KR20200131418A

KR20200131418A - 포스-터치 센서가 내재된 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 표시 장치

Info

Publication number: KR20200131418A
Application number: KR1020190056008A
Authority: KR
Inventors: 안균; 정연희; 강준식; 유한주; 신용희
Original assignee: 일진디스플레이(주)
Priority date: 2019-05-14
Filing date: 2019-05-14
Publication date: 2020-11-24
Also published as: KR102208797B1; US20200363671A1

Abstract

본 발명에 따른 디스플레이 패널은 액정(Liquid crystal)층을 포함하는 표시 모듈, 광원, 상기 광원에서 발산되는 광을 상기 표시 모듈로 안내하는 도광판 및 상기 광원 및 도광판을 수용하는 바텀 샤시(Bottom Chassis)를 포함하는 백라이트(Back Light) 모듈 및 상기 표시 모듈과 상기 바텀 샤시 사이에 위치하는 포스 터치(Force Touch) 모듈을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 디스플레이 패널 내부의 에어-갭(Air-Gap) 존재하에서도 신뢰성 있는 포스-터치 센싱이 가능하도록 할 수 있다.

Description

포스-터치 센서가 내재된 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 표시 장치{DISPLAY PANEL WITH INTEGRATED A FORCE-TOUCH SENSOR AND A DISPLAY DEVICE INCLUDING THE SAME}

본 발명은 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 포스-터치 센서가 내재된 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.

최근 주목받고 있는 터치입력기술은 사용자가 원하는 기능을 선택하거나 입력할 수 있도록 하는 기술로, 스마트폰, 스마트 TV, 노트북, 개인정보단말기(PDA), 게임기, 네비게이션 등 다양한 전자 및 통신기기에 적용되어 있다.

현재 스마트폰 및 스마트 TV 등, 기타 여러 단말기에서 다양한 기능을 수행하는 애플리케이션이 등장함에 따라, 터치패널에 있어서도 단순히 터치 위치 외에 터치의 다양한 특성, 예를 들면 터치 압력을 고려하여 이에 기초한 동작을 수행하도록 하는 기술이 요구되고 있다.

이에 디스플레이 모듈의 성능을 저하시키지 않으면서 터치 스크린 상의 터치 위치뿐만 아니라 터치의 포스(즉, 압력) 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치, 보다 구체적으로 포스-터치 센서에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.

도 1은 표시 장치의 일반적인 구조를 도시한 것이고, 도 2는 종래 디스플레이 패널의 구조를 도시한 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이, 종래의 표시 장치(예를 들어, 스마트폰)는 포스-터치 패널이 디스플레이 패널 아래에 부착되고, 포스-터치 패널 아래 방향으로 프레임(Frame)이 위치하는 구조를 가지고 있다.

도 2를 참조하면, 종래의 디스플레이 패널은 하부 기판인 어레이 기판과 상부 기판인 컬러필터 기판이 마주보는 구성을 가지는 표시 모듈(1), 표시 모듈(1) 측으로 광을 비추는 백라이트 모듈(2), 상기 표시 모듈(1)과 백라이트 모듈(2)을 둘러싸는 탑 샤시(Top Chassis)(3) 및 바텀 샤시(Bottom Chassis)(4)를 포함하고 있다.

일반적으로 디스플레이 패널 내의 백라이트 모듈(2)은 광원(6)의 위치에 따라 광원(6)이 표시 모듈(1)의 후방 측방에 배치되는 도 2의 (a)와 같은 엣지 형(Edge Type) 구조와, 광원(6)이 표시 모듈(1)의 직후방에 배치되는 도 2의 (b)와 같은 직하형(Direct Type) 구조로 분류될 수 있다. 양 구조 모두 디스플레이 패널 내에서 표시 모듈(1)과 에어-갭(Air-Gap)(5)이 형성되는 구조를 갖는다.

한편, 압력을 센싱하는 과정은 포스-터치 패널의 형성된 전극의 접촉을 통하여 저항의 변경(Variation of Resistance)을 감지하는 과정을 통하여 이루어지는데, 액정 패널(LCD)의 경우 액정 패널 내부에 존재하는 에어-갭(Air-Gap)(5)과 외부에 형성된 바텀 샤시(4)로 인해 액정 패널의 바텀 샤시(4) 아래로 포스-터치 패널을 부착하고, 포스 터치 패널 하부를 프레임으로 지지한다 하더라도 포스 터치 패널로의 하중이 용이하게 전달되지 않는 문제점이 있었다.

본 발명의 목적은 디스플레이 패널 내부의 에어-갭(Air-Gap) 존재하에서도 신뢰성 있는 포스-터치 센싱이 가능하도록 하는 표시 장치를 제공하는데 있다.

상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 디스플레이 패널은 액정(Liquid crystal)층을 포함하는 표시 모듈, 광원, 상기 광원에서 발산되는 광을 상기 표시 모듈로 안내하는 도광판 및 상기 광원 및 도광판을 수용하는 바텀 샤시(Bottom Chassis)를 포함하는 백라이트(Back Light) 모듈 및 상기 표시 모듈과 상기 바텀 샤시 사이에 위치하는 포스 터치(Force Touch) 모듈을 포함한다.

또한 상기 바텀 샤시는 바닥면, 상기 바닥면으로부터 연장되어 절곡된 측면 및 상기 측면으로부터 연장되어 절곡된 절곡면을 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 바텀 샤시의 바닥면은 사각형으로 이루어지고, 상기 절곡면은 상기 바닥면의 각 변의 측면으로부터 연장되어 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 바텀 샤시의 절곡면은 상기 표시 모듈과 대향하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 표시 모듈은 상기 제2 기판 하부에 위치하는 제2 편광층을 포함하고, 상기 포스 터치 모듈은 상기 표시 모듈의 제2 편광층과 상기 바텀 샤시의 절곡면 사이에 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 포스 터치 모듈은 상기 절곡면을 따라 연속적 또는 단속적으로 형성되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 포스 터치 모듈은 상기 외곽의 BM 영역에 상응하는 위치에 형성되고, 상기 외곽의 BM 영역의 폭과 같거나 작은 폭을 갖는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 포스 터치 모듈은, 제3 기판, 제4 기판, 상기 제3 기판 상의 상기 제4 기판의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재, 상기 제4 기판 상의 상기 제3 기판의 대향면에 형성되는 전극 구조체 및 상기 제3 기판 및 상기 제4 기판을 이격시키는 스페이서(Spacer)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 포스 터치 모듈과 상기 바텀 샤시는 제1 결합 부재를 통해 연결되어, 상기 제1 결합 부재의 일면은 상기 포스 터치 모듈의 제4 기판과 접촉되고, 상기 제1 결합 부재의 타면은 상기 바텀 샤시의 절곡면에 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 결합 부재의 폭은 상기 포스 터치 모듈의 폭 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 결합 부재의 두께는 0.5 mm 내지 3.0 mm 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 포스 터치 모듈과 상기 표시 모듈은 제2 결합 부재를 통해 연결되어, 상기 제2 결합 부재의 일면은 상기 포스 터치 모듈의 제3 기판과 접촉되고, 상기 제2 결합 부재의 타면은 상기 표시 모듈의 제2 편광층에 접촉되는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 제1 결합 부재 및 제2 결합 부재는 양면 테이프, 열경화성 접착제, 광경화성 접착제 또는 폼 테이프(Foam tape)인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스페이서의 두께는 상기 탄성 저항체 부재의 두께와 상기 전극 구조체의 두께를 합한 값 미만인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 스페이서(Spacer)는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한 상기 탄성 저항체 부재의 두께는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체의 두께는 4 ㎛ 내지 5 ㎛ 이며, 상기 스페이서의 두께는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.

또한 상기 탄성 저항체 부재와 상기 전극 구조체 사이에 형성되는 에어-갭(Air-Gap)이 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.

또한 본 발명에 따른 표시 장치는 표시 장치의 전면을 보호하는 커버 글라스, 사용자의 터치를 감지하는 터치 센서를 구비하는 터치 패널, 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층 및 상기 제1 기판과 액정층 사이에 형성되는 컬러 필터 및 외곽의 BM(Black Matrix) 영역을 포함하는 표시 모듈, 광원에서 발산되는 광을 상기 표시 모듈로 안내하는 백라이트(Back Light) 모듈을 수용하는 바텀 샤시(Bottom Chassis) 및 상기 표시 모듈과 상기 바텀 샤시 사이에 위치하는 포스 터치(Force Touch) 모듈을 포함하는 디스플레이 패널 및 상기 디스플레이 패널 아래에 위치하는 프레임(Frame)을 포함한다.

본 발명을 통하여 액정 디스플레이 패널 내부의 에어-갭(Air-Gap) 존재하에서도 신뢰성 있는 포스-터치 센싱이 가능하도록 한다.

또한 디스플레이 패널 내부 오픈 셀(Open Cell)과 바텀 샤시 사이에 폼 테이프(Foam Tape)를 형성하여 포스-터치 센싱이 원활하게 이루어지도록 할 수 있다.

다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 포스-터치 센서가 내재된 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 표시 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 표시 장치의 일반적인 구조를 도시한 것이다.
도 2의 (a), (b)는 종래 디스플레이 패널을 모식적으로 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10000)의 적층 구조를 개략적으로 도시한 것이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(1000)을 모식적으로 도시한 것이다.
도 5는 는 도 4의 A-A′선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(1000)의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 터치 모듈(200)을 모식적으로 도시한 것이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 터치 모듈(200)의 단면도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포스 터치 모듈(200)의 단면도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바텀 샤시(Bottom Chassis)(400)의 평면도이다.
도 10는 도 9의 B-B′선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 바텀 샤시(400)의 단면도이다.
도 11의 (a), (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 터치 모듈(200)의 배치 형태를 모식적으로 도시한 것이다.
도 12의 (a), (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(1000)의 실제 사진을 도시한 것이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10000)의 ADC Level의 측정결과를 나타낸 것이다.

본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 포스-터치 센서가 내재된 디스플레이 패널 및 이를 포함하는 표시 장치를 상세하게 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10000)의 적층 구조를 개략적으로 도시한 것이다.

본 발명에 따른 표시 장치(10000)는 표시 장치(10000)의 전면을 보호하는 커버 글라스(2000), 사용자의 터치를 감지하는 터치 센서를 구비하는 터치 패널(4000), 커버 글라스(2000)와 터치 패널(4000) 사이에 마련되어, 커버 글라스(2000)와 상기 터치 패널(4000)을 접착하는 광학용 투명 접착 필름(Optical Clear Adhesive, OCA)(3000), 터치 패널(4000) 아래에 위치하는 디스플레이 패널(1000) 및 디스플레이 패널(1000) 아래에 위치하여 디스플레이 패널(1000)을 지지하는 프레임(Frame)(5000)을 포함한다.

본 발명에 따른 표시 장치(10000)는 시각적인 정보를 화면으로 구현하는 모든 영상장치를 의미하는 것으로, 네비게이션, 텔레비전, 모니터, 노트북, 태블릿 PC, 스마트폰, 자동차의 CID(Center Information Display) 및 기타 각종 휴대용 단말기를 포함한다. 디스플레이 패널(1000)은 상기 표시 장치(10000)의 표시부로 전압이나 온도의 변화에 따라 광학적 성질을 나타내는 장치를 의미한다.

본 발명에 따른 디스플레이 패널(1000)은 화상을 표시하는 표시 모듈(100), 포스 터치(Force Touch) 모듈(200), 표시 모듈(100)로 광을 비추는 백라이트 모듈(300), 백라이트 모듈(300)을 수용하는 바텀 샤시(Bottom Chassis)(400), 포스 터치 모듈(200)과 바텀 샤시(400)를 연결하는 제1 결합 부재(500), 포스 터치 모듈(200)과 표시 모듈(100)을 연결하는 제2 결합 부재(600)를 포함한다. 디스플레이 패널(1000)에 대한 상세한 설명은 후술한다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(1000)을 모식적으로 도시한 것이다.

디스플레이 장치는 유기 발광 다이오드(OLED, Organic Light Emitting Diode)와 같이 스스로 발광하는 디스플레이 패널을 사용하는 발광형과, 액정 패널(LCD, Liquid Crystal Display)과 같이 스스로 발광하지 못하고 백라이트 모듈로부터 광을 공급받아야 하는 디스플레이 패널을 사용하는 수광형으로 분류될 수 있다. 본 발명에 따른 디스플레이 패널(1000)은 백라이트 모듈(300)로부터 광을 공급받는 액정 패널(LCD)일 수 있다.

보다 구체적으로 본 발명에 따른 디스플레이 패널(1000)은 표시 모듈(100), 포스 터치 모듈(200), 백라이트 모듈(300), 상기 백라이트 모듈(300)을 수용하는 바텀 샤시(400)를 포함하고 있다. 포스 터치 모듈(200)은 디스플레이 패널(1000)내 표시 모듈(100)과 바텀 샤시(400) 사이에 위치하여 사용자의 포스 터치 이벤트를 효과적으로 센싱할 수 있도록 한다.

포스 터치 모듈(200)은 바텀 샤시(400) 상단 외곽을 따라 연속적 또는 단속적으로 형성될 수 있으며, 포스 터치 모듈(200)과 바텀 샤시(400)을 연결하는 제1 결합 부재(500)와 포스 터치 모듈(200)과 표시 모듈(100)을 연결하는 제2 결합 부재(600) 또한 바텀 샤시(400)와 표시 모듈(100)과 포스 터치 모듈(200)이 용이하게 접착되도록 이에 대응되는 위치에 형성될 수 있다. 이하에서는 도 5를 참조하여 전술한 디스플레이 패널(1000)의 층간 구조를 상세히 설명한다.

도 5는 는 도 4의 A-A′선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(1000)의 단면도이다.

본 발명에 따른 디스플레이 패널(1000)은 액정(Liquid crystal)층(17)을 포함하는 표시 모듈(100), 광원(30), 상기 광원(30)에서 발산되는 광을 상기 표시 모듈(100)로 안내하는 도광판(32) 및 상기 광원(30) 및 도광판(32)을 수용하는 바텀 샤시(Bottom Chassis)(400)를 포함하는 백라이트(Back Light) 모듈(300) 및 상기 표시 모듈(100)과 상기 바텀 샤시(400) 사이에 위치하는 포스 터치(Force Touch) 모듈(200)을 포함한다. 상기 표시 모듈(100)은 상부 기판인 제1 기판(10), 하부 기판인 제2 기판(14), 제1 기판(10)과 액정층(미도시)사이에 형성되는 컬러 필터(19) 및 외곽의 BM 영역(18)을 더 포함할 수 있다.

상기 표시 모듈(100)은 스위칭 소자들, 전극들, 색 필터들 등이 형성된 두 기판(10, 14) 사이에 액정층(미도시)이 형성되어 있는 액정 표시 모듈일 수 있다. 상부 기판인 제1 기판(10)과 하부 기판인 제2 기판(14)이 마주보도록 위치하며, 제1 기판(10)의 상부표면, 제2 기판(14)의 하부표면에는 각각 제1 편광층(12), 제2 편광층(16)이 위치할 수 있다. 표시 모듈(100)은 백라이트 모듈(300)에 의해 제공되어 제2 편광층(16), 액정층(미도시) 및 제1 편광층(12)을 지나가는 광의 투과율을 구동 장치의 제어하에 화소 단위로 조절하여 이미지를 표시한다. 구체적으로 제2 편광층(16)에 의해 광이 편광되어, 편광된 광이 액정층(미도시)으로 입사된다. 액정층(미도시)에 입사된 광은 액정층(미도시)의 배열에 따라 편광 방향을 유지하거나 또는 90도 회전하여 제1 편광층(12)으로 입사될 수 있다. 이 후, 편광 방향을 유지하는 광은 제1 편광층(12)에 의해 차폐되고, 90도 회전된 광은 제1 편광층(12)을 통과함으로써 이미지가 구현될 수 있다.

제1 기판(10)과 액정층(미도시) 사이에는 RGB 컬러필터패턴(19)과 테두리 블랙 매트릭스(18)가 구비될 수 있다. 상기 RGB 컬러필터(19) 사이에는 화소 블랙 메트릭스가 구비될 수 있으며, 최외곽 테두리에 테두리 블렉 매트릭스(18)가 구비될 수 있다. 한편, 표시 모듈(100)은 상기 제1 기판(10)과 제2 기판(14)을 소정 거리로 이격시키는 스페이서를 더 포함할 수 있다.

상기 백라이트 모듈(300)은 표시 모듈(100)의 후방에 배치되며, 광원(30)에서 발산되는 광을 도광판(Light Guide Plate)(32)을 통해 표시 모듈(100) 측으로 안내한다. 전술한 바와 같이 백라이트 모듈(300)은 광원의 위치에 따라 직하형(Direct Type)과 엣지형(Edge Type)으로 분류될 수 있고, 본 발명은 일 실시예로서 엣지형 백라이트 모듈을 예시하고 있으나, 이에 한정되는 것은 아니고 직하형 백라이트 모듈에도 적용될 수 있다.

백라이트 모듈(300)은 전원을 공급받아 전기 에너지를 광 에너지로 변환하여 방출하는 광원(30), 광원(30)에서 발산되는 광을 표시 모듈(100) 측으로 안내하기 위한 도광판(32), 도광판(32)에서 발산된 광을 산란시켜 휘도 분포를 균일하게 확산시키는 확산 시트(Diffuser Sheet)(36), 확산 시트에 의해 확산된 광의 진행방향을 표시 모듈(100)과 수직을 이루도록 하는 프리즘 시트(Prism Sheet)(34), 도광판(32) 아래쪽으로 진행하는 광을 반사 및 산란시켜 최종적으로 표시 모듈(100) 쪽으로 향하게 함으로써 광 손실을 방지하는 반사 시트(Reflector Sheet)(38)를 포함할 수 있다.

바텀 샤시(400)는 상부가 개방되어 소정 깊이의 수납 공간이 형성됨으로써 백라이트 모듈(300)을 수용할 수 있다. 바텀 샤시(400)는 외부의 충격으로부터 백라이트 모듈(300)을 보호할 수 있도록 강성이 높은 재질로 구성될 수 있다. 상기 바텀 샤시(400)에 대한 상세한 설명은 후술한다. 한편, 본 발명에 따른 디스플레이 패널(1000)은 상기 표시 모듈(100)의 적어도 일부분을 감싸 표시 모듈(100)을 보호하고, 표시 모듈(100)이 백라이트 모듈(300)로부터 분리되는 것을 방지하는 탑 샤시(Top Chassis)(700)를 더 포함할 수 있다.

포스 터치 모듈(200)은 디스플레이 패널(1000) 내(內) 표시 모듈(100)과 상기 바텀 샤시(400) 사이에 위치하여 사용자의 포스 터치 동작을 효과적으로 센싱할 수 있도록 한다. 포스 터치 모듈은 전극의 접촉에 따른 저항의 변경을 감지하여 하중에 따른 감도를 센싱할 수 있다. 포스 터치 모듈(200)은 표시 모듈(100)의 제1 기판(10)과 액정층(미도시) 사이에 형성되는 외곽 BM 영역(18)에 상응하는 위치에 형성되고, BM 영역(18)의 폭 보다 같거나 작은 폭을 가질 수 있다. 포스 터치 모듈(200)에 대한 상세한 설명은 후술한다.

제1 결합 부재(500)는 포스 터치 모듈(200)과 바텀 샤시(400)를 연결하며, 제2 결합 부재(600)는 포스 터치 모듈(200)과 표시 모듈(100)을 연결한다. 제1 결합 부재(500), 제2 결합 부재(600)는 기본적으로 접착 역할을 수행하며, 이는 양면 테이프, 열경화성 접착제, 광경화성 접착제 또는 폼 테이프(Foam tape)일 수 있다.

제1 결합 부재(500), 제2 결합 부재(600)는 포스 터치 모듈(200)과 바텀 샤시(400), 표시 모듈(100)을 접착하는 역할 외에 포스 터치 모듈(200)로 가해지는 충격을 완화 및 방지하는 역할을 할 수 있다. 또한 제1 결합 부재(500)의 폭을 상기 포스 터치 모듈의 폭 이하로 형성함으로써 가해진 힘이 온전히 포스 터치 모듈(200)로 집중(Concentrator)되도록 하여 포스 터치 성능이 향상되도록 할 수 있다. 이러한 제1 결합 부재의 두께는 0.5 mm 내지 3.0 mm 이하일 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 터치 모듈(200)을 모식적으로 도시한 것이다.

본 발명에 다른 포스-터치 모듈(200)은 상부 레이어(Top Layer)(200A)와 하부 레이어(Bottom Layer)(200B)으로 구성되며, 상기 상부 레이어(200A)는 제3 기판(20), 탄성 저항체 부재(22), 제3 기판(20) 및 제4 기판(28)을 연결하는 스페이서(24)을 포함하고, 상기 하부 레이어(200B)는 전극 구조체(26) 및 제4 기판(28)을 포함한다. 상기 하부 레이어(200B)의 전극 구조체(26)는 전원(VCC 또는 Tx) 전극(26A) 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(26B)이 상호 이격되어 교대로 배치된 형태를 가질 수 있다.

상부 레이어(200A)의 제3 기판(20)은 투명 또는 유색 플라스틱 재질일 수 있다. 상기 투명 또는 유색 플라스틱의 재질은 PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate), PES(polyether sulfone), PNB(polynorborneen), PP(Polypropylene), PI(Polyimide) 일 수 있다. 하부 레이어(200B)의 제4 기판(28)은 상기 제3 기판(20)과 동일한 재질로 이루어지며, 상기 제3 기판(20)의 하면과 마주보도록 위치한다.

탄성 저항체 부재(22)는 상기 제3 기판(20)의 하면에 마련된다. 상기 탄성 저항체 부재(22)는 전극 과의 접촉 면적이 증가할수록 저항 값이 감소하는 특성을 가지면서 접착성을 갖는 가변 저항성 물질일 수 있다. 예를 들면, QTC(quantum tunneling composites), EAP(electro-active polymer), 아크릴(Acrylic) 및 고무(rubber) 계열의 솔벤트(solvent) 중 어느 하나를 기반으로 하는 감압 접착제 재료, 또는 압전 저항(piezo-resistive) 계열의 재료일 수 있다. 상기 압전 저항 계열의 재료는 실리콘 반도체 결정에 외력을 가하면 전도 에너지가 발생하여 전하가 전도 대역으로 이동하면서 비저항이 변화되는 압전 저항 효과를 가진다.

한편, 상기 전극 구조체(26)는 제4 기판(28)의 상면에 마련된다. 상기 전극 구조체(26)는 복수개일 수 있으며, 금속 재질일 수 있다. 상기 금속 재질은 일 실시예로서 은(Ag)일 수 있다.

스페이서(24)는 제3 기판(20) 및 제4 기판(28)을 이격시키는 구성으로 제3 기판(20) 및 제4 기판(28)을 접착하는 접착층을 포함할 수 있다. 일 실시예로서 상기 접착층은 개스킷(gasket)일 수 있다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 포스 터치 모듈(200)의 단면도이고, 도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 포스 터치 모듈(200)의 단면도이다.

도 7은 탄성 저항체 부재(22)의 두께와 전극 구조체(26)의 두께를 합한 값 보다 큰 두께를 가지는 스페이서(24)가 적용된 구조(즉, a>b+c)이고, 도 8은 탄성 저항체 부재(22)의 두께와 전극 구조체(26)의 두께를 합한 값 미만의 두께를 가지는 스페이서(24)가 적용된 구조(즉, a′<b′+c′)이다.

도 7 및 도 8에 도시된 구조 모두 본 발명의 디스플레이 패널(1000)내에 적용될 수 있다. 다만 도 8에 도시된 구조는 탄성 저항체 부재(22)와 전극 구조체(26) 간의 에어-갭이 최소화되는 구조를 가져 내구성과 신뢰성을 더욱더 향상시킬 수 있다.

도 8에 따른 포스 터치 모듈(200)은 탄성 저항체 부재(22)의 두께와 전극 구조체(26)의 두께를 합한 값 미만의 두께를 가지는 스페이서(24)를 적용하여, 탄성 저항체 부재(22)와 전극 구조체(26)를 강제, 물리적으로 접촉 함으로써 구현될 수 있다. 상기 전극 구조체(26)는 전원(VCC 또는 Tx) 전극(26A)과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(26B)을 포함하고 있다.

일 실시예로서, 상기 탄성 저항체 부재(22)의 두께(b′)는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체(26)의 두께(c′)는 4 ㎛ 내지 5 ㎛ 이며, 상기 스페이서(24)의 두께(a′)는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 일 수 있다.

좀 더 바람직하게는, 상기 탄성 저항체 부재(22)의 두께(b′)는 8 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체(26)의 두께(c′)는 4 ㎛ 이며, 상기 스페이서(24)의 두께(a′)는 10 ㎛ 이하로 형성될 수 있다. 스페이서(24)의 두께를 10 ㎛ 이하로 형성 함으로써 제3 기판(20)과 제4 기판(28) 사이의 최소 갭(Gap)이 구현되도록 할 수 있다.

실제로 탄성 저항체 부재(22)(약 8 ㎛)와 전극 구조체(26)(약 4 ㎛)의 두께보다 낮은 두께(5 ㎛)의 스페이서(24)를 적용하여, 강제적으로 물리적 접촉(contact)하여 단면을 분석한 결과, 제3 기판(20)과 제4 기판(28)간의 갭(gap)이 약 10 ㎛ 인 것을 확인하였다. 스페이서(24)의 두께(a′)가 작아질수록, 상기 탄성 저항체 부재(22)와 상기 전극 구조체(26) 간의 접촉이 보다 견고해질 수 있다. 다만, 이러한 스페이서(24)의 두께(a′)는 재료의 물성이 고려되어야 한다.

본 발명에 따른 포스-터치 모듈(200)은 압력이 가해지면 저항 값이 줄어드는 원리를 이용하여 압력, 무게, 터치 등을 감지한다. 즉, 사용자의 터치 이벤트가 기준 압력 이상으로 가해지는 경우, 탄성 저항체 부재(22)가 제4 기판(28)상에 형성된 전극 구조체(26)와 접촉한다. 상기 탄성 저항체 부재(22)와 전극 구조체(26)의 접촉 시점에서는 탄성 저항체 부재(22)에 의해 전극 구조체(26)는 도전 상태가 되고, 탄성 저항체 부재(22)를 통하여 전극 구조체(26)의 전원(VCC 또는 Tx) 전극(26A)과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(26B)에 전류가 흘러 터치 포스 이벤트가 발생한다.

즉, 포스-터치 이벤트는 전극 간의 접촉에 의해 발생하는 것으로, 전원(VCC 또는 Tx) 전극(26A) 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(26B) 위로 탄성 저항체 부재(22)가 이를 덮도록 접촉하여 양 전극을 전기적으로 연결함에 따라, 양 전극간에 저항이 형성되면서 터치 포스 이벤트가 발생하게 된다. 압력 인가시 저항이 줄어드는 것은 탄성 저항체 부재(22)와 전극 구조체(26) 사이의 접촉 면적의 변화와 탄성 저항체 부재(22) 내부에서 발생되는 양자 터널링(Quantum Tunneling) 효과에 의한 것이다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 바텀 샤시(Bottom Chassis)(400)의 평면도이고, 도 10는 도 9의 B-B′선을 따라 나타낸 본 발명의 일 실시예에 따른 바텀 샤시(400)의 단면도이다.

본 발명에 따른 바텀 샤시(400)는 바닥면(40), 상기 바닥면(40)으로부터 연장되어 절곡된 측면(42) 및 상기 절곡된 측면(42)으로부터 연장되어 다시 절곡되는 절곡면(44)을 포함한다. 일 실시예로서 바닥면(40)의 형상은 4개의 변을 가지는 사각형일 수 있다. 절곡된 측면(42)은 바닥면(40)의 가장자리로부터 연장되어 형성되고, 바닥면(40)과 대략 수직을 이루며, 측면(42)은 바닥면(40)의 모든 가장자리를 둘러싸도록 형성될 수 있다. 바텀 샤시(400)의 바닥면이 사각형으로 이루어지는 경우, 절곡면(44)은 바닥면(40)의 각 변의 측면으로부터 연장되어 형성될 수 있다. 즉 모든 변의 측면에 절곡면(44)이 형성될 수 있다. 이 때, 상기 바텀 샤시(400)의 절곡면(44)은 상기 표시 모듈(1000)과 대향하도록 형성될 수 있다.

도 5 및 도 10을 함께 참조하면, 상기 포스 터치 모듈(200)은 표시 모듈(100)과 바텀 샤시(400) 사이에, 좀더 구체적으로 표시 모듈(100)의 제2 편광층(16)과 바텀 샤시(400)의 절곡면(44) 사이에 형성될 수 있다.

포스 터치 모듈(200)은 바텀 샤시(400)의 절곡면(44)을 따라 바텀 샤시(400) 상부 외곽을 두르는 형태로 연속적 또는 단속적으로 형성될 수 있다. 도 11의 (a)는 포스 터치 모듈(200)이 바텀 샤시(400)의 절곡면(44)을 따라 연속적으로 배치된(형성된) 형태를 도시한 것이고, 도 11의 (b)는 포스 터치 모듈(200)이 바텀 샤시(400) 절곡면(44)상에 단속적으로 배치된 형태를 도시한 것이다. 한편, 바텀 샤시(400) 상에 형성되는 포스 터치 모듈(200)의 배치는 도 11에 도시된 형태에 한정되지 않으며, 필요에 따라 다양한 형태로 배치하는 것이 가능하다. 이 때, 포스 터치 모듈(200)은 표시 모듈(100)의 제2 기판(14)에 형성되는 BM 영역 아래로 이에 상응하는 위치에 형성될 수 있다.

포스 터치 모듈(200)은 제2 기판(14)에 형성된 BM 영역의 폭 보다 같거나 작은 폭을 갖도록 형성될 수 있다. BM 영역의 폭은 화면의 네 변(가장 자리)에 걸쳐 실질적으로 동일한 폭으로 형성될 수도 있고, 적어도 두 변에서 다른 폭을 갖도록 형성될 수도 있다.

한편, 포스 터치 모듈(200)과 상기 바텀 샤시(400)는 제1 결합 부재(500)를 통해 연결되어, 제1 결합 부재(500)의 일면은 포스 터치 모듈(200)의 제4 기판(28)과 접촉되고, 제1 결합 부재(500)의 타면은 바텀 샤시(400)의 절곡면(44)에 접촉된다. 일 실시예로서, 상기 제1 결합 부재(500)의 폭은 포스 터치 모듈(200)의 폭 이하로 형성될 수 있으며, 두께는 0.5 mm 내지 3.0 mm 이하일 수 있다.

또한 포스 터치 모듈(200)과 표시 모듈(100)의 연결은 제2 결합 부재(600)를 통해 연결되어, 제2 결합 부재(600)의 일면은 상기 포스 터치 모듈(200)의 제3 기판(20)과 접촉되고, 제2 결합 부재(600)의 타면은 표시 모듈(100)의 제2 편광층(16)에 접촉될 수 있다.

도 12의 (a), (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 디스플레이 패널(1000)의 실제 사진을 도시한 것이고, 도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치(10000)의 ADC Level의 측정결과를 나타낸 것이다.

구체적으로 도 12의 (a)는 표시 모듈(100)을 나타낸 것이고, 도 12의 (b)는 포스 터치 모듈(200), 백라이트 모듈(300), 바텀 샤시(400)을 나타낸 것이며, 도 13은 도 12의 디스플레이 패널(1000)이 포함된 표시 장치(10000)의 ADC Level의 측정지점 및 측정 값을 나타낸 것이다.

도 13의 (a)는 ADC Level을 측정한 지점을 도시한 것이다. 여기서 ADC(Analog to Digital Converter)는 압력 센서로부터 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환한다. ADC를 통해 포스 터치 압력에 대한 출력을 판단할 수 있다. ① 내지 ④의 위치는 디스플레이 패널 외곽 엣지(Edge)에서 20 mm 안쪽에 해당하는 지점이고, ⑤의 위치는 디스플레이 패널의 중심(Center)이다. 무게 150 g, 300 g, 500 g을 가지는 직경 Φ10의 추를 이용하여 ADC Level을 측정하였다. 측정 결과는 하기 표 1과 같으며, 도 13의 (b)에 이를 그래프로 나타내었다.

이를 통해 디스플레이 패널 내에 포스 터치 모듈이 위치하는 경우, 모든 위치에서 효과적인 포스 터치 센싱이 가능함을 확인하였다.

이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

10000 : 표시 장치
1000 : 디스플레이 패널
100 : 표시 모듈
10 : 제1 기판 12 : 제1 편광층
14 : 제2 기판 16 : 제2 편광층
18 : 블랙 메트릭스(BM) 19 : 컬러 필터
200 : 포스 터치 모듈
200A : 상부 레이어 200B : 하부 레이어
20 : 제3 기판 22, 22-1 : 탄성 저항체 부재
24 : 스페이서(Spacer)
26 : 전극 구조체
26A : 전원(VCC) 전극 26B : 그라운드(GND) 전극
28 : 제4 기판
300 : 백라이트 모듈
30 : 광원 32 : 도광판(Light Guide Plate)
34 : 프리즘 시트(Prism Sheet) 36 : 확산 시트(Diffuser Sheet)
38 : 반사 시트(Reflector Sheet)
400 : 바텀 샤시(Bottom Chassis)
40 : 바닥면 42 : 측면
44 : 절곡면
500 : 제1 결합 부재
600 : 제2 결합 부재
700 : 탑 샤시(Top Chassis)
2000 : 커버 글라스(Cover Glass)
3000 : 광학용 투명 접착 필름(Optical Clear Adhesive, OCA)
4000 : 터치 패널
5000 : 프레임(Frame)

Claims

액정(Liquid crystal)층을 포함하는 표시 모듈;
광원, 상기 광원에서 발산되는 광을 상기 표시 모듈로 안내하는 도광판 및 상기 광원 및 도광판을 수용하는 바텀 샤시(Bottom Chassis)를 포함하는 백라이트(Back Light) 모듈; 및
상기 표시 모듈과 상기 바텀 샤시 사이에 위치하는 포스 터치(Force Touch) 모듈;
을 포함하는 디스플레이 패널.
제1항에 있어서,
상기 바텀 샤시는 바닥면, 상기 바닥면으로부터 연장되어 절곡된 측면 및 상기 측면으로부터 연장되어 절곡된 절곡면을 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제2항에 있어서,
상기 바텀 샤시의 바닥면은 사각형으로 이루어지고, 상기 절곡면은 상기 바닥면의 각 변의 측면으로부터 연장되어 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제2항에 있어서,
상기 바텀 샤시의 절곡면은 상기 표시 모듈과 대향하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제2항에 있어서,
상기 표시 모듈은 제2 편광층을 포함하고, 상기 포스 터치 모듈은 상기 표시 모듈의 제2 편광층과 상기 바텀 샤시의 절곡면 사이에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제5항에 있어서,
상기 포스 터치 모듈은 상기 절곡면을 따라 연속적 또는 단속적으로 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제1항에 있어서,
상기 표시 모듈은 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판과 제2 기판 사이에 배치된 액정층 및 상기 제1 기판과 액정층 사이에 형성되는 컬러 필터 및 외곽의 BM(Black Matrix) 영역을 포함하고, 상기 포스 터치 모듈은 상기 외곽의 BM 영역에 상응하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제1항에 있어서,
상기 포스 터치 모듈은,
제3 기판, 제4 기판, 상기 제3 기판 상의 상기 제4 기판의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재, 상기 제4 기판 상의 상기 제3 기판의 대향면에 형성되는 전극 구조체 및 상기 제3 기판 및 상기 제4 기판을 이격시키는 스페이서(Spacer)를 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제8항에 있어서,
상기 포스 터치 모듈과 상기 바텀 샤시는 제1 결합 부재를 통해 연결되어, 상기 제1 결합 부재의 일면은 상기 포스 터치 모듈의 제4 기판과 접촉되고, 상기 제1 결합 부재의 타면은 상기 바텀 샤시의 절곡면에 접촉되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제9항에 있어서,
상기 제1 결합 부재의 폭은 상기 포스 터치 모듈의 폭 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제9항에 있어서,
상기 제1 결합 부재의 두께는 0.5 mm 내지 3.0 mm 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제8항에 있어서,
상기 포스 터치 모듈과 상기 표시 모듈은 제2 결합 부재를 통해 연결되어, 상기 제2 결합 부재의 일면은 상기 포스 터치 모듈의 제3 기판과 접촉되고, 상기 제2 결합 부재의 타면은 상기 표시 모듈의 제2 편광층에 접촉되는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제9항 또는 제12항에 있어서,
상기 제1 결합 부재 및 제2 결합 부재는 양면 테이프, 열경화성 접착제, 광경화성 접착제 또는 폼 테이프(Foam tape)인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제8항에 있어서,
상기 스페이서의 두께는 상기 탄성 저항체 부재의 두께와 상기 전극 구조체의 두께를 합한 값 미만인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제14항에 있어서,
상기 스페이서(Spacer)는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제14항에 있어서,
상기 탄성 저항체 부재의 두께는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체의 두께는 4 ㎛ 내지 5 ㎛ 이며, 상기 스페이서의 두께는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
제14항에 있어서,
상기 탄성 저항체 부재와 상기 전극 구조체 사이에 형성되는 에어-갭(Air-Gap)이 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 디스플레이 패널.
표시 장치의 전면을 보호하는 커버 글라스;
사용자의 터치를 감지하는 터치 센서를 구비하는 터치 패널;
액정(Liquid crystal)층을 포함하는 표시 모듈, 광원, 상기 광원에서 발산되는 광을 상기 표시 모듈로 안내하는 도광판 및 상기 광원 및 도광판을 수용하는 바텀 샤시(Bottom Chassis)를 포함하는 백라이트(Back Light) 모듈 및 상기 표시 모듈과 상기 바텀 샤시 사이에 위치하는 포스 터치(Force Touch) 모듈을 포함하는 디스플레이 패널; 및
상기 디스플레이 패널 아래에 위치하는 프레임(Frame);
을 포함하는 표시 장치.