WO2019190025A1 - 복수 채널을 구성하는 압력 센서, 이를 포함하는 터치 입력 장치 및 이를 이용한 압력 검출 방법 - Google Patents

복수 채널을 구성하는 압력 센서, 이를 포함하는 터치 입력 장치 및 이를 이용한 압력 검출 방법 Download PDF

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김본기
최혁재
진명준
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Definitions

  • the present invention relates to a pressure sensor constituting a plurality of channels for pressure detection, and a touch input device including the same. More particularly, the present invention is applied to a touch input device configured to detect a touch position to detect touch pressure.
  • the present invention relates to a pressure sensor constituting a plurality of channels, a touch input device including the same, and a pressure detection method using the same.
  • 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 computation accordingly.
  • a touch input device capable of detecting not only the touch position according to the touch on the touch screen but also the pressure magnitude of the touch has been released.
  • a touch pressure sensing error may occur due to noise or ambient noise generated by a sensor for detecting the magnitude of the touch pressure.
  • An object of the present invention is to provide a pressure sensor constituting a plurality of channels for pressure detection, a touch input device including the same and a pressure detection method using the same. It is another object of the present invention to provide a pressure detection method and apparatus that are resistant to ambient noise.
  • Touch input device is capable of detecting the pressure of the touch on the touch surface, the display module; And a pressure sensor disposed at a position at which the distance to the reference potential layer can be changed according to the touch on the touch surface, wherein the distance may vary according to the pressure magnitude of the touch. And outputting a signal including information on the capacitance changing according to the present invention, wherein the pressure sensor includes a plurality of electrodes to form a plurality of channels, and a change amount of capacitance detected in each channel and a change in each channel. The magnitude of the pressure for the touch can be detected based on the assigned SNR improvement scaling factor.
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the N largest signals are detected is 1, and the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the N smallest signals are detected is -1,
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channel may be zero.
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the N largest signals are detected is 1
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the smallest signal is detected is -N
  • the remaining channels are The SNR improvement scaling factor assigned to may be zero.
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where a signal having a magnitude greater than a predetermined ratio of the magnitude of the largest signal among the signals detected in each channel is detected is 1, and the SNR improvement assigned to the channel where the N smallest signals are detected.
  • the scaling factor is -1 and the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channels can be zero.
  • the SNR improvement scaling factor assigned to a channel in which a signal having a magnitude greater than or equal to a magnitude of the largest signal among the signals detected in each channel is detected is 1, and a signal having a magnitude greater than or equal to a predetermined ratio of the magnitude of the largest signal
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the smallest signal is detected may be -N, and the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channels may be zero.
  • the touch input device further includes a touch sensor for detecting a touched position, the SNR improvement scaling factor assigned to the N channels closest to the touch position is 1, and assigned to the channel where the N smallest signals are detected.
  • the SNR improvement scaling factor may be -1, and the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channel may be zero.
  • the touch input device further includes a touch sensor for detecting a touched position, the SNR improvement scaling factor assigned to the N channels closest to the touch position is 1, and the SNR assigned to the channel where the smallest signal is detected.
  • the enhancement scaling factor may be -N, and the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channels may be zero.
  • At least one of the plurality of electrodes has an area different from that of another electrode, and an SNR improvement scaling factor assigned to a channel where N largest signals among signals detected in each channel is detected is 1, and N
  • an SNR improvement scaling factor assigned to a channel where N largest signals among signals detected in each channel is detected is 1, and N
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the N smallest signals is detected is -Amax / Amin
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channels may be zero.
  • At least one of the plurality of electrodes has an area different from that of another electrode, and an SNR improvement scaling factor assigned to a channel where N largest signals among signals detected in each channel is detected is 1, and N
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the smallest signal is detected is -Amax / A
  • the SNR improvement scaling factor allocated to the remaining channel may be zero.
  • the electrical characteristic is a capacitance
  • the magnitude of the pressure on the touch may be detected based on a sum of a change in capacitance detected in each channel and a value multiplied by an SNR improvement scaling factor assigned to each channel.
  • the electrical characteristic is a capacitance, and a sum of a value of a change amount of capacitance detected in each channel, and a value obtained by multiplying a sensitivity correction scaling factor previously assigned to each channel and an SNR improvement scaling factor assigned to each channel.
  • the magnitude of the pressure on the touch can be detected based on that.
  • the sensitivity correction scaling factor assigned to the channel corresponding to the center of the display module may be smaller than the sensitivity correction scaling factor assigned to the channel corresponding to the edge of the display module.
  • the electrical characteristic is capacitance, and estimates the volume change of the touch input device from the change in capacitance detected in each channel, and is based on the estimated volume change and the SNR improvement scaling factor assigned to each channel. Thus, the magnitude of the pressure on the touch can be detected.
  • the magnitude of the pressure for the touch may be detected based on the estimated volume change amount, the SNR improvement scaling factor assigned to each channel, and a reference value corresponding to a pre-stored predetermined touch position.
  • the volume change of the touch input device may be estimated by calculating a distance change corresponding to each channel from the change of capacitance detected in each channel.
  • a pressure sensor constituting a plurality of channels for pressure detection, a touch input device including the same, and a pressure detection method using the same may be provided.
  • a pressure sensor constituting a plurality of channels with a high pressure detection accuracy for the touch and a touch input device including the same may be provided.
  • a touch pressure detection method and apparatus resistant to ambient noise may be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a capacitive touch sensor panel and a configuration for its operation.
  • FIGS. 2A to 2E are conceptual views illustrating a relative position of a touch sensor panel with respect to a display panel in a touch input device according to an embodiment.
  • 3A-3H are cross-sectional views of exemplary pressure sensors incorporating pressure electrodes in accordance with embodiments of the present invention.
  • 3I is a view showing an amount of change in capacitance according to a change in distance between an electrode layer and a reference potential layer according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a touch input device of a first example to which a pressure sensor and a pressure detection module according to an embodiment of the present invention can be applied.
  • 4B illustrates an optical layer of a backlight unit in a touch input device according to an embodiment.
  • 4C is a cross-sectional view of a second example touch input device to which a pressure sensor and a pressure detection module according to an embodiment of the present invention may be applied.
  • 5A and 5B illustrate a relative distance between the pressure sensor of the first example included in the touch input device and the reference potential layer, and a case where pressure is applied thereto.
  • 5C and 5D illustrate the relative distance between the pressure sensor of the second example included in the touch input device and the reference potential layer, and a case where pressure is applied thereto.
  • 5E illustrates the placement of the pressure sensor of the third example included in the touch input device.
  • 6A is a cross-sectional view of a portion of a touch input device in which a pressure sensor is attached to the touch input device according to the first method.
  • 6B is a plan view of a pressure sensor for attaching the pressure sensor to the touch input device according to the first method.
  • 6C is a cross-sectional view of a portion of a touch input device in which a pressure sensor is attached to the touch input device according to the second method.
  • FIG. 7A to 7E illustrate pressure electrode patterns included in a pressure sensor for detecting pressure according to an embodiment of the present invention.
  • 8A and 8B illustrate a relationship between a magnitude of touch pressure and a saturation area in a touch input device to which a pressure sensor is applied according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 9 illustrates a cross section of a pressure sensor in accordance with some embodiments of the present invention.
  • 10A and 10B illustrate a method of attaching a pressure sensor in accordance with one embodiment of the present invention.
  • 11A-11C illustrate a method of connecting a pressure sensor to a touch sensing circuit in accordance with an embodiment of the present invention.
  • FIGS. 12A-12D illustrate a configuration in which a pressure sensor in accordance with an embodiment of the present invention includes a plurality of channels.
  • 13A to 13C illustrate the shapes of the first electrode and the second electrode included in the pressure sensor according to the embodiment of the present invention.
  • 13D illustrates the shape of the first electrode included in the pressure sensor according to the embodiment of the present invention.
  • 14A is a diagram illustrating a case where pressure is applied to a predetermined position in the pressure sensor shown in FIG. 13D.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view illustrating a form in which a touch input device is bent when a touch pressure is applied to a touch surface corresponding to position A of FIG. 14A.
  • FIG. 14C is a cross-sectional view illustrating a form in which a touch input device is bent when a touch pressure is applied to a touch surface corresponding to position C of FIG. 14A.
  • FIG. 15 is a diagram for illustrating a scaling factor assigned to each first electrode in the pressure sensor illustrated in FIG. 13D.
  • FIG. 16A is a graph for describing a relationship between a magnitude of pressure applied and a volume change amount of the touch input device when pressure is applied to the position illustrated in FIG. 14A.
  • 16B is a cross-sectional view illustrating a volume change amount of the touch input device illustrated in FIG. 14B.
  • FIG. 16C is a cross-sectional view illustrating a volume change amount of the touch input device illustrated in FIG. 14C.
  • 17A is a partial perspective view illustrating a form in which the touch input device is deformed when pressure is applied to the touch input device.
  • 17B is a diagram for explaining estimating a volume change amount of the touch input device when pressure is applied to the touch input device.
  • 17C is a cross-sectional view of the view shown in FIG. 17B.
  • FIGS. 13A-13C illustrates an equivalent circuit of an apparatus for sensing pressure capacitance with respect to a pressure sensor of the type shown in FIGS. 13A-13C.
  • FIG. 18B illustrates an equivalent circuit of the device for sensing pressure capacitance with respect to the pressure sensor shown in FIG. 13D.
  • 19A is a view for explaining a case in which pressure is applied to the D position of the pressure sensor shown in FIG. 14A.
  • 19B is a graph for explaining calculating a pressure value when a pressure is applied to the position D shown in FIG. 19A.
  • 20A to 20C are flowcharts illustrating an example of a method of detecting a magnitude of pressure of a touch using a plurality of channels in a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 21A is a graph illustrating the magnitude of a signal including information on capacitance detected in a channel corresponding to position a in FIG. 17C.
  • FIG. 21B is a graph showing the magnitude of a signal including information on capacitance detected in a channel corresponding to position b of FIG. 17C.
  • FIG. 21C is a graph showing the magnitude of a signal including information on capacitance detected in the channel with the smallest magnitude of pressure sensed.
  • 22A and 22B are diagrams for explaining SNR improvement scaling coefficients assigned to respective channels when pressure is applied to the P position.
  • 22C and 22D show the amount of change in capacitance detected in each channel when pressure is applied to the P position in FIG. 22A.
  • a pressure sensor for detecting a pressure and a touch input device to which a pressure detecting module including the same may be applied will be described with reference to the accompanying drawings.
  • the capacitive touch sensor panel 100 is illustrated, but a touch sensor panel 100 capable of detecting a touch position in an arbitrary manner may be applied.
  • the touch sensor panel 100 includes a plurality of driving electrodes TX1 to TXn and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm, and the plurality of touch sensors for operation of the touch sensor panel 100.
  • the touch sensor panel 100 may include a plurality of driving electrodes TX1 to TXn and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm of the touch sensor panel 100 form an orthogonal array, the present invention is not limited thereto.
  • 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, and three-dimensional random arrangements.
  • n and m are positive integers and may have the same or different values, and may vary in size according to embodiments.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be arranged to cross each other.
  • the driving electrode TX includes a plurality of driving electrodes TX1 to TXn extending in the first axis direction
  • the receiving electrode RX includes a plurality of receiving electrodes extending in the second axis direction crossing the first axis direction. RX1 to RXm).
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on the same layer.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on the same surface of the insulating film (not shown).
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on different layers.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on both surfaces of one insulating film (not shown), or the plurality of driving electrodes TX1 to TXn may be formed.
  • One surface of one insulating film (not shown) and a plurality of receiving electrodes RX1 to RXm may be formed on one surface of a second insulating film (not shown) different from the first insulating film.
  • the plurality of driving electrodes TX1 to TXn and the plurality of receiving electrodes RX1 to RXm are made of transparent conductive material (eg, tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), or the like. Oxide) or ATO (Antimony Tin Oxide).
  • transparent conductive material eg, tin oxide (SnO 2 ), indium oxide (In 2 O 3 ), or the like. Oxide) or ATO (Antimony Tin Oxide).
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be formed of another transparent conductive material or an opaque conductive material.
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may include at least one of silver ink, copper, or carbon nanotube (CNT).
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX may be formed of a metal mesh or made of a silver silver material.
  • the driving unit 120 may apply a driving signal to the driving electrodes TX1 to TXn.
  • the driving signal may be sequentially applied to one driving electrode from the first driving electrode TX1 to the nth driving electrode TXn at a time.
  • the driving signal may be repeatedly applied again. This is merely an example, and a driving signal may be simultaneously applied to a plurality of driving electrodes in some embodiments.
  • the sensing unit 110 provides information about the capacitance Cm 101 generated between the driving electrodes TX1 to TXn to which the driving signal is applied and the receiving electrodes RX1 to RXm through the receiving electrodes RX1 to RXm.
  • a sensing signal that includes a touch can detect whether the touch position.
  • the sensing signal may be a signal in which the driving signal applied to the driving electrode TX is coupled by the capacitance CM 101 generated between the driving electrode TX and the receiving electrode RX.
  • the process of detecting the driving signal applied from the first driving electrode TX1 to the nth driving electrode TXn through the receiving electrodes RX1 to RXm is referred to as scanning the touch sensor panel 100. can do.
  • the sensing unit 110 may include a receiver (not shown) connected to each of the receiving electrodes RX1 to RXm through a switch.
  • the switch is turned on in a time interval for detecting the signal of the corresponding receiving electrode RX, so that the detection signal from the receiving electrode RX can be detected at the receiver.
  • the receiver may comprise an amplifier (not shown) and a feedback capacitor coupled between the negative input terminal of the amplifier and the output terminal of the amplifier, i.e., in the feedback path. At this time, the positive input terminal of the amplifier may be connected to ground or a reference voltage.
  • the receiver may further include a reset switch connected in parallel with the feedback capacitor. The reset switch may reset the conversion from current to voltage performed by the receiver.
  • the negative input terminal of the amplifier may be connected to the corresponding receiving electrode RX to receive a current signal including information on the capacitance CM 101 and integrate the converted signal into a voltage.
  • the detector 110 may further include an analog-to-digital converter (ADC) for converting data integrated through a receiver into digital data. Subsequently, the digital data may be input to a processor (not shown) and processed to obtain touch information about the touch sensor panel 100.
  • ADC analog-to-digital converter
  • the detector 110 may include an ADC and a processor.
  • the controller 130 may perform a function of controlling the operations of the driver 120 and the detector 110. For example, the controller 130 may generate a driving control signal and transmit the driving control signal to the driving unit 120 so that the driving signal is applied to the predetermined driving electrode TX at a predetermined time. In addition, the control unit 130 generates a detection control signal and transmits it to the detection unit 110 so that the detection unit 110 receives a detection signal from a predetermined reception electrode RX at a predetermined time to perform a preset function. can do.
  • the driving unit 120 and the sensing unit 110 may configure a touch detection device (not shown) capable of detecting whether a touch is made and / or a touch position of the touch sensor panel 100 according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • the touch detection apparatus according to the embodiment of the present invention may further include a controller 130.
  • the touch detection apparatus according to the embodiment of the present invention may be integrated and implemented on a touch sensing integrated circuit (not shown), which is a touch sensing circuit, in the touch input device 1000 including the touch sensor panel 100. have.
  • the driving electrode TX and the receiving electrode RX included in the touch sensor panel 100 may be connected to the touch sensing IC through, for example, a conductive trace and / or a conductive pattern printed on a circuit board.
  • the touch sensing IC may be located on a circuit board on which a conductive pattern is printed. According to an exemplary embodiment, the touch sensing IC may be mounted on a main board for operating the touch input device 1000.
  • a capacitance C having a predetermined value is generated at each intersection of the driving electrode TX and the receiving electrode RX, and such an electrostatic discharge occurs when an object such as a finger approaches the touch sensor panel 100.
  • the value of the dose can be changed.
  • the capacitance may represent mutual capacitance Cm.
  • the sensing unit 110 may detect the electrical characteristic to detect whether the touch sensor panel 100 is touched and / or the touch position. For example, it is possible to detect whether and / or a position of the touch on the surface of the touch sensor panel 100 formed of a two-dimensional plane formed of a first axis and a second axis.
  • the position of the touch in the second axis direction may be detected by detecting the driving electrode TX to which the driving signal is applied.
  • the position of the touch in the first axis direction may be detected by detecting a change in capacitance from a received signal received through the receiving electrode RX when the touch is applied to the touch sensor panel 100.
  • the touch sensor panel 100 for detecting whether a touch is present and the touch position in the touch input device 1000 is Self-capacitance method, surface capacitance method, projected capacitance method, resistive film method, surface acoustic wave (SAW), infrared method, optical imaging method (optical imaging method) other than the above-mentioned method It can be implemented using any touch sensing scheme, such as imaging, distributed signal technology and acoustic pulse recognition.
  • a configuration corresponding to the driving electrode TX and the receiving electrode RX for detecting whether a touch and / or a touch position may be referred to as a touch sensor.
  • the touch sensor panel 100 may be located outside or inside the display panel 200A.
  • the display panel 200A of the touch input device 1000 may include a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), and an organic light emitting diode (OLED). It may be a display panel included in). 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.
  • the display panel 200A receives an input from a central processing unit (CPU) or an application processor (AP), which is a central processing unit on a main board, for the operation of the touch input device 1000.
  • CPU central processing unit
  • AP application processor
  • control circuit for operating the display panel 200A may be mounted on the second printed circuit board 210 (hereinafter referred to as second PCB) in FIGS. 10A to 12D.
  • the control circuit for operating the display panel 200A may include a display panel control IC, a graphic controller IC, and other circuits necessary for operating the display panel 200A.
  • 2A to 2E are conceptual views illustrating a relative position of the touch sensor panel 100 with respect to the display panel 200A in the touch input device to which the pressure sensor 440 according to an embodiment of the present invention may be applied.
  • the LCD panel includes a liquid crystal layer 250 including a liquid crystal cell, a first substrate 261 including electrodes at both ends of the liquid crystal layer 250, and a first substrate 261.
  • 272 may include.
  • the first substrate 261 may be a color filter glass
  • the second substrate 262 may be a TFT glass.
  • the first substrate 261 and / or the second substrate 262 may be a plastic substrate.
  • the LCD panel may further include other configurations and modifications are possible to perform the display function.
  • the touch surface of the touch input device 1000 may be a surface of the touch sensor panel 100.
  • an upper surface of the touch sensor panel 100 may be a touch surface.
  • the touch surface of the touch input device 1000 may be an outer surface of the display panel 200A.
  • an outer surface of the display panel 200A which may be a touch surface, may be a lower surface of the second polarization layer 272 of the display panel 200A.
  • the lower surface of the display panel 200A may be covered with a cover layer (not shown) such as glass.
  • FIG. 2B and 2C illustrate that the touch sensor panel 100 is disposed inside the display panel 200A in the touch input device 1000.
  • the touch sensor panel 100 for detecting the touch position is disposed between the first substrate 261 and the first polarization layer 271.
  • the touch surface for the touch input device 1000 may be an upper surface or a lower surface of FIG. 2B as an outer surface of the display panel 200A.
  • FIG. 2C illustrates a case in which the touch sensor panel 100 for detecting a touch position is included in the liquid crystal layer 250, that is, disposed between the first substrate 261 and the second substrate 262.
  • the touch surface for the touch input device 1000 may be an upper surface or a lower surface in FIG. 2C as an outer surface of the display panel 200A.
  • the top or bottom surface of the display panel 200A which may be a touch surface, may be covered with a cover layer (not shown) such as glass.
  • FIG. 2D and 2E are views for explaining a relative position of the touch sensor panel 100 with respect to the display panel 200A using the OLED panel.
  • the touch sensor panel 100 is positioned between the polarization layer 282 and the first substrate 281
  • the touch sensor panel 100 is disposed between the organic material layer 280 and the second substrate 283. Located.
  • the touch sensor panel 100 may be positioned between the first substrate 281 and the organic layer 280.
  • the first substrate 281 may be made of encapsulation glass, and the second substrate 283 may be made of TFT glass.
  • the first substrate 281 and / or the second substrate 283 may be a plastic substrate. Since touch sensing has been described above, a brief description of only the other configurations will be made.
  • the OLED panel is a self-luminous display panel using a principle in which light is generated when electrons and holes are combined in an organic material layer when a current flows through a thin film of fluorescent or phosphorescent organic material, and the organic material constituting the light emitting layer determines the color of light.
  • OLED uses a principle that the organic material emits light when the organic material is applied to glass or plastic to flow electricity. That is, when holes and electrons are injected to the anode and cathode of the organic material and recombined in the light emitting layer, the excitation is formed in a high energy state. Is to use the generated principle. At this time, 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
  • an OLED (particularly AM-OLED) panel basically includes a polarizing layer 282, a first substrate 281, an organic layer 280, and a second substrate 283.
  • the first substrate 281 may be encapsulated glass
  • the second substrate 283 may be TFT glass, but is not limited thereto.
  • the first substrate 281 and / or the second substrate 283 may be a plastic substrate. Can be.
  • 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 merely to describe the basic configuration of the organic material layer 280 included in the OLED panel, the present invention is not limited to the layer structure or material 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.
  • At least some of the touch sensors may be configured to be positioned in the display panel 200A, and at least some of the touch sensors may be configured to be positioned outside the display panel 200A.
  • any one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX constituting the touch sensor panel 100 may be configured to be positioned outside the display panel 200A, and the other electrode is the display panel 200A. It may be configured to be located inside.
  • an electrode for operating the touch sensor may be additionally disposed, but various configurations and / or electrodes positioned inside the display panel 200A may be touch sensors for touch sensing. It may be used as.
  • At least some of the touch sensors may be disposed between the first substrates 261 and 281 and the second substrates 262 and 283, and at least some of the touch sensors may be disposed between the first substrates 261 and 281. It may be configured to be located at the top.
  • any one of the driving electrode TX and the receiving electrode RX constituting the touch sensor panel 100 may be disposed on the first substrates 261 and 281, and the remaining electrodes are formed on the first substrate. It may be configured to be positioned between the substrates 261 and 281 and the second substrates 262 and 283.
  • an electrode for operating the touch sensor may be additionally disposed.
  • Various configurations and / or electrodes positioned between the 281 and the second substrates 262 and 283 may be used as touch sensors for touch sensing.
  • the second substrates 262 and 283 may be formed of various layers including a data line, a gate line, a TFT, a common electrode, a pixel electrode, and the like. Specifically, when the display panel 200A is an LCD panel, these electrical components can operate to produce a controlled electric field to orient the liquid crystals located in the liquid crystal layer 250.
  • a data line, a gate line, a common electrode, and a pixel electrode included in the second substrates 262 and 283 may be used as a touch sensor.
  • the touch input device 1000 including the touch sensor panel 100 capable of detecting the touch and / or the touch position has been described.
  • the pressure sensor 440 By applying the pressure sensor 440 to the above-described touch input device 1000, it is possible to easily detect not only the touch and / or the touch position but also the magnitude of the touch pressure.
  • a case of detecting touch pressure by applying a pressure sensor to the touch input device 1000 will be described in detail.
  • the touch input device to which the pressure detection module is applied may not include the touch sensor panel 100.
  • the pressure sensor 440 may include an electrode layer 441 between the first insulating layer 470 and the second insulating layer 471.
  • the electrode layer 441 may include a first electrode 450 and / or a second electrode 460.
  • the first insulating layer 470 and the second insulating layer 471 may be an insulating material such as polyimide.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 included in the electrode layer 441 may include a material such as copper.
  • the electrode layer 441 and the second insulating layer 471 may be adhered with an adhesive (not shown) such as an optically clear adhesive (OCA).
  • OCA optically clear adhesive
  • the pressure electrodes 450 and 460 are formed by disposing a mask having a through hole corresponding to the pressure electrode pattern on the first insulating layer 470 and then spraying a conductive spray.
  • the pressure sensor 440 may include only the first electrode 450.
  • the pressure sensor 440 may be configured to sense pressure by using a change in capacitance between the reference potential spaced apart from the first electrode 450.
  • the pressure is sensed using a change in capacitance between a first pressure sensor having a first electrode and a second pressure sensor having a second electrode and spaced apart from the first pressure sensor. You may.
  • FIG. 4A is a cross-sectional view of a touch input device of a first example to which a pressure sensor and a pressure detection module can be applied.
  • a cross-sectional view of the touch input device 1000 illustrated in FIG. 4A may be a cross-sectional view of a portion of the touch input device 1000.
  • the touch input device 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a display panel 200A, a backlight unit 200B disposed below the display panel 200A, and an upper portion of the display panel 200A. It may be configured to include a cover layer 500 disposed in.
  • the pressure sensors 450 and 460 may be formed on the cover 240.
  • the display panel 200A and the backlight unit 200B may be referred to as a display module 200.
  • FIG. 1 the touch input device 1000 according to an exemplary embodiment of the present invention may include a display panel 200A, a backlight unit 200B disposed below the display panel 200A, and an upper portion of the display panel 200A. It may be configured to include a cover layer 500 disposed in.
  • the pressure sensors 450 and 460 may be formed on the cover 240.
  • pressure sensors 450 and 460 are attached to the cover 240, but the touch input device 1000 may perform the same and / or similar functions as the cover 240 according to an exemplary embodiment. It is also possible to attach to the configuration.
  • the pressure sensors 450 and 460 may have a shape as shown in FIG. 3A, and the cover 240, the display module 200, the display panel 200A, the substrate 300, and the flexible printed circuit (FPCB) may be used.
  • the electrode may be directly formed on the board or by the method of patterning or printing in the display panel 200A.
  • the touch input device 1000 may include a touch screen such as a cell phone, a personal data assistant (PDA), a smartphone, a tablet personal computer, an MP3 player, a notebook, and the like. It may include an electronic device including a.
  • the display panel 200A may be a display panel in which at least some of the touch sensors are included in the display panel 200A.
  • a driving electrode and a receiving electrode for touch sensing may be included in the display panel 200A.
  • the touch sensor panel 100 is not separately illustrated in FIG. 4A, the touch sensor panel 100 and the display module for detecting a touch position in the touch input device 1000 according to the first embodiment of the present disclosure are not shown.
  • 200 may be laminated with an adhesive such as OCA (Optically Clear Adhesive). 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 panel 100 may be improved.
  • the cover layer 500 may be disposed on the touch sensor panel 100.
  • the cover layer 500 may be formed of a cover glass that protects the entire surface of the display panel 200A and forms a touch surface. As illustrated in FIG. 4A, the cover layer 500 may be wider than the display panel 200A.
  • a backlight unit 200B may be required.
  • the backlight unit 200B is positioned below the display panel 200A and includes a light source to illuminate the display panel 200A to express information having various colors as well as light and dark on the screen. Since the display panel 200A does not emit light as a passive element, a light source having a uniform luminance distribution on the rear surface is required.
  • the backlight unit 200B may include an optical layer 220 for illuminating the display panel 200A.
  • the optical layer 220 will be described in detail with reference to FIG. 4B.
  • the backlight unit 200B may include a cover 240.
  • the cover 240 may be a cover made of metal.
  • the cover layer 500 and the display module 200 may be bent.
  • the deflection changes the distance between the pressure sensors 450 and 460 and the reference potential layer located inside the display module, and detects the change in capacitance caused by the distance change through the pressure sensors 450 and 460.
  • the size of can be detected.
  • the cover 240 may serve as a support for fixing the pressure sensor without relatively bending even when the pressure is applied.
  • the cover 240 may be manufactured separately from the backlight unit 200B and assembled together when the display module is manufactured.
  • the display panel 200A and the backlight unit 200B may include a first air gap 210. This is to protect the display panel 200A and / or the backlight unit 200B from external shock.
  • the first air gap 210 may be configured to be included in the backlight unit 200B.
  • the optical layer 220 and the cover 240 included in the backlight unit 200B may be spaced apart from each other.
  • the second air gap 230 may be formed between the optical layer 220 and the cover 240. It is ensured that the pressure sensors 450 and 460 disposed on the cover 240 do not contact the optical layer 220, and external pressure is applied to the cover layer 500 so that the optical layer 220 and the display panel 200A. And the cover layer 500 are bent, the second air gap 230 is required to prevent the optical layer 220 and the pressure sensors 450 and 460 from contacting and degrading the performance of the optical layer 220. Can be.
  • the touch input device 1000 may further include support parts 251 and 252 so that the display panel 200A, the backlight unit 200B, and the cover layer 500 are combined to maintain a fixed shape.
  • the cover 240 may be integrally formed with the support parts 251 and 252.
  • the support parts 251 and 252 may form part of the backlight unit 200B.
  • the structure and function of the LCD panel 200A and the backlight unit 200B are well known techniques and will be briefly described below.
  • the backlight unit 200B may include several optical parts.
  • 4B illustrates the optical layer 220 of the backlight unit 200B in the touch input device according to the embodiment.
  • 4B illustrates an optical layer 220 in the case of using the LCD panel as the display panel 200A.
  • the optical layer 220 of the backlight unit 200B may include a reflective sheet 221, a light guide plate 222, a diffusion sheet 223, and a prism sheet 224.
  • the backlight unit 200B may include a light source (not shown) disposed on the rear and / or side surfaces of the light guide plate 222 in the form of a linear light source or a point light source. .
  • the light guide plate 222 may serve to convert light from a light source (not shown), which is generally in the form of a linear light source or a point light source, into a surface light source to be directed toward the LCD panel 200A.
  • a light source not shown
  • a surface light source to be directed toward the LCD panel 200A.
  • the reflective sheet 221 may be formed of a material having a high reflectance and positioned under the light guide plate 222 so that the lost light can be reincident to the light guide plate 222.
  • the diffuser sheet 223 diffuses light incident from the light guide plate 222. For example, since light scattered by the pattern of the light guide plate 222 directly enters the eye, the pattern of the light guide plate 222 may be reflected as it is. Even this pattern can be clearly detected even after mounting the LCD panel 200A, the diffusion sheet 224 may serve to cancel the pattern of the light guide plate 222.
  • a prism sheet 224 may be included to refocus the light to improve light brightness.
  • the prism sheet 224 may be configured to include a horizontal prism sheet and a vertical prism sheet, for example.
  • the backlight unit 200B according to the embodiment may include a configuration different from the above-described configuration according to the change, development, and / or embodiment of the technology, and may further include an additional configuration in addition to the above-described configuration.
  • the backlight unit 200B according to the embodiment may include, for example, a protection sheet on the upper portion of the prism sheet 224 in order to protect the optical configuration of the backlight unit 200B from contamination due to external impact or foreign material inflow. It may contain more.
  • the backlight unit 200B may further include a lamp cover according to the embodiment in order to minimize light loss from the light source.
  • the backlight unit 200B may be formed so that the light guide plate 222, the diffusion sheet 223, the prism sheet 224, and the lamp (not shown), which are the main components of the backlight unit 200B, may be accurately matched to the allowable dimensions. It may further include a frame (frame) to maintain the form. In addition, each of the foregoing configurations may consist of two or more separate parts.
  • an additional air gap may be present between the light guide plate 222 and the reflective sheet 221. Accordingly, the lost light from the light guide plate 222 to the reflective sheet 221 may be reincident to the light guide plate 222 through the reflective sheet 221.
  • a double adhesive tape may be included at an edge between the light guide plate 222 and the reflecting plate 221 so as to maintain the additional air gap.
  • the backlight unit 200B and the display module including the same may include an air gap such as the first air gap 210 and / or the second air gap 230.
  • an air gap may be included between the plurality of layers included in the optical layer 220.
  • an air gap may be included in the structure.
  • 4C is a cross-sectional view of a second example touch input device to which a pressure sensor and a pressure detection module according to an embodiment of the present invention may be applied.
  • 4C illustrates a cross-sectional view of the touch input device 1000 further including the substrate 300 as well as the display module 200.
  • the substrate 300 may include, for example, a circuit board for operating the touch input device 1000 together with the second cover 320 which is the outermost mechanism of the touch input device 1000. And / or a housing that encloses the mounting space 310 in which the 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
  • a circuit board and / or a battery for operating the display module 200 and the touch input device 1000 may be separated through the substrate 300, and electrical noise generated in the display module 200 may be blocked.
  • the substrate 300 may be referred to as a mid-frame in the touch input device 1000.
  • the cover layer 500 may be formed wider than the display module 200, the substrate 300, and the mounting space 310, and thus the second cover 320 may be formed in the display module 200.
  • the second cover 320 may be formed to surround the mounting space 310 in which the substrate 300 and the circuit board are located.
  • a pressure sensor 440 may be included between the display module 200 and the substrate 300.
  • the touch sensor panel 100 is not separately illustrated as in FIG. 4A, but the touch input device 1000 according to the embodiment may detect the touch position through the touch sensor panel 100. In some embodiments, at least a part of the touch sensor may be included in the display panel 200A.
  • the pressure sensor 440 may be attached on the substrate 300, may be attached on the display module 200, or may be attached on the display module 200 and the substrate 300.
  • the pressure sensor 440 is disposed inside the display module 200 or between the display module 200 and the substrate 300.
  • the electrodes 450 and 460 included in the 440 may be made of an opaque material as well as a transparent material.
  • the electrodes 450 and 460 included in the pressure sensor 440 are referred to as pressure sensors.
  • 5A and 5B illustrate a relative distance between the pressure sensor of the first example included in the touch input device and the reference potential layer, and a case where pressure is applied thereto.
  • the pressure sensors 450 and 460 may be attached on the cover 240 that may constitute the backlight unit 200B.
  • the pressure sensors 450 and 460 and the reference potential layer 600 may be spaced apart from each other by a distance d.
  • the reference potential layer 600 and the pressure sensors 450 and 460 may be spaced apart from each other with a spacer layer (not shown) therebetween.
  • the spacer layer may include the first air gap 210 and the second air gap 230 included in the manufacturing of the display module 200 and / or the backlight unit 200B as described with reference to FIGS. 4A and 4B. ) And / or additional air gaps.
  • the display module 200 and / or the backlight unit 200A includes one air gap
  • the corresponding air gap may function as a spacer layer.
  • the plurality of air gaps may include the plurality of air gaps. The gap may integrally perform the function of the spacer layer.
  • the spacer layer may be positioned between the reference potential layer 600 and the pressure sensors 450 and 460. Accordingly, when the pressure is applied to the cover layer 500, the reference potential layer 600 may be bent to reduce the relative distance between the reference potential layer 600 and the pressure sensors 450 and 460.
  • the spacer layer may be implemented with an air gap.
  • the spacer layer may be made of an impact absorbing material according to an embodiment.
  • the shock absorbing material may include a sponge and a graphite layer.
  • the spacer layer may be filled with a dielectric material in accordance with an embodiment.
  • the spacer layer may be formed by a combination of an air gap, an impact absorbing material, and a dielectric material.
  • the display module 200 may be bent or pressed in response to a touch applying a pressure.
  • the display module may be bent or pressed to indicate the largest deformation at the location of the touch.
  • the position showing the largest deformation when the display module is bent or pressed may not coincide with the touch position, but the display module may be bent or pressed at least in the touch position.
  • the touch position is close to the edge and the edge of the display module, the position where the display module is bent or pressed the greatest may be different from the touch position.
  • the edges or edges of the display module may hardly bend depending on the touch.
  • the display module 200 may be bent or pressed according to the application of pressure, thereby maintaining the air gaps 210 and 230 and / or the spacer layer 420.
  • the configuration disposed on the rim double-sided adhesive tape, adhesive tape 430, support parts 251, 252, etc.
  • the configuration disposed on the rim may be made of an inelastic material. That is, the touch pressure may be detected through the bending of the display module 200 even when the configuration disposed at the rim to maintain the air gaps 210 and 230 and / or the spacer layer 420 is not compressed or pressed.
  • the cover layer 500, the display panel 200A, and / or the backlight unit 200B are bent or pressed when the touch input device 1000 is touched due to the spacer layer as shown in FIG. 4B.
  • the cover 240 disposed below the spacer layer may reduce bending or crushing.
  • there is no bending or pressing of the cover 240 but this is only an example, and there may be bending or pressing even at the bottom of the cover 240 to which the pressure sensors 450 and 460 are attached. The degree can be relaxed.
  • the spacer layer may be implemented with an air gap.
  • the spacer layer may be made of an impact absorbing material according to an embodiment.
  • the spacer layer may be filled with a dielectric material according to an embodiment.
  • FIG. 5B illustrates the case where pressure is applied in the structure of FIG. 5A.
  • the reference potential layer 600 is configured to be bent more than the cover 240 to which the pressure sensors 450 and 460 are attached. The size of can be detected.
  • first and second electrodes 450 and 460 are included as pressure sensors 450 and 460 for pressure detection.
  • mutual capacitance may be generated between the first electrode 450 and the second electrode 460.
  • any one of the first electrode 450 and the second electrode 460 may be a driving electrode and the other may be a receiving electrode.
  • the driving signal may be applied to the driving electrode and the sensing signal may be obtained through the receiving electrode.
  • mutual capacitance may be generated between the first electrode 450 and the second electrode 460.
  • the reference potential layer 600 may have any potential to cause a change in the mutual capacitance generated between the first electrode 450 and the second electrode 460.
  • the reference potential layer 600 may be a ground layer having a ground potential.
  • the reference potential layer 600 may be any ground layer included in the display module.
  • the reference potential layer 600 may be a ground potential layer included in the manufacture of the touch input device 1000.
  • the display panel 200A illustrated in FIGS. 2A to 2C may include an electrode (not shown) for shielding noise between the first polarization layer 271 and the first substrate 261.
  • the electrode for shielding may be composed of ITO and may serve as a ground.
  • the reference potential layer 600 may include a plurality of common electrodes included in the display panel 200A. In this case, the potential of the common electrode may be a reference potential.
  • the cover layer 500 When pressure is applied to the cover layer 500 when an object is touched, at least a portion of the cover layer 500, the display panel 200A, and / or the backlight unit 200B are bent, and thus the reference potential layer 600 and the first electrode are bent.
  • the relative distance between the 450 and the second electrode 460 may be closer from d to d '.
  • the value of the mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 May decrease.
  • the fringe capacitance of the mutual capacitance is not only the object but also the reference potential layer 600. This is because it is also absorbed.
  • the change in mutual capacitance may be simply due to the change in distance d-d 'between the reference potential layer 600 and the electrodes 450 and 460.
  • the pressure sensor 440 includes the first electrode 450 and the second electrode 460 and detects the pressure from the change in mutual capacitance between the two is described.
  • the pressure sensor 440 may be configured to include only one of the first electrode 450 and the second electrode 460 (eg, the first electrode 450).
  • 5C and 5D illustrate the relative distance between the pressure sensor of the second example included in the touch input device and the reference potential layer, and a case where pressure is applied thereto.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected by detecting a self capacitance between the first electrode 450 and the reference potential layer 600.
  • a driving signal is applied to the first electrode 450 and a touch signal is received by detecting a change in the magnetic capacitance between the first electrode 450 and the reference potential layer 600 by receiving a reception signal from the first electrode 450.
  • the size of can be detected.
  • the magnitude of the touch pressure may be detected from a change in capacitance between the first electrode 450 and the reference potential layer 600 caused by a change in distance between the reference potential layer 600 and the first electrode 450. have. Since the distance d decreases as the touch pressure increases, the capacitance between the reference potential layer 600 and the first electrode 450 may increase as the touch pressure increases.
  • the thicknesses of the first electrode 450 and / or the second electrode 460 are shown to be relatively thick and are directly attached to the cover 240, but this is for convenience of description.
  • the first electrode 450 and / or the second electrode 460 may be attached to the cover 240 as a pressure sensor 440 in the form of an integrated sheet, and the thickness thereof may be relatively small. Can be.
  • the display module 200 may be disposed between the display module 200 and the substrate 300.
  • the pressure sensor 440 may be attached to the bottom of the display module 200, in which case the reference potential layer 600 may be any potential located inside the substrate 300 or the display module 200. It may be a layer.
  • the pressure sensor 440 may be attached to the substrate 300, and in this case, the reference potential layer 600 may be any potential located inside the display module 200 or the display module 200. It may be a layer.
  • FIG. 5E illustrates the placement of the pressure sensor of the third example included in the touch input device.
  • the first electrode 450 may be disposed on the substrate 300, and the second electrode 460 may be disposed below the display module 200.
  • a separate reference potential layer may not be required.
  • the distance between the display module 200 and the substrate 300 may change, and accordingly, the distance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may vary.
  • the capacitance can be increased.
  • the magnitude of the touch pressure can be detected from the capacitance change.
  • each of the first electrode 450 and the second electrode 460 is manufactured to be included in the first pressure sensor 440-1 and the second pressure sensor 440-2 to be attached to the touch input device 1000. Can be.
  • FIG. 6A is a cross-sectional view of a portion of a touch input device in which a pressure sensor 440 is attached to the touch input device according to the first method.
  • the pressure sensor 440 is shown attached to the substrate 300, the display module 200, or the cover 240.
  • an adhesive tape 430 having a predetermined thickness may be formed along the edge of the pressure sensor 440 to maintain the spacer layer 420.
  • the adhesive tape 430 is formed on all the edges of the pressure sensor 440 (for example, four sides of a quadrilateral), but the adhesive tape 430 is partially formed (for example, the edges of the pressure sensor 440). Three sides of a quadrilateral shape). In this case, as shown in FIG. 6B, the adhesive tape 430 may not be formed in a region including the electrodes 450 and 460.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are predetermined with the substrate 300 or the display module 200. May be spaced apart.
  • the adhesive tape 430 may be formed on an upper surface of the substrate 300, a lower surface of the display module 200, or a surface of the cover 240.
  • the adhesive tape 430 may be a double-sided adhesive tape. In FIG. 6B, only one pressure electrode of the electrodes 450 and 460 is illustrated.
  • FIG. 6C is a cross-sectional view of a portion of a touch input device in which a pressure sensor is attached to the touch input device according to the second method.
  • the pressure sensor 440 is positioned on the substrate 300, the display module 200, or the cover 240, and then the pressure sensor 440 is attached to the substrate 300, the display module 200 with an adhesive tape 431. ) Or to the cover 240.
  • the adhesive tape 431 may contact at least a portion of the pressure sensor 440 and at least a portion of the substrate 300, the display module 200, or the cover 240.
  • the adhesive tape 431 is shown extending from the top of the pressure sensor 440 to the exposed surface of the substrate 300, display module 200, or cover 240.
  • the adhesive tape 431 may have an adhesive force only on the side of the surface in contact with the pressure sensor 440. Therefore, the upper surface of the adhesive tape 431 in Figure 6c may not have the adhesive force.
  • the pressure sensor 440 even if the pressure sensor 440 is fixed to the substrate 300, the display module 200, or the cover 240 through the adhesive tape 431, the pressure sensor 440 and the substrate 300 may be fixed.
  • a predetermined space that is, an air gap, may exist between the display module 200 or the cover 240.
  • This air gap in FIG. 6C may also function as the spacer layer 420 for detecting touch pressure.
  • 7A to 7E illustrate pressure electrode patterns included in a pressure sensor for detecting pressure according to an embodiment of the present invention.
  • 7A to 7C illustrate patterns of the first electrode 450 and the second electrode 460 included in the pressure sensor 440.
  • the pressure sensor 440 having the pressure electrode pattern illustrated in FIGS. 7A to 7C may be formed on the cover 240, the substrate 300, or the inner or lower surface of the display module 200.
  • the capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may vary depending on the distance between the electrode layer including the first electrode 450 and the second electrode 460 and the reference potential layer 600. .
  • the first electrode 450 and the first electrode 450 are generated to generate a capacitance range necessary for increasing the detection accuracy. It is necessary to form the pattern of the second electrode 460. As the area where the first electrode 450 and the second electrode 460 face each other or the length thereof is large, the generated capacitance may be increased. Therefore, the size, length and shape of the facing area between the first electrode 450 and the second electrode 460 may be adjusted according to the required capacitance range.
  • FIGS. 7A to 7C illustrate a case in which the first electrode 450 and the second electrode 460 are formed on the same layer, and the lengths of the first electrode 450 and the second electrode 460 facing each other are relatively long.
  • the case where the pressure electrode is formed is illustrated.
  • the pattern of pressure electrodes 450, 460 illustrated in FIGS. 7A-7C can be used to detect pressure on the principle as described in FIGS. 5A and 5B.
  • An electrode pattern as illustrated in FIG. 7D may be used to detect pressure on the principle as described in FIGS. 5C and 5D.
  • the pressure electrode does not need to have a comb shape or a trident shape necessary to increase the mutual capacitance variation detection accuracy, and may have a plate (eg, square plate) shape as illustrated in FIG. 7D.
  • An electrode pattern as illustrated in FIG. 7E can be used to detect pressure on the principle as described in FIG. 5E.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 may be disposed to be orthogonal to each other to improve sensitivity of sensing a change in capacitance.
  • 8A and 8B show the relationship between the magnitude of touch pressure and the saturation area in the touch input device to which the pressure sensor 440 according to the present invention is applied.
  • 8A and 8B a case in which the pressure sensor 440 is attached to the substrate 300 is illustrated, but the following description will be provided with the pressure sensor 440 formed in the display module 200 or the display module 200, the cover ( 240) or in the case where the FPCB is attached or formed directly.
  • the distance between the pressure sensor 440 and the substrate 300 at a predetermined position may reach a state that is no longer close.
  • This state is hereinafter referred to as 'saturation state'.
  • 'saturation state' For example, as illustrated in FIG. 8A, when the touch input device 1000 is pressed by the force f, the pressure sensor 440 and the substrate 300 are in contact with each other so that the distance may not be closer.
  • the area in which the pressure sensor 440 and the substrate 300 contact each other may be represented by a.
  • the area in the saturation state where the distance between the substrate 300 and the pressure sensor 440 is no longer close may be increased.
  • an area in which the pressure sensor 440 and the substrate 300 contact each other may be larger.
  • an area where the pressure sensor 440 contacts the substrate 300 may be represented by A.
  • the mutual capacitance between the first electrode 450 and the second electrode 460 may decrease. It will be described below to calculate the size of the touch pressure according to the change in capacitance according to the change in distance, which may include calculating the size of the touch pressure in accordance with the change of the saturation area in the saturation state.
  • the magnitude of the touch pressure may be calculated according to the change in the saturation area in the saturation state where the distance between the pressure sensor 440 and the ground layer or the reference potential layer 600 can no longer be close.
  • the top surface of the substrate 300 may also have a ground potential for noise shielding.
  • FIG 9 illustrates a cross section of a portion of a pressure sensor attached to a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9A illustrates a cross section when the pressure sensor 440 including the pressure electrodes 450 and 460 is attached on the substrate 300 or the display module 200.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are positioned between the first insulating layer 470 and the second insulating layer 471, so that the pressure electrodes 450 and 460 are disposed on the substrate 300 or the display module ( Short circuit 200) can be prevented.
  • the substrate 300 or the display module 200 to which the pressure electrodes 450 and 460 are attached may not exhibit a ground potential or may exhibit a weak ground potential. have.
  • the touch input device 1000 may further include a ground electrode (not shown) between the substrate 300 or the display module 200 and the insulating layer 470.
  • another insulating layer (not shown) may be further included between the ground electrode and the substrate 300 or the display module 200.
  • the ground electrode (not shown) may prevent the size of the capacitance generated between the first electrode 450 and the second electrode 460, which are pressure electrodes, from becoming too large.
  • FIG. 9A illustrates a case in which the first electrode 450 and the second electrode 460 included in the pressure sensor 440 are formed on the same layer.
  • Each of the first electrode 450 and the second electrode 460 illustrated in FIG. 9A may include a plurality of electrodes having a rhombic shape as illustrated in FIG. 13A.
  • the plurality of first electrodes 450 are connected to each other in the first axis direction
  • the plurality of second electrodes 460 are connected to each other in the second axis direction perpendicular to the first axis direction.
  • Each of at least one of the 450 and the second electrode 460 may have a plurality of diamond-shaped electrodes connected through a bridge such that the first electrode 450 and the second electrode 460 are insulated from each other.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 illustrated in FIG. 9A may be configured as electrodes of the type shown in FIG. 13B.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 may be disposed in the display module 200.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 of the pressure sensor 440 may be implemented in different layers to form an electrode layer according to the embodiment.
  • FIG. 9B illustrates a cross section when the first electrode 450 and the second electrode 460 are implemented in different layers.
  • the first electrode 450 is formed on the first insulating layer 470
  • the second electrode 460 is formed on the first electrode 450. May be formed on layer 471.
  • the second electrode 460 may be covered with a third insulating layer 472. That is, the pressure sensor 440 may include the first insulating layer 470 to the third insulating layer 472, the first electrode 450, and the second electrode 460.
  • first electrode 450 and the second electrode 460 are positioned on different layers, they may be implemented to overlap each other.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 may be formed similar to the pattern of the driving electrode TX and the receiving electrode RX arranged in the structure of MxN, as shown in FIG. 13C.
  • M and N may be one or more natural numbers.
  • a rhombic first electrode 450 and a second electrode 460 may be located on different layers.
  • FIG. 9C illustrates a cross section when the pressure sensor 440 includes only the first electrode 450.
  • the pressure sensor 440 including the first electrode 450 may be disposed on the substrate 300 or the display module 200.
  • the first electrode 450 may be disposed as illustrated in FIG. 12D.
  • the first electrode 450 may be disposed in the display module 200.
  • FIG. 9D illustrates a second pressure sensor 440-attached with a first pressure sensor 440-1 including the first electrode 450 on the substrate 300 and including a second electrode 460.
  • An example in which 2) is attached to the display module 200 is illustrated.
  • the first pressure sensor 440-1 including the first electrode 450 may be disposed on the substrate 300.
  • the second pressure sensor 440-2 including the second electrode 460 may be disposed on the bottom surface of the display module 200.
  • the second electrode 460 may be disposed in the display module 200.
  • the pressure sensor 440 in FIG. 9 represents the substrate 300.
  • a ground electrode (not shown) may be further included below the first insulating layers 470, 470-1, and 470-2 to be in contact with the display module 200 or the cover 240.
  • the pressure sensor 440 may further include an additional insulating layer (not shown) positioned to face the first insulating layers 470, 470-1, and 470-2 with a ground electrode (not shown) therebetween. Can be.
  • the pressure sensor 440 according to the embodiment of the present invention applies pressure to the lower surface of the touch input device 1000. In the same way, the touch pressure can be sensed.
  • the display module 200 or the substrate 300 may be bent or pressed to calculate the magnitude of the touch pressure. 4 to 9, the display module 200 and the substrate 300 to which pressure is directly applied through the object 500 in order to explain the distance change between the reference potential layer 600 and the pressure sensor 440.
  • the display module 200 is shown to be bent or pressed, in reality, a member to which pressure is not directly applied through the object 500 is also bent or pressed together.
  • the pressure sensor 440 attached to the touch input device may also be bent or pressed.
  • the display module 200 or the substrate 300 is returned to its original state. Accordingly, the pressure sensor 440 attached to the touch input device is also in the original form. Should be able to maintain.
  • the pressure sensor 440 is difficult to maintain its original shape, it may be difficult to attach the pressure sensor 440 to the touch input device. Therefore, it is preferable that the pressure sensor 440 has rigidity that can maintain its original shape.
  • the stiffness is low and the thickness thereof is several um. Since it is not too much, it is difficult to maintain the original shape of the pressure sensor 440 only with the pressure electrodes 450 and 460. Accordingly, it is preferable that the first insulating layer 470 or the second insulating layer 471 disposed above or below the pressure electrodes 450 and 460 have rigidity capable of maintaining the original shape of the pressure sensor 440. Do.
  • the pressure sensor 440 may include an electrode layer and support layers 470b and 471b.
  • the electrode layer may include pressure electrodes 450 and 460 including the first electrode 450 and the second electrode 460.
  • the pressure sensor 440 may be disposed between the first electrode 450 and the second electrode 460 that change according to a change in the relative distance between the reference potential layer 600 and the electrode layer spaced apart from the pressure sensor 440. It can be used to detect a change in capacitance.
  • the electrode layer may be composed of pressure electrodes 450 and 460 including only one electrode. In this case, the pressure sensor 440 may change the capacitance between the electrode layer and the reference potential layer 600 which change according to a change in the relative distance between the reference potential layer 600 and the electrode layer spaced apart from the pressure sensor 440. Can be used to detect.
  • the reference potential layer 600 spaced apart from the pressure sensor 440 does not have a uniform reference potential according to each input position, or for example, a reference spaced apart from the pressure sensor 440.
  • the distance between the reference potential layer and the electrode layer is not uniform according to the input position with respect to the pressure of the same size, such as when the surface of the potential layer 600 is uneven, the reference potential is spaced apart from the pressure sensor 440.
  • the pressure sensor 440 includes a first electrode layer including the first electrode 450 and a second electrode 460 spaced apart from the first electrode layer. It may include a second electrode layer.
  • the pressure sensor 440 may be used to detect a change in capacitance between the first electrode layer and the second electrode layer, which changes according to a change in the relative distance between the first electrode layer and the second electrode layer.
  • One of the first electrode layer and the second electrode layer may be a reference potential layer.
  • An elastic layer 480 having shock absorbing and restoring force may be further included between the first electrode layer and the second electrode layer so as to provide uniformity of the distance change between the first electrode layer and the second electrode layer.
  • the pressure sensor 440 may include a first pressure sensor including a first electrode layer and a first support layer, and a second pressure sensor including a second electrode layer and a second support layer. It may include. In this case, the pressure sensor 440 may be used to detect a change in capacitance between the first electrode layer and the second electrode layer, which changes according to a relative distance change between the first electrode layer and the second electrode layer.
  • the support layers 470b and 471b may maintain the shape of the pressure sensor 440 even when a change in relative distance from the reference potential layer 600 of the pressure sensor 440 such as a resin material, a rigid metal, or paper occurs. It may be formed of a material having a rigid property.
  • the pressure sensor 440 may further include a first insulating layer 470 and a second insulating layer 471.
  • the electrode layer is positioned between the first insulating layer 470 and the second insulating layer 471, and the supporting layers 470b and 471b are at least one of the first insulating layer 470 and the second insulating layer 472. Can be included.
  • the first insulating layer 470 or the second insulating layer 472 may further include electrode cover layers 470a and 471a.
  • the electrode cover layers 470a and 471a may function to insulate the electrode layer and to protect the electrode layer such as to prevent oxidation, scratches, cracks, and the like of the electrode.
  • the electrode cover layers 470a and 471a may be formed or coated with a color-containing material to prevent the pressure sensor 440 from being deteriorated by being exposed to sunlight when the pressure sensor 440 is distributed.
  • the electrode cover layers 470a and 471a may be adhered to the electrode layer or the support layers 470b and 471b with an adhesive, but may be printed or coated.
  • the electrode cover layers 470a and 471a may also be formed of a resin material having high rigidity, but because the thickness thereof is only a few um, it is difficult to maintain the pressure sensor 440 of about 100 um in its original form.
  • the pressure sensor 440 may have an adhesive layer 430 and a protective layer 435 outside the first insulating layer 470 or the second insulating layer 471. It may further include.
  • the adhesive layer 430 is described as being configured separately from the pressure sensor 440, but may be included in the pressure sensor 440 and manufactured in one configuration.
  • the protective layer 435 functions to protect the adhesive layer 430 before the pressure sensor 440 is attached to the touch input device. When the pressure sensor 440 is attached to the touch input device, the protective layer 435 is provided. The pressure sensor 440 may be attached to the touch input device by using the adhesive layer 430.
  • the electrode cover layers 470a and 471a may not be formed on the side where the support layers 470b and 471b are formed.
  • the support layers 470b and 471b are formed of a resin material or paper, the electrode layers can be insulated and protected.
  • the support layers 470b and 471b may also be formed or coated with a color-containing material.
  • the thickness of either the first insulating layer 470 or the second insulating layer 471 may be smaller than the thickness of the other.
  • the capacitance C is inversely proportional to the distance d between the electrode layer and the reference potential layer 600, as shown in FIG. 3I, the closer the distance between the electrode layer and the reference potential layer 600 is for the same distance change. The amount of change in capacitance becomes larger, and precise pressure detection is facilitated.
  • the pressure sensor 440 is attached to the touch input device including the cover 240, the substrate 300, and / or the display module 200, but the first insulating layer 470 or the second insulating layer 471 is attached to the touch input device.
  • the thickness of the insulating layer positioned near the reference potential layer 600 may be smaller than the thickness of the insulating layer positioned far from the reference potential layer 600.
  • only one of the first insulating layer 470 or the second insulating layer 471 may include the support layers 470b and 471b. Specifically, in the state where the pressure sensor 440 is attached to the touch input device, only the insulating layer located at a position far from the reference potential layer 600 among the first insulating layer 470 and the second insulating layer 471 is supported. 470b and 471b.
  • the first pressure sensor 440-1 is attached to the substrate 300 and the second pressure sensor 440-2 is attached to the display module 200.
  • the thickness of the second insulating layer 471-1 which is an insulating layer close to the second electrode 460 among the first insulating layer 470-1 and the second insulating layer 471-1, is equal to the first insulating layer ( 470-1 and smaller than the thickness of the fourth insulating layer 471-2, which is an insulating layer closer to the first electrode 450 among the third and fourth insulating layers 470-2 and 471-2.
  • the thickness may be smaller than the third insulating layer 470-2, and preferably, only the first insulating layer 470-1 and the third insulating layer 470-2 may include the support layer 470b.
  • the pressure sensor 440 includes a first electrode layer including the first electrode 450 and a second electrode layer including a second electrode 460 spaced apart from the first electrode layer.
  • the thickness of either the first insulating layer 470 or the second insulating layer 471 may be smaller than the thickness of the other.
  • the pressure sensor 440 is attached to the touch input device including the substrate 300 and the display module 200, and one surface and the display module of the substrate 300 facing the substrate 300 and the display module 200.
  • the pressure sensor 440 is attached to any one surface of the 200, and the pressure sensor 440 is attached to the first insulating layer 470 or the second insulating layer 471 while the pressure sensor 440 is attached to the touch input device.
  • the thickness of the insulating layer located at a position close to the one surface may be smaller than the thickness of the insulating layer located at a position far from the one surface to which the pressure sensor 440 is attached.
  • only one of the first insulating layer 470 or the second insulating layer 471 may include the support layers 470b and 471b.
  • the insulation is located at a position far from one surface of the first insulating layer 470 and the second insulating layer 471 to which the pressure sensor 440 is attached. Only the layer may include support layers 470b and 471b.
  • the pressure sensor 440 illustrated in FIG. 3E is attached to the cover 240, the substrate 300, or the display module 200 to the side where the adhesive layer 430 is formed, and is formed on the side of the member on which the pressure sensor 440 is not attached.
  • the pressure sensor 440 used in the form of detecting the magnitude of the pressure in accordance with the change in the distance between the reference potential layer 600 and the electrode layer is a cover (side) formed on the adhesive layer 430 240 is attached to the substrate 300 or the display module 200, in the form of detecting the magnitude of the pressure in accordance with the change in the distance between the reference potential layer 600 and the electrode layer formed on the member side to which the pressure sensor 440 is attached.
  • the pressure sensor 440 and the support layer 470b are accordingly changed. 471b) is limited.
  • the thickness of the pressure sensor 440 is 50 um. It is recommended to have a value between ⁇ 450um. If the thickness of the pressure sensor 440 is smaller than 50 um, the thickness of the support layers 470b and 471b having a relatively high rigidity is also reduced, so that the pressure sensor 440 is difficult to maintain its original shape.
  • the thickness of the pressure sensor 440 is larger than 450 um, the distance between the pressure sensor 440 and the substrate 300 which is the reference potential layer becomes too small to be 50 um or less, which makes it difficult to measure a wide range of pressure.
  • the support layers 470b and 471b be made of a resin material in order to satisfy reliability with little change in appearance and characteristics in harsh conditions of 85 to -40 degrees Celsius and humidity of 85%.
  • the support layers 470b and 471b may be formed of polyimide (PI) or polyethylene terephthalate (PET).
  • PI polyimide
  • PET polyethylene terephthalate
  • cost may be lower than that of polyimide.
  • the material forming the support layers 470b and 471b may be determined in consideration of reliability as well as cost.
  • the change in capacitance generated in the pressure electrodes 450 and 460 is sensed. Needs to be. Therefore, a driving signal needs to be applied to the driving electrode of the first electrode 450 and the second electrode 460, and a touch pressure must be calculated from the change amount of capacitance by acquiring a detection signal from the receiving electrode.
  • a pressure detection device in the form of a pressure sensing IC for the operation of pressure detection.
  • the pressure detection module (not shown) according to the embodiment of the present invention may be configured to include such a pressure detection device as well as the pressure sensor 440 for pressure detection.
  • the area and volume of the touch input device 1000 may increase. Can be.
  • the touch input device 1000 applies a driving signal for pressure detection to the pressure sensor 440 by using a touch detection device for operating the touch sensor panel 100 and from the pressure sensor 440.
  • the touch pressure may be detected by receiving a detection signal.
  • the first electrode 450 is a driving electrode and the second electrode 460 is a receiving electrode.
  • the first electrode 450 receives a driving signal from the driving unit 120 and the second electrode 460 detects the second electrode 460.
  • the signal may be transmitted to the sensing unit 110.
  • the controller 130 performs scanning of the pressure sensor simultaneously with scanning of the touch sensor panel 100, or the controller 130 performs time division to perform scanning of the touch sensor panel 100 in a first time section.
  • the control signal may be generated to perform the scanning of the pressure detection in the second time interval different from the first time interval.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 should be electrically connected to the driving unit 120 and / or the sensing unit 110.
  • the touch detection device for the touch sensor panel 100 is generally formed as one of the touch sensing ICs 150 on one end of the touch sensor panel 100 or on the same plane as the touch sensor panel 100.
  • the pressure electrodes 450 and 460 included in the pressure sensor 440 may be electrically connected to the touch detection device of the touch sensor panel 100 by any method.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be connected to the touch detection device through a connector using the second PCB 210 included in the display module 200.
  • the conductive traces 461 electrically extending from the first electrode 450 and the second electrode 460 may be electrically connected to the touch sensing IC 150 through the second PCB 210 or the like.
  • 10A and 10B illustrate a case in which a pressure sensor 440 including pressure electrodes 450 and 460 is attached to a lower surface of the display module 200.
  • the display module 200 includes a second PCB 210 in which a circuit for operating the display panel is mounted on a portion of the lower surface.
  • FIG. 10A illustrates that the pressure sensor 440 is attached to the lower surface of the display module 200 such that the first electrode 450 and the second electrode 460 are connected to one end of the second PCB 210 of the display module 200.
  • the first electrode 450 and the second electrode 460 may be connected to one end of the second PCB 210 by using a double-sided conductive tape.
  • a double-sided conductive tape may be used rather than using a separate connector. Connecting the first electrode 450 and the second electrode 460 to one end of the second PCB 210 is effective because the thickness can be reduced.
  • a conductive pattern may be printed on the second PCB 210 to electrically connect the pressure electrodes 450 and 460 to a required configuration such as the touch sensing IC 150. Detailed description thereof will be described with reference to FIGS. 11A to 11C.
  • the attachment method of the pressure sensor 440 including the pressure electrodes 450 and 460 illustrated in FIG. 10A may be similarly applied to the substrate 300 and the cover 240.
  • FIG. 10B illustrates a case in which the pressure sensor 440 including the first electrode 450 and the second electrode 460 is integrally formed on the second PCB 210 of the display module 200 without being manufactured separately.
  • a predetermined area 211 is allocated to the second PCB so that the first electrode 450 and the second electrode 460 as well as a circuit for operating the display panel in advance. Up to patterns can be printed.
  • the second PCB 210 may be printed with a conductive pattern that electrically connects the first electrode 450 and the second electrode 460 to a required configuration such as the touch sensing IC 150.
  • 11A through 11C illustrate a method of connecting the pressure electrodes 450 and 460 included in the pressure sensor 440 to the touch sensing IC 150.
  • the touch detection device of the touch sensor panel 100 may include the first PCB 160 for the touch sensor panel 100. A case in which the integrated circuit is integrated in the touch sensing IC 150 mounted in FIG.
  • FIG. 11A illustrates an example in which the pressure electrodes 450 and 460 included in the pressure sensor 440 attached to the display module 200 are connected to the touch sensing IC 150 through the first connector 121.
  • the touch sensing IC 150 is connected to the second PCB 210 for the display module 200 through the first connector 121.
  • the second PCB 210 may be electrically connected to the main board through the second connector 224. Accordingly, the touch sensing IC 150 may exchange a signal with a CPU or an AP for operating the touch input device 1000 through the first connector 121 and the second connector 224.
  • FIG. 11A illustrates that the pressure sensor 440 is attached to the display module 200 in the manner illustrated in FIG. 10B, but may also be applied when the pressure sensor 440 is attached in the manner illustrated in FIG. 10A.
  • a conductive pattern may be printed on the second PCB 210 so that the pressure electrodes 450 and 460 may be electrically connected to the touch sensing IC 150 through the first connector 121.
  • the pressure electrodes 450 and 460 included in the pressure sensor 440 attached to the display module 200 are connected to the touch sensing IC 150 through the third connector 473.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are connected to the main board for the operation of the touch input device 1000 through the third connector 473 and later connect the second connector 224 and the first connector 121. It may be connected to the touch sensing IC 150 through.
  • Pressure electrodes 450 and 460 may be printed on an additional PCB separate from second PCB 210.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are attached to the touch input device 1000 in the form of the pressure sensor 440 as illustrated in FIGS. 3A to 3H to conduct conductive traces from the pressure electrodes 450 and 460. The back may be extended to be connected to the motherboard through the connector 473.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are directly connected to the touch sensing IC 150 through the fourth connector 474.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be connected to the first PCB 160 through the fourth connector 474.
  • a conductive pattern may be printed on the first PCB 160 to electrically connect the fourth connector 474 to the touch sensing IC 150.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be connected to the touch sensing IC 150 through the fourth connector 474.
  • the pressure electrodes 450 and 460 may be printed on an additional PCB separated from the second PCB 210.
  • the second PCB 210 and the additional PCB may be insulated so as not to short-circuit each other.
  • the pressure electrodes 450 and 460 are attached to the touch input device 1000 in the form of the pressure sensor 440 as illustrated in FIGS. 3A to 3H to conduct conductive traces from the pressure electrodes 450 and 460.
  • the back may be extended to be connected to the first PCB 160 through the connector 474.
  • connection method of FIGS. 11B and 11C may be applied to a case in which the pressure sensor 440 including the pressure electrodes 450 and 460 is formed on the substrate 300 or the cover 240 as well as the lower surface of the display module 200. have.
  • the touch sensing IC 150 has been described assuming a chip on film (COF) structure formed on the first PCB 160.
  • COF chip on film
  • COB chip on board
  • the pressure electrodes 450 and 460 in which the first electrode 450 constitutes one channel as the driving electrode and the second electrode 460 constitutes one channel as the receiving electrode have been described.
  • the driving electrode and the receiving electrode may constitute a plurality of channels, respectively, according to the embodiment.
  • the driving electrode and the receiving electrode constitute a plurality of channels, the accuracy of the detection of the pressure on the touch can be improved and the multiple pressure detection on the multi touch can be possible.
  • FIG. 12A to 12D illustrate the case where the pressure electrode of the present invention constitutes a plurality of channels.
  • FIG. 12A a case in which each of the first electrodes 450-1 and 450-2 and the second electrodes 460-1 and 460-2 constitute two channels is illustrated.
  • 12A illustrates that the first electrodes 450-1 and 450-2 and the second electrodes 460-1 and 460-2 constituting two channels are all included in one pressure sensor 440.
  • FIG. 12B the first electrode 450 constitutes two channels 450-1 and 450-2, but the second electrode 460 constitutes one channel.
  • FIG. 12C the first electrodes 450-1 to 450-5 and the second electrodes 460-1 to 460-5 each form five channels.
  • all of the electrodes constituting the five channels may be configured to be included in one pressure sensor 440.
  • FIG. 12D a case in which each of the first electrodes 451 to 459 constitutes nine channels and all of them are included in one pressure sensor 440 is illustrated.
  • each of the first and second electrodes 450 and / or 460 may be connected to the touch sensing IC 150. Electrically connected conductive patterns may be formed.
  • the width of the conductive pattern 461 and the distance between the adjacent conductive patterns 461 should be small.
  • Polyimide is preferable to polyethylene terephthalate in order to perform a fine process for forming the conductive pattern 461 having such a small width and spacing.
  • the support layers 470b and 471b of the pressure sensor 440 on which the conductive pattern 461 is formed may be formed of polyimide.
  • a soldering process may be necessary to connect the conductive pattern 461 to the first connector 121.
  • a heat-resistant polyimide is suitable for a relatively thermally weak polyethylene terephthalate in order to perform a soldering process of more than 300 degrees Celsius.
  • the support layers 470b and 471b of the portion where the conductive pattern 461 is not formed are formed of polyethylene terephthalate for cost reduction, and the support layers 470b and 471b of the portion where the conductive pattern 461 are formed are poly It can be formed into a mid.
  • 12A to 12D and 13A to 13D illustrate a case in which the pressure electrode constitutes a singular or plural channels, and the pressure electrode may be configured in the singular or plural channels in various ways.
  • 12A to 12C and 13A to 13D the case in which the pressure electrodes 450 and 460 are electrically connected to the touch sensing IC 150 is not illustrated.
  • the pressure electrodes may be formed in FIGS. 11A to 11C and other methods. 450 and 460 may be connected to the touch sensing IC 150.
  • the first connector 121 or the fourth connector 474 may be a double-sided conductive tape. Specifically, since the first connector 121 or the fourth connector 474 can be disposed between very small intervals, it is effective to use a double-sided conductive tape to reduce the thickness than to use a separate connector.
  • the function of the first connector 121 or the fourth connector 474 may be implemented through a FOF-Flex Bonding method that can realize a thin thickness.
  • the pressure sensor 440 when configured to form a plurality of channels, various methods of detecting the magnitude of the pressure with respect to the touch will be described based on the amount of change in capacitance detected from the plurality of channels.
  • 20A is a flowchart illustrating an example of a method of detecting a magnitude of pressure of a touch using a plurality of channels in a touch input device according to an embodiment of the present invention.
  • the magnitude of the touch pressure is detected based on the sum of the product of the change in capacitance detected in each channel and the SNR improvement scaling factor assigned to each channel (S20).
  • the pressure sensor 440 illustrated in FIG. 13D a value obtained by adding up a change amount of capacitance detected by each of the 15 first electrodes 450 and a product of an SNR improvement scaling factor assigned to each channel is added together.
  • the magnitude of the touch pressure can be detected based on.
  • the pressure is obtained using a single channel by using a sum or an average value of the magnitude (or a corresponding capacitance value) detected from each channel and the product of the SNR improvement scaling coefficients assigned to each channel.
  • the accuracy of pressure magnitude detection can be improved rather than detecting.
  • a difference may occur in the magnitude of the capacitance sensed for the same touch pressure.
  • the amount of change in capacitance sensed by the centrally located pressure electrode may be greater than the amount of change in capacitance sensed by the surrounding pressure electrode.
  • the first method example can be applied to a case where the difference in sensitivity according to the position is negligible or when the difference in sensitivity is compensated by hardware.
  • the second example is a method that can be applied when compensating for such a difference in sensitivity in software.
  • FIG. 14A illustrates a case in which pressure is applied to a predetermined position in the pressure sensor illustrated in FIG. 13D
  • FIG. 14B illustrates a case in which a touch input device is applied when touch pressure is applied to a touch surface corresponding to position A of FIG. 14A
  • 14C is a cross-sectional view illustrating a curved form
  • FIG. 14C is a cross-sectional view illustrating a curved form of the touch input device when a touch pressure is applied to a touch surface corresponding to position C of FIG. 14A.
  • the display module 200 When the touch pressure is applied to the touch surface corresponding to the A position shown in FIG. 14A, that is, when the touch pressure is applied to the center of the display module 200, as shown in FIG. 14B, the display module 200 is displayed. This degree of warpage can be relatively large.
  • the touch pressure is applied to the touch surface corresponding to the position C shown in FIG. 14A, that is, when the touch pressure is applied to the edge of the display module 200, as shown in FIG. 14C, the display module ( 200) may be relatively smaller than the degree of bending. Specifically, as shown in FIGS.
  • the position where the display module 200 bends most when the touch pressure is applied to the center of the display module 200 and the pressure electrode The distance d1 between the 450 may be smaller than the distance d2 between the position where the display module 200 is most curved when the touch pressure is applied to the edge of the display module 200 and the pressure electrode 450.
  • the pressure value is more accurate than detecting the magnitude of the pressure using the sum or average of the magnitude of the pressure detected from each channel or the corresponding capacitance and the SNR improvement scaling factor assigned to each channel.
  • FIG. 20B is a flowchart for explaining another example of a method of detecting a pressure of a touch using a plurality of channels in a touch input device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 15 is a pressure sensor shown in FIG. 13D. Is a diagram for illustrating a sensitivity correction scaling factor assigned to each first electrode in FIG.
  • FIGS. 14B and FIG. 14c when the same pressure is applied, the amount of change in capacitance detected at the center of the display module 200 is displayed because the center of the display module 200 is bent more than the edge of the display module 200. This may be offset by greater than the amount of capacitance change detected at the edge of the module 200. Thus, a more accurate pressure value can be calculated.
  • the total volume change amount is estimated using the distance change value calculated from the capacitance change amount detected in each channel, and the size of the touch pressure is calculated using the change amount.
  • FIG. 16A is a graph illustrating a relationship between the magnitude of pressure applied when the pressure is applied to the position shown in FIG. 14A and the volume change amount of the touch input device
  • FIG. 16B is a volume change amount of the touch input device shown in FIG. 14B
  • 16C is a cross-sectional view illustrating a volume change amount of the touch input device illustrated in FIG. 14C.
  • volume change amount a volume at which the touch input device 1000 is deformed when the touch pressure is applied to the center of the display module 200 is formed at the edge of the display module 200. It may be larger than the volume change amount of the touch input device 1000 when the touch pressure is applied. That is, when the same touch pressure is applied to the touch surfaces corresponding to the A, B, and C positions shown in FIG. 14A, as shown in FIGS. 16A to 16C, the center portion of the display module 200 is shown. The touch input device 1000 when the touch pressure is applied to the C position where the volume change of the touch input device 1000 when the touch pressure is applied to the A position is located at the edge relative to the A position of the display module 200. Is greater than the volume change.
  • the magnitude of the applied pressure and the volume change amount of the touch input device 1000 have a linear relationship. That is, comparing the case where touch pressures of different sizes are applied to any one of A, B, or C positions shown in FIG. 14A, as shown in FIG. 16A, the touch input is proportional to the magnitude of the applied pressure.
  • the volume change amount of the apparatus 1000 changes.
  • the magnitude of the pressure can be detected by estimating the volume change amount of the touch input device 1000.
  • a reference value corresponding to the touch position is stored in a memory (not shown) based on the capacitance detected from each channel.
  • the reference value may be a volume change amount of the touch input device 1000 calculated based on the capacitance detected from each channel.
  • the reference value may be a normalized pressure value having a linear relationship with the volume change amount of the touch input device 1000, or a slope in the graph illustrated in FIG. 16A. This method is repeatedly executed for each touch position, and the reference values for all positions of the entire area of the display module 200 when the predetermined magnitude of pressure is applied are stored in the memory.
  • the reference values may be generated and stored only for the plurality of representative positions spaced at predetermined intervals. For example, 432 volume changes calculated based on each capacitance change detected when 800 g of pressure is applied to each of the 432 (18 X 24) touch positions spaced at equal intervals of the display module 200. Can be stored in memory.
  • the following illustrates a method of detecting the magnitude of the touch pressure using the reference value.
  • FIG. 20C is a flowchart for explaining another example of a method of detecting a pressure of a touch using a plurality of channels in the touch input device according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 17A is a pressure applied to the touch input device
  • 17B is a partial perspective view illustrating a form in which the touch input device is deformed
  • FIG. 17B is a view for explaining a volume change amount of the touch input device when pressure is applied to the touch input device
  • FIG. It is sectional drawing of the drawing shown in FIG. 17B.
  • the value of capacitance detected in each channel depends on the configuration of the pressure electrode or the circuit configuration for sensing the touch pressure, but when touch pressure is applied, a function of the distance change (di) corresponding to each channel shown in FIG. 17C Since it can be expressed as, the distance change di corresponding to each channel can be calculated by inverting the capacitance value detected from each channel.
  • the distance change di corresponding to each channel means a distance at which the surface of the touch input device corresponding to each channel is deformed after the pressure is applied on the basis before the pressure is applied.
  • FIG. 18A illustrates the first electrode 450 as the driving electrode TX and the second electrode 460 as the receiving electrode RX, as shown in FIGS. 13A to 13C.
  • the device for sensing the pressure capacitance 11 between the first electrode 450 and the second electrode 460 An equivalent circuit is illustrated.
  • the relation between the driving signal Vs and the output signal Vo may be expressed as in Equation 1.
  • the capacitance taken into the reference potential layer among the capacitances between the first electrode 450 and the second electrode 460 is a fringing capacitance.
  • the pressure capacitance 11 may be expressed as Equation 2.
  • Co is a fixed capacitance value generated between the first electrode 450 and the second electrode 460 and C fringing is generated by the fringing phenomenon between the first electrode 450 and the second electrode 460.
  • Equation (2) expresses the C fringing value by the distance d and the coefficient ⁇ .
  • the fixed capacitance refers to the capacitance generated by the first electrode 450 and the second electrode 460 regardless of the distance d from the reference potential layer.
  • a driving signal is applied to the first electrode 450 and the magnetic capacitance of the first electrode 450 is configured to detect a received signal from the first electrode 450.
  • the magnitude of the touch pressure is detected from the change of, an equivalent circuit of the device for sensing the capacitance 11 between the first electrode 450 and the reference potential layer is illustrated.
  • the pressure capacitor 11 When the first switch 21 is turned on, the pressure capacitor 11 is charged to the power supply voltage VDD to which one end of the first switch 21 is connected.
  • the third switch 23 When the third switch 23 is turned on immediately after the first switch 21 is turned off, the charge charged in the pressure capacitor 11 may be transferred to the amplifier 31 to obtain an output signal Vo corresponding thereto.
  • the second switch 22 When the second switch 22 is turned on, all the charge remaining in the pressure capacitor 11 is discharged.
  • the third switch 23 When the third switch 23 is turned on immediately after the second switch 22 is turned off, the feedback capacitor 32 is used. Charge can be transferred to the pressure capacitor 11 to obtain an output signal corresponding thereto.
  • the output signal Vo of the circuit shown in FIG. 18B may be expressed by Equation 3 below.
  • ⁇ is the dielectric constant ⁇ o ⁇ r of the material filled between the first electrode 450 and the reference potential layer, and A is the area of the first electrode 450.
  • the capacitance change amount detected in each channel and the distance change di corresponding to each channel may be calculated by inverting the equation (3). Can be.
  • the volume change amount of the touch input device is estimated using the calculated distance change di corresponding to each channel (S4000). Specifically, when the touch pressure is applied, as shown in FIG. 17A, the surface of the touch input device 1000 is deformed, and thus the volume change amount of the touch input device 1000 is changed to the respective amounts shown in FIGS. 17B and 17C. It can be estimated as the sum of the volume change amounts corresponding to the channel. In this case, when the area corresponding to each channel is the same, for example, when the area of each first electrode 450 shown in FIG. 13D is the same, the sum of the volume change amounts corresponding to each channel is equal to each channel. It may be a value obtained by multiplying the area A of one first electrode 450 by the sum of the distance changes di corresponding to.
  • the magnitude of the applied pressure and the volume change amount of the touch input device 1000 have a linear relationship, and thus the estimated touch input device 1000 is estimated.
  • the magnitude of the applied pressure is calculated based on the volume change amount of), the SNR improvement scaling factor assigned to each channel, and the reference value corresponding to the corresponding touch position stored in the memory (S5000).
  • the estimated volume change amount of the touch input device 1000 is 1000 and is a reference value corresponding to the corresponding touch position for a pressure of 800 g.
  • the amount of pressure applied is 400 g.
  • the reference value corresponding to the touch position may be set for each channel.
  • the pressure value is calculated through interpolation of various methods such as linear interpolation and bi-cubic interpolation using the reference value corresponding to the adjacent touch position stored in the memory. can do.
  • FIG. 19A is a view for explaining a case where pressure is applied to the D position of the pressure sensor shown in FIG. 14A
  • FIG. 19B is a view for calculating a pressure value when pressure is applied to the D position shown in FIG. 19A. This is a graph.
  • D The reference value for the position may be estimated by linearly interpolating the reference values of the position A and the position B, as shown in FIG. 19B, that is, taking the intermediate value of the reference value of the position A and the reference value of the position B, and estimated D
  • the reference value of the position may be used to calculate the magnitude of the pressure applied to the D position.
  • FIG. 21A is a graph showing a magnitude of a signal including information on capacitance detected in a channel corresponding to position a in FIG. 17C
  • FIG. 21B is a graph showing capacitance detected in a channel corresponding to position b in FIG. 17C.
  • a magnitude of a signal including information about capacitance detected in the channel corresponding to the a position is detected in the channel corresponding to the b position. It may be greater than the magnitude of the signal containing information about the capacitance being.
  • the capacitance detected in each channel may be changed not only by the pressure applied to the touch input device 1000, but also by various factors such as a change in an electric or magnetic field around the touch input device 1000, a change in temperature, and the like.
  • the change in capacitance caused by factors other than the pressure applied to the touch input device 1000 corresponds to noise to be removed to detect the magnitude of the pressure. As shown in Figs.
  • a signal containing information on the capacitance detected in each channel is detected in the form of the sum of the signal due to the applied pressure and the signal due to the noise.
  • the specific gravity of the signal due to the noise of the signal detected at the position a corresponding to the center portion of the display module which is the pressure applied position occupies the specific gravity of the signal due to noise
  • the signal due to noise is the weight of the signal due to pressure among the signals detected at the b position corresponding to the edge of the display module far from the pressure applied position. It is relatively smaller than its share.
  • the signal due to the noise is generally constant regardless of the position where the pressure is applied, so the magnitude of the signal due to the noise detected in each channel is substantially constant, while the signal due to the pressure is applied to the pressure. Since it depends on the position, the signal due to the pressure detected in each channel depends on the position at which the pressure is applied.
  • the signal due to the pressure decreases as a whole. Since the signal due to noise decreases more than the level of the noise, the overall SNR can be improved. Specifically, by assigning an appropriate SNR improvement scaling factor to each channel, it is possible to improve the overall SNR upon pressure detection.
  • the position where the pressure is applied does not necessarily coincide with the position where the display module exhibits the greatest deformation, but since the large deformation occurs in the display module where the pressure is generally applied than the other position, the pressure is applied to the position where the pressure is applied.
  • the magnitude of the signal containing information about the capacitance detected in the corresponding channel is generally greater than the magnitude of the signal containing information about the capacitance detected in the channel corresponding to the other location. Accordingly, the SNR improvement scaling factor assigned to each channel can be calculated according to the magnitude of the signal including the position at which the pressure is applied, that is, the touch position or information about the capacitance detected at each channel.
  • FIG. 22A and 22B are diagrams for explaining the SNR improvement scaling coefficients assigned to respective channels when pressure is applied to the P position
  • FIG. 22C is a diagram illustrating each channel when pressure is applied to the P position of FIG. 22A. The figure which shows the amount of change of the capacitance detected in.
  • 1 may be allocated as the SNR improvement scaling factor to a channel where the N largest signals are detected, and 0 may be allocated as the SNR improvement scaling factor.
  • the pressure is detected using only some channels having a large magnitude of the detected signal among all the channels, and the SNR can be improved by excluding the channel having a small magnitude of the signal at the time of pressure detection.
  • N is a natural number equal to or greater than 1 and equal to or less than the total number of channels.
  • the SNR improvement scaling factor is applied to CH2, CH4, CH5 and CH8, which are the channels where the four largest signals are detected.
  • the remaining channels are assigned 0 as the SNR improvement scaling factor.
  • the SNR improvement scaling factor is applied to the first method example described above, the magnitude of the pressure can be detected using 310, which is the sum of the amount of change in capacitance detected in CH2, CH4, CH5 and CH8.
  • the SNR enhancement scaling factor may be allocated to a channel in which a signal having a magnitude greater than or equal to a predetermined ratio of the magnitude of the largest signal among the signals detected in a channel is detected, and 0 may be assigned to the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channels. .
  • the pressure is detected using only a part of the channels having a large magnitude of the detected signal, and the SNR can be improved by excluding the channel having the small magnitude of the signal at the time of pressure detection.
  • the SNR improvement scaling factor is allocated as the SNR improvement scaling factor to CH4, CH5, and CH8 which are the channels where the signal of the magnitude is detected, and 0 is assigned as the SNR improvement scaling factor. If the SNR improvement scaling factor is applied to the first example of the method described above, the magnitude of the pressure can be detected using 260, which is the sum of the capacitance changes detected in CH4, CH5, and CH8.
  • N may be assigned to the N channels closest to the touch position as the SNR improvement scaling factor, and 0 may be allocated to the remaining channels.
  • the magnitude of the signal detected in the channel close to the touch position is generally larger than the magnitude of the signal detected in the channel relatively far from the touch position. Therefore, the pressure is detected using only some channels having a large magnitude of the detected signal among all the channels, and the SNR can be improved by excluding a channel having a small magnitude of the signal during pressure detection.
  • N is a natural number equal to or greater than 1 and equal to or less than the total number of channels. Specifically, when pressure is applied to the P position of FIG. 22A and N is 4, as shown in FIG.
  • the SNR improvement scaling factor is set to 4 channels CH4, CH5, CH7 and CH8 that are closest to the touch position. And 0 is assigned to the remaining channels as the SNR improvement scaling factor. If the SNR improvement scaling factor is applied to the first example of the method described above, the magnitude of the pressure can be detected using 305, which is the sum of the capacitance changes detected in CH4, CH5, CH7 and CH8.
  • 1 may be allocated as a SNR improvement scaling factor to a channel located within a predetermined distance from the touch position, and 0 may be allocated as the SNR improvement scaling factor to be allocated to the remaining channels.
  • the pressure is detected using only a part of the channels having a large magnitude of the detected signal, and the SNR can be improved by excluding the channel having the small magnitude of the signal at the time of pressure detection.
  • the channels CH1, CH2, CH4, CH5, and CH6 located within r at the touch position are illustrated.
  • CH1 and CH8 are assigned 1 as the SNR enhancement scaling factor, and the remaining channels are assigned 0 as the SNR enhancement scaling factor.
  • the SNR improvement scaling factor is applied to the first method example described above, the magnitude of the pressure is detected using 385, which is the sum of the capacitance changes detected in CH1, CH2, CH4, CH5, CH6, CH7 and CH8. Can be.
  • the SNR improvement scaling factor assigned to each channel may be calculated based on the distance between the touch position and each channel.
  • the distance between the touch location and each channel and the SNR improvement scaling factor assigned to each channel may be inversely related.
  • SNR can be improved by reducing the contribution degree to the pressure detection of the channel with a small signal magnitude among all the channels.
  • the SNR improvement scaling factor proportional to 1 / dj may be allocated to the channel j. For example, when d1 to d15 shown in Fig.
  • the present invention is not limited thereto, and other types of pressure sensors, for example, a pressure sensor including a pressure electrode of the type shown in FIGS. 13A to 13C. Applicable to
  • multiple pressure detection for multiple touches may be possible. This may be performed using, for example, a pressure magnitude obtained from a channel of the pressure electrodes 450 and 460 disposed at a position corresponding to each of the plurality of touch positions obtained from the touch sensor panel 100.
  • a pressure magnitude obtained from a channel of the pressure electrodes 450 and 460 disposed at a position corresponding to each of the plurality of touch positions obtained from the touch sensor panel 100.
  • i) assigns 1 as the SNR improvement scaling factor to a channel where the N largest signals among the signals detected in each channel are detected and 0 as the SNR improvement scaling factor for the remaining channels.
  • ii) assigns an SNR improvement scaling factor to a channel where a signal of a magnitude greater than a predetermined ratio of the largest signal among the signals detected in each channel is detected, and an SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channels.
  • Assigns 0, or iii) assigns SNR enhancement scaling factor to 1 to the N channels closest to the touch position and 0 as SNR enhancement scaling factor to the remaining channels, or iv) SNRs to channels located within a distance from the touch position.
  • the SNR is improved by detecting pressure using only some channels having a large magnitude of the detected signal among all channels, and excluding a channel having a small magnitude of the signal when detecting the pressure.
  • the noise component shown in Fig. 21A is added to the pressure value.
  • the pressure value is obtained by using a sum signal of a noise signal four times the noise component shown in Fig. 21A. Therefore, when the pressure is detected at a time when a lot of noise occurs, such as when driving an image signal on the display panel, a large amount of error may be generated in the pressure value detected due to the noise.
  • the present embodiment calculates the magnitude of the pressure using the SNR improvement scaling factor calculated using the above-described method, but calculates the magnitude of the pressure based on the detected value in the channel with the smallest pressure. It is configured to further reduce the influence of noise by correcting the magnitude.
  • the magnitude of the signal including information on the capacitance detected in this channel is mostly composed of noise components. do.
  • the total number of channels is M
  • the electrode areas of all channels are the same
  • S k corresponds to the capacitance change amount of the k-th channel in the case of the first method (FIG. 20A), and the capacitance change amount of the k-th channel is previously allocated to the channel in the case of the second method (FIG. 20B). It is the value multiplied by the sensitivity correction scaling factor.
  • the distance change value calculated for the k-th channel is multiplied by the area of the channel (that is, the estimated volume change amount for the k-th channel). It may be a value reflecting a reference value corresponding to the touch position.
  • the measured value at the kth channel consists of component P k by the actual pressure and component n 0 by noise
  • the sum of the signals detected from the four channels with the smallest signal is 4n 0
  • -N may be assigned as the SNR improvement scaling factor to the channel where the smallest signal is detected. That is, in this embodiment, the pressure value P can be obtained by the following expression (5).
  • S k corresponds to the capacitance change amount of the k-th channel in the case of the first method (FIG. 20A), and the capacitance change amount of the k-th channel is previously allocated to the channel in the case of the second method (FIG. 20B). It is the value multiplied by the sensitivity correction scaling factor.
  • the distance change value calculated for the k-th channel is multiplied by the area of the channel (that is, the estimated volume change amount for the k-th channel). It may be a value reflecting a reference value corresponding to the touch position.
  • an area of an electrode used in each channel may be designed differently.
  • FIG. 22D shows that the area of each of the center channels CH5, CH8, CH11 is twice as large as the area of each of the peripheral channels CH1, CH3, CH4, CH6, CH7, CH9, CH10, CH12, CH13, CH15, The area of each of the top center channel CH2 and the bottom center channel CH14 is 1.5 times larger than the area of each of the peripheral channels. 22D also shows the amount of change in capacitance detected in each channel when pressure is applied to the P position in FIG. 22A.
  • Equation 4 may be rewritten as in Equation 6.
  • a k represents the area of the channel with the largest calculated value k.
  • Equation 6 the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the N largest signals are detected among the signals detected in each channel is 1, and the sum of the areas of the channels where the N largest signals are detected is Amax, and N is When the sum of the area of the channels where the smallest signals are detected is Amin, the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the N smallest signals are detected is -Amax / Amin, and the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channels is obtained. Represents 0.
  • Equation 5 may be rewritten as in Equation 7.
  • Equation 7 the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the N largest signals are detected among the signals detected in each channel is 1, and the sum of the areas of the channels where the N largest signals are detected is Amax.
  • the SNR improvement scaling factor assigned to the channel where the smallest signal is detected is -Amax / A, and the SNR improvement scaling factor assigned to the remaining channels is 0.
  • Table 1 shows pressure sensing values when there is no touch when the method of Equation 4 is applied and when the method of Equation 6 is applied. As can be seen in Table 1, the application of Equation 6 can greatly reduce the possibility of false recognition as a pressure touch by noise.
  • Equation 4 Equation 6 0.01 -22 -One 0.02 14 2 0.03 -18 -One 0.04 -42 -2 0.06 36 -One 0.07 37 5 0.08 -24 4 0.09 -20 2 0.10 24 2 0.11 -8 -4 0.12 -7 -One 0.13 -20 -One 0.14 23 -5 0.16 -20 0 0.17 -8 -2 0.18 11 -3 0.19 8 0 0.20 -2 One 0.21 8 3 0.22 -18 3 0.23 8 5 0.24 -2 -3
  • the present invention is not limited thereto.
  • it can be applied to detecting touch pressure using a strain gauge.
  • touch input device 100 touch sensor panel
  • control unit 200 display module
  • Spacer layer 440 pressure sensor
  • electrode 470 first insulating layer
  • support layer 430 adhesive layer
  • protective layer 480 elastic layer

Abstract

실시형태에 따른 터치 입력 장치는 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능하며, 디스플레이 모듈; 및 상기 터치 표면에 대한 상기 터치에 따라 기준 전위층과의 거리가 변할 수 있는 위치에 배치된 압력 센서를 포함하며, 상기 거리는 상기 터치의 압력 크기에 따라 달라질 수 있으며, 상기 압력 센서는 상기 거리에 따라 변하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 출력할 수 있고, 상기 압력 센서는 복수의 채널을 형성하도록 복수의 전극을 포함하고, 상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량 및 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수에 기초하여 터치에 대한 압력의 크기를 검출할 수 있다.

Description

복수 채널을 구성하는 압력 센서, 이를 포함하는 터치 입력 장치 및 이를 이용한 압력 검출 방법
본 발명은 압력 검출을 위한 복수 채널을 구성하는 압력 센서 및 이를 포함하는 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 위치를 검출할 수 있도록 구성된 터치 입력 장치에 적용되어 터치 압력을 검출할 수 있도록 하는 복수 채널을 구성하는 압력 센서, 이를 포함하는 터치 입력 장치 및 이를 이용한 압력 검출 방법에 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 스크린상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
한편, 터치 스크린상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 터치의 압력 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치가 출시되고 있다. 그런데, 터치 압력의 크기를 검출하기 위한 센서가 디스플레이 장치에서 발생되는 노이즈나 주변 노이즈에 의해 터치 압력 감지 오류가 발생되는 경우가 있다.
본 발명의 목적은 압력 검출을 위한 복수 채널을 구성하는 압력 센서, 이를 포함하는 터치 입력 장치 및 이를 이용한 압력 검출 방법을 제공하는 것이다. 본 발명의 다른 목적은 주변 노이즈에 강한 압력 검출 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
실시형태에 따른 터치 입력 장치는 터치 표면에 대한 터치의 압력 검출이 가능하며, 디스플레이 모듈; 및 상기 터치 표면에 대한 상기 터치에 따라 기준 전위층과의 거리가 변할 수 있는 위치에 배치된 압력 센서를 포함하며, 상기 거리는 상기 터치의 압력 크기에 따라 달라질 수 있으며, 상기 압력 센서는 상기 거리에 따라 변하는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 출력할 수 있고, 상기 압력 센서는 복수의 채널을 형성하도록 복수의 전극을 포함하고, 상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량 및 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수에 기초하여 터치에 대한 압력의 크기를 검출할 수 있다.
상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -1이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0일 수 있다.
상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -N이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0일 수 있다.
상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -1이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0일 수 있다.
상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, 상기 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널의 수를 N이라 할 때 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -N이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0일 수 있다.
상기 터치 입력 장치는 터치되는 위치를 감지하기 위한 터치 센서를 더 포함하며, 상기 터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -1이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0일 수 있다.
상기 터치 입력 장치는 터치되는 위치를 감지하기 위한 터치 센서를 더 포함하며, 상기 터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -N이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0일 수 있다.
상기 복수의 전극 중 적어도 어느 하나는 그 면적이 다른 전극의 면적과 상이하며, 상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amax라 하고 N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amin이라 할 때, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -Amax/Amin이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0일 수 있다.
상기 복수의 전극 중 적어도 어느 하나는 그 면적이 다른 전극의 면적과 상이하며, 상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amax라 하고 가장 작은 신호가 검출되는 채널의 면적을 A라 할 때, 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -Amax/A이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0일 수 있다.
상기 전기적 특성은 정전용량이며, 상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량과 상기 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값의 합에 기초하여 터치에 대한 압력의 크기를 검출할 수 있다.
상기 전기적 특성은 정전용량이며, 상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량과 상기 각각의 채널에 미리 할당된 감도 보정 스케일링 계수 및 상기 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값의 합에 기초하여 터치에 대한 압력의 크기를 검출할 수 있다.
상기 디스플레이 모듈의 중앙부에 대응되는 상기 채널에 할당된 감도 보정 스케일링 계수가 상기 디스플레이 모듈의 가장자리에 대응되는 상기 채널에 할당된 감도 보정 스케일링 계수보다 작을 수 있다.
상기 전기적 특성은 정전용량이며, 상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량으로부터 상기 터치 입력 장치의 체적 변화량을 추정하고, 상기 추정된 체적 변화량 및 상기 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수에 기초하여, 터치에 대한 압력의 크기를 검출할 수 있다.
상기 추정된 체적 변화량, 상기 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수 및 미리 저장된 소정 터치 위치에 대응되는 기준값에 기초하여, 터치에 대한 압력의 크기를 검출할 수 있다.
상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량으로부터 상기 각각의 채널에 대응되는 거리변화를 산출하여 상기 터치 입력 장치의 체적 변화량을 추정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면 압력 검출을 위한 복수 채널을 구성하는 압력 센서, 이를 포함하는 터치 입력 장치 및 이를 이용한 압력 검출 방법을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 터치에 대한 압력 검출 정밀도가 높은 복수 채널을 구성하는 압력 센서 및 이를 포함하는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 주변 노이즈에 강한 터치 압력 검출 방법 및 장치를 제공할 수 있다.
도 1은 정전 용량 방식의 터치 센서 패널 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다.
도 2a 내지 도 2e는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 디스플레이 패널에 대한 터치 센서 패널의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
도 3a 내지 도 3h는 본 발명의 실시예에 따른 압력 전극을 포함하는 예시적인 압력 센서의 단면도이다.
도 3i는 본 발명의 실시예에 따른 전극층과 기준전위층간의 거리변화에 따른 정전용량 변화량을 나타내는 도면이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 및 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 제1예의 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 4b는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 백라이트 유닛의 광학층을 예시한다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 및 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 제2예의 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 터치 입력 장치에 포함된 제1예의 압력 센서와 기준 전위층 사이의 상대적인 거리 및 이에 압력이 인가된 경우를 예시한다.
도 5c 및 도 5d는 터치 입력 장치에 포함된 제2예의 압력 센서와 기준 전위층 사이의 상대적인 거리 및 이에 압력이 인가된 경우를 예시한다.
도 5e는 터치 입력 장치에 포함된 제3예의 압력 센서의 배치를 예시한다.
도 6a는 제1방법에 따라 압력 센서가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다.
도 6b는 제1방법에 따라 압력 센서를 터치 입력 장치에 부착하기 위한 압력 센서의 평면도이다.
도 6c는 제2방법에 따라 압력 센서가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 검출을 위한 압력 센서에 포함된 압력 전극 패턴을 예시한다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 적용된 터치 입력 장치에서 터치 압력의 크기와 포화 면적 사이의 관계를 나타낸다.
도 9는 본 발명의 몇가지 실시예에 따른 압력 센서의 단면을 예시한다.
도 10a 및 도 10b는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서의 부착 방법을 예시한다.
도 11a 내지 도 11c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서를 터치 센싱 회로에 연결하는 방법을 예시한다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 복수의 채널을 포함하는 구성을 예시한다.
도 13a 내지 도 13c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서에 포함되는 제1전극 및 제2전극의 형태를 예시한다.
도 13d는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서에 포함되는 제1전극의 형태를 예시한다.
도 14a는 도 13d에 도시된 압력 센서에서 소정 위치에 압력이 인가되는 경우를 도시하는 도면이다.
도 14b는 도 14a의 A위치에 대응되는 터치 표면에 터치 압력이 인가되는 경우에 터치 입력 장치가 휘어지는 형태를 도시하는 단면도이다.
도 14c는 도 14a의 C위치에 대응되는 터치 표면에 터치 압력이 인가되는 경우에 터치 입력 장치가 휘어지는 형태를 도시하는 단면도이다.
도 15는 도 13d에 도시된 압력 센서에서 각각의 제1전극에 할당된 스케일링 계수를 나타내기 위한 도면이다.
도 16a는 도 14a에 도시된 위치에 압력이 인가되는 경우 인가되는 압력의 크기와 터치 입력 장치의 체적 변화량의 관계를 설명하기 위한 그래프이다.
도 16b는 도 14b에 도시된 터치 입력 장치의 체적 변화량을 도시하기 위한 단면도이다.
도 16c는 도 14c에 도시된 터치 입력 장치의 체적 변화량을 도시하기 위한 단면도이다.
도 17a는 터치 입력 장치에 압력이 인가될 때, 터치 입력 장치가 변형되는 형태를 설명하기 위한 부분사시도이다.
도 17b는 터치 입력 장치에 압력이 인가될 때, 터치 입력 장치의 체적 변화량을 추정하는 것을 설명하기 위한 도면이다.
도 17c는 도 17b에 도시된 도면의 단면도이다.
도 18a는 도 13a 내지 도 13c에 도시된 형태의 압력센서에 대하여 압력 정전용량을 센싱하는 장치의 등가회로를 예시한다.
도 18b는 도 13d에 도시된 압력센서에 대하여 압력 정전용량을 센싱하는 장치의 등가회로를 예시한다.
도 19a는 도 14a에 도시된 압력센서의 D위치에 압력이 인가된 경우를 설명하기 위한 도면이다.
도 19b는 도 19a에 도시된 D위치에 압력이 인가된 경우 압력값을 산출하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
도 20a 내지 도 20c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력장치에서 복수개의 채널을 이용하여 터치의 압력의 크기를 검출하는 방법의 예를 설명하기 위한 순서도이다.
도 21a는 도 17c의 a 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기를 도시하는 그래프이다.
도 21b는 도 17c의 b 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기를 도시하는 그래프이다.
도 21c는 감지되는 압력의 크기가 가장 작은 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기를 도시하는 그래프이다.
도 22a 및 도 22b는 P위치에 압력이 인가될 때, 각각의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 설명하기 위한 도면이다.
도 22c 및 도 22d는 도 22a의 P위치에 압력이 인가될 때, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량을 나타내는 도면이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출을 위한 압력 센서 및 이를 포함하는 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서 패널(100)을 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서 패널(100)이 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 및 이를 포함하는 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)에 적용될 수 있는 정전 용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 이의 동작을 위한 구성의 개략도이다. 도 1을 참조하면, 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하며, 상기 터치 센서 패널(100)의 동작을 위해 상기 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(120), 및 터치 센서 패널(100)의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하여 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출하는 감지부(110)를 포함할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 도 1에서는 터치 센서 패널(100)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 이에 한정되지 않으며, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 대각선, 동심원 및 3차원 랜덤 배열 등을 비롯한 임의의 수의 차원 및 이의 응용 배열을 갖도록 할 수 있다. 여기서, n 및 m은 양의 정수로서 서로 같거나 다른 값을 가질 수 있으며 실시예에 따라 크기가 달라질 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.
실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에서 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 동일한 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 절연막(미도시)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 또한, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 하나의 절연막(미도시)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 또는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)은 제1절연막(미도시)의 일면에 그리고 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 상기 제1절연막과 다른 제2절연막(미도시)의 일면상에 형성될 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극 (RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 등으로 이루어지는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다. 예컨대, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 은잉크(silver ink), 구리(copper) 또는 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)는 메탈 메쉬(metal mech)로 구현되거나 은나노(nano silver) 물질로 구성될 수 있다.
실시예에 따른 구동부(120)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 실시예에서, 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.
감지부(110)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cm: 101)에 관한 정보를 포함하는 감지신호를 수신함으로써 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있다. 예컨대, 감지신호는 구동전극(TX)에 인가된 구동신호가 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(CM: 101)에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 이와 같이, 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서 패널(100)을 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(110)는 각각의 수신전극(RX1 내지 RXm)과 스위치를 통해 연결된 수신기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위치는 해당 수신전극(RX)의 신호를 감지하는 시간구간에 온(on)되어서 수신전극(RX)으로부터 감지신호가 수신기에서 감지될 수 있도록 한다. 수신기는 증폭기(미도시) 및 증폭기의 부(-)입력단과 증폭기의 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 증폭기의 정(+)입력단은 그라운드(ground) 또는 기준 전압에 접속될 수 있다. 또한, 수신기는 궤환 캐패시터와 병렬로 연결되는 리셋 스위치를 더 포함할 수 있다. 리셋 스위치는 수신기에 의해 수행되는 전류에서 전압으로의 변환을 리셋할 수 있다. 증폭기의 부입력단은 해당 수신전극(RX)과 연결되어 정전용량(CM: 101)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(110)는 수신기를 통해 적분된 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(미도시: Analog-Digital Converter)를 더 포함할 수 있다. 추후, 디지털 데이터는 프로세서(미도시)에 입력되어 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(110)는 수신기와 더불어, ADC 및 프로세서를 포함하여 구성될 수 있다.
제어부(130)는 구동부(120)와 감지부(110)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(130)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(120)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(130)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(110)에 전달하여 감지부(110)가 소정 시간에 미리 설정된 수신전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도 1에서 구동부(120) 및 감지부(110)는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미표시)를 구성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 제어부(130)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 센서 패널(100)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit: 미도시) 상에 집적되어 구현될 수 있다. 터치 센서 패널(100)에 포함된 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 예컨대 전도성 트레이스(conductive trace) 및/또는 회로 기판상에 인쇄된 전도성 패턴(conductive pattern)등을 통해서 터치 센싱 IC에 포함된 구동부(120) 및 감지부(110)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(C)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도 1에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(110)에서 감지하여 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서 패널(100)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
이상에서 터치 센서 패널(100)로서 상호 정전용량 방식의 터치 센서 패널이 상세하게 설명되었으나, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 여부 및 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 전술한 방법 이외의 자체 정전용량 방식, 표면 정전용량 방식, 프로젝티드(projected) 정전용량 방식, 저항막 방식, 표면 탄성파 방식(SAW: surface acoustic wave), 적외선(infrared) 방식, 광학적 이미징 방식(optical imaging), 분산 신호 방식(dispersive signal technology) 및 음성 펄스 인식(acoustic pulse recognition) 방식 등 임의의 터치 센싱 방식을 이용하여 구현될 수 있다.
이하에서 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출하기 위한 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)에 해당하는 구성은 터치 센서(touch sensor)로 지칭될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서 및 이를 포함하는 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 터치 입력 장치(1000)에서, 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 패널(200A) 외부 또는 내부에 위치할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 디스플레이 패널(200A)은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이 패널에 표시된 화면을 시각적으로 확인하면서 터치 표면에 터치를 수행하여 입력 행위를 수행할 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200A)은 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 패널에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200A)의 작동을 위한 제어회로는 도 10a 내지 도 12d에서 제2인쇄 회로 기판(210: 이하 제2PCB로 지칭)에 실장될 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200A)의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널(200A) 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
도 2a 내지 도 2e는 본 발명의 일 실시예에 따른 압력 센서(440)가 적용될 수 있는 터치 입력 장치에서 디스플레이 패널(200A)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 예시하는 개념도이다.
도 2a 내지 도 2c는 LCD 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2a 내지 도 2c에 도시된 바와 같이, LCD 패널은 액정 셀(liquid crystal cell)을 포함하는 액정층(250), 액정층(250)의 양단에 전극을 포함하는 제1기판(261)과 제2기판(262), 그리고 상기 액정층(250)과 대향하는 방향으로서 상기 제1기판(261)의 일면에 제1편광층(271) 및 상기 제2기판(262)의 일면에 제2편광층(272)을 포함할 수 있다. 이때, 제1기판(261)은 컬러필터 글라스(color filter glass)일 수 있고, 제2기판(262)은 TFT 글라스(TFT glass)일 수 있다. 또한, 제1기판(261) 및/또는 제2기판(262)은 플라스틱 기판일 수 있다.
당해 기술분야의 당업자에게는, LCD 패널이 디스플레이 기능을 수행하기 위해 다른 구성을 더 포함할 수 있으며 변형이 가능함이 자명할 것이다.
도 2a는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(200A)의 외부에 배치된 것을 도시한다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 터치 센서 패널(100)의 표면일 수 있다. 도 2a에서 터치 센서 패널(100)의 상부면이 터치 표면이 될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면이 될 수 있다. 도 2a에서 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 패널(200A)의 외면은 디스플레이 패널(200A)의 제2편광층(272)의 하부면이 될 수 있다. 이때, 디스플레이 패널(200A)을 보호하기 위해서 디스플레이 패널(200A)의 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
도 2b 및 도 2c는, 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(200A)의 내부에 배치된 것을 도시한다. 이때, 도 2b에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 제1기판(261)과 제1편광층(271) 사이에 배치되어 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면으로서 도 2b에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도 2c에서는 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)이 액정층(250)에 포함되어 구현되는 경우, 즉 제1기판(261) 및 제2기판(262) 사이에 배치되는 경우를 예시한다. 이 경우에, 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 표면은 디스플레이 패널(200A)의 외면으로서 도2c에서 상부면 또는 하부면이 될 수 있다. 도 2b 및 도 2c에서, 터치 표면이 될 수 있는 디스플레이 패널(200A)의 상부면 또는 하부면은 유리와 같은 커버층(미도시)으로 덮여있을 수 있다.
도 2d 및 도 2e는 OLED 패널을 이용하는 디스플레이 패널(200A)에 대한 터치 센서 패널(100)의 상대적인 위치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2d에서, 터치 센서 패널(100)은 편광층(282)과 제1기판(281) 사이에 위치하고, 도 2e에서 터치 센서 패널(100)이 유기물층(280)과 제2기판(283) 사이에 위치한다. 또한, 터치 센서 패널(100)이 제1기판(281)과 유기물층(280) 사이에 위치할 수도 있다.
제1기판(281)은 인캡 글라스(Encapsulation glass)로 이루어질 수 있고, 제2기판(283)은 TFT 글라스(TFT glass)로 이루어질 수 있다. 또한, 제1기판(281) 및/또는 제2기판(283)은 플라스틱 기판일 수 있다. 터치 센싱에 대해서는 위에서 상술했기 때문에, 그 외의 구성에 대해서만 간략한 설명을 이루기로 한다.
OLED 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 방출되면서 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.
도 2d 및 도 2e에 도시된 바와 같이, 기본적으로 OLED(특히, AM-OLED) 패널은 편광층(282), 제1기판(281), 유기물층(280) 및 제2기판(283)을 포함한다. 여기서, 제1기판(281)은 인캡 글라스이고, 제2기판(283)은 TFT 글라스일 수 있지만, 이에 한정되지 않으며, 제1기판(281) 및/또는 제2기판(283)은 플라스틱 기판일 수 있다.
또한, 유기물층(280)은 HIL(Hole Injection Layer, 정공주입층), HTL(Hole Transfer Layer, 정공수송층), EIL(Emission Material Layer, 전자주입층), ETL(Electron Transfer Layer, 전자수송층), EML(Electron Injection Layer, 발광층)을 포함할 수 있다.
각 층에 대해 간략히 설명하면, HIL은 정공을 주입시키며, CuPc 등의 물질을 이용한다. HTL은 주입된 정공을 이동시키는 기능을 하고, 주로, 정공의 이동성(hole mobility)이 좋은 물질을 이용한다. HTL은 아릴라민(arylamine), TPD 등이 이용될 수 있다. EIL과 ETL은 전자의 주입과 수송을 위한 층이며, 주입된 전자와 정공은 EML에서 결합되어 발광한다. EML은 발광되는 색을 표현하는 소재로서, 유기물의 수명을 결정하는 호스트(host)와 색감과 효율을 결정하는 불순물(dopant)로 구성된다. 이는, OLED 패널에 포함되는 유기물층(280)의 기본적인 구성을 설명한 것일 뿐, 본 발명은 유기물층(280)의 층구조나 소재 등에 한정되지 않는다.
유기물층(280)은 애노드(Anode)(미도시)와 캐소드(Cathode)(미도시) 사이에 삽입되며, TFT가 온(On) 상태가 되면, 구동 전류가 애노드에 인가되어 정공이 주입되고 캐소드에는 전자가 주입되어, 유기물층(280)으로 정공과 전자가 이동하여 빛을 발산한다.
또한, 실시예에 따라 터치 센서 중 적어도 일부는 디스플레이 패널(200A) 내에 위치하도록 구성되고 터치 센서 중 적어도 나머지 일부는 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널(100)을 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 디스플레이 패널(200A) 외부에 위치하도록 구성될 수 있으며, 나머지 전극은 디스플레이 패널(200A) 내부에 위치하도록 구성될 수도 있다. 디스플레이 패널(200A) 내부에 터치 센서가 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 센서로 이용될 수도 있다.
또한, 실시예에 따라 터치 센서 중 적어도 일부는 제1기판(261, 281)과 제2기판(262, 283) 사이에 위치하도록 구성되고 터치 센서 중 적어도 나머지 일부는 제1기판(261, 281) 상부에 위치하도록 구성될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널(100)을 구성하는 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 중 어느 하나의 전극은 제1기판(261, 281) 상부에 위치하도록 구성될 수 있으며, 나머지 전극은 제1기판(261, 281)과 제2기판(262, 283) 사이에 위치하도록 구성될 수도 있다. 이 때, 마찬가지로 제1기판(261, 281)과 제2기판(262, 283) 사이에 터치 센서가 배치되는 경우, 터치 센서 동작을 위한 전극이 추가로 배치될 수도 있으나, 제1기판(261, 281)과 제2기판(262, 283) 사이에 위치하는 다양한 구성 및/또는 전극이 터치 센싱을 위한 터치 센서로 이용될 수도 있다.
제2기판(262, 283)은, 데이터 라인(data line), 게이트 라인(gate line), TFT, 공통 전극(common electrode) 및 화소 전극(pixel electrode) 등을 포함하는 다양한 층으로 이루어질 수 있다. 구체적으로, 디스플레이 패널(200A)이 LCD패널일 경우, 이들 전기적 구성요소들은, 제어된 전기장을 생성하여 액정층(250)에 위치한 액정들을 배향시키도록 작동할 수 있다. 제2기판(262, 283)에 포함된 데이터 라인, 게이트 라인, 공통 전극 및 화소 전극 중 어느 하나가 터치 센서로 이용되도록 구성될 수 있다.
이상에서는 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 센서 패널(100)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에 대해서 살펴보았다. 압력 센서(440)를 전술한 터치 입력 장치(1000)에 적용함으로써, 터치 여부 및/또는 터치 위치뿐 아니라 터치 압력의 크기 또한 용이하게 검출할 수 있다. 이하에서는 터치 입력 장치(1000)에 압력센서를 적용하여 터치 압력을 검출하는 경우에 대해서 예를 들어 상세하게 살펴본다. 실시예에 따라, 압력 검출 모듈이 적용되는 터치 입력 장치는 터치 센서 패널(100)을 구비하지 않을 수도 있다.
도 3a는 압력 전극을 포함하는 예시적인 압력 센서의 단면도이다. 예컨대, 압력 센서(440)는 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 전극층(441)을 포함할 수 있다. 전극층(441)은 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)을 포함할 수 있다. 이때, 제1절연층(470)과 제2절연층(471)은 폴리이미드(polyimide)와 같은 절연 물질일 수 있다. 전극층(441)에 포함된 제1전극(450)과 제2전극(460)은 구리(copper)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 압력 센서(440)의 제조 공정에 따라 전극층(441)과 제2절연층(471) 사이는 OCA(Optically Clear adhesive)와 같은 접착제(미도시)로 접착될 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)은, 제1절연층(470) 위에 압력 전극 패턴에 상응하는 관통 구멍을 갖는 마스크(mask)를 위치시킨 후 전도성 스프레이(spray)를 분사함으로써 형성될 수 있다. 실시예에 따라서는 압력 센서(440)가 제1전극(450)만을 구비할 수도 있다. 이 경우에는 압력 센서(440)와 이격되어 있는 기준전위와 제1전극(450) 사이의 정전용량의 변화를 사용하여 압력을 감지하도록 구성할 수 있다. 또 다른 실시예에서는 제1전극을 구비한 제1압력센서와, 제2전극을 구비하며 제1압력센서와 이격되어 배치되는 제2압력센서 사이의 정전용량의 변화를 사용하여 압력을 감지하도록 구성할 수도 있다.
도 4a는 압력 센서 및 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 제1예의 터치 입력 장치의 단면도이다.
도 4a에 예시된 터치 입력 장치(1000)의 단면도는 터치 입력 장치(1000)의 일부의 단면도일 수 있다. 도 4a에 예시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A), 디스플레이 패널(200A) 하부에 배치된 백라이트 유닛(200B), 및 디스플레이 패널(200A) 상부에 배치된 커버층(500)을 포함하여 구성될 수 있다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450, 460)는 커버(240)상에 형성될 수 있다. 본 명세서에서 디스플레이 패널(200A) 및 백라이트 유닛(200B)을 포함하여, 디스플레이 모듈(200)로 지칭될 수 있다. 도 4a에서 커버(240) 상에 압력 센서(450, 460)가 부착된 것이 예시되나, 실시예에 따라 커버(240)와 동일 및/또는 유사한 기능을 수행하는 터치 입력 장치(1000)에 포함된 구성에 부착되는 것도 가능하다. 또한 압력 센서(450, 460)는 도 3a에 도시된 것과 같은 형태를 갖는 것일 수도 있고, 커버(240), 디스플레이 모듈(200), 디스플레이 패널(200A), 기판(300), FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 상에 또는 디스플레이 패널(200A) 내부에 패터닝, 인쇄 등의 방법에 의해 직접 전극이 형성되는 것일 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 셀폰(cell phone), PDA(Personal Data Assistant), 스마트폰(smartphone), 태블랫 PC(tablet Personal Computer), MP3 플레이어, 노트북(notebook) 등과 같은 터치 스크린을 포함하는 전자 장치를 포함할 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 패널(200A)은 터치 센서 중 적어도 일부가 디스플레이 패널(200A) 내부에 포함되는 디스플레이 패널일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 센싱을 위한 구동전극 및 수신전극이 디스플레이 패널(200A) 내부에 포함될 수 있다.
도 4a에서는 터치 센서 패널(100)을 별도로 도시하지 않았지만, 실시예에 따라 본 발명의 제1예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 모듈(200) 사이가 OCA(Optically Clear Adhesive)와 같은 접착제로 라미네이션되어 있을 수 있다. 이에 따라 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 통해 확인할 수 있는 디스플레이 모듈(200)의 디스플레이 색상 선명도, 시인성 및 빛 투과성이 향상될 수 있다. 이때, 커버층(500)은 터치 센서 패널(100)의 상부에 배치될 수 있다.
실시예에 따른 커버층(500)은 디스플레이 패널(200A)의 전면을 보호하고 터치 표면을 형성하는 커버 글라스(cover glass)로 구성될 수 있다. 도4a에 예시된 바와 같이, 커버층(500)은 디스플레이 패널(200A)보다 넓게 형성될 수 있다.
실시예에 따른 LCD 패널과 같은 디스플레이 패널(200A)은 그 자체로 발광하지 못하고 다만 빛을 차단 내지 투과시키는 기능을 수행하므로 백라이트 유닛(backlight unit: 200B)이 요구될 수 있다. 예컨대, 백라이트 유닛(200B)은 디스플레이 패널(200A)의 하부에 위치하고 광원을 포함하여 디스플레이 패널(200A)에 빛을 비추어 화면에는 밝음과 어두움뿐 아니라 여러 가지 다양한 색상을 갖는 정보를 표현하게 된다. 디스플레이 패널(200A)은 수동소자로서 자체 발광하지 못하므로, 후면에 균일한 휘도 분포를 갖는 광원이 요구되는 것이다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 디스플레이 패널(200A)에 빛을 비추도록 하기 위한 광학층(220)을 포함하여 구성될 수 있다. 광학층(220)에 대해서는 도 4b를 참조하여 상세히 살펴본다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 커버(240)를 포함하여 구성될 수 있다. 커버(240)는 메탈(metal)로 구성된 커버일 수 있다. 터치 입력 장치(1000)의 커버층(500)을 통해 외부에서 압력이 인가되는 경우, 커버층(500) 및 디스플레이 모듈(200) 등이 휘어질 수 있다. 이때, 휘어짐을 통해 압력 센서(450, 460)와 디스플레이 모듈 내부에 위치하는 기준 전위층 사이의 거리가 변화하고, 이러한 거리 변화에 따른 정전 용량 변화를 압력 센서(450, 460)를 통해 검출함으로써 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이때, 압력의 크기를 정밀하게 검출하기 위해서 커버층(500)에 대해 압력을 인가하는 경우 압력 센서(450, 460)의 위치는 변하지 않고 고정될 필요가 있다. 따라서, 커버(240)는 압력의 인가에도 상대적으로 휘어지지 않고 압력 센서를 고정시킬 수 있는 지지부 역할을 수행할 수 있다. 실시예에 따라 커버(240)는 백라이트 유닛(200B)과 별개로 제작되어 디스플레이 모듈 제작 시에 함께 조립될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 패널(200A)과 백라이트 유닛(200B) 사이는 제1에어갭(210: air gap)을 포함하여 구성될 수 있다. 이는 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛(200B)을 외부의 충격으로부터 보호하기 위함이다. 이러한 제1에어갭(210)은 백라이트 유닛(200B)에 포함되도록 구성될 수 있다.
백라이트 유닛(200B)에 포함되는 광학층(220)과 커버(240) 사이는 서로 이격되도록 구성될 수 있다. 광학층(220)과 커버(240) 사이는 제2에어갭(230)으로 구성될 수 있다. 커버(240) 상에 배치된 압력 센서(450, 460)가 광학층(220)에 접촉하지 않는 것을 보장하고, 커버층(500)에 외부 압력이 인가되어 광학층(220), 디스플레이 패널(200A) 및 커버층(500)이 휘어지더라도 광학층(220)과 압력 센서(450, 460)가 접촉하여 광학층(220)의 성능을 저하시키는 것을 방지하기 위해서 제2에어갭(230)이 요구될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 디스플레이 패널(200A), 백라이트 유닛(200B) 및 커버층(500)이 결합되어 고정된 형태를 유지할 수 있도록 지지부(251, 252)를 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 커버(240)는 지지부(251, 252)와 일체로 형성될 수 있다. 실시예에 따라 지지부(251, 252)는 백라이트 유닛(200B)의 일부를 형성할 수 있다.
LCD 패널(200A) 및 백라이트 유닛(200B)의 구조 및 기능은 공지된 기술이며 이하에서 간단히 살펴본다. 백라이트 유닛(200B)은 수개의 광학적 부품(optical part)을 포함할 수 있다.
도 4b는 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 백라이트 유닛(200B)의 광학층(220)을 예시한다. 도 4b에서는 디스플레이 패널(200A)로서 LCD 패널을 이용하는 경우의 광학층(220)을 예시한다.
도 4b에서 백라이트 유닛(200B)의 광학층(220)은 반사시트(221), 도광판(222), 확산시트(223) 및 프리즘시트(224)를 포함할 수 있다. 이때, 백라이트 유닛(200B)은 선광원(linear light source) 또는 점광원(point light source)등의 형태로서 도광판(222)의 후면 및/또는 측면에 배치된 광원(미도시)을 포함할 수 있다.
도광판(222: light guide plate)은 일반적으로 선광원 또는 점광원의 형태인 광원(미도시)으로부터 광들을 면광원 형태로 변환하여 LCD 패널(200A)로 향하게 하는 역할을 할 수 있다.
도광판(222)에서 방출되는 광의 일부가 LCD 패널(200A)의 반대편으로 방출되어 손실될 수 있다. 반사시트(221)은 이러한 손실된 광을 도광판(222)으로 재입사 시킬 수 있도록 도광판(222) 하부에 위치하며 반사율이 높은 물질로 구성될 수 있다.
확산시트(223: diffuser sheet)는 도광판(222)으로부터 입사되는 광을 확산시키는 역할을 한다. 예컨대, 도광판(222)의 패턴(pattern)에 의하여 산란된 빛은 직접 눈으로 들어오기 때문에 도광판(222)의 패턴이 그대로 비치게 될 수 있다. 심지어 이러한 패턴은 LCD 패널(200A)을 장착한 후에도 확연하게 감지할 수 있으므로 확산시트(224)는 이러한 도광판(222)의 패턴을 상쇄시키는 역할을 수행할 수 있다.
확산시트(223)를 지나면 광 휘도는 급격히 떨어지게 된다. 따라서, 광을 다시 포커스(focus)시켜 광 휘도를 향상시키도록 프리즘시트(224: prism sheet)가 포함될 수 있다. 프리즘시트(224)는 예컨대 수평 프리즘시트와 수직 프리즘 시트를 포함하여 구성될 수 있다.
실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 기술의 변화, 발전 및/또는 실시예에 따라 전술한 구성과 다른 구성을 포함할 수 있으며, 또한 전술한 구성 이외에 추가적인 구성을 더 포함할 수 있다. 또한, 실시예에 따른 백라이트 유닛(200B)은 예컨대, 백라이트 유닛(200B)의 광학적 구성을 외부의 충격이나 이물 유입에 따른 오염 등으로부터 보호하기 위해서 보호 시트(protection sheet)를 프리즘 시트(224) 상부에 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 광원으로부터의 광 손실을 최소화하기 위해서 실시예에 따라 램프 커버(lamp cover)를 더 포함할 수 있다. 또한, 백라이트 유닛(200B)은 백라이트 유닛(200B)의 주요 구성인 도광판(222), 확산시트(223), 프리즘시트(224) 및 램프(미도시) 등이 허용치수에 맞게 정확하게 형합이 가능하도록 하는 형태를 유지하게 해주는 프레임(frame)을 더 포함할 수도 있다. 또한, 전술한 구성 각각은 2개 이상의 별개의 부분으로 이루어질 수 있다.
실시예에 따라, 도광판(222)과 반사시트(221) 사이에는 추가의 에어갭이 존재하도록 구성될 수 있다. 이에 따라 도광판(222)으로부터 반사시트(221)로의 손실광이 반사시트(221)를 통해 다시 도광판(222)으로 재입사될 수 있다. 이때, 상기 추가의 에어갭을 유지할 수 있도록 도광판(222)과 반사판(221) 사이로서 가장자리에는 양면 접착 테이프(DAT: Double Adhesive Tape)가 포함될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 백라이트 유닛(200B) 및 이를 포함하는 디스플레이 모듈은 자체적으로 제1에어갭(210) 및/또는 제2에어갭(230)과 같은 에어갭을 포함하여 구성될 수 있다. 또는 광학층(220)에 포함된 복수의 레이어들 사이에 에어갭이 포함될 수 있다. 이상에서는 LCD 패널(200A)을 이용하는 경우에 대해서 설명하였으나, 다른 디스플레이 패널의 경우에도 구조 내에 에어갭을 포함할 수 있다.
도 4c는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서 및 압력 검출 모듈이 적용될 수 있는 제2예의 터치 입력 장치의 단면도이다. 도 4c에서는 디스플레이 모듈(200)뿐 아니라 기판(300)을 더 포함하는 터치 입력 장치(1000)의 단면을 예시한다. 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 기판(300)은, 예컨대 터치 입력 장치(1000)의 최외곽 기구인 제2커버(320)와 함께 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판 및/또는 배터리가 위치할 수 있는 실장공간(310) 등을 감싸는 하우징(housing)의 기능을 수행할 수 있다. 이때, 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 회로기판에는 메인보드(main board)로서 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등이 실장되어 있을 수 있다. 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 노이즈가 차단될 수 있다. 실시예에 따라서는 기판(300)은 터치 입력 장치(1000)에서 미드 프레임(mid-frame)으로 지칭될 수 있다.
터치 입력 장치(1000)에서 커버층(500)이 디스플레이 모듈(200), 기판(300), 및 실장공간(310)보다 넓게 형성될 수 있으며, 이에 따라 제2커버(320)가 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 및 회로기판이 위치하는 실장공간(310)을 감싸도록, 제2커버(320)가 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따르면 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 압력 센서(440)를 포함할 수 있다.
도 4c에서는 도 4a에서와 마찬가지로, 터치 센서 패널(100)이 별도로 도시되지 않았으나, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100)을 통해 터치 위치를 검출할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 터치 센서의 적어도 일부가 디스플레이 패널(200A)에 포함되어 구성될 수 있다.
압력 센서(440)는 기판(300)상에 부착될 수도 있고, 디스플레이 모듈(200)상에 부착될 수도 있고, 디스플레이 모듈(200) 및 기판(300)상에 부착될 수도 있다.
도 4a 및 도 4c에 예시된 바와 같이, 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(440)는 디스플레이 모듈(200) 내부, 또는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치되므로, 압력 센서(440)에 포함된 전극(450, 460)은 투명 물질뿐 아니라 불투명 물질로 구성되는 것도 가능하다.
이하에서 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 압력 센서(440)를 이용하여 터치 압력의 크기를 검출하는 원리 및 구조에 대해서 상세히 살펴본다. 도 5a 내지 도 5e에서는 설명의 편의를 위해 압력 센서(440)에 포함되는 전극(450, 460)을 압력 센서로 지칭한다.
도 5a 및 도 5b는 터치 입력 장치에 포함된 제1예의 압력 센서와 기준 전위층 사이의 상대적인 거리 및 이에 압력이 인가된 경우를 예시한다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450, 460)는 백라이트 유닛(200B)을 구성할 수 있는 커버(240) 상에 부착될 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(450, 460)와 기준 전위층(600)은 거리(d)로 이격되어 위치할 수 있다.
도 5a에서 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이는 스페이서층(미도시)을 사이에 두고 이격될 수 있다. 이때, 스페이서층은 도 4a 및 도 4b를 참조하여 설명된 바와 같이 디스플레이 모듈(200) 및/또는 백라이트 유닛(200B)의 제조시에 포함되는 제1에어갭(210), 제2에어갭(230) 및/또는 추가의 에어갭일 수 있다. 디스플레이 모듈(200) 및/또는 백라이트 유닛(200A)이 하나의 에어갭을 포함하는 경우 해당 하나의 에어갭이 스페이서층의 기능을 수행할 수 있으며, 복수 개의 에어갭을 포함하는 경우 해당 복수개의 에어갭이 통합적으로 스페이서층의 기능을 수행할 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 스페이서층은 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이에 위치할 수 있다. 이에 따라, 커버층(500)에 대해서 압력이 인가된 때 기준 전위층(600)이 휘어져 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이의 상대적인 거리가 감소할 수 있다. 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 여기서, 충격흡수물질이 스폰지와 그라파이트층을 포함할 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다. 이러한 스페이서층은 에어갭, 충격흡수물질, 유전 물질의 조합에 의해서 형성될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 디스플레이 모듈(200)은 압력을 인가하는 터치에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있다. 디스플레이 모듈은 터치의 위치에서 가장 큰 변형을 나타내도록 휘어지거나 눌릴 수 있다. 실시예에 따라 디스플레이 모듈이 휘어지거나 눌릴 때 가장 큰 변형을 나타내는 위치는 상기 터치 위치와 일치하지 않을 수 있으나, 디스플레이 모듈은 적어도 상기 터치 위치에서 휘어짐 또는 눌림을 나타낼 수 있다. 예컨대, 터치 위치가 디스플레이 모듈의 테두리 및 가장자리 등에 근접하는 경우 디스플레이 모듈이 휘어지거나 눌리는 정도가 가장 큰 위치는 터치 위치와 다를 수 있다. 디스플레이 모듈의 테두리 또는 가장자리에서는 터치에 따라 거의 휘어짐을 나타내지 않을수도 있다.
이때, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)은 압력의 인가에 따라 휘어지거나 눌릴 수 있으므로, 에어갭(210, 230) 및/또는 스페이서층(420)을 유지하기 위해 테두리에 배치되는 구성(양면 접착 테이프, 접착 테이프(430), 지지부(251, 252) 등)은 비탄성 물질로 이루어질 수 있다. 즉, 에어갭(210, 230) 및/또는 스페이서층(420)을 유지하기 위해 테두리에 배치되는 구성이 압축되거나 눌리지 않아도 디스플레이 모듈(200)의 휘어짐 등을 통해 터치 압력이 검출될 수 있다.
실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치시 커버층(500), 디스플레이 패널(200A), 및/또는 백라이트 유닛(200B)이 휘어지거나 눌릴 때 도 4b에 도시된 바와 같이 스페이서층으로 인해 스페이서층 하부에 위치한 커버(240)는 휘어짐이나 눌림이 감소될 수 있다. 도 5b에서는 커버(240)의 휘어짐 또는 눌림이 전혀 없는 것으로 도시되었으나 이는 예시일 뿐이며 압력 센서(450, 460)가 부착된 커버(240)의 최하부에서도 휘어짐 또는 눌림이 있을 수 있으나 스페이서층을 통해 그 정도가 완화될 수 있다.
실시예에 따라 스페이서층은 에어갭(air gap)으로 구현될 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 충격흡수물질로 이루어질 수 있다. 스페이서층은 실시예에 따라 유전 물질(dielectric material)로 채워질 수 있다
도 5b는 도 5a의 구조에서 압력이 인가된 경우를 예시한다. 예컨대, 도 4a에 예시된 커버층(500)에 외부 압력이 인가된 경우에 기준 전위층(600)과 압력 센서(450, 460) 사이에 상대적인 거리가 d에서 d'로 감소함을 알 수 있다. 따라서, 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 외부 압력이 인가된 경우에 기준 전위층(600)을 압력 센서(450, 460)가 부착된 커버(240)에 비해서 더 휘어지도록 구성함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
도 4a, 도 5a 및 도 5b에서 압력 검출을 위한 압력 센서(450, 460)로서 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 포함하는 경우가 예시된다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에는 상호 정전용량(mutual capacitance)이 생성될 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나는 구동전극일 수 있고 나머지 하나는 수신전극일 수 있다. 구동전극에 구동신호를 인가하고 수신전극을 통해 감지신호를 획득할 수 있다. 전압이 인가되면, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 상호 정전용량이 생성될 수 있다.
기준 전위층(600)은 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 생성된 상호 정전용량에 변화를 야기할 수 있도록 하는 임의의 전위를 가질 수 있다. 예컨대, 기준 전위층(600)은 그라운드(ground) 전위를 갖는 그라운드 층일 수 있다. 기준 전위층(600)은 디스플레이 모듈 내에 포함되는 임의의 그라운드(ground) 층일 수 있다. 실시예에 따라 기준 전위층(600)은 터치 입력 장치(1000)의 제조시에 자체적으로 포함되는 그라운드 전위층일 수 있다. 예컨대, 도 2a 내지 도 2c에 도시된 디스플레이 패널(200A)에서 제1편광층(271)과 제1기판(261) 사이에 노이즈(noise) 차폐를 위한 전극(미도시)을 포함할 수 있다. 이러한 차폐를 위한 전극은 ITO로 구성될 수 있으며 그라운드 역할을 수행할 수 있다. 또한, 실시예에 따라 기준 전위층(600)은 디스플레이 패널(200A)에 포함되는 복수의 공통 전극이 기준 전위층을 구성할 수 있다. 이때 공통 전극의 전위가 기준 전위일 수 있다.
커버층(500)에 대해서 객체로 터치시 압력이 가해진 경우 커버층(500), 디스플레이 패널(200A) 및/또는 백라이트 유닛(200B)의 적어도 일부가 휘어지므로 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 및 제2전극(460) 사이의 상대적인 거리가 d에서 d'로 가까워질 수 있다. 이때, 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 및 제2전극(460) 사이의 거리가 가까워질수록, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 값은 감소할 수 있다. 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 및 제2전극(460) 사이의 거리가 d에서 d'로 감소함으로써 상기 상호 정전용량의 프린징 정전용량이 객체뿐 아니라 기준 전위층(600)으로도 흡수되기 때문이다. 터치 객체가 부도체인 경우에는 상호 정전용량의 변화는 단순히 기준 전위층(600)과 전극(450, 460) 사이의 거리 변화(d-d')에만 기인할 수 있다.
이상에서는 압력 센서(440)가 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함하고, 이 둘 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 압력을 검출하는 경우를 설명하였다. 압력 센서(440)는 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 어느 하나(예컨대, 제1전극(450))만을 포함하도록 구성될 수 있다.
도 5c 및 도 5d는 터치 입력 장치에 포함된 제2예의 압력 센서와 기준 전위층 사이의 상대적인 거리 및 이에 압력이 인가된 경우를 예시한다. 이때, 제1전극(450)과 기준 전위층(600) 사이의 자기 정전용량(self capacitance)을 검출함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이때, 제1전극(450)에 구동신호가 인가되고 제1전극(450)으로부터 수신신호를 입력받아 제1전극(450)과 기준 전위층(600) 사이의 자기 정전용량 변화를 검출함으로써 터치 압력의 크기가 검출될 수 있다.
예컨대, 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 사이의 거리 변화에 따라 야기되는 제1전극(450)과 기준 전위층(600) 사이의 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치 압력이 커짐에 따라 거리(d)가 감소하므로 기준 전위층(600)과 제1전극(450) 사이의 정전용량은 터치 압력이 증가할수록 커질 수 있다.
도 4a, 도 5a 내지 도 5d에서 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)의 두께가 상대적으로 두껍게 도시되고 이들이 직접 커버(240)에 부착된 것이 도시되나, 이는 설명의 편의를 위한 것이며 실시예에 따라 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)은 일체형 시트(sheet) 형태의 압력 센서(440)로서 커버(240)에 부착될 수 있으며 상대적으로 그 두께가 작을 수 있다.
이상에서는 도 4a에 예시된 터치 입력 장치(1000)를 참조하여 압력 센서(440)가 커버(240)에 부착된 경우에 대해서 설명하였으나, 압력 센서(440)는 도 4c에 예시된 터치 입력 장치(1000)에서 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이에 배치될 수도 있다. 실시예에 따라, 압력 센서(440)가 디스플레이 모듈(200) 하부에 부착될 수 있으며, 이 경우, 기준 전위층(600)은 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하는 임의의 전위층일 수 있다. 또한, 실시예에 따라 압력 센서(440)가 기판(300)에 부착될 수 있으며, 이 경우, 기준 전위층(600)은 디스플레이 모듈(200) 또는 디스플레이 모듈(200) 내부에 위치하는 임의의 전위층일 수 있다.
도 5e는 터치 입력 장치에 포함된 제3예의 압력 센서의 배치를 예시한다. 도5e에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)은 기판(300) 상에 배치되고 제2전극(460)은 디스플레이 모듈(200) 하부에 배치될 수 있다. 이 경우, 별도의 기준 전위층이 요구되지 않을 수 있다. 터치 입력 장치(1000)에 대해 압력 터치가 수행되는 경우, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 거리가 변할 수 있고 이에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 증가할 수 있다. 이러한 정전용량 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이때, 제1전극(450) 및 제2전극(460) 각각은 제1압력 센서(440-1) 및 제2압력 센서(440-2)에 포함되도록 제작되어 터치 입력 장치(1000)에 부착될 수 있다.
이상에서는 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(440)가 부착되는 구성요소와 이격되어 기준 전위층(600)이 위치하는 경우에 대해서 설명되었다. 도 6a 내지 도 6c에서는 터치 입력 장치(1000)에서 압력 센서(440)가 부착되는 구성요소 그 자체가 기준 전위층으로서 기능하는 경우에 대해서 설명된다.
도 6a는 제1방법에 따라 압력 센서(440)가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다. 도 6a에서는 압력 센서(440)가 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240) 상에 부착된 것이 도시된다.
도 6b에 도시된 바와 같이, 스페이서층(420)을 유지하기 위해서 압력 센서(440)의 테두리를 따라 소정 두께를 갖는 접착 테이프(430)가 형성될 수 있다. 도 6b에서 접착 테이프(430)는 압력 센서(440)의 모든 테두리(예컨대, 4각형의 4면)에 형성된 것이 도시되나, 접착 테이프(430)는 압력 센서(440)의 테두리 중 일부(예컨대, 4각형의 3면)에만 형성될 수도 있다. 이때, 도 6b에 도시된 바와 같이, 접착 테이프(430)는 전극(450, 460)을 포함하는 영역에는 형성되지 않을 수 있다. 이에 따라, 압력 센서(440)가 접착 테이프(430)를 통해 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착될 때 압력 전극(450, 460)이 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 소정 거리 이격되어 있을 수 있다. 실시예에 따라, 접착 테이프(430)는 기판(300)의 상부면, 디스플레이 모듈(200)의 하부면, 또는 커버(240)의 표면 상에 형성될 수 있다. 또한, 접착 테이프(430)는 양면 접착 테이프일 수 있다. 도6b에서는 전극(450, 460) 중 하나의 압력 전극만을 예시하고 있다
도 6c는 제2방법에 따라 압력 센서가 터치 입력 장치에 부착된 터치 입력 장치의 일부의 단면도이다. 도6c에서는 압력 센서(440)를 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240) 상에 위치시킨 후 접착 테이프(431)로 압력 센서(440)를 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)에 고정시킬 수 있다. 이를 위해 접착 테이프(431)는 압력 센서(440)의 적어도 일부와 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)의 적어도 일부에 접촉할 수 있다. 도 6c에서는 접착 테이프(431)가 압력 센서(440)의 상부로부터 이어져 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)의 노출 표면까지 이어지도록 도시된다. 이때, 접착 테이프(431)는 압력 센서(440)와 맞닿는 면 측에만 접착력이 있을 수 있다. 따라서, 도 6c에서 접착 테이프(431)의 상부면은 접착력이 없을 수 있다.
도 6c에 도시된 바와 같이, 압력 센서(440)를 접착 테이프(431)를 통해 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)에 고정시키더라도 압력 센서(440)와 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240) 사이에는 소정의 공간, 즉 에어갭이 존재할 수 있다. 이는 압력 센서(440)와 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240) 사이가 직접 접착제로 부착된 것이 아니며 또한 압력 센서(440)는 패턴을 갖는 압력 전극(450, 460)을 포함하므로 압력 센서(440)의 표면은 편평하지 않을 수 있기 때문이다. 이러한, 도6c에서의 에어갭 또한 터치 압력을 검출하기 위한 스페이서층(420)으로서 기능할 수 있다.
도 7a 내지 도 7e는 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출을 위한 압력 센서에 포함된 압력 전극 패턴을 예시한다. 도 7a 내지 도 7c에서는 압력 센서(440)에 포함되는 제1전극(450)과 제2전극(460)의 패턴을 예시한다. 도 7a 내지 도 7c에 예시된 압력 전극 패턴을 갖는 압력 센서(440)는 커버(240), 기판(300) 상부, 또는 디스플레이 모듈(200)의 내부 또는 하부면 상에 형성될 수 있다. 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 정전용량은 제1전극(450) 및 제2전극(460)이 포함된 전극층과 기준전위층(600) 사이의 거리에 따라 달라질 수 있다.
제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량이 변화함에 따라 터치 압력의 크기를 검출할 때, 검출 정확도를 높이기 위해서 필요한 정전용량 범위를 생성하도록 제1전극(450)과 제2전극(460)의 패턴을 형성할 필요가 있다. 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 마주하는 면적이 크거나 길이가 길수록 생성되는 정전용량의 크기가 커질 수 있다. 따라서, 필요한 정전용량 범위에 따라 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 마주하는 면적의 크기, 길이 및 형상 등을 조절하여 설계할 수 있다. 도 7a 내지 도 7c는, 제1전극(450)과 제2전극(460)이 동일한 층에 형성되는 경우로서 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 마주하는 길이가 상대적으로 길도록 압력 전극이 형성된 경우를 예시한다. 도 7a 내지 도 7c에 예시된 압력 전극(450, 460)의 패턴은 도 5a 및 도 5b에서 설명된 바와 같은 원리로 압력을 검출하는데 이용될 수 있다.
도 5c 및 도 5d에서 설명된 바와 같은 원리로 압력을 검출하는 데는 도 7d에 예시된 바와 같은 전극 패턴이 이용될 수 있다. 이 경우에, 압력 전극은 상호 정전용량 변화량 검출 정밀도를 높이기 위해 필요한 빗살 형태 또는 삼지창 형상을 가질 필요는 없으며, 도 7d에 예시된 바와 같이 판(예컨대, 사각판) 형상을 가질 수 있다.
도 5e에서 설명된 바와 같은 원리로 압력을 검출하는데는 도 7e에 예시된 바와 같은 전극 패턴이 이용될 수 있다. 이 경우에, 도 7e에 도시된 바와 같이, 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 직교하도록 배치하여 정전용량의 변화량 감지 민감도를 향상시킬 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 본 발명에 따른 압력 센서(440)가 적용된 터치 입력 장치에서 터치 압력의 크기와 포화 면적 사이의 관계를 나타낸다. 도 8a 및 도 8b에서는 압력 센서(440)가 기판(300)에 부착된 경우가 도시되나, 이하의 설명은 압력 센서(440)가 디스플레이 모듈(200) 내에 형성되거나 디스플레이 모듈(200), 커버(240) 또는 FPCB 등에 부착 또는 직접 형성된 경우에도 동일하게 적용될 수 있다.
터치 압력의 크기가 충분히 큰 경우 소정 위치에서 압력 센서(440)와 기판(300) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 상태에 다다를 수 있다. 이러한 상태를 이하에서는 '포화 상태'라고 지칭한다. 예컨대, 도 8a에 예시된 바와 같이 힘 f로 터치 입력 장치(1000)를 누를 때 압력 센서(440)와 기판(300)은 접하여 더 이상 거리가 가까워질 수 없다. 이때, 도 8a의 우측 그림에서 압력 센서(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적은 a로 표시될 수 있다.
하지만, 이러한 경우에도 터치 압력의 크기가 더 커지는 때에는 기판(300)과 압력 센서(440) 사이의 거리가 더 이상 가까워지지 않는 포화 상태에 있는 면적이 커질 수 있다. 예컨대, 도 8b에 예시된 바와 같이 f보다 더 큰 힘 F로 터치 입력 장치(1000)를 누르면 압력 센서(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적이 더 커질 수 있다. 도 8b의 우측 그림에서 압력 센서(440)와 기판(300)이 접촉하는 면적은 A로 표시될 수 있다. 이러한 면적이 커질수록 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량은 감소할 수 있다. 이하에서 거리의 변화에 따른 정전용량 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것이 설명되나 이는 포화 상태에 있는 포화 면적의 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출하는 것을 포함할 수 있다.
도 8a 및 도 8b는 도 6a에 도시된 예를 참조하여 설명되나, 도 8a 및 도 8b를 참조한 설명은 다른 실시예, 예를 들면 도4a, 도4c, 도5a 내지 도5e 및 도6c 등을 참조하여 설명한 예에도 동일하게 적용될 수 있음은 자명하다. 보다 구체적으로, 압력 센서(440)와 그라운드층 또는 기준전위층(600) 사이의 거리가 더 이상 가까워질 수 없는 포화 상태에 있는 포화 면적의 변화에 따라서 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 기판(300)의 상부면 또한 노이즈 차폐를 위해 그라운드 전위를 가질 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서가 터치 입력 장치에 부착된 일부의 단면을 예시한다.
도 9의 (a)는 압력 전극(450, 460)을 포함하는 압력 센서(440)가 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 압력 센서(440)에서 압력 전극(450, 460)은 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 사이에 위치하므로, 압력 전극(450, 460)이 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 단락되는 것이 방지될 수 있다. 또한, 터치 입력 장치(1000)의 종류 및/또는 구현 방식에 따라, 압력 전극(450, 460)이 부착되는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)이 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타낼 수 있다. 이러한 경우, 터치 입력 장치(1000)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)과 절연층(470) 사이에 그라운드 전극(ground electrode: 미도시)을 더 포함할 수 있다. 실시예에 따라, 그라운드 전극과 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 사이에는 또 다른 절연층(미도시)을 더 포함할 수도 있다. 이때, 그라운드 전극(미도시)은 압력 전극인 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 생성되는 정전용량의 크기가 너무 커지는 것을 방지할 수 있다.
도 9의 (a)는 압력 센서(440)에 포함된 제1전극(450)과 제2전극(460)이 동일한 층에 형성된 경우이다. 도 9의 (a)에 도시된 제1전극(450)과 제2전극(460) 각각은 도 13a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 복수의 전극으로 구성될 수 있다. 여기서 복수의 제1전극(450)은 제1축 방향으로 서로 이어진 형태이고, 복수의 제2전극(460)은 제1축 방향과 직교하는 제2축 방향으로 서로 이어진 형태이며, 제1전극(450) 또는 제2전극(460) 중 적어도 하나의 각각은 복수의 마름모꼴 형태의 전극이 브릿지를 통해 연결되어 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 절연된 형태일 수 있다. 또한, 도 9의 (a)에 도시된 제1전극(450)과 제2전극(460)은 도 13b에 도시된 형태의 전극으로 구성될 수도 있다. 실시예에 따라서는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수도 있다.
압력 센서(440)의 제1전극(450)과 제2전극(460)은 실시예에 따라 서로 다른 층에 구현되어 전극층을 구성하여도 무방하다. 도 9의 (b)는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 서로 다른 층에 구현된 경우의 단면을 예시한다. 도 9의 (b)에 예시된 바와 같이, 제1전극(450)은 제1절연층(470) 상에 형성되고 제2전극(460)은 제1전극(450) 상에 위치하는 제2절연층(471) 상에 형성될 수 있다. 실시예에 따라, 제2전극(460)은 제3절연층(472)으로 덮일 수 있다. 즉, 압력 센서(440)는 제1절연층(470) 내지 제3절연층(472), 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 서로 다른 층에 위치하므로 서로 오버랩(overlap)되도록 구현될 수 있다. 예컨대, 제1전극(450)과 제2전극(460)은 도 13c에 도시된 바와 같이, MxN의 구조로 배열된 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 패턴과 유사하게 형성될 수 있다. 이때, M 및 N은 1 이상의 자연수일 수 있다. 또는, 도 13a에 도시된 바와 같이 마름모꼴 형태의 제1전극(450)과 제2전극(460)이 각각 다른 층에 위치할 수도 있다.
도 9의 (c)는 압력 센서(440)가 제1전극(450)만을 포함하여 구현된 경우의 단면을 예시한다. 제1전극(450)을 포함하는 압력 센서(440)는 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200) 상에 배치될 수 있다. 예컨대, 제1전극(450)은 도 12d에 예시된 바와 같이 배치될 수 있다. 실시예에 따라서는 제1전극(450)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수도 있다.
도 9의 (d)는 제1전극(450)을 포함하는 제1압력 센서(440-1)가 기판(300) 상에 부착되고 제2전극(460)을 포함하는 제2압력 센서(440-2)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우의 단면을 예시한다. 제1전극(450)을 포함하는 제1압력 센서(440-1)는 기판(300) 상에 배치될 수 있다. 또한, 제2전극(460)을 포함하는 제2압력 센서(440-2)는 디스플레이 모듈(200)의 하부면 상에 배치될 수 있다. 실시예에 따라서는 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200) 내부에 배치될 수도 있다.
압력 센서(450, 460)가 부착되는 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)가 그라운드 전위를 나타내지 않거나 약한 그라운드 전위를 나타내는 경우, 도 9에서 압력 센서(440)는 기판(300), 디스플레이 모듈(200) 또는 커버(240)와 접촉하도록 배치되는 제1절연층(470, 470-1, 470-2) 하부에 그라운드 전극(미도시)을 더 포함할 수 있다. 이때, 압력 센서(440)는 그라운드 전극(미도시)을 사이에 두고 제1절연층(470, 470-1, 470-2)과 마주보도록 위치하는 추가의 절연층(미도시)을 더 포함할 수 있다.
이상에서는 터치 입력 장치(1000)의 상부면에서 터치 압력이 인가되는 경우에 대해서 설명하였으나, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(440)는 터치 입력 장치(1000)의 하부 면에 압력을 인가하는 경우에도 동일하게 터치 압력을 감지할 수 있다.
도 4 내지 도 9에 예시된 바와 같이 본 발명에 따른 압력 센서(440)를 터치 입력 장치에 부착하는 경우, 객체(500)를 통해 터치 입력 장치에 압력이 인가되면, 디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)이 휘어지거나 눌리게 되어, 터치 압력의 크기를 산출할 수 있다. 이 때, 도 4 내지 도 9에서는 기준전위층(600)과 압력 센서(440)간의 거리 변화를 설명하기 위하여, 객체(500)를 통해 압력이 직접 인가되는 디스플레이 모듈(200), 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)의 일부만 휘어지거나 눌리게 되는 것으로 도시되었으나, 실제로는 객체(500)를 통해 압력이 직접 인가되지 않는 부재 또한 같이 휘어지거나 눌리게 된다. 다만, 압력이 직접 인가되는 부재의 휘어지거나 눌리는 정도의 크기가 압력이 직접 인가되지 않는 부재의 휘어지거나 눌리는 정도의 크기보다 더 크기 때문에 도 4 내지 도 9에 도시된 바와 같이 설명이 가능하다. 이와 같이, 터치 입력 장치에 압력이 인가되면 터치 입력 장치에 부착된 압력 센서(440) 또한 휘어지거나 눌릴 수 있다. 이 때, 터치 입력 장치에 인가된 압력을 해제하게 되면, 디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)이 원상태로 복귀하게 되며, 이에 따라, 터치 입력 장치에 부착된 압력 센서(440) 또한 원래의 형태를 유지할 수 있어야 한다. 또한, 압력 센서(440)가 원래의 형태를 유지하기 어려운 경우, 압력 센서(440)를 터치 입력 장치에 부착하는 과정에 어려움이 생길 수 있다. 따라서, 압력 센서(440)가 원래의 형태를 유지할 수 있는 강성을 가지는 것이 좋다.
압력 센서(440)에 포함된 압력 전극(450, 460)은 알루미늄(Al), 은(Ag), 구리(Cu)와 같은 무른 전도성 금속으로 형성되는 경우, 강성이 낮은데다가 그 두께가 수 um에 지나지 않기 때문에 압력 전극(450, 460)만으로 압력 센서(440)의 원래의 형태를 유지하기 어렵다. 따라서, 압력 전극(450, 460)의 상측 또는 하측에 배치된 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471)이 압력 센서(440)의 원래의 형태를 유지할 수 있는 강성을 가지는 것이 바람직하다.
구체적으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압력 센서(440)는 전극층 및 지지층(470b, 471b)를 포함할 수 있다. 이 때, 전극층은 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 포함하는 압력 전극(450, 460)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 압력 센서(440)는 압력 센서(440)와 이격되어 위치하는 기준전위층(600)과 전극층 사이의 상대적인 거리 변화에 따라 변하는 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 정전용량의 변화를 검출하는 데 이용될 수 있다. 또한, 전극층은 하나의 전극만 포함하는 압력 전극(450, 460)으로 구성될 수 있다. 이 경우, 압력 센서(440)는 압력 센서(440)와 이격되어 위치하는 기준전위층(600)과 전극층 사이의 상대적인 거리 변화에 따라 변하는 전극층과 기준전위층(600) 사이의 정전용량의 변화를 검출하는 데 이용될 수 있다.
이 때, 압력 센서(440)와 이격되어 위치하는 기준전위층(600)이 각각의 입력 위치에 따라 균일한 기준 전위를 가지지 못하거나, 또는 예를 들어 압력 센서(440)와 이격되어 위치하는 기준전위층(600)의 표면이 고르지 못한 경우와 같이, 동일한 크기의 압력에 대하여 입력 위치에 따라 기준전위층과 전극층간의 거리 변화가 균일하지 않은 경우에는 압력 센서(440)와 이격되어 위치하는 기준전위층(600)사이의 정전용량 변화량을 이용하는데 어려움이 있을 수 있다. 도 3h에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(440)는 제1전극(450)을 포함하는 제1전극층 및 제1전극층과 이격되어 위치하는 제2전극(460)을 포함하는 제2전극층을 포함할 수 있다. 이 경우, 압력 센서(440)는 제1전극층과 제2전극층 사이의 상대적인 거리 변화에 따라 변하는, 제1전극층과 제2전극층 사이의 정전용량의 변화를 검출하는 데 이용될 수 있다. 제1전극층과 제2전극층 중 어느 하나는 기준전위층일 수 있다. 이와 같이 압력 센서(440) 내에 위치한 전극층간의 거리 변화에 따라 변하는 전극층간의 정전용량 변화를 검출하면 위와 같이 압력 센서(440) 외부에 위치한 기준전위층으로부터 균일한 정전용량 변화를 검출할 수 없는 경우에도 적용이 가능하다. 제1전극층과 제2전극층 사이에, 제1전극층과 제2전극층의 사이의 거리변화의 균일성을 제공할 수 있도록 충격 흡수 및 복원력을 가진 탄성층(480)을 더 포함할 수 있다. 또한, 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이, 압력 센서(440)는 제1전극층과 제1지지층을 포함하는 제1압력 센서 및 제2전극층과 제2지지층을 포함하는 제2압력 센서를 포함할 수 있다. 이 경우, 압력 센서(440)는 제1전극층과 제2전극층 사이의 상대적인 거리 변화에 따라 변하는, 제1전극층과 제2전극층 사이의 정전용량의 변화를 검출하는데 이용될 수 있다.
지지층(470b, 471b)은 수지재, 강성이 높은 금속, 또는 종이 등 압력 센서(440)의 기준전위층(600)과의 상대적인 거리 변화가 발생하여도 압력 센서(440)의 형태를 유지할 수 있는 강성을 가진 속성의 재료로 형성될 수 있다.
압력 센서(440)는 제1절연층(470) 및 제2절연층(471)을 더 포함할 수 있다. 이 때, 전극층은 제1절연층(470) 및 제2절연층(471) 사이에 위치하고, 지지층(470b, 471b)은 제1절연층(470)과 제2절연층(472) 중 적어도 어느 하나에 포함될 수 있다.
제1절연층(470) 또는 제2절연층(472)은 전극커버층(470a, 471a)을 더 포함할 수 있다. 전극커버층(470a, 471a)은 전극층을 절연하는 기능 및 전극의 산화, 긁힘, 크랙(crack) 등을 방지하는 등 전극층을 보호하는 기능을 할 수 있다. 또한, 전극커버층(470a, 471a)은 색상이 포함된 물질로 형성되거나 코팅되어, 압력센서(440) 유통시 햇빛에 노출되어 압력센서(440)가 열화되는 것을 방지할 수 있다. 이 때, 전극커버층(470a, 471a)은 전극층 또는 지지층(470b, 471b)에 접착제로 접착될 수도 있지만, 인쇄되거나 코팅될 수 있다. 전극커버층(470a, 471a) 또한 높은 강성을 가진 수지재로 형성될 수 있으나, 그 두께가 수 um에 지나지 않기 때문에, 약 100um의 압력 센서(440)를 원래 형태로 유지시키기 어렵다.
또한, 도 3e 및 도 3f에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 압력 센서(440)는 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471) 외측에 접착층(430) 및 보호층(435)을 더 포함할 수 있다. 도 4 내지 도 9에서는 접착층(430)이 압력 센서(440)와 별개로 구성되는 것으로 설명되었지만, 압력 센서(440)에 포함되어 하나의 구성으로 제작될 수 있다. 보호층(435)은 압력 센서(440)가 터치 입력 장치에 부착되기 전에 접착층(430)을 보호하는 기능을 하며, 터치 입력 장치에 압력 센서(440)를 부착할 때, 보호층(435)을 제거하고 접착층(430)을 이용하여 압력 센서(440)를 터치 입력 장치에 부착할 수 있다.
도 3c에 도시된 바와 같이, 지지층(470b, 471b)이 형성된 측에는 전극커버층(470a, 471a)이 형성되지 않을 수 있다. 지지층(470b, 471b)이 수지재 또는 종이 등으로 형성되는 경우, 전극층을 절연하고 보호할 수 있다. 이 경우, 마찬가지로, 지지층(470b, 471b) 또한 색상이 포함된 물질로 형성되거나, 코팅될 수 있다.
도 3d에 도시된 바와 같이, 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471) 중 어느 하나의 두께가 다른 하나의 두께보다 더 작을 수 있다. 구체적으로, 정전용량 C는 전극층과 기준전위층(600)간의 거리 d에 반비례하기 때문에, 도 3i에 도시된 바와 같이, 동일한 거리 변화에 대하여, 전극층과 기준전위층(600)간의 거리가 가까울수록 정전용량 변화량이 더 크게 되고, 정밀한 압력 검출이 용이해진다. 따라서, 압력 센서(440)가 커버(240), 기판(300) 및/또는 디스플레이 모듈(200)을 포함하는 터치 입력 장치에 부착되되, 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471) 중 기준전위층(600)으로부터 가까운 위치에 위치하는 절연층의 두께가 기준전위층(600)으로부터 먼 위치에 위치하는 절연층의 두께보다 작을 수 있다.
바람직하게는, 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471) 중 어느 하나만 지지층(470b, 471b)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 압력 센서(440)가 터치 입력 장치에 부착된 상태에서, 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 중 기준전위층(600)으로부터 먼 위치에 위치하는 절연층만 지지층(470b, 471b)을 포함할 수 있다.
마찬가지로, 도 9의 (d)에 도시된 바와 같이, 제1압력 센서(440-1)가 기판(300)상에 부착되고 제2압력 센서(440-2)가 디스플레이 모듈(200)에 부착된 경우, 제1절연층(470-1)과 제2절연층(471-1) 중 제2전극(460)으로부터 가까운 절연층인 제2절연층(471-1)의 두께가 제1절연층(470-1)의 두께보다 작고, 제3절연층(470-2)과 제4절연층(471-2) 중 제1전극(450)으로부터 가까운 절연층인 제4절연층(471-2)의 두께가 제3절연층(470-2)보다 작을 수 있고, 바람직하게는, 제1절연층(470-1) 및 제3절연층(470-2)만 지지층(470b)을 포함할 수 있다.
도 3h에 도시된 바와 같이, 압력 센서(440)가 제1전극(450)을 포함하는 제1전극층, 및 제1전극층과 이격되어 위치하는 제2전극(460)을 포함하는 제2전극층을 포함하는 경우에도, 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471) 중 어느 하나의 두께가 다른 하나의 두께보다 더 작을 수 있다. 구체적으로, 압력 센서(440)가 디스플레이 모듈(200) 또는 기판(300)에 부착되는 경우, 터치 입력 장치에 압력이 인가되면, 압력 센서(440)와 압력 센서(440)가 부착된 부재와의 거리는 변하지 않는 반면, 압력 센서(440)와 압력 센서(440)가 부착되지 않은 부재와의 거리는 변하게 된다. 이 때, 압력 센서(440)와 압력 센서(440) 외부에 위치한 기준전위층(600)간의 거리 변화에 따른 정전 용량 변화는 원하는 정전용량 변화가 아니므로, 이와 같은 정전용량 변화를 최소화하는 것이 바람직하다. 따라서, 압력 센서(440)가 기판(300) 및 디스플레이 모듈(200)을 포함하는 터치 입력 장치에 부착되되, 기판(300)과 디스플레이 모듈(200)이 마주하는 기판(300)의 일면과 디스플레이 모듈(200)의 일면 중 어느 하나에 부착되고, 압력 센서(440)가 터치 입력 장치에 부착된 상태에서, 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471) 중 압력 센서(440)가 부착된 일면과 가까운 위치에 위치하는 절연층의 두께가 압력 센서(440)가 부착된 일면과 먼 위치에 위치하는 절연층의 두께보다 작을 수 있다.
바람직하게는, 제1절연층(470) 또는 제2절연층(471) 중 어느 하나만 지지층(470b, 471b)을 포함할 수 있다. 구체적으로, 압력 센서(440)가 터치 입력 장치에 부착된 상태에서, 제1절연층(470)과 제2절연층(471) 중 압력 센서(440)가 부착된 일면으로부터 먼 위치에 위치하는 절연층만 지지층(470b, 471b)을 포함할 수 있다.
도 3e에 도시된 압력 센서(440)는 접착층(430)이 형성된 측으로 커버(240), 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착되고, 압력 센서(440)가 부착되지 않은 부재 측에 형성된 기준전위층(600)과 전극층간의 거리 변화에 따라 압력의 크기를 검출하는 형태에 사용되는 압력 센서(440)이고, 도 3f에 도시된 압력 센서(440)는 접착층(430)이 형성된 측으로 커버(240), 기판(300) 또는 디스플레이 모듈(200)에 부착되고, 압력 센서(440)가 부착된 부재 측에 형성된 기준전위층(600)과 전극층간의 거리 변화에 따라 압력의 크기를 검출하는 형태에 사용되는 압력 센서(440)이다.
압력 센서(440)가 배치되는 공간, 예컨대 디스플레이 모듈(200)과 기판(300)사이의 간격은 터치 입력 장치에 따라 다르지만 대략 100~500um 정도이기 때문에, 이에 따라 압력 센서(440) 및 지지층(470b, 471b)의 두께가 제한된다. 도 3g에 도시된 바와 같이, 압력 센서(440)가 디스플레이 모듈(200)에 부착되고, 디스플레이 모듈(200)과 기판(300) 사이의 거리가 500um일 때, 압력 센서(440)의 두께가 50um ~ 450um 사이의 값을 갖는 것이 좋다. 압력 센서(440)의 두께가 50um보다 작으면, 상대적으로 강성이 높은 지지층(470b, 471b)의 두께도 작아지므로, 압력 센서(440)가 원래의 형태를 유지하기 어렵다. 압력 센서(440)의 두께가 450um보다 크면, 상대적으로 압력 센서(440)와 기준전위층인 기판(300)간의 간격거리가 50um 이하로 너무 작아지기 때문에, 폭 넓은 범위의 압력 측정이 어려워진다.
압력 센서(440)는 터치 입력 장치에 배치되므로, 터치 입력 장치와 마찬가지로 온도, 습도 등의 소정 조건에서 주어진 신뢰성을 만족해야 한다. 섭씨 85도 내지 -40도의 가혹조건 및 85%의 습도 조건 등에서 외관 및 특성의 변화가 적은 신뢰성을 만족하기 위해서는 지지층(470b, 471b)이 수지재인 것이 좋다. 구체적으로, 지지층(470b, 471b)은 폴리이미드(PI, Polyimide), 또는 폴리에틸렌테레프탈레이트(PET, Polyethylene Terephthalate)로 형성될 수 있다. 또한, 폴리에틸렌테레프탈레이트를 사용하는 경우, 폴리이미드 보다 비용이 절감될 수 있다. 지지층(470b, 471b)를 형성하는 물질은 비용뿐 아니라 신뢰성을 고려하여 결정될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(440)가 적용되는 터치 입력 장치(1000)를 통해 압력을 검출하기 위해서 압력 전극(450, 460)에서 발생하는 정전용량의 변화를 감지할 필요가 있다. 따라서, 제1전극(450)과 제2전극(460) 중 구동전극에는 구동신호가 인가될 필요가 있고 수신전극으로부터 감지신호를 획득하여 정전용량의 변화량으로부터 터치 압력을 산출해야 한다. 실시예에 따라, 압력 검출의 동작을 위한 압력 센싱 IC 형태로 압력 검출 장치를 추가로 포함하는 것도 가능하다. 본 발명의 실시예에 따른 압력 검출 모듈(미도시)은 압력 검출을 위한 압력 센서(440)뿐 아니라 이러한 압력 검출 장치를 포괄하는 구성일 수 있다.
이러한 경우, 도 1에 예시된 바와 같이, 구동부(120), 감지부(110) 및 제어부(130)와 유사한 구성을 중복하여 포함하게 되므로 터치 입력 장치(1000)의 면적 및 부피가 커지는 문제점이 발생할 수 있다.
실시예에 따라, 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100)의 작동을 위한 터치 검출 장치를 이용하여, 압력 센서(440)에 압력 검출을 위한 구동신호를 인가하고 압력 센서(440)로부터 감지신호를 입력받아 터치 압력을 검출할 수도 있다. 이하에서는, 제1전극(450)이 구동전극이고 제2전극(460)이 수신전극인 경우를 가정하여 설명한다.
이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 압력 센서(440)가 적용되는 터치 입력 장치(1000)에서 제1전극(450)은 구동부(120)로부터 구동신호를 인가받고 제2전극(460)은 감지신호를 감지부(110)에 전달할 수 있다. 제어부(130)는 터치 센서 패널(100)의 스캐닝을 수행함과 동시에 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 하거나, 또는 제어부(130)는 시분할하여 제1시간구간에는 터치 센서 패널(100)의 스캐닝을 수행하도록 하고 제1시간구간과는 다른 제2시간구간에는 압력 검출의 스캐닝을 수행하도록 제어신호를 생성할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서 제1전극(450)과 제2전극(460)는 전기적으로 구동부(120) 및/또는 감지부(110)에 연결되어야 한다. 이때, 터치 센서 패널(100)을 위한 터치 검출 장치는 터치 센싱 IC(150)로서 터치 센서 패널(100)의 일단 또는 터치 센서 패널(100)와 동일 평면상에 형성되는 것이 일반적이다. 압력 센서(440)에 포함된 압력 전극(450, 460)은 임의의 방법으로 터치 센서 패널(100)의 터치 검출 장치와 전기적으로 연결될 수 있다. 예컨대, 압력 전극(450, 460)은 디스플레이 모듈(200)에 포함된 제2PCB(210)를 이용하여 커넥터(connector)를 통해 터치 검출 장치에 연결될 수 있다. 예컨대, 제1전극(450)과 제2전극(460)으로부터 각각 전기적으로 연장되는 전도성 트레이스들(461)은 제2PCB(210) 등을 통하여 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결될 수 있다.
도 10a 및 도 10b는 압력 전극(450, 460)을 포함하는 압력 센서(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착되는 경우를 나타낸다. 도 10a 및 도 10b에서 디스플레이 모듈(200)은 하부면 일부에 디스플레이 패널의 작동을 위한 회로가 실장된 제2PCB(210)가 구비된다.
도 10a는 제1전극(450)과 제2전극(460)이 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210)의 일단에 연결되도록 압력 센서(440)를 디스플레이 모듈(200)의 하부면에 부착하는 경우를 예시한다. 제1전극(450)과 제2전극(460)은 제2PCB(210)의 일단에 양면 전도성 테이프를 이용하여 연결될 수 있다. 구체적으로, 압력 센서(440)의 두께 및 압력 센서(440)가 배치되는 디스플레이 모듈(200)과 기판(300)의 간격이 매우 작기 때문에, 별도의 커넥터를 사용하는 것보다 양면 도전성 테이프를 이용하여 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 제2PCB(210)의 일단에 연결하는 것이 두께를 줄일 수 있으므로 효과적이다. 제2PCB(210) 상에는 압력 전극(450, 460)을 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결할 수 있도록 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다. 이에 대한 상세한 설명은 도 11a 내지 도 11c를 참조하여 설명한다. 도 10a에 예시된 압력 전극(450, 460)을 포함하는 압력 센서(440)의 부착 방법은 기판(300), 커버(240)에 대해서도 동일하게 적용될 수 있다.
도 10b는 제1전극(450)과 제2전극(460)을 포함하는 압력 센서(440)가 별도로 제작되지 않고 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210)에 일체형으로 형성된 경우를 예시한다. 예컨대, 디스플레이 모듈(200)의 제2PCB(210) 제작시에 제2PCB에 일정 면적(211)을 할애하여 미리 디스플레이 패널의 작동을 위한 회로뿐 아니라 제1전극(450)과 제2전극(460)에 해당하는 패턴까지 인쇄할 수 있다. 제2PCB(210)에는 제1전극(450) 및 제2전극(460)을 터치 센싱 IC(150) 등 필요한 구성까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도 11a 내지 도 11c는 압력 센서(440)에 포함된 압력 전극(450, 460)를 터치 센싱 IC(150)에 연결하는 방법을 예시한다. 도 11a 내지 도 11c에서 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈(200)의 외부에 포함된 경우로서, 터치 센서 패널(100)의 터치 검출 장치가 터치 센서 패널(100)을 위한 제1PCB(160)에 실장된 터치 센싱 IC(150)에 집적된 경우를 예시한다.
도 11a에서 디스플레이 모듈(200)에 부착된 압력 센서(440)에 포함된 압력 전극(450, 460)이 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 연결되는 경우를 예시한다. 도 11a에 예시된 바와 같이, 스마트폰과 같은 이동 통신 장치에서 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(connector: 121)를 통해서 디스플레이 모듈(200)을 위한 제2PCB(210)에 연결된다. 제2PCB(210)는 제2커넥터(224)를 통해서 메인보드로 전기적으로 연결될 수 있다. 따라서, 터치 센싱 IC(150)는 제1커넥터(121) 및 제2커넥터(224)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 CPU 또는 AP와 신호를 주고 받을 수 있다.
도 11a에서는 압력 센서(440)가 도 10b에 예시된 바와 같은 방식으로 디스플레이 모듈(200)에 부착된 것이 예시되나 도 10a에 예시된 바와 같은 방식으로 부착된 경우에도 적용될 수 있다. 제2PCB(210)에는 압력 전극(450, 460)이 제1커넥터(121)를 통해 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결될 수 있도록 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다.
도 11b에서 디스플레이 모듈(200)에 부착된 압력 센서(440)에 포함된 압력 전극(450, 460)이 제3커넥터(473)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결되는 경우가 예시된다. 도 11b에서 압력 전극(450, 460)은 제3커넥터(473)를 통해서 터치 입력 장치(1000)의 작동을 위한 메인보드까지 연결되고, 추후 제2커넥터(224) 및 제1커넥터(121)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 압력 전극(450, 460)은 제2PCB(210)와 분리된 추가의 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 또는 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)은 도 3a 내지 도 3h에 예시된 바와 같은 압력 센서(440)의 형태로 터치 입력 장치(1000)에 부착되어 압력 전극(450, 460)으로부터 전도성 트레이스등을 연장시켜 커넥터(473)를 통해 메인보드까지 연결될 수도 있다.
도 11c에서 압력 전극(450, 460)이 제4커넥터(474)를 통해서 직접 터치 센싱 IC(150)로 연결되는 경우가 예시된다. 도11c에서 압력 전극(450, 460)은 제4커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)까지 연결될 수 있다. 제1PCB(160)에는 제4커넥터(474)부터 터치 센싱 IC(150)까지 전기적으로 연결하는 도전성 패턴이 인쇄되어 있을 수 있다. 이에 따라, 압력 전극(450, 460)은 제4커넥터(474)를 통해서 터치 센싱 IC(150)까지 연결될 수 있다. 이때, 압력 전극(450, 460)은 제2PCB(210)와 분리된 추가의 PCB 상에 인쇄될 수 있다. 제2PCB(210)와 추가의 PCB는 서로 단락되지 않도록 절연되어 있을 수 있다. 또는 실시예에 따라 압력 전극(450, 460)은 도 3a 내지 도 3h에 예시된 바와 같은 압력 센서(440)의 형태로 터치 입력 장치(1000)에 부착되어 압력 전극(450, 460)으로부터 전도성 트레이스등을 연장시켜 커넥터(474)를 통해 제1PCB(160)까지 연결될 수도 있다.
도 11b 및 도 11c의 연결 방법은 압력 전극(450, 460)을 포함한 압력 센서(440)가 디스플레이 모듈(200)의 하부면뿐 아니라 기판(300) 또는 커버(240) 상에 형성된 경우에도 적용될 수 있다.
도 11a 내지 도 11c에서는 터치 센싱 IC(150)가 제1PCB(160) 상에 형성된 COF(chip on film) 구조를 가정하여 설명되었다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 본 발명은 터치 센싱 IC(150)가 터치 입력 장치(1000)의 실장공간(310) 내의 메인보드 상에 실장되는 COB(chip on board) 구조의 경우에도 적용될 수 있다. 도 11a 내지 도 11c에 대한 설명으로부터 당해 기술분야의 당업자에게 다른 실시예의 경우에 압력 전극(450, 460)의 커넥터를 통한 연결이 자명할 것이다.
이상에서는 구동전극으로서 제1전극(450)이 하나의 채널을 구성하고 수신전극으로서 제2전극(460)이 하나의 채널을 구성하는 압력 전극(450, 460)에 대해서 살펴보았다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 구동전극 및 수신전극은 각각 복수개의 채널을 구성할 수 있다. 구동전극 및 수신전극이 복수개의 채널을 구성하면, 터치에 대한 압력을 검출할 때 그 정밀도를 향상시킬 수 있으며 또한 다중 터치(multi touch)에 대한 다중의 압력 검출이 가능할 수 있다.
도 12a 내지 도 12d는 본 발명의 압력 전극이 복수의 채널을 구성하는 경우를 예시한다. 도 12a에서는 제1전극(450-1, 450-2)과 제2전극(460-1, 460-2) 각각이 2개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 도 12a에서는 2개의 채널을 구성하는 제1전극(450-1, 450-2)과 제2전극(460-1, 460-2)이 모두 하나의 압력 센서(440)에 포함되도록 구성된 것이 예시된다. 도 12b에서는 제1전극(450)은 2개의 채널(450-1, 450-2)을 구성하나 제2전극(460)은 1개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 도 12c에서는 제1전극(450-1 내지 450-5)과 제2전극(460-1 내지 460-5) 각각이 5개의 채널을 구성하는 경우가 예시된다. 이 경우에도 5개의 채널을 구성하는 전극이 모두 하나의 압력 센서(440)에 포함되도록 구성될 수 있다. 도 12d에서는 제1전극(451 내지 459) 각각이 9개의 채널을 구성하고, 모두 하나의 압력 센서(440)에 포함되도록 구성하는 경우가 예시된다.
도 12a 내지 도 12d 및 도 13a 내지 도 13d에 도시된 바와 같이, 복수의 채널을 구성하는 경우, 각각의 제1전극(450) 및/또는 제2전극(460)으로부터 터치 센싱 IC(150)에 전기적으로 연결되는 도전성 패턴이 형성될 수 있다.
여기서, 도 12d에 도시된 형태의 복수의 채널을 구성하는 경우를 예를 들어 설명한다. 이 경우, 한정된 폭을 갖는 제1커넥터(121)에 복수의 도전성 패턴(461)이 연결되어야하기 때문에, 도전성 패턴(461)의 폭 및 인접한 도전성 패턴(461)과의 간격이 작아야 한다. 이러한 작은 폭 및 간격을 갖는 도전성 패턴(461)을 형성하기 위한 미세공정을 하기 위해서는 폴리에틸렌테레프탈레이트보다는 폴리이미드가 적합하다. 구체적으로, 도전성 패턴(461)이 형성되는 압력 센서(440)의 지지층(470b, 471b)은 폴리이미드로 형성될 수 있다. 또한, 도전성 패턴(461)을 제1커넥터(121)에 연결하기 위하여 납땜공정이 필요할 수 있는데, 섭씨 300도 이상의 납땜 공정을 하기 위하여는 상대적으로 열에 약한 폴리에틸렌테레프탈레이트보다는 열에 강한 폴리이미드가 적합하다. 이 때, 도전성 패턴(461)이 형성되지 않는 부분의 지지층(470b, 471b)은 비용 절감을 위하여 폴리에틸렌테레프탈레이트로 형성되고, 도전성 패턴(461)이 형성되는 부분의 지지층(470b, 471b)은 폴리이미드로 형성될 수 있다.
도 12a 내지 도 12d 및 도 13a 내지 도 13d는 압력 전극이 단수 또는 복수의 채널을 구성하는 경우를 예시하며, 그외에도 다양한 방법으로 압력 전극이 단수 또는 복수의 채널로 구성될 수 있다. 도 12a 내지 도 12c 및 도 13a 내지 도 13d에서 압력 전극(450, 460)이 터치 센싱 IC(150)에 전기적으로 연결되는 경우가 예시되지 않았으나, 도 11a 내지 도 11c 및 기타의 방법으로 압력 전극(450, 460)이 터치 센싱 IC(150)에 연결될 수 있다.
이상에서, 제1커넥터(121) 또는 제4커넥터(474)는 양면 전도성 테이프일 수 있다. 구체적으로, 제1커넥터(121) 또는 제4커넥터(474)가 매우 작은 간격 사이에 배치될 수 있기 때문에, 별도의 커넥터를 사용하는 것보다 양면 도전성 테이프를 이용하는 것이 두께를 줄일 수 있으므로 효과적이다. 또한, 실시예에 따라 제1커넥터(121) 또는 제4커넥터(474)의 기능은 얇은 두께를 실현할 수 있는 FOF 본딩(Flex-on-Flex Bonding) 방법을 통해 구현될 수 있다.
이하에서는 압력 센서(440)가 복수개의 채널을 형성하도록 구성된 경우에, 복수개의 채널로부터 검출되는 정전용량의 변화량에 기초하여 터치에 대해서 압력의 크기를 검출하는 다양한 방법에 대하여 설명한다.
제1방법예
도 20a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력장치에서 복수개의 채널을 이용하여 터치의 압력의 크기를 검출하는 방법의 예를 설명하기 위한 순서도이다.
터치 표면에 압력이 인가되면(S10), 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량과 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값의 합에 기초하여 터치 압력의 크기를 검출한다(S20). 예를 들면, 도 13d에 도시된 압력 센서(440)에서 15개 각각의 제1전극(450)에서 검출되는 정전용량의 변화량과 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값을 합산한 값에 기초하여 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다. 이와 같이, 각 채널로부터 검출된 압력의 크기(또는 이에 대응하는 정전용량 값)와 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값을 합산한 값이나 평균값을 이용함으로써 싱글 채널을 이용하여 압력을 검출하는 것보다 압력 크기 검출의 정밀도가 향상될 수 있다.
제2방법예
압력 센서의 위치에 따라서 동일한 터치 압력에 대해서 감지되는 커패시턴스의 크기에 차이가 발생할 수 있다. 예를 들면 중앙에 위치한 압력 전극에서 감지되는 정전용량의 변화량이 주변에 위치한 압력 전극에서 감지되는 정전용량의 변화량보다 클 수 있다. 제1방법예는 이러한 위치에 따른 감도 차이가 무시할만한 수준인 경우 또는 이러한 감도 차이를 하드웨어로 보상한 경우에 적용될 수 있다. 제2방법예는 이러한 감도 차이를 소프트웨어에서 보상하는 경우에 적용할 수 있는 방법이다.
도 14a는 도 13d에 도시된 압력 센서에서 소정 위치에 압력이 인가되는 경우를 도시하는 도면이고, 도 14b는 도 14a의 A위치에 대응되는 터치 표면에 터치 압력이 인가되는 경우에 터치 입력 장치가 휘어지는 형태를 도시하는 단면도이고, 도 14c는 도 14a의 C위치에 대응되는 터치 표면에 터치 압력이 인가되는 경우에 터치 입력 장치가 휘어지는 형태를 도시하는 단면도이다.
도 14a에 도시된 A 위치에 대응되는 터치 표면에 터치 압력이 인가되는 경우, 즉, 디스플레이 모듈(200)의 중앙부에 터치 압력이 인가되는 경우에 도 14b에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 정도가 상대적으로 클 수 있다. 반면에, 도 14a에 도시된 C위치에 대응되는 터치 표면에 터치 압력이 인가되는 경우, 즉, 디스플레이 모듈(200)의 가장자리에 터치 압력이 인가되는 경우에 도 14c에 도시된 바와 같이 디스플레이 모듈(200)이 휘어지는 정도보다 상대적으로 작을 수 있다. 구체적으로, 도 14b 및 도 14c에 도시된 바와 같이, 동일한 터치 압력이 인가되는 경우, 디스플레이 모듈(200)의 중앙부에 터치 압력이 인가될 때의 디스플레이 모듈(200)이 가장 많이 휘어지는 위치와 압력 전극(450)간의 거리(d1)가 디스플레이 모듈(200)의 가장자리에 터치 압력이 인가될 때의 디스플레이 모듈(200)이 가장 많이 휘어지는 위치와 압력 전극(450)간의 거리(d2)보다 작을 수 있다. 이와 같이, 동일한 터치 압력이 인가되더라도 터치 압력이 인가되는 위치에 따라 각각의 채널에서 검출되는 정전용량 변화량이 다르게 된다. 따라서, 각 채널로부터 검출된 압력의 크기 또는 이에 대응하는 정전용량과 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값의 합이나 평균을 이용하여 압력의 크기를 검출하는 것보다는 좀 더 정확한 압력값을 검출할 수 있는 방법이 필요하다.
도 20b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력장치에서 복수개의 채널을 이용하여 터치의 압력의 크기를 검출하는 방법의 또다른 예를 설명하기 위한 순서도이고, 도 15는 도 13d에 도시된 압력 센서에서 각각의 제1전극에 할당된 감도 보정 스케일링 계수를 나타내기 위한 도면이다.
터치 표면에 압력이 인가되면(S100), 각각의 채널에서 검출되는 정전용량 변화량과 각각의 채널에 미리 할당된 감도 보정 스케일링 계수 및 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값의 합에 기초하여 터치 압력의 크기를 검출한다(S200). 예를 들면, 도 15에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)의 중앙부에 위치한 제1전극(450)에는 감도 보정 스케일링 계수로 1이 할당되고, 중앙부에 위치한 제1전극(450)과 인접한 제1전극(450)들에는 감도 보정 스케일링 계수로 6이 할당되고, 그보다 더 가장자리에 위치한 제1전극(450)들에는 각각 감도 보정 스케일링 계수로 12와 16이 할당될 수 있다. 이와 같이, 디스플레이 모듈(200)의 중앙부에 대응되는 채널에 더 작은 감도 보정 스케일링 계수를 할당하고 디스플레이 모듈(200)의 가장자리에 대응되는 채널에 더 큰 감도 보정 스케일링 계수를 할당하면, 도 14b 및 도 14c에 도시된 바와 같이, 동일한 압력이 인가될 때 디스플레이 모듈(200)의 중앙부가 디스플레이 모듈(200)의 가장자리보다 더 많이 휘어짐으로 인하여 디스플레이 모듈(200)의 중앙부에서 검출되는 정전용량의 변화량이 디스플레이 모듈(200)의 가장자리에서 검출되는 정전용량 변화량보다 크게되는 것을 상쇄시킬 수 있다. 따라서, 좀 더 정확한 압력값을 산출할 수 있다.
제3방법예
제3방법예에서는 각 채널에서 검출되는 정전용량 변화량으로부터 산출되는 거리변화값을 이용하여 총 체적 변화량을 추정하고, 이를 이용하여 터치 압력의 크기를 산출한다.
도 16a는 도 14a에 도시된 위치에 압력이 인가되는 경우 인가되는 압력의 크기와 터치 입력 장치의 체적 변화량의 관계를 설명하기 위한 그래프이고, 도 16b는 도 14b에 도시된 터치 입력 장치의 체적 변화량을 도시하기 위한 단면도이고, 도 16c는 도 14c에 도시된 터치 입력 장치의 체적 변화량을 도시하기 위한 단면도이다.
동일한 터치 압력이 인가되는 경우, 디스플레이 모듈(200)의 중앙부에 터치 압력이 인가될 때의 터치 입력 장치(1000)가 변형되는 부피(이하에서 체적 변화량이라 한다)가 디스플레이 모듈(200)의 가장자리에 터치 압력이 인가될 때의 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량보다 클 수 있다. 즉, 도 14a에 도시된 A, B, 및 C 위치에 대응되는 터치 표면에 동일한 터치 압력이 인가되는 경우를 비교해 보면, 도 16a 내지 도 16c에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈(200)의 중앙부인 A 위치에 터치 압력이 인가될 때의 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량이 디스플레이 모듈(200)의 A 위치보다 상대적으로 가장자리에 위치한 C 위치에 터치 압력이 인가될 때의 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량보다 크다.
동일한 위치에 터치 압력이 인가되는 경우, 인가되는 압력의 크기와 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량은 선형 관계를 가진다. 즉, 도 14a에 도시된 A, B, 또는 C 위치 중 어느 한 위치에 다른 크기의 터치 압력들이 인가되는 경우를 비교해 보면, 도 16a에 도시된 바와 같이, 인가되는 압력의 크기에 비례하여 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량이 변한다.
따라서, 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량을 추정함으로써, 압력의 크기를 검출할 수 있다.
먼저, 디스플레이 모듈(200)의 소정 터치 위치에 소정 크기의 압력을 인가할 때, 각각의 채널로부터 검출되는 정전용량에 기초하여 해당 터치 위치에 대응되는 기준값을 메모리(미도시)에 저장한다. 이 때, 상기 기준값은, 각각의 채널부터 검출되는 정전용량에 기초하여 산출된 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량일 수 있다. 또는, 상기 기준값은 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량과 선형 관계를 갖는 정규화된 압력값, 또는 도 16a에 도시된 그래프에서의 기울기일 수 있다. 이와 같은 방법을 각각의 터치 위치에 대하여 반복 실행하여, 소정 크기의 압력이 인가될 때의, 디스플레이 모듈(200)의 전체 영역의 모든 위치에 대한 기준값을 메모리에 저장한다. 이 때, 디스플레이 모듈(200)의 전체 영역의 모든 위치에 대하여 기준값을 생성하기 어려우므로, 소정 간격으로 이격된 복수의 대표 위치에 대하여만 기준값을 생성하여 저장할 수도 있다. 예를 들면, 디스플레이 모듈(200)의 등간격으로 이격된 432(18 X 24)개의 각각의 터치 위치에 800g의 압력을 인가할 때 검출되는 각각의 정전용량 변화량에 기초하여 산출된 432개의 체적 변화량을 메모리에 저장할 수 있다.
다음은 상기 기준값을 이용하여 터치 압력의 크기를 검출하는 방법을 예시한다.
도 20c는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력장치에서 복수개의 채널을 이용하여 터치의 압력의 크기를 검출하는 방법의 또다른 예를 설명하기 위한 순서도이고, 도 17a는 터치 입력 장치에 압력이 인가될 때, 터치 입력 장치가 변형되는 형태를 설명하기 위한 부분사시도이고, 도 17b는 터치 입력 장치에 압력이 인가될 때, 터치 입력 장치의 체적 변화량을 추정하는 것을 설명하기 위한 도면이고, 도 17c는 도 17b에 도시된 도면의 단면도이다.
터치 표면에 압력이 인가되면(S1000), 터치 위치를 검출하고(S2000), 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량으로부터 각각의 채널에 대응되는 거리변화를 산출한다(S3000).
각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 값은 압력 전극의 구성이나 터치 압력를 센싱하기 위한 회로 구성에 따라 다르나, 터치 압력 인가시, 도 17c에 도시된 각각의 채널에 대응되는 거리변화(di)의 함수로 표현될 수 있으므로, 각각의 채널로부터 검출되는 정전용량 값으로부터 역산하여 각각의 채널에 대응되는 거리변화(di)를 산출할 수 있다. 여기서 각각의 채널에 대응되는 거리변화(di)는, 압력이 인가되기 전을 기준으로 압력이 인가된 후의, 각각의 채널에 대응되는 터치 입력 장치 표면이 변형된 거리를 의미한다.
도 18a는, 도 13a 내지 도 13c에 도시된 바와 같이, 제1전극(450)이 구동전극(TX)이고, 제2전극(460)이 수신전극(RX)으로 구성되어 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 상호 정전용량의 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출하는 경우, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 압력 정전용량(11)을 센싱하는 장치의 등가회로를 예시한다. 여기서, 구동신호(Vs)와 출력신호(Vo) 사이의 관계식은 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018015786-appb-M000001
이때, 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 정전용량 중 기준 전위층으로 빼앗기는 정전용량은 프린징(fringing) 정전용량이다. 이때, 압력 정전용량(11)은 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018015786-appb-M000002
여기서, Co는 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이에 생성되는 고정 정전용량 값이며 Cfringing은 제1전극(450)과 제2전극(460) 사이의 프린징 현상에 의해 발생되는 정전용량 값이고, 수학식(2)는 이러한 Cfringing값을 거리(d)와 계수(α)로 표현한 것이다. 고정 정전용량은 기준 전위층과의 거리(d)에는 무관하게 제1전극(450)과 제2전극(460)에 의해 생성되는 정전용량을 의미한다.
디스플레이 모듈(200)의 임의의 위치에 임의의 압력이 인가되면, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량 변화량, 상기 수학식 (1) 및 상기 수학식 (2)로부터 역산하여 각각의 채널에 대응되는 거리변화(di)를 산출할 수 있다.
또한, 도 18b는, 도 13d에 도시된 바와 같이, 제1전극(450)에 구동신호가 인가되고 제1전극(450)으로부터 수신신호를 검출하도록 구성되어 제1전극(450)의 자기 정전용량의 변화로부터 터치 압력의 크기를 검출하는 경우, 제1전극(450)과 기준전위층 사이의 정전용량(11)을 센싱하는 장치의 등가회로를 예시한다.
제1스위치(21)가 켜지면 제1스위치(21)의 일단이 연결된 전원 전압(VDD)까지 압력 캐패시터(11)가 충전된다. 제1스위치(21) 스위치가 오프된 직후 제3스위치(23)가 켜지면 압력 캐패시터(11)에 충전된 전하가 증폭기(31)로 전달되어 그에 상응하는 출력 신호(Vo)를 획득할 수 있다. 제2스위치(22)가 켜지면 압력 캐패시터(11)에 남아 있는 모든 전하가 방전되고, 제2스위치(22)가 오프된 직후에 제3스위치(23)가 켜지면 궤환 캐패시터(32)를 통해서 압력 캐패시터(11)에 전하가 전달되어 그에 상응하는 출력신호를 획득할 수 있다. 이때, 도 18b로 표시되는 회로의 출력신호(Vo)는 수학식 3과 같이 표현될 수 있다.
Figure PCTKR2018015786-appb-M000003
여기서, ε은 제1전극(450)과 기준 전위층 사이에 채워진 물질의 유전율(εoεr), A는 제1전극(450)의 면적이다.
디스플레이 모듈(200)의 임의의 위치에 임의의 압력이 인가되면, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량 변화량, 상기 수학식 (3)으로부터 역산하여 각각의 채널에 대응되는 거리변화(di)를 산출할 수 있다.
산출된 각각의 채널에 대응되는 거리변화(di)를 이용하여 터치 입력 장치의 체적 변화량을 추정한다(S4000). 구체적으로, 터치 압력이 인가되면, 도 17a에 도시된 바와 같이 터치 입력 장치(1000)의 표면이 변형되고 이로 인한 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량은, 도 17b 및 도 17c에 도시된 각각의 채널에 대응되는 체적 변화량들의 합으로 추정할 수 있다. 이 때, 각각의 채널에 대응되는 면적이 같은 경우, 예를 들면 도 13d에 도시된 각각의 제1전극(450)의 면적이 같은 경우, 각각의 채널에 대응되는 체적 변화량들의 합은 각각의 채널에 대응되는 거리변화(di)의 합에 하나의 제1전극(450)의 면적(A)를 곱한 값일 수 있다.
이 때, 소정 위치에 터치 압력이 인가되는 경우, 도 16a에 도시된 바와 같이, 인가되는 압력의 크기와 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량은 선형 관계를 가지므로, 추정된 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량, 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수 및 메모리에 저장된 해당 터치 위치에 대응되는 기준값에 기초하여, 인가되는 압력의 크기를 산출한다(S5000).
예를 들면, 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수가 모두 1이라고 가정할 때, 추정된 터치 입력 장치(1000)의 체적 변화량이 1000이고, 800g의 압력에 대한 해당 터치 위치에 대응되는 기준값으로서 메모리에 저장된 체적 변화량이 2000인 경우, 인가되는 압력의 크기는 400g이다.
한편, 실시예에 따라서는 터치 위치에 대응되는 기준값을 각 채널별로 설정해두도록 구성할 수 있다.
또한, 입력된 터치 위치에 대응되는 기준값이 메모리에 저장되어 있지 않은 경우, 메모리에 저장된 인접한 터치위치에 대응되는 기준값을 이용하여 선형 보간, bi-cubic 보간 등 다양한 방법의 보간을 통해 압력 값을 산출할 수 있다.
도 19a는 도 14a에 도시된 압력센서의 D위치에 압력이 인가된 경우를 설명하기 위한 도면이고, 도 19b는 도 19a에 도시된 D위치에 압력이 인가된 경우 압력값을 산출하는 것을 설명하기 위한 그래프이다.
예를 들면, 도 19a에 도시된 A 위치와 B 위치에 대응되는 기준값은 메모리에 저장되어 있으나, A위치 및 B위치의 중간 지점인 D 위치에 대응되는 기준값은 메모리에 저장되어 있지 않은 경우, D위치에 대한 기준값은 도 19b에 도시된 바와 같이, A위치와 B위치의 기준값을 선형 보간하여, 즉, A위치의 기준값과 B위치의 기준값의 중간값을 취하여 추정할 수 있고, 상기 추정된 D위치의 기준값을 이용하여 D위치에 인가된 압력의 크기를 산출할 수 있다.
이와 같이, 터치 압력에 의한 체적 변화량에 근거하여 압력의 크기를 산출하면, 좀 더 정확한 압력의 크기를 검출할 수 있으며, 기준전위층 또는 압력센서가 최초의 위치로부터 변형되더라도 정확한 압력의 크기를 검출할 수 있는 장점이 있다.
이하에서는 상기 SNR 개선 스케일링 계수를 계산하는 방법에 대하여 설명한다.
도 21a는 도 17c의 a 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기를 도시하는 그래프이고, 도 21b는 도 17c의 b 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기를 도시하는 그래프이다.
도 17c에 도시된 바와 같이, 디스플레이 모듈의 중앙부에 터치 압력이 인가되는 경우에, a위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기가 b위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기보다 클 수 있다. 이 때, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량은 터치 입력 장치(1000)에 인가된 압력뿐만 아니라 터치 입력 장치(1000) 주위의 전기장 또는 자기장의 변화, 온도의 변화 등 다양한 요인에 의하여 변할 수 있다. 이러한 터치 입력 장치(1000)에 인가된 압력 이외의 요인에 의한 정전용량의 변화는 압력의 크기를 검출하는데 제거해야할 노이즈에 해당한다. 도 21a 및 도 21b에 도시된 바와 같이, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호는 인가된 압력에 기인한 신호와 노이즈에 기인한 신호가 합쳐진 형태로 검출된다. 이 때, 도 21a에 도시된 바와 같이, 압력이 인가된 위치인 디스플레이 모듈의 중앙부에 대응되는 a위치에서 검출되는 신호 중 압력에 기인한 신호의 크기가 차지하는 비중이 노이즈에 기인한 신호가 차지하는 비중보다 큰 반면, 도 21b에 도시된 바와 같이, 압력이 인가된 위치에서 멀리 떨어진 디스플레이 모듈의 가장자리에 대응되는 b위치에서 검출되는 신호 중 압력에 기인한 신호의 크기가 차지하는 비중이 노이즈에 기인한 신호가 차지하는 비중보다 상대 적으로 작다. 이 때, 노이즈에 기인한 신호는 압력이 인가된 위치와 관계 없이 대체적으로 일정하므로 각각의 채널에서 검출되는 노이즈에 기인한 신호의 크기가 대체적으로 일정한 반면, 압력에 기인한 신호는 압력이 인가된 위치에 따라 다르므로, 각각의 채널에서 검출되는 압력에 기인한 신호는 압력이 인가된 위치에 따라 다르다.
따라서, 상대적으로 압력에 기인한 신호보다 노이즈에 기인한 신호의 크기가 큰 채널에서 검출되는 신호는 압력의 크기를 검출할 때 배제시키거나 그 기여 정도를 작게 하면, 전체적으로 압력에 기인한 신호가 감소하는 정도보다 노이즈에 기인한 신호가 감소하는 정도가 더 크므로, 전체적인 SNR을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 각각의 채널에 적절한 SNR 개선 스케일링 계수를 할당함으로써, 압력 검출시 전체적인 SNR를 향상시킬 수 있다.
이 때, 압력이 인가된 위치와 디스플레이 모듈이 가장 큰 변형을 나타내는 위치가 반드시 일치하는 것은 아니나, 대체로 다른 위치보다 압력이 인가된 위치에서 디스플레이 모듈에 큰 변형이 일어나므로, 압력이 인가된 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기가 다른 위치에 대응되는 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기보다 대체적으로 크다. 따라서, 압력이 인가된 위치, 즉 터치 위치 또는 각각의 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기에 따라 각각의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수가 계산될 수 있다.
도 22a 및 도 22b는 P위치에 압력이 인가될 때, 각각의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 설명하기 위한 도면이고, 도 22c는 도 22a의 P위치에 압력이 인가될 때, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량을 나타내는 도면이다.
먼저, SNR 개선 스케일링 계수를 각각의 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기에 기초하여 계산하는 방법에 대하여 설명한다.
각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당할 수 있다. 이 경우, 전체 채널 중, 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하는 것으로, 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 이 때, N은 1보다 같거나 크고 전체 채널의 개수보다 같거나 작은 자연수이다. 구체적으로, 도 22a의 P위치에 압력이 인가되고, N이 4일 경우, 도 22c에 도시된 바와 같이 4개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널인 CH2, CH4, CH5 및 CH8에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0이 할당된다. 여기에서 위에서 설명한 제1방법예에 상기 SNR 개선 스케일링 계수를 적용하면, CH2, CH4, CH5 및 CH8에서 검출되는 정전용량의 변화량의 합인 310을 이용하여 압력의 크기를 검출할 수 있다.또한, 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당할 수 있다. 이 경우도 마찬가지로, 전체 채널 중, 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하는 것으로, 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 도 22a의 P위치에 압력이 인가되고, 소정 비율이 50%인 경우, 도 22c에 도시된 바와 같이 가장 큰 신호가 검출되는 채널인 CH5에서 출력되는 신호의 크기의 50%인 55이상의 크기의 신호가 검출되는 채널인 CH4, CH5, 및 CH8에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0이 할당된다. 여기에서 위에서 설명한 제1방법예에 상기 SNR 개선 스케일링 계수를 적용하면, CH4, CH5, 및 CH8에서 검출되는 정전용량의 변화량의 합인 260을 이용하여 압력의 크기를 검출할 수 있다.
또한, SNR 개선 스케일링 계수를 터치 위치에 기초하여 계산하는 방법에 대하여 설명한다.
터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당할 수 있다. 이 경우, 터치 위치에 가까운 채널에서 검출되는 신호의 크기가 대체로 터치 위치에서 상대적으로 먼 채널에서 검출되는 신호의 크기보다 크다. 따라서, 전체 채널 중, 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하는 것으로, 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 이 때, N은 1보다 같거나 크고 전체 채널의 개수보다 같거나 작은 자연수이다. 구체적으로, 도 22a의 P위치에 압력이 인가되고, N이 4일 경우, 도 22c에 도시된 바와 같이 터치 위치에서 가장 가까운 4개의 채널인 CH4, CH5, CH7 및 CH8에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0이 할당된다. 여기에서 위에서 설명한 제1방법예에 상기 SNR 개선 스케일링 계수를 적용하면, CH4, CH5, CH7 및 CH8에서 검출되는 정전용량의 변화량의 합인 305를 이용하여 압력의 크기를 검출할 수 있다.
또한, 터치 위치에서 소정 거리 이내에 위치한 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당할 수 있다. 이 경우도 마찬가지로, 전체 채널 중, 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하는 것으로, 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 도 22a의 P위치에 터치가 입력되고, 소정 거리가 도 22a에 도시된 r인 경우, 도 22c에 도시된 바와 같이 터치 위치에서 r이내에 위치한 채널인 CH1, CH2, CH4, CH5, CH6, CH7 및 CH8에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0이 할당된다. 여기에서 위에서 설명한 제1방법예에 상기 SNR 개선 스케일링 계수를 적용하면, CH1, CH2, CH4, CH5, CH6, CH7 및 CH8에서 검출되는 정전용량의 변화량의 합인 385를 이용하여 압력의 크기를 검출할 수 있다.
또한, 터치 위치와 각각의 채널간의 거리에 기초하여 각각의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 계산할 수 있다. 일 실시예로, 터치 위치와 각각의 채널간의 거리와 각각의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수가 반비례 관계를 가질 수 있다. 이 때, 전체 채널 중, 신호의 크기가 작은 채널의 압력 검출에 대한 기여 정도를 작게함으로써, SNR을 향상시킬 수 있다. 구체적으로, 도 22b의 P위치에 터치가 입력되고, 터치 위치와 채널 j간의 거리가 dj일 때, 채널 j에 1/dj에 비례하는 SNR 개선 스케일링 계수를 할당할 수 있다. 예를 들어, 도22b에 도시된 d1 내지 d15가 각각 15, 13.5, 13.3, 11.3, 9.3, 8.8, 8.5, 5.3, 4.5, 7.3, 3.3, 1, 8.5, 5.3, 4.5의 값을 갖는 경우, 1/dj인 0.067, 0.074, 0.075, 0.088, 0.108, 0.114, 0.118, 0.189, 0.122, 0.137, 0.303, 1, 0.118, 0.189, 0.222이 각각 CH1 내지 CH15의 SNR 개선 스케일링 계수로 할당된다. 위에서 설명한 제1방법예에 상기 SNR 개선 스케일링 계수를 적용하면 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량에 상기 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값의 합을 이용하여 압력의 크기를 검출할 수 있다.
이상에서는, 위에서 설명한 제1방법예에 SNR 개선 스케일링 계수를 적용하는 예에 대하여 설명하였으나, 제2방법예 또는 제3방법예에도 동일하게 SNR 스케일링 계수를 적용하여 압력의 크기를 검출할 수 있다.
상기에서는 도 13d에 도시된 형태의 압력센서(440)에 대하여 설명하였으나, 이에 한하지 않으며, 다른 형태의 압력 센서, 예를 들면 도 13a 내지 도 13c에 도시된 형태의 압력 전극을 포함하는 압력센서에도 적용 가능하다.
압력 센서(440)가 복수개의 채널을 형성하도록 구성된 경우에, 다중 터치에 대한 다중의 압력 검출이 가능할 수 있다. 이는, 예컨대, 터치 센서 패널(100)로부터 획득된 다중의 터치 위치 각각에 대응하는 위치에 배치된 압력 전극(450,460)의 채널로부터 획득된 압력 크기를 이용해 수행될 수 있다. 또는, 압력 센서(440)가 복수개의 채널을 형성하도록 구성된 경우에, 압력 센서(440)에서 직접 터치 위치를 검출하는 것도 가능하며 해당 위치에 배치된 압력 전극(450, 460)의 채널로부터 획득된 압력 크기를 이용해, 다중의 압력 검출이 수행될 수도 있다.
다음으로 추가적인 SNR 개선 방법에 대해서 설명한다.
전술한 SNR 개선 스케일링 계수를 계산하는 방법에서는, i) 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당하거나, ii) 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고 나머지 채널에는 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당하거나, iii) 터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당하거나, iv) 터치 위치에서 소정 거리 이내에 위치한 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 나머지 채널에는 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당하는 것과 같이, 전체 채널 중에서 검출되는 신호의 크기가 큰 일부 채널만 이용하여 압력을 검출하고 신호의 크기가 작은 채널은 압력 검출시 배제시킴으로써, SNR을 향상시키고 있다.
그러나, 이러한 방법을 사용하는 경우에도, 도 21a에 도시된 노이즈 성분이 압력값에 더하여지게 된다. 예를 들어, 가장 큰 신호가 검출된 4개의 채널로부터의 신호를 사용하여 압력값을 산출하는 경우에, 도 21a에 도시된 노이즈 성분의 4배 크기의 노이즈 신호가 합산된 신호를 사용하여 압력값을 산출하게 되므로, 디스플레이 패널에 영상 신호를 구동할 때와 같이 노이즈가 많이 발생되는 시점에 압력을 검출하게 되면 노이즈의 영향으로 검출되는 압력값에 오차가 많이 발생될 수 있다.
본 실시예에서는 이러한 점을 감안하여, 전술한 방법을 사용하여 계산한 SNR 개선 스케일링 계수를 사용하여 압력의 크기를 계산하되, 압력이 가장 작게 감지된 채널에서 검출된 값에 기초하여 계산된 압력의 크기를 보정함으로써 노이즈의 영향을 더욱 감소시키도록 구성하였다.
도 21c에 도시한 것처럼, 감지되는 압력의 크기가 가장 작은 채널에서는 눌려진 압력에 의한 변형이 거의 나타나지 않으므로, 이 채널에서 검출되는 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호의 크기는 대부분 노이즈 성분으로 구성되게 된다.
따라서, 전술한 SNR 개선 스케일링 계수를 계산하는 방법을 다음과 같이 변형하여 적용할 수 있다.
i) 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 -1을 할당하고, 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당
ii) 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 상기 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널의 수를 N이라 할 때 N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 -1을 할당하고, 나머지 채널에는 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당
iii) 터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 -1을 할당하고, 나머지 채널에는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당
iv) 터치 위치에서 소정 거리 이내에 위치한 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 1을 할당하고, 상기 소정 거리 이내에 위치한 채널의 수를 N이라 할 때 N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 -1을 할당하고, 나머지 채널에는 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수로 0을 할당
예를 들면 상기 i) 내지 iv)의 경우에, 총 채널의 수를 M이라 하고, 모든 채널의 전극 면적이 동일하다고 하고, 계산된 값의 크기가 k번째인 채널(즉 계산된 값이 가장 큰 채널의 경우 k=1, 계산된 값이 가장 작은 채널의 경우 k=M, 이하 'k번째 채널'이라 함)에서 계산된 값을 sk라 하면, 압력값 P는 수학식 4에 의해 구할 수 있다.
Figure PCTKR2018015786-appb-M000004
여기에서 Sk는 제1방법(도 20a)의 경우에는 k번째 채널의 정전용량 변화량에 해당하며, 제2방법(도 20b)의 경우에는 k번째 채널의 정전용량 변화량에 해당 채널에 미리 할당된 감도 보정 스케일링 계수를 곱한 값이며, 제3방법(도 20c)의 경우에는 k번째 채널에 대해서 산출된 거리변화값에 해당 채널의 면적을 곱한 값(즉, k번째 채널에 대해서 추정된 체적 변화량)에 터치위치에 대응되는 기준값을 반영한 값이 될 수 있다.
예를 들어, k번째 채널에서의 측정값이 실제 압력에 의한 성분 Pk와 노이즈에 의한 성분 n0로 구성된다고 가정하면, 신호가 가장 큰 4개의 채널로부터 측정된 신호를 모두 더한 값은 (P1+n0)+(P2+n0)+(P3+n0)+(P4+n0)=P1+P2+P3+P4+4n0이며, 신호가 가장 작은 4개의 채널에서의 실제 압력에 의한 성분을 0이라고 가정하면 신호가 가장 작은 4개의 채널로부터 감지된 신호를 모두 더한 값은 4n0가 되므로, 이를 수학식 4를 대입하면 P=P1+P2+P3+P4+4n0-4n0=P1+P2+P3+P4이 되어, 노이즈 성분이 모두 제거된 순수 압력신호값만이 남게 된다.
예를 들어, 도 22c와 같이 신호가 검출된 경우에 N=4이고 i)의 방법을 사용한다면, 신호가 가장 큰 4개의 채널에서 검출된 값을 더하면 110 + 90 + 60 + 50 = 310이고, 신호가 가장 작은 4개의 채널에서 검출된 값을 더하면 2 + 5 + 10 + 10 = 27이므로, 수학식 4에서 압력값 P는 310 - 27 = 283이 된다. 예를 들어 주변 잡음이 갑자기 증가하여 신호가 가장 큰 4개의 채널에서 검출된 값이 80만큼 증가하여 390이 된 경우에도 이 잡음에 의해 신호가 가장 작은 4개의 채널에서 검출된 값 또한 대략 80만큼 증가하게 되므로 107이 검출될 것이다. 그러므로, 수학식 4에서 압력값 P는 390 - 107 = 283으로 노이즈에 상관없이 동일 또는 거의 유사한 값이 나오게 된다.
실시예에 따라서는, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 -1을 할당하는 대신에, 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 SNR 개선 스케일링 계수로 -N을 할당할 수도 있다. 즉, 이 실시예에서는 압력값 P를 수학식 5에 의해 구할 수 있다.
Figure PCTKR2018015786-appb-M000005
여기에서 Sk는 제1방법(도 20a)의 경우에는 k번째 채널의 정전용량 변화량에 해당하며, 제2방법(도 20b)의 경우에는 k번째 채널의 정전용량 변화량에 해당 채널에 미리 할당된 감도 보정 스케일링 계수를 곱한 값이며, 제3방법(도 20c)의 경우에는 k번째 채널에 대해서 산출된 거리변화값에 해당 채널의 면적을 곱한 값(즉, k번째 채널에 대해서 추정된 체적 변화량)에 터치위치에 대응되는 기준값을 반영한 값이 될 수 있다.
예를 들어, 도 22c와 같이 신호가 검출된 경우에 N=4이고 i)의 방법을 사용한다면, 신호가 가장 큰 4개의 채널에서 검출된 값을 더하면 110 + 90 + 60 + 50 = 310이고, 신호가 가장 작은 채널에서 검출된 값은 2이므로, 수학식 5에서 압력값 P는 310 - 4 x 2 = 302가 된다. 예를 들어 주변 잡음이 갑자기 증가하여 신호가 가장 큰 4개의 채널에서 검출된 값이 80만큼 증가하여 390이 된 경우에도 이 잡음에 의해 신호가 가장 작은 채널에서 검출된 값 또한 대략 20만큼 증가하게 되므로 22가 검출될 것이다. 그러므로, 수학식 5에서 압력값 P는 390 - 4 x 22 = 302로 노이즈에 상관없이 동일 또는 거의 유사한 값이 나오게 된다.
한편, 실시예에 따라서는 각 채널에 사용되는 전극의 면적을 다르게 설계할 수 있다. 이때의 예가 도 22d에 도시되어 있다. 도 22d는 중앙의 채널(CH5, CH8, CH11)의 각각의 면적은 주변 채널(CH1, CH3, CH4, CH6, CH7, CH9, CH10, CH12, CH13, CH15)의 각각의 면적보다 2배 크고, 최상측 중앙 채널(CH2) 및 최하측 중앙 채널(CH14)의 각각의 면적은 주변 채널의 각각의 면적보다 1.5배 큰 경우를 보여주고 있다. 도 22d에는 또한 도 22a의 P위치에 압력이 인가될 때, 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량이 표시되어 있다.
도 22d와 같이 각 채널의 면적이 다른 경우에는 각 채널에 혼입되는 노이즈의 크기도 달라지며, 대략 채널 면적에 비례한다. 따라서, 각 채널의 면적이 다른 경우에 수학식 4는 수학식 6과 같이 고쳐쓸 수 있다. 수학식 6에서 Ak는 계산된 값의 크기가 k번째로 큰 채널의 면적을 나타낸다.
Figure PCTKR2018015786-appb-M000006
수학식 6은, 각 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 1로 하고, N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amax라 하고 N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amin이라 할 때, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 -Amax/Amin로 하고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 0으로 한 것을 나타낸다.
예를 들어, 도 22d와 같이 신호가 검출된 경우에 N=4이고 i)의 방법을 사용한다면, 신호가 가장 큰 4개의 채널에서 검출된 값을 더하면 110 + 90 + 60 + 50 = 310이고, 신호가 가장 작은 4개의 채널에서 검출된 값을 더하면 2 + 5 + 10 + 10 = 27이다. 면적이 가장 작은 채널의 면적을 1이라고 하면, 신호가 가장 큰 4개의 채널의 면적의 합은 2 + 2 + 1.5 + 1 = 6.5이고, 신호가 가장 작은 4개의 채널의 면적은 합은 1 + 1.5 + 1 + 1 = 4.5이다. 이를 수학식 6에 대입하면 압력값 P는 310 - (6.5/4.5) x 27 = 271 (소수점 이하 반올림)이 된다. 예를 들어 주변 잡음이 갑자기 증가하여 신호가 가장 큰 4개의 채널에서 검출된 값이 80만큼 증가하여 390이 된 경우에도 이 잡음에 의해 신호가 가장 작은 4개의 채널에서 검출된 값 또한 면적에 비레하여 대략 80x(4.5/6.5)=55만큼 증가하게 되므로 신호가 가장 작은 4개의 채널에서 82가 검출될 것이다. 그러므로, 수학식 6에서 압력값 P는 390 - (6.5/4.5) x 82 = 272 (소수점 이하 반올림)로 노이즈에 상관없이 동일 또는 거의 유사한 값이 나오게 된다.
또한, 수학식 5는 수학식 7과 같이 고쳐쓸 수 있다.
Figure PCTKR2018015786-appb-M000007
수학식 7은, 각 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 1로 하고, N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amax라 하고 가장 작은 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 A라 할 때, 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 -Amax/A로 하고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수를 0으로 한 것을 나타낸다.
이 경우에, 예를 들어 도 22d와 같이 신호가 검출된 경우에 N=4이고 i)의 방법을 사용한다면, 신호가 가장 큰 4개의 채널에서 검출된 값을 더하면 110 + 90 + 60 + 50 = 310이고, 신호가 가장 작은 채널에서 검출된 값은 2이며, 신호가 가장 큰 4개의 채널의 면적의 합은 2 + 2 + 1.5 + 1 = 6.5이고, 신호가 가장 작은 채널의 면적은 1이다. 이를 수학식 7에 대입하면, 압력값 P는 310 - (6.5/1) x 2 = 297이 된다. 예를 들어 주변 잡음이 갑자기 증가하여 신호가 가장 큰 4개의 채널에서 검출된 값이 80만큼 증가하여 390이 된 경우에도 이 잡음에 의해 신호가 가장 작은 채널에서 검출된 값 또한 면적에 비레하여 대략 80x(1/6.5)=12.3만큼 증가하게 되므로, 14.3이 검출될 것이다. 그러므로, 수학식 7에서 압력값 P는 390 - (6.5/1) x 14.3 = 297 (소수점 이하 반올림)로 노이즈에 상관없이 동일 또는 거의 유사한 값이 나오게 된다.
표 1은 수학식 4의 방식을 적용했을 경우와, 수학식 6의 방식을 적용했을 경우에 터치가 없을 때의 압력감지값을 보여준다. 표 1에서 확인할 수 있는 것처럼, 수학식 6을 적용하면 잡음에 의해 압력터치로 잘못 인식될 가능성을 대폭 낮출 수 있다.
Time [s] 수학식 4 수학식 6
0.01 -22 -1
0.02 14 2
0.03 -18 -1
0.04 -42 -2
0.06 36 -1
0.07 37 5
0.08 -24 4
0.09 -20 2
0.10 24 2
0.11 -8 -4
0.12 -7 -1
0.13 -20 -1
0.14 23 -5
0.16 -20 0
0.17 -8 -2
0.18 11 -3
0.19 8 0
0.20 -2 1
0.21 8 3
0.22 -18 3
0.23 8 5
0.24 -2 -3
한편, 이상의 설명에서는 터치 압력을 감지하기 위하여 정전용량의 변화량을 검출하는 경우에 대해서 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 스트레인 게이지를 사용하여 터치 압력을 감지하는 경우에도 적용이 가능하다.
이상에서 본 발명을 몇가지 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
[부호의 설명]
1000: 터치 입력 장치 100: 터치 센서 패널
120: 구동부 110: 감지부
130: 제어부 200: 디스플레이 모듈
300: 기판
420; 스페이서층 440: 압력 센서
450, 460: 전극 470: 제1절연층
471: 제2절연층 470a, 471a: 전극커버층
470b, 471b: 지지층 430: 접착층
435: 보호층 480: 탄성층

Claims (15)

  1. 장치의 표면을 터치하는 압력을 검출하는 압력 센서를 포함하는 터치 입력 장치로서,
    상기 압력 센서는 복수의 채널을 형성하도록 복수의 전극을 포함하고,
    상기 터치 입력 장치는 상기 각각의 채널에서 검출되는 전기적 특성의 변화량 및 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수에 기초하여 터치에 대한 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -1이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0인,
    터치 입력 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -N이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0인,
    터치 입력 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -1이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0인,
    터치 입력 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, 상기 가장 큰 신호의 크기의 소정 비율 이상의 크기의 신호가 검출되는 채널의 수를 N이라 할 때 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -N이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0인,
    터치 입력 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 터치 입력 장치는 터치되는 위치를 감지하기 위한 터치 센서를 더 포함하며,
    상기 터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -1이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0인,
    터치 입력 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 터치 입력 장치는 터치되는 위치를 감지하기 위한 터치 센서를 더 포함하며,
    상기 터치 위치에서 가장 가까운 N개의 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -N이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0인,
    터치 입력 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 중 적어도 어느 하나는 그 면적이 다른 전극의 면적과 상이하며,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amax라 하고 N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amin이라 할 때, N개의 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -Amax/Amin이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0인,
    터치 입력 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 전극 중 적어도 어느 하나는 그 면적이 다른 전극의 면적과 상이하며,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 신호 중 N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 1이고, N개의 가장 큰 신호가 검출되는 채널의 면적 합계를 Amax라 하고 가장 작은 신호가 검출되는 채널의 면적을 A라 할 때, 가장 작은 신호가 검출되는 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 -Amax/A이고, 나머지 채널에 할당되는 SNR 개선 스케일링 계수는 0인,
    터치 입력 장치.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 정전용량이며,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량과 상기 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값의 합에 기초하여 터치에 대한 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  11. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 정전용량이며,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량과 상기 각각의 채널에 미리 할당된 감도 보정 스케일링 계수 및 상기 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수를 곱한 값의 합에 기초하여 터치에 대한 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 디스플레이 모듈의 중앙부에 대응되는 상기 채널에 할당된 감도 보정 스케일링 계수가 상기 디스플레이 모듈의 가장자리에 대응되는 상기 채널에 할당된 감도 보정 스케일링 계수보다 작은,
    터치 입력 장치.
  13. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 전기적 특성은 정전용량이며,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량으로부터 상기 터치 입력 장치의 체적 변화량을 추정하고,
    상기 추정된 체적 변화량 및 상기 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수에 기초하여, 터치에 대한 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 추정된 체적 변화량, 상기 각각의 채널에 할당된 SNR 개선 스케일링 계수 및 미리 저장된 소정 터치 위치에 대응되는 기준값에 기초하여, 터치에 대한 압력의 크기를 검출하는,
    터치 입력 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 각각의 채널에서 검출되는 정전용량의 변화량으로부터 상기 각각의 채널에 대응되는 거리변화를 산출하여 상기 터치 입력 장치의 체적 변화량을 추정하는,
    터치 입력 장치.
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