KR102245680B1 - 디스플레이 노이즈 보상이 적용된 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치 - Google Patents

디스플레이 노이즈 보상이 적용된 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치 Download PDF

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Abstract

실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 하부에 배치되는 기판; 및 압력 감지부; 를 포함하고, 상기 압력 감지부는 압력 센서 및 기준 압력 센서를 포함하고, 상기 터치 표면에 압력이 인가되면 상기 디스플레이 패널이 휘어지고, 상기 디스플레이 패널이 휘어짐에 따라 상기 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성이 변화하고, 상기 기준 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 기준 전기적 특성과 상기 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 검출 전기적 특성의 차이에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산할 수 있다.

Description

디스플레이 노이즈 보상이 적용된 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치
본 발명은 압력 검출을 위한 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 위치를 검출하도록 구성된 터치 입력 장치에 적용되어 디스플레이 노이즈 보상이 적용된 압력을 검출할 수 있도록 하는 터치 입력 장치에 관한 것이다.
컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린의 이용이 증가하고 있다.
터치 스크린은, 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널과 터치 입력 수단인 터치 센서(touch sensor)를 포함하는 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서 패널은 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 사용자가 손가락 등으로 터치 스크린을 단순히 터치함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 컴퓨팅 시스템은 터치 스크린상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이때, 터치 스크린상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 정확한 터치의 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 디스플레이 노이즈 변화에 대한 보상이 적용된 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 하부에 배치되는 기판; 및 압력 감지부; 를 포함하고, 상기 압력 감지부는 압력 센서 및 기준 압력 센서를 포함하고, 상기 터치 표면에 압력이 인가되면 상기 디스플레이 패널이 휘어지고, 상기 디스플레이 패널이 휘어짐에 따라 상기 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성이 변화하고, 상기 기준 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 기준 전기적 특성과 상기 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 검출 전기적 특성의 차이에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산할 수 있다.
본 발명의 다른 실시형태에 따른 터치 입력 장치는, 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 하부에 배치되는 기판; 및 압력 감지부;를 포함하고, 상기 압력 감지부는 제1 압력센서 및 제2 압력센서를 포함하고, 상기 터치 표면에 압력이 인가되면 상기 디스플레이 패널이 휘어지고, 상기 디스플레이 패널이 휘어짐에 따라 상기 제1 압력센서 또는 상기 제2 압력센서에서 검출되는 전기적 특성이 변화하고, 상기 제1 압력센서와 상기 제2 압력센서 중 상기 압력 인가 위치로부터 상대적으로 먼 위치에 배치된 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 기준 전기적 특성과 상기 제1 압력센서와 상기 제2 압력센서 중 상기 압력 인가 위치로부터 상대적으로 가까운 위치에 배치된 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 검출 전기적 특성의 차이에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 디스플레이 노이즈 변화에 대한 보상이 적용된 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1a 및 도1b는 정전 용량 방식의 터치 센서 패널 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도2b 및 도2c는 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 예시하는 개념도이다.
도3a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 센서시트 형태의 예시적인 압력 감지부의 단면도이다.
도3b 및 도3h 내지 도3l는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 및 기준 압력 센서를 포함하는 센서시트 형태의 예시적인 압력 감지부의 평면도이다.
도3c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 및 기준 압력 센서를 포함하는 압력 감지부가 디스플레이 모듈의 하면에 직접 형성된 상태를 디스플레이 모듈의 하부에서 바라본 도면이다.
도3d 내지 도3g는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 및 기준 압력 센서를 포함하는 압력 감지부가 배치된 예시적인 터치 입력 장치의 단면도이다.
도3m는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부 및 기준 압력 감지부를 포함하는 예시적인 터치 입력 장치의 단면도이다.
도4a 내지 도4g는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 센서시트가 적용되는 제1예를 예시한다.
도5a 내지 도5i는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 센서시트가 적용되는 제2예를 예시한다.
도6a 내지 도6h는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 센서시트가 적용되는 제3예를 예시한다.
도7a 내지 도7e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출을 위한 센서시트에 포함된 압력 센서 패턴을 예시한다.
도8a 및 도8b는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트가 적용된 터치 입력 장치에서 터치 압력의 크기와 포화 면적 사이의 관계를 나타낸다.
도9는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 단면을 예시한다.
도10a 및 도10b는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 센서시트가 적용되는 제4예를 예시한다.
도11a 및 도11b는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 부착 방법을 예시한다.
도12a 내지 도12c는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트를 터치 센싱 회로에 연결하는 방법을 예시한다.
도13a 내지 도13d는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트가 복수의 채널을 포함하는 구성을 예시한다.
도14a 내지 도14c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부가 터치 입력 장치에 직접 형성되는 예를 예시한다.
도15a 내지 도15d는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트에 포함되는 제1센서 및 제2센서의 형태를 예시한다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출을 위한 압력 감지부 및 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서(10)를 예시하나 실시예에 따라 다른 방식으로 터치 위치를 검출하는 기법이 적용될 수 있다.
도1a은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 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.
도1a에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.
도15a 및 도15b에 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 절연막(미도시)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 구체적으로 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 후술하게 될 디스플레이 패널(200A)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도15c에 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)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. 구체적으로, 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: 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 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 도15d에 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.
도2a는 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 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 패널은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다.
도2b 및 도2c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
먼저, 도2b를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도2b에 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. 도2b에서 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, 도2c를 참조하여, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도2c에 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(Electron Injection Layer, 전자주입층), ETL(Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(Emission Material 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 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 도2b 및 도2c에서 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.
이상에서는 터치 입력 장치(1000)에 포함되는 디스플레이 모듈(200)에 대해서 살펴보았다. 이하에서는 터치 입력 장치(1000)에 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부를 적용하여 터치 압력을 검출하는 경우에 대해서 예를 들어 상세하게 살펴본다.
본 발명에 따른 압력 감지부는 센서시트의 형태로 구성되어, 디스플레이 모듈(200) 및 기판(300)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에 부착될 수 있다.
도3a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 센서시트 형태의 예시적인 압력 감지부의 단면도이다. 예컨대, 센서시트(440)는 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 센서층을 포함할 수 있다. 센서층은 제1센서(450) 및/또는 제2센서(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1절연층(470)과 제2절연층(471)은 폴리이미드(polyimide)와 같은 절연 물질일 수 있다. 센서층에 포함된 제1센서(450)과 제2센서(460)은 구리(copper)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 센서시트(440)의 제조 공정에 따라 센서층과 제2절연층(471) 사이는 OCA(Optically Clear adhesive)와 같은 접착제(미도시)로 접착될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)은, 제1절연층(470) 위에 압력 센서 패턴에 상응하는 관통 구멍을 갖는 마스크(mask)를 위치시킨 후 전도성 스프레이(spray)를 분사함으로써 형성될 수 있다.
도4a 내지 도4g는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 센서시트 형태의 압력 감지부가 적용되는 제1예를 예시한다.
본 발명의 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서가 형성된 커버층(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이가 OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 라미네이션되어 있을 수 있다. 이에 따라 터치 센서의 터치 표면을 통해 확인할 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 색상 선명도, 시인성 및 빛 투과성이 향상될 수 있다.
도4a 내지 도4g를 참조한 설명에서, 본 발명의 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)로서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200) 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하나, 본 발명의 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서)가 도2b 및 도2c 등에 도시된 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도4a 및 도4b에서 터치 센서(10)가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200)을 덮는 것이 도시되나, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하고 디스플레이 모듈(200)이 유리와 같은 커버층(100)으로 덮인 터치 입력 장치(1000)가 본 발명의 제1예로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 센서시트 형태의 압력 감지부가 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 센서시트 형태의 압력 감지부가 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 하우징(320)과 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간 (310) 등을 감싸는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판에는 메인보드(main board)로서 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등이 실장되어 있을 수 있다. 기판(300)을 통해 디스플레이 모듈(200)과 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 분리되고, 디스플레이 모듈(200)에서 발생하는 전기적 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 커버층(100)과 함께 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판을 감싸도록, 하우징(320)이 형성될 수 있다.
본 발명의 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)를 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 센서시트(440)를 배치하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
이하에서 센서시트(440)를 포함하는 압력 검출을 위한 구성을 총괄하여 압력 검출 모듈(400)로 지칭한다. 예컨대, 제1예에서 압력 검출 모듈(400)은 센서시트(440) 및/또는 스페이서층(420)을 포함할 수 있다.
압력 검출 모듈(400)은 예컨대, 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성되며, 이에 대해서는 도4b 내지 도4g를 참조하여 상세하게 살펴본다.
실시예에 따라 스페이서층(420)은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층(420)은 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.
도4b는 본 발명의 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 사시도이다. 도4b에 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, 센서시트(440)를 배치하기 위해서 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이를 이격시키는 스페이서층을 포함할 수 있다.
이하에서, 터치 센서(10)에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 압력 감지부에 포함되어 압력을 검출하기 위한 센서(450 및 460)을 압력 센서(450,460)으로 지칭한다. 이때, 압력 센서(450,460)은 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)은 ITO와 같은 투명한 물질로 구성될 수 있다.
이때, 센서시트(440)가 배치되는 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 두께를 갖는 프레임(330)이 형성될 수 있다. 이 때, 프레임(330)은 접착 테이프(미도시)로 커버층(100)에 접착될 일 수 있다. 도4b에서 프레임(330)은 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 프레임(330)은 기판(300)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 실시예에 따라, 프레임(330)은 기판(300)의 상부면에 기판(300)과 일체형으로 형성될 수도 있다. 본 발명의 실시예에서 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 커버층(100)을 통하여 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도4c는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도 4c 및 이하의 일부 도면에서 압력 센서(450, 460)이 센서시트(440)와 분리되어 도시되나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것이며 압력 센서(450, 460)은 센서시트(440)에 포함되어 구성될 수 있다. 도4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)는 스페이서층(420) 내로서 기판(300)상에 배치될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 센서는 제1센서(450)과 제2센서(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1센서(450)과 제2센서(460) 중 어느 하나는 구동센서일 수 있고 나머지 하나는 수신센서일 수 있다. 구동센서에 구동신호를 인가하고 수신센서을 통해 압력이 인가됨에 따라 변하는 전기적 특성에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 획득할 수 있다. 전압이 인가되면, 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도4d는 도4c에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 디스플레이 모듈(200)의 하부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신센서을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도4d에서는 디스플레이 모듈(200)의 하부면이 그라운드 전위, 즉 기준전위층인 경우에 대하여 설명하였지만, 기준전위층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수 있다. 이 때, 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된 기준전위층과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 수신센서을 통해 획득되는 감지신호에서 정전용량 변화량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 센서시트(440)가 적용되는 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 터치에 따라 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈(200)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다.
이때, 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다. 도9는 본 발명의 실시예에 따른 센서시트의 단면을 예시한다. 도9의 (a)를 참조하여 설명하면, 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 이때, 센서시트(440)에서 압력 센서(450, 460)은 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 위치하므로, 압력 센서(450, 460)이 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 단락되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)의 종류 및/또는 구현 방식에 따라, 압력 센서(450, 460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 절연층(470) 사이에 그라운드 전극(ground electrode: 미도시)을 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 그라운드 전극과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 또 다른 절연층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 그라운드 전극(미도시)은 압력 센서인 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이에 생성되는 정전용량의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
도4e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성되는 경우를 예시한다. 이때, 기판(300)은 그라운드 전위를 가질 수 있다. 따라서, 커버층(100)의 터치 표면을 터치함에 따라 기판(300)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리(d)가 감소하고, 결과적으로 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 야기할 수 있다.
도7은 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출을 위한 압력 감지부에 포함된 압력 센서의 패턴을 예시한다. 도7a 내지 도7c에서는 압력 감지부(440)에 포함되는 제1센서(450)과 제2센서(460)의 패턴을 예시한다. 도7a 내지 도7c에 예시된 압력 센서의 패턴을 갖는 압력 감지부(440)는 기판(300) 상부 또는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 정전용량은 제1센서(450) 및 제2센서(460)이 포함된 센서층과 기준전위층(디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다.
제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량이 변화함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 때, 검출 정확도를 높이기 위해서 필요한 정전용량 범위를 생성하도록 제1센서(450)과 제2센서(460)의 패턴을 형성할 필요가 있다. 제1센서(450)과 제2센서(460)이 서로 마주하는 면적이 크거나 길이가 길수록 생성되는 정전용량의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 필요한 정전용량 범위에 따라 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 마주하는 면적의 크기, 길이 및 형상 등을 조절하여 설계할 수 있다. 도7b 및 도7c에는, 제1센서(450)과 제2센서(460)이 동일한 층에 형성되는 경우로서 제1센서(450)과 제2센서(460)이 서로 마주하는 길이가 상대적으로 길도록 압력 센서가 형성된 경우를 예시한다.
이와 같이 제1센서(450)과 제2센서(460)은 동일한 층에 형성된 형태에 있어서, 도9의 (a)에 도시된 제1센서(450)과 제2센서(460) 각각은 도15a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 센서로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 제1센서(450)은 제1축 방향으로 서로 이어진 형태이고, 복수의 제2센서(460)은 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)과 제2센서(460)이 서로 절연된 형태일 수 있다. 또한, 이 때, 도9의 (a)에 도시된 제1센서(450)과 제2센서(460)은 도15b에 도시된 형태의 센서로 구성될 수 있다.
제1센서(450)과 제2센서(460)은 실시예에 따라 서로 다른 층에 구현되어 센서층을 구성하여도 무방하다. 도9의 (b)는 제1센서(450)과 제2센서(460)이 서로 다른 층에 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도9의 (b)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2센서(460)은 제1센서(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제2센서(460)은 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다. 즉, 센서시트(440)는 제1절연층(470) 내지 제3절연층(472), 제1센서(450) 및 제2센서(460)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제1센서(450)과 제2센서(460)은 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1센서(450)과 제2센서(460)은 도15c에 도시된 바와 같이, MXN의 구조로 배열된 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 패턴과 유사하게 형성될 수 있다. 이때, M 및 N은 1 이상의 자연수 일 수 있다. 또는, 도15a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 제1센서(450)과 제2센서(460)이 각각 다른 층에 위치할 수도 있다.
이상에서 터치 압력은 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것이 예시된다. 하지만, 센서시트(440)는 제1센서(450)과 제2센서(460) 중 어느 하나의 압력 센서만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 센서와 그라운드층(디스플레이 모듈(200), 기판(300), 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 기준전위층) 사이의 정전용량, 즉 자기 정전용량의 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이때, 구동신호는 상기 하나의 압력 센서에 인가되고, 압력 센서와 그라운드층 사이의 자기 정전용량 변화가 상기 압력 센서로부터 감지될 수 있다.
예컨대, 도4c에서 센서시트(440)에 포함되는 압력 센서는 제1센서(450)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 디스플레이 모듈(200)과 제1센서(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1센서(450)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 디스플레이 모듈(200)과 제1센서(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이는 도4e와 관련된 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다. 이때, 압력 센서는, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 도7d에 예시된 바와 같이 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 도15d에 도시된 바와 같이 복수의 제1센서(450)이 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수도 있다.
도9의 (c)는 센서시트(440)가 제1센서(450)만을 포함하여 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도9의 (c)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)을 포함하는 센서시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 배치될 수 있다.
도4f는 압력 센서(450, 460)이 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 센서시트는 제1센서(450)을 포함하는 제1센서센서시트(440-1)와 제2센서(460)을 포함하는 제2센서센서시트(440-2)로 구성될 수 있다. 이때, 제1센서(450)과 제2센서(460) 중 어느 하나는 기판(300) 상에 형성되고 나머지 하나는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 도4f에서는 제1센서(450)이 기판(300) 상에 형성되고 제2센서(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 형성된 것을 예시한다.
이 때, 도 4g에 도시된 바와 같이, 제1센서(450)은 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 직접 형성되고, 제2센서(460)은, 제2센서(460)이 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 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 증가할 수 있다. 따라서, 수신센서을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 증가량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이때, 제1센서(450) 및 제2센서(460)에 대한 패턴은 각각 도7d에 예시된 바와 같은 형상을 가질 수 있다. 즉, 도4f에서 제1센서(450)과 제2센서(460)은 서로 다른 층에 형성되므로, 제1센서(450) 및 제2센서(460)은 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 도15d에 도시된 바와 같이 복수의 센서이 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.도9의 (d)는 제1센서(450)을 포함하는 제1센서센서시트(440-1)가 기판(300) 상에 부착되고 제2센서(460)을 포함하는 제2센서센서시트(440-2)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 도9의 (d)에 예시된 바와 같이, 제1센서(450)을 포함하는 제1센서센서시트(440-1)은 기판(300) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2센서(460)을 포함하는 제2센서센서시트(440-2)는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치될 수 있다.
도9의 (a)와 관련하여 설명된 바와 마찬가지로, 압력 센서(450, 460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타내는 경우, 도9의 (a) 내지 도9의 (d)에서 센서시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과제1절연층(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.
도5a 내지 도5i는 터치 입력 장치에 본 발명의 실시예에 따른 센서시트가 적용되는 제2예를 예시한다. 본 발명의 제2예는 도4a 내지 도4g를 참조하여 설명된 제1예와 유사하며 이하에서는 그 차이점을 위주로 설명한다.
도5a는 제2예에 따라 센서시트(440)가 배치된 터치 입력 장치의 단면도이다.
본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서는 별도의 스페이서층 및/또는 기준전위층을 제작함이 없이 디스플레이 모듈(200) 내 또는 외부에 존재하는 에어갭(air gap) 및/또는 전위층을 사용하여 터치 압력을 검출할 수 있으며 이에 대해서는 도5b 내지 도5i를 참조하여 상세하게 살펴본다.
도5b는 본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 예시적인 단면도이다. 도5b에서는 디스플레이 모듈(200)로서 LCD 모듈을 예시한다. 도5b에 도시된 바와 같이, LCD 모듈인 디스플레이 모듈(200)은 LCD 패널인 디스플레이 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있다. LCD 패널은 그 자체가 발광하지 못하고 다만 빛을 차단 내지 투과를 시키는 기능을 수행한다. 따라서, LCD 패널의 하부에는 광원이 위치하여 LCD 패널에 빛을 비추어 화면에는 밝음과 어두움뿐 아니라 여러 가지 다양한 색상을 갖는 정보를 표현하게 된다. LCD 패널은 수동소자로서 자체 발광하지 못하므로, 후면에 균일한 휘도 분포를 갖는 광원이 요구된다. LCD 패널 및 백라이트 유닛의 구조 및 기능은 공지된 기술이며 이하에서 간단히 살펴본다.
LCD 패널을 위한 백라이트 유닛(200B)은 수개의 광학적 부품(optical part)을 포함할 수 있다. 도5b에서 백라이트 유닛(200B)은 광확산 및 광향상 시트(231), 도광판(232) 및 반사판(240)을 포함할 수 있다. 이때, 백라이트 유닛(200B)은 선광원(linear light source) 또는 점광원(point light source)등의 형태로서 도광판(232)의 후면 및/또는 측면에 배치된 광원(미도시)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 도광판(232)과 광확산 및 광향상 시트(231)의 가장 자리에 지지부(233)를 더 포함할 수 있다.
도광판(232: light guide plate)은 일반적으로 선광원 또는 점광원의 형태인 광원(미도시)으로부터 광들을 면광원 형태로 변환하여 LCD 패널로 향하게 하는 역할을 할 수 있다.
도광판(232)에서 방출되는 광의 일부가 LCD 패널의 반대면으로 방출되어 손실될 수 있다. 반사판(240)은 이러한 손실된 광을 도광판(232)으로 재입사 시킬 수 있도록 도광판(232) 하부에 위치하며 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있다.
광확산 및 광향상 시트(231)는 확산시트(diffuser sheet) 및/또는 프리즘 시트(prism sheet)를 포함할 수 있다. 확산시트는 도광판(232)으로부터 입사되는 광을 확산시키는 역할을 한다. 예컨대, 도광판(232)의 패턴(pattern)에 의하여 산란된 빛은 직접 눈으로 들어오기 때문에 도광판(232)의 패턴이 그대로 비치게 될 수 있다. 심지어 이러한 패턴은 LCD 패널을 장착한 후에도 확연하게 감지할 수 있으므로 확산시트는 이러한 도광판(232)의 패턴을 상쇄시키는 역할을 수행할 수 있다.
확산시트를 지나면 광 휘도는 급격히 떨어지게 된다. 따라서, 광을 다시 포커스(focus)시켜 광 휘도를 향상시키도록 프리즘 시트가 포함될 수 있다.
백라이트 유닛(200B)은 기술의 변화, 발전 및/또는 실시예에 따라 전술한 구성과 다른 구성을 포함할 수 있으며, 또한 전술한 구성 이외에 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 예컨대, 백라이트 유닛(200B)의 광학적 구성을 외부의 충격이나 이물 유입에 따른 오염 등으로부터 보호하기 위해서 보호 시트(protection sheet)를 프리즘 시트 상부에 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 광원으로부터의 광 손실을 최소화하기 위해서 실시예에 따라 램프 커버(lamp cover)를 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 백라이트 유닛(200B)의 주요 구성인 도광판(232), 광확산 및 광향상 시트(231) 및 램프(미도시) 등이 허용치수에 맞게 정확하게 형합이 가능하도록 하는 형태를 유지하게 해주는 프레임(frame)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 구성 각각은 2개 이상의 별개의 부분으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 프리즘 시트는 2개의 프리즘 시트로 구성될 수도 있다.
이때, 도광판(232)과 반사판(240) 사이에는 재1에어갭(220-2)이 존재하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 도광판(232)으로부터 반사판(240)으로의 손실광이 반사판(240)을 통해 다시 도광판(232)으로 재입사될 수 있다. 이때, 제1 에어갭(220-2)을 유지할 수 있도록 도광판(232)과 반사판(240) 사이로서 가장자리에는 디스플레이 모듈 프레임(221-2)이 포함될 수 있다.
또한, 실시예에 따라 백라이트 유닛(200B)는 LCD 패널과 제2에어갭(220-1)을 사이에 두고 위치할 수 있다. 이는 LCD 패널로부터의 충격이 백라이트 유닛(200B)으로 전달되는 것을 방지하기 위함이다. 이때, 제2 에어갭(220-1)을 유지할 수 있도록 백라이트 유닛(200B)과 LCD 패널 사이로서 가장자리에는 디스플레이 모듈 프레임(221-1)이 포함될 수 있다.
이 때, 디스플레이 모듈 프레임(221-1, 221-2)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로, 디스플레이 모듈 프레임(221-1, 221-2)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 LCD 패널과 광확산 및 광향상 시트(231)사이의 거리 또는 도광판(232)과 반사판(240) 사이의 거리가 변함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 자체적으로 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)과 같은 에어갭을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 광확산 및 광향상 시트(231)의 복수의 레이어들 사이에 에어갭이 포함될 수 있다. 이상에서는 LCD 모듈의 경우에 대해서 설명하였으나, 다른 디스플레이 모듈의 경우에도 구조 내에 에어갭을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 모듈(200) 하부에 커버(미도시)를 더 포함하여 구성될 수 있다. 커버는 반사판(240)을 외부 충격이나 이물 유입에 따른 오염 등으로부터 보호하기 위한 부재로 메탈(metal)로 구성될 수 있다. 이 경우, 본 발명의 실시예에 따른 기판(300)은 커버부재일 수 있으며, 기판(300)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 별도의 커버(미도시)가 배치될 수도 있다.
따라서, 본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 압력 검출을 위해 별도의 스페이서층을 제작함이 없이 디스플레이 모듈(200) 내 또는 외에 이미 존재하는 에어갭을 사용할 수 있다. 스페이서층으로 이용되는 에어갭은 도5b를 참조하여 설명되는 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)뿐 아니라 디스플레이 모듈(200) 내에 포함되는 임의의 에어갭일 수 있다. 또는 디스플레이 모듈(200) 외부에 포함되는 에어갭일 수 있다. 이와 같이, 압력을 검출할 수 있는 센서시트(440)를 터치 입력 장치(1000)에 삽입함으로써 비용을 절감하고 및/또는 공정을 간소화할 수 있다. 도5c에는 본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다. 도5c에서는 도4b에 도시된 제1예와 달리 프레임(330)의 높이가 디스플레이 모듈(200) 및 센서시트(440)의 두께와 유사하게 구성되어 터치 입력 장치(1000)에 압력 검출을 위한 별도의 스페이서층이 포함되지 않을 수 있다.
도5d는 제2예에 따른 터치 입력 장치의 단면도를 예시한다. 도5d에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이로서 기판(300)상에 형성될 수 있다. 도5d 내지 도5i에서 편의를 위해 압력 센서(450, 460)의 두께가 과장되어 두껍게 도시되나, 압력 센서(450, 460)은 시트(sheet) 형태로 구현될 수 있으므로 해당 두께는 매우 작을 수 있다. 마찬가지로, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 간격 또한 과장되어 넓게 도시되었으나, 이 둘 사이의 간격 또한 매우 작은 간격을 갖도록 구현될 수 있다. 도5d 및 도5e에서 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)가 기판(300) 상에 형성된 것을 나타내기 위해서 압력 센서(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이가 이격되도록 도시하였으나 이는 단지 설명을 위한 것이며 이들 사이는 이격되지 않도록 구현될 수도 있다.
이때, 도5d에서는 디스플레이 모듈(200)이 스페이서층(220), 디스플레이 모듈 프레임(221) 및 기준전위층(270)을 포함하는 것으로 도시된다.
스페이서층(220)은 도5b를 참조하여 설명된 바와 같이 디스플레이 모듈(200)의 제조시에 포함되는 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)일 수 있다. 디스플레이 모듈(200)이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층(220)의 기능을 수행할 수 있으며, 디스플레이 모듈(200)이 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층(220)의 기능을 수행할 수 있다. 도5d, 도5e, 도5h 및 도5i에서는 기능적으로 하나의 스페이서층(220)을 포함하는 것으로 도시된다.
본 발명의 제2예에 따른, 터치 입력 장치(1000)는 도2b 내지 도2c에서 디스플레이 모듈(200) 내부로서 스페이서층(220)보다 상부에 기준전위층(270)을 포함할 수 있다. 이러한 기준전위층(270) 또한 디스플레이 모듈(200)의 제조시에 자체적으로 포함되는 그라운드 전위층일 수 있다. 예컨대, 도2b 내지 도2c에 도시된 디스플레이 모듈(200)에서 제1편광층(271)과 제1기판층(261) 사이에 노이즈(noise) 차폐를 위한 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 차폐를 위한 전극은 ITO로 구성될 수 있으며 그라운드 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 기준전위층(270)은 디스플레이 모듈(200) 내부로서 상기 기준전위층(270)과 압력 센서(450, 460) 사이에 스페이서층(220)이 위치하도록 하는 임의의 곳에 위치할 수 있으며, 이상에서 예시한 차폐 전극 이외의 임의의 전위를 갖는 전극이 기준전위층(270)으로 이용될 수 있다. 예컨대, 기준전위층(270)은 디스플레이 모듈(200)의 공통 전극 전위(Vcom)층일 수 있다.
특히, 터치 입력 장치(1000)를 포함하는 장치의 두께를 얇게 하려는 노력의 일환으로서 별도의 커버 또는 프레임(frame)을 통해 디스플레이 모듈(200)을 싸도록 구성하지 않을 수 있다. 이러한 경우 기판(300)과 마주하는 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 반사판(240) 및/또는 부도체일 수 있다. 이러한 경우 디스플레이 모듈(200) 하부면은 그라운드 전위를 가질 수 없다. 이와 같이 디스플레이 모듈(200) 하부면이 기준전위층으로서 기능할 수 없는 경우에도 제2예에 따른 터치 압력 장치(1000)를 이용하면 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하는 임의의 전위층을 기준전위층(270)으로 이용하여 압력을 검출할 수 있다.
도5e는 도5d에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200) 내에 위치한 스페이서층(220)에 의해 기준전위층(270)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기준전위층(270)으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신센서을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
이 때, 디스플레이 모듈 프레임(221)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로, 디스플레이 모듈 프레임(221)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 기준전위층(270)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리가 변함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
본 발명의 제2예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이때, 도5e에 도시된 바와 같이 스페이서층(220)으로 인해 스페이서층(220) 하부에 위치한 층(예컨대, 반사판)의 휘어짐 또는 눌림은 없거나 감소될 수 있다. 도5e에서는 디스플레이 모듈(200)의 최하부에서는 휘어짐 또는 눌림이 전혀 없는 것으로 도시되었으나 이는 예시일뿐이며 디스플레이 모듈(200)의 최하부에서도 휘어짐 또는 눌림이 있을 수 있으나 스페이서층(220)을 통해 그 정도가 완화될 수 있다.
제2예에 따른 압력 센서를 포함하는 센서시트(440)의 구조 및 부착방법은 제1예를 참조하여 설명된 것과 동일하므로 이하에서 생략한다.
도5f는 도5d를 참조하여 설명한 실시예의 변형예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도5f에서는 스페이서층(420)이 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 위치하는 경우를 예시한다. 디스플레이 모듈(200)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)를 제조할 때 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이는 완전 부착되지 않으므로 에어갭(420)이 발생할 수 있다. 여기서, 이러한 에어갭(420)을 터치 압력 검출을 위한 스페이서층으로 이용함으로써 터치 압력 검출을 위해 일부러 스페이서층을 제작하는 시간/비용이 절감될 수 있다. 도5f 및 도5g에서는 에어갭인 스페이서층(220)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하지 않는 것으로 도시되나 도5f 및 도5g에서는 추가적으로 스페이서층(220)이 디스플레이 모듈(200) 내에 포함되는 경우도 포함될 수 있다.
도5g는 도5f에 도시된 터치 입력 장치에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 도5d와 마찬가지로, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이때, 기준전위층(270)과 압력 센서(450, 460) 사이에 위치하는 스페이서층(420)에 의해 기준전위층(270)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이에 따라, 수신센서을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
이 때, 도5g에 도시되지는 않았지만, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 거리를 유지시켜주는 프레임이 디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)의 테투리에 형성될 수 있다. 이 때, 프레임은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로, 프레임이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 기준전위층(270)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리가 변함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도5h는 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치된 것을 예시한다. 터치 표면을 터치함에 따라 기준전위층(270)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리(d)가 감소하고, 결과적으로 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 야기할 수 있다. 도5h에서는 압력 센서(450, 460)이 디스플레이 모듈(200) 상에 부착되는 것을 설명하기 위해, 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이가 이격되도록 도시하였으나 이는 단지 설명을 위한 것이며 이 둘 사이는 이격되지 않게 구성될 수도 있다. 물론, 도5f 및 도5g와 마찬가지로 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이는 스페이서층(420)으로 이격될 수도 있다.
제1예의 경우와 마찬가지로, 도5d 내지 도5h를 참조하여 설명된 제2예에서의 압력 센서(450, 460) 또한 도7a 내지 도7c에 도시된 바와 같은 패턴을 가질 수 있으며, 이하에서 상세한 설명은 중복되므로 생략한다.
도5i는 압력 센서(450, 460)을 포함하는 제1센서센서시트(440-1)와 제2센서센서시트(440-2) 각각이 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치된 경우를 예시한다. 도5i에서는 제1센서(450)이 기판(300) 상에 형성되고 제2센서(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 형성된 것을 예시한다. 도5i에서는 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이가 이격되도록 도시되어 있으나, 이는 단지 제1센서(450)이 기판(300) 상에 형성되고 제2센서(460)이 디스플레이 모듈(200) 상에 형성된 것을 설명하기 위한 것이며, 이 둘 사이는 에어갭으로 이격되거나, 이 둘 사이에 절연물질이 위치하거나, 또는 제1센서(450)과 제2센서(460)은 서로 겹치지 않도록, 예컨대 동일한 층에 형성되는 경우와 마찬가지로 엇나가도록 형성될 수도 있다.
객체(500)를 통해 터치 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌려 제1센서(450) 및 제2센서(460)과 기준전위층(270) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량이 감소할 수 있다. 따라서, 수신센서을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이때, 제1센서(450) 및 제2센서(460)은 도7e에 도시된 바와 같은 패턴을 가질 수 있다. 도7e에 도시된 바와 같이, 제1센서(450)과 제2센서(460)이 서로 직교하도록 배치하여 정전용량의 변화량 감지 민감도가 향상될 수 있다.
도6a 내지 도6h는 본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치를 예시한다. 제3예는 제1예와 유사하며 이하에서는 그 차이점을 위주로 설명한다.
도6a는 본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다. 제3예에서 압력 검출 모듈(400)에 포함되는 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)가 터치 입력 장치(1000)에 삽입될 수 있다. 이때, 도6a에서 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)과 이격되게 배치되었지만, 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)는 디스플레이 모듈(200)과 접하여 형성될 수도 있다.
본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 압력을 검출할 수 있도록, 센서시트(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 스페이서층(420)을 사이에 두고 이격되도록 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착될 수 있다.
도6b는 제1방법에 따라 센서시트(440)가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다. 도6b에서는 센서시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 부착된 것이 도시된다.
도6c에 도시된 바와 같이, 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 센서시트(440)의 테두리를 따라 소정 두께를 갖는 센서시트 프레임(430)이 형성될 수 있다. 도6c에서 센서시트 프레임(430)은 센서시트(440)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 센서시트 프레임(430)은 센서시트(440)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 이때, 도6c에 도시된 바와 같이, 센서시트 프레임(430)은 압력 센서(450, 460)을 포함하는 영역에는 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라, 센서시트(440)가 센서시트 프레임(430)을 통해 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착될 때 압력 센서(450, 460)이 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 소정 거리 이격되어 있을 수 있다. 실시예에 따라, 센서시트 프레임(430)은 기판(300)의 상부면 또는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성될 수 있다. 또한, 센서시트 프레임(430)은 양면 접착 테이프일 수 있다. 도6c에서는 센서시트(440)는 압력 센서(450, 460) 중 하나의 압력 센서만을 포함하는 것을 예시하고 있다.
도6d는 제2방법에 따라 센서시트(440)가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다. 도6d에서는 센서시트(440)를 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 위치시킨 후 접착 테이프(431)로 센서시트(440)를 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 고정시킬 수 있다. 이를 위해 접착 테이프(431)는 센서시트(440)의 적어도 일부와 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)의 적어도 일부에 접촉할 수 있다. 도6d에서는 접착 테이프(431)가 센서시트(440)의 상부로부터 이어져 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)의 노출 표면까지 이어지도록 도시된다. 이때, 접착 테이프(431)는 센서시트(440)와 맞닿는 면 측에만 접착력이 있을 수 있다. 따라서, 도6d에서 접착 테이프(431)의 상부면은 접착력이 없을 수 있다.
도6d에 도시된 바와 같이, 센서시트(440)를 접착 테이프(431)를 통해 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 고정시키더라도 센서시트(440)와 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 소정의 공간, 즉 에어갭(420)이 존재할 수 있다. 즉, 접착 테이프(431)가 센서시트 프레임(430)의 역할을 할 수 있다. 이는 센서시트(440)와 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이가 직접 접착제로 부착된 것이 아니며 또한 센서시트(440)는 패턴을 갖는 압력 센서(450, 460)을 포함하므로 센서시트(440)의 표면은 편평하지 않을 수 있기 때문이다. 도6d에서의 에어갭(420) 또한 터치 압력을 검출하기 위한 스페이서층(420)으로서 기능할 수 있다.
이하에서는 도6b에 도시된 바와 같은 제1방법에 따라 센서시트(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우를 예로 하여 본 발명의 제3예를 설명하나, 동일한 설명은 제2방법 등 임의의 방법에 따라 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 이격되어 센서시트(440)가 부착되는 경우에도 적용될 수 있다.
도6e는 본 발명의 제3예에 따른 압력 센서 패턴을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도6e에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)는 특히 압력 센서(450, 460)이 형성된 영역에서 기판(300)과 스페이서층(420)으로 이격되면서 기판(300)에 부착될 수 있다. 도6e에서 디스플레이 모듈(200)이 센서시트(440)와 접촉되도록 도시되나 이는 단지 예시일 뿐이며 디스플레이 모듈(200)은 센서시트(440)와 이격되어 위치할 수도 있다.
도6f는 도6e에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 터치 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 센서시트(440)가 눌려 센서시트(440)에 포함된 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기판(300)으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신센서을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도6e 및 도6f에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 센서시트(440)가 부착된 기판(300)과 센서시트(440) 사이의 거리 변화에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 센서시트(440)와 기판(300) 사이의 거리(d)는 매우 작으므로, 터치 압력에 따른 거리(d)의 미세한 변화에도 터치 압력을 정밀하게 검출할 수 있다.
도6g는 압력 센서(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착되는 것을 예시한다. 도6h는 도6g에 도시된 터치 입력 장치에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 이때, 디스플레이 모듈(300)은 그라운드 전위를 가질 수 있다. 따라서, 커버층(100)의 터치 표면을 터치함에 따라 디스플레이 모듈(200)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리(d)가 감소하고, 결과적으로 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 야기할 수 있다.
도6g 및 도6h에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 센서시트(440)가 부착된 디스플레이 모듈(200)과 센서시트(440) 사이의 거리 변화에 따라 터치 압력을 검출할 수도 있음을 알 수 있다.
예컨대, 실시예에 따라 센서시트(440)와 기판(300) 사이의 거리에 비해 디스플레이 모듈(200)과 센서시트(440) 사이의 거리는 더 작을 수 있다. 또한, 예컨대 센서시트(440)와 그라운드 전위인 디스플레이 모듈(200)의 하부면 사이의 거리는, 센서시트(440)와 디스플레이 모듈(200) 내에 위치하는 Vcom 전위층 및/또는 임의의 그라운드 전위 층과의 거리보다 작을 수 있다. 예컨대, 도2b 내지 도2c에 도시된 디스플레이 모듈(200)에서 제1편광층(271)과 제1기판층(261) 사이에 노이즈(noise) 차폐를 위한 전극(미도시)을 포함할 수 있으며 이러한 차폐를 위한 전극은 ITO로 구성될 수 있으며 그라운드 전위층 역할을 수행할 수 있다.
도6e 내지 도6h에 포함된 제1센서(450) 및 제2센서(460)는 도7a 내지 도7c에 예시된 패턴을 가질 수 있으며 상세한 설명은 중복되므로 생략한다.
도6a 내지 도6h에서, 제1센서(450)과 제2센서(460)은 동일한 층에 형성된 것으로 도시되나, 제1센서(450)과 제2센서(460)은 실시예에 따라 서로 다른 층으로 구현될 수 있다. 도9의 (b)에 예시된 바와 같이, 센서시트(440)에서 제1센서(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2센서(460)은 제1센서(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성되며, 제2센서(460)은 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다.
또한, 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)이 제1센서(450)과 제2센서(460) 중 어느 하나의 압력 센서만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 센서와 그라운드층(디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)) 사이의 정전용량, 즉 자기 정전용량의 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이때, 압력 센서는 도7d에 예시된 바와 같이 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수 있다. 이때, 도9의 (c)에 예시된 바와 같이, 센서시트(440)에서 제1센서(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2절연층(471)으로 덮일 수 있다.
도8a 및 도8b는 본 발명에 따른 센서시트(440)가 적용된 터치 입력 장치에서 터치 압력의 크기와 포화 면적 사이의 관계를 나타낸다. 도8a 및 도8b에서는 센서시트(440)가 기판(300)에 부착된 경우가 도시되나, 이하의 설명은 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
터치 압력의 크기가 충분히 큰 경우 소정 위치에서 센서시트(440)와 기판(300) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 상태에 다다를 수 있다. 이러한 상태를 이하에서는 포화 상태라고 지칭한다. 예컨대, 도8a에 예시된 바와 같이 힘(f)으로 터치 입력 장치(1000)를 누를 때 센서시트(440)와 기판(300)은 접하여 더 이상 거리가 가까워질 수 없다. 이때, 도8a의 우측에서 센서시트(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적은 a로 표시될 수 있다.
하지만, 이러한 경우에도 터치 압력의 크기가 더 커지는 때에는 기판(300)과 센서시트(440) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 포화 상태에 있는 면적이 커질 수 있다. 예컨대, 도8b에 예시된 바와 같이 f보다 더 큰 힘(F)으로 터치 입력 장치(1000)를 누르면 센서시트(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적이 더 커질 수 있다. 도8b의 우측에서 센서시트(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적은 A로 표시될 수 있다. 이러한 면적이 커질수록 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 이하에서 거리의 변화에 따른 정전용량 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것이 설명되나 이는 포화 상태에 있는 포화 면적의 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
도8a 및 도8b는 제3예를 참조하여 설명되나, 도8a 및 도8b를 참조한 설명은 제1예 내지 제2예 및 아래서 설명하는 제4실시예에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다. 보다 구체적으로, 압력 센서(450, 460)과 그라운드층 또는 기준전위층(200, 300, 270) 사이의 거리가 더 이상 가까워질 수 없는 포화 상태에 있는 포화 면적의 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도10a 및 도10b는 본 발명의 제4예에 따른 터치 입력 장치를 예시한다. 본 발명의 제4예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 센서시트(440)를 삽입함으로써 터치 입력 장치의 상부 면뿐 아니라 하부 면에 압력을 인가하는 경우에도 터치 압력을 감지할 수 있다. 본 명세서에서 터치 표면으로서 터치 입력 장치(1000)의 상부 면은 디스플레이 모듈(200)의 상부 면으로 지칭될 수 있으며 이는 디스플레이 모듈(200)의 상부 표면뿐 아니라 디스플레이 모듈(200)을 도면의 상측에서 덮고 있는 표면을 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 터치 표면으로서 터치 입력 장치(1000)의 하부면은 기판(300)의 하부 면으로 지칭될 수 있으며 이는 기판(300)의 하부 표면뿐 아니라 도면의 하측에서 기판(300)을 덮고 있는 표면을 포함할 수 있다.
도10a에서는 제1예에서 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 위치하는 경우로서, 기판(300)의 하부면에 압력을 인가하여 기판(300)이 눌리거나 휘어짐을 통해서 기판(300)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리가 변화하는 경우를 예시한다. 이때, 기준전위층인 기판(300) 과의 거리가 변화함에 따라 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 정전용량 또는 제1센서(450)또는 제2센서(460)과 기판(300) 사이의 정전용량이 변화하므로 터치 압력을 검출할 수 있다.
도10b에서는 제3예에서 센서시트(440)가 기판(300)에 부착된 경우로서, 기판(300)의 하부면에 압력을 인가하여 기판(300)이 눌리거나 휘어짐을 통해서 기판(300)과 센서시트(440) 사이의 거리가 변화하는 경우를 예시한다. 도10a의 경우와 마찬가지로, 기준전위층인 기판(300) 과의 거리가 변화함에 따라 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 정전용량 또는 제1센서(450)또는 제2센서(460)과 기판(300) 사이의 정전용량이 변화하므로 터치 압력을 검출할 수 있다.
도10a 및 도10b에서 제1예 및 제3예의 일부에 대해서 제4예를 설명하였으나, 제4예는 제1예 내지 제3예로서 기판(300)의 하부 면에 압력을 인가하여 기판(300)이 휘어지거나 눌림으로 인해 제1센서(450)과 제2센서(460) 사이의 정전용량, 또는 제1센서(450)과 기준전위층(200, 300, 270) 사이의 정전용량이 변화하는 경우에 모두 적용될 수 있다. 예컨대, 도4c에 도시된 바와 같은 구조에서 기판(300)이 휘어지거나 눌림을 통해서 압력 센서(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 거리가 변화할 수 있고, 이에 따라 압력 검출이 가능할 수 있다.
본 발명에 따른 압력 감지부는 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성될 수 있다. 도14a 내지 도14c는 다양한 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성된 압력 감지부의 실시예를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도14a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 형성된 압력 감지부를 도시한다. 구체적으로, 도14a에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450, 460)이 포함된 압력 감지부가 제2기판층(262) 하면에 형성될 수 있다. 이 때, 압력 센서(450, 460)이 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)과 이격된 기준전위층과 압력 센서(450, 460)과의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 수신센서(460)으로부터 수신한다. 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 경우에는, 압력 센서(450, 460)에 구동신호가 인가되고, 압력 센서(450, 460)과 이격된 기준전위층과 압력 센서(450, 460)과의 거리 변화에 따라 변화하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전기적 신호를 압력 센서(450, 460)으로부터 수신한다. 여기서 기준전위층은 기판(300)이거나 디스플레이 패널(200A)과 기판(300) 사이에 배치되며, 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버일 수 있다.
다음으로, 도14b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 형성된 압력 감지부를 도시한다. 구체적으로, 압력 센서(450, 460)이 포함된 압력 감지부가 제2기판층(283) 하면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도14a에서 설명한 방법과 동일하다.
OLED 패널의 경우, 유기물층(280)에서 빛이 발광하므로, 유기물층(280) 하부에 배치된 제2기판층(283)의 하면에 형성되는 압력 센서(450, 460)은 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)을 제2기판층(283) 하면에 직접 형성시키기 위하여, 제2기판층(283) 하면에 블랙 잉크와 같은 차광층을 도포한 후, 차광층 상에 압력 센서(450, 460)을 형성시킬 수 있다.
또한, 도5b에서는 제2기판층(283)의 하면에 압력 센서(450, 460)이 형성되는 것으로 도시되었지만, 제2기판층(283)의 하부에 제3기판층(미도시)가 배치되고, 제3기판층의 하면에 압력 센서(450, 460)이 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, 도14c는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A) 내에 형성된 압력 감지부를 도시한다. 구체적으로, 압력 센서(450, 460)이 포함된 압력 감지부가 제2기판층(283) 상면에 형성될 수 있다. 이때, 압력을 검출하는 방법은 도14a에서 설명한 방법과 동일하다.
또한, 도14c에서는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 대하여 예를 들어 설명하였지만, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 제2기판층(272) 상면에 압력 센서(450, 460)이 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도14a 내지 도14c에서는 압력 센서(450, 460)이 포함된 압력 감지부가 제2기판층(272,283)의 상면 또는 하면에 형성되는 것에 대하여 설명하였지만, 압력 감지부가 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면에 형성되는 것도 가능하다.
또한, 도14a 내지 도14c에서는 압력 센서(450, 460)이 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, 도14a 내지 도14c에서는 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 감지부는 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되는 제1센서(450) 및 센서시트의 형태로 구성된 제2센서(460)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1센서(450)은 도14a 내지 도14c에 설명한 바와 같이 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되고, 제2센서(460)은 도4 내지 도5에서 설명한 바와 같이 센서시트의 형태로 구성되어 터치 입력 장치(1000)에 부착될 수 있다.
도4 내지 도 10에 도시된 바와 같이 본 발명에 따른 센서시트(440) 형태의 압력 감지부가 터치 입력 장치에 부착된 상태에서, 또는 도14에 도시된 바와 같이 압력 감지부가 터치 입력 장치에 직접 형성된 상태에서 압력 센서(450, 460)으로부터 검출되는 전기적 특성의 변화량으로부터 터치 압력의 크기를 검출하게 된다. 이 때, 압력 센서(450, 460)으로부터 검출되는 전기적 특성은 실제로 인가되는 압력뿐만 아니라, 디스플레이 노이즈를 포함하는 주위 환경의 변화에 따라서도 변화하게 되므로, 그 정확도가 떨어진다. 특히, 도14a 내지 도14c에 도시된 바와 같이 압력 감지부가 터치 입력 장치에 직접 형성될 경우, 디스플레이 구동부와 압력 감지부의 거리가 가깝게 되므로, 디스플레이가 구동함에 따라, 압력 센서(450, 460)으로부터 검출되는 전기적 특성이 크게 변화할 수 있다. 따라서, 검출되는 전기적 특성의 변화량 중에서 디스플레이 노이즈를 포함하는 주위 환경의 변화에 의한 전기적 특성의 변화량을 제외한, 압력 센서(450, 460)에 실제로 인가되는 압력에 의한 전기적 특성 변화량만을 검출할 수 있어야 터치 압력의 크기를 정확하게 검출할 수 있다.
이를 위하여, 압력 센서(450, 460)에 구동 신호를 인가하고 압력 센서(450, 460)으로부터 감지신호를 수신하는 매 스캔시 또는 소정 주기에 맞추어 리셋 프로세스가 반복적으로 실행되게 할 수 있다. 리셋 프로세스는 기준이 되는 전기적 특성을 리셋 시점에 맞추어 재설정하게 된다. 이러한, 리셋 프로세스는 터치 센싱 IC(150)에 소프트웨어의 형식으로 탑재되어 구동되게 되는데, 터치 압력 검출을 위한 구동 신호 인가 시간 구간 및 감지 신호 수신 시간 구간과는 구분되는 시간에 구동되어야 하므로, 터치 압력 검출의 효율이 떨어질 수 있다. 또한, 입력된 터치가 해제되지 않고 계속되어 유지되는 경우, 그 유지되는 기간 동안은 리셋 프로세스가 구동되지 않기 때문에, 그 유지되는 기간 동안의 디스플레이 노이즈에 따른 전기적 특성의 변화를 제외시키지 못하는 단점이 있다.
또한, 위와 같은 리셋 프로세스를 통하여 기준이 되는 전기적 특성을 리셋 시점에 맞추어 재설정하더라도, 디스플레이가 구동하는 시간 구간 내에 압력 검출이 이루어지므로, 실시간으로 발생하는 디스플레이 노이즈에 따른 전기적 특성의 변화를 제외시키는 것은 현실적으로 불가능하다. 따라서, 디스플레이 노이즈에 따른 전기적 특성의 변화를 실시간으로 보상할 수 있는 방법이 필요하다.
이하에서는, 전기적 특성이 정전용량인 경우에 대하여 설명한다.
도 3b에 도시된 본 발명에 따른 센서시트(440) 형태의 압력 감지부 또는 도3c에 도시된 본 발명에 따른 디스플레이 모듈(200)에 직접 형성되는 압력 감지부는 압력 센서(450, 460) 및 기준 압력 센서(480)을 포함할 수 있다. 이러한 기준 압력 센서(480)은 터치 압력이 인가되더라도 기준전위층과의 거리 변화가 없거나 상대적으로 매우 작은 위치에 배치될 수 있기 때문에, 기준 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량은 디스플레이 노이즈를 포함하는 주위 환경의 변화에 따라서만 주로 변화하게 된다. 이 때, 압력 센서(450, 460)에서 검출되는 정전용량과 기준 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량을 이용하여 터치 표면에 인가되는 압력의 크기를 계산할 수 있다. 터치 표면에 인가되는 압력의 크기는 순수한 압력에 의한 정전용량의 변화량(
Figure 112019063694574-pct00001
Cm_press)에 근거하여 계산될 수 있는데, 순수한 압력에 의한 정전용량의 변화량(
Figure 112019063694574-pct00002
Cm_press)은 압력 센서(450, 460)에서 검출되는 정전용량(Cm_press_electrode) 및 기준 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량(Cm_reference_electrode)을 이용하여 다음과 같은 식으로 구할 수 있다.
ΔCm_press = α1×Cm_press_electrode - α2×Cm_reference_electrode
여기서, α1 및 α2는 압력을 검출하는데 이용되는 압력 센서(450, 460)에서 검출되는 정전용량과 기준 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량의 기본적인 차이를 보정하기 위한 상수일 수 있다, 구체적으로, 정전용량은 전극의 면적에 비례하므로, α2/α1는 기준 압력 센서(480)의 면적에 대한 압력을 검출하는데 이용되는 압력 센서(450, 460)의 면적의 비율 일 수 있다.
즉, 기준 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 기준 정전용량(α2×Cm_reference_electrode)과 압력을 검출하는데 이용되는 압력 센서(450, 460)에서 검출되는 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량(α1×Cm_press_electrode)과의 차이로부터 터치 표면에 인가되는 압력의 크기를 계산할 수 있다. 이 때, α1 또는α2 의 값이 1일 수 있다.
구체적으로, 도3b 내지 도3i에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 기준 압력 센서(480)은 압력 센서(450, 460)의 외측에 배치될 수 있다. 압력 센서(480)이 압력 센서(450, 460)의 외측에 배치되면, 도 3d에 도시된 바와 같이, 터치 표면에 압력이 인가시, 압력 인가 위치 하부에 배치된 압력 센서(450, 460)과 기준전위층과의 거리변화보다 기준 압력 센서(480)과 기준전위층과의 거리변화가 더 작게 된다. 따라서, 기준 압력 센서(480)과 기준전위층과의 거리변화에 따라 기준 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량이 변화하는 크기가, 압력 센서(450, 460)과 기준전위층과의 거리변화에 따라 압력 센서(450, 460)에서 검출되는 정전용량이 변화하는 크기보다 더 작게 된다.
또한, 기준 압력 센서(480)은 터치 입력 장치(1000)의 화면이 디스플레이되지 않는 영역의 하부에 배치될 수 있다. 기준 압력 센서(480)이 터치 입력 장치(1000)의 화면이 디스플레이되지 않는 영역의 하부에 배치되면, 기준 압력 센서(480)이 위치한 영역, 즉 화면이 디스플레이되지 않는 영역에서는 터치 입력이 인식되지 않으므로, 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량은 터치 압력에 의한 정전용량 변화를 포함하지 않을 수 있다.
또한, 기준 압력 센서(480)은 터치 입력 장치(1000)에 입력되는 터치의 위치가 감지되지 않는 영역의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로 기준 압력 센서(480)은 도1에 도시된 터치 센서(10)에 포함된 구동전극(TX) 또는 수신전극(RX)이 배치된 영역 이외의 영역의 하부에 배치될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 또는 수신전극(RX)과 터치 센싱 IC(150)를 연결하는 전도성 트레이스(conductive trace)가 배치된 배젤 영역의 하부에 배치될 수 있다. 마찬가지로, 기준 압력 센서(480)이 터치 입력 장치(1000)에 입력되는 터치의 위치가 감지되지 않는 영역의 하부에 배치되면, 기준 압력 센서(480)이 위치한 영역에서는 터치 입력이 인식되지 않으므로, 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량은 터치 압력에 의한 정전용량 변화를 포함하지 않을 수 있다.
터치 입력 장치(1000)의 테두리에 배치되며, 압력 센서(450, 460)과 기준전위층을 이격시키는 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있으므로, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되더라도 프레임(330)이 압력에 따라 형체의 변형이 없거나 매우 작다. 따라서, 기준 압력 센서(480)이 도3b 내지 도3h에 도시된 바와 같이, 터치 입력 장치(1000)의 테두리에만 배치될 경우, 터치 압력이 인가되더라도 기준 압력 센서(480)과 기준전위층 간의 거리 변화가 없거나 상대적으로 매우 작기 때문에, 기준 압력 센서(480)에서 검출되는 정전용량은 디스플레이 노이즈를 포함하는 주위 환경의 변화에 따라서만 주로 변화하게 된다. 구체적으로, 도3d 내지 도3g에 도시된 바와 같이, 프레임(330)과 인접한 위치에 기준 압력 센서(480)이 배치될 수 있다.
상기에서는 도4a 내지 도4e, 도6a 내지 도6h, 또는 8a 내지 8b에 도시된 바와 같이, 압력 센서(450, 460)이 디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)의 일면에 형성되고, 기준전위층이 디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)이며, 기준전위층과 압력 센서(450, 460)을 이격시키는 프레임(330)이 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되는 형태의 터치 입력 장치(1000)에 대하여 설명하였으나, 이에 한정하지 않고, 도5a 내지 도5i에 도시된 바와 같이, 기준전위층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하고, 기준전위층과 압력 센서(450, 460)을 이격시키는 프레임이 디스플레이 모듈 프레임(221, 221-1, 221-2)인 경우 또는 도6a 내지 도6h에 도시된 바와 같이, 기준전위층과 압력 센서(450, 460)을 이격시키는 프레임이 센서시트 프레임(430)인 경우에도 적용 가능하다.
도3h 및 도3i에 도시된 바와 같이, 기준 압력 센서(480)은 복수의 센서으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 기준 압력 센서(480)은 제1 기준 압력 센서(480-1), 제2 기준 압력 센서(480-2) 및/또는 제3 기준 압력 센서(480-3)을 포함할 수 있다. 도3d 내지 도3g에 도시된 프레임(330)과 인접한 위치에 배치된 기준 압력 센서(480)의 상부에 압력이 인가되는 경우, 변형이 없는 프레임(330)에 의해 기준 압력 센서(480)과 기준전위층 간의 거리 변화가 작지만 완전히 없게 되지는 않는다. 이에 반해, 압력이 인가된 위치에서 상대적으로 먼 위치에 배치된 기준 압력 센서(480)과 기준전위층 간의 거리 변화가 압력이 인가된 위치에서 상대적으로 가까운 위치에 배치된 기준 압력 센서(480)과 기준전위층 간의 거리 변화가 더 작다. 따라서, 압력 인가 위치에 따라, 압력 인가 위치에서 먼 위치에 배치된 기준 압력 센서(480)을 사용하게 되면 좀 더 압력 검출의 정확성을 높일 수 있다. 예를 들어, 도3h에 도시된 P위치에 압력이 인가되는 경우, 압력 인가 위치에서 먼 위치에 배치된 제1 기준 압력 센서(480-1)을 기준 압력 센서로 사용할 수 있다.
상기에서는 기준 압력 센서(480)을 터치 입력 장치(1000)의 테두리 전체에 배치하는 것에 대하여 설명하였지만, 임의의 위치에만 배치하는 것도 가능하다.
구체적으로, 기준 압력 센서는 노이즈에 의한 정전용량 변화를 대표하는 위치 또는 이와 인접한 위치에 배치될 수 있다. 예를 들면, 압력을 인가하지 않은 상태에서, 디스플레이 노이즈에 의한 정전용량 변화량을 각각의 채널로부터 측정하여, 측정된 정전용량 변화량 중 가장 큰 정전용량 변화량을 나타내는 채널 또는 측정된 정전용량 변화량의 평균값과 가장 유사한 정전용량 변화량을 나타내는 채널을 대표 채널로 설정할 수 있다. 이 때, 테두리 중, 상기 대표 채널과 가장 가까운 위치에만 압력 센서를 배치할 수 있다. 이는 도3h 또는 도3i와 같이 각각의 테두리에 대하여 적용할 수도 있다.
도3b 내지 도3i에서는 압력 감지부가 압력 센서(450, 460)과 구별되는 기준 압력 센서(480)을 별도로 포함하는 경우에 대하여 설명하였으나, 도3j에 도시된 바와 같이, 압력 감지부에 포함된 복수의 압력 센서(450, 460) 중 적어도 하나를 기준 압력 센서로 사용할 수도 있다. 구체적으로, 압력 센서(450, 460)은 제1 압력센서 및 제2 압력센서를 포함할 수 있다. 이 때, 압력 검출의 정확성을 높이기 위하여, 제1 압력센서와 제2 압력센서 중 압력 인가 위치에서 먼 위치에 배치된 센서을 기준 압력 센서로 사용할 수 있다. 예를 들어, 도3j에 도시된 P위치에 압력이 인가되는 경우, 압력 인가 위치에서 먼 위치에 배치된 압력 센서(R)을 기준 압력 센서로 사용할 수 있다.
도3k에 도시된 바와 같이, P위치에 압력이 인가되는 경우에, P위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기가 P위치로부터 멀리 떨어진 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기가 클 수 있다. 이 때, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량은 터치 입력 장치(1000)에 인가된 압력뿐만 아니라 디스플레이 노이즈 및 터치 입력 장치(1000) 주위의 전기장 또는 자기장의 변화, 온도의 변화 등 다양한 요인에 의하여 변할 수 있다. 이러한 터치 입력 장치(1000)에 인가된 압력 이외의 요인에 의한 정전용량의 변화는 압력의 크기를 검출하는데 제거해야할 노이즈에 해당한다. 이 때, 압력이 인가된 P위치에 대응되는 채널에서 검출되는 신호 중 압력에 기인한 신호의 크기가 차지하는 비중이 노이즈에 기인한 신호가 차지하는 비중보다 큰 반면, 압력이 인가된 P위치로부터 멀리 떨어진 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 신호 중 압력에 기인한 신호의 크기가 차지하는 비중이 노이즈에 기인한 신호가 차지하는 비중보다 상대 적으로 작다. 이 때, 노이즈에 기인한 신호는 압력이 인가된 위치와 관계 없이 대체적으로 일정하므로 각각의 채널에서 검출되는 노이즈에 기인한 신호의 크기가 대체적으로 일정한 반면, 압력에 기인한 신호는 압력이 인가된 위치에 따라 다르므로, 각각의 채널에서 검출되는 압력에 기인한 신호는 압력이 인가된 위치에 따라 다르다.
따라서, 상대적으로 압력에 기인한 신호보다 노이즈에 기인한 신호의 크기가 큰 채널에서 검출되는 신호는 압력의 크기를 검출할 때 배제시키거나 그 기여 정도를 작게 하면, 전체적으로 압력에 기인한 신호가 감소하는 정도보다 노이즈에 기인한 신호가 감소하는 정도가 더 크므로, 전체적인 SNR을 향상시킬 수 있다.
이 때, 압력이 인가된 위치와 디스플레이 모듈이 가장 큰 변형을 나타내는 위치가 반드시 일치하는 것은 아니나, 대체로 다른 위치보다 압력이 인가된 위치에서 디스플레이 모듈이 큰 변형이 일어나므로, 압력이 인가된 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기가 다른 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기보다 대체적으로 크다.
각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널만 압력 검출에 사용할 수 있다. 이 경우, 전체 채널 중, 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하는 것으로, 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 이 때, N은 1보다 같거나 크고 전체 채널의 개수보다 같거나 작은 자연수이다. 구체적으로, 도3k의 P위치에 압력이 인가되고, N이 4일 경우, 도3l에 도시된 바와 같이 4개의 가장 큰 신호(50, 60, 110, 90)가 검출되는 채널인 CH2, CH4, CH5 및 CH8에서 검출되는 정전용량만 검출 정전용량(Cm_press_electrode)으로서 압력 검출에 사용할 수 있다.
또한, 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널만 이용하여 압력을 검출할 수도 있다. 이 경우도 마찬가지로, 전체 채널 중, 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하는 것으로, 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 도3k의 P위치에 압력이 인가되고, 소정 비율이 50%인 경우, 도3l에 도시된 바와 같이 가장 큰 신호가 검출되는 채널인 CH5에서 출력되는 신호의 크기의 50%인 55이상의 크기의 신호가 검출되는 채널인 CH4, CH5, 및 CH8에서 검출되는 정전용량만 검출 정전용량(Cm_press_electrode)으로서 압력 검출에 사용할 수 있다.
또한, 터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널만 압력 검출에 사용할 수 있다. 이 경우, 터치 위치에 가까운 채널에서 검출되는 신호의 크기가 대체로 터치 위치에서 상대적으로 먼 채널에서 검출되는 신호의 크기보다 크다. 따라서, 전체 채널 중, 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하는 것으로, 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 이 때, N은 1보다 같거나 크고 전체 채널의 개수보다 같거나 작은 자연수이다. 구체적으로, 도3k의 P위치에 압력이 인가되고, N이 4일 경우, 도3l에 도시된 바와 같이 터치 위치에서 가장 가까운 4개의 채널인 CH4, CH5, CH7 및 CH8에서 검출되는 정전용량만 검출 정전용량(Cm_press_electrode)으로서 압력 검출에 사용할 수 있다.
또한, 터치 위치에서 소정 거리 이내에 위치한 채널만 압력 검출에 사용할 수 있다. 이 경우도 마찬가지로, 전체 채널 중, 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하는 것으로, 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 도3k의 P위치에 터치가 입력되고, 소정 거리가 도3k에 도시된 r인 경우, 도3l에 도시된 바와 같이 터치 위치에서 r이내에 위치한 채널인 CH1, CH2, CH4, CH5, CH6, CH7 및 CH8에서 검출되는 정전용량만 검출 정전용량(Cm_press_electrode)으로서 압력 검출에 사용할 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이, 전체 채널 중 일부 채널만 압력 검출에 사용하는 경우, 압력 검출에 사용되지 않는 채널에 대응되는 센서을 기준 압력 센서로 사용할 수 있다. 구체적으로 압력 센서(450, 460)은 제1 압력센서 및 제2 압력센서를 포함하고, 압력검출에 사용되지 않는 제2 압력센서를 기준 압력 센서로 사용할 수 있다.
압력 검출에 사용되지 않는 각각의 채널에 대응되는 센서 모두를 기준 압력 센서로 사용하여, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 평균값을 기준 압력 센서에서 검출되는 기준 정전용량(Cm_reference_electrode)으로 사용할 수 있다.
또는, 상기에서 설명한 압력 검출에 사용하는 채널의 선택 방법과 유사한 방법으로 압력 검출에 사용되지 않는 채널 중 일부 채널만을 선택하여 대응되는 센서을 기준 압력 센서로 사용하고, 선택된 채널에서 검출되는 정전용량의 평균값을 기준 압력 센서에서 검출되는 기준 정전용량(Cm_reference_electrode)으로 사용할 수 있다.
이 때, 압력 검출에 사용되지 않는 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널 또는 N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 대응되는 센서만 기준 압력 센서로 사용할 수 있다.
구체적으로, 복수의 채널에서 검출되는 정전용량 중, 가장 작은 N개의 정전용량으로부터 계산된 기준 정전용량과 가장 큰 M개의 정전용량으로부터 계산된 검출 정전용량의 차이에 근거하여 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산할 수 있다. 이 때, M은 N과 같을 수도 있고, 다를 수도 있다.
예를 들어, 도3k의 P위치에 압력이 인가되고, M이 4일 경우, 도3l에 도시된 바와 같이 4개의 가장 큰 신호(50, 60, 110, 90)가 검출되는 채널인 CH2, CH4, CH5 및 CH8에서 검출되는 정전용량만 압력 검출에 사용할 수 있고, N이 4일 경우, 4개의 가장 작은 신호(10, 10, 5, 2)가 검출되는 채널인 CH12, CH13, CH14 및 CH15에 대응되는 센서을 기준 압력 센서로 사용하여 CH12, CH13, CH14, CH15에서 검출되는 정전용량만 기준 정전용량(Cm_reference_electrode)으로 사용할 수 있다.
또한, 압력 검출에 사용되지 않는 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널 또는 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이하의 크기의 신호가 검출되는 채널에 대응되는 센서만 기준 압력 센서로 사용할 수 있다. 또는, 압력 검출에 사용되지 않는 채널 중 터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널 또는 터치 위치에서 가장 먼 N개의 채널만 기준 압력 센서로 사용할 수 있다. 또는, 압력 검출에 사용되지 않는 채널 중 터치 위치에서 소정 거리 이내에 위치한 채널 또는 터치 위치에서 소정 거리 이상 위치한 채널만 기준 압력 센서로 사용할 수 있다.
또는, 압력을 인가하지 않은 상태에서, 디스플레이 노이즈에 의한 정전용량 변화량을 각각의 채널로부터 측정하여, 측정된 정전용량 변화량 중 가장 큰 정전용량 변화량을 나타내는 채널 순서대로 대표 채널 순서를 설정하거나 또는 측정된 정전용량 변화량의 평균값과 가장 유사한 정전용량 변화량을 나타내는 채널 순서대로 대표 채널 순서를 설정할 수 있다. 이 때, 압력 검출에 사용되지 않는 채널 중 가장 높은 순서의 대표 채널에 해당되는 센서을 기준 압력 센서로 사용할 수 있다.
또는, 압력을 인가하지 않은 상태에서, 디스플레이 노이즈에 의한 정전용량 변화량을 각각의 채널로부터 측정하여, 측정된 정전용량 변화량 중 가장 큰 정전용량 변화량을 나타내는 N개의 채널을 대표 채널로 설정하거나 또는 측정된 정전용량 변화량의 평균값과 가장 유사한 정전용량 변화량을 나타내는 N개의 채널을 대표 채널로 설정할 수 있다. 이 때, 압력 검출에 사용되지 않는 채널 중 대표 채널에 해당되는 센서을 기준 압력 센서로 사용할 수 있으며, 그러한 기준 압력 센서가 복수일 경우, 해당 채널에서 검출되는 정전용량의 평균값을 기준 압력 센서에서 검출되는 기준 정전용량(Cm_reference_electrode)으로 사용할 수 있다. 또한, 압력 검출에 사용되지 않는 채널이며 대표 채널에 해당되는 센서 중, 터치 위치와 가장 먼 위치에 해당되는 센서만 기준 압력 센서로 사용할 수 있다.
또는, 위와 같이 N개의 채널을 대표 채널로 설정할 때, 터치 영역을 복수의 세부 영역으로 구분하여, 각각의 세부 영역에 하나의 대표 채널이 할당되도록 대표 채널을 설정할 수 있다. 이 때, 마찬가지로, 압력 검출에 사용되지 않는 채널이며 대표 채널에 해당되는 센서 중, 터치 위치와 가장 먼 위치에 해당되는 센서만 기준 압력 센서로 사용할 수 있다. 구체적으로, 터치 영역을 상하 좌우 4개의 영역으로 구분하여 각각의 영역에 대표 채널이 하나씩 할당되도록, 예를 들어 도3l의 CH2, CH7, CH9, CH14가 대표 채널이 되도록 설정할 수 있고, 도3l의 P위치에 압력이 인가될 경우, P위치와 가장 먼 위치의 CH14에 해당되는 센서을 기준 압력 센서로 사용할 수 있다.
도3m에 도시된 터치 입력 장치(1000)는 압전센서와 같이 직접 압력이 전달되면 전압 또는 저항 등의 물성이 변화하여 압력을 검출하는 압력 감지부는 압력센서(650) 및 기준 압력 센서(680)를 포함할 수 있다. 이 때, 도3m에 도시된 바와 같이, 기준 압력 센서(680)를 터치 입력 장치(1000)의 테두리에만 배치하고, 터치 압력이 인가되더라도 디스플레이 모듈(200)이 기준 압력 센서(680)에 접촉하지 않도록 기준 압력 센서(680)의 높이를 압력센서(650)보다 작게하면, 기준 압력 센서(680)에서 검출되는 물성은 디스플레이 노이즈를 포함하는 주위 환경의 변화에 따라서만 변화하게 된다. 마찬가지로, 기준 압력 센서(680)에서 검출되는 물성으로부터 기준 물성을 계산하고, 이 기준 물성과 압력센서(650)에서 검출되는 물성과의 차이로부터 터치 표면에 인가되는 압력의 크기를 계산할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부가 적용되는 터치 입력 장치(1000)를 통해 압력을 검출하기 위해서 압력 센서(450, 460)에서 발생하는 정전용량의 변화를 감지할 필요가 있다. 따라서, 제1센서(450)과 제2센서(460) 중 구동센서에는 구동신호가 인가될 필요가 있고 수신센서으로부터 감지신호를 획득하여 정전용량의 변화량으로부터 터치 압력을 산출해야 한다. 실시예에 따라, 압력 검출의 동작을 위한 압력 센싱 IC 형태로 압력 검출 장치를 추가로 포함하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출 모듈(400)은 압력 검출을 위한 압력 감지부뿐 아니라 이러한 압력 검출 장치를 포괄하는 구성일 수 있다.
이러한 경우, 도1에 예시된 바와 같이, 구동부(12), 감지부(11) 및 제어부(13)와 유사한 구성을 중복하여 포함하게 되므로 터치 입력 장치(1000)의 면적 및 부피가 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
실시예에 따라, 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)의 작동을 위한 터치 검출 장치를 이용하여, 압력 감지부에 압력 검출을 위한 구동신호를 인가하고 압력 감지부로부터 감지신호를 입력받아 터치 압력을 검출할 수도 있다. 이하에서는, 제1센서(450)이 구동센서이고 제2센서(460)이 수신센서인 경우를 가정하여 설명한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부가 적용되는 터치 입력 장치(1000)에서 제1센서(450)은 구동부(12)로부터 구동신호를 인가받고 제2센서(460)은 감지신호를 감지부(11)에 전달할 수 있다. 제어부(13)는 터치 센서 (10)의 스캐닝을 수행함과 동시에 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 하거나, 또는 제어부(13)는 시분할하여 제1시간구간에는 터치 센서(10)의 스캐닝을 수행하도록 하고 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 제어신호를 생성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 제1센서(450)과 제2센서(460)는 전기적으로 구동부(12) 및/또는 감지부(11)에 연결되어야 한다. 이때, 터치 센서(10)를 위한 터치 검출 장치는 터치 센싱 IC(150)로서 터치 센서(10)의 일단 또는 터치 센서(10)와 동일 평면상에 형성되는 것이 일반적이다. 압력 감지부에 포함된 압력 센서(450, 460)은 임의의 방법으로 터치 센서(10)의 터치 검출 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 압력 센서(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)에 포함된 제2PCB(210)를 이용하여 커넥터(connector)를 통해 터치 검출 장치에 연결될 수 있다. 예컨대, 도4b 및 도5c에 도시된 바와 같이 제1센서(450)과 제2센서(460)으로부터 각각 전기적으로 연장되는 전도성 트레이스들은 제2PCB(210) 등을 통하여 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결될 수 있다.
도11a 및 도11b는 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440) 형태의 압력 감지부가 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착되는 경우를 나타낸다. 도11a 및 도11b에서 디스플레이 모듈(200)은 하부면 일부에 디스플레이 패널의 작동을 위한 회로가 실장된 제2PCB(210)가 도시된다.
도11a는 제1센서(450)과 제2센서(460)이 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210)의 일단에 연결되도록 센서시트(440)를 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착하는 경우를 예시한다. 이 때, 제1센서(450)과 제2센서(460)은 제2PCB(210)의 일단에 양면 전도성 테이프를 이용하여 연결될 수 있다. 구체적으로, 센서시트(440)의 두께 및 센서시트(440)가 배치되는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300)의 간격이 매우 작기 때문에, 별도의 커넥터를 사용하는 것보다 양면 도전성 테이프를 이용하여 제1센서(450) 및 제2센서(460)을 제2PCB(210)의 일단에 연결하는 것이 두께를 줄일 수 있으므로 효과적이다. 제2PCB(210) 상에는 압력 센서(450, 460)을 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결할 수 있도록 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도12a 내지 도12c를 참조하여 설명한다. 도11a에 예시된 압력 센서(450, 460)을 포함하는 센서시트(440)의 부착 방법은 기판(300)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도11b는 제1센서(450)과 제2센서(460)이 별도의 센서시트로 제작되지 않고 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210)에 일체형으로 형성된 경우를 예시한다. 예컨대, 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210) 제작시에 제2PCB에 일정 면적을 할애하여 미리 디스플레이 패널의 작동을 위한 회로뿐 아니라 제1센서(450)과 제2센서(460)에 해당하는 패턴까지 인쇄할 수 있다. 제2PCB(210)에는 제1센서(450) 및 제2센서(460)을 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도12a 내지 도12c는 압력 센서(450, 460) 또는 센서시트(440)를 터치 센싱 IC(150)에 연결하는 방법을 예시한다. 도12a 내지 도12c에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 외부에 포함된 경우로서, 터치 센서(10)의 터치 검출 장치가 터치 센서(10)를 위한 제1PCB(160)에 실장된 터치 센싱 IC(150)에 집적된 경우를 예시한다.
도12a에서 디스플레이 모듈(200)에 부착된 압력 센서(450, 460)이 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 연결되는 경우를 예시한다. 도12a에 예시된 바와 같이, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치에서 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(connector: 121)를 통해서 디스플레이 모듈(200)을 위한 제2PCB(210)에 연결된다. 제2PCB(210)는 제2커넥터(224)를 통해서 메인보드로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(121) 및 제2커넥터(224)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 CPU 또는 AP와 신호를 주고 받을 수 있다.
이때, 도12a에서는 센서시트(440)가 도11b에 예시된 바와 같은 방식으로 디스플레이 모듈(200)에 부착된 것이 예시되나 도11a에 예시된 바와 같은 방식으로 부착된 경우에도 적용될 수 있다. 제2PCB(210)에는 압력 센서(450, 460)이 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결될 수 있도록 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도12b에서 디스플레이 모듈(200)에 부착된 압력 센서(450, 460)이 제3커넥터(473)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결되는 경우가 예시된다. 도12b에서 압력 센서(450, 460)은 제3커넥터(473)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드까지 연결되고, 추후 제2커넥터(224) 및 제1커넥터(121)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 이때, 압력 센서(450, 460)은 제2PCB(210)와 분리된 추가의 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 또는 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)은 도3b 내지 도3i에 예시된 바와 같은 센서시트(440)의 형태로 터치 입력 장치(1000)에 부착되어 압력 센서(450, 460)으로부터 전도성 트레이스등을 연장시켜 커넥터(473)를 통해 메인보드까지 연결될 수도 있다.
도12c에서 압력 센서(450, 460)이 제4커넥터(474)를 통해서 직접 터치 센싱 IC(150)로 연결되는 경우가 예시된다. 도12c에서 압력 센서(450, 460)은 제4커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)까지 연결될 수 있다. 제1PCB(160)에는 제4커넥터(474)부터 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다. 이에 따라, 압력 센서(450, 460)은 제4커넥터(474)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 이때, 압력 센서(450, 460)은 제2PCB(210)와 분리된 추가의 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 제2PCB(210)와 추가의 PCB는 서로 단락되지 않도록 절연되어 있을 수 있다. 또는 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)은 도3b 내지 도3i에 예시된 바와 같은 센서시트(440)의 형태로 터치 입력 장치(1000)에 부착되어 압력 센서(450, 460)으로부터 전도성 트레이스등을 연장시켜 제4커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)까지 연결될 수도 있다. 또한, 도12c에서는 압력 센서(450, 460)이 제4커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)에 연결되는 것으로 도시되었으나, 압력 센서(450, 460)이 제4커넥터(474)를 통해 제2PCB(210)에 연결될 수도 있다.
도12b 및 도12c의 연결 방법은 압력 센서(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면뿐 아니라 기판(300)상에 형성된 경우에도 적용될 수 있다.
도12a 내지 도12c에서는 터치 센싱 IC(150)가 제1PCB(160) 상에 형성된 COF(chip on film) 구조를 가정하여 설명되었다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 본 발명은 터치 센싱 IC(150)가 터치 입력 장치(1000)의 실장공간(310) 내의 메인보드 상에 실장되는 COB(chip on board) 구조의 경우에도 적용될 수 있다. 도12a 내지 도12c에 대한 설명으로부터 당해 기술분야의 당업자에게 다른 실시예의 경우에 압력 센서(450, 460)의 커넥터를 통한 연결이 자명할 것이다.
이상에서는 구동센서으로서 제1센서(450)이 하나의 채널을 구성하고 수신센서으로서 제2센서(460)이 하나의 채널을 구성하는 압력 센서(450, 460)에 대해서 살펴보았다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 구동센서 및 수신센서은 각각 복수개의 채널을 구성하여 다중터치(multi touch)에 따라 다중의 압력 검출이 가능할 수 있다.
도13a 내지 도13d는 본 발명의 압력 센서가 복수의 채널을 구성하는 경우를 예시한다. 도13a에서는 제1센서(450-1, 450-2)과 제2센서(460-1, 460-2) 각각이 2개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 도13a에서는 제1채널을 구성하는 제1센서(450-1)과 제2센서(460-1)이 제1센서센서시트(440-1)에 포함되고 제2채널을 구성하는 제1센서(450-2)과 제2센서(460-2)이 제2센서센서시트(440-2)에 포함되는 것을 예시하나, 2개의 채널을 구성하는 제1센서(450-1, 450-2)과 제2센서(460-1, 460-2)이 모두 하나의 센서시트(440)에 포함되도록 구성될 수 있다. 도13b에서는 제1센서(450-1, 450-2)은 2개의 채널을 구성하나 제2센서(460)은 1개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 도13c에서는 제1센서(450-1 내지 450-5)과 제2센서(460-1 내지 460-5) 각각이 5개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 이 경우에도 5개의 채널을 구성하는 센서이 모두 하나의 센서시트(440)에 포함되도록 구성될 수 있다. 도13d에서는 제1센서(451 내지 459) 각각이 9개의 채널을 구성하고, 모두 하나의 센서시트(440)에 포함되도록 구성하는 경우가 예시된다.
도13a 내지 도13d 및 도15a 내지 도15c에 도시된 바와 같이, 복수의 채널을 구성하는 경우, 각각의 제1센서(450) 및/또는 제2센서(460)으로부터 터치 센싱 IC(150)에 전기적으로 연결되는 도전성 패턴이 형성될 수 있다.
여기서, 도13d에 도시된 형태의 복수의 채널을 구성하는 경우를 예를 들어 설명한다. 이 경우, 한정된 폭을 갖는 제1커넥터(121)에 복수의 도전성 패턴(461)이 연결되어야하기 때문에, 도전성 패턴(461)의 폭 및 인접한 도전성 패턴(461)과의 간격이 작아야 한다. 이러한 작은 폭 및 간격을 갖는 도전성 패턴(461)을 형성하기 위한 미세공정을 하기 위해서는 폴리에틸렌테레프탈레이트보다는 폴리이미드가 적합하다. 구체적으로, 도전성 패턴(461)이 형성되는 센서시트(440)의 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471)은 폴리이미드로 형성될 수 있다. 또한, 도전성 패턴(461)을 제1커넥터(121)에 연결하기 위하여 납땜공정이 필요할 수 있는데, 섭씨 300도 이상의 납땜 공정을 하기 위하여는 상대적으로 열에 약한 폴리에틸렌테레프탈레이트보다는 열에 강한 폴리이미드가 적합하다. 이 때, 도전성 패턴(461)이 형성되지 않는 부분의 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471)은 비용 절감을 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트로 형성되고, 도전성 패턴(461)이 형성되는 부분의 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471)은 폴리이미드로 형성될 수 있다.
도13a 내지 도13d 및 도15a 내지 도15c는 압력 센서가 단수 또는 복수의 채널을 구성하는 경우를 예시하며 다양한 방법으로 압력 센서가 단수 또는 복수의 채널로 구성될 수 있다. 도13a 내지 도13c 및 도15a 내지 도15c에서 압력 센서(450, 460)이 터치 센싱 IC(150)에 전기적으로 연결되는 경우가 예시되지 않았으나, 도12a 내지 도12c 및 기타의 방법으로 압력 센서(450, 460)이 터치 센싱 IC(150)에 연결될 수 있다.
이상에서, 제1커넥터(121) 또는 제4커넥터(474)는 양면 전도성 테이프일 수 있다. 구체적으로, 제1커넥터(121) 또는 제4커넥터(474)가 매우 작은 간격 사이에 배치될 수 있기 때문에, 별도의 커넥터를 사용하는 것보다 양면 도전성 테이프를 이용하는 것이 두께를 줄일 수 있으므로 효과적이다.
이상에서는, 압력 감지부에 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 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 상기에서 설명한 동일한 방법이 적용 가능하다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
1000: 터치 입력 장치 10: 터치 센서
12: 구동부 11: 감지부
13: 제어부 200: 디스플레이 모듈
300: 기판 400: 압력 검출 모듈
420; 스페이서층 440: 센서시트
450, 460: 압력 센서 470: 제1절연층
471: 제2절연층 330: 프레임
480: 기준 압력 센서

Claims (24)

  1. 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서,
    디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 하부에 배치되는 기판; 및
    압력 감지부; 를 포함하고,
    상기 압력 감지부는 압력 센서 및 기준 압력 센서를 포함하고,
    상기 터치 표면에 압력이 인가되면 상기 디스플레이 패널이 휘어지고,
    상기 디스플레이 패널이 휘어짐에 따라 상기 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성이 변화하고,
    상기 기준 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 기준 전기적 특성과 상기 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 검출 전기적 특성의 차이에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산하는, 터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 기준 압력 센서는 상기 압력 센서의 외측에 배치되는, 터치 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 기준 압력 센서는 상기 터치 입력 장치의 화면이 디스플레이되지 않는 영역의 하부에 배치되는, 터치 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 기준 압력 센서는 상기 터치 입력 장치에 입력되는 터치의 위치가 감지되지 않는 영역의 하부에 배치되는, 터치 입력 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    탄성이 없는 물질로 형성되고, 상기 압력 센서와 상기 기판을 이격시키는 프레임;을 더 포함하고,
    상기 프레임은 상기 터치 입력 장치의 테두리에 배치되고,
    상기 기준 압력 센서는 상기 프레임과 인접한 위치에 배치되는, 터치 입력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 기준 압력 센서는, 노이즈에 의한 전기적 특성 변화를 대표하는 위치에 배치되는, 터치 입력 장치.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 압력 센서는 제1 기준 압력 센서 및 제2 기준 압력 센서를 포함하고,
    상기 제1 기준 압력 센서와 상기 제2 기준 압력 센서 중 상기 압력 인가 위치로부터 상대적으로 먼 위치에 배치된 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 기준 전기적 특성과 상기 압력 센서에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 검출 전기적 특성의 차이에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산하는, 터치 입력 장치.
  8. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 제1절연층 및 제2절연층을 더 포함하고,
    상기 압력 센서 및 상기 기준 압력 센서는 상기 제1절연층 및 상기 제2절연층 사이에 배치되고,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 모듈 또는 상기 기판에 부착되는, 터치 입력 장치.
  9. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널에 직접 형성되는, 터치 입력 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 제1기판층 및 상기 제1기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하고,
    상기 압력 감지부는 상기 제2기판층 하면에 형성되는, 터치 입력 장치.
  11. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 복수의 채널을 구성하는, 터치 입력 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 채널을 이용하여 다중 터치에 대한 다중 압력 검출이 가능한, 터치 입력 장치.
  13. 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서,
    디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 하부에 배치되는 기판; 및
    압력 감지부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는 복수의 압력 센서를 포함하고,
    상기 터치 표면에 압력이 인가되면 상기 디스플레이 패널이 휘어지고,
    상기 복수의 압력 센서는 제1채널 및 제2채널을 포함하는 복수의 채널을 구성하고,
    상기 디스플레이 패널이 휘어짐에 따라 상기 제1채널 및 상기 제2채널에서 검출되는 전기적 특성이 변화하고,
    상기 제1채널과 상기 제2채널 중 상기 압력 인가 위치로부터 상대적으로 먼 위치에 배치된 채널에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 기준 전기적 특성과 상기 제1채널과 상기 제2채널 중 상기 압력 인가 위치로부터 상대적으로 가까운 위치에 배치된 채널에서 검출되는 전기적 특성으로부터 계산된 검출 전기적 특성의 차이에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산하는, 터치 입력 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    탄성이 없는 물질로 형성되고, 상기 압력 센서와 기준전위층을 이격시키는 프레임;을 더 포함하고,
    상기 프레임은 상기 터치 입력 장치의 테두리에 배치되고,
    상기 제1채널 또는 상기 제2채널은 상기 프레임과 인접한 위치에 배치되는, 터치 입력 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 제1채널과 상기 제2채널 중 상기 압력 인가 위치로부터 상대적으로 먼 위치에 배치된 채널은 상기 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산하는데 사용되지 않는, 터치 입력 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 제1채널과 상기 제2채널 중 상기 압력 인가 위치로부터 상대적으로 먼 위치에 배치된 채널은 노이즈에 의한 전기적 특성 변화를 대표하는 위치에 배치되는, 터치 입력 장치.
  17. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 제1절연층 및 제2절연층을 더 포함하고,
    상기 복수의 압력 센서는 상기 제1절연층 및 상기 제2절연층 사이에 배치되고,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 모듈 또는 상기 기판에 부착되는, 터치 입력 장치.
  18. 제13항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널에 직접 형성되는, 터치 입력 장치.
  19. 제13항에 있어서,
    상기 복수의 채널을 이용하여 다중 터치에 대한 다중 압력 검출이 가능한, 터치 입력 장치.
  20. 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서,
    디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 하부에 배치되는 기판; 및
    압력 감지부;를 포함하고,
    상기 압력 감지부는 복수의 압력 센서를 포함하고,
    상기 터치 표면에 압력이 인가되면 상기 디스플레이 패널이 휘어지고,
    상기 복수의 압력 센서는 복수의 채널을 구성하고,
    상기 디스플레이 패널이 휘어짐에 따라 상기 복수의 채널에서 검출되는 전기적 특성이 변화하고,
    상기 복수의 채널에서 검출되는 전기적 특성 중, 가장 작은 N개의 전기적 특성으로부터 계산된 기준 전기적 특성과 가장 큰 M개의 전기적 특성으로부터 계산된 검출 전기적 특성의 차이에 근거하여 상기 터치 표면에 인가된 압력의 크기를 계산하는, 터치 입력 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    탄성이 없는 물질로 형성되고, 상기 압력 센서와 기준전위층을 이격시키는 프레임;을 더 포함하고,
    상기 프레임은 상기 터치 입력 장치의 테두리에 배치되고,
    상기 복수의 채널은 상기 프레임과 인접한 위치에 배치되는, 터치 입력 장치.
  22. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 제1절연층 및 제2절연층을 더 포함하고,
    상기 압력 센서는 상기 제1절연층 및 상기 제2절연층 사이에 배치되고,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널을 포함하는 디스플레이 모듈 또는 상기 기판에 부착되는, 터치 입력 장치.
  23. 제20항 또는 제21항에 있어서,
    상기 압력 감지부는 상기 디스플레이 패널에 직접 형성되는, 터치 입력 장치.
  24. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 채널을 이용하여 다중 터치에 대한 다중 압력 검출이 가능한, 터치 입력 장치.
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