 제2 전극층(140)은 도1(a)에 도시한 상하 순서와 다른 순서로 적층될 수도 있다. 또한, 터치 압력 패널을 구성하는 각 층의 적층 순서도 달라질 수 있다. 다만 스페이서층(130)은 항상 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이에 위치해야 한다. 나아가 제1 전극층(120) 또는 제2 전극층(140)은 터치 감지부(110)에 포함된 전극층을 사용할 수도 있다. 이 경우 터치 입력의 위치를 결정하는 터치 감지부(110)와 터치 압력의 세기를 결정하는 터치 압력 패널이 일부 구성을 공유하게 된다.
도 1(b)는 도1(a)에서 “제1 터치 압력 패널”의 구성만을 도시한 예이다. 도1(b)를 기준으로 터치 압력의 세기를 측정하는 기본적인 원리를 설명한다. 도1(b)는 터치 압력 패널의 중심 영역에 P1이라는 세기의 터치 입력이 가해지는 예이다.
사용자가 터치 감지부(110) 상의 터치면을 누르면, 터치의 압력에 의해 제1 전극층(120)이 물리적으로 일정하게 휘어지게 된다. 제1 전극층(120)이 휘어지면 제1 전극층(120)과 제2전극층(130) 사이의 거리가 가까워진다. 도1(a)를 살펴보면 터치 입력이 없는 상태에서 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130) 사이의 거리는 ‘L10’이다. 도1(b)를 살펴보면 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130) 사이의 거리가 터치 입력에 의해 가까워 진다. 도1(b)에서 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130) 사이의 거리는 ‘L10’보다 작은 ‘L11’이다. 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130) 사이의 거리가 가까워지면 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130) 사이의 자체 정전 용량에 변화가 생긴다. 제1 전극층(120)과 제2 전극층(130) 사이의 거리가 가까워질수록 자체 정전 용량은 작아진다.
터치 입력이 없는 상태에서 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이의 자체 정전 용량을 기준 정전 용량(Cm)이라고 명명한다. 터치 압력의 세기는 기준 정전 용량에 비해 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이의 자체 정전 용량의 변화(ΔCm)가 얼마나 큰지를 측정하면 알 수 있다. 즉, 터치 압력의 세기는 터치가 시작된 순간부터 자체 정전 용량이 변화하는 정도로 결정될 수 있다.
제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이의 거리는 동일한 압력이 가해진 경우에도 터치 입력이 발생한 위치에 따라 달라질 수 있다. 도 1(c)는 도 1(a)에서 제1 터치 압력 패널의 구성만을 도시한 예이다. 도1(c)는 도1(b)와 달리 제1 터치 압력 패널의 가장자리(edge)에 P1이라는 세기의 터치 입력이 가해지는 경우이다. 도1(c)는 도1(b)와 같은 세기(P1)의 터치 압력이 가해지는 경우이다.
스페이서층(130)의 가장 자리에는 이격부재(131)이 존재한다. 이격부재(131)은 다양한 기구적인 구성을 가질 수 있다. 이격부재(131) 주변에서 터치 입력이 발생하면 이격부재(131)이라는 물리적인 구조로 인하여 터치 압력의 방향과 반대 방향으로 일정한 반발력이 발생한다. 따라서 제1 터치 압력 패널의 가장자리에 P1이라는 세기의 터치 압력이 가해져도 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이의 거리는 도1(b)와 다를 수 있다. 도1(c)를 살펴보면 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이의 거리는 ‘L11’보다 긴 ‘L12’이다. L11<L12<L10의 관계를 갖는다.
한편, 도 2는 3차원 터치 패널(100)의 단면도에 대한 다른 예이다. 도 2는 자체 정전 용량을 이용하여 터치 압력의 크기를 결정하는 3차원 터치 패널(100)에 대한 예이다. 도 2에서는 구동회로, 제어회로 등을 도시하지 않았다. 도 1과 도면 부호가 같은 구성은 도1과 동일한 구성이다. 도 1에서 설명한 구성에 대해서는 자세한 설명을 생략한다.
도 2(a)는 3차원 터치 패널(100)에서 터치 압력의 세기를 측정하기 위한 기본적인 구성을 도시한 예이다. 도2(a)에서 3차원 터치 패널(100)에 필수적인 구성만을 도시한 것으로 디스플레이 패널은 도시하지 않았다. 도2(a)를 살펴보면 3차원 터치 패널(100)은 터치 감지부(110), 제1 전극층(120), 스페이서층(130) 및 메탈층(150)을 구비한다.
터치 감지부(110)는 사용자의 터치 입력의 유무 및 터치 입력의 위치를 감지한다.
제1 전극층(120)은 터치 감지부(110)의 아래에 위치한다. 제1 전극층(120)은 제1 절연막(121) 및 제1 전극(125)을 구비한다. 제1 전극(125)은 다양한 형태의 전극을 포함할 수 있다. 제1 전극(125)은 이하에서 자세히 설명하기로 한다. 자체 정전 용량 방식의 경우 제1 전극(125)은 일반적으로 일체로 형성된 1개의 전극을 사용한다.
메탈층(150)은 제1 전극층(120) 아래에 위치한다. 메탈층(150)은 전류가 전도되는 물질로 구성된다. 예컨대, 메탈층(150)은 금, 은, 구리, 니켈, 백금 및 팔라듐으로 이루어진 그룹에서 선택되거나 선택된 금속의 합금으로 구성될 수 있다. 또한 메탈층(150)은 디스플레이 패널(도면 중 미도시)에 포함된 전극층을 사용할 수도 있다. 또한 메탈층(150)은 터치 패널(100)을 하우징하는 미들 프레임, 또는 터치 패널과 배터리 등 전장 부품을 차폐하는 차폐 프레임을 사용할 수도 있다.
스페이서층(130)은 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이에 위치한다. 스페이서층(130)은 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이에 일정한 공간을 확보하기 위한 구성이다. 스페이서층(130)은 제1 전극층(120)과 메탈층(150)을 지지하는 이격부재(131)을 포함할 수 있다.
터치 압력의 세기를 측정하기 위한 핵심적인 구성은 제1 전극층(120), 스페이서층(130) 및 메탈층(150)이다. 설명의 편의를 위해 이하 제1 전극층(120), 스페이서층(130) 및 메탈층(150)을 포함하는 패널을 “제2 터치 압력 패널”이라고 명명한다.
3차원 터치 패널(100)의 내부 구성은 도2(a)에 도시한 바와 다를 수도 있다. 예컨대, 터치 감지부(110), 제1 전극층(120), 메탈층(150)은 도2(a)에 도시한 상하 순서와 다른 순서로 적층될 수도 있다. 다만 스페이서층(130)은 항상 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이에 위치해야 한다. 나아가 제1 전극층(120)은 터치 패널(110)에 포함된 전극층을 사용할 수도 있다. 이 경우 터치 입력의 위치를 결정하는 터치 패널(110)과 터치 압력의 세기를 결정하는 “제2 터치 압력 패널”이 일부 구성을 공유하게 된다.
도 2(b)는 도2(a)에서 “제2 터치 압력 패널”의 구성만을 도시한 예이다. 도2(b)를 기준으로 터치 압력의 세기를 측정하는 기본적인 원리를 설명한다. 도2(b)는 터치 압력 패널의 중심 영역에 P1이라는 세기의 터치 입력이 가해지는 예이다.
사용자가 터치면을 터치하면, 터치의 압력에 의해 제1 전극층(120)이 물리적으로 일정하게 휘어지게 된다. 제1 전극층(120)이 휘어지면 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리가 가까워진다. 도2(a)를 살펴보면 터치 입력이 없는 상태에서 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리는 ‘L0’이다. 도2(b)를 살펴보면 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리가 터치 입력에 의해 가까워 진다. 도2(b)에서 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리는 ‘L0’ 보다 작은 ‘L1’이다. 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리가 가까워지면 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 자체 정전 용량에 변화가 생긴다. 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리가 가까워질수록 자체 정전 용량은 작아진다.
터치 입력이 없는 상태에서 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 자체 정전 용량을 기준 정전 용량(Cs)이라고 명명한다. 터치 압력의 세기는 기준 정전 용량에 비해 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 자체 정전 용량의 변화(ΔCs)가 얼마나 큰지를 측정하면 알 수 있다. 즉 터치 압력의 세기는 터치가 시작된 순간부터 자체 정전 용량이 변화하는 정도로 결정될 수 있다.
제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리는 동일한 압력이 가해진 경우에도 터치 입력이 발생한 위치에 따라 달라질 수 있다. 도 2(c)는 도 2(a)에서 제2 터치 압력 패널의 구성만을 도시한 예이다. 도2(c)는 도2(b)와 달리 제2 터치 압력 패널의 가장자리(edge)에 P1이라는 세기의 터치 입력이 가해지는 경우이다. 도2(c)는 도2(b)와 같은 세기(P1)의 터치 압력이 가해지는 경우이다.
스페이서층(130)의 가장 자리에는 이격부재(131)이 존재한다. 이격부재(131)은 다양한 기구적인 구성을 가질 수 있다. 이격부재(131) 주변에서 터치 입력이 발생하면 이격부재(131)이라는 물리적인 구조로 인하여 터치 압력의 방향과 반대 방향으로 일정한 반발력이 발생한다. 따라서 제2 터치 압력 패널의 가장자리에 P1이라는 세기의 터치 압력이 가해져도 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리는 도2(b)와 다를 수 있다. 도2(c)를 살펴보면 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리는 ‘L21’보다 긴 ‘L22’이다. L21<L22<L20의 관계를 갖는다.
한편, 도 3 내지 5는 한 장의 시트 형상으로 구성된 테스트 전극에 압력을 가했을 때 나타나는 압력 분포를 나타내는 도면이다. 세로축과 가로축의 숫자가 좌표를 의미한다. 터치의 세기에 따른 압력 크기는 오른쪽 막대 그래프의 컬러로 나타낸다. 도 4 는 테스트 전극의 중심 영역 즉 (8,6) 위치에 터치 압력을 가했을 때의 압력 분포를 나타내고, 도 5는 (15,11) 위치에 터치 압력을 가했을 때의 압력 분포를 나타내는 도면이다. 도시되는 바와 같이,
도시되는 바와 같이, 에지 영역에 가까운 (15,11) 위치에 터치 압력을 가했을 경우의 변위(L12,22)는, 이격부재(131)이라는 물리적인 구조로 인하여 터치 압력의 방향과 반대 방향으로 일정한 반발력이 발생하여 중심 영역 즉 (8,6) 위치에 압력을 가했을 경우의 변위(L11,21) 보다 작게 된다. 따라서, 압력의 크기가 터치 위치에 따라 같은 세기의 힘을 가했을 때 상이하게 검출될 수 있다.
본 발명의 실시예에서는, 터치 면의 터치 위치에 따라 같은 세기의 힘을 가했을 때 상이하게 검출되는 압력의 크기를 보정하기 위하여 제1 전극(125) 또는 제2 전극(145)에 관통부(125a 또는 145a) 및/또는 절개부(125b 또는 145b)를 형성한다. 관통부(125a 또는 145a) 및/또는 절개부(125b 또는 145b)가 형성된 전극의 패턴을 이하에서 도 6 내지 8을 참조하여 설명하기로 한다.
도 6 내지 8은 본 발명의 실시예에 따른 제1 전극(125) 또는 제2 전극(145)의 다양한 예를 설명하기 위한 평면도이다.
도 6에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 전극(125) 또는 제2 전극(145)은 한 장의 시트 형상으로 구성될 수 있다. 제1 전극(125) 또는 제2 전극(145)에는 복수개의 관통부(125a 또는 145a)가 형성될 수 있다. 복수개의 관통부(125a 또는 145a)는 도 6의 실시예에서와 같이 가장자리(에지)에서 전극(125 또는 145)의 중심으로 갈수록 관통 면적이 넓어지는 것이 바람직하다. 도면부호 121(141)은 절연막을 나타낸다.
도 7에 도시되는 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 제1 전극(125) 또는 제2 전극(145)에는 복수개의 관통부(125a 또는 145a)가 형성될 수 있다. 상기 관통부(125a, 145a)는 에지에서 중심부로 갈수록 면적이 증가하도록 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극(125) 또는 제2 전극(145)의 하나 이상의 에지(edge)에 설정 길이(h)와 설정 폭(d)으로 내측으로 절개된 절개부(125b 또는 145b)가 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극(125) 또는 제2 전극(145)의 중심에서 각 에지 길이의 1/4 길이까지 범위의 영역의 관통 면적이 전체 관통 면적의 20%, 바람직하게 50%가 되도록 관통부(125c, 145c)를 형성할 수 있다.
도 8에 도시되는 바와 같이, 전극은 복수 개의 분리된 전극들(125',125",125'",125"")로 구성될 수 있다. 복수개의 분리된 전극들로 구성할 경우, 압력의 위치가 측정될 수 있다.
도 9는 관통부(125a, 145a) 및/또는 절개부(125b,145b)가 형성되지 않은 전극을 사용한 경우(pattern1)와 관통부(125a, 145a) 및/또는 절개부(125b,145b)가 형성된 전극을 사용한 경우(pattern2)의 가해진 터치 크기와 검출된 압력값을 나타낸 그래프이다. 도시된 바와 같이, 관통부(125a, 145a) 및/또는 절개부(125b,145b)가 형성된 전극을 사용한 pattern2에서 압력의 최대값과 최소값의 차이가 설정 범위 이내로 보정됨을 알 수 있다.
제1 전극층(120) 또는 제2 전극층(140)을 압력 감지 레이어로 일컬을 수 있다. 압력 감지 레이어는 터치 이벤트 시의 압력의 세기를 검출한다. 압력 감지 레이어에 복수의 관통부를 형성하면 터치면의 중심부를 터치할 때와 에지 부분을 터치할 때 압력 크기 검출에 오류가 생기는 것을 보정할 수 있다.
즉, 사용자가 터치면을 터치할 경우 압력의 크기에 따라 제1 전극층(120)과 제2 전극층(140) 사이 또는 제1 전극층(120)과 메탈층(150) 사이의 거리가 변화하는데, 패널의 중심 영역을 터치할 때와 패널의 가장자리를 터치할 때 같은 힘을 가하더라도 변위(L1,L2)가 상이하지만, 본 발명의 실시예에 따른 압력감지 레이어, 즉, 전극(125 또는 145)의 경우, 관통부(125a, 145a)와 절개부(125b,145b)를 형성하여 커패시턴스 값을 보정하여 압력 크기에 오류가 발생하는 것을 보정할 수 있다.
도시되지 않았지만, 터치 감지부(110)와 제1 전극(125) 또는 제2 전극(145)(압력 감지 레이어)는 PCB 모듈을 사용하는 것이 바람직하다. 컨트롤 IC는 터치 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, 마이크로콘트롤러 등)에 전달한다.
한편, 도면 중 포함되지 않은 마이크로콘트롤러가 터치 패널(110)과 압력 감지 레이어(제1 전극 또는 제2 전극)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. 마이크로콘트롤러는 펌웨어 및/또는 소프트웨어(도시하지 않음)로 저장된 명령들을 실행한다.
100 : 3차원 터치 패널 110 : 터치 감지부
120 : 제1 전극층 121 : 제1 절연막
125 : 제1 전극
130 : 스페이서층 131 : 이격부재
140 : 제2 전극층 141 : 제2 절연막
145 : 제2 전극 150 : 메탈층

Claims (25)

  1. 3차원 터치 패널에 있어서,
    사용자의 터치가 가해지는 터치면;
    상기 터치면의 아래에 위치하는 도전성 재질의 제1 전극; 및
    상기 제1 전극의 아래에 상기 제1전극과 이격되어 위치하는 도전성 재질의 제2 전극을 포함하며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 간격은 상기 터치면에 가해진 압력에 따라 변화하며,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 중 하나의 전극에는 두께 방향으로 관통하는 하나 이상의 관통부들이 형성되고,
    상기 하나 이상의 관통부들은 에지에서 중심으로 갈수록 면적이 증가하는 3차원 터치 패널.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 전극의 적어도 하나의 에지에는 내측으로 절개된 절개부가 형성된 3차원 터치 패널.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 전극은 복수 개의 분리된 전극들로 구성되는 3차원 터치 패널.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 전극은 중심에서 각 에지 길이의 1/4 길이까지 범위의 영역의 관통 면적이 전체 관통 면적의 20% 인 3차원 터치 패널.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 하나의 전극은 상기 간격에 따라 변화하는 정전용량에 대응하는 압력 감지 신호를 출력하는 3차원 터치 패널.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 압력 감지 신호에 따라 상기 터치에 의한 압력의 크기를 결정하는 마이크로콘트롤러를 추가로 포함하는 3차원 터치 패널.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치면의 아래에 위치하며, 상기 터치면에 대한 터치 위치를 검출하는 터치 감지부를 더 포함하는 3차원 터치 패널.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 터치면의 아래에 위치하는 디스플레이 모듈을 더 포함하는 3차원 터치 패널.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 3차원 터치 패널의 가장자리를 고정하는 프레임을 더 포함하는 3차원 터치 패널.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 사이에 위치하여 상기 제1 전극과 상기 제2 전극을 이격시키는 스페이서층을 추가로 포함하는 3차원 터치 패널.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 전극 또는 상기 제2 전극은 메탈층인 3차원 터치 패널.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 3차원 터치 패널은 디스플레이 패널을 추가로 포함하고, 상기 메탈층은 상기 디스플레이 패널에 포함된 전극층인 3차원 터치 패널.
  14. 제 12 항에 있어서,
    상기 3차원 터치 패널은 상기 3차원 터치 패널을 하우징하는 미들 프레임을 추가로 포함하고, 상기 메탈층은 상기 미들 프레임인 3차원 터치 패널.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 3차원 터치 패널은 상기 3차원 터치 패널과 배터리를 포함하는 전장 부품 사이를 차폐하는 차폐 프레임을 추가로 포함하고, 상기 메탈층은 차폐 프레임인 3차원 터치 패널.
  16. 3차원 터치 패널에 있어서,
    3차원 터치 패널의 터치면에 평행하게 결합하여 상기 터치면에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전 용량에 해당하는 신호를 출력하며, 두께 방향으로 관통하는 하나 이상의 관통부가 형성되며, 도전성 재질로 구성되는 압력 감지 레이어를 포함하고,
    하나 이상의 상기 관통부는 에지에서 중심으로 갈수록 면적이 증가하는 3차원 터치 패널.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 압력 감지 레이어는 각 에지에 내측으로 절개되어 형성되는 절개부가 형성되는 3차원 터치 패널.
  18. 삭제
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 압력 감지 레이어는 상기 패널의 중심에서 각 에지 길이의 1/4 길이까지 범위의 영역의 관통 면적이 전체 관통 면적의 20% 인 3차원 터치 패널.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 압력 감지 레이어는 상기 패널의 중심에서 각 에지 길이의 1/4 길이까지 범위의 영역의 관통 면적이 전체 관통 면적의 50% 인 3차원 터치 패널.
  21. 제 16 항에 있어서,
    상기 압력 감지 레이어는 복수 개의 분리된 전극들로 구성되는 3차원 터치 패널.
  22. 3차원 터치 패널의 압력 감지 레이어에 있어서,
    상기 3차원 터치 패널의 터치면에 가해진 압력의 크기에 따라 변화하는 정전 용량에 해당하는 신호를 출력하고, 두께 방향으로 관통하는 하나 이상의 관통부가 형성되며, 도전성 재질로 구성되고,
    하나 이상의 상기 관통부는 에지에서 중심부로 갈수록 면적이 증가하는 3차원 터치 패널의 압력 감지 레이어.
  23. 삭제
  24. 제 22 항에 있어서,
    상기 압력 감지 레이어는 상기 패널의 중심에서 각 에지 길이의 1/4 길이까지 범위의 영역의 관통 면적이 전체 관통 면적의 20%인 3차원 터치 패널의 압력 감지 레이어.
  25. 제 22 항에 있어서,
    각 에지에 설정 길이와 폭으로 내측으로 절개되어 형성되는 절개부가 형성되는 3차원 터치 패널의 압력 감지 레이어.
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