KR101870834B1 - 터치 입력 장치 - Google Patents

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김태훈
서봉진
우형욱
정인욱
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주식회사 하이딥
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Abstract

실시 형태는 터치 입력 장치에 관한 것으로, 스트레인 게이지를 이용하여 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 관한 것이다.
실시 형태는 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 힘 센서;를 포함하고, 상기 복수의 힘 센서는, 면적이 서로 다른 제1 힘 센서와 제2 힘 센서를 포함하고, 상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 출력이 변화되고, 상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출하고, 상기 제1 힘 센서는 제1 스트레인 게이지이고, 상기 제2 힘 센서는 제2 스트레인 게이지이고, 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지를 구성하고, 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지의 저항값의 변화에 따른 상기 휘트스톤 브리지의 출력에 기초하여 상기 힘을 검출한다.

Description

터치 입력 장치{TOUCH INPUT DEVICE}
실시 형태는 터치 입력 장치에 관한 것으로, 터치의 힘을 검출할 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 스크린 상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이때, 디스플레이 모듈의 성능을 저하시키지 않으면서 터치 스크린 상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 터치의 힘 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
해결하고자 하는 과제는, 데드존을 줄일 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.
또한, 복수의 센서가 휘트스톤 브리지를 구성한 경우에, 휘트스톤 브리지의 특성 상 나타나는 데드존을 줄일 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.
또한, 복수의 센서의 편차에 의해 발생되는 노이즈의 차이를 보상하여 휘트스톤 브리지의 출력에 포함된 노이즈를 줄이거나 상쇄시킬 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.
실시 형태는 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 센서;를 포함하고, 상기 복수의 센서는, 면적이 서로 다른 제1 센서와 제2 센서를 포함하고, 상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 센서와 상기 제2 센서의 출력이 변화되고, 상기 제1 센서의 출력에서 상기 제2 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출한다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치를 사용하면, 데드존을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 복수의 센서가 휘트스톤 브리지를 구성한 경우에, 휘트스톤 브리지의 특성 상 나타나는 데드존을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 복수의 센서의 차이에 의해 발생되는 노이즈의 차이를 보상하여 휘트스톤 브리지의 출력에 포함된 노이즈를 줄이거나 상쇄시킬 수 있는 이점이 있다.
도1a 및 도1b는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 힘 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도3a 및 도3b는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도4a 내지 도4b는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 다양한 디스플레이 패널에 직접 형성된 스트레인 게이지의 예를 나타내는 단면도이다.
도5a 내지 도5d는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 스트레인 게이지가 적용되는 예를 예시한다.
도6a, 도6d 내지 도6f는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 사용되는 힘을 감지할 수 있는 예시적인 힘 센서의 평면도이다.
도6b 및 도6c는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 적용될 수 있는 예시적인 스트레인 게이지를 도시한다.
도6g 내지 도6i는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 힘 센서가 형성된 디스플레이 패널의 배면도이다.
도7a는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 복수의 스트레인 게이지가 휘트스톤 브리지를 구성하는 일 예를 보여주는 도면이다.
도7b는 도7a의 변형 예이다.
도8a 내지 도8c는 복수의 스트레인 게이지를 디스플레이 패널에 배치시킨 예들이다.
도9a 내지 도9i는 도 8c에 도시된 예에서 데드존의 형성을 설명하기 위한 도면들이다.
도10a는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치로서, 복수의 스트레인 게이지를 디스플레이 패널에 배치시킨 예이다.
도10b 내지 도10j는 도10a에 도시된 예에서 데드존의 형성을 설명하기 위한 도면들이다.
도10k는 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 형성된 데드존을 설명하기 위한 그래프이다.
도10l 내지 도10m은 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 노이즈를 줄일 수 있는 스트레인 게이지의 구조를 보여주는 도면들이다.
도11a 내지 도11c는 터치 전극의 예들을 보여주는 도면이다.
첨부 도면을 참조하면서 실시 형태를 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시 형태에 대하여, 실시 형태가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시 형태를 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시 형태 이외의 다른 실시 형태는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시 형태에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 실시 형태의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 실시 형태의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.
또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 스마트폰, 스마트워치, 태블릿 PC, 노트북, PDA(personal digital assistants), MP3 플레이어, 카메라, 캠코더, 전자사전 등과 같은 휴대 가능한 전자제품을 비롯해, 가정용 PC, TV, DVD, 냉장고, 에어컨, 전자레인지 등의 가정용 전자제품에 이용될 수 있다. 또한, 실시 형태에 따른 디스플레이 모듈을 포함하는 힘 검출 가능한 터치 입력 장치는, 산업용 제어장치, 의료장치 등 디스플레이와 입력을 위한 장치를 필요로 하는 모든 제품에 제한 없이 이용될 수 있다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 실시 형태에 따른 힘 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 실시 형태에 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, 실시 형태는 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 실시 형태에 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.
도11a 및 도11b에 도시된 바와 같이, 실시 형태에 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, 도11c에 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.
실시 형태에 따른 구동부(12)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 실시 형태에서, 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, 실시 형태에 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(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: 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.
도1a에서 구동부(12) 및 감지부(11)는 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미도시)를 구성할 수 있다. 터치 검출 장치는 제어부(13)를 더 포함할 수 있다. 터치 검출 장치는 터치 센서(10)를 포함하는 터치 입력 장치에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서(10)에 포함된 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 예컨대 전도성 트레이스(conductive trace) 및/또는 회로 기판상에 인쇄된 전도성 패턴(conductive pattern)등을 통해서 터치 센싱 IC에 포함된 구동부(12) 및 감지부(11)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 제1인쇄 회로 기판(이하에서, 제1PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시 형태에 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, 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 도1b와 같이, 자기 정전용량(self capacitance)의 변화량에 기초하여 터치 위치를 감지하는 것도 가능하다.
도1b는 또 다른 실시 형태에 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 도11d에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(130)에 의해 생성된 구동제어신호는 구동부(12)에 전달되고, 구동부(12)는 구동제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)에 구동신호를 인가한다. 또한, 제어부(13)에 의해 생성된 감지제어신호는 감지부(11)에 전달되고, 감지부(11)는 감지제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는다. 이때, 감지신호는 터치 전극(30)에 형성된 자기 정전용량 변화량에 대한 신호일 수 있다.
이때, 감지부(11)가 감지한 감지신호에 의하여, 터치 센서(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, 실시 형태에 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 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 힘 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다. 디스플레이 기능 및 터치 위치 검출에 더하여 터치 힘을 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 힘을 검출하기 위한 힘 센서 제어기(1300)를 포함하여 구성될 수 있다. 디스플레이 제어기(1200)는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 입력을 받아 디스플레이 패널(200A)에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
힘 센서를 통해 힘을 검출하기 위한 힘 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)의 구성과 유사하게 구성되어 터치 센서 제어기(1100)와 유사하게 동작할 수 있다.
실시 형태에 따라, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 힘 센서 제어기(1300)는 서로 다른 구성요소로서 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 힘 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 힘 센서 제어기(1300)에 대한 호스트(host) 프로세서로서 기능할 수 있다.
실시 형태에 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 힘 센서 제어기(1300)가 실시 형태에 따라 하나 이상의 구성으로 통합될 수 있다. 이에 더하여 프로세서(1500)에 이들 각각의 제어기가 통합되는 것도 가능하다. 이와 더불어, 실시 형태에 따라 디스플레이 패널(200A)에 터치 센서(10) 및/또는 힘 센서가 통합될 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 실시 형태에 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 실시 형태에 따른 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 배치되는 제1기판층(261) 및 액정층(250) 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, 실시 형태에 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, 실시 형태에 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, 실시 형태는 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.
실시 형태에 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.
실시 형태에 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, 실시 형태에 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.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 스트레인 게이지(450)는 디스플레이 패널(200A)에 형성될 수 있다. 도4a 내지 도4b는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 다양한 디스플레이 패널에 형성된 스트레인 게이지의 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도4a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 형성된 스트레인 게이지(450)를 도시한다. 구체적으로, 도4a에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)가 제2기판층(262) 하면에 형성될 수 있다. 이 때, 스트레인 게이지(450)가 제2편광층(272) 하면에 형성될 수도 있다. 다음으로, 도4b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 형성된 스트레인 게이지(450)를 도시한다. 구체적으로, 스트레인 게이지(450)가 제2기판층(283) 하면에 형성될 수 있다.
OLED 패널의 경우, 유기물층(280)에서 빛이 발광하므로, 유기물층(280) 하부에 배치된 제2기판층(283)의 하면에 형성되는 스트레인 게이지(450)는 불투명한 물질로 구성될 수 있다. 하지만 이 경우, 디스플레이 패널(200A) 하면에 형성된 스트레인 게이지(450)의 패턴이 사용자에게 보일 수 있기 때문에, 스트레인 게이지(450)를 제2기판층(283) 하면에 직접 형성시키기 위하여, 제2기판층(283) 하면에 블랙 잉크와 같은 차광층을 도포한 후, 차광층 상에 스트레인 게이지(450)를 형성시킬 수 있다.또한, 도4b에서는 제2기판층(283)의 하면에 스트레인 게이지(450)가 형성되는 것으로 도시되었지만, 제2기판층(283)의 하부에 제3기판층(미도시)가 배치되고, 제3기판층의 하면에 스트레인 게이지(450)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.
도5a 내지 도5d는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 스트레인 게이지가 적용되는 예를 예시한다.
실시 형태의 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.
도5a 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.
도5a 내지 도5d를 참조한 설명에서, 실시 형태에 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, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)가 도3a 및 도3b에 도시된 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도5a 및 도5b에서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 패널(200A)를 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 실시 형태로 이용될 수 있다.
실시 형태에 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.
실시 형태에 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 발행하는 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.
이하에서, 터치 센서(10)에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 힘을 검출하기 위한 힘 센서(450)를 스트레인 게이지(450)로 예시하여 설명한다. 따라서, 이하의 명세서에서 힘 센서(450)가 스트레인 게이지(450)로 한정되지 않는다. 예를 들어, 힘 센서(450)는 정전용량 방식의 전극일 수도 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)를 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)에 형성된 스트레인 게이지(450)로부터 터치 힘을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 스페이서층(420)은 실시 형태에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시 형태에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다.
이때, 스트레인 게이지(450)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, 스트레인 게이지(450)는 ITO와 같은 투명한 물질로 구성될 수 있다.
이때, 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. 도5b에서 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. 실시 형태에 따라, 프레임(330)은 기판(300)의 상부면에 기판(300)과 일체형으로 형성될 수 있다. 실시 형태에서 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 실시 형태에서, 커버층(100)을 통하여 디스플레이 패널(200A)에 힘이 인가되는 경우 커버층(100)과 함께 디스플레이 패널(200A)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 힘에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 힘의 크기를 검출할 수 있다.
도5c는 실시 형태에 따른 스트레인 게이지를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도5c에 도시된 바와 같이, 실시 형태에 따른 스트레인 게이지(450)는 디스플레이 패널(200A) 하면에 형성될 수 있다.
도5d는 도5c에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 힘이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)의 상부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 힘을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라, 디스플레이 패널(200A)에 형성된 스트레인 게이지(450)가 변형되고, 그에 따라 스트레인 게이지(450)의 저항값이 변할 수 있다. 이러한 저항값의 변화로부터 터치 힘의 크기를 산출할 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 패널(200A)은 힘을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 패널(200A)은 터치에 따라 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시 형태에 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.
도6a, 도6d 내지 도6f는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 사용되는 힘을 감지할 수 있는 예시적인 힘 센서의 평면도이다. 이 경우, 힘 센서는 스트레인 게이지(strain gauge)일 수 있다. 스트레인 게이지는 스트레인 양에 비례하여 전기 저항이 달라지는 장치로, 일반적으로 금속 결합된 스트레인 게이지가 사용될 수 있다.
스트레인 게이지에 사용될 수 있는 재료로는, 투명 물질로, 전도성 고분자(PEDOT: polyethyleneioxythiophene), ITO(indium tin oxide), ATO(Antimony tin oxide), 탄소나노튜브(CNT: carbon nanotubes), 그래핀(graphene), 산화갈륨아연(gallium zinc oxide), 인듐갈륨아연산화물(IGZO: indium gallium zinc oxide), 산화주석(SnO2), 산화인듐(In2O3), 산화아연(ZnO), 산화갈륨(Ga2O3), and 산화카드뮴(CdO), 기타 도핑된 금속 산화물, 압전 저항 소자(piezoresistive element), 압전 저항 반도체 물질(piezoresistive semiconductor materials), 압전 저항 금속 물질(piezoresistive metal material), 은 나노 와이어(silver nanowire), 백금 나노 와이어(platinum nanowire), 니켈 나노 와이어(nickel nanowire), 기타 금속 나노 와이어(metallic nanowires) 등이 사용될 수 있다. 불투명 물질로는, 은잉크(silver ink), 구리(copper), 은나노(nano silver), 탄소 나노튜브(CNT: carbon nanotube), 콘스탄탄 합금(Constantan alloy), 카르마 합금(Karma alloys), 도핑된 다결정질 실리콘(polycrystalline silicon), 도핑된 비결정질 실리콘(amorphous silicon), 도핑된 단결정 실리콘(single crystal silicon), 도핑된 기타 반도체 물질(semiconductor material) 등이 사용될 수 있다.
도6a에 도시된 바와 같이, 금속 스트레인 게이지는 격자형 방식으로 정렬된 금속 호일로 구성될 수 있다. 격자형 방식은 평행 방향으로 변형되기 쉬운 금속 와이어 또는 호일의 변형량을 극대화시킬 수 있다. 이 때, 도6a에 도시된 스트레인 게이지(450)의 수직방향 격자 단면은 전단 변형률(shear strain)과 포아송 변형률(Poisson Strain)의 효과를 감소시키기 위해 최소화될 수 있다.
도6a의 예에서, 스트레인 게이지(450)은 휴지(at rest) 상태에 있는 동안, 즉, 스트레인되지 않거나 다르게 변형되지 않은 동안 접촉하지는 않지만 서로 가까이 배치된 트레이스(traces)(451)을 포함할 수 있다. 스트레인 게이지는 스트레인 또는 힘의 부재시 1.8KΩ ±0.1%와 같은 공칭 저항(nominal resistance)을 가질 수 있다. 스트레인 게이지의 기본 파라미터로 변형률에 대한 민감도가 게이지 계수(GF)로 표현될 수 있다. 이 때, 게이지 계수는 길이의 변화(변형률)에 대한 전기 저항 변화의 비율로 정의될 수 있고, 다음과 같이 스트레인ε의 함수로서 표현할 수 있다.
Figure 112017022337122-pat00001
여기서 △R은 스트레인 게이지 저항의 변화량이고, R은 비변형(undeformed) 스트레인 게이지의 저항이고, GF는 게이지 계수이다.
이 때, 저항의 작은 변화를 측정하기 위해, 스트레인 게이지는 대부분의 경우 전압 구동 소스가 있는 브리지 설정에서 사용된다. 도6b 및 도6c는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 적용될 수 있는 예시적인 스트레인 게이지를 도시한다. 도6b의 예에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지는 네 개의 다른 저항(R1, R2, R3, R4로 도시됨)을 갖는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)(3000)에 포함되어, 가해진 힘을 나타내는 (다른 저항기들에 대한) 게이지의 저항 변화를 감지할 수 있다. 브리지(3000)는 힘 센서 인터페이스(미도시)에 결합되어, 터치 제어기(미도시)로부터 구동 신호(전압 VEX)를 수신하여 스트레인 게이지를 구동하고, 처리를 위해 가해진 힘을 나타내는 감지 신호(전압 VO)를 터치 제어기로 송신할 수 있다. 이 때, 브리지(3000)의 출력 전압(VO)은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure 112017022337122-pat00002
상기 등식에서 R1/R2 = R4/R3인 경우, 출력 전압(VO)은 0이 된다. 이 조건하에서 브리지(3000)는 균형을 이룬 상태이다. 이 때, 브리지(3000)에 포함된 저항 중 어느 하나의 저항값이 변경되면 0이 아닌 출력 전압(VO)이 출력된다.
이 때, 도6c에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)가 RG이고, RG가 변화하는 경우, 스트레인 게이지(450) 저항의 변화는 브리지에 불균형을 가져오며 0이 아닌 출력 전압(VO)을 생성한다. 스트레인 게이지(450)의 공칭 저항이 RG일 때, 변형으로 유도된 저항의 변화 △R은 상기 게이지 계수 등식을 통해 ΔR = RG×GF×ε로 표현할 수 있다. 이 때, R1 = R2이고 R3 = RG라고 가정할 때 상기 브리지 등식을 VO/VEX 의 스트레인ε에 대한 함수로 다시 쓰면, 다음과 같다.
Figure 112017022337122-pat00003
비록 도6c의 브리지가 단지 하나의 스트레인 게이지(450)만 포함하지만, 도6b의 브리지에 포함된 R1, R2, R3, R4로 도시된 위치에 네 개의 스트레인 게이지까지 사용될 수 있고, 이 경우 게이지들의 저항 변화는 가해진 힘을 감지하는데 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
도5c 및 도5d에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)가 형성된 디스플레이 패널(200A)에 힘이 가해지면, 디스플레이 패널(200A)은 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 트레이스(451)가 늘어나고, 트레이스(451)가 더 길고 더 좁아지게 되어 스트레인 게이지(450)의 저항이 증가하게 된다. 가해지는 힘이 증가함에 따라, 스트레인 게이지(450)의 저항은 그에 대응하여 증가할 수 있다. 따라서, 힘 센서 제어기(1300)가 스트레인 게이지(450)의 저항값의 상승을 검출하면, 그 상승은 디스플레이 패널(200A)에 가해진 힘으로 해석될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 브리지(3000)는 힘 센서 제어기(1300)와 통합될 수 있고, 이 경우 저항(R1, R2, R3) 중 적어도 하나 이상은 힘 센서 제어기(1300) 내의 저항으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 저항(R2, R3)은 힘 센서 제어기(1300) 내의 저항들로 대체되고, 스트레인 게이지(450) 및 저항(R1)으로 브리지(3000)를 형성할 수 있다. 이로써 브리지(3000)가 차지하는 공간이 줄어들 수 있다.
도6a에 도시된 스트레인 게이지(450)는 트레이스(451)이 수평방향으로 정렬되어 있으므로, 수평방향의 변형에 대하여 트레이스(451)의 길이 변화가 크므로 수평방향의 변형에 대한 감도는 높으나, 수직방향의 변형에 대하여는 트레이스(451)의 길이 변화가 상대적으로 작으므로, 수직방향의 변형에 대한 감도는 낮다. 도6d에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)가 복수의 세부 영역을 포함하고, 각각의 세부영역에 포함된 트레이스(451)의 정렬 방향을 다르게 구성할 수 있다. 이렇게 정렬 방향이 다른 트레이스(451)들을 포함하는 스트레인 게이지(450)를 구성함으로써, 변형 방향에 대한 스트레인 게이지(450)의 감도 차이를 줄일 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A) 하부에 도6a 및 도6d에 도시된 바와 같이 하나의 스트레인 게이지(450)를 형성하여 단일 채널로 구성된 힘 센서를 구비할 수 있다. 또한, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A) 하부에 도6e에 도시된 바와 같이 복수의 스트레인 게이지(450)를 형성하여 복수 채널로 구성된 힘 센서를 구비할 수도 있다. 이러한 복수 채널로 구성된 힘 센서를 이용하여 복수의 터치에 대한 복수의 힘 각각의 크기를 동시에 센싱할 수도 있다.
온도 증가는 가해진 힘이 없어도 디스플레이 패널(200A)을 팽창시키고, 그 결과 디스플레이 패널(200A)에 형성된 스트레인 게이지(450)가 늘어날 수 있기 때문에, 온도 변화는 스트레인 게이지(450)에 악영향을 미칠 수 있다. 그 결과, 스트레인 게이지(450)의 저항이 증가하고 스트레인 게이지(450)에 가해진 힘으로 잘못 해석될 수 있다.
온도 변화를 보상하기 위해, 도6c에 도시된 브리지(3000)의 저항(R1, R2, R3) 중 적어도 하나 이상이 서미스터(thermistor)로 대체될 수 있다. 서미스터의 온도에 의한 저항 변화는 스트레인 게이지(450)가 형성된 디스플레이 패널(200A)의 열 팽창으로 인한 스트레인 게이지(450)의 온도에 의한 저항 변화에 대응할 수 있고, 그럼으로써 온도에 의한 출력 전압(VO)의 변화를 줄여줄 수 있다.
한편, 두 개의 스트레인 게이지를 사용하여 온도 변화의 영향을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 도6f에 도시된 바와 같이, 수평방향으로의 변형이 일어날 때, 스트레인 게이지(450)의 트레이스(451)는 변형 방향과 평행한 수평방향으로 정렬될 수 있고, 더미 게이지(460)의 트레이스(461)는 변형 방향과 직교하는 수직방향으로 정렬될 수 있다. 이 때, 변형은 스트레인 게이지(450)에 영향을 미치고 더미 게이지(460)에는 영향을 거의 미치지 않으나, 온도는 스트레인 게이지(450) 및 더미 게이지(460) 모두에 같은 영향을 미친다. 따라서, 온도 변화가 두 게이지에 동일하게 적용되므로, 두 게이지의 공칭 저항 RG의 비율은 변하지 않는다. 이 때, 이러한 두 게이지가 휘트스톤 브리지의 출력 노드를 공유하는 경우, 즉, 두 게이지가 도6b의 R1과 R2인 경우, 혹은 R3와 R4인 경우, 브리지(3000)의 출력 전압(VO) 또한 변하지 않으므로, 온도 변화의 영향을 최소화할 수 있다.
도6g 내지 도6i는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 힘 센서가 형성된 디스플레이 패널의 배면도이다.
스트레인 게이지(450)의 트레이스(451)는 변형 방향과 평행한 방향으로 정렬되는 것이 바람직하므로, 도6g에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 가장자리 영역에서는 디스플레이 패널(200A)의 테두리와 수직한 방향으로 스트레인 게이지(450)의 트레이스(451)가 정렬되도록 배치할 수 있다. 더욱 구체적으로는 디스플레이 패널(200A)의 가장자리는 고정되어 있으므로, 디스플레이 패널(200A)에 힘이 인가될 때, 디스플레이 패널(200A)의 중심과 힘이 인가되는 위치를 잇는 직선과 평행한 방향으로의 변형이 가장 클 수 있다. 따라서, 스트레인 게이지(450)가 배치되는 위치와 디스플레이 패널(200A)의 중심을 잇는 직선과 평행한 방향으로 스트레인 게이지(450)의 트레이스(451)가 정렬되도록 배치하는 것이 바람직하다.
반면, 더미 게이지(460)의 트레이스(461)는 변형 방향과 수직한 방향으로 정렬되는 것이 바람직하므로, 도6g에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 가장자리 영역에서는 디스플레이 패널(200A)의 테두리와 평행한 방향으로 더미 게이지(460)의 트레이스(461)가 정렬되도록 배치할 수 있다. 더욱 구체적으로는 디스플레이 패널(200A)의 가장자리는 고정되어 있으므로, 디스플레이 패널(200A)에 힘이 인가될 때, 디스플레이 패널(200A)의 중심과 힘이 인가되는 위치를 잇는 직선과 수직한 방향으로의 변형이 가장 작을 수 있다. 따라서, 더미 게이지(460)가 배치되는 위치와 디스플레이 패널(200A)의 중심을 잇는 직선과 수직한 방향으로 더미 게이지(460)의 트레이스(461)가 정렬되도록 배치하는 것이 바람직하다.
이 때, 도6g에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)와 더미 게이지(460)가 한 쌍을 이루어서 서로 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 서로 인접한 위치간의 온도 차이는 크지 않을 수 있으므로, 더욱 온도 변화의 영향을 최소화 할 수 있다.
또한, 예를 들어, 도6h에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 테두리를 따라, 디스플레이 패널(200A)의 테두리와 평행한 방향으로 정렬된 트레이스(461)를 갖는 복수의 더미 게이지(460)를 배치할 수도 있다. 이 경우, 디스플레이 패널(200A)의 가장자리 영역은 힘에 의한 변형량이 매우 작으므로, 디스플레이 패널(200A)의 가장자리 영역에 배치된 더미 게이지(460)는 온도 변화 영향을 보상하는 데에 더욱 효과적일 수 있다. 또한, 예를 들어, 도6i에 도시된 바와 같이, 더미 게이지(460)가 변형량이 가장 작은 디스플레이 패널(200A)의 네 코너영역에 배치될 수 있고, 더미 게이지(460)의 트레이스가 변형량이 가장 큰 방향과 수직한 방향으로 정렬되도록 배치될 수 있다.
앞서 설명한 실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 힘 센서의 일 예로 이용된 스트레인 게이지(450)는 복수로 디스플레이 패널(200A)에 배치될 수 있는데, 복수의 스트레인 게이지(450)는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000) 내에서 휘트스톤 브릿지를 구성할 수 있다.
예를 들어, 도7a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)에 배치된 4개의 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4)가 휘트스톤 브릿지(3000)를 구성할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 도 7b에 도시된 바와 같이, 2개의 스트레인 게이지(S1, S2)가 R3와 R4와 함께 휘트스톤 브릿지(3000’)를 구성할 수 있다. 여기서, 도7b에 도시된 R3와 R4는 도 2에 도시된 힘 센서 제어기(1300) 내의 저항일 수 있다.
여기서, 도 7a와 도 7b에서 S1, S2, S3, S4는 스트레인 게이지 대신에 전극일 수도 있다. 전극은 소정의 신호를 출력하는데, 출력되는 신호는 정전 용량 값에 대응되는 전압 신호일 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 7a와 도 7b에서 S1, S2, S3, S4가 스트레인 게이지로 한정하여 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 도 7a와 도 7b에서 S1, S2, S3, S4는 전극일 수 있음에 유의해야 한다. 도 7a와 도 7b에서 S1, S2, S3, S4가 전극으로 구성된 경우, 전극은 자기 정전용량 방식 또는 상호 정전용량 방식 중 어느 하나의 방식으로 신호를 출력할 수 있다. 다만, 스트레인 게이지와 전극 사이의 물리적인 구성의 차이로 인해, 스트레인 게이지에만 적용되는 부분이 있을 수 있다.
도7a와 도7b에 구성된 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)가 정상적으로 동작하기 위해서는, 도7a와 도7b에 구성된 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 (-) 출력단에 병렬 연결된 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 아래와 같은 2가지 조건이 요구된다.
1) 신호(signal)의 위상은 반대이다. 여기서, 신호는 각 스트레인 게이지(S1, S2)의 출력을 의미한다.
2) 노이즈(noise)의 위상은 동일하다. 여기서, 노이즈는 각 스트레인 게이지(S1, S2)의 신호(signal)에 포함되어 있다. 노이즈는 디스플레이 패널(200A)의 동작에 의한 디스플레이 노이즈와 기타 다른 노이즈를 포함한다.
도 7a와 도 7b에 구성된 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가, 위 1)과 2)의 조건이 충족되면, 노이즈는 상쇄(cancelation)되고, 신호는 상쇄되지 않는다.
위 1)과 2)의 조건을 이용하기 위해서, 적어도 2개 이상의 스트레인 게이지(S1, S2)를 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)로 구성하여 디스플레이 패널(200A)에 배치시키는 다양한 예들이 존재할 수 있다. 이하, 도 8a 내지 8d를 참조하여 설명한다. 설명의 편의 상, 이하에서는 2개의 스트레인 게이지(S1, S2)를 예를 들어 설명한다.
첫 번째 예가 도 8a에 도시되어 있다.
도 8a를 참조하면, 제1 스트레인 게이지(S1)는 디스플레이 패널(200A) 상에 배치되고, 제2 스트레인 게이지(S2)는 디스플레이 패널(200A) 아래에 배치되고, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 정렬 방향과 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스의 정렬 방향은 동일하다.
도 8a에 도시된 예에서, 디스플레이 패널(200A)로 소정의 힘이 가해지는 경우, 디스플레이 패널(200A)은 휘어진다. 디스플레이 패널(200A)의 휘어지면, 제1 스트레인 게이지(S1)의 변형 방향(축소되는 방향)과 제2 스트레인 게이지(S2)의 변형 방향(확대되는 방향)은 서로 반대가 되므로, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호(signal)의 위상과 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 위상(signal)은 반대가 된다.
또한, 디스플레이 패널(200A)에 의한 노이즈는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)에 동일하게 미치므로, 제1 스트레인 게이지(S1)의 노이즈의 위상과 제2 스트레인 게이지(S2)의 노이즈의 위상은 동일하게 된다.
따라서, 도 8a에 도시된 예는, 앞서 설명한 두 가지 조건을 만족하지만, 디스플레이 패널(200A) 위와 아래 각각에 스트레인 게이지(S1, S2)가 배치되는 이중 레이어 형태이므로, 제조 비용이 증가되는 단점이 있다.
두 번째 예가 도 8b에 도시되어 있다.
도 8b를 참조하면, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)에 함께 배치된다. 여기서, 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)은 디스플레이 패널(200A)을 구성하는 여러 레이어 중 어느 하나의 레이어의 일 면일 수 있다.
제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 정렬 방향과 제2 스트레인 게이지(S2) 내의 트레이스의 정렬 방향이 서로 다르다. 예를 들어, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 정렬 방향과 제2 스트레인 게이지(S2) 내의 트레이스의 정렬 방향은 서로 수직할 수 있다.
도 8b에 도시된 예에서, 디스플레이 패널(200A)로 소정의 힘이 가해지는 경우, 디스플레이 패널(200A)은 휘어진다. 그런데, 가해지는 힘에 의한 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐이 제1 스트레인 게이지(S1)의 변형 방향이 아닌, 제2 스트레인 게이지(S2)의 변형 방향으로 일어나면, 제1 스트레인 게이지(S1)는 변형이 전혀 또는 거의 일어나지 않기 때문에, 제1 스트레인 게이지(S1)가 배치된 부분에서, 데드존(dead zone)이 형성된다.
세 번째 예가 도 8c에 도시되어 있다.
도 8c를 참조하면, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)에 함께 배치된다. 여기서, 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)은 디스플레이 패널(200A)을 구성하는 여러 레이어 중 어느 하나의 레이어의 일 면일 수 있다.
제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 정렬 방향과 제2 스트레인 게이지(S2) 내의 트레이스의 정렬 방향이 동일하다.
도 8c에 도시된 예에서, 디스플레이 패널(200A)로 소정의 힘이 가해지는 경우, 디스플레이 패널(200A)은 휘어진다. 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐이 제1 스트레인 게이지(S1)의 변형 방향 및 제2 스트레인 게이지(S2)의 변형 방향과 같게 되면, 도 8b에서와 같은 데드존은 발생되지 않는다. 하지만, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호의 크기와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기가 동일하면, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호에서 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호를 차감(S1-S2)하여 출력하는 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 특성으로 인해, 제1 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기가 동일한 위치에서 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 출력이 ‘0’이 되는 문제가 발생한다.
그리고, 제1 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기가 동일한 위치 주변에서, 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 출력이 미리 설정된 노이즈보다 작은 데드존이 형성된다. 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 출력이 ‘0’이 되는 경우와 데드존이 형성되는 이유를 이하에서 도 9a 내지 도 9i를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 9a 내지 도 9f에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 면적이 서로 동일하고, 서로 인접하여 배치된 것으로 가정하며, 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)가 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐에 따라 변형될 때, 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 변형되는 길이는 선형적으로 변한다고 가정한다.
도 9a는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 변형되지 않은 상태를 보여주는 도면이고, 도 9b 내지 도 9f는 소정의 힘(F)이 제1 스트레인 게이지(S1) 또는/및 제2 스트레인 게이지(S2)에 가해진 경우, 그에 따른 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 길이 변화를 보여주는 도면이다.
도 9a 내지 도 9f 각각에서, 상단 도면은 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 면적이 동일함을 보여주고, 하단 도면은 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 길이의 변화를 보여준다.
도 9b 내지 도 9f에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 서로 동일한 것이므로, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 dR/R 즉, dL(길이변화)/L(전체길이)이 동일하게 나타난다.
구체적으로, 도 9b 내지 도 9f에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 전체길이를 각각 2라고 가정하면, 도 9b에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.207(=
Figure 112017022337122-pat00004
)이고, 도 9c에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.414(=
Figure 112017022337122-pat00005
)이고, 도 9d에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.207이며 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.207이고, 도 9e에서 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.414이고, 도 9f에서 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.207이다.
도 9g는, 도 9b 내지 도 9f의 각 상태에서 있어서, 일정한 힘(F)에 의한 제1 스트레인 게이지(S1)의 출력(signal)을 보여주는 그래프이다. 도 9g에서, 가로축의 숫자들은 도 9b 내지 도 9f에 도시된 숫자이다.
제1 스트레인 게이지(S1)의 출력은 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L에 비례하므로, 도 9g는 도 9c 상태에서의 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L을 최대값인 100%로 하고, 도 9b와 도 9d 상태에서의 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L을 50%로 하여 나타낸 그래프이다.
도 9h는 도 9b 내지 도 9f의 각 상태에서 있어서, 일정한 힘(F)에 의한 제2 스트레인 게이지(S2)의 출력(signal)을 보여주는 그래프이다. 도 9h에서, 가로축의 숫자들은 도 9b 내지 도 9f에 도시된 숫자이다.
제2 스트레인 게이지(S2)의 출력은 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L에 비례하므로, 도 9h는 도 9e 상태에서의 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L을 최대값인 100%로 하고, 도 9d와 도 9e 상태에서의 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L을 50%로 하여 나타낸 그래프이다.
도 9i는 제1 스트레인 게이지(S1)과 제2 스트레인 게이지(S2)가 도 7a 또는 도 7b에 도시된 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)을 구성하는 경우에, 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)의 출력(S1-S2)를 보여주는 그래프이다.
도 9i를 참조하면, 도 8c에 도시된 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)를 포함하는 휘트스톤 브리지의 출력(S1-S2)이 3번 상태(도 9d)에서 0이 됨을 확인할 수 있다.
또한, 미리 설정된 노이즈를 신호의 최대값의 20%로 가정한 경우, 휘트스톤 브리지의 출력이 미리 설정된 노이즈보다 작은 데드존(DZ)이 형성됨을 확인할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 도 8c에 도시된 바와 같은 배치 구조를 갖는 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)로 구성된 휘트스톤 브리지는, 외부로부터의 힘에 의한 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐이 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 변형을 일으킴에도 불구하고, 휘트스톤 브리지의 특성 상, 데드존(DZ)이 형성된다. 이하에서는 이러한 데드존(DZ)을 줄일 수 있는 방안을 이하에서 구체적으로 살펴본다.
도 10a는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 일 예이다.
도 10a를 참조하면, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널(200A)과 복수의 스트레인 게이지(S1, S2)를 포함한다.
복수의 스트레인 게이지(S1, S2)는 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)에 함께 배치된다. 여기서, 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)은, 디스플레이 패널(200A)을 구성하는 여러 레이어 중 어느 하나의 레이어의 일 면일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(200A)이 LCD인 경우, 일 면(200A-1)은 도 3a에 도시된 제2 기판층(262)의 하면 또는 상면일 수 있다. 또한, 제1 기판층(261)의 상면 또는 하면일 수도 있다. 한편, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 인 경우, 일 면(200A-1)은 도 3b에 도시된 제2 기판층(283)의 하면 또는 상면일 수 있다. 또한, 제1 기판층(281)의 상면 또는 하면일 수도 있다.
복수의 스트레인 게이지(S1, S2)는 휘트스톤 브리지를 구성한다. 복수의 스트레인 게이지(S1, S2)는 도 7a 또는 도 7b에 도시된 바와 같이 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)의 두 출력단(+, -) 중 적어도 어느 하나 이상의 출력단(-)에 병렬로 연결되도록 구성할 수 있다.
제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 면적이 서로 다르다. 본 명세서에서, 각 스트레인 게이지(S1, S2)의 ‘면적’은 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)에서 각 스트레인 게이지(S1, S2)가 커버하는 부분을 의미한다. 좀 더 구체적으로, 각 스트레인 게이지(S1, S2)가 실리콘과 같은 단일 물질로 구성된 경우, 면적은 각 스트레인 게이지(S1, S2)와 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)이 접하는 부분일 수 있다. 또한, 각 스트레인 게이지(S1, S2)가 도 6a에 도시된 트레이스(451)를 포함하는 경우, 면적은 트레이스(451)가 장착되는 베이스 기판(미도시)과 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)이 접하는 부분일 수 있다.
제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 면적이 서로 다르면, 도 9i에 도시된 데드존(DZ)을 줄일 수 있다. 도면을 참조하여 이를 증명한다.
도 10a는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 다른 경우의 예인데, 도 10b 내지 10j를 참조하여 데드존(DZ)이 줄어드는 이유를 구체적으로 설명한다.
도 10b는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 변형되지 않은 상태를 보여주는 도면이고, 도 10c 내지 도 10g는 소정의 힘(F)이 제1 스트레인 게이지(S1) 또는/및 제2 스트레인 게이지(S2)에 가해진 경우에 그에 따른 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 길이 변화를 보여주는 도면이다.
도 10b 내지 도 10g 각각에서, 상단 도면은 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 면적이 차이를 보여주고, 하단 도면은 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 길이의 차이를 보여준다.
도 10b 내지 도 10g에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 면적이 3:1로 서로 다르고, 서로 인접하여 배치된 것으로 가정하며, 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)가 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐에 따라 변형될 때, 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 변형되는 길이는 선형적으로 변한다고 가정한다.
도 10c 내지 도 10g에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 면적이 서로 다르기 때문에, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 dR(저항변화)/R(전체저항) 즉, dL(길이변화)/L(전체길이)이 다르게 나타난다.
구체적으로, 도 10c 내지 도 10g에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 전체길이를 3으로 하고, 제2 스트레인 게이지(S2)의 전체길이를 1로 가정하면, 도 10c에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.138(=
Figure 112017022337122-pat00006
)이고, 도 10d에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.276(=
Figure 112017022337122-pat00007
)이고, 도 10e에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.276이고, 도 10f에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.138이며 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.414(=
Figure 112017022337122-pat00008
)이고, 도 10g에서 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.414이다.
도 10h는, 도 10c 내지 도 10g의 각 상태에서 있어서, 일정한 힘(F)에 의한 제1 스트레인 게이지(S1)의 출력(signal)을 보여주는 그래프이다. 도 10h에서, 가로축의 숫자들은 도 10c 내지 도 10g에 도시된 숫자이다.
제1 스트레인 게이지(S1)의 출력은 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L에 비례하므로, 도 10h는 도 10d와 도 10e 상태에서의 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L을 최대값인 100%로 하고, 도 10c와 도 10f 상태에서의 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L을 50%로 하여 나타낸 그래프이다.
도 10i는 도 10c 내지 도 10g의 각 상태에서 있어서, 일정한 힘(F)에 의한 제2 스트레인 게이지(S2)의 출력(signal)을 보여주는 그래프이다. 도 10i에서, 가로축의 숫자들은 도 10c 내지 도 10g에 도시된 숫자이다.
제2 스트레인 게이지(S2)의 출력은 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L에 비례하므로, 도 10i는 도 10f와 도 10g 상태에서의 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L을 최대값인 100%로 하여 나타낸 그래프이다.
도 10j는 도 10a에 도시된 제1 스트레인 게이지(S1)과 제2 스트레인 게이지(S2)가 도 7a 또는 도 7b에 도시된 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)을 구성하는 경우에, 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)의 출력(S1-S2)를 보여주는 그래프이다.
도 10j에서, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 최대값이 다른 이유는, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 다르기 때문이다. 면적이 차이는, 제1 스트레인 게이지(S1)의 최대 dL/L 값(약 0.276)과 제2 스트레인 게이지(S2)의 최대 dL/L(약 0.414)의 차이를 발생시킨다. 제1 스트레인 게이지(S1)의 최대 dL/L 값은 제2 스트레인 게이지(S2)의 최대 dL/L 값의 대략 66%에 해당하므로, 도 10j와 같이 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 최대값이 다른 것이다.
도 10j를 참조하면, 도 10a에 도시된 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)를 포함하는 휘트스톤 브리지의 출력(S1-S2)이 3번 상태(도 10e)와 4번 상태(도 10f) 사이에서 0이 됨을 확인할 수 있고, 미리 설정된 노이즈를 신호의 최대값의 20%로 가정한 경우, 휘트스톤 브리지의 출력(S1-S2)이 미리 설정된 노이즈보다 작은 데드존(DZ’)이 형성됨을 확인할 수 있다. 여기서, 도 10j에 도시된 데드존(DZ’)는, 도 9i의 데드존(DZ)보다 줄어든 것을 확인할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 도 10j는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 3:1로 서로 다른 경우에 휘트스톤 브리지의 출력을 보여주는 그래프이다. 도 10j의 그래프를 통해서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 다른 경우가 면적이 같은 경우보다 데드존이 줄어든 것을 확인하였고, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭한 경우 데드존이 더 줄어든 것을 확인하였다. 이를 일반화하여 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적비를 k:1로 하는 경우, 데드존의 감소비를 수식으로 표현하면, 다음과 같이 유도될 수 있다.
x를 각 스트레인 게이지의 전체길이라고 하면,
S1의 신호의 기울기는, -1/(kx/(k+1)) 이고, S2의 신호의 기울기는, 1/(x/(1+k)) 이다.
따라서, |S1-S2| 는, (k+1)/(kx)+(k+1)/x=(k+1+k(k+1))/(kx)= (k2+2k+1)/(kx)=(k+1)2/(kx) 이다.
여기서, k가 1일 때, |S1-S2|는 4/x 이므로,
결국, 데드존의 감소비는, (4/x)/((k+1)2/(kx))=4k/((k+1)2)로 일반화된다.
이러한 일반화된 데드존의 감소비를, 3:1의 면적 비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)에 적용해 보면, 3:1의 면적 비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 데드존은 1:1의 면적 비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 데드존보다 0.75배 감소됨을 확인할 수 있다.
한편, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭하는 증폭부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
증폭부(미도시)가 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭하면, 데드존(DZ’)을 더욱 줄일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 도 10j에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 최대 dL/L 값(약 0.276)은 제2 스트레인 게이지(S2)의 최대 dL/L(약 0.414)의 대략 66%에 해당하는데, 제1 스트레인 게이지(S1)의 최대 dL/L 값을 제2 스트레인 게이지(S2)의 최대 dL/L 값만큼 증폭하여 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭하면, 도 10k와 같은 휘트스톤 브리지의 출력(S1-S2)을 얻을 수 있다. 도 10k에 도시된 바와 같이, 데드존(DZ’’)이 도 10j에 도시된 데드존(DZ’)보다 더 줄어든 것을 확인할 수 있다. 이를 일반화하여 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적비를 k:1로 하고, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호 증폭비를 a:1로 하는 경우, 데드존의 감소비를 수식으로 표현하면, 다음과 같이 유도될 수 있다.
x를 각 스트레인 게이지의 전체길이라고 하면,
S1의 신호의 기울기는, -a/(kx/(k+1)) 이고, S2의 신호의 기울기는, 1/(x/(1+k)) 이다.
따라서, |S1-S2|는, (k+1)a/(kx)+(k+1)/x=((k+1)(k+a))/(kx) 이다.
여기서, k가 1이고, a가 1일 때, |S1-S2|는 4/x 이므로,
결국, 데드존의 감소비는, (4/x)/(((k+a)(k+1))/(kx))=4k/((k+a)(k+1))로 일반화된다.
이러한 일반화된 데드존의 감소비를, 3:1의 면적 비와 2:1의 신호 증폭비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)에 적용해 보면, 3:1의 면적 비와 2:1의 신호 증폭비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 데드존은 1:1의 면적 비와 1:1의 신호 증폭비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 데드존보다 0.6배 감소됨을 확인할 수 있다. 그리고, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭한 경우가 증폭하지 않은 경우보다 더 데드존이 감소됨을 확인할 수 있다.
다시, 도 10a을 참조하면, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 다르면, 디스플레이 패널(200A)로부터 야기되는 디스플레이 노이즈가 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2) 각각에 서로 다르게 작용한다. 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2) 중 면적이 큰 것이 나머지 것보다 더 큰 디스플레이 노이즈에 취약하다.
따라서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 차이가 남에 따라 나타나는 디스플레이 노이즈의 차이를 보상하여 휘트스톤 브리지의 출력에서 노이즈가 서로 상쇄되도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 디스플레이 노이즈의 차이를 보상하기 위해서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)를 구성하는 물질을 다르게 할 수 있다.
예를 들어, 제1 스트레인 게이지(S1)의 면적이 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적보다 크고, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 단일 물질로 구성되거나 트레이스를 포함하는 경우에, 제1 스트레인 게이지(S1)를 구성하는 물질을 제2 스트레인 게이지(S2)를 구성하는 물질보다 상대적으로 디스플레이 노이즈에 더 강한 물질로 하여 디스플레이 노이즈의 차이를 보상할 수 있다.
또한, 이러한 디스플레이 노이즈의 차이를 보상하기 위해서, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 폭과 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스의 폭을 서로 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 도 10l에 도시된 바와 같이, 제1 스트레인 게이지(S1)의 면적이 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적보다 더 큰 경우, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스(451a)의 폭을 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스(451b)의 폭보다 작게 구성하여 디스플레이 노이즈의 차이를 보상할 수 있다.
또한, 이러한 디스플레이 노이즈의 차이를 보상하기 위해서, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 요철 개수와 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스의 요철 개수를 서로 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 도 10m에 도시된 바와 같이, 제1 스트레인 게이지(S1)의 면적이 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적보다 더 큰 경우, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스(451a)의 요철 개수를 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스(451b)의 요철 개수보다 작게 구성하여 디스플레이 노이즈의 차이를 보상할 수 있다.
한편, 도 7a 내지 10m에서 설명한 것과 달리, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 복수의 힘 센서는, 휘트스톤 브리지를 구성하지 않을 수도 있다. 도 2에 도시된 프로세서(1500)가 휘트스톤 브리지의 역할을 대신할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(1500)가 휘트스톤 브리지를 구성하지 않은 제1 힘 센서(S1)와 제2 힘 센서(S2)로부터 신호(출력)를 입력받고, 프로세서(1500)가 제1 힘 센서(S1)의 출력에서 제2 힘 센서(S2)의 출력을 차감하고, 차감된 출력값을 기초로 힘을 검출할 수 있다. 이 때, 제1 힘 센서(S1)와 제2 힘 센서(S2)는 데드존을 줄이기 위해서, 서로 다른 면적을 갖는 것이 바람직하다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 형태의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐, 실시 형태가 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 실시 형태의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100‥‥‥‥‥‥‥‥‥커버층
200A‥‥‥‥‥‥‥‥‥디스플레이 패널
450, S1, S2‥‥‥‥‥‥‥‥‥스트레인 게이지

Claims (16)

  1. 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 힘 센서;를 포함하고,
    상기 복수의 힘 센서는, 면적이 서로 다른 제1 힘 센서와 제2 힘 센서를 포함하고,
    상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 출력이 변화되고,
    상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출하고,
    상기 제1 힘 센서는 제1 스트레인 게이지이고,
    상기 제2 힘 센서는 제2 스트레인 게이지이고,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지를 구성하고,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지의 저항값의 변화에 따른 상기 휘트스톤 브리지의 출력에 기초하여 상기 힘을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  2. 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 힘 센서;를 포함하고,
    상기 복수의 힘 센서는, 면적이 서로 다른 제1 힘 센서와 제2 힘 센서를 포함하고,
    상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 출력이 변화되고,
    상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출하고,
    상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 면적비가 k:1일 때, 데드존의 감소비는
    Figure 112018023508348-pat00009
    인, 터치 입력 장치.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서 중에서 어느 하나의 힘 센서의 출력을 증폭하는 증폭부;를 더 포함하는, 터치 입력 장치.
  4. 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 힘 센서;를 포함하고,
    상기 복수의 힘 센서는, 면적이 서로 다른 제1 힘 센서와 제2 힘 센서를 포함하고,
    상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 출력이 변화되고,
    상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출하고,
    상기 제1 힘 센서의 출력을 증폭하는 증폭부를 더 포함하고,
    상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 면적비가 k:1이고, 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 신호 증폭비가 a:1일 때, 데드존의 감소비는
    Figure 112018023508348-pat00010
    인, 터치 입력 장치.
  5. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서를 구성하는 물질은 상기 제2 힘 센서를 구성하는 물질과 서로 다른, 터치 입력 장치.
  6. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은, 제1기판층, 상기 제1기판층 하부에 배치되는 제2기판층 및 상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 배치되는 액정층 또는 유기물층을 포함하고,
    상기 복수의 힘 센서는 상기 제2기판층의 하면에 형성되는, 터치 입력 장치.
  7. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    터치 위치를 검출하는 터치 센서;를 더 포함하고,
    상기 터치 센서는, 상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되거나, 상기 디스플레이 패널 내부에 배치되는, 터치 입력 장치.
  8. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 LCD 패널이고,
    상기 디스플레이 패널 하부에 백라이트 유닛이 배치된, 터치 입력 장치.
  9. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 OLED 패널인, 터치 입력 장치.
  10. 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 힘 센서;를 포함하고,
    상기 복수의 힘 센서는, 면적이 서로 다른 제1 힘 센서와 제2 힘 센서를 포함하고,
    상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 출력이 변화되고,
    상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출하고,
    상기 제1 힘 센서는 제1 스트레인 게이지이고,
    상기 제2 힘 센서는 제2 스트레인 게이지이고,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지를 구성하고,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지의 저항값의 변화에 따른 상기 휘트스톤 브리지의 출력에 기초하여 상기 힘을 검출하고,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 트레이스를 포함하고,
    상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 정렬 방향과 상기 제2 스트레인 게이지의 트레이스의 정렬 방향은 동일한,
    터치 입력 장치.
  11. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는, 상기 휘트스톤 브리지의 두 출력단 중 적어도 어느 하나의 출력단에 병렬 연결된, 터치 입력 장치.
  12. 삭제
  13. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 폭은 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 폭과 서로 다른, 터치 입력 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 요철 개수는 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 요철 개수와 서로 다른, 터치 입력 장치.
  15. 제 2 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서는 제1 전극이고,
    상기 제2 힘 센서는 제2 전극이고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 휘트스톤 브리지를 구성하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 정전 용량값의 변화에 따른 상기 휘트스톤 브리지의 출력에 기초하여 상기 힘을 검출하는, 터치 입력 장치.
  16. 제 1 항, 제 2 항, 제 4 항, 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로세서;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감하고, 차감된 출력값을 기초로 상기 힘을 검출하는, 터치 입력 장치.
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