KR101985573B1 - 사용자 분별이 가능한 정전용량 방식의 터치스크린 센서 - Google Patents

사용자 분별이 가능한 정전용량 방식의 터치스크린 센서 Download PDF

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    • H03K17/96—Touch switches
    • H03K17/962—Capacitive touch switches

Abstract

터치스크린패널에 사용자의 손가락 접촉만으로 사용자를 판별할 수 있는 사용자 분별이 가능한 정전용량 방식의 터치스크린 센서가 개시된다. 이는 종래의 정전용량 방식의 터치스크린패널 방식을 그대로 적용하면서, 종래의 모바일기기에서처럼 지문 인식 등 복잡한 사용자 인증절차 대신, 사용자의 터치 입력 시 사용자 손가락 고유의 전기적 저항 성분을 검출하여 사용자를 간편하게 판별할 수 있는 장점이 있다. 또한, 단일 터치인식 기기에 다중 사용자를 인지하여 교육용 전자칠판이나 모발일 게임등 다양한 어플에 적용가능하다.

Description

사용자 분별이 가능한 정전용량 방식의 터치스크린 센서{User-Differentiation Capacitive Touch Screen Sensor}
본 발명은 정전용량 방식의 터치스크린 센서에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터치스크린패널에 사용자의 손가락 접촉만으로 사용자를 판별할 수 있는 사용자 분별이 가능한 정전용량 방식의 터치스크린 센서에 관한 것이다.
최근 이동 통신 단말기를 통해서는 전화 또는 문자 메시지 전송 서비스와 같은 통신 기능뿐만 아니라, 모바일 뱅킹 등 개인 정보가 활용되는 다양한 부가 기능이 제공되고 있다. 이에 따라, 이동 통신 단말기의 잠금 장치에 대한 필요성이 더욱 중요하게 부각되고 있다.
이동 통신 단말기에 적용되었던 기존의 잠금 장치는 비밀번호를 이용하는 전통적인 방식이 대부분이었다. 예를 들면, 전화 기능, 부가 기능, 또는 국제 전화 기능 등에 잠금 장치를 적용시키고, 해당 기능을 이용하기 위해서는 해당 비밀번호를 입력해야만 이용이 가능하도록 하는 방식이었다.
그러나, 이러한 방식은 비밀번호가 노출되었을 때 무용지물이 된다는 점, 안정성 확보를 위해 주기적으로 비밀번호를 변경하여야 한다는 점, 사용자 입장에서 비밀번호를 기억해 두어야 한다는 점 등에서 불편함이 있었다.
따라서, 최근에는 이러한 방식을 보완하고 잠금 효과를 향상시키기 위하여, 지문 인식을 통한 잠금 장치가 장착된 단말기를 본격적으로 개발하고 있다.
하지만, 이러한 지문 인식을 통한 잠금 장치 방식은 사용 인증 절차가 복잡하고, 지문의 손상이나 지문이 흐려지면 지문 사용에 있어서 불편함이 따른다.
한국등록특허 10-1432988
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 종래의 정전용량 방식의 터치스크린패널 방식을 그대로 적용하면서, 사용자의 터치 입력 시 사용자 손가락 고유의 전기적 저항성분을 검출하여 사용자를 간편하게 판별할 수 있는 사용자 분별이 가능한 정전용량 방식의 터치스크린 센서를 제공하는데 있다.
상기 과제를 해결하기 위한 본 발명의 사용자 분별이 가능한 정전용량 방식의 터치스크린 센서는 미세패턴이 가로 방향으로 배열되는 제1 전극층과 미세패턴이 세로 방향으로 배열되는 제2 전극층의 조합으로 형성된 터치스크린패널, 상기 터치스크린패널에 주파수 성분을 갖는 발진신호를 인가하는 구동부, 상기 터치스크린패널에서 발생된 신호를 감지하는 감지부 및 상기 감지부에서 출력된 신호를 인가받고, 상기 구동부의 주파수 성분을 조절하는 처리부를 포함하고, 상기 처리부는 사용자가 상기 터치스크린패널을 접촉했을 때, 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 임피던스가 최소가 되도록 함으로써 사용자 손가락의 전기적 저항값을 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 구동부는, 상기 발진신호를 생성하기 위한 신호발생부 및 상기 신호발생부에서 발생된 신호를 이용하여, 상기 터치스크린패널의 터치에 의해 발생되는 커패시턴스 성분을 상쇄하기 위한 인덕터부를 포함할 수 있다.
상기 인덕터부는 상기 신호발생부와 상기 터치스크린패널 사이에 연결될 수 있다.
상기 발진신호는 정현파 전압 또는 정현파 전류 신호일 수 있다.
상기 감지부는, 상기 구동부에 의해 정현파 전압신호가 상기 터치스크린패널에 인가됐을 때, 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 전류를 감지하여, 감지된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환부, 상기 전류-전압 변환부의 출력신호를 인가받고, 인가된 신호중 특정 주파수만을 필터링하는 필터회로부 및 상기 필터회로부로부터 필터링 된 신호를 인가받고, 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog-Digital Converter)회로부를 포함할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 구동부에 의해 정현파 전류신호가 상기 터치스크린패널에 인가됐을 때, 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 전압을 감지하는 전압버퍼부, 상기 전압버퍼부의 출력신호를 인가받고, 인가된 신호중 특정 주파수만을 필터링하는 필터회로부 및 상기 필터회로부로부터 필터링 된 신호를 인가받고, 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog-Digital Converter)회로부를 포함할 수 있다.
상기 구동부와 상기 터치스크린패널 사이에 연결되고, 상기 구동부의 신호를 상기 터치스크린패널의 각 채널에 순차적으로 인가하는 디멀티플렉서(DEMultiplexer) 및 상기 터치스크린패널과 상기 감지부 사이에 연결되고, 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 신호를 상기 감지부에 순차적으로 인가하는 멀티플렉서(Multiplexer)를 더 포함할 수 있다.
상기 구동부는, 상기 디멀티플렉서로 단일의 발진신호를 인가하는 신호발생기 및 상기 신호발생기에서 발생된 신호를 이용하여, 상기 터치스크린패널의 터치에 의해 발생되는 커패시턴스 성분을 상쇄하기 위한 인덕터를 포함할 수 있다.
상기 감지부는, 상기 멀티플렉서로부터 수신된 단일의 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기, 상기 전류-전압 변환기의 출력신호를 인가받고, 인가된 신호중 특정 주파수만을 필터링하는 필터회로 및 상기 필터회로로부터 필터링 된 신호를 인가받고, 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC회로를 포함 할 수 있다.
상기 처리부는 상기 터치스크린패널에서 발생되는 커패시턴스 성분을 상쇄하기 위해 상기 구동부에서 출력되는 주파수를 조절할 수 있다.
상기 처리부는 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 임피던스가 최소가 되도록 하는 주파수 성분을 저장하기 위한 메모리를 포함할 수 있다.
상기 처리부는 상기 구동부에서 정현파 전압신호를 인가하여 상기 터치스크린패널에서 발생되는 전류의 크기를 계측하거나, 상기 구동부에서 전류신호를 인가하여 상기 터치스크린패널에서 발생되는 전압을 계측하여 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 임피던스를 추출할 수 있다.
상술한 본 발명에 따르면, 종래의 정전용량 방식의 터치스크린패널 방식을 그대로 적용하면서, 종래의 모바일기기에서처럼 지문 인식 등 복잡한 사용자 인증절차 대신, 사용자의 터치 입력 시 사용자 손가락 고유의 전기적 저항성분을 검출하여 사용자를 간편하게 판별할 수 있는 장점이 있다.
또한, 단일 터치인식 기기에 다중 사용자를 인지하여 교육용 전자칠판이나 모발일 게임등 다양한 어플에 적용가능하다.
본 발명의 기술적 효과들은 이상에서 언급한 것들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 효과들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 일반적인 정전용량 방식의 터치스크린패널을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 사용자 판별 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치스크린 센서를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치스크린 센서를 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치스크린 센서를 나타내는 도면이다.
본 발명은 다양한 변환을 가할 수 있고 여러 가지 실시 예를 가질 수 있는바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변환, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명을 설명함에 있어서 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.
이하, 본 발명에 따른 실시 예들을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 하며, 첨부 도면을 참조하여 설명함에 있어, 동일하거나 대응하는 구성 요소는 동일한 도면번호를 부여하고 이에 대한 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
도 1은 일반적인 정전용량 방식의 터치스크린패널을 나타내는 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 사용자 판별 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 정전용량 방식의 터치스크린패널(100)은 제1 전극층(110), 제2 전극층(120), 제1 절연층(130) 및 제2 절연층(140)을 포함할 수 있다.
제1 전극층(110)은 다수개의 삼각형 또는 사각형 센싱패드의 꼭지점이 일정간격 이격되게 횡방향으로 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 이러한 미세패턴들이 종방향으로 일정간격 이격되게 배열되어 있다.
제2 전극층(120)은 다수개의 삼각형 또는 사각형 센싱패드의 꼭지점이 일정간격 이격되게 종방향으로 서로 전기적으로 연결되어 있으며, 이러한 미세패턴들이 제1 전극층(110)의 미세패턴들과 직교형태로 배치되도록 횡방향으로 일정간격 이격되게 배열될 수 있다. 따라서, 터치스크린패널(100)을 평면에서 바라볼 때, 터치스크린패널(100)의 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120)은 직교형 격자모양으로 이루어질 수 있다.
바람직한 실시예에 따르면 본 발명의 제1 전극층(110)은 구동전극층, 제2 전극층(120)은 감지전극층일 수 있으나, 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120)을 이에 한정하는 것은 아니다.
제1 절연층(130)은 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120) 사이에 형성되는 절연층으로써, 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120) 간에 전기가 통하지 않도록 절연하는 기능한다.
제2 절연층(120)은 터치스크린패널(100)의 최외각에 배치되어 노출면으로부터 손가락과 같은 신체의 일부, 스타일러스 펜(stylus pen)등 입력수단의 터치를 입력받는 역할을 수행한다. 여기서, 제2 절연층(120)은 투명필름일 수 있다.
일반적으로, 정전용량 방식의 터치스크린패널(100)에는 사용자가 손가락으로 터치패널을 접촉하지 않더라도 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120) 사이에 상호 커패시턴스(mutual capacitance)(Cm)가 형성된다. 하지만 사용자가 손가락을 접촉하게 되면 도 2에서와 같이 커패시턴스 성분(Cm)이 제1 커패시턴스(Cm1)와 제2 커패시턴스(Cm2)로 나뉘고, 그 사이에는 사용자의 손가락 저항(Rfinger)이 형성된다. 즉, 터치스크린패널(100) 상에 제1 커패시턴스(Cm1), 제2 커패시턴스(Cm2) 및 손가락에 의한 저항(Rfinger)이 직렬로 형성될 수 있다. 여기서, 제1 커패시턴스(Cm1)와 제2 커패시턴스(Cm2)를 제거하면 손가락에 의한 저항(Rfinger)만을 추출할 수 있기 때문에, 상기 직렬회로에 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)을 제거하기 위한 인덕턴스(L) 성분을 갖는 인덕터(150)가 직렬로 연결될 수 있다.
또한, 인덕터(150)에 주파수신호 발진기(160)를 추가하여 특정 주파수를 갖는 발진신호를 인가함으로써 사용자가 터치스크린패널(100)을 터치했을 때 터치스크린패널(100)의 각 채널에는 인덕터(150)의 인덕턴스(L), 터치스크린패널(100)의 제1 커패시턴스(Cm1), 사용자의 손가락 저항(Rfinger) 및 제2 커패시턴스(Cm2)로 구성된 직렬 등가회로를 형성할 수 있다. 형성된 등가회로의 임피던스(Z)는 아래의 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112016042764330-pat00001
여기서, Z는 사용자가 터치스크린패널(100)을 터치했을 때, 터치스크린패널(100)의 각 채널에서 발생되는 임피던스, Rfinger는 사용자의 손가락 저항, f는 주파수, L은 인덕터의 인덕턴스, Cm은 손가락으로 터치스크린패널(100)을 터치했을 때 터치스크린패널에 발생되는 제1 커패시턴스와 제2 커패시턴스의 합을 나타낸다.
상기한 수학식 1에서와 같이 주파수신호 발진기(160)에서 인덕터(150)와 커패시턴스(Cm1,Cm2)의 리액턴스가 상쇄되는 최적주파수 신호를 인가하게 되면, 제1 커패시턴스(Cm1)와 제2 커패시턴스(Cm2)는 인덕터(150)에 의해 상쇄되고, 임피던스(Z)는 손가락 터치에 의한 손가락 저항(Rfinger)만이 남게 된다.
터치스크린패널(100)과 주파수신호 발진기(160) 사이에 구비된 임피던스 검출회로(170)는 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)이 제거된 손가락 저항(Rfinger)의 크기를 계측하여 검출하고, 검출된 손가락 저항(Rfinger)의 결과를 이용하여 사용자를 판별하게 된다.
사용자 판별을 위한 정전방식의 터치스크린 센서에 대한 상세한 설명을 아래의 실시예들을 통해 구체적으로 설명한다.
제1 실시예
도 3은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치스크린 센서를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치스크린 센서(200)는 터치스크린패널(100), 구동부(210), 감지부(220) 및 처리부(230)를 포함한다.
터치스크린패널(100)은 도 1에 도시한 바와 같은, 일반적인 정전용량 방식의 터치스크린패널(100)일 수 있다. 즉, 터치스크린패널(100)은 미세패턴이 가로 방향으로 배열되는 제1 전극층(110)과 미세패턴이 세로 방향으로 배열되는 제2 전극층(120)의 조합으로 형성될 수 있다.
제1 전극층(110)은 손가락 등의 입력수단의 터치시 제2 전극층(120)과의 상호 정전용량(mutual capacitance)의 변화를 이용하여 터치 좌표를 인식할 수 있도록 하는 역할을 수행한다.
여기서, 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120)은 통상적으로 사용하는 ITO(Indium Thin Oxide)뿐만 아니라 유연성이 뛰어나고 코팅 공정이 단순한 전도성 고분자를 이용하여 형성될 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면 본 발명의 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120)은 각각 구동전극층, 감지전극층일 수 있으나, 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120)을 이에 한정하지 않는다.
또한, 터치스크린패널(100)에는 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120) 사이에 형성된 제1 절연층(미도시) 및 터치스크린패널(100)의 최외각에 형성된 제2 절연층(미도시)이 구비될 수 있다.
구동부(210)는 터치스크린패널(100)에 특정 주파수 성분을 갖는 발진신호를 인가하는 역할을 수행하며, 신호발생부(211) 및 인덕터부(212)를 포함할 수 있다.
신호발생부(211)는 복수의 신호발생기(213)들을 포함할 수 있으며, 복수의 신호발생기(213)들은 터치스크린패널(100)의 제1 전극층(110) 각 채널에 각각 직렬로 연결될 수 있다. 여기서, 구동부(210)의 신호발생부(211)는 도 2에 도시한 주파수신호 발진기(160)와 대응될 수 있다.
또한, 본 발명의 제1 실시예에 따른 임피던스 계측방식은, 터치스크린패널(100)에 전압신호의 정현파를 인가하여, 터치스크린패널(100)의 각 채널에서 발생되는 전류의 크기를 계측하는 방식이다. 따라서, 제1 실시예에 따른 신호발생부(211)는 터치스크린패널(100)에 특정 주파수를 갖는 정현파 전압신호를 인가할 수 있다.
인덕터부(212)는 신호발생부(211)와 터치스크린패널(100) 사이에 연결될 수 있으며, 복수의 인덕터(212)들을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 인덕터(212)들은 신호발생부(211)의 복수의 신호발생기(213)들과 터치스크린패널(100)의 각 채널들 사이에 각각 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 사용자가 손가락으로 터치패널을 접촉했을 때 발생되는 손가락 저항 성분(Rfinger)과 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)중 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)은 인덕터(212)의 인덕턴스 성분(L)에 의해 상쇄될 수 있다.
또한, 사용자에 따라 다르게 형성되는 커패시턴스 성분을 상쇄하기 위해 신호발생부(211)는 후술하는 처리부(230)의 신호에 따라 구동부(210)의 정현파 주파수를 조절하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 임피던스가 최소값을 갖도록 한다. 즉, 사용자가 손가락으로 터치스크린패널(100)을 접촉했을 때 발생되는 손가락 저항 성분(Rfinger)과 터치스크린패널(100)의 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2) 및 인덕터(212)의 인덕턴스 성분(L)중 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)과 인턱턴스 성분(L)을 구동부(210)의 정현파 주파수를 조절하여 상쇄함으로써 원하는 손가락 저항 성분(Rfinger)만 남도록 한다.
계속해서, 감지부(220)와 처리부(230)는 상기한 도 2의 임피던스 검출회로(170)와 대응될 수 있다.
감지부(220)는 터치스크린패널(100)에서 발생된 신호를 감지하는 역할을 수행하며, 전류-전압 변환부(221), 필터회로부(222) 및 ADC(Analog-Digital Converter)회로부(223)를 포함할 수 있다.
전류-전압 변환부(221)는 복수의 전류-전압 변환기(224)들을 포함할 수 있으며, 복수의 전류-전압 변환기(224)들은 터치스크린패널(100)의 제2 전극층(120) 각 채널에 각각 직렬로 연결될 수 있다. 즉, 전류-전압 변환부(221)의 반전입력단자에는 터치스크린패널(100)의 제2 전극층(120)이 연결되고, 비반전입력단자에는 기준전압이 연결될 수 있다. 따라서, 전류-전압 변환부(221)는 구동부(210)에 의해 정현파 전압신호가 터치스크린패널(100)에 인가되면, 터치스크린패널(100)의 각 채널에서 발생되는 전류를 감지하고, 감지된 전류를 전압으로 변환한다. 또한 전류-전압 변환부(221)는 터치스크린패널(100)의 제2 전극층(120) 각 채널과 연결되어 있기 때문에 매우 낮은 임피던스의 노드를 제공하는 역할을 수행한다.
필터회로부(222)는 전류-전압 변환부(221)와 직렬로 연결되고, 전류-전압 변환부(221)에서 변환된 전압 신호중 특정 주파수를 포함하는 주파수만을 필터링하는 역할을 수행한다.
또한, 필터회로부(222)에서 필터링된 신호는 필터회로부(222)와 직렬로 연결된 ADC회로부(223)로 출력되고, ADC회로부(223)는 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 처리부(230)로 출력한다.
처리부(230)는 감지부(220)와 구동부(210) 사이에 연결되고, 감지부(220)에서 출력된 각각의 디지털 신호가 입력된다.
처리부(230)는 구동부(210)와 감지부(220)의 신호를 이용하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 임피던스를 구하고, 각 채널에 대한 임피던스가 최소 임피던스를 갖도록 최적 주파수를 구함으로써 사용자 손가락의 전기적 저항값(Rfinger)을 추출할 수 있다. 즉, 처리부(230)는 구동부(210)에서 생성된 정현파 전압 신호와 감지부(220)에서 감지한 전류 신호를 이용하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 각각의 임피던스를 구하는 기능, 사용자가 손가락으로 터치스크린패널(100)을 접촉했을 때 발생되는 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)을 인덕터(214)의 인덕턴스 성분(L)과 상쇄하기 위해 구동부(210)에서 출력되는 정현파 주파수를 조절하여 최적 주파수를 찾는 기능 및 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)과 인덕턴스 성분(L)을 상쇄하여 최소의 임피던스(Z)를 구함으로써 사용자 손가락의 전기적인 저항값(Rfinger)을 추출하는 기능을 수행한다.
처리부(230)에서는 상기한 최적 주파수를 찾기 위해 사용자가 터치스크린패널(100)을 접촉했을 때마다 처리부(230)에서 최적 주파수를 찾는 동작이 매번 수행되거나, 터치스크린 센서의 동작속도가 저감되는 것을 방지하기 위해 최초에 터치스크린패널(100)을 접촉했을 때 찾은 최적 주파수를 저장하고, 동일한 사용자가 터치스크린패널(100)을 접촉했을 때는 저장된 최적 주파수를 이용하기 위한 메모리(231)가 처리부(230) 내에 별도로 구비될 수 있다.
또한, 추출한 사용자 손가락의 저항값(Rfinger)을 이용하여 사용자를 판별하기 위해, 처리부(230)는 추출한 사용자 손가락의 저항값(Rfinger)을 상위단계의 프로세서로 출력하여 사용자를 판별하거나, 미리 처리부(230) 내의 마이크로프로세서(232)에 저장된 사용자 손가락의 저항값(Rfinger)과 비교하여 사용자를 판별할 수도 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치스크린 센서(200)는 사용자의 손가락 저항값(Rfinger)을 추출하기 위해 구동부(210)에서 정현파 전압신호를 터치스크린패널(100)에 인가하고, 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 전류의 크기를 각각 감지부(220)에서 감지하여 처리부(230)로 감지된 신호를 출력한다. 따라서, 처리부(230)에서는 구동부(210)의 전압 신호와 감지부(220)의 전류 신호를 이용하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에서의 임피던스를 계산하고, 계산된 임피던스 정보에 의해 임피던스가 최소가 되도록 최적의 주파수를 구동부(210)를 통해 인가하여 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)과 인덕터(212)의 인덕턴스 성분(L)을 상쇄함으로써 사용자의 손가락 저항값(Rfinger)을 추출할 수 있다.
제2 실시예
도 4는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치스크린 센서를 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치스크린 센서(300)는 제1 실시예에서와 같이 터치스크린패널(100), 구동부(310), 감지부(320) 및 처리부(330)를 포함할 수 있다.
여기서, 터치스크린패널(100)은 제1 실시예에서와 동일한 구성의 정전용량 방식의 터치스크린패널(100)이 사용될 수 있다. 즉, 터치스크린패널(100)은 미세패턴이 가로 방향으로 배열되는 제1 전극층(110)과 미세패턴이 세로 방향으로 배열되는 제2 전극층(120)의 조합으로 형성될 수 있다. 또한, 제1 전극층(110)과 제2 전극층(120) 사이에는 제1 절연층(미도시)이 형성될 수 있고, 터치스크린패널(100)의 최외각에는 제2 절연층(미도시)이 형성될 수 있다.
구동부(310)는 터치스크린패널(100)에 특정 주파수 성분을 갖는 발진신호를 인가하는 역할을 수행하고, 신호발생부(311) 및 인덕터부(312)를 포함할 수 있다.
신호발생부(311)는 복수의 신호발생기(313)들을 포함할 수 있으며, 복수의 신호발생기(313)들은 터치스크린패널(100)의 제1 전극층(110) 각 채널에 각각 직렬로 연결될 수 있다.
본 발명의 제1 실시예에 따른 터치스크린 센서(200)에서는 전기적인 임피던스를 검출하기 위해 구동부(210)를 통해 터치스크린패널(100)에 전압신호의 정현파를 인가하여, 터치스크린패널(100)의 각 채널에서 발생되는 전류의 크기를 계측하는 방식이었으나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치스크린 센서(300)는, 전기적인 임피던스를 검출하기 위해 구동부(310)를 통해 터치스크린패널(100)에 전류신호의 정현파를 인가하여, 터치스크린패널(100)의 각 채널에서 발생되는 전압의 크기를 계측하는 방식이다. 따라서, 제2 실시예에 따른 신호발생부(311)는 터치스크린패널(100)에 특정 주파수를 갖는 정현파 전류신호를 인가할 수 있다.
인덕터부(312)는 제1 실시예에서와 동일하게 신호발생부(311)와 터치스크린패널(100) 사이에 연결될 수 있으며, 복수의 인덕터(314)들을 포함할 수 있다. 즉, 복수의 인덕터(314)들은 신호발생부(311)의 신호발생기(313)들과 터치스크린패널(100)의 각 채널들 사이에 각각 직렬로 연결될 수 있다. 따라서, 사용자가 손가락으로 터치패널을 접촉했을 때 발생되는 손가락 저항 성분(Rfinger)과 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)중 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)은 인덕터(314)의 인덕턴스 성분(L)에 의해 상쇄될 수 있다.
또한, 사용자에 따라 다르게 형성되는 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)을 상쇄하기 위해 신호발생부(311)는 처리부(330)의 신호에 따라 구동부(310)의 정현파 주파수를 조절하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 임피던스가 최소값을 갖도록 한다. 즉, 사용자가 손가락으로 터치스크린패널(100)을 접촉했을 때 발생되는 손가락 저항 성분(Rfinger)과 터치스크린패널(100)의 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2) 및 인덕터(314)의 인덕턴스 성분중 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)과 인턱턴스 성분(L)을 구동부(310)의 정현파 주파수를 조절하여 상쇄함으로써 원하는 손가락 저항 성분(Rfinger)만 남도록 한다.
감지부(320)는 터치스크린패널(100)에서 발생된 신호를 감지하는 역할을 수행하며, 전압버퍼부(321), 필터회로부(322) 및 ADC회로부(323)를 포함할 수 있다.
제1 실시예에서는 터치스크린패널(100)의 각 채널에서 출력되는 전류를 감지하고 감지된 전류를 전압으로 변환하기 위한 전류-전압 변환부가 구비되나, 제2 실시예에서는 터치스크린패널(100)의 각 채널에서 출력되는 전압을 감지하고 감지된 전압을 출력하기 위한 전압버퍼부(321)가 구비될 수 있다.
전압버퍼부(321)는 복수의 전압버퍼(324)를 포함하며, 각각의 전압버퍼(324)는 구동부(310)의 신호발생기(313)와 인덕터(314) 사이에 각각 연결될 수 있다. 즉, 사용자가 터치스크린패널(100)을 접촉하면 신호발생기(313)에서 정현파 전류신호가 인덕터(314)를 통해 터치스크린패널(100)에 인가되고, 터치스크린패널(100)에서 발생되는 전압을 신호발생기(313)와 인덕터(314) 사이에 연결된 감지부(320)의 전압버퍼부(321)에 의해 감지된다. 또한, 전압버퍼부(321)는 터치스크린패널(100)의 임피던스와 전압버퍼부(321) 다음단 회로와의 임피던스를 분리하여 전압신호를 원활하게 감지하는 역할을 수행한다.
감지부(320)는 제1 실시예에서와 같이 전압버퍼부(321)에서 감지된 전압 신호중 특정 주파수를 포함하는 주파수만을 필터링하기 위한 필터회로부(322) 및 필터회로부(322)를 통해 입력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하여 처리부(330)로 출력하는 ADC회로부(323)를 포함할 수 있다.
처리부(330)는 감지부(320)와 구동부(310) 사이에 연결되고, 감지부(320)에서 출력된 각각의 디지털 신호가 입력된다.
처리부(330)는 제1 실시예에서와 같이 구동부(310)와 감지부(320)의 신호를 이용하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 임피던스를 구하고, 각 채널에 대한 임피던스가 최소 임피던스를 갖도록 최적 주파수를 구함으로써 사용자 손가락의 전기적 저항값(Rfinger)을 추출할 수 있다. 즉, 처리부(330)는 구동부(310)에서 생성된 정현파 전류 신호와 감지부(320)에서 감지한 전압 신호를 이용하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 임피던스를 구할 수 있다.
또한, 처리부(330)는 사용자가 손가락으로 터치스크린패널(100)을 접촉했을 때 발생되는 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)을 인덕터(314)의 인덕턴스 성분(L)과 상쇄하기 위해 구동부(310)에서 출력되는 정현파 전류 신호의 주파수를 조절하여 최적 주파수를 찾고, 최적 주파수를 찾음으로써 사용자 손가락의 전기적인 저항값(Rfinger)을 추출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치스크린 센서(300)는 사용자의 손가락 저항값(Rfinger)을 추출하기 위해 제1 실시예와 달리, 구동부(310)에서 정현파 전류신호를 터치스크린패널(100)에 인가하고, 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 전압의 크기를 신호발생부(311)와 인덕터부(312) 사이에 연결된 전압버퍼부(321)에서 각각 감지하여 처리부(330)로 감지된 신호를 출력한다. 따라서, 처리부(330)에서는 구동부(310)의 전류 신호와 감지부(320)에서 감지한 전압 신호를 이용하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에서의 임피던스를 계산하고, 계산된 임피던스 정보에 의해 임피던스가 최소가 되도록 최적의 주파수를 구동부(310)를 통해 인가하여 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)과 인덕터(314)의 인덕턴스 성분(L)을 상쇄함으로써 사용자의 손가락 저항값(Rfinger)을 추출할 수 있다.
제3 실시예
도 5는 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치스크린 센서를 나타내는 도면이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치스크린 센서(400)는 터치스크린패널(100), 구동부(410), 감지부(420), 처리부(430), 디멀티플렉서(Demultiplexer)(440) 및 멀티플렉서(Multiplexer)(450)를 포함할 수 있다.
제3 실시예에서는 구동부(410)에서 정현파 전압신호를 터치스크린패널(100)에 인가하고, 사용자 터치에 의해 터치스크린패널(100)에서 출력되는 전류의 크기를 감지부(420)에서 계측하는 제1 실시예와 동일한 방식으로 임피던스를 측정할 수 있다.
그러나, 구동부(410)와 감지부(420)가 터치스크린패널(100)의 다채널에 대응되도록 회로구성을 갖는 제1 실시예 및 제2 실시예와는 달리 제3 실시예에서의 구동부(410)는 단일의 신호발생기(411)와 단일의 인덕터(412)를 포함하고, 감지부(420)는 단일의 전류-전압변환기(421)를 포함할 수 있다.
따라서, 단일의 회로로 구성된 구동부(410)는 복수의 채널을 갖는 터치스크린패널(100)에 단일의 정현파 전압 신호를 인가하기 위해 구동부(410)와 터치스크린패널(100) 사이에 디멀티플렉서(440)를 포함할 수 있다. 디멀티플렉서(440)에 의해 구동부(410)에서 터치스크린패널(100)로 인가되는 정현파 전압 신호는 터치스크린패널(100)의 각 채널별로 순차적으로 인가될 수 있다.
또한, 터치스크린패널(100)에서 생성된 전류 신호를 감지부(420)의 단일의 전류-전압 변환기(421)에서 감지하기 위해 터치스크린패널(100)과 감지부(420) 사이에 멀티플렉서(450)를 포함할 수 있다. 따라서, 전류-전압 변환기(421)는 멀티플렉서(450)에 의해 터치스크린패널(100)에서 생성된 전류 신호를 각 채널별로 순차적으로 감지할 수 있다.
감지부(420)가 단일의 전류-전압변환기(421)를 구비하기 때문에 감지부(420)는 단일의 필터회로(422)와 단일의 ADC회로(423)로 구성될 수 있다.
처리부(430)는 단일의 회로들로 구성된 감지부(420)와 구동부(410) 사이에 연결되고, 감지부(420)에서 출력된 단일의 디지털 신호가 순차적으로 입력된다. 따라서, 처리부(430)에서는 멀티플렉서(450)에 의해 감지부(420)에서 순차적으로 감지된 전류신호와 구동부(410)의 단일의 정현파 전압신호를 이용하여 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 임피던스를 각각 구할 수 있다.
또한, 처리부(430)는 사용자가 손가락으로 터치스크린패널(100)을 접촉했을 때 발생되는 커패시턴스 성분(Cm1,Cm2)을 인덕터(414)의 인덕턴스 성분(L)과 상쇄하기 위해 구동부(410)에서 출력되는 정현파 전류 신호의 주파수를 조절하여 최적 주파수를 찾고, 최적 주파수를 찾음으로써 사용자 손가락의 전기적인 저항값(Rfinger)을 추출할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 제3 실시예에 따른 터치스크린 센서(400)는 사용자의 손가락 저항값(Rfinger)을 추출하기 위해, 구동부(410)에서 정현파 전압신호를 터치스크린패널(100)에 인가하고, 터치스크린패널(100)의 각 채널에 대한 전류의 크기를 감지부(420)에서 감지하여 처리부(430)로 감지된 신호를 출력하는 방식은 제1 실시예와 동일하나, 구동부(410)와 터치스크린패널(100) 사이에 추가된 디멀티플렉서(440) 및 터치스크린패널(100)과 감지부(420) 사이에 추가된 멀티플렉서(450)를 이용하여 구동부(410)와 감지부(420)의 회로를 단일의 회로들로 구성함으로써 제1 실시예 및 제2 실시예에 비해 회로 구성을 단순화 할 수 있으며, 제조상의 원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
상술한 제1 내지 제3 실시예에서와 같이 본 발명에 따른 터치스크린 센서는 종래의 정전용량 방식의 터치스크린패널(100) 방식을 그대로 적용하면서, 종래의 모바일기기에서처럼 지문 인식 등 복잡한 사용자 인증절차 대신, 사용자의 터치 입력 시 사용자 손가락 고유의 전기적 저항 성분(Rfinger)을 검출하여 사용자를 간편하게 판별할 수 있는 장점이 있다. 또한, 단일 터치인식 기기에 다중 사용자를 인지하여 교육용 전자칠판이나 모발일 게임등 다양한 어플에 적용가능하다.
한편, 본 명세서와 도면에 개시된 본 발명의 실시 예들은 이해를 돕기 위해 특정 예를 제시한 것에 지나지 않으며, 본 발명의 범위를 한정하고자 하는 것은 아니다. 여기에 개시된 실시 예들 이외에도 본 발명의 기술적 사상에 바탕을 둔 다른 변형 예들이 실시 가능하다는 것은, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것이다.
100 : 터치스크린패널 110 : 제1 전극층
120 : 제2 전극층 210,310,410 : 구동부
211,311 : 신호발생부 212,312 : 인덕터부
220,320,420 : 감지부 221 : 전류-전압 변환부
222,322 : 필터회로부 223,323 : ADC회로부
230,330,430 : 처리부 231,331,431 : 메모리
232,332,432 : 마이크로프로세서 321 : 전압버퍼부

Claims (12)

  1. 미세패턴이 가로 방향으로 배열되는 제1 전극층과 미세패턴이 세로 방향으로 배열되는 제2 전극층의 조합으로 형성된 터치스크린패널;
    상기 터치스크린패널에 주파수 성분을 갖는 발진신호를 인가하는 구동부;
    상기 터치스크린패널에서 발생된 신호를 감지하는 감지부; 및
    상기 감지부에서 출력된 신호를 인가받고, 상기 구동부의 주파수 성분을 조절하는 처리부를 포함하고,
    상기 처리부는 사용자가 상기 터치스크린패널을 접촉했을 때, 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 임피던스가 최소가 되도록 함으로써 사용자 손가락의 전기적 저항값을 추출하며,
    상기 처리부는 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 임피던스가 최소가 되도록 하는 주파수 성분을 저장하여 동일한 사용자가 상기 터치스크린패널을 접촉했을 때 상기 저장된 주파수 성분을 이용하기 위한 메모리; 및
    상기 추출한 저항값을 저장하고, 상기 추출한 저항값을 상기 터치스크린패널에 접촉된 저항값과 비교하여 사용자를 판별하기 위한 마이크로프로세서를 포함하는 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동부는,
    상기 발진신호를 생성하기 위한 신호발생부; 및
    상기 신호발생부에서 발생된 신호를 이용하여, 상기 터치스크린패널의 터치에 의해 발생되는 커패시턴스 성분을 상쇄하기 위한 인덕터부를 포함하는 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 인덕터부는 상기 신호발생부와 상기 터치스크린패널 사이에 연결되는 것인 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 발진신호는 정현파 전압 또는 정현파 전류 신호인 것인 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  5. 제1항에 있어서, 상기 감지부는,
    상기 구동부에 의해 정현파 전압신호가 상기 터치스크린패널에 인가됐을 때, 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 전류를 감지하여, 감지된 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환부;
    상기 전류-전압 변환부의 출력신호를 인가받고, 인가된 신호중 특정 주파수만을 필터링하는 필터회로부; 및
    상기 필터회로부로부터 필터링 된 신호를 인가받고, 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog-Digital Converter)회로부를 포함하는 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  6. 제1항에 있어서, 상기 감지부는,
    상기 구동부에 의해 정현파 전류신호가 상기 터치스크린패널에 인가됐을 때, 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 전압을 감지하는 전압버퍼부;
    상기 전압버퍼부의 출력신호를 인가받고, 인가된 신호중 특정 주파수만을 필터링하는 필터회로부; 및
    상기 필터회로부로부터 필터링 된 신호를 인가받고, 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC(Analog-Digital Converter)회로부를 포함하는 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 구동부와 상기 터치스크린패널 사이에 연결되고, 상기 구동부의 신호를 상기 터치스크린패널의 각 채널에 순차적으로 인가하는 디멀티플렉서(DEMultiplexer); 및
    상기 터치스크린패널과 상기 감지부 사이에 연결되고, 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 신호를 상기 감지부에 순차적으로 인가하는 멀티플렉서(Multiplexer)를 더 포함하는 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  8. 제7항에 있어서, 상기 구동부는,
    상기 디멀티플렉서로 단일의 발진신호를 인가하는 신호발생기; 및
    상기 신호발생기에서 발생된 신호를 이용하여, 상기 터치스크린패널의 터치에 의해 발생되는 커패시턴스 성분을 상쇄하기 위한 인덕터를 포함하는 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  9. 제7항에 있어서, 상기 감지부는,
    상기 멀티플렉서로부터 수신된 단일의 전류를 전압으로 변환하는 전류-전압 변환기;
    상기 전류-전압 변환기의 출력신호를 인가받고, 인가된 신호중 특정 주파수만을 필터링하는 필터회로; 및
    상기 필터회로로부터 필터링 된 신호를 인가받고, 인가된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 ADC회로를 포함하는 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는 상기 터치스크린패널에서 발생되는 커패시턴스 성분을 상쇄하기 위해 상기 구동부에서 출력되는 주파수를 조절하는 것인 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
  11. 삭제
  12. 제1항에 있어서,
    상기 처리부는 상기 구동부에서 정현파 전압신호를 인가하여 상기 터치스크린패널에서 발생되는 전류의 크기를 계측하거나, 상기 구동부에서 전류신호를 인가하여 상기 터치스크린패널에서 발생되는 전압을 계측하여 상기 터치스크린패널의 각 채널에 대한 임피던스를 추출하는 것인 사용자 분별이 가능한 터치스크린 센서.
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