KR101328348B1 - 접촉 감지 장치 및 그 운영 방법 - Google Patents

접촉 감지 장치 및 그 운영 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉 감지 장치 및 그 운영 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 접촉 감지 장치는, 서로 교차하는 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부, 상기 복수의 제1 전극에 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제2 전극으로부터 감지 신호를 검출하는 회로부, 및 상기 회로부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 슬립 모드에 해당하는 제1구간 동안 상기 회로부가 상기 제1 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하고 상기 복수의 제2 전극으로부터 제1 감지 신호를 검출하도록 제어하며, 상기 제1구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는지를 판단하여 상기 슬립 모드의 해제 여부를 결정한다. 본 발명에 따르면, 전력 소모량을 절감하고 유효한 접촉 입력이 발생한 경우에만 활성 모드로 전환되는 접촉 감지 장치 및 그 운영 방법을 구현할 수 있다.

Description

접촉 감지 장치 및 그 운영 방법{TOUCH SENSING APPARATUS AND OPERATING METHOD THEREOF}
본 발명은 슬립 모드에서의 구동 신호 인가 및 감지 신호 센싱 동작을 간소화하여 슬립 모드에 포함되는 시구간을 최대화함으로써 전력 소모량을 줄이고 유효한 접촉 입력에 대해서만 활성 모드로 전환할 수 있는 접촉 감지 장치 및 그 운영 방법에 관한 것이다.
터치스크린, 터치패드 등과 같은 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치에 부착되어 사용자에게 직관적인 입력 방법을 제공할 수 있는 입력 장치로서, 최근 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 네비게이션 등과 같은 다양한 전자 기기에 널리 적용되고 있다. 특히 최근 스마트폰에 대한 수요가 증가하면서, 제한된 폼팩터에서 다양한 입력 방법을 제공할 수 있는 접촉 감지 장치로 터치스크린의 채용 비율이 날로 증가하고 있다.
휴대용 기기에 적용되는 터치스크린은 접촉 입력을 감지하는 방법에 따라 크게 저항막 방식과 정전용량 방식으로 구분할 수 있으며, 이 중 정전용량 방식은 상대적으로 수명이 길고 다양한 입력 방법과 제스처를 손쉽게 구현할 수 있는 장점으로 인해 그 적용 비율이 갈수록 높아지고 있다. 특히 정전용량 방식은 저항막 방식에 비해 멀티 터치 인터페이스를 구현하기가 용이하여 스마트폰 등의 기기에 폭넓게 적용된다.
터치스크린은 가정용, 산업용 기기에도 널리 적용되나 터치스크린 분야에서 그 비중이 가장 높고 중요한 분야는 휴대용 전자 기기 분야일 것이다. 휴대용 전자 기기의 경우, 충전기, USB 케이블 등을 통해 전원을 지속적으로 공급받을 수 있는 환경이 아닌 이상, 배터리에서 공급되는 전원에 의존하여 휴대용 전자 기기 내의 모든 모듈을 동작시켜야 하고, 따라서 전력 소모가 적으면서 안정적으로 동작할 수 있는 모듈 또는 그 운영 방법이 적용될 필요성이 있다. 터치스크린의 경우, 사용자의 입력이 언제 인가될지 모르는 상태에서 터치스크린을 지속적으로 활성 모드로 동작시키는 경우, 많은 전력을 소모하여 전체적인 배터리 수명을 저하시키고 모바일 기기에의 적용성이 나빠질 수 있다.
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 접촉 감지 장치의 동작 모드를 슬립 모드와 활성 모드로 구분하고 그 동작을 수시로 전환함과 동시에, 슬립 모드에서 유효한 접촉 입력이 인가된 경우에만 활성 모드로의 전환을 승인하고, 슬립 모드에서 유효한 접촉 입력이 인가되었는지 여부를 판단하기 위한 신호 검출 동작을 간소화하여 슬립 모드의 시구간을 증가시킴으로써 전체적인 전력 소모량을 줄이고 정확한 동작을 보장할 수 있는 접촉 감지 장치 및 그 운영 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 서로 교차하는 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부, 상기 복수의 제1 전극에 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제2 전극으로부터 감지 신호를 검출하는 회로부, 및 상기 회로부의 동작을 제어하는 제어부를 포함하고, 상기 제어부는 슬립 모드에 해당하는 제1구간 동안 상기 회로부가 상기 제1 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하고 상기 복수의 제2 전극으로부터 제1 감지 신호를 검출하도록 제어하며, 상기 제1구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는지를 판단하여 상기 슬립 모드의 해제 여부를 결정하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는 것으로 판단하면 상기 제1구간을 종료시켜 상기 슬립 모드를 해제하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1구간을 종료시켜 상기 슬립 모드를 해제한 후 활성 모드에 해당하는 제2구간을 시작하며, 상기 제2구간 동안 상기 회로부가 제2 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 순차적으로 인가하고, 상기 복수의 제2 전극으로부터 제2 감지 신호를 검출하도록 제어하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 감지 신호로부터 접촉 입력을 판단하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 활성 모드에 해당하고 상기 제1구간과 다른 제2구간 동안, 상기 회로부가 상기 제1 구동 신호와 다른 제2 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극 각각에 인가하도록 제어하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 슬립 모드에 해당하는 제1구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는지를 판단하기 위한 제1 기준값과, 상기 활성 모드에 해당하는 제2구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는지를 판단하기 위한 제2 기준값을 서로 다르게 설정하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 기준값과 상기 제2 기준값을 전압 레벨 또는 시간으로 설정하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
한편, 본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 제1구간 동안 복수의 제1전극에 동시에 제1 구동 신호를 인가하는 단계, 상기 복수의 제1전극과 교차하는 복수의 제2전극으로부터 제1 감지 신호를 동시에 검출하는 단계, 상기 제1 감지 신호에 기초하여 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부에 따라 상기 제1구간의 종료 여부를 결정하는 단계를 포함하는 접촉 감지 장치의 운영 방법을 제안한다.
또한, 상기 유효한 접촉 입력이 존재하면 상기 제1구간을 종료하고 제2구간을 시작하며, 상기 제2구간 동안 상기 복수의 제1 전극에 순차적으로 제2 구동 신호를 인가하는 단계, 및 상기 복수의 제2 전극으로부터 제2 감지 신호를 검출하여 접촉 입력을 판단하는 단계를 더 포함하는 접촉 감지 장치의 운영 방법을 제안한다.
또한, 상기 제1구간은 상기 접촉 감지 장치의 슬립 모드에 대응하고, 상기 제2구간은 상기 접촉 감지 장치의 활성 모드에 대응하는 접촉 감지 장치의 운영 방법을 제안한다.
또한, 상기 접촉 입력 판단 단계는, 상기 제2 감지 신호에 기초하여 상기 접촉 입력의 위치, 개수, 및 움직임 중 적어도 하나를 판단하는 접촉 감지 장치의 운영 방법을 제안한다.
또한, 상기 유효한 접촉 입력이 존재하지 않는 것으로 판단하면, 상기 제1구간을 종료하고 일정한 시간 범위를 갖는 제3구간을 시작하는 단계, 및 상기 제3구간이 종료되면 상기 제1구간을 시작하여 상기 복수의 제1 전극에 상기 제1 구동 신호를 동시에 인가하는 단계를 더 포함하는 접촉 감지 장치의 운영 방법을 제안한다.
또한, 상기 판단 단계는, 상기 제1 감지 신호를 소정의 제1 기준값과 비교하여 상기 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부를 판단하는 접촉 감지 장치의 운영 방법을 제안한다.
또한, 상기 판단 단계는, 상기 제1 감지 신호를 소정의 제1 기준값과 비교하여 상기 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부를 판단하는 접촉 감지 장치의 운영 방법을 제안한다.
본 발명에 따르면, 슬립 모드에서 접촉 입력의 인가 여부를 판단하는 운영 방법을 간소화하여 슬립 모드의 시구간을 최대화함으로써 전력 소모량을 줄임과 동시에, 슬립 모드에서 유효한 접촉 입력이 인가된 경우에만 접촉 감지 장치를 활성 모드로 전환시킴으로써 안정적인 동작을 확보할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치와 전기적으로 연결되는 접촉 감지 패널을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 운영 방법을 설명하는 데에 제공되는 도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 운영 방법을 설명하는 데에 제공되는 타이밍 다이어그램이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 운영 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치가 적용될 수 있는 전자 기기를 나타낸 도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력부(120), 음성 출력을 위한 오디오부(130) 등을 포함하며, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 접촉 감지 장치를 구비할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 기기 같은 경우 접촉 감지 장치가 디스플레이 장치에 일체화되어 구비되는 것이 일반적이며, 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치가 표시하는 화면이 투과할 수 있을 정도로 높은 빛 투과율을 가져야 한다. 따라서 접촉 감지 장치는 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide) 등과 같이 투명한 필름 재질의 베이스 기판에 투명하고 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 감지 전극을 형성함으로써 구현될 수 있다. 디스플레이 장치의 베젤 영역(115)에는 투명 전도성 물질로 형성된 감지 전극과 연결되는 배선 패턴이 배치되며, 배선 패턴은 베젤 영역(115)에 의해 시각적으로 차폐되므로 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속 물질로도 형성이 가능하다.
물론, 본 발명에 따른 접촉 감지 장치가 노트북의 터치 패드 등과 같이 디스플레이 장치와 일체로 구비되지 않아도 되는 경우에는, 단순하게 회로기판에 금속으로 감지 전극을 패터닝하여 제조하는 것도 가능하다. 다만 설명의 편의를 위하여, 이하 터치스크린의 경우를 전제로 본 발명에 따른 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시예에 따른 접촉 감지 장치와 전기적으로 연결되는 접촉 감지 패널을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 패널(200)은 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 감지 전극(220, 230)을 포함한다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 복수의 감지 전극(220, 230) 각각은 배선 및 본딩 패드를 통해 기판(210)의 일단에 부착되는 회로 기판의 배선 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 기판에는 컨트롤러 집적회로가 실장되어 복수의 감지 전극(220, 230)에서 생성되는 감지 신호를 검출하고, 그로부터 접촉 입력을 판단할 수 있다.
터치스크린 장치의 경우, 기판(210)은 감지 전극(220, 230)이 형성되기 위한 투명한 기판일 수 있으며, PI(Polyimide), PMMA(Polymethylmethacrylate), PET(Polyethyleneterephthalate), PC(Polycarbonate)과 같은 플라스틱 재료, 또는 강화 글라스(tempered glass)로 마련될 수 있다. 또한, 감지 전극(220, 230)이 형성되는 영역 이외에, 감지 전극(220, 230)과 연결되는 배선이 마련되는 영역에 대해서는 통상 불투명한 금속 물질로 형성되는 배선을 시각적으로 차폐하기 위한 소정의 인쇄 영역이 기판(210)에 형성될 수 있다.
복수의 감지 전극(220, 230)은 기판(210)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있으며, 터치스크린 장치의 경우 투명하고 전도성을 갖는 ITO(Indium Tin-Oxide), IZO(Indium Zinc-Oxide), ZnO(Zinc Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), 그라핀 계열 물질 등으로 형성될 수 있다. 도 2에는 마름모, 또는 다이아몬드 형상의 패턴을 갖는 감지 전극(220, 230)이 도시되었으나, 이 외에 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
복수의 감지 전극(220, 230)은 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극(220)과, Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극(230)을 포함한다. 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 기판(210)의 양면에 마련되거나, 또는 서로 다른 기판(210)에 마련되어 교차될 수 있으며, 기판(210)의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층을 형성할 수 있다.
복수의 감지 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되어 접촉 입력을 감지하는 장치는, 접촉 입력에 의해 복수의 감지 전극(220, 230)에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하고 그로부터 접촉 입력을 감지한다. 제1 전극(220)은 컨트롤러 집적 회로에서 D1~D8로 정의되는 채널에 연결되어 소정의 구동 신호를 인가받을 수 있으며, 제2 전극(230)은 S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 접촉 감지 장치가 감지 신호를 검출하는 데에 이용될 수 있다. 이때, 컨트롤러 집적 회로는 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에서 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 감지 신호로 검출할 수 있으며, 제1 전극(220) 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하고, 제2 전극(230)에서 동시에 정전용량 변화를 검출하는 방식으로 동작할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널(200)을 Y-Z 평면으로 잘라서 나타낸 단면도이며, 도 2에서 설명한 기판(310), 복수의 감지 전극(320, 330) 이외에 접촉을 인가받은 커버 렌즈(340, Cover Lens)를 더 포함할 수 있다. 커버 렌즈(340)는 감지 신호 검출에 이용되는 제2 전극(330) 상에 마련되어 손가락 등의 접촉 물체(350)로부터 접촉 입력을 인가받는다.
채널 D1~D8을 통해 순차적으로 제1 전극(320)에 구동 신호가 인가되면, 구동 신호가 인가된 제1 전극(320)과, 제2 전극(330) 사이에서 결합 정전용량이 생성된다. 제1 전극(320)에 순차적으로 구동 신호가 인가되면, 접촉 물체(350)가 접촉된 영역과 인접한 제1 전극(320)과 제2 전극(330) 사이에서 생성되는 결합 정전용량에서 정전용량 변화가 발생한다. 상기 정전용량 변화는 접촉 물체(350)와 구동 신호가 인가된 제1 전극(320) 및 제2 전극(330) 사이의 중첩된 영역의 면적에 비례할 수 있으며, 도 3에서는 채널 D2 및 D3에 각각 연결된 제1 전극(320)과 제2 전극(330) 사이에서 생성된 결합 정전용량이 접촉 물체(350)에 의해 영향을 받는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 패널부(410), 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)를 포함한다. 패널부(410)는 제1축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극과, 제1축에 교차하는 제2축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 정전용량 변화 C11~Cmn가 발생한다. 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 발생하는 정전용량 변화 C11~Cmn은 구동 회로부(420)에 의해 제1 전극에 인가되는 구동 신호에 의해 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화일 수 있다. 한편, 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.
구동 회로부(420)는 패널부(410)의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있으며, 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 인가될 수 있다. 도 4에는 구동 신호를 생성 및 인가하기 위한 회로가 복수의 제1 전극 각각에 개별적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 구동 신호 생성 회로를 구비하고 스위칭 회로를 이용하여 복수의 제1 전극 각각에 구동 신호를 인가하는 구성 또한 가능함은 물론이다.
감지 회로부(430)는 제2 전극으로부터 정전용량 변화 C11~Cmn을 감지하기 위한 적분 회로를 포함할 수 있다. 적분 회로는 적어도 하나의 연산 증폭기와 소정 용량을 갖는 커패시터 C1을 포함할 수 있으며, 연산 증폭기의 반전 입력단이 제2 전극과 연결되어 정전용량 변화 C11~Cmn을 전압 신호 등와 같은 아날로그 신호로 변환, 출력한다. 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하는 경우, 복수의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 동시에 검출할 수 있으므로, 적분 회로는 제2 전극의 갯수 m개 만큼 구비될 수 있다.
신호 변환부(440)는 적분 회로가 생성하는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 SD를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(440)는 전압 형태로 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다. 연산부(450)는 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(410)에 인가된 접촉 입력을 판단한다. 일실시예로, 연산부(450)는 패널부(410)에 인가된 접촉 입력의 갯수, 좌표, 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.
구동 회로부(420)에서 소정의 구동 신호를 패널부(410)에 인가하고, 결합 정전용량 변화 C11~Cmn을 감지 회로부(430)에서 감지하는 동작 방식은, 복수의 접촉 입력의 좌표를 정확하게 판단할 수 있는 반면 전력 소모량이 상대적으로 큰 단점이 있다. 이는 특히 사용가능한 전력량이 배터리에 따라 한정적인 모바일 기기에서 중요한 이슈가 될 수 있다. 따라서, 접촉 감지 장치에서 소모하는 전력량을 줄이기 위해, 접촉 감지 장치의 동작 모드를 슬립 모드와 활성 모드로 전환하는 구동 방식이 추가로 적용될 수 있다. 이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여 설명한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 운영 방법을 설명하는 데에 제공되는 도이다. 도 5(a)는 접촉 감지 장치(500)가 활성 모드에서 동작하는 경우를 나타낸 것이며, 도 5(b)는 접촉 감지 장치(500)가 슬립 모드에서 동작하는 경우를 도시한 것이다.
우선 도 5(a) 및 도 5(b)를 참조하면, X축(가로 방향) 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극(510)과 Y축(세로 방향) 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극(520)이 서로 교차되도록 패널 상에 마련되며, 제1 전극(510) 각각은 구동 신호가 공급되는 채널 D1~Dn에 연결되고, 제2 전극(520) 각각은 감지 신호를 검출하는 채널 S1~Sm에 각각 연결된다. 즉, 패널에서 제1 전극(510)과 제2 전극(520)은 n X m 행렬(matrix) 형태로 배치된다.
활성 모드를 나타낸 도 5(a)를 참조하면, 복수의 제1 전극(510) 각각에 순차적으로 구동 신호가 인가된다. 도 5(a)에는 D1에서부터 Dn의 순서로 구동 신호가 인가되는 것으로 도시하였으나, 순서는 관계없으며 복수의 제1 전극(510) 각각에 개별적으로 구동 신호가 인가되는 것으로 활성 모드에서의 동작이 정의된다. 구동 신호는 구동 회로부(420)에서 순차적으로 인가할 수 있으며, 구동 신호가 인가된 제1 전극(510)과 교차하는 제2 전극(520)으로부터 감지 회로부(430)가 정전용량 변화를 검출한다. 감지 회로부(430)는 정전용량 변화를 전압 신호 등과 같은 아날로그 신호로 변환하여 검출하고, 신호 변환부(440)가 이를 디지털 신호로 변환하여 연산부(450)에서 접촉 입력을 판단한다.
슬립 모드에서의 동작을 나타낸 도 5(b)를 참조하면, 제1 전극(510)에 연결되는 구동 신호 인가 채널 D1~Dn을 통해 복수의 제1 전극(510)에 동시에 구동 신호가 인가된다. 감지 신호 검출 채널 S1~Sm으로부터 감지 회로부(430)가 정전용량 변화를 검출하여 아날로그 신호를 생성하며, 특히 감지 회로부(430)는 복수의 제2 전극(520)으로부터 감지 신호 검출 채널 S1~Sm을 통해 정전용량 변화를 동시에 검출할 수 있다. 즉, 상기와 같은 운영방법을 통해 1회의 구동 신호 인가 동작과, 1회의 감지 신호 검출 동작만으로 유효한 접촉 입력이 발생하였는지 여부를 판단한다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 운영 방법을 설명하는 데에 제공되는 타이밍 다이어그램이다.
도 6에서 우선 활성 모드를 나타낸 하단의 그림을 참조하면, 구동 신호 인가 및 감지 신호 검출 동작이 발생하는 구동 & 센싱 구간과, 검출한 감지 신호로부터 접촉 입력을 판단하는 신호처리 구간을 합쳐서 제1 구간으로 정의한다. 활성 모드에서는 지속적으로 구동 신호 인가와 감지 신호 검출 및 접촉 입력 판단이 이뤄지므로, 제1 구간이 반복되어 나타난다.
슬립 모드를 나타낸 도 6의 상단 그림을 참조하면, 활성 모드에서 정의된 제1 구간이 나타난다. 즉, 구동 신호 인가와 그에 따른 감지 신호 검출 및 검출한 감지 신호를 처리하여 접촉 입력을 판단하는 동작이 우선 이뤄지고, 제1 구간의 신호 처리 결과 접촉 입력이 인가되지 않은 것으로 판단되면 슬립 구간을 포함하는 제2 구간에 진입한다. 슬립 구간은 소정의 시간 간격을 가질 수 있으며, 슬립 구간이 경과된 이후 다시 구동 & 센싱 및 신호처리 동작을 운영하여 접촉 입력이 발생하였는지 여부를 판단한다.
도 6의 경우, 슬립 모드와 활성 모드를 번갈아가면서 운영하여 전체적인 전력 소모량을 줄일 수 있는 장점이 있다. 그러나 도시된 바와 같이 슬립 모드와 활성 모드의 제1 구간이 서로 동일하게 운영되므로, 슬립 모드에서도 순차적으로 제1 전극(510)에 구동 신호가 인가되고 구동 신호가 인가된 제1 전극(510)과 교차하는 제2 전극(520)으로부터 감지 신호를 획득함으로써 슬립 구간에 진입하기 이전의 제1 구간이 상대적으로 길어지는 문제가 있다.
도 7의 실시예에서는, 도 6의 실시예보다 효율적인 활성 모드 - 슬립 모드 간의 전환 운영 동작을 구현할 수 있다. 슬립 모드가 유지되는 동작을 나타낸 도 7의 하단의 도면을 참조하면, 제1 구간에 포함되는 구동 & 센싱 구간에서 구동 신호 인가 채널 D1~Dn을 통해 복수의 제1 전극(510)에 구동 신호가 동시에 인가된다. 또한, 감지 신호 검출 채널 S1~Sm을 통해 복수의 제2 전극(520)으로부터 감지 신호를 동시에 검출한다. 따라서, 도 7에 도시된 바와 같이 제1 구간에 포함되는 구동 & 센싱 구간이 도 6의 경우에 비해 더욱 짧은 시구간으로 도시되어 있다.
슬립 모드의 제1 구간에서, 구동 & 센싱 동작을 통해 검출한 신호로부터 접촉을 판단하는 동작은 신호처리 구간에서 수행될 수 있다. 신호처리 구간에서 신호 변환부(440)는 감지 회로부(430)가 검출한 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하고 연산부(450)에서 이를 기초로 접촉 입력을 판단한다. 다만, 도 6의 경우와 달리 제1 전극(510)에 구동 신호가 동시에 인가되었으므로, 접촉 입력의 좌표 등을 판단하는 것은 불가능하며, 접촉 입력이 인가되었는지 여부, 인가된 접촉 입력이 팜(palm) 터치 등과 같은 잘못된 입력인지 여부 등만을 판단할 수 있다.
일례로, 신호 변환부(440)가 TDC(time-to-digital converter) 회로를 포함하면, 연산부(450)는 슬립 모드의 제1 구간에서 TDC 회로의 기준 전압값을 활성 모드와 다르게 적용할 수 있다. 또한, 신호 변환부(440)가 ADC(analog-to-digital converter) 회로를 포함하면, 연산부(450)는 슬립 모드의 제1 구간에서 ADC 회로의 기준 시간을 활성 모드와 다르게 적용할 수 있다. 전기적 잡음 및 팜 터치, 물방울 등과 같이 잘못된 접촉으로 인한 슬립 모드 해제를 방지하기 위해, 슬립 모드의 제1 구간에서 신호 변환부(440)에 적용되는 기준값은 실험적으로 얻어진 데이터 값으로부터 얻어질 수 있다.
구동 신호가 복수의 제1 전극(510)에 동시에 인가되어, 단 1회의 구동 신호 인가와 단 1회의 감지 신호 검출만으로 제1 구간의 구동 & 센싱 동작을 마무리할 수 있으므로, 도 7의 하단 그림과 같이 추가 슬립 구간을 얻을 수 있다. 신호처리 구간이 종료되고 유효한 접촉 입력이 발생하지 않은 것으로 판단되면, 접촉 감지 장치는 바로 슬립 구간을 포함하는 제3 구간에 진입하도록 제어되며, 짧아진 구동 & 센싱 구간 만큼을 추가 슬립 구간으로 활용하여 전력 소모량을 줄일 수 있다.
도 7의 상단 그림은 슬립 모드에서 활성 모드로 전환되는 경우를 나타낸 도이다. 우선 도 7의 하단 그림과 동일한 제1 구간에서 구동 & 센싱 및 신호처리 동작이 수행되고, 그 결과 유효한 접촉 입력이 존재하는 것으로 판단되면, 접촉 감지 장치는 제1 구간 종료와 동시에 제2 구간에 진입하도록 제어된다. 제2 구간은 일반적으로 접촉을 감지하기 위한 동작이 이뤄지는 시구간으로서, 복수의 제1 전극(510)에 순차적으로 구동 신호가 인가되고, 구동 신호가 인가된 제1 전극(510)과 교차하는 제2 전극(520)으로부터 감지 신호를 검출하여 접촉 입력을 판단하는 동작이 수행되는 구간이다. 이때, 제1 구간에서 복수의 제1 전극(510)에 동시에 인가되는 구동 신호와, 제2 구간에서 복수의 제1 전극(510) 각각에 순차적으로 인가되는 구동 신호는 서로 다른 레벨, 주기, 위상 등을 가질 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 운영 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
도 8을 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 운영 방법은 제1 구간 동안 복수의 제1 전극(510)에 동시에 제1 구동 신호를 인가하는 것으로 시작된다(S800). 복수의 제1 전극(510)에 동시에 제1 구동 신호가 인가되면, 감지 회로부(430)는 복수의 제1 전극(510)과 교차하는 복수의 제2 전극(520)으로부터 제1 감지 신호를 동시에 검출한다(S810).
감지 회로부(430)가 검출한 제1 감지 신호는 신호 변환부(440)에 의해 디지털 신호로 변환되고, 연산부(450)는 이를 기초로 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부를 판단한다(S820). S820 단계의 판단 결과, 유효한 접촉 입력이 존재하는 것으로 판단되면, 접촉 감지 장치는 제1 구간이 종료되고 제2 구간에 진입하도록 제어된다(S830). 도 7의 상단 그림에 도시된 바와 같이, 제1 구간에서 구동 & 센싱 동작 및 신호처리 동작을 통해 유효한 접촉 입력이 존재하는 것으로 판단되면, 접촉 감지 장치는 제2 구간으로 진입하게 되고 복수의 제1 전극(510)에 순차적으로 제2 구동 신호가 인가된다(S840).
S840 단계에서 인가되는 제2 구동 신호는 S800 단계에서 인가되는 제1 구동 신호와 같거나 혹은 다를 수 있으며, S840 단계를 통해 제2 구간의 구동 & 센싱 동작이 시작된다. 감지 회로부(430)는 제2 구동 신호가 인가된 제1 전극(510)과 교차하는 제2 전극(520)으로부터 제2 감지 신호를 검출하며(S850), 제2 감지 신호는 신호 변환부(440)에 의해 디지털 신호로 변환되어 연산부(450)가 접촉 입력을 판단하는 데에 이용된다(S860). S840~S850 단계가 도 7의 상단 그림에서 제2 구간의 구동 & 센싱 구간에 실행되는 동작이며, S860 단계가 도 7의 상단 그림에서 제2 구간의 신호처리 구간에 실행되는 동작일 수 있다.
한편, S820 단계의 판단 결과, 유효한 접촉 입력이 존재하지 않는 것으로 판단되면, 접촉 감지 장치는 제1 구간이 종료됨과 동시에 제3 구간에 진입하도록 제어된다(S870). 도 7의 하단 그림을 참조하면, 제1 구간의 신호 처리 구간에서 유효한 접촉 입력이 존재하지 않는 것으로 판단되는 경우, 제1 구간이 경과하고 난 후 슬립 구간을 포함하는 제3 구간에 진입한다. 앞에서 설명한 바와 같이, 본 실시예에서 슬립 구간이 포함되는 제3 구간은, 제1 구간의 구동 & 센싱 동작에서 복수의 제1 전극(510)에 동시에 구동 신호를 인가함에 따라 추가적으로 확보되는 슬립 구간을 활용할 수 있으며, 그로부터 전력 소모량을 줄일 수 있다.
접촉 감지 장치는, 제3 구간이 경과했는지 여부를 판단하고 그 판단 결과에 따라 제3 구간을 유지할지 또는 제1 구간을 다시 수행할지 여부를 결정한다(S880). 제3 구간이 경과하지 않은 것으로 판단되면 슬립 구간을 그대로 유지하고, 제3 구간이 모두 경과한 것으로 판단되면 제1 구간의 구동 & 센싱 동작을 다시 수행하여 유효한 접촉입력이 존재하는지 여부를 판단함으로써(S800~S820) 슬립 모드를 해제하고 활성 모드에 해당하는 제2 구간으로 진입할지 여부를 결정한다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
210, 310 : 기판 220, 320 : 제1 전극
230, 330 : 제2 전극 410 : 패널부
420 : 구동 회로부 430 : 감지 회로부
440 : 신호 변환부 450 : 연산부
510 : 제1 전극 520 : 제2 전극

Claims (14)

  1. 서로 교차하는 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부;
    상기 복수의 제1 전극에 제1 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제2 전극으로부터 감지 신호를 검출하는 회로부; 및
    상기 회로부의 동작을 제어하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 슬립 모드에 해당하는 제1구간 동안 상기 제1 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 동시에 인가하도록 상기 회로부를 제어하고, 상기 제1 구동 신호에 의하여 상기 복수의 제2 전극으로부터 검출된 제1 감지 신호를 기초로 상기 제1구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는지를 판단하여 상기 슬립 모드의 해제 여부를 결정하는 접촉 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는 것으로 판단하면 상기 제1구간을 종료시켜 상기 슬립 모드를 해제하는 접촉 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1구간을 종료시켜 상기 슬립 모드를 해제한 후 활성 모드에 해당하는 제2구간을 시작하며, 상기 제2구간 동안 상기 회로부가 제2 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 순차적으로 인가하고, 상기 복수의 제2 전극으로부터 제2 감지 신호를 검출하도록 제어하는 접촉 감지 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제2 감지 신호로부터 접촉 입력을 판단하는 접촉 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    활성 모드에 해당하고 상기 제1구간과 다른 제2구간 동안, 상기 회로부가 상기 제1 구동 신호와 다른 제2 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극 각각에 인가하도록 제어하는 접촉 감지 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 슬립 모드에 해당하는 제1구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는지를 판단하기 위한 제1 기준값과, 상기 활성 모드에 해당하는 제2구간 동안 유효한 접촉 입력이 존재하는지를 판단하기 위한 제2 기준값을 서로 다르게 설정하는 접촉 감지 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 기준값과 상기 제2 기준값을 전압 레벨 또는 시간으로 설정하는 접촉 감지 장치.
  8. 제1구간 동안 복수의 제1전극에 동시에 제1 구동 신호를 인가하는 단계;
    상기 복수의 제1전극과 교차하는 복수의 제2전극으로부터 제1 감지 신호를 동시에 검출하는 단계;
    상기 제1 감지 신호에 기초하여 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부에 따라 상기 제1구간의 종료 여부를 결정하는 단계; 를 포함하는 접촉 감지 장치의 운영 방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 유효한 접촉 입력이 존재하면 상기 제1구간을 종료하고 제2구간을 시작하며, 상기 제2구간 동안 상기 복수의 제1 전극에 순차적으로 제2 구동 신호를 인가하는 단계; 및
    상기 복수의 제2 전극으로부터 제2 감지 신호를 검출하여 접촉 입력을 판단하는 단계; 를 더 포함하는 접촉 감지 장치의 운영 방법.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1구간은 상기 접촉 감지 장치의 슬립 모드에 대응하고, 상기 제2구간은 상기 접촉 감지 장치의 활성 모드에 대응하는 접촉 감지 장치의 운영 방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 접촉 입력 판단 단계는,
    상기 제2 감지 신호에 기초하여 상기 접촉 입력의 위치, 개수, 및 움직임 중 적어도 하나를 판단하는 접촉 감지 장치의 운영 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 접촉 입력 판단 단계는,
    상기 제2 감지 신호를 소정의 제2 기준값과 비교하여 상기 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부를 판단하는 접촉 감지 장치의 운영 방법.
  13. 제8항에 있어서,
    상기 유효한 접촉 입력이 존재하지 않는 것으로 판단하면, 상기 제1구간을 종료하고 일정한 시간 범위를 갖는 제3구간을 시작하는 단계; 및
    상기 제3구간이 종료되면 상기 제1구간을 시작하여 상기 복수의 제1 전극에 상기 제1 구동 신호를 동시에 인가하는 단계; 를 더 포함하는 접촉 감지 장치의 운영 방법.
  14. 제8항에 있어서, 상기 판단 단계는,
    상기 제1 감지 신호를 소정의 제1 기준값과 비교하여 상기 유효한 접촉 입력이 존재하는지 여부를 판단하는 접촉 감지 장치의 운영 방법.
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