KR20120055354A

KR20120055354A - 입력 감지 소자 및 이를 구비한 터치 패널

Info

Publication number: KR20120055354A
Application number: KR1020100117051A
Authority: KR
Inventors: 임성택
Original assignee: 삼성전자주식회사
Priority date: 2010-11-23
Filing date: 2010-11-23
Publication date: 2012-05-31
Also published as: EP2455842A3; KR101735715B1; US20120127122A1; EP2455842B1; CN102479017A; EP2455842A2; CN102479017B; US8994685B2

Abstract

상호 정전용량 방식의 터치 패널을 위한 입력 감지 소자가 개시된다. 상호 정전용량 방식의 터치 패널은 매트릭스 형태로 배열된 복수의 정전용량 노드를 포함할 수 있다. 그리고 입력 감지 소자는 그 출력을 이용하여 터치 패널에 대한 입력 여부를 판정하는 전하 펌프를 포함하는데, 전하 펌프의 전하 소스 중에서 적어도 하나는 정전용량 노드의 제1 전극을 통해 인가되는 감지 신호에 응답하는 정전용량 노드의 제2 전극으로부터의 출력 신호가 사용된다.

Description

입력 감지 소자 및 이를 구비한 터치 패널{Input sensing circuit and touch panel including the input sensing circuit}

사용자 입력 장치(user's input apparatus)에 관한 것으로, 보다 구체적으로 입력 감지 소자(input sensing device) 및 이를 구비한 터치 패널(touch panel)에 관한 것이다.

터치 패널은 사용자로부터의 접촉을 감지함으로써 입력 여부와 함께 입력 위치를 판정하는 사용자 입력 장치(user's input apparatus)의 하나이다. 사용자는 손가락이나 스타일러스 펜 등을 이용하여 터치 패널을 접촉 또는 가압함으로써 데이터나 신호 등을 입력할 수 있다. 터치 패널은 랩탑 컴퓨터나 넷북 등에서 마우스의 대용으로 구비되는 터치 패드(touch pad)로 사용되거나 또는 전자기기의 입력 스위치의 대용으로 사용될 수 있다. 또는, 터치 패널은 디스플레이와 일체로 결합되어 사용될 수 있는데, 이와 같이 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display, LCD), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 음극선관(Cathode Ray Tube, CRT) 등과 같은 디스플레이의 화상 표시면에 설치되는 터치 패널을 '터치 스크린(touch screen)'이라고 한다. 터치 스크린은 디스플레이의 화상 표시면을 구성하도록 디스플레이와 일체로 설치되거나 또는 디스플레이의 화상 표시면 상에 추가로 부착될 수도 있다.

터치 패널은 키보드 등과 같은 기계적인 사용자 입력 장치를 대체할 수가 있을 뿐만 아니라 조작이 간단하다. 그리고 터치 패널은 실행되는 어플리케이션의 종류나 어플리케이션의 진행 단계에 따라서 여러 가지 유형의 입력 버튼을 사용자에게 제공할 수가 있다. 따라서 터치 패널은 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM), 정보 검색기, 무인 티켓 발매기 등은 물론 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(Portable Multimedia Player), 디지털 카메라, 휴대용 게임기, MP3 플레이어 등과 같은 전자기기의 입력 장치로 광범위하게 사용되고 있다.

터치 패널은 사용자로부터의 입력 여부를 감지하는 방법에 따라 저항막 방식(resistive film type), 정전용량 방식(capacitive type), 초음파 방식(ultrasonic type), 적외선 방식(infrared type) 등으로 구분할 수 있다. 각 방식의 터치 패널은 고유의 장점과 단점을 가지므로, 어플리케이션의 종류나 터치 패널의 용도 등에 따라서 적합한 방식이 선택되어 사용될 수 있다. 종래의 터치 패널은 그 유형에 관계없이 공통적으로 멀티 터치를 인식할 수 없다는 한계가 있었는데, 최근에는 멀티 터치의 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치 패널이 제안되었다.

정전용량 방식의 터치 패널은 자가 정전용량 방식(self-capacitive type)과 상호 정전용량 방식(mutual-capacitive type)으로 구분될 수 있다. 전자의 터치 패널에는 하나의 전극, 예컨대 센서 전극(sensor electrode)만이 제공되는데 반하여 후자의 터치 패널에는 유전체를 사이에 두고 대향하도록 배치된 한 쌍의 전극 즉, 커패시터 노드가 제공된다. 그리고 정전용량 방식의 터치 패널은 그 유형에 따라서 입력 여부를 감지하는 기본 원리가 차이가 있다. 예를 들어, 자가 정전용량 방식의 터치 패널에서는 터치 여부에 따라서 센서 전극을 통해 이송되는 전하량의 차이를 이용하여 입력 여부를 감지할 수 있다. 반면, 상호 정전용량 방식의 터치 패널에서는 터치 여부에 따른 노드 정전용량(node capacitance)의 변화를 이용하여 입력 여부를 감지할 수 있다.

2004년 5월 6일자로 출원되어 공개된 미국공개특허 제2006-0097991호, "Multipoint Touchscreen"에는 상호 정전용량 방식의 터치 패널에서 노드 정전용량 변화를 감지하는 입력 감지 회로의 일례가 개시되어 있다. 위 입력 감지 회로에서는 터치 여부에 따라서 누설되는 전하량의 차이에 따른 상하부 전극 사이의 정전용량, 즉 노드 정전용량이 변하는 것을 이용한다. 즉, 구동 라인(driving line)을 통해서 감지 신호(sensing signal)를 인가함으로써 노드 정전용량의 변화에 따라서 감지 라인(sensing line)에 전달되는 신호량이 변화하게 되는데, 이 신호량을 전하 증폭기(charge amplifier) 등으로 증폭한 다음 아날로그-디지털(analog to digital) 변환을 수행하여 터치 여부를 감지한다.

멀티 터치 인식이 가능하고 오입력을 방지할 수 있는 입력 감지 소자 및 이를 구비한 터치 패널을 제공한다.

회로 구조가 간단하고 순간적인 노이즈에 강하여 또한 감지 속도를 향상시킬 수 있는 입력 감지 소자 및 이를 구비한 터치 패널을 제공한다.

일 실시예에 따른 입력 감지 소자는 적어도 하나의 정전용량 노드를 갖는 터치 패널을 위한 입력 감지 소자이다. 입력 감지 소자는 그 출력을 이용하여 터치 패널에 대한 입력 여부를 판정하는 전하 펌프를 포함하는데, 전하 펌프의 전하 소스 중에서 적어도 하나는 적어도 하나의 정전용량 노드의 제1 전극을 통해 인가되는 감지 신호에 응답하는 적어도 하나의 정전용량 노드의 제2 전극으로부터의 출력 신호가 사용된다.

일 실시예에 따른 터치 패널은 다수의 제1 전극 라인이 나란히 형성되어 있는 제1 기판, 제1 기판과 이격 배치되어 있으며, 제1 전극 라인에 수직인 다수의 제2 전극 라인이 나란히 배치되어 있는 제2 기판, 제1 기판과 제2 기판 사이에 개재되어 있는 유전체층, 및 다수의 제1 전극 라인과 다수의 제2 전극 라인의 교점에서의 정전용량 변화를 이용하여 입력 여부를 판정하는 감지부를 포함한다. 그리고 감지부는 다수의 제1 전극 라인에 순차적으로 인가되는 감지 신호에 응답하여 교점으로부터 출력되는 출력 신호가 전하 소스로서 입력되는 전하 펌프(charge pump)를 포함하는데, 이 전하 펌프의 출력 전압을 이용하여 입력 여부를 판정한다.

다른 실시예에 따른 터치 패널은 제1 기판 및 제1 기판과 이격되어 배치되어 있으며 제2 기판을 포함하는 한 쌍의 기판과, 한 쌍의 기판에 형성되어 있는 다수의 전극 쌍과, 한 쌍의 기판 사이의 간극에 채워져 있는 전기 유변 유체를 포함하는 터치 패널 몸체, 전기 유변 유체를 구동하는 구동 전압을 다수의 전극 쌍의 전부 또는 일부에 인가하는 구동부, 및 다수의 전극 쌍에 감지 신호를 순차적으로 입력하여, 입력된 감지 신호에 대한 응답으로 한 쌍의 기판 사이의 간극 변화에 따른 커패시턴스의 변화를 이용하여 입력 여부를 판정하는 감지부를 포함한다. 그리고 감지부는 감지 신호에 응답하여 전극 쌍으로부터 출력되는 출력 신호가 전하 소스로서 입력되는 전하 펌프(charge pump)를 포함하되, 이 전하 펌프의 출력 전압을 이용하여 입력 여부를 판정한다.

터치 패널은 입력 감지를 위한 회로 구조가 비교적 간단하고 멀티 터치 센싱이 가능할 뿐만 아니라 순간적인 노이즈에 강인하여 안정적인 센싱이 가능하다. 그리고 터치 패널은 기계식 키 패드와 같은 클릭감을 사용자에게 제공할 수 있고 감지 속도도 향상시킬 수 있다.

도 1은 일 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1의 터치 패널의 터치 패널 몸체의 구조를 보여 주는 분리 사시도이다.
도 3은 도 2의 III-III' 라인을 따라 절취한 단면도이다.
도 4는 메탈 돔을 갖는 기계적인 키 패드에서의 힘(force)과 변위(displacement)의 관계를 보여 주는 그래프이다.
도 5는 도 2의 터치 패널 몸체의 전극 쌍에서 구동 전압이 인가 및 해제되는 타이밍을 보여 주는 도면이다.
도 6은 일 실시예에 따른 터치 패널을 구동 및 감지하기 위한 회로 구조를 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6의 감산기의 일례를 보여 주는 도면이다.
도 8은 도 6의 터치 패널의 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각으로 인가되는 구동 전압 펄스와 감지 전압 펄스의 타이밍 챠트의 일례를 보여 주는 것이다.
도 9는 정전용량 노드(Cn)의 구동 전극으로 감지 전압 펄스(Vs,i)가 인가될 경우에 감지 전극으로부터 출력 전압(Vs,o)을 보여 주는 도면이다.
도 10은 도 6의 감지 회로부에 포함되는 입력 감지 회로를 도식적으로 보여 주는 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 전하 펌프의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 회로도이다.
도 12는 딕슨 전하 펌프(Dickson Charge Pump)의 회로도이다.
도 13은 도 6의 감지 회로부에 포함될 수 있는 전하 펌프의 일례이다.
도 14a는 도 13의 딕슨 전하 펌프의 소스 전압을 도식적으로 보여 주는 그래프이다.
도 14b는 도 14a의 소스 전압에 대한 도 13의 딕슨 전하 펌프의 출력을 도식적으로 보여 주는 그래프이다.
도 15a는 도 6의 감지 회로부의 일례에 대한 구성을 보여 주는 회로도이다.
도 15b는 도 15a의 회로도에 대한 타이밍 챠트이다.
도 16a 감지 회로부의 변형예를 보여 주는 회로도이다.
도 16b는 감지 회로부의 다른 변형예를 보여 주는 회로도이다.
도 17은 다른 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 18은 도 17의 터치 패널 몸체의 일부를 보여 주는 사시도이다.

이하, 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명한다. 사용되는 용어들은 실시예에서의 기능을 고려하여 선택된 용어들로서, 그 용어의 의미는 사용자, 운용자의 의도 또는 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 그러므로 후술하는 실시예들에서 사용된 용어의 의미는, 본 명세서에 구체적으로 정의된 경우에는 그 정의에 따르며, 구체적인 정의가 없는 경우는 당업자들이 일반적으로 인식하는 의미로 해석되어야 할 것이다.

후술하는 터치 패널은 사용자 입력 장치로서 여러 가지 종류의 전자기기에 제공될 수 있다. 예를 들어, 터치 패널은 노트북이나 넷북 등의 터치 패드(touch pad)로 사용될 수 있음은 물론, 터치 입력 기능이 구현된 여러 가지 종류의 가정용 전자기기나 사무용 전자기기 등에서 사용자 입력 장치로 사용될 수 있다. 뿐만 아니라, 터치 패널은 전자기기의 디스플레이의 윗면에 장착되어 사용되는 터치 스크린(touch screen)으로 사용될 수 있는데, 예컨대 휴대폰이나 PDA, PMP, 전자책 단말기(E-book terminal), 휴대용 컴퓨터 등과 같은 휴대용 전자기기나 현금 자동 입출금기(Automated Teller Machine, ATM), 정보 검색기, 무인 티켓 발매기 등과 같은 전자기기의 사용자 입력 장치로 사용될 수 있다.

그리고 후술하는 터치 패널은 상호 정전용량 방식의 터치 패널이다. 상호 정전용량 방식의 터치 패널은 매트릭스 형태로 배치된 다수의 정전용량 노드를 포함한다. 보다 구체적으로, 상호 정전용량 방식의 터치 패널은 정전용량 노드의 일 전극인 적어도 하나의 구동 전극과 정전용량 노드의 다른 전극인 감지 전극의 교점에서 정의되는 다수의 정전용량 노드를 포함한다. 그리고 후술하는 터치 패널은 이러한 정전용량 노드에서의 정전용량 변화를 이용하여 입력 여부를 판단한다. 정전용량 노드에서의 정전용량 변화를 측정하기 위하여, 터치 패널은 구동 전극을 통해 감지 신호가 입력되며, 감지 전극을 통해 출력되는 신호를 이용하여 입력 여부를 판단한다.

도 1은 일 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 보여 주는 블록도이다. 도 1은 상호 정전용량 방식 터치 패널의 일례로서 전기 유변 유체(Electrorheological Fluid)를 이용하는 터치 패널의 구성도이다. 도 1을 참조하면, 터치 패널(100)은 터치 패널 몸체(touch panel body, 110), 구동부(driving unit, 120), 및 감지부(sensing unit, 130)를 포함한다. 그리고 터치 패널(100)은 조합부(combining unit, 140) 및 선택부(selecting unit, 150)를 더 포함할 수 있다. 터치 패널 몸체(110)는 터치 패널(100)을 구성하는 물리적 구조체를 가리킨다. 반면, 구동부(120), 감지부(130), 조합부(140), 및 선택부(150)는 터치 패널 몸체(110)의 동작을 제어하는 전기 회로 및/또는 하드웨어나 소프트웨어 등의 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 단순히 '터치 패널'이라고 칭할 경우에, 좁은 의미로는 터치 패널 몸체(110)만을 가리키지만, 넓은 의미로는 구동부(120), 감지부(130), 조합부(140), 및/또는 선택부(150)도 함께 포함하는 터치 패널(100) 전체를 가리킬 수도 있다.

그리고 구동부(120), 감지부(130), 조합부(140), 및 선택부(150)는 그 기능에 따른 논리적인 구분으로서, 둘 이상의 기능 유닛은 통합되어 구현되거나 또는 개별적으로 구현될 수 있다. 또한, 구동부(120), 감지부(130), 조합부(140), 및 선택부(150)라는 논리적인 기능 구분도 단지 설명의 편의를 위한 것으로서, 통합된 하나 또는 그 이상의 기능 유닛(예컨대, 터치 패널의 동작을 제어하는 '제어부(controlling unit)')이 구동부(120), 감지부(130), 조합부(140), 및 선택부(150)가 수행하는 모든 기능 또는 일부 기능을 수행할 수 있다. 또한, 그 본질에 반하지 않는 한 어느 하나의 구성 요소에서 수행되는 일부 기능이 다른 구성 요소에서 수행될 수도 있다. 이하, 터치 패널 몸체(110)의 구조 및 물리적인 동작에 관하여 먼저 설명한다.

도 2는 도 1의 터치 패널(100)의 터치 패널 몸체(110)의 구조를 보여 주는 분리 사시도이고, 도 3은 도 2의 III-III' 라인을 따라 절취한 단면도이다. 도 2 및 도 3을 참조하면, 터치 패널 몸체(110)는 한 쌍의 기판, 즉 하부 기판(111) 및 상부 기판(112)과 함께 한 쌍의 기판(111, 112) 사이의 간극에 채워져 밀봉되어 있는 전기 유변 유체(113), 및 복수의 전극 쌍(a plurality of electrodes pairs, 114)을 포함한다.

하부 기판(111)은 터치 패널 몸체(110)의 베이스 기판으로서, 전기 유변 유체(113)를 터치 패널 몸체(110)에 채우기 위한 용기의 일면으로서 기능한다. 터치 패널(100)이 전자기기의 터치 스크린으로서 기능하는 경우에, 하부 기판(111)은 전자기기의 화상 표시면 자체가 되거나 또는 화상 표시면 상에 부가적으로 부착되는 기판일 수 있다. 하부 기판(111)은 상부 기판(112)과의 사이에 소정의 인력이나 척력이 작용하더라도 변형이 되지 않을 수 있다. 이를 위하여, 하부 기판(111)은 딱딱한 재료로 만들어질 수 있는데, 예컨대 투명 유리로 만들어진 유리 기판(glass substrate)일 수 있다. 하지만, 하부 기판(111)이 반드시 딱딱한 재료로 형성될 필요는 없다. 예를 들어, 터치 패널 몸체(110)이 딱딱한 디스플레이의 상부에 부착되는 경우라면, 하부 기판(111)은 투명한 폴리머 필름(polymer film)으로 만들어질 수도 있다.

상부 기판(112)의 상면은 사용자가 입력을 할 때 접촉하는 사용자 접촉면(S)이다. 상부 기판(112)은 소정의 힘이 가해지면 변형이 생길 수가 있다. 예를 들어, 사용자가 손가락이나 스타일러스 펜 등을 사용하여 사용자 접촉면(S)을 접촉 또는 가압하는 경우에, 상부 기판(112)은 변형될 수 있다. 이를 위하여, 상부 기판(112)은 투명하고 변형이 가능한 폴리머 필름 등으로 만들어질 수 있다. 폴리머의 종류에는 특별한 제한이 없다. 상부 기판(112)은 하부 기판(111)과 소정의 간격으로 이격되어 배치되며, 상부 기판(112)과 하부 기판(111) 사이에는 소정의 크기를 갖는 간극(gap)이 형성된다. 간극의 크기는 구동 전압의 크기나 터치 패널 몸체(110)의 넓이, 구동전극 쌍(114)의 단면적의 크기 등에 따라 달라질 수 있다.

하부 기판(111)과 상부 기판(112) 사이의 간극에는 전기 유변 유체(113)가 채워져 있다. 전기 유변 유체(113)는 외부로부터 밀봉될 수 있으며, 이를 위하여 상하부 기판(112, 111) 사이의 테두리에는 밀폐제(sealant, 116)가 배치될 수 있다. 전기 유변 유체(113)는 일반적으로 전기 절연성 유체(113a)에 아주 미세한 입자(113b)가 분산되어 있는 현탁액(suspension)을 가리킨다. 전기 유변 유체(113)는 전기장이 인가되면 점도(viscosity)가 급격히(예컨대, 최대 100,000배 정도)가 증가한다. 그리고 전기 유변 유체(113)의 이러한 점도 변화는 가역적이어서 전기장이 해제되면 원래의 상태로 복원된다.

전기 유변 유체(113)는 투명한 액체인데, 여기에만 한정되는 것은 아니다. 전기 절연성 유체(113a)로는 예를 들어, 실리콘유, 케로신 광유, 폴리염화비페닐 등이 사용될 수 있다. 그리고 전기 유변 유체(113)에 포함되는 입자(113b)의 크기는 최대 50㎛ 정도로서, 아주 미세하고 투명한 입자이다. 이러한 입자(113b)로는 예컨대, 알루미노규산염(aluminosilicate), 폴리아닐린(polyaniline), 폴리피롤(polypyrrole) 등과 같은 고분자 물질이나 풀러렌(fullerene) 등이 사용될 수 있다.

그리고 상하부 기판(112, 111) 사이의 간극에는 탄성체 스페이서(115)가 배치되어 있을 수 있다. 탄성체 스페이서(115)는 수십 마이크로미터 이하의 작고 투명한 고체로서, 전기 유변 유체(113) 내에 랜덤하게 또는 규칙적으로 분산되어 배치되어 있다(도 2에 도시되어 있는 탄성체 스페이서(115)는 그 크기가 다소 과장되었을 수 있는데, 이것은 단지 설명 및 도면 작성의 편의를 위한 것이다). 탄성체 스페이서(115)를 구성하는 물질에는 특별한 제한이 없으며, 예를 들어 엘라스토머(elastomer)가 사용될 수 있다. 탄성체 스페이서(115)는 상부 기판(112)이 변형된 경우에 복원력을 제공하며, 또한 상부 기판(112)을 구조적으로 지지하는 역할도 수행할 수 있다.

복수의 전극 쌍(114)은 하부 기판(111)에 형성된 하부 전극과 상부 기판(112)에 형성되어 있는 상부 전극으로 구성된 한 쌍의 전극들의 집합이다. 상호 정전용량 방식의 터치 패널에서 복수의 전극 쌍(114)은 터치 패널 몸체(110)의 전면(entire surface) 또는 일부 영역에 매트릭스 형태(matrix type)로 배열되어 있을 수 있다. 매트릭스 형태로 배열된 복수의 전극 쌍(114)에는 소정의 조합(예컨대, 일부의 전극 쌍(114)에만)으로 구동 전압이 인가될 수 있으며, 이러한 조합은 어플리케이션의 종류나 진행 단계에 따라서 달라질 수 있다. 그리고 터치 패널(100)은 복수의 전극 쌍(114) 중에서 구동 전압이 가해지는 전극 쌍의 위치나 개수(예컨대, 구동 전압이 가해지는 영역의 위치나 넓이), 가해진 구동 전압이 해제되는 시점이나 구동 전압이 해제되는 전극 쌍의 개수 등을 제어하거나 또는 변화시킴으로써, 사용자에게 클릭감이나 다양한 입력감을 제공할 수도 있다.

도 2에 도시되어 있는 복수의 전극 쌍(114)은 매트릭스 형태로 배열된 전극 쌍들의 일례이다. 도 2를 참조하면, 하부 기판(111)의 상면과 상부 기판(112)의 하면에는 각각 라인 타입의 전극 패턴(114a, 114b)이 다수 개가 나란하게 형성되어 있다. 여기서, 하부 기판(1101에 형성되어 있는 전극 패턴, 즉 하부 전극 패턴(114a)들은 제1 방향으로 신장되며, 상부 기판(112)에 형성되어 있는 전극 패턴, 즉 상부 전극 패턴(114b)들은 제1 방향에 수직인 제2 방향으로 신장되어 있다. 따라서 다수의 하부 전극 패턴(114a)들과 다수의 상부 전극 패턴(114b)들의 교차점들에서, 터치 패널 몸체(110)의 전면(entire area)에 매트릭스 형태로 배열된 다수의 전극 쌍(114), 즉 정전용량 노드(capacitance node)가 정의된다.

이와는 달리, 복수의 전극 쌍(114) 각각을 구성하는 하부 전극과 상부 전극은 각각 도트 타입으로 상하부 기판(112, 111)에 서로 대향하도록 배치될 수도 있다. 이 때, 서로 대향하는 상하부 전극은 매트릭스 형태로 상하부 기판의 전면 또는 일부 영역에 배치되어 있을 수도 있다. 이러한 하부 전극과 상부 전극은 각각 사각형과 같은 다각형 형상이나 원형의 전극 패턴일 수 있다. 그리고 이러한 도트 타입의 전극 쌍은 스위칭이 가능한 액티브 소자(active device)와 개별적으로 연결되어 있을 수 있는데, 이를 이용하면 구동 신호(또는 제어 신호)에 응답하여 복수의 전극 쌍들은 개별적으로 스위칭이 이루어지거나 및/또는 감지 신호에 응답하여 개별적으로 센싱이 이루어질 수도 있다.

계속해서 도 1 및 도 2를 참조하면, 복수의 전극 쌍(114)에 인가되는 구동 신호, 즉 구동 전압(Vd)은 전기 유변 유체(113)의 점도를 국부적으로 변화시키기 위한 구동력을 제공한다. 이러한 구동 전압은 터치 패널(100)이 설치되는 전자 기기의 전원 장치로부터 공급될 수 있다. 그리고 구동 전압이 가해지는 전극 쌍(114)의 위치 및 개수, 가해진 구동 전압이 해제되는 시점, 가해진 구동 전압이 해제되는 전극 쌍(114)의 위치 및 개수 등은 가변적이거나 사용자에 의하여 임의로 제어될 수도 있다.

도 3에는 영역 I에 위치한 전극 쌍들(114)에만 구동 전압이 인가되고, 영역 II에 위치한 전극 쌍(114)에는 구동 전압이 인가되지 않는 경우가 도시되어 있다. 이를 위하여, 상부 전극 패턴(114b)에 소정 크기의 전위(Vd)가 인가된 상태에서, 영역 I에 위치한 하부 전극 패턴(114a)은 접지 상태(ground state)가 되도록 하고, 영역 II에 위치한 하부 전극 패턴(114a)은 플로팅 상태(floating state)가 되도록 할 수 있다. 이와는 반대로, 소정 크기의 전위(Vd)가 하부 전극 패턴(114a)에 인가되고, 상부 전극 패턴(114b)은 접지 상태가 되거나 플로팅 상태가 될 수도 있다. 이하, 각각의 노드에서 소정 크기의 전위(Vd)가 인가되는 전극은 '구동 전극(driving electrode)'이라고 하며, 이 구동 전극에 대향하는 전극은 '감지 전극(sensing electrode)'이라고 한다.

도 3의 영역 I에서와 같이 전극 쌍(114)에 구동 전압(Vd)이 인가되면, 영역 I에서는 상하부 기판(112, 111) 사이의 간극에 국부적으로 전기장이 유도된다. 그리고 유도된 전기장에 의하여 이 부분(영역 I)에 있는 전기 유변 유체(113)의 점도는 증가한다. 전기장에 의하여 전기 유변 유체(113)의 점도가 증가하는 것은, 도 3에 도시된 바와 같이, 분극 특성을 갖는 입자(113b)들이 전기장의 방향으로 일렬로 늘어서기 때문이다. 반면, 영역 II에서와 같이 전극 쌍(114)에 구동 전압이 인가되지 않으면, 영역 II에서는 상하부 기판(112, 111) 사이의 간극에는 전기장이 형성되지 않으며, 이 부분(영역 II)에 있는 전기 유변 유체(113)의 점도는 변화가 없다. 물론, 영역 I에 인가된 구동 전압(Vd)이 해제되면, 이 영역에 있는 전기 유변 유체(113)의 점도는 초기 상태로 복원된다.

이러한 전기 유변 유체의 점도 변화를 이용하는 터치 패널의 일례는, 본 출원의 출원인이 2009년 6월 19일에 출원한 한국특허출원 제2009-0055034호, "터치 패널 및 이를 구비하는 전자기기"에 상세히 기술되어 있다. 위 한국특허출원에는 전기 유변 유체의 점도 변화를 이용하여 사용자 접촉면에 소정의 입력 버튼 영역을 한정하고, 또한 기계적인 키 패드를 조작할 때와 같은 클릭감을 사용자에게 제공하는 터치 패널이 개시되어 있는데, 위 한국특허출원은 참조에 의하여 본 명세서에 완전히 결합된다.

클릭감(click sensation)이란 휴대폰 등에서 사용되는 기계적인 키 패드(key pad) 또는 키 버튼(key button) 등을 누를 때 사용자가 손가락을 통해서 느끼는 딸깍하는 느낌을 가리킨다. 기계적인 키 패드에는 메탈 돔(metal dome)이라고 하는 돔 형상의 금속 박판이 키 버튼의 하부에 설치되어 있다. 소정의 크기 이상의 힘으로 계속 가압될 경우에 메탈 돔은 어느 순간에 돔 형상에 급격한 변형이 발생하게 되는데, 이를 버클링 포인트(buckling point)라고 한다. 메탈 돔이 변형되는 과정에는 이러한 버클링 포인트가 존재하기 때문에, 사용자는 기계적인 키 패드를 누를 때 딸깍하는 느낌을 받게 되는데, 이를 클릭감이라 한다.

도 4는 이러한 메탈 돔을 갖는 기계적인 키 패드에서의 힘(force)과 변위(displacement)의 관계를 보여 주는 그래프이다. 도 4를 참조하면, 초기에는 사용자가 누르는 힘에 의하여 메탈 돔의 변위가 서서히 증가한다. 메탈 돔의 변위가 증가하면, 그에 따라서 메탈 돔의 지지력(변형에 대한 저항력)도 증가하므로 사용자가 느끼는 반발력도 그 만큼 증가한다. 그리고 메탈 돔의 변위가 x1에 도달하면, 메탈 돔의 지지력이 최대(작동력)에 도달되었다가 급격히 감소하게 되는데, 이와 같이 메탈 돔의 지지력이 최대가 되는 지점(즉, 터치 패널에서 작동력이 작용하는 지점)이 버클링 포인트이다. 버클링 포인트에 도달한 이후에도 사용자가 누르는 힘이 계속 유지되면 메탈 돔의 변위는 계속 증가하는데, 변위가 x2에 도달하면 메탈 돔은 하부 전극에 닿게 된다. 버클링 포인트에 도달한 이후에 사용자가 누르는 힘을 제거하면, 복귀력에 의해서 메탈 돔은 최초의 상태로 복원된다.

도 1의 터치 패널(100)은 이러한 기계적인 키 패드에서의 메커니즘을 모사함으로써 사용자들에게 클릭감을 제공할 수 있다. 도 5는 이를 위하여 터치 패널(100)의 전극 쌍(140)에서 구동 전압(Vd)이 인가 및 해제되는 타이밍을 보여 주는 도면이다.

전술한 바와 같이, 전극 쌍에 구동 전압이 가해지면 해당 영역에 있는 전기 유변 유체가 국부적으로 구동되어 점도가 증가한다. 전기 유변 유체가 구동되어 점도가 증가된 영역(이하, '구동 영역'이라 한다)은 그 이외의 영역(이하, '비구동 영역'이라 한다)에 비하여 누르는 힘에 대하여 보다 큰 반발력을 제공할 수 있다. 이를 이용하면, 사용자는 터치 패널의 구동 영역을 누를 때 기계적인 키 패드를 누르는 것과 유사한 반발력을 느낄 수 있다.

그리고 소정의 시점(도 5의 시점 t_a)에 구동 영역이 가압되면 상부 기판이 리세스되어 전극 쌍 사이의 간극의 크기는 감소하고, 그 결과 노드에서의 커패시턴스(capacitance, C)는 증가한다. 그리고 사용자가 계속 동일한 구동 영역을 누르면, 상부 기판의 변위가 증가하는데, 이에 따라서 터치 패널의 반발력도 증가할 뿐만 아니라 이 노드에서의 커패시턴스(C)도 계속 증가한다. 그리고 상부 기판의 변위가 일정한 크기 이상에 도달하여 해당 노드에서의 커패시턴스(C)가 소정의 임계치(C_ref,이를 감지하는 방법에 관해서는 후술한다)에 도달하며, 터치 패널은 이 시점(도 5의 시점 t_b)에 해당 노드에 사용자로부터 입력이 있는 것으로 판정한다. 그리고 이와 동시에 전극 쌍에 가해지고 있던 구동 전압(Vd)을 해제한다. 구동 전압(Vd)이 해제되면 전기 유변 유체의 점도는 급격히 감소하며, 그에 따라서 누르는 힘에 대한 반발력도 급격히 감소한다. 이와 같이, 터치 패널은 구동 전압(Vd)이 해제되는 시점(도 5의 시점 t_b)에서 버클링 포인트에서와 같은 클릭감을 사용자에게 제공할 수가 있다.

계속해서 도 1 내지 도 3을 참조하면, 구동부(120)는 구동 전압(Vd)을 전극 쌍(114)에 인가한다. 구동 전압(Vd)은 복수의 전극 쌍(114)들의 전부 또는 일부에 인가될 수 있다. 그리고 구동 전압(Vd)은 소정의 시간 동안만 인가되거나 또는 상대적으로 긴 시간 동안(예컨대, 터치 패널(100)이 작동하는 시간 동안은 항상) 인가될 수 있다. 전자의 경우든 후자의 경우든, 구동 전압(Vd)은 소정의 시간(t_d,도 8 참조) 동안 구동 전극에 인가되는 구동 펄스 전압으로 간주될 수 있다. 펄스 전압의 지속 시간(t_d)은 고정되어 있거나 또는 가변적일 수 있으며, 사용자에 의하여 임의의 값으로 설정될 수도 있다.

하나의 전극 쌍(114)에 구동 전압(Vd)을 인가한다는 것 또는 하나의 구동 전극에 구동 펄스 전압을 인가한다는 것은, 상하부 기판(112, 111)에 형성된 한 쌍의 전극에 소정의 전위차를 형성하여 상하부 기판(112, 111) 사이의 간극에 전기장을 국부적으로 유발한다는 것을 의미한다. 전기장이 국부적으로 유발되면, 전기 유변 유체(113)의 점도도 국부적으로 증가한다. 따라서 일부의 전극 쌍(114)에만 구동 전압(Vd)을 인가하면, 전기장이 형성되어 전기 유변 유체(113)의 점도가 증가하는 영역만 구동 영역이 되며, 그 이외의 영역(비구동 영역)에서는 전기 유변 유체(113)의 점도는 변화가 없다.

전극 쌍(114)이 도 2에 도시된 것과 같은 서로 직교하는 한 쌍의 전극 라인(114a, 114b)에 의하여 정의된다고 하자. 이 경우에, 구동부(120)는 전체 상부 전극 라인(114b)들 중에서 적어도 하나의 구동 셀(하나의 전극 쌍에 의하여 정의되는 구동 영역을 구성하는 단위 영역)과 접속되는 상부 전극 라인(114b)에만 소정 크기(Vd)의 구동 전압 펄스를 인가할 수 있다. 그리고 구동부(120)는 전체 하부 전극 라인(114a)들 중에서 적어도 이 구동 셀과 접속되는 하부 전극 라인(114b)은 접지에 연결하지만, 다른 하부 전극 라인(114b)은 플로팅 상태가 되도록 할 수 있다. 물론, 구동부(120)가 상부 전극 라인(114b)과 하부 전극 라인(114a)에 인가하는 전위는 바뀔 수 있다는 것은 자명하다.

감지부(130)는 터치 패널 몸체(110)에 사용자로부터의 입력이 있는지를 판정하고, 입력이 있는 것으로 판정되는 경우에는 입력 위치(input location)도 계산하는 입력 감지 소자이다. 예를 들어, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같이, 감지부(130)는 전극 쌍(114) 사이의 간극 변화에 따른 커패시턴스 변화를 감지하여 입력 여부 및 입력 위치를 판정할 수 있다. 이 경우에, 감지부(130)는 해당 위치에서의 커패시턴스의 증가가 소정의 임계치 이상인 경우에 입력이 있는 것으로 판정할 수 있다. 그리고 감지부(130)는 커패시턴스가 증가된 전극 쌍(114)의 위치 정보를 이용하여 입력 위치도 파악할 수가 있다.

이를 위하여, 감지부(130)는 감지 신호(V_s,i)를 복수의 구동 전극에 순차적으로 입력할 수 있다. 여기서, 감지 신호를 복수의 구동 전극에 순차적으로 인가한다는 것은, 구동 전극들에 대하여 개별적으로 순차적으로 입력하는 것일 수도 있고, 일 그룹의 구동 전극들(예컨대, 구동 전극으로 기능하는 하나의 하부 전극 라인(114a) 또는 하나의 상부 전극 라인(114b))에 대하여 그룹 단위로 순차적으로 입력하는 것일 수도 있다. 감지 신호를 복수의 구동 전극에 순차적으로 인가하고 또한 이에 응답하여 감지 전극을 통해 정전용량 변화를 감지하면, 감지부(130)는 입력 여부는 물론 입력 위치도 함께 파악할 수 있다.

감지 신호는 예컨대, 소정의 지속 시간(구동 전압(Vd)에 비하여 아주 짧은 지속 시간(t_s, 도 8 참조)으로서, 구동 전압(Vd)이 인가된 동안에 전체적으로 1회 또는 그 이상의 센싱이 이루어질 수 있는 시간)을 갖는 감지 펄스 전압(Vs,i)일 수 있다. 이 경우에, 감지부(130)는 구동 전극을 통해 인가된 감지 신호(Vs,i)에 응답하여 노드에서의 커패시턴스 변화에 따른 감지 전극에서의 출력을 센싱하여 입력 여부를 판정하는데, 그 구체적인 방법에 관해서는 후술한다.

이러한 감지 신호는 구동 전압 펄스(Vd)가 인가된 구동 전극에만 입력되거나 또는 모든 구동 전극에 순차적으로 입력될 수 있다. 특히, 후자의 경우에 구동 전압 펄스가 입력된 구동 전극은 물론 구동 전압 펄스가 인가되지 않은 구동 전극에 대해서도 감지가 수행될 수 있다. 이와 같이, 구동 전압 펄스가 인가되지 않은 구동 전극에 대해서도 감지 신호가 인가되면, 터치 패널의 구동 영역은 물론 미구동 영역에서도 입력 여부에 대한 센싱이 이루어질 수 있다.

이와 같이, 감지부(130)는 입력 감지를 위하여 구동 전극(예컨대, 행 방향 전극 라인 또는 열 방향 전극 라인)에 대하여 순차적으로 센싱 전압 펄스를 스캔한다. 따라서 터치 패널은 멀티 터치에 대한 감지가 가능하다.

감지부(130)가 감지한 입력 여부에 관한 정보 및/또는 입력 위치에 관한 정보(입력 신호)는 구동부(120)로 전달될 수 있다. 그리고 구동부(120)는 감지부(130)로부터 입력 신호를 수신하면 구동 영역에 있는 구동 전극들의 전부 또는 일부에 구동 전압(Vd)을 해제할 수 있다. 이와 같이, 입력 신호에 따라서 인가된 구동 전압(Vd)을 해제하면, 터치 패널(100)을 이용하여 클릭감을 사용자에게 제공할 수 있다는 것은 전술한 바와 같다.

조합부(140)는 구동부(120)로부터 인가되는 구동 전압(Vd)과 감지부(130)로부터 입력되는 감지 신호, 예컨대 감지 펄스 전압(Vs,i)을 조합할 수 있다. 통상적으로, 전기 유변 유체(113)를 구동하기 위한 구동 전압(Vd)은 수십 볼트 이상, 예컨대 200V 정도가 될 수 있다(물론, 전기 유변 유체(113)의 구동 특성이나 상하부 기판(112, 112) 사이의 간극의 크기 등에 따라서 구동 전압(Vd)의 크기는 달라질 수 있다). 반면, 노드에서의 커패시턴스 변화를 감지하기 위한 감지 전압(Vs,i)은 수 볼트(예컨대, 5V) 정도면 충분하다(물론, 감지부(130)를 구성하는 회로의 전기적 특성에 따라서 이 감지 전압(Vs,i)의 크기도 달라질 수 있지만, 구동 전압에 비하여 상대적으로 작은 크기의 전압으로도 센싱이 가능하도록 회로를 구성할 수 있다). 이러한 경우에, 조합부(140)는 구동 전압(Vd)과 감지 전압(Vs,i)을 감산하고, 감산된 전압을 출력하여 구동 전극에 인가할 수 있는데, 그 구체적인 방법에 관해서는 후술한다. 감산된 전압은 전기 유변 유체(113)의 구동에는 전혀 영향을 미치지 않을 뿐만 아니라 감지 신호로서의 기능도 동시에 수행할 수 있다.

선택부(150)는 조합부(140)로부터 출력되는 조합된 전압(Vc)과 감지부(130)로부터 인가되는 감지 전압(Vs,i) 중에서 어느 하나를 선택적으로 구동 전극에 인가할 수 있다. 예를 들어, 선택부(150)는 구동 영역에 위치하는 구동 전극 또는 적어도 하나의 구동 셀과 접속되는 전극 라인에는, 조합된 전압(Vc, 즉, 전기 유변 유체(113)의 구동이 가능할 뿐만 아니라 감지 신호로서의 기능도 수행할 수 있는 전압 펄스)을 인가할 수 있다. 그리고 선택부(150)는 점도 증가 영역 이외의 영역에 위치하는 구동 전극 또는 하나의 구동 셀과도 접속되지 않는 전극 라인에는 감지부(130)로부터 인가되는 감지 전압(Vs,i)만을 인가할 수 있다.

도 6은 일 실시예에 따른 터치 패널을 구동 및 감지하기 위한 회로 구조를 설명하기 위한 도면이다. 도 6에 도시된 회로 구조는 도 2에 도시된 터치 패널 몸체(110)의 전극 쌍(114)의 일부(예컨대, 9개의 하부 전극 라인(114a)과 9개의 상부 전극 라인(114b))에 대해서만 회로 구조를 도시한 것일 수 있다. 이 경우, 도 2의 터치 패널 몸체(110)의 하부 및 상부 전극 라인(114a, 114b)은 각각 도 6의 열(row) 방향 전극 라인(R1 내지 R9)과 행(column) 방향 전극 라인(C1 내지 C9)에 대응하거나 또는 그 반대의 경우일 수 있다. 그리고 도 6에서는 도시된 구동전극(열(row) 방향 전극 라인(R1 내지 R9) 각각과 행(column) 방향 전극 라인(C1 내지 C9) 각각의 교차점) 중에서 도트(dot)로 표시된 구동전극(R4 내지 R6 각각과 C4 내지 C6 각각의 교차점)만이 구동 셀(따라서 9개의 도트를 포함하는 영역이 구동 영역)인 경우인데, 이것은 단지 예시적인 것이다.

도 6을 참조하면, 터치 패널의 구동 및 감지 회로는 펄스 생성 회로부(210), 펄스 인가 회로부(220), 및 감지 회로부(230)를 포함한다. 그리고 도면에 도시되지는 않았지만, 터치 패널은 도시된 구동 및 감지 회로의 동작을 제어하는 제어부 등을 더 포함할 수 있다. 도 6에 도시되어 있는 구동 및 감지 회로의 세부적인 구성은 도 1에 도시되어 있는 터치 패널(100)의 세부적인 구성과 다소 차이가 있는데, 이것은 단지 관점의 차이일 뿐이며 양자는 실질적으로 동일한 것일 수 있다. 예를 들어, 도 6의 펄스 생성 회로부(210)는 도 1에서 구동 전압(Vd)을 인가하는 구동부(120)의 기능과 감지 전압(Vs,i)을 인가하는 감지부(130)의 기능에 대응될 수 있다. 그리고 도 6의 펄스 인가 회로부(220)는 도 1의 조합부(140) 및 선택부(150)에 대응될 수 있으며, 도 6의 감지 회로부(230)는 노드에서의 커패시턴스 변화를 이용하여 입력 여부를 감지하는 감지부(130)의 일 기능을 수행하는 구성 요소, 즉 감지부(130)에 포함되는 구성 요소일 수 있다.

펄스 생성 회로부(210)는 구동 전압 펄스(Vd)와 감지 전압 펄스(Vs,i)를 생성하여 펄스 인가 회로부(220)로 입력한다. 구동 전압 펄스(Vd)는 전기 유변 유체를 구동하기 위한 구동 신호의 일례이며, 감지 전압 펄스(Vs,i)는 사용자로부터의 입력 여부를 판정하기 위한 감지 신호의 일례이다. 구동 전압 펄스(Vd)는 전기 유변 유체를 구동하기 위하여 수십 볼트 이상(예컨대, 약 200V)의 고전위를 가지는 반면, 감지 전압 펄스(Vs,i)는 감지 회로부(230)에서 감지에 필요한 수 볼트 이하(예컨대, 5V)의 저전위를 가질 수 있다. 구동 전압 펄스(Vd)와 감지 전압 펄스(Vs,i) 각각의 구체적인 전위는 터치 패널 몸체(110, 도 2 참조)의 물리적 구조(예컨대, 기판 사이의 간극의 크기, 전기 유변 유체의 전기적 특성, 및/또는 구동전극의 단면적 등)나 감지 회로부(230)에 사용되는 감지 회로(Sensing Circuit, SC)의 종류나 전기적 특성에 따라서 달라질 수 있다는 것은 전술한 바와 같다.

그리고 구동 전압 펄스(Vd)는 상대적으로 긴 시간 간격(t_d, 도 8 참조) 동안(예컨대, 1초 이상) 지속될 수 있다. 이러한 구동 전압 펄스(Vd)의 시간 간격(t_d)은 장치에서 설정된 소정의 값이거나 또는 사용자에 의하여 설정된 임의의 값일 수 있다. 반면, 감지 전압 펄스(Vs)는 수 백 또는 수 천분의 1초 단위나 마이크로초 단위로 아주 짧은 시간 간격(t_s, 도 8 참조) 동안만 지속될 수 있다. 감지 전압 펄스의 지속 시간(t_s)이 짧으면 그 만큼 터치 패널의 전면(entire surface)에 대한 센싱 주기가 짧아질 수 있다.

펄스 생성 회로부(210)는 모든 열 방향 전극 라인(R1~R9)이 아닌 9개의 구동 셀과 접속되어 있는 세 개의 열 방향 전극 라인(R4~R6)만을 위하여 구동 전압(Vd) 펄스를 생성하여 펄스 인가 회로부(220)로 입력할 수 있다. 이 경우에, 세 개의 열 방향 전극 라인(R4~R6)에 대해서는 동시에 구동 전압 펄스(Vd)가 입력될 수 있다. 반면, 펄스 생성 회로부(210)는 열 방향 전극 라인(R1~R9)의 일부 또는 전부를 위해 감지 전압 펄스(Vs,i)를 생성하여 펄스 인가 회로부(220)로 입력할 수 있다. 즉, 감지 전압 펄스(Vs,i)는 구동 셀과 접속되는 열 방향 전극 라인(R4~R6)은 물론 구동 셀과 접속되지 않은 열 방향 전극 라인(R1~R3, R7~R9)을 위해서도 입력이 될 수 있는데, 이 경우에는 구동 전압 펄스(Vd)가 인가되지 않은 노드에서도 감지가 가능하다. 그리고 감지 전압 펄스(Vs,i)는 열 방향 전극 라인(R1~R9)을 위하여 동시에 입력되는 것이 아니라 순차적으로 입력될 수 있다. 감지 전압 펄스(Vs,i)가 복수의 열 방향 전극 라인(R1~R9)을 위해서 순차적으로 입력되면, 감지 회로부(230)에서는 입력 여부는 물론 입력 위치에 대한 센싱이 동시에 이루어질 수 있다.

펄스 인가 회로부(220)는 펄스 생성 회로부(210)로부터 입력되는 구동 전압 펄스(Vd)와 감지 전압 펄스(Vs,i)를 조합하여 열 방향 전극 라인(R1~R9)에 인가할 수 있다. 이를 위하여, 펄스 인가 회로부(220)는 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각을 위하여 구동 전압 펄스(Vd)와 감지 전압 펄스(Vs,i)를 조합하기 위한 펄스 조합용 회로(pulse integration circuit, 222)를 포함할 수 있다. 펄스 조합용 회로(222)는 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각과 일대일로 대응될 수 있는데, 이 경우에 펄스 인가 회로부(220)는 열 방향 전극 라인(R1~R9)의 개수와 동일한 개수의 펄스 조합용 회로(222)를 포함할 수 있다.

펄스 조합용 회로(222)로는 예컨대, 감산기(subtractor)가 이용될 수 있다. 도 7은 이러한 감산기로 이용될 수 있는 회로의 일례로서 연산 증폭 감산기(OP amplifier subtractor, 222a)를 보여 주는 도면이다. 도 7을 참조하면, 크기와 지속 시간이 상대적으로 큰 차이가 나는 두 가지 유형의 입력 전압 펄스(Vd, Vs,i)가 연산 증폭 감산기(222a)로 입력되면, 연산 증폭 감산기(222a)는 두 가지 유형의 입력 전압 펄스(Vd, Vs,i)가 조합된 전압 펄스(combined voltage pulse, Vc), 보다 구체적으로는 감산된 전압 펄스를 출력한다.

전술한 터치 패널에서 구동 전압 펄스(Vd)는 수십 볼트 이상의 고전위를 갖고 감지 전압 펄스(Vs,i)는 5V 이하의 저전위를 가질 수 있다. 그리고 구동 전압 펄스(Vd)와 감지 전압 펄스(Vs,i)는 동일한 전극에 동시에 인가되어야 한다(예컨대, 구동 전압 펄스(Vd)와 감지 전압 펄스(Vs,i)는 모두 구동 전극인 열 방향 전극 라인을 통해 인가되어야 한다). 이러한 경우에 펄스 조합용 회로로서 감산기를 사용하고, 감산기의 입력단의 한 쪽에 구동 전압 펄스(Vd)를 입력하고 입력단의 다른 한 쪽에 감지 전압 펄스(Vs,i)를 입력하면, 감산기의 출력단으로부터 출력되는 감산된 전압 펄스(Vc)는 기본적으로 전기 유변 유체의 구동을 수행할 수 있는 고전위인 동시에 감지 신호로서의 기능을 수행할 수도 있다. 왜냐하면, 구동 전압 펄스(Vd)로부터 감산되는 감지 전압 펄스(Vs,i)는 전위가 상대적으로 매우 작아서 전기 유변 유체의 거동에는 영향을 미치지 않고 단지 노드에서의 커패시턴스의 변화량을 감지하기 위한 감지 신호로서의 역할을 하기 때문이다.

펄스 인가 회로부(220)는 또한 펄스 조합용 회로(222)로부터 입력되는 조합된 전압 펄스와 펄스 생성 회로부(210)로부터 입력되는 감지 전압 펄스 중에서 하나를 선택하여 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각에 인가할 수 있다. 이를 위하여, 펄스 인가 회로부(220)는 두 개의 입력 전압 펄스 중에서 하나의 전압 펄스를 선택하기 위한 스위칭 소자(224)를 포함할 수 있다. 스위칭 소자(224)도 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각과 일대일로 대응되므로, 펄스 인가 회로부(220)는 열 방향 전극 라인(R1~R9)의 개수와 동일한 개수의 스위칭 소자(224)를 포함할 수 있다. 스위칭 소자(224)는 예컨데, 먹스(MUX)일 수 있는데, 펄스 생성 회로부(210)로부터 입력되는 감지 전압 펄스(Vs,i)와 펄스 조합용 회로(222)로부터 입력되는 조합된 전압 펄스(Vd-Vs,i) 중에서 하나의 전압 펄스를 선택하여 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각에 인가할 수 있다.

도 8은 도 6의 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각으로 인가되는 구동 전압 펄스와 감지 전압 펄스의 타이밍 챠트의 일례를 보여 주는 것으로서, 세 개의 열 방향 전극 라인(R4~R6)만이 구동 셀과 접속되는 경우이다. 도 8에 도시된 구동 전압 펄스(Vd)와 감지 전압 펄스(Vs,i)의 크기 및 지속 시간 등은 단지 설명의 편의를 위한 것으로서, 양 펄스의 크기나 지속 시간의 비율은 실제와는 다를 수 있다. 그리고 도 8에는 감지 전압 펄스(Vs,i)의 지속 시간(t_s) 동안에 하나의 펄스만이 있는 것으로 도시되어 있으나 이것은 단지 도시의 편의를 위한 것이며, 실제로는 소정의 지속 시간(t_s) 동안에 복수 개의 펄스(도 7의 V_s,i 참조)가 존재한다. 도 8을 참조하면, 구동 신호인 구동 전압 펄스(Vd)는 구동 셀과 접속되는 세 개의 열 방향 전극 라인(R4~R6)으로만 인가된다. 그리고 감지 신호인 감지 전압 펄스(Vs,i)는 단독으로 또는 구동 전압 펄스(Vd)와 조합되어서 순차적으로 모든 열 방향 전극 라인(R1~R9)으로 인가된다.

계속해서 도 6을 참조하면, 감지 회로부(230)는 열 방향 전극 라인(R1~R9) 또는 행 방향 전극 라인(C1~C9) 각각으로 순차적으로 입력되는 감지 신호(예컨대, 감지 전압 펄스(Vs,i)에 응답하여, 각 노드에서 커패시턴스 변화를 감지한다. 감지 신호가 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각으로 순차적으로 입력되는 경우, 각 노드에서의 커패시턴스 변화는 감지 전극인 행 방향 전극 라인(C1~C9) 각각을 통해 출력되는 전기 신호를 이용하여 센싱할 수 있다. 이와는 달리, 감지 신호가 행 방향 전극 라인(C1~C9) 각각으로 순차적으로 입력되는 경우, 각 노드에서의 커패시턴스 변화는 열 방향 전극 라인(R1~R9) 각각을 통해 출력되는 전기 신호의 변화를 통해 센싱할 수 있다는 것은 전술한 바와 같다.

이를 위하여, 감지 회로부(230)는 감지 전극으로서 기능하는 행 방향 전극 라인(C1~C9)과 접속되어서 노드에서의 커패시턴스 변화를 감지할 수 있는 적어도 하나의 감지 회로(Sensing Circuit, SC)를 포함할 수 있다. 보다 구체적으로, 감지 회로부(230)는 모든 행 방향 전극 라인(C1~C9)과 접속될 수 있는 하나의 입력 감지 회로만을 포함하거나 또는 최대로 각 행 방향 전극 라인(C1~C9)과 일대일로 접속될 수 있도록 행 방향 전극 라인(C1~C9)에 대응하는 개수의 입력 감지 회로를 포함할 수 있다. 전자의 경우 등과 같이 감지 회로부(230)가 행 방향 전극 라인(C1~C9) 보다 적은 개수의 입력 감지 회로를 포함하는 경우에, 입력 감지 회로는 공통으로 접속되는 행 방향 전극 라인에 대하여 순차적으로 접속될 수 있도록 하는 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 이하, 입력 감지 회로에 대하여 상세히 설명한다.

입력 감지 회로는 노드의 출력, 즉 행 방향 전극 라인(감지 전극)에서의 출력을 입력으로 이용하므로, 노드에서의 출력에 대하여 먼저 설명한다. 도 9는 노드(Cn)의 구동 전극으로 감지 전압 펄스(Vs,i)가 인가될 경우에 감지 전극에서의 출력 전압(Vs,o)을 보여 주는 도면이다. 도 9에서 저항 Ri는 구동 전극(예컨대, 열 방향 전극 라인)에서의 저항을 나타내고 저항 Ro는 감지 전극(예컨대, 행 방향 전극 라인)에서의 저항을 나타내는데, 노드의 위치에 따라서 Ri와 Ro의 크기(도 9에서는 Ri와 Ro의 개수)는 달라질 수 있다. 도 9를 참조하면, 가변 커패시터인 노드(Cn)에 감지 전압 펄스(Vs,i)가 인가되면, 노드의 커패시턴스에 따라서 출력 전압(Vs,o1, Vs,o2)도 차이가 난다. 출력 전압(Vs,o1, Vs,o2)은 노드의 커패시턴스에 비례한다. 이것은 노드에서의 커패시턴스 변화에 따라서 충전과 방전시에 감지 전극으로 흐르는 전류도 변화가 발생하기 때문이다.

도 10은 감지 회로부(230)에 포함되는 입력 감지 회로를 도식적으로 보여 주는 도면이다. 도 10을 참조하면, 입력 감지 회로는 전하 펌프(232, charge pump)를 포함한다. 그리고 전하 펌프(232)의 전하 소스(charge source) 또는 소스 전압(source voltage)로는 감지 전극의 출력 전압(Vs,o)이 이용된다. 즉, 전하 펌프(232)의 입력단 중에서 적어도 하나는 정전용량 노드의 출력단과 전기적으로 연결된다. 감지 전극의 출력 전압(Vs,o)을 전하 펌프의 전하 소스로 이용하면, 전하 펌프(232)의 출력 전압(Vc,o)은 감지 전극의 출력 전압(Vs,o)의 크기에 비례한다. 다만, 전하 펌프(232)의 세부적인 구성에 따라서 전하 펌프의 출력 전압(Vc,o)과 감지 전극의 출력 전압(Vs,o)의 구체적인 비례 관계는 달라질 수 있다.

일반적으로, 전하 펌프는 병렬로 연결된 복수의 커패시터를 사용하여 직류 소스 전압(DC voltage source)을 증가시키기 위한 승압 회로로 사용된다. 도 11a 및 도 11b는 이러한 전하 펌프의 동작을 예시적으로 설명하기 위한 회로도의 일례이다. 즉, 도 11a 및 도 11b에 도시된 전하 펌프는 단지 승압 회로로 기능하는 전하 펌프의 동작, 즉 전하 펌프의 전하 소스와 전하 펌프의 출력 전압과의 상관 관계를 설명하기 위하여 예시적으로 도시된 회로도이다. 감지 회로부(230)에 포함되는 전하 펌프는 이와는 달리 다양한 방식으로 구성될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 전하 펌프는 전하 충전을 위해 병렬로 연결된 2개의 커패시터(C1, C2)를 포함한다. 그리고 전하 소스로는 +5Vin의 단일 전압 소스가 사용되고 있는데, 이 경우에는 스위치(S1, S2)를 이용하여 소스 전압이 커패시터(C1, C2)의 양극과 음극에 순차적으로 접속되도록 할 수 있다. 도 11a에서 제1 스위치(S1)는 제1 커패시터(C1)의 양극을 소스 전압(+5Vin)과 연결시키고 제2 스위치는 제1 커패시터(C2)의 음극을 접지와 연결시킨다. 이 경우에, 소스 전압(+5Vin)으로부터 전하가 전달되어 제1 커패시터(C1)에는 5V의 전하가 축적된다(누설 전하는 없는 것으로 가정한다). 그리고 도 11b에서 제1 스위치(S1)는 제1 커패시터(C1)의 양극을 제2 커패시터(C2)와 연결시키고, 제2 스위치(S2)는 제1 커패시터(C1)의 음극을 소스 전압(+5Vin)과 연결한다. 그 결과, 소스 전압(+5Vin)으로부터 전하가 전달되어 제2 커패시터(C2)에는 10V의 전하가 축적된다. 그리고 제2 커패시터(C2)에 축적된 10V의 전하는 출력(Vout)되어 다른 회로에 이용되거나 또는 제2 커패시터(C2)에 연결된 부하(resistance load)에 이용될 수 있다.

이와 같이, 승압 회로인 전하 펌프는 소스 전압(+5Vin)보다 상승된 전압(+10V)을 출력한다. 이러한 전하 펌프의 출력 전압은 소스 전압의 크기(즉, 펌프의 용량) 및/또는 커패시터의 개수(즉, 펌프의 개수)에 따라서 달라질 수 있다. 본 실시예에 따른 감지 회로부(230)는 이러한 전하 펌프의 출력 전압이 갖는 특성을 이용하여, 각 노드에서의 입력 여부를 판단할 수 있다. 보다 구체적으로, 노드에서 입력이 있는 경우에는 전극 사이의 거리가 감소하므로 입력이 없는 경우보다 감지 전극의 출력 전압은 더 높다. 따라서 이러한 감지 전극의 출력 전압을 전하 펌프의 소스 전압으로 이용하면, 전하 펌프의 출력 전압은 입력이 있는 경우가 입력이 없는 경우보다 더 높다. 그리고 전하 펌프를 이용하면 감지 전극의 출력 전압의 차이는 누적될 수 있다(예컨대, 전하 펌프의 출력 전압의 차이는 병렬로 연결된 커패시터의 개수에 비례할 수 있다). 따라서 소스 전압이 누적되는 전하 펌프의 특성을 이용하면, 순간적인 노이즈에 민감하지 않은 안정된 센싱이 가능하다.

도 12는 전하 펌프의 다른 예를 보여 주는 것으로서, 딕슨 전하 펌프(Dickson Charge Pump)로 알려진 회로도이다. 도 12를 참조하면, 딕슨 전하 펌프는 N개의 스테이지(stage)로 구성되어 있는데, 이는 딕슨 전하 펌프가 전하 충전을 위해 병렬로 연결된 N개의 커패시터(C1, C2, C3, … , CN)를 포함하는 것을 의미한다. 그리고 N개의 스테이지 중에서 홀수 번째 스테이지에 존재하는 커패시터(C1, C3, …)와 짝수 번째 스테이지에 존재하는 커패시터(C2, …)에는 각각 비중첩 클락(non-overlapping clock)을 인가한다. 비중첩 클락은 도 12에 CLK와 CLK_BAR로 표시되어 있는 바와 같이 서로 겹치지 않도록 번갈아 펄스를 생성하는 클락을 가리키며, 각각 딕슨 전하 펌프의 클락 입력단으로 입력된다. 그 결과, 딕슨 전하 펌프의 출력, 즉 제일 마지막에 위치한 커패시터(CN)의 출력(Vo)은 (V_DD -V_t)×N이 된다. 여기서, V_t는 트랜지스터의 저항에 의한 손실 전압이다.

감지 회로부(230)에 포함되는 전하 펌프는 이러한 딕슨 전하 펌프가 응용될 수 있다. 도 13은 감지 회로부(230)에 포함될 수 있는 전하 펌프의 일례로서 7 스테이지로 구성된 딕슨 전하 펌프의 변형 회로도를 보여 준다. 도 13을 참조하면, 딕슨 전하 펌프의 변형 회로도는 기본적으로 도 12의 딕슨 전하 펌프의 회로도와 같은 구조를 갖는다. 그리고 홀수 번째 스테이지와 짝수 번째 스테이지 중에서 어느 하나의 스테이지(도 13에서는 홀수 번째 스테이지)에는 도 12의 딕슨 전하 펌프와 마찬가지로 구형파 클락(CLK)을 인가한다. 다만, 홀수 번째 스테이지와 짝수 번째 스테이지 중에서 다른 하나의 스테이지(도 13에서는 짝수 번째 스테이지)에는 비중첩 클락(CLK_BAR, 도 12 참조) 대신에 터치 패널의 감지 전극으로부터 전달되는 출력 전압(Vs,o), 즉 센싱 전압 펄스에 대한 노드로부터의 출력인 쇼트 펄스(short pulse)를 인가한다. 즉, 딕슨 전하 펌프의 클락 입력단 중에서 하나가 정전용량 노드의 출력단과 전기적으로 연결된다. 그 결과, 변형된 딕슨 전하 펌프의 출력, 즉 제일 마지막에 위치한 7번째 커패시터(C7)의 출력(Vo)은 (V_DD -V_t)×3+(Vs,o -Vt)×4 또는 (V_DD -V_t)×4+(Vs,o -Vt)×3이 된다.

도 14a는 이러한 변형된 딕슨 전하 펌프의 소스 전압을 도식적으로 보여 주는 그래프이다. 도 14a에서 상측의 소스 전압(Vs,o)은 감지 전극에서의 출력 전압 펄스인데, 실선은 해당 노드에서 입력이 없는 경우이고 점선은 입력에 의하여 해당 노드에서의 커패시턴스가 상승한 경우이고, 하측의 소스 전압(CLK)은 구형파 클록이다. 상측의 소스 전압(Vs,o)과 하측의 소스 전압(CLK)은 비중첩 클락으로서 기능한다.

도 14b는 이러한 변형된 딕슨 전하 펌프의 출력(Vc,o)을 도식적으로 보여 주는 그래프이다. 도 14b에서도 도 14a에서와 마찬가지로 실선으로 표시된 그래프는 터치 패널의 해당 노드에 가압에 의한 입력이 없는 경우이고 점선으로 표시된 그래프는 터치 패널의 해당 노드에 가압에 의한 입력이 있는 경우이다. 도 14b를 참조하면, 변형된 딕슨 전하 펌프에서의 출력(Vc,o)은 노드에서의 출력 전압, 즉 감지 전극에서의 출력 전압(Vs,o)과 비례 관계가 성립한다. 즉, 터치 패널에 대한 터치 여부에 따라서 전하 펌프 회로에서의 전압의 상승 속도가 달라지므로, 이러한 전압 상승 속도가 다른 변형된 딕슨 전하 펌프에서의 출력(Vc,o)을 이용하면 터치 패널에서의 입력 여부를 판단할 수 있다. 예를 들어, 변형된 딕슨 전하 펌프에서의 출력(Vc,o)이 임의의 기준 전압(Vth)에 도달하는 시간(t)이 임의의 기준 시간(예컨대, t2) 이하인 경우에만 입력이 있는 것으로 판단할 수 있다. 또는, 실시예에 따라서는 변형된 딕슨 전하 펌프에서의 출력(Vc,o)이 도달하는 임의의 기준 전압(Vth)을 다단계로 나누고 이를 기준으로 각각의 다단계 기준 전압에 도달하는 시간을 기준 구간으로 나누어 입력을 판단하면, 사용자 입력 동작 시 입력 여부의 판단을 다단계로 설정할 수 있으므로 터치 감도를 자유롭게 조절하거나 터치 동작의 세기를 판단 가능하게 된다.

그리고 전하 펌프의 출력(Vc,o)은 기존의 상호 정전용량 방식 터치 패널(예컨대, 미국공개특허 제2006-0097991호 개시된 터치 패널)과는 달리 순간적인 전압을 이용하는 것이 아니라 소정 시간 동안의 전하 축적을 이용한다. 따라서 전하 펌프를 이용하는 입력 감지 회로는 순간적인 노이즈에 강하여, 이에 의한 입력 오류를 방지할 수 있을 뿐만 아니라 입력 오류를 방지하기 위하여 복잡하게 회로를 구성할 필요도 없다.

도 15a는 변형된 딕슨 전하 펌프를 포함하는 감지 회로부(230, 도 6 참조)의 일례에 대한 구성을 보여 주는 회로도이고, 도 15b는 도 15a의 회로도에 대한 타이밍 챠트이다. 도 15a 및 도 15b를 참조하면, 감지 회로부(230)는 도 13의 변형된 딕슨 전하 펌프(232), 비교기(234, comparator), 및 카운터(236, counter)를 포함한다. 전술한 바와 같이, 변형된 딕슨 전하 펌프(232)는 노드에 대한 입력 여부에 따라서 출력 전압(Vc,o)의 상승 속도가 차이가 난다. 비교기(234)는 변형된 딕슨 전하 펌프의 출력(Vc,o)을 소정의 기준 전압(Vth)과 비교하여, 비교 결과(예컨대, 기준 전압을 넘어서는 시간)에 따라 서로 다른 신호를 출력한다. 그리고 카운터(236)는 비교기의 출력이 바뀌는 시간, 예컨대 변형된 딕슨 전하 펌프의 출력(Vc,o)이 소정의 기준 전압(Vth)에 도달하는 시간을 기록할 수 있다. 도 1의 감지부(130)는 (236)에 기록된 값을 읽고 이를 소정의 기준치와 비교함으로써, 터치 패널(100)에 대한 입력 여부를 판단할 수 있다. 또한, 도 1의 감지부(130)는 구동 전극을 통해 감지 신호를 순차적으로 인가하면서 각 감지 전극과 접속되어 있는 감지 회로부(230)의 카운터(236)에 기록된 값을 일괄적으로 읽어 냄으로써 터치 여부(특히, 멀티 터치에 대한 감지도 가능하다)를 판단할 수 있다. 도 15b의 리셋(reset) 신호는 터치 패널의 정전 용량 센싱 이후에 변형된 딕슨 전하 펌프 회로 내의 축적 전하 및 전압을 리셋하기 위한 것이다.

도 16a 및 도 16b는 각각 감지 회로부의 변형예를 보여 주는 회로도이다. 도 16a를 참조하면, 감지 회로부(230')는 전하 증폭기(OP Amplifier, 238a)가 감지 전극의 출력단과 전하 펌프의 입력단 사이에 추가된다. 그리고 도 16b를 참조하면, 감지 회로부(230'')는 풀-업 저항(pull-up resistor, 238b)이 감지 전극의 출력단과 전하 펌프의 입력단 사이에 추가된다. 이러한 전하 증폭기(238a)와 풀-업 저항(238b)는 감지 회로부(230')의 바이어스 안정화를 위한 바이어스 안정화 수단이다.

도 17은 다른 실시예에 따른 터치 패널의 구성을 보여 주는 블록도이고, 도 18은 도 17의 터치 패널 몸체의 일부를 보여 주는 사시도이다. 도 17 및 도 18은 상호 정전용량 방식 터치 패널의 다른 예로서, 예컨대 미국공개특허 제2006-0097991호 개시된 터치 패널과 구성이 동일할 수 있다. 도 17을 참조하면, 터치 패널(300)은 터치 패널 몸체(touch panel body, 310) 및 감지부(sensing unit, 330)를 포함한다. 그리고 터치 패널 몸체(310)는 한 쌍의 기판, 즉 하부 기판(311) 및 상부 기판(312)과 함께 한 쌍의 기판(311, 312) 사이의 간극에 개재되어 있는 유전체층(dielectric layer, 313), 및 복수의 전극 쌍(a plurality of electrodes pairs, 314)을 포함한다.

이러한 터치 패널(300)은 한 쌍의 기판(311, 312) 사이에 전기 유변 유체가 아닌 고상의 투명한 유전체층(313), 예컨대 폴리에틸린 수지(polyethylen terephthalate, PET) 등과 같은 폴리머나 세라믹 유전체로 형성된 유전체층이 개재되어 있다는 점에서 도 1 및 도 2에 도시된 터치 패널과는 차이가 있다. 그 결과, 구조적으로는 고상의 투명한 유전체층(313)이 한 쌍의 기판(311, 312) 사이에 개재되므로, 터치 패널 몸체(310)에는 도 2의 탄성체 스페이서(115)나 밀폐제(116)는 필요가 없다. 또한, 기능적으로는 터치 패널(300)은 터치에 의한 전하량의 누설에 따른 노드에서의 정전용량 변화를 이용하여 입력 여부를 판단하므로, 터치 패널(300)의 구동을 위하여 상하부 전극(313, 314) 사이에 높은 전위의 구동 전압을 추가로 인가할 필요가 없다. 이하, 전술한 실시예와의 차이점을 중심으로 설명한다.

터치 패널 몸체(310)는 터치 패널(300)을 구성하는 물리적 구조체를 가리킨다. 반면, 감지부(330)는 터치 패널 몸체(310)의 동작을 제어하는 전기 회로 및/또는 하드웨어나 소프트웨어 등의 형태로 구현될 수 있다. 그리고 감지부(330)는 단지 논리적이고 기능적인 구성 요소로서, 둘 이상의 기능 유닛으로 분할되어 구현되거나 터치 패널(300)이나 이를 구비하는 전자 기기의 다른 구성 요소에 통합되어 구현될 수 있다.

전술한 바와 같이, 도 18은 도 17의 터치 패널(300)의 터치 패널 몸체(310)의 구조의 일부를 보여 주는 사시도이다. 하부 기판(311)은 터치 패널 몸체(310)의 베이스 기판이다. 하부 기판(311)은 유리로 형성될 수 있으나, 여기에 한정되지 않고 투명한 폴리머 필름(polymer film)으로 만들어질 수도 있다. 그리고 상부 기판(312)은 사용자가 입력을 할 때 접촉하는 사용자 접촉면(S)을 갖는데, 폴리에틸렌 수지 필름(PET film)이나 유리 등으로 형성될 수 있다. 그리고 하부 기판(311)과 상부 기판(312) 사이의 간극에는 PET 필름 등과 같은 유전체층이 개재되어 있다. 그리고 복수의 전극 쌍(314)은 하부 기판(311)에 형성된 복수의 하부 전극 라인(314a)과 상부 기판(312)에 형성되어 있는 복수의 상부 전극 라인(314b) 각각의 교차점에서 정의되는 한 쌍의 전극들의 집합이다. 상호 정전용량 방식의 터치 패널에서 복수의 전극 쌍(314)은 터치 패널 몸체(310)의 전면(entire surface) 또는 일부 영역에 매트릭스 형태(matrix type)로 배열되어 있을 수 있다.

감지부(330)는 터치 패널 몸체(310)에 사용자로부터의 입력이 있는지를 판정하고, 입력이 있는 것으로 판정되는 경우에는 입력 위치(input location)도 계산할 수 있다. 예를 들어, 감지부(330)는 터치에 의한 전하의 누설에 따른 전극 쌍(314) 사이의 커패시턴스 변화를 감지하여 입력 여부 및 입력 위치를 판정할 수 있다. 이 경우에, 감지부(330)는 해당 위치에서의 커패시턴스의 감소가 소정의 임계치 이상인 경우에 입력이 있는 것으로 판정할 수 있다. 그리고 감지부(330)는 커패시턴스가 감소된 전극 쌍(314)의 위치 정보를 이용하여 입력 위치도 파악할 수가 있다.

보다 구체적으로, 감지부(330)는 감지 신호를 복수의 구동 전극에 순차적으로 인가할 수 있다. 감지 신호는 소정의 지속 시간을 갖는 감지 전압 펄스(Vs,i)일 수 있으며, 이 경우에 감지부(230)는 상부 전극 라인(314b)을 통해 인가된 감지 신호(Vs,i)에 응답하여 노드(Cn)에서의 커패시턴스 변화에 따른 하부 전극 라인(314a)에서의 출력(Vs,o)을 센싱하여 입력 여부를 판정할 수 있다. 그리고 감지부(330)는 입력 감지를 위하여 구동 전극(예컨대, 행 방향 전극 라인 또는 열 방향 전극 라인)에 대하여 순차적으로 감지 전압 펄스(Vs,i)를 스캔할 수 있으며, 이를 통하여 멀티 터치를 감지할 수 있다. 이러한 감지부(330)의 구성 및 동작 등은 전술한 실시예와 동일할 수 있으므로, 이하 이에 대한 구체적인 설명은 생략한다.

이상의 설명은 본 발명의 실시예에 불과할 뿐, 이 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상이 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다. 본 발명의 기술 사상은 특허청구범위에 기재된 발명에 의해서만 특정되어야 한다. 따라서 본 발명의 기술 사상을 벗어나지 않는 범위에서 전술한 실시예는 다양한 형태로 변형되어 구현될 수 있다는 것은 당업자에게 자명하다.

100, 300 : 터치 패널
110, 310 : 터치 패널 몸체
120 : 구동부
130, 230 : 감지부
140 : 조합부
150 : 선택부
111, 311 : 하부 기판
112, 312 : 상부 기판
113 : 전기 유변 유체
114, 314 : 전극 쌍
313 : 유전체층

Claims

적어도 하나의 정전용량 노드를 갖는 터치 패널을 위한 입력 감지 소자에 있어서,
상기 적어도 하나의 정전용량 노드의 제1 전극을 통해 인가되는 감지 신호에 응답하는 상기 적어도 하나의 정전용량 노드의 제2 전극으로부터의 출력 신호가 전하 소스로 입력되는 전하 펌프(charge pump)를 포함하고,
상기 전하 펌프의 출력 전압을 이용하여 상기 터치 패널에 대한 입력 여부를 판정하는 입력 감지 소자.
제1항에 있어서,
상기 전하 펌프의 출력 전압을 소정의 기준 전압과 비교하기 위한 비교기(comparator)를 더 포함하고,
상기 비교기의 출력 신호를 이용하여 상기 터치 패널에 대한 입력 여부를 판정하는 입력 감지 소자.
제2항에 있어서,
상기 비교기의 출력 신호로부터 상기 전하 펌프의 출력 전압이 상기 기준 전압에 도달하는 시간을 계산하는 카운터를 더 포함하고,
상기 카운터의 값을 이용하여 상기 터치 패널에 대한 입력 여부를 판정하는 입력 감지 소자.
제1항에 있어서,
상기 정전용량 노드의 제2 전극에서의 출력 신호가 상기 전하 펌프의 클락 입력단 중에서 적어도 하나의 입력단으로 입력되는 입력 감지 소자.
제4항에 있어서,
상기 정전용량 노드의 제2 전극에서의 출력 신호를 안정시키기 위한 바이어스 안정화 수단을 더 포함하는 입력 감지 소자.
제5항에 있어서,
상기 바이어스 안정화 수단은 상기 정전용량 노드의 제2 전극에서의 출력 신호가 입력되는 입력단과 전기적으로 접속되는 전하 증폭기 또는 풀-업 저항을 포함하는 입력 감지 소자.
적어도 하나의 정전용량 노드를 갖는 터치 패널을 위한 입력 감지 방법에 있어서,
상기 적어도 하나의 정전용량 노드의 제1 전극을 통해 감지 신호를 인가하고;
상기 감지 신호에 응답하여 상기 적어도 하나의 정전용량 노드의 제2 전극으로부터의 출력 신호를 전하 소스로 전하 펌프(charge pump)로 입력하며; 그리고
상기 전하 펌프의 출력 전압을 이용하여 상기 터치 패널에 대한 입력 여부를 판정하는 입력 감지 방법.
다수의 제1 전극 라인이 나란히 형성되어 있는 제1 기판;
상기 제1 기판과 이격 배치되어 있으며, 상기 제1 전극 라인에 수직인 다수의 제2 전극 라인이 나란히 배치되어 있는 제2 기판:
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이에 개재되어 있는 유전체층; 및
상기 다수의 제1 전극 라인과 상기 다수의 제2 전극 라인의 교점에서의 정전용량 변화를 이용하여 입력 여부를 판정하는 감지부를 포함하고,
상기 감지부는 상기 다수의 제1 전극 라인에 순차적으로 인가되는 감지 신호에 응답하여 상기 교점으로부터 출력되는 출력 신호가 전하 소스로서 입력되는 전하 펌프(charge pump)를 포함하되, 상기 전하 펌프의 출력 전압을 이용하여 입력 여부를 판정하는 터치 패널.
제8항에 있어서,
상기 감지부는 상기 다수의 제2 전극 라인과 각각 접속되는 다수의 상기 전하 펌프를 포함하는 터치 패널.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 감지부는 상기 전하 펌프의 출력 전압을 소정의 기준 전압과 비교하기 위한 비교기(comparator)를 더 포함하되, 상기 비교기의 출력 신호를 이용하여 상기 터치 패널에 대한 입력 여부를 판정하는 터치 패널.
제10항에 있어서,
상기 감지부는 상기 비교기의 출력 신호로부터 상기 전하 펌프의 출력 전압이 상기 기준 전압에 도달하는 시간을 계산하는 카운터를 더 포함하되, 상기 카운터의 값을 이용하여 상기 터치 패널에 대한 입력 여부를 판정하는 터치 패널.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 교점으로부터의 출력 신호가 상기 전하 펌프의 클락 입력단 중에서 적어도 하나의 입력단으로 입력되는 터치 패널.
제8항 또는 제9항에 있어서,
상기 감지 신호는 소정의 시간 간격을 갖는 복수의 입력 전압 펄스를 포함하는 터치 패널.
제1 기판 및 상기 제1 기판과 이격되어 배치되어 있으며 제2 기판을 포함하는 한 쌍의 기판과, 상기 한 쌍의 기판에 형성되어 있는 다수의 전극 쌍과, 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극에 채워져 있는 전기 유변 유체를 포함하는 터치 패널 몸체;
상기 전기 유변 유체를 구동하는 구동 전압을 상기 다수의 전극 쌍의 전부 또는 일부에 인가하는 구동부; 및
상기 다수의 전극 쌍에 감지 신호를 순차적으로 입력하여, 입력된 감지 신호에 대한 응답으로 상기 한 쌍의 기판 사이의 간극 변화에 따른 커패시턴스의 변화를 이용하여 입력 여부를 판정하는 감지부를 포함하고,
상기 감지부는 상기 감지 신호에 응답하여 상기 전극 쌍으로부터 출력되는 출력 신호가 전하 소스로서 입력되는 전하 펌프(charge pump)를 포함하되, 상기 전하 펌프의 출력 전압을 이용하여 입력 여부를 판정하는 터치 패널.
제14항에 있어서,
상기 감지부에서 감지된 상기 커패시턴스의 변화가 소정의 임계치 이상인 것으로 판정되면, 상기 구동부는 상기 인가된 구동 전압을 해제하는 터치 패널.
제14항에 있어서,
상기 감지 신호는 감지 전압 펄스이고,
상기 구동 전압과 상기 감지 전압 펄스를 조합하여 상기 전극 쌍에 인가하기 위한 조합부를 더 포함하는 터치 패널.
제16항에 있어서,
상기 조합부에서 조합된 전압과 상기 센싱 펄스 전압 중에서 하나를 선택하여 상기 전극 쌍에 인가하기 위한 선택부를 더 포함하는 터치 패널.
제14항에 있어서,
상기 다수의 전극 쌍은 상기 제1 기판에 제1 방향으로 연장되어 나란히 형성된 복수의 제1 전극 라인들과 상기 제2 기판에 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장되어 나란히 형성된 복수의 제2 전극 라인들을 포함하고,
상기 구동 전압이 상기 다수의 전극 쌍의 전부 또는 일부에 인가된 상태에서, 상기 감지 신호가 상기 복수의 제1 전극 라인들에 순차적으로 입력되는 터치 패널.
제18항에 있어서,
상기 감지부는 상기 복수의 제2 전극 라인들 각각에 접속된 복수의 상기 전하 펌프를 포함하는 터치 패널.
제1 방향으로 연장된 M(M은 2이상의 정수)개의 제1 전극 라인이 나란히 형성되어 있는 제1 기판;
상기 제1 기판과 이격되어 배치되어 있으며, 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향으로 연장된 N(N은 2이상의 정수)제2 전극 라인들이 나란히 형성되어 있는 제2 기판;
상기 제1 기판과 상기 제2 기판 사이의 간극에 채워져 있는 전기 유변 유체;
상기 전기 유변 유체를 구동하기 위한 구동 펄스 전압과 입력 여부를 판정하기 위한 센싱 펄스 전압을 발생시키는 펄스 생성 회로부;
상기 펄스 생성부로부터 입력되는 구동 펄스 전압과 센싱 펄스 전압을 조합하여 상기 M개의 제1 전극 라인에 인가하기 위한 펄스 인가 회로부; 및
상기 센싱 펄스 전압에 응답하여 상기 M개의 제1 전극 라인들 각각과 상기 N개의 제2 전극 라인들 각각의 교차점에서의 커패시턴스의 변화를 센싱하기 위한 센싱 회로부를 포함하고,
상기 센싱 회로부는 상기 N개의 전극 라인들 각각과 동작적으로 접속되는 N개의 전하 펌프를 포함하는 터치 패널.