KR101852413B1 - 복수의 압력을 감지할 수 있는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치 - Google Patents

복수의 압력을 감지할 수 있는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치 Download PDF

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Abstract

실시형태에 따른 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치 압력을 감지하는 복수의 압력 센서; 및 상기 복수의 압력 센서 중 적어도 어느 하나와 연결되는 복수의 센서 배선을 포함하고, 상기 복수의 압력 센서는 제1 센서 및 상기 제1 센서와 인접하지 않은 제2 센서를 포함하고, 상기 복수의 센서 센서 배선은 제1 센서 배선을 포함하고, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는 상기 제1 센서 배선에 연결될 수 있다.

Description

복수의 압력을 감지할 수 있는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치{PRESSURE SENSOR DETECTING MULPIPLE PRESSURE AND TOUCH INPUT DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 복수의 압력을 감지할 수 있는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 동시에 입력된 복수의 압력 각각의 크기를 감지할 수 있도록 구성된 압력 감지부 및 이를 포함하는 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 패널과 터치 입력 수단인 터치 센서(touch sensor)로 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.
이러한 터치 입력 장치에서 동시에 입력되는 복수의 압력 각각의 크기를 감지하기 위해서는 인접한 복수의 터치가 구분될 수 있도록 압력 센서의 크기가 작아져야하고, 작은 크기의 압력 센서로 터치 표면 전체를 커버해야하기 때문에, 압력 센서의 개수가 많아져야 한다. 이 때, 압력 센서 각각에 대하여 하나의 채널을 할당할 경우, 각각의 채널을 압력 센서 제어기로 연결하기 위한 센서 배선이 차지하는 면적이 커지고, 압력 센서 제어기와 전기적으로 연결된 FPCB와 센서 배선을 연결하는 커넥터 등의 연결부가 차지하는 면적 또한 커지고, 압력 센서 제어기의 핀 개수가 많아짐에 따라 압력 센서 제어기의 크기 또한 커지는 문제가 있다.
본 발명의 목적은 복수의 압력을 감지할 수 있는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 압력 센서의 각각의 채널을 압력 센서 제어기로 연결하기 위한 센서 배선이 차지하는 면적, 압력 센서 제어기와 전기적으로 연결된 FPCB와 센서 배선을 연결하는 커넥터 등의 연결부가 차지하는 면적, 및 압력 센서 제어기의 핀 개수 및 크기를 줄이면서, 동시에 입력된 복수의 압력 각각의 크기를 감지할 수 있도록 구성된 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치 압력을 감지하는 복수의 압력 센서; 및 상기 복수의 압력 센서 중 적어도 어느 하나와 연결되는 복수의 센서 배선을 포함하고, 상기 복수의 압력 센서는 제1 센서 및 상기 제1 센서와 인접하지 않은 제2 센서를 포함하고, 상기 복수의 센서 센서 배선은 제1 센서 배선을 포함하고, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는 상기 제1 센서 배선에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 위치를 검출하는 터치 센서; 터치 압력의 크기를 검출하는 복수의 압력 센서; 및 상기 복수의 압력 센서는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하고, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 서로 연결되어 제1 채널을 구성하고, 상기 제1 채널을 통해 압력이 검출되면, 상기 터치 센서로부터 검출된 터치 위치 정보에 기초하여, 상기 제1 채널을 통하여 검출된 압력이 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 어느 센서를 통해 검출된 압력인지를 판단할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치에 배치되어 상기 터치 입력 장치의 터치 표면에 대한 터치 압력을 감지하는 압력 감지부는, 복수의 압력 센서; 및 상기 복수의 압력 센서 중 적어도 어느 하나와 연결되는 복수의 센서 배선을 포함하고, 상기 복수의 압력 센서는 제1 센서 및 상기 제1 센서와 인접하지 않은 제2 센서를 포함하고, 상기 복수의 센서 센서 배선은 제1 센서 배선을 포함하고, 상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는 상기 제1 센서 배선에 연결될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 복수의 압력을 감지할 수 있는 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 압력 센서의 각각의 채널을 압력 센서 제어기로 연결하기 위한 센서 배선이 차지하는 면적, 압력 센서 제어기와 전기적으로 연결된 FPCB와 센서 배선을 연결하는 커넥터 등의 연결부가 차지하는 면적, 및 압력 센서 제어기의 핀 개수 및 크기를 줄이면서, 동시에 입력된 복수의 압력 각각의 크기를 감지할 수 있도록 구성된 압력 감지부 및 이를 포함하는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도3a 내지 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도4a 내지 도4g는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 압력 센서가 형성되는 예를 예시한다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 단면을 예시한다
도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 다양한 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도7a 내지 도7d는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 센서의 형태를 예시하는 도면이다.
도8a 및 도8b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부를 나타내는 도면이다.
도9a 및 도9b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부에 포함된 압력 센서와 센서 배선간의 연결 관계를 나타내는 도면이다.
도10a 내지 도10e 및 도11a 내지 도11e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 이용하여 복수의 터치 압력 각각의 크기를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도12a 내지 도12c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부에서 압력 센서와 센서 배선간의 다양한 연결 형태를 나타내는 도면이다.
도13a 내지 도13h는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서와 센서 배선의 연결 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도14는 도13h에 도시된 압력 감지부의 또다른 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도15a 내지 도15c 및 도16a 내지 도16b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 압력의 크기를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도17a 내지 도17c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부에서 압력 센서간의 거리에 따른 압력 검출을 설명하기 위한 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.
도7a 내지 도7d는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 센서의 형태를 예시하는 도면이다. 도7a 및 도7b에 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 패널(200A)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도7c에 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 패널(200A)의 상면에 형성되고, 나머지 하나는 후술하게될 커버의 하면에 형성되거나 디스플레이 패널(200A)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 후술하게될 터치 센서 제어기(1100)에 해당하는 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 터치 회로 기판(이하 터치PCB로 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(10)에는 복수의 터치 전극(30)이 구비된다. 복수의 터치 전극(30)은 도7d에 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 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(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.
이상에서 터치 센서(10)로서 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 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 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.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 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 회로 기판(이하 디스플레이PCB로 지칭)에 실장될 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 감지부를 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. 구체적으로, 압력 센서 제어기(1300)가 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 구동부, 감지부 및 제어부를 포함하고, 감지부로가 감지한 감지 신호에 의하여 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)가 실장된 터치PCB에 실장될 수도 있고, 디스플레이 제어기(1200)가 실장된 디스플레이PCB에 실장될 수도 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 감지부가 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 및 도3b는 본 발명의 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 먼저, 도3a를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도3a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 LCD 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(271) 및 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되는 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 또한, LCD 패널인 디스플레이 패널(200A)은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 상부에 배치되는제1기판층(261) 및 액정층(250)의 하부에 배치되는 제2기판층(262)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. 도3a에서 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, 도3b를 참조하여, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도3b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 OLED 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(282)을 포함할 수 있다. 또한, OLED 패널인 디스플레이 패널(200A)은 OLED(Organic Light-Emitting Diode)를 포함하는 유기물층(280), 유기물층(280)의 상부에 배치되는 제1기판층(281) 및 유기물층(280) 하부에 배치되는 제2기판층(283)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.
또한, 유기물층(280)은 HIL(Hole Injection Layer, 정공주입층), HTL(Hole Transfer Layer, 정공수송층), EIL(Emission Material Layer, 전자주입층), ETL(Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(Electron Injection Layer, 발광층)을 포함할 수 있다.
각 층에 대해 간략히 설명하면, HIL은 정공을 주입시키며, CuPc 등의 물질을 이용한다. HTL은 주입된 정공을 이동시키는 기능을 하고, 주로, 정공의 이동성(hole mobility)이 좋은 물질을 이용한다. HTL은 아릴라민(arylamine), TPD 등이 이용될 수 있다. EIL과 ETL은 전자의 주입과 수송을 위한 층이며, 주입된 전자와 정공은 EML에서 결합되어 발광한다. EML은 발광되는 색을 표현하는 소재로서, 유기물의 수명을 결정하는 호스트(host)와 색감과 효율을 결정하는 불순물(dopant)로 구성된다. 이는, OLED 패널에 포함되는 유기물층(280)의 기본적인 구성을 설명한 것일 뿐, 본 발명은 유기물층(280)의 층구조나 소재 등에 한정되지 않는다.
유기물층(280)은 애노드(Anode)(미도시)와 캐소드(Cathode)(미도시) 사이에 삽입되며, TFT가 온(On) 상태가 되면, 구동 전류가 애노드에 인가되어 정공이 주입되고 캐소드에는 전자가 주입되어, 유기물층(280)으로 정공과 전자가 이동하여 빛을 발산한다.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널 또는 OLED 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
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 제2편광층(272) 하부에 배치되는 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.
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 제2편광층(272) 하부에 배치되는 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.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치되는 경우, 디스플레이 모듈(200) 상부에는 터치 센서 패널이 배치될 수 있고, 터치 센서(10)가 터치 센서 패널에 포함될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널의 표면일 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 상면에 형성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도3a 및 도3b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 실시예에 따라 터치 센서(10) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서(10) 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서(10)를 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. 구체적으로, 터치 센서(10)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 제1기판층(261,281) 상면에 형성될 수 있으며, 나머지 전극은 제1기판층(261,281) 하면 또는 제2기판층(262,283) 상면에 형성될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 하면 또는 제2기판층(262,283)의 상면에 형성될 수 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. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 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, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), 제1전원라인(ELVDD) 및 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 터치 센서(10)는 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 구동전극 및 수신전극 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 터치 센서(10)는 도1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 단일 전극(30) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)에 포함되는 전극이 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.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하기 위하여, 터치 위치를 검출하는데 사용되는 전극 및 디스플레이를 구동하는데 사용되는 전극과는 다른, 별도의 센서를 배치하여 압력 감지부로 사용하는 경우에 대해서 예를 들어 상세하게 살펴본다.
본 발명의 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서가 형성된 커버층(100)과 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 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 도4g는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에서 압력 센서가 형성되는 예를 예시한다.
도4a 및 이하의 일부 도면에서 디스플레이 패널(200A)이 커버층(100)에 직접 라미네이션되어 부착된 것으로 도시되나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것이며 제1편광층(271,282)이 디스플레이 패널(200A) 상부에 위치한 디스플레이 모듈(200)이 커버층(100)에 라미네이션 되어 부착될 수 있으며, LCD 패널이 디스플레이 패널(200A)인 경우, 제2편광층(272) 및 백라이트 유닛이 생략되어 도시된 것이다.
도4a 내지 도4g를 참조한 설명에서, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)로서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 도3a 및 도3b에 도시된 디스플레이 모듈(200) 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)가 도3a 및 도3be에 도시된 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도4a 내지 도4c에서 터치 센서(10)가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 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 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 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 노이즈 및 회로기판에서 발생하는 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, 터치 위치를 검출하는데 사용되는 전극 및 디스플레이를 구동하는데 사용되는 전극과는 다른, 별도의 센서를 배치하여 압력 감지부로 사용하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
이하에서 압력 검출을 위한 구성을 총괄하여 압력 감지부로 지칭한다. 예컨대, 도4a에 도시된 실시예에서 압력 감지부는 센서시트(440)를 포함할 수 있고, 도4b에 도시된 실시예에서 압력 감지부는 압력 센서(450,460)를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치는 도4a에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)를 포함하는 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수 있으며, 4b에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)가 디스플레이 패널(200A) 하면에 직접 형성될 수도 있다.
또한, 압력 감지부는 예컨대, 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성되며, 이에 대해서는 도4a 내지 도4g를 참조하여 상세하게 살펴본다.
실시예에 따라 스페이서층(420)은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되므로, 투명한 물질이거나 불투명한 물질일 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되는 기판(300)에 형성되거나 기판(300) 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 또한, 기준 전위층은 기판(300) 상부에 배치되고 디스플레이 모듈(200)의 하부에 배치되며, 디스플레이 모듈(200)을 보호하는 기능을 수행하는 커버(미도시)에 형성되거나, 커버 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 모듈(200)과 기준 전위층이 배치된 기판(300) 사이 또는 디스플레이 모듈(200)과 기준 전위층이 배치된 커버 사이에 스페이서층이 배치될 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)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. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 도 3a 및 도3b에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 경우, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A)의 상부 또는 내부에 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) 상부 또는 내부에 배치되므로, 투명한 물질일 수 있다.
실시예에 따라, 스페이서층이 디스플레이 모듈(200) 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.
도4c는 본 발명의 도4a에 도시된 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 사시도이다. 도4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1예에서 센서시트(440)는 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)은 센서시트(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 센서(450 및 460)를 압력 센서(450,460)로 지칭한다. 이때, 압력 센서(450,460)는 디스플레이 패널(200A)의 전면이 아닌 후면에 배치되므로 투명 물질뿐 아니라 불투명 물질로 구성되는 것도 가능하다. 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 백라이트 유닛으로부터 빛이 투과되어야 하므로, 압력 센서(450,460)는 ITO와 같은 투명한 물질로 구성될 수 있다.
이때, 압력 센서(450,460)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. 도4c에서 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 패널(200A)에 압력이 인가되는 경우 커버층(100)과 함께 디스플레이 패널(200A)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도4d는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도4d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(450,460)가 스페이서층(420) 내로서 디스플레이 패널(200A)하부면 상에 배치될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 센서는 제1센서(450)와 제2센서(460)를 포함할 수 있다. 이때, 제1센서(450)와 제2센서(460) 중 어느 하나는 구동센서일 수 있고 나머지 하나는 수신센서일 수 있다. 구동센서에 구동신호를 인가하고 수신센서를 통해 압력이 인가됨에 따라 변하는 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 획득할 수 있다. 예를 들면, 전압이 인가되면, 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도4e는 도4d에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)의 상부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 센서(450,460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기판(300)의 상부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도4e에서는 기판(300)의 상부면이 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 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 정전용량 변화량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 패널(200A)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 패널(200A)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 패널(200A)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 패널(200A)이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 패널(200A)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다.
제1센서(450)와 제2센서(460)는 동일한 층에 형성된 형태에 있어서, 도4d 및 도4e에 도시된 제1센서(450)와 제2센서(460) 각각은 도7a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 센서로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 제1센서(450)는 제1축 방향으로 서로 이어진 형태이고, 복수의 제2센서(460)는 제1축 방향과 직교하는 제2축 방향으로 서로 이어진 형태이며, 제1센서(450) 및 제2센서(460) 중 적어도 하나는 각각의 복수의 마름모꼴 형태의 센서가 브릿지를 통해 연결되어 제1센서(450)와 제2센서(460)가 서로 절연된 형태일 수 있다. 또한, 이 때, 도6에 도시된 제1센서(450)와 제2센서(460)는 도7b에 도시된 형태의 센서로 구성될 수 있다.
이상에서 터치 압력은 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것이 예시된다. 하지만, 압력 감지부는 제1센서(450)와 제2센서(460) 중 어느 하나의 압력 센서만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 센서와 그라운드층(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 센서에 인가되고, 압력 센서와 그라운드층 사이의 자기 정전용량 변화가 상기 압력 센서로부터 감지될 수 있다.
예컨대, 도4d에서 압력 센서는 제1센서(450)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 기판(300)과 제1센서(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1센서(450)와 기판(300) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 기판(300)과 제1센서(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이때, 압력 센서는, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 도7d에 도시된 바와 같이 복수의 제1센서(450)가 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
도4f는 압력 센서(450,460)가 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 이 때, 도4a에 도시된 바와 같이 압력 감지부가 센서시트로 구성되는 경우, 센서시트는 제1센서(450)를 포함하는 제1센서시트(440-1)와 제2센서(460)를 포함하는 제2센서시트(440-2)로 구성될 수 있다. 이때, 제1센서(450)와 제2센서(460) 중 어느 하나는 기판(300) 상에 형성되고 나머지 하나는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 도4g에서는 제1센서(450)가 기판(300) 상에 형성되고 제2센서(460)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 형성된 것을 예시한다.
도4g는 압력 센서(450,460)가 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 이 때, 제1센서(450)는 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 형성되고, 제2센서(460)는, 제2센서(460)가 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2절연층(471)이 제2센서(460) 상에 형성되는, 센서시트의 형태로 기판(300)의 상부면에 배치될 수 있다.
객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 증가할 수 있다. 따라서, 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 증가량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이때, 도4g에서 제1센서(450)와 제2센서(460)는 서로 다른 층에 형성되므로, 제1센서(450) 및 제2센서(460)는 빗살형상 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며 제1센서(450) 및 제2센서(460) 중 어느 하나는 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 다른 하나는 도7d에 도시된 바와 같이 복수의 센서가 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
상기에서는 도4b에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)가 디스플레이 패널(200A)의 하면에 직접 형성되는 실시예를 기준으로 설명하였으나 도4a에 도시된 바와 같이 압력 센서(450,460)가 포함된 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되는 실시예에도 모두 적용 가능하다. 구체적으로, 압력 센서(450,460)가 포함된 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200) 하면에 부착될 수도 있고, 기판(300)의 상면에 부착될 수도 있다.
이 경우, 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다. 도5는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 단면을 예시한다. 도5의 (a)를 참조하여 설명하면, 압력 센서(450,460)를 포함하는 센서시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 이때, 센서시트(440)에서 압력 센서(450,460)는 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 위치하므로, 압력 센서(450,460)가 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 센서(450,460)가 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 센서인 제1센서(450)와 제2센서(460) 사이에 생성되는 정전용량의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
제1센서(450)와 제2센서(460)는 실시예에 따라 서로 다른 층에 구현되어 센서층을 구성하여도 무방하다. 도5의 (b)는 제1센서(450)와 제2센서(460)가 서로 다른 층에 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (b)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)는 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2센서(460)는 제1센서(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제2센서(460)는 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다. 즉, 센서시트(440)는 제1절연층(470) 내지 제3절연층(472), 제1센서(450) 및 제2센서(460)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제1센서(450)와 제2센서(460)는 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1센서(450)와 제2센서(460)는 도7c에 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, 도7a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 제1센서(450)와 제2센서(460)가 각각 다른 층에 위치할 수도 있다.
도5의 (c)는 센서시트(440)가 제1센서(450)만을 포함하여 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (c)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)를 포함하는 센서시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 배치될 수 있다.
도5의 (d)는 제1센서(450)를 포함하는 제1센서시트(440-1)가 기판(300) 상에 부착되고 제2센서(460)를 포함하는 제2센서시트(440-2)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 도5의 (d)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)를 포함하는 제1센서시트(440-1)는 기판(300) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2센서(460)를 포함하는 제2센서시트(440-2)는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치될 수 있다.
도5의 (a)와 관련하여 설명된 바와 마찬가지로, 압력 센서(450,460)가 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타내는 경우, 도5의 (a) 내지 (d)에서 센서시트(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, 센서시트(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 압력 센서(450,460)는 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수 있다. 도6a 내지 도6c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 다양한 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서의 실시예를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도6a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 형성된 압력 센서(450,460)를 도시한다. 구체적으로, 도6a에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450,460)가 제2기판층(262) 하면에 형성될 수 있다. 이 때, 압력 센서(450,460)가 제2편광층(272) 하면에 형성될 수도 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가되면, 상호 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 구동센서(450)에 구동신호가 인가되고, 압력 센서(450,460)와 이격된 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 수신센서(460)로부터 수신한다. 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 압력 센서(450,460)에 구동신호가 인가되고, 압력 센서(450,460)와 이격된 기준 전위층과 압력 센서(450,460)와의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 압력 센서(450,460)로부터 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, 도6b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 형성된 압력 센서(450,460)를 도시한다. 구체적으로, 압력 센서(450,460)가 제2기판층(283) 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도6a에서 설명한 방법과 동일하다.
OLED 패널의 경우, 유기물층(280)에서 빛이 발광하므로, 유기물층(280) 하부에 배치된 제2기판층(283)의 하면에 형성되는 압력 센서(450,460)는 불투명한 물질로 구성될 수 있다. 하지만 이 경우, 디스플레이 패널(200A) 하면에 형성된 압력 센서(450,460)의 패턴이 사용자에게 보일 수 있기 때문에, 압력 센서(450,460)를 제2기판층(283) 하면에 직접 형성시키기 위하여, 제2기판층(283) 하면에 블랙 잉크와 같은 차광층을 도포한 후, 차광층 상에 압력 센서(450,460)를 형성시킬 수 있다.
또한, 도6b에서는 제2기판층(283)의 하면에 압력 센서(450,460)가 형성되는 것으로 도시되었지만, 제2기판층(283)의 하부에 제3기판층(미도시)가 배치되고, 제3기판층의 하면에 압력 센서(450,460)가 형성될 수 있다. 특히 디스플레이 패널(200A)이 플렉서블 OLED 패널일 경우, 제1기판층(281), 유기물층(280) 및 제2기판층(283)으로 구성된 디스플레이 패널(200A)이 매우 얇고 잘 휘어지기 때문에, 제2기판층(283)의 하부에 상대적으로 잘 휘어지지 않는 제3기판층을 배치할 수 있다.
다음으로, 도6c는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A) 내에 형성된 압력 센서(450,460)를 도시한다. 구체적으로, 압력 센서(450,460)가 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 센서(450,460)가 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도6a 내지 도6c에서는 압력 센서(450,460)가 제2기판층(272,283)의 상면 또는 하면에 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 센서(450,460)가 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도6a 내지 도6c에서는 압력 센서(450,460)가 포함된 압력 감지부가 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 감지부가 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, 도6a 내지 도6c에서는 기준전위층이 압력 감지부의 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 센서(450,460)는 도4g에 설명한 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 제1센서(450) 및 센서시트의 형태로 구성된 제2센서(460)로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1센서(450)는 도6a 내지 도6c에 설명한 바와 같이 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되고, 제2센서(460)는 도4g에서 설명한 바와 같이 센서시트의 형태로 구성되어 터치 입력 장치(1000)에 부착될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부가 적용되는 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서 제어기(1300)와 터치 센서 제어기(1100)가 하나의 IC로 통합되어 구동되는 경우, 통합된 IC의 제어부는 터치 센서 (10)의 스캐닝을 수행함과 동시에 압력 감지부의 스캐닝을 수행하도록 하거나, 또는 통합된 IC의 제어부는 시분할하여 제1시간구간에는 터치 센서(10)의 스캐닝을 수행하도록 하고 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 압력 감지부의 스캐닝을 수행하도록 제어신호를 생성할 수 있다.
도8a 및 도8b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부를 나타내는 도면이다.
도8a 및 도8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 포함되는 압력 감지부(400)는 복수의 압력 센서(450) 및 복수의 센서 배선(600)을 포함할 수 있다. 이 때, 복수의 압력 센서(450)에 포함되는 각각의 압력 센서(450)는 하나의 센서 배선(600)과만 연결될 수 있고, 복수의 센서 배선(600)에 포함되는 각각의 센서 배선(600)은 적어도 하나의 압력 센서(450)와 연결될 수 있다. 즉, 압력 센서(450)의 개수가 센서 배선(600)의 개수보다 같거나 클 수 있다. 복수의 센서 배선(600)은 압력 센서 제어기(1300)에 연결될 수 있다. 구체적으로 복수의 센서 배선(600)은 커넥터 등의 연결부를 통하여 압력 센서 제어기(1300)가 실장된 FPCB 또는 압력 센서 제어기(1300)와 전기적으로 연결된 FPCB에 연결되고, FPCB에 형성된 배선을 통하여 압력 센서 제어기(1300)의 핀에 연결될 수 있다. 이 때, 하나의 센서 배선(600)이 압력 센서 제어기(1300)의 하나의 핀에 연결될 수 있다.
도8a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)는 15개의 압력 센서(450)와 각각의 압력 센서(450)에 연결된 15개의 센서 배선(450)을 포함할 수 있다. 이렇게 각각의 압력 센서(450)에 하나씩의 센서 배선(450)이 연결되어 15개의 채널을 구성하는 경우, 압력 센서 제어기(1300)가 총 15개의 채널을 통하여, 15개의 압력의 크기에 따라 변하는 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 입력 받을 수 있다. 이 때, 하나의 터치만 입력되는 경우, 해당 터치 위치에 대응되는 압력 센서(450)로부터 검출되는 전기적 신호로부터 압력의 크기를 검출할 수 있다. 하지만, 동시에 두개의 터치가 입력되는 경우, 도8a에 도시된 바와 같이, 제1 객체(501)의 터치 위치에 대응되는 압력 센서(450)와 제2 객체(502)의 터치 위치에 대응되는 압력 센서(450)가 같을 수 있다. 이 경우, 해당 압력 센서(450)로부터는 두 터치에 의한 하나의 압력값만이 검출되므로, 두 터치 각각의 압력의 크기를 검출할 수 없는 문제가 있다.
도8b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)는 45개의 압력 센서(450)와 각각의 압력 센서(450)에 연결된 45개의 센서 배선(450)을 포함할 수 있다. 이렇게 각각의 압력 센서(450)에 하나씩의 센서 배선(450)이 연결되어 15개의 채널을 구성하는 경우, 압력 센서 제어기(1300)가 총 15개의 채널을 통하여, 15개의 압력의 크기에 따라 변하는 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 입력 받을 수 있다. 이 경우, 도8b에 도시된 바와 같이, 제1 객체(501)의 터치 위치에 대응되는 압력 센서(450)와 제2 객체(502)의 터치 위치에 대응되는 압력 센서(450)가 다를 수 있다. 이와 같이, 손가락 크기를 고려한 구별가능한 복수의 터치 각각에 대응하여 압력 센서(450)가 각각 대응되는 경우, 복수의 압력 각각의 크기를 검출할 수 있다. 하지만, 이 경우, 센서 배선(450)의 개수가 45개로 늘어나기 때문에, 45개의 센서 배선(450)을 FPCB에 연결하기 위한 커넥터 등의 연결부의 크기도 커져야 하고, 압력 센서 제어기(1300)의 핀 수도 늘어나야 하고, 압력 센서 제어기(1300)의 핀 수가 늘어남에 따라 압력 센서 제어기(1300)의 크기 또한 커져야 하는 문제점이 있다.
따라서, 복수의 터치 압력 각각의 크기를 검출할 수 있으면서도 센서 배선의 개수를 줄일 수 있는 방법이 필요하다.
도9a 및 도9b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부에 포함된 압력 센서와 센서 배선간의 연결 관계를 나타내는 도면이다. 편의상 도9a 및 도9b에서는 도8b에 도시된 센서 배선(600)의 일부를 생략하여 도시한다.
도9a 및 도9b에 도시된 바와 같이, 터치 표면에 대한 터치 압력을 감지하는 복수의 압력 센서(450)는 제1 센서(451) 및 제1 센서(451)와 인접하지 않은 제2 센서(452)를 포함하고, 복수의 압력 센서(450) 중 적어도 어느 하나와 연결되는 복수의 센서 배선(600)은 제1 센서 배선(601)을 포함할 수 있다. 이 때, 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)는 제1 센서 배선(601)에 연결될 수 있다. 이와 같이, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)가 제1 센서 배선(601)에 연결되면, 센서 배선(600)의 개수가 하나 줄일 수 있다. 여기서 도9a에 도시된 바와 같이, 복수의 압력 센서(450)에 포함된 압력 센서 각각은 동일한 크기와 형상을 가질 수 있고, 동일한 평면상의 제1축방향으로 연장된 행 및 제1 축방향과 직교하는 제2 축방향으로 연장된 열로 배치될 수 있다. 또는 도9b에 도시된 바와 같이, 복수의 압력 센서(450)에 포함된 압력 센서 각각의 크기 및/또는 형상이 동일하지 않을 수 있고, 행과 열로 배치되지 않을 수도 있다.
도10a 내지 도10e 및 도11a 내지 도11e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 이용하여 복수의 터치 압력 각각의 크기를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도10a에 도시된 바와 같이, 제1 객체(501) 및 제2 객체(502)에 의하여 동시에 서로 인접하지 않은 위치에 압력이 인가될 수 있다. 이 경우, 도10b 및 도10c에 도시된 바와 같이, 제1 객체(501)에 의해 압력이 인가됨에 따라 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 그에 따라, 압력이 인가된 위치에 대응되는 압력(450)전극에서 검출되는 전기적 특성이 변할 수 있다. 이 때, 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)이 완만하게 휘어지게 되면, 압력이 인가된 위치뿐만 아니라, 압력이 인가된 위치와 인접한 위치에 대응되는 압력 전극(450)에서 검출되는 전기적 특성 또한 변할 수 있다. 도10b는 압력 센서(450)가 전극이고, 압력 센서(450)로부터 검출되는 전기적 특성이 정전용량인 경우를 나타내며, 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)가 휘어짐에 따라 압력이 인가된 위치에 대응되는 압력 전극(450)과 기판(300)과의 거리가 변할 수 있다. 도10c는 압력 센서(450)가 스트레인 게이지이고 압력 센서(450)로부터 검출되는 전기적 특성이 저항인 경우를 나타낸다.
도10d에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)에 동시에 압력이 인가되는 경우, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)가 서로 인접하지 않으므로, 제1 센서(451)에 입력된 압력에 의해 검출되는 전기적 특성이 변하는 압력 센서들과 제2 센서(452)에 입력된 압력에 의해 검출되는 전기적 특성이 변하는 압력 센서들이 서로 겹치지 않을 수 있다.
도10e에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)에 30의 크기를 갖는 압력이 인가될 경우, 상기에서 설명한 바와 같이, 제1 센서(451)와 인접한 압력 센서(450)로부터도 소정의 크기를 갖는 압력이 검출될 수 있다. 구체적으로 도10e에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)의 오른쪽에 위치한 압력 센서(450)에서는 10의 크기를 갖는 압력이 검출될 수 있다. 마찬가지로, 제2 센서(452)에 60의 크기를 갖는 압력이 인가될 경우, 제2 센서(452)의 오른쪽에 위치한 압력 센서(450)에서는 20의 크기를 갖는 압력이 검출될 수 있다. 이 때, 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)가 제1 센서 배선(601)에 연결된 경우, 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)는 하나의 채널을 구성하게 되고, 이 경우, 압력 센서 제어기(1300)로 전달되는 전기적 신호는 하나이므로, 압력 센서 제어기(1300)는 하나의 전기적 특성값만 얻을 수 있다. 예를 들면, 압력 센서 제어기(1300)는 두 압력의 크기가 합쳐진 90의 크기를 갖는 압력값만을 얻을 수 있다. 이 때, 제1 센서(451)에 인접한 압력 센서 중 적어도 어느 하나 및 제2 압력 센서에 인접한 압력 센서 중 적어도 어느 하나를 이용하여 두 터치 압력 각각의 크기를 산출할 수 있다. 예를 들면, 도10e에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)의 오른쪽에 위치한 압력 센서에서 검출된 압력 값이 10이고, 제2 센서(452)의 오른쪽에 위치한 압력 센서에서 검출된 압력 값이 20이므로, 이로부터 제1 센서(451)에 인가된 압력의 크기와 제2 센서(452)에 인가된 압력의 크기의 비율을 유추할 수 있다. 즉, 제1 센서(451)에 인가된 압력의 크기와 제2 센서(452)에 인가된 압력의 크기의 비율이 1:2 이므로, 획득된 90의 크기의 압력값에 상기 비율을 적용하여 제1 센서(451)에 인가된 압력의 크기가 30이고 제2 센서(452)에 인가된 압력의 크기가 60임을 산출할 수 있다. 단, 이 때, 비율을 산출하기 위해 사용한 압력 센서들은 서로 다른 센서 배선에 연결된 압력 센서들이어야 한다. 즉, 상기 예에서, 제1 센서(451)의 오른쪽에 위치한 압력 센서와 제2 센서(452)의 오른쪽에 위치한 압력 센서는 서로 다른 센서 배선에 연결되어야 한다.
도11a에 도시된 바와 같이, 제1 객체(501) 및 제2 객체(502)에 의하여 동시에 서로 인접한 위치에 압력이 인가될 수 있다. 이 경우, 도11b 및 도11c에 도시된 바와 같이, 제1 객체(501)에 의해 압력이 인가됨에 따라 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 그에 따라, 압력이 인가된 위치에 대응되는 압력(450)전극에서 검출되는 전기적 특성이 변할 수 있다. 이 때, 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)이 완만하게 휘어지게 되면, 압력이 인가된 위치뿐만 아니라, 압력이 인가된 위치와 인접한 위치에 대응되는 압력 전극(450)에서 검출되는 전기적 특성 또한 변할 수 있다. 도11b는 압력 센서(450)가 전극이고, 압력 센서(450)로부터 검출되는 전기적 특성이 정전용량인 경우를 나타내며, 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)가 휘어짐에 따라 압력이 인가된 위치에 대응되는 압력 전극(450)과 기판(300)과의 거리가 변할 수 있다. 도11c는 압력 센서(450)가 스트레인 게이지이고 압력 센서(450)로부터 검출되는 전기적 특성이 저항인 경우를 나타낸다.
도11d에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)에 동시에 압력이 인가되는 경우, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)가 서로 인접하므로, 제1 센서(451)에 입력된 압력에 의해 검출되는 전기적 특성이 변하는 압력 센서들과 제2 센서(452)에 입력된 압력에 의해 검출되는 전기적 특성이 변하는 압력 센서들이 서로 겹칠 수 있다.
도11e에 도시된 바와 같이, 도10e과 마찬가지로 제1 센서(451)에 30의 크기를 갖는 압력이 인가되고, 제2 센서(452)에 60의 크기를 갖는 압력이 인가될 경우, 상기에서 설명한 바와 같이, 제1 센서(451)와 인접한 압력 센서와 제2 센서(452)와 인접한 압력 센서가 서로 겹치므로 해당 인접한 압력 센서에서 검출되는 압력의 크기가 도10e에 비하여 달라질 수 있다. 구체적으로 도11e에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)의 오른쪽에 위치한 압력 센서(450)에서는 70의 크기를 갖는 압력이 검출되고, 제2 센서(452)의 오른쪽에 위치한 압력 센서(450)에서는 20의 크기를 갖는 압력이 검출될 수 있다. 이 때, 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)가 제1 센서 배선(601)에 연결된 경우, 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)는 하나의 채널을 구성하게 되고, 이 경우, 압력 센서 제어기(1300)로 전달되는 전기적 신호는 하나이므로, 압력 센서 제어기(1300)는 하나의 전기적 특성값만 얻을 수 있다. 예를 들면, 압력 센서 제어기(1300)는 두 압력의 크기가 합쳐진 140의 크기를 갖는 압력값만을 얻을 수 있다. 이 때, 도10e와 비교하면, 압력 센서 제어기(1300)에서 검출되는 압력의 크기도 달라지고, 제1 센서(451)에 인접한 압력 센서와 제2 센서(452)에 인접한 압력 센서에서 검출되는 압력의 비율 또한 달라질 수 있으므로, 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)에 인가된 각각의 정확한 압력의 크기를 검출할 수 없다.
따라서, 도10a 내지 도10e에서 설명한 바와 같이, 제1 센서 배선에 연결되는 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)는 서로 인접하지 않는 것이 바람직하다.
도12a 내지 도12c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부에서 압력 센서와 센서 배선간의 다양한 연결 형태를 나타내는 도면이다.
도12a에 도시된 바와 같이, 복수의 압력 센서(450)는 제3 센서(453)을 더 포함하고, 제3 센서(453) 또한 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)가 연결된 제1 센서 배선(601)에 연결될 수 있다. 이와 같이, 복수의 압력 센서가 하나의 센서 배선에 연결될 수 있다. 이와 같이, 센서 배선 하나에 압력 센서 하나씩 연결된 형태를 줄이고, 가능한 많은 압력 센서에 대하여 다른 압력 센서와 함께 같은 센서 배선에 연결하는 형태를 늘이게되면 전체 센서 배선의 개수를 줄일 수 있다.
하지만, 압력 센서가 배치된 평면 내에서 센서 배선들이 서로 교차되지 않으면서 많은 압력 센서들을 다른 압력 센서와 함께 같은 센서 배선에 연결하기 어려울 수 있다. 예를 들어, 도12b에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)가 제1 센서 배선(601)에 연결되고, 제3 센서(453)와 제4 센서(454)가 제2 센서 배선(602)에 연결될 때, 제1 센서 배선(601)과 제2 센서 배선(602)을 압력 센서가 배치된 평면 내에서는 교차하지 않으면서 연결할 수 없을 수 있다. 이 경우, 제1 센서 배선(601) 또는 제2 센서 배선(602) 중 어느 하나를 압력 센서가 배치된 평면과 이격된 다른 평면에 위치시켜 연결할 수 있다. 구제척으로, 도12b의 A-A' 단면도인 도12c에 도시된 바와 같이, 압력 감지부(400)는 제1 절연층(471), 제1 절연층 상부에 배치되는 제2 절연층(472) 및 제1 절연층 하부에 배치되는 제3 절연층(473)을 포함하고, 제3 센서(453), 제4 센서(454) 및 제1 센서 배선(601)은 제1 절연층(471) 상에 배치되고, 제2 센서 배선(602)는 제3 절연층(473) 상에 배치될 수 있다. 이 때, 제1 절연층(471)을 관통하는 비아(700)를 배치하여, 비아(700)를 통하여 제3 센서(453) 및 제4 센서(454) 각각을 제2 센서 배선(602)에 연결시킬 수 있다.
도13a 내지 도13h는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서와 센서 배선의 연결 형태를 설명하기 위한 도면이다. 구체적으로 도13b 내지 도13g는 도13a에 도시된 압력 센서 중 어느 하나의 행에 배치된 압력 센서들과 센서 배선의 연결 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도13a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)는 동일한 평면상의 제1축방향으로 연장된 행 및 제1 축방향과 직교하는 제2 축방향으로 연장된 열로 배치된 압력 센서(450)를 포함할 수 있다. 이 때, 동일한 행 내에 배치되는 복수의 압력 센서들을 하나의 센서 배선에 연결할 경우, 압력 센서가 배치된 평면 배치된 센서 배선들이 서로 교차되지 않으면서 많은 압력 센서와 연결될 수 있다.
구체적으로, 도13b에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451) 및 제1 센서(451)와 인접하지 않은 제2 센서(452)가 동일한 행 내에 배치되고, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)가 상기 행을 기준으로 제2 축방향 일측에 배치된 제1 센서 배선(601)에 연결될 수 있다.
이 때, 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 사이에 배치되는 압력 센서가 제1 센서 배선(601)이 배치된 측에 배치된 센서 배선에 연결될 경우, 해당 센서 배선이 제1 센서 배선(601)과 교차하지 않을 수 없기 때문에, 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 사이에 배치되는 압력 센서는 제1 센서 배선(601)이 배치되지 않은 측에 배치된 센서 배선에 연결되어야 한다. 구체적으로, 도13b에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)에 있어서, 도 13c에 도시된 바와 같이, 압력 감지부(400)는 제3 센서(453)를 더 포함하고, 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 사이에 배치되는 제3 센서(453)는 상기 행을 기준으로 제2 축방향 타측에 배치된 제2 센서 배선(602)에 연결될 수 있다.
도13c에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)에 있어서, 압력 감지부(400)는 제3 센서(453)와 함께 제2 센서 배선(602)에 연결되는 제4 센서(454)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 제4 센서(454)가 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 사이에 배치될 경우, 제3 센서(453)와 제4 센서(454)가 서로 인접하거나, 또는 제3 센서(453)와 제4 센서(454) 사이에 배치된 압력센서가 상기 행을 기준으로 제2 축방향 일측 또는 타측 중 어느쪽에 배치된 센서 배선과 연결하더라도 제1 센서 배선(601) 또는 제2 센서 배선(602)와 교차할 수 밖에 없으므로, 제4 센서(454)는 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 사이에 배치될 수 없다. 구체적으로, 도13d 및 도13e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)는 제4 센서(454)를 더 포함하고, 제4 센서(454)는 제3 센서(453)가 연결된 제2 센서 배선(602)에 연결되고, 제3 센서(453)와 제4 센서(454) 사이에 제1 센서(451) 또는 제2 센서(452)가 배치될 수 있다.
또한, 도13c에 도시된 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)에 있어서, 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 사이에 배치되는 제4 센서(454)를 더 포함할 수 있다. 이 때, 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 사이에 배치된 제4 센서(454)가 제3 센서(453)가 연결된 제2 센서 배선(602)에 연결될 경우, 제3 센서(453)와 제4 센서(454)가 서로 인접하거나, 또는 제3 센서(453)와 제4 센서(454) 사이에 배치된 압력센서가 상기 행을 기준으로 제2 축방향 일측 또는 타측 중 어느쪽에 배치된 센서 배선과 연결하더라도 제1 센서 배선(601) 또는 제2 센서 배선(602)와 교차할 수 밖에 없으므로, 제4 센서(454)는 제3 센서(453)이 연결된 제2 센서 배선(602)에 연결될 수 없다. 구체적으로, 도13f에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)는 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 사이에 배치되는 제4 센서(454)를 더 포함하고, 제4 센서(454)는 상기 행을 기준으로 제2 축방향 타측에 배치된 제3 센서 배선(603)에 연결될 수 있다.
전술한 도13d 내지 도13f에 도시된 압력 센서와 센서 배선의 연결형태를 하나의 행에 포함된 모든 압력 센서에 적용할 수 있다. 구체적으로 도13g에 도시된 바와 같이, 하나의 행 내에 배치된 복수의 압력 센서에 있어서, 각각의 압력 센서가 서로 인접하지 않은 다른 압력 센서와 함께 하나의 센서 배선에 연결되고, 복수의 센서 배선들은 서로 교차하지 않을 수 있다. 즉, 하나의 행 내에 배치된 압력 센서의 개수가 N개일 때, 서로 인접하지 않는 2개씩의 압력 센서가 하나의 센서 배선에 연결되고, 총 N/2개의 센서 배선은 서로 교차하지 않을 수 있다. 구체적으로 도13g에 도시된 바와 같이, 하나의 행 내에 배치된 10개의 압력 센서 중 서로 인접하지 않는 2개씩의 압력 센서가 서로 교차하지 않는 제1 센서 배선(601), 제2 센서 배선(602), 제3 센서 배선(603), 제4 센서 배선(604) 및 제5 센서 배선(605)에 연결될 수 있다.
또한, 도13g에 도시된 하나의 행 내에 배치된 압력 센서와 센서 배선의 연결 형태를 압력 감지부(400)에 포함된 다른 행에도 적용할 수 있다. 구체적으로 도13h에 도시된 바와 같이, 압력 감지부(400)에 포함된 복수의 압력 센서에 있어서, 각각의 압력 센서가 서로 인접하지 않은 다른 압력 센서와 함께 하나의 센서 배선에 연결되고, 복수의 센서 배선들은 서로 교차하지 않을 수 있다. 도 13g에 도시된 바와 같이, 압력 센서를 센서 배선에 연결할 경우, 압력 센서의 개수가 N개일 때, 센서 배선의 개수는 N/2일 수 있다.
도14는 도13h에 도시된 압력 감지부의 또다른 형태를 설명하기 위한 도면이다. 이상에서는, 압력 감지부(400)에 포함된 압력 센서(450)가 전극으로 구성되고, 압력 감지부에서 감지하는 전기적 특성으로서 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따른 정전용량 변화량을 검출하여 압력의 크기를 검출하는 것에 대하여 설명하였으나, 이에 한정하지 않으며, 압력 감지부에 포함된 압력 센서(450)가 도14에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지로 구성되고, 압력 감지부에서 감지하는 전기적 특성으로서 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 변하는 압력 센서(450)의 저항값의 변화량을 검출하여 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이 경우에도 도13a 내지 도13h에서 설명한 동일한 방법이 적용 가능하다.
도15a 내지 도15c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 압력의 크기를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 하나의 압력이 인가될 경우, 터치 위치 정보를 이용하여 검출된 압력을 터치 위치와 매칭시킬 수 있다. 구체적으로, 도15a에 도시된 압력 감지부(400)에 있어서, 제1 객체(501)에 의하여 제1 센서(451)에만 압력이 인가될 경우, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)가 제1 센서 배선(601)에 연결되어 하나의 채널을 구성하므로, 상기 채널을 통해 검출되는 압력이 제1 센서(451)에 인가된 압력인지 제2 센서(452)에 인가된 압력인지 구분되지 않는다. 이 때, 터치 입력 장치(1000)가 터치 위치를 검출하는 터치 센서(10)를 포함하므로, 터치 센서(10)로부터 검출된 터치 위치 정보에 기초하여 상기 채널을 통해 검출된 압력이 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 중 어느 센서를 통해 검출된 압력인지를 판단할 수 있다. 예를 들면, 터치 센서(10)로부터 검출된 터치 위치가 제1 센서(451)의 위치에 대응될 경우, 상기 채널을 통해 검출된 압력이 제1 센서(451)를 통해 검출된 압력인 것으로 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 동시에 복수의 압력이 인가될 경우, 터치 위치 정보를 이용하여 검출된 압력을 터치 위치와 매칭시킬 수 있다. 구체적으로, 도15a에 도시된 압력 감지부(400)에 있어서, 제1 객체(501)에 의하여 제1 센서(451)에 압력이 인가되고, 제2 객체(502)에 의하여 제3 센서(453)에 압력이 인가될 경우, 제1 센서(451)와 제2 센서(452)가 제1 센서 배선(601)에 연결되어 제1 채널을 구성하고, 제3 센서(453)와 제4 센서(454)가 제2 채널을 구성하므로, 상기 제1 채널을 통해 검출되는 압력이 제1 센서(451)에 인가된 압력인지 제2 센서(452)에 인가된 압력인지 구분되지 않고, 상기 제2 채널을 통해 검출되는 압력이 제3 센서(453)에 인가된 압력인지 제4 센서(454)에 인가된 압력인지 구분되지 않는다. 이 때, 전술한 바와 마찬가지로, 터치 센서(10)로부터 검출된 터치 위치 정보에 기초하여 상기 제1 채널을 통해 검출된 압력이 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 중 어느 센서를 통해 검출된 압력인지 및 상기 제2 채널을 통해 검출된 압력이 제3 센서(453)와 제4 센서(454) 중 어느 센서를 통해 검출된 압력인지를 판단할 수 있다. 예를 들면, 터치 센서(10)로부터 검출된 터치 위치가 제1 센서(451)의 위치 및 제3 센서(453)에 대응될 경우, 상기 제1 채널을 통해 검출된 압력이 제1 센서(451)를 통해 검출된 압력이고, 상기 제2 채널을 통해 검출된 압력이 제3 센서(453)를 통해 검출된 압력인 것으로 판단할 수 있다.
이 때, 도15b에 도시된 바와 같이, 동일한 센서 배선에 연결된 복수의 압력 센서에 동시에 압력이 인가될 경우, 터치 센서로부터 검출된 터치 위치의 개수와 압력 센서로부터 검출된 압력의 개수가 다르므로, 전술한 방법으로는 검출된 압력을 터치 위치와 매칭시킬 수 없다. 이 경우, 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)가 하나의 채널을 구성하게 되고, 상기 채널을 통해 검출된 압력의 크기가 제1 센서(451)와 제2 센서(452)에 인가된 압력이 합쳐진 압력의 크기가 되므로, 제1 센서(451)와 제2 센서(452) 각각에 입력된 압력의 크기를 확인할 수 없다. 예를 들면, 도15c에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)에 30의 크기를 갖는 압력이 인가되고, 제2 센서(452)에 60의 크기를 갖는 압력이 인가될 경우, 상기 채널을 통해 검출된 압력의 크기는 두 압력의 크기가 합쳐진 90의 크기를 갖는 압력일 수 있다. 이 때, 제1 센서(451)에 인접한 압력 센서 중 적어도 어느 하나 및 제2 압력 센서에 인접한 압력 센서 중 적어도 어느 하나로부터 검출된 압력의 크기 정보에 기초하여 제1 센서(451) 및 제2 센서(452)에 입력된 각각의 압력의 크기를 산출할 수 있다. 구체적으로, 도15c에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)의 오른쪽에 위치한 압력 센서에서 검출된 압력 값이 10이고, 제2 센서(452)의 오른쪽에 위치한 압력 센서에서 검출된 압력 값이 20이므로, 이로부터 제1 센서(451)에 인가된 압력의 크기와 제2 센서(452)에 인가된 압력의 크기의 비율을 유추할 수 있다. 즉, 제1 센서(451)에 인가된 압력의 크기와 제2 센서(452)에 인가된 압력의 크기의 비율이 1:2 이므로, 획득된 90의 크기의 압력값에 상기 비율을 적용하여 제1 센서(451)에 인가된 압력의 크기가 30이고 제2 센서(452)에 인가된 압력의 크기가 60임을 산출할 수 있다. 단, 이 때, 비율을 산출하기 위해 사용한 압력 센서들은 서로 다른 센서 배선에 연결된 압력 센서들이어야 한다. 즉, 상기 예에서, 제1 센서(451)의 오른쪽에 위치한 압력 센서와 제2 센서(452)의 오른쪽에 위치한 압력 센서는 서로 다른 센서 배선에 연결되어야 한다.
도16a 및 도16b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 압력의 크기를 검출하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도16a에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)에 있어서, 제1 객체(501)에 의하여 제1 센서(451)에 압력이 인가되고, 제2 객체(502)에 의하여 제3 센서(453)에 압력이 인가되고, 제1 센서(451)와 제3 센서(453)가 서로 다른 센서 배선에 연결되더라도, 제1 센서(451)와 제3 센서(453)가 서로 인접한 경우, 정확한 압력의 크기를 검출하는 것이 어려울 수 있다. 구체적으로, 제3 센서(453)에 인가된 압력에 의하여 제1 센서(451)로부터 검출되는 압력이 변할 수 있고, 마찬가지로, 제1 센서(451)에 인가된 압력에 의하여 제3 센서(453)로부터 검출되는 압력이 변할 수 있으므로, 각각의 채널을 통해 검출된 압력이 실제로 인가된 압력의 크기와 다를 수 있다. 예를 들면, 도15c에서 설명한 것과 마찬가지로, 제1 센서(451)에 30의 크기를 갖는 압력이 인가되고, 제3 센서(453)에 60의 크기를 갖는 압력이 인가될 경우, 도16b에 도시된 바와 같이, 제1 센서(451)에서 검출되는 압력의 크기가 50이고, 제3 센서(453)에서 검출되는 압력의 크기가 70일 수 있다.
도17a 내지 도17c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부에서 압력 센서간의 거리에 따른 압력 검출을 설명하기 위한 도면이다.
도16a 및 도16b에서 설명한 바와 같이, 압력이 서로 다른 채널을 통해 검출되더라도, 서로 인접한 위치에 복수의 압력이 인가될 경우, 정확한 압력값이 검출되지 않는 문제가 발생할 수 있다. 이는 도10b, 도10c, 도11b 및 도11c에서 설명한 바와 같이, 압력이 인가되면, 압력이 인가된 위치뿐만 아니라, 압력이 인가된 위치와 인접한 위치 또한 휘어지기 때문에 인가된 압력에 의하여 휘어지는 영역 내에 인접한 압력 센서가 배치될 경우, 해당 인접한 압력 센서 또한 압력이 인가되지 않았음에도 불구하고 압력이 검출되기 때문이다. 구체적으로, 도17a에 도시된 바와 같이, 인접한 압력 센서간의 거리(D)가 작을 경우, 하나의 압력 센서에 인가된 압력에 의해 영향받는 영역(R) 내에 인접한 압력 센서가 위치하게 되므로, 인접한 압력 센서로부터도 압력이 검출되게 된다. 이 때, 인접한 압력 센서간의 거리(D)를 크게 하면, 압력이 인가된 압력 센서 외에 다른 압력 센서에서는 압력이 검출되게 하지 않을 수 있다. 구체적으로, 도17b에 도시된 바와 같이, 인접한 압력 센서간의 거리(D)가 클 경우, 하나의 압력 센서에 인가된 압력에 의해 영향받는 영역(R) 내에 인접한 압력 센서가 위치하지 않으므로, 인접한 압력 센서에서는 압력이 검출되지 않을 수 있다. 하지만, 이 경우, 압력 센서와 압력 센서 사이 중간 영역에 압력이 인가되는 경우, 정확한 압력값이 검출되지 않을 수 있다. 구체적으로, 도17c에 도시된 바와 같이, 인가된 압력에 의해 영향받는 영역(R) 내에 어떠한 압력 센서도 위치하지 않으므로, 해당 압력을 검출하지 못할 수도 있다. 도17c에서는 인가된 압력에 의해 영향받는 영역 내에 어떠한 압력 센서도 위치하지 않는 경우에 대하여 설명하였지만, 인가된 압력에 의해 영향받는 영역 내에 압력 센서의 일부가 포함된다 하더라도, 상대적으로 작은 영역만 포함될 경우, 해당 압력 센서에서 검출되는 압력의 크기가 실제로 인가된 압력의 크기보다 작을 수 있다. 따라서, 도17b에 도시된 바와 같이, 인접한 압력 센서간의 거리(D)가 클 경우, 압력의 크기가 정확하게 검출되지 않는 데드존이 넓어지는 문제가 발생할 수 있다.
따라서, 인접한 압력 센서간의 거리(D)가 너무 작지도 또한 너무 크지도 않는 것이 바람직하다. 바람직한 압력 센서간의 거리(D)는 커버층(100), 디스플레이 패널(200A) 또는 압력 감지부(400) 상부 및/또는 하부에 배치되는 스페이서층의 물성과 관련될 수 있다. 예를 들면, 커버층(100), 디스플레이 패널(200A) 및 스페이서층 모두가 충분히 플렉서블할 경우, 압력이 인가될 때, 국부적으로만 휘어질 수 있고, 이 경우, 인가된 압력에 의하여 영향을 받는 영역이 작으므로, 바람직한 압력 센서간의 거리(D)가 작아질 수 있다. 또한, 커버층(100), 디스플레이 패널(200A) 및 스페이서층 중 적어도 어느 하나가 충분히 플렉서블하지 않을 경우, 압력이 인가될 때, 상대적으로 넓은 영역이 함께 휘어질 수 있고, 이 경우, 인가된 압력에 의하여 영향을 받는 영역이 크므로, 바람직한 압력 센서간의 거리(D)가 커질 수 있다. 구체적으로, 인접한 압력 센서간의 거리(D)는 터치 입력 장치(1000)의 탄성(Elasticity)와 상관관계가 있을 수 있다. 예를 들면, 터치 입력 장치(1000)에 포함되는 커버층(100), 디스플레이 패널(200A) 및/또는 압력 감지부(400) 상부 또는 하부에 배치되는 스페이서층 등의 탄성에 따라 바람직한 압력 센서간의 거리가 정해질 수 있다. 예를 들어, 커버층(100), 디스플레이 패널(200A) 및 스페이서층 중 적어도 어느 하나의 탄성이 매우 작은 경우, 압력 인가시 상대적으로 넓은 영역에 포함된 압력 센서가 휘어질 수 있다. 이 때, 인접한 압력 센서간의 거리가 작은 경우, 해당 인접한 압력 센서 또한 압력이 인가되지 않았음에도 불구하고 압력이 검출되기 때문에 인접한 압력 센서간의 거리가 상대적으로 커져야 한다. 또한, 커버층(100), 디스플레이 패널(200A) 및 스페이서층 모두의 탄성이 충분히 큰 경우, 압력 인가시 상대적으로 좁은 영역에 포함된 압력 센서가 휘어질 수 있다. 이 때, 인접한 압력 센서간의 거리가 클 경우, 압력의 크기가 정확하게 검출되지 않는 데드존이 넓어질 수 있기 때문에, 인접한 압력 센서간의 거리가 상대적으로 작아야 한다.
또한, 바람직한 압력 센서간의 거리(D)는 터치 입력 장치(1000)에 포함된 복수의 압력 센서 각각의 크기와 관련될 수 있다. 구체적으로, 압력 센서의 크기가 클 경우, 압력 센서로부터 검출되는 전기적 특성값이 크기 때문에, 압력 센서간의 거리가 큰 것이 바람직하고, 압력 센서의 크기가 작은 경우, 압력 센서로부터 검출되는 전기적 특성값이 작기 때문에, 데드존을 줄이기 위해서 압력 센서간의 거리가 작은 것이 바람직하다.
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 450, 460: 압력 센서

Claims (25)

  1. 터치 표면에 대한 터치 압력을 감지하는 복수의 압력 센서; 및
    상기 복수의 압력 센서 중 적어도 어느 하나와 연결되는 복수의 센서 배선을 포함하고,
    상기 복수의 압력 센서는 제1 센서 및 상기 제1 센서와 인접하지 않은 제2 센서를 포함하고,
    상기 복수의 센서 센서 배선은 제1 센서 배선을 포함하고,
    상기 제 1 센서 및 상기 제 2 센서는 상기 제1 센서 배선에 연결되며,
    상기 제1 센서 또는 상기 제2센서와 인접한 압력 센서와의 거리는 터치 입력 장치의 탄성에 따라 결정되는,
    터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 압력 센서는 동일한 평면상의 제 1축 방향으로 연장된 행 및 상기 제 1축 방향과 직교하는 제 2축 방향으로 연장된 열로 배치되고,
    상기 제1 센서 및 상기 제2 센서는 동일한 행 내에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 압력 센서는 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 사이에 배치되는 제 3 센서를 더 포함하고,
    복수의 센서 배선은 상기 제 3센서와 연결되는 제2 센서 배선을 더 포함하고,
    상기 제1 센서 배선은 상기 행을 기준으로 상기 제 2 축방향 일측에 배치되고, 상기 제2 센서 배선은 상기 제2 축방향 타측에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 압력 센서는 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 사이에 배치되는 제 4 센서를 더 포함하고,
    복수의 센서 배선은 상기 제 4센서와 연결되는 제3 센서 배선을 더 포함하고,
    상기 제3 센서 배선은 상기 제2 축방향 타측에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 압력 센서는 제4 센서를 더 포함하고,
    상기 제4 센서는 상기 제2 센서 배선과 연결되고,
    상기 제3 센서와 상기 제4 센서 사이에 상기 제1 센서 또는 상기 제2 센서가 배치되는,
    터치 입력 장치.
  6. 제4항에 있어서,
    상기 복수의 압력 센서의 갯수가 N개이고, 상기 복수의 센서 배선의 갯수가 N/2개인,
    터치 입력 장치.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에 있어서,
    상기 터치 압력에 따라 변화되는 상기 압력 센서의 전기적 특성을 검출하는 압력 검출 제어기;를 더 포함하는,
    터치 입력 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 정전용량인,
    터치 입력 장치.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 저항인,
    터치 입력 장치.
  12. 터치 위치를 검출하는 터치 센서;
    터치 압력의 크기를 검출하는 복수의 압력 센서; 및
    상기 복수의 압력 센서는 제1 센서 및 제2 센서를 포함하고,
    상기 제1 센서와 상기 제2 센서는 서로 연결되어 제1 채널을 구성하고,
    상기 제1 채널을 통해 압력이 검출되면, 상기 터치 센서로부터 검출된 터치 위치 정보에 기초하여, 상기 제1 채널을 통하여 검출된 압력이 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 어느 센서를 통해 검출된 압력인지를 판단하는,
    터치 입력 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 압력 센서는 제3 센서 및 제4 센서를 더 포함하고,
    상기 제3 센서와 상기 제4 센서는 서로 연결되어 제2 채널을 구성하고,
    상기 제1 채널 및 상기 상기 제2 채널을 통해 동시에 압력이 검출되면, 상기 터치 센서로부터 검출된 터치 위치 정보에 기초하여, 상기 제1 채널을 통하여 검출된 압력이 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 중 어느 센서를 통해 검출된 압력인지를 판단하고 상기 제2 채널을 통하여 검출된 압력이 상기 제3 센서와 상기 제4 센서 중 어느 센서를 통해 검출된 압력인지를 판단하여, 동시에 입력된 복수의 압력 각각의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 채널을 통해 압력이 검출되고, 상기 터치 센서로부터 검출된 터치 위치 정보에 기초하여 상기 제1 센서 및 상기 제2 센서 모두에 압력이 인가된 것으로 판단되면, 상기 제1 센서와 인접한 압력 센서 중 적어도 어느 하나로부터 검출된 압력의 크기 정보 및 상기 제2 센서와 인접한 압력 센서 중 적어도 어느 하나로부터 검출된 압력의 크기 정보에 기초하여, 상기 제1 센서와 상기 제2 센서 각각에 인가된 압력의 크기를 검출하여, 동시에 입력된 복수의 압력 각각의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
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