KR102447206B1

KR102447206B1 - 터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치

Info

Publication number: KR102447206B1
Application number: KR1020150176648A
Authority: KR
Inventors: 함용수; 최수석; 김태헌; 이용우; 임명진; 최슬기
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-12-29
Filing date: 2015-12-11
Publication date: 2022-09-26
Also published as: KR20160080069A

Abstract

터치 패널이 제공된다. 터치 패널은 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 유전층을 포함한다. 제2 전극은 제1 전극과 동일 평면에서 제1 전극과 전기적으로 분리되도록 배치된다. 제3 전극은 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 중첩하도록 배치된다. 유전층은 제1 전극과 제3 전극 사이 및 제2 전극과 제3 전극 사이에 배치되며, 배열 방향에 따라 상이한 비유전율을 갖는 유전 이방성 물질을 구비하는 것을 특징으로 한다. 터치 패널은 서로 전기적으로 분리된 제1 전극 및 제2 전극을 사용하여 터치 입력의 좌표를 센싱하고, 유전층의 비유전율 변화에 기초하여 터치 입력의 세기를 센싱하므로, 3차원 터치 센싱이 가능하고, 유전 이방성 물질을 사용하여 유전층의 두께 변화에 무관하게 터치 입력의 세기를 센싱할 수 있으므로, 터치 입력의 세기를 정확하게 측정할 수 있다.

Description

터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치{TOUCH PANEL AND DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치 입력의 2차원 좌표뿐만 아니라 터치 입력의 세기까지 센싱가능한 터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

터치 패널은 표시 장치에 대한 화면 터치나 제스쳐(gesture) 등과 같은 사용자의 터치 입력을 센싱하는 장치로서, 스마트폰, 태블릿 PC 등의 휴대용 표시 장치를 비롯하여 공공 시설의 표시 장치와 스마트 TV 등의 대형 표시 장치에 널리 활용되고 있다. 이러한 터치 패널은 동작 방식에 따라 저항막(resistive) 방식, 커패시턴스(capacitance) 방식, 광학(optical) 방식, 전자기(ElctroMagnetic; EM) 방식 등으로 구분될 수 있다.

다양한 터치 패널 중에서 커패시턴스 방식의 터치 패널이 일반적으로 많이 사용되고 있다. 커패시턴스 방식의 터치 패널은 서로 교차하는 터치 전극들의 커패시턴스가 터치 입력에 의해 변화되는 경우, 그 커패시턴스의 변화량을 측정하여 터치가 입력된 지점을 검출한다.

그러나, 커패시턴스 방식의 터치 패널은 터치가 입력된 지점의 X좌표와 Y좌표를 검출하는 방식이므로, 2차원적인 터치 센싱은 가능하지만, 터치 입력의 세기를 측정할 수 없어, 약한 터치 입력과 강한 터치 입력을 구분하는 3차원 터치 센싱이 불가능한 단점이 있다.

최근에는 이러한 3차원 터치 센싱을 위해, 압력 센서를 사용하여 터치 입력의 세기를 측정하는 방식이 사용되고 있다. 터치 입력의 세기를 측정하는 압력 센서는 광학 방식, 커패시턴스 방식 등이 있다.

광학 방식의 압력 센서는 사용자의 터치 입력 시 손가락의 접촉면에서 광의 도파 경로가 변경되는 현상을 이용해 압력을 센싱한다. 그러나, 광학 방식의 압력 센서는 별도의 도파관(wave guide)을 필요로 하므로, 터치 패널의 두께가 증가되는 문제가 있다.

커패시턴스 방식의 압력 센서는 서로 대향하는 2개의 전극 사이에 개재되고 탄성체로 이루어지는 절연층의 두께 변화에 따른 커패시턴스 변화량에 기초하여 압력을 측정한다. 그러나, 커패시턴스 방식의 압력 센서는 절연층이 압축되었다가 복원되는 복원 시간 동안은 터치 입력의 세기를 측정할 수 없다는 단점이 있다. 또한, 커패시턴스 방식의 압력 센서의 절연층은 압력을 충분히 센싱할 수 있도록 두꺼운 두께를 가져야하므로, 터치 패널의 두께가 증가되는 단점이 있다. 커패시턴스 방식의 압력 센서에서 발생되는 문제를 보다 상세히 설명하기 위해, 도 1을 함께 참조한다.

도 1은 커패시턴스 방식의 압력 센서를 포함하는 종래의 터치 패널의 문제점을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 1을 참조하면, 터치 패널(100)은 하부 기판(110), 하부 전극(120), 절연층(130), 상부 전극(140) 및 상부 기판(160)을 포함한다. 하부 전극(120) 및 상부 전극(140)은 서로 교차하고, 절연층(130)을 사이에 두고 서로 전기적으로 분리된다. 절연층(130)은 변형이 발생될 경우, 이에 대한 복원력(restoring force)을 갖는 탄성체로 이루어진다.

도 1에 도시된 바와 같이, 상부에서 터치 입력에 의한 압력이 가해지면, 상부 기판(160)의 국부적인 변형이 발생되고, 압력에 의해 상부 전극(140)과 하부 전극(120) 사이의 간격이 변화된다. 예를 들어, 도 1에 도시된 바와 같이, 제1 하부 전극(121), 제2 하부 전극(122) 및 제3 하부 전극(123)이 배치된 영역에 터치 입력이 인가된 경우, 터치 입력이 인가된 지점의 바로 밑에 위치한 제2 하부 전극(122)과 상부 전극(140) 사이의 간격은 줄어든다. 이에, 제2 하부 전극(122)과 상부 전극(140) 사이의 커패시턴스(C₂)가 증가하게 된다.

구체적으로, 서로 대향하는 양 전극 사이의 커패시턴스 값은 양 전극 사이의 비유전율에 비례하고, 양 전극 사이의 간격에 반비례한다. 따라서, 상부 전극(140)과 제2 하부 전극(122) 사이 간격이 감소하는 경우, 상부 전극(140)과 제2 하부 전극(122) 사이이 커패시턴스(C₂)는 증가한다.

터치 패널(100)의 터치 컨트롤러는 상부 전극(140)과 제2 하부 전극(122) 사이의 커패시턴(C₂)의 변화량을 측정함으로써, 터치 입력의 세기를 검출하게 된다. 터치 입력이 종료되면 절연층(130)의 복원력으로 인해 상부 전극(140) 및 상부 기판(150)은 원래의 형태로 복원되고, 터치 입력이 인가된 지점의 커패시턴스(C₂)도 초기 값으로 복원된다.

그러나, 터치 입력이 강하게 작용하는 경우, 절연층(130)이 많이 압축되고, 이에 따라 절연층(130)이 원래 상태로 복원되는데 상당한 시간이 필요할 수 있다. 이 경우, 절연층(130)이 복원되는 동안에는 복원 지점에 새로운 터치 입력이 인가되더라도 새로운 터치 입력의 세기는 정확하게 측정되지 못할 수 있다.

또한, 상부 전극(140)과 하부 전극(120) 사이의 간격은 작은 압력의 터치 입력과 큰 압력의 터치 입력을 구분할 수 있도록 충분한 변화 폭이 필요하다. 이에, 상부 전극(140)과 하부 전극(120) 사이의 간격을 충분히 이격시키도록 절연층(130)의 두께는 충분히 두꺼워야만 한다. 그러나, 절연층(130)의 두께가 두꺼워 질수록 터치 패널(100)의 두께도 두꺼워 질 수 밖에 없으므로, 터치 패널(100)을 포함하는 표시 장치의 두께도 두꺼워 지게 되는 문제가 있다.

정전용량식 하이브리드 터치스크린 (특허출원번호 제10-2009-0131486호)

본 발명은 3차원적인 터치 입력을 센싱할 수 있고, 사용자에게 다양한 터치 인터페이스를 제공할 수 있는 터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는 것이다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널은 제1 기판, 제2 기판, 제1 전극, 제2 전극, 제3 전극 및 유전층을 포함한다. 제2 기판은 제1 기판과 마주한다. 제1 전극은 제1 기판의 일면에 위치한다. 제2 전극은 제1 전극과 동일 평면에서 제1 전극과 이격되어 배치된다. 제3 전극은 제2 기판의 일면에 위치하며, 제1 전극 및 제2 전극과 중첩하도록 배치된다. 유전층은 제1 전극과 제3 전극 사이 및 제2 전극과 제3 전극 사이에 배치되며, 유전 이방성 물질을 구비한다. 여기서, 유전 이방성 물질은 비입방정계 결정(non-cubic crystal) 구조를 가질 수 있다. 여기서, 유전 이방성 물질은 액정일 수 있다. 그리고, 액정의 최대 비유전율(relative permittivity)과 최소 비유전율의 차이는 2 이상일 수 있다.

전술한 바와 같은 과제를 해결하기 위하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 표시 패널, 상기 전술한 터치 패널 및 터치 컨트롤러를 포함한다. 터치 패널은 표시 패널 상에 배치되고, 하부 전극, 유전층 및 상부 전극을 포함한다. 유전층은 하부 전극 상에 배치되며, 유전 이방성 물질로 구성된다. 상부 전극은 유전층 상에 배치되고, 하부 전극과 중첩하고, 서로 이격되어 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 구비한다.

기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명은 유전 이방성 물질을 갖는 유전층을 포함하는 터치 패널을 사용하여 터치 입력의 좌표뿐만 아니라 터치 입력의 세기까지 검출 가능하고, 3차원적인 터치 입력을 센싱할 수 있는 효과가 있다.

또한, 본 발명은 배열 방향에 따라 상이한 비유전율을 갖는 유전 이방성 물질을 포함하는 터치 패널을 사용하여 유전층의 두께 변화에 무관하게 터치 입력을 정확하게 센싱할 수 있으므로, 연속적인 터치 입력에 대하여 터치 입력의 세기를 모두 정확하게 측정할 수 있고, 얇은 두께를 갖는 터치 패널을 제공하는 효과가 있다.

본 발명에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.

도 1은 커패시턴스 방식의 압력 센서를 포함하는 종래의 터치 패널의 문제점을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다.
도 2b는 도 2a의 터치 패널의 개략적인 평면도이다.
도 2c는 도 2b의 A영역에 대한 부분 확대 평면도이다.
도 3은 도 2c의 III-III'에 따른 터치 패널의 개략적인 단면도이다.
도 4a는 도 2c의 IV-IV'에 따른 터치 패널의 개략적인 단면도이다.
도 4b는 구동 전압이 인가되었을 때, 유전 이방성 물질의 배열 방향을 설명하기 위한 터치 패널의 개략적인 단면도이다.
도 4c는 약한 터치 입력이 인가되었을 때, 유전 이방성 물질의 배열 방향을 설명하기 위한 터치 패널의 개략적인 단면도이다.
도 4d는 강한 터치 입력이 인가되었을 때, 유전 이방성 물질의 배열 방향을 설명하기 위한 터치 패널의 개략적인 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 일반적인 커패시턴스 방식의 터치 패널과 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 X-Y축 터치 감도를 비교 설명하기 위한 개략도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 Z축 터치 감도를 설명하기 위한 그래프이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시에에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다.
도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명이 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서 상에서 언급된 '포함한다', '갖는다', '이루어진다' 등이 사용되는 경우 '~만'이 사용되지 않는 이상 다른 부분이 추가될 수 있다. 구성 요소를 단수로 표현한 경우에 특별히 명시적인 기재 사항이 없는 한 복수를 포함하는 경우를 포함한다.

구성 요소를 해석함에 있어서, 별도의 명시적 기재가 없더라도 오차 범위를 포함하는 것으로 해석한다.

위치 관계에 대한 설명일 경우, 예를 들어, '~상에', '~상부에', '~하부에', '~옆에' 등으로 두 부분의 위치 관계가 설명되는 경우, '바로' 또는 '직접'이 사용되지 않는 이상 두 부분 사이에 하나 이상의 다른 부분이 위치할 수도 있다.

소자 또는 층이 다른 소자 또는 층 '위 (on)'로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다.

비록 제1, 제2 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않는다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소일 수도 있다.

명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.

도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 도시된 것이며, 본 발명이 도시된 구성의 크기 및 두께에 반드시 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 여러 실시예들의 각각 특징들이 부분적으로 또는 전체적으로 서로 결합 또는 조합 가능하고, 기술적으로 다양한 연동 및 구동이 가능하며, 각 실시예들이 서로에 대하여 독립적으로 실시 가능할 수도 있고 연관 관계로 함께 실시할 수도 있다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 다양한 실시예들을 상세히 설명한다.

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 개략적인 분해 사시도이다. 도 2b는 도 2a의 터치 패널의 개략적인 평면도이다. 도 2c는 도 2a의 A영역에 대한 부분 확대 평면도이다. 도 3은 도 2c의 III-III'에 따른 터치 패널의 개략적인 단면도이다. 도 2b 및 도 2c에서 상부 기판(260)은 도시되어 있지 않으며, 도 2a 및 도 3에서 터치 인쇄 회로 기판(270) 및 터치 컨트롤러(280)는 도시되어 있지 않다. 도 2a를 참조하면, 터치 패널(200)은 하부 기판(210), 하부 전극(220), 유전층(230), 상부 전극(240), 상부 기판(260)을 포함한다.

하부 기판(210)은 하부 전극(220)을 지지하기 위한 기판이며, 상부 기판(260)은 상부 전극(240)을 지지하기 위한 기판이다. 하부 기판(210)과 상부 기판(260)은 서로 마주한다. 하부 기판(210) 및 상부 기판(260) 각각은 강성이 우수하고 투과율이 우수한 유리 또는 연성(flexibility)을 갖는 플라스틱으로 이루어질 수 있다.

상부 전극(240)은 상부 기판(260)의 일면에 배치되며, 보다 상세하게는 하부 기판(210)과 마주하는 면에 배치된다. 상부 전극(240)은 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)을 포함한다. 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 서로 이격되어 동일 평면 상에 배치된다.

제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 도전성 물질로 형성된다. 터치 패널(200)이 표시 장치에 적용될 경우, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)에 의해 표시 장치의 시인성이 저하되는 것을 방지하기 위해, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 ITO(indium tin oxide), IZO(indium zinc oxide) 등과 같은 투명 도전성 산화물(transparent conductive oxide: TCO)로 이루어질 수 있다. 또한, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 투과율이 우수하고 전기 전도도가 우수한 은 나노 와이어(Ag nano wire), 탄소 나노 튜브(Carbon Nano Tube: CNT) 또는 그래핀(graphene) 등으로 형성될 수도 있다. 몇몇 실시예들에 따르면, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 메쉬 형태의 금속 라인으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 금속 라인의 폭을 얇게 형성함으로써, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)이 전체적으로 투명성을 가질 수 있다.

제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 터치 패널(200)의 터치 입력의 2차원적 좌표를 센싱하기 위한 전극이다. 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 2차원적 좌표를 센싱하기 위해 서로 상이한 방향으로 연장된다. 즉, 제1 전극(241)은 제1 방향으로 연장되며, 제2 전극(242)은 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 연장된다. 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 서로 교차하여 매트릭스 형태로 배치된다. 예를 들어, 제1 전극(241)은 Y축 방향으로 연장되며, 제2 전극(242)은 X축 방향으로 연장된다. 따라서, 제1 전극(241)과 제2 전극(242) 사이의 전기장의 변화에 기초하여 터치 입력의 2차원적 좌표가 센싱될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(241)에 의해 터치 입력의 Y좌표가 센싱될 수 있고, 제2 전극(242)에 의해 터치 입력의 X좌표가 센싱될 수 있다.

도 2a에서 Y축 방향은 가로 방향으로 표시되어 있으며, X축 방향은 세로 방향으로 표시되어 있다. 반면, 도 2b에서 Y축 방향은 세로 방향으로 표시되어 있으며, X축 방향을 가로 방향으로 표시되어 있다.

상부 전극(240) 하부에 오버 코팅층(250)이 배치된다. 오버 코팅층(250)은 제1 연결 전극(243)이 상부 전극(240)의 제2 전극(242)과 전기적으로 분리될 수 있도록 상부 전극(240)의 하부 면을 덮는다. 오버 코팅층(250)에는 제1 연결 전극(243)이 제1 전극(241)과 전기적으로 연결될 수 있도록 복수의 컨택 홀(CH)을 포함한다. 제1 연결 전극(243)은 상부 전극(240)의 제1 전극(241)의 제1 서브 전극들과 연결되며, 오버 코팅층(250) 하부에 배치된다. 제1 연결 전극(243)에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.

유전층(230)은 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이에 배치되며, 보다 구체적으로는 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이에 배치된다. 예를 들어, 유전층(230)은 제1 연결 전극(243) 하부에 배치되며, 상부 전극(240)과 하부 전극(220)을 서로 전기적으로 분리시킨다.

하부 전극(220)은 하부 기판(210)의 일면 배치된다. 보다 상세하게 상부 기판(260)과 마주하는 면에 배치되며, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)과 중첩하도록 배치된다. 하부 전극(220)은 도전성 물질로 형성된다. 또한, 하부 전극(220)은 상부 전극(240)과 동일한 물질로 형성될 수도 있다. 예를 들어, 하부 전극(220)은 ITO, IZO 등과 같은 투명 도전성 산화물로 이루어 지거나, 투과율이 우수하고 전기 전도도가 우수한 은 나노 와이어, 탄소 나노 튜브 또는 그래핀 등으로 형성될 수 있다.

하부 전극(220)은 유전층(230)을 사이에 두고 상부 전극(240)과 커패시터를 구성하며, 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이의 커패시턴스 변화량에 기초하여 터치 입력의 세기가 측정될 수 있다. 이에 대한 세부적인 설명은 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 후술하기로 한다.

도 2b 내지 도 3을 참조하면, 상부 전극(240)의 제1 전극(241)과 상부 전극(240)의 제2 전극(242)은 각각 복수의 서브 전극을 포함한다. 즉, 제1 전극(241)은 복수의 제1 서브 전극(241a)을 포함하고, 제2 전극(242)은 복수의 제2 서브 전극(242a)을 포함한다. 제1 서브 전극(241a) 및 제2 서브 전극(242a) 각각은 특정 형상의 전극면을 갖는다. 예를 들어, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242) 각각은 마름모 형상의 전극면을 갖는 복수의 제1 서브 전극(241a) 및 복수의 제2 서브 전극(242a)을 포함한다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 제1 서브 전극(241a) 및 제2 서브 전극(242a)의 전극면은 다각형, 원형 또는 타원형 등과 같은 다양한 형상으로 구성될 수 있다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 복수의 제2 서브 전극(242a)은 서로 연결된다. 예를 들어, 도 2c에 도시된 바와 같이, 제2 서브 전극(242a)의 일 모서리로부터 연장되고 제2 서브 전극(242a)과 동일 평면 상에 배치된 제2 연결 전극(242b)를 통해 제2 서브 전극(242a)은 서로 연결된다. 즉, 제2 서브 전극(242a) 및 제2 연결 전극(242b)을 일체로 형성함으로써, 제2 전극(242)이 형성된다.

도 2c에 도시된 바와 같이, 복수의 제1 서브 전극(241a)은 제1 서브 전극(241a)과 상이한 평면상에 배치된 제1 연결 전극(243)를 통해 서로 전기적으로 연결된다. 구체적으로, 도 3에 도시된 바와 같이, 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)을 덮도록 상부 기판(260) 하부에 절연 물질로 이루어지는 오버 코팅층(250)이 배치되고, 제1 연결 전극(243)은 오버 코팅층(250)에 형성된 컨택 홀(CH)을 통해 복수의 제1 서브 전극(241a)을 서로 전기적으로 연결한다. 이 경우, 제1 연결 전극(243)은 오버 코팅층(250)을 통해 제2 전극(242)의 제2 연결 전극(242b)으로부터 전기적으로 분리될 수 있다. 이에, 제1 전극(241)과 제2 전극(242)은 서로 전기적으로 분리된 채 교차할 수 있다.

하부 전극(220)은 복수의 패턴 전극(220a)을 포함한다. 복수의 패턴 전극(220a)은 제1 전극(241)을 구성하는 복수의 제1 서브 전극(241a) 중 적어도 하나의 제1 서브 전극(241a)과 중첩하고, 제2 전극(242)을 구성하는 복수의 제2 서브 전극(242a) 중 적어도 하나의 제2 서브 전극(242a)과 중첩한다. 예를 들어, 도 2c에 도시된 바와 같이, 하부 전극(220)의 패턴 전극(220a)은 2개의 제1 서브 전극(241a) 및 2개의 제2 서브 전극(242a)과 중첩한다. 패턴 전극(220a)과 중첩하는 제1 서브 전극(241a) 및 제2 서브 전극(242a)은 서로 나란히 위치한다. 즉, 패턴 전극(220a)은 연속된 2개의 제1 서브 전극(241a) 및 제1 서브 전극(241a)에 나란한 2개의 제2 서브 전극(242a)과 중첩한다.

하부 전극(220)의 패턴 전극(220a)은 특정 형상의 전극면을 갖는다. 예를 들어, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 패턴 전극(220a)은 마름모 형상의 전극면을 갖는다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 패턴 전극(220a)의 전극면은 다각형, 원형 또는 타원형 등과 같은 다양한 형상으로 구성될 수 있다. 패턴 전극(220a)의 전극면은 사람의 손가락 한마디에 대응되는 면적을 가질 수 있다. 예를 들어, 패턴 전극(220a)의 전극면은 2cm × 2cm의 면적을 가질 수 있다.

비록, 본 명세서에서 상부 기판(260) 하부에 배치된 전극을 상부 전극(240), 하부 기판(210)의 상부에 배치된 전극을 하부 전극(220)으로 지칭하였지만, 상부 전극(240) 및 하부 전극(220)의 위치는 서로 변경될 수 있다. 즉, 터치 입력의 좌표를 센싱하기 위한 제1 전극(241) 및 제2 전극(242)은 하부 기판(210) 상에 배치될 수 있으며, 터치 입력의 세기를 측정하기 위한 하부 전극(220)은 상부 기판(260) 일면에 배치될 수 있다.

터치 컨트롤러(280)는 터치 입력을 센싱하기 위한 구성으로서, 터치 입력의 좌표를 검출하도록 구성된 터치 좌표 검출부(281) 및 터치 입력의 세기를 검출하도록 구성된 터치 세기 검출부(282)를 포함한다. 터치 컨트롤러(280)는 상부 전극(240) 및 하부 전극(220)으로부터 수신한 터치 신호를 디지털 신호로 변환하는 아날로그-디지털 컨버터, 터치 신호에 기초하여 터치 입력의 좌표와 터치 입력의 세기를 산출하기 위한 마이크로 컨트롤러 유닛(Micro Controler Unit; MCU) 및 메모리 등을 포함하도록 구성될 수 있다. 그러나, 터치 컨트롤러(280)의 구성이 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서, 터치 좌표 검출부(281) 및 터치 세기 검출부(282)는 하나의 마이크로 컨트롤러 유닛으로 구성될 수 있다.

터치 컨트롤러(280)는 인쇄 회로 기판(290) 상에 배치된다. 인쇄 회로 기판(290)은 터치 패널(200)이 표시 장치에 적용되는 경우, 표시 장치의 각종 컨트롤러들이 배치되는 표시 장치의 인쇄 회로 기판일 수도 있다.

플렉서블 인쇄 회로 기판(270)은 터치 컨트롤러(280)와 상부 전극(240) 및 하부 전극(220) 사이의 신호를 전달하기 위한 기판이다. 예를 들어, 플렉서블 인쇄 회로 기판(270)은 상부 전극(240) 및 하부 전극(220)의 터치 신호를 터치 컨트롤러(280)로 전달한다.

터치 컨트롤러(280)는 제1 전극(241)에 제1 전압을 인가하고, 제2 전극(242)에 제2 전압을 인가한다. 제1 전압과 제2 전압은 서로 상이하며, 이로 인해, 제1 전극(241)과 제2 전극(242) 사이에 전기장이 형성된다. 터치 입력이 인가되는 경우, 제1 전극(241)과 제2 전극(242) 사이의 전기장의 변화가 발생되며, 터치 컨트롤러(280)는 전기장 변화를 통해 터치 입력의 좌표 즉, 터치 입력의 X좌표 및 Y좌표를 센싱한다. 터치 패널(100)이 터치 입력의 좌표를 센싱하는 것이에 대한 구체적인 설명은 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 후술한다.

또한, 터치 컨트롤러(280)는 하부 전극(220)에 제3 전압을 인가한다. 제3 전압은 제1 전극(241)에 인가되는 제1 전압과 상이할 수 있다. 제1 전압과 제3 전압이 서로 상이하므로, 제1 전극(241)과 하부 전극(220) 사이에는 전기장이 발생된다. 터치 컨트롤러(280)는 하부 전극(220)과 상부 전극(240)의 제1 전극(241) 사이의 커패시턴스 변화에 기초하여 터치 입력의 세기를 측정한다. 터치 패널(100)이 터치 입력의 세기를 측정하는 것에 대한 구체적인 설명은 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 후술한다.

도 3을 참조하면, 유전층(230)은 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이에 배치되며, 보다 구체적으로는 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이에 배치된다. 유전층(230)은 배열 방향에 따라 서로 상이한 비유전율(relative permittivity)을 갖는 유전 이방성(anisotropic dielectric) 물질(231)을 갖는다. 여기서, 비유전율은 매질의 유전율과 진공의 유전율의 비(ratio)를 의미하며, 유전 상수(dielectric constant)라고도 지칭된다. 유전 이방성 물질(231)은 비입방정계 결정(non-cubic crystal) 구조를 갖는 이산화티타늄(TiO₂) 또는 액정(liquid crystal) 등이 사용될 수 있다. 도 3에는 예시적인 실시예로서 유전층(230)이 액정(231)을 포함하는 실시예를 도시하였다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)의 유전 이방성 물질(231)이 반드시 액정일 필요는 없으며, 비입방정계 결정 구조를 갖는 유전 이방성 물질은 무엇이든 사용될 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 유전층(230)이 액정(231)을 포함하는 경우를 기준으로 설명한다.

유전층(230)의 액정(231)의 배열 방향이 변경되는 경우, 유전층(230)의 비유전율은 변화될 수 있으며, 이에 따라 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이의 커패시턴스가 변화될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 액정(231)의 배열 방향이 변경됨으로써 변화되는 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이의 커패시턴스 값에 기초하여 터치 입력의 세기를 측정한다. 이에 대한 보다 상세한 설명을 위해 도 4a 내지 도 4d를 참조한다.

도 4a는 도 2c의 IV-IV'에 따른 터치 패널의 개략적인 단면도이다. 도 4b는 구동 전압이 인가되었을 때, 유전 이방성 물질의 배열 방향을 설명하기 위한 터치 패널의 개략적인 단면도이다. 도 4c는 약한 터치 입력이 인가되었을 때, 유전 이방성 물질의 배열 방향을 설명하기 위한 터치 패널의 개략적인 단면도이다. 도 4d는 강한 터치 입력이 인가되었을 때, 유전 이방성 물질의 배열 방향을 설명하기 위한 터치 패널의 개략적인 단면도이다.

먼저, 도 4a를 참조하면, 하부 전극(220)의 패턴 전극(220a)은 2개의 제1 전극(241)의 제1 서브 전극(241a)과 중첩하고, 2개의 제2 전극(242)의 제2 서브 전극(242a)과 중첩한다. 액정(즉, 유전 이방성 물질)(231)은 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이에 배치되며, 수직 방향으로 초기 배열된다. 따라서, 터치 패널(200)이 동작하지 않는 경우, 액정(231)은 모두 수직 방향으로 배열된다. 그러나, 액정(231)의 초기 배열 방향이 이에 한정되는 것은 아니며, 액정(231)은 수평 방향으로 초기 배열될 수 있다.

유전층(230)의 비유전율은 액정(231)의 배열 방향에 따라 결정된다. 즉, 액정(231)의 수직 방향으로의 비유전율(ε₁)과 수평 방향으로의 비유전율(ε₂)은 서로 상이하므로, 유전층(230)의 비유전율은 액정(231)의 배열 방향이 수직 방향인지 수평 방향인지에 따라 달라질 수 있다. 만약, 액정(231)이 포지티브(positive) 형 액정인 경우 수직 방향으로의 비유전율(ε₁)은 수평 방향으로의 비유전율(ε₂)보다 크다. 반면, 액정(231)이 네거티브(negative) 형 액정인 경우 수평 방향으로의 비유전율(ε₂)이 수직 방향으로의 비유전율(ε₁)보다 클 수 있다. 이하에서는 액정(231)이 포지티브 형 액정인 것으로 설명한다.

도 4b를 참조하면, 제1 전극(241)에 제1 전압이 인가되고, 제2 전극(242)에 제2 전압이 인가되며, 하부 전극(220)에 제3 전압이 인가된다. 여기서, 제2 전압은 제1 전압과 상이하며, 제3 전압은 제1 전압과 상이하다. 따라서, 제1 전극(241)의 제1 서브 전극(241a)과 하부 전극(220)의 패턴 전극(220a) 사이에 수직 전기장(E₂)이 형성되고, 제1 전극(241)의 제1 서브 전극(241a)과 제2 전극(242)의 제2 서브 전극(242a) 사이에 수평 전기장(E₁)이 형성된다. 반면, 제2 전압과 제3 전압은 서로 동일한 전압이다. 이 경우, 제2 서브 전극(242a)과 패턴 전극(220a) 사이에는 전기장이 형성되지 않는다. 예를 들어, 제1 전극(241)에 제1 전압이 인가되고, 제2 전극(242)과 하부 전극(220)은 모두 접지(ground)된다면, 수직 전기장(E₂)은 제1 서브 전극(241a)으로부터 패턴 전극(220a)으로 형성되고, 수평 전기장(E₁)은 제1 서브 전극(241a)으로부터 제2 서브 전극(242a)으로 형성된다. 이하에서는 제2 서브 전극(242a)과 패턴 전극(220a)이 접지된 경우를 가정하여 설명하기로 한다.

상술한 바와 같이, 액정(231)이 포지티브 형 액정인 경우, 액정(231)은 전기장 방향과 평행한 방향으로 배열되므로, 수평 전기장(E₁)에 영향을 받는 액정(231b)은 수평 방향으로 배열되며, 수직 전기장(E₂)에 영향을 받는 액정(231a)은 수직 방향으로 배열된다. 즉, 제1 서브 전극(241a)과 제2 서브 전극(242a) 사이에 배치된 액정(231b)은 수평 전기장(E₁)의 영향을 받으므로, 수평 방향으로 배열되고, 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이에 배치된 액정(231a)은 수직 전기장(E₂)의 영향을 받으므로 수직 방향으로 배열된다. 한편, 제2 서브 전극(242a)과 패턴 전극(220a)은 모두 접지되어 전위차가 없으므로, 제2 서브 전극(242a)과 패턴 전극(220a) 사이에는 전기장이 발생되지 않으며, 제2 서브 전극(242a)과 패턴 전극(220a) 사이에 배치된 액정(231c)은 전기장에 영향을 받지 않으므로, 초기 수직 배열 상태를 유지할 수 있다. 몇몇 실시에에서, 액정(231)이 네거티브 형 액정인 경우, 액정(231)의 배열 방향은 포지티브 형 액정과 반대로 결정될 수 있다.

이 경우, 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스(C₁)는 유전층(230)의 비유전율에 의해 결정될 수 있다. 즉, 커패시터의 커패시턴스는 하기 [수학식 1]로 표현될 수 있다.

(C: 커패시터의 커패시턴스, ε: 유전층의 비유전율, ε₀: 진공의 유전율, A: 커패시터 양 전극의 면적, d: 커패시터 양 전극 사이의 간격)

앞서 언급한 바와 같이, 액정(231)의 비유전율은 액정(231)의 배열 방향에 따라 상이하므로, 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스(C₁)는 수직 배열된 액정(231a, 231c)의 개수와 수평 배열된 액정(231b)의 개수에 의해 결정될 수 있다.

한편, 도 4a 내지 도 4d에서 패턴 전극(220a)은 2개의 제1 서브 전극(241a)과 중첩하고, 앞서 언급한 바와 같이, 제1 서브 전극(241a)은 제1 연결 전극(243)를 통해 전기적으로 연결되어 있으므로, 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스(C₁)는 패턴 전극(220a)과 중첩하는 2개의 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스(C₁)를 의미한다.

도 4c를 참조하면, 터치 입력이 인가된 경우, 액정의 배열이 변경된다. 구체적으로, 사람의 손가락은 전기적으로 접지 상태이므로, 터치 입력이 인가된 지점에서 제1 서브 전극(241a)으로부터 사용자의 손가락으로 일부 전기장(E₃)이 발생된다. 이에, 터치 입력이 인가된 지점과 인접하는 제1 서브 전극(241a)의 수평 전기장(E₁') 및 수직 전기장(E₂')의 세기가 약해질 수 있다. 수평 전기장(E₁')의 세기가 약해짐에 따라 터치 입력이 인가된 지점에 인접하는 제1 서브 전극(241a)의 주변에 있는 액정(231)의 배열 방향은 초기 수직 방향으로 돌아갈 수 있다. 이 경우, 일부 액정(231)의 배열 방향이 수직 방향으로 되돌아 감에 따라 유전층(230)의 비유전율이 달라지게 된다. 따라서, 패턴 전극(220a)과 중첩하는 2개의 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스(C₂)는 터치 입력이 인가되기 전, 즉, 도 4b에서의 커패시턴스(C₁)과 비교하여 달라질 수 있다.

한편, 도 4c에 도시된 바와 같이 터치 입력이 약하게 인가된 경우, 상부 기판(260)과 손가락의 접촉 면적은 작으므로, 손가락으로부터 가장 인접하는 제1 서브 전극(241a)과 손가락 사이에만 전기장(E₃)이 발생하며, 손가락으로부터 상대적으로 떨어진 제1 서브 전극(241a)과 손가락 사이에서는 전기장이 발생되지 않는다. 따라서, 손가락으로부터 가장 인접하는 제1 서브 전극(241a) 주변의 액정(231b)은 수직 방향으로 배열이 변화되지만, 손가락으로부터 상대적으로 떨어진 제1 서브 전극(241a) 주변의 액정(231d)은 여전히 수평 방향으로 배열될 수 있다.

도 4d를 참조하면, 터치 입력이 인가된 이후 터치 압력이 증가되는 경우 또는 강한 터치 입력이 인가된 경우, 손가락과 상부 기판(260)의 접촉 면적은 도 4b에 도시된 경우 보다 클 수 있다. 이에 따라, 손가락과 전기장(E₃)을 형성하는 제1 서브 전극(241a)의 개수는 많아질 수 있다. 따라서, 도 4d에 도시된 바와 같이, 손가락으로부터 가장 인접하는 제1 서브 전극(241a)의 수평 전기장(E₁')과 손가락으로부터 상대적으로 떨어진 다른 제1 서브 전극(241a)의 수평 전기장(E₁')은 모두 감소될 수 있다. 이에, 약한 터치 입력이 인가된 경우, 수평 방향으로 배열되었던 액정(231d)이 강한 터치 입력이 인가되면서 수직 방향으로 돌아갈 수 있다. 따라서, 수평 전기장(E₁')이 감소됨에 따라 수직 방향으로 배열되는 액정(231)의 개수는 증가될 수 있으며, 이로 인해 유전층(230)의 비유전율은 변하게 된다. 즉, 도 4c와 도 4d를 비교하면, 약한 터치 입력 시 수직 방향으로 배열된 액정(232)의 개수보다 강한 터치 입력 시 수직 방향으로 배열되는 액정(231)의 개수가 많으므로 유전층(230)의 비유전율이 변하게 된다. 따라서, 패턴 전극(220a)과 중첩하는 2개의 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스(C₃)는 약한 터치 입력이 인가되는 경우의 커패시턴스(C₂)와 비교하여 달라지게 된다.

터치 감지부(280)의 터치 세기 검출부(282)는 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스 변화를 센싱하여 터치 입력의 세기를 검출한다. 구체적으로, 터치 세기 검출부(282)는 터치 입력이 인가되기 전의 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₁) 값을 기준 커패시턴스 값으로 저장한다.

터치가 인가된 경우, 패턴 전극(220a) 상에 배치된 액정(231)들 중 일부 액정(231)이 수직 방향으로 배열이 변경되므로, 유전층(230)의 비유전율은 변경된다. 만약, 포지티브 형 액정은 수직 방향으로 배열된 액정(231)의 비유전율(ε₁)이 수평 방향으로 배열된 액정(232)의 비유전율(ε₂)보다 크므로, 터치 입력이 인가된 경우, 수직 방향으로 배열된 액정(231)의 개수가 증가됨에 따라 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₂) 값은 증가된다. 터치 세기 검출부(282)는 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₂) 값과 기준 커패시턴스(C₁) 값의 편차로부터 터치 입력의 세기를 산출한다.

터치 입력의 세기가 증가되는 경우, 손가락의 접촉 면적이 증가되고, 손가락의 접촉 면적이 증가됨에 따라 수직 방향으로 배열되는 액정(231)의 개수는 더욱 증가된다. 이에, 유전층(230)의 비유전율이 더욱 증가된다. 따라서, 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₃) 값은 기준 커패시턴스(C₁) 값으로부터 더 큰 편차를 보일 수 있다. 터치 세기 검출부(282)는 커패시턴스 편차로부터 터치 입력의 세기를 산출한다. 이 경우, 도 4d에서 산출된 터치 입력의 세기는 도 4c에서 산출된 터치 입력의 세기보다 크다.

터치 세기 검출부(282)가 용이하게 터치 입력의 세기를 산출할 수 있도록 액정(231)의 최대 비유전율과 최소 비유전율은 일정한 값 이상의 편차를 가질 필요가 있다. 포지티브 형 액정의 경우, 수직 방향으로의 비유전율(ε₁)이 최대 비유전율이며, 수평 방향으로의 비유전율(ε₂)이 최소 비유전율일 수 있다. 따라서, 수직 방향으로의 비유전율(ε₁)과 수평 방향으로의 비유전율(ε₂)은 일정한 값 이상의 편차를 갖는다. 예를 들어, 수직 방향으로의 비유전율(ε₁)과 수평 방향으로의 비유전율(ε₂)의 편차는 2 이상일 수 있다. 앞서 언급한 바와 같이, 비유전율은 매질의 유전율과 진공의 유전율의 비를 의미하므로, 비유전율의 단위는 없다. 만약, 수직 방향으로 배열된 액정(231)의 비유전율(ε₁)과 수평 방향으로 배열된 액정(232)의 비유전율(ε₂)의 차이가 2 보다 작은 경우, 액정의 배열 방향에 따른 유전층(230)의 비유전율 변화가 너무 작아 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이의 커패시턴스 편차가 작아질 수 있다. 이에, 터치 세기 검출부(282)가 터치 입력의 세기를 검출하지 못할 수 있다. 한편, 최대 비유전율과 최소 비유전율 편차의 최대 값은 특별히 한정되지 않는다. 즉, 유전 이방성 물질의 유전율 편차가 클수록 유전층(230)의 비유전율은 큰 범위에서 변하게 되며, 터치 입력의 세기는 더욱 정확하게 측정될 수 있다. 따라서, 유전 이방성 물질의 비유전율 편차는 클수록 유리하다.

한편, 도 4a 내지 도 4d에 도시된 바와 같이, 터치 입력의 세기가 증가하더라도, 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이의 간격(d₁)은 일정하게 유지된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 유전 이방성 물질의 배열 방향에 따라 변화되는 유전층(230)의 비유전율에 기초하여 터치 입력의 세기를 측정한다. 따라서, 유전층(230)의 두께 변화와 무관하게 터치 입력의 세기가 측정될 수 있다. 오히려, 유전층(230)의 두께가 변하는 경우, 유전층(230)의 두께 변화로 인해 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이의 커패시턴스가 변할 수 있으며, 터치 입력의 세기가 정확하게 측정되지 못할 수 있다. 그러므로, 유전층(230)의 두께는 터치 입력의 유무와 상관없이 일정하게 유지될 필요가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 유전층(230)의 두께를 일정하게 유지하기 위해, 우수한 강성을 갖는 상부 기판(260) 및 하부 기판(210)을 포함할 수 있다.

앞서 언급한 바와 같이, 하부 전극(220)의 패턴 전극(220a)은 사람의 손가락 한마디에 대응되는 소정의 면적을 가지므로, 터치 입력의 세기가 보다 정확하게 측정될 수 있다. 만약, 하부 전극(220)이 하부 기판(210)의 전면을 덮도록 형성된다면, 하부 전극(220)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스는 터치 입력이 인가되지 않은 다른 영역에 배치된 액정(231)의 배열 방향에도 영향을 받을 수 있다. 이에 따라, 터치 입력이 인가된 영역의 커패시턴스가 정밀하게 측정되지 못할 수 있다. 반면, 하부 전극(220)이 패터닝되는 경우, 패턴 전극(220a)을 통해 특정 영역에 대한 커패시턴스 변화량을 보다 정확하게 측정할 수 있으며, 특히, 패턴 전극(220a)이 사람의 손가락 한마디에 대응되는 면적을 갖는 경우 보다 정밀한 측정이 가능한 이점이 있다.

또한, 터치 감지부(280)의 터치 좌표 검출부(281)는 제1 서브 전극(241a)과 제2 서브 전극(242a) 사이의 수평 전기장(E₂)의 변화를 센싱하여 터치 입력의 좌표를 검출한다. 예를 들어, 터치 좌표 검출부(281)는 자체 커패시턴스(self capacitance) 방식 또는 상호 커패시턴스(mutual capacitance) 방식으로 터치 좌표를 검출할 수 있다. 예시적인 실시예로서, 도 4b 및 도 4c를 참조하여, 상호 커패시턴스 방식의 터치 좌표 검출방법을 설명하기로 한다.

도 4b 및 도 4c에서 제1 전극(241)에 제1 전압이 인가되고 제2 전극이 접지되는 경우, 제1 전극(241)은 구동 전극으로 기능할 수 있으며 제2 전극(242)은 센싱 전극으로 기능할 수 있다. 터치 입력이 인가된 경우, 터치 입력이 인가된 지점에서 제1 서브 전극(241a)과 손가락 사이에 전기장(E₃)이 형성되므로, 제1 서브 전극(241a)과 제2 서브 전극(242a) 사이의 수평 전기장(E₂')이 약해질 수 있다. 이에, 제1 서브 전극(241a)과 제2 서브 전극(242a) 사이의 상호 커패시턴스 값은 변화될 수 있으며, 터치 좌표 검출부(281)는 상호 커패시턴스 값의 변화에 따른 터치 신호의 변화를 제2 전극(242)을 통해 센싱함으로써, 터치 입력의 좌표를 검출할 수 있다.

한편, 터치 좌표 검출부(281)는 약한 터치 입력을 기준으로 터치 좌표를 검출함으로써, 정확한 터치 좌표를 검출할 수 있다. 강한 터치 입력은 약한 터치 입력을 수반한다. 즉, 터치 입력의 세기를 증가시키는 동작은 사용자의 손가락이 상부 기판(260)에 약하게 접촉된 이후 압력이 가해짐으로써 이루어진다. 따라서, 강한 터치 입력이 인가되기 이전에 약한 터치 입력이 먼저 수반된다. 터치 좌표 검출부(281)는 최초 사용자의 손가락이 상부 기판(260)에 접촉되는 순간 제1 전극(241)과 제2 전극(242) 사이의 상호 커패시턴스 변화를 센싱함으로써, 터치 입력의 좌표를 검출한다.

도 5a 및 도 5b는 일반적인 커패시턴스 방식의 터치 패널과 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 X-Y축 터치 감도를 비교 설명하기 위한 개략도이다.

도 5a는 비교예로서, 일반적인 커패시턴스 방식의 터치 패널의 X-Y축 터치 감도를 나타내는 개략도이다. 도 5a의 데이터는 일반적인 상호 커패시턴스 방식의 터치 패널을 사용하여 측정되었다. 도 5a의 터치 패널은 유전 이방성 물질을 갖는 유전층(230) 및 하부 전극(220)이 생략된 것을 제외하고는 도 2 내지 도 4d에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)과 동일하다. 즉, 일반적인 커패시턴스 방식의 터치 패널은 서로 교차하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하고, 제1 전극과 제2 전극 각각은 특정 형상의 전극면을 갖는 복수의 제1 서브 전극 및 제2 서브 전극을 포함한다. 제1 서브 전극과 제2 서브 전극은 매트릭스 형태로 배치되며, 제1 서브 전극 제2 서브 전극이 교차하는 지점이 각각의 터치 좌표로 인식될 수 있다. 도 5a에서 직사각형의 셀은 각각의 터치 좌표를 의미하며, 직사각형 안의 숫자는 각각의 터치 좌표에서 제1 서브 전극과 제2 서브 전극 사이의 상호 커패시턴스 변화량을 디지털 데이터 값으로 변환한 것이다. 즉, 직사각형 안의 숫자가 높을수록 해당 지점에서의 제1 서브 전극과 제2 서브 전극 사이의 상호 커패시턴스 변화량이 큰 것을 의미한다. 도 5a에서 터치 입력은 터치 패널의 중심 부분에 인가되었다.

도 5b는 실시예로서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)의 X-Y축 터치 감도를 나타내는 개략도이다. 도 5b의 데이터는 도 2 내지 도 4d에 도시된 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)을 사용하여 측정되었다. 도 5b의 터치 패널(200)은 유전층(230) 및 하부 전극(220)을 더 포함하는 것을 제외하고는 도 5a의 터치 패널과 동일하게 형성되었다. 즉, 도 5b의 터치 패널(200)은 도 5a의 터치 패널과 동일한 면적으로 형성되었고, 동일한 개수의 제1 서브 전극(241a) 및 제2 서브 전극(242a)을 포함한다. 도 5b의 터치 패널(200)에서 터치 입력은 도 5a의 터치 패널에서와 동일하게 중심 부분에 인가되었다.

도 5a를 참조하면, 비교예에 따른 터치 패널에서 터치 입력이 인가된 중심 부분의 디지털 데이터 값이 531로 측정되었다. 즉, 터치 입력이 인가된 지점의 디지털 데이터 값은 터치 입력이 인가되지 않은 지점의 디지털 데이터 값보다 약 200 이상 높게 측정되었다.

도 5b를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)에서 터치 입력이 인가된 중심 부분의 디지털 데이터 값은 522로 측정되었다. 즉, 터치 입력이 인가된 지점의 디지털 데이터 값은 터치 입력 인가되지 않은 지점의 디지털 데이터 값보다 약 200이상 높게 측정되었다.

도 5a 및 도 5b를 참조하여 알 수 있듯이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 일반적인 상호 커패시턴스 방식의 터치 패널과 거의 동등한 감도로 X-Y축 터치 센싱이 가능함을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 터치 입력이 인가된 지점에서 상호 커패시턴스 변화가 충분히 발생되었고, 터치 컨트롤러는 상호 커패시턴스 변화를 센싱하여 터치 입력의 좌표를 정확하게 검출할 수 있었다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 Z축 터치 감도를 설명하기 위한 그래프이다.

도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 2차원 좌표에 대한 터치 센싱뿐만 아니라 터치 입력의 세기까지 측정 가능함을 알 수 있다. 도 6에서 터치 패널(200)은 유전 이방성 물질로서 포지티브 형 액정을 포함하며, 포지티브 형 액정의 수직 방향으로의 비유전율(ε₂)과 수평 방향으로의 비유전율(ε₁) 차이는 4 이다. 액정(231)은 수직 방향으로 초기 배열되었다. 터치 입력이 인가되지 않은 경우(Nomal), 도 4b에 도시된 바와 같이, 일부 액정(231b)은 제1 서브 전극(241a) 및 제2 서브 전극(242a) 사이의 수평 전기장(E₁)에 의해 수평 방향으로 배열된다. 이 경우, 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₁)는 약, 5 fF으로 측정되었다. 약한 터치 입력이 인가된 경우(Soft Touch), 도 4c에 도시된 바와 같이, 터치가 인가된 부분의 제1 서브 전극(241a)과 제2 서브 전극(242a) 사이의 수평 전기장(E₂')이 감소되고, 패턴 전극(220a) 상의 일부 액정(231b)들의 배열이 수직 방향으로 되돌아갈 수 있다. 이에, 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₂)는 변화될 수 있다. 이 경우, 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₂)는 약, 7 fF으로 측정되었다. 강한 터치 입력이 인가된 경우(Hard Touch), 도 4d에 도시된 바와 같이, 손가락의 접촉 면적이 넓어지면서 수직 방향으로 배열되는 액정(231)의 개수가 증가되므로, 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₃)는 더욱 크게 변할 수 있다. 이 경우, 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스(C₃)는 약, 10.5 fF으로 측정되었다.

터치 세기 검출부(282)는 터치 입력이 인가되지 않은 경우(Nomal)의 커패시턴스(C₁)를 기준 커패시턴스 값으로 메모리에 저장한다. 터치 세기 검출부(282)는 약한 터치 입력이 인가된 경우(Soft Touch)의 커패시턴스(C₂)를 기준 커패시턴스(C₁)와 비교하여 터치 입력의 세기를 산출하고, 강한 터치 입력이 인가된 경우(Hard Touch)의 커패시턴스(C₃)를 기준 커패시턴스(C₁)과 비교함으로써, 터치 입력의 세기를 산출한다. 몇몇 실시예에서, 터치 세기 검출부(282)는 터치 입력이 인가되지 않은 경우(Nomal)의 커패시턴스(C₁) 값, 약한 터치 입력이 인가된 경우(Soft Touch)의 커패시턴스(C₂) 값 및 강한 터치 입력이 인가된 경우(Hard Touch)의 커패시턴스(C₃) 값을 각각 룩 업 테이블(Look Up Table; LUT)의 형태로 저장할 수 있다. 이 경우, 터치 세기 검출부(282)는 측정된 커패시턴스 값을 룩 업 테이블에 저장된 커패시턴스 값과 비교함으로써, 터치 입력의 세기를 바로 검출하도록 구성될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 제1 전극(241)과 제2 전극(242) 사이의 전기장 변화를 센싱하여 터치 입력의 좌표를 검출하고, 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이 유전층(230)의 비유전율 변화를 센싱하여 터치 입력의 세기를 검출한다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 터치 입력의 2차원적인 X-Y 좌표뿐만 아니라, 터치 입력 세기까지 측정하여 3차원 터치 센싱이 가능한 장점이 있다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(200)은 유전 이방성 물질의 배열 방향에 따른 비유전율 변화에 기초하여 터치 입력의 세기를 측정한다. 따라서, 터치 패널(200)은 유전층(230)의 두께에 상관 없이 터치 입력의 세기를 측정할 수 있다. 즉, 터치 입력의 세기에 무관하게 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이의 간격(d₁)은 일정하게 유지될 수 있다. 유전층(230)의 두께가 동일하게 유지됨에 따라 터치 패널(200)은 종래 커패시턴스 방식의 압력 센서에 비해 다양한 이점을 가질 수 있다. 즉, 유전층(230)의 두께 변화가 없으므로, 유전층(230)의 두께가 복원될 필요가 없으며, 유전 이방성 물질의 배열이 변하는 속도는 유전층(230) 두께의 복원 속도보다 빠르므로, 연속적인 터치 입력이 인가되더라도, 터치 패널(200)은 터치 입력을 정확하고 빠르게 센싱할 수 있다. 또한, 유전층(230)의 두께 변화가 요구되지 않으므로, 유전층(230)은 충분히 얇은 두께로 형성될 수 있으며, 표시 패널(200)의 박형화가 가능할 수 있다.

도 7은 본 발명의 다른 실시에에 따른 터치 패널을 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 7에 도시된 터치 패널(700)은 도 2a 내지 도 3에 도시된 터치 패널(200)에 비하여 유전층(730)의 액정(731)이 격벽(733)에 의해 분할되어 있는 것을 제외하고는 도 2a 내지 도 3에 도시된 터치 패널(200)과 실질적으로 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다. 도 7을 참조하면, 유전층(730)은 액정(731) 및 격벽(733)을 포함한다.

도 7을 참조하면, 격벽(733)은 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이에 배치된다. 격벽(733)은 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이의 간격을 유지시키며, 격벽(733)에 의해 유전층(730)은 실질적으로 동일한 두께를 유지할 수 있다.

상기 [수학식 1]을 참조하면, 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스는 유전층(730)의 비유전율뿐 아니라 유전층(730)의 두께에도 영향을 받는다. 비록, 상부 기판(260)과 하부 기판(210)이 강성이 우수한 재질로 형성된다 할지라도, 강한 터치 입력에 의해 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이 간격은 미세하게 변할 수도 있다. 이 경우, 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 간격도 같이 변하므로, 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스는 미세하게 변경될 수 있다.

격벽(733)은 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이에서 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이 간격을 일정하게 유지시키며, 유전층(730)의 두께 변화를 최소화할 수 있다. 이에, 제1 서브 전극(241a)과 패턴 전극(220a) 사이의 커패시턴스 값은 액정(731)의 배열에만 기초하여 변경될 수 있으며, 터치 입력의 세기가 보다 정밀하게 측정될 수 있다.

또한, 격벽(733)은 하부 전극(220)의 패턴 전극(220a)을 포위한다. 즉, 격벽(733)은 하부 전극(220)를 구성하는 복수의 패턴 전극(220a) 각각의 외곽을 따라 배치된다. 격벽(733)은 패턴 전극(220a)과 패턴 전극(220a) 상에 배치된 액정(731)을 서로 분리시킨다. 따라서, 패턴 전극(220a)은 격벽(733)에 의해 서로 단절되며, 패턴 전극(220a) 상에 배치된 액정(731)도 격벽(733)에 의해 서로 단절된다.

격벽(733)은 특정 패턴 전극(220a) 상의 액정(731)을 다른 패턴 전극(220a) 상의 액정(731)과 서로 단절시키므로, 터치 입력이 인가된 영역을 제외한 다른 영역의 액정(731)에 대한 간섭이 최소화되는 이점이 있다. 구체적으로, 앞서 언급한 바와 같이, 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스 변화는 패턴 전극(220a) 상에 배치된 액정(731)의 배열 방향에 의해 결정되므로, 터치 입력이 인가된 부분 이외의 액정(731) 배열이 변경되지 않도록 액정(731)을 서로 격리시킬 필요가 있다.

상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이 간격이 변화되면 유전층(730)의 액정(731)의 배열에 영향을 미칠 수 있다. 예를 들어, 강한 터치 입력이 인가되면서 상부 기판(260)의 특정 영역에는 국부적인 압력이 가해질 수 있다. 압력이 가해지면, 터치 입력이 인가된 영역의 패턴 전극(220a) 상의 액정(731) 배열이 변경됨은 물론, 압력에 의해 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이 간격이 미세하게 줄어들면서 터치 입력이 인가된 영역에 인접하는 다른 패턴 전극(220a) 상의 액정(731)의 배열도 미세하게 변경될 수 있다. 이에 따라, 다른 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스 값도 미세하게 변경될 수 있다. 그러나, 격벽(733)이 배치되는 경우, 격벽(733)에 의해 액정(731)은 패턴 전극(220a)이 배치되는 영역별로 서로 단절될 수 있으므로, 터치 입력이 인가된 영역 이외의 다른 영역에 배치된 액정(731)들에 대한 간섭은 최소화될 수 있다.

격벽(733)은 투명한 고분자로 형성될 수 있다. 이 경우, 터치 패널(700)이 표시 장치에 적용되는 경우, 격벽(733)에 의한 시인성 저하는 최소화될 수 있다. 그러나, 격벽(733)의 재료가 이에 한정되는 것은 아니며, 격벽(733)은 표시 장치의 시인성을 저하시키지 않는 광학 특징을 갖는 다양한 재료들로 형성될 수 있다.

결과적으로, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널(700)은 상부 기판(260)과 하부 기판(210) 사이의 간격을 일정하게 유지시키는 격벽(733)을 더 포함하므로, 유전층(730)의 간격은 일정하게 유지될 수 있다. 이에, 패턴 전극(220a)과 제1 서브 전극(241a) 사이의 커패시턴스 변화는 액정(731)의 배열에만 의존하여 발생될 수 있으며, 터치 입력의 세기는 정밀하게 측정될 수 있다. 또한, 격벽(733)은 패턴 전극(220a) 상의 액정(731)을 다른 패턴 전극(220a) 상의 액정(731)과 분리시키므로, 강한 압력이 국부적으로 작용함으로 인해 인접하는 패턴 전극(220a) 상의 액정(731)의 배열이 변경되는 것을 최소화할 수 있다.

도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치를 설명하기 위한 개략적인 단면도이다. 도 8에 도시된 표시 장치(800)는 도 2a 내지 도 3에 도시된 터치 패널(200)을 포함하므로, 터치 패널(200)에 대한 중복 설명은 생략한다.

도 8을 참조하면, 표시 장치(800)는 표시 패널(801), 표시 패널(801) 상에 배치된 편광판(802), 터치 패널(200), 터치 패널(200) 상에 배치된 투명 접착층(803) 및 투명 접착층(803) 상에 배치된 커버 글래스(804)를 포함한다.

표시 패널(801)은 화상을 구현하기 위한 복수의 화소(pixel)들을 포함하고, 화소들을 구성하는 소자의 종류에 따라 표시 장치(800)의 종류가 결정된다. 만약, 표시 장치(800)가 유기 발광 표시 장치로 구성된 경우, 각 화소들은 적어도 하나의 유기 발광 소자 및 적어도 하나의 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 그러나, 표시 장치(800)의 종류가 이에 한정되는 것은 아니며, 표시 장치(800)는 액정 표시 장치, 전기 영동 표시 장치 등으로 구현될 수도 있다.

표시 패널(801)은 표시 영역 및 비표시 영역을 포함한다. 표시 영역은 화소들이 배치되어 화상이 구현되는 영역을 의미하며, 액티브 영역(active area) 또는 화소 영역(pixel area)로도 지칭될 수 있다. 비표시 영역은 표시 영역을 포위하는 나머지 영역을 의미하며, 화소들과 연결되는 각종 배선들이 배치되는 영역을 의미한다. 표시 패널(801)의 표시 영역에 대응되도록 터치 패널(200)의 상부 전극(240) 및 하부 전극(220)이 배치될 수 있고, 사용자는 화상이 표시되는 표시 패널(801)의 표시 영역에 직접 터치 입력을 인가함으로써, 표시 장치(800)에 다양한 입력을 인가할 수 있다.

편광판(802)은 표시 패널(801)에서 발광된 빛 중 특정 편광 상태의 빛 만을 투과 또는 흡수하며, 표시 장치(800)의 외부에서 유입되는 광의 반사를 방지한다.

편광판(802)은 표시 패널(801)과 터치 패널(200) 사이에 배치된다. 만약, 편광판(802)이 터치 패널(200) 상부에 배치된다면, 표시 패널(801)에서 방출된 광은 터치 패널(200)의 유전층(230)을 통과하면서 광학 특성이 변경될 수 있다. 즉, 유전층(230)의 액정(231)은 광학 굴절율 이방성을 가지므로, 액정(231)을 통과하면서 표시 패널(801)로부터 방출된 광의 광학 특성이 변경될 수 있다. 이에 표시 장치(800)의 시인성이 감소될 수 있다. 그러나, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(800)에서와 같이 편광판(802)이 표시 패널(801)과 터치 패널(200) 사이에 배치되는 경우, 표시 패널(801)에서 방출된 광은 특정 편광 상태를 갖는 광으로 방출되므로, 액정(231)을 통과하는 과정에서 발생되는 광학 특성 변경이 최소화될 수 있다.

도 8에는 도시되어 있지 않지만, 표시 장치(800)는 인쇄 회로 기판을 더 포함할 수 있다. 인쇄 회로 기판에는 터치 패널(200)의 터치 신호에 기초하여 터치 입력의 좌표 및 터치 입력의 세기를 검출하기 위한 터치 컨트롤러가 배치될 수 있다. 터치 컨트롤러는 터치 입력의 좌표를 검출하기 위한 터치 입력 검출부 및 터치 입력의 세기를 검출하기 위한 터치 세기 검출부를 포함한다.

몇몇 실시예에서, 표시 장치(800)는 접촉 감응 소자를 더 포함할 수 있다. 접촉 감응 소자는 사용자의 터치 패널(200)에 대한 터치 입력에 대응하여 다양한 촉각 피드백(feedback)을 생성할 수 있다. 예를 들어, 접촉 감응 소자는 ERM(Eccentric Rotating Mass), 압전 세라믹(piezo ceramic), 전기 활성 고분자(Electro-Active Polymers; EAP) 등으로 구현될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 표시 장치(800)가 접촉 감응 소자를 포함하는 경우, 표시 장치(800)는 사용자의 터치 입력을 센싱하는 것에 그치지 않고, 사용자에게 감성적인 햅틱(haptic) 효과를 제공할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(800)는 상부 전극(240), 하부 전극(220) 및 유전 이방성 물질로 구성된 유전층(230)을 갖는 터치 패널(200)을 포함한다. 터치 패널(200)은 유전 이방성 물질의 배열 방향에 따라 변하는 유전층(230)의 비유전율에 기초하여 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이의 커패시턴스 변화를 센싱하고, 이를 통해 터치 입력의 세기를 검출한다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(800)는 터치 입력의 2차원적인 좌표뿐만 아니라 터치 입력의 세기까지 센싱할 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(800)는 사용자의 다양한 터치 입력을 센싱할 수 있다.

또한, 터치 입력의 세기는 상부 전극(240)과 하부 전극(220) 사이의 유전층(230)의 비유전율 변화에 기초하 센싱되므로, 유전층(230)의 두께 변화 없이도, 터치 입력을 센싱할 수 있다. 이에, 두께 변화에 기초한 종래의 커패시턴스 방식의 압력 센서가 갖는 단점이 보완될 수 있다. 즉, 유전층(230)의 두께 변화가 없으므로, 유전층(230)이 연속된 터치 입력이 인식되지 못하는 문제가 해결될 수 있으며, 유전층(230)의 두께를 얇게할 수 있으므로, 표시 장치(800)의 두께가 얇아질 수 있다.

도 9는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 유리하게 활용될 수 있는 실례들을 나타내는 도면이다. 도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(910)가 모바일 디바이스(900)에서 사용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(910)가 도 8의 (a)에서 모바일 디바이스(900)에 포함되도록 도시되었으며, 여기서 모바일 디바이스(900)는 스마트폰, 핸드폰, 태블릿 PC, PDA(Personal Digital Assistant) 등과 같은 소형화 장치를 의미한다. 표시 장치(910)가 모바일 디바이스(900)에 설치되는 경우, 사용자는 표시 장치(910)의 화면에 직접 터치 입력을 인가함으로써, 모바일 디바이스(900)의 다양한 기능들을 수행할 수 있다. 특히, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널은 터치 입력의 좌표뿐만 아니라 터치 입력의 세기도 센싱이 가능하므로, 터치 입력의 세기에 따라 서로 다른 기능들이 수행되도록 구성될 수 있으며, 모바일 디바이스(900)에 대한 사용자 조작 편의성이 향상될 수 있다.

도 9의 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 차량용 네비게이션(1000)에서 사용되는 경우를 도시한다. 차량용 네비게이션(1000)은 표시 장치(1010) 및 다수의 조작 요소들을 포함할 수 있으며, 차량 내부에 설치된 프로세서에 의해 제어될 수 있다. 표시 장치(1010)가 차량용 네비게이션(1000)에 적용되는 경우, 사용자는 별도의 입력 버튼에 의하지 않고, 표시 장치(1010)의 화면을 직접 터치함으로써, 차량용 네비게이션(1000)의 다양한 기능들을 사용할 수 있으며, 터치 입력의 세기를 달리하여 차량용 네비게이션(1000)에 다양한 입력을 인가할 수 있다. 차량용 네비게이션(1000)은 터치 입력의 세기에 따라 서로 상이한 정보를 사용자에게 제공하도록 구현될 수 있다.

도 9의 (c)는 본 발명의 일 실시예들에 따른 표시 장치가 모니터, TV 등과 같은 디스플레이 수단(1100)으로 사용되는 경우를 도시한다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1110)가 디스플레이 수단(1100)으로 이용되는 경우, 사용자는 표시 장치(1110) 화면에 직접 터치 입력을 인가하여 디스플레이 수단(1100)의 다양한 기능들을 수행할 수 있다. 이에, 사용자는 각종 전자 장비를 손쉽게 이용할 수 있으며, 디스플레이 수단(1100)의 다양한 기능들을 손쉽게 제어할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 큰 압력으로 터치 입력을 인가할 경우, 표시 장치(1110)의 밝기가 밝아지도록 구현될 수 있으며, 사용자가 작은 압력으로 터치 입력을 인가할 경우, 표시 장치(1110)의 밝기가 어두워지도록 구현될 수 있다.

도 9의 (d)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 옥외 광고판(1200)에서 사용되는 경우를 도시한다. 옥외 광고판(1200)은 표시 장치(1210) 및 지면과 표시 장치(1210)를 연결시키는 지지대를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1210)를 옥외 광고판(1200)에 적용하는 경우, 사용자는 광고판(1200)의 표시 장치(1210)에 터치 입력을 인가함으로써, 광고 물품의 세부적인 정보를 조회할 수 있다. 예를 들어, 터치 입력을 통해 광고 물품의 모습을 다양한 각도로 돌려 볼수 있다. 특히, 사용자가 표시 장치(1210)에 강한 터치 입력을 인가하면 광고 물품이 확대되고, 표시 장치(1210)에 약한 터치 입력을 인가하면 광고 물품이 축소되도록 구성될 수 있다. 이를 통해 광고 효과가 극대화될 수 있게 된다.

도 9의 (e)는 본 발명의 다양한 실시예들에 따른 표시 장치가 게임기(1300)에서 사용되는 경우를 도시한다. 게임기(1300)는 표시 장치(1310), 및 다양한 프로세서가 내장되는 하우징을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1310)를 게임기(1300)에 적용하는 경우, 사용자는 표시 장치(1310)에 직접 터치 입력을 인가함으로써, 실감나는 게임 조작이 가능할 수 있으며, 게임기(1300)의 표시 장치(1310)는 강한 터치 입력과 약한 터치 입력을 구분할 수 있으므로, 세밀한 게임 조작이 가능해진다.

도 9의 (f)는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치가 전자 칠판(1400)에서 사용되는 경우를 도시한다. 전자 칠판(1400)은 표시 장치(1410), 스피커 및 이들을 외부의 충격으로부터 보호하기 위한 구조물을 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(1410)를 전자 칠판(1400)에 적용하는 경우, 교육자는 스타일러스 펜 또는 손가락으로 표시 장치(1400)에 강의 내용을 직접 입력함으로써, 피교육자에게 시각 자료를 전달할 수 있다. 이 경우, 교육자의 스타일러스 펜 또는 손가락의 입력 세기에 따라 글자의 굵기 또는 컬러(color)가 바뀌도록 구성될 수 있으며, 교육자는 터치 입력의 세기를 변경함으로써 특정 부분을 강조할 수 있다. 이에, 교육의 효과가 극대화될 수 있다.

본 명세서에 개시된 실시예들과 관련하여 설명된 방법 또는 알고리즘의 단계는 프로세서에 의해 실행되는 하드웨어, 소프트웨어 모듈 또는 그 2 개의 결합으로 직접 구현될 수도 있다. 소프트웨어 모듈은 RAM 메모리, 플래시 메모리, ROM 메모리, EPROM 메모리, EEPROM 메모리, 레지스터, 하드 디스크, 착탈형 디스크, CD-ROM 또는 당업계에 알려진 임의의 다른 형태의 저장 매체에 상주할 수도 있다. 예시적인 저장 매체는 프로세서에 커플링되며, 그 프로세서는 저장 매체로부터 정보를 판독할 수 있고 저장 매체에 정보를 기입할 수 있다. 다른 방법으로, 저장 매체는 프로세서와 일체형일 수도 있다. 프로세서 및 저장 매체는 주문형 집적회로 (ASIC) 내에 상주할 수도 있다. ASIC는 사용자 단말기 내에 상주할 수도 있다. 다른 방법으로, 프로세서 및 저장 매체는 사용자 단말기 내에 개별 컴포넌트로서 상주할 수도 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 더욱 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 반드시 이러한 실시예로 국한되는 것은 아니고, 본 발명의 기술사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양하게 변형 실시될 수 있다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

100: 종래의 터치 패널
200, 700: 터치 패널
110. 210: 하부 기판
120, 220: 하부 전극
220a: 패턴 전극
130: 절연층
230, 730: 유전층
140, 240: 상부 전극
241: 제1 전극
241a: 제1 서브 전극
242: 제2 전극
242a: 제2 서브 전극
242b: 제2 연결 전극
243: 제1 연결 전극
160, 260: 상부 기판
250: 오버 코팅층
270: 플렉서블 인쇄 회로 기판
280: 터치 컨트롤러
281: 터치 좌표 검출부
282: 터치 세기 검출부
290: 인쇄 회로 기판
231, 731: 액정
733: 격벽
800, 910, 1010, 1110, 1210, 1310, 1410: 표시 장치
801: 표시 패널
802: 편광판
803: 투명 접착층
804: 커버 글래스
900: 모바일 디바이스
1000: 차량용 네비게이션
1100: 디스플레이 수단
1200: 옥외 광고판
1300: 게임기
1400: 전자 칠판

Claims

제 1 기판;
상기 제 1 기판과 마주하는 제 2 기판;
상기 제 1 기판의 일면에 위치하는 제1 전극;
상기 제1 전극과 동일 평면에서 상기 제1 전극과 이격되어 배치된 제2 전극;
상기 제 2 기판의 일면에 위치하며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극과 중첩하도록 배치된 제3 전극; 및
상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이 및 상기 제2 전극과 상기 제3 전극 사이에 배치되며, 유전 이방성 물질을 구비하는 유전층을 포함하고,
사용자의 터치 입력이 인가되는 경우, 상기 유전 이방성 물질의 배열이 변경되고 상기 유전층의 두께가 유지되는, 터치 패널.
제1항에 있어서,
상기 제3 전극은 복수의 패턴 전극을 포함하는, 터치 패널.
제2항에 있어서,
상기 제1 전극은 복수의 제1 서브 전극을 포함하고,
상기 제2 전극은 복수의 제2 서브 전극을 포함하며,
상기 복수의 패턴 전극 각각은 상기 복수의 제1 서브 전극 중 적어도 하나의 제1 서브 전극 및 상기 복수의 제2 서브 전극 중 적어도 하나의 제2 서브 전극과 중첩하는, 터치 패널.
제3항에 있어서,
상기 복수의 패턴 전극 중 상기 적어도 하나의 제1 서브 전극과 중첩하는 패턴 전극과 상기 적어도 하나의 제1 서브 전극 사이의 커패시턴스는 상기 유전 이방성 물질의 배열 방향에 기초하여 결정되는, 터치 패널.
제3항에 있어서,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 서로 상이한 방향으로 연장되고,
상기 복수의 제1 서브 전극은 상기 제1 서브 전극과 상이한 평면상에 배치된 제1 연결 전극을 통해 서로 전기적으로 연결되고, 상기 복수의 제2 서브 전극은 상기 제2 서브 전극과 동일 평면상에 배치된 제2 연결 전극을 통해 서로 연결되는, 터치 패널.
제3항에 있어서,
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에서 상기 복수의 패턴 전극 각각의 외곽을 따라 배치된 복수의 격벽을 더 포함하는, 터치 패널.
제1항에 있어서,
상기 유전 이방성 물질은 비입방정계 결정(non-cubic crystal) 구조를 갖는, 터치 패널.
제7항에 있어서,
상기 유전 이방성 물질은 액정인, 터치 패널.
제8항에 있어서,
상기 액정의 최대 비유전율(relative permittivity)과 최소 비유전율의 차이는 2 이상인, 터치 패널.
표시 패널;
상기 표시 패널 상의 터치 패널; 및
상기 터치 패널에 인가된 터치 입력의 좌표와 터치 입력의 세기를 검출하도록 구성된 터치 컨트롤러를 포함하고,
상기 터치 패널은,
하부 전극;
상기 하부 전극 상에 배치되며, 유전 이방성 물질로 구성된 유전층; 및
상기 유전층 상에 배치되고, 상기 하부 전극과 중첩하고, 서로 이격되어 배치된 제1 전극 및 제2 전극을 구비하는 상부 전극을 포함하고,
사용자의 터치 입력이 인가되는 경우, 상기 유전 이방성 물질의 배열이 변경되고 상기 유전층의 두께가 유지되는, 표시 장치.
제10항에 있어서,
상기 제1 전극은 복수의 제1 서브 전극을 포함하고,
상기 제2 전극은 복수의 제2 서브 전극을 포함하며,
상기 하부 전극은 상기 복수의 제1 서브 전극 중 적어도 하나의 제1 서브 전극 및 상기 복수의 제2 서브 전극 중 적어도 하나의 제2 서브 전극과 중첩하는 패턴 전극을 포함하는, 표시 장치.
제11항에 있어서,
상기 제1 전극은 제1 방향으로 연장되며,
상기 제2 전극은 상기 제1 방향과 상이한 제2 방향으로 연장되며,
상기 제1 전극 및 제2 전극은 서로 교차하여 매트릭스 형태로 배치된, 표시 장치.
제12항에 있어서,
상기 패턴 전극과 중첩하는 상기 적어도 하나의 제1 서브 전극 및 상기 적어도 하나의 제2 서브 전극은 서로 나란히 위치하는, 표시 장치.
제10항에 있어서,
상기 터치 컨트롤러는 상기 제1 전극에 제1 전압을 인가하고, 상기 제2 전극에 상기 제1 전압과 상이한 제2 전압을 인가하며, 상기 하부 전극에 상기 제1 전압과 상이한 제3 전압을 인가하도록 구성된, 표시 장치.
제14항에 있어서,
상기 유전 이방성 물질은 액정이고,
상기 액정의 배열 방향은 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 전기장에 의해 결정되고,
상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 커패시턴스 값은 배열 방향이 변경된 상기 액정의 개수에 기초하여 결정되는, 표시 장치.
제15항에 있어서,
상기 터치 컨트롤러는,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상기 전기장의 변화를 센싱하여 상기 터치 입력의 좌표를 검출하도록 구성된 터치 좌표 검출부; 및
상기 상부 전극과 상기 하부 전극 사이의 상기 커패시턴스 값의 변화를 센싱하여 상기 터치 입력의 세기를 검출하도록 구성된 터치 세기 검출부를 포함하는, 표시 장치.
제10항에 있어서,
상기 표시 패널과 상기 터치 패널 사이에 배치된 편광판; 및
상기 터치 패널 상에 배치된 커버 글래스를 더 포함하는, 표시 장치.
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