KR101621864B1 - 정전식 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조 - Google Patents

정전식 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래 정전식 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 컬럼별 또는 로우별로 터치스크린패널을 구성하는 센서(10)의 위치를 달리하여 즉, 터치패널의 컬럼별 또는 로우별로 터치검출 센서를 상이하게 배치함으로써 세퍼레이션의 최적조건을 추출함으로 동일한 세퍼레이션 조건을 충족시키기 위해 기본 센서의 길이를 줄여야 하는 스트라이프 구조에 비해 터치센서(10)의 개수를 줄이는데 그 목적이 있다.
본 발명의 터치스크린패널에 따르면, 터치센서(10)의 배열에 근거하여 세퍼레이션의 최적 조건만을 추출할 수 있으므로 기본 센서의 길이를 줄여야 하는 스트라이프 구조에 비해 결과적으로는 센서(10)의 개수를 줄일 수 있으므로 터치IC(30)의 면적이 최소화되어 보다 경제적으로 터치스크린패널을 제작하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조에 의하면, 멀티 터치의 해상도를 높이는 효과가 있다.

Description

정전식 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조 {TOUCH DETECTION SENSOR STRUCTURE OF CAPACITIVE TYPE TOUCH SCREEN PANEL}
본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력도구의 정전식 터치입력을 검출하는 터치스크린 패널에 채용된 터치검출센서의 구조에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치패널에 실장된 센서의 구조를 다양화하여 센서와 터치입력도구의 대향에 의해 터치신호가 검출될 때 검출되는 좌표의 해상도를 향상시키는 터치검출 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터치스크린패널(터치 Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다. 터치스크린패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.
종래 터치스크린패널은 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치스크린패널이 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치스크린패널은 투과율이 낮고 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하고 멀티터치 및 제스처 인식이 곤란하고 검출오류가 발생하는 등의 문제점을 안고 있다.
이에 반해, 정전식 터치스크린패널은 투과율이 높고 소프트 터치를 인식할 수 있고 멀티터치 및 제스처 인식이 양호한 장점을 갖고 있어 점차 시장을 넓혀가고 있다.
도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명기판(2)의 상하면에 투명도전막이 형성되며, 투명기판(2)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(4)이 형성되어 있다. 상기 투명도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성된다. 그리고 투명도전막의 네 모서리에 형성되는 금속전극(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성한다. 금속전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 저항 네트워크는 투명도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤 신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(4)을 포함한 투명도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.
위와 같은 정전식 터치스크린패널은 금속전극(4)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 이는 투명기판(2)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(8)이나 도전성 터치입력도구로 투명기판(2) 상면의 투명도전막을 가볍게 터치하면, 일정량의 전류가 체내로 흡수되면서 컨트롤러(6)에 내장된 전류센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속전극(4) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.
그런데, 도 1과 같은 정전식 터치스크린패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출장치를 필요로 하므로 가격이 상승하며 복수개의 터치를 인식하는 멀티터치가 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 도 2와 같은 정전식 터치스크린패널이 주로 사용되고 있다. 도 2의 터치스크린패널은 횡방향의 선형센서(5a) 및 종방향의 선형센서(5b), 터치신호를 분석하는 터치터치IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치스크린패널은 선형센서(5)과 손가락(8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형센서(5a)과 종방향의 선형센서(5b)을 스캔하여 신호를 검출하므로 복수개의 터치지점을 인식할 수 있다.
그런데, 위와 같은 터치스크린패널은 LCD와 같은 표시장치 위에 실장되어 사용될 때, 노이즈에 의해 신호 검출이 어려운 현상이 발생한다. 예컨대, LCD는 공통전극을 사용하며 경우에 따라 이 공통전극에 교류의 공통전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통전극의 공통전압(Vcom)은 터치지점 검출시 노이즈로 작용한다.
도 3은 LCD 위에 종래 정전식 터치스크린패널이 설치된 실시태양을 보여준다. 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)가 설치된다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널이 설치된다. 터치스크린패널은 기판(1)의 상면에 상기한 선형센서(5)이 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형센서(5)을 보호하기 위한 보호패널(3)이 부착된다. 터치스크린패널은 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(9)를 매개로 표시장치(200)의 에지부에 접착되며, 표시장치(200)와의 사이에서 에어갭(9a)을 형성한다.
이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형센서(5) 사이에는 Ct와 같은 정전용량이 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형센서(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 Cvcom과 같은 정전용량이 형성되며, 선형센서(5)에는 패턴 사이의 정전용량결합 또는 제조 공정요인 등에 의한 미지의 기생정전용량인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.
여기서, 종래 터치스크린패널은 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하는데, Cvcom 및 Cp는 Ct의 검출에 있어 노이즈로 작용한다.
통상적으로 위와 같은 노이즈를 제거하기 위하여, 도 3에서와 같이 터치스크린패널과 표시장치(200) 사이에 에어갭(9a)을 둔다. 또한, 도시하지 않았지만, 터치스크린패널의 기판(1) 하면에 ITO 등을 도포하여 차폐층을 형성하고 이 차폐층을 그라운드 신호와 접지시킨다.
하지만, 에어갭(9a)에 의해 제품의 두께가 증가하며 품질저하가 발생된다. 또한 차폐층을 구성하기 위한 별도의 차폐층 및 제조공정을 필요로 하므로 제조단가의 상승이 유발된다. 특히 LCD 내에 터치스크린패널을 내장하는 경우 에어갭(9a)이나 차폐층의 형성이 불가능하므로 LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하여 제조하는 것이 불가능하였다.
이와 같은 문제점을 해결하기 위해 도 5와 같은 터치 검출방법이 제안되어 진다. 도 5를 참조하면, 도 5의 센서는 도 2와 같은 선형센서가 아니라 하나의 센서(10)만으로 구성되어 있다. 이러한 센서는 터치 검출부인 P점에 연결되어 있고, P점에는 보조커패시터(Caux)를 연결하고 이 보조커패시터를 통해 구동전압을 인가하며, 센서(10)와 터치입력도구 사이에 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 터치정전용량의 크기에 따라 터치검출부에서 검출되는 전압이나 전류의 크기에 차이가 발생하는 현상을 이용하여 터치신호를 검출한다. 이러한 검출방법을 사용하면, LCD와 같은 표시장치에서 발생하는 노이즈(noise)를 검출하고 노이즈의 발생시점을 회피하여 터치신호를 검출함으로써 노이즈에 무관하게 터치신호를 검출하는 것이 가능하며 또는 도 2와 같이 상호연결된 복수개의 센서에서 검출된 노이즈의 크기보다 도 5와 같이 하나의 센서에서 검출된 노이즈의 양이 작으므로 도 6과 같은 터치스크린패널의 구조에서는 노이즈에 덜 민감하게 터치신호를 검출하는 것이 가능하다.
도 5는 하나의 센서에 대한 구성의 실시예이며 복수개의 센서로 이루어진 터치 스크린 패널은 도 6과 같이 구성된다. 도 6을 참고하면 도 6의 하단에는 터치IC(30)의 구성이 도시되어 있다. 터치IC(30)는 먹스(multiplexer)를 포함한 구동부(31)와, 터치검출부(14)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호처리부(35)와, 메모리부(28)로 구성되며, 그 밖에 전원부(47), 통신부(46), CPU(40) 더 구비할 수 있다.
터치IC(30)에서 검출된 터치신호나 터치좌표는 CPU(40)로 전달된다. CPU(40)는 표시장치의 CPU 혹은 컴퓨터장치의 메인 CPU이거나, 터치스크린패널 자체의 CPU일 수 있다. 예컨대, 8bit 혹은 16bit 등의 마이크로프로세서를 내장(embedded)하여 터치신호를 처리할 수 있다.
터치IC(30)에 내장된 마이크로프로세서는 터치입력된 좌표들을 연산하여 터치 지점이나, 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move) 등의 제스처를 인식하고, 기준 좌표(또는 중심점 좌표)와 제스처 등의 데이터를 메인 CPU로 전달할 수 있다. 또한, 터치입력의 면적을 연산하여 주밍(zooming) 신호를 생성하거나, 터치입력의 강도를 산출하거나, 복수의 GUI 객체가 동시에 터치된 경우 사용자가 원하는(예를 들어, 면적이 많이 검출된) GUI 객체만을 유효한 입력으로 인식하는 등 다양한 형태로 데이터를 가공하여 내보낼 수도 있다.
타이밍 제어부(33)는 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(35)는 구동부(31)를 통해 각각의 센서(10)에 신호를 송수신한다. 구동부(31)는 충전수단(12)의 온/오프 제어신호 Vg와, 프리차지신호 Vpre을 공급한다. 온/오프 제어신호 Vg는 타이밍 제어부(33)에 의해 시분할 되어 각 센서(10)별로 순차적으로 또는 비순차적으로 공급된다. 메모리부(28)는 각 센서(10)에서의 터치 미발생시 신호인 초기값을 저장하거나, 또는, 터치 발생시의 신호를 저장하기 위한 것으로서, 각각의 센서(10)별로 고유의 절대주소를 갖는다.
이와 같이, 메모리부(28)는 하나만을 구비하여 획득된 좌표값을 일시 저장하거나 터치 미발생시의 기준값을 저장할 수 있다. 또는 복수의 메모리수단으로 구성되어 터치 미발생시의 기준값과 터치 발생시의 검출값을 각각 별도로 저장할 수도 있다.
도 6의 도시된 실시예는 센서(10)가 가로(row)6*세로(column)5의 해상도인 경우를 예시하였으나 이는 단지 일 실시예인 경우이며 실제로는 더욱 높은 해상도 즉, 가로로 더많은 센서의 개수와 세로로 더 많은 센서의 개수를 가진다. 예를들어 센서가 20x20 의 해상도를 갖는 경우를 예상할 수 있다.
도 7은 표시장치(200) 상면에 실장된 터치스크린패널의 일 실시예이다.도 7 에 도시된 바와 같이 표시장치(200)는 공통전극(220)을 갖는다. AMOLED의 경우에는 화질을 표시하기 위해 기능이 부여된 공통전압을 갖지는 않으나, TFT기판과 센서(10) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성될 수 있는 가상의 전위층이 형성되며, 이 또한 공통전극으로 명명하기로 한다. 표시장치(200)는 앞서 언급한 다양한 형태의 표시장치일 수 있으며, 공통전극(220)은 LCD의 Vcom 전극이거나, 기타 다른 유형의 전극일 수 있다. 도 10의 실시예는 표시장치들 중 LCD를 예시하였다.
도 7에 도시된 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film)를 구성하는 광학시트들이 BLU와 같이 설치될 수 있다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널의 기판(50)이 설치된다. 도 7의 예시에서 기판(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 기판(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(58)이 형성된다.
표시장치(200)의 공통전극(220)에는 소정 주파수로 교번하며 크기가 변하거나 일정 크기의 DC인 공통전압 레벨이 인가된다. 예컨대, 라인반전을 하는 소형 LCD는 공통전극(220)의 공통전압이 도 5에서와 같이 교번하며, 도트반전을 하는 노트북이나 모니터/TV등의 LCD는 일정크기의 전압인 DC 레벨의 공통전압을 갖는다.
도시한 바와 같이, 센서(10)와 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이에는 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다. 만약 센서(10)에 어떤 프리차지신호를 인가하면 충전 전압에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)은 소정의 전압 레벨을 갖게 된다. 이때, 공통전극정전용량(Cvcom)의 일단은 공통전극(220)과 접지되어 있으므로, 공통전극(220)이 교번 전압인 경우 공통전극(220)에 인가되는 교번 전압에 의해 공통전극정전용량(Cvcom)의 타단인 센서(10)에서의 전위는 교번할 것이며, 공통전극이 DC인 경우 센서(10)에서의 전위는 교번하지 않는다.
한편, 도면 중 미설명 부호 24는 센서(10)을 보호하기 위한 보호층(24)이다.
이러한 구조에서 도 5의 P점, 즉 터치 검출부(14)에서는 다음과 같은 수식에 의해 터치신호가 검출된다.
<수식1>
Figure 112014120265814-pat00001
<수식2>
Figure 112014120265814-pat00002
(여기서,
Figure 112014120265814-pat00003
는 터치검출부(14)에서 검출된 터치신호이며,
Figure 112014120265814-pat00004
는 보조커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며,
Figure 112014120265814-pat00005
는 보조커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며,
Figure 112014120265814-pat00006
는 보조커패시터정전용량이며,
Figure 112014120265814-pat00007
은 공통전극정전용량이며,
Figure 112014120265814-pat00008
는 기생정전용량이며,
Figure 112014120265814-pat00009
는 터치정전용량임.)
<수식1>과 <수식2>를 참조하면, <수식1>은 터치가 안되었을 때 터치검출부(14)에서 검출되는 터치신호이며 <수식2>는 손가락에 의해 터치가 되었을 때 즉, 손가락과 센서(10)가 상호 대향할 때 터치검출부(14)에서 검출되는 터치신호이다. <수식1>과 <수식2>의 차이점은 분모에 터치정전용량인 Ct가 존재하는가의 차이로서 터치에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하면 이의 크기에 의해 <수식2>에 따라 검출되는 신호의 크기가 달라지므로 이를 연산하여 터치신호의 크기를 검출하는 것이 가능하게 된다.
수식1 및 수식2의 차이에 따라 각 센서(10)에서 검출된 터치신호는 CPU(40)이나 신호처리부(35)로 전달되어 터치된 손가락(도전체 이하 오브젝트(object)로 지칭함)이 한 개인지 두개인지 또는 그 이상 개수의 손가락인지를 분별하고 이후 터치좌표를 연산하여야 한다. 상당히 분리된 센서(10)에 오브젝트가 터치된 상태이면 터치된 오브젝트의 개수를 판별하는 것은 어렵지 않다. 그러나 하나의 센서(10)에 복수개의 오브젝트가 터치되거나 또는 인접한 센서에 오브젝트가 터치된 상태에서는 오브젝트가 몇 개인지를 판별하는 것이 어렵게 된다.
도 8은 오브젝트의 개수 판별에 관한 기존의 실시예이다. 도 8을 참조하면, 하나의 컬럼에 4개(센서A(801), 센서B(802), 센서C(803) 및 센서D(804))의 센서(10)가 있으며 두 개의 오브젝트에 의한 멀티터치(multi-touch)(터치 1, 터치 2)가 시행된 상태이다.
임의의 오브젝트에 의한 상단의 터치를 “터치1(touch 1)"이라고 하고 하단의 터치를 ”터치2(touch2)“라고 하자. 그리고 각 센서의 세로 방향의 길이를 "d"라고 한다. 도 8은 터치 패널에서 두 개의 오브젝트의 판별(이하 세퍼레이션, separation)에 관한 최악의 상태(worst cast)의 일 예를 보여주는 도면이다. 도 8의 도시된 센서(10)를 상단부터 A센서(801)/B센서(802)/C센서(803) 그리고 최하단의 센서(10)를 D센서(804)라고 한다면 4개의 센서(10)에 두 개의 오브젝트가 터치된 멀티터치이다. ”터치1“은 A센서 및 B센서에 각 50%의 면적점유율로 터치되었고 ”터치2“도 C 내지 D센서에 각 50%의 면적점유율로 터치된 상태이다.
따라서 각 면적에서 검출된 터치 신호의 크기는 동일할 것이며 이는 도 8의 중앙에 표시된 신호의 크기를 보면 신호의 크기가 동일하므로 세퍼레이션이 불가능한 경우(case 1)(810)이다. 터치1과 터치2의 각 중심점간의 거리는 2d로서, 오브젝트간의 간격이 2d(각 중심점간의 거리)보다 커지는 경우에는 A센서나 D센서의 터치면적이 커지고 B 또는 C센서의 터치면적이 적어지므로 도 8의 우측에 도시된 터치신호의 크기처럼 두 개의 꼭지점이 검출되어 세퍼레이션이 가능(case 2)(820)하게 된다.
도 6과 같이 센서(10)가 상하좌우에 규칙적으로 배치된 형태를 스트라이프 배열(Stripe structure, 이하 스트라이프)이라고 한다. 이러한 스트라이프 배열에서 컬럼방향이나 로우방향으로 오브젝트의 세퍼레이션을 위해 요구되는 센서(10)의 간격은 도 8의 실시예를 참조하면 2d이다. 오브젝트의 세퍼레이션을 위해 요구되는 센서(10)의 간격이 2d이므로, 세퍼레이션을 위한 센서 간격을 1d나 1.5d로 유지하기 위해 요구되는 센서(10)(센서의 기본길이를 작게 하여야 하기 때문)의 개수가 많아져서 터치IC(30)가 커지고 가격이 상승하게 된다는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 정전식 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 컬럼별 또는 로우별로 터치스크린패널을 구성하는 센서(10)의 위치를 달리하여 즉, 터치패널의 컬럼별 또는 로우별로 터치검출 센서를 상이하게 배치함으로써 세퍼레이션의 최적조건을 추출함으로 터치센서(10)의 개수를 줄이는데 그 목적이 있다.
본 발명의 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조의 일 측면에 따라,
도전체의 접근에 의해 터치 정전용량을 생성하는 복수개의 터치검출 센서를 포함하는 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조에 있어서,
소정의 폭과 소정의 높이를 가지는 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서; 및
상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 동일한 폭과 높이를 가지는 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서;를 포함하되,
상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 소정 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 양쪽 끝단에는 상기 폭과 다른 폭을 갖거나 상기 높이와 다른 높이를 가지는 복수개의 터치 검출 센서가 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 오프셋은 50%로서, 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 절반씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 오프셋은 33.3%로서, 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 1/3 그리고 2/3만큼씩 엇갈리게 배치되거나 2/3 그리고 1/3 만큼씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 1 로우 및 상기 제 2 로우에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 1 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 2 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 1 컬럼 및 상기 제 2 컬럼에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 1 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 2 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치스크린 패널의 상단 및 하단 에지 또는 좌측단 및 우측단 에지에는 상기 오프셋이 없는 스트라이프(stripe)구조의 터치검출 센서를 적어도 하나의 컬럼씩 또는 적어도 하나의 로우씩 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치 검출 센서 및 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 터치 검출 센서는 컬럼 방향으로 또는 로우 방향으로 반복하여 배치되되, 상기 터치 검출 센서가 반복 배치됨에 따라 그 순서는 가변될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조의 일 측면에 따라,
도전체의 접근에 의해 터치 정전용량을 생성하는 복수개의 터치검출 센서를 포함하는 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조에 있어서,
소정의 폭과 소정의 높이를 가지는 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서;
상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 동일한 폭과 높이를 가지는 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서; 및
상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 동일한 폭과 높이를 가지는 제 3 로우 또는 제 3 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서; 및
를 포함하되,
상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 제 1 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되고 상기 제 3 로우 또는 제 3 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 제 2 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 양쪽 끝단 및 상기 제 3 로우 또는 제 3 컬럼의 양쪽 끝단에는 상기 폭과 다른 폭을 갖거나 상기 높이와 다른 높이를 가지는 복수개의 터치 검출 센서가 배치되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 오프셋은 50%로서, 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 절반씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 2 오프셋은 33.3%로서, 상기 제 3 로우 또는 제 3 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 1/3 그리고 2/3만큼씩 엇갈리게 배치되거나 2/3 그리고 1/3 만큼씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 1 로우 및 상기 제 2 로우에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 1 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 2 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 1 컬럼 및 상기 제 2 컬럼에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 1 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 2 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 2 로우 및 상기 제 3 로우에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 2 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 3 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 2 컬럼 및 상기 제 3 컬럼에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 2 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 3 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치스크린 패널의 상단 및 하단 에지 또는 좌측단 및 우측단 에지에는 상기 오프셋이 없는 스트라이프(stripe)구조의 터치검출 센서를 적어도 하나의 컬럼씩 또는 적어도 하나의 로우씩 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치 검출 센서, 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 터치 검출 센서 및 상기 제 3 로우 또는 제 3 컬럼의 터치 검출 센서는 컬럼 방향으로 또는 로우 방향으로 반복하여 배치되되, 상기 터치 검출 센서가 반복 배치됨에 따라 그 순서는 가변될 수 있는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 터치스크린패널에 따르면, 터치센서(10)의 배열에 근거하여 세퍼레이션의 최적 조건만을 추출할 수 있으므로 (즉, 세퍼레이션을 조건을 충족시키기 위해 기본 센서 길이를 작게 구성하지 않아도 되므로) 결과적으로 센서(10)의 개수를 줄일 수 있고 터치 여부를 판단하기 위한 터치IC(30)의 면적이 최소화되어 보다 경제적으로 터치스크린패널을 제작하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조에 의하면, 멀티 터치의 해상도를 높이는 효과가 있다.
도 1은 종래 터치스크린패널의 일예를 보인 사시도이다.
도 2는 종래 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도이다.
도 3은 도 2의 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 예를 보인 단면도이다.
도 4는 도 3에서 터치커패시턴스를 검출하는 등가 회로도이다.
도 5는 터치스크린패널에서 공통 전압(Vcom)을 줄이기 위한 방법의 일 실시예이다.
도 6은 터치를 검출하는 터치드라이브IC(30) 및 도 5과 같은 센서를 복수개 포함하여 이루어진 터치 스크린 패널의 일 실시예이다.
도 7은 표시장치(200) 상면에 실장된 터치스크린패널의 일 실시예이다.
도 8은 터치 패널에서 두 개의 오브젝트에 의한 멀티터치(multi-touch)를 식별하는 일 실시예이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예로서 상하 또는 좌우로 배치된 센서(10)에서 최상의 세퍼레이션(separation) 조건을 만족하는 델타구조의 일 실시예이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이션 조건을 만족하는 델타 구조의 다른 실시예이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이션 조건을 만족하는 델타구조의 또다른 실시예이다.
도 12는 상하단의 스트라이프(stripe) 구조와 패널의 중앙 부분에 본 발명의 일 실시예에 따른 델타 구조를 혼용한 일 실시예이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이션 조건을 만족하는 델타구조가 터치패널의 로우(row) 방향으로 배치된 일 실시예이다.
본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명은 서로 어긋나도록 배치된 센서(10)를 가지는 터치스크린 패널에 관한것으로서, 종래의 스트라이프 패턴이 적용된 터치스크린 패널이 항상 최악의 상태(최악의 상태)에서만 세퍼레이션을 검출할 수 밖에 없었으나 델타구조(Delta structure)라는 본 발명에서 제안된 새로운 구조에 의해 최상의 세퍼레이션 조건만을 추출하는 것이 가능한 터치스크린 패널에 관한 것이다.
본 발명에서 언급되는 표시장치는 LCD, PDP, OLED, AMOLED 중 어느 하나이거나, 기타 화상을 표시하는 모든 수단을 의미한다. 위에 나열한 표시장치 중 LCD는 액정의 구동을 위해 공통전압(Vcom)을 필요로 한다. 일예로서, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극의 공통전압이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 라인 인버전(Line inversion) 방식을 사용한다. 다른 예로서, 대형 LCD는 공통전극의 공통전압이 일정한 DC 레벨을 갖는다. 또 다른 예로서, 어떤 표시장치는 외부의 ESD를 차단하기 위해 패널 전체에 공통으로 작용하는 차폐전극을 형성하고 이를 그라운드 신호와 접지시킨다. 또는, 어떤 횡전계모드의 LCD에 있어서 공통전극은 TFT 기판에 위치하며 칼라필터 상면에서 검출되는 공통전압은, DC 레벨을 기준으로 상하로 불특정 주파수로 교번하는 형태를 갖기도 한다.
본 발명에서는 위와 같이 공통전압(Vcom)이 인가되는 전극 이외에, 표시장치 내에서 공통으로 역할하는 모든 전극들을 “공통전극”이라 칭하기로 하며 표시장치의 공통전극에 인가되는 교번전압이나 DC 전압 또는 불특정 주파수로 교번하는 형태의 전압을 “공통전압”이라 칭하기로 한다.
본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력도구의 비접촉 터치입력을 검출한다. 여기서 “비접촉 터치입력”이라 함은 손가락 등의 터치입력도구가 기판에 의해 센서와 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력도구가 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력도구와 센서는 비접촉 상태를 유지한다. 따라서, 센서에 대한 손가락의 터치 행위는 “접근”이라는 용어로 표현될 수 있다. 한편, 기판의 외면에 대하여는 손가락이 접촉된 상태일 수 있으므로, 기판에 대한 손가락의 터치 행위는 “접촉”이라는 용어로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 “접근”과 “접촉”은 위와 같은 의미로 통용된다.
또한, 이하에서 설명되는 “~부”와 같은 구성들은 어떤 역할들을 수행하는 구성요소이며, 소프트웨어 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 또한, “~부”는 더 큰 구성요소 또는 “~부”에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 “~부”들을 포함할 수 있다. 또한, “~부”는 자체적으로 독자적인 CPU를 가질 수도 있다.
이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 층, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상면” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우 뿐 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. 또한, 본 명세서에 기재된 신호는 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭한다.
본원 발명에서의 "세퍼레이션(separation)"의 의미는 터치 패널에서 두 개의 오브젝트의 판별을 예시하고 있으나, 반드시 두개의 오브젝트에 한정되는 것은 아니고 그 이상의 세개 또는 네개의 멀티 터치의 경우를 배제하는 의미가 아닌 것을 당업자는 인식할 것이다.
본원 발명에서의 "델타 구조"라 함은 터치 패널에서이 터치검출 센서의 배치의 특정 형상을 지칭하는 것으로, 로우별로 또는 컬럼별로 서로 인접한 세개의 터치검출 센서를 연결하면 "델타 Δ"의 형상을 가지기 때문이다(도 10 내지 도 13).
본원 발명에서의 "스트라이프(stripe) 구조"라 함은 터치패널의 로우와 컬럼이 모두 동일한 위치에 배치되어 줄무늬 형상을 가지는 경우를 말한다(도6)
도 9는 본 발명의 일 실시예로서 상하 또는 좌우로 배치된 센서(10)에서 최상의 세퍼레이션 조건을 만족하는 경우의 실시예이다.
도 9를 참조하면 두 개의 오브젝트가 3개의 센서(10)가 센서A 내지 센서C에 배치되어 있다. 도 9에서는 상하로 배치된 센서 즉, 동일 컬럼에 배치된 센서(10)의 인접한 경우를 일 실시예로 들었으나 좌우로 배치된 센서 즉, 동일한 로우(row)에 배치된 센서에도 본 특허는 동일하게 적용된다.
본 발명에서는 상하로 배치된 즉, 동일 컬럼에 배치된 센서에서 검출된 터치신호를 예를들어 설명하지만 동일한 기술사상이 동일한 로우내에 인접하여 배치된 센서(10)에도 동일하게 적용된다.
도 9는 최상의 상태(최상의 상태)에서의 세퍼레이션에 관한 본 발명의 실시예이다. 도 9를 참조하면, 세 개의 센서(A,B,C)를 각 3등분하고 상부의 오브젝트(910)에 의한 터치신호의 검출(면적검출)이 A센서(901)에서 2/3가 검출되고 B센서(902)에서 1/3이 검출되었다. 또한 하단부 오브젝트(920)에 의해 B센서(902)에서 1/3이 검출되고 C센서(903)에서 2/3가 검출되었다고 가정하다.
B센서(902)에서는 상단의 오브젝트(910)에 의해 1/3의 터치면적이 검출되었고 하단의 오브젝트(920)에 의해 1/3의 터치면적이 검출되었으므로 전체로는 2/3의 터치면적이 검출되었다.
A센서와 C센서에서 검출된 면적도 2/3이므로 A(901) 및 B(902) 및 C 센서(903)에서 검출된 면적은 모두 2/3로서 동일하다. 따라서 이러한 경우를 case1(930)이라고 한다면 도 9에 도시된 case1의 신호와 같이 모든 센서(10)에서 검출된 신호의 크기는 동일할 것이다.
이때 상단 오브젝트(910)와 하단 오브젝트(920)의 각 중심점간의 간격은 "2/3*d"가 되며 두 개의 오브젝트가 2/3d보다 넓어 지는 경우부터는 세퍼레이션(separation : 즉, 두개의 오브젝터의 터치 판별)을 검출하는 것이 가능하다. 이와 같이 도 8에 비교하여 세 개의 센서에서 각 터치 면적의 간격이 2/3가 되는 시점이 두 개의 오브젝트의 세퍼레이션을 위한 경계점이 된다.
본 발명에서 터치신호를 검출한다는 것은 면적의 크기를 검출한다는 것을 의미한다. 도 5의 터치정전용량(Ct)은 면적에 비례하며 수식1과 수식2의 차이로 터치를 검출한다는 의미는 수식2의 분모에 부가되는 Ct의 유무 및 크기에 따라 수식1과 수식2의 차이의 크기가 달라지게 된다. Ct는 터치면적에 비례하므로 터치신호를 검출한다는 의미 즉, 수식1과 수식2의 차이를 검출한다는 의미는 오브젝트에 의해 터치된 터치면적을 검출한다는 의미와 동일하게 사용된다.
다시 도 9를 참조하면, 상단의 오브젝트(910)와 하단의 오브젝트(920)가 상하로 소정의 위치만큼 이동하게 되면 A센서 및 C센서의 면적이 증가하면서 B센서에 터치된 면적은 상단의 오브젝트에 의한 면적의 감소효과 및 하단의 오브젝트에 의한 면적의 감소효과로 급속한 면적의 감소가 발생한다. 이러한 case2의 경우는 도 9의 우측에 case2의 신호(940)의 형태로 설명하였다.
도 9의 우측에 도시된 case2의 신호(940)를 참조하면, 세퍼레이선의 경계조건 즉, 각 센서마다 2/3의 면적만큼 터치되었을 때는 점선으로 표시되었으며 이는 case1의 경우이다. 상하의 두 개의 오브젝트가 일정 변위를 발생시키면 A센서와 C센서의 면적이 커지고 이에 따라 A 센서 및 C센서에서 검출되는 터치신호의 크기가 커지므로 case2를 참조하면 A센서 및 C센서에서 검출되는 신호의 크기는 커지고 상대적으로 B센서에서 검출되는 신호의 크기는 작아지게 된다.
따라서 두 개의 꼭지점이 검출되므로 이러한 면적차이를 이용하여 두 개의 오브젝트가 터치되었음을 검출할 수 있고 다시 말해서 세퍼레이션의 조건을 만족하게 되는 것이다.
도 8은 동일한 오브젝트에 대한 세퍼레이션의 최악의 상태(worst case)이고 도 9는 최상의 상태(best case)이다. 도 6과 같은 스트라이프 구조에서 두 개의 오브젝트에 의한 세퍼레이션은 베스트 상황과 워스트 상황이 존재하므로 워스트 상황을 고려하여 터치스크린 패널을 설계할 수 밖에 없다.
그러나 최상의 상태와 최악의 상태가 동시에 검출되도록 하고 그중 최상의 상태만을 추출할 수 있다면 동일한 세퍼레이션 조건에서 센서(10)의 개수를 1/3 만큼 절감시키는 것이 가능하게 된다 왜냐하면, 본원 발명의 델타 구조가 아닌 종래의 스트라이프 구조를 갖는 터치스크린패널에서 동일한 세퍼레이션 조건을 만족시키기 위해서는 기본 센서 길이를 작게 구성하여야 하기 때문에 결과적으로는 센서의 개수가 증가된다. 그러나 본원 발명의 델타 구조를 갖는 터치스크린패널에서는 동일한 세퍼레이션 구조를 충족시키기 위해 기본 센서 길이를 작게 구성하지 않아도 되므로 결과적으로 센서의 개수를 줄이는 효과를 가진다.
도 10은 최상의 상태와 최악의 상태가 공존하며 그중 항상 최상의 상태만을 추출하고자 하는 본 발명의 실시예이다.
도 10의 실시예에 따른 본 발명은 컬럼2와 컬럼3의 상단부에 예시한 델타의 구조와 유사하므로 델타구조(Delta structure)" Δ" 라고 지칭한다. 도 10에서 보면 (2,2), (3,1) 및 (3,2)의 세개의 터치검출 센서가 조합되어 " Δ" 이루는 바 본원 발명에서의 터치검출 센서의 구조를 델타구조라 칭하며, 이는 종래 도 2 또는 도 6 에서의 스트라이프 구조와 대비된다.
본원 발명은 손가락등을 포함하는 도전체의 접근에 의해 터치 정전용량을 생성하는 복수개의 터치검출 센서를 포함하는 터치 스크린 패널에서의 터치검출 센서 구조에 관한 것이다.
특별히, 본원 발명은 멀티 터치의 좌표 해상도를 증강시키고자 하는데 목적이 있다.
본원 발명에서의 터치검출 센서 구조의 일 실시예는 소정의 폭과 소정의 높이를 가지는 제 1 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서(도 10의 col 1) 및 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 동일한 폭과 높이를 가지는 제 2 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서(col2)를 포함하되, 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 소정 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 한다.
도 10의 실시예는 컬럼단위를 기준으로 델타구조를 갖는 실시예를 도시하고 있으나, 도 13의 실시예는 로우단위를 기준으로 델타구조를 갖는 실시예를 도시하고 있다.
제 2 컬럼의 제 1로우의 터치검출 센서(이하, (2,1)의 터치검출센서로 표기), (2,6)의 터치검출 센서, (4,1)의 터치검출 센서 및 (4,6)의 터치검출 센서는 (2,2)의 터치검출 센서 내지 (2,5)의 터치검출 센서와는 다른 높이를 가지는 복수개의 터치 검출 센서가 배치된다. 도10에서는 (2,1)의 터치검출 센서, (2,6)의 터치검출 센서, (4,1)의 터치검출 센서 및 (4,6)의 터치검출 센서는 (2,2)의 터치검출 센서의 1/2의 높이를 가짐으로써 면적상으로도 1/2의 사이즈를 갖도록 배치된다.
터치스크린 패널은 액티브 영역 즉, 화면 영상이 디스플레이되는 영역 전체에 터치검출 센서가 배치되어야 하나 도 10에서는 5개의 컬럼과 6개의 로우를 도시하여 간략화 하여 도시하였다.
그러나, 제 1 컬럼의 터치 검출 센서 및 제 2 컬럼의 터치 검출 센서는 컬럼 방향으로 반복하여 배치될 수 있고, 도 10에 도시된 것과는 다르게 제 1 컬럼의 터치 검출 센서 -> 제 2 컬럼의 터치 검출 센서 -> 제 2 컬럼의 터치 검출 센서 -> 제 1 컬럼의 터치 검출 센서와 같이 터치검출 센서가 반복 배치됨에 따라 그 순서는 가변될 수 있는 것도 본원 발명의 실시 범위내에 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
제 1 컬럼의 터치검출 센서와 제 2 컬럼의 터치검출 센서가 서로 어긋나게 배치된 정도를 본원 발명에서는 오프셋(offset)이라 한다.
도 10에서 오프셋은 50%로서, 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 높이가 절반씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성한다.
즉, 델타구조는 홀수 컬럼(Column1 및 3 및 5) 및 짝수 컬럼(Column 2 및 4)가 서로 어긋나 있으며 어긋난 정도는 50%이다. 어긋난 정도가 50%의 의미는 홀수컬럼 또는 짝수컬럼에 포함된 센서의 50%되는 면적의 지점에서 인접한 센서가 시작된다는 것이다. 50% 어긋난 상황에서는 짝수와 홀수처럼 두 개의 서로 어긋난 센서구조를 획득하는 것이 가능하다.
이러한 50%는 도 11의 실시예와 같이 1/3 즉, 33.3%를 어긋나게 하면 3개의 서로 어긋난 센서를 구성할 수 있다. 후술하겠지만 이처럼 어긋난 정도를 달리함으로써 더욱 정밀한 해상도의 세퍼레이션을 추출하는 것이 가능하다. 세퍼레이션을 추출하는데 관여하는 터치검출 센서가 더 작아지는 것이다.
도 10의 본 발명의 실시예에 따른 델타구조를 참조하면 컬럼1과 컬럼2에는 두 개의 오브젝트가 터치되어 있다. 컬럼1에서 검출된 터치신호는 도 8의 실시예서에 설명한 바와 같이 최악의 상태이다.
그러나 컬럼2를 참조하면 도 9에서 예시한 최상의 상태를 적용하기 위한 최소 조건(2/3d)보다 더 벌어져 있다. 다시말하면 컬럼1에서의 최악의 상태는 컬럼2에서 최상의조건보다 더 벌어져 있으므로 두 개의 오브젝트는 컬럼2를 참조하면 더 좁아져도 된다는 의미이다.
도 10의 컬럼4와 컬럼5는 이러한 경우의 실시예이다. 컬럼4에 터치된 두 개의 오브젝트는 도 9의 실시예에서 설명한 바와 같이 최상의 상태를 만족한다. 그러나 동일한 오브젝트에 의해 컬럼5에서는 4개의 센서에 의한 최악의 상태의 경계조건을 만족할 수 없으므로 세퍼레이션을 추출하는 것이 불가능하다. 만일 두 개의 오브젝트의 간격이 컬럼1에서 예시된 최악의 상태의 경계조건부터 컬럼5의 거리까지 좁혀졌다면 컬럼4에서와 같이 최상의 상태를 통하여 세퍼레이션을 추출하는 것이 가능하게 된다.
따라서 세퍼레이션을 위해 2d의 최악의 상태가 아닌 2/3*d의 최상의 상태를 유지할 수 있으므로 델타구조는 동일한 세퍼레이션 조건을 충족시키기 위해 기본 센서의 길이를 줄여야 하는 스트라이프 구조에 비해 1/3만큼 터치센서(10)의 개수를 절감하는 것이 가능하게 된다. 터치센서(10)의 개수의 축소는 터치IC(30)의 면적을 작게 하므로 이는 터치IC(30)의 비용을 최소화 하여 보다 경제적으로 터치스크린패널을 제조하는 것이 가능하게 된다.
이와같이 본 발명은 센서(10)를 서로 어긋나게 배치하여 세퍼레이션에 관한 최상의 상태만을 추출하여 터치센서(10)의 개수를 절감하는 것을 가능하게 한다.
본원 발명에서의 델타구조를 갖는 터치 스크린 패널은 두개의 상기 도전체에 의해 제 1 컬럼 및 제 2 컬럼에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 제 1 컬럼에 생성된 두개의 터치 정전용량의 중심간의 거리와 제 2 컬럼에 생성된 두개의 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시킬 수 있다.
도 11은 본원 발명에 따른 33.3%의 오프셋을 갖도록 배치된 터치검출 센서 구조의 일 실시예를 도시한다.
본원 발명에서의 터치검출 센서 구조의 일 실시예는 소정의 폭과 소정의 높이를 가지는 제 1 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서(도 11의 col 1) 및 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 동일한 폭과 높이를 가지는 제 2 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서(col2)를 포함하되, 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 소정 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 한다.
(2,1)의 터치검출센서, (2,6)의 터치검출 센서, (3,1)의 터치검출 센서, (3,6)의 터치검출 센서, (5,1)의 터치검출 센서 및 (5,6)의 터치검출 센서는 (2,2)의 터치검출 센서 내지 (2,5)의 터치검출 센서와는 다른 높이를 가지는 복수개의 터치 검출 센서가 배치된다. 도11에서는 (2,1)의 터치검출센서, (3,6)의 터치검출 센서 및 (5,1)의 터치검출 센서는 (2,2)의 터치검출 센서의 1/3의 높이를 가짐으로써 면적상으로도 1/3의 사이즈를 갖도록 배치된다.
또한, (2,6)의 터치검출센서, (3,1)의 터치검출 센서 및 (5,6)의 터치검출 센서는 (2,2)의 터치검출 센서의 2/3의 높이를 가짐으로써 면적상으로도 2/3의 사이즈를 갖도록 배치된다.
도 10에서 언급한 바와 같이, 터치스크린 패널은 액티브 영역 즉, 화면 영상이 디스플레이되는 영역 전체에 터치검출 센서가 배치되어야 하나 도 10에서는 5개의 컬럼과 6개의 로우를 도시하여 간략화 하여 도시하였다.
도 11의 실시예는 제 1 컬럼의 터치 검출 센서, 제 2 컬럼의 터치 검출 센서(2/3의 높이) 및 제 3 컬럼의 터치검출 센서(1/3의 높이)는 컬럼 방향으로 반복하여 배치될 수 있고, 도 11에 도시된 것과는 다르게 제 1 컬럼의 터치 검출 센서 -> 제 2 컬럼의 터치 검출 센서 -> 제 3 컬럼의 터치 검출 센서 -> 제 2 컬럼의 터치 검출 센서 -> 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 같이 터치검출 센서가 반복 배치됨에 따라 그 순서는 가변될 수 있는 것도 본원 발명의 실시 범위내에 있음은 당업자에게 자명할 것이다.
도 12는 상하단의 스트라이프(stripe) 구조와 패널의 중앙 부분에 본 발명의 일 실시예에 따른 델타 구조를 혼용한 일 실시예이다.
도 12에서는 스크린패널의 중앙 부분(1210)은 본원 발명에서의 델타구조를 가지되 양쪽 상(1220),하단(1230)에서는 스트라이프 구조를 갖는 것이다. 양쪽 상(1220),하단(1230)에서는 스트라이프 구조는 두개의 층(layer)를 갖는 것으로 도시되어 있으나, 개수에 제한되는 것은 아니며 하나의 층을 가질 수도 있고, 두개 초과의 층을 가질 수도 있음은 당업자에게 자명하다.
도 10의 실시예와 도 11의 실시예를 혼용한 다른 실시예의 터치검출 센서 구조를 가질 수 있음은 당업자에게 자명하다.
소정의 폭과 소정의 높이를 가지는 제 1 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서, 제 2 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서, 및 제 3 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서를 포함하되,
제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 제 1 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되고 제 3 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 제 2 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치된다.
두개의 오프셋을 갖도록 배치된 터치검출 센서 구조는 제 2 컬럼의 양쪽 끝단 제 3 컬럼의 양쪽 끝단에는 제 1 컬럼의 터치검출 센서의 높이와 다른 높이를 가지는 복수개의 터치 검출 센서가 배치되는 것은 도 10 또는 도 11에 도시된 바와 같다.
제 1 오프셋은 50%로서, 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 절반씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성한다.
제 2 오프셋은 33.3%로서, 제 3 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 높이가 2/3 그리고 1/3 만큼씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성한다.
특별히 제 2 오프셋을 갖는 경우에 제 3 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 높이가 2/3 의 높이를 갖고 제 4 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 높이가 1/3 의 높이를 가질 것이다.
도 13 은 본 발명의 일 실시예에 따른 세퍼레이션 조건을 만족하는 델타구조가 터치패널의 로우(row) 방향으로 배치된 일 실시예이다.
본원 발명에서의 델타 구조는 도 13에 도시된 바와 같이 로우 방향에서 델타 구조를 갖도록 배치될 수 있다.
도 13의 실시예는 50%의 오프셋을 갖는 실시예를 도시하고 있으나, 33.3%의 갖는 실시예, 50% 오프셋과 33.3%의 실시예를 혼용한 경우의 실시예 및 도 12에서의 스트라이프 구조를 좌측과 우측의 양끝단 포함하는 실시예는 본원 발명의 실시 범위내에 있음은 당업자에게 자명한 사실이다.
이와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 센서 12 : 충전수단
14 : 터치검출부 14a : ADC
22 : 센서신호선 25 : 손가락
28 : 메모리부 30 : 터치IC
31 : 구동부 33 : 타이밍 제어부
35 : 신호처리부 40 : CPU
42 : 교번전압생성부 46 : 통신부
47 : 전원부 50 : 기판
52 : 보호패널 57 : 접착부재
58 : 에어갭
200 : 표시장치 205 : TFT기판
210 : 액정층 215 : 칼라필터
220 : 공통전극 230 : 실런트

Claims (18)

  1. 도전체의 접근에 의해 터치 정전용량을 생성하는 복수개의 터치검출 센서를 포함하는 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조에 있어서,
    소정의 폭과 소정의 높이를 가지는 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서; 및
    상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 동일한 폭과 높이를 가지는 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서;를 포함하되,
    상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 소정 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되고,
    상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치 검출 센서 및 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 터치 검출 센서는 컬럼 방향으로 또는 로우 방향으로 반복하여 배치되되, 상기 터치 검출 센서가 반복 배치됨에 따라 그 순서는 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  2. 청구항 1 에 있어서,
    상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 양쪽 끝단에는 상기 폭과 다른 폭을 갖거나 상기 높이와 다른 높이를 가지는 복수개의 터치 검출 센서가 배치되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 오프셋은 50%로서, 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 절반씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 오프셋은 33.3%로서, 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 1/3 그리고 2/3만큼씩 엇갈리게 배치되거나 2/3 그리고 1/3 만큼씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  5. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 1 로우 및 상기 제 2 로우에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 1 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 2 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  6. 청구항 3 또는 청구항 4에 있어서,
    두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 1 컬럼 및 상기 제 2 컬럼에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 1 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 2 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  7. 청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
    상기 터치 스크린 패널의 상단 및 하단 에지 또는 좌측단 및 우측단 에지에는 상기 오프셋이 없는 스트라이프(stripe)구조의 터치검출 센서를 적어도 하나의 컬럼씩 또는 적어도 하나의 로우씩 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  8. 삭제
  9. 도전체의 접근에 의해 터치 정전용량을 생성하는 복수개의 터치검출 센서를 포함하는 터치 스크린 패널의 터치검출 센서 구조에 있어서,
    소정의 폭과 소정의 높이를 가지는 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서;
    상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 동일한 폭과 높이를 가지는 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서; 및
    상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치검출 센서와 동일한 폭과 높이를 가지는 제 3 로우 또는 제 3 컬럼의 복수개의 터치 검출 센서; 를 포함하되,
    상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 제 1 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되고 상기 제 3 로우 또는 제 3 컬럼에 속하는 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서와 제 2 오프셋 만큼 서로 엇갈리게 배치되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  10. 청구항 9 에 있어서,
    상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 양쪽 끝단 및 상기 제 3 로우 또는 제 3 컬럼의 양쪽 끝단에는 상기 폭과 다른 폭을 갖거나 상기 높이와 다른 높이를 가지는 복수개의 터치 검출 센서가 배치되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  11. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 1 오프셋은 50%로서, 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 절반씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  12. 청구항 9에 있어서,
    상기 제 2 오프셋은 33.3%로서, 상기 제 3 로우 또는 제 3 컬럼에 속하는 터치 검출 센서 중 하나의 터치 검출 센서는 상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼에 속하는 터치검출 센서 중 연이어 배치된 두개의 터치검출 센서와 높이 또는 폭이 1/3 그리고 2/3만큼씩 엇갈리게 배치되거나 2/3 그리고 1/3 만큼씩 엇갈리게 배치되어 델타 (Δ)구조를 형성하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  13. 청구항 11에 있어서,
    두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 1 로우 및 상기 제 2 로우에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 1 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 2 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  14. 청구항 11에 있어서,
    두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 1 컬럼 및 상기 제 2 컬럼에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 1 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 2 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  15. 청구항 12에 있어서,
    두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 2 로우 및 상기 제 3 로우에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 2 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 3 로우에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  16. 청구항 12에 있어서,
    두개의 상기 도전체에 의해 상기 제 2 컬럼 및 상기 제 3 컬럼에 걸쳐서 복수개의 터치 정전 용량이 생성되는 경우에 상기 제 2 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전용량의 중심간의 거리와 상기 제 3 컬럼에 생성된 두개의 상기 터치 정전 용량의 중심간의 거리 중 작은 것을 기반으로 상기 도전체에 의한 멀티 터치를 검출함으로써 터치좌표의 검출 해상도를 증강시키는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  17. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 터치 스크린 패널의 상단 및 하단 에지 또는 좌측단 및 우측단 에지에는 상기 오프셋이 없는 스트라이프(stripe)구조의 터치검출 센서를 적어도 하나의 컬럼씩 또는 적어도 하나의 로우씩 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
  18. 청구항 9 또는 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 로우 또는 제 1 컬럼의 터치 검출 센서, 상기 제 2 로우 또는 제 2 컬럼의 터치 검출 센서 및 상기 제 3 로우 또는 제 3 컬럼의 터치 검출 센서는 컬럼 방향으로 또는 로우 방향으로 반복하여 배치되되, 상기 터치 검출 센서가 반복 배치됨에 따라 그 순서는 가변될 수 있는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널의 터치검출 센서의 구조.
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