KR20140029147A - 터치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 행과 열을 이루어 배치된 복수의 센서 패드; 상기 복수의 센서 패드의 열과 열 사이에 배치되는 구동 라인; 및 상기 센서 패드의 충전 후 플로팅 상태에서 제1 프레임과 제2 프레임에 각각 상기 센서 패드와 구동 라인에 교번전압을 인가한 후, 상기 센서 패드의 출력 전압 변화량 측정을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.

Description

터치 검출 장치 및 방법{TOUCH DETECTING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 터치를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구동 라인과 복수의 센서 패드 간에 형성되는 상호 정전용량을 이용하여 터치 검출의 정확도를 높이기 위한 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 스크린 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(1)은 투명 기판(2)과 투명 기판(2) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴층(3), 제1 절연막층(4), 제2 센서 패턴층(5) 및 제2 절연막층(6)과 금속 배선(7)으로 이루어진다.

제1 센서 패턴층(3)은 투명 기판(2) 위에 횡방향을 따라 연결될 수 있으며, 예를 들어 복수의 다이아몬드 모양이 일렬로 연결된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 센서 패턴층(3)은 Y 좌표가 동일한 하나의 행에 위치하는 제1 센서 패턴층(3)끼리 서로 연결되도록 형성된 복수의 Y 패턴으로 이루어질 수 있으며, 행 단위로 금속 배선(7)과 연결된다.

제2 센서 패턴층(5)은 제1 절연막층(4) 위에 열방향을 따라 연결될 수 있으며, 예를 들어 제1 센서 패턴층(3)과 동일한 다이아몬드 모양으로 형성될 수 있다. 제2 센서 패턴층(5)은 X 좌표가 동일한 하나의 열에 위치하는 제2 센서 패턴층(5)끼리 서로 연결되며, 제1 센서 패턴층(3)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴층(3)과 교호로 배치된다. 또한 제2 센서 패턴층(5)은 열 단위로 금속 배선(7)과 연결된다.

제1 및 제2 센서 패턴층(3, 5)은 인듐-틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 제1 절연막층(4)은 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있다.

하나의 센서 패턴층(3, 5)은 각각 금속 배선(7)을 통해 구동회로와 전기적으로 연결된다.

터치 스크린 패널(1)에 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴층(3, 5) 및 금속 배선(7)을 통하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전 용량의 변화가 전달된다. 그리고 이렇게 전달된 정전 용량의 변화가 X 및 Y 입력 처리 회로 등에 의하여 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.

그러나 이러한 터치 스크린 패널(1)은 각 센서 패턴층(3, 5)에 ITO 패턴을 별도로 구비하여야 하고, 센서 패턴층(3, 5) 사이에 절연막층(4)을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.

또한 종래 기술은 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전 용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전 용량 변화를 감지하여야 하므로 이를 위해서 복잡한 연산 및 통계 처리 과정이 요구된다.

그리고 종래 기술은 정전 용량의 변화를 정해진 시간 내에 충분히 축적해야 하기 때문에 낮은 저항을 유지하기 위하여 금속 배선을 필요로 한다. 이러한 금속 배선은 터치 스크린의 테두리에 베젤을 두껍게 하고 추가의 마스크 공정을 발생시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 2에 도시되는 바와 같은 터치 검출 장치가 제안되었다.

도 2에 도시되는 터치 검출 장치는 터치 스크린 패널(20)과 구동 장치(30) 및 이 둘을 연결하는 회로 기판(40)을 포함한다.

터치 스크린 패널(20)은 기판(21) 위에 형성되며 다각형의 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 센서 패드(22) 및 센서 패드(22)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(23)을 포함한다.

각 신호 배선(23)은 한쪽 끝이 센서 패드(22)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(21)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 센서 패드(22)와 신호 배선(23)은 커버 유리(50)에 패터닝 될 수 있다.

구동 장치(30)는 복수의 센서 패드(22)를 순차적으로 하나씩 선택하여 해당 센서 패드(22)의 정전용량을 측정하고, 이를 통해 터치 발생 여부를 검출해낸다.

센서 패드(22)에 터치가 발생하는 경우, 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉함에 따라 센서 패드(22) 사이에 형성되는 정전용량인 터치 정전용량(Ct)을 이용하여 터치를 검출하게 된다.

그러나, 터치 스크린 패널(20) 위에 물(water) 또는 다른 전도성 물질이 존재하는 경우에는 센서 패드(22)의 정전용량에 변화를 유발시켜 센서 패드(22)에서 검출되는 출력값에 영향을 미치게 된다. 따라서, 센서 패드(22)의 터치 정전용량(Ct)을 측정하는 것만으로는 터치 인식에 대한 오류를 발생시킬 수 있으며, 이로 인해 터치가 발생한 위치를 정확히 찾기 어렵다는 문제점이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위해 센서 패드의 패턴, 위치 변화 등을 구현하는 연구가 이루어지고 있으나, 터치 스크린 패널의 감도 문제 등 터치 스크린 패널 위에 물 등의 전도성 물질이 떨어진 경우에 대한 오류를 완전히 해결하지 못하고 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하는 것을 목적으로 한다.

본 발명은 복수의 센서 패드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 터치 발생시 형성되는 센서 패드의 터치 정전용량 변화 또는 센서 패드와 구동 라인 사이의 상호 정전용량 변화를 통해 터치를 검출함으로써, 물 등의 도전성 물질에 의한 터치 검출 오류를 방지하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예는 복수의 행과 열을 이루어 배치된 복수의 센서 패드; 상기 복수의 센서 패드의 열과 열 사이에 배치되는 구동 라인; 및 상기 센서 패드의 충전 후 플로팅 상태에서 제1 프레임과 제2 프레임에 각각 상기 센서 패드와 구동 라인에 교번전압을 인가한 후, 상기 센서 패드의 출력 전압 변화량을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하는, 터치 검출 장치를 제공한다.

상기 터치 검출부는, 상기 제1 프레임에서는 상기 센서 패드와 터치입력도구 사이에 형성되는 터치 정전용량의 변화를 통해 터치를 검출하고, 상기 제2 프레임에서는 상기 구동 라인과 상기 센서 패드 사이에 형성되는 상호 정전용량(mutual capacitance; Cm)의 변화를 통해 터치를 검출할 수 있다.

상기 터치 검출부는, 상기 상호 정전용량이 정상 상태에 비해 낮은 값을 나타낼 때에만 터치가 발생한 것으로 인식할 수 있다.

상기 터치 검출부는, 상기 센서 패드가 배치된 영역 중 상기 상호 정전용량의 감소폭이 가장 큰 지점을 터치 발생 지점으로 인식할 수 있다.

상기 센서 패드 각각과 상기 터치 검출부를 연결하며 상기 구동 라인과 평행하게 배치되는 복수의 신호 배선을 더 포함할 수 있다.

상기 터치 검출 장치는, 상기 구동 라인과 상기 신호 배선 사이에 형성되는 더미 라인을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 행과 열을 이루어 배치되는 복수의 센서 패드를 포함하는 터치 검출 장치에서 터치를 검출하는 방법에 있어서, 상기 복수의 센서 패드 중 적어도 하나를 충전한 후 플로팅시키는 단계; 제1 프레임에 상기 센서 패드에 교번전압을 인가하는 단계; 제2 프레임에 상기 센서 패드의 열과 열 사이에 배치되는 구동 라인에 교번전압을 인가하는 단계; 및 상기 제1 프레임과 제2 프레임에서의 센서 패드의 출력 전압 변화량을 통해 터치를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법이 제공된다.

상기 터치 검출은, 상기 제1 프레임에 대해서는 상기 센서 패드와 터치입력도구 사이에 형성되는 터치 정전용량의 변화에 기초하여 이루어지고, 상기 제2 프레임에 대해서는 상기 구동 라인과 상기 센서 패드 사이에 형성되는 상호 정전용량(mutual capacitance; Cm)의 변화에 기초하여 이루어질 수 있다.

상기 터치 검출 단계는, 상기 상호 정전용량이 정상 상태에 비해 낮은 값을 나타낼 때에만 터치가 발생한 것으로 인식하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 터치 검출 단계는, 상기 상호 정전용량의 감소폭이 가장 큰 지점을 터치 발생 지점으로 인식하는 단계를 더 포함할 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 센서 패드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 터치 발생시 형성되는 센서 패드의 터치 정전용량 변화 및 센서 패드와 구동 라인 사이의 상호 정전용량 변화를 통해 터치를 검출함으로써, 물 등의 도전성 물질에 의한 터치 검출 오류가 방지된다.

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 통상적인 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 3은 구동 라인과 감지 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량에 관한 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이다.
도 8은 터치 스크린 패널 상에 물이 떨어져 있는 경우에 대한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 9a 및 도 9b는 도 8의 상황에서 측정되는 구동 라인과 감지 라인 간 상호 정전용량을 나타내는 그래프이다.
도 10은 센서 패드 상에 물이 존재하는 상태에서 터치가 발생하는 경우에 대한 일 예를 나타낸 도면이다.
도 11a 및 도 11b는 도 10의 상황에서 측정되는 구동 라인과 감지 라인 간 상호 정전용량을 나타내는 그래프이다.

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 구동 라인과 센서 패드 사이의 상호 정전용량(Cm; Mutual Capacitance)의 변화로 터치 스크린 패널 위에 물 또는 다른 전도성 물질이 존재하는지 여부 또는 터치 발생 여부를 검출하는 방식과 관련된다.

도 3은 이러한 터치 검출 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 3에 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 3과 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 물 또는 다른 전도성 물질이 존재하는지 여부 또는 터치 여부를 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 배치되는데, 이러한 구동 라인과 감지 라인을 각각 도 3의 제1 도체(210) 및 제2 도체(220)에 대응시킬 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 제1도체와 제2도체 사이에서 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 이용한다면, 터치 스크린 패널 위에 물(water) 또는 다른 전도성 물질의 존재를 파악할 수 있게 되고, 이를 통해 실제 터치 발생 수단(예컨대, 손가락)에 의한 터치만을 검출할 수 있게 된다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 검출 장치는 터치 스크린 패널(100) 및 구동 장치(200)를 포함한다.

터치 스크린 패널(100)은 행 또는 열 방향으로 배치된 복수의 센서 패드(110)를 포함할 수 있다.

예를 들어, 복수의 센서 패드(110)는 사각형 또는 마름모꼴일 수 있으나 이와 다른 형태일 수도 있으며, 균일한 형태의 다각형 형태일 수도 있다. 센서 패드(110)는 인접한 다각형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.

복수의 센서 패드(110)는 기판 위에 형성될 수 있으며, 센서 패드(110)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(130)을 통해 구동 장치(200)와 전기적으로 연결될 수 있다. 이때, 기판은 투명 필름 형태로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 기판은 글라스(Glass), PET(Polyethylene Terephthalate), PEN(Polyethylene Naphthalate), PI(Polymide) 또는 아크릴(Acryl) 중 적어도 어느 하나를 이용하여 형성될 수 있다.

센서 패드(110)는 인듐틴옥사이드(ITO), 탄소나노튜브(CNT), 전도성 고분자(PEDOT; poly(3,4-ethylenedioxythiophene)), 은(Ag) 또는 금속(Metal) 투명잉크 중 적어도 어느 하나를 이용하여 이루어질 수 있다. 이때, 구동 라인(120), 신호 배선(130) 및 더미 라인(140)은 센서 패드(110)와 동일한 물질로 이루어질 수 있다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 센서 패드(110) 및 신호 배선(130)을 통칭하여 ‘감지 라인’이라 칭하기로 한다.

복수의 센서 패드(110) 각각은 신호 배선(130)과 전기적으로 연결될 수 있으며, 구동 라인(120)은 센서 패드(110)의 열과 열 사이에 배치된다. 즉, 신호 배선(130)은 센서 패드(110)와 각각 직접 연결되는 반면에, 구동 라인(120)은 센서 패드(110)의 열과 열 사이, 예를 들어 센서 패드(110)의 좌측 및 우측 중 적어도 하나에 배치되며, 센서 패드(110)와 직접 연결되지 않는다. 이때, 구동 라인(120)은 막대 형상을 가지며 열 방향으로 길게 연장된 형태일 수 있으며, 구동 라인(120)의 두께는 신호 배선(130) 및 더미 라인(140)에 비하여 두꺼울 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.

또한, 구동 라인(120)의 개수는 센서 패드(110)의 열의 개수 이상일 수 있다. 예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이, 센서 패드(110)의 열의 개수가 5인 경우, 구동 라인(120)의 개수는 5일 수 있으나, 그 이상일 수도 있다.

구동 라인(120)에는 전원(예를 들어, 교번전압)이 인가되며, 감지 라인은 전도성 물질의 존재 또는 터치 여부를 감지할 수 있다. 예를 들어, 구동 라인(120)에는 소정 주파수로 교번하는 교번전압이 인가되고, 감지 라인은 교번전압에 응답하여 터치입력도구의 터치 상태에 따른 신호를 출력할 수 있다. 일 예로, 감지 라인은 교번전압에 응답하여, 터치가 발생한 경우와 발생하지 않은 경우에 상이한 전압 레벨 값을 출력할 수 있다. 이것은, 구동 라인(120)과 감지 라인에 의해 상호 간에 형성된 상호 정전용량(Cm)의 변화로부터 기인될 수 있다.

한편, 터치 스크린 패널(100)은 더미 라인(140)을 더 포함할 수 있다.

더미 라인(140)은 구동 라인(120)과 신호 배선(130) 사이에 배치될 수 있다. 이 때, 더미 라인(140)을 배치하는 것은 인접한 구동 라인(120)과 감지 라인 사이의 관계에서 존재할 수 있는 기생정전용량에 따른 영향을 방지하기 위한 것이다.

터치 스크린 패널(100)을 구동하기 위한 구동 장치(200)는 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230) 및 제어부(240) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 집적회로(IC) 칩으로 구현될 수 있다.

터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230), 제어부(240)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.

터치 검출부(210)는 구동 라인(120) 및 감지 라인과 연결된 복수의 스위치와 복수의 커패시터를 포함할 수 있으며, 제어부(240)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 또한 터치 검출부(210)는 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 센서 패드(110)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(230)에 기억시킬 수 있다.

터치 검출부(210)는 터치 발생시 및 터치 미 발생시의 센서 패드(110) 출력단에서의 출력 전압(Vo)의 전압 변동의 차이를 이용하여 터치를 검출할 수 있으며, 교번 전압 인가에 따라 구동 라인(120)과 감지 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출하여 터치 스크린 패널 위에 물 또는 다른 전도성 물질이 존재하는지를 감지하거나, 물 또는 다른 전도성 물질이 존재하는 영역에서의 터치를 검출할 수 있다.

터치 정보 처리부(220)는 메모리(230)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.

메모리(230)는 터치 검출부(210)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초한 디지털 전압과 터치 검출, 면적 산출, 터치 좌표 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 기억한다.

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.

도 5 및 도 6을 참고하여 터치 스크린 패널 및 터치 검출부의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이고, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.

도 5를 참고하면, 터치 검출부(210)는 신호 배선(130)을 통하여 센서 패드(110)에 연결되어 있으며, 스위칭 동작을 하는 트랜지스터(211), 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv), 공통 전압 커패시터(Cvcom) 및 레벨 시프트 검출부(212)를 포함한다.

트랜지스터(211), 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv), 공통 전압 커패시터(Cvcom) 및 레벨 시프트 검출부(212)는 센서 패드(110) 및 신호 배선(130) 당 하나씩 그룹을 이룰 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 터치가 발생하지 않았을 경우의 전기적 특성 또는 데이터 값을 “비터치 기준값 (non-touch reference value)”이라고 칭한다.

이하 편의상 커패시터와 그 정전용량의 도면 부호는 동일하게 사용한다.

트랜지스터(211)는 제어 신호(Vg)에 의해 제어되며 센서 패드(110)에 충전 신호(Vb)를 선택적으로 공급한다.

기생 정전용량(Cp)은 센서 패드(110)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서 패드(110), 신호 배선(130) 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 기생 정전용량(Cp)은 터치 검출부(210), 터치 스크린 패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생 용량을 포함할 수 있다.

공통 전압 정전용량(Cvcom)은 터치 스크린 패널이LCD와 같은 표시 장치(도시하지 않음) 위에 장착될 때 표시 장치의 공통 전극(도시하지 않음)과 터치 스크린 패널 사이에 형성되는 정전용량이다. 공통 전극에는 구형파 등의 공통 전압(Vcom)이 표시 장치에 의하여 인가된다. 한편 공통 전압 정전용량(Cvcom)도 일종의 기생 용량으로서 기생정전용량(Cp)에 포함될 수 있으며, 이하 공통 전압 정전용량(CVcom)에 대한 별도로 언급이 없으면 공통 전압 정전용량(Cvcom)은 기생정전용량(Cp)에 포함되는 것으로 하여 설명한다.

구동 정전용량(Cdrv)은 센서 패드(110)별 소정 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 구동 커패시터(Cdrv)에 인가되는 교번 전압(Vdrv)은 바람직하게는 구형파 신호이다. 교번 전압(Vdrv)은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클록 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.

한편 도 5에서 터치 정전용량(Ct)은 사용자가 센서 패드(110)를 터치할 경우에 센서 패드(110)와 사용자의 손가락 등의 터치 입력 도구 사이에 형성되는 정전용량을 나타낸 것이다.

도 6을 참고하면, 충전 신호(Vb)와 제어 신호(Vg)가 각각 트랜지스터(211)의 소스와 게이트에 인가되어 있다.

먼저, 센서 패드(110)에 터치 입력 도구가 터치되지 않은 경우(non-touch)에 대하여 살펴본다. 충전 신호(Vb)가 예를 들면 5V로 상승한 후에, 트랜지스터(211)의 게이트에 인가되는 제어 신호(Vg)가 저전압(VL)에서 고전압(VH)으로 올라가면 트랜지스터(211)가 턴 온 되면서 충전 구간(T1)이 시작된다. 이에 따라 센서 패드(110)는 5V의 충전 신호(Vb)로 충전되며, 출력 전압(Vo)은 충전 전압(Vb)이 된다. 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv) 및 공통 전압 커패시터(Cvcom)에도 충전 전압(Vb)에 의하여 전하가 충전된다. 충전 구간(T1)에서는 트랜지스터(211)가 턴 온 되므로 교번 전압(Vdrv)은 출력 전압(Vo)에 영향을 미치지 않는다.

다음, 제어 신호(Vg)가 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 내려가면서 센싱 구간(T2)이 시작되면 트랜지스터(211)가 턴 오프 되고, 터치 커패시터(Ct), 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv) 및 공통 전압 커패시터(Cvcom)가 충전된 상태로 고립된다. 이 때, 충전된 전하를 안정적으로 고립시키기 위하여 레벨 시프트 검출부(212)의 입력단은 하이 임피던스를 가질 수 있다.

이와 같이 센서 패드(110) 등에 충전된 전하가 고립되어 있는 상태를 플로팅(Floating) 상태라 한다. 이때, 구동 커패시터(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. 이 때의 전압 레벨의 상승과 강하는 연결된 정전 용량에 따라 상이한 값을 갖게 된다. 이렇게 연결된 정전 용량에 따라 전압 레벨의 상승 값 또는 하강 값이 바뀌는 현상은 "kick-back"이라고 불리기도 한다.

센서 패드(110)에 터치가 없는 경우, 즉 센서 패드(110)에 연결된 커패시터가 구동 커패시터(Cdrv)와 기생 커패시터(Cp)밖에 없는 경우에는 이들 커패시터(Cdrv, Cp)에 의한 출력 전압(Vo)의 전압 변동(ΔVo1)은 다음 [수학식 1]과 같다.

여기서 VdrvH와 VdrvL은 각각 교번 전압(Vdrv)의 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이다. [수학식 1]의 ΔVo1는 터치가 발생하지 않은 센서 패드(110)의 전기적 특성에 대응하므로, 앞서 설명한 “비터치 기준값”으로 설정될 수 있다.

다음으로 센서 패드(110)에 터치 입력 도구가 터치된 경우에 대하여 살펴본다. 터치 발생 시에는 센서 패드(110)와 터치 입력 도구 사이에 터치 커패시터(Ct)가 형성되며, 이에 따라 센서 패드(110)에 연결된 커패시터는 구동 커패시터(Cdrv)와 기생 커패시터(Cp) 외에도 터치 커패시터(Ct)가 더해진다. 앞서 설명한 방식과 마찬가지로 충전 구간(T3)을 거쳐 센싱 구간(T4)에서 이들 세 커패시터(Cdrv, Cp, Ct)에 의한 센서 패드(110)의 전압 변동(ΔVo2)은 다음 [수학식 2]와 같아진다.

[수학식 1]과 [수학식 2]를 비교하면, [수학식 2]의 분모 항목에 터치 정전용량(Ct)이 추가된 것이므로, 결국, 터치가 있는 경우의 전압 변동(ΔVo2)은 터치가 없는 경우의 전압 변동(ΔVo1)에 비하여 작고, 그 차이는 터치 용량(Ct)에 따라 달라진다. 이와 같이 터치 전후의 전압 변동(ΔVo)의 차이(ΔVo1 - ΔVo2)를 "레벨 시프트"라고 칭한다. 본 명세서에서는 “레벨 시프트”는 전압 변동(ΔVo) 차이의 디지털 값을 의미하는 경우도 있다.

커패시터의 정전용량(C)은 C=ε*A／d 로서, 전극의 면적(A)에 비례하고 전극 사이의 거리(d)에 반비례한다(ε은 유전 상수). 따라서, 터치 면적이 커질수록 터치 정전용량(Ct)이 커진다. 그리고 도 6에 도시된 바와 같이, 트랜지스터(211)가 턴 오프 되는 센싱 구간(T2, T4)에서 구동 커패시터(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 차이(ΔVo1- ΔVo2)를 이용하여 터치 여부 및 터치 면적을 산출할 수 있다.

하지만, 터치 검출부(210)가 이러한 방식만을 이용하여 터치 여부를 검출하게 되면, 터치 스크린 패널 위에 물 또는 다른 전도성 물질이 존재하는 경우에는 터치 발생 수단에 의한 실제 터치와 다른 전도성 물질로 인한 터치 간의 혼동이 생기게 되고, 터치 검출 여부를 정확히 찾기 어렵게 된다.

이는, 터치 스크린 패널 위에 물 또는 다른 전도성 물질이 센서 패드(110)의 정전용량에 변화를 유발시켜 센서 패드(110)에서 검출되는 출력 전압에 영향을 미칠 수 있기 때문이다. 이하에서는 설명의 편의를 위해 터치 스크린 패널 위에 물 또는 다른 전도성 물질이 존재하는 경우를 통칭하여 ‘Water Drop’이라 칭하기로 한다.

본 발명의 일 실시예에서는, 터치 정전용량(Ct)을 이용하는 검출 방식과, 교번 전압을 구동 라인(120)에 인가하여 구동 라인(120)과 감지 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출하는 방식이 병행됨으로써, 터치 검출부(210)가 센서 패드(110)의 터치 여부 검출뿐 아니라, Water Drop을 감지하거나 Water Drop이 존재하는 영역에서의 터치 위치를 검출할 수 있다.

복수의 센서 패드(110)들에 대해 터치 여부를 검출하기 위해 각각을 순차적으로 스캔하게 되는데, 한번의 전체 스캔 과정을 단위 프레임이라고 한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 터치 검출부(210)는 제1프레임에서 터치 정전용량(Ct)의 변화를 이용하여 터치를 검출할 수 있고, 제2프레임에서 구동 라인(120)과 감지 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출할 수 있다.

다른 예로, 터치 검출부(210)는 제1 내지 제2프레임에서 터치 정전용량(Ct)의 변화를 이용하여 터치를 검출할 수 있고, 제3프레임에서 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출할 수도 있다.

즉, 터치 검출부(210)는 각각의 방식을 순차적으로 적용하여 매 프레임마다 양 방식을 반복할 수도 있으나, 일정 프레임 동안에는 터치 정전용량(Ct)의 변화를 검출하는 방식을 유지하다가, 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출하는 방식을 중간에 삽입하여 이용할 수도 있다.

또한, 프레임별로 상기 방식들을 혼용하도록 미리 설정하는 방법 이외에도, 터치 검출부(210)가 터치 정전용량(Ct)의 변화를 검출하는 방식을 유지하다가 미리 설정된 특정 조건에 해당하는 경우(예를 들어, 센서 패드의 측정된 출력 값이 Water Drop에 의한 정전용량의 변화에 기인한 것으로 판단되는 경우, 또는 터치 인식 오류 발생 등), 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출하는 방식을 이용할 수도 있다.

이와 같이, 터치 검출부(210)는 터치 정전용량(Ct) 또는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출하는 방식을 혼용할 수 있으며, 다양한 실시예로 구현 가능하다.

이하에서는, 터치 검출부(210)가 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출하여 ‘water drop’을 확인하는 방식에 대하여 설명하기로 한다.

도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이다.

터치 검출부(210)는 센서 패드(110)를 충전한 후 플로팅 상태에서 구동 라인(120)에 인가된 교번전압에 따른 센서 패드(110)의 출력 노드(Vo) 전압의 변화량(ΔV) 검출을 통해 터치를 검출할 수 있다.

터치 검출부(210)는 충전부(213) 및 교번전압 생성부(214)를 포함할 수 있다.

도 7을 참조하면, 충전부(213)는 센서 패드(110)를 충전한 후 플로팅시킨다. 구체적으로, 충전부(213)는 센서 패드(110)에 연결되어 충전 신호(Vb)를 공급한다. 충전부(213)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 교번전압을 인가한다. 즉, 교번전압 생성부(214)는 소정 주파수로 교번하는 교번전압을 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(213)를 턴 온 시킨 상태에서 충전부(213)의 입력단에 충전 신호(Vb)를 인가하면, 센서 패드(110)가 충전된다. 이 후, 충전부(213)를 턴 오프 시키면 센서 패드는 플로팅(Floating) 상태가 된다.

이 때, 충전된 전하를 안정적으로 고립시키기 위하여 센서 패드(110)의 입력단은 하이 임피던스를 가질 수 있다. 이를 위하여, 센서 패드(110)에 연결된 신호 배선(130)의 두께가 구동 라인(120)의 두께보다 작도록 하여, 하이 임피던스를 가지도록 할 수 있다. 센서 패드(110)가 플로팅 상태일 때, 구동 라인(120)에 공급되는 교번전압이, 예를 들면 0V에서 5V로 상승하면 센서 패드(110)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. 이하에서는, 터치 검출 동작에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 충전부(213)가 충전 신호(Vb)를 인가하여 센서 패드(110)를 충전한다. 충전 신호(Vb)는 계속적으로 하이 신호를 유지할 수도 있고, 일정 주파수를 갖는 클록 신호 형태가 될 수도 있다.

충전부(213)의 스위치(SW)가 온 상태가 될 때 충전 신호(Vb)가 인가되어 센서 패드(110)를 충전할 수 있다. 스위치(SW)는 일정 주파수를 가지며, 온/오프 전환될 수 있다.

이후, 스위치(SW)가 오프 상태가 되면, 센서 패드(110)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, 센서 패드(110)의 출력 노드 전압(Vo)의 레벨이 바뀌게 된다.

센서 패드(110)가 플로팅 상태로 유지되고 있는 동안 구동 라인(120)에 교번전압(KB)을 인가해줄 때, 센서 패드(110)의 출력 노드(Vo) 전압의 변화량(ΔV)은 비터치시와 터치시에 상이하게 나타나게 된다. 이것은, 센서 패드(110)와 구동 라인(120) 사이에서 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화에 의해 터치가 발생한 경우와 발생하지 않은 경우에 센서 패드(110)의 출력 노드 전압 변화량(ΔV) 값이 다르게 되기 때문이다.

즉, 터치 검출부(210)는 상호 정전용량(Cm)의 변화(증가 또는 감소)에 의해 달라지는 센서 패드(110)의 출력 노드 전압 변화량(ΔV) 값을 검출하여 터치 여부를 검출할 수 있다.

따라서, 터치 검출부(210)는 센서 패드(110)가 플로팅 상태를 유지하고 구동 라인(120)에 교번전압(KB)이 인가됨에 따라, 센서 패드(110)와 구동 라인(120) 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화에 의해 센서 패드(110)의 출력 노드 전압 변화량(ΔV) 값을 검출함으로써, 'Water Drop' 발생 여부 또는 ‘Water Drop’ 영역에서의 터치 여부를 검출할 수 있다.

도 9a를 참조하여 후술할 바와 같이, 터치 스크린 패널 위에 물(또는 다른 전도성 물질)이 존재하는 상태에서 터치가 발생하지 않은 경우에는 해당 영역에서의 구동 라인(120)과 센서 패드 간 상호 정전용량(Cm)이 증가하게 된다. 반대로 실제 터치가 발생한 경우에는 해당 영역에서의 구동 라인(120)과 센서 패드 간 상호 정전용량(Cm)이 감소하게 된다. 이는 터치 발생 수단, 예를 들면, 신체의 일부가 접지와 연결되어 있는 것으로 등가화할 수 있기 때문이다.

따라서, 터치 검출부(210)는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 통해 ‘Water Drop’ 감지 또는 ‘Water Drop’ 영역에서의 터치 발생 여부를 검출하되, 상호 정전용량(Cm)이 증가하는 경우에는 실제 터치가 아닌 ‘Water Drop’의 경우라 인식하고, 상호 정전용량(Cm)이 정상 상태(비터치시)에서의 정전용량 값보다 감소하게 되는 경우에는 실제 터치로 인식할 수 있다. 예를 들면, 상호 정전용량(Cm)의 감소가 가장 큰 지점이 터치 발생 지점으로 검출될 수 있다.

실제 터치 발생 수단에 의한 접촉이 이루어졌을 경우와, 다른 전도성 물질에 의한 접촉이 이루어졌을 경우 반대의 변화 패턴을 보이는 상호 정전용량(Cm)이라는 변수를 이용하기 때문에, 물 또는 다른 전도성 물질에 의한 터치 여부 검출 오류가 방지될 수 있다.

즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치는 구동 라인(120)과 센서 패드(110)에 의해 형성되는 상호 정전용량(Cm)이 터치 정전용량(Ct)을 대신하도록 하여 터치 스크린 패널 위에 물 또는 다른 전도성 물질이 존재하는 경우에도 터치가 발생한 위치를 정확히 검출할 수 있다.

이하에서는, 구동 라인과 센서 패드 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화에 따른 터치 검출 방식을 이용한 시뮬레이션 및 그 결과에 대하여 설명하기로 한다.

도 8은 터치 스크린 패널 상에 물이 떨어져 있는 경우의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 9는 도 8에서 상호 정전용량 변화의 일 예를 나타내는 그래프이다.

도 8은 복수의 센서 패드(110)로 구성되는 하나의 열에 속해 있는 센서 패드(110)들을 포함하는 터치 스크린 패널을 간략화한 것으로, 터치 스크린 패널에 포함된 센서 패드(110) 위에 물이 있는 경우(Water Drop, 이하 WD)의 모습을 도시하였다.

도 8에 도시된 바와 같이, 센서 패드(110) 각각(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5)은 신호 배선과 각각 연결되어 있으며, 센서 패드(110)의 열과 열 사이에 구동 라인(Tx1, Tx2)이 각각 배치될 수 있다.

도 9a 및 도 9b는 도 8에서의 상황, 즉, 센서 패드들 중 일부 센서 패드(Rx2, Rx3, Rx4) 및 제1구동 라인(Tx1)이 배치된 터치 스크린 패널의 일부 영역 위에 물이 있는 경우, 제2구동 라인(Tx2)과 각각의 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5) 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 나타내는 그래프이다. 여기서, 실제 터치입력수단(예컨대, 손가락)에 의한 터치는 발생하지 않은 것으로 가정한다. 도 9a는 그 위에 물이 떨어져 있는 제1 구동 라인(Tx1)에 구동 신호(교번전압)를 인가하였을 때, 제1 구동 라인(Tx1)과 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5) 사이에서 측정되는 상호 정전용량(Cm) 값을 나타내고, 도 9b는 그 위에 물이 떨어져 있지 않은 제2 구동 라인(Tx2)에 구동 신호(교번전압)를 인가하였을 때, 제2 구동 라인(Tx2)과 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5) 사이에서 측정되는 상호 정전용량(Cm) 값을 나타낸다.

도 9a 및 도 9b에서 파선(No_Tx1, No_Tx2)은 물이 존재하지 않는 정상상태인 경우, 즉, 도 8에서 WD 영역이 없는 경우의 상호 정전용량(Cm)을 나타내며, 실선(WD_Tx1, WD_Tx2)은 도 8에서와 같이 물이 존재하는 경우, WD 영역에서 측정되는 상호 정전용량(Cm)을 나타낸다.

먼저, 도 9a를 참조하면, 상면에 물이 존재하는 센서 패드(Rx2, Rx3, Rx4) 및 제1 구동 라인(Tx1) 사이에서의 상호 정전용량(WD_Tx1)이, 해당 센서 패드들 상면에 물이 존재하지 않는 경우(No_Tx1)보다 증가하였다는 것을 알 수 있다. 즉, 실제 터치가 발생하지 않은 상태에서 센서 패드 위에 물이 있게 되면, 상면에 물이 존재하는 영역의 해당 센서 패드 각각(Rx2, Rx3, Rx4)과 제1 구동 라인(Tx1) 사이에서의 상호 정전용량(Cm)이 물이 없는 경우에 비해 상대적으로 큰 값을 갖게 된다.

즉, 제1 구동 라인(Tx1)과 센서 패드(Rx2, Rx3, Rx4) 사이의 상호 정전용량이 아무런 현상도 발생하지 않은 정상 상태보다 증가하게 되면, 제1 구동 라인(Tx1)과 센서 패드(Rx2, Rx3, Rx4)들 중 일부 영역에 물 또는 이와 다른 도전성 물질이 있다는 것을 의미하게 된다.

한편, 도 9b를 참조하면, 물이 떨어진 센서 패드(Rx2, Rx3, Rx4)와 물이 떨어져 있지 않은 제2 구동 라인(Tx2) 간 상호 정전용량(WD_Tx2)은 정상상태(No_Tx2)에 비해 크기는 하지만 그 차이는 도 9a에 나타나는 것에 비해 미세함을 알 수 있다. 이는 물이 제2 구동 라인(Tx2) 상에는 떨어져 있지 않아, 물이 상호 정전용량(Cm) 변화에 미치는 영향이 도 9a에서의 상황보다 크지 않기 때문이다.

한편, 도 8에 도시되는 바와 같이, 제2 구동 라인(Tx2)과 각 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5) 사이에는 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5)와 인접하게 신호 배선이 각각 배치되는데, 이때 각 신호 배선과 제2구동 라인(Tx2)간 평행하게 배치되는 영역 차이로 인해 각 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5)와 제2 구동 라인(Tx2) 사이의 상호 정전용량(Cm) 값이 크게 차이를 보이게 된다. 따라서, 도 9b에 도시되는 바와 같이, 제2 구동 라인(Tx2)과 센서 패드(Rx1) 사이의 상호 정전용량(Cm)이 가장 큰 값을 나타내게 된다.

도 10은 일부 센서 패드 상에 물이 존재하는 상태에서 실제 검출 대상이 되는 터치가 발생한 경우의 일 예를 나타낸 도면이고, 도 11a 및 도 11b는 이 때 측정되는 상호 정전용량에 대한 그래프를 나타낸다.

도 10을 참조하면, 제1 구동 라인(Tx1) 중 일부 부분, 및 일부 센서 패드(Rx2, Rx3, Rx4) 상부에 물이 떨어져 있고(WD), 제4 센서 패드(Rx4) 일부 부분에 실제 터치가 발생하였다(Touch Point).

도 11a는 상부에 물이 떨어져 있는 제1 구동 라인(Tx1)과 각 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5) 간 상호 정전용량(Cm)을 나타내는 그래프이며, 도 11b는 상부에 물이 떨어져 있지 않은 제2 구동 라인(Tx2)과 각 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5) 간 상호 정전용량(Cm)을 나타내는 그래프이다.

도 11a 및 도 11b에서 실선(WD_Tx1, WD_Tx2)은 상부에 물이 떨어졌으나 실제 터치가 발생하지 않은 상태, 즉, 도 10에 도시되는 터치 영역(Touch Point)이 존재하지 않는 상태(도 8과 동일한 상태)에서의 상호 정전용량(Cm)을 나타낸다. 제1 파선(No_Tx1)은 물이 존재하지 않는 정상상태인 경우 상호 정전용량(Cm)을 나타내고, 제2 파선(WDT_Tx1, WDT_Tx2)은 도 10에 도시된 바와 같이 상부에 물이 떨어져 있는 상태에서 실제 터치가 발생한 경우에서의 상호 정전용량(Cm)을 나타낸다.

도 11a에 도시되는 바와 같이, 단순히 물만 떨어져 있는 경우의 구동 라인(Tx1)과 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5) 사이의 상호 정전용량(WD_Tx1)은 아무런 현상도 이루어지지 않은 정상 상태의 상호 정전용량(No_Tx1)보다 증가하는 반면, 물이 떨어져 있는 상태에서 신체의 일부 등에 의해 실제 터치가 발생한 경우에서의 구동 라인(Tx1)과 센서 패드(Rx1, Rx2, Rx3, Rx4, Rx5) 사이의 상호 정전용량(WDT_Tx1)은 상기 정상 상태(No_Tx1)보다 감소하게 된다.

또한, 그 중에서도 터치가 실제로 발생한 제4 센서 패드(Rx4)와 구동 라인(Tx1) 사이의 상호 정전용량(Cm)이 가장 크게 감소하였다는 것을 알 수 있다.

즉, 센서 패드 위에 물이 떨어져 있으면 상호 정전용량이 증가하는 변화를 보이지만, 해당 센서 패드 상에 물이 떨어진 상태에서 실제 터치가 발생하게 되면, 해당 센서 패드와 구동 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량은 크게 감소한다.

또한, 도 11b를 참조하면, 제2 구동 라인(Tx2)과 제4 센서 패드(Rx4) 사이에 형성된 상호 정전용량(WDT_Tx2)은, 터치가 발생하지 않은 경우(WD_Tx2)에 비하여 다소 감소하는 변화가 있긴 하나 그 변화의 정도가 제1 구동 라인(Tx1)과 제4 센서 패드(Rx4) 사이의 상호 정전용량(WDT_Tx1) 감소폭에 비해 작음을 알 수 있다. 이를 통해, 실제 터치는 제1 구동 라인(Tx1)과 제4 센서 패드(Rx4) 사이에 발생하였으며, 제2 구동 라인(Tx2)과 제4 센서 패드(Rx4) 사이의 영역에서는 실제 터치가 발생하지 않은 상태임을 확인할 수 있다.

요컨대, 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치에서는 구동 라인과 센서 패드 간의 상호 정전용량 변화를 통해 물 등의 전도성 물질이 떨어져 있는 경우와 실제 터치가 발생한 경우를 명확히 구분할 수 있다.

구체적으로, 아무런 현상도 발생하지 않은 정상 상태에 비해 구동 라인과 센서 패드 간의 상호 정전용량이 증가한다면 실제 터치가 아닌 물 등의 전도성 물질이 떨어져 있다는 것을 의미하고, 반대로 정상 상태에 비해 구동 라인과 센서 패드 간의 상호 정전용량이 감소한다면, 실제 터치가 발생하였다는 것을 의미하며 그 감소폭이 가장 큰 지점에 검출 대상이 되는 실제 터치가 발생하였음을 의미한다.

따라서, 구동 라인과 센서 패드 간 상호 정전용량이 정상 상태보다 증가하는 변화에 대해서는 터치로 인식하지 않도록 하고, 상호 정전용량이 정상 상태보다 감소하는 변화에 대해서는 터치로 인식하도록 하여 실제 터치를 명확히 검출해낼 수 있다.

예를 들어, 터치 미 발생시에서의 상호 정전용량에 대한 기준치를 미리 설정하거나 측정하여 저장해놓고, 상호 정전용량이 기준치보다 높아지는 경우에는 터치로 인식하지 않고 상호 정전용량이 기준치보다 낮아지는 경우에만 터치로 인식하도록 할 수 있다. 이때, 상호 정전용량이 감소하는 경우 그 감소폭이 가장 큰 지점을 터치가 발생한 위치로 검출할 수 있다.

이와 같이, 본 발명의 실시예에 의한 터치 검출 장치는 센서 패드(110)에 터치 발생시 형성되는 터치 정전용량(Ct)의 변화뿐 아니라, 센서 패드(110)의 열과 열 사이에 배치된 구동 라인(120)과 센서 패드(110) 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 통해 터치를 검출함으로써, ‘Water Drop’ 여부를 감지하고 ‘Water Drop’ 영역에서의 터치 지점 인식 또한 가능하게 되어, 센서 패드 위에 물이 있는 경우에 발생할 수 있는 터치 인식에 대한 오류를 최소화하고, 터치가 발생한 위치를 정확하게 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 (10)

1. 복수의 행과 열을 이루어 배치된 복수의 센서 패드;
   상기 복수의 센서 패드의 열과 열 사이에 배치되는 구동 라인; 및
   상기 센서 패드의 충전 후 플로팅 상태에서 제1 프레임과 제2 프레임에 각각 상기 센서 패드와 구동 라인에 교번전압을 인가한 후, 상기 센서 패드의 출력 전압 변화량을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하는, 터치 검출 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치 검출부는, 상기 제1 프레임에서는 상기 센서 패드와 터치입력도구 사이에 형성되는 터치 정전용량의 변화를 통해 터치를 검출하고, 상기 제2 프레임에서는 상기 구동 라인과 상기 센서 패드 사이에 형성되는 상호 정전용량(mutual capacitance; Cm)의 변화를 통해 터치를 검출하는, 터치 검출 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 터치 검출부는, 상기 상호 정전용량이 정상 상태에 비해 낮은 값을 나타낼 때에만 터치가 발생한 것으로 인식하는, 터치 검출 장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 터치 검출부는, 상기 센서 패드가 배치된 영역 중 상기 상호 정전용량의 감소폭이 가장 큰 지점을 터치 발생 지점으로 인식하는, 터치 검출 장치.
   
5. 제1항에 있어서,
   상기 센서 패드 각각과 상기 터치 검출부를 연결하며 상기 구동 라인과 평행하게 배치되는 복수의 신호 배선을 더 포함하는, 터치 검출 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 구동 라인과 상기 신호 배선 사이에 형성되는 더미 라인을 더 포함하는, 터치 검출 장치.
   
7. 복수의 행과 열을 이루어 배치되는 복수의 센서 패드를 포함하는 터치 검출 장치에서 터치를 검출하는 방법에 있어서,
   상기 복수의 센서 패드 중 적어도 하나를 충전한 후 플로팅시키는 단계;
   제1 프레임에 상기 센서 패드에 교번전압을 인가하는 단계;
   제2 프레임에 상기 센서 패드의 열과 열 사이에 배치되는 구동 라인에 교번전압을 인가하는 단계; 및
   상기 제1 프레임과 제2 프레임에서의 센서 패드 출력 전압 변화량을 통해 터치를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 터치 검출은, 상기 제1 프레임에 대해서는 상기 센서 패드와 터치입력도구 사이에 형성되는 터치 정전용량의 변화에 기초하여 이루어지고, 상기 제2 프레임에 대해서는 상기 구동 라인과 상기 센서 패드 사이에 형성되는 상호 정전용량(mutual capacitance; Cm)의 변화에 기초하여 이루어지는, 터치 검출 방법.
   
9. 제8항에 있어서,
   상기 터치 검출 단계는, 상기 상호 정전용량이 정상 상태에 비해 낮은 값을 나타낼 때에만 터치가 발생한 것으로 인식하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 터치 검출 단계는, 상기 상호 정전용량의 감소폭이 가장 큰 지점을 터치 발생 지점으로 인식하는 단계를 더 포함하는, 터치 검출 방법.

Images