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KR101667801B1 - 터치 패널 및 이를 구비한 전자 기기 - Google Patents

터치 패널 및 이를 구비한 전자 기기 Download PDF

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KR101667801B1
KR101667801B1 KR1020090055035A KR20090055035A KR101667801B1 KR 101667801 B1 KR101667801 B1 KR 101667801B1 KR 1020090055035 A KR1020090055035 A KR 1020090055035A KR 20090055035 A KR20090055035 A KR 20090055035A KR 101667801 B1 KR101667801 B1 KR 101667801B1
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touch panel
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박성혁
이성희
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삼성전자주식회사
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Abstract

전자 기기 등의 사용자 입력 장치로서 사용되는 터치 패널과 이를 구비한전자 기기에 관하여 개시한다. 터치 패널은 제1 기판 및 이 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 배치되어 있고 사용자 접촉면을 갖는 제2 기판을 포함하고, 이 제1 기판과 제2 기판 사이의 간극에는 유체가 채워져 있다. 터치 패널에 구동 전원이 공급되면, 제1 기판과 제2 기판 사이에는 정전력이 발생하여 사용자 접촉면에는 소정의 패턴을 갖는 입력 버튼 영역이 형성된다. 예를 들어, 상부 기판의 일부 영역이 정전력에 의하여 함몰되면, 유체의 이동으로 이 함몰 영역의 주변에서 돌출되는 영역이 입력 버튼 영역이 될 수 있다. 그리고 터치 패널에서는 사용자로부터 입력 버튼 영역이 가압됨으로써 그 간극의 크기가 소정의 임계치 이하로 감소하면 구동 전원이 차단된다.
터치 패널, 터치 스크린, 버클링 효과, 사용자 인터페이스, 햅틱

Description

터치 패널 및 이를 구비한 전자 기기{Touch panel and electronic device including the touch panel}
본 명세서는 사용자 입력 장치(user's input apparatus)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 터치 패널(touch panel)과 이를 구비한 전자 기기에 관한 것이다.
터치 패널은 사용자로부터의 접촉을 감지함으로써 입력 여부와 함께 입력 위치를 판정하는 사용자 입력 장치의 하나이다. 사용자는 손가락이나 스타일러스 펜 등을 이용하여 터치 패널을 접촉 또는 가압함으로써 데이터나 신호 등을 입력할 수 있다. 터치 패널은 디스플레이와 결합되어 사용될 수 있는데, 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 등과 같은 디스플레이의 화상 표시면에 설치되는 터치 패널은 '터치 스크린(touch screen)'이라고도 한다. 터치 패널은 디스플레이의 화상 표시면을 구성하도록 디스플레이와 일체로 설치되거나 또는 디스플레이의 화상 표시면 상에 추가로 부착될 수도 있다.
터치 패널은 키보드 등과 같은 기계적인 사용자 입력 장치를 대체할 수가 있을 뿐만 아니라 조작이 간단하다. 그리고 터치 패널은 실행되는 어플리케이션의 종류나 어플리케이션의 진행 단계에 따라서 여러 가지 형태의 입력 버튼을 사용자에게 제공할 수가 있다. 따라서 터치 패널, 특히 터치 스크린은 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM), 정보 검색기, 무인 티켓 발매기 등은 물론 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 카메라, 휴대용 게임기, MP3 플레이어 등과 같은 전자 기기를 위한 입력 장치로 광범위하게 사용되고 있다.
터치 패널은 사용자로부터의 입력 여부를 감지하는 방법에 따라 저항 방식(resistive type), 정전용량 방식(capacitive type), 소오 방식(saw type), 적외선 방식(infrared type) 등으로 구분할 수 있다. 이 중에서 정전용량 방식의 터치 패널은 접촉 또는 압착에 의한 정전용량의 변화를 측정함으로써 입력 여부와 입력 위치를 판정한다. 그런데, 정전용량 방식의 터치 패널은 입력 여부에 대한 느낌, 즉 입력감을 사용자에게 전달해주지 못하는 단점이 있다. 이러한 단점을 보안하기 위하여 제안된 한 가지 방법은 터치 패널의 하부에 진동 모터를 설치하는 것인데, 이에 의하면 사용자의 접촉이 감지되면 진동 모터를 이용하여 터치 패널 전체를 진동시킴으로써, 사용자에게 입력감을 제공한다.
사용자가 촉각을 통해서 입력 버튼을 인지할 수 있는 터치 패널과 이를 구비한 전자 기기를 제공한다.
입력시에 기계적인 키 패드 또는 버튼를 이용하여 입력하는 것과 유사한 클릭감을 구현할 수 있는 터치 패널과 이를 구비한 전자 기기를 제공한다.
일 실시예에 따른 터치 패널은 제1 기판 및 이 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 배치되어 있고 사용자 접촉면을 갖는 제2 기판을 포함한다. 그리고 이 제1 기판과 제2 기판 사이의 간극에는 유체가 채워져 있다. 또한, 터치 패널에 구동 전원이 공급되면 유체의 유동으로 인하여 사용자 접촉면에는 소정의 패턴을 갖는 입력 버튼 영역이 형성되는데, 이 입력 버튼 영역이 가압됨으로써 간극의 크기가 소정의 임계치 이하로 감소하면 구동 전원은 차단된다.
다른 실시예에 따른 터치 패널은 한 쌍의 기판과 복수의 구동 전극을 포함한다. 한 쌍의 기판은 제1 기판 및 이 제1 기판과 이격되어 배치되어 있으며 변형이 가능한 제2 기판으로 구성된다. 복수의 구동 전극은 제1 기판에 형성되어 있는 제1 전극과 제2 기판에 형성되어 있는 제2 전극을 포함한다. 그리고 제1 기판과 제2 기판 사이의 간극에는 유체가 채워져 있다.
또 다른 실시예에 따른 터치 패널은 제1 기판 및 이 제1 기판과 소정의 간격 으로 이격되어 배치되어 있고 사용자 접촉면을 갖는 변형 가능한 제2 기판을 포함한다. 그리고 제1 기판과 제2 기판 사이의 간극에 유체가 채워져 밀봉되어 있다. 터치 패널에 구동 전원이 공급되면, 사용자 접촉면은 유체에 국부적으로 소정의 힘이 가해져서 간극이 감소하는 제1 영역과 함께 이 제1 영역으로부터 유체가 유입되어 간극이 증가하는 제2 영역을 포함하도록 구획되며, 제2 영역이 사용자 접촉면에 입력 버튼 영역으로 한정된다.
또 다른 실시예에 따른 터치 패널은 딱딱한 제1 기판과 이 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 배치되어 있고 사용자 접촉면을 갖는 변형 가능한 제2 기판을 포함한다. 제1 기판과 제2 기판 사이의 간극에 유체가 채워져 있다. 이 터치 패널에서는, 제1 기판과 제2 기판 사이에 국부적으로 정전력이 가해져서 유지되면 정전력이 가해진 영역의 주변 영역에서 제2 기판이 국부적으로 돌출되는 영역이 입력 버튼 영역으로 정의된다. 입력 버튼 영역에서 소정의 임계치 이상의 압력이 감지되면 가해진 정전력은 해제된다.
일 실시예에 따른 전자 기기는 한 쌍의 기판과 복수의 구동 전극을 포함한다. 한 쌍의 기판은 제1 기판 및 이 제1 기판과 이격되어 배치되어 있으며 변형이 가능한 제2 기판으로 구성된다. 복수의 구동 전극은 제1 기판에 형성되어 있는 제1 전극과 제2 기판에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하며, 제1 기판과 제2 기판 사이의 간극에는 유체가 채워져 있다. 그리고 전자 기기는 복수의 구동 전극의 전부 또는 일부에 구동 전원이 가해지는 것을 제어하는 제어기를 더 포함한다.
사용자는 입력시에 기계적인 키 패드 또는 버튼를 이용하여 입력하는 것과 유사한 클릭감을 터치 패널을 통해서 느낄 수가 있다. 그리고 사용자는 촉각을 통하여 입력 버튼 영역과 주변 영역을 구분할 수가 있다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.
후술하는 실시예에 따른 터치 패널은 사용자 입력 장치로서 여러 가지 종류의 장치에 구비될 수 있다. 예를 들어, 터치 패널은 실행되는 어플리케이션의 종류나 진행 정도에 따라서 그 종류, 크기, 형태, 및/또는 개수 등이 변화되는 가변 입력 버튼을 갖는 전자 기기의 사용자 입력 장치로서 구비될 수 있다. 그러나, 여기에만 한정되는 것은 아니며, 터치 패널은 고정 입력 버튼을 포함하는 전자 기기에 구비될 수도 있다.
후술하는 실시예에 따른 터치 패널은 그 하부의 디스플레이에 입력 버튼이 표시되는 터치 스크린을 사용자 인터페이스로 갖는 전자 기기에 활용될 수 있다. 특히, 터치 스크린을 포함하는 휴대용 전자 기기, 예컨대 휴대폰이나 PDA, PMP 등에 유용하게 활용될 수 있다. 디스플레이에 표시되는 입력 버튼은 숫자 키(numeric key), 쿼티 키(Qwerty Key), 아이콘 메뉴(icon menu), 또는 메뉴 바(menu bar) 등이 될 수 있는데, 그 종류, 크기, 형태, 및/또는 개수 등의 조합에는 아무런 제한이 없다. LCD(Liquid Crystal Display), OLED(organic Light Emitting Diode) 디스플레이 등의 디스플레이를 터치 패널과 함께 활용가능하고, 그 밖의 다른 디스플레이도 그 종류, 크기, 형태, 및/또는 개수 등의 조합에 관계없이 활용 가능하다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 터치 패널을 보여 주는 단면도로서, 도 1a는 구동 전원이 공급되지 않은 경우이고, 도 1b는 구동 전원이 공급되고 있는 경우이다. 도 1a 및 도 1b에서 기판 등의 두께나 그 두께의 변화는 설명의 편의를 위하여 과장되어 표시되었음에 유의해야 한다.
도 1a를 참조하면, 터치 패널(100)은 한 쌍의 기판, 즉 하부 기판(110) 및 상부 기판(120)과 함께 한 쌍의 기판(110, 120) 사이에 개재되어 있는 탄성층(130)을 포함한다. 그리고 도면에 도시하지는 않았지만, 상하부 기판(120, 110) 사이에 구동력이 작용할 수 있도록, 하부 기판(110) 및/또는 상부 기판(120)에는 구동 유닛(driving unit)이 추가로 구비될 수 있다. 구동 유닛은 예컨대, 구동 전압이 가해지면 정전력을 발생시키는 한 쌍의 전극, 즉 구동 전극일 수 있는데, 여기에만 한정되는 것은 아니다.
하부 기판(110)은 전자 기기의 디스플레이의 상부에 배치되는 기판이다. 하부 기판(110)은 상부 기판(120)과의 사이에 소정의 인력이나 척력이 가해지더라도 변형이 되지 않을 수 있다. 이를 위하여, 하부 기판(110)은 딱딱한 재료로 만들어질 수 있는데, 예컨대 투명 유리로 만들어진 유리 기판(glass substrate)일 수 있다. 하지만, 하부 기판(110)이 반드시 딱딱한 재료로 형성될 필요는 없다. 예를 들어, 터치 패널(100)이 딱딱한 디스플레이의 상부에 부착되는 경우라면, 하부 기판(110)은 투명한 폴리머 필름(polymer film)으로 만들어질 수도 있다.
상부 기판(120)의 상면은 사용자가 입력을 할 때 접촉하는 사용자 접촉면(S)이다. 상부 기판(120)은, 하부 기판(110)과의 사이에 소정의 구동력, 예컨대 인력이나 척력이 가해지면 변형이 생길 수가 있다. 또한, 외부로부터 사용자 접촉면(S)이 가압되거나 또는 탄성층(130)에 채워져 있는 유체 등으로부터 내부로부터 압력을 받을 경우에도, 상부 기판(120)은 변형될 수 있다. 이를 위하여, 상부 기판(120)은 투명하고 변형이 가능한 폴리머 필름으로 만들어질 수 있는데, 이것은 예시적인 것이다.
그리고 상부 기판(120)은 하부 기판(110)과 소정의 간격(d1)으로 이격되어 배치되며, 상부 기판(120)과 하부 기판(110) 사이에는 간극(gap)이 형성된다. 간극의 크기, 즉 상하부 기판(120, 110) 사이의 간격(d1)은 상하부 기판 사이에 소정의 구동력이 가해질 경우에, 상부 기판이 변형될 수 있을 정도이어야 한다.
하부 기판(110)과 상부 기판(120) 사이의 간극에는 유체가 채워진 탄성 층(130)이 개재되어 있다. 수직 방향으로 소정의 힘이 국부적으로 가해지면 이 탄성층(130)의 일부는 수축을 하고 다른 일부는 팽창함으로써 변형되지만, 가해진 힘이 제거되면 탄성층(130)은 원래의 상태로 복원될 수 있다. 탄성층(130)이 변형되면, 상부 기판(120), 특히 사용자 접촉면(S)도 그에 따라서 변형된다. 또한, 상부 기판(120)이 변형되면 탄성층(130)에 채워진 유체도 그에 따라서 유동된다. 탄성층(130)의 탄성력은 상부 기판(120)의 복원력, 유체의 점성력, 및/또는 탄성체 스페이서의 복원력의 조합으로부터 유래될 수 있다.
이와 같이, 탄성층(130)은 상하부 기판(120, 110) 사이의 간극에 채워져 있는 유체를 포함한다. 유체를 밀봉시키기 위하여, 상하부 기판(120, 110) 사이의 테두리에는 밀폐제(sealant, 150, 도 4b 참조)가 배치될 수 있다. 유체는 소정의 점성력을 갖는 액체일 수 있다. 그리고 터치 패널(100)에 존재하는 하나 이상의 계면에서 생기는 계면 반사가 최소화될 수 있도록, 인덱스 매칭 오일(index matching oil)이 유체로 사용될 수 있다. 인덱스 매칭 오일의 굴절율은 탄성층(130)과 계면을 형성하는 물질의 굴절율을 고려하여 적응적으로 결정될 수 있다.
예를 들어, 상하부 기판(120, 110) 각각의 굴절율을 고려하여 탄성층(130)과의 계면에서 반사가 최소화될 수 있는 값으로 유체의 굴절율이 결정될 수 있다. 또는, 하부 기판(110) 및/또는 상부 기판(120) 상에 투명한 구동 전극(도시하지 않음)이 형성되어 있는 경우에, 이 투명 전극과 유체의 계면에서 생기는 계면 반사도 함께 고려하여 유체의 굴절율이 결정될 수 있다. 이 경우에, 인덱스 매칭 오일의 굴절율은 투명 전극의 굴절율과 매칭되는 값이 될 수 있다. 원하는 굴절율을 갖는 인덱스 매칭 오일을 만드는 구체적인 방법은 본 발명의 기술 사상과는 무관하므로, 이에 대한 설명은 생략한다.
그리고 탄성층(130)은 간극에 분산되어 배치되어 있는 탄성체 스페이서(136, 도 4b 참조)를 더 포함할 수 있다. 탄성체 스페이서는 수십 마이크로미터 이하의 작고 투명한 입자일 수 있다. 탄성체 스페이서를 구성하는 물질에는 특별한 제한이 없으며, 예를 들어 엘라스토머(elastomer)가 사용될 수 있다. 탄성체 스페이서는 상부 기판(120)에 복원력을 제공하며, 또한 상부 기판(120)을 구조적으로 지지하는 역할도 수행한다.
구동 전원은 터치 패널을 구동하여 탄성층(130)의 두께를 국부적으로 변화시키기 위한 소스 전원으로, 터치 패널(100)이 설치되는 전자 기기의 전원 장치로부터 공급될 수 있다. 구동 전원은 사용자 접촉면(S)에 소정의 입력 버튼 영역을 한정하며, 입력 시에는 사용자에게 클릭감을 제공하도록 활용될 수 있다. 이를 위하여, 터치 패널(100)은 터치 패널의 동작을 제어하기 위한 제어부(도시하지 않음)를 구비할 수 있다. 제어부는 사용자로부터의 입력을 감지하는 센싱부와 연결되어 있으며, 센싱부로부터의 입력에 따라서 구동 전원이 터치 패널에 가해지는 것(예컨대, 스위치의 온(On)/오프(Off))를 제어한다. 이러한 제어부는 터치 패널(100)이 설치되는 전자 기기를 제어하기 위한 전기 회로 또는 마이크로프로세서의 일부로 구현되거나 또는 별도의 전기 회로로 구현될 수 있다.
터치 패널(100)의 센싱부(도시하지 않음)는 사용자로부터의 입력 여부 및/또는 입력 정도를 감지하기 위한 것이다. 센싱부는 입력 버튼 영역에서 사용자의 입 력 유무만을 감지할 수 있다. 또는, 센싱부는 입력 유무와 함께 입력을 복수의 레벨로 구분하여 입력 레벨을 함께 감지할 수도 있다. 예를 들어, 입력 버튼 영역에서 상하부 기판(120, 110) 사이의 간극 변화를 복수의 단계로 구분한 다음, 간극 변화의 크기에 따라서 입력 레벨을 구분할 수 있다.
도 1b는 도 1a의 터치 패널(100)에 입력 버튼 영역(input button area)을 한정하는 구동 전원이 공급된 경우의 단면도이다. 전술한 바와 같이, 구동 전원은 입력 버튼 영역을 한정하고 또한 입력시에 사용자에게 클릭감을 제공하는데 활용될 수 있다. 구동 전원은 터치 패널의 외부로부터 공급될 수 있는데, 그 종류에는 특별한 제한이 없다. 다만, 구동 전원이 공급되면, 하부 기판(110a)과 상부 기판(120a) 사이에는 국부적으로 구동력이 작용한다. 구동력은 상하부 기판(120a, 110a)에 직접 가해지거나 또는 상하부 기판(120a, 110a)에 형성되어 있는 구동 전극(도시하지 않음)을 통해서 가해질 수도 있다.
도 1b에서는, 구동력의 일례로서, 터치 패널(100a)의 제1 영역(I)에 위치한 구동 유닛(도시하지 않음)에서 국부적으로 전기장이 유도되어, 상하부 기판(120a, 110a) 사이에 정전 인력(FE)이 작용하는 경우가 도시되어 있다. 그러나, 구동력의 종류가 정전 인력(FE)에만 한정되는 것은 아니다. 예를 들어, 터치 패널(100a)의 제2 영역(II)에 위치한 구동 유닛(도시하지 않음)에서 척력이 유도되거나 또는 정전력이 아닌 다른 종류의 힘에 의하여 구동력이 유도될 수도 있다. 이하의 실시예에서는, 구동력으로서 제1 영역(I)의 상하부 기판(120a, 110a) 사이에 정전 인력이 작용하는 경우에 대해서 상세하게 설명하지만, 다른 경우에도 동일하게 적용될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
터치 패널(100a)에서 국부적으로, 예컨대 제1 영역(I)에서 상하부 기판(120a, 110a) 사이에 인력이 작용하면, 상부 기판(120a)은 제1 영역(I)에서 하부 기판(110a) 쪽으로 밀착된다. 즉, 상부 기판(120a)의 표면이 함몰된다. 그 결과, 제1 영역(I)에서의 탄성층(130a)의 두께, 즉 상하부 기판(120a, 110a) 사이의 간극의 크기는 d2로 감소한다.
상부 기판(120a)이 국부적으로 함몰되어 제1 영역(I)에서 상하부 기판(120a, 110a) 사이의 간극의 크기가 감소하면, 제1 영역(I)에 있는 유체의 일부가 제2 영역(II)으로 이동한다. 제2 영역(II)에서 유체의 양이 증가하면 변형 가능한 상부 기판(120a)은 제2 영역(II)에서 팽창하게 된다. 즉, 상부 기판(120a)의 표면이 돌출된다. 그 결과, 제2 영역(II)에서의 탄성층(130a)의 두께, 즉 상하부 기판(120a, 110a) 사이의 간극의 크기는 d3로 증가한다.
도 1b에 도시된 것과 같이 변형된 상태에서 구동 전원의 공급이 유지되면, 제2 영역(II)에 있는 유체의 이동은 제한된다. 왜냐하면, 제1 영역(I)에서 상부 기판(120a)이 유체를 계속 압착하고 있기 때문이다. 이러한 구조의 터치 패널(100a)에서는 제2 영역(II)에서 유체의 탄성력, 예컨대 사용자가 상부 기판(120a)을 누르는 힘에 대한 반발력도 증가한다. 따라서 제2 영역(II)을 가압하는 사용자는 촉각으로 소정의 탄성력을 느낄 수가 있으며, 누르는 힘을 증가시키면 탄성력도 증가한 다.
상부 기판(120a)의 일부를 함몰시키고 다른 일부를 돌출시킬 수 있는 구동력의 세기는, 얻고자 하는 상부 기판(120a)의 변위, 즉 돌출 부분과 함몰 부분의 높이 차이(d3-d2)에 따라서 적응적으로 결정될 수 있다. 다만, 상부 기판(120a)이 변형되어 사용자 접촉면(S)에 입력 버튼 영역이 형성되는 것은, 구동력 자체의 크기는 물론, 구동력이 가해지는 제1 영역(I)의 넓이, 상부 기판(120a)의 탄성력, 탄성체 스페이서의 탄성력, 유체의 점성력, 간극의 크기 등도 복합적으로 영향을 미친다는 점에 유의할 필요가 있다.
터치 패널(100a)에 구동 전원이 공급되면, 도 1b에 도시된 바와 같이, 상부 기판(120a)의 사용자 접촉면(S)은 함몰되는 제1 영역(I)과 돌출되는 제2 영역(II)으로 구획된다. 그리고 이러한 제1 영역(I)과 제2 영역(II)을 이용하여, 터치 패널(100a)의 사용자 접촉면에 입력 버튼 영역을 한정할 수 있다. 일례로, 유체의 양이 증가하여 돌출되는 제2 영역(II)을 입력 버튼 영역으로 정의할 수 있다. 그러나 본 실시예가 여기에만 한정되는 것은 아니며, 함몰되는 제1 영역(I)을 입력 버튼 영역으로 정의하거나 또는 돌출되는 제2 영역(II) 중에서 함몰되는 제1 영역(I)에 의하여 둘러싸인 영역만을 입력 버튼 영역으로 정의할 수도 있다. 제1 영역(I)과 제2 영역(II)을 이용하여 입력 버튼 영역을 한정하는 구체적인 예에 대해서는 뒤에 다시 설명한다.
도 1b에서와 같이, 함몰되는 제1 영역(I)과 돌출되는 제2 영역(II)을 이용하 여 사용자 접촉면(S)에 입력 버튼 영역이 형성되면, 사용자는 촉각만으로도 입력 버튼 영역을 인지할 수 있다. 사용자는 손가락으로 사용자 접촉면(S)에 형성되어 있는 표면의 요철을 감지함으로써, 접촉된 부분이 입력 버튼 영역인지 아닌지를 판단할 수가 있다. 따라서 표면 형상 변화에 따른 촉각 피드백 기능을 터치 패널(100, 100a) 상에서 구현할 수가 있다. 그리고 구동 전원을 유지한 상태에서 돌출된 제2 영역(II)을 가압하게 되면 가압되는 부분의 반반력이 점차 커지기 때문에, 사용자가 입력 버튼을 누를 경우에 소정의 입력감도 느낄 수가 있다.
또한, 이러한 터치 패널을 이용하면, 사용자에게 클릭감을 제공할 수도 있다. 클릭감이란 휴대폰 등에서 사용되는 기계적인 키 패드(key pad)를 누를 때 사용자가 손가락을 통해서 느끼는 딸깍하는 느낌을 가리킨다. 기계적인 키 패드에는 메탈 돔(metal dome)이라고 하는 돔 형태의 금속 박판이 키 버튼의 하부에 설치되어 있다. 메탈 돔이 가압되면, 사용자는 처음에는 변형에 의한 저항감을 감지할 수가 있다. 그리고 메탈 돔에 일정 수준 이상의 변형이 발생하면, 급격한 변형이 발생하는 버클링 포인트(buckling point)가 존재하게 된다. 이러한 버클링 포인트로 인하여, 사용자는 기계적인 키 패드를 누를 때, 딸깍하는 클릭감을 느낄 수가 있다. 또한, 사용자로부터의 압력이 계속 유지되면, 버클링 포인트 이후에 돔 형상이 변형되면서 하부 전극에 닿게 되는데, 기계적인 키 패드에서는 이 시점에서 입력 확인이 이루어진다.
도 2는 이러한 메탈 돔 구조에서의 힘(force)과 변위(displacement)의 관계를 보여 주는 그래프이다. 도 2를 참조하면, 초기에는 사용자가 누르는 힘이 증가 함에 따라서 메탈 돔의 변위도 증가한다. 변위가 증가함에 따라서 메탈 돔의 지지력도 증가하므로, 사용자가 입력 버튼으로부터 느끼는 반발력도 증가한다. 그리고 사용자가 누르는 힘이 일정한 수준(작동력)에 다다를 때까지는 메탈 돔의 지지력도 증가하게 되는데, 메탈 돔의 변위가 x1에 도달하면 메탈 돔의 지지력이 급격히 감소하는 버클링 포인트에 도달하게 된다. 버클링 포인트에 도달한 이후에도 사용자가 누르는 힘이 계속 유지되면, 메탈 돔의 변위는 계속 증가하며, 변위가 x2에 도달하면 하부 전극에 닿게 된다. 이후에 사용자가 누르는 힘을 제거하면, 복귀력에 의해서 메탈 돔은 원래의 상태로 복원된다.
본 실시예에 따른 터치 패널에서는 이러한 기계적인 키 패드에서의 메카니즘을 모사함으로써, 사용자들에게 클릭감을 제공할 수 있다. 이하, 도 3a 및 도 3b를 참조하여, 본 실시예에 따른 터치 패널에서 클릭감을 제공하는 메커니즘에 관해서 상세히 설명한다.
도 3a는 도 1b에 도시된 터치 패널에서 사용자가 소정의 압력(Fu)을 가하기 시작할 경우의, 터치 패널의 구조를 보여 주는 단면도이다. 도 3a를 참조하면, 사용자가 처음에 압력을 가하기 시작하는 순간에는 구동 전원이 계속 공급되고 있어서, 함몰된 부분(도 1b의 제1 영역(I))에서는 계속 정전력(FE)이 작용하고 있다(도 3a에서 표시된 점선은 사용자로부터 가압되기 이전의 상부 기판(120)의 프로파일을 나타낸다). 상하부 기판(120a, 110a) 사이에 정전력(FE)이 작용하고 있는 상태에서 는 유체, 특히 돌출된 부분(도 1a의 제2 영역(II))에 있는 유체의 유동이 제한된다. 그 결과, 돌출부에는 탄성이 증가하게 되는데, 사용자가 터치 패널의 돌출부를 가압할 경우에 이를 촉각으로 느낄 수가 있다. 그리고 누르는 힘을 증가시킬수록, 사용자가 느끼는 반발력도 증가하게 된다. 다만, 정전력(FE)에 의하여 유체의 유동이 완전히 억제되지는 않으며 또한 탄성층이 본질적으로 변형이 될 수 있기 때문에, 사용자가 가압하기 시작하면 상부 기판(120a)의 제2 영역(II)에는 소정의 변위(d)가 생길 수 있다(이 경우에, 유체의 유동으로 인하여 상부 기판(120a)의 제1 영역(I)은 제2 영역(II)과는 반대 방향으로 변위가 생길 수 있는데, 도면에서는 이러한 제1 영역(I)의 변위는 표시하지 않았다).
사용자가 돌출부인 제2 영역(II)을 계속 누르면, 변위(d)는 증가하게 되고 사용자가 느끼는 반발력도 증가한다. 변위(d)가 증가하면, 상하부 기판 사이의 간격도 줄어들게 된다. 그리고 사용자로부터 일정한 수준 이상의 압력이 가해져서 변위(d)가 소정의 크기(x3) 이상이 되면, 공급되고 있던 구동 전원을 차단하여 제1 영역(I)에서 상하부 기판(120a, 120b) 사이의 간극이 원래대로 복귀하도록 한다. 여기서, 변위(d)의 크기 x3은 도 2를 참조하여 설명한 메탈 돔의 버클링 포인트에서의 변위(x1)와 물리적으로 같은 필요는 없다는 것은 당업자에게 자명하다. 도 3b는, 이와 같이, 구동 전원이 차단된 경우의 터치 패널의 구조를 보여 주는 단면도이다.
도 3b를 참조하면, 구동 전원이 차단되면, 제1 영역(I)인 함몰부에 가해지고 있던 정전력(FE, 도 3a 참조)이 해제되므로, 제2 영역(II)인 돌출부에 있던 유체는 자유롭게 이동할 수가 있다. 따라서 구동 전원이 차단되는 시점에서, 순간적으로 많은 양의 유체가 주변, 즉 제1 영역(I)으로 이동하게 된다. 그리고 사용자는 이 순간에 터치 패널로부터의 반발력(즉, 돌출부의 탄성력)이 급격히 감소하는 것을 느낄 수가 있으며, 유체의 이동으로 인하여 돌출부의 변위(d)도 순간적으로 크게 증가하게 된다. 이러한 터치 패드의 동작은 버클링 포인트에서 메탈 돔을 갖는 키 패드의 동작과 상당히 유사하다. 따라서 이러한 메커니즘을 이용하면, 터치 패널도 기계적인 키 패드를 누를 때 느낄 수 있는 클릭감을 사용자에게 제공할 수가 있다.
터치 패널에서 사용자로부터 일정한 수준 이상의 압력이 가해지고 있는지 여부, 즉 가압된 돌출부에서의 변위의 크기는, 상하부 기판(120a, 110a) 사이의 간격, 즉 간극의 크기 변화로부터 알 수 있다. 이러한 간극의 크기 변화를 측정하는 방법에는 제한이 없다. 예를 들어, 상하부 기판(120a, 110b)에 구동 전극이 형성되어 있는 터치 패널이라면, 전극 사이의 정전용량(capacitance)의 변화를 센싱함으로써 간극의 크기 변화를 알 수 있다. 정전용량의 변화를 센싱하는 구체적인 방법은 종래의 종전용량 방식의 터치 패널에서 이용되고 있는 공지된 기술이므로, 여기에서는 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
그리고 본 실시예에 따른 터치 패널에서는 구동 전원이 차단되는 시점과 연동하여 입력 확인을 할 수 있다. 예를 들어, 구동 전원이 차단되는 시점을 사용자로부터 입력이 있는 시점으로 할 수 있다. 구동 전원이 차단되면 상하부 기판 사이 에 가해지고 있던 구동력이 제거되는데, 이를 위해서는 상하부 기판 사이의 간극의 크기가 소정의 크기 이하로 줄어들 수 있도록 사용자로부터 일정한 수준 이상의 압력이 가해져야 한다. 따라서 의도하지 않았던 미세한 접촉에 의하여 입력 오류가 생기는 것을 방지할 수 있다.
또한, 본 실시예에 따른 터치 패널에서는, 구동 전압이 차단되는 시점과는 상관없이, 입력 확인을 다단계로 할 수도 있다. 예를 들어, 돌출부인 제2 영역(II)을 가압하는 힘을 몇 단계로 구분한 다음, 단계별로 입력 레벨을 구별할 수도 있다. 이 경우에, 가압하는 힘의 차이는 간극의 변화 차이, 즉 간극의 변화에 따른 정전 용량의 변화 차이를 이용하여 판별할 수 있다.
도 4a와 도 4b는 전술한 터치 패널의 전체적인 구조를 보여 주기 위한 것이다. 도 4a는 터치 패널의 상하부기판을 분리하여 보여 주는 사시도이고, 도 4b는 상하부 기판이 결합된 터치 패널을 상부전극 패턴의 방향을 따라 절취한 단면도이다. 도 4a 및 도 4b에서도 기판 등의 두께와 기판 사이의 간격, 기타 다른 구성요소들의 크기, 개수, 배열 등도 설명의 편의를 위하여 선택적으로 과장되거나 단순화하여 표시되었음에 유의해야 한다. 이하에서는 도 1a 및 도 1b를 참조하여 위에서 설명한 사항은 간략히 서술하고 나머지 사항에 대해서 상세히 설명한다.
도 4a 및 도 4b를 참조하면, 터치 패널(100)은 하부 기판(110), 상부 기판(120), 탄성층(130), 구동 전극(140), 및 밀폐제(150)를 포함한다. 하부 기판(110)은 투명한 유리 기판일 수 있고, 상부 기판(120)은 변형이 가능한 투명한 폴리머 필름일 수 있다. 하부 기판(110)과 상부 기판(120) 사이에는 소정의 간극이 존재하며, 이 간극에는 탄성층(130)이 배치되어 있다. 탄성층(130)은 유체(132) 및 탄성체 스페이서(136)를 포함한다. 도면에 도시하지는 않았지만, 터치 패널(100)은 구동 전원, 제어부, 및 센싱부를 더 포함할 수도 있다.
탄성체 스페이서(136)는 엘라스토머(elastomer)로 형성되는 아주 미세한 입자로서 상당히 많은 양이 간극의 전면(entire area)에 고르게 배치된다. 탄성체 스페이서(136)는 상부 기판(120)을 구조적으로 지지하는 역할을 수행하는데, 구동 전원이 공급되지 않은 경우에는 사용자 접촉면(S)이 가능한 평평한 상태가 유지되도록 한다. 그리고 탄성체 스페이서(134)는 상부 기판(120)이 압착되면 상부 기판(120)에 대하여 복원력을 제공한다.
유체(132)는 하부 기판(110)과 상부 기판(120) 사이의 간극에 채워져 있다. 유체(132)는 터치 패널(100) 내부에 존재하는 계면, 예컨대 상하부 기판(120, 110)과 유체(132) 사이 및 구동 전극(140)과 유체(132) 사이에서 계면 반사가 최소화될 수 있도록 굴절율이 조정된 인덱스 매칭 오일이 사용될 수 있다. 예를 들어, 구동 전극(140)을 형성하는 물질을 기준으로 하여 굴절율이 조정된 인덱스 매칭 오일이 유체(132)로 사용될 수 있다. 그리고 이 유체(132)가 밀봉될 수 있도록 상기 간극의 가장자리에는 밀폐제(150)가 구비된다. 밀폐제는 예컨대, 플라스틱 수지 등으로 형성될 수 있으나 여기에만 한정되는 것은 아니다.
구동 전극(140)은 상하부 기판(120, 110) 사이에서 국부적으로 인력이 발생하도록 하기 위한 구성요소이다. 후술하는 바와 같이, 터치 패널(100)에서는 인력이 발생하는 위치를 적절히 조합함으로써, 사용자 접촉면에 한정되는 입력 버튼 영 역의 위치, 개수, 크기, 모양 등을 변화시킬 수 있다. 예를 들어, 터치 패널(100)이 고정된 한 가지 유형의 입력 버튼 영역만을 제공하는 경우에는, 입력 버튼 영역의 위치, 개수, 크기, 모양 등을 고려하여 구동 전극(140) 자체의 위치, 개수, 크기, 모양 등도 고정될 수도 있다. 반면, 터치 패널(100)이 여러 가지 유형의 입력 버튼을 제공하는 경우에는, 상당히 많은 개수의 구동 전극을 매트릭스 형태로 터치 패널(100)의 전면에 배열할 수 있다. 이 경우에, 구동 전압이 가해지는 구동 전극의 조합을 변화시킴으로써, 터치 패널(100)은 다양한 유형의 입력 버튼 영역을 사용자 접촉면에 정의할 수가 있다.
도 4a 및 도 4b에는 매트릭스 형태로 배열된 구동 전극의 일례가 도시되어 있다. 도 4a 및 도 4b를 참조하면, 하부 기판(110)의 상면과 상부 기판(120)의 하면에는 각각 라인 타입의 하부 전극 패턴(142)과 상부 전극 패턴(144)이 형성되어 있다. 그리고 하부 전극 패턴(142)는 제1 방향으로 신장되며, 상부 전극 패턴(144)은 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 신장되어 있다. 따라서 하부 전극 패턴(142)과 상부 전극 패턴(144)에 교차점에서, 매트릭스 형태로 배열된 구동 전극(240)이 정의된다. 이와 달리, 서로 대향하는 하부 전극과 상부 전극이 각각 도트 형상으로 상하부 기판(120, 110)에 매트릭스 형태로 형성되어 있을 수도 있다.
도 5는 도 4a 및 도 4b에 도시된 터치 패널(100)에서 상하부 기판(120, 110) 사이의 간극의 크기가 국부적으로 증감되는 과정을 설명하기 도면이다. 도 5는 제1 영역(I)에 위치하는 구동 전극(도시하지 않음)에 구동 전압을 가하지만 제2 영역(II)에 위치하는 구동 전극(도시하지 않음)에는 구동 전압을 가하지 않은 경우이 다.
도 5를 참조하면, 제1 영역(I)에 가해진 구동 전압으로 인하여 상하부 기판(120, 110) 사이에 전기장이 유발됨으로써, 제1 영역(I)에서는 상하부 기판(120, 110) 사이에 국부적으로 인력이 작용한다. 이 인력에 의하여 상부 기판(120)은 하부 기판(110) 쪽으로 당겨지게 되고 그 결과 상부 기판(120)에는 함몰되는 부분이 생긴다. 즉, 제1 영역(I)에서는 상하부 기판(120, 110)의 간극이 감소한다. 이 때, 당겨지는 상부 기판(120)은 제1 영역(I)에 위치하고 있는 유체를 압착하며, 압착된 유체의 일부가 구동 전압이 가해지지 않은 주변, 즉 제2 영역(II)으로 이동하게 된다. 제1 영역(I)의 유체가 제2 영역(II)으로 이동하게 되면, 제2 영역(II)에서는 유체의 압력이 증가하여 상부 기판(120)이 밀려 올라가게 된다. 그 결과, 상부 기판(120)에는 돌출되는 부분이 생긴다. 돌출된 부분은 유체의 압력과 주변(즉, 제1 영역(I))에 작용하고 있는 정전력에 의하여 지탱되므로, 사용자가 입력 동작으로 돌출된 부분을 누를 때 제2 영역(II)은 탄성을 유지하게 된다.
도 6은 상부 기판의 일부가 돌출되고 다른 일부가 함몰되어 버튼 입력 영역이 형성된 터치 패널의 형상을 보여 주는 사시도이다. 도 6에 도시된 터치 패널에서는, 상부 기판의 사용자 접촉면에 입력 버튼 영역이 정의되는 일례로서, 돌출된 부분, 즉 기판 사이의 간극이 증가하는 부분이 입력 버튼 영역으로 정의된다.
도 6을 참조하면, 디스플레이에 표시되는 입력 버튼(알파벳 'A' 버튼)에 대응하는 위치의 상부 기판이 국부적으로 또는 선택적으로 돌출된다. 따라서 사용자 접촉면의 돌출 부분이 입력 버튼 영역이 된다. 전술한 바와 같이, 상부 기판이 국 부적으로 돌출되는 것은, 입력 버튼('A' 버튼)이 디스플레이되는 위치를 제외한 다른 위치에 형성되어 있는 구동 전극에만 구동 전압이 인가되기 때문이다. 구동 전압이 인가되는 구동 전극이 위치하는 상부 기판은 하부 기판 쪽으로 밀착되어 유체를 압착하며, 압착된 유체의 압력에 의하여 입력 버튼('A' 버튼)이 디스플레이되는 위치에서 상부 기판은 돌출된다.
이와 같이, 상부 기판의 일부가 함몰되고 다른 일부가 돌출되는 구조를 이용하여, 터치 패널의 사용자 접촉면에 입력 버튼 영역이 한정되면, 사용자는 촉각을 이용하여 입력 버튼 영역을 인지할 수 있다. 도 6에 도시된 예에서, 사용자는 입력 버튼이 터치 패널에서 돌출된 부분이라는 것을 손가락으로 감지할 수 있다. 따라서 터치 패널에서는 표면 형상 변화에 따른 촉각 피드백 기능을 구현할 수가 있다. 즉, 버튼 입력 영역의 표면을 어떤 형태로든 변화시켜서 주변 영역의 표면과 구별될 수 있도록 하면, 사용자는 터치 패널의 표면에서 질감의 변화를 감지할 수가 있으며, 그 결과 사용자는 촉각을 통해서 입력 버튼 영역을 인지할 수가 있다.
도 7a 및 도 7b는 각각, 도 4a와 도 4b를 참조하여 설명한 구조의 터치 패널에서, 상부 기판의 사용자 접촉면에 입력 버튼 영역을 정의하는 다른 예를 보여 주는 도면이다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 예도, 터치 패널의 일부 영역은 돌출되고 다른 일부 영역은 함몰되는 표면 형상의 변화를 이용함으로써, 사용자 접촉면에 입력 버튼 영역이 정의되는 경우들이다.
도 7a를 참조하면, 디스플레이에서 버튼 'A'가 표시되는 부분(③,④,⑤)에서 상하부 기판 사이의 간극이 감소하지만, 버튼 'A'가 표시되는 부분의 주변(①,②, ⑥,⑦)에서는 상하부 기판 사이의 간극이 증가한다. 즉, 도 7a는 상부 기판이 함몰되는 영역(③,④,⑤)이 입력 버튼 영역으로 정의되는 경우이다. 이러한 터치 패널을 이용할 경우에, 사용자는 입력 버튼 영역(③,④,⑤)에서 오목한 느낌을 감지할 수 있다. 그리고 입력 버튼 영역(③,④,⑤)의 간극이 소정의 임계치 이상으로 줄어드는 시점에서 입력 확인을 함으로서, 미세 접촉에 의한 입력 오류를 방지할 수가 있다.
그리고 도 7b를 참조하면, 디스플레이에서 버튼 'A'가 표시되는 부분의 가장자리(②,⑥)에서만 상하부 기판 사이의 간극이 감소하고, 버튼 'A'가 표시되는 부분(③,④,⑤)이나 그 외각부(①,⑦)에는 상하부 기판 사이의 간극이 다소 증가한다. 이에 의하면, 간극이 감소하여 함몰되는 부분(②,⑥)으로 둘러싸인 상부 기판의 영역(③,④,⑤)이 입력 버튼 영역으로 정의되는 경우로서, 도 6에 도시된 실시예의 특수한 경우라고 할 수 있다. 도 6은 입력 버튼 영역이 아닌 모든 위치(도 7b에서 ①,②,⑥,⑦에 해당함)에서 상하부 기판 사이의 간극이 감소하는 경우이지만, 도 7b는 입력 버튼 영역의 테두리 부분(②,⑥)에서만 상하부 기판 사이의 간극이 감소한다.
그리고 도 7b에 도시된 터치 패널에서는 입력 버튼 영역이 아닌 주변 영역이 차지하는 넓이가 작으며, 사용자는 입력 버튼 영역의 테두리 부분을 촉각을 통해서 감지할 수가 있다. 따라서 본 실시예에 따른 터치 패널에서는 상대적으로 많은 개수의 입력 버튼 영역이 사용자 접촉면에 정의될 수 있으며 또한 서로 인접하고 있는 입력 버튼은 촉각을 통해서 식별할 수가 있으므로, 크기가 작은 디스플레이에 다수의 입력 버튼이 표시되는 경우(예컨대, 휴대폰의 디스플레이에 쿼티 키가 표시되는 경우 등)에 유용하게 이용할 수 있다.
그리고 도 7a 및 도 7b에 도시된 실시예에 따른 터치 패널에서도 사용자에게 기계적인 키 패드를 누르는 것과 같은 반발력을 제공할 수가 있다. 이것은 입력 버튼 영역이 간극이 정전력에 의하여 이미 감소하였거나(도 7a의 경우) 또는 입력 버튼 영역의 테두리 부분의 간극이 감소하여 입력 버튼 영역에 있는 전기 유변 유체의 유동이 제한되기 때문이다(도 7b의 경우). 또한, 도 7b에 도시된 실시예에 따른 터치 패널은, 입력 버튼 영역이 간극이 소정의 크기 이상으로 줄어드는 시점에서 구동 전압을 차단하면 입력 버튼 영역의 유체가 주변 영역으로 급격히 이동할 수가 있어서, 사용자에게 클릭감도 제공할 수가 있다.
전술한 실시예에 따른 터치 패널은 평상시(예를 들어, 사용자로부터의 입력이 필요하지 않은 어플리케이션을 구동하거나 또는 어플리케이션의 현재 진행 단계가 입력이 필요하지 않은 경우 등)에는 일반적인 터치 패널(예컨대, 디스플레이의 화상 표시면)로 사용이 될 수 있다. 그러나 터치 패널을 통하여 숫자, 문자, 기호 등을 입력하거나 또는 아이콘을 선택하여 입력하는 경우 등에는, 터치 패널은 사용자 입력 장치로서 이용될 수 있다. 전술한 터치 패널의 구성 및 동작은, 구동 전원이 가해지지 않으면 일반적인 터치 패널의 상태이다가, 구동 전원이 가해지면 상하부 기판 사이에 국부적으로 발생하는 인력에 의하여 유체가 유동하여 소정의 입력 버튼이 터치 패널에 형성되는 것을 보여 주는 것이다.
이러한 입력 버튼은 터치 패널의 전체에 형성되거나 또는 일부 영역에만 형성될 수 있으며, 입력 버튼의 개수나 그 형태, 크기 등에는 특별한 제한이 없다. 도 8a 내지 도 8d는 각각 터치 패널에 입력 버튼이 형성된 여러 가지 예를 보여주는 도면으로서, 각각 입력 버튼이 숫자 키(numeric keys), 쿼티 키(qwerty keys), 아이콘 메뉴(icon menus), 및 메뉴 바(menu bars)인 경우의 일례이다. 도 8a 내지 도 8d를 참조하면, 사용자가 특정 어플리케이션을 이용하려고 선택하면(예컨대, 전화를 걸거나 메시지를 입력하거나 메뉴를 선택하거나 또는 인터넷을 이용하는 경우 등), 'A'로 표시된 터치 패널의 전체(도 8c의 경우) 또는 일부 영역(도 8a, 8b, 및 8d의 경우)은 사용자 입력 장치로 이용된다. 그리고 사용자 입력 장치로 이용되는 영역(A) 이외의 영역은, 입력되는 문자나 숫자 등을 표시하기 위한 디스플레이(Display)로 이용될 수 있다. 반대로, 구동 전압이 가해지지 않은 경우에는, 터치 패널 전체가 디스플레이로 이용될 수 있다.
그리고 사용자가 소정의 입력 버튼에 입력을 가하여 입력 확인이 이루어지면, 어플리케이션의 종류에 따라서 다시 기존의 입력 버튼이 형성된 상태로 복원되거나, 또는 동일한 어플리케이션의 다음 단계가 진행되거나 또는 다른 어플리케이션으로 진행되어서 다른 유형의 입력 버튼이 터치 패널에 형성되거나, 또는 더 이상 입력 버튼이 형성되지 않고 일반적인 터치 패널의 상태가 될 수도 있다.
이상의 설명은 본 발명의 실시예에 불과할 뿐, 이 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특 허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 한다. 따라서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.
도 1a 및 도 1b는 일 실시예에 따른 터치 패널을 보여 주는 단면도로서, 도 1a는 구동 전원이 공급되지 않은 경우이고, 도 1b는 구동 전원이 공급되고 있는 경우이다.
도 2는 메탈 돔 구조에서의 힘(force)과 변위(displacement)의 관계를 보여 주는 그래프이다.
도 3a 및 도 3b는 본 실시예에 따른 터치 패널에서 클릭감을 제공하는 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는 다른 실시예에 따른 터치 패널의 구조를 보여 주기 위하여 상하부기판을 분리하여 보여 주는 사시도이고, 도 4b는 도 4a의 터치 패널을 상부전극 패턴의 방향을 따라 절취한 단면도이다.
도 5는 다른 실시예에 따른 터치 패널에서 상하부 기판 사이의 간극의 크기가 국부적으로 증감되는 과정을 설명하기 도면이다.
도 6은 다른 실시예에 따른 터치 패널에서 버튼 입력 영역이 한정된 형상을 보여 주는 사시도이다.
도 7a 및 도 7b는 각각 다른 실시예에 따른 터치 패널에서 상부 기판의 사용자 접촉면에 입력 버튼 영역을 정의하는 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 8a 내지 도 8d는 각각 터치 패널에 입력 버튼 영역이 형성된 예를 보여주는 도면으로서, 각각 입력 버튼이 숫자 키(numeric keys), 쿼티 키(qwerty keys), 아이콘 메뉴(icon menus), 및 메뉴 바(menu bars)인 경우의 일례이다.

Claims (30)

  1. 제1 기판 및 상기 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 배치되어 있고 사용자 접촉면을 갖는 제2 기판을 포함하는 터치 패널에 있어서,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 간극에는 유체가 채워져 있고,
    구동 전원이 공급되면 상기 유체의 유동에 의해 소정의 패턴을 갖는 입력 버튼 영역이 한정되고,
    사용자에 의해 상기 입력 버튼 영역이 가압됨으로써 상기 간극의 크기가 소정의 임계치 이하로 감소하면 상기 구동 전원이 차단되는 터치 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유체의 유동은 상기 간극의 크기가 국부적으로 증감하도록 상기 제2 기판이 변형됨으로써 초래되는 터치 패널.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 제2 기판의 변형은 상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 국부적으로 발생하는 정전력에 의하여 초래되는 터치 패널.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 입력 버튼 영역은 상기 간극의 크기가 감소하는 제1 영역으로 둘러싸여 서 상기 간극의 크기가 증가하는 제2 영역인 터치 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 가압된 입력 버튼 영역에서 생기는 정전 용량의 변화를 측정함으로써, 상기 간극의 크기가 소정의 임계치 이하로 감소하는지를 판단하는 터치 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 구동 전원이 차단되는 시점에서 상기 가압된 입력 버튼 영역에 입력이 있는 것으로 판정하는 터치 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 가압된 입력 버튼 영역에서 생기는 상기 간극의 크기의 변화를 복수의 단계로 구분하여 멀티 레벨의 입력을 감지하는 터치 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 유체는 투명한 인덱스 매칭 오일(index matching oil)인 터치 패널.
  9. 제1 기판 및 상기 제1 기판과 이격되어 배치되어 있으며 변형 가능한 사용자 접촉면을 갖는 제2 기판을 포함하는 한 쌍의 기판;
    상기 제1 기판에 형성되어 있는 제1 전극과 상기 제2 기판에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하는 복수의 구동 전극; 및
    상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에 채워져 있는 유체를 포함하는 탄성층을 포함하고,
    상기 제1 전극과 상기 제 2 전극 사이에 가해지는 구동 전압에 의해 상기 제2 기판의 사용자 접촉면의 일부 영역 상에 입력 버튼 영역이 형성되며,
    사용자의 가압에 의하여 상기 입력 버튼 영역에서 상기 간극의 크기가 소정의 임계치 이하로 감소하면 상기 가해진 구동 전압을 해제하는 터치 패널.
  10. 삭제
  11. 제9항에 있어서,
    상기 입력 버튼 영역은 상기 구동 전압에 의해 발생하는 정전력에 의하여 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극의 크기가 국부적으로 증감하는 것을 이용하여 형성되는 터치 패널.
  12. 삭제
  13. 제9항에 있어서,
    상기 입력 버튼 영역에서 상기 한 쌍의 기판 사이의 정전 용량의 변화를 센싱하여 상기 간극의 크기가 소정의 임계치 이하로 감소하는지를 판단하는 터치 패널.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 구동 전압이 해제되는 시점에서 상기 가압된 입력 버튼 영역에 입력이 있는 것으로 판정하는 터치 패널.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 입력 버튼 영역은 상기 정전력에 의하여 상기 간극의 크기가 감소하는 제1 영역으로 둘러싸여서 상기 간극의 크기가 증가하는 제2 영역인 터치 패널.
  16. 제9항에 있어서,
    상기 입력 버튼 영역은 상기 복수의 구동 전극 중에서 상기 구동 전압이 가해지는 구동 전극의 조합을 변화시켜서 가변될 수 있는 터치 패널.
  17. 제1 기판;
    상기 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 배치되어 있고 사용자 접촉면을 갖는 변형 가능한 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 간극에 채워져 있는 유체를 포함하고,
    상기 사용자 접촉면은 구동 전원이 공급되면 상기 유체에 국부적으로 소정의 힘이 가해져서 상기 간극이 감소하는 제1 영역과 상기 제1 영역으로부터 유체가 유입되어 상기 간극이 증가하는 제2 영역을 포함하며,
    상기 제1 영역과 상기 제2 영역을 이용하여 상기 사용자 접촉면에 입력 버튼 영역이 한정되고,
    상기 구동 전원이 유지된 상태에서 상기 입력 버튼 영역에서 소정의 임계치 이상의 압력이 감지되면, 상기 구동 전원이 차단되는 터치 패널.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 제2 영역이 상기 입력 버튼 영역인 터치 패널.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 터치 패널은 상기 제1 기판에 형성되어 있는 제1 전극과 상기 제2 기판에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하는 복수의 구동 전극을 더 포함하고,
    상기 소정의 힘은 상기 복수의 구동 전극의 전부 또는 일부에 상기 구동 전원이 공급되어서 발생하는 정전력인 터치 패널.
  20. 삭제
  21. 제17항에 있어서,
    상기 입력 버튼 영역은 디스플레이에 표시되는 입력 버튼과 대응하도록 한정 되는 터치 패널.
  22. 딱딱한 제1 기판;
    상기 제1 기판과 소정의 간격으로 이격되어 배치되어 있고 사용자 접촉면을 갖는 변형 가능한 제2 기판; 및
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 간극에 채워져 있는 유체를 포함하고,
    상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 국부적으로 정전력이 가해지면, 상기 정전력이 가해진 영역의 주변 영역에서 상기 제2 기판이 국부적으로 돌출되는 영역이 입력 버튼 영역으로 한정되고,
    상기 입력 버튼 영역에서 소정의 임계치 이상의 압력이 감지되면 상기 정전력이 해제되는 터치 패널.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 정전력이 해제되는 시점을 상기 입력 버튼 영역에 사용자로부터의 입력이 있는 것으로 판정하는 터치 패널.
  24. 딱딱하고 투명한 하부 기판;
    상기 하부 기판과 소정의 간격으로 이격되어 배치되어 있고 변형 가능하고 투명한 상부 기판;
    상기 하부 기판에 형성되어 있는 제1 전극과 상기 상부 기판에 형성되어 있는 제2 전극을 포함하는 복수의 구동 전극; 및
    상기 상부 기판과 상기 하부 기판 사이의 간극에 분산 배치된 탄성체 스페이서 스페이서와 상기 간극에 채워져 있는 유체를 포함하는 탄성층을 포함하고,
    상기 복수의 구동 전극의 전부 또는 일부에 구동 전압을 인가하면, 상기 구동 전압이 인가된 구동 전극에서 발생하는 정전력에 의하여 상기 상부 기판이 상기 유체를 국부적으로 압착함으로써, 상기 정전력이 가해지지 않은 영역에서 상기 상부 기판이 돌출되고,
    돌출되는 상기 상부 기판의 영역이 입력 버튼 영역이 되며,
    상기 입력 버튼 영역에 소정의 임계치 이상의 압력이 감지되면 상기 인가된 구동 전압이 해제되는 터치 패널.
  25. 삭제
  26. 삭제
  27. 제1 기판 및 상기 제1 기판과 이격되어 배치되어 있으며 변형 가능 사용자 접촉면을 갖는 제2 기판을 포함하는 한 쌍의 기판;
    상기 제1 기판에 형성되어 있는 제1 전극들과 상기 제2 기판에 형성되어 있는 제2 전극들을 포함하는 복수의 구동 전극; 및
    상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에 채워져 있는 유체를 포함하는 탄성층을 포함하고,
    입력 버튼 영역은 상기 복수의 구동 전극의 전부 또는 일부에서 발생하는 정전력에 의하여 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극의 크기가 국부적으로 증감하는 것을 이용하여 형성되며,
    사용자의 가압에 의하여 상기 입력 버튼 영역에서 상기 간극의 크기가 소정의 임계치 이하로 감소하면 상기 발생된 정전력을 해제하는 전자 기기.
  28. 삭제
  29. 삭제
  30. 제27항에 있어서,
    상기 한 쌍의 기판, 상기 복수의 구동 전극, 및 상기 유체는 모두 투명한 재료로 형성되는 전자 기기.
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