WO2016204423A1 - 디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치 - Google Patents

디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치 Download PDF

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WO2016204423A1
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touch
pressure
display module
input device
pressure detection
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PCT/KR2016/005562
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윤상식
김세엽
김윤정
김본기
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주식회사 하이딥
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Definitions

  • the present invention relates to a pressure-detectable touch input device including a display module, and more particularly, to a pressure-detectable touch input device including various types of display modules.
  • input devices are used for the operation of the computing system.
  • input devices such as buttons, keys, joysticks, and touch screens are used. Due to the easy and simple operation of the touch screen, the use of the touch screen is increasing in the operation of the computing system.
  • 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.
  • the display module of various methods and forms may be used for the touch screen. Therefore, as a touch input device including a display module of various methods and forms, there is an increasing need for a touch input device capable of efficiently detecting a touch position and a touch pressure.
  • the present invention has been made to meet the above necessity, and an object of the present invention is to provide a touch input device including a display module of various methods and forms, which can efficiently detect a touch position and touch pressure. Is in.
  • a touch input device for achieving the above object is a touch input device capable of detecting pressure, a display module having a flat portion and at least one curved portion extending from the flat portion having a predetermined curvature ; And a pressure detection module formed under the display module and detecting a touch pressure applied to a surface of the display module, wherein the pressure detection module includes a capacitance change amount according to a change in distance from a reference potential layer. The touch pressure is detected based on that.
  • the pressure detection module may be located under a region of at least one of the planar portion and the curved portion of the display module.
  • the pressure detecting module may include an electrode for detecting pressure, and detect the touch pressure based on an amount of change in capacitance caused by a change in distance between the electrode and the reference potential layer according to the touch.
  • the display module may include an OLED panel.
  • the reference potential layer may be formed of a flexible substrate.
  • the curved portion may extend from at least one side of both sides of the planar portion.
  • the touch input device for achieving the above object, the curved display module having a predetermined curvature; And a pressure detection module formed under the display module and detecting a touch pressure applied to a surface of the display module, wherein the pressure detection module includes a capacitance change amount according to a change in distance from a reference potential layer. The touch pressure is detected based on that.
  • the pressure detection module may include an electrode for pressure detection, and detect the touch pressure based on an amount of change in capacitance caused by a change in distance between the electrode and the reference potential layer according to the touch.
  • the display module may include an OLED panel.
  • the touch input device for achieving the above object is a touch input device capable of detecting the touch position and the touch pressure, the touch sensor for detecting the touch position on the front of the touch input device panel; And a display module provided below the touch sensor panel, wherein a pressure detection module detects touch pressure on a side or a rear surface of the touch input device based on a capacitance change amount according to a change in distance from a reference potential layer. May be provided.
  • the pressure detection module may be located under the side cover member provided on the side of the touch input device.
  • the pressure detection module may be located below the side display module provided on the side of the touch input device.
  • the apparatus may further include a side touch sensor panel provided on an upper side of the side display module to detect a touch position from a side surface.
  • a touch input device capable of detecting a touch position and a touch pressure, and having a front surface divided into a display area and a non-display area.
  • the display area may include a touch sensor panel detecting a touch position; And a display module disposed under the touch sensor panel, wherein the non-display area includes at least one pressure detection module configured to detect touch pressure based on an amount of change in capacitance according to a change in distance from a reference potential layer. It includes;
  • the at least one pressure detection module may be covered by a cover layer of a flexible material.
  • the touch position and the touch pressure can be detected efficiently regardless of the method or form of the display module.
  • the pressure detection module can replace the conventional mechanical button, not only can it prevent mechanical defects, failures, etc., but also reduce the manufacturing process and cost, and further simplify the design as a buttonless touch input device. can do.
  • FIG. 1 is a view for explaining the configuration and operation of a touch sensor panel which is a configuration of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a diagram illustrating a configuration of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • 3A to 3D illustrate a touch pressure sensing method of a touch input device according to an embodiment of the present invention, and illustrate a configuration of a pressure detection module according to various embodiments.
  • FIGS. 4A to 4F illustrate structural cross sections of a pressure detection module that is one component of a touch input device according to various embodiments.
  • 5A is a diagram illustrating a configuration of an OLED panel that may be included in a display module that is one component of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • 6 to 8 are diagrams illustrating a stacked structure of a touch input device according to various embodiments of the present disclosure.
  • FIG. 9 is a diagram illustrating an application example of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram illustrating an application example of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an application example of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12A is a perspective view of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 12A.
  • FIG. 13 is a perspective view of a touch input device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 14 is a schematic diagram illustrating a touch input device according to various embodiments of the present disclosure.
  • the pressure-detectable touch input device including the display module according to the present invention is a portable electronic product such as a smartphone, a smart watch, a tablet PC, a notebook computer, a personal digital assistant (PDA), an MP3 player, a camera, a camcorder, an electronic dictionary, and the like. In addition, it can be used in home appliances such as home PCs, TVs, DVDs, refrigerators, air conditioners, and microwave ovens. In addition, the pressure-detectable touch input device including the display module according to the present invention may be used without limitation in all products requiring an apparatus for display and input, such as an industrial control device and a medical device.
  • the touch sensor panel 100 includes a plurality of driving electrodes TX1 to TXn and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm, and drives a plurality of drives for the operation of the touch sensor panel 100.
  • Touch by receiving a detection signal including information about the change in capacitance changes in response to a touch on the touch surface of the touch sensor panel 100 and the driver 120 for applying a drive signal to the electrodes (TX1 to TXn) It may include a detector 110 for detecting a touch position.
  • 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 and may have the same or different values, and may vary in size according to embodiments.
  • 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, silver silver, and carbon nanotubes (CNT). Can be.
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be implemented with a metal mesh.
  • the driving unit 120 may apply a driving signal to the driving electrodes TX1 to TXn.
  • the 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 driver 120 and the detector 110 may configure a touch detection device (not shown) capable of detecting whether the touch sensor panel 100 is touched or not.
  • the touch detection apparatus may further include a controller 130.
  • the touch detection apparatus may be integrated and implemented on a touch sensing integrated circuit (IC), which is a touch sensing circuit, in the touch input device 1000 including the touch sensor panel 100.
  • IC touch sensing integrated 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.
  • the touch sensing IC 150 may be located on a circuit board on which a conductive pattern is printed, for example, a first printed circuit board (hereinafter, referred to as a first PCB). According to an exemplary embodiment, the touch sensing IC 150 may be mounted on a main board for operating the touch input device 1000.
  • a first PCB a first printed circuit board
  • 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 is a self-capacitance method, surface capacitance method, projected capacitance method, resistive method, surface acoustic wave (SAW), infrared method, optical imaging other than the above-described method It may be implemented using any touch sensing scheme, such as optical imaging, distributed signal technology and acoustic pulse recognition.
  • the touch sensor panel 100 for detecting a touch position may be located outside or inside the display module 200.
  • the display panel included in the display module 200 of the touch input device 1000 to which the pressure detection module according to the embodiment may be applied may be a display panel included in an organic light emitting diode (OLED).
  • OLED organic light emitting diode
  • the display module 200 of the touch input device 1000 is not limited thereto, and may be another type of module that can be displayed, such as a liquid crystal display (LCD) and a plasma display panel (PDP). have.
  • LCD liquid crystal display
  • PDP plasma display panel
  • 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.
  • 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. Such a control circuit may be mounted on a second printed circuit board (not shown).
  • the control circuit for the operation of the display panel may include a display panel control IC, a graphic controller IC and other circuits for operating the display panel.
  • FIG. 2 is a view showing the configuration of the touch input device 1000 according to an embodiment of the present invention
  • Figures 3a to 3d is a method for detecting the touch pressure and various embodiments of the pressure detection module 400 therefor It is a figure which shows.
  • the touch input device 1000 includes a touch sensor panel 100, a display module 200, a pressure detection module 400, and a substrate 300.
  • the substrate 300 may be a reference potential layer.
  • the reference potential layer of the touch input device 1000 according to another embodiment of the present invention may be disposed differently from FIG. 2. That is, the reference potential layer may be on the pressure detection module 400 or may be located in the display module 200. In addition, one or more reference potential layers may be provided.
  • the layout of the pressure detection module 400 may also vary according to the stacked structure of the touch input device 1000. In this regard, the embodiment of FIGS. 3A to 3D will be described in detail.
  • a spacer layer 420 may be positioned between the display module 200 and the substrate 300.
  • the pressure electrodes 450 and 460 of the arrangement according to the embodiment shown in FIG. 3A may be disposed on the substrate 300 side between the display module 200 and the substrate 300.
  • 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. 3B is a cross-sectional view when pressure is applied to the touch input device 1000 illustrated in FIG. 3A.
  • 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 serving as the reference potential layer 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 largest deformation when touch pressure is applied to the display module 200, the largest deformation may be made at the touch position.
  • the position showing the largest deformation when the display module 200 is bent may not coincide with the position at which the touch is made, but the display module 200 has the bend at least at the corresponding 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 the most may be different from the touch position, but the display module 200 is at least bent at the touch position. Can be represented.
  • FIG. 3C illustrates a pressure electrode arrangement of the touch input device 1000 according to another embodiment of the present invention.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be located between the display module 200 and the substrate 300, but may be disposed on the display module 200 side.
  • 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 as a reference potential layer. 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.
  • 3D illustrates an electrode arrangement of the touch input device 1000 according to another embodiment.
  • one of the first electrode 450 and the second electrode 460 which are pressure electrodes, is formed on the substrate 300 side and the other is formed on the lower surface side of the display module 200.
  • the first electrode 450 is formed on the substrate 300 side and the second electrode 460 is formed on the lower surface side of the display module 200.
  • the position of the first electrode 450 and the second electrode 460 may be implemented in a manner that is interchanged with each other.
  • 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, the mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may decrease as the distance d decreases. 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.
  • FIGS. 4A to 4F illustrate structural cross sections of the pressure detection module 400, which is one component of the touch input device 1000, according to various embodiments.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are positioned between the first insulating layer 410 and the second insulating layer 411.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be covered by the second insulating layer 411.
  • the first insulating layer 410 and the second insulating layer 411 may be an insulating material such as polyimide.
  • the first insulating layer 410 may be polyethylene terephthalate (PET) and the second insulating layer 411 may be a cover layer made of ink.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may include materials such as copper and aluminum.
  • an adhesive such as a liquid bond, may be formed between the first insulating layer 410 and the second insulating layer 411 and between the pressure electrodes 450 and 460 and the first insulating layer 410.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be formed by disposing a mask having a through hole corresponding to the pressure electrode pattern on the first insulating layer 410 and then spraying a conductive spray. Can be.
  • the pressure detection module 400 may further include an elastic foam 440, and the elastic foam 440 may be formed in a direction opposite to the first insulating layer 410 as one surface of the second insulating layer 411. have. Subsequently, when the pressure detection module 400 is attached to the substrate 300, the elastic foam 440 may be disposed on the substrate 300 side based on the second insulating layer 411.
  • an adhesive tape 430 having a predetermined thickness may be formed on the outer side of the elastic foam 430.
  • the adhesive tape 430 may be a double-sided adhesive tape.
  • the adhesive tape 430 may also serve to adhere the elastic foam 430 to the second insulating layer 411.
  • the thickness of the pressure detection module 400 may be effectively reduced by disposing the adhesive tape 430 outside the elastic foam 430.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may operate to detect pressure.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are disposed on the display module 200 side, and the reference potential layer corresponds to the substrate 300, and the elastic foam 440 performs an operation corresponding to the spacer layer 420.
  • the elastic foam 440 is pressed to reduce the distance between the pressure electrodes 450 and 460 and the substrate 300 which is the reference potential layer.
  • the mutual capacitance between the 450 and the second electrode 460 may decrease. This change in capacitance can detect the magnitude of the touch pressure.
  • the pressure detection module 400 is not attached to the substrate 300 through an adhesive tape 430 positioned outside the elastic foam 440.
  • the first adhesive tape 431 for bonding the elastic foam 440 to the second insulating layer 411 and the elastic foam 440 for bonding the pressure detecting module 400 to the substrate 300 are provided.
  • the second adhesive tape 432 may be included in the.
  • the elastic foam 440 is firmly attached to the second insulating layer 411 by disposing the first and second adhesive tapes 431 and 432, and the pressure detection module 400 is firmly attached to the substrate 300.
  • the pressure detection module 400 illustrated in FIG. 4B may not include the second insulating layer 411.
  • the elastic foam 440 is attached to the first insulating layer 410 and the pressure electrodes 450 and 460. It can play a role. This may also apply to the following cases of FIGS. 4C to 4F.
  • FIG. 4C is a variation of the structure shown in FIG. 4A.
  • a hole (H: hole) penetrating the height of the elastic foam 440 may be formed in the elastic foam 440 so that the elastic foam 440 is well pressed when the touch input device 1000 is touched. .
  • the hole H may be filled with air.
  • the degree of sensitivity of the pressure detection may be improved.
  • a first adhesive tape 431 may be further included in addition to the adhesive tape 430 to firmly adhere the elastic foam 400 to the second insulating layer 411.
  • FIG. 4D is a modified example of the structure shown in FIG. 4B, and the hole H penetrating the height of the elastic foam 440 is formed in the elastic foam 440 as in FIG. 4C.
  • FIG. 4E is a variation of the structure shown in FIG. 4B, and further includes a second elastic foam 441 on one surface of the first insulating layer 410 in a direction different from that of the elastic foam 440.
  • the second elastic foam 441 may be further formed to minimize the shock transmitted to the display module 200 when the pressure detection module 400 is attached to the touch input device 1000 later.
  • a third adhesive layer 433 may be further included to adhere the second elastic foam 441 to the first insulating layer 410.
  • FIG. 4F illustrates a structure of a pressure detection module 400 that may be operable to detect pressure.
  • the structure of the pressure detection module 400 in which the first electrodes 450 and 451 and the second electrodes 460 and 461 are disposed with the elastic foam 440 therebetween is illustrated.
  • the first electrodes 450 and 451 are formed between the first insulating layer 410 and the second insulating layer 411, and the first adhesive tape 431 and the elastic foam ( 440 and the second adhesive tape 432 may be formed.
  • the second electrodes 460 and 461 are formed between the third insulating layer 412 and the fourth insulating layer 413, and the fourth insulating layer 413 is formed of the elastic foam 440 through the second adhesive tape 432. It may be attached to one side of the.
  • a third adhesive tape 433 may be formed on one surface of the third insulating layer 412 on the substrate side, and the pressure detection module 400 may be attached to the substrate 300 through the third adhesive tape 433. Can be.
  • the pressure detection module 400 illustrated in FIG. 4F may not include the second insulating layer 411 and / or the fourth insulating layer 413.
  • the elastic foam 440 may be formed into the first insulating layer 410 and the first electrodes 450 and 451. It can be attached to.
  • the elastic foam 440 is formed on the third insulating layer 412 and the second electrodes 460 and 461 while the second adhesive tape 432 serves as a cover layer directly covering the second electrodes 460 and 461. It can be attached to.
  • the elastic foam 440 is pressed by the touch on the touch input device 1000, and thus mutual capacitance between the first electrodes 450 and 451 and the second electrodes 460 and 461 may increase. This change in capacitance can detect the touch pressure.
  • one of the first electrodes 450 and 451 and the second electrodes 460 and 461 may be grounded to detect a magnetic capacitance through the other electrode.
  • the thickness and manufacturing cost of the pressure detection module 400 are increased, but the pressure detection does not change according to the characteristics of the reference potential layer located outside the pressure detection module 400, compared with the case of forming the electrode in a single layer. Performance can be guaranteed. That is, by configuring the pressure detection module 400 as shown in Figure 4f it can minimize the influence of the external potential (ground) environment during the pressure detection. Accordingly, the same pressure detection module 400 may be used regardless of the type of the touch input device 1000 to which the pressure detection module 400 is applied.
  • the pressure detection based on the mutual capacitance change amount that changes as the driving electrode and the receiving electrode approaches the reference potential layer by using the pressure electrode including the driving electrode and the receiving electrode has been described.
  • the touch pressure may be detected using a self capacitance formed between the pressure electrode (either the driving electrode or the receiving electrode) and the reference potential layer. That is, the touch pressure may be detected by using the magnetic capacitance formed between the driving electrode and the reference potential layer and / or the magnetic capacitance formed between the receiving electrode and the reference potential layer. Even when there is a touch of the user, when no touch pressure is applied, the magnetic capacitance value does not change because the distance between the pressure electrode and the reference potential layer does not change. At this time, only the touch position by the touch sensor panel 100 will be detected. However, when the touch pressure is applied, the self capacitance value is changed in the above manner, and the pressure detection module 400 detects the touch pressure based on the change amount of the self capacitance.
  • the reference potential layer or the pressure electrode moves, so that the distance between the reference potential layer and the pressure electrode becomes closer, and the magnetic capacitance value increases. Based on the increased self capacitance value, the touch pressure is detected by determining the magnitude of the touch pressure.
  • the display module 200 which is one component of the touch input device 1000 according to the present invention, may include an OLED panel.
  • OLED panels have many advantages over LCD panels, and are therefore used in various fields in devices requiring displays.
  • An LCD panel inserts a liquid crystal having a solid and liquid intermediate property between two glass plates to control electric stimulation, while refracting the light generated in the liquid crystal to display characters or images.
  • These LCDs require a backlight unit, which not only increases the thickness of the display, but also requires power to be applied to the backlight unit at all times, resulting in high power consumption and a slow response time compared to OLEDs.
  • the OLED panel is a self-luminous display panel using the principle that light is generated when electrons and holes are combined in the organic material layer when a current flows through the fluorescent or phosphorescent organic thin film, and the organic material constituting the emission layer determines the color of light.
  • OLED uses a principle that the organic material emits light when the organic material is applied to glass or plastic to flow electricity. That is, when holes and electrons are injected to the anode and cathode of the organic material and recombined in the light emitting layer, the excitation is formed in a high energy state. Is to use the generated principle. At this time, the color of light varies according to the organic material of the light emitting layer.
  • OLED is composed of line-driven passive-matrix organic light-emitting diode (PM-OLED) and individual-driven active-matrix organic light-emitting diode (AM-OLED) depending on the operating characteristics of the pixels constituting the pixel matrix.
  • PM-OLED passive-matrix organic light-emitting diode
  • AM-OLED active-matrix organic light-emitting diode
  • the PM-OLED emits light only during the scanning time with a high current
  • the AM-OLED maintains light emission during the frame time with a low current. Therefore, the AM-OLED has the advantages of better resolution, greater area display panel driving, and lower power consumption than PM-OLED.
  • each device can be individually controlled by embedding a thin film transistor (TFT), so it is easy to realize a sophisticated screen.
  • TFT thin film transistor
  • FIG. 5A is a diagram illustrating a configuration of an OLED panel that may be included in the display module 200 which is one component of the touch input device 1000 according to an exemplary embodiment.
  • an OLED basically includes an anode, an organic material layer, and a cathode, and the organic material layer includes a HIL (Hole Injection Layer), a HTL (Hole Transfer Layer), an EIL (Emission Material Layer) Electron injection layer), ETL (Electron Transfer Layer) and EML (Electron Injection Layer).
  • HIL Hole Injection Layer
  • HTL Hole Transfer Layer
  • EIL emission Material Layer
  • EML Electron injection layer
  • HIL functions to inject holes and uses materials such as CuPc.
  • HTL has a function of moving the injected hole and should have good hole mobility.
  • HTL arylamine, TPD, etc. may be used.
  • EIL and ETL are layers for the injection and transport of electrons, and the injected electrons and holes combine and emit light in the EML.
  • EML is a material expressing the color emitted, and is composed of a host that determines the lifetime of the organic material and a dopant that determines the color and efficiency.
  • the AM-OLED panel is composed of a TFT film (thin film transistor backplane), an anode (anode), an organic material layer, a cathode (cathode), and a polarizer.
  • TFT film thin film transistor backplane
  • anode anode
  • organic material layer an organic material layer
  • cathode cathode
  • polarizer a polarizer
  • the display module 200 of the touch input device 1000 may include an OLED panel (AM-OLED panel or PM-OLED panel). Below the display module 200 using the OLED panel, various configurations (eg, the pressure detection module 400 and the reference potential layer 610) for detecting touch pressure are stacked.
  • OLED panel AM-OLED panel or PM-OLED panel.
  • the touch input device 1000 may be used in various devices (eg, smartphones, TVs, etc.) as shown in FIGS. 9 to 11, but is not limited thereto, and may include smart watches, tablet PCs, notebook computers, PDAs ( portable electronic products such as personal digital assistants, MP3 players, cameras, camcorders and electronic dictionaries, as well as household electronics such as home PCs, TVs, DVDs, refrigerators, air conditioners and microwave ovens, industrial controls and medical devices It can be used without the same as mentioned above.
  • smart watches tablet PCs, notebook computers, PDAs ( portable electronic products such as personal digital assistants, MP3 players, cameras, camcorders and electronic dictionaries, as well as household electronics such as home PCs, TVs, DVDs, refrigerators, air conditioners and microwave ovens, industrial controls and medical devices It can be used without the same as mentioned above.
  • PDAs portable electronic products such as personal digital assistants, MP3 players, cameras, camcorders and electronic dictionaries
  • household electronics such as home PCs, TVs, DVDs,
  • FIG. 9 illustrates an embodiment in which the touch input device 1000 according to the present invention is implemented as a smartphone.
  • the display module 200 may have a shape having a curved edge.
  • the planar portion 290 may be located at the center, and the curved portion 291 may extend from the planar portion 290 to be formed at both side surfaces.
  • the curved portion 291 may have a curved shape with a predetermined curvature.
  • the predetermined curvature means that the user easily identifies an image displayed through the display module 200 or touches the touch sensor panel 100 or the pressure detection module 400 formed on or under the display module 200.
  • the curvature suitable for the operation is sufficient, and the present invention is not limited to the specific curvature value of the curved portion 291.
  • the curved portions 291 are formed on both sides of the display module 200 in FIG. 9, the curved portions 291 may be formed only on one side of the left or right side of the flat portion 290.
  • FIGS. 10 and 11 illustrate an embodiment in which the touch input device 1000 according to the present invention is applied to a TV and a smartphone that are curved overall.
  • the display module 200 may have a curved shape having a central portion bent downward.
  • the center portion of the display module 200 may be curved upward. 10 and 11, the display module 200 may be assumed to be vertically curved.
  • the touch input device 1000 uses a suitable display panel (for example, an AM-OLED panel or an LCD panel), a flexible substrate, and the like to a predetermined range. It may be implemented in a form that can be bent within.
  • a suitable display panel for example, an AM-OLED panel or an LCD panel
  • FIGS. 6 to 8 illustrate a stacked structure of the touch input device 1000 according to various embodiments of the present disclosure. Specifically, FIGS. 6 to 8 are stacked structures of the touch input device 1000 assuming the embodiment of FIG. 9.
  • the touch input device 1000 As shown in FIG. 9, when the display module 200 including the flat part 290 and the at least one curved part 291 is used, the touch input device 1000 according to the present invention is illustrated in FIGS. 6 to 8. It may be implemented in a laminated structure.
  • the touch input device 1000 includes the pressure detection module 400 only in the vertical lower region of the flat portion 290 of the display module 200.
  • the pressure detection module 400 is not provided in the lower region of the curved portion 291 of the display module 200.
  • the touch sensor panel 100 may be provided on the entire surface of the display module 200.
  • the pressure detection module 400 (and the reference potential layer 610) is provided in the flat portion 290 of the display module 200, and more specifically, only in the lower region of the flat portion 290.
  • the touch sensor panel 100 is provided on the entire surface of the display module 200, the touch position is detected in the entire area of the display module 200, while the detection of the touch pressure is performed by the display module 200. Only in the planar portion 290.
  • the touch input device 1000 since the touch input device 1000 according to the embodiment of FIG. 6 does not have touch pressure at both sides of the display module 200, the user may grip the user unintentionally to prevent unintentional touch input (position and pressure). You can do it.
  • the pressure detection module 400 may detect the touch pressure and prevent an accident in which an operation is performed accordingly.
  • the touch input device 1000 has a structure in which the touch sensor panel 100 and the pressure detection module 400 (and the reference potential layer 610) are formed on the entire surface of the display module 200.
  • the touch input device 1000 since the touch input device 1000 according to the embodiment of FIG. 7 can detect the touch position and the touch pressure in the entire area of the display module 200, the user may touch the touch input in any area of the display module 200. can do.
  • the touch input device 1000 detects the touch pressure on the curved portion 291 in addition to the flat portion 290, thereby touching the input by the existing mechanical button. It can be replaced by pressure input.
  • the user feels the feeling of pressing the button by pressing the display surfaces on both sides instead of pressing the button.
  • the pressure detection module 400 (and the reference potential layer 610) are formed only in the lower region of the curved portion 291 of the display module 200.
  • the touch input device 1000 can detect pressure only at the curved portion 291 of the display module 200, the user presses the display surfaces on both sides instead of pressing a button. You feel the feeling of pressing a button in a similar way. On the other hand, in the area of the flat portion 290, only the touch position detection by the touch sensor panel 100 is possible.
  • FIG. 8 illustrates that the touch sensor panel 100 is formed on the front portion (the flat portion 290 and the curved portion 291) of the display module 200, the touch sensor may be touched only on the flat portion 290.
  • the manufacturing cost may be lowered and the structure may be simplified.
  • the touch sensor panel 100 may be formed only on the curved portion 291.
  • the touch input device 1000 according to the embodiment of FIG. 8 has two pressure detection modules 400-1 and 400-2 spaced apart from each other, the two pressure detection modules 400-1 and 400-2 are driven.
  • it can be designed to use one or two channels.
  • the two pressure detection modules 400-1 and 400-2 may detect the touch position and the touch pressure using different channels, or may detect the touch position and the touch pressure through one channel.
  • the lower region of the planar portion 290 may be used as a built-in space of other elements for operating the touch input device, thereby obtaining a space advantage.
  • the touch sensor panel 100 and the pressure detection module 400 may be disposed.
  • the touch input device 1000 capable of detecting the touch position and the touch pressure may be implemented.
  • the touch sensor panel 100 may be integrated with the display module 200. That is, the touch sensor panel 100 may be implemented in an in-cell manner, and the touch input device 1000 according to the present invention is limited to a specific arrangement of the touch sensor panel 100 and the display module 200. Rather, it may be implemented in various ways.
  • the touch input device 1000 may include a battery B for supplying power to each component for detecting a touch input.
  • a shock absorbing part SP may be further provided to ensure reliable driving of the touch input device 1000 and to prevent damage due to an impact.
  • the structure or function of the reference potential layers 610, 610-1, and 610-2 is the same as described above, and thus a detailed description thereof will be omitted.
  • the laminated structure of the pressure detecting module 400 and the reference potential layers 610, 610-1, and 610-2 has been described with the structure shown in FIG. 2, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention can be implemented with various laminated structures described herein. .
  • FIGS. 3A to 3D various embodiments of FIGS. 3A to 3D may be applied, and as a detailed configuration of the pressure detection module 400, various embodiments of FIGS. 4A to 4F may be applied. It will be easy to understand.
  • the touch input device 1000 according to the present invention is not limited to the structure of the pressure electrode according to FIGS. 3A to 3D or the pressure detection module of FIGS. 4A to 4F.
  • the shape of the display module 200 illustrated in FIG. 9 is assumed.
  • the stacked structure of FIGS. 6 to 8 is modified.
  • it may be modified and implemented to function as the touch input device 1000 capable of detecting the touch position and the touch pressure, and a person skilled in the art may design without difficulty in the manner described above.
  • FIG. 12A is a perspective view of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • the touch input device illustrated in FIG. 12A includes a front surface 700F having the display module 200, a left side 700L extending vertically from the front side 700F, a right side 700R, an upper side 700U, and a bottom side. Side 700D, and back 700B.
  • the display module 200 is provided on the front surface 700F of the touch input device according to the embodiment of FIG. 12A, and the touch sensor panel 100 is stacked on the display module 200. As described above, when the touch sensor panel 100 touches the front surface 700F of the touch input device, the touch sensor panel 100 detects a touch position.
  • At least one of the side surfaces 700L, 700R, 700U, and 700D of the touch input device includes a pressure detection module 400 to detect the touch pressure of the user.
  • FIG. 12B is a cross-sectional view taken along the line AA ′ of FIG. 12A. As shown in FIG. 12B, the touch sensor panel 100 and the display module 200 are provided at the front part 700F, and the pressure detection module 400 is provided at the left and right sides 700L and 700R.
  • the pressure detection module 400 of FIG. 12B may be provided in any one of FIGS. 4A to 4F, but is not limited thereto.
  • the touch detection module 400 may detect the touch pressure through a change in capacitance according to a change in distance from the reference potential layer. It can be implemented in a variety of structures that can be.
  • the side cover member SC may be stacked on the pressure detection module 400 provided on the left and right sides 700L and 700R.
  • the side cover member SC may cover the edge of the touch input device to protect the pressure detection module 400 and to prevent intrusion of foreign substances.
  • the side cover member SC formed on the upper portion of the pressure detection module 400 may be pressed by the user. It is preferable to select a material (eg, rubber, silicone rubber, etc.) that can be bent inwardly within a predetermined range.
  • FIG. 12B illustrates that the pressure detection module 400 is provided on both the left side 700L and the right side 700R, the pressure detection module 400 may be provided only on one side thereof. In another embodiment, the upper and lower side surfaces thereof are provided. At least one of the 700U and 700D may be provided with a pressure detection module 400. Of course, if necessary, the pressure detection module 400 may be formed on the rear surface 700B of the touch input device. That is, the touch input device according to the present invention may include the pressure detection module 400 on at least one side of the left and right upper and lower side surfaces 700L, 700R, 700U, and 700D and the rear surface 700B.
  • 13 is a perspective view of a touch input device according to another embodiment of the present invention. 13 is also provided with a pressure detection module 400 on the side, as shown in Figure 12a and 12b.
  • the pressure detection module 400 is covered by the side cover member SC, but in the embodiment of FIG. 13, the side display module 293S is formed on the pressure detection module 400. .
  • the touch input device includes a front display module 293F formed on a front surface and a side display module 293S formed on a side surface thereof, and the side display module 293S includes a front display module 293F.
  • the side display module 293S extends vertically from the front display module 293F.
  • the side display module 293S may be bent diagonally and extended.
  • the touch sensor panel 100 may be provided at an upper portion of the front display module 293F, and a pressure detection module 400 may be provided at a lower portion of the side display module 293S.
  • the pressure detection module 400 may be provided in any one of FIGS. 4A to 4F, but is not limited thereto, and may detect the touch pressure through a change in capacitance according to a change in distance from the reference potential layer. It can be implemented in a variety of structures.
  • the pressure detection module 400 may be further included below the front display module 293F, and the side touch sensor panel may be further included above the side display module 293S. have. In this case, the touch position and the touch pressure can be detected on all surfaces displayed.
  • front display module 293F and the side display module 293S may be integrally implemented as one display module (one component), and may be implemented by connecting independent display modules (separate components). have. Those skilled in the art will be able to select an appropriate structure or arrangement in view of the driving method of the display module.
  • the front surface of the touch input device may include a display area 710 and a non-display area 720.
  • the display area 710 is an area where the display module 200 is provided, and the non-display area 720 is an area where the display module 200 is not provided.
  • the touch input device according to FIG. 14 has a display function only in the display area 710.
  • At least one pressure detection module 400 is provided, although not visible (in some cases, internal). Thus, when the user presses the non-display area 720 by hand, the touch pressure can be detected in the manner described above.
  • the pressure detection module 400 provided in the non-display area 720 may be provided in any one of FIGS. 4A to 4F, but is not limited thereto.
  • the touch pressure may be implemented by detecting a touch pressure through a change in capacitance according to a change in distance from the reference potential layer.
  • the pressure detection module 400 may be formed in the non-display area 720 in various forms.
  • a pressure detection module 400 having the same size as the width of the display module 200 may be formed below the display area 710 in which the display module 200 is located.
  • the pressure detection module 400 may be formed only in a predetermined region (button-shaped circle region), and as shown in FIG. 14C, two pressure detection modules 400 may be provided. It may be formed spaced apart from each other.
  • a cover layer of a flexible material eg, a rubber ring
  • the cover layer may be a case of the touch input device.
  • the pressure detection module 400 may be used as a physical button, and a predetermined pattern may be printed on the non-display area 720 to press the user. You can intuitively check the application to be executed. Of course, the execution of the application can be done by detecting the touch pressure, which can be by the pressure detection scheme described above.
  • FIGS. 9 to 14 which illustrate embodiments in which the touch input device according to the present invention is substantially implemented, the above description has been mainly focused on a configuration that enables display, touch input detection, and touch pressure detection. It will be apparent to those skilled in the art that the example will include a configuration for operating with a device such as a smartphone.
  • the pressure detection modules may be driven through one channel, but each pressure detection module is provided through two or more channels. Can be driven.
  • each pressure detection module can be simultaneously and individually controlled, thereby ensuring better pressure detection.
  • a touch sensor panel or display module associated with position detection can also be controlled through two or more channels. Those skilled in the art will be able to freely design the channels of the touch sensor panel, display module and pressure detection module as required.
  • elements such as a communication module, a control module, a storage module, etc. may apply a conventional form or method, and if necessary, the configuration, arrangement, It may be appropriately modified or replaced with other elements depending on the size, shape, operation method, and the like.

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Abstract

디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치가 개시된다. 본 발명에 따른 터치 입력 장치는, 평면부 및 평면부로부터 연장되어 소정 곡률을 가지고 휘어진 적어도 하나의 곡면부를 갖는 디스플레이 모듈 및 디스플레이 모듈 하부에 형성되어, 상기 디스플레이 모듈의 표면에 가해지는 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈을 포함하고, 압력 검출 모듈은, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전 용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출한다. 이에 따라, 다양한 방식과 형태의 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치로서, 터치 위치 및 터치 압력을 효율적으로 검출할 수 있게 된다.

Description

디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치
본 발명은 디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는, 다양한 형태의 디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치에 관한 것이다.
컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린의 이용이 증가하고 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.
한편, 터치 스크린에는 다양한 방식과 형태의 디스플레이 모듈이 이용될 수 있다. 따라서, 다양한 방식과 형태의 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치로서, 터치 위치 및 터치 압력을 효율적으로 검출할 수 있는 터치 입력 장치의 필요성이 증가하고 있다.
본 발명은 상기 필요성을 충족시키기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 다양한 방식과 형태의 디스플레이 모듈을 포함하는 터치 입력 장치로서, 터치 위치 및 터치 압력을 효율적으로 검출할 수 있는 터치 입력 장치를 제공함에 있다.
상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치는, 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 평면부 및 상기 평면부로부터 연장되어 소정 곡률을 가지고 휘어진 적어도 하나의 곡면부를 갖는 디스플레이 모듈; 및 상기 디스플레이 모듈의 하부에 형성되고, 상기 디스플레이 모듈의 표면에 가해지는 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈;을 포함하고, 상기 압력 검출 모듈은, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전 용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출한다.
또한, 상기 압력 검출 모듈은, 상기 디스플레이 모듈의 상기 평면부와 상기 곡면부 중 적어도 하나의 영역의 하부에 위치할 수 있다.
그리고, 상기 압력 검출 모듈은 압력 검출을 위한 전극을 포함하고, 터치에 따른 상기 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리 변화에 기인한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출할 수 있다.
또한, 상기 디스플레이 모듈은 OLED 패널을 구비할 수 있다.
그리고, 상기 기준전위층은 플렉서블한 소재의 기판으로 구성될 수 있다.
또한, 상기 곡면부는 상기 평면부의 양 측면 중 적어도 한 측면으로부터 연장될 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 입력 장치는, 소정 곡률을 가지고 휘어진 곡면 형상의 디스플레이 모듈; 및 상기 디스플레이 모듈의 하부에 형성되고, 상기 디스플레이 모듈의 표면에 가해지는 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈;을 포함하고, 상기 압력 검출 모듈은, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전 용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출한다.
또한, 상기 압력 검출 모듈은 압력 검출을 위한 전극을 포함하고, 터치에 따른 상기 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리 변화에 기인한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출할 수 있다.
그리고, 상기 디스플레이 모듈은 OLED 패널을 구비할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치는, 터치 위치와 터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서, 상기 터치 입력 장치의 전면에는, 터치 위치를 검출하는 터치 센서 패널; 및 상기 터치 센서 패널의 하부에 구비된 디스플레이 모듈;이 구비되고, 상기 터치 입력 장치의 측면 또는 배면에는, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈;이 구비될 수 있다.
또한, 상기 압력 검출 모듈은, 상기 터치 입력 장치의 측면에 구비된 측면 커버부재의 하부에 위치할 수 있다.
그리고, 상기 압력 검출 모듈은, 상기 터치 입력 장치의 측면에 구비된 측면 디스플레이 모듈의 하부에 위치할 수 있다.
또한, 상기 측면 디스플레이 모듈의 상부에 구비되어 측면에서 터치 위치를 검출하는 측면 터치 센서 패널;을 더 포함할 수 있다.
한편, 상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치는, 터치 위치와 터치 압력 검출이 가능하고, 전면이 디스플레이 영역과 비-디스플레이 영역으로 분할된 터치 입력 장치로서, 상기 디스플레이 영역은, 터치 위치를 검출하는 터치 센서 패널; 및 상기 터치 센서 패널의 하부에 구비된 디스플레이 모듈;을 포함하고, 상기 비-디스플레이 영역은, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 적어도 하나의 압력 검출 모듈;을 포함한다.
또한, 상기 적어도 하나의 압력 검출 모듈은 플렉서블한 소재의 커버층에 의해 커버될 수 있다.
상기 구성을 가지는 본 발명의 터치 입력 장치에 의하면, 디스플레이 모듈의 방식이나 형태에 무관하게, 터치 위치 및 터치 압력을 효율적으로 검출할 수 있게 된다.
또한, 압력 검출 모듈이 종래의 기계적 버튼을 대체할 수 있게 되므로, 기계적 결함, 고장 등을 방지하고, 제조 공정 및 비용을 줄일 수 있을 뿐만 아니라, 무버튼 방식의 터치 입력 장치로서 더욱 심플한 디자인을 도모할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 일구성인 터치 센서 패널의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 3a 내지 도 3d는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 터치 압력 감지 방식을 설명하기 위한 것으로, 다양한 실시예에 따른 압력 검출 모듈의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4a 내지 도 4f는 다양한 실시예에 따른 터치 입력 장치의 일구성인 압력 검출 모듈의 구조적 단면을 나타낸다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 일구성인 디스플레이 모듈에 포함될 수 있는, OLED 패널의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 입력 장치의 적층 구조를 나타내는 도면이다.
도 9 는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 적용례를 나타내는 도면이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 적용례를 나타내는 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 적용례를 나타내는 도면이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다.
도 12b는 도 12a의 A-A'를 따라 절개된 단면도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 입력 장치를 나타내는 개략도이다.
본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서, 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.
또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.
이하에서는, 첨부된 도면을 참조하면서 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 대해 상세히 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치는, 스마트폰, 스마트워치, 태블릿 PC, 노트북, PDA(personal digital assistants), MP3 플레이어, 카메라, 캠코더, 전자사전 등과 같은 휴대 가능한 전자제품을 비롯해, 가정용 PC, TV, DVD, 냉장고, 에어컨, 전자레인지 등의 가정용 전자제품에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 디스플레이 모듈을 포함하는 압력 검출 가능한 터치 입력 장치는, 산업용 제어장치, 의료장치 등 디스플레이와 입력을 위한 장치를 필요로 하는 모든 제품에 제한 없이 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서 패널(100)의 구성과 동작을 설명하기 위한 도면이다. 도 1을 참조하면, 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 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 있으며 실시예에 따라 크기가 달라질 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 실시예에 따른 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), 은나노(nano silver) 및 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)는 메탈 메쉬(metal mesh)로 구현될 수 있다.
실시예에 따른 구동부(120)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 실시예에서, 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.
감지부(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 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미도시)를 구성할 수 있다. 터치 검출 장치는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 터치 검출 장치는 터치 센서 패널(100)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 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. 터치 센싱 IC(150)는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 제1인쇄 회로 기판(이하에서, 제1PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC(150)는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(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 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 전술한 방법 이외의 자기 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.
실시예에 따른 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈(200)의 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
실시예에 따른 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)에 포함된 디스플레이 패널은 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다.
다만, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 이에 한정되지 않고, 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel) 등 디스플레이 가능한 다른 방식의 모듈일 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. 이러한 제어회로는 제2인쇄 회로 기판(미도시)에 실장될 수 있다. 이때, 디스플레이 패널의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널을 작동시키기 위한 회로를 포함할 수 있다.
터치 위치를 감지하는 터치 센서 패널(100)의 동작과 관련한 위의 설명에 이어, 터치 압력을 감지하는 방식 및 원리를 도 2, 도 3a 내지 도 3d를 참조하면서 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 구성을 나타내는 도면이고, 도 3a 내지 도 3d는 터치 압력을 감지하는 방식 및 이를 위한 압력 검출 모듈(400)의 다양한 실시예를 나타내는 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100), 디스플레이 모듈(200), 압력 검출 모듈(400) 및 기판(300)을 포함한다. 이때, 기판(300)은 기준전위층일 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 기준전위층은 도 2와 달리 배치될 수 있다. 즉, 기준전위층이 압력 검출 모듈(400) 상부에 있을 수도 있고, 디스플레이 모듈(200) 내에 위치할 수도 있다. 또, 하나 이상의 기준전위층이 구비될 수도 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 적층 구조에 대응하여, 압력 검출 모듈(400)의 배치도 달라질 수 있다. 이와 관련해서는 도 3a 내지 도 3d의 실시예를 설명하면서, 상세히 설명하기로 한다.
도 3a에 도시된 바와 같이 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 스페이서층(420)이 위치할 수 있다. 도 3a에 도시된 실시예에 따른 배치의 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이로서 기판(300) 측에 배치될 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 3b는 도 3a에 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 기준전위층인 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.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)에 터치 압력을 인가하는 경우, 터치 위치에서 가장 큰 변형이 이루어질 휘어질 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈(200)이 휘어질 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 터치가 이루어진 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 해당 터치 위치에서 휘어짐을 갖는다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈(200)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 모듈(200)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다.
도 3c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 압력 전극 배치를 도시한다. 도 3c에 도시된 전극 배치에서, 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 위치하되, 디스플레이 모듈(200) 측에 배치될 수 있다.
도 3a 및 도 3b의 실시예에서는 비록 압력 전극(450, 460)이 기판(300) 상에 형성된 것이 예시되나, 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 형성되는 것도 무방하다. 이때, 기판(300)은 기준전위층으로서 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 3d는 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 전극 배치를 나타낸다. 도 3d의 실시예에서, 압력 전극인 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 기판(300) 측에 형성되고 나머지 하나는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 측에 형성될 수 있다. 도 3d에서는 제1전극(450)이 기판(300) 측에 형성되고 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 하부면 측에 형성된 것을 예시한다. 물론, 제1전극(450)과 제2전극(460)의 위치를 서로 교체하는 방식으로 구현할 수도 있을 것이다.
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 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도 4a 내지 도 4f는 다양한 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 일구성인 압력 검출 모듈(400)의 구조적 단면을 나타낸다.
도 4a에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 압력 전극 모듈(400)에서 압력 전극(450, 460)은 제1절연층(410)과 제2절연층(411) 사이에 위치한다. 예컨대, 제1절연층(410) 상에 압력 전극(450, 460)을 형성한 후 제2절연층(411)으로 압력 전극(450, 460)을 덮을 수 있다. 이때, 제1절연층(410)과 제2절연층(411)은 폴리이미드(polyimide)와 같은 절연 물질일 수 있다. 제1절연층(410)은 PET(Polyethylene terephthalate)일 수 있고 제2절연층(411)은 잉크(ink)로 이루어진 덮개층(cover layer)일 수 있다. 압력 전극(450, 460)은 구리(copper)와 알루미늄 같은 물질을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1절연층(410)과 제2절연층(411) 사이 및 압력 전극(450, 460)과 제1절연층(410) 사이는 액체 접착체(liquid bond) 와 같은 접착제(미도시)로 접착될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)은, 제1절연층(410) 위에 압력 전극 패턴에 상응하는 관통 구멍을 갖는 마스크(mask)를 위치시킨 후 전도성 스프레이(spray)를 분사함으로써 형성될 수 있다.
도 4a에서 압력 검출 모듈(400)은 탄성폼(440)을 더 포함하며 탄성폼(440)은, 제2절연층(411)의 일면으로서 제1절연층(410)과 반대방향에 형성될 수 있다. 추후, 압력 검출 모듈(400)이 기판(300)에 부착될 때 제2절연층(411)을 기준으로 기판(300) 측에 탄성폼(440)이 배치될 수 있다.
이때, 압력 검출 모듈(400)을 기판(300)에 부착하기 위해서 소정 두께를 갖는 접착 테이프(430)가 탄성폼(430)의 외곽에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 접착 테이프(430)는 양면 접착 테이프일 수 있다. 이때, 접착 테이프(430)는 탄성폼(430)을 제2절연층(411)에 접착하는 역할도 수행할 수 있다. 이때, 탄성폼(430) 외곽에 접착 테이프(430)를 배치시킴으로써 압력 검출 모듈(400)의 두께를 효과적으로 줄일 수 있다.
도 4a에 예시된 압력 검출 모듈(400)이 하단에 위치한 기판(300)에 부착되는 경우, 압력 전극(450, 460)은 압력을 검출하도록 동작할 수 있다. 예컨대, 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200) 측에 배치된 것으로서 기준전위층은 기판(300)에 해당하고, 탄성폼(440)은 스페이서층(420)에 대응하는 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 터치 입력 장치(1000)를 상부에서 터치하는 경우 탄성폼(440)이 눌려 압력 전극(450, 460)과 기준전위층인 기판(300) 사이의 거리가 감소하고, 이에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 감소할 수 있다. 이러한 정전용량 변화를 통해 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도 4b에서는 도 4a와 달리, 탄성폼(440) 외곽에 위치하는 접착 테이프(430)를 통해서 압력 검출 모듈(400)이 기판(300)에 부착되지 않는다. 도 4b에서는 탄성폼(440)을 제2절연층(411)에 접착하기 위해 제1접착 테이프(431)와, 압력 검출 모듈(400)을 기판(300)에 접착하기 위해 탄성폼(440) 상에 제2접착 테이프(432)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2접착 테이프(431, 432)를 배치함으로써 탄성폼(440)을 제2절연층(411)에 견고하게 부착하고 또한 압력 검출 모듈(400)을 기판(300)에 견고하게 부착할 수 있다. 실시예에 따라, 도 4b에 예시된 압력 검출 모듈(400)은 제2절연층(411)을 포함하지 않을 수 있다. 예컨대, 제1접착 테이프(431)가 압력 전극(450, 460)을 직접 덮는 커버층의 역할을 수행하면서 탄성폼(440)을 제1절연층(410) 및 압력 전극(450, 460)에 부착하는 역할을 수행할 수 있다. 이는 이하의 도 4c 내지 도 4f의 경우에도 적용될 수 있다.
도 4c는 도 4a에 도시된 구조의 변형예이다. 도 4c에서는 탄성폼(440)에 탄성폼(440)의 높이를 관통하는 홀(H: hole)을 형성하여 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 탄성폼(440)이 잘 눌려지도록 할 수 있다. 홀(H)에는 공기가 채워질 수 있다. 탄성폼(440)이 잘 눌려지는 경우 압력 검출의 민간도가 향상될 수 있다. 또한, 탄성폼(400)에 홀(H)을 형성함으로써 압력 검출 모듈(400)을 기판(300) 등에 부착시에 공기로 인해 탄성폼(400)의 표면이 돌출되는 현상을 제거할 수 있다. 도 4c에서는 탄성폼(400)을 제2절연층(411)에 견고하게 접착시키기 위해서 접착 테이프(430) 외에 제1접착 테이프(431)을 더 포함할 수 있다.
도 4d는 도4b에 도시된 구조의 변형예로서, 도 4c에서와 마찬가지로 탄성폼(440)에 탄성폼(440)의 높이를 관통하는 홀(H)이 형성되어 있다.
도 4e는 도 4b에 도시된 구조의 변형예로서, 제1절연층(410)의 일면으로서 탄성폼(440)과 다른 방향의 일면에 제2 탄성폼(441)을 더 포함한다. 이러한 제2 탄성폼(441)은 추후 터치 입력 장치(1000)에 압력 검출 모듈(400)이 부착되었을 때 디스플레이 모듈(200)에 전달되는 충격을 최소화하기 위해 추가로 형성될 수 있다. 이때, 제2 탄성폼(441)을 제1절연층(410)에 접착하기 위해 제3접착층(433)을 더 포함할 수 있다.
도 4f는 압력을 검출하도록 동작할 수 있는 압력 검출 모듈(400)의 구조를 예시한다. 도 4f에서는 탄성폼(440)을 사이에 두고 제1전극(450, 451)과 제2전극(460, 461)이 배치된 압력 검출 모듈(400)의 구조가 도시된다. 도 4b를 참조하여 설명한 구조와 유사하게, 제1전극(450, 451)은 제1절연층(410)과 제2절연층(411) 사이에 형성되고 제1접착 테이프(431), 탄성폼(440) 및 제2접착 테이프(432)가 형성될 수 있다. 제2전극(460, 461)은 제3절연층(412)과 제4절연층(413) 사이에 형성되고 제4절연층(413)이 제2접착 테이프(432)를 통해 탄성폼(440)의 일면측에 부착될 수 있다. 이때, 제3절연층(412)의 기판측 일면에는 제3접착 테이프(433)가 형성될 수 있으며, 제3접착 테이프(433)를 통해 압력 검출 모듈(400)이 기판(300)에 부착될 수 있다. 도 4b를 참조하여 설명한 바와 같이, 실시예에 따라, 도4f에 예시된 압력 검출 모듈(400)은 제2절연층(411) 및/또는 제4절연층(413)을 포함하지 않을 수 있다. 예컨대, 제1접착 테이프(431)가 제1전극(450, 451)을 직접 덮는 커버층의 역할을 수행하면서 탄성폼(440)을 제1절연층(410) 및 제1전극(450, 451)에 부착하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제2접착 테이프(432)가 제2전극(460, 461)을 직접 덮는 커버층의 역할을 수행하면서 탄성폼(440)을 제3절연층(412) 및 제2전극(460, 461)에 부착하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치를 통해 탄성폼(440)이 눌리고 이에 따라 제1전극(450, 451)과 제2전극(460, 461) 사이의 상호 정전용량이 증가할 수 있다. 이러한 정전용량의 변화를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1전극(450, 451)과 제2전극(460, 461) 중 어느 하나를 그라운드(ground)로 하여 나머지 하나의 전극을 통해 자기 정전용량을 감지할 수 있다.
도 4f의 경우 전극을 단일층으로 형성하는 경우보다, 압력 검출 모듈(400)의 두께 및 제조 단가는 증가하나, 압력 검출 모듈(400) 외부에 위치하는 기준전위층의 특성에 따라 변하지 않는 압력 검출 성능이 보장될 수 있다. 즉, 도 4f와 같이 압력 검출 모듈(400)을 구성함으로써 압력 검출시 외부 전위(그라운드) 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 압력 검출 모듈(400)이 적용되는 터치 입력 장치(1000)의 종류에 무관하게 동일한 압력 검출 모듈(400)의 사용이 가능하다.
이상에서는 구동전극과 수신전극을 포함하는 압력 전극을 이용하여, 구동전극과 수신전극이 기준전위층에 가까워짐에 따라 변하는 상호 정전용량 변화량에 기초한 압력 검출을 설명했지만, 본 발명의 압력 검출 모듈(400)은 자기 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력 검출을 수행할 수도 있다.
간략히 설명하면, 압력 전극(구동전극과 수신전극 중 어느 하나)와 기준전위층 사이에 형성되는 자기 정전용량(self capacitance)을 이용하여 터치 압력을 검출할 수 있게 된다. 즉, 구동전극과 기준전위층 사이에 형성되는 자기 정전용량 및/또는 수신전극과 기준전위층 사이에 형성되는 자기 정전용량을 이용하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 사용자의 터치가 있음에도, 터치 압력이 인가되지 않는 경우에는, 압력 전극과 기준전위층 사이의 거리가 변하지 않기 때문에, 자기 정전용량 값은 변하지 않는다. 이때에는 터치 센서 패널(100)에 의한 터치 위치만 감지될 것이다. 다만, 터치 압력까지 인가되는 경우, 위의 방식으로 자기 정전용량 값이 변하게 되고, 압력 검출 모듈(400)은 자기 정전용량의 변화량에 기초하여, 터치 압력을 검출하게 된다.
구체적으로, 터치에 의해 압력이 가해지면, 기준전위층 또는 압력 전극(구동전극 또는 수신전극)이 이동하여, 기준전위층과 압력 전극 사이의 거리가 가까워지며, 자기 정전용량 값이 증가한다. 증가된 자기 정전용량 값에 기초하여, 터치 압력의 크기를 판단함으로써 터치 압력을 검출하게 된다.
이하에서는, 디스플레이 모듈(200)의 일 실시예에 대해 설명하기로 한다. 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 일구성인 디스플레이 모듈(200)은 OLED 패널을 포함할 수 있다.
OLED 패널은 LCD 패널보다 많은 장점이 있어서, 디스플레이를 필요로 하는 장치에 다방면으로 이용되는 추세이다. LCD 패널은 두 개의 유리판 사이에 고체와 액체의 중간성질을 지닌 액정(liquid crystal)을 삽입해 전기자극을 제어하면서, 액정안에 생기는 빛을 굴절시켜 문자나 화상을 표시한다. 이러한 LCD는 백라이트 유닛이 필요하기 때문에 디스플레이의 두께를 두껍게 만들 뿐만 아니라, 백라이트 유닛에 항상 전원을 인가해야 하므로, 전력 소모가 높고, 응답속도가 OLED에 비해 느리다.
한편, OLED 패널은 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흘리면 전자와 정공이 유기물층에서 결합하면서 빛이 발생하는 원리를 이용한 자체 발광형 디스플레이 패널로서, 발광층을 구성하는 유기물질이 빛의 색깔을 결정한다. 구체적으로, OLED는 유리나 플라스틱 위에 유기물을 도포해 전기를 흘리면, 유기물이 광을 발산하는 원리를 이용한다. 즉, 유기물의 양극과 음극에 각각 정공과 전자를 주입하여 발광층에 재결합시키면 에너지가 높은 상태인 여기자(excitation)를 형성하고, 여기자가 에너지가 낮은 상태로 떨어지면서 에너지가 방출되면서 특정한 파장의 빛이 생성되는 원리를 이용하는 것이다. 이때, 발광층의 유기물에 따라 빛의 색깔이 달라진다.
OLED는 픽셀 매트릭스를 구성하고 있는 픽셀의 동작특성에 따라 라인 구동 방식의 PM-OLED(Passive-matrix Organic Light-Emitting Diode)와 개별 구동 방식의 AM-OLED(Active-matrix Organic Light-Emitting Diode)가 존재한다. 양자 모두 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 디스플레이 모듈을 매우 얇게 구현할 수 있고, 각도에 따라 명암비가 일정하고, 온도에 따른 색 재현성이 좋다는 장점을 갖는다. 또한, 미구동 픽셀은 전력을 소모하지 않는다는 점에서 매우 경제적이다.
동작 면에서 PM-OLED는 높은 전류로 스캐닝시간(scanning time) 동안만 발광을 하고, AM-OLED는 낮은 전류로 프레임 시간(frame time)동안 계속 발광 상태를 유지한다. 따라서, AM-OLED는 PM-OLED에 비해서 해상도가 좋고, 대면적 디스플레이 패널 구동이 유리하며, 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한, 박막 트랜지스터(TFT)를 내장하여 각 소자를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 정교한 화면을 구현하기 쉽다.
도 5a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 일구성인 디스플레이 모듈(200)에 포함될 수 있는, OLED 패널의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5a에 도시된 바와 같이, OLED는 기본적으로 애노드, 유기물층 및 캐소드로 구성되며, 유기물층은 HIL(Hole Injection Layer, 정공주입층), HTL(Hole Transfer Layer, 정공수송층), EIL(Emission Material Layer, 전자주입층), ETL(Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(Electron Injection Layer, 발광층)을 포함한다.
간략히 설명하면, HIL은 정공을 주입시키는 기능을 하며, CuPc 등의 물질을 이용한다. HTL은 주입된 정공을 이동시키는 기능을 하는 것으로 정공의 이동성(hole mobility)이 좋아야 한다. HTL로는 아릴라민(arylamine), TPD 등이 이용될 수 있다. EIL과 ETL은 전자의 주입과 수송을 위한 층이며, 주입된 전자와 정공은 EML에서 결합되어 발광한다. EML은 발광되는 색을 표현하는 소재로서, 유기물의 수명을 결정하는 호스트(host)와 색감과 효율을 결정하는 불순물(dopant)로 구성된다.
이 중 현재 스마트폰 등의 모바일 장치에 많이 쓰이고 있는 AM-OLED 패널의 단면을 도 5b에 도시하면서, 간략히 설명하기로 한다. 도 5b에 도시된 바와 같이, AM-OLED 패널은 TFT기판(thin film transistor backplane), 애노드(Anode, 양극), 유기물층, 캐소드(Cathode, 음극), 편광판(Polarizer)으로 구성된다. 한편, 다양한 방식의 AM-OLED 패널이 있지만, 그 중 RGB방식의 AM-OLED 패널은, 하나의 픽셀이 삼원색(Red,Green,Blue)으로 구성되어 광의 색상을 결정한다.
AM-OLED 패널은 도 5b에 도시된 바와 같이, 애노드와 캐소드 사이에 유기물층이 삽입되어, TFT가 온(On) 상태가 되면, 구동 전류가 애노드에 인가되어 정공이 주입되고 캐소드에서 전자가 주입되어, 유기물층으로 정공과 전자가 이동하여 서로 만나 광이 생성된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 OLED 패널(AM-OLED 패널 또는 PM-OLED 패널)을 포함할 수 있다. OLED 패널을 이용한 디스플레이 모듈(200) 하부에는 터치 압력 검출을 위한 다양한 구성(예: 압력 검출 모듈(400) 및 기준전위층(610) 등)이 적층된다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)는 도 9 내지 도 11과 같은 다양한 장치(예: 스마트폰, TV 등)에 이용될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 스마트워치, 태블릿 PC, 노트북, PDA(personal digital assistants), MP3 플레이어, 카메라, 캠코더, 전자사전 등과 같은 휴대 가능한 전자제품을 비롯해, 가정용 PC, TV, DVD, 냉장고, 에어컨, 전자레인지 등의 가정용 전자제품, 산업용 제어장치, 의료기기 등에 제한 없이 이용될 수 있음은 위에서 언급한 바와 같다.
먼저, 도 9는 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)가 스마트폰으로 구현된 실시예를 나타낸다. 특히, 도 9의 실시예에서, 디스플레이 모듈(200)은 가장자리가 곡면인 형상을 취할 수 있다.
도 9에 도시된 실시예는, 평면부(290)와 곡면부(291)로 이루어진 디스플레이 모듈(200)의 형상을 가진다. 이때, 평면부(290)가 중앙에 위치하고, 곡면부(291)는 상기 평면부(290)로부터 연장되어 양 측면에 형성될 수 있다. 곡면부(291)는 소정의 곡률을 가지고 휘어진 형상을 취할 수 있다.
이때, 소정의 곡률이란, 사용자가 디스플레이 모듈(200)을 통해 디스플레이되는 영상을 용이하게 식별하거나, 디스플레이 모듈(200)의 상부 또는 하부에 형성된 터치 센서 패널(100)이나 압력 검출 모듈(400)을 조작하기에 적정한 곡률이면 족하고, 본 발명은 상기 곡면부(291)의 특정 곡률값에 한정되지 않는다.
한편, 도 9에서는 디스플레이 모듈(200)의 양 측면에 곡면부(291)가 형성된 것으로 도시했지만, 평면부(290)의 좌측 혹은 우측의 한 측면에만 곡면부(291)가 형성될 수 있다.
도 10 및 도 11은 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)가, 전체적으로 곡면인 TV와 스마트폰에 적용된 실시예를 나타낸다. 도 10 및 도 11에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 전체적으로 중앙부가 하방으로 휘어진 곡면 형상일 수 있다.
물론, 이와 달리, 디스플레이 모듈(200)의 중앙부가 상방으로 휘어진 곡면 형상일 수 있다. 또한, 가로 방향으로 휘어진 도 10 및 도 11의 실시예와 반대로, 세로 방향으로 휘어진 디스플레이 모듈(200)을 상정할 수도 있다.
나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 적절한 디스플레이 패널(예를 들어, AM-OLED 패널 혹은 LCD 패널)과 플렉서블(flexible)한 소재의 기판 등을 이용하여, 소정 범위 내에서 휘어질 수 있는 형태로 구현될 수도 있다.
도 6 내지 도 8은 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 적층 구조를 도시한다. 구체적으로, 도 6 내지 도 8은, 도 9의 실시예를 상정한 터치 입력 장치(1000)의 적층 구조이다.
도 9에 도시된 바와 같은, 평면부(290)와 적어도 하나의 곡면부(291)로 구성된 디스플레이 모듈(200)을 이용하는 경우, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)는 도 6 내지 도 8의 적층 구조로 구현될 수 있다.
도 6의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 디스플레이 모듈(200)의 평면부(290)의 수직 하부 영역에만 압력 검출 모듈(400)을 구비한다.
즉, 디스플레이 모듈(200)의 곡면부(291)의 하부 영역에는 압력 검출 모듈(400)이 구비되지 않는다. 반면, 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈(200)의 전체면에 대해 구비될 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)의 평면부(290)에, 더욱 상세하게는 평면부(290)의 하부 영역에만 압력 검출 모듈(400)(및 기준전위층(610))이 존재하는 경우, 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈(200)의 전체면에 구비되므로, 디스플레이 모듈(200)의 전체 영역에서 터치 위치가 감지되는 반면, 터치 압력의 검출은 디스플레이 모듈(200)의 평면부(290)에서만 이루어진다.
즉, 도 6의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)은 디스플레이 모듈(200)의 양 측면에서 터치 압력이 불가능하기 때문에, 사용자의 그립에 의한, 의도치 않은 터치 입력(위치 및 압력)을 방지할 수 있게 된다.
예를 들어, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)를 구비한 스마트폰을 포켓 안에 넣어둔 상태에서, 디스플레이 모듈(200)의 양 측면이 의도치 않게 눌리게 됨으로써, 의도치 않은 터치 압력이 인가되어, 압력 검출 모듈(400)이 터치 압력을 검출하고, 그에 따른 동작이 수행되는 사고를 방지할 수 있다.
도 7의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 디스플레이 모듈(200)의 전체면에 터치 센서 패널(100)과 압력 검출 모듈(400)(및 기준전위층(610))이 형성된 구조를 갖는다.
따라서, 도 7의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 디스플레이 모듈(200)의 전체 영역에서 터치 위치 및 터치 압력 검출이 가능하므로, 사용자는 디스플레이 모듈(200)의 어느 영역에서도 터치 입력을 할 수 있다.
도 7의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 도 6의 실시예와 달리, 평면부(290) 이외에 곡면부(291)에서도 터치 압력이 검출되므로, 기존의 기계적인 버튼에 의한 입력을 터치 압력에 의한 입력으로 대체할 수 있게 된다.
즉, 사용자는 버튼을 누르는 대신 양 측면의 디스플레이면을 누름으로써, 버튼을 누르는 사용감을 그대로 느끼게 된다.
도 8의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 디스플레이 모듈(200)의 곡면부(291)의 하부 영역에만 압력 검출 모듈(400)(및 기준전위층(610))이 형성된다.
따라서, 도 8의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 디스플레이 모듈(200)의 곡면부(291)에서만 압력 검출이 가능해지므로, 사용자는 버튼을 누르는 대신 양 측면의 디스플레이면을 누름으로써, 버튼을 누르는 사용감을 유사한 방식으로 느끼게 된다. 반면, 평면부(290)의 영역에서는 터치 센서 패널(100)에 의한 터치 위치의 검출만이 가능하다.
한편, 도 8에서는 디스플레이 모듈(200)의 전면부(평면부(290) 및 곡면부(291))에 터치 센서 패널(100)이 형성된 것으로 도시되었지만, 이와 달리, 평면부(290)에만 터치 센서 패널(100)을 형성함으로써, 제조 단가를 낮추고 구조를 단순화시킬 수도 있을 것이다. 또한, 곡면부(291)에만 터치 센서 패널(100)이 형성되어도 무방하다.
이때, 도 8의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 서로 이격된 2개의 압력 검출 모듈(400-1,400-2)을 가지므로, 2개의 압력 검출 모듈(400-1,400-2)을 구동시키기 위해, 1개 또는 2개의 채널을 이용하도록 설계될 수 있다.
즉, 2개의 압력 검출 모듈(400-1,400-2)이 서로 다른 채널을 이용하여 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수도 있고, 하나의 채널을 통해 터치 위치와 터치 압력을 검출할 수도 있다.
또한, 도 8의 실시예의 경우, 평면부(290)의 하부 영역을 터치 입력 장치를 동작시키기 위한 타 요소의 내장공간으로 이용할 수 있게 되어, 공간상의 이점을 얻게 된다.
한편, 도면에 도시하지는 않았지만, 도 8의 실시예와 달리, 디스플레이 모듈(200)의 좌측 혹은 우측에만 곡면부(291)를 구비한 경우, 터치 센서 패널(100)과 압력 검출 모듈(400)을 위에서 설명한 구조를 적절히 변형하여, 터치 위치 및 터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치(1000)로 구현할 수 있을 것이다.
도 6 내지 도 8과 관련하여, 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200)의 상부에 별도의 구성으로 위치하는 것으로 설명되었지만, 디스플레이 모듈(200)과 일체적으로 구성되어도 무방하다. 즉, 터치 센서 패널(100)이 인셀(In-cell) 방식으로 구현될 수 있고, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200)의 특정 배치에 한정되지 않고, 다양한 방식으로 구현될 수 있을 것이다.
한편, 도 6 내지 도 8의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는, 터치 입력을 감지하기 위한 각 구성에 전원을 공급하는 배터리(B)를 구비할 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)의 신뢰성 있는 구동을 보장하고, 충격에 따른 손상을 방지하는 충격 흡수부(SP)가 더 구비될 수도 있다.
도 6 내지 도 8의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 구조에서, 기준전위층(610,610-1,610-2)의 구조나 기능에 대해서는 위에서 상술한 바와 동일하므로, 상세한 설명을 생략하기로 한다. 위에서는 압력 검출 모듈(400)과 기준전위층(610,610-1,610-2)의 적층 구조가 도 2에 도시된 구조로 설명되었지만, 여기에 설명된 다양한 적층 구조로 구현될 수 있음은 당업자에 자명하다.
또한, 압력 검출 모듈(400)의 압력 전극의 구조로서, 도 3a 내지 도 3d의 다양한 실시예가 적용될 수 있고, 압력 검출 모듈(400)의 세부 구성으로서, 도 4a 내지 도 4f의 다양한 실시예가 적용될 수 있을 쉽게 이해할 수 있을 것이다. 물론, 본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)가, 도 3a 내지 도 3d에 따른 압력 전극의 구조나 도 4a 내지 도 4f의 압력 검출 모듈에 한정되지는 않는다.
도 6 내지 도 8을 참조한 이상의 설명에서는, 도 9에 도시된 디스플레이 모듈(200)의 형태를 상정하여 이루어졌지만, 도 10 및 도 11의 실시예의 경우에도, 도 6 내지 도 8의 적층 구조를 수정 또는 변형하여, 터치 위치와 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 입력 장치(1000)로서 기능하도록 구현할 수 있고, 당업자라면 위에서 설명된 방식으로 어려움 없이 설계 가능할 것이다.
도 12a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다. 도 12a에 도시된 터치 입력 장치는, 디스플레이 모듈(200)이 구비된 전면(700F), 전면(700F)으로부터 수직으로 연장된 좌측면(700L), 우측면(700R), 상측면(700U), 하측면(700D), 그리고 배면(700B)을 포함한다.
도 12a의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 전면(700F)에는 디스플레이 모듈(200)이 구비되며, 디스플레이 모듈(200)의 상부에 터치 센서 패널(100)이 적층된다. 터치 센서 패널(100)은 위에서 설명한 바와 같이, 터치 입력 장치의 전면(700F)을 터치하는 경우, 터치 위치를 감지한다.
한편, 터치 입력 장치의 측면(700L,700R,700U,700D) 중 적어도 하나에는 압력 검출 모듈(400)이 포함되어, 사용자의 터치 압력을 검출한다.
도 12b는 도 12a의 A-A'를 따라 절개한 단면도이다. 도 12b에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100) 및 디스플레이 모듈(200)이 전면부(700F)에 구비되며, 좌우측면(700L,700R)에는 압력 검출 모듈(400)이 구비된다.
도 12b의 압력 검출 모듈(400)은 도 4a 내지 도 4f 중 어느 하나의 형태로 구비될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전용량 변화를 통해 터치 압력을 검출할 수 있는 다양한 구조로 구현될 수 있다.
한편, 도 12b의 실시예에서, 좌우측면(700L,700R)에 구비된 압력 검출 모듈(400) 에는 측면 커버부재(SC)가 적층될 수 있다. 측면 커버부재(SC)는 터치 입력 장치의 테두리를 커버하여, 압력 검출 모듈(400)를 보호하고, 이물질의 침입을 막는 등의 기능을 한다.
다만, 사용자가 손가락 등으로 눌렀을 때, 전극과 기준 전위층 사이의 거리가 변할 수 있어야 압력 검출이 가능하므로, 압력 검출 모듈(400)의 상부에 형성된 측면 커버부재(SC)는 사용자가 손가락으로 눌렀을 때 소정 범위 내에서 내측으로 휘어질 수 있는 소재(예: 고무, silicone rubber 등)를 선택하는 것이 바람직하다.
도 12b에서는 좌측면(700L) 및 우측면(700R) 모두에 압력 검출 모듈(400)이 구비되는 것으로 도시되었으나, 한 측면에만 압력 검출 모듈(400)이 구비되어도 무방하고, 다른 실시예에서는, 상하측면(700U,700D) 중 적어도 하나에 압력 검출 모듈(400)이 구비될 수 있다. 물론, 필요에 따라, 압력 검출 모듈(400)을 터치 입력 장치의 배면(700B)에 형성시킬 수도 있다. 즉, 본 발명에 따른 터치 입력 장치는 좌우상하 측면(700L,700R,700U,700D) 및 배면(700B) 중 적어도 하나의 측면에 압력 검출 모듈(400)을 구비할 수 있다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치의 사시도이다. 도 13의 실시예도, 도 12a 및 도 12b와 같이 측면에 압력 검출 모듈(400)이 구비된다.
다만, 도 12b의 실시예에서는, 압력 검출 모듈(400)이 측면 커버부재(SC)로 커버되어 있지만, 도 13의 실시예는 압력 검출 모듈(400) 상부에 측면 디스플레이 모듈(293S)이 형성된다.
더욱 구체적으로, 도 13에 따른 터치 입력 장치는, 전면에 형성된 전면 디스플레이 모듈(293F)과 측면에 형성된 측면 디스플레이 모듈(293S)을 포함하고, 상기 측면 디스플레이 모듈(293S)은 전면 디스플레이 모듈(293F)로부터 연장된다. 도 13은 측면 디스플레이 모듈(293S)이 전면 디스플레이 모듈(293F)로부터 수직으로 연장되는 것으로 도시되었지만, 이와 달리, 사선으로 절곡되어 연장되어도 무방하다.
전면 디스플레이 모듈(293F)의 상부에는 터치 센서 패널(100)이 구비될 수 있고, 측면 디스플레이 모듈(293S)의 하부에는 압력 검출 모듈(400)이 구비될 수 있다. 이때, 압력 검출 모듈(400)은 도 4a 내지 도 4f 중 어느 하나의 형태로 구비될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전용량 변화를 통해 터치 압력을 검출할 수 있는 다양한 구조로 구현될 수 있다.
한편, 도 13에서 명시적으로 도시하지는 않았지만, 전면 디스플레이 모듈(293F)의 하부에 압력 검출 모듈(400)을 더 포함하고, 측면 디스플레이 모듈(293S)의 상부에 측면 터치 센서 패널을 더 포함할 수 있다. 이 경우, 디스플레이되는 모든 면에서 터치 위치와 터치 압력을 검출할 수 있는 효과를 갖게 된다.
또한, 전면 디스플레이 모듈(293F)과 측면 디스플레이 모듈(293S)은 일체로서 하나의 디스플레이 모듈(하나의 구성 요소)로 구현되어도 무방하고, 독립된 디스플레이 모듈을 연결(별개의 구성 요소)하는 것으로 구현될 수 있다. 당업자는 디스플레이 모듈의 구동 방식 등을 감안하여, 적절한 구조나 배치를 선택할 수 있을 것이다.
도 14는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치 입력 장치를 나타내는 개략도이다. 도 14에 도시된 바와 같이, 터치 입력 장치의 전면은 디스플레이 영역(710)과 비-디스플레이 영역(720)을 포함할 수 있다.
여기서, 디스플레이 영역(710)은 디스플레이 모듈(200)이 구비되는 영역이고, 비-디스플레이 영역(720)은 디스플레이 모듈(200)이 구비되지 않는 영역이다. 따라서, 도 14에 따른 터치 입력 장치는 디스플레이 영역(710)에서만 디스플레이 기능을 갖는다.
비-디스플레이 영역(720)의 내부에는, 겉으로 보이지는 않지만(경우에 따라 내부가 보일 수 있음), 압력 검출 모듈(400)이 적어도 하나 구비된다. 따라서, 사용자가 비-디스플레이 영역(720)을 손으로 눌렀을 때, 위에서 설명한 방식으로 터치 압력이 검출될 수 있다.
도 14의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 비-디스플레이 영역(720)의 내부에 구비된 압력 검출 모듈(400)은 도 4a 내지 도 4f 중 어느 하나의 형태로 구비될 수 있지만, 이에 한정되지 않고, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전용량 변화를 통해 터치 압력을 검출할 수 있는 다양한 구조로 구현될 수 있다.
한편, 다양한 형태로 비-디스플레이 영역(720)에 압력 검출 모듈(400)을 형성할 수 있다. 예를 들어, 도 14의 (a)와 같이, 디스플레이 모듈(200)이 위치하는 디스플레이 영역(710)의 아래에 디스플레이 모듈(200)의 폭과 동일한 크기의 압력 검출 모듈(400)이 형성될 수도 있고, 도 14의 (b)와 같이, 소정 영역(버튼 모양의 동그라미 영역)에만 압력 검출 모듈(400)이 형성될 수도 있고, 도 14의 (c)와 같이 2개의 압력 검출 모듈(400)이 서로 이격하여 형성될 수도 있다.
한편, 도 14의 실시예에 있어서, 비-디스플레이 영역(720)을 사용자가 손가락 등으로 눌렀을 때, 압력 검출 모듈(400)의 전극과 기준 전위층 사이의 거리가 변할 수 있어야 압력 검출이 가능하므로, 압력 검출 모듈(400)의 상부에는 플렉서블한 소재(예: 고무링 등)의 커버층이 적층될 수 있다. 상기 커버층은 터치 입력 장치의 케이스일 수 있다.
도 14의 다양한 실시예로 압력 검출 모듈(400)을 구비하여 압력 검출 모듈(400)을 물리적 버튼으로 사용할 수 있고, 비-디스플레이 영역(720) 위에는 소정 패턴이 인쇄되어, 사용자의 누름이 있는 경우 실행될 어플리케이션 등을 직관적으로 확인할 수 있다. 물론, 어플리케이션의 실행은 터치 압력을 검출하는 것에 의해 이루어질 수 있고, 이는 위에서 설명한 압력 검출 방식에 의할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치가 실질적으로 구현된 실시예를 나타내는 도 9 내지 도 14와 관련하여, 위의 설명에서는 디스플레이, 터치 입력 검출 및 터치 압력 검출을 가능하게 하는 구성을 위주로 설명했지만, 각 실시예가 스마트폰 등의 장치로 동작하기 위한 구성이 포함될 것임은 당업자에 자명할 것이다.
또한, 도 9 내지 도 14와 관련하여, 압력 검출 모듈이 2개 이상 포함되거나, 서로 다른 위치에 구비되는 경우, 1개의 채널을 통해 구동될 수도 있지만, 2개 이상의 채널을 통해 각각의 압력 검출 모듈이 구동될 수 있다. 멀티 채널로 구성되는 경우, 각각의 압력 검출 모듈을 동시 개별적으로 제어할 수 있기 때문에, 더욱 뛰어난 압력 검출을 보장할 수 있을 것이다. 마찬가지로, 위치 검출과 관련한 터치 센서 패널이나 디스플레이 모듈 역시 2개 이상의 채널을 통해 제어될 수 있다. 당업자는 요구에 따라 터치 센서 패널, 디스플레이 모듈 및 압력 검출 모듈의 채널을 자유롭게 설계할 수 있을 것이다.
예를 들어, 스마트폰 등의 통신장치로 구현되는 경우, 통신모듈, 제어모듈, 저장모듈 등의 요소는 종래의 형태나 방식을 적용할 수 있고, 필요한 경우에는 본 발명의 실시예의 구성, 배치, 크기, 형상, 동작 방식 등에 따라 적절히 변형되거나 다른 요소로 대체될 수 있다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 평면부 및 상기 평면부로부터 연장되어 소정 곡률을 가지고 휘어진 적어도 하나의 곡면부를 갖는 디스플레이 모듈; 및
    상기 디스플레이 모듈의 하부에 형성되고, 상기 디스플레이 모듈의 표면에 가해지는 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈;을 포함하고,
    상기 압력 검출 모듈은, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전 용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는, 터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압력 검출 모듈은, 상기 디스플레이 모듈의 상기 평면부와 상기 곡면부 중 적어도 하나의 영역의 하부에 위치하는, 터치 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 압력 검출 모듈은, 압력 검출을 위한 전극을 포함하고, 터치에 따른 상기 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리 변화에 기인한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는, 터치 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 OLED 패널을 구비하는, 터치 입력 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 기준전위층은 플렉서블한 소재의 기판으로 구성된, 터치 입력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 곡면부는 상기 평면부의 양 측면 중 적어도 한 측면으로부터 연장되는, 터치 입력 장치.
  7. 소정 곡률을 가지고 휘어진 곡면 형상의 디스플레이 모듈; 및
    상기 디스플레이 모듈의 하부에 형성되고, 상기 디스플레이 모듈의 표면에 가해지는 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈;을 포함하고,
    상기 압력 검출 모듈은, 기준전위층과의 거리변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는, 터치 입력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 압력 검출 모듈은 압력 검출을 위한 전극을 포함하고, 터치에 따른 상기 전극과 상기 기준전위층 사이의 거리 변화에 기인한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는, 터치 입력 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈은 OLED 패널을 구비하는, 터치 입력 장치.
  10. 터치 위치와 터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치로서,
    상기 터치 입력 장치의 전면에는,
    터치 위치를 검출하는 터치 센서 패널; 및
    상기 터치 센서 패널의 하부에 구비된 디스플레이 모듈;이 구비되고,
    상기 터치 입력 장치의 상하좌우 측면 및 배면 중 적어도 하나에는,
    기준전위층과의 거리변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 압력 검출 모듈;이 구비되는, 터치 입력 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 압력 검출 모듈은, 상기 터치 입력 장치의 측면에 구비된 측면 커버부재의 하부에 위치하는, 터치 입력 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 압력 검출 모듈은, 상기 터치 입력 장치의 측면에 구비된 측면 디스플레이 모듈의 하부에 위치하는, 터치 입력 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 측면 디스플레이 모듈의 상부에 구비되어 측면에서 터치 위치를 검출하는 측면 터치 센서 패널;을 더 포함하는, 터치 입력 장치.
  14. 터치 위치와 터치 압력 검출이 가능하고, 전면이 디스플레이 영역과 비-디스플레이 영역으로 분할된 터치 입력 장치로서,
    상기 디스플레이 영역은,
    터치 위치를 검출하는 터치 센서 패널; 및
    상기 터치 센서 패널의 하부에 구비된 디스플레이 모듈;을 포함하고,
    상기 비-디스플레이 영역은,
    기준전위층과의 거리변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력을 검출하는 적어도 하나의 압력 검출 모듈;을 포함하는, 터치 입력 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 압력 검출 모듈은 플렉서블한 소재의 커버층에 의해 커버되는, 터치 입력 장치.
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