KR20180061680A - 디스플레이 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력터치센서(Force Touch, FT)와 터치패널을 일체로 포함하는 디스플레이 패널에 있어서 터치압력센서의 전극층을 제거하여 전체 디스플레이 장치의 두께를 슬림화하고, 압력터치센서와 터치패널을 일체로 제어할 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

Description

디스플레이 장치 {Display Device}

본 발명은 디스플레이 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 압력터치센서 (Force Touch, FT)와 터치패널을 일체로 포함하는 디스플레이 패널에 있어서 압력터치센서의 상부 전극층을 제거하여 전체 디스플레이 장치의 두께를 슬림화하고, 압력터치센서와 터치스크린을 일체로 신호 처리함으로써 배선 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있는 디스플레이 장치에 관한 것이다.

터치 스크린 기술의 발달에 따라 입력수단이 키패드가 터치패널로 대체되고 있으며 패널상에 일체로 결합된 디스플레이 장치가 스마트 기기에 널리 사용되고 있다.

이에 따라 다양한 터치 인터페이스 기술이 등장하고 있으며, 터치 뿐만 아니라 터치 위치의 압력을 감지하는 압력센서인 압력터치센서(Force Touch)가 결합된 디스플레이 장치가 개발되고 있다.

상기 압력터치센서는 터치하는 디스플레이의 화면의 위치나 힘의 정도에 따라 각기 다른 피드백을 제공해 여러가지 기능을 구현하는 3차원(3D) 터치 기술을 의미한다.

도 1은 종래의 압력터치센서가 결합된 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 1을 참조하면, 종래의 압력터치센서가 결합된 디스플레이 장치는 LCD 패널 상부에 터치 패널이 결합되고, 상기 LCD 패널 하부에 포스터치가 결합되는 구조로 형성된다.

여기서, 상기 터치 패널과 압력터치센서는 LCD 패널을 사이에 두고 독립적으로 결합되므로 신호 처리를 위해 터치 패널용 배선 회로부(IC)와 포스터치용 배선 회로부(IC)가 별도로 존재해야 하므로 장치 구조가 매우 복잡해지고 제조 원가가 높아지는 문제가 있었다.

그리고 압력터치센서는 2개의 전극 사이에 탄성체가 결합되는 구조로 전체 디스플레이 장치의 두께가 증가하는 문제가 있었다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 압력터치센서(Force Touch, FT)와 터치패널을 일체로 포함하는 디스플레이 패널에 있어서 압력터치센서의 상부 전극층을 제거하고 상기 터치패널이 상기 상부 전극층 역할을 함으로써 전체 디스플레이 장치의 두께를 슬림화할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 터치패널과 압력터치센서를 위한 신호배선부를 개별적으로 구비하지 않고 통합 신호배선부를 통해 압력터치센서와 터치패널을 일체로 신호 처리함으로써 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 터치패널이 결합된 LCD 패널 하부에 압력터치센서가 형성된 디스플레이 장치에 있어서, 상기 압력터치센서는 상기 LCD 패널 하부에서 상부 전극층 없이 탄성체를 통해 하부 전극층과 직접 결합된 것을 특징으로 한다.

상기 터치패널과 압력터치센서는 개별 배선 회로부가 아닌 단일의 통합 배선 회로부로 연결되어 통합적으로 신호처리되는 것을 특징으로 한다.

상기 압력터치센서는 하부 전극층에 대응되는 시트 상에 탄성체를 형성한 후 탄성체가 형성된 시트를 LCD 패널 하부에 라미네이팅(laminating)한 후 통합 배선 회로부에 본딩되어 터치 패널과 함께 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 한다.

상기 터치패널과 압력터치센서의 하부 전극층은 상기 통합 배선 회로부를 통해 전기적으로 연결되어 상기 터치패널이 상기 포스터치의 상부 전극층 역할을 수행하는 것을 것을 특징으로 한다.

상기 터치 패널은 패널 상의 특정 위치에 터치가 감지되면 1차적으로 터치 위치를 감지하고; 상기 압력터치센서는 상기 감지된 터치 위치에서 가압될 경우 상기 터치 위치의 터치 패널과 전기적으로 연결된 하부 전극층 사이에 커패시턴스 변화를 감지하고; 상기 통합 신호 배선부와 연결된 컨트롤러가 상기 감지된 터치 위치를 추출하고, 상기 터치 위치에서의 커패스턴스 변화를 통해 눌러지는 압력을 측정하는 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 디스플레이 장치 동작 방법은 터치패널이 형성된 LCD 패널 하부에 압력터치센서가 결합되는 디스플레이 장치에 있어서, 상기 압력터치센서는 상기 LCD 패널 하부에서 상부 전극층 없이 탄성체를 통해 하부 전극층과 직접 결합된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 동작 방법에 있어서; 터치 패널 상의 특정 위치에 터치가 감지되어 1차적으로 터치 위치를 감지하는 단계와; 상기 감지된 터치 위치에서 가압될 경우 상기 터치 위치의 터치 패널과 전기적으로 연결된 하부 전극층 사이에 커패시턴스 변화를 감지하여 눌러지는 압력을 측정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상기에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 터치패널과 압력터치센서를 일체로 구비하는 디스플레이 장치에 있어서, 압력터치센서의 상부 전극층을 제거하고 상기 터치패널이 압력터치센서와 전기적으로 연결되어 상기 터치패널이 상부 전극층 역할을 담당함으로써 전체 장치의 두께를 슬림화할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

또한, 터치패널과 압력터치센서를 위한 신호배선부를 개별적으로 구비하지 않고 통합 신호배선부를 통해 압력터치센서와 터치패널을 일체로 신호 처리함으로써 구조를 간소화하고 원가를 절감할 수 있는 탁월한 효과가 발생한다.

도 1은 종래의 압력터치센서가 결합된 디스플레이 장치의 구조를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력터치센서를 구비한 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.
도 3은 온셀 타입과 인셀 타입으로 구성된 터치패널을 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패널을 개략적으로 도시한 것이다.

이하, 본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 도면을 참조하여 상세하게 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 압력터치센서를 구비한 디스플레이 장치를 개략적으로 도시한 단면도이다.

도 2를 참조하면, 본 발명에 따른 디스플레이 장치는 터치패널(10)이 LCD 패널 (20)과 결합되고, 압력터치센서(30)가 LCD 패널(20) 하부에 결합되는 디스플레이 장치에 있어서, 상기 압력터치센서(30)는 상부 전극 없이 탄성체(320)가 결합된 하부 전극층(310)과 직접 결합되는 것을 특징으로 한다.

보다 구체적으로, 압력터치센서(30)가 2개의 전극 사이에 탄성체(320)가 결합된 상태에서 LCD 패널(20)에 결합되는 것이 아니라, 제 1 전극에 해당하는 상부 전극층이 없이 LCD 패널(20) 하부에 직접 탄성체(320)가 형성된 제 2 전극에 해당하는 하부 전극층(310)이 결합되어 형성된다.

이를 위해, 하부 전극층(310)에 대응되는 시트 상에 탄성체(320)를 형성한 후 탄성체가 형성된 시트를 LCD 패널 하부에 라미네이팅(laminating)한 후 통합 배선 회로부(40)에 본딩되어 터치 패널과 함께 전기적으로 연결된다.

여기서, 상기 상부 전극층과 하부 전극층은 LCD 패널의 디스플레이 방향을 상부로 정의하여 사용된 것으로 절대적인 의미의 상부와 하부를 의미하지 않는다.

즉, 종래의 압력터치센서에서 상부 전극층이 제거되어 전체 디스플레이 장치의 두께가 슬림해진다.

또한, 상기 터치패널(10)과 압력터치센서(30)가 하나의 컨트롤러로 결합되어 신호 처리가 가능하므로 종래와 같이 터치패널용 IC와 압력터치센서용 IC가 하나의 IC로 통합되므로 원가 절감은 물론 전체 배선 구조도 간소화된다.

기본적으로 압력터치센서(30)는 터치만을 감지하는 것이 아니라 얼마나 세게 눌렀는지의 압력 정보를 감지하는 장치로서, 스프링 역할을 겸하는 탄성체를 배치하는 구조를 통해 트랙 패드의 모든 부분을 누를 수 있으며, 트랙패드의 어디를 누르더라도 탄성체가 모두 눌리게 되며 위치에 따라서 눌리는 양이 달라지게 되는데, 힘센서 역할을 담당하는 탄성체 내의 변화된 캐패시티를 각각의 전극 센서가 인지하여 신호를 종합적으로 감지하여 어느 위치가 눌렸는지 판별할 수 있으며, 누르는 힘까지도 감지할 수 있는 원리로 동작한다.

상기 탄성체(30)는 복수 개의 기둥형태로 일정 간격마다 배치되어 구성될 수 있으며, 하부 전극층 상부 전체를 덮는 탄성층으로 구성될 수 있다.

압력터치센서 기본적으로 2개의 전극층을 구성하고 형성된 전극간의 커패시턴스 값의 변화를 측정하고, 두개의 전극에 힘이 가해져 거리변화가 발생하면 커패시턴스 값이 증가하게 되는 원리를 이용하여 가해지는 힘을 측정하게 된다.

종래의 압력터치센서는 눌러지는 힘에 따른 커패시턴스 값의 변화를 측정하기 위해 2개의 전극 사이에서의 간격 변화가 측정되어야 하므로 반드시 2개의 전극이 필요한 구조를 가진다.

본 발명은 LCD 패널(20)에 결합된 터치 패널(10)이 터치 감지는 물론 압력터치센서의 상부 전극층 역할을 동시에 담당하여 포스터치를 위한 별도의 상부 전극층이 불필요하므로 장치의 두께를 얇게 구현할 수 있다.

여기서, 터치패널(10)과 압력터치센서(30)는 개별적인 배선 회로부(IC)로 구성되어 컨트롤러로 입력되는 것이 아니라, 통합 배선 회로부(40)로 구성되고, 터치패턴과 압력터치센서의 입력 신호가 상기 통합 배선 회로부(40)를 통해 컨트롤러(미도시)로 입력되어 통합적인 신호 처리가 수행된다.

상기 컨트롤러는 1차적으로 터치가 감지되면 터치패널(10)로부터 입력된 신호를 통해 터치된 위치의 좌표로부터 터치 위치를 감지하게 되고, 2차적으로 터치패널(10)의 터치 위치에서의 압력터치센서(30)사이의 커패시턴스의 변화량을 통해 터치되는 압력을 감지하여 터치와 압력을 동시에 감지하도록 제어된다.

상기 통합 배선 회로부(40)는 압력터치센서의 하부 전극층(310)과 각각의 터치 패널의 패턴과 전기적으로 연결되어 각 터치 패널의 패턴과 하부 전극층 사이의 커패시턴스 값을 측정할 수 있다. 즉, 터치 패널이 터치 감지하는 역할과 동시에 압력터치센서의 상부 전극층 역할을 담당한다.

상기의 실시예는 LCD 패널 상에 터치 패널이 장착되는 구조이지만, 도 3과 같이 터치패널이 LCD 패널 내부에 삽입되는 온셀(On-Cell) 또는 인셀(In-Cell) 타입의 구조로 적용될 수 있다.

이 때, 터치 패널의 장착 위치만 달라질 뿐, 터치 패널과 압력터치센서가 상기 통합 배선 회로부(40)를 통해 전기적으로 연결되어 컨트롤러로 입력되어 통합적인 신호 처리가 수행되는 동일한 방법으로 동작하게 된다.

이하, 포스터치의 구체적인 동작방법에 대해 살펴보기로 한다.

도 4는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 터치패널을 개략적으로 도시한 것이다.

먼저, 터치패널(TSP, Touch Screen Panel)의 임의의 위치를 터치하면 1차적으로 X,Y축 위치값이 확인된다.

기본적으로 터치패널은 X축 전극 패턴과 Y축 전극 패턴이 형성되어 터치가 감지되면 감지된 터치 위치의 X축, Y축 위치값이 통합 신호 배선부를 통해 입력되어 위치 값을 획득할 수 있으며 이를 통해 터치된 위치가 특정될 수 있다.

상기 터치 위치가 특정되고 터치 위치가 가압되면 상기 터치 위치의 터치 패널과 하부 전극층 사이에 커패시턴스 변화가 발생한다.

즉, 터치된 상태에서 가압하게 되면 터치된 특정 위치에서 포스터치의 하부 전극층과 가까워지면서 탄성체가 가압되고 커패시턴스 값이 증가하게 된다.

여기서, 터치패널의 패턴과 하부 전극층이 통합 배선 회로부를 통해 연결되어 있으므로 터치패널의 각각의 패턴에서의 커패시턴스 값을 측정할 수 있다.

상기 패턴은 X축 전극을 이루는 X축 전극 패턴과 Y축 전극을 이루는 Y축 전극 패턴을 포함하여 구성되고, 상기 패턴은 통합 회로부를 통해 연결되고, 포스터치의 하부 전극층 또한 상기 패턴과 함께 통합 배선 회로부를 통해 연결되어 상기 터피 패널이 종래의 포스터치의 상부 전극층 역할을 수행한다.

보다 구체적으로, 터치패널의 패턴과 포스터치의 전극층 사이에는 가압되지 않은 상태에서의 기본 커패시턴스 값을 가지고 있으며, 특정 위치에서 터치가 되고 이어서 가압되면 해당 위치의 터치 패널의 패턴과 포스터치의 전극층 사이의 거리가 가까워지면서 커패시턴스 값이 증가하게되고, 가압되는 압력이 커질수록 커패시턴스 값이 크게 증가하게 되어 커패시턴스 변화량에 따라 Z축의 압력값을 측정할 수 있다.

즉, 통합 배선 회로부를 통해 터치패널과 포스터치의 하부 전극층이 전기적으로 연결되어 있으므로 터치 패널로을 통해 터치가 감지된 위치가 특정되면, 컨트롤러가 상기 특정된 위치에서의 가압에 따라 하부 전극층 사이에 거리가 가까워지면서 커패시턴스 변화량를 측정하여 터치에 의해 눌려지는 압력을 측정하게 된다.

이상에서 설명한 본 발명의 상세한 설명에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위는 상기 실시예에 한정되는 것이 아니며, 해당 기술분야의 통상의 지식을 갖는 자라면 본 발명의 사상 및 기술영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

10 : 터치 패널 20 : LCD 패널
30 : 압력터치센서 310 : 하부 전극층
320 : 탄성체

Claims (7)

1. 터치패널이 형성된 LCD 패널 하부에 압력터치센서가 결합되는 디스플레이 장치에 있어서,
   상기 압력터치센서는
   상기 LCD 패널 하부에서 상부 전극층 없이 탄성체를 통해 하부 전극층과 직접 결합된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 터치패널과 압력터치센서는
   개별 배선 회로부가 아닌 단일의 통합 배선 회로부로 연결되어 통합적으로 신호처리되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
   
3. 제 2항에 있어서,
   상기 터치패널은
   애드온(Add-On), 온셀(On-Cell), 인셀(In-Cell) 구조 중 선택된 어느 하나의 구조로 형성된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
   
4. 제 2항에 있어서,
   상기 압력터치센서는
   하부 전극층에 대응되는 시트 상에 탄성체를 형성한 후 탄성체가 형성된 시트를 LCD 패널 하부에 라미네이팅(laminating)한 후 통합 배선 회로부에 본딩되어 터치 패널과 함께 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
   
5. 제 2항에 있어서,
   상기 터치패널과 압력터치센서의 하부 전극층은
   상기 통합 배선 회로부를 통해 전기적으로 연결되어 상기 터치패널이 상기 압력터치센서의 상부 전극층 역할을 수행하는 것을 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
   
6. 제 5항에 있어서,
   상기 터치 패널은
   패널 상의 특정 위치에 터치가 감지되면 1차적으로 터치 위치를 감지하고;
   상기 압력터치센서는
   상기 감지된 터치 위치에서 가압될 경우 상기 터치 위치의 터치 패널과 전기적으로 연결된 하부 전극층 사이에 커패시턴스 변화를 감지하고;
   상기 통합 신호 배선부와 연결된 컨트롤러가
   상기 감지된 터치 위치를 추출하고, 상기 터치 위치에서의 커패스턴스 변화를 통해 눌러지는 압력을 측정하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치.
   
7. 터치패널이 형성된 LCD 패널 하부에 압력터치센서가 결합되는 디스플레이 장치에 있어서, 상기 압력터치센서는 상기 LCD 패널 하부에서 상부 전극층 없이 탄성체를 통해 하부 전극층과 직접 결합된 것을 특징으로 하는 디스플레이 장치의 동작 방법에 있어서;
   터치 패널 상의 특정 위치에 터치가 감지되어 1차적으로 터치 위치를 감지하는 단계와;
   상기 감지된 터치 위치에서 가압될 경우 상기 터치 위치의 터치 패널과 전기적으로 연결된 하부 전극층 사이에 커패시턴스 변화를 감지하여 눌러지는 압력을 측정하는 단계를 포함하는 디스플레이 장치의 동작 방법.

Images