KR20170026070A - 터치 압력 검출 장치 - Google Patents

Abstract

일 실시예에 따르면, 구동 신호가 인가되며, 제1 방향으로 상호 평행하게 배치되는 복수개의 송신 전극; 및 터치 발생에 의한 응답 신호를 출력하며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 상호 평행하게 배치되는 복수개의 감지 전극을 포함하고, 터치 검출 기능을 하는 영역 내에서는, 상기 복수개의 송신 전극이 상기 복수개의 감지 전극보다 하위에 배치되고, 그 외의 영역에서는 상하 위치가 반대로 배치되는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

Description

터치 압력 검출 장치{TOUCH FORCE SENSING APPARATUS}

본 발명은 터치 압력 검출 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 압력 센서에 가해지는 터치 압력에 있어서 터치 면적과 관련된 부분이 효율적으로 차단되어 노이즈가 최소화될 수 있는 터치 압력 검출 장치에 관한 것이다.

터치패널(touch panel)은 디스플레이 표면에 장착되어 사용자의 손가락 등의 물리적 접촉을 전기적 신호로 변환하여 제품을 작동시키는 입력장치로서, 각종 디스플레이 장치에 폭넓게 응용될 수 있으며, 근래에 와서는 그 수요가 비약적으로 성장하고 있다.

이러한 터치패널은 동작원리에 따라 저항막 방식(Resistive), 정전용량 방식(Capacitive), 초음파 방식(SAW), 적외선 방식(IR)등으로 구분될 수 있다.

이 중, 종래 정전용량 방식 터치패널은 기본적으로 기판, 금속배선층, 패턴층을 구비한다. 패턴층은 복수개의 패턴 전극(터치패턴)들로 구성되어 있으며, 각각의 패턴 전극은 외부의 물리적 접촉에 대응해 전기적 신호를 발생시킨다. 그리고 발생된 전기적 신호는 패턴 전극과 연결된 금속배선들을 통해 제품의 제어부로 전달되어 제품을 작동시킨다.

최근에는, 스마트폰, 스마트TV 등에서 다양한 기능을 하는 다양한 종류의 애플리케이션(application)이 등장함에 따라, 터치패널에 있어서 다양한 터치 방식에 대한 수요가 급증하고 있는 실정이다.

따라서, 단순히 터치 위치를 판단해내는 데에서 그치는 것이 아니라, 그 터치의 다양한 특성, 구체적으로는, 터치 압력을 판단하여, 그에 기초한 동작을 하도록 하는 기술이 요구되고 있다.

본 발명의 목적은, 압력 센서에 가해지는 터치 압력에 있어서 터치 면적과 관련된 부분이 효율적으로 차단되어 노이즈가 최소화될 수 있다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 신호가 인가되며, 제1 방향으로 상호 평행하게 배치되는 복수개의 송신 전극; 및 터치 발생에 의한 응답 신호를 출력하며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 상호 평행하게 배치되는 복수개의 감지 전극을 포함하고, 터치 검출 기능을 하는 영역 내에서는, 상기 복수개의 송신 전극이 상기 복수개의 감지 전극보다 하위에 배치되고, 그 외의 영역에서는 상하 위치가 반대로 배치되는, 터치 압력 검출 장치가 제공된다.

본 발명에 따르면, 압력 센서에 가해지는 터치 압력에 있어서 터치 면적과 관련된 부분이 효율적으로 차단되어 노이즈가 최소화될 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 압력 검출이 가능한 디스플레이 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출을 위한 전극의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4는 두 도체 사이에 형성되는 정전용량의 크기를 설명하는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출을 위한 전극의 구성을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 구성을 나타내는 도면이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 압력 검출 장치의 개략적인 구성을 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 일 실시예에 따른 터치 압력 검출 장치를 포함하는 디스플레이 장치는, 유리 기판(100), 유리 기판(100) 하부에 형성되는 블랙 매트릭스(200), 블랙 매트릭스(200) 하부에 형성되는 투명 전극층(300)을 포함한다. 투명전극층(300)에는 유리 기판(100) 상면에서의 터치를 검출하기 위한 복수개의 전극이 구비된다.

투명 전극층(300)의 가장자리의 적어도 일부에는 유리 기판(100) 상면에서 발생한 터치의 압력을 감지하는 압력 센서(310)가 복수개 구비된다.

상기 디스플레이 장치의 제고 과정을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 유리 기판(100) 상에 블랙 매트릭스(200)를 인쇄 방식 또는 스퍼터링 방식으로 형성한 후, 전면에 스퍼터링 방식으로 투명 전극층(300)을 형성한다.

그 후, 습식 에칭, 건식 에칭 또는 레이저 방식을 통해 투명 전극층(300)에 터치 검출을 위한 전극 및 압력 검출을 위한 전극 패턴을 형성한다. 압력 검출을 위한 전극 패턴은 압력 센서(310)의 일부분이 된다. 즉, 투명 전극층(300)의 일부분은 압력 센서(310)의 제1 전극(311)으로서 기능한다.

압력 센서(310)의 제1 전극(311) 상에는 압전 재료(312)를 인쇄하여 형성한다. 필요 시에는 블랙 매트릭스(200)와 압전 재료(312) 사이에 카본층 등의 인쇄층이 더 형성될 수 있다.

압전 재료(312) 상에는 제1 전극(311)과 대향하도록 제2 전극(313)을 형성하고, 그 상부에는 내부 전극들을 보호하기 위한 보호층(314)으로서 절연층을 형성한다.

도 2는 도 1에 도시된 터치 검출을 위한 전극의 배치 예시를 나타내는 도면이다.

도 2를 참조하면, 터치 검출을 위한 전극은 제1 방향으로 상호 평행하게 배치되는 송신 전극(Tx), 상기 송신 전극(Tx)과 교차되도록 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 상호 평행하게 배치되는 감지 전극(Rx)으로 구성된다.

복수개의 송신 전극(Tx)에는 선택적으로 구동 신호가 인가되는데, 송신 전극(Tx)과 감지 전극(Rx) 사이에는 상호 정전용량이 형성되며, 이러한 상호 정전용량이 터치 발생 수단(손가락 등)의 터치에 의해 달라지게 된다. 상호 정전용량이 변화됨에 따라 감지 전극(Rx)의 전위가 달라지게 되고, 이러한 변화에 따라 터치 발생 지점을 검출하게 된다.

터치 검출을 위한 전극은 디스플레이 장치와 함께 배치되는데, 해당 전극은 디스플레이 영역(D) 외에도 배치될 수 있다.

도 3은 디스플레이 영역(D)에 있어서의 터치 검출을 위한 전극 배치를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 디스플레이 영역(D)에서 유리 기판(100) 하부에 송신 전극(Tx)과 감지 전극(Rx)이 배치되며, 송신 전극(Tx)이 감지 전극(Rx)에 비해 상대적으로 하부에 배치된다.

통상적으로 도 4에 도시되는 바와 같이 양 도체가 존재할 때 양 도체 사이의 정전용량은

로 정의된다(S: 양 도체의 면적, d: 양 도체 간 거리).

즉, 양 도체의 면적 및 양 도체 사이의 거리가 정전용량의 변화를 유도하게 된다.

다시 도 3을 참조하면, 감지 전극(Rx)과 송신 전극(Tx) 상부에서 터치가 인가될 때, 감지 전극(Rx)과 송신 전극(Tx) 간 상호 정전용량 값이 검출되는데, 이 검출되는 값이 상부에서 접촉되는 물체의 면적 크기의 변화에 의한 것인지, 감지 전극(Rx)과 송신 전극(Tx) 간 거리 변화에 의한 것인지를 알 수가 없다.

환언하면, 디스플레이 영역(D, 도 2 참조) 내에서 터치 위치를 검출할 수는 있지만, 터치 압력을 정확히 검출할 수는 없다.

본 발명의 실시예에서는 송신 전극(Tx)과 감지 전극(Rx) 간 상하 위치를 디스플레이 영역(D) 외에서, 즉, 터치 검출 기능을 하지 않는 영역(예를 들면, 베젤 영역 등)에서 바꾸어, 해당 영역에서의 터치 압력 검출에 반영될 수 있는 노이즈 발생을 차단한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 장치에서 터치 검출 기능을 하지 않는 영역에서의 송신 전극과 감지 전극 간 위치 관계를 나타내는 도면이다.

도 5를 참조하면, 터치 검출 기능을 하는 영역(D)에서는 송신 전극(Tx)이 감지 전극(Rx)의 하부에 배치되지만, 터치 검출 기능을 하지 않는 영역(B)에서는 송신 전극(Tx)이 감지 전극(Rx)에 비해 상대적으로 상부에 배치된다.

이러한 구조에 따르면, 터치 검출 기능을 하지 않는 영역(B)에서 상부에서 터치가 발생하여도, 그 터치 발생 면적은 송신 전극(Tx)에 의해 차단되고, 송신 전극(Tx)과 감지 전극(Rx) 사이의 상호 정전용량 값 변화는 두 전극 간 거리의 변화, 또는 하단에서 다른 물체와 접촉된 면적만이 반영될 수 있다.

따라서, 디스플레이 기능을 하지 않는 영역(B)에서는, 터치의 면적과 무관하게, 그 터치 압력에 따른 송신 전극(Tx)과 감지 전극(Rx) 간 거리 변화만이 감지될 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 기능을 하지 않는 영역에서의 압력 센서 설계 구성을 나타내는 도면이다.

도 6을 참조하면, 압력 센서(310)는 상부에서 발생하는 압력을 수용하며, 하부의 액츄에이터(320)가 제1 전극(311)과 제2 전극(313) 간 거리를 가깝게 만든다. 양 전극(311, 313) 간 단락(short) 현상이 방지되어야 하므로, 양 전극(311, 313) 사이에는 수~수십㎛의 절연막(312)이 형성된다.

압력 센서(310)에서의 필름 변형 등의 왜곡 방지를 위해, 극간의 공간은 OCA(400)로 완전히 밀폐되고, 내부에 포함된 기체(Air)는 풍선과 같은 쿠션 역할을 한다. 또한, 양 전극(311, 313) 간 거리의 변화율을 OCA(400) 개구부 크기로 제어되도록 한다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (1)

1. 구동 신호가 인가되며, 제1 방향으로 상호 평행하게 배치되는 복수개의 송신 전극; 및
   터치 발생에 의한 응답 신호를 출력하며, 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 상호 평행하게 배치되는 복수개의 감지 전극을 포함하고,
   터치 검출 기능을 하는 영역 내에서는, 상기 복수개의 송신 전극이 상기 복수개의 감지 전극보다 하위에 배치되고, 그 외의 영역에서는 상하 위치가 반대로 배치되는, 터치 압력 검출 장치.
   

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