KR20150109890A

KR20150109890A - 기생 정전용량 보상 회로를 갖는 터치 검출 가능 입체 영상 표시 장치

Info

Publication number: KR20150109890A
Application number: KR1020140033380A
Authority: KR
Inventors: 노중호; 유만재; 윤석후; 김동운
Original assignee: 크루셜텍 (주)
Priority date: 2014-03-21
Filing date: 2014-03-21
Publication date: 2015-10-02

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 좌안용 영상과 우안용 영상으로 이루어지는 입체 영상을 출력하는 영상 표시 패널; 제1 방향으로 배치되는 복수의 전극들을 포함하는 제1 배리어, 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배치되는 복수의 전극들을 포함하는 제2 배리어를 갖는 패럴렉스 배리어; 및 복수 개의 감지 전극들을 포함하며 상기 패럴렉스 배리어 상부에 배치되는 터치 패널을 포함하고, 상기 제1 배리어와 제2 배리어 중 어느 하나가 활성화되어 광투과 영역 및 광차단 영역을 형성하며, 상기 패럴렉스 배리어 및 상기 터치 패널은 일정 주기로 교번하여 온/오프되는, 입체 영상 표시 장치에 있어서, 터치 입력 도구와의 관계에서 터치 정전용량을 형성하는 복수의 센서패드들; 상기 센서패드들 중 선택되는 제1 센서패드와 연결된 제1 입력단을 가지며, 터치 여부에 따라 서로 다른 신호를 출력하는 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기의 상기 제1 입력단과 출력단 사이에 연결되며, 양단 전위가 스위치에 의해 제어되는 구동 정전용량; 및 상기 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 전환될 때 상기 연산 증폭기의 제2 입력단에 펄스 신호를 공급하는 펄스 신호 공급부를 포함하는 터치 검출 장치를 갖는, 입체 영상 표시 장치가 제공된다.

Description

기생 정전용량 보상 회로를 갖는 터치 검출 가능 입체 영상 표시 장치{TOUCH DETECTING THREE DIMENSIONAL DISPLAY APPARATUS COMPRISING PARASITIC CAPACITANCE COMPENSATION CIRCUIT}

본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 간소화된 회로구성으로도 터치 여부 검출 시 기생 정전용량의 영향을 최소화할 수 있도록 하는 터치 검출 장치를 갖는 입체 영상 표시 장치에 관한 것이다.

최근 디스플레이 기술의 발달로 인해 시청자로 하여금 장면 속에 있는 것과 같이 느낄 수 있도록 하는 입체감 실현 기술 또한 개발되고 있다. 즉, 2D 디스플레이에서의 높은 화질 구현에 중점을 두었던 상황에서 3D 디스플레이의 개발로 그 패러다임이 바뀌고 있다.

현재 개발된 3D 디스플레이 방식은 안경 방식과 무안경 방식으로 나눌 수 있다. 안경 방식은 편광 안경 방식(Passive Glasses Type)과 셔터 글라스 방식(Shutter Glasses Type)이 대표적이다. 편광 안경 방식은 디스플레이 장치가 좌안용 영상 및 우안용 영상을 동시에 출력해주고, 사용자는 편광 안경을 이용하여 좌안용 영상은 좌안을 통해서, 우안용 영상은 우안을 통해서 볼 수 있도록 하는 방식이다. 이러한 방식은 디스플레이가 깜빡거리지 않기 때문에 눈에 피로감을 덜 줄 수 있다는 장점이 있으나, 편광 안경을 사용하여야 하기 때문에 화질 저하의 문제가 따르는 단점이 있다. 한편, 셔터 글라스 방식은 좌안용 영상과 우안용 영상을 순차적으로 재생하고, 사용자는 좌/우의 셔터가 번갈아가며 개폐되는 안경을 통해 상기 재생되는 영상을 볼 수 있도록 하는 방식이다. 이 방식은 화질 저하 문제가 상대적으로 덜 하다는 장점이 있으나, 디스플레이가 깜빡이기 때문에 눈에 피로감을 많이 줄 수 있다는 단점을 갖는다.

무안경 방식의 3D 디스플레이 구현 방법에는 대표적으로 렌티큘러 렌즈(Lenticular Lens) 방식과 패럴렉스 배리어(Parallax Barrier) 방식이 있다. 도 1은 렌티큘러 렌즈 방식의 원리를 설명하기 위한 도면이다. 도 1에 도시되는 바와 같이, 렌티큘러 렌즈 방식은 디스플레이 패널(11) 전면에 단면이 반원 형태인 렌즈가 배열된 스크린(12)을 배치하여, 디스플레이 패널(11)에서 나오는 좌안용 영상과 우안용 영상이 각각 스크린(12)을 통해 굴절되어 시청자의 좌안과 우안으로 향하게끔 하는 방식이다. 그러나, 패럴렉스 렌즈 방식은 제조가 어렵고 그 단가가 비싸며 렌즈의 배치로 인해 시청자의 입장에서는 물결무늬를 느끼게 되는 단점이 있다. 이로 인해 무안경 방식의 3D 디스플레이에 있어서는 패럴렉스 배리어 방식이 상대적으로 많이 활용되고 있다. 도 2는 패럴렉스 배리어 방식의 3D 디스플레이 장치를 설명하기 위한 도면이다. 도 2를 참조하면, 디스플레이 패널(21) 전면에 패럴렉스 배리어(22)가 배치된다. 패럴렉스 배리어(22)는 복수의 라인 패턴을 갖는다. 예를 들어, 홀수 라인(a)은 디스플레이 패널(21)에서 나오는 광을 차단하는 역할을 하는 슬릿으로서 기능하고, 짝수 라인(b)은 디스플레이 패널(21)에서 나오는 광을 그대로 투과시키는 역할을 하는 슬릿으로서 기능할 수 있다. 디스플레이 패널(21)은 좌안용 영상(L)과 우안용 영상(R)이 세로 열 방향으로 교번적으로 배치된 프레임을 디스플레이한다. 이 때, 패럴렉스 배리어(22)에 의해 좌안용 영상(L)과 우안용 영상(R) 각각 시청자의 좌안 및 우안으로 입사된다. 이에 따라 시청자는 영상으로부터 입체감을 느낄 수 있는데 이렇게 양안 시차에 의한 입체감을 제공하는 것이 패럴렉스 배리어 방식이다.

한편, 최근에는 소형 스마트 기기에 대해서도 3D 디스플레이를 구현하고자 하는 노력이 행해지고 있다. 최근의 스마트 기기들은 자이로 센서와 가속도 센서를 포함하고 있어서 기기의 상하 방향 전환이 감지되고, 이에 따라 화면 방향도 전환된다. 전술한 바와 같이, 패럴렉스 배리어 방식은 서로 평행하게 배치되는 라인 패턴을 이용하여 입체 영상을 구현하기 때문에 화면 방향이 전환되면 입체 영상 구현으로서의 기능을 하지 못하게 된다. 따라서, 소형 스마트 기기에서의 화면 전환 시에도 입체 영상 구현 기능을 그대로 할 수 있도록 하는 기술이 필요하다.

한편, 터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 화면에 표시된 문자나 도형을 사람의 손가락이나 다른 접촉수단으로 접촉하여 사용자의 명령을 입력하는 장치로서, 영상 표시 장치 위에 부착되어 사용된다. 터치 스크린 패널은 사람의 손가락 등으로 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다. 상기 전기적 신호는 입력 신호로서 이용된다.

도 8은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.

도 8을 참고하면, 터치 스크린 패널(10)은 투명 기판(18)과 투명 기판(18) 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(18) 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.

그러나 이러한 터치 스크린 패널(10)은 각 센서 패턴층(13, 15)에 인듐-틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어진 패턴을 별도로 구비하여야 하고, 센서 패턴층(13, 15) 사이에 절연막층(14)을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.

또한, 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전용량 변화를 감지하여야 한다. 그리고, 정전용량의 변화를 정해진 시간 내에 충분히 축적하기 위해서는 낮은 저항을 유지하기 위한 금속 배선을 필요로 하는데, 이러한 금속 배선은 터치 스크린의 테두리에 베젤을 두껍게 하고 추가의 마스크 공정을 발생시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 9에 도시되는 바와 같은 터치 검출 장치가 제안되었다.

도 9에 도시되는 터치 검출 장치는 터치 패널(20)과 구동 장치(30) 및 이 둘을 연결하는 회로 기판(40)을 포함한다.

터치 패널(20)은 기판(24) 위에 형성되며 다각형의 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 센서패드(25) 및 센서패드(25)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(23)을 포함한다.

각 신호 배선(23)은 한쪽 끝이 센서패드(25)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(24)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 센서패드(25)와 신호 배선(23)은 커버 유리(50)에 패터닝 될 수 있다.

구동 장치(30)는 복수의 센서패드(25)를 순차적으로 하나씩 선택하여 해당 센서패드(25)의 정전용량을 측정하고, 이를 통해 터치 발생 여부를 검출해낸다.

도 10은 도 9의 터치 검출 장치에 터치가 발생한 경우 터치 검출을 하는 동작을 설명하기 위한 등가 회로도이다.

도 10을 참조하면, 터치가 발생할 경우 터치 발생 도구(예를 들면, 손가락)와 센서패드(25) 사이에는 터치 정전용량(Ct)이 형성된다. 센서패드(25)는 제1 스위치(SW1)에 의해 그라운드 전위와 선택적으로 연결되며, 제2 스위치(SW2)를 통해서는 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단과 선택적으로 연결된다. 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단과 출력단 사이에는 구동 정전용량(Cdrv)이 형성되고, 구동 정전용량(Cdrv) 양단에는 제1 스위치(SW1)가 연결된다. 또한, 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에는 기준 전압(Vref)이 입력된다. 한편, 센서패드(25)에는 미지의 기생 정전용량(Cp)이 형성된다.

터치 검출 장치의 터치 여부 검출 방법에 대해 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 스위치(SW1)가 온 상태가 되면, 센서패드(25)가 그라운드 전위와 연결되어 리셋되고, 구동 정전용량(Vdrv) 양단도 동전위가 되어 리셋된다.

제1 스위치(SW1)가 오프 상태가 되고, 제2 스위치(SW2)가 온 상태가 되면, 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단 전위가 기준 전압(Vref)과 같아진다. 정상 상태에 도달하면, 터치 정전용량(Ct)과 기생 정전용량(Cp)이 모두 기준 전압(Vref)으로 충전된 상태가 된다. 이 때, 터치 정전용량(Ct)과 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하와 동일한 양의 전하가 구동 정전용량(Cdrv)에 충전된다.

터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하의 합(Q₁)은 다음과 같아진다.

한편, 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전위차(Vdrv)는 다음과 같아진다. 여기서, Q₂는 제2 스위치(SW2)가 온 된 후 정상 상태에 도달하였을 때 구동 정전용량(Cdrv)에 충전된 전하량이다.

전술한 바와 같이, Q₁과 Q₂는 동일해지므로, 수학식 1과 수학식 2를 이용하면, 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전위차(Vdrv)는 다음과 같이 전개된다.

제2 스위치(SW2)가 온 되기 전, 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전위차는 0V이고, 구동 정전용량(Cdrv)의 일단 중 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단과 연결된 노드의 전위는 기준 전압(Vref)으로 유지되므로, 터치 전후 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단 전압의 변화량(ΔVo)은 제2 스위치(SW2)가 온 된 후의 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전압(Vdrv)과 같아진다.

그러나, 상기 수학식 3에서 알 수 있는 바와 같이, 레벨 시프트(ΔVo) 값은 검출을 위해 파악되어야 하는 터치 정전용량(Ct) 뿐만 아니라 기생 정전용량(Cp)에 의해서도 영향을 받게 된다. 이는 결국 터치 검출의 정확성을 떨어뜨리게 된다.

따라서, 터치 여부 검출 시 기생 정전용량에 따른 영향을 제거할 수 있는 기술에 대한 개발이 필요하다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명의 목적은, 입체 영상 표시 장치에 포함되는 터치 검출장치에서, 간소화된 회로 구성으로 터치 여부 검출 시의 기생 정전용량의 영향을 최소화하는 것을 그 목적으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 좌안용 영상과 우안용 영상으로 이루어지는 입체 영상을 출력하는 영상 표시 패널; 제1 방향으로 배치되는 복수의 전극들을 포함하는 제1 배리어, 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배치되는 복수의 전극들을 포함하는 제2 배리어를 갖는 패럴렉스 배리어; 및 복수 개의 감지 전극들을 포함하며 상기 패럴렉스 배리어 상부에 배치되는 터치 패널을 포함하고, 상기 제1 배리어와 제2 배리어 중 어느 하나가 활성화되어 광투과 영역 및 광차단 영역을 형성하며, 상기 패럴렉스 배리어 및 상기 터치 패널은 일정 주기로 교번하여 온/오프되는, 입체 영상 표시 장치에 있어서, 터치 입력 도구와의 관계에서 터치 정전용량을 형성하는 복수의 센서패드들; 상기 센서패드들 중 선택되는 제1 센서패드와 연결된 제1 입력단을 가지며, 터치 여부에 따라 서로 다른 신호를 출력하는 연산 증폭기; 상기 연산 증폭기의 상기 제1 입력단과 출력단 사이에 연결되며, 양단 전위가 스위치에 의해 제어되는 구동 정전용량; 및 상기 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 전환될 때 상기 연산 증폭기의 제2 입력단에 펄스 신호를 공급하는 펄스 신호 공급부를 포함하는 터치 검출 장치를 갖는, 입체 영상 표시 장치가 제공된다.

상기 터치 검출 장치는, 상기 스위치가 오프 상태일 때 상기 터치 정전용량 또는 상기 터치 정전용량의 전하량을 공유하는 기생 정전용량 중 적어도 하나에 전하를 공급하는 기생 정전용량 보상 회로를 더 포함할 수 있다.

상기 스위치가 오프 상태일 때 상기 기생 정전용량 보상 회로가 공급하는 전하량은 상기 기생 정전용량에 충전되는 전하량과 동일한 양일 수 있다.

상기 기생 정전용량 보상 회로는, 상기 펄스 신호 공급부로부터의 펄스 신호를 증폭하여 출력하는 보상 증폭기; 및 상기 보상 증폭기의 출력단과 상기 연산 증폭기의 제1 입력단 사이에 연결되는 보상 정전용량을 포함할 수 있다.

상기 보상 증폭기의 제1 입력단에는 상기 펄스 신호 입력부가 연결되고, 상기 보상 증폭기의 제2 입력단과 출력단 사이에는 제1 저항이 연결되며, 상기 보상 증폭기 제2 입력단과 그라운드 전위 사이에는 제2 저항이 연결될 수 있다.

상기 펄스 신호 공급부는 상기 연산 증폭기의 제2 입력단과 상기 제1 센서패드에 인접한 제2 센서패드에 상기 펄스 신호를 동시에 공급할 수 있다.

상기 터치 검출 장치는, 출력단이 상기 제2 센서패드와 연결되며, 입력 신호와 동일한 신호를 출력하는 피드백 증폭기를 더 포함하고, 상기 펄스 신호 공급부는 상기 연산 증폭기의 제2 입력단과 상기 피드백 증폭기의 제1 입력단에 동시에 연결될 수 있다.

상기 제1 센서패드와 그라운드 사이에는 상기 스위치와 동기화되어 동작하는 추가 스위치가 더 연결될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 터치 여부 검출에 사용되는 신호를 펄스 신호로 활용함으로써, 터치 여부 검출에 필요한 구간 동안만 신호가 공급되게 되며, 이에 따라 회로 구성 간 전위차에 따른 기생 정전용량 형성이 최소화될 수 있다.

또한, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 인접 센서패드들이 동일한 펄스 신호를 입력받기 때문에, 인접 센서패드가 항상 동전위를 갖게 되고 이에 따라 센서패드 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량의 영향이 제거될 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 터치 여부 검출 대상이 되는 센서패드 외의 다른 회로 구성에 의해 형성되는 기생 정전용량의 전하 충전을 보상해주는 회로를 구비함으로써, 모든 기생 정전용량의 영향을 최소화할 수 있게 된다.

도 1은 렌티큘러 렌즈 방식의 3D 디스플레이 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 패럴렉스 배리어 방식의 3D 디스플레이 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 구현 기기의 구성을 설명하기 위한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 패럴렉스 배리어의 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 구현 원리를 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 패럴렉스 배리어와 터치 패널이 구동하는 방식을 설명하기 위한 그래프이다.
도 8은 통상적인 터치 스크린 패널의 분해 평면도이다.
도 9는 통상적인 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 10은 통상적인 터치 검출 장치의 구성을 설명하는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 12는 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 회로도이다.
도 14는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.
도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다.

본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.

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.

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.

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.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 기기의 구성을 나타내는 단면도이다.

도 3을 참조하면, 입체 영상 표시 기기는, 영상 표시 패널(100), 패럴렉스 배리어(200), 터치 패널(300)을 포함한다.

패럴렉스 배리어(200)는 영상 표시 패널(100) 상부에 일정 간격을 두고 배치될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한, 터치 패널(300)은 패럴렉스 배리어(200) 상부에 직접 배치될 수 있다.

영상 표시 패널(100)은 입체 영상용 다시점 영상을 출력한다. 다시점 영상은 영상을 입체적으로 표시하기 위하여 다양한 시점으로부터 획득한 오브젝트의 영상을 의미한다. 구체적으로, 영상 표시 패널(100)은 좌안용 영상과 우안용 영상이 제1 열 방향(예를 들면, 세로 열 방향)으로 교번적으로 배치된 프레임을 출력한다. 한편, 입체 영상 표시 기기는 자이로 센서(미도시됨) 또는 가속도 센서(미도시됨)를 포함하여, 기기가 놓여지는 방향에 따라 영상의 상하 방향을 전환시킬 수 있다. 예를 들어, 기기가 세로로 놓여져 있을 경우에는 기기의 세로 방향이 영상의 상하 방향이 되며, 이때, 영상 표시 패널(100)로부터 출력되는 좌안용 영상과 우안용 영상도 그 각각이 영상의 상하 방향과 일치하게 된다. 즉, 좌안용 영상과 우안용 영상이 기기의 세로 방향과 평행한 제1 열 방향으로 배치되되, 교번하여 배치된다고 할 수 있다. 만약, 기기의 배치 방향이 기울어져 일정 임계치를 넘은 후 가로로 놓여진 것과 같은 상태가 되면, 자이로 센서 또는 가속도 센서에 의해 영상의 상하 방향 또한 전환된다. 즉, 기기의 가로 방향이 영상의 상하 방향이 되는데, 이때에도 영상 표시 패널(100)로부터 출력되는 좌안용 영상과 우안용 영상의 방향은 영상의 상하 방향과 일치하게 된다. 다시 말하면, 좌안용 영상과 우안용 영상 각각의 방향이 상기 제1 열 방향과 수직인 제2 열 방향과 일치하게 되며, 서로 교번하여 배치된다고 볼 수 있다.

영상 표시 패널(100)은 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display), 전계 발광 표시 장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Panel) 또는 전기 발광 표시 장치(Electroluminescent Display) 등으로 구성될 수 있으며, 이 외에도 다양한 공지의 표시 장치가 영상 표시 패널(100)로서 이용될 수 있다.

패럴렉스 배리어(200)와 터치 패널(300)은 2개의 기판 사이에 함께 배치될 수 있다. 즉, 영상 표시 패널(100) 상에 이격되어 배치되는 하부 기판(410)상에 패럴렉스 배리어(200)가 배치되고, 그 위해 터치 패널(300)이 배치될 수 있으며, 터치 패널(300) 상부에는 상부 기판(420)이 배치될 수 있다.

이하, 도 3 및 도 4를 참조하여 패럴렉스 배리어(200)의 구성을 설명하기로 한다.

패럴렉스 배리어(200)는 영상 표시 패널(100)로부터 출력되는 다시점 영상의 일 방향 빛은 투과시키면서, 타 방향 빛은 차단하기 위한 구성이다. 구체적으로 입체 영상을 구성하는 픽셀에 투사되는 빛 중 좌안으로 시청할 수 있는 방향의 빛을 투과시키면서, 우안으로 시청할 수 있는 방향의 빛은 차단시킨다. 반대로 좌안으로 시청할 수 있는 방향의 빛을 차단시키면서, 우안으로 시청할 수 있는 방향의 빛은 투과시킬 수도 있다. 결국 하나의 픽셀에 대해서 시청자는 좌안 또는 우안 중 하나로만 시청할 수 있게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 패럴렉스 배리어(200)는 순차적으로 적층되는 제1 배리어(210), 액정층(220), 제2 배리어(230)를 포함한다. 제1 배리어(210)와 제2 배리어(230)는 각각 복수의 전극(211, 231)으로 구성된다.

전극(211, 231)들은 모두 바(bar) 형태로 이루어지며, 동일한 배리어(210, 230)에 포함되는 전극(211, 231)들은 서로 평행하게 배치되며, 이웃하는 전극(211, 231)들 간의 간격이 거의 없도록 조밀하게 배치된다.

제1 배리어(210)에 포함되는 전극(211)들은 영상 표시 패널(100)의 가로 방향 또는 세로 방향과 일치하는 제1 방향과 평행하게 배치될 수 있다. 이 때, 제2 배리어(230)에 포함되는 전극(231)들은 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향과 평행하게 배치될 수 있다.

먼저, 제1 배리어(210)를 예로 들어 입체 영상이 구현되는 방식을 설명하기로 한다.

도 5는 일 실시예에 따른 입체 영상 표시 방법을 설명하기 위한 도면이다. 도 5를 참조하면, 전극(211)들은 영상 표시 패널(100)로부터 출력되는 좌안용 영상(L)과 우안용 영상(R)의 길이 방향, 즉, 영상의 상하 방향과 평행하게 배치된다. 각 전극(211)의 너비(W1)는 영상 표시 패널(100)에서 출력되는 좌안용 영상(L) 및 우안용 영상(R)의 너비(W2), 즉, 단위 픽셀의 너비와 동일할 수 있으나 그렇지 않을 수도 있다. 조밀하게 배치된 전극(211)들 중 홀수 번째 전극(211a)이 접지되면, 홀수 번째 전극(211a)에 해당하는 영역은 광차단 영역이 되고, 접지되지 않은 짝수 번째 전극(211b)에 해당하는 영역은 모두 광투과 영역이 된다. 좌안용 영상(L) 및 우안용 영상(R)은 각각 이러한 전극(211)들에 의해 투과 또는 차단되어 시청자의 좌안 및 우안에만 입사된다.

그러나, 전술한 바와 같이 영상 표시 패널(100)에서 출력되는 영상은 기기의 배치 방향에 따라서 그 상하 방향이 전환될 수 있다. 만약, 도 5에서 영상의 상하 방향이 바뀌면, 좌안용 영상(L)과 우안용 영상(R)의 방향과 각 전극(211)의 배치 방향이 불일치되며, 이에 따라 입체 영상 구현이 불가능하게 된다.

이러한 문제점을 해소하기 위해 본 발명에서는 도 3 및 도 4에 도시되는 바와 같이 2개의 배리어(210, 230)를 두었다.

전술한 바와 같이, 2개의 배리어(210, 230)를 이루는 전극(211, 231)들의 배치 방향이 서로 수직이기 때문에, 현재 표시되고 있는 영상의 상하 방향과 평행인 전극을 포함하는 배리어만을 활성화시킨다면, 영상의 상하 방향 전환과 함께 패럴렉스 배리어의 방향도 바뀌어 입체 영상 구현이 지속될 수 있게 된다.

다시 도 3 및 도 4를 참조하면, 제1 배리어(210)와 제2 배리어(230)가 서로 상하 관계로 배치되며, 제1 배리어(210) 및 제2 배리어(230)에 포함되는 전극(211, 231)들의 배치 방향은 수직 방향이다.

만약, 영상 표시 패널(100)로부터 출력되는 영상의 상하 방향이 제1 방향이라면, 해당 영상을 이루는 좌안용 영상과 우안용 영상도 제1 방향과 평행할 것이다. 이 때에는 제1 배리어(210)와 제2 배리어(230) 중 제1 방향과 평행하게 배치된 전극(211, 231)으로 이루어지는 배리어만을 활성화시킨다. 반대로, 영상 표시 패널(100)로부터 출력되는 영상의 상하 방향이 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 전환되면, 제2 방향과 평행하게 배치된 전극(211, 231)으로 이루어지는 배리어만을 활성화시킨다. 영상 방향의 전환은 기기 내에 장착되는 자이로 센서 또는 가속도 센서에 의한 감지에 의해 이루어지는데, 동일한 센서에 의해 영상의 상하 방향뿐만 아니라 활성화되는 배리어 또한 전환시킬 수 있다. 활성화되는 배리어의 선택은 자이로 센서 또는 가속도 센서에 의해 감지되는 기기의 배치 방향에 따라 이루어질 수도 있으나, 현재 출력되는 영상의 상하 방향을 감지하여 이루어질 수도 있다.

한편, 배리어를 활성화시킨다는 것은 해당 배리어의 전극들에 구동 신호 또는 접지 신호를 인가하여, 전극들 중 일부는 광투과 영역으로 기능하고, 다른 일부는 광차단 영역으로 기능하도록 하는 것이다. 반대로, 배리어를 비활성화시킨다는 것은 해당 배리어의 전극들에 모두 접지 신호를 인가한다는 것이다.

영상의 상하 방향이 제2 배리어(230)에 포함되는 전극(231)의 배치 방향과 평행한 경우를 예로 들어 설명하면 다음과 같다. 이 경우에는 제2 배리어(230)가 활성화되고 제1 배리어(210)가 비활성화되어야 한다. 제1 배리어(210)의 전극(211)들은 모두 접지시키고, 제2 배리어(230)의 전극(231)들에는 구동 신호 또는 접지 신호를 인가한다. 예를 들면, 하나의 전극(231)씩 번갈아가며 구동 신호와 접지 신호를 인가할 수 있다. 구동 신호가 인가된 전극(231)은 액정층(220)을 사이에 두고 제1 배리어(210)의 전극(211) 영역과 전위차를 형성하게 된다. 이 때, 해당 영역의 액정층, 즉, 구동 신호가 인가된 전극(231) 하부의 액정층은 턴 온되어 광투과 영역을 형성하게 된다. 반대로, 제2 배리어(230)에 포함되는 전극(231) 중 접지 신호가 인가된 전극(231)은 제1 배리어(210)의 전극(211) 영역과 동전위가 되며, 이에 따라 해당 영역의 액정층(220)이 턴오프됨으로써 광차단 영역을 형성한다. 이렇게 함으로써 형성되는 광투과 영역과 광차단 영역 각각이 영상 표시 패널(100)로부터 출력되는 좌안용 영상 및 우안용 영상의 방향과 일치된다.

전술한 바와 같이, 기기 내의 센서에 의해 영상 방향이 전환될 때 활성화되는 배리어 또한 전환되며, 활성화된 배리어에의 구동 신호 및 접지 신호 인가는 제어 회로(미도시됨)에 의해 행해질 수 있다.

제1 배리어(210)와 제2 배리어(230)는 각 전극(211, 231) 주변을 감싸는 절연 물질(212, 232)을 더 포함할 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(300)은 패럴렉스 배리어(200) 상부에 형성되며, 순차적으로 형성되는 구동 전극층(310) 및 감지 전극층(320)을 포함한다. 도 3에서는 구동 전극층(310) 상부에 감지 전극층(320)이 배치되는 것으로 도시하였으나, 그 상하 관계는 바뀌어도 무방하다. 구동 전극층(310)은 제1 방향과 평행하게 배치되는 복수개의 구동 전극(311)을 포함한다. 제1 방향은 제1 배리어(210)의 전극(211)이 배치된 방향 및 제2 배리어(230)의 전극(231)이 배치된 방향 중 어느 하나의 방향과 일치한다. 한편, 감지 전극층(320)은 제1 방향과 수직인 제2 방향과 평행하게 배치되는 복수개의 감지 전극(321)을 포함한다. 구동 전극(311)과 감지 전극(321)의 배치 방향이 패럴렉스 배리어(200)를 이루는 전극(211, 231)들의 배치 방향과 일치하므로, 영상 표시 패널(100)로부터의 영상 투과도 저하가 방지될 수 있고, 시인성 방해 또한 방지될 수 있다.

한편, 구동 전극(311)과 감지 전극(321)은 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 도전체로 형성될 수 있으나, 이 외에 메탈 등 다른 물질로 형성될 수도 있다. 구동 전극층(310)과 감지 전극층(320)은 각각 구동 전극(311)들과 감지 전극(321)들 주변을 감싸는 절연 물질(312, 322)을 더 포함할 수 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(300)의 동작을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 구동 전극(311)과 감지 전극(321)이 교차하는 지점이 터치 발생 여부를 감지하는 단위 노드(N)가 된다.

구동 전극(311)들에는 특정 주파수를 갖는 구동 신호를 순차적으로 인가해주고, 감지 전극(321)들로부터 출력되는 상기 구동 신호에 대한 응답 신호를 획득하여 터치 발생 여부를 판단하게 된다. 전 영역에 걸쳐서 터치가 발생하지 않았다면 감지 전극(321)들로부터 출력되는 응답 신호는 일정한 값(예를 들면, 비터치 기준값)일 것이다. 그러나, 도 6에 도시되는 바와 같이, 터치 발생 수단(예를 들면, 사람의 손가락 등)에 의해 터치가 이루어진 경우에는 해당 영역(T)에서의 구동 전극(311)과 감지 전극(321) 간 정전용량에 변화가 발생하게 되어, 구동 신호 인가에 따른 감지 신호가 달라지게 된다. 예를 들면, 도 6에 도시되는 바와 같이, 터치 발생 영역과 인접한 노드(N)에서의 감지 신호가 최대값을 나타내게 된다. 이러한 터치 여부 검출 방식을 뮤추얼(mutual) 방식이라고 한다. 본 발명에서의 터치 패널(300)이 이러한 뮤추얼 방식 터치 패널 외에도 다른 공지의 것으로 대체되어도 무방함은 물론이다.

한편, 패럴렉스 배리어(200)와 터치 패널(300)은 서로 교번하여 동작할 수 있다. 예를 들어, 패럴렉스 배리어(200)가 광투과 영역 및 광차단 영역을 형성하며 입체 영상 구현 기능을 할 시에는(ON) 터치 패널(300)의 구동 전극(311)에 구동 신호를 인가하는 동작을 잠시 중단하고(OFF), 반대로 패럴렉스 배리어(200)가 오프(OFF)되는 동안에는 터치 패널(300)을 온(ON)시킬 수 있다.

예를 들면, 도 7에 도시되는 바와 같은 정현파를 제어 신호로 사용하여 패럴렉스 배리어(200)와 터치 패널(300)을 번갈아가며 동작시킬 수 있다. 즉, 정현파의 주기를 2개로 나누어 1/2 주기 동안은 패럴렉스 배리어(200)가 동작하고, 나머지 1/2 주기 동안은 터치 패널(300)이 동작하도록 제어할 수 있다. 이 경우, 패럴렉스 배리어(200)와 터치 패널(300)이 교번하여 온/오프 되는 것을 사용자가 느끼지 못하도록 정현파의 주파수는 수십~수백 Hz 이상이 되는 것이 바람직하다.

전술한 바에 따르면, 터치 패널(300)과 패럴렉스 배리어(200)를 동시에 구동시킬 때, 패럴렉스 배리어(200)에서 발행하는 기생 전정용량이 터치 패널(300)의 감지 전극들로부터 출력되는 감지 신호에 영향을 미쳐 터치 인식 오류가 발생하는 문제점을 해결할 수 있다. 즉, 터치 패널(300)에서의 터치 감지 시 패럴렉스 배리어(200)로 인한 간섭 요인을 제거하여 터치 감도를 향상시킬 수 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 입체 영상 표시 장치에 포함되는 터치 검출 장치에서 기생 정전용량의 영향을 최소화 하는 방법을 설명하기로 한다.

도 11은 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 11을 참조하면 터치 검출 장치는 터치 패널(500)과 구동 장치(600)를 포함한다.

터치 패널(500)에는 복수의 행과 열을 이루는 복수의 센서패드(110)가 배치되고, 각각의 센서패드(110)는 신호 배선(120)을 통해 구동 장치(600)와 연결된다.

센서패드(110)는 사각형 또는 마름모꼴일 수 있으며 균일한 형태의 다각형 형태일 수도 있다. 센서패드(110)는 인접한 다각형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.

구동 장치(600)는 터치 검출부(610), 터치 정보 처리부(620), 메모리(630) 및 제어부(640) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 직접회로(IC) 칩으로 구현될 수 있다.

터치 검출부(610), 터치 정보 처리부(620), 메모리(630), 제어부(640)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.

터치 검출부(610)는 센서 패드(110) 및 신호 배선(120)과 연결된 복수의 스위치와 복수의 커패시터를 포함할 수 있으며, 제어부(640)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 또한 터치 검출부(610)는 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 센서 패드(110)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(630)에 기억시킬 수 있다.

터치 정보 처리부(620)는 메모리(630)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.

메모리(630)는 터치 검출부(610)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(640)는 터치 검출부(610) 및 터치 정보 처리부(620)를 제어하며, 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit, MCU)을 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.

도 12는 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 회로도이다.

도 12에서는 현재 터치 검출 대상이 되는 센서패드(110_1)와 이와 인접한 다른 센서패드(110_2)를 도시하였다.

도 12를 참조하면, 터치 발생 도구와 센서패드(110_1) 사이에 터치 정전용량(Ct)이 형성된다. 센서패드(110_1)는 제1 스위치(SW1)에 의해 그라운드 전위와 선택적으로 연결되며, 제2 스위치(SW2)를 통해서는 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3)과 선택적으로 연결된다. 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3)과 출력단(N4) 사이에는 구동 정전용량(Cdrv)이 형성되고, 구동 정전용량(Cdrv) 양단에는 제1 스위치(SW1)가 연결된다. 또한, 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에는 기준 전압(Vref)이 입력된다.

한편, 센서패드(110_1)에는 다양한 원인에 의해 미지의 기생 정전용량(Cpt, Cp0)이 형성된다. 센서패드(110-1, 110-2)와 신호배선 간의 관계에 의해 형성되기도 하고, 센서패드(110-1, 110-2) 간 관계에 의해 형성되기도 한다. 예를 들어, 제1 센서패드(110-1)가 현재 터치 검출 대상이 되는 센서패드인 경우, 이웃하는 제2 센서패드(110-2)와의 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt)이 존재할 수 있다. 또한, 제2 센서패드(110-2)와 다른 회로 구성 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cp0) 또한 제1 센서패드(110-1)에 대한 터치 여부 검출 시에 영향을 줄 수 있다.

이러한 기생 정전용량(Cpt, Cp0)의 영향을 제거하기 위해 기생 정전용량 보상 회로(510) 및 기생 정전용량 제거 회로(520)가 추가될 수 있다.

먼저, 기생 정전용량 보상 회로(510)는 현재 터치 검출 대상이 되는 센서패드(110_1)와 제2 스위치(SW2)에 의해 선택적으로 연결된다. 기생 정전용량 보상 회로(510)는 피드백 정전용량(Cfb)을 포함하며, 피드백 정전용량(Cfb) 양단의 전위차는 제1 스위치(SW1)에 의해 제어된다. 피드백 정전용량(Cfb)의 일단은 제2 스위치(SW2)에 의해 센서패드(110_1) 출력과 연결 또는 차단되며, 타단에는 피드백 전압(Vfb)이 인가된다.

한편, 기생 정전용량 제거 회로(520)는 현재 터치 검출 대상이 되는 센서 패드(110_1)와 인접한 센서패드(110_2)와 연결된다. 기생 정전용량 제거 회로(520)는 기준 전압(Vref)과 그라운드 전압(GND)을 일정 주기로 번갈아가며 센서패드(110_2)에 공급해주는 신호원(SS)을 포함한다. 또한, 제1 입력단이 출력과 연결된 피드백 증폭기(OP-amp_fb)를 포함할 수 있으며, 이때, 피드백 증폭기(OP-amp_fb)의 제2 입력단에는 상기 신호원(SS)이 연결될 수 있다. 후술할 바와 같이, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 교번하여 온/오프 되는데, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 온 될 때 이와 동기화되어 로우 신호 및 하이 신호를 출력할 수 있도록 신호원(SS)의 동작이 제어된다.

도 12에 도시된 터치 검출 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

먼저, 제1 스위치(SW1)를 온 시키고 제2 스위치(SW2)를 오프시킨다. 이때, 기생 정전용량 제거 회로(520)의 신호원은 로우 신호인 그라운드 전압(GND)을 인접 센서패드(110_2)에 공급한다.

제1 스위치(SW1)의 온에 의해 센서패드(110_1)와 연결된 노드(N1)의 전위는 0V이 되고, 인접 센서패드(110_2)와 연결된 노드(N2)에는 그라운드 전위(GND)가 공급되기 때문에 양 센서패드(110_1, 110_2) 간 전위차는 0V가 된다. 사이에 유전 물질을 두고 2개의 도체가 존재한다면, 해당 구조에 충전되는 전하량(Q)은 Q=CV와 같은 수식으로 표현될 수 있다(C는 해당 구조의 정전용량 값이며, V는 양 도체 사이의 전위차). 상기 수식에서, 양 도체의 전위차(V)를 0에 가깝도록 수렴시키면, 도체간 전위 차에 의해 끌려지는 전하량(Q)도 0에 가깝게 수렴되고, 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. 전술한 바와 같은 이유로 2개의 노드(N1, N2) 전위가 동일해진다면, 그 사이에 존재하는 기생 정전용량(Cpt)은 제거될 수 있다.

한편, 제1 스위치(SW1)가 온 상태일 때 구동 정전용량(Cdrv) 양단위 전위차 및 피드백 정전용량(Cfb) 양단의 전위차도 0V가 되어, 모든 정전용량에 전하가 충전되지 않게 된다. 이 때, 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전위는 모두 기준 전압(Vref)과 같아지고, 피드백 정전용량(Cfb)의 양단 전위는 모두 피드백 전압(Vfb)과 같아진다.

제1 스위치(SW1)가 오프되고 제2 스위치(SW2)가 온 상태가 되면, 센서패드(110_1) 출력과 제2 스위치(SW2)가 연결되는 노드(N1)의 전위가 기준 전압(Vref)과 동일해진다. 이에 따라, 터치 정전용량(Ct) 및 센서패드(110_1)에 영향을 주는 기생 정전용량(Cpt, Cp0)이 모두 기준 전압(Vref)에 의해 충전된다. 제2 스위치(SW2)가 온 상태일 때 기생 정전용량 제거 회로(520)는 기준 전압(Vref)을 공급하게 되고, 이에 따라, 인접 센서패드(110_2)와 연결된 노드(N2)의 전위가 기준 전압(Vref)과 동일해진다. 이에 의해 제2 스위치(SW2)가 온 상태일 때에도 여전히 터치 여부 검출 대상 센서패드(110_1)와 인접 센서패드(110_2) 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt) 양단의 전위가 동일해진다. 따라서, 해당 기생 정전용량(Cpt)의 영향이 제거될 수 있다.

한편, 기생 정전용량 보상 회로(510)의 피드백 전압(Vfb)이 기준 전압(Vref)보다 크다면, 피드백 정전용량(Cfb) 양단 간에는 전위차가 발생하게 된다. 구체적으로, 피드백 정전용량(Cfb)의 양단 중 센서패드(110_1)의 출력과 연결되는 일단의 전위가 피드백 전압(Vfb)이 인가되는 타단보다 낮은 전위가 되며, 이에 따라 피드백 정전용량(Cfb)은 터치 검출 장치에 전하를 공급하는 역할을 하게 된다.

터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp0)에 충전된 전하량의 합은 구동 정전용량(Cdrv) 및 피드백 정전용량(Cfb)이 공급하는 전하량의 합과 같아진다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

상기 수식에서 좌변이 터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp0)에 충전된 전하량의 합이고, 우변은 구동 정전용량(Cdrv) 및 피드백 정전용량(Cfb)이 공급하는 전하량의 합이다.

피드백 전압(Vfb)을 기준 전압(Vref)의 2배인 것으로 가정하고, 이를 대입하면, 다음과 같아진다.

한편, 구동 정전용량(Cdrv)의 입력단(N3) 전위는 기준 전압(Vref)과 동일하게 유지되므로 터치 전후 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단 전압의 변화량, 즉, 레벨 시프트(ΔVo) 값은 제2 스위치(SW2)가 온 된 후의 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전압(Vdrv)과 같은 값이 된다.

따라서, 수학식 5에서 Vdrv를 ΔVo로 치환할 수 있고, 이에 의하면 다음과 같아진다.

상기 수식에서 피드백 정전용량(Cfb)을 인접 센서패드(110_2) 등 다른 회로 구성에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cp0)과 동일하게 조절할 수 있다면, 터치 전후의 레벨 시프트(ΔVo) 값은 기생 정전용량(Cpt, Cp0)에 무관한 값이 될 수 있다.

도 12에 도시된 터치 검출 장치에 따르면 터치 여부 검출에 있어서 기생 정전용량의 영향이 제거되기는 했지만, 복수개의 스위치 및 부가 구성요소의 추가가 필요하고, 해당 스위치들을 동기화하여 제어하여야 하는 문제점들이 있었다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 13을 참조하면 도 12에 도시된 터치 검출 장치에서 기생 정전용량 보상 회로(510)가 생략되었다는 것을 알 수 있다. 또한, 기생 정전용량 제거 회로(520)에서는 신호원(SS)이 생략되었다는 것을 알 수 있다.

한편, 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에는 펄스 신호 공급부(Pulse)가 연결되어 있다. 펄스 신호 공급부(Pulse)는 후술할 바와 같이, 스위치(SW)가 온에서 오프 상태로 전환될 때 순간적인 펄스 신호를 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단으로 1회 공급하여 주는 역할을 한다.

도 14는 도 13에 도시되는 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 타이밍도이다. 이하, 도 13 및 도 14를 참조하여 도 13에 도시된 터치 검출 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

도 14의 스위치(SW)에 대한 타이밍도에서 하이로 나타낸 구간은 스위치(SW)가 온 상태로 유지되는 구간이며, 로우로 나타낸 구간은 스위치(SW)가 오프 상태로 유지되는 구간을 나타낸다.

먼저, T1 구간 동안 스위치(SW)가 온 상태가 되면, 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3)과 출력단(N4) 사이에 연결된 구동 정전용량(Cdrv) 양단 전위가 동일해진다. 이에 따라 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단 전압(Vo)도 0V가 된다. 또한, 터치 여부 검출 대상이 되는 제1 센서패드(110_1)와 연결된 노드(N1)가 그라운드 전위로 연결되기 때문에 제1 센서패드(110_1)와 연결된 터치 정전용량(Ct)도 리셋된다.

도 13에는 제1 센서패드(110_1)와 연결된 노드(N1)와 그라운드 전위 사이에도 스위치(SW)가 구비되는 것으로 예시되었으나, 이는 생략될 수 있다. 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에 연결되는 펄스 신호 공급부(Pulse)가 스위치(SW)가 온 상태일 때에는 아무런 신호도 공급하지 않기 때문에 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3) 전위는 스위치(SW)가 온 상태일 동안 0V로 유지되기 때문이다. 즉, 제1 센서패드(110_1)와 그라운드 전위 사이의 연결을 스위칭하는 스위치(SW)가 없더라도 스위치(SW)가 온 상태로 유지되는 동안 센서패드(110_1)는 그라운드 전위로 유지될 수 있다.

한편, 제1 센서패드(110_1)와 인접한 제2 센서패드(110_2)와 연결된 노드(N2)는 피드백 연산 증폭기(OP-amp_fb)에 의해 항상 그라운드 전위로 유지되기 때문에 스위치(SW)가 온 상태일 때 제1 센서패드(110_1)와 제2 센서패드(110_2) 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt)은 제거되는 효과를 얻을 수 있게 된다.

T2 구간에서 스위치(SW)가 온 상태에서 오프 상태로 전환되면, 그와 동시에 또는 그 직후에 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에 연결된 펄스 신호 공급부(Pulse)에서 펄스 신호가 공급된다.

펄스 신호가 공급되면, 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3) 전위가 펄스 신호 전압(Vp)으로 세팅된다. 정상 상태에 도달하면, 펄스 신호 전압(Vp)에 의해 터치 정전용량(Ct)과 기생 정전용량(Cpt)이 펄스 신호 전압(Vp)으로 충전된 상태가 된다. 이에 의해, 터치 정전용량(Ct)과 기생 정전용량(Cpt)에 충전된 전하와 동일한 양의 전하가 구동 정전용량(Cdrv)에 충전된다. 제2 센서패드(110_2)는 피드백 연산 증폭기(OP-amp_fb)에 의해 여전히 그라운드 전위로 유지되기 때문에 이와 연결된 기생 정전용량(Cp0)은 제거된 효과를 얻을 수 있다.

구동 정전용량(Cdrv)에 전하가 충전됨에 따라 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단 전압(Vo) 또한 증가하게 되고, 그 증가량은 터치 정전용량(Ct)과 관계되기 때문에 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단 전압(Vo) 변화량에 따라 제1 센서패드(110_1)에의 터치 여부가 판단될 수 있다.

펄스 신호 공급부(Pulse)에 의한 펄스 신호 공급이 완료되면, T3 구간이 시작되고 다시 스위치(SW)가 온 상태로 전환된다.

도 13에 도시된 터치 검출 장치는 도 12에 도시된 터치 검출 장치에 비해 구비하여야 하는 스위치의 개수를 줄일 수 있고, 회로를 간소화할 수 있다. 그러나, 펄스 신호 공급부(Pulse)에 의해 펄스 신호가 공급될 때에는 제1 센서패드(110_1)와 제2 센서패드(110_2) 사이의 전위차가 발생하게 되고, 이에 따라 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이의 기생 정전용량(Cpt)이 터치 여부 검출에 영향을 미치게 된다.

한편, 도 14에 도시되는 타이밍도에서는 펄스 신호 공급부(Pulse)로부터의 펄스 신호가 계단 함수(step runction)로 구현되는 경우를 예시하였으나, 펄스 신호는 일정 기울기를 가지고 상승하는 형태로 구현될 수 있다. 실제적으로 회로에 흐를 수 있는 전류의 최대 크기는 제한이 있고, 연산 증폭기(OP-amp)의 구동 능력에도 제한이 있으므로, 어느 정도의 기울기를 가지고 상승하도록 구현하는 것이 바람직하다.

도 15는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 15를 참조하면, 도 13의 터치 검출 장치와 다른 점은, 펄스 신호 공급부(Pulse)가 터치 여부 검출 대상이 되는 제1 센서패드(110_1)와 연결된 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단뿐만 아니라, 제1 센서패드(110_1)와 인접한 제2 센서패드(110_2)에 연결된 피드백 연산 증폭기(OP-amp_fb)의 제1 입력단에도 펄스 신호를 공급한다는 점이다. 즉, 피드백 연산 증폭기(OP-amp_fb)의 제1 입력단에는 펄스 신호 공급부(Pulse)가 연결되며 제2 입력단은 출력단과 함께 제2 센서패드(110_2)에 연결된다.

한편, 도 15에서는 제1 노드(N1)에 연결된 스위치(SW)를 생략하여 도시하였다.

도 15에 도시된 터치 검출 장치의 터치 검출 동작 또한 도 13 및 도 14를 참조하여 설명한 바와 유사하다.

먼저, 스위치(SW)가 온 상태인 동안에는 구동 정전용량(Cdrv)이 리셋되고, 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단 전압(Vo)이 0V로 유지된다. 이 때, 펄스 신호 공급부(Pulse)는 펄스 신호를 공급하지 않는 상태로 유지되므로, 제1 노드(N1) 및 제2 노드(N2) 모두 그라운드 전위와 동일하게 유지된다. 이에 따라, 제1 센서패드(110_1)와 제2 센서패드(110_2) 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt)이 제거되는 효과를 얻게 된다.

한편, 스위치(SW)가 오프 상태로 전환되면 펄스 신호 공급부(Pulse)에 의해 펄스 신호가 공급된다. 펄스 신호 공급부(Pulse)가 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단(N5)뿐만 아니라 피드백 연산 증폭기(OP-amp_fb)의 제1 입력단(N5)에도 연결되므로, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2)는 모두 펄스 신호 공급부(Pulse)로부터 공급되는 펄스 신호에 의해 전위가 상승하게 된다. 즉, 제1 센서패드(110_1)와 연결된 제1 노드(N1), 제2 센서패드(110_1)와 연결된 제2 노드(N2)의 전위는 스위치(SW)의 온/오프 상태와 상관없이 항상 같은 전위로 유지되게 된다. 따라서, 제1 노드(N1)와 제2 노드(N2) 사이에 형성되는 기생 정전용량(Cpt)의 영향이 제거될 수 있게 된다.

즉, 도 13의 터치 검출 장치에서 문제되었던 기생 정전용량, 즉, 터치 여부 검출 대상인 제1 센서패드(110_1)와 인접한 제2 센서패드(110_2) 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt)의 영향이 제거될 수 있다.

펄스 신호 공급부(Pulse)가 피드백 연산 증폭기(OP-amp_fb)의 제1 입력단에도 연결되어 있다는 것 외에는 도 13을 참조하여 설명한 터치 검출 장치와 그 동작이 동일하므로, 상세한 동작 설명에 대해서는 생략하기로 한다.

한편, 도 15에 도시되는 터치 검출 장치에 있어서는 제1 센서패드(110_1)와 제2 센서패드(110_2) 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt)의 영향은 제거될 수 있을지라도, 펄스 신호 공급부(Pulse)로부터의 펄스 신호에 의해 제2 센서패드(110_2)의 전위가 변동되므로, 제2 센서패드(110_2)와 연결된 기생 정전용량(Cp0), 즉, 터치 여부 검출 대상이 되는 제1 센서패드(110_1) 외의 다른 회로 구성에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt0)의 영향은 완전히 제거되지 못하였다.

도 16은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.

도 16을 참조하면, 도 15에 도시된 터치 검출 장치에 기생 정전용량 보상 회로(910)가 추가되었다는 것을 알 수 있다.

기생 정전용량 보상 회로(910)는 보상 증폭기(OP-amp_comp)를 포함하여 구성될 수 있다.

보상 증폭기(OP-amp_comp)의 제1 입력단(N5)에는 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단 및 펄스 신호 공급부(Pulse)가 연결된다. 보상 증폭기(OP-amp_comp)는 펄스 신호 공급부(Pulse)로부터의 펄스 신호를 증폭시켜 출력한다. 이를 위해, 보상 증폭기(OP-amp_comp)의 제2 입력단(N6)과 출력단(N7) 사이에는 제1 저항(R1)이 연결되고, 보상 증폭기(OP-amp_comp)의 제2 입력단(N6)과 그라운드 전위 사이에는 제2 저항(R2)이 연결된다. 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2)은 다른 임피던스 소자로 대체될 수도 있다.

보상 증폭기(OP-amp_comp)의 출력단(N7)은 보상 정전용량(Ccomp)을 사이에 두고 터치 여부 검출 대상이 되는 제1 센서패드(110_1)와 연결된 제1 노드(N1) 및 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3)과 연결된다.

도 16에 도시된 터치 검출 장치의 동작을 설명하면 다음과 같다.

스위치(SW)가 온 상태로 유지되는 동안에는 구동 정전용량(Cdrv)이 리셋된다. 또한, 보상 증폭기(OP-amp_comp)의 제1 입력단(N5)이 그라운드 전위로 유지되므로, 보상 증폭기(OP-amp_comp)의 출력단(N7) 또한 그라운드 전위로 유지된다. 한편, 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3) 또한 그라운드 전위가 된다. 보상 정전용량(Ccomp)의 양단 전위 동일해짐에 따라 보상 정전용량(Ccomp)은 리셋될 수 있다.

스위치(SW)가 오프 상태로 전환되면, 펄스 신호 공급부(Pulse)로부터 펄스 신호가 공급된다. 펄스 신호는 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단(N5), 보상 증폭기(OP-amp_comp)의 제1 입력단(N5)에 입력된다. 이에 의해 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3), 보상 증폭기(OP-amp_comp)의 제2 입력단(N6)의 전위는 펄스 신호 공급부(Pulse)에 의해 공급되는 펄스 신호의 전위와 동일해진다.

보상 증폭기(OP-amp_comp)의 출력단(N7) 전압은 제2 입력단(N6) 전압의 K배로 나타날 수 있고, K 값은 제1 저항(R1)과 제2 저항(R2)의 저항값에 따라 달라질 수 있다. 펄스 신호의 전위를 Vp라고 표기한다면, 보상 증폭기(OP-amp_comp)의 출력단(N7) 전압은 K?p로 나타낼 수 있다.

연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N3) 전위가 펄스 신호의 전위(Vp)와 동일하기 때문에, 보상 정전용량(Ccomp) 양단의 전위차(Vcomp)는 다음과 같이 나타낼 수 있다.

정상 상태에 도달하면, 펄스 신호에 의해 터치 정전용량(Ct)과 기생 정전용량(Cpt, Cp0)이 충전된 상태가 된다. 이에 의해, 터치 정전용량(Ct)과 기생 정전용량(Cpt, Cp0)에 충전된 전하의 합이 구동 정전용량(Cdrv)과 보상 정전용량(Ccomp)에 충전된 전하의 합과 같아진다. 이를 수식으로 나타내면 다음과 같다.

수학식 7을 수학식 8에 대입하면 다음과 같은 수학식이 도출된다.

스위치(SW)가 온 상태일 때 구동 정전용량(Cdrv) 양단 전위는 모두 그라운드 전위였기 때문에, 구동 정전용량(Cdrv) 양단 전압(Vdrv)이 레벨 시프트 값(ΔVo)과 관련되게 된다.

상기 수학식 9를 참조하면, K값과 보상 정전용량(Ccomp) 값을 조절하여, "Cpt+Cp0"의 값과 "(K-1)Ccomp"의 값을 동일하게 만든다면 기생 정전용량(Cpt, Cp0)의 영향을 완전히 제거할 수 있게 된다. 즉, 기생 정전용량 보상 회로(910)의 소자값들을 적절히 조절하면, 기생 정전용량(Cpt, Cp0)에 충전되는 전하량을 기생 정전용량 보상 회로(910)가 모두 공급할 수 있게 되고, 이에 따라, 터치 검출 시 기생 정전용량(Cpt, Cp0)의 영향이 제거될 수 있다.

전술한 바와 같이, K 값은 제1 저항(R1) 및 제2 저항(R2) 값을 통해 조절 가능하고, 보상 정전용량(Ccomp) 값은 회로 설계상 조절할 수 있기 때문에, 도 16에 도시된 터치 검출 장치에 따르면, 기생 정전용량의 영향을 모두 제거할 수 있게 된다. 아울러, 터치 검출 대상이 되는 제1 센서패드(110_1)와 인접 센서패드(110_2)는 항상 같은 전위로 유지되기 때문에 상기 수학식 9에서 제1 센서패드(110_1)와 제2 센서패드(110_2) 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt)의 영향은 무시될 수도 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.

100: 영상 표시 패널
110: 센서패드
120: 신호배선
200: 패럴렉스 배리어
210: 제1 배리어
220: 액정층
230: 제2 배리어
211, 231: 전극
300: 터치 패널
310: 구동 전극층
311: 구동 전극
320: 감지 전극층
321: 감지 전극
410: 하부 기판
420: 상부 기판
600: 구동 장치
610: 터치 검출부
620: 터치 정보 처리부
630: 메모리
640: 제어부
910: 기생 정전용량 보상 회로

Claims

좌안용 영상과 우안용 영상으로 이루어지는 입체 영상을 출력하는 영상 표시 패널; 제1 방향으로 배치되는 복수의 전극들을 포함하는 제1 배리어, 및 상기 제1 방향과 수직인 제2 방향으로 배치되는 복수의 전극들을 포함하는 제2 배리어를 갖는 패럴렉스 배리어; 및 복수 개의 감지 전극들을 포함하며 상기 패럴렉스 배리어 상부에 배치되는 터치 패널을 포함하고, 상기 제1 배리어와 제2 배리어 중 어느 하나가 활성화되어 광투과 영역 및 광차단 영역을 형성하며, 상기 패럴렉스 배리어 및 상기 터치 패널은 일정 주기로 교번하여 온/오프되는, 입체 영상 표시 장치에 있어서,
터치 입력 도구와의 관계에서 터치 정전용량을 형성하는 복수의 센서패드들;
상기 센서패드들 중 선택되는 제1 센서패드와 연결된 제1 입력단을 가지며, 터치 여부에 따라 서로 다른 신호를 출력하는 연산 증폭기;
상기 연산 증폭기의 상기 제1 입력단과 출력단 사이에 연결되며, 양단 전위가 스위치에 의해 제어되는 구동 정전용량; 및
상기 스위치가 온 상태에서 오프 상태로 전환될 때 상기 연산 증폭기의 제2 입력단에 펄스 신호를 공급하는 펄스 신호 공급부를 포함하는 터치 검출 장치를 갖는, 입체 영상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 스위치가 오프 상태일 때 상기 터치 정전용량 또는 상기 터치 정전용량의 전하량을 공유하는 기생 정전용량 중 적어도 하나에 전하를 공급하는 기생 정전용량 보상 회로를 더 포함하는, 입체 영상 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 스위치가 오프 상태일 때 상기 기생 정전용량 보상 회로가 공급하는 전하량은 상기 기생 정전용량에 충전되는 전하량과 동일한 양인, 입체 영상 표시 장치.
제2항에 있어서,
상기 기생 정전용량 보상 회로는,
상기 펄스 신호 공급부로부터의 펄스 신호를 증폭하여 출력하는 보상 증폭기; 및
상기 보상 증폭기의 출력단과 상기 연산 증폭기의 제1 입력단 사이에 연결되는 보상 정전용량을 포함하는, 입체 영상 표시 장치.
제4항에 있어서,
상기 보상 증폭기의 제1 입력단에는 상기 펄스 신호 입력부가 연결되고,
상기 보상 증폭기의 제2 입력단과 출력단 사이에는 제1 저항이 연결되며, 상기 보상 증폭기 제2 입력단과 그라운드 전위 사이에는 제2 저항이 연결되는, 입체 영상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 펄스 신호 공급부는 상기 연산 증폭기의 제2 입력단과 상기 제1 센서패드에 인접한 제2 센서패드에 상기 펄스 신호를 동시에 공급하는, 입체 영상 표시 장치.
제6항에 있어서,
출력단이 상기 제2 센서패드와 연결되며, 입력 신호와 동일한 신호를 출력하는 피드백 증폭기를 더 포함하고,
상기 펄스 신호 공급부는 상기 연산 증폭기의 제2 입력단과 상기 피드백 증폭기의 제1 입력단에 동시에 연결되는, 입체 영상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 센서패드와 그라운드 사이에는 상기 스위치와 동기화되어 동작하는 추가 스위치가 더 연결되는, 입체 영상 표시 장치.