KR101838569B1 - 터치 입력 장치 - Google Patents

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고범규
김본기
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주식회사 하이딥
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Abstract

본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치되고, 기준전위층인 기판; 및 상기 디스플레이 패널에 형성된 적어도 하나 이상의 압력 전극;을 포함하고, 상기 디스플레이 패널은, 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들을 포함하고, 구동 신호(Tx)가 상기 압력 전극으로 인가될 때, 상기 구동 신호는 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극에 동시에 인가되고, 상기 터치 표면으로 인가된 압력에 의한 상기 압력 전극과 상기 기판 사이의 거리 변화에 따라 상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량이 변화하고, 상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 상기 압력의 크기를 계산하고, 상기 압력 전극은 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들로부터 이격되어 배치된다.

Description

터치 입력 장치{TOUCH INPUT DEVICE}
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 압력 검출을 위한 압력 전극과 압력 전극이 형성된 디스플레이 패널 또는 기판 사이에 발생하는 기생 정전용량(parasitic capacitance)을 현저히 줄이거나 제거하여 신호대잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있는 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 패널(touch sensor panel)을 포함하는 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서 패널은 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 스크린상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 정확한 터치의 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 압력 전극으로부터 검출되는 정전용량 변화량에서 압력 전극과 압력 전극이 형성된 디스플레이 패널 또는 기판 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치되고, 기준전위층인 기판; 및 상기 디스플레이 패널에 형성된 적어도 하나 이상의 압력 전극;을 포함하고, 상기 디스플레이 패널은, 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들을 포함하고, 상기 압력 전극으로 인가되는 구동 신호(Tx)가, 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나에 동시에 인가되고, 상기 터치 표면으로 인가된 압력에 의한 상기 압력 전극과 상기 기판 사이의 거리 변화에 따라 상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량이 변화하고, 상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 상기 압력의 크기를 계산한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널을 포함하고, 기준전위층을 갖는 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 및 상기 기판에 형성된 적어도 하나 이상의 압력 전극;을 포함하고, 상기 압력 전극으로 인가되는 구동 신호(Tx)가, 상기 기판에 동시에 인가되고, 상기 터치 표면으로 인가된 압력에 의한 상기 압력 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리 변화에 따라 상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량이 변화하고, 상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 상기 압력의 크기를 계산한다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 패널에 형성된 제1 압력 전극; 및 상기 기판에 형성된 제2 압력 전극;을 포함하고, 상기 디스플레이 패널은, 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들을 포함하고, 상기 제1 압력 전극과 상기 제2 압력 전극 중 어느 하나의 전극으로 인가되는 구동 신호(Tx)가, 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극 및 상기 기판 중 적어도 어느 하나에 동시에 인가되고, 상기 터치 표면으로 인가된 압력에 의한 상기 제1 압력 전극과 상기 제2 압력 전극 사이의 거리 변화에 따라 상기 제1 압력 전극과 상기 제2 압력 전극 중 상기 구동 신호가 인가되지 않은 다른 하나의 전극에서 검출되는 정전용량이 변화하고, 상기 다른 하나의 전극에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 상기 압력의 크기를 계산한다.
본 발명의 실시예에 따르면 압력 전극으로부터 검출되는 정전용량 변화량에서 압력 전극과 압력 전극이 형성된 디스플레이 패널 또는 기판 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1a 및 도1b는 정전 용량 방식의 터치 센서 패널 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2a 및 도2b는 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 예시하는 개념도이다.
도3a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 전극시트 형태의 예시적인 압력 센서의 단면도이다.
도 3b는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제1 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 3c는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제2 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 3d는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제3 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 3e는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제4 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도4a 내지 도4f는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용되는 제1예를 예시한다.
도5a 내지 도5i는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용되는 제2예를 예시한다.
도6a 내지 도6h는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용되는 제3예를 예시한다.
도7a 내지 도7e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출을 위한 전극시트에 포함된 압력 전극 패턴을 예시한다.
도8a 및 도8b는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용된 터치 입력 장치에서 터치 압력의 크기와 포화 면적 사이의 관계를 나타낸다.
도9a 내지 도9d는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트의 단면을 예시한다.
도10a 및 도10b는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용되는 제4예를 예시한다.
도11a 및 도11b는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트의 부착 방법을 예시한다.
도12a 내지 도12c는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트를 터치 센싱 회로에 연결하는 방법을 예시한다.
도13a 내지 도13d는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 복수의 채널을 포함하는 구성을 예시한다.
도14a 내지 도14c는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서가 터치 입력 장치에 직접 형성되는 예를 예시한다.
도15a 내지 도15c는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트에 포함되는 제1전극 및 제2전극의 형태를 예시한다.
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. 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. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출을 위한 압력 센서 및 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서(100)를 예시하나 실시예에 따라 다른 방식으로 터치 위치를 검출하는 기법이 적용될 수 있다.
도1a은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도1a을 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 터치 센서(10)의 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.
도1a에 도시된 바와 같이, 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.
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 절연막(미도시)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 또한, 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)은 하나의 절연막(미도시)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 또는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)은 제1절연막(미도시)의 일면에 그리고 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 상기 제1절연막과 다른 제2절연막(미도시)의 일면상에 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(120)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: 101)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: 101)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(110)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) 또는 기준 전압에 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: 101)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.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(C)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서(10)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도1a에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm)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 패널(100)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.
이상에서 터치 센서(10)로서 상호 정전용량 방식의 터치 센서(10)가 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 전술한 방법 이외의 자기 정전용량 방식, 표면 정전용량 방식, 프로젝티드(projected) 정전용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식(SAW: surface acoustic wave), 적외선(infrared) 방식, 광학적 이미징 방식(optical imaging), 분산 신호 방식(dispersive signal technology) 및 음성 펄스 인식(acoustic pulse recognition) 방식 등 임의의 터치 센싱 방식을 이용하여 구현될 수 있다.
이하에서 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출하기 위한 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)에 해당하는 구성은 터치 센서(touch sensor)로 지칭될 수 있다.
도1a에서 구동부(12) 및 감지부(11)는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서 제어기를 구성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 제어기는 제어부(13)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 제어기는 터치 센서(10)를 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit: 미도시) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서(100에 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 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 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 또 다른 정전용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도1b에 도시된 터치 센서(10)에는 복수의 단일 전극(30)이 구비된다. 복수의 단일 전극(30)은 도1b에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(13)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 단일 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는다. 이때, 감지신호는 단일 전극(30)에 형성된 자기 정전용량 변화량에 대한 신호일 수 있다.
이때, 감지부(11)가 감지한 감지신호에 의하여, 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치가 검출된다. 예컨대, 단일 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, 단일 전극(30)에 구동신호를 인가하고, 단일 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는 동작을 하나의 구동 및 감지부에서 수행하는 것도 가능하다.
이하에서는 터치 입력 장치(1000)에 포함된 디스플레이 모듈(200)에 대하여 살펴본다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)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. 이때, 디스플레이 모듈(200)은 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 패널에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 도11a 내지 13d에서 제2인쇄 회로 기판(210: 이하 제2PCB로 지칭)에 실장될 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200)의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
도2a 및 도2b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 적용될 수 있는 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 예시하는 개념도이다. 도2a 및 도2b에서는 디스플레이 모듈(200) 내에 포함된 디스플레이 패널(200A)로서 LCD 패널 또는 OLED 패널이 도시되나, 이는 예시일 뿐이며 임의의 디스플레이 패널이 터치 입력 장치(1000)에 적용될 수 있다.
먼저, 도2a를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 구성을 설명하기로 한다.
본원 명세서에서 도면부호 200A는 디스플레이 모듈(200)에 포함된 디스플레이 패널을 지칭할 수 있다. 도2a에 도시된 바와 같이, LCD 패널(200A)은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정 층(250), 액정 층(250)의 양단에 전극을 포함하는 제1기판층(261)과 제2기판층(262), 그리고 상기 액정 층(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. 도2a에서 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.
이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도2a 및 도2b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도2a 및 도2b에서, 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 상부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
이상에서는 터치 입력 장치(1000)에 포함되는 디스플레이 모듈(200)에 대해서 살펴보았다. 이하에서는 터치 입력 장치(1000)에 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 적용하여 터치 압력을 검출하는 경우에 대해서 예를 들어 상세하게 살펴본다.
본 발명에 따른 압력 센서는 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 디스플레이 구동 전극을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 구동 전극 이외에 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 LCD패널 및 백라이트 유닛(200B: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
도3a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 전극시트 형태의 예시적인 압력 센서의 단면도이다. 예컨대, 전극시트(440)는 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 전극층(450, 460)을 포함할 수 있다. 전극층(450, 460)은 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1절연층(470)과 제2절연층(471)은 폴리이미드(polyimide)와 같은 절연 물질일 수 있다. 제1전극(450)과 제2전극(460)은 구리(copper)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 전극시트(440)의 제조 공정에 따라 전극층(450, 460)과 제2절연층(471) 사이는 OCA(Optically Clear adhesive)와 같은 접착제(미도시)로 접착될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)은, 제1절연층(470) 위에 압력 전극 패턴에 상응하는 관통 구멍을 갖는 마스크(mask)를 위치시킨 후 전도성 스프레이(spray)를 분사함으로써 형성될 수 있다.
도4a 내지 도4f는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 전극시트 형태의 압력 센서가 적용되는 제1예를 예시한다.
본 발명의 제1예에 따른 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 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)로서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200) 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하나, 본 발명의 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서가 도2a 및 도2b 등에 도시된 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 센서는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하고 디스플레이 모듈(200)이 유리와 같은 커버층으로 덮인 터치 입력 장치(1000)가 본 발명의 제1예로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 전극시트 형태의 압력 센서가 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 전극시트 형태의 압력 센서가 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 또는 전면 커버층이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 하우징(320)이 터치 센서 패널(100)과 함께 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판을 감싸도록, 하우징(320)이 형성될 수 있다.
본 발명의 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서를 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 전극시트(440)를 배치하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서는 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, 제1예에서 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 제1예에 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)는 전극시트(440)를 배치하기 위해서 터치 입력 장치(100)의 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이를 이격시키는 스페이서층을 포함할 수 있다.
이하에서, 터치 센서에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 압력 센서에 포함되어 압력을 검출하기 위한 전극(450 및 460)을 압력 전극(450 및 460)으로 지칭한다. 이때, 압력 전극(450 및 460)은 디스플레이 패널의 전면이 아닌 후면에 포함되므로 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. 도 4c 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 기준전위층인 경우에 대하여 설명하였지만, 기준전위층이 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 기준전위층과 압력 전극(450,460) 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 정전용량 변화량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
한편, 도 4c와 도 4d에서 제1전극(450)과 제2전극(460)은 구동전극임과 동시에 수신전극일 수 있다. 이 경우, 제1전극(450)과 제2전극(460)으로 구동신호가 인가되면서 제1전극(450)과 제2전극(460)로부터 감지신호가 출력될 수 있다. 제1 전극(450)과 제2 전극(460)으로의 구동신호의 인가와 제1전극(450)과 제2전극(460)로부터의 감지신호의 출력이 동시에 이뤄질 수 있다. 제1전극(450)과 제2전극(460)으로부터 출력되는 감지신호로부터 제1전극(450) 및 제2전극(460)과 디스플레이 모듈(200)의 기준전위층 사이의 자기 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. 도9는 본 발명의 실시예에 따른 전극시트의 단면을 예시한다. 도9의 (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 정전용량 또는 자기 정전용량의 변화를 야기할 수 있다.
도7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출을 위한 압력 센서에 포함된 압력 전극의 패턴을 예시한다. 도7a 내지 도7c에서는 압력 센서(440)에 포함되는 제1전극(450)과 제2전극(460)의 패턴을 예시한다. 도7a 내지 도7c에 예시된 압력 전극의 패턴을 갖는 압력 센서(440)는 기판(300) 상부 또는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 정전용량은 제1전극(450) 및 제2전극(460)이 포함된 전극층과 기준전위층(디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다.
제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 변화함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 때, 검출 정확도를 높이기 위해서 필요한 정전용량 범위를 생성하도록 제1전극(450)과 제2전극(460)의 패턴을 형성할 필요가 있다. 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 마주하는 면적이 크거나 길이가 길수록 생성되는 정전용량의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 필요한 정전용량 범위에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 마주하는 면적의 크기, 길이 및 형상 등을 조절하여 설계할 수 있다. 도7b 및 도7c에는, 제1전극(450)과 제2전극(460)이 동일한 층에 형성되는 경우로서 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 마주하는 길이가 상대적으로 길도록 압력 전극이 형성된 경우를 예시한다.
이와 같이 제1전극(450)과 제2전극(460)은 동일한 층에 형성된 형태에 있어서, 도9의 (a)에 도시된 제1전극(450)과 제2전극(460) 각각은 도15a에 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, 도9의 (a)에 도시된 제1전극(450)과 제2전극(460)은 도15b에 도시된 형태의 전극으로 구성될 수 있다.
제1전극(450)과 제2전극(460)은 실시예에 따라 서로 다른 층에 구현되어 전극층을 구성하여도 무방하다. 도9의 (b)는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 다른 층에 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도9의 (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 도15c에 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, 도15a에 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 기준전위층) 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 자기 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, 도7d에 예시된 바와 같이 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수 있다.
도9의 (c)는 전극시트(440)가 제1전극(450)만을 포함하여 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도9의 (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, 제1전극(450) 및 제2전극(460)에 대한 패턴은 각각 도7d에 예시된 바와 같은 형상을 가질 수 있다. 즉, 도4f에서 제1전극(450)과 제2전극(460)은 서로 다른 층에 형성되므로, 제1전극(450) 및 제2전극(460)은 빗살형상 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며 판형상(예컨대, 사각판형상)을 가질 수 있다.
도9의 (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. 도9의 (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.
도9의 (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, 도9의 (a) 내지 도9의 (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.
도5a 내지 도5i는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 전극시트가 적용되는 제2예를 예시한다. 본 발명의 제2예는 도4a 내지 도4f를 참조하여 설명된 제1예와 유사하며 이하에서는 그 차이점을 위주로 설명한다.
도5a는 제2예에 따라 전극시트(440)가 배치된 터치 입력 장치의 단면도이다.
본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서는 별도의 스페이서층 및/또는 기준전위층을 제작함이 없이 디스플레이 모듈(200) 내 또는 외부에 존재하는 에어갭(air gap) 및/또는 전위층을 사용하여 터치 압력을 검출할 수 있으며 이에 대해서는 도5b 내지 도5i를 참조하여 상세하게 살펴본다.
도5b는 본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 예시적인 단면도이다. 도5b에서는 디스플레이 모듈(200)로서 LCD 모듈을 예시한다. 도5b에 도시된 바와 같이, LCD 모듈인 디스플레이 모듈(200)은 LCD 패널인 디스플레이 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있다. LCD 패널은 그 자체가 발광하지 못하고 다만 빛을 차단 내지 투과를 시키는 기능을 수행한다. 따라서, LCD 패널의 하부에는 광원이 위치하여 LCD 패널에 빛을 비추어 화면에는 밝음과 어두움뿐 아니라 여러 가지 다양한 색상을 갖는 정보를 표현하게 된다. LCD 패널은 수동소자로서 자체 발광하지 못하므로, 후면에 균일한 휘도 분포를 갖는 광원이 요구된다. LCD 패널 및 백라이트 유닛의 구조 및 기능은 공지된 기술이며 이하에서 간단히 살펴본다.
LCD 패널을 위한 백라이트 유닛(200B)은 수개의 광학적 부품(optical part)을 포함할 수 있다. 도5b에서 백라이트 유닛(200B)은 광확산 및 광향상 시트(231), 도광판(232) 및 반사판(240)을 포함할 수 있다. 이때, 백라이트 유닛(200B)은 선광원(linear light source) 또는 점광원(point light source)등의 형태로서 도광판(232)의 후면 및/또는 측면에 배치된 광원(미도시)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 도광판(232)과 광확산 및 광향상 시트(231)의 가장 자리에 지지부(233)를 더 포함할 수 있다.
도광판(232: light guide plate)은 일반적으로 선광원 또는 점광원의 형태인 광원(미도시)으로부터 광들을 면광원 형태로 변환하여 LCD 패널로 향하게 하는 역할을 할 수 있다.
도광판(232)에서 방출되는 광의 일부가 LCD 패널의 반대면으로 방출되어 손실될 수 있다. 반사판(240)은 이러한 손실된 광을 도광판(232)으로 재입사 시킬 수 있도록 도광판(232) 하부에 위치하며 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있다.
광확산 및 광향상 시트(231)는 확산시트(diffuser sheet) 및/또는 프리즘 시트(prism sheet)를 포함할 수 있다. 확산시트는 도광판(232)으로부터 입사되는 광을 확산시키는 역할을 한다. 예컨대, 도광판(232)의 패턴(pattern)에 의하여 산란된 빛은 직접 눈으로 들어오기 때문에 도광판(232)의 패턴이 그대로 비치게 될 수 있다. 심지어 이러한 패턴은 LCD 패널을 장착한 후에도 확연하게 감지할 수 있으므로 확산시트는 이러한 도광판(232)의 패턴을 상쇄시키는 역할을 수행할 수 있다.
확산시트를 지나면 광 휘도는 급격히 떨어지게 된다. 따라서, 광을 다시 포커스(focus)시켜 광 휘도를 향상시키도록 프리즘 시트가 포함될 수 있다.
백라이트 유닛(200B)은 기술의 변화, 발전 및/또는 실시예에 따라 전술한 구성과 다른 구성을 포함할 수 있으며, 또한 전술한 구성 이외에 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 예컨대, 백라이트 유닛(200B)의 광학적 구성을 외부의 충격이나 이물 유입에 따른 오염 등으로부터 보호하기 위해서 보호 시트(protection sheet)를 프리즘 시트 상부에 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 광원으로부터의 광 손실을 최소화하기 위해서 실시예에 따라 램프 커버(lamp cover)를 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 백라이트 유닛(200B)의 주요 구성인 도광판(232), 광확산 및 광향상 시트(231) 및 램프(미도시) 등이 허용치수에 맞게 정확하게 형합이 가능하도록 하는 형태를 유지하게 해주는 프레임(frame)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 구성 각각은 2개 이상의 별개의 부분으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 프리즘 시트는 2개의 프리즘 시트로 구성될 수도 있다.
이때, 도광판(232)과 반사판(240) 사이에는 재1에어갭(220-2)이 존재하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 도광판(232)으로부터 반사판(240)으로의 손실광이 반사판(240)을 통해 다시 도광판(232)으로 재입사될 수 있다. 이때, 제1 에어갭(220-2)을 유지할 수 있도록 도광판(232)과 반사판(240) 사이로서 가장자리에는 디스플레이 모듈 프레임(221-2)이 포함될 수 있다.
또한, 실시예에 따라 백라이트 유닛(200B)는 LCD 패널과 제2에어갭(220-1)을 사이에 두고 위치할 수 있다. 이는 LCD 패널로부터의 충격이 백라이트 유닛(200B)으로 전달되는 것을 방지하기 위함이다. 이때, 제2 에어갭(220-1)을 유지할 수 있도록 백라이트 유닛(200B)과 LCD 패널 사이로서 가장자리에는 디스플레이 모듈 프레임(221-1)이 포함될 수 있다.
이 때, 디스플레이 모듈 프레임(221-1, 221-2)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로, 디스플레이 모듈 프레임(221-1, 221-2)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도, LCD 패널과 광확산 및 광향상 시트(231)사이의 거리 또는 도광판(232)과 반사판(240) 사이의 거리가 변함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 자체적으로 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)과 같은 에어갭을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 광확산 및 광향상 시트(231)의 복수의 레이어들 사이에 에어갭이 포함될 수 있다. 이상에서는 LCD 모듈의 경우에 대해서 설명하였으나, 다른 디스플레이 모듈의 경우에도 구조 내에 에어갭을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 모듈(200) 하부에 커버(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 커버는 반사판(240)을 외부 충격이나 이물 유입에 따른 오염 등으로부터 보호하기 위한 부재로 메탈(metal)로 구성될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 기판(300)은 커버일 수 있으며, 기판(300)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 별도의 커버(미도시)가 배치될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 압력 검출을 위해 별도의 스페이서층을 제작함이 없이 디스플레이 모듈(200) 내 또는 외에 이미 존재하는 에어갭을 사용할 수 있다. 스페이서층으로 이용되는 에어갭은 도5b를 참조하여 설명되는 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)뿐 아니라 디스플레이 모듈(200) 내에 포함되는 임의의 에어갭일 수 있다. 또는 디스플레이 모듈(200) 외부에 포함되는 에어갭일 수 있다. 이와 같이, 압력을 검출할 수 있는 전극시트(440)를 터치 입력 장치(1000)에 삽입함으로써 비용을 절감하고 및/또는 공정을 간소화할 수 있다. 도5c에는 본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다. 도5c에서는 도4b에 도시된 제1예와 달리 스페이서층(420)을 유지하기 위한 프레임(330)이 포함되지 않을 수 있다.
도5d는 제2예에 따른 터치 입력 장치의 단면도를 예시한다. 도5d에 도시된 바와 같이, 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이로서 기판(300) 상에 형성될 수 있다. 도5d 내지 도5i에서 편의를 위해 압력 전극(450, 460)의 두께가 과장되어 두껍게 도시되나, 압력 전극(450, 460)은 시트(sheet) 형태로 구현될 수 있으므로 해당 두께는 매우 작을 수 있다. 마찬가지로, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 간격 또한 과장되어 넓게 도시되었으나, 이 둘 사이의 간격 또한 매우 작은 간격을 갖도록 구현될 수 있다. 도5d 및 도5e에서 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)가 기판(300) 상에 형성된 것을 나타내기 위해서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이가 이격되도록 도시하였으나 이는 단지 설명을 위한 것이며 이들 사이는 이격되지 않도록 구현될 수도 있다.
이때, 도5d에서는 디스플레이 모듈(200)이 스페이서층(220), 디스플레이 모듈 프레임(221) 및 기준전위층(270)을 포함하는 것으로 도시된다.
스페이서층(220)은, 도5b를 참조하여 설명된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)의 제조시에 포함되는 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)일 수 있다. 디스플레이 모듈(200)이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층(220)의 기능을 수행할 수 있으며, 디스플레이 모듈(200)이 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층(220)의 기능을 수행할 수 있다. 도5d, 도5e, 도5h 및 도5i에서는 기능적으로 하나의 스페이서층(220)을 포함하는 것으로 도시된다.
본 발명의 제2예에 따른, 터치 입력 장치(1000)는 도2a 내지 도2c에서 디스플레이 모듈(200A) 내부로서 스페이서층(220)보다 상부에 기준전위층(270)을 포함할 수 있다. 이러한 기준전위층(270) 또한 디스플레이 모듈(200)의 제조시에 자체적으로 포함되는 그라운드 전위층일 수 있다. 예컨대, 도2a 내지 도2b에 도시된 디스플레이 패널(200A)에서 제1편광층(271)과 제1기판층(261) 사이에 노이즈(noise) 차폐를 위한 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 차폐를 위한 전극은 ITO로 구성될 수 있으며 그라운드 역할을 수행할 수 있다.
기준전위층(270)은 디스플레이 모듈(200) 내부로서 상기 기준전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이에 스페이서층(220)이 위치하도록 하는 임의의 곳에 위치할 수 있으며, 이상에서 예시한 차폐를 위한 전극 이외의 임의의 전위를 갖는 전극이 기준전위층(270)으로 이용될 수 있다. 예컨대, 기준전위층(270)은 디스플레이 모듈(200)의 공통 전극 전위(Vcom)층일 수 있다.
특히, 터치 입력 장치(1000)를 포함하는 장치의 두께를 얇게 하려는 노력의 일환으로서 별도의 커버 또는 프레임(frame)을 통해 디스플레이 모듈(200)을 싸도록 구성하지 않을 수 있다. 이러한 경우 기판(300)과 마주하는 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 반사판(240) 및/또는 부도체일 수 있다. 이러한 경우 디스플레이 모듈(200) 하부면은 그라운드 전위를 가질 수 없다. 이와 같이 디스플레이 모듈(200) 하부면이 기준전위층으로서 기능할 수 없는 경우에도 제2예에 따른 터치 압력 장치(1000)를 이용하면 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하는 임의의 전위층을 기준전위층(270)으로 이용하여 압력을 검출할 수 있다.
도5e는 도5d에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우, 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200) 내에 위치한 스페이서층(220)에 의해 기준전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리(d)가 d’로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기준전위층(270)으로 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.
이 때, 디스플레이 모듈 프레임(221)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로, 디스플레이 모듈 프레임(221)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 기준전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리가 변함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이때, 도5e에 도시된 바와 같이 스페이서층(220)으로 인해 스페이서층(220) 하부에 위치한 층(예컨대, 반사판)의 휘어짐 또는 눌림은 없거나 감소될 수 있다. 도5e에서는 디스플레이 모듈(200)의 최하부에서는 휘어짐 또는 눌림이 전혀 없는 것으로 도시되었으나 이는 예시일뿐이며, 디스플레이 모듈(200)의 최하부에서도 휘어짐 또는 눌림이 있을 수 있으나 스페이서층(220)을 통해 그 정도가 완화될 수 있다.
제2예에 따른 압력 전극을 포함하는 전극시트(440)의 구조 및 부착방법은 제1예를 참조하여 설명된 것과 동일하므로 이하에서 생략한다.
도5f는 도5d를 참조하여 설명한 실시예의 변형예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도5f에서는 스페이서층(420)이 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 위치하는 경우를 예시한다. 디스플레이 모듈(200)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)를 제조할 때 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이는 완전 부착되지 않으므로 에어갭(420)이 발생할 수 있다. 여기서, 이러한 에어갭(420)을 터치 압력 검출을 위한 스페이서층으로 이용함으로써 터치 압력 검출을 위해, 별도의 스페이서층을 제작하는 시간/비용이 절감될 수 있다. 도5f 및 도5g에서는 에어갭인 스페이서층(220)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하지 않는 것으로 도시되나, 도5f 및 도5g에서는 추가적으로 스페이서층(220)이 디스플레이 모듈(200) 내에 포함되는 경우도 포함될 수 있다.
도5g는 도5f에 도시된 터치 입력 장치에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 도5d와 마찬가지로, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이때, 기준전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이에 위치하는 스페이서층(420)에 의해 기준전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리(d)가 d’로 감소할 수 있다. 이에 따라, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
이 때, 도5g에 도시되지는 않았지만, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 거리를 유지시켜주는 프레임이 디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)의 테투리에 형성될 수 있다. 이 때, 프레임은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로, 프레임이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 기준전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리가 변함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도5h는 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치된 것을 예시한다. 터치 표면을 터치함에 따라 기준전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리(d)가 감소하고, 결과적으로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 야기할 수 있다. 도5h에서는 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 부착되는 것을 설명하기 위해, 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이가 이격되도록 도시하였으나, 이는 단지 설명을 위한 것이며 이 둘 사이는 이격되지 않게 구성될 수도 있다. 물론, 도5f 및 도5g와 마찬가지로 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이는 스페이서층(420)으로 이격될 수도 있다.
제1예의 경우와 마찬가지로, 도5d 내지 도5h를 참조하여 설명된 제2예에서의 압력 전극(450, 460) 또한 도7a 내지 도7c에 도시된 바와 같은 패턴을 가질 수 있으며, 이하에서 상세한 설명은 중복되므로 생략한다.
도5i는 압력 전극(450, 460)을 포함하는 제1전극시트(440-1)와 제2전극시트(440-2) 각각이 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치된 경우를 예시한다. 도5i에서는 제1전극(450)이 기판(300)의 상부면 상에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성된 것을 예시한다. 도5i에서는 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이가 이격되도록 도시되어 있으나, 이는 단지 제1전극(450)이 기판(300)에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)에 형성된 것을 설명하기 위한 것이며, 이 둘 사이는 에어갭으로 이격되거나, 이 둘 사이에 절연물질이 위치하거나, 또는 제1전극(450)과 제2전극(460)은 서로 겹치지 않도록, 예컨대 동일한 층에 형성되는 경우와 마찬가지로 엇나가도록 형성될 수도 있다.
객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우, 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌려 제1전극(450) 및 제2전극(460)과 기준전위층(270) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이때, 제1전극(450) 및 제2전극(460)은 도7e에 도시된 바와 같은 패턴을 가질 수 있다. 도7e에 도시된 바와 같이, 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 직교하도록 배치하여 정전용량의 변화량 감지 민감도가 향상될 수 있다.
도6a 내지 도6h는 본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치를 예시한다. 제3예는 제1예와 유사하며 이하에서는 그 차이점을 위주로 설명한다.
도6a는 본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다. 제3예에서 압력 검출 모듈(400)에 포함되는 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)가 터치 입력 장치(1000)에 삽입될 수 있다. 이때, 도6a에서 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)가 기판(300) 및 디스플레이 모듈(200)과 이격되게 배치되었지만, 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)는 기판(300)과 디스플레이 모듈(200) 중 어느 하나와 접하여 형성될 수도 있다.
본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 압력을 검출할 수 있도록, 전극시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 스페이서층(420)을 사이에 두고 이격되도록 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착될 수 있다.
도6b는 제1방법에 따라 전극시트(440)가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다. 도6b에서는 전극시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 부착된 것이 도시된다.
도6c에 도시된 바와 같이, 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 전극시트(440)의 테두리를 따라 소정 두께를 갖는 프레임(430)이 형성될 수 있다. 도6c에서 프레임(430)은 전극시트(440)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 프레임(430)은 전극시트(440)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 이때, 도6c에 도시된 바와 같이, 프레임(430)은 전극 패턴(450, 460)을 포함하는 영역에는 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라, 전극시트(440)가 프레임(430)을 통해 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착될 때 압력 전극(450, 460)이 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 소정 거리 이격되어 있을 수 있다. 실시예에 따라, 프레임(430)은 기판(300)의 상부면 또는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성될 수 있다. 또한, 프레임(430)은 양면 접착 테이프일 수 있다. 도6c에서는 전극시트(440)는 압력 전극(450, 460) 중 하나의 압력 전극만을 포함하는 것을 예시하고 있다.
도6d는 제2방법에 따라 전극시트(440)가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다. 도6d에서는 전극시트(440)를 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 위치시킨 후 접착 테이프(431)로 전극시트(440)를 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 고정시킬 수 있다. 이를 위해 접착 테이프(431)는 전극시트(440)의 적어도 일부와 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)의 적어도 일부에 접촉할 수 있다. 도6d에서는 접착 테이프(431)가 전극시트(440)의 상부로부터 이어져 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)의 노출 표면까지 이어지도록 도시된다. 이때, 접착 테이프(431)는 전극시트(440)와 맞닿는 면 측에만 접착력이 있을 수 있다. 따라서, 도6d에서 접착 테이프(431)의 상부면은 접착력이 없을 수 있다.
도6d에 도시된 바와 같이, 전극시트(440)를 접착 테이프(431)를 통해 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 고정시키더라도 전극시트(440)와 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 소정의 공간, 즉 에어갭(420)이 존재할 수 있다. 이는 전극시트(440)와 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이가 직접 접착제로 부착된 것이 아니며 또한 전극시트(440)는 패턴을 갖는 압력 전극(450, 460)을 포함하므로 전극시트(440)의 표면은 편평하지 않을 수 있기 때문이다. 도6d에서의 에어갭(420) 또한 터치 압력을 검출하기 위한 스페이서층(420)으로서 기능할 수 있다.
이하에서는 도6b에 도시된 바와 같은 제1방법에 따라 전극시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우를 예로 하여 본 발명의 제3예를 설명하나, 동일한 설명은 제2방법 등 임의의 방법에 따라 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 이격되어 전극시트(440)가 부착되는 경우에도 적용될 수 있다.
도6e는 본 발명의 제3예에 따른 압력 전극 패턴을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도6e에 도시된 바와 같이, 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)는 특히 압력 전극(450, 460)이 형성된 영역에서 기판(300)과 스페이서층(420)으로 이격되면서 기판(300)에 부착될 수 있다. 도6e에서 디스플레이 모듈(200)이 전극시트(440)와 접촉되도록 도시되나 이는 단지 예시일 뿐이며 디스플레이 모듈(200)은 전극시트(440)와 이격되어 위치할 수도 있다.
도6f는 도6e에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)은 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 전극시트(440)가 눌려 전극시트(440)에 포함된 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리(d)가 d’로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기판(300)으로 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.
도6e 및 도6f에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 전극시트(440)가 부착된 기판(300)과 전극시트(440) 사이의 거리 변화에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 전극시트(440)와 기판(300) 사이의 거리(d)는 매우 작으므로, 터치 압력에 따른 거리(d)의 미세한 변화에도 터치 압력을 정밀하게 검출할 수 있다.
도6g는 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착되는 것을 예시한다. 도6h는 도6g에 도시된 터치 입력 장치에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 이때, 디스플레이 모듈(300)은 그라운드 전위를 가질 수 있다. 따라서, 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 터치함에 따라 디스플레이 모듈(200)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리(d)가 감소하고, 결과적으로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 야기할 수 있다.
도6g 및 도6h에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 전극시트(440)가 부착된 디스플레이 모듈(200)과 전극시트(440) 사이의 거리 변화에 따라 터치 압력을 검출할 수도 있음을 알 수 있다.
예컨대, 실시예에 따라 전극시트(440)와 기판(300) 사이의 거리에 비해 디스플레이 모듈(200)과 전극시트(440) 사이의 거리는 더 작을 수 있다. 또한, 예컨대 전극시트(440)와 그라운드 전위인 디스플레이 모듈(200)의 하부면 사이의 거리는, 전극시트(440)와 디스플레이 모듈(200) 내에 위치하는 Vcom 전위층 및/또는 임의의 그라운드 전위 층과의 거리보다 작을 수 있다. 예컨대, 도2a 내지 도2c에 도시된 디스플레이 패널(200)에서 제1편광층(271)과 제1글라스층(261) 사이에 노이즈(noise) 차폐를 위한 전극(미도시)을 포함할 수 있으며 이러한 차폐를 위한 전극은 ITO로 구성될 수 있으며 그라운드 전위층 역할을 수행할 수 있다.
도6e 내지 도6h에 포함된 제1전극(450) 및 제2전극(460)는 도7a 내지 도7c에 예시된 패턴을 가질 수 있으며 상세한 설명은 중복되므로 생략한다.
도6a 내지 도6h에서, 전극시트(440)에 포함된 제1전극(450)과 제2전극(460)은 동일한 층에 형성된 것으로 도시되나, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 실시예에 따라 서로 다른 층으로 구현될 수 있다. 도9b에 예시된 바와 같이, 전극시트(440)에서 제1전극(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2전극(460)은 제1전극(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성되며, 제2전극(460)은 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다.
또한, 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)이 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나의 압력 전극만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 전극과 그라운드층(디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)) 사이의 정전용량, 즉 자기 정전용량의 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이때, 압력 전극은 도7d에 예시된 바와 같이 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수 있다. 이때, 도9c에 예시된 바와 같이, 전극시트(440)에서 제1전극(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2절연층(471)으로 덮일 수 있다.
도8a 및 도8b는 본 발명에 따른 전극시트(440)가 적용된 터치 입력 장치에서 터치 압력의 크기와 포화 면적 사이의 관계를 나타낸다. 도8a 및 도8b에서는 전극시트(440)가 기판(300)에 부착된 경우가 도시되나, 이하의 설명은 전극시트(440)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
터치 압력의 크기가 충분히 큰 경우 소정 위치에서 전극시트(440)와 기판(300) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 상태에 다다를 수 있다. 이러한 상태를 이하에서는 포화 상태라고 지칭한다. 예컨대, 도8a에 예시된 바와 같이 힘(f)으로 터치 입력 장치(1000)를 누를 때 전극시트(440)와 기판(300)은 접하여 더 이상 거리가 가까워질 수 없다. 이때, 도8a의 우측에서 전극시트(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적은 a로 표시될 수 있다.
하지만, 이러한 경우에도 터치 압력의 크기가 더 커지는 때에는 기판(300)과 전극시트(440) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 포화 상태에 있는 면적이 커질 수 있다. 예컨대, 도8b에 예시된 바와 같이 f보다 더 큰 힘(F)으로 터치 입력 장치(1000)를 누르면 전극시트(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적이 더 커질 수 있다. 도8b의 우측에서 전극시트(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적은 A로 표시될 수 있다. 이러한 면적이 커질수록 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 이하에서 거리의 변화에 따른 정전용량 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것이 설명되나 이는 포화 상태에 있는 포화 면적의 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
도8a 및 도8b는 제3예를 참조하여 설명되나, 도8a 및 도8b를 참조한 설명은 제1예 내지 제2예 및 아래서 설명하는 제4실시예에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다. 보다 구체적으로, 압력 전극(450, 460)과 그라운드층 또는 기준전위층(200, 300, 270) 사이의 거리가 더 이상 가까워질 수 없는 포화 상태에 있는 포화 면적의 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도10a 및 도10b는 본 발명의 제4예에 따른 터치 입력 장치를 예시한다. 본 발명의 제4예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 전극시트(440)를 삽입함으로써 터치 입력 장치의 상부 면뿐 아니라 하부 면에 압력을 인가하는 경우에도 터치 압력을 감지할 수 있다. 본 명세서에서 터치 표면으로서 터치 입력 장치(1000)의 상부 면은 디스플레이 모듈(200)의 상부 면으로 지칭될 수 있으며 이는 디스플레이 모듈(200)의 상부 표면뿐 아니라 디스플레이 모듈(200)을 도면의 상측에서 덮고 있는 표면을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 터치 표면으로서 터치 입력 장치(1000)의 하부면은 기판(300)의 하부 면으로 지칭될 수 있으며 이는 기판(300)의 하부 표면뿐 아니라 도면의 하측에서 기판(300)을 덮고 있는 표면을 포함할 수 있다.
도10a에서는 제1예에서 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 위치하는 경우로서, 기판(300)의 하부면에 압력을 인가하여 기판(300)이 눌리거나 휘어짐을 통해서 기판(300)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리가 변화하는 경우를 예시한다. 이때, 기준전위층인 기판(300) 과의 거리가 변화함에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 정전용량 또는 제1전극(450)또는 제2전극(460)과 기판(300) 사이의 정전용량이 변화하므로 터치 압력을 검출할 수 있다.
도10b에서는 제3예에서 전극시트(440)가 기판(300)에 부착된 경우로서, 기판(300)의 하부면에 압력을 인가하여 기판(300)이 눌리거나 휘어짐을 통해서 기판(300)과 전극시트(440) 사이의 거리가 변화하는 경우를 예시한다. 도10a의 경우와 마찬가지로, 기준전위층인 기판(300) 과의 거리가 변화함에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 정전용량 또는 제1전극(450)또는 제2전극(460)과 기판(300) 사이의 정전용량이 변화하므로 터치 압력을 검출할 수 있다.
도10a 및 도10b에서 제1예 및 제3예의 일부에 대해서 제4예를 설명하였으나, 제4예는 제1예 내지 제3예로서 기판(300)의 하부 면에 압력을 인가하여 기판(300)이 휘어지거나 눌림으로 인해 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 정전용량, 또는 제1전극(450)과 기준전위층(200, 300, 270) 사이의 정전용량이 변화하는 경우에 모두 적용될 수 있다. 예컨대, 도4c에 도시된 바와 같은 구조에서 기판(300)이 휘어지거나 눌림을 통해서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 거리가 변화할 수 있고, 이에 따라 압력 검출이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 압력 센서는 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수 있다. 도14a 내지 도14c는 다양한 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성된 압력 센서의 실시예를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도14a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 형성된 압력 센서를 도시한다. 구체적으로, 도14a에 도시된 바와 같이, 압력 전극(450,460)이 포함된 압력 센서가 제2기판층(262) 하면에 형성될 수 있다. 이 때, 도14a에서는 도2a의 제2편광층(272)이 생략되었으나, 압력 센서와 백라이트 유닛(back light unit)(275) 사이 또는 압력 센서와 제2기판층(262) 사이에 도 2a의 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 기준전위층과 압력 전극(450,460)과의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 수신전극(460)으로부터 수신한다.
한편, 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 압력 전극(450,460)에 구동신호가 인가되고, 압력 전극(450,460)과 이격된 기준전위층과 압력 전극(450,460)과의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 압력 전극(450,460)으로부터 수신한다. 여기서 기준전위층은 기판(300)이거나 디스플레이 패널(200A)과 기판(300) 사이에 배치되며, 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버일 수 있다.
다음으로, 도14b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 형성된 압력 센서를 도시한다. 구체적으로, 압력 전극(450,460)이 포함된 압력 센서가 제2기판층(283) 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도14a에서 설명한 방법과 동일하다.
다음으로, 도14c는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A) 내에 형성된 압력 센서를 도시한다. 구체적으로, 압력 전극(450,460)이 포함된 압력 센서가 제2기판층(283) 상면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도14a에서 설명한 방법과 동일하다.
또한, 도14c에서는 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, 도14a 내지 도14c에서는 압력 전극(450,460)이 포함된 압력 센서가 제2기판층(272,283)의 상면 또는 하면에 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 센서가 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도14a 내지 도14c에서는 압력 전극(450,460)이 포함된 압력 센서가 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 센서가 기판(300)에 직접 형성되고, 전위층이 디스플레이 패널(200A)이거나 디스플레이 패널(200A)과 기판(300) 사이에 배치되며, 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버일 수 있다.
또한, 도14a 내지 도14c에서는 기준전위층이 압력 센서의 하부에 배치되는 것에 대하여 설명하였지만, 기준전위층이 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준전위층이 디스플레이 패널(200A)의 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면, 또는 제2기판층(262,283)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 정전용량 변화량을 감지하기 위한 압력 센서는 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 제1전극(450) 및 전극시트의 형태로 구성된 제2전극(460)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1전극(450)은 도14a 내지 도14c에 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.
도4 내지 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 전극시트(440) 형태의 압력 센서가 터치 입력 장치에 부착된 상태에서, 또는 도14에 도시된 바와 같이 압력 센서가 터치 입력 장치에 직접 형성된 상태에서 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량으로부터 터치 압력의 크기를 검출하게 된다. 이 때, 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량은 압력 전극(450, 460)과 기준전위층 간의 거리 변화뿐만 아니라, 디스플레이 노이즈를 포함하는 주위 환경의 변화에 따라서도 변화하게 되므로, 그 정확도가 떨어진다. 특히, 도14a 내지 도14c에 도시된 바와 같이 압력 센서가 터치 입력 장치에 직접 형성될 경우, 디스플레이 패널(200A)의 구동부(예를 들어, 픽셀 전극 또는 구동 전극)과 압력 센서의 거리가 가깝게 되므로, 디스플레이 모듈이 구동함에 따라, 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량에 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 패널(200A)의 구동부 사이의 ‘기생 정전용량(parasitic capacitance)’이 포함될 수 있다. 따라서, 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 상기 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거하여야만, 압력 전극(450, 460)과 기준전위층 간의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량에 근거한 터치 압력의 크기를 정확하게 검출할 수 있다.
이를 위하여, 압력 전극(450, 460)에 구동 신호(Tx)를 인가하고, 압력 전극(450, 460)으로부터 감지신호(Rx)를 수신하는 매 스캔시 또는 소정 주기에 맞추어 리셋 프로세스가 반복적으로 실행되게 할 수 있다. 리셋 프로세스는 기준이 되는 정전용량을 리셋 시점에 맞추어 재설정하게 된다. 이러한, 리셋 프로세스는 터치 센싱 IC에 소프트웨어의 형식으로 탑재되어 구동되게 되는데, 터치 압력 검출을 위한 구동 신호 인가 시간 구간 및 감지 신호 수신 시간 구간과는 구분되는 시간에 구동되어야 하므로, 터치 압력 검출의 효율이 떨어질 수 있다. 또한, 입력된 터치가 해제되지 않고 계속되어 유지되는 경우, 그 유지되는 기간 동안은 리셋 프로세스가 구동되지 않기 때문에, 그 유지되는 기간 동안의 디스플레이 노이즈에 따른 정전용량의 변화를 제외시키지 못하는 단점이 있다.
또한, 위와 같은 리셋 프로세스를 통하여 기준이 되는 정전용량을 리셋 시점에 맞추어 재설정하더라도, 디스플레이 모듈이 구동하는 시간 구간 내에 압력 검출이 이루어지므로, 실시간으로 발생하는 디스플레이 노이즈에 따른 정전용량의 변화를 제외시키는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서, 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈의 구동부 사이의 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법이 필요하다.
도 3b는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제1 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 디스플레이 모듈(200), 압력 전극(450, 460) 및 기판(300)을 포함할 수 있다.
디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널을 포함하고, 디스플레이 패널은, 도2a 또는 도2b에 도시된 디스플레이 패널(200A)일 수 있다.
디스플레이 모듈(200)에 포함된 디스플레이 패널은 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극을 포함한다. 여기서, 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극은, 디스플레이 패널의 종류에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널이 도2a에 도시된 LCD 패널(200A)인 경우, 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극은 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 패널이 도2b에 도시된 OLED 패널(200A)인 경우, 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), 제1전원라인(ELVDD) 및 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
디스플레이 모듈(200)은 도1a 또는 도1b에 도시된 터치 센서(10)를 포함할 수 있다.
압력 전극(450, 460)은, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되는데, 도 3b에 도시된 실시 예서는 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 패널에 형성된다. 여기서, 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 패널에 직접 형성될 수 있다. 여기서, 직접 형성된다는 의미는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 압력 전극(450, 460)이 패터닝된 것을 의미할 수 있다.
압력 전극(450, 460)은 복수로 구성될 수 있고, 복수의 압력 전극(450, 460)들 중 일부는 구동 신호(Tx)가 인가되는 구동 전극이고, 나머지는 감지 신호(Rx)가 출력되는 감지 전극일 수 있다. 뿐만 아니라 복수의 압력 전극(450, 460) 각각이 구동 신호(Tx)를 인가받고, 감지 신호(Rx)를 출력할 수도 있다.
기판(300)은 디스플레이 모듈(200) 아래에 배치된다. 기판(300)은 전도성 재질로서, 압력 전극(450, 460)의 기준전위층일 수 있다.
터치 입력 장치의 표면으로 가해지는 압력에 의해 디스플레이 모듈(200)이 휘어지면, 압력 전극(450, 460)과 기준전위층인 기판(300) 사이의 거리가 변화되고, 변화되는 거리에 따라 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이의 정전용량이 변화되며, 정전용량의 변화가 압력 전극(450, 460)으로부터 감지될 수 있다. 여기서, 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에는, 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200)에 포함된 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극 사이의 기생 정전용량이 포함될 수 있다. 기생 정전용량은, 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 여러 전극들 중에서 어느 하나 이상의 전극이 압력 전극(450, 460)의 기준전위층 역할을 하면서 발생하고, 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 여러 전극들 중에서 어느 하나 이상의 전극 사이의 거리가 가까워지면 가까워질수록 기생 정전용량은 증가한다.
이러한 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거하기 위해서, 압력 전극(450, 460)으로 구동 신호(Tx)가 인가될 때, 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 어느 하나 이상의 전극에도 압력 전극(450, 460)으로 인가되는 구동 신호(Tx)를 같이 인가한다. 여기서, 어느 하나 이상의 전극은, 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중에서 압력 전극(450, 460)과 가장 가까운 곳에 위치한 전극일 수 있다.
압력 전극(450, 460)과 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 어느 하나의 전극에 동일한 구동 신호(Tx)가 동시에 인가되면, 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 어느 하나의 전극은 동일한 전위를 갖게되므로, 기생 정전용량이 전혀 발생되지 않거나 현저히 줄어들 수 있고, 기준전위층인 기판(300)의 입장에서는 구동 신호(Tx)가 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 어느 하나의 전극으로부터 나오기 때문에, 신호대잡음비(SNR)가 향상되는 이점도 있다.
도 3c는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제2 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 3c에 도시된 터치 입력 장치는, 도 3b에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 압력 전극(450, 460)을 포함하는 압력 센서(440)를 갖는다.
압력 전극(450, 460)은 압력 센서(440) 내부에 배치되고, 이를 위해서 압력 센서(440)는 압력 전극(450, 460)을 감싸는 절연층을 포함할 수 있다. 여기서, 절연층은 제1 절연층과 제2 절연층을 포함할 수 있다. 압력 센서(400)의 일면, 즉 제1 절연층과 제2 절연층 중 어느 하나는 디스플레이 모듈(200)에 형성된다.
도 3c에 도시된 터치 입력 장치에서의 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 어느 하나의 전극 사이의 거리는, 도 3b에 도시된 터치 입력 장치에서의 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 어느 하나의 전극 사이의 거리보다 더 멀지만, 도 3c에 도시된 터치 입력 장치에서도 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 어느 하나의 전극 사이의 기생 정전용량이 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량 변화량에 포함될 수 있다. 따라서, 도 3c에 도시된 터치 입력 장치에서도 도 3b에 도시된 터치 입력 장치에서와 같은 방법인, 압력 전극(450, 460)에 인가되는 구동 신호(Tx)를 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 어느 하나의 전극에도 동시에 인가하는 방법을 사용하여 기생 정전용량의 발생을 현저히 줄일 수 있다.
도 3d는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제3 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 3d에 도시된 터치 입력 장치는, 도 3b에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)이 아닌 기판(300)에 형성된다는 점에서 차이가 있고, 압력 전극(450, 460)의 기준전위층(미도시)은 디스플레이 모듈(200) 내부 또는 외부에 형성되어 있다.
도 3d에 도시된 터치 입력 장치도, 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량 변화량에는 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이의 기생 정전용량이 포함될 수 있다. 기생 정전용량은, 기판(300)이 디스플레이 모듈(200)의 기준전위층과 동일한 전위를 갖기 때문에 발생할 수 있다.
이러한 기생 정전용량의 발생을 제거하거나 줄이기 위해서, 압력 전극(450, 460)으로 구동 신호(Tx)가 인가될 때, 기판(300)에도 압력 전극(450, 460)으로 인가되는 구동 신호(Tx)를 같이 인가한다. 압력 전극(450, 460)과 기판(300)에 동일한 구동 신호(Tx)가 동시에 인가되면, 압력 전극(450, 460)과 기판(300)은 동일한 전위를 갖게되므로, 기생 정전용량이 전혀 발생되지 않거나 현저히 줄어들 수 있고, 기준전위층인 기판(300)의 입장에서는 구동 신호(Tx)가 압력 전극(450, 460)과 기판(300)으로부터 나오기 때문에, 신호대잡음비(SNR)가 향상되는 이점도 있다.
도 3e는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제4 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 3e에 도시된 터치 입력 장치는, 도 3c에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 압력 전극(450, 460)을 포함하는 압력 센서(440)가 기판(300)에 형성된다는 점에서 차이가 있고, 압력 전극(450, 460)의 기준전위층(미도시)은 디스플레이 모듈(200) 내부 또는 외부에 형성되어 있다.
도 3e에 도시된 터치 입력 장치에서도 도 3d에 도시된 터치 입력 장치에서와 같은 방법인, 압력 전극(450, 460)에 인가되는 구동 신호(Tx)를 기판(300)에도 동시에 인가하는 방법을 사용하여 기생 정전용량의 발생을 현저히 줄일 수 있다.
도 3f는 압력 전극(450, 460)으로부터 검출되는 정전용량의 변화량 중에서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이에서 발생하는 기생 정전용량을 현저히 줄이거나 제거할 수 있는 방법을 설명하기 위한 제5 예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 3f에 도시된 터치 입력 장치는, 도 3b에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 적어도 하나의 압력 전극(450)은 디스플레이 패널(200)에 형성되고, 적어도 하나의 압력 전극(460)은 기판(300)에 형성된다는 점에서 차이가 있다. 설명의 편의상, 디스플레이 패널(200)에 형성된 압력 전극(450)을 제1 압력 전극이라 하고, 기판(300)에 형성된 압력 전극(460)을 제2 압력 전극이라 한다. 여기서, 제1 압력 전극(450)은 디스플레이 패널(200)에 직접 형성될 수 있고, 제2 압력 전극(460)은 기판(300)에 직접 형성될 수 있다.
도 3f에 도시된 터치 입력 장치의 제1 압력 전극(450)은 구동신호가 인가되는 구동전극일 수 있고, 제2 압력 전극(460)은 감지신호가 출력되는 감지전극일 수 있다. 반대의 경우도 물론 가능하다. 따라서, 제1 압력 전극(450)과 제2 압력 전극(460) 중 어느 하나의 전극으로는 구동 신호가 인가되고, 다른 하나의 전극으로는 감지 신호가 출력될 수 있다.
제1 압력 전극(450)과 제2 압력 전극(460) 중 어느 하나의 전극으로는 구동 신호가 인가된 경우에, 도 3f에 도시된 터치 입력 장치의 터치 표면으로 인가된 압력에 의한 제1 압력 전극(450)과 제2 압력 전극(460) 사이의 거리 변화에 따라 제1 압력 전극(450)과 제2 압력 전극(460) 중 구동 신호가 인가되지 않은 다른 하나의 전극에서 검출되는 정전용량이 변화하는데, 이 때, 다른 하나의 전극에서 검출되는 상호 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량에 근거하여 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산할 수 있다.
디스플레이 패널(200)은, 도 3b를 참조하여 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들을 포함한다.
제1 압력 전극(450)과 제2 압력 전극(460) 중 어느 하나의 전극으로 인가되는 구동 신호(Tx)가, 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극 및 기판(300) 중 적어도 어느 하나에 동시에 인가된다. 예를 들어, 도 3f에 도시된 바와 같이, 제1 압력 전극(450)에 구동 신호(Tx)가 인가되는 경우, 구동 신호(Tx)는 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극에 동시에 인가될 수도 있다. 뿐만 아니라, 도 3f에 도시되지 않았지만, 구동 신호(Tx)는 기판(300)에 동시에 인가될 수도 있으며, 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극과 기판(300) 모두에 동시에 인가될 수 있다.
이와 같이, 제1 압력 전극(450)과 제2 압력 전극(460) 중 어느 하나의 전극으로 인가되는 구동 신호(Tx)가, 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극 및 기판(300) 중 적어도 어느 하나에 동시에 인가되면, 구동 신호(Tx)가 인가되는 압력 전극과 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극, 또는 구동 신호(Tx)가 인가되는 압력 전극과 기판(300), 또는 구동 신호(Tx)가 인가되는 압력 전극, 디스플레이 패널(200)의 어느 하나의 전극 및 기판(300)은 동일한 전위를 갖게 되므로, 기생 정전용량이 전혀 발생되지 않거나 현저히 줄어들 수 있고, 감지신호를 출력하는 다른 하나의 전극의 입장에서는 구동 신호(Tx)가 강해지기 때문에, 신호대잡음비(SNR)가 향상되는 이점도 있다.
한편, 도 3f에 도시된 터치 입력 장치에서, 기준전위층(미도시)이 디스플레이 패널(200)과 기판(300) 그 어디에도 형성되지 않을 수도 있고, 기준전위층(미도시)은 디스플레이 패널(200) 또는 기판(300) 중 어느 하나에 형성될 수도 있다.
한편, 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 도 3b에 도시된 터치 입력 장치는, 도 3e에 도시된 터치 입력 장치의 압력 전극(450, 460)을 포함하는 압력 센서(440)를 더 포함할 수 있다. 구체적으로, 도 3e에 도시된 압력 센서(440)가 도 3b에 도시된 기판(300)에 배치될 수 있다.
이러한 실시 예에 따른 터치 입력 장치에서, 설명의 편의상, 디스플레이 패널(200)에 형성된 압력 전극(450, 460)을 제1 압력 전극으로 지칭하고, 기판(300)에 형성되는 압력 센서(440)의 압력 전극(450, 460)을 제2 압력 전극으로 지칭하기로 한다. 제1 압력 전극으로는 구동 신호(Tx)가 인가되고, 제2 압력 전극으로는 감지 신호(Rx)가 출력될 수 있다. 제1 압력 전극과 제2 압력 전극 사이의 거리 변화에 따라 제2 압력 전극에서 출력되는 감지 신호(Rx)로부터 정전용량 변화량에 근거하여 터치 입력 장치의 터치 표면으로 인가된 압력의 크기를 계산할 수 있다.
제2 압력 전극은, 도 3e에 도시된 압력 센서(440)에 포함될 수 있고, 이러한 압력 센서(440)는 제2 압력 전극 위와 아래에 각각 배치되는 제1 절연층과 제2 절연층을 포함할 수 있다. 그리고, 제1 절연층과 제2 절연층 중 어느 하나가 기판(300)에 형성될 수 있다.
제2 압력 전극, 제1 절연층 및 제2 절연층을 포함하는 압력 센서(440)는 시트 형태를 가질 수 있고, 시트 형태의 압력 센서(440)는 기판(300)에 부착될 수 있다.
이러한 터치 입력 장치에서도 도 3b에 도시된 터치 입력 장치에서와 같은 방법인, 압력 전극(450, 460)에 인가되는 구동 신호(Tx)를 디스플레이 패널(200)의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나에 동시에 인가하는 방법을 사용하여 기생 정전용량의 발생을 현저히 줄일 수 있다.
별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 도 3b에 도시된 터치 입력 장치의 기판(300)에 도 3d에 도시된 압력 전극(450, 460)이 직접 형성될 수 있고, 도 3c에 도시된 터치 입력 장치의 기판(300)에 도 3d에 도시된 압력 전극(450, 460)이 직접 형성되거나 도 3e에 도시된 압력 센서(440)가 형성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 적용되는 터치 입력 장치(1000)를 통해 압력을 검출하기 위해서 압력 전극(450, 460)에서 발생하는 정전용량의 변화를 감지할 필요가 있다. 따라서, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 구동전극에는 구동신호가 인가될 필요가 있고 수신전극으로부터는 감지신호를 획득하여 정전용량의 변화량으로부터 터치 압력을 산출해야 한다. 실시예에 따라, 압력 검출의 동작을 위한 압력 센싱 IC 형태로 압력 검출 장치를 추가로 포함하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출 모듈(400)은 압력 검출을 위한 압력 센서뿐 아니라 이러한 압력 검출 장치를 포괄하는 구성일 수 있다.
이러한 경우, 도1에 예시된 바와 같이, 구동부(12), 감지부(11) 및 제어부(13)와 유사한 구성을 중복하여 포함하게 되므로 터치 입력 장치(1000)의 면적 및 부피가 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
실시예에 따라, 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100)의 작동을 위한 터치 검출 장치를 이용하여, 압력 센서에 압력 검출을 위한 구동신호를 인가하고 압력 센서로부터 감지신호를 입력받아 터치 압력을 검출할 수도 있다. 이하에서는, 제1전극(450)이 구동전극이고 제2전극(460)이 수신전극인 경우를 가정하여 설명한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 적용되는 터치 입력 장치(1000)에서 제1전극(450)은 구동부(12)로부터 구동신호를 인가받고 제2전극(460)은 감지신호를 감지부(11)에 전달할 수 있다. 제어부(13)는 터치 센서 (10)의 스캐닝을 수행함과 동시에 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 하거나, 또는 제어부(13)는 시분할하여 제1시간구간에는 터치 센서(10)의 스캐닝을 수행하도록 하고 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 제어신호를 생성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 제1전극(450)과 제2전극(460)는 전기적으로 구동부(12) 및/또는 감지부(11)에 연결되어야 한다. 이때, 터치 센서(10)를 위한 터치 검출 장치는 터치 센싱 IC(150)로서 터치 센서(10)의 일단 또는 터치 센서(10)와 동일 평면상에 형성되는 것이 일반적이다. 압력 센서에 포함된 압력 전극(450, 460)은 임의의 방법으로 터치 센서(10)의 터치 검출 장치와 전기적으로 연결될 수 있다.
도11a 및 도11b는 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440) 형태의 압력 센서가 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착되는 경우를 나타낸다. 도11a 및 도11b에서 디스플레이 모듈(200)은 하부면 일부에 디스플레이 패널의 작동을 위한 회로가 실장된 제2PCB(210)가 도시된다.
도11a는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210)의 일단에 연결되도록 전극시트(440)를 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착하는 경우를 예시한다. 이 때, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 제2PCB(210)의 일단에 양면 전도성 테이프를 이용하여 연결될 수 있다. 구체적으로, 전극시트(440)의 두께 및 전극시트(440)가 배치되는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300)의 간격이 매우 작기 때문에, 별도의 커넥터를 사용하는 것보다 양면 도전성 테이프를 이용하여 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 제2PCB(210)의 일단에 연결하는 것이 두께를 줄일 수 있으므로 효과적이다. 제2PCB(210) 상에는 압력 전극(450, 460)을 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결할 수 있도록 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도12a 내지 도12c를 참조하여 설명한다. 도11a에 예시된 압력 전극(450, 460)을 포함하는 전극시트(440)의 부착 방법은 기판(300)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도11b는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 별도의 전극시트로 제작되지 않고 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210)에 일체형으로 형성된 경우를 예시한다. 예컨대, 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210) 제작시에 제2PCB에 일정 면적을 할애하여 미리 디스플레이 패널의 작동을 위한 회로뿐 아니라 제1전극(450)과 제2전극(460)에 해당하는 패턴까지 인쇄할 수 있다. 제2PCB(210)에는 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도12a 내지 도12c는 압력 전극(450, 460) 또는 전극시트(440)를 터치 센싱 IC(150)에 연결하는 방법을 예시한다. 도12a 내지 도12c에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200)의 외부에 포함된 경우로서, 터치 센서 패널(100)의 터치 검출 장치가 터치 센서 패널(100)을 위한 제1PCB(160)에 실장된 터치 센싱 IC(150)에 집적된 경우를 예시한다.
도12a에서 디스플레이 모듈(200)에 부착된 압력 전극(450, 460)이 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 연결되는 경우를 예시한다. 도12a에 예시된 바와 같이, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치에서 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(connector: 121)를 통해서 디스플레이 모듈(200)을 위한 제2PCB(210)에 연결된다. 제2PCB(210)는 제2커넥터(224)를 통해서 메인보드로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(121) 및 제2커넥터(224)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 CPU 또는 AP와 신호를 주고 받을 수 있다.
이때, 도12a에서는 전극시트(440)가 도11b에 예시된 바와 같은 방식으로 디스플레이 모듈(200)에 부착된 것이 예시되나 도11a에 예시된 바와 같은 방식으로 부착된 경우에도 적용될 수 있다. 제2PCB(210)에는 압력 전극(450, 460)이 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결될 수 있도록 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도12b에서 디스플레이 모듈(200)에 부착된 압력 전극(450, 460)이 제3커넥터(473)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결되는 경우가 예시된다. 도12b에서 압력 전극(450, 460)은 제3커넥터(473)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드까지 연결되고, 추후 제2커넥터(224) 및 제1커넥터(121)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 이때, 압력 전극(450, 460)은 제2PCB(210)와 분리된 추가의 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 또는 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)은 도3b 내지 도3i에 예시된 바와 같은 전극시트(440)의 형태로 터치 입력 장치(1000)에 부착되어 압력 전극(450, 460)으로부터 전도성 트레이스등을 연장시켜 커넥터(473)를 통해 메인보드까지 연결될 수도 있다.
도12c에서 압력 전극(450, 460)이 제4커넥터(474)를 통해서 직접 터치 센싱 IC(150)로 연결되는 경우가 예시된다. 도12c에서 압력 전극(450, 460)은 제4커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)까지 연결될 수 있다. 제1PCB(160)에는 제4커넥터(474)부터 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다. 이에 따라, 압력 전극(450, 460)은 제4커넥터(474)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 이때, 압력 전극(450, 460)은 제2PCB(210)와 분리된 추가의 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 제2PCB(210)와 추가의 PCB는 서로 단락되지 않도록 절연되어 있을 수 있다. 또는 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)은 도3b 내지 도3i에 예시된 바와 같은 전극시트(440)의 형태로 터치 입력 장치(1000)에 부착되어 압력 전극(450, 460)으로부터 전도성 트레이스등을 연장시켜 제4커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)까지 연결될 수도 있다.
도12b 및 도12c의 연결 방법은 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면뿐 아니라 기판(300)상에 형성된 경우에도 적용될 수 있다.
도12a 내지 도12c에서는 터치 센싱 IC(150)가 제1PCB(160) 상에 형성된 COF(chip on film) 구조를 가정하여 설명되었다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 본 발명은 터치 센싱 IC(150)가 터치 입력 장치(1000)의 실장공간(310) 내의 메인보드 상에 실장되는 COB(chip on board) 구조의 경우에도 적용될 수 있다. 도12a 내지 도12c에 대한 설명으로부터 당해 기술분야의 당업자에게 다른 실시예의 경우에 압력 전극(450, 460)의 커넥터를 통한 연결이 자명할 것이다.
이상에서는 구동전극으로서 제1전극(450)이 하나의 채널을 구성하고 수신전극으로서 제2전극(460)이 하나의 채널을 구성하는 압력 전극(450, 460)에 대해서 살펴보았다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 구동전극 및 수신전극은 각각 복수개의 채널을 구성하여 다중터치(multi touch)에 따라 다중의 압력 검출이 가능할 수 있다.
도13a 내지 도13d는 본 발명의 압력 전극이 복수의 채널을 구성하는 경우를 예시한다. 도13a에서는 제1전극(450-1, 450-2)과 제2전극(460-1, 460-2) 각각이 2개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 도13a에서는 제1채널을 구성하는 제1전극(450-1)과 제2전극(460-1)이 제1전극시트(440-1)에 포함되고 제2채널을 구성하는 제1전극(450-2)과 제2전극(460-2)이 제2전극시트(440-2)에 포함되는 것을 예시하나, 2개의 채널을 구성하는 제1전극(450-1, 450-2)과 제2전극(460-1, 460-2)이 모두 하나의 전극시트(440)에 포함되도록 구성될 수 있다. 도13b에서는 제1전극(450-1, 450-2)은 2개의 채널을 구성하나 제2전극(460)은 1개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 도13c에서는 제1전극(450-1 내지 450-5)과 제2전극(460-1 내지 460-5) 각각이 5개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 이 경우에도 5개의 채널을 구성하는 전극이 모두 하나의 전극시트(440)에 포함되도록 구성될 수 있다. 도13d에서는 제1전극(451 내지 459) 각각이 9개의 채널을 구성하고, 모두 하나의 전극시트(440)에 포함되도록 구성하는 경우가 예시된다.
도13a 내지 도13d 및 도15a 내지 도15c에 도시된 바와 같이, 복수의 채널을 구성하는 경우, 각각의 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)으로부터 터치 센싱 IC(150)에 전기적으로 연결되는 도전성 패턴이 형성될 수 있다.
여기서, 도13d에 도시된 형태의 복수의 채널을 구성하는 경우를 예를 들어 설명한다. 이 경우, 한정된 폭을 갖는 제1커넥터(121)에 복수의 도전성 패턴(461)이 연결되어야하기 때문에, 도전성 패턴(461)의 폭 및 인접한 도전성 패턴(461)과의 간격이 작아야 한다. 이러한 작은 폭 및 간격을 갖는 도전성 패턴(461)을 형성하기 위한 미세공정을 하기 위해서는 폴리에틸렌테레프탈레이트보다는 폴리이미드가 적합하다. 구체적으로, 도전성 패턴(461)이 형성되는 전극시트(440)의 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471)은 폴리이미드로 형성될 수 있다. 또한, 도전성 패턴(461)을 제1커넥터(121)에 연결하기 위하여 납땜공정이 필요할 수 있는데, 섭씨 300도 이상의 납땜 공정을 하기 위하여는 상대적으로 열에 약한 폴리에틸렌테레프탈레이트보다는 열에 강한 폴리이미드가 적합하다. 이 때, 도전성 패턴(461)이 형성되지 않는 부분의 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471)은 비용 절감을 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트로 형성되고, 도전성 패턴(461)이 형성되는 부분의 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471)은 폴리이미드로 형성될 수 있다.
도13a 내지 도13d 및 도15a 내지 도15c는 압력 전극이 단수 또는 복수의 채널을 구성하는 경우를 예시하며 다양한 방법으로 압력 전극이 단수 또는 복수의 채널로 구성될 수 있다. 도13a 내지 도13c 및 도15a 내지 도15c에서 압력 전극(450, 460)이 터치 센싱 IC(150)에 전기적으로 연결되는 경우가 예시되지 않았으나, 도12a 내지 도12c 및 기타의 방법으로 압력 전극(450, 460)이 터치 센싱 IC(150)에 연결될 수 있다.
이상에서, 제1커넥터(121) 또는 제4커넥터(474)는 양면 전도성 테이프일 수 있다. 구체적으로, 제1커넥터(121) 또는 제4커넥터(474)가 매우 작은 간격 사이에 배치될 수 있기 때문에, 별도의 커넥터를 사용하는 것보다 양면 도전성 테이프를 이용하는 것이 두께를 줄일 수 있으므로 효과적이다.
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.
1000: 터치 입력 장치 10: 터치 센서
12: 구동부 11: 감지부
13: 제어부 200: 디스플레이 모듈
300: 기판 400: 압력 검출 모듈
420; 스페이서층 440: 전극시트
450, 460: 압력 전극 470: 제1절연층
471: 제2절연층 430: 프레임
480: 기준 압력 전극

Claims (12)

  1. 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서,
    디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치되고, 기준전위층인 기판; 및
    상기 디스플레이 패널에 형성된 적어도 하나 이상의 압력 전극;을 포함하고,
    상기 디스플레이 패널은, 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들을 포함하고,
    구동 신호(Tx)가 상기 압력 전극으로 인가될 때, 상기 구동 신호는 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극에 동시에 인가되고,
    상기 터치 표면으로 인가된 압력에 의한 상기 압력 전극과 상기 기판 사이의 거리 변화에 따라 상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량이 변화하고,
    상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 상기 압력의 크기를 계산하고,
    상기 압력 전극은 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들로부터 이격되어 배치된, 터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 전극은 상기 디스플레이 패널에 직접 형성되는, 터치 입력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 제1기판층 및 상기 제1기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하고,
    상기 압력 전극은 상기 제2기판층의 하면에 직접 형성되는, 터치 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 압력 전극을 갖는 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 압력 센서는 제1절연층 및 제2절연층을 더 포함하고,
    상기 압력 전극은 상기 제1절연층 및 상기 제2절연층 사이에 배치되고,
    상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층 중 어느 하나가 상기 디스플레이 패널에 부착되는, 터치 입력 장치.
  5. 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서,
    디스플레이 패널을 포함하고, 기준전위층을 갖는 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 및
    상기 기판에 형성된 적어도 하나 이상의 압력 전극;을 포함하고,
    구동 신호(Tx)가 상기 압력 전극으로 인가될 때, 상기 구동 신호는 상기 기판에 동시에 인가되고,
    상기 터치 표면으로 인가된 압력에 의한 상기 압력 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리 변화에 따라 상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량이 변화하고,
    상기 압력 전극에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 상기 압력의 크기를 계산하는, 터치 입력 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 압력 전극은 상기 기판에 직접 형성되는, 터치 입력 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 압력 전극을 갖는 압력 센서를 더 포함하고,
    상기 압력 센서는 제1절연층 및 제2절연층을 더 포함하고,
    상기 압력 전극은 상기 제1절연층 및 상기 제2절연층 사이에 배치되고,
    상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층 중 어느 하나가 상기 기판에 부착되는, 터치 입력 장치.
  8. 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서,
    디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판;
    상기 디스플레이 패널에 형성된 제1 압력 전극; 및
    상기 기판에 형성된 제2 압력 전극;을 포함하고,
    상기 디스플레이 패널은, 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들을 포함하고,
    구동 신호(Tx)가 상기 제1 압력 전극과 상기 제2 압력 전극 중 어느 하나의 전극으로 인가될 때, 상기 구동 신호는 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극과 상기 기판 중 어느 하나에 동시에 인가되되, 상기 구동 신호가 상기 제1 압력 전극으로 인가되면 상기 어느 하나는 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들 중 적어도 어느 하나의 전극이 되고, 상기 구동 신호가 상기 제2 압력 전극으로 인가되면 상기 어느 하나는 상기 기판이 되며,
    상기 터치 표면으로 인가된 압력에 의한 상기 제1 압력 전극과 상기 제2 압력 전극 사이의 거리 변화에 따라 상기 제1 압력 전극과 상기 제2 압력 전극 중 상기 구동 신호가 인가되지 않은 다른 하나의 전극에서 검출되는 정전용량이 변화하고,
    상기 다른 하나의 전극에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 상기 압력의 크기를 계산하고,
    상기 제1 압력 전극은 상기 디스플레이 패널의 구동에 사용되는 전극들로부터 이격되어 배치된, 터치 입력 장치.
  9. 삭제
  10. 제 8 항에 있어서,
    상기 제1 압력 전극은, 상기 디스플레이 패널에 직접 형성된, 터치 입력 장치.
  11. 제 8 항에 있어서,
    상기 제2 압력 전극을 갖는 압력 센서를 포함하고,
    상기 압력 센서는 제1절연층 및 제2절연층을 더 포함하고,
    상기 제2 압력 전극은 상기 제1절연층 및 상기 제2절연층 사이에 배치되고,
    상기 제1 절연층과 상기 제2 절연층 중 어느 하나가 상기 기판에 부착되는, 터치 입력 장치.
  12. 제1항 내지 제8항, 제10항, 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은, 상기 터치 표면에 인가되는 상기 압력에 의해 휘어지는, 터치 입력 장치.
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