WO2018038366A1 - 터치 입력 장치 - Google Patents

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WO2018038366A1
WO2018038366A1 PCT/KR2017/006230 KR2017006230W WO2018038366A1 WO 2018038366 A1 WO2018038366 A1 WO 2018038366A1 KR 2017006230 W KR2017006230 W KR 2017006230W WO 2018038366 A1 WO2018038366 A1 WO 2018038366A1
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pressure
substrate
electrode
touch
display module
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PCT/KR2017/006230
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English (en)
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김세엽
김본기
조영호
김윤정
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주식회사 하이딥
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    • G06F2203/04111—Cross over in capacitive digitiser, i.e. details of structures for connecting electrodes of the sensing pattern where the connections cross each other, e.g. bridge structures comprising an insulating layer, or vias through substrate

Definitions

  • the present invention relates to a touch input device for detecting pressure, and more particularly, to a touch input device capable of improving the sensitivity of touch pressure and reducing thickness.
  • 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.
  • a touch sensor panel which may be a transparent panel having a touch-sensitive surface.
  • Such a touch sensor may be attached to the front of the display screen such that the touch-sensitive surface covers the visible side of the display screen.
  • the user can operate the computing system.
  • a computing system may recognize a touch and a touch location on a touch screen and interpret the touch to perform computation accordingly.
  • a touch input device capable of detecting a pressure level of a touch as well as a touch position according to a touch on a touch screen.
  • An object of the present invention is to provide a touch input device that can improve the sensitivity of the touch pressure by reducing the parasitic capacitance in the sensing signal output from the pressure electrode.
  • a touch input device includes a cover; A display module disposed under the cover; A substrate disposed below the display module, the substrate including a conductor configured as an insulator or electrically floating; And a pressure electrode formed on the substrate.
  • At least one or more of the components constituting the display module may have a reference potential with respect to the pressure electrode.
  • the display device may further include a reference electrode formed directly on the bottom surface of the display module, wherein the reference electrode may have a reference potential with respect to the pressure electrode.
  • the display device may further include a reference electrode disposed inside the display module, and the reference electrode may have a reference potential with respect to the pressure electrode.
  • the apparatus may further include a mid frame disposed under the substrate, and the mid frame may have a reference potential with respect to the pressure electrode.
  • the pressure electrode may be formed directly on the substrate.
  • an edge portion of the substrate may be connected to the bottom surface of the display module.
  • the substrate When the substrate is an electrically floating conductor, the substrate may include an insulation member connecting the conductor portion where the pressure electrode is formed, an edge portion of the conductor portion, and a lower surface of the display module, and the insulation member may be an insulator. .
  • a touch input device includes a cover; A display module disposed under the cover; A substrate disposed below the display module, the substrate including a conductor configured as an insulator or electrically floating; A first pressure electrode formed on the display module; And a second pressure electrode formed on the substrate and spaced apart from the first pressure electrode by a predetermined interval.
  • the first pressure electrode may be at least one of the components constituting the display module.
  • the first pressure electrode may be directly formed on a bottom surface of the display module.
  • the first pressure electrode may be disposed inside the display module.
  • the mid frame may have a reference potential with respect to at least one of the first pressure electrode and the second pressure electrode.
  • the second pressure electrode may be directly formed on the substrate.
  • an edge portion of the substrate may be connected to the bottom surface of the display module.
  • the substrate When the substrate is an electrically floating conductor, the substrate may include an insulation member connecting the conductor portion where the pressure electrode is formed, an edge portion of the conductor portion, and a lower surface of the display module, and the insulation member may be an insulator. .
  • Using the touch input device according to the embodiment of the present invention has an advantage of improving the sensitivity of the touch pressure by reducing the parasitic capacitance in the sensing signal output through the pressure electrode.
  • FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams of a capacitive touch sensor and a configuration for its operation.
  • FIGS. 2A and 2B are diagrams showing the detailed configuration of a display module in the touch input device according to the embodiment of the present invention.
  • 3A is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • 3B is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to another embodiment of the present invention.
  • 3C is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A shows a display module 200A including an LCD panel
  • FIG. 5B shows a display module 200B including an OLED panel.
  • 6A to 6B are diagrams for describing a coupling relationship between the display module 200 and the substrate 500 illustrated in FIGS. 3A to 4B.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the touch input device including the display module 200 and the substrate 500a illustrated in FIG. 6A.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of a modified example of the touch input device illustrated in FIG. 7.
  • a touch input device capable of detecting pressure according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
  • the capacitive touch sensor 10 is illustrated, but a touch sensor 10 capable of detecting a touch position in any manner may be applied.
  • FIG. 1A is a schematic diagram of a capacitive touch sensor 10 included in a touch input device according to an embodiment of the present invention, and a configuration for its operation.
  • the touch sensor 10 includes a plurality of driving electrodes TX1 to TXn and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm, and a plurality of driving electrodes for operation of the touch sensor 10. Touch by receiving a detection signal including information on the capacitance change according to the touch on the touch surface from the driving unit 12 for applying a driving signal to the TX1 to TXn, and the plurality of receiving electrodes (RX1 to RXm) And a detector 11 for detecting a touch position.
  • the touch sensor 10 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 10 form an orthogonal array, the present invention is not limited thereto.
  • the electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may have any number of dimensions and application arrangements thereof, including diagonal, concentric circles, and three-dimensional random arrangements.
  • n and m are positive integers and may have the same or different values, and may vary in size depending on the embodiment.
  • 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 are 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 an upper surface of the display module 200 which will be described later.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on different layers.
  • any one of the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the receiving electrodes RX1 to RXm is formed on the upper surface of the display module 200, and the other one is formed on the lower surface of the cover 100 to be described later. Or may be formed inside the display module 200.
  • 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 (for example, indium tin oxide (ITO) or ATO made of tin oxide (SnO 2) and indium oxide (In 2 O 3)). (Antimony Tin Oxide)) and the like.
  • ITO indium tin oxide
  • ATO tin oxide
  • In 2 O 3 indium 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 driver 12 illustrated in FIG. 1A may apply a driving signal to the driving electrodes TX1 to TXn.
  • the driving signal may be applied to one driving electrode at a time from the first driving electrode TX1 to the nth driving electrode TXn in sequence.
  • 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 according to the embodiment.
  • the sensing unit 11 provides information about the capacitance Cm 14 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 14 generated between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • a process of sensing the driving signals 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 10. Can be.
  • the detector 11 may include a receiver (not shown) connected to each of the reception electrodes RX1 to RXm through a switch.
  • the switch is turned on in a time interval for detecting the signal of the corresponding receiving electrode RX, so that the detection signal from the receiving electrode RX can be detected at the receiver.
  • the receiver may comprise an amplifier (not shown) and a feedback capacitor coupled between the negative input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier, i.e., in the feedback path. At this time, the positive input terminal of the amplifier may be connected to ground.
  • the receiver may further include a reset switch connected in parallel with the feedback capacitor. The reset switch may reset the conversion from current to voltage performed by the receiver.
  • the negative input terminal of the amplifier may be connected to the corresponding receiving electrode RX to receive a current signal including information on the capacitance Cm 14, and then integrate and convert the current signal into a voltage.
  • the sensor 11 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 10.
  • the detector 11 may include an ADC and a processor.
  • the controller 13 may perform a function of controlling the operations of the driver 12 and the detector 11. For example, the controller 13 may generate a driving control signal and transmit the driving control signal to the driving unit 12 so that the driving signal is applied to the predetermined driving electrode TX at a predetermined time. In addition, the control unit 13 generates a detection control signal and transmits the detection control signal to the detection unit 11 so that the detection unit 11 receives a detection signal from a predetermined reception electrode RX at a predetermined time to perform a preset function. can do.
  • the driver 12 and the detector 11 may configure a touch detection device (not shown) capable of detecting whether the touch sensor 10 is touched and the touch position.
  • the touch detection apparatus may further include a controller 13.
  • the touch detection apparatus may be integrated and implemented on a touch sensing integrated circuit (IC), which is a touch sensing circuit, in the touch input device including the touch sensor 10.
  • IC touch sensing integrated circuit
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX included in the touch sensor 10 are included in the touch sensing IC through, for example, conductive traces and / or conductive patterns printed on a circuit board. It may be connected to the driving unit 12 and the sensing unit 11.
  • the touch sensing IC may be located on a circuit board on which a conductive pattern is printed, for example, a first printed circuit board (hereinafter, referred to as a first PCB). According to the exemplary embodiment, the touch sensing IC may be mounted on a main board for operating the touch input device.
  • a first PCB a first printed circuit board
  • a capacitance Cm having a predetermined value is generated at each intersection point of the driving electrode TX and the receiving electrode RX, and such capacitance when an object such as a finger approaches the touch sensor 10.
  • the value of can be changed.
  • the capacitance may represent mutual capacitance (Cm).
  • the electrical characteristics may be detected by the sensing unit 11 to detect whether the touch sensor 10 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 10 formed of the two-dimensional plane including the first axis and the 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 can be detected by detecting a change in capacitance from the received signal received through the receiving electrode RX when the touch sensor 10 is touched.
  • the operation method of the touch sensor 10 that detects the 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 illustrated in FIG. 1B, the touch position may be sensed based on the amount of change in the self capacitance.
  • FIG. 1B is a schematic diagram illustrating another capacitive touch sensor 10 included in a touch input device according to still another embodiment of the present invention, and an operation thereof.
  • the touch sensor panel 10 illustrated in FIG. 1B includes a plurality of touch electrodes 30. As illustrated in FIG. 2D, the plurality of touch electrodes 30 may be disposed 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 12, and the driving unit 12 applies the driving signal to the touch electrode 30 preset at a predetermined time based on the driving control signal.
  • the sensing control signal generated by the controller 13 is transmitted to the sensing unit 11, and the sensing unit 11 receives the sensing signal from the touch electrode 30 preset at a predetermined time based on the sensing control signal.
  • Receive input In this case, the detection signal may be a signal for the change amount of the magnetic capacitance formed in the touch electrode 30.
  • the driving unit 12 and the sensing unit 11 are described as being divided into separate blocks, but the driving signal is applied to the touch electrode 30 and the sensing signal is input from the touch electrode 30. It is also possible to perform in one driving and sensing unit.
  • the touch input device including the touch sensor 10 capable of detecting the touch and / or the touch position has been described.
  • the touch input device according to the embodiment of the present invention it is possible to easily detect whether a touch and / or a touch position.
  • the touch input device according to the embodiment of the present invention can easily detect the magnitude of the touch pressure to be described below.
  • the case of detecting the touch pressure in the touch input device according to the embodiment of the present invention will be described in detail.
  • 3A is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to an embodiment of the present invention, and briefly illustrates only some components necessary for detecting touch pressure in the touch input device.
  • a touch input device may include a cover 100, a display module 200, a reference electrode 250, pressure electrodes 400a and 400b, and a substrate. , 500).
  • the cover 100 is a member directly inputting a touch and a predetermined pressure by a predetermined object such as a user's finger, and may be positioned on the top of the touch input device.
  • the cover 100 protects the touch sensor 10 and the display module 200 shown in FIG. 1A or 1B.
  • the cover 100 may be made of glass, plastic, or the like of a transparent material so that the screen output from the display module 200 disposed below is visible from the outside.
  • the cover 100 may be made of a flexible material that can be bent at a position where pressure is applied.
  • the display module 200 is disposed under the cover 100.
  • the display module 200 may be disposed on the bottom surface of the cover 100.
  • the display module 200 includes a liquid crystal display (LCD) panel and an organic light emitting diode (OLED) panel. This will be described with reference to FIGS. 5A and 5B.
  • LCD liquid crystal display
  • OLED organic light emitting diode
  • FIG. 5A shows a display module 200A including an LCD panel
  • FIG. 5B shows a display module 200B including an OLED panel.
  • the display panel 200A includes a liquid crystal layer 250 including a liquid crystal cell and a first substrate layer 251 including electrodes on both surfaces of the liquid crystal layer 250. And a second polarization layer 253 and one surface of the second substrate layer 252 on one surface of the first substrate layer 251 in a direction facing the second substrate layer 252 and the liquid crystal layer 250. It may include a second polarization layer 254 in. It will be apparent to those skilled in the art that the LCD panel may further include other configurations and modifications are possible to perform the display function.
  • the first substrate layer 251 may be a color filter glass
  • the second substrate layer 252 may be a TFT glass.
  • at least one of the first substrate layer 251 and the second substrate layer 252 may be formed of a bendable material such as plastic.
  • the display module 200A may further include a backlight unit (not shown) disposed under the display panel 200A.
  • the display panel 200A may include an organic layer 260 and a first substrate layer 261 and a second substrate layer 262 positioned on both surfaces of the organic layer 260.
  • the OLED panel may further include other configurations and may be modified to perform display functions.
  • the first substrate layer 261 may be encapsulation glass
  • the second substrate layer 262 may be 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 display module 200 receives a predetermined signal 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 a touch input device. It may include a control circuit to receive and display the desired content on the display panel.
  • the control circuit for the operation of the display panel 200 may include a display panel control IC, a graphic controller IC, and other circuits necessary for operation of the display panel.
  • the reference electrode 250 is additionally configured separately from the display module 200.
  • the reference electrode 250 serves as a reference potential layer for detecting touch pressure by using the pressure electrodes 400a and 400b.
  • the reference electrode 250 is disposed on the bottom surface of the display module 200.
  • the pressure electrodes 400a and 400b may be disposed below the display module 200 and may be disposed apart from the display module 200 and the reference electrode 250 by a predetermined distance.
  • a predetermined space may be formed between the pressure electrodes 400a and 400b, the display module 200, and the reference electrode 250.
  • the predetermined space may be compressed by an external force and may be compressed to its original shape when the external force is removed. Any member (not shown) capable of recovering, for example a cushion, may be disposed.
  • Pressure electrodes 400a and 400b are formed on the substrate 500.
  • the pressure electrodes 400a and 400b may be disposed on the upper surface of the substrate 500, and although not shown in the drawing, the pressure electrodes 400a and 400b may be disposed on the lower surface of the substrate 500.
  • the pressure electrodes 400a and 400b may include a first pressure electrode 400a and a second pressure electrode 400b.
  • the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b are electrically insulated from each other, so that a touch pressure driving signal is input to a different function, for example, the first pressure electrode 400a, and the second pressure electrode.
  • a touch pressure sensing signal may be output.
  • first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b are electrically connected to each other so that the same function, for example, the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b are both touch pressure driving signals.
  • To receive the input can output a touch pressure detection signal. This will be described with reference to FIGS. 2A to 2D.
  • the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b may include a plurality of electrodes having a rhombic shape.
  • the first pressure electrode 400a is a plurality of first axis electrodes 510 connected to each other in a first axial direction
  • the second pressure electrode 400b is in a second axial direction perpendicular to the first axial direction.
  • the plurality of second shaft electrodes 520 are connected to each other, and at least one of the first pressure electrode 400a or the second pressure electrode 400b is connected to each other by a plurality of diamond-shaped electrodes through a bridge.
  • the pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b may be insulated from each other.
  • first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b include a plurality of first axis electrodes 510 and a plurality of second axis electrodes 520, as shown in FIG. 2B.
  • the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b do not cross each other, and each second pressure electrode 400b is disposed in a direction crossing the direction in which the first pressure electrode 400a extends. It can be arranged to be connected.
  • first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b each include a plurality of first axis electrodes 510 and a plurality of second axis electrodes 520. Each may be arranged to cross each other.
  • first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b may be electrically connected to each other in a lattice shape at regular intervals.
  • first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b may be electrically connected to each other to perform the same function.
  • the touch pressure input to the cover 100 may be detected using the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b.
  • various touch pressure detection methods will be described.
  • One touch pressure detection method includes a first pressure electrode 400a according to a change in distance between the reference electrode 250 and the first and second pressure electrodes 400a and 400b due to the touch pressure input to the cover 100.
  • the amount of change in mutual capacitance between the second pressure electrode 400b and the second pressure electrode 400b may be detected by a touch pressure sensing signal output from one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b.
  • one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b becomes a driving electrode to which the touch pressure driving signal is applied, and the other becomes a receiving electrode to which the touch pressure sensing signal is output.
  • Another touch pressure detection method may include a first pressure electrode 400a according to a change in distance between the reference electrode 250 and the first and second pressure electrodes 400a and 400b due to the touch pressure input to the cover 100.
  • the touch capacitance may be detected through the detection signals output from the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b for the amount of change in the capacitance of each of the second pressure electrode 400b.
  • each of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b becomes a driving electrode to which the touch pressure driving signal is applied and a receiving electrode to which the touch pressure sensing signal is output.
  • the touch pressure driving signal and the touch pressure sensing signal may be divided into time and applied to each of the pressure electrodes 400a and 400b.
  • the substrate 500 may comprise a nonconductive or electrically floating conductor.
  • the meaning that the substrate 500 includes a non-conductor or an electrically floating conductor may mean that the substrate 500 on which the pressure electrodes 400a and 400b are formed is electrically insulated.
  • the substrate 500 may be, for example, a resin material such as plastic.
  • the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b may be directly formed on the substrate 500.
  • the conductive pressure electrode may not be directly disposed on the conductive metal substrate.
  • the substrate 500 is electrically insulated, the pressure electrodes 400a and 400b can be directly formed on the upper surface of the substrate 500. Therefore, since a separate member is not disposed between the pressure electrodes 400a and 400b and the substrate 500, there is also an advantage that the thickness of the entire touch input device can be reduced.
  • the substrate 500 is entirely composed of one metal, which is a conductor
  • an insulating member for insulating the metal substrate and the pressure electrode between the conductive metal substrate and the pressure electrode for example, a cushion ( cushions should be arranged.
  • a cushion cushions should be arranged.
  • parasitic capacitance may occur between the metal substrate and the pressure electrode. Since the distance between the metal substrate and the pressure electrode is quite small, the parasitic capacitance generated is quite large. Since a very large parasitic capacitance is reflected in the sensed signal from the pressure electrode and outputted, there may be a problem that the sensitivity of the touch pressure sensing becomes low.
  • the substrate 500 is electrically insulated, no parasitic capacitance is generated between the pressure electrodes 400a and 400b and the substrate 500. Therefore, since the parasitic capacitance between the pressure electrodes 400a and 400b and the substrate 500 is not reflected in the detection signals output from the pressure electrodes 400a and 400b, the sensitivity of the touch pressure sensing is improved.
  • FIG. 3B is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a cross-sectional view briefly illustrating only some components necessary for detecting touch pressure in the touch input device.
  • a touch input device may include a cover Cover 100, a display module 200, a reference electrode 250, pressure electrodes 400a and 400b and a substrate ( Substrate, 500).
  • the touch input device illustrated in FIG. 3B has a difference in the position of the reference electrode 250 compared to the touch input device illustrated in FIG. 3A.
  • the reference electrode 250 is disposed in the display module 200.
  • the reference electrode 250 serves as a reference potential layer for detecting touch pressure by using the pressure electrodes 400a and 400b.
  • the reference electrode 250 is disposed inside the display module 200. Specifically, referring to FIG. 5A, the reference electrode 250 is disposed between the first polarization layer 253 and the first substrate layer 251. Any one between the first substrate layer 251 and the liquid crystal layer 250, between the liquid crystal layer 250 and the second substrate layer 252, and between the second substrate layer 252 and the second polarization layer 254. Can be arranged. Also, referring to FIG. 5B, the reference electrode 250 may be disposed between any one of the first substrate layer 261 and the organic material layer 260 and between the organic material layer 260 and the second substrate layer 262. have.
  • the touch pressure detection method using the pressure electrodes 400a and 400b is the same as the method described above with reference to FIG. 3A, except that the reference electrode 250 is inside the display module 200, and thus a detailed description thereof will be omitted. .
  • FIG. 3C is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 3C is a cross-sectional view briefly illustrating only some components necessary for detecting touch pressure in the touch input device.
  • a touch input device includes a cover Cover 100, a display module 200, a pressure electrode 400a and 400b and a substrate 500. Include.
  • the touch input device illustrated in FIG. 3C is different from the touch input devices illustrated in FIGS. 3A and 3B in that the reference electrode 250 is not configured separately.
  • the reference potential layer serving as the same as the reference electrode 250 illustrated in FIGS. 3A and 3B is configured to be at least one of various components constituting the display module 200 or the touch sensor.
  • the potential layer may have a ground potential GND.
  • the amount of mutual capacitance change between the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b is touched by a touch pressure sensing signal output from one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b.
  • the pressure can be detected.
  • one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b becomes a driving electrode to which the touch pressure driving signal is applied, and the other becomes a receiving electrode to which the touch pressure sensing signal is output.
  • the other touch pressure detection method includes a first pressure electrode 400a according to a change in distance between the reference potential layer and the first and second pressure electrodes 400a and 400b due to the touch pressure input to the cover 100.
  • the touch pressure may be detected through a sensing signal output from the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b of the amount of change in the self capacitance of each of the second pressure electrodes 400b.
  • each of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b becomes a driving electrode to which the touch pressure driving signal is applied and a receiving electrode to which the touch pressure sensing signal is output.
  • the touch pressure driving signal and the touch pressure sensing signal may be divided into time and applied to each of the pressure electrodes 400a and 400b.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view briefly illustrating only some components necessary for detecting touch pressure in the touch input device.
  • a touch input device may include a cover 100, a display module 200, a first pressure electrode 400a, and a second pressure electrode 400b. And a substrate 500.
  • the positions of the first and second pressure electrodes 400a and 400b are different from those of the touch input device illustrated in FIG. 3A. Specifically, the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b are not disposed together on the substrate 500, and one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b is displayed. It is disposed on the lower surface of the module 200. In the drawing, the first pressure electrode 400a is illustrated as being disposed on the bottom surface of the display module 200.
  • the second pressure electrode 400b is disposed below the first pressure electrode 400a at a predetermined interval.
  • the second pressure electrode 400b may be disposed on the bottom surface of the substrate 500.
  • first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b are located on different layers, they may be implemented to overlap each other.
  • the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b each include a plurality of first axis electrodes 510 and a plurality of second axis electrodes 520, respectively. It may be arranged to cross each other.
  • the rhombic first axis electrode 510 and the second axis electrode 520 may be located on different layers, respectively.
  • the first pressure according to a change in distance between the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b due to the touch pressure input to the cover 100.
  • the touch pressure may be detected through a sensing signal output from one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b based on the amount of change in mutual capacitance between the electrode 400a and the second pressure electrode 400b.
  • one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b becomes a driving electrode to which the touch pressure driving signal is applied, and the other becomes a receiving electrode to which the touch pressure sensing signal is output.
  • a reference potential is formed in the display module 200, and the display module may be formed by the touch pressure input to the cover 100.
  • the capacitance change amount may be detected by the touch pressure through a sensing signal output from one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b.
  • one of the first pressure electrode 400a and the second pressure electrode 400b becomes a driving electrode to which the touch pressure driving signal is applied, and the other becomes a receiving electrode to which the touch pressure sensing signal is output.
  • FIG. 4B is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4B is a cross-sectional view briefly illustrating only some components necessary for detecting touch pressure in the touch input device.
  • a touch input device may include a cover Cover 100, a display module 200, a first pressure electrode 400a, and a second pressure electrode 400b. And a substrate 500.
  • the position of the first pressure electrode 400a is different from that of the touch input device illustrated in FIG. 4B as compared to the touch input device illustrated in FIG. 4A.
  • the first pressure electrode 400a is disposed in the display module 200.
  • the first pressure electrode 400a may be disposed between the first polarization layer 253 and the first substrate layer 251 and between the first substrate layer 251 and the liquid crystal layer 250.
  • the liquid crystal layer 250 may be disposed between any one of the liquid crystal layer 250 and the second substrate layer 252, and between the second substrate layer 252 and the second polarization layer 254.
  • the first pressure electrode 400a is disposed between any one of the first substrate layer 261 and the organic material layer 260 and between the organic material layer 260 and the second substrate layer 262. Can be.
  • FIG. 4C is a schematic cross-sectional view of a touch input device according to still another embodiment of the present invention.
  • FIG. 4C is a cross-sectional view briefly illustrating only some components required for detecting touch pressure in the touch input device.
  • a touch input device may include a cover Cover 100, a display module 200, a second pressure electrode 400b and a substrate 500. Include.
  • the first pressure electrode is not illustrated in comparison with the touch input device illustrated in FIG. 4A.
  • the first pressure electrode is not shown because any one of the components constituting the display module 200 serves as the first pressure electrode 400a illustrated in FIG. 4A. That is, in FIGS. 4A and 4B, the first pressure electrode 400a is provided separately from the components constituting the display module 200, and in FIG. 4C, one of the components constituting the display module 200 is the first. It should be understood that it further performs the role of the pressure electrode.
  • the touch input devices according to various embodiments of the present invention illustrated in FIGS. 3A to 4C described above include at least one pressure electrode 400a or 400b disposed on an electrically floating substrate 500 and an upper surface of the substrate 500. ) In common.
  • the electrically floating substrate 500 and at least one pressure electrode 400a or 400b are not applied only to the touch input device illustrated in FIGS. 3A to 4C. Since the technical idea of the present invention is to detect the touch pressure by using the electrically floating substrate 500 and at least one pressure electrode 400a or 400b, a touch input other than the touch input device illustrated in FIGS. 3A to 4C. An electrically floating substrate 500 and at least one pressure electrode 400a or 400b may also be applied to the device.
  • 6A to 6B are diagrams for describing a coupling relationship between the display module 200 and the substrate 500 illustrated in FIGS. 3A to 4C.
  • the edge portion of the substrate 500a is coupled to the bottom surface of the display module 200, and the remaining portions except the edge portion of the substrate 500a are spaced apart from the display module 200 by a predetermined distance.
  • the pressure electrode 400 is disposed on the upper surface of the substrate 500a.
  • the pressure electrode 400 may be the first and second pressure electrodes 400a and 400b illustrated in FIGS. 3A to 3C, and may be the second pressure electrode 400b illustrated in FIGS. 4A to 4B. .
  • the substrate 500a may be an insulator.
  • the substrate 500a may be a resin material such as plastic. Since the substrate 500a is an insulator, the edge of the substrate 500a may be directly coupled to the lower surface of the display module 200.
  • a double-sided adhesive tape DAT may be used.
  • the electrically insulated substrate 500 shown in FIGS. 3A to 4B may be implemented.
  • the substrate 500a in order to electrically insulate the substrate 500a, the substrate 500a is formed of a non-conductor.
  • the thickness of the non-conductive substrate 500a for example, the resin substrate 500a may be hundreds of micrometers. In this case, the strength is lowered and can be easily damaged by external force. How to solve this problem will be described with reference to Figure 6b.
  • the substrate 500b may be a conductor.
  • the substrate 500b may be a metal such as steel, stainless steel, aluminum (Al), etc.
  • the substrate 500b may be used.
  • An insulating member 550 is disposed between the edge of the display module and the display module 200.
  • the insulating member 550 may be a non-conductor and may be made of a resin material such as plastic.
  • the edge portion of the substrate 500b may be bonded to the insulating member 550 using a double-sided adhesive tape (DAT), and the insulating member 550 may also be bonded to the bottom surface of the display module 200 using the double-sided adhesive tape (DAT). Can be combined.
  • DAT double-sided adhesive tape
  • DAT double-sided adhesive tape
  • the substrate 500b is formed of a conductor having electrical conductivity, but is electrically insulated from the display module 200 by the insulating member 500, and is also electrically connected to other components not shown in the drawing. Since not, the substrate 500b of the conductor can be electrically floated. Accordingly, when the substrate 500b and the insulating member 550 of the conductor are used, the electrically floating substrate 500 in the touch input device illustrated in FIGS. 3A to 4B may be implemented.
  • the electrically floating substrate 500 illustrated in FIGS. 3A to 4C may have a thickness of several hundred micrometers. Even if the substrate 500b is configured, there is an advantage that it is not easily damaged by an external force, and there is an advantage of electrically floating the substrate 500b of the conductive material using the insulating member 550.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of the touch input device including the display module 200 and the substrate 500a illustrated in FIG. 6A.
  • the display module 200 is disposed under the cover 100, and the substrate 500 is coupled under the display module 200. Since the substrate 500 is made of a resin material, the substrate 500 is electrically floated. In addition, the substrate 500 may have a thickness of about 200 [um] or more. Although not illustrated in a separate drawing, a space in which air is present may be filled with a cushion made of an elastic material.
  • the pressure electrode 400 is disposed on the upper surface of the substrate 500, and in order to fix the pressure electrode 400 to the substrate 500, double-sided adhesive tapes DAT and 450 may be used.
  • the pressure electrode 400 may have a thickness of about 75 [um]
  • the double-sided adhesive tape 450 may have a thickness of about 30 [um].
  • the pressure electrode 400 and the display module 200 may be disposed apart from each other so that air may exist between the pressure electrode 400 and the display module 200.
  • the mid frame 600 may be coupled to each other through the cover 100 and the glue 650, and graphite 670 may be disposed on an upper surface of the mid frame 600.
  • Graphite 670 serves to dissipate heat.
  • a back cover 700 is disposed below the mid frame 600, and the back cover 700 includes a cover 100, a display module 200, a pressure electrode 400, a substrate 500, and a mid frame ( 600), the battery and the main board (Battery / Main board, 800) is housed.
  • the back cover 700 is combined with the cover 100 to form an external shape of the touch input device.
  • a reference potential may be formed in the display module 200.
  • the display module 200, the insulating member 550, and the substrate 500b illustrated in FIG. 6B may also be configured as the touch input device illustrated in FIG. 7.
  • the touch input device illustrated in FIG. 7 is illustrated as including the graphite 670, the present invention is not limited thereto, and the graphite 670 may not be provided. In this case, the substrate 500 may directly contact the mid frame 600.
  • touch input device illustrated in FIG. 7 is illustrated as including a double-sided adhesive tape 450, the touch input device is not limited thereto and may not include the double-sided adhesive tape 450.
  • FIG. 8 is a cross-sectional view of another modified example of the touch input device illustrated in FIG. 7.
  • the pressure electrode 400 is disposed below the substrate 500, not on the substrate 500. In addition, no air is present between the display module 200 and the substrate 500.
  • the display module 200 may not have a reference potential with respect to the pressure electrode 400, and the mid frame 600 may have a reference potential with respect to the pressure electrode 400.
  • the substrate 500 comprises a conductor composed of an insulator or electrically floating. That is, although the substrate 500 is physically present between the pressure electrode 400 and the display module 200, the mutual capacitance change amount or the magnetic capacitance due to the distance change between the pressure electrode 400 and the mid frame 600. When the capacitance change amount is detected, it is as if the substrate 500 is not electrically present.
  • the touch input device illustrated in FIG. 8 is illustrated as including a graphite 670, the present invention is not limited thereto and the graphite 670 may not be provided.
  • touch input device illustrated in FIG. 8 is illustrated as including a double-sided adhesive tape 450, the touch input device is not limited thereto and may not include the double-sided adhesive tape 450.
  • sensing section 12 driving section
  • control unit 100 cover
  • 400a first pressure electrode 400b: second pressure electrode

Abstract

본 발명의 목적은 압력 전극에서 출력되는 감지신호에서 기생 정전용량(parastic capacitance)을 줄여 터치 압력의 감도를 향상시킬 수 있으며, 터치 입력 장치의 두께를 줄일 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다. 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 커버; 상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치되고, 부도체로 구성되거나 전기적으로 플로팅된 도체를 포함하는 기판; 및 상기 기판에 형성된 압력 전극;을 포함한다.

Description

터치 입력 장치
본 발명은 압력 검출을 위한 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 압력의 감도를 향상시킬 수 있고, 두께를 줄일 수 있는 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(touch sensor panel)을 포함하는 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서는 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 사용자가 손가락 등으로 터치 스크린을 단순히 터치함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 컴퓨팅 시스템은 터치 스크린상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이때, 터치 스크린상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 터치의 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 압력 전극에서 출력되는 감지신호에서 기생 정전용량(parastic capacitance)를 줄여 터치 압력의 감도를 향상시킬 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 터치 입력 장치의 두께를 줄일 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 커버; 상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치되고, 부도체로 구성되거나 전기적으로 플로팅된 도체를 포함하는 기판; 및 상기 기판에 형성된 압력 전극;을 포함한다.
상기 디스플레이 모듈을 구성하는 구성들 중 적어도 어느 하나 이상은, 상기 압력 전극에 대한 기준전위를 가질 수 있다.
상기 디스플레이 모듈의 하면에 직접 형성된 기준 전극을 더 포함하고, 상기 기준 전극은, 상기 압력 전극에 대한 기준전위를 가질 수 있다.
상기 디스플레이 모듈 내부에 배치된 기준 전극을 더 포함하고, 상기 기준 전극은, 상기 압력 전극에 대한 기준전위를 가질 수 있다.
상기 기판 아래에 배치된 미드 프레임을 더 포함하고, 상기 미드 프레임은 상기 압력 전극에 대한 기준전위를 가질 수 있다.
상기 압력 전극은 상기 기판에 직접 형성될 수 있다.
상기 기판이 부도체이면, 상기 기판의 가장자리부는 상기 디스플레이 모듈의 하면에 연결될 수 있다.
상기 기판이 전기적으로 플로팅된 도체이면, 상기 기판은 상기 압력 전극이 형성되는 도체부와 상기 도체부의 가장자리부와 상기 디스플레이 모듈의 하면을 연결하는 절연 부재를 포함하고, 상기 절연 부재는 부도체일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 커버; 상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치되고, 부도체로 구성되거나 전기적으로 플로팅된 도체를 포함하는 기판; 상기 디스플레이 모듈에 형성된 제1 압력 전극; 및 상기 기판에 형성되고, 상기 제1 압력 전극 아래에 소정 간격 이격되어 배치된 제2 압력 전극;을 포함한다.
상기 제1 압력 전극은, 상기 디스플레이 모듈을 구성하는 구성들 중 적어도 어느 하나일 수 있다.
상기 제1 압력 전극은 상기 디스플레이 모듈의 하면에 직접 형성될 수 있다.
상기 제1 압력 전극은 상기 디스플레이 모듈 내부에 배치될 수 있다.
상기 기판 아래에 배치된 미드 프레임을 더 포함하고,
상기 미드 프레임은 상기 제1 압력 전극과 상기 제2 압력 전극 중 적어도 어느 하나에 대한 기준전위를 가질 수 있다.
상기 제2 압력 전극은 상기 기판에 직접 형성될 수 있다.
상기 기판이 부도체이면, 상기 기판의 가장자리부는 상기 디스플레이 모듈의 하면에 연결될 수 있다.
상기 기판이 전기적으로 플로팅된 도체이면, 상기 기판은 상기 압력 전극이 형성되는 도체부와 상기 도체부의 가장자리부와 상기 디스플레이 모듈의 하면을 연결하는 절연 부재를 포함하고, 상기 절연 부재는 부도체일 수 있다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치를 사용하면, 압력 전극을 통해 출력되는 감지신호에서 기생 정전용량(parastic capacitance)를 줄여 터치 압력의 감도를 향상시킬 수 있는 이점이 있다.
또한, 터치 입력 장치의 두께를 줄일 수 있는 이점이 있다.
도 1a 및 도 1b은 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도 2a 및 도 2b는 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 세부 구성을 도시하는 도면이다.
도 3a는 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도이다.
도 3c는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도이다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도이다.
도 5a는 LCD 패널을 포함하는 디스플레이 모듈(200A)을 도시하고, 도 5b는 OLED 패널을 포함하는 디스플레이 모듈(200B)을 도시한다.
도 6a 내지 도 6b는 도 3a 내지 도 4b에 도시된 디스플레이 모듈(200)과 기판(500)의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6a에 도시된 디스플레이 모듈(200)과 기판(500a)을 포함하는 터치 입력 장치의 전체 단면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 터치 입력 장치의 변형 예의 단면도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시 형태에 따른 압력 검출이 가능한 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서(10)를 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서(10)가 적용될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도 1a를 참조하면, 터치 센서(10)는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서(10)의 동작을 위해 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(12), 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)으로부터 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 및 터치 위치를 검출하는 감지부(11)를 포함할 수 있다.
도 1a에 도시된 바와 같이, 터치 센서(10)는 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도 1a에서는 터치 센서(10)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 대각선, 동심원 및 3차원 랜덤 배열 등을 비롯한 임의의 수의 차원 및 이의 응용 배열을 갖도록 할 수 있다. 여기서, n 및 m은 양의 정수로서 서로 같거나 다른 값을 가질 수 있으며 실시 형태에 따라 크기가 달라질 수 있다.
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.
도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 센서(10)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 후술하게 될 디스플레이 모듈(200)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도 2c에 도시된 바와 같이, 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) 중 어느 하나는 디스플레이 모듈(200)의 상면에 형성되고, 나머지 하나는 후술하게될 커버(100)의 하면에 형성되거나 디스플레이 모듈(200)의 내부에 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.
도 1a에 도시된 구동부(12)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 실시 형태에서, 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, 실시 형태에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.
감지부(11)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 14)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: 14)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(10)를 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(11)는 각각의 수신전극(RX1 내지 RXm)과 스위치를 통해 연결된 수신기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위치는 해당 수신전극(RX)의 신호를 감지하는 시간구간에 온(on)되어서 수신전극(RX)으로부터 감지신호가 수신기에서 감지될 수 있도록 한다. 수신기는 증폭기(미도시) 및 증폭기의 부(-)입력단과 증폭기의 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 증폭기의 정(+)입력단은 그라운드(ground)에 접속될 수 있다. 또한, 수신기는 궤환 캐패시터와 병렬로 연결되는 리셋 스위치를 더 포함할 수 있다. 리셋 스위치는 수신기에 의해 수행되는 전류에서 전압으로의 변환을 리셋할 수 있다. 증폭기의 부입력단은 해당 수신전극(RX)과 연결되어 정전용량(Cm: 14)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(11)는 수신기를 통해 적분된 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(미도시: analog to digital converter)를 더 포함할 수 있다. 추후, 디지털 데이터는 프로세서(미도시)에 입력되어 터치 센서(10)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(11)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(13)는 구동부(12)와 감지부(11)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(13)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(12)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(13)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(11)에 전달하여 감지부(11)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도 1a에서 구동부(12) 및 감지부(11)는 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미도시)를 구성할 수 있다. 터치 검출 장치는 제어부(13)를 더 포함할 수 있다. 터치 검출 장치는 터치 센서(10)를 포함하는 터치 입력 장치에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서(10)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(12) 및 감지부(11)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 제1인쇄 회로 기판(이하에서, 제1PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시 형태에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(Cm)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서(10)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도 1a에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm, mutual capacitance)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(11)에서 감지하여 터치 센서(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서(10)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서(10)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서(10)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
위에서는 구동 전극(TX)과 수신 전극(RX) 사이의 상호 정전용량 변화량에 기초하여, 터치 위치를 감지하는 터치 센서(10)의 동작 방식에 대해서 설명했지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 즉, 도 1b와 같이, 자기 정전용량(self capacitance)의 변화량에 기초하여 터치 위치를 감지하는 것도 가능하다.
도 1b는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 또 다른 정전용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 1b에 도시된 터치 센서 패널(10)에는 복수의 터치 전극(30)이 구비된다. 복수의 터치 전극(30)은, 도 2d에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(130)에 의해 생성된 구동제어신호는 구동부(12)에 전달되고, 구동부(12)는 구동제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)에 구동신호를 인가한다. 또한, 제어부(13)에 의해 생성된 감지제어신호는 감지부(11)에 전달되고, 감지부(11)는 감지제어신호에 기초하여, 소정 시간에 미리 설정된 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는다. 이때, 감지신호는 터치 전극(30)에 형성된 자기 정전용량 변화량에 대한 신호일 수 있다.
이때, 감지부(11)가 감지한 감지신호에 의하여, 터치 센서 패널(10)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치가 검출된다. 예컨대, 터치 전극(30)의 좌표를 미리 알고 있기 때문에, 터치 센서(10)의 표면에 대한 객체의 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있게 된다.
이상에서는, 편의상 구동부(12)와 감지부(11)가 별개의 블록으로 나뉘어 동작하는 것으로 설명되었지만, 터치 전극(30)에 구동신호를 인가하고, 터치 전극(30)으로부터 감지신호를 입력받는 동작을 하나의 구동 및 감지부에서 수행하는 것도 가능하다.
이상에서는 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서(10)를 포함하는 터치 입력 장치에 대해서 살펴보았다. 상술한 터치 센서(10)가 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 적용됨으로써, 터치 여부 및/또는 터치 위치를 용이하게 검출할 수 있다. 뿐만 아니라 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 이하에서 설명할 터치 압력의 크기를 용이하게 검출할 수 있다. 이하에서는 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하는 경우에 대해서 예를 들어 상세하게 살펴본다.
도 3a는 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도로서, 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하는데 필요한 일부 구성들만을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 3a를 참조하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 커버(Cover, 100), 디스플레이 모듈(Display Module, 200), 기준 전극(250), 압력 전극(400a, 400b) 및 기판(Substrate, 500)을 포함한다.
커버(100)는 사용자의 손가락과 같은 소정의 객체에 의한 터치와 소정의 압력이 직접적으로 입력되는 부재로서, 터치 입력 장치의 최상부에 위치할 수 있다.
커버(100)는 도 1a 또는 도 1b에 도시된 터치 센서(10) 및 디스플레이 모듈(200) 등을 보호하는 역할을 한다.
커버(100)는 하부에 배치된 디스플레이 모듈(200)로부터 출력되는 화면이 외부에서 보일 수 있도록 투명한 재질의 유리 또는 플라스틱 등으로 이루어질 수 있다. 커버(100)는 압력이 인가되는 위치에서 휘어질 수 있는 유연한 재질로 구성될 수 있다.
디스플레이 모듈(200)은 커버(100) 아래에 배치된다. 구체적으로, 디스플레이 모듈(200)은 커버(100)의 하면에 배치될 수 있다.
디스플레이 모듈(200)은 LCD(Liquid Crystal Display) 패널 및 OLED(Organic Light Emitting Diode) 패널을 포함한다. 도 5a 및 도 5b를 참조하여 설명한다.
도 5a는 LCD 패널을 포함하는 디스플레이 모듈(200A)을 도시하고, 도 5b는 OLED 패널을 포함하는 디스플레이 모듈(200B)을 도시한다.
도 5a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정 층(250), 액정 층(250)의 양면 각각에 전극을 포함하는 제1 기판층(251)과 제2 기판층(252), 그리고 상기 액정 층(250)과 대향하는 방향으로서 상기 제1 기판층(251)의 일면에 제1 편광층(253) 및 상기 제2 기판층(252)의 일면에 제2 편광층(254)을 포함할 수 있다. 당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다. 여기서 제1 기판층(251)은 컬러 필터 글라스일 수 있으며, 제2 기판층(252)은 TFT 글라스일 수 있다. 또한, 실시 형태에 따라 제1 기판층(251) 및 제2 기판층(252) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다.
도면에 도시하지 않았지만, 디스플레이 모듈(200A)은 디스플레이 패널(200A) 아래에 배치되는 백라이트 유닛(미도시)를 더 포함할 수 있다.
도 5b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)은 유기물 층(260), 유기물층(260)의 양면 각각에 위치한 제1 기판층(261)과 제2 기판층(262)을 포함할 수 있다. 당해 기술분야의 당업자에게는, OLED 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다. 여기서 제1 기판층(261)은 인캡슐레이션 글라스일 수 있으며, 제2 기판층(262)은 TFT 글라스일 수 있다. 또한, 실시 형태에 따라 제1 기판층(261) 및 제2 기판층(262) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다.
다시, 도 3a를 참조하면, 디스플레이 모듈(200)은 터치 입력 장치의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 소정의 신호를 받아 디스플레이 패널에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 디스플레이 패널(200)의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
기준 전극(250)이 디스플레이 모듈(200)과는 별도로 추가적으로 구성된다. 기준 전극(250)은 압력 전극(400a, 400b)을 이용하여 터치 압력을 검출하기 위한 기준전위층의 역할을 한다. 기준 전극(250)은 디스플레이 모듈(200)의 하면에 배치된다.
압력 전극(400a, 400b)은 디스플레이 모듈(200) 아래에 배치되고, 디스플레이 모듈(200)과 기준 전극(250)으로부터 소정 간격 떨어져 배치될 수 있다. 압력 전극(400a, 400b)과 디스플레이 모듈(200) 및 기준 전극(250) 사이에는 소정의 공간이 형성될 수 있고, 상기 소정의 공간에는 외력에 의해 압축이 가능하고 외력이 제거되면 원래의 형상으로 회복이 가능한 소정의 부재(미도시), 예를 들어 쿠션(cushion)이 배치될 수 있다.
압력 전극(400a, 400b)은 기판(500)에 형성된다. 여기서, 압력 전극(400a, 400b)은 기판(500)의 상면에 배치될 수 있고, 도면에 도시하지 않았지만, 압력 전극(400a, 400b)은 기판(500)의 하면에 배치될 수도 있다. 여기서, 압력 전극(400a, 400b)은 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)을 포함할 수 있다. 여기서, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)은 서로 전기적으로 절연되어 서로 다른 기능, 예를 들어 제1 압력 전극(400a)으로는 터치 압력 구동 신호가 입력되고 제2 압력 전극(400b)에서는 터치 압력 감지 신호가 출력될 수 있다. 또한, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)은 서로 전기적으로 연결되어 동일한 기능, 예를 들어 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 모두가 터치 압력 구동 신호를 입력받고, 터치 압력 감지 신호를 출력할 수 있다. 도 2a 내지 도 2d를 참조하여 설명한다.
제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)은 도 2a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 전극으로 구성될 수 있다. 여기서, 제1 압력 전극(400a)은 제1 축 방향으로 서로 이어진 형태의 복수의 제1 축 전극(510)이고, 제2 압력 전극(400b)은 제1 축 방향과 직교하는 제2 축 방향으로 서로 이어진 형태의 복수의 제2 축 전극(520)이며, 제1 압력 전극(400a) 또는 제2 압력 전극(400b) 중 적어도 하나는 각각의 복수의 마름모꼴 형태의 전극이 브릿지를 통해 연결되어 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)이 서로 절연된 형태일 수 있다.
또한, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)은 도 2b에 도시된 형태와 같이 복수의 제1 축 전극(510)과 복수의 제2 축 전극(520)으로 구성되어, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)은 각각 서로 교차하지 않으면서, 각각의 제1 압력 전극(400a)이 연장된 방향과 교차하는 방향으로 각각의 제2 압력 전극(400b)이 연결될 수 있도록 배열될 수 있다.
또한, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)은 도 2c에 도시된 바와 같이, 각각 복수의 제1 축 전극(510)과 복수의 제2 축 전극(520)으로 구성되어, 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다.
또한, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)은 도 2d에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치되어 전기적으로 연결될 수 있다. 도 2d에 도시된 예가, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)이 서로 전기적으로 연결되어 동일한 기능을 수행할 수 있다.
다시, 도 3a를 참조하면, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)을 이용하여 커버(100)로 입력되는 터치 압력을 검출할 수 있다. 이하에서 다양한 터치 압력 검출 방식을 살펴본다.
하나의 터치 압력 검출 방식은, 커버(100)로 입력되는 터치 압력에 의한 기준 전극(250)과 제1 및 제2 압력 전극(400a, 400b) 사이의 거리 변화에 따른 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 사이의 상호 정전용량 변화량을 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 어느 하나로부터 출력되는 터치 압력 감지 신호를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 하나는 터치 압력 구동 신호가 인가되는 구동전극이 되고, 나머지 하나는 터치 압력 감지 신호가 출력되는 수신전극이 된다.
다른 하나의 터치 압력 검출 방식은, 커버(100)로 입력되는 터치 압력에 의한 기준 전극(250)과 제1 및 제2 압력 전극(400a, 400b) 사이의 거리 변화에 따른 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 각각의 자기 정전용량 변화량을 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)으로부터 출력되는 감지 신호를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 각각은, 터치 압력 구동신호가 인가되는 구동전극과 터치 압력 감지신호가 출력되는 수신전극이 된다. 터치 압력 구동신호와 터치 압력 감지신호는 시간으로 구분되어 각각의 압력 전극(400a, 400b)에 인가될 수 있다.
다시, 도 3a를 참조하면, 기판(500)은 부도체로 구성되거나 전기적으로 플로팅(floating)된 도체를 포함할 수 있다. 여기서, 기판(500)이 부도체로 구성되거나 전기적으로 플로팅된 도체를 포함한다는 의미는, 압력 전극(400a, 400b)이 형성되는 기판(500)이 전기적으로 절연된 상태인 것을 의미할 수 있다. 기판(500)이 부도체로 구성된 경우, 기판(500)은 예를 들어, 플라스틱과 같은 수지 재질일 수 있다.
기판(500)이 전기적으로 절연되면, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)을 직접 기판(500)에 형성시킬 수 있다.
기판(500)이 전체적으로 도체인 하나의 금속(Metal)으로 구성된 경우, 전도성 금속 재질의 기판에 전도성의 압력 전극을 직접 배치시킬 수 없다. 하지만, 본 발명의 실시 형태에서는 기판(500)이 전기적으로 절연되기 때문에, 압력 전극(400a, 400b)을 기판(500)의 상면에 직접 형성시킬 수 있다. 따라서, 압력 전극(400a, 400b)과 기판(500) 사이에 별도의 부재가 배치되지 않기 때문에, 전체 터치 입력 장치의 두께를 줄일 수 있는 이점도 있다.
또한, 기판(500)이 전체적으로 도체인 하나의 금속(Metal)으로 구성된 경우, 전도성의 금속 재질의 기판과 압력 전극 사이에는 금속 재질의 기판과 압력 전극을 절연시키기 위한 절연 부재, 예를 들면 쿠션(cushion)이 배치되어야 한다. 그런데, 이러한 쿠션과 같은 절연 부재가 금속 재질의 기판과 압력 전극 사이에 배치된다 하더라도 금속 재질의 기판과 압력 전극 사이에 기생 정전용량(parastic capacitance)이 발생할 수 있다. 금속 재질의 기판과 압력 전극 사이의 거리가 상당히 작기 때문에, 발생되는 기생 정전용량은 상당히 크다. 상당히 큰 기생 정전용량은 압력 전극으로부터의 감지신호에 반영되어 출력되기 때문에, 터치 압력 센싱의 감도가 낮아지는 문제가 생길 수 있다. 하지만, 본 발명의 실시 형태에서는 기판(500)의 전기적으로 절연되기 때문에, 압력 전극(400a, 400b)과 기판(500) 사이에 기생 정전용량이 발생되지 않는다. 따라서, 압력 전극(400a, 400b)으로부터 출력되는 감지신호에 압력 전극(400a, 400b)과 기판(500) 사이의 기생 정전용량이 반영되지 않기 때문에, 터치 압력 센싱의 감도가 향상되는 이점이 있다.
도 3b는 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도로서, 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하는데 필요한 일부 구성들만을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 3b를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 커버(Cover, 100), 디스플레이 모듈(Display Module, 200), 기준 전극(250), 압력 전극(400a, 400b) 및 기판(Substrate, 500)을 포함한다.
도 3b에 도시된 터치 입력 장치는, 도 3a에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 기준 전극(250)의 위치에 차이가 있다. 구체적으로, 기준 전극(250)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된다.
기준 전극(250)은 압력 전극(400a, 400b)을 이용하여 터치 압력을 검출하기 위한 기준전위층의 역할을 한다.
기준 전극(250)은 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는데, 구체적으로, 도 5a를 참조하여 설명하면, 기준 전극(250)은 제1 편광층(253)과 제1 기판층(251) 사이, 제1 기판층(251)과 액정층(250) 사이, 액정층(250)과 제2 기판층(252) 사이, 제2 기판층(252)과 제2 편광층(254) 사이 중 어느 한 곳에 배치될 수 있다. 또한, 도 5b를 참조하여 설명하면, 기준 전극(250)은 제1 기판층(261)과 유기물층(260) 사이, 유기물층(260)과 제2 기판층(262) 사이 중 어느 한 곳에 배치될 수 있다.
압력 전극(400a, 400b)을 이용한 터치 압력 검출 방식은, 도 3a에서 상술한 방식과 동일하되, 기준 전극(250)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 있다는 점에서만 차이가 있으므로, 구체적인 설명은 생략한다.
도 3c는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도로서, 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하는데 필요한 일부 구성들만을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 3c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 커버(Cover, 100), 디스플레이 모듈(Display Module, 200), 압력 전극(400a, 400b) 및 기판(Substrate, 500)을 포함한다.
도 3c에 도시된 터치 입력 장치는, 도 3a 및 도 3b에 도시된 터치 입력 장치들와 비교하여, 기준 전극(250)이 별도로 구성되어 있지 않다는 점에서 차이가 있다. 도 3a 및 도 3b에 도시된 기준 전극(250)의 동일한 역할을 하는 기준전위층이 디스플레이 모듈(200) 또는 터치 센서를 구성하는 여러 구성요소들 중 적어도 어느 하나의 구성이 되고, 이 때, 기준전위층은 그라운드 전위(GND)를 가질 수 있다.
압력 전극(400a, 400b)을 이용한 하나의 터치 압력 검출 방식은, 커버(100)로 입력되는 터치 압력에 의한 기준전위층과 제1 및 제2 압력 전극(400a, 400b) 사이의 거리 변화에 따른 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 사이의 상호 정전용량 변화량을 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 어느 하나로부터 출력되는 터치 압력 감지 신호를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 하나는 터치 압력 구동 신호가 인가되는 구동전극이 되고, 나머지 하나는 터치 압력 감지 신호가 출력되는 수신전극이 된다.
다른 하나의 터치 압력 검출 방식은, 커버(100)로 입력되는 터치 압력에 의한 기준전위층과 제1 및 제2 압력 전극(400a, 400b) 사이의 거리 변화에 따른 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 각각의 자기 정전용량 변화량을 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)으로부터 출력되는 감지 신호를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 각각은, 터치 압력 구동신호가 인가되는 구동전극과 터치 압력 감지신호가 출력되는 수신전극이 된다. 터치 압력 구동신호와 터치 압력 감지신호는 시간으로 구분되어 각각의 압력 전극(400a, 400b)에 인가될 수 있다.
도 4a는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도로서, 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하는데 필요한 일부 구성들만을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 커버(Cover, 100), 디스플레이 모듈(Display Module, 200), 제1 압력 전극(400a), 제2 압력 전극(400b) 및 기판(Substrate, 500)을 포함한다.
도 4a에 도시된 터치 입력 장치는, 도 3a에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 제1 및 제2 압력 전극(400a, 400b)의 위치가 상이하다. 구체적으로, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)이 기판(500)에 함께 배치되지 않고, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중에서 하나의 전극이 디스플레이 모듈(200)의 하면에 배치된다. 도면에서는 제1 압력 전극(400a)이 디스플레이 모듈(200)의 하면에 배치된 것으로 도시되어 있다.
이러한 위치 관계에 의해서, 제1 압력 전극(400a) 아래에 제2 압력 전극(400b)이 소정 간격 떨어져 배치된다. 여기서, 도면으로 도시되어 있지 않지만, 제2 압력 전극(400b)은 기판(500)의 하면에 배치될 수도 있다.
제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b)은 서로 다른 층에 위치하므로, 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 도 2c에 도시된 바와 같이, 각각 복수의 제1 축 전극(510)과 복수의 제2 축 전극(520)으로 구성되어, 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 또는, 도 2a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 제1 축 전극(510)과 제2 축 전극(520)이 각각 다른 층에 위치할 수도 있다.
압력 전극(400a, 400b)을 이용한 터치 압력 검출 방식은, 커버(100)로 입력되는 터치 압력에 의한 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 사이의 거리 변화에 따른 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 사이의 상호 정전용량 변화량을 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 어느 하나로부터 출력되는 감지신호를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 하나는 터치 압력 구동신호가 인가되는 구동전극이 되고, 나머지 하나는 터치 압력 감지신호가 출력되는 수신전극이 된다.
압력 전극(400a, 400b)을 이용한 다른 터치 압력 검출 방식은, 도 3a 내지 도 3c에서와 같이 디스플레이 모듈(200)에 기준전위가 형성되고, 커버(100)로 입력되는 터치 압력에 의한 디스플레이 모듈(200)의 기준전위와 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 적어도 어느 하나 사이의 거리 변화에 따른 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 사이의 상호 정전용량 변화량을 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 어느 하나로부터 출력되는 감지신호를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 때, 제1 압력 전극(400a)과 제2 압력 전극(400b) 중 하나는 터치 압력 구동신호가 인가되는 구동전극이 되고, 나머지 하나는 터치 압력 감지신호가 출력되는 수신전극이 된다.
도 4b는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도로서, 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하는데 필요한 일부 구성들만을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 4b를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 커버(Cover, 100), 디스플레이 모듈(Display Module, 200), 제1 압력 전극(400a), 제2 압력 전극(400b) 및 기판(Substrate, 500)을 포함한다.
도 4b에 도시된 터치 입력 장치는, 도 4a에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 제1 압력 전극(400a)의 위치가 상이하다. 구체적으로, 제1 압력 전극(400a)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된다.
구체적으로, 도 5a를 참조하여 설명하면, 제1 압력 전극(400a)은 제1 편광층(253)과 제1 기판층(251) 사이, 제1 기판층(251)과 액정층(250) 사이, 액정층(250)과 제2 기판층(252) 사이, 제2 기판층(252)과 제2 편광층(254) 사이 중 어느 한 곳에 배치될 수 있다. 또한, 도 5b를 참조하여 설명하면, 제1 압력 전극(400a)은 제1 기판층(261)과 유기물층(260) 사이, 유기물층(260)과 제2 기판층(262) 사이 중 어느 한 곳에 배치될 수 있다.
도 4c는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 개략적인 단면도로서, 터치 입력 장치에서 터치 압력을 검출하는데 필요한 일부 구성들만을 간략하게 도시한 단면도이다.
도 4c를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 커버(Cover, 100), 디스플레이 모듈(Display Module, 200), 제2 압력 전극(400b) 및 기판(Substrate, 500)을 포함한다.
도 4c에 도시된 터치 입력 장치는, 도 4a에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 제1 압력 전극이 도시되어 있지 않다. 제1 압력 전극이 도시되지 않은 것은, 디스플레이 모듈(200)을 구성하는 구성들 중 어느 하나가 도 4a에 도시된 제1 압력 전극(400a)의 역할을 수행하기 때문이다. 즉, 도 4a 및 도 4b에서는 제1 압력 전극(400a)이 디스플레이 모듈(200)을 구성하는 구성들과는 별도로 구비되는 것이고, 도 4c에서는 디스플레이 모듈(200)을 구성하는 구성들 중 어느 하나가 제1 압력 전극의 역할을 더 추가적으로 수행하는 것으로 이해해야 한다.
상술한 도 3a 내지 도 4c에 도시된 본 발명의 여러 실시 형태에 따른 터치 입력 장치들은, 전기적으로 플로팅된 기판(500)과 기판(500)의 상면에 배치된 적어도 하나 이상의 압력 전극(400a or 400b)을 공통적으로 포함한다. 여기서, 전기적으로 플로팅된 기판(500)과 적어도 하나 이상의 압력 전극(400a or 400b)이 도 3a 내지 도 4c에 도시된 터치 입력 장치에만 적용되는 것은 아님에 유의해야 한다. 본 발명의 기술적 사상은 전기적으로 플로팅된 기판(500)과 적어도 하나 이상의 압력 전극(400a or 400b)을 이용하여 터치 압력을 검출하는데 있으므로, 도 3a 내지 도 4c에 도시된 터치 입력 장치 이외의 터치 입력 장치에도 전기적으로 플로팅된 기판(500)과 적어도 하나 이상의 압력 전극(400a or 400b)이 적용될 수 있다.
도 6a 내지 도 6b는 도 3a 내지 도 4c에 도시된 디스플레이 모듈(200)과 기판(500)의 결합 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 6a를 참조하면, 기판(500a)의 가장자리부가 디스플레이 모듈(200)의 하면과 결합되고, 기판(500a)의 가장자리부를 제외한 나머지 부분은 디스플레이 모듈(200)로부터 소정 간격 떨어져 배치된다. 압력 전극(400)은 기판(500a)의 상면에 배치된다. 여기서, 압력 전극(400)은 도 3a 내지 도 3c에 도시된 제1 및 제2 압력 전극(400a, 400b)일 수 있고, 도 4a 내지 도 4b에 도시된 제2 압력 전극(400b)일 수 있다.
기판(500a)이 전기적으로 절연되기 위해서, 기판(500a)은 부도체일 수 있다. 예를 들어, 기판(500a)은 플라스틱과 같은 수지 재질일 수 있다. 기판(500a)이 부도체이기 때문에, 기판(500a)의 가장자리부를 디스플레이 모듈(200)이 하면에 직접 결합시킬 수 있다. 여기서, 기판(500a)의 가장자리부를 디스플레이 모듈(200)의 하면에 결합시키기 위해서, 양면 접착 테이프(DAT)를 사용할 수 있다.
부도체의 기판(500a)을 사용하면, 도 3a 내지 도 4b에 도시된 전기적으로 절연된 기판(500)을 구현할 수 있다.
도 6a에서는 기판(500a)을 전기적으로 절연하기 위해서, 기판(500a)을 부도체로 구성하였지만, 부도체의 기판(500a), 예를 들어 수지 재질의 기판(500a)의 두께를 수백 마이크로 미터로 구성할 경우, 강도가 낮아져 외력에 의해 쉽게 손상될 수 있다. 이러한 문제점을 해결할 수 있는 방법을 도 6b를 참조하여 설명한다.
도 6b를 참조하면, 기판(500b)은 도체일 수 있다. 예를 들어, 기판(500b)는 철(steel), 스테인리스강(stainless steel) 및 알루미늄(Al) 등의 금속일 수 있다., 도체의 기판(500b)을 전기적으로 플로팅하기 위해서, 기판(500b)의 가장자리부와 디스플레이 모듈(200) 사이에 절연 부재(550)가 배치된다. 여기서, 절연 부재(550)는 부도체로서, 플라스틱과 같은 수지 재질일 수 있다.
기판(500b)의 가장자리부는 양면 접착 테이프(DAT)를 사용하여 절연 부재(550)와 결합할 수 있고, 절연 부재(550)도 양면 접착 테이프(DAT)를 사용하여 디스플레이 모듈(200)의 하면과 결합할 수 있다.
도 6b와 같이, 기판(500b)은 전기전도성을 갖는 도체로 구성되지만, 절연 부재(500)에 의해서 디스플레이 모듈(200)과 전기적으로 절연되고, 도면에 도시되지 않은 다른 구성들과도 전기적으로 연결되지 않기 때문에, 도체의 기판(500b)은 전기적으로 플로팅될 수 있다. 따라서, 도체의 기판(500b)과 절연 부재(550)를 사용하면, 도 3a 내지 도 4b에 도시된 터치 입력 장치에서의 전기적으로 플로팅된 기판(500)을 구현할 수 있다.
이와 같이, 도 6b에 도시된 도체의 기판(500b)과 절연 부재(550)를 사용하여 도 3a 내지 도 4c에 도시된 전기적으로 플로팅된 기판(500)을 구현하면, 수백 마이크로 미터의 두께를 갖는 기판(500b)을 구성하더라도 외력에 의해 쉽게 손상되지 않는 이점이 있으며, 절연 부재(550)를 사용하여 전도성 재질의 기판(500b)을 전기적으로 플로팅할 수 있는 이점이 있다.
도 7은 도 6a에 도시된 디스플레이 모듈(200)과 기판(500a)을 포함하는 터치 입력 장치의 전체 단면도이다.
도 7을 참조하면, 커버(100) 아래에 디스플레이 모듈(200)이 배치되고, 디스플레이 모듈(200) 아래에 기판(500)이 결합된다. 기판(500)이 수지 재질로 구성되므로, 기판(500)은 전기적으로 플로팅된다. 그리고, 기판(500)은 대략 200 [um] 이상의 두께를 가질 수 있다. 별도의 도면으로 도시하지 않았지만, 공기(air)가 존재하는 공간에는 탄성 재질의 쿠션(cushion)으로 채워질 수 있다.
압력 전극(400)은 기판(500)의 상면에 배치되는데, 압력 전극(400)을 기판(500)에 고정시키기 위해서, 양면 접착 테이프(DAT, 450)를 이용할 수 있다. 여기서, 압력 전극(400)은 대략 75 [um]의 두께를 가질 수 있고, 양면 접착 테이프(450)는 대략 30 [um]의 두께를 가질 수 있다.
압력 전극(400)과 디스플레이 모듈(200)은 서로 떨어져 배치되어 압력 전극(400)과 디스플레이 모듈(200) 사이에는 공기(air)가 존재할 수 있다.
미드 프레임(600)은 커버(100)와 글루(Glue, 650)를 통해 서로 결합할 수 있고, 미드 프레임(600)의 상면에는 그라파이트(Graphite, 670)가 배치될 수 있다. 그라파이트(670)는 열을 방열하는 역할을 한다.
미드 프레임(600) 아래에는 백커버(Back Cover, 700)가 배치되고, 백커버(700)는 커버(100), 디스플레이 모듈(200), 압력 전극(400), 기판(500), 미드 프레임(600), 배터리와 메인보드(Battery / Main board, 800)를 수납한다. 백커버(700)는 커버(100)와 결합하여 터치 입력 장치의 외형을 형성한다.
도 3a 내지 도 4c에서 설명한 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)에 기준전위가 형성될 수 있다.
참고로, 도 6b에 도시된 디스플레이 모듈(200), 절연 부재(550) 및 기판(500b)으로도 도 7에 도시된 바와 같은 터치 입력 장치를 구성할 수 있음은 당연하다.
도 7에 도시된 터치 입력 장치는, 그라파이트(670)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고 그라파이트(670)는 없을 수도 있다. 이 경우, 기판(500)이 직접 미드 프레임(600)과 맞닿을 수 있다.
도 7에 도시된 터치 입력 장치는, 양면 접착 테이프(450)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고 양면 접착 테이프(450)는 없을 수도 있다.
도 8은 도 7에 도시된 터치 입력 장치의 다른 변형 예의 단면도이다.
도 7에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 도 8에 도시된 터치 입력 장치는, 압력 전극(400)이 기판(500) 상이 아닌, 기판(500) 아래에 배치된다. 그리고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(500) 사이에 공기(air)가 존재하지 않는다.
도 8에 도시된 실시 예에서는, 디스플레이 모듈(200)이 압력 전극(400)에 대한 기준전위를 갖지 않고, 미드 프레임(600)이 압력 전극(400)에 대한 기준전위를 가질 수 있다.
미드 프레임(600)이 압력 전극(400)에 대한 기준전위를 가질 경우, 커버(100)로 입력되는 터치 압력에 의한 압력 전극(400)과 미드 프레임(600) 사이의 거리 변화에 따른 상호 정전용량 변화량 또는 자기 정전용량 변화량을 압력 전극(400)에서 출력되는 터치 압력 감지 신호를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 이러한 압력 검출 방식은, 기판(500)이 부도체로 구성되거나 전기적으로 플로팅된 도체를 포함하기 때문에 가능하다. 즉, 기판(500)이 압력 전극(400)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 물리적으로는 존재하지만, 압력 전극(400)과 미드 프레임(600) 사이의 거리 변화에 따른 상호 정전용량 변화량 또는 자기 정전용량 변화량의 검출 시에는 마치 기판(500)이 전기적으로 존재하지 않는 것으로 보여진다.
도 8에 도시된 터치 입력 장치는, 그라파이트(670)를 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고 그라파이트(670)는 없을 수도 있다.
도 8에 도시된 터치 입력 장치는, 양면 접착 테이프(450)을 포함하는 것으로 도시되어 있으나, 이에 한정하는 것은 아니고 양면 접착 테이프(450)는 없을 수도 있다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 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]
10: 터치 센서
11: 감지부 12: 구동부
13: 제어부 100: 커버
200: 디스플레이 모듈
400a: 제1 압력 전극 400b: 제2 압력 전극

Claims (14)

  1. 커버;
    상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치되고, 부도체로 구성되거나 전기적으로 플로팅된 도체를 포함하는 기판; 및
    상기 기판에 형성된 압력 전극;
    을 포함하는, 터치 입력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈을 구성하는 구성들 중 적어도 어느 하나 이상은, 상기 압력 전극에 대한 기준전위를 갖는, 터치 입력 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈의 하면에 직접 형성된 기준 전극을 더 포함하고, 상기 기준 전극은, 상기 압력 전극에 대한 기준전위를 갖는, 터치 입력 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈 내부에 배치된 기준 전극을 더 포함하고, 상기 기준 전극은, 상기 압력 전극에 대한 기준전위를 갖는, 터치 입력 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판 아래에 배치된 미드 프레임을 더 포함하고,
    상기 미드 프레임은 상기 압력 전극에 대한 기준전위를 갖는, 터치 입력 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 압력 전극은 상기 기판에 직접 형성된, 터치 입력 장치.
  7. 커버;
    상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치되고, 부도체로 구성되거나 전기적으로 플로팅된 도체를 포함하는 기판;
    상기 디스플레이 모듈에 형성된 제1 압력 전극; 및
    상기 기판에 형성되고, 상기 제1 압력 전극 아래에 소정 간격 이격되어 배치된 제2 압력 전극;
    을 포함하는, 터치 입력 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 압력 전극은, 상기 디스플레이 모듈을 구성하는 구성들 중 적어도 어느 하나인, 터치 입력 장치.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 압력 전극은 상기 디스플레이 모듈의 하면에 직접 형성된, 터치 입력 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 제1 압력 전극은 상기 디스플레이 모듈 내부에 배치된, 터치 입력 장치.
  11. 제 7 항에 있어서,
    상기 기판 아래에 배치된 미드 프레임을 더 포함하고,
    상기 미드 프레임은 상기 제1 압력 전극과 상기 제2 압력 전극 중 적어도 어느 하나에 대한 기준전위를 갖는, 터치 입력 장치.
  12. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 압력 전극은 상기 기판에 직접 형성된, 터치 입력 장치.
  13. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판이 부도체이면, 상기 기판의 가장자리부는 상기 디스플레이 모듈의 하면에 연결되는, 터치 입력 장치.
  14. 제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 기판이 전기적으로 플로팅된 도체이면, 상기 기판은 상기 압력 전극이 형성되는 도체부와 상기 도체부의 가장자리부와 상기 디스플레이 모듈의 하면을 연결하는 절연 부재를 포함하고, 상기 절연 부재는, 부도체인, 터치 입력 장치.
PCT/KR2017/006230 2016-08-25 2017-06-15 터치 입력 장치 WO2018038366A1 (ko)

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