KR102308610B1 - 이물질 검출 기능을 갖는 터치 스크린 패널 및 방법 - Google Patents

이물질 검출 기능을 갖는 터치 스크린 패널 및 방법 Download PDF

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Abstract

본원 발명은 터치 스크린 패널 상에 땀 또는 물방울 등의 이물질의 존재 여부의 검출이 가능한 터치 스크린 패널을 제공한다. 본원 발명의 이물질 검출 기능을 갖는 터치 스크린 패널 및 방법은 드라빙백 방식의 검출 방식을 이용하고 인가되는 드라이빙 신호를 시차를 두고 인가함으로써 계단형태를 갖는 독특한 출력 전압 변화를 획득할 수 있다.

Description

이물질 검출 기능을 갖는 터치 스크린 패널 및 방법{TOUCH SCREEN PANEL AND METHOD WITH FOREIGN SUBSTANCE DETECTION}
본 발명은 터치 스크린 패널에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 패널상에 땀 또는 물방울 등의 이물질의 검출이 가능한 터치 스크린 패널 및 방법에 관한 것이다.
일반적으로, 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 디스플레이 장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다. 터치 스크린 패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.
그 중에서도, 정전식 터치 스크린 패널은 투과율이 높고 소프트 터치를 인식할 수 있고, 멀티터치 및 제스처 인식이 양호하다는 장점을 갖고 있어 디스플레이 장치에서 많이 채용되고 있다.
정전식 터치 스크린의 터치 검출은 다양한 방식을 이용하여 시도될 수 있으나, 선행기술 문헌에 소개된 드라이빙 백(driving back) 현상을 이용한 터치 검출은 터치 감도를 향상시켜, 신호의 오인식의 발생을 줄일 수 있다는 점에서 효과적인 터치 검출 방식으로 인식되었다.
드라이빙 백 현상의 핵심은 터치 스크린의 터치 센서에 구동 전압을 인가한 상태에서 손과 같은 터치 입력 수단에 의한 터치 커패시턴스(Ct)가 추가되었을 때의 전압 변화를 도출하여 터치 여부를 판단함에 있다.
그러나, 이러한 드라이빙 백 현상을 이용한 터치 검출 방식에서도 터치 스크린의 표면 상에 땀 또는 물방울 등의 이물질이 분포된 경우 터치를 인식함에 있어서 오류를 발생시킬 수 있어 이에 대한 보완이 요구되었다.
인용 문헌 : 특허등록번호 10-1848274
본원 발명은 터치 스크린 패널 상에 땀 또는 물방울 등의 이물질의 존재 여부의 검출이 가능하여 오염 및 이물에 대한 영향을 제외하여 정확한 터치 신호를 제공하는 것에 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른 터치 스크린 패널의 이물질 검출 방법은
매트릭스 형태로 배열된 복수의 터치 센서 전극들 중 제 1 그룹의 터치 센서 전극들을 이물질 검출 모드의 드라이빙 그룹(driving group)으로 선택하는 단계;
상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들에 드라이빙 전압을 인가하는 단계로서, 상기 드라이빙 전압이 인가되는 상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들의 개수가 증가하거나 감소하는, 상기 드라이빙 전압을 인가하는 단계;
상기 제 1 그룹의 터치 센서 전극들의 이물질의 존재에 의한 출력 전압의 변화를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 드라이빙 그룹에 속하지 않는 제 2 그룹의 터치 센서 전극들은 터치 수단에 의한 터치 센싱이 수행되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 드라이빙 전압은 구형파(square wave) 형태를 갖고, 상기 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 상기 구형파의 폴링 에지(falling edge) 또는 라이징 에지(rising edge)에서 검출되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 드라이빙 전압은 상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들 각각에 연결된 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 일 측에 인가되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들 상에 이물질이 존재하고, 상기 드라이빙 전압을 인가하는 단계에서 상기 드라이빙 전압이 인가되는 상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들의 개수가 증가하는 경우에, 상기 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 계단형으로 증가하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들 상에 이물질이 존재하고, 상기 드라이빙 전압을 인가하는 단계에서 상기 드라이빙 전압이 인가되는 상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들의 개수가 감소하는 경우에, 상기 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 계단형으로 감소하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
계단형으로 증가된 최종 단계의 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 이물질이 존재하지 않는 터치 센서 전극에서의 터치 센싱 전압과 다르게 계단형 전압 변화가 발생하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 이물질 검출 기능을 갖는 터치 스크린 패널은 드라이빙 백 방식의 검출 방식을 이용하면서도 시차를 두고 드라이빙 신호를 인가함으로써 계단형태의 이물질 존재에 의한 출력 전압을 획득함으로써, 이물질 존재 여부를 명확하게 분석할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 터치 스크린 표면상에 이물질(예를 들어, 물 또는 땀과 같은 액체 물질)이 존재하지 않은 경우에 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극간에 기생 정전용량(Cparasitic)을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 2는 도 1의 상태에서 손가락에 의한 터치가 발생한 경우에 도 1의 기생 정전용량에 추가된 터치 정전용량(Ct)을 추가한 도면이다.
도 3은 터치 스크린 표면상에 이물질이 존재하는 경우에 터치 센서 전극과 이물질간에 발생한 이물질 정전용량(Cwater)이 추가된 기생 정전용량(Cparasitic)을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4는 (a) 터치 스크린 표면상에 이물질이 존재하지 않는 경우에 손가락에 의한 터치 스크린 패널상의 터치 센서 전극의 배열 및 (b) 드라이빙 백(driving back) 방식에 의하여 검출된 터치 센싱 전압의 신호를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 5는 (a) 터치 스크린 표면상에 이물질이 존재하는 경우에 손가락에 의한 터치 스크린 패널상의 터치 센서 전극의 배열, (b) 드라이빙 백 방식으로 이물질에 의해 출력된 전압의 신호 및 (c) 터치 스크린 표면상에 이물질이 존재하는 경우에 터치 센서 전극과 이물질간에 발생한 이물질 정전용량(Cwater)을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6은 본원 발명의 이물질 검출 모드에서의 드라이빙 그룹의 속하는 터치 센서 전극들의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 드라이빙 그룹에 분포된 이물질의 분포 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 8은 (a) 본원 발명의 이물질 검출 모드의 일 실시예인 포워드 드라이빙(forward driving) 검출 방식의 드라이빙 신호 및 (b) 포워드 드라이빙 검출 방식에 의하여 검출된 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극들의 센싱 전압 변화를 도시한 그래프이다.
도 9는 (a) 본원 발명의 이물질 검출 모드의 일 실시예인 백워드 드라이빙(backward driving) 검출 방식의 드라이빙 신호 및 (b) 백워드 드라이빙 검출 방식에 의하여 검출된 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극들의 센싱 전압 변화를 도시한 그래프이다.
도 10은 본원 발명의 터치 스크린 패널에서의 이물질 검출 모드의 흐름도를 보여주는 도면이다.
이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 바람직한 실시예를 상세히 설명한다. 다만, 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명함에 있어, 관련된 공기 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략한다. 또한, 유사한 기능 및 작용을 하는 부분에 대해서는 도면 전체에 걸쳐 동일한 부호를 사용한다.
도 1은 터치 스크린 표면상에 이물질(예를 들어, 물 또는 땀과 같은 액체 물질)이 존재하지 않은 경우에 터치 스크린 패널의 터치 센서 전극(110)간에 기생 정전용량(Cparasitic)을 개념적으로 도시한 도면이다.
터치 스크린 패널은 매트릭스 형태로 배열된 복수의 터치 센서 전극들로 구성되고, 그 위에 커버 글라스(120)가 배치된다.
터치 스크린 패널의 터치 센싱에 관여되는 정전 용량은 여러가지 존재할 수 있으나, 도 1은 터치 센서 전극간에 생성되는 기생 정전 용량을 개념적으로 도시한 개념이다.
도 2는 도 1의 상태에서 손가락에 의한 터치가 발생한 경우에 도 1의 기생 정전용량에 추가된 터치 정전용량(Ct)(230)을 추가한 도면이다.
도 1에 도시된 기생 정전용량(Cparasitic)에 터치 정전용량(Ct 또는 Ctouch)이 추가됨으로써, Ct의 크기에 따라 터치 센싱 전압이 변화하게 된다.
도 3은 터치 스크린 표면상에 이물질(310)이 존재하는 경우에 터치 센서 전극과 이물질간에 발생한 이물질 정전용량(Cwater)(330)이 추가된 기생 정전용량(Cparasitic)을 개념적으로 도시한 도면이다.
터치 스크린 표면상의 이물질의 존재로 인하여, 이물질 정전용량(Cwater)가 추가적으로 생성되고, 이물질 정전용량(Cwater)은 출력 전압에 영향을 미친다.
즉, 도 3에 이물질의 존재로 인하여, 추가된 이물질 정전용량(Cwater)은 도 2에서의 터치 정전용량(Ct 또는 Ctouch)에 대응한다고 볼 수 있다.
즉, 도 3에서는 손가락과 같은 터치 수단에 의하여 터치가 발생하지 않았음에도 불구하고, 이물질의 존재로 인하여 이물질 정전용량(Cwater)이 추가됨으로써 터치가 발생한 것과 유사한 터치 센서 전극에서의 출력 전압의 변화가 발생함으로써 터치 오동작을 유발할 수 있다.
도 4는 (a) 터치 스크린 표면상에 이물질이 존재하지 않는 경우에 손가락에 의한 터치 스크린 패널상의 터치 및 (b) 드라이빙 백(driving back) 방식에 의하여 검출된 터치 센싱 전압의 신호를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 4(a)에 이물질이 존재하지 않을 때 터치가 발생한 터치 센서 전극(410)은 하나이며, 하나의 터치 센싱 전극에 의해 도 4(b)에 도시된 △Vtouch(420)의 터치 센싱 전압을 출력한다.
결국, △Vtouch의 터치 센싱 전압은 터치 정전용량(Ct 또는 Ctouch)의 생성으로 인하여 출력되는 전압의 변화량이다.
도 4(b)에 도시된 바와 같이 터치 센싱은 구형파(square wave)의 드라이빙 신호의 폴링 에지(falling edge) 또는 라이징 에지(rising edge)에서 발생한다.
그리고 터치 수단에 의해 터치가 발생한 터치 센서 전극이 속한 컬럼의 터치 센서 전극 그룹에 동위상의 드라이빙 신호가 인가된다.
도 5는 (a) 터치 스크린 표면상에 이물질이 존재하는 경우에 손가락에 의한 터치 스크린 패널상의 터치 센서 전극(510)의 배열, (b) 드라이빙 백 방식으로 이물질에 의해 출력된 전압의 신호 및 (c) 터치 스크린 표면상에 이물질(530)이 존재하는 경우에 터치 센서 전극과 이물질간에 발생한 이물질 정전용량(Cwater)을 개념적으로 도시한 도면이다.
도 3에서 언급한 바와 같이, 이물질의 존재로 인하여 이물질 정전용량(Cwater)가 추가됨으로써 손가락에 의하 터치 센싱 전압과 착오를 일으킬 수 있는 출력 전압이 생성된다.
도 5(b)에 도시된 이물질의 존재에 의해 유발된 출력 전압의 변화를 보여준다.
이물질에 의한 전압 변화 △Vwater(520)는 V(non touch) < Vwater ≤ Vtouch 의 범위에 존재한다.
즉, 터치 수단에 의한 터치가 발생하지 않은 전압과 터치 수단에 의한 터치가 발생한 전압의 사이에 전압 변화가 생성된다.
도 5(b)에 도시된 이물질 존재에 의한 센싱은 구형파의 드라이빙 신호의 폴링 에지(falling edge) 또는 라이징 에지(rising edge)에서 발생하고, 이물질이 존재하는 터치 센서 전극 그룹에 동위상의 드라이빙 신호가 인가된다.
이는, 터치 수단에 의한 터치 센싱 전압을 검출할 때와 동일하다.
도 6은 본원 발명의 이물질 검출 모드에서의 드라이빙 그룹(610)에 속하는 터치 센서 전극들의 일 실시예를 도시한 도면이다.
도 7은 도 6의 드라이빙 그룹(610)에 분포된 이물질(730)의 분포 상태를 개념적으로 도시한 도면이다.
도 6 및 도 7은 이물질 검출 모드에서의 드라이빙 그룹의 선택의 일 실시예를 도시한 것이다. 하지만, 이는 단지 일 실시예일 뿐이며, 설정에 따라 한 행(row)에 위치된 터치 센서 전극이 이물질 검출 모드에서의 드라이빙 그룹으로 선택될 수도 있다.
도 8은 (a) 본원 발명의 이물질 검출 모드의 일 실시예인 포워드 드라이빙(forward driving) 검출 방식의 드라이빙 신호 및 (b) 포워드 드라이빙 검출 방식에 의하여 검출된 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극들의 센싱 전압 변화를 도시한 그래프이다.
도 8에 도시된 드라이빙 그룹에 터치 센서 전극들의 센싱 전압 변화는 라이징 에지에서 센싱이 수행된 것이다.
이물질 검출을 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극들 상에 이물질이 존재하고, 드라이빙 전압이 인가되는 터치 센서 전극들의 개수가 증가하는 경우에, 도 8(b)에 도시된 바와 같이 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 계단형(830)으로 증가한다.
이물질의 존재에 의한 출력 전압은 이물질이 존재하지 않는 터치 센서 전극에서의 터치 센싱 전압과 다르게 계단형 전압 변화가 발생된다.
즉, 도 8(b)에 도시된 Vtouch의 터치 수단에 의한 터치 센싱 전압보다 △Vwater(n)의 전압은 작다.
본원 발명의 이물질 검출 방식은 기본적으로 터치 수단에 의한 터치 여부를 검출하는 드라이빙 백 방식을 이용한다. 즉, 드라이빙 전압은 구형파(square wave) 형태를 갖고, 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 구형파의 폴링 에지(falling edge) 또는 라이징 에지(rising edge)에서 검출된다.
드라이빙 전압은 터치 센서 전극들 각각에 연결된 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 일 측에 인가된다.
다만, 본원 발명은 드라이빙 신호가 동위상으로 인가되는 것(도 4(b) 및 도 5(b))이 아니라 도 8(a)와 도 9(a)에서와 같이 드라이빙 그룹의 위치에 따라 드라이빙 전압을 시차를 두고 인가 한다는 것이 가장 큰 특징이다.
드라이빙 신호가 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극에서 시차를 두고 인가됨에 따라, 도 8(b)와 도 9(b)에서와 같이 이물질의 존재에 의한 출력 전압이 계단형태를 취하고 된다. 즉, 출력 전압의 형태만으로 이물질 존재 여부를 간단히 파악할 수 있게 된다.
도 8(a)에 인가되는 드라이빙 신호의 그래프에서 FP는 도 7의 드라이빙 그룹 중 가장 위쪽에 위치된 터치 센서 전극에 인가되는 드라이빙 신호의 위상이다.
도 7의 드라이빙 그룹의 터치 센서 전극과 도 8(a)에 인가되는 드라이빙 신호는 제 1 행의 터치 센서 전극(FP-FP); 제 2 행의 터치 센서 전극 (AP(n+1)-AP(n+1)); 제 3 행의 터치 센서 전극(AP(n)-AP(n)); 제 4 행의 터치 센서 전극(SP-SP); 제 5 행의 터치 센서 전극(AP(n)-AP(n)); 제 6 행의 터치 센서 전극(AP(n+1)-AP(n+1)); 제 7 행의 터치 센서 전극(FP-FP)에 각각 대칭된다.
즉, 드라이빙 기간(driving period)에서 드라이빙 신호가 인가되는 위상이 동위상이 아님이 명확하게 도시되어 있다.
도 9는 (a) 본원 발명의 이물질 검출 모드의 일 실시예인 백워드 드라이빙(backward driving) 검출 방식의 드라이빙 신호 및 (b) 백워드 드라이빙 검출 방식에 의하여 검출된 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극들의 센싱 전압 변화를 도시한 그래프이다.
이물질 검출을 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극들 상에 이물질이 존재하고, 드라이빙 전압이 인가되는 터치 센서 전극들의 개수가 감소하는 경우에, 도 9(b)에 도시된 바와 같이 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 계단형으로 감소(930)한다.
도 9에 도시된 드라이빙 그룹에 터치 센서 전극들의 센싱 전압 변화는 폴링 에지에서 센싱이 수행된 것이다.
도 10은 본원 발명의 터치 스크린 패널에서의 이물질 검출 모드의 흐름도를 보여주는 도면이다.
단계 1010에서 이물질 검출 모드의 드라이빙 그룹(driving group)을 선택한다. 이물질 검출 모드의 드라이빙 그룹은 도 6 및 도 7에 도시된 바와 같이 하나의 컬럼(column)에 위치된 복수의 터치 센서 전극이 선택될 수 있다.
단계 1020에서 이물질 검출 모드의 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극들에 드라이빙 전압을 인가한다.
드라이빙 전압은 이물질 검출 모드의 드라이빙 그룹에 속한 터치 센서 전극들에 동위상으로 인가되는 것이 아니라, 드라이빙 그룹의 위치에 따라 드라이빙 신호를 시차를 두고 인가한다.
즉, 드라이빙 신호가 인가되는 터치 센서 전극들의 개수가 증가하거나 감소한다.
단계 1030에서, 터치 센서 전극들의 이물질의 존재에 의한 출력 전압의 변화를 분석한다.
즉, 도 8(b)와 도 9(b)에 도시된 바와 같이 계단형태의 출력 전압을 출력할 때에는 해당 드라이빙 그룹에 속하는 터치 센서 전극들 위에 이물질이 존재한다고 판단할 수 있다.
이상, 상세히 설명한 본 발명의 각 실시예들은, 개별적으로 실시되거나, 또는 서로 결합되어 혼용 실시될 수도 있다. 이와 같이 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다. 이는 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (7)

  1. 터치 스크린 패널의 이물질 검출 방법에 있어서,
    매트릭스 형태로 배열된 복수의 터치 센서 전극들 중 제 1 그룹의 터치 센서 전극들을 이물질 검출 모드의 드라이빙 그룹(driving group)으로 선택하는 단계;
    상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들에 드라이빙 전압을 인가하는 단계로서, 상기 드라이빙 전압이 인가되는 상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들의 개수가 증가하거나 감소하는, 상기 드라이빙 전압을 인가하는 단계;
    상기 제 1 그룹의 터치 센서 전극들의 이물질의 존재에 의한 출력 전압의 변화를 분석하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널상의 이물질 검출 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이빙 그룹에 속하지 않는 제 2 그룹의 터치 센서 전극들은 터치 수단에 의한 터치 센싱이 수행되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널상의 이물질 검출 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이빙 전압은 구형파(square wave) 형태를 갖고, 상기 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 상기 구형파의 폴링 에지(falling edge) 또는 라이징 에지(rising edge)에서 검출되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널상의 이물질 검출 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 드라이빙 전압은 상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들 각각에 연결된 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 일 측에 인가되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널상의 이물질 검출 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들 상에 이물질이 존재하고, 상기 드라이빙 전압을 인가하는 단계에서 상기 드라이빙 전압이 인가되는 상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들의 개수가 증가하는 경우에, 상기 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 계단형으로 증가하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널상의 이물질 검출 방법.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들 상에 이물질이 존재하고, 상기 드라이빙 전압을 인가하는 단계에서 상기 드라이빙 전압이 인가되는 상기 제 1 그룹에 속하는 터치 센서 전극들의 개수가 감소하는 경우에, 상기 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 계단형으로 감소하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널상의 이물질 검출 방법.
  7. 제 5 항에 있어서,
    계단형으로 증가된 최종 단계의 이물질의 존재에 의한 출력 전압은 이물질이 존재하지 않는 터치 센서 전극에서의 터치 센싱 전압보다 작은 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 패널상의 이물질 검출 방법.
KR1020200027637A 2020-03-05 2020-03-05 이물질 검출 기능을 갖는 터치 스크린 패널 및 방법 KR102308610B1 (ko)

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