KR101883927B1 - 터치 스크린 시스템 및 그 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템은, 복수의 제 1라인들 및 상기 제 1라인들과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 2라인들과, 상기 제 1라인들 및 제 2라인들의 교차점에 형성되는 복수의 감지셀들을 포함하는 터치 스크린 패널과; 상기 제 1라인들에 순차적으로 구동신호를 인가하는 구동회로와; 상기 제 1라인들로부터 감지된 정전용량 변화 정보를 제공받아 이에 대응한 제 1감지 신호를 생성하는 제 1감지회로와; 상기 제 1라인들을 상기 구동회로 또는 제 1감지회로에 연결시키는 선택부와; 상기 각 감지셀들로부터 감지된 정전용량 변화 정보를 상기 제 2라인들로부터 제공받아 이에 대응한 제 2감지 신호를 생성하는 제 2감지회로와; 상기 제 1 및/또는 제 2감지회로로부터 감지신호를 제공받아 검출된 터치 위치를 판별하는 처리부와; 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 발생부와; 상기 터치 스크린 패널의 외면에 노출되며, 상기 트리거 신호를 외부로 출력하는 외부 전극이 포함되어 구성된다.

Description

터치 스크린 시스템 및 그 구동방법{touch screen system and driving method thereof}
본 발명의 실시예는 터치 스크린 시스템에 관한 것으로, 특히 손가락 및/또는 스타일러스에 의한 터치 인식을 구현하는 터치 스크린 시스템 및 그 구동방법에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은 영상표시장치 등의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치이다.
이를 위해, 터치 스크린 패널은 영상표시장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 물체에 직접 접촉된 접촉위치를 전기적 신호로 변환한다. 이에 따라, 접촉위치에서 선택된 지시 내용이 입력신호로 받아들여진다. 이와 같은 터치 스크린 패널은 키보드 및 마우스와 같이 영상표시장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.
터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전용량 방식 등이 알려져 있으며, 최근 들어서는 상기 터치 스크린 패널을 통해 멀티 터치 인식을 구현하는 멀티 터치 스크린 시스템에 대한 관심이 증가되고 있다.
특히 상기 정전용량 방식의 경우 자기 정전용량(self capacitance) 방식과 상호 정전용량(mutual capacitance) 방식을 통해 멀티 터치 인식을 구현할 수 있으며, 이는 사람의 손가락이 터치 스크린 패널의 표면에 하나 이상 접촉될 때, 인체의 전기장에 의해 상기 접촉 면에 위치한 감지셀(노드)에 형성되는 커패시턴스 변화를 검출하여 상기 접촉 위치를 인식하는 원리를 이용한다.
그러나, 상기 방식에 의할 경우 상기 사람의 손가락에 의한 접촉을 통해서는 보다 미세한 접촉 위치 인식 구현이 어렵다는 단점이 있다.
이를 극복하기 위해 끝이 뾰족한 스타일러스(stylus)를 사용함을 고려할 수 있으나, 수동(passive) 스타일러스의 경우 접촉면에서의 커패시턴스 변화가 극히 미미하여 위치 검출이 어렵다는 단점이 있다.
또한, 상기 수동 스타일러스의 단점을 극복하기 위해 전계(electric field)를 자체적으로 생성하는 능동(active) 스타일러스가 사용될 수 있으나, 상기 능동 스타일러스는 터치 스크린 패널에 전기적 신호를 전달하기 위해 불편한 선(wire)이 추가되거나, 또는 능동 스타일러스 내부에 구동회로와, 상기 구동회로에 전원을 인가하는 배터리 및 호스트 장치(터치 스크린 패널)와의 동기를 위한 통신회로 등을 필수적으로 구비하여야 하는 바, 크기가 커지고 제조 비용이 높아진다는 단점이 있다.
본 발명의 실시예는 정전용량 방식의 터치 스크린 시스템에 있어서, 사용자의 몸과 손가락을 신호전달 매개체로 활용하여 기존의 복잡한 구조의 능동 스타일러스를 사용하지 않고서도 능동 스타일러스의 효과를 얻을 수 있는 터치 스크린 시스템 및 그 구동방법을 제공함을 목적으로 한다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템은, 복수의 제 1라인들 및 상기 제 1라인들과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 2라인들과, 상기 제 1라인들 및 제 2라인들의 교차점에 형성되는 복수의 감지셀들을 포함하는 터치 스크린 패널과; 상기 제 1라인들에 순차적으로 구동신호를 인가하는 구동회로와; 상기 제 1라인들로부터 감지된 정전용량 변화 정보를 제공받아 이에 대응한 제 1감지 신호를 생성하는 제 1감지회로와; 상기 제 1라인들을 상기 구동회로 또는 제 1감지회로에 연결시키는 선택부와; 상기 각 감지셀들로부터 감지된 정전용량 변화 정보를 상기 제 2라인들로부터 제공받아 이에 대응한 제 2감지 신호를 생성하는 제 2감지회로와; 상기 제 1 및/또는 제 2감지회로로부터 감지신호를 제공받아 검출된 터치 위치를 판별하는 처리부와; 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 발생부와; 상기 터치 스크린 패널의 외면에 노출되며, 상기 트리거 신호를 외부로 출력하는 외부 전극이 포함되어 구성된다.
또한, 상기 터치 스크린 패널에 접촉되는 대상으로서의 스타일러스가 더 포함되며, 상기 스타일러스는 단순 도체로 이루어진 수동 스타일러스로 구현된다.
또한, 상기 터치 스크린 패널의 외면에 노출된 외부 전극은 사용자의 일측 손과 접촉되며, 상기 외부 전극을 통해 출력되는 트리거 신호가 사용자의 신체를 통해 사용자의 타측 손의 손가락 또는 상기 타측 손에 파지된 스타일러스로 전달된다.
또한, 상기 트리거 신호는 소정의 주파수를 갖는 RC 신호이다.
또한, 상기 선택부는 상기 각각의 제 1라인들을 상기 구동회로 또는 제 1감지회로에 연결시키는 복수의 선택 스위치들을 포함하며, 상기 복수의 선택 스위치들은 상기 제 1라인들을 접지전원에 연결시키는 동작을 수행한다.
또한, 상기 접지전원에 연결되는 제 1라인들은 구동신호가 인가된 제 1라인에 인접한 제 1라인들이다.
또한, 상기 선택 스위치에 의해 상기 구동회로에 연결되는 제 1라인 이외의 제 1라인들은 상기 제 1감지회로 또는 접지전원에 연결된다.
또한, 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템의 구동방법은, 복수의 제 1라인들에 구동회로에서 제공된 구동신호가 순차적으로 인가되는 단계와; 사용자의 일측 손이 상기 외부 전극과 접촉되는지 여부를 감지하는 단계와; 사용자의 일측 손이 상기 외부 전극을 접촉하지 않는 경우 제 1감지모드의 동작이 수행되는 단계와; 사용자의 일측 손이 상기 외부 전극과 접촉되는 경우 제 2감지모드의 동작이 수행되는 단계가 포함된다.
여기서, 상기 제 1감지모드의 경우 상기 제 1라인들은 구동라인으로서의 동작을 수행하고, 제 2라인들은 감지라인으로서의 동작을 수행하며, 상기 제 1감지모드의 동작은, 상기 사용자의 타측 손의 손가락에 의한 터치에 의해 상기 구동신호가 인가되는 제 1라인에 대응한 감지셀과 연결된 제 2라인으로 상기 감지셀들로부터 감지된 정전용량 변화 정보가 출력되어 이에 대응한 감지신호가 생성된다.
또한, 상기 제 2감지모드의 경우 상기 제 1라인들 및 제 2라인들이 모두 감지라인으로서의 동작을 수행하며, 상기 제 2감지모드의 동작은, 상기 사용자의 타측 손의 손가락 또는 타측 손에 파지된 스타일러스에 의한 터치에 의해 상기 제 1감지회로에 연결되는 제 1라인에 대응한 감지셀과 연결된 제 2라인으로부터 감지된 정전용량 변화정보가 각각 제 1라인 및 제 2라인으로 출력되어 이에 대응한 감지신호가 생성되는 단계가 포함된다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 의하면, 사용자의 몸과 손가락을 신호전달 매개체로 활용하여 기존의 복잡한 구조의 능동 스타일러스를 사용하지 않고서도 호스트(터치 스크린 패널)에서 트리거 신호를 제어하므로 정밀한 터치 구현이 가능하고, 기존 능동 스타일러스 내부의 복잡한 회로를 제거함으로써 제조 비용을 최소화하는 장점이 있다.
또한, 손가락에 의한 터치 인식 및 스타일러스에 의한 터치 인식을 구분하여 처리함으로써, 보다 다양하고 미세한 멀티 터치 인식을 가능케 하는 장점이 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템의 구성 블록도.
도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 터치 스크린 시스템의 사용 예를 설명하는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템의 구동 방법을 나타내는 순서도.
도 4는 도 1에 도시된 터치 스크린 패널의 단순화된 회로도.
도 5a는 정상 상태(터치 없음) 조건에서의 감지셀에 대한 단면도이고, 도 5b는 도 5a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면.
도 6a는 손가락에 의한 접촉 조건에서의 감지셀에 대한 단면도이고, 도 6b는 도 6a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면.
도 7은 스타일러스가 특정 감지셀에 접촉되는 경우의 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템의 구성 블록도이고, 도 2a 및 도 2b는 도 1에 도시된 터치 스크린 시스템의 사용 예를 설명하는 도면이다.
또한, 도 3은 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템의 구동 방법을 나타내는 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템(100)은, 제 1방향으로 배열된 복수의 제 1라인들(112)(X1,X2,…,Xn), 상기 제 1라인들(112)과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 2라인들(114)(Y1,Y2,…,Ym)과, 상기 제 1라인들(112) 및 제 2라인들(114)의 교차점에 형성되는 복수의 감지셀들(116)을 포함하는 터치 스크린 패널(110)과; 상기 제 1라인들(112)에 순차적으로 구동신호를 인가하는 구동회로(120)와; 상기 제 1라인들(112)로부터 감지된 정전용량 변화 정보를 제공받아 이에 대응한 제 1감지 신호를 생성하는 제 1감지회로(130)와; 상기 제 1라인들(112)을 상기 구동회로(120) 또는 제 1감지회로(130)에 연결시키는 선택부(140)와; 상기 각 감지셀들(116)로부터 감지된 정전용량 변화 정보를 상기 제 2라인들(114)로부터 제공받아 이에 대응한 제 2감지 신호를 생성하는 제 2감지회로(150)와; 상기 제 1 및/또는 제 2감지회로로부터 감지신호를 제공받아 검출된 터치 위치를 판별하는 처리부(160)가 포함되어 구성된다.
또한, 상기 터치 스크린 시스템(100)은 터치 스크린 패널(110)에 접촉되는 대상으로서의 스타일러스(180)를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 의한 스타일러스(180)는 도시된 바와 같이 끝이 뾰족한 형태를 갖는 단순 도체로 구현되는 것으로서, 손가락(170)에 의한 접촉보다 보다 미세한 접촉 위치 인식을 위한 역할을 수행하기 위해 사용될 수 있다.
이 때, 상기 스타일러스(180)는 그 자체에서 전계를 발생하지 않는 수동 스타일러스로 구현되며, 사용자의 손(미도시)으로 이를 파지하여 터치 스크린 패널(110)에 접촉한다.
또한, 본 발명의 실시예는 터치 스크린 시스템(100) 내에 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 발생부(190) 및 상기 트리거 신호를 외부로 출력하는 외부 전극(192)이 구비됨을 특징으로 하며, 상기 외부 전극(192)은 터치 스크린 패널(110)의 외면에 노출되어 사용자의 손이 이와 접촉될 수 있도록 구성된다.
여기서, 상기 외부 전극(192)이 터치 스크린 패널(110)의 외면에 노출되는 구조는 다양하게 구현될 수 있는 것으로서, 터치 스크린 패널(110)이 구비된 휴대 기기의 테두리 일 측으로서 사용자의 손이 쉽게 접촉될 수 있는 위치에 형성될 수 있다.
즉, 도 2a 및 도 2b에 도시된 바와 같이 터치 스크린 패널(110)의 외면에 노출된 외부 전극(192)이 사용자의 일측 손(172)과 접촉되면, 상기 외부 전극(192)을 통해 출력되는 트리거 신호는 사용자의 신체를 통해 도 2a에 도시된 바와 같이 사용자의 타측 손의 손가락(170) 또는 도 2b에 도시된 바와 같이 상기 타측 손에 파지된 도체로 구현되는 스타일러스(180)로 전달된다.
이에 따라 소정의 주파수를 갖는 트리거 신호가 R-C 조합으로 모델링(300) 되는 사용자의 신체를 통해 손가락(170) 또는 사용자의 타측 손에 파지된 스타일러스(180)를 거쳐 이에 접촉되는 터치 스크린 패널(110)의 감지셀(도 1의 116)으로 전달되는 것이다.
통상적으로 인체의 임피던스는 1 내지 500kohm으로서, 젖은 정도 및 사람에 따라 변할 수 있으나, 대부분의 경우는 수 kohm 내외이다. 이는 기존의 캐패시턴스 방식 터치 스크린 패널의 RC load와 유사한 범위로 수백 kHz까지 트리거 신호를 인가할 수 있다.
즉, 본 발명의 실시예에 의할 경우 종래의 능동 스타일러스와 같은 복잡한 구조를 구비하지 않고서도 트리거 신호를 터치 스크린 패널과 접촉하는 손가락 및 사용자의 타측 손에 파지된 스타일러스에 전달할 수 있으므로, 종래의 능동 스타일러스와 동일한 효과를 구현할 수 있게 되는 것이다.
단, 상기 트리거 신호 발생부(190)에서 발생되는 트리거 신호는 종래의 능동 스타일러스가 채용되는 터치 스크린 패널의 트리거 신호와는 상이하다.
즉, 종래의 경우 능동 스타일러스와의 공진을 위해 호스트로서의 터치 스크린 패널은 그 배면에 인덕턴스가 큰 코일 또는 자성체를 구비한 회로를 통해 트리거 신호를 발생하였으나, 본 발명의 실시예는 사람의 인체를 임피던스성 연결 매체로 활용하므로 전자기 유도방식과 무관하며, 이에 따라 상기 트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 발생부(190)가 인덕터 성분 또는 자성체를 구비할 필요가 없게 된다.
오히려, 본 발명의 실시예에 기존과 같은 전자기 성분을 갖은 트리거 신호를 사용하게 되면 노이즈 유발 가능성이 커지므로, 상기 트리거 신호 발생부(190)에서 발생되는 신호는 소정의 주파수를 갖는 RC 신호임이 바람직하다.
또한, 상기 복수의 제 1라인들(112) 및 제 2라인들(114)은 투명 기판(미도시) 상의 서로 다른 레이어 또는 동일 레이어 상에 형성될 수 있는 것으로, 투명 도전성 물질로 구현됨이 바람직하다. 이 때, 투명 도전성 물질은 ITO(Indium-Tin-Oxide), IZO(Indium-Zinc-Oxide) 또는 CNT(Carbon Nano Tube)로 형성될 수 있다.
단, 이후 본 발명의 실시예에 대한 설명에서는 상기 제 1, 2라인들(112, 114)이 서로 다른 레이어에 형성되는 구조를 그 예로 설명하며, 이 경우 상기 복수의 제 1라인들(112) 및 제 2라인들(114) 사이에는 유전체로서의 역할을 수행하는 절연층(미도시)이 형성된다.
또한, 도 1에 도시된 실시예에서는 상기 제 1라인들(112) 및 제 2라인들(114)이 서로 직교(orthogonal) 교차하는 형태로 배열됨을 그 예로 설명하고 있으나, 이는 하나의 실시예로서 그 외에도 다른 기하학적 구성의 교차 형태(극좌표 배열의 동심 라인 및 방사상 라인) 등으로 구현될 수도 있다.
이와 같은 상기 제 1라인들(112)과 제 2라인들(114)의 배열에 의해 서로 교차되는 지점에 대해서는 제 1라인과 제 2라인 간의 정전용량(Capacitance, CM)이 형성되며, 상기 정전용량이 형성된 각 교차점은 터치 인식을 구현하는 각각의 감지셀(116)로서의 역할을 수행한다.
또한, 상기 구조를 갖는 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템(100)은, 사용자의 일측 손(172)이 외부 전극(192)을 접촉하지 않은 경우에서의 손가락(170)에 의한 터치 인식(이하, 제 1감지모드)과, 사용자의 일측 손(172)이 외부 전극(192)을 접촉한 경우에서의 손가락(170) 또는 스타일러스(180)에 의한 터치 인식(이하, 제 2감지모드)을 구분하여 동작됨을 특징으로 한다.
이를 위해 상기 터치 스크린 시스템(100)은 제 1감지모드와 제 2감지모드에서의 터치 인식 동작을 서로 상이하게 수행하며, 이를 도 3에 도시된 순서도를 참조하여 설명하면 다음과 같다.
최초 터치 스크린 시스템(100)에 전원이 인가되면 먼저 제 1감지모드의 동작이 수행된다.
제 1감지모드인 경우에는 상기 제 1라인들(112)은 구동라인으로서의 동작을 수행하고, 제 2라인들(114)은 감지라인으로서의 동작을 수행한다.
즉, 상기 제 1라인들(112)로는 순차적으로 상기 구동회로(120)에서 출력되는 구동신호가 인가(ST 100)되며, 이를 위해 상기 선택부(140)는 내부에 구비된 선택스위치(142)가 도 1에 도시된 a접점에 접속됨으로써, 상기 각각의 제 1라인들(112)을 상기 구동회로(120)에 연결시킨다.
이후, 사용자가 터치 스크린 패널(110)의 외면에 구비된 외부 전극(172)을 일측 손으로 파지하여 접촉하는 지 여부 즉, 사용자의 일측 손이 상기 외부 전극과 접촉되는지 여부를 감지하여 제 2감지모드로 전환될 수 있다(ST 200).
단, 상기 제 2감지모드로의 진입은 반드시 상기 외부 전극(172)과 사용자 신체의 접촉에 의해서만 수행되는 것은 아니며, 사용자의 선택에 의해 수행될 수도 있다. 일 예로 별도의 수동 스위치를 구비하여 이를 사용자가 턴 온한 경우에 제 2감지모드로 전환되도록 구현될 수도 있다.
이 때, 사용자가 외부 전극(172)과 접촉하지 않고 터치 스크린 패널을 손가락으로 터치할 경우, 이는 앞서 언급한 제 1감지모드에 해당하므로 상기 제 1라인들(112)은 구동라인으로서의 동작을 수행하고, 제 2라인들(114)은 감지라인으로서의 동작을 수행한다(ST 300).
이에 상기 각 감지셀(116)에서 생성된 정전용량은 상기 각 감지셀에 연결된 제 1라인(112)에 상기 구동회로(120)로부터 구동 신호가 인가되는 경우, 상기 각 감지셀에 연결된 제 2라인(114)으로 커플링된 신호를 발생시킨다.
즉, 상기 각 감지셀에 연결된 구동 라인으로서의 제 1라인(112)에 구동 신호가 인가되면, 상기 각 감지셀(116)에서 생성된 정전용량의 변화량은 상기 각 감지셀과 연결된 제 2라인(114)을 통해 제 2감지회로(150)로 출력된다.
또한, 제 2감지회로(150)는 각각의 제 2라인들(114) 별로 앰프부(AMP)(152), 샘플/홀드회로(SH)(154) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(156)를 포함하여 구성되며, 상기 앰프부(152) 및 샘플/홀드회로(154)에서 출력된 신호는 아날로그-디지털 변환기(156)을 통해 제 2감지신호로 변환되어 상기 처리부(160)로 출력된다.
또한, 상기 구동회로(120)는 각 제 1라인들(X1,X2,…,Xn)에 순차적으로 구동 신호를 제공하므로, 상기 구동회로(120)가 제 1라인들(X1,X2,…,Xn) 중 어느 한 제 1라인에 구동 신호를 제공할 경우, 그 외 다른 제 1라인들에는 구동 신호가 인가되지 않는다.
즉, 상기 제 1라인들 중 구동 신호가 인가되지 않는 제 1라인들은, 상기 선택부(140) 내부에 구비된 선택스위치(142)가 도 1에 도시된 b접점 또는 c접점에 접속됨으로써, 제 1감지회로(130) 또는 접지전원(GND)에 연결된다.
다음으로 사용자가 외부 전극(172)과 접촉한 경우 즉, 사용자의 일측 손으로외부전극(172)과 접촉하고, 타측 손에 파지된 스타일러스(180) 또는 타측 손의 손가락으로 터치 스크린 패널을 터치할 경우, 이는 앞서 언급한 제 2감지모드에 해당하므로 상기 제 1라인들(112) 및 제 2라인들(114)은 모두 감지라인으로서의 동작을 수행한다(ST 400).
상기 제 2감지모드에서는, 상기 선택부(140)의 선택스위치(142)가 b접점에 접속되어 상기 제 1라인들이 제 1감지회로(130)과 연결되며, 이를 통해 상기 제 1라인들은 구동라인이 아닌 상기 손가락(170) 또는 스타일러스(180)의 접촉에 의해 발생된 커플링 신호를 상기 제 1감지회로(130)로 전달하는 감지라인으로서의 동작을 수행하게 된다.
이 때, 상기 제 1감지회로(130)는 앞서 설명한 제 2감지회로(150)와 동일한 구성으로 구현되는 것으로서, 도 1에 도시된 바와 같이 각각의 제 1라인들(112) 별로 앰프부(AMP)(132), 샘플/홀드회로(SH)(134) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)(136)를 포함하여 구성되며, 상기 앰프부(132) 및 샘플/홀드회로(134)에서 출력된 신호는 아날로그-디지털 변환기(136)을 통해 제 1감지신호로 변환되어 처리부(160)로 출력된다.
이와 같이 상기 제 1라인들이 제 1감지회로(130)와 연결되는 것은, 제 2감지모드에서의 터치 인식 동작을 수행하기 위해 구현된다.
즉, 상기 제 2감지모드의 경우 접촉이 수행되는 손가락(170) 또는 스타일러스(180)은 앞서 설명한 트리거 신호를 출력하는 역할을 하는데, 이는 상기 제 1감지모드 터치 인식 동작 수행 시 상기 제 1라인들로 인가되는 구동 신호와 유사한 역할을 하게 된다.
따라서, 상기 제 2감지모드에서 손가락(170) 또는 스타일러스(180)가 특정 감지셀(116)에 접촉되는 경우, 상기 감지셀(116)과 연결된 제 1라인(112) 및 제 2라인(114)은 각각 상기 제 1라인(112) 및 감지셀(116)에서의 정전용량 변화에 의해 발생된 커플링 신호를 상기 제 1감지회로(130) 및 제 2감지회로(140)로 전달하는 감지라인으로서의 동작을 수행하게 되는 것이며, 이를 통해 상기 스타일러스(180)가 접촉된 감지셀의 위치를 검출할 수 있는 것이다.
이하에서는 본 발명의 터치 스크린 시스템에 의한 제 1감지모드 및 제 2감지모드에서의 터치 인식 동작을 보다 구체적으로 설명하도록 한다.
먼저 제 1라인들(112)은 구동라인으로 동작하여 상기 제 1라인들에 순차적으로 구동신호가 인가되고, 제 2라인들(114)은 감지라인으로 동작하여 제 2감지회로(150)에 연결되는 구성에 의한 제 1감지모드의 터치 인식 동작을 설명한다.
도 4는 도 1에 도시된 터치 스크린 패널의 단순화된 회로도이다.
도 4를 참조하면, 도 1에 도시된 터치 스크린 패널(110)은 정전용량 회로로 표현될 수 있으며, 이는 구동 라인으로서의 제 1라인(112) 및 감지라인으로서의 제 2라인(114)을 포함하고, 이들이 공간적으로 분리됨으로써 정전용량 결합 노드 즉, 감지셀(116)을 형성한다. 이 때, 상기 제 1라인(112)은 전압원으로 표현된 구동회로(120)과 연결되고, 상기 제 2라인(114)은 제 2감지회로(150)와 연결된다.
앞서 설명한 바와 같이 상기 제 1라인(112)이 구동회로(120)와 연결되는 것은 선택부(140)에 구비된 선택스위치(142)가 a접점에 접속됨에 의해 구현된다.
또한, 상기 제 1라인(112) 및 제 2라인(114) 각각은 소정의 기생 정전용량(112a, 114a)을 포함할 수 있다.
상기 제 1라인(112)와 제 2라인(114)의 교차점 즉, 감지셀(116)에 접촉하는 손가락(170)이 없는 경우라면 상기 감지셀(116)에서 발생되는 정전용량(CM)은 변화가 없으나, 상기 손가락이 감지셀(116)에 접촉될 경우에는 상기 정전용량의 변화가 발생되며, 이러한 변화는 결과적으로 상기 감지셀(116)에 연결된 감지라인으로서의 제 2라인(114)으로 운반되는 전류(및/또는 전압)을 변화시킨다.
이에 상기 제 2라인(114)과 연결된 제 2감지회로(130)는 상기 정전용량 변화 및 감지셀(116)의 위치에 대한 정보를 ADC(도 1의 156)를 거쳐 소정의 형태로 변환한 제 2감지신호를 생성하여 이를 처리부(도 1의 160)에 전송한다.
상기 정전용량 변화가 발생된 감지셀(116)의 위치를 검출하는 방식에 대한 일 실시예를 설명하면 다음과 같다.
상기 제 2감지회로(150)는 상기 감지셀(116)에 연결된 제 2라인(114)의 정전용량 변화를 감지하게 되면, 상기 정전용량 변화가 발생된 제 2라인(114)의 좌표와 상기 구동회로(120)로부터 구동신호가 입력된 제 1라인(112) 즉, 상기 감지셀(116)에 연결된 제 1라인(112)의 좌표를 출력하여, 접촉이 수행된 적어도 하나의 감지셀들의 좌표를 얻게 된다.
이는 상기 제 2감지회로(150)가 상기 구동회로(120)와 배선(미도시) 등을 통해 접속됨을 통해 구현되는 것으로서, 상기 구동회로(120)는 상기 제 1라인들(112)에 대해 스캔(순차적으로 구동 신호를 인가)하는 동시에 상기 스캔한 제 1라인들의 좌표를 상기 제 2감지회로(150)로 끊임없이 출력함으로써, 상기 제 2감지회로(150)는 상기 제 2라인(114)에 대한 정전용량 변화를 감지함과 동시에 상기 정전용량이 변화되는 지점 즉, 감지셀(116)에 대응되는 제 1라인(112)의 위치 좌표도 얻을 수 있게 된다.
이와 같은 구성에 의하여 본 발명의 실시예에 의한 터치 스크린 시스템은 복수의 손가락 접촉 지점에 대한 인식 즉, 멀티 터치 인식을 구현할 수 있게 된다.
도 5a는 정상 상태(터치 없음) 조건에서의 감지셀에 대한 단면도이고, 도 5b는 도 5a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 5a를 참조하면, 유전체로서의 절연막(118)에 의해 분리된 제 1라인(112) 및 제 2라인(114) 간의 정전용량 전계선(electric field line)(200)이 도시되어 있다. 또한, 상기 제 2라인(114) 상부에는 보호막(119)이 형성될 수 있다.
이 때, 상기 제 1라인(112)와 제 2라인(114)이 교차되는 지점이 감지셀(116)이며, 상기 감지셀(116)에 대응하여 도시된 바와 같이 상기 제 1라인(112)와 제 2라인(114) 사이에 정전용량(Capacitance, CM)이 형성된다.
단, 상기 각 감지셀(116)에서 생성된 정전용량(CM)은 상기 각 감지셀에 연결되는 제 1라인(112)에 구동회로(120)로부터 구동 신호가 인가되는 경우에 발생된다.
즉, 도 5b를 참조하면, 상기 구동회로(120)는 각 제 1라인들(X1,X2,…,Xn)에 순차적으로 구동 신호(일 예로 3V의 전압을 갖는 신호)를 제공하고, 상기 구동회로(120)가 제 1라인들(X1,X2,…,Xn) 중 어느 한 제 1라인에 구동 신호를 제공할 경우 그 외 다른 제 1라인들에는 구동 신호가 인가되지 않는다.
이 때, 상기 구동 신호가 인가되지 않는 제 1라인들은 앞서 설명한 바와 같이 제 1감지회로(130)에 연결되거나, 접지전원(GND)에 연결된다.
도 5b의 경우 첫번째 제 1라인(X1)에 구동 신호가 인가되는 것을 그 예로 한다.
따라서, 상기 구동 신호가 인가된 X1 라인과 교차되는 복수의 제 2라인들에 의한 복수의 교차점 즉, 감지셀들(S11, S12,…S1m)에는 각각의 정전용량이 형성되며, 이에 따라 상기 구동 신호가 인가되는 감지셀 별로 이에 연결된 제 2라인(Y1,Y2,…,Ym)들로 상기 정전용량에 대응되는 신호(일 예로 0.3V의 전압을 갖는 신호)가 감지된다.
도 6a는 손가락에 의한 접촉 조건에서의 감지셀에 대한 단면도이고, 도 6b는 도 6a에 의한 각 감지셀에 인가되는 구동 신호에 따른 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 6a를 참조하면, 손가락(170)이 적어도 하나의 감지셀(116)에 접촉되면, 상기 손가락(170)은 저임피던스 물체로서 제 2라인(114)에서 신체까지 AC 정전용량 C1을 갖는다. 신체는 약 200pF의 접지에 대한 자기 정전용량을 가지며, 이는 상기 C1보다 훨씬 크다.
이에 손가락(170)이 접촉되어 상기 제 1라인(112)과 제 2라인(114) 사이의 전계선(210)을 차단하는 경우, 상기 전계선은 손가락(170)과 신체에 내재된 정전용량 경로를 통해 접지로 분기되며, 그 결과 상기 도 6a에 도시된 정상 상태에서의 정전용량(CM)은 상기 C1만큼 감소된다(CM1= CM - C1).
또한, 이와 같은 각 감지셀에서의 정전용량 변화는 결과적으로 상기 감지셀(116)에 연결된 제 2라인(114)으로 운반되는 신호를 변화시킨다.
즉, 도 6b에 도시된 바와 같이 상기 구동회로(120)는 각 제 1라인들(X1,X2,…,Xn)에 순차적으로 구동 신호(일 예로 3V의 전압을 갖는 신호)를 제공함에 의해 상기 구동 신호가 인가된 X1 라인과 교차되는 복수의 제 2라인들에 의한 복수의 감지셀들(S11, S12,…S1m)에는 각각의 정전용량(CM)이 형성되는데, 손가락(170)에 의해 적어도 하나의 감지셀(일 예로 S12, S1m)이 접촉되는 경우 상기 정전용량이 감소되어(CM1) 상기 접촉된 감지셀들(S12, S1m)과 연결된 제 2라인(Y2, Ym)으로는 상기 감소된 정전용량에 대응되는 신호(일 예로 0.2V의 전압을 갖는 신호)가 감지된다.
단, 상기 X1 라인과 연결되어 있으나, 손가락(170)에 의한 접촉이 수행되지 않은 다른 감지셀들은 그대로 기존의 정전용량(CM)이 유지되므로 이에 연결된 제 2라인들로는 이전과 같은 신호(일 예로 0.3V의 전압을 갖는 신호)가 감지된다.
이후 상기 제 2라인(Y1,Y2,…,Ym)과 연결된 제 2감지회로(150)는 접촉된 감지셀들(S12, S1m)에 대한 상기 정전용량 변화 및 그 위치에 대한 정보를 ADC(도 1의 160)를 거쳐 소정의 형태로 변환한 제 2감지신호를 생성하여 이를 처리부(160)에 전송한다.
다음으로는 제 1라인들(112) 및 제 2라인들(114)이 모두 감지라인으로 동작하는 제 2감지모드의 터치 인식 동작을 설명한다.
즉, 상기 제 2감지모드에서는 상기 제 1라인들(112) 및 제 2라인들(114)은 모두 감지라인으로 동작하므로, 상기 제 1라인들(112) 및 제 2라인들(114)은 각각 제 1감지회로(130) 및 제 2감지회로(150)에 연결된다.
상기 제 2감지모드는 외부전극(172)을 통해 출력되는 트리거 신호가 R-C 조합으로 모델링 되는 사용자의 신체(300)를 통해 손가락(170) 또는 사용자의 타측 손에 파지된 스타일러스(180)를 거쳐 이에 접촉되는 터치 스크린 패널(110)의 감지셀(도 1의 116)으로 전달된다.
즉, 상기 제 2감지모드에 있어서의 손가락(170) 또는 스타일러스(180)은 상기 트리거 신호를 방출하는 동작을 수행하는 것으로, 이는 앞서 설명한 제 1감지모드의 터치 인식 동작 수행 시 상기 제 1라인들로 인가되는 구동 신호와 유사한 역할을 하게 된다.
따라서, 상기 손가락(170) 또는 스타일러스(180)가 특정 감지셀(116)에 접촉하는 경우, 상기 스타일러스(180)에서 방출되는 트리거 신호에 의하여 상기 감지셀(116)에서의 정전용량 변화가 발생된다.
이에 상기 감지셀(116)과 연결된 제 1라인(112) 및 제 2라인(114)은 상기 제 1라인(112) 및 감지셀(116)에서의 정전용량 변화에 의해 발생된 커플링 신호를 상기 제 1감지회로(130) 및 제 2감지회로(150)로 전달하는 감지라인으로서의 동작을 수행하게 되며, 이를 통해 상기 스타일러스(180)가 접촉된 감지셀의 위치를 검출할 수 있는 것이다.
도 7은 스타일러스가 특정 감지셀에 접촉되는 경우의 감지 결과를 개략적으로 나타내는 도면이다.
다만, 도 7에서는 일 예로 첫번째 제 1라인(X1)에는 구동신호가 인가되고, 세번째 제 1라인(X3) 및 두번째 제 2라인(Y2)에 연결된 감지셀(S32)에 스타일러스(180)가 접촉된 경우의 터치 인식 동작을 설명하도록 한다.
도 7을 참조하면, 스타일러스(180)가 접촉되는 특정 감지셀(S32)의 경우, 이에 연결된 X3 라인 및 Y2 라인은 각각 제 1감지회로(도 1의 130) 및 제 2감지회로(도 1의 150)에 연결되는 감지라인으로서 동작한다.
즉, 도 7의 실시예에서는 X1라인은 구동신호가 인가되는 구동라인으로 동작하나, 그 외의 모든 제 1, 2라인은 모두 감지라인으로 동작할 수 있다.
따라서, 상기 감지셀(S32)의 최초 정전용량은 상기 스타일러스의 접촉에 의해 변동되고, 상기 변동된 정전용량에 대응되는 신호(일 예로 0.5V의 전압을 갖는 신호)는 상기 감지셀(S32)와 연결된 X3 라인 및 Y2 라인을 통해 감지된다.
이 때, 스타일러스에 의한 접촉이 수행되지 않은 다른 감지셀들은 그대로 기존의 정전용량이 유지되므로 이에 연결된 제 2라인들로는 이전과 같은 신호(일 예로 0.3V의 전압을 갖는 신호)가 감지되고, 이에 연결된 제 1라인들은 X1의 경우 구동신호가 인가되고, 나머지 제 1라인들은 접지전원에 연결되거나 또는 제 1감지회로에 연결되더라도 신호의 변동이 없다.
이후 상기 제 1라인 및 제 2라인과 연결된 각각 제 1감지회로(130) 및 제 2감지회로(150)는 접촉된 감지셀들(S32)에 대한 상기 정전용량 변화 및 그 위치에 대한 정보를 ADC(도 1의 136, 156)를 거쳐 소정의 형태로 변환한 제 1감지신호 및 제 2감지신호를 생성하여 이를 처리부(160)에 각각 전송하며, 이를 통해 상기 접촉된 감지셀의 좌표인 (X3, Y2)가 검출될 수 있는 것이다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
100: 터치 스크린 시스템 110: 터치 스크린 패널
112: 제 1라인 114: 제 2라인
116: 감지셀 120: 구동회로
130: 제 1감지회로 140: 선택부
150: 제 2감지회로 160: 처리부
170: 손가락 172: 일측 손
180: 스타일러스 190: 트리거 신호 발생부
192: 외부전극

Claims (13)

  1. 복수의 제 1라인들 및 상기 제 1라인들과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 제 2라인들과, 상기 제 1라인들 및 제 2라인들의 교차점에 형성되는 복수의 감지셀들을 포함하는 터치 스크린 패널과;
    상기 제 1라인들에 순차적으로 구동신호를 인가하는 구동회로와;
    상기 제 1라인들로부터 감지된 정전용량 변화 정보를 제공받아 이에 대응한 제 1감지 신호를 생성하는 제 1감지회로와;
    상기 제 1라인들을 상기 구동회로 또는 제 1감지회로에 연결시키는 선택부와;
    상기 각 감지셀들로부터 감지된 정전용량 변화 정보를 상기 제 2라인들로부터 제공받아 이에 대응한 제 2감지 신호를 생성하는 제 2감지회로와;
    상기 제 1 및/또는 제 2감지회로로부터 감지신호를 제공받아 검출된 터치 위치를 판별하는 처리부와;
    트리거 신호를 생성하는 트리거 신호 발생부와;
    상기 터치 스크린 패널의 외면에 노출되며, 상기 트리거 신호를 외부로 출력하는 외부 전극이 포함됨을 특징으로 하는 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 터치 스크린 패널에 접촉되는 대상으로서의 스타일러스가 더 포함되며,
    상기 스타일러스는 단순 도체로 이루어진 수동 스타일러스로 구현됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 터치 스크린 패널의 외면에 노출된 외부 전극은 사용자의 일측 손과 접촉되며, 상기 외부 전극을 통해 출력되는 트리거 신호가 사용자의 신체를 통해 사용자의 타측 손의 손가락 또는 상기 타측 손에 파지된 스타일러스로 전달됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 트리거 신호는 소정의 주파수를 갖는 RC 신호임을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 선택부는 상기 각각의 제 1라인들을 상기 구동회로 또는 제 1감지회로에 연결시키는 복수의 선택 스위치들을 포함함을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 복수의 선택 스위치들은 상기 제 1라인들을 접지전원에 연결시키는 동작을 수행함을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 접지전원에 연결되는 제 1라인들은 구동신호가 인가된 제 1라인에 인접한 제 1라인들임을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 선택 스위치에 의해 상기 구동회로에 연결되는 제 1라인 이외의 제 1라인들은 상기 제 1감지회로 또는 접지전원에 연결됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템.
  9. 제 1항 내지 제 8항 중 어느 하나에 의한 터치 스크린 시스템의 구동방법에 있어서,
    복수의 제 1라인들에 구동회로에서 제공된 구동신호가 순차적으로 인가되는 단계와;
    사용자의 일측 손이 상기 외부 전극과 접촉되는지 여부를 감지하는 단계와;
    사용자의 일측 손이 상기 외부 전극을 접촉하지 않는 경우 제 1감지모드의 동작이 수행되는 단계와;
    사용자의 일측 손이 상기 외부 전극과 접촉되는 경우 제 2감지모드의 동작이 수행되는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템의 구동방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 제 1감지모드의 경우 상기 제 1라인들은 구동라인으로서의 동작을 수행하고, 제 2라인들은 감지라인으로서의 동작을 수행함을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템의 구동방법.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 제 1감지모드의 동작은,
    상기 사용자의 타측 손의 손가락에 의한 터치에 의해 상기 구동신호가 인가되는 제 1라인에 대응한 감지셀과 연결된 제 2라인으로 상기 감지셀들로부터 감지된 정전용량 변화 정보가 출력되어 이에 대응한 감지신호가 생성됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템의 구동방법.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 제 2감지모드의 경우 상기 제 1라인들 및 제 2라인들이 모두 감지라인으로서의 동작을 수행함을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템의 구동방법.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 제 2감지모드의 동작은,
    상기 사용자의 타측 손의 손가락 또는 타측 손에 파지된 스타일러스에 의한 터치에 의해 상기 제 1감지회로에 연결되는 제 1라인에 대응한 감지셀과 연결된 제 2라인으로부터 감지된 정전용량 변화정보가 각각 제 1라인 및 제 2라인으로 출력되어 이에 대응한 감지신호가 생성되는 단계가 포함됨을 특징으로 하는 터치 스크린 시스템의 구동방법.
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