KR20140028219A - Touch detecting apparatus for improving visibility and method - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 터치 검출 장치 및 터치 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 시인성 개선을 위한 터치 검출 장치 및 터치 검출 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a touch detection device and a touch detection method, and more particularly, to a touch detection device and a touch detection method for improving visibility.
터치 스크린 패널은 영상 표시 장치에 의해 표시된 내용에 기초하여 사람의 손 또는 다른 접촉수단으로 터치하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력 장치이다.The touch screen panel is an input device for touching a user's hand or other contact means based on the contents displayed by the image display device so as to input a command of the user.
이를 위하여 터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 다른 접촉수단으로 직접 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다. 이에 따라 접촉 위치에서 선택된 지시 내용이 입력 신호로 받아들여진다.To this end, the touch screen panel is provided on the front face of the image display device and converts the contact position, which is in direct contact with a human hand or other contact means, into an electrical signal. Accordingly, the instruction content selected at the contact position is accepted as the input signal.
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 센서 패턴이 주변의 다른 센서 패턴 또는 접지 전극 등과 형성하는 정전 용량의 변화를 감지함으로써 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.As a method of implementing a touch screen panel, a resistive film method, a light sensing method, and a capacitive method are known. Among them, the capacitive touch panel converts the contact position into an electrical signal by detecting a change in the capacitance formed by the conductive sensor pattern with other surrounding sensor patterns or the ground electrode when a human hand or an object is contacted.
도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.1 is an exploded top view of an example of a conventional capacitive touch screen panel.
종래의 터치 스크린 패널(1)은 투명 기판(2), 투명 기판(2) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴(3), 제1 절연막(4), 제2 센서 패턴(5) 및 제2 절연막(6)과 위치 검출 라인(7)을 포함한다.The conventional
제1 센서 패턴(3)은 투명 기판(2)의 일면 위에 횡방향을 따라 연결되도록 형성된다. 예를 들면, 제1 센서 패턴(3)은 투명 기판(2) 위에 복수의 다이아몬드 모양이 일렬로 연결된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다.The
이와 같은 제1 센서 패턴(3)은 Y 좌표가 동일한 하나의 행에 위치하는 제1 센서 패턴(3)끼리 서로 연결되도록 형성된 복수의 Y 패턴으로 이루어질 수 있으며, 행 단위로 위치 검출 라인(7)과 연결된다.The
제2 센서 패턴(5)은 제1 절연막(4) 위에 열방향을 따라 연결되도록 형성되며, 제1 센서 패턴(3)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴(3)과 교호로 배치된다. 예를 들면, 제2 센서 패턴(5)은 제1 센서 패턴(3)과 동일한 다이아몬드 패턴으로 형성될 수 있으며, X 좌표가 동일한 하나의 열에 위치하는 제2 센서 패턴(5)끼리 서로 연결된다. 또한 제2 센서 패턴(5)은 열 단위로 위치 검출 라인(7)과 연결된다.The
한편 제1 및 제2 센서 패턴(3, 5)은 인듐-틴 옥사이드(이하, ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어지고, 제1 절연막(4)은 투명한 절연 물질로 이루어진다.The first and
단위의 센서 패턴(3, 5)은 각각 위치 검출 라인(7)과 전기적으로 연결되어 구동 회로(도시하지 않음) 등으로 접촉 위치 신호를 공급한다.
도 1에 도시된 터치 스크린 패널(1)에 손 또는 물체가 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴(3, 5) 및 위치 검출 라인(7)을 경유하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전 용량의 변화가 전달된다. 그리고 X 및 Y 입력 처리 회로(도시하지 않음) 등에 의하여 정전 용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.When a hand or an object is brought into contact with the
그러나 종래의 터치 스크린 패널(1)은 X 및 Y에 대한 각각의 레이어에 ITO 패턴을 구비하여야 하고, X 레이어와 Y 레이어 사이에 절연층을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다. 더불어 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전 용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전 용량 변화를 감지하여야 한다. 이를 위해서 복잡한 연산 및 통계 처리 과정이 필요하다.However, the conventional
또한 터치 전후의 전기적 신호의 차이가 극히 미세하므로 배선 저항의 영향을 받으며 이 때문에 낮은 저항을 유지하기 위하여 금속 배선을 필요로 한다. 이러한 금속 배선을 형성하기 위해 추가의 마스크 공정이 필요하다.In addition, the difference between the electrical signals before and after the touch is extremely small, so it is influenced by the wiring resistance. Therefore, metal wiring is required to maintain a low resistance. An additional masking process is needed to form such metallization.
또한 종래의 터치 스크린 패널(1)의 터치 검출은 저항 값에 크게 의존하며 노이즈에 민감하기 때문에 터치 검출 감도를 증가시키는 데 많은 어려움이 존재한다. 특히 터치 시 터치정전용량이 접지되는 것이 아니라 인체가 안테나로 감응하여 환경 주파수 성분의 노이즈 신호가 터치 패널에 입력으로서 유입된다. 실제로 50Hz 또는 60Hz 가정 전원을 사용하는 환경에서 손 끝에 걸리는 전기 신호는 가정 전원에서 발생되는 전기장의 간섭을 받아 해당 주파수의 입력 신호가 터치 센싱 노드에 유입된다. 인체 방사 노이즈 신호가 터치 패널에 유입되면, 터치에 의한 터치 검출 값이 크게 변화되어 터치 여부를 분간할 수 없게 된다.In addition, since the touch detection of the conventional
더욱이 종래의 터치 스크린 패널(1)은 복잡한 연산을 통해 수 차례 축적된 정전용량의 미세한 변화를 이용하여 터치를 검출하므로 정확한 터치 면적을 산출할 수 없었다. 따라서, 사용자는 터치 면적을 사용자 입력의 하나의 수단으로 이용하는 것이 현실적으로 불가능하였다.Furthermore, the conventional
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 정확한 터치 좌표를 검출할 수 있는 장치를 제공하는 것이다.An object of the present invention is to provide an apparatus capable of detecting accurate touch coordinates.
또한, 본 발명이 해결하고자 하는 다른 과제는 시인성을 개선할 수 있는 터치 검출 장치를 제공하는 것이다. 보다 상세하게는, 패턴 간 유의차가 분명한 유형의 센서 패드 내부에 패턴간 균일 특성을 주는 더미 패턴을 형성하여 시각적으로 균일한 굴절율 균등화(Averaging)를 유도하여 시인성을 향상시키는 것이다.In addition, another object of the present invention is to provide a touch detection device that can improve visibility. In more detail, a dummy pattern giving uniform characteristics between patterns is formed inside a sensor pad having a significant difference between patterns, thereby inducing visually uniform refractive index equalization, thereby improving visibility.
이러한 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 터치 검출 장치는, 매트릭스 형태로 배치된 투명 소재의 복수의 센서 패드; 상기 복수의 센서 패드와 전기적으로 연결된 스위치와 구동 축전기 및 충전 신호와 상기 구동 축전기 사이에 연결되며 선택 가능한 복수의 저항을 포함하고, 상기 스위치를 이용하여 상기 센서 패드를 충전 및 플로팅 시킨 후 상기 구동 축전기에 인가된 교번 전압에 응답하는 전압 변화를 출력하는 구동부; 상기 센서 패드를 상기 구동부와 연결하는 복수의 신호 배선을 포함하고, 상기 센서 패드에는 복수의 스페이스가 형성되고, 상기 복수의 스페이스는 상기 신호 배선 간 간격과 동일한 간격으로 상기 센서 패드 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.According to an aspect of the present invention, there is provided a touch sensing apparatus including: a plurality of sensor pads of a transparent material arranged in a matrix; A switch electrically connected to the plurality of sensor pads, the driving capacitor and a plurality of resistors connected between the charging signal and the driving capacitor and selectable resistors; and the driving capacitor after charging and floating the sensor pad using the switch. A driver for outputting a voltage change responsive to an alternating voltage applied thereto; A plurality of signal wires connecting the sensor pads to the driving unit, and a plurality of spaces are formed in the sensor pads, and the plurality of spaces are formed inside the sensor pads at the same intervals as the intervals between the signal wires. It is characterized by.
이와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치에 의하면 터치 검출 속도를 빠르게 할 수 있고, 노이즈의 영향을 최소화할 수 있으며, 터치 면적 및 터치 좌표를 정확하게 검출할 수 있다.As described above, according to the touch detection apparatus according to the embodiment of the present invention, the touch detection speed can be increased, the influence of noise can be minimized, and the touch area and touch coordinates can be accurately detected.
또한, 매트릭스 형태로 배열된 센서 패드를 구동 장치(터치 IC)와 각각 연결하는 신호 배선의 패턴 및 선폭과 센서 패드 내부의 패턴 및 선폭을 동일하게 형성해줌으로서, 센서 패드와 신호 배선 간의 형상 구분을 최소화해줌으로써 사용자가 터치 패널 상에 형성된 투명한 도전 물질(예, ITO, CNT, 그래핀 등)이 보이는 현상을 개선할 수 있는 효과가 있다. 즉, 터치 패널의 시인성을 개선할 수 있는 효과가 있다.In addition, by forming the same pattern and line width of the signal wirings connecting the sensor pads arranged in a matrix form with the driving device (touch IC), and the same pattern and line width inside the sensor pads, shape separation between the sensor pads and the signal wirings can be achieved. By minimizing the effect, the user may improve the phenomenon of seeing transparent conductive materials (eg, ITO, CNT, graphene, etc.) formed on the touch panel. That is, there is an effect that can improve the visibility of the touch panel.
도 1은 종래의 터치 스크린 패널의 분해 평면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.
도 6은 도 5에 도시한 파형도의 충전 구간에서 충전 전압이 축전기에 충전되는 상태를 도시한 개략도이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널을 나타낸 예시도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 다른 터치 패널을 나타낸 예시도이다.
도 9는 도 7 또는 도 8에 도시된 터치 패널의 단면을 나타낸 예시도이다.1 is an exploded top view of a conventional touch screen panel.
2 is an exploded top view of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
3 is a block diagram illustrating a configuration of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
4 is a circuit diagram illustrating a touch detection unit according to an embodiment of the present invention.
5 is an exemplary waveform diagram of a touch detection unit according to an embodiment of the present invention.
6 is a schematic diagram showing a state in which a charging voltage is charged in a capacitor in a charging section of the waveform diagram shown in FIG.
7 is an exemplary view illustrating a touch panel according to an embodiment of the present invention.
8 is an exemplary view illustrating another touch panel in accordance with another embodiment of the present invention.
9 is an exemplary view illustrating a cross section of the touch panel illustrated in FIG. 7 or 8.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.The terms used in this specification will be briefly described and the present invention will be described in detail.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.While the present invention has been described in connection with what is presently considered to be the most practical and preferred embodiment, it is to be understood that the invention is not limited to the disclosed embodiments. Also, in certain cases, there may be a term selected arbitrarily by the applicant, in which case the meaning thereof will be described in detail in the description of the corresponding invention. Therefore, the term used in the present invention should be defined based on the meaning of the term, not on the name of a simple term, but on the entire contents of the present invention.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다. 그리고 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 시스템을 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.When an element is referred to as "including" an element throughout the specification, it is to be understood that the element may include other elements, without departing from the spirit or scope of the present invention. In addition, the terms "... unit", "module", etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software. . When a part is "connected" to another part, it includes not only a direct connection but also a connection with another system in the middle.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.DETAILED DESCRIPTION Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings so that those skilled in the art may easily implement the present invention. The present invention may, however, be embodied in many different forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein. In order to clearly illustrate the present invention, parts not related to the description are omitted, and similar parts are denoted by like reference characters throughout the specification.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
먼저 도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치에 대하여 상세하게 설명한다.First, a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 and 3. FIG.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.FIG. 2 is an exploded top view of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention, and FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
도 2 및 도 3을 참고하면, 본 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 패널(100)과 구동 장치(200) 및 이 둘을 연결하는 회로 기판(20)을 포함한다.Referring to FIGS. 2 and 3, the touch detection apparatus according to the present embodiment includes a
터치 패널(100)은 투명 소재의 유리 또는 플라스틱 필름 등의 기판(15) 위에 형성되어 있는 복수의 센서 패드(110)와 이에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(120)을 포함한다.The
복수의 센서 패드(110)는 예를 들어 사각형 또는 마름모꼴일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 센서 패드(110)는 균일한 형태의 다각형 형태로 구현될 수 있다. 센서 패드(110)는 실질적으로 인접한 다각형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.The plurality of
각각의 신호 배선(120)은 한 쪽 끝이 센서 패드(110)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(15)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 신호 배선(120)의 선폭은 수~수십 마이크로 미터 수준으로 상당히 좁게 설계될 수 있다.Each
센서 패드(110)와 신호 배선(120)은 ITO(indium-tin-oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(indium-zinc-oxide), CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 투명한 도전 물질로 만들어질 수 있다.The
센서 패드(110)와 신호 배선(120)은, 예를 들어 ITO막을 기판(15) 위에 스퍼터링 등의 방법으로 적층한 다음 포토리소그래피 등의 에칭 방법을 사용하여 패터닝함으로써 동시에 형성할 수 있다.The
센서 패드(110)와 신호 배선(120)은 투명한 절연막(10)으로 덮일 수 있다.The
터치 패널(100)을 구동하기 위한 구동 장치(200)는 인쇄 회로 기판이나 가요성 회로 필름과 같은 회로 기판(20) 위에 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않으며 기판(15)의 일부에 직접 실장될 수도 있다. 구동 장치(200)는 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230) 및 제어부(240) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 직접회로(IC) 칩으로 구현될 수 있다.The
터치 검출부(210)는 신호 배선(120)과 연결되어 있으며, 제어부(240)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출의 판단 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 터치 검출부(210)는 센서 패드(110)와 연결된 다수의 스위치와 축전기를 포함할 수 있다.The
또한 터치 검출부(210)는 센서 패드(110)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(230)에 기억시키며, 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있다.The
터치 정보 처리부(220)는 메모리(230)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.The
제어부(240)는 터치 검출부(210) 및 터치 정보 처리부(220)를 제어하며, 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit, MCU)을 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.The
메모리(240)는 터치 검출부(210)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초한 디지털 전압과 터치 검출, 면적 산출, 터치 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 기억한다.The
전술한 바와 같이, 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230), 제어부(240)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.As described above, the
도 4 내지 도 6을 참고하여 터치 패널 및 터치 검출부의 구체적인 실시예 및 그 동작에 대하여 상세하게 설명한다.4 to 6, a specific embodiment of the touch panel and the touch detection unit and its operation will be described in detail.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이며, 도 6은 도 5에 도시한 파형도의 충전 구간에서 충전 전압이 축전기에 충전되는 상태를 도시한 개략도이다.FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a touch detection unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 5 is an exemplary waveform diagram of a touch detection unit according to an embodiment of the present invention, FIG. 6 is a waveform diagram of FIG. FIG. 3 is a schematic view showing a state in which a charging voltage is charged in a capacitor in a charging section. FIG.
도 4를 참고하면, 터치 검출부(210)는, 선택 가능한 복수의 저항(R1~Rn), 스위칭 동작을 하는 복수의 트랜지스터(211), 복수의 기생 축전기(Cp), 복수의 구동 축전기(Cdrv), 복수의 공통 축전기(Cvcom) 및 복수의 레벨 시프트 검출부(212)를 포함하며, 신호 배선(120)을 통하여 센서 패드(110)에 연결되어 있다. 트랜지스터(211), 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv), 공통 축전기(Cvcom) 및 레벨 시프트 검출부(212)는 센서 패드(110) 및 신호 배선(120) 당 하나씩 그룹을 이룰 수 있으며, 앞으로 센서 패드(110), 신호 배선(120), 트랜지스터(211), 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv) 및 공통 축전기(Cvcom)를 합하여 "터치 셀"이라 한다. 상기 터치 셀은 각각의 구성요소가 멀티플렉서에 의해 전기적으로 연결된 경우를 포함하는 개념이다. 이하 편의상 축전기와 그 정전용량의 도면 부호는 동일하게 사용한다.4, the
트랜지스터(211)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터로서, 게이트에는 제어 신호(Vg)가 인가되고, 소스(또는 드레인)에는 충전 신호(Vb)가 인가될 수 있으며, 드레인(또는 소스)은 신호 배선(120)에 연결될 수 있다. 제어 신호(Vg)와 충전 신호(Vb)는 제어부(240)의 제어에 의해 인가될 수 있다. 여기에서 트랜지스터(211) 대신 스위칭을 할 수 있는 다른 소자가 사용되어도 무방하다.The
복수의 저항(R1~Rn)은 그 중 어느 하나가 선택되어 충전 신호(Vb)와 트랜지스터(211) 사이에 연결된다.One of the resistors (R1 to Rn) is selected and connected between the charging signal (Vb) and the transistor (211).
기생정전용량(Cp)은 센서 패드(110)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서 패드(110), 신호 배선(120) 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 기생정전용량(Cp)은 터치 검출부(210), 터치 패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생 용량을 포함할 수 있다.The parasitic capacitance Cp means a capacitance attached to the
공통정전용량(Cvcom)은 터치 패널(100)이 표시 장치(도시하지 않음) 위에 장착될 때 표시 장치의 공통 전극(도시하지 않음)과 터치 패널(100) 사이에 형성되는 정전용량이다. 공통 전극에는 구형파 등의 공통 전압(Vcom)이 표시 장치에 의하여 인가된다. 한편 공통정전용량(Cvcom)도 일종의 기생 용량으로서 기생정전용량(Cp)에 포함될 수 있으며, 이하 별도로 언급이 없으면 공통정전용량(Cvcom)은 기생정전용량(Cp)에 포함되는 것으로 하여 설명한다.The common capacitance Cvcom is a capacitance formed between the common electrode (not shown) of the display device and the
구동정전용량(Cdrv)은 센서 패드(110)별 소정 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 구동 축전기(Cdrv)에 인가되는 교번 전압(Vdrv)은 바람직하게는 구형파 신호이다. 교번 전압(Vdrv)은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클럭 신호일 수도 있으나 듀티비가 상이할 수도 있다. 교번 전압(Vdrv)은 별도의 교번 전압 생성 수단에 의하여 제공될 수도 있으나, 공통 전압(Vcom)을 이용할 수도 있다.The driving capacitance Cdrv is a capacitance formed in a path for supplying an alternating voltage Vdrv alternating at a predetermined frequency for each
한편 도 4에서 터치정전용량(Ct)은 사용자가 센서 패드(110)를 터치할 경우에 센서 패드(110)와 사용자의 손가락 등의 터치 입력 도구 사이에 형성되는 정전용량을 나타낸 것이다.4, the touch capacitance Ct indicates capacitance formed between the
앞으로, 사용자가 터치할 수 없는 위치에 배치되거나, 항상 터치되지 않는 전기적 특성을 갖는 셀을 배치할 수 있는데, 앞으로 이를 "기준 셀"이라 한다. "기준 셀"은 물리적으로 존재할 수도 있지만, 데이터 값만 갖는 가상의 셀이 될 수도 있다.In the future, it is possible to arrange a cell having an electrical characteristic that is placed in a position that can not be touched by the user, or is not always touched. The "reference cell" may be physically present, but may be a virtual cell having only data values.
도 5를 참고하면, 제어부(240)는 충전 신호(Vb)와 제어 신호(Vg)를 각각 트랜지스터(211)의 소스와 게이트에 인가할 수 있다.5, the
먼저 센서 패드(110)에 터치 입력 도구가 터치되지 않은 경우(non-touch)에 대하여 살펴본다. 충전 신호(Vb)가 예를 들면 10V로 상승한 후에, 트랜지스터(211)의 게이트에 인가되는 제어 신호(Vg)가 저전압(VL)에서 고전압(VH)으로 올라가면서 충전 구간(T1)이 시작되면 트랜지스터(211)가 턴온된다. 이에 따라 센서 패드(110)는 충전 신호(Vb)에 의하여 충전되기 시작하며, 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv) 및 공통 축전기(Cvcom)에도 충전 전압(Vb)에 의하여 전하가 충전된다. 센서 패드(110)에 충전된 전하가 목표 전압(Vpc)에 이르면 제어부(240)는 제어 신호(Vg)를 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 강하시켜 트랜지스터(211)를 턴 오프시키고, 충전 구간(T1)을 마친다. 터치 검출부(210)는 비교기(도시하지 않음)를 구비하여 목표 전압(Vpc)과 출력 전압(Vo)을 비교기의 입력으로 하고 그 출력을 제어 신호(Vg)로 사용할 수도 있다.First, a case where the touch input tool is not touched to the sensor pad 110 (non-touch) will be described. When the charging period T1 starts after the charging signal Vb rises to, for example, 10 V and the control signal Vg applied to the gate of the
도 6을 참고하면 충전 구간(T1)이 시작되어 트랜지스터(211)가 턴온되면 전체 축전기(C)에 충전되는 전압, V=Vb*e-t/(R*C)와 같다. 여기서 R은 복수의 저항(R1~R4) 중에서 선택된 저항값이고, C는 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv) 및 공통 축전기(Cvcom)의 정전용량의 합이다. 만약 충전 전압(Vb)이 목표 전압(Vpc)보다 충분히 큰 전위에 있으면, 위 수식에 의하여 목표 전압(Vpc)에 도달하는 시간을 단축할 수 있다.Referring to FIG. 6, when the charging period T1 starts and the
예를 들어, 목표 전압(Vpc)이 5V일 때, 충전 전압(Vb)이 5V인 경우(V1)보다 충전 전압(Vb)이 10V 인 경우(V2) 목표 전압(Vpc)에 도달되는 시간은 전자의 절반 수준으로 단축시킬 수 있다. 이에 따라 터치 검출 속도를 빠르게 할 수 있다. 또한 복수의 저항(R1~Rn) 중에서 선택되는 저항값에 따라 축전기(C)에 충전되는 전압(V)의 파형은 V3과 같이 달라질 수 있다.For example, when the target voltage Vpc is 5 V, the time when the charging voltage Vb is 5 V (V1) and the charging voltage Vb is 10 V (V2) To about half the level. Accordingly, the touch detection speed can be increased. Also, the waveform of the voltage V charged in the capacitor C may vary as in V3 depending on the resistance value selected from the plurality of resistors R1 to Rn.
따라서, 터치 검출 시 특정 주파수 대역에서의 오동작이 발생할 경우, 복수의 저항(R1~Rn) 중에서 저항을 선택하여 오동작 대역의 회피 기동이 가능하도록 할 수 있다. 저항(V1~Vn)뿐만 아니라 목표 전압(Vpc)과 충전 전압(Vb)도 필요에 따라 가변시킬 수 있으며, 이에 따라 전하 충전 속도와 전류량을 제어할 수 있다. 충전 전압(Vb)이 충분히 고압인 경우 목표 전압(Vpc)을 높여 상대적인 강전류 검출이 가능하며, 이와 같이 강전류 검출 조건이 성립되면 터치 검출 시 축전기(C)의 충전 전위가 높기 때문에 인체로부터 방사되는 허압 상태의 방사 노이즈에 강한 특성을 갖게 된다.Therefore, when a malfunction occurs in a specific frequency band at the time of touch detection, it is possible to select a resistor among the plurality of resistors R1 to Rn to enable the malfunction band avoidance start-up. Not only the resistors V1 to Vn but also the target voltage Vpc and the charging voltage Vb can be varied as needed so that the charge charging speed and the amount of current can be controlled. When the charging voltage Vb is sufficiently high, the relative strong current can be detected by raising the target voltage Vpc. When the strong current detection condition is established as described above, since the charging potential of the capacitor C is high during touch detection, Which is strong against the radiated noise in the self-pressing state.
다음, 제어 신호(Vg)가 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 내려가면서 센싱 구간(T2)이 시작되면 트랜지스터(211)가 턴 오프되고, 터치 축전기(Ct), 기생 축전기(Cp), 구동 축전기(Cdrv) 및 공통 축전기(Cvcom)가 충전된 상태로 고립된다. 이 때, 충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위하여 레벨 시프트 검출부(212)의 입력단은 하이 임피던스를 갖는 것이 바람직하지만, 센서 패드(110) 및 구동 축전기(Cdrv) 등에 충전된 신호를 방전시키면서 터치 입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속한 관찰이 가능한 경우에는 레벨 시프트 검출부(212)의 입력단의 임피던스가 낮아도 무방하다.Next, when the sensing period T2 starts with the control signal Vg falling from the high voltage VH to the low voltage VL, the
이와 같이 센서 패드(110) 등에 충전된 전하가 고립되어 있는 상태를 플로팅(floating) 상태라 칭한다. 이때, 구동 축전기(Cdrv)에 인가된 교번 전압(Vdrv)이, 예를 들면 0V에서 5V로, 상승하면 센서 패드(110)의 출력 전압(Vo)은 전압 레벨이 순간적으로 상승되고, 다시 5V에서 0V로 하강하면 출력 전압(Vo)의 레벨은 순간적으로 강하된다. 이렇게 전압 레벨이 상승 또는 강하되는 현상은 "킥 백(kick-back)"이라고 불리기도 한다.A state in which the charge charged in the
센서 패드(110)에 터치가 없는 경우, 즉 센서 패드(110)에 연결된 축전기가 구동 축전기(Cdrv)와 기생 축전기(Cp)밖에 없는 경우에는 이들 축전기(Cdrv, Cp)에 의한 출력 전압(Vo)의 전압 변동(ΔVo)은,When there is no touch on the
[수학식 1][Equation 1]
로 주어진다. 여기서 VdrvH와 VdrvL은 각각 교번 전압(Vdrv)의 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이다.. Here, VdrvH and VdrvL are the high level voltage and the low level voltage of the alternating voltage Vdrv, respectively.
다음으로 센서 패드(110)에 터치 입력 도구가 터치된 경우에 대하여 살펴본다. 터치 발생 시에는 센서 패드(110)와 터치 입력 도구 사이에 터치 축전기(Ct)가 형성되며, 이에 따라 센서 패드(110)에 연결된 축전기는 구동 축전기(Cdrv)와 기생 축전기(Cp) 외에도 터치 축전기(Ct)가 더해진다. 앞서 설명한 방식과 마찬가지로 충전 구간(T3)에서 충전 전압(Vb)에 의하여 충전을 시키고, 센싱 구간(T4)에서 이들 세 축전기(Cdrv, Cp, Ct)에 의한 센서 패드(110)의 전압 변동(ΔVo)은 다음 [수학식 2]와 같아진다.Next, a case where the touch input tool is touched on the
[수학식 2]&Quot; (2) "
[수학식 1]과 [수학식 2]를 비교하면, [수학식 2]의 분자 항목에 터치정전용량(Ct)이 추가된 것이므로, 결국, 터치가 있는 경우의 전압 변동(ΔVo)은 터치가 없는 경우의 전압 변동(ΔVo)에 비하여 작고, 그 차이는 터치 용량(Ct)에 따라 달라진다. 이와 같이 터치 전후의 전압 변동(ΔVo)의 차이를 "레벨 시프트"라고 칭한다.Comparing the equations (1) and (2), the touch capacitance Ct is added to the numerator item of the equation (2), so that the voltage variation? Quot; is smaller than the voltage variation [Delta] Vo in the absence of the touch capacitance Ct, and the difference is dependent on the touch capacitance Ct. The difference in voltage fluctuation? Vo before and after the touch is referred to as "level shift ".
일반적으로 축전기의 정전용량(C)은 전극의 면적(A)에 비례하고 전극 사이의 거리(d)에 비례하므로, 즉 C=εA/d (ε은 유전 상수)이다. 따라서, 터치 면적이 커질수록 터치정전용량(Ct)이 커진다. 그리고 도 5에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(211)가 턴 오프 되는 센싱 구간(T2, T4)에서 구동 축전기(Cdrv)에 인가되는 교번 전압(Vdrv)의 변동이 발생하면, 출력 전압(Vo)의 전압 변화가 발생한다. 이와 같은 관계를 이용하여, 터치 전후의 출력 전압(Vo)의 전압 변동(ΔVo)의 차이를 이용하여 터치 여부 및 터치 면적을 산출할 수 있다.In general, the capacitance C of the capacitor is proportional to the area A of the electrode and is proportional to the distance d between the electrodes, that is, C = εA / d (ε is the dielectric constant). Therefore, as the touch area increases, the touch capacitance Ct increases. 5, when the alternating voltage Vdrv applied to the driving capacitor Cdrv fluctuates in the sensing periods T2 and T4 during which the
다시 도 4를 참고하면, 레벨 시프트 검출부(212)는 플로팅 상태에서 교번 전압(Vdrv)에 의해 발생하는 레벨 시프트를 검출한다. 구체적으로, 레벨 시프트 검출부(212)는 터치 미발생 시의 센서 패드(110)에서의 출력 전압(Vo)의 변동분(ΔVo) 및 터치 발생시 센서 패드(110)에서의 출력 전압(Vo)의 변동분(ΔVo)을 측정하여 레벨 시프트가 발생하였는지를 검출할 수 있다. 즉, 센서 패드(110)의 전위는 인가된 교번 전압(Vdrv)에 의해 상승 또는 하강 하게 되는데, 터치가 발생한 경우의 전압 레벨 변동은 터치가 발생하지 않은 경우의 전압 레벨 변동 보다 작은 값을 가진다. 따라서, 레벨 시프트 검출부(212)는 터치 전후의 출력 전압(Vo) 레벨을 비교함으로써 레벨 시프트를 검출한다. 또한, 레벨 시프트 검출부(212)는 전압 변동분의 차분에 기초하여 터치 신호를 획득할 수 있다.Referring again to FIG. 4, the level
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 패널을 나타낸 예시도이다.7 is an exemplary view illustrating a touch panel according to an embodiment of the present invention.
도 7을 설명하기에 앞서, 먼저 도 3을 설명하면, 도 3의 터치 패널(100)은 기판 면에 형성된 매트릭스 형태의 복수의 센서 패드(110)와 복수의 신호 배선(120)을 포함하는 단층의 투명한 도전 물질(예, ITO, CNT, 그래핀 등)을 갖는 터치 패널이다. Before describing FIG. 7, first, referring to FIG. 3, the
신호 배선(120)은 센서 패드(110) 대비 상대적으로 매우 작은 선폭, 피치, 밀도를 가지고 있어서, 육안으로 볼 때 시각상 간섭을 주는 문제점이 있어 왔다.Since the
이러한 점을 해결하고자 고투과의 특성을 갖는 최적화된 ITO 증착을 구현하는 연구가 이루어져 왔고, 하부의 기판과 ITO 재료 간의 인덱스 매칭(Index Matching) 개념으로서 Oxide 하부 층을 도입하는 기술 등이 개발되어 왔다. In order to solve this problem, researches for implementing optimized ITO deposition having high transmissive properties have been conducted, and techniques for introducing an oxide underlayer as an index matching concept between an underlying substrate and an ITO material have been developed.
하지만, 도 3과 같은 경우, 신호 배선 간의 유의차가 분명한 경우에 있어서 시인성을 완전히 극복하지 못하는 단점을 보여왔다.However, in the case of FIG. 3, when the significant difference between signal wires is obvious, visibility has not been completely overcome.
도 7의 터치 패널은 전술한 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로서, 패턴 간 유의차가 분명한 유형의 신호 배선에 대하여 센서 패드(110) 내부의 패턴 간 균일특성을 주는 스페이스(space)를 형성하여 줌으로써, 사용자가 육안으로 터치 패널을 보았을 때, 시각적으로 균일한 굴절율 균등화(Averaging)를 유도하여 시인성을 향상시키고자 하였다.The touch panel of FIG. 7 is designed to solve the above-described problem, and by forming a space that gives uniformity between patterns in the
즉, 투명 전극 패턴인 각 센서 패드(110) 내부에는 신호 배선(120)과 동일한 피치(Pitch), 선폭을 가지도록 규칙적으로 스페이스가 형성되고, 신호 배선(120)이 지나가지 않는 센서 패드(110)와 센서 패드(110) 사이의 빈공간에는 신호 배선(120)과 동일한 피치, 선폭을 가지도록 더미 패턴이 형성된다. 이때 더미 패턴은 센서 패드(110) 또는 신호 배선(120)과 동일한 투명 전도성 물질(ITO, CNT, 그래핀 등)로 형성될 수 있으며, 상기한 스페이스와 마찬가지로 신호 배선(120)과 동일한 피치, 선폭을 가지도록 형성될 수 있다.That is, the
한편, 센서 패드(110)는 도 7에 도시한 바와 같이, 센서 패드(110)의 외곽면, 센서 패드(110)의 내부에 형성된 패턴 라인, 센서 패드(110)과 구동부(200)를 연결하는 신호 배선(120)은 웨이브(wave) 라인 형태로 구현될 수 있다. 즉, 도 3에 도시된 직사각형 형태의 테두리를 가지는 센서 패드를 신호 배선과 함께 웨이브 라인 형상으로 바꾸어서 구현한 것이다. 이를 통해, 시각적으로 균일한 굴절율 균등화를 촉진시켜 시인성을 보다 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
Meanwhile, as illustrated in FIG. 7, the
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 다른 터치 패널을 나타낸 예시도이다.8 is an exemplary view illustrating another touch panel in accordance with another embodiment of the present invention.
도 8을 참조하면, 센서 패드(110) 내부에 형성된 도전성 패턴은 신호 배선(120)과 같이 종방향의 연속적인 연결구조가 아닌 독립적인 정사각형의 형태로 배치되며, 예컨대, 원형, 직사각형, 삼각형, 오각형 등의 적어도 하나 이상의 다각형의 형태로 이루어지는 개념을 포함한다.Referring to FIG. 8, the conductive patterns formed in the
도 9는 도 7에 도시된 터치 패널의 B-B' 단면 또는 도 8에 도시된 C-C' 단면을 나타낸 예시도로서, 빛의 투과와 반사율은 아래 수식에 의해 정해질 수 있다.FIG. 9 is an exemplary view illustrating a cross-section B-B 'of the touch panel illustrated in FIG. 7 or a cross-section C-C' illustrated in FIG. 8, and the transmission and reflectance of light may be determined by the following equation.
어떤 매질 내에서의 굴절 지수 (Index of Reflection) : nr 이라고 하면,Index of Reflection in any medium: n r Quot;
빛의 투과율은,The transmittance of the light,
[수학식 3]&Quot; (3) "
빛의 반사율(R)은,The reflectance (R) of the light is
[수학식 4]&Quot; (4) "
센서 패드(110) 내의 더미 패턴의 삽입(또는 스페이스의 형성)은 광투과의 더 많은 가능성을 부여하는 개구율을 키워 신호 배선(120)과의 균일성을 부여하여 기판과 기판-ITO간 Reflective Index 차이에 대하여 굴절율 균일화를 통한 시인성 향상을 유도할 수 있을 뿐만 아니라, 터치 패널에 장착된 디스플레이 화면의 광 투과율을 개선시킬 수 있는 이점이 기대된다.Insertion of a dummy pattern (or formation of a space) in the
10: 절연막, 15: 기판,
20: 회로 기판, 100: 터치 패널,
110: 센서 패드, 120: 신호 배선,
200: 구동 장치, 210: 터치 검출부,
212: 트랜지스터, 212: 레벨 시프트 검출부,
221: 터치셀 검출부, 222: 터치 면적 산출부,
223: 터치 좌표 산출부, 230: 메모리,
240: 제어부10: insulating film, 15: substrate,
20: circuit board, 100: touch panel,
110: sensor pad, 120: signal wiring,
200: drive unit, 210: touch detection unit,
212: transistor, 212: level shift detector,
221: touch cell detector, 222: touch area calculator,
223: touch coordinate calculator, 230: memory,
240:
Claims (1)
상기 복수의 센서 패드와 전기적으로 연결된 스위치와 구동 축전기 및 충전 신호와 상기 구동 축전기 사이에 연결되며 선택 가능한 복수의 저항을 포함하고, 상기 스위치를 이용하여 상기 센서 패드를 충전 및 플로팅 시킨 후 상기 구동 축전기에 인가된 교번 전압에 응답하는 전압 변화를 출력하는 구동부;
상기 센서 패드를 상기 구동부와 연결하는 복수의 신호 배선을 포함하고,
상기 센서 패드에는 복수의 스페이스가 형성되고, 상기 복수의 스페이스는 상기 신호 배선과 동일한 피치 및 선폭을 가지도록 상기 센서 패드 내부에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는,
터치 검출 장치.A plurality of sensor pads of transparent material arranged in a matrix form;
A switch electrically connected to the plurality of sensor pads and a driving capacitor and a plurality of resistors connected between the charging signal and the driving capacitor, the plurality of selectable resistors being used; A driver for outputting a voltage change responsive to an alternating voltage applied thereto;
A plurality of signal wires connecting the sensor pads to the driving unit;
A plurality of spaces are formed in the sensor pad, and the plurality of spaces are formed inside the sensor pad to have the same pitch and line width as the signal wiring.
Touch detection device.
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