KR101119209B1 - 정전용량형 터치 센서 및 이를 포함하는 장치들 - Google Patents

정전용량형 터치 센서 및 이를 포함하는 장치들 Download PDF

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Abstract

정전용량형 터치 센서가 개시된다. 상기 정전용량형 터치 센서는 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 정전용량형 터치 패드와, 상기 정전용량형 터치 센서와 전기적으로 접속되며, 상기 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하는 드라이버를 포함한다.

Description

정전용량형 터치 센서 및 이를 포함하는 장치들{Capacitive touch sensor and apparatuses having the same}
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 터치 센서에 관한 것으로, 특히 전자기적 잡음과 전력 소모를 줄일 수 있고 현저히 높은 터치 감도를 갖는 터치 센서 및 이를 포함하는 장치들에 관한 것이다.
정전 용량형 터치 센서는 그 검출 방식에 따라 표면형 정전용량 타입 (Surface capacitive type)과 투영형 정전용량 타입(Projected capacitive type)의 2 종류로 나눌 수 있다. 표면형 타입은 주로 ATM 및 아케이드 게임기 등의 대형 기기에 탑재되고 있고, 투영형 타입은 휴대 전화기 등과 같은 소형 휴대 기기에 탑재되고 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적인 과제는 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하며 상기 한 쌍이 전극들을 이용하여 정전 용량의 변화를 감지하고 감지 결과에 기초하여 사용자의 터치 또는 접근을 감지할 수 있는 정전 용량형 터치 센서 및 이를 포함하는 장치들을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시 예에 따른 정전 용량형 터치 센서는 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 정전 용량형 터치 패드; 및 상기 정전 용량형 터치 패드와 전기적으로 접속되며, 상기 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하는 드라이버를 포함한다.
실시 예에 따라 상기 정전 용량형 터치 센서는 상기 한 쌍의 전극들 간의 전압 변화를 감지하고 감지 신호를 출력하기 위한 전압 감지 회로를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따라 상기 정전 용량형 터치 센서는 상기 정전 용량형 터치 패드로부터 출력된 차동 전압들을 증폭하기 위한 증폭기; 및 상기 증폭기에 의하여 증폭된 차동 전압들 간의 전압 변화를 감지하고 감지 신호를 출력하기 위한 전압 감지 회로를 더 포함할 수 있다.
또 다른 실시 예에 따라 상기 정전 용량형 터치 센서는 상기 한 쌍의 전극들의 입력 단자들로 공급되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상과 상기 한 쌍의 전극들의 출력 단자들로부터 출력되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상의 차이를 감지하고 감지 신호를 출력하기 위한 위상 감지 회로를 더 포함할 수 있다.
상기 드라이버는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 드라이버일 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 패널은 각각이 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 복수의 터치 패드들; 및 상기 복수의 터치 패드들과 전기적으로 접속되며, 상기 복수의 터치 패드들 중에서 적어도 하나의 터치패드에 구현된 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하기 위한 드라이버를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 시스템은 터치 패널과 상기 터치 패널로부터 출력된 감지 신호를 처리하기 위한 프로세서를 포함한다.
상기 터치 패널은 각각이 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 복수의 터치 패드들; 상기 복수의 터치 패드들과 전기적으로 접속되며, 상기 복수의 터치 패드들 중에서 적어도 하나의 터치패드에 구현된 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하기 위한 드라이버; 및 상기 한 쌍의 전극들 간의 전압 변화를 감지하고 상기 감지 신호를 출력하기 위한 전압 감지 회로를 포함한다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 시스템은 터치 패널과 상기 터치 패널로부터 출력된 감지 신호를 처리하기 위한 프로세서를 포함한다.
상기 터치 패널은 각각이 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 복수의 터치 패드들; 상기 복수의 터치 패드들과 전기적으로 접속되며, 상기 복수의 터치 패드들 중에서 적어도 하나의 터치패드에 구현된 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하기 위한 드라이버; 및 상기 한 쌍의 전극들의 입력 단자들로 공급되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상과 상기 한 쌍의 전극들의 출력 단자들로부터 출력되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상의 차이를 감지하고 상기 감지 신호를 출력하기 위한 위상 감지 회로를 포함한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서와 이를 포함하는 장치들은 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 드라이버를 이용하여 전기적인 잡음에 강하고 저전력을 소모하며, 상기 드라이버로부터 출력된 차동 신호들을 서로 분리된 한 쌍의 전극들에 각각 공급함으로써 기존의 싱글 터치 패드를 이용한 터치 센서보다 더욱 정확한 터치 또는 접근 유무를 판단할 수 있는 효과가 있다.
본 발명의 상세한 설명에서 인용되는 도면을 보다 충분히 이해하기 위하여 각 도면의 상세한 설명이 제공된다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 전압 감지 회로를 포함하는 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압 감지 회로를 포함하는 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 또 실시 예에 따른 위상 감지 회로를 포함하는 정전 용량형 터치 센서를 나타내는 도이다.
도 4는 도 1, 도 2, 또는 도 3에 도시된 터치 센서를 포함하는 터치 패널을 나타낸다.
도 5는 도 4에 도시된 터치 패널을 포함하는 터치 시스템의 간략한 구성도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따르는 터치 시스템의 동작을 나타내는 순서도이다.
본 명세서 또는 출원에 개시되어 있는 본 발명의 개념에 따른 실시 예들에 대해서 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 아니 된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1 및/또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하는 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설명된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 전압 감지 회로를 포함하는 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 블록도이다.
도 1을 참조하면, 정전 용량형 터치 센서(10)는 터치패드(20)와 드라이버 (30)를 포함한다.
실시 예에 따라, 드라이버(30)는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling)을 위한 드라이버(30)일 수 있다.
실시 예에 따라, LVDS 드라이버(30)는 외부 ITO(Indium Tin Oxide)나 터치패드(20)의 서로 상이한 커패시턴스 값에 따라 측정할 수 있는 최적의 임피던스 값을 조절하는 임피던스 조절회로(미도시)를 더 포함할 수 있다.
터치 패드(20)는 서로 분리된 한 쌍의 전극들(21과 23)을 포함한다. 한 쌍의 전극들(21과 23)은 도전 재료로 구현될 수 있다.
실시 예에 따라, 한 쌍의 전극들(21과 23)은 ITO로 구현될 수 있다.
또한, 한 쌍의 전극들(21 과 23)은 동일 평면 또는 서로 다른 평면에서 대칭적으로 구현될 수 있다.
드라이버(30)가 LVDS 드라이버(30)로 구현되는 경우, LVDS 드라이버(30)는 터치 패드(20)의 한 쌍의 전극들(21과 23)로 차동 신호들(Vin+와 Vin-)을 공급한다.
차동 신호들(Vin+와 Vin-)이 공급되는 한 쌍의 전극들(21과 23)을 갖는 터치 패드(20)는 전기적 잡음에 강하고, 터치 감도 또한 기존의 싱글 패드 터치 센서와 달리 자체 커패시턴스(Self Capacitance) 이외에 상호 커패시턴스(Mutual Capacitance)를 이용하므로 매우 높다.
정전 용량형 터치 센서(10)는 터치 패드(20)에 포함된 한 쌍의 전극들(21과 23)간의 전압(Vin+와 Vin-)차의 변화를 감지하고 감지 신호(Vdet)를 출력하기 위한 전압 감지 회로(40)를 더 포함할 수 있다.
즉, 터치 패드(20)를 사용자가 손가락으로 터치하거나 또는 상기 손가락이 접근할 때, 전압 감지 회로(40)는 차동 신호들(Vin+와 Vin-)간의 변화를 감지하고 감지 신호(Vdet)를 출력할 수 있다.
실시 예에 따라, 전압 감지 회로(40)는 한쌍의 전극들(21과 23) 중에서 적어도 하나의 전압 변화를 감지하고 감지 신호(Vdet)를 출력할 수 있다.
실시 예에 따라, 전압 감지 회로(40)는 적어도 하나의 기준 전압을 이용하여 차동 신호들(Vin+와 Vin-) 중에서 적어도 하나의 전압 변화를 감지하고 감지 신호 (Vdet)를 출력할 수 있다.
도 2는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 전압감지회로를 포함하는 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 블록도이다.
도 2를 참조하면, 정전 용량형 터치 센서(10)는 터치 패드(20)로부터 출력된 차동 전압들(Vout+와 Vout-)을 증폭하기 위한 증폭기(50), 및 증폭기(50)에 의하여 증폭된 차동 전압들(D-out+와 D-out-) 간의 전압차의 변화를 감지하고, 감지 신호(Vdet)를 출력하기 위한 전압 감지 회로(60)를 더 포함할 수 있다.
실시 예에 따라, 전압 감지 회로(60)는 차동 전압들(D-out+와 D-out-) 중에서 적어도 하나의 변화를 감지하고 감지 신호(Vdet)를 출력할 수 있다.
실시 예에 따라, 전압 감지 회로(60)는 적어도 하나의 기준 전압을 이용하여 차동 전압들(D-out+와 D-out-) 중에서 적어도 하나의 변화를 감지하고 감지 신호 (Vdet)를 출력할 수 있다.
도 3은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 위상 감지 회로를 포함하는 정전 용량형 터치 센서의 개략적인 블록도를 나타낸다.
도 3을 참조하면, 정전 용량형 터치 센서(10)는 정전 용량형 터치 패드(20), 드라이버(30), 및 위상 감지 회로(70)를 포함한다. 정전 용량형 터치 패드(20) 및 드라이버(30)의 구조와 기능은 도 1 또는 도 2에 도시된 것들과 실질적으로 동일하므로 이들에 대한 상세한 설명은 생략한다.
위상 감지 회로(70)는 한 쌍의 전극들(21과 23)의 입력 단자들로 공급되는 차동 신호들(Vin+와 Vin-) 각각의 위상과 한 쌍의 전극들(21과 23)의 출력 단자들로부터 출력되는 차동 신호들(Vout+와 Vout-) 각각의 위상의 차이를 감지하고 감지신호(Pdet)를 출력한다. 예컨대, 위상 감지 회로(70)는 차동 신호들(Vin+와 Vin-) 중의 어느 하나(Vin+)의 위상과 차동 신호들(Vout+와 Vout-) 중의 어느 하나 (Vout+)의 위상을 비교하고 비교 결과에 따라 감지신호(Pdet)를 출력할 수 있다.
도 4는 도 1, 도 2, 또는 도 3에 도시된 정전 용량형 터치 센서를 포함하는 터치 패널을 나타낸다.
설명의 편의를 위하여, 도 4에서는 전압 감지 회로(40 또는 60)와 위상 감지 회로(70)를 함께 도시하였다.
도 4를 참조하면, 터치 패널(100)은 복수의 터치 패드들(20), 복수의 터치 패드들(20) 중에서 적어도 하나로 차동 신호들(Vin+와 Vin-)을 공급하기 위한 드라이버(30)를 포함한다.
실시 예에 따라, 터치 패널(100)은 한 쌍의 전극들(21 과 23) 간의 전압 변화를 감지하고 감지 결과에 상응하는 감지 신호(Vdet)를 출력하기 위한 전압 감지 회로(40 또는 60)를 더 포함할 수 있다.
다른 실시 예에 따라, 터치 패널(100)은 한 쌍의 전극들(21과 23)의 입력 단자들로 공급되는 차동 신호들(Vin+와 Vin-) 각각의 위상과 한 쌍의 전극들(21과 23)의 출력 단자들로부터 출력되는 차동 신호들(Vout+와 Vout-) 각각의 위상의 차이를 감지하고 감지신호(Pdet)를 출력하기 위한 위상 감지 회로(70)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 패널은 이동 전화기, PDA, PMP, ATM, 아케이드 게임기에 사용될 수 있다.
도 5는 도 4에 도시된 터치 패널을 포함하는 터치 시스템의 개략적인 블록도이다.
터치 시스템은 터치 패널(100)과 프로세서(200)를 포함한다. 프로세서(200)는 터치 패널(100)로부터 출력되는 감지 신호(Vdet 또는 Pdet)를 수신하여 처리한다. 실시 예에 따라 터치 패널(100)에 전압 감지 회로(40 또는 60)와 위상 감지 회로(70)가 구현된 경우, 프로세서(200)는 각 감지 신호(Vdet와 Pdet)를 수신하여 처리할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따르는 터치 시스템의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 1부터 도 6을 참조하면, 드라이버(30)는 차동 신호들(Vin+와 Vin-)을 터치 패드(20)에 구현된 한 쌍의 전극들(21과 23)로 공급한다(S10). 사용자는 손가락 등 터치 기구를 통해 터치 패드(20)를 터치 또는 접근한다(S20).
전압 감지 회로(40 또는 60) 또는 위상 감지 회로(70)는 상기 사용자의 터치 또는 접근에 의하여 변화되는 전압 또는 위상을 감지하고 감지 신호(Vdet 또는 Pdet)를 생성한다(S30). 생성된 감지 신호(Vdet 또는 Pdet)는 프로세서(200)로 전달되고 프로세서(200)는 감지 신호(Vdet 또는 Pdet)를 처리한다(S40).
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
10: 정전용량형 터치 센서
20: 터치 패드
21, 23: 한 쌍의 전극들
30: LVDS 드라이버
40, 60: 전압 감지 회로
50: 증폭기
70: 위상 감지 회로
100: 터치 패널

Claims (10)

  1. 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 정전 용량형 터치 패드; 및
    상기 정전 용량형 터치 패드와 전기적으로 접속되며, 상기 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하는 드라이버를 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 정전 용량형 터치 센서는,
    상기 한 쌍의 전극들 간의 전압 변화를 감지하고 감지 신호를 출력하기 위한 전압 감지 회로를 더 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  3. 제1항에 있어서, 상기 정전 용량형 터치 센서는,
    상기 정전 용량형 터치 패드로부터 출력된 차동 전압들을 증폭하기 위한 증폭기; 및
    상기 증폭기에 의하여 증폭된 차동 전압들 간의 전압 변화를 감지하고 감지 신호를 출력하기 위한 전압 감지 회로를 더 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  4. 제1항에 있어서, 상기 정전 용량형 터치 센서는,
    상기 한 쌍의 전극들의 입력 단자들로 공급되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상과 상기 한 쌍의 전극들의 출력 단자들로부터 출력되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상의 차이를 감지하고 감지 신호를 출력하기 위한 위상 감지 회로를 더 포함하는 정전 용량형 터치 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 드라이버는 LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 드라이버인 정전 용량형 터치 센서.
  6. 각각이 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 복수의 터치 패드들; 및
    상기 복수의 터치 패드들과 전기적으로 접속되며, 상기 복수의 터치 패드들 중에서 적어도 하나의 터치패드에 구현된 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하기 위한 드라이버를 포함하는 터치 패널.
  7. 제6항에 있어서, 상기 터치 패널은,
    상기 한 쌍의 전극들 간의 전압 변화를 감지하고 감지 신호를 출력하기 위한 전압 감지 회로를 더 포함하는 터치 패널.
  8. 제6항에 있어서, 상기 터치 패널은,
    상기 한 쌍의 전극들의 입력 단자들로 공급되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상과 상기 한 쌍의 전극들의 출력 단자들로부터 출력되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상의 차이를 감지하고 감지 신호를 출력하기 위한 위상 감지 회로를 더 포함하는 터치 패널.
  9. 터치 패널; 및
    상기 터치 패널로부터 출력된 감지 신호를 처리하기 위한 프로세서를 포함하며,
    상기 터치 패널은,
    각각이 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 복수의 터치 패드들;
    상기 복수의 터치 패드들과 전기적으로 접속되며, 상기 복수의 터치 패드들 중에서 적어도 하나의 터치패드에 구현된 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하기 위한 드라이버; 및
    상기 한 쌍의 전극들 간의 전압 변화를 감지하고 상기 감지 신호를 출력하기 위한 전압 감지 회로를 포함하는 터치 시스템.
  10. 터치 패널; 및
    상기 터치 패널로부터 출력된 감지 신호를 처리하기 위한 프로세서를 포함하며,
    상기 터치 패널은,
    각각이 서로 분리된 한 쌍의 전극들을 포함하는 복수의 터치 패드들;
    상기 복수의 터치 패드들과 전기적으로 접속되며, 상기 복수의 터치 패드들 중에서 적어도 하나의 터치패드에 구현된 한 쌍의 전극들로 차동 신호들을 공급하기 위한 드라이버; 및
    상기 한 쌍의 전극들의 입력 단자들로 공급되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상과 상기 한 쌍의 전극들의 출력 단자들로부터 출력되는 차동 신호들 중에서 적어도 하나의 위상의 차이를 감지하고 상기 감지 신호를 출력하기 위한 위상 감지 회로를 포함하는 터치 시스템.
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