KR101509546B1 - 터치 패널을 이용하는 인접 오브젝트 검출 방법 - Google Patents

Abstract

본 실시예에 의한 인접 오브젝트 검출 방법은, (a) 기판의 일면에 위치하여 제1 방향으로 연장되어 배치된 적어도 하나의 제1a 전극과 적어도 하나의 제1b 전극을 포함하는 복수의 제1 전극들과 기판의 일면에 위치하여 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치되어 제1 전극들과 커패시터를 형성하는 복수의 제2 전극들을 포함하는 인접 인접 오브젝트 검출 장치를 준비하는 단계와, (b) 제1a 전극들과 제1b 전극들에 서로 인 페이즈인 전기적 신호를 인가하는 단계, 및 (c) 제2 전극들로부터 전류 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

Description

터치 패널을 이용하는 인접 오브젝트 검출 방법{Method for Detecting an Object using A Touch Panel}

본 발명은 인접 오브젝트 검출방법에 관한 것이다.

현재 터치 스크린에 사용되는 감지 방식들은 저항막 방식, 표면 초음파 방식및 정전 용량 방식이 주류를 이루고 있으며, 정전 용량 방식의 경우 다중 터치 감지가 가능하고 내구성, 시인성 등이 우수하기 때문에 휴대용 모바일 기기의 주 입력 수단으로 채택되고 있는 추세이다.

정전 용량 방식 터치 스크린은 사용자 간섭에 의해 터치 스크린 패널 상의 축전 센서 (capacitive sensor)들에 대전된 전하량이 변하는 것을 감지하여 사용자입력을 인식하며, 전하 축전 방식에 따라 자기 정전 용량 방식 (self-capacitive)과 상호 정전 용량 방식 (mutual-capacitive)으로 나뉜다. 자기 정전 용량 방식이 하나의 축전 센서 (capacitive sensor) 당 하나의 도전체를 구성하여 터치 스크린 패널 외부의 기준 접지면 (reference ground)과 대전면을 형성하는 반면, 상호 정전 용량 방식은 터치 스크린 패널 상의 두 개의 도전체가 서로 대전면을 형성하여 하나의 축전 센서로 기능하도록 구성된다.

일반적인 자기 정전 용량 방식은 X/Y 직교 형태의 도전체 배치를 사용하며,이 경우 각 축전 센서가 선센서 (line sensor)로 기능하기 때문에 매 터치 스크린 감지 시 X 센서군 (X-line sensor group)과 Y 센서군 (Y-line sensor group) 각각 으로부터 하나씩의 X-감지 정보와 Y-감지 정보밖에 제공받지 못한다. 따라서 일반적인 자기 정전 용량 방식 터치 스크린에서는 단일 터치의 감지 및 추적은 가능하나 다중 터치는 지원할 수 없다. 상호 정전 용량 방식도 X/Y 직교 형태의 도전체 배치를 사용하나, 각 축전 센서가 도전체 직교 위치 마다 격자센서 (grid sensor) 형태로 구성되며 터치 스크린 상의 사용자 입력 탐지 시 모든 격자센서의 반응이 독립적으로 감지되는 점이 자기 정전 용량 방식과 다르다. 각 격자센서는 서로 다른 하나의 X/Y 좌표에 대응되고 서로 독립적인 반응 결과를 제공하기 때문에, 상호축전 방식 터치 스크린에서는 X/Y 격자센서 집합으로부터 제공받은 X/Y-감지 정보집합으로부터 사용자 입력 정보를 추출하여 사용자의 다중 터치를 감지하고 추적할 수 있다.

일반적인 상호 정전 용량 방식 터치스크린 패널의 도전체 구성과 감지 방식은 다음과 같다. 어느 한 방향으로 연장되는 도전체로 구성된 제1 전극들과 제1 전극들에 직교하는 방향으로 연장되는 도전체로 구성된 제2 전극들이 두 개의 전극 사이의 유전물질 (dielectric material)을 매개로 상호 정전 용량 센서(mutual-capacitive sensor)를 형성한다. 이 센서의 정전 용량 (capacitance) C는 두 전극 사이의 거리 (distance) d, 대전면의 면적 (area) a 및 대전면 사이에 존재하는 모든 유전물질의 등가 유전율 (dielectric)을 ε라고 할 때 C= ε*a/d로 정의되며, 이 센서에 축전된 전하량 (charge) Q 및 두 전극/대전면에 인가된 전위차 (voltage) V와 Q=CV의 관계를 가진다. 사용자가 센서에 접근하면 두 전극 사이에 형성된 전계 (electric field)에 대한 간섭이 발생하여 센서에 전하가 축전되는 것을 방해하게 되며, 센서에 축전되는 전하량이 줄어들어 결과적으로 정전 용량이 줄어든 것으로 나타나게 된다. 이것은 사용자 접근으로 인해 대전면 사이의 등가 유전율이 변하여 정전 용량이 변한 것으로도 이해할 수 있으나, 사용자 접근으로 인해 대전면 사이의 전계 일부가 차단 (shunt) 되므로써 전하 대전량/축전량이 감소 하게 되는 것이 실제적인 물리 현상이다. 제1 전극에 교류 전압원을 연결하여 센서의 한쪽 대전면에 교류 파형을 인가하면, 사용자의 접근 정도에 따라 가변되는 C에 대해 ΔQ=CΔV에 해당하는 대전량 변동(ΔQ) 이 발생하며, 이 변동량을 제2 전극에 연결된 리드-아웃 회로 (read-out 회로)가 전류 또는 전압으로 변환한다. 이렇게 변환된 정보는, 일반적으로 노이즈 필터링 (noise filtering), 복조(demodulation), 디지털변환 (conversion), 누적 (accumulation) 등의 신호처리 단계를 거쳐 좌표 추적 알고리즘 및 제스쳐 인식 알고리즘에 사용된다. 이러한 커패시티브 터치 감응성 패널에 관한 선행 특허로는 미국 등록특허 제7,920,129호가 있다.

종래의 인접 오브젝트 검출 장치 및 인접 오브젝트 검출 방법은 사용자의 입력을 대기하는 대기 상태에서도 터치 입력 좌표 및 터치 강도를 검출하는 액티브 모드에서의 신호 처리과정을 그대로 수행하였다. 다만, 사용자의 터치를 기다려 액티브 모드로 진입하는 대기 모드에서 사용자의 터치 좌표 및 터치 강도를 검출하는 액티브 모드와 동일하게 신호를 처리하면 불필요한 전력소모가 증가한다. 터치 좌표 및 터치 강도를 검출하는 주기인 리프레시 레이트(refresh rate)를 길게 하여 전력 소모를 감소시킬 수 있으나, 리프레시 레이트를 길게 하면 입력 대기 상태에 있는 장치를 사용하기 위하여 터치를 수행한 이후 장치가 액티브 모드로 진입하여 반응하기까지의 잠복시간(latency)이 길어져 사용자의 터치 입력에 대한 반응이 떨어지는 단점이 발생한다.

이러한 단점을 해소하기 위하여 액티브 모드에서의 구동 구조와 대기 모드에서의 구동 구조를 달리하여 잠복 시간을 줄일 수 있으나, 이러한 두 개의 방식을 구동하는 회로부의 추가적 도입에 따라 칩의 면적이 증가하게 되므로 소형화 및 박형화 추세를 거스르며, 나아가 불필요한 전력소모가 커질 수 있다는 단점이 있다.

본 실시예에 의한 인접 오브젝트 검출 방법은, (a) 기판의 일면에 위치하여 제1 방향으로 연장되어 배치된 적어도 하나의 제1a 전극과 적어도 하나의 제1b 전극을 포함하는 복수의 제1 전극들과 기판의 일면에 위치하여 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치되어 제1 전극들과 커패시터를 형성하는 복수의 제2 전극들을 포함하는 인접 인접 오브젝트 검출 장치를 준비하는 단계와, (b) 제1a 전극들과 제1b 전극들에 서로 인 페이즈인 전기적 신호를 인가하는 단계, 및 (c) 제2 전극들로부터 전류 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

본 실시예에 의한 인접 오브젝트 검출 방법은, (a) 기판의 일면에 위치하여 제1 방향으로 연장되어 배치된 적어도 하나의 제1a 전극과 적어도 하나의 제1b 전극을 포함하는 복수의 제1 전극들과 기판의 일면에 위치하여 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치되어 제1 전극들과 커패시터를 형성하는 복수의 제2 전극들을 포함하는 인접 인접 오브젝트 검출 장치를 준비하는 단계와, (b) 제1a 전극들과 제1b 전극들에 서로 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호를 인가하는 단계, 및 (c) 제2 전극들로부터 전류 신호를 수신하는 단계를 포함한다.

본 발명은 상술한 문제점을 해소하기 위한 것으로, 대기 모드에서 사용자의 입력에 대하여 신속하게 반응하여 액티브 모드로 진입할 수 있는 인접 오브젝트 검출 방법을 제공하는 것이 본 발명의 목적 중 하나이다.

본 발명의 다른 목적 중 하나는 사용자의 입력을 대기하는 대기 모드에서 사용되는 전력 소모를 줄일 수 있는 인접 오브젝트 검출 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 목적 중 하나는 오브젝트에 의한 터치 좌표 및 터치 강도 정보를 추출하는 액티브 모드에서 사용되는 구동 구조를 이용하여 사용자의 입력을 대기하는 대기 모드에서 사용하여 칩의 소형화 및 전자 장치의 박형화 추세에 부합하는 인접 오브젝트 검출 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 본 실시예에 의한 인접 오브젝트 검출 장치의 개요를 도시한 블록도(block diagram)이다.
도 2는 기판에 배치된 복수의 제1 전극들, 제2 전극들 및 제3 전극들을 도시한 도면이다.
도 3은 본 실시예에서 사용된 용어를 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 실시예에 따라 오브젝트를 검출하기 위하여 제1 전극들, 제2 전극들 및 제3 전극들에 인가되는 신호의 파형을 도시한 도면이다.
도 5는 터치 패널 상에 오브젝트가 위치한 경우를 나타낸 도면이다.
도 6는 본 실시예에 따라 오브젝트를 검출하기 위하여 제1 전극들, 제2 전극들 및 제3 전극들에 인가되는 신호의 파형을 도시한 도면이다.
도 7은 터치 패널 상에 오브젝트가 위치한 경우를 나타낸 도면이다.
도 8 내지 도 9은 본 실시예에 따른 터치 패널을 구비한 전자 장치의 구동 방법의 개요를 나타내는 순서도이다.

이하 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다. “제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "상부에" 또는 “위에”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 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.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 실시예 들을 설명하도록 한다. 도 1은 본 실시예에 의한 인접 오브젝트 검출 장치의 개요를 도시한 블록도(block diagram)이며, 도 2는 기판(180)에 배치된 복수의 제1 전극들(120), 제2 전극들(140) 및 제3 전극들(160)을 도시한 도면이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 인접 오브젝트 검출 장치는 기판과, 기판의 일면에 위치하여 제1 방향으로 연장되어 배치된 적어도 하나의 제1a 전극과 적어도 하나의 제1b 전극을 포함하는 복수의 제1 전극들과, 기판의 일면에 위치하여 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치되어 제1 전극들과 커패시터를 형성하는 복수의 제2 전극들과, 전기적 신호를 발생시키는 신호원과, 전기적 신호가 커패시터에 인가되어 출력된 전류 신호를 검출하는 검출부 및 신호원을 제1 전극들에 연결하고, 검출부를 제2 전극들에 연결하도록 제어하는 제어부를 포함하며 신호원은 제1a 전극들과 제1b 전극들에 서로 아웃 오브 페이즈(out of phase)인 신호를 인가한다.

일 예로, 본 개시에서 제1 전극(120)들과 제2 전극들(140)은 액티브 모드에서 모두 센싱 전극(sensing electrode)으로 사용되는 것이나, 대기 모드에서의 동작을 명확하고 간결하게 설명하기 위하여 제1 , 제1a, 제1b, 제2, 제2a 및 제2b의 명칭을 부여하였다.

일 실시예로, 도 2b에 도시된 바와 같이 기판(180)의 상면에는 소정거리 이격되어 커버 글라스(Cover Glass)가 배치된다. 커버 글라스는 소정 처리가 수행된 유리로 형성되며, 기판 상에 배치된 터치 패널(100)을 보호하며 기판의 아래에 배치된 디스플레이가 표현하는 화상을 사용자에게 투과하는 기능을 수행한다. 다른 실시예로, 도시되지는 않았지만, 기판의 상면에는 불투명한 재질의 커버가 형성될 수 있다. 설명된 커버 및 커버 글라스(Cover Glass)는 액티브 모드에서 구동전극으로 기능하는 제3 전극(160)이 형성하는 전기장 플럭스를 오브젝트(O)가 션트시킬 수 있도록 전기장 플럭스가 투과할 수 있는 재질로 형성된다.

본 명세서에서 제1 방향으로 연장되어 있다라는 의미는 도 3(a)에 도시된 바와 같이 제1 방향을 따라 선형으로 형성되어 있음을 의미하는 것은 물론이고, 나아가 도 3(b)와 같이 지그재그(zigzag) 형태로 제1 방향을 따라 형성된 것을 포함한다. 또한, 도시되지는 않았지만, 본 명세서에서 제1 방향으로 연장되어 있다는 의미는 지그재그 형태 외 구불구불한 곡선 형태로 제1 방향을 따라 형성된 것을 포함한다.

이하에서는 사용자가 터치 패널에 입력을 인가할 수 있는 개체를 “오브젝트(object)”라 정의한다. 이러한 오브젝트는 손, 손바닥 또는 스타일러스(stylus) 등과 같이 제1 및 제2 전극에서 형성하는 전기장 플럭스를 션트하여 터치 패널(100)에 터치 입력을 인가할 수 있는 개체를 의미한다. 다만, 이것은 오브젝트를 설명하기 위한 것으로, 오브젝트의 범위를 한정하기 위한 것이 아니다.

본 명세서에서 사용자가 오브젝트로 터치할 때의 터치 좌표 정보, 터치 강도, 움직임의 속도 등의 정보를 획득하는 상태를 “액티브 모드(active mode)”라고 정의 하고, 터치를 사용하지 않아 입력을 대기하나 오브젝트가 없는 상태를 “대기 모드(idle mode)”라 정의하며, 터치 정보 검출을 중단한 상태를 “스탑 모드(stop mode)”로 정의한다.

기판(180)은 유전체로 형성된다. 일 실시예로, 기판(180)은 투명한 유전체로 형성되며, 기판의 상면에는 커버 글래스(cover glass)를 형성하여 기판의 배면에 위치한 LCD(Liquid Crystal Display) 디스플레이 또는 AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 디스플레이 등의 디스플레이 장치가 표시하는 화상을 투과시킨다. 일 예로, 기판(180)은 유리로 형성한다. 후술할 바와 같이 기판(180)에 배치된 제1 전극들(120), 제2 전극들(140) 및 제3 전극들(160)을 모두 투명하게 형성하여 디스플레이와 동시에 오브젝트를 검출하도록 기능할 수 있다. 다른 실시예로, 기판(180)을 불투명한 유전체로 형성하여 단순히 오브젝트의 터치만을 검출하도록 기능하는 것도 가능하다.

기판의 상면에는 제1 방향으로 연장되어 배치된 복수의 제1 전극(120)들과 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치되어 제1 전극들과 커패시터를 형성하는 복수의 제2 전극(140)들이 위치한다.

일 실시예로, 기판(180)의 배면에는 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 서로 평행하게 배열된 제3 전극들(160)이 배치된다. 액티브 모드에서 제3 전극들(160)은 구동 전극(driving electrode)으로 기능하며, 감지 전극(sensing electrode)으로 기능하는 제1 및 제2 전극과 함께 커패시티브 격자 센서(capacitive grid sensor)를 형성한다. 일 예로, 제1, 제2 및 제3 전극은 투명 전도성 물질(transparent conductive material)로 형성하여 상술한 바와 같이 기판의 배면에 위치한 디스플레이 장치가 표시하는 화상을 투과시킬 수 있다. 일 예로, 제1 내지 제3 전극은 ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Aluminium Zinc Oxide), ICO(Indium Cadmium Oxide)와 같은 전도성을 가지는 투명한 물질로 형성된다. 다른 실시예에서, 제1 내지 제3 전극은 CNT(Carbon Nano Tube)로 형성될 수 있다. CNT는 ITO등과 같은 투명 전도 물질에 비하여 높은 밀도의 전류를 흘릴 수 있다.

대기 모드에서 제3 전극들(160)은 로우 임피던스 전원 또는 접지 전위에 연결되어 디스플레이(미도시)가 방출하는 노이즈를 차단한다. 액티브 모드에서 제3 전극들(160) 중 신호원과 연결되어 전기장 플럭스를 형성하는 제3 전극을 제외한 나머지 제3 전극들은 모두 로우 임피던스 전원(미도시)에 연결되어 기판 아래로부터 유입되는 노이즈를 차단하나, 대기 모드에서 전기장 플럭스는 제1 전극과 제2 전극 사이에서 형성되므로, 제3 전극들은 모두 로우 임피던스 전원에 연결되어 기판(180)의 배면으로부터 유입되는 노이즈를 차단한다.

신호원(Vsig)은 전기적 신호를 발생시킨다. 일 실시예로, 신호원이 발생하는 전기적 신호는 스텝파(step wave), 사각 펄스(square pulse), 정현 펄스(sinusoidal pulse), 삼각 펄스(triangular pulse) 및 이들의 선형 중첩 중 적어도 어느 하나이다. 일 예로, 신호원은 어느 한 전기적 신호와 180도의 위상 차이를 가지는 아웃 오브 페이즈 신호를 동시에 출력할 수 있다. 다른 예로, 신호원은 어느 한 전기적 신호와 위상 차이가 없는 인 페이즈 신호를 동시에 출력할 수 있다.

검출부(300)는 제1 전극과 제2 전극이 형성하는 커패시터의 어느 한 전극에 전기적으로 연결되어 해당 전극이 출력하는 전류 신호를 인가받아 이에 상응하는 전압 신호를 출력한다. 일 실시예로, 검출부(300)는 차지 앰프를 포함한다. 차지 앰프의 일 실시예로, 연산 증폭기(operational amplifier)의 출력단이 반전 입력(inverting input)단으로 궤환(feedback)되며, 궤환 경로에는 커패시터와 저항이 병렬로 연결되고, 연산 증폭기의 비반전 입력(noninverting input)단은 그라운드에 연결된다. 연산 증폭기의 가상 단락(virtual short) 원리에 의하여 반전 입력단은 비반전 입력단에 연결되지 않았음에도 불구하고 그 전위는 비반전 입력단의 전위와 동일하게 유지된다. 따라서, 비반전 입력단에 접지 전위가 인가되면 반전 입력단은 접지 전위가 유지되며, 비반전 입력단에 소정의 전위가 인가되면 반전 입력단의 전위도 비반전 입력단의 전위로 유지된다. 일 실시예로, 비반전 단자의 전위는 접지 전위가 인가된다. 다른 실시예로, 비반전 단자의 전위는 공급 전원의 전위와 접지 전위 사이의 전위가 인가된다.

제어부(200)는 제1 전극(120)을 신호원(Vsig)과 전기적으로 연결하고 제2 전극(140)을 검출부(300)와 연결한다. 일 실시예로, 제어부(200)는 소정의 주기로 제1 전극들(120)을 검출부(300)에 연결하고, 제2 전극들(140)을 신호원(Vsig)에 연결하도록 스위칭한다.

도 4 내지 도 5를 참조하여 본 실시예에 의한 오브젝트에 의한 터치 검출 방법을 설명한다. 도 4는 일 실시예에 의한 오브젝트에 의한 터치 검출 방법을 설명하기 위한 도면이며, 도 5는 터치 패널(100) 상에 오브젝트(O)가 위치한 경우를 나타낸 도면이다. 도 4에서 V1a, V1b로 도시된 파형들은 순서대로 도 5의 제1 및 제2 전극들에 인가되는 파형을 나타내며, V3로 도시된 파형은 제3 전극에 접지 전위가 인가되는 것을 나타낸다. 또한, 제1 전극 인에이블(enable)은 제1 전극들이 신호원으로부터 전기적 신호를 인가받아 전기장을 형성하는 구간임을 나타내는 것이며, 제2 전극 인에이블은 제2 전극들이 신호원으로부터 전기적 신호를 인가받아 전기장을 형성하는 구간임을 나타낸다. 또한, 회색으로 표시된 영역은 해당 전극이 검출부와 연결되어 오브젝트 센싱을 수행하는 구간임을 나타낸다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 제어부(200)는 프레임 스캔을 T1과 T2의 두 구간으로 나누어 수행한다. 제어부(200)는 T1 구간 동안 제1 전극(120)들과 신호원을 전기적으로 연결하고, 제2 전극들(140)들을 검출부(300)에 연결한다(도 3 T1의 회색 부분 참조). 따라서, 제1 전극들(120)은 신호원이 인가하는 전기적 신호에 의한 전기장 플럭스(Electric field flux)를 형성하고, 제2 전극들(140)은 검출부의 차지 앰프에 연결되어 오브젝트의 터치를 감지한다. 제2 전극들(140)이 검출부의 차지 앰프에 연결되면 제2 전극들의 전위는 차지 앰프의 가상 단락에 의하여 차지 앰프의 비반전 단자의 전위로 유지된다.

신호원(Vsig)은 T1 구간 동안 어느 제2 전극(140)을 사이에 둔 하나의 제1a 전극(120a)에 일정한 사각 펄스(V1a)를 가하고, 제1b 전극(120b)에는 서로 180도의 위상 차이를 가지는 아웃 오브 페이즈(out of phase)인 사각 펄스(V1b)를 가한다. 이와 같이 제1a 전극들과 제1b 전극들에 서로 아웃 오브 페이즈 관계에 있는 전기적 신호를 가하면 제1a 전극(120a)과 제1b 전극(120b)이 형성하는 전기장 플럭스는 그 가운데 지점인 제2 전극 영역에서 그 영향이 상쇄된다. 도면에 도시된 바와 같이 제1a 전극(120a)들과 제2 전극들(140)은 각각 소정의 커패시턴스를 가지는 커패시터를 형성하며, 제1b 전극(120b)들과 제2 전극들(140)도 역시 각각 소정의 커패시턴스를 가지는 커패시터를 형성한다. 이와 같이 형성된 커패시터에서 전극 역할을 하는 제1a 전극, 제1b 전극 및 제2 전극의 면적은 동일하며, 커패시터의 유전체 역할을 하는 물질도 역시 각각의 커패시터 마다 공통되므로 각각 커패시터의 커패시턴스는 동일하다.

신호원(Vsig)이 제1a 전극(120a)에 상승 에지(rising edge)를 가지는 사각 펄스를 인가하면 접지전위와 연결된 커패시터의 다른 전극인 제2 전극(140)에는 전류가 흐른다. 이 전류를 i1이라 하면 i1은 아래의 수학식 1과 같이 표시된다.

마찬가지로, 제1b 전극(120b)에는 제1a 전극에 인가되는 펄스와 아웃 오브 페이즈의 펄스가 인가되므로 제1b 전극(120b)에는 하강 에지(falling edge)를 가지는 사각 펄스가 인가된다. 제2 전극(140)과 제1b 전극 사이에 형성된 커패시터에 흐르는 전류를 i2라 하면,

으로 표시되므로, i1과 i2가 동시에 인가되는 제2 전극에서 두 전류는 서로 상쇄된다.

제1 전극들에 인가되는 펄스의 반주기(half period) 후에 제1a 전극(120a)에는 하강 에지(falling edge)를 가지는 펄스가 인가되며, 제1b 전극(122)에는 상승 에지(rising edge)를 가지는 펄스가 인가되므로 위에서 설명한 경우와 동일하게 제2 전극에서 각 펄스에 의한 전류는 상쇄된다. 즉, 검출부와 연결된 하나의 전극을 기준으로 신호원(Vsig)과 연결된 인접한 전극들과 형성된 커패시터들은 서로 상보적(complementarily)으로 동작한다. 따라서, 오브젝트(O)가 전기장 플럭스를 션트시킬 정도로 가까이 위치하지 않거나, 오브젝트가 없는 경우에는 제2 전극(140)에는 전류가 흐르지 않거나 미소한 전류만이 흐르므로 오브젝트에 의한 터치가 이루어지지 않았음을 검출할 수 있다.

도 5에 도시된 바와 같이 오브젝트(O)에 의하여 터치가 이루어진 상태에서, T1 구간 동안 각각의 제1a 전극(120a)과 제1b 전극(120b)에는 도 5에서 도시된 것과 같이 서로 아웃 오브 페이즈인 파형이 인가된다. 따라서 오브젝트(O) 인근의 제1a 전극(120a)과 제1b 전극(120b)에도 서로 아웃 오브 페이즈 관계에 있는 펄스가 인가된다. 그러나, 오브젝트(O)와 제1a 전극(120a)과의 거리와 오브젝트와 제1b 전극(120b)과의 거리는 같으므로, 오브젝트(O)가 제1a 전극에 인가된 펄스에 의하여 형성된 전기장 플럭스를 션트시키는 양과 제1b 전극에 인가된 펄스에 의하여 형성된 전기장 플럭스를 션트시키는 양은 동일하다. 이와 같이 오브젝트가 서로 아웃 오브 페이즈인 신호를 인가받는 어느 두 전극으로부터 서로 같은 거리만큼 이격된 지점을 터치하는 경우에는 오브젝트에 의한 터치가 이루어졌음에도 불구하고 이를 검출할 수 없다. 이것은 서로 상보적으로 동작하는 두 커패시터에 있어서 오브젝트가 션트시키는 전기장 플럭스의 양이 동일하므로, i1 전류의 감소량과 i2의 감소량이 동일하여 제2 전극에서 두 전류가 상쇄되기 때문이다.

제어부(200)는 소정의 주기로 신호원(Vsig)에 연결되었던 제1 전극들(120)을 검출부로 연결하고, 검출부에 연결되었던 제2 전극들(140)이 신호원(Vsig)과 연결되도록 스위칭을 수행한다. 스위칭이 수행된 이후, 신호원은 각각의 제2a 전극(140a)과 제2b 전극(140b)에 도 4의 T2 구간에 도시된 것과 같이 서로 아웃 오브 페이즈인 파형을 인가하고, 제1 전극들(120)은 검출부(300)와 전기적으로 연결된다(도 4 T2 구간의 회색 구간 참조). T2 구간에서 오브젝트(O)는 제2a 전극(140a)상에 위치하므로, 오브젝트(O)가 제2b 전극(140b)이 형성하는 전기장 플럭스를 션트시키는 양에 비하여 오브젝트(O)가 제2a 전극(140a)이 형성하는 전기장 플럭스를 션트시키는 양이 크다. 따라서, 제2a 전극(140a)과 제1a 전극(120a) 전극으로 이루어진 커패시터(C1)와 제2a 전극(140a)과 제1b 전극(120b) 전극으로 형성되는 커패시터(C2)에서는 션트된 전기장 플럭스에 의한 전류가 발생하며, 이렇게 발생한 전류값은 제2b 전극(140b) 전극과 제1b 전극(120b) 전극으로 형성되는 커패시터(C2')에서 발생하는 전류값과 다르다. 즉, 오브젝트의 터치에 의하여 전류의 상보성이 파괴되고, 전류가 서로 상쇄되지 않아 제2 전극(120b)에는 전류가 형성된다.

마찬가지로, 제2a 전극이 형성하는 다른 커패시터(C1)과 C1' 커패시터에서도 오브젝트에 의한 전류의 상보성이 파괴되므로 제1a 전극(120a)에서도 마찬가지로 전류가 형성된다. 따라서, 검출부(300)는 이와 같이 형성된 전류를 검출하여 오브젝트에 의한 터치를 알리는 신호를 형성할 수 있다.

일 예로, 오브젝트(O)에 의하여 전기장 플럭스가 션트된 경우, 커패시터(C1, C2)를 형성하는 유전체의 유전율이 감소한 것으로 모델링할 수 있다. 오브젝트(O)가 위치한 전극에 인가된 펄스의 위상이 0도이고, 검출부와 연결된 전극을 사이에 두고 인접한 전극에 인가된 펄스의 위상이 180도라면, 오브젝트가 위치한 전극이 형성된 커패시터(C1, C2)의 유전율은 감소하므로, 오브젝트가 전기장을 션트하지 않은 커패시터(C1', C2')의 커패시턴스에 비하여 커패시턴스는 감소한다. 따라서, 검출부와 연결된 제1a 전극(120a)와 제1b 전극(120b)에 형성되는 전류는 아웃 오브 페이즈인 펄스에 의하여 형성된 전류 성분이 우월(dominant)하므로 그에 따른 전류는 오브젝트가 위치한 전극에 인가된 펄스와 아웃 오브 페이즈인 관계에 있다.

이와 같이 오브젝트에 의한 터치 검출 장치가 대기 모드에 있을 때, 오브젝트를 검출하기 위하여 제1 전극에 신호원을 연결하고, 제2 전극에 검출부를 연결하는 제1 페이즈(phase, T1)와 제1 전극에 검출부를 연결하고 제2 전극에 신호원을 연결하는 제2 페이즈(T2)로 한 번의 프레임 스캔(frame scan)을 구성하고 이를 일정한 리프레시 레이트로 수행하며 종래기술과 같이 오브젝트에 의한 터치 좌표 검출까지 수행하지 않고 오브젝트에 의한 터치 유무만을 검출한다.

따라서, 좌표 검출시에는 기판의 타면에 배치된 제3 전극의 수만큼 스캔이 수행되며, 종래 기술에서는 제3 전극의 수만큼 스캔을 수행하여 오브젝트의 인접 여부를 검출하였으나, 본 실시예에 따르면 제1 전극과 제2 전극에 대한 2회의 스캔만 필요하므로 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있다. 나아가, 오브젝트에 의한 터치를 검출하여 반응하는 속도를 희생하지 않고도 대기 모드에서 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 액티브 모드에서 사용되는 구성요소에 추가되는 구성요소 없이 저전력으로 오브젝트를 검출할 수 있으므로 칩 사이즈를 증가시키지 않아도 된다.

상술한 실시예는 제1 전극과 제2 전극을 하나씩 교번하여 신호원과 검출부에 연결하는 구성만을 예로 들어 도시하고 설명하였다. 그러나, 이는 용이한 설명을 위한 것으로, 신호원에 연결되어 0도의 위상을 가지는 펄스를 인가하는 전극과 180도의 위상을 가지는 펄스를 인가하는 전극의 개수와 검출부에 연결된 제2 전극의 개수는 복수개일 수 있다. 즉, 서로 인접한 두 개 이상의 전극들로 이루어진 A 전극군에 0도의 위상을 가지는 펄스를 인가하고, A 전극군과 인접하여 배치된 두 개 이상의 전극들로 이루어진 B 전극군을 검출부와 연결하며, B 전극군과 인접하게 배치된 C 전극군에 180도의 위상을 가지는 펄스를 인가하여 상술한 실시예와 같이 오브젝트의 검출을 수행하는 것도 당연히 가능하다.

이어서 도 6 내지 도 7을 참조하여 본 실시예에 의한 인접 인접 오브젝트 검출 장치의 동작을 설명한다. 다만, 간결하고 명확한 설명을 위하여 위에서 설명된 실시예와 동일하여 중복되는 부분에 대하여는 설명을 생략할 수 있다. 도 6는 본 실시예에 의한 인접 오브젝트 검출 방법을 설명하기 위한 도면으로, 도 6에서 V1a, V1b로 도시된 파형들은 순서대로 도 7의 제1 및 제2 전극들에 인가되는 파형을 나타내며, V3로 도시된 파형은 제3 전극에 접지 전위가 인가되는 것을 나타낸다. 또한, 제1 전극 인에이블(enable)은 제1 전극들이 신호원으로부터 전기적 신호를 인가받아 전기장을 형성하는 구간임을 나타내는 것이며, 제2 전극 인에이블은 제2 전극들이 신호원으로부터 전기적 신호를 인가받아 전기장을 형성하는 구간임을 나타낸다. 또한, 회색으로 표시된 영역은 해당 전극이 검출부와 연결되어 오브젝트 센싱을 수행하는 구간임을 나타낸다. 기판(180)의 타면에 배치된 제3 전극에는 로우 임피던스 전원(low impedance source) 또는 접지 전위와 전기적으로 연결되어 도시된 바와 접지 신호가 인가된다는 점에서 위에서 설명된 실시예와 동일하나, 제1 및 제2 전극에 인가되는 파형은 위에서 설명한 실시예와 위상에서 차이가 있다.

본 실시예에서, 제어부(200)는 제1 전극(120)들과 신호원을 전기적으로 연결한다. 제1 전극들(120)은 신호원(Vsig)으로부터 인 페이즈의 신호를 인가받아 전기장 플럭스(Electric field flux)를 형성한다. 일 실시예에서, 어느 제2 전극(140)을 사이에 둔 제1 전극(120)들에 서로 위상차가 없는 인 페이즈(in phase)인 사각 펄스를 가한다. 위에서 설명된 실시예와 같이 제2 전극(140)을 사이에 두고 마주하는 제1 전극(120a, 120b) 사이에 서로 아웃 오브 페이즈 관계에 있는 펄스를 인가하면 제1 전극들에 의하여 형성되는 전기장 플럭스들에 의한 영향은 그 가운데 지점인 제2 전극 인근에서 상쇄될 것이며, 인접한 전기장 플럭스들은 서로 유인(attract)하므로 전기장 플럭스가 영향을 미치는 높이가 비교적 낮다. 그러나, 본 실시예와 같이, 마주하는 제1 전극(120)들에 서로 인 페이즈 관계에 있는 펄스를 인가하면 전기장 플럭스들은 서로 반발(repulse)하여 기판(180) 윗 방향으로 치솟도록 형성된다. 따라서, 본 실시예에 의하면 제1 전극들(120)이 서로 인 페이즈 관계에 있는 신호를 인가받아 형성하는 전기장 플럭스들은 서로 반발하여 기판위에서 부유하는(hovering) 오브젝트에 의하여 션트될 수 있을 정도의 높이까지 치솟아 올라 형성되므로, 제2 전극들은 기판의 상면에 부유하는 오브젝트들에 의하여 션트되는 전기장 플럭스의 변화에 의하여 발생하는 전류를 검출부(300)에 전달하고, 검출된 전류를 신호 처리하여 터치 패널 상부에 오브젝트가 부유(hovering)하는지, 오브젝트가 기판으로 접근하는지 또는 기판으로부터 이격되는지 검출할 수 있다.

도 7을 참조하면, 제1 전극(120)들은 신호원이 인가하는 인 페이즈의 신호를 인가받아 서로 반발하여 일정한 정도의 높이까지 영향을 미치는 전기장 플럭스를 형성한다. 상술한 바와 같이 제2 전극(140)은 제1 전극과 함께 커패시터를 형성하며, 제어부에 의하여 검출부와 전기적으로 연결된다. 커패시터를 형성하는 제1 전극(120)에는 소정의 교류 파형이 인가되며, 제2 전극(140)에는 검출부의 가상 단락에 의하여 차지 앰프의 비반전 단자에 인가된 전위가 인가되므로, 커패시터(C1)에서는 제1a 전극(120a)에서 제2a 전극(140a) 방향으로 흐르는 전류가 형성되며, 커패시터(C2)에서도 마찬가지로 제1b 전극(120b)에서 제2b 전극(140b) 방향으로 흐르는 전류가 형성된다. 따라서, 터치 패널의 상부에 오브젝트가 인접해 있지 않거나, 오브젝트가 전기장 플럭스를 션트시킬 수 없을 정도로 인접해 있지 않은 경우에는 제2 전극(140)에서 검출부(300)로 인가하는 전류는 검출부와 연결된 각각의 제2 전극에서 흘리는 전류의 합과 같다.

그러나, 오브젝트가 전기장 플럭스를 션트시킬 수 있을 정도로 제2a 전극의 상부에 위치한 경우에, 오브젝트(O)는 제1 전극(120a)과 제1 전극(120b)이 형성하는 전기장 플럭스를 션트시킨다. 따라서, 제1 전극(120a)과 제2 전극(140a)이 형성하는 커패시터(C1) 및 제1 전극(120b)과 제2 전극(140a)이 형성하는 커패시터(C2)를 통하여 흐르는 전류는 오브젝트(O)가 션트시킨 전기장 플럭스에 비례하여 감소한다. 상술한 실시예에서 제1 전극 또는 제2 전극들에 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호가 인가되어 서로 상보적으로 동작하는 경우에는 제2a 전극에 흐르는 전류들은 서로 상쇄되어 오브젝트에 의한 영향을 감지할 수 없었으나, 본 실시예에서는 전류가 서로 상쇄되지 않는다. 따라서 오브젝트(O)가 션트시킨 전기장 플럭스에 비례하여 감소한 전류가 제2a 전극에 흐르며, 검출부에 인가된다.

따라서 일 실시예로, 제2a 전극(140a)에 흐르는 전류에 의하여 형성된 신호와 다른 제2 전극에 흐르는 전류에 의하여 형성된 신호를 서로 비교하여 오브젝트의 인접여부를 검출할 수 있다. 다른 실시예로, 제2 전극들에 흐르는 전류를 합산하여 소정의 전류값과 비교하여 소정의 전류값 이하이면 오브젝트가 인접하였다고 판단할 수 있다. 나아가, 제2a 전극에 흐르는 전류가 점차 증가하면 오브젝트에 의한 영향이 점차 감소하는 것이므로 오브젝트가 점차 터치패널로부터 이격되는 것으로 판단할 수 있으며, 반대로 제2a 전극에 흐르는 전류가 점차 감소하면 오브젝트가 점차 터치패널로 접근하는 것으로 판단할 수 있다.

본 실시예에서는 전류가 서로 상쇄되지 않으므로 한 프레임 스캔을 두 구간으로 나누어 수행할 필요가 없다. 따라서, 도 6a에 도시된 바와 같이 한 프레임 스캔을 하나의 구간으로 수행하여 대기 모드에서 소모되는 전력을 더욱 감소시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 도 6b에 도시된 바와 같이 한 프레임 스캔을 두 구간으로 나누어 수행함으로써 종전 실시예에 의한 구동 방법 및 구동 구조를 사용할 수 있다.

본 실시예에 의하면, 어느 한 전극을 사이에 두고 교번하여 배치된 전극들에 서로 인 페이즈인 신호를 인가하면, 그에 의하여 형성된 전기장 플럭스들이 영향을 미치는 범위가 상술한 실시예에 비하여 큰 것을 알 수 있다. 따라서, 이와 같이 형성된 전기장 플럭스를 오브젝트가 션트시킨다면 오브젝트가 검출장치에 직접적으로 접촉하지 않고 그 상면에서 부유하는(hovering) 상태에 있다고 하여도 다른 전극은 오브젝트에 의하여 션트된 전기장에 의한 영향을 검출할 수 있다. 나아가, 오브젝트의 접근 및 이격을 검출할 수 있다.

본 실시예에 의하면 종래기술과 같이 오브젝트에 의한 터치 좌표 검출까지 수행하지 않아도 무방하므로 구동 전극의 개수만큼 스캔을 수행하지 않고 단지 1회의 스캔으로 오브젝트의 접근 및 이격을 검출할 수 있어 불필요한 전력 소모를 줄일 수 있으며, 나아가, 오브젝트에 의한 터치를 검출하여 반응하는 속도를 희생하지 않고도 대기 모드에서 전력 소모를 감소시킬 수 있다. 또한, 액티브 모드에서 사용되는 구성요소에 추가되는 구성요소 없이 저전력으로 오브젝트를 검출할 수 있으므로 칩 사이즈를 증가시키지 않아도 된다. 나아가, 오브젝트에 의한 터치가 발생하기 이전 상태인 접근 상태 또는 오브젝트에 의한 터치가 발생한 이후 상태인 이격 상태를 검출할 수 있으며, 시간이 경과함에 따라 오브젝트가 접근하고 있는지, 또는 시간이 경과함에 따라 오브젝트가 이격되고 있는지를 검출할 수도 있어 보다 효율적인 전자 장치의 구동제어가 가능하다.

본 실시예는 종전의 실시예와 마찬가지로 제1 전극과 제2 전극을 하나씩 교번하여 신호원과 검출부에 연결하는 구성만을 예로 하여 설명하였다. 그러나, 이는 용이한 설명을 위한 것으로, 신호원에 연결되어 0도의 위상을 가지는 펄스를 인가하는 전극 개수와 검출부에 연결된 전극의 개수는 복수개일 수 있다.

도 8 내지 도 9을 참조하여 본 실시예에 의한 터치 패널을 구비한 전자 장치의 구동 방법을 설명한다. 본 실시예를 설명함에 있어서, 간결하고 명확한 설명을 위하여 위에서 설명된 실시예들과 중복되는 부분에 대하여는 설명을 생략할 수 있다. 도 8 및 도 9은 전자 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 순서도이다. 도 8 및 도 9을 참조하면, 본 실시예에 의한 전자 장치의 구동 방법은 기판의 일면에 위치하여 제1 방향으로 연장되어 배치된 복수의 제1 전극들에 인 페이즈인 전기적 신호를 인가하고, 기판의 일면에 위치하여 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치된 제2 전극들로부터 전류 신호를 수신하여 오브젝트의 접근을 검출하는 단계와 오브젝트의 접근이 검출되면 제1 전극들에 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호를 인가하고 제2 전극들로부터 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호에 의하여 형성된 전기장 플럭스에 의한 전류 신호를 수신하여 오브젝트에 의한 터치를 검출하는 단계와, 오브젝트에 의한 터치가 검출되면 전자 장치를 액티브 모드로 구동하는 단계를 포함한다.

일 예로, S100, S200 단계에서 전자장치에 어떠한 입력도 인가되지 않은 경우에, 전자 장치는 오브젝트의 접근을 검출한다. 따라서, 위에서 설명한 실시예와 같이 제2 전극들을 사이에 두고 배치된 제1 전극들에 서로 인 페이즈의 전기적 신호를 인가한다. 제1 전극들에 서로 인 페이즈인 전기적 신호를 인가하면 위에서 설명된 바와 같이 제1 전극들에 의하여 형성된 전기장 플럭스들은 서로 반발(repulse)하여 터치 패널 위에 인접한 상태에서 부유(hovering)하는 오브젝트를 검출할 수 있는 정도의 높이로 형성된다.

일 실시예에서, 오브젝트를 검출하기 위하여 오브젝트 인접 검출을 위한 프레임 스캔을 하나의 구간으로 수행하여 아이들 모드에서 소모되는 전력을 더욱 감소시킬 수 있다. 다른 실시예에서, 인접 오브젝트의 검출을 위한 한 프레임 스캔을 두 구간으로 나누어 수행함으로써 종전 실시예에 의한 구동 방법 및 구동 구조를 사용할 수 있다.

오브젝트의 접근이 검출된 경우, 오브젝트에 의한 터치를 검출한다(S300, S400). 오브젝트가 접근하거나, 오브젝트가 부유하는 것이 검출되었다면, 사용자가 머지않은 시간 내에 전자 장치를 사용하여 소정의 동작을 수행하고자 하는 것으로 판단할 수 있으므로, 전자 장치에 입력을 인가하기 위한 터치 입력 검출을 준비한다. 따라서, 오브젝트의 접근이 검출되면 제1 전극들에 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호를 인가하고 상기 제2 전극들로부터 상기 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호에 의하여 형성된 전기장 플럭스에 의한 전류 신호를 수신하여 오브젝트에 의한 터치를 검출한다. 오브젝트가 어느 하나의 전극의 상부에 위치한다면 상술한 바와 같이 오브젝트가 전기장 플럭스를 션트하여 형성하는 전류의 변화를 검출할 수 없을 수도 있으므로, 소정의 주기를 두고 제1 전극과 신호원과의 연결을 끊고 제1 전극을 검출부에 연결하고, 제2 전극과 검출부와의 연결을 끊고 제2 전극을 신호원에 연결한다. 이와 같이 두 개의 페이즈로 구성된 오브젝트에 의한 터치 검출을 소정의 주파수로 수행한다.

오브젝트에 의한 터치가 검출된 경우에는 전자장치를 액티브 모드로 구동하여 오브젝트의 터치 좌표, 터치 강도 등의 정보를 입력받아 전자 장치를 구동한다(S500).

일 실시예에서, 액티브 모드에서 소정의 기간동안 오브젝트에 의한 터치가 검출되지 않는 경우에 전자장치는 스탑 모드로 진입한다. 그러나 일정한 시간 동안 터치가 검출되지 않은 후, 오브젝트에 의한 터치가 있을 수 있으므로 즉시 스탑 모드로 진입하지 않고 소정 기간 동안 터치 여부를 검출하여야 한다. 따라서, 소정의 시간동안 오브젝트에 의한 터치가 검출되지 않으면 제1 전극들에 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호를 인가하고 제2 전극들로부터 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호에 의하여 형성된 전기장 플럭스에 의한 전류 신호를 수신하여 오브젝트에 의한 터치 검출을 수행한다(S600). 이 때, 오브젝트에 의한 터치가 검출되면 다시 사용자가 전자장치를 구동하고자 하는 것으로 판단할 수 있으므로, 전자장치를 다시 액티브 모드로 구동한다.

그러나, 소정의 시간 동안 오브젝트에 의한 터치가 검출되지 않으면 제1 전극들과 기판의 일면에 위치하여 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치되어 제1 전극들에 인 페이즈인 전기적 신호를 인가하고, 제2 전극들로부터 전기장 플럭스에 의한 전류 신호를 수신하여 오브젝트의 접근 또는 오브젝트의 부유 여부를 검출한다(S700). 즉, 오브젝트에 의한 터치를 검출할 수 없는 경우에는 기판의 상면에 오브젝트가 호버링하는지 여부를 검출한다. 오브젝트가 기판과 소정거리 이격되어 부유하고 있다면 오브젝트에 의하여 터치가 수행될 수 있으므로 오브젝트의 호버링 여부를 소정시간 동안 검출할 필요가 있기 때문이다. 그러나, 소정의 시간동안 오브젝트가 부유하지 않는 것으로 검출되면 전자 장치를 스탑 모드로 구동한다(S900).

본 실시예에 의하여 대기 모드에서의 오브젝트 검출을 수행하는 경우, 1 프레임 스캔에 단지 두 번의 센싱이 필요하다. 따라서 리프레시 레이트를 액티브 모드와 동일하게 유지한다 하여도 액티브 모드에 비하여 높은 전력 효율을 얻을 수 있으며, 리프레쉬 레이트를 낮춰 저전력을 구현하는 기존 기술에 비하여 향상된 초기 반응 속도를 얻을 수 있다.

*본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 터치 패널 120: 제1 전극
140: 제2 전극 160: 제3 전극
180: 기판 200: 제어부
300: 검출부

Claims (36)

1. 기판;
   상기 기판의 일면에 위치하며 제1 방향으로 연장되어 배치된 적어도 하나의 제1a 전극과 적어도 하나의 제1b 전극을 포함하는 복수의 제1 전극들;
   상기 기판의 일면에 위치하며 상기 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치되어 상기 제1 전극들과 커패시터를 형성하는 적어도 하나의 제2a 전극과 적어도 하나의 제2b 전극을 포함하는 복수의 제2 전극들;
   전기적 신호를 발생시키는 신호원;
   상기 전기적 신호가 상기 커패시터에 인가되어 출력된 신호를 검출하는 검출부; 및
   상기 신호원을 상기 제1 전극들에 연결하고, 상기 검출부를 상기 제2 전극들에 연결하거나, 상기 신호원을 상기 제2 전극들에 연결하고, 상기 검출부를 상기 제1 전극들에 연결하도록 제어하는 제어부를 포함하며,
   상기 제어부는 상기 신호원이 상기 제1a 전극과 상기 제1b 전극에 서로 인 페이즈(in phase)인 전기적 신호를 인가하여 오브젝트의 접근 여부를 검출하고, 오브젝트의 접근이 검출되면 상기 신호원이 상기 제1a 전극과 제1b 전극 또는 상기 제2a 전극과 제2b 전극에 서로 아웃 오브 페이즈(out of phase)인 전기적 신호를 인가하여 오브젝트의 터치를 검출하도록 제어하는 오브젝트 검출 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1a 전극과 상기 제1b 전극의 사이에 상기 제2 전극들 중 적어도 하나가 배치된 오브젝트 검출 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기판의 타면에는 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 서로 평행하게 배열된 제3 전극들이 배치된 오브젝트 검출 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 제3 전극들은 로우 임피던스 전원 또는 접지 전위에 연결된 오브젝트 검출 장치.
5. 제3항에 있어서,
   액티브 모드에서 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들은 터치 패널의 센싱 전극의 기능을 수행하며, 상기 제3 전극들은 상기 터치 패널의 구동전극의 기능을 수행하는 오브젝트 검출 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 액티브 모드에서 상기 제3 전극들 중 하나는 전기장 플럭스를 형성하며, 상기 제3 전극들 중 나머지는 로우 임피던스 전원에 연결되는 오브젝트 검출 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 신호원은 스텝(step), 사각 펄스(square pulse), 정현 펄스(sinusoidal pulse), 삼각 펄스(triangular pulse) 및 이들의 선형 중첩 중 적어도 어느 하나의 전기적 신호를 인가하는 오브젝트 검출 장치.
8. 제1항에 있어서,
   상기 출력된 신호는 상기 전기적 신호에 의하여 형성된 전기장 플럭스가 상기 오브젝트에 의하여 션트(shunt)되어 발생하는 전기장 플럭스의 변동에 의하여 그 값이 변동되는 오브젝트 검출 장치.
9. 제1항에 있어서,
   상기 검출부는 전류 신호인 상기 출력된 신호를 전압 신호로 변환하는 차지 앰프(charge amp)를 포함하는 오브젝트 검출 장치.
10. 제1항에 있어서,
    상기 인 페이즈 신호에 의하여 형성되는 전기장 플럭스의 높이는, 상기 오브젝트 검출 장치의 상부에 부유(hovering)하는 상기 오브젝트에 의하여 션트될 수 있는 정도로 형성되는 오브젝트 검출 장치.
11. 기판;
    상기 기판의 일면에 위치하며 제1 방향으로 연장되어 배치된 적어도 하나의 제1a 전극과 적어도 하나의 제1b 전극을 포함하는 복수의 제1 전극들;
    상기 기판의 일면에 위치하며 상기 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치되어 상기 제1 전극들과 커패시터를 형성하는 적어도 하나의 제2a 전극과 적어도 하나의 제2b 전극을 포함하는 복수의 제2 전극들;
    전기적 신호를 발생시키는 신호원;
    상기 전기적 신호가 상기 커패시터에 인가되어 출력된 신호를 검출하는 검출부; 및
    상기 신호원을 상기 제1 전극들에 연결하고, 상기 검출부를 상기 제2 전극들에 연결하거나, 상기 신호원을 상기 제2 전극들에 연결하고, 상기 검출부를 상기 제1 전극들에 연결하도록 제어하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 신호원이 상기 제1a 전극과 상기 제1b 전극에 서로 아웃 오브 페이즈(out of phase)인 전기적 신호를 인가하여 오브젝트의 터치 여부를 검출하고, 오브젝트의 터치가 검출되지 않으면 상기 신호원이 상기 제1a 전극과 제1b 전극 또는 상기 제2a 전극과 제2b 전극에 서로 인 페이즈(in phase)인 전기적 신호를 인가하여 오브젝트의 이격여부를 검출하도록 제어하는 오브젝트 검출 장치.
12. 제11항에 있어서,
    상기 제1a 전극과 상기 제1b 전극의 사이에 상기 제2 전극들 중 적어도 하나가 배치된 오브젝트 검출 장치.
13. 제11항에 있어서,
    상기 기판의 타면에는 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 서로 평행하게 배열된 제3 전극들이 배치된 오브젝트 검출 장치.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제3 전극들은 로우 임피던스 전원 또는 접지 전위에 연결된 오브젝트 검출 장치.
15. 제13항에 있어서,
    액티브 모드에서 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들은 터치 패널의 센싱 전극의 기능을 수행하며, 상기 제3 전극들은 상기 터치 패널의 구동전극의 기능을 수행하는 오브젝트 검출 장치.
16. 제15항에 있어서,
    상기 액티브 모드에서 상기 제3 전극들 중 하나는 전기장 플럭스를 형성하며, 상기 제3 전극들 중 나머지는 로우 임피던스 전원에 연결되는 오브젝트 검출 장치.
17. 제11항에 있어서,
    상기 신호원은 스텝(step), 사각 펄스(square pulse), 정현 펄스(sinusoidal pulse), 삼각 펄스(triangular pulse) 및 이들의 선형 중첩 중 적어도 어느 하나의 전기적 신호를 인가하는 오브젝트 검출 장치.
18. 제11항에 있어서,
    상기 출력된 신호는 상기 전기적 신호에 의하여 형성된 전기장 플럭스가 상기 오브젝트에 의하여 션트(shunt)되어 발생하는 전기장 플럭스의 변동에 의하여 그 값이 변동되는 오브젝트 검출 장치.
19. 제11항에 있어서,
    상기 검출부는 전류 신호인 상기 출력된 신호를 전압 신호로 변환하는 차지 앰프(charge amp)를 포함하는 오브젝트 검출 장치.
20. 제11항에 있어서,
    상기 인 페이즈 신호에 의하여 형성되는 전기장 플럭스의 높이는, 상기 오브젝트 검출 장치의 상부에 부유(hovering)하는 상기 오브젝트에 의하여 션트될 수 있는 정도로 형성되는 오브젝트 검출 장치.
21. (a) 기판의 일면에 위치하며 제1 방향으로 연장되어 배치된 적어도 하나의 제1a 전극과 적어도 하나의 제1b 전극에 서로 인 페이즈(in phase)인 전기적 신호를 인가하는 단계;
    (b) 기판의 일면에 상기 적어도 하나의 제1a 전극 및 상기 적어도 하나의 제1b 전극과 평행하고 번갈아 배치되며 상기 적어도 하나의 제1a 전극 및 상기 적어도 하나의 제1b 전극과 커패시터를 형성하는 제2a 전극과 제2b 전극을 포함하는 복수의 제2 전극들로부터 출력 신호를 수신하여 오브젝트의 접근을 검출하는 단계; 및
    (c) 오브젝트의 접근이 검출되면 상기 제1a 전극과 제1b 전극 또는 상기 제2a 전극과 제2b 전극에 서로 아웃 오브 페이즈(out of phase)인 전기적 신호를 인가하여 오브젝트의 터치를 검출하는 단계를 포함하는 오브젝트 검출 방법.
22. 제21항에 있어서,
    상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계를 포함하는 한 싸이클을 소정의 빈도로 수행하는 오브젝트 검출 방법.
23. 제21항에 있어서,
    상기 전기적 신호를 인가하는 단계는,
    스텝(step), 사각 펄스(square pulse), 정현 펄스(sinusoidal pulse), 삼각 펄스(triangular pulse) 및 이들의 선형 중첩중 적어도 어느 하나의 전기적 신호를 인가하여 수행하는 오브젝트 검출 방법.
24. 제21항에 있어서,
    상기 기판의 타면에는 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 서로 평행하게 배열된 제3 전극들이 배치된 오브젝트 검출 방법.
25. 제24항에 있어서,
    (d) 상기 제3 전극들에 로우 임피던스 소스 또는 접지 전위를 연결하는 단계를 더 포함하며,
    상기 (d) 단계는 상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계가 수행되는 동안에 수행되는 오브젝트 검출 방법.
26. 제24항에 있어서,
    (e) 상기 제1 전극들 및 상기 제2 전극들은 터치 패널의 센싱 전극의 기능을 수행하며, 상기 제3 전극들은 상기 터치 패널의 구동전극의 기능을 수행하는 단계를 더 포함하는 오브젝트 검출 방법.
27. 제26항에 있어서,
    상기 (e) 단계는 상기 (c) 단계에서 상기 오브젝트의 터치가 검출된 이후에 수행되는 오브젝트 검출 방법.
28. (a) 기판의 일면에 위치하며 제1 방향으로 연장되어 배치된 적어도 하나의 제1a 전극과 적어도 하나의 제1b 전극에 서로 아웃 오브 페이즈(out of phase)인 전기적 신호를 인가하는 단계;
    (b) 기판의 일면에 각각 상기 적어도 하나의 제1a 전극 및 상기 적어도 하 나의 제1b 전극과 평행하고 번갈아 배치되며 상기 적어도 하나의 제1a 전극 및 상기 적어도 하나의 제1b 전극과 커패시터를 형성하는 제2a 전극과 제2b 전극을 포함하는 복수의 제2 전극들로부터 출력 신호를 수신하여 오브젝트의 터치를 검출하는 단계; 및
    (c) 오브젝트의 터치가 검출되지 않으면 상기 제1a 전극과 제1b 전극 또는 상기 제2a 전극과 제2b 전 극에 서로 인 페이즈(in phase)인 전기적 신호를 인가하여 오브젝트의 근접 여부를 검출하는 단계를 포함하는 오브젝트 검출 방법.
29. 제28항에 있어서,
    상기 (a) 단계와 상기 (b) 단계를 포함하는 한 싸이클을 소정의 빈도로 수행하는 오브젝트 검출 방법.
30. 제28항에 있어서,
    상기 전기적 신호를 인가하는 단계는,
    스텝(step), 사각 펄스(square pulse), 정현 펄스(sinusoidal pulse), 삼각 펄스(triangular pulse) 및 이들의 선형 중첩중 적어도 어느 하나의 전기적 신호를 인가하여 수행하는 오브젝트 검출 방법.
31. 제28항에 있어서,
    상기 기판의 타면에는 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되며 서로 평행하게 배열된 제3 전극들이 배치된 오브젝트 검출 방법.
32. 제31항에 있어서,
    (d) 상기 제3 전극들에 로우 임피던스 소스 또는 접지 전위를 연결하는 단계를 더 포함하며,
    상기 (d) 단계는 상기 (a) 단계 내지 상기 (c) 단계가 수행되는 동안에 수행되는 오브젝트 검출 방법.
33. (a) 기판의 일면에 위치하여 제1 방향으로 연장되어 배치된 복수의 제1 전극들에 인 페이즈인 전기적 신호를 인가하고, 상기 기판의 일면에 위치하여 상기 제1 전극들과 평행하고 번갈아 배치된 제2 전극들로부터 출력되는 신호를 수신하여 오브젝트의 접근을 검출하는 단계;
    (b) 상기 오브젝트의 접근이 검출되면 상기 제1 전극들 또는 제2 전극들에 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호를 인가하여 오브젝트의 터치를 검출하는 단계; 및
    (c) 오브젝트의 터치가 검출되면 터치 패널을 액티브 모드로 구동하는 단계를 포함하는 터치 패널 구동 방법.
34. 제33항에 있어서,
    상기 (c) 단계는,
    (c1) 상기 제1 전극들에 상기 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호를 인가하고 상기 제2 전극들로부터 출력되는 신호를 수신하는 단계; 및
    (c2) 상기 제2 전극들에 아웃 오브 페이즈인 전기적 신호를 인가하고, 상기 제1 전극들로부터 출력되는 신호를 수신하는 단계를 포함하는 터치 패널 구동 방법.
35. 제33항에 있어서,
    (d) 상기 (c) 단계에서 소정의 기간동안 상기 터치가 검출되지 않으면 상기 (a) 단계를 다시 수행하는 단계를 더 포함하는 터치 패널 구동 방법.
36. 제33항에 있어서,
    (e) 상기 (a) 단계에서 소정의 기간동안 상기 접근이 검출되지 않으면 상기 터치 패널을 스탑 모드로 구동하는 단계를 더 포함하는 터치 패널 구동 방법.
    
    

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