KR20200109401A - 터치 센서 및 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

터치 센서 및 표시 장치가 제공된다. 터치 센서는, 베이스층과, 베이스층 상에 배치되며 터치를 감지하는 복수의 전극부 및 베이스층 상에 배치되며, 압력을 감지하는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고, 복수의 전극부와 상기 스트레인 게이지는 단일층에 배치된다.

Description

터치 센서 및 표시 장치{TOUCH SENSOR AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 터치 센서 및 표시 장치에 관한 것이다.
사용자에게 영상을 제공하는 스마트 폰, 디지털 카메라, 노트북 컴퓨터, 네비게이션, 및 스마트 텔레비젼 등의 전자기기는 영상을 표시하기 위한 표시 장치를 포함한다. 표시 장치는 영상을 생성하여 표시하는 표시 패널 및 다양한 입력 장치를 포함한다.
최근에는 스마트 폰이나 태블릿 PC를 중심으로 터치 입력을 인식하는 터치 센서가 표시 장치에 많이 적용되고 있다. 터치 센서는 터치 방식의 편리함으로 기존의 물리적인 입력 장치인 키패드 등을 대체하는 추세이다.
터치 위치를 검출하는 터치 센서에서 더 나아가 표시 장치에 압력의 세기를 검출하는 압력 센서를 적용하여 기존의 물리적인 버튼 대용으로 활용하려는 연구가 있다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치의 위치 및 터치의 압력을 감지할 수 있는 박형의 터치 센서를 제공하는 데 있다.
본 발명의 과제들은 이상에서 언급한 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 터치 센서는, 베이스층과, 상기 베이스층 상에 배치되며 터치를 감지하는 복수의 전극부 및 상기 베이스층 상에 배치되며, 압력을 감지하는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 복수의 전극부와 상기 스트레인 게이지는 단일층에 배치된다.
상기 복수의 전극부는 아일랜드형태로 배치되며, 상기 스트레인 게이지는 상기 복수의 전극부 각각과 이격될 수 있다.
상기 스트레인 게이지는 적어도 하나의 저항선을 포함하고, 상기 적어도 하나의 저항선은 상기 복수의 전극부의 사이에 위치할 수 있다.
상기 스트레인 게이지는 제1 방향으로 이격되어 배치된 제1 저항선 및 제2 저항선을 포함하고, 상기 스트레인 게이지는 상기 제1 저항선 및 제2 저항선의 일단을 서로 전기적으로 연결시키는 연결선을 더 포함할 수 있다.
상기 연결선은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격된 상기 복수의 전극부 사이에 위치할 수 있다.
다수의 패드를 포함하는 패드부와, 상기 제1 저항선의 타단과 상기 패드부를 전기적으로 연결하는 제1 신호선 및 상기 제2 저항선의 타단과 상기 패드부를 전기적으로 연결하는 제2 신호선을 더 포함하고, 상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선은 상기 제1 방향으로 연장되되, 상기 제2 방향으로 이격될 수 있다.
상기 베이스층과 상기 스트레인 게이지 사이에 배치되는 온도 보상부를 더 포함하고, 상기 온도 보상부는 온도 보상 저항선을 포함하며, 상기 온도 보상 저항선은 상기 저항선과 두께 방향으로 중첩할 수 있다.
상기 온도 보상 저항선과 상기 저항선 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고, 상기 온도 보상 저항선은 상기 저항선의 형상과 동일한 형상을 가질 수 있다.
상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결된 휘트스톤 브리지 회로부를 더 포함하고, 상기 휘트스톤 브리지 회로부는, 구동전압이 인가되는 제1 노드, 접지부와 연결된 제2 노드, 제1 출력 노드, 및 제2 출력 노드를 포함하되, 상기 스트레인 게이지의 일단은 상기 제1 노드와 전기적으로 연결되고, 상기 스트레인 게이지의 타단은 상기 제1 출력 노드와 전기적으로 연결될 수 있다.
상기 휘트스톤 브리지 회로부는 온도 보상 패턴과 전기적으로 연결되되, 상기 온도 보상 패턴의 일단은 상기 제1 출력 노드 및 상기 제1 노드 중 어느 하나와 전기적으로 연결될 수 있다.
터치 입력이 가해지지 않은 상태에서, 상기 온도 보상 패턴의 저항값은 상기 스트레인 게이지의 저항값과 동일할 수 있다.
터치 입력에 응답하여 발생한 상기 복수의 전극에 형성되는 자기 정전용량의 변화량에 기초하여 상기 터치 입력의 위치를 감지하도록 구성되고, 상기 터치 입력에 응답하여 발생한 상기 스트레인 게이지의 저항값 변화에 기초하여 상기 터치 입력의 압력을 감지하도록 구성될 수 있다.
상기 복수의 전극부는 감지 전극인 제1 전극부와 구동 전극인 제2 전극부를 포함하고, 상기 제1 전극부는 제1 방향으로 이격되며 다수 배치되고, 상기 제2 전극부는 상기 제1 방향으로 연장되되, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이격된 제1 유닛 및 제2 유닛을 포함할 수 있다.
상기 제1 유닛은, 상기 제1 방향으로 연장된 제1 연결부와, 상기 제1 연결부에서 상기 제2 방향으로 돌출된 제1 돌출부를 포함하고, 상기 제2 유닛은, 상기 제1 방향으로 연장된 제2 연결부와, 상기 제2 연결부에서 상기 제2 방향의 반대 방향인 제3 방향으로 돌출된 제2 돌출부를 포함하고, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 제1 방향으로 교번하여 배치되되, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 제1 방향으로 이격될 수 있다.
상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 제1 방향으로 중첩될 수 있다.
상기 스트레인 게이지는 적어도 하나의 저항선을 포함하고, 상기 적어도 하나의 저항선은 상기 제1 돌출부와 상기 제1 돌출부 사이에의 사이에 위치하되, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 각각에 이격될 수 있다.
상기 베이스층과 상기 스트레인 게이지 사이에 배치되는 온도 보상부를 더 포함하고, 상기 온도 보상부는 온도 보상 저항선을 포함하며, 상기 온도 보상 저항선은 상기 저항선과 두께 방향으로 중첩할 수 있다.
상기 온도 보상 저항선과 상기 저항선 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고, 상기 온도 보상 저항선은 상기 저항선의 형상과 동일한 형상을 가질 수 있다.
터치 입력에 응답하여 발생한 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이의 상호 정전용량 변화에 기초하여 상기 터치 입력의 위치를 감지하도록 구성되고, 상기 터치 입력에 응답하여 발생한 상기 스트레인 게이지의 저항값 변화에 기초하여 상기 터치 입력의 압력을 감지하도록 구성될 수 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 일 실시예에 따른 표시 장치는, 베이스 기판과, 상기 베이스 기판 상에 배치되는 발광 소자와, 상기 발광 소자 상에 배치되는 박막 봉지층과, 상기 박막 봉지층 상에 배치되고 제1 방향을 따라 서로 전기적으로 연결되며 각각이 제1 개구부를 포함하는 복수의 제1 터치 전극과, 상기 박막 봉지층 상에 배치되며 터치를 감지하는 복수의 전극부 및 상기 복수의 전극부와 동일층에 배치되며, 압력을 감지하는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고, 상기 복수의 전극부 각각은 동일층에 배치되며, 상기 복수의 전극부 및 상기 스트레인 게이지 각각은 메쉬 홀을 포함한다.
기타 실시예의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 실시예들에 의하면 터치 입력의 위치 및 터치 입력의 압력을 센싱할 수 있는 센싱 패턴을 단일층으로 구현하여 공정의 간소화 및 생산 효율이 향상된 터치 센서 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공할 수 잇다.
실시예들에 따른 효과는 이상에서 예시된 내용에 의해 제한되지 않으며, 더욱 다양한 효과들이 본 명세서 내에 포함되어 있다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 도시한 것이다.
도 2는 도 1에 도시된 표시 장치의 개략적인 부분 단면도이다.
도 3은 도 1에 도시된 터치 센서의 블록도이다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치 센서의 평면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 터치 센서의 평면도이다.
도 6은 도 4의 A 부분을 확대한 일 실시예의 평면도이다.
도 7은 도 4의 A 부분을 확대한 다른 실시예의 평면도이다.
도 8은 다른 실시예에 따른 저항선을 나타낸 평면도이다.
도 9은 다른 실시예에 따른 저항선을 나타낸 평면도이다.
도 10은 다른 실시예에 따른 저항선을 나타낸 평면도이다.
도 11은 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 절단한 단면도이다.
도 12는 일 실시예에 따른 표시 패널의 화소와 센서부의 배치 관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 13은 도 12의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 자른 단면도이다.
도 14는 일 실시예에 따른 터치 센서의 터치 위치 검출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 15는 일 실시예에 따른 터치 센서의 스트레인 게이지 및 신호선들의 배치 및 휘트스톤 브리지 회로부와의 연결관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 16은 일 실시예에 따른 터치 센서의 제1 스트레인 게이지와 전기적으로 연결된 제1 휘트스톤 브리지 회로부를 포함하는 제1 압력 감지부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 17은 다른 실시예에 따른 터치 센서의 평면도이고, 도 18은 다른 실시예에 따른 터치 센서의 평면도이다.
도19는 도 17에 도시된 터치 센서의 블록도이다.
도 20은 도 17의 B 부분을 확대한 일 실시예의 평면도이다.
도 21은 도 17의 B 부분을 확대한 다른 실시예의 평면도이다.
도 22은 도 17의 Ⅲ-Ⅲ'을 따라 절단한 단면도이다.
도 23은 다른 실시예에 따른 터치 센서의 단면도이다.
도 24는 다른 실시예에 따른 터치 센서의 온도 보상 모듈의 평면도이다.
도 25는 다른 실시예에 따른 터치 센서의 스트레인 게이지, 온도 보상 패턴, 및 신호선들의 배치 및 휘트스톤 브리지 회로부와의 연결관계를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 26은 또 다른 실시예에 따른 터치 센서의 스트레인 게이지 및 온도 보상 패턴과 전기적으로 연결된 휘트스톤 브리지 회로부를 개략적으로 도시한 도면이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
소자(elements) 또는 층이 다른 소자 또는 층의 '위(on)'로 지칭되는 것은 다른 소자 바로 위에 또는 중간에 다른 층 또는 다른 소자를 개재한 경우를 모두 포함한다. 반면, 소자가 '직접 위(directly on)'로 지칭되는 것은 중간에 다른 소자 또는 층을 개재하지 않은 것을 나타낸다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
비록 제1, 제2, 제3, 제4 등이 다양한 구성요소들을 서술하기 위해서 사용되나, 이들 구성요소들은 이들 용어에 의해 제한되지 않음은 물론이다. 이들 용어들은 단지 하나의 구성요소를 다른 구성요소와 구별하기 위하여 사용하는 것이다. 따라서, 이하에서 언급되는 제1 구성요소는 본 발명의 기술적 사상 내에서 제2 구성요소, 제3 구성요소, 제4 구성요소 중 어느 하나일 수도 있음은 물론이다.
본 명세서에서 기술하는 실시예들은 본 발명의 이상적인 개략도인 평면도 및 단면도를 참고하여 설명될 것이다. 따라서, 제조 기술 및/또는 허용 오차 등에 의해 예시도의 형태가 변형될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들은 도시된 특정 형태로 제한되는 것이 아니라 제조 공정에 따라 생성되는 형태의 변화도 포함하는 것이다. 따라서, 도면에서 예시된 영역들은 개략적인 속성을 가지며, 도면에서 예시된 영역들의 모양은 소자의 영역의 특정 형태를 예시하기 위한 것이고, 발명의 범주를 제한하기 위한 것은 아니다.
이하, 첨부된 도면을 참고로 하여 실시예들에 대해 설명한다.
도 1은 일 실시예에 따른 표시 장치를 개략적으로 도시한 것이다. 도 2는 도 1에 도시된 표시 장치의 개략적인 부분 단면도이다. 도 3은 도 1에 도시된 터치 센서의 블록도이다.
본 명세서에서, “상부”, “탑”, “상면”은 표시 패널(300)을 기준으로 상부 방향, 즉 Z축 방향을 가리키고, “하부”, “바텀”, “하면”은 표시 패널(300)을 기준으로 하부 방향, 즉 Z축 방향의 반대 방향을 가리킨다. 또한, “좌”, “우”, “상”, “하”는 표시 패널(300)을 평면에서 바라보았을 때의 방향을 가리킨다. 예를 들어, “좌”는 X축 방향의 반대 방향, “우”는 X축 방향, “상”은 Y축 방향, “하”는 Y축 방향의 반대 방향을 가리킨다.
도 1을 내지 도 3을 참조하면, 일 실시예의 표시 장치(1)는 터치 센서(TSM), 표시 패널(300) 및 패널 구동부(400)를 포함할 수 있다.
몇몇 실시예에서 터치 센서(TSM)는 센서부(100)와 제어부(200)를 포함할 수 있다. 도 1에서는 센서부(100)와 표시 패널(300)을 서로 분리하여 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 센서부(100)와 표시 패널(300)은 일체로 이루어질 수도 있다.
표시 패널(300)은 표시 영역(DA)과, 표시 영역(DA)의 적어도 일 영역을 둘러싸는 비표시 영역(NDA)을 포함한다. 표시 패널(300)은 베이스 기판(330) 상에 배치된 회로 구동층(340) 및 회로 구동층(340) 상에 배치된 발광 소자(350)를 포함할 수 있다. 회로 구동층(340)은 발광 소자(350)를 구동하기 위한 주사선(310)들, 데이터선(320)들 및 복수의 박막 트랜지스터를 포함할 수 있다. 회로 구동층(340)의 표시 영역(DA)에는 복수의 화소(P)들에 접속되는 복수의 주사선(310)들 및 데이터선(320)들이 제공될 수 있다. 회로 구동층(340)의 비표시 영역(NDA)에는 화소(P)들을 구동하기 위한 각종 구동신호 및/또는 구동 전원을 공급하기 위한 배선들이 제공될 수 있다.
본 발명에서, 표시 패널(300)의 종류가 특별히 한정되지는 않는다. 예컨대, 표시 패널(300)은 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널(Organic Light Emitting Diode display panel: OLED panel), 양자점 발광 다이오드 디스플레이 패널(Quantum dot Light Emitting Diode display panel: QLED panel), 마이크로 LED 디스플레이 패널(Micro Light Emitting Diode display panel), 나노 LED 디스플레이 패널(Nano Light Emitting Diode display panel) 등과 같은 자발광 디스플레이 패널일 수 있다. 또는, 표시 패널(300)은 액정 디스플레이 패널(Liquid Crystal Display panel: LCD panel), 전기영동 디스플레이 패널(Electro-Phoretic Display panel: EPD panel) 및 전기습윤 디스플레이 패널(Electro-Wetting Display panel: EWD panel)과 같은 비발광성 디스플레이 패널일 수 있다. 표시 패널(300)이 비발광성 디스플레이 패널인 경우, 디스플레이 장치는 표시 패널(300)로 광을 공급하기 위한 백라이트 유닛(Back-light unit)을 더 구비할 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 표시 패널(300)이 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널인 경우를 예시로 설명한다.
패널 구동부(400)는 표시 패널(300)과 전기적으로 연결되어 표시 패널(300)의 구동에 필요한 신호를 공급한다. 일례로, 패널 구동부(400)는, 주사선(310)들로 주사신호를 공급하는 주사 구동부, 데이터선(320)들로 데이터 신호를 공급하는 데이터 구동부, 주사 구동부 및 데이터 구동부를 구동하기 위한 타이밍 제어부 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 주사 구동부, 데이터 구동부 및/또는 타이밍 제어부는 하나의 디스플레이 IC(D-IC)의 내부에 집적될 수 있으나, 이에 한정되지는 않는다. 예컨대, 다른 실시예에서, 주사 구동부, 데이터 구동부 및 타이밍 제어부 중 적어도 하나는 표시 패널(300) 상에 집적되거나 실장될 수 있다.
센서부(100)는 표시 패널(300)의 적어도 일 영역 상에 제공될 수 있다. 예컨대, 센서부(100)는 표시 패널(300)의 적어도 일면 상에 표시 패널(300)과 두께 방향인 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩되도록 제공될 수 있다. 예컨대, 센서부(100)는 표시 패널(300)의 양면 중 영상이 출사되는 방향의 일면(예컨대, 상부면) 상에 배치될 수 있다. 또는, 센서부(100)는 표시 패널(300)의 양면 중 적어도 일면에 직접 형성되거나, 혹은 표시 패널(300)의 내부에 형성될 수 있다. 예컨대, 센서부(100)는 표시 패널(300)의 상부 기판(또는 박막 봉지층) 또는 하부 기판의 외부면(예컨대, 상부 기판의 상부면 또는 하부 기판의 하부면) 상에 직접 형성되거나, 혹은 상부 기판 또는 하부 기판의 내부면(예컨대, 상부 기판의 하부면 또는 하부 기판의 상부면) 상에 직접 형성될 수도 있다.
센서부(100)는 터치 입력을 감지할 수 있는 감지 영역(SA)과, 감지 영역(SA)의 적어도 일부를 둘러싸는 주변 영역(NSA)을 포함한다. 실시예에 따라, 감지 영역(SA)은 표시 패널(300)의 표시 영역(DA)에 대응하도록 배치되고, 주변 영역(NSA)은 표시 패널(300)의 비표시 영역(NDA)에 대응하도록 배치될 수 있다. 예컨대, 센서부(100)의 감지 영역(SA)은 표시 패널(300)의 표시 영역(DA)과 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩되고, 센서부(100)의 주변 영역(NSA)은 표시 패널(300)의 비표시 영역(NDA)과 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩될 수 있다.
센서부(100)의 감지 영역(SA)에는 터치 입력을 검출하기 위한 전극부(120)들 및 터치 압력을 검출하기 위한 스트레인 게이지(Strain Gauge)(150)들이 배치될 수 있다.
전극부(120)들은 행렬 행태로 배열될 수 있다. 즉, 전극부(120)들은 제1 방향(X축 방향) 및 제1 방향(X축 방향)에 수직인 제2 방향(Y축 방향)으로 배열될 수 있다. 전극부(120)들은 사각 형상으로 이루어질 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 전극부(120)들은 다각 형상, 원 형상 등 다양한 형상으로 이루어질 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서 전극부(120)들은 2 개 이상의 형상을 가질 수도 있다. 예를 들어, 전극부(120)들 중 일부는 사각 형상으로 이루어지고, 전극부(120)들 중 나머지는 원 형상으로 이루어질 수도 있다. 또한, 몇몇 실시예에서 전극부(120)들은 서로 다른 면적을 가질 수도 있다. 예를 들어, 표시 장치(1)에 카메라 등을 삽입하기 위한 홀이 형성되는 경우에 홀 주변의 전극부(120)들은 홀 형상을 따라 일부가 제거된 형상을 가질 수도 있다.
전극부(120)들 제1 방향(X축 방향) 및 제1 방향(X축 방향)과 교차하는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 서로 이격된 아일랜드(Island) 형태로 배치될 수 있다. 전극부(120)들은 제1 방향(X축 방향)으로 전극행을 이룰 수 있고, 제2 방향(Y축 방향)으로 전극열을 이룰 수 있다.
전극부(120)들의 형상, 크기, 및/또는 배치 방향 등이 특별히 한정되지는 않는다. 이와 관련한 비제한적인 실시예로서, 전극부(120)들은 후술할 도 4에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
전극부(120)들은 제어부(200)와 전기적으로 연결될 수 있으며, 제어부(200)로부터 터치 검출을 위한 구동신호(Ts)를 제공받을 수 있다. 또한, 전극부(120)들은 터치 검출을 위한 감지신호(Rs)를 제어부(200)로 출력할 수 있다.
전극부(120)들은 표시 패널(300)에 구비된 적어도 일 전극과 중첩될 수 있다. 예컨대, 표시 패널(300)이 유기 발광 다이오드 디스플레이 패널인 경우, 전극부(120)들은 표시 패널(300)의 캐소드 전극 등과 중첩할 수 있다.
스트레인 게이지(150)는 전극부(120)들 사이에 배치될 수 있다. 예를 들어, 스트레인 게이지(150)는 전극부(120)들과 동일층에 배치되되, 제2 방향(Y축 방향)으로 전극부(120)들 사이에 배치될 수 있다. 스트레인 게이지(150)는 제2 방향(Y축 방향)으로 전극부(120)들 사이마다 각각 배치될 수도 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 스트레인 게이지(150)는 제2 방향(Y축 방향)으로 전극부(120)들 중 일부 전극부(120) 사이에만 배치될 수도 있고, 몇몇 실시예에서 스트레인 게이지(150)는 제1 방향(X축 방향)으로 전극부(120)들 사이에 배치될 수도 있다.
스트레인 게이지(150)는 외부에서 힘이 가해지는 경우 길이 또는 단면적이 변화하여 저항 값이 변화할 수 있다. 스트레인 게이지(150)는 전극부(120)들과 절연될 수 있다.
도면상 도시되지 않았으나, 센서부(100)의 감지 영역(SA)에는 노이즈를 감지하기 위한 노이즈 감지전극부가 더 제공될 수 있다.
제어부(200)는 터치 구동부(210), 터치 검출부(230) 및 압력 검출부(250)를 포함할 수 있으며, 제어부(200)는 센서부(100)와 전기적으로 연결되어 센서부(100)에 구동신호(Ts)를 공급하고, 센서부(100)로부터 구동신호(Ts)에 대응하는 감지신호(Rs)를 수신하여 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 제어부(200)는 스트레인 게이지(150)와 전기적으로 연결되어 터치 압력을 검출할 수 있다.
터치 구동부(210)는 전극부(120)들에 터치 입력을 검출하기 위한 구동신호(Ts)를 제공할 수 있다.
터치 검출부(230)는 전극부(120)들로부터 구동신호(Ts)에 상응하는 감지신호(Rs)를 수신하여 터치 입력의 유무 및/또는 그 위치를 검출할 수 있다. 예를 들어, 전극부(120)들은 표시 패널(300)에 구비된 적어도 일 전극과 제1 정전 용량을 형성할 수 있다. 전극부(120)들 중에서 적어도 어느 하나에 사용자의 손가락이 접촉되면, 손가락과 전극부(120) 사이에 제2 정전 용량이 발생하게 되고, 제2 정전 용량에 의해 제1 정전 용량이 변동된다. 변동된 제1 정전 용량의 값은 손가락이 접촉된 전극부(120)에 연결된 배선(LL)을 통해 터치 검출부(230)로 전달된다. 터치 검출부(230)는 제1 정전 용량의 값이 수신되는 감지 배선(LL)을 확인하여 터치 위치를 검출할 수 있다. 즉, 터치 검출부(230)는 전극부(120)에 형성되는 자기 정전용량(self-capacitance)의 변화량을 감지하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
터치 검출부(230)는 수신한 감지신호(Rs)를 증폭하는 하나 이상의 증폭 회로, 상기 증폭 회로의 출력 단자와 연결된 아날로그 디지털 변환기(analog digital converter) 및 프로세서를 포함할 수 있다.
압력 검출부(250)는 스트레인 게이지(150)와 전기적으로 연결되고 스트레인 게이지(150)의 저항 값 변화에 기초하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 압력 검출부(250)는 스트레인 게이지(150)와 전기적으로 연결된 휘트스톤 브리지 회로부들을 포함할 수 있으며, 휘트스톤 브리지 회로부는 스트레인 게이지(150)에 대응하는 수만큼 제공될 수 있다.
터치 구동부(210), 터치 검출부(230) 및 압력 검출부(250)는 하나의 터치 IC의 내부에 집적될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 터치 구동부(210) 및 터치 검출부(230)는 하나의 터치 IC 내부에 집적되고, 압력 검출부(250)는 터치 IC 내부가 아닌 다른 부분에 위치할 수 있다. 예시적으로 압력 검출부(250)는 표시 패널(300) 상에 배치될 수도 있으며, 또는 별도의 연성회로기판 상에 배치될 수도 있다.
센서부(100) 상부에는 보호층(500)이 배치될 수 있다. 보호층(500)은 예컨대 윈도우 부재를 포함할 수 있다. 보호층(500)은 광학 투명 접착제 등에 의해 센서부(100) 상에 부착될 수 있다.
도시하지는 않았지만, 표시 장치(1)는 광학 부재를 더 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(100)와 보호층(500) 사이에 편광 필름 등의 광학 부재가 개재될 수 있다.
이하 도 4 내지 도 11을 더 참조하여 터치 센서(TSM)에 대해 보다 구체적으로 설명한다.
도 4는 일 실시예에 따른 터치 센서의 평면도이고, 도 5는 다른 실시예에 따른 터치 센서의 평면도이며, 도 6은 도 4의 A 부분을 확대한 일 실시예의 평면도이고, 도 7은 도 4의 A 부분을 확대한 다른 실시예의 평면도이며, 도 8은 다른 실시예에 따른 저항선을 나타낸 평면도이고, 도 9은 다른 실시예에 따른 저항선을 나타낸 평면도이며, 도 10은 다른 실시예에 따른 저항선을 나타낸 평면도이고, 도 11은 도 4의 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 절단한 단면도이다.
도 4 내지 도 11을 참조하면, 터치 센서(TSM)는 센서부(100) 및 제어부(200)를 포함한다. 제어부(200)에 대한 설명은 도 3과 결부하여 구체적으로 설명하였으므로 중복 설명은 생략한다.
센서부(100)는 베이스층(110) 및 베이스층(110) 상에 배치된 센싱 패턴(100a)을 포함한다. 센싱 패턴(100a)은 전극부(120)들 및 스트레인 게이지(150)들을 포함한다.
베이스층(110)은 감지 영역(SA) 및 주변 영역(NSA)을 포함할 수 있다. 베이스층(110)은 센싱 패턴(100a)의 기재가 되는 층으로서 몇몇 실시예에서 베이스층(110)은 표시 패널(300)을 구성하는 층 중 하나일 수도 있다. 예컨대, 센서부(100)와 표시 패널(300)이 일체로 구현되는 실시예에서, 베이스층(110)은 표시 패널(300)을 구성하는 적어도 하나의 층일 수 있다. 예시적으로 베이스층(110)은 표시 패널(300)의 박막 봉지층(Thin Film Encapsulation: TFE)일 수 있다. 또는 실시예에 따라 베이스층(110)은 경성 기판 또는 가요성 기판일 수 있다. 예컨대, 베이스층(110)은 유리 또는 강화 유리로 구성된 경성 기판, 또는 유연한 플라스틱 재질의 박막 필름으로 구성된 가요성 기판일 수도 있다. 이하에서는 베이스층(110)이 표시 패널(300)을 구성하는 적어도 하나의 층, 예컨대 박막 봉지층을 포함하는 층으로 이루어진 경우를 예시로 설명한다.
베이스층(110)의 감지 영역(SA) 상에는 아일랜드 형태로 배치된 전극부(120)들, 전극부(120)들 사이에 배치된 스트레인 게이지(150)들, 전극부(120)들과 전기적으로 연결되는 배선(LL)들, 스트레인 게이지(150)들과 연결되는 제1 신호선(SL1)과 제2 신호선(SL2)이 배치될 수 있다.
전극부(120)들은 상술한 바와 같이 행과 열을 따라 아일랜드 형태로 배열될 수 있다, 도 4에서는 전극부(120)들이 제2 방향(Y축 방향)을 따라 4개 배치되고, 제1 방향(X축 방향)을 따라 3개 배치되어, 제2 방향(Y축 방향)을 따라 순차적으로 제1 전극행(RD1), 제2 전극행(RD2), 제3 전극행(RD3) 및 제4 전극행(RD4)으로 배치되고, 제1 방향(X축 방향)을 따라 순차적으로 제1 전극열(CD1), 제2 전극열(CD2) 및 제3 전극열(CD3)으로 배치된 것으로 도시하였으나, 이는 설명의 편의를 위한 일 예시이며, 이에 한정되는 것은 아니고, 전극부(120)들의 개수 및 배치는 다양하게 변경될 수 있다.
전극부(120)들 베이스층(110) 상에 배치될 수 있으며, 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예시적으로 상기 도전성 물질은 금속이나 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu), 백금(Pt) 등을 들 수 있다. 또한, 전극부(120)들 투명 도전성 물질로 이루어질 수도 있다. 상기 투명 도전성 물질로는 은나노와이어(AgNW), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 및 SnO2(Tin Oxide), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀 (graphene) 등을 들 수 있다.
전극부(120)들은 단층구조로 이루어지거나, 또는 다층구조로 이루어질 수도 있다. 전극부(120)들이 다층구조로 이루어지는 경우, 전극부(120)들은 다층의 금속층들을 포함할 수 있다. 예시적으로 전극부(120)들은 티타늄/알루미늄/티타늄의 3층 구조를 가질 수도 있다.
또한, 전극부(120)들은 표시 패널(300)의 표시 영역(DA)에서 출력되는 광의 투과를 위하여 메쉬(mesh) 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 전극부(120)들은 다수의 메쉬 홀(MH)들을 포함할 수 있으며, 메쉬 홀(MH)에 의하여 베이스층(110)의 일부는 노출된다. 전극부(120)들의 메쉬 홀(MH)들은 표시 패널(300)의 발광 영역과 두께 방향인 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩할 수 있다. 또한, 메쉬 홀(MH)들의 면적은 표시 패널(300)의 발광 영역의 면적보다 크게 이루어질 수 있다. 이에 따라, 표시 패널(300)의 표시 영역(DA) 상에 전극부(120)들이 위치하여도, 전극부(120)들에 메쉬 홀(MH)이 배치되어 있으므로, 표시 패널(300)의 표시 영역(DA)에서 출력되는 광이 전극부(120)들을 통과하여 외부로 출력되는 것에는 문제가 없다.
스트레인 게이지(150)들은 베이스층(110)의 감지 영역(SA) 상에 배치되며, 전극부(120)들과 동일층에 배치될 수 있다. 또한, 스트레인 게이지(150)들과 전극부(120)들은 제3 방향(Z축 방향)으로 비중첩할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서 스트레인 게이지(150)들과 전극부(120)들은 제3 방향(Z축 방향)으로 일부 중첩할 수도 있다.
스트레인 게이지(150)들은 저항선(151) 및 연결선(153)을 포함할 수 있다.
저항선(151)은 제2 방향(Y축 방향)으로 전극부(120)들 사이에 배치될 수 있으며, 전극부(120)들과 이격될 수 있다.
저항선(151)은 소정의 패턴을 갖도록 구부러진 형상으로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 터치 센서(TSM)의 센서부(100)에 소정의 세기를 갖는 압력이 인가되면, 저항선(151)의 길이 또는 단면적이 변형이 발생하고. 저항선(151)의 길이 또는 단면적이 변형에 따라 저항 값이 변하게 된다. 이와 같이, 변화된 저항 값에 기초하여 터치 압력의 세기를 판별할 수 있다.
저항선(151)은 둘 이상의 절곡된 부분 및 제1 방향(X축 방향) 및 제1 방향(X축 방향)의 반대 방향으로 연장된 부분을 포함하는 형상으로 이루어질 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 다양한 형상을 가질 수 있다. 예를 들어, 도 8과 같이 저항선(151_1)은 둘 이상의 절곡된 부분 및 제2 방향(Y축 방향)으로 연장된 부분을 포함하는 형상으로 이루어질 수도 있으며, 도 9와 같이 저항선(151_2)은 둘 이상의 절곡된 부분 및 제1 방향(X축 방향)으로 연장된 부분을 포함하는 형상으로 이루어질 수도 있고, 도 10과 같이 제1 저항선(151_3)은 각진 나선형으로 감긴 형상으로 이루어질 수도 있으며, 도 10에 도시된 바와 달리 곡선의 나선형으로 감긴 형상으로 이루어질 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 저항선(151)의 형상은 위치 및 개수에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
저항선(151)은 전극부(120)들과 동일한 층에 배치될 수 있고, 저항선(151)은 전극부(120)들과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 저항선(151)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 저항선(151)과 전극부(120)는 동일한 공정으로 형성될 수 있고, 저항선(151)은 전극부(120)와 같이 메쉬(mesh) 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 저항선(151)은 다수의 메쉬 홀(MH)들을 포함할 수 있으며, 저항선(151)의 메쉬 홀(MH)에 의하여 베이스층(110)의 일부가 노출될 수 있다. 저항선(151)의 메쉬 홀(MH)들은 표시 패널(300)의 발광 영역과 두께 방향인 제3 방향(Z축 방향)으로 중첩할 수 있다. 또한, 저항선(151)의 메쉬 홀(MH)들의 면적은 표시 패널(300)의 발광 영역의 면적보다 크게 이루어질 수 있다. 이에 따라, 표시 패널(300)의 표시 영역(DA) 상에 저항선(151)이 위치하여도, 표시 패널(300)의 표시 영역(DA)에서 출력되는 광이 저항선(151)을 통과하여 외부로 출력되는 것에는 문제가 없다.
몇몇 실시예에서 저항선(151)은 메쉬 구조의 일부 영역을 제거하여 형성될 수 있다. 예를 들어, 메쉬 구조의 일부 영역을 제거하여 저항선(151)을 형성하는 경우, 서로 이격된 복수의 가지부가 형성될 수도 있다. 가지부는 메쉬 구조의 일부 영역을 제거하고 남은 잔여물일 수 있다. 또한, 몇몇 실시예에서는 도 7과 같이, 연결선(153), 저항선(151) 및 전극부(120)가 배치되지 않은 영역에 더미 패턴(DPT)이 배치될 수 도 있다. 더미 패턴(DPT)은 연결선(153), 저항선(151) 및 전극부(120)와 동일층에 배치되되, 연결선(153), 저항선(151) 및 전극부(120) 각각과 이격되어 배치될 수 있다. 이와 같은 더미 패턴(DPT)은 표시 영역(DA)에서 연결선(153), 저항선(151) 및 전극부(120)가 배치되지 않은 영역이 시인되어 화상의 품질이 저하되는 것을 방지할 수 있다.
연결선(153)은 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치된 저항선(151)들을 서로 전기적으로 연결할 수 있다. 도 4에서는 연결선(153)이 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치된 세 개의 저항선(151)들을 서로 전기적으로 연결하는 것을 도시하였으나, 이는 일 예시이며, 이에 한정되는 것은 아니다. 몇몇 실시예에서 연결선(153)은 제2 방향(Y축 방향)을 따라 이웃하는 두 개 저항선(151)만을 서로 전기적으로 연결할 수 있고, 몇몇 실시예에서 연결선(153)은 제1 방향(X축 방향)을 따라 배치된 저항선(151)들을 서로 전기적으로 연결할 수도 있다. 또한, 도면에는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치된 저항선(151)들을 서로 전기적으로 연결하는 연결선(153) 하나 배치된 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며, 연결선(153)이 두 개 이상 배치될 수도 있다. 연결선(153)이 복수 개 배치되는 경우, 저항선(151) 간의 접속 신뢰성을 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
연결선(153)은 저항선(151)과 직접 접촉할 수 있고, 연결선(153)은 전극부(120)들과 접촉하지 않고 이격될 수 있다.
연결선(153)은 저항선(151) 및 전극부(120)들과 동일한 층에 배치될 수 있고, 연결선(153)은 저항선(151) 및 전극부(120)들과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 연결선(153)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 또한, 연결선(153)은 저항선(151) 및 전극부(120)는 동일한 공정으로 형성될 수 있고, 연결선은 저항선(151) 및 전극부(120)와 같이 메쉬(mesh) 구조로 이루어질 수 있다.
절연층(IL)은 전극부(120)들, 연결선(153) 및 저항선(151) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(IL)은 전극부(120)들, 연결선(153) 및 저항선(151)을 덮을 수 있다. 즉, 절연층(IL)은 전극부(120)들, 연결선(153), 저항선(151) 및 베이스층(110)과 접촉할 수 있으며, 전극부(120)들, 연결선(153) 및 저항선(151) 각각에 배치된 메쉬 홀(MH)에는 절연층(IL)을 이루는 절연 물질로 채워질 수 있다. 절연층(IL)에 의하여 동일층에 배치된 전극부(120)들과 스트레인 게이지(150)는 서로 절연될 수 있다.
절연층(IL)은 절연 물질을 포함할 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 절연물질은 무기 절연물질 또는 유기 절연물질일 수 있다. 무기 절연물질은 알루미늄 옥사이드, 티타늄 옥사이드, 실리콘 옥사이드, 실리콘 옥시나이트라이드, 지르코늄 옥사이드, 및 하프늄 옥사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 유기 절연물질은 아크릴계 수지, 메타크릴계 수지, 폴리이소프렌, 비닐계 수지, 에폭시계 수지, 우레탄계 수지, 셀룰로오스계 수지, 실록산계 수지, 폴리이미드계 수지, 폴리아미드계 수지 및 페릴렌계 수지 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
센서부(100)는 배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(100)는 전극부(120)들 각각에 연결되는 배선(LL)들과 저항선(151)과 연결되는 제1 신호선(SL1) 및 제2 신호선(SL2)을 포함할 수 있다.
배선(LL)들의 일단은 전극부(120)들에 각각 연결되고, 배선(LL)들의 수는 전극부(120)들의 수와 동일할 수 있다. 예를 들어, 전극부(120)들이 제1 방향(X축 방향)으로 n개 배열될 때 n개의 전극부(120)들에 대응하여 n개의 배선(LL)이 배치되며, 제1 방향(X축 방향)으로 n개의 전극부(120)들이 배열된 제1 전극행(RD1)이 제2 방향(Y축 방향)으로 m개 배열될 때, 배선(LL)들은 n×m 개 배치될 수 있다. n×m 개의 배선(LL)의 타단은 패드부(TP)에 연결될 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 몇몇 실시예에서는 복수의 전극부(120)가 전극 그룹을 이루는 경우, 하나의 전극 그룹에 하나의 배선(LL)이 연결될 수도 있다. 이 경우, 배선(LL2)들의 수는 전극부(120)들의 수보다 적게 배치될 수도 있다.
제1 신호선(SL1)의 일단은 스트레인 게이지(150)의 일단과 연결되고, 제2 신호선(SL2)의 일단은 스트레인 게이지(150)의 타단과 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4와 같이 스트레인 게이지(150)의 연결선(153)이 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치된 세 개의 저항선(151)들의 일단을 서로 전기적으로 연결하는 경우, 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치된 첫 번째 저항선(151)의 타단에는 제1 신호선(SL1)이 연결되며, 세 번째 저항선(151)의 타단에는 제2 신호선(SL2)이 연결될 수 있다. 또한, 제1 신호선(SL1) 및 제2 신호선(SL2)의 타단은 패드부(TP)에 연결될 수 있다.
배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)은 전극부(120)들, 연결선(153) 및 저항선(151)과 동일한층에 배치될 수 있고, 배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)은 전극부(120)들, 연결선(153) 및 저항선(151)과 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 또한 배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)은 전극부(120)들, 연결선(153) 및 저항선(151)과 동일한 공정으로 형성될 수 있고, 메쉬(mesh) 구조로 이루어질 수 있다.
패드부(TP)는 제1 방향(x)을 따라 배치된 복수의 패드를 포함하고, 각각의 패드에는 배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)이 연결될 수 있다. 또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 패드부(TP)는 인접한 스트레인 게이지(150)를 서로 전기적으로 연결시키는 신호선 연결 패턴(CNL)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 신호선 연결 패턴(CNL)은 제1 전극열(CD1)에 배치된 스트레인 게이지(150)의 제2 신호선(SL2)과 제2 전극열(CD2)에 배치된 스트레인 게이지(150)의 제1 신호선(SL1)을 전기적을 연결할 수 있으며, 제2 전극열(CD2)에 배치된 스트레인 게이지(150)의 제2 신호선(SL2)과 제3 전극열(CD3)에 배치된 스트레인 게이지(150)의 제1 신호선(SL1)을 전기적을 연결할 수 있다. 이 경우, 제1 전극열(CD1)에 배치된 스트레인 게이지(150), 제2 전극열(CD2)에 배치된 스트레인 게이지(150) 및 제3 전극열(CD3)에 배치된 스트레인 게이지(150)는 하나의 센서로써 압력을 감지할 수 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니며, 도 5와 같이, 센서부(100_1)의 패드부(TP)는 인접한 스트레인 게이지(150)를 서로 전기적으로 연결시키는 신호선 연결 패턴(CNL)을 비포함할 수 있다. 이 경우에는 제1 전극열(CD1)에 배치된 스트레인 게이지(150), 제2 전극열(CD2)에 배치된 스트레인 게이지(150) 및 제3 전극열(CD3)에 배치된 스트레인 게이지(150)는 제1 압력 센서(GR1), 제2 압력 센서(GR2) 및 제3 압력 센서(GR3)로써 각각 압력을 감지할 수 있다. 이와 같이, 신호선 연결 패턴(CNL)을 통하여 스트레인 게이지(150)들을 그룹화할 수 있으며, 신호선 연결 패턴(CNL)의 배치는 다양하게 변형 가능하다.
상술한 실시예에 따른 터치 센서(TSM)는 전극부(120)들, 스트레인 게이지(150), 배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)이 감지 영역(SA)에서 모두 동일층에 배치되므로, 하나의 마스크 공정을 통하여 전극부(120)들, 스트레인 게이지(150), 배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)을 동시에 형성할 수 있는 이점이 있다. 이에 따라, 표시 장치(1)의 제조 공정이 간소화되어 생선성을 효과적으로 향상시킬 수 있게 됨과 동시에 또한 터치 센서(TSM)를 박형으로 구현할 수 있게 된다.
한편, 상술한 실시예들에 따라, 센서부(100)의 기재가 되는 베이스층(110)은 유기 발광 다이오드 표시 패널의 박막 봉지층(Thin Film Encapsulation: TFE)일 수 있다. 이 경우, 베이스층(110)은 각각 적어도 하나의 유기막 및 무기막을 포함하는 다중층으로 구현되거나, 유무기 물질을 복합적으로 포함하는 단일층으로 구현될 수 있다. 일례로, 베이스층(110)은, 적어도 두 개의 무기막과, 상기 무기막의 사이에 개재된 적어도 하나의 유기막을 포함한 다중층으로 구성될 수 있다. 이와 같이, 베이스층(110)이 유기 발광 다이오드 표시 패널의 박막 봉지층으로 구현되는 표시 장치에서, 베이스층(110)의 일면에는 표시 패널(300)의 구성들이 배치되고, 베이스층(110)의 타면에는 센서부(100)를 구성하는 전극들이 배치될 수 있다.
도 12는 일 실시예에 따른 표시 패널의 화소와 센서부의 배치 관계를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 13은 도 12의 Ⅱ-Ⅱ'를 따라 자른 단면도이다.
도 12는 평면상 도 4의 전극부(120) 및 절연층(IL1)이 중첩되는 영역을 예시적으로 도시하였으며, 메쉬 구조를 이루는 스트레인 게이지(150), 배선(LL)들 및 신호선들(SL1, SL2)의 경우에도 표시 패널(300)의 화소와의 배치 관계가 동일할 수 있다.
도 12를 참조하면, 표시 패널(300)은 복수의 화소(P)를 포함한다. 각 화소(P)는 발광 영역(EMA) 및 비발광 영역(NEM)을 포함할 수 있다.
화소(P)는 제1 색 화소, 제2 색 화소 및 제3 색 화소를 포함할 수 있다. 각 색 화소(P)는 다양한 방식으로 배열될 수 있다. 일 실시예에서, 제1 방향(X축 방향)을 따라 제1 행을 이루며 제1 색 화소(예컨대, 적색 화소)와 제2 색 화소(예컨대, 청색 화소)가 교대 배열되고, 그에 인접하는 제2 행은 제1 방향(X축 방향)을 따라 제3 색 화소(예컨대, 녹색 화소)가 배열될 수 있다. 제2 행에 속하는 화소는 제1 행에 속하는 화소에 대해 제1 방향(X축 방향)으로 엇갈려 배치될 수 있다. 제2 행에 속하는 제3 색 화소의 개수는 제1 행에 속하는 제1 색 화소 또는 제2 색 화소의 개수의 2배일 수 있다. 상기 제1 행과 제2 행의 배열은 제1 방향(X축 방향)을 따라 반복될 수 있다.
각 색 화소(P) 내의 발광 영역(EMA)의 크기는 상이할 수 있다. 예를 들어, 제2 색 화소의 발광 영역(EMA_B)은 제1 색 화소의 발광 영역(EMA_R)보다 크고, 제3 색 화소의 발광 영역(EMA_G)은 제1 색 화소의 발광 영역(EMA_R)의 크기보다 작을 수 있다.
각 색 화소(P)의 발광 영역(EMA)의 형상은 대체로 팔각형일 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니고, 각 발광 영역(EMA)의 형상은 원형, 마름모나 기타 다른 다각형, 모서리가 둥근 다각형 등일 수 있다.
전술한 바와 같이 전극부(120)들은 메쉬 홀(MH) 및 바디부(BP)로 구분될 수 있다. 메쉬 홀(MH)은 두께 방향으로 발광 영역(EMA)과 중첩할 수 있으며, 메쉬 홀(MH)의 면적은 발광 영역(EMA)의 면적보다 클 수 있다. 바디부(BP)는 비발광 영역(NEM)과 두께 방향으로 중첩할 수 있으며, 바디부(BP)의 폭은 비발광 영역(NEM)의 폭보다 작을 있다. 이와 같은 구조를 통하여, 표시 패널(300)의 발광 영역(EMA)에서 출력되는 광이 효과적으로 전극부(120)를 투과할 수 있게 된다.
도 13을 참조하면, 베이스 기판(330) 상에 화소마다 제1 전극(EL1)이 배치된다. 제1 전극(EL1) 상에는 제1 전극(EL1)을 노출하는 화소 정의막(PDL)이 배치될 수 있다. 화소 정의막(PDL)은 비발광 영역(NEM) 내에 배치된다.
화소 정의막(PDL)이 노출하는 제1 전극(EL1) 상에 발광층(EML)이 배치되고, 그 위에 제2 전극(EL2)이 배치될 수 있다. 제2 전극(EL2)은 화소의 구별없이 전면적으로 배치될 수 있다. 제1 전극(EL1), 발광층(EML) 및 제2 전극(EL2)은 각각 발광 소자(350)를 구성한다.
제2 전극(EL2) 상부에는 제1 무기막(1101), 유기막(1102) 및 제2 무기막(1103)을 포함하는 박막 봉지층(1100)이 배치되고, 그 위에 전극부(120), 및 절연층(IL)이 순차 배치될 수 있다.
바디부(BP)는 화소 정의막(PDL)과 중첩 배치되고, 비발광 영역(NEM) 내에 위치할 수 있다. 즉, 바디부(BP)는 발광 영역(EMA)과 중첩하지 않기 때문에 발광을 방해하지 않을 수 있다.
도 14는 일 실시예에 따른 터치 센서의 터치 위치 검출 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 및 도 14를 참조하면, 터치 구동부(210)는 배선(LL)을 통해 전극부(120)들에 구동신호(Ts)를 제공할 수 있으며, 터치 검출부(230)는 배선(LL)을 통해 전극부(130)들로부터 감지신호(Rs)를 전달받을 수 있다. 감지신호(Rs)는 상술한 바와 같이, 전극부(120)에 형성되는 자기 정전용량(self-capacitance)의 변화량 정보를 포함할 수 있다.
터치 검출부(230)는 OP 앰프(operational amplifier)와 같은 적어도 하나의 제1 증폭 회로(231), 아날로그 디지털 변환기(233) 및 프로세서(235)를 포함할 수 있다.
제1 증폭 회로(231)는 제1 입력 단자(231a), 제2 입력 단자(231b) 및 출력 단자(231c)를 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1 증폭 회로(231)의 제1 입력 단자(231a), 예컨대 OP 앰프의 반전 입력 단자는 배선(LL) 등을 매개로 전극부(130)들과 전기적으로 연결될 수 있으며, 제1 입력 단자(231a)에는 감지신호(Rs)가 입력될 수 있다.
제1 증폭 회로(231)의 제2 입력 단자(231b), 예컨대 OP 앰프의 비반전 입력 단자는 기준 전위 단자로서, 일례로 기준 전원(REF)에 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서 상기 기준 전원은 접지(ground: GND) 전원일 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 센서부(100)가 노이즈 감지전극부를 포함하는 경우, 제2 입력 단자(231b)는 노이즈 감지전극부와 전기적으로 연결될 수 있다.
노이즈 감지전극부를 포함하는 경우, 터치 센서(TSM)는 표시 패널(300) 등으로부터 유입되는 노이즈 신호를 효과적으로 상쇄할 수 있으며, 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다. 이에 따라, 노이즈 신호에 따른 터치 센서(TSM)의 오동작을 최소화하고, 센싱 감도를 향상시킬 수 있다.
몇몇 실시예에서, 제1 증폭 회로(231)의 제1 입력 단자(231a)와 출력 단자(231c) 사이에는 커패시터(C) 및 리셋 스위치(SW)가 서로 병렬로 연결될 수 있다.
한편, 상술한 예시에서는 제1 증폭 회로(231)가 반전 증폭 회로 형태로 구현됨을 기재하였으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 다른 실시예에서 제1 증폭 회로(231)는 비반전 증폭 회로 등의 형태로 구현될 수도 있다.
제1 증폭 회로(231)의 출력 단자(231c)는 아날로그-디지털 변환기(233)와 전기적으로 연결될 수 있다.
아날로그-디지털 변환기(233)는 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 실시예에 따라, 아날로그-디지털 변환기(233)는 각각의 전극부(120)들과 1:1로 대응하도록 전극부(120)들의 개수만큼 구비될 수 있다. 또는, 다른 실시예에서는 각각의 전극부(120)들이 하나의 아날로그 디지털 변환기(233)를 공유하도록 구성될 수도 있으며, 이러한 경우 채널 선택을 위한 스위칭 회로가 추가적으로 구비될 수 있다.
프로세서(235)는 아날로그 디지털 변환기(233)로부터의 변환 신호(디지털 신호)를 신호 처리하고, 신호 처리 결과에 따라 터치 입력을 검출한다. 일례로, 프로세서(235)는 제1 증폭 회로(231)에서 증폭되고 아날로그 디지털 변환기(233)에서 변환된 감지신호를 종합적으로 분석하여 터치 입력의 발생 여부 및 그 위치를 검출할 수 있다. 실시예에 따라, 프로세서(235)는 마이크로 프로세서(Microprocessor: MPU)로 구현될 수 있다. 이 경우, 터치 검출부(230)의 내부에는 프로세서(235)의 구동에 필요한 메모리가 추가적으로 구비될 수 있다. 한편, 프로세서(235)의 구성이 이에 한정되지는 않는다. 다른 예로서, 프로세서(235)는 마이크로 컨트롤러(Microcontroller: MCU) 등으로 구현될 수도 있다.
도 15는 일 실시예에 따른 터치 센서의 스트레인 게이지 및 신호선들의 배치 및 휘트스톤 브리지 회로부와의 연결관계를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 16은 일 실시예에 따른 터치 센서의 제1 스트레인 게이지와 전기적으로 연결된 제1 휘트스톤 브리지 회로부를 포함하는 제1 압력 감지부를 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 15 및 도 16을 참조하면, 스트레인 게이지(150)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 일정 거리로 이격되어 위치하는 일단(E1a) 및 타단(E2a)을 포함할 수 있다. 그리고 상술한 바와 같이 스트레인 게이지(150)의 일단(E1a)은 제1 신호선(SL1)과 연결되고 제1 스트레인 게이지(150)의 타단(E2a)은 제2 신호선(SL2)과 연결될 수 있다.
본 도면에서는 설명의 편의상 1개의 스트레인 게이지(150)를 예시적으로 도시하였으나, 상술한 바와 같이 감지 영역(SA) 상에는 복수의 스트레인 게이지(150)가 배치될 수 있다. 즉, 스트레인 게이지(150)와 전기적으로 연결된 휘트스톤 브리지 회로부(WB)도 배치된 스트레인 게이지(150)에 대응하는 수만큼 개별적으로 연결되어 제어부(200) 상에 제공될 수 있다.
압력 검출부(250)는 휘트스톤 브리지 회로부(WB)를 포함할 수 있다. 압력 검출부(250)는 휘트스톤 브리지 회로부(WB)로부터 출력된 제1 전압(Va)을 검출하기 위한 아날로그-디지털 변환기 및 프로세서를 더 포함할 수 있다
휘트스톤 브리지 회로부(WB)는 제1 노드(N1), 제2 노드(N2), 제1 출력 노드(N3) 및 제2 출력 노드(N4)를 포함한다. 제1 노드(N1)에는 구동전압(Vs)이 제공될 수 있으며, 제2 노드(N2)는 접지부(GND)와 연결될 수 있다.
휘트스톤 브리지 회로부(WB)는 제2 노드(N2) 및 제2 출력 노드(N4)에 연결된 제1 저항(WBa), 제1 노드(N1) 및 제2 출력 노드(N4)에 연결된 제2 저항(WBb), 제2 노드(N2) 및 제1 출력 노드(N3)에 연결된 제3 저항(WBc)을 더 포함할 수 있다.
제1 저항(WBa)의 저항값(R1), 제2 저항(WBb)의 저항값(R2), 제3 저항(WBc)의 저항값(R3)은 각각 소정의 값을 가질 수 있다. 즉, 제1 저항(WBa) 내지 제3 저항(WBc)은 고정 저항(fixed resistor)일 수 있다.
휘트스톤 브리지 회로부(WB)는 OP 앰프(operational amplifier)와 같은 제2 증폭 회로(251a)를 더 포함할 수 있다. 제2 증폭 회로(251a)는 반전 입력 단자, 비반전 입력 단자, 및 출력 단자를 포함할 수 있다. 제2 증폭 회로(251a)를 통해 제1 출력 노드(N3)와 제2 출력 노드(N4) 사이의 전기적 흐름을 감지할 수 있다. 즉, 제2 증폭 회로(251a)는 검류 소자 또는 전압 측정 소자로 동작할 수 있다.
제1 출력 노드(N3) 및 제2 출력 노드(N4) 중 어느 하나는 제2 증폭 회로(251a)의 입력 단자 중 어느 하나에 전기적으로 연결되고 다른 하나는 제2 증폭 회로(251a)의 다른 입력 단자에 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 제1 출력 노드(N3)는 제2 증폭 회로(251a)의 반전 입력 단자에 연결되고, 제2 출력 노드(N4)는 제2 증폭 회로(251a)의 비반전 입력 단자에 연결될 수 있다.
제2 증폭 회로(251a)의 출력 단자는 양 입력 단자에 입력된 전압 값의 차에 비례하는 제1 전압(Va)을 출력할 수 있다.
스트레인 게이지(150)의 일단(E1a)은 제1 신호선(SL1)을 매개로 제1 노드(N1)에 전기적으로 연결되고, 스트레인 게이지(150)의 타단(E2a)은 제2 신호선(SL2)을 매개로 제1 출력 노드(N3)에 연결될 수 있다.
본 실시예에서 스트레인 게이지(150), 제1 저항(WBa), 제2 저항(WBb) 및 제3 저항(WBc)은 서로 연결되어 휘트스톤 브리지 회로부(WB)를 구현할 수 있다.
터치 입력이 가해지지 않은 상태에서 스트레인 게이지(150)의 저항값(Ra)과 제1 저항(WBa)의 저항값(R1)의 곱은 제2 저항(WBb)의 저항값(R2)과 제3 저항(WBc)의 저항값(R3)의 곱과 실질적으로 동일할 수 있다.
이와 같이 스트레인 게이지(150)의 저항값(Ra)과 제1 저항(WBa)의 저항값(R1)의 곱이 제2 저항(WBb)의 저항값(R2)과 제3 저항(WBc)의 저항값(R3)의 곱과 동일한 경우, 제1 출력 노드(N3)와 제2 출력 노드(N4)의 전압은 서로 동일할 수 있다. 제1 출력 노드(N3)와 제2 출력 노드(N4)의 전압이 서로 동일한 경우, 제1 출력 노드(N3)와 제2 출력 노드(N4)의 전압차는 0V 이며, 제2 증폭 회로(251a)에 의해 출력된 제1 전압(Va)은 0V 일 수 있다.
센서부(100)에 터치 입력이 가해지면, 터치의 세기에 따라 스트레인 게이지(150)의 형상이 변형되고, 형상 변형에 의해 스트레인 게이지(150)의 저항값(Ra)이 변화될 수 있으며, 이에 따라 제1 출력 노드(N3)와 제2 출력 노드(N4) 사이에는 전압차가 발생된다. 제1 출력 노드(N3)와 제2 출력 노드(N4) 사이에 전압차가 발생된 경우, 제2 증폭 회로(251a)는 제1 전압(Va)으로 0V 가 아닌 값을 출력하게 되고, 터치 센서는 이를 측정하여 터치의 세기 또는 터치의 압력을 검출할 수 있다.
도 17은 다른 실시예에 따른 터치 센서의 평면도이고, 도 18은 다른 실시예에 따른 터치 센서의 평면도이며, 도19는 도 17에 도시된 터치 센서의 블록도이며, 도 20은 도 17의 B 부분을 확대한 일 실시예의 평면도이고, 도 21은 도 17의 B 부분을 확대한 다른 실시예의 평면도이며, 도 22은 도 17의 Ⅲ-Ⅲ'을 따라 절단한 단면도이다. 도 17 내지 도 22의 실시예는 전극부의 구조 및 스트레인 게이지의 형상에 있어서, 도 4 내지 도 11의 실시예와 차이점이 있다. 도 4 내지 도 11의 실시예와 중복되는 설명은 피하고 차이점 위주로 설명한다.
도 17 및 도 22를 참조하면, 센서부(100_2)의 감지 영역(SA)에는 터치 입력을 검출하기 위한 전극부(120_1)들이 배치될 수 있으며, 전극부(120_1)들은 제1 방향(X축 방향)으로 이격되어 배치될 수 있다. 예를 들어, 전극부(120_1)는 제1 전극열(CD1), 제2 전극열(CD2) 및 제3 전극열(CD3)에 각각 배치될 수 있다. 이하에서는, 설명의 편의를 위하여 제1 전극열(CD1)에 배치된 전극부(120_1)를 기준으로 설명한다.
제1 전극부(121)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연장된 바(BAR) 형상을 가질 수 있다. 또한, 복수의 제1 전극부(121)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 이격 배치될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극부(121)는 제1 전극행(RD1), 제2 전극행(RD2) 및 제3 전극행(RD3)에 각각 배치될 수 있다.
제2 전극부(123)는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 각각 연장된 제1 유닛(123a)과 제2 유닛(123b)을 포함할 수 있으며, 제1 방향(x)을 따라 서로 이격 배치될 수 있다. 제1 전극부(121) 및 제2 전극부(123)는 서로 이격되어 배치되고, 서로 절연될 수 있다.
제1 유닛(123a) 및 제2 유닛(123b) 각각은 돌출부(PP)들과 돌출부(PP)들을 제2 방향(Y축 방향)으로 연결하는 연결부(CP)를 포함할 수 있다. 제1 유닛(123a)의 돌출부(PP)와 제2 유닛(123b)의 돌출부(PP)는 제2 방향(Y축 방향)으로 일정거리 이격되며 서로 교번하여 배치될 수 있다. 제1 유닛(123a)의 연결부(CP)는 제1 유닛(123a)의 돌출부(PP)들을 제1 유닛(123a)의 돌출부(PP)들의 일단에서 연결할 수 있으며, 제2 유닛(123b)의 연결부(CP)는 제2 유닛(123b)의 돌출부(PP)를 제2 유닛(123b)의 돌출부(PP)의 타단에서 연결할 수 있다. 이에 따라, 제1 유닛(123a)의 연결부(CP)와 제2 유닛(123b)의 연결부(CP) 사이에는 제1 유닛(123a)의 돌출부(PP) 및 제2 유닛(123b)의 돌출부(PP)가 위치할 수 있다.
제1 전극부(121)들 및 제2 전극부(123)들 각각은 제어부(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 몇몇 실시예에서 제2 전극부(123)는 제어부(200)로부터 터치 검출을 위한 구동신호(Ts)를 제공받는 구동 전극부 일 수 있으며, 제1 전극부(121)는 제어부(200)에 터치 검출을 위한 감지신호(Rs)를 출력하는 감지 전극부 일 수 있다. 또한, 제1 전극부(121)들 및 제2 전극부(123)들 각각은 표시 패널(300)의 표시 영역(DA)에서 출력되는 광의 투과를 위하여 메쉬(mesh) 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 제1 전극부(121)들 및 제2 전극부(123)들 각각은 다수의 메쉬 홀(MH)들을 포함할 수 있으며,
센서부(100)의 감지 영역(SA)에는 터치 압력을 검출하기 위한 스트레인 게이지(150)가 제공될 수 있다. 스트레인 게이지(150)는 전극부(120_1)들 사이에 배치될 수 있다. 또한, 스트레인 게이지(150)는 전극부(120_1)들과 동일층에 배치되되, 스트레인 게이지(150)는 전극부(120_1)들과 두께 방향으로 비중첩할 수 있다.
스트레인 게이지(150)는, 제1 유닛(123a)의 돌출부(PP)와 제2 유닛(123b) 돌출부(PP) 사이에 배치되는 저항선(151)과, 인접한 저항선(151)을 연결하는 연결선(153)을 포함할 수 있다. 저항선(151)은 둘 이상의 절곡된 부분 및 제1 방향(X축 방향) 및 제1 방향(X축 방향)의 반대 방향으로 연장된 부분을 포함하는 형상으로 이루어질 수도 있다. 다만, 이에 한정되는 것은 아니고, 전술한 바와 같이, 저항선(151)은 다양한 형상을 가질 수 있다.
스트레인 게이지(150)는 제1 전극부(121)들 및 제2 전극부(123)들과 같이 메쉬(mesh) 구조로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 스트레인 게이지(150)는 다수의 메쉬 홀(MH)들을 포함할 수 있다.
스트레인 게이지(150)는 외부에서 힘이 가해지는 경우 길이 또는 단면적이 변화하여 저항 값이 변화할 수 있다.
절연층(IL)은 제1 전극부(121)들 및 제2 전극부(123)들, 연결선(153) 및 저항선(151) 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 절연층(IL)은 전극부(120)들, 연결선(153) 및 저항선(151)을 덮을 수 있다. 스트레인 게이지(150)는 제1 전극부(121)들 및 제2 전극부(123)들과 절연될 수 있다. 감지 영역(SA)은 제1 전극부(121)들 및 제2 전극부(123)들이 배치된 터치 위치 감지 영역(TSA)과, 저항선(151)이 배치된 터치 압력 감지 영역(PSA)을 포함할 수 있다.
터치 구동부(210)는 제2 전극부(123)에 터치 입력을 검출하기 위한 구동신호(Ts)를 제공할 수 있다. 터치 검출부(230)는 제1 전극부(121)로부터 구동신호(Ts)에 상응하는 감지신호(Rs)를 수신하여 터치 입력의 유무 및/또는 그 위치를 검출할 수 있다. 감지신호(Rs)는 제1 전극부(121)와 제2 전극부(123) 사이에 발생하는 상호 정전용량(mutual-capacitance)의 변화량일 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 입력이 발생하게 되면, 터치 입력이 제공된 지점 혹은 그 주변부에서는 정전용량이 변화된다. 터치 검출부(230)는 감지신호(Rs)로서 제1 전극부(121)와 제2 전극부(123) 사이의 상호 정전용량의 변화량을 수신하고 이를 이용하여 터치입력의 유무 및/또는 그 위치를 파악할 수 있다. 또한, 압력 검출부(250)를 통하여 스트레인 게이지(150)의 저항 값 변화에 기초하여 터치 압력을 검출할 수 있다.
센서부(100_2)는 배선들(LL1, LL2) 및 신호선들(SL1, SL2)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 센서부(100_2)는 제1 전극부(121)들 각각에 연결되는 제1 배선(LL1)과, 제2 전극부(123)들 각각에 연결되는 제2 배선(LL2)과, 저항선(151)과 연결되는 제1 신호선(SL1) 및 제2 신호선(SL2)을 포함할 수 있다.
제1 배선(LL1)들의 일단은 제1 전극부(121)들에 각각 연결되고, 제2 배선(LL2)들의 일단은 제2 전극부(123)들에 각각 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 배선(LL2)의 경우 제2_1 배선(LL2_1)과 제2_2 배선(LL2_2)을 포함할 수 있고, 제2_1 배선(LL2_1)의 일단은 제1 유닛(123a)에 연결되고, 제2_2 배선(LL2_2)의 일단은 제2 유닛(123b)에 연결될 수 있다. 제1 배선(LL1)들 및 제2 배선(LL2)들의 타단은 패드부(TP)에 연결될 수 있다.
제1 신호선(SL1)의 일단은 스트레인 게이지(150)의 일단과 연결되고, 제2 신호선(SL2)의 일단은 스트레인 게이지(150)의 타단과 연결될 수 있다. 보다 구체적으로, 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치된 최상측에 배치된 저항선(151)의 일단(연결선이 연결된 타단의 반대)에는 제1 신호선(SL1)이 연결되며, 제2 방향(Y축 방향)을 따라 첫 번째 배치된 저항선(151)의 타단(연결선이 연결된 일단의 반대)에는 제2 신호선(SL2)이 연결될 수 있다. 또한, 제1 신호선(SL1) 및 제2 신호선(SL2)의 타단은 패드부(TP)에 연결될 수 있다.
배선들(LL1, LL2) 및 신호선들(SL1, SL2)은 전극부(120_1)들, 연결선(153) 및 저항선(151)과 동일한층에 배치될 수 있고, 배선들(LL1, LL2) 및 신호선들(SL1, SL2)은 전극부(120_1)들, 연결선(153) 및 저항선(151)과 동일한 물질 및 동일한 공정으로 형성될 수 있고, 메쉬(mesh) 구조로 이루어질 수 있다.
패드부(TP)는 제1 방향(X축 방향)을 따라 배치된 복수의 패드를 포함하고, 각각의 패드에는 배선들(LL1, LL2) 및 신호선들(SL1, SL2)이 연결될 수 있다. 또한, 도 17와 같이 패드부(TP)는 인접한 스트레인 게이지(150)를 서로 전기적으로 연결시키는 신호선 연결 패턴(CNL)을 포함할 수 있다. 신호선 연결 패턴(CNL)의 배치 구조는 도 4 및 도 5와 동일하므로 중복 설명은 생략한다.
도 23은 다른 실시예에 따른 터치 센서의 단면도이고, 도 24는 다른 실시예에 따른 터치 센서의 온도 보상 모듈의 평면도이다. 도 23 및 도 24의 실시예는 터치 센서(TSM)가 온도 보상 모듈(TRM)을 더 포함한다는 점에서 도 1 내지 도 22의 실시예와 차이점이 있다. 도 1 내지 도 22의 실시예와 중복되는 설명은 생략하고 차이점 위주로 설명한다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 온도 보상 모듈(TRM)은 온도 보상부(101) 및 제어부(200_1)를 포함할 수 있다. 온도 보상부(101)는 센서부(도 1의 '100')와 중첩되도록 배치될 수 있다. 온도 보상부(101)가 온도를 감지하여 보상하는 영역은 센서부(100)가 터치 입력을 감지할 수 있는 감지 영역(SA)과 대응할 수 있다. 또한, 온도 보상부(101)는 표시 패널(도 1의 '300')과 센서부(도 1의 '100') 사이에 배치될 수 있다. 즉, 감지 영역(SA)은 전극부(120)들이 배치된 터치 위치 감지 영역(TSA)과, 저항선(151)이 배치된 터치 압력 감지 영역(PSA)과, 온도 보상 저항선(171)이 배치된 온도 보상 영역(TRA)을 포함할 수 있다.
온도 보상부(101)는 온도 보상 패턴(170) 및 이에 연결된 온도 보상 신호선들(TSL1, TSL2)을 포함하며, 온도 보상 패턴(170) 및 이에 연결된 온도 보상 신호선들(TSL1, TSL2)은 베이스층(110) 상에 배치되며, 메쉬 구조를 이루어질 수 있다.
온도 보상 패턴(170)은 도 4의 스트레인 게이지(150)와 대응하여 배치될 수 있다. 예를 들어, 온도 보상 패턴(170)과 스트레인 게이지(150)는 두께 방향으로 중첩될 수 있다.
온도 보상 패턴(170)은 온도 보상 저항선(171) 및 온도 보상 연결선(173)을 포함할 수 있다.
온도 보상 저항선(171)은 스트레인 게이지(150)의 저항선(151)과 동일한 형상일 수 있다. 예를 들어, 온도 보상 저항선(171)은 저항선(151)에 대응하도록 소정의 패턴을 갖도록 구부러진 형상으로 이루어질 수 있다. 다만 이에 제한되는 것은 아니며, 온도 보상 저항선(171)의 형상이 저항선(151)과 상이한 형상일 수도 있다. 그러나, 온도 보상 저항선(171)의 형상이 저항선(151)과 상이한 형상을 가지더라도 온도 보상 저항선(171)과 저항선(151)의 저항값은 동일할 수 있다. 온도 보상 연결선(173)은 제2 방향(Y축 방향)을 따라 배치된 온도 보상 저항선(171)을 서로 전기적으로 연결할 수 있다.
제1 온도 보상 패턴(170) 상에는 제1 절연층(IL1)이 배치될 수 있으며, 제1 절연층(IL1)은 센서부(도 1의 '100')의 센싱 패턴(도 4의 '100a')이 배치될 공간을 제공할 수 있다. 센싱 패턴(100a)은 도 1 내지 도 7에서 설명한 센싱 패턴(100a)뿐만 아니라 도 18 내지 도 22에서 설명한 센싱 패턴(100a)도 적용될 수 있음은 물론이다. 제1 절연층(IL1)은 각각 적어도 하나의 유기막 및 무기막을 포함하는 다중층으로 구현되거나, 유무기 물질을 복합적으로 포함하는 단일층으로 구현될 수 있다.
온도 보상 신호선들(TSL1, TSL2)은 온도 보상 패턴(170)의 일단과 연결된 제1 온도 보상 신호선(TSL1) 및 온도 보상 패턴(170)의 타단과 연결된 제2 온도 보상 신호선(TSL2)을 포함할 수 있다.
온도 보상 신호선들(TSL1, TSL2)은 패드부(TP)와 연결되어 제어부(200_1)로 신호를 전달할 수 있다.
도 1 내지 도 7을 함께 참조하여 설명하면, 터치 센서(TSM)에 사용자의 터치 입력이 가해지는 경우, 터치 입력의 세기에 따라 스트레인 게이지(150)의 저항값이 변화할 수 있다. 또한 사용자의 체온 혹은 하부 표시 패널(300)에 의한 온도 변화에 따라 스트레인 게이지(150)의 저항값이 변화할 수 있다. 따라서, 제1 스트레인 게이지(150)의 저항값의 변화량 중 온도 변화에 기초한 부분은 사용자 터치 입력의 세기와 무관한 바, 노이즈로 작용할 수 있다.
본 실시예에 의하는 경우 온도 보상 패턴(170)이 스트레인 게이지(150)에 대응하여 하부에 중첩 배치된다. 터치 센서(TSM)에 사용자의 터치 입력이 발생한 경우, 사용자의 체온 혹은 하부 표시 패널(300)에 의한 온도 변화에 따라 스트레인 게이지(150)의 저항값이 변화하고, 온도 보상 패턴(170) 또한 사용자의 체온 혹은 하부 표시 패널(300)에 의한 열이 전달되어 저항값이 변화한다. 따라서, 온도 보상 패턴(170)에 온도 변화에 기초하여 발생한 저항값 변화를 이용하여 스트레인 게이지(150)의 저항값 변화량 중 온도 변화에 기초한 성분을 보상할 수 있다.
도 25는 다른 실시예에 따른 터치 센서의 스트레인 게이지, 온도 보상 패턴, 및 신호선들의 배치 및 휘트스톤 브리지 회로부와의 연결관계를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 26은 또 다른 실시예에 따른 터치 센서의 스트레인 게이지 및 온도 보상 패턴과 전기적으로 연결된 휘트스톤 브리지 회로부를 개략적으로 도시한 도면이다. 도 25 및 도 26의 실시예는 압력 검출부(250_1)의 휘트스톤 브리지 회로부(WB_1)가 온도 보상 패턴(170)을 포함하는 점에서 도 15 및 도 16의 실시예와 차이점이 있다. 도 15 및 도 16과 중복되는 설명은 생략하고, 차이점 위주로 설명한다.
스트레인 게이지(150)의 일단(E1a)은 제1 신호선(SL1)을 매개로 제1 노드(N1)에 전기적으로 연결되고, 스트레인 게이지(150)의 타단(E2a)은 제2 신호선(SL2)을 매개로 제1 출력 노드(N3)에 연결될 수 있다.
제1 온도 보상 패턴(170)의 일단(E1ta)은 제1 온도 보상 신호선(TSL1)을 매개로 제2 노드(N2)에 연결되고, 제1 온도 보상 패턴(170)의 타단(E2ta)은 제2 온도 보상 신호선(TSL2)을 매개로 제1 출력 노드(N3)에 연결될 수 있다. 또한, 스트레인 게이지(150), 온도 보상 패턴(170), 제1 저항(WBa) 및 제2 저항(WBb)은 서로 연결되어 휘트스톤 브리지를 구성할 수 있다.
몇몇 실시예에서 터치 입력이 가해지지 않은 상태에서 스트레인 게이지(150)의 저항값(Ra)과 제1 저항(WBa)의 저항값(R1)의 곱은 온도 보상 패턴(170)의 저항값(Rta)과 제2 저항(WBb)의 저항값(R2)의 곱과 실질적으로 동일할 수 있다.
터치 입력이 발생하는 경우, 스트레인 게이지(150)의 저항값(Ra)은 터치 압력에 따라 형상이 변형되어 변화하는 성분(이하 '제1 압력저항성분') 및 온도 변화에 기초하여 변화하는 성분(이하 '제1 온도저항성분')을 포함한다. 또한 터치 입력이 발생하는 경우, 온도 보상 패턴(170)의 저항값(Rta)은 터치 압력에 따라 형상이 변형되어 변화하는 성분(이하 '제2 압력저항성분') 및 온도 변화에 기초하여 변화하는 성분(이하 '온도저항성분')을 포함한다. 그리고 상기 제2 압력저항성분은 무시할 만한 수준으로 작거나 제1 압력저항성분과 유의미한 차이값을 나타낼 수 있다. 스트레인 게이지(150)와 온도 보상 패턴(170)은 휘트스톤 브리지 회로부에서 서로 대각선 방향으로 마주보도록 배치되지 않는 바, 온도 보상 패턴(170)의 상기 제2 온도저항성분은 스트레인 게이지(150)의 상기 제1 온도저항성분을 보상하거나 상쇄할 수 있으며, 이에 따라 터치 압력을 보다 민감하게 검출할 수 있다.
이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명하였지만, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다.
1: 표시 장치 100: 센서부
110: 베이스층 120: 전극부
150: 스트레인 게이지 151: 저항선
153: 연결선 200: 제어부
LL: 배선 SL1: 제1 신호선
SL2: 제2 신호선 TP: 패드부
SA: 감지 영역 NSA: 주변영역
CNL: 신호선 연결 패턴

Claims (20)

  1. 베이스층;
    상기 베이스층 상에 배치되며 터치를 감지하는 복수의 전극부; 및
    상기 베이스층 상에 배치되며, 압력을 감지하는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고,
    상기 복수의 전극부와 상기 스트레인 게이지는 단일층에 배치되는 터치 센서.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극부는 아일랜드 형태로 배치되며,
    상기 스트레인 게이지는 상기 복수의 전극부 각각과 이격된 터치 센서.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 적어도 하나의 저항선을 포함하고, 상기 적어도 하나의 저항선은 상기 복수의 전극부의 사이에 위치하는 터치 센서.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지는 제1 방향으로 이격되어 배치된 제1 저항선 및 제2 저항선을 포함하고,
    상기 스트레인 게이지는 상기 제1 저항선 및 제2 저항선의 일단을 서로 전기적으로 연결시키는 연결선을 더 포함하는 터치 센서.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 연결선은 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 이격된 상기 복수의 전극부 사이에 위치하는 터치 센서.
  6. 제5 항에 있어서,
    다수의 패드를 포함하는 패드부;
    상기 제1 저항선의 타단과 상기 패드부를 전기적으로 연결하는 제1 신호선;
    상기 제2 저항선의 타단과 상기 패드부를 전기적으로 연결하는 제2 신호선을 더 포함하고,
    상기 제1 신호선 및 상기 제2 신호선은 상기 제1 방향으로 연장되되, 상기 제2 방향으로 이격된 터치 센서.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 베이스층과 상기 스트레인 게이지 사이에 배치되는 온도 보상부를 더 포함하고,
    상기 온도 보상부는 온도 보상 저항선을 포함하며, 상기 온도 보상 저항선은 상기 저항선과 두께 방향으로 중첩하는 터치 센서.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 온도 보상 저항선과 상기 저항선 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고, 상기 온도 보상 저항선은 상기 저항선의 형상과 동일한 형상을 갖는 터치 센서.
  9. 제8 항에 있어서,
    상기 스트레인 게이지와 전기적으로 연결된 휘트스톤 브리지 회로부를 더 포함하고,
    상기 휘트스톤 브리지 회로부는, 구동전압이 인가되는 제1 노드, 접지부와 연결된 제2 노드, 제1 출력 노드, 및 제2 출력 노드를 포함하되, 상기 스트레인 게이지의 일단은 상기 제1 노드와 전기적으로 연결되고, 상기 스트레인 게이지의 타단은 상기 제1 출력 노드와 전기적으로 연결된 터치 센서.
  10. 제9 항에 있어서,
    상기 휘트스톤 브리지 회로부는 온도 보상 패턴과 전기적으로 연결되되, 상기 온도 보상 패턴의 일단은 상기 제1 출력 노드 및 상기 제1 노드 중 어느 하나와 전기적으로 연결된 터치 센서.
  11. 제10 항에 있어서,
    터치 입력이 가해지지 않은 상태에서, 상기 온도 보상 패턴의 저항값은 상기 스트레인 게이지의 저항값과 동일한 터치 센서.
  12. 제1 항에 있어서,
    터치 입력에 응답하여 발생한 상기 복수의 전극에 형성되는 자기 정전용량(self-capacitance)의 변화량에 기초하여 상기 터치 입력의 위치를 감지하도록 구성되고, 상기 터치 입력에 응답하여 발생한 상기 스트레인 게이지의 저항값 변화에 기초하여 상기 터치 입력의 압력을 감지하도록 구성되는 터치 센서.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 전극부는 감지 전극인 제1 전극부와 구동 전극인 제2 전극부를 포함하고,
    상기 제1 전극부는 제1 방향으로 이격되며 다수 배치되고,
    상기 제2 전극부는 상기 제1 방향으로 연장되되, 상기 제1 방향에 수직한 제2 방향으로 이격된 제1 유닛 및 제2 유닛을 포함하는 터치 센서.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 유닛은, 상기 제1 방향으로 연장된 제1 연결부와, 상기 제1 연결부에서 상기 제2 방향으로 돌출된 제1 돌출부를 포함하고,
    상기 제2 유닛은, 상기 제1 방향으로 연장된 제2 연결부와, 상기 제2 연결부에서 상기 제2 방향의 반대 방향인 제3 방향으로 돌출된 제2 돌출부를 포함하고,
    상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 제1 방향으로 교번하여 배치되되, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 제1 방향으로 이격된 터치 센서.
  15. 제14 항에 있어서,
    상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부는 상기 제1 방향으로 중첩되는 터치 센서.
  16. 제15 항에 있어서
    상기 스트레인 게이지는 적어도 하나의 저항선을 포함하고, 상기 적어도 하나의 저항선은 상기 제1 돌출부와 상기 제1 돌출부 사이에의 사이에 위치하되, 상기 제1 돌출부와 상기 제2 돌출부 각각에 이격된 터치 센서.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 베이스층과 상기 스트레인 게이지 사이에 배치되는 온도 보상부를 더 포함하고,
    상기 온도 보상부는 온도 보상 저항선을 포함하며, 상기 온도 보상 저항선은 상기 저항선과 두께 방향으로 중첩하는 터치 센서.
  18. 제17 항에 있어서,
    상기 온도 보상 저항선과 상기 저항선 사이에 배치된 절연층을 더 포함하고, 상기 온도 보상 저항선은 상기 저항선의 형상과 동일한 형상을 갖는 터치 센서.
  19. 제13 항에 있어서,
    터치 입력에 응답하여 발생한 상기 제1 전극부와 상기 제2 전극부 사이의 상호 정전용량 변화에 기초하여 상기 터치 입력의 위치를 감지하도록 구성되고, 상기 터치 입력에 응답하여 발생한 상기 스트레인 게이지의 저항값 변화에 기초하여 상기 터치 입력의 압력을 감지하도록 구성되는 터치 센서.
  20. 베이스 기판;
    상기 베이스 기판 상에 배치되는 발광 소자;
    상기 발광 소자 상에 배치되는 박막 봉지층;
    상기 박막 봉지층 상에 배치되고 제1 방향을 따라 서로 전기적으로 연결되며 각각이 제1 개구부를 포함하는 복수의 제1 터치 전극;
    상기 박막 봉지층 상에 배치되며 터치를 감지하는 복수의 전극부; 및
    상기 복수의 전극부와 동일층에 배치되며, 압력을 감지하는 적어도 하나의 스트레인 게이지를 포함하고,
    상기 복수의 전극부 각각은 동일층에 배치되며, 상기 복수의 전극부 및 상기 스트레인 게이지 각각은 메쉬 홀을 포함하는 표시 장치.

KR1020190027846A 2019-03-12 2019-03-12 터치 센서 및 표시 장치 KR20200109401A (ko)

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