KR101530767B1 - 단일 층 터치-감지 디스플레이 - Google Patents
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Abstract
기판의 단일 측면 상에 제조된 동일 평면상의 단일 층 터치 센서들을 갖는 터치 센서 패널이 개시된다. 드라이브 및 센스 라인들은 제1 방위의 칼럼 같은 패턴들 및 제2 방위의 패치들로서 제조될 수 있고, 제1 방위의 각각의 칼럼 같은 패턴은 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 개별 금속 트레이스들에 연결되고, 제2 방위의 다수의 로우들 각각의 모든 패치들은 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 개별 금속 트레이스를 이용하여 함께 연결된다. 경계 영역들 내의 금속 트레이스들은 패치들 및 칼럼들과 동일한 기판의 측면 상에 형성될 수 있지만, 유전체 층에 의해 상기 패치들 및 칼럼 같은 패턴들로부터 분리된다.
Description
[관련 출원의 상호 참조]
이 출원은 2007년 10월 4일에 출원된 미국 가출원 일련 번호 60/977,621 및 2008년 2월 27일에 출원된 미국 일련 번호 12/038,760의 우선권을 주장한다. 상기 2건의 출원은 모두 "Single-Layer Touch-Sensitive Display"라는 표제가 붙어 있고, 그 내용은 본 명세서에 참고로 통합된다.
이것은 일반적으로 컴퓨팅 시스템을 위한 입력 장치들에 관한 것이고, 더 상세하게는, 기판의 단일 측면 상에 제조될 수 있는 상호 정전용량 멀티-터치 센서 패널에 관한 것이다.
현재 컴퓨팅 시스템에서 조작을 수행하기 위해, 버튼 또는 키, 마우스, 트랙볼, 터치 센서 패널, 조이스틱, 터치 스크린 등과 같은, 많은 종류의 입력 장치들이 이용 가능하다. 특히, 터치 스크린은 그의 하락하는 가격뿐만 아니라 그의 조작의 용이함 및 융통성 때문에 점점 더 널리 보급되고 있다. 터치 스크린은 터치-감지 표면을 갖는 투명한 패널일 수 있는 터치 센서 패널을 포함할 수 있다. 터치 센서 패널은 터치-감지 표면이 디스플레이 화면의 볼 수 있는 영역을 덮도록 디스플레이 화면의 앞에 배치될 수 있다. 터치 스크린은 사용자가 단순히 손가락 또는 스타일러스를 통해 디스플레이 화면을 터치하는 것에 의해 선택을 하고 커서를 이동시키게 할 수 있다. 일반적으로, 터치 스크린은 디스플레이 화면 상의 터치 및 터치의 위치를 인지할 수 있고, 컴퓨팅 시스템은 터치를 해석하고 그 후 터치 이벤트에 기초하여 액션을 수행할 수 있다.
터치 센서 패널은 다수의 센스 라인들(예를 들면, 칼럼(column)들) 위에 교차하는 다수의 드라이브 라인들(예를 들면, 로우(row)들)에 의해 형성된 픽셀들의 어레이로서 구현될 수 있고, 드라이브 및 센스 라인들은 유전체 재료에 의해 분리된다. 그러한 터치 센서 패널은 2007년 1월 3일에 출원된, "Double-Sided Touch Sensitive Panel and Flex Circuit Bonding"이라는 표제가 붙은, 출원인의 공동 계류중인 미국 출원 번호 11/650,049에 기술되어 있고, 그 출원의 내용은 본 명세서에 참고로 통합된다. 그러나, 단일 기판의 하부 및 상부 표면들에 형성된 드라이브 및 센스 라인들을 갖는 터치 센서 패널은 제조하는 데 비용이 많이 들 수 있다. 이 추가적인 비용에 대한 하나의 이유는 글라스 기판의 양쪽 측면들에서 박막 처리 공정들이 수행되어야 하고, 다른 측면이 처리되고 있는 동안에 처리된 측면에 대한 보호 수단이 요구된다는 것이다. 다른 이유는 기판의 양쪽 측면들에 연결하기 위해 요구되는 플렉스 회로 제조 및 접합의 비용이다.
[발명의 개요]
이것은 싱글 또는 멀티-터치 이벤트들(하나 또는 다수의 손가락 또는 다른 물체가 터치-감지 표면 상에서 거의 동시에 별개의 위치들에서 터치하는 것)을 검출하기 위해 기판의 단일 측면 상에 제조된 동일 평면상의 단일 층 터치 센서들을 갖는 실질적으로 투명한 터치 센서 패널에 관한 것이다. 동일한 기판의 반대편 측면들 상에 실질적으로 투명한 드라이브 및 센스 라인들을 제조해야 하는 것을 피하기 위해, 본 발명의 실시예들은 기판의 동일한 측면 상에 동일 평면상의 단일 층 상에 드라이브 및 센스 라인들을 형성할 수 있다. 그 드라이브 및 센스 라인들은 제1 방위의 칼럼 같은 패턴들(column-like patterns) 및 제2 방위의 패치들(patches)로서 제조될 수 있고, 상기 제1 방위의 각각의 칼럼 같은 패턴은 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 개별 금속 트레이스들에 연결되고, 제2 방위의 다수의 로우들 각각의 모든 패치들은 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 개별 금속 트레이스(또는 다른 전도성 재료)를 이용하여 함께 연결된다. 경계 영역들 내의 금속 트레이스들은 패치들 및 칼럼들과 동일한 기판의 측면 상에 형성될 수 있지만, 유전체 층에 의해 상기 패치들 및 칼럼 같은 패턴들로부터 분리된다. 상기 금속 트레이스들은, 작은 플렉스 회로가 기판의 단지 하나의 측면 상의 작은 영역에 접합될 수 있도록, 상기 패치들 및 칼럼 같은 패턴들 양쪽 모두가 기판의 동일한 짧은 에지에 라우팅되게 할 수 있다.
도 1a는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 기판의 단일 측면 상에 제조된 동일 평면상의 단일 층 터치 센서들을 갖는 예시적인 실질적으로 투명한 터치 센서 패널의 부분도를 도시한다.
도 1b는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널의 경계 영역들에서 연장하는 금속 트레이스들을 포함하는 예시적인 실질적으로 투명한 터치 센서 패널의 부분도를 도시한다.
도 1c는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 금속 트레이스들로의 칼럼들 및 로우 패치들의 예시적인 연결을 도시한다.
도 2a는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 유전체 재료 내의 비아를 통하여 연결된 SITO 트레이스들 및 금속 트레이스들을 나타내는 터치 센서 패널의 예시적인 단면을 도시한다.
도 2b는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 도 2a에 도시된 예시적인 단면의 근접도이다.
도 3은 이 발명의 하나의 실시예에 따른 예시적인 칼럼 및 인접한 로우 패치들의 상면도를 도시한다.
도 4a는 넓은 간격들을 갖는 단일 로우 내의 2개의 인접한 픽셀들 a-5 및 b-5에 대한 픽셀에서 관찰되는 손가락 터치의 x-좌표 대 상호 정전용량의 플롯이다.
도 4b는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 공간 보간(spatial interpolation)이 제공된 넓은 간격들을 갖는 단일 로우 내의 2개의 인접한 픽셀들 a-5 및 b-5에 대한 픽셀에서 관찰되는 손가락 터치의 x-좌표 대 상호 정전용량의 플롯이다.
도 4c는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 보다 큰 픽셀 간격들에 대하여 유용한 예시적인 칼럼 및 인접한 로우 패치 패턴의 상면도를 도시한다.
도 5는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 커버 글라스에 접합된 터치 센서 패널 기판 상의 SITO의 예시적인 스택업(stackup)을 도시한다.
도 6은 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널과 함께 동작 가능한 예시적인 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 7a는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있는 예시적인 이동 전화기를 도시한다.
도 7b는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있는 예시적인 디지털 오디오/비디오 플레이어를 도시한다.
도 1b는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널의 경계 영역들에서 연장하는 금속 트레이스들을 포함하는 예시적인 실질적으로 투명한 터치 센서 패널의 부분도를 도시한다.
도 1c는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 금속 트레이스들로의 칼럼들 및 로우 패치들의 예시적인 연결을 도시한다.
도 2a는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 유전체 재료 내의 비아를 통하여 연결된 SITO 트레이스들 및 금속 트레이스들을 나타내는 터치 센서 패널의 예시적인 단면을 도시한다.
도 2b는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 도 2a에 도시된 예시적인 단면의 근접도이다.
도 3은 이 발명의 하나의 실시예에 따른 예시적인 칼럼 및 인접한 로우 패치들의 상면도를 도시한다.
도 4a는 넓은 간격들을 갖는 단일 로우 내의 2개의 인접한 픽셀들 a-5 및 b-5에 대한 픽셀에서 관찰되는 손가락 터치의 x-좌표 대 상호 정전용량의 플롯이다.
도 4b는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 공간 보간(spatial interpolation)이 제공된 넓은 간격들을 갖는 단일 로우 내의 2개의 인접한 픽셀들 a-5 및 b-5에 대한 픽셀에서 관찰되는 손가락 터치의 x-좌표 대 상호 정전용량의 플롯이다.
도 4c는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 보다 큰 픽셀 간격들에 대하여 유용한 예시적인 칼럼 및 인접한 로우 패치 패턴의 상면도를 도시한다.
도 5는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 커버 글라스에 접합된 터치 센서 패널 기판 상의 SITO의 예시적인 스택업(stackup)을 도시한다.
도 6은 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널과 함께 동작 가능한 예시적인 컴퓨팅 시스템을 도시한다.
도 7a는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있는 예시적인 이동 전화기를 도시한다.
도 7b는 이 발명의 하나의 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있는 예시적인 디지털 오디오/비디오 플레이어를 도시한다.
바람직한 실시예들에 대한 다음의 설명에서는, 본 명세서의 일부를 형성하고, 발명이 실시될 수 있는 특정한 실시예들이 예시로서 도시되어 있는 첨부 도면들이 참조된다. 이 발명의 실시예들의 범위에서 일탈하지 않고 다른 실시예들이 이용될 수 있고 구조적 변경들이 이루어질 수 있다는 것을 이해해야 한다.
이것은 싱글 또는 멀티-터치 이벤트들(하나 또는 다수의 손가락 또는 다른 물체가 터치-감지 표면 상에서 거의 동시에 별개의 위치들에서 터치하는 것)을 검출하기 위해 기판의 단일 측면 상에 제조된 동일 평면상의 단일 층 터치 센서들을 갖는 실질적으로 투명한 터치 센서 패널에 관한 것이다. 동일한 기판의 반대편 측면들 상에 실질적으로 투명한 드라이브 및 센스 라인들을 제조해야 하는 것을 피하기 위해, 본 발명의 실시예들은 기판의 동일한 측면 상에 동일 평면상의 단일 층 상에 드라이브 및 센스 라인들을 형성할 수 있다. 그 드라이브 및 센스 라인들은 제1 방위의 칼럼 같은 패턴들(column-like patterns) 및 제2 방위의 패치들(patches)로서 제조될 수 있고, 상기 제1 방위의 각각의 칼럼 같은 패턴은 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 개별 금속 트레이스들에 연결되고, 제2 방위의 다수의 로우들 각각의 모든 패치들은 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 개별 금속 트레이스(또는 다른 전도성 재료)를 이용하여 함께 연결된다. 경계 영역들 내의 금속 트레이스들은 패치들 및 칼럼들과 동일한 기판의 측면 상에 형성될 수 있지만, 유전체 층에 의해 상기 패치들 및 칼럼 같은 패턴들로부터 분리된다. 상기 금속 트레이스들은, 작은 플렉스 회로가 기판의 단지 하나의 측면 상의 작은 영역에 접합될 수 있도록, 상기 패치들 및 칼럼 같은 패턴들 양쪽 모두가 기판의 동일한 짧은 에지에 라우팅되게 할 수 있다.
비록 이 발명의 일부 실시예들은 여기에서는 상호 정전용량 멀티-터치 센서 패널들에 관하여 설명될 수 있지만, 이 발명의 실시예들은 그렇게 제한되지 않고, 추가적으로 자기 정전용량(self-capacitance) 센서 패널들 및 싱글-터치 센서 패널들에 적용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 또한, 비록 센서 패널 내의 터치 센서들은 여기에서는 로우들 및 칼럼들을 갖는 터치 센서들의 직교 어레이에 관하여 설명될 수 있지만, 이 발명의 실시예들은 직교 어레이들에 제한되지 않고, 일반적으로 대각선, 동심원, 3차원 및 임의의 방위들을 포함하는, 임의의 수의 차원들 및 방위들로 배열된 터치 센서들에 적용될 수 있다.
도 1a는 본 발명의 실시예들에 따른 기판의 단일 측면 상에 제조된 동일 평면상의 단일 층 터치 센서들을 갖는 예시적인 실질적으로 투명한 터치 센서 패널(100)의 부분도를 도시한다. 도 1a의 예에서는, (a 내지 h로 표기된) 8개의 칼럼 및 (1 내지 6으로 표기된) 6개의 로우를 갖는 터치 센서 패널(100)이 도시되어 있지만, 임의의 수의 칼럼 및 로우가 채용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 칼럼 a 내지 h는 일반적으로 모양이 칼럼 모양일 수 있지만, 도 1a의 예에서는, 각 칼럼의 하나의 측면이 각 칼럼에서 개별 섹션들을 생성하도록 설계된 갈지자형으로 된 에지들(staggered edges) 및 노치들(notches)을 포함한다. 로우 1 내지 6의 각각은 복수의 별개의 패치들 또는 패드들로부터 형성될 수 있고, 각 패치는 특정한 로우 내의 모든 패치들이 경계 영역들에서 연장하는 (도 1a에는 도시되지 않은) 금속 트레이스들을 통하여 함께 연결될 수 있게 하기 위해 터치 센서 패널(100)의 경계 영역에 라우팅되는 패치와 동일한 재료의 트레이스를 포함한다. 이 금속 트레이스들은 터치 센서 패널(100)의 하나의 측면 상의 작은 영역에 라우팅되고 플렉스 회로(102)에 연결된다. 도 1a의 예에서 도시된 바와 같이, 로우들을 형성하는 패치들은 일반적으로 파라미드 모양의 구성으로 배열될 수 있다. 도 1a에서, 예를 들면, 칼럼 a와 b 사이의 로우 1-3에 대한 패치들은 거꾸로 된 피라미드 구성으로 배열되어 있는 반면, 칼럼 a와 b 사이의 로우 4-6에 대한 패치들은 똑바로 선 파라미드 구성으로 배열되어 있다.
도 1a의 칼럼들 및 패치들은 전도성 재료의 동일 평면상의 단일 층에 형성될 수 있다. 터치 스크린 실시예들에서, 전도성 재료는 SITO(Single-layer Indium Tin Oxide)와 같은 실질적으로 투명한 재료일 수 있지만, 다른 재료들이 이용될 수도 있다. SITO 층은 커버 글라스의 뒷면에 또는 개별 기판의 상부에 형성될 수 있다. 비록 여기에서는 본 명세를 단순화하기 위하여 SITO가 참조될 수 있지만, 본 발명의 실시예들에 따라 다른 전도성 재료들이 이용될 수도 있다는 것을 이해해야 한다.
도 1b는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 센서 패널의 경계 영역들에서 연장하는 금속 트레이스들(104 및 106)을 포함하는 예시적인 실질적으로 투명한 터치 센서 패널(100)의 부분도를 도시한다. 도 1b의 경계 영역들은 명료함을 위해 확대되어 있다는 것에 주목한다. 각 칼럼 a-h는 그 칼럼이 (도 1b에는 도시되지 않은) 비아를 통하여 금속 트레이스들에 연결되게 하는 SITO 트레이스(108)를 포함할 수 있다. 각 칼럼의 하나의 측면은 각 칼럼에서 개별 섹션들을 생성하도록 설계된 갈지자형으로 된 에지들(114) 및 노치들(116)을 포함한다. 각 로우 패치(1-6)는 그 패치가 (도 1b에는 도시되지 않은) 비아를 통하여 금속 트레이스에 연결되게 하는 SITO 트레이스(110)를 포함할 수 있다. SITO 트레이스들(110)은 특정한 로우의 각 패치가 서로에 자기 연결(self-connect)되게 할 수 있다. 모든 금속 트레이스들(104 및 106)은 동일한 층에 형성되기 때문에, 그것들은 모두 동일한 플렉스 회로(102)에 라우팅될 수 있다.
만약 터치 센서 패널(100)이 상호 정전용량 터치 센서 패널로서 작동된다면, 칼럼 a-h 또는 로우 1-6은 하나 이상의 자극 신호들에 의해 구동될 수 있고, 인접한 칼럼 영역들 및 로우 패치들 사이에 프린징 전계 라인들(fringing electric lines)이 형성될 수 있다. 도 1b에서는, 비록 칼럼 a와 로우 패치 1(a-1) 사이의 전계 라인들(112)만이 예시를 위하여 도시되어 있지만, 어떤 칼럼들 또는 로우들이 자극되고 있는지에 따라서 다른 인접한 칼럼 및 로우 패치들(예를 들면, a-2, b-4, g-5 등) 사이에 전계 라인들이 형성될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 따라서, 각 칼럼-로우 패치 쌍(예를 들면, a-1, a-2, b-4, g-5 등)은 2-전극 픽셀 또는 센서를 나타낼 수 있고 그곳에서 드라이브 전극으로부터 센스 전극으로 전하가 결합될 수 있다. 손가락이 이 픽셀들 중 하나 위에 착지(touch down)할 때, 터치 센서 패널의 커버를 넘어서 연장하는 프린징 전계 라인들 중 일부가 그 손가락에 의해 차단되어, 센스 전극에 결합되는 전하의 양이 감소된다. 이러한 전하의 양의 감소는 터치의 결과의 "이미지"를 결정하는 것의 일부로서 검출될 수 있다. 도 1b에 도시된 것과 같은 상호 정전용량 터치 센서 패널 디자인들에서는, 개별 기준 접지가 요구되지 않으므로, 기판의 뒷면 상에, 또는 개별 기판 상에 제2의 층이 요구되지 않는다는 것에 주목해야 한다.
터치 센서 패널(100)은 또한 자기 정전용량 터치 센서 패널로서 작동될 수 있다. 그러한 실시예에서는, 기판의 뒷면 상에, 또는 패치들 및 칼럼들과 동일한 측면 상에 있지만 유전체에 의해 그 패치들 및 칼럼들로부터 분리되어, 또는 개별 기판 상에 기준 접지면(reference ground plane)이 형성될 수 있다. 자기 정전용량 터치 센서 패널에서, 각 픽셀 또는 센서는 손가락의 존재로 인해 변경될 수 있는 기준 접지에 대한 자기 정전용량을 갖는다. 자기 정전용량 실시예들에서, 칼럼 a-h의 자기 정전용량은 독립적으로 감지될 수 있고, 로우 1-6의 자기 정전용량도 독립적으로 감지될 수 있다.
도 1c는 본 발명의 실시예들에 따른 터치 센서 패널의 경계 영역 내의 금속 트레이스들로의 칼럼들 및 로우 패치들의 예시적인 연결을 도시한다. 도 1c는 도 1b에 도시된 "상세 A"를 나타내고, SITO 트레이스들(108 및 110)을 통하여 금속 트레이스들(118)에 연결된 칼럼 "a" 및 로우 패치들 4-6을 나타낸다. SITO 트레이스들(108 및 110)은 유전체 재료에 의해 금속 트레이스들(118)과 분리되기 때문에, 유전체 재료 내의 비아들(120)은 SITO 트레이스들이 금속 트레이스들에 연결되게 한다.
도 2a는 본 발명의 실시예들에 따른 유전체 재료(222) 내의 비아(220)를 통하여 연결된 SITO 트레이스들(208) 및 금속 트레이스들(218)을 나타내는 터치 센서 패널(200)의 예시적인 단면을 도시한다. 도 2a는 도 1c에 도시된 뷰(view) B-B를 나타낸다.
도 2b는 본 발명의 실시예들에 따른 도 2a에 도시된 예시적인 단면의 근접도이다. 도 2b는 SITO 트레이스(208)가 최대 스퀘어(square)당 약 155 옴(155Ω/□ max)의 저항률을 갖는 하나의 예시적인 실시예를 나타낸다. 하나의 실시예에서, 유전체(222)는 약 1500 옹스트롬의 무기 SiO2일 수 있고, 그것은 보다 높은 온도에서 처리될 수 있고 따라서 SITO 층이 보다 높은 품질로 스퍼터링되게 한다. 다른 실시예에서, 유전체(222)는 약 3.0 미크론의 유기 중합체일 수 있다. 1500 옹스트롬의 무기 SiO2는 (SITO 트레이스(208)와 금속 트레이스들(218) 사이의) 교차 정전용량(crossover capacitance)가 문제가 되지 않도록 충분히 작은 터치 센서 패널들을 위하여 이용될 수 있다.
(약 3.5" 이상의 대각선 치수를 갖는) 보다 큰 터치 센서 패널들에 대해서는, 교차 정전용량이 문제가 되어, 부분적으로만 보상될 수 있는 오류 신호를 생성할 수 있다. 따라서, 보다 큰 터치 센서 패널들에 대해서는, 교차 정전용량을 낮추기 위해 약 3.0 미크론의 유기 중합체와 같은 보다 낮은 유전율을 갖는 보다 두꺼운 유전체 층(222)이 이용될 수 있다. 그러나, 보다 두꺼운 유전체 층의 이용은 SITO 층이 보다 낮은 온도에서 스퍼터링되도록 강제하여, 보다 낮은 광학 품질 및 보다 높은 저항률을 초래할 수 있다.
다시 도 1c의 예를 참조하면, 칼럼 에지들(114) 및 로우 패치 4-6은 로우 패치 4 및 5를 연결하는 SITO 트레이스들(110)을 위하여 공간이 만들어져야 하기 때문에 갈지자형으로 될 수 있다. (도 1c의 예에서 로우 패치 4는 실제로는 함께 달라붙은 2개의 패치들이라는 것을 이해해야 한다.) 최저의 터치 감도를 획득하기 위하여, 픽셀들 a-6, a-5 및 a-4 내의 전극들의 면적의 균형을 맞추는 것이 바람직할 수 있다. 그러나, 만약 칼럼 "a"가 선형으로 유지된다면, 로우 패치 6은 로우 패치 5 또는 6보다 가늘어질 수 있고, 픽셀 a-6의 전극들 사이에 불균형이 생성될 수 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예들에 따른 예시적인 칼럼 및 인접한 로우 패치들의 상면도를 도시한다. 일반적으로 터치 감지 회로의 범위 내에 머무르는 비교적 균일한 z-방향 터치 감도를 생성하기 위해 픽셀들 a-4, a-5 및 a-6의 상호 정전용량 특성들을 비교적 일정하게 만드는 것이 바람직할 수 있다. 따라서, 칼럼 영역들 a4, a5 및 a6는 로우 패치 영역들 4, 5 및 6과 거의 동일해야 한다. 이것을 달성하기 위해, 칼럼 세그먼트 a4의 면적이 칼럼 세그먼트들 a5 및 a6의 면적과 대등하도록 칼럼 섹션 a4 및 a5, 및 로우 패치 4 및 5는 컬럼 섹션 a6 및 로우 패치 6과 비교하여 y-방향으로 축소되어야 한다. 바꾸어 말하면, 픽셀 a4-4는 픽셀 a6-6보다 더 폭이 넓지만 더 짧을 것이고, 픽셀 a6-6은 더 폭이 좁지만 더 길 것이다.
전술한 도면들로부터 원시의 공간 감도는 다소 왜곡될 수 있다는 것이 명백할 것이다. 바꾸어 말하면, 픽셀들 또는 센서들은 x-방향으로 약간 빗나가게 되거나(skewed) 오정렬될(misaligned) 수 있기 때문에, 픽셀 a-6 상의 최대화된 터치 이벤트(예를 들면, 픽셀 a-6 바로 위에 놓인 손가락)의 x-좌표는, 예를 들면, 픽셀 a-4 상의 최대화된 터치 이벤트의 x-좌표와 약간 다를 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예들에서 이러한 오정렬은 픽셀들을 다시 매핑하고(re-map) 왜곡을 제거하기 위해 소프트웨어 알고리즘에서 디웝(de-warp)될 수 있다.
비록 일반적인 터치 패널 그리드 치수는 5.0 mm 중심들에 배열된 픽셀들을 가질 수 있지만, 터치 센서 패널에서의 전기 연결들의 전체 수를 감소시키기 위해, 예를 들면, 약 6.0 mm 중심들을 갖는 더 많이 펼쳐진 그리드(more spread-out grid)가 바람직할 수 있다. 그러나, 센서 패턴을 펼치는 것은 잘못된 터치 판독들을 야기시킬 수 있다.
도 4a는 넓은 간격들을 갖는 단일 로우 내의 2개의 인접한 픽셀들 a-5 및 b-5에 대한 픽셀에서 관찰되는 손가락 터치의 x-좌표 대 상호 정전용량의 플롯이다. 도 4a에서, 플롯(400)은 손가락 터치가 왼쪽에서 오른쪽으로 연속적으로 이동할 때 픽셀 a-5에서 관찰되는 상호 정전용량을 나타내고, 플롯(402)은 손가락 터치가 왼쪽에서 오른쪽으로 연속적으로 이동할 때 픽셀 b-5에서 관찰되는 상호 정전용량을 나타낸다. 예상되는 바와 같이, 손가락 터치가 픽셀 a-5의 바로 위에 지나갈 때 픽셀 a-5에서 상호 정전용량의 하락(404)이 관찰되고, 손가락 터치가 픽셀 b-5의 바로 위에 지나갈 때 픽셀 b-5에서 상호 정전용량의 유사한 하락(406)이 관찰된다. 만약 라인(408)이 터치 이벤트를 검출하기 위한 임계치를 나타낸다면, 도 4a는 손가락이 터치 센서 패널의 표면으로부터 결코 들어올려지지 않더라도, 410에서 손가락이 순간적으로 표면에서 들어올려진 것같이 잘못 보일 수 있다. 이 위치(410)는 2개의 펼쳐진 픽셀들 사이의 약 중간 지점을 나타낼 수 있다.
도 4b는 본 발명의 실시예들에 따른 공간 보간(spatial interpolation)이 제공된 넓은 간격들을 갖는 단일 로우 내의 2개의 인접한 픽셀들 a-5 및 b-5에 대한 픽셀에서 관찰되는 손가락 터치의 x-좌표 대 상호 정전용량의 플롯이다. 예상되는 바와 같이, 손가락 터치가 픽셀 a-5의 바로 위에 지나갈 때 픽셀 a-5에서 상호 정전용량의 하락(404)이 관찰되고, 손가락 터치가 픽셀 b-5의 바로 위에 지나갈 때 픽셀 b-5에서 상호 정전용량의 유사한 하락(406)이 관찰된다. 그러나, 상호 정전용량의 상승 및 하락은 도 4a에서보다 더 점진적으로 일어난다는 것에 주목한다. 만약 라인(408)이 터치 이벤트를 검출하기 위한 임계치를 나타낸다면, 도 4b는 손가락이 왼쪽에서 오른쪽으로 픽셀 a-5 및 b-5 위로 이동할 때, 픽셀 a-5 또는 b-5의 어느 쪽에서든 항상 터치 이벤트가 검출된다. 바꾸어 말하면, 터치 이벤트들의 이 "블러링"(blurring)은 그릇된 논-터치 판독들(false non-touch readings)이 나타나는 것을 방지하는 데 도움이 된다.
본 발명의 하나의 실시예에서, 터치 센서 패널을 위한 커버 글라스의 두께는 도 4b에 도시된 공간 블러링 또는 필터링의 일부 또는 전부를 생성하기 위해 증가될 수 있다.
도 4c는 본 발명의 실시예들에 따른 보다 큰 픽셀 간격들에 대하여 유용한 예시적인 칼럼 및 인접한 로우 패치 패턴의 상면도를 도시한다. 도 4c는 x-방향으로 연장(elongate)된 픽셀 내에서 톱니 전극 에지들(412)이 채용되는 예시적인 실시예를 도시한다. 톱니 전극 에지들은 x-방향으로 보다 큰 거리에 걸쳐서 동일한 픽셀에 의해 터치 이벤트가 검출될 수 있도록 x-방향으로 보다 큰 영역에 걸쳐서 필터링 전계 라인들(414)이 존재하게 할 수 있다. 도 4c의 톱니 구성은 단지 예시적인 것이고, 뱀 모양의 에지 등과 같은 다른 구성들도 이용될 수 있다는 것을 이해해야 한다. 이러한 구성들은 터치 패턴들을 더욱 부드럽게 하고 도 4b에 도시된 바와 같이 인접한 픽셀들 사이에 추가적인 공간 필터링 및 보간을 생성할 수 있다.
도 5는 본 발명의 실시예들에 따른 커버 글라스에 접합된 터치 센서 패널 기판 상의 SITO의 예시적인 스택업(stackup)을 도시한다. 스택업은 글라스로 형성될 수 있는 터치 센서 패널 기판(500)을 포함할 수 있고, 그 위에 하나의 측면 상에는 AR(anti-reflective) 막(510)이 형성될 수 있고 다른 측면 상에는 경계 영역들 내의 버스 라인들을 형성하도록 금속(502)이 증착될 수 있다. 금속(502)은 최대 스퀘어당 0.8 옴(0.8Ω/□ max)의 저항률을 가질 수 있다. 그 후 기판(500) 및 금속(502) 위에 절연층(504)이 증착될 수 있다. 절연층은, 예를 들면, 1500 옹스트롬의 두께를 갖는 SiO2, 또는 3 미크론의 유기 중합체일 수 있다. 절연체(504) 내에 비아(506)들을 형성하기 위해 포토리소그래피가 이용될 수 있고, 그 후 절연체 및 금속(502)의 위에 전도성 재료(508)가 증착되고 패터닝될 수 있다. 최대 스퀘어당 155 옴의 저항률을 갖는 ITO와 같은 투명한 전도성 재료로부터 형성될 수 있는 전도성 재료(508)의 단일 층은 다중 층 디자인들보다 더 투명할 수 있고, 제조하기가 더 용이할 수 있다. ACF(anisotropic conductive film)와 같은 접착제(514)를 이용하여 전도성 재료(508) 및 금속(502)에 플렉스 회로(512)가 접합될 수 있다. 그 후 전체 서브어셈블리는 PSA(pressure sensitive adhesive)와 같은 접착제(518)를 이용하여 커버 글라스(516) 및 블랙마스크(520)에 접합될 수 있다.
대안 실시예에서, 전술한 금속, 절연체, 전도성 재료는 커버 글라스의 뒷면 상에 형성될 수 있다.
도 6은 이 발명의 실시예들에 따른 전술한 터치 센서 패널과 함께 동작 가능한 예시적인 컴퓨팅 시스템(600)을 도시한다. 터치 센서 패널(624) 및 디스플레이 장치(640)(예를 들면, LCD 모듈)를 포함할 수 있는 터치스크린(642)은 센서 패널 상에 일체로 형성된 커넥터들을 통하여, 또는 플렉스 회로들을 이용하여 컴퓨팅 시스템(600) 내의 다른 컴포넌트들에 연결될 수 있다. 컴퓨팅 시스템(600)은 하나 이상의 패널 프로세서(602) 및 주변 장치들(peripherals)(604), 및 패널 서브시스템(606)을 포함할 수 있다. 하나 이상의 프로세서(602)는, 예를 들면, ARM968 프로세서 또는 유사한 기능 및 성능을 갖는 다른 프로세서를 포함할 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서, 패널 프로세서 기능은 대신에 상태 기계와 같은 전용 로직에 의해 구현될 수 있다. 주변 장치들(604)은 RAM(random access memory) 또는 다른 종류의 메모리 또는 저장 장치, 감시 타이머(watchdog timer) 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다.
패널 서브시스템(606)은, 하나 이상의 아날로그 채널(608), 채널 스캔 로직(610) 및 드라이버 로직(614)을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 채널 스캔 로직(610)은 RAM(612)에 액세스하고, 아날로그 채널들로부터 자율적으로 데이터를 판독하고 아날로그 채널들에 대한 제어를 제공할 수 있다. 이 제어는 터치 센서 패널(624)의 센스 라인들을 아날로그 채널들(608)에 멀티플렉싱하는 것 또는 다른 방법으로 연결하는 것을 포함할 수 있다. 또한, 채널 스캔 로직(610)은 터치 센서 패널(624)의 드라이브 라인들에 선택적으로 인가되는 드라이버 로직 및 자극 신호들을 제어할 수 있다. 일부 실시예들에서, 패널 서브시스템(606), 패널 프로세서(602) 및 주변 장치들(604)은 하나의 ASIC(application specific integrated circuit) 내에 통합될 수 있다.
드라이버 로직(614)은 다수의 패널 서브시스템 출력들(616)을 제공할 수 있고 고전압 드라이버(618)를 구동하는 독점 인터페이스(proprietary interface)를 제공할 수 있다. 고전압 드라이버(618)는 저전압 레벨(예를 들면, CMOS(complementary metal oxide semiconductor) 레벨들)로부터, 잡음 감소를 위한 보다 나은 S/N(signal-to-noise) 비를 제공하는, 보다 높은 전압 레벨로 시프팅하는 레벨을 제공할 수 있다. 패널 서브시스템 출력들(616)은 디코더(620) 및 레벨 시프터/드라이버(638)에 보내질 수 있고, 레벨 시프터/드라이버(638)는 하나 이상의 고전압 드라이버 출력들을 독점 인터페이스를 통하여 하나 이상의 패널 로우 또는 드라이브 라인 입력들(622)에 선택적으로 연결하고 고전압 드라이버(618)에서 보다 적은 수의 고전압 드라이버 회로들의 이용을 가능하게 할 수 있다. 각 패널 로우 입력(622)은 터치 센서 패널(624) 내의 하나 이상의 드라이브 라인을 구동할 수 있다. 일부 실시예들에서, 고전압 드라이버(618) 및 디코더(620)는 하나의 ASIC 내에 통합될 수 있다. 그러나, 다른 실시예들에서 고전압 드라이버(618) 및 디코더(620)는 드라이버 로직(614) 내에 통합될 수 있고, 또 다른 실시예들에서 고전압 드라이버(618) 및 디코더(620)는 완전히 제거될 수 있다.
컴퓨팅 시스템(600)은 또한 패널 프로세서(602)로부터의 출력들을 수신하고 그 출력에 기초하여 액션들을 수행하기 위한 호스트 프로세서(628)를 포함할 수 있고, 그 액션들은, 커서 또는 포인터와 같은 개체를 움직이는 것, 스크롤링하는 것 또는 패닝하는 것(panning), 제어 설정을 조정하는 것, 파일 또는 문서를 여는 것, 메뉴를 보는 것, 선택을 하는 것, 명령을 실행하는 것, 호스트 장치에 연결된 주변 장치를 조작하는 것, 전화 통화를 받는 것, 전화 통화를 거는 것, 전화 통화를 종료하는 것, 볼륨 또는 오디오 설정을 변경하는 것, 주소들, 자주 다이얼링되는 번호들, 수신 통화들, 받지 못한 통화들과 같은 전화 통신과 관련된 정보를 저장하는 것, 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크에 로그온하는 것, 허가된 개인들에게 컴퓨터 또는 컴퓨터 네트워크의 제한된 영역들에의 액세스를 허용하는 것, 컴퓨터 데스크톱의 사용자의 선호 배열과 관련된 사용자 프로파일을 로딩하는 것, 웹 콘텐트에의 액세스를 허용하는 것, 특정 프로그램을 시작하는 것, 메시지를 암호화하거나 해독하는 것 등을 포함할 수 있지만, 이에 제한되지는 않는다. 호스트 프로세서(628)는 또한 패널 처리에 관련되지 않을 수 있는 추가적인 기능들을 수행할 수 있고, 장치의 사용자에게 사용자 인터페이스(UI)를 제공하기 위해 LCD와 같은 디스플레이 장치(640) 및 프로그램 저장 장치(632)에 연결될 수 있다.
전술한 터치 센서 패널은 비용이 더 낮고, 제조가 더 용이하고, 기존의 기계 제어 아우트라인에 적합한 공간 효율적인 터치 센서 패널 및 UI를 제공하기 위해 도 6의 시스템에서 유리하게 이용될 수 있다.
도 7a는 본 발명의 실시예들에 따른 (옵션으로 PSA(734)를 이용하여 함께 접합된) 터치 센서 패널(724) 및 디스플레이 장치(730) 스택업들 및 전술한 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있는 예시적인 이동 전화기(736)를 도시한다. 도 7b는 본 발명의 실시예들에 따른 (옵션으로 PSA(734)를 이용하여 함께 접합된) 터치 센서 패널(724) 및 디스플레이 장치(730) 스택업들 및 전술한 컴퓨팅 시스템을 포함할 수 있는 예시적인 디지털 오디오/비디오 플레이어(740)를 도시한다. 도 7a 및 7b의 이동 전화기 및 디지털 오디오/비디오 플레이어는 전술한 터치 센서 패널들로부터 유리하게 이익을 얻을 수 있는데, 그 이유는 그 터치 센서 패널은 이들 장치들이 더 작고 비용이 적게 들게 할 수 있고, 이것은 소비자 호감 및 상업적 성공에 상당한 영향을 미칠 수 있는 중요한 소비자 요인들이기 때문이다.
비록 이 발명의 실시예들은 첨부 도면들에 관련하여 충분히 설명되었지만, 이 기술 분야의 숙련자들에게는 다양한 변경들 및 수정들이 명백할 것이라는 점에 주목해야 한다. 그러한 변경들 및 수정들은 첨부된 청구항들에 의해 한정되는 이 발명의 실시예들의 범위 내에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.
Claims (17)
- 터치 센서 패널로서,
기판의 한 측면 상의 단일 층 상에 형성되는 전도성 재료의 복수의 연속적인 패턴들; 및
상기 기판 상에 상기 전도성 재료의 상기 복수의 연속적인 패턴들과 동일한 측면 상에 형성되는 상기 전도성 재료의 복수의 패치들 - 상기 복수의 패치들은 복수의 로우들(rows)로 배열되고, 특정 로우에 있는 패치들은 서로 연결됨 -
을 포함하고,
상기 복수의 패치들은 상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴들의 섹션들과 함께 상호 정전용량 센서들의 어레이를 형성하는 터치 센서 패널. - 제1항에 있어서, 상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴들은 칼럼 형태(column-like in shape)를 갖는 터치 센서 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 특정 로우에 있는 패치들은 상기 패치들 및 상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴들과는 상이한 층 상에 형성된 트레이스들(traces)을 이용하여 서로 연결되는 터치 센서 패널.
- 제1항에 있어서,
상기 패치들의 적어도 하나의 로우 또는 상기 전도성 재료의 적어도 하나의 연속적인 패턴은 자극 신호들(stimulation signals)을 수신하기 위한 드라이브 라인(drive line)으로 구성되고, 상기 전도성 재료의 적어도 하나의 연속적인 패턴 또는 상기 패치들의 적어도 하나의 로우는 상기 드라이브 라인과 용량성 결합(capacitively coupling)하고, 센스 신호(sense signal)를 생성하기 위한 센스 라인(sense line)으로 구성되는 터치 센서 패널. - 제2항에 있어서, 상기 칼럼 형태의 패턴들(column-like patterns)은 상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴들의 상기 섹션들을 형성하기 위하여 노치들(notches) 및 갈지자형으로 된 에지들(staggered edges)로 형성되는 터치 센서 패널.
- 제1항에 있어서, 상호 정전용량 센서를 형성하는 대응하는 패치 및 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴의 섹션은 동일한 표면 면적을 갖는 터치 센서 패널.
- 제1항에 있어서, 공간 블러링(spatial blurring)을 생성하기 위해 하나 이상의 상호 정전용량 센서들을 x-방향으로 연장(elongate)하는 터치 센서 패널.
- 제1항에 있어서, 상기 터치 센서 패널은 컴퓨팅 시스템에 통합되는 터치 센서 패널.
- 제8항에 있어서, 상기 컴퓨팅 시스템은 휴대 전화에 통합되는 터치 센서 패널.
- 제8항에 있어서, 상기 컴퓨팅 시스템은 디지털 미디어 재생기에 통합되는 터치 센서 패널.
- 터치 센서 패널을 형성하는 방법으로서,
기판의 한 측면 상의 단일 층 상에 전도성 재료의 복수의 연속적인 패턴들을 형성하는 단계;
상기 기판 상에 상기 전도성 재료의 상기 복수의 연속적인 패턴들과 동일한 측면 상에서 상기 전도성 재료의 복수의 패치들을 형성하고 상기 복수의 패치들을 복수의 로우들로 배열하는 단계;
특정 로우에 있는 패치들을 서로 연결하는 단계; 및
상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴들의 섹션들과 함께 상기 복수의 패치들로부터 상호 정전용량 센서들의 어레이를 형성하는 단계
를 포함하는 터치 센서 패널 형성 방법. - 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴들을 칼럼 형태들로 형성하는 단계를 더 포함하는 터치 센서 패널 형성 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 특정 로우에 있는 패치들을 상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴들 및 패치들과는 상이한 층 상에 형성된 트레이스들을 이용하여 서로 연결시키는 단계를 더 포함하는 터치 센서 패널 형성 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 방법은 패치들의 적어도 하나의 로우 또는 상기 전도성 재료의 적어도 하나의 연속적인 패턴을 컨트롤러로부터 자극 신호들을 수신하기 위한 드라이브 라인으로 구성하고, 상기 전도성 재료의 적어도 하나의 연속적인 패턴 또는 상기 패치들의 적어도 하나의 로우를 상기 드라이브 라인과 용량성 결합하고, 센스 신호를 생성하기 위한 센스 라인으로 구성하는 단계를 더 포함하는 터치 센서 패널 형성 방법.
- 제12항에 있어서, 상기 방법은 상기 칼럼 형태의 섹션들을 형성하기 위하여 상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴들을 노치들 및 갈지자형으로 된 에지들로 형성하는 단계를 더 포함하는 터치 센서 패널 형성 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 방법은 상기 상호 정전용량 센서를 형성하는 대응하는 패치 및 상기 전도성 재료의 상기 연속적인 패턴의 섹션을 동일한 표면 면적을 갖도록 형성하는 단계를 더 포함하는 터치 센서 패널 형성 방법.
- 제11항에 있어서, 상기 방법은 공간 블러링을 생성하기 위해 하나 이상의 상호 정전용량 센서들을 x-방향으로 연장하는 단계를 더 포함하는 터치 센서 패널 형성 방법.
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