WO2016043546A2 - 스마트폰 - Google Patents

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WO2016043546A2
WO2016043546A2 PCT/KR2015/009807 KR2015009807W WO2016043546A2 WO 2016043546 A2 WO2016043546 A2 WO 2016043546A2 KR 2015009807 W KR2015009807 W KR 2015009807W WO 2016043546 A2 WO2016043546 A2 WO 2016043546A2
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pressure
touch sensor
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윤상식
권순영
문호준
김태훈
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04M—TELEPHONIC COMMUNICATION
    • H04M2250/00—Details of telephonic subscriber devices
    • H04M2250/22—Details of telephonic subscriber devices including a touch pad, a touch sensor or a touch detector

Definitions

  • the present invention relates to a smartphone, and more particularly, to a smartphone that can detect the touch position and the touch pressure at the same time.
  • buttons, keys, joysticks, and touch screens have been developed and used.
  • the touch screen has various advantages such as ease of operation, miniaturization of a product, and simplification of a manufacturing process.
  • the touch screen may constitute a touch surface of a touch input device that includes a touch sensor panel, which may be a transparent panel having a touch-sensitive surface. Such a touch sensor panel may be attached to the front of the display screen such that the touch-sensitive surface covers the visible side of the display screen. By simply touching the touch screen with a finger or the like, the user can operate the computing system. In general, a computing system may recognize a touch and a touch location on a touch screen and interpret the touch to perform computation accordingly.
  • An object of the present invention is to provide a smart phone capable of detecting the touch position and the touch pressure at the same time.
  • Smartphone is a cover layer; A first glass layer and a second glass layer positioned below the cover layer, the liquid crystal layer and the liquid crystal layer interposed therebetween, and at least a part of the touch sensor sensing a touch in a capacitive manner is the first glass layer; An LCD panel positioned between a glass layer and the second glass layer; A backlight unit positioned below the LCD panel; A pressure electrode disposed under the backlight unit; A shielding member positioned below the pressure electrode; And a converter for converting a signal of the capacitance change output from the pressure electrode into a digital signal, wherein the touch sensor includes a plurality of driving electrodes and a plurality of receiving electrodes, and a driving signal is applied to the touch sensor.
  • the touch position may be detected from the detection signal output from the touch sensor, and the magnitude of the touch pressure may be detected from the digital signal.
  • Smartphone is a cover layer;
  • a first glass layer and a second glass layer positioned below the cover layer, the liquid crystal layer and the liquid crystal layer interposed therebetween, and at least a part of the touch sensor sensing a touch in a capacitive manner is the first glass layer;
  • An LCD panel positioned between a glass layer and the second glass layer;
  • a backlight unit positioned below the LCD panel and including a light source and a reflector;
  • a pressure electrode disposed under the backlight unit;
  • a shielding member positioned below the pressure electrode;
  • a converter for converting a signal of the capacitance change output from the pressure electrode into a digital signal, wherein the touch sensor includes a plurality of driving electrodes and a plurality of receiving electrodes, and applies a driving signal to the touch sensor.
  • a pressure detector for detecting the magnitude of the touch pressure from the digital signal, wherein the converter and the pressure detector may
  • Smartphone is a cover layer; A first glass layer and a second glass layer positioned below the cover layer, the liquid crystal layer and the liquid crystal layer interposed therebetween, and at least a part of the touch sensor sensing a touch in a capacitive manner is the first glass layer; An LCD panel positioned between a glass layer and the second glass layer; A backlight unit positioned below the LCD panel; A pressure electrode disposed under the backlight unit; A reference potential layer spaced apart from the pressure electrode; And a converter for converting a signal of the capacitance change output from the pressure electrode into a digital signal, wherein the touch sensor includes a plurality of driving electrodes and a plurality of receiving electrodes, and a driving signal is applied to the touch sensor.
  • the touch position may be detected from the detection signal output from the touch sensor, the magnitude of the touch pressure may be detected from the digital signal, and the amount of change in capacitance is determined according to the distance between the pressure electrode and the reference potential layer. Can change.
  • the smart phone of the present invention according to the above configuration, it is possible to detect the touch position and the touch pressure at the same time.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a capacitive touch sensor panel according to an embodiment of the present invention and a configuration for its operation.
  • FIGS. 2A, 2B and 2C are conceptual views illustrating a relative position of a touch sensor panel with respect to a display module in a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a touch input device configured to detect a touch position and touch pressure according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a perspective view of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • 4C is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode pattern according to an embodiment of the present invention.
  • 4D is a cross-sectional view when pressure is applied to the touch input device shown in FIG. 4A.
  • 4E is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4F illustrates a pressure electrode pattern in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4G illustrates a pressure electrode pattern in accordance with an embodiment of the present invention.
  • 4H and 4I illustrate pressure electrode patterns that can be applied to embodiments of the present invention.
  • 5A is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5B illustrates a pressure electrode pattern in accordance with an embodiment of the present invention.
  • 6A is a cross-sectional view of a touch input device according to another embodiment of the present invention.
  • 6B is an exemplary cross-sectional view of a display module that may be included in a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7A is a perspective view of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode pattern according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view when a pressure is applied to the touch input device shown in FIG. 7B.
  • 7D is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode pattern according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • FIG. 7E is a cross-sectional view when pressure is applied to the touch input device shown in FIG. 7D.
  • FIG. 7F is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • 7G is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7H illustrates a pressure electrode pattern in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 illustrates an attachment structure of a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • 9 to 14 are block diagrams illustrating a configuration of a touch input device according to the first to sixth embodiments of the present invention.
  • 1 to 8 are diagrams for describing a basic operation principle of the touch input device 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the following description of the method of detecting the touch position and the touch pressure may be commonly applied to the first to sixth embodiments to be described later.
  • the touch sensor panel 100 of the present invention includes a plurality of driving electrodes TX1 to TXn and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm, for operation of the touch sensor panel 100.
  • the touch sensor panel 100 may include a plurality of driving electrodes TX1 to TXn and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm of the touch sensor panel 100 form an orthogonal array, the present invention is not limited thereto.
  • the driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may have any number of dimensions and application arrangements thereof, including diagonal lines, concentric circles, and three-dimensional random arrays.
  • n and m are positive integers, which may have the same or different values, and may have different sizes.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be arranged to cross each other.
  • the driving electrode TX includes a plurality of driving electrodes TX1 to TXn extending in the first axis direction
  • the receiving electrode RX includes a plurality of receiving electrodes extending in the second axis direction crossing the first axis direction. RX1 to RXm).
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on the same layer.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on the same surface of the insulating film (not shown).
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on different layers.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on both surfaces of one insulating film (not shown), or the plurality of driving electrodes TX1 to TXn may be formed.
  • One surface of one insulating film (not shown) and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on one surface of a second insulating film (not shown) different from the first insulating film.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm are made of transparent conductive material (eg, tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), or the like. Oxide) or ATO (Antimony Tin Oxide).
  • transparent conductive material eg, tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), or the like. Oxide) or ATO (Antimony Tin Oxide).
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be formed of another transparent conductive material or an opaque conductive material.
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may include at least one of silver ink, copper, and carbon nanotubes (CNT).
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be implemented with a metal mesh or made of a silver silver material.
  • the driver 120 which is one component of the touch input device 1000 according to an exemplary embodiment, may apply a driving signal to the driving electrodes TX1 to TXn.
  • a driving signal may be sequentially applied to one driving electrode from the first driving electrode TX1 to the nth driving electrode TXn at a time.
  • the driving signal may be repeatedly applied again. This is merely an example, and a driving signal may be simultaneously applied to a plurality of driving electrodes in some embodiments.
  • the sensing unit 110 provides information about the capacitance Cm 101 generated between the driving electrodes TX1 to TXn to which the driving signal is applied and the receiving electrodes RX1 to RXm through the receiving electrodes RX1 to RXm.
  • a sensing signal that includes a touch can detect whether the touch position.
  • the sensing signal may be a signal in which the driving signal applied to the driving electrode TX is coupled by the capacitance Cm 101 generated between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • the process of detecting the driving signal applied from the first driving electrode TX1 to the nth driving electrode TXn through the receiving electrodes RX1 to RXm is referred to as scanning the touch sensor panel 100. can do.
  • the sensing unit 110 may include a receiver (not shown) connected to each of the receiving electrodes RX1 to RXm through a switch.
  • the switch is turned on in a time interval for detecting the signal of the corresponding receiving electrode RX, so that the detection signal from the receiving electrode RX can be detected at the receiver.
  • the receiver may comprise an amplifier (not shown) and a feedback capacitor coupled between the negative input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier, i.e., in the feedback path. At this time, the positive input terminal of the amplifier may be connected to ground.
  • the receiver may further include a reset switch connected in parallel with the feedback capacitor. The reset switch may reset the conversion from current to voltage performed by the receiver.
  • the negative input terminal of the amplifier may be connected to the corresponding receiving electrode RX to receive a current signal including information on the capacitance CM 101 and integrate the converted signal into a voltage.
  • the sensing unit 110 may further include an analog to digital converter (ADC) for converting data integrated through a receiver into digital data. Subsequently, the digital data may be input to a processor (not shown) and processed to obtain touch information about the touch sensor panel 100.
  • the detector 110 may include an ADC and a processor.
  • the controller 130 may perform a function of controlling the operations of the driver 120 and the detector 110. For example, the controller 130 may generate a driving control signal and transmit the driving control signal to the driving unit 120 so that the driving signal is applied to the predetermined driving electrode TX at a predetermined time. In addition, the control unit 130 generates a detection control signal and transmits it to the detection unit 110 so that the detection unit 110 receives a detection signal from a predetermined reception electrode RX at a predetermined time to perform a preset function. can do.
  • the driving unit 120 and the sensing unit 110 may detect whether or not a touch is applied to the touch sensor panel 100 of the touch input device 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention. (Not displayed) can be configured.
  • the touch input device 1000 according to an embodiment of the present invention may further include a controller 130.
  • the touch input device 1000 including the touch sensor panel 100 may be integrated and implemented on a touch sensing integrated circuit (150 in FIG. 10), which is a touch sensing circuit.
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX included in the touch sensor panel 100 may include, for example, a touch sensing IC through a conductive trace and / or a conductive pattern printed on a circuit board. It may be connected to the driving unit 120 and the sensing unit 110 included in the 150.
  • a capacitance C having a predetermined value is generated at each intersection of the driving electrode TX and the receiving electrode RX, and such an electrostatic discharge occurs when an object such as a finger approaches the touch sensor panel 100.
  • the value of the dose can be changed.
  • the capacitance may represent mutual capacitance Cm.
  • the sensing unit 110 may detect the electrical characteristic to detect whether the touch sensor panel 100 is touched and / or the touch position. For example, it is possible to detect whether and / or a position of the touch on the surface of the touch sensor panel 100 formed of a two-dimensional plane formed of a first axis and a second axis.
  • the position of the touch in the second axis direction may be detected by detecting the driving electrode TX to which the driving signal is applied.
  • the position of the touch in the first axis direction may be detected by detecting a change in capacitance from a received signal received through the receiving electrode RX when the touch is applied to the touch sensor panel 100.
  • the touch sensor panel for detecting whether a touch is present and the touch position in the touch input device 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • the self-capacitance method, surface capacitance method, projected capacitance method, resistive film method, surface acoustic wave method (SAW), infrared method, optical method other than the above-described method It may be implemented using any touch sensing method such as an imaging method, a dispersive signal technology, and an acoustic pulse recognition method.
  • the touch sensor panel 100 for detecting a touch position in the touch input device 1000 may be located outside or inside the display module 200.
  • the display module 200 of the touch input device 1000 may include a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), and an organic light emitting diode (OLED). It may be a display panel included in). Accordingly, the user may perform an input operation by performing a touch on the touch surface while visually confirming the screen displayed on the display panel.
  • LCD liquid crystal display
  • PDP plasma display panel
  • OLED organic light emitting diode
  • the display module 200 receives an input from a central processing unit (CPU) or an application processor (AP), which is a central processing unit on a main board for the operation of the touch input device 1000, and desires a display panel. It may include a control circuit for displaying the content.
  • CPU central processing unit
  • AP application processor
  • control circuit for operating the display panel 200 may include a display panel control IC, a graphic controller IC, and other circuits necessary for operating the display panel 200.
  • 2A, 2B, and 2C are conceptual views illustrating a relative position of a touch sensor panel with respect to a display module in the touch input device 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • 2A to 2C an LCD panel is shown as a display panel, but this is only an example and any display panel may be applied to the touch input device 1000 according to an embodiment of the present invention.
  • Reference numeral 200A in the present specification may refer to a display panel included in the display module 200.
  • the LCD panel 200A includes a liquid crystal layer 250 including a liquid crystal cell, a first glass layer 261 including electrodes at both ends of the liquid crystal layer 250, and a liquid crystal layer 250.
  • the LCD panel may further include other configurations and modifications are possible to perform the display function.
  • the touch surface of the touch input device 1000 may be a surface of the touch sensor panel 100.
  • a surface of the touch sensor panel 100 which may be a touch surface, may be an upper surface of the touch sensor panel 100.
  • the touch surface of the touch input device 1000 may be an outer surface of the display module 200.
  • an outer surface of the display module 200 which may be a touch surface, may be a lower surface of the second polarization layer 272 of the display module 200.
  • the lower surface of the display module 200 may be covered with a cover layer (not shown) such as glass in order to protect the display module 200.
  • FIG. 2B and 2C illustrate that the touch sensor panel 100 is disposed inside the display panel 200A in the touch input device 1000.
  • the touch sensor panel 100 for detecting the touch position is disposed between the first glass layer 261 and the first polarization layer 271.
  • the touch surface of the touch input device 1000 may be an upper surface or a lower surface of FIG. 2B as an outer surface of the display module 200.
  • 2C illustrates a case in which the touch sensor panel 100 for detecting a touch position is included in the liquid crystal layer 250 and implemented.
  • the touch surface of the touch input device 1000 may be an upper surface or a lower surface of FIG. 2C as an outer surface of the display module 200.
  • the top or bottom surface of the display module 200 which may be a touch surface, may be covered with a cover layer (not shown) such as glass.
  • the touch sensor panel 100 has been described as to whether or not the touch and / or the location of the touch is detected. The magnitude of the pressure of the touch can be detected along with and / or location.
  • the touch sensor panel 100 may further include a pressure detection module that detects touch pressure separately from the touch sensor panel 100.
  • FIG 3 is a cross-sectional view of a touch input device configured to detect a touch position and touch pressure according to an embodiment of the present invention.
  • the touch sensor panel 100 and the pressure detection module 400 for detecting the touch position in the touch input device 1000 including the display module 200 may be attached to the front surface of the display module 200. Accordingly, the display screen of the display module 200 may be protected and the touch detection sensitivity of the touch sensor panel 100 may be increased.
  • the pressure detection module 400 may operate separately from the touch sensor panel 100 for detecting the touch position, for example, the pressure detection module 400 may be the touch sensor panel 100 for detecting the touch position. May be configured to detect pressure alone. In addition, the pressure detection module 400 may be configured to detect the touch pressure in combination with the touch sensor panel 100 for detecting the touch position. For example, at least one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX included in the touch sensor panel 100 for detecting the touch position may be used to detect the touch pressure.
  • the pressure detection module 400 is combined with the touch sensor panel 100 to detect a touch pressure.
  • the pressure detection module 400 includes a spacer layer 420 spaced apart from the touch sensor panel 100 and the display module 200.
  • the pressure detection module 400 may include a reference potential layer spaced apart from the touch sensor panel 100 through the spacer layer 420.
  • the display module 200 may function as a reference potential layer.
  • the reference potential layer may have any potential to cause a change in the capacitance 101 generated between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • the reference potential layer may be a ground layer having a ground potential.
  • the reference potential layer may be a ground layer of the display module 200.
  • the reference potential layer may have a plane parallel to the two-dimensional plane of the touch sensor panel 100.
  • the touch sensor panel 100 and the display module 200 which is a reference potential layer are spaced apart from each other.
  • the spacer layer 420 between the touch sensor panel 100 and the display module 200 may be implemented as an air gap according to a difference in the bonding method between the touch sensor panel 100 and the display module 200. Can be.
  • a double adhesive tape may be used to fix the touch sensor panel 100 and the display module 200.
  • each of the touch sensor panel 100 and the display module 200 has an overlapping area, and the two sides of the touch sensor panel 100 and the display module 200 are double-sided through a double-sided adhesive tape 430 in the edge regions of the touch sensor panel 100 and the display module 200.
  • Layers may be bonded to each other, but the touch sensor panel 100 and the display module 200 may be spaced apart from each other by a predetermined distance d.
  • the capacitance 101 (Cm) between the driving electrode TX and the receiving electrode RX changes. That is, when the touch sensor panel 100 is touched, the mutual capacitance Cm 101 may be reduced compared to the basic mutual capacitance. This is because when an object, such as a finger, is close to the touch sensor panel 100, the object serves as a ground (GND), and the fringing capacitance of the mutual capacitance (Cm) 101 is absorbed into the object. to be.
  • the basic mutual capacitance is a value of mutual capacitance between the driving electrode TX and the receiving electrode RX when there is no touch on the touch sensor panel 100.
  • the touch sensor panel 100 may be bent when pressure is applied when the object is touched with an upper surface that is a touch surface of the touch sensor panel 100. In this case, the value of the mutual capacitance 101 (Cm) between the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be further reduced. This is because the touch sensor panel 100 is bent so that the distance between the touch sensor panel 100 and the reference potential layer decreases from d to d 'so that the fringe capacitance of the mutual capacitance 101 (Cm) is not only an object but also a reference. This is because it is also absorbed by the dislocation layer. When the touch object is an insulator, the change in mutual capacitance Cm may be simply caused by the change in distance d-d 'between the touch sensor panel 100 and the reference potential layer.
  • the touch input device 1000 including the touch sensor panel 100 and the pressure detection module 400 on the display module 200 the touch pressure as well as the touch position may be simultaneously detected. have.
  • the touch sensor is not disposed between the touch sensor panel 100 and the display module 200 for detecting the touch position, and the touch sensor is made of an adhesive such as an optically clear adhesive (OCA).
  • OCA optically clear adhesive
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a touch input device 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • the touch sensor panel 100 and the display module 200 for detecting a touch position are completely laminated with an adhesive. Accordingly, display color clarity, visibility, and light transmittance of the display module 200 which can be checked through the touch surface of the touch sensor panel 100 may be improved.
  • the touch input device 1000 illustrates that the touch sensor panel 100 is laminated with an adhesive on the display module 200.
  • the touch sensor panel 100 may be disposed inside the display module 200 as illustrated in FIGS. 2B and 2C. More specifically, although the touch sensor panel 100 covers the display module 200 in FIGS. 4 to 7, the touch sensor panel 100 is positioned inside the display module 200 and the display module 200 is glass.
  • the touch input device 1000 covered with the cover layer may be used as an exemplary embodiment of the present invention.
  • the touch input device 1000 may be a cell phone, a personal data assistant (PDA), a smartphone, a tablet PC, an MP3 player, a notebook, or the like. It may include an electronic device including the same touch screen.
  • PDA personal data assistant
  • smartphone a tablet PC
  • MP3 player a notebook
  • notebook a notebook
  • the substrate 300 may include, for example, a circuit board for operating the touch input device 1000 together with a cover 320 which is the outermost mechanism of the touch input device 1000. And / or a housing surrounding the mounting space 310 in which the battery may be positioned.
  • a circuit board for operating the touch input device 1000 may be mounted with a central processing unit (CPU) or an application processor (AP) as a main board.
  • CPU central processing unit
  • AP application processor
  • a circuit board and / or a battery for operating the display module 200 and the touch input device 1000 may be separated through the substrate 300, and electrical noise generated in the display module 200 may be blocked.
  • the touch sensor panel 100 or the front cover layer may be formed wider than the display module 200, the substrate 300, and the mounting space 310, and thus the cover 320 may be touched.
  • the cover 320 may be formed to surround the display module 200, the substrate 300, and the circuit board 310 together with the sensor panel 100.
  • the touch input device 1000 detects a touch position through the touch sensor panel 100, and arranges the pressure detection module 400 between the display module 200 and the substrate 300. Touch pressure can be detected.
  • the pressure detection module 400 includes, for example, a spacer layer 420 formed of an air gap, which will be described in detail with reference to FIGS. 4B to 7B.
  • the spacer layer 420 may be made of an impact absorbing material according to an embodiment.
  • the spacer layer 420 may be filled with a dielectric material in some embodiments.
  • the pressure detection module 400 may include a spacer layer 420 and a spacer layer spaced apart from the display module 200 and the substrate 300. Electrodes 450 and 460 located within 420.
  • the electrodes 450 and 460 for detecting pressure are referred to as pressure electrodes 450 and 460 so as to be clearly distinguished from the electrodes included in the touch sensor panel 100.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be made of an opaque material as well as a transparent material.
  • an adhesive tape 440 having a predetermined thickness may be formed along the edge of the upper portion of the substrate 300.
  • the adhesive tape 440 is illustrated on all edges (eg, four sides of a quadrilateral) of the substrate 300, but the adhesive tape 440 is formed on at least a portion (eg, four) of the edges of the substrate 300. Only on three sides of a square).
  • the adhesive tape 440 may be formed on an upper surface of the substrate 300 or a lower surface of the display module 200.
  • the adhesive tape 440 may be a conductive tape to make the substrate 300 and the display module 200 at the same potential.
  • the adhesive tape 440 may be a double-sided adhesive tape, and the adhesive tape 440 may be made of a material having no elasticity.
  • the display module 200 when the pressure is applied to the display module 200, the display module 200 may be bent, so that the adhesive tape 440 can detect the magnitude of the touch pressure even if there is no deformation of the shape according to the pressure. Can be.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode pattern according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be formed on the substrate 300 as a spacer layer 420.
  • the pressure electrode for detecting the pressure may include a first electrode 450 and a second electrode 460.
  • any one of the first electrode 450 and the second electrode 460 may be a driving electrode and the other may be a receiving electrode.
  • the driving signal may be applied to the driving electrode and the sensing signal may be obtained through the receiving electrode.
  • mutual capacitance may be generated between the first electrode 450 and the second electrode 460.
  • FIG. 4D is a cross-sectional view when pressure is applied to the touch input device 1000 illustrated in FIG. 4C.
  • the lower surface of the display module 200 may have a ground potential for noise shielding.
  • the touch sensor panel 100 and the display module 200 may be bent. Accordingly, the distance d between the ground potential surface and the pressure electrode patterns 450 and 460 may be reduced to d '.
  • the fringing capacitance is absorbed by the lower surface of the display module 200 as the distance d decreases, so that the mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may decrease. have. Therefore, the magnitude of the touch pressure may be calculated by obtaining a reduction amount of mutual capacitance from the sensing signal obtained through the receiving electrode.
  • the display module 200 may be bent or pressed in response to a touch applying a pressure.
  • the display module 200 may be bent or pressed to show the largest deformation in the position of the touch.
  • the position showing the greatest deformation when the display module 200 is bent or pressed may not coincide with the touch position, but the display module 200 may indicate bending or pressing at least at the touch position.
  • the touch position is close to the edge and the edge of the display module 200, the position where the display module 200 is bent or pressed the greatest may be different from the touch position, but the display module 200 is at least the touch position. It may indicate bending or pressing at.
  • the upper surface of the substrate 300 may also have a ground potential for noise shielding. Accordingly, the pressure electrodes 450 and 460 may be formed on the insulating layer 470 to prevent the substrate 300 and the pressure electrodes 450 and 460 from being short-circuited.
  • 8 illustrates an attachment structure of a pressure electrode according to an embodiment of the present invention. Referring to FIG. 8A, the pressure electrodes 450 and 460 may be formed by placing the first insulating layer 470 on the substrate 300 and forming the pressure electrodes 450 and 460. . In some embodiments, the first insulating layer 470 on which the pressure electrodes 450 and 460 are formed may be attached to the substrate 300. In addition, according to an embodiment, the pressure electrode may be formed by placing a mask having a through hole corresponding to the pressure electrode pattern on the substrate 300 or the first insulating layer 470 on the substrate 300. Can be formed by spraying.
  • the pressure electrodes 450 and 460 in order to prevent a short circuit between the pressure electrodes 450 and 460 positioned on the substrate 300 and the display module 300 may be shorted.
  • the silver may cover the pressure electrodes 450 and 460 with an additional second insulating layer 471.
  • the pressure electrodes 450 and 460 formed on the first insulating layer 470 are covered with an additional second insulating layer 471, and then integrally attached to the substrate 300 to attach the pressure detecting module 400. Can be formed.
  • the attachment structure and method of the pressure electrodes 450 and 460 described with reference to FIG. 8A may also be applied when the pressure electrodes 450 and 460 are attached to the display module 200.
  • the case in which the pressure electrodes 450 and 460 are attached to the display module 200 will be described in more detail with reference to FIG. 4E.
  • the substrate 300 or the display module 200 to which the pressure electrodes 450 and 460 are attached may not exhibit a ground potential or may exhibit a weak ground potential.
  • the touch input device 1000 according to the embodiment of the present invention may further include a ground electrode (not shown) between the substrate 300 or the display module 200 and the insulating layer 470.
  • another insulating layer may be further included between the ground electrode and the substrate 300 or the display module 200.
  • the ground electrode may prevent the size of the capacitance generated between the first electrode 450 and the second electrode 460, which are pressure electrodes, from becoming too large.
  • FIG. 4E is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are formed on the substrate 300, but the pressure electrodes 450 and 460 may be formed on the lower surface of the display module 200.
  • the substrate 300 may have a ground potential. Accordingly, as the touch surface of the touch sensor panel 100 is touched, the distance d between the substrate 300 and the pressure electrodes 450 and 460 is reduced, and as a result, the first electrode 450 and the second electrode ( 460 may cause a change in mutual capacitance.
  • 4F illustrates the pressure electrode pattern. 4F illustrates a case in which the first electrode 450 and the second electrode 460 are formed on the substrate 300.
  • the capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may vary depending on the distance between the bottom surface of the display module 200 and the pressure electrodes 450 and 460.
  • FIG. 4G illustrates another pressure electrode pattern.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are formed on the bottom surface of the display module 200.
  • 4H and 4I illustrate pressure electrode patterns 450 and 460 that can be applied to the present invention.
  • the first electrode 450 and the first electrode 450 are generated to generate a capacitance range necessary for increasing the detection accuracy. It is necessary to form the pattern of the second electrode 460.
  • the generated capacitance may be increased. Therefore, the size, length and shape of the facing area between the first electrode 450 and the second electrode 460 may be adjusted according to the required capacitance range.
  • 4H and 4I when the first electrode 450 and the second electrode 460 are formed on the same layer, the lengths of the first electrode 450 and the second electrode 460 facing each other are relatively long. The case where the pressure electrode is formed is illustrated.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 are illustrated as being formed on the same layer, but the first electrode 450 and the second electrode 460 are implemented in different layers according to the embodiment. It may be. 8B illustrates an attachment structure when the first electrode 450 and the second electrode 460 are implemented in different layers. As illustrated in FIG. 8B, the first electrode 450 is formed on the first insulating layer 470, and the second electrode 460 is disposed on the first electrode 450. 471 may be formed on. In some embodiments, the second electrode 460 may be covered with a third insulating layer 472. In this case, since the first electrode 450 and the second electrode 460 are positioned on different layers, they may be implemented to overlap each other.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 may include the driving electrode TX and the receiving electrode RX arranged in the structure of MXN included in the touch sensor panel 100 described with reference to FIG. 1. It may be formed similarly to a pattern. At this time, M and N may be one or more natural numbers.
  • the touch pressure is detected from a change in mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460, but the pressure electrode 450 , 460 may be configured to include only one pressure electrode of the first electrode 450 and the second electrode 460. In this case, one pressure electrode and the ground layer (the display module 200 or the substrate ( The magnitude of the touch pressure may be detected by detecting a change in capacitance between 300).
  • the pressure electrode may include only the first electrode 450.
  • the pressure electrode may be formed by a change in distance between the display module 200 and the first electrode 450.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected from the capacitance change between the display modules 200. Since the distance d decreases as the touch pressure increases, the capacitance between the display module 200 and the first electrode 450 may increase as the touch pressure increases.
  • the pressure electrode does not have to have a comb-tooth shape or trident shape, which is necessary to increase the mutual capacitance variation detection accuracy, and may have a plate (eg, rectangular plate) shape as illustrated in FIG. 5B.
  • FIG. 8C illustrates an attachment structure when the pressure electrode includes only the first electrode 450.
  • the first electrode 450 may be formed on the first insulating layer 470 disposed on the substrate 300 or the display module 200. In some embodiments, the first electrode 450 may be covered with a second insulating layer 471.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure electrodes 450 and 460 according to the exemplary embodiment of the present invention may be formed in the spacer layer 420 on the upper surface of the substrate 300 and the lower surface of the display module 200.
  • the pressure electrode pattern for detecting pressure may include a first electrode 450 and a second electrode 460.
  • one of the first electrode 450 and the second electrode 460 may be formed on the substrate 300, and the other may be formed on the lower surface of the display module 200.
  • the first electrode 450 is formed on the substrate 300 and the second electrode 460 is formed on the lower surface of the display module 200.
  • the touch sensor panel 100 and the display module 200 When pressure is applied to the surface of the touch sensor panel 100 through the object 500, the touch sensor panel 100 and the display module 200 may be bent. Accordingly, the distance d between the first electrode 450 and the second electrode 460 may be reduced. In this case, as the distance d decreases, the mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may increase. Accordingly, the magnitude of the touch pressure may be calculated by acquiring an increase in mutual capacitance from the sensing signal acquired through the receiving electrode.
  • FIG. 5B illustrates a pressure electrode pattern in accordance with another embodiment of the present invention.
  • the first electrode 450 is formed on the upper surface of the substrate 300 and the second electrode 460 is formed on the lower surface of the display module 200.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 are different from each other. It is not necessary to have a comb or trident shape but may have a plate shape (eg, square plate shape).
  • FIG. 8D illustrates an attachment structure when the first electrode 450 is attached on the substrate 300 and the second electrode 460 is attached to the display module 200.
  • the first electrode 450 is positioned on the first insulating layer 470-2 formed on the substrate 300, and the first electrode 450 is formed of the second insulating layer ( 471-2).
  • the second electrode 460 is positioned on the first insulating layer 470-1 formed on the lower surface of the display module 200, and the second electrode 460 is disposed on the second insulating layer 471-1. Can be covered by
  • FIG. 8A when the substrate 300 or the display module 200 to which the pressure electrodes 450 and 460 are attached does not exhibit a ground potential or exhibits a weak ground potential, FIG. 8A
  • a ground electrode (not shown) may be further included between the first insulating layers 470, 470-1, and 470-2.
  • an additional insulating layer (not shown) may be further included between the ground electrode (not shown) and the substrate 300 or the display module 200 to which the pressure electrodes 450 and 460 are attached.
  • the touch input device 1000 senses a change in capacitance generated by the pressure electrodes 450 and 460. Therefore, a driving signal needs to be applied to the driving electrode of the first electrode 450 and the second electrode 460, and a touch pressure must be calculated from the change amount of capacitance by acquiring a detection signal from the receiving electrode. According to an embodiment, it may be further included a touch sensing IC for the operation of the pressure detection module 400.
  • the touch input device 1000 according to another exemplary embodiment will be described, and the differences from FIGS. 4A through 5B will be described.
  • an air gap and / or existing inside or outside the display module 200 without fabricating a separate spacer layer and / or a reference potential layer.
  • the touch pressure may be detected using the potential layer, which will be described in detail with reference to FIGS. 6A to 7B.
  • 6A is a cross-sectional view of a touch input device according to another embodiment of the present invention.
  • 6B is an exemplary cross-sectional view of the display module 200 that may be included in the touch input device 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • the LCD module 200 may include an LCD panel 200A and a backlight unit 200B.
  • the LCD panel 200A itself does not emit light, but performs a function of blocking or transmitting light. Accordingly, a light source is positioned below the LCD panel 200A to shine light on the LCD panel 200A to express information having various colors as well as light and dark on the screen. Since the LCD panel 200A does not emit light by itself as a passive element, a light source having a uniform luminance distribution on the rear surface is required.
  • the structure and function of the LCD panel 200A and the backlight unit 200B are well known techniques and will be briefly described below.
  • the backlight unit 200B for the LCD panel 200A may include several optical parts.
  • the backlight unit 200B may include a light diffusion and light enhancement sheet 231, a light guide plate 232, and a reflection plate 240.
  • the backlight unit 200B may include a light source (not shown) disposed on the rear and / or side surfaces of the light guide plate 232 in the form of a linear light source or a point light source.
  • the light guide plate 232 may further include a support 233 at the edge of the light diffusion and light enhancement sheet 231.
  • the light guide plate 232 may serve to convert light from a light source (not shown), which is generally in the form of a linear light source or a point light source, into a surface light source and direct the light toward the LCD panel 200A.
  • the reflector 240 may be formed of a material having a high reflectance and positioned under the light guide plate 232 so that the lost light may be reincident to the light guide plate 232.
  • the light diffusion and light enhancement sheet 231 may include a diffuser sheet and / or a prism sheet.
  • the diffusion sheet serves to diffuse light incident from the light guide plate 232. For example, since light scattered by the pattern of the light guide plate 232 directly enters the eye, the pattern of the light guide plate 232 may be reflected as it is. Even this pattern can be clearly detected even after mounting the LCD panel 200A, the diffusion sheet may serve to cancel the pattern of the light guide plate 232.
  • the backlight unit 200B may include a configuration different from the above-described configuration according to changes, developments, and / or embodiments of the technology, and may further include additional configurations in addition to the above-described configuration.
  • the backlight unit 200B according to the embodiment of the present invention for example, in order to protect the optical structure of the backlight unit 200B from external impact or contamination caused by the inflow of foreign objects, the protection sheet (protection sheet) on the top of the prism sheet It may contain more.
  • the backlight unit 200B may further include a lamp cover according to the embodiment in order to minimize light loss from the light source.
  • the backlight unit 200B allows the light guide plate 232, the light diffusion and light enhancement sheet 231, and the lamp (not shown), which are the main components of the backlight unit 200B, to be accurately matched to the allowable dimensions. It may further include a frame (frame) to maintain the.
  • each of the foregoing configurations may consist of two or more separate parts.
  • the prism sheet may be composed of two prism sheets.
  • the first air gap 220-2 may be present between the light guide plate 232 and the reflective plate 240. Accordingly, the lost light from the light guide plate 232 to the reflector 240 may be reincident to the light guide plate 232 through the reflector 240.
  • a double-sided adhesive tape 221-2 may be included at an edge between the light guide plate 232 and the reflecting plate 240 to maintain the air gap 220-2.
  • the backlight unit 200B may be positioned with the LCD panel 200A and the second air gap 220-1 interposed therebetween. This is to prevent the shock from the LCD panel 200A from being transmitted to the backlight unit 200B.
  • a double-sided adhesive tape 221-1 may be included at an edge between the backlight unit 200B and the LCD panel 200A to maintain the air gap 220-1.
  • the display module 200 may include an air gap such as the first air gap 220-2 and / or the second air gap 220-1.
  • an air gap may be included between the plurality of layers of the light diffusion and light enhancement sheet 231.
  • the LCD module has been described above, other display modules may also include an air gap in the structure.
  • the touch input device 1000 may use an air gap already existing in or outside the display module 200 without fabricating a separate spacer layer for pressure detection.
  • the air gap used as the spacer layer may be any air gap included in the display module 200 as well as the first air gap 220-2 and / or the second air gap 220-1 described with reference to FIG. 4B. Can be.
  • the air gap may be included in the outside of the display module 200.
  • FIGS. 6A and 7A are a perspective view of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 6A and 7A does not include an adhesive tape 440 for holding the air gap 420, unlike the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 4A and 4B. You may not.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode pattern according to an embodiment of the present invention.
  • pressure electrodes 450 and 460 may be formed on the substrate 300 as between the display module 200 and the substrate 300.
  • 7B to 7G the thicknesses of the pressure electrodes 450 and 460 are exaggerated for convenience, but the thicknesses may be very small since the pressure electrodes 450 and 460 may be implemented in a sheet form. .
  • the distance between the display module 200 and the substrate 300 is also exaggerated and widely shown, the distance between the two may also be implemented to have a very small gap.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are shown to be spaced apart from the pressure electrodes 450 and 460 and the display module 200 to show that the pressure electrodes 450 and 460 are formed on the substrate 300. It may be implemented such that they are not spaced apart.
  • the display module 200 includes the spacer layer 220 and the reference potential layer 270.
  • the spacer layer 220 may be a first air gap 220-2 and / or a second air gap 220-1 included in manufacturing the display module 200 as described with reference to FIG. 6B. .
  • the corresponding air gap may perform the function of the spacer layer 220.
  • the display module 220 includes the plurality of air gaps, the plurality of air gaps may be provided.
  • the air gap may integrally perform the function of the spacer layer 220.
  • 7B, 7C, 7F, and 7G are shown functionally including one spacer layer 220.
  • the touch input device 1000 may include a reference potential layer 270 above the spacer layer 220 as the inside of the display module 200 in FIGS. 2A to 2C.
  • the reference potential layer 270 may also be a ground potential layer included in the manufacturing of the display module 200.
  • an electrode (not shown) for shielding noise may be included between the first polarization layer 271 and the first glass layer 261 in the display panel 200A illustrated in FIGS. 2A to 2C. .
  • the electrode for shielding may be composed of ITO and may serve as a ground.
  • the reference potential layer 270 may be located anywhere within the display module 200 such that the spacer layer 220 is positioned between the reference potential layer 270 and the pressure electrodes 450 and 460.
  • An electrode having any potential other than the shielding electrode illustrated above may be used as the reference potential layer 270.
  • the reference potential layer 270 may be a common electrode potential Vcom layer of the display module 200.
  • the display module 200 may not be wrapped by a separate cover or frame.
  • the lower surface of the display module 200 facing the substrate 300 may be a reflector 240 and / or an insulator.
  • the lower surface of the display module 200 may not have a ground potential.
  • an arbitrary potential layer positioned inside the display module 200 may be formed. The pressure may be detected using the reference potential layer 270.
  • FIG. 7C is a cross-sectional view when pressure is applied to the touch input device 1000 illustrated in FIG. 7B.
  • the touch sensor panel 100 and the display module 200 may be bent or pressed.
  • the distance d between the reference potential layer 270 and the pressure electrode patterns 450 and 460 may be reduced to d ′ by the spacer layer 220 disposed in the display module 200.
  • the fringe capacitance is absorbed into the reference potential layer 270 as the distance d decreases, the mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may decrease. Therefore, the magnitude of the touch pressure may be calculated by obtaining a reduction amount of mutual capacitance from the sensing signal obtained through the receiving electrode.
  • the distance between the reference potential layer 270 and the pressure electrode patterns 450 and 460 at a predetermined position may no longer be close.
  • This state is referred to below as saturation.
  • the size of the touch pressure becomes larger, the area in the saturated state where the distance between the reference potential layer 270 and the pressure electrode patterns 450 and 460 no longer becomes close may increase. As the area increases, the mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may decrease. It will be described below to calculate the size of the touch pressure in accordance with the change in capacitance according to the change in distance, which may include calculating the size of the touch pressure in accordance with the change in the area in saturation.
  • a layer eg, a reflector
  • the warping or pressing of can be absent or reduced.
  • the bottom or bottom of the display module 200 is not shown to be bent or pressed at all. However, this is merely an example. The bottom or bottom of the display module 200 may be bent or pressed, but the degree is relaxed through the spacer layer 220. Can be.
  • FIG. 7D is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode pattern according to a modification of the embodiment of the present invention.
  • the spacer layer 420 is positioned between the display module 200 and the substrate 300.
  • the air gap 420 may occur since the display module 200 is not completely attached between the substrate 300 and the substrate 300.
  • the air gap 420 used as the spacer layer is not shown inside the display module 200.
  • the air gap 220 is additionally included in the display module 200. It may also be included.
  • FIG. 7E is a cross-sectional view when pressure is applied to the touch input device shown in FIG. 7D.
  • the display module 200 may be bent or pressed.
  • the distance d between the reference potential layer 270 and the pressure electrode patterns 450 and 460 is d by the spacer layer 220 positioned between the reference potential layer 270 and the pressure electrodes 450 and 460.
  • the fringe capacitance is absorbed into the reference potential layer 270 as the distance d decreases, the mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may decrease. Therefore, the magnitude of the touch pressure may be calculated by obtaining a reduction amount of mutual capacitance from the sensing signal obtained through the receiving electrode.
  • 7F is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be formed on the lower surface of the display module 200.
  • the distance d between the reference potential layer 270 and the pressure electrodes 450 and 460 decreases, and as a result, the first electrode 450 and the second electrode ( 460 may cause a change in mutual capacitance.
  • FIG. 7G is a cross-sectional view of a touch input device including a pressure electrode according to an embodiment of the present invention.
  • the pressure electrodes 450 and 460 according to the exemplary embodiment of the present invention may be formed on the upper surface of the substrate 300 and the lower surface of the display module 200.
  • the pressure electrode pattern for detecting pressure may include a first electrode 450 and a second electrode 460.
  • one of the first electrode 450 and the second electrode 460 may be formed on the substrate 300, and the other may be formed on the lower surface of the display module 200.
  • the first electrode 450 is formed on the substrate 300 and the second electrode 460 is formed on the lower surface of the display module 200.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 are shown to be spaced apart from each other. However, only the first electrode 450 is formed on the substrate 300 and the second electrode 460 is a display module.
  • the two are spaced apart by an air gap, the insulating material is located between the two, or the first electrode 450 and the second electrode 460 do not overlap each other.
  • it may be formed so as to be out of the same manner as it is formed in the same layer.
  • the touch sensor panel 100 and the display module 200 When pressure is applied to the surface of the touch sensor panel 100 through the object 500, the touch sensor panel 100 and the display module 200 may be bent or pressed. Accordingly, the distance d between the first electrode 450 and the second electrode 460 and the reference potential layer 270 may be reduced. In this case, as the distance d decreases, mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may decrease. Therefore, the magnitude of the touch pressure may be calculated by obtaining a reduction amount of mutual capacitance from the sensing signal obtained through the receiving electrode.
  • FIG. 7H illustrates a pressure electrode pattern in accordance with one embodiment of the present invention.
  • the first electrode 450 is formed on the upper surface of the substrate 300
  • the second electrode 460 is formed on the lower surface of the display module 200.
  • the sensitivity of sensing the amount of change in capacitance may be improved by arranging the first electrode 450 and the second electrode 460 to be perpendicular to each other.
  • the touch input device 1000 includes a touch sensor panel 100, a pressure detection module 400, a position sensing controller 500, a pressure sensing controller 600, a converter 650 and a processor. And 700.
  • the touch input device 1000, the position sensing controller 500 for detecting the touch position from the touch sensor panel 100, the converter 650 and the pressure sensing controller 600 in a separate configuration Is implemented.
  • the touch position detection from the touch sensor panel 100 and the touch pressure detection from the pressure detection module 400 are separately configured, that is, in the position sensing controller 500 and the pressure sensing controller 600, respectively. Is done.
  • the converter 650 separately provided is an analog-to-digital converter (ADC) having a function of converting the detection signal Rx received from the pressure detection module 400 into a digital signal, and by the converter 650.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the converted signal is transmitted to the pressure sensing controller 600, and the pressure sensing controller 600 detects the touch pressure based on the digital signal.
  • the position sensing controller 500 applies a driving signal Tx to the driving electrode of the touch sensor panel 100 and obtains a sensing signal Rx from the receiving electrode.
  • the sensing signal Rx may be a signal in which the driving signal Tx applied to the driving electrode of the touch sensor panel 100 is coupled by the capacitance generated between the driving electrode and the receiving electrode.
  • the position sensing controller 500 may include a converter therein for converting the sensing signal Rx into a digital signal.
  • the position sensing controller 500 may further include one or more integrators (not shown), and the detection signal Rx may be integrated by an integrator and converted into a digital signal through a converter provided therein.
  • the pressure sensing controller 600 applies a driving signal Tx-p to the driving electrode in the pressure detection module 400 and obtains a reduction amount of mutual capacitance from the sensing signal Rx-p obtained through the receiving electrode. Detect touch pressure.
  • the pressure sensing controller 600 is provided separately from the converter 650. As described above, the pressure sensing controller 600 generates touch pressure data based on the detection signal Rx-p converted by the converter 650 into a digital signal.
  • the touch position data detected by the position sensing controller 500 and the touch pressure data detected by the pressure sensing controller 600 are transmitted to the processor 700.
  • the processor 700 controls the operation of the touch input device 1000 while using the touch position data and the touch pressure data as the touch position and the touch pressure information.
  • the converter 650 for implementing the touch input device 1000 having a desired specification may be selectively applied.
  • a high performance ADC is used, a high signal to noise ratio (SNR) can be obtained, and thus the performance of the touch input device 1000 can be improved.
  • SNR signal to noise ratio
  • the touch input device 1000 includes a touch sensor panel 100, a pressure detection module 400, a position sensing controller 500, a converter 650, and a processor 701.
  • the processor 701 includes a configuration (function) of a pressure sensing controller that senses touch pressure from the pressure detection module 400.
  • the operation method of the position sensing controller 500 for detecting the touch position from the touch sensor panel 100 is as described above. That is, the position sensing controller 500 applies the driving signal Tx to the driving electrode of the touch sensor panel 100 and detects the touch position based on the detection signal Rx obtained from the receiving electrode.
  • the position sensing controller 500 may include a converter therein for converting the sensing signal Rx into a digital signal.
  • the position sensing controller 500 may further include one or more integrators (not shown), and the detection signal Rx may be integrated by an integrator and converted into a digital signal through a converter provided therein.
  • the processor 701 applies the driving signal Tx-p to the driving electrode of the pressure detecting module 400 and obtains the sensing signal Rx-p through the receiving electrode.
  • the detection signal Rx-p is converted into a digital signal through a converter 650 provided separately, and the signal converted by the converter 650 is transmitted to the processor 701.
  • the processor 701 generates touch pressure data based on the sensing signal Rx-p converted into a digital signal.
  • the touch position detection is performed by the position sensing controller 500, and the touch pressure detection is performed by the processor 701.
  • the processor 701 performing touch pressure detection may be implemented in a separate configuration from the converter 650 for converting the detection signal Rx-p from the pressure detection module 400 into a digital signal.
  • the processor 701 is used as the touch position and the touch pressure information based on the touch position data transmitted from the position sensing controller 500 together with the touch pressure data generated based on the signal transmitted from the separate converter 650. To control the operation of the touch input device 1000.
  • the converter 650 since the converter 650 is implemented in a separate configuration, the converter 650 for implementing the touch input device 1000 having a desired specification can be selectively applied. In the case of using a high performance ADC, since a high signal to noise ratio (SNR) can be obtained, the performance of the touch input device 1000 can be improved as described above.
  • SNR signal to noise ratio
  • the processor 701 performs the function of the pressure sensing controller 600 of the first embodiment, the configuration of the pressure sensing controller 600 is unnecessary, and as a result, the manufacturing cost can be reduced. It becomes possible.
  • the touch input device 1000 includes a touch sensor panel 100, a pressure detection module 400, a touch controller 510, a converter 650, and a processor 700.
  • the touch position and the touch pressure detection are controlled by the touch controller 510.
  • the touch controller 510 applies the driving signal Tx to the driving electrode of the touch sensor panel 100 and obtains the detection signal Rx from the receiving electrode.
  • the sensing signal Rx may be a signal in which the driving signal Tx applied to the driving electrode of the touch sensor panel 100 is coupled by the capacitance generated between the driving electrode and the receiving electrode.
  • the touch controller 510 may include a converter therein for converting the sensing signal Rx into a digital signal.
  • the touch controller 510 may further include one or more integrators (not shown), and the detection signal Rx may be integrated by the integrator and converted into a digital signal through a converter provided therein.
  • the touch controller 510 has a touch pressure detection function. That is, the touch controller 510 applies the driving signal Tx-p to the driving electrode in the pressure detection module 400 and obtains the sensing signal Rx-p through the receiving electrode.
  • the detection signal Rx-p from the pressure detection module 400 is converted into a digital signal by the converter 650 provided separately from the touch controller 510.
  • the signal converted by the converter 650 is transferred to the touch controller 510 to generate touch pressure data.
  • the touch controller 510 transmits touch position data and touch pressure data to the processor 700, and the processor 700 controls the operation of the touch input device 1000 based on the touch position data.
  • the converter 650 since the converter 650 is implemented in a separate configuration, the converter 650 for implementing the touch input device 1000 having a desired specification can be selectively applied. In the case of using a high performance ADC, since a high signal to noise ratio (SNR) can be obtained, the performance of the touch input device 1000 can be improved as described above.
  • SNR signal to noise ratio
  • the manufacturing cost can be reduced.
  • the sensing signal Rx for sensing the touch position and the sensing signal Rx_p for sensing the touch pressure are processed in one configuration (touch controller 510), the touch position and the touch pressure information are simultaneously processed. By using this method, the superior effect of obtaining more accurate data in real time can be achieved.
  • the touch input device 1000 includes a touch sensor panel 100, a pressure detection module 400, a position sensing controller 500, a pressure sensing controller 601, and a processor 700. do.
  • a configuration of a converter for converting the detection signal Rx-p obtained from the pressure detection module 400 into a digital signal is a pressure sensing controller. 601 is provided.
  • the position sensing controller 500 applies a driving signal Tx to the driving electrode of the touch sensor panel 100, obtains a detection signal Rx from the receiving electrode, and generates touch position data.
  • the position sensing controller 500 may include one or more integrators (not shown) and converters (not shown), and the detection signal Rx is integrated by an integrator and converted into a digital signal through a converter. do.
  • the position sensing controller 500 generates touch position data based on the signal.
  • the pressure sensing controller 601 applies the driving signal Tx-p to the driving electrode in the pressure detection module 400 and obtains the sensing signal Rx-p through the receiving electrode. At this time, the pressure sensing controller 601 receives the sensing signal Rx-p through the receiving electrode and converts it into a digital signal using the converter 650 provided therein. Based on the converted signal, the pressure sensing controller 601 generates touch pressure data.
  • the touch position data and the touch pressure data generated by the position sensing controller 500 and the pressure sensing controller 601 are transferred to the processor 700.
  • the processor 700 controls the operation of the touch input device 1000 based on the transferred data.
  • the pressure sensing controller 601 includes the function of a converter. This is effective in the case where high SNR is not required, unlike the first to third embodiments. That is, since a converter built in the pressure sensing controller 601 is used instead of a separate converter, manufacturing cost can be reduced. As a result, the fourth embodiment has a configuration that can be most efficiently used when it is desired to reduce manufacturing costs without requiring high SNR.
  • the touch input device 1000 includes a touch sensor panel 100, a pressure detection module 400, a position sensing controller 500, and a processor 702.
  • the processor 702 not only controls the operation of the touch input device 1000 but also has a function of detecting touch pressure from the pressure detection module 400.
  • the position sensing controller 500 applies a driving signal Tx to the driving electrode of the touch sensor panel 100 and detects a touch position based on the detection signal Rx obtained from the receiving electrode.
  • the position sensing controller 500 may include one or more integrators (not shown) and converters (not shown), and the detection signal Rx is integrated by an integrator and converted into a digital signal through a converter. do.
  • the position sensing controller 500 generates touch position data based on the signal.
  • the processor 702 applies the driving signal Tx-p to the driving electrode provided in the pressure detection module 400 and obtains the sensing signal Rx-p through the receiving electrode.
  • the processor 702 has a converter therein, converts the received detection signal Rx-p into a digital signal, and generates touch pressure data based thereon.
  • the processor 702 controls the operation of the touch input device 1000.
  • the processor 702 includes the function of a converter. This is effective when high SNR is not required as in the fourth embodiment. That is, since the converter built in the processor 702 is used instead of a separate converter, manufacturing cost can be reduced. As a result, the fifth embodiment has a configuration that can be most efficiently used when it is desired to reduce manufacturing costs without requiring high SNR.
  • the touch input device 1000 includes a touch sensor panel 100, a pressure detection module 400, a touch controller 520, and a processor 700.
  • the touch position and the touch pressure detection are controlled by the touch controller 520.
  • the touch controller 520 applies the driving signal Tx to the driving electrode of the touch sensor panel 100 and obtains the sensing signal Rx from the receiving electrode.
  • the sensing signal Rx may be a signal in which the driving signal Tx applied to the driving electrode of the touch sensor panel 100 is coupled by the capacitance generated between the driving electrode and the receiving electrode.
  • the touch controller 520 may include two or more integrators (not shown) and two or more converters (not shown), and the detection signal Rx is integrated by at least one integrator, and at least It is converted into a digital signal through one converter.
  • the touch controller 500 generates touch position data based on the signal.
  • the touch controller 520 applies the driving signal Tx-p to the driving electrode in the pressure detection module 400 and obtains the sensing signal Rx-p through the receiving electrode.
  • the detection signal Rx-p is converted into a digital signal through at least one converter provided in the touch controller 520, and the touch controller 520 generates touch pressure data based on the converted digital signal. .
  • the touch controller 520 transmits touch position data and touch pressure data to the processor 700.
  • the processor 700 controls the operation of the touch input device 1000 based on the transferred data.
  • the position sensing controller 500 and the pressure sensing controller 600 of the first embodiment are implemented in one configuration (touch controller 520), manufacturing cost can be reduced.
  • the touch controller 520 includes a function of a converter. This is effective when high SNR is not required. That is, since a converter built in the touch controller 520 is used instead of a separate converter, manufacturing cost can be reduced.
  • the sixth embodiment also has a configuration that can be most efficiently used when it is desired to reduce manufacturing costs without requiring high SNR.
  • the sixth embodiment processes the sensing signal Rx for sensing the touch position and the sensing signal Rx_p for sensing the touch pressure in one configuration (touch controller 520), Simultaneously using touch pressure information, more accurate data can be obtained in real time.
  • the smart phone of the present invention according to the above configuration, it is possible to detect the touch position and the touch pressure at the same time.

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Abstract

실시예에 따른 스마트폰은 커버층; 상기 커버층 하부에 위치하며, 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 위치하는 제1글라스층 및 제2글라스층을 포함하고, 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 터치 센서의 적어도 일부가 상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 LCD 패널; 상기 LCD 패널의 하부에 위치하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛의 하부에 위치하는 압력 전극; 상기 압력 전극의 하부에 위치하는 차폐용 부재; 및 상기 압력 전극으로부터 출력되는 정전용량 변화량에 대한 신호를 디지털 신호로 변환하는 컨버터를 포함하고, 상기 터치 센서는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하고, 상기 터치 센서에 구동신호가 인가되고 상기 터치 센서로부터 출력되는 감지신호로부터 터치 위치가 검출될 수 있으며, 상기 디지털 신호로부터 터치 압력의 크기가 검출될 수 있다.

Description

스마트폰
본 발명은 스마트폰에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터치 위치 및 터치 압력을 동시에 검출할 수 있는 스마트폰에 관한 것이다.
버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린 등 컴퓨팅 시스템을 조작하기 위한 다양한 종류의 입력 장치가 개발 및 이용되고 있다. 그 중 터치 스크린은, 조작의 용이성, 제품의 소형화 및 제조공정의 단순화 등 다양한 이점을 갖고 있어서, 가장 큰 주목을 받고 있다.
터치 스크린은 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널일 수 있는 터치 센서 패널(touch sensor panel)을 포함하는 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서 패널은 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 스크린상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이때, 디스플레이 모듈의 성능을 저하 시키지 않으면서, 터치 위치 및 터치 압력을 동시에 검출할 수 있는 검출 장치에 대한 필요성이 대두되었다.
본 발명의 목적은 터치 위치 및 터치 압력을 동시에 검출할 수 있는 스마트폰을 제공함에 있다.
실시예에 따른 스마트폰은 커버층; 상기 커버층 하부에 위치하며, 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 위치하는 제1글라스층 및 제2글라스층을 포함하고, 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 터치 센서의 적어도 일부가 상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 LCD 패널; 상기 LCD 패널의 하부에 위치하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛의 하부에 위치하는 압력 전극; 상기 압력 전극의 하부에 위치하는 차폐용 부재; 및 상기 압력 전극으로부터 출력되는 정전용량 변화량에 대한 신호를 디지털 신호로 변환하는 컨버터를 포함하고, 상기 터치 센서는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하고, 상기 터치 센서에 구동신호가 인가되고 상기 터치 센서로부터 출력되는 감지신호로부터 터치 위치가 검출될 수 있으며, 상기 디지털 신호로부터 터치 압력의 크기가 검출될 수 있다.
다른 실시예에 따른 스마트폰은 커버층; 상기 커버층 하부에 위치하며, 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 위치하는 제1글라스층 및 제2글라스층을 포함하고, 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 터치 센서의 적어도 일부가 상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 LCD 패널; 상기 LCD 패널의 하부에 위치하며, 광원 및 반사판을 포함하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛의 하부에 위치하는 압력 전극; 상기 압력 전극의 하부에 위치하는 차폐용 부재; 및 상기 압력 전극으로부터 출력되는 정전용량 변화량에 대한 신호를 디지털 신호로 변환하는 컨버터를 포함하고, 상기 터치 센서는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하고, 상기 터치 센서에 구동신호를 인가하기 위한 구동부; 상기 터치 센서로부터 감지신호를 수신하여 터치 위치를 검출하기 위한 감지부; 및 상기 디지털 신호로부터 터치 압력의 크기를 검출하기 위한 압력 검출부를 더 포함하며, 상기 컨버터와 상기 압력 검출부는 별개의 구성일 수 있다.
또 다른 실시예에 따른 스마트폰은 커버층; 상기 커버층 하부에 위치하며, 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 위치하는 제1글라스층 및 제2글라스층을 포함하고, 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 터치 센서의 적어도 일부가 상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 LCD 패널; 상기 LCD 패널의 하부에 위치하는 백라이트 유닛; 상기 백라이트 유닛의 하부에 위치하는 압력 전극; 상기 압력 전극과 이격된 기준 전위층; 및 상기 압력 전극으로부터 출력되는 정전용량 변화량에 대한 신호를 디지털 신호로 변환하는 컨버터를 포함하고, 상기 터치 센서는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하고, 상기 터치 센서에 구동신호가 인가되고 상기 터치 센서로부터 출력되는 감지신호로부터 터치 위치가 검출될 수 있으며, 상기 상기 디지털 신호로부터 터치 압력의 크기가 검출될 수 있고, 상기 정전용량 변화량은 상기 압력 전극과 상기 기준 전위층 사이의 거리에 따라 변할 수 있다.
상기 구성에 따른 본 발명의 스마트폰에 의하면, 터치 위치 및 터치 압력을 동시에 검출할 수 있게 된다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 패널 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈에 대한 터치 센서 패널의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시예 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 4d는 도 4a에 도시된 터치 입력 장치에 압력이 인가된 경우의 단면도이다.
도 4e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 4f는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 예시한다.
도 4g는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 예시한다.
도 4h 및 도 4i는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 압력 전극 패턴을 예시한다.
도 5a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 예시한다.
도6a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도6b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함될 수 있는 디스플레이 모듈의 예시적인 단면도이다.
도7a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다.
도7b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다.
도7c는 도7b에 도시된 터치 입력 장치에 압력이 인가된 경우의 단면도이다.
도7d는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 압력 전극 패턴을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다.
도7e는 도7d에 도시된 터치 입력 장치에 압력이 인가된 경우의 단면도이다.
도7f는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다.
도7g는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다.
도7h는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 예시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극의 부착 구조를 예시한다.
도 9 내지 도 14는 본 발명의 제1 내지 제6 실시예에 따른 터치 입력 장치의 구성을 나타내는 블록도이다.
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.
도 1 내지 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 기본적인 동작 원리를 설명하기 위한 도면이다. 특히, 터치 위치와 터치 압력을 검출하는 방식에 대한 아래의 설명은, 후술하는 제1 내지 제6 실시예에 공통적으로 적용될 수 있다.
도 1은 정전 용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서 패널(100)의 동작을 위해 상기 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(120), 및 터치 센서 패널(100)의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 및 터치 위치를 검출하는 감지부(110)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 터치 센서 패널(100)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 있고, 크기도 서로 상이할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 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.
본 발명의 일구성인 터치 센서 패널(100)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 절연막(미도시)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 또한, 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)은 하나의 절연막(미도시)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 또는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)은 제1절연막(미도시)의 일면에 그리고 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 상기 제1절연막과 다른 제2절연막(미도시)의 일면상에 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) 및 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 메탈 메쉬(metal mesh)로 구현되거나 은나노(nano silver) 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 일구성인 구동부(120)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 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(110)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 101)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: 101)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 패널(100)을 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(110)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: 101)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(110)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 패널(100)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(110)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(130)는 구동부(120)와 감지부(110)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(120)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(110)에 전달하여 감지부(110)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도 1에서 구동부(120) 및 감지부(110)는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미표시)를 구성할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서는 터치 센서 패널(100)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit: 도10에서 150) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서 패널(100)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 IC(150)에 포함된 구동부(120) 및 감지부(110)에 연결될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(C)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도 1에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(110)에서 감지하여 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서 패널(100)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
이상에서 터치 센서 패널(100)로서 상호 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 전술한 방법 이외의 자체 정전용량 방식, 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.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)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.
이때, 디스플레이 모듈(200)은 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 패널에 원하는 내용을 디스플레이하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다.
이때, 디스플레이 패널(200)의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
도 2a, 도 2b 및 도 2c는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈에 대한 터치 센서 패널의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다. 도 2a 내지 도 2c에서는 디스플레이 패널로서 LCD 패널이 도시되나, 이는 예시일 뿐이며 임의의 디스플레이 패널이 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 적용될 수 있다.
본원 명세서에서 도면부호 200A는 디스플레이 모듈(200)에 포함된 디스플레이 패널을 지칭할 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, LCD 패널(200A)은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정 층(250), 액정 층(250)의 양단에 전극을 포함하는 제1글라스층(261)과 제2글라스층(262), 그리고 상기 액정 층(250)과 대향하는 방향으로서 상기 제1글라스층(261)의 일면에 제1편광층(271) 및 상기 제2글라스층(262)의 일면에 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
도2a는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치된 것을 도시한다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널(100)의 표면일 수 있다. 도2a에서 터치 표면이 될 수 있는 터치 센서 패널(100)의 면은 터치 센서 패널(100)의 상부면이 될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면이 될 수 있다. 도2a에서 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 외면은 디스플레이 모듈(200)의 제2편광층(272)의 하부면이 될 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200)을 보호하기 위해서 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
도2b 및 2c는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치된 것을 도시한다. 이때, 도2b에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 제1글라스층(261)과 제1편광층(271) 사이에 배치되어 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도2b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도2c에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 액정 층(250)에 포함되어 구현되는 경우를 예시한다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도2c에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도2b 및 도2c에서, 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 상부면 또는 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치의 여부 및/또는 터치의 위치를 검출하는 것을 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)을 이용하여 터치의 여부 및/또는 위치와 함께 터치의 압력의 크기를 검출할 수 있다. 또한, 터치 센서 패널(100)과 별개로 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈을 더 포함하여 터치의 압력 크기를 검출하는 것도 가능하다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따라 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치의 단면도이다.
디스플레이 모듈(200)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100) 및 압력 검출 모듈(400)은 디스플레이 모듈(200)의 전면에 부착될 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 스크린을 보호하고 터치 센서 패널(100)의 터치 검출 민감도를 높일 수 있다.
이때, 압력 검출 모듈(400)은 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 별개로 동작할 수도 있는바, 예컨대, 압력 검출 모듈(400)은 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 독립적으로 압력만을 검출하도록 구성될 수 있다. 또한, 압력 검출 모듈(400)은 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 결합하여 터치 압력을 검출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)에 포함된 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 적어도 하나의 전극은 터치 압력을 검출하는데 이용될 수 있다.
도 3에서 압력 검출 모듈(400)은 터치 센서 패널(100)과 결합하여 터치 압력을 검출할 수 있는 경우를 예시한다. 도 3에서 압력 검출 모듈(400)은 상기 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이를 이격시키는 스페이서층(420)을 포함한다. 압력 검출 모듈(400)은 스페이서층(420)을 통해 터치 센서 패널(100)과 이격된 기준 전위층을 포함할 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200)은 기준 전위층으로서 기능할 수 있다.
기준 전위층은 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(101)에 변화를 야기할 수 있도록 하는 임의의 전위를 가질 수 있다. 예컨대, 기준 전위층은 그라운드(ground) 전위를 갖는 그라운드 층일 수 있다. 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 그라운드(ground) 층일 수 있다. 이때, 기준 전위층은 터치 센서 패널(100)의 2차원 평면과 평행한 평면을 가질 수 있다. 도 3에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)과 기준 전위층인 디스플레이 모듈(200)은 이격되어 위치한다. 이때, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)의 접착 방법의 차이에 따라 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 스페이서층(420)은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다.
이때, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)을 고정하기 위해서 양면 접착 테이프(430: DAT: Double Adhesive Tape)가 이용될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)은 각각의 면적이 포개어진 형태이고, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 각각의 가장자리 영역에서 양면 접착 테이프(430)를 통해서 두 개의 층이 접착되되 나머지 영역에서 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)이 소정 거리(d)로 이격될 수 있다.
일반적으로, 터치 센서 패널(100)의 휘어짐 없이 터치 표면을 터치하는 경우라도 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 정전용량(101: Cm)이 변화한다. 즉, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시에 상호 정전용량(Cm: 101)이 기본 상호 정전용량에 비해 감소할 수 있다. 이는 손가락과 같은 도체인 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접한 경우, 객체가 그라운드(GND) 역할을 하여 상호 정전용량(Cm: 101)의 프린징 정전용량(fringing capacitance)이 객체로 흡수되기 때문이다. 기본 상호 정전용량은 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 없는 경우에 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량의 값이다.
터치 센서 패널(100)의 터치 표면인 상부 표면을 객체로 터치 시 압력이 가해진 경우 터치 센서 패널(100)이 휘어질 수 있다. 이때, 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량(101: Cm)의 값은 더 감소할 수 있다. 이는, 터치 센서 패널(100)이 휘어져 터치 센서 패널(100)과 기준 전위층 사이의 거리가 d에서 d'로 감소함으로써 상기 상호 정전용량(101: Cm)의 프린징 정전용량이 객체뿐 아니라 기준 전위층으로도 흡수되기 때문이다. 터치 객체가 부도체인 경우에는 상호 정전용량(Cm)의 변화는 단순히 터치 센서 패널(100)과 기준 전위층 사이의 거리 변화(d-d')에만 기인할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 디스플레이 모듈(200) 상에 터치 센서 패널(100) 및 압력 검출 모듈(400)을 포함하여 터치 입력 장치(1000)를 구성함으로써, 터치 위치뿐 아니라 터치 압력을 동시에 검출할 수 있다.
하지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)뿐 아니라 압력 검출 모듈(400)까지 디스플레이 모듈(200) 상부에 배치시키는 경우, 디스플레이 모듈의 디스플레이 특성이 저하되는 문제점이 발생한다. 특히, 디스플레이 모듈(200) 상부에 에어갭을 포함하는 경우에 디스플레이 모듈의 시인성 및 빛 투과율이 저하될 수 있다.
따라서, 이러한 문제점이 발생되는 것을 방지하기 위해서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 에어갭을 배치하지 않고, OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)이 완전 라미네이션(lamination)될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 단면도이다. 본 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이가 접착제로 완전 라미네이션된다. 이에 따라 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 통해 확인할 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 색상 선명도, 시인성 및 빛 투과성이 향상될 수 있다.
도 4 내지 도 7 그리고 이를 참조한 설명에서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)로서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200) 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하나, 터치 센서 패널(100)이 도 2b 및 도 2c 등에 도시된 바와 같이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도 4 내지 도 7에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200)을 덮는 것이 도시되나, 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하고 디스플레이 모듈(200)이 유리와 같은 커버층으로 덮인 터치 입력 장치(1000)가 본 발명의 실시예로 이용될 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 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 커버(320)와 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간 (310) 등을 감싸는 하우징(housing)의 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 노이즈가 차단될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100) 또는 전면 커버층이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 커버(320)가 터치 센서 패널(100)과 함께 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판(310)을 감싸도록, 커버(320)가 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100)을 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 압력 검출 모듈(400)을 배치하여 터치 압력을 검출할 수 있다.
압력 검출 모듈(400)은 예컨대, 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성되며, 이에 대해서는 도 4b 내지 도 7b를 참조하여 상세하게 살펴본다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 사시도이다. 도4b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 검출 모듈(400)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300)을 이격시키는 스페이서층(420) 및 스페이서층(420) 내에 위치하는 전극(450 및 460)을 포함할 수 있다. 이하에서, 터치 센서 패널(100)에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 압력을 검출하기 위한 전극(450 및 460)을 압력 전극(450 및 460)으로 지칭한다. 이때, 압력 전극(450 및 460)은 디스플레이 패널의 전면이 아닌 후면에 포함되므로 투명 물질뿐 아니라 불투명 물질로 구성되는 것도 가능하다.
이때, 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 두께를 갖는 접착 테이프(440)가 형성될 수 있다. 도 4b에서 접착 테이프(440)는 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 접착 테이프(440)는 기판(300)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 실시예에 따라, 접착 테이프(440)는 기판(300)의 상부면 또는 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성될 수도 있다. 접착 테이프(440)는 기판(300)과 디스플레이 모듈(200)을 동일한 전위로 만들기 위해서 전도성 테이프일 수 있다. 또한, 접착 테이프(440)는 양면 접착 테이프일 수 있고, 접착 테이프(440)는 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)에 압력이 인가되는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 수 있으므로 접착 테이프(440)가 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도 4c는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도 4c에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 압력 전극(450, 460)은 스페이서층(420) 내로서 기판(300)상에 형성될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 전극은 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 구동전극일 수 있고 나머지 하나는 수신전극일 수 있다. 구동전극에 구동신호를 인가하고 수신전극을 통해 감지신호를 획득할 수 있다. 전압이 인가되면, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도 4d는 도 4c에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 터치 센서 패널(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 터치 센서 패널(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어질 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 전극 패턴(450, 460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 디스플레이 모듈(200)의 하부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(100)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 모듈(200)은 터치의 위치에서 가장 큰 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈(200)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다.
이때, 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다. 따라서, 기판(300)과 압력 전극(450, 460)이 단락(short circuit)되는 것을 방지하기 위해서 압력 전극(450, 460)은 절연층(470) 상에 형성될 수 있다. 도8은 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극의 부착 구조를 예시한다. 도 8(a)를 참조하여 설명하면, 압력 전극(450, 460)은 기판(300) 상에 제1절연층(470)을 위치시킨 후 압력 전극(450, 460)을 형성하여 구성될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)이 형성된 제1절연층(470)을 기판(300) 상에 부착하여 형성할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 전극은, 기판(300) 또는 기판(300)상의 제1절연층(470) 위에 압력 전극 패턴에 상응하는 관통 구멍을 갖는 마스크(mask)를 위치시킨 후 전도성 스프레이(spray)를 분사함으로써 형성될 수 있다.
또한, 디스플레이 모듈(200)의 하부면이 그라운드 전위를 갖는 경우 기판(300) 상에 위치한 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(300)이 단락되는 것을 방지하기 위해서 압력 전극(450, 460)은 추가의 제2절연층(471)으로 압력 전극(450, 460)을 덮을 수 있다. 또한, 제1절연층(470) 상에 형성된 압력 전극(450, 460)을 추가의 제2절연층(471)으로 덮은 후, 일체형으로 기판(300) 상에 부착하여 압력 검출 모듈(400)을 형성할 수 있다.
도 8a를 참조하여 설명된 압력 전극(450, 460)의 부착 구조 및 방법은 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)에 부착되는 경우에도 적용될 수 있다. 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 모듈(200)에 부착되는 경우는 도 4e와 관련하여 더욱 자세히 설명된다.
또한, 터치 입력 장치(1000)의 종류 및/또는 구현 방식에 따라, 압력 전극(450, 460)이 부착되는 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 전극인 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 생성되는 정전용량의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
이상에서 설명한 압력 전극(450, 460) 형성 및 부착 방법은 이하의 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다.
도 4e는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 여기서는 압력 전극(450, 460)이 기판(300) 상에 형성된 것이 예시되나, 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성되는 것도 무방하다. 이때, 기판(300)은 그라운드 전위를 가질 수 있다. 따라서, 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 터치함에 따라 기판(300)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리(d)가 감소하고, 결과적으로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 야기할 수 있다.
도 4f는 압력 전극 패턴을 예시한다. 도 4f에서는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 기판(300) 상에 형성된 경우를 도시한다. 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 정전용량은 디스플레이 모듈(200)의 하부면과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다.
도 4g는 또 다른 압력 전극 패턴을 예시한다. 도 4g에서, 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성된 경우를 도시한다.
도 4h 및 도 4i는 본 발명에 적용될 수 있는 압력 전극 패턴(450, 460)을 예시한다. 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 변화함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 때, 검출 정확도를 높이기 위해서 필요한 정전용량 범위를 생성하도록 제1전극(450)과 제2전극(460)의 패턴을 형성할 필요가 있다. 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 마주하는 면적이 크거나 길이가 길수록 생성되는 정전용량의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 필요한 정전용량 범위에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 마주하는 면적의 크기, 길이 및 형상 등을 조절하여 설계할 수 있다. 도 4h 및 도 4i에는, 제1전극(450)과 제2전극(460)이 동일한 층에 형성되는 경우로서 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 마주하는 길이가 상대적으로 길도록 압력 전극이 형성된 경우를 예시한다.
위의 설명에서는, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 동일한 층에 형성된 것으로 도시되나, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 실시예에 따라 서로 다른 층으로 구현되어도 무방하다. 도 8(b)는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 다른 층에 구현된 경우의 부착 구조를 예시한다. 도 8(b)에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2전극(460)은 제1전극(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제2전극(460)은 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 도 1을 참조하여 설명된 터치 센서 패널(100)에 포함된 MXN의 구조로 배열된 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 패턴과 유사하게 형성될 수 있다. 이때, M 및 N은 1 이상의 자연수 일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 터치 압력이 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것으로 설명했지만, 압력 전극(450, 460)이 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나의 압력 전극만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우, 하나의 압력 전극과 그라운드층(디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)) 사이의 정전용량 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다.
예컨대, 도 4c에서 압력 전극은 제1전극(450)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 디스플레이 모듈(200)과 제1전극(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1전극(450)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 디스플레이 모듈(200)과 제1전극(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이는 도 4e와 관련된 실시예에도 동일하게 적용될 수 있다. 이때, 압력 전극은, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 도 5b에 예시된 바와 같이 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수 있다.
도 8(c)는 압력 전극이 제1전극(450)만을 포함하여 구현된 경우의 부착 구조를 예시한다. 도 8(c)에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)은 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 위치한 제1절연층(470) 상에 형성될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1전극(450)은 제2절연층(471)으로 덮일 수 있다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 전극(450, 460)은 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 전극 패턴은 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 기판(300) 상에 형성되고 나머지 하나는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 도 5a에서는 제1전극(450)이 기판(300) 상에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 형성된 것을 예시한다.
객체(500)를 통해 터치 센서 패널(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 터치 센서 패널(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어질 수 있다. 이에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 증가할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 증가량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도 5b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 예시한다. 도 5b에서는 제1전극(450)이 기판(300) 상부면상에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성된 것이 도시된다. 도 5b에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 서로 다른 층에 형성되므로, 위의 실시예와는 달리, 제1전극(450) 및 제2전극(460)은 빗살형상 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며 판형상(예컨대, 사각판형상)을 가질 수 있다.
도 8(d)는 제1전극(450)이 기판(300) 상에 부착되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우의 부착 구조를 예시한다. 도 8(d)에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)은 기판(300) 상에 형성된 제1절연층(470-2) 상에 위치하고, 제1전극(450)은 제2절연층(471-2)에 의해 덮여 있을 수 있다. 또한, 제2전극(460)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성된 제1절연층(470-1) 상에 위치하고, 제2전극(460)은 제2절연층(471-1)에 의해 덮여 있을 수 있다.
도 8(a)와 관련하여 설명된 바와 마찬가지로, 압력 전극(450, 460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타내는 경우, 도 8(a) 내지 도 8(d)에서 제1절연층(470, 470-1, 470-2) 사이에 그라운드 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 그라운드 전극(미도시)과 압력 전극(450, 460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 추가의 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 압력 전극(450, 460)에서 발생하는 정전용량의 변화를 감지한다. 따라서, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 구동전극에는 구동신호가 인가될 필요가 있고 수신전극으로부터 감지신호를 획득하여 정전용량의 변화량으로부터 터치 압력을 산출해야 한다. 실시예에 따라, 압력 검출 모듈(400)의 동작을 위한 터치 센싱 IC를 추가로 포함하는 것도 가능하다.
이하에서는 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 대해서 설명하며, 도4a 내지 도5b와의 차이점을 위주로 설명한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서는 별도의 스페이서층 및/또는 기준 전위층을 제작함이 없이 디스플레이 모듈(200) 내 또는 외부에 존재하는 에어갭(air gap) 및/또는 전위층을 사용하여 터치 압력을 검출할 수 있으며 이에 대해서는 도6a 내지 도7b를 참조하여 상세하게 살펴본다.
도6a는 본 발명의 또 다른 실시예에에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다. 도6b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 예시적인 단면도이다.
도6b에서는 디스플레이 모듈(200)로서 LCD 모듈을 예시한다. 도6b에 도시된 바와 같이, LCD 모듈(200)은 LCD 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있다. LCD 패널(200A)은 그 자체가 발광하지 못하고 다만 빛을 차단 내지 투과를 시키는 기능을 수행한다. 따라서, LCD 패널(200A)의 하부에는 광원이 위치하여 LCD 패널(200A)에 빛을 비추어 화면에는 밝음과 어두움뿐 아니라 여러 가지 다양한 색상을 갖는 정보를 표현하게 된다. LCD 패널(200A)은 수동소자로서 자체 발광하지 못하므로, 후면에 균일한 휘도 분포를 갖는 광원이 요구된다. LCD 패널(200A) 및 백라이트 유닛(200B)의 구조 및 기능은 공지된 기술이며 이하에서 간단히 살펴본다.
LCD 패널(200A)을 위한 백라이트 유닛(200B)은 수개의 광학적 부품(optical part)을 포함할 수 있다. 도6b에서 백라이트 유닛(200B)은 광확산 및 광향상 시트(231), 도광판(232) 및 반사판(240)을 포함할 수 있다. 이때, 백라이트 유닛(200B)은 선광원(linear light source) 또는 점광원(point light source)등의 형태로서 도광판(232)의 후면 및/또는 측면에 배치된 광원(미도시)을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 도광판(232)과 광확산 및 광향상 시트(231)의 가장 자리에 지지부(233)를 더 포함할 수 있다.
도광판(232: light guide plate)은 일반적으로 선광원 또는 점광원의 형태인 광원(미도시)으로부터 광들을 면광원 형태로 변환하여 LCD 패널(200A)로 향하게 하는 역할을 할 수 있다.
도광판(232)에서 방출되는 광의 일부가 LCD 패널(200A)의 반대면으로 방출되어 손실될 수 있다. 반사판(240)은 이러한 손실된 광을 도광판(232)으로 재입사 시킬 수 있도록 도광판(232) 하부에 위치하며 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있다.
광확산 및 광향상 시트(231)는 확산시트(diffuser sheet) 및/또는 프리즘 시트(prism sheet)를 포함할 수 있다. 확산시트는 도광판(232)으로부터 입사되는 광을 확산시키는 역할을 한다. 예컨대, 도광판(232)의 패턴(pattern)에 의하여 산란된 빛은 직접 눈으로 들어오기 때문에 도광판(232)의 패턴이 그대로 비치게 될 수 있다. 심지어 이러한 패턴은 LCD 패널(200A)을 장착한 후에도 확연하게 감지할 수 있으므로 확산시트는 이러한 도광판(232)의 패턴을 상쇄시키는 역할을 수행할 수 있다.
확산시트를 지나면 광 휘도는 급격히 떨어지게 된다. 따라서, 광을 다시 포커스(focus)시켜 광 휘도를 향상시키도록 프리즘 시트가 포함될 수 있다. 백라이트 유닛(200B)은 기술의 변화, 발전 및/또는 실시예에 따라 전술한 구성과 다른 구성을 포함할 수 있으며, 또한 전술한 구성 이외에 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 예컨대, 백라이트 유닛(200B)의 광학적 구성을 외부의 충격이나 이물 유입에 따른 오염 등으로부터 보호하기 위해서 보호 시트(protection sheet)를 프리즘 시트 상부에 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 광원으로부터의 광 손실을 최소화하기 위해서 실시예에 따라 램프 커버(lamp cover)를 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 백라이트 유닛(200B)의 주요 구성인 도광판(232), 광확산 및 광향상 시트(231) 및 램프(미도시) 등이 허용치수에 맞게 정확하게 형합이 가능하도록 하는 형태를 유지하게 해주는 프레임(frame)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 구성 각각은 2개 이상의 별개의 부분으로 이루어질 수 있다. 예컨대, 프리즘 시트는 2개의 프리즘 시트로 구성될 수도 있다.
이때, 도광판(232)과 반사판(240) 사이에는 재1에어갭(220-2)이 존재하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 도광판(232)으로부터 반사판(240)으로의 손실광이 반사판(240)을 통해 다시 도광판(232)으로 재입사될 수 있다. 이때, 에어갭(220-2)을 유지할 수 있도록 도광판(232)과 반사판(240) 사이로서 가장자리에는 양면 접착 테이프(221-2)가 포함될 수 있다.
또한, 실시예에 따라 백라이트 유닛(200B)는 LCD 패널(200A)과 제2에어갭(220-1)을 사이에 두고 위치할 수 있다. 이는 LCD 패널(200A)로부터의 충격이 백라이트 유닛(200B)으로 전달되는 것을 방지하기 위함이다. 이때, 에어갭(220-1)을 유지할 수 있도록 백라이트 유닛(200B)과 LCD 패널(200A) 사이로서 가장자리에는 양면 접착 테이프(221-1)가 포함될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 자체적으로 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)과 같은 에어갭을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 광확산 및 광향상 시트(231)의 복수의 레이어들 사이에 에어갭이 포함될 수 있다. 이상에서는 LCD 모듈의 경우에 대해서 설명하였으나, 다른 디스플레이 모듈의 경우에도 구조 내에 에어갭을 포함할 수 있다.
따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 압력 검출을 위해 별도의 스페이서층을 제작함이 없이 디스플레이 모듈(200) 내 또는 외에 이미 존재하는 에어갭을 사용할 수 있다. 스페이서층으로 이용되는 에어갭은 도4b를 참조하여 설명되는 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)뿐 아니라 디스플레이 모둘(200) 내에 포함되는 임의의 에어갭일 수 있다. 또는 디스플레이 모듈(200) 외부에 포함되는 에어갭일 수 있다. 이와 같이, 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치(1000)를 제조함으로써 제조 비용을 절감하고 및/또는 제조 공정을 간소화할 수 있다.
도7a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다. 도6a 및 도7a 에 예시된 터치 입력 장치(1000)는, 도4a 및 도4b에 예시된 터치 입력 장치(1000)와 달리, 에어갭(420)을 유지하기 위한 접착 테이프(440)를 포함하지 않을 수 있다.
도7b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도7b에 도시된 바와 같이, 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이로서 기판(300)상에 형성될 수 있다. 도7b 내지 도7g에서 편의를 위해 압력 전극(450, 460)의 두께가 과장되어 두껍게 도시되나, 압력 전극(450, 460)은 시트(sheet) 형태로 구현될 수 있으므로 해당 두께는 매우 작을 수 있다. 마찬가지로, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 간격 또한 과장되어 넓게 도시되었으나, 이 둘 사이의 간격 또한 매우 작은 간격을 갖도록 구현될 수 있다. 도7b 및 도7c에서 압력 전극(450, 460)이 기판(300) 상에 형성된 것을 나타내기 위해서 압력 전극(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이가 이격되도록 도시하였으나 이는 단지 설명을 위한 것이며 이들 사이는 이격되지 않도록 구현될 수도 있다.
이때, 도7b에서는 디스플레이 모듈(200)이 스페이서층(220) 및 기준 전위층(270)을 포함하는 것으로 도시된다. 스페이서층(220)은 도6b를 참조하여 설명된 바와 같이 디스플레이 모듈(200)의 제조시에 포함되는 제1에어갭(220-2) 및/또는 제2에어갭(220-1)일 수 있다. 디스플레이 모듈(220)이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층(220)의 기능을 수행할 수 있으며, 디스플레이 모듈(220)이 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층(220)의 기능을 수행할 수 있다. 도7b, 도7c, 도7f 및 도7g에서는 기능적으로 하나의 스페이서층(220)을 포함하는 것으로 도시된다.
본 발명의 실시예에 따른, 터치 입력 장치(1000)는 도2a 내지 도2c에서 디스플레이 모듈(200) 내부로서 스페이서층(220)보다 상부에 기준 전위층(270)을 포함할 수 있다. 이러한 기준 전위층(270) 또한 디스플레이 모듈(200)의 제조시에 자체적으로 포함되는 그라운드 전위층일 수 있다. 예컨대, 도2a 내지 도2c에 도시된 디스플레이 패널(200A)에서 제1편광층(271)과 제1글라스층(261) 사이에 노이즈(noise) 차폐를 위한 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 차폐를 위한 전극은 ITO로 구성될 수 있으며 그라운드 역할을 수행할 수 있다. 이와 같은 기준 전위층(270)은 디스플레이 모듈(200) 내부로서 상기 기준 전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이에 스페이서층(220)이 위치하도록 하는 임의의 곳에 위치할 수 있으며, 이상에서 예시한 차폐 전극 이외의 임의의 전위를 갖는 전극이 기준 전위층(270)으로 이용될 수 있다. 예컨대, 기준 전위층(270)은 디스플레이 모듈(200)의 공통 전극 전위(Vcom)층일 수 있다.
특히, 터치 입력 장치(1000)를 포함하는 장치의 두께를 얇게 하려는 노력의 일환으로서 별도의 커버 또는 프레임(frame)을 통해 디스플레이 모듈(200)을 싸도록 구성하지 않을 수 있다. 이러한 경우 기판(300)과 마주하는 디스플레이 모듈(200)의 하부면은 반사판(240) 및/또는 부도체일 수 있다. 이러한 경우 디스플레이 모듈(200) 하부면은 그라운드 전위를 가질 수 없다. 이와 같이 디스플레이 모듈(200) 하부면이 기준 전위층으로서 기능할 수 없는 경우에도 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)를 이용하면 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하는 임의의 전위층을 기준 전위층(270)으로 이용하여 압력을 검출할 수 있다.
도7c는 도7b에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 객체(500)를 통해 터치 센서 패널(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 터치 센서 패널(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈(200) 내에 위치한 스페이서층(220)에 의해 기준 전위층(270)과 압력 전극 패턴(450, 460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기준 전위층(270)으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
이때, 터치 압력의 크기가 충분히 큰 경우 소정 위치에서 기준 전위층(270)과 압력 전극 패턴(450, 460) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 상태에 다다를 수 있다. 이러한 상태를 이하에서는 포화 상태라고 지칭한다. 하지만, 이러한 경우에도 터치 압력의 크기가 더 커지는 때에는 기준 전위층(270)과 압력 전극 패턴(450, 460) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 포화 상태에 있는 면적이 커질 수 있다. 이러한 면적이 커질수록 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 이하에서 거리의 변화에 따른 정전용량 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것이 설명되나 이는 포화 상태에 있는 면적의 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌릴 때 도7c에 도시된 바와 같이 스페이서층(220)으로 인해 스페이서층(220) 하부에 위치한 층(예컨대, 반사판)의 휘어짐 또는 눌림은 없거나 감소될 수 있다. 도7c에서는 디스플레이 모듈(200)의 최하부에서는 휘어짐 또는 눌림이 전혀 없는 것으로 도시되었으나 이는 예시일뿐이며 디스플레이 모듈(200)의 최하부에서도 휘어짐 또는 눌림이 있을 수 있으나 스페이서층(220)을 통해 그 정도가 완화될 수 있다.
도7d는 본 발명의 실시예의 변형예에 따른 압력 전극 패턴을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도7d에서는 스페이서층(420)이 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 위치하는 경우를 예시한다. 디스플레이 모듈(200)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)를 제조할 때 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이는 완전 부착되지 않으므로 에어갭420)이 발생할 수 있다. 여기서, 이러한 에어갭(420)을 터치 압력 검출을 위한 스페이서층으로 이용함으로써 터치 압력 검출을 위해 일부러 스페이서층을 제작하는 시간/비용이 절감될 수 있다. 도7d 및 도7e에서는 스페이서층으로 이용되는 에어갭(220)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하지 않는 것으로 도시되나 도7d 및 도7e에서는 추가적으로 에어갭(220)이 디스플레이 모듈(200) 내에 포함되는 경우도 포함될 수 있다.
도7e는 도7d에 도시된 터치 입력 장치에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 도7c와 마찬가지로, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 디스플레이 모듈(200)이 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이때, 기준 전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이에 위치하는 스페이서층(220)에 의해 기준 전위층(270)과 압력 전극 패턴(450, 460) 사이의 거리(d)가 d'로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기준 전위층(270)으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도7f는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도7b 내지 도7e에서 비록 압력 전극(450, 460)이 기판(300) 상에 형성된 것이 예시되나, 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성되는 것도 무방하다. 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 터치함에 따라 기준 전위층(270)과 압력 전극(450, 460) 사이의 거리(d)가 감소하고, 결과적으로 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화를 야기할 수 있다. 도7f에서는 압력 전극(450, 460)이 디스플레이 모듈(200) 상에 부착되는 것을 설명하기 위해, 압력 전극(450, 460)과 기판(300) 사이가 이격되도록 도시하였으나 이는 단지 설명을 위한 것이며 이 둘 사이는 이격되지 않게 구성될 수도 있다. 물론, 도7d 및 도7e와 마찬가지로 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이는 에어갭(420)으로 이격될 수도 있다.
도7g는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극(450, 460)은 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 전극 패턴은 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 기판(300) 상에 형성되고 나머지 하나는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 형성될 수 있다. 도7g에서는 제1전극(450)이 기판(300) 상에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 형성된 것을 예시한다. 도7g에서는 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이가 이격되도록 도시되어 있으나, 이는 단지 제1전극(450)이 기판(300) 상에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200) 상에 형성된 것을 설명하기 위한 것이며, 이 둘 사이는 에어갭으로 이격되거나, 이 둘 사이에 절연물질이 위치하거나, 또는 제1전극(450)과 제2전극(460)은 서로 겹치지 않도록, 예컨대 동일한 층에 형성되는 경우와 마찬가지로 엇나가도록 형성될 수도 있다.
객체(500)를 통해 터치 센서 패널(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 터치 센서 패널(100) 및 디스플레이 모듈(200)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 제1전극(450) 및 제2전극(460)과 기준 전위층(270) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도7h는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 전극 패턴을 예시한다. 도7h에서는 제1전극(450)이 기판(300) 상부면상에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성된 것이 도시된다. 도7h에 도시된 바와 같이, 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 직교하도록 배치하여 정전용량의 변화량 감지 민감도가 향상될 수 있다.
이하에서는, 도 9 내지 도 14를 참조하면서, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 구성에 대한 다양한 실시예를 설명하기로 한다.
<제1 실시예>
본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100), 압력 검출 모듈(400), 위치센싱 컨트롤러(500), 압력센싱 컨트롤러(600), 컨버터(650) 및 프로세서(700)를 포함한다.
제1 실시예에서, 터치 입력 장치(1000)는, 터치 센서 패널(100)로부터 터치 위치를 감지하는 위치센싱 컨트롤러(500)가, 컨버터(650) 및 압력센싱 컨트롤러(600)와 별도의 구성으로 구현된다.
즉, 터치 센서 패널(100)로부터의 터치 위치 검출과, 압력 검출 모듈(400)로부터의 터치 압력 검출이 별개의 구성, 즉, 위치센싱 컨트롤러(500)와 압력센싱 컨트롤러(600)에서 각각 별개로 이루어진다.
한편, 별도로 구비된 컨버터(650)는 압력 검출 모듈(400)로부터 수신된 감지신호(Rx)를 디지털 신호로 변환하는 기능을 가지는 ADC(Analog-to-Digital Converter)이고, 컨버터(650)에 의해 변환된 신호는 압력센싱 컨트롤러(600)에 전달되며, 압력센싱 컨트롤러(600)는 디지털 신호에 기초하여, 터치 압력을 검출하게 된다.
제1 실시예에서, 터치 센서 패널(100)로부터의 터치 위치 검출과, 압력 검출 모듈(400)로부터의 터치 압력 검출 방식은, 도 1 내지 도 8을 참조하면서 상세히 설명했으므로, 여기서는 간략히 설명하기로 한다.
위치센싱 컨트롤러(500)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 구동신호(Tx)를 인가하고, 수신전극으로부터 감지신호(Rx)를 획득한다. 여기서 감지신호(Rx)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 인가된 구동신호(Tx)가, 구동전극과 수신전극 사이에 생성된 정전용량에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 위치센싱 컨트롤러(500)는 감지신호(Rx)를 디지털 신호로 변환하기 위한 컨버터를 내부에 구비할 수 있다.
또한, 위치센싱 컨트롤러(500)는 하나 이상의 적분기(미도시)를 더 포함할 수 있고, 감지신호(Rx)는 적분기에 의해 적분되고, 내부에 구비된 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있다.
압력센싱 컨트롤러(600)는 압력 검출 모듈(400) 내의 구동전극에 구동신호(Tx-p)를 인가하고, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호(Rx-p)에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력을 감지한다. 이때, 제1 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력센싱 컨트롤러(600)는 컨버터(650)와는 별도로 구비된다. 위에서 설명한 바와 같이, 컨버터(650)에 의해 디지털 신호로 변환된 감지신호(Rx-p)에 기초하여, 압력센싱 컨트롤러(600)는 터치 압력 데이터를 생성한다.
한편, 위치센싱 컨트롤러(500)에서 검출한 터치 위치 데이터 및 압력센싱 컨트롤러(600)에서 검출한 터치 압력 데이터는 프로세서(700)로 전달된다. 프로세서(700)는 터치 위치 데이터 및 터치 압력 데이터를, 터치 위치 및 터치 압력 정보로 이용하면서, 터치 입력 장치(1000)의 동작을 제어한다.
제1 실시예와 같이, 컨버터(650)를 별도의 구성으로 구현하는 경우에는, 원하는 사양의 터치 입력 장치(1000)를 구현하기 위한 컨버터(650)를 선택적으로 적용할 수 있게 된다. 특히, 고성능 컨버터(high performance ADC)를 사용하는 경우, 높은 SNR(signal to noise ratio)을 얻을 수 있기 때문에, 터치 입력 장치(1000)의 성능을 높일 수 있다.
<제2 실시예>
본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100), 압력 검출 모듈(400), 위치센싱 컨트롤러(500), 컨버터(650) 및 프로세서(701)를 포함한다.
제2 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서는, 프로세서(701)가 압력 검출 모듈(400)로부터 터치 압력을 감지하는 압력센싱 컨트롤러의 구성(기능)을 포함한다.
이때, 터치 센서 패널(100)로부터 터치 위치를 검출하는 위치센싱 컨트롤러(500)의 동작 방식은 위에서 설명한 바와 같다. 즉, 위치센싱 컨트롤러(500)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 구동신호(Tx)를 인가하고, 수신전극으로부터 획득된 감지신호(Rx)에 기초해, 터치 위치를 검출한다. 이때, 위치센싱 컨트롤러(500)는 감지신호(Rx)를 디지털 신호로 변환하기 위한 컨버터를 내부에 구비할 수 있다.
또한, 위치센싱 컨트롤러(500)는 하나 이상의 적분기(미도시)를 더 포함할 수 있고, 감지신호(Rx)는 적분기에 의해 적분되고, 내부에 구비된 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있다.
제2 실시예에서, 프로세서(701)는 압력 검출 모듈(400)에 구비된 구동전극에 구동신호(Tx-p)를 인가하고, 수신전극을 통해 감지신호(Rx-p)를 획득한다. 이때, 감지신호(Rx-p)는 별도로 구비된 컨버터(650)를 통해 디지털 신호로 변환되며, 컨버터(650)에 의해 변환된 신호는 프로세서(701)에 전달된다. 프로세서(701)는 디지털 신호로 변환된 감지신호(Rx-p)에 기초하여 터치 압력 데이터를 생성한다.
이와 같이, 제2 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 위치 검출은 위치센싱 컨트롤러(500)에서 이루어지고, 터치 압력 검출은 프로세서(701)에서 이루어진다. 이때, 터치 압력 검출을 수행하는 프로세서(701)는, 압력 검출 모듈(400)로부터의 감지신호(Rx-p)를 디지털 신호로 변환하는 컨버터(650)와 별개의 구성으로 구현된다.
프로세서(701)는 별도의 컨버터(650)로부터 전달된 신호에 기초하여 생성한 터치 압력 데이터와 함께, 위치센싱 컨트롤러(500)로부터 전달된 터치 위치 데이터에 기초하여, 터치 위치 및 터치 압력 정보로 이용하여 터치 입력 장치(1000)의 동작을 제어한다.
제2 실시예도, 컨버터(650)를 별도의 구성으로 구현하기 때문에, 원하는 사양의 터치 입력 장치(1000)를 구현하기 위한 컨버터(650)를 선택적으로 적용할 수 있게 된다. 고성능 컨버터(high performance ADC)를 사용하는 경우, 높은 SNR(signal to noise ratio)을 얻을 수 있기 때문에, 터치 입력 장치(1000)의 성능을 높일 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.
아울러, 제2 실시예는, 제1 실시예의 압력센싱 컨트롤러(600)의 기능을 프로세서(701)가 수행하기 때문에, 압력센싱 컨트롤러(600)의 구성이 필요 없게 되고, 결과적으로 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.
<제3 실시예>
본 발명의 제3 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100), 압력 검출 모듈(400), 터치 컨트롤러(510), 컨버터(650) 및 프로세서(700)를 포함한다.
제3 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서는, 터치 컨트롤러(510)에 의하여 터치 위치 및 터치 압력 검출이 제어된다.
즉, 터치 위치를 검출함에 있어서, 터치 컨트롤러(510)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 구동신호(Tx)를 인가하고, 수신전극으로부터 감지신호(Rx)를 획득한다. 여기서 감지신호(Rx)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 인가된 구동신호(Tx)가, 구동전극과 수신전극 사이에 생성된 정전용량에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 이때, 터치 컨트롤러(510)는 감지신호(Rx)를 디지털 신호로 변환하기 위한 컨버터를 내부에 구비할 수 있다.
또한, 터치 컨트롤러(510)는 하나 이상의 적분기(미도시)를 더 포함할 수 있고, 감지신호(Rx)는 적분기에 의해 적분되고, 내부에 구비된 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환될 수 있다.
아울러, 터치 컨트롤러(510)는 터치 압력 검출 기능을 가진다. 즉, 터치 컨트롤러(510)는 압력 검출 모듈(400) 내의 구동전극에 구동신호(Tx-p)를 인가하고, 수신전극을 통해 감지신호(Rx-p)를 획득한다.
다만, 터치 압력을 검출함에 있어서, 압력 검출 모듈(400)로부터의 감지신호(Rx-p)는, 터치 컨트롤러(510)와는 별도로 구비된 컨버터(650)에 의해 디지털 신호로 변환된다. 컨버터(650)에 의해 변환된 신호는 터치 컨트롤러(510)에 전달되어, 터치 압력 데이터가 생성된다.
터치 컨트롤러(510)는 터치 위치 데이터 및 터치 압력 데이터를 프로세서(700)에 전달하며, 프로세서(700)는 이에 기초하여 터치 입력 장치(1000)의 동작을 제어한다.
제3 실시예도, 컨버터(650)를 별도의 구성으로 구현하기 때문에, 원하는 사양의 터치 입력 장치(1000)를 구현하기 위한 컨버터(650)를 선택적으로 적용할 수 있게 된다. 고성능 컨버터(high performance ADC)를 사용하는 경우, 높은 SNR(signal to noise ratio)을 얻을 수 있기 때문에, 터치 입력 장치(1000)의 성능을 높일 수 있음은 위에서 설명한 바와 같다.
아울러, 제3 실시예는, 제1 실시예의 위치센싱 컨트롤러(500)와 압력센싱 컨트롤러(600)가 하나의 구성(터치 컨트롤러(510))로 구현되기 때문에, 제조 원가를 절감할 수 있게 된다. 뿐만 아니라, 터치 위치를 센싱하기 위한 감지신호(Rx)와 터치 압력을 센싱하기 위한 감지신호(Rx_p)를 하나의 구성(터치 컨트롤러(510))에서 처리하기 때문에, 터치 위치와 터치 압력 정보를 동시에 이용하여, 더욱 정확한 데이터를 실시간으로 획득할 수 있다는 우월한 효과를 도모한다.
<제4 실시예>
본 발명의 제4 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100), 압력 검출 모듈(400), 위치센싱 컨트롤러(500), 압력센싱 컨트롤러(601) 및 프로세서(700)를 포함한다.
제3 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 터치 압력을 검출하는데 있어서, 압력 검출 모듈(400)로부터 획득된 감지신호(Rx-p)를 디지털 신호로 변환시키는 컨버터의 구성이 압력센싱 컨트롤러(601) 내에 구비되어 있다.
위치센싱 컨트롤러(500)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 구동신호(Tx)를 인가하고, 수신전극으로부터 감지신호(Rx)를 획득하여, 터치 위치 데이터를 생성한다.
또한, 위치센싱 컨트롤러(500)는 하나 이상의 적분기(미도시) 및 컨버터(미도시)를 내부에 구비할 수 있고, 상기 감지신호(Rx)는 적분기에 의해 적분되고, 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환된다. 위치센싱 컨트롤러(500)는 상기 신호에 의해 터치 위치 데이터를 생성한다.
한편, 압력센싱 컨트롤러(601)는 압력 검출 모듈(400) 내의 구동전극에 구동신호(Tx-p)를 인가하고, 수신전극을 통해 감지신호(Rx-p)를 획득한다. 이때, 압력센싱 컨트롤러(601)는 수신전극을 통해 감지신호(Rx-p)를 전달받아, 내부에 구비된 컨버터(650)를 이용하여 디지털 신호로 변환한다. 변환된 신호에 기초하여, 압력센싱 컨트롤러(601)는 터치 압력 데이터를 생성한다.
위치센싱 컨트롤러(500) 및 압력센싱 컨트롤러(601)에 의해 생성된 터치 위치 데이터 및 터치 압력 데이터는 프로세서(700)로 전달된다. 프로세서(700)는 전달된 데이터에 기초하여, 터치 입력 장치(1000)의 동작을 제어한다.
제4 실시예에서는, 압력센싱 컨트롤러(601)가 컨버터의 기능을 포함한다. 이는 제1 내지 제3 실시예와 달리, 높은 SNR을 요구하지 않는 경우에 효과적이다. 즉, 별도의 컨버터가 아닌, 압력센싱 컨트롤러(601)에 내장된 컨버터를 이용하기 때문에, 제조 원가를 절감할 수 있다는 효과가 있다. 결국, 제4 실시예는, 높은 SNR을 요구하지 않고, 제조 원가를 절감하고자 하는 경우에, 가장 효율적으로 이용될 수 있는 구성을 갖는다.
<제5 실시예>
본 발명의 제5 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100), 압력 검출 모듈(400), 위치센싱 컨트롤러(500) 및 프로세서(702)를 포함한다.
제2 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서는, 프로세서(702)는 터치 입력 장치(1000)의 동작을 제어할 뿐만 아니라, 압력 검출 모듈(400)로부터 터치 압력을 감지하는 기능까지 갖는다.
터치 센서 패널(100)로부터 터치 위치를 검출하는 위치센싱 컨트롤러(500)의 동작 방식은 위에서 설명한 바와 같다. 위치센싱 컨트롤러(500)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 구동신호(Tx)를 인가하고, 수신전극으로부터 획득된 감지신호(Rx)에 기초해, 터치 위치를 검출한다.
또한, 위치센싱 컨트롤러(500)는 하나 이상의 적분기(미도시) 및 컨버터(미도시)를 내부에 구비할 수 있고, 상기 감지신호(Rx)는 적분기에 의해 적분되고, 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환된다. 위치센싱 컨트롤러(500)는 상기 신호에 의해 터치 위치 데이터를 생성한다.
제5 실시예에서, 프로세서(702)는 압력 검출 모듈(400)에 구비된 구동전극에 구동신호(Tx-p)를 인가하고, 수신전극을 통해 감지신호(Rx-p)를 획득한다. 이때, 프로세서(702)는 내부에 컨버터를 구비하고 있어, 수신한 감지신호(Rx-p)를 디지털 신호로 변환하여, 이에 기초하여 터치 압력 데이터를 생성한다.
프로세서(702)에 의해 생성된 터치 압력 데이터 및 위치센싱 컨트롤러(500)에서 생성된 터치 위치 데이터에 기초하여, 프로세서(702)는 터치 입력 장치(1000)의 동작을 제어한다.
제5 실시예에서는, 프로세서(702)가 컨버터의 기능을 포함한다. 이는 제4 실시예와 마찬가지로 높은 SNR을 요구하지 않는 경우에 효과적이다. 즉, 별도의 컨버터가 아닌, 프로세서(702)에 내장된 컨버터를 이용하기 때문에, 제조 원가를 절감할 수 있다는 효과가 있다. 결국, 제5 실시예는, 높은 SNR을 요구하지 않고, 제조 원가를 절감하고자 하는 경우에, 가장 효율적으로 이용될 수 있는 구성을 갖는다.
<제6 실시예>
본 발명의 제6 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100), 압력 검출 모듈(400), 터치 컨트롤러(520) 및 프로세서(700)를 포함한다.
제6 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서는, 터치 컨트롤러(520)에 의하여 터치 위치 및 터치 압력 검출이 제어된다.
즉, 터치 컨트롤러(520)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 구동신호(Tx)를 인가하고, 수신전극으로부터 감지신호(Rx)를 획득한다. 여기서 감지신호(Rx)는 터치 센서 패널(100)의 구동전극에 인가된 구동신호(Tx)가, 구동전극과 수신전극 사이에 생성된 정전용량에 의해 커플링된 신호일 수 있다.
또한, 터치 컨트롤러(520)는 두 개 이상의 적분기(미도시) 및 두 개 이상의 컨버터(미도시)를 내부에 구비할 수 있고, 상기 감지신호(Rx)는 적어도 하나의 적분기에 의해 적분되고, 적어도 하나의 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환된다. 터치 컨트롤러(500)는 상기 신호에 의해 터치 위치 데이터를 생성한다.
아울러, 터치 컨트롤러(520)는 압력 검출 모듈(400) 내의 구동전극에 구동신호(Tx-p)를 인가하고, 수신전극을 통해 감지신호(Rx-p)를 획득한다. 이때, 감지신호(Rx-p)는 터치 컨트롤러(520)에 구비된 적어도 하나의 컨버터를 통해 디지털 신호로 변환되며, 변환된 디지털 신호에 기초하여, 터치 컨트롤러(520)는 터치 압력 데이터를 생성한다.
터치 컨트롤러(520)는 터치 위치 데이터 및 터치 압력 데이터를 프로세서(700)에 전달한다. 프로세서(700)는 전달된 데이터에 기초하여, 터치 입력 장치(1000)의 동작을 제어한다.
제6 실시예는, 제1 실시예의 위치센싱 컨트롤러(500)와 압력센싱 컨트롤러(600)가 하나의 구성(터치 컨트롤러(520))로 구현되기 때문에, 제조 원가를 절감할 수 있게 된다.
또한, 제6 실시예는, 터치 컨트롤러(520)가 컨버터의 기능을 포함한다. 이는 높은 SNR을 요구하지 않는 경우에 효과적이다. 즉, 별도의 컨버터가 아닌, 터치 컨트롤러(520)에 내장된 컨버터를 이용하기 때문에, 제조 원가를 절감할 수 있다는 효과가 있다. 제6 실시예도, 높은 SNR을 요구하지 않고, 제조 원가를 절감하고자 하는 경우에, 가장 효율적으로 이용될 수 있는 구성을 갖는다.
나아가, 제6 실시예는, 터치 위치를 센싱하기 위한 감지신호(Rx)와 터치 압력을 센싱하기 위한 감지신호(Rx_p)를 하나의 구성(터치 컨트롤러(520))에서 처리하기 때문에, 터치 위치와 터치 압력 정보를 동시에 이용하여, 더욱 정확한 데이터를 실시간으로 획득할 수 있다는 우월한 효과를 도모한다.
한편, 제1 내지 제6 실시예와 관련한 상기 설명 및 도 9 내지 도 14에서는, 구동신호(Tx 및 Tx_p)와 감지신호(Rx 및 Rx_p)의 이동이, 복수의 라인을 통해 이루어지는 것으로 설명되고 도시되었으나, 이는 설명의 편의를 위한 것일 뿐, Tx, Tx_p, Rx, Rx_p의 신호 중 2개 이상의 신호가 하나의 라인을 통해 이루어질 수도 있음은 당업자에 자명하다.
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.
상기 구성에 따른 본 발명의 스마트폰에 의하면, 터치 위치 및 터치 압력을 동시에 검출할 수 있게 된다.

Claims (21)

  1. 커버층;
    상기 커버층 하부에 위치하며, 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 위치하는 제1글라스층 및 제2글라스층을 포함하고, 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 터치 센서의 적어도 일부가 상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 LCD 패널;
    상기 LCD 패널의 하부에 위치하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛의 하부에 위치하는 압력 전극;
    상기 압력 전극의 하부에 위치하는 차폐용 부재; 및
    상기 압력 전극으로부터 출력되는 정전용량 변화량에 대한 신호를 디지털 신호로 변환하는 컨버터를 포함하고,
    상기 터치 센서는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하고,
    상기 터치 센서에 구동신호가 인가되고 상기 터치 센서로부터 출력되는 감지신호로부터 터치 위치가 검출될 수 있으며,
    상기 디지털 신호로부터 터치 압력의 크기가 검출될 수 있는,
    스마트폰.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 상기 터치 센서의 상기 적어도 일부는 상기 구동전극 및 상기 수신전극 중 적어도 하나인, 스마트폰.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 상기 제1글라스층, 상기 액정층 및 상기 제2글라스층을 사이에 두고 위치하는 제1편광층 및 제2편광층을 더 포함하며, 상기 터치 센서의 상기 적어도 일부를 제외한 나머지 일부는 상기 제1글라스층과 상기 제1편광층 사이에 위치하는, 스마트폰.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차폐용 부재가 기준 전위층이며, 상기 정전용량 변화량은 상기 압력 전극과 상기 기준 전위층 사이의 거리에 따라 변하는, 스마트폰.
  5. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LCD 패널 및 상기 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 모듈 내부에 기준 전위층이 위치하며, 상기 정전용량 변화량은 상기 압력 전극과 상기 기준 전위층 사이의 거리에 따라 변하는, 스마트폰.
  6. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 전극과 상기 차폐용 부재 사이의 위치 및 상기 압력 전극과 상기 LCD 패널 및 상기 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 모듈 사이의 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 위치하는 스페이서층을 더 포함하는, 스마트폰.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 전극은 복수의 채널을 구성하는 복수의 전극을 포함하는, 스마트폰.
  8. 커버층;
    상기 커버층 하부에 위치하며, 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 위치하는 제1글라스층 및 제2글라스층을 포함하고, 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 터치 센서의 적어도 일부가 상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 LCD 패널;
    상기 LCD 패널의 하부에 위치하며, 광원 및 반사판을 포함하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛의 하부에 위치하는 압력 전극;
    상기 압력 전극의 하부에 위치하는 차폐용 부재; 및
    상기 압력 전극으로부터 출력되는 정전용량 변화량에 대한 신호를 디지털 신호로 변환하는 컨버터를 포함하고,
    상기 터치 센서는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하고,
    상기 터치 센서에 구동신호를 인가하기 위한 구동부;
    상기 터치 센서로부터 감지신호를 수신하여 터치 위치를 검출하기 위한 감지부; 및
    상기 디지털 신호로부터 터치 압력의 크기를 검출하기 위한 압력 검출부를 더 포함하며,
    상기 컨버터와 상기 압력 검출부는 별개의 구성인,
    스마트폰.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 상기 터치 센서의 상기 적어도 일부는 상기 구동전극 및 상기 수신전극 중 적어도 하나인, 스마트폰.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 상기 제1글라스층, 상기 액정층 및 상기 제2글라스층을 사이에 두고 위치하는 제1편광층 및 제2편광층을 더 포함하며, 상기 터치 센서의 상기 적어도 일부를 제외한 나머지 일부는 상기 제1글라스층과 상기 제1편광층 사이에 위치하는, 스마트폰.
  11. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 차폐용 부재가 기준 전위층이며, 상기 정전용량 변화량은 상기 압력 전극과 상기 기준 전위층 사이의 거리에 따라 변하는, 스마트폰.
  12. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 LCD 패널 및 상기 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 모듈 내부에 기준 전위층이 위치하며,, 상기 정전용량 변화량은 상기 압력 전극과 상기 기준 전위층 사이의 거리에 따라 변하는, 스마트폰.
  13. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 전극과 상기 차폐용 부재 사이의 위치 및 상기 압력 전극과 상기 LCD 패널 및 상기 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 모듈 사이의 위치 중 적어도 어느 하나의 위치에 위치하는 스페이서층을 더 포함하는, 스마트폰.
  14. 제8항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 전극은 복수의 채널을 구성하는 복수의 전극을 포함하는, 스마트폰.
  15. 커버층;
    상기 커버층 하부에 위치하며, 액정층 및 상기 액정층을 사이에 두고 위치하는 제1글라스층 및 제2글라스층을 포함하고, 정전 용량 방식으로 터치를 감지하는 터치 센서의 적어도 일부가 상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 LCD 패널;
    상기 LCD 패널의 하부에 위치하는 백라이트 유닛;
    상기 백라이트 유닛의 하부에 위치하는 압력 전극;
    상기 압력 전극과 이격된 기준 전위층; 및
    상기 압력 전극으로부터 출력되는 정전용량 변화량에 대한 신호를 디지털 신호로 변환하는 컨버터를 포함하고,
    상기 터치 센서는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하고,
    상기 터치 센서에 구동신호가 인가되고 상기 터치 센서로부터 출력되는 감지신호로부터 터치 위치가 검출될 수 있으며,
    상기 상기 디지털 신호로부터 터치 압력의 크기가 검출될 수 있고,
    상기 정전용량 변화량은 상기 압력 전극과 상기 기준 전위층 사이의 거리에 따라 변하는,
    스마트폰.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 제1글라스층과 상기 제2글라스층 사이에 위치하는 상기 터치 센서의 상기 적어도 일부는 상기 구동전극 또는 상기 수신전극 중 적어도 하나인, 스마트폰.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 LCD 패널은 상기 제1글라스층, 상기 액정층 및 상기 제2글라스층을 사이에 두고 위치하는 제1편광층 및 제2편광층을 더 포함하며, 상기 터치 센서의 상기 적어도 일부를 제외한 나머지 일부는 상기 제1글라스층과 상기 제1편광층 사이에 위치하는, 스마트폰.
  18. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 전위층은 상기 압력 전극 하부에 위치하는, 스마트폰.
  19. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기준 전위층은, 상기 LCD 패널 및 상기 백라이트 유닛을 포함하는 디스플레이 모듈 내부에 위치하는, 스마트폰.
  20. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 전극과 상기 기준 전위층 사이에 위치하는 스페이서층을 더 포함하는, 스마트폰.
  21. 제15항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 전극은 복수의 채널을 구성하는 복수의 전극을 포함하는, 스마트폰.
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