KR101416562B1

KR101416562B1 - 터치 검출 장치

Info

Publication number: KR101416562B1
Application number: KR1020120117433A
Authority: KR
Inventors: 김재흥; 조인호; 박동서
Original assignee: 크루셜텍 (주)
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-10-22
Publication date: 2014-07-10
Also published as: KR101427782B1; KR20130136360A; KR20130136356A; KR20130136364A; KR101461925B1; KR101453347B1; KR20130136350A; KR101390003B1; KR20130136376A; KR20130136353A; KR101382435B1; KR20130136357A; KR20130136361A; KR20130136362A; KR101447664B1; KR20130136358A; KR101482988B1; KR101413087B1; KR20130136374A; KR20130136414A

Abstract

본 발명의 일실시예는 터치 감도가 향상되고, 정확한 터치 좌표의 추출이 가능한 터치 검출 장치를 제공한다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 패널 및 구동 장치를 포함하여 이루어진다. 여기서, 터치 패널은 기판과, 기판 위에 매트릭스 형태로 배치된 투명 소재의 복수의 센서 패드와, 센서 패드에 연결되는 복수의 신호 배선을 가진다. 구동 장치는 터치 패널을 구동한다. 또한, 센서 패드는 제1방향으로 연장 형성되고, 하나의 행에 복수개가 배치되며, 제1방향으로 일정 간격 이격되어 반복하여 배치되는 제1센서 패드와, 제2방향으로 연장 형성되고, 제1센서 패드와 이웃한 행에 배치되는 제2센서 패드로 구성된다.

Description

터치 검출 장치{DEVICE FOR DETECTING TOUCH}

본 발명은 터치 검출 장치에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터치 감도가 향상되고, 정확한 터치 좌표의 추출이 가능한 터치 검출 장치에 관한 것이다.

터치 스크린 패널은 영상 표시 장치에 의해 표시된 내용에 기초하여 사람의 손 또는 다른 접촉수단으로 터치하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력 장치이다.

이를 위하여 터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 다른 접촉수단으로 직접 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.　 이에 따라 접촉 위치에서 선택된 지시 내용이 입력 신호로 받아들여진다.

터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전 용량 방식 등이 알려져 있다.　 이 중 정전 용량 방식의 터치 패널은 사람의 손 또는 물체가 접촉될 때 도전성 센서 패턴이 주변의 다른 센서 패턴 또는 접지 전극 등과 형성하는 정전 용량의 변화를 감지함으로써 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.

도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.

종래의 터치 스크린 패널(1)은 투명 기판(2), 투명 기판(2) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴(3), 제1 절연막(4), 제2 센서 패턴(5) 및 제2 절연막(6)과 위치 검출 라인(7)을 포함한다.

제1 센서 패턴(3)은 투명 기판(2)의 일면 위에 횡방향을 따라 연결되도록 형성된다. 예를 들면, 제1 센서 패턴(3)은 투명 기판(2) 위에 복수의 다이아몬드 모양이 일렬로 연결된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다.

이와 같은 제1 센서 패턴(3)은 Y 좌표가 동일한 하나의 행에 위치하는 제1 센서 패턴(3)끼리 서로 연결되도록 형성된 복수의 Y 패턴으로 이루어질 수 있으며, 행 단위로 위치 검출 라인(7)과 연결된다.

제2 센서 패턴(5)은 제1 절연막(4) 위에 열방향을 따라 연결되도록 형성되며, 제1 센서 패턴(3)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴(3)과 교호로 배치된다.　 예를 들면, 제2 센서 패턴(5)은 제1 센서 패턴(3)과 동일한 다이아몬드 패턴으로 형성될 수 있으며, X 좌표가 동일한 하나의 열에 위치하는 제2 센서 패턴(5)끼리 서로 연결된다. 또한 제2 센서 패턴(5)은 열 단위로 위치 검출 라인(7)과 연결된다.

한편 제1 및 제2 센서 패턴(3, 5)은 인듐-틴 옥사이드(이하, ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어지고, 제1 절연막(4)은 투명한 절연 물질로 이루어진다.

단위의 센서 패턴(3, 5)은 각각 위치 검출 라인(7)과 전기적으로 연결되어 구동 회로(도시하지 않음) 등으로 접촉 위치 신호를 공급한다.

도 1에 도시된 터치 스크린 패널(1)에 손 또는 물체가 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴(3, 5) 및 위치 검출 라인(7)을 경유하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전 용량의 변화가 전달된다.　 그리고 X 및 Y 입력 처리 회로(도시하지 않음) 등에 의하여 정전 용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.

그러나 종래의 터치 스크린 패널(1)은 X 및 Y에 대한 각각의 레이어에 ITO 패턴을 구비하여야 하고, X 레이어와 Y 레이어 사이에 절연층을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.　 더불어 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전 용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전 용량 변화를 감지하여야 한다.　 이를 위해서 복잡한 연산 및 통계 처리 과정이 필요하다.

또한 터치 전후의 전기적 신호의 차이가 극히 미세하므로 배선 저항의 영향을 받으며 이 때문에 낮은 저항을 유지하기 위하여 금속 배선을 필요로 한다.　 이러한 금속 배선을 형성하기 위해 추가의 마스크 공정이 필요하다.

또한 종래의 터치 스크린 패널(1)의 터치 검출은 저항 값에 크게 의존하며 노이즈에 민감하기 때문에 터치 검출 감도를 증가시키는 데 많은 어려움이 존재한다. 특히 터치 시 터치정전용량이 접지되는 것이 아니라 인체가 안테나로 감응하여 환경 주파수 성분의 노이즈 신호가 터치 패널에 입력으로서 유입된다. 실제로 50Hz 또는 60Hz 가정 전원을 사용하는 환경에서 손 끝에 걸리는 전기 신호는 가정 전원에서 발생되는 전기장의 간섭을 받아 해당 주파수의 입력 신호가 터치 센싱 노드에 유입된다. 인체 방사 노이즈 신호가 터치 패널에 유입되면, 터치에 의한 터치 검출 값이 크게 변화되어 터치 여부를 분간할 수 없게 된다.

더욱이 종래의 터치 스크린 패널(1)은 복잡한 연산을 통해 수 차례 축적된 정전용량의 미세한 변화를 이용하여 터치를 검출하므로 정확한 터치 면적을 산출할 수 없었다. 따라서, 사용자는 터치 면적을 사용자 입력의 하나의 수단으로 이용하는 것이 현실적으로 불가능하였다.

상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 터치 감도가 향상되고, 정확한 터치 좌표의 추출이 가능한 터치 검출 장치를 제공하는 것이다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는 기판과, 상기 기판 위에 매트릭스 형태로 배치된 투명 소재의 복수의 센서 패드와, 상기 센서 패드에 연결되는 복수의 신호 배선을 가지는 터치 패널; 그리고 상기 터치 패널을 구동하는 구동 장치를 포함하여 이루어지는 터치 검출 장치로서, 상기 센서 패드는 제1센서 패드와 제2센서 패드를 포함하며, 상기 제1센서 패드는 제1방향으로 연장 형성되며, 하나의 행에 복수개가 배치되고, 상기 제1방향으로 일정 간격 이격되어 반복하여 배치되며, 상기 제2센서 패드는 상기 제1방향과 상이한 제2방향으로 연장 형성되고, 상기 제1센서 패드와 이웃한 행에 배치되는 것인 터치 검출 장치를 제공한다.

여기서, 상기 제1센서 패드는 서로 동일한 형상으로 형성되어 하나의 쌍을 이루어 배치되되, 상기 제1방향으로 갈수록 면적이 좁아지도록 배치되는 제1단위센서 패드와, 상기 제1방향으로 갈수록 면적이 넓어지도록 배치되는 제2단위센서 패드를 가지고, 상기 제2센서 패드는 서로 동일한 형상으로 형성되어 하나의 쌍을 이루어 배치되되, 상기 제2방향으로 갈수록 면적이 넓어지도록 배치되는 제3단위센서 패드와, 상기 제2방향으로 갈수록 면적이 좁아지도록 배치되는 제4단위센서 패드를 가질 수 있다.

또한, 상기 제1단위센서 패드, 상기 제2단위센서 패드, 상기 제3단위센서 패드 및 상기 제4단위센서 패드는 직각삼각형의 형상일 수 있다.

그리고, 상기 제1센서 패드 중 상기 구동 장치와 가장 가까운 행에 구비되는 제1센서 패드의 면적은 나머지 다른 행에 구비되는 제1센서 패드 및 제2센서 패드의 면적보다 작을 수 있다.

본 발명에 따르면, 센서 패드가, 제1단위센서 패드 및 제2단위센서 패드가 하나의 쌍을 이루어 배치되는 제1센서 패드와, 제3단위센서 패드 및 제4단위센서 패드가 하나의 쌍을 이루어 배치되는 제2센서 패드로 이루어져 터치 감도를 향상시킬 수 있으며, 이를 통해 정확한 터치 좌표의 추출이 가능하다.

또한, 본 발명에 따르면, 센서 패드의 수를 줄일 수 있으며, 이를 통해, 구동 장치의 크기를 감소시킬 수 있어 실장이 유리해지고, 신호 배선의 수도 줄일 수 있기 때문에 신호 배선 사이에서 발생하는 기생정전용량의 영향을 감소시켜 터치 감도가 향상될 수 있다.

본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1은 종래의 터치 스크린 패널의 분해 평면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.
도 6은 도 5에 도시한 파형도의 충전 구간에서 충전 전압이 축전기에 충전되는 상태를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부의 블록도이다.
도 8은 도 7에 도시한 버퍼부 및 증폭부의 예시적인 회로도이다.
도 9는 도 8에 도시한 회로에 의한 입출력 신호를 도시한 개략도이다.
도 10은 도 8에 도시한 회로의 출력 신호를 필터링 처리하여 도시한 개략도이다.
도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 정보 처리부의 블록도이다.
도 12는 본 발명의 한 실시예에 따른 센서 패드에 관한 정보가 저장된 메모리의 구조를 설명하기 위한 개략도이다.
도 13은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 예시도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 평면 예시도이다.
도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 터치에 따른 터치감도를 나타낸 예시도이다.
도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 센서 패드를 비교한 예시도이다.

이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.

명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.

이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.

도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 패널(100)과 구동 장치(200) 및 이 둘을 연결하는 회로 기판(20)을 포함한다.

터치 패널(100)은 투명 소재의 유리 또는 플라스틱 필름 등의 기판(15) 위에 형성되어 있는 복수의 센서 패드(110)와 이에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(120)을 포함한다.

복수의 센서 패드(110)는 예를 들어 사각형 또는 마름모꼴일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 센서 패드(110)는 균일한 형태의 다각형 형태로 구현될 수 있다. 센서 패드(110)는 실질적으로 인접한 다각형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.

각각의 신호 배선(120)은 한 쪽 끝이 센서 패드(110)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(15)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 신호 배선(120)의 선폭은 수~수십 마이크로 미터 수준으로 상당히 좁게 설계될 수 있다.

센서 패드(110)와 신호 배선(120)은 ITO(indium-tin-oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(indium-zinc-oxide), CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.

센서 패드(110)와 신호 배선(120)은, 예를 들어 ITO막을 기판(15) 위에 스퍼터링 등의 방법으로 적층한 다음 포토리소그래피 등의 에칭 방법을 사용하여 패터닝함으로써 동시에 형성할 수 있다.

센서 패드(110)와 신호 배선(120)은 투명한 절연막(10)으로 덮일 수 있다.

터치 패널(100)을 구동하기 위한 구동 장치(200)는 인쇄 회로 기판이나 가요성 회로 필름과 같은 회로 기판(20) 위에 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않으며 기판(15)의 일부에 직접 실장될 수도 있다. 구동 장치(200)는 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230) 및 제어부(240) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 직접회로(IC) 칩으로 구현될 수 있다.

터치 검출부(210)는 신호 배선(120)과 연결되어 있으며, 제어부(240)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출의 판단 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 터치 검출부(210)는 센서 패드(110)와 연결된 다수의 스위치와 축전기를 포함할 수 있다.

또한 터치 검출부(210)는 센서 패드(110)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(230)에 기억시키며, 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.

터치 정보 처리부(220)는 메모리(230)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.

제어부(240)는 터치 검출부(210) 및 터치 정보 처리부(220)를 제어하며, 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit, MCU)을 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.

메모리(240)는 터치 검출부(210)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초한 디지털 전압과 터치 검출, 면적 산출, 터치 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 기억한다.

전술한 바와 같이, 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230), 제어부(240)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.

도 4 내지 도 6을 참고하여 터치 패널 및 터치 검출부의 구체적인 실시예 및 그 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이며, 도 6은 도 5에 도시한 파형도의 충전 구간에서 충전 전압이 축전기에 충전되는 상태를 도시한 개략도이다.

도 4를 참고하면, 터치 검출부(210)는, 선택 가능한 복수의 저항(R1~Rn), 스위칭 동작을 하는 복수의 트랜지스터(211), 복수의 기생 축전기(Cp), 복수의 구동 축전기(Cdrv), 복수의 공통 축전기(Cvcom) 및 복수의 레벨 시프트 검출부(212)를 포함하며, 신호 배선(120)을 통하여 센서 패드(110)에 연결되어 있다. 트랜지스터(211), 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv), 공통 축전기(Cvcom) 및 레벨 시프트 검출부(212)는 센서 패드(110) 및 신호 배선(120) 당 하나씩 그룹을 이룰 수 있으며, 앞으로 센서 패드(110), 신호 배선(120), 트랜지스터(211), 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv) 및 공통 축전기(Cvcom)를 합하여 "터치 셀"이라 한다. 상기 터치 셀은 각각의 구성요소가 멀티플렉서에 의해 전기적으로 연결된 경우를 포함하는 개념이다. 이하 편의상 축전기와 그 정전용량의 도면 부호는 동일하게 사용한다.

트랜지스터(211)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터로서, 게이트에는 제어 신호(Vg)가 인가되고, 소스(또는 드레인)에는 충전 신호(Vb)가 인가될 수 있으며, 드레인(또는 소스)은 신호 배선(120)에 연결될 수 있다. 제어 신호(Vg)와 충전 신호(Vb)는 제어부(240)의 제어에 의해 인가될 수 있다. 여기에서 트랜지스터(211) 대신 스위칭을 할 수 있는 다른 소자가 사용되어도 무방하다.

복수의 저항(R1~Rn)은 그 중 어느 하나가 선택되어 충전 신호(Vb)와 트랜지스터(211) 사이에 연결된다.

기생정전용량(Cp)은 센서 패드(110)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서 패드(110), 신호 배선(120) 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 기생정전용량(Cp)은 터치 검출부(210), 터치 패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생 용량을 포함할 수 있다.

공통정전용량(Cvcom)은 터치 패널(100)이 표시 장치(도시하지 않음) 위에 장착될 때 표시 장치의 공통 전극(도시하지 않음)과 터치 패널(100) 사이에 형성되는 정전용량이다. 공통 전극에는 구형파 등의 공통 전압(Vcom)이 표시 장치에 의하여 인가된다. 한편 공통정전용량(Cvcom)도 일종의 기생 용량으로서 기생정전용량(Cp)에 포함될 수 있으며, 이하 별도로 언급이 없으면 공통정전용량(Cvcom)은 기생정전용량(Cp)에 포함되는 것으로 하여 설명한다.

구동정전용량(Cdrv)은 센서 패드(110)별 소정 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 구동 축전기(Cdrv)에 인가되는 교번 전압(Vdrv)은 바람직하게는 구형파 신호이다. 교번 전압(Vdrv)은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클럭 신호일 수도 있으나 듀티비가 상이할 수도 있다. 교번 전압(Vdrv)은 별도의 교번 전압 생성 수단에 의하여 제공될 수도 있으나, 공통 전압(Vcom)을 이용할 수도 있다.

한편 도 4에서 터치정전용량(Ct)은 사용자가 센서 패드(110)를 터치할 경우에 센서 패드(110)와 사용자의 손가락 등의 터치 입력 도구 사이에 형성되는 정전용량을 나타낸 것이다.

앞으로, 사용자가 터치할 수 없는 위치에 배치되거나, 항상 터치되지 않는 전기적 특성을 갖는 셀을 배치할 수 있는데, 앞으로 이를 "기준 셀"이라 한다. "기준 셀"은 물리적으로 존재할 수도 있지만, 데이터 값만 갖는 가상의 셀이 될 수도 있다.

도 5를 참고하면, 제어부(240)는 충전 신호(Vb)와 제어 신호(Vg)를 각각 트랜지스터(211)의 소스와 게이트에 인가할 수 있다.

먼저 센서 패드(110)에 터치 입력 도구가 터치되지 않은 경우(non-touch)에 대하여 살펴본다. 충전 신호(Vb)가 예를 들면 10V로 상승한 후에, 트랜지스터(211)의 게이트에 인가되는 제어 신호(Vg)가 저전압(VL)에서 고전압(VH)으로 올라가면서 충전 구간(T1)이 시작되면 트랜지스터(211)가 턴온된다. 이에 따라 센서 패드(110)는 충전 신호(Vb)에 의하여 충전되기 시작하며, 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv) 및 공통 축전기(Cvcom)에도 충전 전압(Vb)에 의하여 전하가 충전된다. 센서 패드(110)에 충전된 전하가 목표 전압(Vpc)에 이르면 제어부(240)는 제어 신호(Vg)를 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 강하시켜 트랜지스터(211)를 턴 오프시키고, 충전 구간(T1)을 마친다. 터치 검출부(210)는 비교기(도시하지 않음)를 구비하여 목표 전압(Vpc)과 출력 전압(Vo)을 비교기의 입력으로 하고 그 출력을 제어 신호(Vg)로 사용할 수도 있다.

도 6을 참고하면 충전 구간(T1)이 시작되어 트랜지스터(211)가 턴온되면 전체 축전기(C)에 충전되는 전압, V=Vb*e-^t/(R*C)와 같다. 여기서 R은 복수의 저항(R1~R4) 중에서 선택된 저항값이고, C는 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv) 및 공통 축전기(Cvcom)의 정전용량의 합이다. 만약 충전 전압(Vb)이 목표 전압(Vpc)보다 충분히 큰 전위에 있으면, 위 수식에 의하여 목표 전압(Vpc)에 도달하는 시간을 단축할 수 있다.

예를 들어, 목표 전압(Vpc)이 5V일 때, 충전 전압(Vb)이 5V인 경우(V1)보다 충전 전압(Vb)이 10V 인 경우(V2) 목표 전압(Vpc)에 도달되는 시간은 전자의 절반 수준으로 단축시킬 수 있다. 이에 따라 터치 검출 속도를 빠르게 할 수 있다. 또한 복수의 저항(R1~Rn) 중에서 선택되는 저항값에 따라 축전기(C)에 충전되는 전압(V)의 파형은 V3과 같이 달라질 수 있다.

따라서, 터치 검출 시 특정 주파수 대역에서의 오동작이 발생할 경우, 복수의 저항(R1~Rn) 중에서 저항을 선택하여 오동작 대역의 회피 기동이 가능하도록 할 수 있다. 저항(V1~Vn)뿐만 아니라 목표 전압(Vpc)과 충전 전압(Vb)도 필요에 따라 가변시킬 수 있으며, 이에 따라 전하 충전 속도와 전류량을 제어할 수 있다. 충전 전압(Vb)이 충분히 고압인 경우 목표 전압(Vpc)을 높여 상대적인 강전류 검출이 가능하며, 이와 같이 강전류 검출 조건이 성립되면 터치 검출 시 축전기(C)의 충전 전위가 높기 때문에 인체로부터 방사되는 허압 상태의 방사 노이즈에 강한 특성을 갖게 된다.

다음, 제어 신호(Vg)가 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 내려가면서 센싱 구간(T2)이 시작되면 트랜지스터(211)가 턴 오프되고, 터치 축전기(Ct), 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv) 및 공통 축전기(Cvcom)가 충전된 상태로 고립된다. 이 때, 충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위하여 레벨 시프트 검출부(212)의 입력단은 하이 임피던스를 갖는 것이 바람직하지만, 센서 패드(110) 및 구동 축전기(Cdrv) 등에 충전된 신호를 방전시키면서 터치 입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속한 관찰이 가능한 경우에는 레벨 시프트 검출부(212)의 입력단의 임피던스가 낮아도 무방하다.

이와 같이 센서 패드(110) 등에 충전된 전하가 고립되어 있는 상태를 플로팅(floating) 상태라 칭한다. 이때, 구동 축전기(Cdrv)에 인가된 교번 전압(Vdrv)이, 예를 들면 0V에서 5V로, 상승하면 센서 패드(110)의 출력 전압(Vo)은 전압 레벨이 순간적으로 상승되고, 다시 5V에서 0V로 하강하면 출력 전압(Vo)의 레벨은 순간적으로 강하된다. 이렇게 전압 레벨이 상승 또는 강하되는 현상은 "킥 백(kick-back)"이라고 불리기도 한다.

센서 패드(110)에 터치가 없는 경우, 즉 센서 패드(110)에 연결된 축전기가 구동 축전기(Cdrv)와 기생 축전기(Cp)밖에 없는 경우에는 이들 축전기(Cdrv, Cp)에 의한 출력 전압(Vo)의 전압 변동(ΔVo)은,

[수학식 1]

로 주어진다. 여기서 VdrvH와 VdrvL은 각각 교번 전압(Vdrv)의 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이다.

다음으로 센서 패드(110)에 터치 입력 도구가 터치된 경우에 대하여 살펴본다. 터치 발생 시에는 센서 패드(110)와 터치 입력 도구 사이에 터치 축전기(Ct)가 형성되며, 이에 따라 센서 패드(110)에 연결된 축전기는 구동 축전기(Cdrv)와 기생 축전기(Cp) 외에도 터치 축전기(Ct)가 더해진다. 앞서 설명한 방식과 마찬가지로 충전 구간(T3)에서 충전 전압(Vb)에 의하여 충전을 시키고, 센싱 구간(T4)에서 이들 세 축전기(Cdrv, Cp, Ct)에 의한 센서 패드(110)의 전압 변동(ΔVo)은 다음 [수학식 2]와 같아진다.

[수학식 2]

[수학식 1]과 [수학식 2]를 비교하면, [수학식 2]의 분자 항목에 터치정전용량(Ct)이 추가된 것이므로, 결국, 터치가 있는 경우의 전압 변동(ΔVo)은 터치가 없는 경우의 전압 변동(ΔVo)에 비하여 작고, 그 차이는 터치 용량(Ct)에 따라 달라진다. 이와 같이 터치 전후의 전압 변동(ΔVo)의 차이를 "레벨 시프트"라고 칭한다.

일반적으로 축전기의 정전용량(C)은 전극의 면적(A)에 비례하고 전극 사이의 거리(d)에 비례하므로, 즉 C=εA/d (ε은 유전 상수)이다. 따라서, 터치 면적이 커질수록 터치정전용량(Ct)이 커진다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(211)가 턴 오프 되는 센싱 구간(T2, T4)에서 구동 축전기(Cdrv)에 인가되는 교번 전압(Vdrv)의 변동이 발생하면, 출력 전압(Vo)의 전압 변화가 발생한다. 이와 같은 관계를 이용하여, 터치 전후의 출력 전압(Vo)의 전압 변동(ΔVo)의 차이를 이용하여 터치 여부 및 터치 면적을 산출할 수 있다.

다시 도 4를 참고하면, 레벨 시프트 검출부(212)는 플로팅 상태에서 교번 전압(Vdrv)에 의해 발생하는 레벨 시프트를 검출한다. 구체적으로, 레벨 시프트 검출부(212)는 터치 미발생 시의 센서 패드(110)에서의 출력 전압(Vo)의 변동분(ΔVo) 및 터치 발생시 센서 패드(110)에서의 출력 전압(Vo)의 변동분(ΔVo)을 측정하여 레벨 시프트가 발생하였는지를 검출할 수 있다. 즉, 센서 패드(110)의 전위는 인가된 교번 전압(Vdrv)에 의해 상승 또는 하강 하게 되는데, 터치가 발생한 경우의 전압 레벨 변동은 터치가 발생하지 않은 경우의 전압 레벨 변동 보다 작은 값을 가진다. 따라서, 레벨 시프트 검출부(212)는 터치 전후의 출력 전압(Vo) 레벨을 비교함으로써 레벨 시프트를 검출한다. 또한, 레벨 시프트 검출부(212)는 전압 변동분의 차분에 기초하여 터치 신호를 획득할 수 있다.

그러면 레벨 시프트 검출부(212)에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.

도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부의 블록도이다.

도 7을 참고하면, 본 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부(212)는 증폭부(2121), 버퍼부(2122), 기준 전압 제공부(2123), 아날로그-디지털 변환부(ADC)(2124), 레벨 시프트 출력부(2125), 레벨 시프트 보정부(2126) 및 노이즈 보정부(2127)를 포함한다. 레벨 시프트 검출부(212)는 필요에 따라 이들 중 적어도 하나의 요소를 생략할 수 있으며, 이 외에도 주파수 전압 변환기(Voltage to Frequency Converter, VFC), 플립플롭(Flip-Flop), 래치(Latch), 트랜지스터(Transistor), 박막 트랜지스터(Thin Film Transistor), 비교기 등 중 적어도 하나를 더 조합하여 구성될 수 있다.

증폭부(2121)는 터치 셀의 출력 전압(Vo)을 증폭한다. 증폭부(2121)는 차동 증폭기일 수 있고, 이 때 차동 증폭기의 두 입력은 터치 셀의 출력 전압(Vo)과 기준 셀의 기준 전압(Vr)일 수 있으며, 증폭부(2121)는 두 전압(Vo, Vr)의 차를 증폭하여 증폭 전압(Vop)을 출력한다.

여기에서 앞서 언급한 것처럼 터치 셀은 도 4에 도시한 센서 패드(110), 신호 배선(120), 트랜지스터(212), 구동 축전기(Cdrv) 및 기생 축전기(Cp)를 포함하고, 터치가 있는 경우에는 터치 축전기(Ct)를 더 포함하는 통상의 터치 셀을 의미하고, 기준 셀은 사용자의 터치가 발생하지 않아 터치 축전기(Ct)를 포함하지 않는 터치 셀을 의미한다.

터치 셀의 출력 전압(Vo)과 기준 셀의 기준 전압(Vr)의 전압 차이(ΔV = Vr - Vo)는 교번 전압(Vdrv)이 고전압(VdrvH)일 때의 전압 차이를 의미하고, 이 전압 차이(ΔV)는 터치 전후의 전압 변동(ΔVo)의 차이(레벨 시프트)와 같고, 다음 [수학식 3]과 같이 표현될 수 있다.

[수학식 3]

여기서 ΔVr=Vr-Vb, ΔVo=Vo-Vb이다.

터치정전용량(Ct)이 0일 때, 즉 미터치 시 전압 차이(ΔV)는 0이고, 터치정전용량(Ct)이 증가할수록 전압 차이(ΔV)도 증가한다. 터치정전용량(Ct)은 터치 면적(A)에 비례하고 터치 수단과 센서 패드(110) 사이의 거리(d)에 반비례하므로, 즉 Ct=εA/d (ε은 유전 상수)이므로, 거리(d)가 일정한 경우 터치 면적(A)과 터치정전용량(Ct)은 선형 비례 관계이다. 따라서 전압 차이(ΔV)가 클수록 터치 면적(A)도 큰 것으로 이해할 수 있다.

한편, 기준 전압 제공부(2123)는 기준 셀을 대신하여 증폭부(2121)에 기준 전압(Vr)을 제공할 수 있다. 기준 전압 제공부(2123)는 센서 패드(110)별로 메모리(230)에 기준 전압(Vr)의 디지털 값을 기억해 두고 이를 독출한 후 디지털-아날로그 변환을 거쳐 아날로그 기준 전압(Vr)을 차동 증폭기에 제공할 수 있다. 증폭부(2121)가 단일 입력 증폭기인 경우에는, 기준값 제공부(2123)는 감산 회로를 포함할 수 있으며, 증폭부(2121)의 증폭비와 동일한 수준으로 증폭된 기준 전압(Vr)에서 증폭부(2121)의 증폭 전압(Vop)을 감산한 값을 출력할 수도 있다.

버퍼부(2122)는 증폭부(2121)로부터의 증폭 전압(Vop)이 변동되지 않도록 증폭 전압(Vop)을 유지하여 출력 전압(Vob)으로 내보내며, 예를 들면 레일 투 레일(rail to rail) 버퍼일 수 있다.

노이즈 보정부(2127)는 버퍼부(2122)의 출력 전압(Vob)으로부터 터치 접촉 수단의 접촉에 따라 유입된 노이즈 성분을 제거하고 버퍼부(2122)의 출력 전압(Vob)을 보정한다.

그러면 도 8 내지 도 10을 참고하여 노이즈 보정부(2127)에 대하여 좀 더 상세하게 설명한다.

도 8은 도 7에 도시한 버퍼부(2122) 및 노이즈 보정부(2127)의 예시적인 회로도이고, 도 9는 도 8에 도시한 회로에 의한 입출력 신호를 도시한 개략도이며, 도 10은 도 8에 도시한 회로의 출력 신호를 필터링 처리하여 도시한 개략도이다.

도 8을 참고하면 노이즈 보정부(2127)는 두 개의 차동 증폭기(2127a, 2127b)를 포함한다. 증폭부(2121)의 증폭 전압(Vop)이 버퍼부(2122)에 입력되고, 버퍼부(2122)의 출력 전압(Vob)은 차동 증폭기(2127a)의 + 단자와 차동 증폭기(2127b)의 - 단자에 입력되며, 추적 전압(Vtr)은 차동 증폭기(2127a)의 - 단자와 차동 증폭기(2127b)의 + 단자에 입력된다. 따라서, 차동 증폭기(2127a)는 버퍼부(2122)의 출력 전압(Vob) 중에서 추적 전압(Vtr)보다 큰 부분을 증폭하여 전압(Vop)을 내보내고, 차동 증폭기(2127b)는 출력 전압(Vob) 중에서 추적 전압(Vtr)보다 작은 부분을 반전 증폭하여 전압(Vom)을 내보낸다.

노이즈 보정부(2127)는, 도 9에 도시한 것처럼, 차동 증폭기(2127a)의 출력 신호(Vop)와 차동 증폭기(2127b)의 출력 신호(Vom)의 진폭이 실질적으로 동일하도록 추적 전압(Vtr)을 설정한다. 예를 들면 차동 증폭기(2127a) 출력 신호(Vop)의 최댓값에서 차동 증폭기(2127b) 출력 신호(Vom)의 최댓값을 뺀 값을 2로 나눈 값을 추적 전압(Vtr) 값으로 할 수 있다. 이와 같이 추적 전압(Vtr)을 설정함으로써 추적 전압(Vtr)을 기준으로 버퍼부(2122)의 출력 전압(Vob)의 + 피크값과 - 피크값의 크기는 실질적으로 동일하게 된다.

노이즈 보정부(2127)는 아날로그 또는 디지털 저역 필터를 더 포함할 수 있으며, 차동 증폭기(2127a)의 출력 신호(Vop) 및 차동 증폭기(2127b)의 출력 신호(Vom)를 이 저역 필터에 통과시켜 얻은 신호(Vop', Vom')를 합산한다. 그러면 도 10에 도시한 것처럼, 정류기를 통과한 것과 유사하게 평탄한 파형을 가진 출력 신호(Vop'+Vom')를 얻게 되며, 이 신호가 노이즈 보정된 레벨 시프트 값에 대응하게 된다.

도 4에서 손가락 등의 터치 입력 수단이 센서 패드(110)에 접촉되면 인체 방사 노이즈가 센서 패드(110)를 통하여 유입되고 이것은 출력 전압(Vo)에 영향을 미치게 되어 터치 여부를 판단하기 어렵게 된다. 도 9의 첫 번째 파형과 같이 인체 방사 노이즈가 포함된 버퍼부(2122) 출력 전압(Vob)을 그대로 사용한다면 추적 전압(Vtr) 아래 부분의 파형에서 터치가 발생하여도 미터치로 판단될 수 있고, 또한 정확한 터치 면적을 산출하기도 어렵다. 그러나 추적 전압(Vtr)을 기준으로 하여 버퍼부(2122) 출력 전압(Vob)의 하측 부분을 반전시키고 이를 상측 부분과 합산하면 노이즈에 대한 영향을 제거할 수 있으며 정확한 터치 면적을 산출할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부(212)의 증폭부(2121)는 생략될 수 있다. 이 경우 센서 패드(110)의 출력 전압(Vo)은 버퍼부(2122)에 직접 입력되고, 노이즈 보정부(2127)의 차동 증폭기(2127a, 2127b)를 이용하여 센서 패드(110)의 출력 전압(Vo)을 증폭할 수 있다. 또한 기준 셀에 대하여도 노이즈 보정부(2127)를 거쳐 기준 셀의 기준 전압(Vr)을 증폭할 수 있으며, 증폭된 출력 전압(Vo)과 증폭된 기준 전압(Vr)을 이용하여 레벨 시프트를 산출할 수 있다.

아날로그-디지털 변환부(2124)는 노이즈 보정부(2127)에서 이용되는 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 필요에 따라 차동 증폭기(2127a) 및 차동 증폭기(2127b)의 출력 신호(Vop, Vom)를 변환하거나 이들의 합 신호(Vop+Vom)를 변환 할 수도 있으며, 필터 처리된 후의 신호를 디지털 변환할 수도 있다. 아날로그-디지털 변환부(2124)는 노이즈 보정부(2127)의 출력 신호를 4 개의 구간으로 나누고 각 구간에 대하여 크기 순서대로 2 비트의 디지털 값을 부여할 수 있다. 그러나 디지털 값을 2 비트로 한다는 것은 하나의 예일 뿐 4 비트, 8 비트, 10 비트 등 다른 비트 수도 가능하다.

앞으로 설명의 편의를 위하여 어떠한 방식으로 처리되든지, 노이즈 보정부(2127)의 최종 출력 신호(Vop'+Vom')가 디지털 변환된 값을 "레벨 시프트 출력값"이라 한다.

한편, [수학식 3]에서 터치정전용량(Ct) 값이 분모에 위치하므로 터치 전후의 전압 차이(ΔV)는 터치정전용량(Ct) 값이 상승함에 따라 상승하지만 완전한 선형성을 갖지 않는다. 레벨 시프트 보정부(2126)는 터치 셀의 비선형성을 보정하여 터치에 따른 면적과 출력값이 선형적인 관계가 될 수 있도록 레벨 시프트 출력값을 보정한다.

일 예로서, 레벨 시프트 보정부(2126)는 레벨 시프트 출력값과 터치정전용량(Ct) 값이 일대일로 대응하는 테이블을 포함할 수 있으며, 레벨 시프트 출력값에 대응하는 터치정전용량(Ct) 값을 추출하여 내보낼 수 있다.

다른 예로서, 레벨 시프트 보정부(2126)는 레벨 시프트 출력값을 구간별로 나누고 각 구간에서 선형 함수를 생성하고 각각의 전압 차이(ΔV)에 대해 상기 생성된 선형 함수의 출력 값을 매칭시킬 수도 있다.

또 다른 방법으로는, 각각의 전압 차이(ΔV)의 출력에 미리 정해진 가중치를 부여하여 보정함으로써, 전압 차이(ΔV)와 터치 면적(A) 사이에 선형성을 부여할 수 있다.

한편, 전압 차이(ΔV)와 터치 면적(A)의 관계가 완벽한 선형 비례가 아니더라도 기울기가 충분히 완만하여 면적 산출에 충분한 정확도를 제공하는 경우, 실질적으로 선형 비례하는 것으로 취급하고, 특별한 보정 처리 없이 전압 차이(ΔV)를 터치 면적(A) 산출에 이용할 수 있다. 이 경우 레벨 시프트 보정부(2126)는 레벨 시프트 검출부(212)에서 생략될 수 있다.

레벨 시프트 출력부(2125)는 레벨 시프트 보정부(2126)에서 보정된 값을 출력하여 메모리(230)에 저장한다.

이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부(212)에 의하면, 인체 접촉으로부터 발생되는 노이즈 유입을 적절하게 보상할 수 있고, 또한 터치 전후의 레벨 시프트와 터치 면적(A)은 선형 비례 관계에 있게 된다. 따라서 이러한 선형 비례 관계를 이용하면 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 매우 정확한 터치 면적과 터치 좌표를 검출할 수 있다.

그러면 도 11내지 도 13을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치가 터치 면적 및 터치 좌표를 검출하는 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

도 11은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 정보 처리부의 블록도이고, 도 12는 발명의 한 실시예에 따른 센서 패드에 관한 정보가 저장된 메모리의 구조를 설명하기 위한 개략도이며, 도 13은 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 방법을 도시한 흐름도이다.

도 11에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 정보 처리부(220)는 터치 셀을 검출하는 터치 셀 검출부(221), 터치가 발생한 터치 셀의 터치 면적을 산출하는 터치 면적 산출부(222), 그리고 산출된 터치 면적을 이용하여 터치 좌표를 산출하는 터치 좌표 산출부(223)를 포함한다.

도 12에 도시한 메모리(230)는 예를 들어 터치 셀[엄밀하게 말하면 센서 패드(110)라고 해야 하나 설명의 편의상 터치 셀로 사용함]에 대응하는 주소를 가지는 복수의 메모리 셀을 포함할 수 있으며, 각 메모리 셀은 레벨 시프트 검출부(212)를 통하여 증폭, 디지털화 및 보정된 레벨 시프트 값(ΔVD)을 기억할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 메모리(230)에 기억되어 있는 레벨 시프트 값(ΔVD)은 센서 패드(110)에 대한 터치 면적과 선형 비례한다. 따라서, 이러한 레벨 시프트 값(ΔVD)을 터치된 디지털 면적 값과 동일하게 취급하도록 한다. 레벨 시프트 값(ΔVD)은 예를 들어 2bit로 디지털화되었을 때, 00, 01, 10, 11의 4개의 값을 가질 수 있다. 여기서, 00은 터치가 되지 않은 것을 의미하며, 11은 센서 패드(110) 전체가 터치되어 덮인 것을 의미한다. 전술한 바와 같이, 레벨 시프트 값(ΔVD)의 크기는 하나의 센서 패드(110)에 대한 터치 면적의 크기와 대응한다.

도 12에는 M11 내지 M54의 메모리 셀이 도시되어 있으며, 이는 각각 터치 셀 C11 내지 C54에 대응한다. 터치 셀(C11, C12, C21, C22, C34, C44)에 터치가 발생되었다면 터치가 없거나 거의 없는 터치 셀에 대응하는 메모리 셀(M13, M14, M23, M24, M31, M32, M33, M41, M42, M43, M51, M52, M53, M54)에는 00이 기억되고, 터치가 발생된 터치 셀(C11, C12, C21, C22, C34, C44)에 대응하는 메모리 셀(M11, M12, M21, M22, M34, M44)에는 접촉 면적에 따른 디지털 값이 기억되어 있을 것이다.

터치 정보 처리부(220)는 메모리(230)로부터 이러한 터치 셀(C11~C54)의 디지털 면적값들을 읽어 와서 접촉 면적과 접촉 위치를 판단할 수 있다.

도 13을 참고하면, 본 실시예에 따른 터치 검출 장치는 먼저, 터치 검출 장치가 장착되는 표시 장치의 공통 전압(Vcom) 주기를 검출한다(S100). 터치 검출 장치는 공통 전압(Vcom) 주기 검출을 위한 별도의 회로를 포함할 수 있으나, 이와 달리 공통 전압(Vcom)의 주기 및 상승(또는 하강) 에지 시점과 같은 공통 전압(Vcom)에 대한 정보를 표시 장치로부터 제공받을 수도 있다.

터치 검출 장치는 공통 전압(Vcom)이 고전압(또는 저전압)인 상태에서 교번 전압(Vdrv)의 상승 에지와 하강 에지가 발생되도록 교번 전압(Vdrv)의 타이밍을 제어한다. 이와 같이 함으로써 교번 전압(Vdrv)에 의한 레벨 시프트가 공통 전압(Vcom)에 의하여 왜곡되지 않도록 할 수 있다.

한편, 앞서 설명한 바와 같이 공통 전압(Vcom)은 터치 검출 장치의 교번 전압(Vdrv)으로 이용될 수 있으며, 이 경우 교번 전압(Vdrv)을 생성하기 위한 별도의 수단은 생략될 수 있다. 공통 전압(Vcom)의 주기에 따라 제어 신호(Vg)의 주기가 결정되며, 바람직하게는 도 5에 도시한 바와 같이 제어 신호(Vg) 주기가 공통 전압(Vcom) 주기의 2배가 되도록 할 수 있다. 공통 전압(Vcom)이 고전압(VdrvH)인 상태에서 제어 신호(Vg)의 상승 에지 및 하강 에지가 발생하지 않도록 제어 신호(Vg)의 타이밍을 제어한다.

터치 검출 장치는 충전 신호(Vb)가 상승된 상태에서 제어 신호(Vg)를 저전압(VL)에서 고전압(VH)으로 상승시켜 트랜지스터(211)를 턴온하여 센서 패드(110)를 충전 신호(Vb)로 충전한다(S110).

그러고 터치 검출 장치는 각각의 터치 셀에 대하여 제어 신호(Vg)를 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 하강시켜 센서 패드(110)를 플로팅 상태로 만든다. 그 후 공통 전압(Vcom)이 저전압(VdrvL)에서 고전압(VdrvH)으로 상승하면 센서 패드(110)의 출력 전압(Vo)을 측정하여 각각의 센서 패드(110)를 미리 정해진 순서로 스캔한다(S120).

터치 검출 장치는 출력 전압(Vo)을 증폭하고 아날로그-디지털 변환함으로써 레벨 시프트 값(ΔVD)을 검출한다(S130). 검출된 레벨 시프트 값(ΔVD)은 각각의 터치 셀에 대응되어 메모리(230)에 기록된다.

레벨 시프트 값(ΔVD)이 0인지 판단하여(S140) 0인 경우는 단계(S110) 내지 단계(S130)를 반복한다(S140). 즉, 레벨 시프트 값(ΔVD)이 0이면 터치 셀은 터치가 발생되지 않은 것이므로 터치가 발생될 때까지 레벨 시프트 값(ΔVD)을 검출한다.

레벨 시프트 값(ΔVD)이 0이 아니면, 레벨 시프트 값(ΔVD)이 0이 아닌 인접 터치 셀로 이루어진 터치 셀 그룹을 추출해낸다(S150). 본 발명의 일 실시예에 따르면, 센서 패드(110)는 각각 고립된 매트릭스 형태로 구현되기 때문에 멀티 터치 감지 기능을 제공한다. 따라서, 멀티 터치가 발생했을 경우, 각각의 터치 면적과 좌표를 산출하기 위하여 터치가 발생한 터치 셀을 그룹핑하는 단계가 필요하다.

이어 터치 셀 그룹의 레벨 시프트 값(ΔVD)을 기초로 하여, 터치 영역의 면적을 산출한다(S160). 전술한 바와 같이, 레벨 시프트 값(ΔVD)과 터치 면적은 상호 비례하기 때문에 터치 셀 그룹 내의 레벨 시프트 값(ΔVD)을 합산함으로써 터치 면적을 산출할 수 있다.

다음, 산출된 터치 영역의 면적으로부터 터치 영역의 좌표를 산출한다(S170). 본 발명의 일 실시예에서 따른 터치 패널(100)은 센서 패드(110)가 크기가 균일한 다각형의 형태를 가지며, 촘촘하게 매트릭스 형태로 배치된다. 따라서, 센서 패드(110) 각각은 미리 정해진 면적과 주소를 가진 상태에서 표시 장치를 덮게 된다. 따라서, 센서 패드(110)의 점유 면적은 영상 표시 장치의 좌표와 매칭될 수 있다.

단계(S170)에서 산출된 터치 면적으로부터 각각의 센서 패드(110)에 대해 터치 점유 면적에 관한 정보가 산출되면, 센서 패드 매트릭스의 X축과 Y축의 터치 면적 분포를 구할 수 있다. 상기 면적 분포에 기초하여 X축 및 Y축의 면적 중심점을 구하면 전체 터치 면적의 중심점에 대응하는 터치 좌표를 산출할 수 있다. 이러한 터치 패널(100)의 구조와 상기 산출된 터치 면적을 이용하여 터치 좌표를 매우 정확하게 산출할 수 있다.

이러한 단계[(S110) 내지 (S170)]를 반복함으로써 지속적으로 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표를 검출할 수 있다.

도 14는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 예시도이고, 도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 평면 예시도이고, 도 16 및 도 17은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 터치에 따른 터치감도를 나타낸 예시도이다. 본 실시예에 따른 터치 검출 장치에서는 센서 패드의 구성이 다를 수 있으며, 다른 구성은 전술한 실시예와 동일하므로 설명을 생략한다.

도 14 내지 도 17에서 보는 바와 같이, 본 실시예에 따른 터치 검출 장치는, 기판(3015)과, 기판(3015) 위에 매트릭스 형태로 배치된 투명 소재의 복수의 센서 패드와 센서 패드에 연결되는 복수의 신호 배선(3120)을 가지는 터치 패널(3001) 및 터치 패널(3001)을 구동하는 구동 장치(3200)를 포함하여 이루어질 수 있다.

또한, 센서 패드와 신호 배선(3120)은 투명한 절연막(3010)으로 덮일 수 있다.

그리고, 센서 패드는 제1센서 패드(3110)와 제2센서 패드(3115)로 구성될 수 있다.

여기서, 제1센서 패드(3110)는 제1방향으로 연장 형성되고, 하나의 행에 복수개가 배치되며, 제1방향으로 일정 간격 이격되어 반복하여 배치될 수 있다.

상세하게는, 제1센서 패드(3110)는 제1단위센서 패드(3111) 및 제2단위센서 패드(3112)로 구성될 수 있다.

여기서, 제1단위센서 패드(3111) 및 제2단위센서 패드(3112)는 서로 동일한 형상으로 형성될 수 있으며, 하나의 쌍을 이루어 배치될 수 있다.

그리고, 제1단위센서 패드(3111)는 제1방향으로 갈수록 면적이 좁아지도록 배치될 수 있고, 제2단위센서 패드(3112)는 제1방향으로 갈수록 면적이 넓어지도록 배치될 수 있다.

또한, 제1단위센서 패드(3111) 및 제2단위센서 패드(3112)는 직각삼각형의 형상으로 형성될 수 있으며, 하나의 쌍을 이루게 되면서 제1센서 패드(3110)는 전체적으로는 직사각형의 형상을 이룰 수 있다.

한편, 제1단위센서 패드(3111)가 제1방향으로 갈수록 면적이 좁아지도록 배치되고, 제2단위센서 패드(3112)는 제1방향으로 갈수록 면적이 넓어지도록 배치되는 것에 반드시 한정되지 않고, 제1단위센서 패드(3111)와 제2단위센서 패드(3112)가 반대로 적용될 수도 있다.

이를 통해, 도 16의 (a)에서 보는 바와 같이, 제1지점(TP1)에서 사용자의 터치가 이루어지는 경우에는 제1단위센서 패드(3111)에 의해 제1터치감도(TS1)를 얻을 수 있고, 제2지점(TP2)에서 사용자의 터치가 이루어지는 경우에는 제1단위센서 패드(3111) 및 제2단위센서 패드(3112)에 의해 제2터치감도(TS2)를 얻을 수 있으며, 제3지점(TP3)에서 사용자의 터치가 이루어지는 경우에는 제2단위센서 패드(3112)에 의해 제3터치감도(TS3)를 얻을 수 있다.

즉, 제1지점(TP1)에서 제3지점(TP3)까지 이어지는 구간에서 행 방향으로 사용자 터치가 연속적으로 이루어질 때, 두 개의 센서 패드에 걸쳐 중첩적으로 터치가 이루어지기 때문에, 해당 구간 내에서 각 센서 패드에서 얻어지는 최대 터치 감도에 상응하는 터치 감도가 비교적 일정하게 유지될 수 있다.

이러한 터치감도는 도 16의 (b) 및 (c)에서 보는 바와 같이, 터치감도에 미치는 영향이 하나의 센서 패드(1100)에 의한 것이 아니기 때문에 가능해질 수 있다.

즉, 도 16의 (b)에서 보는 바와 같이, 각각의 센서 패드(1100) 간의 간격(d1)이 넓은 경우, 간격(d1)이 넓을수록 사용자의 터치시에 접촉되는 면적이 작게 되기 때문에 터치감도의 변화가 낮게 되어(약 20% 정도) 정확한 터치 위치를 파악하기가 어려울 수 있다.

또한, 도 16의 (c)에서 보는 바와 같이, 각각의 센서 패드(1100) 간의 간격(d2)을 좁히게 되면 터치감도는 어느 정도 확보 가능하지만(약 40% 정도), 센서 패드(1100)의 수가 증가함으로 인해 센서 패드(1100)와 구동 장치를 연결하는 신호 배선의 수 또한 증가하게 된다. 즉, 신호 배선수의 증가는 신호 배선들 간에 발생하는 기생정전용량(Coupling Cp와 Parasitic Cp)을 증가시켜, 터치감도의 저하 및 좌표 검출의 정확성을 저하시키는 요인이 된다. 그리고, 신호 배선수의 증가에 따라 구동 장치에서의 채널 개수 또한 늘어나야 하기 때문에 구동 장치의 크기 증대가 불가피할 뿐만 아니라, 신호 배선의 배치를 위한 공간 확보를 위해 센서 패드의 형상을 불가피하게 변경해야 하는 경우가 발생할 수 있다.

그러나, 도 16의 (a)에서 보는 바와 같이, 제1센서 패드(3110)가 하나의 쌍을 이루어 배치되는 두 개의 단위센서 패드(3111,3112)로 이루어지기 때문에 단위센서 패드(3111,3112) 간의 간격에 따라 터치감도에 미치는 영향이 줄어들 수 있다.

즉, 하나의 쌍을 이루어 배치되는 두 개의 단위센서 패드(3111,3112)에 터치되는 면적이 감지됨으로써 상호 보완적이 되어 터치감도의 저하를 보상할 수 있다.

따라서, 터치감도의 안정화가 가능하며, 이를 통해, 더욱 정확한 터치 좌표가 추출될 수 있다.

또한, 하나의 쌍을 이루어 배치되는 두 개의 단위센서 패드(3111,3112)가 서로 상보적인 역할을 하기 때문에 터치감도의 저하를 보상해 줄 수 있게 된다.

한편, 제2센서 패드(3115)는 제2방향으로 연장 형성되고, 제1센서 패드(3110)와 이웃한 행(R2,R4))에 배치될 수 있다.

또한, 제2센서 패드(3115)도 하나의 행(R2,R4)에 복수개가 배치되며, 제1방향으로 일정 간격 이격되어 반복하여 배치될 수 있다.

따라서, 전체적으로는 제1센서 패드(3110)와 제2센서 패드(3115) 모두 하나의 행 단위로 배치되고, 제1방향을 따라 일정 간격 이격되어 반복하여 배치될 수 있다.

그리고, 제2센서 패드(3115)는 제3단위센서 패드(3116) 및 제4단위센서 패드(3117)로 구성될 수 있다.

여기서, 제3단위센서 패드(3116) 및 제4단위센서 패드(3117)는 서로 동일한 형상으로 형성될 수 있으며, 하나의 쌍을 이루어 배치될 수 있다.

그리고, 제3단위센서 패드(3116)는 제2방향으로 갈수록 면적이 넓어지도록 배치될 수 있고, 제4단위센서 패드(3117)는 제2방향으로 갈수록 면적이 좁아지도록 배치될 수 있다.

또한, 제3단위센서 패드(3116) 및 제4단위센서 패드(3117)는 직각삼각형의 형상으로 형성될 수 있으며, 하나의 쌍을 이루게 되면서 전체적으로는 직사각형의 형상을 이룰 수 있다.

한편, 제3단위센서 패드(3116)가 제2방향으로 갈수록 면적이 넓어지도록 배치되고, 제4단위센서 패드(3117)는 제2방향으로 갈수록 면적이 좁아지도록 배치되는 것에 한정되지 않고, 제3단위센서 패드(3116)와 제4단위센서 패드(3117)가 반대로 적용될 수도 있다.

이를 통해, 제2센서 패드(3115)에서도 전술한 바와 같이 터치감도가 향상될 수 있게 된다.

이때, 신호 배선(3120)은 제1센서 패드(3110) 및 제2센서 패드(3115)의 사이의 공간을 통해 서로 겹치지 않도록 배치될 수 있다.

더하여, 제1센서 패드(3110) 중 구동 장치(3200)와 가장 가까운 행(R1)에 구비되는 제1센서 패드(3110)의 면적은 나머지 다른 행(R2~R5)에 구비되는 제1센서 패드(3110) 및 제2센서 패드(3115)의 면적보다 작을 수 있다.

즉, 구동 장치(3220)와 가장 가까운 행(R1)에 구비되는 제1센서 패드(3110)는 신호 배선(3120)의 저항이 다른 센서 패드보다 낮기 때문에 신호 왜곡이 아주 적거나 거의 없어 터치 좌표를 추출하기 위한 충분한 터치 감도가 확보될 수 있다.

그리고 이와 같이, 구동 장치(3200)와 가장 가까운 행(R1)에 구비되는 제1센서 패드(3110)의 면적을 가장 작게 함으로써 구동 장치(3200)로 연결되는 신호 배선(3120)이 균일하게 배치될 수 있는 공간이 더 확보될 수 있게 된다.

이러한 신호 배선(3120)의 배치를 위한 공간의 확보는 인접한 제1센서 패드(3110) 간의 간격이 일정해지도록 하는데 도움이 되며, 제1센서 패드(3110)가 일정한 간격으로 배치됨에 따라 터치 좌표의 틀어짐이 효과적으로 방지될 수 있다.

그리고, 도 17의 (a)에서 보는 바와 같이, 제1센서 패드(3110a)가 하나의 쌍을 이루어 배치되는 제1단위센서 패드(3111a) 및 제2단위센서 패드(3112a)로 구성됨에 따라, 터치가 슬라이딩되면서 이루어지는 경우에는 선형적인 터치감도가 확보될 수 있다.

이러한 선형적인 터치감도의 확보는 예를 들면, 볼륨(volume)을 높이거나 내리는 등의 신호전달시에 더욱 자연스러움을 제공할 수 있게 된다.

즉, 도 17의 (b)에서 보는 바와 같이, 센서 패드(1100)가 개별적으로 배치되는 경우에는 터치가 슬라이딩되면서 이루어지는 경우에 계단형의 터치감도, 즉, 선형적이지 못한 터치감도가 확보될 수 있기 때문에, 전술한 효과가 제공되기 어렵다.

도 18은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 센서 패드를 비교한 예시도이다.

도 18에서 보는 바와 같이, 제3단위센서 패드(3116) 및 제4단위센서 패드(3117)을 가지는 제2센서 패드(3115)는 다수개의 가상 센서 영역(1100b)을 가질 수 있다.

여기서, 가상 센서 영역(1100b)은 센서 패드(1100; 도 16 참조)가 가지는 센서 영역을 의미한다.

예를 들면, 제2센서 패드(3115)가 가지는 가상 센서 영역(1100b)이 3개인 경우, 실제로 이와 동일한 센서 영역을 가지기 위해서는 3개의 센서 패드(1100; 도 16 참조)가 필요하게 된다.

따라서, 3개의 센서 패드(1100; 도 16 참조)가 배치되는 경우 각 센서 패드(1100; 도 16 참조)가 하나의 신호 배선(1120)을 가짐을 고려할 때, 3개의 신호 배선(1120)이 요구되지만, 제2센서 패드(3115)로 배치되는 경우에는 2개의 신호 배선(3120)이 요구될 수 있다.

따라서, 신호 배선의 수가 2/3로 감소할 수 있게 된다.

이러한 신호 배선 수의 감소에 따라 구동 장치(3200; 도 14 참조)의 크기도 줄어들 수 있으며, 이는 회로 기판(3250; 도 14 참조)에 실장시에 더욱 유리함을 제공할 수 있다.

또한, 신호 배선의 수가 줄어듦에 따라 인접한 신호 배선(3120) 사이에서 발생하는 기생정전용량의 영향이 감소될 수 있기 때문에, 터치감도가 향상될 수 있다.

전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.

본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10,3010: 절연막 15,3015: 기판
20,3250: 회로 기판 100,3001: 터치 패널
110,1100: 센서 패드 120,1120,3120: 신호 배선
200,3200: 구동 장치 210: 터치 검출부
212: 트랜지스터 212: 레벨 시프트 검출부
2121: 증폭부 2122: 버퍼부
2123: 기준값 제공부 2124: 아날로그-디지털 변환부
2125: 레벨 시프트 출력부 2126: 레벨 시프트 보정부
2127: 노이즈 보정부 220: 터치 정보 처리부
221: 터치셀 검출부 222: 터치 면적 산출부
223: 터치 좌표 산출부 230: 메모리
240: 제어부 3110: 제1센서 패드
3111: 제1단위센서 패드 3112: 제2단위센서 패드
3115: 제2센서 패드 3116: 제3단위센서 패드
3117: 제4단위센서 패드

Claims

기판과, 상기 기판 위에 매트릭스 형태로 배치된 투명 소재의 복수의 센서 패드와, 상기 센서 패드에 연결되는 복수의 신호 배선을 가지는 터치 패널; 그리고
상기 터치 패널을 구동하는 구동 장치를 포함하여 이루어지는 터치 검출 장치로서,
상기 센서 패드는 제1센서 패드와 제2센서 패드를 포함하며,
상기 제1센서 패드는 제1방향으로 연장 형성되며, 하나의 행에 복수개가 배치되고, 상기 제1방향으로 일정 간격 이격되어 반복하여 배치되며,
상기 제2센서 패드는 상기 제1방향과 상이한 제2방향으로 연장 형성되고, 상기 제1센서 패드와 이웃한 행에 배치되는 것인 터치 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1센서 패드는 서로 동일한 형상으로 형성되어 하나의 쌍을 이루어 배치되되, 상기 제1방향으로 갈수록 면적이 좁아지도록 배치되는 제1단위센서 패드와, 상기 제1방향으로 갈수록 면적이 넓어지도록 배치되는 제2단위센서 패드를 가지고,
상기 제2센서 패드는 서로 동일한 형상으로 형성되어 하나의 쌍을 이루어 배치되되, 상기 제2방향으로 갈수록 면적이 넓어지도록 배치되는 제3단위센서 패드와, 상기 제2방향으로 갈수록 면적이 좁아지도록 배치되는 제4단위센서 패드를 가지는 것인 터치 검출 장치.
제2항에 있어서,
상기 제1단위센서 패드, 상기 제2단위센서 패드, 상기 제3단위센서 패드 및 상기 제4단위센서 패드는 직각삼각형의 형상인 것인 터치 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1센서 패드 중 상기 구동 장치와 가장 가까운 행에 구비되는 제1센서 패드의 면적은 나머지 다른 행에 구비되는 제1센서 패드 및 제2센서 패드의 면적보다 작은 것인 터치 검출 장치.