KR101713940B1 - 접촉 감지 패널 및 접촉 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 접촉 감지 패널 및 접촉 감지 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 접촉 감지 패널은, 기판, 및 상기 기판상에 마련되고 제1축 방향으로 연장되는 하나 이상의 감지 영역을 포함하고, 상기 감지 영역은 제1전극과, 상기 제1전극을 둘러싸는 제2전극을 포함하며, 상기 기판의 가장자리에 인접한 일부의 감지 영역은 다른 감지 영역에 비해 그 폭이 좁게 형성된다. 본 발명에 따르면, 접촉 물체를 감지할 수 있는 유효 감지 영역의 가장자리에 인접한 감지 영역 또는 감지 전극의 폭이나 형상을 유효 감지 영역의 가장자리에 인접하지 않은 다른 감지 영역 또는 감지 전극과 다르게 함으로써, 가장자리에 인가되는 접촉 입력을 정확히 판단할 수 있는 접촉 감지 패널 및 접촉 감지 장치를 제공할 수 있다.

Description

접촉 감지 패널 및 접촉 감지 장치{PANEL AND DEVICE FOR SENSING TOUCH INPUT}

본 발명은 접촉 감지 패널 및 접촉 감지 장치에 관한 것으로서, 동시에 또는 순차적으로 인가되는 하나 이상의 접촉 입력을 판단할 수 있는 단층(Single-Layer) 구조 접촉 감지 패널 및 접촉 감지 장치에 관한 것이다.

터치스크린이 장착된 휴대폰이 널리 보급되고, 다양한 종류의 스마트 폰이 대중화되면서 접촉 감지 기술에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. 대표적인 접촉 감지 장치인 터치스크린은 그 동작 방식에 따라 저항막, 정전용량, 초음파, 적외선 방식 등으로 구분할 수 있으며, 이 가운데 정전용량 방식 터치스크린은 내구성 및 수명이 뛰어나고 멀티터치 기능을 지원한다는 장점이 있어, 최근 그 적용 분야를 넓혀가고 있다.

정전용량 방식 터치스크린은 별도의 구동 신호를 인가하지 않고, 접촉 물체와 감지 전극 사이에서 생성되는 자체 정전용량(Self-Capacitance)을 이용하여 접촉 입력을 판단하는 방식과, 소정의 구동 신호를 인가하고 접촉 물체에 의해 다수의 감지 전극 사이에서 발생하는 상호 정전용량(Mutual-Capacitance)을 이용하여 접촉 입력을 판단하는 방식으로 구분할 수 있다. 자체 정전용량을 이용하는 방식은 회로 구성이 간단하고, 구현이 용이한 반면 멀티 터치 판단이 용이하지 않은 단점이 있다.

반면, 상호 정전용량을 이용하는 방식은 멀티 터치 판단에 있어서 자체 정전용량을 이용하는 방식보다 이점을 갖지만, 2층 구조로 구현해야 하므로 두께가 상승하는 단점이 있다. 또한, 2층 구조를 갖는 상호 정전용량 방식의 터치스크린은 공정단계가 증가하여 1층 구조를 갖는 터치스크린에 비해 제작비용이 상승하는 문제가 있다. 반면, 기존의 1층 구조를 갖는 터치스크린은 멀티 터치를 판단할 수 없는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 고안된 것으로, 1층 구조로서 하나 이상의 접촉 입력을 정확하게 판단할 수 있고, 접촉 영역의 가장자리에서 접촉 입력 판단의 정확도를 개선한 접촉 감지 패널 및 접촉 감지 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에 따른 접촉 감지 패널은, 기판, 및 상기 기판상에 마련되고 제1축 방향으로 연장되는 하나 이상의 감지 영역을 포함하고, 상기 감지 영역은 제1전극과 상기 제1전극을 둘러싸는 제2전극을 포함하며, 상기 기판의 가장자리에 인접한 일부의 감지 영역은 다른 감지 영역에 비해 그 폭이 좁은 것을 특징으로 한다.

한편, 본 발명에 따른 접촉 감지 장치는, 기판의 일면에 배치되는 복수의 제1전극, 상기 일면에 형성되고, 구동 신호가 인가되는 복수의 제2전극, 및 하나 이상의 접촉 입력을 판단하는 컨트롤러 칩을 포함하고, 상기 제1전극은 상기 제2전극 각각의 내측으로 형성되는 공간에 배치되고, 상기 제1전극 중 상기 기판의 가장자리에 인접한 일부는 다른 제1전극과 다른 형상으로 형성된다.

본 발명에 따른 접촉 감지 장치는 복수의 전극을 기판의 일면에 배치하고, 컨트롤러 칩은 구동 신호가 인가되는 전극에 의해 둘러싸이는 전극으로부터 접촉 물체에 의해 생성되는 상호 정전용량 변화를 감지하며, 기판의 가장자리에 인접한 전극의 면적 또는 형상이 다른 전극과 다르게 형성된다. 따라서, 2층 구조에 비해 상대적으로 얇은 두께의 접촉 감지 장치에서 잡음의 영향을 줄이고, 신호 감도를 높여 멀티 터치를 포함한 접촉 입력 판단의 정확도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉 감지 패널을 도시한 도,
도 2a는 도 1에 도시한 접촉 감지 패널의 A 영역을 확대 도시한 도,
도 2b는 본 발명에 따른 접촉 감지 패널의 배선 패턴의 일실시예를 나타낸 도,
도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉 감지 패널을 도시한 도,
도 4a 및 도 4b는 본 발명의 제3실시예 및 제4실시예에 따른 접촉 감지 패널의 전극 패턴을 도시한 도,
도 5 및 도 6은 본 발명에 따른 접촉 감지 장치의 동작을 설명하기 위해 제공되는 도, 및
도 7은 본 발명의 일실시예에 다른 접촉 감지 장치를 도시한 도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 접촉 감지 패널을 도시한 도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 패널(100)은 기판(110), 기판 상에 형성되는 하나 이상의 감지 영역(120), 기판(110)의 좌우 베젤 영역에 배치되며, 감지 영역(120)과 전기적으로 연결되는 배선 패턴(150)을 포함한다. 배선 패턴(150)은 기판(110)의 일단까지 연장되며, 컨트롤러 칩(미도시)이 실장된 회로 기판(미도시)과 전기적으로 연결되기 위한 본딩 패드를 포함할 수 있다.

기판(110)은 감지 영역(120)과 배선 패턴(150), 본딩 패드 등이 배치되고, 컨트롤러 칩이 실장된 회로 기판이 ACF 공정 등으로 부착되는 지지판으로서, PET, PMMA, PC, PI, 또는 강화 글라스, 사파이어 글라스 등과 같은 재료로 마련할 수 있다. 특히, 본 실시예에 따른 접촉 감지 패널(100)이 디스플레이 장치에 부착되는 터치스크린인 경우, 상기 언급한 재료와 같이 빛 투과율이 우수한 재료를 이용하는 것이 바람직하다.

감지 영역(120)은 제1축 방향으로 연장되는 하나 이상의 제2전극(130), 및 상기 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장되는 하나 이상의 제1전극(140)을 포함한다. 도 1에 도시된 본 실시예에서는, 제1축이 가로 방향, 제2축은 세로 방향에 해당하며, 하나의 감지 영역(120)은 하나의 제2전극(130)과 8개의 제1전극(140)을 포함하고, 전체 접촉 감지 패널(100)에는 총 8개의 감지 영역(120)이 포함된다. 물론, 도 1에 도시한 도면대로 감지 영역(120)과 제2전극(130), 제1전극(140) 사이의 포함관계가 확정되는 것은 아니며, 다양한 형태로 감지 영역이 구현될 수 있음에 유의해야 할 것이다.

일례로, 하나의 제1전극(140)과 그 주변의 제2전극(130) 일부 영역을 하나의 감지 영역(120)으로 파악하는 것도 가능하다. 이 경우, 앞서 설명한 경우와 달리, 전체 접촉 감지 패널(100)에 총 64개의 감지 영역(120)이 포함된다. 즉, 앞으로 본 명세서 전반에 걸쳐 사용되는 [감지 영역]이라는 용어는, 컨트롤러 칩에 연결되는 센싱 채널, 혹은 물리적, 전기적으로 분리된 감지 전극에 의해 정의되는 영역이 아닌, 사용자의 접촉 입력을 판단할 수 있는 일정한 단위 영역으로 이해해야 한다.

제1전극(140)은, 해당 제1전극(140)이 포함된 감지 영역(120)을 구성하는 제2전극(130) 내에 마련되는 공간(空間)을 채우도록 배치된다. 도 1을 참조하면, 하나의 제2전극(130)은 그 연장 방향(제1축, 가로 방향)과 교차하는 방향(제2축, 세로 방향)을 따라 마련되는 총 8개의 공간을 포함하고, 하나의 공간에 하나의 제1전극(140)이 배치된다. 물론, 제2전극(130) 내에 마련되는 공간의 연장 방향은 도 1에 도시된 바와 같이 한정될 필요가 없으며, 하나의 공간에 복수의 제1전극(140)이 배치되거나, 컨트롤러 칩의 동일한 센싱 채널에 연결되는 복수의 제1전극(140)이 하나의 공간을 채우도록 배치되는 것도 가능하다.

한편, 기판(110)의 가장자리에 인접하여 배치되는 감지 영역(125)은, 다른 감지 영역(120)에 비해 그 폭이 좁게 형성된다. 본 실시예에서 감지 영역(120, 125)의 폭은, 세로 방향의 높이를 의미하는 것으로 가정한다. 도 1을 참조하면, 기판(110)의 세로 방향 가장자리에 인접한 2개의 감지 영역(125)의 폭이 다른 감지 영역(120)에 비해 좁으며, 일실시예로 가장자리에 인접한 감지 영역(125)의 폭은 다른 감지 영역(120)의 폭의 1/2일 수 있다. 기판(110)의 가장자리는 감지 영역(120)이 배치되는 유효 감지 영역과, 감지 영역(120)이 배치되지 않는 영역의 경계를 의미한다.

접촉 감지 패널(100)은 일반적으로 사람의 손가락과 같은 신체, 혹은 스타일러스 펜과 같은 접촉 물체와 감지 영역(120) 또는 전극(130, 140) 사이에 생성되는 접촉 영역에 의해 발생하는 정전용량 변화에 기초하여 접촉 입력을 판단한다. 접촉 영역은 통상 원형으로 모델링되며, 접촉 입력 판단시에 계산하는 접촉 입력의 위치는 원으로 모델링된 접촉 영역의 중심의 위치에 해당한다.

접촉 입력의 위치에 해당하는 접촉 영역의 중심이 가장자리에 접근하면, 접촉 영역의 일부는 유효 감지 영역에 접촉할 수 없다. 예를 들어 접촉 영역이 세로 방향으로 위쪽 가장자리에 접근하면 접촉 영역의 상부가 감지 영역(120)이 배치되지 않은 영역과 중첩되므로, 접촉 영역의 상부에 대응하는 정전용량 변화가 발생하지 않는다. 결국 접촉 감지 패널이 판단하는 접촉 위치는, 실제 접촉 영역의 중심 위치보다 세로 방향으로 아래쪽으로 계산된다.

따라서, 가장자리에 배치되는 감지 영역(125)의 폭을 다른 감지 영역(120)의 폭보다 작도록, 바람직하게는 절반 가량이 되도록 함으로써, 가장자리에서 접촉 위치 판단의 정확도를 높일 수 있다. 이에 대해서는, 후에 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

감지 영역(120)에 포함되는 제2전극(130)과 제1전극(140)은 각각 기판(110)의 좌우 베젤 영역에 배치되는 배선 패턴(150)을 통해 컨트롤러 칩과 전기적으로 연결된다. 이때, 제1축 상의 동일한 위치에 배치되는 복수의 제1전극(140) 중 적어도 일부를 하나의 배선 패턴(150)에 연결함으로써, 배선 패턴(150)의 수와 그에 따른 베젤 영역의 폭을 줄일 수 있다. 한편, 디스플레이 장치에 부착되는 터치스크린의 경우, 디스플레이 화면이 터치스크린을 통해 사용자에게 표시되도록 접촉 감지 패널(100)의 유효 표시 영역에 배치되는 배선 패턴은 ITO, ZnO, IZO, CNT 등과 같은 투명 전도성 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

제2전극(130)과 제1전극(140)이 기판(110)의 동일한 면에 배치되는 경우, 제2전극(130) 및 제1전극(140)과 연결되는 배선 패턴(150)의 배치가 문제될 수 있다. 제1축 상의 동일한 위치에 배치되는 하나 이상의 제1전극(140)이 컨트롤러 칩의 센싱 채널 하나에 연결되므로, 기판(110)의 베젤 영역에서 배선 패턴(150)의 중첩에 따른 문제가 발생할 수 있다. 이하, 도 2를 참조하여 설명한다.

도 2a는 도 1에 도시한 접촉 감지 패널의 A 영역을 확대 도시한 도이다. 먼저 도 2a를 참조하면, 제1전극(140) 각각에 연결되는 배선 패턴 A1, A2, A3, A4이 베젤 영역의 배선 패턴 S8, S7, S6, S5에 각각 연결된다. 앞서 설명한 바와 같이, 접촉 감지 패널(100)의 유효 표시 영역에 배치되는 배선 패턴 A1~A4는 제2전극(130), 및 제1전극(140)과 마찬가지로 ITO, IZO, ZnO, CNT 등과 같은 투명 전도성 물질로 형성되는 것이 바람직하다.

배선 패턴 A1은 배선 패턴 S8에 연결되며, 따라서 배선 패턴 S5~S7과는 절연되어야 한다. 따라서, 도 2a에 도시한 바와 같이 배선 패턴 A1 상의 일부 영역에 소정의 절연 물질을 도포하여 배선 패턴 S5~S7과 배선 패턴 A1을 절연시킨다. 마찬가지로 배선 패턴 A2~A4 상의 일부 영역에 소정의 절연 물질을 도포함으로써, 중첩 없이 제2전극(130) 및 제1전극(140)에서 발생하는 감지 신호를 컨트롤러 칩에서 감지할 수 있다.

도 2a에는 배선 패턴 A1~A4가 배선 패턴 S5~S8에 대해 상대적으로 아래에 배치되는 것을 가정하였으나, 이와 반대로 배선 패턴 A1~A4가 배선 패턴 S5~S8의 위에 배치될 수도 있다.

도 2b는 본 발명에 따른 접촉 감지 패널의 배선 패턴의 일실시예를 나타낸 도이다. 도 2b를 참조하면, 도 2a와 마찬가지로 배선 패턴 A1~A4에 배선 패턴 S5~S8가 각각 연결된다. 컨트롤러 칩의 센싱 채널에는 제1전극(140)과 연결되는 배선 패턴 S5~S8 이외에, 제2전극(130)과 연결되는 배선 패턴도 연결되어야 한다. 본 실시예에서는, 8개의 제2전극(130)이 구비되고, 제2전극(130)과 연결되는 배선 패턴이 각각 기판(110)의 좌우 베젤 영역에 4개씩 배치되는 것을 가정한다. 따라서, 도 2b에 도시한 바와 같이, 제2전극(130) 각각에 연결되는 배선 패턴 D2, D4, D6, D8이 기판(110)의 우측 베젤 영역에 배치된다.

배선 패턴 D2, D4, D6, D8은 S5~S8에 비해 상대적으로 기판(110)의 가장자리에 배치될 수 있다. 이 경우에도, 각 배선 패턴 D2, D4, D6, D8과 배선 패턴 S5~S8을 절연하기 위해 별도의 절연층을 사용하는 등의 공정이 추가되어야 한다. 따라서, 제1전극(140)과 연결되는 배선 패턴 A1~A4와, 배선 패턴 S5~S8을 형성한 이후, 그 위를 덮는 절연층을 베젤 영역 전반에 걸쳐 배치하고, 그 위에 제2전극(130)과 연결되는 배선 패턴 D2, D4, D6, D8을 형성할 수 있다. 따라서, 기판(110)의 베젤 영역에 배선 패턴이 다층 구조로 형성되며, 배선 패턴 D2, D4, D6, D8을 S5~S8에 비해 기판(110)의 가장자리에 배치하는 경우에 비해 베젤 영역의 폭을 줄일 수 있다.

도 3은 본 발명의 제2실시예에 따른 접촉 감지 패널을 도시한 도이다. 본 실시예에 따른 접촉 감지 패널(300)은 도 1에 도시한 접촉 감지 패널(100)과 마찬가지로 기판(310), 하나 이상의 감지 영역(320), 배선 패턴(350) 등을 포함한다. 하나의 감지 영역(320)에는 제1전극(340) 및 제2전극(330)이 포함되며, 제1전극(340) 각각은 인접한 제2전극(330)에 의해 둘러싸인다. 도 1과 마찬가지로, 본 실시예에 따른 접촉 감지 패널(300) 역시 세로 방향으로 가장자리에 인접한 감지 영역(325)의 폭이 다른 감지 영역(320)에 비해 좁게 형성된다.

이하, 본 명세서 전반에 걸쳐 [제2전극이 인접한 제1전극에 의해 둘러싸인다]는 표현은, 제1전극(340)이 제2전극(330)에 의해 동일 평면 상에서 포위되는 개념으로 이해해야 할 것이다. 도 3을 참조하면, 제1전극(340) 각각은 십자 형태로 형성되며, 배선 패턴(350)과 연결되는 일부 모서리를 제외한 나머지 모서리가 제2전극(330)과 인접한다. 따라서, 다양한 제1전극(340)의 형태에 따라 제2전극(330)의 형태가 달라질 수 있음은 물론이다.

한편, 도 3에 나타낸 실시예에서는 베젤 영역의 배선 패턴이 별도의 회로 기판(360)에 형성된다. 즉, 도 2a에 도시한 경우와 같이 유효 표시 영역에 배치되는 배선 패턴 A1~A4를 베젤 영역의 배선 패턴 S5~S8 중 어느 하나에만 연결하기 위해 절연 물질을 이용할 수도 있으나, 별도의 회로 기판(360)을 이용하는 것이다. 회로 기판(360)에 도 2a의 배선 패턴 S5~S8에 대응하는 회로 패턴을 미리 형성하고, 제1전극(340) 각각에 연결되는 배선 패턴 A1~A4와 비아 홀(Via Hole) 등을 이용해 연결함으로써, 제조 공정 및 구조를 단순화할 수 있다.

도 2a의 배선 패턴 S5~S8에 대응하는 회로 패턴을 회로 기판(360)의 일면에 형성하고, 상기 일면이 기판(310)의 반대쪽을 향하도록 기판(310)에 부착한다. 이후, 회로 패턴을 따라 마련된 비아 홀을 통해 배선 패턴 A1~A4 등과 회로 패턴을 연결함으로써 컨트롤러 칩(미도시)과 제1전극(340)을 전기적으로 연결할 수 있다.

또한 본 실시예에 따른 접촉 감지 패널(300)은 세로 방향으로 가장자리에 위치한 감지 영역(325)의 폭이 다른 감지 영역(320)에 비해 좁게 형성되는 것과 더불어, 가로 방향으로 가장자리에 인접한 제1전극(345)이 다른 제1전극(340)과 다른 형태로 형성된다. 도 3을 참조하면, 다른 제1전극(340)이 가로 방향으로 연장되는 제1서브 전극과, 세로 방향으로 연장되는 제2서브 전극을 포함하는 십자 패턴을 갖는데 비해, 가로 방향의 가장자리에 인접한 제1전극(345)은 세로로 잘린 십자 패턴을 가지며, 세로 방향의 가장자리에 인접한 제1전극(340)은 가로로 잘린 십자 패턴을 갖는다.

이는 세로 방향의 가장자리에 인접한 감지 영역(325)의 폭을 다른 감지 영역(320)보다 좁게 형성하여 가장자리에서의 접촉 입력 판단 정확도를 높이고자 하는 점과 동일하다. 접촉 영역이 가로 방향으로 가장자리에 도달하는 경우, 접촉 영역의 중심을 기준으로 일정 부분이 감지 영역(320)에 중첩되지 못 하고, 그로 인해 접촉 입력의 좌표가 기판(110)의 가운데 방향으로 치우쳐서 나타날 수 있다. 이에 대한 설명 역시 이하 도 6을 참조하여 설명하기로 한다.

도 4a는 본 발명의 제3실시예에 따른 접촉 감지 패널의 전극 패턴을 도시한 도이다. 도 4a를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1전극(440a)은 십자 패턴을 갖는 2개의 전극이 상하 방향으로 연결되며, 제1전극(440a)의 외곽(Outline)을 따라 제2전극(430a)이 제1전극(440a)을 둘러싼다. 즉, 제1전극(440a)이 2개의 십자 패턴을 포함하므로 제2전극(430a)과 제1전극(440a)이 인접하는 영역이 넓어지며, 그에 따라 제2전극(430a)과 제1전극(440a) 사이에서 생성되는 상호 정전용량 변화량을 높일 수 있다.

도 4b는 본 발명의 제4실시예에 따른 접촉 감지 패널의 전극 패턴을 도시한 도이다. 도 4b를 참조하면, 본 실시예에 따른 제1전극(440b)은 도 3에 도시한 제1전극(340)과 유사하게 하나의 십자 패턴을 포함한다. 다만, 도 3에 도시한 제1전극(340)과는 달리, 가로 방향으로 연장되어 십자 패턴을 형성하는 제1전극(440b) 일부가 제1전극(440b)과 컨트롤러 칩을 연결하는 배선 패턴에 가능한 인접하게 배치된다. 도 4b와 같이 제1전극(440b)의 형태를 결정함으로써, 제2전극(430b)과 제1전극(440b) 사이에서 발생하는 상호 정전용량 변화를 높이고, 그에 따라 신호 대 잡음비(SNR) 등과 같은 신호 감도를 개선할 수 있다.

한편, 도 4a와 도 4b에서도, 도 3과 마찬가지로 가로 방향으로 가장자리에 인접한 제1전극(445a, 445b)은, 다른 제1전극(440a, 440b)과 다른 형상을 갖는다. 본 실시예에서는 가장자리에 인접한 제1전극(445a, 445b)은 다른 제1전극(440a, 440b)을 세로 방향을 따라 반으로 잘라낸 형상을 갖는 것을 가정하나, 가장자리에서 접촉 입력 판단의 정확도를 높일 수 있는 다른 다양한 형상을 가질 수 있음은 물론이다.

도 1에 도시한 일자 형태의 제1전극(140)에 비해, 도 3에 도시한 단일 십자 형태의 제1전극(340), 또는 도 4a, 도 4b와 같이 제1전극(440a, 440b)을 형성함으로써 접촉 입력에 의해 발생하는 신호 감도를 높일 수 있다. 이하, 도 5a, 도 5b 및 도 6을 참조하여 설명한다.

도 5a와 도 5b는 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 감지 장치의 동작 원리를 설명하는데 제공되는 도이다. 도 5a와 도 5b는 각각 일반적인 2층 구조의 접촉 감지 장치와 본 발명에 따른 접촉 감지 장치에서 정전용량 변화를 감지하는 방법을 나타낸다.

도 5a를 참조하면, 2층 구조의 접촉 감지 장치에서는 구동 신호(535a)가 인가되는 제2전극(530a)과 컨트롤러에서 감지 신호를 센싱하는 제1전극(540a)이 서로 다른 면에 형성된다. 제2전극(530a)과 제1전극(540a)은 기판(510a)을 사이에 두고 서로 다른 층에 배치되며, 일면이 외부로 노출되는 커버 렌즈(550a)에 접촉 객체(560a)에 의한 입력이 발생한다.

구동 신호(535a)가 인가된 제2전극(530a)과 인접한 제1전극(540a) 사이에서는 정전용량 변화가 생성된다. 이때, 정전용량 변화는 제2전극(530a)와 제1전극(540a) 사이의 기판(510a)을 통해 생성되는데, 각 전극(530a, 540a) 사이의 최단거리 방향은 물론, 제1전극(540a)와 접촉 객체(560a) 사이의 커버 렌즈(550a) 내부에서도 생성된다. 또한, 기판(510a)을 통하는 최단거리에서 생성되는 정전용량보다, 커버 렌즈(550a)를 통해 생성되는 정전용량이 접촉 객체(560a)에 의해 더 큰 영향을 받는다. 따라서, 접촉 객체(560a)의 인식 감도를 높이기 위해서는 커버 렌즈(550a) 방향으로 생성되는 정전용량이 클수록 바람직하다.

도 5a와 같은 2층 구조에서는, 제2전극(530a)와 제1전극(540a)가 서로 마주보는 형태로 배치되기 때문에, 기판(510a)을 통해는 최단 거리 방향의 정전용량 변화가 상대적으로 크게 생성되며, 그로 인해 커버 렌즈(550a) 내부를 통해 생성되는 정전용량의 크기가 작다. 따라서, 접촉 객체(560a)의 입력에 의해 발생하는 정전용량 변화가 충분하지 않을 경우, 접촉 입력 판단의 정확도가 저하될 수 있다.

반면, 동일한 면에 제2전극(530b)과 제1전극(540b)이 모두 배치되는 1층 구조를 도시한 도 5b을 참조하면, 구동 신호(535b)가 인가된 제2전극(530b)과 인접한 제1전극(540b) 사이에서 발생하는 정전용량의 대부분이 커버 렌즈(550b)를 통해 생성된다. 따라서, 접촉 객체(560b)에 의해 생성되는 접촉 면적의 크기가 작아도, 감지 신호의 세기가 도 5a에 도시한 경우에 비해 크기 때문에 접촉 입력 판단의 정확도를 높일 수 있다.

특히, 본 실시예에서는 제1전극(540b)이 제2전극(530b) 내부의 공간을 채우도록 배치되거나, 제2전극(530b)에 의해 둘러싸이는 형태로 배치된다. 따라서, 제2전극(530b)과 제1전극(540b)을 단순히 평행하게 배치하는 경우보다 접촉 입력 판단의 정확도를 더욱 높일 수 있으며, 특히 가장자리에서 접촉 입력을 정확히 판단할 수 있다. 이하, 도 6을 참조하여 설명한다.

도 6은 본 발명에 따른 접촉 감지 장치의 동작 방법을 설명하기 위해 제공되는 도이다. 도 6을 참조하면, 제2전극(630)에 소정의 구동 신호(635)가 인가되며, 제1전극(640)은 제2전극(630)에 의해 둘러싸이는 형태로 배치된다. 본 실시예에서는 구동 신호(635)가 구형파(Square Wave)로 표시되어 있으나, 구동 신호(635)가 반드시 구형파 형태로 한정되는 것은 아니며, 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등 다양한 형태의 구동 신호(635)가 인가될 수 있다. 구동 신호(635)는 특정 주파수를 가지며, 구동 신호(635)의 주파수는 노이즈 성분을 줄이기 위해 접촉 감지 패널이 장착되는 전자 기기에서 실행되는 어플리케이션의 종류에 따라 달라질 수 있다.

구동 신호(635)가 인가된 제2전극(630)과 인접한 곳에서 접촉 물체에 의해 소정의 접촉 영역(660)이 형성되면, 그에 따라 제2전극(630)과 제1전극(640) 사이에서 정전용량 변화가 발생한다. 앞서 도 5a와 도 5b에서 설명한 바와 같이, 2층 구조와 달리 본 실시예와 같은 1층 구조에서 상호 정전용량 변화는 제2전극(630)과 제1전극(640)이 배치되는 평면과 실질적으로 평행하게 생성된다. 즉, 도 5a와 같이 제1전극(530a)과 제2전극(540a) 사이에서 기판(510a)을 통해 형성되는 것이 아니라, 도 5b와 같이 커버 렌즈(540b)를 관통하여 기판(530b)과 실질적으로 평행한 방향을 따라 상호 정전용량 변화가 생성된다.

따라서, 접촉 영역(660)에 의해 제2전극(630)과 제1전극(640) 사이에서 발생하는 상호 정전용량 변화는, 2층 구조에 비해 상대적으로 크게 나타난다. 이는, 동일한 접촉 입력에 대해서 컨트롤러 칩이 감지할 수 있는 감지 신호의 세기가 큰 것을 의미하며, 결과적으로 접촉 입력 판단의 정확도를 높일 수 있다.

이 때, 제2전극(630)의 내측으로 마련된 공간에 제1전극(640)이 배치되므로 (또는 제1전극(640)의 외곽을 따라서 제2전극(630)이 제1전극(640)을 둘러싸므로), 제1전극(640)의 아웃 라인 중 제2전극(630)과 대응하는 모든 라인에서 상호 정전용량(Mutual-Capacitance) 변화가 발생한다. 따라서, 제2전극(630)과 제1전극(640)이 단순히 인접하게 배치되는 경우에 비해서, 접촉 영역(660)에 의해 영향을 받는 상호 정전용량 변화가 크다.

추가적으로, 제1전극(640) 사이의 간격 d를 수치적, 경험적으로 원 형태로 모델링되는 접촉 영역(660)의 일반적인 지름에 대응하도록 제1전극(640)을 형성함으로써, 컨트롤러 칩이 획득하는 감지 신호의 세기를 더욱 높일 수 있다. 즉, 접촉 영역(660)의 일반적인 지름 이하로 간격 d를 설정하면, 접촉 영역(660)이 2개 이상의 제1전극(640)과 중첩될 가능성이 높으므로, 상대적으로 접촉 입력 판단의 정확도를 높일 수 있다.

한편, 유효 감지 영역의 가장자리에 인접한 제1전극(645)은 다른 제1전극(640)에 비해 좁은 폭을 갖거나, 혹은 다른 형상을 갖도록 형성된다. 도 6을 참조하면, 좌측 가장자리에 인접한 제1전극(645)은 다른 감지 전극(640)에 비해 약 절반 가량의 폭을 갖는다.

앞서 설명한 바와 같이 원형으로 모델링되는 접촉 영역(660)이 가장자리에 인접하면, 접촉 영역(660)의 일부는 유효 감지 영역을 벗어나게 되고, 어떠한 전극과도 중첩되지 않는다. 따라서 접촉 영역(660)의 중점 위치에 대응하는 접촉 입력의 위치가 실제 접촉 위치와 어긋나는 현상이 발생할 수 있으며, 도 6과 같이 가장자리에 인접한 제1전극(645)의 폭을 좁게 함으로써 이와 같은 현상을 방지할 수 있다.

도 6과 같이 접촉 영역(660)이 가장자리에 접근하면, 접촉 영역(660)과 좌측 가장자리에 인접한 제1전극(645)이 중첩됨에 따라 제1전극(645)에서 가장 강한 상호 정전용량 변화가 발생한다. 컨트롤러 칩은 각 제1전극(645)에서 생성되는 상호 정전용량 변화의 비율, 예를 들어 가중 평균 등을 이용하여 접촉 위치를 계산하므로, 도 6과 같은 경우 좌측 가장자리에 인접한 제1전극(645)을 접촉 입력의 가로 방향 위치로 판단한다. 따라서, 가장자리에 인접한 유효 감지 영역의 일부가 실제로 접촉 입력을 감지할 수 없는 데드(dead) 영역화 되는 것을 막고, 모든 유효 감지 영역에서 접촉 입력을 감지할 수 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 접촉 감지 장치를 도시한 도이다. 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치(700)는 기판(710), 기판(710) 상에 형성되는 복수의 제2전극(730)과 제1전극(740)을 포함하는 감지 영역(720), 각 감지 영역(720) 사이에 배치되는 제3전극(760) 등을 포함한다. 접촉 입력을 판단하는 컨트롤러 칩(780)은 회로 기판(770)에 실장되어 기판(710)의 일단에 부착된다.

컨트롤러 칩(780)은 접촉 물체에 의해 제2전극(730) 또는 제1전극(740)에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하고, 감지한 정전용량 변화에 기초하여 접촉 입력을 판단한다. 컨트롤러 칩(780)이 도 7에 도시한 바와 같은 접촉 감지 장치(700) 외에 앞서 설명한 다양한 형태의 전극을 포함하는 접촉 감지 패널(100, 300)과 연결되어 접촉 입력을 판단할 수 있음은 물론이다.

본 실시예에서는 제1전극(740)이 2개의 십자가가 상하로 배치되는 형태를 갖는다. 즉, 제1전극(740)은, 제1축으로 연장되는 제2전극(730)의 내측으로 마련된 공간에서 제1축과 교차하는 제2축 방향으로 연장되는 직선 패턴을 가지며, 상기 직선 패턴과 교차하는 가지(branch) 형태의 서브 전극을 더 포함한다. 앞서 도 6에서 설명한 바와 같이, 가지 형태의 서브 전극을 제1전극(740)에 포함시킴으로써, 접촉 물체에 의해 제1전극(740)과 제2전극(730) 사이에서 발생하는 상호 정전용량 변화를 높일 수 있다.

한편, 세로 방향으로 가장자리에 인접한 감지 영역(725)은 다른 감지 영역(720)에 비해 그 폭이 좁게 형성되며, 가로 방향으로 가장자리에 인접한 제1전극(745)은 다른 제1전극(740)과 다른 형상을 갖는다. 감지 영역(720) 및 제1전극(740)을 도 7에 도시한 바와 같은 패턴으로 형성함으로써, 모든 가장자리에서의 접촉 입력 판단의 정확도를 높일 수 있다.

일실시예로, 가로 방향의 가장자리에 인접한 제1전극(745)은 십자 패턴을 갖는 다른 제1전극(740)과 달리 ㅏ 또는 ㅓ와 같이 십자 패턴을 세로 방향으로 갈라놓은 형상을 갖는다. 그러나 반드시 다른 제1전극(740)을 세로 방향으로 갈라놓은 형상으로 가장자리에 인접한 제1전극(745)의 형상이 한정되는 것은 아니며, 가장자리에서의 접촉 판단 정확도를 향상할 수 있는 형상으로서, 다른 제1전극(740)과 다른 형상이라면 어떠한 것도 가능하다고 할 것이다.

도 7을 참조하면, 본 실시예에서 정의한 각 감지 영역(720) 사이에 감지 영역(720)과 평행하도록 제3전극(760)이 배치된다. 제3전극(760)은 하나의 센싱 채널에 모두 연결되어 정전압으로 유지될 수 있으며, 바람직하게는 그라운드 레벨의 전압으로 유지될 수 있다.

한편, 본 실시예에서 컨트롤러 칩(780)은 회로 기판(770)에 실장되어 기판(710)에 부착되는 것을 가정하였으나, 이는 컨트롤러 칩(780)의 센싱 채널과 전극(730, 740, 760)을 전기적으로 연결하기 위한 하나의 실시예에 불과하며 다른 다양한 방법으로 컨트롤러 칩(780)과 전극(730, 740, 760)이 연결될 수 있다. 예를 들어, 기판(710)에 컨트롤러 칩(780)이 실장되지 않은 회로 기판(770)을 부착하고, 접촉 감지 장치(700)가 구비되는 디지털 기기 내부에 별도로 마련된 컨트롤러 칩(780)과 회로 기판(770)을 커넥터 등으로 연결하는 구조 등을 이용할 수도 있다.

접촉 감지 장치(700)에서 하나 이상의 접촉 입력을 판단함에 있어서, 컨트롤러 칩(780)은 복수의 제2전극(730) 각각에 순차적으로 소정의 구동 신호를 인가하고, 그에 따라 제1전극(740)에서 발생하는 상호 정전용량 변화를 감지하여 접촉 입력을 판단한다. 이때, 접촉 입력을 정확히 판단하기 위해서는, 구동 신호가 인가된 제2전극(730) 이외의 다른 제2전극(730)과, 컨트롤러 칩(780)에서 감지 신호를 획득하고자 하는 제1전극(740) 사이에서 생성되는 상호 정전용량 변화를 최소화하는 것이 바람직하다.

예를 들어, 도 7에서 세로 방향으로 가장 위에 배치된 제2전극(730)에 구동 신호를 인가하고, 구동 신호가 인가된 제2전극(730)에 의해 둘러싸인 제1전극(740)으로부터 감지 신호를 획득한다고 가정하자. 이 때, 구동 신호가 인가된 제2전극(730) 이외의 다른 제2전극(730), 특히 세로 방향으로 위에서 두 번째에 배치된 제2전극(730)과, 가장 위에 배치된 복수의 제1전극(740) 사이에서 정전용량 변화가 발생할 수 있다. 이는 접촉 입력 판단에 잡음 성분으로 작용할 수 있다.

따라서, 상기와 같은 잡음 성분의 영향을 줄이기 위해, 각 감지 영역(720) 사이에 정전압, 바람직하게는 그라운드 레벨의 전압을 유지하는 제3전극(760)이 배치될 수 있다. 제3전극(760)에 의해, 구동 신호가 인가된 제2전극(730)에 의해 둘러싸인 제1전극(740)과, 구동 신호가 인가되지 않은 제2전극(730) 사이에서 발생할 수 있는 정전용량 변화를 줄일 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 도시하고 설명하였지만, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변형실시가 가능하다. 또한, 첨부한 도면으로부터 용이하게 유추할 수 있는 사항은 상세한 설명에 기재되어 있지 않더라도 본 발명의 내용에 포함되는 것으로 보아야 할 것이며, 다양한 변형실시들은 본 발명의 기술적 사상이나 전망으로부터 개별적으로 이해되어서는 안 될 것이다.

100, 300 : 접촉 감지 패널
120, 320, 720 : 감지 영역
130, 330, 730 : 제2전극
140, 340, 740 : 제1전극

Claims (20)

1. 기판; 및
   상기 기판상에 마련되고 제1축 방향으로 연장되는 하나 이상의 감지 영역; 을 포함하고,
   상기 감지 영역은 제1전극과, 상기 제1전극을 둘러싸는 제2전극을 포함하며,
   상기 기판의 가장자리에 인접한 일부의 감지 영역은 다른 감지 영역에 비해 그 폭이 좁은 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1전극 중 적어도 일부는, 서로 다른 감지 영역에 포함되고 상기 제1축 상의 동일한 위치에 배치되는 다른 제1전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
3. 제1항에 있어서,
   상기 기판의 가장자리에 인접한 일부의 상기 제1전극은 다른 제1전극에 비해 그 폭이 좁은 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1전극은,
   상기 제1축 방향으로 연장되는 제1보조 전극; 및
   상기 제1보조 전극과 교차하는 제2보조 전극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
5. 제4항에 있어서,
   상기 기판의 가장자리에 인접한 일부의 상기 제2보조 전극은 다른 제2보조 전극에 비해 그 길이가 짧은 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
6. 제1항에 있어서,
   상기 제1전극 및 제2전극 각각에 연결되는 복수의 배선 패턴; 을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
7. 제6항에 있어서, 상기 배선 패턴은,
   상기 기판의 가장자리에 인접하여 배치되는 제1배선 패턴; 및
   상기 감지 영역을 가로질러 상기 제1배선 패턴 중 적어도 일부와 상기 제1전극을 연결하는 제2배선 패턴; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
8. 제7항에 있어서,
   상기 제1배선 패턴은 소정의 회로 기판에 형성되어 상기 기판에 부착되고,
   상기 제1배선 패턴은 상기 회로 기판에 마련된 비아 홀(via hole)을 통해 상기 제2배선 패턴과 연결되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
9. 제7항에 있어서,
   상기 제2배선 패턴은 베젤 영역에서 소정의 절연층에 의해 일부의 제1배선 패턴과 전기적으로 분리되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
10. 제1항에 있어서,
    상기 감지 영역 각각의 사이에 배치되는 제3전극; 을 포함하고,
    상기 제3전극은 상기 감지 영역의 길이 방향과 동일한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
11. 제10항에 있어서,
    상기 제3전극은 정전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
12. 제10항에 있어서,
    상기 제3전극은 그라운드 레벨의 정전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
13. 하나 이상의 접촉 입력을 판단하는 접촉 감지 장치에 있어서,
    기판의 일면에 배치되는 복수의 제1전극;
    상기 일면에 형성되고, 구동 신호가 인가되는 복수의 제2전극; 및
    상기 하나 이상의 접촉 입력을 판단하는 컨트롤러 칩; 을 포함하고,
    상기 제1전극은 상기 제2전극 각각의 내측으로 형성되는 공간에 배치되고,
    상기 제1전극 중 상기 기판의 가장자리에 인접한 일부는 다른 제1전극과 다른 형상으로 형성되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
14. 제13항에 있어서,
    상기 제1전극 중 상기 기판의 가장자리에 인접한 일부는 다른 제1전극보다 작은 면적을 갖도록 형성되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 패널.
15. 제13항에 있어서, 상기 컨트롤러 칩은,
    상기 복수의 제2전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하고,
    상기 구동 신호가 인가된 제2전극 이외의 나머지 제2전극에 정전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
16. 제13항에 있어서,
    상기 제2전극과 동일한 방향으로 연장되고, 상기 복수의 제2전극 사이에 배치되는 제3전극; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
17. 제16항에 있어서,
    상기 제3전극은 정전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
18. 제13항에 있어서,
    동일한 제2전극의 내측 공간에 배치되는 복수의 상기 제1전극은 제1축을 따라 일정한 간격만큼 분리되어 배치되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
19. 제18항에 있어서,
    각 제2전극의 내측 공간에 배치되는 복수의 상기 제1전극은, 제1축 상의 동일한 위치에 배치되고 다른 제2전극의 내측 공간에 배치되는 제1전극과 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
20. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 접촉 감지 패널에 인가되는 접촉 입력을 판단하는 컨트롤러 칩.

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