[go: up one dir, main page]

KR102636735B1 - 표시장치 - Google Patents

표시장치 Download PDF

Info

Publication number
KR102636735B1
KR102636735B1 KR1020160120130A KR20160120130A KR102636735B1 KR 102636735 B1 KR102636735 B1 KR 102636735B1 KR 1020160120130 A KR1020160120130 A KR 1020160120130A KR 20160120130 A KR20160120130 A KR 20160120130A KR 102636735 B1 KR102636735 B1 KR 102636735B1
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
touch
sensor
sensing unit
piezoelectric material
touch sensor
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
KR1020160120130A
Other languages
English (en)
Other versions
KR20180031887A (ko
Inventor
문경하
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성디스플레이 주식회사 filed Critical 삼성디스플레이 주식회사
Priority to KR1020160120130A priority Critical patent/KR102636735B1/ko
Priority to US15/703,326 priority patent/US10474300B2/en
Priority to CN201710854361.6A priority patent/CN107844213B/zh
Publication of KR20180031887A publication Critical patent/KR20180031887A/ko
Application granted granted Critical
Publication of KR102636735B1 publication Critical patent/KR102636735B1/ko
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G06F3/04144—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using force sensing means to determine a position using an array of force sensing means
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0443—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a single layer of sensing electrodes
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/04164—Connections between sensors and controllers, e.g. routing lines between electrodes and connection pads
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/04166—Details of scanning methods, e.g. sampling time, grouping of sub areas or time sharing with display driving
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • H—ELECTRICITY
    • H10—SEMICONDUCTOR DEVICES; ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N—ELECTRIC SOLID-STATE DEVICES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H10N30/00—Piezoelectric or electrostrictive devices
    • H10N30/30—Piezoelectric or electrostrictive devices with mechanical input and electrical output, e.g. functioning as generators or sensors
    • H10N30/302—Sensors
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04103—Manufacturing, i.e. details related to manufacturing processes specially suited for touch sensitive devices
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04105—Pressure sensors for measuring the pressure or force exerted on the touch surface without providing the touch position
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • 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
    • G06F3/047—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means using sets of wires, e.g. crossed wires

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Theoretical Computer Science (AREA)
  • Human Computer Interaction (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Position Input By Displaying (AREA)
  • User Interface Of Digital Computer (AREA)

Abstract

본 발명의 터치 센싱 유닛은 기판, 기판 상에 위치하는 제 1 터치센서, 제 1 터치센서 상에 섬형으로 배치되는 압전체, 및 제 1 터치센서 및 압전체를 도포하는 절연층을 포함하고, 절연층은 압전체의 상면 및 측면과 집적 접촉한다.

Description

표시장치 {Display Device}
본 발명은 터치센싱 유닛에 있어서 압력 검출이 가능한 센서에 관한 것으로, 외부로부터 유입되는 노이즈에 강하면서 감지 속도가 높고, 제조가 용이한 정전용량 감지회로와 겸하여 터치의 압력을 측정하여 제공하고자 하는데 그 목적이 있다.
전자공학기술과 정보기술이 발전을 거듭함에 따라 업무환경을 포함한 일상생활에서 전자기기가 차지하는 비중은 꾸준히 증가하고 있다. 근래에 들어서는 전자기기의 종류도 매우 다양해 졌다. 특히 노트북, 휴대폰, PMP(portable multimedia Player), 태블릿(Tablet)PC등의 휴대용 전자기기 분야에서는 날마다 새로운 기능이 부가된 새로운 디자인의 기기들이 쏟아져 나오고 있다.
이처럼 일상생활에서 접하게 되는 전자기기의 종류가 점차 다양해지고, 각 전자기기의 기능이 고도화, 복잡하게 됨에 따라, 사용자가 쉽게 익힐 수 있고 직관적인 조작이 가능한 사용자 인터페이스의 필요성이 제기되고 있다. 이러한 필요를 충족시킬 수 있는 입력 장치로서 터치패널 장치가 주목 받고 있으며, 이미 여러 전자기기에 널리 적용되고 있다.
특히 터치 센싱 유닛의 가장 일반적인 응용인 터치스크린 장치는 디스플레이 화면상의 사용자의 접촉 위치를 감지하고, 감지된 접촉 위치에 관한 정보를 입력정보로 하여 디스플레이 화면 제어를 포함한 전자기기의 전반적인 제어를 수행하기 위한 장치를 일컫는다.
이에 본 발명은 압력센서 및 정전식 터치센서를 결합하여 터치 동작 시에 터치 위치 및 압력을 동시에 검출하도록 하는 것이다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 기판, 기판 상에 위치하는 섬형으로 배치되는 터치센서, 터치 센서와 연결된 센서 배선, 터치센서와 평면상으로 중첩되고 섬형으로 배치되는 압전체 및 터치센서로부터 압전체가 압력을 받아 발생한 전압을 수신하여 압력의 세기를 판단하는 터치센서 제어부를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 압전체는 터치센서와 직접 접촉한다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 터치센서 및 압전체를 도포하는 절연층을 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 절연층 상부에 위치하고 압전체와 평면상으로 중첩하는 공통전극을 더 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 압전체는 PVDF 폴리머, 카본나노튜브 PVDF, ZnO 나노와이어, Lead free Mn-doped (K0.5,Na0.5)NbO3, Pb(Zr1-xTix)O3 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 압전체는 80% 이상의 광투과율을 갖는다.
본 발명의 일실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 압전체는 단자부와의 이격 거리가 멀수록 더 큰 크기를 갖는다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 터치센서와 압전체의 사이에 개재된 탄성층 및 압전체를 도포하는 절연층을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 절연층 상부에 위치하고 압전체와 평면상으로 중첩하는 공통전극을 더 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 터치센서는 압전체의 발생 전압 중 교류 성분만을 수신한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 터치센서 및 센서 배선은 일체로 구성된 터치 센싱 유닛.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 기판, 기판 상에 위치하고 송신전극 및 수신전극으로 구성된 터치센서, 수신전극과 연결된 센서 배선, 수신전극과 평면상으로 중첩되고 섬형으로 배치되는 압전체 및 수신전극으로 압전체가 압력을 받아 발생한 전압을 수신하여 압력의 세기를 판단하는 터치센서 제어부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 압전체는 수신전극과 직접 접촉한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 압전체와 평면상으로 중첩하며 절연된 공통전극을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 압전체는 PVDF 폴리머, 카본나노튜브 PVDF, ZnO 나노와이어, Lead free Mn-doped (K0.5,Na0.5)NbO3, Pb(Zr1-xTix)O3 중 적어도 어느 하나를 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 압전체는 단자부와의 이격 거리가 멀수록 더 큰 크기를 갖는다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 수신전극과 압전체의 사이에 개재된 탄성층 및 압전체를 도포하는 절연층을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 탄성층은 제 1 탄성층 및 제 2 탄성층으로 구성되고, 제 1 탄성층 및 제2 탄성층의 탄성율은 서로 다르다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 절연층 상부에 위치하고 압전체와 평면상으로 중첩하는 공통전극을 더 포함한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 수신전극은 압전체의 발생 전압 중 교류 성분만을 수신한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 유닛은 정전식 터치센서의 전극 상부에 섬형으로 독립된 압전체를 배치하는 것을 통해 터치 압력의 검출이 가능하고, 별도의 압력 검출용 신호 배선을 구비하지 않아 제조가 용이하다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치센서를 포함하는 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 종래 기술에 따른 터치센서 제어부의 구성도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 3의 I - I’를 따라 절단한 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 동작 모식도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상호 커패시턴스 방식의 터치 센싱 유닛의 평면도이다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 동작 모식도이다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 동작 모식도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서의 전압 발생 개념도이다.
도 9 a 내지 9c는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서의 동작 개요도이다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 터치센서 제어부의 구성도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서의 동작 순서도이다.
도 12a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치센서 패턴의 단면도이다.
도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치센서 패턴의 동작 개념도이다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치센서 패턴의 단면도이다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치센서 패턴의 평면도이다.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명은 다양한 변경이 가능하고, 여러 가지 형태로 실시될 수 있는 바, 특정의 실시예만을 도면에 예시하고 본문에는 이를 중심으로 설명한다. 그렇다고 하여 본 발명의 범위가 상기 특정한 실시예로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 또는 대체물은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서에서 제 1, 제 2, 제 3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제 1구성 요소가 제 2 또는 제 3구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제 2 또는 제 3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
이하의 실시예에서, 막, 영역, 구성 요소 등의 부분이 다른 부분 위에 또는 상에 있다고 할 때, 다른 부분의 바로 위에 있는 경우뿐만 아니라, 그 중간에 다른 막, 영역, 구성 요소 등이 개재되어 있는 경우도 포함한다.
도면에서는 설명의 편의를 위하여 구성 요소들이 그 크기가 과장 또는 축소될 수 있다. 예컨대, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타내었으므로, 본 발명이 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 동일 또는 유사한 구성요소에 대해서는 동일한 참조 부호를 붙인다.
이하 첨부된 도면들에 도시된 본 발명에 관한 실시예를 참조하여 본 발명의 구성 및 작용을 상세히 설명한다.
도 1은 종래 기술에 따른 터치센서를 포함하는 표시 장치의 배치도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서를 포함하는 표시 장치는 표시 패널(300), 이에 연결된 주사 구동부(400)와 데이터 구동부(500)와 터치센서 제어부(700), 그리고 표시 주사 구동부(400)와 데이터 구동부(500)를 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.
표시 패널(300)은 복수의 주사 신호선(G1-Gn) 및 복수의 데이터선(D1-Dm), 그리고 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(PX)를 포함한다. 표시 패널(300)은 복수의 센서 전극(SL1-SLp) 및 이에 연결되어 있으며 대략 행렬 형태로 배열된 복수의 터치센서(Ts)를 포함한 터치 센싱 유닛을 내장할 수 있다.
또는, 복수의 터치센서(Ts)를 포함하는 별도의 터치 센싱 유닛이 표시 패널(300)의 전면부에 부착되는 것도 가능하다.
주사 신호선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 연장되어 있으며, 각 화소(PX)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터 같은 스위칭 소자를 턴-온 시킬 수 있는 게이트 온 전압과 턴-오프 시킬 수 있는 게이트 오프 전압의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 전달할 수 있다.
데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 연장되어 있으며, 각 화소(PX)에 연결되어 있는 스위치 소자의 턴-온 시 데이터 전압을 전달한다.
화소(PX)는 영상을 표시하는 단위로서, 하나의 화소가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나, 복수 개의 화소가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시함으로써, 이들 기본색의 공간적 또는 시간적 합으로 원하는 색상을 표시할 수 있다. 각각의 화소(PX)에는 공통 전압과 데이터 전압이 인가될 수 있다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 처리부(도시되지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 제어 신호(CONT) 즉, 수평 동기 신호, 수직 동기 신호, 클록 신호, 데이터 인에이블 신호 등을 수신한다. 신호 제어부(600)는 영상 신호(R, G, B)와 제어 신호(CONT)를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 표시 패널(300)의 동작 조건에 적합하게 처리한 후, 영상 데이터(DAT), 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 클록신호를 생성하여 출력한다. 신호 제어부(600)는 또한 터치센서 제어부(700)에 동기 신호(Sync)를 출력한다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(start pulse vertical signal, STV)와 게이트 온 전압의 생성의 기준이 되는 클록 신호(clock pulse vertical signal, CPV)를 포함한다. 주사 시작 신호(STV)의 출력 주기는 1 프레임(또는 리프레시 레이트(refresh rate))과 일치한다. 게이트 제어 신호(CONT1)는 또한 게이트 온 전압의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(output enable signal)(OE)를 더 포함할 수 있다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 지시하는 수평 시작 신호와 데이터선(D1-Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호 등을 포함한다.
주사 구동부(400)는 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라서 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압을 주사 신호선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터 데이터 제어 신호(CONT2) 및 영상 데이터(DAT)를 수신하고, 계조 전압 생성부(도시되지 않음)에서 생성된 계조 전압을 이용하여 영상 데이터(DAT)를 데이터 전압으로 변환하고 이를 데이터선(D1-Dm)에 인가한다. 데이터 전압은 양의 극성의 데이터 전압과 음의 극성의 데이터 전압을 포함할 수 있고, 양의 극성의 데이터 전압과 음의 극성의 데이터 전압은 프레임, 그리고 행 및/또는 열을 기준으로 교대로 인가될 수 있다.
센서 전극(SL1-SLp)은 대략 행 방향 또는 대략 열 방향으로 연장되어 있으며, 각 터치센서(Ts)에 연결되어 터치 검출 신호와 센서 신호를 전달한다.
터치센서(Ts)는 셀프 커패시턴스 방식으로 터치에 따른 센서 신호를 생성할 수 있다. 터치센서(Ts)는 센서 전극(SL1-SLp)으로부터 터치 검출 신호를 수신하고 손가락과 같은 외부 물체의 터치에 의한 커패시턴스 변화가 반영된 센서 신호를 센서 전극(SL1-SLp)을 통해 터치센서 제어부(700)로 출력할 수 있다.
또한, 터치센서(Ts)는 상호 커패시턴스 방식에 적용되어 터치에 따른 센서 신호를 생성할 수도 있다. 상호 커패시턴스 방식의 터치센서(Ts)는 터치 송신전극(TX) 및 터치 수신전극(RX)으로 구성된다. 터치 송신전극(Tx)은 터치 검출 신호를 송신하는 센서 전극이고 터치 수신전극(Rx)는 터치 검출 신호를 수신하여 센서 신호를 생성하는 전극이다.
도 2는 종래 기술에 따른 터치센서 제어부의 구성도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 도 2의 터치센서 제어부(700)는 셀프 커패시턴스 방식의 터치센서(Ts)에 적용된다. 터치센서 제어부(700)는 터치센서(Ts)에 인가될 터치 검출 신호를 생성하여 송신하고, 터치센서(Ts)로부터 센서 신호를 수신하여 터치 정보를 생성한다. 터치센서 제어부(700)는 타이밍 생성부(710), 신호 생성/처리부(720), 신호 송수신부(730), 멀티플렉서(740) 등을 포함할 수 있다.
타이밍 생성부(710)는 신호 제어부(600)로부터 수신한 동기 신호(Sync)에 기초하여 주사 인에이블 신호(TSE)를 생성하고 출력한다. 신호 생성/처리부(720)는 주사 인에이블 신호(TSE)에 의해 생성이 제어되는 터치 검출 신호(TSS)를 생성하여 출력한다. 신호 송수신부(730)는 터치 검출 신호(TSS)를 아날로그 신호로 변환하여 출력한다. 멀티플렉서(740)는 터치 검출 신호(TSS)를 센서 전극(SL1-SLp)에 선택적으로 인가한다.
외부 물체의 터치에 의한 커패시턴스 변화는 터치센서(Ts)로부터 감지 신호로서 센서 전극(SL1-SLp)를 통해 출력될 수 있다.
센서 신호는 멀티플렉서(740)와 신호 송수신부(730)를 통해 신호 생성/처리부 (720)로 전달되고, 신호 생성/처리부(720)는 센서 신호를 판독하고 터치 검출 신호(TSS)와의 비교를 통해 터치 여부 및 터치 위치 등의 터치 정보를 생성할 수 있다. 예컨대, 터치센서(Ts)에 손가락의 터치가 있는 경우, 센서 신호의 크기(amplitude)가 터치 검출 신호(TSS)의 크기보다 작아질 수 있고, 신호 생성/처리부(720)는 그러한 전압의 차이를 분석하여 터치 여부를 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 평면도이다.
도 4는 도 3의 I - I’를 따라 절단한 단면도이다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 터치 센싱 유닛은 기판(810), 터치센서(Ts), 압력센서(Ps), 절연층(840) 및 보호층(850)으로 구성된다.
터치센서(Ts)는 셀프 커패시턴스 방식으로 하나의 터치센서(Ts)를 이용하여 터치를 검출할 수 있다.
기판(810)은 투명 글래스 기판, 플라스틱 기판 일 수 있고, 또는 표시 장치의 전면 기판이 될 수도 있다.
기판(810)의 상부에는 터치센서(Ts)가 위치한다. 각 터치센서(Ts)는 기판의 X방향 및 Y방향으로 배치되고 각각의 센서 전극(SL1-SLp)과 연결된다. 터치센서 제어부(700)는 센서 배선(SL1-SLp)을 통해 터치센서(Ts)와 연결된다. 터치센서(Ts)에서 출력된 센서 신호는 기판 하부에 위치하는 단자부를 통해 터치센서 제어부와 연결될 수 있다.
압력센서(Ps)는 터치센서(Ts)의 상부에 위치한다. 압력센서(Ps)의 하부는 터치센서(Ts)의 상부와 직접 접촉할 수 있고 터치센서(Ts)보다 좁은 면적으로 배치될 수 있다. 압력센서(Ps)는 압전체로 구성될 수 있다. 압전체는 제 1 전극(831), 압전층(832) 및 제 2 전극(833)으로 구성된다. 압전체는 다른 압전체와 서로 연결되지 않고 섬형으로 독립되어 배치된다.
제 1 전극(831)은 터치센서(Ts)의 상부면과 접촉하여 압전층(832)과 터치센서(Ts)를 전기적으로 연결한다. 제 1 전극(831)은 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO), 산화인듐아연(indium zinc oxide, IZO), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 과 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다.
제 1 전극(831)의 상부에 위치하는 압전층(832)은 압력에 의해 전기를 발생시키는 압전 재료의 적층체로 구성된다. 압전체는 압전 현상을 이용한 전압 발생 소자이다. 압전 현상은 압전층(832)이 외부의 압력에 의해 수축 또는 팽창하는 경우 압전층(832)의 내부 응력의 변화에 의해 분극이 유도되어 전압을 발생하는 현상을 의미한다. 압전층(832)은 PVDF(Polymerpolyvinylidene fluoride), CNT(Carbon Nano Tube)/PVDF, ZnO 나노와이서, Lead free Mn-doped (K0.5,Na0.5)NbO3, PZT, Pb(Zr,Ti)O3, PbZr1-xTixO3 와 같은 재료 들이 두께 방향으로 적층되어 필름으로 형성될 수 있다. 압전층(832)은 80um 이하의 두께로 형성되어 광투과성을 가질 수 있다. 바람직하게는 10um 이하의 두께로 형성되는 것이 좋다.
압전층(832)의 상부에는 제 2 전극(833)이 위치한다. 제 2 전극(833)은 투명한 도전 물질로 형성된다.
압전체의 상부에는 절연층(840)이 위치한다. 절연층(840)은 기판(810)과 보호층(850)을 접착하는 기능과 압전체의 상면 및 측면을 도포하여 절연하는 기능을 한다. 절연층(840)은 탄성이 우수한 PDMS(Polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산)로 형성될 수 있다.
보호층(850)은 터치센서(Ts) 및 압력센서(Ps)를 보호하고 사용자에게 터치면을 제공한다. 보호층(850)은 외부에서 가해진 압력이 압력센서(Ps)까지 효과적으로 전달될 수 있도록 연성 재질의 필름으로 구성될 수 있다. 또는 글래스 코팅막이나 하드코팅막으로 형성하는 것도 가능하다. 기판(810)이 표시 장치의 전면 기판인 경우, 보호층(850)으로 편광 필름을 사용하는 것도 가능하다.
도3에 도시된 바와 같이, 센서 배선(SL1-SLp)의 길이는 터치센서(Ts)의 기판에서의 위치에 따라 다르다. 센서 배선(SL1-SLp)의 길이가 길수록 전압 강하에 의해 센서 신호가 감쇄될 수 있다. 터치센서(Ts)의 면적은 단자부와 터치센서(Ts)의 이격 거리가 커질수록 비례하여 커질 수 있다. 터치센서(Ts)의 면적을 조절하여 센서 배선(SL1-SLp)의 길이 편차에 따른 전압 강하를 상쇄할 수 있으며, 이를 통해 터치센서 제어부(700)는 센서 위치에 따른 전압 강하의 보정없이 터치 위치를 검출할 수 있다.
또한, 단자부와 터치센서(Ts)의 이격 거리가 커질수록 터치센서(Ts) 상에 위치하는 압력센서(Ps)의 크기도 비례하여 커질 수 있다. 압력센서(Ps)의 면적비 조절을 통해 압력센서 위치에 따른 보정없이 압력을 검출할 수 있다. 면적 보정을 통해 터치센서 제어부(700)의 데이터 처리량을 줄일 수 있어 보다 빠르게 터치 위치 및 압력을 검출 할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 동작 모식도이다.
도 5a를 참조하면, 터치 대상물(손가락으로 도시)이 터치 센싱 유닛의 전면에 근접하거나 터치하는 경우 터치센서(Ts)와 터치 대상물 사이에 점선으로 표시된 경로 상에 터치 커패시터가 형성된다. 터치센서 제어부는 터치센서(Ts)에 복수의 펄스파로 구성된 터치 검출 신호를 인가하고, 인가된 터치 검출 신호에 따른 터치센서의 센서 신호를 검출한다. 터치가 발생하지 않은 경우에 인가된 터치 검출 신호는 터치센서(Ts) 및 터치 센싱 유닛의 구조에 의해 결정된 RC 딜레이에 따라 일정한 센서 신호 전압이 검출된다.
반면 도 5a와 같이 외부에서 터치가 발생하는 경우 터치 대상물과 터치센서(Ts)간에 터치 커패시터가 형성된다. 형성된 터치 커패시터는 RC 딜레이를 증가시키고, 동일한 터치 검출 신호에 대해 터치센서(Ts)의 센서 신호는 더 작은 전압이 검출된다. 터치센서 제어부는 센서 신호의 변화를 감지하여 터치센서(Ts)에 터치가 발생하였음을 판단할 수 있다.
도 5b를 참조하면, 터치 대상물은 절연층에 압력을 가하여, 기판을 하부 방향으로 변형시킬 수 있다. 외부에서 가해진 압력에 의해 압력센서(Ps)의 양전극 간에 전위차가 발생된다.
압력센서(Ps)의 발생 전압은 터치센서(Ts)와 연결된 센서 배선(SL1-SLp)을 통해 센서 신호로 터치센서 제어부(700)에 전달된다. 압력센서(Ps)의 발생 전압은 터치 동작에서 검출되는 센서 신호보다 큰 값을 가질 수 있다. 터치센서 제어부(700)는 센서 신호의 전압을 분석하여 압력이 가해진 위치 및 압력의 세기를 판단할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 상호 커패시턴스 방식의 터치 센싱 유닛의 평면도이다.
도 6을 참조하면, 상호(Mutual) 커패시턴스 방식의 터치 센싱 유닛의 터치센서(Ts)는 터치 송신전극(Tx) 및 터치 수신전극(Rx)으로 구성된다. 터치 송신전극(Tx)은 패널의 일방향을 따라 길게 연장되며 복수의 터치 수신전극(Rx)과 마주하며 대향한다. 복수의 터치 수신전극(Rx)은 터치 송신전극(Tx)의 연장 방향에 평행하게 배치된다.
도 6은 하나의 터치 송신전극(Tx)에 대응하는 8개의 터치 수신전극(Rx)을 도시하고 있으나, 터치 센싱 유닛의 터치 해상도에 따라 터치 송신전극(Tx)의 개수와 터치 수신전극(Rx)의 개수는 자유롭게 변경될 수 있다.
터치 수신전극(Rx)은 센서 배선(SL1-SLp)를 통해 터치센서 제어부와 연결될 수 있다. 터치센서 제어부는 터치 송신전극(Tx)에 터치 검출 신호를 인가하고 터치 수신전극(Rx)에서 검출되는 센서 신호를 분석하여 터치가 발생한 터치센서(Ts)를 판별할 수 있다.
도 7a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 동작 모식도이다.
도 7b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 유닛의 동작 모식도이다.
도 7a를 참조하면, 상호 커패시터 방식의 터치 센싱 유닛은 기판(810), 터치 송신전극(Tx), 터치 수신전극(Rx), 압력센서(Ps), 절연층(840) 및 보호층(850)으로 구성된다.
터치 송신전극(Tx)과 터치 수신전극(Rx)은 기판 상에 동일면에 위치하고 평면상에서 서로 마주본다. 터치 송신전극(Tx) 및 터치 수신전극(Rx)은 동일 층상에 동일 재료로 형성될 수 있다. 전극 재료로는 인듐 주석 산화물(ITO), 인듐 아연 산화물(IZO) 같은 투명한 도전성 산화물(transparent conductive oxide, TCO), 은 나노와이어(AgNW) 같은 도전성 나노와이어(nanowire), 메탈 메쉬(metal mesh) 등이 사용될 수 있다.
터치 수신전극(Rx) 위에는 압력센서(Ps)가 위치한다.
압력센서(Ps)는 압전체(830)로 구성될 수 있다. 압전체(830)는 제 1 전극(831), 압전층(832) 및 제 2 전극(833)으로 구성된다. 압전체(830)는 다른 압전체(830)와 서로 연결되지 않고 섬형으로 독립되어 배치된다.
압전체(830)의 제 1 전극(831)은 터치센서(Ps)의 상부면과 접촉하여 압전층(832)과 터치센서(Ts)을 전기적으로 연결한다. 제 1 전극(831)은 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO), 산화인듐아연(indium zinc oxide, IZO), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 과 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다.
압전체(830)는 외부의 압력을 받아 상부전극 및 하부전극에 전압차를 발생시킬 수 있다. 압전체(830)는 PVDF(Polymerpolyvinylidene fluoride), CNT(Carbon Nano Tube)/PVDF, ZnO 나노와이서, Lead free Mn-doped (K0.5,Na0.5)NbO3, PZT, Pb(Zr,Ti)O3, PbZr1-xTixO3 와 같은 압전재룔를 적층하여 형성할 수 있으며, 압전재료를 증착하여 전극 위에 직접 형성하는 것도 가능하다. 압전체(830)를 증착 방식으로 형성하는 경우, 제 1 전극을 사용하지 않고 터치 수신전극(Rx) 상에 직접 증착하는 것도 가능하다.
압전체(830)의 상부에는 절연층(840)이 위치한다. 절연층(840)은 기판(810)과 보호층(850)을 접착할 수도 있다. 절연층(840)은 광투과성이 우수한 접착제를 사용하여 형성될 수도 있고, 탄성이 우수한 PDMS(Polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산)로 형성될 수 있다.
보호층(850)은 터치센서(Ts) 및 압력센서(Ps)를 보호하고 사용자에게 터치면을 제공한다. 보호층(850)은 외부 압력이 압력센서(Ps)까지 효과적으로 전달될 수 있도록 연성 재질의 필름으로 구성될 수 있다. 또는 글래스 코팅막이나 하드코팅막과 같은 박막으로 형성하는 것도 가능하다. 기판(810)이 표시 장치의 전면 기판인 경우, 보호층(850)으로 편광 필름을 사용하는 것도 가능하다.
터치 동작을 검출하기 위하여 터치 송신전극(Tx)은 커패시터를 관통하여 전송이 가능하도록 복수의 펄스파를 터치 검출 신호로 전송한다. 터치 동작이 발생하지 않는 상태에서 터치 송신전극(Tx)으로부터 터치 수신전극(Rx)으로 전송된 터치 검출 신호에 의한 충전 전압을 기준 전압으로 설정한다.
도 7a와 같이 사용자가 보호층(850)에 접촉하는 경우, 터치 송신전극(Tx)과 터치 대상물 사이에 터치 커패시터가 형성된다. 터치 송신전극(TX)에서 출력된 위치 검출 신호의 일부는 터치 커패시터를 통해 누설되고, 누설된 만큼 터치 수신전극(Rx)으로 전송되지 않는다. 따라서, 터치 수신전극(Rx)으로 전송된 터치 검출 신호의 미터치 상태의 기준 충전 전압보다 낮다.
터치센서 제어부는 터치 수신전극(Rx)으로 수신된 센서 신호와 기준 전압을 비교하여 터치가 발생한 위치를 검출할 수 있다.
도 7b와 같이 터치 발생 후 압력이 가해지는 경우, 터치 수신전극(Rx) 상부에 위치하는 압력센서(Ps)의 양 전극 사이에 전위차가 발생한다. 도 7b는 압력센서(Ps)에서 터치 수신전극(Rx)과 접촉한 전극 방향으로 양 전압이 발생한 것을 보여준다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 압력센서의 전압 발생 개념도이다.
도 8은 터치센서 및 터치센서 상부에 위치하는 압력센서(Ps)에 터치가 가해지는 크기에 따라 압력센서(Ps)에서 발생하는 압력센서 전압(Vf)의 크기를 나타낸다.
A 구간은 사용자의 터치가 터치 센싱 유닛의 표면에서만 발생한 상태를 나타낸다. 터치센서(Ts)는 A구간에서 터치가 발생한 위치를 검출할 수 있다. 이 때 압력센서(Ps)에는 별도의 압력이 가해지지 않아 압력센서 전압(Vf)은 0V로 검출된다.
B 구간은 사용자가 터치 센싱 유닛의 표면을 약한 힘으로 누른 상태를 나타낸다. 터치 센싱 유닛의 전면은 연성의 기판 또는 보호막으로 구성되어 사용자의 누르는 힘에 의해 터치 센싱 유닛의 전면의 일부가 내측으로 함몰되면서 압력센서(Ps)에 약한 압력이 가해진다. 압력센서(Ps)는 외부의 약한 압력에 대응하여 낮은 압력센서 전압(Vf)을 발생한다.
C 구간은 사용자가 터치 센싱 유닛의 표면을 강한 힘으로 누른 상태를 나타낸다. 터치 센싱 유닛의 전면은 사용자의 누르는 강한 힘에 의해 변형되어 압력센서(Ps)에 강한 압력이 가해진다. 압력센서(Ps)는 외부의 강한 압력에 대응하여 높은 압력센서 전압(Vf)을 발생한다.
도 8의 설명은 압력에 의해 발생하는 압력센서 전압(Vf)의 크기를 모식적으로 설명한 것으로 실제 외부에서 측정되는 압력센서 전압(Vf)은 연결 회로의 구성에 따라서 달라질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 압력센서(Ps)는 적어도 하나의 전극이 다른 배선과 연결되지 않는 구조를 갖는다. 따라서, 터치센서 제어부는 터치 수신전극(Rx)을 통해 압력센서 전압(Vf)의 교류 성분을 검출할 수 있다. 즉, 터치센서 제어부는 가압에 따라 발생하는 전압의 변동분을 검출할 수 있다. 압력센서 전압(Vf)의 직류 성분을 제거하여 주변 전자기기에서 유도될 수 있는 오프셋 노이즈를 차단할 수 있다.
도 9 a 내지 9c는 본 발명의 실시예에 따른 압력센서의 동작 개요도이다.
도 9a 내지 도 9c는 상호 커패시턴스 방식의 터치 센싱 유닛의 간이 등가회로도를 기초로 하여 설명한다.
도 9a는 사용자에 의해 터치가 이루어지지 않은 상태의 터치 센싱 유닛의 동작 회로도이다.
도 9a를 참조하면, 교류 전원은 터치센서 제어부에서 출력되는 터치 검출 신호다. 상호 커패시터(Cm)는 서로 마주하며 대향하고 있는 터치 송신전극(Tx)과 터치 수신전극(Rx) 사이에 형성된 기생 커패시터이다. 터치 수신전극(Rx)과 연결된 터치센서 제어부는 터치 수신전극의 센서 신호 전압(VRX)를 검출한다.
터치 검출 신호는 터치 송신전극(Tx)으로 인가되어 상호 커패시터(Cm)를 통해 터치 수신전극(Rx)으로 전송될 수 있다. 터치 수신전극(Rx)의 센서 신호 전압(VRX)은 터치 센싱 유닛의 구조 및 재료에 따라 결정되는 상호 커패시터(Cm)의 용량 및 저항 성분의 RC 딜레이에 의해 결정된다.
도 9b는 터치가 이루어진 상태에서의 터치 센싱 유닛의 동작 회로도이다.
도 9b를 참조하면, 상호 커패시터(Cm)와는 별도로 터치 송신전극(Tx)과 터치 대상물의 사이에 터치 커패시터(Ct)가 형성된다. 터치 송신전극(Tx)의 터치 검출 신호의 일부는 터치 커패시터(Ct)를 통해 흐를 수 있다. 터치 검출 신호의 일부가 터치 커패시터(Ct)로 전달된에 따라 터치 수신전극(Rx)에서 수신한 센서 신호 전압(VRX)은 도 9a의 센서 신호 전압(VRX) 보다 낮은 전압으로 검출될 수 있다. 터치센서 제어부는 센서 신호 전압(VRX)을 검출하여 각 터치센서의 터치 상태를 검출할 수 있다.
도 9c는 터치 센싱 유닛에 압력이 가해져서 압력센서에서 전압이 발생한 터치 센싱 유닛의 동작 회로도이다.
도 9c를 참조하면, 터치 송신전극(Tx)과 터치 대상물의 사이에 형성된 터치 커패시터(Ct)가 계속 유지된다. 보다 정확하게는 터치 송신전극(Tx)와 터치 대상물의 이격 거리가 좁아짐에 따라 터치 커패시터(Ct)의 크기는 증가될 수 있다.
외부로부터의 압력을 받은 압력센서(Ps)는 양단 전극에 전위차가 발생되어 압력센서 전압(Vf)을 출력한다. 압력센서(Ps)의 한 전극은 터치 수신전극(Rx)과 직접 연결된 상태로, 압력센서 전압(Vf)은 상호 커패시터(Cm)의 일 단자와 연결된다. 압력센서 전압(Vf)은 미터치 상태의 센서 신호보다 큰 전압일 수 있다.
압전체가 직류 전압을 발생하여 압력센서 전압(Vf)는 회로도상에 직류전원으로 표시된다. 그러나, 본 발명의 실시예의 구성에 따른 압력센서(Ps)는 일 전극이 공통전극과 커패시터로 직렬 연결된 구조이다. 직류 전원 상에서 오픈 회로를 구성하고 있으나, 교류 회로 상에서 폐회로를 구성한 것으로 압력센서 전압(Vf)의 교류분 즉 전압의 변동 성분만이 터치 수신전극(Rx)으로 전송될 수 있다.
도 10은 본 발명의 일실시예에 따른 터치센서 제어부의 구성도이다.
터치센서 제어부(700)는 터치센서(Ts)의 터치 위치 및 압력센서(Ps)의 압력 발생을 측정할 수 있다. 터치센서 제어부(700)는 터치센서(Ts)에 인가되는 터치 검출 신호를 생성하여 전송하고, 터치센서(Ts)로부터 센서 신호를 수신하여 터치 정보를 생성한다. 또한 센서 신호의 전압을 분석하여 압력센서(Ps)에 의한 센서 신호 인자를 판단한다.
터치센서 제어부(700)는 타이밍 생성부(710), 신호 생성/처리부(720), 신호 송수신부(730), 멀티플렉서(740), 압력 신호 분석부(750) 등을 포함할 수 있다.
타이밍 생성부(710), 신호 생성/처리부(720), 신호 송수신부(730), 멀티플렉서(740)는 도 1 및 도 2에서 이미 설명한 것과 같으므로 구체적인 설명은 생략한다.
압력 신호 분석부(750)는 터치가 발생한 것으로 판단된 영역에서 수신된 센서 신호의 변화를 분석한다.
터치 센싱 유닛의 압력센서(Ps)에 압력이 가해지기 전에 터치 동작이 먼저 발생하므로 터치센서(Ts)의 판별 값을 참조할 수 있다.
압력 신호 분석부(750)는 터치가 발생한 터치센서(Ts)의 센서 신호의 크기 및 전압 발생 타이밍을 검출한다.
압력 신호 분석부(750)는 터치 수신전극(Rx)의 센서 신호가 미터치 상태의 센서 신호보다 큰 경우에는 입력된 센서 신호가 압력센서 전압(Vf)에 의해 수신된 것으로 판단할 수 있다. 또한, 터치 수신전극(Rx)의 센서 신호는 터치 송신전극(Tx)에서 인가한 터치 검출 신호를 수신한 것으로, 터치 송신전극(Tx)의 인가 타이밍과 센서 신호의 검출 타이밍은 동기된다.
반면, 압력센서 전압(Vf)에 의한 센서 신호의 전압은 터치 검출 신호와 동기되지 않는다. 압력 신호 분석부(750)는 센서 신호의 전압 크기 및 전압의 발생 타이밍을 분석하여 센서 신호가 터치 동작에 의해 발생한 것인지 압력센서(Ps)로부터 출력된 것인지를 판별할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서의 동작 순서도이다.
먼저, 터치센서 제어부(700)는 터치 검출 신호를 터치센서에 인가한다(S1001). 터치 검출 신호는 복수의 펄스 신호로 이루어지며 터치센서에 형성된 커패시터를 통해 터치 수신전극(Rx)으로 전달된다.
터치센서 제어부(700)는 터치 수신전극(Rx)으로 수신된 센서 신호를 1차 검출한다(S1002). 센서 신호는 터치 송신전극(Tx)에서 전송한 터치 검출 신호 중 상호 커패시터를 통과하여 터치 수신전극(Rx)으로 전달된 신호이다.
터치센서 제어부(700)는 센서 신호의 전압과 터치 동작 기준 전압을 비교한다(S1003). 센서 신호 전압이 터치 동작 시의 터치 동작 기준 전압에 해당하는 경우 해당 터치센서의 위치를 터치 위치로 검출한다(S1004).
터치센서 제어부(700)는 터치로 판단된 터치센서의 센서 신호를 다시 검출한다(S1005). 사용자의 동작의 순서에 따라 터치 동작 이후에 압력 발생 동작이 수행된다. 터치 동작이 발생한 위치의 터치센서(Ts)에 대해서만 센서 신호를 재검출하여 압력 센싱에 소요되는 시간을 최소한으로 구현할 수 있다.
터치센서 제어부(700)는 센서 신호 전압과 압력 임계 전압을 비교한다(S1006). 압력 임계 전압은 터치 센싱 시에 발생하는 전압보다 큰 전압이다. 압력을 받은 압력센서로부터 출력된 센서 신호 전압은 미터치 상태의 터치센서(Ts)의 센서 신호 전압보다 높은 전압으로 설정되는 것이 바람직하다. 즉, 압력 임계 전압은 터치되지 않은 터치센서(Ts)의 센서 신호 전압보다 높은 전압이다.
센서 신호 전압이 압력 임계 전압보다 높은 경우 터치센서 제어부(700)는 터치 위치에서 압력이 가해진 것으로 판단한다(S1007).
도 12a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치센서 패턴의 단면도이다.
도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치센서 패턴의 동작 개념도이다.
도 12a를 참조하면, 터치 센싱 유닛은 기판(910), 터치센서(920), 제 1 탄성층(930), 제 2 탄성층(940), 압력센서(950), 절연층(960), 공통전극(970), 보호층(980)으로 구성된다.
기판(910)은 압력이 가해졌을 때 휘어지지 않는 강성의 재질을 가지는 글래스 기판일수 있고 또는 표시 장치의 전면 기판일 수도 있다.
터치센서(920)은 대략 행 방향 또는 대략 열 방향으로 연장되어 있으며, 외부이 터치센서 제어부와 연결되어 위치 검출 신호와 센서 신호를 전달한다.
제 1 탄성층(930)은 광학적 투명하고 탄성율이 제 2 탄성층 보다 낮은 재료를 사용한다. 제 1 탄성층(930)은 상부에 굴곡을 두어 외부의 압력을 극대화하여 압력센서(950)에 인가할 수 있다.
제 2 탄성층(940)은 제 1 탄성층(930) 보다 탄성율이 높은 재료로서 외부의 압력에 의해 쉽게 변형되어 압력센서(950)에 압력이 가해지도록 한다. 주로 투명하고 탄성이 우수한 PDMS(Polydimethylsiloxane, 폴리디메틸실록산)로 형성된다.
압력센서(950)는 압전체로 형성된다. 압전체는 PVDF(Polymerpolyvinylidene fluoride), CNT(Carbon Nano Tube)/PVDF, ZnO 나노와이서, Lead free Mn-doped (K0.5,Na0.5)NbO3, PZT, Pb(Zr,Ti)O3, PbZr1-xTixO3 와 같은 재료 들이 두께 방향으로 적층되어 필름으로 형성될 수 있다. 압전체는 80um 이하의 두께로 형성되어 광투과성을 가질 수 있다. 바람직하게는 1um 이하의 두께로 형성되는 것이 좋다. 압력센서(950)은 표시 장치의 표시면 상에 배치되므로 80% 이상의 광투과율을 가지는 것이 바람직하다.
압력센서(950)는 터치센서(920)의 수보다 적게 배치될 수도 있고, 압력센서(950)와 터치센서(920)가 일대일로 대응하도록 배치될 수도 있다.
절연층(960)은 압력센서(950)와 공통전극(970)을 절연한다.
공통전극(970)은 그라운드 전압 또는 일정한 오프셋 전압을 유지하며 투명 도전층으로 형성된다. 산화인듐주석(indium tin oxide, ITO), 산화인듐아연(indium zinc oxide, IZO), 탄소나노튜브(carbon nanotube, CNT) 과 같은 투명한 도전 물질로 형성될 수 있다. 공통전극(970)에 의해 터치 커패시터(Ct)로의 신호 전달이 방해되지 않도록 10^6ohm/sq 이상의 면저항을 갖도록 형성되는 것이 바람직하다. 공통전극(970)은 기판의 전면에 형성될 수도 있고, 압력센서(950)와 중첩하는 영역에만 배치될 수도 있다.
보호층(980)은 PI 필름, 글래스 기판과 같이 박형 기판을 사용할 수 있다. 보호층(980)으로 박형 기판을 사용하는 경우 기판(910) 상에 터치센서(920)를 형성하고, 박형 기판(980) 상에 공통전극(970), 절연층(960), 압력센서(950)를 형성한 후 제1 탄성층(930) 및 제 2 탄성층(940)을 통해 결합하는 구조로 터치 센싱 유닛을 제조할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 외부의 터치 대상물이 터치 센싱 유닛에 압력을 가하는 경우, 보호층(980)이 내측으로 눌리면서 보호층(980)의 아래에 위치하는 압력센서(950)가 압력을 받게 된다. 압력센서(950)는 압전체로 구성되며, 압력을 받음에 따라 압력센서(950)의 양단에 전위차가 발생된다. 압력센서(950)에서 형성된 전압의 교류 성분은 절연층(960)을 통과하여 터치센서(920)를 통해 터치 센서 제어부로 전달된다.
도 13은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치센서 패턴의 단면도이다.
도 13을 참조하면 보호층(980)을 하드코팅층으로 구성하는 경우, 터치 센싱 유닛은 기판(910), 터치센서(920), 제 1 탄성층(930), 제 2 탄성층(940)을 형성하고, 제 2 탄성층(940) 상부에 압력센서(950), 절연층(960), 공통전극(970), 보호층(980)의 순서로 적층하여 제조할 수 있다.
도 14는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 센서 패턴의 평면도이다.
도 14를 참조하면, 터치 송신전극(Tx)은 기판의 열 방향으로 길게 연장되고, 마름모 형태의 홈부를 구비한다. 터치 수신전극(Rx)은 터치 송신전극(Tx)과 이격되며 오목홈의 내측부에 위치한다. 터치 수신전극(Rx)은 터치 송신전극(Tx)의 오목홈과 동일한 형상을 갖는다.
터치 송신전극(Tx)과 터치 수신전극(Rx)이 서로 마주한 마름모의 변을 따라 상호 커패시터가 형성되며, 하나의 터치센서(Ts)가 정의된다. 터치 송신전극(Tx)이 연장된 열 방향으로 복수의 터치 수신전극(Rx)이 개별적으로 위치할 수 있다.
터치 수신전극(Rx)은 서로 연결된 3개의 마름모면으로 구성되고, 센서 전극(SL1-SLp)을 통해 터치 신호 제어부와 연결된다.
압력센서(Ps)는 터치 수신전극(Rx)의 3개의 마름모면 중 하나에 위치한다. 압력센서(Ps)는 터치 수신전극(Rx)과 일면이 접촉할 수 있다. 압력센서(Ps)의 한 전극이 터치 수신전극(Rx)과 접촉하는 경우 다른 전극은 다른 도체와 연결되지 않고 절연된다.
도시되지는 않았으나, 센서 전극의 절연 저항을 고려하여 센서 전극(SL1-SLp)의 단자부로부터 거리가 먼 터치센서가 더 큰 면적으로 터치 수신전극(Rx)을 갖는 것도 가능하다. 또는 센서 배선(SL1-SLp)의 단자부로부터 거리가 먼 압력센서가 더 큰 면적을 갖는 것도 가능하다.
본 발명의 실시예 따른 터치센서의 전극 구조는 다양하게 변형이 가능하고, 상호 커패시턴스 방식과 셀프 커패시턴스 방식에 모두 적용이 가능하다.
300 표시 패널 400 주사 구동부
500 데이터 구동부 600 신호 제어부
700 터치센서 제어부 710 타이밍 생성부
720 신호 생성/처리부 730 신호 송수신부
740 멀티플렉서 840 절연층
850 보호층 910 기판
930 제 1 탄성층 940 제 2 탄성층
960 절연층 970 공통전극
980 보호층
Ts, 920 터치센서 Ps, 950 압력센서

Claims (20)

  1. 기판;
    상기 기판 상에 위치하는 섬형으로 배치되는 터치센서 - 상기 터치센서는 상기 터치센서의 셀프 커패시턴스 변화를 나타내는 제1 신호를 제공함 -;
    상기 터치센서와 연결된 센서 배선;
    상기 터치센서와 중첩되고 상기 터치센서와 전기적으로 연결되며 섬형으로 배치되는 압전체를 포함하는 압력센서 - 상기 압력센서는 상기 압전체가 압력을 받아 발생한 전압을 나타내는 제2 신호를 제공함 -; 및
    상기 터치센서로부터 상기 센서 배선을 통해 상기 제1 신호를 수신하고, 상기 압력센서로부터 상기 터치센서 및 상기 센서 배선을 통해 상기 제2 신호를 수신하여 압력의 세기를 판단하는 터치센서 제어부를 포함하는 터치 센싱 유닛.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전체는 상기 터치센서와 직접 접촉하는 터치 센싱 유닛.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 터치센서 및 상기 압전체를 도포하는 절연층을 더 포함하는 터치 센싱 유닛.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 절연층 상부에 위치하고 상기 압전체와 중첩하는 공통전극을 더 포함하는 터치 센싱 유닛.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전체는 PVDF 폴리머, 카본나노튜브 PVDF, ZnO 나노와이어, Lead free Mn-doped (K0.5,Na0.5)NbO3, Pb(Zr1-xTix)O3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센싱 유닛.
  6. 제 5 항에 있어서
    상기 압전체는 80% 이상의 광투과율을 갖는 터치 센싱 유닛.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 압전체는 단자부와의 이격 거리가 멀수록 더 큰 크기를 갖는 터치 센싱 유닛.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치센서와 상기 압전체의 사이에 개재된 탄성층; 및
    상기 압전체를 도포하는 절연층을 더 포함하는 터치 센싱 유닛.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 절연층 상부에 위치하고 상기 압전체와 중첩하는 공통전극을 더 포함하는 터치 센싱 유닛.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 터치센서는 상기 압전체의 발생 전압 중 교류 성분만을 수신하는 터치 센싱 유닛.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치센서 및 상기 센서 배선은 일체로 구성된 터치 센싱 유닛.
  12. 기판;
    상기 기판 상에 위치하고 송신전극 및 수신전극으로 구성된 터치센서- 상기 터치센서는 상기 송신 전극 및 상기 수신 전극 간의 상호 커패시턴스 변화를 나타내는 제1 신호를 제공함 -;
    상기 수신전극과 연결된 센서 배선;
    상기 수신전극과 중첩되고 상기 터치센서와 전기적으로 연결되며 섬형으로 배치되는 압전체를 포함하는 압력센서 - 상기 압력센서는 상기 압전체가 압력을 받아 발생한 전압을 나타내는 제2 신호를 제공함 -; 및
    상기 수신 전극 및 상기 센서 배선을 통해 상기 제1 신호를 수신하고, 상기 수신전극 및 상기 센서 배선을 통해 상기 제2 신호를 수신하여 압력의 세기를 판단하는 터치센서 제어부를 포함하는 터치 센싱 유닛.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 압전체는 상기 수신전극과 직접 접촉하는 터치 센싱 유닛.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 압전체와 중첩하며 절연된 공통전극을 더 포함하는 터치 센싱 유닛.
  15. 제 12 항에 있어서,
    상기 압전체는 PVDF 폴리머, 카본나노튜브 PVDF, ZnO 나노와이어, Lead free Mn-doped (K0.5,Na0.5)NbO3, Pb(Zr1-xTix)O3 중 적어도 어느 하나를 포함하는 터치 센싱 유닛.
  16. 제 12 항에 있어서,
    상기 압전체는 단자부와의 이격 거리가 멀수록 더 큰 크기를 갖는 터치 센싱 유닛.
  17. 제 12 항에 있어서,
    상기 수신전극과 상기 압전체의 사이에 개재된 탄성층; 및
    상기 압전체를 도포하는 절연층을 더 포함하는 터치 센싱 유닛.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 탄성층은 제 1 탄성층 및 제 2 탄성층으로 구성되고,
    상기 제 1 탄성층 및 제2 탄성층의 탄성율은 서로 다른 터치 센싱 유닛.
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 절연층 상부에 위치하고 상기 압전체와 중첩하는 공통전극을 더 포함하는 터치 센싱 유닛.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 수신전극은 상기 압전체의 발생 전압 중 교류 성분만을 수신하는 터치 센싱 유닛.
KR1020160120130A 2016-09-20 2016-09-20 표시장치 Active KR102636735B1 (ko)

Priority Applications (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160120130A KR102636735B1 (ko) 2016-09-20 2016-09-20 표시장치
US15/703,326 US10474300B2 (en) 2016-09-20 2017-09-13 Display device
CN201710854361.6A CN107844213B (zh) 2016-09-20 2017-09-20 触摸感测单元

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
KR1020160120130A KR102636735B1 (ko) 2016-09-20 2016-09-20 표시장치

Publications (2)

Publication Number Publication Date
KR20180031887A KR20180031887A (ko) 2018-03-29
KR102636735B1 true KR102636735B1 (ko) 2024-02-15

Family

ID=61618018

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
KR1020160120130A Active KR102636735B1 (ko) 2016-09-20 2016-09-20 표시장치

Country Status (3)

Country Link
US (1) US10474300B2 (ko)
KR (1) KR102636735B1 (ko)
CN (1) CN107844213B (ko)

Families Citing this family (16)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7017775B2 (en) 1999-08-10 2006-03-28 S.C. Johnson & Son, Inc. Container lid including venting and denesting features, and container having such a lid
US20180307345A1 (en) * 2016-10-31 2018-10-25 Tactus Technology, Inc. System for detecting inputs into a computing device
JP6744203B2 (ja) * 2016-12-14 2020-08-19 株式会社ジャパンディスプレイ 表示装置
CN106773415A (zh) * 2017-01-16 2017-05-31 京东方科技集团股份有限公司 一种阵列基板、显示面板及显示装置
GB2574588A (en) * 2018-06-06 2019-12-18 Cambridge Touch Tech Ltd Pressure sensing apparatus and method
US11592941B2 (en) * 2018-03-30 2023-02-28 Sony Corporation Input apparatus and electronic equipment
KR102522290B1 (ko) * 2018-04-05 2023-04-19 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
CN108801336A (zh) * 2018-05-04 2018-11-13 东南大学 一种压电阵列监测车辆车速和载重的方法
GB2574589B (en) 2018-06-06 2020-12-23 Cambridge Touch Tech Ltd Pressure sensing apparatus and method
KR102540613B1 (ko) * 2018-07-10 2023-06-07 삼성전자 주식회사 기판에 형성된 압력 센서 장치 및 이를 포함하는 전자 장치
US10788939B2 (en) 2018-12-19 2020-09-29 Synaptics Incorporated Capacitive sensing acquisition schemes
GB2582171B (en) 2019-03-13 2022-10-12 Cambridge Touch Tech Ltd Force sensing touch panel
KR102710197B1 (ko) * 2019-04-01 2024-09-26 삼성디스플레이 주식회사 압력 센서를 갖는 터치 감지 유닛과 그를 포함하는 표시 장치
CN210670181U (zh) * 2020-01-21 2020-06-02 湃瑞电子科技(苏州)有限公司 一种装置及其触控屏和手机
FI20205146A1 (en) * 2020-02-12 2021-08-13 Aito Bv PIETRO - ELECTRIC DEVICE
JP2022040711A (ja) * 2020-08-31 2022-03-11 株式会社ジャパンディスプレイ 圧力センサ

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130265256A1 (en) * 2012-04-07 2013-10-10 Cambridge Touch Technologies, Ltd. Pressure sensing display device
WO2016002459A1 (ja) * 2014-07-02 2016-01-07 株式会社村田製作所 タッチパネル

Family Cites Families (15)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2174359A2 (en) * 2007-07-03 2010-04-14 Koninklijke Philips Electronics N.V. Thin film detector for presence detection
KR101516982B1 (ko) * 2008-12-24 2015-04-30 삼성전자주식회사 진동 터치 센서와 진동 터치 센싱 방법 및 진동 터치 스크린 디스플레이 패널
US8446076B2 (en) * 2009-06-24 2013-05-21 Research In Motion Limited Piezoelectric assembly
WO2013133787A1 (en) * 2012-03-05 2013-09-12 Siemens Aktiengesellschaft Methods and apparatus for calibrating a thermomagnetic trip unit of a circuit breaker
JP5850168B2 (ja) * 2012-09-17 2016-02-03 株式会社村田製作所 タッチ式入力装置
KR102051518B1 (ko) 2013-01-28 2019-12-03 삼성전자주식회사 자가 동력 터치 센서 겸용 에너지 수확 장치
CN103150070B (zh) 2013-03-05 2016-07-06 合肥京东方光电科技有限公司 一种电容式触控模组、电容式内嵌触摸屏及显示装置
KR20140143646A (ko) * 2013-06-07 2014-12-17 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서를 포함하는 표시 장치 및 그 제조 방법
KR102128394B1 (ko) 2013-09-11 2020-07-01 삼성디스플레이 주식회사 터치 감지 표시 장치
JP2015075892A (ja) 2013-10-08 2015-04-20 ダイキン工業株式会社 タッチ入力装置およびセンサー装置
CN105765750B (zh) * 2013-11-21 2018-07-20 3M创新有限公司 多层压电聚合物膜装置和方法
JP6112086B2 (ja) * 2014-09-02 2017-04-12 株式会社デンソー 燃料蒸気漏れ検出装置、及び、その制御方法
JP2017538189A (ja) * 2014-10-14 2017-12-21 コーニング インコーポレイテッド 圧電フィルム構造体およびセンサ並びにそれらを用いた表示アセンブリ
KR102270037B1 (ko) * 2015-02-02 2021-06-28 삼성디스플레이 주식회사 터치 스크린 패널
CN105808001B (zh) * 2016-03-10 2018-07-17 京东方科技集团股份有限公司 一种压感触摸屏及显示装置

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20130265256A1 (en) * 2012-04-07 2013-10-10 Cambridge Touch Technologies, Ltd. Pressure sensing display device
WO2016002459A1 (ja) * 2014-07-02 2016-01-07 株式会社村田製作所 タッチパネル

Also Published As

Publication number Publication date
CN107844213A (zh) 2018-03-27
US20180081466A1 (en) 2018-03-22
KR20180031887A (ko) 2018-03-29
US10474300B2 (en) 2019-11-12
CN107844213B (zh) 2022-05-24

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR102636735B1 (ko) 표시장치
US20210325993A1 (en) Electronic Device Having a Touch Sensor, Force Sensor, and Haptic Actuator in an Integrated Module
KR102425824B1 (ko) 가요성 디스플레이의 햅틱 구동 방법 및 장치
US10043469B2 (en) Integrated touch sensor and force sensor for an electronic device
JP6485618B2 (ja) 圧電シートならびにそれを用いたタッチパネルならびにそれらを用いた入出力装置
US8120588B2 (en) Sensor assembly and display including a sensor assembly
CN105912150B (zh) 显示设备及用于显示设备的驱动方法
US20180081441A1 (en) Integrated Haptic Output and Touch Input System
KR102382999B1 (ko) 터치 센서를 포함하는 표시 장치
TWI386834B (zh) 無偏壓駐極體三維多點之觸控裝置
WO2017045382A1 (zh) 触摸屏及其压力触控检测方法
CN109840030B (zh) 触摸面板及其操作方法、包括触摸面板的显示设备
US10234977B2 (en) Pressure sensing touch device
CN105988653A (zh) 触摸屏装置及其驱动方法和包括该装置的便携式电子装置
TW201738715A (zh) 壓力感測之觸控顯示裝置
KR20140078922A (ko) 압력 센서부를 이용한 플렉서블 표시장치의 사용자 입력 제어 방법
TW201222360A (en) Display device equipped with touch panel
US9250492B2 (en) In-cell touch panel structure of narrow border
TW201303671A (zh) 觸控顯示裝置
US20180188872A1 (en) Pressure sensor, haptic feedback device and related devices
KR102320770B1 (ko) 표시장치의 터치 인식방법 및 이를 이용한 표시장치
CN103455195A (zh) 触控屏幕装置
WO2019052304A1 (zh) 触控面板及其驱动方法、触控装置
TWM449306U (zh) 具觸控電路之液晶顯示裝置
CN106557211B (zh) 一种三维触控总成

Legal Events

Date Code Title Description
PA0109 Patent application

Patent event code: PA01091R01D

Comment text: Patent Application

Patent event date: 20160920

PG1501 Laying open of application
A201 Request for examination
PA0201 Request for examination

Patent event code: PA02012R01D

Patent event date: 20210916

Comment text: Request for Examination of Application

Patent event code: PA02011R01I

Patent event date: 20160920

Comment text: Patent Application

E902 Notification of reason for refusal
PE0902 Notice of grounds for rejection

Comment text: Notification of reason for refusal

Patent event date: 20230622

Patent event code: PE09021S01D

E701 Decision to grant or registration of patent right
PE0701 Decision of registration

Patent event code: PE07011S01D

Comment text: Decision to Grant Registration

Patent event date: 20231108

GRNT Written decision to grant
PR0701 Registration of establishment

Comment text: Registration of Establishment

Patent event date: 20240207

Patent event code: PR07011E01D

PR1002 Payment of registration fee

Payment date: 20240208

End annual number: 3

Start annual number: 1

PG1601 Publication of registration