KR101533971B1 - 터치전극패턴, 터치패널, 및 이를 포함하는 터치입력장치 - Google Patents

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Abstract

복수 개의 구동전극-셀을 포함하는 구동전극과 복수 개의 감지전극-셀을 포함하는 감지전극이 동일층에 형성된 터치패널이 공개된다. 각각의 감지전극-셀은, 각각의 감지전극-셀에 정전결합되는 구동전극-셀을 상하좌우 방향으로 감싸도록 되어 있다. 그리고 구동전극-셀에 구동배선이 연결될 수 있도록 감지전극-셀에 슬릿이 형성되어 있다.

Description

터치전극패턴, 터치패널, 및 이를 포함하는 터치입력장치{Touch electrode pattern, touch panel, and touch input device having the same}
본 발명은 터치전극패턴, 이러한 패턴을 갖는 터치패널, 및 이를 이용한 터치입력장치에 관한 것이다.
터치입력장치는 터치패널 상에서 손가락 등 입력도구의 위치(좌표)를 감지하고, 감지된 위치에 관한 정보를 입력정보로서 제공하는 입력장치를 지칭한다. 대표적으로 저항 방식과 용량성 방식이 있다. 용량성 방식은 크게 자기축전방식과 상호축전방식이 있다. 상호축전방식은 투명한 전도성 소재로 이루어진 구동전극 및 감지전극을 포함하는데, 보통 구동전극과 감지전극의 연장방향은 서로 다르며 어떤 실시예에서는 두 전극이 서로 수직방향을 이룰 수도 있다.
감지전극과 구동전극 사이에 커패시턴스가 형성될 수 있으며, 특히 두 전극의 교차영역에서 대부분의 커패시턴스가 형성될 수 있다. 이러한 교차영역을 본 명세서에서는 총칭 '터치노드' 또는 '노드'라고 지칭할 수 있다. 하나의 터치패널에는 한 개 이상의 구동전극과 한 개 이상의 감지전극이 제공되기 때문에 상술한 터치노드가 한 개 이상 존재할 수 있다.
손가락을 상술한 터치노드에 접촉하거나, 또는 상술한 터치노드의 근처에 위치시키면 이 터치노드를 형성하는 감지전극과 구동전극 사이에 형성되는 커패시턴스의 값이 변화한다. 따라서 감지전극과 구동전극 사이에 형성되는 커패시턴스의 값의 변화 여부를 측정함으로써 손가락으로 터치패널에 접촉했는지 여부를 알아낼 수 있다.
감지전극과 구동전극 사이에 형성되는 커패시턴스가 변화했는지를 측정하기 위하여 특정 구동전극에 전류를 인가하면 상기 특정 구동전극과 교차하는 N개의 감지전극(N≥1)에 전하가 주입된다. 주입되는 전하의 양은 상기 특정 구동전극과 상술한 N개의 감지전극에 의해 각각 형성된 커패시턴스 값에 따라 달라진다. 따라서 위의 하나 이상의 감지전극에 주입된 전하의 양을 측정하여 비교함으로써, 상기 특정 구동전극과 상기 N개의 감지전극에 의해 형성된 N개의 터치노드 중 터치입력이 발생한 터치노드가 있는지 여부 및 터치입력위치를 판별할 수 있다. 이러한 처리과정을 여러 개의 구동전극에 대하여 각각 수행함으로써 터치패널 전체영역에 대한 터치입력위치를 판별할 수 있다.
하나의 터치노드는 일정한 면적(A1)을 갖는데 상기 터치노드의 중심점을 '노드중심점'이라고 지칭할 수 있다. 한편, 손가락 등의 입력도구가 터치패널에 접촉될 때에 일정한 면적(A2)의 접촉면이 형성된다고 할 때에 상기 접촉면의 중심점을 '터치중심점'이라고 지칭할 수 있다. 상기 터치중심점과 상기 노드중심점의 거리(d)에 따라 상기 접촉면 중 상기 하나의 터치노드를 덮는(cover) 부분의 면적이 변화하게 되며, 그 결과 상기 터치중심점과 상기 노드중심점의 거리(d)에 따라 상기 터치노드의 커패시턴스 변화량이 달라지게 된다. 이때 상기 커패시턴스의 변화량(ΔC)이 상기 거리(d)에 따라 선형적으로 증감하지 않는다면 터치입력위치의 계산이 복잡하게 되는 문제가 있다.
또한 상기 하나의 터치노드에서의 제1 축(ex: x축) 방향의 내부패턴이 여기에 직교하는 제2 축(ex: y축) 방향의 내부패턴에 대응하는 모양을 갖지 않는 경우에는, 하나의 터치노드 내에서의 x방향의 감지특성과 y방향의 감지특성이 서로 다를 수 있다는 문제점이 있다.
또한 상기 터치중심점이 상기 두 개의 감지전극의 경계부에 위치하였을 때에 각 감지전극의 커패시턴스 변화량이 동일한 것이 바람직하지만, 상기 경계부를 중심으로 상기 두 개의 감지전극의 패턴이 서로 비대칭인 경우에는 상기 각 감지전극의 커패시턴스 변화량이 동일하지 않게 되는 문제점이 있다. 이러한 문제 때문에 터치입력위치의 계산의 정확성이 떨어지게 된다. 특히 터치패널에 접촉한 손가락을 좌에서 우로 드래그(drag)하는 제1 드래그모드와 우에서 좌로 드래그하는 제2 드래그모드에 대한 터치입력 특성이 서로 다르다는 문제가 발생할 수 있다.
본 발명에서는 감지전극과 구동전극이 동일 층에 현성된 터치패널의 특정 터치노드의 커패시턴스의 변화량의 크기가 터치입력위치의 좌표에 따라 선형에 가깝게 변화되도록 하기 위한 새로운 구조의 감지전극 및 구동전극을 제공하고자 한다. 또한, x축 방향에 따른 터치입력 감지특성과 y축 방향에 따른 터치입력 감지특성이 서로 유사하도록 하는 감지전극 및 구동전극의 구조를 제공하고자 한다. 또한, 터치중심점이 두 개의 감지전극의 경계부에 위치하였을 때에 각 감지전극의 커패시턴스 변화량의 차이를 줄일 수 있도록 하는 감지전극 및 구동전극의 구조를 제공하고자 한다.
상술한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 양상에 따른 터치패널은 복수 개의 구동전극-셀을 포함하는 구동전극과 복수 개의 감지전극-셀을 포함하는 감지전극이 동일층에 형성된 터치패널로서, 각각의 상기 감지전극-셀은, 각각의 상기 감지전극-셀에 정전결합되는 구동전극-셀을 상하좌우 방향으로 감싸도록 되어 있으며, 상기 구동전극-셀에 구동배선을 연결하기 위하여 상기 감지전극-셀에 슬릿이 형성되어 있다.
이때, 상기 구동전극-셀은 스스로 상하좌우 대칭인 구조를 갖고 있으며, 상기 감지전극-셀은 상기 슬릿 부분을 제외하고는 스스로 상하좌우 대칭인 구조를 가질 수 있다.
이때, 상기 구동전극-셀은 일 방향으로 회전하는 소용돌이 형상으로 연장되어 있으며, 상기 감지전극-셀은 상기 구동전극-셀의 연장방향을 따라 소용돌이 형상으로 연장된 부분을 포함할 수 있다.
이때, 상기 감지전극에 포함된 k-번째 감지전극-셀에 포함된 k-번째 슬릿은 상기 k-번째 감지전극-셀의 왼쪽에 형성되어 있고, 상기 감지전극에 포함된 k+1-번째 감지전극-셀에 포함된 k+1-번째 슬릿은 상기 k+1-번째 감지전극-셀의 오른쪽에 형성되어 있을 수 있다.
이때, 상기 감지전극에 포함된 복수 개의 감지전극-셀에 형성된 복수 개의 슬릿은 모두 상기 복수 개의 감지전극-셀의 일 측부에 형성되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 양상에 따른 터치패널은 구동전극-셀 및 상기 구동전극-셀에 정전결합하며 상기 구동전극-셀과 동일층에 형성된 감지전극-셀을 포함하는 터치노드 복수 개가 행렬형태로 배치된 터치패널로서, 각각의 상기 감지전극-셀은, 각각의 상기 감지전극-셀에 정전결합되는 구동전극-셀을 상하좌우 방향으로 감싸도록 되어 있으며, 상기 구동전극-셀에 구동배선이 연결될 수 있도록 상기 감지전극-셀에 슬릿이 형성되어 있다.
이때, 상기 구동전극-셀은 스스로 상하좌우 대칭인 구조를 갖고 있으며, 상기 감지전극-셀은 상기 슬릿 부분을 제외하고는 스스로 상하좌우 대칭인 구조를 가질 수 있다.
본 발명의 또 다른 양상에 따른 터치패널은 구동전극과 감지전극이 동일층에 형성된 터치패널로서, 상기 감지전극은 사다리 모양으로 되어 있으며, 상기 감지전극에 용량결합되는 구동전극-셀은 상기 감지전극에 의해 그 상하좌우가 둘러싸여 있으며, 상기 감지전극에는 상기 구동전극-셀에 연결되는 구동배선을 통과시키기 위한 슬릿이 형성되어 있다.
본 발명에 따라 제공되는 새로운 구조의 감지전극 및 구동전극을 이용하면, 터치패널의 특정 터치노드의 커패시턴스의 변화량의 크기가 터치입력위치의 좌표에 따라 선형에 가깝게 변화되도록 할 수 있다. 또한, x축 방향에 따른 터치입력 감지특성과 y축 방향에 따른 터치입력 감지특성이 서로 유사항 특성을 갖도록 하는 감지전극 및 구동전극의 구조를 제공할 수 있다. 또한, 터치중심점이 두 개의 감지전극의 경계부에 위치하였을 때에 각 감지전극의 커패시턴스 변화량의 차이를 줄일 수 있도록 하는 감지전극 및 구동전극의 구조를 제공할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 감지전극과 구동전극이 동일 층에 형성된 터치패널의 동작원리를 설명하기 위한 것이다.
도 2a 내지 도 2c는 터치패널의 하나의 터치노드에서의 터치중심점의 위치에 따른 정전용량의 변화를 설명하기 위한 것이다.
도 3은 일 실시예에 따른 터치패널을 나타낸 것이다.
도 4a 및 도 4b는 터치입력 제스쳐에 대한 터치입력특성의 비대칭성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 감지전극-셀과 구동전극-셀의 패턴의 형성원리를 설명하기 위한 것이다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지전극-셀, 구동전극-셀, 및 구동배선의 모양 및 배치를 설명하기 위한 것이다.
도 5c는 도 5b에 도시한 패턴의 변형예로서 상하로 서로 인접한 감지전극-셀에 형성된 슬릿이 감지전극-셀의 우측에만 형성된 예를 나타낸다.
도 5d는 도 5b에 도시한 패턴의 변형예이다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치노드의 형상을 나타낸 것이다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널의 구조를 나타낸 것이다.
도 7b는 도 7a에서 상하로 인접한 감지전극-셀들이 충분히 가까이 배치됨으로써 연결도체에 대응하는 구성요소가 생략된 변형예를 나타낸다.
도 7c는 도 7b에 도시한 터치패널의 제2 열 및 제4 열에 포함된 터치노드들을 좌우로 대칭시킨 형태의 변형예를 나타낸다.
도 7d는 도 7a에 도시한 터치패널의 각 터치노드를 도 6d에 도시한 터치노드로 대체한 변형예를 나타낸다.
도 7e는 도 7b에 도시한 터치패널의 각 터치노드를 도 6d에 도시한 터치노드를 이용하여 대체한 변형예를 나타낸다.
도 7f는 도 7c에 도시한 터치패널의 각 터치노드를 도 6d에 도시한 터치노드를 이용하여 대체한 변형예를 나타낸다.
도 7g는 도 7d에 도시한 터치패널의 제2 행 및 제4 행에 포함된 터치노드를 상하 및 좌우로 대칭시킨 형태의 변형예를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 이하에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다. 본 명세서에 첨부한 도면은 설명의 편의를 위해 일부 과장되거나 축소되어 도시되었으며, 본 발명의 일 실시예를 실제로 구현할 경우 도면에 나타난 구성요소의 각 부분의 축척은 달라질 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널은 제1 방향, 예를 들어 수직방향으로 연장된 투명전극을 여러 개 포함할 수 있다. 또한, 터치패널은 제2 방향, 예를 들어 수평방향으로 연장된 투명전극을 여러 개 포함할 수 있다. 여기서 제1 방향과 제2 방향은 서로 수직인 방향일 수 있으나 이에 국한되지는 않는다. 본 명세서에서는 편의상, 도면에서 수직방향으로 연장된 전극은 감지전극(sensing electrode)이라고 지칭할 수 있고 수평방향으로 연장된 전극은 구동전극(driving electrode)이라고 지칭할 수 있다. 그러나 다른 실시예에서는 수직방향의 전극과 수평방향의 전극의 역할은 서로 바뀔 수 있다.
감지전극들과 구동전극들은 서로 다른 층(layer)에 형성될 수도 있고, 또는 동일한 층에 형성될 수도 있다. 감지전극들과 구동전극의 교차영역을 정의할 수 있는데, 복수 개의 감지전극과 구동전극에 의해 형성되는 이들 교차영역들은 행렬구조를 가질 수 있다. 이 행렬구조의 각 요소(element)에 대응하는 영역은 터치패널 내에서의 터치입력위치를 결정하기 위한 기준 단위로 사용될 수 있다. 이러한 기본 단위를 본 발명에서는 '터치노드' 또는 '노드'라고 지칭할 수 있다.
구동전극에 전압이 인가되면, 구동전극과 감지전극들의 교차점에서 상호 커패시턴스(mutual capacitance)(Csense)를 통해 감지전극들에게 전하(charge)가 주입될 수 있다. 각 감지전극에 입력되는 전하량(Qsense)은 구동신호의 제1 레벨(Vdrive)과 상호 커패시턴스(Csense)의 곱으로 나타낼 수 있다(즉, Qsense = Vdrive * Csense).
특정 시구간 동안, 제1 레벨(Vdrive)의 전압과 제2 레벨(0V)의 전압이 주기적으로 반복되는 펄스 트레인과 같은 구동신호를 구동전극 중 하나의 전극에게 인가할 수 있다. 특정 시구간이 끝나면, 구동신호를 다른 구동전극에 인가할 수 있다. 구동신호가 입력되는 구동전극을 제외한 나머지 구동전극들에는 직류전압, 예컨대 0V의 전압이 인가될 수 있다. 그러나 실시예에 따라서는 여러 개의 구동전극에 구동신호를 동시에 인가하는 구성을 사용할 수도 있다.
도 1a 및 도 1b는 감지전극(120)과 구동전극(110)이 동일 층에 형성된 터치패널의 동작원리를 설명하기 위한 것이다. 도 1b와 같이 손가락(600)에 의한 터치입력이 이루어지면 구동전극(110)으로부터 나오는 전기장(510) 중 일부가 손가락(600)에 흡수되어 차단되기 때문에 구동전극(110)과 감지전극(120) 사이의 상호 커패시턴스 값이 달라질 수 있다(Csense → Csense - ΔCsense). 터치입력에 의한 상호 커패시턴스의 변화량의 다이나믹 레인지(dynamic range)가 적절하게 큰 값을 갖게되면 터치입력 여부 판단을 하는데 유리하다. 따라서 감지전극(120)과 구동전극(110)의 형상은 손가락에 의해 차단/또는 흡수될 수 있는 전기장(510)을 충분히 제공할 수 있도록 되어 있는 것이 바람직하다.
도 2a 내지 도 2c는 터치패널의 하나의 터치노드에서의 터치중심점의 위치에 따른 정전용량의 변화를 설명하기 위한 것이다.
도 2a에서는 설명의 편의를 위하여 총 8개의 감지전극(C1 ~ C8)과 총 12개의 구동전극(R1 ~ R12)이 형성된 터치패널을 도시하였다. 감지전극과 각 구동전극이 교차하는 각각의 터치노드의 영역은 정사각형으로 표시하였다. 손가락으로 터치한 경우, 구동전극으로부터 감지전극으로 향하는 전기장을 실제로 차단하는 영역은 타원형 또는 원형 등으로 모델링될 수 있다. 여기서는 설명의 편의를 위해 원형으로 모델링함을 전제로 설명한다.
도 2b는 도 2a의 노드([R3, C4]), 노드([R3, C5]), 및 노드([R3, C6])를 자세히 도시한 것이다. 터치입력은 도 2b에 표시된 인덱스([-9] ~ [9])가 나타내는 지점을 중심으로 이루어질 수 있다. 인덱스([-9]), 인덱스([0]), 및 인덱스([9])가 나타내는 지점을 중심(즉, 터치중심점)으로 터치입력이 이루어진 경우 전기장이 차단된 영역은 각각 원형영역(A[-9]), 원형영역(A[0]), 및 원형영역(A[9])일 수 있다.
도 2c의 y축(즉, x축에 수직인 축) 값은 노드([R3, C5])의 정전용량 변화값을 나타내며, +x축과 -x축은 각각 노드([R3, C5])의 중심점으로부터 우측 및 좌측으로 이격된 거리를 나타낸다. 도 2c의 인덱스([-9] ~ [9])는 각각 도 2b의 인덱스([-9] ~ [9])에 대응한다. 인덱스([0])가 나타내는 지점(즉, 노드([R3, C5])의 노드중심점)을 중심으로 터치입력이 이루어진 경우 노드([R3, C5]) 상의 전기장을 가장 많이 차단하게 되므로 y값은 최대값이 된다. 인덱스([-9])가 나타내는 지점(즉, 노드([R3, C4])의 노드중심점) 또는 인덱스([-9])가 나타내는 지점(즉, 노드([R3, C6])의 노드중심점)을 중심으로 터치입력이 이루어진 경우 노드([R3, C5]) 상의 전기장은 차단되지 않으므로 y값은 0이 된다. 도 2c에 도시한 직선(L-I)는, 터치입력 위치에 따른 이상적인(즉, 선형적인) 정전용량의 변화를 나타내며, 곡선(L-R)은 터치입력 위치에 따른 실제 정전용량의 변화를 나타낸다. 직선(L-I)이 이상적인 이유는, 터치입력 위치 변화에 따른 정전용량의 변화가 선형성을 만족하면, 터치입력 프로세서에서 수행해야하는 계산이 간소화될 수 있기 때문이다. 도 2c에 나타낸 D(xn)은 지점 xn에서의 직선(L-I)과 곡선(L-R)의 차이값을 나타낸다.
본 발명에서는 인터폴레이션에 적합한 정도를 Interpolability라는 용어로 정의하는데, 이는 인접한 두 셀 사이에서의 정전용량의 변화량의 크기를 거리에 따라 측정하여 얻을 수 있다. 수학식 1은 이상적인 인터폴레이션 응답 프로파일(L-I)(IRP, Interpolation Response Profile)과 실제 인터폴레이션 응답 프로파일(L-R)과의 차이를 정량화한 것이다.
Figure 112012103970276-pat00001
수학식 1에 따르면, Interpolability가 클수록 이상적인 IRP에 가깝다는 것을 알 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 IRP를 크게 하기 위하여 감지전극 및/또는 구동전극 내의 패턴의 라인(line)(감지라인)의 밀도를 최대가 되도록 설계할 수 있다. 감지라인의 밀도는 한 개의 터치노드 내에서는 프린징 용량(fringing cap)의 분포를 결정하는데, 프린징 용량은 서로 정전결합하는 구동전극과 감지전극이 마주보는 길이에 비례한다.
도 2c에 나타낸 인터폴레이션 응답 프로파일은 좌우 대칭인 형태를 나타내고 있는데, 이러한 프로파일은 주로 터치패널의 각 터치노드가 노드중심점을 중심으로 대칭인 패턴을 갖는 경우에 나타날 수 있다. 그런데 터치패널의 구체적인 구성에 따라, 각 노드가 갖는 비대칭성이 커질수록 도 2c에 나타낸 인터폴레이션 응답 프로파일과 같이 좌우 대칭인 프로파일을 갖기 어렵다. 이와 같이 인터폴레이션 응답 프로파일이 좌우 비대칭인 경우 터치입력 감지의 균일성이 저하되는 문제가 발생할 수 있다.
도 3은 일 실시예에 따른 터치패널을 나타낸 것이다.
도 3은 상술한 터치노드가 4*4 행렬형태로 배치되어 형성된 실시예에 따른 터치패널을 나타낸다. 이 터치패널은 4개의 감지전극, 4개의 구동전극, 총 16개의 구동배선(11), 및 총 4개의 감지배선(12)이 동일층에 형성된 구조를 갖는다. 한 개의 감지전극은 한 개의 행(column)(ex: C1)을 따라 상하방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 한 개의 감지전극에 포함된 4개의 감지전극-셀(200)은 서로 상하로 인접하여 직접 연결되어 있을 수 있으며, 나아가 상기 4개의 감지전극-셀(200)은 일체로 형성되어 있을 수도 있다. 한 개의 구동전극은 한 개의 열(row)(ex: R1)을 따라 좌우방향으로 연장되어 형성될 수 있다. 한 개의 구동전극에 포함된 4개의 구동전극-셀(210)은 감지전극들에 의해 서로 분리되어 배치된다. 한 개의 열(row)(ex: R1)에서 서로 분리배치된 4개의 구동전극-셀(210)들이 서로 연결되어야 하나의 구동전극을 형성할 수 있다. 따라서 이를 위하여 각각의 구동전극-셀(210)에는 각각 구동배선('제2 구동배선')(11)이 연결될 수 있으며, 각 구동배선(11)은 구동전극과 감지전극이 차지하는 소위 '감지영역'의 외부로 연장될 수 있다. 도 3a의 실시예에서는 총 16개의 구동전극-셀(210)이 존재하므로 총 16개의 구동배선(11)이 제공될 수 있다. 구동배선(11)의 구체적인 제공방법은 본 명세서에 포함된 도면에 의해 제한되는 것은 아니며 다양한 방법으로 구현될 수 있다. 동일한 열(row)에 속한 구동전극-셀(210)들에 연결된 4개의 구동배선(11)들은 상기 감지영역의 외부에서 별도로 제공되는 제1 구동배선에 의해 서로 연결될 수 있다. 상술한 제1 구동배선과 제2 구동배선을 다양한 방법으로 연결될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 터치입력 제스쳐에 대한 터치입력특성의 비대칭성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4a는, 서로 좌우로(즉, x축 방향으로) 인접한 두 개의 터치노드(N1, N2)를 포함하는 영역(B) 내에서, 손가락의 터치중심점의 x-축 위치에 따른 각 터치노드(N1, N2)의 이상적인 커패시턴스 변화량(ΔC_N1, ΔC_N2)을 나타낸 것이다. 여기서 설명의 편의를 위해 손가락에 의해 덮히는 터치영역의 지름이 각 터치노드(N1, N2)의 폭보다 크지 않다고 가정한다. 손가락의 터치중심점이 터치노드(N1)의 노드중심점(o1)에 위치한 경우 터치노드(N1)의 커패시턴스 변화량(ΔC_N1)은 최대가 되고, 터치노드(N2)의 커패시턴스 변화량(ΔC_N2)은 최소가 된다. 그리고 손가락의 터치중심점이 터치노드(N2)의 노드중심점(o2)에 위치한 경우 터치노드(N1)의 커패시턴스 변화량(ΔC_N1)은 최소가 되고, 터치노드(N2)의 커패시턴스 변화량(ΔC_N2)은 최대가 된다. 또한, 손가락의 터치중심점이 터치노드(N1)와 터치노드(N2)의 경계중심(50, o)에 위치한 경우, 터치노드(N1)의 커패시턴스 변화량(ΔC_N1)과 터치노드(N2)의 커패시턴스 변화량(ΔC_N2)은 동일하게 된다. 이는 바람직한 이상적인 경우를 가정하여 설명한 것이다. 그러나 도 4b에 도시한 것과 같이, 좌우로 인접한 두 개의 터치노드(N21, N22)가, 두 개의 터치노드(N21, N22) 사이의 경계선(50)을 중심으로 비대칭인 형상을 하고 있는 경우에는 도 4a와 같은 이상적인 그래프가 도출되기 어렵다.
도 4b는, 감지전극-셀과 구동전극-셀이 도 3의 영역(A)에 도시한 것과 같은 모양과 배치를 하고 있는 경우, 손가락의 터치중심점의 x축 위치에 따른 각 터치노드(N21, N22)의 커패시턴스의 변화량(ΔC_N21, ΔC_N22)을 나타낸 것이다. 터치노드(N21) 내부에 형성된 구동전극-셀과 감지전극-셀의 패턴이 좌우대칭인 구조를 하고 있지 않는 경우에는, 손가락의 터치중심점의 x축 위치에 따른 터치노드(N21)의 커패시턴스의 변화량은 터치노드(N21)의 노드중심점(o21)에 대하여 비대칭일 수 있다. 이는 터치노드(N22)에 대하여도 마찬가지로 설명된다. 그 결과, 손가락의 터치중심점이 터치노드(N21)와 터치노드(N22) 사이의 경계중심부(o)에 위치한 경우에, 터치노드(N21)의 커패시턴스의 변화량(ΔC_N21)과 터치노드(N22)의 커패시턴스의 변화량(ΔC_N22)이 일치하지 않는다. 도 4b와 같은 비이상적인 터치입력특성을 갖는 경우 터치입력의 정확한 지점을 계산하기 어렵다는 문제가 있다. 이하, 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예들을 설명한다.
도 5a는 본 발명의 실시예들에 따른 감지전극-셀(200)과 구동전극-셀(210)의 패턴의 형성원리를 설명하기 위한 것이다. 기본적으로 각 감지전극-셀(200)은 각 구동전극-셀(210)을 상하좌우로 완전히 감싸는 형태를 갖는다. 각 구동전극-셀(210)은 상하좌우 대칭인 형상을 갖거나 이에 가까운 형상을 갖는 것이 바람직할 수 있다. 각각의 감지전극-셀(200)은 투명한 연결도선(111)에 의해 상하로 직접 연결될 수 있다. 이때 연결도선(111)은 감지전극-셀(200)과 동일한 재질로 되어 있으며 감지전극-셀(200)과 일체로 형성된 것일 수 있다. 터치패널이 직사각형의 모양을 갖는 실시예에 대해서는 감지전극-셀(200)의 외측 가장자리는 직사각형에 대응하는 형상을 가질 수도 있다. 또한 감지전극-셀(200)의 내측 가장자리는 구동전극-셀(210)의 외측 가장자리의 모양에 대응하는 모양을 할 수 있다. 그런데 감지전극-셀(200)과 구동전극-셀(210)은 동일층에 배치되며, 동일 구동전극에 속한 구동전극-셀들은 서로 연결되어야 하기 때문에, 도 5a의 각 구동전극-셀(210)에는 도 3에 도시한 것과 같은 구동배선이 연결되어야 한다. 따라서 도 5b 및 도 5c와 같이 구동전극-셀(210)의 일부에 슬릿(SL)이 형성될 필요가 있다. 슬릿(SL)의 폭은 구동배선을 통과시키기에 적합한 정도의 크기를 가질 수 있다.
도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따른 감지전극-셀(200), 구동전극-셀(210), 및 구동배선(22)의 모양 및 배치를 설명하기 위한 것이다. 기본적으로 도 5a에 도시한 패턴이 이용되며, 감지전극-셀(200)에는 구동배선(22)을 관통시키기 위한 슬릿(SL)이 형성되어 있다. 구동배선(22)은 슬릿(SL)을 통해 구동전극-셀(210)에 연결된다. 상하로 연결된 4개의 감지전극-셀(200)은 하나의 감지전극에 포함될 수 있다. 상하로 서로 인접한 감지전극-셀(200)에 형성된 슬릿(SL)은 감지전극의 연장방향을 따라 좌우 교대로 형성되어 있을 수 있다.
도 5c는 도 5b에 도시한 패턴의 변형예로서 상하로 서로 인접한 감지전극-셀(200)에 형성된 슬릿(SL)이 감지전극-셀의 우측에만 형성된 예를 나타낸다. 도 5c와 달리 슬릿(SL)이 감지전극-셀의 좌측에만 형성될 수도 있다.
도 5d는 도 5b에 도시한 패턴의 변형예이다. 도 5d에 도시한 바와 같이, 상하로 서로 인접한 감지전극-셀(200)이 서로 상하로 충분히 인접한 경우 연결도선(111)에 대응하는 부분이 생략될 수 있다.
도 5d에서 감지전극-셀들만을 따로 분리하여 관찰하면 슬릿이 형성되어 있는 사다리(ladder) 형상을 하고 있음을 알 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널은 구동전극과 감지전극이 동일층에 형성된 터치패널로서, 상기 감지전극은 사다리 모양으로 되어 있으며, 상기 감지전극에 용량결합되는 구동전극-셀은 상기 감지전극에 의해 그 상하좌우가 둘러싸여 있으며, 상기 감지전극에는 상기 구동전극-셀에 연결되는 구동배선을 통과시키기 위한 슬릿이 형성되어 있을 수 있다.
도 5a 내지 도 5c에 도시한 기본구조에 있어서 감지전극-셀들만을 따로 분리하여 관찰하면 도 5d의 사다리 형상과 균등한 형상을 하고 있음을 알 수 있다. 이러한 구조는 구체적으로는 후술하는 도 7a 내지 도 7g, 그리고 도 8과 같이 구현될 수 있다.
도 6a 내지 도 6d는 본 발명의 다양한 실시예에 따른 터치노드의 형상을 나타낸 것이다.
도 6a 내지 도 6c에 도시한 터치노드에서는, 감지전극-셀(200)이 구동전극-셀(210)을 상하좌우로 모두 감싸고 있으며, 감지전극-셀(200)과 구동전극-셀(210)은 스스로 상하좌우 대칭인 형상을 갖는다. 다만, 감지전극-셀(200)에는 상술한 구동배선을 인입하기 위한 슬릿(SL)이 형성되어 있다. 특히, 도 6b와 같이 구동전극-셀(210)과 감지전극-셀(200)이 복수 개의 브랜치(branch)(700)를 갖고 있는 경우, 터치입력의 감지에 영향을 주는 프린징 용량성분이 터치노드의 전 영역에 걸쳐 고르게 분포될 수 있다. 따라서 손가락의 터치중심점의 위치에 따른 터치노드의 커패시턴스의 변화량(ΔC(x), ΔC(y))이 터치노드의 노드중심점(O(x), O(y))를 중심으로 대칭에 가까운 특성을 갖도록 조절할 수 있다. 이는 도 6c에 도시한 패턴에 대해서도 마찬가지이다. 도 6b와 같은 터치노드의 형상은 도 6a에 도시한 터치노드의 기본형상으로부터 다양하게 변형되어 도출될 수 있다.
도 6d에 도시한 터치노드에서는, 감지전극-셀(200)과 구동전극-셀(210)은 스스로 상하좌우 대칭인 형상을 갖고 있지는 않다. 그러나 슬릿(SL) 부분을 제외하고는 감지전극-셀(200)이 구동전극-셀(210)을 상하좌우로 모두 감싸고 있으며, 감지전극-셀(200)과 구동전극-셀(210)이 각각 소용돌이 형상을 하고 있기 때문에 터치입력의 감지에 영향을 주는 프린징 용량성분이 터치노드의 전 영역에 걸쳐 고르게 분포될 수 있다. 따라서 도 6d의 경우에도 도 6b에 따른 패턴과 유사한 효과를 얻을 수 있다.
도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치패널의 구조를 나타낸 것이다.
도 7a는 본 발명이 일 실시예에 따른 터치패널로서, 4 row * 4 column의 행렬 구조를 갖는 터치패널의 예를 들은 것이다. 이 터치패널은 총 4 * 4 = 16개의 터치노드를 포함한다. 각 터치노드의 패턴은 도 6b에 도시한 패턴과 동일하며, 다만, 제1 열(ex: R1)에 포함된 터치노드는 상기 제1 열에 인접한 제2 열(ex: R2)에 포함된 터치노드에 대하여 좌우방향으로 대칭인 구조를 갖는다. 각각의 구동전극(R1~R4)은 4개의 구동전극-셀(210)을 포함하며, 각각의 감지전극(C1~C4)은 4개의 감지전극-셀(200)을 포함한다. 하나의 감지전극(ex: C1)에 속한 4개의 감지전극-셀은 연결도체(예컨대 투명도체)(111)에 의해 상하로 서로 연결되어 있다. 감지전극(C1~C4)과 구동전극(R1~R4)이 동일한 층에 배치되기 때문에, 하나의 구동전극에 속해있는 4개의 구동전극-셀(210)들은 감지전극을 좌우방향으로 가로질러 서로 연결될 수 없으며, 감지전극-셀(200)과 구동전극-셀(210)이 배치된 영역의 외부로 연결된 구동배선(11)을 통해 서로 연결될 수 있다.
도 7b는 도 7a에서 상하로 인접한 감지전극-셀들이 충분히 가까이 배치됨으로써 연결도체(111)에 대응하는 구성요소가 생략된 변형예를 나타낸다.
도 7a에 따른 패턴은 도 7b에 따른 패턴과는 다른 기술적인 특징을 갖는다. 도 7a를 살펴보면, 두 개의 인접한 감지전극 사이에는 구동배선(11)이 배치되어야 하며, 이를 위해 두 개의 인접한 감지전극은 일정한 폭(GW)만큼 이격되어 배치된다. 터치패널의 수직방향에 따른 터치입력특성이 수평방향에 따른 터치입력특성과 유사하도록 구성하는 것이 바람직하다. 따라서, 두 개의 인접한 감지전극 사이의 일정한 수평 갭(GW)에 대응하도록, 두 개의 인접한 구동전극을 일정한 수직 갭(GH)만큼 이격하여 배치할 수 있다. 이때, 수평 갭(GW)에 대한 수직 갭(GH)의 비율은, 하나의 터치노드의 좌우폭(TW)에 대한 상하폭(TH)의 비율과 동일할 수 있다(도 6b 참조). 또는 수평 갭(GW)에 대한 수직 갭(GH)의 비율을 단순히 1:1로 정할 수도 있다. 아래의 도 7d 및 도 7e에 대해서도 마찬가지로 설명될 수 있다.
도 7c는 도 7b에 도시한 터치패널의 제2 열(R2) 및 제4 열(R4)에 포함된 터치노드들을 좌우로 대칭시킨 형태의 변형예를 나타낸다. 도 7c에서는 구동배선(11)의 도시를 생략하였다.
도 7c에 따른 패턴과 도 7b에 따른 패턴은 서로 다른 기술적인 특징을 나타낼 수 있다.
도 7b에 따른 패턴에 의하면 구동배선(11)이 하나의 감지전극 내에서 감지전극의 연장방향을 따라 좌우로 순차적으로 교차하여 배치된다. 따라서 터치패널 내에서 구동배선(11)을 더 균일한 방식으로 배치할 수 있으며, 그 결과 구동배선(11)에 의해 터치패널 내에 형성되는 터치감지특성의 편차를 줄일 수 있다는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
이에 비하여, 도 7c에 따른 패턴에 의하면 상하로 연장된 하나의 감지패턴의 저항이 도 7b에 비하여 감소하는 유리한 효과를 얻을 수 있다.
아래의 도 7e 및 도 7f에 대해서도 위와 마찬가지 방식으로 설명될 수 있다.
도 7d는 도 7a에 도시한 터치패널의 각 터치노드를 도 6d에 도시한 터치노드로 대체한 변형예를 나타낸다.
도 7e는 도 7b에 도시한 터치패널의 각 터치노드를 도 6d에 도시한 터치노드를 이용하여 대체한 변형예를 나타낸다.
도 7f는 도 7c에 도시한 터치패널의 각 터치노드를 도 6d에 도시한 터치노드를 이용하여 대체한 변형예를 나타낸다.
도 7g는 도 7d에 도시한 터치패널의 제2 행(C2) 및 제4 행(C4)에 포함된 터치노드를 상하 및 좌우로 대칭시킨 형태의 변형예를 나타낸다.
본 명세서에서는 하나의 감지전극에 속하는 복수 개의 감지전극-셀들이 상술한 감지영역 내에서 직접 연결되며, 하나의 구동전극에 속하는 복수 개의 구동전극-셀들은 상술한 감지영역 바깥에서 서로 연결되는 예를 설명하였다. 그러나 다른 실시예에서는 상기 감지전극과 구동전극의 구성이 서로 뒤바뀐 구조를 가질 수도 있기 때문에, 상술한 실시예를 이에 맞게 변형할 수 있다는 점을 이해할 수 있다.
터치패널은 전체적으로 직사각형 모양을 할 수 있으나 이에 한정되지 않고, 또한 평면형으로 제공될 수 있으나 곡면형으로 제공될 수도 있다. 터치패널의 구체적인 형상에 따라 감지전극, 구동전극, 감지전극-셀, 및 구동전극-셀의 모양이 달라질 수 있다.
이상 본 발명이 양호한 실시예와 관련하여 설명되었으나, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다.
그러므로 개시된 실시예는 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 진정한 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (8)

  1. 각각 복수 개의 구동전극-셀을 포함하는 복수 개의 구동전극, 복수 개의 감지전극-셀을 포함하는 제1 감지전극, 및 복수 개의 감지전극-셀을 포함하며 상기 제1 감지전극에 인접하여 배치된 제2 감지전극이 동일층에 형성된 터치패널로서,
    상기 제1 감지전극 및 상기 제2 감지전극에 포함된 각각의 상기 감지전극-셀은, 각각의 상기 감지전극-셀에 정전결합되는 구동전극-셀을 상하좌우 방향으로 감싸도록 되어 있으며,
    상기 구동전극-셀에 구동배선을 연결하기 위하여 상기 각각의 감지전극-셀에 슬릿이 형성되어 있고,
    상기 제1 감지전극에 포함된 k-번째 감지전극-셀에 포함된 k-번째 슬릿은 상기 k-번째 감지전극-셀의 왼쪽에 형성되어 있고, 상기 제2 감지전극에 포함된 k-번째 감지전극-셀에 포함된 k-번째 슬릿은 상기 k-번째 감지전극-셀의 오른쪽에 형성되어 있고
    상기 제1 감지전극에 포함된 k+1-번째 감지전극-셀에 포함된 k+1-번째 슬릿은 상기 k+1-번째 감지전극-셀의 오른쪽에 형성되어 있고, 상기 제2 감지전극에 포함된 k+1-번째 감지전극-셀에 포함된 k+1-번째 슬릿은 상기 k+1-번째 감지전극-셀의 왼쪽에 형성되어 있는
    터치패널.
  2. 제1항에 있어서, 상기 각각의 구동전극-셀은 상하좌우 대칭인 구조를 갖고 있는, 터치패널.
  3. 제1항에 있어서, 상기 각각의 구동전극-셀은 일 방향으로 회전하는 소용돌이 형상으로 연장되어 있으며, 상기 각각의 구동전극-셀에 용량결합되는 상기 감지전극-셀은 상기 각각의 구동전극-셀의 연장방향을 따라 소용돌이 형상으로 연장된 부분을 포함하는, 터치패널.
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 구동전극-셀 및 상기 구동전극-셀에 정전결합하며 상기 구동전극-셀과 동일층에 형성된 감지전극-셀을 포함하는 터치노드 복수 개가 행렬형태로 배치된 터치패널로서,
    각각의 상기 감지전극-셀은, 각각의 상기 감지전극-셀에 정전결합되는 구동전극-셀을 상하좌우 방향으로 감싸도록 되어 있으며,
    상기 구동전극-셀에 구동배선이 연결될 수 있도록 상기 감지전극-셀에 슬릿이 형성되어 있고,
    일방향으로 연장되어 있는 제1 감지전극에 포함된 k-번째 감지전극-셀에 포함된 k-번째 슬릿은 상기 k-번째 감지전극-셀의 왼쪽에 형성되어 있고, 상기 제1 감지전극에 인접하여 배치되어 있으며 상기 일방향으로 연장된 제2 감지전극에 포함된 k-번째 감지전극-셀에 포함된 k-번째 슬릿은 상기 k-번째 감지전극-셀의 오른쪽에 형성되어 있고
    상기 제1 감지전극에 포함된 k+1-번째 감지전극-셀에 포함된 k+1-번째 슬릿은 상기 k+1-번째 감지전극-셀의 오른쪽에 형성되어 있고, 상기 제2 감지전극에 포함된 k+1-번째 감지전극-셀에 포함된 k+1-번째 슬릿은 상기 k+1-번째 감지전극-셀의 왼쪽에 형성되어 있는
    터치패널.
  7. 제6항에 있어서, 상기 구동전극-셀은 상하좌우 대칭인 구조를 갖고 있는, 터치패널.
  8. 삭제
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