KR20140026934A - 터치 힘을 인식하는 터치 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 터치 표시장치는 표시패널 및 상기 표시패널 상부에 배치되어 적어도 하나 이상의 터치를 인식하는 터치스크린 패널을 포함한다. 상기 터치 스크린 패널은 터치 기판, 센싱 전극들, 및 터치 프로세서를 포함한다. 상기 터치 기판은 유연한 절연 물질로 이루어질 수 있다. 상기 센싱 전극들은 상기 터치 기판 상에 서로 이격된 복수 개로 제공되고, 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질을 포함할 수 있다.

Description

터치 힘을 인식하는 터치 표시장치{touch display apparatus sensing touch force}
본 발명은 터치 힘을 인식하는 터치 표시장치에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 압저항 물질을 이용하여 터치 힘을 인식하는 터치 표시장치에 관한 것이다.
핸드폰, 휴대 정보 단말기(PDA: personal digital assistant), 네비게이션과 같은 정보 표시장치들은 멀티 미디어 제공수단으로 그 기능을 확대해 나가고 있다. 종래의 정보 표시장치들은 입력수단으로 키패드를 채용했다. 최근 정보 표시장치들은 소형화를 달성하고, 큰 표시화면을 제공하기 위해 터치스크린 패널을 입력수단으로 채용하고 있다. 터치스크린 패널은 정보 표시장치들의 표시패널 상에 부착되어 사용된다.
종래의 터치스크린 패널은 사용자에 의해 입력된 터치의 좌표를 센싱할 뿐, 사용자에 의해 가해진 힘을 센싱할 수 없었다. 상기 터치스크린 패널은 상기 사용자에 의해 가해진 힘을 센싱하기 위해 별도의 힘 센서를 필요로 하였고, 이로 인해 제품 단가가 상승하게 된다.
본 발명은 추가적인 구성 없이 터치 힘을 인식할 수 있는 터치 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치는 표시패널 및 상기 표시패널 상부에 배치되어 적어도 하나 이상의 터치를 인식하는 터치스크린 패널을 포함한다. 상기 터치스크린 패널은 터치 기판, 센싱 전극들, 및 터치 프로세서를 포함한다.
상기 터치 기판은 유연한 절연 물질로 이루어질 수 있다.
상기 센싱 전극들은 상기 터치 기판 상에 서로 이격되어 복수 개로 제공되고, 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질을 포함할 수 있다. 상기 압저항 물질은 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(graphene)일 수 있다.
상기 터치 프로세서는 상기 센싱 전극들 각각에 전기적으로 연결될 수 있다. 상기 터치 프로세서는 상기 센싱 전극들 각각에 인가된 센싱 신호의 시정수를 근거로 상기 터치의 터치 좌표를 추출하고, 상기 센싱 전극들 각각의 저항값을 근거로 상기 터치의 터치 힘을 산출할 수 있다.
상기 터치 프로세서는 신호 제공부 및 신호 처리부를 포함할 수 있다. 상기 신호 제공부는 상기 센싱 전극들에 순차적으로 상기 센싱 신호를 제공한다. 상기 신호 처리부는 상기 센싱 신호의 상기 시정수를 센싱하고, 상기 터치 좌표 및 상기 터치 힘을 출력한다.
상기 신호 처리부는, 터치 판단부, 좌표 추출부, 및 터치 힘 산출부를 포함할 수 있다.
상기 터치 판단부는 상기 센싱 시정수와 기 설정된 기준 시정수를 비교하여 상기 터치의 유무 및 소프트/하드 터치 여부를 판단한다. 상기 좌표 추출부는 상기 센싱 시정수에 대응되는 상기 센싱 전극의 위치로부터 상기 터치 좌표를 추출하나. 상기 터치 힘 산출부는 상기 터치 좌표에 대응되는 상기 센싱 전극의 저항값을 근거로 상기 터치 힘을 산출한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시장치는 일 실시예와 비교하여 터치 프로세서에 차이가 있고, 나머지 구성은 동일할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시장치의 터치 프로세서는 상기 센싱 전극들 각각에 전기적으로 연결되고, 상기 센싱 전극들 각각의 저항값을 근거로 상기 터치의 터치 좌표 및 터치 힘을 센싱할 수 있다.
상기 터치 프로세서는 전극 저항, 기준 저항, 터치 판단부, 좌표 추출부, 및 터치 힘 산출부를 포함할 수 있다.
상기 전극 저항은 상기 센싱 전극들 각각과 동일한 저항값을 가질 수 있다. 상기 기준 저항은 상기 전극 저항에 직렬 연결되고, 일정한 저항 값을 가질 수 있다. 상기 터치 판단부는 상기 전극 저항 및 상기 기준 저항 사이의 노드에 연결되어, 상기 노드에 걸리는 분배 전압을 근거로 상기 터치의 유무 및 소프트/하드 터치 여부를 판단할 수 있다. 상기 좌표 추출부는 상기 분배 전압에 대응되는 상기 센싱 전극의 위치로부터 상기 터치 좌표를 추출할 수 있다. 상기 터치 힘 산출부는 상기 터치 좌표에 대응되는 상기 센싱 전극의 저항값을 근거로 상기 터치 힘을 산출할 수 있다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치 표시장치는 센싱 전극들이 압저항 물질로 이루어져 있으므로, 별도의 힘을 측정하기 위한 센서 없이도, 터치 좌표와 터치 힘을 센싱할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 I-I’선에 따른 단면도이다.
도 3은 상기 터치스크린 패널의 평면도이다.
도 4는 상기 터치스크린 패널의 블록도이다.
도 5는 도 4의 신호 처리부를 도시한 블록도이다.
도 6은 기준 시정수를 갖는 센싱 신호의 파형을 도시한 도면이다.
도 7은 터치 힘 산출부의 구성을 도시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시장치의 단면도이다.
도 9는 도 8의 터치스크린 패널의 평면도이다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치의 단면도이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 프로세서를 도시한 도면이다.
도 12는 도 11의 터치 프로세서에서 터치 힘에 따른 분배 전압을 도시한 그래프이다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치의 사시도이고, 도 2는 도 1의 I-I’선에 따른 단면도이다.
도 1 및 도 2를 참조하면, 상기 터치 표시장치(1000)는 표시패널(100) 및 터치스크린 패널(200)을 포함한다.
상기 표시패널(100)은 영상을 표시한다. 상기 표시패널(100)은 액정표시패널(liquid crystal display panel), 유기발광 표시패널(organic light emitting display panel), 플라즈마 표시패널(plasma display panel), 전기영동 표시패널(electrophoretic display panel), 및 일렉트로웨팅 표시패널(electrowetting display panel)등의 다양한 표시패널을 포함할 수 있다.
상기 표시패널(100)의 평면상 형상은 제한되지 않으나, 도 1 및 도 2에서는 상기 표시패널(100)은 평면상에서 사각형인 것을 일 예로 도시하였다.
상기 터치스크린 패널(200)은 터치 기판(SB), 센싱 전극들(SE), 및 터치 프로세서(미도시)를 포함할 수 있다.
상기 터치 기판(SB)에는 사용자에 의해 터치가 입력될 수 있다. 상기 터치 기판(SB)은 플라스틱과 같은 유연한 절연 물질로 이루어질 수 있다.
상기 터치 기판(SB)은 판상으로 제공될 수 있다. 평면상에서 상기 터치 기판(SB)은 상기 표시패널(100)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있고, 도 1 및 도 2에서 상기 터치 기판(SB)은 평면상에서 사각형인 것을 일 예로 도시하였다.
상기 센싱 전극들(SE)은 상기 터치 기판(SB) 상에 배치될 수 있다. 상기 센싱 전극들(SE)은 복수 개로 제공되고, 상기 센싱 전극들(SE) 각각은 서로 이격될 수 있다.
상기 센싱 전극들(SE)은 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질로 이루어질 수 있다. 상기 압저항 물질의 예로, 탄소나노튜브(Carbon Nanotubes, CNT) 또는 그래핀(graphene) 등이 있다. 좀 더 구체적으로, 상기 탄소나노튜브(CNT)는 단일벽 탄소나노튜브(Single Walled Cabon Nanotubes, SWNT) 또는 다중벽 탄소나노튜브(Multi Walled Cabon Nanotubes, MWNT)일 수 있다. 상기 압저항 물질은 압력을 받으면, 전기 전도도가 떨어지고, 저항값이 증가하게 된다.
또한, 상기 압저항 물질은 실질적으로 투명할 수 있고, 상기 센싱 전극들(SE)에 입사된 광은 상기 센싱 전극들(SE)을 대부분 통과할 수 있다. 평면상에서 상기 센싱 전극들(SE)이 상기 표시패널(100)에 중첩하게 배치되더라도, 상기 표시패널(100)에서 표시되는 영상의 휘도에는 실질적으로 영향이 없다.
상기 터치스크린 패널(200)은 복수의 스페이서들(SP)을 더 포함할 수 있다. 도 1 및 도 2에는 상기 터치 기판(SB)의 네 모서리에 대응하게 배치된 4개의 스페이서들(SP)을 일 예로 도시하였다.
상기 스페이서들(SP)은 상기 터치 기판(SB) 및 상기 표시패널(100) 사이에 배치될 수 있다. 상기 스페이서들(SP)은 상기 터치 기판(SB) 및 상기 표시패널(100) 사이의 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
상기 스페이서들(SP)은 상기 센싱 전극들(SE) 보다 더 큰 높이를 가질 수 있다. 따라서, 상기 센싱 전극들(SE)은 높이 방향으로 상기 표시패널(100)과 이격될 수 있다. 상기 터치 기판(SB) 및 상기 표시패널(100) 사이의 공간은 공기로 채워질 수 있다.
상기 터치 프로세서는 도시하지는 않았으나, 상기 터치스크린 패널(200)의 일부에 칩 형태로 실장되거나, 상기 터치스크린 패널(200)에 연결된 인쇄회로기판 상에 구비될 수 있다.
도 3은 상기 터치스크린 패널의 평면도이고, 도 4는 상기 터치스크린 패널의 블록도이다. 도 3에는 상기 터치 기판(SB)에 사용자에 의해 터치(TCH)가 발생된 것을 일 예로 도시하였다. 여기서, 상기 터치(TCH)는 평면상에서 21번째 센싱 전극(SE21)에 중첩하게 발생되고, 상기 터치(TCH)에 의해 상기 터치 기판(SB)에 수직한 방향으로 터치 힘(F1)이 가해진 것을 일 예로 도시하였다.
도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 센싱 전극들(SE)은 상기 터치 기판(SB) 상에 iⅹj(i 및 j는 자연수)의 매트릭스 형태로 구비될 수 있다. 도 3에서 상기 센싱 전극들(SE1~SE60)은 6ⅹ10의 매트릭스 형태로 구비된 것을 일 예로 도시하였고, 또한, 상기 센싱 전극들(SE1~SE60) 각각은 평면상에서 사각형인 것을 일 예로 도시하였다.
상기 터치스크린 패널(200)은 상기 터치 기판(SB) 상에 구비된 터치 배선들(TL1~TL60)을 더 포함할 수 있다. 상기 터치 배선들(TL1~TL60)은 상기 센싱 전극들(SE1~SE60) 각각 및 상기 터치 프로세서(CP)를 연결할 수 있다.
k번째 열(k는 i≤k<j를 만족하는 자연수)의 센싱 전극열에 연결된 상기 터치 배선들 중 일부는 상기 k번째 열의 센싱 전극열 및 k+1번째 열의 센싱 전극열 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 센싱 전극열은 하나의 행을 공유하는 복수의 열방향 센싱 전극들로 정의된다. 도 3에서 첫번째 열의 센싱 전극열(SE1~SE10)에 연결된 터치 배선들(TL1~TL10)은 상기 첫번째 열의 센싱 전극열(SE1~SE10) 및 두번째 열의 센싱 전극열(SE11~SE20) 사이에 배치되어 있다. 상기 터치 배선들(TL1~TL60)은 열 방향으로 연장될 수 있다.
상기 터치 프로세서(CP)는 신호 제공부(300) 및 신호 처리부(400)를 포함할 수 있다.
상기 신호 제공부(300)는 상기 센싱 전극들(SE)에 센싱 신호들(SG)을 순차적으로 제공한다. 상기 센싱 신호들(SG)는 전류 신호 또는 전압 신호일 수 있다. 도 3에서 상기 센싱 신호들(SG1~SG60)은 상기 센싱 전극들(SE1~SE60) 각각에 제공되는 것을 일 예로 도시하였다.
상기 신호 처리부(400)는 상기 센싱 전극들(SE)에 제공된 상기 센싱 신호들(SG)의 시정수인 센싱 시정수(τs)를 순차적으로 센싱한다. 이때, 상기 터치(TCH)가 발생된 위치에 구비된 센싱 전극(SE21)에 제공된 센싱 신호(SG21)의 센싱 시정수는 상기 터치(TCH)가 발생되지 않은 위치에 구비된 센싱 전극(SE1~SE20, SE22~SE60)에 제공된 센싱 신호(SG1~SG20, SG22~SG60)의 센싱 시정수와 서로 다른 값을 가질 수 있다.
좀 더 구체적으로, 상기 터치(TCH)가 발생되면, 사용자와 상기 21번째 센싱 전극(SE21) 사이에 터치 커패시터가 발생되고, 상기 터치 커패시터는 상기 21번째 센싱 전극(SE21)의 고유 커패시터에 병렬 연결된다. 상기 터치 커패시터와 상기 고유 커패시터의 합성 커패시터는 상기 고유 커패시터 보다 큰 정전 용량을 갖고, 상기 21번째 센싱 전극(SE21)에 제공된 센싱 신호(SG21)의 센싱 시정수는 상기 터치(TCH)가 발생되지 않은 경우에 비해 증가한다.
상기 신호 처리부(400)는 상기 터치(TCH)의 터치 좌표를 추출하고, 상기 터치(TCH)의 터치 힘을 산출하여 상기 표시패널(100)에 제공한다.
도 5는 도 4의 신호 처리부(400)를 도시한 블록도이고, 도 6은 기준 시정수를 갖는 센싱 신호의 파형을 도시한 도면이고, 도 7은 터치 힘 산출부의 구성을 도시한 회로도이다. 도 6에서 상기 센싱 신호는 전압 신호(V)인 것을 일 예로 도시하였다.
도 5를 참조하면, 상기 신호 처리부(400)는 터치 판단부(410), 좌표 추출부(420), 및 터치 힘 산출부(430)를 포함할 수 있다.
상기 터치 판단부(410)는 상기 센싱 시정수(τs)와 기 설정된 기준 시정수를 비교하여 상기 터치의 유무와 소프트/하드 터치 여부를 판단할 수 있다.
도 6을 참조하면, 상기 기준 시정수는 제1 기준 시정수(τ1) 및 제2 기준 시정수(τ2)를 포함할 수 있다. 상기 터치 판단부(410)는 상기 센싱 시정수(τs)가 상기 제1 기준 시정수(τ1) 보다 큰 경우, 상기 터치가 발생된 것으로 판단한다. 상기 터치 판단부(410)는 상기 센싱 시정수(τs)가 상기 제1 기준 시정수(τ1) 보다 크고 상기 제2 기준 시정수(τ2) 이하인 경우, 상기 터치를 소프트 터치로 판단한다. 상기 터치 판단부(410)는 상기 센싱 시정수(τs)가 상기 제2 기준 시정수(τ2) 보다 큰 경우, 상기 터치를 하드 터치로 판단한다.
다시 도 5를 참조하면, 상기 터치 판단부(410)는 상기 터치가 발생되지 않은 경우, 그 결과를 제1 제어신호(CN1)로서 상기 표시패널(100)에 출력한다.
상기 터치 판단부(410)는 상기 터치가 발생된 경우, 소프트/하드 터치에 관한 정보를 갖는 제2 제어신호(CN2)를 상기 좌표 추출부(420)에 제공한다.
상기 좌표 추출부(420)는 상기 센싱 시정수에 대응되는 상기 센싱 전극의 위치로부터 상기 터치 좌표를 추출한다.
예컨대, 도 3 및 도 6을 참조하면, 상기 21번째 센싱 전극(SE21)에 인가된 센싱 신호(SG21)의 센싱 시정수(τs)가 상기 제1 기준 시정수(τ1)보다 큰 경우, 상기 좌표 추출부(420)는 상기 21번째 센싱 전극(SE21)의 위치를 상기 터치 좌표로 판단한다.
상기 좌표 추출부(420)는 상기 터치 좌표에 관한 정보를 갖는 제3 제어 신호(CN3)를 상기 표시패널(100)에 제공한다. 도 1 및 도 2에 도시된 상기 표시패널(100)은 상기 제3 제어 신호(CN3)를 수신하여 상기 터치 좌표가 지시하는 정보를 표시하도록 영상을 전환한다. 또한, 상기 좌표 추출부(420)는 상기 터치가 하드 터치인 경우, 상기 제3 제어 신호(CN3)를 상기 터치 힘 산출부(430)에 제공한다.
상기 터치 힘 산출부(430)는 상기 터치 좌표에 대응되는 상기 센싱 전극의 저항값을 근거로 상기 터치 힘을 산출한다.
도 3 및 도 7을 참조하면, 상기 터치 힘 산출부(430)는 전극 저항(Rs), 기준 저항(Rf), 및 힘 센싱부(FSP)를 포함할 수 있다.
상기 전극 저항(Rs)은 상기 센싱 전극들(SE1~SE60) 각각과 동일한 저항값을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 저항(Rs)은 상기 터치 힘 산출부(430)에서 상기 센싱 전극들(SE1~SE60) 각각을 바라본 등가 저항일 수 있다.
따라서, 상기 전극 저항(Rs)의 저항값은 상기 터치 힘(F1)에 의해 상기 센싱 전극들(SE1~SE60)의 저항값이 변함에 따라 변할 수 있다.
상기 기준 저항(Rf)은 상기 전극 저항(Rs)에 직렬 연결되고, 일정한 저항 값을 가질 수 있다.
직렬 연결된 상기 전극 저항(Rs) 및 상기 기준 저항(Rf)에는 설정 전압(Vcc)이 인가될 수 있다. 도 7에는 상기 기준 저항(Rf)의 상부 노드는 기준 전위(Vcc)에 연결되고, 상기 전극 저항(Rs)의 하부 노드는 접지된 것을 일 예로 도시하였다.
상기 힘 센싱부(FSP)는 상기 기준 저항(Rf) 및 상기 전극 저항(Rs) 사이의 노드(ND)에 연결될 수 있다. 상기 힘 센싱부(FSP)는 상기 설정 전압(Vcc)이 상기 기준 저항(Rf) 및 상기 전극 저항(Rs)에 의해 분배된 분배 전압(Vd)을 센싱할 수 있다. 상기 분배 전압(Vd)은 상기 전극 저항(Rs)의 저항 값이 변함에 따라 변할 수 있다.
상기 분배 전압(Vd)은 아래의 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
[수학식 1]
Figure pat00001
여기서, Vd는 분배 전압을 나타내고, Vcc는 설정 전압을 나타내고, Rf는 기준 저항을 나타내고, Rs는 전극 저항을 나타낸다.
상기 힘 센싱부(FSP)는 상기 분배 전압(Vd)을 근거로 상기 터치 힘(F1)을 산출한다.
예를 들어, 상기 전극 저항(Rs)은 상기 21번째 센싱 전극(SE21)에 힘이 가해지지 않은 경우, 무한대의 저항 값을 갖고, 상기 21번째 센싱 전극(SE21)에 무한대의 힘이 가해진 경우 0의 저항 값을 가질 수 있다. 상기 전극 저항(Rs)의 저항 값 변화에 따라 상기 분배 전압(Vd)도 0(V)에서 Vcc(V) 사이의 전압 값을 가질 수 있다.
상기 힘 센싱부(FSP)에는 0(V) 에서 Vcc(V) 사이의 전압 값들에 대응되는 힘 값들이 룩업테이블의 형태로 저장되어 있고, 상기 힘 센싱부(FSP)는 상기 분배 전압(Vd)에 대응되는 터치 힘(F1)을 상기 룩업테이블로부터 독출할 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 힘 센싱부(FSP)는 상기 분배 전압(Vd)에 적절한 계수를 연산하여 상기 터치 힘(F1)을 산출할 수 있다.
상기 터치 힘 산출부(430)는 상기 터치 힘(F1)에 관한 정보를 갖는 제4 제어 신호(CN4)를 상기 표시패널(100)에 제공한다. 도 1 및 도 2에 도시된 상기 표시패널(100)은 상기 제4 제어 신호(CN4)를 수신하여 상기 터치 힘(F1)이 지시하는 정보를 표시하도록 영상을 전환한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시장치에 의하면, 센싱 전극들이 압저항 물질로 이루어져 있으므로, 별도의 힘을 측정하기 위한 센서가 없이도, 상기 터치 좌표와 사용자에 의해 가해진 상기 터치 힘을 산출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시장치의 단면도이고, 도 9는 도 8의 터치스크린 패널의 평면도이다. 도 9에는 상기 터치 기판(SB)에 사용자에 의해 터치(TCH)가 발생된 것을 일 예로 도시하였다. 여기서, 상기 터치(TCH)는 평면상에서 21번째 센싱 전극(SE21)에 중첩하게 발생되고, 상기 터치(TCH)에 의해 상기 터치 기판(SB)에 수직한 방향으로 터치 힘(F1)이 가해진 것을 일 예로 도시하였다.
이하, 본 발명의 다른 실시에에 따른 터치 표시장치(2000)에 대해 설명한다. 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시장치(2000)는 일 실시예와 비교하여, 구동 전극(DE)이 추가되는 것에 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 상기 구동 전극(DE)을 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 일 실시예에 따른다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치스크린 패널(210)은 터치 기판(SB), 센싱 전극들(SE), 구동 전극들(DE), 스페이서들(SP), 및 터치 프로세서(CP)를 포함할 수 있다.
상기 센싱 전극들(SE)은 상기 터치 기판(SB) 상에 배치될 수 있다. 상기 센싱 전극들(SE)은 복수 개로 제공되고, 상기 센싱 전극들(SE) 각각은 서로 이격될 수 있다. 도 9에서 상기 센싱 전극들(SE1~SE60)은 상기 터치 기판(SB) 상에 4ⅹ10의 매트릭스 형태로 구비된 것을 일 예로 도시하였다.
상기 센싱 전극들(SE1~SE60)은 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질로 이루어질 수 있다.
상기 구동 전극들(DE)은 상기 터치 기판(SB) 상에 배치될 수 있다. 상기 구동 전극들(DE)은 상기 센싱 전극들(SE)과 이격되고, 상기 센싱 전극들(SE) 각각과의 사이에서 커패시터들을 형성한다. 도 9에는 상기 구동 전극들(DE1~DE60)은 상기 센싱 전극들(SE1~SE60)과 동일한 개수를 갖고, 4ⅹ10의 매트릭스 형태로 구비된 것을 일 예로 도시하였다.
상기 구동 전극들(DE)에는 일정한 전압이 인가될 수 있다.
도 9를 참조하면, 21번째 구동 전극(DE21) 및 21번째 센싱 전극(SE21) 사이에는 고유 커패시터가 발생한다. 사용자에 의한 터치(TCH)가 상기 21번째 센싱 전극(SE21)에 중첩하게 발생되면, 상기 사용자와 상기 21번째 센싱 전극(SE21) 사이에 터치 커패시터가 발생되고, 상기 터치 커패시터는 상기 고유 커패시터에 병렬 연결된다. 상기 터치 커패시터와 상기 고유 커패시터의 합성 커패시터는 상기 고유 커패시터 보다 큰 정전 용량을 갖고, 상기 21번째 센싱 전극(SE21)에 제공된 센싱 신호(SG21)의 센싱 시정수는 상기 터치(TCH)가 발생되지 않은 경우에 비해 증가한다.
도 10은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치(3000)의 단면도이다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시에에 따른 터치 표시장치(3000)에 대해 설명한다. 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치(3000)는 도 8 및 도 9에 도시된 다른 실시예에 따른 터치 표시장치(2000)와 비교하여, 터치 기판, 센싱 전극들, 및 드라이빙 전극들에 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 터치 기판, 센싱 전극들, 및 드라이빙 전극들을 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 다른 실시예에 따른다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치스크린 패널(220)은 제1 터치 기판(SB1), 제2 터치 기판(SB2), 센싱 전극들(SE), 구동 전극들(DE), 스페이서들(SP1) 및 터치 프로세서를 포함할 수 있다.
상기 제1 터치 기판(SB1)에는 사용자에 의해 터치가 입력될 수 있다. 상기 제1 터치 기판(SB1)은 플라스틱과 같은 유연한 절연 물질로 이루어질 수 있다.
상기 제1 터치 기판(SB1)은 판상으로 제공될 수 있다. 평면상에서 상기 제1 터치 기판(SB1)은 상기 표시패널(100)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있고, 도 10에서 상기 제1 터치 기판(SB)은 평면상에서 사각형인 것을 일 예로 도시하였다.
상기 제2 터치 기판(SB2)은 상기 제1 터치 기판(SB1)에 대향하는 판상으로 제공될 수 있다. 상기 제2 터치 기판(SB2)은 상기 표시패널(100)의 상면에 결합될 수 있다.
상기 제2 터치 기판(SB2)은 절연 물질로 이루어 진다면, 유연성에 제한되지 않는다. 따라서, 상기 제2 터치 기판(SB2)은 플라스틱 또는 유리로 이루어질 수 있다.
상기 센싱 전극들(SE)은 상기 제1 터치 기판(SB1) 상에 배치될 수 있다. 상기 센싱 전극들(SE)은 복수 개로 제공되고, 상기 센싱 전극들(SE) 각각은 서로 이격될 수 있다. 상기 센싱 전극들(SE)은 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질로 이루어질 수 있다.
상기 구동 전극들(DE)은 상기 제2 터치 기판(SB2) 상에 배치될 수 있다. 상기 구동 전극들(DE)은 상기 센싱 전극들(SE)과 이격되고, 상기 센싱 전극들(SE) 각각과의 사이에서 커패시터들을 형성한다.
평면상에서 상기 센싱 전극들(SE) 및 상기 구동 전극들(DE)은 중첩되지 않을 수 있다.
상기 스페이서들(SP1)은 상기 제1 터치 기판(SB1) 및 상기 제2 터치 기판(SB2) 사이에 배치될 수 있다. 상기 스페이서들(SP1)은 상기 제1 터치 기판(SB1) 및 상기 제2 터치 기판(SB2) 사이의 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.
상기 스페이서들(SP1)은 상기 센싱 전극들(SE)의 높이 보다 더 큰 높이를 가질 수 있다. 따라서, 상기 센싱 전극들(SE)은 상기 제2 터치 기판(SB2)과 높이 방향으로 이격될 수 있다. 상기 제1 터치 기판(SB1) 및 상기 제2 터치 기판(SB2) 사이의 공간은 공기로 채워질 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예를 설명한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치는 일 실시예와 비교하여, 터치 프로세서에 차이가 있다. 따라서, 이하에서는 터치 프로세서를 구체적으로 설명하고, 설명되지 않은 부분은 일 실시예에 따른다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 프로세서(CP1)를 도시한 도면이고, 도 12는 터치 힘에 따른 분배 전압을 도시한 그래프이다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 프로세서(CP1)는 도 3에 도시된 상기 센싱 전극들(CE) 각각의 저항값을 근거로 터치 좌표 및 터치 힘을 센싱할 수 있다.
상기 터치 프로세서(CP1)는 전극 저항(Rs), 기준 저항(Rf), 터치 판단부(510), 좌표 추출부(520), 및 터치 힘 산출부(530)을 포함할 수 있다.
상기 전극 저항(Rs)은 도 3의 상기 센싱 전극들(SE1~SE60) 각각과 동일한 저항값을 가질 수 있다. 구체적으로, 상기 전극 저항(Rs)은 상기 터치 프로세서(CP1)에서 상기 센싱 전극들(SE1~SE60) 각각을 바라본 등가 저항일 수 있다.
따라서, 상기 전극 저항(Rs)의 저항값은 상기 터치 힘에 의해 상기 센싱 전극들(SE1~SE60)의 저항값이 변함에 따라 변할 수 있다.
상기 기준 저항(Rf)은 상기 전극 저항(Rs)에 직렬 연결되고, 일정한 저항 값을 가질 수 있다.
직렬 연결된 상기 전극 저항(Rs) 및 상기 기준 저항(Rf)에는 설정 전압(Vcc)이 인가될 수 있다. 도 11에는 상기 기준 저항(Rf)의 상부 노드는 기준 전위(Vcc)에 연결되고, 상기 전극 저항(Rs)의 하부 노드는 접지된 것을 일 예로 도시하였다.
상기 터치 판단부(510)는 상기 기준 저항(Rf) 및 상기 전극 저항(Rs) 사이의 노드(ND)에 연결될 수 있다. 상기 터치 판단부(510)는 상기 설정 전압(Vcc)이 상기 기준 저항(Rf) 및 상기 전극 저항(Rs)에 의해 분배된 분배 전압(Vd)을 센싱할 수 있다. 상기 분배 전압(Vd)은 상기 전극 저항(Rs)의 저항 값이 변함에 따라 변할 수 있다.
상기 분배 전압(Vd)은 상기 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.
상기 터치 판단부(510)는 상기 분배 전압(Vd)과 기 설정된 기준 전압을 비교하여 상기 터치의 유무와 소프트/하드 터치 여부를 판단할 수 있다.
상기 기준 전압은 제1 기준 전압(V1) 및 제2 기준 전압(V2)를 포함할 수 있다. 상기 터치 판단부(510)는 상기 분배 전압(Vd)이 상기 제1 기준 전압(V1) 보다 큰 경우, 상기 터치가 발생된 것으로 판단한다. 상기 터치 판단부(410)는 상기 분배 전압(Vd)이 상기 제1 기준 전압(V1) 보다 크고 상기 제2 기준 전압(V2) 이하인 경우, 상기 터치를 소프트 터치로 판단한다. 상기 터치 판단부(510)는 상기 분배 전압(Vd)이 상기 제2 기준 전압(V2) 보다 크고, 상기 기준 전압(Vcc) 이하인 경우, 상기 터치를 하드 터치로 판단한다.
다시 도 11을 참조하면, 상기 터치 판단부(510)는 상기 터치가 발생되지 않은 경우, 그 결과를 제1 제어신호(SN1)로서 상기 표시패널(100)에 출력한다.
상기 터치 판단부(510)는 상기 터치가 발생된 경우, 소프트/하드 터치에 관한 정보를 갖는 제2 제어신호(SN2)를 상기 좌표 추출부(520)에 제공한다.
상기 좌표 추출부(520)는 상기 분배 전압(Vd)에 대응되는 상기 센싱 전극의 위치로부터 상기 터치 좌표를 추출한다. 상기 좌표 추출부(520)는 상기 터치 좌표에 관한 정보를 갖는 제3 제어 신호(SN3)를 표시패널에 제공한다. 상기 표시패널은 상기 제3 제어 신호(SN3)를 수신하여 상기 터치 좌표가 지시하는 정보를 표시하도록 영상을 전환한다. 또한, 상기 좌표 추출부(520)는 상기 터치가 하드 터치인 경우, 상기 제3 제어 신호(SN3)를 상기 터치 힘 산출부(530)에 제공한다.
상기 터치 힘 산출부(530)는 상기 분배 전압(Vd)을 근거로 상기 터치 힘(F2)을 산출한다.
예를 들어, 상기 전극 저항(Rs)은 상기 센싱 전극에 힘이 가해지지 않은 경우, 무한대의 저항 값을 갖고, 상기 센싱 전극에 무한대의 힘이 가해진 경우 0의 저항 값을 가질 수 있다. 상기 전극 저항(Rs)의 저항 값 변화에 따라 상기 분배 전압(Vd)도 0(V)에서 Vcc(V) 사이의 전압 값을 가질 수 있다.
상기 터치 힘 산출부(530)에는 0(V) 에서 Vcc(V) 사이의 전압 값들에 대응되는 힘 값들이 룩업테이블의 형태로 저장되어 있고, 상기 터치 힘 산출부(530)는 상기 분배 전압(Vd)에 대응되는 터치 힘(F2)을 상기 룩업테이블로부터 독출할 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 터치 힘 산출부(530)는 상기 분배 전압(Vd)에 적절한 계수를 연산하여 상기 터치 힘(F2)을 산출할 수 있다.
상기 터치 힘 산출부(530)는 상기 터치 힘에 관한 정보를 갖는 제4 제어 신호(SN4)를 상기 표시패널에 제공한다. 상기 표시패널은 상기 제4 제어 신호(SN4)를 수신하여 상기 터치 힘이 지시하는 정보를 표시하도록 영상을 전환한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 따른 표시장치에 의하면, 센싱 전극에 인가된 신호의 시정수에 관한 정보를 필요로 하지 않고, 센싱 전극의 저항값에 근거한 분배 전압만으로도, 상기 터치의 터치 좌표 및 터치 힘을 모두 센싱할 수 있다.
한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.
1000, 2000, 3000: 터치 표시장치 100: 표시패널
200: 터치스크린 패널 SB: 터치 기판
SE: 센싱 전극들 DE: 구동 전극들
SG: 센싱 신호들 CP: 터치 프로세서
SP: 스페이서들

Claims (19)

  1. 영상을 표시하는 표시패널; 및
    상기 표시패널 상부에 배치되어 적어도 하나의 터치를 인식하는 터치스크린 패널을 포함하고,
    상기 터치스크린 패널은,
    상기 터치가 발생되는 터치 기판;
    상기 터치 기판 상에 서로 이격되어 복수 개로 제공되고, 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질을 포함하는 센싱 전극들; 및
    상기 센싱 전극들에 전기적으로 연결되고, 상기 센싱 전극들에 인가된 센싱 신호들의 시정수들을 근거로 상기 터치의 터치 좌표를 추출하고, 상기 센싱 전극들의 저항값들을 근거로 상기 터치의 터치 힘을 산출하는 터치 프로세서를 포함하는 터치 표시장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 압저항 물질은 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(graphene)인 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터치 기판은 유연한 절연 물질로 이루어진 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 터치 프로세서는,
    상기 센싱 전극들에 순차적으로 상기 센싱 신호들을 제공하는 신호 제공부; 및
    상기 센싱 신호들의 상기 시정수들을 센싱하고, 상기 터치 좌표 및 상기 터치 힘을 출력하는 신호 처리부를 포함하는 터치 표시장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 신호 처리부는,
    상기 센싱 시정수들과 기 설정된 기준 시정수를 비교하여 상기 터치의 유무 및 소프트/하드 터치 여부를 판단하는 터치 판단부;
    상기 센싱 시정수들에 대응되는 센싱 전극들의 위치로부터 상기 터치 좌표를 추출하는 좌표 추출부; 및
    상기 터치 좌표에 대응되는 센싱 전극의 저항값을 근거로 상기 터치 힘을 산출하는 터치 힘 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 신호 처리부는 상기 터치가 하드 터치인 경우 상기 터치 좌표 및 상기 터치 힘을 산출하고, 상기 터치가 소프트 터치인 경우 상기 터치 좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 터치 힘 산출부는,
    상기 센싱 전극들의 저항값들을 제공하는 전극 저항;
    상기 전극 저항에 직렬 연결되고, 일정한 저항 값을 갖는 기준 저항; 및
    상기 전극 저항 및 상기 기준 저항 사이의 노드에 연결된 힘 센싱부를 포함하고,
    설정 전압을 상기 전극 저항 및 상기 기준 저항에 분배시키고, 상기 힘 센싱부는 상기 노드에 걸리는 분배 전압을 근거로 상기 터치 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 터치스크린 패널은,
    상기 터치 기판 상에 구비되고, 상기 센싱 전극들 각각 및 상기 터치 프로세서를 연결하는 터치 배선들을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 센싱 전극들은 iⅹj(i 및 j는 자연수)의 매트릭스 형태로 구비된 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  10. 제9항에 있어서,
    k번째 열(k는 i≤k<j를 만족하는 자연수)의 센싱 전극열에 연결된 상기 터치 배선들 중 일부는 상기 k번째 열의 센싱 전극열 및 k+1번째 열의 센싱 전극열 사이에 배치되고, 열 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 터치스크린 패널은 상기 터치 기판 및 상기 표시패널 사이에 배치되어 상기 터치 기판 및 상기 표시패널 사이의 갭을 유지하는 스페이서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 스페이서는 상기 센싱 전극들 보다 더 큰 높이를 갖는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  13. 영상을 표시하는 표시패널; 및
    상기 표시패널의 상부에 배치되어 적어도 하나의 터치를 인식하는 터치스크린 패널을 포함하고,
    상기 터치스크린 패널은,
    상기 터치가 발생되는 터치 기판;
    상기 터치 기판 상에 서로 이격되어 복수 개로 제공되고, 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질을 포함하는 센싱 전극들;
    상기 터치 기판 상에 상기 센싱 전극들과 이격되고, 상기 센싱 전극들 각각과의 사이에서 커패시터들을 형성하는 구동 전극들; 및
    상기 센싱 전극들에 전기적으로 연결되고, 상기 센싱 전극들에 인가된 센싱 신호들의 시정수들을 근거로 상기 터치의 터치 좌표를 추출하고, 상기 센싱 전극들의 저항값들을 근거로 상기 터치의 터치 힘을 산출하는 터치 프로세서를 포함하는 터치 표시장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 압저항 물질은 탄소나노튜브(CNT) 또는 그래핀(graphene)인 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 구동 전극들에는 일정한 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  16. 영상을 표시하는 표시패널; 및
    상기 표시패널 상부에 배치되어 적어도 하나의 터치를 인식하는 터치스크린 패널을 포함하고,
    상기 터치스크린 패널은,
    상기 터치가 발생되는 제1 터치 기판;
    상기 제1 터치 기판에 대향하고, 상기 표시패널의 상면에 결합된 제2 터치 기판;
    상기 제1 터치 기판 상에 서로 이격되어 복수 개로 제공되고, 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질을 포함하는 센싱 전극들;
    상기 제2 터치 기판 상에 상기 센싱 전극들과 이격되고, 상기 센싱 전극들 각각과의 사이에서 커패시터들을 형성하는 구동 전극들; 및
    상기 센싱 전극들에 전기적으로 연결되고, 상기 센싱 전극들에 인가된 센싱 신호들의 시정수들을 근거로 상기 터치의 터치 좌표를 추출하고, 상기 센싱 전극들의 저항값들을 근거로 상기 터치의 터치 힘을 산출하는 터치 프로세서를 포함하는 터치 표시장치.
  17. 영상을 표시하는 표시패널; 및
    상기 표시패널 상부에 배치되어 적어도 하나의 터치를 인식하는 터치스크린 패널을 포함하고,
    상기 터치스크린 패널은,
    상기 터치가 발생되는 터치 기판;
    상기 터치 기판 상에 서로 이격되어 복수 개로 제공되고, 인가된 힘에 따라 저항값이 변하는 압저항 물질을 포함하는 센싱 전극들; 및
    상기 센싱 전극들에 전기적으로 연결되고, 상기 센싱 전극들의 저항값들을 근거로 상기 터치의 터치 좌표 및 터치 힘을 센싱하는 터치 프로세서를 포함하는 터치 표시장치.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 터치 프로세서는
    상기 센싱 전극들의 저항값들을 제공하는 전극 저항;
    상기 전극 저항에 직렬 연결되고, 일정한 저항 값을 갖는 기준 저항;
    상기 전극 저항 및 상기 기준 저항 사이의 노드에 연결되어, 상기 노드에 걸리는 분배 전압을 근거로 상기 터치의 유무 및 소프트/하드 터치 여부를 판단하는 터치 판단부;
    상기 분배 전압에 대응되는 센싱 전극의 위치로부터 상기 터치 좌표를 추출하는 좌표 추출부; 및
    상기 터치 좌표에 대응되는 센싱 전극의 저항값을 근거로 상기 터치 힘을 산출하는 터치 힘 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 터치 프로세서는 상기 터치가 하드 터치인 경우 상기 터치 좌표 및 상기 터치 힘을 산출하고, 상기 터치가 소프트 터치인 경우 상기 터치 좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
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