KR102425805B1 - 터치 포스 센싱 방법, 디스플레이 장치 및 프로세서 - Google Patents

터치 포스 센싱 방법, 디스플레이 장치 및 프로세서 Download PDF

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Abstract

본 실시예들은, 포스 센싱 기술에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는, 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장된 제1 전극으로 제1 전극 구동신호를 인가하고, 디스플레이 패널의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 전극 구동신호를 인가한 이후, 제1 전극을 통해 수신된 수신 신호의 신호세기를 보정하여, 보정된 신호세기를 토대로 터치 포스를 인식하는 터치 포스 센싱 방법, 디스플레이 장치 및 프로세서에 관한 것이다.

Description

터치 포스 센싱 방법, 디스플레이 장치 및 프로세서{TOUCH FORCE SENSING METHOD, DISPLAY DEVICE, AND PROCESSOR}
본 실시예들은 터치 포스 센싱 기술에 관한 것이다.
정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 디스플레이 장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 액정 디스플레이 장치, 플라즈마 디스플레이 장치, 유기발광liquid crystal in-cell touch type 디스플레이 장치 등의 다양한 타입의 디스플레이 장치가 활용되고 있다.
또한, 디스플레이 장치들 중에서, 스마트 폰, 태블릿 등과 같은 모바일 디바이스와, 스마트 텔레비전 등의 중대형 디바이스 등은 사용자 편의와 디바이스 특성 등에 따라 터치 방식의 입력 처리를 제공하고 있다.
이러한 터치 입력 처리가 가능한 디스플레이 장치는 더 많은 다양한 기능을 제공할 수 있도록 발전되고 있으며, 사용자 요구 또한 더욱 다양해지고 있다.
하지만, 현재 적용되고 있는 터치 입력 처리는, 사용자의 터치 위치 (터치 좌표)만을 센싱하고 센싱된 터치 위치에서의 관련 입력 처리를 수행하는 방식으로서, 다양한 종류의 많은 기능들을 다양한 형태로 제공하고 다양한 사용자 요구를 충족시켜 주어야 하는 현재 상황에는 한계가 있는 실정이다.
본 실시예들의 목적은, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
본 실시예들의 다른 목적은, 터치 포스(Touch Force)를 더욱 정확하고 세밀하게 센싱할 수 있는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치를 제공하는 데 있다.
일 측면에서, 본 실시예들은, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극과, 디스플레이 패널의 외부에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극과, 각 터치 구동 구간 동안, 다수의 제1 전극으로 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가하고 제2 전극으로 제2 전극 구동신호를 인가하고, 제1 전극을 통해 수신되는 수신 신호를 토대로 터치의 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 터치회로를 포함하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치를 제공할 수 있다.
이러한 디스플레이 장치의 터치회로는, 제1 전극의 위치에 근거하여 수신 신호의 신호세기를 보정하고, 보정된 신호세기를 토대로 터치 포스를 인식할 수 있다.
다른 측면에서, 본 실시예들은, 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장된 제1 전극으로 제1 전극 구동신호를 인가하고, 디스플레이 패널의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 전극 구동신호를 인가하는 단계와, 제1 전극을 통해 수신 신호를 수신하는 단계와, 수신 신호의 신호세기를 보정하는 단계와, 보정된 신호세기를 토대로 터치 포스를 인식하는 단계를 포함하는 터치 포스 센싱 방법을 제공할 수 있다.
또 다른 측면에서, 본 실시예들은, 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장된 제1 전극으로 제1 전극 구동신호가 인가되고, 디스플레이 패널의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극으로 제2 전극 구동신호가 인가된 이후, 제1 전극을 통해 수신 신호를 수신하는 신호 수신부와, 수신 신호의 신호세기를 보정하는 신호세기 보정부와, 보정된 신호세기를 토대로 터치 포스를 인식하는 제어부를 포함하는 터치 포스 인식을 위한 프로세서를 제공할 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 터치 포스(Touch Force)를 더욱 정확하고 세밀하게 센싱할 수 있다.
도 1은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 터치 시스템에 대한 개략적인 구성도이다.
도 2는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 구동 구간을 나타낸 도면이다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치 시스템의 구조를 나타낸 도면이다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 제1 전극 구동을 위한 제1 전극 구동신호와 제2 전극 구동을 위한 제2 전극 구동신호의 예시도이다.
도 6은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서, 제1 전극 구동을 위한 제1 전극 구동신호와 제2 전극 구동을 위한 제2 전극 구동신호의 다른 예시도이다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치회로의 예시도이다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 소프트 터치에 따른 수신 신호 세기와 포스 터치에 따른 수신 신호 세기를 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 본 실시예들에 따른 터치 시스템에서 소프트 터치에 따른 수신 신호와 포스 터치에 따른 신호 세기 분포를 나타낸 도면이다.
도 10는 본 실시예들에 따른 터치 시스템을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 11은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.
도 12는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 단면도이다.
도 13은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에 포스 터치가 발생하여 갭의 크기가 변하는 상황을 나타낸 도면이다.
도 14a 및 도 14b는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 구동신호 인가를 위한 회로를 나타낸 도면이다.
도 15는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 포스 터치의 발생 위치 별 수신신호의 세기를 나타낸 도면이다.
도 16은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 포스 터치의 발생 위치 별 수신신호 편차를 보상하기 위한 프로세서를 나타낸 도면이다.
도 17은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 포스 터치의 발생 위치 별 수신신호 편차를 보상하기 위한 룩 업 테이블을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 18은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 포스 터치의 발생 위치 별 수신신호 편차를 보상한 결과에 따라 보상된 신호세기를 나타낸 도면이다.
도 19a 내지 도 19c는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 터치 포스의 크기를 세밀화하여 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 20은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 터치 포스 센싱 방법에 대한 흐름도이다.
이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.
도 1은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 터치 시스템(100)에 대한 개략적인 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치는 손가락, 펜 등의 포인터에 의해 발생한 터치를 센싱하기 위한 터치 시스템(100)을 포함한다.
본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은 터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 센싱하는 것뿐만 아니라, 터치 시 가해지는 힘(압력)에 해당하는 터치 포스(Touch Force)도 센싱할 수 있다.
본 명세서에서 언급되는 터치(Touch)는 사용자가 포인터로 디스플레이 패널(110)에 접촉하는 액션(Action)을 의미하며, 터치 포스(Touch Force)는 사용자가 터치 시 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)을 의미한다. 그리고, 터치 좌표는 사용자가 디스플레이 패널(110)을 터치한 지점의 위치를 의미한다.
또한, 본 명세서에서 언급되는 포스 터치(Force Touch)는 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)이 있거나 일정 수준을 초과하는 터치를 의미하며, 소프트 터치(Soft Touch)는 디스플레이 패널(110)을 누르는 힘(압력)이 없거나 일정 수준 이하인 터치를 의미한다.
또한, 터치 좌표 센싱을 위해서, 포인터는 손가락, 펜 등과 같이 도전체 물질을 포함하거나 도전체 물질로 된 포인터이어야 한다. 하지만, 터치 포스 센싱을 위한 포인터는 도전체 물질뿐만 부도체 물질로 된 포인터일 수도 있으며 힘만 가할 수 있는 것이 그 무엇이든 가능하다.
이에, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은, 터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 얻기 위하여 필요한 다수의 제1 전극(E1)과, 터치의 터치 포스를 센싱하기 위한 제2 전극(E2)와, 다수의 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)를 구동하고, 이를 통해, 터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 센싱하고 터치의 터치 포스를 센싱하는 터치회로(120) 등을 포함할 수 있다.
터치의 발생 여부와 터치의 좌표를 얻기 위하여 필요한 터치센서(Touch Sensor)에 해당하는 다수의 제1 전극(E1)은, 디스플레이 패널(110)과는 별도의 터치스크린 패널(Touch Screen Panel)에 배치될 수도 있지만, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치될 수도 있다.
이와 같이, 다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치되는 경우, 디스플레이 패널(110)은 터치 센서 역할을 하는 다수의 제1 전극(E1)을 내장하는 "터치스크린 내장형 디스플레이 패널"이라고 할 수 있다.
이러한 디스플레이 패널(110)에 내장되는 터치스크린은 인-셀(In-cell) 또는 온-셀(On-Cell) 타입의 터치스크린 패널일 수 있다.
한편, 터치 시 가해지는 힘(압력)에 해당하는 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 데 필요한 제2 전극(E2)는 디스플레이 패널(110)의 외부(예: 하부, 상부, 측면 등)에 위치할 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 터치 유무 및 터치 좌표를 센싱하기 위한 다수의 제1 전극(E1)에 대한 구동과, 터치의 터치 포스를 센싱하기 위한 제2 전극(E2)에 대한 구동은, 터치 구동이라는 동일한 구동 과정에서 모두 진행될 수 있다.
다시 말해, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)의 터치회로(120)는, 하나의 터치 구동 구간 동안, 제1 전극 구동신호(DS1)를 다수의 제1 전극(E1)으로 순차적으로 인가하고, 제2 전극 구동신호(DS2)를 제2 전극(E2)로 인가할 수 있다. 즉, 하나의 터치 구동 구간 동안, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)이 함께 구동된다.
따라서, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)을 합하여 "포스 센서(Force Sensor)"라고 할 수 있다. 그리고, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)은 "터치 센서(Touch Sensor)" 또는 "터치 전극"이라고 할 수 있다.
전술한 바와 같이, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동을 동일한 터치 구동 과정(터치 구동 구간)에서 진행할 수 있고, 이를 통해, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동을 각기 다른 구동 과정(다른 터치 구동 구간)을 통해 별도로 진행하는 것에 비해, 터치 유무 및 터치 좌표에 대한 센싱과, 터치 포스 센싱을 더욱 빠른 시간 내에 수행할 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 터치 회로(120)는, 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성함에 있어서, 제1 전극 구동신호(DS1)에 기초하여, 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성할 수 있다.
이에 따라, 제2 전극 구동신호(DS2)는 제1 전극 구동신호(DS1)과 대응되는 신호이다.
일 예로, 제2 전극 구동신호(DS2)는 제1 전극 구동신호(DS1)과 위상이 동일하다. 이러한 제1 전극 구동신호(DS1)와 제2 전극 구동신호(DS1)에 대한 신호 특성에 대해서는 뒤에서 다시 설명한다.
터치 회로(120)는, 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성하기 위해, 다양한 형태의 회로를 포함할 수 있으며, 일 예로, 레벨 쉬프터(Level Shifter)를 포함할 수 있으며, 경우에 따라서는, 위상 변환기를 포함할 수도 있다.
이러한 레벨 쉬프터 또는 위상 변환기 등을 이용하면, 제2 전극 구동신호(DS2)를 별도로 새롭게 생성하지 않고, 터치회로(120) 또는 다른 장치에서 제1 전극 구동신호(DS1)가 생성된 이후, 생성된 제1 전극 구동신호(DS1)에 대한 레벨을 쉬프팅하거나 위상을 반전시키는 등의 처리를 통해 제2 전극 구동신호(DS2)를 쉽고 효율적으로 생성할 수 있다.
제1 전극 구동 및 제2 전극 구동이 함께 이루어지는 터치 구동 구간은, 화상 표시를 위한 디스플레이 구동 구간과 함께 진행될 수도 있고, 디스플레이 구동 구간과 시분할되어 디스플레이 구동 구간 사이마다 진행될 수도 있다.
아래에서는, 시분할된 디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간에서 디스플레이 구동과 터치 구동이 각각 진행되는 경우에 대하여 도 2를 참조하여 설명한다.
도 2는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 구동 구간을 나타낸 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치는, 일 예로, 하나의 프레임 구간을 디스플레이 구동 구간과 터치 구동 구간으로 시분할하여 진행할 수 있다.
터치 구동 구간 동안, 제1 전극 구동과 제2 전극 구동이 동시에 이루어질 수 있다.
따라서, 터치 구동 구간 동안, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 순차적으로 인가되고, 이때, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가될 수 있다.
한편, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극(E1)은, 터치센싱을 위한 전용 전극일 수도 있고, 디스플레이 구동에 필요한 디스플레이 구동전극일 수도 있다.
일 예로, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치된 다수의 제1 전극(E1)은 디스플레이 구동 구간에 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전압 전극일 수도 있다.
즉, 다수의 제1 전극(E1)은, 디스플레이 구동 시 디스플레이 구동전압으로서 공통전압을 모두 인가받고, 터치 구동 시 제1 전극 구동신호(DS1)을 순차적으로 인가받을 수 있다.
전술한 바와 같이, 다수의 제1 전극(E1)이 디스플레이 구동 전극으로도 활용될 수 있는 모드 공용 전극이기 때문에, 2가지 용도의 전극을 별도로 디스플레이 패널(110)에 형성할 필요가 없게 된다. 따라서, 패널 설계가 쉬어지고 패널 구조가 심플해질 수 있다.
아래에서는, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)이 터치 좌표 및 터치 포스를 센싱하기 위한 구조 및 터치 구동 방법에 대하여 더욱 상세하게 설명한다.
도 3은 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예들에 터치 시스템(100)은, 터치의 터치 포스(누르는 힘)을 센싱하기 위하여, 기존의 압력 센싱 방식과 같이 압력 센싱을 위한 전용 압력 센서를 단독으로 활용하는 것이 아니라, 터치 포스 센싱을 위해 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)와 터치 좌표 산출을 위해 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)을 함께 이용하여 캐패시턴스 방식으로 터치 포스를 센싱한다는 점에서 특이점이 있다.
즉, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)를 함께 구동하여 터치 포스에 대한 센싱이 이루어질 수 있다. 이러한 점에서, 터치 포스를 센싱하기 위한 포스 센서(Force Sensor)는, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2)를 포함한다고 할 수 있다.
도 3을 참조하면, 터치 구동 구간 동안, 어느 하나의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 인가되고, 이때, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가되면, 손가락 등의 포인터와 제1 전극(E1) 사이에 제1 캐패시턴스(C1)가 형성되고, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에도 제2 캐패시턴스(C2)가 형성된다.
터치회로(120)는, 일 예로, 제1 캐패시턴스(C1) 및 제2 캐패시턴스(C2)의 변화를 토대로 터치좌표를 산출하고 터치 포스를 센싱할 수 있다.
도 3을 참조하면, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에도 제2 캐패시턴스(C2)가 형성되기 위해서는, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 갭(G)이 존재해야만 한다.
여기서, 갭(G)은 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 거리로 볼 수도 있고, 제2 전극(E2)의 바로 위에 위치하는 구조물과 제2 전극(E2) 사이의 거리로 볼 수도ㅇ 있으며, 터치가 발생하는 화면에서 제2 전극(E2) 사이의 거리로 볼 수도 있다.
제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 갭(G)은, 터치 포스 센싱을 위해, 디스플레이 패널(110)의 상부에서 발생하는 터치의 터치 포스(Touch Force)에 따라, 갭(G)의 크기 변화가 가능해야만 한다.
갭(G)의 크기 변화는 위치마다 다를 수 있는데, 제2 전극(E2)의 중앙 지점과 다수의 제1 전극(E1) 사이의 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화는, 제2 전극(E2)의 테두리 지점과 다수의 제1 전극(E1) 사이의 터치 포스 센싱용 갭의 크기 변화보다 클 수 있다.
이는 터치 포스 센싱을 위한 구조적인 특징에 의해 발생한 것으로서, 제2 전극(E2)의 테두리 부분이 주변 구조와 본딩 또는 결합이 되어 있는 경우에 발생한다.
터치 포스(Touch Force)에 따라, 갭(G)의 크기 변화(변위)가 일어나면, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 제2 캐패시턴스(C2)가 변하고, 이러한 제2 캐패시턴스(C2)의 변화량을 토대로 터치 포스를 센싱할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 포스 센싱은, 다른 종류의 센싱에 대한 터치 위치 센싱(터치 좌표 센싱)의 센싱 방식과 동일한 캐패시턴스 방식으로 이루어질 수 있다. 따라서, 2가지 종류의 센싱(터치 위치 센싱, 터치 포스 센싱)을 효율적으로 수행할 수 있다.
전술한 갭(G)은, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 다양한 위치에 존재할 수 있으며, 일 예로, 에어 갭(Air Gap) 또는 유전체 갭일 수 있다.
다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에 존재하는 갭(G)의 종류가 달라지면, 그에 맞는 갭(G)이 존재하도록 구조가 만들어져야만 한다. 이에 대해서는, 뒤에서 더욱 상세하게 설명한다.
도 4는 본 실시예들에 따른 터치 구동 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 3의 터치 시스템(100)의 구조를 개략화하여 나타내면, 도 4와 같이 나타낼 수 있다.
도 4를 참조하면, 터치 구동 구간 동안, 어느 하나의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 인가되고, 이때, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가되면, 손가락 등의 포인터와 제1 전극(E1) 사이에 제1 캐패시턴스(C1)가 형성되고, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이에도 제2 캐패시턴스(C2)가 형성된다.
이러한 터치 구동 시, 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)은 제1 캐패시턴스(C1)와 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)에 의해 결정된다.
또한, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은, 제2 캐패시턴스(C2), 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1) 및 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)에 의해 결정될 수 있다.
즉, 터치 구동 시, 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은, 아래의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015129225449-pat00001
아래에서는, 전술한 터치 구동(제1 전극 구동, 제2 전극 구동) 시, 사용되는 2가지 종류의 신호, 즉, 제1 전극 구동신호(DS1)와 제2 전극 구동신호(DS2)의 신호적인 특징을 설명한다.
도 5는 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 제1 전극 구동을 위한 제1 전극 구동신호(DS1)와 제2 전극 구동을 위한 제2 전극 구동신호(DS2)의 예시도이고, 도 6은 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서, 제1 전극 구동을 위한 제1 전극 구동신호(DS1)와 제2 전극 구동을 위한 제2 전극 구동신호(DS2)의 다른 예시도이다.
도 5에 도시된 바와 같이, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 동일한 위상을 가질 수 있다.
이 경우, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 정위상(동상)의 관계에 있다고 한다.
이와 같이, 동일한 위상을 갖는 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 이용하면, 효율적인 터치 구동(제2 전극 구동과 제1 전극 구동)과 효율적인 센싱(터치 포스 센싱, 터치 좌표 센싱)이 가능해질 수 있다. 또한, 터치 구동에 필요한 2가지 신호인 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 쉽게 생성할 수 있다.
한편, 도 5를 참조하면, 제2 전극 구동신호(DS2)는 제1 전극 구동신호(DS1)보다 큰 신호 세기를 가질 수 있다. 즉, 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)은 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)보다 높은 전압일 수 있다.
이와 같이, 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)이 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)보다 높게 되면, 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은 음(-)의 값을 갖게 된다.
이와 관련하여, 제1 전극(E1)로부터 수신되는 신호는, 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)이 합해진 전하량(Q1+Q2)에 해당하는 신호이다. 이러한 점에서, 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)은 음(-)의 값을 가짐에 따라, Q1+Q2가 Q1보다 작아지게 되여, 제1 전극(E1)로부터 수신되는 신호가 감소하게 된다.
따라서, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 정위상의 관계에 있을 때, 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)이 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)보다 높게 되면, 제1 전극(E1)로부터 수신되는 신호의 신호 세기가 베이스라인(Baseline) 대비 음(-)으로 표현되어, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)와 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)를 정확하게 구분할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같이, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 180도(Degree) 위상 차이를 가질 수 있다.
이 경우, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)는 역위상의 관계에 있다고 한다.
이와 같이, 역위상의 관계에 있는 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 이용하면, 제1 전극 구동신호(DS1)의 전압(V1)과 제2 전극 구동신호(DS2)의 전압(V2)의 전압 차이가 양(+)의 값으로 커지게 되고, 이러한 경우에 적합하도록 센싱 방식이 구현되는 경우, 역위상의 관계에 있는 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 이용하는 것이 효율적일 수 있다.
아래에서는 전술한 터치 구동과 이를 통한 터치 좌표 및 터치 포스를 센싱하는 터치회로(120)의 내부 회로 구성을 예시적으로 설명한다.
도 7은 본 실시예들에 따른 터치회로(120)의 예시도이다.
도 7에 도시된 바와 같이, 터치회로(120)는, 2개의 스위치(SW1, SW10)의 온-오프 제어를 통해 V1 전압을 갖는 하이 레벨과 VO 전압을 로우 레벨을 갖는 변조 신호 형태의 제1 전극 구동신호(DS1)를 공급하는 제1 전극 구동신호 공급부(710)와, 2개의 스위치(SW2, SW20)의 온-오프 제어를 통해 V2 전압을 갖는 하이 레벨과 V0 전압을 로우 레벨을 갖는 변조 신호 형태의 제2 전극 구동신호(DS2)를 공급하는 제2 전극 구동신호 공급부(720)와, 연산증폭기(OP-AMP), 캐패시터(C), 저항(R) 등을 구성되어 입력에 대한 적분값을 출력하는 적분기(730)와, 적분기(730)의 출력값을 디지털 값으로 변환해주는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)와, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력된 디지털 값을 토대로 터치 좌표 산출 및 터치 포스 인식 등을 수행하는 프로세서(740) 등을 포함할 수 있다.
여기서, 아날로그 디지털 컨버터(ADC) 및 프로세서(740) 등 중 적어도 하나는 터치회로(140)의 외부에 있을 수도 있다.
도 7에 도시된 터치회로(120)의 회로 구성은, 설명의 편의를 위한 예시일 뿐, 다양한 형태로 구현될 수 있을 것이다.
도 7을 참조하면, 터치회로(120)는, 터치 구동 시, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)를 순차적으로 인가하고, 제2 전극(E2)로 제2 전극 구동신호(DS2)를 인가하며, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호(적분기(730)의 입력)를 토대로, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화에 따른 충전량(또는 전압)을 센싱하여 터치의 터치 포스를 인식할 수 있다.
도 7을 참조하면, 포인터가 부도체 물질로 된 경우에는 터치회로(120)가 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신된 신호를 토대로 터치 포스만을 센싱할 수 있지만, 포인터가 도전체 물질로 된 경우에는 터치회로(120)가 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호(적분기(730)의 입력)를 토대로, 터치의 좌표도 더 산출할 수 있다.
도 7을 참조하면, 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호(적분기(730)의 입력)는 포인터와 제1 전극(E1) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q1)과, 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 캐패시터에 충전되는 전하량(Q2)이 합해진 합산 전하량(Q1+Q2)에 해당한다.
이러한 합산 전하량(Q1+Q2)은 적분기(730) 내부의 캐패시터(C)에 충전되어 센싱 전압값(Vsen)으로 적분기(730)에서 출력된다.
이에 따라, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)는 센싱 전압값(Vsen)을 디지털 값으로 변환한다.
프로세서(740)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에 출력된 디지털 값을 토대로 터치 좌표를 산출하고 터치 포스를 인식할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 구동을 통해 얻어진 신호를 토대로 터치 좌표 산출 및 포스 터치 인식을 동시에 수행할 수 있다. 이를 통해, 2가지 종류의 센싱(터치 센싱, 터치 포스 센싱)을 신속하고 효율적으로 수행할 수 있다.
한편, 터치 포스가 발생한 것으로 인식되면, 터치 포스에 대응되어 미리 정해진 애플리케이션 또는 기능이 실행될 수 있다.
한편, 터치회로(120)는, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화에 따른 충전량(또는 전압)을 센싱하여 센싱된 충전량(또는 전압)의 크기에 따라 터치 포스에 대한 크기를 파악할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 시 가해진 힘에 해당하는 터치 포스의 유무뿐만 아니라, 얼마나 큰 힘이 가해졌는지를 나타내는 터치 포스의 크기도 파악할 수 있다.
이와 관련하여, 터치 포스의 크기를 파악하면, 파악된 터치 포스의 크기에 대응되어 미리 정해진 애플리케이션 또는 기능이 차별화되어 실행될 수 있다.
아래에서는, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)이 소프트 터치와 포스 터치를 구분할 수 있도록 터치 구동을 수행함에 따라, 소프트 터치와 포스 터치 시 구분되어 발생하는 수신 신호의 특성을 설명한다.
도 8은 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)에서 소프트 터치에 따른 수신 신호 세기와 포스 터치에 따른 수신 신호 세기를 나타낸 도면이다. 단, 도 8에서, 소프트 터치(Soft Touch)는 손가락으로 터치한 경우이고, 포스 터치(Force Touch)는 부도체의 포인터로 터치한 경우를 가정한 것이다.
도 8을 참조하면, 제1 전극(E1)에서 수신되는 신호의 신호 세기(Intensity)는 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값으로 확인할 수 있다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 양(+)의 방향의 값을 갖는다.
도 9에 도시된 바와 같이, 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 해당 제1 전극(E1)의 위치에 해당하는 영역에서 피크(Peak)가 발생한다.
도 8을 참조하면, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 정위상의 관계에 있는 경우, 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 음(-)의 방향의 값을 갖는다.
도 9a는 x-y축 평면에 해당하는 화면에서 소프트 터치가 발생한 경우, 수신 신호에 대한 신호 세기의 분포를 나타낸 도면이고, 도 9b는 x-y축 평면에 해당하는 화면에서 포스 터치가 발생한 경우, 수신 신호에 대한 신호 세기의 분포를 나타낸 도면를 나타낸 도면이다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 소프트 터치(Soft Touch)가 발생하면, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 베이스라인을 기준으로, 전체적으로, z축의 양(+)의 방향으로 신호 세기가 커지는 분포를 갖는다.
또한, 도 9a에 도시된 바와 같이, 소프트 터치가 발생한 경우의 신호 세기 분포를 보면, 화면 전 영역 중 소프트 터치가 발생한 지점에서 큰 신호 세기가 집중적으로 분포할 수 있다.
도 9b에 도시된 바와 같이, 제2 전극(E2)가 디스플레이 패널(110)의 외부에서 통 판 형태로 되어 있다고 가정할 때, 포스 터치(Force Touch)가 발생하면, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값의 크기(신호 세기)는, 베이스라인을 기준으로, 전체적으로, z축의 음(-)의 방향으로 신호 세기가 커지는 분포를 갖는다.
또한, 도 9b에 도시된 바와 같이, 포스 터치가 발생한 경우, 화면 중앙 지점에서 신호 세기가 음(-)의 방향으로 가장 크지만 화면 외곽에서 중앙 지점으로 가면서 신호 세기가 서서히 커지는 분포를 갖는다.
한편, 포스 터치가 강해질 수록, 다수의 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기 변화가 커지고, 이에 따라, 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로, z축의 음(-)의 방향으로 더욱 큰 값을 갖는다. 즉, 포스 터치의 세기가 증가할수록, 신호 세기(Intensity)가 커진다.
전술한 방향성과 관련하여 다시 설명하면, 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호와, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는, 터치가 없을 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 기준으로 서로 반대 방향의 신호일 수 있다.
즉, 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는 터치가 없을 때 얻어지는 베이스 라인 신호보다 큰 신호 세기를 갖고, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는 베이스 라인 신호보다 작은 신호 세기를 갖는다.
제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 정위상의 관계에 있는 경우, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2, Q2≠0) 또는 이에 대응되는 전압은 터치가 소프트 터치(Soft Touch) 일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2=Q1, Q2=0) 또는 이에 대응되는 전압보다 작을 수 있다. 여기서, Q1, Q2는 충전 전하량 또는 충전 전하량의 변화량일 수 있다.
또한, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 정위상의 관계에 있는 경우, 터치가 포스 터치(Force Touch) 일 때 센싱된 충전량 또는 전압은 터치가 없을 때 센싱되는 베이스 충전량 또는 베이스 전압보다 작을 수 있다.
전술한 바와 같이, 터치가 없을 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호를 기준으로, 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는 양(+)의 방향(또는 음(-)의 방향)의 신호이고, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 다수의 제1 전극(E1) 각각으로부터 수신되는 신호는 음(-)의 방향(양(+)의 방향)의 신호이고, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2) 또는 이에 대응되는 전압은 터치가 소프트 터치(Soft Touch) 일 때 센싱된 충전량(Q1) 또는 이에 대응되는 전압보다 작음으로써, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2) 또는 이에 대응되는 전압은 터치가 소프트 터치(Soft Touch) 일 때 센싱된 충전량(Q1) 또는 이에 대응되는 전압보다 작음으로써(Q1+Q2<Q1), 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)와 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)를 정확하게 구분해줄 수 있다.
도 8을 참조하면, 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 역위상의 관계에 있는 경우, 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치(Force Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값은, 터치가 전혀 없는 경우에(베이스라인) 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값을 기준으로 양(+)의 방향의 값을 갖고, 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치(Soft Touch)가 발생한 경우에 아날로그 디지털 컨버터(ADC)에서 출력되는 디지털 값보다 큰 값을 갖는다.
제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)가 역위상의 관계에 있는 경우, 터치가 포스 터치(Force Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2, Q2>0) 또는 전압은 터치가 소프트 터치(Soft Touch)일 때 센싱된 충전량(Q1+Q2, Q2=0) 또는 전압보다 클 수 있다.
전술한 관계를 이용하면, 역위상의 관계에 있는 제2 전극 구동신호(DS2)와 제1 전극 구동신호(DS1)를 이용하여 터치 구동(제2 전극 구동, 제1 전극 구동)을 하는 경우에 소프트 터치와 포스 터치를 효율적으로 구분할 수 있다.
한편, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)이 터치 포스를 센싱할 수 있도록 해주는 독특한 구조를 갖고 있는데, 아래에서는, 터치 포스 센싱을 위한 구조를 예시적으로 설명한다.
도 10는 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)을 간략하게 나타낸 도면이다.
도 10을 참조하면, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은 디스플레이 패널(110)에 배치된 다수의 제1 전극(E1)과 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 제2 전극(E2) 등을 포함한다.
터치 포스를 센싱하기 위하여, 포스 터치에 따라 크기 변화가 가능한 갭(G)이 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 마련되어야 한다.
이에, 본 실시예들에 따른 터치 시스템(100)은, 다수의 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 갭(G)을 만들어주고 터치 포스에 따라 갭(G)의 크기 변화도 가능하게 해주는 갭 구조 유닛(1000)을 포함할 수 있다.
이러한 갭 구조 유닛(1000)을 통해, 터치 포스에 대한 센싱을 가능하게 해줄 수 있다.
도 11은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치를 나타낸 도면이다.
도 11을 참조하면, 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서, 디스플레이 패널(110)은 박막 트랜지스터(TFT: Thin Film Transistor) 등이 배치된 제1 기판(1110)과 컬러필터(CF: Color Filter) 등이 배치된 제2 기판(1120)으로 구성될 수 있다.
그리고, 제1 기판(1110)의 테두리 부분(넌-액티브 영역)에는 구동 칩(1130)이 실장되거나 본딩 또는 연결될 수 있다.
여기서, 구동 칩(1130)은 터치회로(120)를 구현한 칩일 수도 있고, 데이터 구동 칩일 수도 있으며, 경우에 따라서, 터치회로(120) 및 데이터 구동회로 등을 포함하는 디스플레이 구동 칩일 수도 있다.
도 11을 참조하면, 디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(1100)이 위치할 수 있다.
이러한 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부에 갭 구조 유닛(1000)이 위치할 수 있다.
제2 전극(E2)는, 갭 구조 유닛(1000)의 하부 또는 내부에 포함될 수 있다.
이에 따라, 제2 전극(E2)는, 디스플레이 패널(110)의 하부 구조물(1100)의 하부 또는 내부에 위치할 수 있다.
즉, 제2 전극(E2)은 백 라이트 유닛일 수 있는 하부 구조물(1100)의 하부에 위치하거나, 하부 구조물(1100)의 배면에 부착되거나, 하부 구조물(1100)의 내부에 삽입될 수 있다.
전술한 바와 같이, 제2 전극(E2)의 위치 또는 갭 구조 유닛(1000)의 위치 등을 다양하게 설계함으로써, 디스플레이 패널(110) 및 디스플레이 장치의 설계 구조에 적합하게 터치 시스템을 구현할 수 있다.
아래에서는, 설명의 편의를 위해, 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치가 액정 디스플레이 장치인 것을 예로 들어, 액정 디스플레이 장치에서 적용될 수 있는 다양한 타입의 갭 구조 유닛(1000)를 설명한다. 이에, 액정 디스플레이 장치에 포함된 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2)의 위치 등을 간략하게 먼저 설명한다.
도 12는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 터치 시스템(100)의 단면도이다.
도 12는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치가 액정 디스플레이 장치인 경우를 예로 들어, 다수의 제1 전극(E1) 및 제2 전극(E2), 그리고 하부 구조물(1100) 등에 대한 위치를 나타낸 도면이다.
도 12를 참조하면, 디스플레이 패널(110)은 제1 편광판(1210), 제1 기판(1110), 다수의 제1 전극(E1), 제2 기판(1120) 및 제2 편광판(1220) 등을 포함한다.
디스플레이 패널(110) 상에는 본딩층(1230)과 상부 커버(1240)가 위치한다.
디스플레이 패널(110)의 하부에는 하부 구조물(1100)이 위치한다.
하부 구조물(1100)은, 디스플레이 장치에 이미 있는 구조물이거나 제2 전극(E2)를 위해 별도로 마련된 구조물일 수도 있다.
예를 들어, 하부 구조물(1100)은, 일 예로, 액정 디스플레이 장치의 백 라이트 유닛(Back Light Unit), 후면 커버 등일 수 있다. 이뿐만 아니라, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 캐패시터를 형성할 수 있도록 제1 전극(E1)에서 발생한 전계(Electric Field)를 방해하지 않는 구조물이면 무엇이든 가능하다.
전술한 바와 같이, 제2 전극(E2)은 백 라이트 유닛일 수 있는 하부 구조물(1100)의 하부에 위치하거나, 하부 구조물(1100)의 배면에 부착되거나, 하부 구조물(1100)의 내부에 삽입될 수 있다. 이에 따라, 액정 디스플레이 장치에 적합한 포스 센서 구조를 만들어 줄 수 있다.
한편, 액정 디스플레이 장치인 경우, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에 제2 캐패시턴스(C2)를 형성하기 위하여, 제1 전극(E1)와 제2 전극(E2) 사이에는 은(Ag) 등의 물질층, 반사판, 투명전극 층 등이 없어야 한다.
도 13은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서, 포스 터치가 발생하여 갭(G)의 크기가 변하는 상황을 나타낸 도면이다.
도 13을 참조하면, 포스 터치(Force Touch)가 발생하는 경우, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 되어, 하부 구조물(1100) 등이 아래로 미세하게 휘게 된다.
이에 따라, 하부 구조물(1100)과 제2 전극(E2) 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
즉, 포스 터치의 발생 전의 갭(G)은 G1이고, 포스 터치의 발생 후의 갭(G)은 G1보다 작은 값의 G2이다.
이와 같이, 포스 터치의 발생 전후로 갭(G)이 G1에서 G2로 줄어들게 됨에 따라, 제2 캐패시턴스(C2)가 변하게 되어 포스 터치를 인식할 수 있게 된다.
전술한 바와 같이, 터치 포스 센싱을 위해서 갭(Gap)의 크기가 터치 포스에 따라 변해야 하며, 갭의 크기가 변할 수 있도록 하는 갭 구조 유닛(1000)에 대하여 몇 가지 예시들을 설명한다.
일 예로, 갭 구조 유닛(1000)은, 기판 또는 필름으로 된 베이스 플레이트와, 베이스 플레이트 상에 위치한 제2 전극(E2)의 상면 테두리와 하부 구조물(1100)의 배면 테두리 사이에 위치하는 스페이서 탄성 패턴 등을 포함하여 구현될 수 있다.
터치 포스에 따라, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라, 하부 구조물(1100)이 아래로 휘면서 베이스 플레이트 사이의 갭(G)이 변할 수 있다.
다른 예로, 갭 구조 유닛(1000)은, 기판 또는 필름으로 된 베이스 플레이트와, 이러한 베이스 플레이트 상에 위치한 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이에 위치하는 탄성 시트 등을 포함하여 구현될 수 있다.
터치 포스에 따라, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라 하부 구조물(1100)이 휘면서 베이스 플레이트 사이의 갭(G)이 변할 수 있다.
또 다른 예로, 갭 구조 유닛(1000)은, 하부 구조물(1100)의 배면에 위치하는 상부 필름과, 상부 필름과 대향하는 하부 필름과, 상부 필름의 배면 테두리와 하부 필름의 상면 테두리에 본딩된 본딩제와, 제2 전극(E2)의 상면에 위치하는 스페이서 등을 포함하여 구현될 수 있다.
상부 필름의 배면 비 테두리 부분과 하부 필름의 상면 비 테두리 부분이 이격되어 마련된 내부 공간에 제2 전극(E2)가 위치할 수 있다.
터치 포스에 따라, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라 제2 전극(E2)의 상면과 상부 필름의 배면 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
또 다른 예로, 갭 구조 유닛(1000)은, 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이에 위치하는 탄성 필름 등을 포함하여 구현될 수 있다.
터치 포스에 따라, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라, 탄성 필름의 두께가 변하여 제2 전극(E2)의 상면과 하부 구조물(1100)의 배면 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
또 다른 예로, 갭 구조 유닛(1000)은, 하부 구조물(1100)에 내장된 내부 패턴 등을 포함하여 구현될 수도 있따.
터치 포스에 따라, 상부 커버(1240), 디스플레이 패널(110) 및 하부 구조물(1100) 등이 힘을 아래로 받게 된다.
이에 따라, 하부 구조물(1100)의 내부에 있는 내부 패턴도 함께 힘을 받게 되어, 터치 포스에 따라 하부 구조물(1100)의 하부에 위치한 제2 전극(E2)의 상면과 내부 패턴 사이의 갭(G)의 크기가 변할 수 있다.
도 14a 및 도 14b는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치 내 구동신호 인가 회로를 나타낸 도면이다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치는, 다수의 제1 전극(E1)이 내장된 디스플레이 패널(110)과, 디스플레이 패널(110)에 광을 제공하는 백 라이트 유닛(1400)과, 디스플레이 패널(110)의 외부(예: 하부)에 위치하는 적어도 하나의 제2 전극(E2)과, 각 터치 구동 구간 동안, 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)를 순차적으로 인가하고 제2 전극(E2)으로 제2 전극 구동신호(DS2)를 인가하고, 제1 전극(E1)을 통해 수신 신호를 수신하며, 수신된 수신 신호를 토대로 터치의 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 터치회로(120) 등을 포함할 수 있다.
도 14a 및 도 14b를 참조하면, 포스 센서 구조로서, 포스 센서의 역할을 하는 제1 전극(E1)과 제2 전극(E2) 이외에, 신호 전달 및 터치 포스 인식 기능을 수행하는 터치회로(120)를 포함한다.
도 14a를 참조하면, 터치회로(120)는, 제1 전극 구동신호(DS1) 및 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성하여 출력하는 신호 공급부(1410)를 더 포함할 수 있다.
도 14a를 참조하면, 신호 공급부(1410)에서 생성되어 출력된 제1 전극 구동신호(DS1)는, 구동 칩(1130)을 통해, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)으로 순차적으로 인가될 수 있다.
신호 공급부(1410)와 구동 칩(1130) 사이에는, 제1 전극 구동신호(DS1)의 전달을 위하여, 인쇄회로기판 등의 신호 전달 부재가 존재할 수 있다.
구동 칩(1130)은 제1 전극 구동신호(DS1)를 수신하여 멀티플렉서(미도시)를 통해 다수의 제1 전극(E1) 각각에 연결된 신호라인(SL) 중 적어도 하나의 신호라인(SL)으로 출력할 수 있다.
이에 따라, 디스플레이 패널(110)에 내장되어 배치된 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 인가될 수 있다.
도 14a를 참조하면, 신호 공급부(1410)에서 생성되어 출력된 제2 전극 구동신호(DS2)는, 인쇄회로기판 등의 신호 전달 부재를 통해 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치하는 제2 전극(E2)으로 인가될 수 있다.
도 14a와 같이, 신호 공급부(1410)가 터치 포스 센싱에 필요한 제1 전극 구동신호(DS1) 및 제2 전극 구동신호(DS2)를 모두 생성하여 공급하게 되면, 레벨 쉬프터(L/S) 등의 추가적인 부품이 필요하지 않기 때문에, 포스 센서 구조에 필요한 부품 개수를 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 14b를 참조하면, 신호 공급부(1410)는 제1 전극 구동신호(DS1)만을 생성하여 출력할 수 있다.
이 경우, 신호 공급부(1410)에서 생성된 출력된 제1 전극 구동신호(DS1)는, 신호 전달 부재를 통해 구동 칩(1130)으로 전달되어 디스플레이 패널(110)에 내장된 제1 전극(E1)으로 인가된다.
한편, 신호 공급부(1410)가 제1 전극 구동신호(DS1)만을 생성하는 경우, 제2 전극 구동신호(DS2)를 생성하기 위한 별도의 구성이 필요할 수 있다.
제2 전극 구동신호(DS2)를 생성하기 위한 별도의 구성은, 도 14b에 도시된 바와 같이, 레벨 쉬프터(L/S)로 구현될 수 있다.
이러한 레벨 쉬프터(L/S)는, 신호 공급부(1410)에서 생성된 출력된 제1 전극 구동신호(DS1)의 진폭(V1)을 조정하여 출력한다.
위에서 언급한 바와 같이, 터치 포스를 센싱하기 위해서, 제2 전극 구동신호(DS2)의 진폭(V2)은 제1 전극 구동신호(DS1)의 진폭(V1)보다 커야 한다(V2>V1).
따라서, 레벨 쉬프터(L/S)는, 제1 전극 구동신호(DS1)의 진폭(V1)을 미리 정해진 진폭(V2=V1*n)으로 조정하고, 조정된 진폭(V2)을 갖는 신호를 제2 전극 구동신호(DS2)로서 출력한다.
일 예로, 레벨 쉬프터(L/S)는 제1 전극 구동신호(DS1)의 로우 레벨 전압을 유지하고 제1 전극 구동신호(DS1)의 하이 레벨 전압을 높여서 진폭을 변환할 수 있다.
이러한 레벨 쉬프터(L/S)에서 출력된 제2 전극 구동신호(DS2)의 진폭(V2)은 제1 전극 구동신호(DS1)의 진폭(V1)의 n(n은 1보다 큰 실수)배가 된다.
전술한 바에 따르면, 신호 공급부(1410)는 제1 전극 구동신호(DS1)만을 생성하여 공급하기만 하면 되기 때문에, 신호 생성 및 공급이 쉬워지는 장점이 있다.
도 15는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 포스 터치의 발생 위치 별 수신신호(RS)의 세기를 나타낸 도면이다. 단, 1개의 제2 전극(E2)이 화면(1500)의 전 영역에 대응되게 위치된 경우를 가정한다.
도 15를 참조하면, 제2 전극(E2)의 구조에 따라 갭(G)의 변화가 화면(1500)의 중앙 지점에서 크게 발생할 수 있다.
이에 따라, 사용자가 화면(1500) 상의 어떠한 지점을 누르냐에 따라, 즉, 화면(1500) 상의 어떠한 지점에서 터치가 발생하느냐에 따라, 갭(G)의 변화 정도가 달라져서 터치회로(120)에서 측정되는 수신신호(RS)의 신호세기가 달라질 수 있다.
사용자가 화면(1500) 상의 중앙 지점 P3을 누르는 경우, 터치회로(120)가 중앙 지점 P3에 위치한 제1 전극(E1)을 통해 수신하는 수신신호(RS)는, 가장 큰 신호세기인 S3일 수 있다.
사용자가 화면(1500) 상의 외곽 지점 P1을 누르는 경우, 터치회로(120)가 외곽 지점 P1에 위치한 제1 전극(E1)을 통해 수신하는 수신신호(RS)는 S3보다 작은 신호세기인 S1일 수 있다.
사용자가 화면(1500) 상의 중앙 지점 P3과 외곽 지점 P1 사이의 중간 지점 P2을 누르는 경우, 터치회로(120)가 중간 지점 P2에 위치한 제1 전극(E1)을 통해 수신하는 수신신호(RS)는 S1보다는 크고 S3보다는 작은 신호세기인 S2일 수 있다.
즉, 사용자가 화면(1500)을 누르는 지점이 중앙 지점 P3으로 갈수록, 터치회로(120)가 해당 제1 전극(E1)을 통해 수신하는 수신신호(RS)의 신호세기는 커질 수 있다. 또한, 사용자가 화면(1500)을 누르는 지점이 외곽 지점 P1으로 갈수록, 터치회로(120)가 해당 제1 전극(E1)을 통해 수신하는 수신신호(RS)의 신호세기는 작아질 수 있다.
전술한 바와 같이, 사용자가 화면(1500) 상의 어떠한 지점을 누르냐에 따라, 즉, 화면(1500) 상의 어떠한 지점에서 터치가 발생하느냐에 따라, 포스 터치를 인식하기 위한 수신신호(RS)의 신호세기 편차가 발생할 수 있다.
이러한 수신신호(RS)의 신호세기 편차는, 포스 터치의 인식 정확도를 떨어뜨릴 수 있다.
또한, 3가지의 지점(P1, P2, P3) 각각에서의 제1 전극(E1)을 통해 수신된 수신신호(RS)의 신호세기(S1, S2, S3)가 터치 포스의 유무의 기준이 되는 임계값(TH) 보다 큰 경우, 3가지의 지점(P1, P2, P3) 각각에서 발생하는 터치는 누르는 힘이 가해지는 포스 터치로 인식할 수 있다.
즉, 3가지의 지점(P1, P2, P3) 각각에서의 제1 전극(E1)을 통해 수신된 수신신호(RS)의 신호세기(S1, S2, S3)가 터치 포스의 유무의 기준이 되는 임계값(TH) 보다 큰 경우, 3가지의 지점(P1, P2, P3) 각각에서 터치 포스(누르는 힘)가 발생한 것으로 인식할 수 있다.
하지만, 1개의 임계값(TH)만으로는, 포스 터치의 발생 유무 이외에, 터치 포스의 크기(누르는 힘의 크기)가 크고 작음을 정확하게 파악할 수 없다.
설령, 임계값(TH)을 여러 개로 설정하여 이용하더라도, 터치 위치 별 수신신호(RS)의 신호세기 편차로 인해, 터치 포스의 크기가 크고 작음을 정확하게 구분하지 못한다.
따라서, 본 실시예들은, 터치 위치 별 수신신호(RS)의 신호세기 편차를 방지하는 방법과, 이를 이용하여 터치 포스의 크기를 파악할 수 있게 하는 방법을 제공한다.
도 16은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 포스 터치의 발생 위치 별 수신신호 편차를 보상하기 위한 터치회로(120)의 프로세서(740)를 나타낸 도면이다.
도 16을 참조하면, 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 터치회로(120)는, 제1 전극(E1)의 위치(터치 위치와 대응됨)에 근거하여 수신신호(RS)의 신호세기를 보정하고, 보정된 신호세기를 토대로 터치 포스를 인식할 수 있다.
이에 따라, 터치 위치에 따른 수신신호(RS)의 신호세기 편차를 방지해줄 수 있고, 이를 통해, 포스 터치의 인식 정확도를 향상시킬 수 있다.
보다 구체적으로 설명하면, 터치회로(120)에 포함되는 프로세서(740)는, 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)가 순차적으로 인가되고, 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극(E2)으로 제2 전극 구동신호(DS2)가 인가된 이후, 제1 전극(E1)을 통해 수신신호(RS)를 수신하는 신호 수신부(1610)와, 다수의 제1 전극(E1)의 위치 별로 보정 계수(CF: Compensating Factor)를 저장하는 룩 업 테이블(LUT)과, 룩 업 테이블(LUT)을 참조하여 수신신호(RS)의 신호세기를 보정하는 신호세기 보정부(1620)와, 보정된 신호세기를 토대로 터치 포스를 인식하는 제어부(1630) 등을 포함할 수 있다.
전술한 바와 같이, 미리 마련된 룩 업 테이블(LUT)을 참조하여 신호세기를 보정함으로써, 신호세기 보정을 신속하고 정확하게 수행할 수 있다.
도 17은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 포스 터치의 발생 위치 별 수신신호 편차를 보상하기 위한 룩 업 테이블(LUT)을 개략적으로 나타낸 도면이다.
도 17을 참조하면, 룩 업 테이블(LUT)은, 다수의 제1 전극(E1)의 위치 별로 보정 계수(CF: Compensating Factor)를 저장하고 있다.
예를 들어, 위치 (1, 1)에서의 제1 전극(E1)에 대한 보정 계수는 a이고, 위치 (1, 2)에서의 제1 전극(E1)에 대한 보정 계수는 b이고, 위치 (1, 3)에서의 제1 전극(E1)에 대한 보정 계수는 c이다. 다수의 제1 전극(E1) 중에서 중앙 지점(Center)에 해당하는 위치에서의 제1 전극(E1)에 대한 보정 계수는 1이다.
여기서, 보정 계수가 1이면, 보정 전후의 신호세기가 동일한 것이고, 보정 계수가 클수록 보정 전의 신호세기에 비해 보정 후의 신호세기가 더욱 커지게 된다.
이러한 룩 업 테이블(LUT)를 활용하는 신호세기 보정방식을 더 구체적으로 설명하면, 신호세기 보정부(1620)는, 룩 업 테이블(LUT)에서 제1 전극(E1)의 위치에 대응되는 보정 계수(CF)를 추출하고, 추출된 보정 계수(CF)와 수신신호(RS)의 신호세기를 곱하여 보정된 신호세기를 산출할 수 있다.
즉, 보정된 신호세기는 아래의 수학식 2와 같이 표현될 수 있다.
Figure 112015129225449-pat00002
상기 수학식 2에서, S'는 보정 후의 신호세기이고, S는 보정 전의 신호세기이며, CF는 보정 계수(Compensating Factor)이다.
여기서, 보정 계수 CF는 하기의 수학식 3과 같이 계산될 수 있다.
Figure 112015129225449-pat00003
상기 수학식 3에서, CF(x, y)는 (x, y) 위치에서의 제1 전극(E1)에 대한 보정 계수이고, A(center)는 중앙 지점 위치에서의 제1 전극(E)을 통해 수신되는 수신신호에 대하여 미리 설정된 기준 신호세기이고, A(x, y)는 (x, y) 위치에서의 제1 전극(E)을 통해 수신되는 수신신호에 대하여 미리 설정된 기준 신호세기이다.
전술한 바와 같은 신호세기 보정 방식에 따르면, 터치 위치에 따른 수신신호(RS)의 신호세기 편차를 정확하고 효율적으로 제거해줄 수 있다. 이를 통해, 포스 터치의 인식 정확도를 향상시킬 수 있다.
도 18은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 포스 터치의 발생 위치 별 수신신호 편차를 보상한 결과에 따라 보상된 신호세기를 나타낸 도면이다.
단, 사용자가 화면(1500) 상의 중앙 지점 P3을 누르는 경우, 터치회로(120)가 중앙 지점 P3에 위치한 제1 전극(E1)을 통해 수신하는 수신신호(RS)는, 가장 큰 신호세기인 S3을 가지고 있고, 신호세기 보정이 되지 않는 것으로 가정한다.
도 18을 참조하면, 도 15에서와 같은 신호세기 편차가 없어진 것을 확인할 수 있다.
사용자가 화면(1500) 상의 외곽 지점 P1을 누르는 경우, 터치회로(120)가 외곽 지점 P1에 위치한 제1 전극(E1)을 통해 수신하는 수신신호(RS)는 S1의 신호세기를 가지고 있는데, 이러한 신호세기 S1은, 전술한 신호세기 보정방식에 따라, ΔS1만큼 큰 S1'(=S1+ΔS1=S1×P1 위치의 E1에 대한 CF)으로 보정된다.
사용자가 화면(1500) 상의 중간 지점 P2를 누르는 경우, 터치회로(120)가 외곽 지점 P1에 위치한 제1 전극(E1)을 통해 수신하는 수신신호(RS)는 S2의 신호세기를 가지고 있는데, 이러한 신호세기 S2는, 전술한 신호세기 보정방식에 따라, ΔS2만큼 큰 S2'(=S2+ΔS2=S2×P2 위치의 E1에 대한 CF)으로 보정된다.
이에 따라, S1'와 S2'는 S3과 동일해진다.
도 19a 내지 도 19c는 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치에서 터치 포스의 크기를 세밀화하여 인식하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 19a 내지 도 19c를 참조하면, 터치회로(120)의 프로세서(740) 내 제어부(1630)는, 미리 설정된 둘 이상의 임계값(TH1, TH2, TH3)과 보정된 신호세기를 토대로 터치 포스의 유무뿐만 아니라, 터치 포스의 세기를 세분화하여 인식할 수 있다.
여기서, 임계값 개수가 많을수록 터치 포스의 세기를 더욱 세분화하여 인식할 수 있다.
전술한 터치 포스의 세기에 대한 세분화 인식 방법을 도 19a 내지 도 19c를 참조하여 예시적으로 설명한다.
도 19a를 참조하면, Px 위치에서의 제1 전극(E1)을 통해 수신된 수신신호의 보정된 신호세기(Sx')가 제1 임계값(TH1)보다 크고 제2 임계값(TH2) 이하인 경우, 제어부(1630)는 터치 포스의 세기의 레벨을 가장 약한 제1 레벨(L1)로 인식할 수 있다.
도 19b를 참조하면, Py 위치에서의 제1 전극(E1)을 통해 수신된 수신신호의 보정된 신호세기(Sy')가 제2 임계값(TH2) 보다 크고 제3 임계값(TH3) 이하인 경우, 제어부(1630)는 터치 포스의 세기의 레벨을 중간 정도의 제2 레벨(L2)로 인식할 수 있다.
도 19c를 참조하면, Pz 위치에서의 제1 전극(E1)을 통해 수신된 수신신호의 보정된 신호세기(Sz')가 제3 임계값(TH3) 보다 큰 경우, 제어부(1630)는 터치 포스의 세기의 레벨을 가장 강한 제3 레벨(L3)로 인식할 수 있다.
전술한 바에 따르면, 터치 포스의 유무뿐만 아니라, 터치 포스의 세기를 세분화하여 인식할 수 있다. 이를 통해, 더욱 다양한 응용 기능을 제공해줄 수 있다.
아래에서는, 이상에서 설명한 터치 포스 센싱 방법을 간략하게 설명한다.
도 20은 본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 터치 포스 센싱 방법에 대한 흐름도이다.
본 실시예들에 따른 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치의 터치 포스 센싱 방법은, 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널(110)에 내장된 다수의 제1 전극(E1)으로 제1 전극 구동신호(DS1)를 순차적으로 인가하고, 디스플레이 패널(110)의 외부에 위치한 적어도 하나의 제2 전극(E2)으로 제2 전극 구동신호(DS2)를 인가하는 단계(S2010)와, 제1 전극(E1)을 통해 수신신호(RS)를 수신하는 단계(S2020)와, 수신신호(RS)의 신호세기를 보정하는 단계(S2030)와, 보정된 신호세기를 토대로 터치 포스를 인식하는 단계(S2040) 등을 포함할 수 있다.
전술한 터치 포스 센싱 방법을 이용하면, 터치 위치에 따른 수신신호(RS)의 신호세기 편차를 방지해줄 수 있고, 이를 통해, 포스 터치의 인식 정확도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 실시예들에 의하면, 다양한 기능을 다양한 형태로 제공하기 위하여, 사용자의 터치 발생 시, 터치 좌표를 센싱하는 것뿐만 아니라, 사용자가 터치 시 화면을 누르는 터치 포스(Touch Force)를 센싱할 수 있다.
또한, 본 실시예들에 의하면, 터치 포스(Touch Force)를 더욱 정확하고 세밀하게 센싱할 수 있다.
이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치 시스템
110: 디스플레이 패널
120: 터치회로
E1: 제1 전극
E2: 제2 전극
740: 프로세서
1410: 신호 공급부
1610: 신호 수신부
1620: 신호세기 보정부
1630: 제어부
LUT: 룩 업 테이블

Claims (14)

  1. 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극;
    상기 디스플레이 패널의 외부에 위치하며 상기 다수의 제1 전극과 중첩되는 하나의 제2 전극; 및
    각 터치 구동 구간 동안, 상기 다수의 제1 전극으로 전압 레벨이 변동되는 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가하고 상기 제2 전극으로 제2 전극 구동신호를 인가하고, 상기 제1 전극을 통해 수신되는 수신 신호를 토대로 터치의 터치 좌표 및 터치 포스(Touch Force)를 센싱하는 터치회로를 포함하고,
    상기 터치회로는, 상기 제1 전극의 위치에 근거하여 상기 수신 신호의 신호세기를 보정하고, 상기 보정된 신호세기를 토대로 상기 터치 포스를 인식하고,
    상기 다수의 제1 전극은,
    디스플레이 구동 구간 동안, 디스플레이 구동을 위한 디스플레이 구동 전압을 인가 받고,
    상기 터치 구동 구간 동안, 상기 터치 좌표 및 상기 터치 포스를 센싱하기 위한 상기 제1 전극 구동신호를 인가 받고,
    상기 제2 전극은,
    상기 터치 구동 구간 동안, 상기 터치 포스를 센싱하기 위한 상기 제2 전극 구동신호를 인가 받고,
    상기 제1 전극 구동신호는 제1 진폭을 갖고, 상기 제2 전극 구동신호는 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    상기 수신 신호를 수신하는 신호 수신부;
    상기 다수의 제1 전극의 위치 별로 보정 계수를 저장하는 룩 업 테이블;
    상기 룩 업 테이블을 참조하여 상기 수신 신호의 신호세기를 보정하는 신호세기 보정부; 및
    상기 보정된 신호세기를 토대로 상기 터치 포스를 인식하는 제어부를 포함하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 신호세기 보정부는,
    상기 룩 업 테이블에서 상기 제1 전극의 위치에 대응되는 보정 계수를 추출하고, 상기 추출된 보정 계수와 상기 수신신호의 신호세기를 곱하여 상기 보정된 신호세기를 산출하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동신호를 출력하는 신호 공급부; 및
    상기 제1 전극 구동신호의 진폭을 조정하여 상기 제2 전극 구동신호로서 출력하는 레벨 쉬프터를 더 포함하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동신호 및 상기 제2 전극 구동신호를 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극으로 각각 출력하는 신호 공급부를 더 포함하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극은,
    상기 디스플레이 패널의 하부에 위치한 하부 구조물의 배면에 부착되거나 내부에 삽입되는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호와 상기 제1 전극 구동신호는 동일한 위상을 갖는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 제2 전극 구동신호는 상기 제1 전극 구동신호보다 큰 신호 세기를 갖는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 터치 포스에 따라 크기 변화가 가능한 갭(Gap)이 상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이에 존재하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    상기 터치 구동 시, 상기 다수의 제1 전극으로 상기 제1 전극 구동신호를 순차적으로 인가하고 상기 제2 전극으로 상기 제2 전극 구동신호를 인가하며,
    상기 다수의 제1 전극 각각으로부터 수신되는 수신 신호의 신호세기를 보정하고, 상기 보정된 신호세기를 토대로, 상기 다수의 제1 전극과 상기 제2 전극 사이의 갭의 크기 변화에 따른 충전량 또는 전압을 센싱하여 상기 터치 포스를 인식하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 터치회로는,
    미리 설정된 둘 이상의 임계값과 상기 보정된 신호세기를 토대로 상기 터치 포스의 유무뿐만 아니라, 상기 터치 포스의 세기를 인식하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
  12. 디스플레이 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극으로 디스플레이 구동을 위한 디스플레이 구동 전압을 인가하는 단계;
    각 터치 구동 구간 동안, 상기 디스플레이 패널에 내장된 상기 다수의 제1 전극으로 터치 좌표 및 터치 포스를 센싱하기 위한 제1 전극 구동신호를 인가하고, 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치하며 상기 다수의 제1 전극과 중첩되는 하나의 제2 전극으로 상기 터치 포스를 센싱하기 위한 제2 전극 구동신호를 인가하는 단계;
    상기 제1 전극을 통해 수신 신호를 수신하는 단계;
    상기 수신 신호의 신호세기를 보정하는 단계; 및
    상기 보정된 신호세기를 토대로 상기 터치 포스를 인식하는 단계를 포함하고,
    상기 제1 전극 구동신호는 전압 레벨이 변동되고, 상기 제1 전극 구동신호는 제1 진폭을 갖고, 상기 제2 전극 구동신호는 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 터치 포스 센싱 방법.
  13. 각 터치 구동 구간 동안, 디스플레이 패널에 내장된 다수의 제1 전극으로 터치 좌표 및 터치 포스를 센싱하기 위한 제1 전극 구동신호가 인가되고, 상기 디스플레이 패널의 외부에 위치하며 상기 다수의 제1 전극과 중첩되는 하나의 제2 전극으로 상기 터치 포스를 센싱하기 위한 제2 전극 구동신호가 인가된 이후, 상기 제1 전극을 통해 수신 신호를 수신하는 신호 수신부;
    상기 수신 신호의 신호세기를 보정하는 신호세기 보정부; 및
    상기 보정된 신호세기를 토대로 상기 터치 포스를 인식하는 제어부를 포함하고,
    디스플레이 구동 구간 동안, 상기 다수의 제1 전극으로 디스플레이 구동을 위한 디스플레이 구동 전압이 인가되고,
    상기 제1 전극 구동신호는 전압 레벨이 변동되고, 상기 제1 전극 구동신호는 제1 진폭을 갖고, 상기 제2 전극 구동신호는 상기 제1 진폭과 다른 제2 진폭을 갖는 터치 포스 인식을 위한 프로세서.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 제1 전극 구동신호 및 상기 제2 전극 구동신호가 정 위상 관계에 있고,
    상기 터치가 누르는 힘이 없거나 일정 수준 이하인 소프트 터치인 경우, 상기 수신신호의 신호세기는 제1 디지털 값들로 변환되고,
    상기 터치가 누르는 힘이 있거나 일정 수준을 초과하는 포스 터치인 경우, 상기 수신신호의 신호세기는 제2 디지털 값들로 변환되고, 상기 제2 디지털 값들은 상기 제1 디지털 값들과 다른 부호를 갖는 값들을 포함하는 포스 센서 구조를 갖는 디스플레이 장치.
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