KR101776667B1 - 디스플레이 모듈의 프레임을 이용하여 압력을 감지하는 압력감지장치 - Google Patents

디스플레이 모듈의 프레임을 이용하여 압력을 감지하는 압력감지장치 Download PDF

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Abstract

생산공정의 복잡도를 줄일 수 있는 구조를 갖는 압력감지장치로서, 디스플레이 모듈, 상기 디스플레이 모듈의 화면의 반대쪽 면 방향에 배치되어 있는 복수 개의 전극들을 포함하며, 압력이 가해지면 휘었다가 상기 압력이 사라지면 복원되는 탄성을 갖고 있는 압력감지층, 및 상기 디스플레이 모듈 및 상기 압력감지층을 감싸는 프레임을 포함한다.

Description

디스플레이 모듈의 프레임을 이용하여 압력을 감지하는 압력감지장치{Pressure detecting device using frame of a display module}
본 발명은 전자장치로서, 특히 사용자 입력으로서의 압력을 감지하는 장치에 관한 것이다.
휴대형 사용자 기기를 비롯한 사용자 기기에는 그동안 2차원 평면상의 감지위치를 감지할 수 있는 입력장치가 제공되었다. 이 입력장치는 예컨대, 사용자 입력위치에 관한 x, y의 두 개의 좌표값을 계산할 수 있는 값을 출력할 수 있다. 대표적으로 사용자 터치 입력 영역에 배치된 전극들을 이용하여, 상기 전극에서 형성되는 정전식 용량변화가 터치입력 여부에 의해 결정되는 원리를 이용한 입력장치의 예를 많이 찾아볼 수 있다.
한편, 사용자 경험의 다양성과 효율성을 높이기 위하여, 사용자 입력 시 입력장치에 가해지는 압력을 측정할 수 있는 장치에 대한 연구가 최근 진행되고 있다. 이러한 압력감지장치를 상술한 입력장치와 함께 사용하는 경우 x, y, z의 세 가지 방향에 관한 입력값을 얻을 수 있으므로 압력감지장치를 3D감지장치라고 부르는 경우도 있다.
압력감지장치에 대한 연구는 현재 초기단계이기 때문에, 간단하고 정확하며 효율적이고 내구성 있는 압력감지장치의 구조에 관한 기술이 요청되고 있다.
본 발명은 간단한 구조를 가지며 생산공정의 복잡도를 줄일 수 있는 압력감지장치의 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따른 압력감지장치는, 디스플레이 모듈(10), 상기 디스플레이 모듈의 화면의 반대쪽 면 방향에 배치되어 있는 복수 개의 전극들을 포함하며, 압력이 가해지면 휘었다가 상기 압력이 사라지면 복원되는 탄성을 갖고 있는 압력감지층(20), 및 상기 디스플레이 모듈 및 상기 압력감지층을 감싸는 프레임(30)을 포함하며, 상기 프레임은 상기 압력감지층에 대면하는 도전성의 바닥부(31)를 포함하며, 상기 디스플레이 모듈 중 일부 지점으로부터 상기 반대쪽 면 방향에 대하여 가해진 압력이 상기 압력감지층으로 전달되도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 각각의 전극에게 전류를 제공하여 상기 각각의 전극에 의해 형성되는 커패시턴스의 값을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다.
이때, 상기 압력감지층의 휨 정도에 따라 조절되는 상기 각각의 전극과 상기 바닥부 간의 거리변화에 의해 상기 복수 개의 전극들에 의해 형성되는 커패시턴스의 값이 조절되도록 되어 있을 수 있다.
또한, 상기 바닥부에는 전류가 흐를 수 있는 경로가 형성되어 있을 수 있다. 또는 상기 바닥부에는 미리 결정된 전위가 제공되어 있을 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 모듈과 상기 압력감지층 사이에 배치되어 있으며, 미리 결정된 전위가 인가되는 도전성의 차폐층(40)을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 압력감지층은, 상기 복수 개의 전극들이 형성되어 있는 기판을 포함하는 3D 감지전극층(21), 및 상기 기판과 상기 바닥부에 개재된 탄성층(22)을 포함할 수 있다.
또는, 상기 압력감지층은, 상기 복수 개의 전극들이 형성되어 있는 탄성 기판을 포함하는 3D 감지전극층(21), 및 상기 탄성 기판의 가장자리를 따라 배치되어 있으며, 상기 탄성 기판을 상기 바닥부에 대하여 지지하는 지지부(23)를 포함할 수 있다.
상기 탄성 기판은, 외력이 작용하면 변형되었다고 상기 외력이 사라지면 원상태로 복원되는 복원력을 갖는 가요성의 기판일 수 있다.
본 발명에 따르면 간단한 구조를 가지며 생산공정의 복잡도를 줄일 수 있는 압력감지장치의 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 2는 도 1에서 압력감지층의 구체적인 구조를 변형시킨 예를 나타낸 것이다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지층의 구조를 나타낸 것이다.
도 4는 도 3b 또는 도 3c에 나타낸 C3D(Mutual)의 값을 측정하는 측정회로의 일 예를 나타낸 것이다.
도 5는 도 4에 도시한 적분장치의 각 노드에서의 시간에 따른 상태를 나타낸 타이밍 다이어그램이다.
도 6은 도 3a에 나타낸 C3D(Self)의 값을 측정하는 측정회로의 일 예를 나타낸 것이다.
도 7은 도 6에 도시한 측정회로의 각 노드에서의 시간에 따른 상태를 나타낸 타이밍 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력감지장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 9는 도 8에서 압력감지층의 구체적인 구조를 변형시킨 예를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 1에서 압력감지장치(1)는 프레임(30), 상기 프레임(30) 상의 압력감지층(20), 상기 압력감지층(20) 상의 차폐층(40), 및 상기 차폐층(40) 위의 디스플레이 모듈(10)을 포함할 수 있다. 그리고 압력감지장치(1)는 디스플레이 모듈(10) 상에 2D 감지전극층(50), 및 2D 감지전극층(50) 상의 커버층(60)을 더 포함할 수 있다.
이때, 압력감지층(20)은 디스플레이 모듈(10)의 화면의 반대쪽 면 방향에 배치되어 있는 복수 개의 전극들을 포함할 수 있다. 그리고 압력감지층(20)은, 압력감지층(20)에 대하여 압력이 가해지면 휘었다가 상기 압력이 사라지면 복원되는 탄성을 갖고 있을 수 있다. 상기 화면의 반대쪽 면 방향은 도 1에서 아래쪽을 향하는 방향을 의미한다. 상기 복수 개의 전극들은 상기 압력감지층의 넓은 면에 걸쳐 배치되어 있으므로, 상기 압력감지층이 휠 때에 함께 상기 복수 개의 전극들 중 적어도 일부의 형상이 변형될 수 있다.
그리고 프레임(30)은 디스플레이 모듈(10) 및 압력감지층(20)을 감싸도록 되어 있다. 압력감지층(20), 차폐층(40), 디스플레이 모듈(10), 2D 감지전극층(50), 및 커버층(60)은 프레임(30)의 바깥으로 이탈하지 않도록 프레임(30)의 내부에 존재할 수 있다.
프레임(30)은 압력감지층(20)에 대면하는 도전성의 바닥부(31)를 포함할 수 있다. 바닥부(31)를 제외한 프레임(30)의 나머지 부분은 전도체일 수도 있고 아닐 수도 있다.
디스플레이 모듈(10)에서 출력되는 화면을 본 사용자는, 커버층(60)에 손가락과 같은 도전체 또는 비도전체를 터치하여 도 1의 아래쪽 방향으로 압력을 가할 수 있다. 이 압력은 2D 감지전극층(50), 디스플레이 모듈(10), 차폐층(40), 및 압력감지층(20)에 순차적으로 전달될 수 있다.
도 1의 실시예에서 압력감지층(20)은 3D 감지전극층(21) 및 탄성층(22)을 포함할 수 있다. 탄성층(22)는 3D 감지전극층(21)과 동일한 면적을 갖거나 유사한 면적을 가질 수 있다. 상기 탄성층(22)은 예컨대, 복원력 있는 젤리타입의 소재가 균일하게 분포되어 있으며 미리 결정된 두께를 갖는 판형(plate type)의 소재로 이루어질 수도 있다.
3D 감지전극층(21)은, 그 일부 지점에 아래 방향으로의 압력이 가해지면 압력이 가해진 부분 및 그 주변부만이 아래쪽으로 볼록하게 변형될 수 있다. 상기 압력이 해제되면 상기 볼록하게 변형된 부분은 탄성층(22)의 복원력에 의해 복원될 수 있다.
디스플레이 모듈(10)에서는 전자기 노이즈가 발생할 수 있다. 이때, 상기 전자기 노이즈는 압력감지층(20)에서 압력을 감지하는 데에 방해가 될 수 있다. 따라서, 디스플레이 모듈(10)과 압력감지층(20) 사이에 차폐층(40)을 배치될 수 있다.즉, 차폐층(40)이 디스플레이 모듈(10) 모듈에서 발생하는 전자기 노이즈가 압력감지층(20)으로 흘러가는 것을 막을 수 있다.
차폐층(40)에는 미리 결정된 지속시간 전위가 제공되도록 설계할 수 있다.
상기 차폐층(40)을 도입하는 경우, 3D 감지전극층(21)과 상기 차폐층(40) 사이에 부가적인 커패시턴스가 형성될 수 있다. 이러한 부가적인 커패시턴스가 설계의도에 부합하지 않는 경우 문제가 발생할 수 있다. 따라서 이러한 문제를 해결하기 위하여 상기 차폐층에는 미리 결정된 스케쥴에 따른 전위를 제공할 수 있다. 상기 미리 결정된 스케쥴에 따른 전위는 3D 감지전극층(21)에 배치된 전극들에 인가되는 전위와 동일한 전위일 수 있다.
도 2는 도 1에서 압력감지층(20)의 구체적인 구조를 변형시킨 예를 나타낸 것이다.
도 1에서는 3D 감지전극층(21) 아래에 탄성층(22)이 제공되지만, 도 2에서는 3D 감지전극층(21) 아래에, 3D 감지전극층(21)의 가장자리부의 일부 또는 전부를 따라 배치된 지지부(23)가 제공될 수 있다. 이때, 3D 감지전극층(21)은, 그 일부 지점에 아래 방향으로의 압력이 가해지면 압력이 가해진 부분 및 그 주변부만이 아래쪽으로 볼록하게 변형될 수 있다. 상기 압력이 해제되면 상기 볼록하게 변형된 부분의 형상은 복원되어야 한다. 이를 위하여 3D 감지전극층(21) 자체에 탄성 및 복원력을 제공하는 기판이 포함될 수 있다. 상기 복수 개의 전극들은 상기 기판상에 배치될 수도 있다.
이때, 지지부(23)는 프레임(30)과 3D 감지전극층(21)의 결합을 위한 양면 테잎(poron tape)으로 구성될 수 있다.
<3D 감지전극층의 구조 및 작동원리의 예>
압력감지층(20)은 복수 개의 전극들을 포함할 수 있다.
도 3a, 도 3b, 및 도 3c는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력감지층의 구조를 나타낸 것이다.
도 3a는 셀프 방식을 이용한 압력감지층의 구조를 나타낸 것이고, 도 3b 및 도 3c는 뮤추얼 방식을 이용한 압력감지층의 구조를 나타낸 것이다.
도 3a를 참조하면, 차폐층(40), 압력감지층(20), 및 프레임(30, 31)이 순서대로 배치되어 있을 수 있다. 이때, 압력감지층(20)은 기판(24)과 복수 개의 전극(80)을 포함하는 3D 감지전극층(21), 및 탄성층(22)을 포함할 수 있다.
3D 감지전극층(21)이 셀프 방식인 경우, 복수 개의 전극(80)들이 배치되어 있을 수 있으며, 도전체 또는 비도전체에 의해 압력이 가해지면 탄성층(22)이 압축되어 탄성층의 일부 지점의 높이(d)가 줄어들게 된다. 이때, 상기 전극(80)들과 프레임(30)의 바닥부(31)의 전도체 사이에 발생하는 C3D(Self) 값은 증가하게 된다. 이러한 C3D(Self) 값의 변화에 관한 값을 측정하여 압력이 가해졌는지 여부를 판단할 수 있다.
도 3b 및 도 3c를 참조하면, 도 3a와 마찬가지로 차폐층(40), 암력감지층(20), 및 프레임(30, 31)이 순서대로 배치되어 있을 수 있다. 이때, 압력감지층(20)은 기판(24)과 복수 개의 전극(80, 81)을 포함하는 3D 감지전극층(21), 및 탄성층(22)을 포함할 수 있다. 상기 복수 개의 전극은 복수 개의 감지전극(RX 전극)(80)들과 복수 개의 구동전극(TX 전극)(81)들로 구분될 수 있다.
도 3b는 3D 감지전극층(21)이 뮤추얼 방식인 경우이며, 감지전극(80) 및 구동전극(81)이 동일한 층에 형성되어 있는 경우일 수 있다. 이때, 구동전극(81)에 구동전압을 인가하면, 구동전극(81)과 감지전극(80) 사이에 전기장이 형성될 수 있는데, 상기 전기장이 탄성체(22) 방향의 공간에 퍼질 수 있다.
도전체 또는 비도전체에 의해 탄성층에 압력이 가해지면 탄성층(22)이 압축되어 탄성층의 일부 지점의 높이(d)가 줄어들게 된다. 이때, 구동전극(81)과 감지전극(80) 사이에 형성되된 커패시턴스를 통해 제공되는 전류의 경로 외에도, 구동전극(81)과 프레임(30)의 바닥부(31)의 전도체 사이에 전류의 이동을 위한 다른 경로가 형성될 수 있다. 그 결과 감지전극(80)과 구동전극(81) 사이에 발생하는 C3D(Mutual) 값은 감소하게 된다. 이러한 C3D(Mutual) 값의 감소량에 관한 값을 측정하여 압력이 가해졌는지 여부를 판단할 수 있다.
도 3c는 3D 감지전극층(21)이 뮤추얼 방식인 경우이며, 감지전극(80) 및 구동전극(81)이 서로 다른 층에 형성되어 있는 경우일 수 있다. 즉, 기판(24)과 차폐층(40) 사이에 구동전극(81)이 배치되어 있고, 기판(24)과 탄성층(22) 사이에 감지전극(80)이 배치되어 있을 수 있다.
이때, 구동전극(81)에 구동전압을 인가하면, 구동전극(81)과 감지전극(80) 사이에 전기장이 형성될 수 있다. 이때, 감지전극(80)을 구동전극(81)보다 작은 면적으로 형성될 수 있다.
도전체 또는 비도전체에 의해 탄성층에 압력이 가해지면 탄성층(22)이 압축되어 탄성층의 일부 지점의 높이(d)가 줄어들게 된다. 이때, 구동전극(81)과 감지전극(80) 사이에 형성되된 커패시턴스를 통해 제공되는 전류의 경로 외에도, 구동전극(81)과 프레임(30)의 바닥부(31)의 전도체 사이에 전류의 이동을 위한 다른 경로가 형성될 수 있다. 그 결과 감지전극(80)과 구동전극(81) 사이에 발생하는 C3D(Mutual) 값은 감소하게 된다. 이러한 C3D(Mutual) 값의 감소량에 관한 값을 측정하여 압력이 가해졌는지 여부를 판단할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c와 같은 방법으로, C3D값의 변화감지를 통해 3D터치 여부를 측정할 수 있다.
압력감지장치(1)는 상기 각각의 전극에게 전류를 제공하여 상기 각각의 전극에 의해 형성되는 커패시턴스의 값을 측정하는 측정부를 더 포함할 수 있다. 상기 측정부는 적분장치를 포함할 수 있다.
<전극에 의해 형성되는 커패시턴스(C3D)를 측정하는 회로의 예>
도 4는 도 3b 또는 도 3c에 나타낸 C3D(Mutual)의 값을 측정하는 측정회로의 일 예를 나타낸 것이다.
도 4의 커패시터(Cij)의 양극(+) 단자는 예컨대 도 3b 및 도 3c에 나타낸 구동전극(81)에 대응하고, 커패시터(Cij)의 음극(-) 단자는 예컨대 도 3b 및 도 3c에 나타낸 감지전극(80)에 대응할 수 있다.
도 4에 나타낸 측정회로는 제1 연산증폭기(OA1), 제2 연산증폭기(OA2), 및 커패시터(Cij)를 포함한다. 제1 연산증폭기(OA1) 및 제2 연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자는 각각 제1 스위치(S1) 및 제2 스위치(S2)를 통해 커패시터(Cij)의 제1 단자(Yj)에 연결되어 있으며, 커패시터(Cij)의 제2 단자(Xi)는 제3 스위치(S1') 및 제4 스위치(S2')를 통해 제1 전위(Vcc) 및 제2 전위(GND)에 연결되어 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여 제2 전위(GND)는 0의 값을 갖는 것으로 한다. 제1 연산증폭기(OA1)의 반전 입력단자와 출력단자는 제1 피드백 커패시터(Cfb1)를 통해 서로 연결되어 있고, 상기 제2 연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자와 출력단자는 제2 피드백 커패시터(Cfb2)를 통해 서로 연결되어 있으며, 제1 연산증폭기(OA1) 및 제2 연산증폭기(OA2)의 비반전 입력단자는 각각 제2 전위(GND)에 연결될 수 있다.
나아가, 리셋 스위치(S3, S3')가 제1 연산증폭기(OA1) 및 제2 연산증폭기(OA2)의 비반전 입력단자와 출력단자 사이를 각각 연결하고 있을 수 있다. 리셋 스위치(S3, S3')가 온(on) 되면, 제1 피드백 커패시터(Cfb1)와 제2 피드백 커패시터(Cfb2)에 충전된 전하가 모두 방전되어 그 양단의 전압을 0으로 만들 수 있다. 실시예에 따라 리셋 스위치(S3)와 리셋 스위치(S3')가 동일한 타이밍으로 동작할 수도 있다.
스위치(S1, S1')와 스위치(S2, S2')는 아래의 도 5의 (a)의 클록1(CLK1) 및 도 5의 (b)의 클록2(CLK2)와 같은 타이밍으로 스위칭될 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니다.
도 5는 도 4에 도시한 측정회로의 각 노드에서의 시간에 따른 상태를 나타낸 타이밍 다이어그램이다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)는 스위치(S1, S1') 및 스위치(S2, S2')의 온-오프 타이밍을 나타내며, 도 5의 (c)는 제2 단자(Xi)의 전위, 도 5의 (d)는 제1 연산증폭기(OA1)의 출력전압(Vo1), 도 5의 (e)는 제2 연산증폭기(OA2)의 출력전압(Vo2)을 나타낸다.
도 5의 (a) 및 도 5의 (b)를 참조하면, 스위치(S1, S1') 및 스위치(S2, S2')는 각각 서로 겹치지 않는 시간동안 번갈아가며 온(on) 상태로 될 수 있다. 즉, 스위치(S1, S1')는 시 구간 [t1, t2], [t1', t2']에서 온 상태로 되고, 시 구간 [t2, t1']에서 오프(off) 상태로 될 수 있다. 이와 비교하여, 스위치(S2, S2')는 시 구간 [t3, t4], [t3', t4']에서 온 상태로 되고, 시 구간 [t4, t3']에서 오프(off) 상태로 될 수 있다. 시 구간 [t1, t1']에서의 스위치(S1, S1') 및 스위치(S2, S2')이 동작 상태는 계속 반복될 수 있다. 도 5에서 시 구간 [t2, t3] 및 시구간 [t4, t1']의 길이는 0이 아닌 값이지만, 실시예에 따라 실질적으로 0에 가까워지도록 설정할 수도 있다.
시 구간 [t1, t1']을 하나의 사이클로 정의하면, 이러한 사이클을 N번 반복해서 발생시킬 수 있다. 이때, 제1 피드백 커패시터(Cfb1)와 제2 피드백 커패시터(Cfb2)에 충전된 전하는 방전되지 않기 때문에 제1 연산증폭기의 출력단자(o1)의 전위(Vo1) 및 제2 연산증폭기의 출력단자(o2)의 전위(Vo2)는 도 5의 (e) 및 도 5의 (f)에 도시한 것과 같이 계단식으로 증가 또는 감소한다.
도 6은 도 3a에 나타낸 C3D(Self)의 값을 측정하는 측정회로의 일 예를 나타낸 것이다.
도 6에 나타낸 전극(101)은 예컨대 도 3a에 나타낸 전극(80)에 대응할 수 있다.
측정회로(110)는, 제1 연산증폭기(OA1) 및 제2 연산증폭기(OA2)를 포함할 수 있다. 제1 연산증폭기(OA1)의 비반전 입력단자에는 제1 기준전압(VREF_H)이 인가될 수 있고, 제2 연산증폭기(OA2)의 비반전 입력단자에는 제2 기준전압(VREF_L)이 인가될 수 있다.
제1 연산증폭기(OA1)의 반전 입력단자는, 스위치(61)를 통해 입력단자(VIN)에 연결되고, 스위치(71)를 통해 제1 기준전압(VREF_H)에 연결될 수 있다. 제2 연산증폭기(OA2)의 반전 입력단자는, 스위치(62)를 통해 입력단자(VIN)에 연결되고, 스위치(73)를 통해 제2 기준전압(VREF_L)에 연결될 수 있다.
제1 연산증폭기(OA1)의 출력단자는, 상기 제1 출력단자(VOUT1)로서 제공될 수 있으며, 스위치(72)를 통해 제2 기준전압(VREF_L)에 연결될 수 있다. 제2 연산증폭기(OA2)의 출력단자는, 상기 제2 출력단자(VOUT2)로서 제공될 수 있으며, 스위치(74)를 통해 제1 기준전압(VREF_H)에 연결될 수 있다.
제1 연산증폭기(OA1)의 출력단자와 반전 입력단자는 제1 적분 커패시터(CS1)에 의해 서로 연결될 수 있다. 제2 연산증폭기(OA2)의 출력단자와 반전 입력단자는 제2 적분 커패시터(CS2)에 의해 서로 연결될 수 있다.
커패시턴스(CSELF)는 전극(101)과 사람의 손가락 사이에 형성된 감지 커패시턴스와 전극(101)과 사용자 기기의 임의의 부분 사이에 형성된 부유 커패시턴스의 합을 모델링하여 나타낸 것이다. 만일 전극(101) 근처에 사람의 손가락이 존재하지 않는다면 상기 감지 커패시턴스의 값은 0에 가까운 값을 가질 수 있으며, 커패시턴스(CSELF)의 값은 상기 부유 커패시턴스에 가까운 값을 가질 수 있다.
도 7은 도 6에 도시한 측정회로의 각 노드에서의 시간에 따른 상태를 나타낸 타이밍 다이어그램이다.
도 7에서 가로축은 시간을 나타낸다.
신호(ΦR)는 스위치(71, 72, 73, 74, 81)의 온/오프 상태를 제어하는 신호로서 일종의 리셋신호이다.
신호(Φ1)는 스위치(61)의 온/오프 상태를 제어하는 신호이다.
신호(Φ2)는 스위치(62)의 온/오프 상태를 제어하는 신호이다.
신호(Φ1), 신호(Φ2), 및 신호(ΦR)가 하이(high) 값을 가질 때에는 대응하는 스위치가 온 상태로 되고, 로우(low) 값을 가질 때에는 대응하는 스위치가 오프 상태로 된다.
도 7에서 신호(VVIN)는 입력단자(VIN)의 시간에 따른 전압을 나타낸 것으로서, 신호(Φ1)가 하이(high) 값을 가질 때의 신호(VVIN)의 크기(ex: VREF_H)는 신호(Φ2)가 하이(high) 값을 가질 때의 신호(VVIN)의 크기(ex: VREF_L)보다 크게 된다는 점을 도 6의 회로의 구성에 의해 이해할 수 있다.
제1 출력단자(VOUT1)에서의 전위의 크기는, 스위치(71, 72, 73, 74)에 의해 리셋되었을 때에 제2 기준전압(VREF_L)으로 된다. 그 후 신호(Φ1)의 상승 에지일 때마다 일정 수준 상승하게 된다. 이때 상승하는 수준은 이상적으로는 커패시터(CSELF)의 크기와 제1 적분 커패시터(CS1)의 크기의 상대적인 비율에 의해 결정될 수 있다. 그 이유는 도 6의 회로구조 상 신호(Φ1)의 상승 에지에 따른 천이 구간에서 커패시터(CSELF)를 통해 흐르는 전류는 모두 제1 적분 커패시터(CS1)를 통해 흐르기 때문이다.
제2 출력단자(VOUT2)에서의 전위의 크기는, 스위치(71, 72, 73, 74)에 의해 리셋되었을 때에 제1 기준전압(VREF_H)으로 된다. 그 후 신호(Φ2)의 상승 에지일 때마다 일정 수준 하강하게 된다. 이때 하강하는 수준은 이상적으로는 커패시터(CSELF)의 크기와 제2 적분 커패시터(CS2)의 크기의 상대적인 비율에 의해 결정될 수 있다. 그 이유는 도 6의 회로구조 상 신호(Φ2)의 상승 에지에 따른 천이 구간에서 커패시터(CSELF)를 통해 흐르는 전류(ICSELF)는 모두 제2 적분 커패시터(CS2)를 통해 흐르기 때문이다.
<2D 감지전극층의 구조의 예>
도 1 및 도 2에 나타낸 2D 감지전극층(50)의 구조의 예로서, 대한민국 등록특허번호 '10-1278283'을 참조하여 이해할 수 있다. 등록특허 '10-1278283'에 공개된 예를 살펴보면, 터치스크린 장치는 보호 윈도우, 감지 전극, 유전체층, 및 동작 전극을 포함할 수 있다. 이때, 감지전극, 유전체층, 및 동작 전극을 통칭하여 전극층이라고 할 수 있다. 상기 보호 윈도우는 본 발명의 커버층(60)에 해당할 수 있고, 상기 전극층은 본 발명의 2D 감지전극층(50)에대응할 수 있다.
한국 등록특허 '10-1278283'의 도 5를 참조하면, 감지전극과 구동 전극(동작 전극)의 패턴 구조의 예를 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 압력감지장치의 단면도를 나타낸 것이다.
도 1에서의 압력감지장치(1)는 디스플레이 모듈(10)과 2D 감지전극층(50) 각각의 구성을 구분하여 포함하는 구조를 취하는 경우일 수 있다. 반면, 도 8에서의 압력감지장치(1)는 디스플레이 모듈(10)과 2D 감지전극층(50)이 일체형의 구조를 취하는 경우일 수 있다. 예컨대, OCTA(On Cell Touch AMOLED)/OCTL(On Cell Touch LCD)/In Cell의 구조를 취하는 경우일 수 있다.
도 9는 도 8에서 압력감지층의 구체적인 구조를 변형시킨 예를 나타낸 것이다.
도 9에서의 압력감지층의 변형된 구조는 도 2와 동일할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.
1 : 압력감지장치 10 : 디스플레이 모듈
20 : 압력감지층 21 : 3D 감지전극층
22 : 탄성층 23 : 지지부
30 : 프레임 31 : 바닥부
40 : 차폐층 50 : 2D 감지전극층
60 : 커버층 80 : 감지전극
81 : 구동전극 101 : 전극
110 : 측정회로

Claims (7)

  1. 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈의 화면의 반대쪽 면 방향에 배치되어 있는 복수 개의 전극들을 포함하며, 압력이 가해지면 휘었다가 상기 압력이 사라지면 복원되는 탄성을 갖고 있는 압력감지층; 및
    상기 디스플레이 모듈 및 상기 압력감지층을 감싸는 프레임;
    을 포함하며,
    상기 디스플레이 모듈 중 일부 지점으로부터 상기 반대쪽 면 방향에 대하여 가해진 제1압력이 상기 압력감지층으로 전달되도록 되어 있고,
    상기 압력감지층은, 탄성 및 복원력을 제공하는 탄성 기판을 포함하는 3D 감지전극층을 포함하며,
    상기 탄성 기판은, 상기 제1압력이 가해지면, 상기 3D 감지전극층 중 상기 제1압력이 가해진 부분 및 상기 제1압력이 가해진 부분의 주변부만이 아래쪽으로 볼록하게 변형되도록 하고, 상기 제1압력이 해제되면, 상기 볼록하게 변형된 부분의 형상이 복원되도록 하며,
    상기 복수 개의 전극들은 상기 탄성 기판 상에 형성되어 있고,
    상기 프레임은 상기 압력감지층에 대면하는 도전성의 바닥부를 포함하며,
    상기 압력감지층의 휨 정도에 따라 조절되는 상기 각각의 전극과 상기 바닥부 간의 거리변화에 의해 상기 복수 개의 전극들에 의해 형성되는 커패시턴스의 값이 조절되도록 되어 있는,
    압력감지장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 전극에게 전류를 제공하여 상기 각각의 전극에 의해 형성되는 커패시턴스의 값을 측정하는 측정부를 더 포함하는, 압력감지장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 바닥부에는 전류가 흐를 수 있는 경로가 형성되어 있거나 상기 바닥부에는 미리 결정된 전위가 제공되어 있는 것을 특징으로 하는, 압력감지장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈과 상기 압력감지층 사이에 배치되어 있으며, 미리 결정된 스케쥴에 따른 전위가 인가되는 도전성의 차폐층을 더 포함하며
    상기 미리 결정된 스케쥴에 따른 전위는 상기 3D 감지전극층에 배치된 전극들에 인가되는 전위와 동일한,
    압력감지장치.
  6. 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈의 화면의 반대쪽 면 방향에 배치되어 있는 복수 개의 전극들을 포함하며, 압력이 가해지면 휘었다가 상기 압력이 사라지면 복원되는 탄성을 갖고 있는 압력감지층;
    상기 디스플레이 모듈 및 상기 압력감지층을 감싸는 프레임;
    상기 디스플레이 모듈과 상기 압력감지층 사이에 배치되어 있으며, 미리 결정된 스케쥴에 따른 전위가 인가되는 도전성의 차폐층
    을 포함하며,
    상기 프레임은 상기 압력감지층에 대면하는 도전성의 바닥부를 포함하며,
    상기 디스플레이 모듈 중 일부 지점으로부터 상기 반대쪽 면 방향에 대하여 가해진 압력이 상기 압력감지층으로 전달되도록 되어 있고,
    상기 미리 결정된 스케쥴에 따른 전위는 3D 감지전극층에 배치된 전극들에 인가되는 전위와 동일한,
    압력감지장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 압력감지층은, 상기 탄성 기판의 가장자리를 따라 배치되어 있으며, 상기 탄성 기판을 상기 바닥부에 대하여 지지하는 지지부를 더 포함하는, 압력감지장치.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR101565822B1 (ko) * 2015-06-22 2015-11-04 주식회사 하이딥 스마트폰
JP2016129017A (ja) 2015-01-09 2016-07-14 三星ディスプレイ株式會社Ｓａｍｓｕｎｇ Ｄｉｓｐｌａｙ Ｃｏ．，Ｌｔｄ． フレキシブルタッチパネル及びフレキシブル表示装置

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