WO2018004122A1 - 터치 입력 장치 - Google Patents

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WO2018004122A1
WO2018004122A1 PCT/KR2017/004728 KR2017004728W WO2018004122A1 WO 2018004122 A1 WO2018004122 A1 WO 2018004122A1 KR 2017004728 W KR2017004728 W KR 2017004728W WO 2018004122 A1 WO2018004122 A1 WO 2018004122A1
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touch
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pressure
touch input
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김세엽
조영호
김본기
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주식회사 하이딥
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Definitions

  • the present invention relates to a touch input device, and more particularly, to a touch input device for detecting pressure without adding a configuration in a touch input device including a display.
  • 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 the calculation accordingly.
  • the present invention has been made to meet a conventional need and provides a touch input device capable of detecting pressure of a touch.
  • Still another object of the present invention is to provide a touch input device capable of detecting pressure without adding a configuration in a touch input device including a display.
  • the touch input device comprises: a first cover layer; Spacer layer; A display panel including a first substrate layer and a second substrate layer disposed below the first substrate layer; First and second electrodes disposed between the first substrate layer and the second substrate layer; And a third electrode and a fourth electrode disposed on the display panel, wherein at least one of the first electrode and the second electrode is used to drive the display panel, and the object is the first electrode, the The touch position is detected based on the capacitance detected by the touch sensor that changes in proximity to the touch sensor including at least one of the second electrode, the third electrode, and the fourth electrode, and the object and the first electrode.
  • the spacer layer may be disposed between the first cover layer and the pressure sensor.
  • According to the present invention can provide a touch input device capable of detecting the pressure of the touch.
  • a touch input device capable of detecting pressure without adding a configuration in a touch input device including a display can be provided.
  • FIG. 2 illustrates a control block for controlling touch position, touch pressure, and display operation in a touch input device including a display panel.
  • 3A to 3F are conceptual views illustrating a relative position of a touch sensor with respect to a display panel in a touch input device according to an embodiment.
  • FIG. 4A illustrates a first example in which the touch sensor is disposed inside the display module.
  • FIG. 4B illustrates an arrangement of touch sensors that can be applied to the first example illustrated in FIG. 4A.
  • FIG. 4C is a conceptual view illustrating a first principle of detecting a touch position that may be applied to the touch sensor arrangement illustrated in FIG. 4B.
  • FIG. 4D is a conceptual diagram illustrating a second principle of detecting a touch position that may be applied to the touch sensor arrangement illustrated in FIG. 4B.
  • 5A and 5B illustrate a second example and a third example in which the touch sensor is disposed inside the display module.
  • FIG. 6A illustrates a touch input device according to a first embodiment of the present invention.
  • 6B to 6G illustrate the structure of the touch input device according to the first embodiment illustrated in FIG. 6A, respectively.
  • 6H illustrates another touch input device according to the first embodiment of the present invention.
  • 6I-6K illustrate the structure of another touch input device according to the first embodiment illustrated in FIG. 6H, respectively.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating a display circuit of a touch input device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 7B illustrates an electrical signal applied to the circuit structure illustrated in FIG. 7A for detecting the touch position and the touch pressure through the display panel of the touch input device according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG 8A illustrates the structure of an OLED display panel that can be applied to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B illustrates the structure of an OLED layer included in the OLED display panel illustrated in FIG. 8A.
  • FIGS. 9A and 9B illustrate a touch input device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIGS. 9A and 9B illustrates an arrangement of touch sensors that may be included in the touch input device according to the second embodiment illustrated in FIGS. 9A and 9B.
  • FIG. 9D is a conceptual diagram illustrating a principle of detecting touch position and touch pressure through the touch sensor arrangement illustrated in FIG. 9C.
  • FIG. 9E illustrates a structure of a touch input device according to the second embodiment illustrated in FIG. 9A.
  • FIG. 10A is a block diagram illustrating a display circuit of a touch input device according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 10B illustrates an electrical signal applied to the circuit structure illustrated in FIG. 10A for detecting the touch position and the touch pressure through the display panel of the touch input device according to the second embodiment of the present invention.
  • Fig. 10C illustrates a control block of the display of the touch input device according to the second embodiment of the present invention.
  • 11 illustrates a data profile in spatial coordinates during normal touch, pressure touch, and normal touch and pressure touch.
  • FIG. 12 illustrates a method of separating general touch data and pressure touch data when the general touch and the pressure touch data are mixed.
  • FIG. 13A to 13D illustrate various configurations of a control block included in a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • a touch input device according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • a capacitive touch sensor 100 is illustrated, but a technique of detecting a touch position in another manner may be applied according to an embodiment.
  • the touch sensor 100 includes a plurality of driving electrodes TX1 to TXn and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm, and the touch sensor 100 is operated for the operation of the touch sensor 100.
  • Receives a detection signal including a driving unit 120 for applying a driving signal to the plurality of driving electrodes (TX1 to TXn), and information on the amount of change in capacitance changed according to the touch on the touch surface of the touch sensor 100
  • It may include a detection unit 110 for detecting whether the touch and / or touch position.
  • the touch sensor 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 100 form an orthogonal array.
  • the present disclosure is not limited thereto, and the plurality of driving electrodes TX1 is not limited thereto.
  • 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 may be formed of a transparent conductive material (eg, tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), or the like. Oxide) or ATO (Antimony Tin Oxide).
  • a 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.
  • 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 may be referred to as scanning the touch sensor 100. Can be.
  • 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 or a reference voltage.
  • 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 then integrate and convert the current signal into a voltage.
  • the detector 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 100.
  • ADC analog-to-digital converter
  • 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.
  • a capacitance C having a predetermined value is generated at each intersection point of the driving electrode TX and the receiving electrode RX, and such an capacitance when an object such as a finger approaches the touch sensor 100.
  • the value of can be changed.
  • the capacitance may represent mutual capacitance Cm.
  • the electrical characteristics may be detected by the sensing unit 110 to detect whether the touch sensor 100 is touched and / or the touch position. For example, the touch and / or the position of the touch on the surface of the touch sensor 100 formed of a two-dimensional plane having a first axis and a second axis may be sensed.
  • 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 100.
  • the touch sensor 100 for detecting whether a touch is present and the touch position in the touch input device 1000 is Self-capacitance method, surface capacitance method, projected capacitance method, resistive film method, surface acoustic wave (SAW), infrared method, optical imaging method (optical imaging method) other than the above-mentioned method It can be implemented using any touch sensing scheme, such as imaging, distributed signal technology and acoustic pulse recognition.
  • a configuration corresponding to the driving electrode TX and the receiving electrode RX for detecting whether a touch and / or a touch position may be referred to as a touch sensor.
  • the driving unit 120 and the sensing unit 110 may configure the touch sensor controller 1100 capable of detecting whether the touch sensor 100 is touched and / or the touch position of the touch sensor 100 according to the exemplary embodiment of the present invention.
  • the touch sensor controller 1100 according to the embodiment of the present invention may further include a controller 130.
  • the touch sensor controller 1100 according to the embodiment of the present invention is integrated and implemented on a touch sensing integrated circuit (not shown), which is a touch sensing circuit, in the touch input device 1000 including the touch sensor 100. Can be.
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX included in the touch sensor 100 are included in the touch sensing IC through, for example, a conductive trace and / or a conductive pattern printed on a circuit board.
  • the driving unit 120 and the sensing unit 110 may be connected.
  • the touch sensing IC may be located on a circuit board on which a conductive pattern is printed. According to an exemplary embodiment, the touch sensing IC may be mounted on a main board for operating the touch input device 1000.
  • the touch sensor 100 that detects a touch position has been described based on the mutual capacitance change amount between the driving electrode TX and the receiving electrode RX, but the present invention is not limited thereto. That is, as shown in FIG. 1B, the touch position may be sensed based on the amount of change in self capacitance.
  • FIG. 1B is a schematic diagram illustrating another capacitive touch sensor 100 included in a touch input device and an operation thereof according to another embodiment of the present invention.
  • the touch sensor 100 illustrated in FIG. 1B includes a plurality of single electrodes 30.
  • the plurality of single electrodes 30 may be arranged in a lattice shape at regular intervals, but is not limited thereto.
  • the driving control signal generated by the controller 130 is transmitted to the driving unit 120, and the driving unit 120 applies the driving signal to the preset touch electrode 30 at a predetermined time based on the driving control signal.
  • the detection control signal generated by the control unit 130 is transmitted to the detection unit 110, the detection unit 110, based on the detection control signal, the detection signal from the predetermined single electrode 30 at a predetermined time Receive input.
  • the detection signal may be a signal for the amount of change in the magnetic capacitance formed in the single electrode 30.
  • the driving unit 120 and the sensing unit 110 have been described as being divided into separate blocks, but the operation of applying the driving signal to the single electrode 30 and receiving the sensing signal from the single electrode 30. It is also possible to perform in one driving and sensing unit.
  • the control block includes a touch sensor controller 1100 for detecting the aforementioned touch position and a display controller for driving the display panel. 1200 and a pressure sensor controller 1300 for detecting pressure.
  • the display controller 1200 receives input from a central processing unit (CPU), an application processor (AP), or the like, which is a central processing unit on a main board for operating the touch input device 1000, to the display panel 200A. It may include a control circuit to display the desired content.
  • Such control circuits may include display panel control ICs, graphic controller ICs, and other circuits necessary for operating the display panel 200A.
  • the pressure sensor controller 1300 for detecting pressure through the pressure sensor may be configured similar to the configuration of the touch sensor controller 1100 to operate similarly to the touch sensor controller 1100.
  • the touch sensor controller 1100, the display controller 1200, and the pressure sensor controller 1300 may be included in the touch input device 1000 as different components.
  • the touch sensor controller 1100, the display controller 1200, and the pressure sensor controller 1300 may be configured with different chips.
  • the processor 1500 of the touch input device 1000 may function as a host processor for the touch sensor controller 1100, the display controller 1200, and the pressure sensor controller 1300.
  • 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 display screen and / or a touch screen.
  • PDA personal data assistant
  • smartphone a tablet PC
  • MP3 player a notebook
  • notebook or the like. It may include an electronic device including the same display screen and / or a touch screen.
  • the touch sensor controller 1100, the display controller 1200, and the pressure sensor controller 1300 which are separately configured as described above, are manufactured. Can be integrated into one or more configurations, depending on the embodiment. In addition, each of these controllers may be integrated into the processor 1500. In addition, the touch sensor 100 and / or the pressure sensor may be integrated in the display panel 200A according to an exemplary embodiment.
  • a touch input device configured to enable pressure sensing using an internal electrode included in the touch sensor 100 and / or the display panel 200A without adding a configuration for pressure detection to the touch input device 1000. Look at (1000).
  • the touch sensor 100 for detecting a touch position may be located outside or inside the display panel 200A.
  • the display panel 200A of the touch input device 1000 according to the embodiment is included in a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED), and the like. It may be a display panel. 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.
  • 3A to 3F are conceptual views illustrating a relative position of the touch sensor 100 with respect to the display panel 200A in the touch input device 1000 according to the embodiment.
  • the LCD panel includes a liquid crystal layer 250 including a liquid crystal cell, a first substrate layer 261 including electrodes at both ends of the liquid crystal layer 250, and a liquid crystal layer 250.
  • a liquid crystal layer 250 including a liquid crystal cell
  • a first substrate layer 261 including electrodes at both ends of the liquid crystal layer 250
  • a liquid crystal layer 250 On one surface of the first polarizing layer 271 and the second substrate layer 262 on one surface of the first substrate layer 261 in a direction facing the second substrate layer 262 and the liquid crystal layer 250.
  • the second polarizing layer 272 may be included.
  • the first substrate layer 261 may be a color filter glass
  • the second substrate layer 262 may be a TFT glass.
  • at least one of the first substrate layer 261 and the second substrate layer 262 may be formed of a bendable material such as plastic.
  • the second substrate layer 262 may include a data line, a gate line, a TFT, a common electrode (Vcom), a pixel electrode, and the like. It may consist of various layers. These electrical components can operate to produce a controlled electric field to orient the liquid crystals located in the liquid crystal layer 250.
  • the OLED panel includes an organic material layer 280 including an organic light-emitting diode (OLED), a first substrate layer 281 including electrodes on both ends of the organic material layer 280, and a second substrate.
  • the first polarizing layer 282 may be included on one surface of the first substrate layer 281 in the direction opposite to the second substrate layer 283 and the liquid crystal layer 280.
  • the first substrate layer 281 may be encapsulation glass
  • the second substrate layer 283 may be TFT glass.
  • at least one of the first substrate layer 281 and the second substrate layer 283 may be formed of a bendable material such as plastic.
  • an electrode used to drive the display panel 200A such as a gate line, a data line, a first power line ELVDD, and a second power line ELVSS, may be included.
  • OLED (Organic Light-Emitting Diode) panel is a self-luminous display panel using the principle that light is generated when electrons and holes combine in the organic material layer when electric current flows through the fluorescent or phosphorescent organic thin film. Determine the color
  • OLED uses a principle that the organic material emits light when the organic material is applied to glass or plastic to flow electricity.
  • the organic material emits light when the organic material is applied to glass or plastic to flow electricity.
  • excitons are formed in a high energy state. Is to use the generated principle.
  • 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 a scanning time at a high current
  • the AM-OLED maintains light emission during a frame time at 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
  • the LCD panel or OLED panel may further include other configurations and may be modified to perform display functions.
  • 3A and 3D illustrate that the touch sensor 100 is disposed outside the display panel 200A in the touch input device 1000.
  • the touch sensor panel may be disposed on the display panel 200A, and the third electrode 610 and the fourth electrode 611 may be included in the touch sensor panel.
  • the touch surface for the touch input device 1000 may be a surface of the touch sensor panel.
  • the first electrode 620 and the second electrode 621 may be disposed on the second substrate layers 262 and 283.
  • 3B, 3C, 3E, and 3F illustrate that the touch sensor 100 is disposed inside the display panel 200A in the touch input device 1000.
  • the third electrode 610 and the fourth electrode 611 are disposed between the first substrate layers 261 and 281 and the first polarization layers 271 and 282.
  • the touch surface of the touch input device 1000 may be an upper surface or a lower surface of FIGS. 3B and 3E as an outer surface of the display panel 200A.
  • the first electrode 620 and the second electrode 621 may be disposed on the second substrate layers 262 and 283.
  • the first electrode 620 and the second electrode 621 may be disposed on the second substrate layers 262 and 283.
  • the touch surface for the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3A to 3F may be an outer surface of the display panel 200A and may be an upper surface or a lower surface of the display panel 200A.
  • the upper or lower surface of the display panel 200A which may be a touch surface, may be covered with a cover layer (not shown) to protect the display panel 200A.
  • At least one of the first electrode 620 and the second electrode 621 may be an electrode used to drive the display panel 200A, and specifically, when the display panel 200A is an LCD panel, At least one of the electrode 620 and the second electrode 621 may be at least one of a data line, a gate line, a TFT, a common electrode (Vcom), and a pixel electrode.
  • the display panel 200A is an OLED panel
  • at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621 may include a data line, a gate line, At least one of the first power line ELVDD and the second power line ELVSS may be included.
  • the first electrode 620 and the second electrode 621 may be a second substrate.
  • first electrode 620 and the second electrode 621 may be formed.
  • the first substrate layer 261 and 281 may be disposed below, and either one of the first electrode 620 and the second electrode 621 may be disposed on the second substrate layer 262 and 283 and the other may be the first.
  • the substrate layers 261 and 281 may be disposed below the substrate layers.
  • At least some of the touch sensors 100 may be configured to be positioned in the display panel 200A, and at least some of the touch sensors may be configured to be positioned outside the display panel 200A.
  • any one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX constituting the touch sensor panel may be configured to be positioned outside the display panel 200A, and the remaining electrodes are positioned inside the display panel 200A. It may be configured to.
  • an electrode for operating the touch sensor may be additionally disposed, but various configurations and / or electrodes positioned inside the display panel 200A may perform touch sensing. It may be used as a touch sensor 100 for.
  • At least some of the touch sensors 100 may be configured to be positioned between the first substrate layers 261 and 281 and the second substrate layers 262 and 283 included in the display panel 200A.
  • the rest of the touch sensors other than the at least part of the touch sensor may be disposed inside the display panel 200A and not positioned between the first substrate layers 261 and 281 and the second substrate layers 262 and 283.
  • the electrostatic object is changed as the object approaches a touch sensor including at least one of the first electrode 620, the second electrode 621, the third electrode 610, and the fourth electrode 611, and is detected from the touch sensor.
  • the touch position can be detected based on the capacitance.
  • the touch sensor 100 of the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3A, 3B, 3D, and 3E may include a third electrode 610 and a fourth electrode 611.
  • the third electrode 610 and the fourth electrode 611 operate as the driving electrode and the receiving electrode described with reference to FIG. 1A, and according to the mutual capacitance between the third electrode 610 and the fourth electrode 611.
  • the touch position can be detected.
  • the third electrode 610 and the fourth electrode 611 operate as the single electrode 30 described with reference to FIG. 1B, and according to the self capacitance of each of the third electrode 610 and the fourth electrode 611, respectively.
  • the position can be detected.
  • the touch sensor 100 of the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3B and 3E may include a third electrode 610 and a first electrode 620.
  • the third electrode 610 and the first electrode 620 operate as the driving electrode and the receiving electrode described with reference to FIG. 1A, and according to the mutual capacitance between the third electrode 610 and the first electrode 620.
  • the touch position can be detected.
  • the first electrode 620 is an electrode used to drive the display panel 200A
  • the display panel 200A is driven in the first time interval, and the touch is performed in a second time interval different from the first time interval.
  • the position can be detected.
  • the touch sensor 100 of the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3C and 3F may include a first electrode 620 and a second electrode 621.
  • the first electrode 620 and the second electrode 621 operate as the driving electrode and the receiving electrode described with reference to FIG. 1A, and according to the mutual capacitance between the first electrode 620 and the second electrode 621.
  • the touch position can be detected.
  • the first electrode 620 and the second electrode 621 operate as the single electrode 30 described in FIG. 1B, and according to the self capacitance of each of the first electrode 620 and the second electrode 621. The position can be detected.
  • the display panel 200A is driven during the first time interval, and the first time is performed.
  • the touch position may be detected in a second time section different from the section.
  • the pressure sensor of the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3A, 3B, 3D, and 3E may include a third electrode 610 and a fourth electrode 611.
  • the reference potential is an object
  • the third electrode when pressure is applied to the cover layer (not shown) by the object, the distance between the pressure sensor and the object changes, and as the distance between the pressure sensor and the object changes, the third electrode
  • the mutual capacitance between 610 and the fourth electrode 611 may vary.
  • the reference potential is a reference potential layer (not shown) spaced apart from the pressure sensor and located above, below, or inside the display panel 200A
  • the distance between the reference potential layer and the pressure sensor And the mutual capacitance between the third electrode 610 and the fourth electrode 611 may change as the distance between the pressure sensor and the reference potential layer changes.
  • the touch pressure may be detected according to the mutual capacitance between the third electrode 610 and the fourth electrode 611.
  • the touch sensor 100 includes the third electrode 610 and the fourth electrode 611
  • the touch pressure may be detected while the touch position is detected.
  • the touch position may be detected in the first time interval, and the touch pressure may be detected in a second time interval different from the first time interval.
  • first electrode 620 and / or the second electrode 621 used to drive the display panel 200A may be disposed between the third electrode 610 and the fourth electrode 611, which are pressure sensors, and the reference potential layer.
  • the first electrode 620 and / or the second electrode 621 may be floated during the time period for detecting the touch pressure in order to detect a change in capacitance according to a change in distance between the pressure sensor and the reference potential layer. .
  • the pressure sensor of the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3A, 3B, 3D, and 3E may be configured as at least one of the third electrode 610 and the fourth electrode 611.
  • the third electrode when the reference potential is an object, when pressure is applied to the cover layer (not shown) by the object, the distance between the pressure sensor and the object changes, and as the distance between the pressure sensor and the object changes, the third electrode
  • the capacitance between the 610 and the object that is, the magnetic capacitance of the third electrode 610 and / or the capacitance between the fourth electrode 611 and the object, that is, the magnetic capacitance of the fourth electrode 611 may vary. Can be.
  • the reference potential is a reference potential layer (not shown) spaced apart from the pressure sensor and located above, below, or inside the display panel 200A
  • the capacitance between the third electrode 610 and the reference potential layer that is, the magnetic capacitance of the third electrode 610 and / or the fourth electrode
  • the capacitance between the 611 and the reference potential layer, that is, the magnetic capacitance of the fourth electrode 611 may vary.
  • the touch pressure may be detected according to the magnetic capacitance of the third electrode 610 and / or the fourth electrode 611.
  • the touch pressure may be detected while the touch position is detected.
  • the touch position may be detected in the first time interval, and the touch pressure may be detected in a second time interval different from the first time interval.
  • the first electrode 620 and / or the second electrode 621 used to drive the display panel 200A may be the third electrode 610 and / or the fourth electrode 611 and the reference potential layer which are pressure sensors.
  • the first electrode 620 and / or the second electrode 621 may be floated during the time period for detecting the touch pressure in order to detect a change in capacitance according to a change in distance between the pressure sensor and the reference potential layer. Can be.
  • the pressure sensor of the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3B and 3E may include a third electrode 610 and a first electrode 620.
  • the third electrode when the reference potential is an object, when pressure is applied to the cover layer (not shown) by the object, the distance between the pressure sensor and the object changes, and as the distance between the pressure sensor and the object changes, the third electrode The mutual capacitance between 610 and the first electrode 620 may vary.
  • the reference potential is a reference potential layer (not shown) spaced apart from the pressure sensor and located above, below, or inside the display panel 200A
  • the distance between the reference potential layer and the pressure sensor As the distance between the pressure sensor and the reference potential layer changes, the mutual capacitance between the third electrode 610 and the first electrode 620 may change.
  • the touch pressure may be detected according to the mutual capacitance between the third electrode 610 and the first electrode 620.
  • the touch sensor 100 includes at least one of the third electrode 610 and the fourth electrode 611, the touch pressure may be detected simultaneously with the touch position.
  • the touch position may be detected in the first time interval, and the touch pressure may be detected in a second time interval different from the first time interval.
  • the electrode used to drive the display panel 200A includes at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621
  • the display panel 200A is driven and simultaneously touched.
  • the pressure can be detected.
  • the display panel 200A may be driven in the first time section, and the touch pressure may be detected in a second time section different from the first time section.
  • the touch sensor 100 includes at least one of the third electrode 610 and the fourth electrode 611, and an electrode used to drive the display panel 200A is the first electrode 620.
  • the touch position and the touch pressure may be detected while driving the display panel 200A.
  • the touch position is detected in the first time interval
  • the touch pressure is detected in the second time interval different from the first time interval
  • the display panel 200A is detected in the third time interval different from the first time interval and the second time interval.
  • the second electrode 621 used to drive the display panel 200A is disposed between the third electrode 610, which is a pressure sensor, and the reference potential layer, an electrostatic power according to a change in distance between the pressure sensor and the reference potential layer.
  • the second electrode 621 may be floated during the time interval for detecting the touch pressure.
  • the pressure sensor of the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3A to 3F may include a first electrode 620 and a second electrode 621.
  • the reference potential is an object
  • the cover layer not shown
  • the distance between the pressure sensor and the object changes, and as the distance between the pressure sensor and the object changes, the first electrode
  • the mutual capacitance between 620 and the second electrode 621 may vary.
  • the reference potential is a reference potential layer (not shown) spaced apart from the pressure sensor and located above, below, or inside the display panel 200A
  • the distance between the reference potential layer and the pressure sensor And the mutual capacitance between the first electrode 620 and the second electrode 621 may change as the distance between the pressure sensor and the reference potential layer changes.
  • the touch pressure may be detected according to the mutual capacitance between the first electrode 620 and the second electrode 621.
  • the electrode used to drive the display panel 200A includes at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621, the display panel 200A is driven and simultaneously touched. The pressure can be detected.
  • the display panel 200A may be driven in the first time section, and the touch pressure may be detected in a second time section different from the first time section.
  • the touch sensor 100 includes at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621, the touch pressure may be detected simultaneously with the touch position.
  • the touch position may be detected in the first time interval, and the touch pressure may be detected in a second time interval different from the first time interval.
  • the touch sensor 100 includes at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621, and the electrode used to drive the display panel 200A is the first electrode 620.
  • the touch position and the touch pressure may be detected while driving the display panel 200A.
  • the touch position is detected in the first time interval, the touch pressure is detected in the second time interval different from the first time interval, and the display panel 200A is detected in the third time interval different from the first time interval and the second time interval. ) Can be driven.
  • the pressure sensor of the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3A to 3F may be configured of at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621.
  • the first electrode when the reference potential is an object, when pressure is applied to the cover layer (not shown) by the object, the distance between the pressure sensor and the object changes, and as the distance between the pressure sensor and the object changes, the first electrode
  • the capacitance between 620 and the object that is, the magnetic capacitance of the first electrode 620 and / or the capacitance between the second electrode 621 and the object, that is, the magnetic capacitance of the second electrode 621 may vary. Can be.
  • the reference potential is a reference potential layer (not shown) spaced apart from the pressure sensor and located above, below, or inside the display panel 200A
  • the capacitance between the first electrode 620 and the reference potential layer that is, the self capacitance of the first electrode 620 and / or the second electrode
  • the capacitance between the 621 and the reference potential layer, that is, the magnetic capacitance of the second electrode 621 may vary.
  • the touch pressure may be detected according to the magnetic capacitance of the first electrode 620 and / or the second electrode 621.
  • the display panel 200A when the electrode used to drive the display panel 200A includes at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621, the display panel 200A is driven and simultaneously touched.
  • the pressure can be detected.
  • the display panel 200A may be driven in the first time section, and the touch pressure may be detected in a second time section different from the first time section.
  • the touch sensor 100 when the touch sensor 100 includes at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621, the touch pressure may be detected simultaneously with the touch position.
  • the touch position may be detected in the first time interval, and the touch pressure may be detected in a second time interval different from the first time interval.
  • the touch sensor 100 includes at least one of the first electrode 620 and the second electrode 621, and the electrode used to drive the display panel 200A is the first electrode 620.
  • the touch position and the touch pressure may be detected while driving the display panel 200A.
  • the touch position is detected in the first time interval
  • the touch pressure is detected in the second time interval different from the first time interval
  • the display panel 200A is detected in the third time interval different from the first time interval and the second time interval. ) Can be driven.
  • a spacer layer may be disposed between the object and the pressure sensor.
  • a spacer layer may be disposed between the cover layer and the pressure sensor.
  • the cover layer may be made of glass or plastic of a transparent material so that the screen output from the display module 200 disposed below is visible from the outside.
  • the cover layer may be made of a flexible material that can bend at least in a position where the pressure is applied, so that the spacer layer can be compressed when pressure is applied to the cover layer.
  • the reference potential layer when the reference potential is a reference potential layer spaced apart from the pressure sensor and positioned above, below, or inside the display panel 200A, the reference potential layer may be disposed above the display panel 200A.
  • the reference potential layer may be disposed between the display panel 200A and the cover layer disposed on the display panel 200A and performing a function of protecting the display panel 200A. More specifically, the reference potential layer may be formed on the bottom surface of the cover layer.
  • a spacer layer since the distance between the reference potential layer and the pressure sensor should be changed when the pressure is applied to the touch input device 1000, a spacer layer may be disposed between the reference potential layer and the pressure sensor. In the touch input device 1000 illustrated in FIGS. 3A and 3D, when the pressure sensor does not include the first electrode 620 or the second electrode 621, the reference potential layer is between the pressure sensor and the display panel 200A.
  • the pressure sensor may be disposed at or above the pressure sensor.
  • the spacer layer may be implemented with an air gap.
  • the spacer layer may be made of an impact absorbing material according to an embodiment.
  • the spacer layer may be filled with a dielectric material in accordance with an embodiment.
  • the spacer layer may be formed of a material having a recovery force that contracts upon application of pressure and returns to its original form upon release of pressure.
  • the spacer layer may be formed of an elastic foam.
  • the spacer layer since the spacer layer is disposed on or inside the display panel 200A, the spacer layer may be a transparent material.
  • the spacer layer when the spacer layer is disposed inside the display panel 200A, the spacer layer may be an air gap included in manufacturing the display panel 200A and / or the backlight unit.
  • the air gap When the display panel 200A and / or the backlight unit includes one air gap, the air gap may function as a spacer layer, and when the display panel 200A and / or the backlight unit includes the air gap, the plurality of air gaps may be integrated. As a result, the spacer layer may function.
  • the touch sensor 100 and / or the pressure sensor include the first electrode 620 or the second electrode 621
  • the display panel 200A is an LCD panel
  • at least one of the pixel electrodes may be used as the touch sensor 100 and / or the pressure sensor.
  • the display panel 200A is an OLED panel
  • at least one of the gate line, the data line, the first power line ELVDD, and the second power line ELVSS may be the touch sensor 100 and / or the pressure sensor. It can be configured to be used.
  • at least one of the electrodes included in the display in addition to the electrodes described herein may be used as the touch sensor 100 and / or the pressure sensor.
  • 4A illustrates a first example in which the touch sensor is disposed inside the display module.
  • 4A illustrates an example in which the touch sensor 100 is disposed between the second substrate layer 262 and the liquid crystal cell 250 in the touch input device 1000 using the LCD panel.
  • the display module 200 is illustrated to include the backlight unit 200B in addition to the LCD panel.
  • a backlight unit 200B may be required.
  • the backlight unit 200B is positioned below the display panel 200A and includes a light source to illuminate the display panel 200A to express information having various colors as well as light and dark on the screen. Since the LCD panel 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 and the backlight unit 200B are well known techniques and will be briefly described below.
  • the backlight unit 200B may include several optical parts.
  • the optical layer of the backlight unit 200B may include a reflective sheet, a light guide plate, a diffusion sheet, and a prism sheet.
  • the backlight unit 200B may include a light source disposed on the rear and / or side surfaces of the light guide plate in the form of a linear light source or a point light source.
  • the light guide plate may serve to convert light from a light source, which is generally in the form of a linear light source or a point light source, into a surface light source to be directed to the LCD panel. Some of the light emitted from the light guide plate may be emitted to the opposite side of the LCD panel and lost.
  • the reflective sheet may be formed of a material having a high reflectance and positioned under the light guide plate so that the lost light can be reincident to the light guide plate.
  • a diffuser sheet serves to diffuse light incident from the light guide plate. For example, since light scattered by the pattern of the light guide plate directly enters the eye, the pattern of the light guide plate may be reflected as it is. Even this pattern can be clearly detected even after mounting the LCD panel, the diffusion sheet can play a role to cancel the pattern of the light guide plate.
  • a prism sheet may be included to refocus the light to improve the light brightness.
  • the prism sheet may, for example, comprise a horizontal prism sheet and a vertical prism sheet.
  • the backlight unit 200B according to the embodiment may include a configuration different from the above-described configuration according to the change, development, and / or embodiment of the technology, and may further include an additional configuration in addition to the above-described configuration.
  • the backlight unit 200B according to the embodiment further includes a protection sheet on the prism sheet, for example, in order to protect the optical configuration of the backlight unit 200B from contamination due to external impact or foreign matter inflow. can do.
  • 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 further includes a frame for maintaining the shape by allowing the light guide plate, the diffusion sheet, the prism sheet, and the lamp, which are the main components of the backlight unit 200B, to be accurately matched to the allowable dimensions. You may.
  • each of the foregoing configurations may consist of two or more separate parts.
  • FIG. 4B illustrates an arrangement of touch sensor 100 that may be applied to the first example illustrated in FIG. 4A.
  • a plurality of electrodes constituting the touch sensor 100 may be arranged in the same layer.
  • Each of the rectangular configuration divided in FIG. 4B may be an electrode configuring the touch sensor 100.
  • each of the electrodes E1 to E4 included in the touch sensor 100 illustrated in FIG. 4B may be configured to detect self-capacitance. For example, by detecting the capacitance (Cself) 102 of each of the electrodes E1 to E4 with respect to the reference potential layer (not shown), which may be any potential or ground potential, the object is approached or touched by the object. Can be detected.
  • the reference potential layer not shown
  • a driving signal may be applied to each of the electrodes E1 to E4 constituting the touch sensor 100, and a reception signal may be detected from the same electrodes E1 to E4.
  • the electrode constituting the touch sensor 100 may be an existing electrode included in the display panel 200A or an electrode additionally disposed on the display panel 200A.
  • the first principle of detecting the touch position described with reference to FIG. 4C is the same as that described with reference to FIG. 1B, where the touch sensor 100 may be arranged as illustrated in FIG. 1B in addition to FIG. 4B. to be.
  • FIG. 4D is a conceptual diagram illustrating a second principle of detecting a touch position that may be applied to the touch sensor arrangement illustrated in FIG. 4B.
  • E1 and E4 electrically connected to each other on a first axis function as a driving electrode and intersect the first axis.
  • E2 and E3 electrically connected to each other may function as a receiving active.
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be interchanged with each other.
  • by detecting the mutual capacitance 101 between the driving electrode TX and the receiving electrode RX it is possible to detect whether or not the touch is performed.
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be arranged on different layers.
  • at least one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be an existing electrode included in the display panel 200A.
  • at least one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be disposed outside the display panel 200A.
  • at least one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be included between the first substrate layer 261 and the second substrate layer 262 included in the display panel 200A. .
  • the other one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be disposed in the display panel 200A and not at a position between the first substrate layer 261 and the second substrate layer 262.
  • 5A and 5B illustrate a second example and a third example in which the touch sensor is disposed inside the display module.
  • FIG. 6A illustrates a touch input device according to a first embodiment of the present invention.
  • the first embodiment illustrated in FIG. 6A may be applied to the touch input device 1000 having the arrangement of the touch sensor 100 illustrated in FIGS. 3A to 3C, 4A, 5A, and 5B.
  • the pressure sensor 300 may be included inside the LCD panel.
  • the electrode used as the touch sensor 100 may function as the pressure sensor 300.
  • the electrode functioning as the pressure sensor 300 may be an electrode additionally disposed for touch sensing.
  • an existing electrode included in the LCD panel may be used as the pressure sensor 300.
  • the touch input device 1000 may include a display panel 200A, a backlight unit 200B disposed below the display panel 200A, and a display panel 200A.
  • the cover layer 500 and the spacer layer 310 disposed between the cover layer 500 and the display panel 200A may be included.
  • the display module 200 may be surrounded by the first support member 320, the second support member 330, and the cover layer 500.
  • the display panel 200A and the backlight unit 200B may be referred to as a display module 200.
  • the first support member 320 may be a frame made of metal.
  • the first support member 320 may be formed to be included in the backlight unit 200B when manufacturing the backlight unit 200B.
  • the first support member 320 may be bent relatively less than the cover layer and may serve as a support even when pressure is applied.
  • the first support member 320 may be manufactured separately from the backlight unit 200B and assembled together when the display module 200 is manufactured.
  • the touch input device 1000 may further include a second support member 330 so that the display panel 200A, the backlight unit 200B, and the cover layer 500 are combined to maintain a fixed shape.
  • the first support member 320 may be integrally formed with the second support member 330.
  • the second support member 330 may form part of the backlight unit 200B.
  • the spacer layer 310 may be disposed between the pressure sensor 300 and the object.
  • the spacer layer 310 may be depressed to reduce the relative distance between the pressure sensor 300 and the object. have.
  • the cover layer 500 may be bent or pressed in response to a touch applying a pressure.
  • the cover layer may be bent or pressed to show the largest deformation at the location of the touch.
  • the position showing the greatest deformation when the cover layer is bent or pressed may not coincide with the touch position, but the cover layer may be at least bent or pressed according to the touch. For example, when the touch position is close to the edge and the edge of the cover layer, the position where the cover layer is bent or pressed the most may be different from the touch position.
  • the cover layer 500 When the cover layer 500 is bent or pressed when the touch input device 1000 is touched, the bending or pressing of the display module 200 under the spacer layer 310 is reduced due to the spacer layer 310. Can be. In some embodiments, the bending or pressing of the display module 200 may not occur at all when the pressure is applied.
  • a relative distance between the pressure sensor 300 and the object may be reduced.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected through the magnitude of the capacitance detected from the pressure sensor 300 which changes according to the distance reduction.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected through mutual capacitance between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • the pressure sensor 300 may include a driving electrode TX and a receiving electrode RX disposed on the same plane as illustrated in FIG. 4D. Mutual capacitance may be generated between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • the pressure sensor 300 may include a driving electrode TX and a receiving electrode RX disposed in different layers.
  • the object may have any potential.
  • the object may be a finger having a ground potential.
  • the object may be a conductive rod, such as a stylus pen with any potential.
  • the value of the mutual capacitance between the driving electrode TX and the receiving electrode RX constituting the pressure sensor 300 may decrease.
  • the fringing capacitance of the mutual capacitance between the driving electrode TX and the receiving electrode RX becomes an object. It is also absorbed by the object.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected through the magnetic capacitance of the electrode for the object.
  • the pressure sensor 300 may comprise one or more single electrodes disposed on the same plane as illustrated in FIGS. 1B and 4C. The magnitude of the touch pressure can be detected by detecting the magnetic capacitance of the single electrode relative to the object.
  • the distance d between the object and the pressure sensor 300 decreases, so that the magnetic capacitance of the single electrode with respect to the object may increase as the touch pressure increases.
  • the distance between the object and the pressure sensor 300 at a predetermined position may reach a state that is no longer close.
  • This state is referred to below as saturation.
  • the area in the saturation state where the distance between the object and the pressure sensor 300 is no longer close may be increased.
  • the mutual capacitance between the driving electrode TX and the receiving electrode RX may decrease.
  • the magnetic capacitance through the single electrode may increase.
  • the touch area may be known through the number of nodes in which such mutual capacitance or magnetic capacitance changes. 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.
  • 6B to 6D illustrate the structure of the touch input device according to the first embodiment illustrated in FIG. 6A, respectively.
  • 6B to 6D illustrate the specific structure of the first embodiment illustrated in FIG. 6A, and only the differences from FIG. 6A will be described.
  • the spacer layer 310 is disposed inside the display panel 200A while the pressure sensor 300 is disposed between the liquid crystal cell 250 and the second substrate layer 262. have.
  • the spacer layer 310 may be formed as an air gap so that light from the backlight unit 200B may be transmitted to the outside without loss.
  • the spacer layer 310 illustrated in FIG. 6C may be an air gap additionally formed, or may be an air gap included in manufacturing the display panel 200A according to an exemplary embodiment.
  • the configuration below the second cover layer 510 is the same as that of the existing touch input device which does not detect the touch pressure. Therefore, by adding a module composed of the first cover layer 500 and the spacer layer 310 to the existing touch input device, a touch input device capable of detecting touch pressure can be implemented, thereby changing the structure of the existing touch input device. It does not have to, and can easily ensure the reliability, since the module consisting of the first cover layer 500 and the spacer layer 310 is completely separated from the display module 200, there is an advantage that each can be replaced separately.
  • the driver 120 applies a touch position driving signal to the first electrode 620, and applies a touch pressure driving signal to the third electrode 610.
  • the detector 110 may receive a touch position detection signal from the third electrode 610 and receive a touch pressure detection signal from the third electrode 610.
  • the sensing unit 110 includes information on mutual capacitance between the first electrode 620 and the third electrode 610 that change according to a touch on the surface of the first cover layer 500 as described with reference to FIG. 1A.
  • the touch position detection signal may be received from the third electrode 610 to detect the touch position.
  • the spacer layer 310 When a pressure is applied to the first cover layer 500 by the object, the spacer layer 310 is compressed, thereby reducing the distance between the object and the third electrode 610. At this time, when the object serves as a ground (reference potential), the magnetic capacitance of the third electrode 610 is changed according to the distance change between the object and the third electrode 610. Accordingly, the sensing unit 110 receives the touch pressure sensing signal including information on the magnetic capacitance of the third electrode 610 that is changed according to the pressure applied to the first cover layer 500. Can be detected from the touch pressure.
  • the controller 130 time-divisions the time for applying the driving signal to the first electrode 620 and the third electrode 610, and applies the touch position driving signal to the first electrode 620 in the first time section.
  • the touch pressure driving signal may be applied to the third electrode 610 during the first time interval and the second time interval.
  • the controller 130 receives the touch position detection signal from the third electrode 610 in the first time period and the touch pressure detection signal from the third electrode 610 in the second time period. 110 can be controlled.
  • the driving unit 120 applies a touch position driving signal and a touch pressure driving signal to the first electrode 620, and the sensing unit 110 includes a third electrode (
  • the touch position detection signal may be received from the 610, and the touch pressure detection signal may be received from the first electrode 620.
  • the sensing unit 110 includes information on mutual capacitance between the first electrode 620 and the third electrode 610 that change according to a touch on the surface of the first cover layer 500 as described with reference to FIG. 1A.
  • the touch position detection signal may be received from the third electrode 610 to detect the touch position.
  • the controller 130 time-divisions the time for applying the driving signal to the first electrode 620, and applies the touch position driving signal to the first electrode 620 in the first time section, and the second time different from the first time section.
  • the touch pressure driving signal may be applied to the first electrode 620.
  • the controller 130 receives the touch position detection signal from the third electrode 610 in the first time period and the touch pressure detection signal from the first electrode 620 in the second time period. 110 can be controlled.
  • the controller 130 may control the third electrode 610 to have a floating or high impedance during the second time period.
  • the third electrode 610 has a floating or high impedance in the second time interval, the magnetic capacitance of the first electrode 620 may be more easily detected.
  • the touch input device illustrated in FIG. 6G may include a first cover layer 500, a spacer layer 310 disposed under the first cover layer 500, and a second cover layer disposed under the spacer layer 310.
  • 510 a display module disposed below the second cover layer 510, and a first electrode 620 and a third electrode 610 disposed on the display module, wherein the display module includes a first substrate layer 261 and
  • the second substrate layer 262 may be disposed below the first substrate layer 261, and the first electrode 620 and the third electrode 610 may be disposed on the second substrate layer 261.
  • the driver 120 applies a touch position driving signal to the first electrode 620, and applies a touch pressure driving signal to the second electrode 621.
  • the detector 110 may receive a touch position detection signal from the second electrode 621 and receive a touch pressure detection signal from the second electrode 621.
  • the sensing unit 110 includes information on mutual capacitance between the first electrode 620 and the second electrode 621 which are changed according to a touch on the surface of the first cover layer 500 as described with reference to FIG. 1A.
  • the touch position detection signal may be received from the second electrode 621 to detect the touch position.
  • the spacer layer 310 When a pressure is applied to the first cover layer 500 by the object, the spacer layer 310 is compressed, thereby reducing the distance between the object and the second electrode 621. At this time, when the object serves as a ground (reference potential), the magnetic capacitance of the second electrode 621 is changed according to the distance change between the object and the second electrode 621. Therefore, the sensing unit 110 receives the touch pressure sensing signal including information on the magnetic capacitance of the second electrode 621 which is changed according to the pressure applied to the first cover layer 500. Can be detected from the touch pressure.
  • the controller 130 time-divisions the time for applying the driving signal to the first electrode 620 and the second electrode 621, and applies the touch position driving signal to the first electrode 620 in the first time section.
  • the driver 120 may be controlled to apply the touch pressure driving signal to the second electrode 621 during the second time period different from the one time period.
  • the controller 130 receives the touch position detection signal from the second electrode 621 in the first time period and the touch pressure detection signal from the second electrode 621 in the second time period. 110 can be controlled.
  • the driving unit 120 applies a touch position driving signal to the first electrode 620 and the second electrode 621, and applies the touch pressure driving signal to the first electrode.
  • the sensing unit 110 receives the touch position sensing signal from the first electrode 620 and the second electrode 621, and the first electrode 620. And / or a touch pressure sensing signal may be received from the second electrode 621.
  • the sensing unit 130 includes information on the magnetic capacitance of each of the first electrode 620 and the second electrode 621 which are changed according to a touch on the surface of the first cover layer 500.
  • the touch position detection signal may be received from each of the first electrode 620 and the second electrode 621 to detect the touch position.
  • the spacer layer 310 When a pressure is applied to the first cover layer 500 by an object, the spacer layer 310 is compressed, thereby reducing the distance between the object and the first electrode 620 and / or the object and the second electrode 621. .
  • the object serves as a ground (reference potential)
  • the magnetic capacitance of the first electrode 620 and / or the body and the second electrode 621 according to the change in the distance between the object and the first electrode 620.
  • the magnetic capacitance of the second electrode 621 is changed according to the distance change therebetween.
  • the sensing unit 110 receives the touch pressure sensing signal including information on the magnetic capacitance of the first electrode 620 that is changed according to the pressure applied to the first cover layer 500.
  • the touch pressure may be detected from the second electrode 621 and / or a touch pressure sensing signal including information on the magnetic capacitance of the second electrode 621 may be detected.
  • the controller 130 time-divisions the time for detecting the detection signal from the first electrode 620 and the second electrode 621, and the touch position detection signal is transmitted to the first electrode 620 and the second electrode 621 in the first time section. ) And control the sensing unit 110 to receive a touch pressure sensing signal from the first electrode 620 and / or the second electrode 621 at a second time interval different from the first time interval. .
  • the controller 130 applies the touch position driving signal to the first electrode 620 and the second electrode 621 during the first time interval, and applies the touch pressure driving signal to the first electrode 620 during the second time interval.
  • And / or the driver 12 may be controlled to be applied to the second electrode 621.
  • FIG. 6H illustrates another touch input device according to the first embodiment of the present invention.
  • the first embodiment illustrated in FIG. 6H may be applied to the touch input device 1000 having the arrangement of the touch sensor 100 illustrated in FIGS. 3A to 3C, 4A, 5A, and 5B.
  • the pressure sensor 300 may be included inside the LCD panel.
  • the electrode used as the touch sensor 100 may function as the pressure sensor 300.
  • the electrode functioning as the pressure sensor 300 may be an electrode additionally disposed for touch sensing.
  • an existing electrode included in the LCD panel may be used as the pressure sensor 300.
  • the touch input device 1000 may include a display panel 200A, a backlight unit 200B disposed below the display panel 200A, and a display panel 200A. It may be configured to include a cover layer 500 disposed on the top.
  • the display module 200 may be surrounded by the first support member 320, the second support member 330, and the cover layer 500.
  • the display panel 200A and the backlight unit 200B may be referred to as a display module 200.
  • the first support member 320 may be a frame made of metal.
  • the first support member 320 may be formed to be included in the backlight unit 200B when manufacturing the backlight unit 200B.
  • the first support member 320 may be bent relatively less than the cover layer, the display panel 200A, and / or the display module 200 even when the pressure is applied, and serve as a support.
  • the first support member 320 may be manufactured separately from the backlight unit 200B and assembled together when the display module 200 is manufactured.
  • the touch input device 1000 may further include a second support member 330 so that the display panel 200A, the backlight unit 200B, and the cover layer 500 are combined to maintain a fixed shape.
  • the first support member 320 may be integrally formed with the second support member 330.
  • the second support member 330 may form part of the backlight unit 200B.
  • the first embodiment of the present invention will be described by way of example when the first support member 320 is used as the reference potential layer.
  • the spacer layer may be implemented with an air gap.
  • the spacer layer may be made of an impact absorbing material according to an embodiment.
  • the spacer layer may be filled with a dielectric material in accordance with an embodiment.
  • the spacer layer 310 may be formed of a material having a recovery force that contracts upon application of pressure and returns to its original shape when the pressure is released.
  • the spacer layer 310 may be formed of an elastic foam.
  • the spacer layer 310 may be an air gap included in the manufacturing of the display panel 200A and / or the backlight unit 200B.
  • the corresponding air gap may function as a spacer layer, and when the display panel 200A and / or the backlight unit 200B includes a plurality of air gaps, The gap may integrally perform the function of the spacer layer.
  • the spacer layer 310 is illustrated as being disposed between the backlight unit 200B and the reference potential layer 320.
  • the spacer layer 310 is pressed to press the pressure sensor 300 and the reference potential layer 320.
  • the relative distance between them can be reduced.
  • the display module 200 may be bent or pressed in response to a touch applying a pressure.
  • the display module may be bent or pressed to indicate the largest deformation at the location of the touch.
  • the position showing the largest deformation when the display module is bent or pressed may not coincide with the touch position, but the display module may be bent or pressed according to at least the touch. For example, when the touch position is close to the edge and the edge of the display module, the position where the display module is bent or pressed the greatest may be different from the touch position.
  • the spacer layer 310 is caused by the spacer layer 310.
  • the bending or squeezing of the reference potential layer 320 disposed below the bottom portion may be reduced. According to an embodiment, the bending or pressing of the reference potential layer 320 may not occur at all when the pressure is applied.
  • Pressure may be applied to the touch input device 1000 as illustrated in FIG. 6H to decrease the relative distance between the pressure sensor 300 and the reference potential layer 320.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected through the magnitude of the capacitance detected from the pressure sensor 300 which changes according to the distance reduction.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected through mutual capacitance between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • the pressure sensor 300 may include a driving electrode TX and a receiving electrode RX disposed on the same plane as illustrated in FIG. 4D. Mutual capacitance may be generated between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • the pressure sensor 300 may include a driving electrode TX and a receiving electrode RX disposed in different layers.
  • the reference potential layer 320 may have any potential to cause a change in mutual capacitance generated between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • the reference potential layer 320 may be a ground layer having a ground potential.
  • the reference potential layer 320 may be any ground layer included in the touch input device 1000.
  • the reference potential layer 320 may be a ground potential layer that is included in the manufacture of the touch input device 1000.
  • the value of the mutual capacitance between the driving electrode TX and the receiving electrode RX constituting the pressure sensor 300 decreases. can do. Fringing mutual capacitance between drive electrode TX and receive electrode RX by reducing the distance between reference potential layer 320 and drive electrode TX and receive electrode RX from d to d ' This is because the capacitance is absorbed not only by the object but also by the reference potential layer 320. When the touch object is a non-conductor, the change in mutual capacitance may be simply due to the distance change d-d 'between the reference potential layer 320 and the pressure sensor 300.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected through the self capacitance of the electrode with respect to the reference potential layer 320.
  • the pressure sensor 300 may comprise one or more single electrodes disposed on the same plane as illustrated in FIGS. 1B and 4C.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected by detecting the magnetic capacitance of the single electrode with respect to the reference potential layer 320.
  • the distance d between the reference potential layer 320 and the pressure sensor 300 decreases, so that the magnetic capacitance of the single electrode with respect to the reference potential layer 320 is reduced. May increase as the touch pressure increases.
  • the distance between the reference potential layer 320 and the pressure sensor 300 at a predetermined position may reach a state that is no longer close. This state is referred to below as saturation.
  • saturation a state where the distance between the reference potential layer 320 and the pressure sensor 300 is no longer close.
  • the saturation area increases, the mutual capacitance between the driving electrode TX and the receiving electrode RX may decrease.
  • the magnetic capacitance through the single electrode may increase.
  • the touch area may be known through the number of nodes in which such mutual capacitance or magnetic capacitance changes. 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.
  • 6I-6K illustrate the structure of a touch input device according to the first embodiment illustrated in FIG. 6H, respectively.
  • 6I to 6K illustrate the specific structure of the first embodiment illustrated in FIG. 6H, and only the differences from FIG. 6H will be described.
  • the pressure sensor 300 is disposed between the liquid crystal cell 250 and the second substrate layer 262.
  • the pressure sensor 300 may be an electrode formed on the second substrate layer 262.
  • Various electrodes for the operation of the display panel 200A may be formed between the second substrate layers 262.
  • the spacer layer 310 is disposed under the backlight unit 200B. More specifically, the spacer layer 310 is disposed between the backlight unit 200B and the reference potential layer 320.
  • the pressure sensor 300 is disposed between the liquid crystal cell 250 and the second substrate layer 262 while the spacer layer 310 is formed of the backlight unit 200B and the second substrate layer 262. Disposed between the In FIG. 6J, the spacer layer 310 is disposed between the display panel 200A and the backlight unit 200B. In this case, the spacer layer 310 may be formed as an air gap so that light from the backlight unit 200B may be transmitted to the LCD panel without loss.
  • an air gap may be formed between the display panel 200A and the backlight unit 200B. This is to protect the display panel 200A and / or the backlight unit 200B from external shock. Such an air gap may be configured to be included in the backlight unit 200B.
  • an additional air gap may be present between the light guide plate and the reflective sheet included in the backlight unit 200B. Accordingly, the lost light from the light guide plate to the reflective sheet may be re-incident back to the light guide plate through the reflective sheet.
  • a double adhesive tape may be included at an edge between the light guide plate and the reflective sheet so as to maintain the additional air gap.
  • the light guide plate and the reflecting plate may be spaced apart from each other through any other fixing member.
  • the spacer layer 310 illustrated in FIG. 6J may be an air gap additionally formed, or may be an air gap included in manufacturing the backlight unit 200B according to an exemplary embodiment.
  • the first support member 320 may be part of a metal case, a frame, and / or a housing surrounding the display module 200.
  • the first support member 320 may be part of a case, a frame, and / or a housing of the touch input device 1000 itself.
  • the first support member 320 may be a metal bezel included in the display module and connected to the ground.
  • the first support member 320 may be configured to have a ground potential or a specific potential other than that.
  • the middle frame 350 is further included below the display module 200.
  • the intermediate frame 350 may operate, for example, together with the outermost mechanism of the touch input device 1000 or the first support member 320.
  • the circuit board 341 and / or the battery 342 may serve as a housing (housing) surrounding the mounting space 340 in which the battery 342 may be located.
  • 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. Circuit boards and / or batteries for operating the display module 200 and the touch input device 1000 may be separated through the intermediate frame 350, and electrical noise generated in the display module 200 may be blocked.
  • the intermediate frame 350 may be used as a reference potential layer, and the intermediate frame 350 may be configured to have a ground potential or a specific potential other than that.
  • each unit pixel included in the LCD panel may be composed of three sub-pixels.
  • 7A is an equivalent circuit for one sub pixel, where the sub pixel is represented by an LCD pixel.
  • FIG. 7B illustrates an electrical signal applied to the circuit structure illustrated in FIG. 7A for detecting the touch position and the touch pressure through the display panel of the touch input device according to the first embodiment of the present invention.
  • the touch input device 1000 may operate by dividing the display driving time section and the touch position / pressure detecting time section.
  • the division of the time interval may be divided into control signals.
  • the display driving time section may be displayed when the control signal is 1 (high)
  • the touch position / pressure detection time section may be displayed when the control signal is 0 (low). This may be indicated by another signal according to an embodiment.
  • a transistor (T) for controlling an LCD pixel may be opened by applying an “ON” signal as a gate voltage VG to a gate line.
  • the display of the LCD pixel may be controlled by charging a desired voltage to the storage capacitor Cs and the LC capacitor included in the LCD pixel.
  • an “OFF” signal may be applied as the gate voltage VG and the data line may be floated.
  • the touch position / pressure can be detected through the common electrode Vcom without causing unnecessary operation to the display panel 200A.
  • the display driving time interval and the touch position / pressure detection time interval are alternately arranged. More specifically, in FIG. 7B, the scan is performed by applying the gate voltage VG1 to the first gate line only during the first display driving time interval, and the gate voltage VG2 for the second gate line during the second display driving time interval. The control signal is applied in such a manner that the scan is performed.
  • the gate voltage VG may be sequentially applied to all the gate lines, and thus the touch position / pressure detection may be performed after the scan is completed. That is, the display driving may be continuously performed in the entire time interval of refreshing one frame, and then the touch position / pressure may be detected in the remaining time interval.
  • the display driving time section and the touch position / pressure detection time section may be arranged in various ways.
  • the touch location detection and the pressure detection may be time division.
  • the touch position detection time section and the pressure detection time section may be operated separately from each other.
  • the display apparatus may be time-divided into a display driving time section, a touch position detecting time section, and a pressure detecting time section.
  • the display driving, the touch position detection, and the pressure detection may be time-divided and operated in different combinations according to the embodiment.
  • an OLED display panel 200A that can be applied to an embodiment of the present invention is an encap glass, an OLED layer 280, and a second substrate layer as the first substrate layer 281. 283 may be configured to include a TFT glass, but is not limited thereto.
  • FIG. 8B illustrates the structure of an OLED layer included in the OLED display panel illustrated in FIG. 8A.
  • OLED layer 280 is HIL (292: Hole Injection Layer), HTL (293: Hole Transfer Layer), EIL (296: Emission Material Layer), ETL (295: Electron Transfer) Layer, an electron transport layer), and an EML (electron injection layer).
  • the HIL 292 injects holes, and uses a material such as copper phthalocyanine (CuPc).
  • the HTL 293 has a function of moving the injected holes, and mainly uses a material having good hole mobility.
  • As the HTL 293, arylamine, TPD, or the like may be used.
  • the EIL 296 and the ETL 295 are layers for injecting and transporting electrons, and the injected electrons and holes are combined in the EML 294 to emit light.
  • 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. This is merely to describe the basic configuration of the OLED layer 280 included in the OLED panel, the present invention is not limited to the layer structure or material of the OLED layer 280.
  • the OLED layer 280 may further include an anode 291 and a cathode 297 with the above-described organic material layer interposed therebetween.
  • a driving current is applied to the anode 291 to inject holes, and electrons are injected to the cathode 297 so that holes and electrons move to the organic layer to emit light.
  • FIG. 9A illustrates a touch input device according to a second embodiment of the present invention.
  • the touch sensor 100 is disposed between the first substrate layer 281 and the cover layer 500.
  • the touch sensor 100 may be formed on the first substrate layer 281, and the touch sensor 100 may be used as the pressure sensor 300.
  • a spacer layer 310 as described with reference to FIG. 6A may be located between the pressure sensor 300 and the object.
  • a spacer layer 310 may be disposed in a space between the OLED panel and the cover layer 500.
  • the second cover layer may be disposed under the cover layer 500, and the spacer layer 310 may be disposed between the cover layer 500 and the second cover layer.
  • the mutual capacitance sensed from the pressure sensor 300 that varies according to the distance between the object and the pressure sensor 300, or The magnitude of the touch pressure can be detected through the magnetic capacitance.
  • the touch position can be detected through self capacitance or mutual capacitance.
  • FIG. 9B illustrates another touch input device according to a second embodiment of the present invention.
  • the touch sensor 100 between the first substrate layer 281 and the cover layer 500 in FIG. 9B is applied when the reference potential is spaced apart from the pressure sensor and is a reference potential layer located above, below, or inside the display panel 200A. ) Is illustrated.
  • the touch sensor 100 may be formed on the first substrate layer 281, and the touch sensor 100 may be used as the pressure sensor 300.
  • a spacer layer 310 as described with reference to FIG. 6H may be located between the pressure sensor 300 and the reference potential layer 320.
  • a spacer layer 310 may be disposed in a space between the OLED panel and the reference potential layer 320.
  • sensing from the pressure sensor 300 varies with the distance between the reference potential layer 320 and the pressure sensor 300.
  • the magnitude of the touch pressure can be detected through the mutual capacitance or the self capacitance.
  • the touch position can be detected through self capacitance or mutual capacitance.
  • FIG. 9C illustrates an arrangement of touch sensors that may be included in the touch input device according to the second embodiment illustrated in FIGS. 9A and 9B.
  • a plurality of electrodes may be arranged in the same layer.
  • electrodes E1, E2, E3, and E4 of a part of the touch sensor 100 cut along a-a line are illustrated in FIG. 9D.
  • At least one of the electrodes included in the touch sensor 100 is configured to detect the magnetic capacitance for the object 600 or the reference potential layer 320 to detect the touch pressure. Can be used. Alternatively, at least one pair of the driving electrodes TX and the receiving electrodes RX among the electrodes included in the touch sensor 100 may vary depending on a distance from the object 600 or a distance from the reference potential layer 320. And configured to detect mutual capacitance between TX and receive electrode RX, and may be used to detect touch pressure.
  • the touch sensor 100 is disposed on the first substrate layer 281 in the same layer, but the driving electrode TX and the receiving electrode RX are different from each other in the touch sensor 100. It may be formed in the layer. Alternatively, one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be disposed on the first substrate layer 281 and the other may be disposed below the first substrate layer 281. Alternatively, the touch sensor 100 may be formed on the same layer or on different layers below the first substrate layer 281.
  • the touch input device illustrated in FIG. 9E may include a first cover layer 500, a spacer layer 310 disposed under the first cover layer 500, and a second cover layer disposed under the spacer layer 310. 510, a display module disposed below the second cover layer 510, and a third electrode 610 and a fourth electrode 611 disposed on the display module.
  • the display module includes a first substrate layer 281 and The second substrate layer 283 may be disposed below the first substrate layer 281, and the third electrode 610 and the fourth electrode 611 may be disposed on the first substrate layer 281.
  • the driving unit 120 applies a touch position driving signal to the third electrode 610, and applies a touch pressure driving signal to the fourth electrode 611.
  • the detector 110 may receive a touch position detection signal and a touch pressure detection signal from the fourth electrode 611.
  • the sensing unit 130 includes information on mutual capacitance between the third electrode 610 and the fourth electrode 611, which change according to a touch on the surface of the first cover layer 500.
  • the touch position detection signal may be received from the fourth electrode 611 to detect the touch position.
  • the spacer layer 310 When a pressure is applied to the first cover layer 500 by the object, the spacer layer 310 is compressed, thereby reducing the distance between the object and the fourth electrode 611. At this time, when the object serves as a ground (reference potential), the magnetic capacitance of the fourth electrode 611 is changed according to the change of the distance between the object and the fourth electrode 611. Accordingly, the sensing unit 110 receives the touch pressure sensing signal including information on the self capacitance of the fourth electrode 611 that is changed according to the pressure applied to the first cover layer 500. Can be detected from the touch pressure.
  • the controller 130 time-divisions the time for detecting the detection signal from the fourth electrode 611 to receive the touch position detection signal from the fourth electrode 611 in the first time section, and the second time different from the first time section.
  • the sensing unit 110 may be controlled to receive the touch pressure sensing signal from the fourth electrode 611.
  • the controller 130 may apply the touch position driving signal to the third electrode 610 in the first time section and the touch pressure driving signal to the fourth electrode 611 in the second time section. 120 may be controlled.
  • the display circuit may include an OLED device having two terminals (a cathode terminal and an anode terminal), an n-type transistor such as a first transistor T1, and a p-type transistor such as a second transistor T2. .
  • the cathode terminal of the OLED element can be electrically connected to the cathode 297.
  • the cathode 297 may be a signal line common to a plurality of pixel circuits in the touch screen, and may correspond to a common electrode, for example.
  • the anode terminal of the OLED element can be electrically connected to the anode 291.
  • the OLED device may be connected to the cathode 297 and the anode 291 in a manner that allows electricity to flow through the OLED device when the voltage at the anode is higher than the voltage at the cathode. That is, the OLED device is on or forward biased. OLED devices can emit light when they are on. If the voltage at anode 291 is lower than the voltage at cathode 297, substantially no current flows through the OLED element. That is, the OLED device is off or reverse biased. OLED devices may not emit light substantially when they are off.
  • the anode 709 may be electrically connected to the drain terminal of the second transistor T2.
  • Gate and source terminals of the second transistor T2 may be capacitively coupled through a capacitor C-st, and one terminal of the capacitor C-st may be electrically connected to the gate terminal of the second transistor T2.
  • the other terminal of the capacitor C-st may be electrically connected to the source terminal of the second transistor T2.
  • the source terminal of the second transistor T2 may be further electrically connected to the first power line.
  • the gate terminal of the second transistor T2 may be further electrically connected to the drain terminal of the first transistor T1.
  • the gate terminal of the first transistor T1 may be electrically connected to the gate line, and the source terminal of the first transistor T1 may be electrically connected to the data line.
  • the OLED device may be forward biased, and current may flow through the OLED device to emit light.
  • a gate voltage VG high enough to turn on the first transistor T1 may be applied through the gate line. That is, the gate voltage VG of the first transistor T1 is sufficiently high so that the gate voltage VG high enough to turn on the first transistor T1 may be applied.
  • the first transistor T1 When the first transistor T1 is turned on, the first transistor T1 behaves as if it is substantially short-circuit so that the data voltage VD applied through the data line is substantially the second transistor. It may be mirrored at the gate of T2.
  • the second transistor T2 when the data voltage VD applied through the data line, that is, the voltage at the gate of the second transistor T2 is sufficiently low, the second transistor T2 may be turned on. That is, the gate-source voltage of the second transistor T2 may be low enough to turn on the second transistor T2.
  • the second transistor T2 When the second transistor T2 is turned on, the second transistor T2 operates as if it is substantially short circuited, or the second transistor T2 is an analog voltage applied to the gate of the second transistor T2. It is possible to operate as a current source by means of which the first power supply voltage VDD in the first power supply line can be substantially mirrored to the anode 291 of the OLED element.
  • the holding capacitor C-st may be connected between the gate terminal and the source terminal of the second transistor T2 to maintain the analog voltage.
  • the second power supply voltage VSS may be applied to the cathode 297 through the first power supply line.
  • the voltage at the anode 291, that is, the first power supply voltage VDD may be higher than the voltage at the cathode 297 (ie, the second power supply voltage VSS) so that the OLED device is biased in the forward direction. When this forward bias occurs, current flows through the OLED device and the OLED device emits light.
  • the second transistor T2 is a p-type TFT transistor.
  • the source terminal of the second transistor T2 may be electrically connected to the anode 291, and the drain terminal of the second transistor T2 may be electrically connected to the first power line.
  • FIG. 10B illustrates an electrical signal applied to the circuit structure illustrated in FIG. 10A for detecting the touch position and the touch pressure through the display panel of the touch input device according to the second embodiment of the present invention.
  • the touch input device 1000 may operate by dividing the display driving / touch position detection time interval and the touch pressure detection time interval.
  • the division of the time interval may be divided into control signals. For example, when the control signal is 1, the display driving / touch position detection time period may be displayed, and when the control signal is 0, the touch pressure detection time period may be displayed.
  • the OLED to perform the required operation can be controlled.
  • the operation of such an OLED is similar to that of a conventional OLED panel, so detailed description thereof is omitted.
  • the touch position detection time interval may be the same as the display driving time interval.
  • the first power line ELVDD and / or the second power line ElVSS need to be floated.
  • the line ElVSS needs to be floated.
  • a target voltage necessary for driving a display may be applied to each electrode node included in the OLED panel at the time of display driving / touch position detection.
  • the target voltage may vary depending on the embodiment.
  • at least one or more of the electrodes included in the OLED panel may be floated.
  • at least one of the gate line, the data line, the first power line ELVDD, the second power line ElVSS, and the ground line GND line should be floated.
  • the display driving and the touch position detection may be performed at the same time, the touch pressure detection may be performed in a time interval separated therefrom.
  • the touch pressure detection may be performed in a time interval separated therefrom.
  • the gate voltages VG are sequentially applied to all the gate lines, and thus the touch pressure detection is performed after the scan is completed. It can also operate to lose. That is, the display driving and the touch position detection may be continuously performed in the entire time interval of refreshing one frame, and then the touch pressure may be detected in the remaining time interval.
  • the display driving time section and the touch position / pressure detection time section may be arranged in various ways.
  • the reference potential when the reference potential is an object, there is little or no interference with touch position sensing due to a change in distance from the object when detecting the touch position.
  • the reference potential when the reference potential is a reference potential layer spaced apart from the pressure sensor and positioned above, below, or inside the display panel 200A, since the display is operated at the touch position detection, the reference potential layer 320 is detected at the touch position detection. There is no or little interference with the touch position sensing due to the change in distance from the.
  • this intact touch position sensing measurement can be used to correct the touch pressure value upon touch pressure detection. This is because the measured value at the time of detecting the touch pressure reflects not only the change in distance between the object and the pressure sensor 300 or the change in distance between the reference potential layer 320 and the pressure sensor 300 but also the change value according to the touch of the object. .
  • the reference potential when the reference potential is an object in the second embodiment of the present invention, interference due to a change in distance between the object and the touch sensor 100 does not occur when the touch position is detected.
  • the reference potential when the reference potential is a reference potential layer spaced apart from the pressure sensor and positioned above, below, or inside the display panel 200A, since the OLED panel operates together when detecting the touch position, the reference potential layer ( Since 320 is not visible, interference due to a change in distance between the reference potential layer 320 and the touch sensor 100 does not occur when the touch position is detected. Thus, accurate touch position measurements can be obtained when detecting touch positions.
  • the touch object is a conductor such as a finger
  • the touch pressure when the touch pressure is detected, not only the change of the distance between the pressure sensor 300 and the object or the change of the distance between the reference potential layer 320 and the pressure sensor 300 is applied to the object. Measurement changes occur. Therefore, in order to obtain an accurate touch pressure magnitude, it is necessary to correct the influence of interference by such an object.
  • the touch pressure magnitude may be detected by subtracting the touch position measurement value acquired when the touch position is detected from the touch pressure measurement value as in Equation 1.
  • the touch position may not be detected together with the display driving.
  • the touch sensor 100 is disposed inside the OLED panel.
  • display driving and touch position detection cannot be performed together.
  • the display driving time interval and the touch position / pressure detection time interval may be divided and operated.
  • the touch position and the pressure may be detected at the same time or may be detected at different time intervals according to the embodiment.
  • Fig. 10C illustrates a control block of the display of the touch input device according to the second embodiment of the present invention.
  • the display controller 200 of the OLED panel according to the second embodiment may include a driving IC 1221 and a power supply control IC 1222 (PMIC).
  • the control signal for controlling the mode may be provided from a host processor different from the driving IC 1221.
  • the PMIC 1222 applies the voltages VDD and ELVSS for driving the display to the electrode node in the display driving / touch position detection time interval, and the PMIC 1222 is the electrode in the touch pressure detection time interval. It may be configured to float at least one or more of the nodes.
  • FIG. 11 illustrates a data profile in spatial coordinates during normal touch, pressure touch, and normal touch and pressure touch.
  • the general touch is a touch without bending / bending of the cover layer 500 and / or the display module 200 of the touch input device 1000 and is referred to as a 2D touch.
  • the touch position with respect to the touch input device 1000 may be detected through the 2D touch.
  • the pressure touch is referred to as a 3D touch as a touch that causes a pressing / bending of the cover layer 500 and / or the display module 200 of the touch input device 1000.
  • the 2D touch has a narrower and sharper output data profile than the 3D touch in the spatial coordinate domain, and the 3D touch is relatively wide and smooth.
  • the data profile may have a data profile as illustrated in FIG. 11 (c).
  • the data may be information on capacitance and / or capacitance change amount.
  • FIG. 12 illustrates a method of separating the normal touch and the pressure touch when the normal touch and the pressure touch are mixed.
  • the separation process of the 2D touch data and the 3D touch data described with reference to FIG. 12 may be performed by the sensing unit 110, the touch / pressure controller 1100, the processor 1500, and the like.
  • the data profile changes in the same direction during the 2D touch and the 3D touch. That is, in FIG. 11 and FIG. 12, the data profile is concavely changed at both the 2D touch and the 3D touch.
  • the data profile may change in different directions during the 2D and 3D touches.
  • the data profile may change concave, but in the 2D touch, the data profile may change convexly.
  • the data profile may be convexly changed during 3D touch, but the data profile may be concavely changed during 2D touch.
  • the data profile in the 2D touch and the 3D touch, the data profile may all change convexly in the same direction. Regardless of the change direction of the data profile, 2D touch data and 3D touch data may be separated according to the above-described separation method.
  • FIG. 13A to 13D illustrate various configurations of a control block included in a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • the touch sensor controller 1100 may be configured by integrating the pressure sensor controller 1300, and the display controller 1200 may be configured separately.
  • the host processor 1500 may be separately provided to transmit control signals to the touch / pressure sensor controller 1100 and the display controller 1200, and may collect and process information from the controllers 1100 and 1200.
  • the touch sensor controller 1100 and the pressure sensor controller 1300 may be integrated with the display controller 1200 to configure one controller.
  • the host processor 1500 may be separately provided to transmit a control signal to the display and the touch / pressure sensor controller 1200, and collect and process information from the controller 1200.
  • the touch sensor controller 1100 and the pressure sensor controller 1300 may be integrated with the display controller 1200 to configure one controller.
  • the host processor 1500 is not provided separately, and the display and the touch / pressure sensor controller 1200 may directly generate a control signal as a host processor and collect and process the obtained information.
  • the touch sensor controller 1100 may be configured by integrating the pressure sensor controller 1300, and the display controller 1200 may be configured separately.
  • the host processor 1500 is not provided separately, and the display controller 1200 or the touch / pressure sensor controller 1100 may generate a control signal as a host processor and collect and process information obtained from the counterpart controller.
  • touch input device 100 touch sensor
  • control unit 200 display module
  • pressure sensor 1100 touch sensor controller

Abstract

본 발명에 따른 터치 입력 장치는 제1커버층; 스페이서층; 제1기판층 및 상기 제1 기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하는 디스플레이 패널; 상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 디스플레이 패널 상부에 위치하는 제3 전극 및 제4 전극;을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 디스플레이 패널을 구동하는데 사용되고, 객체가 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하는 상기 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하고, 상기 객체와 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하는 상기 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하고, 상기 스페이서층은 상기 제1커버층과 상기 압력 센서 사이에 배치될 수 있다.

Description

터치 입력 장치
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이를 포함하는 터치 입력 장치에서 구성을 추가함이 없이 압력을 검출할 수 있도록 하는 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 스크린 상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
터치 위치뿐 아니라 터치 압력의 크기를 검출하도록 하는 터치 입력 장치에 대한 수요가 높아지고 있으며, 이와 더불어 이러한 다기능 터치 입력 장치의 구성 및 제작을 간소화하기 위한 노력이 지속되고 있다.
본 발명은 종래의 필요성을 충족시키기 위해 안출된 것으로, 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 디스플레이를 포함하는 터치 입력 장치에서 구성을 추가함이 없이 압력을 검출할 수 있도록 하는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치는 제1커버층; 스페이서층; 제1기판층 및 상기 제1 기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하는 디스플레이 패널; 상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 및 상기 디스플레이 패널 상부에 위치하는 제3 전극 및 제4 전극;을 포함하고, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 디스플레이 패널을 구동하는데 사용되고, 객체가 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하는 상기 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하고, 상기 객체와 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하는 상기 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하고, 상기 스페이서층은 상기 제1커버층과 상기 압력 센서 사이에 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면 터치의 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 디스플레이를 포함하는 터치 입력 장치에서 구성을 추가함이 없이 압력을 검출할 수 있도록 하는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1a 및 도1b는 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2는 디스플레이 패널을 포함하는 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도3a 내지 도3f는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 패널에 대한 터치 센서의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
도4a는 터치 센서가 디스플레이 모듈 내부에 배치되는 제1예를 예시한다.
도4b는 도4a에 예시된 제1예에 적용될 수 있는 터치 센서의 배열을 예시한다.
도4c는 도4b에 예시된 터치 센서 배열에 적용될 수 있는 터치 위치를 검출하는 제1원리를 설명하는 개념도이다.
도4d는 도4b에 예시된 터치 센서 배열에 적용될 수 있는 터치 위치를 검출하는 제2원리를 설명하는 개념도이다.
도5a 및 도5b는 터치 센서가 디스플레이 모듈 내부에 배치되는 제2예 및 제3예를 예시한다.
도6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치를 예시한다.
도6b 내지 도6g는 각각 도6a에 예시된 제1실시예에 따른 터치 입력 장치의 구조를 예시한다.
도6h는 본 발명의 제1실시예에 따른 또다른 터치 입력 장치를 예시한다.
도6i 내지 도6k는 각각 도6h에 예시된 제1실시예에 따른 또다른 터치 입력 장치의 구조를 예시한다.
도7a는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 회로 구조도이다.
도7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 패널을 통해 터치 위치 및 터치 압력을 검출하기 위한, 도7a에 예시된 회로 구조에 인가되는 전기신호를 예시한다.
도8a는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 OLED 디스플레이 패널의 구조를 예시한다.
도8b는 도8a에 예시된 OLED 디스플레이 패널에 포함된 OLED층의 구조를 예시한다.
도9a 및 9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 입력 장치를 예시한다.
도9c는 도9a 및 9b에 예시된 제2실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함될 수 있는 터치 센서의 배열을 예시한다.
도9d는 도9c에 예시된 터치 센서 배열을 통해 터치 위치 및 터치 압력을 검출하는 원리를 설명하는 개념도이다.
도9e는 도9a에 예시된 제2실시예에 따른 터치 입력 장치의 구조를 예시한다.
도10a는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 회로 구조도이다.
도10b는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 패널을 통해 터치 위치 및 터치 압력을 검출하기 위한, 도10a에 예시된 회로 구조에 인가되는 전기신호를 예시한다.
도10c는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이의 제어 블록을 예시한다.
도11은 일반 터치, 압력 터치 및 일반 터치와 압력 터치시 공간 좌표에서 데이터 프로파일을 예시한다.
도12는 일반 터치와 압력 터치 데이터가 혼합된 경우 일반 터치 데이터와 압력 터치 데이터의 분리 방법을 예시한다.
도13a 내지 도13d는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 제어 블록의 다양한 구성을 예시한다.
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. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서(100)를 예시하나 실시예에 따라 다른 방식으로 터치 위치를 검출하는 기법이 적용될 수 있다.
도1a는 실시예에 따른 정전 용량 방식의 터치 센서(100) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도1a를 참조하면, 실시예에 따른 터치 센서(100)는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서(100)의 동작을 위해 상기 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(120), 및 터치 센서(100)의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출하는 감지부(110)를 포함할 수 있다.
도1a에 도시된 바와 같이, 터치 센서(100)는 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도1a에서는 터치 센서(100)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 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.
도1a에 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.
실시예에 따른 터치 센서(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(100)를 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) 또는 기준 전압에 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-Digital Converter)를 더 포함할 수 있다. 추후, 디지털 데이터는 프로세서(미도시)에 입력되어 터치 센서(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.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(C)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서(100)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도1에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(110)에서 감지하여 터치 센서(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서(100)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서(100)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서(100)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
이상에서 터치 센서(100)로서 상호 정전용량 방식의 터치 센서(100)가 상세하게 설명되었으나, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(100)는 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.
이하에서 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출하기 위한 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)에 해당하는 구성은 터치 센서(touch sensor)로 지칭될 수 있다.
도1a에서 구동부(120) 및 감지부(110)는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서 제어기(1100)를 구성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 제어기(1100)는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 제어기(1100)는 터치 센서(100)를 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit: 미도시) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서(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 IC에 포함된 구동부(120) 및 감지부(110)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
위에서는 구동 전극(TX)과 수신 전극(RX) 사이의 상호 정전용량 변화량에 기초하여, 터치 위치를 감지하는 터치 센서(100)의 동작 방식에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도1b와 같이, 자기 정전용량(self capacitance)의 변화량에 기초하여 터치 위치를 감지하는 것도 가능하다.
도1b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 또 다른 정전용량 방식의 터치 센서(100) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도1b에 도시된 터치 센서(100)에는 복수의 단일 전극(30)이 구비된다. 복수의 단일 전극(30)은 도1b에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(130)에 의해 생성된 구동제어신호는 구동부(120)에 전달되고, 구동부(120)는 구동제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)에 구동신호를 인가한다. 또한, 제어부(130)에 의해 생성된 감지제어신호는 감지부(110)에 전달되고, 감지부(110)는 감지제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 단일 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는다. 이때, 감지신호는 단일 전극(30)에 형성된 자기 정전용량 변화량에 대한 신호일 수 있다.
이때, 감지부(110)가 감지한 감지신호에 의하여, 터치 센서(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치가 검출된다. 예컨대, 단일 전극(30)의 좌표를 미리 알고 있기 때문에, 터치 센서(100)의 표면에 대한 객체의 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있게 된다.
이상에서는, 편의상 구동부(120)와 감지부(110)가 별개의 블록으로 나뉘어 동작하는 것으로 설명되었지만, 단일 전극(30)에 구동신호를 인가하고, 단일 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는 동작을 하나의 구동 및 감지부에서 수행하는 것도 가능하다.
도2는 디스플레이 패널을 포함하는 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다. 디스플레이 기능 및 터치 위치 검출에 더하여 터치 압력을 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치(1000)에서 제어 블록은 전술한 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 패널을 구동하기 위한 디스플레이 제어기(1200) 및 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)를 포함하여 구성될 수 있다. 디스플레이 제어기(1200)는 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 패널(200A)에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
압력 센서를 통해 압력을 검출하기 위한 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)의 구성과 유사하게 구성되어 터치 센서 제어기(1100)와 유사하게 동작할 수 있다.
실시예에 따라, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 서로 다른 구성요소로서 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)는 각각 서로 다른 칩(chip)으로 구성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 프로세서(1500)는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)에 대한 호스트(host) 프로세서로서 기능할 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 디스플레이 화면 및/또는 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
이와 같은 터치 입력 장치(1000)를 얇고(slim) 경량(light weight)으로 제작하기 위해, 전술한 바와 같이 별개로 구성되는 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 압력 센서 제어기(1300)가 실시예에 따라 하나 이상의 구성으로 통합될 수 있다. 이에 더하여 프로세서(1500)에 이들 각각의 제어기가 통합되는 것도 가능하다. 이와 더불어, 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)에 터치 센서(100) 및/또는 압력 센서가 통합될 수 있다.
이하에서는 터치 입력 장치(1000)에 압력 검출을 위한 구성을 추가함이 없이 터치 센서(100) 및/또는 디스플레이 패널(200A)에 포함된 내부 전극을 이용하여 압력 센싱이 가능하도록 구성되는 터치 입력 장치(1000)에 대해서 살펴본다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(100)가 디스플레이 패널(200A) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 패널(200A)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.
도3a 내지 도3f는 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 패널(200A)에 대한 터치 센서(100)의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다. 먼저, 도3a 내지 도3c를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 구성을 설명하기로 한다.
도3a 내지 도3c에 도시된 바와 같이, LCD 패널은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 양단에 전극을 포함하는 제1기판층(261)과 제2기판층(262), 그리고 상기 액정층(250)과 대향하는 방향으로서 상기 제1기판층(261)의 일면에 제1편광층(271) 및 상기 제2기판층(262)의 일면에 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(261)은 컬러필터 글라스(color filter glass)일 수 있고, 제2기판층(262)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(261) 및 제2기판층(262) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3a 내지 도3c에서 제2기판층(262)은, 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 등을 포함하는 다양한 층으로 이루어질 수 있다. 이들 전기적 구성요소들은, 제어된 전기장을 생성하여 액정층(250)에 위치한 액정들을 배향시키도록 작동할 수 있다.
다음으로, 도3d 내지 도3f를 참조하여, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 구성을 설명하기로 한다.
도3d 내지 도3f에 도시된 바와 같이, OLED 패널은 OLED(Organic Light-Emitting Diode)를 포함하는 유기물층(280), 유기물층(280)의 양단에 전극을 포함하는 제1기판층(281)과 제2기판층(283), 그리고 상기 액정층(280)과 대향하는 방향으로서 상기 제1기판층(281)의 일면에 제1편광층(282)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판층(281)은 인캡 글라스(Encapsulation glass)일 수 있고, 제2기판층(283)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1기판층(281) 및 제2기판층(283) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3d 및 도3f에 도시된 OLED 패널의 경우, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ELVSS) 등의 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극을 포함할 수 있다. OLED(Organic Light-Emitting Diode) 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 방출되어 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 스캐닝 시간(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.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널 또는 OLED 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
도3a 및 도3d는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(100)가 디스플레이 패널(200A)의 외부에 배치된 것을 도시한다. 디스플레이 패널(200A) 상부에는 터치 센서 패널이 배치될 수 있고, 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)이 터치 센서 패널에 포함될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널의 표면일 수 있다. 또한, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제2기판층(262, 283) 상부에 배치될 수 있다.
도3b, 도3c, 도3e 및 도3f는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(100)가 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치된 것을 도시한다.
도3b 및 도3e에서는 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)이 제1기판층(261,281)과 제1편광층(271,282) 사이에 배치되어 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면으로서 도3b 및 도3e에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 또한, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제2기판층(262, 283) 상부에 배치될 수 있다.
도3c 및 도3f에서는 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제2기판층(262, 283) 상부에 배치될 수 있다.
도3a 내지 도3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면으로서 디스플레이 패널(200A)의 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 이 때, 도3a 내지도3f에서, 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 패널(200A)의 상부면 또는 하부면은 디스플레이 패널(200A)을 보호하기 위해서 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
또한, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나는 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 수 있으며, 구체적으로 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(Vcom: common electrode) 및 픽셀 전극(pixel electrode) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있고, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 패널인 경우, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), 제1전원라인(ELVDD) 및 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.또한, 도3a 내지 도3f에서는 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제2기판층(262, 283) 상부에 배치되는 것으로 도시되었으나, 이에 한정하지 않으며, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 제1기판층(261, 281) 하부에 배치될 수도 있고, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 중 어느 하나는 제2기판층(262, 283) 상부에 배치되고 다른 하나는 제1기판층(261, 281) 하부에 배치될 수도 있다.
또한, 실시예에 따라 터치 센서(100) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널을 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있으며, 나머지 전극은 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 패널(200A) 내부에 터치 센서(100)가 배치되는 경우, 터치 센서 동작을 위한 전극이 추가로 배치될 수도 있으나, 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하는 다양한 구성 및/또는 전극이 터치 센싱을 위한 터치 센서(100)로 이용될 수도 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 센서(100) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A)에 포함된 제1기판층(261, 281)과 제2기판층(262, 283) 사이에 위치하도록 구성될 수 있다. 이때, 터치 센서 중 상기 적어도 일부를 제외한 나머지는 디스플레이 패널(200A) 내부로서 제1기판층(261, 281)과 제2기판층(262, 283) 사이가 아닌 위치에 배치될 수 있다.
다음은, 도3a 내지 도3f에 도시된 제1 전극(620), 제2 전극(621), 제3 전극(610) 및 제4 전극(611) 중 일부를 이용하여 터치 위치를 검출하는 방법에 대하여 설명한다. 객체가 제1 전극(620), 제2 전극(621), 제3 전극(610) 및 제4 전극(611) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하고, 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
도3a, 도3b, 도3d 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서(100)는 제3 전극(610)과 제4 전극(611)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)이 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)이 도1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 제3 전극(610) 및 제4 전극(611) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다.
또한, 도3b 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서(100)는 제3 전극(610)과 제1 전극(620)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제3 전극(610) 및 제1 전극(620)이 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 제3 전극(610)과 제1 전극(620) 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 제1 전극(620)이 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 경우, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 위치를 검출할 수 있다.
도3c 및 도3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서(100)는 제1 전극(620)과 제2 전극(621)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 제1 전극(620) 및 제2 전극(621)이 도1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 제1 전극(620) 및 제2 전극(621) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극일 경우, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 위치를 검출할 수 있다.
다음은, 도3a 내지 도3f에 도시된 제1 전극(620), 제2 전극(621), 제3 전극(610) 및 제4 전극(611) 중 일부를 이용하여 터치 압력을 검출하는 방법에 대하여 설명한다. 기준 전위와 제1 전극(620), 제2 전극(621), 제3 전극(610) 및 제4 전극(611) 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하고, 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출할 수 있다.
도3a, 도3b, 도3d 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제3 전극(610)과 제4 전극(611)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 기준전위가 객체일 경우, 객체에 의해 커버층(미도시)에 압력이 인가되면, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 또한, 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)일 경우, 터치 표면에 압력이 인가되면, 기준 전위층과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 사이의 상호 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(100)가 제3 전극(610)과 제4 전극(611)으로 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 압력 센서인 제3 전극(610) 및 제4 전극(611)과 기준 전위층 사이에 배치되는 경우, 압력 센서와 기준 전위층 간의 거리 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하기 위해서는 터치 압력을 검출하는 시간구간동안 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 floating될 수 있다.
또한, 도3a, 도3b, 도3d 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 구체적으로, 기준전위가 객체일 경우, 객체에 의해 커버층(미도시)에 압력이 인가되면, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 객체 사이의 정전용량, 즉 제3 전극(610)의 자기 정전용량 및/또는 제4 전극(611)과 객체 사이의 정전용량, 즉 제4 전극(611)의 자기 정전용량이 변할 수 있다. 또한, 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)일 경우, 터치 표면에 압력이 인가되면, 기준 전위층과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 기준 전위층 사이의 정전용량, 즉 제3 전극(610)의 자기 정전용량 및/또는 제4 전극(611)과 기준 전위층 사이의 정전용량, 즉 제4 전극(611)의 자기 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제3 전극(610) 및/또는 제4 전극(611)의 자기 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(100)가 제3 전극(610)과 제4 전극(611)으로 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 압력 센서인 제3 전극(610) 및/또는 제4 전극(611)과 기준 전위층 사이에 배치되는 경우, 압력 센서와 기준 전위층 간의 거리 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하기 위해서는 터치 압력을 검출하는 시간구간동안 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)이 floating될 수 있다.
도3b 및 도3e에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제3 전극(610)과 제1 전극(620)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 기준전위가 객체일 경우, 객체에 의해 커버층(미도시)에 압력이 인가되면, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 제1 전극(620) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 또한, 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)일 경우, 터치 표면에 압력이 인가되면, 기준 전위층과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제3 전극(610)과 제1 전극(620) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제3 전극(610)과 제1 전극(620) 사이의 상호 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(100)가 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(100)가 제3 전극(610)과 제4 전극(611) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되고, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출하고, 제1 시간구간 및 제2 시간구간과 다른 제3 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동할 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 제2 전극(621)이 압력 센서인 제3 전극(610)과 기준 전위층 사이에 배치되는 경우, 압력 센서와 기준 전위층 간의 거리 변화에 따른 정전용량 변화를 감지하기 위해서는 터치 압력을 검출하는 시간구간동안 제2 전극(621)이 floating될 수 있다.
도3a 내지 도3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제1 전극(620)과 제2 전극(621)으로 구성될 수 있다. 구체적으로, 기준전위가 객체일 경우, 객체에 의해 커버층(미도시)에 압력이 인가되면, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변함에 따라, 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 또한, 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)일 경우, 터치 표면에 압력이 인가되면, 기준 전위층과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 사이의 상호 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 사이의 상호 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(100)가 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(100)가 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되고, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출하고, 제1 시간구간 및 제2 시간구간과 다른 제3 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동할 수 있다.
또한, 도3a 내지 도3f에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 압력 센서는 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나로 구성될 수 있다. 구체적으로, 기준전위가 객체일 경우, 객체에 의해 커버층(미도시)에 압력이 인가되면, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 객체 사이의 거리가 변함에 따라, 제1 전극(620)과 객체 사이의 정전용량, 즉 제1 전극(620)의 자기 정전용량 및/또는 제2 전극(621)과 객체 사이의 정전용량, 즉 제2 전극(621)의 자기 정전용량이 변할 수 있다. 또한, 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층(미도시)일 경우, 터치 표면에 압력이 인가되면, 기준 전위층과 압력 센서 사이의 거리가 변하고, 압력 센서와 기준 전위층 사이의 거리가 변함에 따라, 제1 전극(620)과 기준 전위층 사이의 정전용량, 즉 제1 전극(620)의 자기 정전용량 및/또는 제2 전극(621)과 기준 전위층 사이의 정전용량, 즉 제2 전극(621)의 자기 정전용량이 변할 수 있다. 이와 같이, 제1 전극(620) 및/또는 제2 전극(621)의 자기 정전용량에 따라 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(100)가 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 터치 위치를 검출함과 동시에 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(100)가 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되고, 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극이 제1 전극(620)과 제2 전극(621) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)을 구동함과 동시에 터치 위치 및 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 제1 시간구간에 터치 위치를 검출하고, 제1 시간구간과 다른 제2 시간구간에 터치 압력을 검출하고, 제1 시간구간 및 제2 시간구간과 다른 제3 시간구간에 디스플레이 패널(200A)을 구동할 수 있다.
이 때, 기준전위가 객체일 경우, 객체에 의해 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 객체와 압력 센서와의 거리가 변할 수 있어야하므로, 객체와 압력 센서 사이에는 스페이서층이 배치될 수 있다. 구체적으로 커버층과 압력 센서 사이에 스페이서층이 배치될 수 있다. 이 때, 커버층은 하부에 배치된 디스플레이 모듈(200)로부터 출력되는 화면이 외부에서 보일 수 있도록 투명한 재질의 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 커버층에 압력이 인가되면 스페이서층이 압축될 수 있도록, 커버층은 적어도 압력이 인가되는 위치에서 휘어질 수 있는 유연한 재질로 구성될 수 있다.
또한, 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층일 경우, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)의 상부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)과 디스플레이 패널(200A)의 상부에 배치되고 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행하는 커버층 사이에 배치될 수 있다. 더욱 구체적으로, 기준 전위층은 커버층 하면에 형성될 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 기준 전위층과 압력 센서와의 거리가 변할 수 있어야하므로, 기준 전위층과 압력 센서 사이에는 스페이서층이 배치될 수 있다. 도 3a 및 도3d에 도시된 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서가 제1 전극(620) 또는 제2 전극(621)을 포함하지 않는 경우, 기준 전위층이 압력 센서와 디스플레이 패널(200A) 사이에 배치될 수도 있고, 압력 센서 상부에 배치될 수도 있다.
실시예에 따라 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 상부 또는 내부에 배치되므로, 투명한 물질일 수 있다.
실시예에 따라, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 내부에 배치되는 경우, 스페이서층은 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛의 제조시에 포함되는 에어갭(air gap)일 수 있다. 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층의 기능을 수행할 수 있으며, 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층의 기능을 수행할 수 있다.
터치 센서(100) 및/또는 압력 센서가 제1 전극(620) 또는 제2 전극(621)을 포함하여 구성되는 경우, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 데이터 라인, 게이트 라인, 공통 전극 및 픽셀 전극 중 적어도 어느 하나가 터치 센서(100) 및/또는 압력 센서로 이용되도록 구성될 수 있다. 또한, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 패널인 경우, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나가 터치 센서(100) 및/또는 압력 센서로 이용되도록 구성될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 여기서 명시된 전극 이외에 디스플레이에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나가 터치 센서(100) 및/또는 압력 센서로 이용될 수 있다.
도4a는 터치 센서가 디스플레이 모듈 내부에 배치되는 제1예를 예시한다. 도4a는 LCD 패널을 이용하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(100)가 제2기판층(262)와 액정셀(250) 사이에 배치되는 예를 설명한다. 이에 따라 도4a에서 디스플레이 모듈(200)은 LCD 패널에 더하여 백라이트 유닛(200B)을 포함하도록 도시된다.
실시예에 따른 LCD 패널과 같은 디스플레이 패널(200A)은 그 자체로 발광하지 못하고 다만 빛을 차단 내지 투과시키는 기능을 수행하므로 백라이트 유닛(backlight unit: 200B)이 요구될 수 있다. 예컨대, 백라이트 유닛(200B)은 디스플레이 패널(200A)의 하부에 위치하고 광원을 포함하여 디스플레이 패널(200A)에 빛을 비추어 화면에는 밝음과 어두움뿐 아니라 여러 가지 다양한 색상을 갖는 정보를 표현하게 된다. LCD 패널은 수동소자로서 자체 발광하지 못하므로, 후면에 균일한 휘도 분포를 갖는 광원이 요구되는 것이다.
LCD 패널 및 백라이트 유닛(200B)의 구조 및 기능은 공지된 기술이며 이하에서 간단히 살펴본다. 백라이트 유닛(200B)은 수개의 광학적 부품(optical part)을 포함할 수 있다.
예컨대, 백라이트 유닛(200B)의 광학층은 반사시트, 도광판(light guide plate), 확산시트 및 프리즘시트를 포함할 수 있다. 이때, 백라이트 유닛(200B)은 선광원(linear light source) 또는 점광원(point light source)등의 형태로서 도광판의 후면 및/또는 측면에 배치된 광원(light source)을 포함할 수 있다.
도광판은 일반적으로 선광원 또는 점광원의 형태인 광원으로부터 광들을 면광원 형태로 변환하여 LCD 패널로 향하게 하는 역할을 할 수 있다. 도광판에서 방출되는 광의 일부가 LCD 패널의 반대편으로 방출되어 손실될 수 있다. 반사시트는 이러한 손실된 광을 도광판으로 재입사 시킬 수 있도록 도광판 하부에 위치하며 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있다.
확산시트(diffuser sheet)는 도광판으로부터 입사되는 광을 확산시키는 역할을 한다. 예컨대, 도광판의 패턴(pattern)에 의하여 산란된 빛은 직접 눈으로 들어오기 때문에 도광판의 패턴이 그대로 비치게 될 수 있다. 심지어 이러한 패턴은 LCD 패널을 장착한 후에도 확연하게 감지할 수 있으므로 확산시트는 이러한 도광판의 패턴을 상쇄시키는 역할을 수행할 수 있다.
확산시트를 지나면 광 휘도는 급격히 떨어지게 된다. 따라서, 광을 다시 포커스(focus)시켜 광 휘도를 향상시키도록 프리즘시트(prism sheet)가 포함될 수 있다. 프리즘시트는 예컨대 수평 프리즘시트와 수직 프리즘 시트를 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 따른 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, 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, 확산시트, 프리즘시트 및 램프 등이 허용치수에 맞게 정확하게 형합이 가능하도록 하여 형태를 유지하게 해주는 프레임(frame)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 구성 각각은 2개 이상의 별개의 부분으로 이루어질 수 있다.
본 발명의 제1예에서 기존의 LCD 패널에 포함되는 내부 전극이 터치 센서(100)로 이용될 수 있다. 또한, 본 발명의 제1예에서 LCD 패널 내부에 추가의 전극이 배치되어 터치 센서(100)로 이용될 수 있다. 도4a에서는 디스플레이 패널(200A) 상부에 커버층(500)이 도시되어 있다. 커버층(500)은 디스플레이 패널(200A)을 보호하는 기능을 수행할 수 있다. 실시예에서 커버층(500)은 외부 환경으로부터 디스플레이 패널(200A)을 보호하면서도 디스플레이 화면이 시각적으로 확인될 수 있도록 투명한 물질로 구성될 수 있다. 예컨대, 커버층(500)은 유리 또는 플라스틱(plastic)과 같은 물질로 구성될 수 있으며 실시예에 따라 유리/플라스틱 외의 다른 물질로 구성되는 것도 가능하다.
도4b는 도4a에 예시된 제1예에 적용될 수 있는 터치 센서(100)의 배열을 예시한다. 예컨대, 도4b에 예시된 바와 같이 터치 센서(100)를 구성하는 복수의 전극이 동일한 층에 배열될 수 있다. 도4b에서 분할된 사각 형상의 구성 각각은 터치 센서(100)를 구성하는 전극일 수 있다.
도4c는 도4b에 예시된 터치 센서 배열에 적용될 수 있는 터치 위치를 검출하는 제1원리를 설명하는 개념도이다. 터치 센서(100) 구성의 일부가 확대되어 도4c의 상부에 도시된다. 제1원리에 따르면 도4b에 예시된 터치 센서(100)에 포함된 각각의 전극(E1 내지 E4)는 자기 정전용량(self-capacitance)을 검출하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 임의의 전위 또는 그라운드(ground) 전위일 수 있는 기준 전위층(미도시)에 대한 전극(E1 내지 E4) 각각의 정전용량(Cself: 102)을 검출함으로써 객체의 접근 또는 객체에 의한 터치를 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(100)를 구성하는 전극(E1 내지 E4) 각각에 구동신호가 인가되고 동일한 전극(E1 내지 E4)으로부터 수신신호가 감지될 수 있다. 이때, 터치 센서(100)를 구성하는 전극은 디스플레이 패널(200A)에 포함되는 기존의 전극이거나 또는 디스플레이 패널(200A)에 추가적으로 배치되는 전극일 수 있다. 도4c를 참조하여 설명되는 터치 위치를 검출하는 제1원리는 도1b를 참조하여 설명된 것과 동일하며, 이때 터치 센서(100)는 도4b 외에도 도1b에 예시된 바와 같이 배치될 수 있음은 물론이다.
도4d는 도4b에 예시된 터치 센서 배열에 적용될 수 있는 터치 위치를 검출하는 제2원리를 설명하는 개념도이다. 제2에 따르면 도4b에 예시된 터치 센서(100)에 포함된 전극(E1 내지 E4) 중 제1축에서 서로 전기적으로 연결된 E1 및 E4는 구동전극으로 기능하고 제1축과 교차하는 제2축에서 서로 전기적으로 연결된 E2 및 E3는 수신적극으로 기능할 수 있다. 이때, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)은 서로 바뀌어도 무방하다. 도1a를 참조하여 설명한 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량(101)을 검출함으로써 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다. 제2원리에 따라 터치 위치를 검출하는 경우 구동전극(TX)과 수신전극(RX)은 서로 다른 층에 배열될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 적어도 어느 하나는 디스플레이 패널(200A) 내부에 포함되는 기존 전극일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 적어도 어느 하나는 디스플레이 패널(200A) 외부에 배치될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 적어도 어느 하나는 디스플레이 패널(200A)에 포함되는 제1기판층(261)과 제2기판층(262) 사이에 포함될 수 있다. 이때, 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 나머지 하나는 디스플레이 패널(200A) 내부로서 제1기판층(261)과 제2기판층(262) 사이가 아닌 위치에 배치될 수 있다.
도5a 및 도5b는 터치 센서가 디스플레이 모듈 내부에 배치되는 제2예 및 제3예를 예시한다.
도5a에 예시된 제2예에서, 터치 센서(100) 중 구동전극(TX)은 액정셀(250)과 제2기판층(262) 사이에 배치되고 수신전극(RX)은 제1기판층(261)와 커버층(500) 사이에 배치될 수 있다. 제2예에서 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 위치는 서로 바뀌어도 무방하다. 제2예에서 구동전극(TX)과 수신전극(RX)은 도1a에 예시된 바와 같이 배열될 수 있다. 제2예에서, 구동전극(TX)으로는 디스플레이 패널(200A)에 포함되는 기존의 전극이 이용되거나 추가로 배치된 전극이 이용될 수 있으며, 수신전극(RX)으로는 제1기판층(261) 상에 추가로 배치된 전극이 이용될 수 있다.
도5b에 예시된 제3예에서, 터치 센서(100) 중 구동전극(TX)이 액정셀(250)과 제1기판층(261) 사이에 배치되는 것을 제외하고 제2예와 동일 또는 유사하므로 중복되는 설명은 생략한다. 실시예에 따라 제3예에서는 제1기판층(261)의 전면에 수신전극(RX) 및 구동전극(TX) 중 어느 하나가 추가적으로 배치되고 제1기판층(261)의 후면에 수신전극(RX) 및 구동전극(TX) 중 나머지 하나가 추가적으로 배치될 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A) 내부에 포함되는 기존의 전극이 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나로 기능할 수 있다.
도6a는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치를 예시한다. 도6a에 예시된 제1실시예는 도3a 내지 도3c, 도4a, 도5a 및 도5b에 예시된 터치 센서(100) 배치를 갖는 터치 입력 장치(1000)에 적용될 수 있다. 도6a에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서 압력 센서(300)는 LCD 패널 내부에 포함될 수 있다. 본 발명의 제1실시예에서 터치 센서(100)로 이용되는 전극이 압력 센서(300)로 기능할 수 있다. 이때, 압력 센서(300)로 기능하는 전극은 터치 센싱을 위해 추가로 배치된 전극일 수도 있다. 또는, 실시예에 따라 LCD 패널 내부에 포함되는 기존 전극이 압력 센서(300)로 이용될 수도 있다.
기준전위가 객체일 경우 적용되는 도6a에 예시된 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 구조를 간단히 설명한다.
도6a에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치된 백라이트 유닛(200B), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치된 커버층(500) 및 커버층(500)과 디스플레이 패널(200A) 사이에 배치된 스페이서층(310)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)은 제1지지부재(320), 제2지지부재(330) 및 커버층(500)으로 둘러싸일 수 있다. 본 명세서에서 디스플레이 패널(200A) 및 백라이트 유닛(200B)을 포함하여, 디스플레이 모듈(200)로 지칭될 수 있다.
실시예에 따라 제1지지부재(320)는 메탈(metal)로 구성된 프레임(frame)일 수 있다. 이러한 제1지지부재(320)는 백라이트 유닛(200B)을 제조할 때 백라이트 유닛(200B)에 포함되도록 형성될 수도 있다. 제1지지부재(320)는 압력의 인가에도 커버층에 비해 상대적으로 덜 휘어지고 지지부 역할을 수행할 수 있다. 실시예에 따라 제1지지부재(320)는 백라이트 유닛(200B)과 별개로 제작되어 디스플레이 모듈(200) 제작 시에 함께 조립될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A), 백라이트 유닛(200B) 및 커버층(500)이 결합되어 고정된 형태를 유지할 수 있도록 제2지지부재(330)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1지지부재(320)는 제2지지부재(330)와 일체로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 제2지지부재(330)는 백라이트 유닛(200B)의 일부를 형성할 수도 있다.
도6a를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 압력을 검출하는 원리에 대해서 먼저 살펴본다. 압력 센서(300)와 객체 사이에는 스페이서층(310)이 배치될 수 있다.
실시예에 따라 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(310)은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(310)은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다.
이에 따라, 객체에 의해 커버층(500)의 표면에 대해서 압력이 인가되어 커버층(500)이 휘어지면, 스페이서층(310)이 눌려 압력 센서(300)와 객체 사이의 상대적인 거리가 감소할 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 커버층(500)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 커버층은 터치의 위치에서 가장 큰 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 커버층이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 커버층은 적어도 상기 터치에 따라 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 커버층의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 커버층이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 커버층(500)이 휘어지거나 눌릴 때 스페이서층(310)으로 인해 스페이서층(310) 하부에 위치한 디스플레이 모듈(200)의 휘어짐이나 눌림이 감소될 수 있다. 실시예에 따라, 압력의 인가시 디스플레이 모듈(200)의 휘어짐 또는 눌림은 전혀 발생하지 않을 수도 있다.
도6a에 예시된 바와 같은 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가되어 압력 센서(300)와 객체 사이의 상대적인 거리가 감소할 수 있다. 이러한 거리 감소에 따라 변하는 압력 센서(300)로부터 검출되는 정전용량의 크기를 통해 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
예컨대, 도4d를 참조하여 설명한 바와 같이 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량을 통해 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 경우, 압력 센서(300)는 도4d에 예시된 바와 같이 동일한 평면상에 배치되는 구동전극(TX)과 수신전극(RX)을 포함하여 구성될 수 있다. 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에는 상호 정전용량이 생성될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 센서(300)는 서로 다른 층으로 배치되는 구동전극(TX)과 수신전극(RX)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 객체는 임의의 전위를 가질 수 있다. 예컨대, 객체는 그라운드(ground) 전위를 갖는 손가락일 수 있다. 실시예에 따라 객체는 임의의 전위를 갖는 스타일러스 펜과 같은 도전봉일 수 있다.
이때, 객체와 압력 센서(300) 사이의 거리가 가까워질수록, 압력 센서(300)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량의 값은 감소할 수 있다. 객체와 구동전극(TX) 및 수신전극(RX) 사이의 거리가 d에서 d'로 감소함으로써 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량의 프린징(fringing) 정전용량이 객체뿐 아니라 객체로도 흡수되기 때문이다.
또한, 본 발명의 실시예에서 도4c를 참조하여 설명한 바와 같이 객체에 대한 전극의 자기 정전용량을 통해 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 경우, 압력 센서(300)는 도1b 및 도4c에 예시된 바와 같이 동일한 평면상에 배치되는 하나 이상의 단일 전극을 포함하여 구성될 수 있다. 객체에 대한 상기 단일 전극의 자기 정전용량을 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에 인가되는 터치 압력이 커짐에 따라 객체와 압력 센서(300) 사이의 거리(d)가 감소하므로 객체에 대한 단일 전극의 자기 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다.
실시예에 따라, 터치 압력의 크기가 충분히 큰 경우 소정 위치에서 객체와 압력 센서(300) 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 객체와 압력 센서(300) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 포화 상태에 있는 면적이 커질 수 있다. 이러한 포화 면적이 커질수록 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 또한, 이러한 포화 면적이 커질수록 단일 전극을 통한 자기 정전용량은 증가할 수 있다. 포화 면적이 커짐에 따라 하나의 노드(node)에 대한 상호 정전용량의 감소 또는 자기 정전용량의 증가가 더 이상 나타나지 않고, 상호 정전용량 또는 자기 정전용량의 변화가 일어나는 노드의 개수가 증가할 수 있다. 이때, 이러한 상호 정전용량 또는 자기 정전용량의 변화가 일어나는 노드의 개수를 통해 터치 면적을 알 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.
도6b 내지 도6d는 각각 도6a에 예시된 제1실시예에 따른 터치 입력 장치의 구조를 예시한다. 도6b 내지 도6d에서는 도6a에 예시된 제1실시예의 구체적인 구조가 예시되며, 도6a와의 차이점만을 설명한다.
도6b에서는, 압력 센서(300)가 액정셀(250)과 제2기판층 (262) 사이에 압력 센서(300)가 배치되는 것이 예시되어 있다. 이때, 압력 센서(300)는 제2기판층(262)에 형성되는 전극일 수 있다. 제2기판층(262) 사이에는 디스플레이 패널(200A)의 동작을 위한 다양한 전극들이 형성되어 있을 수 있다. 도6b에서 스페이서층(310)은 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되어 있다. 보다 구체적으로, 스페이서층(310)은 디스플레이 패널(200A)와 커버층(500) 사이에 배치되어 있다.
도6c에서는, 도6b에서와 같이 압력 센서(300)가 액정셀(250)과 제2기판층(262) 사이에 배치되면서 스페이서층(310)이 디스플레이 패널(200A) 내부에 배치되는 것이 예시되어 있다. 이때, 백라이트 유닛(200B)으로부터의 빛이 외부로 손실없이 전달될 수 있도록 스페이서층(310)은 에어갭(air gap)으로 형성될 수 있다. 이상에서 살펴본 바와 같이, 도6c에 도시된 스페이서층(310)은 추가로 형성되는 에어갭일 수 있으며, 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)의 제작시에 포함되는 에어갭일 수도 있다.
도6d에서는 디스플레이 모듈(200) 하부에 중간 프레임(350)이 더 포함되는 경우가 예시된다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 중간 프레임(350)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구 또는 제1지지부재(320)와 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판(341) 및/또는 배터리(342)가 위치할 수 있는 실장공간(340)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. 중간 프레임(350)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.
도6a 내지 도6d에서는 하나의 커버층 및 커버층 하부에 배치된 스페이서층(310)에 대하여 설명되었지만, 추가 커버층을 더 포함할 수 있다. 구체적으로 제1커버층(500) 하부에 제2커버층(510)이 배치되고, 제1커버층(500)과 제2커버층(510) 사이에 스페이서층(310)이 배치될 수 있다. 이 때, 제2커버층(510) 또한 마찬가지로 하부에 배치된 디스플레이 모듈(200)로부터 출력되는 화면이 외부에서 보일 수 있도록 투명한 재질의 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다. 또한, 제2커버층(510)에 압력이 인가되더라도 제1커버층(500)보다 상대적으로 덜 휘어지도록 제1커버층(500)에 비하여 상대적으로 단단한 재질로 구성되거나 두껍게 형성될 수 있다. 이 경우, 제2커버층(510) 이하의 구성은 터치 압력을 검출하지 않는 기존의 터치 입력 장치의 구성과 동일한 구조이다. 따라서, 제1커버층(500) 및 스페이서층(310)으로 구성된 모듈을 기존의 터치 입력 장치에 추가함으로써, 터치 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치를 구현할 수 있으므로, 기존의 터치 입력 장치의 구조를 변경하지 않아도 되고, 신뢰성을 용이하게 확보할 수 있으며, 제1커버층(500) 및 스페이서층(310)으로 구성된 모듈이 디스플레이 모듈(200)과 완전히 분리되므로, 각각 별도로 교체가 가능한 장점이 있다.
도6e 및 도6f는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다. 예컨대, 도6e 및 6f에 도시된 터치 입력 장치는 제1커버층(500), 제1커버층(500) 하부에 배치된 스페이서층(310), 스페이서층(310) 하부에 배치된 제2커버층(510), 제2커버층(510) 하부에 배치된 디스플레이 모듈 및 디스플레이 모듈에 배치된 제1전극(620) 및 제3전극(610)을 포함하고, 디스플레이 모듈은 제1기판층(261) 및 제1기판층(261) 하부에 배치된 제2기판층(262)을 포함하고, 제3전극(610)은 제1기판층(261) 상부에 배치되고, 제1전극(620)은 제2기판층(261) 상부에 배치될 수 있다.
도6e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(120)는 터치 위치 구동신호를 제1전극(620)에 인가하고, 터치 압력 구동신호를 제3전극(610)에 인가하고, 감지부(110)는 제3전극(610)으로부터 터치 위치 감지신호를 수신하고, 제3전극(610)으로부터 터치 압력 감지신호를 수신할 수 있다.
감지부(110)는 도1a에서 설명한 바와 같이 제1커버층(500) 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 제1전극(620)과 제3전극(610) 사이의 상호 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 위치 감지신호를 제3전극(610)으로부터 수신하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
객체에 의하여 제1커버층(500)에 압력이 인가되면 스페이서층(310)이 압축하고, 이에 따라 객체와 제3전극(610)간의 거리가 작아진다. 이 때, 객체가 그라운드(기준전위) 역할을 하게 되면, 객체와 제3전극(610) 사이의 거리 변화에 따라 제3전극(610)의 자기 정전용량이 변하게 된다. 따라서, 감지부(110)는 제1커버층(500)에 인가되는 압력에 따라 변화되는 제3전극(610)의 자기 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 압력 감지신호를 제3전극(610)으로부터 수신하여 터치 압력를 검출할 수 있다.
제어부(130)는 제1전극(620) 및 제3전극(610)에 구동신호를 인가하는 시간을 시분할하여 제1시간구간에서는 터치 위치 구동신호를 제1전극(620)에 인가하고, 상기 제1시간구간과 다른 제2시간구간에는 터치 압력 구동신호를 제3전극(610)에 인가할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 제1시간구간에 제3전극(610)으로부터 터치 위치 감지신호를 수신하고, 제2시간구간에 제3전극(610)으로부터 터치 압력 감지신호를 수신하도록 감지부(110)를 제어할 수 있다.
도6f에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(120)는 터치 위치 구동신호 및 터치 압력 구동신호를 제1전극(620)에 인가하고, 감지부(110)는 제3전극(610)으로부터 터치 위치 감지신호를 수신하고, 제1전극(620)으로부터 터치 압력 감지신호를 수신할 수 있다.
감지부(110)는 도1a에서 설명한 바와 같이 제1커버층(500) 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 제1전극(620)과 제3전극(610) 사이의 상호 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 위치 감지신호를 제3전극(610)으로부터 수신하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
객체에 의하여 제1커버층(500)에 압력이 인가되면 스페이서층(310)이 압축하고, 이에 따라 객체와 제1전극(620)간의 거리가 작아진다. 이 때, 객체가 그라운드(기준전위) 역할을 하게 되면, 객체와 제1전극(620) 사이의 거리 변화에 따라 제1전극(620)의 자기 정전용량이 변하게 된다. 따라서, 감지부(110)는 제1커버층(500)에 인가되는 압력에 따라 변화되는 제1전극(620)의 자기 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 압력 감지신호를 제1전극(620)으로부터 수신하여 터치 압력를 검출할 수 있다.
제어부(130)는 제1전극(620)에 구동신호를 인가하는 시간을 시분할하여 제1시간구간에서는 터치 위치 구동신호를 제1전극(620)에 인가하고, 상기 제1시간구간과 다른 제2시간구간에는 터치 압력 구동신호를 제1전극(620)에 인가할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 제1시간구간에 제3전극(610)으로부터 터치 위치 감지신호를 수신하고, 제2시간구간에 제1전극(620)으로부터 터치 압력 감지신호를 수신하도록 감지부(110)를 제어할 수 있다.
이 때, 제어부(130)는 제2시간구간에 제3전극(610)이 floating 또는 High impedance를 갖도록 제어할 수 있다. 제2시간구간에 제3전극(610)이 floating 또는 High impedance를 갖게 되면, 제1전극(620)의 자기 정전용량을 더 용이하게 감지할 수 있다.
도6g는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다. 예컨대, 도6g에 도시된 터치 입력 장치는 제1커버층(500), 제1커버층(500) 하부에 배치된 스페이서층(310), 스페이서층(310) 하부에 배치된 제2커버층(510), 제2커버층(510) 하부에 배치된 디스플레이 모듈 및 디스플레이 모듈에 배치된 제1전극(620) 및 제3전극(610)을 포함하고, 디스플레이 모듈은 제1기판층(261) 및 제1기판층(261) 하부에 배치된 제2기판층(262)을 포함하고, 제1전극(620) 및 제3전극(610)은 제2기판층(261) 상부에 배치될 수 있다.
도6g에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(120)는 터치 위치 구동신호를 제1전극(620)에 인가하고, 터치 압력 구동신호를 제2전극(621)에 인가하고, 감지부(110)는 제2전극(621)으로부터 터치 위치 감지신호를 수신하고, 제2전극(621)으로부터 터치 압력 감지신호를 수신할 수 있다.
감지부(110)는 도1a에서 설명한 바와 같이 제1커버층(500) 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 제1전극(620)과 제2전극(621) 사이의 상호 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 위치 감지신호를 제2전극(621)으로부터 수신하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
객체에 의하여 제1커버층(500)에 압력이 인가되면 스페이서층(310)이 압축하고, 이에 따라 객체와 제2전극(621)간의 거리가 작아진다. 이 때, 객체가 그라운드(기준전위) 역할을 하게 되면, 객체와 제2전극(621) 사이의 거리 변화에 따라 제2전극(621)의 자기 정전용량이 변하게 된다. 따라서, 감지부(110)는 제1커버층(500)에 인가되는 압력에 따라 변화되는 제2전극(621)의 자기 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 압력 감지신호를 제2전극(621)으로부터 수신하여 터치 압력를 검출할 수 있다.
제어부(130)는 제1전극(620) 및 제2전극(621)에 구동신호를 인가하는 시간을 시분할하여 제1시간구간에서는 터치 위치 구동신호를 제1전극(620)에 인가하고, 상기 제1시간구간과 다른 제2시간구간에는 터치 압력 구동신호를 제2전극(621)에 인가할 수 있도록 구동부(120)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 제1시간구간에 제2전극(621)으로부터 터치 위치 감지신호를 수신하고, 제2시간구간에 제2전극(621)으로부터 터치 압력 감지신호를 수신하도록 감지부(110)를 제어할 수 있다.
도6g에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(120)는 터치 위치 구동신호를 제1전극(620) 및 제2전극(621)에 인가하고, 터치 압력 구동신호를 제1전극(620) 및/또는 제2전극(621)에 인가하고, 감지부(110)는 제1전극(620) 및 제2전극(621)으로부터 터치 위치 감지신호를 수신하고, 제1전극(620) 및/또는 제2전극(621)으로부터 터치 압력 감지신호를 수신할 수 있다.
감지부(130)는 도1b에서 설명한 바와 같이 제1커버층(500) 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 제1전극(620) 및 제2전극(621) 각각의 자기 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 위치 감지신호를 제1전극(620) 및 제2전극(621) 각각으로부터 수신하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
객체에 의하여 제1커버층(500)에 압력이 인가되면 스페이서층(310)이 압축하고, 이에 따라 객체와 제1전극(620) 및/또는 객체와 제2전극(621) 간의 거리가 작아진다. 이 때, 객체가 그라운드(기준전위) 역할을 하게 되면, 객체와 제1전극(620) 사이의 거리 변화에 따라 제1전극(620)의 자기 정전용량 및/또는 겍체와 제2전극(621) 사이의 거리 변화에 따라 제2전극(621)의 자기 정전용량이 변하게 된다. 따라서, 감지부(110)는 제1커버층(500)에 인가되는 압력에 따라 변화되는 제1전극(620)의 자기 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 압력 감지신호를 제1전극(620)으로부터 및/또는 제2전극(621)의 자기 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 압력 감지신호를 제2전극(621)으로부터 수신하여 터치 압력를 검출할 수 있다.
제어부(130)는 제1전극(620) 및 제2전극(621)으로부터 감지신호를 검출하는 시간을 시분할하여 제1시간구간에서는 터치 위치 감지신호를 제1전극(620) 및 제2전극(621)으로부터 수신하고, 상기 제1시간구간과 다른 제2시간구간에는 터치 압력 감지신호를 제1전극(620) 및/또는 제2전극(621)으로부터 수신하도록 감지부(110)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 제1시간구간에 터치 위치 구동신호를 제1전극(620) 및 제2전극(621)에 인가하고, 제2시간구간에 터치 압력 구동신호를 제1전극(620) 및/또는 제2전극(621)에 인가할 수 있도록 구동부(12)를 제어할 수 있다.
도6h는 본 발명의 제1실시예에 따른 또다른 터치 입력 장치를 예시한다. 도6h에 예시된 제1실시예는 도3a 내지 도3c, 도4a, 도5a 및 도5b에 예시된 터치 센서(100) 배치를 갖는 터치 입력 장치(1000)에 적용될 수 있다. 도6h에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에서 압력 센서(300)는 LCD 패널 내부에 포함될 수 있다. 본 발명의 제1실시예에서 터치 센서(100)로 이용되는 전극이 압력 센서(300)로 기능할 수 있다. 이때, 압력 센서(300)로 기능하는 전극은 터치 센싱을 위해 추가로 배치된 전극일 수도 있다. 또는, 실시예에 따라 LCD 패널 내부에 포함되는 기존 전극이 압력 센서(300)로 이용될 수도 있다.
기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층일 경우에 적용되는 도6h에 예시된 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 구조를 간단히 설명한다.
도6h에 예시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치된 백라이트 유닛(200B), 및 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치된 커버층(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)은 제1지지부재(320), 제2지지부재(330) 및 커버층(500)으로 둘러싸일 수 있다. 본 명세서에서 디스플레이 패널(200A) 및 백라이트 유닛(200B)을 포함하여, 디스플레이 모듈(200)로 지칭될 수 있다.
실시예에 따라 제1지지부재(320)는 메탈(metal)로 구성된 프레임(frame)일 수 있다. 이러한 제1지지부재(320)는 백라이트 유닛(200B)을 제조할 때 백라이트 유닛(200B)에 포함되도록 형성될 수도 있다. 제1지지부재(320)는 압력의 인가에도 커버층, 디스플레이 패널(200A) 및/또는 디스플레이 모듈(200) 등에 비해 상대적으로 덜 휘어지고 지지부 역할을 수행할 수 있다. 실시예에 따라 제1지지부재(320)는 백라이트 유닛(200B)과 별개로 제작되어 디스플레이 모듈(200) 제작 시에 함께 조립될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A), 백라이트 유닛(200B) 및 커버층(500)이 결합되어 고정된 형태를 유지할 수 있도록 제2지지부재(330)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1지지부재(320)는 제2지지부재(330)와 일체로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 제2지지부재(330)는 백라이트 유닛(200B)의 일부를 형성할 수도 있다.
이하에서 제1지지부재(320)가 기준 전위층으로서 이용되는 경우를 예시로서 본 발명의 제1실시예에 대해서 설명한다.
도6h를 참조하면, 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 압력을 검출하는 원리에 대해서 먼저 살펴본다. 압력 센서(300)는 기준 전위층(320)와 이격되어 배치될 수 있다. 압력 센서(300)와 기준 전위층(320) 사이에는 스페이서층(310)이 배치될 수 있다.
실시예에 따라 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(310)은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(310)은 탄성폼(elastic foam)으로 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 스페이서층(310)은 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛(200B)의 제조시에 포함되는 에어갭(air gap)일 수 있다. 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛(200B)이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층의 기능을 수행할 수 있으며, 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층의 기능을 수행할 수 있다. 도6h에서 스페이서층(310)은 백라이트 유닛(200B)과 기준 전위층(320) 사이에 배치되는 것으로 예시되어 있다.
이에 따라, 커버층(500)의 표면에 대해서 압력이 인가되어 커버층(500) 및 디스플레이 모듈(200)이 휘어지면, 스페이서층(310)이 눌려 압력 센서(300)와 기준 전위층(320) 사이의 상대적인 거리가 감소할 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 모듈은 터치의 위치에서 가장 큰 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈은 적어도 상기 터치에 따라 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 커버층(500), 디스플레이 패널(200A), 및/또는 백라이트 유닛(200B)이 휘어지거나 눌릴 때 스페이서층(310)으로 인해 스페이서층(310) 하부에 위치한 기준 전위층(320)의 휘어짐이나 눌림이 감소될 수 있다. 실시예에 따라, 압력의 인가시 기준 전위층(320)의 휘어짐 또는 눌림은 전혀 발생하지 않을 수도 있다.
도6h에 예시된 바와 같은 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가되어 압력 센서(300)와 기준 전위층(320) 사이의 상대적인 거리가 감소할 수 있다. 이러한 거리 감소에 따라 변하는 압력 센서(300)로부터 검출되는 정전용량의 크기를 통해 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
예컨대, 도4d를 참조하여 설명한 바와 같이 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량을 통해 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 경우, 압력 센서(300)는 도4d에 예시된 바와 같이 동일한 평면상에 배치되는 구동전극(TX)과 수신전극(RX)을 포함하여 구성될 수 있다. 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에는 상호 정전용량이 생성될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 센서(300)는 서로 다른 층으로 배치되는 구동전극(TX)과 수신전극(RX)을 포함하여 구성될 수 있다.
이때, 기준 전위층(320)은 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 상호 정전용량에 변화를 야기할 수 있도록 하는 임의의 전위를 가질 수 있다. 예컨대, 기준 전위층(320)은 그라운드(ground) 전위를 갖는 그라운드 층일 수 있다. 기준 전위층(320)은 터치 입력 장치(1000) 내에 포함되는 임의의 그라운드(ground) 층일 수 있다. 실시예에 따라 기준 전위층(320)은 터치 입력 장치(1000)의 제조시에 자체적으로 포함되는 그라운드 전위층일 수 있다.
이때, 기준 전위층(320)과 압력 센서(300) 사이의 거리가 가까워질수록, 압력 센서(300)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량의 값은 감소할 수 있다. 기준 전위층(320)과 구동전극(TX) 및 수신전극(RX) 사이의 거리가 d에서 d'로 감소함으로써 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량의 프린징(fringing) 정전용량이 객체뿐 아니라 기준 전위층(320)으로도 흡수되기 때문이다. 터치 객체가 부도체인 경우에는 상호 정전용량의 변화는 단순히 기준 전위층(320)과 압력 센서(300) 사이의 거리 변화(d-d')에만 기인할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서 도4c를 참조하여 설명한 바와 같이 기준 전위층(320)에 대한 전극의 자기 정전용량을 통해 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 경우, 압력 센서(300)는 도1b 및 도4c에 예시된 바와 같이 동일한 평면상에 배치되는 하나 이상의 단일 전극을 포함하여 구성될 수 있다. 기준 전위층(320)에 대한 상기 단일 전극의 자기 정전용량을 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에 인가되는 터치 압력이 커짐에 따라 기준 전위층(320)과 압력 센서(300) 사이의 거리(d)가 감소하므로 기준 전위층(320)에 대한 단일 전극의 자기 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다.
실시예에 따라, 터치 압력의 크기가 충분히 큰 경우 소정 위치에서 기준 전위층(320)과 압력 센서(300) 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(320)과 압력 센서(300) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 포화 상태에 있는 면적이 커질 수 있다. 이러한 포화 면적이 커질수록 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 또한, 이러한 포화 면적이 커질수록 단일 전극을 통한 자기 정전용량은 증가할 수 있다. 포화 면적이 커짐에 따라 하나의 노드(node)에 대한 상호 정전용량의 감소 또는 자기 정전용량의 증가가 더 이상 나타나지 않고, 상호 정전용량 또는 자기 정전용량의 변화가 일어나는 노드의 개수가 증가할 수 있다. 이때, 이러한 상호 정전용량 또는 자기 정전용량의 변화가 일어나는 노드의 개수를 통해 터치 면적을 알 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.
도6i 내지 도6k는 각각 도6h에 예시된 제1실시예에 따른 터치 입력 장치의 구조를 예시한다. 도6i 내지 도6k에서는 도6h에 예시된 제1실시예의 구체적인 구조가 예시되며, 도6h와의 차이점만을 설명한다.
도6i에서는, 압력 센서(300)가 액정셀(250)과 제2기판층 (262) 사이에 압력 센서(300)가 배치되는 것이 예시되어 있다. 이때, 압력 센서(300)는 제2기판층(262)에 형성되는 전극일 수 있다. 제2기판층(262) 사이에는 디스플레이 패널(200A)의 동작을 위한 다양한 전극들이 형성되어 있을 수 있다. 도6i에서 스페이서층(310)은 백라이트 유닛(200B) 하부에 배치되어 있다. 보다 구체적으로, 스페이서층(310)은 백라이트 유닛(200B)과 기준 전위층(320) 사이에 배치되어 있다.
도6j에서는, 도6i에서와 같이 압력 센서(300)가 액정셀(250)과 제2기판층(262) 사이에 배치되면서 스페이서층(310)이 백라이트 유닛(200B)과 제2기판층(262) 사이에 배치되는 것이 예시되어 있다. 도6j에서는 디스플레이 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B) 사이에 스페이서층(310)이 배치되는 것이다. 이때, 백라이트 유닛(200B)으로부터의 빛이 LCD 패널에 손실없이 전달될 수 있도록 스페이서층(310)는 에어갭(air gap)으로 형성될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B) 사이는 에어갭을 포함하여 구성될 수 있다. 이는 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛(200B)을 외부의 충격으로부터 보호하기 위함이다. 이러한 에어갭은 백라이트 유닛(200B)에 포함되도록 구성될 수 있다.
실시예에 따라, 백라이트 유닛(200B)에 포함되는 도광판과 반사시트 사이에는 추가의 에어갭이 존재하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 도광판으로부터 반사시트로의 손실광이 반사시트를 통해 다시 도광판으로 재입사될 수 있다. 이때, 상기 추가의 에어갭을 유지할 수 있도록 도광판과 반사시트 사이로서 가장자리에는 양면 접착 테이프(DAT: Double Adhesive Tape)가 포함될 수 있다. 또한 실시예에 따라 임의의 다른 고정부재를 통해 도광판과 반사판이 서로 이격되어 배치될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 도6j에 도시된 스페이서층(310)은 추가로 형성되는 에어갭일 수 있으며, 실시예에 따라 백라이트 유닛(200B)의 제작시에 포함되는 에어갭일 수도 있다.
도6i 및 도6j에서는 기준 전위층으로서 제1지지부재(320)가 이용되는 경우가 설명되었다. 도6i 및 도6j에서는 제1지지부재(320)는 디스플레이 모듈(200)을 둘러싸는 메탈 케이스(metal case), 프레임(frame) 및/또는 하우징(housing)의 일부일 수 있다. 또는, 제1지지부재(320)는 터치 입력 장치(1000) 자체의 케이스, 프레임 및/또는 하우징의 일부일 수 있다. 또는 제1지지부재(320)는 디스플레이 모듈에 포함되는 금속 베젤(bezel)로서 그라운드에 연결된 구성일 수 있다. 여기서, 제1지지부재(320)는 그라운드(ground) 전위 또는 이외의 특정 전위를 갖도록 구성될 수 있다.
도6k에서는 디스플레이 모듈(200) 하부에 중간 프레임(350)이 더 포함되는 경우가 예시된다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 중간 프레임(350)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구 또는 제1지지부재(320)와 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판(341) 및/또는 배터리(342)가 위치할 수 있는 실장공간(340)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. 중간 프레임(350)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. 여기서, 중간 프레임(350)은 기준 전위층으로서 이용될 수 있으며, 중간 프레임(350)은 그라운드(ground) 전위 또는 이외의 특정 전위를 갖도록 구성될 수 있다.
도7a는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 회로 구조도이다. 일반적으로 LCD 패널에 포함되는 각각의 단위 픽셀(pixel)은 3개의 서브 픽셀(sub-pixel)로 구성될 수 있다. 도7a은 하나의 서브 픽셀에 대한 등가 회로이며, 여기서 서브 픽셀은 LCD 픽셀로 표시된다.
도7b는 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 패널을 통해 터치 위치 및 터치 압력을 검출하기 위한, 도7a에 예시된 회로 구조에 인가되는 전기신호를 예시한다.
이하에서는 도7a 및 도7b를 참조하여, 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치 및 터치 압력을 검출하는 방법에 대해서 살펴본다. 이하에서는 제2기판층(262) 상에 배치되는 또는 실시예에 따라 다른 위치에 배치될 수 있는 공통 전극(Vcom)이 압력 센서(300) 및 터치 센서(100)로 이용되는 경우를 예시로서 설명한다.
본 발명의 제1실시예에서 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 구동 시간 구간과 터치 위치/압력 검출 시간 구간이 구분되어 동작할 수 있다. 이러한 시간 구간의 구분은 제어신호로 구분될 수 있다. 예컨대, 제어신호가 1(high)인 경우 디스플레이 구동 시간 구간을 표시하고 제어신호가 0(low)인 경우 터치 위치/압력 검출 시간 구간을 표시할 수 있다. 이는 실시예에 따라 다른 신호로 표시될 수 있다.
디스플레이 구동 시간 구간에는, 게이트 라인(gate line)에 게이트 전압(VG)으로서 "ON" 신호가 인가되어 LCD 픽셀을 제어할 수 있는 트랜지스터(T: transistor)가 열릴 수 있다. 이때, 데이터 라인에 데이터 전압(VD)을 통해 필요한 전압을 인가하여, 저장 캐패시터(Cs)와 LCD 픽셀에 포함되는 LC 캐패시터에 원하는 전압을 충전시킴으로써 해당 LCD 픽셀의 디스플레이를 제어할 수 있다.
터치 위치/압력 검출 시간 구간에서는, 게이트 전압(VG)으로서 "OFF" 신호가 인가되고 데이터 라인은 플로팅(floating)될 수 있다. 이러한 경우, 공통 전극(Vcom)에 터치 위치/터치 압력을 센싱하기 위한 전압이 인가되더라도 LC 캐패시터의 타단의 전압이 플로팅(floating) 상태이므로, LC 캐패시터 양단의 전압은 일정하게 유지될 수 있다. 따라서, 디스플레이 패널(200A)에 불필요한 동작을 야기하지 않으면서 공통 전극(Vcom)을 통해서 터치 위치/압력을 검출할 수 있다.
도7b에서는, 디스플레이 구동 시간 구간과 터치 위치/압력 검출 시간 구간이 교대로 배치되는 것이 예시되어 있다. 보다 구체적으로, 도7b에서는 첫번째 디스플레이 구동 시간 구간 동안에 첫번째 게이트 라인에 대해서만 게이트 전압(VG1)이 인가되어 스캔(scan)이 이루어지고, 두번째 디스플레이 구동 시간 구간 동안에 두번째 게이트 라인에 대해서 게이트 전압(VG2)이 인가되어 스캔이 이루어지는 방식으로 제어신호가 인가되고 있다. 하지만, 실시예에 따라 모든 게이트 라인에 대해서 순차적으로 게이트 전압(VG)이 인가되어 스캔이 완료된 후, 터치 위치/압력 검출이 이루어지도록 동작할 수도 있다. 즉, 한 프레임(frame)을 리프레쉬(refresh)하는 전체 시간 구간에서 연속적으로 디스플레이 구동을 수행한 후, 나머지 시간 구간에 터치 위치/압력을 검출하도록 동작할 수 있다. 또는 실시예에 따라 다양하게 디스플레이 구동 시간 구간과 터치 위치/압력 검출 시간 구간이 배치될 수 있다.
이상에서는 디스플레이 구동 시간 구간과 터치 위치/압력 검출 시간 구간이 시분할되어 동작하는 경우에 대해서만 설명하였지만, 실시예에 따라 터치 위치 검출과 압력 검출이 시분할되어 이루어질 수 있다. 예컨대, 터치 위치 검출 시간 구간과 압력 검출 시간 구간이 서로 구분되어 동작될 수 있다. 실시예에 따라, 디스플레이 구동 시간 구간, 터치 위치 검출 시간 구간 및 압력 검출 시간 구간으로 시분할되어 동작할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 다른 조합으로 디스플레이 구동, 터치 위치 검출 및 압력 검출이 시분할되어 동작할 수 있다.
도8a는 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 OLED 디스플레이 패널의 구조를 예시한다. 도3d 및 도3f를 참조하여 설명된 것과 마찬가지로, 본 발명의 실시예에 적용될 수 있는 OLED 디스플레이 패널(200A)은 제1기판층(281)으로 인캡 글라스, OLED 층(280) 및 제2기판층(283)으로 TFT 글라스를 포함하여 구성될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
도8b는 도8a에 예시된 OLED 디스플레이 패널에 포함된 OLED층의 구조를 예시한다.
OLED층(280)은 HIL(292: Hole Injection Layer, 정공주입층), HTL(293: Hole Transfer Layer, 정공수송층), EIL(296: Emission Material Layer, 전자주입층), ETL(295: Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(294: Electron Injection Layer, 발광층)을 포함할 수 있다.
각 층에 대해 간략히 설명하면, HIL(292)은 정공을 주입시키며, 구리 프탈로시아닌(CuPc: Copper Phthalocyanine) 등의 물질을 이용한다. HTL(293)은 주입된 정공을 이동시키는 기능을 하고, 주로, 정공의 이동성(hole mobility)이 좋은 물질을 이용한다. HTL(293)은 아릴라민(arylamine), TPD 등이 이용될 수 있다. EIL(296)과 ETL(295)은 전자의 주입과 수송을 위한 층이며, 주입된 전자와 정공은 EML(294)에서 결합되어 발광한다. EML은 발광되는 색을 표현하는 소재로서, 유기물의 수명을 결정하는 호스트(host)와 색감과 효율을 결정하는 불순물(dopant)로 구성된다. 이는, OLED 패널에 포함되는 OLED층(280)의 기본적인 구성을 설명한 것일 뿐, 본 발명은 OLED층(280)의 층구조나 소재 등에 한정되지 않는다.
OLED층(280)은 전술한 유기물층을 사이에 두고 애노드(291: Anode)와 캐소드(297: Cathode)을 더 포함하여 구성될 수 있다. TFT 트랜지스터가 온(On) 상태가 되면, 구동 전류가 애노드(291)에 인가되어 정공이 주입되고 캐소드(297)에는 전자가 주입되어, 유기물층으로 정공과 전자가 이동하여 빛을 발산할 수 있다.
도9a는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 입력 장치를 예시한다. 기준 전위가 객체일 경우에 적용되는 도9a에서 제1기판층(281)과 커버층(500) 사이에 터치 센서(100)가 배치되는 것이 예시된다. 도9a에서 제1기판층(281) 상에 터치 센서(100)가 형성될 수 있으며, 이러한 터치 센서(100)는 압력 센서(300)로 이용될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서, 압력 센서(300)와 객체 사이에는 도6a를 참조하여 설명된 바와 같은 스페이서층(310)이 위치할 수 있다. 도9a에서는 OLED 패널과 커버층(500) 사이의 공간에 스페이서층(310)이 배치될 수 있다.
또한, 제1실시예에서 설명한 바와 같이, 커버층(500) 하부에 제2커버층이 배치되고, 커버층(500)과 제2커버층 사이에 스페이서층(310)이 배치될 수 있다.
도9a에 예시된 바와 같은 본 발명의 제2실시예에서, 도6a를 참조하여 설명한 바와 같이, 객체와 압력 센서(300) 사이의 거리에 따라 변하는 압력 센서(300)로부터 감지되는 상호 정전용량 또는 자기 정전용량을 통해 터치 압력의 크기가 검출될 수 있다.
또한, 도9a에 예시된 바와 같은 본 발명의 제2실시예에서, 도4c 및 도4d를 참조하여 설명한 바와 같이, 자기 정전용량 또는 상호 정전용량을 통해 터치 위치가 검출될 수 있다.
도9b는 본 발명의 제2실시예에 따른 또다른 터치 입력 장치를 예시한다. 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층일 경우에 적용되는 도9b에서 제1기판층(281)과 커버층(500) 사이에 터치 센서(100)가 배치되는 것이 예시된다. 도9b에서 제1기판층(281) 상에 터치 센서(100)가 형성될 수 있으며, 이러한 터치 센서(100)는 압력 센서(300)로 이용될 수 있다. 본 발명의 제2실시예에서, 압력 센서(300)와 기준 전위층(320) 사이에는 도6h를 참조하여 설명된 바와 같은 스페이서층(310)이 위치할 수 있다. 도9b에서는 OLED 패널과 기준 전위층(320) 사이의 공간에 스페이서층(310)이 배치될 수 있다.
도9b에 예시된 바와 같은 본 발명의 제2실시예에서, 도6h를 참조하여 설명한 바와 같이, 기준 전위층(320)과 압력 센서(300) 사이의 거리에 따라 변하는 압력 센서(300)로부터 감지되는 상호 정전용량 또는 자기 정전용량을 통해 터치 압력의 크기가 검출될 수 있다.
또한, 도9b에 예시된 바와 같은 본 발명의 제2실시예에서, 도4c 및 도4d를 참조하여 설명한 바와 같이, 자기 정전용량 또는 상호 정전용량을 통해 터치 위치가 검출될 수 있다.
도9c는 도9a 및 도9b에 예시된 제2실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함될 수 있는 터치 센서의 배열을 예시한다. 도4b에 예시된 바와 같이 동일한 층에 복수개의 전극이 배열될 수 있다. 이때, 도9c의 우측에 도시된 바와 같이 터치 센서(100) 일부를 a-a선을 따라 자른 전극(E1, E2, E3, E4)이 도9d에 예시된다.
도9d는 도9c에 예시된 터치 센서 배열을 통해 터치 위치 및 터치 압력을 검출하는 원리를 설명하는 개념도이다. 도9d에 예시된 바와 같이, 터치 센서(100)에 포함된 각 전극(E1, E2, E3, E4)으로부터 자기 정전용량을 감지하여, 터치 위치를 검출할 수 있다. 또는, 구동전극(E1, E3)과 수신전극(E2, E4) 사이에 생성되는 상호 정전용량을 감지하여, 터치 위치를 검출할 수 있다. 이는 도4c 및 도4d에서 설명한 것과 마찬가지이다.
또한, 도9d를 참조하여, 터치 센서(100)에 포함된 전극 중 적어도 하나 이상의 전극은 객체(600) 또는 기준 전위층(320)에 대한 자기 정전용량을 검출하도록 구성되어, 터치 압력을 검출하는데 이용될 수 있다. 또는, 터치 센서(100)에 포함된 전극 중 적어도 한 쌍의 구동전극(TX)과 수신전극(RX)은 객체(600)와의 거리 또는 기준 전위층(320)과의 거리에 따라 변하는 구동전극(TX)과 수신 전극(RX) 사이의 상호 정전용량을 검출하도록 구성되어, 터치 압력을 검출하는데 이용될 수 있다.
도9a 내지 도9d에서는 터치 센서(100)가 제1기판층(281) 상에 동일한 층으로 배치되는 것이 예시되나, 터치 센서(100)에서 구동전극(TX)과 수신전극(RX)은 서로 다른 층에 형성될 수도 있다. 또는, 실시예에 따라 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 하나는 제1기판층 (281) 상부에 나머지 하나는 제1기판층(281) 하부에 배치될 수 있다. 또는, 실시예에 따라 터치 센서(100)는 제1기판층(281) 하부에서, 동일층 또는 서로 다른 층에 형성될 수도 있다.
도9e는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다. 예컨대, 도9e에 도시된 터치 입력 장치는 제1커버층(500), 제1커버층(500) 하부에 배치된 스페이서층(310), 스페이서층(310) 하부에 배치된 제2커버층(510), 제2커버층(510) 하부에 배치된 디스플레이 모듈 및 디스플레이 모듈에 배치된 제3전극(610) 및 제4전극(611)을 포함하고, 디스플레이 모듈은 제1기판층(281) 및 제1기판층(281) 하부에 배치된 제2기판층(283)을 포함하고, 제3전극(610) 및 제4전극(611)은 제1기판층(281) 상부에 배치될 수 있다.
도9e에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 구동부(120)는 터치 위치 구동신호를 제3전극(610)에 인가하고, 터치 압력 구동신호를 제4전극(611)에 인가하고, 감지부(110)는 제4전극(611)으로부터 터치 위치 감지신호 및 터치 압력 감지신호를 수신할 수 있다.
감지부(130)는 도1a에서 설명한 바와 같이 제1커버층(500) 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 제3전극(610)과 제4전극(611) 사이의 상호 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 위치 감지신호를 제4전극(611)으로부터 수신하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
객체에 의하여 제1커버층(500)에 압력이 인가되면 스페이서층(310)이 압축하고, 이에 따라 객체와 제4전극(611)간의 거리가 작아진다. 이 때, 객체가 그라운드(기준전위) 역할을 하게 되면, 객체와 제4전극(611) 사이의 거리 변화에 따라 제4전극(611)의 자기 정전용량이 변하게 된다. 따라서, 감지부(110)는 제1커버층(500)에 인가되는 압력에 따라 변화되는 제4전극(611)의 자기 정전용량에 대한 정보를 포함하는 터치 압력 감지신호를 제4전극(611)으로부터 수신하여 터치 압력를 검출할 수 있다.
제어부(130)는 제4전극(611)으로부터 감지신호를 검출하는 시간을 시분할하여 제1시간구간에서는 터치 위치 감지신호를 제4전극(611)으로부터 수신하고, 상기 제1시간구간과 다른 제2시간구간에는 터치 압력 감지신호를 제4전극(611)으로부터 수신하도록 감지부(110)를 제어할 수 있다. 이 경우, 제어부(130)는 제1시간구간에 터치 위치 구동신호를 제3전극(610)에 인가하고, 제2시간구간에 터치 압력 구동신호를 제4전극(611)에 인가할 수 있도록 구동부(120)를 제어할 수 있다.
도10a는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 회로 구조도이다. 상기 디스플레이 회로는 2개의 단자(캐소드 단자 및 애노드 단자)를 갖는 OLED 소자(OLED), 제1트랜지스터(T1)와 같은 n형 트랜지스터 및 제2트랜지스터(T2)와 같은 p형 트랜지스터를 포함할 수 있다. OLED 소자의 캐소드 단자는 캐소드(297)에 전기적으로 접속될 수 있다. 캐소드(297)는 터치 스크린 내의 복수의 픽셀 회로에 대해 공통인 신호 라인일 수 있으며, 예를 들면 공통 전극에 대응될 수 있다. OLED 소자의 애노드 단자는 애노드(291)에 전기적으로 접속될 수 있다. OLED 소자는, 애노드에서의 전압이 캐소드에서의 전압보다 높은 경우, OLED 소자를 통해 전기가 흐르게 하도록 하는 방식으로 캐소드(297) 및 애노드(291)에 접속될 수 있다. 즉, OLED 소자가 온(on)이거나 순방향 바이어스된다. OLED 소자는 자신이 온일 때 광을 방출할 수 있다. 애노드(291)에서의 전압이 캐소드(297)에서의 전압보다 낮은 경우, OLED 소자를 통해 실질적으로 전류가 흐르지 않는다. 즉, OLED 소자는 오프(off)이거나 역방향 바이어스된다. OLED 소자는 자신이 오프일 때 실질적으로 광을 방출하지 않을 수 있다.
애노드(709)는 제2트랜지스터(T2)의 드레인 단자에 전기적으로 접속될 수 있다. 제2트랜지스터(T2)의 게이트 및 소스 단자들은 캐패시터(C-st)를 통해 용량적으로 결합될 수 있으며, 캐패시터(C-st)의 하나의 단자는 제2트랜지스터(T2)의 게이트 단자에 전기적으로 접속될 수 있고, 캐패시터(C-st)의 다른 단자는 제2트랜지스터(T2)의 소스 단자에 전기적으로 접속될 수 있다. 제2트랜지스터(T2)의 소스 단자는 제1전원라인에 추가로 전기적으로 접속될 수 있다. 제2트랜지스터(T2)의 게이트 단자는 제1트랜지스터(T1)의 드레인 단자에 추가로 전기적으로 접속될 수 있다. 제1트랜지스터(T1)의 게이트 단자는 게이트 라인에 전기적으로 접속될 수 있으며, 제1트랜지스터(T1)의 소스 단자는 데이터 라인에 전기적으로 접속될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 구동 시간 구간에, OLED 소자(OLED)는 순방향 바이어스(bias)될 수 있고, 전류가 OLED 소자를 통해 흘러 OLED 소자가 발광(light emission)할 수 있다. OLED 소자에 전류가 흐르게 하기 위해서, 제1트랜지스터(T1)가 턴온(turn on)될 정도로 충분히 높은 게이트 전압(VG)이 게이트 라인을 통해 인가될 수 있다. 즉, 제1트랜지스터(T1)의 게이트-소스 전압(gate to source voltage)이 충분히 높아서 제1트랜지스터(T1)가 턴온될 정도로 높은 게이트 전압(VG)이 인가될 수 있는 것이다. 제1트랜지스터(T1)가 턴온된 때, 제1트랜지스터(T1)는 실질적으로 단락(short-circuit)된 것과 같이 동작하고 이에 따라 데이터 라인을 통해 인가되는 데이터 전압(VD)이 실질적으로 제2트랜지스터(T2)의 게이트에서 미러링(mirror)될 수 있다. 이때, 데이터 라인을 통해 인가되는 데이터 전압(VD), 즉 제2트랜지스터(T2)의 게이트에서의 전압이 충분히 낮은 경우 제2트랜지스터(T2)가 턴온될 수 있다. 즉, 제2트랜지스터(T2)의 게이트-소스 전압이 제2트랜지스터(T2)를 턴온할 정도로 충분히 낮을 수 있다. 제2트랜지스터(T2)가 턴온된 때, 제2트랜지스터(T2)는 실질적으로 단락(short circuit)된 것과 같이 동작하거나, 제2트랜지스터(T2)는 제2트랜지스터(T2)의 게이트에 걸리는 아날로그 전압에 의해 전류 소스(current source)로 동작할 수 있고, 이에 따라 제1전원라인에서의 제1전원전압(VDD)이 실질적으로 OLED 소자의 애노드(291)에 미러링될 수 있다. 이때, 상기 아날로그 전압을 유지할 수 있도록 유지 캐패시터(C-st)가 제2트랜지스터(T2)의 게이트단과 소스단 사이에 연결되어 있을 수 있다. 제2전원전압(VSS)이 제1전원라인을 통해 캐소드(297)에 인가될 수 있다. OLED 소자가 순방향으로 바이어스되도록, 애노드(291)에서의 전압, 즉 제1전원전압(VDD)이 캐소드(297)에서의 전압 (즉, 제2전원전압(VSS))보다 높을 수 있다. 이러한 순방향 바이어스가 발생하면, OLED 소자를 통해 전류가 흐르고 OLED 소자가 발광하게 된다.
이상에서는 제2트랜지스터(T2)가 p-타입 TFT 트랜지스터인 경우를 상정하여 설명하였으나, 실시예에 따라 n-타입 TFT 트랜지스터가 이용될 수 있다. 이 경우, 제2트랜지스터(T2)의 소스 단자는 애노드(291)에 전기적으로 접속되고 제2트랜지스터(T2)의 드레인 단자는 제1전원라인에 전기적으로 접속될 수 있다.
도10b는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이 패널을 통해 터치 위치 및 터치 압력을 검출하기 위한, 도10a에 예시된 회로 구조에 인가되는 전기신호를 예시한다.
본 발명의 제2실시예에서 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 구동/터치 위치 검출 시간 구간과 터치 압력 검출 시간 구간이 구분되어 동작할 수 있다. 이러한 시간 구간의 구분은 제어신호로 구분될 수 있다. 예컨대, 제어신호가 1(high)인 경우 디스플레이 구동/터치 위치 검출 시간 구간을 표시하고 제어신호가 0(low)인 경우 터치 압력 검출 시간 구간을 표시할 수 있다.
디스플레이 구동 시간 구간에서는, LCD 패널의 경우와 마찬가지로, 제1트랜지스터(T1)의 게이트에 온상태의 게이트 전압(VG)을 인가하여 필요한 데이터 전압(VD)을 인가함으로써, OLED가 필요한 동작을 수행하도록 제어할 수 있다. 이러한 OLED의 동작은 기존의 OLED 패널의 그것과 유사하므로 상세한 설명은 생략한다.
터치 센서(100)가 제1기판층(281) 상부에 배치되는 경우, 디스플레이의 동작에 영향을 받지 않으면서 터치 위치의 센싱이 가능하다. 따라서, 이러한 경우 터치 위치 검출 시간 구간은 디스플레이 구동 시간 구간과 동일할 수 있다.
하지만, 디스플레이 구동 시간 구간에 캐소드(297)에는 제2전원라인을 통해 제2전원전압(VSS)으로서 0V 또는 음의 전압이 인가되고, 애노드(291)에는 제1전원라인을 통해 제1전원전압(VDD)으로서 양의 전압 또는 0V가 인가될 수 있다. 따라서, 터치 압력 검출 시간 구간에, 제1전원라인(ELVDD) 및/또는 제2전원라인(ElVSS)는 플로팅(floating)될 필요가 있다. 구체적으로, 따라서, 기준 전위층(320)이 도9a에 예시된 바와 같이 OLED 패널을 사이에 두고 이격되어 있는 경우에 터치 압력 검출 시간 구간에, 제1전원라인(ELVDD) 및/또는 제2전원라인(ElVSS)는 플로팅(floating)될 필요가 있다. 본 발명의 제2실시예에서, 디스플레이 구동/터치 위치 검출시에 OLED 패널에 포함된 각 전극 노드에는 전술한 바와 같이 디스플레이 구동을 위해 필요한 타겟(target) 전압이 인가될 수 있다. 이러한 타겟 전압은 실시예에 따라 달라질 수 있음은 자명하다. 이에 반해 터치 압력을 검출하는 경우, OLED 패널에 포함되는 전극 중 적어도 하나 이상의 전극은 플로팅(floating)될 수 있다. 예컨대, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ElVSS), 그라운드 라인(GND line) 중 적어도 어느 하나는 플로팅되어야 한다.
따라서, 본 발명의 제2실시예에 따를 경우, 디스플레이 구동 및 터치 위치 검출은 동시에 수행되고, 터치 압력 검출은 이와 분리된 시간 구간에 수행될 수 있다. 예컨대, 도7b를 참조하여 설명된 바와 같이, 디스플레이 구동/터치 위치 검출 시간 구간과 터치 압력 검출 시간 구간이 라인(line)마다 교대로 배치되는 것이 가능하다.
하지만, 전원전압(VDD, VSS)은 스위칭(switching) 하는데 오랜 시간이 소요되므로, 실시예에 따라 모든 게이트 라인에 대해서 순차적으로 게이트 전압(VG)이 인가되어 스캔이 완료된 후, 터치 압력 검출이 이루어지도록 동작할 수도 있다. 즉, 한 프레임(frame)을 리프레쉬(refresh)하는 전체 시간 구간에서 연속적으로 디스플레이 구동 및 터치 위치 검출을 수행한 후, 나머지 시간 구간에 터치 압력을 검출하도록 동작할 수 있다. 또는 실시예에 따라 다양하게 디스플레이 구동 시간 구간과 터치 위치/압력 검출 시간 구간이 배치될 수 있다.
이상의 설명에서, 기준 전위가 객체일 경우, 터치 위치 검출시에는 객체와의 거리 변화에 의한 터치 위치 센싱에 대한 간섭이 없거나 적다. 또한, 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층일 경우, 터치 위치 검출시에 디스플레이가 동작하고 있으므로, 터치 위치 검출시에는 기준 전위층(320)과의 거리 변화에 의한 터치 위치 센싱에 대한 간섭이 없거나 적다. 따라서, 이러한 온전한 터치 위치 센싱 측정치는 터치 압력 검출시에 터치 압력 값을 보정하는데 이용될 수 있다. 이는 터치 압력 검출시 측정치에는, 객체와 압력 센서(300) 사이의 거리 변화 또는 기준 전위층(320)과 압력 센서(300) 사이의 거리 변화뿐 아니라 객체의 터치에 따른 변화 값이 반영되기 때문이다.
보다 구체적으로, 본 발명의 제2실시예에서 기준 전위가 객체일 경우, 터치 위치 검출시 객체와 터치 센서(100) 사이의 거리 변화에 따른 간섭이 터치 위치 검출시 발생하지 않는다. 또한, 기준 전위가 압력 센서와 이격되고 디스플레이 패널(200A)의 상부, 하부 또는 내부에 위치한 기준 전위층일 경우, 터치 위치 검출시 OLED 패널이 함께 동작하므로, 터치 센서(100) 입장에서 기준 전위층(320)이 보이지 않으므로 기준 전위층(320)과 터치 센서(100) 사이의 거리 변화에 따른 간섭이 터치 위치 검출시 발생하지 않는다. 따라서, 터치 위치 검출시 정교한 터치 위치 측정치를 얻을 수 있다. 하지만, 터치 객체가 손가락과 같은 도체인 경우에, 터치 압력 검출시에는 압력 센서(300)와 객체 사이의 거리 변화 또는 기준 전위층(320)과 압력 센서(300) 사이의 거리 변화뿐 아니라 객체에 의한 측정치 변화가 발생한다. 따라서, 정확한 터치 압력 크기를 얻기 위해서는 이러한 객체에 의한 간섭의 영향을 보정할 필요가 있다.
3Dcompensated = f(3Dsensing) - f(2Dsensing) 수학식(1)
예컨대, 수학식1과 같이 터치 압력 측정치에서 터치 위치 검출시 획득된 터치 위치 측정치를 빼줌으로써, 터치 압력 크기를 검출할 수 있다.
이상에서는 디스플레이 구동과 함께 터치 위치가 검출되는 경우에 대해서 살펴보았다. 실시예에 따라 디스플레이 구동과 함께 터치 위치가 함께 검출될 수 없는 경우도 있을 수 있다. 예컨대, 터치 센서(100) 중 적어도 일부가 OLED 패널 내부에 배치되는 경우이다. 이러한 경우, 디스플레이 구동과 터치 위치 검출은 함께 수행될 수 없다. 이때는, 도7b를 참조하여 설명된 바와 같이, 디스플레이 구동 시간 구간과 터치 위치/압력 검출 시간 구간이 구분되어 동작할 수 있다. 이때, 실시예에 따라 터치 위치 및 압력은 동시에 검출될 수도 있고, 서로 다른 시간 구간에 검출될 수도 있다.
도10c는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 입력 장치의 디스플레이의 제어 블록을 예시한다. 예컨대, 도10b를 참조하여 설명된 바와 같이, 제2실시예에 따른 OLED 패널의 디스플레이 제어기(200)는 구동 IC(1221)와 전원 제어 IC(1222: PMIC)를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 모드를 제어하는 제어신호는 구동 IC(1221)와 다른 호스트 프로세서로부터 제공될 수도 있다. 제어신호의 신호에 따라, 디스플레이 구동/터치 위치 검출 시간 구간에는 PMIC(1222)는 전극 노드 등에 디스플레이 구동을 위한 전압(VDD, ELVSS)을 인가하고, 터치 압력 검출 시간 구간에는 PMIC(1222)는 전극 노드 중 적어도 하나 이상을 플로팅(floating)하도록 구성될 수 있다.
도11은 일반 터치, 압력 터치 및 일반 터치와 압력 터치시 공간 좌표에서 데이터 프로파일을 예시한다. 도11 및 도12에서 일반 터치는 터치 입력 장치(1000)의 커버층(500) 및/또는 디스플레이 모듈(200)에 대한 눌림/휘어짐이 없는 터치로서 2D 터치로 지칭한다. 2D 터치를 통해서 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 위치를 검출할 수 있다. 압력 터치는 터치 입력 장치(1000)의 커버층(500) 및/또는 디스플레이 모듈(200)에 대한 눌림/휘어짐을 야기하는 터치로서 3D 터치로 지칭한다.
도11(a) 및 도11(b)를 참조하면, 2D 터치는 공간 좌표 도메인(domain)에서 3D 터치에 비해서 상대적으로 폭이 좁고 날카로운 출력 데이터 프로파일을 가지며, 3D 터치는 상대적으로 폭이 넓고 부드러운 출력 데이터 프로파일을 가진다. 2D 터치와 3D 터치에 대한 데이터가 섞여서 감지부(110) 등에 들어오는 경우 도11(c)에 예시된 바와 같은 데이터 프로파일을 가질 수 있다. 여기서, 데이터는 정전용량 및/또는 정전용량 변화량에 대한 정보일 수 있다.
도12는 일반 터치와 압력 터치가 혼합된 경우 일반 터치와 압력 터치의 분리 방법을 예시한다. 2D 터치 데이터와 3D 터치 데이터가 혼합된 데이터를 공간 좌표 도메인에서 주파수 도메인으로 변환한 후, 도12(a)에 예시된 바와 같이, 저대역필터(low pass filter)를 통과시키면 3D 터치 데이터를 획득할 수 있다. 또한, 2D 터치 데이터와 3D 터치 데이터가 혼합된 데이터를 공간 좌표 도메인에서 주파수 도메인으로 변환한 후, 도12(b)에 예시된 바와 같이, 고대역필터(high pass filter)를 통과시키면 2D 터치 데이터를 획득할 수 있다.
도12를 참조하여 설명된, 2D 터치 데이터와 3D 터치 데이터의 분리 과정은 감지부(110), 터치/압력 제어기(1100), 프로세서(1500) 등에서 수행될 수 있다.
도11 및 도12에서 2D 터치와 3D 터치시에 데이터 프로파일이 동일한 방향으로 변화하는 것이 예시된다. 즉, 도11 및 도12에서 2D 터치와 3D 터치시에 모두 데이터 프로파일이 오목하게 변화되도록 예시되었다. 하지만, 실시예에 따라 2D 터치와 3D 터치시에 데이터 프로파일이 서로 다른 방향으로 변화할 수도 있다. 예컨대, 3D 터치시에 데이터 프로파일은 오목하게 변화하되 2D 터치시에 데이터 프로파일은 볼록하게 변화할 수 있다. 또는, 3D터치시에 데이터 프로파일은 볼록하게 변화하되 2D 터치시에 데이터 프로파일은 오목하게 변화할 수도 있다. 실시예에 따라, 2D 터치와 3D 터치시에 데이터 프로파일은 동일한 방향으로서 모두 볼록하게 변화할 수도 있다. 데이터 프로파일의 변화 방향에 무관하게 전술한 분리 방법에 따라 2D 터치 데이터와 3D 터치 데이터가 분리될 수 있다.
도13a 내지 도13d는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 제어 블록의 다양한 구성을 예시한다.
도13a에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 터치 센서 제어기(1100)에는 압력 센서 제어기(1300) 통합하여 구성될 수 있고, 디스플레이 제어기(1200)는 별개로 구성될 수 있다. 이때, 호스트 프로세서(1500)를 별도로 구비하여 제어신호를 터치/압력 센서 제어기(1100) 및 디스플레이 제어기(1200)에 전달하고 이들 제어기(1100, 1200)로부터 정보를 수집하여 처리할 수 있다.
도13b에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 터치 센서 제어기(1100), 압력 센서 제어기(1300)는 디스플레이 제어기(1200)와 통합되어 하나의 제어기를 구성할 수 있다. 이때, 호스트 프로세서(1500)를 별도로 구비하여 제어신호를 디스플레이 및 터치/압력 센서 제어기(1200)에 전달하고 이 제어기(1200)로부터 정보를 수집하여 처리할 수 있다.
도13c에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 터치 센서 제어기(1100), 압력 센서 제어기(1300)는 디스플레이 제어기(1200)와 통합되어 하나의 제어기를 구성할 수 있다. 이때, 호스트 프로세서(1500)를 별도로 구비하지 않으며, 디스플레이 및 터치/압력 센서 제어기(1200)가 직접 호스트 프로세서로서 제어신호를 생성하고 획득된 정보를 수집하여 처리할 수 있다.
도13d에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에서 터치 센서 제어기(1100)에는 압력 센서 제어기(1300) 통합하여 구성될 수 있고, 디스플레이 제어기(1200)는 별개로 구성될 수 있다. 이때, 호스트 프로세서(1500)를 별도로 구비하지 않으며, 디스플레이 제어기(1200) 또는 터치/압력 센서 제어기(1100)가 호스트 프로세서로서 제어신호를 생성하고 상대편 제어기로부터 획득된 정보를 수집하여 처리할 수 있다.
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.
[부호의 설명]
1000: 터치 입력 장치 100: 터치 센서
120: 구동부 110: 감지부
130: 제어부 200: 디스플레이 모듈
300: 압력 센서 1100: 터치 센서 제어기
1200: 디스플레이 제어기
1300: 압력 센서 제어기
1500: 프로세서

Claims (57)

  1. 제1커버층;
    스페이서층;
    제1기판층 및 상기 제1 기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 디스플레이 패널 상부에 위치하는 제3 전극 및 제4 전극;을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 디스플레이 패널을 구동하는데 사용되고,
    객체가 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하는 상기 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하고,
    상기 객체와 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하는 상기 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하고,
    상기 스페이서층은 상기 제1커버층과 상기 압력 센서 사이에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  6. 제1커버층;
    스페이서층;
    제1기판층 및 상기 제1 기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 제1 기판층 상면에 형성되는 제3 전극 및 제4 전극;을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 디스플레이 패널을 구동하는데 사용되고,
    객체가 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하는 상기 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하고,
    상기 객체와 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하는 상기 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하고,
    상기 스페이서층은 상기 제1커버층과 상기 압력 센서 사이에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  8. 제6항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  11. 제1커버층;
    스페이서층;
    제1기판층 및 상기 제1 기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하는 디스플레이 패널; 및
    상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극;을 포함하고,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 디스플레이 패널을 구동하는데 사용되고,
    객체가 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하는 상기 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하고,
    상기 객체와 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하는 상기 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하고,
    상기 스페이서층은 상기 제1커버층과 상기 압력 센서 사이에 배치되는,
    터치 입력 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  14. 제11항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제1 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  16. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  17. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  18. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  20. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  22. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제1 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  24. 제16항에 있어서,
    상기 스페이서층과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되는 제2커버층을 더 포함하는,
    터치 입력 장치.
  25. 제17항에 있어서,
    상기 스페이서층과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되는 제2커버층을 더 포함하는,
    터치 입력 장치.
  26. 제18항에 있어서,
    상기 스페이서층과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되는 제2커버층을 더 포함하는,
    터치 입력 장치.
  27. 제20항에 있어서,
    상기 스페이서층과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되는 제2커버층을 더 포함하는,
    터치 입력 장치.
  28. 제22항에 있어서,
    상기 스페이서층과 상기 디스플레이 패널 사이에 배치되는 제2커버층을 더 포함하는,
    터치 입력 장치.
  29. 제1기판층 및 상기 제1 기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 디스플레이 패널 상부에 위치하는 제3 전극 및 제4 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 디스플레이 패널을 구동하는데 사용되고,
    객체가 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하는 상기 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하고,
    기준 전위와 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하는 상기 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  30. 제29항에 있어서,
    상기 기준 전위는 상기 객체인,
    터치 입력 장치.
  31. 제29항에 있어서,
    상기 기준 전위는 상기 디스플레이 패널의 상부, 하부 또는 내부에 배치되는 기준 전위층인,
    터치 입력 장치.
  32. 제31항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  33. 제31항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  34. 제31항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  35. 제34항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  36. 제1기판층 및 상기 제1 기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극;
    상기 제1 기판층 상면에 형성되는 제3 전극 및 제4 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 디스플레이 패널을 구동하는데 사용되고,
    객체가 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하는 상기 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하고,
    기준 전위와 상기 제1 전극, 상기 제2 전극, 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하는 상기 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  37. 제36항에 있어서,
    상기 기준 전위는 상기 객체인,
    터치 입력 장치.
  38. 제36항에 있어서,
    상기 기준 전위는 상기 디스플레이 패널의 상부, 하부 또는 내부에 배치되는 기준 전위층인,
    터치 입력 장치
  39. 제38항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  40. 제38항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  41. 제38항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  42. 제41항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  43. 제1기판층 및 상기 제1 기판층 하부에 배치되는 제2기판층을 포함하는 디스플레이 패널;
    상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 위치하는 제1 전극 및 제2 전극; 및
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 상기 디스플레이 패널을 구동하는데 사용되고,
    객체가 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센서에 근접함에 따라 변하는 상기 터치 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하고,
    기준 전위와 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나를 포함하는 압력 센서와의 거리 변화에 따라 변하는 상기 압력 센서로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  44. 제43항에 있어서,
    상기 기준 전위는 상기 객체인,
    터치 입력 장치.
  45. 제43항에 있어서,
    상기 기준 전위는 상기 디스플레이 패널의 상부, 하부 또는 내부에 배치되는 기준 전위층인,
    터치 입력 장치.
  46. 제45항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  47. 제46항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  48. 제45항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 제1 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 위치를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  49. 제48항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  50. 제29항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제3 전극 및 상기 제4 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극과 상기 제4 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  51. 제29항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제3 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  52. 제29항 내지 제42항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제3 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제3 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  53. 제52항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  54. 제29항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 상호 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  55. 제54항에 있어서,
    상기 제1 전극 및 상기 제2 전극 중 적어도 어느 하나는 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
  56. 제29항 내지 제49항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 압력 센서는 상기 제1 전극을 포함하고,
    상기 제1 전극의 자기 정전용량에 기초하여 터치 압력을 검출하는,
    터치 입력 장치.
  57. 제56항에 있어서,
    상기 제1 전극은 공통 전극인,
    터치 입력 장치.
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