WO2018164415A1 - 터치 입력 장치 - Google Patents

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WO2018164415A1
WO2018164415A1 PCT/KR2018/002514 KR2018002514W WO2018164415A1 WO 2018164415 A1 WO2018164415 A1 WO 2018164415A1 KR 2018002514 W KR2018002514 W KR 2018002514W WO 2018164415 A1 WO2018164415 A1 WO 2018164415A1
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WO
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strain gauge
display panel
touch
force sensor
force
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PCT/KR2018/002514
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English (en)
French (fr)
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김태훈
서봉진
우형욱
정인욱
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주식회사 하이딥
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Publication date
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    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04102—Flexible digitiser, i.e. constructional details for allowing the whole digitising part of a device to be flexed or rolled like a sheet of paper

Definitions

  • An embodiment relates to a touch input device and relates to a touch input device capable of detecting a force of a touch.
  • input devices are used for the operation of the computing system.
  • input devices such as buttons, keys, joysticks, and touch screens are used. Due to the easy and simple operation of the touch screen, the use of the touch screen is increasing in the operation of the computing system.
  • the touch screen may constitute a touch surface of a touch input device that includes a touch sensor panel, which may be a transparent panel having a touch-sensitive surface. Such a touch sensor panel may be attached to the front of the display screen such that the touch-sensitive surface covers the visible side of the display screen. By simply touching the touch screen with a finger or the like, the user can operate the computing system. In general, a computing system may recognize a touch and a touch location on a touch screen and interpret the touch to perform the calculation accordingly.
  • the problem to be solved is to provide a touch input device that can reduce the dead zone.
  • a touch input device capable of reducing dead zones appearing due to the characteristics of the Wheatstone bridge is provided.
  • the present invention provides a touch input device capable of compensating for a difference in noise generated by variations of a plurality of sensors to reduce or cancel noise included in an output of a Wheatstone bridge.
  • An embodiment is a touch input device capable of detecting a force of a touch, comprising: a display panel; And a plurality of sensors disposed on one surface of the display panel, wherein the plurality of sensors include a first sensor and a second sensor having different areas, and are bent as the display panel is bent by the force. The outputs of the first sensor and the second sensor are changed, and the force is detected based on an output value obtained by subtracting the output of the second sensor from the output of the first sensor.
  • the reduction ratio of the dead zone is Can be.
  • the amplification unit for amplifying the output of any one of the first force sensor and the second force sensor may further include.
  • the area ratio of the first force sensor and the second force sensor is k: 1, the signal of the first force sensor and the second force sensor
  • the amplification ratio is a: 1
  • the reduction ratio of the dead zone is Can be.
  • the material constituting the first force sensor may be different from the material constituting the second force sensor.
  • the display panel may include a first substrate layer, a second substrate layer disposed below the first substrate layer, and a liquid crystal layer or an organic material layer disposed between the first substrate layer and the second substrate layer.
  • a plurality of force sensors may be formed on the bottom surface of the second substrate layer.
  • the touch sensor may further include a touch sensor that detects a touch position.
  • the touch sensor may be disposed on the display panel or inside the display panel.
  • the display panel may be an LCD panel, and a backlight unit may be disposed below the display panel.
  • the display panel may be an OLED panel.
  • the first force sensor is a first strain gauge
  • the second force sensor is a second strain gauge
  • the first strain gauge and the second strain gauge constitute a Wheatstone bridge
  • the force may be detected based on an output of the Wheatstone bridge according to a change in the resistance value of the second strain gauge.
  • first strain gauge and the second strain gauge may be connected in parallel to at least one output terminal of two output terminals of the Wheatstone bridge.
  • the first strain gauge and the second strain gauge may include a trace, and the alignment direction of the trace of the first strain gauge and the alignment direction of the trace of the second strain gauge may be the same.
  • the width of the trace of the first strain gauge may be different from the width of the trace of the first strain gauge.
  • the first strain gauge and the second strain gauge may include a trace, and the number of irregularities of the trace of the first strain gauge may be different from the number of irregularities of the trace of the first strain gauge.
  • the first force sensor is a first electrode
  • the second force sensor is a second electrode
  • the first electrode and the second electrode constitutes a Wheatstone bridge
  • the first electrode and the second electrode The force may be detected based on the output of the Wheatstone bridge according to the change in the capacitance value of.
  • the processor may further include, and the processor may subtract the output of the second force sensor from the output of the first force sensor and detect the force based on the subtracted output value.
  • Using the touch input device according to the embodiment has an advantage of reducing the dead zone.
  • FIGS. 1A and 1B are schematic diagrams of a capacitive touch sensor included in the touch input device according to the embodiment, and a configuration for its operation.
  • FIG. 2 illustrates a control block for controlling touch position, touch force, and display operation in the touch input device according to the embodiment.
  • 3A and 3B are conceptual views illustrating the configuration of a display module in the touch input device according to the embodiment.
  • 4A to 4B are cross-sectional views illustrating examples of strain gauges directly formed on various display panels in the touch input device according to the embodiment.
  • 5A to 5D illustrate an example in which a strain gauge is applied in the touch input device according to the embodiment.
  • 6A, 6D, and 6F are plan views of exemplary force sensors capable of sensing a force used in the touch input device according to the embodiment.
  • 6B and 6C illustrate exemplary strain gauges that may be applied to a touch input device according to an embodiment.
  • 6G to 6I are rear views of the display panel on which the force sensor of the touch input device according to the embodiment is formed.
  • FIG. 7A is a diagram illustrating an example in which a plurality of strain gauges of a touch input device according to an embodiment constitute a Wheatstone bridge.
  • FIG. 7B is a modification of FIG. 7A.
  • 8A to 8C are examples of disposing a plurality of strain gauges on the display panel.
  • 9A to 9I are views for explaining formation of a dead zone in the example shown in FIG. 8C.
  • FIG. 10A illustrates an example in which a plurality of strain gauges are arranged on a display panel as a touch input device according to one embodiment.
  • 10B to 10J are views for explaining formation of a dead zone in the example shown in FIG. 10A.
  • 10K is a graph for explaining a dead zone formed in a touch input device according to another embodiment.
  • 10L to 10M are views illustrating a structure of a strain gauge capable of reducing display noise in a touch input device according to another embodiment.
  • 11A-11C illustrate examples of touch electrodes.
  • a term indicating a position such as “down, up, horizontal, vertical, top, bottom, up, down, top, bottom", or a derivative thereof (for example, “horizontally, downward, upward”).
  • Etc. should be understood with reference to both the drawings being described and related descriptions. In particular, these relative words are merely for convenience of description, and do not require that the apparatus of the embodiment be configured or operated in a particular direction.
  • the touch input device includes a portable electronic product such as a smart phone, a smart watch, a tablet PC, a notebook computer, a personal digital assistant (PDA), an MP3 player, a camera, a camcorder, an electronic dictionary, a home PC, a TV, It can be used in home electronics such as a DVD, a refrigerator, an air conditioner and a microwave oven.
  • a portable electronic product such as a smart phone, a smart watch, a tablet PC, a notebook computer, a personal digital assistant (PDA), an MP3 player, a camera, a camcorder, an electronic dictionary, a home PC, a TV, It can be used in home electronics such as a DVD, a refrigerator, an air conditioner and a microwave oven.
  • the force-detectable touch input device including the display module according to the embodiment may be used without limitation in all products requiring an apparatus for display and input, such as an industrial control device and a medical device.
  • a touch input device capable of detecting a force according to an embodiment 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.
  • 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 embodiment 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 may be formed on the same layer.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on an upper surface of the display panel 200A, 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 panel 200A, and the other one is formed on the lower surface of the cover to be described later or the display panel. It may be formed inside the 200A.
  • 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 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 101 generated between the driving electrodes TX1 to TXn to which the driving signal is applied and the receiving electrodes RX1 to RXm through the receiving electrodes RX1 to RXm.
  • the sensing signal may be a signal in which the driving signal applied to the driving electrode TX is coupled by the capacitance Cm 101 generated between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • 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 101 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 embodiment is not limited thereto. That is, as shown in FIG. 1B, the touch position may be sensed based on the amount of change in self capacitance.
  • FIG. 1B is a schematic diagram illustrating another capacitive touch sensor 10 included in a touch input device according to still another embodiment, and an operation thereof.
  • the touch sensor 10 illustrated in FIG. 1B includes a plurality of touch electrodes 30.
  • 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 capacitive touch sensor panel has been described in detail as the touch sensor 10, the touch sensor 10 for detecting whether the touch is present and the touch position in the touch input device 1000 according to the embodiment is described above.
  • Other surface capacitive, projected capacitive, resistive, surface acoustic wave (SAW), infrared, optical imaging, and distributed signal methods It can be implemented using any touch sensing scheme, such as signal technology and acoustic pulse recognition scheme.
  • the control block includes a touch sensor controller 1100 for detecting the above-described touch position, a display controller for driving the display panel ( 1200 and a force sensor controller 1300 for detecting a force.
  • the display controller 1200 receives input from a central processing unit (CPU), an application processor (AP), or the like, which is a central processing unit on a main board for operating the touch input device 1000, to the display panel 200A. It may include a control circuit to display the desired content.
  • Such control circuits may include display panel control ICs, graphic controller ICs, and other circuits necessary for operating the display panel 200A.
  • the force sensor controller 1300 for detecting a force through the force sensor may be configured similar to the configuration of the touch sensor controller 1100 to operate similarly to the touch sensor controller 1100.
  • the touch sensor controller 1100, the display controller 1200, and the force sensor controller 1300 may be included in the touch input device 1000 as different components.
  • the touch sensor controller 1100, the display controller 1200, and the force sensor controller 1300 may be configured with different chips.
  • the processor 1500 of the touch input device 1000 may function as a host processor for the touch sensor controller 1100, the display controller 1200, and the force sensor controller 1300.
  • the touch input device 1000 includes a display screen such as a cell phone, a personal data assistant (PDA), a smartphone, a tablet personal computer, an MP3 player, a notebook, or the like. And / or an electronic device including a touch screen.
  • a display screen such as a cell phone, a personal data assistant (PDA), a smartphone, a tablet personal computer, an MP3 player, a notebook, or the like.
  • PDA personal data assistant
  • the touch sensor controller 1100, the display controller 1200, and the force sensor controller 1300 which are separately configured as described above, are manufactured. Can be incorporated into one or more configurations, depending on the embodiment. In addition, each of these controllers may be integrated into the processor 1500. In addition, the touch sensor 10 and / or the force sensor may be integrated in the display panel 200A according to the embodiment.
  • the touch sensor 10 for detecting a touch position may be located outside or inside the display panel 200A.
  • the display panel 200A of the touch input device 1000 according to the embodiment is included in a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED), or the like. It may be a display panel. Accordingly, the user may perform an input operation by performing a touch on the touch surface while visually confirming the screen displayed on the display panel.
  • 3A and 3B are conceptual views illustrating the configuration of the display module 200 in the touch input device 1000 according to the embodiment.
  • a configuration of a display module 200 including a display panel 200A using an LCD panel will be described.
  • the display module 200 includes a display panel 200A, which is an LCD panel, a first polarization layer 271 disposed on the display panel 200A, and a lower portion of the display panel 200A.
  • the polarizing layer 272 may be included.
  • the display panel 200A which is an LCD panel, includes a liquid crystal layer 250 including a liquid crystal cell, a first substrate layer 261 and a liquid crystal layer 250 disposed on the liquid crystal layer 250. It may include a second substrate layer 262 disposed below.
  • the first substrate layer 261 may be a color filter glass
  • the second substrate layer 262 may be a TFT glass.
  • the first substrate layer 261 and the second substrate layer 262 may be formed of a bendable material such as plastic.
  • the second substrate layer 262 is formed of various layers including a data line, a gate line, a TFT, a common electrode (Vcom), a pixel electrode, and the like. Can be done. These electrical components can operate to produce a controlled electric field to orient the liquid crystals located in the liquid crystal layer 250.
  • the display module 200 may include a display panel 200A, which is an OLED panel, and a first polarization layer 282 disposed on the display panel 200A.
  • the display panel 200A which is an OLED panel, has an organic layer 280 including an organic light-emitting diode (OLED), a first substrate layer 281 disposed above the organic layer 280, and a lower portion of the organic layer 280.
  • the second substrate layer 283 may be disposed.
  • the first substrate layer 281 may be encapsulation glass
  • the second substrate layer 283 may be TFT glass.
  • at least one of the first substrate layer 281 and the second substrate layer 283 may be formed of a bendable material such as plastic.
  • an electrode used to drive the display panel 200A such as a gate line, a data line, a first power line ELVDD, and a second power line ELVSS, may be included.
  • OLED (Organic Light-Emitting Diode) panel is a self-luminous display panel using the principle that light is generated when electrons and holes combine in the organic material layer when electric current flows through the fluorescent or phosphorescent organic thin film. Determine the color
  • OLED uses a principle that the organic material emits light when the organic material is applied to glass or plastic to flow electricity.
  • the organic material emits light when the organic material is applied to glass or plastic to flow electricity.
  • holes and electrons are injected into the anode and cathode of the organic material and recombined in the light emitting layer, excitons are formed in a high energy state, and energy is emitted as the excitons fall to a low energy state to emit light having a specific wavelength. Is to use the generated principle.
  • the color of light varies according to the organic material of the light emitting layer.
  • OLED is composed of line-driven passive-matrix organic light-emitting diode (PM-OLED) and individual-driven active-matrix organic light-emitting diode (AM-OLED) depending on the operating characteristics of the pixels constituting the pixel matrix.
  • PM-OLED passive-matrix organic light-emitting diode
  • AM-OLED active-matrix organic light-emitting diode
  • the PM-OLED emits light only during a scanning time at a high current
  • the AM-OLED maintains light emission during a frame time at a low current. Therefore, the AM-OLED has the advantages of better resolution, greater area display panel driving, and lower power consumption than PM-OLED.
  • each device can be individually controlled by embedding a thin film transistor (TFT), so it is easy to realize a sophisticated screen.
  • TFT thin film transistor
  • the organic material layer 280 may include a HIL (Hole Injection Layer), a HTL (Hole Transfer Layer), an EIL (Emission Material Layer), an ETL (Electron Transfer Layer), and an EML. (Electron Injection Layer, light emitting layer) may be included.
  • HIL Hole Injection Layer
  • HTL Hole Transfer Layer
  • EIL emission Material Layer
  • ETL Electrode Transfer Layer
  • EML Electrometic Injection Layer, light emitting layer
  • HIL injects holes, using a material such as CuPc.
  • HTL functions to move the injected holes, and mainly uses materials having good hole mobility.
  • EIL and ETL are layers for the injection and transport of electrons, and the injected electrons and holes combine and emit light in the EML.
  • EML is a material expressing the color emitted, and is composed of a host that determines the lifetime of the organic material and a dopant that determines the color and efficiency. This is only to describe the basic configuration of the organic material layer 280 included in the OLED panel, the embodiment is not limited to the layer structure, material or the like of the organic material layer 280.
  • the organic layer 280 is inserted between an anode (not shown) and a cathode (not shown).
  • a driving current is applied to the anode to inject holes, and the cathode is injected into the cathode. Electrons are injected, and holes and electrons move to the organic layer 280 to emit light.
  • the LCD panel or OLED panel may further include other configurations and may be modified to perform display functions.
  • the display module 200 of the touch input device 1000 may include a configuration for driving the display panel 200A and the display panel 200A.
  • the display module 200 may include a backlight unit (not shown) disposed below the second polarization layer 272, and may include an LCD panel. It may further include a display panel control IC, a graphic control IC and other circuitry for the operation of.
  • the touch sensor 10 for detecting a touch position in the touch input device 1000 may be located outside or inside the display module 200.
  • a touch sensor panel may be disposed on the display module 200, and the touch sensor 10 may be a touch sensor panel. Can be included.
  • the touch surface for the touch input device 1000 may be a surface of the touch sensor panel.
  • the touch sensor 10 When the touch sensor 10 is disposed inside the display module 200 in the touch input device 1000, the touch sensor 10 may be configured to be positioned outside the display panel 200A. In detail, the touch sensor 10 may be formed on upper surfaces of the first substrate layers 261 and 281. In this case, the touch surface of the touch input device 1000 may be an upper surface or a lower surface of FIGS. 3A and 3B as an outer surface of the display module 200.
  • the touch sensor 10 When the touch sensor 10 is disposed inside the display module 200 in the touch input device 1000, at least some of the touch sensors 10 are configured to be positioned in the display panel 200A according to the embodiment, and the touch sensor At least some of the other portions 10 may be configured to be positioned outside the display panel 200A.
  • any one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX constituting the touch sensor 10 may be configured to be positioned outside the display panel 200A, and the remaining electrodes are inside the display panel 200A. It may be configured to be located at.
  • any one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX constituting the touch sensor 10 may be formed on upper surfaces of the first substrate layers 261 and 281, and the remaining electrodes are formed on the first substrate layer ( 261 and 281 may be formed on the bottom surface or the top surface of the second substrate layers 262 and 283.
  • the touch sensor 10 When the touch sensor 10 is disposed inside the display module 200 in the touch input device 1000, the touch sensor 10 may be configured to be positioned inside the display panel 200A. In detail, the touch sensor 10 may be formed on the bottom surface of the first substrate layers 261 and 281 or the top surface of the second substrate layers 262 and 283.
  • an electrode for operating the touch sensor may be additionally disposed, but various configurations and / or electrodes positioned inside the display panel 200A may perform touch sensing. It may be used as a touch sensor 10 for.
  • the display panel 200A is an LCD panel
  • at least one of the electrodes included in the touch sensor 10 may include a data line, a gate line, a TFT, and a common electrode (Vcom: common).
  • Vcom common electrode
  • at least one of an electrode and a pixel electrode and when the display panel 200A is an OLED panel, at least one of the electrodes included in the touch sensor 10 is a data line.
  • the gate line may include at least one of a gate line, a first power line ELVDD, and a second power line ELVSS.
  • the touch sensor 10 may operate as the driving electrode and the receiving electrode described with reference to FIG. 1A to detect the touch position according to the mutual capacitance between the driving electrode and the receiving electrode.
  • the touch sensor 10 may operate as the single electrode 30 described in FIG. 1B to detect the touch position according to the self capacitance of each of the single electrodes 30.
  • the electrode included in the touch sensor 10 is an electrode used to drive the display panel 200A
  • the display panel 200A is driven in the first time interval, and the second time is different from the first time interval.
  • the touch position may be detected in the section.
  • the strain gauge 450 may be formed on the display panel 200A.
  • 4A to 4B are cross-sectional views illustrating embodiments of strain gauges formed on various display panels in the touch input device according to the embodiment.
  • Fig. 4A shows a strain gauge 450 formed in a display panel 200A using an LCD panel.
  • a strain gauge 450 may be formed on the bottom surface of the second substrate layer 262.
  • the strain gauge 450 may be formed on the lower surface of the second polarization layer 272.
  • Figure 4B shows a strain gauge 450 formed on the bottom surface of the display panel 200A using an OLED panel (especially an AM-OLED panel).
  • the strain gauge 450 may be formed on the bottom surface of the second substrate layer 283.
  • the strain gauge 450 formed on the bottom surface of the second substrate layer 283 disposed under the organic layer 280 may be made of an opaque material.
  • the second substrate may be formed. After applying a light shielding layer such as black ink to the lower surface of the layer 283, a strain gauge 450 may be formed on the light shielding layer.
  • a light shielding layer such as black ink
  • a strain gauge ( Although 450 is shown to be formed, a third substrate layer (not shown) may be disposed below the second substrate layer 283, and a strain gauge 450 may be formed on the bottom surface of the third substrate layer.
  • a third substrate layer (not shown) may be disposed below the second substrate layer 283, and a strain gauge 450 may be formed on the bottom surface of the third substrate layer.
  • a third substrate layer that is relatively hard to be bent may be disposed below the substrate layer 283.
  • 5A to 5D illustrate an example in which a strain gauge is applied in the touch input device according to the embodiment.
  • an adhesive such as OCA (Optically Clear Adhesive) is formed between the cover layer 100 on which the touch sensor for detecting a touch position is formed and the display module 200 including the display panel 200A. It may be laminated. Accordingly, display color clarity, visibility, and light transmittance of the display module 200 which can be checked through the touch surface of the touch sensor may be improved.
  • OCA Optically Clear Adhesive
  • the display panel 200A is directly attached and laminated to the cover layer 100 in FIGS. 5A and some drawings below, this is merely for convenience of description and the first polarization layers 271 and 282 are the display panel 200A.
  • the upper display module 200 may be laminated and attached to the cover layer 100.
  • the LCD panel is the display panel 200A, the second polarizing layer 272 and the backlight unit are omitted.
  • the cover layer 100 in which the touch sensor is formed as the touch input device 1000 according to the embodiment is laminated with an adhesive on the display module 200 shown in FIGS. 3A and 3B.
  • the touch input device 1000 according to the embodiment may include a case in which the touch sensor 10 is disposed inside the display module 200 illustrated in FIGS. 3A and 3B. More specifically, in FIGS. 5A and 5B, the cover layer 100 on which the touch sensor is formed covers the display module 200 including the display panel 200A. However, the touch sensor 10 may include the display module 200.
  • the touch input device 1000 disposed inside and covered with the cover layer 100 such as glass may be used as an embodiment.
  • the touch input device 1000 may be a touch screen such as a cell phone, a personal data assistant (PDA), a smartphone, a tablet personal computer, an MP3 player, a notebook, or the like. It may include an electronic device including a.
  • PDA personal data assistant
  • smartphone a tablet personal computer
  • MP3 player a notebook
  • notebook or the like. It may include an electronic device including a.
  • the substrate 300 may include, for example, a circuit board for operating the touch input device 1000 together with the housing 320 which is the outermost mechanism of the touch input device 1000.
  • the battery pack may perform a function of wrapping a mounting space 310 in which a battery may be located.
  • a circuit board for operating the touch input device 1000 may be mounted with a central processing unit (CPU) or an application processor (AP) as a main board.
  • CPU central processing unit
  • AP application processor
  • the touch sensor 10 or the cover layer 100 may be formed wider than the display module 200, the substrate 300, and the mounting space 310, and thus the housing 320 may be formed.
  • the housing 320 may be formed to surround the display module 200, the substrate 300, and the circuit board together with the touch sensor 10.
  • the force sensor 450 for detecting the force will be described as an example of the strain gauge 450 so as to be clearly distinguished from the electrode included in the touch sensor 10. Therefore, the force sensor 450 is not limited to the strain gauge 450 in the following specification.
  • the force sensor 450 may be a capacitive electrode.
  • the touch input device 1000 may detect the touch position through the touch sensor 10 and detect the touch force from the strain gauge 450 formed in the display module 200.
  • the touch sensor 10 may be located inside or outside the display module 200.
  • the touch input device 1000 may include a spacer layer 420 formed of an air gap.
  • the spacer layer 420 may be made of a shock absorbing material according to the embodiment.
  • the spacer layer 420 may be filled with a dielectric material, depending on the embodiment.
  • the strain gauge 450 since the strain gauge 450 is disposed on the rear surface of the display panel 200A instead of the front surface of the display panel 200A, the strain gauge 450 may be formed of an opaque material as well as a transparent material.
  • the strain gauge 450 may be made of a transparent material such as ITO.
  • a frame 330 having a predetermined height may be formed along the edge of the upper portion of the substrate 300.
  • the frame 330 may be attached to the cover layer 100 with an adhesive tape (not shown).
  • the frame 330 is formed on all the edges of the substrate 300 (eg, four sides of a quadrilateral), but the frame 330 is formed of at least a portion of the edge of the substrate 300 (eg, a quadrilateral). Only on three sides).
  • the frame 330 may be integrally formed with the substrate 300 on the upper surface of the substrate 300.
  • the frame 330 may be made of a material that is not elastic.
  • the display panel 200A when a force is applied to the display panel 200A through the cover layer 100, the display panel 200A may be bent together with the cover layer 100, so that the frame 330 deforms according to the force. Without this, the magnitude of the touch force can be detected.
  • 5C is a cross-sectional view of the touch input device including the strain gauge according to the embodiment. As shown in FIG. 5C, the strain gauge 450 according to the embodiment may be formed on the bottom surface of the display panel 200A.
  • FIG. 5D is a cross-sectional view when a force is applied to the touch input device 1000 illustrated in FIG. 5C.
  • the upper surface of the substrate 300 may have a ground potential for noise shielding.
  • the cover layer 100 and the display panel 200A may be bent or pressed.
  • the strain gauge 450 formed on the display panel 200A may be deformed, and thus the resistance value of the strain gauge 450 may change.
  • the magnitude of the touch force can be calculated from this change in resistance value.
  • the display panel 200A may be bent or pressed in response to a touch applying a force.
  • the display panel 200A may be bent or pressed to indicate deformation according to a touch.
  • the position showing the greatest deformation when the display panel 200A is bent or pressed may not coincide with the touch position, but the display panel 200A may indicate the bending at least at the touch position.
  • the touch position is close to the edge and the edge of the display panel 200A, the position where the display panel 200A is bent or pressed the most may be different from the touch position, but the display panel 200A may be at least the touch position. It may indicate bending or pressing at.
  • FIG. 6A, 6D, and 6F are plan views of exemplary force sensors capable of sensing a force used in the touch input device according to the embodiment.
  • the force sensor may be a strain gauge.
  • Strain gauges are devices in which the electrical resistance varies in proportion to the amount of strain. Generally, a metal bonded strain gauge may be used.
  • Materials that can be used for strain gauges are transparent materials, conductive polymers (PEDOT: polyethyleneioxythiophene), ITO (indium tin oxide), ATO (antimony tin oxide), carbon nanotubes (CNT), and graphene ), Gallium zinc oxide, indium gallium zinc oxide (IGZO), tin oxide (SnO2), indium oxide (In2O3), zinc oxide (ZnO), gallium oxide (Ga2O3), and oxidation Cadmium (CdO), other doped metal oxides, piezoresistive elements, piezoresistive semiconductor materials, piezoresistive metal materials, silver nanowires, platinum nanowires (platinum nanowire), nickel nanowire, other metallic nanowires, and the like may be used.
  • PEDOT polyethyleneioxythiophene
  • ITO indium tin oxide
  • ATO antimony tin oxide
  • carbon nanotubes CNT
  • graphene Gallium zinc oxide
  • IGZO indium gallium zinc oxide
  • Opaque materials include silver ink, copper, nano silver, carbon nanotube (CNT), constantan alloy, karma alloys, doped Polycrystalline silicon, doped amorphous silicon, doped single crystal silicon, doped other semiconductor materials, and the like can be used.
  • the metal strain gauge may consist of metal foils arranged in a lattice manner.
  • the lattice approach can maximize the amount of deformation of the metal wire or foil that is susceptible to deformation in the parallel direction.
  • the vertical grating cross section of the strain gauge 450 shown in FIG. 6A can be minimized to reduce the effects of shear strain and Poisson strain.
  • strain gauge 450 may include traces 451 that do not contact but are placed close to each other while in an at rest state, that is, while not being strained or otherwise deformed. have.
  • Strain gauges can have a nominal resistance such as 1.8 K ⁇ ⁇ 0.1% in the absence of strain or force.
  • the sensitivity to strain may be expressed as a gauge coefficient (GF).
  • the gauge coefficient can be defined as the ratio of the change in electrical resistance to the change in strain (strain), and can be expressed as a function of strain ⁇ as follows.
  • ⁇ R is the amount of change in the strain gauge resistance
  • R is the resistance of the undeformed strain gauge
  • GF is the gauge coefficient
  • strain gauges are used in most cases in bridge configurations with voltage driven sources.
  • 6B and 6C illustrate exemplary strain gauges that may be applied to a touch input device according to an embodiment.
  • the strain gauge is included in a Wheatstone bridge 3000 with four different resistors (shown as R1, R2, R3, R4), indicating the applied force ( Change the resistance of the gauge relative to other resistors.
  • the bridge 3000 is coupled to a force sensor interface (not shown), receives a drive signal (voltage V EX ) from the touch controller (not shown) to drive the strain gauge, and sense signal (voltage) representing the force applied for processing.
  • V O the output voltage V O of the bridge 3000 may be expressed as follows.
  • the bridge of FIG. 6C includes only one strain gauge 450, up to four strain gauges may be used in the locations shown by R1, R2, R3, R4 included in the bridge of FIG. 6B, in which case It will be appreciated that the resistance change can be used to sense the applied force.
  • the bridge 3000 may be integrated with the force sensor controller 1300, in which case at least one or more of the resistors R1, R2, R3 may be replaced by a resistance in the force sensor controller 1300. have.
  • resistors R2 and R3 may be replaced with resistors in force sensor controller 1300 and form bridge 3000 with strain gauge 450 and resistor R1. As a result, the space occupied by the bridge 3000 may be reduced.
  • the strain gauge 450 may include a plurality of subregions, and may configure a different alignment direction of the trace 451 included in each subregion. By configuring the strain gauge 450 including the traces 451 having different alignment directions, the sensitivity difference of the strain gauge 450 with respect to the deformation direction may be reduced.
  • the touch input device 1000 may include a force sensor configured as a single channel by forming one strain gauge 450 under the display panel 200A as illustrated in FIGS. 6A and 6D.
  • the touch input device 1000 according to the embodiment may include a plurality of strain gauges 450 formed under the display panel 200A to include a force sensor configured as a plurality of channels. By using the force sensor composed of a plurality of channels may be sensed at the same time the magnitude of each of the plurality of force for a plurality of touch.
  • the temperature change may adversely affect the strain gauge 450 because the increase in temperature may inflate the display panel 200A without the applied force, and as a result, the strain gauge 450 formed in the display panel 200A may increase. . As a result, the resistance of the strain gauge 450 increases and may be misinterpreted as a force applied to the strain gauge 450.
  • At least one or more of the resistors R1, R2, R3 of the bridge 3000 shown in FIG. 6C may be replaced by a thermistor.
  • the change in resistance due to the temperature of the thermistor may correspond to the change in resistance due to the temperature of the strain gauge 450 due to the thermal expansion of the display panel 200A in which the strain gauge 450 is formed, and thus the output voltage (VO) due to the temperature. ) Can be reduced.
  • two strain gauges can be used to minimize the effects of temperature variations.
  • the trace 451 of the strain gauge 450 may be aligned in the horizontal direction parallel to the deformation direction, and the dummy gauge 460.
  • Traces 461 may be aligned in a vertical direction orthogonal to the deformation direction.
  • the deformation affects the strain gauge 450 and hardly affects the dummy gauge 460, but the temperature has the same effect on both the strain gauge 450 and the dummy gauge 460.
  • the ratio of the nominal resistance RG of the two gauges does not change.
  • 6G to 6I are rear views of the display panel on which the force sensor of the touch input device according to the embodiment is formed.
  • the trace 451 of the strain gauge 450 is preferably aligned in a direction parallel to the deformation direction, as shown in FIG. 6G, in the edge region of the display panel 200A, the trace 451 is perpendicular to the edge of the display panel 200A.
  • the trace 451 of the strain gauge 450 may be arranged in one direction. More specifically, since the edges of the display panel 200A are fixed, when the force is applied to the display panel 200A, the display panel 200A is in a direction parallel to the straight line connecting the center of the display panel 200A and the position where the force is applied. The deformation can be the largest. Therefore, it is preferable to arrange the trace 451 of the strain gauge 450 in a direction parallel to the position where the strain gauge 450 is disposed and a straight line connecting the center of the display panel 200A.
  • the trace 461 of the dummy gauge 460 is preferably aligned in a direction perpendicular to the deformation direction, as shown in FIG. 6G, the edge of the display panel 200A is shown in the edge area of the display panel 200A.
  • the traces 461 of the dummy gauge 460 may be arranged to align in a direction parallel to. More specifically, since the edge of the display panel 200A is fixed, when a force is applied to the display panel 200A, the display panel 200A is perpendicular to a straight line connecting the center of the display panel 200A with the position where the force is applied. The deformation may be the smallest. Therefore, it is preferable to arrange the trace 461 of the dummy gauge 460 in a direction perpendicular to a position where the dummy gauge 460 is disposed and a straight line connecting the center of the display panel 200A.
  • the strain gauge 450 and the dummy gauge 460 may be disposed in a pair adjacent to each other. In this case, since the temperature difference between the positions adjacent to each other may not be large, the influence of the temperature change can be further minimized.
  • a plurality of dummy gauges 460 having traces 461 aligned along a border of the display panel 200A in a direction parallel to the border of the display panel 200A. ) Can also be placed.
  • the dummy gauge 460 disposed at the edge region of the display panel 200A may be more effective in compensating for the effect of temperature change.
  • the dummy gauge 460 may be disposed at four corner regions of the display panel 200A having the smallest deformation amount, and the trace of the dummy gauge 460 may have the most deformation amount. It may be arranged to align in a direction perpendicular to the large direction.
  • the strain gauge 450 used as an example of the force sensor may be disposed in the display panel 200A, and the plurality of strain gauges 450 may be disposed in the embodiment.
  • the Wheatstone bridge may be configured in the touch input device 1000.
  • strain gauges S1, S2, S3, and S4 disposed on the display panel 200A may configure the Wheatstone bridge 3000.
  • the present invention is not limited thereto, and as shown in FIG. 7B, two strain gauges S1 and S2 may form a Wheatstone bridge 3000 'together with R3 and R4.
  • R3 and R4 shown in FIG. 7B may be resistors in the force sensor controller 1300 shown in FIG. 2.
  • S1, S2, S3, and S4 may be electrodes instead of strain gauges.
  • the electrode outputs a predetermined signal, and the output signal may be a voltage signal corresponding to the capacitance value. Therefore, hereinafter, S1, S2, S3, and S4 are limited to the strain gauges in FIGS. 7A and 7B, but the present invention is not limited thereto. Be careful.
  • the electrodes may output signals in any one of a self capacitance method and a mutual capacitance method. However, due to the difference in the physical configuration between the strain gauge and the electrode, there may be a part that is applied only to the strain gauge.
  • S1 and the second strain gauge (S2) requires the following two conditions.
  • Noise includes display noise and other noise caused by the operation of the display panel 200A.
  • strain gauges S1 and S2 are configured as Wheatstone bridges 3000 and 3000 'may be disposed on the display panel 200A.
  • FIGS. 8A to 8D For convenience of explanation, hereinafter, two strain gauges S1 and S2 will be described as an example.
  • the first example is shown in FIG. 8A.
  • a first strain gauge S1 is disposed on the display panel 200A
  • a second strain gauge S2 is disposed below the display panel 200A
  • the first strain gauge S1 is disposed on the display panel 200A.
  • the alignment direction of the trace and the alignment direction of the trace of the second strain gauge S2 are the same.
  • the display panel 200A when a predetermined force is applied to the display panel 200A, the display panel 200A is bent.
  • the deformation direction (reduced direction) of the first strain gauge S1 and the deformation direction (expanded direction) of the second strain gauge S2 are opposite to each other, so that the first strain gauge is The phase of the signal of S1 and the signal of the signal of the second strain gauge S2 are reversed.
  • the noise caused by the display panel 200A extends equally to the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2, the phase of the noise of the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are the same. Phase of the noise is the same.
  • FIG. 8A satisfies the two conditions described above, but since the strain gauges S1 and S2 are disposed above and below the display panel 200A, the manufacturing cost increases. have.
  • FIG. 8B A second example is shown in FIG. 8B.
  • the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are disposed together on one surface 200A-1 of the display panel 200A.
  • one surface 200A-1 of the display panel 200A may be one surface of any one of several layers constituting the display panel 200A.
  • the alignment direction of the traces of the first strain gauge S1 and the alignment direction of the traces in the second strain gauge S2 are different from each other.
  • the alignment direction of the traces of the first strain gauge S1 and the alignment direction of the traces in the second strain gauge S2 may be perpendicular to each other.
  • the display panel 200A when a predetermined force is applied to the display panel 200A, the display panel 200A is bent. However, when the deflection of the display panel 200A due to the applied force occurs in the deformation direction of the second strain gauge S2, not in the deformation direction of the first strain gauge S1, the first strain gauge S1 is deformed. Since this at all or rarely occurs, a dead zone is formed at the portion where the first strain gauge S1 is disposed.
  • FIG. 8C A third example is shown in FIG. 8C.
  • the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are disposed together on one surface 200A-1 of the display panel 200A.
  • one surface 200A-1 of the display panel 200A may be one surface of any one of several layers constituting the display panel 200A.
  • the alignment direction of the traces of the first strain gauge S1 and the alignment direction of the traces in the second strain gauge S2 are the same.
  • the whistle is provided at a position where the magnitude of the signal of the first strain gauge S2 and the magnitude of the signal of the second strain gauge S2 are the same. There is a problem that the output of the stone bridge (3000, 3000 ') becomes' 0'.
  • the case where the output of the Wheatstone bridges 3000 and 3000 'becomes' 0' and the reason why the dead zone is formed will be described in more detail with reference to FIGS. 9A to 9I below.
  • first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 have the same area and are disposed adjacent to each other, and the first and second strain gauges S1 and S2.
  • the deformed lengths of the first and second strain gauges S1 and S2 vary linearly.
  • FIGS. 9A is a view showing a state in which the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are not deformed, and FIGS. 9B to 9F show that the predetermined force F is the first strain gauge S1 or /. And when it is applied to the second strain gauge (S2), it is a view showing a change in the length of the first strain gauge (S1) and the second strain gauge (S2) accordingly.
  • the top view shows that the areas of the first and second strain gauges S1, S2 are identical, and the bottom view shows the length of the first and second strain gauges S1, S2. Show the change.
  • dL / L of the first strain gauge S1 in FIG. 9B is 0.207
  • And dL / L of the first strain gauge S1 in FIG. 9C is about 0.414
  • DL / L of the first strain gauge S1 in FIG. 9D is about 0.207
  • dL / L of the second strain gauge S2 is about 0.207
  • L is about 0.414
  • the dL / L of the second strain gauge S2 in FIG. 9F is about 0.207.
  • FIG. 9G is a graph showing the signal of the first strain gauge S1 by the constant force F in each state of FIGS. 9B to 9F.
  • the numbers on the horizontal axis are the numbers shown in Figs. 9B to 9F.
  • FIG. 9G is 100% of the maximum value of the dL / L of the first strain gauge S1 in the state of FIG. 9C. It is a graph which shows dL / L of 1st strain gauge S1 in FIG. 9B and FIG. 9D state as 50%.
  • FIG. 9H is a graph showing the signal of the second strain gauge S2 by the constant force F in each state of FIGS. 9B to 9F.
  • the numbers on the horizontal axis are the numbers shown in FIGS. 9B to 9F.
  • FIG. 9H is 100% of the maximum value of dL / L of the second strain gauge S2 in the state of FIG. 9E. It is a graph which shows dL / L of 2nd strain gauge S2 in FIG. 9D and FIG. 9E state as 50%.
  • FIG. 9I illustrates the Wheatstone bridges 3000 and 3000 'when the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 constitute the Wheatstone bridges 3000 and 3000' shown in FIG. 7A or 7B.
  • the preset noise is assumed to be 20% of the maximum value of the signal, it may be confirmed that a dead zone DZ is formed in which the output of the Wheatstone bridge is smaller than the preset noise.
  • the Wheatstone bridge composed of the first and second strain gauges S1 and S2 having an arrangement structure as shown in FIG. 8C has a deflection of the display panel 200A due to an external force.
  • the dead zone DZ is formed due to the characteristics of the Wheatstone bridge.
  • a method for reducing the dead zone DZ will be described in detail.
  • 10A is an example of a touch input device according to an embodiment.
  • the touch input device includes a display panel 200A and a plurality of strain gauges S1 and S2.
  • the plurality of strain gauges S1 and S2 are disposed together on one surface 200A-1 of the display panel 200A.
  • one surface 200A-1 of the display panel 200A may be one surface of any one of several layers constituting the display panel 200A.
  • the display panel 200A is an LCD
  • one surface 200A-1 may be a lower surface or an upper surface of the second substrate layer 262 illustrated in FIG. 3A.
  • the top surface or the bottom surface of the first substrate layer 261 may also be used.
  • the display panel 200A is an OLED
  • one surface 200A-1 may be a lower surface or an upper surface of the second substrate layer 283 illustrated in FIG. 3B.
  • the top surface or the bottom surface of the first substrate layer 281 may also be used.
  • the plurality of strain gauges S1 and S2 constitute a Wheatstone bridge.
  • the plurality of strain gauges S1 and S2 are connected in parallel to at least one output terminal (-) of two output terminals (+,-) of the Wheatstone bridge 3000 and 3000 ', as shown in FIG. 7A or 7B. It can be configured to.
  • each strain gauge (S1, S2) means a portion covered by each strain gauge (S1, S2) on one surface (200A-1) of the display panel 200A. More specifically, when each strain gauge (S1, S2) is made of a single material such as silicon, the area is the portion where each strain gauge (S1, S2) and the one surface (200A-1) of the display panel 200A contact Can be. In addition, when each strain gauge (S1, S2) includes the trace 451 shown in Figure 6a, the area is one surface of the base substrate (not shown) and the display panel 200A on which the trace 451 is mounted ( 200A-1) may be in contact with each other.
  • the dead zone DZ shown in FIG. 9I may be reduced. This is demonstrated with reference to the drawings.
  • FIG. 10A illustrates an example in which the areas of the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are different from each other. The reason for the reduction of the dead zone DZ will be described in detail with reference to FIGS. 10B to 10J.
  • FIG. 10B is a view showing a state in which the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are not deformed, and FIGS. 10C to 10G show that the predetermined force F is the first strain gauge S1 or /. And a length variation of the first strain gage S1 and the second strain gage S2 when the second strain gage S2 is applied thereto.
  • the top view shows the difference in area of the first and second strain gauges S1 and S2
  • the bottom view shows the difference in length of the first and second strain gauges S1 and S2. Shows.
  • first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 have an area of 3: 1 different from each other and are disposed adjacent to each other, and the first and second strain gauges S1.
  • S2 is deformed as the display panel 200A is bent, it is assumed that the deformed lengths of the first and second strain gauges S1 and S2 vary linearly.
  • the first strain gauge S1 is illustrated in FIG. 10C.
  • dL / L of the first strain gauge S1 in FIG. 10D is about 0.276
  • dL / L of the first strain gauge S1 in FIG. 10F is about 0.138 and dL / L of the second strain gauge S2.
  • FIG. 10H is a graph showing the signal of the first strain gauge S1 by the constant force F in each state of FIGS. 10C to 10G.
  • the numbers on the horizontal axis are the numbers shown in Figs. 10C to 10G.
  • FIG. 10H is a maximum value of dL / L of the first strain gauge S1 in FIGS. 10D and 10E. It is a graph which shows 100% of phosphorus, and dL / L of 1st strain gauge S1 in FIG. 10C and FIG. 10F state as 50%.
  • FIG. 10I is a graph showing the signal of the second strain gauge S2 by the constant force F in each state of FIGS. 10C to 10G.
  • the numbers on the horizontal axis are the numbers shown in Figs. 10C to 10G.
  • FIG. 10I shows the maximum value of dL / L of the second strain gauge S2 in FIGS. 10F and 10G. It is a graph shown as phosphorus 100%.
  • FIG. 10J illustrates a Wheatstone bridge when the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 shown in FIG. 10A constitute the Wheatstone bridges 3000 and 3000 'shown in FIG. 7A or 7B. It is a graph showing the outputs (S1-S2) of (3000, 3000 ').
  • the reason why the maximum value of the signal of the first strain gauge S1 and the signal of the second strain gauge S2 is different is that the areas of the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are different from each other. Because it is different. The difference in area causes a difference between the maximum dL / L value (about 0.276) of the first strain gauge S1 and the maximum dL / L (about 0.414) of the second strain gauge S2. Since the maximum dL / L value of the first strain gage S1 corresponds to approximately 66% of the maximum dL / L value of the second strain gage S2, the signal of the first strain gage S1 and the first strain gage S1 as shown in FIG. The maximum value of the signal of the two strain gauges S2 is different.
  • the outputs S1-S2 of the Wheatstone bridge including the first and second strain gauges S1 and S2 shown in FIG. 10A are in states 3 (FIG. 10E) and 4 (FIG. 10 f), and when the preset noise is assumed to be 20% of the maximum value of the signal, the dead zone DZ 'whose output (S1-S2) of the Wheatstone bridge is smaller than the preset noise It can be confirmed that it is formed.
  • the dead zone DZ 'illustrated in FIG. 10J is smaller than the dead zone DZ of FIG. 9I.
  • FIG. 10J is a graph showing the output of the Wheatstone bridge when the areas of the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are 3: 1.
  • the dead zone is reduced in the case where the areas of the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are different from each other, and the area of the first strain gauge S1 is reduced.
  • the signal is amplified, the dead zone was further reduced.
  • the reduction ratio of the dead zone may be expressed as a formula.
  • the slope of the signal of S1 is -1 / (kx / (k + 1)), and the slope of the signal of S2 is 1 / (x / (1 + k)).
  • the reduction ratio of the generalized dead zone When the reduction ratio of the generalized dead zone is applied to the first strain gage S1 and the second strain gage S2 having an area ratio of 3: 1, the first strain gage having an area ratio of 3: 1
  • the dead zone of S1 and the second strain gauge S2 is 0.75 times smaller than the dead zone of the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 having an area ratio of 1: 1.
  • the touch input device may further include an amplifier (not shown) that amplifies the signal of the first strain gauge S1.
  • the dead zone DZ ′ may be further reduced.
  • the maximum dL / L value (about 0.276) of the first strain gauge S1 corresponds to approximately 66% of the maximum dL / L (about 0.414) of the second strain gauge S2.
  • the Wheatstone bridge as shown in FIG. The outputs of S1-S2 can be obtained. As shown in FIG.
  • the dead zone DZ '′ is reduced more than the dead zone DZ ′ shown in FIG. 10J.
  • the area ratio of the first strain gage S1 and the second strain gage S2 is k: 1
  • the signal amplification ratio of the first strain gage S1 and the second strain gage S2 is a: 1.
  • the reduction ratio of the dead zone is expressed by a formula, it can be derived as follows.
  • the slope of the signal of S1 is -a / (kx / (k + 1)), and the slope of the signal of S2 is 1 / (x / (1 + k)).
  • the reduction ratio of the generalized dead zone is applied to the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 having an area ratio of 3: 1 and a signal amplification ratio of 2: 1.
  • the dead zones of the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 having an area ratio and a signal amplification ratio of 2: 1 are the first strains having an area ratio of 1: 1 and a signal amplification ratio of 1: 1. It can be seen that 0.6 times the dead zone of the gauge (S1) and the second strain gauge (S2) is reduced. In addition, it may be confirmed that the dead zone is reduced when the signal of the first strain gauge S1 is amplified more than when the signal is not amplified.
  • materials constituting the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 may be different.
  • an area of the first strain gauge S1 is larger than an area of the second strain gauge S2, and the first strain gauge S1 and the second strain gauge S2 are made of a single material or include traces.
  • the material constituting the first strain gauge S1 may be made of a material that is relatively stronger to display noise than the material constituting the second strain gauge S2 to compensate for the difference in display noise.
  • the width of the trace of the first strain gauge S1 and the width of the trace of the second strain gauge S2 may be different from each other. For example, as shown in FIG. 10L, when the area of the first strain gauge S1 is larger than the area of the second strain gauge S2, the width of the trace 451a of the first strain gauge S1. It may be configured to be smaller than the width of the trace 451b of the second strain gauge S2 to compensate for the difference in display noise.
  • the number of irregularities of the trace of the first strain gauge S1 and the number of irregularities of the trace of the second strain gauge S2 may be different from each other. For example, as shown in FIG. 10M, when the area of the first strain gauge S1 is larger than the area of the second strain gauge S2, the unevenness of the trace 451a of the first strain gauge S1 is increased.
  • the difference in display noise may be compensated by configuring the number smaller than the number of irregularities of the trace 451b of the second strain gauge S2.
  • the plurality of force sensors of the touch input device may not constitute a Wheatstone bridge.
  • the processor 1500 shown in FIG. 2 may take the role of a Wheatstone bridge.
  • the processor 1500 receives a signal (output) from the first force sensor S1 and the second force sensor S2 that do not constitute a Wheatstone bridge, and the processor 1500 receives the first force sensor S1.
  • the output of the second force sensor S2 may be subtracted from the output of the reference force, and the force may be detected based on the output value.

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Abstract

실시 형태는 터치 입력 장치에 관한 것으로, 스트레인 게이지를 이용하여 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 관한 것이다. 실시 형태는 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 센서;를 포함하고, 상기 복수의 센서는, 면적이 서로 다른 제1 센서와 제2 센서를 포함하고, 상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 센서와 상기 제2 센서의 출력이 변화되고, 상기 제1 센서의 출력에서 상기 제2 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출한다.

Description

터치 입력 장치
실시 형태는 터치 입력 장치에 관한 것으로, 터치의 힘을 검출할 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 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, 디스플레이 모듈의 성능을 저하시키지 않으면서 터치 스크린 상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 터치의 힘 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
해결하고자 하는 과제는, 데드존을 줄일 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.
또한, 복수의 센서가 휘트스톤 브리지를 구성한 경우에, 휘트스톤 브리지의 특성 상 나타나는 데드존을 줄일 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.
또한, 복수의 센서의 편차에 의해 발생되는 노이즈의 차이를 보상하여 휘트스톤 브리지의 출력에 포함된 노이즈를 줄이거나 상쇄시킬 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.
실시 형태는 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치로서, 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 센서;를 포함하고, 상기 복수의 센서는, 면적이 서로 다른 제1 센서와 제2 센서를 포함하고, 상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 센서와 상기 제2 센서의 출력이 변화되고, 상기 제1 센서의 출력에서 상기 제2 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출한다.
여기서, 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 면적비가 k:1일 때, 데드존의 감소비는
Figure PCTKR2018002514-appb-I000001
일 수 있다.
여기서, 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서 중에서 어느 하나의 힘 센서의 출력을 증폭하는 증폭부;를 더 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 힘 센서의 출력을 증폭하는 증폭부를 더 포함하고, 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 면적비가 k:1이고, 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 신호 증폭비가 a:1일 때, 데드존의 감소비는
Figure PCTKR2018002514-appb-I000002
일 수 있다.
여기서, 상기 제1 힘 센서를 구성하는 물질은 상기 제2 힘 센서를 구성하는 물질과 서로 다를 수 있다.
여기서, 상기 디스플레이 패널은, 제1기판층, 상기 제1기판층 하부에 배치되는 제2기판층 및 상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 배치되는 액정층 또는 유기물층을 포함하고, 상기 복수의 힘 센서는 상기 제2기판층의 하면에 형성될 수 있다.
여기서, 터치 위치를 검출하는 터치 센서;를 더 포함하고, 상기 터치 센서는, 상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되거나, 상기 디스플레이 패널 내부에 배치될 수 있다.
여기서, 상기 디스플레이 패널은 LCD 패널이고, 상기 디스플레이 패널 하부에 백라이트 유닛이 배치될 수 있다.
여기서, 상기 디스플레이 패널은 OLED 패널일 수 있다.
여기서, 상기 제1 힘 센서는 제1 스트레인 게이지이고, 상기 제2 힘 센서는 제2 스트레인 게이지이고, 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지를 구성하고, 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지의 저항값의 변화에 따른 상기 휘트스톤 브리지의 출력에 기초하여 상기 힘을 검출할 수 있다.
여기서, 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는, 상기 휘트스톤 브리지의 두 출력단 중 적어도 어느 하나의 출력단에 병렬 연결될 수 있다.
여기서, 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 트레이스를 포함하고, 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 정렬 방향과 상기 제2 스트레인 게이지의 트레이스의 정렬 방향은 동일할 수 있다.
여기서, 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 트레이스를 포함하고, 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 폭은 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 폭과 서로 다를 수 있다.
여기서, 상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 트레이스를 포함하고, 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 요철 개수는 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 요철 개수와 서로 다를 수 있다.
여기서, 상기 제1 힘 센서는 제1 전극이고, 상기 제2 힘 센서는 제2 전극이고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 휘트스톤 브리지를 구성하고, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 정전 용량값의 변화에 따른 상기 휘트스톤 브리지의 출력에 기초하여 상기 힘을 검출할 수 있다.
여기서, 프로세서;를 더 포함하고, 상기 프로세서는, 상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감하고, 차감된 출력값을 기초로 상기 힘을 검출할 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치를 사용하면, 데드존을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 복수의 센서가 휘트스톤 브리지를 구성한 경우에, 휘트스톤 브리지의 특성 상 나타나는 데드존을 줄일 수 있는 이점이 있다.
또한, 복수의 센서의 차이에 의해 발생되는 노이즈의 차이를 보상하여 휘트스톤 브리지의 출력에 포함된 노이즈를 줄이거나 상쇄시킬 수 있는 이점이 있다.
도1a 및 도1b는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 포함되는 정전 용량 방식의 터치 센서 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도2는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 힘 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다.
도3a 및 도3b는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 모듈의 구성을 설명하기 위한 개념도이다.
도4a 내지 도4b는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 다양한 디스플레이 패널에 직접 형성된 스트레인 게이지의 예를 나타내는 단면도이다.
도5a 내지 도5d는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 스트레인 게이지가 적용되는 예를 예시한다.
도6a, 도6d 내지 도6f는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 사용되는 힘을 감지할 수 있는 예시적인 힘 센서의 평면도이다.
도6b 및 도6c는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 적용될 수 있는 예시적인 스트레인 게이지를 도시한다.
도6g 내지 도6i는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 힘 센서가 형성된 디스플레이 패널의 배면도이다.
도7a는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 복수의 스트레인 게이지가 휘트스톤 브리지를 구성하는 일 예를 보여주는 도면이다.
도7b는 도7a의 변형 예이다.
도8a 내지 도8c는 복수의 스트레인 게이지를 디스플레이 패널에 배치시킨 예들이다.
도9a 내지 도9i는 도 8c에 도시된 예에서 데드존의 형성을 설명하기 위한 도면들이다.
도10a는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치로서, 복수의 스트레인 게이지를 디스플레이 패널에 배치시킨 예이다.
도10b 내지 도10j는 도10a에 도시된 예에서 데드존의 형성을 설명하기 위한 도면들이다.
도10k는 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 형성된 데드존을 설명하기 위한 그래프이다.
도10l 내지 도10m은 다른 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 노이즈를 줄일 수 있는 스트레인 게이지의 구조를 보여주는 도면들이다.
도11a 내지 도11c는 터치 전극의 예들을 보여주는 도면이다.
첨부 도면을 참조하면서 실시 형태를 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시 형태에 대하여, 실시 형태가 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 실시 형태를 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시 형태 이외의 다른 실시 형태는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시 형태에 대한 상세한 설명은, 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 실시 형태의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
구체적으로, "아래, 위, 수평, 수직, 상측, 하측, 상향, 하향, 상부, 하부" 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, "수평으로, 아래쪽으로, 위쪽으로" 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 실시 형태의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.
또한, "장착된, 부착된, 연결된, 이어진, 상호 연결된" 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는, 별도의 언급이 없는 한, 개별 구성들이 직접적 혹은 간접적으로 부착 혹은 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 스마트폰, 스마트워치, 태블릿 PC, 노트북, PDA(personal digital assistants), MP3 플레이어, 카메라, 캠코더, 전자사전 등과 같은 휴대 가능한 전자제품을 비롯해, 가정용 PC, TV, DVD, 냉장고, 에어컨, 전자레인지 등의 가정용 전자제품에 이용될 수 있다. 또한, 실시 형태에 따른 디스플레이 모듈을 포함하는 힘 검출 가능한 터치 입력 장치는, 산업용 제어장치, 의료장치 등 디스플레이와 입력을 위한 장치를 필요로 하는 모든 제품에 제한 없이 이용될 수 있다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 실시 형태에 따른 힘 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 실시 형태에 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, 실시 형태는 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.
도11a 및 도11b에 도시된 바와 같이, 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 패널(200A)의 상면에 형성될 수 있다.
또한, 도11c에 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.
실시 형태에 따른 구동부(12)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 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: 101)에 관한 정보를 포함하는 감지신호를 수신함으로써 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다. 예컨대, 감지신호는 구동전극(TX)에 인가된 구동신호가 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 101)에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 이와 같이, 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서(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: 101)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 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. 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, 실시 형태는 이에 한정되지 않는다. 즉, 도1b와 같이, 자기 정전용량(self capacitance)의 변화량에 기초하여 터치 위치를 감지하는 것도 가능하다.
도1b는 또 다른 실시 형태에 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 도11d에 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(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, 실시 형태에 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 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치, 터치 힘 및 디스플레이 동작을 제어하기 위한 제어 블록을 예시한다. 디스플레이 기능 및 터치 위치 검출에 더하여 터치 힘을 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 힘을 검출하기 위한 힘 센서 제어기(1300)를 포함하여 구성될 수 있다. 디스플레이 제어기(1200)는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 입력을 받아 디스플레이 패널(200A)에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
힘 센서를 통해 힘을 검출하기 위한 힘 센서 제어기(1300)는 터치 센서 제어기(1100)의 구성과 유사하게 구성되어 터치 센서 제어기(1100)와 유사하게 동작할 수 있다.
실시 형태에 따라, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 힘 센서 제어기(1300)는 서로 다른 구성요소로서 터치 입력 장치(1000)에 포함될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 제어기(1100), 디스플레이 제어기(1200) 및 힘 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 힘 센서 제어기(1300)에 대한 호스트(host) 프로세서로서 기능할 수 있다.
실시 형태에 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 힘 센서 제어기(1300)가 실시 형태에 따라 하나 이상의 구성으로 통합될 수 있다. 이에 더하여 프로세서(1500)에 이들 각각의 제어기가 통합되는 것도 가능하다. 이와 더불어, 실시 형태에 따라 디스플레이 패널(200A)에 터치 센서(10) 및/또는 힘 센서가 통합될 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서(10)가 디스플레이 패널(200A) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 실시 형태에 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 실시 형태에 따른 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 배치되는 제1기판층(261) 및 액정층(250) 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, 실시 형태에 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.
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, 실시 형태에 따라 제1기판층(281) 및 제2기판층(283) 중 적어도 하나는 플라스틱과 같은 벤딩(bending) 가능한 물질로 형성될 수 있다. 도3d 내지 도3f에 도시된 OLED 패널의 경우, 게이트 라인, 데이터 라인, 제1전원라인(ELVDD), 제2전원라인(ELVSS) 등의 디스플레이 패널(200A)의 구동에 사용되는 전극을 포함할 수 있다. OLED(Organic Light-Emitting Diode) 패널은 형광 또는 인광 유기물 박막에 전류를 흘리면 전자와 정공이 유기물층에서 결합하면서 빛이 발생하는 원리를 이용한 자체 발광형 디스플레이 패널로서, 발광층을 구성하는 유기물질이 빛의 색깔을 결정한다.
구체적으로, OLED는 유리나 플라스틱 위에 유기물을 도포해 전기를 흘리면, 유기물이 광을 발산하는 원리를 이용한다. 즉, 유기물의 양극과 음극에 각각 정공과 전자를 주입하여 발광층에 재결합시키면 에너지가 높은 상태인 여기자(excitation)를 형성하고, 여기자가 에너지가 낮은 상태로 떨어지면서 에너지가 방출되어 특정한 파장의 빛이 생성되는 원리를 이용하는 것이다. 이때, 발광층의 유기물에 따라 빛의 색깔이 달라진다.
OLED는 픽셀 매트릭스를 구성하고 있는 픽셀의 동작특성에 따라 라인 구동 방식의 PM-OLED(Passive-matrix Organic Light-Emitting Diode)와 개별 구동 방식의 AM-OLED(Active-matrix Organic Light-Emitting Diode)가 존재한다. 양자 모두 백라이트를 필요로 하지 않기 때문에 디스플레이 모듈을 매우 얇게 구현할 수 있고, 각도에 따라 명암비가 일정하고, 온도에 따른 색 재현성이 좋다는 장점을 갖는다. 또한, 미구동 픽셀은 전력을 소모하지 않는다는 점에서 매우 경제적이다.
동작 면에서 PM-OLED는 높은 전류로 스캐닝 시간(scanning time) 동안만 발광을 하고, AM-OLED는 낮은 전류로 프레임 시간(frame time)동안 계속 발광 상태를 유지한다. 따라서, AM-OLED는 PM-OLED에 비해서 해상도가 좋고, 대면적 디스플레이 패널 구동이 유리하며, 전력 소모가 적다는 장점이 있다. 또한, 박막 트랜지스터(TFT)를 내장하여 각 소자를 개별적으로 제어할 수 있기 때문에 정교한 화면을 구현하기 쉽다.
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, 실시 형태는 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.
실시 형태에 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.
실시 형태에 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, 실시 형태에 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.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 스트레인 게이지(450)는 디스플레이 패널(200A)에 형성될 수 있다. 도4a 내지 도4b는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 다양한 디스플레이 패널에 형성된 스트레인 게이지의 실시 형태를 나타내는 단면도이다.
먼저, 도4a는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 형성된 스트레인 게이지(450)를 도시한다. 구체적으로, 도4a에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)가 제2기판층(262) 하면에 형성될 수 있다. 이 때, 스트레인 게이지(450)가 제2편광층(272) 하면에 형성될 수도 있다. 다음으로, 도4b는 OLED 패널(특히, AM-OLED 패널)을 이용하는 디스플레이 패널(200A)의 하부면에 형성된 스트레인 게이지(450)를 도시한다. 구체적으로, 스트레인 게이지(450)가 제2기판층(283) 하면에 형성될 수 있다.
OLED 패널의 경우, 유기물층(280)에서 빛이 발광하므로, 유기물층(280) 하부에 배치된 제2기판층(283)의 하면에 형성되는 스트레인 게이지(450)는 불투명한 물질로 구성될 수 있다. 하지만 이 경우, 디스플레이 패널(200A) 하면에 형성된 스트레인 게이지(450)의 패턴이 사용자에게 보일 수 있기 때문에, 스트레인 게이지(450)를 제2기판층(283) 하면에 직접 형성시키기 위하여, 제2기판층(283) 하면에 블랙 잉크와 같은 차광층을 도포한 후, 차광층 상에 스트레인 게이지(450)를 형성시킬 수 있다.또한, 도4b에서는 제2기판층(283)의 하면에 스트레인 게이지(450)가 형성되는 것으로 도시되었지만, 제2기판층(283)의 하부에 제3기판층(미도시)가 배치되고, 제3기판층의 하면에 스트레인 게이지(450)가 형성될 수 있다. 특히 디스플레이 패널(200A)이 플렉서블 OLED 패널일 경우, 제1기판층(281), 유기물층(280) 및 제2기판층(283)으로 구성된 디스플레이 패널(200A)이 매우 얇고 잘 휘어지기 때문에, 제2기판층(283)의 하부에 상대적으로 잘 휘어지지 않는 제3기판층을 배치할 수 있다.
도5a 내지 도5d는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에서 스트레인 게이지가 적용되는 예를 예시한다.
실시 형태의 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.
도5a 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.
도5a 내지 도5d를 참조한 설명에서, 실시 형태에 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, 실시 형태에 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, 도5a 및 도5b에서 터치 센서가 형성된 커버층(100)이 디스플레이 패널(200A)를 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 실시 형태로 이용될 수 있다.
실시 형태에 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.
실시 형태에 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 발행하는 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.
이하에서, 터치 센서(10)에 포함된 전극과 구분이 명확하도록, 힘을 검출하기 위한 힘 센서(450)를 스트레인 게이지(450)로 예시하여 설명한다. 따라서, 이하의 명세서에서 힘 센서(450)가 스트레인 게이지(450)로 한정되지 않는다. 예를 들어, 힘 센서(450)는 정전용량 방식의 전극일 수도 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서(10)를 통해 터치 위치를 검출하고, 디스플레이 모듈(200)에 형성된 스트레인 게이지(450)로부터 터치 힘을 검출할 수 있다. 이때, 터치 센서(10)는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 외부에 위치할 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 에어갭(airgap)으로 이루어진 스페이서층(420)을 포함하여 구성될 수 있다. 이 때, 스페이서층(420)은 실시 형태에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층(420)은 실시 형태에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다.
이때, 스트레인 게이지(450)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, 스트레인 게이지(450)는 ITO와 같은 투명한 물질로 구성될 수 있다.
이때, 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. 도5b에서 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. 실시 형태에 따라, 프레임(330)은 기판(300)의 상부면에 기판(300)과 일체형으로 형성될 수 있다. 실시 형태에서 프레임(330)은 탄성이 없는 물질로 구성될 수 있다. 실시 형태에서, 커버층(100)을 통하여 디스플레이 패널(200A)에 힘이 인가되는 경우 커버층(100)과 함께 디스플레이 패널(200A)이 휘어질 수 있으므로 프레임(330)이 힘에 따라 형체의 변형이 없더라도 터치 힘의 크기를 검출할 수 있다.
도5c는 실시 형태에 따른 스트레인 게이지를 포함하는 터치 입력 장치의 단면도이다. 도5c에 도시된 바와 같이, 실시 형태에 따른 스트레인 게이지(450)는 디스플레이 패널(200A) 하면에 형성될 수 있다.
도5d는 도5c에 도시된 터치 입력 장치(1000)에 힘이 인가된 경우의 단면도이다. 기판(300)의 상부면은 노이즈 차폐를 위해 그라운드(ground) 전위를 가질 수 있다. 객체(500)를 통해 커버층(100)의 표면에 힘을 인가하는 경우 커버층(100) 및 디스플레이 패널(200A)은 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라, 디스플레이 패널(200A)에 형성된 스트레인 게이지(450)가 변형되고, 그에 따라 스트레인 게이지(450)의 저항값이 변할 수 있다. 이러한 저항값의 변화로부터 터치 힘의 크기를 산출할 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 패널(200A)은 힘을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 패널(200A)은 터치에 따라 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시 형태에 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.
도6a, 도6d 내지 도6f는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 사용되는 힘을 감지할 수 있는 예시적인 힘 센서의 평면도이다. 이 경우, 힘 센서는 스트레인 게이지(strain gauge)일 수 있다. 스트레인 게이지는 스트레인 양에 비례하여 전기 저항이 달라지는 장치로, 일반적으로 금속 결합된 스트레인 게이지가 사용될 수 있다.
스트레인 게이지에 사용될 수 있는 재료로는, 투명 물질로, 전도성 고분자(PEDOT: polyethyleneioxythiophene), ITO(indium tin oxide), ATO(Antimony tin oxide), 탄소나노튜브(CNT: carbon nanotubes), 그래핀(graphene), 산화갈륨아연(gallium zinc oxide), 인듐갈륨아연산화물(IGZO: indium gallium zinc oxide), 산화주석(SnO2), 산화인듐(In2O3), 산화아연(ZnO), 산화갈륨(Ga2O3), and 산화카드뮴(CdO), 기타 도핑된 금속 산화물, 압전 저항 소자(piezoresistive element), 압전 저항 반도체 물질(piezoresistive semiconductor materials), 압전 저항 금속 물질(piezoresistive metal material), 은 나노 와이어(silver nanowire), 백금 나노 와이어(platinum nanowire), 니켈 나노 와이어(nickel nanowire), 기타 금속 나노 와이어(metallic nanowires) 등이 사용될 수 있다. 불투명 물질로는, 은잉크(silver ink), 구리(copper), 은나노(nano silver), 탄소 나노튜브(CNT: carbon nanotube), 콘스탄탄 합금(Constantan alloy), 카르마 합금(Karma alloys), 도핑된 다결정질 실리콘(polycrystalline silicon), 도핑된 비결정질 실리콘(amorphous silicon), 도핑된 단결정 실리콘(single crystal silicon), 도핑된 기타 반도체 물질(semiconductor material) 등이 사용될 수 있다.
도6a에 도시된 바와 같이, 금속 스트레인 게이지는 격자형 방식으로 정렬된 금속 호일로 구성될 수 있다. 격자형 방식은 평행 방향으로 변형되기 쉬운 금속 와이어 또는 호일의 변형량을 극대화시킬 수 있다. 이 때, 도6a에 도시된 스트레인 게이지(450)의 수직방향 격자 단면은 전단 변형률(shear strain)과 포아송 변형률(Poisson Strain)의 효과를 감소시키기 위해 최소화될 수 있다.
도6a의 예에서, 스트레인 게이지(450)은 휴지(at rest) 상태에 있는 동안, 즉, 스트레인되지 않거나 다르게 변형되지 않은 동안 접촉하지는 않지만 서로 가까이 배치된 트레이스(traces)(451)을 포함할 수 있다. 스트레인 게이지는 스트레인 또는 힘의 부재시 1.8KΩ ±0.1%와 같은 공칭 저항(nominal resistance)을 가질 수 있다. 스트레인 게이지의 기본 파라미터로 변형률에 대한 민감도가 게이지 계수(GF)로 표현될 수 있다. 이 때, 게이지 계수는 길이의 변화(변형률)에 대한 전기 저항 변화의 비율로 정의될 수 있고, 다음과 같이 스트레인ε의 함수로서 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2018002514-appb-I000003
여기서 △R은 스트레인 게이지 저항의 변화량이고, R은 비변형(undeformed) 스트레인 게이지의 저항이고, GF는 게이지 계수이다.
이 때, 저항의 작은 변화를 측정하기 위해, 스트레인 게이지는 대부분의 경우 전압 구동 소스가 있는 브리지 설정에서 사용된다. 도6b 및 도6c는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치에 적용될 수 있는 예시적인 스트레인 게이지를 도시한다. 도6b의 예에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지는 네 개의 다른 저항(R1, R2, R3, R4로 도시됨)을 갖는 휘트스톤 브리지(Wheatstone bridge)(3000)에 포함되어, 가해진 힘을 나타내는 (다른 저항기들에 대한) 게이지의 저항 변화를 감지할 수 있다. 브리지(3000)는 힘 센서 인터페이스(미도시)에 결합되어, 터치 제어기(미도시)로부터 구동 신호(전압 VEX)를 수신하여 스트레인 게이지를 구동하고, 처리를 위해 가해진 힘을 나타내는 감지 신호(전압 VO)를 터치 제어기로 송신할 수 있다. 이 때, 브리지(3000)의 출력 전압(VO)은 다음과 같이 표현할 수 있다.
Figure PCTKR2018002514-appb-I000004
상기 등식에서 R1/R2 = R4/R3인 경우, 출력 전압(VO)은 0이 된다. 이 조건하에서 브리지(3000)는 균형을 이룬 상태이다. 이 때, 브리지(3000)에 포함된 저항 중 어느 하나의 저항값이 변경되면 0이 아닌 출력 전압(VO)이 출력된다.
이 때, 도6c에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)가 RG이고, RG가 변화하는 경우, 스트레인 게이지(450) 저항의 변화는 브리지에 불균형을 가져오며 0이 아닌 출력 전압(VO)을 생성한다. 스트레인 게이지(450)의 공칭 저항이 RG일 때, 변형으로 유도된 저항의 변화 △R은 상기 게이지 계수 등식을 통해 ΔR = RG×GF×ε로 표현할 수 있다. 이 때, R1 = R2이고 R3 = RG라고 가정할 때 상기 브리지 등식을 VO/VEX 의 스트레인ε에 대한 함수로 다시 쓰면, 다음과 같다.
Figure PCTKR2018002514-appb-I000005
비록 도6c의 브리지가 단지 하나의 스트레인 게이지(450)만 포함하지만, 도6b의 브리지에 포함된 R1, R2, R3, R4로 도시된 위치에 네 개의 스트레인 게이지까지 사용될 수 있고, 이 경우 게이지들의 저항 변화는 가해진 힘을 감지하는데 사용될 수 있음이 이해될 것이다.
도5c 및 도5d에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)가 형성된 디스플레이 패널(200A)에 힘이 가해지면, 디스플레이 패널(200A)은 휘어지고, 디스플레이 패널(200A)이 휘어짐에 따라 트레이스(451)가 늘어나고, 트레이스(451)가 더 길고 더 좁아지게 되어 스트레인 게이지(450)의 저항이 증가하게 된다. 가해지는 힘이 증가함에 따라, 스트레인 게이지(450)의 저항은 그에 대응하여 증가할 수 있다. 따라서, 힘 센서 제어기(1300)가 스트레인 게이지(450)의 저항값의 상승을 검출하면, 그 상승은 디스플레이 패널(200A)에 가해진 힘으로 해석될 수 있다.
또 다른 실시 형태에서, 브리지(3000)는 힘 센서 제어기(1300)와 통합될 수 있고, 이 경우 저항(R1, R2, R3) 중 적어도 하나 이상은 힘 센서 제어기(1300) 내의 저항으로 대체될 수 있다. 예를 들어, 저항(R2, R3)은 힘 센서 제어기(1300) 내의 저항들로 대체되고, 스트레인 게이지(450) 및 저항(R1)으로 브리지(3000)를 형성할 수 있다. 이로써 브리지(3000)가 차지하는 공간이 줄어들 수 있다.
도6a에 도시된 스트레인 게이지(450)는 트레이스(451)이 수평방향으로 정렬되어 있으므로, 수평방향의 변형에 대하여 트레이스(451)의 길이 변화가 크므로 수평방향의 변형에 대한 감도는 높으나, 수직방향의 변형에 대하여는 트레이스(451)의 길이 변화가 상대적으로 작으므로, 수직방향의 변형에 대한 감도는 낮다. 도6d에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)가 복수의 세부 영역을 포함하고, 각각의 세부영역에 포함된 트레이스(451)의 정렬 방향을 다르게 구성할 수 있다. 이렇게 정렬 방향이 다른 트레이스(451)들을 포함하는 스트레인 게이지(450)를 구성함으로써, 변형 방향에 대한 스트레인 게이지(450)의 감도 차이를 줄일 수 있다.
실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A) 하부에 도6a 및 도6d에 도시된 바와 같이 하나의 스트레인 게이지(450)를 형성하여 단일 채널로 구성된 힘 센서를 구비할 수 있다. 또한, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A) 하부에 도6e에 도시된 바와 같이 복수의 스트레인 게이지(450)를 형성하여 복수 채널로 구성된 힘 센서를 구비할 수도 있다. 이러한 복수 채널로 구성된 힘 센서를 이용하여 복수의 터치에 대한 복수의 힘 각각의 크기를 동시에 센싱할 수도 있다.
온도 증가는 가해진 힘이 없어도 디스플레이 패널(200A)을 팽창시키고, 그 결과 디스플레이 패널(200A)에 형성된 스트레인 게이지(450)가 늘어날 수 있기 때문에, 온도 변화는 스트레인 게이지(450)에 악영향을 미칠 수 있다. 그 결과, 스트레인 게이지(450)의 저항이 증가하고 스트레인 게이지(450)에 가해진 힘으로 잘못 해석될 수 있다.
온도 변화를 보상하기 위해, 도6c에 도시된 브리지(3000)의 저항(R1, R2, R3) 중 적어도 하나 이상이 서미스터(thermistor)로 대체될 수 있다. 서미스터의 온도에 의한 저항 변화는 스트레인 게이지(450)가 형성된 디스플레이 패널(200A)의 열 팽창으로 인한 스트레인 게이지(450)의 온도에 의한 저항 변화에 대응할 수 있고, 그럼으로써 온도에 의한 출력 전압(VO)의 변화를 줄여줄 수 있다.
한편, 두 개의 스트레인 게이지를 사용하여 온도 변화의 영향을 최소화할 수 있다. 예를 들어, 도6f에 도시된 바와 같이, 수평방향으로의 변형이 일어날 때, 스트레인 게이지(450)의 트레이스(451)는 변형 방향과 평행한 수평방향으로 정렬될 수 있고, 더미 게이지(460)의 트레이스(461)는 변형 방향과 직교하는 수직방향으로 정렬될 수 있다. 이 때, 변형은 스트레인 게이지(450)에 영향을 미치고 더미 게이지(460)에는 영향을 거의 미치지 않으나, 온도는 스트레인 게이지(450) 및 더미 게이지(460) 모두에 같은 영향을 미친다. 따라서, 온도 변화가 두 게이지에 동일하게 적용되므로, 두 게이지의 공칭 저항 RG의 비율은 변하지 않는다. 이 때, 이러한 두 게이지가 휘트스톤 브리지의 출력 노드를 공유하는 경우, 즉, 두 게이지가 도6b의 R1과 R2인 경우, 혹은 R3와 R4인 경우, 브리지(3000)의 출력 전압(VO) 또한 변하지 않으므로, 온도 변화의 영향을 최소화할 수 있다.
도6g 내지 도6i는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 힘 센서가 형성된 디스플레이 패널의 배면도이다.
스트레인 게이지(450)의 트레이스(451)는 변형 방향과 평행한 방향으로 정렬되는 것이 바람직하므로, 도6g에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 가장자리 영역에서는 디스플레이 패널(200A)의 테두리와 수직한 방향으로 스트레인 게이지(450)의 트레이스(451)가 정렬되도록 배치할 수 있다. 더욱 구체적으로는 디스플레이 패널(200A)의 가장자리는 고정되어 있으므로, 디스플레이 패널(200A)에 힘이 인가될 때, 디스플레이 패널(200A)의 중심과 힘이 인가되는 위치를 잇는 직선과 평행한 방향으로의 변형이 가장 클 수 있다. 따라서, 스트레인 게이지(450)가 배치되는 위치와 디스플레이 패널(200A)의 중심을 잇는 직선과 평행한 방향으로 스트레인 게이지(450)의 트레이스(451)가 정렬되도록 배치하는 것이 바람직하다.
반면, 더미 게이지(460)의 트레이스(461)는 변형 방향과 수직한 방향으로 정렬되는 것이 바람직하므로, 도6g에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 가장자리 영역에서는 디스플레이 패널(200A)의 테두리와 평행한 방향으로 더미 게이지(460)의 트레이스(461)가 정렬되도록 배치할 수 있다. 더욱 구체적으로는 디스플레이 패널(200A)의 가장자리는 고정되어 있으므로, 디스플레이 패널(200A)에 힘이 인가될 때, 디스플레이 패널(200A)의 중심과 힘이 인가되는 위치를 잇는 직선과 수직한 방향으로의 변형이 가장 작을 수 있다. 따라서, 더미 게이지(460)가 배치되는 위치와 디스플레이 패널(200A)의 중심을 잇는 직선과 수직한 방향으로 더미 게이지(460)의 트레이스(461)가 정렬되도록 배치하는 것이 바람직하다.
이 때, 도6g에 도시된 바와 같이, 스트레인 게이지(450)와 더미 게이지(460)가 한 쌍을 이루어서 서로 인접한 위치에 배치될 수 있다. 이 경우, 서로 인접한 위치간의 온도 차이는 크지 않을 수 있으므로, 더욱 온도 변화의 영향을 최소화 할 수 있다.
또한, 예를 들어, 도6h에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)의 테두리를 따라, 디스플레이 패널(200A)의 테두리와 평행한 방향으로 정렬된 트레이스(461)를 갖는 복수의 더미 게이지(460)를 배치할 수도 있다. 이 경우, 디스플레이 패널(200A)의 가장자리 영역은 힘에 의한 변형량이 매우 작으므로, 디스플레이 패널(200A)의 가장자리 영역에 배치된 더미 게이지(460)는 온도 변화 영향을 보상하는 데에 더욱 효과적일 수 있다. 또한, 예를 들어, 도6i에 도시된 바와 같이, 더미 게이지(460)가 변형량이 가장 작은 디스플레이 패널(200A)의 네 코너영역에 배치될 수 있고, 더미 게이지(460)의 트레이스가 변형량이 가장 큰 방향과 수직한 방향으로 정렬되도록 배치될 수 있다.
앞서 설명한 실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 힘 센서의 일 예로 이용된 스트레인 게이지(450)는 복수로 디스플레이 패널(200A)에 배치될 수 있는데, 복수의 스트레인 게이지(450)는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치(1000) 내에서 휘트스톤 브릿지를 구성할 수 있다.
예를 들어, 도7a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 패널(200A)에 배치된 4개의 스트레인 게이지(S1, S2, S3, S4)가 휘트스톤 브릿지(3000)를 구성할 수 있다. 그러나 이에 한정하는 것은 아니며, 도 7b에 도시된 바와 같이, 2개의 스트레인 게이지(S1, S2)가 R3와 R4와 함께 휘트스톤 브릿지(3000’)를 구성할 수 있다. 여기서, 도7b에 도시된 R3와 R4는 도 2에 도시된 힘 센서 제어기(1300) 내의 저항일 수 있다.
여기서, 도 7a와 도 7b에서 S1, S2, S3, S4는 스트레인 게이지 대신에 전극일 수도 있다. 전극은 소정의 신호를 출력하는데, 출력되는 신호는 정전 용량 값에 대응되는 전압 신호일 수 있다. 따라서, 이하에서는 도 7a와 도 7b에서 S1, S2, S3, S4가 스트레인 게이지로 한정하여 설명하지만, 이에 한정되는 것은 아니고 도 7a와 도 7b에서 S1, S2, S3, S4는 전극일 수 있음에 유의해야 한다. 도 7a와 도 7b에서 S1, S2, S3, S4가 전극으로 구성된 경우, 전극은 자기 정전용량 방식 또는 상호 정전용량 방식 중 어느 하나의 방식으로 신호를 출력할 수 있다. 다만, 스트레인 게이지와 전극 사이의 물리적인 구성의 차이로 인해, 스트레인 게이지에만 적용되는 부분이 있을 수 있다.
도7a와 도7b에 구성된 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)가 정상적으로 동작하기 위해서는, 도7a와 도7b에 구성된 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 (-) 출력단에 병렬 연결된 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 아래와 같은 2가지 조건이 요구된다.
1) 신호(signal)의 위상은 반대이다. 여기서, 신호는 각 스트레인 게이지(S1, S2)의 출력을 의미한다.
2) 노이즈(noise)의 위상은 동일하다. 여기서, 노이즈는 각 스트레인 게이지(S1, S2)의 신호(signal)에 포함되어 있다. 노이즈는 디스플레이 패널(200A)의 동작에 의한 디스플레이 노이즈와 기타 다른 노이즈를 포함한다.
도 7a와 도 7b에 구성된 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가, 위 1)과 2)의 조건이 충족되면, 노이즈는 상쇄(cancelation)되고, 신호는 상쇄되지 않는다.
위 1)과 2)의 조건을 이용하기 위해서, 적어도 2개 이상의 스트레인 게이지(S1, S2)를 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)로 구성하여 디스플레이 패널(200A)에 배치시키는 다양한 예들이 존재할 수 있다. 이하, 도 8a 내지 8d를 참조하여 설명한다. 설명의 편의 상, 이하에서는 2개의 스트레인 게이지(S1, S2)를 예를 들어 설명한다.
첫 번째 예가 도 8a에 도시되어 있다.
도 8a를 참조하면, 제1 스트레인 게이지(S1)는 디스플레이 패널(200A) 상에 배치되고, 제2 스트레인 게이지(S2)는 디스플레이 패널(200A) 아래에 배치되고, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 정렬 방향과 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스의 정렬 방향은 동일하다.
도 8a에 도시된 예에서, 디스플레이 패널(200A)로 소정의 힘이 가해지는 경우, 디스플레이 패널(200A)은 휘어진다. 디스플레이 패널(200A)의 휘어지면, 제1 스트레인 게이지(S1)의 변형 방향(축소되는 방향)과 제2 스트레인 게이지(S2)의 변형 방향(확대되는 방향)은 서로 반대가 되므로, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호(signal)의 위상과 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 위상(signal)은 반대가 된다.
또한, 디스플레이 패널(200A)에 의한 노이즈는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)에 동일하게 미치므로, 제1 스트레인 게이지(S1)의 노이즈의 위상과 제2 스트레인 게이지(S2)의 노이즈의 위상은 동일하게 된다.
따라서, 도 8a에 도시된 예는, 앞서 설명한 두 가지 조건을 만족하지만, 디스플레이 패널(200A) 위와 아래 각각에 스트레인 게이지(S1, S2)가 배치되는 이중 레이어 형태이므로, 제조 비용이 증가되는 단점이 있다.
두 번째 예가 도 8b에 도시되어 있다.
도 8b를 참조하면, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)에 함께 배치된다. 여기서, 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)은 디스플레이 패널(200A)을 구성하는 여러 레이어 중 어느 하나의 레이어의 일 면일 수 있다.
제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 정렬 방향과 제2 스트레인 게이지(S2) 내의 트레이스의 정렬 방향이 서로 다르다. 예를 들어, 도 8b에 도시된 바와 같이, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 정렬 방향과 제2 스트레인 게이지(S2) 내의 트레이스의 정렬 방향은 서로 수직할 수 있다.
도 8b에 도시된 예에서, 디스플레이 패널(200A)로 소정의 힘이 가해지는 경우, 디스플레이 패널(200A)은 휘어진다. 그런데, 가해지는 힘에 의한 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐이 제1 스트레인 게이지(S1)의 변형 방향이 아닌, 제2 스트레인 게이지(S2)의 변형 방향으로 일어나면, 제1 스트레인 게이지(S1)는 변형이 전혀 또는 거의 일어나지 않기 때문에, 제1 스트레인 게이지(S1)가 배치된 부분에서, 데드존(dead zone)이 형성된다.
세 번째 예가 도 8c에 도시되어 있다.
도 8c를 참조하면, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)에 함께 배치된다. 여기서, 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)은 디스플레이 패널(200A)을 구성하는 여러 레이어 중 어느 하나의 레이어의 일 면일 수 있다.
제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 정렬 방향과 제2 스트레인 게이지(S2) 내의 트레이스의 정렬 방향이 동일하다.
도 8c에 도시된 예에서, 디스플레이 패널(200A)로 소정의 힘이 가해지는 경우, 디스플레이 패널(200A)은 휘어진다. 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐이 제1 스트레인 게이지(S1)의 변형 방향 및 제2 스트레인 게이지(S2)의 변형 방향과 같게 되면, 도 8b에서와 같은 데드존은 발생되지 않는다. 하지만, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호의 크기와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기가 동일하면, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호에서 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호를 차감(S1-S2)하여 출력하는 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 특성으로 인해, 제1 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기가 동일한 위치에서 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 출력이 ‘0’이 되는 문제가 발생한다.
그리고, 제1 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 크기가 동일한 위치 주변에서, 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 출력이 미리 설정된 노이즈보다 작은 데드존이 형성된다. 휘트스톤 브릿지(3000, 3000’)의 출력이 ‘0’이 되는 경우와 데드존이 형성되는 이유를 이하에서 도 9a 내지 도 9i를 참조하여 좀 더 구체적으로 설명한다.
도 9a 내지 도 9f에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 면적이 서로 동일하고, 서로 인접하여 배치된 것으로 가정하며, 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)가 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐에 따라 변형될 때, 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 변형되는 길이는 선형적으로 변한다고 가정한다.
도 9a는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 변형되지 않은 상태를 보여주는 도면이고, 도 9b 내지 도 9f는 소정의 힘(F)이 제1 스트레인 게이지(S1) 또는/및 제2 스트레인 게이지(S2)에 가해진 경우, 그에 따른 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 길이 변화를 보여주는 도면이다.
도 9a 내지 도 9f 각각에서, 상단 도면은 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 면적이 동일함을 보여주고, 하단 도면은 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 길이의 변화를 보여준다.
도 9b 내지 도 9f에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 서로 동일한 것이므로, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 dR/R 즉, dL(길이변화)/L(전체길이)이 동일하게 나타난다.
구체적으로, 도 9b 내지 도 9f에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 전체길이를 각각 2라고 가정하면, 도 9b에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.207(=
Figure PCTKR2018002514-appb-I000006
)이고, 도 9c에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.414(=
Figure PCTKR2018002514-appb-I000007
)이고, 도 9d에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.207이며 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.207이고, 도 9e에서 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.414이고, 도 9f에서 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.207이다.
도 9g는, 도 9b 내지 도 9f의 각 상태에서 있어서, 일정한 힘(F)에 의한 제1 스트레인 게이지(S1)의 출력(signal)을 보여주는 그래프이다. 도 9g에서, 가로축의 숫자들은 도 9b 내지 도 9f에 도시된 숫자이다.
제1 스트레인 게이지(S1)의 출력은 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L에 비례하므로, 도 9g는 도 9c 상태에서의 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L을 최대값인 100%로 하고, 도 9b와 도 9d 상태에서의 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L을 50%로 하여 나타낸 그래프이다.
도 9h는 도 9b 내지 도 9f의 각 상태에서 있어서, 일정한 힘(F)에 의한 제2 스트레인 게이지(S2)의 출력(signal)을 보여주는 그래프이다. 도 9h에서, 가로축의 숫자들은 도 9b 내지 도 9f에 도시된 숫자이다.
제2 스트레인 게이지(S2)의 출력은 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L에 비례하므로, 도 9h는 도 9e 상태에서의 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L을 최대값인 100%로 하고, 도 9d와 도 9e 상태에서의 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L을 50%로 하여 나타낸 그래프이다.
도 9i는 제1 스트레인 게이지(S1)과 제2 스트레인 게이지(S2)가 도 7a 또는 도 7b에 도시된 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)을 구성하는 경우에, 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)의 출력(S1-S2)를 보여주는 그래프이다.
도 9i를 참조하면, 도 8c에 도시된 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)를 포함하는 휘트스톤 브리지의 출력(S1-S2)이 3번 상태(도 9d)에서 0이 됨을 확인할 수 있다.
또한, 미리 설정된 노이즈를 신호의 최대값의 20%로 가정한 경우, 휘트스톤 브리지의 출력이 미리 설정된 노이즈보다 작은 데드존(DZ)이 형성됨을 확인할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 도 8c에 도시된 바와 같은 배치 구조를 갖는 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)로 구성된 휘트스톤 브리지는, 외부로부터의 힘에 의한 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐이 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 변형을 일으킴에도 불구하고, 휘트스톤 브리지의 특성 상, 데드존(DZ)이 형성된다. 이하에서는 이러한 데드존(DZ)을 줄일 수 있는 방안을 이하에서 구체적으로 살펴본다.
도 10a는 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 일 예이다.
도 10a를 참조하면, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 디스플레이 패널(200A)과 복수의 스트레인 게이지(S1, S2)를 포함한다.
복수의 스트레인 게이지(S1, S2)는 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)에 함께 배치된다. 여기서, 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)은, 디스플레이 패널(200A)을 구성하는 여러 레이어 중 어느 하나의 레이어의 일 면일 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 패널(200A)이 LCD인 경우, 일 면(200A-1)은 도 3a에 도시된 제2 기판층(262)의 하면 또는 상면일 수 있다. 또한, 제1 기판층(261)의 상면 또는 하면일 수도 있다. 한편, 디스플레이 패널(200A)이 OLED 인 경우, 일 면(200A-1)은 도 3b에 도시된 제2 기판층(283)의 하면 또는 상면일 수 있다. 또한, 제1 기판층(281)의 상면 또는 하면일 수도 있다.
복수의 스트레인 게이지(S1, S2)는 휘트스톤 브리지를 구성한다. 복수의 스트레인 게이지(S1, S2)는 도 7a 또는 도 7b에 도시된 바와 같이 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)의 두 출력단(+, -) 중 적어도 어느 하나 이상의 출력단(-)에 병렬로 연결되도록 구성할 수 있다.
제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 면적이 서로 다르다. 본 명세서에서, 각 스트레인 게이지(S1, S2)의 ‘면적’은 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)에서 각 스트레인 게이지(S1, S2)가 커버하는 부분을 의미한다. 좀 더 구체적으로, 각 스트레인 게이지(S1, S2)가 실리콘과 같은 단일 물질로 구성된 경우, 면적은 각 스트레인 게이지(S1, S2)와 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)이 접하는 부분일 수 있다. 또한, 각 스트레인 게이지(S1, S2)가 도 6a에 도시된 트레이스(451)를 포함하는 경우, 면적은 트레이스(451)가 장착되는 베이스 기판(미도시)과 디스플레이 패널(200A)의 일 면(200A-1)이 접하는 부분일 수 있다.
제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 면적이 서로 다르면, 도 9i에 도시된 데드존(DZ)을 줄일 수 있다. 도면을 참조하여 이를 증명한다.
도 10a는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 다른 경우의 예인데, 도 10b 내지 10j를 참조하여 데드존(DZ)이 줄어드는 이유를 구체적으로 설명한다.
도 10b는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 변형되지 않은 상태를 보여주는 도면이고, 도 10c 내지 도 10g는 소정의 힘(F)이 제1 스트레인 게이지(S1) 또는/및 제2 스트레인 게이지(S2)에 가해진 경우에 그에 따른 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 길이 변화를 보여주는 도면이다.
도 10b 내지 도 10g 각각에서, 상단 도면은 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 면적이 차이를 보여주고, 하단 도면은 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 길이의 차이를 보여준다.
도 10b 내지 도 10g에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 면적이 3:1로 서로 다르고, 서로 인접하여 배치된 것으로 가정하며, 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)가 디스플레이 패널(200A)의 휘어짐에 따라 변형될 때, 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)의 변형되는 길이는 선형적으로 변한다고 가정한다.
도 10c 내지 도 10g에서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)는 면적이 서로 다르기 때문에, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 dR(저항변화)/R(전체저항) 즉, dL(길이변화)/L(전체길이)이 다르게 나타난다.
구체적으로, 도 10c 내지 도 10g에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 전체길이를 3으로 하고, 제2 스트레인 게이지(S2)의 전체길이를 1로 가정하면, 도 10c에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.138(=
Figure PCTKR2018002514-appb-I000008
)이고, 도 10d에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.276(=
Figure PCTKR2018002514-appb-I000009
)이고, 도 10e에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.276이고, 도 10f에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L은 약 0.138이며 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.414(=
Figure PCTKR2018002514-appb-I000010
)이고, 도 10g에서 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L은 약 0.414이다.
도 10h는, 도 10c 내지 도 10g의 각 상태에서 있어서, 일정한 힘(F)에 의한 제1 스트레인 게이지(S1)의 출력(signal)을 보여주는 그래프이다. 도 10h에서, 가로축의 숫자들은 도 10c 내지 도 10g에 도시된 숫자이다.
제1 스트레인 게이지(S1)의 출력은 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L에 비례하므로, 도 10h는 도 10d와 도 10e 상태에서의 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L을 최대값인 100%로 하고, 도 10c와 도 10f 상태에서의 제1 스트레인 게이지(S1)의 dL/L을 50%로 하여 나타낸 그래프이다.
도 10i는 도 10c 내지 도 10g의 각 상태에서 있어서, 일정한 힘(F)에 의한 제2 스트레인 게이지(S2)의 출력(signal)을 보여주는 그래프이다. 도 10i에서, 가로축의 숫자들은 도 10c 내지 도 10g에 도시된 숫자이다.
제2 스트레인 게이지(S2)의 출력은 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L에 비례하므로, 도 10i는 도 10f와 도 10g 상태에서의 제2 스트레인 게이지(S2)의 dL/L을 최대값인 100%로 하여 나타낸 그래프이다.
도 10j는 도 10a에 도시된 제1 스트레인 게이지(S1)과 제2 스트레인 게이지(S2)가 도 7a 또는 도 7b에 도시된 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)을 구성하는 경우에, 휘트스톤 브리지(3000, 3000’)의 출력(S1-S2)를 보여주는 그래프이다.
도 10j에서, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 최대값이 다른 이유는, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 다르기 때문이다. 면적이 차이는, 제1 스트레인 게이지(S1)의 최대 dL/L 값(약 0.276)과 제2 스트레인 게이지(S2)의 최대 dL/L(약 0.414)의 차이를 발생시킨다. 제1 스트레인 게이지(S1)의 최대 dL/L 값은 제2 스트레인 게이지(S2)의 최대 dL/L 값의 대략 66%에 해당하므로, 도 10j와 같이 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호의 최대값이 다른 것이다.
도 10j를 참조하면, 도 10a에 도시된 제1 및 제2 스트레인 게이지(S1, S2)를 포함하는 휘트스톤 브리지의 출력(S1-S2)이 3번 상태(도 10e)와 4번 상태(도 10f) 사이에서 0이 됨을 확인할 수 있고, 미리 설정된 노이즈를 신호의 최대값의 20%로 가정한 경우, 휘트스톤 브리지의 출력(S1-S2)이 미리 설정된 노이즈보다 작은 데드존(DZ’)이 형성됨을 확인할 수 있다. 여기서, 도 10j에 도시된 데드존(DZ’)는, 도 9i의 데드존(DZ)보다 줄어든 것을 확인할 수 있다.
앞서 살펴본 바와 같이, 도 10j는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 3:1로 서로 다른 경우에 휘트스톤 브리지의 출력을 보여주는 그래프이다. 도 10j의 그래프를 통해서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 다른 경우가 면적이 같은 경우보다 데드존이 줄어든 것을 확인하였고, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭한 경우 데드존이 더 줄어든 것을 확인하였다. 이를 일반화하여 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적비를 k:1로 하는 경우, 데드존의 감소비를 수식으로 표현하면, 다음과 같이 유도될 수 있다.
x를 각 스트레인 게이지의 전체길이라고 하면,
S1의 신호의 기울기는, -1/(kx/(k+1)) 이고, S2의 신호의 기울기는, 1/(x/(1+k)) 이다.
따라서, |S1-S2| 는, (k+1)/(kx)+(k+1)/x=(k+1+k(k+1))/(kx)= (k2+2k+1)/(kx)=(k+1)2/(kx) 이다.
여기서, k가 1일 때, |S1-S2|는 4/x 이므로,
결국, 데드존의 감소비는, (4/x)/((k+1)2/(kx))=4k/((k+1)2)로 일반화된다.
이러한 일반화된 데드존의 감소비를, 3:1의 면적 비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)에 적용해 보면, 3:1의 면적 비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 데드존은 1:1의 면적 비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 데드존보다 0.75배 감소됨을 확인할 수 있다.
한편, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭하는 증폭부(미도시)를 더 포함할 수 있다.
증폭부(미도시)가 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭하면, 데드존(DZ’)을 더욱 줄일 수 있다. 앞서 설명한 바와 같이, 도 10j에서 제1 스트레인 게이지(S1)의 최대 dL/L 값(약 0.276)은 제2 스트레인 게이지(S2)의 최대 dL/L(약 0.414)의 대략 66%에 해당하는데, 제1 스트레인 게이지(S1)의 최대 dL/L 값을 제2 스트레인 게이지(S2)의 최대 dL/L 값만큼 증폭하여 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭하면, 도 10k와 같은 휘트스톤 브리지의 출력(S1-S2)을 얻을 수 있다. 도 10k에 도시된 바와 같이, 데드존(DZ’’)이 도 10j에 도시된 데드존(DZ’)보다 더 줄어든 것을 확인할 수 있다. 이를 일반화하여 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적비를 k:1로 하고, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 신호 증폭비를 a:1로 하는 경우, 데드존의 감소비를 수식으로 표현하면, 다음과 같이 유도될 수 있다.
x를 각 스트레인 게이지의 전체길이라고 하면,
S1의 신호의 기울기는, -a/(kx/(k+1)) 이고, S2의 신호의 기울기는, 1/(x/(1+k)) 이다.
따라서, |S1-S2|는, (k+1)a/(kx)+(k+1)/x=((k+1)(k+a))/(kx) 이다.
여기서, k가 1이고, a가 1일 때, |S1-S2|는 4/x 이므로,
결국, 데드존의 감소비는, (4/x)/(((k+a)(k+1))/(kx))=4k/((k+a)(k+1))로 일반화된다.
이러한 일반화된 데드존의 감소비를, 3:1의 면적 비와 2:1의 신호 증폭비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)에 적용해 보면, 3:1의 면적 비와 2:1의 신호 증폭비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 데드존은 1:1의 면적 비와 1:1의 신호 증폭비를 갖는 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 데드존보다 0.6배 감소됨을 확인할 수 있다. 그리고, 제1 스트레인 게이지(S1)의 신호를 증폭한 경우가 증폭하지 않은 경우보다 더 데드존이 감소됨을 확인할 수 있다.
다시, 도 10a을 참조하면, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 다르면, 디스플레이 패널(200A)로부터 야기되는 디스플레이 노이즈가 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2) 각각에 서로 다르게 작용한다. 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2) 중 면적이 큰 것이 나머지 것보다 더 큰 디스플레이 노이즈에 취약하다.
따라서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적이 서로 차이가 남에 따라 나타나는 디스플레이 노이즈의 차이를 보상하여 휘트스톤 브리지의 출력에서 노이즈가 서로 상쇄되도록 하는 것이 바람직하다.
이러한 디스플레이 노이즈의 차이를 보상하기 위해서, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)를 구성하는 물질을 다르게 할 수 있다.
예를 들어, 제1 스트레인 게이지(S1)의 면적이 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적보다 크고, 제1 스트레인 게이지(S1)와 제2 스트레인 게이지(S2)가 단일 물질로 구성되거나 트레이스를 포함하는 경우에, 제1 스트레인 게이지(S1)를 구성하는 물질을 제2 스트레인 게이지(S2)를 구성하는 물질보다 상대적으로 디스플레이 노이즈에 더 강한 물질로 하여 디스플레이 노이즈의 차이를 보상할 수 있다.
또한, 이러한 디스플레이 노이즈의 차이를 보상하기 위해서, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 폭과 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스의 폭을 서로 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 도 10l에 도시된 바와 같이, 제1 스트레인 게이지(S1)의 면적이 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적보다 더 큰 경우, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스(451a)의 폭을 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스(451b)의 폭보다 작게 구성하여 디스플레이 노이즈의 차이를 보상할 수 있다.
또한, 이러한 디스플레이 노이즈의 차이를 보상하기 위해서, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스의 요철 개수와 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스의 요철 개수를 서로 다르게 할 수 있다. 예를 들어, 도 10m에 도시된 바와 같이, 제1 스트레인 게이지(S1)의 면적이 제2 스트레인 게이지(S2)의 면적보다 더 큰 경우, 제1 스트레인 게이지(S1)의 트레이스(451a)의 요철 개수를 제2 스트레인 게이지(S2)의 트레이스(451b)의 요철 개수보다 작게 구성하여 디스플레이 노이즈의 차이를 보상할 수 있다.
한편, 도 7a 내지 10m에서 설명한 것과 달리, 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 복수의 힘 센서는, 휘트스톤 브리지를 구성하지 않을 수도 있다. 도 2에 도시된 프로세서(1500)가 휘트스톤 브리지의 역할을 대신할 수 있다.
구체적으로, 프로세서(1500)가 휘트스톤 브리지를 구성하지 않은 제1 힘 센서(S1)와 제2 힘 센서(S2)로부터 신호(출력)를 입력받고, 프로세서(1500)가 제1 힘 센서(S1)의 출력에서 제2 힘 센서(S2)의 출력을 차감하고, 차감된 출력값을 기초로 힘을 검출할 수 있다. 이 때, 제1 힘 센서(S1)와 제2 힘 센서(S2)는 데드존을 줄이기 위해서, 서로 다른 면적을 갖는 것이 바람직하다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 실시 형태의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐, 실시 형태가 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 실시 형태의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
100‥‥‥‥‥‥‥‥‥커버층
200A‥‥‥‥‥‥‥‥‥디스플레이 패널
450, S1, S2‥‥‥‥‥‥‥‥‥스트레인 게이지

Claims (16)

  1. 터치의 힘을 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 있어서,
    디스플레이 패널; 및
    상기 디스플레이 패널의 일 면에 배치된 복수의 힘 센서;를 포함하고,
    상기 복수의 센서는, 면적이 서로 다른 제1 힘 센서와 제2 힘 센서를 포함하고,
    상기 힘에 의한 상기 디스플레이 패널의 휘어짐에 따라 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 출력이 변화되고,
    상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감한 출력값을 기초로 상기 힘을 검출하는, 터치 입력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 면적비가 k:1일 때, 데드존의 감소비는
    Figure PCTKR2018002514-appb-I000011
    인, 터치 입력 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서 중에서 어느 하나의 힘 센서의 출력을 증폭하는 증폭부;를 더 포함하는, 터치 입력 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서의 출력을 증폭하는 증폭부를 더 포함하고,
    상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 면적비가 k:1이고, 상기 제1 힘 센서와 상기 제2 힘 센서의 신호 증폭비가 a:1일 때, 데드존의 감소비는
    Figure PCTKR2018002514-appb-I000012
    인, 터치 입력 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서를 구성하는 물질은 상기 제2 힘 센서를 구성하는 물질과 서로 다른, 터치 입력 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은, 제1기판층, 상기 제1기판층 하부에 배치되는 제2기판층 및 상기 제1기판층과 상기 제2기판층 사이에 배치되는 액정층 또는 유기물층을 포함하고,
    상기 복수의 힘 센서는 상기 제2기판층의 하면에 형성되는, 터치 입력 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    터치 위치를 검출하는 터치 센서;를 더 포함하고,
    상기 터치 센서는, 상기 디스플레이 패널의 상부에 배치되거나, 상기 디스플레이 패널 내부에 배치되는, 터치 입력 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 LCD 패널이고,
    상기 디스플레이 패널 하부에 백라이트 유닛이 배치된, 터치 입력 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 패널은 OLED 패널인, 터치 입력 장치.
  10. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서는 제1 스트레인 게이지이고,
    상기 제2 힘 센서는 제2 스트레인 게이지이고,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 휘트스톤 브리지를 구성하고,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지의 저항값의 변화에 따른 상기 휘트스톤 브리지의 출력에 기초하여 상기 힘을 검출하는, 터치 입력 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는, 상기 휘트스톤 브리지의 두 출력단 중 적어도 어느 하나의 출력단에 병렬 연결된, 터치 입력 장치.
  12. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 트레이스를 포함하고,
    상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 정렬 방향과 상기 제2 스트레인 게이지의 트레이스의 정렬 방향은 동일한, 터치 입력 장치.
  13. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 트레이스를 포함하고,
    상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 폭은 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 폭과 서로 다른, 터치 입력 장치.
  14. 제 10 항에 있어서,
    상기 제1 스트레인 게이지와 상기 제2 스트레인 게이지는 트레이스를 포함하고,
    상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 요철 개수는 상기 제1 스트레인 게이지의 트레이스의 요철 개수와 서로 다른, 터치 입력 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 힘 센서는 제1 전극이고,
    상기 제2 힘 센서는 제2 전극이고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극은 휘트스톤 브리지를 구성하고,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극의 정전 용량값의 변화에 따른 상기 휘트스톤 브리지의 출력에 기초하여 상기 힘을 검출하는, 터치 입력 장치.
  16. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
    프로세서;를 더 포함하고,
    상기 프로세서는, 상기 제1 힘 센서의 출력에서 상기 제2 힘 센서의 출력을 차감하고, 차감된 출력값을 기초로 상기 힘을 검출하는, 터치 입력 장치.
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