WO2019231103A1 - 포스-터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치 - Google Patents

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WO2019231103A1
WO2019231103A1 PCT/KR2019/004339 KR2019004339W WO2019231103A1 WO 2019231103 A1 WO2019231103 A1 WO 2019231103A1 KR 2019004339 W KR2019004339 W KR 2019004339W WO 2019231103 A1 WO2019231103 A1 WO 2019231103A1
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WO
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electrode
substrate
touch panel
thickness
electrode structure
Prior art date
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PCT/KR2019/004339
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English (en)
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Inventor
안균
이혜원
유한주
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일진디스플레이(주)
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Publication date
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0414—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
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    • G06F3/0412—Digitisers structurally integrated in a display

Definitions

  • the present invention relates to a force touch panel and a display device including the same, and to a force touch panel and a display device including the same so that a minimum air gap is formed between upper and lower electrodes in the force touch panel structure.
  • Touch input technology which is attracting attention recently, is used to select or input a function desired by a user, and is used in various electronic and communication devices such as smart phones, smart TVs, notebook computers, personal digital assistants (PDAs), and game machines.
  • PDAs personal digital assistants
  • a touch input device capable of detecting the force (ie, pressure) magnitude of the touch as well as the touch position according to the touch on the touch screen without degrading the performance of the display module.
  • the research on the force-touch panel capable of detecting the size of the touch force as well as the position of the touch on the touch screen is actively conducted.
  • FIG. 1 illustrates a general structure of a display device
  • FIG. 2 illustrates a structure of a conventional force touch panel.
  • a force-touch panel generally provided in a display device (for example, a smartphone) is attached to a display panel (display panel) and supports a middle-frame supporting a display device.
  • Frane is spaced apart a predetermined distance to form an air-gap (Air-Gap).
  • an air-gap is formed between the elastic resistor member 1 and the electrode 2 (or between the electrode and the electrode). Able to know.
  • the pressure sensing process is performed by sensing a variation of resistance through contact of the formed electrode of the force-touch panel.
  • a force below the force touch panel is detected.
  • An object of the present invention is to provide a force-touch panel and a display device including the same, which enables reliable force-touch sensing even in the presence of an air-gap between the force-touch panel and the middle-frame in the display device. It is.
  • the force-touch panel according to the present invention is an elastic resistor member disposed on an opposite surface of the first substrate, the second substrate, the second substrate on the first substrate, the second on the second substrate An electrode structure formed on an opposite surface of the first substrate and a spacer spaced apart from the first substrate and the second substrate, wherein the thickness of the spacer is equal to the thickness of the elastic resistor member and the thickness of the electrode structure. It is characterized by being less than the sum value.
  • the spacer (Spacer) is characterized in that it further comprises an adhesive layer.
  • the elastic resistor member may have a thickness of 6 ⁇ m to 10 ⁇ m
  • the electrode structure may have a thickness of 4 ⁇ m to 5 ⁇ m
  • the spacer may have a thickness of 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the air-gap formed from the elastic resistor member and the electrode structure is characterized in that less than 10 ⁇ m.
  • the electrode structure is characterized in that the power supply (VCC or T x ) electrode and the ground (GND or R x ) electrodes are spaced apart from each other alternately arranged.
  • the electrode structure is characterized in that the elastic resistor member is positioned between the power supply (VCC or T x ) electrode and the ground (GND or R x ) electrode of any position.
  • the elastic resistor member contacts the power supply (VCC or T x ) electrode and the ground (GND or R x ) electrode included in the electrode structure so as to be electrically connected. It features.
  • the elastic resistor member electrically connected to the power (VCC or T x ) electrode and the ground (GND or R x ) electrode included in the electrode structure, the elastic resistor member is spaced apart alternately disposed
  • the power supply (VCC or T x ) electrode electrode and the ground (GND or R x ) electrode is contacted to cover the upper side.
  • the electrode structure is characterized in that a plurality.
  • the display device includes a cover glass for protecting the front surface of the display device, a touch panel having a touch sensor for sensing a user's touch, a display panel positioned below the touch panel, a first substrate; A second substrate, an elastic resistor member disposed on an opposing surface of the second substrate on the first substrate, an electrode structure formed on an opposing surface of the first substrate on the second substrate, and the first substrate and the second substrate.
  • a spacer having a spacer spaced apart from each other, the spacer having a thickness less than the sum of the thickness of the elastic resistor member and the thickness of the electrode structure, wherein the spacer is spaced apart from the force touch panel to form an air gap. It characterized in that it comprises a middle frame (Middle Frame).
  • the display device may simultaneously calculate two-dimensional touch information and three-dimensional touch information through the touch panel and the force touch panel.
  • the present invention is reliable even in the presence of an air gap between the touch panel and the middle frame formed in the display device. Force-touch sensing can be enabled.
  • the durability in the force-touch panel can be increased by minimizing the air gap.
  • the elastic member contacts the electrode structure to electrically connect the VCC electrode and the GND electrode included in the electrode structure so that the initial resistance value can be confirmed by the IC, thereby enabling continuous tracking.
  • FIG. 1 illustrates a general structure of a display device.
  • FIG. 2 shows the structure of a conventional force-touch panel.
  • FIG 3 illustrates the overall structure of the force-touch panel 100 according to the present invention.
  • FIG. 4A is a schematic cross-sectional view of a force-touch panel 100 according to the present invention.
  • Figure 4b shows an image of the actual cross-section of the force-touch panel 100 according to the present invention.
  • FIG 5 illustrates the flow of current in the force-touch panel 100 according to the present invention.
  • FIG 6 illustrates contact between the elastic resistor member 20 and the electrode structure 40 of the force-touch panel 100 according to the present invention.
  • FIG. 7 illustrates a display device 1000 including a force touch panel 100 according to the present invention.
  • FIG. 8 illustrates a situation where a force touch event occurs in a conventional display device
  • FIG. 9 illustrates a situation where a force touch event occurs in the display device 1000 including the force touch panel 100 according to the present invention. It is shown.
  • F-S Force-Sensitivity
  • F-R Force-Resistance
  • FIG. 12 illustrates a form in which the force-touch panel 100 according to the present invention is implemented in a smartphone.
  • Figure 4a is a schematic diagram of the cross-section of the force-touch panel 100 according to the present invention
  • Figure 4b shows an image taken of its actual cross-section.
  • a board of a force-touch panel 100 is disposed on an opposite surface of a first substrate 10, a second substrate 50, and the second substrate 50 on the first substrate.
  • the elastic resistor member 20, the electrode structure 40 formed on the opposite surface of the first substrate 10 on the second substrate 50, and the first and second substrates 10 and 50.
  • the thickness of the spacer 30 is less than the sum of the thickness of the elastic resistor member 20 and the thickness of the electrode structure 40.
  • the positions of the first substrate 10 and the second substrate 50 are named in any order to specify the structure of the present invention, and the up and down directions of both substrates may be interchanged.
  • the force-touch panel 100 applies a spacer 30 having a thickness less than the sum of the thickness of the elastic resistor member 20 and the thickness of the electrode structure 40, thereby providing the elastic resistor member 20.
  • the electrode structure 40 can be implemented by forcibly and physically contacting.
  • the electrode structure 40 includes a power supply (VCC or T x ) electrode and a ground (GND or R x ) electrode.
  • the force-touch panel 100 includes a spacer 30 connecting the first substrate 10 and the second substrate 50, the above-mentioned elastic resistor member 20 and In order to minimize the air gap between the electrode structures 40, the thickness a of the spacer 30 must be adjusted.
  • the thickness a of the spacer 30 should be less than the sum of the thickness b of the elastic resistor member 20 and the thickness c of the electrode structure 40.
  • the thickness b of the elastic resistor member 20 is 6 ⁇ m to 10 ⁇ m
  • the thickness c of the electrode structure 40 is 4 ⁇ m to 5 ⁇ m
  • the thickness of the spacer 30 is increased.
  • the thickness a may be 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the thickness b of the elastic resistor member 20 is 8 ⁇ m
  • the thickness c of the electrode structure 40 is 4 ⁇ m
  • the thickness a of the spacer 30 is It may be formed to 10 ⁇ m or less.
  • the elastic resistor member 20 (about 8 mu m) and the spacer 30 having a thickness (5 mu m) lower than the thickness of the electrode structure 40 (about 4 mu m) are applied, forcibly physically contacting the cross section.
  • the gap between the first substrate 10 and the second substrate 50 was about 10 ⁇ m as shown in FIG. 4B.
  • the thickness (a) of the spacer 30 should be considered the physical properties of the material.
  • FIG 3 shows a schematic structure of a force-touch panel 100 according to the present invention.
  • the force-touch panel 100 is composed of a top layer 100A and a bottom layer 100B, and the top layer 100A is formed of a first substrate 10 and an elastic layer. And a spacer 30 connecting the resistor member 20, the first substrate 10, and the second substrate 50, and the lower layer 100B connects the electrode structure 40 and the second substrate 50.
  • the electrode structure 40 of the lower layer 100B has a shape in which a power supply VCC or T x electrode and a ground GND or R x electrode are alternately spaced apart from each other.
  • the first substrate 10 of the upper layer 100A may be made of a transparent or colored plastic.
  • the material of the transparent or colored plastic may include polyethylene terephthalate (PET), polycarbonate (PC), and polyether (PES). sulfone), PNB (polynorborneen), PP (Polypropylene), PI (Polyimide) and the like.
  • the second substrate 50 of the lower layer 100B is made of the same material as the first substrate 10 and positioned to face the bottom surface of the first substrate 10.
  • the elastic resistor member 20 is provided on the bottom surface of the first substrate 10.
  • the elastic resistor member 20 may be a variable resistive material having adhesiveness while having a property that the resistance value decreases as the contact area with the electrode increases.
  • pressure sensitive adhesive materials based on any one of quantum tunneling composites (QTC), electro-active polymers (EAP), acrylic and rubber series solvents, or piezo resistors (piezo) -resistive) material.
  • QTC quantum tunneling composites
  • EAP electro-active polymers
  • acrylic and rubber series solvents or piezo resistors (piezo) -resistive) material.
  • the piezo-resist-based material has a piezo-resistive effect in which when the external force is applied to the silicon semiconductor crystal, the conduction energy is generated, and the specific resistance changes as the charge moves to the conduction band.
  • the electrode structure 40 is provided on the upper surface of the second substrate 50.
  • the electrode structure 40 may be a plurality, the electrode structure 40 may be a metal material, in one embodiment may be silver (Ag).
  • the spacer 30 is configured to separate the first substrate 10 and the second substrate 50, and the spacer 30 includes an adhesive layer, so that the first substrate 10 and the second substrate 50 are separated from each other. ) Can be bonded.
  • the adhesive layer may be a gasket.
  • the thickness of the spacer 30 is an element influencing the air gap between the elastic resistor member 20 and the electrode structure 40 to be minimized. This will be described later with reference to FIG. 4A. It will be described in detail.
  • Figure 4a is a schematic diagram of the cross-section of the force-touch panel 100 according to the present invention
  • Figure 4b shows an image taken of its actual cross-section.
  • a board of a force-touch panel 100 is disposed on an opposite surface of a first substrate 10, a second substrate 50, and the second substrate 50 on the first substrate.
  • the elastic resistor member 20, the electrode structure 40 formed on the opposite surface of the first substrate 10 on the second substrate 50, and the first and second substrates 10 and 50.
  • the thickness of the spacer 30 is less than the sum of the thickness of the elastic resistor member 20 and the thickness of the electrode structure 40.
  • the positions of the first substrate 10 and the second substrate 50 are named in any order to specify the structure of the present invention, and the up and down directions of both substrates may be interchanged.
  • the force-touch panel 100 applies a spacer 30 having a thickness less than the sum of the thickness of the elastic resistor member 20 and the thickness of the electrode structure 40, thereby providing the elastic resistor member 20.
  • the electrode structure 40 can be implemented by forcibly and physically contacting.
  • the electrode structure 40 includes a power supply (VCC or T x ) electrode and a ground (GND or R x ) electrode.
  • the force-touch panel 100 includes a spacer 30 connecting the first substrate 10 and the second substrate 50, the above-mentioned elastic resistor member 20 and In order to minimize the air gap between the electrode structures 40, the thickness a of the spacer 30 must be adjusted.
  • the thickness a of the spacer 30 should be less than the sum of the thickness b of the elastic resistor member 20 and the thickness c of the electrode structure 40.
  • the thickness b of the elastic resistor member 20 is 6 ⁇ m to 10 ⁇ m
  • the thickness c of the electrode structure 40 is 4 ⁇ m to 5 ⁇ m
  • the thickness of the spacer 30 is increased.
  • the thickness a may be 5 ⁇ m to 10 ⁇ m.
  • the thickness b of the elastic resistor member 20 is 8 ⁇ m
  • the thickness c of the electrode structure 40 is 4 ⁇ m
  • the thickness a of the spacer 30 is It may be formed to 10 ⁇ m or less.
  • the elastic resistor member 20 (about 8 mu m) and the spacer 30 having a thickness (5 mu m) lower than the thickness of the electrode structure 40 (about 4 mu m) are applied, forcibly physically contacting the cross section.
  • the gap between the first substrate 10 and the second substrate 50 was about 10 ⁇ m as shown in FIG. 4B.
  • the thickness (a) of the spacer 30 should be considered the physical properties of the material.
  • FIG. 5 shows the flow of current in the force-touch panel 100 according to the present invention
  • FIG. 6 shows the elastic resistor member 20 and the electrode structure 40 of the force-touch panel 100 according to the present invention. The contact between them is shown.
  • the power supply (VCC or T x ) electrode 42 and the ground (GND or R x ) electrode 44 are spaced apart from each other. And alternately arranged.
  • the elastic resistor member 20-1 may be positioned between a power supply VCC or T x electrode and a ground GND or R x electrode. Current flows from the power supply (VCC or T x ) electrode 42 through the elastic resistor member 20 to the ground (GND or R x ) electrode 44 through the second substrate 50.
  • FIG. 6 is a plan view showing contact between the elastic resistor member 20 and the electrode structure 40.
  • the elastic resistor member 20 is the electrode when the elastic resistor member 20 and the electrode structure 40 are applied to the eye.
  • the elastic resistor member 20 is electrically connected to the power supply (VCC or T x ) electrode 42 included in the electrode structure 40 and the ground (GND or R x ) electrode 44.
  • the contact is such that the elastic resistor member 20 contacts the power supply (VCC or T x ) electrodes 42 and the ground (GND or R x ) electrodes 44 spaced apart and alternately disposed upward. It can be seen that it has a form.
  • the elastic resistor member 20-1 is positioned between the power supply (VCC or T x ) electrode and the ground (GND or R x ) electrode at any one position. Since the resistance change occurs in the elastic resistor member 20-1 according to the temperature change, an indicator for checking the resistance change according to the contact of the elastic resistor member 20 of the first substrate 10 to the electrode structure 40 in real time. Can be used as (Reference Ch). In addition, the contact between the elastic resistor member 20 and the electrode structure 40 as described above, so that the contact between the upper and lower electrodes does not occur during the attachment process of the force touch sensor and the flexible printed circuit board (FPCB) It helps to keep the gap.
  • FIG. 7 illustrates a display device 1000 including a force touch panel 100 according to the present invention.
  • the display device 1000 includes a cover glass 200 that protects a front surface of the display device, a touch panel 300 having a touch sensor that senses a user's touch, the cover glass 200, and the touch panel.
  • An optical clear adhesive film (OCA) 400 disposed between the cover glass 200 and the touch glass 300, and disposed under the touch panel 300.
  • Panel 500
  • the spacer 30 includes an electrode structure 40 formed on an opposite surface of the first substrate 10 and a spacer 30 spaced apart from the first substrate 10 and the second substrate 50. ) Is less than the sum of the thickness of the elastic resistor member 20 and the thickness of the electrode structure 40, the space is spaced apart from the force touch panel 100 and the force touch panel 100 to form an air gap.
  • the display panel 500 and the force touch panel 100 may further include a tape layer for preventing impact and a heat dissipation sheet for dissipating heat.
  • the flexible printed circuit board (FPCB) (not shown) on which the pattern corresponding to the force touch panel 100 is formed may be attached below.
  • FIG. 8 illustrates a situation in which a force touch event occurs in a conventional display device
  • FIG. 9 illustrates a force touch event in a display device 1000 including a force touch panel 100 according to the present invention. The situation is illustrated.
  • the force-touch panel 100 senses pressure, weight, touch, etc. by using a principle that a resistance value decreases when pressure is applied.
  • the elastic resistor member 20 contacts the electrode structure 40 formed on the second substrate 50.
  • the electrode structure 40 is brought into a conductive state by the elastic resistor member 20, and the electrode structure 40 is disposed through the elastic resistor member 20.
  • a current flows through the power supply VCC or T x electrode 42 and the ground GND or R x electrode 44 to generate a touch force event.
  • the force-touch event requires contact between the electrodes, and the elastic resistor member 20 contacts the power supply (VCC or Tx) electrode 42 and the ground (GND or Rx) electrode 44 so as to contact them.
  • VCC or Tx the power supply
  • GDD or Rx ground
  • a touch force event occurs as resistance is formed between both electrodes.
  • the decrease in resistance when the pressure is applied is due to the change in the contact area between the elastic resistor member 20 and the electrode structure 40 and the quantum tunneling effect generated inside the elastic resistor member 20.
  • the force-touch panel 8 illustrates a situation in which a force-touch event occurs in a conventional display device.
  • the force-touch panel may be generated when a user generates a touch force event. Due to the air gap between the middle frames (Air-Gap) is not easy to contact the electrode, there is a problem that the load of the force-touch is not sufficiently transmitted.
  • FIG. 9 illustrates a situation in which a force-touch event occurs in the display device 1000 including the force-touch panel 100 according to the present invention.
  • An air gap is formed between the electrode structures 40 to minimize the air gap, and thus, the power supply (VCC or T x ) electrode 42 and the ground (GND or R x ) of the electrode structure 40 are in contact with each other.
  • Electrode 44 is electrically connected. As a result, contact between electrodes can be easily made even when a force-touch event occurs, thereby enabling reliable force-touch sensing.
  • the physical force of the elastic resistor member 20 (about 8 ⁇ ) and the spacer 30 having a thickness (5 ⁇ ) lower than the thickness of the electrode structure 40 (about 4 ⁇ ) are forcibly applied.
  • the gap between the first substrate 10 and the second substrate 50 was about 10 ⁇ m.
  • the thickness of the spacer 30 exceeded 10 ⁇ m.
  • a touch sensor included in the touch panel 300 is detected, and a variation of resistance formed in the touch sensor is sensed.
  • 3D touch information (including Z-axis information) including the touch position and the force-touch level is calculated.
  • the 3D touch information may have a different data format from the 2D touch information (X-axis, Y-axis information).
  • F-S Force-Sensitivity
  • the force-touch panel 100 is a graph measuring sensitivity according to the load (g) of the force-touch panel 100 according to the present invention.
  • the thickness of the spacer is formed to 10 ⁇ m
  • the force-touch panel is formed to have a thickness of 50 ⁇ m ( In other words, it can be seen that the performance value for the load increases from the low weight (about 10 g) than when the air-gap is formed to a considerable thickness.
  • F-R Force-Resistance
  • FIG. 11 is a graph measuring resistance according to a load g of a force-touch panel 100 according to the present invention.
  • the thickness of the spacer is 5 ⁇ m.
  • the change in resistance to the load was greater than the case where the thickness of the spacer is formed to 20 ⁇ m.
  • the thickness of the spacer is 20 ⁇ m, it can be confirmed that there is almost no change in the resistance value even if the applied force increases the load of the force-touch event.
  • FIG. 12 illustrates a form in which the display device 1000 including the force-touch panel 100 according to the present invention is implemented in a smartphone.
  • the display device according to the present invention may be easily implemented on a button (for example, a home button, a cancel button, etc.) provided at a lower end of a smartphone.
  • a button for example, a home button, a cancel button, etc.
  • Two-dimensional touch information and three-dimensional touch information may be simultaneously calculated through the touch panel and the force-touch panel included in the display device according to the present invention.

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Abstract

본 발명에 따른 포스-터치 패널은 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판 상의 상기 제2 기판의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재, 상기 제2 기판 상의 상기 제1 기판의 대향면에 형성되는 전극 구조체 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 이격시키는 스페이서(Spacer)를 포함하여, 상기 스페이서의 두께는 상기 탄성 저항체 부재의 두께와 상기 전극 구조체의 두께를 합한 값 미만인 것을 특징으로 한다. 본 발명을 통하여 표시 장치 내에 형성되는 포스-터치 패널과 미들-프레임 간 에어-갭(Air-Gap) 존재하에서도, 신뢰성 있는 포스-터치 센싱이 가능하도록 할 수 있다. 또한 에어-갭을 최소화하여 포스-터치 패널내의 내구성을 높일 수 있으며, 탄성 부재가 전극 구조체에 접촉하여 전극 구조체내에 포함되는 VCC 전극과 GND 전극을 전기적으로 연결되도록 함으로써, IC 에서 초기 저항값을 확인할 수 있도록 하여 지속적인 추적(Tracking)이 가능하게 할 수 있다.

Description

포스-터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치
본 발명은 포스-터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것으로, 포스-터치 패널 구조내 상하 전극간 최소한의 에어-갭이 형성되도록 하는 포스-터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치에 관한 것이다.
최근 주목받고 있는 터치입력기술은 사용자가 원하는 기능을 선택하거나 입력하기 위한 것으로, 스마트폰, 스마트 TV, 노트북, 개인정 보단말기(PDA), 게임기 등 다양한 전자 및 통신기기에 사용되고 있다.
현재 스마트폰 및 스마트 TV 등, 기타 여러 단말기에서 다양한 기능을 하는 여러 종류의 애플리케이션이 등장함에 따라, 터치패널에 있어서도 단순히 터치 위치를 판단해내는 데에서 그치는 것이 아니라, 터치의 다양한 특성, 예를 들어, 터치 압력을 고려하여 이에 기초한 동작을 하도록 하는 기술이 요구되고 있는 실정이다.
구체적으로, 디스플레이 모듈의 성능을 저하시키지 않으면서 터치 스크린 상의 터치에 따른 터치 위치뿐 아니라 터치의 포스(즉, 압력) 크기를 검출할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 대두되고 있는데, 좀 더 구체적으로 터치 스크린 상의 터치의 위치뿐 아니라 터치 포스의 크기를 검출할 수 있도록 하는 포스-터치 패널에 대한 연구가 진행이 활발하다.
도 1은 표시 장치의 일반적인 구조를 도시한 것이고, 도 2는 종래의 포스-터치 패널의 구조를 도시한 것이다.
도 1에 도시된 바와 같이, 일반적으로 표시 장치(예를 들어, 스마트폰)에 구비되는 포스-터치 패널은 디스플레이 패널(표시 패널) 아래에 부착되고, 표시 장치를 지지하는 미들- 프레임(Middle-Frane)과는 에어-갭(Air-Gap)이 형성되도록 소정의 거리로 이격되어 위치하고 있다.
한편, 도 2에 도시된 종래의 포스 터치 패널의 구조를 살펴보면, 탄성 저항체 부재(1)와 전극(2) 사이(또는 전극과 전극사이)에 에어-갭(Air-Gap)이 형성되어 있는 것을 알 수 있다.
압력을 센싱하는 과정은 포스-터치 패널의 형성된 전극의 접촉을 통하여 저항의 변경(Variation of Resistance)을 감지하는 과정을 통하여 이루어지는데, 이와 같이 종래의 포스 터치 패널 구조 하에서는, 포스 터치 패널 아래로 힘을 가하더라도 포스 터치 패널과 미들 프레임 간의 에어-갭(Air-Gap)과 포스-터치 패널 내의 전극 간에 형성된 과도한 에어-갭(Air-Gap)으로 인하여, 포스 터치 패널 아래로 힘을 가하는 경우, 하중 전달이 용이하게 이루어 지지 않는 문제점이 존재하였다.
본 발명의 목적은 표시 장치내 포스-터치 패널과 미들-프레임 간의 에어-갭(Air-Gap) 존재하에서도 신뢰성 있는 포스-터치 센싱이 가능하도록 하는 포스-터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치를 제공하는데 있다.
상기 기술적 과제를 해결하기 위하여, 본 발명에 따른 포스-터치 패널은 제1 기판, 제2 기판, 상기 제1 기판 상의 상기 제2 기판의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재, 상기 제2 기판 상의 상기 제1 기판의 대향면에 형성되는 전극 구조체 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 이격시키는 스페이서(Spacer)를 포함하여, 상기 스페이서의 두께는 상기 탄성 저항체 부재의 두께와 상기 전극 구조체의 두께를 합한 값 미만인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 스페이서(Spacer)는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄성 저항체 부재의 두께는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체의 두께는 4 ㎛ 내지 5 ㎛ 이며, 상기 스페이서의 두께는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄성 저항체 부재와 상기 전극 구조체 형성되는 에어-갭(Air-Gap)이 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전극 구조체는 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 상호 이격되어 교대로 배치되는 형태인 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전극 구조체는 어느 한 위치의 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극 사이에 탄성 저항체 부재가 위치하는 것을 특징으로 한다.
또한 탄성 저항체 부재와 상기 전극 구조체는 압력인가시 상기 탄성 저항체 부재가 상기 전극 구조체에 포함된 상기 전원(VCC 또는 Tx) 전극과 상기 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 전기적으로 연결되도록 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 탄성 저항체 부재가 상기 전극 구조체에 포함된 전원(VCC 또는 Tx) 전극과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 전기적으로 연결되도록 하는 접촉은, 상기 탄성 저항체 부재가, 이격되어 교대로 배치된 상기 전원(VCC 또는 Tx) 전극 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극을 상측으로 덮도록 접촉하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 전극 구조체는 복수개인 것을 특징으로 한다.
또한 본 발명에 따른 표시 장치는 표시 장치의 전면을 보호하는 커버 글레스, 사용자의 터치를 감지하는 터치 센서를 구비하는 터치 패널, 상기 터치 패널 아래에 위치하는 디스플레이 패널, 제1 기판; 제2 기판, 상기 제1 기판 상의 상기 제2 기판의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재, 상기 제2 기판 상의 상기 제1 기판의 대향면에 형성되는 전극 구조체 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 이격시키는 스페이서(Spacer)를 포함하여, 상기 스페이서의 두께가 상기 탄성 저항체 부재의 두께와 상기 전극 구조체의 두께를 합한 값 미만인 포스 터치 패널, 상기 포스 터치 패널과 이격되어 에어-갭이 형성되도록 위치하는 미들 프레임(Middle Frame)을 포함하는 것을 특징으로 한다.
또한 상기 표시 장치는 상기 터치패널 및 상기 포스 터치 패널을 통하여 2차원 터치 정보 및 3차원 터치 정보를 동시에 산출하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예들에 따른 포스-터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치의 효과에 대해 설명하면 다음과 같다.
본 발명을 통하여 포스-터치 패널내의 탄성 저항체 부재와 전극 구조체 간의 에어-갭을 최소화함으로써, 표시 장치 내에 형성되는 포스-터치 패널과 미들-프레임 간 에어-갭(Air-Gap) 존재하에서도, 신뢰성 있는 포스-터치 센싱이 가능하도록 할 수 있다.
또한 에어-갭을 최소화 함으로써 포스 -터치 패널내의 내구성을 높일 수 있다.
또한 탄성 부재가 전극 구조체에 접촉하여 전극 구조체내에 포함되는 VCC 전극과 GND 전극을 전기적으로 연결되도록 접촉함으로써, IC 에서 초기 저항값을 확인할 수 있도록 하여 지속적인 추적(Tracking)이 가능하게 할 수 있다.
다만, 본 발명의 실시 예들에 따른 포스-터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치가 달성할 수 있는 효과는 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명에 관한 이해를 돕기 위해 상세한 설명의 일부로 포함되는, 첨부도면은 본 발명에 대한 실시예를 제공하고, 상세한 설명과 함께 본 발명의 기술적 사상을 설명한다.
도 1은 표시 장치의 일반적인 구조를 도시한 것이다.
도 2는 종래의 포스-터치 패널의 구조를 도시한 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 전체적인 구조를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 단면을 도식화 한 것이다.
도 4b는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 실제 단면을 촬영한 이미지를 도시한 것이다.
도 5는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)에 전류의 흐름을 도시한 것이다.
도 6은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40)간의 접촉을 도시한 것이다.
도 7은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)을 포함하는 표시 장치(1000)를 도시한 것이다.
도 8은 종래의 표시 장치에 포스-터치 이벤트가 발생한 상황을 도시한 것이고, 도 9는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)을 포함하는 표시 장치(1000)에 포스-터치 이벤트가 발생한 상황을 도시한 것이다.
도 10은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 F-S(Force-Sensitivity) 성능을 평가한 그래프이다.
도 11은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 F-R(Force-Resistance) 성능을 측정한 그래프이다.
도 12는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)이 스마트폰에 구현된 형태를 도시한 것이다.
도 4a는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 단면을 도식화 한 것이고, 도 4b는 이의 실제 단면을 촬영한 이미지를 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)널은 제1 기판(10), 제2 기판(50), 상기 제1 기판 상의 상기 제2 기판(50)의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재(20), 상기 제2 기판(50) 상의 상기 제1 기판(10)의 대향면에 형성되는 전극 구조체(40) 및 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(50)을 이격시키는 스페이서(Spacer)(30)를 포함하여, 상기 스페이서(30)의 두께는 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께와 상기 전극 구조체(40)의 두께를 합한 값 미만인 구조를 가진다.
여기서 제1 기판(10) 및 제2 기판(50)의 위치는 본 발명의 구조를 특정하기 위해 임의의 순서로 명명한 것으로, 양 기판의 상하 방향은 상호 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)은 탄성 저항체 부재(20)의 두께와 전극 구조체(40)의 두께를 합한 값 미만의 두께를 가지는 스페이서(30)를 적용하여, 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40)를 강제ㆍ물리적으로 접촉 함으로써 구현될 수 있다. 상기 전극 구조체(40)는 전원(VCC 또는 Tx) 전극과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극을 포함하고 있다.
한편, 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)은 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(50)을 연결하는 스페이서(30)를 포함하는데, 앞서 언급한 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40) 사이에 에어-갭(Air-Gap)을 최소화 하기 위해서는 상기 스페이서(30)의 두께(a)가 조절되어야 한다.
상기 스페이서(30)의 두께(a)는 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께(b)와 상기 전극 구조체(40)의 두께(c)를 합한 값 미만의 값을 가져야 한다.
일 실시예로서, 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께(b)는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체(40)의 두께(c)는 4 ㎛ 내지 5 ㎛ 이며, 상기 스페이서(30)의 두께(a)는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 일 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께(b)는 8 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체(40)의 두께(c)는 4 ㎛ 이며, 상기 스페이서(30)의 두께(a)는 10 ㎛ 이하로 형성될 수 있다. 스페이서(30)의 두께를 10 ㎛ 이하로 형성 함으로써 제1 기판(10)과 제2 기판(50) 사이의 최소 갭(Gap)이 구현되도록 할 수 있다.
실제로 탄성 저항체 부재(20)(약 8 ㎛)와 전극 구조체(40)(약 4 ㎛)의 두께보다 낮은 두께(5 ㎛)의 스페이서(30)를 적용하여, 강제적으로 물리적 접촉(contact)하여 단면을 분석한 결과, 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 기판(10)과 제2 기판(50)간의 갭(gap)이 약 10 ㎛ 인 것을 확인하였다.
상기 스페이서(30)의 두께(a)가 작아질수록, 상기 탄성 저항체 부재(20)와 상기 전극 구조체(40) 간의 접촉이 보다 견고해질 수 있다. 다만, 이러한 스페이서(30)의 두께(a)는 재료의 물성이 고려되어야 한다.
본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정하여 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해서 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여, 본 발명의 기술적 사상에 부합되는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 하나의 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다. 이하에서는, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 포스-터치 패널 및 이를 포함하는 표시 장치를 상세하게 설명하기로 한다.
도 3은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 개략적인 구조를 도시한 것이다.
본 발명에 다른 포스-터치 패널(100)은 상부 레이어(Top Layer)(100A)와 하부 레이어(Bottom Layer)(100B)으로 구성되며, 상기 상부 레이어(100A)는 제1 기판(10), 탄성 저항체 부재(20), 제1 기판(10) 및 제2 기판(50)을 연결하는 스페이서(30)을 포함하고, 상기 하부 레이어(100B)는 전극 구조체(40) 및 제2 기판(50)을 포함한다. 한편 상기 하부 레이어(100B)의 전극 구조체(40)는 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 상호 이격되어 교대로 배치된 형태를 가진다.
상부 레이어(100A)의 제1 기판(10)은 투명 또는 유색 플라스틱 재질일 수 있다, 상기 투명 또는 유색 플라스틱의 재질로는 예를 들면, PET(polyethylene terephthalate), PC(poly carbonate), PES(polyether sulfone), PNB(polynorborneen), PP(Polypropylene), PI(Polyimide) 등 일 수 있다.
하부 레이어(100B)의 제2 기판(50)은 상기 제1 기판(10)과 동일한 재질로 이루어지며, 상기 제1 기판(10)의 하면과 마주보도록 위치한다.
탄성 저항체 부재(20)는 상기 제1 기판(10)의 하면에 마련된다. 상기 탄성 저항체 부재(20)는 전극 과의 접촉 면적이 증가할수록 저항 값이 감소하는 특성을 가지면서 접착성을 갖는 가변 저항성 물질일 수 있다. 예를 들면, QTC(quantum tunneling composites), EAP(electro-active polymer), 아크릴(Acrylic) 및 고무(rubber) 계열의 솔벤트(solvent) 중 어느 하나를 기반으로 하는 감압 접착제 재료, 또는 압전 저항(piezo-resistive) 계열의 재료일 수 있다. 상기압전 저항 계열의 재료는 실리콘 반도체 결정에 외력을 가하면 전도 에너지가 발생하여 전하가 전도 대역으로 이동하면서 비저항이 변화되는 압전 저항 효과를 가진다.
한편, 상기 전극 구조체(40)는 제2 기판(50)의 상면에 마련된다. 상기 전극 구조체(40)는 복수개일 수 있으며, 상기 전극 구조체(40)는 금속 재질일 수 있으며, 일 실시예로서 은(Ag)일 수 있다.
스페이서(30)는 제1 기판(10) 및 제2 기판(50)을 이격시키도록 하는 구성으로, 상기 스페이서(30)는 접착층을 포함하여, 상기 제1 기판(10) 및 제2 기판(50)을 접착할 수 있다. 일 실시예로서 상기 접착층은 개스킷(gasket)일 수 있다. 상기 스페이서(30)의 두께는 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40) 간의 에어-갭(Air-Gap)이 최소화 될 수 있도록 하는데 영향을 미치는 요소로 이에 대한 내용은 후술하는 도 4a를 참조하여 상세하게 설명한다.
도 4a는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 단면을 도식화 한 것이고, 도 4b는 이의 실제 단면을 촬영한 이미지를 도시한 것이다.
도 4a를 참조하면, 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)널은 제1 기판(10), 제2 기판(50), 상기 제1 기판 상의 상기 제2 기판(50)의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재(20), 상기 제2 기판(50) 상의 상기 제1 기판(10)의 대향면에 형성되는 전극 구조체(40) 및 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(50)을 이격시키는 스페이서(Spacer)(30)를 포함하여, 상기 스페이서(30)의 두께는 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께와 상기 전극 구조체(40)의 두께를 합한 값 미만인 구조를 가진다.
여기서 제1 기판(10) 및 제2 기판(50)의 위치는 본 발명의 구조를 특정하기 위해 임의의 순서로 명명한 것으로, 양 기판의 상하 방향은 상호 변경될 수 있다.
본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)은 탄성 저항체 부재(20)의 두께와 전극 구조체(40)의 두께를 합한 값 미만의 두께를 가지는 스페이서(30)를 적용하여, 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40)를 강제ㆍ물리적으로 접촉 함으로써 구현될 수 있다. 상기 전극 구조체(40)는 전원(VCC 또는 Tx) 전극과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극을 포함하고 있다.
한편, 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)은 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(50)을 연결하는 스페이서(30)를 포함하는데, 앞서 언급한 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40) 사이에 에어-갭(Air-Gap)을 최소화 하기 위해서는 상기 스페이서(30)의 두께(a)가 조절되어야 한다.
상기 스페이서(30)의 두께(a)는 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께(b)와 상기 전극 구조체(40)의 두께(c)를 합한 값 미만의 값을 가져야 한다.
일 실시예로서, 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께(b)는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체(40)의 두께(c)는 4 ㎛ 내지 5 ㎛ 이며, 상기 스페이서(30)의 두께(a)는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 일 수 있다.
좀 더 바람직하게는, 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께(b)는 8 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체(40)의 두께(c)는 4 ㎛ 이며, 상기 스페이서(30)의 두께(a)는 10 ㎛ 이하로 형성될 수 있다. 스페이서(30)의 두께를 10 ㎛ 이하로 형성 함으로써 제1 기판(10)과 제2 기판(50) 사이의 최소 갭(Gap)이 구현되도록 할 수 있다.
실제로 탄성 저항체 부재(20)(약 8 ㎛)와 전극 구조체(40)(약 4 ㎛)의 두께보다 낮은 두께(5 ㎛)의 스페이서(30)를 적용하여, 강제적으로 물리적 접촉(contact)하여 단면을 분석한 결과, 도 4b에 도시된 바와 같이 제1 기판(10)과 제2 기판(50)간의 갭(gap)이 약 10 ㎛ 인 것을 확인하였다.
상기 스페이서(30)의 두께(a)가 작아질수록, 상기 탄성 저항체 부재(20)와 상기 전극 구조체(40) 간의 접촉이 보다 견고해질 수 있다. 다만, 이러한 스페이서(30)의 두께(a)는 재료의 물성이 고려되어야 한다.
도 5는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)에 전류의 흐름을 도시한 것이고, 도 6은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40)간의 접촉을 도시한 것이다.
도 5를 참조하면, 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 전극 구조체(40)는 전원(VCC 또는 Tx) 전극(42) 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(44)이 상호 이격되어 교대로 배치되는 형태를 가진다. 상기 전극 구조체는 어느 한 위치의 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극 사이에 탄성 저항체 부재(20-1)가 위치할 수 있다. 전류는 제2 기판(50)을 통하여 전원(VCC 또는 Tx) 전극(42)에서 탄성 저항체 부재(20)를 거쳐 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(44)으로 흐른다.
도 6은 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40)간의 접촉을 도시한 평면도로 상기 탄성 저항체 부재(20)와 상기 전극 구조체(40)는 안력인가시 상기 탄성 저항체 부재(20)가 상기 전극 구조체(40)에 포함된 상기 전원(VCC 또는 Tx) 전극(42)과 상기 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(44)이 전기적으로 연결되도록 접촉한다.
도 6을 참조하면, 상기 탄성 저항체 부재(20)가 상기 전극 구조체(40)에 포함된 전원(VCC 또는 Tx) 전극(42)과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(44)이 전기적으로 연결되도록 하는 접촉은, 상기 탄성 저항체 부재(20)가, 이격되어 교대로 배치된 상기 전원(VCC 또는 Tx) 전극(42) 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(44)을 상측으로 덮도록 접촉하는 형태를 가지는 것을 알 수 있다.
한편, 전극 구조체(40)는 어느 한 위치의 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극 사이에 탄성 저항체 부재(20-1)가 위치하고 있다. 탄성 저항체 부재(20-1)에는 온도 변화에 따라 저항변화가 발생되므로, 제1 기판(10)의 탄성 저항체 부재(20)의 전극 구조체(40)로의 접촉에 따른 저항 변화를 실시간으로 확인하는 지표(Reference Ch)로 사용할 수 있다. 또한 상기와 같은 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40)의 접촉형태를 통하여 포스 터치 센서 및 연성 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB) 부착 공정 시 상ㆍ하 전극간 접촉이 발생하지 않도록 전원갭(Gap)을 유지할 수 있도록 한다.
이와 같은 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40)의 접촉형태를 통하여, 신뢰성 있는 포스-터치 센싱이 가능하도록 할 수 있다.
도 7은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)을 포함하는 표시 장치(1000)를 도시한 것이다.
본 발명에 따른 표시 장치(1000)는 표시 장치의 전면을 보호하는 커버 글레스(200), 사용자의 터치를 감지하는 터치 센서를 구비하는 터치 패널(300), 상기 커버 글래스(200)와 상기 터치 패널(300) 사이에 마련되어, 상기 커버 글래스(200)와 상기 터치 패널(300)을 접착하는 광학용 투명 접착 필름(Optical Clear Adhesive, OCA)(400), 상기 터치 패널(300) 아래에 위치하는 디스플레이 패널(500),
그리고 제1 기판(10), 제2 기판(50), 상기 제1 기판(10) 상의 상기 제2 기판의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재(20), 상기 제2 기판(50) 상의 상기 제1 기판(10)의 대향면에 형성되는 전극 구조체(40) 및 상기 제1 기판(10) 및 상기 제2 기판(50)을 이격시키는 스페이서(Spacer)(30)를 포함하여, 상기 스페이서(30)의 두께가 상기 탄성 저항체 부재(20)의 두께와 상기 전극 구조체(40)의 두께를 합한 값 미만인 포스 터치 패널(100) 및 상기 포스 터치 패널(100)과 이격되어 에어-갭이 형성되도록 위치하는 미들 프레임(Middle Frame)(=브래킷(bracket))(800)을 포함한다.
추가적으로 상기 디스플레이 패널(500과 포스 터치 패널(100) 사이에 충격을 방지하는 테이프(Tape)층과, 열을 방산하기 위한 방열시트(Heatsink Sheet)를 더 포함할 수 있다. 또한 상기 포스 터치 패널(100)은 아래로는 포스 터치 패널(100)에 대응되는 패턴이 형성된 연성 회로 기판(Flexible Printed Circuit Board, FPCB)(미도시)이 부착될 수 있다.
도 8은 종래의 표시 장치에 포스-터치 이벤트가 발생하는 상황을 도시한 것이고, 도 9는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)을 포함하는 표시 장치(1000)에 포스-터치 이벤트가 발생하는 상황을 도시한 것이다.
본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)은 압력이 가해지면 저항 값이 줄어드는 원리를 이용하여 압력, 무게, 터치 등을 감지한다.
즉, 사용자의 터치 포스 이벤트가 기준 압력 이상으로 가해지는 경우, 탄성 저항체 부재(20)가 제2 기판(50)상에 형성된 전극 구조체(40)와 접촉한다. 상기 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40)의 접촉 시점에서는 탄성 저항체 부재(20)에 의해 전극 구조체(40)는 도전 상태가 되고, 탄성 저항체 부재(20)를 통하여 전극 구조체(40)의 전원(VCC 또는 Tx) 전극(42)과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(44)에 전류가 흘러 터치 포스 이벤트가 발생한다.
즉, 포스-터치 이벤트는 전극 간의 접촉이 이루어져야 하는 것으로, 전원(VCC 또는 Tx) 전극(42) 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(44) 위로 탄성 저항체 부재(20)가 이를 덮도록 접촉하여 양 전극을 전기적으로 연결함에 따라, 양 전극간에 저항이 형성되면서 터치 포스 이벤트가 발생하는 것이다. 압력 인가시 저항이 줄어드는 것은 탄성 저항체 부재(20)와 전극 구조체(40) 사이의 접촉 면적의 변화, 그리고 탄성 저항체 부재(20) 내부에서 발생되는 양자 터널링(Quantum Tunneling) 효과에 의한 것이다.
도 8은 종래의 표시 장치에 포스-터치 이벤트가 발생하는 상황을 도시한 것으로, 에어 갭이 형성된 포스-터치 패널을 구비한 표시장치의 경우, 사용자의 터치 포스 이벤트 발생 시, 포스-터치 패널과 미들 프레임간의 에어 갭(Air-Gap)으로 인하여 전극의 접촉이 용이하지 않아, 포스-터치의 하중이 충분히 전달되지 않는 문제점이 있다.
도 9는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)을 포함하는 표시 장치(1000)에 포스-터치 이벤트가 발생하는 상황을 도시한 것으로, 포스 터치 패널(100)에 탄성 저항체 부재(20)과 전극 구조체(40)사이에 에어-갭(Air-Gap)이 최소화되도록 형성되어, 상호 접촉한 형태로 전극 구조체(40)의 전원(VCC 또는 Tx) 전극(42)과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극(44))을 전기적으로 연결한다. 이로 인해 포스-터치 이벤트 발생 시에도 전극 간의 접촉이 용이하게 이루어질 수 있어, 신뢰성 있는 포스-터치 센싱이 가능하도록 할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이, 실제로 탄성 저항체 부재(20)(약 8 ㎛)와 전극 구조체(40)(약 4 ㎛)의 두께보다 낮은 두께(5 ㎛)의 스페이서(30)를 적용하여, 강제적으로 물리적 접촉(contact)하여 단면을 분석한 결과, 제1 기판(10)과 제2 기판(50)간의 갭(gap)이 약 10 ㎛ 인 것을 확인하였으며, 더하여 스페이서(30)의 두께가 10 ㎛를 초과하는 경우 포스-터치 동작이 일어 나지 않는 것을 확인하였다. 즉, 본 발명의 포스-터치가 동작하기 위해서는 스페이서(30)의 두께를 10 ㎛ 이내로 하는 것이 필수적이라 할 수 있다.
기준 압력 이상을 갖는 포스-터치 이벤트가 발생함에 따라 터치 패널(300)에 포함된 터치 센서가 발생되는 포스-터치 이벤트를 검출하고, 상기 터치 센서에 형성되는 저항 값 변화(Variation of Resistance)를 센싱하여 터치 위치와 포스-터치 레벨을 포함하는 3차원 터치 정보(Z축 정보를 포함한다)를 산출한다. 한편, 상기 3차원 터치 정보는 상기 2차원 터치 정보(X축, Y축 정보)와는 다른 데이터 형식을 가질 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 F-S(Force-Sensitivity) 성능을 측정한 그래프이다.
도 10은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 하중(g)에 따른 감도를 측정한 그래프로, 스페이서의 두께를 10 ㎛ 로 형성된 경우, 스페이서의 두께가 50 ㎛ 형성된 포스-터치 패널(즉, 에어-갭이 상당한 두께로 형성된 경우)보다 하중에 대한 성능값이 저하중(약 10 g) 일 때부터 증가하는 것을 확인할 수 있다.
도 11은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 F-R(Force-Resistance) 성능을 측정한 그래프이다.
도 11은 도 10은 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)의 하중(g)에 따른 저항(㏀)을 측정한 그래프로, 스페이서의 두께를 5 ㎛ 로 형성된 경우, 스페이서의 두께가 20 ㎛ 로 형성된 경우보다 하중에 대한 저항의 변화가 큰 것을 확인할 수 있었다. 스페이서의 두께가 20 ㎛ 인 경우에는 가하는 포스-터치 이벤트의 하중에 증가한다고 하더라도 저항 값의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있다.
도 12는 본 발명에 따른 포스-터치 패널(100)이 포함된 표시 장치(1000)가 스마트폰에 구현된 형태를 도시한 것이다.
일 실시예로서 본 발명에 따른 표시 장치는 스마트폰의 하단에 구비된 버튼(예를 들어, 홈 버튼, 취소 버튼 등)에 용이하게 구현될 수 있다. 본 발명에 따른 표시 장치에 구비된 터치패널 및 상기 포스-터치 패널을 통하여 2차원 터치 정보 및 3차원 터치 정보를 동시에 산출할 수 있다.
이상에서 본 발명의 대표적인 실시예들을 상세하게 설명하였으나, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 상술한 실시예에 대하여 본 발명의 범주에서 벗어나지 않는 한도 내에서 다양한 변형이 가능함을 이해할 것이다. 그러므로 본 발명의 권리 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 안되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (19)

  1. 제1 기판;
    제2 기판;
    상기 제1 기판 상의 상기 제2 기판의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재;
    상기 제2 기판 상의 상기 제1 기판의 대향면에 형성되는 전극 구조체; 및
    상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 이격시키는 스페이서(Spacer);
    를 포함하여, 상기 스페이서의 두께는 상기 탄성 저항체 부재의 두께와 상기 전극 구조체의 두께를 합한 값 미만인 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 스페이서(Spacer)는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 저항체 부재의 두께는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체의 두께는 4 ㎛ 내지 5 ㎛ 이며, 상기 스페이서의 두께는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 저항체 부재와 상기 전극 구조체 사이에 형성되는 에어-갭(Air-Gap)이 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 전극 구조체는 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 상호 이격되어 교대로 배치되는 형태인 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 전극 구조체는, 어느 한 위치의 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극 사이에 탄성 저항체 부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 탄성 저항체 부재와 상기 전극 구조체는 압력인가시 상기 탄성 저항체 부재가 상기 전극 구조체에 포함된 상기 전원(VCC 또는 Tx) 전극과 상기 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 전기적으로 연결되도록 접촉하는 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 탄성 저항체 부재가 상기 전극 구조체에 포함된 전원(VCC 또는 Tx) 전극과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 전기적으로 연결되도록 하는 접촉은, 상기 탄성 저항체 부재가, 이격되어 교대로 배치된 상기 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극을 상측으로 덮도록 접촉하는 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전극 구조체는 복수개인 것을 특징으로 하는 포스 터치 패널.
  10. 표시 장치의 전면을 보호하는 커버 글레스;
    사용자의 터치를 감지하는 터치 센서를 구비하는 터치 패널;
    상기 터치 패널 아래에 위치하는 디스플레이 패널;
    제1 기판; 제2 기판, 상기 제1 기판 상의 상기 제2 기판의 대향면에 배치되는 탄성 저항체 부재, 상기 제2 기판 상의 상기 제1 기판의 대향면에 형성되는 전극 구조체 및 상기 제1 기판 및 상기 제2 기판을 이격시키는 스페이서(Spacer)를 포함하여, 상기 스페이서의 두께가 상기 탄성 저항체 부재의 두께와 상기 전극 구조체의 두께를 합한 값 미만인 포스 터치 패널;
    상기 포스 터치 패널과 이격되어 에어-갭이 형성되도록 위치하는 미들 프레임(Middle Frame);
    을 포함하는 표시 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 스페이서는 접착층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  12. 제10항에 있어서,
    상기 탄성 저항체 부재의 두께는 6 ㎛ 내지 10 ㎛ 이고, 상기 전극 구조체의 두께는 4 ㎛ 내지 5 ㎛ 이며, 상기 스페이서의 두께는 5 ㎛ 내지 10 ㎛ 인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  13. 제10항에 있어서,
    상기 탄성 저항체 부재와 상기 전극 구조체 사이에 형성되는 에어-갭(Air-Gap)이 10 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  14. 제10항에 있어서,
    상기 전극 구조체는 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 상호 이격되어 교대로 배치되는 형태인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 전극 구조체는, 어느 한 위치의 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극 사이에 탄성 저항체 부재가 위치하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 탄성 저항체 부재와 상기 전극 구조체는 압력인가시 상기 탄성 저항체 부재가 상기 전극 구조체에 포함된 전원(VCC 또는 Tx) 전극과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 전기적으로 연결되도록 접촉하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 탄성 저항체 부재가 상기 전극 구조체에 포함된 전원(VCC 또는 Tx) 전극과 그라운드(GND 또는 Rx) 전극이 전기적으로 연결되도록 하는 접촉은, 상기 탄성 저항체 부재가, 이격되어 교대로 배치된 상기 전원(VCC 또는 Tx) 전극 및 그라운드(GND 또는 Rx) 전극을 상측으로 덮도록 접촉하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  18. 제10항에 있어서,
    상기 전극 구조체는 복수개인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
  19. 제10항에 있어서,
    상기 표시 장치는 상기 터치패널 및 상기 포스 터치 패널을 통하여 2차원 터치 정보 및 3차원 터치 정보를 동시에 산출하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
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