KR20220014370A - 입력 장치 및 이를 포함하는 인터페이스 장치 - Google Patents

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박원상
김윤호
김철
이성준
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

인터페이스 장치는 표시층, 및 상기 표시층 위에 배치된 센서층을 포함하는 표시 장치, 및 상기 센서층으로부터 제1 신호를 수신하고, 상기 센서층으로 제2 신호를 출력하는 입력 장치를 포함하고, 상기 제2 신호의 세기는 상기 표시 장치와 상기 입력 장치 사이의 이격 거리에 따라 결정될 수 있다.

Description

입력 장치 및 이를 포함하는 인터페이스 장치{INPUT DEVICE AND THE INTERFACE DEVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 센싱 성능이 개선된 입력 장치 및 이를 포함하는 인터페이스 장치에 관한 것이다.
텔레비전, 휴대 전화, 태블릿 컴퓨터, 네비게이션, 게임기 등과 같은 멀티미디어 전자 장치들은 영상을 표시하기 위한 표시 장치를 구비한다. 전자 장치들은 버튼, 키보드, 마우스 등의 통상적인 입력 방식 외에 사용자가 손쉽게 정보 혹은 명령을 직관적이고 편리하게 입력할 수 있도록 해주는 터치 기반의 입력 방식을 제공할 수 있는 입력 센서를 구비할 수 있다.
입력 센서는 사용자의 신체를 이용한 터치나 압력을 감지할 수 있다. 한편 필기구를 이용한 정보 입력이 익숙한 사용자 또는 특정 응용 프로그램(예를 들면, 스케치 또는 드로잉을 위한 응용 프로그램)을 위한 세밀한 터치 입력을 위한 액티브 펜의 사용 요구가 증가하고 있다.
본 발명은 센싱 성능이 향상된 입력 장치를 제공하고, 입력 장치 및 입력 장치에 의한 입력을 감지하는 표시 장치를 포함하는 인터페이스 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치는 표시층, 및 상기 표시층 위에 배치된 센서층을 포함하는 표시 장치, 및 상기 센서층으로부터 제1 신호를 수신하고, 상기 센서층으로 제2 신호를 출력하는 입력 장치를 포함하고, 상기 제2 신호의 세기는 상기 표시 장치와 상기 입력 장치 사이의 이격 거리에 따라 결정될 수 있다.
상기 입력 장치는 전극, 상기 전극을 통해 상기 제1 신호를 수신하는 수신부, 상기 제2 신호의 세기를 조절하는 전압 조정기를 포함하며 상기 전극을 통해 상기 제2 신호를 출력하는 송신부, 및 상기 수신부 및 상기 송신부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 이격 거리는 상기 전극과 상기 표시 장치 사이의 거리일 수 있다.
상기 제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 제1 신호를 근거로 상기 이격 거리를 계산하는 거리 계산기를 포함할 수 있다.
상기 이격 거리가 최소일 때의 상기 전극과 상기 센서층 사이의 기준 커패시턴스 값은 상기 제어부에 저장될 수 있다.
상기 거리 계산기는 상기 기준 커패시턴스 값을 근거로 상기 이격 거리를 계산하고, 상기 제어부는 상기 이격 거리에 따른 전압 정보가 포함된 전압 조정 신호를 생성할 수 있다.
상기 전압 조정기는 상기 전압 조정 신호를 근거로 상기 제2 신호의 상기 세기를 조절할 수 있다.
상기 수신부는 상기 제1 신호의 세기를 근거로 상기 이격 거리를 감지하는 호버 감지부를 포함할 수 있다.
상기 수신부는 상기 호버 감지부로부터 감지된 상기 이격 거리에 따른 전압 값에 대한 정보를 상기 전압 조정기로 제공할 수 있다.
상기 제어부는 상기 이격 거리에 따른 전압 값이 저장된 룩업 테이블을 포함하고, 상기 제어부는 상기 이격 거리에 대응하는 상기 전압 값을 상기 전압 조정기로 제공할 수 있다.
상기 이격 거리가 제1 거리일 때 상기 제2 신호의 제1 세기는 상기 이격 거리가 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리일 때 상기 제2 신호의 제2 세기보다 작을 수 있다.
상기 제2 신호의 전압 레벨은 제1 전압 레벨 또는 상기 제1 전압 레벨과 상이한 제2 전압 레벨을 갖고, 상기 제2 신호의 상기 전압 레벨은 상기 이격 거리에 따라 결정될 수 있다.
상기 표시층은 베이스층, 상기 베이스층 위에 배치된 회로층, 상기 회로층 위에 배치된 발광 소자층, 및 상기 발광 소자층 위에 배치된 봉지층을 포함하고, 상기 센서층은 상기 봉지층 위에 직접 배치될 수 있다.
상기 표시 장치는 상기 센서층의 동작을 제어하는 센서 구동부를 더 포함하고, 상기 센서층은 제1 방향을 따라 연장하는 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장하는 교차 전극을 포함하고, 상기 센서 구동부는 상기 전극 및 상기 교차 전극 각각의 정전 용량의 변화를 근거로 상기 입력 장치에 의한 입력을 감지하고, 상기 전극 및 상기 교차 전극 사이의 상호 정전 용량의 변화를 근거로 터치 입력을 감지할 수 있다.
상기 입력 장치는 액티브 펜일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치는 전극, 상기 전극을 통해 제1 신호를 수신하는 수신부, 상기 전극을 통해 제2 신호를 출력하는 송신부, 및 상기 수신부 및 상기 송신부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 송신부는 상기 제1 신호를 근거로 상기 제2 신호의 전압 레벨을 조절하는 전압 조정기를 포함할 수 있다.
상기 제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 제1 신호를 근거로 상기 제1 신호를 제공한 대상물과 상기 전극 사이의 이격 거리를 계산하는 거리 계산기를 포함하고, 상기 제어부는 상기 이격 거리에 따른 전압 정보가 포함된 전압 조정 신호를 생성할 수 있다.
상기 전압 조정기는 상기 전압 조정 신호를 근거로 상기 제2 신호의 상기 전압 레벨를 조절할 수 있다.
상기 수신부는 상기 제1 신호를 근거로 상기 제1 신호를 제공한 대상물과 상기 전극 사이의 이격 거리를 감지하는 호버 감지부를 포함할 수 있다.
상기 전압 조정기는 상기 호버 감지부로부터 감지된 상기 이격 거리에 따라 선택된 전압 값을 근거로 상기 제2 신호의 상기 전압 레벨를 조절할 수 있다.
상기 제1 신호의 세기가 작아지면, 상기 제2 신호의 상기 전압 레벨은 높아질 수 있다.
상술한 바에 따르면, 입력 장치는 센서층으로부터 제공된 제1 신호의 세기가 감소될수록, 입력 장치에서 출력되는 제2 신호의 세기를 증가시킬 수 있다. 또한, 입력 장치는 제1 신호의 세기가 증가될수록, 제2 신호의 세기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 표시 장치와 입력 장치 사이의 거리가 소정의 범위 내일 때, 표시 장치는 입력 장치로부터의 입력을 균일하게 수신할 수 있다. 따라서, 센싱 성능이 향상된 표시 장치 및 입력 장치를 포함하는 인터페이스 장치가 제공될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치를 도시한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치와 입력 장치 사이의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서층의 평면도이다.
도 7a 및 도 7b는 센서층의 제1 모드 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 8은 센서층의 제2 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치의 블록도이다.
본 명세서에서, 어떤 구성요소(또는 영역, 층, 부분 등)가 다른 구성요소 "상에 있다", "연결 된다", 또는 "결합된다"고 언급되는 경우에 그것은 다른 구성요소 상에 직접 배치/연결/결합될 수 있거나 또는 그들 사이에 제3의 구성요소가 배치될 수도 있다는 것을 의미한다.
동일한 도면부호는 동일한 구성요소를 지칭한다. 또한, 도면들에 있어서, 구성요소들의 두께, 비율, 및 치수는 기술적 내용의 효과적인 설명을 위해 과장된 것이다.
"및/또는"은 연관된 구성들이 정의할 수 있는 하나 이상의 조합을 모두 포함한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다.
또한, "아래에", "하측에", "위에", "상측에" 등의 용어는 도면에 도시된 구성들의 연관관계를 설명하기 위해 사용된다. 상기 용어들은 상대적인 개념으로, 도면에 표시된 방향을 기준으로 설명된다.
다르게 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 용어 및 과학 용어 포함)는 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에서 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술의 맥락에서 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하고, 이상적인 또는 지나치게 형식적인 의미로 해석되지 않는 한, 명시적으로 여기에서 정의될 수 있다.
"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서 상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
"부(part)", "유닛"이라는 용어는 특정 기능을 수행하는 소프트웨어 구성 요소(component) 또는 하드웨어 구성 요소를 의미한다. 하드웨어 구성 요소는 예를 들어, FPGA(field-programmable gate array) 또는 ASIC(application-specific integrated circuit)을 포함할 수 있다. 소프트웨어 구성 요소는 실행 가능한 코드 및/또는 어드레스 가능 저장 매체 내의 실행 가능 코드에 의해 사용되는 데이터를 지칭할 수 있다. 따라서 소프트웨어 구성 요소들은 예를 들어, 객체 지향 소프트웨어 구성 요소들, 클래스 구성 요소들 및 작업 구성 요소들일 수 있으며, 프로세스들, 기능들, 속성들, 절차들, 서브 루틴들, 프로그램 코드 세그먼트들, 드라이버들, 펌웨어들, 마이크로 코드들, 회로들, 데이터, 데이터베이스, 데이터 구조들, 테이블들, 배열들 또는 변수들을 포함할 수 있다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치를 도시한 도면이다.
도 1을 참조하면, 인터페이스 장치(IFS)는 표시 장치(1000) 및 입력 장치(2000)를 포함할 수 있다. 표시 장치(1000)는 입력 장치(2000)에 의한 입력을 감지할 수 있다. 본 명세서에서 표시 장치(1000)와 입력 장치(2000)를 통칭하여 인터페이스 장치(IFS) 또는 디지타이저 장치로 지칭될 수 있다.
표시 장치(1000)는 전기적 신호에 따라 활성화되는 장치일 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(1000)는 휴대폰, 태블릿, 자동차 내비게이션, 게임기, 또는 웨어러블 장치일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 도 1에서는 표시 장치(1000)가 휴대폰인 것을 예시적으로 도시하였다.
표시 장치(1000)에는 액티브 영역(1000A) 및 주변 영역(1000NA)이 정의될 수 있다. 표시 장치(1000)는 액티브 영역(1000A)을 통해 영상을 표시할 수 있다. 액티브 영역(1000A)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 의해 정의된 면을 포함할 수 있다. 주변 영역(1000NA)은 액티브 영역(1000A)의 주변을 둘러쌀 수 있다.
표시 장치(1000)의 두께 방향은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)과 교차하는 제3 방향(DR3)과 나란할 수 있다. 따라서, 표시 장치(1000)를 구성하는 부재들의 전면(또는 상면)과 배면(또는 하면)은 제3 방향(DR3)을 기준으로 정의될 수 있다.
표시 장치(1000)는 표시 장치(1000)의 외부에서 인가되는 입력들을 감지할 수 있다. 예를 들어, 표시 장치(1000)는 입력 장치(2000)에 의한 제1 입력 및 터치(3000)에 의한 제2 입력을 감지할 수 있다. 터치(3000)에 의한 제2 입력은 사용자 신체의 일부, 광, 열 또는 압력 등 다양한 형태의 외부 입력들을 포함할 수 있다. 입력 장치(2000)는 신호를 출력하는 액티브 펜일 수 있으며, 이하 입력 장치(2000)는 액티브 펜으로 설명된다.
표시 장치(1000)와 입력 장치(2000)는 양방향 통신될 수 있다. 표시 장치(1000)는 입력 장치(2000)로 업링크신호를 제공할 수 있다. 예를 들어, 업링크신호는 패널 정보, 프로토콜 버전 등의 정보를 포함할 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 입력 장치(2000)는 표시 장치(1000)로 다운링크신호를 제공할 수 있다. 다운링크신호는 동기화 신호 또는 입력 장치(2000)의 상태 정보를 포함할 수 있다. 예를 들어, 다운링크신호는 입력 장치(2000)의 좌표 정보, 입력 장치(2000)의 배터리 정보, 입력 장치(2000)의 기울기 정보, 및/또는 입력 장치(2000)에 저장된 다양한 정보 등을 포함할 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 인터페이스 장치를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 인터페이스 장치(IFS_1)는 표시 장치(1000_1) 및 입력 장치(2000)를 포함할 수 있다. 표시 장치(1000_1)는 입력 장치(2000)에 의한 입력을 감지할 수 있다.
표시 장치(1000_1)는 액티브 영역(1000A_1)을 통해 영상을 표시할 수 있다. 도 2에서는 표시 장치(1000_1)가 소정의 각도로 폴딩된 상태를 도시하였다. 표시 장치(1000_1)가 언폴딩된 상태에서, 액티브 영역(1000A_1)은 제1 방향(DR1) 및 제2 방향(DR2)에 의해 정의된 평면을 포함할 수 있다.
액티브 영역(1000A_1)은 제1 영역(1000A1), 제2 영역(1000A2), 및 제3 영역(1000A3)을 포함할 수 있다. 제1 영역(1000A1), 제2 영역(1000A2), 및 제3 영역(1000A3)은 제1 방향(DR1)으로 순차적으로 정의될 수 있다. 제2 영역(1000A2)은 제2 방향(DR2)을 따라 연장하는 폴딩축(1000FX)을 기준으로 휘어질 수 있다. 따라서, 제1 영역(1000A1) 및 제3 영역(1000A3)은 비폴딩 영역들로 지칭될 수 있고, 제2 영역(1000A2)은 폴딩 영역으로 지칭될 수 있다.
표시 장치(1000_1)가 폴딩되면, 제1 영역(1000A1)과 제3 영역(1000A3)은 서로 마주할 수 있다. 따라서, 완전히 폴딩된 상태에서, 액티브 영역(1000A_1)은 외부로 노출되지 않을 수 있으며, 이는 인-폴딩(in-folding)으로 지칭될 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 표시 장치(1000_1)의 동작이 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 본 발명의 일 실시예에서, 표시 장치(1000_1)가 폴딩되면, 제1 영역(1000A1)과 제3 영역(1000A3)은 서로 대향(opposing)할 수 있다. 따라서, 폴딩된 상태에서, 액티브 영역(1000A_1)은 외부로 노출될 수 있으며, 이는 아웃-폴딩(out-folding)으로 지칭될 수 있다.
표시 장치(1000_1)는 인-폴딩 또는 아웃-폴딩 중 어느 하나의 동작만 가능할 수 있다. 또는 표시 장치(1000_1)는 인-폴딩 동작 및 아웃-폴딩 동작이 모두 가능할 수 있다. 이 경우, 표시 장치(1000_1)의 동일한 영역, 예를 들어, 제2 영역(1000A2)이 인-폴딩 및 아웃 폴딩될 수 있다.
도 2에서는 하나의 폴딩 영역과 두 개의 비폴딩 영역이 예를 들어 도시되었으나, 폴딩 영역과 비폴딩 영역의 개수가 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 표시 장치(1000_1)는 2개보다 많은 복수 개의 비폴딩 영역들 및 서로 인접한 비폴딩 영역들 사이에 배치된 복수의 폴딩 영역들을 포함할 수 있다.
도 2에서는 폴딩축(1000FX)이 제2 방향(DR2)으로 연장된 것을 예시적으로 도시하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 폴딩축(1000FX)은 제1 방향(DR1)과 나란한 방향을 따라 연장할 수도 있다. 이 경우, 제1 영역(1000A1), 제2 영역(1000A2), 및 제3 영역(1000A3)은 제2 방향(DR2)을 따라 순차적으로 배열될 수 있다.
액티브 영역(1000A_1)은 적어도 하나의 전자 모듈들과 중첩될 수 있다. 예를 들어, 전자 모듈들은 카메라 모듈 및 근접 조도 센서 등을 포함할 수 있다. 전자 모듈들은 액티브 영역(1000A_1)을 통해 전달되는 외부 입력을 수신하거나, 액티브 영역(1000A_1)을 통해 출력을 제공할 수 있다. 카메라 모듈 및 근접 조도 센서 등과 중첩하는 액티브 영역(1000A_1)의 일부분은 액티브 영역(1000A_1)의 다른 일부분보다 높은 투과율을 가질 수 있다. 따라서, 복수의 전자 모듈들이 배치될 영역을 액티브 영역(1000A_1) 주변의 주변 영역(1000NA)에 제공하지 않아도 된다. 그 결과, 표시 장치(1000_1)의 전면 대비 액티브 영역(1000A_1)의 면적 비율은 증가될 수 있다.
표시 장치(1000_1)와 입력 장치(2000)는 양방향 통신이 가능할 수 있다. 표시 장치(1000_1)는 입력 장치(2000)으로 업링크신호를 제공할 수 있다. 입력 장치(2000)는 표시 장치(1000_1)로 다운링크신호를 제공할 수 있다. 표시 장치(1000_1)는 입력 장치(2000)로부터 제공되는 신호를 이용하여 입력 장치(2000)의 좌표를 감지할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치와 입력 장치 사이의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 3을 참조하면, 표시 장치(1000)는 업링크 신호(ULS)를 제공할 수 있다. 업링크 신호(ULS)는 표시 장치(1000)의 센서층에서 제공될 수 있으며, 이에 대한 구체적인 설명은 후술된다. 업링크 신호(ULS)는 이하에서 제1 신호(ULS)로 지칭될 수 있다.
표시 장치(1000)의 최상면(1000OM)으로부터 제1 구간(SC1), 제2 구간(SC2), 제3 구간(SC3), 및 제4 구간(SC4)이 예시적으로 도시되었다. 제1 내지 제4 구간들(SC1, SC2, SC3, SC4)은 최상면(1000OM)으로부터 멀어지는 방향으로 정의될 수 있다.
도 3에는 입력 장치(2000)가 제1 구간(SC1)에 위치한 제1 상태(2001), 입력 장치(2000)가 제2 구간(SC2)에 위치한 제2 상태(2002), 및 입력 장치(2000)가 제3 구간(SC3)에 위치한 제3 상태(2003)가 예시적으로 도시되었다.
입력 장치(2000)는 제1 상태(2001), 제2 상태(2002), 및 제3 상태(2003) 각각에서 제1 신호(ULS)를 수신할 수 있다. 입력 장치(2000)는 제1 신호(ULS)에 근거해서 제2 신호(DLS1, DLS2, 또는 DLS3)를 출력할 수 있다. 제2 신호(DLS1, DLS2, 또는 DLS3)는 앞서 도 1에서 설명된 다운링크 신호에 대응될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 입력 장치(2000)는 입력 장치(2000)와 표시 장치(1000) 사이의 이격 거리에 따라 세기가 조절된 제2 신호(DLS1, DLS2, 또는 DLS3)를 출력할 수 있다. 예를 들어, 제1 상태(2001)의 입력 장치(2000)에서 출력되는 제2 신호(DLS1)의 제1 세기보다 제2 상태(2002)의 입력 장치(2000)에서 출력되는 제2 신호(DLS2)의 제2 세기가 더 클 수 있고, 상기 제2 세기보다 제3 상태(2003)의 입력 장치(2000)에서 출력되는 제2 신호(DLS3)의 제3 세기가 더 클 수 있다.
예를 들어, 제2 신호(DLS1)의 제1 전압 레벨과 제2 신호(DLS2)의 제2 전압 레벨은 서로 상이할 수 있다. 상기 제1 및 제2 전압 레벨들은 입력 장치(2000)와 표시 장치(1000)의 이격 거리에 따라 결정될 수 있다. 예를 들어, 상기 제2 전압 레벨은 상기 제1 전압 레벨보다 높을 수 있다.
제1 구간(SC1)은 이격 거리가 0mm 내지 5mm인 구간일 수 있고, 제2 구간(SC2)은 이격 거리가 5mm 내지 10mm인 구간일 수 있고, 제3 구간(SC3)은 이격 거리가 10mm 내지 15mm인 구간일 수 있다. 다만, 이는 예시적인 것으로 이에 제한되는 것은 아니다. 제1 구간(SC1)에서 제2 신호(DLS1)의 최대 전압은 17 볼트일 수 있고, 제2 구간(SC2)에서 제2 신호(DLS2)의 최대 전압은 25 볼트일 수 있고, 제3 구간(SC3)에서 제2 신호(DLS3)의 최대 전압은 32볼트일 수 있다. 제1 내지 제3 구간들(SC1, SC2, SC3) 각각에서 제2 신호들(DLS1, DLS2, DLS3) 각각의 최대 전압 값은 예시적인 수치로 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 실시예에 따르면, 입력 장치(2000)에서 출력되는 제2 신호(DLS1, DLS2, 또는 DLS3)의 세기가 조절되기 때문에, 표시 장치(1000)가 입력 장치(2000)를 센싱할 수 있는 영역 또는 거리가 증가될 수 있다. 입력 장치(2000)가 표시 장치(1000)에 직접 접촉되었을 때뿐만 아니라, 입력 장치(2000)가 표시 장치(1000)와 소정 거리 이격된 경우에도 표시 장치(1000)는 입력 장치(2000)로부터 제공된 신호를 센싱할 수 있다. 그에 따라, 사용자가 느끼는 입력 장치(2000)의 사용감 또는 필기감이 향상될 수 있다.
제1 구간(SC1), 제2 구간(SC2), 및 제3 구간(SC3)은 표시 장치(1000)가 입력 장치(2000)에 의한 입력을 센싱할 수 있는 구간에 대응될 수 있고, 제4 구간(SC4)은 표시 장치(1000)가 입력 장치(2000)에 의한 입력을 센싱하지 않는 구간 또는 센싱하지 못하는 구간에 대응될 수 있다.
도 3에서는 센싱 가능 구간을 제1 내지 제3 구간들(SC1, SC2, SC3)로 구분된 것을 예시적으로 설명하였으나, 센싱 가능 구간은 복수의 구간으로 구분되면 될 뿐, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
도 4a는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 표시 장치(1000)은 표시층(100) 및 센서층(200)을 포함할 수 있다.
표시층(100)은 영상을 실질적으로 생성하는 구성일 수 있다. 표시층(100)은 발광형 표시층일 수 있으며, 예를 들어, 표시층(100)은 유기발광 표시층, 퀀텀닷 표시층, 또는 마이크로 엘이디 표시층일 수 있다.
표시층(100)은 베이스층(110), 회로층(120), 발광 소자층(130), 및 봉지층(140)을 포함할 수 있다.
베이스층(110)은 회로층(120)이 배치되는 베이스 면을 제공하는 부재일 수 있다. 베이스층(110)은 유리 기판, 금속 기판, 또는 고분자 기판 등일 수 있다. 하지만, 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 베이스층(110)은 무기층, 유기층 또는 복합재료층일 수 있다.
베이스층(110)은 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 베이스층(110)은 제1 합성 수지층, 상기 제1 합성 수지층 위에 배치된 실리콘 옥사이드(SiOx)층, 상기 실리콘 옥사이드층 위에 배치된 아몰퍼스 실리콘(a-Si)층, 및 상기 아몰퍼스 실리콘층 위에 배치된 제2 합성 수지층을 포함할 수 있다. 상기 실리콘 옥사이드층 및 상기 아몰퍼스 실리콘층은 베이스 배리어층이라 지칭될 수 있다.
상기 제1 및 제2 합성 수지층들 각각은 폴리이미드(polyimide)계 수지를 포함하는 것일 수 있다. 또한, 상기 제1 및 제2 합성 수지층들 각각은 아크릴(acrylate)계 수지, 메타크릴(methacrylate)계 수지, 폴리아이소프렌(polyisoprene)계 수지, 비닐(vinyl)계 수지, 에폭시(epoxy)계 수지, 우레탄(urethane)계 수지, 셀룰로오스(cellulose)계 수지, 실록산(siloxane)계 수지, 폴리아미드(polyamide)계 수지 및 페릴렌(perylene)계 수지 중 적어도 하나를 포함하는 것일 수 있다. 한편, 본 명세서에서 "~~" 계 수지는 "~~" 의 작용기를 포함하는 것을 의미한다.
회로층(120)은 베이스층(110) 위에 배치될 수 있다. 회로층(120)은 절연층, 반도체 패턴, 도전 패턴, 및 신호 라인 등을 포함할 수 있다. 코팅, 증착 등의 방식으로 절연층, 반도체층, 및 도전층이 베이스층(110) 위에 형성되고, 이후, 복수 회의 포토리소그래피 공정을 통해 절연층, 반도체층, 및 도전층이 선택적으로 패터닝될 수 있다. 이 후, 회로층(120)에 포함된 반도체 패턴, 도전 패턴, 및 신호 라인 이 형성될 수 있다.
발광 소자층(130)은 회로층(120) 위에 배치될 수 있다. 발광 소자층(130)은 발광 소자를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자층(130)은 유기 발광 물질, 퀀텀닷, 퀀텀 로드, 또는 마이크로 엘이디를 포함할 수 있다.
봉지층(140)은 발광 소자층(130) 위에 배치될 수 있다. 봉지층(140)은 수분, 산소, 및 먼지 입자와 같은 이물질로부터 발광 소자층(130)을 보호할 수 있다.
센서층(200)은 표시층(100) 위에 배치될 수 있다. 센서층(200)은 외부에서 인가되는 외부 입력을 감지할 수 있다. 외부 입력은 사용자의 입력일 수 있다. 사용자의 입력은 사용자 신체의 일부, 광, 열, 펜, 또는 압력 등 다양한 형태의 외부 입력들을 포함할 수 있다.
센서층(200)은 연속된 공정을 통해 표시층(100) 위에 형성될 수 있다. 이 경우, 센서층(200)은 표시층(100) 위에 직접 배치된다고 표현될 수 있다. 직접 배치된다는 것은 센서층(200)과 표시층(100) 사이에 제3 의 구성요소가 배치되지 않는 것을 의미할 수 있다. 즉, 센서층(200)과 표시층(100) 사이에는 별도의 접착 부재가 배치되지 않을 수 있다.
또는, 센서층(200)은 표시층(100)과 접착 부재를 통해 서로 결합될 수 있다. 접착 부재는 통상의 접착제 또는 점착제를 포함할 수 있다.
도시되지 않았으나, 표시 장치(1000)는 센서층(200) 위에 배치된 반사 방지층 및 광학층을 더 포함할 수도 있다. 반사 방지층은 표시 장치(1000)의 외부로부터 입사되는 외부광의 반사율을 감소시킬 수 있다. 광학층은 표시층(100)으로부터 입사된 광의 방향을 제어하여 표시 장치(1000)의 정면 휘도를 향상시킬 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 표시 장치(1000_2)는 표시층(100_1) 및 센서층(200_1)을 포함할 수 있다. 표시층(100_1)은 베이스 기판(110_1), 회로층(120_1), 발광 소자층(130_1), 봉지 기판(140_1), 및 결합 부재(150_1)를 포함할 수 있다.
베이스 기판(110_1) 및 봉지 기판(140_1) 각각은 유리 기판, 금속 기판, 또는 고분자 기판 등일 수 있으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
결합 부재(150_1)는 베이스 기판(110_1)과 봉지 기판(140_1) 사이에 배치될 수 있다. 결합 부재(150_1)는 봉지 기판(140_1)을 베이스 기판(110_1) 또는 회로층(120_1)에 결합시킬 수 있다. 결합 부재(150_1)는 무기물 또는 유기물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 무기물은 프릿 실(frit seal)을 포함할 수 있고, 유기물은 광 경화성 수지 또는 광 가소성 수지를 포함할 수 있다. 다만, 결합 부재(150_1)를 구성하는 물질이 상기 예에 제한되는 것은 아니다.
센서층(200_1)은 봉지 기판(140_1) 위에 직접 배치될 수 있다. 직접 배치된다는 것은 센서층(200_1)과 표시층(100_1) 사이에 제3 의 구성요소가 배치되지 않는 것을 의미할 수 있다. 즉, 센서층(200_1)과 표시층(100_1) 사이에는 별도의 접착 부재가 배치되지 않을 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 센서층(200_1)과 봉지 기판(140_1) 사이에는 접착층이 더 배치될 수도 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이다.
도 5를 참조하면, 베이스층(110)의 상면에 적어도 하나의 무기층이 형성된다. 무기층은 알루미늄옥사이드, 티타늄옥사이드, 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드, 지르코늄옥사이드, 및 하프늄옥사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 무기층은 다층으로 형성될 수 있다. 다층의 무기층들은 배리어층 및/또는 버퍼층을 구성할 수 있다. 본 실시예에서 표시층(100)은 버퍼층(BFL)을 포함하는 것으로 도시되었다.
버퍼층(BFL)은 베이스층(110)과 반도체 패턴 사이의 결합력을 향상시킬 수 있다. 버퍼층(BFL)은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 및 살리콘옥시나이트라이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 예를 들어, 버퍼층(BFL)은 실리콘옥사이드층과 실리콘나이트라이드층이 교대로 적층된 구조를 포함할 수 있다.
반도체 패턴은 버퍼층(BFL) 위에 배치될 수 있다. 반도체 패턴은 폴리실리콘을 포함할 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않고, 반도체 패턴은 비정질실리콘 또는 산화물반도체를 포함할 수도 있다.
도 5는 일부의 반도체 패턴을 도시한 것일 뿐이고, 다른 영역에 반도체 패턴이 더 배치될 수 있다. 반도체 패턴은 화소들에 걸쳐 특정한 규칙으로 배열될 수 있다. 반도체 패턴은 도핑 여부에 따라 전기적 성질이 다를 수 있다. 반도체 패턴은 전도율이 높은 제1 영역과 전도율이 낮은 제2 영역을 포함할 수 있다. 제1 영역은 N형 도판트 또는 P형 도판트로 도핑될 수 있다. P타입의 트랜지스터는 P형 도판트로 도핑된 도핑영역을 포함하고, N타입의 트랜지스터는 N형 도판트로 도핑된 도핑영역을 포함할 수 있다. 제2 영역은 비-도핑 영역이거나, 제1 영역 대비 낮은 농도로 도핑된 영역일 수 있다.
제1 영역의 전도성은 제2 영역의 전도성보다 크고, 실질적으로 전극 또는 신호 라인의 역할을 할 수 있다. 제2 영역은 실질적으로 트랜지스터의 액티브(또는 채널)에 해당할 수 있다. 다시 말해, 반도체 패턴의 일부분은 트랜지스터의 액티브일수 있고, 다른 일부분은 트랜지스터의 소스 또는 드레인일 수 있고, 또 다른 일부분은 연결 전극 또는 연결 신호라인일 수 있다.
화소들 각각은 7개의 트랜지스터들, 하나의 커패시터, 및 발광 소자를 포함하는 등가회로를 가질 수 있으며, 화소의 등가회로도는 다양한 형태로 변형될 수 있다. 도 5에서는 화소에 포함되는 하나의 트랜지스터(100PC) 및 발광 소자(100PE)를 예시적으로 도시하였다.
트랜지스터(100PC)의 소스(SC), 액티브(AL), 및 드레인(DR)이 반도체 패턴으로부터 형성될 수 있다. 소스(SC) 및 드레인(DR)은 단면 상에서 액티브(AL)로부터 서로 반대 방향으로 연장될 수 있다. 도 5에는 반도체 패턴으로부터 형성된 연결 신호 배선(SCL)의 일부분을 도시하였다. 별도로 도시하지 않았으나, 연결 신호 배선(SCL)은 평면 상에서 트랜지스터(100PC)의 드레인(DR)에 연결될 수 있다.
제1 절연층(10)은 버퍼층(BFL) 위에 배치될 수 있다. 제1 절연층(10)은 복수 개의 화소들에 공통으로 중첩하며, 반도체 패턴을 커버할 수 있다. 제1 절연층(10)은 무기층 및/또는 유기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 제1 절연층(10)은 알루미늄옥사이드, 티타늄옥사이드, 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드, 지르코늄옥사이드, 및 하프늄옥사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 실시예에서 제1 절연층(10)은 단층의 실리콘옥사이드층일 수 있다. 제1 절연층(10)뿐만 아니라 후술하는 회로층(120)의 절연층은 무기층 및/또는 유기층일 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 무기층은 상술한 물질 중 적어도 하나를 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
트랜지스터(100PC)의 게이트(GT)는 제1 절연층(10) 위에 배치된다. 게이트(GT)는 금속 패턴의 일부분일 수 있다. 게이트(GT)는 액티브(AL)에 중첩한다. 반도체 패턴을 도핑하는 공정에서 게이트(GT)는 마스크로 기능할 수 있다.
제2 절연층(20)은 제1 절연층(10) 위에 배치되며, 게이트(GT)를 커버할 수 있다. 제2 절연층(20)은 화소들에 공통으로 중첩할 수 있다. 제2 절연층(20)은 무기층 및/또는 유기층일 수 있으며, 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 제2 절연층(20)은 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 및 실리콘옥시나이트라이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다. 본 실시예에서, 제2 절연층(20)은 실리콘옥사이드층 및 실리콘나이트라이드층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
제3 절연층(30)은 제2 절연층(20) 위에 배치될 수 있다. 제3 절연층(30)은 단층 또는 다층 구조를 가질 수 있다. 예를 들어, 제3 절연층(30)은 실리콘옥사이드층 및 실리콘나이트라이드층을 포함하는 다층 구조를 가질 수 있다.
제1 연결 전극(CNE1)은 제3 절연층(30) 위에 배치될 수 있다. 제1 연결 전극(CNE1)은 제1, 제2, 및 제3 절연층(10, 20, 30)을 관통하는 컨택홀(CNT-1)을 통해 연결 신호 배선(SCL)에 접속될 수 있다.
제4 절연층(40)은 제3 절연층(30) 위에 배치될 수 있다. 제4 절연층(40)은 단층의 실리콘 옥사이드층일 수 있다. 제5 절연층(50)은 제4 절연층(40) 위에 배치될 수 있다. 제5 절연층(50)은 유기층일 수 있다.
제2 연결 전극(CNE2)은 제5 절연층(50) 위에 배치될 수 있다. 제2 연결 전극(CNE2)은 제4 절연층(40) 및 제5 절연층(50)을 관통하는 컨택홀(CNT-2)을 통해 제1 연결 전극(CNE1)에 접속될 수 있다.
제6 절연층(60)은 제5 절연층(50) 위에 배치되며, 제2 연결 전극(CNE2)을 커버할 수 있다. 제6 절연층(60)은 유기층일 수 있다.
발광 소자층(130)은 회로층(120) 위에 배치될 수 있다. 발광 소자층(130)은 발광 소자(100PE)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 발광 소자층(130)은 유기 발광 물질, 퀀텀닷, 퀀텀 로드, 또는 마이크로 엘이디를 포함할 수 있다. 이하에서, 발광 소자(100PE)가 유기 발광 소자인 것을 예로 들어 설명하나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다.
발광 소자(100PE)는 제1 전극(AE), 발광층(EL), 및 제2 전극(CE)을 포함할 수 있다.
제1 전극(AE)은 제6 절연층(60) 위에 배치될 수 있다. 제1 전극(AE)은 제6 절연층(60)을 관통하는 컨택홀(CNT-3)을 통해 제2 연결 전극(CNE2)에 접속될 수 있다.
화소 정의막(70)은 제6 절연층(60) 위에 배치되며, 제1 전극(AE)의 일부분을 커버할 수 있다. 화소 정의막(70)에는 개구부(70-OP)가 정의된다. 화소 정의막(70)의 개구부(70-OP)는 제1 전극(AE)의 적어도 일부분을 노출시킨다.
액티브 영역(1000A, 도 1 참조)은 발광 영역(PXA)과 발광 영역(PXA)에 인접한 비발광 영역(NPXA)을 포함할 수 있다. 비발광 영역(NPXA)은 발광 영역(PXA)을 에워쌀 수 있다. 본 실시예에서 발광 영역(PXA)은 개구부(70-OP)에 의해 노출된 제1 전극(AE)의 일부 영역에 대응하게 정의되었다.
발광층(EL)은 제1 전극(AE) 위에 배치될 수 있다. 발광층(EL)은 개구부(70-OP)에 대응하는 영역에 배치될 수 있다. 즉, 발광층(EL)은 화소들 각각에 분리되어 형성될 수 있다. 발광층(EL)이 화소들 각각에 분리되어 형성된 경우, 발광층들(EL) 각각은 청색, 적색, 및 녹색 중 적어도 하나의 색의 광을 발광할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니며, 발광층(EL)은 화소들에 연결되어 공통으로 제공될 수도 있다. 이 경우, 발광층(EL)은 청색 광을 제공하거나, 백색 광을 제공할 수도 있다.
제2 전극(CE)은 발광층(EL) 위에 배치될 수 있다. 제2 전극(CE)은 일체의 형상을 갖고, 복수 개의 화소들에 공통적으로 배치될 수 있다.
도시되지 않았으나, 제1 전극(AE)과 발광층(EL) 사이에는 정공 제어층이 배치될 수 있다. 정공 제어층은 발광 영역(PXA)과 비발광 영역(NPXA)에 공통으로 배치될 수 있다. 정공 제어층은 정공 수송층을 포함하고, 정공 주입층을 더 포함할 수 있다. 발광층(EL)과 제2 전극(CE) 사이에는 전자 제어층이 배치될 수 있다. 전자 제어층은 전자 수송층을 포함하고, 전자 주입층을 더 포함할 수 있다. 정공 제어층과 전자 제어층은 오픈 마스크를 이용하여 복수 개의 화소들에 공통으로 형성될 수 있다.
봉지층(140)은 발광 소자층(130) 위에 배치될 수 있다. 봉지층(140)은 순차적으로 적층된 무기층, 유기층, 및 무기층을 포함할 수 있으나, 봉지층(140)을 구성하는 층들이 이에 제한되는 것은 아니다.
무기층들은 수분 및 산소로부터 발광 소자층(130)을 보호하고, 유기층은 먼지 입자와 같은 이물질로부터 발광 소자층(130)을 보호할 수 있다. 무기층들은 실리콘나이트라이드층, 실리콘옥시나이트라이드층, 실리콘옥사이드층, 티타늄옥사이드층, 또는 알루미늄옥사이드층 등을 포함할 수 있다. 유기층은 아크릴 계열 유기층을 포함할 수 있고, 이에 제한되지 않는다.
센서층(200)은 연속된 공정을 통해 표시층(100) 위에 형성될 수 있다. 이 경우, 센서층(200)은 표시층(100) 위에 직접 배치된다고 표현될 수 있다. 직접 배치된다는 것은 센서층(200)과 표시층(100) 사이에 제3 의 구성요소가 배치되지 않는 것을 의미할 수 있다. 즉, 센서층(200)과 표시층(100) 사이에는 별도의 접착 부재가 배치되지 않을 수 있다. 또는, 센서층(200)은 접착 부재를 통해 표시층(100)에 결합될 수 있다. 접착 부재는 통상의 접착제 또는 점착제를 포함할 수 있다.
센서층(200)은 베이스층(201), 제1 도전층(202), 감지 절연층(203), 제2 도전층(204), 및 커버 절연층(205)을 포함할 수 있다.
베이스층(201)은 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드, 및 실리콘옥사이드 중 적어도 어느 하나를 포함하는 무기층일 수 있다. 또는 베이스층(201)은 에폭시 수지, 아크릴 수지, 또는 이미드 계열 수지를 포함하는 유기층일 수도 있다. 베이스층(201)은 단층 구조를 갖거나, 제3 방향(DR3)을 따라 적층된 다층 구조를 가질 수 있다.
제1 도전층(202) 및 제2 도전층(204) 각각은 단층구조를 갖거나, 제3 방향(DR3)을 따라 적층된 다층 구조를 가질 수 있다.
단층구조의 도전층은 금속층 또는 투명 도전층을 포함할 수 있다. 금속층은 몰리브덴, 은, 티타늄, 구리, 알루미늄, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 투명 도전층은 인듐주석산화물(indium tin oxide, ITO), 인듐아연산화물(indium zinc oxide, IZO), 산화아연(zinc oxide, ZnO), 인듐주석아연산화물(indium zinc tin oxide, IZTO) 등과 같은 투명한 전도성산화물을 포함할 수 있다. 그밖에 투명 도전층은 PEDOT과 같은 전도성 고분자, 금속 나노 와이어, 그라핀 등을 포함할 수 있다.
다층구조의 도전층은 금속층들을 포함할 수 있다. 금속층들은 예컨대 티타늄/알루미늄/티타늄의 3층 구조를 가질 수 있다. 다층구조의 도전층은 적어도 하나의 금속층 및 적어도 하나의 투명 도전층을 포함할 수 있다.
감지 절연층(203) 및 커버 절연층(205) 중 적어도 어느 하나는 무기막을 포함할 수 있다. 무기막은 알루미늄옥사이드, 티타늄옥사이드, 실리콘옥사이드, 실리콘나이트라이드, 실리콘옥시나이트라이드, 지르코늄옥사이드, 및 하프늄옥사이드 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
감지 절연층(203) 및 커버 절연층(205) 중 적어도 어느 하나는 유기막을 포함할 수 있다. 유기막은 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.
센서층(200)과 제2 전극(CE) 사이에는 기생 정전용량(Cb)이 발생될 수 있다. 기생 정전용량(Cb)은 베이스 정전용량 또는 패널 로드로 지칭될 수 있다. 센서층(200)과 제2 전극(CE)의 거리가 가까워짐에 따라 기생 정전용량(Cb) 값은 증가될 수 있다. 기생 정전용량(Cb)이 커지면 커질수록 기준 값 대비 정전 용량의 변화량의 비율이 작아질 수 있다. 정전 용량의 변화량은 입력 수단, 예를 들어, 입력 장치(2000, 도 1 참조) 또는 터치(3000, 도 1 참조), 에 의한 입력 전과 입력 후 사이에 발생하는 정전 용량의 변화를 의미한다.
입력 장치(2000, 도 1 참조)가 표시 장치(1000, 도 1 참조)로부터 소정 거리 이격된 경우, 입력 장치(2000, 도 1 참조)로부터 제공된 신호의 세기는 감소될 수 있다. 이 경우, 상기 신호는 감쇄되어 센서 구동부(200C, 도 7a 참조)까지 전달되지 않을 수 있다. 이는 입력 장치(2000, 도 1 참조)의 필기감의 저하를 야기할 수 있다. 이를 고려하여 입력 장치(2000, 도 1 참조)가 표시 장치(1000)로부터 소정의 거리 이격된 경우까지, 상기 신호가 센서 구동부(200C, 도 7a 참조)로 전달되도록 신호의 세기를 증가시킨 경우, 입력 장치(2000, 도 1 참조)가 표시 장치(1000)에 영향을 주어 화질이 열화될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 입력 장치(2000, 도 1참조)는 센서층(200)으로부터 제공된 신호의 세기를 근거로 입력 장치(2000, 도 1 참조)와 표시 장치(1000)의 거리를 감지하고, 이에 따라 출력하는 신호의 세기를 조절할 수 있다.
예를 들어, 입력 장치(2000, 도 1 참조)가 표시 장치(1000)와 소정 거리 이격되면 입력 장치(2000, 도 1 참조)로부터 출력되는 신호의 세기는 증가될 수 있고, 그에 따라 상기 신호는 센서 구동부(200C, 도 7a 참조)까지 전달될 수 있다. 따라서, 사용자가 느끼는 입력 장치(2000, 도 1 참조)의 필기감은 향상될 수 있다.
또한, 입력 장치(2000, 도 1 참조)와 표시 장치(1000)의 거리가 가까워지는 경우, 그에 따라 입력 장치(2000, 도 1 참조)에서 출력되는 신호의 세기는 감소될 수 있다. 따라서, 입력 장치(2000, 도 1 참조)에 의한 표시 장치(1000)의 화질 열화가 감소 또는 제거될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서층의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 센서층(200)에는 감지 영역(200A) 및 주변 영역(200N)이 정의될 수 있다. 감지 영역(200A)은 도 1에 도시된 액티브 영역(1000A)에 대응될 수 있고, 주변 영역(200N)은 도 1에 도시된 주변 영역(1000NA)에 대응될 수 있다.
센서층(200)은 전극들(210), 교차 전극들(220), 배선들(230), 및 패드들(240)을 포함할 수 있다.
전극들(210) 각각은 제1 방향(DR1)을 따라 연장되며, 전극들(210)은 제2 방향(DR2)으로 서로 이격되어 배열될 수 있다. 교차 전극들(220) 각각은 제2 방향(DR2)을 따라 연장되며, 교차 전극들(220)은 제1 방향(DR1)으로 서로 이격되어 배열될 수 있다.
전극들(210) 및 교차 전극들(220) 각각은 배선들(230) 중 대응하는 배선에 전기적으로 연결될 수 있다. 도 6에서는 하나의 전극(210)에 하나의 배선(230)이 연결되고, 하나의 교차 전극(220)에 하나의 배선(230)이 연결된 싱글 라우팅 구조를 예를 들어 도시하였으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 교차 전극들(220) 각각에는 2개의 배선들(230)이 연결될 수도 있다. 또는, 전극들(210) 각각에도 2 개의 배선들(230)이 연결되고, 교차 전극들(220) 각각에는 2개의 배선들(230)이 연결될 수도 있다.
패드들(240)은 배선들(230)에 각각 전기적으로 연결될 수 있다. 패드들(240)을 통해 센서층(200)은 센서 구동부(200C, 도 7a 참조)와 전기적으로 연결될 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 센서층의 제1 모드 동작을 설명하기 위한 도면들이다.
도 6, 도 7a 및 도 7b를 참조하면, 하나의 전극(210)의 일부분 및 하나의 교차 전극(220)의 일부분은 하나의 센싱 단위(200U)로 정의될 수 있다. 도 7a 및 도 7b 각각에는 하나의 센싱 단위(200U)가 확대되어 도시되었다.
교차 전극(220)은 교차 패턴들(221) 및 교차 패턴들(221)에 전기적으로 연결된 브릿지 패턴들(222)을 포함할 수 있다. 교차 패턴들(221)은 전극(210)을 사이에 두고 이격될 수 있다. 브릿지 패턴들(222)은 전극(210)과 중첩할 수 있고, 브릿지 패턴들(222)은 전극(210)과 절연 교차할 수 있다.
교차 패턴들(221) 및 전극(210)은 서로 동일한 층 상에 배치될 수 있고, 브릿지 패턴들(222)은 교차 패턴들(221) 및 전극(210)과 상이한 층 상에 배치될 수 있다. 예를 들어, 교차 패턴들(221) 및 전극(210)은 제2 도전층(204, 도 5 참조)에 포함될 수 있고, 브릿지 패턴들(222)은 제1 도전층(202, 도 5 참조)에 포함될 수 있으며, 이 구조는 바텀 브릿지 구조라 지칭될 수 있다. 하지만, 본 발명이 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 교차 패턴들(221) 및 전극(210)은 제1 도전층(202, 도 5 참조)에 포함될 수 있고, 브릿지 패턴들(222)은 제2 도전층(204, 도 5 참조)에 포함될 수 있으며, 이 구조는 탑 브릿지 구조라 지칭될 수 있다.
또한, 센서층(200)은 교차 패턴들(221) 및 전극(210)이 배치되지 않은 영역에 배치된 더미 패턴(250)을 더 포함할 수 있다. 더미 패턴(250)은 외부에서 전극(210) 및 교차 전극(220)이 시인되는 것을 방지하기 위해 제공되는 구성일 수 있으며, 더미 패턴(250)은 전기적으로 플로팅된 패턴일 수 있다.
도 7a 및 도 7b를 참조하면, 제1 모드는 표시 장치(1000, 도 1 참조)와 입력 장치(2000, 도 1 참조)가 서로 데이터를 송수신하는 모드일 수 있다. 도 7a에 도시된 동작은 표시 장치(1000, 도 1 참조)에서 입력 장치(2000, 도 1 참조)로 제1 신호를 제공하는 동작일 수 있다. 도 7b에 도시된 동작은 입력 장치(2000, 도 1 참조)에서 표시 장치(1000, 도1 참조)로 제2 신호를 제공하는 동작일 수 있다.
도 7a를 참조하면, 전극(210) 및 교차 전극(220) 각각은 센서 구동부(200C)로부터 제공된 제1 신호들(S1a, S1b)을 입력 장치(2000, 도 1 참조)로 제공하기 위한 전송 전극으로 활용될 수 있다. 제1 신호들(S1a, S1b)은 업 링크 신호들로 지칭될 수 있다. 도 7a에서는 전극(210)과 교차 전극(220)이 모두 전송 전극으로 활용되는 것을 일 예로 도시하였으나, 특별히 이에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 전극(210) 또는 교차 전극(220)이 전송 전극으로 활용될 수도 있다.
도 7b를 참조하면, 전극(210) 및 교차 전극(220) 각각은 입력 장치(2000, 도 1 참조)로부터 유도된 감지 신호들(S2a, S2b)을 센서 구동부(200C)로 전달하기 위한 수신 전극으로 활용될 수 있다. 센서 구동부(200C)는 전극(210)으로부터 제1 감지 신호(S2a)를 수신하고, 교차 전극(220)으로부터 제2 감지 신호(S2b)를 수신할 수 있다.
도 8은 센서층의 제2 모드 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6 및 도 8을 참조하면, 제2 모드에서 센서 구동부(200C)는 터치(3000, 도 1 참조)에 의한 제2 입력을 감지할 수 있다. 제2 모드에서 센서 구동부(200C)는 전극(210)과 교차 전극(220) 사이에 형성된 상호 정전 용량의 변화량을 감지하여 외부 입력을 감지할 수 있다.
센서 구동부(200C)는 전극(210)으로 구동 신호(S3)를 제공하고, 센서 구동부(200C)는 교차 전극(220)으로부터 감지 신호(S4)를 수신할 수 있다. 즉, 제2 모드에서 전극(210)은 전송 전극으로 기능할 수 있고, 교차 전극(220)은 수신 전극으로 기능할 수 있다. 하지만, 이에 특별히 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 전극(210)이 수신 전극으로 기능하고, 교차 전극(220)이 송신 전극으로 기능할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치의 블록도이다.
도 9를 참조하면, 입력 장치(2000)는 하우징(2100), 전원(2200), 제어부(2300), 수신부(2400), 송신부(2500), 및 전극(2600)을 포함할 수 있다. 다만, 입력 장치(2000)를 구성하는 구성 요소들이 상기 나열된 구성 요소들에 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, 입력 장치(2000)는 신호 송신 모드 또는 신호 수신모드로 전환하는 전극 스위치, 압력을 감지하는 압력 센서, 소정의 정보를 저장하는 메모리, 또는 회전을 감지하는 회전 센서 등을 더 포함할 수도 있다.
하우징(2100)은 펜 형상을 가질 수 있고, 내부에는 수용 공간에 형성될 수 있다. 하우징(2100) 내부에 정의된 수용 공간에는 전원(2200), 제어부(2300), 수신부(2400), 송신부(2500), 및 전극(2600)이 수용될 수 있다.
전원(2200)은 입력 장치(2000) 내부의 제어부(2300), 수신부(2400), 및 송신부(2500)에 전원을 공급할 수 있다. 전원(2200)은 배터리 또는 고용량 커패시터를 포함할 수 있다.
제어부(2300)는 입력 장치(2000)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부는 주문형 반도체(ASIC, application-specific integrated circuit)일 수 있다. 제어부(2300)는 설계된 프로그램에 따라서 동작하도록 구성될 수 있다.
수신부(2400)와 송신부(2500)는 통신 모듈로 지칭될 수 있다. 수신부(2400)는 센서층(200)으로부터 제공된 제1 신호(ULS)를 수신할 수 있다. 수신부(2400)는 제1 신호(ULS)를 제어부(2300)에서 처리 가능한 신호로 변조할 수 있다. 송신부(2500)는 제어부(2300)로부터 제공된 신호를 수신하여, 센서층(200)에 의해 센싱 가능한 신호로 변조할 수 있다. 송신부(2500)는 전극(2600)을 통해 제2 신호(DLS)를 출력할 수 있다.
제어부(2300)는 수신부(2400) 및 송신부(2500)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(2300)는 수신부(2400)를 통해 수신된 제1 신호(ULS)를 근거로 전극(2600)과 표시 장치(1000)의 이격 거리(DST)를 계산하는 거리 계산기(2310)를 포함할 수 있다.
제어부(2300)에는 이격 거리(DST)가 최소일 때의 전극(2600)과 센서층(200) 사이의 기준 커패시턴스 값이 저장되어 있을 수 있다. 거리 계산기(2310)는 기준 커패시턴스 값과 측정된 커패시턴스 값을 근거로 이격 거리(DST)를 계산할 수 있다. 제어부(2300)는 이격 거리(DST)에 따른 전압 정보가 포함된 전압 조정 신호(VCS)를 생성할 수 있다.
송신부(2500)는 제2 신호(DLS)의 세기를 조정하는 전압 조정기(2510)를 포함할 수 있다. 전압 조정기(2510)는 제어부(2300)로부터 전압 조정 신호(VCS)를 수신하여, 전압 조정 신호(VCS)를 근거로 제2 신호(DLS)의 세기를 조절할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 입력 장치(2000)는 제1 신호(ULS)의 세기가 감소될수록, 제2 신호(DLS)의 세기를 증가시킬 수 있다. 또한, 제1 신호(ULS)의 세기가 증가될수록, 제2 신호(DLS)의 세기를 감소시킬 수 있다. 따라서, 표시 장치(1000)와 입력 장치(2000) 사이의 이격 거리(DST)가 소정의 범위 내일 때, 표시 장치(1000)는 입력 장치(2000)로부터의 입력을 균일하게 수신할 수 있다. 따라서, 센싱 성능이 향상된 표시 장치(1000) 및 입력 장치(2000)를 포함하는 인터페이스 장치(IFS, 도 1 참조)가 제공될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 입력 장치의 블록도이다.
도 10을 참조하면, 입력 장치(2000_1)는 하우징(2100), 전원(2200), 제어부(2301), 수신부(2401), 송신부(2501), 전극(2600), 및 발진기(2700)를 포함할 수 있다.
수신부(2401)는 센서층(200)으로부터 제공된 제1 신호(ULS)를 수신할 수 있다. 수신부(2401)는 제1 신호(ULS)의 세기를 근거로 이격 거리(DST)를 감지하는 호버 감지부(2410)를 포함할 수 있다. 호버 감지부(2410)는 비교기로 구성될 수 있으나, 호버 감지부(2410)는 수신된 제1 신호(ULS)의 세기를 판단할 수 있는 구성으로 형성될 수 있다면, 특별히 상기 예에 제한되는 것은 아니다.
송신부(2501)는 제2 신호(DLS)의 세기를 조정하는 전압 조정기(2511)를 포함할 수 있다. 전압 조정기(2511)는 호버 감지부(2410)로부터 감지된 이격 거리(DST)에 대응하는 전압 레벨로 제2 신호(DLS)의 세기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 제어부(2301)는 룩업 테이블(2311)을 포함할 수 있다. 룩업 테이블(2311)에는 이격 거리(DST)에 대응하는 전압 레벨값이 저장될 수 있다. 따라서, 제어부(2301)는 별도의 연산없이 수신부(2401)로부터 감지된 정보에 매칭되어 있는 전압값을 송신부(2501)로 제공할 수 있다. 이 경우, 이격 거리(DST)에 따른 전압값을 연산하는 시간이 감소되어 정보 처리 속도가 향상될 수 있다.
발진기(2700)는 변화된 전압에 따라 주파수를 변화시키는 구성일 수 있다. 제어부(2301)는 이격 거리(DST)에 대응하는 주파수 값이 저장된 룩업 테이블을 더 포함할 수도 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
IFS: 인터페이스 장치 1000: 표시 장치
2000: 입력 장치 2100: 하우징
2200: 전원 2300: 제어부
2400: 수신부 2500: 송신부
2600: 전극

Claims (20)

  1. 표시층, 및 상기 표시층 위에 배치된 센서층을 포함하는 표시 장치; 및
    상기 센서층으로부터 제1 신호를 수신하고, 상기 센서층으로 제2 신호를 출력하는 입력 장치를 포함하고,
    상기 제2 신호의 세기는 상기 표시 장치와 상기 입력 장치 사이의 이격 거리에 따라 결정되는 인터페이스 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 장치는,
    전극;
    상기 전극을 통해 상기 제1 신호를 수신하는 수신부;
    상기 제2 신호의 세기를 조절하는 전압 조정기를 포함하며 상기 전극을 통해 상기 제2 신호를 출력하는 송신부; 및
    상기 수신부 및 상기 송신부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 이격 거리는 상기 전극과 상기 표시 장치 사이의 거리인 인터페이스 장치.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 제1 신호를 근거로 상기 이격 거리를 계산하는 거리 계산기를 포함하는 인터페이스 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 이격 거리가 최소일 때의 상기 전극과 상기 센서층 사이의 기준 커패시턴스 값은 상기 제어부에 저장된 인터페이스 장치.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 거리 계산기는 상기 기준 커패시턴스 값을 근거로 상기 이격 거리를 계산하고, 상기 제어부는 상기 이격 거리에 따른 전압 정보가 포함된 전압 조정 신호를 생성하는 인터페이스 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 전압 조정기는 상기 전압 조정 신호를 근거로 상기 제2 신호의 상기 세기를 조절하는 인터페이스 장치.
  7. 제2 항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 제1 신호의 세기를 근거로 상기 이격 거리를 감지하는 호버 감지부를 포함하는 인터페이스 장치.
  8. 제7 항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 호버 감지부로부터 감지된 상기 이격 거리에 따른 전압 값에 대한 정보를 상기 전압 조정기로 제공하는 인터페이스 장치.
  9. 제7 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 이격 거리에 따른 전압 값이 저장된 룩업 테이블을 포함하고, 상기 제어부는 상기 이격 거리에 대응하는 상기 전압 값을 상기 전압 조정기로 제공하는 인터페이스 장치.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 이격 거리가 제1 거리일 때 상기 제2 신호의 제1 세기는 상기 이격 거리가 상기 제1 거리보다 큰 제2 거리일 때 상기 제2 신호의 제2 세기보다 작은 인터페이스 장치.
  11. 제1 항에 있어서,
    상기 제2 신호의 전압 레벨은 제1 전압 레벨 또는 상기 제1 전압 레벨과 상이한 제2 전압 레벨을 갖고, 상기 제2 신호의 상기 전압 레벨은 상기 이격 거리에 따라 결정되는 인터페이스 장치.
  12. 제1 항에 있어서,
    상기 표시층은 베이스층, 상기 베이스층 위에 배치된 회로층, 상기 회로층 위에 배치된 발광 소자층, 및 상기 발광 소자층 위에 배치된 봉지층을 포함하고, 상기 센서층은 상기 봉지층 위에 직접 배치된 인터페이스 장치.
  13. 제1 항에 있어서,
    상기 표시 장치는 상기 센서층의 동작을 제어하는 센서 구동부를 더 포함하고,
    상기 센서층은 제1 방향을 따라 연장하는 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연장하는 교차 전극을 포함하고, 상기 센서 구동부는 상기 전극 및 상기 교차 전극 각각의 정전 용량의 변화를 근거로 상기 입력 장치에 의한 입력을 감지하고, 상기 전극 및 상기 교차 전극 사이의 상호 정전 용량의 변화를 근거로 터치 입력을 감지하는 인터페이스 장치.
  14. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 장치는 액티브 펜인 인터페이스 장치.
  15. 전극;
    상기 전극을 통해 제1 신호를 수신하는 수신부;
    상기 전극을 통해 제2 신호를 출력하는 송신부; 및
    상기 수신부 및 상기 송신부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고,
    상기 송신부는 상기 제1 신호를 근거로 상기 제2 신호의 전압 레벨을 조절하는 전압 조정기를 포함하는 입력 장치.
  16. 제15 항에 있어서,
    상기 제어부는 상기 수신부를 통해 수신된 상기 제1 신호를 근거로 상기 제1 신호를 제공한 대상물과 상기 전극 사이의 이격 거리를 계산하는 거리 계산기를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 이격 거리에 따른 전압 정보가 포함된 전압 조정 신호를 생성하는 입력 장치.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 전압 조정기는 상기 전압 조정 신호를 근거로 상기 제2 신호의 상기 전압 레벨를 조절하는 입력 장치.
  18. 제15 항에 있어서,
    상기 수신부는 상기 제1 신호를 근거로 상기 제1 신호를 제공한 대상물과 상기 전극 사이의 이격 거리를 감지하는 호버 감지부를 포함하는 입력 장치.
  19. 제18 항에 있어서,
    상기 전압 조정기는 상기 호버 감지부로부터 감지된 상기 이격 거리에 따라 선택된 전압 값을 근거로 상기 제2 신호의 상기 전압 레벨를 조절하는 입력 장치.
  20. 제15 항에 있어서,
    상기 제1 신호의 세기가 작아지면, 상기 제2 신호의 상기 전압 레벨은 높아지는 입력 장치.
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