JP6181998B2 - マルチタッチ及びタッチ力を認識するタッチ表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

マルチタッチ及びタッチ力を認識するタッチ表示装置及びその駆動方法 Download PDF

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Description

本発明はマルチタッチ及びタッチ力を認識するタッチ表示装置及びその駆動方法に関し、さらに詳細には赤外線光及び表面弾性波を利用してマルチタッチ及びタッチ力を認識するタッチ表示装置及びその駆動方法に関する。
近年、大型表示装置の市場が毎年急激に成長している。これによって、表示装置をさらに大型化するための研究が進められている。表示装置が大型化されるにつれて、表示装置上に付着して使用されるタッチスクリーンパネルもやはり大型化の研究が進められている。
タッチスクリーンパネルは、駆動方式にしたがって、抵抗式、静電容量式、表面弾性波(SAW)利用方式、及び赤外線光利用方式に区分することができる。その中で、抵抗式及び静電容量式タッチスクリーンパネルは大型化に向かない短所がある。
表面弾性波利用方式及び赤外線光利用方式タッチスクリーンパネルは、大型化が容易であるが、マルチタッチを認識することができないか、或いはタッチ座標の精度が低い問題がある。マルチタッチを可能とするには追加的な装置を必要とするので、製品単価が上昇するようになる。
また、既存のタッチスクリーンパネルは、タッチの有無のみを認識するので、タッチによって、タッチスクリーンパネルに伝達される力の大きさを認識することができない。
韓国特許公開第10−2010−0132141号公報
本発明の目的は、マルチタッチ及びタッチ力を認識できるタッチ表示装置を提供することにある。
また、本発明は、前記マルチタッチのタッチ座標及びタッチ力を算出する方法を提供する。
本発明の一実施形態によるタッチ表示装置は表示パネル及び表示パネル上部に配置されて少なくとも1つ以上のタッチを同時に認識するタッチスクリーンパネルを含む。タッチスクリーンパネルは、タッチ基板、第1角度センサー、第2角度センサー、フォースセンサー、及び演算部を含む。
第1角度センサーは、タッチ基板上の第1縁に配置されてタッチの第1タッチ角をセンシングする。第2角度センサーは、タッチ基板上の第1縁と異なる第2縁に配置され、タッチの第2タッチ角をセンシングする。
フォースセンサーは、タッチ基板及び表示パネルの間にタッチ基板の第1縁又は第2縁に対応するように配置され、タッチまでの距離であるタッチ距離を算出する。フォースセンサーは、タッチによって加えられた力であるセンサー力も算出してもよい。
演算部は、第1タッチ角、第2タッチ角、タッチ距離、及びセンサー力に基づいてタッチ座標及びタッチ力を算出する。
第1角度センサー及び第2角度センサーは赤外線カメラを包含することができる。
フォースセンサーは、センサー抵抗、フィルター抵抗、フォースセンシング部を包含することができる。センサー抵抗は、加えられた力にしたがって抵抗値が変わる。フィルター抵抗は、センサー抵抗に直列に接続され、一定の抵抗値を有することができる。フォースセンシング部は、センサー抵抗とフィルター抵抗との間のノードに接続される。フォースセンサーは、基準電圧をセンサー抵抗及びフィルター抵抗に分配させ、ノードにかかる分配電圧に基づいてタッチ距離及びセンサー力を算出することができる。
演算部は、候補座標算出部、座標算出部、及びタッチ力算出部を包含することができる。候補座標算出部は、タッチがシングルタッチであるか、或いはマルチタッチであるかを判断し、第1タッチ角、第2タッチ角、及びタッチ距離のうちの2つを利用してタッチの候補座標を算出する。
座標算出部は、第1タッチ角、第2タッチ角、及びタッチ距離のうちの残り1つを利用してタッチ座標を抽出することができる。
タッチ力算出部は、タッチ距離及びセンサー力に基づいてタッチ力を算出することができる。
本発明の他の実施形態によるタッチ表示装置は、表示パネル、第1角度センサー、第2角度センサー、フォースセンサー、及び演算部を包含することができる。
表示パネルは、下部基板、下部基板に対向する上部基板、下部基板と上部基板のとの間に配置された映像表示層を包含することができる。
第1角度センサー及び第2角度センサーは、互いに離隔され、上部基板に並べて配置される。
フォースセンサーは、上部基板と下部基板との間に配置される。
本発明の一実施形態によるタッチ表示装置で、タッチ座標及びタッチ力を算出する方法は、ユーザによって発生した少なくとも1つのタッチの第1タッチ角、第2タッチ角、タッチ距離、及びセンサー力をセンシングする段階と、タッチがシングルタッチであるか、或いはマルチタッチであるかを判断する段階と、タッチがシングルタッチである場合、タッチ座標とタッチ力を算出する段階と、タッチがマルチタッチである場合、タッチ座標とタッチ力を算出する段階と、を包含することができる。
本発明の一実施形態によるタッチ表示装置は、マルチタッチが発生した場合、タッチ座標を正確に算出することができ、タッチ力を算出することができる。
本発明の他の実施形態によるタッチ表示装置は、第1角度センサー、第2角度センサー、及びフォースセンサーを表示パネル内に具備するので、別のタッチ基板が無くとも、上述のタッチ表示装置と同一の効果を得られる。
本発明の一実施形態によるタッチ表示装置の斜視図である。 図1のタッチ表示装置の分解斜視図である。 図1のI−I’線に沿う断面図である。 図1のAA領域の拡大図である。 タッチスクリーンパネルの構成を示したブロック図である。 シングルタッチが発生した場合のタッチスクリーンパネルの例を示した図面である。 フォースセンサーの構成を示した回路図である。 演算部の構成を示したブロック図である。 本発明の一実施形態による、マルチタッチが発生した場合のタッチスクリーンパネルを示した図面である。 本発明の他の実施形態による、マルチタッチが発生した場合のタッチスクリーンパネルを示した図面である。 本発明のその他の実施形態によるタッチ表示装置の斜視図である。 図11のII−II’線に沿う断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチ表示装置においてタッチ座標及びタッチ力を算出する過程を示したフローチャートである。
本発明は、多様な変更を加えることができ、様々な形態を有することができるので、特定の実施形態を図面に例示し、本文で詳細に説明する。しかし、これは本発明をその特定の開示形態に対して限定しようとしている訳ではなく、本発明の思想及び技術範囲に含まれる全ての変更、均等物乃至代替物を含むこととして理解されなければならない。
以下、添付した図面を参照して、本発明の望ましい実施形態をより詳細に説明する。
図1は本発明の一実施形態によるタッチ表示装置の斜視図であり、図2はタッチ表示装置の分解斜視図であり、図3は図1のI−I’線に沿う断面図であり、図4は図1のAA領域の拡大図である。
図1乃至図3を参照すれば、タッチ表示装置1000は、表示パネル100及びタッチスクリーンパネル200を含む。
表示パネル100は、映像を表示する。表示パネル100は、液晶表示パネル(liquid crystal display panel)、有機発光表示パネル(organic light emitting display panel)、プラズマ表示パネル(plasma display panel)、電気泳動表示パネル(electrophoretic display panel)、及びエレクトロ・ウェッティング表示パネル(electrowetting display panel)等の多様な表示パネルを包含することができる。
表示パネル100の平面視による形状は制限されないが、図1乃至図3では、表示パネル100は、平面視による形状が四角形状である例を図示した。
タッチスクリーンパネル200は、タッチ基板SB、第1角度センサーAS1、第2角度センサーAS2、フォースセンサーFS、及び演算部(図示せず)を包含することができる。
タッチ基板SBには、ユーザがタッチを入力することができる。タッチ基板SBは、表面弾性波(SAW)に対して無指向性を有し、等方性減衰係数が小さい物質からなるとよい。このような物質の例として、ガラス、ポリマー、セラミック等がある。
タッチ基板SBは、板状で提供されるとよい。平面視でタッチ基板SBは、表示パネル100の形状に対応する形状を有するとよく、図1乃至図3では、タッチ基板SBが平面視による形状が四角形状である例を図示した。
第1角度センサーAS1は、タッチ基板SB上の縁に配置されるとよい。図1乃至図3において、第1角度センサーAS1は、タッチ基板SBの第1の角EG1に配置された例を図示した。
第2角度センサーAS2は、タッチ基板SB上の縁に配置され、第1角度センサーAS1と離隔されるとよい。第2角度センサーAS2は、第1の角EG1に隣接する第2の角EG2に配置されてもよい。
第1及び第2角度センサーAS1、AS2は、各々赤外線カメラを包含することができる。
赤外線カメラは、出光部及び受光部を包含することができる。
出光部は、タッチ基板SBの一面に平行に設定された画角(angle of view)を有し、画角範囲内で赤外線光を出光させる。この時、出光された赤外線光は、タッチ基板SB上でタッチ基板SBに対して平行に進む。
受光部は、出光部から出光された赤外線光の一部を受光する。
タッチ基板SBの上面にユーザによるタッチが発生すれば、ユーザによって出光された赤外線光の進行経路が塞がる。したがって、タッチが発生した角度で受光部へ受光される赤外線光の量が急激に減少する。
赤外線カメラは、画角の範囲内で出光部から出光された赤外線光の量と受光部に受光される赤外線光の量を比較してタッチの発生の可否及びタッチ角度をセンシングする。
第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2は、出光部及び受光部が具備された赤外線カメラを含むことと記載したが、これに制限されることではない。第1角度センサーAS1は、第1赤外線出光カメラと第1赤外線受光カメラの2つから構成されてもよい。同様に、第2角度センサーAS2は、第2赤外線出光カメラと第2赤外線受光カメラの2つから構成されてもよい。第1赤外線出光カメラ、第1赤外線受光カメラ、第2赤外線出光カメラ、及び第2赤外線受光カメラは、各々タッチ基板SBの4つの角に配置されてもよい。第1赤外線出光カメラ及び第2赤外線出光カメラは、出光部と似た役割を果たし、第1赤外線受光カメラ及び第2赤外線受光カメラは、受光部と似た役割を果たすとよい。フォースセンサーFSは、タッチ基板SBと表示パネル100との間にタッチ基板SBの縁に配置されるとよい。フォースセンサーFSは、平面視において第1角度センサーAS1或いは第2角度センサーAS2の中でいずれか1つに対応するように配置されるとよい。図1乃至図3では、フォースセンサーFSは、第1角度センサーAS1に対応するように配置される例を図示した。
タッチスクリーンパネル200は、タッチフレームTFをさらに包含してもよい。
タッチフレームTFは、タッチ基板SB上に配置されるとよい。タッチフレームTFは、内側に開口OPを具備してタッチ基板SBの縁を囲む形状であるとよい。
タッチフレームTFは、第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2を内部に収納して第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2を固定させるとよい。
図3及び図4を参照すれば、タッチフレームTFは、第1の角EG1に対応する部分でタッチ基板SBの一面に平行な方向に溝を有し、第1角度センサーAS1を内部に収納することができる。また、図示していないが、タッチフレームTFは、第2の角EG2に対応する部分でタッチ基板SBの一面に平行な方向に溝を具備して、第2角度センサーAS2を内部に収納することができる。
再び、図1乃至図3を参照すれば、タッチスクリーンパネル200は、反射板RFをさらに包含してもよい。
反射板RFは、タッチフレームTFの開口OPの内壁に沿って配置されるとよい。反射板RFは、赤外線カメラの出光部から出光された赤外線光を反射して受光部に受光される赤外線光量を増加させる機能を果たす。
タッチスクリーンパネル200は、サポーターSPをさらに包含してもよい。
サポーターSPは、フォースセンサーFSと離隔され、タッチ基板SBと表示パネル100との間に配置されるとよい。サポーターSPは、タッチ基板SBの縁に対応するように配置されるとよい。
サポーターSPは、複数個提供され、フォースセンサーFSと同じ高さを有することができる。図1乃至図3では、サポーターSPは、第1の角EG1を除くタッチ基板SBの3つの角に対応するように配置された例を図示した。
サポーターSPは、フォースセンサーFSが設けられることに伴い、タッチ基板SBと表示パネル100との間に段差が発生することを防止する役割を果たす。
図示していないが、タッチスクリーンパネル200一部に演算部がチップ形態に実装されるか、或いはタッチスクリーンパネル200に連結された印刷回路基板上に演算部が設けられるとよい。
図5は、タッチスクリーンパネル200の構成を示したブロック図である。
図5を参照すれば、タッチ基板SBにユーザによるタッチTCHが発生すれば、第1角度センサーAS1はタッチTCHの第1タッチ角をセンシングし、これを演算部CPへ提供する。第2角度センサーAS2はタッチTCHの第2タッチ角をセンシングし、これを演算部CPへ提供する。フォースセンサーFSはフォースセンサーFSとタッチTCHとの間の距離であるタッチ距離及びタッチTCHによって加えられた力であるセンサー力を算出し、これを演算部CPへ提供する。
演算部CPは、第1タッチ角、第2タッチ角、タッチ距離、及びセンサー力を受信し、これに基づいてタッチ座標及びタッチ力を算出する。
図6は、シングルタッチが発生した場合のタッチスクリーンパネルの例を示した図面である。図5には、ユーザによって1つのタッチTCHが発生した例を図示した。
以下、図6を参照して、第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2の動作を具体的に説明する。
第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2は、90°の画角を有することができる。第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2は、各々タッチ基板SBの角に対応するように配置されるので、90°の画角でもタッチ基板SBの全体をスキャンすることができる。
第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2は、画角範囲内の角度を順次的にスキャンする。タッチTCHが発生されれば、ユーザの指等の障害物によって、特定角度で第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2へ受光される赤外線光量が顕著に減少するようになり、第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2は、特定角度を第1タッチ角θ及び第2タッチ角Φとして各々センシングする。また、第1角度センサーAS1及び第2角度センサーAS2は、第1タッチ角θ及び第2タッチ角Φがセンシングされた始点をタッチTCHが発生した始点としてセンシングする。
ここで、第1タッチ角θは、第1角度センサーAS1からタッチTCHに向かう方向と第1方向DR1とがなす鋭角として定義される。また、第2タッチ角Φは、第2角度センサーAS2からタッチTCHに向かう方向と第1方向DR1とがなす鋭角として定義される。
図7は、フォースセンサーFSの構成を示した回路図である。
フォースセンサーFSは、センサー抵抗Rs、フィルター抵抗Rf、及びフォースセンシング部FSPを包含することができる。
センサー抵抗Rsは、ピエゾ抵抗物質(piezoresistive material)を含んで、センサー抵抗Rsに力が加えられれば、抵抗値が変わる。ピエゾ抵抗物質の例としては、炭素ナノチューブCNT及びグラフェン(graphene)がある。
フィルター抵抗Rfは、センサー抵抗Rsに直列に接続され、一定の抵抗値を有する。
直列接続されたセンサー抵抗Rs及びフィルター抵抗Rfには、基準電圧Vccが印加される。図7では、センサー抵抗Rsの上部ノードは基準電圧Vccが印加され、フィルター抵抗Rfの下部ノードは接地される例を図示した。
フォースセンシング部FSPは、センサー抵抗Rs及びフィルター抵抗Rfの間のノードNDに接続する。フォースセンシング部FSPは、基準電圧Vccがセンサー抵抗Rs及びフィルター抵抗Rfに加えられることによって、分配された分配電圧Vdをセンシングすることができる。分配電圧Vdは、センサー抵抗Rsの抵抗値の変化に応じて変化する。
分配電圧Vdは、以下の[数1]によって求められる。
Figure 0006181998
ここで、Vdは分配電圧を示し、Vccは基準電圧を示し、Rfはフィルター抵抗を示し、Rsはセンサー抵抗を示す。
図6及び図7を参照すれば、フォースセンシング部FSPは、分配電圧Vdが変わる始点に基づいてタッチ距離Dを算出し、分配電圧Vdに基づいてセンサー力F2を算出する。
以下、フォースセンサーFSがタッチ距離Dを算出する過程を説明する。
ユーザによるタッチTCHが発生すれば、タッチTCH位置で表面弾性波が発生してタッチ基板SBに沿って伝達される。この時、同一媒質内で表面弾性波の伝達速度は一定である。即ち、表面弾性波の伝達速度はタッチ基板SBをなす物質によって決定される値であり、タッチ力F1に影響を及ばない。
タッチ基板SBは同一の物質からなされているので、表面弾性波の伝達速度は一定な値を有し、タッチ距離Dは、以下の[数2]によって、求められる。
Figure 0006181998
ここで、Dはタッチ距離を示し、vは表面弾性波の伝達速度を示し、Δtは表面弾性波がフォースセンサーまで到達するまでにかかる時間を示す。
到達時間Δtは、フォースセンシング部FSPでセンシングされた分配電圧Vdが変わり始めた時点と、第1角度センサーAS1又は第2角度センサーAS2でタッチTCHのセンシングが開始された時点との間の時間から求めることができる。
以下、フォースセンサーFSがセンサー力F2を算出する過程を説明する。
センサー力F2は、ユーザが加えた力であるタッチ力F1によって、フォースセンサーFSに加えられた力である。タッチ距離Dが0ではない限り、センサー力F2はタッチ力F1より小さい。
フォースセンシング部FSPは、分配電圧Vdに基づいてセンサー力F2をセンシングする。
例えば、センサー抵抗Rsは、フォースセンサーFSに力が加えられなかった場合、無限大の抵抗値を有し、フォースセンサーFSに無限大の力が加えられた場合、0の抵抗値を有することができる。この場合、センサー抵抗Rsの抵抗値が変化することに伴い、分配電圧Vdも0(V)からVcc(V)までの間の電圧値を有することができる。
フォースセンシング部FSPには、0(V)からVcc(V)までの間の電圧値に対応される力値がルックアップテーブルの形態に格納され、フォースセンシング部FSPは、分配電圧Vdに対応されるセンサー力F2をルックアップテーブルから読み出すことができる。しかし、これに限らず、フォースセンシング部FSPは、分配電圧Vdを入力して数値計算によってセンサー力F2を算出してもよい。
図8は、演算部CPの構成を示したブロック図である。
図8を参照すれば、演算部CPは、候補座標算出部310、座標算出部320、及びタッチ力算出部330を包含することができる。
演算部CPは、第1タッチ角、第2タッチ角、タッチ距離、及びセンサー力に関する情報を第1信号SN1として受信し、これに基づいてタッチ座標及びタッチ力を算出して第5信号SN5として出力する。図1乃至図3に図示された表示パネル100は、第5信号SN5を受信してタッチ座標及びタッチ力が指示する情報を表示するように映像を転換する。
候補座標算出部310は、ユーザによって発生したタッチがシングルタッチであるか、或いはマルチタッチであるかを判断し、第1タッチ角、第2タッチ角、及びタッチ距離のうちの2つを利用してタッチの候補座標を算出する。
タッチがシングルタッチである場合、候補座標算出部310は、タッチの候補座標をタッチの実際の座標であるタッチ座標と認識し、候補座標に関する情報を含む第2信号SN2をタッチ力算出部330に送信する。
タッチがマルチタッチである場合、候補座標算出部310は、複数の候補座標を算出し、候補座標に対する情報を有する第3信号SN3を座標算出部320に送信する。
座標算出部320は、第1タッチ角、第2タッチ角、及びタッチ距離のうちの残り1つを利用して、候補座標のうち、タッチの実際の座標であるタッチ座標を抽出する。座標算出部320は、タッチ座標に対する情報を有する第4信号SN4をタッチ力算出部330に送信する。
タッチ力算出部330は、第2信号SN2又は第4信号SN4を受信する。タッチ力算出部330は、センサー力とタッチ距離を利用してタッチ座標に加えられたタッチ力を算出する。
以下、図8及び図9を参照して、本発明の一実施形態でマルチタッチが発生した場合における演算部の動作を具体的に説明する。
図9は、本発明の一実施形態による、マルチタッチが発生した場合のタッチスクリーンパネルを示した図面である。図9には、ユーザによって、第1タッチTCH1及び第2タッチTCH2が発生した例を図示した。
第1角度センサーAS1は、2つの第1タッチ角θ1、θ2をセンシングする。以下、第1タッチTCH1の第1タッチ角は第1角θ1として定義され、第2タッチTCH2の第1タッチ角は第2角θ2として定義されるとする。
第2角度センサーAS2は、2つの第2タッチ角Φ1、Φ2をセンシングする。以下、第2タッチTCH2の第2タッチ角は第3角Φ1として定義され、第1タッチTCH1の第2タッチ角は第4角Φ2として定義されるとする。
フォースセンサーFSは、フォースセンサーFSと第1タッチTCH1との間のタッチ距離である第1タッチ距離D1及びフォースセンサーFSと第2タッチTCH2との間のタッチ距離である第2タッチ距離D2を算出する。また、第1タッチTCH1に第1タッチ力F11が加えられ、第2タッチTCH2に第2タッチ力F12が加えられる。フォースセンサーFSは第1タッチ力F11によって、フォースセンサーFSに加えられた力である第1センサー力F21及び第2タッチ力F12によって、フォースセンサーFSに加えられた力である第2センサー力F22を算出する。
候補座標算出部310は第1タッチ角θ1、θ2の個数、第2タッチ角Φ1、Φ2の個数、センサー力F21、F22の個数、タッチ距離D1、D2の個数、又はこれらの組合せに基づいて発生したタッチがシングルタッチであるか、或いはマルチタッチであるかを判断する。
図9では第1タッチ角θ1、θ2の個数が2つであり、第2タッチ角Φ1、Φ2の個数が2つであり、センサー力F21、F22の個数が2つであり、タッチ距離D1、D2の個数が2つであるので、候補座標算出部310は、マルチタッチが発生したと判断する。
候補座標算出部310は、第1タッチ距離D1、第2タッチ距離D2、第1角θ1、及び第2角θ2に基づいて複数の候補座標を算出する。候補座標は、第1タッチTCH1の座標、第2タッチTCH2の座標、第1ゴーストタッチGTC1の座標、及び第2ゴーストタッチGTC2の座標を包含することができる。
具体的に、第1タッチTCH1の座標、第2タッチTCH2の座標、第1ゴーストタッチGTC1の座標、及び第2ゴーストタッチGTC2の座標の各々は下の[数3]によって算出される。
Figure 0006181998
ここで、xy1は第1タッチTCH1の座標を示し、xy2は第2タッチTCH2の座標を示し、xy3は第1ゴーストタッチGCT1の座標を示し、xy4は第2ゴーストタッチGTC2の座標を示す。
座標算出部320は、第2タッチ角Φ1、Φ2を利用して候補座標xy1、xy2、xy3、xy4の中から、第1タッチTCH1の座標及び第2タッチTCH2の座標を抽出する。具体的に、座標算出部320は第3角Φ1を利用して第2タッチTCH2の座標を取り出し、第4角Φ2を利用して第1タッチTCH1の座標を取り出す。
この時、第1タッチTCH1と第2ゴーストタッチGCT2は、同じ第1タッチ距離D1を有し、互いに異なる第1タッチ角を有するので、同じ第2タッチ角を有することができない。同様に、第2タッチTCH2と第1ゴーストタッチGCT1は、同じ「第2タッチ距離D2を有し、互いに異なる第1タッチ角を有するので、同じ第2タッチ角を有することができない。したがって、座標算出部320は、第2タッチ角Φ1、Φ2を利用して候補座標xy1、xy2、xy3、xy4の中から第1タッチTCH1の座標及び第2タッチTCH2の座標のみを正確に抽出することができる。
タッチ力算出部330は、第1センサー力F21及び第1タッチ距離D1を利用して第1タッチ力F11を算出し、第2センサー力F22及び第2タッチ距離D2を利用して第2タッチ力F12を算出する。
一般的に、平板の特定位置に平板と垂直になる方向に加えられた力は平板に平行な方向への距離の自乗に反比例する。したがって、第1タッチ力F11を決定するためには第1センサー力F21から第1タッチ距離D1に対する補償が必要とし、第2タッチ力F12を決定するためには第2センサー力F22から第2タッチ距離D2に対する補償が必要である。具体的に第1タッチ力F11及び第2タッチ力F12は以下の[数4]によって、求められる。
Figure 0006181998
ここで、F11は第1タッチ力を示し、F21は第1センサー力を示し、aは比例定数を示し、D1は第1タッチ距離を示し、F12は第2タッチ力を示し、F22は第2センサー力を示し、D2は第2タッチ距離を示す。
以上の説明では、マルチタッチが発生した場合に演算部CPの動作を説明した。反面、シングルタッチが発生した場合、候補座標算出部310で算出された候補座標はタッチ座標と一致するので、座標算出部320はタッチ座標抽出過程を実行しない。したがって、座標算出部320の動作を除き、上述した演算部CPの動作は、シングルタッチの場合にも同様に適用することができる。
一方、図9では、マルチタッチの一例として、2つのタッチTCH1、TCH2が発生した場合を図示したが、3つ以上のタッチが発生した場合にも演算部CPの動作は同様である。
一方、本発明の一実施形態によるタッチ表示装置で演算部CPがタッチ力を算出することを説明したが、これに限らず、フォースセンサーFSがタッチ力を算出することもできる。この時、フォースセンサーFSは、演算部CPからタッチ座標に対する情報を受信し、タッチ座標、タッチ距離、及びセンサー力に基づいてタッチ力を算出すればよい。
以下、図8及び図10を参照して、本発明の他の実施形態でマルチタッチが発生した場合における演算部の動作を具体的に説明する。
図10は、本発明の他の実施形態による、マルチタッチが発生した場合のタッチスクリーンパネルを示した図面である。図10には、ユーザによって、図9と同じ位置に第1タッチTCH1及び第2タッチTCH2が発生した例を図示した。本発明の他の実施形態は、演算部の動作のうち、候補座標算出部310及び座標算出部320の動作だけが異なる。したがって、一実施形態と異なる実施形態で同一の構成には同一の参照符号を付し、具体的な説明は省略する。
候補座標算出部310は、第1角θ1、第2角θ2、第3角Φ1、及び第4角Φ2に基づいて複数の候補座標を算出する。候補座標は、第1タッチTCH1の座標、第2タッチTCH2の座標、第3ゴーストタッチGTC3の座標、及び第4ゴーストタッチGTC4の座標を包含することができる。
具体的に、第1タッチTCH1の座標、第2タッチTCH2の座標、第3ゴーストタッチGTC3の座標、及び第4ゴーストタッチGTC4の座標の各々は以下の[数5]によって算出され得る。
Figure 0006181998
ここで、xy1は第1タッチTCH1の座標を示し、xy2は第2タッチTCH2の座標を示し、xy5は第3ゴーストタッチGCT3の座標を示し、xy6は第4ゴーストタッチGTC4の座標を示し、Wはタッチ基板SBの第1方向DR1の幅を示す。
タッチ基板SBの第1方向DR1幅Wは、既設定された値であるとよい。
座標算出部320は、タッチ距離D1、D2を利用して候補座標xy1、xy2、xy5、xy6の中から第1タッチTCH1の座標及び第2タッチTCH2の座標を抽出する。具体的に、座標算出部320は、第1タッチ距離D1を利用して第1タッチTCH1の座標を抽出し、第2タッチ距離D2を利用して第2タッチTCH2の座標を抽出する。
この時、第1タッチTCH1と第4ゴーストタッチGCT4は、同じ第2タッチ角を有し、互いに異なる第1タッチ角を有するので、同じタッチ距離を有することができない。同様に、第2タッチTCH2と第3ゴーストタッチGCT3は同じ第2タッチ角を有し、互いに異なる第1タッチ角を有するので、同じタッチ距離を有することができない。したがって、座標算出部320は、タッチ距離D1、D2を利用して候補座標xy1、xy2、xy3、xy4の中から第1タッチTCH1の座標及び第2タッチTCH2の座標のみを正確に抽出することができる。
図11は、本発明のその他の実施形態によるタッチ表示装置の斜視図であり、図12は、図11のII−II’線に沿う断面図である。
図11及び図12に図示されたタッチ表示装置2000は、図1乃至図3に図示されたタッチ表示装置1000と比較して、別のタッチ基板SBを含まず、表示パネルの上部基板12がその役割を果たす。以下、図11及び図12を参照して、本発明のその他の実施形態によるタッチ表示装置2000を具体的に説明する。
タッチ表示装置2000は、表示パネル10、第1角度センサーAS11、第2角度センサーAS22、及びフォースセンサーFS1、演算部(図示せず)を包含することができる。
表示パネル10は、2つの対向基板を具備していれば、液晶表示パネル(liquid crystal display panel)、有機発光表示パネル(organic light emitting display panel)、プラズマ表示パネル(plasma display panel)、電気泳動表示パネル(electrophoretic display panel)、及びエレクトロ・ウェッティング表示パネル(electrowetting display panel)等の多様な表示パネルが採用されることがあり得るが、以下では表示パネル10は、液晶表示パネルである場合を一例として説明する。
表示パネル10は、下部基板11、上部基板12、及び液晶層LCを包含することができる。
図示していないが、下部基板11は、ゲートライン、データライン、薄膜トランジスター、及び画素電極を包含することができる。ゲートライン及びデータラインは、複数個提供されて互いに絶縁され、交差する。ゲートライン及びデータラインによって、画素領域がマトリックス形態に定義される。画素領域毎に薄膜トランジスターが具備され、画素電極は薄膜トランジスターに接続されてもよい。平面視において、下部基板11は四角形状であってもよい。
上部基板12は、下部基板11に対向するように配置されるとよい。上部基板12には共通電極が具備されるとよい。上部基板12は、表面弾性波(SAW)に対して無指向性を有し、等方性減衰係数が小さい物質からなるとよい。このような物質の例として、ガラス、ポリマー、セラミック等がある。
平面視において、上部基板12は四角形状であり、下部基板11の面積より小さいことがあり得る。図10及び図11に示すように、上部基板12は、方形板状であって、上面12A、下面12B、及び側面12Cを含む。
液晶層LCは、下部基板11及び上部基板12の間に配置されるとよい。液晶層LCは、画素電極と共通電極の間に形成された電界により制御されて、液晶層LCへ入射された光を透過させるか、或いは遮断させる。
第1角度センサーAS11は、上部基板12に第2方向DR2に並んで配置されるとよい。図10及び図11では、第1角度センサーAS11は上部基板12の第1の角EG1に隣接する上部基板12の側面12Cに沿って配置された例を図示した。
第2角度センサーAS22は、上部基板12に第2方向DR2に並んで配置され、第1角度センサーAS11と離隔されるとよい。第2角度センサーAS22は、上部基板12の第2の角EG2に隣接する上部基板12の側面12Cに沿って配置されるとよい。
第1及び第2角度センサーAS11、AS22は、各々赤外線カメラを包含することができる。
赤外線カメラは、出光部及び受光部を包含することができる。
出光部は、上部基板12の上面に平行に設定された画角を有し、画角範囲内で赤外線光を出光させる。この時、出光された赤外線光は、上部基板12の内部を通過して進む。
出光部は、赤外線光の進行経路と上部基板12の上面が特定角度を有するように赤外線光を出光させる。特定角度は出光された赤外線光が全反射されるための角度である。したがって、出光された赤外線光は上部基板12の上面及び下面で全反射されて上部基板12の内部を進むことができる。
受光部は、出光部から出光された赤外線光の一部を受光する。
上部基板12の上面にユーザによるタッチTCHが発生すれば、上部基板12の上面12Aに接する媒質が変更されて全反射条件が変わるので、出光された赤外線光は上部基板12の上面12Aで全反射されることができない。したがって、出光された赤外線光は上部基板12の上面12Aで大部分漏洩されて受光部へ受光される赤外線光の量が急激に減少する。
赤外線カメラは、画角の範囲内で出光部から出光された赤外線光の量と受光部に受光される赤外線光の量とを比較してタッチ発生の可否及びタッチ角度をセンシングする。
表示パネル10は、偏光板PLをさらに包含してもよい。
偏光板PLは、上部基板12の上面12A上に配置されるとよい。偏光板PLは、外部光によって、タッチが誤認識されることを防止するための機能を果たす。
偏光板PLは、上部基板12の縁に具備された粘着テープTPを通じて上部基板12に粘着されるとよい。偏光板PLと上部基板12との間には、粘着テープTPによって、空間が設けられる。図示していないが、空間によって発生される偏光板PLの歪みを補償するために、上部基板12と偏光板PLとの間には複数個の透明スペーサーが具備されてもよい。
偏光板PLと上部基板12との間の空間は、空気によって満たされるので、上部基板12の上面12Aと接触する媒質は空気になる。赤外線光に対して空気は屈折率が小さい媒質(疎の媒質)であるので、出光された赤外線光が全反射条件を満足するのに有利である。
表示パネル10は、反射層RF1をさらに包含してもよい。
反射層RF1は、上部基板12の下面12B及び上部基板12の側面12Cの一部に設けられる。反射層RF1は、上部基板12の側面12Cの中で第1領域ARを除外した残り領域に設けられるとよい。第1領域ARは、赤外線カメラで出光された赤外線光が通過するか、又は赤外線カメラへ入光される赤外線光が通過する領域である。
反射層RF1は、出光された赤外線光が上部基板12の下面及び側面に到達した時に反射される量を増加させる機能を果たす。また、反射層RF1は上部基板12の下面12Bの反射率を増加させて出光された赤外線光が全反射されるように赤外線光を誘導する。
図示していないが、タッチ表示装置2000は、フレームをさらに包含してもよい。フレームは、第1角度センサーAS11及び第2角度センサーAS22を内部に収納し、上部基板12及び下部基板11と結合されるとよい。
フォースセンサーFS1は、上部基板12と下部基板11との間において上部基板12の縁に配置されるとよい。図11及び図12では、フォースセンサーFS1が第1の角EG1に対応するように配置された例を図示した。
表示パネル10は、サポーターSP1をさらに包含してもよい。
サポーターSP1は、フォースセンサーFS1と離隔され、上部基板12及び下部基板11の間に配置されるとよい。サポーターSP1は、上部基板12の縁に対応するように配置されるとよい。
サポーターSP1は、複数個提供され、フォースセンサーFS1と同じ高さを有することができる。図11及び図12では、サポーターSP1が第1の角EG1を除く上部基板12の3つの角に対応するように配置された例を図示した。
サポーターSP1は、フォースセンサーFS1と共に上部基板12と下部基板11との間のセルギャップを維持する役割を果たす。
一方、本発明のその他の実施形態によるタッチ表示装置で、ユーザによるタッチTCHが発生すれば、第1角度センサーAS11は、タッチTCHの第1タッチ角をセンシングし、これを演算部(図示せず)へ提供する。第2角度センサーAS22は、タッチTCHの第2タッチ角をセンシングし、これを演算部(図示せず)へ提供する。フォースセンサーFS1は、フォースセンサーFS1とタッチTCHとの間の距離であるタッチ距離及びタッチTCHによって加えられた力であるセンサー力を算出し、これを演算部(図示せず)へ提供する。演算部の具体的な動作は、一実施形態又は上述した他の実施形態と同一であるので、具体的な説明を省略する。
図11及び図12を参照して説明した本発明のその他の実施形態によるタッチ表示装置は、第1角度センサーAS11、第2角度センサーAS22、及びフォースセンサーFS1を実質的に表示パネル内に具備して、別のタッチ基板が無くとも、一実施形態と同一の効果を得られる。
図13は、本発明の一実施形態によるタッチ表示装置においてタッチ座標及びタッチ力を算出する過程を示したフローチャートである。
先ず、ユーザによるタッチが発生すれば、第1タッチ角、第2タッチ角、タッチ距離、及びセンサー力をセンシングする(S1)。第1タッチ角は第1角度センサーでセンシングされ、第2タッチ角は第2角度センサーでセンシングされ、タッチ距離及びセンサー力はフォースセンサーでセンシングされる。
つぎに、タッチがシングルタッチであるか、或いはマルチタッチであるかを判断する(S2)。この時、第1タッチ角の個数、第2タッチ角の個数、センサー力の個数、タッチ距離の個数、又はこれらの組合せに基づいて発生したタッチがシングルタッチであるか、或いはマルチタッチであるかを判断する。
もし、タッチがシングルタッチである場合、タッチの候補座標を算出し、これをタッチ座標に認識してタッチ座標を算出する(S3)。この時、タッチ座標は、第1タッチ角、第2タッチ角、及びタッチ距離のうちの2つを利用して算出されるとよい。
そして、タッチ座標、センサー力、及びタッチ距離を利用してタッチ力を算出する(S4)。この時、タッチ力は、センサー力にタッチ距離を補償して算出されるとよい。
もし、タッチがマルチタッチである場合、タッチの候補座標を算出する(S5)。候補座標は、第1タッチ角、第2タッチ角、及びタッチ距離のうちの2つを利用して算出されるとよい。
つぎに、候補座標の中からタッチの実際の座標であるタッチ座標を抽出する(S6)。タッチ座標は、第1タッチ角、第2タッチ角、及びタッチ距離のうちの残り1つを利用して抽出されるとよい。
以後、タッチ座標、センサー力、及びタッチ距離を利用して、タッチ座標のタッチ力を算出する(S7)。この時、タッチ力は、センサー力にタッチ距離を補償して算出されるとよい。
一方、本発明は記載された実施形態に限定されず、本発明の思想及び範囲を逸脱しないで多様に修正及び変形ができることは、この技術分野で通常の知識を有する者には明確である。したがって、そのような変形された形態又は修正例は、本発明の特許請求の範囲に属するはずである。
1000、2000・・・タッチ表示装置
10、100・・・表示パネル
200・・・タッチスクリーンパネル
AS1、AS11・・・第1角度センサー
AS2、AS22・・・第2角度センサー
FS、FS1・・・フォースセンサー
TF・・・タッチフレーム
CP・・・演算部
SP、SP1・・・サポーター
310・・・候補座標算出部
320・・・座標算出部
330・・・タッチ力算出部

Claims (10)

  1. 映像を表示する表示パネルと、
    前記表示パネルの上部に配置されて少なくとも1つのタッチを認識するタッチスクリーンパネルと、を含み、
    前記タッチスクリーンパネルは、
    前記タッチが発生されるタッチ基板と、
    前記タッチ基板上の第1端部に配置され、前記第1端部から見た前記タッチへの方向と、前記タッチ基板に平行の一基準方向との間の角度としての第1タッチ角をセンシングする第1角度センサーと、
    前記タッチ基板上の前記第1端部と異なる第2端部に配置され、前記第2端部から見た前記タッチへの方向と、前記一基準方向との間の角度としての第2タッチ角をセンシングする第2角度センサーと、
    前記タッチ基板と前記表示パネルとの間に前記タッチ基板における前記第1端部又は前記第2端部に対応するように配置され、前記タッチの位置までの距離であるタッチ距離を算出するためのフォースセンサーと、
    前記第1タッチ角、前記第2タッチ角、及び前記タッチ距離に基づいてタッチ座標を算出する演算部と、を含むタッチ表示装置。
  2. 前記フォースセンサーは、前記タッチによって加えられた力であるセンサー力をさらに算出し、
    前記演算部は、前記タッチ距離及び前記センサー力に基づいてタッチ力をさらに算出することを特徴とする請求項1に記載のタッチ表示装置。
  3. 前記第1角度センサー及び前記第2角度センサーの各々は赤外線カメラを含み、
    前記赤外線カメラは、
    赤外線光を出光する出光部と、
    前記出光部から出光された前記赤外線光を受光する受光部と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項2に記載のタッチ表示装置。
  4. 前記フォースセンサーは、
    前記タッチによって加えられた力に応じて抵抗値が変わるセンサー抵抗と、
    前記センサー抵抗に直列に接続され、一定の抵抗値を有するフィルター抵抗と、
    前記センサー抵抗と前記フィルター抵抗との間のノードに接続されたフォースセンシング部と、
    を含み、
    基準電圧を前記センサー抵抗及び前記フィルター抵抗によって分配させ、
    前記フォースセンシング部は前記ノードにかかる分配電圧に基づいて、前記タッチ距離及び前記センサー力を算出することを特徴とする請求項2に記載のタッチ表示装置。
  5. 前記タッチ基板は、平面視において四角形状であり、
    前記第1端部は、前記タッチ基板の第1のであり、
    前記第2端部は、前記第1のに隣接する第2のであることを特徴とする請求項2に記載のタッチ表示装置。
  6. 前記タッチスクリーンパネルは、内側に開口を具備して前記タッチ基板の縁を囲むタッチフレームをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のタッチ表示装置。
  7. 前記タッチ基板と前記表示パネルとの間に前記タッチ基板における、前記フォースセンサーと離隔された端部に対応するように配置された少なくとも1つ以上のサポーターをさらに含むことを特徴とする請求項2に記載のタッチ表示装置。
  8. 前記演算部は、
    前記タッチがシングルタッチであるか、或いはマルチタッチであるかを判断し、前記第1タッチ角、前記第2タッチ角、及び前記タッチ距離のうちの2つを利用して前記タッチの候補座標を算出する候補座標算出部と、
    前記第1タッチ角、前記第2タッチ角、及び前記タッチ距離のうちの残り1つを利用して前記候補座標の中から前記タッチ座標を抽出する座標算出部と、
    前記タッチ距離及び前記センサー力に基づいて前記タッチ力を算出するタッチ力算出部と、
    を含む、
    ことを特徴とする請求項2に記載のタッチ表示装置。
  9. 複数の画素領域が定義された下部基板と、
    前記下部基板に対向し、少なくとも1つ以上のタッチが発生される上部基板と、
    前記下部基板と前記上部基板との間に配置されて映像を表示する映像表示層と、
    前記上部基板に平行な方向から、前記上部基板に隣接するように配置され、前記タッチの第1タッチ角をセンシングする第1角度センサーと、
    前記上部基板に平行な方向から、前記上部基板に隣接するように配置され、前記第1角度センサーと離隔され、前記タッチの第2タッチ角をセンシングする第2角度センサーと、
    前記上部基板と前記下部基板との間に前記上部基板の端部に対応するように配置され、前記タッチの位置までの距離であるタッチ距離を算出するためのフォースセンサーと、
    前記第1タッチ角、前記第2タッチ角、及び前記タッチ距離に基づいて、タッチ座標を算出する演算部と、を含むタッチ表示装置。
  10. タッチスクリーンパネル上に、ユーザによって発生した少なくとも1つのタッチについて、その第1タッチ角及び第2タッチ角を光学的にセンシングするとともに前記タッチスクリーンパネルにおける第1端部またはこれと異なる位置の第2端部に作用する圧力をセンサー力としてセンシングする段階と、
    前記第1タッチ角及び前記第2タッチ角をセンシングする時点と、前記センサー力をセンシングする時点との時間差に基づきタッチ距離を算出する段階と、
    前記第1タッチ角の個数、前記第2タッチ角の個数及び前記タッチ距離の個数のうちの少なくともいずれかに基づき、前記タッチがシングルタッチであるか、或いはマルチタッチであるかを判断する段階と、を含み、
    前記第1タッチ角は、前記第1端部から見た前記タッチへの方向と、前記タッチスクリーンパネルに平行の一基準方向との間の角度であり、
    前記第2タッチ角は、前記第2端部から見た前記タッチへの方向と、前記一基準方向との間の角度であり、
    前記タッチ距離は、前記センサー力をセンシングする前記第1端部又は前記第2端部と、前記タッチ座標の位置との間の距離であり、
    前記タッチがシングルタッチである場合、前記第1タッチ角、前記第2タッチ角及び前記タッチ距離のうちの少なくとも2つを利用してタッチ座標を算出するとともに、前記センサー力と、前記タッチ距離またはタッチ座標とを利用してタッチ座標の位置に加えられたタッチ力を算出する段階をさらに含み
    前記タッチがマルチタッチである場合、前記各タッチについて、前記第1タッチ角、前記第2タッチ角及び前記タッチ距離の全てを用いてタッチ座標を算出するとともに、前記センサー力と、前記タッチ距離またはタッチ座標とを利用してタッチ座標の位置に加えられたタッチ力を算出する段階をさらに含むタッチ表示装置の駆動方法。
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