KR102541935B1

KR102541935B1 - 입력 센싱 장치

Info

Publication number: KR102541935B1
Application number: KR1020150152681A
Authority: KR
Inventors: 한만협; 조지호; 추교섭
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-10-30
Filing date: 2015-10-30
Publication date: 2023-06-12
Also published as: KR20170051796A

Abstract

본 발명에 따른 입력 센싱 장치는 입력 영상을 표시하는 표시영역과 상기 표시영역 바깥의 비 표시영역을 가지며, 상기 표시 영역 내에 다수의 입력 센서들이 내장되는 표시패널과, 그라운드 전원에 연결된 도전부를 포함하여 상기 표시패널의 비 표시영역을 감싸며, 유저의 신체에 접촉되도록 상기 도전부가 외부에 노출된 케이스 부재를 포함한다.

Description

입력 센싱 장치{Device For Detecting User Input}

본 발명은 유저로부터 입력되는 터치 정보나 지문 정보를 센싱할 수 있는 입력 센싱 장치에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다.

최근, 스마트폰과 웨이러블 기기(wearable device)와 같은 휴대용 정보기기에 대한 기술이 발전됨에 따라 터치 UI에 대한 관심이 급증되고 있다. 터치 UI는 표시장치에 입력 센서를 형성하는 방법으로 구현되고 있다. 입력 센서는 터치 센서와 지문 센서를 포함하며, 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 입력 센서는 손가락 또는 전도성 물질이 입력 센서에 접촉될 때 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 입력 센서의 전하 변하량을 센싱하여 터치 입력 또는 지문 입력을 감지한다.

정전 용량 방식의 입력 센서는 자기 용량(Self Capacitance) 센서 또는 상호 용량(Mutual Capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 자기 용량 센서의 전극들 각각은 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들과 1:1로 연결될 수 있다. 상호 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 센서 배선들의 교차부에 형성될 수 있다.

터치 입력 또는 지문 입력을 위해 입력 센서를 갖는 휴대용 정보기기에 손가락이 접촉될 때, 센싱 성능 향상을 위해 손가락에 그라운드 전원이 연결될 필요가 있다. 정전 용량 방식의 입력 센서의 경우, 손가락에 그라운드 전원이 직접 연결되지 않으면 터치 입력 또는 지문 입력에 대한 센싱 감도가 떨어지고, 노이즈 내성(Noise Immunity) 특성이 저하된다.

부연 설명하면, 도 1과 같이 터치 센싱시 대략 1 pF의 고유 커패시턴스(Cf)를 갖는 손가락은 신발 등을 통해 간접적으로 그라운드에 연결되기 때문에 실제로는 플로팅(floating) 상태에 가깝게 된다. 손가락과 그라운드 간의 커패시턴스(Cb)는 통상 50 pF이며, 신발 바닥이 두꺼운 경우에는 200 pF 정도가 되기도 한다. 이렇게 손가락이 매우 큰 커패시턴스(Cb)를 통해 그라운드에 연결되기 때문에, 터치 센싱시 손가락의 합성 커패시턴스는 대략 0.98pF이 되며, 이는 1 pF의 고유 커패시턴스(Cf)보다 작다. 합성 커패시턴스가 작은 경우, 터치 입력이 이뤄진 터치 센서와 그렇지 못한 터치 센서 간에 터치 센싱 신호의 레벨 차가 작기 때문에 센싱 감도가 낮다. 터치 센싱시 손가락의 합성 커패시턴스는 적어도 2 이상의 지점들에서 동시에 터치 입력이 이뤄지는 멀티 터치 센싱시에 더욱 작아진다. 따라서, 멀티 터치 센싱시에 상기와 같은 문제점이 커진다.

이러한 문제점은 터치 센싱시에 비해 지문 센싱시에 더 심해진다. 정전 용량식 지문 센서는 인간의 손가락 지문을 감지하는 센서로서, 지문센서와 접촉되는 융선(ridge)과 골(valley) 사이에 대전되는 전기량의 차를 이용한 것이다. 지문 센싱시에는 수많은 지문 센서들이 손가락의 융선들에 멀티 터치되므로, 손가락이 그라운드에 직접 연결되지 않으면 합성 커패시턴스가 매우 작다. 다시 말해, 손가락이 매우 큰 커패시턴스(Cb)를 통해 그라운드에 연결되기 때문에, 지문 센싱시 손가락의 합성 커패시턴스는 대략 3.3 fF이 되며, 이는 10 fF의 고유 커패시턴스(Cf)보다 훨씬 작다. 따라서 지문 센싱시 손가락이 그라운드에 직접 연결되지 않으면 지문 인식을 위한 터치를 구분하기 어렵게 되어, 지문 센싱의 정확도가 현저히 떨어진다.

도 3은 손가락을 통해 터치 입력 또는 지문 입력 시에, 손가락과 그라운드 전원(GND) 간의 직접적인 연결 여부에 따라 노이즈 내성 특성이 달라지는 것을 보여주고 있다. 도 3을 참조하면, 손가락에 그라운드 전원(GND)이 직접 연결되면 센싱 신호에 혼입되는 노이즈의 량이 확연히 줄어듦을 알 수 있다.

손가락과 그라운드 전원(GND)을 직접 연결하기 위해, 도 4와 같은 종래 기술에서는 그라운드 전원(GND)이 인가되는 그라운드 링(GR)을 휴대용 정보기기의 비 표시영역(NA)에 형성하였다. 그라운드 링(GR)과 지문 센서가 서로 이웃하게 위치하기 때문에, 지문 입력시 손가락이 지문 센서뿐만 아니라 그라운드 링(GR)에도 접촉하게 된다. 도 4에서 'AA'는 입력 영상이 표시되는 표시영역(AA)을 지시한다.

이러한 종래 기술은 다음과 같은 설계적인 제약이 있다.

첫째, 종래 기술에서 그라운드 링(GR)은 화상 표시를 저해하기 때문에 휴대용 정보기기의 표시영역(AA)에는 형성될 수 없고, 비 표시영역(NA)에 형성되어야 한다. 따라서, 그라운드 링(GR)으로 인해 휴대용 정보기기에서 베젤 영역(Bezel area)이 넓어질 수밖에 없다. 전반적인 디스플레이 분야에서 네로우 베젤(Narrow Bezel)은 중요한 기술 이슈인데, 종래 기술은 네로우 베젤을 구현할 수 없다.

둘째, 종래 기술에서 입력 센서는 그라운드 링(GR)과 함께 손가락에 동시에 접촉되어야 하기 때문에, 그라운드 링(GR)으로부터 멀리 떨어져 위치할 수 없다. 입력 센서는 그라운드 링(GR)에 가깝게 휴대용 정보기기의 비 표시영역(NA)에 형성되어야 한다. 따라서, 종래 기술은 입력 센서가 표시영역(AA)에 내장되는 경우에는 적용되기 어렵다.

따라서, 본 발명의 목적은 표시영역에 입력 센서가 내장된 휴대용 정보기기에서 설계적인 제약 없이 손가락과 그라운드 전원이 효과적으로 연결되도록 한 입력 센싱 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 입력 센싱 장치는 입력 영상을 표시하는 표시영역과 상기 표시영역 바깥의 비 표시영역을 가지며, 상기 표시 영역 내에 다수의 입력 센서들이 내장되는 표시패널과, 그라운드 전원에 연결된 도전부를 포함하여 상기 표시패널의 비 표시영역을 감싸며, 유저의 신체에 접촉되도록 상기 도전부가 외부에 노출된 케이스 부재를 포함한다.

상기 도전부에 상기 유저의 신체가 접촉된 상태에서 상기 입력 센서들에 상기 유저의 손가락이 접촉되는 경우, 상기 그라운드 전원은 상기 도전부와 상기 신체를 경유하여 상기 손가락에 연결된다.

상기 도전부는 상기 케이스 부재의 모든 면에 구비된다.

상기 도전부는 상기 케이스 부재에서 상기 유저의 신체가 접촉되는 일부 면에만 구비된다.

상기 입력 센서들은 터치 입력을 센싱하기 위한 터치 센서, 및 지문 입력을 센싱하기 위한 지문 센서 중 적어도 어느 하나로 구현된다.

본 발명은 표시영역에 입력 센서가 내장된 휴대용 정보기기에서 터치(또는 지문) 입력을 위해 입력 센서에 접촉되는 손가락에 설계적인 제약 없이 그라운드 전원을 효과적으로 연결할 수 있다. 본 발명은 종래 기술과 같은 별도의 그라운드 링을 구비할 필요가 없기 때문에 네로우 베젤을 용이하게 구현할 수 있고, 입력 센서가 표시영역에 내장되는 경우에도 최적으로 적용될 수 있다. 이를 통해 본 발명은 설계적인 제약 없이 터치 입력 또는 지문 입력에 대한 센싱 감도를 높임과 아울러 노이즈 내성(Noise Immunity) 특성을 향상시킬 수 있다.

도 1은 손가락을 통한 터치 입력시 센싱 감도가 저하되는 원인을 설명하기 위한 도면.
도 2는 손가락을 통한 지문 입력시 센싱 감도가 저하되는 원인을 설명하기 위한 도면.
도 3은 손가락을 통해 터치 입력 또는 지문 입력 시에, 손가락과 그라운드 전원 간의 직접적인 연결 여부에 따라 노이즈 내성 특성이 달라지는 것을 보여주는 도면.
도 4는 종래 손가락과 그라운드 전원을 직접 연결하기 위해, 입력 센서 근처에 그라운드 링을 형성한 것을 보여주는 도면.
도 5는 본 발명의 입력 센싱 장치가 스마트 워치로 구현되는 예를 보여주는 도면.
도 6은 본 발명의 입력 센싱 장치가 스마트 폰으로 구현되는 예를 보여주는 도면.
도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 입력 센싱 장치에서 그라운드 전원 연결 구성의 일 예들을 보여주는 도면.
도 9는 본 발명에 따른 입력 센싱 장치를 보여주는 블록도.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 입력 센싱 장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자를 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자는 액정표시소자를 중심으로 설명되지만, 본 발명의 입력 센싱 장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다.

본 발명의 입력 센싱 장치는 유저에게 휴대되거나 또는 유저에게 착용되는 휴대용 정보기기로 구현된다.

도 5는 본 발명의 입력 센싱 장치가 스마트 워치로 구현되는 예를 보여준다. 그리고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 입력 센싱 장치에서 그라운드 전원 연결 구성의 일 예들을 보여준다.

도 5, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 입력 센싱 장치(100)는 표시패널과 케이스 부재(CAS)를 포함한다.

표시패널은 입력 영상을 표시하는 표시영역(AA)과 표시영역(AA) 바깥의 비 표시영역(NAA)을 갖는다. 표시영역(AA)에는 다수의 입력 센서들을 포함한 센서 어레이(SARY)가 내장된다. 입력 센서들은 터치 입력을 센싱하기 위한 터치 센서와 지문 입력을 센싱하기 위한 지문 센서 중 적어도 어느 하나로 구현될 수 있다.

케이스 부재(CAS)는 그라운드 전원(GND)에 연결된 도전부(CP)를 포함하여 상기 표시패널의 비 표시영역(NAA)을 감싼다. 도전부(CP)는 유저의 신체에 접촉되도록 외부에 노출되어 있다. 도전부(CP)는 도전성 물질로 형성된다. 도전부(CP)는 스마트 워치의 하부 금속 케이스로 구현될 수도 있고, 스마트 워치의 금속 시계줄을 더 포함할 수도 있다.

도전부(CP)에 유저의 신체(예를 들어 손목)가 접촉된 상태에서 입력 센서들에 유저의 손가락이 접촉되는 경우, 그라운드 전원(GND)은 도전부(CP)와 유저의 신체를 경유하여 유저의 손가락에 연결된다. 이를 통해, 본 발명은 표시영역(AA)에 위치한 입력 센서들을 손가락으로 터치하는 경우에도, 그 손가락에 그라운드 전원이 효과적으로 연결되도록 할 수 있다. 본 발명은 스마트 워치를 착용하는 것만으로도 표시영역(AA) 내에 위치하는 입력 센서들에 접촉되는 반대측 손가락에 자연스럽게 그라운드 전원을 연결할 수 있다. 본 발명은 종래 기술과 같은 별도의 그라운드 링을 구비할 필요가 없기 때문에 네로우 베젤을 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 본 발명은 입력 센서가 표시영역(AA)에 내장되는 경우에 최적화되어 적용됨으로써, 터치 입력 또는 지문 입력에 대한 센싱 감도를 높임과 아울러 노이즈 내성(Noise Immunity) 특성을 향상시킬 수 있다.

도전부(CP)는 도 7과 같이 케이스 부재(CAS)의 모든 면에 구비되거나 또는, 도 8과 같이 케이스 부재(CAS)에서 유저의 신체가 접촉되는 일부 면에만 구비될 수 있다. 도 7은 케이스 부재(CAS)를 도전성 재질로 형성함으로써 구현될 수 있다. 도 8은 비 도전성 재질의 케이스 부재(CAS)에 부분적으로 도전성 재질의 도전부(CP)를 형성함으로써 구현될 수 있다.

도전부(CP)에 인가되는 그라운드 전원(GND)은 전원 생성부(30)에서 생성된다. 전원 생성부(30)는 전원 공급 라인(35)을 통해 도전부(CP)에 연결된다. 전원 생성부(30)는 콘트롤 보드(CBD)에 실장되며, 그라운드 전원(GND)을 생성하여 도전부(CP)에 공급한다. 한편, 전원 생성부(30)는 은 도팅(Ag dotting) 방식, FPC 연결 방식 등을 통해 도전부(CP)에 연결될 수도 있다.

콘트롤 보드(CBD)에는 터치 IC(18)가 더 실장될 수 있다. 터치 IC(18)는 연성 회로 기판(Flexible Printed Circuit, 이하, “FPC”)을 통해 센서 어레이(SARY)에 연결된다. 터치 IC(18)는 FPC를 통해 센서 어레이(SARY)로부터 센싱 신호를 수신한다. 터치 IC(18)는 센싱 신호로부터 터치 입력(또는 지문 입력) 전후의 전하 변화량을 검출하고 그 전하 변화량을 소정의 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 전하 변화량을 갖는 입력 센서들의 위치를 터치 입력(또는 지문 입력) 영역으로 판정할 수 있다.

도 6은 본 발명의 입력 센싱 장치가 스마트 폰으로 구현되는 예를 보여준다. 그리고, 도 7 및 도 8은 본 발명에 따른 입력 센싱 장치에서 그라운드 전원 연결 구성의 일 예들을 보여준다.

도 6, 도 7 및 도 8을 참조하면, 본 발명의 일 입력 센싱 장치(200)는 표시패널과 케이스 부재(CAS)를 포함한다.

케이스 부재(CAS)는 그라운드 전원(GND)에 연결된 도전부(CP)를 포함하여 상기 표시패널의 비 표시영역(NAA)을 감싼다. 도전부(CP)는 유저의 신체에 접촉되도록 외부에 노출되어 있다. 도전부(CP)는 도전성 물질로 형성된다. 도전부(CP)는 스마트 폰의 측면 및 하부면 금속 케이스로 구현될 수도 있다.

도전부(CP)에 유저의 신체(예를 들어 일측 손)가 접촉된 상태에서 입력 센서들에 유저의 반대측 손의 손가락이 접촉되는 경우, 그라운드 전원(GND)은 도전부(CP)와 유저의 신체를 경유하여 유저의 손가락에 연결된다. 이를 통해, 본 발명은 표시영역(AA)에 위치한 입력 센서들을 손가락으로 터치하는 경우에도, 그 손가락에 그라운드 전원이 효과적으로 연결되도록 할 수 있다. 본 발명은 스마트 폰을 일측 손으로 잡는 것만으로도 표시영역(AA) 내에 위치하는 입력 센서들에 접촉되는 반대측 손가락에 자연스럽게 그라운드 전원을 연결할 수 있다. 본 발명은 종래 기술과 같은 별도의 그라운드 링을 구비할 필요가 없기 때문에 네로우 베젤을 용이하게 구현할 수 있다. 또한, 본 발명은 입력 센서가 표시영역(AA)에 내장되는 경우에 최적화되어 적용됨으로써, 터치 입력 또는 지문 입력에 대한 센싱 감도를 높임과 아울러 노이즈 내성(Noise Immunity) 특성을 향상시킬 수 있다.

도전부(CP)에 인가되는 그라운드 전원(GND)은 전원 생성부(30)에서 생성된다. 전원 생성부(30)는 전원 공급 라인(35)을 통해 도전부(CP)에 연결된다. 전원 생성부(30)는 콘트롤 보드(CBD)에 실장되며, 그라운드 전원(GND)을 생성하여 도전부(CP)에 공급한다. 한편, 전원 생성부(30)는 은 도팅(Ag dotting) 방식, FPC 연결 방식 등 을 통해 도전부(CP)에 연결될 수도 있다.

도 9는 본 발명에 따른 입력 센싱 장치를 보여주는 블록도이다.

도 9를 참조하면, 본 발명에 따른 입력 센싱 장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14), 타이밍 콘트롤러(20), 터치 스크린(TSP), 터치 IC(18) 등을 포함한다.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 자연수), 이 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(또는 스캔라인들)(G1~Gn, n은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다.

표시패널(DIS)의 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극에 인가되는 데이터전압과 공통전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과량을 조절한다. TFT들은 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급한다.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다.

표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(DIS)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(DireCa type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(VeRaical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

표시패널(DIS)은 입력 영상을 표시하는 표시영역(도 5 내지 도 8의 AA)과, 표시영역(AA) 바깥의 비 표시영역(도 5 내지 도 8의 NAA)을 포함한다. 비 표시영역(NAA)은 표시장치의 케이스 부재(도 5 내지 도 8의 CAS)에 의해 덮히는 부분이다. 케이스 부재(CAS)는 비 표시영역(NAA)을 감싸면서 픽셀 어레이가 배치된 표시영역(AA)을 외부에 노출한다. 케이스 부재(CAS)는 그라운드 전원(GND)에 연결된 도전부(도 5 내지 도 8의 CP)를 포함하여 표시패널(DIS)의 비 표시영역(NAA)을 감싼다. 도전부(CP)는 유저의 신체에 접촉되도록 외부에 노출되어 있다.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동부(12)와, 스캔 구동부(14)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동부(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동부(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동부(12)와 스캔 구동부(14)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 발생한다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate StaRa Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

터치 스크린(TSP)은 정전 용량(capacitance)을 갖는 다수의 입력 센서들을 포함한다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있고, 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성될 수 있다.

상호 용량 센서로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 제1 방향을 따라 서로 나란하게 배열되는 Tx 전극라인들(또는 Tx 채널들), 제2 방향을 따라 나란히 배열되어 Tx 전극라인들과 교차하는 Rx 전극라인들(또는 Rx 채널들), 및 Tx 전극라인들과 Rx 전극라인들의 교차점들 마다 형성된 상호 용량 센서들을 포함할 수 있다. 각 상호 용량 센서는 Tx 전극라인에 접속된 Tx 전극, Rx 전극라인에 접속된 Rx 전극, 및 Tx 전극과 Rx 전극 사이에 위치하는 절연층을 포함한다. Tx 전극라인들은 입력 센서들 각각에 센서 구동신호를 인가하여 입력 센서들에 전하를 공급하는 구동 신호 배선들이다. Rx 전극라인들은 센서들에 연결되어 입력 센서들의 전하를 터치 스크린 구동회로에 공급하는 센서 배선들이다. 상호 용량 센싱 방법은 Tx 전극라인을 통해 상호 용량 센서의 Tx 전극에 센서 구동신호를 인가하여 상호 용량 센서에 전하를 공급하고, 센서 구동 신호와 동기하여 상호 용량 센서의 용량 변화를 Rx 전극과 Rx 전극라인을 통해 센싱하면 터치 또는 지문 입력을 센싱할 수 있다.

터치 스크린(TSP)에는 터치 센서와 지문 센서가 일체화될 수 있다. 이 경우, 터치 센서와 지문 센서는 동일한 전극 패턴을 공유함으로써 센서 어레이 형성 공정을 간소화할 수 있다. 상호 용량 센서는, 터치 센싱 모드에서 터치 센서 역할을 하고, 지문 센싱 모드에서 지문 센서 역할을 할 수 있다.

터치 스크린(TSP)의 상호 용량 센서들은 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 따라서, 지문 센서들(또는 터치 센서들)은 표시패널(DIS)의 유효 표시영역(AA) 내에 위치할 수 있다.

지문센서 일체형 터치 스크린(TSP)을 구현하기 위해, Tx 전극라인들과 Rx 전극라인들이 미세 패턴, 즉 고밀도 전극 패턴으로 형성된다. 따라서, 터치 스크린(TSP)의 전체 영역에 대해 지문 인식이 가능해지는 잇점이 있다. Tx 전극라인들과 Rx 전극라인들이 고밀도 전극 패턴으로 형성되기 때문에, 지문 센서들은 지문의 융선과 골 사이에 여러 개가 위치할 수 있도록 미세하게 구현됨으로써 정확한 지문 센싱이 가능해진다.

터치 센싱시에는 지문 센싱시에 비해 높은 해상력이 필요 없으므로, 터치 센싱 모드에서 상호 용량 센서들은 블록 단위로 동시에 구동될 수 있다. 지문 센싱 모드에서는, 센싱 시간, 소비전력 및 터치 리포트 레이트를 줄이기 위해 터치 입력 여부를 간단히 블록 단위로 1차 센싱하고, 터치가 인식된 특정 영역에 대해서만 자세하게 2차 센싱할 수 있다. 다시 말해, 지문 센싱 모드에서는 1차 센싱 기간(블록 센싱 기간) 동안 블록 단위로 지문 입력 유무를 검출한 후 지문 입력이 검출될 때 2차 센싱 기간(파셜 센싱 기간)으로 이행하여 지문 입력이 발생된 블록에 한하여 상호 용량 센서 단위로 지문 입력을 센싱할 수 있다.

터치 IC(18)는 터치 스크린 구동회로와 터치 콘트롤러를 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 Tx 구동부와, Rx 구동부를 포함한다. 터치 스크린 구동회로는 Tx 채널들에 센서 구동신호를 공급하고 Rx 채널들을 통해 상호 용량 센서의 전하를 센싱하여 디지털 데이터로 변환한다.

Tx 구동부는 터치 콘트롤러 제어하에 Tx 채널을 설정하고, 설정된 Tx 채널들에 센서 구동신호를 공급한다. 센서 구동신호는 센싱 감도가 향상되도록 다중 펄스 형태로 공급될 수 있다.

Rx 구동부는 터치 콘트롤러의 제어하에 상호 용량 센서의 전압을 수신할 Rx 채널을 설정하고, 설정된 Rx 채널들을 통해 상호 용량 센서의 전압을 수신한다. Rx 구동부는 수신된 전압을 디지털 센싱 데이터로 변환하여 터치 콘트롤러로 전송한다.

터치 콘트롤러는 I2C 버스, SPI(serial peripheral interface), 시스템 버스(System bus) 등의 인터페이스를 통해 Tx 구동부와 Rx 구동부에 연결된다. 터치 콘트롤러는 셋업 신호를 Tx 구동부와 Rx 구동부에 공급하여 센서 구동신호가 출력될 Tx 채널을 설정하고 상호 용량 센서의 전압이 읽혀질 Rx 채널을 선택한다. 터치 콘트롤러는 Rx 샘플링 클럭을 Rx 구동부에 내장된 적분기들에 공급하여 적분기들의 동작을 제어함으로써, 상호 용량 센서의 전압 샘플링 타이밍을 제어할 수 있다.

또한, 터치 콘트롤러는 ADC 클럭을 Rx 구동부에 내장된 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital conveRaer, 이하 "ADC"라 함)에 공급하여 ADC의 동작 타이밍을 제어할 수 있다.

터치 콘트롤러는 Rx 구동부로부터 입력되는 디지털 센싱 데이터들을 미리 설정된 터치/지문 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 좌표 데이터 또는 지문 인식 데이터를 출력한다. 터치 콘트롤러로부터 출력된 터치 좌표 또는 지문 인식 데이터는 외부의 호스트 시스템으로 전송된다. 터치 콘트롤러는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

호스트 시스템은 외부 비디오 소스 기기 예를 들면, 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 등에 접속되어 그 외부 비디오 소스 기기로부터 영상 데이터를 입력받을 수 있다. 호스트 시스템은 스케일러(scaler)를 포함한 SoC(System on chip)을 포함하여 외부 비디오 소스 기기로부터의 영상 데이터를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 또한, 호스트 시스템은 터치 콘트롤러로부터 입력되는 터치 좌표 또는 지문 인식 데이터와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 표시영역에 입력 센서가 내장된 휴대용 정보기기에서 터치(또는 지문) 입력을 위해 입력 센서에 접촉되는 손가락에 설계적인 제약 없이 그라운드 전원을 효과적으로 연결할 수 있다. 본 발명은 종래 기술과 같은 별도의 그라운드 링을 구비할 필요가 없기 때문에 네로우 베젤을 용이하게 구현할 수 있고, 입력 센서가 표시영역에 내장되는 경우에도 최적으로 적용될 수 있다. 이를 통해 본 발명은 설계적인 제약 없이 터치 입력 또는 지문 입력에 대한 센싱 감도를 높임과 아울러 노이즈 내성(Noise Immunity) 특성을 향상시킬 수 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동부 14 : 스캔 구동부
18 : 터치 IC 20 : 타이밍 콘트롤러
30 : 전원 생성부 35 : 전원 공급 라인
AA : 표시영역 NAA : 비 표시영역
CAS : 케이스 부재 CP : 도전부

Claims

입력 영상을 표시하는 표시영역과 상기 표시영역 바깥의 비 표시영역을 가지며, 상기 표시 영역 내에 다수의 입력 센서들이 내장되는 표시패널;
그라운드 전원을 생성하는 전원 생성부; 및
상기 그라운드 전원에 항시 연결된 도전부를 포함하여 상기 표시패널의 비 표시영역을 감싸며, 유저의 일측 신체에 접촉되도록 상기 도전부가 외부에 노출된 케이스 부재를 포함하고,
상기 유저의 일측 신체가 상기 도전부에 접촉된 상태에서 상기 입력 센서들을 센싱하기 위해 상기 입력 센서들에 상기 유저의 타측 손가락이 접촉하는 경우,
상기 도전부는 상기 입력 센서들에 접촉된 상기 유저의 타측 손가락에 상기 그라운드 전원을 항시 인가하고,
상기 그라운드 전원은 상기 도전부와 상기 유저의 일측 신체를 경유하여 상기 유저의 타측 손가락에 연결되는 입력 센싱 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 도전부는 상기 케이스 부재의 모든 면에 구비되는 입력 센싱 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 도전부는 상기 케이스 부재에서 상기 유저의 일측 신체가 접촉되는 일부 면에만 구비되는 입력 센싱 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 입력 센서들은 터치 입력을 센싱하기 위한 터치 센서, 및 지문 입력을 센싱하기 위한 지문 센서 중 적어도 어느 하나로 구현되는 입력 센싱 장치.