KR20190095006A - 터치 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치는 커버층, 상기 커버층 하부에 배치된 디스플레이 모듈, 상기 디스플레이 모듈과 소정 거리 이격되어 배치된 기판 및 상기 디스플레이 모듈의 작동을 위한 제어 회로를 실장한 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)를 포함하고, 상기 FPCB의 일부 영역에 객체의 터치 압력을 감지하기 위한 압력 센서가 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 입력 장치{TOUCH INPUT APPARATUS}
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로 FPCB를 압력 센서로 활용하여 보다 얇게 구현됨과 동시에 제작 비용이 절감된 터치 입력 장치에 관한 것이다.
컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작 시 터치 스크린의 이용이 증가하고 있다.
터치 스크린은, 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널일 수 있는 터치 입력 장치(touch sensor panel)을 포함하는 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 입력 장치는 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 사용자가 손가락 등으로 터치 스크린을 단순히 터치함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 컴퓨팅 시스템은 터치 스크린 상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
최근에는 터치 스크린 상의 터치에 따른 터치 위치 뿐 아니라 터치의 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치가 등장하고 있다.
특히, 터치 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치가 디스플레이 모듈과 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)사이에 별도로 추가된 압력 센서를 구비할 경우, 터치 입력 장치가 두꺼워지는 문제점이 있었다.
또한, 홈버튼에 압력터치 감지 기능을 채택할 경우에는 홈버튼 밑에 압력센서를 마련하여야 하지만, 홈버튼 위치에 별도의 압력센서를 마련하려면 비용이 추가될 뿐만 아니라 제조공정도 복잡해지는 문제점이 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로, 별도의 압력 센서를 추가로 구비하지 않고, FPCB 자체를 압력 센서로 활용함으로서 터치 입력 장치를 상대적으로 얇게 구현하는데 그 목적이 있다.
또한, 별도의 압력 센서를 추가하지 않고 FPCB 기판의 잔여 부분을 압력 센서로 활용함으로서, 터치 입력 장치의 제작 비용 절감 및 제조 공정을 최소화하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치는 커버층, 상기 커버층 하부에 배치된 디스플레이 모듈, 상기 디스플레이 모듈과 소정 거리 이격되어 배치된 기판 및 상기 디스플레이 모듈의 작동을 위한 제어 회로를 실장한 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)를 포함하고, 상기 FPCB의 일부 영역에 객체의 터치 압력을 감지하기 위한 압력 센서가 일체화 하여 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치에 의하면, 별도의 압력 센서를 추가로 구비하지 않고, FPCB 자체를 압력 센서로 활용함으로서 터치 입력 장치를 상대적으로 얇게 구현할 수 있게 된다.
또한, 별도의 압력 센서를 추가하지 않고 FPCB 기판의 잔여 부분을 압력 센서로 활용함으로서, 터치 입력 장치의 제작 비용을 절감하고 공정 과정을 줄일 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따라 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 압력 센서의 형태를 예시하는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 형성된 FPCB를 설명하기 위해 참조되는 도면이다.
도 7은 도 6의 압력 센서가 형성된 FPCB를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서와 절연층의 배치관계를 나타내기 위해 참조한 도면이다.
도 9는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 검출 회로가 터치PCB에 실장된 터치 센싱 IC에 집적된 경우를 예시한다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서(10) 및 압력 센서(450)를 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치 및/또는 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 센서(10) 및 압력 센서(450)가 적용될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도 1a를 참조하면, 터치 센서(10)는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서(10)의 동작을 위해 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(12), 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)으로부터 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 및 터치 위치를 검출하는 감지부(11)를 포함할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 터치 센서(10)는 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도1a에서는 터치 센서(10)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 대각선, 동심원 및 3차원 랜덤 배열 등을 비롯한 임의의 수의 차원 및 이의 응용 배열을 갖도록 할 수 있다. 여기서, n 및 m은 양의 정수로서 서로 같거나 다른 값을 가질 수 있으며 실시예에 따라 크기가 달라질 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서(10)에서 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 동일한 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 후술하게 될 디스플레이 패널(200A)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도 5c에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm) 중 어느 하나는 디스플레이 패널(200A)의 상면에 형성되고, 나머지 하나는 후술하게될 커버의 하면에 형성되거나 디스플레이 패널(200A)의 내부에 형성될 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극 (RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 등으로 이루어지는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다. 예컨대, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 은잉크(silver ink), 구리(copper), 은나노(nano silver) 및 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)는 메탈 메쉬(metal mesh)로 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(12)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.
감지부(11)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 14)에 관한 정보를 포함하는 감지신호를 수신함으로써 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다. 예컨대, 감지신호는 구동전극(TX)에 인가된 구동신호가 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 14)에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 이와 같이, 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서(10)를 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(11)는 각각의 수신전극(RX1 내지 RXm)과 스위치를 통해 연결된 수신기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위치는 해당 수신전극(RX)의 신호를 감지하는 시간구간에 온(on)되어서 수신전극(RX)으로부터 감지신호가 수신기에서 감지될 수 있도록 한다. 수신기는 증폭기(미도시) 및 증폭기의 부(-)입력단과 증폭기의 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 증폭기의 정(+)입력단은 그라운드(ground)에 접속될 수 있다. 또한, 수신기는 궤환 캐패시터와 병렬로 연결되는 리셋 스위치를 더 포함할 수 있다. 리셋 스위치는 수신기에 의해 수행되는 전류에서 전압으로의 변환을 리셋할 수 있다. 증폭기의 부입력단은 해당 수신전극(RX)과 연결되어 정전용량(Cm: 14)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(11)는 수신기를 통해 적분된 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(미도시: analog to digital converter)를 더 포함할 수 있다. 추후, 디지털 데이터는 프로세서(미도시)에 입력되어 터치 센서(10)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(11)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(13)는 구동부(12)와 감지부(11)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(13)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(12)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(13)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(11)에 전달하여 감지부(11)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도 1a에서 구동부(12) 및 감지부(11)는 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미도시)를 구성할 수 있다. 터치 검출 장치는 제어부(13)를 더 포함할 수 있다. 터치 검출 장치는 터치 센서(10)를 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 후술하게될 터치 센서 제어기(1100)에 해당하는 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서(10)에 포함된 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 예컨대 전도성 트레이스(conductive trace) 및/또는 회로 기판상에 인쇄된 전도성 패턴(conductive pattern)등을 통해서 터치 센싱 IC에 포함된 구동부(12) 및 감지부(11)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 터치 회로 기판(이하 터치PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(Cm)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서(10)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도 1a에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm, mutual capacitance)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(11)에서 감지하여 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서(10)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서(10)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서(10)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
위에서는 구동 전극(TX)과 수신 전극(RX) 사이의 상호 정전용량 변화량에 기초하여, 터치 위치를 감지하는 터치 센서(10)의 동작 방식에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 1b와 같이, 자기 정전용량(self capacitance)의 변화량에 기초하여 터치 위치를 감지하는 것도 가능하다.
도 1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 포함되는 또다른 정전용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1b에 도시된 터치 센서(10)에는 복수의 터치 전극(30)이 구비된다. 복수의 터치 전극(30)은 도 5d에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(13)에 의해 생성된 구동제어신호는 구동부(12)에 전달되고, 구동부(12)는 구동제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)에 구동신호를 인가한다. 또한, 제어부(13)에 의해 생성된 감지제어신호는 감지부(11)에 전달되고, 감지부(11)는 감지제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는다. 이때, 감지신호는 터치 전극(30)에 형성된 자기 정전용량 변화량에 대한 신호일 수 있다.
이때, 감지부(11)가 감지한 감지신호에 의하여, 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치가 검출된다. 예컨대, 터치 전극(30)의 좌표를 미리 알고 있기 때문에, 터치 센서(10)의 표면에 대한 객체의 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있게 된다.
이상에서는, 편의상 구동부(12)와 감지부(11)가 별개의 블록으로 나뉘어 동작하는 것으로 설명되었지만, 터치 전극(30)에 구동신호를 인가하고, 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는 동작을 하나의 구동 및 감지부에서 수행하는 것도 가능하다.
이상에서 터치 센서(10)로서 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 전술한 방법 이외의 표면 정전용량 방식, 프로젝티드(projected) 정전용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식(SAW: surface acoustic wave), 적외선(infrared) 방식, 광학적 이미징 방식(optical imaging), 분산 신호 방식(dispersive signal technology) 및 음성 펄스 인식(acoustic pulse recognition) 방식 등 임의의 터치 센싱 방식을 이용하여 구현될 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다. 디스플레이 기능 및 터치 위치 검출에 더하여 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치(1000)에서 제어 블록은 전술한 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 패널을 구동하기 위한 디스플레이 제어기(1200) 및 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)를 포함하여 구성될 수 있다. 터치 센서 제어기(1100)와 압력 센서 제어기(1300)는 하나의 제어기로 합쳐져 구성될 수 있다. 디스플레이 제어기(1200)는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 입력을 받아 디스플레이 패널(200A)에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 회로 기판(이하 디스플레이PCB로 지칭)에 실장될 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
압력 센서(450)를 통해 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)의 구성과 유사하게 구성되어 터치 센서 제어기(1100)와 유사하게 동작할 수 있다. 구체적으로, 압력 센서 제어기(1300)가 도 1a 및 도 1b에 도시된 바와 같이, 구동부, 감지부 및 제어부를 포함하고, 감지부로가 감지한 감지 신호에 의하여 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)가 실장된 터치PCB에 실장될 수도 있고, 디스플레이 제어기(1200)가 실장된 FPCB에 실장될 수도 있다.
실시예에 따라, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 서로 다른 구성요소로서 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 각각 서로 다른 칩(chip)으로 구성될 수 있다. 또한, 압력 센서 제어기(1300)와 터치 센서 제어기(1100)는 서로 같은 칩(chip)으로 구성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 프로세서(1500)는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)에 대한 호스트(host) 프로세서로서 기능할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 디스플레이 화면 및/또는 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
이와 같은 터치 입력 장치(1000)를 얇고(slim) 경량(light weight)으로 제작하기 위해, 전술한 바와 같이 별개로 구성되는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)가 실시예에 따라 하나 이상의 구성으로 통합될 수 있다. 이에 더하여 프로세서(1500)에 이들 각각의 제어기가 통합되는 것도 가능하다. 이와 더불어, 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)에 터치 센서(10)가 통합될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 패널(200A)은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이 패널에 표시된 화면을 시각적으로 확인하면서 터치 표면에 터치를 수행하여 입력 행위를 수행할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 먼저, 도 3a를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 LCD 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(271) 및 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되는 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 또한, LCD 패널인 디스플레이 패널(200A)은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 상부에 배치되는 제1기판층(261) 및 액정층(250)의 하부에 배치되는 제2기판층(262)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(261)은 컬러필터 글라스(color filter glass)일 수 있고, 제2기판층(262)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(261) 및 제2기판층(262) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도 3a에서 제2기판층(262)은, 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 등을 포함하는 다양한 층으로 이루어질 수 있다. 이들 전기적 구성요소들은, 제어된 전기장을 생성하여 액정층(250)에 위치한 액정들을 배향시키도록 작동할 수 있다.
다음으로, 도 3b를 참조하여, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도 3b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 OLED 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(282)을 포함할 수 있다. 또한, OLED 패널인 디스플레이 패널(200A)은 OLED(Organic Light-Emitting Diode)를 포함하는 유기물층(280), 유기물층(280)의 상부에 배치되는 제1기판층(281) 및 유기물층(280) 하부에 배치되는 제2기판층(283)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(281)은 인캡 글라스(Encapsulation glass)일 수 있고, 제2기판층(283)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(281) 및 제2기판층(283) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. OLED 패널의 경우, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ELVSS) 등의 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극을 포함할 수 있다. OLED(Organic Light-Emitting Diode) 패널은 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흘리면 전자와 정공이 유기물층에서 결합하면서 빛이 발생하는 원리를 이용한 자체 발광형 디스플레이 패널로서, 발광층을 구성하는 유기물질이 빛의 색깔을 결정한다.
구체적으로, OLED는 유리나 플라스틱 위에 유기물을 도포해 전기를 흘리면, 유기물이 광을 발산하는 원리를 이용한다. 즉, 유기물의 양극과 음극에 각각 정공과 전자를 주입하여 발광층에 재결합시키면 에너지가 높은 상태인 여기자(excitation)를 형성하고, 여기자가 에너지가 낮은 상태로 떨어지면서 에너지가 방출되어 특정한 파장의 빛이 생성되는 원리를 이용하는 것이다. 이때, 발광층의 유기물에 따라 빛의 색깔이 달라진다.
OLED는 픽셀 매트릭스를 구성하고 있는 픽셀의 동작특성에 따라 라인 구동 방식의 PM-OLED(Passive-matrix Organic Light-Emitting Diode)와 개별 구동 방식의 AM-OLED(Active-matrix Organic Light-Emitting Diode)가 존재한다. 양자 모두 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 디스플레이 모듈을 매우 얇게 구현할 수 있고, 각도에 따라 명암비가 일정하고, 온도에 따른 색 재현성이 좋다는 장점을 갖는다. 또한, 미구동 픽셀은 전력을 소모하지 않는다는 점에서 매우 경제적이다.
동작 면에서 PM-OLED는 높은 전류로 스캐닝 시간(scanning time) 동안만 발광을 하고, AM-OLED는 낮은 전류로 프레임 시간(frame time)동안 계속 발광 상태를 유지한다. 따라서, AM-OLED는 PM-OLED에 비해서 해상도가 좋고, 대면적 디스플레이 패널 구동이 유리하며, 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한, 박막 트랜지스터(TFT)를 내장하여 각 소자를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 정교한 화면을 구현하기 쉽다.
또한, 유기물층(280)은 HIL(Hole Injection Layer, 정공주입층), HTL(Hole Transfer Layer, 정공수송층), EIL(Emission Material Layer, 전자주입층), ETL(Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(Electron Injection Layer, 발광층)을 포함할 수 있다.
각 층에 대해 간략히 설명하면, HIL은 정공을 주입시키며, CuPc 등의 물질을 이용한다. HTL은 주입된 정공을 이동시키는 기능을 하고, 주로, 정공의 이동성(hole mobility)이 좋은 물질을 이용한다. HTL은 아릴라민(arylamine), TPD 등이 이용될 수 있다. EIL과 ETL은 전자의 주입과 수송을 위한 층이며, 주입된 전자와 정공은 EML에서 결합되어 발광한다. EML은 발광되는 색을 표현하는 소재로서, 유기물의 수명을 결정하는 호스트(host)와 색감과 효율을 결정하는 불순물(dopant)로 구성된다. 이는, OLED 패널에 포함되는 유기물층(280)의 기본적인 구성을 설명한 것일 뿐, 본 발명은 유기물층(280)의 층구조나 소재 등에 한정되지 않는다.
유기물층(280)은 애노드(Anode)(미도시)와 캐소드(Cathode)(미도시) 사이에 삽입되며, TFT가 온(On) 상태가 되면, 구동 전류가 애노드에 인가되어 정공이 주입되고 캐소드에는 전자가 주입되어, 유기물층(280)으로 정공과 전자가 이동하여 빛을 발산한다.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널 또는 OLED 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널(200A) 및 디스플레이 패널(200A)를 구동하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 제2편광층(272) 하부에 배치되는 백라이트 유닛(미도시: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치되는 경우, 디스플레이 모듈(200) 상부에는 터치 센서 패널이 배치될 수 있고, 터치 센서(10)가 터치 센서 패널에 포함될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널의 표면일 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 상면에 형성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도 3a 및 도 3b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 실시예에 따라 터치 센서(10) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서(10) 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서(10)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있으며, 나머지 전극은 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수도 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 제1기판층(261,281) 상면에 형성될 수 있으며, 나머지 전극은 제1기판층(261,281) 하면 또는 제2기판층(262,283) 상면에 형성될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 하면 또는 제2기판층(262,283)의 상면에 형성될 수 있다.
디스플레이 패널(200A) 내부에 터치 센서(10)가 배치되는 경우, 터치 센서 동작을 위한 전극이 추가로 배치될 수도 있으나, 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하는 다양한 구성 및/또는 전극이 터치 센싱을 위한 터치 센서(10)로 이용될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 패널인 경우, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), 제1전원라인(ELVDD) 및 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 터치 센서(10)는 도 1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 구동전극 및 수신전극 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 터치 센서(10)는 도 1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 단일 전극(30) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)에 포함되는 전극이 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 경우, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 위치를 검출할 수 있다.
도 4a는 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 단면도이다.
본 발명의 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서가 형성된 커버층(100)과 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200) 사이가 OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 라미네이션되어 있을 수 있다. 이에 따라 터치 센서의 터치 표면을 통해 확인할 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 색상 선명도, 시인성 및 빛 투과성이 향상될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 하우징(320)과 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간 (310) 등을 감싸는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판에는 메인보드(main board)로서 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등이 실장되어 있을 수 있다. 기판(300)을 통해 디스플레이 모듈(200)과 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 분리되고, 디스플레이 모듈(200)에서 발생하는 전기적 노이즈 및 회로기판에서 발생하는 노이즈가 차단될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10) 또는 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 하우징(320)이 터치 센서(10)와 함께 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판을 감싸도록, 하우징(320)이 형성될 수 있다.
도 4a에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300)을 이격시키는 스페이서층(420)을 포함할 수 있다. 그리고 디스플레이 모듈(200) 하부에 디스플레이를 구동하기 위한 회로가 구현된 FPCB를 배치할 수 있다. 이 때, 스페이서층(420)은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다.
이때, 도 4b와 같이 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 높이를 갖는 프레임(330)이 형성될 수 있다. 이 때, 프레임(330)은 접착 테이프(미도시)로 커버층(100)에 접착될 수 있다. 도 4b에서 프레임(330)은 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 프레임(330)은 기판(300)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 실시예에 따라, 프레임(330)은 기판(300)의 상부면에 기판(300)과 일체형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 커버층(100)을 통하여 디스플레이 모듈(200)에 터치 압력이 인가되는 경우 커버층(100)과 함께 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
종래의 터치 입력 장치(1000)에서는, 도 6a와 같이 커버층(100) 상의 홈키(점선부분) 부분에 터치 압력을 가할 경우, 도 6b와 같이 홈키(101) 하부에 위치한 압력 센서로 터치 압력의 크기를 검출하였다. 이와 같이 터치 입력 장치(1000)가 디스플레이 모듈(200)과 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)사이에 별도로 추가된 압력 센서를 구비할 경우, 터치 입력 장치(1000)가 두꺼워지는 문제점이 있었다. 이에, 별도의 압력 센서를 추가로 구비하지 않고, FPCB 자체를 압력 센서(450)로 활용함으로서 터치 입력 장치(1000)를 상대적으로 얇게 구현할 필요성이 대두되었다.
또한, 터치 입력 장치(1000)에 배치되는 FPCB 를 제작하기 위해 한 장의 FPCB 기판으로부터 소정의 FPCB가 분리될 경우, 한 장의 FPCB 기판에서 분리된 소정의 FPCB를 제외한 나머지 잔여 부분이 버려짐으로서 터치 입력 장치(1000)의 제작 비용이 일부 낭비되는 문제점이 있었다. 이에, 별도의 압력 센서를 추가하지 않고 이러한 잔여 부분을 압력 센서(450)로 활용함으로서 비용을 절감할 필요성이 대두되었다.
이에, 본 발명에서는 FPCB의 일부를 압력 센서(450)로 활용한 예를 기술하고자 한다.
도 6c에 도시한 바와 같이, FPCB의 일부 영역에 객체의 터치 압력을 감지하기 위한 압력 센서(450)가 형성될 수 있다. 본 발명에서 객체는 손가락 또는 스타일러스를 포함할 수 있다. 터치 압력은 소정의 임계치 이상의 압력이 가해진 경우를 의미한다.
FPCB 면적에 대비한 압력 센서(450)의 면적 비율은 터치 입력 장치(1000) 제작을 위한 설계 당시 미리 설정될 수 있다. 도 6c에서는 압력 센서(450)가 FPCB의 오른쪽 모서리의 일부분에 형성된 것을 예시하였으나, 본 발명의 권리범위는 이에 제한되지 않는다. 즉, 압력 센서(450)가 FPCB의 왼쪽 모서리 일부분, 또는 윗쪽 모서리 일부분이나 아래쪽 모서리 일부분에 형성될 수도 있고, 복수의 모서리 부분에 형성될 수도 있으며, 그 밖에 FPCB의 임의의 영역에 형성될 수 있다.
압력 센서(450)가 형성된 FPCB의 일부 영역은 커버층(100)상의 홈키(101)로부터 소정 거리 이격된 부분일 수 있다.
즉, 홈키(101) 하부에 별도의 압력 센서를 추가하지 않고 도 6c와 같이 FPCB의 일부를 압력 센서(450)로 활용하게 되므로, 압력 센서(450)는 홈키(101)로부터 소정 거리 이격되어 형성될 수 있다. 압력 센서(450)의 홈키(101)로부터의 이격 거리는 터치 입력 장치(1000)의 제작을 위한 설계 당시, 미리 설정될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)는 객체의 터치를 감지하기 위한 터치 센서를 포함하고, 도 6c에 도시한 바와 같이, 압력 센서(450)에 소정 기준 이상의 압력이 감지되면, 압력 센서(450)에 가해진 터치 압력이 홈키(101) 위치에서 가해진 경우 뿐 아니라, 홈키(101)를 제외한 나머지 영역(예를 들어, 압력 센서(450)에 대응하는 커버층(100) 부분)에서 가해진 경우에도 터치 압력이 감지될 수 있다. 이 때, 홈키(101)를 제외한 나머지 영역에서 터치 압력이 가해진 경우에도 홈키(101)에 터치 압력이 가해진 것과 동일하게 인식되는 경우, 터치 입력 장치(1000)의 기능을 제어하는 데 혼선이 있을 수 있다. 따라서, 본 발명의 프로세서(1500) 또는 제어부(13)는는, 터치 압력이 가해진 경우, 터치 센서에서 감지된 객체의 터치 위치가 홈키(101) 위치인 경우에만 홈키(101)에 터치 압력이 가해졌다고 판단할 수 있다.
홈키(101)에 터치 압력이 가해진 경우, 터치 압력에 대응하는 기능이 실행될 수 있다. 예를 들어, 홈키(101)에 인가되는 압력의 크기가 소정 값 이상일 때, 디스플레이 모듈(200)에 초기 화면을 디스플레이시킬 수 있다.
도 6d 및 도 6e에 도시한 바와 같이, 본 발명의 압력 센서(450)가 형성된 FPCB는 한 장의 FPCB기판을 복수개로 분할하여 준비될 수 있다. 전술한 바와 같이, 종래에는 도 6d와 같이 한 장의 FPCB기판을 복수개로 분할하여 준비된 각 FPCB를 제외한 나머지 부분(R)을 활용하지 않았으나, 본원 발명의 경우, 도 6e와 같이 한 장의 FPCB기판을 복수개로 분할하여 준비된 각 FPCB를 제외한 나머지 부분을 압력 센서(450)로 이용할 수 있다. 이 때, 도 6d와 같이 한 장의 FPCB기판으로부터 분할되어 압력 센서(450)를 제외한 영역만으로 구성되는 FPCB의 수와 한 장의 FPCB기판으로부터 분할되어 압력 센서(450)를 포함한 영역으로 구성되는 FPCB의 수가 같도록 할 수 있다. 즉, 도 6d와 같이 한 장의 FPCB기판으로부터 분할되어 압력 센서(450)를 제외한 영역만으로 구성되는 FPCB의 수가 10개인 경우, 한 장의 FPCB기판으로부터 분할되어 압력 센서(450)를 포함한 영역으로 구성되는 FPCB의 수도 10개인 범위안에서, 나머지 부분을 압력 센서(450)로 이용 가능할 수 있다. 따라서, 제작가능한 FPCB의 개수를 유지함과 동시에 한 장의 FPCB기판의 잔여 부분을 활용할 수 있는 것이다.
도 7은 도 6의 압력 센서(450)가 형성된 FPCB를 포함하는 터치 입력 장치(1000)의 단면도이다.
도 7a에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압력 센서(450)는 스페이서층(420) 내로서 디스플레이 모듈(200) 하부면에 배치된 FPCB상에 형성될 수 있다.
압력 센서(450)는 제 1 센서(451)와 제 2 센서(452)를 포함할 수 있다. 이때, 제 1 센서(451)와 제 2 센서(452) 중 어느 하나는 구동전극일 수 있고 나머지 하나는 수신전극일 수 있다. 구동전극에 구동신호를 인가하고 수신전극을 통해 감지신호를 획득할 수 있다. 전압이 인가되면, 제 1 센서(451)과 제 2 센서(452) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도 7b는 도 7a에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어질 수 있다. 그리고, FPCB가 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착된 경우, FPCB도 휘어질 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 센서(450) 사이의 거리(d)가 d’로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제 1 센서(451)와 제 2 센서(452) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도 7b에서는 기판(300)의 상부면이 그라운드 전위, 즉 기준전위층인 경우에 대하여 설명하였지만, 기준전위층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수 있다. 객체를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된 기준전위층과 압력 센서(450) 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 수신센서를 통해 획득되는 감지신호에서 정전용량 변화량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어질 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 터치의 위치에서 가장 큰 변형을 나타내도록 휘어질 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈(200)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다.
제1센서(451)와 제2센서(452)는 동일한 층에 형성된 형태에 있어서, 도 7b에 도시된 압력 센서(450)를 구성하는 제1센서(451)와 제2센서(452) 각각은 도 5a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 센서로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 제1센서(451)는 제1축 방향으로 서로 이어진 형태이고, 복수의 제2센서(452)는 제1축 방향과 직교하는 제2축 방향으로 서로 이어진 형태이며, 제1센서(451) 및 제2센서(452) 중 적어도 하나는 각각의 복수의 마름모꼴 형태의 센서가 브릿지를 통해 연결되어 제1센서(451)와 제2센서(452)가 서로 절연된 형태일 수 있다. 또한, 이 때, 도 7b에 도시된 압력 센서(450)를 구성하는 제1센서(451)와 제2센서(452) 각각은 도 5b에 도시된 형태의 센서로 구성될 수 있다.
이상에서 터치 압력은 제1센서(451)와 제2센서(452) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것이 예시된다. 하지만, 압력 센서(450)는 제1센서(451)와 제2센서(452) 중 어느 하나의 센서만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 센서와 그라운드층(기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 기준전위층) 사이의 정전용량, 즉 자기 정전용량의 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이때, 도 5d와 같이, 구동신호는 상기 하나의 압력 센서에 인가되고, 압력 센서와 그라운드층 사이의 자기 정전용량 변화가 상기 압력 센서로부터 감지될 수 있다.
예컨대, 도 7b에서 압력 센서(450)는 제1센서(451)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 기판(300)과 제1센서(451) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1센서(451)와 기판(300) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 기판(300)과 제1센서(451) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이때, 압력 센서는, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 도 5d에 도시된 바와 같이 복수의 제1센서(451)가 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
한편, 도 7a 및 도 7b는 FPCB가 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 배치된 경우를 예시하였으나, 도 7c 및 도 7d와 같이 FPCB가 기판(300)의 상부면에 배치될 수도 있으며, 이러한 경우 디스플레이 모듈(200)의 하부면 또는 내부가 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다.
객체를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어질 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 센서(450) 사이의 거리(d)가 d’로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제 1 센서(451)와 제 2 센서(452) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
그밖에, 자기 정전용량 변화에 대해 도 7a 및 도 7b에서 기술한 특징은 도 7c 및 도 7d에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(451, 452)와 절연층(470, 471)의 배치관계를 나타내기 위해 참조한 도면이다. 도 8(a)의 경우, 압력 센서(451, 452)는 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 위치하므로, 압력 센서(451,452)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 단락되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)의 종류 및/또는 구현 방식에 따라, 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 절연층(470) 사이에 그라운드 전극(ground electrode: 미도시)을 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 그라운드 전극과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 또 다른 절연층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 그라운드 전극(미도시)은 압력 센서인 제1센서(451)와 제2센서(452) 사이에 생성되는 정전용량의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
제1센서(451)와 제2센서(452)는 실시예에 따라 서로 다른 층에 구현되어도 무방하다. 도 8의 (b)는 제1센서(451)와 제2센서(452)가 서로 다른 층에 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도 8의 (b)에 예시된 바와 같이, 제1센서(451)는 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2센서(452)는 제1센서(451) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제2센서(452)는 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다. 이때, 제1센서(451)와 제2센서(452)는 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1센서(451)와 제2센서(452)는 도 5c에 도시된 바와 같이, MXN의 구조로 배열된 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 패턴과 유사하게 형성될 수 있다. 이때, M 및 N은 1 이상의 자연수 일 수 있다. 또는, 도 5a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 제1센서(451)와 제2센서(452)가 각각 다른 층에 위치할 수도 있다.
도 8의 (c)는 압력 센서(450)가 제1센서(451)만을 포함하여 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도 8의 (c)에 예시된 바와 같이, 제1센서(451)는 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 위치하므로, 압력 센서(451,452)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 단락되는 것이 방지될 수 있다.
한편, 도 9는 압력 센서(450)가 FPCB의 일부분에 형성되어 터치 센싱 IC(150)에 연결하는 방법을 도시한다. FPCB에는 디스플레이 모듈(200)의 구동에 필요한 회로 뿐 아니라, 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도 9는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 검출 회로가 터치PCB(160)에 실장된 터치 센싱 IC(150)에 집적된 경우를 예시한다. FPCB의 일부인 압력 센서(450)가 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 즉, 터치PCB(160)와 FPCB사이에 제1커넥터(121)가 배치되며, 압력 센서(450)는 제1커넥터(121)를 통해 터치 검출 회로에 전기적으로 연결된다. 그리고, 도 9에 예시된 바와 같이, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치에서 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(connector: 121)를 통해서 디스플레이 모듈(200)을 위한 FPCB에 연결된다. FPCB는 제2커넥터(221)를 통해서 메인보드로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(121) 및 제2커넥터(221)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 CPU 또는 AP와 신호를 주고 받을 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 커버층;
    상기 커버층 하부에 배치된 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈과 소정 거리 이격되어 배치된 기판; 및
    상기 디스플레이 모듈의 작동을 위한 제어 회로를 실장한 FPCB(Flexible Printed Circuit Board);을 포함하고,
    상기 FPCB의 일부 영역에 객체의 터치 압력을 감지하기 위한 압력 센서가 형성되어 있는, 터치 입력 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 FPCB의 일부 영역은, 상기 커버층 상의 홈키로부터 소정 거리 이격된 부분인, 터치 입력 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 객체의 터치를 감지하기 위한 터치 센서; 및
    상기 압력 센서에 소정 기준 이상의 압력이 감지되면, 상기 터치 센서에서 감지된 상기 객체의 터치 위치가 상기 홈키 위치인 경우에만 상기 홈키에 상기 터치 압력이 가해졌다고 판단하는 프로세서;를 더 포함하는, 터치 입력 장치.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 FPCB는 한 장의 FPCB기판으로부터 분할된 복수 개 중 어느 하나에 해당되며,
    상기 한 장의 FPCB기판으로부터 분할되어 상기 압력 센서를 제외한 영역만으로 구성되는 FPCB의 수와 상기 한 장의 FPCB기판으로부터 분할되어 상기 압력 센서를 포함한 영역으로 구성되는 상기 FPCB의 수가 같은, 터치 입력 장치.
  5. 제 3항에 있어서,
    상기 홈키에 상기 터치 압력이 가해진 경우, 상기 터치 압력에 대응하는 기능이 실행되는, 터치 입력 장치.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 FPCB는 상기 디스플레이 모듈의 하면에 배치되며,
    상기 압력 센서와 상기 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량으로 상기 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 FPCB는 상기 기판 상면에 배치되고,
    상기 압력 센서와 상기 디스플레이 모듈 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량으로 상기 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  8. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 압력 센서는 구동 전극 및 수신 전극을 포함하고,
    상기 터치 압력에 따른 상기 구동 전극과 상기 수신 전극 사이의 상호 정전용량 변화량으로 상기 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  9. 제 6항 또는 제 7항에 있어서,
    상기 압력 센서의 자기 정전용량 변화량으로 상기 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
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