KR101835009B1 - 터치 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서, 디스플레이 패널; 터치 위치를 검출하는데 사용되는 터치 전극을 포함하는 터치 센서; 및 터치 압력을 검출하는데 사용되는 압력 전극을 포함하는 압력 센서;를 포함하고, 상기 압력 센서 구동시 사용되는 터치 압력 센싱 주파수로부터 제1간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수가 존재하지 않고, 상기 제1간격은 5kHz일 수 있다.

Description

터치 입력 장치{TOUCH INPUT DEVICE}
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 위치 및 터치 압력을 검출하도록 구성된 터치 입력 장치에 있어서, 터치 위치 센싱, 터치 압력 센싱 및 디스플레이 상호 간의 노이즈의 영향을 줄여 디스플레이의 품질을 향상시키고 터치 위치 및 터치 압력 센싱 감도를 보다 높일 수 있도록 하는 터치 입력 장치에 관한 것이다.
컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린의 이용이 증가하고 있다.
터치 스크린은, 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널일 수 있는 터치 센서(touch sensor panel)을 포함하는 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서는 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 사용자가 손가락 등으로 터치 스크린을 단순히 터치함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 컴퓨팅 시스템은 터치 스크린상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이때, 터치 입력 장치의 디스플레이부에는 화상을 표시하기 위한 데이터신호, 주사신호 등의 신호가 입력된다. 그리고, 상기의 신호들은 터치 위치 센싱시 영향을 미칠 수 있고 이러한 신호들이 노이즈로서 작용하여 터치 위치 센싱의 정밀도를 떨어뜨리는 문제점이 있다. 또한, 터치 압력 센싱시 구동되는 구동신호 또는 감지신호 등이 노이즈로서 작용하여 디스플레이의 품질을 떨어뜨리는 문제점이 있다. 따라서, 터치 위치 및 터치 압력 센싱시 디스플레이와의 상호 노이즈의 영향을 줄일 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 터치 압력 센싱과 디스플레이 및 터치 위치 센싱과 디스플레이 상호간의 노이즈에 의한 영향을 줄일 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서, 디스플레이 패널; 터치 위치를 검출하는데 사용되는 터치 전극을 포함하는 터치 센서; 및 터치 압력을 검출하는데 사용되는 압력 전극을 포함하는 압력 센서;를 포함하고, 상기 압력 센서 구동시 사용되는 터치 압력 센싱 주파수로부터 제1간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하지 않고, 상기 제1간격은 5kHz일 수 있다.
본 발명의 또다른 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서, 디스플레이 패널; 터치 위치를 검출하는데 사용되는 터치 전극을 포함하는 터치 센서; 및 터치 압력을 검출하는데 사용되는 압력 전극을 포함하는 압력 센서;를 포함하고, 상기 압력 센서 구동시 사용되는 터치 압력 센싱 주파수는 상기 터치 센서 구동시 사용되는 터치 위치 센싱 주파수와 같고, 상기 터치 압력 센싱 주파수로부터 제1간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하지 않고, 상기 터치 압력 센싱 주파수로부터 제2간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하고, 상기 제1간격은 5kHz이고, 상기 제2간격은 20kHz일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 터치 압력 센싱과 디스플레이 및 터치 위치 센싱과 디스플레이 상호간의 노이즈에 의한 영향을 줄일 수 있는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1a 및 도1b는 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2는 디스플레이 패널을 포함하는 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도3a 내지 도3f는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 패널에 대한 터치 센서 및 압력 센서의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 전극시트의 형태로 구성된 압력 전극이 부착되는 예를 예시한다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트의 단면을 예시한다
도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 압력 전극이 직접 형성되는 예를 예시한다.
도7a 내지 도7c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 패널에서 발생하는 신호를 측정한 화면을 도시한 도면이다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 차지 펌프 회로를 도시한 도면이다.
도9a 내지 도9d는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 전극의 형태를 예시하는 도면이다.
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. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서(10)를 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서(10)가 적용될 수 있다.
도1a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도1a를 참조하면, 터치 센서(10)는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서(10)의 동작을 위해 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(12), 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)으로부터 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 및 터치 위치를 검출하는 감지부(11)를 포함할 수 있다.
도1a에 도시된 바와 같이, 터치 센서(10)는 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도1a에서는 터치 센서(10)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 대각선, 동심원 및 3차원 랜덤 배열 등을 비롯한 임의의 수의 차원 및 이의 응용 배열을 갖도록 할 수 있다. 여기서, n 및 m은 양의 정수로서 서로 같거나 다른 값을 가질 수 있으며 실시예에 따라 크기가 달라질 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.
도9a 및 도9b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서(10)에서 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 동일한 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 후술하게 될 디스플레이 모듈(200)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도9c에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm) 중 어느 하나는 디스플레이 모듈(200)의 상면에 형성되고, 나머지 하나는 후술하게될 커버의 하면에 형성되거나 디스플레이 모듈(200)의 내부에 형성될 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극 (RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 등으로 이루어지는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다. 예컨대, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 은잉크(silver ink), 구리(copper), 은나노(nano silver) 및 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)는 메탈 메쉬(metal mesh)로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(12)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.
감지부(11)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 14)에 관한 정보를 포함하는 감지신호를 수신함으로써 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다. 예컨대, 감지신호는 구동전극(TX)에 인가된 구동신호가 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 14)에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 이와 같이, 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서(10)를 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(11)는 각각의 수신전극(RX1 내지 RXm)과 스위치를 통해 연결된 수신기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위치는 해당 수신전극(RX)의 신호를 감지하는 시간구간에 온(on)되어서 수신전극(RX)으로부터 감지신호가 수신기에서 감지될 수 있도록 한다. 수신기는 증폭기(미도시) 및 증폭기의 부(-)입력단과 증폭기의 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 증폭기의 정(+)입력단은 그라운드(ground)에 접속될 수 있다. 또한, 수신기는 궤환 캐패시터와 병렬로 연결되는 리셋 스위치를 더 포함할 수 있다. 리셋 스위치는 수신기에 의해 수행되는 전류에서 전압으로의 변환을 리셋할 수 있다. 증폭기의 부입력단은 해당 수신전극(RX)과 연결되어 정전용량(Cm: 14)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(11)는 수신기를 통해 적분된 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(미도시: analog to digital converter)를 더 포함할 수 있다. 추후, 디지털 데이터는 프로세서(미도시)에 입력되어 터치 센서(10)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(11)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(13)는 구동부(12)와 감지부(11)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(13)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(12)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(13)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(11)에 전달하여 감지부(11)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도1a에서 구동부(12) 및 감지부(11)는 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미도시)를 구성할 수 있다. 터치 검출 장치는 제어부(13)를 더 포함할 수 있다. 터치 검출 장치는 터치 센서(10)를 포함하는 터치 입력 장치에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서(10)에 포함된 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 예컨대 전도성 트레이스(conductive trace) 및/또는 회로 기판상에 인쇄된 전도성 패턴(conductive pattern)등을 통해서 터치 센싱 IC에 포함된 구동부(12) 및 감지부(11)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 제1인쇄 회로 기판(이하에서, 제1PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(Cm)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서(10)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도1a에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm, mutual capacitance)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(11)에서 감지하여 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서(10)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서(10)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서(10)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
위에서는 구동 전극(TX)과 수신 전극(RX) 사이의 상호 정전용량 변화량에 기초하여, 터치 위치를 감지하는 터치 센서(10)의 동작 방식에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도1b와 같이, 자기 정전용량(self capacitance)의 변화량에 기초하여 터치 위치를 감지하는 것도 가능하다.
도1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 또다른 정전용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도1b에 도시된 터치 센서 패널(10)에는 복수의 터치 전극(30)이 구비된다. 복수의 터치 전극(30)은 도9d에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(130)에 의해 생성된 구동제어신호는 구동부(12)에 전달되고, 구동부(12)는 구동제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)에 구동신호를 인가한다. 또한, 제어부(13)에 의해 생성된 감지제어신호는 감지부(11)에 전달되고, 감지부(11)는 감지제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는다. 이때, 감지신호는 터치 전극(30)에 형성된 자기 정전용량 변화량에 대한 신호일 수 있다.
이때, 감지부(11)가 감지한 감지신호에 의하여, 터치 센서 패널(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치가 검출된다. 예컨대, 터치 전극(30)의 좌표를 미리 알고 있기 때문에, 터치 센서(10)의 표면에 대한 객체의 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있게 된다.
이상에서는, 편의상 구동부(12)와 감지부(11)가 별개의 블록으로 나뉘어 동작하는 것으로 설명되었지만, 터치 전극(30)에 구동신호를 인가하고, 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는 동작을 하나의 구동 및 감지부에서 수행하는 것도 가능하다.
도2는 디스플레이 패널을 포함하는 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다. 디스플레이 기능 및 터치 위치 검출에 더하여 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치(1000)에서 제어 블록은 전술한 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 패널을 구동하기 위한 디스플레이 제어기(1200) 및 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)를 포함하여 구성될 수 있다. 디스플레이 제어기(1200)는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 입력을 받아 디스플레이 패널(200A)에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
압력 센서를 통해 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)의 구성과 유사하게 구성되어 터치 센서 제어기(1100)와 유사하게 동작할 수 있다.
실시예에 따라, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 서로 다른 구성요소로서 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 각각 서로 다른 칩(chip)으로 구성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 프로세서(1500)는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)에 대한 호스트(host) 프로세서로서 기능할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 디스플레이 화면 및/또는 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
이와 같은 터치 입력 장치(1000)를 얇고(slim) 경량(light weight)으로 제작하기 위해, 전술한 바와 같이 별개로 구성되는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)가 실시예에 따라 하나 이상의 구성으로 통합될 수 있다. 이에 더하여 프로세서(1500)에 이들 각각의 제어기가 통합되는 것도 가능하다. 이와 더불어, 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)에 터치 센서(10) 및/또는 압력 센서가 통합될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 패널(200A)은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이 패널에 표시된 화면을 시각적으로 확인하면서 터치 표면에 터치를 수행하여 입력 행위를 수행할 수 있다.
도3a 내지 도3f는 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 패널(200A)에 대한 디스플레이 전극의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다. 먼저, 도3a 내지 도3c를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 구성을 설명하기로 한다.
도3a 내지 도3c에 도시된 바와 같이, LCD 패널은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 양단에 전극을 포함하는 제1기판층(261)과 제2기판층(262), 그리고 상기 액정층(250)과 대향하는 방향으로서 상기 제1기판층(261)의 일면에 제1편광층(271) 및 상기 제2기판층(262)의 일면에 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(261)은 컬러필터 글라스(color filter glass)일 수 있고, 제2기판층(262)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(261) 및 제2기판층(262) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3a 내지 도3c에서 제2기판층(262)은, 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 등을 포함하는 다양한 층으로 이루어질 수 있다. 이들 전기적 구성요소들은, 제어된 전기장을 생성하여 액정층(250)에 위치한 액정들을 배향시키도록 작동할 수 있다.
다음으로, 도3d 내지 도3f를 참조하여, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 구성을 설명하기로 한다.
도3d 내지 도3f에 도시된 바와 같이, OLED 패널은 OLED(Organic Light-Emitting Diode)를 포함하는 유기물층(280), 유기물층(280)의 양단에 전극을 포함하는 제1기판층(281)과 제2기판층(283), 그리고 상기 액정층(280)과 대향하는 방향으로서 상기 제1기판층(281)의 일면에 제1편광층(282)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(281)은 인캡 글라스(Encapsulation glass)일 수 있고, 제2기판층(283)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(281) 및 제2기판층(283) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3d 내지 도3f에 도시된 OLED 패널의 경우, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ELVSS) 등의 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극을 포함할 수 있다. OLED(Organic Light-Emitting Diode) 패널은 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흘리면 전자와 정공이 유기물층에서 결합하면서 빛이 발생하는 원리를 이용한 자체 발광형 디스플레이 패널로서, 발광층을 구성하는 유기물질이 빛의 색깔을 결정한다.
구체적으로, OLED는 유리나 플라스틱 위에 유기물을 도포해 전기를 흘리면, 유기물이 광을 발산하는 원리를 이용한다. 즉, 유기물의 양극과 음극에 각각 정공과 전자를 주입하여 발광층에 재결합시키면 에너지가 높은 상태인 여기자(excitation)를 형성하고, 여기자가 에너지가 낮은 상태로 떨어지면서 에너지가 방출되어 특정한 파장의 빛이 생성되는 원리를 이용하는 것이다. 이때, 발광층의 유기물에 따라 빛의 색깔이 달라진다.
OLED는 픽셀 매트릭스를 구성하고 있는 픽셀의 동작특성에 따라 라인 구동 방식의 PM-OLED(Passive-matrix Organic Light-Emitting Diode)와 개별 구동 방식의 AM-OLED(Active-matrix Organic Light-Emitting Diode)가 존재한다. 양자 모두 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 디스플레이 모듈을 매우 얇게 구현할 수 있고, 각도에 따라 명암비가 일정하고, 온도에 따른 색 재현성이 좋다는 장점을 갖는다. 또한, 미구동 픽셀은 전력을 소모하지 않는다는 점에서 매우 경제적이다.
동작 면에서 PM-OLED는 높은 전류로 스캐닝 시간(scanning time) 동안만 발광을 하고, AM-OLED는 낮은 전류로 프레임 시간(frame time)동안 계속 발광 상태를 유지한다. 따라서, AM-OLED는 PM-OLED에 비해서 해상도가 좋고, 대면적 디스플레이 패널 구동이 유리하며, 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한, 박막 트랜지스터(TFT)를 내장하여 각 소자를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 정교한 화면을 구현하기 쉽다.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널 또는 OLED 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
도3a 및 도3d는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A)의 외부에 배치된 것을 도시한다. 디스플레이 패널(200A) 상부에는 터치 센서 패널이 배치될 수 있고, 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)이 터치 센서 패널에 포함될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널의 표면일 수 있다. 또한, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제2기판층(262, 283) 상부에 배치될 수 있다.
도3b, 도3c, 도3e 및 도3f는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치된 것을 도시한다.
도3b 및 도3e에서는 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)이 제1기판층(261,281)과 제1편광층(271,282) 사이에 배치되어 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면으로서 도3b 및 도3e에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 또한, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제2기판층(262, 283) 상부에 배치될 수 있다.
도3c 및 도3f에서는 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제2기판층(262, 283) 상부에 배치될 수 있다.
도3a 내지 도3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면으로서 디스플레이 패널(200A)의 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 이 때, 도3a 내지 도3f에서, 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 패널(200A)의 상부면 또는 하부면은 디스플레이 패널(200A)을 보호하기 위해서 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
또한, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나는 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 수 있으며, 구체적으로 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 패널인 경우, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), 제1전원라인(ELVDD) 및 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.또한, 도3a 내지 도3f에서는 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제2기판층(262, 283) 상부에 배치되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정하지 않으며, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제1기판층(261, 281) 하부에 배치될 수도 있고, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 어느 하나는 제2기판층(262, 283) 상부에 배치되고 다른 하나는 제1기판층(261, 281) 하부에 배치될 수도 있다.
또한, 실시예에 따라 터치 센서(10) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널을 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있으며, 나머지 전극은 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 패널(200A) 내부에 터치 센서(10)가 배치되는 경우, 터치 센서 동작을 위한 전극이 추가로 배치될 수도 있으나, 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하는 다양한 구성 및/또는 전극이 터치 센싱을 위한 터치 센서(10)로 이용될 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 센서(10) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A)에 포함된 제1기판층(261, 281)과 제2기판층(262, 283) 사이에 위치하도록 구성될 수 있다. 이때, 터치 센서 중 상기 적어도 일부를 제외한 나머지는 디스플레이 패널(200A) 내부로서 제1기판층(261, 281)과 제2기판층(262, 283) 사이가 아닌 위치에 배치될 수 있다.
다음은, 도3a 내지 도3f에 도시된 제1 전극(620), 제2 전극(621), 제3 전극(610) 및 제4 전극(611) 중 일부를 이용하여 터치 위치를 검출하는 방법에 대하여 설명한다.
도3a, 도3b, 도3d 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서(10)는 제3 전극(610)과 제4 전극(611)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)이 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)이 도1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 제3 전극(610) 및 제4 전극(611) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다.
또한, 도3b 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서(10)는 제3 전극(610)과 제1 전극(620)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제3 전극(610) 및 제1 전극(620)이 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 제3 전극(610)과 제1 전극(620) 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 제1 전극(620)이 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 경우, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 위치를 검출할 수 있다.
도3c 및 도3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서(10)는 제1 전극(620)과 제2 전극(621)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 도1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 경우, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 위치를 검출할 수 있다.
다음은, 도3a 내지 도3f에 도시된 제1 전극(620), 제2 전극(621), 제3 전극(610) 및 제4 전극(611) 중 일부를 이용하여 터치 압력을 검출하는 방법에 대하여 설명한다.
도3a, 도3b, 도3d 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제3 전극(610)과 제4 전극(611)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 표면에 압력이 인가되면, 압력 센서와 이격되고, 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 사이의 상호 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)가 제3 전극(610)과 제4 전극(611)으로 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 압력 센서인 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)과 기준 전위층 사이에 배치되는 경우, 압력 센서와 기준 전위층 간의 거리 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하기 위해서는 터치 압력을 검출하는 시간구간동안 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 floating될 수 있다.
또한, 도3a, 도3b, 도3d 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 표면에 압력이 인가되면, 압력 센서와 이격되고, 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부, 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 기준 전위층 사이의 정전용량, 즉 제3 전극(610)의 자기 정전용량 및/또는 제4 전극(611)과 기준 전위층 사이의 정전용량, 즉 제4 전극(611)의 자기 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제3 전극(610) 및/또는 제4 전극(611)의 자기 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)가 제3 전극(610)과 제4 전극(611)으로 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 압력 센서인 제3 전극(610) 및/또는 제4 전극(611)과 기준 전위층 사이에 배치되는 경우, 압력 센서와 기준 전위층 간의 거리 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하기 위해서는 터치 압력을 검출하는 시간구간동안 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 floating될 수 있다.
도3b 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제3 전극(610)과 제1 전극(620)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 표면에 압력이 인가되면, 압력 센서와 이격되고, 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 제1 전극(620) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제3 전극(610)과 제1 전극(620) 사이의 상호 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)가 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)가 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되고, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출하고, 제1 시간구간 및 제2 시간구간과 다른 제3 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 제2 전극(621)이 압력 센서인 제3 전극(610)과 기준 전위층 사이에 배치되는 경우, 압력 센서와 기준 전위층 간의 거리 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하기 위해서는 터치 압력을 검출하는 시간구간동안 제2 전극(621)이 floating될 수 있다.
도3a 내지 도3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제1 전극(620)과 제2 전극(621)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 표면에 압력이 인가되면, 압력 센서와 이격되고, 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부, 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 사이의 상호 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)가 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)가 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되고, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출하고, 제1 시간구간 및 제2 시간구간과 다른 제3 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동할 수 있다.
또한, 도3a 내지 도3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 표면에 압력이 인가되면, 압력 센서와 이격되고, 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제1 전극(620)과 기준 전위층 사이의 정전용량, 즉 제1 전극(620)의 자기 정전용량 및/또는 제2 전극(621)과 기준 전위층 사이의 정전용량, 즉 제2 전극(621)의 자기 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)의 자기 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)가 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)가 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되고, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출하고, 제1 시간구간 및 제2 시간구간과 다른 제3 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동할 수 있다.
이 때, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)의 상부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)과 디스플레이 패널(200A)의 상부에 배치되고 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버층 사이에 배치될 수 있다. 더욱 구체적으로, 기준 전위층은 커버층 하면에 형성될 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 기준 전위층과 압력 센서와의 거리가 변할 수 있어야하므로, 기준 전위층과 압력 센서 사이에는 스페이서층이 배치될 수 있다. 도 3a 및 도3d에 도시된 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서가 제1 전극(620) 또는 제2 전극(621)을 포함하지 않는 경우, 기준 전위층이 압력 센서와 디스플레이 패널(200A) 사이에 배치될 수도 있고, 압력 센서 상부에 배치될 수도 있다.
실시예에 따라 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되므로, 투명한 물질일 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되는 후술하게될 기판에 형성되거나 기판 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 또한, 기준 전위층은 기판 상부에 배치되고 디스플레이 패널(200A)의 하부에 배치되며, 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버에 형성되거나, 커버 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)가 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)가 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 센서와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 센서 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)과 기준 전위층이 배치된 기판 사이 또는 디스플레이 패널(200A)과 기준 전위층이 배치된 커버 사이에 스페이서층이 배치될 수 있다. 또한, 도 3a 및 도3d에 도시된 터치 입력 장치(1000) 에서 압력 센서가 제1 전극(620) 또는 제2 전극(621)을 포함하지 않는 경우, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치될 수도 있다.
마찬가지로, 실시예에 따라 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되므로, 투명하거나 불투명한 물질일 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)의 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면, 또는 제2기판층(262,283)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다. 더욱 구체적으로, 기준 전위층은 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 적어도 하나를 포함할 수도 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)가 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)가 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 센서와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 센서 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 도 3a 및 도3d에 도시된 터치 입력 장치(1000) 에서 압력 센서가 제1 전극(620) 또는 제2 전극(621)을 포함하지 않는 경우, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A)의 상부 또는 내부에 배치될 수도 있고, 도 3b, 도 3c, 도3e, 도 3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 경우, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치될 수 있다.
마찬가지로, 실시예에 따라 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 상부 또는 내부에 배치되므로, 투명한 물질일 수 있다.
실시예에 따라, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 내부에 배치되는 경우, 스페이서층은 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛의 제조시에 포함되는 에어갭(air gap)일 수 있다. 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층의 기능을 수행할 수 있으며, 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층의 기능을 수행할 수 있다.
터치 센서(10) 및/또는 압력 센서가 제1 전극(620) 또는 제2 전극(621)을 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 데이터 라인, 게이트 라인, 공통 전극 및 픽셀 전극 중 적어도 어느 하나가 터치 센서(10) 및/또는 압력 센서로 이용되도록 구성될 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 패널인 경우, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나가 터치 센서(10) 및/또는 압력 센서로 이용되도록 구성될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 여기서 명시된 전극 이외에 디스플레이에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나가 터치 센서(10) 및/또는 압력 센서로 이용될 수 있다.
이상에서는 터치 위치를 검출하는데 사용되는 전극 및/또는 디스플레이를 구동하는데 사용되는 전극을 이용하여 터치 압력을 검출하는 터치 입력 장치에 대해서 살펴보았다. 이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하기 위하여, 터치 위치를 검출하는데 사용되는 전극 및 디스플레이를 구동하는데 사용되는 전극과는 다른, 별도의 전극을 배치하는 경우에 대해서 예를 들어 상세하게 살펴본다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 정전용량 변화량을 감지하기 위한 압력 전극(450,460)은 전극시트의 형태로 구성되어, 디스플레이 모듈(200) 및 기판(300)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에 부착될 수 있다. 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널(200A) 및 디스플레이 패널(200A)를 구동하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 LCD패널 및 백라이트 유닛(미도시: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
도4a 내지 도4f는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용되는 예를 예시한다.
본 발명의 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서가 형성된 커버층(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이가 OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 라미네이션되어 있을 수 있다. 이에 따라 터치 센서의 터치 표면을 통해 확인할 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 색상 선명도, 시인성 및 빛 투과성이 향상될 수 있다.
도4a 내지 도4f를 참조한 설명에서, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)로서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 도3a 및 도3d에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200) 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)가 도3b 및 도3e와 같이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도4a 및 도4b에서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200)을 덮는 것이 도시되나, 터치 센서 (10)는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하고 디스플레이 모듈(200)이 유리와 같은 커버층(100)으로 덮인 터치 입력 장치(1000)가 본 발명의 실시예로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 하우징(320)과 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간 (310) 등을 감싸는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판에는 메인보드(main board)로서 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등이 실장되어 있을 수 있다. 기판(300)을 통해 디스플레이 모듈(200)과 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 분리되고, 디스플레이 모듈(200)에서 발생하는 전기적 노이즈가 차단될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10) 또는 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 하우징(320)이 터치 센서(10)와 함께 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판을 감싸도록, 하우징(320)이 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)를 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 전극시트(440)를 배치하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
이하에서 전극시트(440)를 포함하는 압력 검출을 위한 구성을 총괄하여 압력 검출 모듈(400)로 지칭한다. 예컨대, 실시예에서 압력 검출 모듈(400)은 전극시트(440) 및/또는 스페이서층(420)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 압력 검출 모듈(400)은 예컨대, 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성되며, 이에 대해서는 도4b 내지 도4f를 참조하여 상세하게 살펴본다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다.
도4b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 사시도이다. 도4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1예에서 전극시트(440)는 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)은 전극시트(440)를 배치하기 위해서 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되는 스페이서층을 포함할 수 있다.
이하에서, 터치 센서(10)에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 압력을 검출하기 위한 전극(450 및 460)을 압력 전극(450,460)으로 지칭한다. 이때, 압력 전극(450,460)은 디스플레이 패널의 전면이 아닌 후면에 배치되므로 투명 물질뿐 아니라 불투명 물질로 구성되는 것도 가능하다.
이때, 전극시트(440)가 배치되는 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 높이를 갖는 프레임(330)이 형성될 수 있다. 이 때, 프레임(330)은 접착 테이프(미도시)로 커버층(100)에 접착될 수 있다. 도4b에서 프레임(330)은 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 프레임(330)은 기판(300)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 실시예에 따라, 프레임(330)은 기판(300)의 상부면에 기판(300)과 일체형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 커버층(100)을 통하여 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 커버층(100)과 함께 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도4c는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트의 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도4c 및 이하의 일부 도면에서 압력 전극(450,460)이 전극시트(440)와 분리되어 도시되나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것이며 압력 전극(450,460)은 전극시트(440)에 포함되어 구성될 수 있다. 도4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극(450,460)을 포함하는 전극시트(440)는 스페이서층(420) 내로서 기판(300)상에 배치될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 전극은 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 구동전극일 수 있고 나머지 하나는 수신전극일 수 있다. 구동전극에 구동신호를 인가하고 수신전극을 통해 감지신호를 획득할 수 있다. 전압이 인가되면, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도4d는 도4c에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 전극(450,460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 디스플레이 모듈(200)의 하부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도4d에서는 디스플레이 모듈(200)의 하부면이 그라운드 전위, 즉 기준 전위층인 경우에 대하여 설명하였지만, 기준 전위층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수 있다. 이 때, 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된 기준 전위층과 압력 전극(450,460) 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 정전용량 변화량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극시트(440)가 적용되는 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 터치에 따라 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈(200)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다.
이때, 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다. 도5는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트의 단면을 예시한다. 도5의 (a)를 참조하여 설명하면, 압력 전극(450,460)을 포함하는 전극시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 이때, 전극시트(440)에서 압력 전극(450,460)은 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 위치하므로, 압력 전극(450,460)이 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 단락되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)의 종류 및/또는 구현 방식에 따라, 압력 전극(450,460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 절연층(470) 사이에 그라운드 전극(ground electrode: 미도시)을 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 그라운드 전극과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 또 다른 절연층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 그라운드 전극(미도시)은 압력 전극인 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 생성되는 정전용량의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
도4e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극(450,460)을 포함하는 전극시트(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성되는 경우를 예시한다. 이때, 기판(300)은 그라운드 전위를 가질 수 있다. 따라서, 커버층(100)의 터치 표면을 터치함에 따라 기판(300)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리(d)가 감소하고, 결과적으로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 야기할 수 있다.
제1전극(450)과 제2전극(460)은 동일한 층에 형성된 형태에 있어서, 도5에 도시된 제1전극(450)과 제2전극(460) 각각은 도9a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 전극으로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 제1전극(450)은 제1축 방향으로 서로 이어진 형태이고, 복수의 제2전극(460)은 제1축 방향과 직교하는 제2축 방향으로 서로 이어진 형태이며, 제1전극(450) 및 제2전극(460) 중 적어도 하나는 각각의 복수의 마름모꼴 형태의 전극이 브릿지를 통해 연결되어 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 절연된 형태일 수 있다. 또한, 이 때, 도5에 도시된 제1전극(450)과 제2전극(460)은 도9b에 도시된 형태의 전극으로 구성될 수 있다.
제1전극(450)과 제2전극(460)은 실시예에 따라 서로 다른 층에 구현되어 전극층을 구성하여도 무방하다. 도5의 (b)는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 다른 층에 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (b)에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2전극(460)은 제1전극(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제2전극(460)은 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다. 즉, 전극시트(440)는 제1절연층(470) 내지 제3절연층(472), 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 도9c에 도시된 바와 같이, MXN의 구조로 배열된 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 패턴과 유사하게 형성될 수 있다. 이때, M 및 N은 1 이상의 자연수 일 수 있다. 또는, 도9a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 제1전극(450)과 제2전극(460)이 각각 다른 층에 위치할 수도 있다.
이상에서 터치 압력은 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것이 예시된다. 하지만, 전극시트(440)는 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나의 압력 전극만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 전극과 그라운드층(디스플레이 모듈(200), 기판(300), 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 기준 전위층) 사이의 정전용량, 즉 자기 정전용량의 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이때, 구동신호는 상기 하나의 압력 전극에 인가되고, 압력 전극과 그라운드층 사이의 자기 정전용량 변화가 상기 압력 전극으로부터 감지될 수 있다.
예컨대, 도4c에서 전극시트(440)에 포함되는 압력 전극은 제1전극(450)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 디스플레이 모듈(200)과 제1전극(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1전극(450)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 디스플레이 모듈(200)과 제1전극(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이는 도4e와 관련된 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다. 이때, 압력 전극은, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 제1전극(450) 및 제2전극(460) 중 어느 하나는 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 다른 하나는 도9d에 도시된 바와 같이 전극이이 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
도5의 (c)는 전극시트(440)가 제1전극(450)만을 포함하여 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (c)에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)을 포함하는 전극시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 배치될 수 있다.
도4f는 압력 전극(450, 460)이 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 전극시트는 제1전극(450)을 포함하는 제1전극시트(440-1)와 제2전극(460)을 포함하는 제2전극시트(440-2)로 구성될 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 기판(300) 상에 형성되고 나머지 하나는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 도4f에서는 제1전극(450)이 기판(300) 상에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 형성된 것을 예시한다.
객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 증가할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 증가량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이때, 도4f에서 제1전극(450)과 제2전극(460)은 서로 다른 층에 형성되므로, 제1전극(450) 및 제2전극(460)은 빗살형상 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며 각각 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 도9d에 도시된 바와 같이 복수의 제1전극(450) 및 복수의 제2전극(460)이 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
도5의 (d)는 제1전극(450)을 포함하는 제1전극시트(440-1)가 기판(300) 상에 부착되고 제2전극(460)을 포함하는 제2전극시트(440-2)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (d)에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)을 포함하는 제1전극시트(440-1)은 기판(300) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2전극(460)을 포함하는 제2전극시트(440-2)는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치될 수 있다.
도5의 (a)와 관련하여 설명된 바와 마찬가지로, 압력 전극(450, 460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타내는 경우, 도5의 (a) 내지 (d)에서 전극시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 제1절연층(470, 470-1, 470-2) 사이에 그라운드 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 전극시트(440)는 그라운드 전극(미도시)과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에 추가의 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 정전용량 변화량을 감지하기 위한 압력 전극(450,460)은 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수 있다. 도6a 내지 도6c는 다양한 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성된 압력 전극(450,460)의 실시예를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도6a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 형성된 압력 전극(450,460)을 도시한다. 구체적으로, 도6a에 도시된 바와 같이, 압력 전극(450,460)이 제2기판층(262) 하면에 형성될 수 있다. 이 때, 도6a에서는 제2편광층(272)이 생략되었으나, 압력 전극(450,460)과 백라이트 유닛(back light unit)(275) 사이 또는 압력전극(450,460)과 제2기판층(262) 사이에 제2편광층(272)이 배치될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가되면, 상호 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 구동전극(450)에 구동신호가 인가되고, 압력 전극(450,460)과 이격된 기준 전위층(300)과 압력 전극(450,460)과의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 수신전극(460)으로부터 수신한다. 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 압력 전극(450,460)에 구동신호가 인가되고, 압력 전극(450,460)과 이격된 기준 전위층(300)과 압력 전극(450,460)과의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 압력 전극(450,460)으로부터 수신한다.
다음으로, 도6b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 형성된 압력 전극(450,460)을 도시한다. 구체적으로, 압력 전극(450,460)이 제2기판층(283) 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도6a에서 설명한 방법과 동일하다.
다음으로, 도6c는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A) 내에 형성된 압력 전극(450,460)을 도시한다. 구체적으로, 압력 전극(450,460)이 제2기판층(283) 상면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도6a에서 설명한 방법과 동일하다.
또한, 도6c에서는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 대하여 예를 들어 설명하였지만, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 제2기판층(272) 상면에 압력 전극(450,460)이 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도6a 내지 도6에서는 압력 전극(450,460)이 제2기판층(272,283)의 상면 또는 하면에 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 전극(450,460)이 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면에 형성되는 것도 가능하다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 정전용량 변화량을 감지하기 위한 압력 전극(450,460)은 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 제1전극(450) 및 전극시트의 형태로 구성된 제2전극(460)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1전극(450)은 도6a 내지 도6c에 설명한 바와 같이 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되고, 제2전극(460)은 도4 내지 도5에서 설명한 바와 같이 전극시트의 형태로 구성되어 터치 입력 장치(1000)에 부착될 수 있다.
도3에서 설명된 압력 센서 또는 도4 내지 도6에서 설명된 압력 전극(450,460)을 이용하여 터치 압력을 검출할 때, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 및/또는 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수와 디스플레이를 구동하는데 사용되는 주파수에 따라 터치 위치 센싱 및/또는 터치 압력 센싱과 디스플레이 상호 간에 노이즈의 영향을 받는 문제점이 발생할 수 있다. 특히, 도3에서 설명된 압력 센서 또는 도4 내지 도6에서 설명된 압력 전극(450,460)이 디스플레이 모듈(200)에 근접하여 배치되는 경우, 노이즈의 영향이 더 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 있어서, 디스플레이에 입력되는 신호들은 주사신호, 데이터신호, 수직동기신호, 수평동기신호, 클럭 등이 있다. 주사신호는 구형파의 형태로 행으로 배열된 주사선에 순차적으로 입력된다. 그리고, 데이터 신호는 주사신호에 대응하여 디스플레이에 입력된다. 이 때, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 있어서, 디스플레이 해상도를 1920 x 1080, 구동주파수를 60Hz로 가정하면, 주사신호는 16.6ms 간격으로 동일한 라인에 주사신호가 입력된다. 이 때, 1920라인의 주사선에 주사신호가 순차적으로 입력되다고 가정하고, 1920개의 각각의 라인을 따라서 수평동기신호의 리프레쉬가 일어난다고 가정하면, 인접한 리프레쉬의 간격은 약 8.68us이며, 이를 주파수로 환산하면 약 115.2kHz이다.
도7a는 1920 x 1080의 해상도를 가지는 터치 입력 장치의 디스플레이에서 발생하는 신호를 스펙트럼 아날라이저 등을 통하여 측정한 화면을 도시한 도면이다.
도7a에 도시된 바와 같이, 수평동기신호의 주파수는 그 fundamental 주파수로 약 116kHz의 값을 가지며, 그 fundamental 주파수의 n배(n은 자연수)가 되는 하모닉 주파수에서 디스플레이 노이즈가 발생하는 것을 알 수 있다.
이 때, 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D가 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수와 근접하게 되면, 터치 압력 센싱시 발생하는 노이즈에 의하여 디스플레이에 flicker와 같은 떨림 현상이 발생하여 디스플레이 품질이 나빠질 수 있다. 따라서, 이와 같은 터치 압력 센싱시 발생하는 노이즈에 의한 디스플레이에 대한 영향을 줄이기 위하여, 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D를 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수로부터 점점 차이가 나도록 조정하여 디스플레이의 품질이 저하되는지 여부에 대한 실험을 실시하였다.
표1은 도7a에 도시된 수평동기신호의 두번째 하모닉 주파수인 231kHz를 기준으로 하여, 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D를 변화시킴에 따라 발생하는 디스플레이 flicker 강도를 측정한 결과를 나타낸다.
터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D (kHz) 디스플레이 flicker 강도
217 없음
219 매우 약함
221 매우 약함
223 약함
225 약함
227 중간
229 심함
231 심함
233 심함
235 중간
237 약함
239 약함
241 매우 약함
243 매우 약함
245 없음
이 때, 디스플레이 flicker 강도가 심함 또는 중간인 경우, 사람의 육안으로 화면에 디스플레이되는 이미지의 떨림을 감지할 수 있는 정도이고, 약함 또는 매우 약함인 경우는 사람의 육안으로는 화면에 디스플레이되는 이미지의 떨림을 거의 감지할 수 없다. 따라서, 디스플레이 flicker 강도가 심함 또는 중간인 구간에 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D를 설정하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D를 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수로부터 최소 5kHz 이상의 갭을 두고 설정하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 도7a에 도시된 바와 같이, 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D로부터 제1간격(5kHz) 이내에 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하지 않는 주파수 구간인 a구간 내에, 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D를 설정하는 것이 바람직하다.
도7b는 1920 x 1080의 해상도를 가지는 터치 입력 장치에 있어서 화면 전체에 서로 평행한 복수의 가로선들이 나타나는 vertical resolution pattern이 디스플레이 될 경우의, 디스플레이에서 발생하는 신호를 스펙트럼 아날라이저 등을 통하여 측정한 화면을 도시한 도면이다.
도7b에 도시된 바와 같이, 수평동기신호의 주파수는 그 fundamental 주파수로 약 116kHz의 값을 가지며, 그 fundamental 주파수의 n배(n은 자연수)가 되는 하모닉 주파수에서 디스플레이 노이즈가 발생하며, 수평동기신호의 리프레쉬에 의한 노이즈와 별개로 vertical resolution pattern을 디스플레이함에 따른 노이즈가 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수와 소정 간격만큼 이격된 주파수 구간에서 디스플레이 노이즈가 발생하는 것을 알 수 있다. 이 때, vertical resolution pattern이라 함은 가로방향으로 직선 형태의 개체가 화면 위에서부터 아래로 화면 전체에 걸쳐 반복적으로 나타나는 형태를 의미한다.
이 때, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D가 디스플레이 노이즈가 발생하는 주파수 대역에 포함되면, 디스플레이 노이즈에 의해 터치 위치 센싱의 감도가 떨어질 수 있다. 따라서, 이와 같은 디스플레이 노이즈에 의한 터치 위치 센싱에 대한 영향을 없애기 위하여, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D를 디스플레이 노이즈가 발생하지 않는 주파수로 설정하는 것이 바람직하다. 따라서, 이와 같은 디스플레이 노이즈에 의한 터치 위치 센싱 감도에 대한 영향을 줄이기 위하여, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D를 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수로부터 점점 차이가 나도록 조정하여 터치 위치 센싱 감도가 저하되는지 여부에 대한 실험을 실시하였다.
표2는 도7b에 도시된 수평동기신호의 두번째 하모닉 주파수인 231kHz를 기준으로 하여, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D를 변화시킴에 따라 발생하는 디스플레이 노이즈의 양을 측정한 결과를 나타낸다.
Figure 112017045697788-pat00029
측정 결과, 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수로부터 ±20Hz 구간에서는 디스플레이 노이즈의 양이 대략 80 이하인 반면, 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수로부터 20Hz를 초과하거나 미만인 구간에서는 디스플레이 노이즈의 양이 대략 90 이상으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D를 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수로부터 약 20kHz 이내로 설정하는 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 도7b에 도시된 바와 같이, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D로부터 제2간격(20kHz) 이내에 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하는 주파수 구간인 b구간 내에 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D를 설정하는 것이 바람직하다.
도7c는 도7b에 도시된 도면을 확대한 도면이다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 있어서, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D와 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D가 동일할 수 있다. 이 경우, 도7c에 도시된 바와 같이, 터치 위치 센싱 및 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f2D,3D로부터 제1간격(5kHz) 이내에 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하지 않고, 제2간격(20kHz)이내에 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하는 주파수 구간인 c구간 내에 터치 위치 센싱 및 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f2D,3D를 설정하게 되면, 터치 압력 센싱시 발생하는 노이즈에 의한 디스플레이의 품질 저하 및 디스플레이 노이즈에 의한 터치 위치 센싱의 감도 저하를 모두 방지할 수 있다.
도8은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 차지 펌프 회로를 도시한 도면이다.
도8에 도시된 회로에서, 먼저 제1스위치(S1)와 제3스위치(S3)를 닫으면, 커패시터(C)에 Vdd와 같은 전압이 충전된다. 이어서 제1스위치(S1)와 제3스위치(S3)를 열고 제2스위치(S2)와 제4스위치(S4)를 닫으면, Vdd로부터 입력되는 전압과 커패시터(C)에 충전되었던 Vdd가 합쳐져 Vdd의 두배인 2Vdd의 전압이 Vout으로 출력된다. 이와 같은 차지 펌프 회로가 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 터치 센싱 IC에 사용될 경우, 차지 펌프 회로를 구동하는 클럭의 주파수와 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D 및/또는 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D가 겹치는 경우, 터치 위치 센싱 및/또는 터치 압력 센싱의 감도가 떨어질 수 있다. 따라서, 터치 위치 센싱시 사용되는 주파수 f2D 및 터치 압력 센싱시 사용되는 주파수 f3D 는 차지 펌프 구동 클럭 주파수 fclock , charge pump 와 서로 겹치지 않도록 하여야 한다. 즉, 다음과 같은 조건을 만족하여야 한다.
f2D,3D < fclock , charge pump 인 경우, f2D,3D × n ≠ fclock , charge pump, n은 자연수
f2D,3D > fclock , charge pump 인 경우, f2D,3D × 1/n ≠ fclock , charge pump, n은 자연수
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
10: 터치 센서
11: 감지부 12: 구동부
13: 제어부 100: 커버층
200: 디스플레이 모듈 300: 기판
440: 전극시트 450, 460: 압력 전극

Claims (9)

  1. 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널;
    터치 위치를 검출하는데 사용되는 터치 전극을 포함하는 터치 센서; 및
    터치 압력을 검출하는데 사용되는 압력 전극을 포함하는 압력 센서;를 포함하고,
    상기 압력 센서 구동시 사용되는 터치 압력 센싱 주파수로부터 제1간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하지 않고,
    상기 제1간격은 5kHz인,
    터치 입력 장치.
  2. 삭제
  3. 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널;
    터치 위치를 검출하는데 사용되는 터치 전극을 포함하는 터치 센서;
    터치 압력을 검출하는데 사용되는 압력 전극을 포함하는 압력 센서; 및
    차지 펌프 회로;를 포함하고,
    상기 압력 센서 구동시 사용되는 터치 압력 센싱 주파수로부터 제1간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하지 않고,
    상기 차지 펌프 회로를 구동시 사용되는 차지 펌프 클럭 주파수가 상기 터치 압력 센싱 주파수보다 작을 경우, 상기 터치 압력 센싱 주파수는 상기 차지 펌프 클럭 주파수의 n배와 같지 않고, 상기 차지 펌프 클럭 주파수가 상기 터치 압력 센싱 주파수보다 클 경우, 상기 터치 압력 센싱 주파수는 상기 차지 펌프 클럭 주파수의 1/n배와 같지 않은,
    터치 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치 센서 구동시 사용되는 터치 위치 센싱 주파수로부터 제2간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하는,
    터치 입력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제2간격은 20kHz인,
    터치 입력 장치.
  6. 제1항, 제4항 및 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 입력 장치는, 차지 펌프 회로를 더 포함하고,
    상기 차지 펌프 회로를 구동시 사용되는 차지 펌프 클럭 주파수가 터치 위치 센싱 주파수보다 작을 경우, 상기 터치 위치 센싱 주파수는 상기 차지 펌프 클럭 주파수의 n배와 같지 않고, 상기 차지 펌프 클럭 주파수가 상기 터치 위치 센싱 주파수보다 클 경우, 상기 터치 위치 센싱 주파수는 상기 차지 펌프 클럭 주파수의 1/n배와 같지 않은,
    터치 입력 장치.
  7. 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널;
    터치 위치를 검출하는데 사용되는 터치 전극을 포함하는 터치 센서; 및
    터치 압력을 검출하는데 사용되는 압력 전극을 포함하는 압력 센서;를 포함하고,
    상기 압력 센서 구동시 사용되는 터치 압력 센싱 주파수는 상기 터치 센서 구동시 사용되는 터치 위치 센싱 주파수와 같고,
    상기 터치 압력 센싱 주파수로부터 제1간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하지 않고, 상기 터치 압력 센싱 주파수로부터 제2간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하고,
    상기 제1간격은 5kHz이고,
    상기 제2간격은 20kHz인,
    터치 입력 장치.
  8. 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널;
    터치 위치를 검출하는데 사용되는 터치 전극을 포함하는 터치 센서;
    터치 압력을 검출하는데 사용되는 압력 전극을 포함하는 압력 센서; 및
    차지 펌프 회로;를 포함하고,
    상기 압력 센서 구동시 사용되는 터치 압력 센싱 주파수는 상기 터치 센서 구동시 사용되는 터치 위치 센싱 주파수와 같고,
    상기 터치 압력 센싱 주파수로부터 제1간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하지 않고, 상기 터치 압력 센싱 주파수로부터 제2간격 이내에 상기 디스플레이 패널 구동시 사용되는 수평동기신호의 주파수의 하모닉 주파수가 존재하고,
    상기 차지 펌프 회로를 구동시 사용되는 차지 펌프 클럭 주파수가 상기 터치 압력 센싱 주파수보다 작을 경우, 상기 터치 압력 센싱 주파수는 상기 차지 펌프 클럭 주파수의 n배와 같지 않고, 상기 차지 펌프 클럭 주파수가 상기 터치 압력 센싱 주파수보다 클 경우, 상기 터치 압력 센싱 주파수는 상기 차지 펌프 클럭 주파수의 1/n배와 같지 않은,
    터치 입력 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1간격은 5kHz이고,
    상기 제2간격은 20kHz인,
    터치 입력 장치.
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