KR101577952B1 - 터치 패널 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 패널 장치에 관한 것이다. 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널 장치는 터치 패널, 그리고 상기 터치 패널을 제어하는 터치 패널 제어부를 포함하고, 상기 터치 패널은 하부 전극층, 상기 하부 전극층 위에 위치하는 고형 절연층, 상기 고형 절연층 위에 위치하는 유동성 절연층, 그리고 상기 유동성 절연층 위에 위치하는 상부 전극층을 포함한다.
터치 패널, 저항막 방식, 정전 용량 방식, 배선 감소

Description

터치 패널 장치{TOUCH PANEL DEVICE}
본 발명은 터치 패널 장치에 관한 것으로서, 특히 멀티 터치 감지가 가능한 터치 패널 장치에 관한 것이다.
액정 표시 장치(liquid crystal display), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display) 등의 표시 장치, 휴대용 전송 장치, 그 밖의 정보 처리 장치 등은 다양한 입력 장치를 이용하여 기능을 수행한다. 최근, 이러한 입력 장치로서 터치 패널을 구비하는 입력 장치가 많이 사용되고 있다.
터치 패널(touch panel)은 화면 위에 손가락 또는 터치 펜(touch pen, stylus) 등을 접촉해 문자나 그림을 쓰고 그리거나, 아이콘을 실행시켜 컴퓨터 등의 기계에 원하는 명령을 수행시키는 장치를 말한다. 터치 패널이 부착된 표시 장치는 사용자의 손가락 또는 터치 펜 등이 화면에 접촉하였는지 여부 및 접촉 위치 정보를 알아낼 수 있다.
이와 같은 터치 패널은 터치를 감지하는 방법에 따라 크게 저항막 방식(resistive type), 정전 용량 방식(capacitive type), 그리고 전자기 유도형(electro-magnetic type, EM) 등으로 나뉠 수 있다.
이 중, 저항막 방식 터치 패널은 간격재에 의해 분리되어 있는 상부 및 하부 투명 전극을 포함한다. 상부 투명 전극이 형성되어 있는 상부판이 외부 접촉에 의해 눌려 상부 투명 전극과 하부 투명 전극이 물리적으로 접촉하게 되면, 눌린 지점의 저항값에 따라 변화된 전압을 측정하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 판단할 수 있다. 이러한 저항막 방식 터치 패널은 접촉 물체의 도전성에 무관하게 동작할 수 있으나 동시에 여러 지점이 터치될 경우 전압 변화의 값이 하나로 인식되기 때문에 여러 지점의 터치 정보를 얻기 힘들다.
정전 용량 방식의 터치 패널은 투명 전극이 형성된 필름을 포함하고, 투명 전극에 전압을 인가한 후 손가락 도전성 물체 등의 접촉에 의한 전압 변화를 측정하여 터치 여부 및 터치 위치를 알 수 있다. 이러한 정전 용량 방식은 여러 지점이 접촉이 되어도 접촉 여부 및 접촉 위치를 알아낼 수 있으나 장갑을 낀 손 등의 부도체가 접촉할 경우 전압 변화가 일어나지 않아 접촉 정보를 알아낼 수 없다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 접촉 물체의 종류에 제한을 받지 않고 복수 지점이 접촉되어도 각 위치의 접촉 정보를 얻을 수 있는 터치 패널 장치를 제공하는 것이다.
본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 터치 패널 장치의 배선의 수를 줄이는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널 장치는 터치 패널, 그리고 상기 터치 패널을 제어하는 터치 패널 제어부를 포함하고, 상기 터치 패널은 하부 전극층, 상기 하부 전극층 위에 위치하는 고형 절연층, 상기 고형 절연층 위에 위치하는 유동성 절연층, 그리고 상기 유동성 절연층 위에 위치하는 상부 전극층을 포함한다.
상기 하부 전극층은 띠 모양을 가지며 제1 방향으로 뻗은 복수의 하부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극층은 띠 모양을 가지며 제2 방향으로 뻗은 복수의 상부 전극을 포함하며, 상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 교차할 수 있다.
상기 복수의 하부 전극 또는 상기 복수의 상부 전극의 폭은 위치에 따라 서로 다를 수 있다.
상기 복수의 하부 전극 또는 상기 복수의 상부 전극 각각의 폭은 위치에 따라 점진적으로 변할 수 있다.
상기 유동성 절연층 및 상기 고형 절연층 중 적어도 하나의 두께는 위치에 따라 변할 수 있다.
상기 유동성 절연층 및 상기 고형 절연층 중 적어도 하나의 두께는 위치에 따라 점진적으로 변할 수 있다.
복수의 상기 상부 전극의 제1단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제1 입력 신호선, 복수의 상기 상부 전극의 제2단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제1 출력 신호선, 복수의 상기 하부 전극의 제1단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제2 입력 신호선, 그리고 복수의 상기 하부 전극의 제2단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제2 출력 신호선을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 출력 신호선과 상기 복수의 제2 출력 신호선은 각각 하나의 신호선으로 묶여서 상기 터치 패널 제어부에 연결될 수 있다.
상기 유동성 절연층은 액정 물질을 포함할 수 있다.
상기 유동성 절연층은 상기 유동성 절연층의 간격을 유지하는 복수의 간격재를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치는 터치 패널, 그리고 상기 터치 패널을 제어하는 터치 패널 제어부를 포함하고, 상기 터치 패널은 복수의 하부 전극을 포함하는 하부 전극층, 상기 하부 전극층 위에 위치하는 절연층, 그리고 상기 절연층 위에 위치하며 상기 하부 전극과 교차하는 복수의 상부 전극을 포함하는 상부 전극층을 포함하며, 상기 복수의 하부 전극 또는 상기 복수의 상부 전극의 폭은 위치에 따라 서로 다르다.
상기 복수의 하부 전극 또는 상기 복수의 상부 전극 각각의 폭은 위치에 따라 점진적으로 변할 수 있다.
복수의 상기 상부 전극의 제1단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제1 입력 신호선, 복수의 상기 상부 전극의 제2단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제1 출력 신호선, 복수의 상기 하부 전극의 제1단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제2 입력 신호선, 그리고 복수의 상기 하부 전극의 제2단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제2 출력 신호선을 더 포함할 수 있다.
상기 복수의 제1 출력 신호선과 상기 복수의 제2 출력 신호선은 각각 하나의 신호선으로 묶여서 상기 터치 패널 제어부에 연결될 수 있다..
본 발명의 실시예와 같이 상부 전극 및 하부 전극 사이에 유동성 절연층과 고형 절연층을 위치시킴으로써 외부로부터의 접촉 물체의 도전성 여부에 상관 없이 접촉 정보를 감지할 수 있다.
또한 복수의 상부 전극 및 복수의 하부 전극과 연결된 출력 신호선을 출력 신호를 이용하므로 터치 패널의 두 곳 이상의 접촉 여부를 비롯한 접촉 정부를 얻을 수 있다.
또한 상부 전극 및 하부 전극 사이의 유동성 절연층 또는 고형 절연층의 두께를 위치에 따라 변화시키거나 상부 전극 또는 하부 전극의 폭을 위치에 따라 변화시킴으로써 터치 패널의 배선의 수를 줄일 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 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.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부 분 "바로 위에" 있는 경우 뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
먼저 도 1 내지 도 3을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널 장치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널의 단면 구조를 보여주는 도면이고, 도 3은 도 2에 도시한 터치 패널의 단면 구조의 일부를 보여주는 도면이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널 장치는 터치 패널(100), 터치 패널(100)과 연결되어 있는 터치 패널 제어부(200), 그리고 터치 패널 제어부(200)와 연결되어 있는 접촉 판단부(400)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 터치 패널(100)은 복수의 상부 전극(110)을 포함하는 상부 전극층, 복수의 하부 전극(150)을 포함하는 하부 전극층, 그리고 상부 전극(110) 및 하부 전극(150) 사이에 들어 있는 유동성 절연층(fluent dielectric layer)(120) 및 고형 절연층(solid dielectric layer)(130)을 포함한다.
상부 전극(110)은 대략 x 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하고, 하부 전극(150)은 대략 y 방향으로 뻗으며 서로가 거의 평행하다. 복수의 상부 전극(110)은 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있으며, 복수의 하부 전극(150)도 서로 일정 간격을 두고 떨어져 있다. 상부 전극(110) 및 하부 전극(150)은 ITO(indium tin oxide) 또는 IZO(indium zinc oxide) 등의 투명 도전성 물질로 만들어질 수 있다. 도 1에 도시한 바와 달리, 상부 전극(110)이 y 방향으로 뻗고 하부 전극(150)이 x 방향으로 뻗을 수도 있다.
고형 절연층(130)은 복수의 하부 전극(150) 위에 위치한다. 고형 절연층(130)은 질화규소(SiNx) 또는 산화규소(SiOx) 따위의 고형의 투명한 절연 물질로 만들어질 수 있다.
유동성 절연층(120)은 고형 절연층(130) 위에 위치하며, 유동성의 절연 물질로 이루어진다. 예를 들어, 유동성 절연층(120)은 PVA 액정(PVA liquid crystal)을 포함하는 액정 물질로 이루어질 수 있다. 유동성 절연층(120)의 유전율은 3 내지 4일 수 있으나, 이에 한정되지 않고 터치 패널(100)의 투과율이나 안정성을 고려하여 선택할 수 있다. 한편 유동성 절연층(120)은 고형 절연층(130) 위에 형성된 복수의 간격재(122)를 포함한다. 간격재(122)는 고형 절연층(130)과 상부 전극(110) 사이의 간격, 즉 유동성 절연층(120)의 두께를 유지할 수 있다. 간격재(122)는 도트 간격재를 포함할 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이, 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)의 계면 및 이와 마주하는 상부 전극(110)은 상부 축전기(Cv)를 이루며 그 사이의 유동성 절연층(120)은 유전체로서 기능한다. 또한 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)의 계면 및 이와 마주하는 하부 전극(150)은 하부 축전기(Cu)를 이루며 그 사이의 고형 절연층(130)은 유전체로서 기능한다. 따라서 상부 및 하부 축전기(Cv, Cu)의 총 정전 용량(Ct), 즉 상부 및 하부 전극(110, 150)을 두 단자로 하는 전체 축전기(Ct)의 정전 용량은 다음의 [수학식 1]과 같다.
Ct=Cv＊Cu/(Cv+Cu)
위 [수학식 1]에서 상부 축전기(Cv), 하부 축전기(Cu), 그리고 전체 축전기(Ct)와 그 정전 용량은 동일한 도면 부호로 나타내었다.
이 밖에, 상부 전극(110)을 덮으며 상부 전극(110)을 보호할 수 있는 절연층(도시하지 않음)이 더 형성되어 있을 수 있다.
다시 도 1을 참조하면, 터치 패널 제어부(200)는 제1 입력 신호선(170x)을 통해 터치 패널(100)의 상부 전극(110)의 한쪽 단자와 연결되어 있고, 제2 입력 신호선(170y)을 통해 터치 패널(100)의 하부 전극(150)의 한쪽 단자와 연결되어 있다. 또한 터치 패널 제어부(200)는 제1 출력 신호선(180x)을 통해 상부 전극(110)의 다른 쪽 단자와 연결되어 있고, 제2 출력 신호선(180y)을 통해 하부 전극(150)의 다른 쪽 단자와 연결되어 있다.
터치 패널 제어부(200)는 제1 및 제2 입력 신호선(170x 170y)을 통해 상부 전극(110) 및 하부 전극(150)에 입력 신호를 전달하고, 제1 및 제2 출력 신호선(180x, 180y)을 통해 상부 전극(110) 및 하부 전극(150)의 출력 신호를 입력 받는다. 터치 패널 제어부(200)는 출력 신호를 처리하여 감지 신호를 생성한다.
접촉 판단부(400)는 터치 패널 제어부(200)로부터 감지 신호를 받아 연산 처리를 하여 접촉 여부 및 접촉 위치 등을 판단한 후, 접촉 정보(INF)를 생성하여 외부 장치(도시하지 않음)로 내보낸다. 외부 장치는 접촉 정보(INF)에 기초하여 영상 신호를 액정 표시 장치(liquid crystal display) 또는 유기 발광 표시 장 치(organic light emitting display) 등과 같은 표시 장치에 전송할 수 있다. 접촉 판단부(400)는 생략될 수 있다.
그러면, 앞에서 설명한 도 1 내지 도 3와 함께 도 4 및 도 5를 참고하여 도 1 내지 도 3에 도시한 터치 패널 장치의 접촉 위치 감지 방법에 대하여 설명한다.
도 4는 도 2에 도시한 터치 패널의 일부가 터치되었을 때의 터치 패널의 단면 구조를 보여주는 도면이고, 도 5는 도 4에 도시한 터치된 터치 패널의 단면 구조의 일부를 보여주는 도면이다.
터치 패널 제어부(200)는 제1 입력 신호선(170x)을 통해 상부 전극(110)에 입력 신호를 전달한다. 입력 신호는 일정한 주파수와 전압 크기를 갖는 교류 전압일 수 있다.
다음, 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 상부 전극(110)에 입력 신호가 전달되는 상태에서, 외부로부터 사용자의 손가락(Fn)등의 접촉(touch)에 의한 압력이 터치 패널(100)에 가해지면, 접촉이 가해진 위치의 상부 전극(110)이 아래로 눌려 상부 전극(110)의 일부가 고형 절연층(130)의 윗면과 접촉한다. 이 때, 외부 접촉 물체는 그 도전성 여부 및 성질에 제한 받지 않는다.
그러면, 그 접촉 위치에서 상부 축전기(Cv)가 사라지고 하부 축전기(Cu)만이 남게 되므로, 상부 및 하부 전극(110, 150)을 두 단자로 하는 전체 축전기(Ct)의 정전 용량은 하부 축전기(Cu)의 정전 용량과 같게 된다. 따라서 접촉이 가해진 경우 접촉 위치에서의 전체 축전기(Ct)의 정전 용량은 다음 [수학식 2]의 ΔCt만큼 변하게 된다.
ΔCt=Cu-Cv＊Cu/(Cv+Cu)=Cu2/(Cu+Cv)
이와 같이 상부 및 하부 전극(110, 150)이 이루는 전체 축전기(Ct)의 정전 용량이 변하면, 접촉 위치에 대응하는 하부 전극(150)을 통해 전달되는 출력 신호의 주파수 및 전압 크기에 변동이 생긴다.
변동된 출력 신호는 접촉 위치에 대응하는 하부 전극(150)과 연결된 제2 출력 신호선(180y)을 통해 터치 패널 제어부(200)로 전달된다. 이 때 접촉이 가해지지 않은 부분의 하부 전극(150)과 상부 전극(110)이 이루는 전체 축전기(Ct)의 정전 용량에는 변화가 없으므로 접촉이 가해지지 않은 부분의 하부 전극(150)과 연결된 제2 출력 신호선(180y)을 통해 전달되는 출력 신호의 주파수 및 전압 크기에는 변동이 없다. 그러나, 접촉 위치에 근접한 부분의 하부 전극(150)으로부터의 출력 신호의 주파수 및 전압에는 변동이 생길 수 있다..
이때 상기 [수학식 2]를 참고하면, 하부 축전기(Cu)의 정전 용량을 크게 할수록 신호 대 노이즈 비(signal to noise ratio)를 크게 할 수 있어 접촉 위치 판단이 더 용이해질 수 있다.
이와 같이 변동된 출력 신호를 입력 받은 터치 패널 제어부(200)는 출력 신호를 처리하여 감지 신호를 생성하고 접촉 판단부(400)에 전달하여 접촉 여부 및 접촉 위치의 x 좌표 등을 알 수 있다.
이와 같이 접촉 위치의 x 좌표를 감지한 후에, 터치 패널 제어부(200)는 제2 입력 신호선(170y)을 통해 하부 전극(150)에 입력 신호를 전달하고, 위와 유사한 과정을 반복하여 접촉 위치의 y 좌표를 감지할 수 있다. 이와 같이 상부 전극(110) 및 하부 전극(150)에의 입력 신호 인가는 교대로 반복되며 그 순서는 바뀔 수 있다.
이와 같이 본 실시예에 따르면, 터치 패널(100)의 여러 곳에 동시에 접촉이 가해지는 경우에도 각 접촉위치에서의 전체 축전기(Ct)의 정전 용량의 변화를 통해 각 접촉 위치의 접촉 정보를 얻을 수 있다.
또한 본 실시예에 따르면, 외부 접촉 물체의 도전성 여부에 상관 없이 터치 패널(100)의 접촉 여부와 접촉 위치를 알 수 있다.
다음, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치에 대하여 도 6 및 도 7을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 단면 구조를 보여주는 도면이고, 도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치의 상부 및 하부 전극과 출력 신호선을 보여주는 배치도이다.
앞선 실시예와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 동일한 설명은 생략한다.
도 6 및 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치는 터치 패널(100), 터치 패널(100)과 연결되어 있는 터치 패널 제어부(200), 그리고 터치 패널 제어부(200)와 연결되어 있는 접촉 판단부(400)를 포함한다.
터치 패널(100)은 x 방향으로 뻗어 있는 복수의 상부 전극(110)을 포함하는 상부 전극층, y 방향으로 뻗어 있는 복수의 하부 전극(150)을 포함하는 하부 전극층, 그리고 상부 전극(110) 및 하부 전극(150) 사이에 들어 있는 유동성 절연층(120) 및 고형 절연층(130)을 포함한다.
터치 패널 제어부(200)는 제1 입력 신호선(170x)을 통해 터치 패널(100)의 각 상부 전극(110)의 한쪽 단자와 연결되어 있고, 제2 입력 신호선(170y)을 통해 터치 패널(100)의 각 하부 전극(150)의 한쪽 단자와 연결되어 있다.
그러나 앞선 실시예와 달리, 본 실시예에 따른 터치 패널 제어부(200)는 제3 출력 신호선(190x)을 통해 상부 전극(110)의 다른 쪽 단자와 연결되어 있고, 제4 출력 신호선(190y)을 통해 하부 전극(150)의 다른 쪽 단자와 연결되어 있다.
하나의 제3 출력 신호선(190x)은 한 개 또는 복수의 상부 전극(110)과 연결되어 있을 수 있으며, 하나의 제4 출력 신호선(190y)은 한 개 또는 복수의 하부 전극(150)과 연결되어 있을 수 있다. 도 7에 도시한 실시예에서는 하나의 제3 출력 신호선(190x)이 복수의 상부 전극(110)과 연결되어 있고, 하나의 제4 출력 신호선(190y)이 복수의 하부 전극(150)과 연결되어 있다.
또한, 터치 패널 제어부(200)는 한 개 또는 복수의 제3 출력 신호선(190x)을 통해 상부 전극(110)과 연결되고, 한 개 또는 복수의 제4 출력 신호선(190y)을 통해 하부 전극(150)과 연결될 수 있다. 도 7에서는 하나의 제3 출력 신호선(190x)이 모든 상부 전극(110)과 연결되어 있고, 하나의 제4 출력 신호선(190y)이 모든 하부 전극(150)과 연결되는 예를 보여주고 있다.
도 6을 참조하면, 고형 절연층(130)의 두께(LZ1, LZ2, LZ3, …)는 대응하는 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)의 위치에 따라 다르다. 이에 따라 유동성 절연층(120)의 두께 역시 위치에 따라 다르게 된다. 고형 절연층(130)의 두께(LZ1, LZ2, LZ3, …)는 도 6에 도시한 바와 같이 하부 전극(150)에 대응하는 위치에 따라 점진적으로 커지거나 작아질 수 있고, 이와 다르게 상부 전극(110)에 대응하는 위치에 따라 점진적으로 커지거나 작아질 수도 있다. 또는 상부 전극(110)과 하부 전극(150)이 교차하는 위치마다 고형 절연층(130)의 두께를 다르게 할 수도 있다.
이와 같이 위치에 따라 두께가 변화하는 고형 절연층(130)은 하부 전극(150) 위에 감광성 유기막 등을 적층하고 여러 단계의 하프톤(half tone) 부분을 포함하는 광마스크를 통해 노광하고 현상하여 형성할 수 있다.
이와 같이 고형 절연층(130)의 두께(LZ1, LZ2, LZ3, …)를 다르게 함으로써, 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)의 계면 및 이와 마주하는 하부 전극(150)이 이루는 하부 축전기(Cu)와 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)의 계면 및 이와 마주하는 상부 전극(110)이 이루는 상부 축전기(Cv)의 정전 용량을 위치에 따라 다르게 할 수 있다.
그러면, 도 6 및 도 7에 도시한 터치 패널 장치의 접촉 위치 감지 방법에 대하여 도 8을 함께 참조하여 설명한다.
도 8은 도 7에 도시한 터치 패널의 입력 신호 및 출력 신호를 보여주는 도면이다.
터치 패널 제어부(200)가 상부 전극(110)에 입력 신호(Sin)를 전달하는 동안, 도 7에 도시한 바와 같이 서로 다른 위치(P1, P2, P3, P4)에 외부로부터의 접 촉이 가해지면, 앞선 실시예에서 설명한 바와 같이 접촉이 가해진 위치(P1, P2, P3, P4)의 상부 전극(110)이 아래로 눌려 고형 절연층(130)의 윗면과 접촉한다. 그러면, 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)에서 상부 축전기(Cv)가 사라지고 하부 축전기(Cu)만이 남게 되므로 상부 및 하부 전극(110, 150)을 두 단자로 하는 전체 축전기(Ct)의 정전 용량은 하부 축전기(Cu)의 정전 용량과 같게 된다. 따라서 접촉이 가해진 후에 접촉 위치에서의 전체 축전기(Ct)의 정전 용량은 상기 [수학식 2]의 ΔCt만큼 변한다.
이 때 도 6에 도시한 바와 같이 하부 전극(150)의 위치에 따라 고형 절연층(130)의 두께(LZ1, LZ2, LZ3, …)가 다르므로, 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)의 계면 및 상부 전극(110)이 이루는 상부 축전기(Cv)의 정전 용량, 그리고 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)의 계면 및 하부 전극(150)이 이루는 하부 축전기(Cu)의 정전 용량이 터치 패널(100)의 위치에 따라 달라진다. 또한 상기 [수학식 2]에 따른 전체 축전기(Ct)의 정전 용량 및 그 변화량(ΔCt)도 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)에 따라 달라진다. 따라서 도 8에 도시한 바와 같이, 하부 전극(150)을 통해 전달되는 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압 크기의 변화량에 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)에 따라 차이가 생긴다.
예를 들어, 고형 절연층(130)의 두께(LZ1, LZ2, LZ3, …)가 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)의 순서에 따라 점점 커지면, 하부 축전기(Cu)의 정전 용량은 점점 작아지는 동시에 상부 축전기(Cv)의 정전 용량은 점점 커지고, 전체 축전기(Ct)의 변화량(ΔCt)은 작아진다. 그러면 도 8에 도시한 바와 같이 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)의 순서에 따라 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압 크기의 변동이 작아진다. 즉, 접촉 위치(P4, P3, P2, P1)의 순서에 따라 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압은 줄어든다.
이와 같이 접촉 위치(P4, P3, P2, P1)에 따라 서로 구별되는 출력 신호(Sout)를 통해 각 접촉 위치(P4, P3, P2, P1)의 x 좌표 등의 접촉 정보를 알 수 있다.
이와 같이 접촉 위치의 x 좌표를 감지한 후에, 터치 패널 제어부(200)는 하부 전극(150)에 제2 입력 신호선(170y)을 통해 입력 신호(Sin)를 전달하고 위와 유사한 과정을 반복하여 접촉 위치의 y 좌표를 얻을 수 있다. 상부 전극(110) 및 하부 전극(150)에의 입력 신호(Sin) 인가는 교대로 반복되며, 그 순서는 바뀔 수 있다.
이와 같이 터치 패널(100)의 여러 위치에 동시에 접촉이 가해져도 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)의 위치에 따라 출력 신호(Sout)가 서로 구별되므로 복수의 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)을 각각 하나의 제4 출력 신호선(190y) 또는 제3 출력 신호선(190x)을 통해 터치 패널 제어부(200)에 연결할 수 있고, 모든 접촉 위치의 접촉 정보를 감지할 수 있다. 또한 제3 및 제4 출력 신호선(190x, 190y)의 수를 줄일 수 있어 터치 패널 장치의 투과율을 높일 수 있다.
앞선 실시예의 여러 특징 및 효과가 도 6 내지 도 8에 도시한 실시예에도 적용될 수 있다.
다음 도 9 및 도 10을 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장 치에 대하여 상세하게 설명한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 상부 및 하부 전극의 배치도이고, 도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치의 상부 및 하부 전극과 출력 신호선을 보여주는 배치도이다.
앞선 실시예와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 동일한 설명은 생략한다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널 장치는 터치 패널(100), 터치 패널(100)과 연결되어 있는 터치 패널 제어부(200), 그리고 터치 패널 제어부(200)와 연결되어 있는 접촉 판단부(400)를 포함한다.
터치 패널(100)은 x 방향으로 뻗어 있는 복수의 상부 전극(110)을 포함하는 상부 전극층, 그리고 y 방향으로 뻗어 있는 복수의 하부 전극(150)을 포함하는 하부 전극층을 포함한다. 터치 패널(100)은 상부 전극(110) 및 하부 전극(150) 사이에 위치하는 유동성 절연층(도시하지 않음) 또는 고형 절연층(도시하지 않음) 등의 절연층을 더 포함할 수 있다.
터치 패널 제어부(200)는 제1 입력 신호선(170x)을 통해 터치 패널(100)의 각 상부 전극(110)의 한쪽 단자와 연결되어 있고, 제2 입력 신호선(170y)을 통해 터치 패널(100)의 각 하부 전극(150)의 한쪽 단자와 연결되어 있다. 또한 터치 패널 제어부(200)는 제3 출력 신호선(190x)을 통해 상부 전극(110)의 다른 쪽 단자와 연결되어 있고, 제4 출력 신호선(190y)을 통해 하부 전극(150)의 다른 쪽 단자와 연결되어 있다. 하나의 제3 출력 신호선(190x) 및 하나의 제4 출력 신호선(190y) 은 한 개 또는 복수의 상부 전극(110) 및 하부 전극(150)과 각각 연결되어 있다. 또한, 터치 패널 제어부(200)는 한 개 또는 복수의 제3 출력 신호선(190x)을 통해 상부 전극(110)과 연결되고, 한 개 또는 복수의 제4 출력 신호선(190y)을 통해 하부 전극(150)과 연결될 수 있다.
도 9를 참조하면, 하부 전극(150)의 폭(LX1, LX2, LX3, LX4, …)은 위치에 따라 다르며, 상부 전극(110)의 폭(LY1, LY2, LY3, LY4, …) 역시 위치에 따라 다를 수 있다. 예를 들어, 도 9 또는 아래 [수학식 3]과 같이 하부 전극(150)의 폭(LX1, LX2, LX3, LX4, …) 또는 상부 전극(110)의 폭(LY1, LY2, LY3, LY4, …)은 점진적으로 커지거나 작아질 수 있다.
LX1>LX2>LX3>LX4
LY1<LY2<LY3<LY4
이와 같이 상부 전극(110) 또는 하부 전극(150)의 폭을 전극의 위치에 따라 다르게 함으로써 하부 전극(150) 및 상부 전극(110) 이 중첩하여 이루는 축전기의 정전 용량을 위치에 따라 다르게 할 수 있다.
그러면, 도 9 및 도 10에 도시한 터치 패널 장치의 접촉 위치 감지 방법에 대하여 앞에서 설명한 도 3 및 도 8을 함께 참조하여 설명한다.
우선, 도 9 및 도 10에 도시한 터치 패널 장치가 도 3에 도시된 바와 같은 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)을 더 포함하는 예에 대해 설명한다.
터치 패널 제어부(200)가 상부 전극(110)에 입력 신호(Sin)를 전달하는 동 안, 도 10에 도시한 바와 같이 서로 다른 위치(P1, P2, P3, P4)에 외부로부터의 접촉이 가해지면, 앞에서 설명한 바와 같이 접촉이 가해진 위치(P1, P2, P3, P4)의 상부 전극(110)이 아래로 눌려 도 3에 도시한 고형 절연층(130)의 윗면과 접촉한다. 그러면, 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)에서 상부 축전기(Cv)가 사라지고 하부 축전기(Cu)만이 남게 되므로 상부 및 하부 전극(110, 150)을 두 단자로 하는 전체 축전기(Ct)의 정전 용량은 하부 축전기(Cu)의 정전 용량과 같게 된다. 따라서 접촉이 가해진 후에 접촉 위치에서의 전체 축전기(Ct)의 정전 용량은 상기 [수학식 2]의 ΔCt만큼 변한다.
이때 도 9에 도시한 바와 같이 상부 전극(110) 및 하부 전극(150)의 폭이 전극의 위치에 따라 다르므로 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)의 계면 및 이와 마주하는 하부 전극(150)이 이루는 하부 축전기(Cu)와 유동성 절연층(120)과 고형 절연층(130)의 계면 및 이와 마주하는 상부 전극(110)이 이루는 상부 축전기(Cv)의 정전 용량이 터치 패널(100)의 위치에 따라 달라진다. 또한 상기 [수학식 2]에 따른 전체 축전기(Ct)의 정전 용량 및 그 변화량(ΔCt)도 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)에 따라 달라진다. 따라서 도 8에 도시한 바와 같이, 하부 전극(150)을 통해 전달되는 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압 크기의 변화량에 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)에 따라 차이가 생긴다.
예를 들어, 하부 전극(150) 및 상부 전극(110)의 폭이 상기 [수학식 3]을 만족하는 경우, 도 10의 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)의 순서에 따라 하부 및 상부 축전기(Cu, Cv)의 정전 용량은 점점 작아지고, 전체 축전기(Ct) 및 그 변화량(ΔCt) 또한 작아진다. 그러면 도 8에 도시한 바와 같이 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)의 순서에 따라 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압 크기의 변동이 작아지고, 접촉 위치(P4, P3, P2, P1)의 순서에 따라 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압은 줄어든다.
이와 같이 터치 패널(100)의 여러 위치에 동시에 접촉이 가해져도 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)의 위치에 따라 출력 신호(Sout)가 서로 구별되므로 복수의 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)을 각각 하나의 제4 출력 신호선(190y) 또는 제3 출력 신호선(190x)을 통해 터치 패널 제어부(200)에 연결할 수 있고, 모든 접촉 위치의 접촉 정보를 감지할 수 있다. 또한 제3 및 제4 출력 신호선(190x, 190y)의 수를 줄일 수 있어 터치 패널 장치의 투과율을 높일 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상부 전극(110) 및 하부 전극(150) 사이에 유동성 절연층(도시하지 않음)은 생략하고 고형 절연층(도시하지 않음) 등의 하나의 절연층만이 들어있을 수 있다. 이 경우에는, 터치 패널 제어부(200)가 상부 전극(110)에 입력 신호(Sin)를 전달하는 동안, 도 10에 도시한 바와 같이 서로 다른 위치(P1, P2, P3, P4)에 외부로부터의 접촉이 가해지면, 하부 전극(150) 및 상부 전극(110) 이 중첩하여 이루는 축전기의 정전 용량이 위치에 따라 다르므로, 도 8에 도시한 바와 같이 하부 전극(150)을 통해 전달되는 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압 크기의 변화량에 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)에 따라 차이가 생긴다.
예를 들어, 하부 전극(150) 및 상부 전극(110)의 폭이 상기 [수학식 3]을 만족하는 경우, 도 10의 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)의 순서에 따라 하부 전극(150) 및 상부 전극(110) 이 중첩하여 이루는 축전기의 정전 용량이 작아진다. 그러면 도 8에 도시한 바와 같이 접촉 위치(P1, P2, P3, P4)의 순서에 따라 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압 크기의 변동이 작아지고, 접촉 위치(P4, P3, P2, P1)의 순서에 따라 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압은 줄어들 수 있다.
다만, 본 실시예와 같이 상부 전극(110) 및 하부 전극(150) 사이에 고형 절연층(도시하지 않음) 등의 하나의 절연층만이 들어있는 경우, 외부로부터의 접촉 물체가 도전성일 수 있다.
앞선 실시예의 여러 특징 및 효과가 도 9 및 도 10에 도시한 실시예에도 적용될 수 있다.
다음, 도 11 내지 도 14를 참조하여 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치에 대하여 설명한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 상부 및 하부 전극의 배치도이고, 도 12는 도 11에 도시한 터치 패널을 XII-XII 선을 따라 자른 단면도이고, 도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 상부 및 하부 전극의 배치도이고, 도 14는 도 13에 도시한 터치 패널을 XIV-XIV 선을 따라 자른 단면도이다.
앞선 실시예와 동일한 구성 요소는 동일한 도면 부호를 부여하고, 동일한 설명은 생략한다.
먼저 도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널은 x 방향으로 뻗어 있는 복수의 상부 전극(110) 및 y 방향으로 뻗어 있는 복수의 하부 전극(150), 그리고 상부 전극(110) 및 하부 전극(150) 사이에 들어 있는 유동 성 절연층(120) 및 고형 절연층(130)을 포함한다.
고형 절연층(130)의 두께는 도 12에 도시한 바와 같이 y 방향에 따라 점진적으로 작아지거나 커지며, x 방향에 따른 고형 절연층(130)의 두께는 일정할 수 있다. 그러나 x 방향에 따른 고형 절연층(130)의 두께도 x 방향을 따라 점진적으로 작아지거나 커질 수도 있다.
하부 전극(150)의 폭(LX1, LX2, LX3, LX4, …)은 그 순서에 따라 점점 작아지거나 커지며, 상부 전극(110)의 폭(LY1, LY2, LY3, LY4)은 일정하다. 도 11에서는 하부 전극(150)의 폭(LX1, LX2, LX3, LX4, …)이 LX1>LX2>LX3>LX4의 관계를 만족하고 있다. 그러나 상부 전극(110)의 폭(LY1, LY2, LY3, LY4)도 점진적으로 커지거나 작아질 수 있다.
이와 같이 고형 절연층(130)의 두께를 위치에 따라 다르게 하면서 동시에 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)의 폭을 위치에 따라 다르게 함으로써 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압 크기의 변화량에 접촉 위치에 따라 차이가 생기게 할 수 있으므로 출력 신호선의 수를 줄일 수 있다. 또한, x 또는 y 방향에 따라 고형 절연층(130)의 두께를 변화시키는 것과 동시에 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)의 폭을 변화시킴으로써 출력 신호(Sout)의 주파수 및 전압 크기의 변화량의 접촉 위치에 따른 차이를 더 크게 할 수도 있다.
다음, 도 13 및 도 14를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널은 x 방향으로 뻗어 있는 복수의 상부 전극(110) 및 y 방향으로 뻗어 있는 복수의 하부 전극(150), 그리고 상부 전극(110) 및 하부 전극(150) 사이에 들어 있는 유동성 절 연층(120) 및 고형 절연층(130)을 포함한다.
고형 절연층(130)의 두께는 도 14에 도시한 바와 같이 x 방향에 따라 점진적으로 작아지거나 커지나, 두 개의 하부 전극(150)에 대응하는 위치마다 점진적으로 작아지거나 커진다.
상부 전극(110)의 폭(LY1, LY2, LY3, LY4, …)은 그 순서에 따라 점점 작아지거나 커지며, 하부 전극(150)의 폭(LX1, LX2, LX3, LX4, …)은 두 개의 하부 전극(150)마다 그 폭이 점점 작아지거나 커질 수 있다. 즉, LX1=LX2 이고, LX3=LX4 일 수 있다.
본 실시예와 다르게 x 또는 y 방향에 따라 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)의 폭을 세 개 이상마다 점진적으로 커지게 하거나 작게 할 수도 있고, 폭이 동일한 하부 전극(150) 또는 상부 전극(110)에 대해서는 이와 중첩하는 고형 절연층(130)의 두께를 변화시킴으로써 앞선 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
이외에도 여러 가지 다른 방법으로 터치 패널의 위치에 따른 출력 신호의 주파수 또는 전압 크기의 편차를 크게 함으로써 터치 패널 장치의 배선의 수를 줄일 수 있다.
본 발명의 여러 가지 특징은 여러 가지 다른 구조의 터치 패널 장치에도 적용될 수 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널의 단면 구조를 보여주는 도면이고,
도 3은 도 2에 도시한 터치 패널의 단면 구조의 일부를 보여주는 도면이고,
도 4는 도 2에 도시한 터치 패널의 일부가 터치되었을 때의 터치 패널의 단면 구조를 보여주는 도면이고,
도 5는 도 4에 도시한 터치된 터치 패널의 단면 구조의 일부를 보여주는 도면이고,
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 단면 구조를 보여주는 도면이고,
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치의 상부 및 하부 전극과 출력 신호선을 보여주는 배치도이고,
도 8은 도 7에 도시한 터치 패널 장치의 입력 신호 및 출력 신호를 보여주는 도면이고,
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 상부 및 하부 전극의 배치도이고,
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널 장치의 상부 및 하부 전극과 출력 신호선을 보여주는 배치도이고,
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 상부 및 하부 전극의 배 치도이고,
도 12는 도 11에 도시한 터치 패널을 XII-XII 선을 따라 자른 단면도이고,
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 패널의 상부 및 하부 전극의 배치도이고,
도 14는 도 13에 도시한 터치 패널을 XIV-XIV 선을 따라 자른 단면도이다.
<도면 부호의 설명>
100: 터치 패널 110: 상부 전극
120: 유동성 절연층 122: 간격재
130: 고형 절연층 150: 하부 전극
170x, 170y: 입력 신호선
180x, 180y, 190x, 190y: 출력 신호선
200: 터치 패널 제어부 400: 접촉 판단부

Claims (20)

  1. 터치 패널, 그리고
    상기 터치 패널을 제어하는 터치 패널 제어부
    를 포함하고,
    상기 터치 패널은
    하부 전극층,
    상기 하부 전극층 위에 위치하는 고형 절연층,
    상기 고형 절연층 위에 위치하는 유동성 절연층, 그리고
    상기 유동성 절연층 위에 위치하는 상부 전극층
    을 포함하는 터치 패널 장치.
  2. 제1항에서,
    상기 하부 전극층은 띠 모양을 가지며 제1 방향으로 뻗은 복수의 하부 전극을 포함하고, 상기 상부 전극층은 띠 모양을 가지며 제2 방향으로 뻗은 복수의 상부 전극을 포함하며,
    상기 제1 방향과 상기 제2 방향은 서로 교차하는
    터치 패널 장치.
  3. 제2항에서,
    상기 복수의 하부 전극 또는 상기 복수의 상부 전극의 폭은 위치에 따라 서로 다른 터치 패널 장치.
  4. 제3항에서,
    상기 복수의 하부 전극 또는 상기 복수의 상부 전극 각각의 폭은 위치에 따라 점진적으로 변하는 터치 패널 장치.
  5. 제2항에서,
    상기 유동성 절연층 및 상기 고형 절연층 중 적어도 하나의 두께는 위치에 따라 변하는 터치 패널 장치.
  6. 제5항에서,
    상기 유동성 절연층 및 상기 고형 절연층 중 적어도 하나의 두께는 위치에 따라 점진적으로 변하는 터치 패널 장치.
  7. 제5항에서,
    상기 유동성 절연층은 액정 물질을 포함하는 터치 패널 장치.
  8. 제2항에서,
    복수의 상기 상부 전극의 제1단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제1 입력 신호선,
    복수의 상기 상부 전극의 제2단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제1 출력 신호선,
    복수의 상기 하부 전극의 제1단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제2 입력 신호선, 그리고
    복수의 상기 하부 전극의 제2단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제2 출력 신호선
    을 더 포함하는 터치 패널 장치.
  9. 제8항에서,
    상기 복수의 제1 출력 신호선과 상기 복수의 제2 출력 신호선은 각각 하나의 신호선으로 묶여서 상기 터치 패널 제어부에 연결되는 터치 패널 장치.
  10. 제2항에서,
    상기 유동성 절연층은 액정 물질을 포함하는 터치 패널 장치.
  11. 제2항에서,
    상기 유동성 절연층은 상기 유동성 절연층의 간격을 유지하는 복수의 간격재를 포함하는 터치 패널 장치.
  12. 제1항에서,
    상기 유동성 절연층 및 상기 고형 절연층 중 적어도 하나의 두께는 위치에 따라 점진적으로 변하는 터치 패널 장치.
  13. 제12항에서,
    상기 유동성 절연층은 액정 물질을 포함하는 터치 패널 장치.
  14. 제12항에서,
    상기 유동성 절연층은 상기 유동성 절연층의 간격을 유지하는 복수의 간격재를 포함하는 터치 패널 장치.
  15. 제1항에서,
    상기 유동성 절연층은 액정 물질을 포함하는 터치 패널 장치.
  16. 제1항에서,
    상기 유동성 절연층은 상기 유동성 절연층의 간격을 유지하는 복수의 간격재를 포함하는 터치 패널 장치.
  17. 터치 패널, 그리고
    상기 터치 패널을 제어하는 터치 패널 제어부
    를 포함하고,
    상기 터치 패널은
    복수의 하부 전극을 포함하는 하부 전극층,
    상기 하부 전극층 위에 위치하는 절연층, 그리고
    상기 절연층 위에 위치하며 상기 하부 전극과 교차하는 복수의 상부 전극을 포함하는 상부 전극층
    을 포함하며,
    상기 복수의 하부 전극 또는 상기 복수의 상부 전극의 폭은 위치에 따라 서로 다른
    터치 패널 장치.
  18. 제17항에서,
    상기 복수의 하부 전극 또는 상기 복수의 상부 전극 각각의 폭은 위치에 따라 점진적으로 변하는 터치 패널 장치.
  19. 제17항에서,
    복수의 상기 상부 전극의 제1단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제1 입력 신호선,
    복수의 상기 상부 전극의 제2단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제1 출력 신호선,
    복수의 상기 하부 전극의 제1단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제2 입력 신호선, 그리고
    복수의 상기 하부 전극의 제2단과 상기 터치 패널 제어부를 연결하는 복수의 제2 출력 신호선
    을 더 포함하는 터치 패널 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 복수의 제1 출력 신호선과 상기 복수의 제2 출력 신호선은 각각 하나의 신호선으로 묶여서 상기 터치 패널 제어부에 연결되는 터치 패널 장치.
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