KR20130136377A - 기생 정전용량을 감쇄하는 터치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

기생 정전용량을 감쇄하는 터치 검출 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일실시예는 복수의 구동 라인과 감지 라인에 의해 형성되는 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 패널의 터치 검출 장치에 있어서, 상기 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시키는 감쇄부를 포함하되, 상기 감쇄부는 상기 특정 센서 노드의 검출 시기에 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 상기 다른 센서 노드에 인가되도록 하는, 터치 검출 장치를 제공한다.

Description

기생 정전용량을 감쇄하는 터치 검출 장치 및 방법{TOUCH DETECTING APPARATUS AND METHOD FOR REDUCING PARASITIC CAPACITANCE}
본 발명은 터치를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 터치를 검출하는 센서 노드의 출력단 전압을 다른 센서 노드에 인가하여 기생 정전용량을 감쇄하는 터치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 화면에 표시된 문자나 도형을 사람의 손가락이나 다른 접촉 수단으로 접촉하여 사용자의 명령을 입력하는 장치로서, 영상 표시 장치 위에 부착되어 사용된다. 터치 스크린 패널은 사람의 손가락 등으로 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환하고, 변환된 전기적 신호는 입력 신호로서 이용된다.
터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전 용량 방식 등이 알려져 있다. 이 중 정전 용량 방식의 터치 패널은 사람의 손 또는 물체가 접촉될 때 도전성 감지 패턴이 주변의 다른 감지 패턴 또는 접지 전극 등과 형성하는 정전 용량의 변화를 감지함으로써 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 1을 참고하면, 터치 스크린 패널(10)은 투명 기판(12)과 투명 기판(12) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴층(13), 제1 절연막층(14), 제2 센서 패턴층(15) 및 제2 절연막층(16)과 금속 배선(17)으로 이루어진다.
제1 센서 패턴층(13)은 투명 기판(12) 위에 횡방향을 따라 연결될 수 있으며, 행 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.
제2 센서 패턴층(15)은 제1 절연막층(14) 위에 열방향을 따라 연결될 수 있으며, 제1 센서 패턴층(13)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴층(13)과 교호로 배치된다. 또한, 제2 센서 패턴층(15)은 열 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.
터치 스크린 패널(10)에 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴층(13, 15) 및 금속 배선(17)을 통하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전용량의 변화가 전달된다. 그리고 이렇게 전달된 정전용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.
제1 센서 패턴층(13) 및 제2 센서 패턴층(15)은 도전체로 형성되어 있으며, 각 센서 패턴층은 기판 위에 행 또는 열 방향을 따라 연결된 복수의 라인이 배치될 수 있는데, 제1 센서 패턴층(13)에 배치된 행 방향의 라인들과 제2 센서 패턴층(15)에 배치된 열 방향의 라인들에 의해 형성되는 정전용량의 변화를 통해 터치 스크린 패널(10)에 대한 접촉 수단의 접촉 여부 및 그 위치를 파악할 수 있다. 그러나, 각 라인 사이의 거리가 매우 가깝기 때문에, 접촉이 발생한 위치뿐만 아니라 그 주변에도 정전용량들이 발생하게 되어, 접촉 위치의 주변에 발생된 정전용량들이 기생 정전용량으로 작용될 수 있다. 이러한 기생 정전용량은 터치 발생 여부 검출의 정확성을 떨어뜨리는 문제점을 발생시켜 악영향을 미치게 하므로, 이러한 기생 정전용량을 최소화하여 터치 발생 여부 검출에서의 오류를 방지하는 기술이 필요하다.
본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 목적은, 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시켜 터치 여부 검출의 감도가 향상되도록 하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예는 복수의 구동 라인과 복수의 감지 라인에 의해 형성되는 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 패널의 터치 검출 장치에 있어서, 상기 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시키는 감쇄부를 포함하되, 상기 감쇄부는 상기 특정 센서 노드의 검출 시기에 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 상기 다른 센서 노드에 인가되도록 하는, 터치 검출 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 특정 감지 라인을 플로팅시킨 상태에서 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 특정 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 터치 검출부는, 상기 특정 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 충전부; 및 상기 특정 구동 라인에 교번전압을 인가하는 교번전압 생성부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 감쇄부는 버퍼를 포함하며, 상기 버퍼의 입력단은 상기 특정 감지 라인의 출력단과 연결되고, 상기 버퍼의 출력단은 상기 특정 센서 노드에 포함되는 구동 라인 및 감지 라인을 제외한 다른 구동 라인 및 감지 라인에 연결될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예는 복수의 구동 라인과 복수의 감지 라인에 의해 형성되는 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 패널의 터치 검출 장치에 있어서, 상기 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드와 인접한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시키는 감쇄부를 포함하되, 상기 감쇄부는 상기 특정 센서 노드의 검출 시기에 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 상기 다른 센서 노드에 포함되는 구동 라인 및 감지 라인에 인가되도록 하는, 터치 검출 장치를 제공한다.
본 발명의 다른 실시예는 복수의 구동 라인과 복수의 감지 라인에 의해 형성되는 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 패널의 터치 검출 방법에 있어서, 상기 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시키는 단계; 및 상기 특정 센서 노드의 출력단 전압 변화의 차이에 기초하여 터치 여부를 검출하는 단계를 포함하되, 상기 감쇄 단계는 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 상기 다른 센서 노드에 인가되도록 하는, 터치 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 검출 단계는, 상기 특정 감지 라인을 플로팅시킨 상태에서 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 특정 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 터치 검출 단계는, 상기 특정 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 단계; 및 상기 특정 구동 라인에 교번전압을 인가하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 감쇄 단계는 버퍼를 포함하되, 상기 버퍼의 입력단은 상기 특정 감지 라인의 출력단과 연결되고, 상기 버퍼의 출력단은 상기 특정 센서 노드에 포함되는 구동 라인 및 감지 라인을 제외한 다른 구동 라인 및 감지 라인에 각각 연결될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 검출 대상인 센서 노드의 출력단 전압을 다른 센서 노드에 인가함으로써, 기생 정전용량이 감쇄될 수 있으며, 이에 따라 터치 감도가 향상될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 2는 구동 라인과 감지 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량에 관한 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기생 정전용량을 감쇄시키는 일례를 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예는 기생 정전용량을 감쇄시켜 터치 감도를 향상시키는 터치 검출 방식과 관련된다.
이하에서는, 서로 교호적으로 배치된 구동 라인과 감지 라인 사이에 발생하는 상호 정전용량(Cm; Mutual Capacitance)을 이용한 터치 검출 방식을 설명하기로 한다.
도 2는 구동 라인과 감지 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량에 관한 예시적인 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 도체 사이에는 플럭스(Flux)의 흐름에 따라 전기장(Electric Field)이 형성되고, 이 값에 의해 상호 간의 고유한 커패시턴스, 즉 상호 정전용량(Cm)이 형성된다.
도 2와 같이, 제1 도체(210)와 제2 도체(220)를 포함하는 구조의 상면에 임의의 도체(예를 들어, 제1 도체(210)와 제2 도체(220)가 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel; TSP)을 이루는 구성요소로 가정했을 경우에는 손가락 등)에 의한 접촉이 이루어지면 접촉 물체가 흡수하는 전기 플럭스(Electric Flux)의 양에 비례하여 제1 도체(210)와 제2 도체(220) 간의 상호 정전용량(Cm)의 값이 변화하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널은 이러한 도체(210, 220) 간의 상호 정전용량(Cm)의 변화를 감지하여 터치를 검출할 수 있다.
이러한 방식으로 터치 검출을 수행하는 터치 스크린 패널을 뮤추얼(Mutual) 방식의 터치 스크린 패널이라고 한다. 이러한 뮤추얼 방식의 터치 스크린 패널은 구동 신호가 인가되는 구동 라인 및 터치 검출을 위한 신호 감지 지점을 제공하는 감지 라인을 포함한다.
통상적으로 구동 라인과 감지 라인은 서로 접하지 않도록 교호적으로 배치되는데, 이러한 구동 라인과 감지 라인을 각각 도 2의 제1 도체(210) 및 제2 도체(220)에 대응시킬 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구조를 나타내는 도면이다.
도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 패널(100)과 구동 장치(200)를 포함한다.
터치 패널(100)은 복수의 센서 노드(110)를 포함하는데, 센서 노드(110)는 복수의 구동 라인(120), 복수의 구동 라인과 교차되는 방향으로 배열된 복수의 감지 라인(130) 및 구동 라인과 감지 라인의 교차점에 형성되는 복수의 노드를 포함하는 개념일 수 있다.. 이 때, 복수의 구동 라인(120)과 복수의 감지 라인(130)은 복수의 다이아몬드 모양 또는 막대 모양이 일렬로 배치된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다. 도 3에서는 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 서로 다른 층에 형성된 뮤추얼(Mutual) 방식의 터치 패널(100)을 예로 들어 설명하였으나, 이에 국한 되는 것은 아니며, 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 동일한 층에 형성된 뮤추얼 방식의 터치 패널을 포함한다.
센서 노드(110)는 두 개의 패턴층으로 형성되는 것일 수 있다. 즉, 제1 패턴층은 기판 위에 열 방향을 따라 연결된 복수의 구동 라인(120)이 배치될 수 있으며, 열 단위로 신호 배선(미도시)과 연결될 수 있다. 또한, 제2 패턴층은 행 방향을 따라 연결된 복수의 감지 라인(130)이 배치될 수 있으며, 행 단위로 신호 배선(미도시)과 연결될 수 있다. 여기서, 제1패턴층과 제2패턴층 사이에는 절연 물질로 이루어진 절연막층이 포함될 수 있다. 이 때, 구동 라인과 감지 라인이 배치되는 방향은 서로 바뀔 수 있다. 즉, 열 방향에 복수의 감지 라인이 배치되고, 행 방향에 복수의 구동 라인이 배치될 수도 있다.
다른 예로, 센서 노드(110)는 한 개의 기판 위에 행 방향의 패턴 및 열 방향의 패턴을 포함할 수 있으며, 행 방향의 패턴과 열 방향의 패턴이 교차하는 부분에 절연 물질이 형성될 수 있다.
구동 라인(120)은 전원(예를 들어, 교번전압)이 인가되며, 감지 라인(130)은 터치 검출을 위한 영역이다. 예를 들어, 구동 라인(120)에는 소정 주파수로 교번하는 교번전압이 인가되고, 감지 라인(130)은 교번전압에 응답하여 터치 상태에 따른 신호를 출력한다.
한편, 구동 장치(200)는 터치 검출부(210) 및 감쇄부(220)를 포함한다.
터치 검출부(210)는 센서 노드(110), 즉 센서 노드(110)를 형성하는 구동 라인(120) 및 감지 라인(130) 사이에 발생하는 상호 정전용량(Cm)의 변화로 터치 발생 여부를 검출한다. 예를 들어, 특정 센서 노드의 터치 여부를 검출하는 경우, 터치 검출부(210)는 특정 센서 노드에 포함되는 구동 라인 및 감지 라인 사이에 발생하는 상호 정전용량(Cm)을 측정할 수 있다. 이 때, 특정 센서 노드를 포함하는 구동 라인에는 교번전압이 인가될 수 있다.
감쇄부(220)는 복수의 센서 노드(110) 중 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 다른 센서 노드에 공급한다. 이로 인해, 감쇄부(220)는 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량(Cp)을 감쇄시킬 수 있다. 여기서, 기생 정전용량(Cp)은 센서 노드(110)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서 노드(110), 신호 배선(120) 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 기생 정전용량(Cp)은 터치 검출부(210), 터치 패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생 용량을 포함할 수 있다.
도 2를 참조하여 전술한 바와 같이, 센서 노드에 발생하는 상호 정전용량(Cm)은 터치 여부를 검출하는데 이용된다. 하지만, 도 3에 도시된 터치 패널(100)의 경우, 터치 여부 검출 대상인 특정 센서 노드 뿐만 아니라, 다른 센서 노드에도 상호 정전용량(Cm’)이 발생하기 때문에, 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생한 상호 정전용량(Cm’)의 총합이 기생 정전용량으로 작용하게 된다. 예를 들어, 터치 여부 검출 대상이 ‘Tx2Rx2’ 센서 노드인 경우, ‘Tx2Rx2’ 센서 노드를 교차하는 구동 라인(Tx2) 및 감지 라인(Rx2) 사이에 상호 정전용량(Cm)이 발생할 뿐만 아니라, 각 구동 라인(Tx1, Tx2, Tx3, …, Txn)과 각 감지 라인((Rx1, Rx2, Rx3, …, Rxn)이 교차하는 다른 센서 노드(Tx1Rx1, Tx1Rx2, …, TxnRxn)들에도 상호 정전용량(Cm’)이 발생할 수 있다. 이로 인해, 터치 여부 검출 대상인 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 상호 정전용량(Cm’)들은 특정 센서 노드에 대한 터치 여부를 검출하는데 있어, 기생 정전용량(Cp)으로 작용하게 된다.
따라서, 본 발명에서는 감쇄부(220)를 이용하여 이러한 기생 정전용량(Cp)을 감쇄시켜 터치 감도를 향상시킬 수 있다. 이와 관련하여 도 4를 참조하여 설명하기로 한다.
먼저, 정전용량이 발생하는 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
서로 다른 극성으로 대전된 도체의 근처가 유전율(ε)을 갖는 물질로 둘러싸여 있을 때, 각 도체 간 전위의 크기에 따라 도체에 모이는 전하의 양(Q)을 정전용량(C)이라고 한다. 즉, 정전용량(C)은 다음의 [수학식 1]으로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
C=ε*A／d
[수학식 1]을 참조하면, 정전용량(C)은 도체의 면적(A)에 비례하고 도체 사이의 거리(d)에 반비례한다.
도 3에 도시된 터치 검출 장치에 있어서, 센서 노드의 제1패턴층과 제2패턴층 사이에는 유리(Glass) 또는 OCA 등과 같은 유전 물질이 존재하며, 제1패턴층과 제2패턴층은 서로 이러한 유전 물질을 통해 절연되어 있다. 제1패턴층과 제2패턴층에 배치된 구동 라인 또는 감지 라인은 도체로 형성되며, 터치 검출 장치는 수많은 도체와 그 주변에 존재하는 유전 물질을 포함하는 구조, 즉, 정전용량을 형성하는 커패시터 구조를 갖게 된다.
각 도체(구동 라인 또는 감지 라인)의 넓이와 도체 간 거리, 도체 사이에 존재하는 유전물질의 유전율(ε)에 의해 원하지 않는 정전용량이 형성되게 되며, 이러한 정전용량이 기생 정전용량(Cp)이 된다. 예를 들어, 특정 센서 노드의 상호 정전용량(Cm) 외에 다른 센서 노드에 의해 발생하는 상호 정전용량(Cm’)들이 기생 정전용량(Cp)이 될 수 있다.
특히, 복수의 센서 노드에 포함된 구동 라인 및 감지 라인이 행 또는 열로 밀집하여 배치되는 터치 스크린 패널에서는 도체의 배열이 매우 조밀하고, 또한, 다수가 분포되어 있으므로, 이에 따라 발생하는 기생 정전용량(Cp)의 양은 매우 커지게 된다. 따라서, 이러한 기생 정전용량(Cp)을 감쇄 또는 보상하는 것은 터치 스크린 패널에 있어서 터치 검출과 관련된 성능에 영향을 미치는 중요한 요소가 된다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 기생 정전용량을 감쇄시키는 감쇄부(220)의 일례를 도시한 것으로, 기생 정전용량 감쇄의 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 4를 참조하면, 감쇄부(220)는 복수의 센서 노드 중 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 다른 센서 노드(Tx1Rx1, Tx1Rx2, …, TxnRxn)에 공급한다. 즉, 감쇄부(220)는 복수의 센서 노드 중 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 특정 센서 노드(Tx2Rx2)에서 교차되는 구동 라인(Tx2) 및 감지 라인(Rx2)을 제외한 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 각각 공급할 수 있다.
또한, 감쇄부(220)는 격리되어 배치되는 각 구동 라인(Tx1, Tx2, Tx3, …, Txn) 또는 각 감지 라인(Rx1, Rx2, Rx3, …, Rxn) 간의 쇼트(short) 방지 등을 위한 버퍼(221)를 포함할 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 현재 터치 검출 대상으로 선택된 센서 노드을 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압이 감쇄부(220)의 버퍼(221)를 거쳐 다른 구동 라인 및 감지 라인들로 입력된다. 즉, 버퍼(221)의 입력단은 현재 터치 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단과 연결되고, 버퍼(221)의 출력단은 특정 구동 라인(Tx2) 및 특정 감지 라인(Rx2)을 제외한 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 각각 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 특정 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압이 특정 센서 노드(Tx2Rx2)에서 교차되는 구동 라인(Tx2) 및 감지 라인(Rx2)을 제외한 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 모두 공급될 수도 있으나, 그 중 일부인 구동 라인 및 감지 라인에 공급될 수도 있다. 예를 들어, 감쇄부(220)는 특정 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 특정 센서 노드(Tx2Rx2)와 인접한 다른 센서 노드에서 교차되는 구동 라인(Tx1, Tx3) 및 감지 라인(Rx1, Rx3)에 공급할 수 있다.
감쇄부(220)에 의해 기생 정전용량이 감쇄되는 이유에 대해 설명하면 다음과 같다.
2개의 도체와 그 사이에 존재하는 유전 물질로 이루어지는 커패시터 구조에 있어서, 해당 구조에 충전되는 전하량(Q)은 Q=CV와 같은 수식으로 표현될 수 있다. 여기서, C는 해당 구조의 정전용량 값이며, V는 양 도체 사이의 전위차이다.
상기 수식에서, 전압(V)을 0에 가깝도록 수렴시키면, 도체간 전위 차에 의해 끌려지는 전하량(Q)도 0에 가깝게 수렴시킬 수 있다. 정전용량(C)은 전하의 충전 능력에 비례하는 것이므로, 충전되는 전하량(Q)이 0에 가깝게 된다면, 도체 간 관계에 의해 형성되는 정전용량(C)도 0에 가깝게 수렴한다는 의미가 된다.
다시 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예는 상기의 원리를 이용한 것으로, 특정 센서 노드(Tx2Rx2)에 대해 터치 여부 검출을 하는 경우, 해당 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 감지 라인(Rx2)과 주변에 존재하는 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)의 전위를 동일 레벨에 가깝도록 제어하여, 터치 여부 검출에 영향을 미치는 기생 정전용량(Cp)을 ‘0’에 가깝도록 보상하는 것이다.
예컨대, 도 4에 도시되는 바와 같이, 센서 노드들 중 현재 터치 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 감쇄부(220)의 버퍼(221)를 통해, 특정 구동 라인(Tx2) 및 특정 감지 라인(Rx2)을 제외한 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 각각 인가하면, 특정 감지 라인(Rx2), 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn) 간 전위차가 최소화되며, 이에 따라, 센서 노드에 발생하였던 기생 정전용량이 효과적으로 감쇄될 수 있다.
이로 인해, 감쇄부(220)를 통해 기생 정전용량(Cp) 중 가장 크게 기여하는 부분, 즉, 특정 센서 노드 외의 다른 센서 노드에 형성되는 상호 정전용량(Cm’)이 최소한으로 감쇄될 수 있다.
한편, 버퍼(221)는 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 감지 라인(Rx2)과 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 또는 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn) 간 쇼트의 방지, 신호의 조정 및 간섭 방지 등의 기능을 하는 버퍼 증폭기(Buffer Amplifier)로 구현될 수 있다. 이 때, 검출 대상인 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 그대로 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 인가해주어 센서 노드 간 전위를 동일 레벨로 만들어야 하므로, 버퍼 증폭기의 이득은 1이 되어야 하나, 필요에 따라 변경될 수도 있다. 즉, 센서 노드 간 전위차를 ‘0’에 가깝게 하기 위해 감쇄부(220)에 포함되는 버퍼(221)의 이득은 변경될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 감쇄부(220)에 의해 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량 발생이 억제될 수 있고, 이로 인해, 기생 정전용량을 최소화시킬 수 있으며, 터치 발생 여부 검출의 감도 또한 향상시킬 수 있다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이고, 도 6은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.
터치 검출부(210)는 충전부(212) 및 교번전압 생성부(214)를 포함할 수 있다.
도 5를 참조하면, 충전부(212)는 감지 라인(130)을 충전 후 플로팅시킨다. 구체적으로, 충전부(212)는 감지 라인(130)에 연결되어 충전 신호(Vb)를 공급한다. 충전부(212)는 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 3단자 형의 스위칭 소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP-AMP 등의 선형 소자일 수 있다.
교번전압 생성부(214)는 구동 라인(120)에 교번전압(KB)을 인가한다. 즉, 교번전압 생성부(214)는 소정 주파수로 교번하는 교번전압(KB)을 구동 라인(120)의 출력단에 인가하여 전위를 변동시킨다. 교번전압 생성부(214)는 듀티비(duty ratio)가 동일한 클록 신호를 생성할 수도 있으나, 듀티비가 상이한 교번전압을 생성할 수도 있다.
충전부(212)를 턴 온 시킨 상태에서 충전부(212)의 입력단에 충전 신호(Vb)를 인가하면, 감지 라인(130)이 충전된다. 이 후, 충전부(212)를 턴 오프 시키면 감지 라인(130)에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 상태로 고립된다. 이러한 고립 상태를 플로팅(Floating) 상태라 칭한다.
즉, 플로팅 상태는, 충전부(212)에 의해 턴 온 시켜 전하를 충전시킨 후, 충전부(212)를 턴 오프 시켜 충전된 신호가 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 상태에서 고립된 상태를 의미한다.
이 때, 충전된 전하를 안정적으로 고립시키기 위하여 감지 라인(130)의 입력단은 하이 임피던스를 가질 수 있다. 이를 위하여, 센서 노드(110)에 배치된 감지 라인(130)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께가 구동 라인(120)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께보다 작도록 하여, 하이 임피던스를 가지도록 할 수 있다.
도 6을 참조하면, 감지 라인(130)이 플로팅 상태일 때, 구동 라인(120)에 공급되는 교번전압(KB)이, 예를 들면 0V에서 5V로 상승하면 감지 라인(130)의 출력 노드에서의 출력 전압(Vo)은 순간적으로 상승되고, 다시 교번전압이 5V에서 0V로 하강하면 출력 전압(Vo)의 레벨은 순간적으로 강하된다. 이 때의 전압 레벨의 상승과 강하는 연결된 정전용량에 따라 상이한 값을 갖게 된다. 이렇게 연결된 정전용량에 따라 전압 레벨의 상승 값 또는 하강 값이 바뀌는 현상은 "kick-back"이라고 불리기도 한다.
도 5 및 도 6을 참조하여, 터치 스크린 패널에 발생하는 터치를 검출하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 충전부(212)가 충전 신호(Vb)를 인가하여 감지 라인(130)을 충전한다. 충전 신호(Vb)는 계속적으로 하이 신호를 유지할 수도 있고, 도 6에 도시되는 바와 같이, 일정 주파수를 갖는 클록 신호 형태가 될 수도 있다.
충전부(212)의 스위치(SW)가 온 상태가 될 때 충전 신호(Vb)가 인가되어 감지 라인(130)을 충전할 수 있다. 스위치(SW)는 일정 주파수를 가지며, 온/오프 전환될 수 있다.
이후, 스위치(SW)가 오프 상태가 되면, 감지 라인(130)에 충전 신호(Vb)가 충전된 상태에서 고립되어 플로팅 상태가 될 수 있다.
이 때, 구동 라인(120)에 공급되는 교번전압(KB)의 레벨이 바뀌게 되면, 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo)의 레벨이 바뀌게 된다. 예를 들어, 교번전압(KB)이 5V에서 0V로 하강하면, 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo) 또한 하강하게 되고, 반대로, 교번전압(KB)이 0V에서 5V로 상승하면, 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo)도 상승하게 된다.
터치 미발생인 경우를 가정해보면, 감지 라인(130)의 플로팅 상태에서 구동 라인(120)에 공급되는 교번전압(KB)이 0V로 하강하면 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo)이 순간적으로 하강하게 된다.
한편, 터치가 발생한 경우를 가정해보면, 감지 라인(130)의 플로팅 상태에서 구동 라인(120)에 인가된 교번전압(KB)이 0V로 하강하면, 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo)이 하강하기는 하지만 터치 미발생인 경우보다 그 하강폭이 작게 형성된다.
즉, 도 6을 참조하면, 감지 라인(130)이 플로팅 상태로 유지되고 있는 동안 구동 라인(120)에 교번전압(KB)을 인가해줄 때, 감지 라인(130)의 출력 노드(Vo) 전압의 변화량(ΔV)은 비터치시와 터치시에 상이하게 나타난다는 것을 알 수 있다. 이것은, 감지 라인(130)과 구동 라인(120) 사이에서 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화에 의해 터치가 발생한 경우와 발생하지 않은 경우에 감지 라인(130)의 출력 노드 전압 변화량(ΔV) 값이 다르게 되기 때문이다.
이 때, 도 6의 파형도와 같이 스위치(SW)의 온/오프 전환과 구동 라인(120)에 인가되는 교번전압은 동일한 타이밍으로 기동하여도 터치와 비터치 간의 감지 라인(130)의 전압 변화량(ΔV)을 획득할 수 있으므로, 터치 검출 장치 내부(예를 들어 컨트롤러 등)의 동일 신호를 사용할 수도 있다.
터치정전용량(Ct)을 이용하여 터치를 검출하는 방식은 손가락 등이 터치시 발생하는 터치 노이즈에 의해 센서 노드(110)에서 검출되는 출력 전압(Vo)에 영향을 미치게 되나, 본 발명에 따른 터치 검출 장치는 구동 라인(120)과 감지 라인(130)에 의해 형성되는 상호 정전용량(Cm)이 터치정전용량(Ct)을 대신하도록 하여 터치 노이즈에 따른 영향을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치정전용량(Ct)을 대신하여 상호 정전용량(Cm)의 변화에 따라 터치를 검출할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (9)

  1. 복수의 구동 라인과 복수의 감지 라인에 의해 형성되는 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 패널의 터치 검출 장치에 있어서,상기 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시키는 감쇄부를 포함하되,
    상기 감쇄부는 상기 특정 센서 노드의 검출 시기에 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 상기 다른 센서 노드에 인가되도록 하는, 터치 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 특정 감지 라인을 플로팅시킨 상태에서 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 특정 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 더 포함하는, 터치 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 터치 검출부는,
    상기 특정 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 충전부; 및
    상기 특정 구동 라인에 교번전압을 인가하는 교번전압 생성부를 더 포함하는, 터치 검출 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 감쇄부는 버퍼를 포함하며,
    상기 버퍼의 입력단은 상기 특정 감지 라인의 출력단과 연결되고, 상기 버퍼의 출력단은 상기 특정 센서 노드에 포함되는 구동 라인 및 감지 라인을 제외한 다른 구동 라인 및 감지 라인에 각각 연결되는, 터치 검출 장치.
  5. 복수의 구동 라인과 복수의 감지 라인에 의해 형성되는 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 패널의 터치 검출 장치에 있어서,
    상기 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드와 인접한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시키는 감쇄부를 포함하되,
    상기 감쇄부는 상기 특정 센서 노드의 검출 시기에 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 상기 다른 센서 노드에 포함되는 구동 라인 및 감지 라인에 인가되도록 하는, 터치 검출 장치.
  6. 복수의 구동 라인과 복수의 감지 라인에 의해 형성되는 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 패널의 터치 검출 방법에 있어서,
    상기 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시키는 단계; 및
    상기 특정 센서 노드의 출력단 전압 변화의 차이에 기초하여 터치 여부를 검출하는 단계를 포함하되,
    상기 감쇄 단계는 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 상기 다른 센서 노드에 인가되도록 하는, 터치 검출 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 검출 단계는, 상기 특정 감지 라인을 플로팅시킨 상태에서 상기 특정 센서 노드를 포함하는 특정 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 특정 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 단계를 더 포함하는, 터치 검출 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 터치 검출 단계는,
    상기 특정 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 단계; 및
    상기 특정 구동 라인에 교번전압을 인가하는 단계를 더 포함하는, 터치 검출 방법.
  9. 제6항에 있어서,
    상기 감쇄 단계는 버퍼를 포함하되,
    상기 버퍼의 입력단은 상기 특정 감지 라인의 출력단과 연결되고, 상기 버퍼의 출력단은 상기 특정 센서 노드에 포함되는 구동 라인 및 감지 라인을 제외한 다른 구동 라인 및 감지 라인에 각각 연결되는 것인, 터치 검출 방법.
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