KR102400399B1 - 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치 - Google Patents

터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는 터치 센서의 전극을 변형을 감지하기 위한 저항 센서로 활용할 수 있도록 하기 위한 것으로, 터치 입력을 감지하기 위한 터치 전극들과, 적어도 일부의 터치 전극들의 양단에 연결되는 변형인식센서모듈로 구현하거나, 터치 전극에 연결된 센서모듈이 전압기울기의 변화로부터 터치와 변형을 모두 감지할 수 있도록 하는 방식으로 구현할 수 있다.
본 발명은 터치 입력을 위한 전극을 변형을 감지하기 위한 저항 센서로 이용할 수 있는 구조를 제공함으로써, 변형인식감지를 위한 별도의 추가 센서 레이어가 필요치 않다. 따라서, 제품의 박형화와 경량화가 가능하고, 제조공정을 간소화할 수 있는 효과를 가져온다.

Description

터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치{FLEXIBLE DISPLAY DEVICE HAVING TOUCH SENSOR INTEGARTED BEND SENSOR}
본 발명은 플렉서블(Flexible) 디스플레이 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 플렉서블 디스플레이 장치의 변형을 감지하기 위한 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치에 관한 것이다.
키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(digitizer)등의 다양한 입력장치(input device)들이 사용자와 가전기기 또는 각종 정보통신기기 사이의 인터페이스를 구성하기 위해 사용되고 있다. 그러나 상술한 바와 같은 입력장치를 사용하는 것은 사용법을 익혀야 하고 입력 장치를 위한 별도의 공간이 구비되어야 하는 등의 불편이 있다. 따라서, 편리하면서도 간단하고 오작동을 감소시킬 수 있는 입력 장치에 대한 요구가 증가함에 따라 사용자가 손가락이나 펜 등으로 디스플레이 장치의 화면과 직접 접촉하여 정보를 입력하는 터치 센서의 사용이 증가하고 있다.
터치 센서는 조작이 간단하고, 오작동이 적으며, 별도의 입력기기를 사용하지 않고 디스플레이 장치에 직접 입력이 가능할 뿐 아니라 사용자가 디스플레이 장치의 화면에 표시되는 내용을 통해 신속하고 용이하게 조작할 수 있다는 편의성 때문에 그 적용이 확대되고 있다.
터치 센서는 구조에 따라서, 상판 부착형(Add-On type), 상판 공유형(On-Cell type) 및 터치 센서 일체형(In-Cell type)으로 분류할 수 있다. 상판 부착형은 디스플레이 장치와 터치 센서가 형성된 터치 패널을 개별적으로 제조한 후에, 디스플레이 장치의 상판에 터치 패널을 부착하는 방식이다. 상판 공유형은 디스플레이 장치의 상부 기판 표면에 터치 센서를 직접 형성하여 기판을 공유하는 방식이다. 터치 센서 일체형은 터치 센서의 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 디스플레이 장치의 공통전극으로 겸용하여 사용하는 방식이다.
상판 부착형은 디스플레이 장치 위에 완성된 터치 패널이 올라가 장착되는 구조로 두께가 두껍고, 디스플레이 장치의 밝기가 감소하여 시인성이 저하되는 문제가 있다. 상판 공유형의 경우 디스플레이 장치의 상면에 별도의 터치 센서가 형성된 구조로 상판 부착형보다 두께를 줄일 수 있지만, 여전히 터치 센서를 구성하는 구동 전극층과 센싱 전극층 및 이들을 절연시키기 위한 절연층 때문에 전체 두께가 증가하는 문제점이 있었다. 반면에 터치 센서 일체형의 경우 터치 센서의 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 디스플레이 장치의 공통전극으로 겸용할 수 있기 때문에 고정수 절감과 함께 두께를 줄일 수 있는 등 많은 장점을 가지고 있어서 최근 각광 받고 있다.
도 1은 디스플레이 패널에 터치 센서 레이어를 일체형으로 형성한 구조를 나타낸 도면이다.
터치 센서 레이어는 디스플레이 영역(DA)과, 베젤 영역(BA) 및 패드 영역(PA)을 포함한다. 디스플레이 영역(DA)은 터치 센싱을 위한 구성 요소들을 포함한다. 예를 들면, 터치 구동 전극(Tx_E) 및 터치 센싱 전극(Rx_E)을 포함한다. 경우에 따라서 디스플레이 공통 전극이 터치 구동 전극(Tx_E) 또는 터치 센싱 전극(Rx_E)의 기능을 포함할 수 있다.
베젤 영역(BA)은 디스플레이 영역(DA)을 둘러싸는 외측 부분을 통칭하며, 디스플레이 영역(DA)에 배치된 터치 센싱을 위한 구성 요소들에 신호를 송수신 하기 위한 구동 연장 배선(Tx_L) 및 센싱 연장 배선(Rx_L)을 포함한다.
패드 영역(PA)은 베젤 영역(BA)에 배치된다. 패드 영역(PA)에는 배선들과 연결되어 터치 센서를 구동시키기 위한 터치 센서용 FPC(Flexible Printed Circuit)를 부착하기 위한 터치 패드(Tx_P, Rx_P)를 포함한다.
터치 패드는 터치 구동 패드(Tx_P)와 터치 센싱 패드(Rx_P)를 포함한다. 터치 구동 패드(Tx_P)는 구동 연장 배선(Tx_L)의 끝단에 형성되고, 터치 센싱 패드(Rx_P)는 센싱 연장 배선(Rx_L)의 끝단에 형성된다. 터치 구동 전극(Tx_E) 및 터치 센싱 전극(Rx_E)은 서로 접촉하지 않고 교차하는 구조를 가지도록, 절연막을 사이에 두고 서로 다른 층에 형성될 수 있다.
한편, 외부의 물리력에 상응하여 변형될 수 있는 플렉서블 디스플레이(Flexible display)가 개발되어 영상 표시 장치에 적용시키는 연구가 활발하게 진행되고 있다. 플렉서블 디스플레이 장치란 기존의 평판 디스플레이 장치의 디스플레이 특성을 그대로 유지하면서 종이와 같이 휘어지거나, 구부러지거나, 접히거나 또는 말려지는 디스플레이 장치를 의미한다.
플렉서블 디스플레이 장치는 사용자가 힘을 가해서 디스플레이 장치의 형상을 변형시킬 수 있는데, 이러한 디스플레이의 형상 변형을 하나의 입력 장치로 활용하기 위한 연구도 함께 이루어지고 있다.
도 2는 플렉서블 디스플레이 장치의 기본구조를 설명하기 위한 도면이다.
도시된 바와 같이, 플렉서블 디스플레이 장치(20)는 기판(22), 구동부(24), 디스플레이 패널(26) 및 보호층(28)을 포함한다.
기판(22)은 외부 압력에 의해 변형될 수 있는 플라스틱 기판(예를 들면 고분자 필름)으로 구현될 수 있다.
플라스틱 기판은 기초 소재(base film)에 배리어 코팅(barrier coating)이 양면으로 처리된 구조를 가질 수 있다. 기초 소재의 경우, PI(Polyimide), PC(Polycarbonite), PET(Polyethyleneterephtalate), PES(Polyethersulfone), PEN(Polythylenenaphthalate), FRP(Fiber Reinforced Plastic) 등의 다양한 수지로 구현될 수 있다. 그리고, 배리어 코팅은 기초 소재에서 서로 대향되는 면에 수행되며, 유연성을 유지하기 위해 유기막 또는 무기막이 이용될 수 있다.
한편, 기판(22)은 플라스틱 기판 이외에도 유리 박막(thin glass) 또는 금속 박막(metal foil) 등과 같이 플렉서블 한 특성을 가지는 다른 소재가 적용될 수도 있다.
구동부(24)는 디스플레이 패널(26)을 구동시키는 기능을 수행한다. 구동부(24)는 디스플레이 패널(26)을 구성하는 복수의 화소에 구동 전압을 인가하며, a-Si TFT, LTPS(low temperature poly silicon) TFT, OTFT(organic TFT) 등으로 구현될 수 있다.
구동부(24)는 디스플레이 패널(26)의 구현 형태에 따라 다양한 형태로 구현될 수 있다. 일 예로, 디스플레이 패널(26)은 복수의 화소 셀로 이루어진 유기 발광체 및 그 유기 발광체의 양면을 덮는 전극층으로 이루어질 수 있다. 이 경우, 구동부(24)는 디스플레이 패널(26)의 각 화소 셀에 대응되는 복수의 트랜지스터를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(26)은 유기발광다이오드 외에도 EL, EPD(electrophoretic display), ECD(electrochromic display), LCD(liquid crystal display), AMLCD, PDP(Plasma display Panel) 등으로 구현 될 수도 있다. 다만, LCD의 경우, 자체적으로 발광할 수 없다는 점에서 별도의 백라이트가 요구된다. 백라이트가 사용되지 않는 LCD의 경우에는 주변 광을 이용한다. 따라서, 백라이트 없이 LCD 디스플레이 패널(26)을 사용하기 위해서는 광량이 많은 야외 환경과 같은 조건이 충족되어야 한다.
보호층(28)은 디스플레이 패널(26)을 보호하는 기능을 한다. 예를 들어, 보호층(28)에는 ZrO, CeO2, ThO2 등의 재료가 이용될 수 있다. 보호층(28)은 투명한 필름 형태로 제작되어 디스플레이 패널(26) 표면 전체를 덮는 형태로 형성될 수 있다.
한편, 플렉서블 디스플레이 장치는 전자 종이로 구현될 수도 있다. 전자 종이는 종이에 일반적인 잉크의 특징을 적용한 디스플레이로서, 반사광을 사용하는 점이 일반 평판 디스플레이와는 차이를 가진다. 한편, 전자 종이는 트위스트 볼을 이용하거나 캡슐을 이용한 전기영동을 이용하여 그림 또는 문자를 변경할 수 있다.
플렉서블 디스플레이 장치는 플렉서블 디스플레이의 변형을 감지하기 위한 변형인식 센서를 구비할 수 있다. 변형인식 센서는 플렉서블 디스플레이의 변형을 하나의 입력 신호로 활용하기 위한 것으로, 광섬유 벤드 센서, 압력 센서, 저항 센서 등으로 구현될 수 있다.
그런데, 변형을 감지하기 위한 변형인식 센서를 별도의 레이어를 추가하여 구현하게 되면, 그만큼 플렉서블 디스플레이 장치의 두께가 증가하게 되며, 플렉서블 디스플레이 장치의 두께의 증가는 플렉서블하게 변형되는 특성을 저하시키는 문제점을 가져올 수 있다.
본 발명은 터치 센서의 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 변형인식 센서의 저항 센서로 활용하는 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 제공하기 위한 것이다.
본 발명의 하나의 목적은 전술한 바와 같이 플렉서블 디스플레이의 변형을 인식하기 위한 변형인식센서를 구비하고, 변형인식센서를 이용하여 플렉서블 디스플레이의 변형상태를 감지하고, 감지된 변형의 형상에 따라 플렉서블 디스플레이 장치가 제어될 수 있도록 함으로써, 플렉서블 디스플레이의 변형을 하나의 입력 수단으로 활용할 수 있도록 하는 플렉서블 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 터치 입력 기능을 가지는 플렉서블 디스플레이 장치에 있어서 터치 입력을 감지하기 위한 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 변형인식센서에서 저항 센서로 활용하도록 함으로써, 변형인식센서의 저항 센서를 위한 별도의 추가 레이어가 필요치 않아 제품의 박형화에 유리한 플렉서블 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 디스플레이 영역 이외에 베젤 영역의 변형도 추가적으로 감지할 수 있는 플렉서블 디스플레이 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는 터치 입력을 감지하기 위한 터치 구동 전극 및 터치 센싱 전극과, 상기 터치 구동 전극의 일단과 상기 터치 센싱 전극의 일단에 연결되어 터치 입력을 감지하는 터치센서모듈과, 상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극의 양단에 연결되어 변형을 감지하는 변형인식센서모듈;을 포함한다.
상기 예에 의하면, 터치 센서의 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 변형인식센서모듈의 저항 센서로 활용함으로써, 별도의 저항 센서를 구비하지 않아도 되므로 플렉서블 디스플레이 장치의 제조 공정을 간소화할 수 있고, 플렉서블 디스플레이 장치를 슬림화할 수 있다.
상기 변형인식센서모듈은 연결된 상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극의 저항값 변화로부터 변형을 감지하도록 할 수 있다.
이러한 구조는 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극의 재질에 변화나, 형상에 변화를 주지 않고서도 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 그대로 변형인식센서에서 저항 센서로 활용할 수 있도록 한다.
한편, 상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극의 전부를 모두 저항 센서로 활용할 수도 있지만, 일부만을 상기 변형인식센서모듈에 연결하여 저항 센서로 활용할 수 있다.
변형인식센서의 경우 터치 센서와 같은 고감도를 요하지 않기 때문에, 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극 전체가 아닌 일부만을 저항 센서로 활용할 수 있으며, 이를 통해 상대적으로 저해상도의 변형인식센서모듈을 적용할 수 있다.
상기 터치센서모듈과 상기 변형인식센서모듈은 시간분할방식으로 선택적으로 동작하는 것이 바람직하다.
이는 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 터치센서모듈과 변형인식센서모듈에서 공용으로 활용함에 있어서 간섭에 의하여 오차 발생을 감소시키기 위한 것이다.
또한, 변형인식센서 모듈의 인식 범위를 확대하기 위하여, 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 저항 센서로 활용하는 것과 더불어 상기 변형인식센서 모듈에만 양단이 연결되는 변형인식전극을 추가로 포함할 수 있다.
터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극은 디스플레이 영역에 주로 배치되는 것으로, 베젤 영역의 변형을 추가적으로 감지하기 위하여 베젤 영역에 별도의 변형인식전극을 구비할 수 있다.
이 때, 상기 변형인식전극은 상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극과 동일한 층에 형성되는 것이 바람직한데, 이는 변형인식전극을 별도의 공정으로 형성하지 않고, 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극 형성 공정에서 함께 형성할 수 있도록 하기 위한 것이다.
한편, 상기 터치센서모듈과 상기 변형인식센서모듈이 일체로 형성될 수 있다. 이들을 일체로 형성하면 터치센서모듈을 위한 패드와 변형인식센서모듈을 위한 패드를 별도로 구비하지 않아도 되므로, 플렉서블 디스플레이 장치의 패드 영역을 감소시킬 수 있어 베젤의 폭을 감소시킬 수 있다.
또한 변형인식 감도를 향상시키기 위하여, 상기 변형인식센서 모듈에 연결된 상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극은 상대 전극과 중첩되지 않는 부분에 다른 부분보다 선폭이 작은 협폭 구간을 구비할 수 있고, 상기 협폭 구간은 배치위치에 따라 선폭을 달리하도록 할 수 있다.
협폭 구간은 길이변화에 따른 저항값의 변화를 증대시켜, 변형인식 감도를 향상시킬 수 있으며, 또한 구간별로 선폭을 달리하면 변형이 발생한 구간을 보다 정확하게 감지할 수 있도록 하는 효과를 가져온다.
터치 입력을 감지하기 위한 터치 전극과, 상기 터치 전극과 연결되는 센서 모듈을 포함하는 셀프 캡 방식의 터치 센서에 있어서, 센서모듈에서 정전용량 변화와 저항값의 변화를 모두 감지할 수 있도록 하여, 정전용량의 변화로부터 터치를 인식하고, 저항값의 변화로부터 디스플레이 장치의 변형을 인식하도록 할 수 있다.
셀프 캡 방식은 터치 전극을 충방전 하며, 시간에 따른 전압기울기의 변화로부터 정전용량의 변화를 감지하도록 동작하는데, 터치 전극이 변형되면 그에 따라 터치 전극의 저항값도 변화되고, 저항값의 변화도 전압기울기에 변화를 주게 되기 때문에, 전압기울기의 변화로부터 저항값의 변화를 감지할 수도 있다.
또한, 센서 모듈에서 직접 터치 전극의 저항값을 측정할 수 있도록 터치 전극을 센서 모듈에 두 개의 배선으로 연결할 수 있다.
이 경우 센서모듈은 정전용량 변화의 감지와, 저항값 변화의 감지를 시간 분할 방식으로 수행하거나, 동시에 수행할 수 있다.
본 발명에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는 변형인식센서를 구비하여, 플렉서블 디스플레이 장치가 외력에 의하여 변형되면 이를 감지하여 인식할 수 있고, 변형의 형태를 하나의 입력 수단으로 활용할 수 있는 효과를 가져온다.
또한, 본 발명에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는 변형인식센서로 터치 입력을 감지하기 위한 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 활용하도록 함으로써, 변형인식센서를 위한 별도의 추가 레이어가 필요치 않아 제품의 박형화와 경량화가 가능하고, 제조공정을 간소화할 수 있는 효과를 가져온다.
그리고, 본 발명에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 활용함과 동시에, 추가적인 변형 감지를 위한 변형감지전극을 베젤 영역에 추가로 구비할 수 있고, 이로부터 보다 다양한 형태의 변형을 감지할 수 있는 효과를 가져온다.
도 1은 디스플레이 패널에 터치 센서 레이어를 일체형으로 형성한 구조를 나타낸 도면이다.
도 2는 플렉서블 디스플레이 장치의 기본구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 터치 구동 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 이용하는 형태를 나타낸 것이다.
도 4는 및 도 5는 저항 센서를 이용한 변형인식원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 터치 센싱 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 이용하는 형태를 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 이용하는 형태를 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 이용하며 추가적으로 변형인식전극을 더 포함하는 형태를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 저항 센서로 활용되는 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극의 변형감지 감도 향상을 위한 형태를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 셀프 캡 방식에서 터치센서와 변형인식센서를 일체화하는 형태를 설명하기 위한 것이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치의 다양한 실시예를 설명한다.
이하에서 제1, 제2 등과 같이 서수를 포함하는 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 해당 구성요소들은 이와 같은 용어들에 의해 한정되지는 않는다. 이 용어들은 하나의 구성요소들을 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다.
또한, 본 발명에서 ~~ 상에 있다라고 함은 어떠한 부분이 다른 부분과 접촉한 상태로 바로 위에 있다를 의미할 뿐만 아니라 어떠한 부분이 다른 부분과 비접촉한 상태이거나 제3의 부분이 중간에 더 형성되어 있는 상태로 다른 부분의 위에 있다를 의미할 수도 있다.
터치를 감지하기 위한 센싱 방법으로는 저항막 방식과 정전용량 방식 등이 있다. 정전용량 방식은 다시 셀프캡(Self Cap) 방식과 뮤추얼 캡(Mutual Cap) 방식이 있다.
본 발명은 터치센서와 변형인식센서이 전극을 공통으로 사용하거나, 터치센서와 변형인식센서를 일체형으로 통합할 수 있도록 하는 기술을 제공한다. 여기서 일체형이라함은 전체가 일체화 한다는 의미와, 일부의 부품을 공용으로 사용하며 일체화된다는 의미를 모두 포함한다.
먼저 도 3 내지 도 9를 참조하여 뮤추얼 캡 방식의 터치 센서에 적용되는 실시예에 관하여 살펴본다.
도 3은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 터치 구동 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 이용하는 형태를 나타낸 것이다.
도 3을 참조하면, 본 발명에 따른 플렉서블 디스플레이 장치는 터치 구동 전극(Tx_E), 터치 센싱 전극(Rx_E), 터치센서모듈(미도시) 및 변형인식센서모듈(미도시)을 포함한다.
터치 구동 전극(Tx_E)과 터치 센싱 전극(Rx_E)은 터치 입력을 감지하기 위한 것으로, 디스플레이 장치의 디스플레이 영역(DA)에 배치된다.
터치 구동 전극(Tx_E)과 터치 센싱 전극(Rx_E)은 사용자의 터치에 의한 정전용량의 변화를 감지할 수 있도록 구비되는 것으로, 서로 접촉하지 않고 교차하는 구조를 가지도록, 절연막을 사이에 두고 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 도시한 실시예의 경우 터치 센싱 전극(Rx_E)이 터치 구동 전극(Tx_E)의 위쪽에 배치된 것이나, 반대로 터치 구동 전극(Tx_E)이 터치 센싱 전극(Rx_E)의 위쪽에 배치될 수도 있다.
터치 구동 전극(Tx_E)의 일측 단부는 구동 연장 배선(Tx_L)을 통해 터치 구동 패드(Tx_P)에 연결되고, 터치 센싱 전극(Rx_E)의 일측 단부는 센싱 연장 배선(Rx_L)을 통해 터치 센싱 패드(Rx_P)에 연결된다.
그리고, 터치 구동 패드(Tx_P)와 터치 센싱 패드(Rx_P)는 터치센서모듈에 연결된다.
터치센서모듈은 터치 전후의 정전용량의 변화를 측정하여 터치 위치를 검출하는 역할을 수행한다.
본 발명은 상술한 터치 구동 전극(Tx_E) 또는 터치 센싱 전극(Rx_E)을 변형인식센서의 저항 센서로 활용하는 것을 특징으로 한다.
터치 구동 전극(Tx_E)과 터치 센싱 전극(Rx_E)은 전도체로 형성되는 것으로 저항값을 가지고 있으며, 플렉서블 디스플레이 장치의 변형시에 함께 변형되며 길이가 팽창 또는 수축하게 되고, 길이의 변화에 따라 저항값도 변화하게 된다. 따라서, 터치 구동 전극(Tx_E) 또는 터치 센싱 전극(Rx_E)을 저항 센서로 활용하여 플렉서블 디스플레이 장치의 변형을 감지할 수 있다.
도시한 실시예의 경우 터치 구동 전극(Tx_E)을 저항 센서로 활용한 것이다.
도시한 바와 같이, 터치 구동 전극(Tx_E)의 양단이 변형인식센서모듈에 연결되도록 함으로써, 변형인식센서모듈에서 변형 전후의 터치 구동 전극(Tx_E)의 저항값 변화를 검출할 수 있도록 한 것이다.
이를 위하여, 터치 구동 전극(Tx_E)의 양단이 변형인식센서모듈에 연결되어야 한다. 터치 구동 전극(Tx_E)의 일단은 터치 구동 패드(Tx_P)에 연결되어 있으므로, 터치 구동 패드(Tx_P)에 연결되어 있지 않은 터치 구동 전극(Tx_E)의 타단을 변형감지 연장 배선(BS_L)을 통해 변형감지패드(BS_P)에 연결할 수 있다. 이 때, 터치 구동 패드(Tx_P)는 변형감지센서에 공용으로 연결되도록 할 수 있다.
그리고, 변형인식센서모듈이 상기 변형감지패드(BS_P)와 터치 구동 패드(Tx_P)에 연결되도록 함으로써, 변형인식센서모듈이 터치 구동 전극(Tx_E)를 저항 센서로 활용하여, 터치 구동 전극(Tx_E)의 변형 전후 저항값 변화로부터 플렉서블 디스플레이의 변형을 인식하도록 할 수 있다.
터치 입력의 감지는 터치센서모듈에 의해서 이루어지며, 플렉서블 디스플레이 장치의 변형은 변형인식센서모듈에 의해서 이루어진다. 터치센서모듈과 변형인식센서 모듈이 동시에 동작하는 경우 공용으로 사용되는 전극에서 인식 오류가 발생할 수 있다. 따라서, 터치센서모듈과 변형인식센서모듈은 시간분할 방식으로 동작하는 것이 바람직하다.
다시말해, 터치센서모듈이 동작하는 경우 변형인식센서모듈은 동작하지 않고 정지하고, 변형인식센서모듈이 동작하는 경우 터치센서모듈이 동작하지 않고 정지하는 것이다.
상술한 터치 구동 전극(Tx_E) 또는 터치 센싱 전극(Rx_E)를 변형인식센서모듈의 저항 센서로 활용하는 구성은 상판 공유형(On-Cell type) 및 터치 센서 일체형(In-Cell type)에 모두 적용될 수 있다.
도 4는 및 도 5는 저항 센서를 이용한 변형인식원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 휘스톤 브릿지 회로를 나타낸 것이다. 도시한 바와 같이 4개의 저항을 이용하여 휘스톤 브릿지 회로를 구성하고, 회로에 입력 전압(Vin)을 인가한 후, 출력전압(Vout)을 측정하면, 출력전압(Vout)은 하기의 식과 같다.
Vout = Vin[R4/(R3+R4)-R2/(R1+R2)]
저항 센서(R3)에서 변형이 발생하면, 그 변위에 대한 저항 변화가 발생하는데 나머지 저항값(R1,R2,R4)는 고정된 값이므로, 출력전압(Vout)을 측정하는 것으로 저항 센서(R3)에서 발생하는 저항변화를 측정할 수 있게 된다.
도 5는 선재가 연신 되었을 때 선재의 길이 변화와 단면적의 변화를 나타낸 것이다.
선재에 장력이 가해지게 되면, 길이는 늘어나며 단면적은 감소하게 되고, 이에 따라 저항값이 변화하게 된다.
길이 변화율(strain)은 변형 길이에 대한 최초 길이의 비로 정의 된다.(ΔL/L).
저항 센서의 감도를 결정하게 되는 게이지 팩터(gage factor)는 저항변화율에 대한 길이 변화율의 비([(ΔR/R)/(ΔL/L)])로 정의되는데, 이는 길이 변화에 따라 저항값 변화가 큰 재질을 사용할수록 길이변화를 보다 정밀하게 감지할 수 있다는 것을 의미한다.
표 1은 재질에 따른 게이지 팩터(Gage Factor)를 나타낸 것이다.
재질
게이지 팩터(Gage Factor)
Low strain High Strain
구리(copper) 2.6 2.2
콘스탄탄(constantan) 2.1 1.9
니켈(Nickel) -12 2.7
백금(Platinum) 6.1 2.4
은(Silver) 2.9 2.4
표 1을 살펴보면, 구리, 콘스탄탄, 백금, 은 재질이 게이지 팩터가 높아 저항 센서의 재질로 적합한 것으로 나타났다. 재료의 원가를 감안하면 구리(또는 구리합금) 또는 은(또는 은 합금) 재질이 바람직할 것으로 판단되며, 표에는 나타나지 않았지만 알루미늄이나 알루미늄 합금 재질도 적용이 가능하다.
도 6은 본 발명의 제2실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 터치 센싱 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 이용하는 형태를 나타낸 것이다.
앞선 실시예의 경우, 터치 구동 전극(Tx_E) 전부를 변형인식센서모듈에서 저항 센서로 활용할 수 있도록 한 것이나, 본 실시예는 터치 센싱 전극(Rx_E)의 일부만을 변형인식센서모듈에서 저항 센서로 활용하는 형태를 나타낸 것이다.
터치 입력을 감지하기 위한 터치 센서의 경우 비교적 높은 해상도의 감지가 필요하나, 플렉서블 디스플레이의 변형을 인식하기 위한 변형인식센서의 경우 상대적으로 낮은 해상도의 감지로 충분할 수 있다.
따라서, 도시한 바와 같이 터치 센싱 전극(Rx_E)의 일부만이 변형인식센서모듈에 연결함으로써, 변형인식센서모듈의 센싱 부하를 낮출 수 있다.
도 7은 본 발명의 제3실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 이용하는 형태를 나타낸 것이다.
도 3의 제1실시예의 경우 종방향으로 배열된 터치 구동 전극(Tx_E)를 변형인식센서에서 저항 센서로 활용하는 것으로 종방향의 굽힙에 대한 변형감지에 적합하고, 도 6의 제2실시예의 경우 횡방향으로 배열된 터치 센싱 전극(Rx_E)를 변형인식센서에서 저항 센서로 활용하는 것으로 횡방향의 굽힘에 대한 변형감지에 적합하다. 그런데, 플렉서블 디스플레이 장치는 형태에 따라서 종방향 또는 횡방향으로의 굽힙만 가능한 형태 뿐만 아니라 양방향(종방향과 횡방향)에 대하여 자유자재로 굽힘이 가능한 형태로 구현될 수도 있다.
이러한 경우에는 도 7에 도시한 바와 같이, 터치 구동 전극(Tx_E)과 터치 센싱 전극(Rx_E)을 모두 변형감지센서의 저항 센서로 활용할 수 있다. 이를 위하여 터치 구동 전극(Tx_E)의 양단과, 터치 센싱 전극(Rx_E)의 양단은 모두 변형인식센서모듈에 연결된다.
도시한 실시예에서, 터치 구동 전극(Tx_E)의 상단은 변형인식 연결 배선(BS_L)을 통해서 변형인식센서패드(BS_P)를 통해 변형인식센서모듈에 연결되고, 터치 구동 전극(Tx_E)의 하단은 구동 연결 배선(Tx_L)을 통해서 터치 구동 패드(Tx_P)를 통해 터치센서모듈에 연결된다. 또한, 터치 구동 전극(Tx_E)의 하단은 변형인식센서모듈에도 연결되어야 하는 데, 이를 위하여 터치 구동 패드(Tx_P)의 반대면에 변형인식센서패드(BS_P)를 구비할 수 있다. 이 경우 구동 연결 배선(Tx_L)은 변형인식 배선(BS_L)의 기능을 겸하게 된다. 물론 별도로 변형인식센서패드(BS_P)를 구비하지 않고, 터치 구동 패드(Tx_P)를 변형인식센서에서 공용으로 사용할 수도 있다.
터치 센싱 전극(Rx_E)의 경우에도 일측 단부가 터치 센싱 패드(Rx_P)를 통해 터치센서모듈에 연결되고, 양측 단부가 변형인식센서패드(BS_P)를 통해 변형인식센서모듈에 연결되는 구조는 동일하다.
한편, 이상의 설명에서 터치센서모듈과 변형인식센서모듈이 별도로 구비된 것을 전제로하여 설명하였으나, 통합된 하나의 모듈이 터치센서모듈의 기능과 변형인식센서모듈의 기능을 수행하도록 할 수도 있다.
또한, 도시한 실시예에서 터치 구동 전극(Tx_E)은 모두 평행하게 배치되고, 터치 센싱 전극(Rx_E)도 모두 평행하게 배치되며, 터치 구동 전극(Tx_E)과 터치 센싱 전극(Rx_E)이 직교하는 것으로 도시하였으나, 플렉서블 디스플레이의 변형 형태에 따라서 터치 구동 전극(Tx_E) 또는 터치 센싱 전극(Rx_E)은 평행하지 않고 서로 각을 가지도록 배치될 수도 있으며, 경우에 따라서는 극좌표의 형태와 같이 터치 구동 전극은 방사상으로 배치되고 터치 센싱 전극은 동심원 형태로 배치될 수도 있다.
도 8은 본 발명의 제4실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극을 변형인식센서의 저항 센서로 이용하며 추가적으로 변형인식전극을 더 포함하는 형태를 나타낸 것이다.
본 실시예는 터치 구동 전극(Tx_E) 또는 터치 센싱 전극(Rx_E)을 저항 센서로 이용하면서, 추가적으로 변형인식만을 위한 변형인식전극(BS_E)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
도시한 바와 같이, 변형인식전극(BS_E)은 터치 구동 패드(Tx_P) 및 터치 센싱 패드(Rx_P)에는 연결되지 않고, 변형인식 패드(BS_P)에만 연결 된다. 터치 구동 전극(Tx_E)와 터치 센싱 전극(Rx_E)은 주로 디스플레이 영역(DA)에 형성되는 것으로, 베젤 영역(BA)의 변형을 보다 정확하게 감지하기 위하여 베젤 영역(BA)에 변형인식 전극(BS_E)을 형성하여, 베젤 부분의 변형을 보다 정확하게 감지할 수 있다. 물론 변형인식전극(BS_E)을 디스플레이 영역(DA)에 형성할 수도 있다.
도시한 실시예의 경우, 변형인식전극(BS_E)이 모서리 부분에 대각선 방향으로 형성된 것으로 나타냈으나, 변형인식전극(BS_E)의 형상 및 방향을 감지하고자 하는 변형의 형태에 따라서 다양하게 변형될 수 있다.
변형인식전극(BS_E)은 터치 구동 전극(Tx_E) 또는 터치 센싱 전극(Rx_E)과 동일한 층(layer)에 형성되도록 할 수 있다. 이 경우 터치 구동 전극(Tx_E) 또는 터치 센싱 전극(Rx_E) 형성 공정에서 함께 형성할 수 있어 추가 공정이 필요치 않은 장점을 가지게 된다.
도 9는 본 발명의 제5실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면으로, 저항 센서로 활용되는 터치 구동 전극 또는 터치 센싱 전극의 변형감지 감도 향상을 위한 형태를 나타낸 것이다.
도시한 실시예는 터치 구동 전극(Tx_E)의 양단을 변형인식 패드(BS_P)를 통해 변형인식센서 모듈에 연결하여 저항 센서로 활용하는 형태를 나타낸 것인데, 변형인식 감도 향상을 위하여 터치 구동 전극(Tx_E)에 선폭이 상대적으로 좁은 협폭 구간(NA_11, NA_12, NA_13, NA_14, NA_15)를 형성한 것을 특징으로 한다. 협폭 구간(NA_11, NA_12, NA_13, NA_14, NA_15)은 선폭이 상대적으로 좁아 길이 변화에 대하여 더 큰 저항값의 변화를 가져오게 되므로, 변형인식 감도를 향상시킬 수 있다. 협폭 구간(NA_11, NA_12, NA_13, NA_14, NA_15)은 터치 센서의 감도에는 영향을 미치지 않도록 하기 위하여, 다른 전극(본실시예의 경우 터치 센싱 전극)과 중첩되지 않는 부분에 배치되는 것이 바람직하다.
나아가, 협폭 구간(NA_11, NA_12, NA_13, NA_14, NA_15)이 위치에 따라 서로 다른 선폭을 가지도록 하여 어느 지점에서 변형이 이루어지느냐에 따라 저항값의 변화가 달라지도록 함으로써, 보다 정확하게 변형된 형태를 감지할 수 있도록 할 수도 있다.
이하에서는 도 10을 참조하여 셀프 캡 방식의 터치 센서에 적용된 실시예에 관하여 살펴본다.
도 10은 본 발명의 제6실시예에 따른 터치센서 일체형 변형인식센서를 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.
제6실시예는 셀프 캡 방식의 정전용량 터치 센서에 적용된 것을 나타낸 것이다.
셀프 캡 방식의 정전용량 터치센서는 터치 전극(Sc_E)이 블록 단위로 분할되어 배치되어 있고, 각각의 터치 전극(Sc_E)은 전극 연장 배선(Sc_L)을 통해 패드 영역(PA)의 센싱 패드(Sc_P)로 연결된다. 센싱 패드(Sc_P)는 센서 모듈로 연결된다.
도시한 실시예의 경우 각각의 터치 전극(Sc_E)이 하나의 배선으로 센서 모듈과 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 터치 전극(Sc_E)이 두개의 배선을 통해 센서 모듈과 연결될 수도 있다.
셀프 캡 방식의 정전용량 터치센서는 구동펄스를 터치 전극(Sc_E)으로 인가하고, 터치 전극(Sc_E)으로부터 수신되는 감지 신호를 분석하여 해당 터치 전극이 터치되었는지 여부나, 해당 전극의 어느 부분이 터치 되었는지를 판단한다.
터치 여부의 판단은 터치 전압의 충전(Charging) 및 방전(Discharging)을 이용하게 된다. 보다 구체적으로 셀프 캡 방식은 터치했을 때와 터치하지 않았을 경우의 정전용량의 변화에 따른 전압 기울기의 변화를 이용하여 터치 여부를 감지한다.
터치 전극(Sc_E)이 단일 배선으로 연결된 경우에는 단일 배선을 통해 구동 펄스의 인가와 신호의 수신이 이루어지게 되고, 두 개의 배선으로 연결된 경우에는 하나의 배선을 통해서는 구동 펄스를 인가하고, 다른 하나의 배선을 통해서 신호를 수신한다.
그런데, 전압 기울기의 변화는 저항값의 변화에 의해서도 발생하게 된다. 일반적인 평판 디스플레이의 경우 터치 전극의 형상이 변화하지 않으므로, 터치 전극(Sc_E)이 일정한 저항값을 가지게 된다. 그런데, 플렉서블 디스플레이 장치의 경우에는 디스플레이 장치가 변형됨에 따라 터치 전극(Sc_E)도 변형되고, 터치 전극(Sc_E)의 변형에 의하여 터치 전극의 저항값도 변하게 된다.
본 발명에 따른 센서 모듈은 전압 기울기의 변화로부터 터치 전극(Sc_E)의 정전용량 변화, 터치 전극의 저항값 변화를 모두 감지할 수 있도록 하는 것을 특징으로 한다.
이를 위해서는 센서 모듈이 전압 기울기의 변화가 터치 전극(Sc_E)의 터치에 의한 것인지, 아니면 터치 전극의 형상 변형으로 인한 저항값 변화에 의한 것인지를 판단할 수 있어야 한다. 이를 위하여 형상 변형으로 인한 저항값 변화로부터 발생하는 전압 기울기 변화의 스케일과, 터치로 인한 정전 용량 변화로부터 발생하는 전압 기울기 변화의 스케일이 달라지도록 하는 것이 바람직하다.
다른 실시 형태로 터치 전극(Sc_E)의 저항값의 변화를 센서 모듈에서 직접 측정하도록 할 수 있다. 센서 모듈이 터치 전극(Sc_E)의 저항값을 직접 측정할 수 있도록 하기 위해서는 터치 전극(Sc_E)이 두 개의 배선으로 센서 모듈에 연결되어야 한다. 센서 모듈이 연결된 두 개의 배선을 통해서 터치 전극의 저항값을 직접 측정하여, 저항값의 변화를 감지할 수 있도록 하는 것이다.
이 때, 센서 모듈은 정전 용량 변화 감지와, 저항값 변화 감지를 시간 분할 방식으로 수행하도록 할 수 있고, 정전 용량 변화 감지와 저항값 변화 감지를 동시에 수행하도록 할 수도 있다.
이상 살펴본 바와 같이, 셀프 캡 방식의 터치 센서에서는 터치 전극을 그대로 사용하면서, 전압 기울기 변화로부터 저항값의 변화를 판단할 수 있는 로직(logic)을 추가하는 것으로 터치센서와 변형인식센서를 일체화할 수도 있고, 센서모듈에서 저항값을 측정할 수 있도록 함으로써 터치센서와 변형인식센서를 일체화 할 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예를 중심으로 설명하였지만, 통상의 기술자의 수준에서 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있다. 따라서, 이러한 변경과 변형이 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 한 본 발명의 범주 내에 포함되는 것으로 이해할 수 있을 것이다.
DA : 디스플레이 영역
BA : 베젤 영역
PA : 패드 영역
Tx_E : 터치 구동 전극
Rx_E : 터치 센싱 전극
BS_E : 변형 인식 전극
Sc_E : 터치 전극
Tx_P : 터치 구동 패드
Rx_P : 터치 센싱 패드
BS_P : 변형인식 패드
Sc_E : 센싱 패드
Tx_L : 구동 연장 배선
Rx_L : 센싱 연장 배선
BS_L : 변형인식 연장 배선
Sc_L : 전극 연장 배선

Claims (12)

  1. 터치 입력을 감지하기 위한 터치 구동 전극과 터치 센싱 전극;
    상기 터치 구동 전극의 일단과 상기 터치 센싱 전극의 일단에 연결되어 터치 입력을 감지하는 터치센서모듈; 및
    상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극의 양단에 연결되어 변형을 감지하는 변형인식센서모듈;을 포함하고,
    상기 터치센서모듈과 상기 변형인식센서모듈은 시간분할방식으로 선택적으로 동작하는 플렉서블 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형인식센서모듈은 연결된 상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극의 저항값(resitance) 변화로부터 변형을 감지하는 플렉서블 디스플레이 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극의 일부만 상기 변형인식센서모듈에 연결되는 플렉서블 디스플레이 장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 변형인식센서모듈에 양단이 연결된 변형 인식 전극을 더 포함하는 플렉서블 디스플레이 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 변형 인식 전극은 상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극과 동일한 층에 형성된 플렉서블 디스플레이 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치센서모듈과 상기 변형인식센서모듈이 일체로 형성된 플렉서블 디스플레이 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 구동 전극과 상기 터치 센싱 전극은 서로 교차하게 배치되고,
    상기 변형인식센서모듈에 연결된 상기 터치 구동 전극 또는 상기 터치 센싱 전극은 상대 전극과 중첩되지 않는 부분에 다른 부분보다 선폭이 작은 협폭 구간을 구비하는 플렉서블 디스플레이 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 협폭 구간은 배치위치에 따라 선폭을 달리하는 플렉서블 디스플레이 장치.
  10. 터치 입력을 감지하기 위한 터치 전극; 및
    상기 터치 전극과 연결되는 센서모듈;을 포함하고,
    상기 센서모듈은 상기 터치 전극의 정전용량(capacitance) 변화를 감지하여 터치를 인식하고, 상기 터치 전극의 저항값(resistance) 변화를 감지하여 상기 터치 전극의 변형을 인식하고,
    상기 센서모듈은 정전용량 변화 감지와 저항값 변화 감지를 시간분할방식으로 수행하는 플렉서블 디스플레이 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 터치 전극은 단일 배선으로 상기 센서모듈과 연결되고,
    상기 센서모듈은 단일 배선을 통해 상기 터치 전극을 충전 및 방전하며, 시간에 따른 전압기울기의 변화를 감지하고, 전압기울기의 변화로부터 정전용량 변화와 저항값 변화를 감지하는 플렉서블 디스플레이 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 터치 전극은 두 개의 배선으로 상기 센서모듈과 연결되고,
    상기 센서모듈은 상기 터치 전극을 충전 및 방전하며 정전용량 변화를 감지하고, 상기 터치 전극의 저항값을 측정하여 저항값 변화를 감지하는 플렉서블 디스플레이 장치.
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KR102104588B1 (ko) * 2012-07-11 2020-04-24 삼성전자주식회사 플렉서블 디스플레이 장치 및 그 동작 방법
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