KR20120025241A - 정전용량방식의 터치스크린 - Google Patents

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장형욱
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삼성모바일디스플레이주식회사
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Abstract

본 발명은, 영상표시장치 등에 구비되는 정전용량방식의 터치스크린에 관한 것이다.
본 발명에 의한 정전용량방식의 터치스크린은, 복수의 영역으로 분할된 화면의 터치활성영역과, 상기 분할된 영역들 각각에 커패시턴스 검출을 위해 형성된 다수의 도전성 센싱패턴들을 포함하며, 각 분할된 영역들 사이에서의 상기 도전성 센싱패턴들의 연결이 끊어진 형태로 구현됨을 특징으로 한다.

Description

정전용량방식의 터치스크린{Capacitive Touch Screen}
본 발명은 영상표시장치 등에 구비되는 정전용량방식의 터치스크린에 관한 것이다.
터치스크린은 영상표시장치 등의 화면에 나타난 지시 내용을 사람의 손 또는 물체로 선택하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력장치이다.
이를 위해, 터치스크린은 영상표시장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 물체에 직접 접촉된 접촉위치를 전기적 신호로 변환한다. 이에 따라, 접촉위치에서 선택된 지시 내용이 입력신호로 받아들여진다.
이와 같은 터치스크린은 키보드 및 마우스와 같이 영상표시장치에 연결되어 동작하는 별도의 입력장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.
터치스크린을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전용량 방식 등이 알려져 있다.
이 중 정전용량방식의 터치스크린은, 사람의 손 또는 물체가 접촉될 때 도전성 센싱패턴이 주변의 다른 센싱패턴 또는 접지전극 등과 형성하는 정전용량의 변화를 감지함으로써, 접촉위치를 전기적 신호로 변환한다.
이를 위해, 정전용량방식의 터치 스크린은, 제1 방향을 따라 연결되도록 형성된 다수의 제1 센싱패턴들과, 제1 방향과 교차하는 제2 방향을 따라 연결되도록 형성된 다수의 제2 센싱패턴들을 구비함으로써, 접촉위치의 좌표를 파악하게 된다.
단, 이러한 정전용량방식의 터치 스크린은, 대형화될수록 제1 센싱패턴들 및 제2 센싱패턴들이 연결되는 길이가 길어지게 되고, 이에 따라 하부의 표시패널측 전극이나 신호라인들과의 기생용량에 의한 베이스 커패시턴스가 커져 터치 감도가 저하되는 문제점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 대형화에 따른 터치 감도의 저하를 방지할 수 있도록 한 정전용량방식의 터치스크린을 제공하는 것이다.
이와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 복수의 영역으로 분할된 화면의 터치활성영역과, 상기 분할된 영역들 각각에 커패시턴스 검출을 위해 형성된 다수의 도전성 센싱패턴들이 포함되며, 각 분할된 영역들 사이에서의 상기 도전성 센싱패턴들의 연결이 끊어진 형태로 구현됨을 특징으로 하는 정전용량방식의 터치스크린을 제공한다.
여기서, 상기 정전용량방식의 터치스크린은, 상기 분할된 영역들 각각의 커패시턴스를 센싱하기 위한 복수의 커패시턴스 센싱부와, 상기 복수의 커패시턴스 센싱부로부터 출력된 커패시턴스 정보를 통합하여 터치지점의 위치를 검출하는 좌표 검출부를 더 구비할 수 있다.
또한, 상기 복수의 커패시턴스 센싱부 각각은, 해당 영역의 커패시턴스를 센싱하여 디지털값으로 출력하고, 상기 좌표 검출부는 각각의 커패시턴스 센싱부로부터 출력되는 상기 디지털값을 종합하여 터치지점의 좌표값을 산출할 수 있다.
또한, 상기 도전성 센싱패턴들은, 상기 분할된 영역들 내에서 제1 방향을 따라 연결되는 다수의 제1 센싱패턴들과, 상기 분할된 영역들 내에서 제2 방향을 따라 연결되는 다수의 제2 센싱패턴들을 포함할 수 있다.
여기서, 상기 제1 센싱패턴들은 상기 제1 방향을 따라 연결되는 복수의 다이아몬드 패턴들로 구현되고, 상기 제2 센싱패턴들은 상기 제2 방향을 따라 연결되는 복수의 다이아몬드 패턴들로 구현될 수 있다.
또한, 상기 도전성 센싱패턴들은, 서로 마주보며 엇갈려 맞물리는 형태로 배열되는 복수의 삼각바 전극 쌍으로 구현될 수 있다.
이와 같은 본 발명에 의하면, 화면의 터치활성영역이 복수의 영역으로 분할되고 각 분할된 영역들 사이에서 도전성 센싱패턴들의 연결이 끊어져 타일링 형태로 구현되는 정전용량방식의 터치스크린이 제공된다. 이에 따라, 대형화에 따른 베이스 커패시턴스의 증가가 방지됨에 의해, 정전용량방식 터치스크린의 터치감도 저하를 방지할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전용량방식의 터치스크린을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치스크린의 위치검출장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정전용량방식의 터치스크린을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3에 도시된 터치스크린의 위치검출장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 보다 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 정전용량방식의 터치스크린을 개략적으로 나타내는 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 의한 정전용량방식의 터치스크린은, 투명기판(10)과, 투명기판(10) 상에 형성된 다수의 도전성 센싱패턴들(11, 12)을 포함한다.
단, 본 발명에서, 도전성 센싱패턴들(11, 12)이 형성됨에 의해 터치입력을 인식할 수 있는 화면의 터치활성영역은 복수의 영역으로 분할되어 타일링(tiling) 형태로 구현된다.
보다 구체적으로, 화면의 터치활성영역은 복수의 영역으로 분할되고, 분할된 영역들 각각에는 커패시턴스 검출을 위한 다수의 도전성 센싱패턴들(11, 12)이 형성된다. 예컨대, 화면의 터치활성영역은 도 1에 도시된 바와 같이 좌우 및 상하를 기준으로 각각 이등분되어, 총 네 개의 영역으로 분할될 수 있다.
그리고, 서로 다른 영역에 속한 도전성 센싱패턴들(11, 12) 간의 연결은 끊어진 상태로 구현되는데, 특히 이들 사이의 전기적 연결이 끊어지도록 구현된다. 즉, 각각의 분할된 영역에서의 도전성 센싱패턴들(11, 12)의 연결이 끊어지면서 본 발명에 의한 정전용량성 터치스크린은 타일링 형태로 구현된다.
한편, 도전성 센싱패턴들(11, 12)은, 각각의 분할된 영역들 내에서 제1 방향을 따라 연결되는 제1 센싱패턴들(11)과, 상기 분할된 영역들 내에서 제2 방향을 따라 연결되는 제2 센싱패턴들(12)을 포함한다.
여기서, 제1 방향과 제2 방향은 서로 다른 방향으로, 예컨대 제1 방향이 컬럼(coloum) 방향으로 설정되면, 제2 방향은 로우(row) 방향으로 설정될 수 있다.
이러한 제1 센싱패턴들(11) 및 제2 센싱패턴들(12)은, ITO와 같은 투명전극물질을 이용하여 서로 밀접될 수 있는 형상의 패턴으로 형성되어 각각 제1 방향 및 제2 방향을 따라 연결된다.
예컨대, 제1 센싱패턴들(11) 및 제2 센싱패턴들(12)은 도 1에 도시된 다이아몬드 패턴들로 형성되고, 상기 다이아몬드 패턴들은 각각 제1 방향 및 제2 방향을 따라 연결될 수 있다.
이를 위해, 제1 센싱패턴들(11) 및 제2 센싱패턴들(12)은 다이아몬드 형상을 기본으로 하여 패터닝되되 패터닝 단계에서부터 각각 제1 방향 및 제2 방향을 따라 연결되거나, 혹은 서로 분리된 형태의 다이아몬드 패턴으로 패터닝되되 별도의 브릿지 패턴들에 의해 연결될 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 의하면, 일반적인 정전용량방식의 터치스크린과 달리 화면의 터치활성영역이 복수의 영역으로 분할되고 각 분할된 영역들 사이에서 도전성 센싱패턴들(11, 12) 간의 연결이 끊어진다.
이에 따라, 정전용량방식의 터치스크린이 대형화되어도 이에 따른 베이스 커패시턴스의 증가가 방지되어, 터치감도의 저하를 방지할 수 있다.
보다 구체적으로, 베이스 커패시턴스는 터치 스크린의 구현을 위해 의도된 터치 커패시턴스는 아니지만 구조상에서 필연적으로 발생되는 기생 커패시턴스를 의미하는 것으로, 예컨대 터치 스크린의 하부에 위치된 표시패널 측의 다른 구성요소들, 예컨대 유기전계발광 표시패널의 전면에 형성된 캐소드 전극이나 액정표시패널의 전면에 형성된 공통전극 등과, 도전성 센싱패턴들(11, 12)과의 사이에서 발생되는 기생 커패시턴스를 주요 구성요소로 한다.
또한, 베이스 커패시턴스의 보조 구성요소로는, 표시패널 측의 그라운딩된 신호라인들과 도전성 센싱패턴들(11, 12)과의 사이에서 발생되는 기생 커패시턴스를 들 수 있다.
한편, 터치 스크린 패널의 구현을 위해 의도된 커패시턴스인 터치 커패시턴스는, 터치 이벤트 발생시 터치 이벤트에 의해 변화되어 위치검출에 이용되는 커패시턴스를 의미한다.
따라서, 터치 스크린 패널의 터치 감도는 베이스 커패시턴스가 작고 터치 커패시턴스가 클수록 향상된다.
그런데, 일반적인 정전용량방식의 터치스크린의 경우에는 대형화에 따라 도전성 센싱패턴들(11, 12)이 연결되는 길이가 길어지면서 베이스 커패시턴스가 커져 터치감도가 저하되는 문제점을 갖는다.
하지만, 본 발명에 의한 정전용량방식의 터치스크린은, 터치활성영역이 복수의 영역으로 분할되면서 각각의 분할된 영역들 간의 도전성 센싱패턴들(11, 12)의 연결이 끊어지기 때문에, 베이스 커패시턴스의 증가가 방지되고 이로 인해 터치감도가 저하가 방지되는 효과를 갖는다.
이러한 본 발명에 의한 정전용량방식의 터치스크린을 이용한 터치지점의 위치 검출방법은 도 2를 참조하여 후술하기로 한다.
도 2는 도 1에 도시된 터치스크린의 위치검출장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 터치스크린의 위치검출장치(20)는, 분할된 영역들 각각의 커패시턴스를 센싱하기 위한 복수의 커패시턴스 센싱부(21 내지 24)와, 복수의 커패시턴스 센싱부(21 내지 24)로부터 출력된 커패시턴스 정보를 통합하여 터치지점의 위치를 검출하는 단일의 좌표 검출부(25)를 포함한다.
보다 구체적으로, 위치검출장치(20) 내에는 각각의 분할된 영역들 별로 커패시턴스를 독자적으로 검출하기 위하여 복수의 커패시턴스 센싱부(21 내지 24)가 구비된다.
예컨대, 화면의 터치활성영역이 좌우 및 상하를 기준으로 각각 이등분되어 총 네 개의 영역으로 분할되는 경우, 좌측상단영역의 커패시턴스를 검출하기 위한 제1 커패시턴스 센싱부(21)와, 좌측하단영역의 커패시턴스를 검출하기 위한 제2 커패시턴스 센싱부(22)와, 우측하단영역의 커패시턴스를 검출하기 위한 제3 커패시턴스 센싱부(23)와, 우측상단영역의 커패시턴스를 검출하기 위한 제4 커패시턴스 센싱부(24)가 구비될 수 있다.
이러한 커패시턴스 센싱부(21 내지 24) 각각은, 해당영역 내의 제1 방향 및 제2 방향을 따른 채널 별로(즉, 열라인 및 행라인 별로) 연결된 도선(15)을 통해 각 영역의 도전성 센싱패턴들(11, 12)과 연결되어 해당 영역의 커패시턴스를 센싱한다. 그리고, 센싱된 커패시턴스에 상응하는 디지털값을 좌표 검출부(25)로 출력한다.
이를 위해, 커패시턴스 센싱부들(21 내지 24)은 각 영역의 커패시턴스를 디지털값으로 센싱하거나, 혹은 아날로그값으로 센싱한 후 아날로그 디지털 컨버터(ADC)를 통해 디지털값으로 변환하여 출력할 수 있다.
좌표 검출부(25)는 각각의 커패시턴스 센싱부(21 내지 24)로부터 출력되는 디지털값을 종합하여 터치지점의 좌표값을 정확하게 산출한다.
전술한 바와 같은 터치 스크린에 사람의 손 또는 터치스틱 등과 같은 물체가 접촉되면, 도전성 센싱패턴들(11, 12)에서의 커패시턴스가 변화되고, 이는 커패시턴스 센싱부들(21 내지 24)에 의해 센싱되어 디지털값으로 변환된 후 좌표 검출부(25)로 출력된다. 그러면, 좌표 검출부(25)는 각각의 커패시턴스 센싱부(21 내지 24)로부터 출력되는 디지털값을 종합하여 터치지점의 좌표값을 산출하게 된다.
여기서, 터치지점의 좌표값 산출을 통한 위치검출은 하나의 좌표 검출부(25)에 의해 통합적으로 시행되기 때문에, 위치검출의 오류를 방지하고 정확도를 높일 수 있다.
예컨대, 각각의 영역별로 커패시턴스를 센싱함과 아울러 좌표값 산출을 독자적으로 수행하게 되면, 두 영역의 경계에 위치한 한 지점에 터치이벤트가 발생하는 경우 등에 이를 두 영역의 에지부(edge) 각각에서 발생한 두 개의 터치이벤트로 오인식하는 등 위치검출의 오류가 발생할 수 있다. 하지만, 본 발명과 같이 터치활성영역을 분할하더라도 좌표값 산출은 하나의 좌표 검출부(25)가 통합적으로 시행하도록 설계하면, 이러한 위치검출의 오류를 방지하고 정확도를 높일 수 있다.
한편, 전술한 실시예에서는 분할된 영역들의 커패시턴스를 센싱하기 위해 각 영역별로 독자적으로 연결된 복수의 커패시턴스 센싱부들(21 내지 24)을 채용함을 일례로 개시하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
예컨대, 좌표 검출부(25)와 마찬가지로 하나의 커패시턴스 센싱부만이 구비되고, 상기 하나의 커패시턴스 센싱부가 시분할구동 등을 통해 타이밍적으로 각 영역들의 커패시턴스를 센싱하도록 구현될 수도 있을 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정전용량방식의 터치스크린을 개략적으로 나타내는 평면도이다. 그리고, 도 4는 도 3에 도시된 터치스크린의 위치검출장치의 구성을 나타내는 블럭도이다.
편의상, 도 3 내지 도 4를 설명할 때, 도 1 내지 도 2와 동일 또는 유사한 부분에 대한 상세한 설명은 생략하기로 한다.
도 3 내지 도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 정전용량방식의 터치스크린은, 투명기판(30)과, 투명기판(30) 상에 형성된 다수의 도전성 센싱패턴들(31, 32)을 포함한다.
여기서, 도전성 센싱패턴들(31, 32)은, 서로 마주보며 엇갈려 맞물리는 형태로 배열되는 복수의 삼각바 전극 쌍으로 구현된다. 그리고, 복수의 삼각바 전극 쌍은 제1 방향으로 누워 제2 방향으로 반복 배치된다. 예컨대, 복수의 삼각바 전극 쌍은 칼럼 방향으로 누워 로우 방향으로 반복 배치될 수 있다. 하지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며 복수의 삼각바 전극 쌍이 로우 방향으로 누워 칼럼 방향으로 반복 배치될 수도 있음은 물론이다.
이와 같은 본 발명의 다른 실시예에 의한 정전용량방식의 터치스크린에 있어서 X축의 좌표의 위치는 삼각바 전극 쌍마다 미리 결정되어 있으며, 터치 이벤트가 발생되는 경우 삼각바 전극의 접촉면적 비율에 따른 정전용량의 변화로 Y축의 좌표를 파악하게 된다.
이러한 본 실시예에 의한 정전용량방식의 터치스크린 또한 도 1 내지 도 2에 도시된 바와 같은 일 실시예와 같이, 화면의 터치활성영역이 복수의 영역으로 분할되고 각각의 분할된 영역에서의 도전성 센싱패턴들(31, 32)의 연결이 끊어지는 타일링 형태로 구현된다.
그리고, 복수의 커패시턴스 센싱부(41 내지 44)에 의해 분할된 영역들 각각의 커패시턴스가 센싱되고, 하나의 좌표 검출부(45)에 의해 터치지점의 위치가 검출된다.
본 발명의 기술 사상은 상기 바람직한 실시예에 따라 구체적으로 기술되었으나, 상기한 실시예는 그 설명을 위한 것이며 그 제한을 위한 것이 아님을 주의하여야 한다. 또한, 본 발명의 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 기술 사상의 범위 내에서 다양한 변형예가 가능함을 이해할 수 있을 것이다.
10, 30: 투명기판 11, 12, 31, 32: 센싱패턴
20, 40: 위치검출장치 21-24, 31-34: 커패시턴스 센싱부
25, 45: 좌표 검출부

Claims (6)

  1. 복수의 영역으로 분할된 화면의 터치활성영역과,
    상기 분할된 영역들 각각에, 커패시턴스 검출을 위해 형성된 다수의 도전성 센싱패턴들이 포함되며,
    각 분할된 영역들 사이에서의 상기 도전성 센싱패턴들의 연결이 끊어진 형태로 구현됨을 특징으로 하는 정전용량방식의 터치스크린.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분할된 영역들 각각의 커패시턴스를 센싱하기 위한 복수의 커패시턴스 센싱부와,
    상기 복수의 커패시턴스 센싱부로부터 출력된 커패시턴스 정보를 통합하여 터치지점의 위치를 검출하는 좌표 검출부가 더 구비되는 정전용량방식의 터치스크린.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 커패시턴스 센싱부 각각은, 해당 영역의 커패시턴스를 센싱하여 디지털값으로 출력하고,
    상기 좌표 검출부는 각각의 커패시턴스 센싱부로부터 출력되는 상기 디지털값을 종합하여 터치지점의 좌표값을 산출하는 정전용량방식의 터치스크린.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 센싱패턴들은,
    상기 분할된 영역들 내에서 제1 방향을 따라 연결되는 다수의 제1 센싱패턴들과,
    상기 분할된 영역들 내에서 제2 방향을 따라 연결되는 다수의 제2 센싱패턴들을 포함하는 정전용량방식의 터치스크린.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제1 센싱패턴들은 상기 제1 방향을 따라 연결되는 복수의 다이아몬드 패턴들로 구현되고, 상기 제2 센싱패턴들은 상기 제2 방향을 따라 연결되는 복수의 다이아몬드 패턴들로 구현되는 정전용량방식의 터치스크린.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 도전성 센싱패턴들은, 서로 마주보며 엇갈려 맞물리는 형태로 배열되는 복수의 삼각바 전극 쌍으로 구현되는 정전용량방식의 터치스크린.
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