WO2019039807A1 - 3d 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈 - Google Patents

3d 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈 Download PDF

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WO2019039807A1
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sensing target
touch
layer fpcb
sensor module
self
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김종선
김진혁
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(주)실리콘인사이드
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Definitions

  • the present invention relates to a force sensor module, and more particularly, to a touch sensor module for sensing a degree of an applied force by using an inductance varying according to a distance change between a sensing target and a coil, To a self-inductive force sensor module.
  • a portable electronic device such as a smart phone, an MP3 player, or a home appliance such as a refrigerator, a washing machine, and an air conditioner is provided with a display panel that can display various operating states or control the device by touch input.
  • a flexible display capable of realizing the same image quality even when folded or bent has been developed and used in various electronic devices.
  • a display panel such as an AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) display panel and a TFT- Transistor-Liquid Crystal Display) panels.
  • AMOLED Active Matrix Organic Light Emitting Diode
  • TFT- Transistor-Liquid Crystal Display TFT- Transistor-Liquid Crystal Display
  • Amolold is a display that emits light by itself, unlike an LCD that emits light by a backlight, and is also referred to as an active organic light emitting diode.
  • a TFT-LCD is an LCD that independently drives each pixel by adding an active element TFT (thin film transistor) to each pixel on the LCD.
  • Electronic devices using the above-described display panel generally detect where touches are made on the touch panel using the x-axis and y-axis coordinates on the touch panel.
  • the strength of the touch The magnitude of the force applied to the axis), and a technique for constructing the user interface in a manner different from the conventional one is being developed.
  • a new user interface is constructed by applying a technology that differentiates the intensity of a touch using a pressure sensor as well as simply tapping or dragging a finger to the iPhone or Apple Watch .
  • the present invention has been made in order to solve the above problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a touch sensing device capable of sensing a degree of force applied to a touch panel using an inductance varying according to a distance change between a sensing target and a coil, The goal is to implement.
  • a sensing device comprising: a sensing target; And at least one coil is formed on the other side of each of the upper and lower FPCBs and the lower layer FPCB, the upper layer FPCB and the lower layer FPCB being located at a lower portion of the sensing target, 2-layer FPCB; And a supporter disposed between the sensing target and the two-layer FPCB so that the sensing target and the two-layer FPCB may be spaced apart from each other.
  • the inductance of the self-inductive force sensor module is varied according to the distance between the sensing target and the coil, which varies according to a force applied to the sensing target.
  • the sensing target is made of ITO (Indium Tin Oxide) or a metal film.
  • the coils are formed in a spiral pattern, and the coils formed on the upper layer FPCB and the lower layer FPCB are preferably formed in a spiral pattern in the same direction.
  • an AC current is applied to the coil to generate an eddy current in the sensing target.
  • the self-inductive force sensor module for realizing the 3D touch is disposed under the AMOLED panel or the flexible amorphous panel, thereby being applied to the AMOLED display panel to realize a 3D touch .
  • the self-inductive force sensor module for realizing the 3D touch is applied to a TFT-LCD (Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) panel by being disposed under the backlight light guide, can do.
  • TFT-LCD Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display
  • the inductance varying in the present invention is preferably detectable by an interlocking electronic device.
  • the electronic device may include an inductive sensor, a voltage-dividing resistor, a comparator, and a controller.
  • the degree of the force applied to the touch panel is detected by using the inductance varying according to the distance change between the sensing target and the coil, thereby realizing the 3D touch of the display panel.
  • the present invention has the effect of realizing a 3D touch with higher sensitivity through a two-layer FPCB made up of two layers of FPCB in which coils are formed in each layer.
  • the present invention can be easily applied to both the amorphous display panel and the TFT-LCD panel to realize a 3D touch.
  • FIG. 1 is a plan view of a self-inductive force sensor module for disassembling and projecting a 3D touch according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a plan view showing a spiral pattern coil formed on a 2-layer FPCB according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a self-inductive force sensor module for 3D touch implementation in accordance with an embodiment of the present invention.
  • 4A is an exemplary view showing a cross section of a self-inductive force sensor module for realizing 3D touch with a plane of a sensing target when a force is not applied in a z-axis direction of a touch panel according to an embodiment of the present invention.
  • 4B is an exemplary view illustrating a plane of a sensing target when a force is applied in the z-axis direction of the touch panel according to an embodiment of the present invention and a section of a self-inductive force sensor module for 3D touch implementation.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of the amorphous display panel when no force is applied in the z-axis direction according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5B is a cross-sectional view illustrating an amorphous display panel when a force is applied in the z-axis direction according to an embodiment of the present invention
  • 6A is an exemplary view showing a cross section when a force is not applied in the z-axis direction of a TFT-LCD panel according to an embodiment of the present invention.
  • 6B is a cross-sectional view of a TFT-LCD panel when a force is applied in the z-axis direction according to an embodiment of the present invention.
  • the present invention provides a sensing device comprising: a sensing target; And at least one coil is formed on the other side of each of the upper and lower FPCBs and the lower layer FPCB, the upper layer FPCB and the lower layer FPCB being located at a lower portion of the sensing target, 2-layer FPCB; And a supporter disposed between the sensing target and the two-layer FPCB so that the sensing target and the two-layer FPCB may be spaced apart from each other.
  • the inductance of the self-inductive force sensor module is varied according to a distance between the sensing target and the coil, which varies according to a force applied to the sensing target.
  • the inductance is determined by the distance between the sensing target and the coil that changes according to the degree of the pressing force of the display panel and the degree of the pressing force of the display panel is detected by sensing the changed inductance of the electronic device interlocked with the sensing target,
  • a sensing target 10 an upper layer FPCB (Flexible Printed Circuit Board) 21 and a lower layer FPCB 22, the upper layer FPCB 21 and the lower layer FPCB 22, Layer FPCB 20 in which one or more coils 23 are formed on the other side of each of the lower layer FPCBs and a two-layer FPCB 20 disposed between the two layers so that the sensing target and the two-layer FPCB may be spaced apart from each other
  • a self-inductive force sensor module (100) for a 3D touch implementation comprising a supporter (30) is provided.
  • FIG. 1 is a plan view of a self-inductive force sensor module for 3D touch implementation according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a plan view of the self-inductive force sensor module according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a plan view showing a spiral pattern coil formed on a two-layer FPCB.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of a self-inductive force sensor module for 3D touch implementation according to an embodiment of the present invention.
  • the sensing target 10 of the present invention is positioned at the top of the self-inductive force sensor module 100 for the 3D touch implementation of the present invention, such as a film or film having electrical conductivity.
  • the sensing target 10 can be applied to an AMOLED display panel by being closely disposed on the bottom of an AMOLED (Active Matrix Organic Light Emitting Diode) panel or a flexible AMOLED panel, and a backlight light guide And can be applied to a TFT-LCD panel.
  • AMOLED Active Matrix Organic Light Emitting Diode
  • the sensing target 10 may be formed of ITO (Indium Tin Oxide) or a metal film.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • the ITO may be a transparent conductive film having indium and tin oxide, such as In 2 O 3 , SnO 2 , and the metal film refers to a film-like material made of a metal literally.
  • a two-layer FPCB 20 is disposed under the sensing target 10, and the two-layer FPCB includes an upper layer FPCB 21 and a lower layer FPCB 22, And at least one coil 23 is formed on each of the other side surfaces.
  • the coil 23 may be formed of a spiral pattern.
  • a coil having a blue spiral pattern is regarded as a coil formed on the upper layer FPCB 21
  • a coil having a yellow spiral pattern is formed as a lower layer FPCB 22
  • the coil formed in the upper layer FPCB and the coil formed in the lower layer FPCB are formed in a spiral shape in the same direction as shown in the figure.
  • the alternating current flows in the coil 23 of the yellow spiral pattern and flows into the coil of the blue spiral pattern, but the direction in which the alternating current flows is the same in the plane.
  • An eddy current is generated in the sensing target 10 as an alternating current is applied to the coil 23 in a spiral pattern. This will be described later with reference to FIGS. 4A and 4B.
  • the present invention further includes a supporter 30 disposed between the sensing target and the two-layer FPCB so that the sensing target 10 and the two-layer FPCB 20 can be kept apart from each other.
  • the structure of the present invention can be more easily understood, and the supporter 30 can be formed in the two-layer FPCB 20 or the two-layer FPCB 20 even if the sensing target 10 is pressed downward by force. It is sufficient to have a size that does not directly contact the coil 23 on the two-layer FPCB.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a self-inductive force sensor module for realizing a 3D touch and a plane of a sensing target when a force is not applied in a z-axis direction of a touch panel according to an embodiment of the present invention.
  • the sensing target 10 is maintained in a flat state because no force is applied to the z-axis direction of the touch panel.
  • the two-layer FPCB 20 an eddy current is generated on the sensing target as an AC current is applied to the coil 23 of the helical pattern.
  • the interlocking electronic device senses a change in inductance, it is possible to sense the degree of the force applied to the z-axis direction of the touch panel.
  • the electronic device may include an inductive sensor, a voltage divider resistor, a comparator, and a control unit.
  • the voltage across the inductive sensor and the voltage across the voltage divider are compared through a comparator, And the like can be performed.
  • the configuration of the electronic device is merely one embodiment, and various circuit configurations capable of detecting the change in the effective inductance of the coil 23 and the change amount may correspond to the configuration of the electronic device of the present invention It is self-evident.
  • the self-inductive force sensor module 100 for realizing the 3D touch according to the present invention can be applied to both the amorphous display panel and the TFT-LCD panel to realize the 3D touch.
  • FIG. 5A is a cross-sectional view of the AMOLED display panel according to an embodiment of the present invention when no force is applied in the z-axis direction.
  • FIG. 5B is a cross- Axis direction of the TFT array panel according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view illustrating a state in which a force is applied in the z-
  • FIG. 6B is an exemplary view showing a cross section when a force is applied in the z-axis direction of the TFT-LCD panel according to an embodiment of the present invention.
  • 5A shows that the self-inductive force sensor module 100 for implementing the 3D touch is applied to an amorphous display panel disposed under the amorphous panel or the flexible amorphous panel, and the amorphous panel or the flexible amorphous panel On-Cell Capacitive Touch Pattern and Cover Glass are sequentially arranged on the glass substrate. In this case, no force is applied to the amorphous panel or the flexible amorphous panel in the z-axis direction .
  • the sensing target 10 arranged in close contact with the eddy current is bent downward, (23) to increase the eddy current on the sensing target.
  • the relative magnetic field decreases, thereby reducing the effective inductance of the coil.
  • the capacitive touch sensor coupled with the on-cell capacitive touch pattern obtains the x-coordinate and the y-coordinate of the touch on the touch panel, and the electronic device for sensing the changing inductance the 3D touch is ultimately realized by detecting the degree of the force applied in the z-axis direction (or the distance that the touch panel moves in the z-axis direction by the force).
  • FIG. 6A shows that the self-inductive force sensor module 100 for implementing the 3D touch is applied to the TFT-LCD panel by being disposed under the backlight light guide, and on the backlight ride guide, a TFT-LCD panel, A cell capacitive touch pattern, and a cover glass are sequentially arranged, and this figure shows a state in which no force is applied to the TFT-LCD panel in the z-axis direction.
  • the sensing target 10 disposed in close contact with the eddy current in a state in which the eddy current is formed is bent downward, Which decreases the effective inductance of the coil by eventually decreasing the relative magnetic field by increasing the eddy current on the sensing target.
  • the TFT-LCD panel also has a capacitive touch sensor interlocked with the on-cell capacitive touch pattern to obtain the x-coordinate and y-coordinate of the touch on the touch panel, (Or the distance that the touch panel moves in the z-axis direction by the force) of the force applied in the z-axis direction, thereby finally realizing the 3D touch.
  • the present invention has an advantage of realizing the 3D touch of the display panel by detecting the degree of the force applied to the touch panel by using the inductance varying according to the distance change between the sensing target and the coil.
  • the present invention is advantageous in that a 3D touch can be implemented with higher sensitivity through a two-layer FPCB composed of two layers of FPCB in which one or more coils are formed in each layer.
  • the present invention can be easily applied to both the amorphous display panel and the TFT-LCD panel, which has the advantages of commercialization and high marketability.

Abstract

본 발명은 포스 센서 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센싱타겟과 코일 사이의 거리 변화에 따라 가변하는 인덕턴스를 이용해 가해진 힘의 정도를 감지하고 이를 통해 디스플레이 패널의 3D 터치를 구현하도록 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈에 관한 것이다. 보다 구체적으로 본 발명에 대하여 설명하면, 본 발명은 센싱타겟(Sensing Target), 상기 센싱타겟의 하부에 위치하며, 서로의 일측면이 접면하는 상층 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)와 하층 FPCB로 구성되고, 상기 상층 FPCB 및 하층 FPCB 각각의 타측면에는 하나 이상의 코일(Coil)이 형성되는 2-레이어 FPCB 및 상기 센싱타겟과 2-레이어 FPCB가 서로 이격된 상태로 있을 수 있도록 그 사이에 배치되는 서포터(Supporter)를 포함하여, 상기 센싱타겟에 가해지는 힘에 의해 변화하는 센싱타겟과 코일 사이의 거리에 따라 인덕턴스(Inductance)가 가변되는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈을 제공한다.

Description

3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈
본 발명은 포스 센서 모듈에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센싱타겟과 코일 사이의 거리 변화에 따라 가변하는 인덕턴스를 이용해 가해진 힘의 정도를 감지하고 이를 통해 디스플레이 패널의 3D 터치를 구현하도록 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈에 관한 것이다.
일반적으로 스마트폰, MP3와 같은 휴대용 전자기기 또는 냉장고, 세탁기, 에어컨과 같은 가전기기에는 각종 작동상태를 보여주거나 터치를 통한 입력으로 기기를 제어할 수 있는 디스플레이 패널이 구비된다.
특히 최근에는 접거나 구부려도 동일한 화질을 구현할 수 있는 플렉서블 디스플레이가 개발되어 다양한 전자기기에 이용되고 있는데, 대표적으로는 아몰레드(AMOLED: Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 패널과 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 패널을 들 수 있다.
아몰레드란 백라이트에 의해 빛을 발하는 LCD와는 달리 그 자체에서 빛을 발하는 디스플레이를 말하며, 능동형 유기발광다이오드라고도 한다.
그리고 TFT-LCD란 LCD에 있는 화소마다 액티브 소자인 TFT(박막트랜지스터)를 부가하여 각 화소를 독립적으로 구동시키는 LCD를 말한다.
위와 같은 디스플레이 패널을 이용한 전자기기들은 터치패널 상의 x축과 y축 좌표를 이용해 터치패널의 어느 지점에서 터치가 이루어지는지를 감지하는 것이 일반적인데, 최근에는 단순히 터치가 아닌 터치의 강도(터치패널의 z축으로 가하여진 힘의 크기)를 감지하여 종래와는 다른 방식으로 사용자 인터페이스를 구성하는 기술이 발전하고 있다.
하나의 실시예로 애플사의 3D 터치를 참조하면, 단순히 손가락을 탭하거나 드래그하는 것뿐만 아니라 압력센서를 이용하여 터치의 강도를 차등화한 기술을 아이폰이나 애플와치에 적용하여 새로운 사용자 인터페이스를 구축하고 있다.
그러나 터치패널을 터치하는 강도를 감지하는데 있어 종래의 압력센서를 이용하는 방식은 실생활에서는 사용자가 터치패널을 터치하는 강도의 차이가 크지 않아 감도 차이를 충분히 파악하여 원하는 기능을 구현하는데 한계가 있는 실정이다.
이에 따라, 3D 터치를 구현하는데 있어 터치패널의 z축으로 가하여진 힘의 크기를 보다 높은 감도로 측정하는 기술이 필요하다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 센싱타겟과 코일 사이의 거리 변화에 따라 가변하는 인덕턴스를 이용해 터치패널에 가해진 힘의 정도를 감지하고 이를 통해 디스플레이 패널의 3D 터치를 구현하도록 하는데 그 목적이 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명에 의하면, 센싱타겟(Sensing Target); 상기 센싱타겟의 하부에 위치하며, 서로의 일측면이 접면하는 상층 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)와 하층 FPCB로 구성되고, 상기 상층 FPCB 및 하층 FPCB 각각의 타측면에는 하나 이상의 코일(Coil)이 형성되는 2-레이어 FPCB; 및 상기 센싱타겟과 2-레이어 FPCB가 서로 이격된 상태로 있을 수 있도록 그 사이에 배치되는 서포터(Supporter); 를 포함하여, 상기 센싱타겟에 가해지는 힘에 의해 변화하는 센싱타겟과 코일 사이의 거리에 따라 인덕턴스(Inductance)가 가변되는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈을 제공한다.
본 발명에서 상기 센싱타겟은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 금속필름(Metal Film)으로 구성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 코일은 나선형 패턴(Spiral Pattern)으로 형성되며, 상기 상층 FPCB와 하층 FPCB 상에 형성되는 각각의 코일은 서로 같은 방향의 나선형 패턴으로 형성되는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 코일에는 교류 전류(AC)가 인가됨으로써 센싱타겟에 와전류(Eddy Current)가 발생되도록 한다.
본 발명에서 상기 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈은 아몰레드(AMOLED: Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 패널 또는 플렉서블 아몰레드 패널 하부에 배치됨으로써 아몰레드 디스플레이 패널에 적용되어 3D 터치 구현을 가능하도록 할 수 있다.
본 발명에서 상기 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈은 백라이트 라이트 가이드(Backlight Light Guide) 하부에 배치됨으로써 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 패널에 적용되어 3D 터치 구현을 가능하도록 할 수 있다.
본 발명에서 가변하는 상기 인덕턴스는 연동하는 전자 디바이스에 의해 감지될 수 있는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 전자 디바이스는 인덕티브 센서, 분압저항, 비교부 및 제어부를 포함하여 구성될 수 있다.
본 발명은 센싱타겟과 코일 사이의 거리 변화에 따라 가변하는 인덕턴스를 이용해 터치패널에 가해진 힘의 정도를 감지하도록 하여 디스플레이 패널의 3D 터치를 구현하도록 하는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 각 층에 코일이 형성된 두 개 층의 FPCB로 이루어진 2-레이어 FPCB를 통해 보다 높은 감도로 3D 터치를 구현하는 효과가 있다.
아울러 본 발명은 아몰레드 디스플레이 패널 및 TFT-LCD 패널 모두에 용이하게 적용하여 3D 터치를 구현하도록 하는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈을 분해하여 투영한 평면도.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 2-레이어 FPCB 상에 형성된 나선형 패턴 코일을 투영한 평면도.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈의 단면도.
도 4a는 본 발명의 일실시예에 따른 터치패널의 z축 방향으로 힘이 가하여지지 않았을 때 센싱타겟의 평면과 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈의 단면을 나타낸 예시도.
도 4b는 본 발명의 일실시예에 따른 터치패널의 z축 방향으로 힘이 가하여졌을 때 센싱타겟의 평면과 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈의 단면을 나타낸 예시도.
도 5a는 본 발명의 일실시예에 따른 아몰레드 디스플레이 패널의 z축 방향으로 힘이 가하여지지 않았을 때의 단면을 나타낸 예시도.
도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 아몰레드 디스플레이 패널의 z축 방향으로 힘이 가하여졌을 때의 단면을 나타낸 예시도.
도 6a는 본 발명의 일실시예에 따른 TFT-LCD 패널의 z축 방향으로 힘이 가하여지지 않았을 때의 단면을 나타낸 예시도.
도 6b는 본 발명의 일실시예에 따른 TFT-LCD 패널의 z축 방향으로 힘이 가하여졌을 때의 단면을 나타낸 예시도.
본 발명은, 센싱타겟(Sensing Target); 상기 센싱타겟의 하부에 위치하며, 서로의 일측면이 접면하는 상층 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)와 하층 FPCB로 구성되고, 상기 상층 FPCB 및 하층 FPCB 각각의 타측면에는 하나 이상의 코일(Coil)이 형성되는 2-레이어 FPCB; 및 상기 센싱타겟과 2-레이어 FPCB가 서로 이격된 상태로 있을 수 있도록 그 사이에 배치되는 서포터(Supporter); 를 포함하여, 상기 센싱타겟에 가해지는 힘에 의해 변화하는 센싱타겟과 코일 사이의 거리에 따라 인덕턴스(Inductance)가 가변되는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈을 제공하는 것을 특징으로 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 안되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시예를 설명하기 위하여 사용되므로 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면 복수의 형태를 포함할 수 있다.
디스플레이 패널을 누르는 힘의 정도에 따라 변화하는 센싱타겟과 코일 사이의 거리가 인덕턴스를 결정하고, 이와 연동하는 전자 디바이스가 변화한 인덕턴스를 감지하여 디스플레이 패널을 누른 힘의 정도를 도출함으로써 궁극적으로 3D 터치를 구현하도록 하기 위한 본 발명은, 센싱타겟(Sensing Target)(10), 서로의 일측면이 접면하는 상층 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)(21)와 하층 FPCB(22)로 구성되고, 상기 상층 FPCB 및 하층 FPCB 각각의 타측면에는 하나 이상의 코일(Coil)(23)이 형성되는 2-레이어 FPCB(20) 및 상기 센싱타겟과 2-레이어 FPCB가 서로 이격된 상태로 있을 수 있도록 그 사이에 배치되는 서포터(Supporter)(30)를 포함하여 구성되는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈(100)을 제공한다.
이에 대한 설명을 돕기 위해, 도 1에는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈을 분해하여 투영한 평면도가 도시되고, 도 2에는 본 발명의 일실시예에 따른 2-레이어 FPCB 상에 형성된 나선형 패턴 코일을 투영한 평면도가 도시되며, 도 3에는 본 발명의 일실시예에 따른 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈의 단면도가 도시된다.
도면을 참조하여 본 발명을 이루는 각각의 구성들을 살펴보면 다음과 같다.
먼저, 본 발명의 상기 센싱타겟(10)은 전기 전도성을 가지는 막 또는 필름과 같은 구성으로서 본 발명 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈(100)의 가장 상부에 위치한다.
후술하겠지만, 상기 센싱타겟(10)은 아몰레드(AMOLED: Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 패널 또는 플렉서블 아몰레드 패널 하부에 밀착 배치되어 아몰레드 디스플레이 패널에 적용될 수 있고, 백라이트 라이트 가이드(Backlight Light Guide) 하부에 밀착 배치되어 TFT-LCD 패널에도 적용될 수 있는 특징을 가진다.
이러한 상기 센싱타겟(10)은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 금속필름(Metal Film)으로 구성될 수 있는데, 상기 ITO란 전기 전도성을 가지는 투명 도전막으로 인듐과 산화 주석의 화합물인 In2O3, SnO2로 된 막을 말하고, 상기 금속필름은 문자 그대로 금속으로 이루어진 필름 형태의 소재를 말한다.
그리고 상기 센싱타겟(10)의 하부에는 2-레이어 FPCB(20)가 위치하는데, 상기 2-레이어 FPCB는 상층 FPCB(21)와 하층 FPCB(22)를 포함하고, 상기 상층 FPCB와 하층 FPCB는 서로의 일측면이 접면함과 동시에 각각의 타측면에는 하나 이상의 코일(23)이 형성되는 특징을 가진다.
도 2에 도시된 바와 같이, 상기 코일(23)은 나선형 패턴(Spiral Pattern)으로 이루어질 수 있는데, 파란색 나선형 패턴의 코일을 상층 FPCB(21)에 형성된 코일로 보면 노란색 나선형 패턴의 코일은 하층 FPCB(22)에 형성된 코일에 해당하며, 도면과 같이 상기 상층 FPCB에 형성되는 코일과 상기 하층 FPCB에 형성되는 코일은 같은 방향의 나선 형태로 형성되는 특징을 가진다.
이러한 상기 코일(23)에는 교류 전류(AC)가 흐르도록 구성되는데, 상기 교류 전류가 만약 파란색 나선형 패턴의 코일로 흘러 들어가 노란색 나선형 패턴의 코일로 흘러 나오는 것을 가정하면 평면상에서 볼 때 실제 교류 전류가 흐르는 방향은 동일하게 형성되는 것을 알 수 있다.
반대의 경우도 마찬가지로, 교류 전류가 노란색 나선형 패턴의 코일(23)로 흘러 들어가 파란색 나선형 패턴의 코일로 흘러 나오더라도 교류 전류가 흐르는 방향은 평면상으로 동일하게 된다.
나선형 패턴의 상기 코일(23)에 교류 전류가 인가됨에 따라 상기 센싱타겟(10)에는 와전류(Eddy Current)가 발생하게 되는데, 이는 도 4a와 도 4b를 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 센싱타겟(10)과 2-레이어 FPCB(20)가 서로 이격된 상태를 유지할 수 있도록 본 발명은 상기 센싱타겟과 2-레이어 FPCB 사이에 배치되는 서포터(30)를 더 포함한다.
단면도가 도시된 도 3을 참조하면 본 발명의 구조를 더욱 쉽게 이해할 수 있으며, 상기 서포터(30)는 센싱타겟(10)이 힘을 받아 아래 방향으로 눌리더라도 2-레이어 FPCB(20) 또는 상기 2-레이어 FPCB 상의 코일(23)에 직접적으로 접촉하지 않을 정도의 사이즈를 가지면 충분하다.
도 4a에는 본 발명의 일실시예에 따른 터치패널의 z축 방향으로 힘이 가하여지지 않았을 때 센싱타겟의 평면과 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈의 단면을 나타낸 예시도가, 도 4b에는 본 발명의 일실시예에 따른 터치패널의 z축 방향으로 힘이 가하여졌을 때 센싱타겟의 평면과 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈의 단면을 나타낸 예시도가 도시된다.
먼저 도 4a의 (b)를 보면, 터치패널의 z축 방향으로 힘이 가하여지지 않아 센싱타겟(10)이 평평한 상태를 유지하는 것을 확인할 수 있으며, 이 때 (a)를 보면 2-레이어 FPCB(20)의 나선형 패턴의 코일(23)에 교류 전류가 인가됨에 따라 상기 센싱타겟 상에 와전류가 발생되어 있는 것을 알 수 있다.
도 4a와 같이 평형 상태를 유지하다가 도 4b에서처럼 터치패널의 z축 방향으로 힘이 가하여졌을 때에는, (b)와 같이 센싱타겟(10)의 힘이 가하여진 부분이 아래 방향으로 휘게 되고, 이는 상기 센싱타겟과 코일(23) 사이의 거리가 가까워져 센싱타겟 상의 와전류가 증가하게 되며, 이에 따라 상대적인 자기장이 감소하여 결과적으로 코일의 실효 인덕턴스가 감소하는 결과를 가져온다.
따라서, 연동하는 전자 디바이스가 변화하는 인덕턴스를 감지한다면 터치패널의 z축 방향으로 가하여진 힘의 정도를 감지할 수 있게 된다.
예를 들어, 상기 전자 디바이스는 인덕티브 센서, 분압저항, 비교부 및 제어부를 포함할 수 있으며, 인덕티브 센서 양단에 걸리는 전압과 분압저항 양단에 걸리는 전압을 비교부를 통해 비교하고 제어부를 통해 특정 동작 수행 등의 제어를 수행할 수 있다.
그러나 위와 같은 전자 디바이스의 구성은 하나의 실시예에 불과할 뿐이며, 코일(23)의 실효 인덕턴스 변화 여부 및 변화량을 감지할 수 있는 다양한 형태의 회로 구성이 본 발명 전자 디바이스의 구성에 해당할 수 있음은 자명한 일이다.
위와 같은 구성의 본 발명 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈(100)은 아몰레드 디스플레이 패널 또는 TFT-LCD 패널 모두에 적용되어 3D 터치를 구현하도록 할 수 있다.
이에 대한 내용으로, 도 5a에는 본 발명의 일실시예에 따른 아몰레드 디스플레이 패널의 z축 방향으로 힘이 가하여지지 않았을 때의 단면을 나타낸 예시도가 도시되고, 도 5b에는 본 발명의 일실시예에 따른 아몰레드 디스플레이 패널의 z축 방향으로 힘이 가하여졌을 때의 단면을 나타낸 예시도가 도시되며, 도 6a에는 본 발명의 일실시예에 따른 TFT-LCD 패널의 z축 방향으로 힘이 가하여지지 않았을 때의 단면을 나타낸 예시도가 도시되고, 도 6b에는 본 발명의 일실시예에 따른 TFT-LCD 패널의 z축 방향으로 힘이 가하여졌을 때의 단면을 나타낸 예시도가 도시된다.
먼저 도 5a는 상기 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈(100)이 아몰레드 패널 또는 플렉서블 아몰레드 패널 하부에 배치되어 아몰레드 디스플레이 패널에 적용된 것을 나타내며, 상기 아몰레드 패널 또는 플렉서블 아몰레드 패널 상에는 온-셀 커패시티브 터치 패턴(On-Cell Capacitive Touch Pattern)과 커버 글라스(Cover Glass)가 순차적으로 배치되고, 이 경우에는 아몰레드 패널 또는 플렉서블 아몰레드 패널에 z축 방향으로 아무런 힘이 가해지지 않은 상태를 나타낸다.
이후 도 5b와 같이 아몰레드 패널 또는 플렉서블 아몰레드 패널에 z축 방향으로 힘이 가하여진 경우, 와전류가 형성된 상태로 이와 밀착하여 배치된 센싱타겟(10)이 아래 방향으로 휘고, 이는 센싱타겟과 코일(23) 사이의 거리를 감소시켜 센싱타겟 상의 와전류를 증가시키게 되며, 결과적으로 상대적인 자기장이 감소하여 코일의 실효 인덕턴스를 감소시키게 된다.
다시 말해, 온-셀 커패시티브 터치 패턴과 연동한 커패시티브 터치 센서(Capacitive Touch Sensor)가 터치패널 상에 터치가 이루어진 x좌표 및 y좌표를 구하게 되고, 변화하는 인덕턴스를 감지하는 전자 디바이스가 z축 방향으로 가하여진 힘의 정도(또는 힘에 의해 터치 패널이 z축 방향으로 이동한 거리)를 감지함으로써 궁극적으로 3D 터치를 구현하게 된다.
동일한 방식으로, 도 6a는 상기 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈(100)이 백라이트 라이트 가이드 하부에 배치되어 TFT-LCD 패널에 적용된 것을 나타내며, 상기 백라이트 라이드 가이드 상에는 TFT-LCD 패널, 온-셀 커패시티브 터치 패턴, 그리고 커버 글라스가 순차적으로 배치되고, 본 도면은 TFT-LCD 패널에 z축 방향으로 아무런 힘이 가해지지 않은 상태를 나타낸다.
이후 도 6b와 같이 TFT-LCD 패널에 z축 방향으로 힘이 가하여진 경우, 와전류가 형성된 상태로 이와 밀착하여 배치된 센싱타겟(10)이 아래 방향으로 휘면서 센싱타겟과 코일(23) 사이의 거리를 감소시키고, 이는 센싱타겟 상의 와전류를 증가시켜 상대적인 자기장이 감소함으로써 결국 코일의 실효 인덕턴스를 감소시킨다.
앞의 아몰레드 디스플레이 패널과 마찬가지로 TFT-LCD 패널 또한 온-셀 커패시티브 터치 패턴과 연동한 커패시티브 터치 센서가 터치패널 상에 터치가 이루어진 x좌표 및 y좌표를 구함과 동시에, 변화하는 인덕턴스를 감지하는 전자 디바이스가 z축 방향으로 가하여진 힘의 정도(또는 힘에 의해 터치 패널이 z축 방향으로 이동한 거리)를 감지함으로써 최종적으로 3D 터치를 구현하게 된다.
결과적으로 본 발명은 센싱타겟과 코일 사이의 거리 변화에 따라 가변하는 인덕턴스를 이용해 터치패널에 수직으로 가해진 힘의 정도를 감지하도록 함으로써 디스플레이 패널의 3D 터치를 구현하도록 하는 장점이 있다.
그리고 본 발명은 각 층에 하나 이상의 코일이 형성된 두 개 층의 FPCB로 이루어진 2-레이어 FPCB를 통해 보다 높은 감도로 3D 터치를 구현할 수 있는 장점이 있다.
한편, 본 발명은 아몰레드 디스플레이 패널 및 TFT-LCD 패널 모두에 용이하게 적용할 수 있어 상용화 가능성과 시장성이 높은 장점이 있다.
이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나, 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims (8)

  1. 센싱타겟(Sensing Target);
    상기 센싱타겟의 하부에 위치하며, 서로의 일측면이 접면하는 상층 FPCB(Flexible Printed Circuit Board)와 하층 FPCB로 구성되고, 상기 상층 FPCB 및 하층 FPCB 각각의 타측면에는 하나 이상의 코일(Coil)이 형성되는 2-레이어 FPCB; 및
    상기 센싱타겟과 2-레이어 FPCB가 서로 이격된 상태로 있을 수 있도록 그 사이에 배치되는 서포터(Supporter); 를 포함하여,
    상기 센싱타겟에 가해지는 힘에 의해 변화하는 센싱타겟과 코일 사이의 거리에 따라 인덕턴스(Inductance)가 가변되는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센싱타겟은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 금속필름(Metal Film)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 코일은 나선형 패턴(Spiral Pattern)으로 형성되며, 상기 상층 FPCB와 하층 FPCB 상에 형성되는 각각의 코일은 서로 같은 방향의 나선형 패턴으로 형성되는 것을 특징으로 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 코일에는 교류 전류(AC)가 인가됨으로써 센싱타겟에 와전류(Eddy Current)가 발생되도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈은 아몰레드(AMOLED: Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 패널 또는 플렉서블 아몰레드 패널 하부에 배치됨으로써 아몰레드 디스플레이 패널에 적용되어 3D 터치 구현을 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈은 백라이트 라이트 가이드(Backlight Light Guide) 하부에 배치됨으로써 TFT-LCD(Thin Film Transistor-Liquid Crystal Display) 패널에 적용되어 3D 터치 구현을 가능하도록 하는 것을 특징으로 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈.
  7. 제 1항에 있어서,
    가변하는 상기 인덕턴스는 연동하는 전자 디바이스에 의해 감지될 수 있는 것을 특징으로 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 전자 디바이스는 인덕티브 센서, 분압저항, 비교부 및 제어부를 포함하는 것을 특징으로 하는 3D 터치 구현을 위한 셀프 인덕티브 포스 센서 모듈.
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