KR102245679B1 - 압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치 및 압력 전극 형성 방법 - Google Patents

Abstract

터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 터치 입력 장치는, 하부면에 압력 검출을 위한 압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈 및 상기 압력 전극과 소정 거리 이격하여 형성된 기준전위층을 포함하며, 압력 전극과 기준전위층 사이의 거리변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출한다. 이에 의하여, 더욱 얇은 두께를 가지면서, 제조비용까지 줄일 수 있고, 디스플레이 모듈의 시인성(visibility) 및 빛 투과율을 저하시키지 않고, 터치 위치와 터치 압력을 검출할 수 있게 된다.

Description

압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치 및 압력 전극 형성 방법{TOUCH INPUT DEVICE INCLUDING DISPLAY MODULE FORMED WITH PRESSURE SENSING ELECTRODE AND PRESSURE SENSING ELECTRODE FORMING METHOD}

본 발명은 압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치 및 압력 전극 형성 방법에 관한 것으로, 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치 및 이를 위한 압력 전극을 형성하는 방법에 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 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.

본 발명의 목적은 터치의 위치와 터치 압력을 검출할 수 있는, 압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치 및 압력 전극 형성 방법을 제공함에 있다. 또한, 본 발명의 목적은 더욱 얇은 두께를 가지면서, 제조비용까지 줄일 수 있는, 압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치 및 압력 전극 형성 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 또 다른 목적은, 디스플레이 모듈의 시인성(visibility) 및 빛 투과율을 저하시키지 않고, 터치 위치와 터치 압력을 검출할 수 있는, 압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치 및 압력 전극 형성 방법을 제공함에 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 입력 장치는, 터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 하부면에 압력 검출을 위한 압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈; 및 상기 압력 전극과 소정 거리 이격하여 형성된 기준전위층;을 포함하며, 상기 압력 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출한다.

또한, 상기 압력 전극은 구동전극 및 수신전극을 포함하고, 상기 정전용량 변화량은, 상기 압력 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리변화에 따른, 상기 구동전극과 상기 수신전극 사이의 상호 정전용량 변화량일 수 있다.

그리고, 상기 정전용량 변화량은, 상기 압력 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리변화에 따른, 상기 압력 전극의 자기 정전용량 변화량일 수 있다.

또한, 상기 디스플레이 모듈은, 상부 글라스층 및 하부 글라스층을 포함하고, 상기 상부 글라스층과 상기 하부 글라스층 사이에 액정층 또는 유기물층이 구비되며, 상기 압력 전극은 상기 하부 글라스층의 하부면에 형성될 수 있다.

그리고, 상기 디스플레이 모듈은, 상기 압력 전극이 상기 하부 글라스층에 형성된 뒤, 상기 액정층 또는 유기물층과, 상기 상부 글라스층이 형성될 수 있다.

또한, 터치 위치를 검출하는 터치 센서 패널;을 더 포함하고, 상기 터치 센서 패널은, 상기 디스플레이 모듈의 상부에 부착되거나, 상기 디스플레이 모듈 내부에 구비될 수 있다.

그리고, 상기 디스플레이 모듈은 LCD 패널을 포함하고, 상기 디스플레이 모듈과 상기 기준전위층 사이에 백라이트 유닛이 구비될 수 있다.

또한, 상기 디스플레이 모듈은 OLED 패널을 포함할 수 있다.

한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 압력 전극 형성 방법은, 상부 글라스층 및 하부 글라스층; 상기 상부 글라스층과 상기 하부 글라스층 사이에 액정층 또는 유기물층을 구비하는 디스플레이 모듈에 압력 전극을 형성하는 방법으로서, 상기 압력 전극 형성 방법은, 상기 하부 글라스층의 하부면에 압력 전극을 형성하는 단계; 상기 형성된 압력 전극에 절연층을 형성하는 단계; 상기 압력 전극과 상기 절연층이 형성된 상기 하부 글라스층에 대해 보호층을 형성한 뒤, 상기 하부 글라스층을 반전시키는 단계; 반전된 상기 하부 글라스층의 상부면에 액정층 또는 유기물층을 형성하는 단계; 및 상기 액정층 또는 유기물층의 상부에 상부 글라스층을 형성하는 단계;를 포함한다.

그리고, 상기 압력 전극을 형성하는 단계는, 포토리소그래피(photolithography), 에칭 레지스트(etching resist) 또는 에칭 페이스트(etching paste)를 이용한 식각 공정 중 어느 하나를 이용하여, 상기 압력 전극을 형성할 수 있다.

또한, 상기 압력 전극은, 소정 거리 이격된 기준전위층과의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량을 검출하기 위한 전극일 수 있다.

그리고, 상기 압력 전극은 구동전극 및 수신전극을 포함하고, 상기 기준전위층과의 거리 변화에 따른 상기 수동전극과 상기 수신전극 사이의 상호 정전용량 변화량을 검출할 수 있다.

또한, 상기 압력 전극은, 상기 기준전위층과의 거리 변화에 따른 자기 정전용량 변화량을 검출할 수 있다.

상기 구성에 따른 터치 압력 전극이 형성된 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치 및 압력 전극 형성 방법에 의하면, 더욱 얇은 두께를 가지면서, 제조비용까지 줄일 수 있게 된다. 또한, 디스플레이 모듈의 시인성(visibility) 및 빛 투과율을 저하시키지 않고, 터치 위치와 터치 압력을 검출할 수 있게 된다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 패널 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2e는, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치에서, 다양한 디스플레이 모듈에 대한 터치 센서 패널의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 상호 정전용량(mutual capacitance) 변화량을 검출하여 터치 압력 검출을 수행하는 방식과 구조를 도시한다.
도 4, 도 5a 및 도 5b는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 자기 정전용량(self capacitance) 변화량을 검출하여 터치 압력 검출을 수행하는 방식과 구조를 도시한다.
도 6a 및 도 6b는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 다양한 디스플레이 모듈(200)에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)의 실시예를 나타내는 단면도이다.
도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 디스플레이 모듈의 하부면에 압력 전극을 형성하는 공정을 나타내는 도면이다.

본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.

첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 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 본 발명의 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, 본 발명의 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.

본 발명에 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, 본 발명에 따른 디스플레이 모듈을 포함하는 압력 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 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 압력 검출 모듈(400)을 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치 및/또는 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 센서 패널(100) 및 압력 검출 모듈(400)이 적용될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서 패널(100)의 동작을 위해 상기 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(120), 및 터치 센서 패널(100)의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 및 터치 위치를 검출하는 감지부(110)를 포함할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 터치 센서 패널(100)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.

도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에서 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 동일한 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 절연막(미도시)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 또한, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 하나의 절연막(미도시)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 또는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)은 제1절연막(미도시)의 일면에 그리고 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 상기 제1절연막과 다른 제2절연막(미도시)의 일면상에 형성될 수 있다.

복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극 (RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, 산화주석(SnO₂) 및 산화인듐(In₂O₃) 등으로 이루어지는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다. 예컨대, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 은잉크(silver ink), 구리(copper) 또는 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 메탈 메쉬(metal mech)로 구현되거나 은나노(nano silver) 물질로 구성될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 구동부(120)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.

감지부(110)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 패널(100)을 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.

예를 들어, 감지부(110)는 각각의 수신전극(RX1 내지 RXm)과 스위치를 통해 연결된 수신기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위치는 해당 수신전극(RX)의 신호를 감지하는 시간구간에 온(on)되어서 수신전극(RX)으로부터 감지신호가 수신기에서 감지될 수 있도록 한다. 수신기는 증폭기(미도시) 및 증폭기의 부(-)입력단과 증폭기의 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 증폭기의 정(+)입력단은 그라운드(ground)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(110)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 패널(100)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(110)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.

제어부(130)는 구동부(120)와 감지부(110)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(200)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(110)에 전달하여 감지부(110)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.

도 1에서 구동부(120) 및 감지부(110)는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미표시)를 구성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 센서 패널(100)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서 패널(100)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 IC(미도시)에 포함된 구동부(120) 및 감지부(110)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 제1인쇄 회로 기판(이하에서, 제1PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC(150)는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(C)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도 1에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(110)에서 감지하여 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서 패널(100)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.

보다 구체적으로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.

이상에서 터치 센서 패널(100)로서 상호 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 패널(100)은 전술한 방법 이외의 자기 정전용량 방식, 표면 정전용량 방식, 프로젝티드(projected) 정전용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식(SAW: surface acoustic wave), 적외선(infrared) 방식, 광학적 이미징 방식(optical imaging), 분산 신호 방식(dispersive signal technology) 및 음성 펄스 인식(acoustic pulse recognition) 방식 등 임의의 터치 센싱 방식을 이용하여 구현될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이 패널에 표시된 화면을 시각적으로 확인하면서 터치 표면에 터치를 수행하여 입력 행위를 수행할 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200)은 터치 입력 장치(100)의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 입력을 받아 디스플레이 패널에 원하는 내용을 디스플레이하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 제2인쇄 회로 기판(이하 '제2PCB'로 지칭)에 실장될 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200)의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.

도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈에 대한 터치 센서 패널의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.

먼저, 도 2a 내지 도 2c를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 설명하기로 한다.

본원 명세서에서 도면부호 200은 디스플레이 모듈을 지칭하나, 도 2a 내지 도 2e 및 이에 대한 설명에서 도면부호 200은 디스플레이 모듈뿐 아니라 디스플레이 패널을 지칭할 수 있다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, LCD 패널은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정 층(250), 액정 층(250)의 양단에 전극을 포함하는 제1글라스층(261)과 제2글라스층(262), 그리고 상기 액정 층(250)과 대향하는 방향으로서 상기 제1글라스층(261)의 일면에 제1편광층(271) 및 상기 제2글라스층(262)의 일면에 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 이때, 제1글라스층(261)은 컬러필터 글라스(color filter glass)일 수 있고, 제2글라스층(262)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다.

당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.

도 2a는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치된 것을 도시한다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널(100)의 표면일 수 있다. 도 2a에서 터치 표면이 될 수 있는 터치 센서 패널(100)의 면은 터치 센서 패널(100)의 상부면이 될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면이 될 수 있다. 도 2a에서 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 외면은 디스플레이 모듈(200)의 제2편광층(272)의 하부면이 될 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200)을 보호하기 위해서 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.

도 2b 및 2c는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(200)의 내부에 배치된 것을 도시한다. 이때, 도 2b에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 제1글라스층(261)과 제1편광층(271) 사이에 배치되어 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도 2b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도 2c에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 액정 층(250)에 포함되어 구현되는 경우를 예시한다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도 2c에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도 2b 및 도 2c에서, 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 상부면 또는 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.

이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치의 여부 및/또는 터치의 위치를 검출하는 것을 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)을 이용하여 터치의 여부 및/또는 위치와 함께 터치의 압력의 크기를 검출할 수 있다. 또한, 터치 센서 패널(100)과 별개로 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈을 더 포함하여 터치의 압력 크기를 검출하는 것도 가능하다.

다음으로, 도 2d 및 도 2e를 참조하면서, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 설명하기로 한다. 도 2d는, 터치 센서 패널(100)은 편광층(282)과 제1글라스층(281) 사이에 위치하고, 도 2e는 터치 센서 패널(100)이 유기물층(280)과 제2글라스층(283) 사이에 위치한다. 여기서, 제1글라스층(281)은 인캡슐레이션 글라스(Encapsulation glass)로 이루어질 수 있고, 제2글라스층(283)은 TFT 글라스(TFT glass)로 이루어질 수 있다. 터치 센싱에 대해서는 위에서 상술했기 때문에, 그 외의 구성에 대해서만 간략한 설명을 이루기로 한다.

OLED 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 방출되면서 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 스캐닝시간(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.

도 2d 및 도 2e에 도시된 바와 같이, 기본적으로 OLED(특히, AM-OLED) 패널은 편광층(282), 제1글라스층(281), 유기물층(280) 및 제2글라스층(283)을 포함한다. 여기서, 제1글라스층(281)은 인캡슐레이션 글라스(Encapsulation glass)이고, 제2글라스층(283)은 TFT 글라스일 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.

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.

위에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 의한 터치 위치 검출에 대해 설명했지만, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)을 이용하여 터치의 여부 및/또는 위치와 함께 터치의 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 또한, 터치 센서 패널(100)과 별개로 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈을 더 포함하여 터치의 압력 크기를 검출하는 것도 가능하다. 이하에서는 압력 검출 모듈을 이용한 터치 압력 검출에 대해 상세한 설명을 이어가기로 한다.

본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)는 상술한 터치 센서 패널(100)을 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 압력 검출 모듈(400)을 배치하여 터치 압력을 검출할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 압력 검출 모듈(400)에 의한 터치 압력 검출과 그 구조에 대해 설명하기로 한다.

도 3a 및 도 3b는 상호 정전용량(mutual capacitance) 변화량을 검출하여 터치 압력 검출을 수행하는 방식과 구조를 도시한다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 압력 검출 모듈(400)은 예컨대 에어갭(air-gap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하지만, 다른 실시예에서는 스페이서층(420)이 충격흡수물질로 이루어지거나 유전물질(dielectric material)로 채워질 수 있다.

압력 검출 모듈(400)은 스페이서층(420) 내에 위치하는 압력 전극(450,460)을 포함할 수 있다. 여기서, 압력 전극(450,460)은 다양한 방식으로 디스플레이 모듈(200)의 하부에 형성될 수 있다. 이와 관련해서는, 아래에서 더욱 상세하게 설명하기로 한다. 압력 전극(450,460)은 디스플레이 패널의 후면에 포함되므로, 투명 물질과 불투명 물질 어느 것을 이용해도 무방하다.

스페이서층(420)을 유지하기 위해, 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 두께를 갖는 접착 테이프(440)가 형성될 수 있다. 접착 테이프(440)는 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 사각형의 4개의 변)에 형성될 수 있지만, 그 일부에만 형성될 수도 있다. 예를 들어, 접착 테이프(440)는 기판(300)의 상부면 또는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착될 수도 있다. 접착 테이프(440)는 기판(300)과 디스플레이 모듈(200)을 동일한 전위로 만들기 위해서 전도성 테이프일 수 있다. 또한, 접착 테이프(440)는 양면 접착 테이프일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 접착 테이프(440)는 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로 접착 테이프(440)가 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 물론, 본 발명은 스페이서층(420)을 유지하기 위한 수단으로 접착 테이프(440)에 한정되는 것은 아니고, 다른 실시예에서는, 접착 테이프(440) 이외의 다양한 수단이 이용될 수 있을 것이다.

도 3a 및 도 3b에 도시된 바와 같이, 압력 검출을 위한 압력 전극은 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함한다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 구동전극일 수 있고 나머지 하나는 수신전극일 수 있다. 구동전극에 구동신호를 인가하고 수신전극을 통해 감지신호를 획득할 수 있다. 전압이 인가되면, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.

도 3b는 객체(U)에 의해 압력이 인가되었을 때 압력 검출 모듈(400)의 단면도이다. 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(U)를 통해 터치 센서 패널(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 터치 센서 패널(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어질 수 있다.

이에 따라 그라운드 전위를 가지는 기준전위층과 압력 전극 패턴(450, 460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이때, 거리 감소에 따라 디스플레이 모듈(200)의 하부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(100)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어질 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 터치의 위치에서 가장 큰 변형을 나타내도록 휘어질 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈(200)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다.

이때, 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다. 따라서, 기판(300)과 압력 전극(450, 460)이 단락(short circuit)되는 것을 방지하기 위해서 압력 전극(450, 460)은 절연층 상에 형성될 수도 있을 것이다.

도 4, 5a 및 5b는 자기 정전용량(self capacitance) 변화량을 검출하여 터치 압력 검출을 수행하는 방식과 구조를 도시한다.

자기 정전용량 변화량을 검출하기 위한 압력 검출 모듈(400)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성된 압력 전극(455)을 이용한다. 압력 전극(455)에 구동 신호가 인가되면, 자기 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여, 터치 압력을 검출한다.

구동부(20)는 압력 전극(455)에 구동신호를 인가하고, 감지부(30)는 압력 전극(455)을 통해 압력 전극(455)과 기준전위를 가지는 기준전위층(300)(예를 들어, 기판) 사이의 정전용량을 측정함으로써 터치 압력 여부 및 크기를 검출할 수 있다.

구동부(20)는 예컨대 클록 생성기(미도시) 및 버퍼(buffer)를 포함하여 펄스 형태로 구동신호를 생성하여 압력 전극(455)에 인가할 수 있다. 다만, 이는 예시일 뿐이며 다양한 소자를 통해 구동부를 구현할 수 있고, 구동신호의 형태도 다양하게 변형될 수 있다.

구동부(20)와 감지부(30)는 집적회로(Integrated Circuit)로 구현될 수 있으며, 하나의 칩(chip) 상에 형성될 수 있다. 구동부(20)와 감지부(30)는 압력 검출기를 구성할 수 있다.

압력 전극(455)은 기준전위층(300)과의 사이에서 정전용량 변화량의 검출이 용이하도록 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이에 마주하는 면이 크도록 형성될 수 있다. 예컨대, 압력 전극(455)은 판형상의 패턴으로 형성될 수 있다.

자기 정전용량 방식의 터치 압력 검출과 관련하여, 여기서는 하나의 압력 전극(455)을 예로 들어 설명하지만, 복수 개의 전극을 포함하고, 복수 개의 채널을 구성함으로써, 다중터치(multi touch)에 따라 다중의 압력 크기 검출기 가능하도록 구성될 수 있음은 물론이다.

압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이의 거리 변화에 따라 압력 전극(455)과 기준전위층 사이의 정전용량이 변하게 되며, 이러한 정전용량 변화에 대한 정보를 감지부(30)에서 감지하도록 함으로써 터치 압력을 검출하게 된다.

도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)과 압력 검출 모듈(400)의 단면을 나타낸다.

도 3a 및 도 3b와 마찬가지로, 압력 전극(455)은 기준전위층(300)과 소정의 이격 거리(d)를 두고 배치될 수 있다. 이때, 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이에는, 객체(U)에 의해 인가된 압력에 따라 형태의 변형이 가능한(deformable) 물질이 배치될 수 있다. 예컨대, 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이에 배치된 형태 변형이 가능한 물질은, 공기(air), 유전체, 탄성체 및/또는 충격흡수물질일 수 있다.

객체(U)가 터치 표면을 형성하는 구성(여기서는, 디스플레이 모듈(200)의 상부면 또는 터치 센서 패널(100)의 상면)의 터치 표면을 누르면, 인가된 압력에 의해 압력 전극(455)과 기준전위층(300)이 서로 가까워지게 되고, 양자 사이의 이격 거리(d)가 감소한다.

도 4b는 객체(U)에 의해 압력이 인가되어, 디스플레이 모듈(200)과 압력 검출 모듈(400)이 아래 방향으로 휘어진 상태를 도시한다. 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이의 거리가 d에서 d'로 가까워짐에 정전용량 변화량이 생긴다. 구체적으로, 압력 전극(455)과 기준전위층(300) 사이에 생성되는 자기 정전용량 값이 증가하게 된다. 이렇게 생성된 자기 정전용량 변화량은, 위에서 설명한 바와 같이, 감지부(30)에 의하여 측정되며, 이를 통해 터치 압력 여부 및 그 크기를 판단할 수 있게 된다.

정전용량 변화량을 감지하기 위한 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성될 수 있다. 도 6a 및 도 6b는 다양한 디스플레이 모듈(200)에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)의 실시예를 나타내는 단면도이다.

먼저, 도 6a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)을 도시한다. 이때, 상호 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는 구동전극(450)과 수신전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면(더욱 상세하게는, 제2글라스층(262)의 하면)에 형성되고, 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는 압력 전극(455)이 디스플레이 모듈의 하부면(더욱 상세하게는, 제2글라스층(262)의 하면)에 형성된다.

도 6a에는 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치가 생략됐지만, 도 2a 내지 도 2c의 실시예를 적용할 수 있을 것이다. 간략히 설명하면, 터치 센서 패널(100)은 도 2a와 같이 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치될 수 있다. 또한, 도 2b나 2c와 같이 디스플레이 패널(200)의 내부에 배치되되, 제1글라스층(261)과 제1편광층(271) 사이에 배치되거나, 액정층(250) 내에 포함될 수 있다.

도 6a의 실시예에서, 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 압력 전극(450,460 또는 455)은 제2글라스층(262)의 하부면에 형성될 수 있다. 이때, 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 공정을 이용하여 패턴이 형성될 수 있다. 이와 관련해서는, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면서 후술하기로 한다.

한편, LCD 패널에는 백라이트 유닛(back light unit)(275)이 더 구비되는데, 도 6a에서는 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된 제2글라스층(262)의 하부에 백라이트 유닛(275)이 구비될 수 있지만, 이는 일 실시예에 불과하고, 다양한 방법으로 백라이트 유닛(275)을 구성시킬 수 있다.

또한, 정전용량 변화량에 기초한 터치 압력 검출에 이용되는 기준전위층(300)은, 압력 전극(450,460 또는 455)과 소정 거리 이격하여 형성될 수 있다.

다음으로, 도 6b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)을 도시한다. 이때, 상호 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는 구동전극(450)과 수신전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면(더욱 상세하게는, 제2글라스층(262)의 하면)에 형성되고, 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는 압력 전극(455)이 디스플레이 모듈의 하부면(더욱 상세하게는, 제2글라스층(262)의 하면)에 형성된다.

도 6b에는 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치가 생략됐지만, 도 2d 및 도 2e의 실시예를 적용할 수 있을 것이다. 간략히 설명하면, 터치 센서 패널(100)은 도 2d 및 도 2e와 같이 디스플레이 패널(200)의 내부에 배치되되, 제1글라스층(281)과 제1편광층(282) 사이에 배치되거나, 유기물층(280)과 제2글라스층(283) 사이에 포함될 수 있다.

도 6b의 실시예에서, 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성될 수 있다. 더욱 구체적으로, 압력 전극(450,460 또는 455)은 제2글라스층(262)의 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력 전극(450,460 또는 455)은 디스플레이 공정을 이용하여 패턴이 형성될 수 있다. 이와 관련해서는, 도 7a 내지 도 7d를 참조하면서 후술하기로 한다.

한편, OLED 패널은 백라이트 유닛(back light unit)을 필요로 하지 않기 때문에, 기준전위층(300)만 압력 전극(450,460 또는 455)과 소정 거리 이격하여 형성될 수 있다.

이하에서는, 제2글라스층(283)의 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 디스플레이 공정에 대해 설명하기로 한다. 도 7a 내지 도 7d는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 있어서, 디스플레이 모듈의 하부면에 압력 전극을 형성하는 공정을 나타낸다.

먼저, 도 7a에 도시된 바와 같이, 제2글라스층(283)를 반전시키고, 그 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시킨다. 압력 전극(450,460 또는 455)을 형성시키는 방법은 다양하며, 몇 가지 방법에 대해 기술하기로 한다.

첫 번째로, 포토리소그래피(photolithography)에 의한 전극 형성 방법이 있다. 먼저, 제2글라스층(283)를 반전시킨다. 이때, 제2글라스층(283)에 초순수(De-Ionized water)를 이용하여 표면에 묻어 있는 불순물을 제거하는 세정 공정이 사전에 이루어질 수 있다. 이후, 압력 전극(450,460 또는 455)으로 이용 가능한 메탈을, 물리적 증착(physical vapor deposition) 또는 화학적 증착(chemical vapor deposition)을 통해 제2글라스층(283)의 하면에 증착시킨다. 상기 메탈은, Al,Mo,AlNd,MoTi,ITO 등의 금속일 수 있다. 그 다음, 스핀코팅(spin coating), 슬릿다이 코팅(slit die coating), 스크린 인쇄(screen printing), DFR(dry film resist) 라미네이팅 등의 공정을 이용하여 포토레지스트(photo resist)를 제2글라스층(283)의 하면에 코팅시킨다. 포토레지스트가 도포된 제2글라스층(283)의 하면에 마스크(mask)상의 패턴을 자외선(UV)을 이용하여, 상기 포토레지스트를 노광시킨다. 이때, 이용되는 포토레지스트가 포지티브 포토레지스트(positive PR)라면 빛이 노출된 부분이 화학적인 분해로 인해 노광후 현상액에 씻겨나가게 되며, 네거티브 포토레지스트(negative PR)라면 빛이 노출된 부분이 화학적으로 결합해 노광 후 빛이 노출되지 않은 부분이 현상액에 씻겨나가게 된다. 노광된 패턴을 현상액(developer)을 이용해 현상하고, 노광된 부위의 포토레지스트를 제거한다. 이때, 현상액으로 아황산나트륨, 탄산나트륨 등의 알칼리를 혼합한 수용액을 이용할 수 있다. 다음 단계로, 염화물 혼합기체, 불산, 초산 등으로 압력 전극(450,460 또는 455) 막의 패턴 부위를 녹여 회로를 형성한 뒤, 식각(etching) 공정을 통해, 패턴을 형성한 뒤, 제2글라스층(283)의 표면에 잔류하는 포토레지스트를 제거한다. 마지막으로, 다시 초순수를 이용하여 제2글라스층(283) 표면에 존재하는 불순물을 제거하는 것으로, 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된다. 이 방법은, 패턴의 선이 깨끗하고, 미세 패턴을 구현할 수 있다는 장점이 있다.

두 번째로, 에칭 레지스트(etching resist)를 이용한 전극 형성 방법이 있다. 에칭 레지스트는 부분적으로 에칭을 방지할 목적으로 도포된 피막 또는 그 재료를 말하며, 유기물, 무기물, 금속 등이 이용될 수 있다. 먼저, 제2글라스층(283)에 대해 초순수를 이용해 표면의 불순물을 제거한다. 이후, 압력 전극(450,460 또는 455)으로 이용 가능한 메탈을, 물리적 증착 또는 화학적 증착을 이용해 제2글라스층(283)의 하면에 증착시킨다. 상기 메탈은, Al,Mo,AlNd,MoTi,ITO 등의 금속일 수 있다. 그리고, 스크린 인쇄(screen printing), 그라비아 코팅(gravure coating), 잉크젯 코팅(inkjet coating) 등을 이용하여 제2글라스층(283) 위에 에칭 레지스트를 코팅한다. 에칭 레지스트가 코팅되면 건조 공정을 거쳐 식각 단계로 넘어간다. 즉, 염화물 혼합기체, 불산, 초산 등의 에칭액으로 제2글라스층(283)의 하면에 증착된 압력 전극(450,460 또는 455)의 패턴 부위를 녹여 회로를 형성시킨다. 이후, 제2글라스층(283)의 표면에 잔류하고 있는 에칭 레지스트를 제거한다. 이 방법은, 고가의 노광기가 필요없기 때문에, 상대적으로 저렴하게 전극을 형성할 수 있다.

세 번째로, 에칭 페이스트(etching paste)를 이용한 전극 형성 방법이 있다. 제2글라스층(283)의 하면에 메탈이 증착되면, 스크린 인쇄(screen printing), 그라비아 코팅(gravure coating), 잉크젯 코팅(inkjet coating) 등을 이용하여 제2글라스층(283) 위에 에칭 페이스트를 코팅한다. 이후, 에칭 페이스트의 식각률을 높이기 위해, 80∼120℃의 고온에서 약 5∼10분간 가열시킨다. 그 다음 세정공정을 거치면, 제2글라스층(283)의 하면에 압력 전극(250,260 또는 255)이 형성된다. 다만, 이와 달리, 가열 공정을 거친 뒤, 에칭 페이스트를 완전히 건조시키는 공정을 더 포함해도 무방하다. 세 번째 방법은 공정이 단순하고 재료비를 절감할 수 있다는 장점이 있다. 또한, 건조 공정을 더 포함하는 경우, 미세한 패턴을 형성할 수 있다는 장점이 있다.

상기 방법에 의해, 제2글라스층(283)의 하면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성되면, 절연층(insulator)(900)을 형성시킨다. 이는, 제2글라스층(283)의 하면에 형성된 압력 전극(450,460 또는 455)을 보호하는 기능을 가진다. 절연층의 형성도 위에서 언급한 방법에 의해 이루어질 수 있다. 간략히 설명하면, 물리적 또는 화학적 증착 공정을 통해 압력 전극(450,460 또는 455) 상에 절연체를 증착시키고, 포토레지스트를 코팅한 후 건조하여, 노광 공정을 거친 뒤 식각한다. 마지막으로, 잔류하는 포토레지스트를 제거하는 포토레지스트 스트립 공정을 통해 전극 패턴을 완성한다. 여기서, 절연체는 SiNx, SiOx 등의 재료를 이용할 수 있다.

그 다음, 공정 중 압력 전극(450,460,455)의 패턴을 보호하기 위해, 보호층(910)을 형성하는데, 보호층(910)의 형성은 코팅이나 부착을 통해 이루어질 수 있다. 이때, 보호층(910)은, 낮은 경도를 가지는 TFT 등의 요소를 보호하기 위하여, 각 층을 보호할 수 있는 경도가 높은 재료인 것이 바람직하다. 도 7b는 보호층(910)을 형성한 후, 제2글라스층(283)를 원위치로 반전시킨 상태를 도시한다.

도 7c의 과정에서는 제2글라스층(283)의 상부면에 적층되는 디스플레이 모듈(200)의 구성이 형성된다. 도 7c에서는 OLED 패널을 포함하는 디스플레이 모듈(200)을 상정하여 도시되었기 때문에, TFT 레이어(920)가 형성되는 것으로 도시되었다. TFT 레이어(920)에는, OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)에 포함되는 기본적인 구성들이 포함된다. 즉, OLED 패널과 관련하여 위에서 설명한 바 있는, 캐소드, 유기물층 및 애노드의 구성을 비롯하여, TFT 전극을 포함할 수 있고, 이들을 적층시키기 위한 각종 요소(예: OC(over coat), PAS(passivation), ILD(inter-layer dielectric), GI(gate insulator), LS(light shield) 등)가 형성될 수 있다. 이는, 다양한 OLED 패널 형성 공정에 의해서 이루어질 수 있다.

이와 달리, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)이라면, 액정층을 포함한 각종 요소들이 도 7c의 TFT 레이어(920)를 대체할 수 있을 것이다.

마지막으로, 도 7d와 같이 TFT 레이어(920) 위에 제1글라스층(281)을 형성시키고, 도 7b에서 형성시킨 보호층(910)을 화학적 혹은 물리적으로 제거하면, 하부면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된 디스플레이 모듈(200)이 제조된다.

위에서는, 도 7a 내지 7d를 참조하면서, 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성된 디스플레이 모듈(200)의 제조 공정에 대해 설명했지만, 그 순서가 달라져도 무방하고, 그 중 어느 하나의 과정이 생략될 수도 있다. 즉, 도 7a 내지 도 7d의 단계가 가장 최적의 공정 순서일 수 있지만, 본 발명의 권리범위가 그 순서에 한정되지는 않을 것이다.

위의 방법으로, LCD 패널 혹은 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 압력 전극(450,460 또는 455)이 형성되면, 터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치(1000)의 두께를 더욱 얇게 할 수 있고, 제조 비용도 낮출 수 있는 효과를 도모하게 된다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

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.

100‥‥‥‥‥‥‥‥‥터치 센서 패널
200‥‥‥‥‥‥‥‥‥디스플레이 모듈
300‥‥‥‥‥‥‥‥‥기준전위층 또는 기판
400‥‥‥‥‥‥‥‥‥압력 검출 모듈

Claims (8)

1. 터치 위치와 터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서,
   디스플레이 모듈;
   상기 디스플레이 모듈의 하면에 직접 증착되는 압력 전극;
   상기 디스플레이 모듈 하부에 배치되는 기판;
   상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치되는 스페이서층; 및
   상기 디스플레이 모듈의 상부 또는 내부에 구비되며, 상기 터치 위치를 검지하기 위한 구동전극 및 수신전극을 포함하는 터치 센서 패널;을 포함하며,
   상기 압력 전극을 통해 획득되는 감지신호로부터 상기 터치 압력의 크기를 검출하고,
   상기 스페이서층은 상기 기판의 테두리에만 형성된 비탄성물질에 의해서 유지되는,
   터치 입력 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 압력 전극은 압력 구동전극 및 압력 수신전극을 포함하고,
   상기 감지신호는, 상기 압력 전극 및 상기 압력 전극과 소정 거리 이격하여 형성된 기준전위층 사이의 거리변화에 따른, 상기 압력 구동전극과 상기 압력 수신전극 사이의 상호 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는, 터치 입력 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 감지신호는, 상기 압력 전극 및 상기 압력 전극과 소정 거리 이격하여 형성된 기준전위층 사이의 거리변화에 따른, 상기 압력 전극의 자기 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는, 터치 입력 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 모듈은, 상부 글라스층 및 하부 글라스층을 포함하고,
   상기 상부 글라스층과 상기 하부 글라스층 사이에 액정층 또는 유기물층이 구비되며,
   상기 압력 전극은 상기 하부 글라스층의 하부면에 증착되는, 터치 입력 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 디스플레이 모듈은,
   상기 압력 전극이 상기 하부 글라스층에 증착된 뒤, 상기 액정층 또는 유기물층과, 상기 상부 글라스층이 형성되는, 터치 입력 장치.
6. 삭제
7. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 모듈은 LCD 패널을 포함하고,
   상기 디스플레이 모듈과 기준전위층 사이에 백라이트 유닛이 구비된, 터치 입력 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 모듈은 OLED 패널을 포함하는, 터치 입력 장치.

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