KR20090004774A - 터치스크린 장치 - Google Patents

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KR20090004774A
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Abstract

본 발명은 터치스크린 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 터치스크린 장치는 일면에 균일한 저항 성분을 갖는 투명 도전막이 배치되는 투명 기판; 상기 투명 도전막과 소정의 간격을 형성하도록 상기 투명 기판의 외곽 영역에 배치되는 복수의 전극; 상기 전극에 전기적으로 연결되고, 상기 접촉 위치로부터 상기 복수의 전극 각각에 이르는 거리를 측정하는 거리 측정부; 및 상기 거리 측정부가 측정한 거리에 기초하여 상기 접촉 위치를 계산하는 위치 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 패널의 가장자리 부근에서도 정확하게 접촉 위치를 감지하는 것이 가능한 터치스크린 장치를 제공할 수 있다.
터치스크린, 캐패시턴스, 전하 충방전, 간격, 막대형 전극.

Description

터치스크린 장치{TOUCHSCREEN APPARATUS}
본 발명은 전자기기에 장착되어, 디스플레이 화면상의 특정 위치에 대한 사용자의 접촉을 감지하기 위한 터치스크린 장치에 관한 것이다.
전자공학기술과 정보기술이 발전을 거듭함에 따라 업무환경을 포함한 일상생활에서 전자기기가 차지하는 비중은 꾸준히 증가하고 있다. 근래에 들어서는 전자기기의 종류도 매우 다양해졌는데, 특히 노트북이나 휴대폰 등의 휴대용 전자기기 분야에서는 날마다 새로운 기능이 부가된 새로운 디자인의 기기들이 쏟아져 나오고 있다.
이처럼 일상생활에 접하게 되는 전자기기의 종류가 점차 다양해지고, 각 전자기기의 기능이 고도화, 복잡화함에 따라, 사용자가 쉽게 익힐 수 있고 직관적인 조작이 가능한 사용자 인터페이스의 필요성이 제기되고 있다. 이러한 필요를 충족시킬 수 있는 입력 장치로서 터치스크린 장치가 주목받고 있으며, 이미 여러 전자기기에 널리 적용되고 있다.
터치스크린 장치는 디스플레이 화면상의 사용자의 접촉 위치를 감지하고, 감지된 접촉 위치에 관한 정보를 입력 정보로 하여 디스플레이 화면 제어를 포함한 전자기기의 제어를 수행하기 위한 장치를 일컫는다. 현재 대부분의 터치스크린 장치는 소위 '저항막 방식'이라고 불리는 접촉 위치 감지 원리를 채용하고 있다. 도 15은 저항막 방식 터치스크린 장치의 패널 단면 구조 및 접촉 위치 감지 원리를 간략히 도시한다.
도 15에 도시된 단면 구조에 따르면, 저항막 방식의 종래의 터치스크린 장치는 두 장의 투명 도전성 패널(1110, 1120)을 포함한다. 투명 도전성 패널(1110, 1120)은 한쪽 면에 ITO(indium tin oxide)와 같은 투명 도전물질이 코팅 처리된 투명 기판으로 이루어진다. 하부 패널(1110)의 윗면과 상부 패널(1120)의 밑면에 이 투명 도전물질이 각각 코팅되어 있다. 하부 패널(1110)에는 좌우측 양단의 모서리를 따라 길쭉한 막대(bar) 형상으로 형성된 두 개의 전극(1111, 1112)이 마련되어 있고, 이들 전극(1111, 1112)은 직류 전원(미도시)의 양극 단자와 음극 단자에 각각 연결되어 있다.
상부 패널(1120)은 스페이서(1130)에 의해 지지된 상태로 하부 패널(1110)과 접촉하지 않으며 일정한 간격을 두고 하부 패널(1110)의 윗면을 덮고 있다. 한편 하부 패널(1110)은 투명 기판(1140)에 의해 지지되는데, 투명 기판(1140)은 터치스크린에 무리한 힘이 가해지는 경우에 상부 및 하부 패널(1110, 1120)의 변형을 막는 역할을 한다.
두 전극(1111, 1112) 사이에 연결된 직류 전원에 전압 V1이 인가되면, 직류 전원의 양극 단자에 연결된 전극(1111)에서 음극 단자에 연결된 전극(1112) 방향으 로 선형으로 감소하는 전위를 갖는 등전위면들이 형성된다. 어느 정도의 유연성을 갖는 상부 패널(1120)은 접촉 위치에 해당하는 부분이 압력에 의해 휘게 된다. 이에 따라 상부 패널(1120)은 접촉 위치에서 그 밑면이 하부 패널(1110)의 윗면에 접촉하게 된다. 상부 패널(1120)의 밑면과 하부 패널(1110)의 윗면에는 각각 투명 도전물질이 코팅되어 있기 때문에, 접촉 위치에서의 전위 Vt를 상부 패널(1120)의 일측 단부에 위치하는 전극(1121)에 전위 측정기(미도시)를 연결하여 측정할 수 있다.
도 15에 도시된 것처럼, 좌우 방향(X 방향)을 따라 차례로 형성된 등전위면의 전위는 전극(1111)으로부터 접촉 위치까지의 X 방향의 거리 xt에 따라 선형적으로 감소하기 때문에, 측정된 전위 vt에 기초하여 전극(1111)으로부터 접촉 위치까지의 X 방향의 거리 xt,, 즉 접촉 위치의 X 방향 성분을 구할 수 있다.
한편 이러한 원리는 접촉 위치의 상하 방향(Y 방향) 성분을 구하는 데에도 적용될 수 있다. 하부 패널(1110)의 좌우 모서리에 전극(1111, 1112)을 배치한 것과 같은 방식으로 하부 패널(1110)의 상단 및 하단 모서리에 각각 막대 형상의 전극을 배치한다. 상하 모서리에 위치한 전극 사이에 직류 전원을 연결하여 소정 레벨의 전압을 인가하고, 상부 패널(1120)의 전극(1121)을 통해 전위값을 측정한다. 이렇게 측정된 전위값을 이용하여 하단 또는 상단 모서리의 전극으로부터 접촉 위치까지의 Y 방향의 거리 yt, 즉 접촉 위치의 Y 방향 성분을 구할 수 있다.
상술한 종래의 터치스크린 장치를 이용하면 전압 분배기(voltage divider)의 원리를 이용하여 손가락 또는 스타일러스 펜을 통해 압력이 가해진 위치의 X, Y 좌표를 획득할 수 있다. 그러나 종래의 터치스크린 장치는 상부 패널(1120)에 지속적으로 가해지는 기계적인 압력에 의해 상부 패널(1120)의 형상이 변형되는 문제점이 있다. 또한, ITO 등의 투명 도전물질은 깨어지기 쉬운(brittle) 성질을 갖는 경우가 많기 때문에, 투명 도전물질이 코팅된 면의 도전 특성이 변화됨에 따라 성능이 열화되기 쉬운 구조를 갖고 있다.
또한, ITO 등의 투명 도전물질로 코팅된 상부 및 하부 패널(1110, 1120)은 투명도가 80~90%에 불과하기 때문에, 상부 및 하부 패널(1110, 1120)이 디스플레이 화면의 전면(前面)에 중첩되는 경우에는 화면의 선명도가 저하된다는 문제가 있다.
본 발명에서는 이와 같은 종래의 터치스크린 장치가 갖는 문제점을 해결하고, 우수한 접촉 위치 감지 성능을 갖는 터치스크린 장치를 제안하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 패널부의 단면 구조를 단순화함으로써 디스플레이 화면의 선명도 저하를 최소화하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 향상된 내구성을 가지며 저비용으로 생산 가능한 터치스크린 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
또한, 본 발명은 화면의 가장자리 부근에서도 사용자의 접촉 위치를 정확하게 감지할 수 있는 터치스크린 장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명에 따른 터치스크린 장치는 일면에 균일한 저항 성분을 갖는 투명 도전막이 배치되는 투명 기판; 상기 투명 도전막과 소정의 간격을 형성하도록 상기 투명 기판의 외곽 영역에 배치되는 복수의 전극; 상기 전극에 전기적으로 연결되고, 접촉 위치로부터 상기 복수의 전극 각각에 이르는 거리를 측정하는 거리 측정부; 및 상기 복수의 전극 각각에 대해 측정된 거리에 기초하여 상기 접촉 위치를 계산하는 위치 계산부를 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직한 일 실시형태에 따르면, 투명 도전막은 투명 기판의 외곽 영역을 제외한 나머지 영역에 배치되고, 투명 도전막이 배치되지 않은 상기 외곽 영역에 전극이 마련될 수 있다. 다른 바람직한 실시형태에 따르면 상기 전극은 투명 도전막이 배치되는 투명 기판의 일면의 반대측 면에 형성될 수 있다.
한편, 거리 측정부는 도선을 통해 복수의 전극 각각에 전기적으로 연결되고, 접촉에 의해 발생하는 정전용량 성분에 소정의 전하를 충전 또는 방전함으로써 획득되는 전하 충방전 특성을 복수의 전극 각각에 대해 측정하는 회로와, 측정된 전하 충방전 특성에 기초하여 접촉 위치로부터 복수의 전극 각각에 이르는 거리를 연산하는 회로를 포함할 수 있다.
또한, 위치 계산의 정확도를 향상시키기 위해, 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 전극 사이의 거리를 이용하여 접촉 위치로부터 상기 한 쌍의 전극 각각에 대하여 이르는 거리를 정규화하도록 상기 위치 계산부를 구성하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 터치스크린 장치는 종래의 저항막 방식의 터치스크린 장치에 비해 패널부의 단면 구조가 단순하기 때문에, 장치의 내구성이 향상되고 생산 비용이 절감되는 효과가 있다.
또한, 본 발명은 디스플레이 화면의 선명도를 저하시키는 투명 도전막의 수를 최소화함으로써 디스플레이 성능을 향상시키고, 소비전력 감소에 기여할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 터치스크린 패널의 가장자리 부근에서 발생할 수 있는 왜곡을 방지함으로써, 디스플레이 화면의 전 영역에 걸쳐 접촉 위치를 정확하게 감지할 수 있다.
특히, 센싱 채널을 통해 감지 회로에 연결되는 전극을 투명 전도막이 형성된 면의 반대측 면에 형성하는 실시형태에 의하면, 공정 파라미터의 제어를 더욱 용이하게 할 수 있으며, 투명 도전막이 형성되는 영역을 투명 기판의 외곽부까지 확대하여 보다 넓은 접촉 영역을 확보할 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 터치스크린 장치에 대해 상세히 설명한다. 참고로, 본 발명에 따른 터치스크린 장치는 휴대폰, PDA(personal digital assistance), 네비게이션 장치, 디지털 카메라, PMP(portable multimedia player), 노트북 컴퓨터 등의 휴대용 전자기기뿐만 아니라, TV, 냉장고, 전자레인지, 에어컨 등의 가전 기기(리모컨 포함), 개인용 컴퓨터, 자동차, 산업용 장비, 의료용 장비 등 디스플레이 화면을 갖춘 모든 형태의 전자기기에 적용 가능하다.
본 발명에 따른 터치스크린 장치는 전극의 배치에 따라 다음 두 가지 바람직한 실시형태와 같이 구성될 수 있다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 구성에 대해서는 도면에 같은 부재번호를 이용하여 표시하고 중복되는 설명은 생략한다.
제1 실시형태
도 1은 본 발명의 제1 실시형태에 따른 터치스크린 장치의 패널부의 평면 구조를 도시한 것이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 터치스크린 장치는 윗면에 투명 도전막(120)이 형성된 투명 기판(110)으로 구성된다. 투명 도전막(120)은 투명 기판(110)의 외곽 영역을 제외한 나머지 영역에 형성된다. 투명 도전막(120)이 형성된 영역의 둘레에 투명 기판(110)의 상하좌우 외곽 모서리를 따라 길쭉한 막대 형상의 전극(131, 132, 133, 134)이 배치되며, 전극(131, 132, 133, 134)은 투명 도전막(120)과 일정한 간격 g만큼 이격된다. 전극(131, 132, 133, 134)은 구리, 니켈 등의 금속 또는 합금으로 이루어지며, 이 때 전극(131, 132, 133, 134)의 저항 성분은 무시할 수 있다. 또한, 전극(131, 132, 133, 134)의 적어도 일부를 ITO 등의 투명 도전 물질을 이용하여 형성하는 것도 가능하며, 이 경우 패널부의 가시 영역(view area)을 외곽 측으로 더욱 확장하는 효과가 있다. 전극(131, 132, 133, 134)은 도선(141, 142, 143, 144)과 연결되며, 전극(131, 132, 133, 134)은 도선(141, 142, 143, 144)을 통해 각각 센서부에 연결되어 있다. 센서부는 후술하는 거리 측정부(300)와 위치 계산부(500)를 포함하며, 접촉에 따라 발생하는 감지 신 호를 이용하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 판단할 수 있다.
참고로, 전극(131, 132, 133, 134)의 모양을 표현하는 '막대 형상'은 일반적으로 길이 lX 또는 lY가 폭 w보다 큰 직사각형 형상(rectangular shape)을 의미하며, 그 외에도 투명 도전막(120)의 둘레에 투명 기판(110)의 외곽 모서리를 따르는 길이 방향으로 연장되는 형상(elongated shape)으로 인식될 수 있는 모든 형상을 포함할 수 있다. 예컨대 길이 방향의 중앙부에서의 폭이 양 단부에서의 폭보다 더 큰 형상, 또는 투명 기판(110)의 가장자리에 대응하여 휘어지는 막대, 즉 호(arc) 형태의 형상을 의미할 수도 있다.
도 2는 도 1에 도시한 터치스크린 장치의 A-A' 방향의 단면을 도시한 것이다. 투명 기판(110) 상면의 좌우 모서리에 인접하여 전극(131, 132)이 형성되어 있으며, 전극(131, 132)이 형성된 위치보다 안쪽의 영역에 투명 도전막(120)이 배치된다. 투명 도전막(120)은 ITO 등의 투명 도전물질을 투명 기판(110) 위에 진공 증착 등의 방법을 이용하여 균일한 두께로 도포함으로써 형성된다. 투명 기판(110)으로 이용할 수 있는 재료로는 유리나 아크릴과 같은 고강도의 재료, 또는 플렉시블 디스플레이에 적용되는 PET(polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone) 등의 투명 필름이 있다. 투명 기판(110) 재료의 선택은 터치스크린 장치가 적용되는 전자기기의 종류와 사용 환경 등에 의해 결정된다.
도 2에 도시된 보호층(150)은 투명 기판(110)의 전면(全面)을 덮는 형태로 투명 도전막(120)과 전극(131, 132, 133, 134) 위에 마련된다. 보호층(150)은 전자 기기의 외부로 노출되어 사용자의 접촉을 수용하는 면으로서, 외부 환경으로부터 투명 도전막(120)을 보호할 수 있다. 보호층(150)은 균일한 유전율을 가지며 스크래치에 강한 재료를 이용하는 것이 바람직하다. 디스플레이 화면을 구비하는 다수의 전자기기는 화면 위를 덮는 투명 윈도우를 구비하는데, 이 경우 별도의 보호층(150)을 마련하는 대신 전자기기의 투명 윈도우를 보호층(150)으로 이용할 수 있다. 편의상 투명 도전막(120)과 보호층(150) 사이의 접착층은 도시하지 않는다.
또한 도 2에 도시된 바와 같이, 투명 기판(110)의 밑면 즉 투명 도전막(120)이 형성된 면의 반대측 면에는 차폐막(160)이 형성될 수 있다. 차폐막(160)은 투명 도전막(120)과 마찬가지로 ITO 등의 투명 도전물질로 이루어지는 것으로서, 터치스크린 장치를 구비하는 전자기기의 디스플레이 장치 등에서 발생하는 잡음 신호의 영향을 제거한다.
이와 같은 구조의 패널부를 갖는 터치스크린 장치를 이용하여 사용자의 접촉을 감지하는 과정을 도 3을 통해 설명하도록 한다. 도 3은 도 2의 단면 구조 중 전극(131) 주변을 확대 도시한 것이며, 사용자의 접촉이 발생한 경우를 가정한다.
사용자는 본 터치스크린 장치를 이용하여 화면상의 특정 위치에 손가락 혹은 신체의 다른 부위를 직접 또는 도구를 이용하여 접촉할 수 있다. 이 때, 인체에 의해 접촉면과 그라운드 사이에 캐패시턴스 Cf가 형성되고, 접촉 위치에서 보호층(150)을 가로질러 캐패시턴스 Cw가 형성된다. 또한, 접촉 위치로부터 투명 도전막(120)의 가장자리에 이르는 직선 경로를 따라 직선 경로의 거리 d에 비례하는 저 항 성분 Rt가 형성된다. 상기 직선 경로는 접촉 위치로부터 전극(131)까지의 최단 경로, 즉 전극에 대한 수선 방향을 따라 형성될 수 있으며, 저항 Rt는 거리 d와 투명 도전막(120)의 면저항(sheet resistance) 값에 의해 결정된다. 투명 도전물질로서 ITO를 이용할 경우 약 10Ω~1kΩ/sq 범위의 면저항 값을 얻을 수 있다. 투명 도전막(120)을 균일한 두께로 형성하여 거리 d에 비례하는 저항 성분 Rt를 얻을 수 있다.
한편, 투명 도전막(120)과 전극(131) 사이의 이격 거리 g를 통하여 캐패시턴스 Cg가 형성된다. Cg는 투명 도전막(120)과 전극(131)의 두께 h, 세로 방향의 길이 lY, 및 투명 도전막(120)과 전극(131) 사이의 이격 거리 g에 의해 결정된다. 또한, 전극(131)이 형성된 두께 h가 폭 w에 비해 매우 작은 경우에는 보호층(150)과 투명 기판(110)을 경유하는 전기장 성분이 캐패시턴스 Cg에 상당한 영향을 미치게 된다.
전극(131)은 도선(141)을 통해 거리 측정부(300)에 연결된다. 거리 측정부(300)는 전극(131)에 연결되어 전하 충방전 특성을 특정하는 충방전 특성 측정 회로(310), 및 측정된 전하 충방전 특성을 이용하여 접촉 위치로부터 전극(131)에 이르는 거리(d)를 측정하는 거리 연산 회로(320)를 포함할 수 있다. 전하 충방전 특성은 충방전 특성 측정 회로(310)가 소정량의 전하를 충전 또는 방전할 때 나타나는 특성으로서, 그 측정값은 접촉 위치를 계산하기 위한 자료로서 사용된다.
충방전 특성 측정 회로(310)는 접촉 위치와 전극(131, 132, 133, 134) 사이에서 발생하는 저항값 Rt 및 캐패시턴스 Cg, Cw, Cf 에 따른 전하 충방전 특성을 측정한다. 저항값 Rt는 투명 도전막(120)의 일단과 전극(131, 132, 133, 134) 사이의 거리 d에 따라 다르게 나타나며, 투명 도전막(120)을 따라서 형성된다. 따라서, 투명 도전막(120)을 균일한 두께로 형성하는 경우, 투명 도전막(120)의 일단으로부터 접촉 위치까지의 거리(d)에만 의존하는 저항값 Rt를 얻을 수 있어 접촉 위치 계산의 정확도를 높일 수 있다.
도 3에 도시한 바와 같이 보호층(150) 상에 접촉이 발생하여 접촉 위치와 접촉 물체 사이에 저항값 Rt 및 캐패시턴스 Cg, Cw, Cf가 형성되면, 충방전 특성 측정 회로(310)는 캐패시턴스 Cg, Cw, Cf 에 소정의 전하 Q를 공급한다. 접촉에 따라 발생하는 캐패시턴스 Cg, Cw, Cf를 등가 캐패시턴스 Cf'로 치환하면, 접촉에 따라 충방전 특성 측정 회로(310)는 저항 Rt와 등가 캐패시턴스 Cf'가 직렬로 연결된 RC 회로에 소정의 전하 Q를 공급하는 것으로 모델링할 수 있다. 등가 캐패시턴스 Cf'는 캐패시턴스 Cg, Cw, Cf가 직렬로 연결된 값으로서, Cf' = Cg∥Cw∥Cf = (1/Cg+1/Cw+1/Cf)-1 로 표현할 수 있다.
접촉이 발생하여 충방전 특성 측정 회로(310)로부터 상기 RC 회로에 소정의 전하 Q가 충전 또는 방전되면, 충방전 특성 측정 회로(310)는 전하 Q가 캐패시턴스 Cf'에 공급됨에 따라 발생하는 전하 재분포 현상에 따른 전압 변화를 측정한다. 일실시예로, 전압 변화는 수학식 1과 같이 나타날 수 있다.
[수학식 1]
v(t) = Vf + (V0 - Vf)e-t/τ
수학식 1에서 Vf는 전하 재분포가 완료된 후, 캐패시턴스 Cf'의 전압을 나타내며, V0는 초기 전압을 나타낸다. 시정수 τ는 전하를 공급받는 RC회로의 특성에 따라 결정되는 값으로서, 본 실시예에서는 저항 성분 Rt 및 캐패시턴스 Cf'에 따라 결정된다. 따라서, 충방전 특성 측정 회로(310)는 전하 재분포 현상으로 인하여 발생하는 캐패시턴스 Cf' 양단의 전압 변화를 측정하고, 측정한 전압 변화로부터 저항 성분 Rt 및 캐패시턴스 Cf'를 판단하여 접촉 위치를 계산할 수 있다.
도 4는 전하 재분포 현상에 의한 캐패시턴스 Cf' 양단의 전압 변화를 시간에 따라 도시한 그래프이다. 도 4의 그래프에 도시된 곡선 (1)과 (2)는 보호층(150)의 서로 다른 위치에서 발생하는 접촉에 따라 전압 변화가 서로 다르게 나타나는 것을 표현한다.
일실시예로, 보호층(150)에서 접촉이 발생하면 충방전 특성 측정 회로(310)가 도선(141) 및 전극(131)을 통하여 소정의 전하 Q를 캐패시턴스 Cf'에 충전한다. 캐패시턴스 Cf'에 충전될 수 있는 전하량은 캐패시턴스 Cf'의 용량에 따라 다르게 결정될 수 있으며, 충전이 완료되면 충방전 특성 측정 회로(310)는 캐패시턴스 Cf'에 충전된 전하를 방전시킨다. 충방전 특성 측정 회로(310)는 상기 전하 방전에 따른 캐패시턴스 Cf'의 전압 변화를 이용하여 전하 충방전 특성을 측정할 수 있다.
Vt는 일종의 임계 전압으로서, 전하 충방전 특성 측정에 이용될 수 있다. 일실시예로, 충방전 특성 측정 회로(310)는 캐패시턴스 Cf'에 충전된 전하가 방전됨에 따라 나타나는 캐패시턴스 Cf'의 전압 감소를 측정하고, 캐패시턴스 Cf'의 전압이 감소하여 임계 전압 Vt에 도달할 때까지 걸리는 시간을 산출할 수 있다. 상기와 같은 방법을 이용하는 경우, 곡선 (1)은 시간 tt, 곡선 (2)는 시간 tt'가 충방전 특성 측정 회로(310)에 의해 산출된다.
충방전 특성 측정 회로(310)에 의해 산출된 시간 tt 혹은 tt'는 거리 연산 회로(320)에 전달되어 접촉 위치 계산에 이용된다. 즉, 곡선 (1)에 나타낸 전압이 임계 전압 Vt에 도달하는 시간 tt가 곡선 (2)에 나타낸 전압이 임계 전압 Vt에 도달하는 시간 tt'보다 작으므로, 거리 연산 회로(320)는 곡선 (1)이 나타내는 접촉 위치보다 곡선 (2)가 나타내는 접촉 위치가 전극(131)으로부터 더 멀리 떨어진 것으로 인식할 수 있다.
보다 자세히 설명하면, [수학식 1]에 나타낸 전압 변화는 시정수 τ에 비례하므로, 거리 측정부(300)는 전압 변화가 보다 완만하게 나타나는 곡선 (2)의 시정 수 τ가 곡선 (1)의 시정수 τ보다 큰 것으로 판단할 수 있다. 본 실시예에서 시정수 τ는 저항 성분 Rt에 비례하기 때문에, 결과적으로 곡선 (2)에 반영되는 저항 성분이 곡선 (1)에 반영되는 저항 성분보다 큰 것으로 인식되어, 곡선 (2)의 전압 변화를 발생시킨 접촉 위치가 곡선 (1)의 경우에 비해 전극(131)으로부터 더 멀리 이격된 것으로 판단된다.
한편 다른 실시예로, 미리 정해진 시간 ts에서의 Cf' 양단 전압을 샘플하여 접촉 위치 판단에 이용할 수 있다. 이때, 충방전 특성 측정 회로(310)는 시간 ts 에서의 캐패시턴스 전압 vs를 샘플하기 위한 타이머 회로 및 샘플-앤-홀드(sample-and-hold) 회로를 포함할 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 전하 충방전 특성을 나타내는 전압 변화는 시정수 τ에 의해 결정되며, 시정수 τ는 전극(131)과 접촉 위치 사이의 거리 d에 비례하므로, 샘플링 시간 ts에서 측정한 vs와 초기 전압 V0의 차이를 이용하여 접촉 위치를 판단할 수 있다. 도 4를 참조하면, 곡선 (1)에 나타나는 전압 변화 V0-vs가 곡선 (2)에 나타나는 전압 변화 V0-vs'보다 크기 때문에, 곡선 (1)이 표현하는 접촉 위치보다 곡선 (2)가 표현하는 접촉 위치가 전극(131)으로부터 더 멀리 이격된 것으로 판단할 수 있다.
또한, 접촉이 발생하지 않은 경우에는 기생 캐패시턴스 외에 전하 방전 경로가 형성되지 않기 때문에, v(t)?V0로 유지된다. 따라서 전하 충방전 특성 측정값 은 사용자가 접촉한 경우에 접촉 위치를 계산하기 위한 정보로서 이용될 뿐만 아니라, 접촉 여부를 판단하는 정보로서도 이용될 수 있다.
구현 방법의 일례로서, 거리 연산 회로(320)는 거리 d를 구하기 위해 전압 vs 또는 시간 tt와 거리 d와의 상관관계를 기록한 룩업 테이블(330)을 참조할 수 있다. 룩업 테이블(330)은 레지스터(register), ROM(read-only memory), 플래시 메모리 등에 의해 제공되는 기억 공간에 저장된다. 바람직하게는, 전자기기에 장착된 후에 사용 환경 등의 변화 따라 룩업 테이블(330)의 내용이 수정될 수 있다. 룩업 테이블(330)을 이용하는 경우, 측정된 vs 또는 tt 값을 거리 d로 환산하기 위해 매번 복잡한 연산을 수행하는 과정을 생략할 수 있어 하드웨어의 복잡도를 감소시킬 수 있다. 또한 룩업 테이블(330)에 저장되는 내용을 수정할 수 있게 함으로써 설계상의 유연성을 확보할 수 있다.
이처럼 전극(131)으로부터 접촉 위치까지의 거리 d를 구하는 과정은 다른 전극(132, 133, 134)들에 대해서도 마찬가지로 적용된다. 도 5에 도시되어 있는 바와 같이, 별개의 도선(141, 142, 143, 144)을 통해 각 전극(131, 132, 133, 134)에 연결된 충방전 특성 측정 회로(311, 312, 313, 314)는 각 전극(131, 132, 133, 134)에 대해 전하 충방전 특성을 측정한다. 전하 충방전 특성 측정값은 거리 연산 회로(321, 322, 323, 324)로 입력되어 각 전극(131, 132, 133, 134)으로부터 접촉 위치까지의 거리 d를 구하는 데에 이용된다. 가로 방향의 대향하는 모서리 부근에 위치하는 전극(131)과 전극(132)에 대해 각각 계산된 거리 dX1, dX2는 위치 계산 부(500)의 X 위치 계산부(510)로 입력된다. X 위치 계산부(510)는 두 대향하는 전극(131, 132)으로부터의 거리 dX1, dX2를 참조하여, 접촉 위치의 X 방향 성분을 계산한다. 투명 도전막(120)이 형성된 영역의 가로 방향의 길이를 lX라고 할 때, dX1과 dX2의 합은 lX와 같아야 하기 때문에, X 위치 계산부(510)는 입력된 dX1, dX2로부터 접촉 위치의 X 방향 성분 x를 다음 수학식 2와 같이 계산한다.
[수학식 2]
Figure 112008048630418-PAT00001
마찬가지로, 상하 방향의 대향하는 모서리에 위치하는 두 전극(133, 134)은 각각 도선(143, 144)을 통해 충방전 특성 측정 회로(313, 314)에 연결되고, 여기에서 얻어지는 전하 충방전 특성 측정값은 각각 거리 연산 회로(323, 324)로 입력된다. 거리 연산 회로(323, 324)는 입력된 전하 충방전 특성 측정값에 기초하여 각 전극(133, 134)으로부터 접촉 위치까지의 거리 dY1, dY2를 계산하여 위치 계산부(500)의 Y 위치 계산부(515)로 입력한다. Y 위치 계산부(515)는 입력된 dY1, dY2로부터 접촉 위치의 Y 방향 성분 y를 다음 수학식 3과 같이 계산한다.
[수학식 3]
Figure 112008048630418-PAT00002
lY는 투명 도전막(120)이 형성된 영역의 세로 방향의 길이를 의미한다. 투명 도전막(120)과 전극(131, 132, 133, 134)간의 거리 g가 lX, lY에 비해 매우 작은 경우에는 lX는 가로 방향의 대향하는 한 쌍의 전극(131, 132)간의 거리, lY는 세로 방향의 대향하는 한 쌍의 전극(133, 134)간의 거리로 근사된다.
이처럼 투명 도전막(120)이 형성된 영역의 가로 및 세로 방향의 길이를 이용하여 각 전극(131, 132, 133, 134)으로부터 접촉 위치까지의 거리를 정규화(normalize)하는 이유는, 터치스크린 장치의 사용 환경이나 공정 조건에 따라 상술한 등가회로의 캐패시턴스와 저항의 범위가 달라질 수 있기 때문이다. 예를 들어 사용자가 강하게 접촉하여 접촉 면적이 넓게 형성되거나, 접촉 부위에 수분이 존재하여 유효 접촉 면적이 증가하게 되면 Cw가 증가할 수 있다. 또한, 사용자의 인체 특성과 기상 조건 등에 따라 인체에 의한 캐패시턴스 Cf의 범위도 달라질 수 있다. 더 나아가, 공정 조건에 따라 투명 도전막(120)의 면저항 값의 범위를 달리해야 할 필요가 있을 수 있는데, 각 전극(131, 132, 133, 134)으로부터 접촉 위치까지의 거리를 정규화하여 접촉 위치를 구하게 되면 이러한 변동 성분에 의한 영향을 모두 제거할 수 있다.
도 5의 거리 연산 회로(321, 322, 323, 324)는 각 전극(131, 132, 133, 134)에 대해 별도로 마련된 것으로 도시되어 있지만, 이것은 설명의 편의를 위한 것이다. 실제로는 하나의 거리 연산 회로(320)를 이용하여 모든 전극(131, 132, 133, 134)에 대한 접촉 위치까지의 거리를 구하도록 설계할 수 있다. 마찬가지로, X 위치 계산부(510)와 Y 위치 계산부(515)는 동작 맥락에 따른 기능적인 구분일 뿐 하나의 하드웨어의 형태로 구현될 수 있다.
충방전 특성 측정 회로(311, 312, 313, 314)와 거리 연산 회로(320) 및 위치 계산부(500)는 단일 칩 형태의 집적회로로 구현하는 것이 바람직하다. 복수의 소자와 기능 블럭들을 단일 칩 형태로 구현함으로써 터치스크린 장치의 센서부를 소형화하여 소형 전자기기에 적합한 형태로 제공할 수 있으며, 비용 절감과 생산성 향상에도 기여할 수 있다.
도 6은 본 터치스크린 장치가 갖는 기술적 효과를 설명하기 위해 이상에서 설명한 구조와 유사하지만 대비되는 구조의 터치스크린 장치의 패널부를 도시한 것이다. 도 6에 도시된 구조는 본 실시형태에 따른 터치스크린 장치의 구조와 달리, 투명 도전막(120)이 투명 기판(110)의 윗면 전체에 형성되어 있고, 그 위에 전극(131, 132, 133, 134)이 형성되어 있다. 따라서 도 6의 구조에서는 전극(131, 132, 133, 134)과 투명 도전막(120)이 캐패시턴스 Cg를 형성하지 않고 전기적으로 직접 연결된다.
이러한 구조에서 접촉이 발생한 경우, 도선(141)에 연결된 충방전 특성 측정 회로(311)는 전극(131)으로부터 접촉 위치(125)까지의 직선 경로상의 투명 도전막(120)의 저항값인 RX를 반영하는 전하 충방전 특성을 측정한다. 그러나 도선(144)을 통해 전극(134)에 연결된 충방전 특성 측정 회로(314)에 의해 측정되는 전하 충 방전 특성은 전극(134)으로부터 접촉 위치(125)까지의 직선 경로상의 저항값인 RY보다 그 저항값이 작은 경로를 따른 저항 성분 (RX+Rg)을 반영하게 된다. 전극(133)에 대하여 측정된 전하 충방전 특성도 이와 마찬가지로 왜곡된 값을 갖는다.
이처럼 도 6의 구조에 의하면 전극(133, 134)으로부터 접촉 위치(125)까지의 직선 경로보다 저항값이 더 작은 경로가 형성되므로, 상하 모서리 부근에 위치한 전극(133, 134)에 대해 계산된 거리 dY1, dY2는 그 값이 실제보다 작게 된다. 이처럼 투명 도전막(120)과 전극(131, 132, 133, 134)을 그 사이에 캐패시턴스가 형성되지 않도록 전기적으로 직접 연결하게 되면, 접촉 영역의 가장자리 부근에서 접촉 위치(125) 인식의 정확도가 떨어질 수 있다.
그러나 본 발명에 의해 제안된 바와 같이 투명 도전막(120)과 전극(131, 132, 133, 134)과의 사이에 소정의 캐패시턴스 Cg를 형성하도록 패널부를 구성하면, 접촉 위치로부터 전극(131, 132, 133, 134)에 이르는 최단 직선 경로 외에 저항 성분을 갖는 경로가 만들어지지 않으므로 접촉 영역의 가장자리 부근에서도 접촉 위치를 정확하게 인식하는 것이 가능해진다.
도 8은 접촉 영역의 가장자리 부근에서의 접촉 위치 인식의 정확도를 더욱 향상시키기 위한 변형된 구조를 나타내며, 도 7은 이 구조의 도입 배경을 설명하는 도면이다. 도 1의 것과 동일한 구조를 도시하는 도 7에는 접촉 투명 도전막(120)의 중앙부의 접촉 위치(127)와 좌측 가장자리 부근의 접촉 위치(126)가 표시되어 있다. 두 접촉 위치(126, 127)는 투명 도전막(120)의 하단 가장자리로부터 동일한 거 리 d만큼 떨어져 있기 때문에 Y 방향 성분이 동일하다.
각 접촉 위치(126, 127)로부터 투명 도전막(120)의 하단 가장자리까지의 거리 d인 직선 경로를 따라 투명 도전막(120)에 의해 형성되는 저항 Rt를 각각 R1과 R2로 나타낸다. R1과 R2는 상기 직선 경로를 따른 투명 도전막(120)의 저항 성분을 가장 주요한 성분으로서 반영한다. 그러나 실제로 전류가 흐르는 경로는 상기 직선 경로 주변의 일정한 영역에 의해 형성되며, 따라서 직선 경로의 우측으로만 전류가 흐를 수 있는 경로가 확보되어 있는 접촉 위치(126)에 대한 저항 R1이 직선 경로의 좌우측으로 전류가 흐를 수 있는 경로가 확보되어 있는 접촉 위치(127)에 대한 저항 R2에 비해 약간 큰 값을 갖게 된다. 따라서 별도의 보상 없이 접촉 위치(126, 127)의 Y 방향 성분을 계산하는 경우, 접촉 위치(126)가 접촉 위치(127)에 비해 전극(134)으로부터 조금 더 멀리 떨어져 있는 것으로 나타나게 된다.
도 8은 이처럼 접촉 위치(126, 127)에 따라 계산된 거리 d에 약간의 차이가 발생하는 왜곡 현상을 보상하기 위한 패널부의 구성을 도시한다. 도 7에서는 투명 도전막(120)의 상하좌우 네 모서리와 전극(131, 132, 133, 134)이 거리 g만큼의 일정한 간격을 두고 각각 투명 기판(110)의 외곽을 향해 휜 호(arc) 형태로 구성되어 있다. 이러한 구성에 따르면, 접촉 위치(127)로부터 투명 도전막(120)의 하단 가장자리까지의 거리 d'가 접촉 위치(126)에 대한 접촉 위치 d에 비해 보상 거리 dc만큼 커지게 된다. 따라서 도 7에서 R1>R2이던 관계가 도 8에서는 R1'?R2'가 되어, 투명 도전막(120)의 하단 가장자리로부터의 수직 거리가 접촉 위치(127)의 경우에 접촉 위치(126)보다 작게 나오는 왜곡 현상을 보상할 수 있게 된다. 참고로, 거리 연산 회로(320)가 R1' 및 R2'에 의한 전하 충방전 특성을 도 8에 도시된 거리 d로 환산하는 경우에 접촉 위치의 인식이 가능한 유효 영역은 투명 도전막(120)이 형성된 영역 중에서 점선으로 표시된 영역(122)으로 제한된다.
R1과 R2의 차이는 투명 도전막(120)이 형성된 영역이 작거나 투명 도전막(120)의 면저항 값이 작은 경우에는 미미하게 나타나는 데 그치지만, 큰 면저항 값을 갖는 투명 도전막(120)이 비교적 넓게 형성되어 있는 경우에는 왜곡의 정도가 고려할 만한 수준에 이를 수도 있다. 따라서 이 경우에 패널부를 도 8과 같이 구성하면 본 실시형태에 따른 터치스크린 장치의 성능을 더욱 향상시킬 수 있다.
한편, 도 8과 같이 패널부의 물리적인 형상을 변형하는 대신, 접촉 위치에 따라 저항 성분을 보상해 주는 알고리즘을 이용하거나, 또는 획득된 접촉 위치의 좌표를 매핑 테이블 등을 참조하여 보정하는 등의 소프트웨어적인 방법으로도 접촉 위치의 (x, y) 좌표의 선형성(linearity)을 보장할 수 있다.
지금까지 도 2의 단면 구조에 기초하여 본 발명의 제1 실시형태에 따른 터치스크린 장치에 대해 설명하였다. 도 2에서는 투명 기판(110)의 윗면에 투명 도전막(120)과 전극(131, 132, 133, 134)이 형성되는 경우를 구현의 일례로서 설명하였다. 그러나 투명 도전막(120)과 전극(131, 132, 133, 134)을 투명 기판(110)의 밑면에 형성하는 것도 가능하다. 패널부를 이와 같이 구성하는 경우, 별도의 보호 층(150) 없이 투명 기판(110)이 투명 도전막(120)을 보호하는 층으로서 기능할 수 있다. 또한 이 경우에 투명 기판(110)은 일정한 두께와 일정한 유전율을 갖는 재료로 이루어지는 것이 바람직하다.
제2 실시형태
도 9는 본 발명의 제2 실시형태에 따른 터치스크린 장치의 패널부의 평면 구조를 도시한다. 본 실시형태에 따르면, 투명 기판(110)의 윗면 전체에 걸쳐 투명 도전막(120)이 형성되어 있고, 전극(131, 132, 133, 134)은 투명 기판(110)의 밑면의 네 모서리를 따라 길쭉한 막대 형상으로 형성되어 있다.
B-B' 선을 따른 패널부의 단면 구조가 도 10에 도시되어 있다. 도 10에 의하면 투명 기판(110) 위에 투명 도전막(120)과 보호층(150)이 차례로 형성되어 있다. 투명 기판(110) 밑면의 좌우 모서리 부근에는 전극(131, 132)이 형성되어 있는데, 이들 전극(131, 132)은 각각 도선(141, 142)에 의해 거리 측정부(300)로 연결된다.
또한 도시된 바와 같이, 투명 기판(110)의 밑면에 전극(131, 132, 133, 134)이 배치된 외곽부보다 안쪽의 영역에 투명 도전물질로 이루어지는 차폐막(160)을 형성할 수 있다. 차폐막(160)은 터치스크린 장치를 탑재한 전자기기에 의한 기생 캐패시턴스 성분과 잡음 신호의 영향을 차단하는 역할을 한다.
도 11은 본 실시형태에 따른 터치스크린 장치에서 접촉이 발생한 경우에 만들어지는 등가회로를 나타낸 것이다. 도 11을 참조하면, 접촉에 의해 형성되는 캐 패시턴스 Cf, Cw는 도 3에서 설명한 것과 동일하며, 접촉 위치에서 전극(131)에 이르는 직선 경로상의 투명 도전막(120)의 저항값 Rt 역시 도 3에 도시한 것과 동일하다. 다만, 도 11에서는 도 3의 캐패시턴스 Cg가 Cv로 대체되었다. 도선(141)을 통해 전극(131)에 연결되는 거리 측정부(300)의 도시는 생략하였다.
Cv는 전극(131)의 폭 w와 길이 lY, 투명 기판(110)의 두께 a와 유전율에 의해 결정된다. 따라서 Cv의 값이 일정하게 유지되도록 하기 위해 투명 기판(110)은 균일한 유전율과 일정한 두께 a를 갖는 재질의 것을 택하는 것이 바람직하다.
도 3에 도시된 실시형태에서는 투명 도전막(120)과 전극(131)의 두께 h에 의해 캐패시턴스 Cg가 결정되었다. 그러나 투명 도전막(120)과 전극(131)의 두께를 조정하는 것보다는 도 11에서 전극의 폭 w를 조정하는 것이 공정 파라미터 제어의 측면에서 더 용이하다. 따라서 도 11에 도시된 본 실시형태는 공정 파라미터의 제어를 더욱 용이하게 할 수 있다는 추가의 이점이 있다. 더 나아가, 본 실시형태에 의하면 투명 도전막(120)이 형성되는 영역을 투명 기판(110)의 외곽부까지 확대하여 접촉을 감지할 수 있는 영역을 보다 넓게 확보할 수 있다.
도 11은 투명 도전막(120)과 전극(131, 132)이 투명 기판(110)의 윗면과 밑면에 각각 형성되는 경우를 도시하고 있지만, 반대로 투명 도전막(120)을 투명 기판(110)의 밑면에, 전극(131, 132)을 윗면에 형성할 수도 있다.
한편 제1 실시형태와 관련하여 도 7 및 도 8을 통해 설명한 내용은 본 실시 형태에도 그대로 적용될 수 있다. 즉, 본 실시형태에서도 투명 도전막(120)의 상하좌우 네 모서리와 전극(131, 132, 133, 134)을 투명 기판(110)의 외곽을 향해 휜 호 형상으로 구성함으로써, 투명 도전막(120)의 모서리 부근의 접촉 위치와 중앙부의 접촉 위치에서의 저항 Rt에 나타나는 차이를 보상할 수 있다.
지금까지 도 9 내지 도 11를 참조하여 본 발명의 제2 실시형태에 따른 터치스크린 장치에 관해 설명하였다. 본 실시형태에 대한 설명에서 전술한 제1 실시형태에 대한 설명과 중복되는 부분은 생략하였다. 따라서 도 1 내지 도 6에 관계된 제1 실시형태에 대한 설명의 세부 내용, 특히 패널부의 각 구성요소의 재질 및 센서부의 구성과 관련된 사항은 제2 실시형태에도 그대로 적용되며, 그 역 또한 성립한다.
도 12 및 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치스크린 장치의 구조를 도시한 도이다. 도 12를 참조하면, 터치스크린 장치는 전면부에 배치되어 접촉을 수용하는 윈도우(150), 접촉에 따라 저항성분 및 정전용량 성분을 형성하는 투명 도전막(120), 및 투명 도전막(120)에 부착되는 회로 기판(170)을 포함한다. 회로 기판(170)은 터치스크린 장치의 표시 영역에 대응하는 가운데 영역이 뚫린 형태로 형성되며, 각 모서리 방향을 따라 복수의 막대 전극(131, 132, 133, 134)이 배치된다.
본 실시예에서 투명 도전막(120)은 PET 등으로 형성되는 베이스 기판(125) 상에 균일한 두께로 도포되어 형성될 수 있으며, 투명 도전막(120)이 형성되는 면 과 반대되는 베이스 기판(125)의 면에 회로 기판(170)이 부착될 수 있다. 회로 기판(170)은 소정의 접착 테이프(175) 등을 이용하여 간편하게 부착될 수 있다. 회로 기판(170)이 가운데 영역이 뚫린 형태로 형성되므로, 접착 테이프(175) 역시 회로 기판(170)과 같은 형태로 부착되어야 할 것이다.
윈도우(150) 상에서 접촉이 발생하면, 투명 도전막(120)은 상기 접촉에 따라 저항성분 및 정전용량 성분을 생성한다. 상기 저항성분 및 정전용량 성분은 복수의 막대 전극(131, 132, 133, 134)을 통해 감지되어 접촉 발생 여부 및 접촉 위치 판단에 이용되는데, 본 실시예에서는 표시 영역에 대응하는 가운데 영역이 뚫린 형태의 회로 기판(170) 상에 배치되는 막대 전극(131, 132, 133, 134)을 통해 상기 접촉에 따른 성분이 감지된다. 회로 기판(170)은 투명 도전막(120)에 부착되므로, 회로 기판(170)은 투명 도전막(120)과 막대 전극(131, 132, 133, 134) 사이에서 접촉에 따른 소정의 정전용량 성분(예를 들어, 도 11에 도시한 Cv 성분)이 생성될 수 있을 정도의 두께로 형성되는 것이 바람직할 것이다.
도 13은 도 12에 도시한 터치스크린 장치의 단면을 도시한 단면도이다. 도 11에 도시한 터치스크린 장치와 구조는 비슷하지만, 도 13을 참조하면, 투명 도전막(120)이 형성되는 투명 기판(110)이 없으며, 대신 PET 등의 베이스 기판(125) 상에 투명 도전막(120)이 형성된다. 본 실시예에서는, 투명 도전막(120)이 형성된 투명 기판(110)을 윈도우(150)에 부착하는 라미네이션 공정을 생략할 수 있어, 터치스크린 장치 제조 공정의 수율 향상을 기대할 수 있다. 또한, 복수의 막대 전 극(131, 132, 133, 134)이 형성되는 회로 기판(170)은 접착 테이프(175) 등을 통해 베이스 기판(125)에 간편하게 부착될 수 있다.
도 14는 본 발명에 따른 터치스크린 장치의 접촉 감지 방법을 설명하는데 제공되는 흐름도이다. 도 14를 참고하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치의 접촉 감지 방법은 터치스크린 장치를 통한 접촉이 발생하는 것으로 시작된다(S10). 상기 접촉은 터치스크린 장치의 투명 도전막(120) 상에 배치되는 보호층(150) 또는 터치스크린 장치를 구비하는 전자기기의 투명 윈도우에서 발생할 수 있다.
접촉이 발생하면, 접촉에 따라 소정의 저항성분 및 정전용량 성분이 형성된다(S20). 도 3 및 도 11에 도시한 바와 같이 접촉이 발생하면, 접촉을 발생시킨 사용자의 신체, 보호층(150), 및 전극(131)과 투명 도전막(120) 사이에서 정전용량 성분이 발생할 수 있고, 전극(131)과 투명 도전막(120) 사이의 경로를 따라 저항 성분이 발생할 수 있다. 이때, 투명 도전막(120)의 두께를 일정하게 형성함으로써, 상기 저항 성분이 전극(131)과 투명 도전막(120) 사이의 거리에 비례하도록 하여 접촉 위치 감지의 정확도를 높일 수 있다.
저항성분 및 정전용량 성분이 형성되면, 도선(141)을 통해 전극(131)과 연결되는 충방전 특성 측정 회로(310)가 상기 정전용량 성분에 소정의 전하를 충전 또는 방전하고(S30), 그 결과를 이용하여 전하 충방전 특성을 측정한다(S40). 일실시예로, 충방전 특성 측정 회로(310)는 정전용량 성분에 소정의 전하 Q를 충전하고, 일정 시간 동안 전하가 방전되어 나타나는 전압 변화를 측정하거나, 또는 충전된 전하가 방전됨에 따라 일정한 임계전압까지 전압이 변화하는데 걸리는 시간을 측정함으로써 전하 충방전 특성을 산출할 수 있다.
S40 단계에서 측정된 전하 충방전 특성은 거리 연산 회로(320)로 전달되어 전극(131, 132, 133, 134)과 접촉 위치 사이의 거리를 계산하는데 이용된다(S50). 상기 전하 충방전 특성은 접촉에 의해 형성된 저항성분 및 정전용량 성분에 따라 결정되므로, 거리 연산 회로(320)는 전하 충방전 특성을 이용하여 접촉 위치와 전극(131, 132, 133, 134) 사이의 거리를 계산할 수 있다. 일실시예로, 특정 전극(131)으로부터 가까운 위치에서 접촉이 발생하면 전하 충방전 특성을 나타내는 전압이 상대적으로 급격하게 변화하고, 전극(131)으로부터 먼 위치에서 접촉이 발생하면 전하 충방전 특성을 나타내는 전압이 상대적으로 완만하게 변화한다.
거리 연산 회로(320)는 전하 충방전 특성으로부터 거리를 계산함에 있어서 소정의 룩업 테이블(330)을 참조할 수 있다. 룩업 테이블(330)은 충방전 특성 측정 회로(310)가 측정하는 전하 충방전 특성 측정값과 전극(131, 132, 133, 134)으로부터 접촉 위치에 이르는 거리 사이의 상관관계를 기록한다. 룩업 테이블(330)을 이용함으로써, 거리 연산 회로(320)는 매번 복잡한 연산 과정을 거치지 않고 전하 충방전 특성으로부터 전극(131, 132, 133, 134)과 접촉 위치 사이의 거리를 간단하게 연산할 수 있다.
전극(131, 132, 133, 134)과 접촉 위치 사이의 거리가 산출되면, 위치 계산부(500)는 상기 거리를 이용하여 접촉 위치를 계산한다(S60). 특히, 위치 계산부(500)는 접촉이 발생한 위치를 계산함에 있어서, 한 쌍의 전극 사이의 거리를 이용하여 거리 측정부(300)가 측정한 거리를 정규화할 수 있다. 정규화 방법은 상기 언급한 수학식 2 및 수학식 3에 따를 수 있다.
도 1 내지 12를 참고하여 설명한 상기 실시예들에 나타나 있는 바와 같이, 본 발명에 따른 터치스크린 장치는 종래의 저항막 방식의 장치에 비해 적은 수의 투명 도전막(120)을 사용한다. 이러한 구성은 화면의 선명도 저하를 최소화하여 전체적인 디스플레이 성능을 향상하는 데에 기여한다. 특히 동일한 화면 밝기를 얻기 위해 사용되는 전력이 작아지기 때문에 전자기기의 소비전력 감소에도 기여할 수 있다.
본 발명에 따른 터치스크린 장치는 종래의 저항막 방식과 달리 접촉면에 기계적 변형이 가해지는 일이 없다. 따라서 변형에 의한 패널부의 열화를 막을 수 있고, 그 결과 터치스크린 장치의 내구성이 향상된다. 또한 본 터치스크린 장치는 단순한 단면 구조로 인해 생산성 향상 및 생산 비용 절감이라는 효과를 갖는다.
이상의 설명은 본 발명에 대한 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이며, 본 발명이 상기 설명된 실시형태와 동일한 구조로만 제한적으로 해석되는 것은 아니다. 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 형태의 수정 및 변형을 가할 수 있다. 따라서 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 대상은 본 발명이 포괄하는 범위에 속한다고 할 것이다.
도 1은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치스크린 장치의 구조를 도시한 평면도,
도 2는 도 1에 도시한 터치스크린 장치의 A-A' 방향의 단면도,
도 3 내지 도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 터치스크린 장치의 접촉 감지 원리를 설명하는데 제공되는 도,
도 6은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 터치스크린 장치의 기술적 효과를 설명하는데 제공되는 도,
도 7 및 도 8은 본 발명의 제 1 실시예에 따라 변형된 구조를 갖는 터치스크린 장치의 기술적 효과를 설명하는데 제공되는 도,
도 9는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치스크린 장치의 구조를 도시한 평면도,
도 10은 도 7의 터치스크린 장치의 B-B' 방향의 단면도,
도 11은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치스크린 장치의 접촉 감지 원리를 설명하는데 제공되는 도,
도 12 및 도 13은 본 발명의 제 2 실시예에 따른 터치스크린 장치의 구조를 도시한 도,
도 14는 본 발명에 따른 터치스크린 장치의 접촉 감지 방법을 설명하는데 제공되는 흐름도, 및
도 15은 일반적인 저항막 방식의 터치스크린 장치의 구조 및 접촉 감지 원 리를 나타내는 도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
110: 투명 기판 120: 투명 도전막
131, 132, 133, 134: 전극 141, 142, 143, 144: 도선
150: 보호층 160: 차폐막
310: 충방전 특성 측정 회로 320: 거리 연산 회로
330: 룩업 테이블 500: 위치 계산부

Claims (19)

  1. 일면에 균일한 저항 성분을 갖는 투명 도전막이 배치되는 투명 기판;
    상기 투명 도전막과 소정의 간격을 형성하도록 상기 투명 기판의 외곽 영역에 배치되는 복수의 전극;
    상기 전극에 전기적으로 연결되고, 접촉 위치로부터 상기 복수의 전극 각각에 이르는 거리를 측정하는 거리 측정부; 및
    상기 거리 측정부가 측정한 거리에 기초하여 상기 접촉 위치를 계산하는 위치 계산부; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 도전막은 상기 전극과 상기 간격만큼 이격되어, 상기 전극이 배치된 상기 투명 기판의 외곽 영역의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 상기 투명 기판의 상기 투명 도전막이 배치되는 면의 이면에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  4. 제2항 또는 제3항에 있어서,
    상기 전극은 상기 투명 기판의 모서리를 따라 연장되는 막대 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정부는
    상기 복수의 전극에 전기적으로 연결되며, 접촉에 의해 발생하는 정전용량 성분에 소정의 전하를 충전 또는 방전함으로써 획득되는 전하 충방전 특성을 상기 복수의 전극 각각에 대해 측정하는 충방전 특성 측정 회로와,
    상기 측정된 전하 충방전 특성에 기초하여 상기 접촉 위치로부터 상기 전극에 이르는 거리를 연산하는 거리 연산 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 거리 연산 회로는 상기 측정된 전하 충방전 특성에 반영된, 상기 접촉 위치로부터 상기 전극에 이르는 경로를 따라 상기 투명 도전막에서 발생하는 저항 성분을 이용하여 상기 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 거리 측정 회로는 소정의 룩업 테이블을 참조하여 상기 측정된 전하 충방전 특성으로부터 상기 거리를 연산하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 위치 계산부는, 서로 마주보도록 배치된 한 쌍의 전극 사이의 거리를 이용하여 상기 접촉 위치로부터 상기 한 쌍의 전극 각각에 이르는 거리를 정규화하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 거리 측정부와 상기 위치 계산부는 단일 칩 형태의 집적회로로 구성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 투명 기판의 상기 투명 도전막이 배치되는 면의 이면에 투명 도전물질로 형성되는 차폐막; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 투명 도전막의 상측에 배치되어 사용자의 접촉을 수용하는 투명 윈도우를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  12. 정전 용량 방식 터치스크린 패널에 있어서,
    일면에 균일한 저항 성분을 갖는 투명 도전막이 배치되는 투명 기판;
    상기 투명 도전막과 소정의 간격을 형성하도록 상기 투명 기판의 외곽 영역에 배치되는 복수의 전극; 및
    상기 복수의 전극과 임피던스 측정 회로를 연결하는 배선 패턴; 을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 투명 도전막은 상기 전극과 상기 간격만큼 이격되어, 상기 전극이 배치된 상기 투명 기판의 외곽 영역의 내측에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치스크 린 패널.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 전극은 상기 투명 기판의 상기 투명 도전막이 배치되는 면과 동일면에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 전극은 상기 투명 기판의 상기 투명 도전막이 배치되는 면의 이면에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  16. 제13항 또는 제15항에 있어서,
    상기 전극은 상기 투명 기판의 모서리를 따라 연장되는 막대 형상을 갖는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  17. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 상기 투명 기판의 적어도 외곽 영역에 마련되는 별개의 기판에 형성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  18. 제1항에 있어서,
    상기 전극은 상기 투명 기판의 적어도 일측 모서리를 따라 복수의 위치에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
  19. 제1항에 있어서,
    상기 배선 패턴은 투명 도전 물질 및 금속 물질 중 적어도 하나로 형성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 패널.
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