KR20180005321A - 터치 센서 및 이를 구비한 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예는 터치 센서에 관한 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 센서는, 제1 방향으로 연장된 다수의 제1 전극들과, 상기 제1 전극들과 이격되며 상기 제1 전극들과 교차하도록 제2 방향으로 연장된 다수의 제2 전극들과, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극의 교차부에 위치된 적어도 하나의 압력 센싱부와, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들과 상기 압력 센싱부에 전기적으로 연결된 센서 제어부를 포함하며, 상기 센서 제어부는, 제1 기간 동안 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 위치를 센싱하고, 제2 기간 동안 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 압력 감지부 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 압력을 센싱한다.

Description

터치 센서 및 이를 구비한 표시 장치{TOUCH SENSOR AND DISPLAY DEVICE HAVING THE SAME}
본 발명의 실시예는 터치 센서 및 이를 구비한 표시 장치에 관한 것이다.
터치 센서는 정보 입력 장치의 하나로, 표시 장치에 구비되어 사용된다. 사용자는 표시 장치의 화면에 표시되는 이미지를 보면서 터치 센서를 누르거나 터치하여 정보를 입력할 수 있다. 이에 따라, 사용자는 터치 센서를 통해 보다 편리하게 표시 장치를 이용할 수 있게 되었다.
최근에는 터치 입력이 발생한 위치뿐만 아니라, 터치 입력으로 인해 발생하는 압력을 센싱할 수 있도록 하는 터치 센서에 대한 요구가 증대되고 있다. 이와 같이 터치 위치와 더불어 터치 압력까지 센싱할 수 있게 되면, 사용자에게 보다 다양한 기능을 제공할 수 있게 된다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는, 터치 위치와 더불어 터치 압력을 복합적으로 센싱할 수 있는 터치 센서 및 이를 구비한 표시 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 센서는, 제1 방향으로 연장된 다수의 제1 전극들과, 상기 제1 전극들과 이격되며 상기 제1 전극들과 교차하도록 제2 방향으로 연장된 다수의 제2 전극들과, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극의 교차부에 위치된 적어도 하나의 압력 센싱부와, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들과 상기 압력 센싱부에 전기적으로 연결된 센서 제어부를 포함하며, 상기 센서 제어부는, 제1 기간 동안 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 위치를 센싱하고, 제2 기간 동안 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 압력 감지부 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 압력을 센싱한다.
실시예에 따라, 상기 제1 전극들 각각은, 상기 제1 방향을 따라 나열되며 제1층에 위치된 복수의 제1 센싱셀들과, 상기 제1 센싱셀들을 상기 제1 방향으로 연결하며 제2층에 위치된 복수의 제1 연결부들을 포함하고, 상기 제2 전극들 각각은, 상기 제2 방향을 따라 나열된 복수의 제2 센싱셀들과, 상기 제2 센싱셀들을 상기 제2 방향으로 연결하며 상기 제1층에 위치된 복수의 제2 연결부들을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 터치 센서는, 상기 제1층과 상기 제2층의 사이에 위치되어 상기 제1 센싱셀들과 상기 제1 연결부들을 전기적으로 연결하며, 상기 제1 센싱셀들 및 상기 제1 연결부들과 상이한 재료로 구성된 복수의 제3 연결부들을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제3 연결부들은 도전성 필러를 포함하는 도전성 완충재일 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제3 연결부들은 도전성 나노 입자를 포함하는 실리콘 조성물로 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 터치 센서는, 상기 제1 연결부들과 상기 제2 연결부들의 사이에 개재된 절연막과, 상기 제1 연결부들 또는 상기 제2 연결부들과 상기 절연막 사이의 에어 갭을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제2 센싱셀들은 상기 제1층에 위치되며, 상기 제2 연결부들과 일체로 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 압력 센싱부는, 상기 적어도 하나의 제1 전극과 상기 적어도 하나의 제2 전극 사이에 위치되며, 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 압력 센싱부는, 상기 적어도 하나의 제1 전극을 향하는 상기 적어도 하나의 제2 전극의 일면 상에 위치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 압력 센싱부는 상기 적어도 하나의 제2 전극에 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센서 제어부는, 상기 제1 기간 동안 상기 제1 전극들로 구동신호를 공급하면서 상기 제2 전극들로부터 감지신호를 수신하고, 상기 제2 기간 동안 상기 제1 전극들로 구동신호를 공급하면서 상기 압력 센싱부가 연결된 상기 적어도 하나의 제2 전극으로부터의 감지신호를 수신할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센서 제어부는, 제k(k는 자연수)번째 상기 제2 기간 동안 상기 적어도 하나의 제2 전극으로부터 수신된 감지신호와, 제k+1번째 상기 제2 기간 동안 상기 적어도 하나의 제2 전극으로부터 수신된 감지신호를 비교하여 상기 터치 압력을 센싱할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 표시 장치는, 표시 패널과, 상기 표시 패널의 내부 혹은 상기 표시 패널의 주변에 배치되는 터치 센서를 포함하며, 상기 터치 센서는, 제1 방향으로 연장된 다수의 제1 전극들과, 상기 제1 전극들과 이격되며 상기 제1 전극들과 교차하도록 제2 방향으로 연장된 다수의 제2 전극들과, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극의 교차부에 위치된 적어도 하나의 압력 센싱부와, 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들과 상기 압력 센싱부에 전기적으로 연결된 센서 제어부를 포함하며, 상기 센서 제어부는, 압력 센싱 기간 동안 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 압력 감지부 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 압력을 센싱할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센서 제어부는, 터치 센싱 기간 동안 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 위치를 센싱할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 압력 센싱 기간 및 상기 터치 센싱 기간은 서로 교번적으로 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 상기 센서 제어부는, 제k(k는 자연수)번째 및 제k+1번째 상기 압력 센싱 기간 동안 각각 상기 제1 전극들 또는 상기 제2 전극들로 구동신호를 공급하면서 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 압력 센싱부 사이의 정전용량의 변화량을 검출하고, 상기 정전용량의 변화량에 대응하여 상기 터치 압력을 센싱할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제1 전극들 각각은, 상기 제1 방향을 따라 나열되며 제1층에 위치된 복수의 제1 센싱셀들과, 상기 제1 센싱셀들을 상기 제1 방향으로 연결하며 제2층에 위치된 복수의 제1 연결부들을 포함하고, 상기 제2 전극들 각각은, 상기 제2 방향을 따라 나열되며 제1층에 위치된 복수의 제2 센싱셀들과, 상기 제2 센싱셀들을 상기 제2 방향으로 연결하며 상기 제1층에 위치된 복수의 제2 연결부들을 포함하며, 상기 터치 센서는, 상기 제1 연결부들과 상기 제2 연결부들의 사이에 개재된 절연막과, 상기 제1층과 상기 제2층의 사이에서 상기 제1 센싱셀들과 상기 제1 연결부들을 전기적으로 연결하는 복수의 제3 연결부들을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 상기 제3 연결부들은 상기 제1 센싱셀들 및 상기 제1 연결부들과 상이한 재료로 구성될 수 있다.
본 발명의 실시예에 의하면, 터치 위치와 더불어 터치 압력을 복합적으로 센싱할 수 있는 터치 센서 및 이를 구비한 표시 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 의하면, 멀티 터치에 따른 멀티 압력 센싱도 가능해진다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서를 나타낸 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 3은 도 2의 I-I' 선에 따른 단면의 일례를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 2의 I-I' 선에 따른 단면의 다른 예를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 단면의 일례를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 의한 압력 센싱부의 배치 구조를 나타낸 도면이다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 의한 압력 센싱부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 센서 제어부를 포함한 터치 센서를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 구동방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 나타낸 도면이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예 및 그 밖에 당업자가 본 발명의 내용을 쉽게 이해하기 위하여 필요한 사항에 대하여 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기에 설명하는 실시예는 그 표현 여부에 관계없이 예시적인 것에 불과하다. 즉, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예에 한정되는 것이 아니라 다양한 형태로 변경되어 실시될 수 있을 것이다. 또한, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
한편, 도면에서 본 발명의 특징과 직접적으로 관계되지 않은 일부 구성요소는 본 발명을 명확하게 나타내기 위하여 생략되었을 수 있다. 또한, 도면 상의 일부 구성요소는 그 크기나 비율 등이 과장되어 도시되었을 수 있다. 도면 전반에서 동일 또는 유사한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면 상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 참조부호를 부여하였다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서를 나타낸 도면이다. 실시예에 따라, 도 1에서는 터치 입력을 수신하는 활성영역에 배치된 다수의 다이아몬드 형상의 센싱셀들을 포함한 제1 및 제2 전극들을 구비하는 터치 센서를 개시하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 센싱셀들의 형상은 다른 다각형상이나, 혹은 원형 등으로 실시될 수도 있다. 또한, 제1 전극들 및 제2 전극들은 직사각형의 바 형상으로 실시될 수도 있다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서(100)는, 기판(110)과, 기판(110) 상의 활성영역(101)에 서로 교차하도록 배치된 다수의 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130)과, 활성영역(101) 주변의 비활성영역(102)에 배치되며 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130)에 연결되는 다수의 배선들(140)과, 배선들(140)에 연결되는 패드부(150)를 구비한다.
기판(110)은, 유리나 수지(resin) 등과 같은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(110)은 휘거나 접힘이 가능하도록 연성(flexibility)을 갖는 재료로 이루어질 수 있고, 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 트리아세테이트 셀룰로오스(triacetate cellulose), 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다. 다만, 기판(110)을 구성하는 재료는 다양하게 변화될 수 있으며, 일례로 기판(110)은 유리 섬유 강화플라스틱(FRP, Fiber glass Reinforced Plastic) 등으로도 이루어질 수 있다.
또한, 실시예에 따라 기판(110)은 터치 센서(100)를 구현하기 위한 별도의 기판으로 구현되거나, 표시 장치에 포함된 다양한 구성요소로 구현될 수 있다. 예를 들어, 기판(110)은 표시 장치에서 사용되는 봉지 기판(encapsulation substrate) 또는 봉지 층(encapsulation layer), 편광판, 또는 윈도우일 수 있다.
제1 전극들(120)은 기판(110) 상의 활성영역(101)에 제1 방향으로 연장된다. 실시예에 따라, 제1 방향은 가로 방향(X 방향)일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되지는 않으며, 제1 방향은 세로 방향(Y 방향), 혹은 가로 및 세로 방향에 대하여 소정의 각도로 기울어진 사선 방향으로 실시될 수도 있다.
실시예에 따라, 제1 전극들(120) 각각은, 제1 방향을 따라 나열되는 복수의 제1 센싱셀들(122)과, 제1 센싱셀들(122)을 제1 방향을 따라 연결하는 복수의 제1 연결부들(124)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 센싱셀들(122) 및 제1 연결부들(124)은 기판(110) 상의 동일한 층에 일체로 연결될 수 있다. 또는, 실시예에 따라, 제1 센싱셀들(122) 및 제1 연결부들(124)은 기판(110) 상의 서로 다른 층에 배치되어 직접적(direct) 혹은 간접적(indirect) 컨택을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 제1 센싱셀들(122)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 등과 같은 투명 전극물질로 형성되고, 제1 연결부들(124)은 저저항의 금속으로 형성되되 사용자에게 시각적으로 인지되지 않도록 그 크기, 면적 및/또는 폭 등이 조절될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되지는 않으며, 제1 센싱셀들(122) 및/또는 제1 연결부들(124)을 구성하는 도전재료는 다양하게 변경 실시될 수 있다. 일례로, 제1 센싱셀들(122) 및/또는 제1 연결부들(124)은 불투명의 금속재료를 이용한 메탈 메쉬 전극으로 구현될 수도 있다.
제2 전극들(130)은 기판(110) 상의 활성영역(101)에 제1 전극들(120)과 이격되도록 배치되며, 제1 전극들(120)과 교차하도록 제2 방향으로 연장된다. 실시예에 따라, 제2 방향은 세로 방향(Y 방향)일 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되지는 않으며, 제2 방향은 가로 방향(X 방향), 혹은 가로 및 세로 방향에 대하여 소정의 각도로 기울어진 사선 방향으로 실시될 수도 있다.
실시예에 따라, 제2 전극들(130) 각각은, 제2 방향을 따라 나열되는 복수의 제2 센싱셀들(132)과, 제2 센싱셀들(132)을 제2 방향을 따라 연결하는 복수의 제2 연결부들(134)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)은 기판(110) 상의 동일한 층에 일체로 연결될 수 있다. 또는, 실시예에 따라, 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)은 기판(110) 상의 서로 다른 층에 배치되어 직접적(direct) 혹은 간접적(indirect) 컨택을 통해 서로 전기적으로 연결될 수도 있다. 실시예에 따라, 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), 또는 ITZO(Indium Tin Zinc Oxide) 등과 같은 투명 전극물질로 구성될 수 있다. 한편, 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)이 반드시 투명 전극물질로 구성되어야만 하는 것은 아니다. 일례로, 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)은 불투명의 금속재료를 이용한 메탈 메쉬 전극으로 구현될 수도 있다.
또한, 실시예에 따라, 제1 및/또는 제2 전극들(120, 130), 즉 제1 센싱셀들(122), 제1 연결부들(124), 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134) 중 적어도 하나는 금속, 이들의 합금, 도전성 고분자, 도전성 금속 산화물 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 제1 및/또는 제2 전극들(120, 130)을 구성할 수 있는 금속으로는, 구리(Cu), 은(Ag), 금(Au), 백금(Pt), 팔라듐(Pd), 니켈(Ni), 주석(Sn), 알루미늄(Al), 코발트(Co), 로듐(Rh), 이리듐(Ir), 철(Fe), 루테늄(Ru), 오스뮴(Os), 망간(Mn), 몰리브덴(Mo), 텅스텐(W), 니오브(Nb), 탄탈럼(Ta), 타이타늄(Ti), 비스머스(Bi), 안티몬(Sb), 납(Pb) 등을 들 수 있다. 한편, 제1 및/또는 제2 전극들(120, 130)이 불투명한 금속으로 구현될 때, 이들의 크기, 면적, 및/또는 두께를 조절하거나, 메쉬 패턴으로 구현함에 의해 제1 및/또는 제2 전극들(120, 130)이 사용자에게 시각적으로 인식되는 것을 방지할 수 있다. 제1 및/또는 제2 전극들(120, 130)을 구성할 수 있는 도전성 고분자로는 폴리티오펜계, 폴리피롤계, 폴리아닐린계, 폴리아세틸렌계, 폴리페닐렌계 화합물 및 이들의 혼합물 등을 들 수 있으며, 특히 폴리티오펜계 중에서는 PEDOT/PSS 화합물을 사용할 수 있다. 제1 및/또는 제2 전극들(120, 130)을 구성할 수 있는 도전성 금속 산화물로는 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), SnO2(Tin Oxide) 등을 들 수 있다. 실시예에 따라, 제1 및/또는 제2 전극들(120, 130)은 단일막 또는 다중막으로 이루어질 수 있다.
배선들(140)은 활성영역(101) 주변의 비활성영역(102)에 배치된다. 이러한 배선들(140) 각각은, 적어도 하나의 제1 전극(120) 또는 제2 전극(130)에 전기적으로 연결된다. 이러한 배선들(140)은 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130)을 패드부(150)에 연결한다.
배선들(140)은 사용자에게 가시화되지 않는 비활성영역(102)에 배치되는 것으로서, 상대적으로 재료 선택의 폭이 넓다. 일례로, 배선들(140)은 몰리브덴(Mo), 은(Ag), 타이타늄(Ti), 구리(Cu), 알루미늄(Al), 몰리브덴/알루미늄/몰리브덴(Mo/Al/Mo) 등과 같은 저항이 낮은 불투명 금속으로 형성될 수 있다.
패드부(150)는 각각 적어도 하나의 제1 전극(120) 또는 제2 전극(130)에 전기적으로 연결되는 다수의 패드들(152)을 구비한다. 이러한 패드부(150)는 도시되지 않은 센서 제어부에 전기적으로 연결될 수 있다. 이에 따라, 터치 입력을 검출하기 위한 구동신호들 및/또는 센싱신호들이 패드부(150)를 통해 송수신될 수 있다.
전술한 바와 같은 터치 센서(100)는 정전용량 방식의 터치 센서로서, 사람의 손이나 스타일러스 펜 등에 의해 터치 입력이 제공되면, 터치 입력이 제공된 지점 혹은 그 주변부에서 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 사이의 정전용량이 변화된다. 따라서, 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130) 사이의 정전용량의 변화를 모니터링함으로써, 터치 입력의 발생 여부 및 터치 위치를 센싱할 수 있다.
단, 본 발명의 실시예는 정전용량의 변화를 이용하여 터치 위치와 더불어, 터치 압력을 복합적으로 센싱할 수 있는 터치 센서 및 이를 구비하는 표시 장치를 제공한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서(100)는, 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130) 중 적어도 하나의 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 교차부에 위치된 적어도 하나의 압력 센싱부(미도시)를 더 포함한다. 이에 대한 보다 상세한 설명은 후술하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 특히, 도 2는 도 1에 도시된 제1 및 제2 전극들의 교차부들 중, 적어도 일 영역(이하, "PA 영역"이라 함)에 압력 센싱부가 위치되었음을 가정하여 PA 영역을 확대 도시한 것이다. 한편, 압력 센싱부가 위치되지 않은 교차부는 압력 센싱부를 제외한 나머지 구성이 도 2에 도시된 PA 영역과 유사 또는 동일할 수 있다. 이하에서는, 도 2를 도 1과 결부하여 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 구조를 설명하기로 한다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130) 중 적어도 하나의 제1 전극(120)과 적어도 하나의 제2 전극(130)이 교차하는 교차부, 예컨대 PA 영역에는 압력 센싱부(160)가 위치된다.
실시예에 따라, 압력 센싱부(160)는 한 층 이상의 도전막으로 구성될 수 있다. 본 발명에서 압력 센싱부(160)를 구성하는 도전막의 재료가 특별히 한정되지는 않는다. 일례로, 압력 센싱부(160)는 앞서 기재한 제1 및/또는 제2 전극들(120, 130)을 구성할 수 있는 도전성 전극물질 중 적어도 하나로 형성될 수 있다. 또한, 압력 센싱부(160)는 제1 및 제2 전극들(120, 130)을 구성하는 도전성 전극물질과 동일한 전극물질을 포함하거나, 혹은 제1 및 제2 전극들(120, 130)과는 상이한 도전성 전극물질을 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 압력 센싱부(160)는 해당 교차부에 배치된 제1 전극(120)과 제2 전극(130)의 사이에 배치될 수 있다. 이러한 압력 센싱부(160)는 상기 제1 전극(120) 및 상기 제2 전극(130) 중 어느 하나에 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 압력 센싱부(160)는, 제1 전극(120)을 향하는 제2 전극(130)의 일면, 또는 제2 전극(130)을 향하는 제1 전극(120)의 일면 상에 위치될 수 있다. 일례로, 압력 센싱부(160)는, 제1 연결부(124)와 마주하는 제2 연결부(134)의 일면 상에 배치될 수 있다. 또는, 압력 센싱부(160)는, 제2 연결부(134)와 마주하는 제1 연결부(124)의 일면 상에 배치될 수 있다.
한편, 본 실시예에서는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 중 어느 하나의 일면 상에만 압력 센싱부(160)가 배치되는 경우를 가정하였으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 압력 센싱부(160)는 서로 마주하는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 일면 상에 각각 배치될 수도 있다.
실시예에 따라, 각각의 제1 전극(120)을 구성하는 제1 센싱셀들(122)은 서로 분리된 패턴을 가지되, 제1 연결부들(124)에 의해 제1 방향을 따라 전기적으로 연결될 수 있다. 즉, 제1 전극들(120)은 브릿지 연결구조에 의해 제1 방향을 따라 연장될 수 있다. 그리고, 각각의 제2 전극(130)을 구성하는 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)은 일체로 연결될 수 있다.
이 경우, 제1 센싱셀들(122), 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)은 기판(110) 상의 동일한 층에 형성될 수 있다. 다만, 제1 전극들(120)과 제2 전극들(130)은 물리적 및/또는 전기적으로 서로 격리되어야 하므로, 적어도 제1 연결부들(124) 및 제2 연결부들(134)은 기판(110) 상의 서로 다른 층에 형성된다. 그리고, 제1 연결부들(124) 및 제2 연결부들(134)의 사이에는 도시되지 않은 절연막 및/또는 에어 갭(air gap)이 개재된다. 절연막 및/또는 에어 갭은 적어도 제1 및 제2 전극들(120, 130)의 교차부, 즉, 제1 및 제2 연결부들(124, 134)의 사이에 위치된다. 실시예에 따라, 절연막 및/또는 에어 갭은 제1 및 제2 연결부들(124, 134)의 사이에만 국부적으로 배치되도록 활성영역(101)에 다수 분산되어 배치되거나, 혹은 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130)의 사이에 전면적으로(즉, 활성영역(101)에 전면적으로) 배치될 수 있다.
제1 전극들(120)이 브릿지 연결구조에 의해 제1 방향을 따라 연장되는 경우, 제1 연결부들(124)은 제1 센싱셀들(122)과 상이한 도전재료로 구성될 수 있다. 일례로, 제1 연결부들(124)은 배선들(140)의 형성에 이용되는 저저항의 금속물질로 형성될 수 있다. 제1 연결부들(124)이 불투명한 도전성 물질로 형성되더라도 제1 연결부들(124)의 크기, 면적, 및/또는 두께 등을 조절함으로써, 제1 연결부들(124)이 사용자에게 시각적으로 인지되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 일례로, 제1 연결부들(124)은 제1 센싱셀들(122)과 동일한 물질, 예컨대 ITO와 같은 투명 전극물질이나 메탈 메쉬로 형성될 수도 있다.
추가적으로, 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서(100)는 제1 센싱셀들(122)과 제1 연결부들(124)의 사이에서 이들을 전기적으로 연결하는 제3 연결부들(126)을 더 포함할 수 있다. 예컨대, 제1 전극들(120) 각각은, 서로 다른 층에 위치된 제1 센싱셀들(122) 및 제1 연결부들(124)의 사이에 배치되어 상기 제1 센싱셀들(122) 및 제1 연결부들(124)을 전기적으로 연결하는 제3 연결부들(126)을 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 제3 연결부들(126)은 제1 센싱셀들(122) 또는 제1 연결부들(124)과 일체로 구성될 수 있다. 또는, 실시예에 따라, 제3 연결부들(126)은 제1 센싱셀들(122) 및 제1 연결부들(124)과는 상이한 재료를 이용하여 별도의 공정을 통해 형성될 수 있다.
한편, 도 2에서는 브릿지 연결 구조를 적용하여 제1 센싱셀들(122) 및 제2 센싱셀들(132)을 동일 층에 배치한 구조를 개시하여 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서(100)의 구조를 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 본 발명의 터치 센서(100)는 제1 센싱셀들(122) 및 제2 센싱셀들(132)이 서로 다른 층에 배치되고, 제1 센싱셀들(122) 및 제2 센싱셀들(132)이 각각 제1 연결부들(124) 및 제2 연결부들(134)과 일체로 연결되는 구조로도 구현될 수 있을 것이다.
도 3은 도 2의 I-I' 선에 따른 단면의 일례를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 2의 I-I' 선에 따른 단면의 다른 예를 나타낸 도면이다. 이하에서는 도 3 및 도 4를 도 1 내지 도 2와 결부하여 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 구조를 설명하기로 한다. 도 3 및 도 4를 설명함에 있어, 도 1 내지 도 2에서 설명한 구성요소들에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 제1 연결부들(124)은 제1 센싱셀들(122), 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)과 상이한 층에 위치될 수 있다. 예컨대, 제1 센싱셀들(122), 제2 센싱셀들(132) 및 제2 연결부들(134)은 기판(110) 상의 제1층에 위치되고, 제1 연결부들(124)은 기판(110) 상의 제2층에 위치될 수 있다. 실시예에 따라, 제1층은 제2층과 비교하여 기판(110)에 보다 가까운 층일 수 있다.
실시예에 따라, 제1 센싱셀들(122) 및 제1 연결부들(124)은, 제1층과 제2층의 사이에 위치된 복수의 제3 연결부들(126)에 의해 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 본 발명과 관련한 비제한적인 실시예로서, 제3 연결부들(126)은 제1 센싱셀들(122) 및 제1 연결부들(124)과 상이한 재료로 구성될 수 있다.
일례로, 제3 연결부들(126)은 도전성 필러, 예컨대 도전성 나노 입자를 포함하며 탄성을 보유한 도전성 완충재로 구성될 수 있다. 나노 입자는 나노 튜브, 나노 컬럼, 나노 로드, 나노 기공, 나노 와이어 등으로 제공될 수 있다. 이러한 나노 입자는 탄소, 흑연, 준금속, 금속, 준금속 또는 금속의 도전성 산화물, 또는 준금속 또는 금속의 도전성 질화물의 입자들을 포함하거나, 절연성 비드 상에 상기 입자들이 코팅된 코어 쉘 구조의 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 나노 입자에 포함된 준금속은, 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge) 및 비소(As) 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 금속은 아연(Zn), 알루미늄(Al), 스칸듐(Sc), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W), 카드뮴(Cd), 탄탈륨(Ta), 타이타늄(Ti) 등, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 나노 입자에 포함된 도전성 산화물은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 알루미늄 도핑된 아연 산화물(AZO), 갈륨 인듐 아연 산화물(GIZO), 아연 산화물(ZnO) 등, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 나노 입자는 탄소 나노 튜브나 은 나노와이어 중 적어도 어느 하나일 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다.
제3 연결부들(126)이 도전성 완충재로 구성되면, 터치 입력에 따른 압력이 가해질 시, 제1 전극들(120), 제2 전극들(130), 압력 센싱부(160) 및/또는 절연막(170)에 가해질 수 있는 충격을 완화하여 터치 센서(100)의 내구성을 향상시킬 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 제3 연결부들(126)은 연성이 높은 금속재질로 구현될 수도 있다.
제3 연결부들(126)이 도전성 완충재나 연성이 높은 재료로 구성되면, 터치 입력에 따른 압력이 가해질 시, 상기 압력의 정도에 대응하여 제3 연결부들(126)이 휘어지면서 제1 연결부들(124)과 압력 센싱부(160) 사이의 거리가 가까워질 수 있다. 제1 연결부들(124)과 압력 센싱부(160) 사이의 거리가 가까워지면, 거리가 감소한 정도에 상응하여 이들 사이의 정전용량이 증가하게 된다. 따라서, 제1 연결부들(124)과 압력 센싱부(160) 사이의 거리 변화로 인한 정전용량의 변화를 검출하게 되면, 터치 압력을 센싱할 수 있게 된다.
실시예에 따라, 압력 센싱부(160)는 제2 연결부(134)의 제1 연결부(124)를 향하는 일면 상에 배치될 수 있다. 일례로, 압력 센싱부(160)는 제2 연결부(134)와 물리적 및 전기적으로 연결되도록 제2 연결부(134)의 일면 상에 형성될 수 있다.
다만, 본 발명에서 압력 센싱부(160)의 위치는 다양하게 변경 실시될 수 있다. 일례로, 압력 센싱부(160)는 제1 연결부(124)의 제2 연결부(134)를 향하는 일면 상에 위치되어, 제1 연결부(124)와 물리적 및 전기적으로 연결될 수도 있다.
실시예에 따라, 적어도 제1 연결부들(124)과 제2 연결부들(134)의 사이에는 절연막(170)이 개재될 수 있다. 실시예에 따라, 절연막(170)은 질화막이나 산화막을 비롯한 다양한 절연물질에서 선택된 물질을 이용하여 구성될 수 있다.
추가적으로, 실시예에 따라, 제1 연결부들(124)과 절연막(170)의 사이에는 에어 갭(180)이 더 위치될 수도 있다. 제1 및 제2 전극들(120, 130)의 사이에 에어 갭(180)이 위치되면, 터치 압력이 인가될 시 압력 센싱부(160)와 이에 상응하는 제1 연결부(124) 또는 제2 연결부(134)와의 거리 변화가 보다 쉽게 발생하면서도 제1 전극들(120), 제2 전극들(130), 압력 센싱부(160) 및/또는 절연막(170)이 손상되는 것을 방지할 수 있다. 다만, 본 발명의 터치 센서(100)가 제1 및 제2 전극들(120, 130)의 사이에 에어 갭(180)을 반드시 포함하는 것으로 한정되지는 않으며, 실시예에 따라 에어 갭(180)은 생략될 수도 있다. 일례로, 적어도 제1 및 제2 전극들(120, 130)의 교차부에서 상기 제1 및 제2 전극들(120, 130)의 사이에 빈 공간 없이 절연막(170)이 채워지거나, 혹은 절연막(170)과 제1 또는 제2 연결부(124, 134)의 사이에 다른 충진재가 충진될 수도 있다.
도 4를 참조하면, 실시예에 따라, 제1 센싱셀들(122)이 위치되는 층과 제1 연결부들(124)이 위치되는 층의 배치순서는 변경될 수 있다. 일례로, 제1 연결부들(124)이 위치되는 제2층이, 제1 센싱셀들(122), 제2 센싱셀들(132) 및/또는 제2 연결부들(134)이 위치되는 제1층과 비교하여 기판(110)에 보다 가깝게 배치될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 제1 전극들(120)과 제2 전극들(130)의 사이에 전면적으로 절연막(170)이 개재될 수 있다. 이 경우, 제3 연결부들(126)의 적어도 일부는 절연막(170)을 관통하는 컨택홀 내부에 매립될 수 있다.
실시예에 따라, 압력 센싱부(160)는 제1 연결부(124)의 제2 연결부(134)를 향하는 일면 상에 위치될 수 있다.
추가적으로, 실시예에 따라, 압력 센싱부(160) 상부의 절연막(170)과 제2 연결부(134)의 사이에는 에어 갭(180)이 배치될 수도 있다. 다만, 에어 갭(180)은 생략될 수도 있다. 에어 갭(180)이 생략되는 경우, 압력 센싱부(160)와 제2 연결부(134)의 사이에는 빈 공간 없이 절연막(170)이 채워지거나, 혹은 다른 충진재가 충진될 수 있다.
실시예에 따라, 제3 연결부들(126)은 도전성 나노 입자를 포함하며 탄성을 보유한 실리콘 조성물일 수 있다. 도전성 나노 입자는 앞서 나열한 나노 입자 중 하나일 수 있으며, 일례로 탄소 나노 튜브일 수 있다.
일례로, 제3 연결부들(126)은 도전성 나노 입자 및 이온성 액체를 포함하는 액상 실리콘 조성물일 수 있다. 예컨대, 절연막(170)이 제1 및 제2 전극들(120, 130) 사이의 공간을 전면적으로 채우도록 위치될 때, 제1 센싱셀들(122)과 제1 연결부들(124)이 연결될 수 있도록 절연막(170)을 관통하는 컨택홀이 형성되고, 상기 컨택홀 내에 도전성 나노 입자 및 이온성 액체를 포함하는 액상 실리콘 조성물이 채워질 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 그리고, 도 6은 도 5의 Ⅱ-Ⅱ' 선에 따른 단면의 일례를 나타낸 도면이다. 도 5 내지 도 6의 실시예를 설명함에 있어, 앞서 설명한 실시예들과 유사 또는 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 5 내지 도 6을 참조하면, 압력 센싱부(160)의 위치 및/또는 그 크기는 다양하게 변경 실시될 수 있다. 예컨대, 압력 센싱부(160)의 위치 및/또는 그 크기는 사용자에 의해 시각적으로 인지되는 현상이 방지되면서도 구동의 안정성이 확보되는 범위 내에서 다양하게 변경 실시될 수 있다.
실시예에 따라, 제1 연결부들(124)이 제1 및 제2 센싱셀들(122, 132)과 제2 연결부들(134)보다 기판(110)으로부터 먼 거리의 상부층에 배치되는 구조(상부 브릿지 구조)에서, 적어도 하나의 제1 연결부(124)의 제2 연결부(134)를 향하는 일면 상에 압력 센싱부(160)를 배치할 수 있다. 실시예에 따라, 압력 센싱부(160)의 크기, 면적 및/또는 두께는 다양하게 변경 실시될 수 있다. 일례로, 압력 센싱부(160)의 가로 길이는 이와 마주하는 제2 연결부(134)의 가로 길이(즉, 제2 연결부(134)의 폭)보다 길 수 있다.
한편, 도 5에서는 브릿지 연결 구조가 적용되는 제1 전극들(120)이 가로 방향(X 방향)으로 배치되고, 제1 전극들(120)과 교차하는 제2 전극들(130)이 세로 방향(Y 방향)으로 배치되는 것으로 도시되었으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 브릿지 연결 구조가 적용되는 제1 전극들(120)이 세로 방향(Y 방향)으로 배치되고, 제1 전극들(120)과 교차하는 제2 전극들(130)이 가로 방향(X 방향)으로 배치될 수도 있다. 즉, 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130)은, 도 5를 90도 회전시킨 방향으로 배치될 수도 있다.
또한, 실시예에 따라, 압력 센싱부(160)의 배치 방향(예컨대, 길이 방향)은 변경될 수 있다. 예컨대, 압력 센싱부(160)는 가로 길이가 세로 길이보다 길게 가로 방향으로 배치되거나, 혹은 세로 길이가 가로 길이보다 길게 세로 방향으로 배치될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 압력 센싱부(160)는 사선 방향으로 배치될 수도 있다.
즉, 본 발명에서 제1 전극들(120), 제2 전극들(130) 및/또는 압력 센싱부(160)의 배치 구조 및/또는 배치 방향은 다양하게 변경 실시될 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 일부를 확대하여 나타낸 도면이다. 도 7의 실시예를 설명함에 있어, 앞서 설명한 실시예들과 유사 또는 동일한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 7을 참조하면, 제1 연결부들(124) 및/또는 압력 센싱부(160)의 크기 및/또는 개수는 다양하게 변경 실시될 수 있다. 예컨대, 제1 연결부들(124) 및/또는 압력 센싱부(160)의 크기 및/또는 개수는, 가시화가 방지되고 구동의 안정성이 확보되는 범위 내에서, 터치 입력을 보다 용이하게 검출할 수 있도록 다양하게 변경 실시될 수 있다.
일례로, 인접한 두 개의 센싱셀들(122)의 사이에 복수의 제1 연결부들(124)이 연결될 수 있다. 실시예에 따라, 인접한 두 개의 센싱셀들(122)의 사이에 두 개의 제1 연결부들(124)이 연결되는 경우, 상기 두 개의 제1 연결부들(124) 모두의 일면 상에 압력 센싱부들(160)이 배치될 수도 있다. 또는, 실시예에 따라, 각각 하나의 제1 연결부(124) 및 제2 연결부(134)가 교차되는 적어도 하나의 교차부에 복수의 압력 센싱부들(160)이 배치될 수도 있다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 의한 압력 센싱부의 배치 구조를 나타낸 도면이다. 도 8a 내지 도 8b에서는 압력 센싱부를 명확히 나타내기 위하여, 그 크기를 다른 구성요소들에 비해 다소 과장하여 도시하였음에 유의하여야 할 것이다.
도 8a 내지 도 8b를 참조하면, 실시예에 따라 활성영역(101) 내에 복수의 압력 센싱부들(160)이 배치될 수 있다. 실시예에 따라, 압력 센싱부들(160)은 활성영역(101) 내의 다양한 위치 및/또는 단위 면적당 밀도로 배치될 수 있다. 또한, 도 8a 내지 도 8b에서는 활성영역(101) 내에 압력 센싱부들(160)이 규칙적으로 분포되는 실시예를 개시하였으나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 압력 센싱부들(160)은 활성영역(101) 내에 불규칙적으로 분포될 수도 있다.
압력 센싱부들(160)의 개수 및/또는 크기에 따라, 압력 센싱의 신뢰성 및 정밀도가 달라질 수 있다. 따라서, 제품별 요구 조건에 부합되는 범위 내에서 압력 센싱부들(160)의 개수 및/또는 크기를 설정할 수 있을 것이다.
또한, 활성영역(101) 내에 복수의 압력 센싱부들(160)이 배치되는 경우, 멀티 터치에 따른 멀티 압력 센싱도 가능할 것이다. 예컨대, 멀티 터치를 센싱할 수 있는 상호 정전용량 방식을 압력 센싱에도 적용함으로써 멀티 터치에 따른 멀티 압력 센싱이 가능할 것이다.
일례로, 복수의 압력 센싱부들(160)이 제2 전극들(130) 중 적어도 일부에 전기적으로 연결되는 경우, 소정의 압력 센싱 기간 동안 제1 전극들(120)로 구동신호를 공급하면서 적어도 압력 센싱부들(160)에 연결된 제2 전극들(130)로부터의 감지신호를 수신하고, 이를 이전 혹은 이후의 압력 센싱 기간에 수신되는 감지신호와 비교함으로써, 터치 입력의 제공 유무 및/또는 터치 압력을 센싱할 수 있다. 이때, 정전용량이 변화된 지점의 제1 전극(120) 및 제2 전극(130)의 위치 정보를 이용하여 터치 압력이 감지된 지점의 위치, 즉, 좌표 정보를 파악할 수 있다. 또한, 복수의 지점에서 터치 압력이 감지되더라도 각각의 지점에서의 정전용량의 변화를 검출하여 멀티 터치에 따른 멀티 압력을 센싱할 수 있다.
도 9a 내지 도 9b는 본 발명의 일 실시예에 의한 압력 센싱부의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 편의상, 도 9a 내지 도 9b에서는 제1 전극들 및 제2 전극들의 교차부들 중 압력 센싱부가 형성된 하나의 교차부에서 압력 인가에 따라 정전용량의 변화가 발생하는 것을 개략적으로 도시하였다. 특히, 도 9a는 터치 센서에 압력이 인가되지 않은 상태를 도시한 것이며, 도 9b는 터치 센서에 압력이 인가된 상태를 도시한 것이다. 한편, 도 9a 내지 도 9b에서는 압력 센싱부가 제2 전극의 제2 연결부 상에 배치되는 실시예를 개시하기로 하나, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다.
도 9a를 참조하면, 터치 센서(100)에 압력(F)이 인가되지 않은 경우, 제1 전극(120)과, 압력 센싱부(160)가 배치된 제2 전극(130)의 사이에는 제1 정전용량(C1)이 형성된다. 실시예에 따라, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 중 하나는, 정전용량의 변화를 검출하기 위한 구동신호를 입력받는 구동전극(예컨대, Tx 전극)일 수 있고, 다른 하나는 정전용량의 변화를 검출할 수 있는 감지신호를 출력하는 센싱전극(예컨대, Rx 전극)일 수 있다.
이러한 상태에서, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 중 일 전극에 터치 검출을 위한 구동신호(샘플링신호)를 인가하면, 다른 전극에서는 상기 구동신호에 상응하는 크기를 갖는 감지신호가 출력된다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서(100)는 상호 정전용량 방식의 터치 센서로 구현될 수 있으나, 본 발명이 반드시 이에 한정되지는 않는다.
도 9b를 참조하면, 사용자의 터치 등에 따라 터치 센서(100)에 압력(F)이 가해지면, 제1 전극(120)과, 압력 센싱부(160)가 배치된 제2 전극(130) 사이의 거리가 변화된다. 이에 따라, 제1 전극(120)과, 압력 센싱부(160)가 배치된 제2 전극(130) 사이의 정전용량이 변화될 수 있다. 예를 들어, 인가되는 압력(F)에 의해 제1 정전용량(C1)이 제2 정전용량(C2)으로 변화될 수 있다. 이러한 상태에서, 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 중 일 전극에 터치 검출을 위한 구동신호(샘플링신호)를 인가하면, 다른 전극에서는 정전용량의 변화량이 반영된 감지신호가 출력된다.
즉, 제1 전극(120)과, 압력 센싱부(160)가 배치된 제2 전극(130) 사이의 상호 정전용량은 외부로부터 인가되는 압력(F)에 대응하여 변경될 수 있다. 따라서, 터치 전후의 정전용량의 변화량을 검출함으로써, 압력(F)의 세기 등을 파악할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 의한 센서 제어부를 포함한 터치 센서를 나타낸 도면이다. 그리고, 도 11은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서의 구동방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서(100)는 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130)에 전기적으로 연결된 센서 제어부(190)를 포함한다. 실시예에 따라, 하나 이상의 압력 센싱부(160)가 제2 전극들(130) 중 적어도 하나에 전기적으로 연결되고, 상기 적어도 하나의 제2 전극(130)에 의해 센서 제어부(190)와 전기적으로 연결될 수 있다.
실시예에 따라, 센서 제어부(190)는 소정의 터치 센싱 기간(제1 기간) 동안 제1 전극들(120) 및 제2 전극들(130) 사이의 정전용량의 변화(ΔC)를 검출하여 터치 위치를 센싱할 수 있다. 또한, 센서 제어부(190)는 소정의 압력 센싱 기간(제2 기간) 동안 압력 센싱부(160)가 위치된 영역에서 서로 교차하는 제1 전극(120) 및 제2 전극(130) 사이의 정전용량의 변화(ΔCf)를 검출하여 터치 압력을 센싱할 수 있다.
실시예에 따라, 압력 센싱 기간은 터치 센싱 기간과 완전히 분리되거나, 혹은 서로 적어도 일부 중첩될 수 있다. 일례로, 도 11에 도시된 바와 같이 터치 센싱 기간과 압력 센싱 기간이 분리되어 서로 교번적으로 배치될 수 있다. 또한, 실시예에 따라, 압력 센싱 기간은 복수의 터치 센싱 기간들 중 적어도 일부의 터치 센싱 기간들의 사이에만 삽입될 수도 있다.
도 11을 참조하면, 제k(k는 자연수)번째 터치 센싱 기간(TSk)과 제k+1번째 터치 센싱 기간(TSk+1)의 사이에 제k번째 압력 센싱 기간(FSk)이 삽입되고, 제k+1번째 터치 센싱 기간(TSk+1)의 직후에 제k+1번째 압력 센싱 기간(FSk+1)이 삽입될 수 있다. 즉, 실시예에 따라 제k(k는 자연수)번째 터치 센싱 기간(TSk), 제k번째 압력 센싱 기간(FSk), 제k+1번째 터치 센싱 기간(TSk+1), 제k+1번째 압력 센싱 기간(FSk+1)이 순차적으로 배치될 수 있다.
실시예에 따라, 터치 센싱 기간(TSk, TSk+1)과 압력 센싱 기간(FSk, FSk+1)의 지속 시간(duration)은 서로 상이하게 설정될 수 있다. 예컨대, 압력 센싱 기간(FSk, FSk+1)의 지속 시간은 터치 센싱 기간(TSk, TSk+1)의 지속 시간보다 짧을 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 일례로, 터치 센싱 기간(TSk, TSk+1)과 압력 센싱 기간(FSk, FSk+1)의 지속 시간은 동일할 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 압력 센싱 기간(FSk, FSk+1)의 개수는 변경될 수 있다. 예컨대, 매 터치 센싱 기간(TSk, TSk+1)의 직후에 압력 센싱 기간(FSk, FSk+1)을 배치하거나, 혹은 일부의 터치 센싱 기간(TSk, TSk+1)의 직후에만 압력 센싱 기간(FSk, FSk+1)을 배치할 수 있다.
터치 센싱 기간(TSk, TSk+1) 동안 센서 제어부(190)는 일례로 제1 전극들(120)로 구동신호(샘플링 신호)를 공급하면서 제2 전극들(130)로부터 상기 구동신호에 상응하는 감지신호를 수신할 수 있다. 이러한 센서 제어부(190)는 제1 전극들(120)과 제2 전극들(130) 사이에 존재하는 정전용량의 변화량(ΔC)을 검출함으로써, 터치 입력의 유무 및/또는 그 위치를 센싱할 수 있다. 보다 구체적으로, 터치 입력이 발생하게 되면, 터치 입력이 제공된 지점 혹은 그 주변부에서는 정전용량이 변화되기 때문에 구동신호에 상응하는 감지신호를 분석하게 되면 터치 입력의 유무 및/또는 그 위치를 파악할 수 있다. 실시예에 따라, 터치 센싱 기간(TSk, TSk+1)의 지속시간은 터치 입력을 센싱하기에 충분한 정도로 설정되되, 소정의 반응속도를 만족시킬 수 있는 정도로 설정될 수 있을 것이다.
압력 센싱 기간(FSk, FSk+1) 동안 센서 제어부(190)는 일례로 제1 전극들(120)로 구동신호(샘플링 신호)를 공급하면서 적어도 일부의 제2 전극들(130)로부터 감지신호를 수신할 수 있다. 예컨대, 센서 제어부(190)는 압력 센싱 기간(FSk, FSk+1) 동안 압력 센싱부(160)에 전기적으로 연결된 하나 이상의 제2 전극(130)으로부터만 감지신호를 수신할 수 있다. 이러한 센서 제어부(190)는 압력 센싱부(160)가 연결된 하나 이상의 제2 전극(130)과 제1 전극들(120)의 사이에 존재하는 정전용량의 변화량(ΔCf)을 검출함으로써, 터치 압력을 센싱할 수 있다.
일례로, 센서 제어부(190)는 제k번째 압력 센싱 기간(FSk) 동안 압력 센싱부(160)가 연결된 하나 이상의 제2 전극(130)으로부터 수신된 감지신호와, 제k+1번째 압력 센싱 기간(FSk+1) 동안 상기 압력 센싱부(160)가 연결된 하나 이상의 제2 전극(130)으로부터 수신된 감지신호를 비교하여 정전용량의 변화량(ΔCf)을 검출하고, 이에 기초하여 터치 압력의 인가 유무 및/또는 그 세기를 검출할 수 있다. 이 경우, 제k번째 압력 센싱 기간(FSk)은 터치 입력에 따른 압력 센싱이 시작되는 기간일 수 있고, 제k+1번째 압력 센싱 기간(FSk+1)은 터치 입력에 따른 압력 센싱이 종료되는 기간일 수 있다. 다만, 실시예에 따라 압력을 센싱하는 횟수는 다양하게 변경될 수 있다.
또한, 실시예에 따라, 터치 입력에 따른 압력 센싱이 시작되는 기간, 즉 제k번째 압력 센싱 기간(FSk)과, 상기 터치 입력에 따른 압력 센싱이 종료되는 기간, 즉 제k+1번째 압력 센싱 기간(FSk+1)은 복수의 터치 센싱 기간(TS) 간격으로 배치될 수도 있다. 예컨대, 제k번째 압력 센싱 기간(FSk)과 제k+1번째 압력 센싱 기간(FSk+1)은 압력을 센싱하기에 충분한 간격을 두고 배치될 수 있다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 표시 장치(200)는, 표시 패널(220)과, 상기 표시 패널(220)의 내부 혹은 주변부에 배치되는 터치 센서(100)와, 적어도 표시 패널(220) 및 터치 센서(100)를 수용하는 브라켓(bracket, 210)을 포함한다. 도 12에서는 브라켓(210)의 내부에, 바닥면으로부터 순서대로 표시 패널(220) 및 터치 센서(100)가 적층되는 실시예를 개시하였으나, 이들의 적층 순서는 변경될 수 있다.
실시예에 따라, 표시 장치(200)는, 표시 패널(220) 및 터치 센서(100)의 상부(영상이 표시되는 일면의 상부)에 위치된 윈도우(270)를 더 포함할 수 있다. 또한, 표시 장치(200)는, 표시 패널(220)의 일면, 특히 영상이 표시되는 일면 상에 배치되는 편광판(230)과, 표시 패널(220)과 터치 센서(100)의 사이에 위치되는 제1 접착 부재(240)와, 터치 센서(100)와 윈도우(270) 사이에 배치되는 제2 접착 부재(250)와, 윈도우(270)의 가장자리 하부에 배치되는 브라켓(210)의 단차부와 윈도우(270)의 사이에 위치되는 제3 접착 부재(260) 중 적어도 하나를 더 포함할 수 있다.
실시예에 따라, 터치 센서(100)는 표시 패널(220)의 양면(상부면 및 하부면) 중, 영상이 표시되는 일면 측에 상기 표시 패널(220)과 중첩되도록 위치될 수 있다. 다만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다. 예컨대, 터치 센서(100)는 표시 패널(220)과 일체로 구현될 수도 있다. 일례로, 터치 센서(100)는 표시 패널(220)을 구성하는 상부 기판 및 하부 기판 중 적어도 하나를 기재로 하여 표시 패널(220)과 일체로 구성될 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 센서(100)는 편광판(230)이나 윈도우(270) 등과 같은 표시 장치(200)의 다른 구성요소와 일체로 구현될 수도 있다.
전술한 표시 장치(200)에 있어서, 터치 센서(100)는 앞서 도 1 내지 도 11을 통해 설명한 실시예들 중 적어도 하나를 적용한 터치 센서(100)일 수 있다. 이와 같은 표시 장치(200)는 터치 위치와 더불어 터치 압력을 복합적으로 센싱할 수 있게 된다. 또한, 터치 센서(100)가 복수의 위치에 분산된 복수의 압력 센싱부(160)를 포함하는 경우, 표시 장치(200)는 멀티 터치에 따른 멀티 압력 센싱 기능도 제공할 수 있다.
본 발명의 기술 사상은 전술한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형 예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명의 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라, 특허 청구범위에 의해 정해져야만 할 것이다. 또한, 특허 청구범위의 의미 및 범위, 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치 센서 101: 활성영역
102: 비활성영역 110: 기판
120: 제1 전극 122: 제1 센싱셀
124: 제1 연결부 126: 제3 연결부
130: 제2 전극 132: 제2 센싱셀
134: 제2 연결부 160: 압력 센싱부
170: 절연막 180: 에어 갭
190: 센서 제어부 200: 표시 장치
210: 브라켓 220: 표시 패널
230: 편광판 240, 250, 260: 접착부재
270: 윈도우

Claims (18)

  1. 제1 방향으로 연장된 다수의 제1 전극들과,
    상기 제1 전극들과 이격되며, 상기 제1 전극들과 교차하도록 제2 방향으로 연장된 다수의 제2 전극들과,
    상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극의 교차부에 위치된 적어도 하나의 압력 센싱부와,
    상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들과 상기 압력 센싱부에 전기적으로 연결된 센서 제어부를 포함하며,
    상기 센서 제어부는, 제1 기간 동안 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 위치를 센싱하고, 제2 기간 동안 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 압력 감지부 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 압력을 센싱하는 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극들 각각은, 상기 제1 방향을 따라 나열되며 제1층에 위치된 복수의 제1 센싱셀들과, 상기 제1 센싱셀들을 상기 제1 방향으로 연결하며 제2층에 위치된 복수의 제1 연결부들을 포함하고,
    상기 제2 전극들 각각은, 상기 제2 방향을 따라 나열된 복수의 제2 센싱셀들과, 상기 제2 센싱셀들을 상기 제2 방향으로 연결하며 상기 제1층에 위치된 복수의 제2 연결부들을 포함하는 터치 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제1층과 상기 제2층의 사이에 위치되어 상기 제1 센싱셀들과 상기 제1 연결부들을 전기적으로 연결하며, 상기 제1 센싱셀들 및 상기 제1 연결부들과 상이한 재료로 구성된 복수의 제3 연결부들을 더 포함하는 터치 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제3 연결부들은 도전성 필러를 포함하는 도전성 완충재인 것을 특징으로 하는 터치 센서.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 제3 연결부들은 도전성 나노 입자를 포함하는 실리콘 조성물로 구성된 터치 센서.
  6. 제2항에 있어서,
    상기 제1 연결부들과 상기 제2 연결부들의 사이에 개재된 절연막과,
    상기 제1 연결부들 또는 상기 제2 연결부들과 상기 절연막 사이의 에어 갭을 더 포함하는 터치 센서.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 제2 센싱셀들은 상기 제1층에 위치되며, 상기 제2 연결부들과 일체로 연결된 터치 센서.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 압력 센싱부는, 상기 적어도 하나의 제1 전극과 상기 적어도 하나의 제2 전극 사이에 위치되며, 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 전기적으로 연결되는 터치 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 압력 센싱부는, 상기 적어도 하나의 제1 전극을 향하는 상기 적어도 하나의 제2 전극의 일면 상에 위치된 터치 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 압력 센싱부는 상기 적어도 하나의 제2 전극에 전기적으로 연결된 터치 센서.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    상기 제1 기간 동안 상기 제1 전극들로 구동신호를 공급하면서 상기 제2 전극들로부터 감지신호를 수신하고,
    상기 제2 기간 동안 상기 제1 전극들로 구동신호를 공급하면서 상기 압력 센싱부가 연결된 상기 적어도 하나의 제2 전극으로부터의 감지신호를 수신하는 터치 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    제k(k는 자연수)번째 상기 제2 기간 동안 상기 적어도 하나의 제2 전극으로부터 수신된 감지신호와, 제k+1번째 상기 제2 기간 동안 상기 적어도 하나의 제2 전극으로부터 수신된 감지신호를 비교하여 상기 터치 압력을 센싱하는 터치 센서.
  13. 표시 패널과, 상기 표시 패널의 내부 혹은 상기 표시 패널의 주변에 배치되는 터치 센서를 포함하며,
    상기 터치 센서는,
    제1 방향으로 연장된 다수의 제1 전극들과,
    상기 제1 전극들과 이격되며, 상기 제1 전극들과 교차하도록 제2 방향으로 연장된 다수의 제2 전극들과,
    상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 중 적어도 하나의 제1 전극과 적어도 하나의 제2 전극의 교차부에 위치된 적어도 하나의 압력 센싱부와,
    상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들과 상기 압력 센싱부에 전기적으로 연결된 센서 제어부를 포함하며,
    상기 센서 제어부는, 압력 센싱 기간 동안 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 압력 감지부 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 압력을 센싱하는 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 센서 제어부는, 터치 센싱 기간 동안 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들 사이의 정전용량의 변화를 검출하여 터치 위치를 센싱하는 표시 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 압력 센싱 기간 및 상기 터치 센싱 기간은 서로 교번적으로 배치되는 표시 장치.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 센서 제어부는,
    제k(k는 자연수)번째 및 제k+1번째 상기 압력 센싱 기간 동안 각각 상기 제1 전극들 또는 상기 제2 전극들로 구동신호를 공급하면서 상기 적어도 하나의 제1 전극 또는 상기 적어도 하나의 제2 전극과 상기 압력 센싱부 사이의 정전용량의 변화량을 검출하고, 상기 정전용량의 변화량에 대응하여 상기 터치 압력을 센싱하는 표시 장치.
  17. 제13항에 있어서,
    상기 제1 전극들 각각은, 상기 제1 방향을 따라 나열되며 제1층에 위치된 복수의 제1 센싱셀들과, 상기 제1 센싱셀들을 상기 제1 방향으로 연결하며 제2층에 위치된 복수의 제1 연결부들을 포함하고,
    상기 제2 전극들 각각은, 상기 제2 방향을 따라 나열되며 제1층에 위치된 복수의 제2 센싱셀들과, 상기 제2 센싱셀들을 상기 제2 방향으로 연결하며 상기 제1층에 위치된 복수의 제2 연결부들을 포함하며,
    상기 터치 센서는, 상기 제1 연결부들과 상기 제2 연결부들의 사이에 개재된 절연막과, 상기 제1층과 상기 제2층의 사이에서 상기 제1 센싱셀들과 상기 제1 연결부들을 전기적으로 연결하는 복수의 제3 연결부들을 더 포함하는 표시 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제3 연결부들은 상기 제1 센싱셀들 및 상기 제1 연결부들과 상이한 재료로 구성된 표시 장치.
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