KR20120126467A - 화면 뒷면에 배치된 터치 스크린 센서 시스템 - Google Patents

화면 뒷면에 배치된 터치 스크린 센서 시스템 Download PDF

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Abstract

본 발명은 종래의 터치 스크린 입력 시스템과 달리 터치 스크린 센서를 디스플레이 뒷면에 위치하게 하여 여러 가지 개선을 한 것이다. [대표도]의 (가)에 나와 있는 바와 같이 디스플레이(420), 주 제어 회로부(430), 터치 스크린 센서부(410) 순서로 각 블록을 적층 하여 터치 스크린 입력을 제품의 뒷면에서 하도록 한다. 터치 스크린 센서부(410)가 디스플레이(420) 뒤쪽에 배치됨으로 인하여 터치 스크린 센서의 전극을 투명 금속으로 만들 필요가 없다. 종래 기술에서 요구되는 ITO와 같은 투명 금속은 희귀성으로 비싸기도 하지만 저항값이 커서 센서의 RC 충방전 시간을 길어지게 되고, 이 충방전 시간은 센서 스캔 속도에도 영향을 준다. 본 발명은 구리와 같은 전도성이 좋은 금속을 터치 스크린 전극으로 사용하므로 값싸게 만들고,센서 스캔 속도를 빠르게 할 수 있다. [대표도] (나)의 터치 스크린 센서부(410)의 회로도에서 볼 수 있는 바와 같이 터치 스크린 센서는 저항이 없는 순수한 콘덴서로 구성된다.
터치 스크린 센서를 제품의 뒷면에 위치하게 함으로써 제품을 양손으로 쥐고 사용할 때 엄지 손가락을 제외한 여러 개의 손가락이 제품 뒷면의 터치 스크린을 접촉할 수 있음으로 터치 스크린 키보드를 사용하는 응용 프로그램을 더 신속하고 편리하게 사용할 수 있는 것이 본 발명의 특징이다.

Description

화면 뒷면에 배치된 터치 스크린 센서 시스템 {A touch screen system with touch sensor at the back of display}
본 발명은 스마트폰과 같은 전자 기기에서 사용하는 터치 스크린 센서 기술에 관한 것이다.
본 발명의 배경 기술로서 스마트폰, 타블렛(Tablet) PC와 같은 전자 기기에 사용된 터치 스크린 기술이 있다. 종래 기술이 사용된 스마트폰, 타블렛 PC의 구성을 [도 1a], [도 1b], [도 2a], [도 2b], [도 3a]에 나타냈는데, 설명하고자 하는 목적에 따라 작도의 관점을 달리한 것들이다. [도 1a]는 기능 블록별 적층구조를 설명하기 위한 것이고, [도 1b]는 신호 흐름과 제어 흐름을 나타내기 위해 [도 1a]에서 주 제어 회로부(130)를 펼쳐서 그린 것이다. [도 2a]와 [도 2b]는 [도 1a]를 위에서 내려다 보고 그린 단면도라 할 수 있고, 이것들은 터치 감지 원리를 설명하기 위한 것들이다. [도 3a]는 종래 기술의 핵심 전자 블록(터치 스크린 센서부(110)와 주 제어 회로부(130))을 전자 회로 형태로 나타낸 것이다. [도 2c]는 종래 기술의 터치 스크린 센서부(110)와 본 발명의 터치 스크린 센서부(410)의 구체적인 전극 패턴의 한 예로서 종래 기술 설명과 본 발명 설명에 모두 사용된다. [도 3b]는 [도 3a]의 회로의 동작 설명을 위한 것이다.
스마트폰이나 타블렛 PC와 같은 기존 제품들의 대략적인 기능 블록별 적층 구조가 [도 1a]에 나타나 있다. 통상적으로 사용자가 사용시 보는 화면을 위로 향하도록 한 것을 기준으로 하여 각 기능 블록별 적층 구조의 순서 보면, 가장 상층부에 터치 스크린 센서부(110), 그 바로 밑에 디스플레이(120), 맨 아래에 주 제어 회로부(130)가 있다. [도 1a]의 기능 블록별 적층 순서는 본 발명과 다른 점 중의 하나이다. 기존 터치 스크린은 크게 저항 방식과 정전 용량 방식이 있는데, 다수의 터치(Multi touch)가 가능한 정전 용량 방식을 기준으로 배경 기술을 성명한다. [도 1a]의 화살표는 신호의 흐름 혹은 제어 방향을 나타낸다. 주 제어 회로부(130)에서 나와 디스플레이(120)를 향한 화살표는 디스플레이 구동 신호를 나타낸다. 주 제어 회로부(130)에서 나와 터치 스크린 센서부(110)를 향한 화살표는 터치 스크린 스캔을 위한 출력 신호를 나타내고, 그 반대 방향의 화살표는 스캔 결과가 전달되는 입력 신호이다.
종래 기술의 전자 회로부를 설명하기 위한 것으로 [도 1b]는 [도 1a]의 주 제어 회로부(130)의 구성을 나타낸 것이다. 주 제어 회로부(130)는 크게 마이크로 프로세서가 중심이 되는 제어부(130-2, 호스트 프로세서)와 터치 스크린 센서부(110)를 제어하는 터치 스크린 제어부(130-1, 터치 스크린 제어 IC)로 구성되어 있다. 제어부(130-2)는 통상의 정보기기와 같이 사용자의 입력을 받아들이고, 응용 프로그램을 실행하고, 그 결과를 디스플레이(120)에 나타나게 해준다. 제어부(130-2, 호스트 프로세서)의 입력 장치는 터치 스크린 센서부(110)와 터치 스크린 제어부(130-1)로 구성된다.
[도 2a]는 손가락 접촉이 없는 터치 스크린 센서 노드(두개 의 전극(110-2와 110-4)으로 형성된 콘덴서)의 전계(110-3) 표시하고, [도 2b]는 손가락 접촉이 있을 시 노드의 전계(110-4) 표시한다. [도 2c]는 터치 스크린 센서(110)의 모든 노드들을 평면적으로 나타낸 것이고, [도 2a]와 [도 2b]는 도면 작도의 편의를 위해서 대표적인 노드(X0열과 Y0행이 교차하는 위치의 노드) 하나만 단면으로 나타낸 것이다. 또한, [도 2a]와 [도 2b]의 노드는 단순화하여 작도된 것이고, [도 2c]는 노드들의 실제 모양과 배열들을 나타낸 것이다. 터치 스크린 표면(덮개) 상에서 접촉된 위치의 좌표를 검출하는 것이 궁극적인 터치 스크린의 목적이고, 이를 위해 많은 수의 노드가 스캔(Scan) 가능한 배열을 구성한다. [도 2a]와 [도 2b]에서 핵심적으로 설명하고자 하는 것은 손가락으로 접촉이 됐을 때 노드(X전극(110-2)과 Y전극(110-4)으로 형성된 콘덴서)의 용량 변화와 이 변화로 인한 Y전극에 전달되는 신호(250과 350)의 변화이다. [도 2a]는 터치 스크린에 손가락 접촉이 없는 자연스런 상태이고, [도 2b]는 사용자의 입력을 위해서 손가락을 터치 스크린에 접촉시킨 상태이다. 손가락 접촉이 없는 자연스런 상태에서 형성되는 [도 2a]의 전계(110-3)는 손가락을 접촉시키면 [도 2b]의 전계(310-3)와 같이 변화가 생기고, 이것이 노드의 용량 변화를 가져 온다. [도 2a]의 손가락은 인체를 통해 대지에 연결된 것이다. 통상적으로 신호가 압력 되는 전극(110-2)을 X전극, 신호가 출력되는 전극(110-4)을 Y전극이라 부른다. [도 2a]는 X전극(110-2)과 Y전극(110-4) 사이에 형성된 전계가 방해받지 않음으로 그 사이에 형성된 콘덴서 용량이 상대적으로 큰지만, [도2b]와 같이 손가락으로 전계가 방해를 받으면 그 콘덴서 용량이 줄어든다. 용량이 줄어든 만큼 X전극에서 Y전극으로 전달되는 신호의 크기도 줄어든다. 터치 스크린 IC(130-1)는 스캔을 통해서 각 노드의 신호 감쇠 여부를 판단하고, 감쇠 신호들을 가중치 계산으로 손가락 접촉 위치를 검출한다. 자세한 스캔 방법과 손가락 접촉으로 인한 신호의 감쇠에 대해서는 후술되는 [도 3a]와 [도 3b]에서 자세히 설명한다.
[도 2a]와 [도 2b]의 최상층에는 제품의 덮개 유리(110-1)가 있고 그 바로 아래 전극(110-2와 110-4)들이 있는데, 그 바로 아래에 있는 디스플레이(120)의 화면 내용을 사용자가 볼 수 있도록 하기 위해 전극들(110-2와 110-4)은 투명 금속으로 만들어져야한다. 대표적인 투명 금속으로 ITO(Indum Thin Oxide)가 거의 모든 터치 스크린에 사용된다. ITO는 투명성 좋았지만 저항값이 큰이 커서 터치 센서 설계시 제약이 따른다.
[도 3a]와 [도 3b]는 터치 스크린의 동작을 전자 회로적으로 설명하기 위한 도면들이다. [도 3a]의 터치 스크린 센서(110)의 회로는 [도 2c]의 ITO 전극들을 등가적으로 나타낸 것이다. ITO 전극의 패턴은 손가락 접촉시 용량 변화가 적절하게 일어나도록 만들어진다. 이미 상품화된 터치 스크린의 ITO 전극 패턴은 다양한 것들이 있다. 대표적인 패턴인 다이아몬드 패턴을 [도 2c]에 나타냈다. 각 전극은 다이아몬드 모양이고, 세로 방향/가로 방향으로 각각 X열 Y행 형태로 연결되어 있다. [도 2c]에는 5개의 X열과 6개의 Y행이 있다. X열과 Y행의 수는 터치 스크린의 화면 크기에 따라서 달라지는데, 본 종래 기술 설명에서는 각 5열과 6행의 터치 스크린을 예로 설명한다. X열과 Y행이 교차하는 곳에 콘덴서, 즉 센서의 노드가 형성된다. X0와 Y0이 교차하는 곳에 있는 노드의 전기장을 점선으로 표시했다. 이 전기장은 [도 2a]와 [도 2b]에 표시했던 전기장과 같은 것이다. [도 3a]의 터치 스크린 센서(110)의 회로는 [도 2c]의 터치 스크린 센서 패턴(110)을 등가적인 회로로 나타낸 것이고, 여기서 모든 저항들(R_ito)은 ITO 전극 자체가 가지고 있는 저항이고, 콘덴서들(C0 - C29)은 인접한 X전극들과 Y전극들에 의해 형성된 것들이다.
[도 3b]는 터치 스크린 센서(100)와 터치 스크린 제어 IC(130-1)의 동작 설명을 위한 타이밍도 이다. 센서 스캔을 위해 터치 스크린 제어 IC(130-1)는 주기 적으로 [도 3b]의 X 펄스들(X0 - X5)을 출력한다. 터치 스크린 제어 IC로부터 출력된 X 펄스는 터치 스크린 센서(110)를 통과하여 각 Y라인(Y0 - Y5)으로 전달된다. [도 3a]에 도시한 바와 같이 X라인으로부터 Y라인으로 전달 경로는 저항과 콘덴서로 이루어져 있음으로 X라인에 보내진 구형파 신호는 RC 충방전 파형으로 변하여 Y라인으로 전달된다. X라인들(X0 - X4)과 Y라인들(Y0 - Y5)의 파형이 [도 3b]에 나타나 있다. Y라인으로 되돌아오는 신호의 크기는 터치 스크린(덮개 110-1) 상의 해당 노드 위치에 접촉이 있을 때 줄어든다. 앞에서 언급한 바와 같이 해당 노드의 위치를 접촉하게 되면 콘덴서의 용량이 줄어들게 되고, 이로 인해 전달되는 신호의 크기도 줄어들게 된다. [도 3a]의 예시에서 C12 노드의 위치가 손가락으로 접촉되어 있다. 즉 C12가 다른 콘덴서들보다 용량이 줄어들게 되고, 이것을 통과하는 신호도 상대적으로 줄어들게 된다. C12는 X2의 펄스를 Y2로 전달한다. C12의 용량이 줄어듬으로 인하여 X2의 펄스가 나오는 구간에서 Y2의 신호의 크기가 줄어든다. [도 3b]에서 (가)로 표기된 부분이 줄어든 신호의 구간이다. 터치 스크린 제어 IC(130-1)는 타이밍 도([도 3b] 상에서 신호가 줄어든 위치([도 3b]의 예에서 (가)와 같은 위치)로 손가락이 터치 스크린상에서 접촉된 위치를 알게 된다. 터치 스크린 제어 IC는 접촉 위치가 검출되면 접촉 위치의 좌표를 호스트 프로세서(130-2)에 보낸다. 이와 같은 동작에 의해서 터치 스크린(110와 130-1)이 호스트 프로세서에 사용자 입력을 전달한다.
스마트폰이나 타블렛 PC, 등에 사용된 종래의 터치 스크린은 디스플레이 윗면에 위치한다. 따라서 디스플레이 화면의 내용이 보이게 하기 위해서는 터치 스크린 센서의 전극들이 투명해야만 한다. 종래의 터치 스크린에 가장 많이 사용되는 투명 금속은 ITO이다. ITO와 같은 투명 금속은 희소성으로 인하여 매우 비싸고, 저항 값이 커서 좋은 도체는 아니다. ITO 전극의 저항 값이 커지게 되면 RC 충방전 시간이 길어지게 되므로 높은 주파수의 X펄스([도 3b] 참조)를 사용할 수 없게 된다. X 펄스 주파수가 낮은 만큼 스캔하는 시간이 많이 걸려 접촉(Touch) 검출 속도가 느려진다. 또한 ITO의 빛 투과율이 80 - 90% 정도로 낮음으로 디스플레이의 밝기를 더 밝게 해야한다. 터치 스크린은 주로 휴대 기기에 많이 사용되는데, 더 밝은 표시는 소비전력이 늘어나게 함으로 치명적인 단점이 된다.
본 발명은 터치 스크린 센서가 디스플레이 뒷면에 위치하는 것이 가능하게 하는 기술로서, 터치 스크린 센서 전극에 투명 금속을 사용할 필요성이 없게 하였다. 본 발명은 투명 금속 대신 구리와 같은 값싸고 도전성이 좋은 도체를 사용할 수 있게 함으로써 터치 스크린 제조 가격을 대폭 낮출 수 있고, 빛의 투과율 문제, X 펄스의 주파수 제한 문제, 등을 해결하였다. 또한 양손으로 쥐고 사용할 때 여러 손가락으로 키보드 입력과 같은 방법의 사용자 입력이 가능하게 하는 편리성도 본 발명은 제공한다.
본 발명의 기술을 사용한 스마트폰, 타블렛 PC와 같은 전자 기기의 구성을 [도 4a], [도 4b], [도 5a], [도 5b], [도 6a]에 나타냈는데, 설명하고자 하는 목적에 따라 작도의 관점을 달리한 것들이다. [도 4a], [도 4b], [도 5a], [도 5b], [도 6a]는 종래 기술이 사용된 제품의 구성 도면 [도 1a], [도 1b], [도 1a], [도 2b], [도 3a]에 각각 해당하는 것들로서, 본 발명의 독특한 기술에 해당하는 부분을 제외한 나머지 부분에 있어서는 본 발명 것과 종래의 것이 같다. 이후 설명에서 종래의 구성과 같은 역할의 블록에 대해서는 설명을 생략한다. [도 4a]는 본 발명의 기술이 적용된 스마트폰이나 타블렛 PC와 같은 제품의 기능 블록별 적층구조를 설명하기 위한 것이고, [도 4b]는 신호 흐름과 제어 흐름을 나타내기 위해 [도 4a]에서 주 제어 회로부(430)를 펼쳐서 그린 것이다. [도 5a]와 [도 5b]는 [도 4a]를 위에서 내려다 보고 그린 단면도라 할 수 있고, 이것들은 [도 2a]와 [도 2b]와 같이 터치 감지 원리를 설명하기 위한 것들이다. [도 6a]는 종래 기술의 핵심 전자 블록(터치 스크린 센서부(410)와 주 제어 회로부(430))을 전자 회로 형태로 나타낸 것이다. [도 2c]는 터치 스크린 센서부(410)의 구체적인 전극 패턴의 한 예이다. [도 6b]는 [도 6a]의 회로의 동작 설명을 위한 것이다. [도 7a]와 [도 7b] 본 발명의 터치 스크린 동작을 설명하기 위한 플로차트(Flowchart)이고 [도 8a]와 [도 8b]는 본 발명의 기술을 사용한 제품의 사용 예를 표시한 것이다.
[도 4a]는 본 발명의 기술을 사용한 제품의 기능별 적층 순서를 나타낸 것이고, 디스플레이(420), 주 제어 회로부(430), 터치 스크린 센서부(410) 순서로 적층되어 있다. 이것은 종래 기술의 [도 1a]에 해당하는 것으로서 터치 스크린 센서부가 디스플레이의 화면을 가리지 않도록 맨 하층에 위치하게 한 것이 종래의 것과 다르다. 터치 스크린 센서가 제품의 뒷면에 있는 것이 본 발명의 가장 큰 특징이다. 터치 스크린이 뒷면에 있는 본 발명의 사용의 편리성을 [도 8a]와 [도 8b]에서도 볼 수 있다. [도 8a]나 [도 8b]와 같이 스마트폰이나 타블렛 PC를 본 발명의 기술을 적용하여 만든 경우 양손으로 쥐고 제품의 뒷면에 있는 터치 스크린을 손가락으로 접촉하여 사용할 수 있다. 또한 문자 입력이 필요한 응용프로그램을 사용할 경우 [도 8b]와 같은 키보드 형태의 입력이 가능하게 해준다.
본 발명의 터치 스크린 센서부(410)는 종래 기술의 터치 스크린 센서부(110)와 같은 기능을 하지만 투명 금속이 아닌 값싸고 전도성이 좋은 도체로 전극이 만들어진 것이다. 종래 기술의 ITO전극 대비 전극의 저항이 없음으로 콘덴서만의 배열을 갖는 등가 회로([도 6a]의 410)가 능하다. 본 발명의 주 제어 회로부(430)는 응용 프로그램을 실행시키고, 디스플레이를 구동하고, 터치 스크린의 입력을 받아드리는 관점에서는 종래 기술의 주 제어 회로부(130) 같다고 볼 수 있으나, 본 발명의 기술 구현을 위해 개선된 부분들이 다르다. 개선된 부분들에 대해서는 뒤에서 [도 7a]와 [도 7b]의 플로차트로 설명한다.
[도 4b]는 종래 기술의 [도 1b]와 같은 개념으로 [도 4a]의 주 제어 회로부(430)를 펼쳐서 그린 것이다. 주 제어 회로부(430)를 구성하는 터치 스크린 제어 IC(430-1)와 호스트 프로세서(430-2)는 마이크로 컨트롤러들로서 프로그램이 가능하고, 이들 프로그램에 의해서 기능이 달라진다. 본 발명의 구현을 위한 프로그램에 관해서는 뒤에서 플로차트로 설명한다.
[도 5a]와 [도 5b]는 종래 기술의 [도 2a]와 [도 2b]에 해당하는 부분을 나타낸 것이다. 터치 스크린 센서부(410-1, 410-2, 410-3, 410-4)가 맨 아래 있는 것과 센서 전극(410-2, 410-4)이 투명 금속이 아닌 전도성이 좋은 구리와 같은 금속으로 만들어진 것이 종래의 것과 다르다. [도 5a]와 [도 5b]에서 핵심적으로 설명하고자 하는 손가락 접촉에 의해 용량이 줄어드는 원리는 종래의 기술과 같다. [도 5a]는 손가락이 터치 센서 덮개(410-3)에 접촉하지 않고 근접한 상태를 나타낸 것이다. [도 5b]는 손가락이 터치 센서 덮개에 완전히 접촉 경우이고, 이에 비해 [도 5c]는 접촉하지 않고 근접한 경우를 나타내며 전기장(410-5) 굴절이 [도 5b]보다 적다. 손가락에 의한 전기장 굴절이 전혀 없는 [도 5a]의 경우에 Y 출력신호(550)가 가장 크고, 굴절이 가장 큰 [도 5b]의 경우에 Y 출력신호(650-1)가 가장 적고, 굴절이 조금 있는 [도 5c]의 경우에 Y 출력신호(650-2)가 중간 정도이다. 이들 Y 신호의 크기는 손가락의 비접촉, 접촉, 근접을 구별하는데 사용한다. 본 발명의 전극 패턴은 종래의 것과 다르지 않고, [도 2c]의 패턴을 사용할 수 있다. 다만 전극의 재료가 투명 금속이 아닌 일반 전도성이 좋은 금속이라는 점만 다르다.
[도 6a]는 종래 기술의 [도 3a]에 해당한 부분이다. [도 6a]와 [도 3a]의 차이는 전극의 저항 차이이다. [도 2c]의 전극 패턴을 구리와 같은 도전성이 좋은 금속으로 만들면 터치 스크린 센서부(410)의 등가 회로는 [도 6a]와 같이 저항이 없는 순수한 콘덴서 배열이 된다. 즉 [도 6a]의 터치 스크린 센서부(410) 회로는 종래의 기술 [도 3a]의 터치 스크린 센서부(110)에서 모든 저항(R_ito)들을 0 옴(ohm)으로 했을 때와 같은 것이다. 본 발명에서는 도전성이 좋은 금속으로 전극을 만드므로 종래 기술에서 ITO로 전극을 만들었을 때 있었던 저항(R_ito)들에 해당하는 저항들이 거의 0옴(ohm)이다. 본 발명에서는 전극의 저항이 0옴(ohm)이므로 대신 직렬저항들(440)을 추가했는데, 이것들은 적정한 RC 충방전 시간을 맞추기 위한 것이다.
[도 6b]는 종래 기술 설명의 [도 3b] 해당하는 것으로 [도 6a]의 동작을 설명하기 위한 파형도 이다. 센서 스캔을 위해 터치 스크린 제어 IC(430-1)는 주기 적으로 [도 5b]의 X 펄스들(X0 - X5)을 출력한다. 터치 스크린 제어 IC로부터 출력된 X 펄스는 터치 스크린 센서(410)를 통과하여 각 Y라인(Y0 - Y5)으로 전달된다. 종래의 기술 대비 본 발명에서는 고주파의 X 펄스를 사용할 수 있다. 고주파 사용이 가능한 이유는 전극 저항이 없음으로 짧은 RC 충방전 시간이 가능하기 때문이다. [도 6a]에 도시한 바와 같이 X라인으로부터 Y라인으로 전달 경로는 저항과 콘덴서로 이루어져 있음으로 X라인에 보내진 구형파 신호는 RC 충방전 파형으로 변하여 Y라인으로 전달된다. X라인들(X0 - X4)과 Y라인들(Y0 - Y5)의 파형이 [도 6b]에 나타나 있다. Y라인으로 되돌아오는 신호의 크기는 터치 스크린상의 해당 노드의 덮개(410-1)에 근접하거나 접촉했을 때 줄어든다. [도 5b]와 [도 5c]의 설명에서 언급한 바와 같이 접촉한 경우가 근접한 경우보다 Y라인으로 되돌아 오는 신호가 더 줄어든다. [도 6b]는 X4와 Y1이 교차하는 위치(노드(C9) 위)에 접촉한 손가락이 있고, X4와 Y3이 교차하는 위치(노드(C19 위)에 근접한 손가락이 있는 경우의 파형을 나타낸 것이다. 타이밍도([도 6b]) 상의 (가)의 위치는 노드 C9에 해당하고, (나)의 위치는 노드 C19의 위치에 해당한다. 접촉에 의한 (가) 위치의 신호는 문턱 값 TH1 보다 많이 줄어들었고, 근접에 의한 (나) 위치의 신호는 문턱 값 TH2보다는 많고 TH1보다는 적게 줄어들었다. 스크린 IC(430-1)는 접촉과 근접 조건을 검출하고 검출 결과(리포트(Report))를 호스트 프로세서(430-2)에 보내기 위해 [도 7a]의 플로차트와 같은 프로그램을 수행한다. [도 7a]의 터치 스크린 루틴(710)에서 [도 6b]의 파형과 같이 X 펄스들(X0 - X4)을 내보내고 센서 출력(Y0 - Y5)을 받아 드린다. 판단 루틴(720)에서는 [도 6b]의 (가)의 부분처럼 접촉 판단 기준치(TH1)보다 더 많이 줄어든 센서 출력 신호가 있는지 확인하고, 조건을 만족하는 경우가 있다면 접촉 리포트 루틴(730)으로 분기하고 그렇지 않으면 다음 판단 루틴(740)으로 분기한다. 접촉 리포트 루틴(730)은 접촉 위치를 포함한 접촉 리포트를 호스트 프로세서(430-2) 보낸다. 판단 루틴(730)에서는 [도 6b]의 (나)의 부분처럼 근접 판단 기준치(TH2)보다 더 많이 줄어든 센서 출력 신호가 있는지 확인하고, 조건을 만족하는 경우가 있다면 근접 리포트 루틴(750)으로 분기하고 그렇지 않으면 시작점으로 돌아간다. 근접 리포트 루틴(750)은 근접 위치를 포함한 접촉 리포트를 호스트 프로세서(340-2)에 보낸다.
[도 6a]의 호스트 프로세서(430-2)는 본 발명의 터치 스크린을 사용하는 사용자 인터페이스와 관련된 기능을 제외한 다른 모든 기능은 종래의 스마트폰이나 타블렛 PC의 것과 같다. [도 7b]는 호스트 프로세서(430-2)의 동작 설명을 위한 플로차트이다. 호스트 프로세서(430-2)는 응용 프로그램을 실행 시킨 후 루틴(820)에서 터치 스크린 제어 IC(430-1)로부터 오는 입력(접촉 혹은 근접 리포트)을 기다린다. 판단 루틴(830)에서 입력이 접촉 리포트인 경우 명령 실행 루틴(840)으로 분기하고, 그렇지 않은 경우는 다음 판단 루틴(850)으로 분기한다. 명령 실행 루틴(840)에서는 접초 리포트에 포함된 위치 좌표의 아이콘(Icon) 명령을 실행시킨다. 판단 루틴(850)에서 입력이 근접 리포트인 경우는 예비 위치 표시 루틴(860)으로 분기하고, 그렇지 않은 경우는 입력 대기 루틴(820)으로 되돌아 간다. 예비 위치 표시 루틴(860)은 화면 뒷면에서 접촉하는 것을 돕기 위해 손가락이 근접하는 아이콘에 돋보이기(Highlight) 표시를 해준다.
제품 사용 관점에서 보자면, 본 발명은 사용자가 화면을 보면서 화면에 표시된 아이콘을 선택하거나 끌기(Draging) 위해서 제품(화면)의 뒷면에 부착된 터치 스크린을 접촉하여 사용자 입력을 원활히 할 수 있도록 도와 준다. [도 8a]와 [도 8b]에서와 같이 손가락이 화면 뒤에서 접촉을 하므로 선택하고자 하는 아이콘이나 대상물이 손가락 위치와 일치하는지 정확히 알 수 없음으로 근접한 손가락이 어느 위치에 있는지 실제 접촉이 이루어 지기 전에 예비 표시([도 8a]의 910)를 보여주는 기능을 지원하다. 만일 아이콘이 커서 선택을 순전히 감각적으로 선택할 수 있는 응용 프로그램에 사용하는 경우라면 예비로 보여주는 기능은 필요 없다. [도 8a]와 [도 8b]는 본 발명의 기술이 각기 다른 응용 프로그램에 적용되어서 사용되는 모습을 나타낸 것이다. [도 8a]는 양손 중지 손가락으로 제품(화면) 뒤에서 터치 스크린 접촉하여 사용자 입력을 전달하는 것이다. [도 8b]는 키보드와 같은 입력이 필요할 때 본 발명의 기술이 사용된 예이다. 이것은 양손으로 쥐고 검지, 중지, 약지, 새끼 손가락으로 키보드 자판을 선택하는 모습을 나타낸 것으로서 오른손 약지가 가장 많이 구부러져서 "L"자를 화면 뒤에서 접촉한 장면을 나타내고 있다.
터치 스크린 센서를 화면 뒤에 배치해도 사용자 입력 장치로 동작할 수 있게 함으로써 터치 스트린의 전극이 ITO와 같은 비싼 투명 금속으로 만들어 질 필요가 없게하고, 투명 금속의 저항 값이 크므로 인해 RC 충방전 시간이 길어지고 이 긴 시간은 터치 스캔 속도를 어느 일정치 이상으로 높일 수 없는 종래 기술의 한계를 극복하고, [도 8a]와 [도 8b]와 같이 제품을 양손으로 쥐고 사용할 때 더 많은 손가락이 사용자 입력(접촉 Touch)에 사용될 수 있게 한 것이 본 발명의 대표적인 효과이다.
종래 기술에서는 터치 센서 전극으로 투명 금속이 반드시 사용되어야 했고, 투명 금속의 빛의 투가율이 100%로 안 되선 화면의 밝기를 더 밝게 했어야 했고, 이것은 휴대용 기기에 치명적인 소비전력의 증가를 초래했다. 본 발명의 경우는 터치 스크린으로 인하여 디스플레이를 더 밝게 할 필요가 없어졌다.
종래의 기술(터치 스크린이 디스플레이 위에 있는 것)을 사용한 제품을 양손으로 쥐고 사용하는 경우 양손 엄지 손가락들만 입력(접촉 Touch)에 사용될 수 있었던 반면 본 발명의 기술을 사용할 경우 [도 8b]와 같이 양 엄지 손가락을 제외한 8개의 손가락이 터치 입력에 사용될 수 있다. 더 나아가 종래의 기술(상면에 터치 스크린이 있는 것)과 본 발명의 기술(하면에 터치 스크린이 있는 것)을 조합하여 제품을 만들면 10개 손가락 모두를 터치 입력에 사용할 수 있다.
[도 1a]는 종래 기술을 사용한 스마트폰, 타블렛 PC, 등의 전자 기기의 기능 블록별 적층 순서를 나타낸 도면이다. 여기에 터치 스크린 센서부(110), 디스플레이(120), 주 제어 회로부(130)가 적층 순서대로 나타나 있다.
[도 1b]는 종래 기술 도면 [도 1a]에서 주 제어 회로부(130)를 펼쳐서 그린 것이다.
[도 2a]는 종래 기술에서 사용된 터치 센서의 전계(110-3) 형성을 나타낸 것이다.
[도 2b]는 종래 기술 설명을 위한 것으로 손가락으로 접촉했을 때 터치 센서의 전계(310-3) 형성을 나타낸 것이다.
[도 2b]는 여러 가지 터치 전극 패턴들 중 가장 다이아몬든 패턴을 나타낸 것으로서 종래 기술, 본 발명의 기술 설명에 사용된 것이다.
[도 3a]는 종래 기술의 터치 스크린 센서와 주 제어 회로부의 회로도이다.
[도 3b]는 종래 기술의 도면 [도 3a]의 회로를 설명하기 위한 타이밍도 이다.
[도 4a]는 본 발명의 기술을 사용한 스마트폰, 타블렛 PC, 등의 전자 기기의 기능 블록별 적층 순서를 나타낸 도면이다. 여기에 디스플레이(120), 주 제어 회로부(130), 터치 스크린 센서부(410)가 적층 순서대로 나타나 있다.
[도 4b]는 본 발명의 기술 도면 [도 4a]에서 주 제어 회로부(430)를 펼쳐서 그린 것이다.
[도 5a]는 본 발명에서 사용된 기술의 터치 센서의 전계(410-3) 형성을 나타낸 것이다.
[도 5b]는 본 발명의 기술 설명을 위한 것으로 손가락으로 접촉했을 때 터치 센서의 전계(410-5) 형성을 나타낸 것이다.
[도 5c]는 본 발명의 기술 설명을 위한 것으로 손가락이 터치 센서에 근접했을 때 터치 센서의 전계(410-6) 형성을 나타낸 것이다.
[도 6a]는 본 발명에서 사용된 기술의 터치 스크린 센서와 주 제어 회로부의 회로도이다.
[도 6b]는 본 발명에서 사용된 기술의 도면 [도 3a]의 회로를 설명하기 위한 타이밍도 이다.
[도 7a]는 본 발명의 기술에서 핵심적인 역할을 하는 것 중의 하나인 터치 스크린 제어 IC(430-1)의 동작 설명을 위한 플로차트이다.
[도 7b]는 본 발명의 기술에서 핵심적인 역할을 하는 것 중의 하나인 호스트 프로세서 (430-2)의 동작 설명을 위한 플로차트이다.
[도 8a]는 본 발명의 기술이 사용된 제품이 사용되는 상황을 나타낸 것이다.
[도 8b]는 본 발명의 기술이 사용된 제품이 여러 손가락을 사용해서 터치 입력하는 상황을 나타낸 것이다.
TH1: 터치 스크린 상의 접촉 여부를 판단하기 위한 문턱(Threshold) 값으로서 터치 센서 출력 신호와 비교하는데 사용한다.
TH2: 터치 스크린 상의 근접 여부를 판단하기 위한 문턱(Threshold) 값으로서 터치 센서 출력 신호와 비교하는데 사용한다.

Claims (4)

  1. [도 4a]와 같이 디스플레이가 있고, 디스플레이 화면상의 선택 대상물을 터치 스크린 센서로 선택하여 사용자 입력을 결정하는 제품에 있어서 터치 스크린 센서를 디스플레이의 반대편에 위치시켜 터치 스크린 전극이 화면을 가리지 않도록 한 터치 스크린 입력 시스템. 본 청구항에서 언급한 손가락이 아닌 다른 도전성 물체로 터치 스크린을 접촉하는 경우도 본 청구하에 속한다.
  2. 청구항 1의 터치 스크린 입력 시스템과 터치 스크린 센서가 디스플레이 위에 있는 기존 터치 스크린을 결합하여 위/아래 터치 스크린 모두 작동하도록 만든 터치 스크린 입력 시스템.
  3. 터치 스크린 센서가 화면의 반대편에 위치한 전자기기에 있어서 [도 8b] 또는 이와 유사한 개념으로 전자 기기를 손으로 쥐고 사용할 때 글자들 혹은 아이콘과 같은 선책 대상물들을 각 손가락별로 선택하기 쉬운 화면의 위치에 표시하고 이 것들을 여러 손가락을 사용하여 쉽고 편리하게 사용자 입력을 할 수 있는 터치 스크린 입력 시스템. 본 청구항에서 언급한 손가락이 아닌 다른 도전성 물체로 터치 스크린을 접촉하는 경우도 본 청구하에 속한다.
  4. 터치 스크린 센서가 화면의 반대편의 위치한 전자기기에 있어서 전자기기의 뒷면에 있는 손가락으로 화면의 선택 대상물을 선택할 때 위치 선정이 쉽도록 손가락이 근접하는 위치를 미리 표시해주는 터치 스크린 입력 시스템. 본 청구항에서 언급한 손가락이 아닌 다른 도전성 물체로 터치 스크린을 접촉하는 경우도 본 청구하에 속한다.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO2015199458A1 (ko) * 2014-06-25 2015-12-30 ㈜엔피홀딩스 향상된 터치 감지 성능을 갖는 좌표입력장치

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WO2015199458A1 (ko) * 2014-06-25 2015-12-30 ㈜엔피홀딩스 향상된 터치 감지 성능을 갖는 좌표입력장치

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