WO2018131979A1 - 터치 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치로서, 커버; 상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 상기 디스플레이 모듈과 상기 압력 센서 사이에 배치된 제1 쿠션; 상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제2 쿠션;을 포함하고, 상기 터치 입력 장치는, 상기 압력 센서와 상기 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출한다.

Description

터치 입력 장치
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 위치를 검출하도록 구성된 터치 입력 장치에 적용되어 터치 압력을 검출할 수 있도록 하는 압력 센서 및 이를 포함하는 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.
이때, 터치 스크린 상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 터치의 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 압력 검출을 위한 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 압력 검출에 민감하고, 정확한 압력 검출이 가능하며, 디스플레이 모듈에 대한 충격완화 및 디스플레이 모듈의 화질 성능을 보장하면서도 압력 검출을 위한 갭(gap)을 안정적으로 제공할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치로서, 커버; 상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 상기 디스플레이 모듈과 상기 압력 센서 사이에 배치된 제1 쿠션; 상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제2 쿠션;을 포함하고, 상기 터치 입력 장치는, 상기 압력 센서와 상기 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출한다.
실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치로서, 커버; 상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 패널과 상기 기판 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서; 상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제1 쿠션; 상기 제1 쿠션과 상기 기판 사이에 배치된 제2 쿠션;을 포함하고, 상기 터치 입력 장치는, 상기 압력 센서와 상기 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출한다.
여기서, 상기 압력 센서와 상기 제1 쿠션 사이에 배치된 백라이트 유닛;을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치로서, 커버; 상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 패널; 상기 디스플레이 패널 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 패널과 상기 기판 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서; 상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제2 쿠션; 상기 제2 쿠션과 상기 기판 사이에 배치된 제1 쿠션;을 포함하고, 상기 터치 입력 장치는, 상기 압력 센서와 상기 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출한다.
여기서, 상기 압력 센서와 상기 제2 쿠션 사이에 배치된 백라이트 유닛;을 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치로서, 커버; 상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈; 상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판; 상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서; 상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제1 쿠션; 상기 디스플레이 모듈과 상기 압력 센서 사이에 배치된 제2 쿠션;을 포함하고, 상기 터치 입력 장치는, 상기 디스플레이 모듈과 상기 압력 센서 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출한다.
여기서, 상기 제1 쿠션의 유전율은, 상기 제2 쿠션의 유전률보다 더 작을 수 있다.
여기서, 상기 제1 쿠션의 저항력은, 상기 제2 쿠션의 저항력보다 더 클 수 있다.
여기서, 상기 제1 쿠션의 두께는, 상기 제2 쿠션의 두께보다 더 얇을 수 있다.
여기서, 상기 제2 쿠션의 압축률에 따른 응력의 변화는 선형적일 수 있다.
여기서, 상기 제2 쿠션의 압축률이 0 ~ 70 (%) 구간에서의 상기 제2 쿠션의 응력의 변화는, 상기 제2 쿠션의 압축률에 대하여 선형적일 수 있다.
여기서, 상기 제2 쿠션의 압축률이 0 ~ 70 (%) 구간에서의 상기 제2 쿠션의 응력과 상기 제2 쿠션의 압축률 사이의 결정계수(coefficient of determination)는 0.9 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 압력 검출을 위한 압력 센서 및 이를 포함하는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면 압력 검출에 민감하고, 정확한 압력 검출이 가능하며, 디스플레이 모듈에 대한 충격완화 및 디스플레이 모듈의 화질 성능을 보장하면서도 압력 검출을 위한 갭(gap)을 안정적으로 제공할 수 있는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1a 및 도1b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 압력 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도3a 내지 도3b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도4a 내지 도4f는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 압력 센서가 형성되는 예를 예시한다.
도5a 내지 도5e는 실시예에 따른 압력 센서에 포함되는 압력 센서의 패턴을 예시한다.
도6a 및 도6b는 실시예에 따른 압력 센서의 터치 입력 장치에 대한 부착 위치를 예시한다.
도7a 내지 도7f는 실시예에 따른 압력 센서의 구조적 단면을 예시한다.
도8a 및 도8b는 실시예에 따른 압력 센서가 디스플레이 모듈 맞은편 기판에 부착되는 경우를 예시한다.
도9a 및 도9b는 실시예에 따른 압력 센서가 디스플레이 모듈에 부착되는 경우를 예시한다.
도10a 및 도10b는 실시예에 따른 압력 센서의 부착 방법을 예시한다.
도11a 내지 도11c는 실시예에 따른 압력 센서를 터치 센싱 회로에 연결하는 방법을 예시한다.
도12a 내지 도12c는 실시예에 따른 압력 센서가 복수의 채널을 포함하는 경우를 예시한다.
도13a는 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치에 대한 압력 터치 무게에 따른 정규화된 정전용량 변화의 차이를 나타내는 그래프이다.
도13b는 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치에 대한 소정 횟수의 압력 터치 전과 후에 압력 터치에 따른 정규화된 정전용량 변화 차이 및 이들 사이의 편차를 나타내는 그래프이다.
도13c는 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치에 대해 인가된 압력을 해제한 후 검출되는 정규화된 압력 차이의 변화를 나타내는 그래프이다.
도14a 내지 도14d는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 전극의 형태를 예시하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 6b에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 터치 입력 장치의 단면 구성도이다.
도 16은 도 15에 도시된 제2 쿠션(440b)의 압축률에 따른 응력 변화량을 보여주는 그래프이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 17에 도시된 터치 입력 장치의 변형 예이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 6a에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 터치 입력 장치의 단면 구성도이다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 6a에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 터치 입력 장치의 단면 구성도이다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 21에 도시된 터치 입력 장치의 변형 예이다.
도 23은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 6a에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 터치 입력 장치의 단면 구성도이다.
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 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.
도1a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도1a를 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.
도1a에 도시된 바와 같이, 터치 센서(10)는 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도1a에서는 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 실시예에 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.
도14a 및 도14b에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 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 패널(200A)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도14c에 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 패널(200A)의 상면에 형성되고, 나머지 하나는 후술하게될 커버의 하면에 형성되거나 디스플레이 패널(200A)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.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(12)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 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(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.
도1a에서 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 후술하게될 터치 센서 제어기(1100)에 해당하는 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, 도6a 내지 6i에서 예컨대 터치 회로 기판(이하 터치PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 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. 도1a에서 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, 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 또다른 정전용량 방식의 터치 센서(10) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도1b에 도시된 터치 센서(10)에는 복수의 터치 전극(30)이 구비된다. 복수의 터치 전극(30)은 도7d에 도시된 바와 같이, 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있지만, 이에 한정되지 않는다.
제어부(13)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(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.
이상에서 터치 센서(10)로서 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 전술한 방법 이외의 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.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 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 힘(또는 압력)을 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 회로 기판(이하 디스플레이PCB로 지칭)에 실장될 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. 구체적으로, 압력 센서 제어기(1300)가 도1a 및 도1b에 도시된 바와 같이, 구동부, 감지부 및 제어부를 포함하고, 감지부가 감지한 감지 신호에 의하여 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이 때, 압력 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)가 실장된 터치 PCB에 실장될 수도 있고, 디스플레이 제어기(1200)가 실장된 디스플레이 PCB에 실장될 수도 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(10) 및/또는 압력 센서가 통합될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)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 및 도3b는 본 발명의 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기 위한 개념도이다. 먼저, 도3a를 참조하여, LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도3a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 LCD 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(271) 및 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치되는 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 또한, LCD 패널인 디스플레이 패널(200A)은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 상부에 배치되는제1기판층(261) 및 액정층(250)의 하부에 배치되는 제2기판층(262)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. 도3a에서 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.
도 3a에 도시된 디스플레이 모듈(200)은 백라이트유닛(BLU)를 더 포함할 수 있다. 백라이트유닛은 디스플레이 패널(200A) 아래에 배치될 수 있다.
다음으로, 도3b를 참조하여, OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)의 구성을 설명하기로 한다.
도3b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)은 OLED 패널인 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(282)을 포함할 수 있다. 또한, OLED 패널인 디스플레이 패널(200A)은 OLED(Organic Light-Emitting Diode)를 포함하는 유기물층(280), 유기물층(280)의 상부에 배치되는 제1기판층(281) 및 유기물층(280) 하부에 배치되는 제2기판층(283)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. OLED 패널의 디스플레이 패널(200A)은 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.
또한, 유기물층(280)은 HIL(Hole Injection Layer, 정공주입층), HTL(Hole Transfer Layer, 정공수송층), EIL(Emission Material Layer, 전자주입층), ETL(Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(Electron Injection Layer, 발광층)을 포함할 수 있다.
각 층에 대해 간략히 설명하면, HIL은 정공을 주입시키며, CuPc 등의 물질을 이용한다. HTL은 주입된 정공을 이동시키는 기능을 하고, 주로, 정공의 이동성(hole mobility)이 좋은 물질을 이용한다. HTL은 아릴라민(arylamine), TPD 등이 이용될 수 있다. EIL과 ETL은 전자의 주입과 수송을 위한 층이며, 주입된 전자와 정공은 EML에서 결합되어 발광한다. EML은 발광되는 색을 표현하는 소재로서, 유기물의 수명을 결정하는 호스트(host)와 색감과 효율을 결정하는 불순물(dopant)로 구성된다. 이는, OLED 패널에 포함되는 유기물층(280)의 기본적인 구성을 설명한 것일 뿐, 본 발명은 유기물층(280)의 층구조나 소재 등에 한정되지 않는다.
유기물층(280)은 애노드(Anode)(미도시)와 캐소드(Cathode)(미도시) 사이에 삽입되며, TFT가 온(On) 상태가 되면, 구동 전류가 애노드에 인가되어 정공이 주입되고 캐소드에는 전자가 주입되어, 유기물층(280)으로 정공과 전자가 이동하여 빛을 발산한다.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널 또는 OLED 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널(200A) 및 디스플레이 패널(200A)를 구동하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 제2편광층(272) 하부에 배치되는 백라이트 유닛(미도시: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널(200A) 및 디스플레이 패널(200A)를 구동하기 위한 구성을 포함할 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 디스플레이 모듈(200)은 제2편광층(272) 하부에 배치되는 백라이트 유닛(미도시: backlight unit)을 포함하여 구성될 수 있고, LCD패널의 작동을 위한 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC 및 기타 회로를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 외부에 배치되는 경우, 디스플레이 모듈(200) 상부에는 터치 센서 패널이 배치될 수 있고, 터치 센서(10)가 터치 센서 패널에 포함될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널의 표면일 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 상면에 형성될 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 모듈(200)의 외면으로서 도3a 및 도3b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 실시예에 따라 터치 센서(10) 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서(10) 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서(10)를 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. 구체적으로, 터치 센서(10)를 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 제1기판층(261,281) 상면에 형성될 수 있으며, 나머지 전극은 제1기판층(261,281) 하면 또는 제2기판층(262,283) 상면에 형성될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10)가 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치되는 경우, 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수 있다. 구체적으로, 터치 센서(10)가 제1기판층(261,281)의 하면 또는 제2기판층(262,283)의 상면에 형성될 수 있다.
디스플레이 패널(200A) 내부에 터치 센서(10)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(10)로 이용될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 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, 터치 센서(10)에 포함되는 전극 중 적어도 어느 하나는 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), 제1전원라인(ELVDD) 및 제2전원라인(ELVSS) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
이 때, 터치 센서(10)는 도1a에서 설명된 구동전극 및 수신전극으로 동작하여 구동전극 및 수신전극 사이의 상호정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 터치 센서(10)는 도1b에서 설명된 단일 전극(30)으로 동작하여 단일 전극(30) 각각의 자기정전용량에 따라 터치 위치를 검출할 수 있다. 이 때, 터치 센서(10)에 포함되는 전극이 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.
본 발명의 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서가 형성된 커버층(100)과 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200) 사이가 OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 라미네이션되어 있을 수 있다. 이에 따라 터치 센서의 터치 표면을 통해 확인할 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 색상 선명도, 시인성 및 빛 투과성이 향상될 수 있다.
이상에서는 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서 패널(100)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에 대해서 살펴보았다. 실시예에 따른 압력 검출 모듈을 전술한 터치 입력 장치(1000)에 적용함으로써, 터치 여부 및/또는 터치 위치뿐 아니라 터치 압력의 크기 또한 용이하게 검출할 수 있다. 특히, 디스플레이 모듈(200)에 대한 충격완화 및 디스플레이 패널(200A)의 화질을 유지하기 위해서 기판(300)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 압력 센서와 탄성 물질을 삽입하여 터치 입력 장치(1000)가 제조될 수 있다. 실시예에서는 이러한 탄성 물질을 압력 센서에 결합하여 디스플레이 모듈(200)에 대한 충격완화 및 디스플레이 모듈의 품질을 보장하면서도 압력 검출을 위한 갭(gap)을 안정적으로 유지하고자 한다. 이하에서는 터치 입력 장치(1000)에 실시예에 따른 압력 센서를 적용하여 터치 압력을 검출하는 경우에 대해서 예를 들어 상세하게 살펴본다.
도4a 내지 도4f는 본 발명에 따른 터치 입력 장치에서 압력 센서가 형성되는 예를 예시한다.
도4a 및 이하의 일부 도면에서 디스플레이 패널(200A)이 커버층(100)에 직접 라미네이션되어 부착된 것으로 도시되나, 이는 단지 설명의 편의를 위한 것이며 제1편광층(271,282)이 디스플레이 패널(200A) 상부에 위치한 디스플레이 모듈(200)이 커버층(100)에 라미네이션 되어 부착될 수 있으며, LCD 패널이 디스플레이 패널(200A)인 경우, 제2편광층(272) 및 백라이트 유닛이 생략되어 도시된 것이다.
도4a 내지 도4f를 참조한 설명에서, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)로서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 도3a 및 도3b에 도시된 디스플레이 모듈(200) 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하나, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)가 도3a 및 도3b에 도시된 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 경우도 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 도4a 내지 도4c에서 터치 센서(10)가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 패널(200A)을 포함하는 디스플레이 모듈(200)을 덮는 것이 도시되나, 터치 센서 (10)는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하고 디스플레이 모듈(200)이 유리와 같은 커버층(100)으로 덮인 터치 입력 장치(1000)가 본 발명의 실시예로 이용될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 하우징(320)과 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간 (310) 등을 감싸는 기능을 수행할 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판에는 메인보드(main board)로서 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등이 실장되어 있을 수 있다. 기판(300)을 통해 디스플레이 모듈(200)과 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 분리되고, 디스플레이 모듈(200)에서 발생하는 전기적 노이즈 및 회로기판에서 발생하는 노이즈가 차단될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서(10) 또는 커버층(100)이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 하우징(320)이 터치 센서(10)와 함께 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판을 감싸도록, 하우징(320)이 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)를 통해 터치 위치를 검출하고, 터치 위치를 검출하는데 사용되는 전극 및 디스플레이를 구동하는데 사용되는 전극과는 다른, 별도의 전극을 배치하여 압력 센서로 사용하여 터치 압력을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
이하에서 압력 감지 또는 검출을 위한 구성을 총괄하여 압력 감지부(400)로 지칭한다. 압력 감지부(400)는 압력 검출 모듈일 수도 있다.
실시예에서 압력 감지부(400)는 압력 센서(450,460) 및/또는 스페이서층(420)을 포함할 수 있다. 여기서, 도 4a에서의 압력 감지부(400)는 압력 센서(450,460) 및/또는 스페이서층(420)을 포함하고, 전극 시트(440)를 더 포함할 수 있다. 압력 센서(450, 460)는 전극 시트(440) 내부에 배치되고, 전극 시트(440)가 디스플레이 모듈(200)에 부착될 수 있다. 여기서, 도 4b에서의 압력 감지부(400)는 압력 센서(450,460) 및/또는 스페이서층(420)을 포함하되, 압력 센서(450, 460)가 디스플레이 모듈(200)에 직접 형성될 수 있다.
압력 감지부(400)는 예컨대, 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성되며, 이에 대해서는 도4a 내지 도4f를 참조하여 상세하게 살펴본다.
실시예에 따라 스페이서층(420)은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 압력의 인가에 따라 수축하고 압력의 해제시에 원래의 형태로 복귀하는 회복력을 갖는 물질로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 스페이서층(420)은 탄성폼(elastic foam) 또는 쿠션으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되므로, 투명한 물질이거나 불투명한 물질일 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 하부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치되는 기판(300)에 형성되거나 기판(300) 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 또한, 기준 전위층은 기판(300) 상부에 배치되고 디스플레이 모듈(200)의 하부에 배치되며, 디스플레이 모듈(200)을 보호하는 기능을 수행하는 커버(미도시)에 형성되거나, 커버 자체가 기준 전위층 역할을 할 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 감지부(400)와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 감지부(400) 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 구체적으로, 디스플레이 모듈(200)과 기준 전위층이 배치된 기판(300) 사이 또는 디스플레이 모듈(200)과 기준 전위층이 배치된 커버 사이에 스페이서층이 배치될 수 있다.
또한, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)의 내부에 배치될 수 있다. 구체적으로, 기준 전위층은 디스플레이 패널(200A)의 제1기판층(261,281)의 상면 또는 하면, 또는 제2기판층(262,283)의 상면 또는 하면에 배치될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 압력 인가시 디스플레이 패널(200A)이 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 기준 전위층과 압력 감지부(400)와의 거리가 변할 수 있다. 또한, 기준 전위층과 압력 감지부(400) 사이에는 스페이서층이 배치될 수도 있다. 도 3a 및 도3b에 도시된 터치 입력 장치(1000)의 경우, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A)의 상부 또는 내부에 배치될 수도 있다.
마찬가지로, 실시예에 따라 스페이서층(420)은 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) 또는 쿠션으로 형성될 수 있다. 또한, 스페이서층이 디스플레이 패널(200A) 상부 또는 내부에 배치되므로, 투명한 물질일 수 있다.
실시예에 따라, 스페이서층이 디스플레이 모듈(200) 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.
이하에서, 터치 센서(10)에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 압력을 검출하기 위한 전극(450 및 460)을 압력 센서(450,460)으로 지칭한다. 이때, 압력 센서(450,460)는 디스플레이 패널(200A)의 전면이 아닌 후면에 배치되므로 투명 물질뿐 아니라 불투명 물질로 구성되는 것도 가능하다. 디스플레이 패널(200A)이 LCD 패널인 경우, 백라이트 유닛으로부터 빛이 투과되어야 하므로, 압력 센서(450,460)는 ITO와 같은 투명한 물질로 구성될 수 있다.
이때, 압력 센서(450,460)가 배치되는 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 기판(300) 상부의 테두리를 따라 소정 높이를 갖는 프레임(330)이 형성될 수 있다. 이 때, 프레임(330)은 접착 테이프(미도시)로 커버층(100)에 접착될 수 있다. 도4b에서 프레임(330)은 기판(300)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 프레임(330)은 기판(300)의 테두리 중 적어도 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 실시예에 따라, 프레임(330)은 기판(300)의 상부면에 기판(300)과 일체형으로 형성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 커버층(100)을 통하여 디스플레이 패널(200A)에 압력이 인가되는 경우 커버층(100)과 함께 디스플레이 패널(200A)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 압력에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도4d는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도4d에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(450,460)가 스페이서층(420) 내로서 디스플레이 패널(200A)하부면 상에 배치될 수 있다.
압력 검출을 위한 압력 센서는 제1압력센서(450)와 제2압력센서(460)를 포함할 수 있다. 이때, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 중 어느 하나는 구동전극일 수 있고 나머지 하나는 수신전극일 수 있다. 구동전극에 구동신호를 인가하고 수신전극을 통해 감지신호를 획득할 수 있다. 전압이 인가되면, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
도4e는 도4d에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 압력이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)의 상부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 그라운드 전위면과 압력 센서(450,460) 사이의 거리(d)가 d’로 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 기판(300)의 상부면으로 프린징 정전용량이 흡수되므로 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 감소량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
도4e에서는 기판(300)의 상부면이 그라운드 전위, 즉 기준 전위층인 경우에 대하여 설명하였지만, 기준 전위층이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수 있다. 이 때, 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치된 기준 전위층과 압력 센서(450,460) 사이의 거리가 변하고, 이에 따라 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 정전용량 변화량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 패널(200A)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 패널(200A)이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 패널(200A)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 패널(200A)의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 패널(200A)이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있으나, 디스플레이 패널(200A)은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다.
제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)는 동일한 층에 형성된 형태에 있어서, 도4d 및 도4e에 도시된 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 각각은 도14a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 전극으로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 제1압력센서(450)는 제1축 방향으로 서로 이어진 형태이고, 복수의 제2압력센서(460)는 제1축 방향과 직교하는 제2축 방향으로 서로 이어진 형태이며, 제1압력센서(450) 및 제2압력센서(460) 중 적어도 하나는 각각의 복수의 마름모꼴 형태의 전극이 브릿지를 통해 연결되어 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)가 서로 절연된 형태일 수 있다. 또한, 이 때, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)는 도14b에 도시된 형태의 전극으로 구성될 수 있다.
이상에서 터치 압력은 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것이 예시된다. 하지만, 압력 감지부(400)는 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 중 어느 하나의 압력 센서만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 센서와 그라운드층(기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치되는 기준 전위층) 사이의 정전용량, 즉 자기 정전용량의 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다. 이때, 구동신호는 상기 하나의 압력 센서에 인가되고, 압력 센서와 그라운드층 사이의 자기 정전용량 변화가 상기 압력 센서로부터 감지될 수 있다.
예컨대, 도4d에서 압력 센서는 제1압력 센서(450)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 기판(300)과 제1압력 센서(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1압력센서(450)와 기판(300) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 기판(300)과 제1압력센서(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이때, 압력 센서는, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 도14d에 도시된 바와 같이 복수의 제1압력센서(450)가 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
도4f는 압력 센서(450,460)가 스페이서층(420) 내로서 기판(300)의 상부면 및 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 형성된 경우를 예시한다. 이 때, 제1압력센서(450)는 디스플레이 패널(200A)의 하부면 상에 형성되고, 제2압력센서(460)는, 제2압력센서(460)가 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2절연층(471)이 제2압력센서(460) 상에 형성되는, 전극 시트의 형태로 기판(300)의 상부면에 배치될 수 있다. 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)는 도14c에 도시된 바와 같이 구성될 수 있다.
객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 압력을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이에 따라 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 거리(d)가 감소할 수 있다. 이러한 경우, 상기 거리(d)의 감소에 따라 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 상호 정전용량은 증가할 수 있다. 따라서, 수신전극을 통해 획득되는 감지신호에서 상호 정전용량의 증가량을 획득하여 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이때, 도4f에서 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)는 서로 다른 층에 형성되므로, 제1압력센서(450) 및 제2압력센서(460)는 빗살형상 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며 제1압력센서(450) 및 제2압력센서(460) 중 어느 하나는 하나의 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수도 있으며, 다른 하나는 도14d에 도시된 바와 같이 복수의 전극이 일정한 간격을 두고 격자 모양으로 배치될 수 있다.
도5a 내지 도5e는 실시예에 따른 압력 센서에 포함되는 압력 센서의 패턴을 예시한다.
도5a 내지 도5c는 제1실시예 및 제2실시예에 적용될 수 있는 압력 센서 패턴을 예시한다. 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 상호 정전용량이 변화함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 때, 검출 정확도를 높이기 위해서 필요한 정전용량 범위를 생성하도록 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)의 패턴을 형성할 필요가 있다. 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)가 서로 마주하는 면적이 크거나 길이가 길수록 생성되는 정전용량의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 필요한 정전용량 범위에 따라 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 마주하는 면적의 크기, 길이 및 형상 등을 조절하여 설계할 수 있다. 도5b 및 도5c에는, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)가 동일한 층에 형성되는 경우로서 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)가 서로 마주하는 길이가 상대적으로 길도록 압력 센서가 형성된 경우를 예시한다. 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)가 서로 다른 층에 위치하는 경우에는 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)가 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수도 있다.
제1실시예 및 제2실시예에서 터치 압력은 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 검출되는 것이 예시된다. 하지만, 압력 센서(450, 460)가 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 중 어느 하나의 압력 센서만을 포함하도록 구성될 수 있으며, 이러한 경우 하나의 압력 센서와 그라운드층(디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)) 사이의 정전용량 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수도 있다.
예컨대, 도4a 내지 4e에서 압력 센서는 제1압력센서(450)만을 포함하여 구성될 수 있으며, 이때 디스플레이 모듈(200)과 제1압력센서(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1압력센서(450)과 기준 전위층 사이의 자기 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 기준 전위층과 제1압력센서(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다. 이때, 압력 센서는, 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한, 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 도5d에 예시된 바와 같이 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수 있다.
도5e는 제3실시예에 적용될 수 있는 압력 센서 패턴을 예시한다. 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)는 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩되도록 구현될 수 있다. 도5e에 도시된 바와 같이, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)가 서로 직교하도록 배치하여 정전용량의 변화량 감지 민감도가 향상될 수 있다. 제3실시예에서, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)는 도5d에 예시된 바와 같이 판 형상을 갖도록 구현될 수도 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 터치 입력 장치(1000)에서 압력을 검출하기 위한 압력 감지부(400)는 압력 센서(450, 460) 및 스페이서층(420)을 포함할 수 있다. 이상에서 스페이서층(420)은 기판(300)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 공간으로 예시되었으나, 스페이서층(420)은 압력 센서(450, 460)과 기준 전위층(예컨대, 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)) 사이에 위치하여, 압력을 갖는 터치에 따라 눌릴 수 있는 구성을 지칭할 수 있다.
이때, 압력 센서(450, 460)을 통해 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 압력의 크기를 감지하는 경우, 균일한 감지 성능을 갖기 위해서 스페이서층(420)의 휘어짐 정도 및 이의 회복력이 균일할 필요가 있다. 예컨대, 동일한 압력 크기로 터치 입력 장치(1000)를 다수 회 터치하는 경우 매번 압력 크기를 동일하게 검출할 수 있기 위해서는 스페이서층(420)이 상기 압력에 의해 눌리는 정도가 동일해야 한다. 예컨대, 반복되는 터치를 통해 스페이서층(420)이 변형되어 스페이서층(420)의 갭(gap)이 감소하는 경우에는 압력 감지부(400)의 균일한 성능을 보장할 수 없다. 따라서, 압력 감지부(400)의 압력 검출 성능을 보장하기 위해서 이러한 스페이서층(420)의 갭(gap)을 안정적으로 확보하는 것이 중요하다.
이에 따라, 실시예에서는 이러한 스페이서층(420)으로서 빠른 회복력을 갖는 탄성폼(elastic foam) 또는 쿠션을 이용할 수 있다. 실시예에 따른 쿠션을 갖는 압력 감지부(400)는 터치 입력 장치(1000)의 기판(300)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 배치될 수 있다. 이러한 쿠션을 포함하도록 압력 감지부(400)을 구성함으로써, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 추가의 탄성 물질을 삽입하지 않고도 디스플레이 모듈(200)에 대한 충격을 완화하고 디스플레이 패널(200A)의 화질을 유지시킬 수 있다.
이때, 실시예에 따른 압력 감지부(400)에 포함되는 쿠션은 충격이 인가되었을 때 눌리는 등 형태가 변할 수 있는 유연성을 가짐으로써 충격흡수 역할을 수행하면서도 복원력을 가져 압력 검출에 대한 성능 균일성을 제공할 수 있어야 한다.
또한, 쿠션은 디스플레이 모듈(200)에 인가되는 충격을 완화할 수 있도록 충분한 두께가 형성될 필요가 있으며 이와 동시에 압력 검출의 민감도를 높일 수 있도록 압력 센서(450, 460)과 기준 전위층 사이의 거리가 너무 멀지 않게 하는 두께로 형성될 필요가 있다. 예컨대, 실시예에 따른 쿠션은 10μm 내지 1mm의 두께로 형성될 수 있다. 쿠션이 10μm보다 얇게 형성되면 충분히 충격을 흡수할 수 없고 1mm보다 두꺼운 경우 기준 전위층과 압력 센서(450, 460) 사이 또는 제1압력센서와 제2압력센서 사이의 거리가 멀어 압력 검출의 민감도가 저하될 수 있다.
예컨대, 실시예에 따른 쿠션은 폴리우레탄(Polyurethane), 폴리에스테르(Polyester), 폴리프로필렌(Polypropylene) 및 아크릴(Acrylic) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.
도6a 및 도6b는 실시예에 따른 압력 감지부(400)의 터치 입력 장치에 대한 부착 위치를 예시한다. 도6a에 예시된 바와 같이, 압력 감지부(400)는 기판(300)의 상부면상에 부착되도록 구성될 수 있다. 또한 도6b에 예시된 바와 같이, 압력 감지부(400)는 디스플레이 모듈(200)의 하부면상에 부착되도록 구성될 수 있다. 이하에서는 압력 감지부(400)가 기판(300)의 상부면상에 부착되는 경우에 대해서 먼저 살펴본다.
도7a 내지 도7f는 실시예에 따른 압력 센서의 구조적 단면을 예시한다.
도7a에 도시된 바와 같이, 실시예에 따른 압력 센서 모듈(400)에서 압력 센서(450, 460)는 제1절연층(410)과 제2절연층(411) 사이에 위치한다. 예컨대, 제1절연층(410) 상에 압력 센서(450, 460)을 형성한 후 제2절연층(411)으로 압력 센서(450, 460)을 덮을 수 있다. 이때, 제1절연층(410)과 제2절연층(411)은 폴리이미드(polyimide)와 같은 절연 물질일 수 있다. 제1절연층(410)은 PET(Polyethylene terephthalate)일 수 있고 제2절연층(411)은 잉크(ink)로 이루어진 덮개층(cover layer)일 수 있다. 압력 센서(450, 460)는 구리(copper)와 알루미늄 같은 물질을 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 제1절연층(410)과 제2절연층(411) 사이 및 압력 센서(450, 460)과 제1절연층(410) 사이는 액체 접착체(liquid bond) 와 같은 접착제(미도시)로 접착될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)는, 제1절연층(410) 위에 압력 센서 패턴에 상응하는 관통 구멍을 갖는 마스크(mask)를 위치시킨 후 전도성 스프레이(spray)를 분사함으로써 형성될 수 있다.
도7a에서 압력 감지부(400)는 쿠션(440)을 더 포함하며 쿠션(440)은, 제2절연층(411)의 일면으로서 제1절연층(410)과 반대방향에 형성될 수 있다. 추후, 압력 감지부(400)가 기판(300)에 부착될 때 제2절연층(411)을 기준으로 기판(300) 측에 쿠션(440)이 배치될 수 있다.
이때, 압력 감지부(400)을 기판(300)에 부착하기 위해서 소정 두께를 갖는 접착 테이프(430)가 쿠션(430)의 외곽에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 접착 테이프(430)는 양면 접착 테이프일 수 있다. 이때, 접착 테이프(430)는 쿠션(430)을 제2절연층(411)에 접착하는 역할도 수행할 수 있다. 이때, 쿠션(430) 외곽에 접착 테이프(430)를 배치시킴으로써 압력 감지부(400)의 두께를 효과적으로 줄일 수 있다.
도7a에 예시된 압력 감지부(400)가 도7a의 하단 방향에 위치하는 기판(300)에 부착되는 경우, 압력 센서(450, 460)는 도4c를 참조하여 설명된 바와 같이 압력을 검출하도록 동작할 수 있다. 예컨대, 압력 센서(450, 460)는 디스플레이 모듈(200) 측에 배치된 것으로서 기준 전위층은 기판(300)면이고 쿠션(440)은 스페이서층(420)에 대응하는 동작을 수행할 수 있다. 예컨대, 터치 입력 장치(1000)를 상부에서 터치하는 경우 쿠션(440)이 눌려 압력 센서(450, 460)과 기준 전위층인 기판(300) 사이의 거리가 감소하고, 이에 따라 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 상호 정전용량이 감소할 수 있다. 이러한 정전용량 변화를 통해 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도7b는 도7a를 참조한 압력 감지부(400)과 유사하며 이하에서는 그 차이점을 위주로 설명한다. 도7b에서는 도7a와 달리, 쿠션(440) 외곽에 위치하는 접착 테이프(430)를 통해서 압력 감지부(400)가 기판(300)에 부착되지 않는다. 도7b에서는 쿠션(440)을 제2절연층(411)에 접착하기 위해 제1접착 테이프(431)와, 압력 감지부(400)을 기판(300)에 접착하기 위해 쿠션(440) 상에 제2접착 테이프(432)를 포함할 수 있다. 이와 같이, 제1 및 제2접착 테이프(431, 432)를 배치함으로써 쿠션(440)을 제2절연층(411)에 견고하게 부착하고 또한 압력 감지부(400)을 기판(300)에 견고하게 부착할 수 있다. 실시예에 따라, 도7b에 예시된 압력 감지부(400)는 제2절연층(411)을 포함하지 않을 수 있다. 예컨대, 제1접착 테이프(431)가 압력 센서(450, 460)을 직접 덮는 커버층의 역할을 수행하면서 쿠션(440)을 제1절연층(410) 및 압력 센서(450, 460)에 부착하는 역할을 수행할 수 있다. 이는 이하의 도7c 내지 도7f의 경우에도 적용될 수 있다.
도7c는 도7a에 도시된 구조의 변형예이다. 도7c에서는 쿠션(440)에 쿠션(440)의 높이를 관통하는 홀(H: hole)을 형성하여 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 쿠션(440)이 잘 눌려지도록 할 수 있다. 홀(H)에는 공기가 채워질 수 있다. 쿠션(440)이 잘 눌려지는 경우 압력 검출의 민간도가 향상될 수 있다. 또한, 쿠션(400)에 홀(H)을 형성함으로써 압력 감지부(400)을 기판(300) 등에 부착시에 공기로 인해 쿠션(400)의 표면이 돌출되는 현상을 제거할 수 있다. 도7c에서는 쿠션(400)을 제2절연층(411)에 견고하게 접착시키기 위해서 접착 테이프(430) 외에 제1접착 테이프(431)을 더 포함할 수 있다.
도7d는 도7b에 도시된 구조의 변형예로서, 도7c에서와 마찬가지로 쿠션(440)에 쿠션(440)의 높이를 관통하는 홀(H)이 형성되어 있다.
도7e는 도7b에 도시된 구조의 변형예로서, 제1절연층(410)의 일면으로서 쿠션(440)과 다른 방향의 일면에 제2 쿠션(441)을 더 포함한다. 이러한 제2 쿠션(441)은 추후 터치 입력 장치(1000)에 압력 감지부(400)가 부착되었을 때 디스플레이 모듈(200)에 전달되는 충격을 최소화하기 위해 추가로 형성될 수 있다. 이때, 제2 쿠션(441)을 제1절연층(410)에 접착하기 위해 제3접착층(433)을 더 포함할 수 있다.
도7f는 도4d를 참조하여 설명된 바와 같이 압력을 검출하도록 동작할 수 있는 압력 감지부(400)의 구조를 예시한다. 도7f에서는 쿠션(440)을 사이에 두고 제1압력센서(450, 451)과 제2압력센서(460, 461)이 배치된 압력 감지부(400)의 구조가 도시된다. 도7b를 참조하여 설명한 구조와 유사하게, 제1압력센서(450, 451)은 제1절연층(410)과 제2절연층(411) 사이에 형성되고 제1접착 테이프(431), 쿠션(440) 및 제2접착 테이프(432)가 형성될 수 있다. 제2압력센서(460, 461)은 제3절연층(412)과 제4절연층(413) 사이에 형성되고 제4절연층(413)이 제2접착 테이프(432)를 통해 쿠션(440)의 일면측에 부착될 수 있다. 이때, 제3절연층(412)의 기판측 일면에는 제3접착 테이프(433)가 형성될 수 있으며, 제3접착 테이프(433)를 통해 압력 감지부(400)가 기판(300)에 부착될 수 있다. 도7b를 참조하여 설명한 바와 같이, 실시예에 따라, 도7f에 예시된 압력 감지부(400)는 제2절연층(411) 및/또는 제4절연층(413)을 포함하지 않을 수 있다. 예컨대, 제1접착 테이프(431)가 제1압력센서(450, 451)을 직접 덮는 커버층의 역할을 수행하면서 쿠션(440)을 제1절연층(410) 및 제1압력센서(450, 451)에 부착하는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 제2접착 테이프(432)가 제2압력센서(460, 461)을 직접 덮는 커버층의 역할을 수행하면서 쿠션(440)을 제3절연층(412) 및 제2압력센서(460, 461)에 부착하는 역할을 수행할 수 있다.
이때, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치를 통해 쿠션(440)이 눌리고 이에 따라 제1압력센서(450, 451)과 제2압력센서(460, 461) 사이의 상호 정전용량이 증가할 수 있다. 이러한 정전용량의 변화를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 제1압력센서(450, 451)과 제2압력센서(460, 461) 중 어느 하나를 그라운드(ground)로 하여 나머지 하나의 전극을 통해 자기 정전용량을 감지할 수 있다.
도7f의 경우 전극을 단일층으로 형성하는 경우보다, 압력 감지부(400)의 두께 및 제조 단가는 증가하나, 압력 감지부(400) 외부에 위치하는 기준 전위층의 특성에 따라 변하지 않는 압력 검출 성능이 보장될 수 있다. 즉, 도7f와 같이 압력 감지부(400)을 구성함으로써 압력 검출시 외부 전위(그라운드) 환경에 의한 영향을 최소화할 수 있다. 따라서, 압력 감지부(400)가 적용되는 터치 입력 장치(1000)의 종류에 무관하게 동일한 압력 감지부(400)의 사용이 가능하다.
도8a 및 도8b는 실시예에 따른 압력 센서가 디스플레이 모듈 맞은편 기판에 부착되는 경우를 예시한다. 도8a는 도7b에 예시된 구조의 압력 감지부(400)가 기판(300)의 상부면상에 부착된 경우를 예시한다. 8b는 도7e에 예시된 구조의 압력 감지부(400)가 기판(300)의 상부면상에 부착된 경우를 예시한다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 제조 과정에 따라 압력 감지부(400)과 디스플레이 모듈(200) 사이에는 에어갭이 위치할 수 있다. 터치에 따라 이러한 에어갭이 눌리더라도 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리가 가까워 압력 검출 성능에 미치는 영향은 크지 않을 수 있다.
도8a에서는 기판(300)이 기준 전위층으로서 기능하는 경우이며, 실시예에 따라 도7a 내지 도7d의 변형된 형태가 기판(300)에 부착되는 경우도 가능하다. 도8a에서는 압력 감지부(400)에서 쿠션(440)이 압력 센서(450, 460)에 대해서 상대적으로 기판(300) 측에 가깝게 형성되어 있으나, 탄성 폼(440)이 압력 센서(450, 460)에 대해서 상대적으로 디스플레이 모듈(200) 측에 가깝게 형성되어 있는 압력 감지부(400)가 기판(300)에 부착될 수도 있다. 즉, 쿠션(440)이 제1절연층(410)의 상부에 형성되어 있을 수 있다. 이 경우, 기준 전위층은 디스플레이 모듈(200)이 될 수 있다.
도9a 및 도9b는 실시예에 따른 압력 센서가 디스플레이 모듈에 부착되는 경우를 예시한다.
도7a 내지 도7e에 예시된 구조의 압력 감지부(400)는 상하를 반전시키면 디스플레이 모듈(200)에 부착될 수도 있다. 도9a에서는 도7b에 예시된 구조의 압력 감지부(400)을 상하 반전시켜 디스플레이 모듈(200)에 부착한 경우를 예시한다. 이때, 터치에 따라 쿠션(440)이 눌림으로써 압력 센서(450, 460)과 기준 전위층인 디스플레이 모듈(200) 사이의 거리가 감소하여, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 상호 정전용량이 감소할 수 있다. 이러한 정전용량의 변화를 통해 터치 압력을 검출할 수 있다.
실시예에 따라, 변형된 압력 감지부(400)의 구조가 사용될 수 있다. 도9b에서는 도7b에 예시된 압력 감지부(400)의 변형된 구조를 상하 반전시켜 디스플레이 모듈(200)에 부착한 경우를 예시한다. 도9b에서는 쿠션(400)가 압력 센서(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 위치하지 않고 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이에 위치하도록 압력 감지부(400)가 구성될 수 있다. 이 경우, 압력 검출을 위한 기준 전위층은 기판(300)이 될 수 있다. 따라서, 터치에 따라 쿠션(440)이 눌리고 압력 센서(450, 460)과 기준 전위층인 기판(300) 사이의 거리가 감소하여, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이의 상호 정전용량이 감소할 수 있다. 이러한 정전용량 변화로부터 터치 압력을 검출할 수 있다. 이 경우, 기판(300)과 압력 감지부(400) 사이에 위치할 수 있는 에어갭 또한 쿠션(440)과 함께 터치에 따른 정전용량 변화를 유도하는데 이용될 수 있다.
이상에서 살펴본 압력 감지부(400)는 터치가 디스플레이 모듈의 상면 측에서 이루어진 경우를 상정하여 설명되나, 실시예에 따른 압력 감지부(400)는 터치 입력 장치(1000)의 하면 측에서 압력을 인가하는 경우에도 터치 압력을 감지할 수 있도록 변형될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)가 적용되는 터치 입력 장치(1000)를 통해 압력을 검출하기 위해서 압력 센서(450, 460)에서 발생하는 정전용량의 변화를 감지할 필요가 있다. 따라서, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 중 구동전극에는 구동신호가 인가될 필요가 있고 수신전극으로부터 감지신호를 획득하여 정전용량의 변화량으로부터 터치 압력을 산출해야 한다. 실시예에 따라, 압력 검출의 동작을 위한 압력 센싱 IC 형태로 압력 검출 장치를 추가로 포함하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)는 압력 검출을 위한 압력 센서(450, 460)을 포함하는 도7 등에 예시된 구조뿐 아니라 이러한 압력 검출 장치를 포괄하는 구성일 수 있다.
이러한 경우, 도1에 예시된 바와 같이, 구동부(120), 감지부(110) 및 제어부(130)와 유사한 구성을 중복하여 포함하게 되므로 터치 입력 장치(1000)의 면적 및 부피가 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
실시예에 따라, 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100)의 작동을 위한 터치 검출 장치를 이용하여, 압력 센서(450, 460)에 압력 검출을 위한 구동신호를 인가하고 압력 센서(450, 460)으로부터 감지신호를 입력받아 터치 압력을 검출할 수도 있다. 이하에서는, 제1압력센서(450)가 구동전극이고 제2압력센서(460)가 수신전극인 경우를 가정하여 설명한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)가 적용되는 터치 입력 장치(1000)에서 제1압력센서(450)는 구동부(120)로부터 구동신호를 인가받고 제2압력센서(460)는 감지신호를 감지부(110)에 전달할 수 있다. 제어부(130)는 터치 센서 패널(100)의 스캐닝을 수행함과 동시에 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 하거나, 또는 제어부(130)는 시분할하여 제1시간구간에는 터치 센서 패널(100)의 스캐닝을 수행하도록 하고 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 제어신호를 생성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)는 전기적으로 구동부(120) 및/또는 감지부(110)에 연결되어야 한다. 이때, 터치 센서 패널(100)을 위한 터치 검출 장치는 터치 센싱 IC(150)로서 터치 센서 패널(100)의 일단 또는 터치 센서 패널(100)와 동일 평면상에 형성되는 것이 일반적이다. 압력 감지부(400)에 포함된 압력 센서(450, 460)는 임의의 방법으로 터치 센서 패널(100)의 터치 검출 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 압력 센서(450, 460)는 디스플레이 모듈(200)에 포함된 제2PCB(210)를 이용하여 커넥터(connector)를 통해 터치 검출 장치에 연결될 수 있다.
도10a 및 도10b는 압력 센서(450, 460)을 포함하는 압력 감지부(400)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착되는 경우를 나타낸다. 도10a 및 도10b에서 디스플레이 모듈(200)은 하부면 일부에 디스플레이 패널의 작동을 위한 회로가 실장된 제2PCB(210)가 도시된다.
도10a는 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)가 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210)의 일단에 연결되도록 압력 감지부(400)을 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착하는 경우를 예시한다. 제2PCB(210) 상에는 압력 센서(450, 460)을 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결할 수 있도록 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도11a 내지 도11c를 참조하여 설명한다. 도10a에 예시된 압력 센서(450, 460)을 포함하는 압력 감지부(400)의 부착 방법은 기판(300)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도10b는 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)을 포함하는 압력 감지부(400)가 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210)에 일체형으로 형성된 경우를 예시한다. 예컨대, 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210) 제작시에 제2PCB에 일정 면적(211)을 할애하여 미리 디스플레이 패널의 작동을 위한 회로뿐 아니라 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460)에 해당하는 패턴까지 인쇄할 수 있다. 제2PCB(210)에는 제1압력센서(450) 및 제2압력센서(460)을 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도11a 내지 도11c는 압력 센서(450, 460)을 터치 센싱 IC(150)에 연결하는 방법을 예시한다. 도11a 내지 도11c에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200)의 외부에 포함된 경우로서, 터치 센서 패널(100)의 터치 검출 장치가 터치 센서 패널(100)을 위한 제1PCB(160)에 실장된 터치 센싱 IC(150)에 집적된 경우를 예시한다.
도11a에서 디스플레이 모듈(200)에 부착된 압력 센서(450, 460)가 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 연결되는 경우를 예시한다. 도11a에 예시된 바와 같이, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치에서 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(connector: 121)를 통해서 디스플레이 모듈(200)을 위한 제2PCB(210)에 연결된다. 제2PCB(210)는 제2커넥터(224)를 통해서 메인보드로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(121) 및 제2커넥터(224)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 CPU 또는 AP와 신호를 주고 받을 수 있다.
이때, 도11a에서는 압력 감지부(400)가 도10b에 예시된 바와 같은 방식으로 디스플레이 모듈(200)에 부착된 것이 예시되나 도10a에 예시된 바와 같은 방식으로 부착된 경우에도 적용될 수 있다. 제2PCB(210)에는 압력 센서(450, 460)가 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결될 수 있도록 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도11b에서 디스플레이 모듈(200)에 부착된 압력 센서(450, 460)가 제3커넥터(473)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결되는 경우가 예시된다. 도11b에서 압력 센서(450, 460)는 제3커넥터(473)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드까지 연결되고, 추후 제2커넥터(224) 및 제1커넥터(121)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 이때, 압력 센서(450, 460)는 제2PCB(210)와 분리된 추가의 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 또는 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)는 도7에 예시된 바와 같은 구조로 터치 입력 장치(1000)에 부착되어 압력 센서(450, 460)으로부터 전도성 트레이스등을 연장시켜 커넥터(473)를 통해 메인보드까지 연결될 수도 있다.
압력전극(450, 460)가 제2PCB(210) 상에 인쇄되거나 제2PCB와 분리된 추가의 PCB상에 인쇄되는 경우에도, 압력전극(450, 460)가 인쇄된 PCB부분과 압력전극(450, 460)을 통합적으로 압력 감지부(400)로 지칭할 수 있다.
도11c에서 압력 센서(450, 460)가 제4커넥터(474)를 통해서 직접 터치 센싱 IC(150)로 연결되는 경우가 예시된다. 도11c에서 압력 센서(450, 460)는 제4커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)까지 연결될 수 있다. 제1PCB(160)에는 제4커넥터(474)부터 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다. 이에 따라, 압력 센서(450, 460)는 제4커넥터(474)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 이때, 압력 센서(450, 460)는 제2PCB(210)와 분리된 추가의 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 제2PCB(210)와 추가의 PCB는 서로 단락되지 않도록 절연되어 있을 수 있다. 또는 실시예에 따라 압력 센서(450, 460)는 도7에 예시된 바와 같은 구조로 터치 입력 장치(1000)에 부착되어 압력 센서(450, 460)으로부터 전도성 트레이스등을 연장시켜 커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)까지 연결될 수도 있다. 여기서, 제4커넥터(474)는 도11c와 달리, 제2PCB(210)와 직접 연결될 수도 있다.
도11b 및 도11c의 연결 방법은 압력 센서(450, 460)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면뿐 아니라 기판(300)상에 형성된 경우에도 적용될 수 있다.
도11a 내지 도11c에서는 터치 센싱 IC(150)가 제1PCB(160) 상에 형성된 COF(chip on film) 구조를 가정하여 설명되었다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 본 발명은 터치 센싱 IC(150)가 터치 입력 장치(1000)의 실장공간(310) 내의 메인보드 상에 실장되는 COB(chip on board) 구조의 경우에도 적용될 수 있다. 도11a 내지 도11c에 대한 설명으로부터 당해 기술분야의 당업자에게 다른 실시예의 경우에 압력 센서(450, 460)의 커넥터를 통한 연결이 자명할 것이다.
이상에서는 구동전극으로서 제1압력센서(450)가 하나의 채널을 구성하고 수신전극으로서 제2압력센서(460)가 하나의 채널을 구성하는 압력 센서(450, 460)에 대해서 살펴보았다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 구동전극 및 수신전극은 각각 복수개의 채널을 구성하여 다중터치(multi touch)에 따라 다중의 압력 검출이 가능할 수 있다.
도12a 내지 도12c는 본 발명의 압력 센서가 복수의 채널을 구성하는 경우를 예시한다. 도12a에서는 제1압력센서(450-1, 450-2)과 제2압력센서(460-1, 460-2) 각각이 2개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 도12a에서는 제1채널을 구성하는 제1압력센서(450-1)과 제2압력센서(460-1)이 제1압력 감지부(400)에 포함되고 제2채널을 구성하는 제1압력센서(450-2)과 제2압력센서(460-2)이 제2압력 감지부(400)에 포함되는 것을 예시하나, 2개의 채널을 구성하는 제1압력센서(450-1, 450-2)과 제2압력센서(460-1, 460-2)이 모두 하나의 압력 감지부(400)에 포함되도록 구성될 수 있다. 도12b에서는 제1압력센서(450)는 2개의 채널(450-1, 450-2)을 구성하나 제2압력센서(460)는 1개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 도12c에서는 제1압력센서(450-1 내지 450-5)과 제2압력센서(460-1, 460-5) 각각이 5개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 이 경우에도 5개의 채널을 구성하는 전극이 모두 하나의 압력 감지부(400)에 포함되도록 구성될 수 있다.
도12a 내지 도12c는 압력 센서가 단수 또는 복수의 채널을 구성하는 경우를 예시하며 다양한 방법으로 압력 센서가 단수 또는 복수의 채널로 구성될 수 있다. 도12a 내지 도12c에서 압력 센서(450, 460)가 터치 센싱 IC(150)에 전기적으로 연결되는 경우가 예시되지 않았으나, 도11a 내지 도11c 및 기타의 방법으로 압력 센서(450, 460)가 터치 센싱 IC(150)에 연결될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 기존의 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있도록 하는 터치 센서 패널을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에 본 발명의 실시예에 따른 압력 감지부(400)을 적용함으로써 해당 터치 입력 장치(1000)를 통해 터치 압력을 용이하게 검출할 수 있다. 기존의 터치 입력 장치(1000)에 최소한의 변경을 수행한 후 본 발명의 압력 감지부(400)을 배치함으로써, 기존의 터치 입력 장치(1000)를 이용해 터치 압력을 검출할 수 있다.
도13a 내지 도13c의 실험에서 도8a에 예시된 바와 같은 구조를 갖는 터치 입력 장치(1000)에 대해서 수행되었다. 이하의 실험에서 압력 감지부(400)에 포함되는 쿠션(440)은 폴리 프로필렌을 포함하여 제작되었다.
도13a는 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치에 대한 압력 터치의 무게에 따른 정규화된 정전용량 변화의 차이를 나타내는 그래프이다. 도13a에서는 터치 입력 장치(1000)에 대해서 0gf(gram force), 100gf,…, 1000gf로 터치 표면을 누를 때 압력 검출 장치에서 계산된, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이에 발생하는 정전용량 변화의 차이를 정규화한 그래프이다. 여기서, 상기 정전용량 변화의 차이는 터치 입력 장치(1000)를 0gf로 압력 터치한 경우와 해당 무게의 gf로 압력 터치한 경우의 정전용량 변화의 차이를 나타낸다. 비록, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 무게의 크기에 따라 정전용량 변화의 차이가 정비례하여 변화하지는 않더라도 단조 증가 형태로 변화하므로, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 압력의 크기를 검출하는 것이 가능하다.
도13b는 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치에 대한 소정 횟수의 압력 터치 전과 후에 압력 터치에 따른 정규화된 정전용량 변화의 차이 및 이들의 편차를 나타내는 그래프이다. 도13b의 실험은 4개 세트(set)의 터치 입력 장치(1000)에 대해서 각각 수행되었다. 도13b 상단 그래프에서 A 및 B는 800gf의 무게로 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 대해서 10만회 압력 터치를 수행하기 전 및 후를 표시한다. A 및 B는 각각 800gf로 터치 입력 장치(1000)의 터치 표면을 눌렀을 때 압력 검출 장치에서 계산된, 제1압력센서(450)과 제2압력센서(460) 사이에 발생하는 정전용량 변화의 차이를 정규화한 값이다. 10만회 터치 전(A)과 터치 후(B)에 발생하는 정전용량 변화의 차이 값이 동일하지 않지만 그 편차는 매우 미미함을 알 수 있다.
도13b 하단에는 그래프 A와 그래프 B의 정전용량 변화의 차이 값 사이의 편차가 표시된다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)를 10만회 압력 터치하기 전 및 후에 발생하는 정전용량 변화의 차이 값 사이의 편차가 5% 이내임을 알 수 있다. 도13b로부터, 실시예에 따른 쿠션을 이용하는 압력 감지부(400)을 장기간 사용하는 경우에도 압력 검출 성능이 균일하게 유지될 수 있음을 알 수 있다.
도13c는 실시예에 따른 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치에 대해 인가된 압력을 해제한 후 검출되는 정규화된 압력 차이의 변화를 나타내는 그래프이다. 도13c에서 800gf로 터치 입력 장치(1000)의 터치 표면을 눌렀을 때 압력 검출 장치에서 계산된 압력의 크기를 1로 표시하고, 이러한 압력 인가가 해제된 후 계산된 압력의 크기 변화를 나타낸다. 도13c를 참조하면, 압력 인가가 해제된 후 최대 압력 크기인 1의 90%에서 10%에 도달할 때까지 걸리는 시간은 대략 0.7초에 해당함을 할 수 있다. 이와 같이, 실시예에 따른 쿠션을 포함하는 압력 감지부(400)을 이용하는 경우 압력 터치의 해제 후 복원력이 높아 연속된 압력 터치에도 압력 검출의 정밀도가 저하되는 것이 방지될 수 있다. 이때, 실시예에 따라 필요한 복원 속도는 차이가 있을 수 있다. 실시예에 따라 최대 압력 크기의 90%부터 10%에 도달하는 시간이 1초 이내일 수 있다.
도 15는 본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 6b에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 터치 입력 장치의 단면 구성도이다.
도 15를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 커버(100), 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 압력 센서(450, 460) 및 제1 쿠션(440a) 및 제2 쿠션(440b)을 포함한다.
디스플레이 모듈(200)은 커버(100)와 기판(300) 사이에 배치된다. 디스플레이 모듈(200)은 커버(100)의 하면에 배치될 수 있다.
디스플레이 모듈(200)은 도 3b에 도시된 디스플레이 모듈일 수 있다. 즉, 도 15에 도시된 디스플레이 모듈(200)은, 도 3b에 도시된 OLED 패널인 디스플레이 패널(200A)을 포함한다. 또한, 도 15에 도시된 디스플레이 모듈(200)은, 도 3b에 도시된 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치되는 제1편광층(282)을 더 포함할 수 있다.
압력 센서(450, 460)는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치된다. 압력 센서(450, 460)는 제1 쿠션(440a)과 제2 쿠션(440b) 사이에 배치된다. 압력 센서(450, 460)는 디스플레이 모듈(200) 아래에 배치된다. 압력 센서(450, 460)는 기판(300) 상에 배치된다.
압력 센서(450, 460)는 제1 쿠션(440a)의 하면과 제2 쿠션(440b)의 상면 사이에 배치된다. 압력 센서(450, 460)의 상면은 제1 쿠션(440a)의 하면과 접촉하고, 압력 센서(450, 460)의 하면은 제2 쿠션(440b)의 상면과 접촉할 수 있다.
압력 센서(450, 460)의 구조, 기능 및 작용은 앞서 도 1a 내지 도 14d에서 상세히 설명하였으므로, 이에 대한 구체적인 내용은 앞서 상술한 내용으로 대체한다.
제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치된다. 제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)과 압력 센서(450, 460) 사이에 배치된다. 제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200) 아래에 배치된다. 제1 쿠션(440a)은 압력 센서(450, 460) 상에 배치된다.
제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)의 하면과 압력 센서(450, 460)의 상면 사이에 배치된다. 제1 쿠션(440a)의 상면은 디스플레이 모듈(200)의 하면과 접촉하고, 제1 쿠션(440a)의 하면은 압력 센서(450, 460)의 상면과 접촉할 수 있다.
제1 쿠션(440a)과 디스플레이 모듈(200) 사이 및 제1 쿠션(440a)과 압력 센서(450, 460) 사이에 접착층이 배치될 수 있다. 접착층은 양면 접착 테이프(DAT)일 수 있다. 접착층에 의해 제1 쿠션(440a)의 위치가 안정적으로 고정될 수 있다.
제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)를 보호한다. 커버(100)의 표면으로 입력되는 압력에 의해 커버(100)와 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 경우, 제1 쿠션(440a)은 상기 압력을 일정부분 흡수하여 휘어지는 디스플레이 모듈(200)의 손상이나 파손을 완화한다. 또한, 제1 쿠션(440a)은 터치 입력 장치(1000)로 가해지는 외부 충격으로부터 디스플레이 모듈(200)의 손상이나 파손을 완화한다.
제2 쿠션(440b)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치된다. 제2 쿠션(440b)은 압력 센서(450, 460)와 기판(300) 사이에 배치된다. 제2 쿠션(440b)은 압력 센서(450, 460) 아래에 배치된다. 제2 쿠션(440b)은 기판(300) 상에 배치된다.
제2 쿠션(440b)은 압력 센서(450, 460)의 하면과 기판(300)의 상면 사이에 배치된다. 제2 쿠션(440b)의 상면은 압력 센서(450, 460)의 하면과 접촉하고, 제2 쿠션(440b)의 하면은 기판(300)의 상면과 접촉할 수 있다.
제2 쿠션(440b)과 압력 센서(450, 460) 사이 및 제2 쿠션(440b)과 기판(300) 사이에 접착층이 배치될 수 있다. 접착층은 양면 접착 테이프(DAT)일 수 있다. 접착층에 의해 제2 쿠션(440b)의 위치가 안정적으로 고정될 수 있다.
제2 쿠션(440b)은 디스플레이 모듈(200)를 보호할 수 있다. 커버(100)의 표면으로 입력되는 압력에 의해 커버(100), 디스플레이 모듈(200) 및 압력 센서(450, 460)이 휘어지는 경우, 제2 쿠션(440b)은 상기 압력을 흡수하여 휘어지는 디스플레이 모듈(200)의 손상이나 파손을 완화할 수 있다. 또한, 제2 쿠션(440b)은 터치 입력 장치(1000)로 가해지는 외부 충격으로부터 디스플레이 모듈(200)의 손상이나 파손을 완화한다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은, 외력에 의해 그 형상이 변형되며, 상기 외력이 제거되면 형상이 원상태로 복귀하는 성질을 갖는다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)은 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 및 아크릴 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 여기서, 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)은 같은 재질일 수도 있고, 서로 다른 재질일 수 있다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은, 소정의 유전율을 갖는다. 여기서, 제1 쿠션(440a)의 유전율과 제2 쿠션(440b)의 유전율을 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 쿠션(440a)의 유전율이 제2 쿠션(440b)의 유전율보다 상대적으로 더 작을 수 있다.
제1 쿠션(440a)의 유전율이 제2 쿠션(440b)의 유전율보다 작으면, 터치 압력 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 도 15에 도시된 터치 입력 장치가 압력 센서(450, 460)와 기판(300) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력의 크기를 산출하는 경우, 제2 쿠션(440b)이 터치 압력의 크기를 산출하는데 주된 영향을 미치는 쿠션이고, 제1 쿠션(440a)은 터치 압력 감지에 주로 관여되는 쿠션이 아님에도 불구하고, 압력 센서(450, 460)에서 출력되는 감지신호에는 제1 쿠션(440a)에 의한 기생 정전용량이 포함된다. 따라서, 제1 쿠션(440a)에 의한 기생 정전용량을 가능한 최대로 줄이면 압력 센서(450, 460)에서 출력되는 감지신호에는 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량의 비율이 커지기 때문에, 터치 압력의 센싱 감도가 향상될 수 있다.
제1 쿠션(440a)의 유전율을 작게하고, 제2 쿠션(440b)의 유전율을 크게 하면, 제1 쿠션(440a)에 의한 기생 정전용량이 줄어들기 때문에, 압력 센서(450, 460)에서 출력되는 감지신호에는 거의 대부분 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량이 차지되므로, 터치 입력 장치의 터치 압력의 센싱 감도가 향상될 수 있다. 결국, 제1 쿠션(440a)의 유전율을 제2 쿠션(440b)의 유전율보다 작게 하면, 그 반대의 경우 또는 제1 쿠션(440a)의 유전율과 제2 쿠션(440b)의 유전율이 서로 같은 경우보다 더 제1 쿠션(440a)에 기인한 기생 정전용량을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은 소정의 저항력을 갖는다. 저항력은 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)으로 가해지는 외력에 저항하는 힘을 의미한다. 여기서, 제1 쿠션(440a)의 저항력과 제2 쿠션(440b)의 저항력은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 쿠션(440a)의 저항력이 제2 쿠션(440b)의 저항력보다 상대적으로 더 클 수 있다. 제1 쿠션(440a)의 저항력이 제2 쿠션(440b)의 저항력보다 더 크면, 터치 압력 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 도 15에 도시된 터치 입력 장치가 압력 센서(450, 460)와 기판(300) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력의 크기를 산출하는 경우, 제2 쿠션(440b)이 터치 압력의 크기를 산출하는데 주된 영향을 미치는 쿠션이고, 제1 쿠션(440a)은 터치 압력 감지에 주로 관여되는 쿠션이 아니므로, 제2 쿠션(440b)의 저항력이 작아야 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리 변화가 커버(100)에 가해지는 압력에 민감하게 반응할 수 있다. 여기서, 제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)을 보호하는데 필요한 만큼의 저항력을 가지면 된다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은 압축율에 따른 소정의 응력 변화량을 갖는다. 여기서, 제1 쿠션(440a)의 응력 변화량과 제2 쿠션(440b)의 응력 변화량은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 쿠션(440b)의 압축률에 따른 응력의 변화는 선형적이고, 제1 쿠션(440a)의 압축률에 따른 응력의 변화는 비선형적일 수 있다.
여기서, 제2 쿠션(440b)의 압축률에 따른 응력의 변화가 선형적이라는 것을 도 16을 참조하여 설명한다.
도 16은 도 15에 도시된 제2 쿠션(440b)의 압축률에 따른 응력의 변화를 보여주는 그래프이다.
도 16을 참조하면, 제2 쿠션(440b)의 압축률이 0 ~ 50 (%) 구간에서의 제2 쿠션(440b)의 응력의 기울기와, 제2 쿠션(440b)의 압축률이 50 ~ 70 (%) 구간에서의 제2 쿠션(440b)의 응력의 기울기 사이의 오차는 5% 이내일 수 있다. 이는, 도 16에 도시된 제2 쿠션(440b)의 압축률에 따른 응력의 변화가 선형적임을 의미하고, 제2 쿠션(440b)의 압축률에 따른 응력의 변화가 선형적이기 때문에, 비선형적인 제1 쿠션(440a)과 비교하여 원상태로의 회복력도 뛰어나고, 가해지는 외력에 따라 압축률이 거의 일정하기 때문에, 사용자가 느끼는 위화감이 더 적을 수 있는 이점이 있다.
도 16에 도시된 제2 쿠션(440b)의 압축률이 70 (%) 이상의 구간에서의 제2 쿠션(440b)의 응력의 기울기는, 제2 쿠션(440b)의 압축률이 50 ~ 70 (%) 구간에서의 제2 쿠션(440b)의 응력의 기울기의 2배 이상이다. 이는 압축률이 70 (%)를 초과하면, 더 이상 압축되기가 어려운 것을 의미한다.
도 16을 참조하면, 제2 쿠션(440b)의 압축률이 0 ~ 70(%) 구간에서의 제2 쿠션(440b)의 응력은 제2 쿠션(440b)의 압축률에 대하여 선형적일 수 있다.
구체적으로, 제2 쿠션(440b)의 압축률이 0 ~ 70 (%) 구간에서의 제2 쿠션(440b)의 응력과 제2 쿠션(440b)의 압축률 사이의 결정계수(coefficient of determination)가 0.9 이상일 수 있다.
여기서, 제2 쿠션(440b)의 응력과 제2 쿠션(440b)의 압축률 사이의 결정계수는, 제2 쿠션(440b)의 응력과 제2 쿠션(440b)의 압축률 사이의 상관계수(R, coefficient of correlation)의 제곱일 수 있다.
여기서, 제2 쿠션(440b)의 응력과 제2 쿠션(440b)의 압축률 사이의 상관계수(R)은, 다음의 <수학식 1>을 통하여 계산될 수 있다.
Figure PCTKR2018000707-appb-M000001
도 16에 도시된 제2 쿠션(440b)의 압축률이 0 ~ 70 (%) 구간에서의 제2 쿠션(440b)의 응력과 제2 쿠션(440b)의 압축률 사이의 상관계수(R)을 <수학식 1>에 의하여 계산하면, 다음의 <표 1>와 같다.
xi yi
10 0.087
20 0.191
30 0.301
40 0.425
50 0.532
60 0.613
70 0.694
상기 <표 1>에서, xi는 도 16에 도시된 제2 쿠션(440b)의 압축률을 의미하고, yi는 도 16에 도시된 제2 쿠션(440b)의 압축률에 대응하는 제2 쿠션(440b)의 응력값이다.
상기 <표 1>의 xi와 yi를 상기 <수학식 1>에 대입하면, 상관계수(R)은 대략 0.997486 이다. 따라서, 제2 쿠션(440b)의 압축률이 0 ~ 70 (%) 구간에서의 제2 쿠션(440b)의 응력과 제2 쿠션(440b)의 압축률 사이의 결정계수는, 상관계수(R)의 제곱에 해당하는 대략 0.994978이다.
다시, 도 15를 참조하면, 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은 소정의 두께를 갖는다. 여기서, 제1 쿠션(440a)의 두께와 제2 쿠션(440b)의 두께는 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 쿠션(440a)의 두께는 제2 쿠션(440b)의 두께보다 상대적으로 더 앏을 수 있다. 제1 쿠션(440a)의 두께가 제2 쿠션(440b)의 두께보다 더 얇으면, 터치 압력 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 도 15에 도시된 터치 입력 장치가 압력 센서(450, 460)와 기판(300) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력의 크기를 산출하는 경우, 제2 쿠션(440b)이 터치 압력의 크기를 산출하는데 주된 영향을 미치는 쿠션이고, 제1 쿠션(440a)은 터치 압력 감지에 주로 관여되는 쿠션이 아니다. 제2 쿠션(440b)의 두께가 두꺼우면, 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리 변화가 커지기 때문에, 터치 입력 장치가 측정할 수 있는 압력의 크기의 범위가 커져 터치 압력 센싱 감도가 향상되는 이점이 있다. 여기서, 제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)을 보호하는데 필요한 만큼의 두께을 가지면 족하다.
제1 쿠션(440a)의 두께는 75 um 이상 125 um 이하일 수 있고, 제2 쿠션(440b)의 두께는 150 um 이상 200 um 이하일 수 있다.
앞서, 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)의 유전율, 저항력 및 두께는, 서로 독립적일 수도 있고, 서로 연관될 것일 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 터치 입력 장치의 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)은 앞서 상술한 유전율, 저항력 및 두께 중 어느 하나를 포함할 수도 있고, 둘 이상을 포함할 수 있으며, 모두를 포함할 수도 있다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 커버(100), 디스플레이 패널(200A), 기판(300), 압력 센서(450, 460) 및 제1 쿠션(440a) 및 제2 쿠션(440b)을 포함한다.
도 17에 도시된 터치 입력 장치가, 도 15에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여 다른 점은, 압력 센서(450, 460)가 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되고, 압력 센서(450, 460)와 기판(300) 사이에 제1 쿠션(440a)과 제2 쿠션(440b)가 배치되며, 제1 쿠션(440a)이 제2 쿠션(440b) 상에 배치된다는 점이다.
디스플레이 패널(200A)은 도 3b에 도시된 OLED 패널일 수 있다. 이 경우, 압력 센서(450, 460)는 도 3b에 도시된 디스플레이 패널(200A)의 제2 기판층(283)의 하면에 직접 형성될 수 있다.
도 18은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 17에 도시된 터치 입력 장치의 변형 예이다.
도 18을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 커버(100), 디스플레이 패널(200A), 기판(300), 압력 센서(450, 460) 및 제1 쿠션(440a) 및 제2 쿠션(440b)을 포함한다.
도 18에 도시된 터치 입력 장치가, 도 17에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여 다른 점은, 제1 쿠션(440a)이 제2 쿠션(440b) 아래에 배치된다는 점이다.
도 19는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 6a에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 터치 입력 장치의 단면 구성도이다.
도 19를 참조하면, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 커버(100), 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 압력 센서(450, 460) 및 제1 쿠션(440a) 및 제2 쿠션(440b)을 포함한다.
디스플레이 모듈(200)은 커버(100)와 기판(300) 사이에 배치된다. 디스플레이 모듈(200)은 커버(100)의 하면에 배치될 수 있다.
디스플레이 모듈(200)은 도 3a 또는 도 3b에 도시된 디스플레이 모듈일 수 있다. 도 19는 디스플레이 모듈(200)이 도 3b에 도시된 디스플레이 모듈인 것으로 가정한다. 디스플레이 모듈(200)이 도 3a에 도시된 디스플레이 모듈인 경우는, 도 20을 참조하여 후술한다.
압력 센서(450, 460)는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치된다. 압력 센서(450, 460)는 제2 쿠션(440b)과 제1 쿠션(440a) 사이에 배치된다. 압력 센서(450, 460)는 디스플레이 모듈(200) 아래에 배치된다. 압력 센서(450, 460)는 기판(300) 상에 배치된다.
압력 센서(450, 460)는 제2 쿠션(440b)의 하면과 제1 쿠션(440a)의 상면 사이에 배치된다. 압력 센서(450, 460)의 상면은 제2 쿠션(440b)의 하면과 접촉하고, 압력 센서(450, 460)의 하면은 제1 쿠션(440a)의 상면과 접촉할 수 있다.
압력 센서(450, 460)의 구조, 기능 및 작용은 앞서 도 1a 내지 도 14d에서 상세히 설명하였으므로, 이에 대한 구체적인 내용은 앞서 상술한 내용으로 대체한다.
제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치된다. 제1 쿠션(440a)은 압력 센서(450, 460)와 기판(300) 사이에 배치된다. 제1 쿠션(440a)은 압력 센서(450, 460) 아래에 배치된다. 제1 쿠션(440a)은 기판 (300) 상에 배치된다.
제1 쿠션(440a)은 압력 센서(450, 460)의 하면과 기판(300)의 상면 사이에 배치된다. 제1 쿠션(440a)의 상면은 압력 센서(450, 460)의 하면과 접촉하고, 제1 쿠션(440a)의 하면은 기판(300)의 상면과 접촉할 수 있다.
제1 쿠션(440a)과 압력 센서(450, 460) 사이 및 제1 쿠션(440a)과 기판(300) 사이에 접착층이 배치될 수 있다. 접착층은 양면 접착 테이프(DAT)일 수 있다. 접착층에 의해 제1 쿠션(440a)의 위치가 안정적으로 고정될 수 있다.
제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)를 보호한다. 커버(100)의 표면으로 입력되는 압력에 의해 커버(100)와 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 경우, 제1 쿠션(440a)은 상기 압력을 일정부분 흡수하여 휘어지는 디스플레이 모듈(200)의 손상이나 파손을 완화한다. 또한, 제1 쿠션(440a)은 터치 입력 장치(1000)로 가해지는 외부 충격으로부터 디스플레이 모듈(200)의 손상이나 파손을 완화한다.
제2 쿠션(440b)은 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치된다. 제2 쿠션(440b)은 디스플레이 모듈(200)과 압력 센서(450, 460) 사이에 배치된다. 제2 쿠션(440b)은 디스플레이 모듈(200) 아래에 배치된다. 제2 쿠션(440b)은 압력 센서(450, 460) 상에 배치된다.
제2 쿠션(440b)은 디스플레이 모듈(200)의 하면과 압력 센서(450, 460)의 상면 사이에 배치된다. 제2 쿠션(440b)의 상면은 디스플레이 모듈(200)의 하면과 소정 간격 이격되고, 제2 쿠션(440b)의 하면은 압력 센서(450, 460)의 상면과 접촉할 수 있다. 제2 쿠션(440b)과 디스플레이 모듈(200) 사이에 소정의 갭(G)이 형성될 수 있다. 여기서, 제2 쿠션(440b)의 상면은 디스플레이 모듈(200)의 하면이 서로 접촉하여 상기 갭(G)은 형성되지 않을 수도 있다.
제2 쿠션(440b)과 압력 센서(450, 460) 사이에 접착층이 배치될 수 있다. 접착층은 양면 접착 테이프(DAT)일 수 있다. 접착층에 의해 제2 쿠션(440b)의 위치가 안정적으로 고정될 수 있다. 제2 쿠션(440b)의 상면은 디스플레이 모듈(200)의 하면이 서로 접촉하는 경우, 접착층은 디스플레이 모듈(200)과 제2 쿠션(440b) 사이에 배치될 수도 있다.
제2 쿠션(440b)은 디스플레이 모듈(200)를 보호할 수 있다. 커버(100)의 표면으로 입력되는 압력에 의해 커버(100)와 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 경우, 제2 쿠션(440b)은 상기 압력을 흡수하여 휘어지는 디스플레이 모듈(200)의 손상이나 파손을 완화할 수 있다. 또한, 제2 쿠션(440b)은 터치 입력 장치(1000)로 가해지는 외부 충격으로부터 디스플레이 모듈(200)의 손상이나 파손을 완화한다.
도 17에 도시된 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 압력 센서(450, 460)로부터 검출되는 감지신호로부터 압력 센서(450, 460)와 디스플레이 모듈(200) 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량을 산출하여 커버(100)로 입력되는 압력의 크기를 산출하는 방식일 수 있다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은, 외력에 의해 그 형상이 변형되며, 상기 외력이 제거되면 형상이 원상태로 복귀하는 성질을 갖는다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)은 폴리우레탄, 폴리에스테르, 폴리프로필렌 및 아크릴 중 적어도 어느 하나를 포함한다. 여기서, 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)은 같은 재질일 수도 있고, 서로 다른 재질일 수 있다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은, 소정의 유전율을 갖는다. 여기서, 제1 쿠션(440a)의 유전율과 제2 쿠션(440b)의 유전율을 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 쿠션(440a)의 유전율이 제2 쿠션(440b)의 유전율보다 상대적으로 더 작을 수 있다.
제1 쿠션(440a)의 유전율이 제2 쿠션(440b)의 유전율보다 작으면, 터치 압력 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 도 17에 도시된 터치 입력 장치가 압력 센서(450, 460)와 디스플레이 모듈(200) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력의 크기를 산출하는 경우, 제2 쿠션(440b)이 터치 압력의 크기를 산출하는데 주된 영향을 미치는 쿠션이고, 제1 쿠션(440a)은 터치 압력 감지에 주로 관여되는 쿠션이 아님에도 불구하고, 압력 센서(450, 460)에서 출력되는 감지신호에는 제1 쿠션(440a)에 의한 기생 정전용량이 포함된다. 따라서, 제1 쿠션(440a)에 의한 기생 정전용량을 가능한 최대로 줄이면 압력 센서(450, 460)에서 출력되는 감지신호에는 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량의 비율이 커지기 때문에, 터치 압력의 센싱 감도가 향상될 수 있다.
제1 쿠션(440a)의 유전율을 작게하고, 제2 쿠션(440b)의 유전율을 크게 하면, 제1 쿠션(440a)에 의한 기생 정전용량이 줄어들기 때문에, 압력 센서(450, 460)에서 출력되는 감지신호에는 거의 대부분 압력 센서(450, 460)과 디스플레이 모듈(200) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량이 차지되므로, 터치 입력 장치의 터치 압력의 센싱 감도가 향상될 수 있다. 결국, 제1 쿠션(440a)의 유전율을 제2 쿠션(440b)의 유전율보다 작게 하면, 그 반대의 경우 또는 제1 쿠션(440a)의 유전율과 제2 쿠션(440b)의 유전율이 서로 같은 경우보다 더 제1 쿠션(440a)에 기인한 기생 정전용량을 현저히 줄일 수 있는 이점이 있다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은 소정의 저항력을 갖는다. 저항력은 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)으로 가해지는 외력에 저항하는 힘을 의미한다. 여기서, 제1 쿠션(440a)의 저항력과 제2 쿠션(440b)의 저항력은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 쿠션(440a)의 저항력이 제2 쿠션(440b)의 저항력보다 상대적으로 더 클 수 있다. 제1 쿠션(440a)의 저항력이 제2 쿠션(440b)의 저항력보다 더 크면, 터치 압력 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 도 17에 도시된 터치 입력 장치가 압력 센서(450, 460)와 디스플레이 모듈(200) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력의 크기를 산출하는 경우, 제2 쿠션(440b)이 터치 압력의 크기를 산출하는데 주된 영향을 미치는 쿠션이고, 제1 쿠션(440a)은 터치 압력 감지에 주로 관여되는 쿠션이 아니므로, 제2 쿠션(440b)의 저항력이 작아야 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리 변화가 커버(100)에 가해지는 압력에 민감하게 반응할 수 있다. 여기서, 제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)을 보호하는데 필요한 만큼의 저항력을 가질 수 있다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은 압축율에 따른 소정의 응력 변화량을 갖는다. 여기서, 제1 쿠션(440a)의 응력 변화량과 제2 쿠션(440b)의 응력 변화량은 서로 다를 수 있다. 예를 들어, 제2 쿠션(440b)의 압축률에 따른 응력의 변화는 선형적이고, 제1 쿠션(440a)의 압축률에 따른 응력 변화는 비선형적일 수 있다. 제2 쿠션(440b)의 압축률에 따른 응력의 변화가 선형적이라는 것은 앞서 설명한 도 16의 설명으로 대체한다.
제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b) 각각은 소정의 두께를 갖는다. 여기서, 제1 쿠션(440a)의 두께와 제2 쿠션(440b)의 두께는 다를 수 있다. 예를 들어, 제1 쿠션(440a)의 두께는 제2 쿠션(440b)의 두께보다 상대적으로 더 앏을 수 있다. 제1 쿠션(440a)의 두께가 제2 쿠션(440b)의 두께보다 더 얇으면, 터치 압력 센싱 감도를 향상시킬 수 있다. 도 15에 도시된 터치 입력 장치가 압력 센서(450, 460)와 디스플레이 모듈(200) 사이의 거리 변화에 의한 정전용량 변화량에 기초하여 터치 압력의 크기를 산출하는 경우, 제2 쿠션(440b)이 터치 압력의 크기를 산출하는데 주된 영향을 미치는 쿠션이고, 제1 쿠션(440a)은 터치 압력 감지에 주로 관여되는 쿠션이 아니다. 제2 쿠션(440b)의 두께가 두꺼우면, 압력 센서(450, 460)과 기판(300) 사이의 거리 변화가 커지기 때문에, 터치 입력 장치가 측정할 수 있는 압력의 크기의 범위가 커져 터치 압력 센싱 감도가 향상되는 이점이 있다. 여기서, 제1 쿠션(440a)은 디스플레이 모듈(200)을 보호하는데 필요한 만큼의 두께를 가질 수 있다.
제1 쿠션(440a)의 두께는 75 um 이상 125 um 이하일 수 있고, 제2 쿠션(440b)의 두께는 150 um 이상 200 um 이하일 수 있다.
앞서, 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)의 유전율, 저항력 및 두께는, 서로 독립적일 수도 있고, 서로 연관될 것일 수도 있다. 예를 들어, 본 발명의 터치 입력 장치의 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)은 앞서 상술한 유전율, 저항력 및 두께 중 어느 하나를 포함할 수도 있고, 둘 이상을 포함할 수 있으며, 모두를 포함할 수도 있다.
도 20은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 6a에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 터치 입력 장치의 단면 구성도이다.
도 20에 도시된 터치 입력 장치는, 도 19에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여, 디스플레이 모듈(200)에서 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 도 20에 도시된 터치 입력 장치를 설명함에 있어서, 도 19와 차이가 나는 부분을 중심으로 설명한다.
도 20에 도시된 디스플레이 모듈(200)은 디스플레이 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B)을 포함한다. 도 20에 도시된 디스플레이 패널(200A)은 도 3a에 도시된 디스플레이 패널일 수 있다. 도 20에 도시된 디스플레이 모듈(200)은 도 3a에 도시된 제1 편광층(271)과 제2 편광층(272) 중 적어도 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
도 20에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)이 디스플레이 패널(200A)과 백라이트유닛(200B)를 포함하는 경우, 제2 쿠션(440b)은 백라이트유닛(200B) 내의 반사 필름(미도시)의 변형(deformation)을 완화할 수 있는 이점이 있다. 커버(100)로 입력되는 압력에 의해 커버(100), 디스플레이 패널(200A) 및 백라이트유닛(200B)이 휘어지는 경우, 백라이트유닛(200B) 내의 반사 필름(미도시)도 함께 휘어지는데, 제2 쿠션(440b)은 휘어지고 다시 원상복귀하는 반복적인 과정에서 발생할 수 있는 상기 반사 필름(미도시)의 변형을 완화시킬 수 있다.
도 20에 도시된 터치 입력 장치의 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)은, 도 19에 도시된 제1 쿠션(440a)와 제2 쿠션(440b)의 유전율, 저항력, 응력 변화량 및 두께의 특징이 그대로 적용되는 것은 당연하다.
도 21은 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 21을 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 커버(100), 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 압력 센서(450, 460) 및 제1 쿠션(440a) 및 제2 쿠션(440b)을 포함한다.
도 21에 도시된 터치 입력 장치가, 도 20에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여 다른 점은, 압력 센서(450, 460)가 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B) 사이에 배치되고, 압력 센서(450, 460)가 디스플레이 패널(200A)에 직접 형성되고, 백라이트 유닛(200B)과 기판(300) 사이에 제1 쿠션(440a)과 제2 쿠션(440b)가 배치되며, 제1 쿠션(440a)이 제2 쿠션(440b) 아래에 배치된다는 점이다.
압력 센서(450, 460)는 도 3a에 도시된 디스플레이 패널(200A)의 제2 기판층(263)의 하면에 직접 형성될 수 있고, 제2 편광층(272)의 하면에 직접 형성될 수도 있다.
도 22는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 21에 도시된 터치 입력 장치의 변형 예이다.
도 22를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 입력 장치는, 커버(100), 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 압력 센서(450, 460) 및 제1 쿠션(440a) 및 제2 쿠션(440b)을 포함한다.
도 22에 도시된 터치 입력 장치가, 도 21에 도시된 터치 입력 장치와 비교하여 다른 점은, 제1 쿠션(440a)이 제2 쿠션(440b) 상에 배치된다는 점이다.
도 23는 본 발명의 또 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 단면도로서, 도 6a에 도시된 터치 입력 장치를 구체화한 터치 입력 장치의 단면 구성도이다.
도 23에 도시된 터치 입력 장치는, 도 20에 도시된 터치 입력 장치에서 제2 쿠션(440b)을 제거한 것과 같다.
도 23에 도시된 터치 입력 장치는, 도 20에 도시된 제2 쿠션(440b)을 갖지 않기 때문에, 도 20에 도시된 갭(G)보다 더 넓은 갭(G’)을 가질 수 있다. 상기 갭(G’)에 의해서 백라이트유닛(200B) 내의 반사 필름(미도시)의 변형(deformation)이 완화될 수 있는 이점이 있다. 커버(100)로 입력되는 압력에 의해 커버(100), 디스플레이 패널(200A) 및 백라이트유닛(200B)이 휘어지는 경우, 백라이트유닛(200B) 내의 반사 필름(미도시)도 함께 휘어지는데, 상기 갭(G’)에 의해서 반사 필름(미도시)과 압력 센서(450, 460) 사이의 접촉에 의한 반사 필름(미도시)의 변형이 완화될 수 있다.
갭(G’)은 디스플레이 모듈(200)의 백라이트유닛(200B)과 압력 센서(450, 460) 사이의 거리에 대응되는 폭을 갖는다. 갭(G’)의 폭은 제1 쿠션(440a)의 두께보다 더 두꺼운 것이 좋다. 갭(G’)의 폭이 제1 쿠션(440a)의 두께보다 더 두꺼워서 나타날 수 있는 효과는, 도 17에서 설명한 제2 쿠션(440b)이 제1 쿠션(440a)보다 더 두꺼워서 나타날 수 있는 효과와 같을 수 있다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
1000: 터치 입력 장치 100: 터치 센서 패널
120: 구동부 110: 감지부
130: 제어부 200: 디스플레이 모듈
300: 기판 400: 압력 감지부
420; 스페이서층 440: 쿠션
450, 460: 압력 센서

Claims (12)

  1. 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치에 있어서,
    커버;
    상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판;
    상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서;
    상기 디스플레이 모듈과 상기 압력 센서 사이에 배치된 제1 쿠션;
    상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제2 쿠션;을 포함하고,
    상기 터치 입력 장치는, 상기 압력 센서와 상기 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  2. 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치에 있어서,
    커버;
    상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 아래에 배치된 기판;
    상기 디스플레이 패널과 상기 기판 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서;
    상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제1 쿠션;
    상기 제1 쿠션과 상기 기판 사이에 배치된 제2 쿠션;을 포함하고,
    상기 터치 입력 장치는, 상기 압력 센서와 상기 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 압력 센서와 상기 제1 쿠션 사이에 배치된 백라이트 유닛;을 더 포함하는, 터치 입력 장치.
  4. 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치에 있어서,
    커버;
    상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 패널;
    상기 디스플레이 패널 아래에 배치된 기판;
    상기 디스플레이 패널과 상기 기판 사이에 배치되고, 상기 디스플레이 패널에 직접 형성된 압력 센서;
    상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제2 쿠션;
    상기 제2 쿠션과 상기 기판 사이에 배치된 제1 쿠션;을 포함하고,
    상기 터치 입력 장치는, 상기 압력 센서와 상기 기판 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 압력 센서와 상기 제2 쿠션 사이에 배치된 백라이트 유닛;을 더 포함하는, 터치 입력 장치.
  6. 압력의 크기를 검출하는 터치 입력 장치에 있어서,
    커버;
    상기 커버 아래에 배치된 디스플레이 모듈;
    상기 디스플레이 모듈 아래에 배치된 기판;
    상기 디스플레이 모듈과 상기 기판 사이에 배치된 압력 센서;
    상기 압력 센서와 상기 기판 사이에 배치된 제1 쿠션;
    상기 디스플레이 모듈과 상기 압력 센서 사이에 배치된 제2 쿠션;을 포함하고,
    상기 터치 입력 장치는, 상기 디스플레이 모듈과 상기 압력 센서 사이의 거리 변화에 따른 정전용량 변화량에 기초하여 상기 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  7. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 쿠션의 유전율은, 상기 제2 쿠션의 유전률보다 더 작은, 터치 입력 장치.
  8. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 쿠션의 저항력은, 상기 제2 쿠션의 저항력보다 더 큰, 터치 입력 장치.
  9. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 쿠션의 두께는, 상기 제2 쿠션의 두께보다 더 얇은, 터치 입력 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제2 쿠션의 압축률에 따른 응력의 변화는 선형적인, 터치 입력 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 쿠션의 압축률이 0 ~ 70 (%) 구간에서의 상기 제2 쿠션의 응력의 변화는, 상기 제2 쿠션의 압축률에 대하여 선형적인, 터치 입력 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제2 쿠션의 압축률이 0 ~ 70 (%) 구간에서의 상기 제2 쿠션의 응력과 상기 제2 쿠션의 압축률 사이의 결정계수(coefficient of determination)는 0.9 이상인, 터치 입력 장치.
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