KR101855288B1 - Ｔｆｔ 디스플레이, ｏｌｅｄ 인터페이스 및 디스플레이 앞에 배치된 공간 영역에서 가장자리들의 공간 위치를 검출하기 위한 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 영상 콘텐츠를 재생하기 위해 그와 같이 기여하는 TFT 액정 디스플레이에 관한 것이다. 본 발명은 디스플레이에 대해 그와 같이 구비된 디바이스에 있어서, 특별하게 유리한 방식으로 입력 동작을 위한 입력 인터페이스를 실현하는 것을 가능하게 하는 해결책을 제공하는 것을 목적으로 한다. 이 목적은 본 발명에 따른 편광층과, 제1 기판층과, 복수의 화소 전극들을 포함하고 제1 기판 층 위에 형성된 제1 전극 구조물과, 액정층과, 및 전체-영역 투명 전극층(VCOM)으로서 설계되고 상기 복수의 화소 전극들에 대한 대향 전극으로 작용하는 제2 전극 구조물을 포함하는 LC 디스플레이에 의해 달성되는데, 여기서 LC 디스플레이에는 LC 디스플레이 앞에 위치된 영역에서 사용자 손가락 또는 손을 검출하기 위한 센서 디바이스가 구비되며, 상술한 제2 전극 구조물은 센서 디바이스의 필드-제공 디바이스로서 작용한다.

Description

ＴＦＴ 디스플레이, ＯＬＥＤ 인터페이스 및 디스플레이 앞에 배치된 공간 영역에서 가장자리들의 공간 위치를 검출하기 위한 방법{TFT DISPLAY, OLED-INTERFACE, AND METHOD FOR DETECTING THE SPATIAL POSITION OF RIMS IN A SPATIAL REGION DISPOSED UPSTREAM OF A DISPLAY}

본 발명은 디지털 컴퓨터 시스템에 의해 생성된 영상 콘텐츠를 디스플레이하기 위해 그와 같이 기여하는 TFT 액정 디스플레이에 관한 것으로, 이 디스플레이의 범위 내에서, 전기장 상호 작용 효과들을 이용함으로써, 제스처와 같은 상호 작용을 통해 비접촉 방식으로 입력 동작들을 수행하게 하는 입력 디바이스가 제공된다.

사용자 인터페이스를 시각화하는 디스플레이를 구비한 모바일 셀 폰이 동일 출원인에 의해 출원되어 공개된 WO2008/116642A2에 공지되었는데, 이 모바일 셀 폰에는 디스플레이 앞의 공간적인 영역에 있는 사용자 손가락의 위치를 검출할 수 있는 전극 배치가 제공되어 있다. 전극 배치는 수 개의 측정 전극들을 포함하며, 이들 측정 전극들에 의해 전압들이 검출될 수 있는데, 이 전압들의 레벨은 모바일 셀 폰에 대한 손가락의 공간 위치와 밀접하게 연관되어 있다. 손가락의 위치는 삼각 측량법 또는 삼변 측량법을 기반으로 이들 전압 레벨들을 이용하여 계산될 수 있다. 손가락에 대한 연속적인 결정 위치들에 의해, 커서 또는 메뉴 제어와 그에 의한 모바일 셀 폰의 기능 제어가 수행될 수 있다.

본 발명의 목적은 특별히 유리한 방식으로 입력 동작들을 위한 디스플레이 또는 입력 인터페이스가 그와 같이 제공된 디바이스들에 용이하게 구현될 수 있는 해결책을 제공하는 것으로, 이들 입력 동작들은 비접촉으로 디스플레이 앞의 영역에서 손가락 또는 손 움직임의 모양으로 수행될 수 있다.

본 발명의 목적은 본 발명의 일실시예에 따른 편광층과, 제1 기판층과, 복수의 화소 전극들을 포함하고 제1 기판층 위에 형성된 제1 전극 구조물과, 액정층과, 및 전체-영역 투명 전극층(VCOM)으로서 설계되고 상기 복수의 화소 전극들에 대한 대향 전극으로 작용하는 제2 전극 구조물을 포함하는 LC 디스플레이에 의해 달성된다. 여기서 LC 디스플레이에는 LC 디스플레이 앞의 영역에 있는 사용자 손가락 또는 손을 검출하기 위한 센서 디바이스가 구비되며, 상술한 제2 전극 구조물은 이 센서 디바이스의 필드-제공 디바이스로서 작용한다.

본 발명의 사상에 따라, 센서 전기 회로망은 TFT LC 디스플레이를 포함하여 생성되는데, 센서 전기 회로망은 정전용량성 방식으로 TFT LC 디스플레이의 앞에 있는 물체의 위치들을 검출할 수 있다. 본 발명의 사상은, 특히 TFT LC 디스플레이를 포함하는 디바이스들, 예를 들면 컴퓨터들, 자동 판매기, 모바일 폰들 등에 대한 제스처 기반 제어를 가능하게 하며, TFT LC 디스플레이의 투명 전극을 필드-제공 전극으로 직접 이용함으로써 디스플레이 앞에 있는 사용자의 손 또는 손가락의 위치를 검출 가능하게 한다. 본 발명의 사상에 따라, 측정 필드의 전파가 LC 디스플레이의 부품들에 의해 영향을 받고, 이에 의해 전기장 방식으로 손가락 위치 검출이 저해되는, 지금까지의 현존하는 문제들이 해결된다. 추가의 유리한 방식으로, 본 발명의 사상에 의해, 디스플레이 동작의 결과로서 개별의 필드-제공 전극들에 의해 생성된 필드가 영향을 받는 것이 회피될 수 있다. 본 발명의 사상에 의해, 위치 검출 시스템을 위해, TFT LC 디스플레이 내에 이미 포함된 전극을 이용하는 것이 가능해진다.

본 발명의 사상에 따라, TFT LC 디스플레이 내에 직접 집적되고 양호한 동작 범위를 구비한 제스처 센서 시스템을 형성하는 것이 가능해진다. 본 발명에 따른 센서 시스템을 실현하기 위해 제공된 전자장치는, 유리한 방식으로 그래픽 컨트롤러 칩 내에 구현될 수 있다. 이 그래픽 컨트롤러 칩은 측정 전극들을 연결하기 위한 수 개의 입력들, 예를 들면 4개의 입력을 포함하는 것이 바람직하다. 그래픽 컨트롤러 칩의 입력들에 대한 측정 전극들의 연결은 차폐된 측정 선들에 의해 수행되는 것이 바람직하다. 그래픽 컨트롤러 칩은 그 신호 처리 특성이 조정될 수 있도록 구성되는 것이 바람직하다. 차폐된 선들은 개별적으로 차폐된 케이블들로서 형성되지 않아야 한다. 예를 들면, 가능하다면, 차폐된 선들은 단일-층 인쇄 회로 기판 또는 플렉서블 포일(flexible foil) 인쇄 회로 기판에 집적될 수 있다.

적어도 부분적으로 전기 회로망에 있는 센서 디바이스는 디스플레이 동작 전기 회로망에 통합될 수 있다. 센서 디바이스는 제2 전극 구조물에 인접한 가장자리 영역에 배치된 적어도 하나의 가장자리 전극을 포함하도록 수행될 수 있다. 센서 디바이스는 도한 수 개의 가장자리 전극들을 포함할 수 있다. 이 측정에 의해, 개별적인 측정 전극들로부터 탭된 신호들에 기반하여, 삼각 측량 접근에 의해 사용자 손가락 또는 손의 위치 결정을 수행하는 것이 가능해진다.

디스플레이 디바이스는 직사각형 디스플레이로서 구성되는 것이 바람직하다. 센서 시스템은 직사각형 디스플레이의 가장자리 및/또는 구석 영역에 위치된 수 개의 가장자리 전극들을 포함하는 것이 바람직하다. 제2 전극 구조물(VCOM)에는 구형파 전압이 공급되는 것이 바람직하다. 구형파 전압의 주파수는 50Hz 내지 80kHz 범위 내에 있는 것이 바람직하다. 제2 전극 구조물은, 가능하다면 서로 다른 세그먼트들로 서브-분할될 수 있다. 제2 전극 구조물은 또한 터치 센서 시스템의 기능적인 전극을 형성할 수 있다.

본 발명의 사상은 디스플레이 컨트롤러 전기 회로망에 의해 공통 전극에 공급된 전압이 필드 생성에 직접 기여하도록 구현될 수 있다.

추가적인 실시예에 따르면, 본 발명은 OLED 광원뿐만 아니라 OLED 인터페이스를 포함하는 디스플레이 디바이스에 관한 것이다.

추가적인 실시예에 따르면, 본 발명은 OLED 인터페이스로 안내되는데, OLED 인터페이스는 디스플레이 디바이스들, 특히 모바일 통신 디바이스들에 이용될 수 있을 뿐만 아니라 전기 디바이스들에서 기능 상호 작용 구역들, 예를 들면, 배경에서 조명을 받고 있는 동작 베젤들(bezels)을 스위칭하기 위한 배경 조명 구조물로서 이용될 수 있다.

지금까지 발광 수단으로 이용된 OLED들은 전형적으로 수 개의 유기층들로 구성되었다. 그렇게 할 때에, 대개의 경우 보통 산화 인듐 주석(ITO)로 이루어진 홀 이송층(HTL)이 유리 패널 상에 배치된 애노드에 형성되었다. 생산 방법에 따라서는, 종종 PEDOT/PSS(poly(3,4-ethylendioxythiophen)/polystyrolsulfonat)층이 ITO와 HTL 사이에 형성되는데, 이 PEDOT/PSS는 홀들의 주입 장벽을 낮추고 접합부 내로 인듐의 확산을 방지하는데 기여한다. 착색제(대략 5 내지 10%)를 포함하거나 또는-드물게는-전부 착색제(예를 들면 알루미늄-트리(8-히드록시키놀린), Alq3))로 이루어진 층이 HTL에 적용된다. 이 층은 에미터층(EL)으로 명명된다. 그리고나서 그 층에 전자 이송층(ETL)이 형성된다. 낮은 일함수(work function)를 갖는 금속 또는 합금, 예를 들면, 칼슘, 알루미늄, 바륨, 루테늄, 마그네시아 은 합금(magnesia silver alloy)으로 이루어진 캐소드가 완전 진공하에서 진공-증착된다. 보호층으로서 그리고 전자들의 주입 장벽을 감소시키기 위하여, 대부분의 경우에 플루오르화 리튬, 플루오르화 세슘, 또는 은으로 이루어진 보통 매우 얇은 박막층이 캐소드와 ETL 사이에 진공-증착된다. 전자들(= 음 전하)은 캐소드에 의해 주입되고, 반면에 홀들(= 양 전하)은 애노드에 의해 공급한다. 홀과 전자는 상대방을 향해 이동되고, 이상적인 경우 EL 내에서 만나며, 그러한 이유로 이 층은 재결합층으로도 알려져있다. 전자들과 홀들은 엑시톤(exciton)라고 알려진 속박 상태를 형성한다. 메커니즘에 따라, 엑시톤은 착색제 분자의 여기된 상태를 이미 이루고 있거나 또는 엑시톤의 붕괴에 의해 착색제 분자를 여기시키기 위한 에너지가 제공된다. 이 착색제는 서로 다른 여기 상태들을 갖는다. 이 여기 상태는 기본 상태로 될 수 있고, 이렇게 상태가 변하면서 광자를 방출할 수 있다. 발광 색상은 여기 상태와 기본 상태 사이의 에너지 차(energy distance)에 의존하고, 선택적으로 착색제 분자들의 변화에 의해 바뀔 수 있다. 지금까지 비-방출 3중항(triplet) 상태들은 고민이다. 이것들은 다시 소위 엑시터들(excitors)의 첨가에 의해 해결될 수 있다. 고분자들로 제조된 유기 LED들에 대하여, 약어 PLED(고분자 발광 다이오드)라고 일컬어져 왔다. 저 분자들로 제조된 OLED들은 SOLED 또는 SMOLED로 명명된다. 폴리 (p-페닐렌-비닐렌)(PPV)의 유도체들이 PLED들의 착색제들로서 종종 이용된다. 최근에, 위에서 설명된 형광 분자들보다 4배 더 높은 효율이 기대되는 착색제 분자들이 이용된다. 금속-유기 복합체들이 이들 더 효율적인 OLED들에 사용된다. 이 더 효율적인 OLED들에 있어서, 광 방출은 3중항 상태(인광)로부터 일어난다. 이들 분자들은 또한 3중항 에미터들로서 알려져 있다. 그런데, 착색제는 광에 의해 여기되고, 그 결과 발광을 일으킬 수 있다. 목표는 유기 전계 발광을 이용하는 자체-발광 디스플레이들을 만드는 것이다. 종래의 액정 디스플레이들에 비해 OLED 디스플레이들이 갖는 하나의 장점은 매우 높은 콘트라스트에 있는데, 이는 OLED 디스플레이들이 배경 조명 없이 동작하기 때문이다. LCD들은 채색 필터들로서 작용할 뿐이지만, OLED들은 채색 광을 방출한다. 이 방법은 훨씬 더 효율적이고, 이에 의해 OLED들은 에너지 소비가 적다. 이 이유 때문에, OLED TV 디바이스들은 배경 조명에 필요한 에너지중 많은 양이 열로 변환되는 LC 디스플레이들보다 열을 적게 발생시킨다. 저 에너지 소비에 기반하여, OLED들은 작은 모바일 디바이스들, 예를 들면 노트북들, 셀 폰들과 MP3 플레이어들에 쉽게 사용할 수 있다. 배경 조명이 요구되지 않으므로, 매우 얇게 OLED들을 구성하는 것이 용이하다. OLED 디스플레이들과 OLED TV 디바이스들은,작은 체적과 상당히 작은 중량으로 인해, 또한 이송 비용면에서 현재의 LCD와 플라즈마 디바이스들에 비해 유리한 장점을 갖는다. 더욱이, OLED 패널을 접촉함으로써 온 및 오프 스위칭될 수 있도록, OLED 패널 요소를 구성하는 것이 프라운호퍼 연구소(the Fraunhofer Institute)의 공개 자료에 개시되어 있다.

그러므로, 본 발명의 목적은 OLED 구조물과 관련하여, 특히 유리한 상호작용기능들을 제공하는 상호 작용 구역이 구현될 수 있는 해결책을 제공하는 것이다.

본 발명에 따른 OLED 인터페이스는,

- 패널층,

- 애노드 전극층,

- 캐소드 전극층,

- 상기 애노드 전극층과 상기 캐소드 전극층 사이에 수용된 유기 발광층 구조물 및

- 평가 전기 회로망을 포함하고,

- 상기 평가 전기 회로망은, 적어도 애노드 전극층 및/또는 캐소드 전극층과 협력하여, 패널층 앞의 영역에 있는 사용자의 손가락 또는 손을, 사용자가 OLED 인터페이스 또는 OLED 인터페이스를 덮고 있는 패널 요소을 접촉하지 않더라도 또는 접촉하기 전에, 검출하기 위한 센서 시스템이 구현되도록, 구성됨으로써 도달할 수 있다.

이렇게 하여, 사용자의 손가락 또는 손이 OLED 구조물의 앞에 위치한 영역에서 움직이는 것을, 정전 효과 및 전기장 효과 각각에 의해, 검출할 수 있는, OLED 구조물을 이용하는 사용자 인터페이스를 구현하는 것이 유리한 방식으로 실현되게 되었고, 그리고 이렇게 하여 OLED 구조물의 적어도 하나의 전극 시스템을 이용하는 것이 가능하게 되었다. 평가 전기 회로망을 통해 검출된 위치 또는 움직임 정보는 마우스 제어 신호들 또는 다른 스위칭과 제어 신호들을 생성하기 위해 이용될 수 있다.

특히, OLED 구조물에 대한 사용자 손가락의 움직임 또는 위치의 공간적인 검출에 의해, OLED 구조물의 기능성에 직접 관련된 제어 동작을 수행하는 것이 가능하다. 예를 들면, 검출된 움직임이 제스처들을 인식하는데 이용될 수 있는데, 이 제스처들은 OLED 구조물 또는 OLED 구조물을 수용하는 장치를 물리적으로 접촉할 필요없이, 스위칭 온, 스위칭 오프 및 휘도 제어를 조정한다.

LCD 또는 TFT 구조물과 함께 OLED 구조물은 디스플레이 디바이스를 형성할 수 있다. LCD 또는 TFT 구조물의 VCOM 전극으로서 OLED 구조물의 전극 층들 중 하나 - 바람직하게는 애노드 전극층 - 을 이용하는 것이 가능하다.

본 발명의 특정 실시예에 따르면, 애노드 전극층, 캐소드 전극층, 또는 TFT 구조물에 함께 OLED 구조물을 결합하여 TFT 구조물 위에 제공되고 OLED 구조물의 반대쪽 위에 제공된 추가적인 전극층은, 이들 전극 세그먼트들이 세그먼트 열들과 세그먼트 행들을 포함하는 세그먼트 어레이를 형성하도록 복수의 전극 세그먼트들로 서브-분할된다. 이 평가 전기 회로망은 전극 세그먼트들과 연결되고, 또한 접촉시의 위치 검출이 전극층의 전극 세그먼트들을 통해 이루어지는 스위칭 상태에 이를 수 있고, OELD 구조물 앞에 위치한 영역에서 사용자 손가락의 비접촉 위치 또는 움직임 검출이 이루어지는 또 다른 스위칭 상태에 이를 수 있도록 구성된다.

또한, 평가 전기 회로망은 그에 의해, 터치 모드에서 사용자 손가락의 위치를 검출하기 위해 이용되는 일부 전극 세그먼트들이, 비-터치 모드에서도 검출을 위해 이용되도록 구성될 수 있는데, 여기서 비접촉 위치 또는 움직임 검출은 세그먼트 어레이의 수 개의 전극 세그먼트들을 전극 그룹으로 결합함으로써 이루어진다.

그렇게 할 경우, 유리한 방식으로 OLED 구조물과 관련된 디스플레이 디바이스를 구현하는 것이 가능해지는데, 여기서 OLED 구조물의 적어도 일부 전극들이, OLED 구조물에 대해 사용자의 손 또는 손가락의 공간 위치들 또는 움직임들의 검출에 기여하는 센서 시스템을 구현하기 위해 사용된다.

일시적으로, 전극 세그먼트들은, 사용자가 OLED 구조물에 접촉하기 전에 사용자 손가락의 위치 또는 움직임의 검출을 수행함으로써, 전극 시스템으로 작동될 수 있다. OLED 구조물, OLED 구조물을 포함하는 디스플레이의 물리적인 부품 또는 발광 디바이스에 대한 접촉이 수행되자마자, 터치 모드에서의 위치 분석이 직접 인접 전극 세그먼트들 또는 상대방을 가로지르는 열들과 행들의 인접 전극 세그먼트에 의해, 수행될 수 있다. 전극 그룹은 OLED 인터페이스 내에 연장된 체인(elongated chain)을 형성하는 전극 세그먼트들을 포함하는 것이 바람직하다. 비-터치 모드에서 손가락의 위치 검출을 위해 사용된 이 체인들은, OLED 구조물 또는 OLED 구조물을 포함하는 디스플레이 디바이스의 가장자리 영역을 따라 비교적 가깝게 확장되는 것이 바람직하다. 일시적으로 위치 또는 움직임 검출을 위한 센서 전극 시스템들로 동작된 세그먼트 체인들은 서로에 대해 서로 다른 방향을 가질 수 있는데, 특히 서로에 대해 병렬로 정렬될 수 있고, 서로로부터 간격을 둘 수 있다. 또한 서로에 대해 십자가형으로 정렬된, 특히 서로에 대해 수직으로 정렬된 전극 세그먼트 체인들로부터 수집된 검출 결과에 기반한 평가 결과들이 위치 결정에 포함될 수 있다.

OLED 구조물 또는 OLED 구조물을 포함하는 디스플레이 디바이스의 접촉시 손가락의 위치 검출은 2개의 직접 인접 전극 세그먼트들의 전기장 결합을 검출하고 평가함으로써 수행될 수 있다. 인접한 전극 세그먼트들의 이 짧은 전기장 결합을 검출하기 위해, 세그먼트 어레이는 제1 서브셋 전극 세그먼트들이 개별 세그먼트 열들에 결합되고, 제2 서브셋 전극 세그먼트들이 개별 세그먼트 행들에 결합된다. 세그먼트 열들과 세그먼트 행들은 서로에 대항하여 절연된다. 각각의 전극 세그먼트 열의 연이은 전극 세그먼트들 사이의 연결 링크들은, 세그먼트 행들의 연이은 전극 세그먼트들의 연결 링크들에 대하여 절연된다. 각각의 교차형 지점들은 교차형 세그먼트 내의 이들 연결 링크들의 갈바닉(galvanic) 연결이 방지되는 절연 브리지들로서 구성된다. 이 전극 어레이는 인근의 마름모, 육각형들, 다각형들 또는 다른 밀접한 메시 인접 소포들(meshed adjacent parcels)을 포함하는 필드 형태로 설계되는 것이 바람직하다. 그러므로, 세그먼트 열의 요소 부분을 형성하는 전극 세그먼트는 직접 인근에 세그먼트 행의 요소 부분을 형성하는 전극 세그먼트에 인접하여 배치된다. OLED 구조물 또는 OLED 구조물을 포함하는 디스플레이의 접촉 지점은, 정전용량성 결합을 일으키는 세그먼트 열과 세그먼트 행의 십자형 지점에 대응한다. 그러므로, 터치 검출 모드에서의 x와 y 위치 결정은, 고 정전용량성 결합을 갖는 십자형 지점들을 검출함으로써 수행된다. 어느 세그먼트 열과 어느 세그먼트 행이 사용자 손가락에 대해 가장 높은 정전용량성 결합을 갖는지를 결정함으로써, 터치 모드에서 접촉 위치가 또한 검출될 수 있다. 접촉 위치는 그 후 이 세그먼트 열과 세그먼트 행의 십자형 지점에 대응한다. 하지만, 비-터치 모드에서의 x와 y 위치 결정은, 수 개의 세그먼트 행들과 수 개의 세그먼트 열들의 정전용량성 결합을 위한 각각의 위치 종속 신호 레벨들을 검출함으로써 수행될 수 있는데, 각각의 위치 종속 신호 레벨들은 각각의 세그먼트 열과 각각의 세그먼트 행으로부터 손가락의 거리를 나타낸다. 그 다음 이들 레벨 값들로부터, 손가락 위치가 계산되거나 적어도 손가락의 움직임 경로가 설명될 수 있다. 이 계산은 수 개의 접근들을 처리함으로써 수행되는 것이 바람직하며, 서로 간에 예를 들면, 서로 다른 전극 세그먼트 그룹들과 그룹 결합들에 대해 조정된 삼각 측량과 삼변 측량 접근들에 대해 가중치를 부여하는 것이 바람직하다. 그라운드 또는 또 하나의 전압 주입에 대한 정전용량성 결합은, 세그먼트 열들과 세그먼트 행들을 통해 아날로그 레벨로 검출된다. 이 아날로그 레벨은 그 다음 ADC 시스템에 의해 변환되고, 디지털 데이터 처리를 받아야 한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 있어서, 실질적으로 직사각형 OLED 구조물 또는 OLED 구조물을 포함하는 디스플레이 디바이스에서의 위치 또는 움직임 결정은, 비-터치 모드에서 가장자리 근처에 위치된 세그먼트 열들과 세그먼트 행들을 이용하여 수행될 수 있다. 그렇게 해서, 가장자리 근처에 위치된 이들 세그먼트 열들과 세그먼트 행들은, 전극 프레임을 형성한다. 이 전극 프레임은, 사용자 손가락의 x 위치를 그라운드 또는 OLED 구조물의 전극 포텐셜에 대한 세그먼트 행들에 위치된 가장자리 인근의 정전용량성 결합에 의해 영향을 받는 손가락을 평가함으로써, 검출할 수 있다.

손가락의 y 위치는 손가락에 의해 영향을 받으며 그라운드에 이르는 위쪽과 아래쪽 수평 세그먼트 열(row)의 정전용량성 결합에 의해 결정되거나, 또는 OLED 구조물의 전극 포텐셜에 대한 정전용량성 결합에 의해 결정될 수 있다. 그라운드에 대한 반대 포텐셜은, 사용자의 맞은편에 있는 패널층의 배면 위, 즉 사용자의 맞은편에 있는 전극 세그먼트 어레이의 배면 위에 전체 표면 영역을 가로질러 실질적으로 연장되는 OLED 구조물의 전극층으로서 작용하는 애노드 전극에, 인가되는 것이 바람직하다.

바람직하게는, 제1 스위칭 상태와 제2 스위칭 상태 간의 스위칭은 멀티플렉서 디바이스에 의해 수행될 수 있다. 이 멀티플렉서 디바이스는 비-터치 모드를 위한 임의의 시간 위상과 터치 모드를 위한 임의의 시간 위상을 제공하는 시간 멀티플렉서 디바이스로서 설계될 수 있다. 가능하다면, 전극 세그먼트들의 임의의 그룹들은 비-터치 모드에서 프로그램 제어된 방식으로 그리고 연속적으로 위치 또는 움직임 검출을 위한 전극 세그먼트 체인들로서 사용될 수 있고, 임의의 전극 세그먼트 체인들은 터치 모드에서 거기에 병렬로 2차원의 위치 검출을 위해 사용될 수 있다. 사용자 인터페이스는 전극 세그먼트 체인들이 비-터치 위치 결정을 위해 이용되는 이들 영역들을 위해 터치 검출 기능을 필요로 하지 않도록 형성되는 것이 바람직하다.

터치 검출 모드와 비-터치 검출 모드는 전기 회로망 측정들에 의해 시간적인 시퀀스로 수행될 수 있거나 동시적으로 존재할 수 있다. 시퀀셜 활성화에 있어서, 각각의 모드 기간의 고정된 정의 대신에, 각각의 모드 간의 스위칭은, 접촉이 검출되면, 예를 들어 제2 동작 상태(비-터치 모드)를 취하게 하는 클록 부분이 0으로 설정되거나 감소되도록 조정될 수 있다. 전극 세그먼트 열과 전극 세그먼트 행의 정전용량성 결합이, 서로에 대해, 즉 그라운드에 대한 각 케이스에서 임의의 임계값을 초과하면 접촉이 검출된다. 비-터치 분석 모드를 억제함으로써, 신호 처리는 단순해질 수 있다. 터치 모드에서의 신호 평가는 비-터치 모드보다 더 낮은 민감도와 더 단순한 평가 동작들로 수행될 수 있다. 유사하게, 비-터치가 검출되면, 제1 동작 상태를 취하게 하는 클록 부분은 유리한 방식으로 감소된다. 접촉 액션이 특히 신뢰할 수 있게 인식될 수 있으므로, 예를 들면, 접근을 실현하는 비접촉 표시 임계값 기준이 검출되는 때조차도, 이렇게 함으로써 기능 안전 이득을 달성하기 위해, 접촉 검출은 임의로, 하지만 바람직하게는 비교적 큰 시간 간격에서 수행된다.

유리한 방식으로, 비-터치 모드는 적어도 2개의 서브-모드들로 서브-분할될 수 있다. 제1 서브-모드는 광범위한 거리 모드이다. 이 모드에서는, 예를 들면, 웨이크-업 기능과 z축 거리(디스플레이에 실질적으로 수직적인 거리)의 거친 검출만이 수행될 수 있다. z 방향에서 최소 거리 아래로 떨어질 때에만, 제2 서브-모드의 처리가 수행된다. 이 제2 서브-모드에서 그라운드에 대한 전극 세그먼트들에 의해 형성된 전극 그룹의 결합 또는 이 전극 그룹에 결합된 필드의 평가에 의해, 더 민감한 위치 검출이 수행된다. 그것이 언더컷이면 x, y 및 z 위치의 검출이 수행될 때의 제한 거리는, 예를 들면, 가장자리 인근에 위치한 세그먼트 열들과 세그먼트 행들이 이미 충분히 정확한 위치 결정을 감안하는 거리에 상당한다. 실험적인 조사에 따르면, 이들 전제 조건들은 디스플레이로의 손가락 거리가 디스플레이 대각선의 대략 2/3보다 작으면, 규칙적으로 제공된다.

제2 스위칭 상태와 관련하여, 서로 다른 전극 세그먼트 그룹들이, 최소 거리가 언더컷이면 연속적으로 활성화될 수 있다. 이에 의해 비-터치 모드에서 위치 검출을 위해 사용된 전극 세그먼트 열들과 전극 세그먼트 행들은, 디스플레이에서 "배회"(wander)할 수 있으며, 그렇게 함으로써 각각의 손가락 위치에 대한 최적 검출 위치들을 얻을 수 있다. 또한, 수 개의 전극 세그먼트 열들과 세그먼트 행들은 동시에 활성화되고 평가될 수 있다. 그렇게 해서, 동시적으로 활성화된 전극 세그먼트 그룹들은, 서로로부터 떨어진 각각의 열들과 행들일 수 있거나 또는 서로에 대해 십자형으로 정렬된 열들과 행들일 수 있다. 중간 거리, 예를 들면, 디스플레이 대각선의 25% 내지 50% 거리에 대해서는, 손가락 위치가 삼각 측정과 삼변 측정에 의해, 특히 가장자리 인근에 위치한 세그먼트 열들과 세그먼트 행들의 아날로그 신호 레벨들을 평가함으로써, 결정될 수 있다. 추가적인 접근 동안에, 손가락 위치는 그라운드에 대한 가장 높은 정전용량성 결합을 갖는 세그먼트 행과 세그먼트 열의 십자형 지점으로, 또는 그렇지 않으면, OLED-전극들의 바람직한 포텐셜의 의미 있는 레벨들로 결정될 수 있다. z 거리는 그 다음 그라운드에 대한 각각의 정전용량성 결합의 레벨, 또는 포텐셜의 레벨 각각으로부터 결정될 수 있다.

교차형 지점과 삼변 측량은 또한 결합될 수 있는데, 특히 가중치 방식으로 결합될 수 있고, 위치 결정을 위해 이용될 수 있다.

바람직하게는, 제2 스위칭 상태에서, 즉 비-터치 모드에서, 가장자리 인근에 위치한 위쪽 수평 세그먼트 체인을 이루는 제1 전극 그룹이 활성화되고, 또한 가장자리 인근에 위치한 아래쪽 수평 세그먼트 체인을 이루는 제2 전극 그룹이 활성화된다. 이들 2개의 전극 세그먼트 그룹에 의해, 수평 제한들 사이에 놓인 손가락 위치가 계산될 수 있다.

제2 스위칭 상태(비-터치 모드)에서 x 위치 검출을 위해, 바람직하게는 가장자리 인근에 위치한 왼쪽 수직 세그먼트 체인과 가장자리 인근에 위치한 오른쪽 수직 세그먼트 체인을 이루는 전극 그룹들이 사용될 수 있다.

또한, 손가락 위치들을 검출하기 위해 연속적으로 변하는 전극 그룹들을 이용하는 것이 가능한데, 예를 들면, 각각의 평가된 전극 세그먼트 그룹들이, 적응적으로 스위칭된, 예를 들면 수직적으로 배회하는 열 또는 수평적으로 배회하는 행의 방식으로, OLED 인터페이스, 특히 OLED 디스플레이 디바이스를 가로질러 배회한다.

또한, 십자형으로 서로에 대해 정렬된, 특히 대략 수직으로 서로에 대해 정렬된 전극 세그먼트 체인들의 레벨 값들은, 각각의 평가 개념들에 의해 평가될 수 있다.

x, y 및 z 정보 검출은 이미 언급된 바와 같이 전극 그룹들을 형성하고, 그라운드에 대한 이들 전극 그룹들의 연결이 검출됨으로써, 제2 스위칭 상태(비-터치 모드)에서 일어나는 것이 바람직하다. 이 각각의 결합은 각각의 전극 그룹으로부터 손까지의 거리와 밀접하게 연관되어 있다. 그라운드에 대한 이들 각각의 결합 값들로부터 또는 사용자 손가락에 의해 생긴 그리고 손가락 거리와 연관된 또 하나의 포텐셜 결합에 의해, 각각의 전극 그룹으로부터의 거리가 검출될 수 있고, 그 다음 손가락 위치는 서로 다른 거리 정보로부터 결정될 수 있다.

하나의 예로서, 평가 전기 회로망은 ASIC으로 설계될 수 있고, OLED 구조물의 패널층에 가장 근접하게 배치될 수 있다. 전극 세그먼트들의 개별 전도체 패스들에 대한 평가 전기 회로망의 연결은, 예를 들면 플렉서블 전도성 패스, 칩 접촉 구조 또는 패널층 위에 ASIC의 직접 위치 선정에 의해, 수행될 수 있다. 패널층 위에 배치된 전극 세그먼트들은 전도성 세그먼트들을 통해 ASIC에 연결된다. 패널층의 영역에서 이미, 수직 및 수평 전극 세그먼트들은 전극 열들과 전극 행들로 결합될 수 있는데, 여기서 이들 행들과 열들은 서로에 대항하여 절연되며, 전극 세그먼트로서 ASIC 또는 멀티플렉서에 개별적으로 연결된다.

바람직하게는, 전극 세그먼트들은 원형 판들(circular discs), 마름모들, 육각형들, 팔각형들, 겸상 모양 구조물 또는 매우 인접한 다각형으로 구성되거나, 또는 부분적으로 톱니바퀴 기하학 구조들(예를 들면, 소위 뼈, 또는 포장재 석조 윤곽)을 갖는다. 디자인에 있어서, 특히 마름모들, 마름모 체인들이 각각의 세그먼트들로서 형성될 수 있다. 일부 마름모들이 수평 마름모 체인들을 설계하기 위해 사용되고, 나머지 마름모들이 수직 마름모 체인들을 형성하기 위해 사용된다. 전극 세그먼트들 사이에, 전극 세그먼트 열의 세그먼트들과 가로지르는 전극 세그먼트 행들의 전극 세그먼트들 사이에 갈바닉 접촉을 방지하는 얇은 공간 갭들이 연장된다. 이 방식에 의해, 전극 세그먼트들은 빽빽하게 꽉 들어찬 방식으로 구성되는데, 여기서 열 또는 행 체인을 구성하는 전극 세그먼트들만이 서로에 대해 전도적으로 연결된다.

내부적으로 ASIC는 전극 세그먼트 열들과 전극 세그먼트 행들의 와이어링을 조정하고, 터치 모드 처리뿐만 아니라 비-터치 모드 처리를 위해 사용되도록, 구성되는 것이 바람직하다. ASIC 내에, 전극 그룹들의 어떤 시스템 특성뿐만 아니라 동작 모드들 간의 변화 또는 그룹의 변경이 충분한 방식으로 보상되도록 설계될 때의 천이 현상도 고려할 수 있게 하는 조정이 제공된다.

특히, 한 손으로 파지할 수 있는 디바이스, 예를 들면 셀 폰들에 있어, 디바이스 파지에 의해 생긴 필드 간섭이 적어도 상당한 정도로 보상되는 신호 처리의 과정에서 교정 루틴을 처리하는 것이 가능하다. 비-터치 모드에서의 제스처 검출은 먼저 어떤 제스처, 예를 들면, 디스플레이 대각선의 대략 66% 거리에서의 디스플레이 앞에서 수행되는 가상적인 원형 패스를 따른 손가락 끝의 시계 방향의 움직임을 요구할 수 있다. 이 규정 제스처에 의해, 비-터치 검출 모드가 활성화되고, 또한 센서 기술의 교정이 수행될 수 있다.

바람직하게는, 사용자 인터페이스를 통해 검출된 위치들과 연관된 디스플레이가 수행될 수 있다. 그래픽 사용자 인터페이스에서 임의의 윈도우 또는 메뉴 아이템들의 슬라이딩 움직임은, 청각적으로 바람직하게는 또한 기계적인 피드백 디바이스(예를 들면 전자기에 의해 이송된 질량요소에 의한 촉각)로, 통신될 수 있다.

손가락의 접근이 OLED 디스플레이 위로 터치-다운과 함께 결합하면, 비-터치 접근 위상으로 결정된 위치들이 그 후 터치 모드에서 검출된 접촉 위치들과 비교될 수 있다. 구현된 내부 교정 절차에 의해, 연속 검출 액션들을 위한 평가 파라미터들은, 비-터치 위상에서 최초 수집된 정보와 터치 모드에서 매우 신뢰할 수 있게 수집된 위치 정보에 의해 제공될 수 있다. 디스플레이 디바이스로부터 손을 들어올리는 경우에도 동일하다. 여기서, 마지막으로 유일하게 결정된 접촉 위치에 의해, 각각의 내부 파라미터들의 변형에 의한 자동적인 내부 미세 조정이 비-터치 모드에서의 위치 결정을 위해 수행될 수 있다.

특히, 비교적 작은 포맷의 터치 스크린들의 경우, 손가락 위치를 검출하기 위한 검출 범위는 디바이스로부터 손가락까지의 먼 거리에 대해서도 위치 검출이 수행될 수 있도록, 디스플레이 디바이스보다 더 큰 면적을 갖는다.

x와 y 위치들의 처리, 특히 y 방향의 처리는 여기서 오프셋이 생성되도록 수행될 수 있는데, 이로 인해 디스플레이에서 현재 위치 선정된 커서 또는 선택된 메뉴 아이템은 사용자 손가락에 의해 덮이지 않게 된다.

OLED 패널 구조물, 특히 OLED 인터페이스 위로의 손가락의 가벼운 터치다운은 본 설명에서 인터페이스 또는 디스플레이 접촉으로 이해될 수 있다. 이 연결에서 OLED 인터페이스 내에 통합된 전극 시스템들은, 갈바닉 전기에 의한 접촉이 아니거나 적어도 반드시 갈바닉 전기에 의한 접촉이 아니다. 전형적으로, OLED 인터페이스 내에 의도된 모든 전극 시스템은, 절연 투명 유리 또는 플라스틱층에 의해 덮인다. 접촉 상태는 충분하게 보여주는 신호 레벨들에 의해 검출될 수 있다.

터치 상태와 비-터치 상태는 또한 z축 거리를 따라 오는 특수한 동적 특성에 의해 검출될 수 있다. 이 방식으로, z 동적 특성들은 전형적으로 손가락의 터치다운시 0에 가까워지거나 터치다운 압력을 증가시킴에 따라 손가락 끝의 플래트닝(flattening)을 나타낸다. 이 현상은 선택 표시자로서 이용될 수 있다. 또한 z 동적 기준과 임의의 z 동적 기준은 비-터치 모드에서 선택 표시자로서 이용될 수 있다. z 동적 기준은 예를 들면 디스플레이에 대략 직각을 이루는 짧은 거리를 따라 손가락 끝의 빠른 낮춤과 다시 들어올림에 의해 부합될 수 있도록 정의될 수 있다. 이 z 동적 기준은 이 후에 "가상 마우스 클릭"을 설명한다.

터치 모드가 활성인지 또는 비-터치 모드가 활성인지에 따라, 사용자 인터페이스는 변할 수 있으며, 이 점에서 각각의 모드에 대한 특별한 취급 장점들을 제공하는 특성을 가질 수 있다. 예를 들면, 가능하다면, 비-터치 모드에서는 터치 모드보다 더 거친 그래픽 메뉴 아이템 구조물, 또는 약간 더 천천히 움직이거나 더 느리게 움직이는 커서 동적물을 제공할 수 있다.

본 발명의 사상에 기반하여, 또한 멀티-지점 검출, 특히 2개의 손가락들의 검출이 가능하도록, 십자형과 종으로 정렬된 전극 세그먼트 체인들을 활성화하는 것이 가능하다. 예를 들면, 그렇게 함으로써 각각이 손가락 위치들을 제공하는 수개의 구역들이 생성될 수 있다. 이 멀티-지점 검출 모드의 활성화는 소정 거리 기준 또는 소정 최초 요구 커브들, 즉 제스처들의 실행에 의존될 수 있다. 멀티-지점 검출 모드에서, 디스플레이가 이와 관련하여 터치되지 않은 상태에서 직감적으로 유리하게 조정될 수 있는 상호 작용들은 예를 들면 스케일링 동작들, 영상 콘텐츠의 회전, 드래그 및 드롭 액션들로서 조직화될 수 있다.

추가 해결책에 의하면, 본 발명은 백라이트 터치패드 부품에 관한 것이다. 터치패드 부품은 캐리어층, OELD 구조물과 캐리어층에 구속된 전극층을 포함한다.

전극층은 복수의 전극 세그먼트들로 서브-분할되는데, 이들 전극 세그먼트들은 세그먼트 열들과 세그먼트 행들을 포함하는 세그먼트 어레이를 형성한다. OLED 구조물에 의해 조명을 받은 터치패드 부품은, 평가 전기 회로망을 포함하는데, 이 평가 전기 회로망은, 접촉 검출이 전극층의 전극 세그먼트들에 의해 수행되는 스위칭 상태를 이 평가 전기회로망이 취할 수 있도록, 구성된다. 또한, 평가 전기 회로망은 사용자 손가락의 위치 또는 움직임 검출이 터치패드 부품 앞에 위치된 영역에서 수행될 수 있는 스위칭 상태를 취할 수 있다. 비접촉 위치 또는 움직임 검출은 세그먼트 어레이의 수 개의 전극 세그먼트들을 열 또는 행 전극 세그먼트 그룹 내에 결합함으로써 생성한다. 이 터치패드 부품은 상술한 바와 같이 디스플레이 디바이스에 대해 구성되고 설계될 수 있다.

이 터치패드 부품은 또한, 비접촉 위치 검출을 가능하게 하는 터치패드들을 구현하는데 이용될 수 있다.

지금까지 예를 들면 노트북들에 주로 터치패드들로 사용된 이러한 터치패드들이, 장치 위치들에 통합될 수 있다. 본 발명에 따른 터치 모드뿐만 아니라 비-터치 모드에서 손가락 위치들에 대한 결합된 검출을 위한 구조물은, 공간적으로 제한된 영역에서 각각의 입력 구역, 즉 비-접촉 상호 작용들을 가능하게 하는 입력 구역을 구현하기 위해, 다른 디바이스들, 특히 가구와 차량 객실 장치에 통합될 수 있다.

본 발명의 특징 및 더 구체적인 내용은 도면과 관련된 다음 설명으로부터 얻을 수 있다.
도 1은 디스플레이의 멀티-층 구성뿐만 아니라 센서 시스템의 필드-제공 전극으로 이용된 연속적인 전극 구조의 위치 선정을 도시한 도면이다.
도 2는 측정 시스템(제스트IC(GestIC) 전자장치)의 입력 전기 회로망을 도시한 도면이다.
도 3은 선택된 측정 전극에서의 전형적인 전압 레벨의 시간 추이를 도시한 도면이다.
도 4는 동작 주파수 10kHz에서 선택된 측정 전극에서의 전압 레벨의 시간 추이를 도시한 그래프이다.
도 5는 생성기 신호(VCOM)의 각 가장자리 진폭이, 2개의 샘플링 지점들에서 개별적으로 측정되는 평가 사상을 도시한 도 4와 유사한 그래프이다.
도 6은 각 케이스에서 하나의 샘플링 지점이 가장자리를 즉시 뒤따라 설정되는 추가적인 평가 사상을 도시한 도 4와 유사한 그래프이다.
도 7은 본 발명에 따른 OLED 구조물를 통합한 조명 위치 센서 디바이스의 디자인을 도시하는 도면이다.
도 8은 OLED 구조물와 관련되어 구현된 발광 입력 디바이스의 디자인을 도시하는 도면으로, 발광 입력 디바이스는 접촉 검출뿐만 아니라 또한 비접촉 모드로 손가락 위치 검출을 위해 이용되는 어레이-형태로 배치된 전극 세그먼트들을 포함한다.
도 9는 도 7의 발광 입력 디바이스의 구성을 구체적으로 설명하기 위한 횡단면도이다.
도 10은 전극 세그먼트 어레이 내에서, 임시로 손가락 위치를 검출하기 위한 필드 전극들로서 이용된 2개의 수평과 2개의 수직 전극 세그먼트 그룹들의 형태를 도시한 도면이다.
도 11은 왼쪽 및 오른쪽 세그먼트 열들에 의해 검출된 전압 레벨들의 삼변 측량에 의한 좌표 결정을 도시하는 레이아웃이다.
도 12는 본 발명에 따른 위치 결정 방법의 단순한 변형을 설명하기 위한 흐름도이다.

도 1은 원근법 도해의 형태로, LC 디스플레이(액정 디스플레이)의 디자인을 도시한 도면이다. 이러한 LC 디스플레이들은 멀티-층 디자인을 구비한다. 광원(1)으로부터 방출된 광은 편광층(2)을 통과한다. 전도성 투명 전극들(4)로 이루어진 구조는 유리 기판(3) 위에 위치되도록 제공된다. TFT(Thin-Film Transistor) LC 디스플레이에 있어서, 또한 전극들은 이 층에 집적된다. 각각의 전극들은 디스플레이의 화소가 된다. 컬러 디스플레이들의 경우, 3개 전극들이 하나의 화소를 이룬다. TFT 디스플레이들 내의 액정 필링(filling)(5)을 위한 대향 전극(6) 위에는 제2 기판(7)이 위치되어, 연속적으로 구성된다. 이 전극(6)은 "공통 전극"으로 명명된다. 전극(6)의 전극 포텐셜은 VCOM으로 명명된다. 더욱이, 컬러 필터들이 컬러 디스플레이들의 기판(7) 위에 위치된다. 맨 위에 (제2 편광층, 그 편광 축이 제1 편광축(2)에 대해 수직으로 정렬된) 분석층이 배치된다

전압이 화소 전극들(4)과 VCOM 전극(6) 사이에 제공되면, 광의 편광이 액정층을 통해 통과할 때에 변한다. 이 이유 때문에, 화소의 광도(illuminating power)는 전극 전압에 의존한다.

TFT 패널을 활성화하는 2가지 변수들은, DC 전압으로서의 VCOM과 AC 전압으로서의 VCOM이다. 제2 케이스의 경우, VCOM은 전형적으로 대략 5V의 진폭과, 대략 60Hz("프레임 반전"으로 활성화된 경우) 내지 대략 50kHz("라인 반전"으로 활성화된 경우)의 주파수를 포함하는 구형파 형태를 갖는다. 보통, 이 주파수는 5kHz 내지 40kHz의 범위에 있다.

이 공통 전극(6)은 디스플레이의 가장 바깥쪽의 전기 전도성층이며, 또한 연속적으로 형성되어 완벽하게 디스플레이 표면을 덮는다.

본 발명에 따르면, 이 VCOM층(6)은 AC 동작 모드로 동작되며, 적어도 부분적으로 생성기 또는 필드-제공 전극으로 이용된다.

이 해결책에 있어서, 디스플레이, 특히 VCOM 전극(6)은 제스처 센서의 요소가 되며, 더 이상 방해원(source of interference)으로 작용하지 않고 생성기 신호를 생성한다.

VCOM 신호가 비교적 저주파수인 동안은, 특정 샘플링 로직에 의해, 센서 시스템은 비교적 높은 동작 범위와 안정성을 얻을 수 있다. 이에 대해, 다음에 더 상세하게 설명될 것이다. 측정 전극들에 나타나는 전압들의 검출 및 전-평가를 위해 제공된 센서 전기 회로망(즉, "GestIC 전자장치")은 디스플레이 컨트롤러에 직접 집적되는 것이 특히 바람직하다.

도 2는 본 발명에 따른 센서 전기 회로망의 입력 스테이지를 도시하는 기본 디자인이다. 여기에 도시된 전극(E1)은 디스플레이의 VCOM 전극(도 1의 참조 번호 (6))으로 구성된다. VCOM 신호는 이 전극(E1)에 공급된다. TFT LC 디스플레이 앞의 영역에 위치한 사용자의 손(M)에 의해, 측정 전극(E2)에 나타나는 전압의 처리가 수행될 수 있다. 이 전압은 간단한 방식으로 여기에 도시된 측정 전기 회로망(B, R)에 의해 검출될 수 있다. 이 검출 전압은 2개의 전극들(E1, E2)에 대한 손(M)의 공간 위치와 매우 연관되어 있다. VCOM 전극(E1)의 인근에 있는 수 개의 측정 전극들(E2)을 이용함으로써, 삼각 측정 접근으로 측정 전압 레벨들을 이용하고, 이 방식으로 측정 전극들(E2)에 대한 손의 위치를 계산하는 것이 가능해진다. 각각의 신호들은 바람직하게는 디스플레이에 의해 묘사된 이미지 콘텐츠에 의해 그래픽적으로 지원될 수 있는 메뉴 또는 커서 제어를 위해 이용될 수 있다.

도 2에 도시된 바와 같이, 생성기 전극(E1)은 생성기(G)로부터의 구형파 전압을 이용하여 동작한다. 측정 전극(E2)(여기에는 측정 전극이 하나만 도시되어 있음)은 생성기 전극(E1)과 검출될 물체(M)와 함께 정전용량성으로 결합한다. 각각의 정전용량들은 (C1) 및 (C2)로 명명된다. (E2)에서의 전압은, 고 임피던스 입력(등가 저항 R로 도시됨)을 갖는 버퍼(B)에 의해 검출되어, 추가적인 전기 회로망 요소들에 공급된다. 여기서 입력 전기 회로망은 저주파 통과 특성을 구비한다. 실제 응용에서, (C1)과 (C2)와 (R)의 값들은 각각 대략 1-10pF와 10MΩ을 가질 수 있다.

도 3은 동작 주파수 100kHz에 대해 선택된 측정 전극(도 2의 전극(E2))에서의 전압 특성을 도시한 도면으로, 커브 상의 작은 원형 심볼들은 GestIC 전자장치 내에 구현된 신호 측정 동안의 샘플 지점들을 나타낸다. 도 3에 도시된 바와 같이, 샘플 지점에서의 신호 전압의 진폭은 경사 바로 뒤보다 더 아래쪽이다. 이것은 상술한 입력 스테이지의 저주파 통과 특성에 의해 영향을 받는다. 이 영향은 저주파수로 동작하면 더욱 커지게 된다. 도 4는 동작 주파수 10kHz에 대한 신호 특성을 도시한다. 동작 주파수를 감소시키는 동안의 신호 감소에 대응하기 위해 교류 샘플링 로직이 사용될 수 있는데, 교류 샘플링 로직은 구형파 신호에서 더 높은 주파수 성분들의 존재를 이용한다.

도 5는 측정 전극에서의 신호 진폭이 생성기 신호(VCOM)의 각 경사에서 2개의 샘플 지점들에 대해 개별적으로 측정되는 측정 사상을 도시한 도면이다.

본 발명에 따른 LC 디스플레이의 위치 분해능을 위한 요건들을 낮추면, 경사마다 단지 하나의 샘플 지점에 대해서만 동작될 수 있다.

그리고, 샘플 지점은 도 6에 도시된 바와 같이, 경사 바로 뒤에 위치하는 것이 바람직하다. 샘플링은 단지 짧은 시간(약 1μs)만을 요구하는 것으로 가정될 수 있으며, 신호 전압은 샘플링 처리 동안에 의사 상수로서 가정될 수 있다.

본 발명의 사상에 의해, 추가적인 전극을 생략함에 따른 비용 감소 이외에, 특히 디스플레이에 대한 변경이나 디스플레이의 활성화 없이도 범위가 넓어진다. 또한, 본 발명의 사상은 디스플레이에 대한 추가적인 차폐 조치들 없이 구현될 수 있는데, 이 이유 때문에 디스플레이의 휘도를 손상시키지 않을 수 있다. 측정 전극들에서 전압들을 검출하고 평가하는 전기 회로망은, 유리한 방식으로 디스플레이 컨트롤러에 직접 집적될 수 있다.

도 7은 본 발명에 따른 OLED 인터페이스의 단면도를 도시적으로 간략화한 도면이다. OLED 인터페이스는 패널층(GL), 애노드 전극층(A), 캐소드 전극층(K) 및 애노드 전극층(A)과 캐소드 전극층(K) 사이에 수용된 유기 발광층 구조물(O)을 포함한다.

OLED 인터페이스는 평가 전기 회로망(PU)을 더 포함한다. 사용자가 OLED 디바이스 또는 OLED 디바이스를 덮고 있는 패널 요소를 터치하기 전 또는 터치하지 아니한 경우라도, 적어도 애노드 전극층(A) 및/또는 캐소드 전극층(K)(애노드층에 대한 변형으로 여기에 도시됨)와 협력하여, 센서 시스템이 패널층(GL) 앞의 영역에서 사용자 손가락(F) 또는 손을 검출할 수 있도록, 평가 전기 회로망(PU)이 구성된다.

도시된 어셈블리에 의해, 상술한 바와 같이, 정전기 및 전기장 효과들 각각에 의해 OLED 구조물 앞에 위치한 영역에서 사용자 손가락(F) 또는 손의 움직임을 검출하고 이 연결에서 OLED 구조물의 전극들을 이용하게 하는, OLED 구조물과 연결된 사용자 인터페이스를 구현하는 것은 가능해진다. 여기에 도시된 예에서, OLED 구조물의 전압 공급은 구형파 생성기에 의해 수행될 수 있다. 펄스 폭 변조에 의해, 발광 밀도는 조정될 수 있다. 교류 DC 전압에 의한 OLED 구조물의 동작은, 애노드 전극(A)을 포함하여 구현된 위치 센서 시스템의 동작 모드를 가능하게 한다. 이 방식, 예를 들면, 포텐셜의 커플링-인(coupling-in), 그라운드에의 정전용량성 결합, 또는 OLED 구조물의 전극들(A, K) 중 하나의 포텐셜에 대항하는 정전용량성 결합이 각 전압 사이클 동안 또는 전압 사이클들의 선택된 수 동안 검출될 수 있다. 이들 레벨들은 각각의 센서 전극(EL)에 대해 검출되어, 손가락의 위치를 계산하기 위해 이용된다.

도 8은 본 발명에 따른 디스플레이 디바이스 내의 OLED 인터페이스 기술의 특정 응용 케이스를 간략하게 도시한 도면이다. 이 디스플레이 디바이스는 투명하고 절연 물질로 이루어진 패널층(1)을 포함한다. 패널층(1)에 구속된 투명 전극층이 이 패널층(1) 위에 형성된다. 이 전극층은 복수의 전극 세그먼트들(2)로 서브-분할된다. 모든 전극 세그먼트들(2)의 집단은 여기서 보이는 세그먼트 어레이를 구성한다. 이 세그먼트 어레이는 세그먼트 열들(Z1, Z2, Z3, Z4 및 Z5)과 세그먼트 행들(S1, S2 … S9)을 형성하며, 각각 수평과 수직으로 연속적인 인접 세그먼트들(2)이 작은 연결선 세그먼트(3,4)에 의해 서로 연결된다. 세그먼트 열들(Z1 … Z5)과 세그먼트 행들(S1 … S9)은 서로에 대해 절연되며, 각 케이스에서 패널층을 가로질러 라우팅된 개별 공급선(LZ1/5 및 LS1/9)이 제공된다. 디스플레이 영역에서 서로 가로지르도록 제공된 연결선 세그먼트들(3, 4) 또한 서로에 대해 절연된다.

개별 공급선(LZ1/5 및 LS1/9)을 통해, 세그먼트 행들과 세그먼트 열들은 여기에 더 상세하게 도시되지 아니한 평가 전기 회로망에 연결된다. 이 평가 전기 회로망은 접촉 검출이 전극층의 전극 세그먼트들를 통해 수행되는 제1 스위칭 상태를 취할 수 있고, 디스플레이 앞에 있는 영역에서 사용자 손가락의 비접촉 위치 검출이 수행되는 제2 스위칭 상태를 취할 수 있도록, 구성되는데, 여기서 비접촉 위치 검출은 전극 그룹, 특히 세그먼트 열들(Z1 … Z5)과 세그먼트 행들(S1 … S9)에 세그먼트 어레이의 수 개의 전극 세그먼트들(2)을 결합함으로써 수행된다. 여기에서 형성된 이 전극 세그먼트들(2) 또는 전극 세그먼트 체인들은 기능적이고 실질적으로 도 1에 도시된 센서 전극들(EL)에 대응한다. 도 2의 OLED 인터페이스의 어셈블리가 도 9에 아주 간단하게 도시되어 있다. 패널층(1)은 플라스틱 또는 유리 재질로 이루어지는 것이 바람직한데, 그 두께는 예를 들면 0.8mm이다. 투명 전도성 코팅(예를 들면 ITO 코팅)이 양쪽에 각각 패널층(1) 위에 형성된다. 이들 층들 중 하나는 OLED 구조물(O)의 전극으로 작용한다. 바람직하게는, 애노드 전극층(A)이 전극 세그먼트들(2)을 포함하는 전극 어레이와 캐소드 전극층 사이에 위치된다.

집적되어 취급 위치에서 사용자가 마주보는 위쪽 측은, 그렇게 해서, 복수의 세그먼트들(2)로 서브-분할되고, 이 연결로 도 8에 도시된 열들과 행들로 구분된 매우 인접한 세그먼트들, 예를 들면 마름모들을 포함하는 구조화된 층을 갖는다. 열들과 행들로 그룹화된 전극 세그먼트들에 대한 전기적인 접촉이, 전용 공급선들에 의해 수행될 수 있다. OLED 구조물(O)의 애노드 전극(A)으로서 작용하는 전극은 계속 이어지는 투명 ITO층으로서 수행될 수 있다. 구성된 패널 구조물은 자체-발광(self-illuminating) 터치패드와 비접촉 입력 동작들을 위한 인터페이스로서 작용할 수 있는 자체-발광 패널 요소를 형성한다. 전극층들은 여기에 도시되지 아니한 절연 투명층들에 의해 덮여지는데, 이에 의해 특히 사용자는 직접 전극층에 접촉하지 않기 때문에 갈바닉 전기에 의해(galvanically) 감전으로부터 보호받을 수 있다.

도 10은 각각의 스위칭 상태에서의 예시적인 실시예를 도시한 도면으로, 가장자리에 가깝게 위치한 4개의 마름모 체인들, 즉, 전극 세그먼트들(2)의 수평 결합에 의해 형성된 세그먼트 열들(Z1 및 Z5)뿐만 아니라 가자장리에 가깝게 위치한 전극 세그먼트들(2)의 수직 결합에 의해 형성된 세그먼트 행들(S1 및 S9)은, 유리 위의 손가락 위치 또는 손가락 움직임 검출을 위해 이용된다. 이 이유 때문에, "프레임" 제스처 검출 전극은 열들과 행들로 그룹화된 전극 세그먼트들을 이용함으로써 구성된다.

비-터치 모드에서 손가락 위치 검출을 위해 이용될, 가장자리에 가깝게 위치한 위쪽 수평 전극 세그먼트 그룹(Z1)과 아래쪽 수평 전극 세그먼트 그룹(Z5) 및 2개의 왼쪽과 오른쪽 전극 세그먼트 행들(S1과 S9)은 여기에서 선영에 의해 강조된다. 이 수평 전극 세그먼트 그룹들(Z1과 Z5)은 사용자 손가락의 y 위치를 검출하기 위해 이용된다. 2개의 전극 세그먼트 그룹들(Z1과 Z5)을 통해 y 위치를 검출함과 동시에, 또는 가능하다면 2개의 전극 세그먼트 그룹들(Z1과 Z5)을 통해 y 위치를 검출한 후 즉시, 왼쪽 가장자리 영역에 있는 전극 세그먼트 행(S1)(왼쪽 수직 마름모 체인)을 통해 왼쪽의 길쭉한 검출 전극이 형성되고, 오른쪽 가장자리 영역에 있는 전극 세그먼트들을 함께 연결함으로써 오른쪽 전극 세그먼트 행(S9)(오른쪽 수직 마름모 체인)이 형성됨에 의해, 평가가 수행될 수 있다. 이들 2개의 전극 그룹들에 의해, 그 다음 접근한 손가락의 x 위치가 결정될 수 있다. 더욱이, 측정 신호들로부터 OLED 인터페이스에 대한 손가락의 거리가 결정될 수 있다. x와 y 위치들을 결정하기 위해, 또한 열 그리고 행 전극 세그먼트 그룹들에 의해 검출된 신호 레벨들이 다른 평가 처리 방법들을 기반으로 결정될 수 있다. 특히, 서로에 대해 십자형으로 정렬된 전극 세그먼트 그룹들이 x와 y 위치 결정을 위해 이용될 수 있다. x와 y 위치들을 결정하기 위해, 다른 평가 처리 방법들이 적산 가중치(cumulative weighted) 방식으로 이용될 수 있다.

각각의 OLED 인터페이스가 제공되는 디바이스에 있어서, 손 또는 손가락의 위치 선정은, 손가락이 OLED 인터페이스를 터치하기 전, 소정 거리 이하로 가까워지는 시점에서 검출될 수 있다.

사용자 손가락이 OLED 인터페이스 위에 터치하자마자, 기지의 터치 기능이 전극 세그먼트들(2)을 이용하여 제공된다.

예를 들면, OLED 인터페이스의 영역에 단지 "비-터치 모드"에서 위치 검출을 지원할 수 있는 추가적인 전극들을 제공하는 것이 가능하다. 이들 추가적인 전극들에 의해, 예를 들면, 먼 거리에서의 손의 존재 검출이 수행될 수 있다.

터치 분석 전극들이 비접촉 위치 검출에 대한 위치 검출 전극들로서 이용되는 동작 모드로의 변경이, 예를 들어 소정의 최소 거리가 언더컷일 때에만 발생한다. OLED 인터페이스에 대한 접촉이 검출되자마자, OLED 인터페이스를 터치하기 전의 손가락들의 위치 검출은 억제될 수 있다. 또한, 터치 모드에서의 전극 세그먼트들의 평가는 소정의 최소 거리가 아직 언터컷되지 않는 한 억제될 수 있다.

접촉 없는 손가락 위치 검출 모드(비-터치 또는 GestIC 모드)와 인터페이스 접촉를 포함하는 손가락 위치 검출 모드(터치 모드) 각각은 멀티플렉서, 특히 시간 멀티플렉서에 의해 활성화될 수 있다. GestIC 모드는 각각의 전극 그룹을 선택하기 위한 그룹 드라이버의 이용을 포함할 수 있는데, 그룹 드라이버에 의해 GestIC 모드는 어느 전극 세그먼트 그룹이 또는 가능하다면 심지어 어느 개별 전극 세그먼트들이, 순간적으로 비-터치 모드에서 손가락 위치 검출을 위해 이용되었는지를 검출한다. 그룹 드라이버는 순간적인 전극 세그먼트 그룹에 대한 정보를 소정 특성 또는 프리세팅들과 참조 레벨 값들을 정의하는 보상 전기 회로망으로 포워딩할 수 있고, 이들 특성은 각각의 전극 세그먼트 그룹에 의해 검출된 전기장 현상을 평가함에 있어 고려될 수 있다. 이들 특성은 특히 영향을 받지 않은 상태에서 순간적인 활성 전극 시스템의 전체 능력 또는 그라운딩을 설명할 수 있고, 이에 의해, 소정의 전-교정(pre-calibration)을 가능하게 한다.

전극 세그먼트 열들과 전극 세그먼트 행들의 일시적인 활성화뿐만 아니라 활성화된 전극 세그먼트 그룹들에 의해 검출된 전기장 환경의 평가를 위한 전기 회로망은, ASIC(10)으로 유리한 방식으로 구현될 수 있는데, ASIC(10)는 바람직하게는 패널층(1) 가까이 배치되며, 특히 패널층(1)에 구속된다. 바람직하게는, 이 ASIC(10)는 비-터치 모드에서 손가락의 위치 검출 이외에, 또한 터치 모드, 즉 터치 스크린 기능 모드에서 평가를 제공하도록 구성될 수 있다. 이 ASIC(10)는 어떤 기능들이 프로그래밍에 의해 정의될 수 있도록 디자인되는 것이 바람직하다. 이 ASIC는 전극 세그먼트 어레이의 어느 전극 세그먼트 그룹들, 특히 어느 전극 세그먼트 열들(Z1…Z5)과 어느 전극 세그먼트 행들(S1…S9)이 비-터치 모드에서 위치 검출을 위해 순간적으로 이용되었는지를 정의할 수 있도록 디자인될 수 있다.

ASIC(10)는 그 자체로 x 및 y 위치에 대한 신호들뿐만 아니라 공통 터치 스크린 전기 회로망들의 방식에서 터치 상태에 대한 신호들을 제공한다. 더욱이, ASIC(10)는 터치되기 전에 디스플레이로부터 사용자 손가락의 거리를 위한 판단을 제공하는 z 위치와 신호들 각각을 제공한다. 배경 프로그램은 검출 위치 또는 움직임 정보에 대한 임의의 전-평가를 수행하는 AISC에서 처리될 수 있다. 특히 "마우스 클릭 정보"는 이 방식으로 ASIC에 의해 생성될 수 있다. ASIC(10)은 터치 모드에서, x 및 y 위치 검출을 위해 제공된 전극 세그먼트들(2)을 이용하고, 소정 간격으로 이들 전극 세그먼트 그룹들(Z1…Z5와 S1…S9)에서 선택할 수 있다. 이들 전극 세그먼트 그룹들(Z1…Z5 및 S1…S9)은 평가 시스템에 연결된다. 이 평가 시스템에 의해, 거리, 즉 OLED 인터페이스로부터 사용자 손가락 또는 손의 z 위치가 검출될 수 있다. 이 연결에 있어서, OLED 인터페이스 앞의 영역으로의 손가락 또는 손의 침범과 위치 선정의 결과로서, 검출은 접지에 대한 정전용량성 결합의 변화, 포텐셜의 커플링-인 및/또는 전극 그룹들 근처의 유전체 특성의 변화에 기반한다. 사용자에 의한 전극 세그먼트 그룹들(Z1…Z5 및 S1…S9) 근처의 유전체 특성의 영향은, 다른 측정 처리 방법들을 통해 센서 전극들로 일시적으로 동작된 전극 그룹들에 의해 검출될 수 있다. 전형적인 측정 접근은, 예를 들면 사용자 손가락에 의해 영향을 받은 접지에 대해 활성화된 전극 세그먼트 그룹의 결합은 범위 내에서 변하는 아날로그 레벨로서 검출될 수 있다는 것이다.

도 11은 본 발명에 따른 OLED 인터페이스와 OLED 인터페이스와 함께 수행되는 사용자 손가락의 위치 검출을 도시한 도면이다. 가장자리에 가깝게 위치하며 세그먼트 행들(S1 및 S9)에 결합된 전극 세그먼트들(2)에 의해, OLED 인터페이스로부터 사용자 손가락 끝(4)까지의 거리들(I1, I2)을 나타내는 신호 레벨들이 검출된다. 이들 신호 레벨로부터, 그 후 x 위치와 z 거리가 계산된다. 레벨 검출은 연속적으로 디스플레이 디바이스의 어떤 전극 세그먼트 그룹들을 평가 전기 회로망에 연결하는 그룹 드라이버를 통해 수행된다. 전극 그룹에서의 전압 레벨은 단순하게 도시된 증폭기를 통해 고-저항성으로 검출되고 마이크로컴퓨터(μC)에 공급된다. 마이크로컴퓨터(μC)는 ADC를 포함하며, 검출된 디지털 레벨 정보로부터 손가락 끝(4)의 x, y 및 z 좌표을 계산한다. 전극 세그먼트들(2)은 TFT 디스플레이 구조물의 일부를 형성하는 패널층 위에 위치된다. TFT 디스플레이 구조물은 직접 OLED 구조물(O)의 애노드 전극으로 작용하고, 또는 가능하다면 OLED 구조물(O)의 캐소드 전극으로 작용하는 VCOM 전극(VCOM)을 포함한다. OLED 구조물(O), TFT 구조(TFT) 및 위쪽 센서 전극 어레이는 층 구조의 디자인을 갖는다. OLED 구조물(O) 및 TFT 구조(TFT)는 OLED 구조물의 VCOM 전극과 애노드 전극으로서 각각 하나의 투명한 전극층을 공유한다. 또한, TFT 구조는 간단한 LCD 구조로서 구현될 수 있다.

구형파 전압으로 여기에 단순하게 도시된 포텐셜 반전이 없는 교류 전압이, OLED 구조물(O)의 전극들에 형성된다. 전기 회로망 디바이스는 Rx와 Tx 연결들을 포함한다. 예를 들면 각각의 채널 멀티플렉싱에 의해, 비접촉 위치 검출을 위해 복수의 전극 세그먼트 체인들을 사용하는 것이 가능하다. 비-터치 모드에서 각각의 전극 세그먼트 체인들에 나타나는 신호 레벨들의 평가는, 멀티 물체 검출, 즉 예를 들면 2개의 손가락 끝의 검출과 각각의 위치 검출이 수행되도록 수행될 수 있다.

도 12는 간략화된 흐름도이다. 도 12에 도시된 바와 같이, 먼저 시스템은 OLED 구조물로부터 소정의 최소 거리가 언더컷되었는지를 체크한다. 언더컷이 체크되면, 시스템은 에너지 절약 동작 모드에서 메인 동작 상태로 스위칭된다. 접촉 상태가 검출되면, 접촉 위치 검출이 전극 세그먼트 어레이에 의해 수행된다. 이 터치 모드는 접촉이 끝나지 않는 한 유지된다. 사용자 손가락이 OLED 인터페이스로부터 올라가면, 시스템은 인터페이스 표면 대각선의 소정 거리 임계값, 예를 들면 66%가 아직 초과되지 아니한지를 체크한다. 이 거리 임계값이 초과되지 않으면, 검출 시스템은 비-터치 모드로 동작한다. 연속적으로 활성화된 전극 세그먼트 열들(Z1…Z5)과 전극 세그먼트 행들(S1…S9), 또는 전극 세그먼트 어레이의 가장자리에 가깝게 위치한 전극 세그먼트 그룹들만, 즉 전극 세그먼트 열들(Z1 및 Z5)뿐만 아니라 전극 세그먼트 행들(S1 및 S9)이 접지로의 그들의 정전용량성 결합에 대해 계산된다. 손가락의 x, y 및 z 위치들은 손가락의 순간적인 위치에 따른 아날로그 값들로부터 계산될 수 있다.

유리하게, 본 발명에 따른 기술은 터치 스크린 전극들을 제공하는 OLED 패널 요소로서 구현될 수 있는데, 이들 터치 스크린 전극들은 본 발명에 따라 평가 전기 회로망에 연결된다. 그리고는 이 패널 요소는 디스플레이에 집적될 수 있다. 또한 터치 모드에서 전극 세그먼트들의 갈바닉 접촉이 일어나지 않도록, 사용자가 마주보는 쪽의 절연 투명 덮개층이, 추가로 패널 요소의 전극들을 덮는 것이 바람직하다.

특히 본 발명에 따른 기술은 예를 들면 셀 폰들, 전자책들(e-books) 및 타블렛-PC들과 같은 모바일 통신 디바이스들에 적합하다.

전극 어레이의 전극 세그먼트들은 멀티-층 구조의 투명 패널 구조물로 집적될 수 있다. 개별적인 전극 세그먼트들 간의 십자형 브리징(crossing bridging) 지점들에 대해 특별히 신뢰할 수 있는 절연을 달성하기 위해, 각 케이스에서 전극 세그먼트 열들을 형성하는 전극 세그먼트들이 투명한 절연층의 제1 측면 상에 배치될 수 있고, 전극 세그먼트 행들(열들에 대해 십자형임)을 형성하기 위해 연결된 전극 세그먼트들은, 이 절연층의 반대 측면 상 또는 추가적인 층 상에 배치될 수 있다. 더욱이, 사용자가 마주보지 않는 샌드위치 구조물의 측면 상에, 전체 표면을 실질적으로 덮고 있는 후면 차폐층이 구성될 수 있다. 이 후면 차폐층은 특히 액정 구조물의 소위 VCOM층에 의해 형성될 수 있다. 이 VCOM층은 교대로 OLED 구조물의 전극으로서 작용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 터치 스크린 기능성들 뿐만 아니라 비-터치 위치 분석 기능성들을 제공하는 OLED 인터페이스에 관한 것으로, 여기서 이들 기능성들은 연합하여 사용된 전극 세그먼트들에 의해 구현될 수 있다. 본 발명의 사상은 또한 직접 디스플레이를 덮고 있지 아니한 평면 구조물들에 복사될 수 있다. 이 평면 구조물들은 적어도 또한 일시적으로 비접촉 위치 검출을 가능하게 하는 조명을 받은 터치패드들을 구현하기 위해 사용될 수 있다. 이런 터치패드들은 예를 들면 지금까지 노트북들의 터치패드들에 대한 공통 위치들에 통합될 수 있다. 터치 모드뿐만 아니라 비-터치 모드에서 손가락 위치들의 결합된 검출을 위한 본 발명에 따른 구조물은, 또한 다른 디바이스들, 특히 가구와 자동차 승객 객실 장비에 집적될 수 있는데, 여기서 공간적으로 제한 영역에서 각각 일시적으로 조명을 받은 입력 존, 즉 비-터치 상호작용들을 가능하게 하는 입력 존을 구현할 수 있다.

상술한 설명에 묘사된 발명 사상(제스처 검출을 위한 TFT 디스플레이의 VCOM 전극의 용법과 제스처 검출을 위한 OLED 구조물의 애노드 전극의 용법)은 특히 유리하게 결합하여 구현될 수 있다. 이 케이스에서, OLED 구조물의 애노드 전극이 TFT 디스플레이 구조물의 VCOM 전극과 같이 작용하는 것이 바람직하다. 이러한 생성된 층 구조물에 멀티-세그먼트 전극 어레이를 제공할 수 있으며, OLED 구조물의 박판 전극이 교대로 필드-제공 전극으로 작용하는 것이 바람직하다.

Claims (33)

1. 액정(LC) 디스플레이 디바이스로서,
   제1 기판층,
   복수의 화소 전극들을 포함하고 상기 제1 기판층에 도포된 제1 전극 구조물,
   액정 필링(filling), 및
   전체 영역 전극층으로서 설계되고 상기 복수의 화소 전극들의 단일 상대(counter) 전극으로서 기능하는 하나의 제2 전극 구조물을 포함하고,
   상기 LC 디스플레이 디바이스에는 센서 디바이스가 제공되고, 상기 센서 디바이스는, 터치 모드에서는 사용자의 손가락의 터치를 검출하고 비(non)-터치 모드에서는 상기 LC 디스플레이 디바이스의 전방에 위치하여 전기장의 변화를 일으키는 영역에 있는 상기 사용자의 손가락 또는 손을 검출하기 위해 행들 및 열들로 배열된 복수의 센서 전극들을 포함하고, 각각의 행 및 각각의 열은 복수의 전기적으로 연결된 센서 소자들을 포함하고, 상기 센서 디바이스는 상기 터치 모드와 상기 비-터치 모드 중 하나의 모드로 동작하도록 구성되고,
   상기 센서 디바이스가 상기 비-터치 모드로 동작할 때, 상기 제2 전극 구조물은 상기 전기장을 발생시키기 위해 교류 전압을 수신하는 상기 센서 디바이스의 전기장 제공 전극으로서 기능하고, 연결된 센서 소자들의 적어도 하나의 행 및 연결된 센서 소자들의 하나의 열은 각각이 수신 전극으로서 동작하도록 선택되고, 수신 전극으로서 동작하는 상기 연결된 센서 소자들의 적어도 하나의 행 및 상기 연결된 센서 소자들의 하나의 열로부터의 신호들은 상기 센서 디바이스 위의(above) 3차원 위치를 결정하는데 사용되고,
   상기 제2 전극 구조물에 공급되는 상기 교류 전압은 복수의 연속적인 상승 및 하강 에지(edge)들을 갖는 구형파 신호이고, 상기 복수의 센서 전극들로부터 수신된 신호들은 각각의 상승 및 하강 에지 바로 직후에 샘플링되는, LC 디스플레이 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 센서 디바이스는 적어도 부분적으로 디스플레이 동작 회로망에 내장되는, LC 디스플레이 디바이스.
3. 제1항에 있어서,
   4개의 전극들이 선택되어 프레임을 형성하는, LC 디스플레이 디바이스.
4. 제3항에 있어서,
   상기 4개의 전극들은 열로 배열된 상기 센서 전극들의 가장 왼쪽 및 가장 오른쪽과 행으로 배열된 상기 센서 전극들의 가장 위쪽 및 가장 아래쪽을 포함하는, LC 디스플레이 디바이스.
5. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 디바이스는 직사각형 디스플레이 디바이스로서 구성되고, 전극들의 상단(top) 및 하단(bottom) 행은 각각 연장된 상단 및 하단 전극을 형성하고, 전극들의 좌측 및 우측 열은 각각 연장된 좌측 및 우측 전극을 형성하는, LC 디스플레이 디바이스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 교류 전압은 구형파, 사다리꼴, 또는 이와 유사한 교류 전압인, LC 디스플레이 디바이스.
7. 제6항에 있어서,
   상기 구형파 전압의 주파수는 50Hz 내지 80kHz의 범위 내에 있는, LC 디스플레이 디바이스.
8. 액정(LC) 디스플레이 디바이스의 전방에 공간적으로 위치한 영역 내의 사용자의 손가락 또는 손의 존재 또는 위치를 검출하기 위한 센서 회로망으로서,
   수 개의 측정 전극들,
   상기 사용자의 손가락 또는 손의 존재 또는 위치에 따라 상기 측정 전극들에 영향을 미치는 전기장을 발생시키기 위한 교류 전압을 수신하는 전기장-제공 전극, 및
   이 측정 전극들에의 전기장 효과들을 검출하기 위한 평가 회로망을 포함하고,
   상기 전기장-제공 전극은 상기 LC 디스플레이 디바이스의 VCOM 전극을 사용하여 구현되고, 상기 VCOM 전극은 상기 LC 디스플레이 디바이스를 커버(cover)하는 단일 전극이고,
   제 1 동작 모드에서는 상기 측정 전극들이 측정 전극의 커패시턴스 또는 이웃 전극들 사이의 커패시턴스를 측정함으로써 터치 검출을 수행하는데 사용되고, 제 2 동작 모드에서는 상기 측정 전극들 중 일부가 상기 전기장-제공 전극에 의해 발생된 상기 전기장의 변화들(variances)을 측정함으로써 비-터치 검출을 수행하도록 선택되고, 상기 선택된 측정 전극들로부터의 신호들은 센서 디바이스 위의(above) 3차원 위치를 결정하는데 사용되고,
   상기 교류 전압은 복수의 연속적인 상승 및 하강 에지들을 갖는 구형파 신호이고, 복수의 센서 전극들로부터 수신된 신호들은 각각의 상승 및 하강 에지 바로 직후에 샘플링되는, 센서 회로망.
9. 행들 및 열들로 배열된 전극 세그먼트들을 구비한 터치 스크린을 포함하는 박막 트랜지스터(TFT) 액정(LC) 디스플레이 디바이스의 전방으로 연장되는 검출 범위에 있는 사용자의 손가락 또는 손의 공간 위치를 검출하기 위한 방법으로서,
   교류 전압을 수신하는 필드 제공 전극에 의해 전기장이 발생되고, 검출될 상기 사용자의 손가락 또는 손의 공간 위치에 의해 영향을 받는 측정 전극들에 의해 전압 레벨들이 검출되고, 상기 TFT LC 디스플레이 디바이스의 LC 시스템의 부품 파트를 형성하는 단일 박판(laminar) 전극이 필드 제공 전극으로서 사용되고, 일련의 상기 터치 스크린의 전극 세그먼트들의 행 또는 열을 선택함으로써 각각의 측정 전극이 형성되고, 제 1 동작 모드에서, 상기 측정 전극들은 터치 검출을 수행하는데 사용되고, 제 2 동작 모드에서는, 4개의 전극들이 비-터치 검출을 수행하도록 선택되고, 상기 4개의 전극들로부터의 신호들은 센서 디바이스 위의(above) 3차원 위치를 결정하는데 사용되고, 상기 교류 전압은 복수의 연속적인 상승 및 하강 에지들을 갖는 구형파 신호이고, 복수의 센서 전극들로부터 수신된 신호들은 각각의 상승 및 하강 에지 바로 직후에 샘플링되는, 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 TFT LC 디스플레이 디바이스는 상기 박판 전극에 인가된 구형파 교류 전압에 의해 동작되는, 방법.
11. 제9항에 있어서,
    상기 박판 전극의 전압은 5V의 범위 내에 있는, 방법.
12. 제1항에 있어서,
    상기 센서 전극들은 투명하게 설계되며 상기 상대 전극 위에(above) 배치되는, LC 디스플레이 디바이스.
13. 제1항에 있어서,
    상기 터치 모드와 상기 비-터치 모드 사이를 스위칭하기 위한 회로망을 더 포함하는 LC 디스플레이 디바이스.
14. 제13항에 있어서,
    상기 회로망은 주문형 반도체(ASIC)에 의해 제공되는, LC 디스플레이 디바이스.
15. 제9항에 있어서,
    상기 터치 및 비-터치 검출은 상기 공간 위치의 상기 LC 디스플레이 디바이스까지의 최소 거리에 도달할 때까지 슬립 모드에 있는, 방법.
16. 제15항에 있어서,
    상기 최소 거리에 도달한 후, 상기 사용자의 손가락 또는 손의 공간 위치는 상기 LC 디스플레이 디바이스의 터치가 발생할 때까지 결정되고 그리하여(whereupon) 상기 터치 스크린 전극 세그먼트들은 관련 터치 위치를 결정하기 위해 터치 모드로 동작하는, 방법.
17. 제16항에 있어서,
    터치가 검출되는 동안에는 상기 비-터치 검출이 비활성화되는, 방법.
18. 제16항에 있어서,
    상기 터치 스크린의 표면까지의 소정 거리에 도달할 때까지 터치 검출이 비활성화되는, 방법.
19. 제8항에 있어서,
    상기 제 2 모드에서는 4개의 전극들이 선택되어 프레임을 형성하는, 센서 회로망.
20. 액정(LC) 디스플레이 디바이스로서,
    제1 기판층,
    복수의 화소 전극들을 포함하고 상기 제1 기판층에 도포된 제1 전극 구조물,
    액정 필링, 및
    전체 영역 전극층으로서 설계되고 상기 복수의 화소 전극들의 상대 전극으로서 기능하는 제2 전극 구조물을 포함하고,
    상기 LC 디스플레이 디바이스에는 센서 디바이스가 제공되고, 상기 센서 디바이스는, 비-터치 모드에서 상기 LC 디스플레이 디바이스의 전방에 위치하여 전기장의 변화들을 일으키는 영역에 있는 사용자의 손가락 또는 손을 검출하도록 구성되는 복수의 센서 전극들을 포함하고,
    상기 제2 전극 구조물은 상기 전기장을 발생시키기 위해 교류 전압을 수신하는 상기 센서 디바이스의 전기장 제공 전극으로서 기능하고,
    상기 교류 전압은 복수의 연속적인 상승 및 하강 에지들을 갖는 구형파 신호이고, 상기 복수의 센서 전극들로부터 수신된 신호들은 각각의 상승 또는 하강 에지의 발생 직후에 샘플링되는, LC 디스플레이 디바이스.
21. 제20항에 있어서,
    각각의 센서 전극으로부터 수신된 상기 신호들의 샘플링은 상승 에지당 단지 하나의 샘플링 포인트 및 하강 에지당 하나의 샘플링 포인트로 수행되는, LC 디스플레이 디바이스.
22. 제20항에 있어서,
    각각의 센서 전극으로부터 수신된 상기 신호들의 샘플링은 상승 에지당 두 개의 샘플링 포인트 및 하강 에지당 두 개의 샘플링 포인트로 수행되고, 상승 또는 하강 에지의 발생 직전에는 제 1 샘플링이 수행되고 상승 또는 하강 에지의 발생 직후에는 제 2 샘플링이 수행되는, LC 디스플레이 디바이스.
23. 제20항에 있어서,
    상기 LC 디스플레이 디바이스의 상기 제2 전극 구조물은 5kHz 내지 40kHz의 범위 내의 주파수를 갖는 교류 전압으로 구동되는, LC 디스플레이 디바이스.
24. 제20항에 있어서,
    상기 제2 전극 구조물은 상기 LC 디스플레이 디바이스의 최외부(outermost) 전기 전도성 층인, LC 디스플레이 디바이스.
25. 제24항에 있어서,
    상기 제2 전극은 전체 디스플레이 표면을 커버하는, LC 디스플레이 디바이스.
26. 제1항에 있어서,
    각각의 센서 전극으로부터 수신된 상기 신호들의 샘플링은 상승 에지당 단지 하나의 샘플링 포인트 및 하강 에지당 단지 하나의 샘플링 포인트로 수행되는, LC 디스플레이 디바이스.
27. 제1항에 있어서,
    각각의 센서 전극으로부터 수신된 상기 신호들의 샘플링은 상승 에지당 두 개의 샘플링 포인트 및 하강 에지당 두 개의 샘플링 포인트로 수행되고, 상승 에지 또는 하강 에지의 발생 직전에는 제 1 샘플링이 수행되고 상승 에지 또는 하강 에지의 발생 직후에는 제 2 샘플링이 수행되는, LC 디스플레이 디바이스.
28. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 구조물은 상기 LC 디스플레이 디바이스의 최외부 전기 전도성 층인, LC 디스플레이 디바이스.
29. 제9항에 있어서,
    각각의 측정 전극으로부터 수신된 상기 신호들의 샘플링은 상승 에지당 단지 하나의 샘플링 포인트 및 하강 에지당 하나의 샘플링 포인트로 수행되는, 방법.
30. 제9항에 있어서,
    각각의 측정 전극으로부터 수신된 상기 신호들의 샘플링은 상승 에지당 두 개의 샘플링 포인트 및 하강 에지당 두 개의 샘플링 포인트로 수행되고, 상승 에지 또는 하강 에지의 발생 직전에는 제 1 샘플링이 수행되고 상승 에지 또는 하강 에지의 발생 직후에는 제 2 샘플링이 수행되는, 방법.
31. 제9항에 있어서,
    상기 TFT LC 디스플레이 디바이스의 필드 제공 전극은 5kHz 내지 40kHz의 범위 내의 주파수를 갖는 교류 전압으로 구동되는, 방법.
32. 제9항에 있어서,
    상기 필드 제공 전극은 상기 TFT LC 디스플레이 디바이스의 최외부 전기 전도성 층인, 방법.
33. 제9항에 있어서,
    상기 필드 제공 전극은 전체 디스플레이 표면을 커버하는, 방법.

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