KR20090048770A - 터치스크린 장치, 접촉 감지 장치 및 사용자 입력 장치 - Google Patents

터치스크린 장치, 접촉 감지 장치 및 사용자 입력 장치 Download PDF

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KR20090048770A
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Abstract

본 발명은 터치스크린 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 터치스크린 장치는 디스플레이 화면을 덮는 투명 윈도우와, 상기 디스플레이 화면의 한 축을 따라 그 길이 방향으로 점차 폭이 좁아지는 형상을 가지며, 상기 디스플레이 화면의 다른 한 축을 따라 폭 방향으로 복수의 위치에 배열된 투명 전극과, 상기 투명 전극의 길이 방향의 일측 단부에 배선 패턴을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 투명 윈도우상의 사용자의 접촉 위치에서 나타나는 캐패시턴스 변화를 감지하는 전기 회로와, 상기 복수의 투명 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화에 기초하여 상기 접촉 위치를 계산하는 연산부를 포함한다. 본 발명에 의하면, 접촉 감지 회로의 제한된 수의 감지 채널을 효율적으로 활용하여 접촉 위치를 정확하게 인식할 수 있는 터치스크린 장치를 제공할 수 있다.
터치스크린, 터치키, 접촉, 캐패시턴스, 투명 도전막, ITO, 테이퍼

Description

터치스크린 장치, 접촉 감지 장치 및 사용자 입력 장치{TOUCHSCREEN APPARATUS, TOUCH SENSING APPARATUS AND USER INPUT APPARATUS}
본 발명은 터치스크린 장치 및 터치키 장치와 같이 사용자의 접촉을 감지하기 위한 장치에 관한 것이다. 구체적으로, 본 발명은 캐패시티브 방식의 접촉 감지 장치에 대한 것이다.
터치스크린 장치는 디스플레이 화면상의 사용자의 접촉 위치를 감지하고, 감지된 접촉 위치에 관한 정보를 입력 정보로 하여 디스플레이 화면 제어를 포함한 전자기기의 전반적인 제어를 수행하기 위한 입력 장치를 일컫는다. 터치스크린 장치는 구현 방법에 따라 크게 이산 위치 감지 방식과 연속 위치 감지 방식으로 구분된다.
이산 위치 감지 방식(discrete location detecting)은 매트릭스 방식이라고도 불리우며, 패널(10)상의 2차원 평면을 복수의 구획(15)으로 나누어, 각 구 획(15)에 대한 접촉/비접촉 여부를 감지함으로써 사용자의 접촉 위치에 관한 정보를 획득한다. 도 1에 개념적으로 도시한 바와 같이, 이산 위치 감지 방식의 터치스크린 장치는 접촉이 발생한 구획(15)의 가로 위치를 감지하기 위한 M개의 신호선(11)과 세로 위치를 감지하기 위한 N개의 신호선(12)을 구비한다.
반면 연속 위치 감지 방식(continuous location detecting)은 접촉 감지 영역을 제한된 수의 구획으로 나누지 않고, 2차원 평면상의 접촉 위치를 연속적인 값으로 인식하는 방식이다. 연속 위치 감지 방식의 터치스크린 장치는 제한된 수의 전극을 통해 측정된 값으로부터 가로, 세로 방향의 연속적인 좌표값을 계산하기 위해 특별히 고안된 알고리즘을 이용한다. 도 2는 연속 위치 감지 방식의 터치스크린 장치를 예시한 것이다. 도 2의 터치스크린 장치는 접촉 위치의 가로 방향 좌표를 연속적인 값으로 인식하기 위해 패널(20)의 좌우측의 대향하는 위치에 마련된 한 쌍의 전극(21, 22)과 세로 방향 좌표를 연속적인 값으로 인식하기 위해 패널(20)의 상하측의 대향하는 위치에 마련된 한 쌍의 전극(23, 24)을 포함한다. 각 전극(21, 22, 23, 24)은 신호선(26, 27, 28, 29)을 통해 접촉 위치 감지 회로에 연결되어 있다.
이산 위치 감지 방식은 접촉 위치를 계산하기 위한 복잡한 알고리즘 없이도 각 구획(15)에 대한 접촉 여부를 감지하여 접촉 위치를 얻어내기 때문에 구현이 용이하다. 반면, 이 방식은 구획(15)의 크기와 신호선(11, 12)의 패터닝 정밀도에 따라 접촉 위치 인식의 해상도가 결정되고, 구분 가능한 가로 위치의 수 M 및 세로 위치의 수 N이 접촉 감지 회로의 감지 채널의 수에 의해 제한되므로 정교한 위치 인식이 어렵다는 한계를 갖는다.
한편 연속 위치 감지 방식은 접촉 위치를 연속적인 좌표값으로 인식하기 때문에 위치 인식의 정밀도가 높다는 장점을 갖지만, 사용자의 접촉 특성이나 사용 환경, 잡음 신호 등에 민감하고, 접촉 감지 회로에서 추출된 1차 데이터로부터 접촉 위치에 해당하는 좌표값을 계산하기 위해 복잡한 연산을 요구하는 등 이산 위치 감지 방식에 비해 전반적으로 그 구성이 복잡해지는 단점이 있다.
이에, 본 발명은 이산 위치 감지 방식과 연속 위치 감지 방식의 장점만을 결합하여, 구현이 용이하면서도 정교한 위치 인식이 가능한 터치스크린 장치를 제공하고자 한다.
구체적으로, 본 발명은 접촉 위치의 가로 방향 성분과 세로 방향 성분을 계산하기 위해 별개의 방법을 채용하되, 각각의 방법에 대해 단순하면서도 환경 변화에 강인한 형태의 연산이 적용될 수 있도록 새롭게 설계된 패널 구조를 갖는 터치스크린 장치를 제공하고자 한다.
더 나아가, 본 발명은 제한된 감지 채널의 수를 최대한 효율적으로 활용하여 비교적 단순한 연산을 통해 접촉 위치를 정확하게 인식할 수 있는 터치스크린 장치를 제공하고자 한다.
또한, 본 발명은 상기 터치스크린 장치에 적용된 것과 동일한 설계 원리가 적용된 접촉 감지 장치 및 이 두 장치의 기능을 하나의 장치상에 결합한 새로운 형태의 사용자 입력 장치를 제공하고자 한다.
본 발명은 상기의 과제를 해결하기 위해 제안된 것으로서, 본 발명의 일 측면에 따른 터치스크린 장치는 디스플레이 화면을 덮는 투명 윈도우와, 상기 디스플레이 화면의 한 축을 따라 그 길이 방향으로 점차 폭이 좁아지는 형상을 가지며, 상기 디스플레이 화면의 다른 한 축을 따라 폭 방향으로 복수의 위치에 배열된 투명 전극과, 상기 투명 전극의 길이 방향의 일측 단부에 배선 패턴을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 투명 윈도우상의 사용자의 접촉 위치에서 나타나는 캐패시턴스 변화를 감지하는 전기 회로와, 상기 복수의 투명 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화에 기초하여 상기 접촉 위치를 계산하는 연산부를 포함한다.
본 발명의 다른 측면에 따른 접촉 감지 장치는 전자기기의 케이스 기구물상에 가해지는 사용자의 접촉을 감지하는 장치로서, 상기 케이스 기구물의 배면에, 도전막을 이용하여 길이 방향으로 그 폭이 점차 좁아지는 형상으로 마련된 한 쌍의 전극과, 상기 한 쌍의 전극의 서로 반대되는 측의 단부에 전기적으로 연결되어, 사 용자의 케이스 기구물 전면(前面) 접촉시에 나타나는 캐패시턴스 변화를 상기 한 쌍의 전극 각각에 대해 감지하는 전기 회로와, 상기 각 전극에 대해 감지된 캐패시턴스 변화의 상대적인 크기에 기초하여 상기 길이 방향의 접촉 위치를 계산하는 연산부를 포함하는 구성을 갖는다.
한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따른 사용자 입력 장치는 디스플레이 화면에 대응하는 위치에 마련된 투명부를 가지는 케이스 기구물과, 상기 케이스 기구물의 배면에 투명 도전막을 이용하여 마련되며, 길이 방향으로 그 폭이 점차 좁아지는 형상으로 폭 방향의 복수의 위치에 배열된 터치스크린 전극과, 상기 케이스 기구물의 배면에, 도전막을 이용하여 길이 방향으로 그 폭이 점차 좁아지는 형상으로 마련된 한 쌍의 터치키 전극과, 상기 터치스크린용 전극 및 상기 터치키용 전극의 길이 방향의 일측 단부에 배선 패턴을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 케이스 기구물 전면에 가해지는 사용자의 접촉에 의해 나타나는 캐패시턴스 변화를 감지하는 전기 회로와, 상기 복수의 터치스크린 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화에 기초하여 사용자의 접촉 위치를 계산하는 터치스크린 연산부와, 상기 한 쌍의 터치키 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화에 기초하여 상기 한 쌍의 터치키 전극의 길이 방향의 접촉 위치를 계산하는 터치키 연산부를 포함한다.
본 발명에 따른 터치스크린 장치는 이산 위치 감지 방식과 연속 위치 감지 방식의 장점만을 결합한 것으로서, 구현 용이성과 더불어 향상된 접촉 위치 인식 기능을 제공한다.
본 발명에 따른 터치스크린 장치에 적용된 접촉 위치 감지 원리는 터치스크린 장치 외의 각종 접촉 감지 장치에 적용될 수 있다. 이에 따라, 여러 접촉 감지 장치의 기능을 하나의 장치를 통해 구현하는 것이 가능해진다. 더욱이 본 발명은 접촉 감지 회로의 감지 채널의 수가 제한되어 있는 경우 서로 다른 접촉 감지 장치간에 감지 채널을 공유할 수 있는 방법을 제공한다.
본 발명에 따른 터치스크린 장치는 사용자의 접촉이 인가된 경우에 나타나는 캐패시턴스의 변화에 기초하여 접촉 위치를 계산한다. 이때, 캐패시턴스 변화의 상대적인 크기를 이용함으로써 사용자의 접촉 특성이나 전자기기의 사용 환경에 관계없이 일정한 위치 인식 성능을 보장할 수 있다.
또한, 본 발명에 의하면 전극의 패터닝 구조를 단순화할 수 있으므로, 터치스크린 패널의 제조 비용을 절감하고 수율을 높일 수 있다.
이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명에 따른 터치스크린 장치, 접촉 감지 장치 및 사용자 입력 장치에 대해 설명한다. 이하의 설명에서 동일하거나 대응하는 구성에 대해서는 도면에 같은 부재번호를 이용하여 표시하고 중복되는 설명은 생략한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치의 평면 구조를 도시한 것이며, 도 4는 A-A'선을 따르는 단면 구조를 도시한 것이다. 도면에 도시된 바와 같이, 본 터치스크린 장치는 디스플레이 화면의 전면(前面)을 덮는 형태로 전자기기에 장착되는 윈도우(120)를 포함한다. 이 윈도우(120)는 디스플레이 화면에 대응하는 위치에 마련된 투명부(124)와 디스플레이 베젤을 이루는 불투명부(122)로 구성된다. 윈도우(120)는 전자기기의 케이스 기구물의 일부로서, 균일한 두께와 유전율을 갖는 아크릴이나 강화유리 등의 재료로 이루어진 투명 기판으로 만들어진다. 불투명부(122)는 이 투명 기판의 배면에 안료를 증착하거나 인쇄 또는 도포하여 형성할 수 있다.
윈도우(120)의 배면에는 가로 방향으로 길게 형성된 직각삼각형 모양의 투명 전극(111, 112)이 좌우로 쌍을 이루어 세로 방향으로 복수의 위치에 반복 배치되어 있다. 한 쌍의 투명 전극(111, 112)은 두 빗변이 서로 마주보는 형상으로 배치되어 있으며, 그 폭이 가장 넓은 단부(端部)측이 배선 패턴(130)을 거쳐 접촉 감지 회로부(140)의 각 감지 채널에 연결되어 있다.
이 투명 전극(111, 112)은 ITO(indium tin oxide) 등의 투명 도전 물질로 이루어지며, 일면에 투명 도전 물질이 형성되어 있는 투명 필름(115)을 사진식각(photolithography) 등의 방법을 이용하여 패터닝함으로써 제작된다. 다음으로, 패터닝된 투명 전극(111, 112)이 형성된 투명 필름(115) 위에 실버(Ag) 등의 도전성 금속 재료를 실크스크린법에 의해 인쇄하여 배선 패턴(130)을 형성할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이 투명 전극(111, 112)과 배선 패턴(130)이 형성된 투명 필름(115)은 윈도우(120)의 배면에 적층(lamination)된다. 도 4에는 도시되지 않았지만, 투명 필름(115)의 적층에는 OCA(optical clear adhesive)와 같은 접착재를 사용할 수 있다.
배선 패턴(130)을 통해 각 투명 전극(111, 112)에 전기적으로 연결되는 접촉 감지 회로부(140)는 윈도우(120)의 투명부(124)상에 인가되는 사용자의 접촉에 의해 나타나는 캐패시턴스 변화를 감지한다. 도 5에 도시되어 있듯이, 이 캐패시턴스 변화는 사용자의 인체의 일부, 예컨대 손가락 끝이 투명부(124)상의 특정 위치에 접촉하는 경우, 해당 위치의 투명 전극(111, 112)과 상기 인체의 접촉면을 두 전극판으로 하고 윈도우(120)와 투명 기판(115)을 유전물질로 하는 캐패시터로 모델링되는, 윈도우(120)의 두께 방향으로 형성되는 캐패시턴스 Ct와, 여기에 직렬로 연결되어 접지되는 인체 캐패시턴스 Cb에 의해 나타나는 것이다. 접촉 감지 회로부(140)는 이러한 캐패시턴스로 인해 나타는 전기적인 변화를 감지하기 위한 전기 회로로 구성된다.
좌표 연산부(150)는 접촉 감지 회로부(140)에 의해 얻어진 캐패시턴스 변화에 관한 데이터를 기초로 접촉 위치의 가로 방향 및 세로 방향 성분을 계산한다. 접촉 감지 회로부(140)와 좌표 연산부(150)는 IC(integrated circuit)의 형태로 제공되며 FPCB(flexible printed circuit board) 등의 연성 기판(flexible board)에 실장되는 것이 바람직하다. 이 IC를 실장한 연성 기판은 윈도우(120)의 배면측에 형성된 배선 패턴(130)과 본딩(bonding)에 의해 전기적으로 연결된다. 적용 가능한 본딩 방법으로는 ACF(anisotropic conductive film) 등의 필름을 이용한 본딩이 있다. 이처럼 터치스크린 장치를 경성의(rigid) 윈도우(120) 부분과 연성 의(flexible) 기판 부분으로 나누어 구성하고 본딩 방법에 의해 연결함으로써 다양한 형태의 전자기기에의 조립성이 향상된다.
도 6과 도 7은 사용자의 접촉에 의해 나타나는 이 캐패시턴스 변화를 감지한 것으로부터 접촉 위치의 가로 방향 및 세로 방향 좌표를 계산하는 과정을 구체적으로 예시한 것이다. 도 6에 도시된 바와 같이, 접촉 감지 회로부(140)는 0번~15번의 16개의 독립적인 감지 채널을 갖는다. 이 감지 채널들을 통해 접촉 감지 회로부(140)는 각 투명 전극(111, 112)에 대해 나타나는 캐패시턴스 변화를 감지한다.
도 6에는 사용자의 인체의 일부(예: 손가락 끝)가 5번, 6번 및 14번 감지 채널이 연결된 투명 전극에 걸쳐 윈도우(120)상에 접촉하고 있는 상태가 도시되어 있다. 접촉 영역(50)을 빗금 친 원으로 표시하였다. 이하, 설명의 편의를 위해 각 감지 채널의 번호를 따라 그에 연결된 각 투명 전극(111, 112)에 번호를 붙여 호칭하기로 한다.
도 7은 각 감지 채널에 대해 접촉 감지 회로부(140)로부터 얻어지는 접촉 신호의 세기를 막대 그래프의 형식으로 나타낸다. 참고로, 접촉 신호는 상기 접촉에 의해 나타나는 캐패시턴스 변화의 양을 반영하는 신호로서, 캐패시턴스 변화량을 직접 반영하는 신호로부터 환경 잡음에 의한 영향과 인체의 접촉에 의한 윈도우(120)의 온도 상승으로 나타나는 캐패시턴스 변화 등의 잡음 요인을 제거한 신호이다. 접촉 신호는 아날로그 전압 또는 디지털 값으로 나타내어지며, 이 신호의 세기란 상기 아날로그 전압의 세기 또는 상기 디지털 값의 크기를 의미한다.
도 7을 참조하면, 접촉 영역(50)이 형성되어 있는 5번, 6번, 14번 투명 전극에 대해 측정된 접촉 신호의 세기는 해당 투명 전극 위에 접촉 영역(50)이 걸쳐 있는 부분의 면적에 비례하는 경향을 보인다. 이것은, 상기 접촉에 의해 형성되는 캐패시턴스 Ct가 캐패시터의 특성상 접촉 면적에 비례하기 때문이며, 이 값이 직렬 연결된 인체 캐패시턴스 Cb에 비해 충분히 작을 경우, Cb의 존재에도 불구하고 전체 캐패시턴스에 지배적인 영향을 미치기 때문이다.
또한, 도 7에 의하면 5번, 6번, 14번 투명 전극 주변에 위치한, 직접 접촉이 일어나지 않은 3번, 4번, 7번, 그리고 13번과 15번 투명 전극에 연결된 감지 채널에서도 캐패시턴스 변화가 감지된다. 이 주변 채널들에서 감지되는 캐패시턴스 변화는 접촉 영역(50) 주변에 발생하는, 전기장의 주변 성분(fringing component)에 의한 것이다. 따라서, 직접 접촉이 일어난 5번, 6번, 14번 투명 전극으로부터 멀어질수록 그 값이 작게 나타난다. 또한, 우측 단부에 배선 패턴(130)이 연결된 13번, 15번 채널에 비해, 접촉 영역(50)으로부터 더 가까운 좌측 단부에 배선 패턴(130)이 연결된 4번, 7번 채널에서 그 값이 상대적으로 크게 나타나는 현상을 확인할 수 있는데, 이것은 배선 패턴(130)이 연결된 단부에서의 투명 전극(111, 112)의 폭이 반대측 단부에서의 폭에 비해 크기 때문이다.
이제, 이와 같이 얻어진 접촉 신호 세기 데이터에 기초하여 접촉 위치의 가로 방향 성분 및 세로 방향 성분을 계산하는 과정에 관해 설명하도록 한다. 뒤에서 상세히 설명하겠지만 두 위치 성분을 계산하는 데에는 서로 다른 방법이 적용된 다.
먼저, 접촉 위치의 가로 방향 성분을 계산하는 방법은 다음과 같다. 좌표 연산부(150)는 투명 전극(111, 112)의 좌측 단부에 배선 패턴(130)을 통해 연결된 0번~7번 채널에서 얻어진 접촉 신호 세기와, 투명 전극(111, 112)의 우측 단부에 배선 패턴(130)을 통해 연결된 8번~15번 채널에서 얻어진 접촉 신호의 세기의 비(ratio)를 계산한다. 계산 결과 얻어진 비 값에 투명부(124)의 가로 길이를 곱하면 최소값은 0이고, 최대값은 투명부(124)의 가로 길이와 같은 범위의 좌표값이 얻어진다.
이 계산에는 0번~7번 채널에서 얻어진 접촉 신호 세기의 총합과 8번~15번 채널에서 얻어진 접촉 신호 세기의 총합이 이용될 수 있다. 그러나 잡음에 의한 영향 또는 손가락 접촉시 윈도우(120)에 근접하는 손바닥 등에 의한 영향을 배제하기 위해 접촉 신호 세기가 소정 임계값을 넘는 감지 채널(예: 5번, 6번, 14번 채널)에서 얻어진 데이터만을 이용하도록 설계될 수도 있다.
다음으로, 접촉 위치의 세로 방향 성분을 계산하는 방법이다. 접촉 위치의 세로 방향 성분은 각 감지 채널이 연결된 투명 전극(111, 112)의 세로 방향의 중심 위치에 대해, 해당 감지 채널에서 얻어진 접촉 신호 세기를 가중치로 하여 가중 평균을 구함으로써 계산된다. 0번과 1번 전극, 8번과 9번 전극과 같이 인접한 두 투명 전극(111, 112)간의 간격(pitch)을 D라고 하면, 0번~7번 전극의 세로 방향의 중심 위치는 (n+0.5)ㅇD와 같이 나타내어진다. 마찬가지 방법으로 8번~15번 전극의 세로 방향의 중심 위치는 (n-8+0.5)ㅇD와 같이 나타내어진다. n은 각 투명 전 극(111, 112)에 연결된 감지 채널의 번호를 나타낸다.
이상에서 설명한 접촉 위치의 가로 방향 및 세로 방향 성분 계산 방법은 단순한 평균 또는 가중 평균 연산을 포함하는 매우 단순한 알고리즘에 의해 구현된다. 따라서 많은 연산 자원과 저장 공간 없이 쉽게 구현될 수 있으며, 좌표 계산을 빠르게 수행할 수 있다. 또한 위의 방법에 의하면, 적은 수의 투명 전극(111, 112)을 이용하여 접촉 위치의 가로 방향 및 세로 방향 성분을 쉽고 정확하게 식별할 수 있다.
도 3과 도 5에는 각 투명 전극(111, 112)이 직각삼각형 모양으로 형성된 경우가 예시되어 있다. 그러나 투명 전극(111, 112)의 형상은 직각삼각형 모양 외에 필요에 따라 다양하게 설계될 수 있다. 도 8과 도 9는 본 발명에 적용 가능한 투명 전극(111, 112)의 다른 형상을 예시한다. 도 8의 투명 전극(111', 112')은 배선 패턴(130)이 연결되는 측의 단부에 일정한 길이만큼 폭이 일정하게 유지되는 부분과, 단차를 두고 폭이 좁아지면서 테이퍼 형상을 갖는 나머지 부분으로 구성된다. 이와 달리, 도 9에 예시된 투명 전극(111'', 112'')은 직각삼각형의 빗변 부분이 곡선으로 대체된 형상을 갖는다.
도 3과 도 5, 그리고 도 8과 도 9에 예시된 것처럼, 본 발명에 따른 터치스크린 장치에 적용되는 투명 전극(111, 112)의 형상은 디스플레이 화면의 한 축을 따라 길게 형성되며, 그 길이 방향에 평행한 평탄부와 길이 방향으로 소정의 기울기를 갖는 경사부로 구성된다. 이 경사부는 직각삼각형의 빗변 형상, 테이퍼 형상, 곡선 형상 등 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 각각 반대편 단부측이 배선 패 턴(130)을 통해 접촉 감지 회로부(140)에 연결되는 두 인접한 투명 전극(111, 112)의 경사부는 서로 마주보는 형태로 배치된다. 또한, 이 두 투명 전극(111, 112)에 의해 가로 방향으로 긴 직사각형 모양의 영역이 형성된다. 이러한 공통적인 특징을 유지하는 경우라면, 투명 전극(111, 112)의 형상을 다양하게 변형하여 적용하는 것은 본 발명의 기술적 범위를 벗어나지 않는 것이다.
참고로, 위에서 설명한 바와 같이 경사부가 서로 마주보는 형태로 인접 배치된 투명 전극(111, 112) 쌍에 의해 직사각형 모양의 영역이 형성되도록 하면, 그렇지 않은 경우에 비해 몇가지 구현상의 장점을 갖게 된다. 비교를 위해, 이등변 삼각형 모양으로 형성된 투명 전극을 그 등변이 서로 마주보도록 세로로 엇갈려 포개어 배치하는 경우를 고려한다. 이 경우 밑변이 좌측을 향한 투명 전극과 밑변이 우측을 향한 투명 전극은 그 세로 방향의 중심 위치가 일치하지 않게 된다. 따라서, 투명 전극들에 의해 형성되는 영역 전체의 형상뿐만 아니라 이 투명 전극들에 의해 대표되는 접촉 감지 영역 또한 평행사변형이 된다. 그러나 이러한 구조는 일반적으로 직사각형 모양을 갖는 디스플레이 화면에 적용되는 데에 몇 가지 문제점을 갖는다. 즉, 밑변이 좌측을 향한 투명 전극과 우측을 향한 투명 전극간의 세로 방향 위치 오프셋을 보정하는 부가적인 연산을 필요로 하거나, 또는 위아래 끝에 위치한 투명 전극의 면적 일부를 낭비하게 되는 결과를 초래한다. 그러나 제안된 구조에 의하면 이처럼 낭비되는 영역이나 오프셋 보정을 위한 부가적인 연산을 제거할 수 있다는 이점이 있다.
이상에서 설명한 형상을 갖는 투명 전극(111, 112)을 이용하여 얻어진 접촉 신호 세기에 기초하여 접촉 위치를 계산하는 원리는 터치스크린 장치 외의 다양한 접촉 감지 장치에 적용될 수 있다. 도 10은 상술한 터치스크린 장치와 터치키(touch key) 장치를 결합한 사용자 입력 장치를 도시한다.
도 10에는 윈도우(120) 아래쪽의 불투명부(122)의 배면측에 투명 전극(111, 112)과 동일한 형상으로 마련된 한 쌍의 접촉 감지 전극(211, 212)이 도시되어 있다. 이 접촉 감지 전극(211, 212)은 투명 전극(111, 112)과 다른 재료 및 다른 공정에 의해 형성되어도 무방하지만, 공정의 단순화를 위해 투명 전극(111, 112)과 동일한 투명 도전 물질을 이용하여 형성하는 것이 바람직하다. 두 접촉 감지 전극(211, 212)은 각각 접촉 감지 회로부(140)에 개별 감지 채널을 통해 연결되어 있다. 통합 연산부(155)는 투명부(124)상의 접촉 위치의 가로 방향 및 세로 방향 성분을 계산하는 것에 더해, 접촉 감지 전극(211, 212)이 배치된 불투명부(122)상에 접촉이 가해진 경우에 그 접촉 위치의 가로 방향 성분을 계산할 수 있다. 불투명부(122)상의 접촉 위치의 가로 방향 성분을 계산하는 것은 상술한 투명부(124)상의 접촉 위치의 가로 방향 성분을 계산하는 것과 동일한 방법에 의할 수 있다. 즉, 통합 연산부(155)는 두 접촉 감지 전극(211, 212)에 대해 얻어진 접촉 신호 세기의 상대적인 비에 기초하여 접촉 위치의 가로 방향 성분을 계산할 수 있다.
접촉 감지 회로부(140)의 감지 채널의 수가 충분한 경우에는 접촉 감지 전극(211, 212)은 0번~15번 채널 외의 별도의 감지 채널에 연결되는 것이 바람직하나, 그렇지 않은 경우에는 터치스크린 장치를 위해 마련된 0번~15번 감지 채널의 일부를 공유할 수 있다. 도 10을 참조하면, 접촉 감지 전극(211)의 좌측 단부가 3 번 채널에, 접촉 감지 전극(212)의 우측 단부가 15번 채널에 연결되어 있다. 도시된 바와 같이 3번 채널과 15번 채널에 각각 연결된 두 투명 전극은 서로 인접하여 배치되지 않기 때문에 투명부(124)상의 정상적인 접촉이라면 접촉 영역(50)이 이 두 투명 전극에 걸쳐 있을 수 없다. 따라서, 통합 연산부(155)는 3번 채널과 15번 채널에서 임계값 이상의 세기를 갖는 접촉 신호가 얻어지고, 그 주변에 위치한 다른 감지 채널에서 임계값 이상의 세기를 갖는 접촉 신호가 얻어지지 않는 경우에, 윈도우(120) 아래쪽의 불투명부(122)에 접촉이 인가된 것으로 인식할 수 있다. 이처럼 한 쌍의 접촉 감지 전극(211, 212)을 각각 서로 인접 배치되지 않은 두 투명 전극(111, 112)을 위한 감지 채널에 연결함으로써, 투명부(124)의 터치스크린 영역과 접촉 감지 전극(211, 212)이 위치한 터치키 영역에서의 접촉을 구분할 수 있다.
참고로, 이러한 원리를 앞서 설명한 터치스크린 장치에도 그대로 적용하는 것이 가능하다. 즉, 투명 전극(111, 112)의 폭의 더 좁게 하여 촘촘히 배치하는 동시에, 일부 투명 전극(111, 112)을 다른 투명 전극(111, 112)과 동일한 감지 채널을 이용하여 접촉 감지 회로부(140)에 연결함으로써 감지 채널의 수의 제한에도 불구하고 세로 방향의 해상도를 높일 수 있다. 물론, 이 경우 동일한 감지 채널에 전기적으로 연결된 둘 이상의 투명 전극은 세로 방향으로 서로 인접하지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.
도 11은 이러한 투명 전극(111, 112)의 배치를 예시한다. 도 11의 예시에 따르면, 경사부가 서로 마주보는 형상으로 마련된 투명 전극(111, 112) 쌍이 세로 방향으로 16곳에 배치되어 있다. 총 32개의 투명 전극(111, 112) 중 배선 패 턴(130)이 좌측 단부에 연결된 16개의 전극을 아래에서 위로 순서대로 L0번~L15번 전극이라고 하고, 배선 패턴(130)이 우측 단부에 연결된 16개의 전극을 아래에서 위로 순서대로 R0번~R15번 전극이라고 한다. 도 11을 참조하면, L0번~L7번 전극과 L8번~L15번 전극이 0번~7번 감지 채널에 연결되어 있다. 즉, L0번~L7번 전극과 L8번~L15번 전극이 동일한 감지 채널에 연결되어 있다. 한편, R0번~R3번 전극과 R12번~R15번 전극이 공통적으로 12번~15번 채널에, R4번~R7번 전극과 R8번~R11번 전극이 공통적으로 8번~11번 채널에 연결되어 있다. 도시된 바와 같이, 경사부가 서로 마주보는 형태로 배치된 L15번 전극 및 R15번 전극이 각각 L7번 전극 및 R3번 전극과 동일한 감지 채널에 연결되어 있다. 이 경우, 가로 방향으로 인접 배치된 두 투명 전극과 각각 동일한 감지 채널에 연결된 다른 두 투명 전극이 세로 방향으로 인접하지 않게 되어, 각 감지 채널에서의 신호 세기 데이터의 분포 형태로부터 접촉 위치를 유일하게 결정하는 것이 가능하게 된다.
이와 같이 하나의 감지 채널을 두 개의 투명 전극에 연결되도록 하면, 동일한 크기의 디스플레이 화면에 대해 세로 방향으로 더 많은 수의 투명 전극(111, 112)을 배치할 수 있고, 동일한 크기의 투명 전극(111, 112)을 이용할 경우 더 넓은 디스플레이 화면에 대한 접촉을 감지할 수 있다. 또한, 예시된 바와 같이 동일한 감지 채널에 연결된 두 투명 전극을 서로 인접하지 않게 배치함으로써 각 감지 채널에서 획득된 접촉 신호 세기에 관한 데이터로부터 접촉 위치가 유일하게 결정되도록 할 수 있다.
접촉 감지 전극(211, 212)은 그 길이 방향을 따라 복수의 불연속한 위치에 서의 접촉을 감지하기 위한 터치키 기능으로 이용될 수 있다. 이 경우, 불투명부(122)에 마련된 인쇄 각인(220)은 사용자에게 접촉 위치를 가이드하는 동시에 해당 위치에의 접촉이 수행하는 작업을 표시하는 기능을 한다. 통합 연산부(155)는 두 인쇄 각인(220) 사이의 모호한 위치에서 접촉이 일어난 경우에는 유효하지 않은 입력으로 판단하여 해당 입력을 무시할 수 있다.
도면에는 도시되지 않았지만, 인쇄 각인(220)에 대응하는 위치에 발광 소자를 마련할 수 있다. 발광 소자는 예컨대 각 인쇄 각인(220)에 대응하는 터치키가 입력 대기 상태에 있음을 표시하는 백라이팅 기능에 이용될 수 있다. 또는, 인쇄 각인(220)상에 접촉한 경우 터치키 입력이 유효하게 인식되었음을 사용자에게 피드백하기 위해 해당 터치키에 대응하는 발광 소자를 점멸할 수도 있다.
또한, 접촉 감지 전극(211, 212)은 그 길이 방향을 따라 사용자가 접촉을 유지한 상태로 슬라이드 이동하는 형태의 입력을 인식하기 위한 용도로 이용될 수도 있다. 이러한 형태의 입력은 두 접촉 감지 전극(211, 212)에 대해 얻어지는 접촉 신호 세기의 상대적인 비율의 시간에 따른 변화를 이용하여 인식할 수 있다. 이러한 입력은 화면의 좌우 스크롤, 화면 확대/축소, 볼륨 조절, 책장 넘기기와 같이 다양한 방식의 입력을 지원하기 위해 활용될 수 있다.
또한, 접촉 감지 전극(211, 212)에 대해서도 도 8과 도 9에 예시된 투명 전극(111', 112', 111'', 112'') 형상 및 이와 유사하거나 이에 대응하는 형태로 변형된 다양한 형상을 적용할 수 있다.
한편, 본 발명의 범위는 투명 전극(111, 112) 없이 접촉 감지 전극(211, 212)만을 포함하는 터치키 장치 또는 스크롤 입력 장치 등에도 미친다. 이 경우, 접촉 감지 전극(211, 212)은 반드시 투명 도전 물질로 형성되지 않아도 되며, 접촉 감지 회로부(140)를 탑재한 것과 동일한 연성 기판 위에 금속 물질을 이용하여 형성할 수 있다.
지금까지 투명 전극(111, 112)과 접촉 감지 전극(211, 212)이 가로 방향으로 길게 형성된 경우에 대해서만 설명하였지만, 투명 전극(111, 112)과 접촉 감지 전극(211, 212)은 세로 방향으로 길게 형성될 수도 있다. 또한, 투명 전극(111, 112)은 가로 방향으로 길게, 접촉 감지 전극(211, 212)은 윈도우(120)의 좌측 또는 우측의 불투명부(122)에 세로 방향으로 길게 형성될 수 있다. 이 경우, 접촉 감지 전극(211, 212)은 화면의 상하 스크롤 기능 등에 이용될 수 있다.
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 종래의 이산 위치 감지 방식의 터치스크린 장치의 평면 구조를 간략화하여 도시한 것이다.
도 2는 종래의 연속 위치 감지 방식의 터치스크린 장치의 평면 구조를 간략화하여 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 4는 도 3의 터치스크린 장치의 단면 구조를 도시한 도면이다.
도 5는 본 터치스크린 장치에 사용자의 손가락이 접촉한 경우에 나타나는 캐패시턴스의 변화를 보여주는 그림이다.
도 6과 도 7은 도 3의 터치스크린 장치를 이용하여 접촉 위치를 계산하는 과정을 예시하는 도면이다.
도 8과 도 9는 본 발명에 적용 가능한 터치스크린 전극의 다른 형태를 예시한 것이다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 사용자 입력 장치의 평면 구조를 도시한 도면이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린 장치의 투명 전극 배치를 예시한 도면이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
50: 접촉 위치 111, 112: 터치스크린 전극
115: 투명 필름 120: 윈도우 패널
122: 불투명부 124: 투명부
130: 배선 패턴 140: 접촉 감지 회로부
150: 좌표 연산부 155: 통합 연산부
211, 212: 터치키 전극 220: 인쇄 각인

Claims (23)

  1. 디스플레이 화면을 덮는 투명 윈도우와,
    상기 디스플레이 화면의 한 축을 따라 그 길이 방향으로 점차 폭이 좁아지는 형상을 가지며, 상기 디스플레이 화면의 다른 한 축을 따라 그 폭 방향으로 복수의 위치에 배열된 투명 전극과,
    상기 투명 전극의 길이 방향의 일측 단부에 배선 패턴을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 투명 윈도우상의 사용자의 접촉 위치에서 나타나는 캐패시턴스 변화를 감지하는 전기 회로와,
    상기 복수의 투명 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화에 기초하여 상기 접촉 위치를 계산하는 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극은 투명 필름상에 투명 도전성 물질로 형성되며, 상기 투명 필름은 상기 투명 윈도우의 배면에 부착되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 투명 전극은 상기 투명 전극의 길이 방향에 평행한 평탄부와, 상기 길이 방향으로 소정의 기울기를 갖는 경사부를 포함하며, 그 경사부가 서로 마주보는 형상으로 배치된 두 투명 전극에 의해 직사각형 모양의 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 배선 패턴은 상기 평탄부와 상기 경사부 사이의 폭이 최대가 되는 측의 단부에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 연산부는 그 경사부가 서로 마주보는 형상으로 배치된 상기 두 투명 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화의 상대적인 크기를 이용하여 상기 접촉 위치의 상기 길이 방향의 성분을 계산하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 폭 방향으로 복수의 위치에 배열된 투명 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화의 상대적인 크기를 이용하여 상기 접촉 위치의 상기 폭 방향의 성분을 계산하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 전기 회로는 상기 접촉 위치에서 사용자의 인체와 상기 투명 전극에 의해 상기 투명 윈도우의 두께 방향으로 형성되는 캐패시턴스를 측정하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 배선 패턴은 상기 투명 윈도우의 베젤부에 도전성 물질을 이용하여 형성되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 전기 회로와 상기 연산부는 연성 기판에 마련되며, 상기 투명 윈도우상의 배선 패턴과 본딩에 의해 전기적으로 결합되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 각 투명 전극은 상기 전기 회로의 별개의 감지 채널에 독립적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 전기 회로의 적어도 하나의 감지 채널은 상기 복수의 투명 전극 중 둘 이상의 투명 전극에 동시에 연결되어 있는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    동일한 감지 채널에 연결된 상기 둘 이상의 투명 전극은 그 폭 방향으로 배열된 위치가 서로 다른 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    인접하여 배치된 두 투명 전극과 각각 동일한 감지 채널에 연결된 다른 두 투명 전극은 서로 인접하지 않게 배치되는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
  14. 전자기기의 케이스 기구물상에 가해지는 사용자의 접촉을 감지하는 장치에 있어서,
    상기 케이스 기구물의 배면에, 도전막을 이용하여 길이 방향으로 그 폭이 점차 좁아지는 형상으로 마련된 한 쌍의 전극과,
    상기 한 쌍의 전극의 서로 반대되는 측의 단부에 전기적으로 연결되어, 사용자의 케이스 기구물 전면(前面) 접촉시에 나타나는 캐패시턴스 변화를 상기 한 쌍의 전극 각각에 대해 감지하는 전기 회로와,
    상기 각 전극에 대해 감지된 캐패시턴스 변화의 상대적인 크기에 기초하여 상기 길이 방향의 접촉 위치를 계산하는 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 전기 회로는 상기 접촉 위치에서 사용자의 인체와 상기 전극에 의해 상기 케이스 기구물의 두께 방향으로 형성되는 캐패시턴스를 측정하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 한 쌍의 전극 각각은 상기 전극의 길이 방향에 평행한 평탄부와, 상기 길이 방향으로 소정의 기울기를 갖는 경사부를 포함하며, 그 경사부가 서로 마주보는 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 한 쌍의 전극에 대해 감지되는 캐패시턴스 변화의 상대적인 크기에 기초하여, 상기 길이 방향으로 불연속적인 복수의 위치에 대응하는 가상 키에 대한 접촉을 인식하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 가상 키에 대응하는 위치에 마련되어, 상기 가상 키에 대한 접촉시에 점멸하는 발광 소자
    를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 연산부는 상기 길이 방향의 접촉 위치의 시간에 따른 변화에 기초하여 슬라이드 접촉 입력을 인식하는 것을 특징으로 하는 접촉 감지 장치.
  20. 디스플레이 화면에 대응하는 위치에 마련된 투명부를 가지는 케이스 기구물과,
    상기 케이스 기구물의 터치스크린 영역의 배면에 투명 도전막을 이용하여 마련되며, 길이 방향으로 그 폭이 점차 좁아지는 형상으로 폭 방향의 복수의 위치에 배열된 터치스크린 전극과,
    상기 케이스 기구물의 터치키 영역의 배면에, 도전막을 이용하여 길이 방향으로 그 폭이 점차 좁아지는 형상으로 마련된 한 쌍의 터치키 전극과,
    상기 터치스크린 전극 및 상기 터치키 전극의 길이 방향의 일측 단부에 배선 패턴을 통해 전기적으로 연결되어, 상기 케이스 기구물 전면에 가해지는 사용자의 접촉에 의해 나타나는 캐패시턴스 변화를 상기 각 터치스크린 전극 및 상기 각 터치키 전극에 대해 감지하는 전기 회로와,
    상기 복수의 터치스크린 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화에 기초하여 상기 터치스크린 영역상의 사용자의 접촉 위치를 계산하는 터치스크린 연산부와,
    상기 한 쌍의 터치키 전극에 대해 각각 감지된 캐패시턴스 변화에 기초하여 상기 터치키 영역상의 사용자의 접촉 위치를 계산하는 터치키 연산부
    를 포함하는 것을 특징으로 하는 사용자 입력 장치.
  21. 제20항에 있어서,
    상기 터치스크린 전극은 상기 터치스크린 전극의 길이 방향에 평행한 평탄부와, 상기 터치스크린 전극의 길이 방향으로 소정의 기울기를 갖는 경사부를 포함하며, 그 경사부가 서로 마주보는 형상으로 배치된 두 터치스크린 전극에 의해 직사각형 모양의 영역이 형성되는 것을 특징으로 하는 사용자 입력 장치.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 한 쌍의 터치키 전극 각각은 상기 터치키 전극의 길이 방향에 평행한 평탄부와, 상기 길이 방향으로 소정의 기울기를 갖는 경사부를 포함하며, 그 경사부가 서로 마주보는 형상으로 배치되는 것을 특징으로 하는 사용자 입력 장치.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 전기 회로의 적어도 하나의 감지 채널이 상기 복수의 터치스크린 전극 중 어느 하나와 상기 한 쌍의 터치키 전극 중 어느 하나에 동시에 전기적으로 연결되는 것을 특징으로 하는 사용자 입력 장치.
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