KR20170040076A - 터치 스크린, 터치 패널 및 이를 구비한 전자 장치 - Google Patents

터치 스크린, 터치 패널 및 이를 구비한 전자 장치 Download PDF

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KR20170040076A
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Abstract

터치 스크린이 개시된다. 본 터치 스크린은 영상을 표시하는 디스플레이 패널 및 사용자 터치를 감지하는 터치 패널을 포함하며, 상기 터치 패널은, 기판 양면에 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되는 2D/3D 터치 패턴층을 포함한다.

Description

터치 스크린, 터치 패널 및 이를 구비한 전자 장치{TOUCH SCREEN, TOUCH PANEL AND ELETRONIC DEIVCE HAVING THE SAME}
본 개시는 터치 스크린, 터치 패널 및 이를 구비한 전자 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 2D 터치 및 3D 터치가 가능한 터치 스크린, 터치 패널 및 이를 구비한 전자 장치에 관한 것이다.
전자 기술의 발달에 힘입어 다양한 유형의 전자 장치들이 개발 및 보급되고 있다. 최근, 휴대폰이나 태블릿 PC, TV 등과 같은 각종 전자 장치는 주로 터치 스크린을 구비하고 있으며, 사용자는 터치 스크린을 이용하여 전자 장치의 기능을 제어할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 자신의 신체(예를 들어, 손가락 등)뿐만 아니라 펜 형상의 입력 장치를 이용해서도 터치 스크린을 터치할 수 있으며, 전자 장치는 사용자의 손가락이나 터치 펜 등이 터치 스크린상에 터치된 좌표와 그 터치 좌표상에 표시된 메뉴(또는 아이콘)에 따라 다양한 제어 동작을 수행할 수 있다.
이와 같은 터치 기술의 지속적으로 발전으로, 최근에는 입체 영상에 포함된 오브젝트를 3D 공간상에서 터치할 수 있는 3D 터치 기술, 그리고, 터치 스크린에 가해지는 사용자의 터치 압력을 감지하여 다양한 사용자에게 경험을 제공하는 포스 터치 기술까지 개발되고 있는 실정이다.
그러나, 위와 같은 다양한 터치 기술을 하나의 전자 장치에 구현하는 것은 쉬운 일이 아니다. 예를 들어, 종래 기술의 경우, 2D 및 3D 터치 기술을 하나의 장치에 구현할 때, RX 및 TX 패턴을 2개 이상의 별도 층으로 구성하여 터치 패널의 두께가 증가하며, 또한, 비아 홀(via hole)도 많이 요구되어 공정 소요 시간과 비용도 증가하는 문제점이 있다. 따라서, 사용자의 2D 및 3D 핑거 터치 기술과 펜 터치 기술을 하나의 전자 장치에 구현한다는 것은 더더욱 용이한 일이 아니었다.
본 개시는 상술한 필요에 따라 안출된 것으로, 본 개시의 목적은 2D 및 3D 터치 패턴, 포스 터치 및 펜 터치와 같은 다양한 터치 기술을 하나의 기기에 용이하게 구현할 수 있는 터치 스크린, 터치 패널 및 이를 구비한 전자 장치를 제공함에 있다.
이상의 목적을 달성하기 위한 본 개시의 일 실시 예에 따른 터치스크린은 영상을 표시하는 디스플레이 패널 및 사용자 터치를 감지하는 터치 패널을 포함하며, 상기 터치 패널은, 기판 양면에 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되는 2D/3D 터치 패턴층을 포함한다.
또한, 상기 2D 터치 전극 패턴 및 상기 3D 터치 전극 패턴은, 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향의 전극 패턴을 포함하며, 상기 기판의 일면에 상기 제 1 방향의 전극 패턴이 배치되고, 상기 기판의 타면에 상기 제 2 방향의 전극 패턴이 배치될 수 있다.
또한, 상기 제 1 방향의 전극 패턴은, 상기 2D 터치 전극의 가로 패턴, 상기 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴 및 상기 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴 중 일부이고, 상기 제 2 방향의 전극 패턴은, 상기 2D 터치 전극의 세로 패턴 및 상기 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴 중 나머지일 수 있다.
또한, 상기 기판에는 상기 2D 전극 패턴 및 상기 3D 전극 패턴이 비아홀(Via Hole) 없이 배치될 수 있다.
또한, 상기 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴은 상기 기판의 가장자리 영역에 배치되고, 상기 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴은 상기 기판의 중앙 영역에 배치될 수 있다.
또한, 상기 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴은,제 1 방향 또는 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향을 갖는 하나 이상의 선 모양으로 상기 기판의 양면 중 일면에 배치될 수 있다.
또한, 상기 2D/3D 터치 패턴층은, 투명한 재질이며, 상기 디스플레이 패널 위에 배치될 수 있다.
또한, 상기 2D/3D 터치 패턴층은, 인 셀(In-Cell) 방식, 온 셀(On-Cell) 방식 및 하이브리드 방식 중 적어도 하나의 방식으로 상기 디스플레이 패널과 일체화될 수 있다.
또한, 상기 터치 패널은, 상기 사용자의 터치 압력을 감지하는 포스 터치 패턴층을 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 포스 터치 패턴층은, 투명한 압전 필름 및 투명 전극을 포함하며, 상기 디스플레이 패널 위에 배치될 수 있다.
또한, 상기 터치 패널은, 사용자의 펜 터치를 감지하는 펜 터치 패턴층을 더 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 다른 전자 장치는 터치 패널 및 디스플레이 패널을 포함하는 터치 스크린 및 상기 터치 스크린상에서 터치가 감지되면, 상기 터치 스크린상의 터치 위치에 따라 상기 전자 장치를 제어하는 감지하는 프로세서를 포함하며, 상기 터치 패널은, 기판 양면에 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되는 2D/3D 터치 패턴층을 포함한다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따른 터치 패널은 기판 양면에 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되는 2D/3D 터치 패턴층을 포함하며, 상기 2D 터치 전극 패턴 및 상기 3D 터치 전극 패턴은, 제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향의 전극 패턴을 포함하며, 상기 기판의 일면에 상기 제 1 방향의 전극 패턴이 배치되고, 상기 기판의 타면에 상기 제 2 방향의 전극 패턴이 배치된다.
이상과 같은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 2D 및 3D 터치 패턴, 포스 터치 및 펜 터치와 같은 다양한 터치 기술을 하나의 전자 장치에 용이하게 구현할 수 있다.
도 1은 본 개시의 일 실시 예에 따른 전자 장치의 예시도 및 블럭도,
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 터치 스크린의 상세 블럭도,
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 터치 스크린의 예시도,
도 4 및 도 5는 본 개시의 일 실시 예에 따른 2D/3D 터치 패턴층 구조의 예시도,
도 6은 본 개시의 일 실시 예에 따라 2D/3D 터치 패턴층이 디스플레이 패널과 일체화된 터치스크린의 예시도,
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 펜 터치 패턴층을 포함하는 터치 스크린의 구성을 나타내는 예시도, 및
도 8은 본 개시의 다양한 예에 따른 포스 터치 패턴층을 포함하는 터치 스크린의 구성을 나타내는 예시도이다.
본 개시의 실시 예에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 실시 예들에 대해 구체적으로 설명한다.
본 개시의 실시 예에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 개시의 실시 예에서, 제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 구성요소들은 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 이러한 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 또한, 본 개시의 실시 예에서, 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
본 개시의 실시 예에서, "기판(Substrate)"은 양면 중 적어도 하나의 면에 터치 전극 패턴이 배치될 수 있는 절연층을 말하며, 터치 전극 패턴만이 배치되는 별도의 절연체층에 국한되는 것은 아니다. 예를 들어, 2D/3D 터치 패턴층이 인셀(In-Cell) 또는 온셀(On-Cell) 방식으로 디스플레이 패널과 일체화되는 경우, 통합 방식 및 실시 예에 따라, 디스플레이 패널을 구성하는 일부 구성인 TFT 기판이나 컬러필터 층이 기판의 역할을 할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
한편, 본 개시를 설명함에 있어, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 개시의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하에서는 첨부된 도면을 참고하여 본 개시를 보다 상세하게 설명한다.
도 1a는 본 개시의 일 실시 예에 따른 터치 스크린을 구비한 전자 장치를 나타내는 예시도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 전자 장치(1000)는 터치 스크린(1100)을 포함한다. 이때, 전자 장치(1000)는 스마트폰일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 노트북, 모니터, 태블릿, 스마트 TV, LFD(Large Format Display), 터치 테이블 등과 같은 다양한 전자 장치로 구현될 수 있다.
전자 장치(1000)는 사용자의 신체 일부(10)나 입력 장치(20)를 통한 사용자의 터치 조작이 터치 스크린(1100)상에 입력되면, 사용자의 터치 조작을 감지하고, 터치가 감지된 위치에 따라 다양한 사용자 명령을 수행할 수 있다.
예를 들어, 사용자는 손가락(10) 또는 스타일러스 펜(20)을 통해, 터치 스크린(1100) 상에 그림을 그릴 수도 있고, 터치 스크린(1100)을 통해 표시되는 2D 또는 3D 객체를 선택하여 객체를 조작하거나 객체에 대응되는 애플리케이션 프로그램을 실행할 수도 있다.
전자 장치(1000)는 도 1b에 도시된 바와 같이 터치 스크린(1100) 및 프로세서(1200)를 포함할 수 있다. 도 1b에서는 설명의 편의를 위하여 생략했지만, 실제 구현시에는 전자 장치(1000)의 종류에 따라 저장부, 통신부, 오디오 출력부 등과 같은 다양한 구성이 포함될 수 있을 것이다.
터치 스크린(1100)은 사용자의 터치 조작을 감지한다. 구체적으로, 터치 스크린(1100)은 사용자의 터치 조작을 통해 사용자 명령을 입력받고, 프로세서(1200)의 제어에 의해 사용자 명령에 대응되는 동작 수행 과정 또는 결과를 디스플레이할 수 있다.
이때, 사용자의 터치 조작은 터치 스크린(1100)에 사용자의 손가락(10)이 닿는 2D 터치 조작, 손가락(10)이 닿은 후 터치 스크린(1100)을 누르는 포스 터치 조작, 터치 스크린(1100)의 위 공간을 터치하는 3D 터치 조작 및 스타일러스 펜(20)을 이용한 펜 터치 조작을 포함할 수 있다.
이를 위해, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 터치 스크린(1100)은 터치 패널(100) 및 디스플레이 패널(200)을 포함할 수 있으며, 이의 구체적인 구성은 도 2 이하의 설명에서 자세히 후술한다.
프로세서(1200)는 전자 장치(1000)의 전반적인 동작을 제어한다. 특히, 프로세서(120)는 터치 스크린(1100)을 통한 사용자 조작 명령에 따라 전자 장치(1000)의 동작을 제어할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(1200)는 터치 스크린(1100)에 사용자의 터치 조작이 감지되면, 사용자의 터치 위치를 판단하고, 판단된 터치 위치에 기초하여 전자 장치(1000)를 제어할 수 있다.
예를 들어, 그림 그리기 애플리케이션 실행 중에 사용자의 손가락(10)이나 스타일러스 펜(20)이 터치 스크린(1100)에 터치되면, 프로세서(1200)는 터치 스크린(1100) 상에서 사용자의 터치 위치를 판단하고, 판단된 터치 위치에 애플리케이션의 설정에 따라 점, 선 또는 도형 등을 렌더링하도록 터치 스크린(1100)을 제어할 수 있다.
또한, 터치 스크린(1100)에 2D 객체 또는 3D 객체가 표시된 상태에서 사용자의 손가락(10)이나 스타일러스 펜(20)이 객체에 터치되면, 프로세서(1200)는 사용자의 터치 위치를 판단하고, 판단된 터치 위치에 존재하는 객체를 선택하여 선택된 객체의 속성에 따른 동작을 수행하도록 전자 장치(1000)를 제어할 수 있다. 가령, 선택된 객체가 특정 애플리케이션을 실행하는 아이콘인 경우, 프로세서(1200)는 해당 애플리케이션을 실행할 수 있을 것이다.
또한, 사용자가 터치 스크린(1100)을 일정 강도로 누르는 경우, 프로세서(1200)는 터치 압력을 감지하고, 감지된 압력에 대응되는 동작을 수행할 수 있다. 예를 들어, 사용자가 터치 스크린(1100)에 표시된 특정 객체를 누르는 경우, 프로세서(1200)는 해당 객체와 관련된 다양한 UI(User Interface)를 제공할 수 있을 것이다.
이상에서 설명한 사용자의 터치 조작에 따른 프로세서(1200)의 동작은 하나의 예에 불과할 뿐, 이에 한정되는 것은 아니며, 프로세서(1200)가 전자 장치(1000)의 종류나 실시 예에 따라 그 밖의 다양한 형태로 사용자의 터치 조작에 따른 동작을 수행할 수 있음은 자명하다.
도 2는 본 개시의 일 실시 예에 따른 터치 스크린의 상세 블럭도이다. 도 2에 따르면, 터치 스크린(1100)은 터치 패널(100)을 구성하는 2D/3D 터치 패턴층(110), 포스 터치 패턴층(120), 펜 터치 패턴층(130) 및 디스플레이 패널(200)을 포함할 수 있다.
디스플레이 패널(200)은 영상을 표시한다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200)은 멀티미디어 컨텐츠, 이미지, 동영상, 텍스트 등을 표시할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(200)은 액정 디스플레이 패널(Liquid Crystal Display Panel: LCD Panel), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel: PDP), 유기발광 소자(Organic Light Emitting Diode, OLED), VFD(Vacuum Fluorescent Display), FED(Field Emission Display) 및 ELD(Electro Luminescence Display) 중 어느 하나로 구성될 수 있다.
터치 패널(100)은 사용자의 터치 조작을 감지한다. 구체적으로, 터치 패널(100)은 사용자의 2D 터치 조작 및 3D 터치 조작을 감지할 수 있다. 이때, 2D 터치 조작은 터치 스크린(1100)에 사용자의 신체 일부(예를 들어, 손가락)를 터치하는 조작을 말하며, 3D 터치 조작은 터치 스크린(1100)의 위 공간상에 사용자의 신체 일부를 위치시키는 조작을 말한다. 이때, 3D 터치 조작은 사용자의 신체 일부가 터치 스크린(1100)에 접촉되지는 않지만, 예를 들어, 터치 스크린(1100)에 3D로 표시되는 객체를 선택하는 등 이를 통해 실제 터치와 유사한 조작을 수행할 수 있으므로, 3D 터치 조작이라고 칭한다.
이를 위해, 터치 패널(100)은 2D/3D 터치 패턴층(110)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 2D/3D 터치 패턴층(110)은 기판 양면에 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치될 수 있다.
이때, 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴은 제 1 방향 및 제 1 방향과 상이한 제 2 방향의 전극 패턴을 포함할 수 있다. 예를 들어, 2D 터치 전극은 기판을 기준으로 좌우방향을 갖는 복수의 송신(Tx) 전극 패턴 및 상하방향을 갖는 복수의 수신(Rx) 전극 패턴을 포함할 수 있다. 또한, 3D 터치 전극 역시 기판을 기준으로 좌우방향을 갖는 적어도 하나의 송신(Tx) 전극 패턴과 수신(Rx) 전극 패턴 중 일부, 그리고, 상하방향을 갖는 나머지 수신(Rx) 전극 패턴을 포함할 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴은 기판의 일면에 제 1 방향의 전극 패턴이 배치되고, 기판의 타면에 상기 제 2 방향의 전극 패턴이 배치될 수 있다. 따라서, 위의 예의 경우, 좌우방향의 전극 패턴인 2D 터치 전송(Tx) 전극 패턴, 3D 터치 전송(Tx) 전극 패턴 및 3D 터치 수신(Rx) 전극 패턴이 기판의 일면에 배치되고, 상하방향의 전극 패턴인 2D 터치 수신(Rx) 전극 패턴 및 3D 터치 수신(Rx) 전극 패턴 중 나머지 패턴이 기판의 타면에 배치될 수 있다.
이와 같이, 2D 및 3D 터치 전극 패턴을 방향에 따라 구분하여 기판의 양면에 나누어 배치함으로써, 하나의 기판 양면에 2D 터치 배선과 3D 터치 배선을 간섭없이 배치할 수 있으며, 또한, 전극 패턴의 방향에 따라 기판의 양면으로 명확히 나누어 배치되므로, 별도의 비아홀(Via Hole) 역시 필요하지 않게 된다. 즉, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 2D/3D 터치 패턴층(110)을 구성하는 기판에는 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 비아홀 없이 배치될 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴의 구성 및 방향은 하나의 예에 불과하며, 이에 한정되는 것은 아님은 물론이다. 가령, 제 1 방향은 기판을 기준으로 좌상단에서 우하단 방향이고, 제 2 방향은 기판을 기준으로 우상단에서 좌하단 방향일 수도 있다.
또한, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 2D/3D 터치 패턴층(110)을 구성하는 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴은 기판의 가장자리에 배치되고, 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴은 기판의 중앙 영역에 배치될 수 있으며, 이때, 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴은 제 1 방향 또는 제 2 방향을 갖는 하나 이상의 선 모양으로 기판의 양면 중 일면에 배치될 수 있다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 2D/3D 터치 패턴층(110)은 투명한 재질로 구성될 수 있다. 이 경우, 2D 및 3D 터치 전극은 ITO (Indium Tin Oxide), metal mesh (copper, silver), PEDOT (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), CNT (Carbon Nano Tube), Graphene 등으로 구현될 수 있으며, 기판에는 PET 필름 또는 유리(Glass)가 이용될 수 있다. 이때, PET 필름의 두께를 12um 이상으로 하여 가요성(flexibility) 및 투명성(transparency)를 동시에 갖도록 할 수도 있을 것이다.
이와 같이, 2D/3D 터치 패턴층(110)이 투명한 재질로 구성되는 경우, 터치 스크린 구성시 디스플레이 패널(200) 위에 배치될 수 있으며, 2D/3D 터치 패턴층(110)을 디스플레이 패널(200) 아래에 배치하는 경우보다 소비전력을 절감할 수 있다.
한편, 2D/3D 터치 패턴층(110)이 반드시 투명한 재질로 구성되어야 하는 것은 아니며, 기존의 구리(copper)나 은(silver) 등과 같은 금속 배선과 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)나 PCB(Printed Circuit Board)로 터치 패턴을 구성할 수도 있으며, 이 경우에는 디스플레이 패널(200) 아래에 배치되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 2D/3D 터치 패턴층(110)은 인 셀(In-Cell) 및 온 셀(On-Cell) 중 적어도 하나의 방식으로 디스플레이 패널(200)과 일체화될 수 있다. 여기서, 인 셀(In-Cell) 방식은 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor, TFT) 기판에 터치 전극을 넣는 방식이며, 온 셀(On-Cell) 방식은 디스플레이 편광판 아래나 컬러필터 층에 터치 전극을 형성하는 방식을 말한다.
전술한 바와 같이, 본 개시에서 기판은 터치 전극 패턴이 배치될 수 있는 절연층으로, 터치 전극 패턴만이 배치되는 별도의 절연체층에 국한되는 것은 아니므로, 예를 들어, 박막 트랜지스터 기판이나 디스플레이 패널(200)을 구성하는 절연 역할을 하는 적어도 하나의 층(layer) 역시 본 개시에 따른 기판의 범주에 포함될 수 있다.
따라서, 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 인 셀 및 온 셀 방식으로 디스플레이 패널(200)과 일체화될 경우에도, 일면에 제 1 방향의 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되고, 타면에 제 2 방향의 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되는 경우라면, 본 개시의 범주에 포함될 수 있다.
이상과 같이, 2D/3D 터치 패턴층(110)을 구성함으로써, 두께를 감소시킬 수 있어, 후술할 포스 터치 패턴층(120) 또는 펜 터치 패턴층(130)과 용이하게 복합화할 수 있다.
본 개시의 일 실시 예에 따르면, 터치 패널(200)은 스타일러스 펜과 같은 입력 장치(20)를 통한 사용자의 터치를 감지할 수 있다. 이를 위해, 터치 패널(100)은 입력 장치(20)를 통한 사용자의 터치를 감지하는 펜 터치 패턴층(130)을 더 포함할 수 있다.
입력 장치(20)의 경우, 구현 방식에 따라 정전 용량 결합 방식, 전자기 공진 (Electro Magnetic Resonanse : EMR) 방식, 액티브 방식 등과 같이 다양한 구분될 수 있다. EMR 방식으로 구현되는 경우에는, 입력 장치(20)는 외부의 자기장 신호에 의해 전기를 유도하는 코일을 포함한다. 액티브 방식에서는 입력 장치는 배터리를 더 포함할 수 있다. 한편, 정전 용량 결합 방식으로 구현되는 경우에는, 입력 장치(20)는 도전성 팁을 포함할 수 있다.
펜 터치 패턴층(130)은 상술한 다양한 방식의 입력 장치(20)를 통한 사용자의 터치 입력을 감지할 수 있다. 이와 같은 펜 터치 패턴층(130)의 구체적인 구성은 본 개시의 요지와 무관하므로, 자세한 설명은 생략한다.
한편, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 터치 패널(100)은 사용자가 터치 스크린(1100)을 누르는 터치 압력을 감지할 수 있다. 이를 위해, 터치 패널(100)은 포스 터치 패턴층(120)을 더 포함할 수 있다. 여기서, 포스 터치는 사용자가 터치 스크린(1100)을 누르는 압력을 감지하고, 감지된 압력에 대응되는 동작을 수행하는 터치 방식을 말한다.
이때, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 포스 터치 패턴층(120)은 투명한 압전 필름 및 투명 전극을 포함할 수 있다. 이 경우, 투명한 압전 필름은 PLA(Poly Lactide Acid) 및 PVDF(Polyvinylidene fluoride) 중 적어도 하나로 구현될 수 있다. 이때, PLA는 카이랄 분자(chiral molecule)로 구성된 2가지의 거울상 이성질체인 PLLA(Poly-L-Lactide Acid) 및 PDLA(Poly-D-Lactide Acid)일 수 있다. 여기서, 거울상 이성질체는 물리적, 화학적 특성은 모두 동일하나, 탄소 주위의 4개의 작용기가 모두 다른 비대칭 탄소를 가지고 있어 서로 거울상은 되지만 겹쳐지지 않는 이성질체를 말한다. 또한, 투명 전극은 ITO (Indium Tin Oxide), metal mesh (copper, silver), PEDOT (Poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), CNT (Carbon Nano Tube), Graphene 중 적어도 하나로 구성될 수 있다.
이와 같이, 포스 터치 패턴층(120)이 투명한 재질로 구성되는 경우, 터치 스크린 구성시 디스플레이 패널(200) 위에 배치될 수 있으며, 포스 터치 패턴층(120)을 디스플레이 패널(200) 아래에 배치하는 경우보다 감도를 높일 수 있다.
한편, 불투명한 압전 필름, 스트레인 게이지(strain gauge), 정전 방식 포스 터치 등과 같이 포스 터치 패턴층(120)이 불투명한 재질로 구성되는 경우에는 디스플레이 패널(200) 아래에 배치되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 도 2의 예에서 2D/3D 터치 패턴층(110), 포스 터치 패턴층(120) 및 펜 터치 패턴층(130) 및 디스플레이 패널(200)의 순서가 각 터치 패턴층(110, 120, 130) 및 디스플레이 패널(200)의 배치 순서를 나타내는 것은 아니며, 터치 패턴층의 투명 여부, 소비 전력, 터치 감도 등을 고려하여 다양한 순서로 배치될 수 있다.
한편, 이상에서 설명한 2D/3D 터치 패턴층(110), 포스 터치 패턴층(120) 및 펜 터치 패턴층(130)이 모두 터치 스크린(1100)의 구성에 포함될 수도 있음은 물론이다. 이 경우, 2D 터치뿐만 아니라, 3D 공간 터치 및 깊이 방향의 포스 터치를 하나의 장치에 구현함으로써, 하나의 전자 장치(1000) 상에서 XY 좌표 인식뿐만 아니라, Z 축 방향의 높이와 깊이를 인식할 수 있는 완전한 Z축 터치가 가능해 진다.
이하에서, 도 3 및 도 10을 통해 본 개시에 따른 다양한 터치 스크린의 실시 예들에 대해 설명한다.
도 3은 본 개시의 일 실시 예에 따른 터치 스크린의 예시도이다. 도 3에 따르면, 터치 스크린(1100-1, 1100-2)은 2D/3D 터치 패턴층(110)을 포함하는 터치 패널(100)과 디스플레이 패널(200)을 포함할 수 있다.
구체적으로, 도 3의 (a)의 터치 스크린(1100-1)은 투명한 재질의 2D/3D 터치 패턴층(110)을 포함하며, 따라서, 디스플레이 패널(200) 위에 배치되는 것을 볼 수 있다. 이에 따라, 소비전력이 절감될 수 있다. 한편, 도 3의 (b)의 터치 스크린(1100-2)은 불투명한 재질의 2D/3D 터치 패턴층(110)을 포함하며, 따라서, 디스플레이 패널(200) 아래에 배치되는 것을 볼 수 있다.
도 4는 본 개시의 일 실시 예에 따른 2D/3D 터치 패턴층 구조의 예시도이다. 도 4에 따르면, 2D/3D 터치 패턴층(110)은 기판(111), 2D 터치 전극 패턴(112-1, 112-2) 및 3D 터치 전극 패턴(113-1 내지 113-3, 114-1 내지 114-4)을 포함할 수 있다. 이때, 2D 터치 전극의 가로 방향 패턴(112-1) 및 세로 방향 패턴(112-2) 중 하나는 전송(Tx) 패턴이고, 다른 하나는 수신(Rx) 패턴일 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위해, 가로 방향 패턴(112-1)이 2D 터치 전송(Tx) 패턴이고, 세로 방향 패턴(112-2)이 2D 터치 수신(Rx) 패턴인 것을 전제로 설명한다.
도 4를 보면, 2D/3D 터치 패턴층(110)에 포함된 터치 전극 패턴들은 가로방향 및 세로방향 중 하나의 방향을 가지는 것을 볼 수 있다. 구체적으로, 2D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴(112-1), 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴(113-1 내지 113-3) 및 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴 중 일부(114-1, 114-2)가 가로방향 패턴을 가지고, 2D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴(112-2) 및 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴 중 나머지(114-3, 114-4)가 세로방향 패턴을 가지는 것을 볼 수 있다.
이 경우, 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 기판의 일면에 제 1 방향의 전극 패턴이 배치되고, 기판의 타면에 제 2 방향의 전극 패턴이 배치될 수 있으므로, 도 4에 도시된 바와 같이, 기판(111)의 윗면에 가로방향 패턴들이 배치되고, 기판(111)의 아랫면에 세로방향 패턴들이 배치된 것을 볼 수 있다.
이와 같이, 2D 및 3D 터치 전극 패턴을 방향에 따라 구분하여 기판의 양면에 나누어 배치함으로써, 2D 터치 배선과 3D 터치 배선 간의 간섭이 전혀 없게 되며, 별도의 비아홀(Via Hole) 역시 필요하지 않게 된다.
한편, 도 4를 보면, 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴(114-1 내지 114-4)은 기판(111)의 가장자리 영역에 배치되고, 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴(113-1 내지 113-3)은 기판(111)의 중앙 영역에 배치된 것을 볼 수 있다.
이때, 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴(113-1 내지 113-3)은 가로방향을 갖는 3개의 선 모양으로 기판(111)의 윗면에 배치된 것을 볼 수 있다. 그러나, 이에 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 1개, 2개 또는 4개 이상의 선 모양으로 기판(111)의 윗면에 배치될 수도 있고, 하나 이상의 세로방향을 갖는 선 모양으로 기판(111)의 아래면에 배치될 수도 있을 것이다.
이와 같이, 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴의 모양이나 개수 또는 배치가 달라질 수 있다. 이 경우, 달라진 모양이나 개수 또는 배치에 따른 캘리브레이션만 실시하면, 2D 및 3D 터치를 문제없이 구현할 수 있다.
도 5는 본 개시의 다른 일 실시 예에 따른 2D/3D 터치 패턴층의 예를 도시하고 있다. 구체적으로, 도 5의 (a)를 보면 도 4와 달리, 기판(111)의 윗면에 세로방향 패턴들이 배치되고, 아래면에 가로방향 패턴들이 배치되어 있는 것을 볼 수 있다.
한편, 도 5의 (b)를 보면, 3D 터치를 위해 전기장(Electric Field) 감지 방식이 이용된 것을 볼 수 있다. 전기장 감지 방식은 션트 방식(Shunt Type)이라고도 불리며, 전송(Tx) 전극 및 수신(Rx) 전극을 배치하여 전계를 형성하고, 전계 일부가 손가락으로 접지되어 정전용량이 변화되면 이로부터 공간상의 좌표 위치를 획득하는 방식을 말한다.
그러나, 본 개시에 적용될 수 있는 3D 터치 방식이 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 손가락의 위치에 따라 손가락과 전극 사이의 정전 용량의 변화를 측정하여 공간 터치를 감지하는 프로젝티드 커패시티브 터치(Projected Capacitive Toucu) 방식이 적용될 수도 있을 것이다.
도 6은 본 개시의 다양한 실시 예에 따라 2D/3D 터치 패턴층(110)이 디스플레이 패널(200)과 일체화되는 예시도이다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 2D/3D 패턴층(110)은 온 셀(On-Cell) 방식, 인 셀(In-Cell) 방식 또는 하이브리드 방식으로 디스플레이 패널(200)과 일체화될 수 있다.
온 셀 방식은 디스플레이 패널(200)의 편광판 아래나 컬러필터층에 터치 전극 패턴을 형성하는 방식으로, 도 6a에 도시된 터치 스크린(1100-3)은 본 개시의 일 실시 예에 따라, 2D/3D 터치 패턴층(110)이 디스플레이 패널(200)과 온 셀 방식으로 일체화된 일 예를 도시하고 있다.
인 셀 방식은 디스플레이 패널(200)의 박막 트랜지스터(TFT) 기판에 터치 전극을 형성하는 방식으로, 도 6b에 도시된 터치 스크린(1100-4)는 본 개시의 일 실시 예에 따라, 2D/3D 터치 패턴층(110)이 디스플레이 패널(200)과 인 셀 방식으로 일체화된 일 예를 도시하고 있다.
도 6c에 도시된 터치 스크린들(1100-5, 1100-6)은 디스플레이 패널(200)과 2D/3D 터치 패턴층(110)이 하이브리드 방식으로 일체화된 예를 도시하고 있으며, 디스플레이 패널의 구성들이 2D/3D 터치 패턴층(110)의 기판 역할을 하고 있는 것을 볼 수 있다.
위와 같이, 본 개시의 실시 예들에 따른 2D/3D 터치 패턴층(110)은 다양한 방식으로 디스플레이 패널(200)과 일체화되어 터치 스크린(1100)을 구성할 수 있으며, 이를 통해, 터치 스크린(1100)의 두께가 더욱 감소될 수 있다.
도 7은 본 개시의 일 실시 예에 따른 펜 터치 패턴층을 포함하는 터치 스크린의 구성을 나타내는 예시도이다. 도 7에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(1100-7)은 2D/3D 터치 패턴층(110), 디스플레이 패널(120) 및 펜 터치 패턴층(130)을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 개시의 실시 예들에 따른 2D/3D 터치 패턴층(110)에 따르면, 비아홀(Via Hole) 없이, 하나의 기판(111) 층에 또는 디스플레이 패널(200)과 일체화하여, 2D 터치와 3D 터치 전극 패턴들을 배치할 수 있으므로, 터치 스크린에 추가적으로 스타일러스 펜 등과 같은 입력 장치(20)를 통한 사용자 터치를 감지하는 펜 터치 패턴을 용이하게 구성할 수 있다.
도 7에 도시된 바와 같이, 펜 터치 패턴층(130)은 비아홀을 포함하는 불투명한 기판(Printed Circuit Board, PCB)층을 포함할 수 있으며, 이 경우, 디스플레이 패널(200) 아래에 펜 터치 패턴층(130)을 배치하는 것이 바람직하다.
이때, 펜 터치 방식은 전술한 바와 같이, 정전 용량 결합 방식, 전자기 공진 (Electro Magnetic Resonansc : EMR) 방식, 액티브 방식 등이 이용될 수 있으며, 사용자의 신체 일부를 이용하는 2D/3D 터치와 간섭은 문제되지 않는다. 만일, 간섭이 문제되더라도, 팜 리젝션(Palm Rejection)과 같은 기술을 통해 간섭을 제거할 수 있음은 당업자에게 자명하다.
도 8은 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 포스 터치 패턴층을 포함하는 터치 스크린의 구성을 나타내는 예시도이다. 본 개시의 일 실시 예에 따르면, 터치 스크린(1100-8, 1100-9)은 2D/3D 터치 패턴층(110), 디스플레이 패널(200) 및 포스 터치 패턴층(120)을 포함할 수 있다. 본 개시의 실시 예들에 따르면, 사용자의 터치 압력을 감지하는 터치 패턴층(120) 역시 용이하게 터치 스크린(1100)에 구현될 수 있다.
구체적으로, 포스 터치 패턴층(120)이 투명한 압전 필름 및 투명 전극을 포함하는 경우, 디스플레이 패널(200) 위에 배치될 수 있다. 이때, 포스 터치 패턴층(120)은, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 투명한 재질의 2D/3D 터치 패턴층(110) 아래에 배치될 수도 있으나 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 투명한 재질의 포스 터치 패턴층(120)은 터치 압력 센싱 감도를 높이기 위해 2D/3D 패턴층(110) 위에 배치될 수도 있다.
또한, 포스 터치 패턴층(120)이 투명하지 않은 경우, 예를 들어, 불투명한 압전 필름을 이용하거나 스트레인 게이지(strain gauge) 또는 정전 방식 포스 터치인 경우에는, 도 8의 (b)에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200) 아래에 배치되는 것이 바람직할 것이다.
한편, 이상에서는 터치 패널(100)이 디스플레이 패널(200)과 함께 터치 스크린(1100)을 구성하고, 이와 같은 터치 스크린(1100)을 구비한 전자 장치(1000)를 예로 들어 설명하였으나, 실시 예가 이에 한정되는 것은 아니다. 가령, 상술한 본 개시의 다양한 실시 예에 따른 터치 패널(100)이 디스플레이 패널(200)을 포함하지 않고 터치 패드 형태로 전자 장치(1000)에 구현될 수도 있음은 물론이다.
이상과 같은 본 개시의 다양한 실시 예들에 따르면, 2D 및 3D 터치 패턴, 포스 터치 및 펜 터치와 같은 다양한 터치 기술을 하나의 전자 장치에 용이하게 구현할 수 있다. 구체적으로, 본 개시의 다양한 실시 예들에 따른 터치 스크린(1100)의 구조로 인해, 하나의 전자 장치에 다양한 형태의 터치 기술을 용이하게 구현할 수 있다. 특히, 2D 및 3D 핑거 터치 패턴 구조의 두께가 감소되어, 펜 터치 패턴 구조및 깊이 방향의 포스 터치 패턴 구조와 용이하게 복합화할 수 있으며, 이에 따라, z축 방향의 높이와 깊이 터치가 가능해 진다. 또한, 2D 및 3D 터치 공정에 비아홀이 필요 없어지므로 공정이 단순해지고 그에 따라 공정 비용이 감소될 수 있다.
이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 또한, 본 발명에 개시된 실시 예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 한 것이고, 이러한 실시 예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 따라서, 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.
1000 :　전자 장치　 　　　　　 1100 : 터치 스크린
1200 :　프로세서
100 :　터치 패널 200 : 디스플레이 패널
110 :　2D/3D 터치 패턴층　　　 120 : 포스 터치 패턴층
130 :　펜 터치 패턴층

Claims (13)

  1. 터치 스크린에 있어서,
    영상을 표시하는 디스플레이 패널; 및
    사용자 터치를 감지하는 터치 패널;을 포함하며,
    상기 터치 패널은,
    기판 양면에 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되는 2D/3D 터치 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 2D 터치 전극 패턴 및 상기 3D 터치 전극 패턴은,
    제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향의 전극 패턴을 포함하며,
    상기 기판의 일면에 상기 제 1 방향의 전극 패턴이 배치되고, 상기 기판의 타면에 상기 제 2 방향의 전극 패턴이 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 제 1 방향의 전극 패턴은,
    상기 2D 터치 전극의 가로 패턴, 상기 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴 및 상기 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴 중 일부이고,
    상기 제 2 방향의 전극 패턴은,
    상기 2D 터치 전극의 세로 패턴 및 상기 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴 중 나머지인 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판에는 상기 2D 전극 패턴 및 상기 3D 전극 패턴이 비아홀(Via Hole) 없이 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 3D 터치 전극의 수신(Rx) 패턴은 상기 기판의 가장자리 영역에 배치되고, 상기 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴은 상기 기판의 중앙 영역에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 3D 터치 전극의 전송(Tx) 패턴은,
    제 1 방향 또는 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향을 갖는 하나 이상의 선 모양으로 상기 기판의 양면 중 일면에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 2D/3D 터치 패턴층은,
    투명한 재질이며, 상기 디스플레이 패널 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 2D/3D 터치 패턴층은,
    인 셀(In-Cell) 방식, 온 셀(On-Cell) 방식 및 하이브리드 방식 중 적어도 하나의 방식으로 상기 디스플레이 패널과 일체화되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패널은,
    상기 사용자의 터치 압력을 감지하는 포스 터치 패턴층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 포스 터치 패턴층은,
    투명한 압전 필름 및 투명 전극을 포함하며, 상기 디스플레이 패널 위에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패널은,
    사용자의 펜 터치를 감지하는 펜 터치 패턴층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린.
  12. 전자 장치에 있어서,
    터치 패널 및 디스플레이 패널을 포함하는 터치 스크린; 및
    상기 터치 스크린상에서 터치가 감지되면, 상기 터치 스크린상의 터치 위치에 따라 상기 전자 장치를 제어하는 감지하는 프로세서;를 포함하며,
    상기 터치 패널은,
    기판 양면에 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되는 2D/3D 터치 패턴층을 포함하는 것을 특징으로 하는 전자 장치.
  13. 터치 패널에 있어서,
    기판 양면에 2D 터치 전극 패턴 및 3D 터치 전극 패턴이 배치되는 2D/3D 터치 패턴층;을 포함하며,
    상기 2D 터치 전극 패턴 및 상기 3D 터치 전극 패턴은,
    제 1 방향 및 상기 제 1 방향과 상이한 제 2 방향의 전극 패턴을 포함하며,
    상기 기판의 일면에 상기 제 1 방향의 전극 패턴이 배치되고, 상기 기판의 타면에 상기 제 2 방향의 전극 패턴이 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 패널.
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