KR101219273B1 - 터치 스크린 시스템 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템은, 제 1방향으로 배열되는 복수의 구동 라인들 및 상기 복수의 구동 라인들 별로 각각 연결되는 복수의 구동 전극들과; 제 1방향과 교차하는 제 2방향으로 배열되는 복수의 감지 라인들 및 상기 복수의 감지 라인들 별로 각각 연결되며, 상기 복수의 구동 전극들과 중첩되지 않게 교호적으로 배치되는 복수의 감지 전극들; 이 포함되는 터치 스크린 패널과; 상기 터치 스크린 패널과 분리 구성되며, 상기 터치 스크린 패널에 근접 또는 접촉할 때, 이에 인접한 구동 전극에 연결된 구동 라인에 인가되는 구동신호에 동기되어 전계를 출력하는 능동 스타일러스가 포함되며, 상기 구동 전극들 및 감지 전극들은 각각 서로 상이한 면적으로 구현된다.

Description

터치 스크린 시스템{touch screen system}
본 발명은 터치 스크린 시스템에 관한 것으로, 특히 능동 스타일러스를 이용하여 멀티 터치 인식을 구현하는 터치 스크린 시스템에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은 영상표시장치 등의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치이다.
이를 위해, 터치 스크린 패널은 영상표시장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 물체에 직접 접촉된 접촉위치를 전기적 신호로 변환한다. 이에 따라, 접촉위치에서 선택된 지시 내용이 입력신호로 받아들여진다. 이와 같은 터치 스크린 패널은 키보드 및 마우스와 같이 영상표시장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.
터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전용량 방식 등이 알려져 있으며, 최근 들어서는 상기 터치 스크린 패널을 통해 멀티 터치 인식을 구현하는 멀티 터치 스크린 시스템에 대한 관심이 증가되고 있다.
특히 상기 정전용량 방식의 경우 자기 정전용량(self capacitance) 방식과 상호 정전용량(mutual capacitance) 방식을 통해 멀티 터치 인식을 구현할 수 있으며, 이는 사람의 손가락이 터치 스크린 패널의 표면에 하나 이상 접촉될 때, 인체의 전기장에 의해 상기 접촉 면에 위치한 감지셀들에 형성되는 커패시턴스 변화를 검출하여 상기 접촉 위치를 인식하는 원리를 이용한다.
그러나, 상기 방식에 의할 경우 상기 사람의 손가락에 의한 접촉을 통해서는 보다 미세한 접촉 위치 인식 구현이 어렵다는 단점이 있다.
이를 극복하기 위해 끝이 뾰족한 스타일러스(stylus)를 사용함을 고려할 수 있으나, 수동(passive) 스타일러스의 경우 접촉면에서의 커패시턴스 변화가 극히 미미하여 위치 검출이 어렵고, 전계(electric field)를 자체적으로 생성하는 능동(active) 스타일러스의 경우에는 상기 발생되는 전계에 의해 실제 접촉된 위치에 대응되는 터치 스크린 패널의 감지셀 뿐 아니라 감지라인과 연결된 다른 감지셀들에 영향을 주게 되어 접촉 위치 파악이 불가능 하다는 단점이 있다.
본 발명은 상호 정전용량 방식의 터치 스크린 시스템에 있어서, 사람의 손가락에 의한 멀티 터치 인식과 함께 능동 스타일러스에 의한 멀티 터치 인식을 동시에 구현하는 터치 스크린 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
또한, 능동 스타일러스에 의한 터치 인식 구현의 정확도를 향상시킬 수 있도록 전극 패턴의 구조를 최적화하는 터치 스크린 시스템을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템은, 제 1방향으로 배열되는 복수의 구동 라인들 및 상기 복수의 구동 라인들 별로 각각 연결되는 복수의 구동 전극들과; 제 1방향과 교차하는 제 2방향으로 배열되는 복수의 감지 라인들 및 상기 복수의 감지 라인들 별로 각각 연결되며, 상기 복수의 구동 전극들과 중첩되지 않게 배치되는 복수의 감지 전극들; 이 포함되는 터치 스크린 패널과; 상기 터치 스크린 패널과 분리 구성되며, 상기 터치 스크린 패널에 근접 또는 접촉할 때, 이에 인접한 구동 전극에 연결된 구동 라인에 인가되는 구동신호에 동기되어 전계를 출력하는 능동 스타일러스가 포함되며, 상기 구동 전극들 및 감지 전극들은 각각 서로 상이한 면적으로 구현된다.
여기서, 상기 구동 전극들은 제 1방향의 길이가 제 2방향의 길이 보다 길게 구현되며, 상기 구동 전극들의 제 2방향 길이는 상기 감지 전극들의 제 2방향 길이보다 작게 구현된다.
또한, 상기 감지 전극들은 제 2방향으로 배열되는 몸체와; 상기 몸체의 좌, 우측 에서 상기 제 1방향으로 돌출되는 다수의 돌출부가 구비되는 형상으로 구현된다.
또한, 상기 감지 전극 몸체의 좌측에서 돌출되는 제 1돌출부들과, 우측에서 돌출되는 제 2돌출부들은 서로 엇갈리는 형태로 배열되며, 상기 감지 전극의 제 1돌출부들은 이에 인접한 감지전극의 제 2돌출부들과 서로 엇갈리는 형태로 배열된다.
또한, 상기 구동 전극들은 제 1방향으로 배열되는 몸체와; 상기 몸체의 상, 하측에서 제 2방향으로 돌출되는 돌출부가 적어도 하나 구비되는 형상으로 구현되며, 상기 구동 전극의 몸체는 제 1방향의 길이가 제 2방향의 길이 보다 길게 구현된다.
또한, 상기 구동 전극의 몸체에서 돌출되는 돌출부는 상기 인접한 감지 전극들 사이 영역에 배치되도록 구현된다.
또한, 상기 구동 전극들은 제 1방향을 따라 복수의 구동 전극들이 서로 연결되도록 형성되며, 상기 감지 전극들은 제 2방향을 따라 복수의 감지 전극들이 서로 연결되도록 형성된다.
또한, 상기 복수의 구동 전극들 및 감지 전극들은 동일한 레이어에 형성되며, 투명 도전성 물질로 구현된다.
또한, 상기 구동 전극 및 감지전극은 각각 다수의 미세패턴들의 조합으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 구동라인들과 연결된 구동 전극들 및 상기 구동 전극들 각각에 인접하여 위치하여 상기 감지 라인들과 연결된 감지 전극들이 각각 독립된 감지셀들을 구성한다.
또한, 상기 구동 라인들에 순차적으로 구동신호를 인가하는 구동회로와; 상기 감지 라인들과 접속되며, 상기 각 감지셀들로부터 감지된 정전용량 변화를 검출하여 생성된 감지신호를 인가 받는 감지회로와; 상기 감지회로로부터 감지신호를 제공받아 검출된 터치 위치를 판별하는 처리부가 더 포함된다.
또한, 상기 능동 스타일러스는, 접촉 또는 근접한 특정 구동 라인에 인가된 구동 신호에 의해 생성되는 전계를 감지하는 전계 감지 센서와; 상기 감지된 전계에 대응되는 별도의 전계를 발생시키기 위해 소정의 신호를 생성하는 신호 생성부와; 상기 신호 생성부에서 발생된 신호를 증폭하여 이를 전계로 출력하는 전계 방출부; 상기 전계 감지 센서, 신호 생성부, 전계 방출부에 전원을 인가하는 전원부가 포함된다.
이 때, 상기 소정의 신호는 상기 구동 신호와 동일한 위상을 갖는 교류 전압이다.
또한, 상기 전계 방출부는 상기 신호 생성부에서 생성된 상기 소정 신호의 위상을 그대로 유지하여 레벨만 증폭시켜 출력하는 비반전 증폭기로 구현될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 상호 정전용량 방식의 터치 스크린 패널을 이용하여 사람의 손가락에 의한 멀티 터치 인식과 함께 능동 스타일러스에 의한 멀티 터치 인식을 동시에 구현하고, 손가락이 접촉될 경우 발생되는 상호 정전용량의 변화와 능동 스타일러스가 접촉될 경우 발생되는 상호 정전용량의 변화가 서로 상이함을 이용하여 이를 구분하여 처리함으로써, 보다 다양하고 미세한 멀티 터치 인식을 가능케 하는 장점이 있다.
또한, 터치 스크린 패널의 전극 패턴 구조를 최적화함으로써, 상기 능동 스타일러스에 의한 터치 인식 구현의 정확도를 향상시키는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템의 구성 블록도.
도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린 패널의 단순화된 회로도.
도 3a는 정상 상태(터치 없음) 조건에서의 감지셀에 대한 단면도.
도 3b는 도 3a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면.
도 4a는 손가락에 의한 접촉 조건에서의 감지셀에 대한 단면도.
도 4b는 도 4a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 능동 스타일러스의 구성을 나타내는 블록도.
도 6a는 본 발명의 실시예에 의한 능동 스타일러스 접촉 조건에서의 감지셀 단면도.
도 6b 및 6c는 도 6a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면.
도 7은 일반적인 터치 스크린 패널의 전극 패턴을 도시한 평면도.
도 8은 도 7에 도시된 전극 패턴에 능동 스타일러스가 접촉되어 이동될 경우의 문제점을 설명하는 그래프.
도 9은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 전극 패턴을 도시한 평면도.
도 10은 도 9에 도시된 전극 패턴에 능동 스타일러스가 접촉되어 이동될 경우의 장점을 설명하는 그래프.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 전극 패턴을 도시한 평면도.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 전극 패턴을 도시한 평면도.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템의 구성 블록도이며, 도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린 패널의 단순화된 회로도이다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템(100)은, 제 1방향으로 배열되는 복수의 구동 라인들(112)(X1,X2,…,Xn) 및 상기 복수의 구동 라인들(112) 별로 각각 연결되는 복수의 구동 전극들(170a)(x11~x1m 내지 xn1~xnm)과; 상기 구동 라인들(112)과 교차되는 방향으로 배열되는 복수의 감지 라인들(114)(Y1,Y2,…,Ym) 및 상기 복수의 감지 라인들(114) 별로 각각 연결되며, 상기 복수의 구동 전극들(170a)과 중첩되지 않게 교호적으로 배치되는 복수의 감지 전극들(170b)(y11~y1n 내지 ym1~xmn)이 포함되는 터치 스크린 패널(110)과; 상기 각 구동 라인들(112)에 순차적으로 구동신호를 인가하는 구동회로(120)와; 상기 각 감지 라인들(114)로부터 감지된 정전용량 변화를 검출하여 생성된 감지신호를 인가 받는 감지회로(130)와; 상기 감지회로(130)로부터 감지신호를 제공받아 검출된 터치 위치를 판별하는 처리부(140)와; 상기 터치 스크린 패널(110)에 접촉되는 대상으로서의 능동 스타일러스(160)를 포함하여 구성된다.
이 때, 상기 구동 전극들(170a) 및 감지 전극들(170b)은 서로 다른 레이어 상에 형성되거나, 동일 레이어 상에 형성될 수 있으며, 이는 서로 중첩되지 않으면서 서로 밀접되도록 교호적으로 배치된다.
일 예로 상기 구동 전극들(170a) 및 감지 전극들(170b)은 다이아몬드 패턴과 같이 규칙적인 패턴으로 밀접 되도록 형성될 수 있다. 단, 이는 하나의 실시예로서 상기 전극들의 형상이 다이아몬드 형상에 한정되는 것은 아니며, 구동 전극들 및 감지 전극들이 밀접될 수 있는 다양한 형상으로 구현될 수 있다.
또한, 상기 구동 전극들(170a) 및 감지 전극들(170b)이 동일 레이어 상에 형성될 경우에는 상기 구동 전극들(170a) 및 감지 전극들(170b)의 교차 노드(116)에서 쇼트가 발생되므로, 동일한 라인에 배열되는 구동 전극들(170a) 또는 감지 전극들(170b)은 다른 레이어에 형성된 브릿지 패턴(미도시)을 통해 연결하도록 하여, 이들과 교차되는 감지 전극들(170b) 또는 구동 전극들(170a)의 연결부에서 쇼트가 발생됨을 방지한다.
이 때, 상기 능동 스타일러스(160)는 상기 터치 스크린 패널(110)과 분리 구성되며, 상기 터치 스크린 패널(110)에 근접 또는 접촉할 때, 인접한 구동 전극(170a)과 연결된 구동 라인(112)에 인가되는 구동신호에 동기되어 전계를 출력한다.
상기 복수의 구동 전극들(170a) 및 감지 전극들(170b)은 투명 도전성 물질로 구현됨이 바람직하며, 상기 투명 도전성 물질은 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide) 또는 CNT(Carbon Nano Tube) 등으로 형성될 수 있다.
이와 같은 상기 구동 전극들(170a)과 감지 전극들(170b)의 배열에 의해 서로 교차되는 인접한 구동 전극 및 감지 전극 사이에서 상호 정전용량(Mutual Capacitance)이 형성되며, 상기 상호 정전용량이 형성된 각 구동 전극 및 감지 전극 은 터치 인식을 구현하는 각각의 감지셀로서의 역할을 수행한다.
단, 상기 감지셀에서 생성된 상호 정전용량은 상기 감지셀에 포함되는 구동 전극(170a)에 연결된 구동 라인(112)에 상기 구동회로(120)로부터 구동 신호가 인가되는 경우, 상기 감지셀에 포함되는 감지 전극(170b)에 연결된 감지라인(114)으로 커플링된 감지 신호를 발생시킨다.
즉, 상기 각 감지셀에서 생성된 상호 정전용량은 상기 각 감지셀에 연결된 구동 라인으로 구동 신호가 인가되는 경우에 상기 각 감지셀과 연결된 감지라인을 통해 감지되는 것이다.
또한, 상기 구동회로(120)는 각 구동 라인들(X1,X2,…,Xn)에 순차적으로 구동 신호를 제공하므로, 상기 구동회로(120)가 구동 라인들(X1,X2,…,Xn) 중 어느 한 구동 라인에 구동 신호를 제공할 경우 그 외 다른 구동 라인들은 접지 상태를 유지한다.
따라서, 상기 구동 신호가 인가되는 구동 라인에 연결된 구동 전극들 및 이들과 교차되어 인접한 복수의 감지 전극들은 각각의 감지셀을 구성하여 각 감지셀 별로 상호 정전용량이 형성되며, 이와 같은 각 감지셀들에 손가락(150) 또는 스타일러스(160)가 접촉되는 경우 이에 대응되는 감지셀에서 정전용량의 변화가 발생된다.
정리하면 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널(110)은 상호 정전용량 회로로 표현될 수 있으며, 이는 구동 라인(112) 연결된 구동 전극(170a) 및 감지 라인(114)과 연결된 감지 전극(170b)을 포함하고, 이들이 공간적으로 분리됨으로써 정전용량 결합 노드 즉, 감지셀(170)을 형성한다. 이 때, 상기 구동 라인(112)은 전압원으로 표현된 구동회로(120)과 연결되고, 상기 감지 라인(114)은 감지회로(130)와 연결된다.
또한, 상기 구동 전극(170a) 및 감지 전극(170b) 각각은 소정의 기생 정전용량(170a', 170b')을 포함할 수 있다.
앞서 언급한 바와 같이 상기 구동 전극(170a)과 이에 교차하여 인접한 감지전극(170b)는 감지셀(170)을 구성하며, 상기 감지셀(170)에 근접하는 도전성 물체(손가락(150) 또는 스타일러스(160))가 없는 경우라면 상기 감지셀(170)에서 발생되는 상호 정전용량(CM)은 변화가 없으나, 상기 도전성 물체가 감지셀(170)에 근접 또는 접촉될 경우에는 상기 상호 정전용량의 변화가 발생되며, 이러한 변화는 결과적으로 상기 감지셀(170)에 연결된 감지 라인(114)으로 운반되는 전류(및/또는 전압)을 변화시킨다.
이에 상기 감지 라인(114)와 연결된 감지회로(130)는 상기 정전용량 변화 및 감지셀(170)의 위치에 대한 정보(감지신호)를 ADC(미도시)를 거쳐 소정의 형태로 변환하여 처리부(도 1의 140)에 전송한다.
상기 정전용량 변화가 발생된 감지셀(170)의 위치를 검출하는 방식에 대한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
상기 감지회로(130)는 상기 감지셀(170)에 연결된 감지 라인(114)의 정전용량 변화를 감지하게 되면, 상기 정전용량 변화가 발생된 감지 라인(114)의 좌표와 상기 구동회로(120)로부터 구동신호가 입력된 구동 라인(112) 즉, 상기 구동 라인(112)와 연결된 감지셀(170)을 구성하는 감지 전극(170b)의 좌표를 출력하여, 접촉이 수행된 적어도 하나의 감지셀(170)의 좌표를 얻게 된다.
이는 상기 감지회로(130)가 상기 구동회로(120)와 배선(미도시) 등을 통해 접속됨을 통해 구현되는 것으로서, 상기 구동회로(120)는 상기 구동 라인들(112)에 대해 스캔(순차적으로 구동 신호를 인가)하는 동시에 상기 스캔한 구동 라인들의 좌표를 상기 감지회로(130)로 끊임없이 출력함으로써, 상기 감지회로(130)는 상기 감지 라인(114)에 대한 정전용량 변화를 감지함과 동시에 상기 정전용량이 변화되는 지점 즉, 감지셀(170)을 구성하는 감지 전극(170b)의 위치 좌표도 얻을 수 있게 된다.
이와 같은 구성에 의하여 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템은 복수의 접촉 지점에 대한 인식 즉, 멀티 터치 인식을 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명의 실시예는 사람의 손가락(150)에 의한 멀티 터치 인식과 함께 능동 스타일러스(160)에 의한 멀티 터치 인식을 동시에 구현함을 특징으로 한다.
즉, 사람의 손가락에 의한 접촉을 통해서는 보다 미세한 접촉 위치 인식 구현이 어렵다는 단점을 극복하기 위하여, 끝이 뾰족하고 전계(electric field)를 자체적으로 생성하는 능동(active) 스타일러스를 사용하여서도 멀티 터치 인식을 구현할 수 있도록 한다.
단, 상기 기존의 능동 스타일러스와 같이 지속적으로 전계를 생성하여 이를 방출할 경우에는 상기 지속적으로 방출되는 전계에 의해 실제 접촉된 위치에 대응되는 감지셀 뿐 아니라 접촉되지 않은 다른 감지셀에 영향을 주게 되어 정확한 접촉 위치 파악이 불가능하다.
이에 따라 본 발명의 실시예에서는 상기 능동 스타일러스가 특정 감지셀에 근접(또는 접촉)할 경우에 상기 감지셀에 연결된 구동 라인으로 인가되는 구동 신호에 동기하여 전계를 증폭/출력함으로써, 상기 단점을 극복할 수 있게 된다.
즉, 본 발명에 의한 능동 스타일러스(160)는 터치 스크린 패널(110)의 특정 감지셀들(170)에 접촉할 때, 상기 감지셀들로 구동 신호가 인가되는 경우에만 이를 감지하여 전계를 생성함으로써, 상기 접촉이 수행된 감지셀들 외의 다른 감지셀들에 대해서는 영향을 미치지 않게 됨으로써, 능동(active) 스타일러스를 사용하여서도 멀티 터치 인식을 구현할 수 있다.
또한, 본 발명은 손가락(150)이 접촉될 경우 발생되는 상호 정전용량의 변화와 능동 스타일러스(160)가 접촉될 경우 발생되는 상호 정전용량의 변화가 서로 상이함을 이용하여 이를 상기 감지회로(130) 및 처리부(140)에서 구분하여 처리함을 통해 보다 다양한 멀티 터치 인식 구현을 가능케 할 수 있다.
위와 같은 본 발명의 실시예에 의한 동작은 하기된 도 3 내지 9를 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
먼저 도 3a 내지 4b를 통해 손가락 접촉에 의한 터치 인식 구현에 대해 설명한다.
도 3a는 정상 상태(터치 없음) 조건에서의 감지셀에 대한 단면도이고, 도 3b는 도 3a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 3a를 참조하면, 하나의 감지셀(170)을 구성하며, 동일 레이어 상에서 서로 인접하여 배치된 구동 전극(170a) 및 감지 전극(170b) 간의 상호 정전용량 전계선(electric field line)(200)이 도시되어 있다. 또한, 상기 구동 전극(170a) 및 감지 전극(170b) 상부에는 보호막(118)이 형성되어 있으나, 이는 경우에 따라 제거될 수 있다.
이 때, 상기 감지셀(170)을 구성하는 구동 전극(170a) 및 감지 전극(170b) 사이에 상호 정전용량(Mutual Capacitance, CM)이 형성된다.
단, 상기 각 감지셀(170)에서 생성된 상호 정전용량(CM)은 상기 각 감지셀을 구성하는 구동 전극(170a)과에 연결되는 구동 라인(도 1의 112)에 구동회로(120)로부터 구동 신호가 인가되는 경우에 발생된다.
또한, 상기 구동회로(120)는 도시된 바와 같이 앞서 설명한 감지회로(130) 및 처리부(140)과 함께 집적되어 하나의 IC 칩에 실장될 수 있다.
즉, 도 3b를 참조하면, 상기 구동회로(120)는 각 구동 라인들(X1,X2,…,Xn)에 순차적으로 구동 신호(일 예로 3V의 전압)를 제공하고, 상기 구동회로(120)가 구동 라인들(X1,X2,…,Xn) 중 어느 한 구동 라인에 구동 신호를 제공할 경우 그 외 다른 구동 라인들은 접지 상태를 유지한다. 도 3b의 경우 제 1구동라인(X1)에 구동 신호가 인가되는 것으로 그 예로 한다.
또한, 도 3b에서는 복수의 구동 라인들(112) 별로 각각 연결되는 복수의 구동 전극들(170a)(x11~x1m 내지 xn1~xnm)과, 상기 구동 라인들(112)과 교차되는 방향으로 배열되는 복수의 감지 라인들(114) 별로 각각 연결되며, 상기 복수의 구동 전극들(170a)과 중첩되지 않게 교호적으로 배치되는 복수의 감지 전극들(170b)(y11~y1n 내지 ym1~xmn)에 있어서, 서로 인접한 구동 전극 및 감지 전극이 각각의 감지셀(170)(S11 내지 Snm)을 구성함을 나타낸다.
즉, 감지셀 S11은 구동 전극 x11과 이에 인접한 감지 전극 y11으로 구성되고, 감지셀 Snm은 구동 전극 xnm과 이에 인접한 감지 전극 ymn으로 구성되는 것이다.
따라서, 상기 복수의 감지셀들(S11, S12,…S1m)에는 이를 구성하는 각각의 구동 전극 및 감지 전극 사이의 상호 정전용량이 형성되며, 이에 따라 상기 구동 신호가 인가되는 감지셀 별로 이에 연결된 감지라인(Y1,Y2,…,Ym)들로 상기 상호 정전용량에 대응되는 전압(일 예로 0.3V)이 감지된다.
도 4a는 손가락에 의한 접촉 조건에서의 감지셀에 대한 단면도이고, 도 4b는 도 4a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 4a를 참조하면, 손가락(150)이 적어도 하나의 감지셀(170)에 접촉되면, 도시된 바와 같이 상기 구동 전극(170a)과 감지 전극(170b) 사이의 전계선(210)을 차단하게 되고, 상기 전계선은 손가락(150)과 신체에 내재된 정전용량 경로를 통해 접지로 분기되며, 그 결과 상기 감지셀(170)에서의 상호 정전용량(CM1)은 도 3a에 도시된 정상 상태에서의 상호 정전용량(CM)보다 작게 된다(CM1 < CM ).
또한, 이와 같은 각 감지셀(170)에서의 상호 정전용량 변화는 결과적으로 상기 감지셀(170)에 연결된 감지 라인(114)으로 운반되는 전압을 변화시킨다.
즉, 도 4b에 도시된 바와 같이 구동회로(도 1의 120)에서 각 구동 라인들(X1,X2,…,Xn)에 순차적으로 구동 신호(일 예로 3V의 전압)를 제공함에 의해 상기 구동 신호가 인가된 제 1구동 라인(X1)에 연결된 복수의 구동 전극들(170a)과 교차되어 인접한 복수의 감지 전극들(170b)로 구성되는 각각의 감지셀들(S11, S12,…S1m)에는 각각의 상호 정전용량(CM)이 형성되는데, 손가락(150)에 의해 적어도 하나의 감지셀(일 예로 S12, S1m)이 접촉되는 경우 상기 상호 정전용량이 감소되어(CM1) 상기 접촉된 감지셀들(S12, S1m)과 연결된 감지라인(Y2, Ym)으로는 상기 감소된 상호 정전용량에 대응되는 전압(일 예로 0.1V)이 감지된다.
단, 상기 제 1구동 라인(X1)과 연결되어 있으나, 손가락(150)에 의한 접촉이 수행되지 않은 다른 감지셀들은 그대로 기존의 상호 정전용량(CM)이 유지되므로 이에 연결된 감지라인들로는 이전과 같은 전압(일 예로 0.3V)이 감지된다.
이후 상기 감지 라인(Y1,Y2,…,Ym)과 연결된 감지회로(도 1의 130)는 접촉된 감지셀들(S12, S1m)에 대한 상기 정전용량 변화 및 그 위치에 대한 정보(감지신호)를 ADC(미도시)를 거쳐 소정의 형태로 변환하여 처리부(도 1의 140)에 전송한다.
상기 정전용량 변화가 발생된 감지셀(170)의 위치를 검출하는 방식에 대한 실시예는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바 있으므로 생략하며, 이와 같은 구성에 의하여 손가락에 의한 복수의 접촉 지점에 대한 인식 즉, 멀티 터치 인식을 구현할 수 있게 된다.
단, 도 4a에 도시된 바와 같이 일반적으로 손가락(150)으로 터치를 수행할 경우 접촉면적(A)은 약 6mm 정도로서, 이는 상기 감지셀(170)을 구성하는 구동 전극(170a) 및 감지 전극(170b)의 면적보다 큰 것이 일반적이다. 따라서, 손가락(150)을 이용할 경우 보다 미세한 터치 인식 구현이 어렵다는 단점이 있다.
또한, 끝이 뾰족한 수동 스타일러스 즉, 단순히 도체로 구현되는 수동 스타일러스를 이용할 경우에는 접촉면이 작으므로 접촉면에서의 커패시턴스 변화가 극히 미미하여 위치 검출이 어려운 단점이 있다.
이에 본 발명의 실시예에서는 손가락을 이용한 멀티 터치 인식과 더불어 끝이 뾰족한 능동 스타일러스에 의한 멀티 터치 구현이 가능함으로써, 상기 단점을 극복한다.
단, 앞서 언급한 바와 같이 기존의 능동 스타일러스는 지속적으로 전계를 생성하여 이를 방출하는 구성을 갖고 있으므로, 상기 지속적으로 방출되는 전계에 의해 실제 접촉된 위치에 대응되는 감지셀 뿐 아니라 접촉되지 않은 다른 감지셀에 영향을 주게 되어 정확한 접촉 위치 파악이 불가능하다.
이에 따라 본 발명의 실시예에서는 상기 능동 스타일러스가 특정 감지셀에 근접(또는 접촉)할 경우에 상기 감지셀에 연결된 구동 라인으로 인가되는 구동 신호에 동기하여 전계를 증폭/출력하는 구성을 갖는다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 의한 능동 스타일러스의 구성을 나타내는 블록도이다.
단, 도 5는 능동 스타일러스의 각 구성요소에 대한 블록도로서, 그 외형에 대해서는 도시되지 않았으나, 터치 스크린 패널과 접촉되는 부분의 면적이 작은 형상의 도전체로 구현됨이 바람직하다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 능동 스타일러스(160)는, 접촉(또는 접근)하게 되는 구동 전극(170a)에 인가된 구동 신호에 의해 생성되는 전계를 감지하는 전계 감지 센서(162)와; 상기 전계가 감지되면, 이에 대응되는 별도의 전계를 발생시키기 위한 소정의 신호 즉, 교류 전압을 생성하는 신호 생성부(164)와; 상기 신호 생성부(164)에서 발생된 신호를 증폭하여 이를 전계로 출력하는 전계 방출부(166); 상기 각 구성요소들(162, 164, 166)에 전원을 인가하는 전원부(168)가 포함된다.
이 때, 상기 전계 감지 센서(162)는 구동 신호 인가에 따라 발생되는 전계를 감지할 수 있도록 코일을 포함하여 구현될 수 있다. 즉, 상기 전계 감지 센서(162)가 상기 구동 신호에 의해 발생되는 전계 형성 영역에 위치하면, 상기 전계에 의한 전기력을 감지할 수 있다.
또한, 상기 전계 감지 센서(162)에 의해 전계가 감지되면, 상기 신호 생성부(164)는 이에 대응하여 소정의 신호를 생성한다. 즉, 감지된 전계에 대응하여 상기 구동 신호와 동일한 위상을 갖는 교류(AC) 전압을 생성할 수 있다.
이후, 상기 신호 생성부(164)를 통해 생성된 신호는 전계 방출부(166)를 통해 증폭되며, 이는 스타일러스의 끝단부를 통해 전계로 출력된다. 이 때, 상기 전계 방출부(166)는 생성된 교류 전압의 위상을 그대로 유지하여 레벨(Amplitude)만 증폭시켜 출력하는 비반전 증폭기가 포함되어 구현될 수도 있고, 위상을 반전하여 출력하는 반전 증폭기가 포함되어 구현될 수도 있다.
이와 같은 본 발명에 실시예에 의한 의한 능동 스타일러스(160)는 터치 스크린 패널(110)의 특정 감지셀들(170)에 접촉할 때, 상기 감지셀들에 연결된 구동 라인에 구동 신호가 인가되는 경우에만 이를 감지하여 전계를 생성하여, 상기 접촉이 수행된 감지셀들 외의 다른 구동 라인 즉, 접지 상태의 구동 라인들과 연결된 다른 감지셀들에 대해서는 영향을 미치지 않게 됨으로써, 능동(active) 스타일러스를 사용하여서도 멀티 터치 인식을 구현할 수 있게 된다.
도 6a는 본 발명의 실시예에 의한 능동 스타일러스 접촉 조건에서의 감지셀 단면도이고, 도 6b 및 6c는 도 6a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
단, 도 6a의 경우 상기 능동 스타일러스에 출력되는 전계가 비반전 증폭기에 의해 증폭된 것을 그 예로 설명한다. 또한, 상기 능동 스타일러스가 접촉되지 않은 상태는 앞서 도 3a 및 도 3b에서 설명한 바와 동일하므로 그 설명을 생략한다.
도 6a를 참조하면, 이는 구동 신호가 구동 라인(112)에 인가된 상태에서의 능동 스타일러스(160) 접촉에 의한 감지셀(170)에서의 상호 정전용량 변화를 설명한다.
능동 스타일러스(160)가 적어도 하나의 감지셀(170)에 접촉되면, 상기 능동 스타일러스(160)는 상기 감지셀(170)을 구성하는 구동 전극(170a)에 인가되는 구동 신호에 의한 전계를 감지하고, 이에 대응한 전계를 증폭/출력한다.
즉, 상기 능동 스타일러스(160)의 입력부(Receiver, RC)로서의 전계 감지센서(162)가 상기 구동신호에 의한 전계를 감지하고, 출력부(Emitter, Em)로서의 전계 방출부(166)가 이에 대응한 전계를 증폭/출력하는 것이다.
도 6a의 제 1전계선(220)은 상기 구동 신호 인가로 발생되는 전계에 의한 것이고, 제 2전계선(600)은 상기 능동 스타일러스(160)에서 출력되는 전계에 의한 것이다.
이 때, 상기 능동 스타일러스(160)에서 출력되는 전계는 비반전 증폭기를 통해 출력된 AC 전압에 의한 것으로, 상기 AC 전압은 상기 감지된 전계 즉, 구동 신호 인가에 의한 전계에 대응하여 상기 구동 신호와 동일한 위상을 갖는 교류(AC) 전압이다.
이에 따라 도시된 바와 같이 상기 제 1, 2전계선은 각각 구동 전극(170a) 및 능동 스타일러스(160)에서 감지 전극(170b) 방향으로 형성된다.
즉, 상기 감지셀(170)에 대응하여 도시된 바와 같이 상기 구동 전극(170a)와 감지 전극(170b) 사이에 상호 정전용량(Mutual Capacitance, CM2)는 정상 상태(미 접촉 상태)에서의 상호 정전용량(CM) 보다 증가하게 된다(CM2 > CM ).
또한, 이와 같은 각 감지셀에서의 상호 정전용량 변화는 결과적으로 상기 감지셀(170)에 연결된 감지 전극(170b)으로 운반되는 전압을 변화시킨다.
도 6b를 참조하면, 구동회로(도 1의 120)에서 각 구동 라인들(X1,X2,…,Xn)에 순차적으로 구동 신호(일 예로 3V의 전압)를 제공함에 있어, 상기 구동회로(120)가 구동 라인들(X1,X2,…,Xn) 중 어느 한 구동 라인에 구동 신호를 제공할 경우 그 외 다른 구동 라인들은 접지 상태를 유지한다. 도 6b의 경우 제 1구동라인(X1)에 구동 신호가 인가되는 것으로 그 예로 한다.
상기 구동 신호가 인가된 제 1구동 라인(X1)과 연결되는 복수의 구동 전극들(170a)과 교차되어 인접한 복수의 감지 전극들(170b)로 구성되는 복수의 감지셀들(S11, S12,…S1m)에는 각각의 상호 정전용량(CM)이 형성되는데, 능동 스타일러스(160)에 의해 적어도 하나의 감지셀(일 예로 S11, S12)이 접촉되는 경우 상기 상호 정전용량이 증가되어(CM2) 상기 접촉된 감지셀들(S11, S12)과 연결된 감지라인(Y1, Y2)으로는 상기 증가된 상호 정전용량에 대응되는 전압(일 예로 0.5V)이 감지된다.
단, 상기 제 1구동 라인(X1)과 연결되어 있으나, 능동 스타일러스(160)에 의한 접촉이 수행되지 않은 다른 감지셀들은 그대로 기존의 상호 정전용량(CM)이 유지되므로 이에 연결된 감지라인들로는 이전과 같은 전압(일 예로 0.3V)이 감지된다.
또한, 상기 능동 스타일러스(160)의 동작을 보다 구체적으로 설명하기 위하여 도 6c를 참조하면, 상기 능동 스타일러스(160)가 제 1구동 라인(X1)에 연결된 감지셀들(S11, S12)에 접촉되나, 구동 신호가 상기 제 1구동 라인(X1)이 아닌 제 2구동 라인(X2)에 인가되는 경우를 가정한다.
이 경우, 상기 능동 스타일러스(160)는 접촉된 감지셀들(S11, S12)에 연결된 구동 라인(X1)으로 구동 신호가 인가되지 않으므로 전계를 감지하지 못해 별도의 전계를 출력하지 않는다.
따라서, 이 경우 상기 능동 스타일러스(160)는 단순한 도체에 불과한 것이므로, 터치 인식이 수행되지 않는다. 즉, 감지 라인들(Y1,Y2,…,Ym)로는 모두 기존의 상호 정전용량(CM)에 대응되는 전압(일 예로 0.3V)이 감지된다.
그러나, 기존의 능동 스타일러스와 같이 구동 신호 인가에 동기되지 않고 지속적으로 전계를 방출하는 경우라면, 도 6b의 경우 스타일러스가 실제로 접촉되지 않은 감지셀들(S21, S22)에서 접촉된 것으로 감지되는 오류가 발생된다.
결과적으로 본 발명에 실시예에 의한 의한 능동 스타일러스(160)는 터치 스크린 패널(110)의 특정 감지셀들(170)에 접촉할 때, 상기 감지셀들에 연결된 구동 라인에 구동 신호가 인가되는 경우에만 이를 감지하여 전계를 생성하여 상기 접촉이 수행된 감지셀들 외의 다른 구동 라인 즉, 접지 상태의 구동 라인들과 연결된 다른 감지셀들에 대해서는 영향을 미치지 않게 됨으로써, 능동(active) 스타일러스를 사용하여서도 멀티 터치 인식을 구현할 수 있게 된다.
이후 상기 감지 라인(Y1,Y2,…,Ym)과 연결된 감지회로(130)는 접촉된 감지셀들(S12, S1m)에 대한 상기 정전용량 변화 및 그 위치에 대한 정보(감지신호)를 ADC(미도시)를 거쳐 소정의 형태로 변환하여 처리부(140)에 전송한다.
상기 정전용량 변화가 발생된 감지셀(170)의 위치를 검출하는 방식에 대한 실시예는 앞서 도 1을 참조하여 설명한 바 있으므로 생략하며, 이와 같은 구성에 의하여 능동 스타일러스(160)에 의한 복수의 접촉 지점에 대한 인식 즉, 멀티 터치 인식을 구현할 수 있게 된다.
또한, 본 발명은 손가락(150)이 접촉될 경우 발생되는 상호 정전용량의 변화와 능동 스타일러스(160)가 접촉될 경우 발생되는 상호 정전용량의 변화가 서로 상이함을 이용하여 이를 상기 감지회로(130) 및 처리부(140)에서 구분하여 처리함을 통해 보다 다양한 멀티 터치 인식 구현을 가능케 할 수 있다.
즉, 동시에 손가락(150)과 능동 스타일러스(160)이 접촉되더라도 이를 구분하여 인식할 수 있다. 도 6를 통해 설명한 실시예 즉, 비반전 증폭기를 통해 능동 스타일러스(160)가 구동 신호와 동일한 위상의 AC 신호를 출력할 경우에는 감지라인에 의한 감지 신호의 레벨(일 예로 0.5V)이 손가락(150) 접촉에 의한 감지 신호의 레벨(일 예로 0.2V)과 크게 차이가 나므로 일 예로 감지회로(130)에 레벨 검출기(미도시) 및/또는 레벨 비교기(미도시)를 구비함으로써 쉽게 구분할 수 있다.
단, 상기 감지셀(170)을 구성하는 구동 전극(170a) 및 감지 전극(170b)이 동일한 면적 및 패턴으로 구성될 경우, 손가락(150)이 아닌 능동 스타일러스(160)가 접촉되어 이동할 때, 이동하는 능동 스타일러스(160)와 이에 대응되는 감지셀(170) 간의 위치 상관성이 없어 정확한 접촉 위치를 감지하기 어려울 수 있다.
이에 대해서는 하기된 도 7 및 도 8을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 7은 일반적인 터치 스크린 패널의 전극 패턴을 도시한 평면도이며, 도 8은 도 7에 도시된 전극 패턴에 능동 스타일러스가 접촉되어 이동될 경우의 문제점을 설명하는 그래프이다.
먼저 도 7을 참조하면, 감지셀(170)은 각각 구동 전극(170a)과 이와 교차하여 인접한 감지 전극(170b)으로 구성된다.
이 때, 상기 구동 전극들(170a)은 제 1방향(X축 방향)을 따라 복수의 구동 전극들(170a)이 서로 연결되도록 형성되며, 상기 감지 전극들(170b)은 상기 구동 전극들(170a)과 중첩되지 않도록 교호적으로 배치되되 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연결되도록 형성된다.
이 때, 도시된 바와 같이 상기 구동 전극들(170a) 및 감지 전극들(170b)은 동일한 면적을 갖는 동일한 다이아몬드 형태로 구성된다.
또한, 상기 구동 전극들(170a) 및 감지 전극들(170b)은 도시된 바와 같이 각각 제1 및 제2 연결패턴들(170a1, 170b1)에 의해 제1 및 제2 방향을 따른 라인 단위로 연결된다.
여기서, 제1 및/또는 제2 연결패턴들(170a1, 170b1)은, 각각이 독립된 패턴을 갖도록 패터닝되어 직, 간접적 연결에 의해 구동 전극 또는 감지 전극(170a, 170b)에 연결되거나, 혹은 구동 전극 또는 감지 전극(170a, 170b)을 패터닝하는 단계에서부터 구동 전극 또는 감지 전극(170a, 170b)과 일체로 연결되도록 패터닝될 수 있다.
예컨대, 제1 연결패턴들(170a1)은 구동 전극들(170a)의 상부 또는 하부 레이어에 각각이 독립된 패턴을 갖도록 패터닝되어 상기 구동 전극들(170a)의 상부 또는 하부에서 이들에 전기적으로 연결되면서 상기 구동 전극들(170a)을 제1 방향을 따른 라인 단위로 연결할 수 있다.
이러한 제1 연결패턴들(170a1)은 상기 전극(170a, 170b)과 같이 ITO 등의 투명전극물질을 이용하여 형성되거나, 혹은 불투명한 저저항 물질을 이용하여 형성되되 패턴의 가시화가 방지되도록 그 폭 등이 조절되어 형성될 수 있다.
또한, 제2 연결패턴들(170b1)은 상기 전극들(170a, 170b)을 패터닝하는 단계에서부터 감지 전극들(170b)을 제2 방향을 따른 라인 단위로 연결하도록 상기 감지 전극들(170b)과 일체로 패터닝될 수 있다.
이때, 제1 연결패턴들(170a1)과 제2 연결패턴들(170b1)의 사이에는 안정성을 확보하기 위한 절연막(미도시)이 개재되며, 이를 통해 상기 구동 전극들(170a) 및 감지 전극들(170b)가 동일 레이어 상에 형성되더라도, 상기 전극들의 교차 지점에서 발생되는 쇼트를 방지할 수 있다.
상기 구조의 감지셀(170)에 있어서, 상기 감지셀(170)에 접촉이 발생되면 상기 구동 전극(170a)과 연결된 구동 라인(도 1의 112)으로 구동신호가 인가되고, 이에 대응하는 감지신호가 상기 감지 전극(170b)와 연결된 감지 라인(도 1의 114)를 통해 감지회로(도 1의 130)로 제공된다.
그러나, 이와 같이 상기 감지셀(170)을 구성하는 구동 전극(170a) 및 감지 전극(170b)이 동일한 면적 및 패턴으로 구성되면, 앞서 도 5, 6을 통해 설명한 본 발명의 실시예에 의한 능동 스타일러스(160)가 상기 감지셀(170)에 접촉되어 이동할 때, 상기 이동하는 능동 스타일러스(160)와 이에 대응되는 감지셀(170) 간의 위치 상관성이 없어 정확한 접촉 위치를 감지하기 어려운 단점이 발생될 수 있다.
일 예로, 상기 능동 스타일러스(160)가 도 7의 A 지점에 인접 또는 접촉되어 화살표 방향으로 이동함 즉, 감지셀(170)을 구성하는 구동 전극(170a)의 좌, 우 피치(Pitch, P)을 관통하여 좌측 끝단에서 중앙을 거쳐 우측 끝단으로 이동함을 가정하여 설명하면 다음과 같다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 능동 스타일러스(160)가 구동 전극(170a)에 인접하거나 접촉하게 되면, 상기 구동 전극(170a)에 인가되는 구동신호에 대하여 능동 스타일러스의 입력부(Receiver, RC)로서의 전계 감지센서(도 5의 162)가 상기 구동신호에 의한 전계를 감지하고, 출력부(Emitter, Em)로서의 전계 방출부(도 5의 166)가 이에 대응한 전계를 증폭/출력하여 감지신호를 출력하며, 이는 상기 감지셀(170)의 감지전극(170b)과 연결된 감지 라인(114)를 거쳐 감지회로(도 1의 130)으로 제공된다.
이 때, 상기 감지신호는 결과적으로 상기 전계 감지센서(162)에서 감지되는 구동신호(Tx_RC)와 상기 전계 방출부(166) 내에 구비된 증폭기의 증폭이득 및 상기 전계 방출부에서 출력되어 상기 감지 전극(170b)에 인가되는 신호(Em_Rx)의 곱으로 표현된다.
즉, 감지신호 = Tx_RC * (증폭이득) * Em_Rx 이며, 이와 같은 감지신호를 통해 상기 능동 스타일러스(160)이 인접 또는 접촉된 위치를 추정하게 되므로, 상기 감지신호는 상기 능동 스타일러스(160)의 위치와 1:1의 함수 관계를 가져야만 한다.
그러나, 도 8의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 능동 스타일러스의 전계 감지센서(162)에서 감지되는 구동신호(Tx_RC)는 능동 스타일러스가 도 7의 A 지점에서 화살표 방향으로 이동할 때 즉, 감지셀(170)을 구성하는 구동 전극(170a)의 좌측 끝단에서 중앙을 거쳐 우측 끝단으로 이동할 때, 구동 전극(170a)의 중앙부에서 감지되는 구동 신호(Tx_RC) 의 세기가 가장 크게 된다.
이는 상기 구동 전극(170a)의 형상이 다이아몬드 형상인 것에 기인하는 것으로서, 구동 전극의 중앙에 상기 능동 스타일러스(160)가 위치하게 되면, 능동 스타일러스(160)와 구동전극이 중첩되는 면적이 상기 능동 스타일러스(160)가 타 영역에 위치할 때와 비교할 때 가장 크게 되기 때문이다.
즉, 능동 스타일러스가 이동할 때, 상기 구동 전극(170a)에서 생성되는 전계선들을 가장 많이 감지하는 위치가 상기 구동 전극의 중앙부게 되며, 구동 전극의 좌, 우측 끝단에서는 능동 스타일러스(160)와 구동전극이 중첩되는 면적이 최소가 되므로, 상기 영역에서는 상기 능동 스타일러스의 전계 감지센서(162)에서 감지되는 구동신호(Tx_RC) 세기는 가장 작게 된다.
그리고, 도 8의 (b)를 참조하면, 능동 스타일러스의 전계 방출부(166)에서 출력되어 상기 감지 전극(170b)에 인가되는 신호(Em_Rx)는 능동 스타일러스가 도 7의 A 지점에서 화살표 방향으로 이동할 때 즉, 감지셀(170)을 구성하는 구동 전극(170a)의 좌측 끝단에서 중앙을 거쳐 우측 끝단으로 이동할 때, 도 7에 도시된 바와 같이 상기 감지 전극(170b)와 중첩되는 면적이 점차적으로 줄어들게 되므로, 상기 Em_Rx 신호의 세기 또한 점차적으로 줄어든다.
결과적으로 도 7에 도시된 전극 패턴의 구조에 의하면, 최종적인 감지신호는 도 8 (a)에 도시된 신호인 Tx_RC 및 도 8 (b)에 도시된 신호인 Em_RX의 곱에 해당되는 도 8 (c)에 도시된 신호가 된다.
그러나, 도 8 (c)에 도시된 감지 신호는 도시된 바와 같이 상기 능동 스타일러스(160)의 위치와 1:1의 함수 관계를 가지지 못한다.
즉, 본 발명의 실시예에 의한 능동 스타일러스(160)을 도 7의 전극 패턴을 갖는 터치 스크린 패널에 적용할 경우 정확한 위치 인식이 어렵게 되는 단점이 있다.
이에 본 발명의 실시예에서는 터치 스크린 패널의 전극 패턴 구조를 최적화함으로써, 상기 능동 스타일러스에 의한 터치 인식 구현의 정확도를 향상시키고자 한다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 전극 패턴 구조에 대해서는 하기된 도 9 내지 도 11을 통해 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 9은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 전극 패턴을 도시한 평면도이며, 도 10은 도 9에 도시된 전극 패턴에 능동 스타일러스가 접촉되어 이동될 경우의 장점을 설명하는 그래프이다.
도 9를 참조하면, 감지셀(270)은 각각 구동 전극(270a)과 이와 교차하여 인접한 감지 전극(270b)으로 구성된다.
이 때, 상기 구동 전극들(270a)은 제 1방향(X축 방향)을 따라 복수의 구동 전극들(270a)이 서로 연결되도록 형성되며, 상기 감지 전극들(270b)은 상기 구동 전극들(270a)과 중첩되지 않도록 교호적으로 배치되되 제1 방향과 교차하는 제2 방향(Y축 방향)을 따라 연결되도록 형성된다.
즉, 상기 구동 전극들(270a) 및 감지 전극들(270b)은 교차 지점으로서의 도 8의 확대영역을 참조하면, 각각 제1 및 제2 연결패턴들(270a1, 270b1)에 의해 제1 및 제2 방향을 따른 라인 단위로 연결된다.
여기서, 제1 및/또는 제2 연결패턴들(270a1, 270b1)은, 각각이 독립된 패턴을 갖도록 패터닝되어 직, 간접적 연결에 의해 구동 전극(270a) 또는 감지 전극(270b)에 연결되거나, 혹은 구동 전극(270a) 또는 감지 전극(270b)을 패터닝하는 단계에서부터 구동 전극(270a) 또는 감지 전극(270b)과 일체로 연결되도록 패터닝될 수 있다.
예컨대, 제1 연결패턴들(270a1)은 구동 전극들(270a)의 상부 또는 하부 레이어에 각각이 독립된 패턴을 갖도록 패터닝되어 상기 구동 전극들(270a)의 상부 또는 하부에서 이들에 전기적으로 연결되면서 상기 구동 전극들(270a)을 제1 방향을 따른 라인 단위로 연결할 수 있다.
이러한 제1 연결패턴들(270a1)은 상기 전극(270a, 270b)과 같이 ITO 등의 투명전극물질을 이용하여 형성되거나, 혹은 불투명한 저저항 물질을 이용하여 형성되되 패턴의 가시화가 방지되도록 그 폭 등이 조절되어 형성될 수 있다.
또한, 제2 연결패턴들(270b1)은 상기 전극들(270a, 270b)을 패터닝하는 단계에서부터 감지 전극들(270b)을 제2 방향을 따른 라인 단위로 연결하도록 상기 감지 전극들(270b)과 일체로 패터닝될 수 있다.
이때, 제1 연결패턴들(270a1)과 제2 연결패턴들(270b1)의 사이에는 안정성을 확보하기 위한 절연막(미도시)이 개재되며, 이를 통해 상기 구동 전극들(270a) 및 감지 전극들(270b)가 동일 레이어 상에 형성되더라도, 상기 전극들의 교차 지점에서 발생되는 쇼트를 방지할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에서는 도시된 바와 같이 상기 구동 전극들(270a) 및 감지 전극들(270b)이 서로 상이한 면적을 갖고, 상이한 형태로 구성되는 것으로, 도시된 바와 같이 상기 구동 전극들(270a)의 제 2방향 길이 즉, 상하의 높이는 상기 감지 전극들(270b)의 제 2방향 길이보다 작게 구현됨을 특징으로 한다.
보다 구체적으로 먼저 상기 구동 전극들(270a)은 제 1방향의 길이(좌우의 너비(P))가 제 2방향의 길이(상하의 높이(H))) 보다 큰 다각형 형태로 구현된다. 즉, 도 7에 도시된 구동 전극 패턴과 비교할 때 납작해지고, 좌우로 길어진 형상을 갖게 된다.
이에 대해 상기 감지 전극들(270b)는 높이 방향(제 2방향, Y축 방향)으로 배열되는 몸체(271b)와 상기 몸체(271b)의 좌, 우측 즉, 제 1방향(X축 방향)으로 돌출되는 다수의 돌출부(272b1, 272b2)가 구비되는 형상으로 구현된다.
이 때, 상기 몸체(271b)의 좌측에서 돌출되는 제 1돌출부들(272b1)과, 우측에서 돌출되는 제 2돌출부들(272b2)은 서로 엇갈리는 형태로 배열된다. 이에 따라 인접한 감지전극들(270b)에 있어서, 좌측 감지 전극의 제 2돌출부들(272b2)과 우측 감지 전극의 제 1돌출부들(272b1)은 도시된 바와 같이 서로 엇갈리는 형태가 된다.
상기 구조의 감지셀(270)에 있어서, 상기 감지셀(270)에 접촉이 발생되면 상기 구동 전극(270a)과 연결된 구동 라인(도 1의 112)으로 구동신호가 인가되고, 이에 대응하는 감지신호가 상기 감지 전극(270b)와 연결된 감지 라인(도 1의 114)를 통해 감지회로(도 1의 130)로 제공된다.
또한, 본 발명의 실시예는 상기 감지셀(270)을 구성하는 구동 전극(270a) 및 감지 전극(270b)이 서로 상이한 형태로 구성됨을 통해, 앞서 도 5, 6을 통해 설명한 본 발명의 실시예에 의한 능동 스타일러스(160)가 상기 감지셀(270)에 접촉되어 이동할 때, 상기 이동하는 능동 스타일러스(160)와 이에 대응되는 감지셀(270) 간의 위치 상관성을 유지함으로써, 상기 능동 스타일러스(160)에 의한 터치 인식 구현의 정확도를 향상시킬 수 있다.
일 예로, 상기 능동 스타일러스(160)가 도 9의 B 지점에 인접 또는 접촉되어 화살표 방향으로 이동함 즉, 감지셀(270)을 구성하는 구동 전극(270a)의 좌, 우 피치(Pitch, P)을 관통하여 좌측 끝단에서 중앙을 거쳐 우측 끝단으로 이동함을 가정하여 도 9 및 도 10을 통해 설명하면 다음과 같다.
도 10의 (a)에 도시된 바와 같이 상기 능동 스타일러스의 전계 감지센서(162)에서 감지되는 구동신호(Tx_RC)는 능동 스타일러스가 도 9의 B 지점에서 화살표 방향으로 이동할 때 즉, 감지셀(270)을 구성하는 구동 전극(270a)의 좌측 끝단에서 중앙을 거쳐 우측 끝단으로 이동할 때, 거의 일정한 세기를 유지하게 된다.
이는 도 9에 도시된 구동 전극(270a)의 형상에 의한 것으로, 앞서 도 7에 도시된 구동 전극(170a)와 비교할 때, 상기 구동 전극(270a)의 중앙부의 높이가 상당히 줄어들어 납작한 형태로서 좌우로 길어진 형상을 갖기 때문이다.
즉, 도 7에 도시된 다이아몬드 형상의 구동 전극(170a)의 경우에는 구동 전극의 중앙에 능동 스타일러스(160)가 위치하게 되면, 능동 스타일러스(160)와 구동전극이 중첩되는 면적이 상기 능동 스타일러스(160)가 타 영역에 위치할 때와 비교할 때 상당히 크게 되어 타 영역에 비해 구동 전극(170a)에서 생성되는 전계선들을 가장 많이 감지하는 위치가 되나, 도 9에 도시된 형상의 구동 전극(270a)의 경우에는 상기 구동 전극 중앙부의 높이(H)를 상당히 줄임으로써, 위와 같은 단점을 극복할 수 있게 된다.
그리고, 도 10의 (b)를 참조하면, 능동 스타일러스의 전계 방출부(166)에서 출력되어 상기 감지 전극(270b)에 인가되는 신호(Em_Rx)는 능동 스타일러스가 도 9의 B 지점에서 화살표 방향으로 이동할 때 즉, 감지셀(270)을 구성하는 구동 전극(270a)의 좌측 끝단에서 중앙을 거쳐 우측 끝단으로 이동할 때, 도 9에 도시된 바와 같이 상기 감지 전극(270b)과 중첩되는 면적이 점차적으로 줄어들게 되므로, 상기 Em_Rx 신호의 세기 또한 점차적으로 줄어든다.
단, 이 경우 도 9에 도시된 감지 전극(270b)은 높이 방향(제 2방향, Y축 방향)으로 배열되는 몸체(271b)의 좌, 우측(X축 방향)으로 돌출되는 다수의 돌출부(272b1, 272b2)가 구비되어 있으므로, 상기 능동 스타일러스가 이동하더라도 앞서 도 7에 도시된 실시예에 비해 감지 전극(270b)와 중첩되는 면적은 크게 된다.
따라서, 도 10의 (b)에 도시된 바와 같이 Em_Rx 신호의 세기는 도 8의 (b)에 도시된 Em_Rx 신호의 세기보다 상대적으로 크다.
결과적으로 도 9에 도시된 본 발명의 실시예에 의한 전극 패턴의 구조에 의하면, 최종적인 감지신호는 도 10 (a)에 도시된 신호인 Tx_RC 및 도 10 (b)에 도시된 신호인 Em_RX의 곱에 해당되는 도 10 (c)에 도시된 신호가 된다.
즉, 상기 도 10 (a)에 도시된 Tx_RC가 1:1 함수 관계 즉, 선형적인 특성을 가지고, 도 10 (b)에 도시된 신호인 Em_RX의 세기가 상대적으로 크게 되므로, 이에 따라 도 10 (c)에 도시된 감지 신호는 도시된 바와 같이 상기 능동 스타일러스(160)의 위치와 1:1의 함수 관계를 가짐과 함께, 절대적인 신호의 세기도 크게 된다.
따라서, 도 9에 도시된 전극 패턴을 적용함을 통해 터치 스크린 패널의 전극 패턴 구조를 최적화함으로써, 상기 능동 스타일러스에 의한 터치 인식 구현의 정확도를 향상시킬 수 있는 것이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 전극 패턴을 도시한 평면도이다.
단, 도 11에 도시된 전극 패턴은 도 9에 도시된 전극 패턴의 구조와 유사하므로, 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 도면 부호를 사용하며, 이에 대한 설명은 편의상 생략하기로 한다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 실시예에서는 도시된 바와 같이 상기 구동 전극들(270a)은 길이 방향(제 1방향, X축 방향)으로 배열되는 몸체(271a)와, 상기 몸체(271a)의 상, 하측 즉, 제 2방향(Y축 방향)으로 돌출되는 돌출부(272a1, 272a2)가 구비되는 형상으로 구현된다.
이 때, 상기 몸체(271a)는 도 9에 도시된 구동 전극(270a)와 동일한 형상으로서, 제 1방향의 길이(좌우의 너비(P))가 제 2방향의 길이(상하의 높이(H))) 보다 큰 다각형 형태로 구현된다.
또한, 상기 감지 전극들(270b)은 도 9에 도시된 감지 전극들(270b)과 동일한 형상으로서, 높이 방향(제 2방향, Y축 방향)으로 배열되는 몸체(271b)와 상기 몸체(271b)의 좌, 우측 즉, 제 1방향(X축 방향)으로 돌출되는 다수의 돌출부(272b1, 272b2)가 구비되는 형상으로 구현된다.
이 때, 상기 몸체(271b)의 좌측에서 돌출되는 제 1돌출부(272b1)와, 우측에서 돌출되는 제 2돌출부(272b2)는 서로 엇갈리는 형태로 배열된다. 이에 따라 인접한 감지전극들(270b)에 있어서, 좌측 감지 전극의 제 2돌출부(271b2)와 우측 감지 전극의 제 1돌출부(272b1)는 도시된 바와 같이 서로 엇갈리는 형태가 된다.
이에 도시된 바와 같이 상기 구동 전극의 몸체(271a)에서 상측으로 돌출되는 제 1돌출부(272a1) 및 하측으로 돌출되는 제 2돌출부(272a2)는 상기 인접한 감지 전극들(270b)의 제 1, 2돌출부(272b1, 272b2) 사이 영역에 배치되도록 지그재그 형태로 구현된다.
이와 같은 구성을 통해 상기 구동 전극(270a)의 전체 면적을 보다 넓게 구현할 수 있으므로, 상기 능동 스타일러스(160)에 의한 터치 인식 감도를 보다 향상시킬 수 있게 된다.
도 12a 및 도 12b는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 터치 스크린 패널의 전극 패턴을 도시한 평면도이다.
도 12a 및 도 12b에 도시된 실시예에 의한 전극 패턴 구조 또한 능동 스타일러스(160)와 이에 대응되는 감지셀(370, 370') 간의 위치 상관성을 유지할 수 있도록 구현됨을 특징으로 한다.
먼저 도 12a를 참조하면, 구동 라인(112)에 연결된 구동 전극(370a)과, 상기 구동 전극(370a)와 인접하면서 감지 라인(114)에 연결된 감지 전극(370b)이 감지셀(370)을 구성한다. 즉, 도 12a에서 점선으로 표시된 영역이 감지셀(370)에 해당한다.
이 때, 상기 구동 전극(370a) 및 감지전극(370b)은 도시된 바와 같이 각각 다수의 미세패턴들(370as, 370bs)의 조합으로 구현된다,
상기 구동 전극(370a)을 구성하는 다수의 제 1미세패턴들(370as)은 일 예로 도시된 바와 같이 5*5 매트릭스 형태로 배열될 수 있으며, 이에 대응하여 상기 감지 전극(370b)을 구성하는 다수의 제 2미세패턴들(370bs)은 상기 제 1미세패턴들(370as)과 중첩되지 않고 교호적으로 배치되는 형태로 5*5 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
또한, 상기 제 1미세패턴들(370as)와 이와 인접한 제 2미세패턴들(370bs)은 앞서 도 7에 도시된 전극 패턴들의 배치 및 연결과 동일한 구조로 구현될 수 있으므로 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
이와 같이 상기 구동 전극(370a) 및 감지 전극(370b)를 복수의 미세패턴들(370as, 370bs)로 구현함을 통해 스타일러스에 의한 미세 접촉도 감지할 수 있게 되는 것이다.
다만, 이 경우에도 본 발명의 실시예에 의한 능동 스타일러스(160)가 접촉될 경우 이에 대응되는 감지셀(370) 간의 위치 상관성이 유지되지 못할 수 있으므로, 이를 극복하기 위해 도 12b에 도시된 바와 같이 전극 패턴의 구조를 변경할 수 있다.
도 12b를 참조하면, 상기 감지셀(370')을 구성하는 구동 전극(370a')이 도 12a와는 달리 하나의 라인에 해당하는 제 1미세패턴들(370as')만을 채용하는 점에서 도 12a의 실시예와 차이가 있다.
즉, 이는 상기 구동 전극(370a')의 높이 방향의 길이를 줄이기 위함으로써, 결과적으로 앞서 도 9 및 도 11의 구동 전극과 동일한 효과를 얻을 수 있게 된다.
또한, 상기 제 1미세패턴들(370as')을 제외한 다른 제 1미세패턴들 영역은 도시된 바와 같이 섬(island) 형태의 더미 패턴(370c) 또는 감지 전극(370b')의 제 2미세패턴들(370bs')과 연결되는 제 3미세패턴들(370bs")이 형성될 수도 있다.
앞서 도 7 내지 11에서는 능동 스타일러스(160)이 특정 영역을 이동함으로 그 예로 설명하고 있으나, 본 발명의 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 능동 스타일러스(160)가 인접 또는 접촉되는 터치 스크린 패널의 모든 영역에 대해 적용될 수 있다.
즉, 도 9, 도 11 및 도 12에 도시된 전극 패턴 구조에 의하면 능동 스타일러스(160)와 이에 대응되는 감지셀(170) 간의 위치 상관성을 유지할 수 있으므로, 상기 능동 스타일러스에 의한 터치 인식 구현의 정확도를 향상시킬 수 있다.
단, 본 발명에 의한 전극 패턴 구조는 상기 도 9, 도 11 및 도 12에 도시된 실시예만으로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 터치 스크린 시스템 110: 터치 스크린 패널
112: 구동 라인 114: 감지 라인
120: 구동회로 130: 감지회로
140: 처리부 150: 손가락
160: 능동 스타일러스 162: 전계 감지센서
164: 신호 생성부 166: 전계 방출부
168: 전원부 170a, 270a, 370a: 구동 전극
170b, 270b, 370b: 감지 전극 170, 270, 370: 감지셀

Claims (17)

  1. 제 1방향으로 배열되는 복수의 구동 라인들 및 상기 복수의 구동 라인들 별로 각각 연결되는 복수의 구동 전극들과;
    제 1방향과 교차하는 제 2방향으로 배열되는 복수의 감지 라인들 및 상기 복수의 감지 라인들 별로 각각 연결되며, 상기 복수의 구동 전극들과 중첩되지 않게 배치되는 복수의 감지 전극들; 이 포함되는 터치 스크린 패널과;
    상기 터치 스크린 패널과 분리 구성되며, 상기 터치 스크린 패널에 근접 또는 접촉할 때, 이에 인접한 구동 전극에 연결된 구동 라인에 인가되는 구동신호에 동기되어 전계를 출력하는 능동 스타일러스가 포함되며,
    상기 구동 전극들 및 감지 전극들은 각각 서로 상이한 면적으로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 전극들은 제 1방향의 길이가 제 2방향의 길이 보다 길게 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 전극들의 제 2방향 길이는 상기 감지 전극들의 제 2방향 길이보다 작게 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 감지 전극들은 제 2방향으로 배열되는 몸체와; 상기 몸체의 좌, 우측 에서 상기 제 1방향으로 돌출되는 다수의 돌출부가 구비되는 형상으로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 감지 전극 몸체의 좌측에서 돌출되는 제 1돌출부들과, 우측에서 돌출되는 제 2돌출부들은 서로 엇갈리는 형태로 배열됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  6. 제 4항에 있어서,
    상기 감지 전극의 제 1돌출부들은 이에 인접한 감지전극의 제 2돌출부들과 서로 엇갈리는 형태로 배열됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 전극들은 제 1방향으로 배열되는 몸체와; 상기 몸체의 상, 하측에서 제 2방향으로 돌출되는 돌출부가 적어도 하나 구비되는 형상으로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  8. 제 7항에 있어서,
    상기 구동 전극의 몸체는 제 1방향의 길이가 제 2방향의 길이 보다 길게 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  9. 제 7항에 있어서,
    상기 구동 전극의 몸체에서 돌출되는 돌출부는 상기 인접한 감지 전극들 사이 영역에 배치되도록 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 전극들은 제 1방향을 따라 복수의 구동 전극들이 서로 연결되도록 형성되며, 상기 감지 전극들은 제 2방향을 따라 복수의 감지 전극들이 서로 연결되도록 형성됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  11. 제 1항에 있어서,
    상기 복수의 구동 전극들 및 감지 전극들은 동일한 레이어에 형성되며, 투명 도전성 물질로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  12. 제 1항에 있어서,
    상기 구동 전극 및 감지전극은 각각 다수의 미세패턴들의 조합으로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  13. 제 1항에 있어서,
    상기 구동라인들과 연결된 구동 전극들 및 상기 구동 전극들 각각에 인접하여 위치하여 상기 감지 라인들과 연결된 감지 전극들이 각각 독립된 감지셀들을 구성함을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 구동 라인들에 순차적으로 구동신호를 인가하는 구동회로와;
    상기 감지 라인들과 접속되며, 상기 각 감지셀들로부터 감지된 정전용량 변화를 검출하여 생성된 감지신호를 인가 받는 감지회로와;
    상기 감지회로로부터 감지신호를 제공받아 검출된 터치 위치를 판별하는 처리부가 더 포함됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  15. 제 1항에 있어서,
    상기 능동 스타일러스는,
    접촉 또는 근접한 특정 구동 라인에 인가된 구동 신호에 의해 생성되는 전계를 감지하는 전계 감지 센서와;
    상기 감지된 전계에 대응되는 별도의 전계를 발생시키기 위해 소정의 신호를 생성하는 신호 생성부와;
    상기 신호 생성부에서 발생된 신호를 증폭하여 이를 전계로 출력하는 전계 방출부;
    상기 전계 감지 센서, 신호 생성부, 전계 방출부에 전원을 인가하는 전원부가 포함됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 소정의 신호는 상기 구동 신호와 동일한 위상을 갖는 교류 전압임을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  17. 제 15항에 있어서,
    상기 전계 방출부는 상기 신호 생성부에서 생성된 상기 소정 신호의 위상을 그대로 유지하여 레벨만 증폭시켜 출력하는 비반전 증폭기로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
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