KR20160004896A - 접촉 감지 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 복수의 제1 전극에 제1 구동 신호 및 상기 제1 구동 신호와 전압 레벨이 상이한 제2 구동 신호를 포함하는 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 및 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하는 감지 회로부; 를 포함하고, 상기 구동 회로부는 상기 제1 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 순차적으로 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 상기 제1 구동 신호가 인가되는 하나의 제1 전극과 인접하는 다른 제1 전극에 상기 제1 구동 신호가 인가되는 타이밍에 상기 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.

Description

접촉 감지 장치{TOUCH INPUT SENSING APPARATUS}

본 발명은 접촉 감지 장치에 관한 것이다.

정전용량 방식의 터치스크린은 일정한 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함하며, 터치 입력에 의해 정전용량 변화가 생성되는 복수의 노드가 상기 복수의 전극에 의해 정의된다. 2차원 평면에 분포하는 복수의 노드는, 터치 입력에 의해 자체 정전용량(Self-Capacitance) 또는 결합 정전용량(Mutual-Capacitance)의 변화를 생성하며, 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화에 가중 평균 계산법 등을 적용하여 터치 입력의 좌표를 계산할 수 있다.

최근 터치스크린 장치는 스타일러스를 구비하여 세밀한 터치 입력을 인가받고자 한다. 다만, 스타일러스에 의해 생성되는 정전용량의 변화는 그 크기가 미세하여 터치스크린 장치가 터치 입력을 인식하는데 오류가 발생할 수 있으며, 스타일러스에 의해 인가되는 터치 입력의 압력을 고려하지 않는 경우 터치 입력을 정밀하게 검출하지 못하는 문제점이 있다.

한국 공개특허공보 10-2014-0072586

본 발명의 과제는 미세한 정전용량의 변화를 정밀하게 검출할 수 있고, 접촉 면적을 검출하여 필기 압력을 판단할 수 있는 접촉 감지 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 복수의 제1 전극에 제1 구동 신호 및 상기 제1 구동 신호와 전압 레벨이 상이한 제2 구동 신호를 포함하는 구동 신호를 인가하는 구동 회로부 및 상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하는 감지 회로부를 포함하고, 상기 구동 회로부는 상기 제1 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 순차적으로 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 상기 제1 구동 신호가 인가되는 하나의 제1 전극과 인접하는 다른 제1 전극에 상기 제1 구동 신호가 인가되는 타이밍에 상기 제2 구동 신호를 인가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 미세한 정전용량의 변화를 정밀하게 검출할 수 있고, 접촉 면적을 검출하여 필기 압력을 판단할 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부의 단면을 나타낸 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 구동 신호의 일 예 및 이에 따른 정전용량의 변화를 나타낸 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 신호 및 이에 따른 정전용량의 변화를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터를 나타낸 도면이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 좌표 계산 결과를 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.
도 9은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 신호를 나타낸 도면이다.
도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터를 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연산부의 신호 처리 방법을 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.

이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도면이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력부(120), 음성 출력을 위한 오디오부(130) 및 도 1에 도시되지 않았으나, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 형성되는 터치스크린 장치(미도시)를 구비할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치는 기판 및 기판 상에 마련되는 복수의 전극을 구비하는 패널부를 포함할 수 있다. 또한 복수의 전극에서 생성되는 정전용량의 변화를 검출하기 위한 정전용량 감지 회로와, 정전용량 감지 회로의 출력 신호를 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환 회로, 디지털 값으로 변환된 데이터를 이용하여 터치 입력을 판단하는 연산 회로 등을 포함하는 컨트롤러 집적 회로(접촉 감지 장치)를 포함할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치 및 접촉 감지 장치는 터치 입력의 좌표 및 압력을 검출할 수 있으며, 또한 지문 감지 센서에 적용되어 사용자 손가락의 지문을 감지할 수 있다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 패널부(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 전극(220, 230)을 포함할 수 있다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 복수의 전극(220, 230) 각각은 배선 및 본딩 패드를 통해 기판(210)의 일단에 부착되는 회로 기판의 배선 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 기판에는 컨트롤러 집적회로가 실장되어 복수의 전극(220, 230)에서 생성되는 감지 신호를 검출하고, 그로부터 터치 입력을 판단할 수 있다.

기판(210)은 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PMMA(PolymethlymethAcrylate), COP (Cyclo-Olefin Polymers) 등의 필름, 소다 글라스(Soda glass), 또는 강화 글라스(tempered glass)와 같은 재질로 형성되어 높은 빛 투과율을 가질 수 있다.

복수의 전극(220, 230)은 기판(210)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있으며, 도 2에는 마름모, 또는 다이아몬드 형상의 패턴을 갖는 복수의 전극(220, 230)이 도시되었으나, 이 외에 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있음은 물론이다. 복수의 전극(220, 230)은 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 제조될 수 있으며, 또한, 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 제조될 수 있다.

복수의 전극(220, 230)은 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극(220)과, Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극(230)을 포함할 수 있다. 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 기판(210)의 양면에 마련되거나, 서로 다른 기판(210)에 마련되어 교차될 수 있으며, 기판(210)의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층을 형성할 수 있다.

또한, 복수의 전극(220, 230)이 형성되는 영역 이외에, 복수의 전극(220, 230)과 연결되는 배선이 마련되는 영역에 대해서는 통상 불투명한 금속 물질로 형성되는 배선을 시각적으로 차폐하기 위한 소정의 인쇄 영역(미도시)이 기판(210)에 형성될 수 있다.

복수의 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되는 접촉 감지 장치(미도시)는 D1~D8로 정의되는 채널을 통하여 제1 전극(220)에 구동 신호를 제공하고, S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 정전용량을 검출할 수 있는데, 이 때 정전용량은 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차점에서 발생하는 정전용량의 변화에 따라 터치 입력을 판단할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부의 단면을 나타낸 도면이다. 도 3은 도 2에 도시한 패널부(200)를 Y-Z 평면으로 잘라서 나타낸 단면도로서, 도 2에서 설명한 기판(210), 복수의 감지 전극(220, 230) 이외에 접촉을 인가받는 커버 렌즈(240, Cover Lens)를 더 포함할 수 있다. 커버 렌즈(240)는 정전용량의 검출에 이용되는 제2 전극(230) 상에 마련될 수 있다.

채널 D1~D8을 통해 제1 전극(220)에 구동 신호가 인가되면, 구동 신호가 인가된 제1 전극(220)과, 제2 전극(230) 사이에서 정전용량이 생성될 수 있다.

커버 렌즈(240)에 접촉 물제(250)가 접촉 되면 접촉 영역에 대응하는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 노드에서 정전용량의 변화가 발생한다. 상기 정전용량의 변화는 접촉 물체(250)와 구동 신호가 인가된 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 사이의 중첩된 영역의 면적에 비례할 수 있으며, 도 3에서는 채널 D2 및 D3에 각각 연결된 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에서 생성된 정전용량이 접촉 물체(250)에 의해 영향을 받는다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 패널부(200) 및 접촉 감지 장치(300)를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 패널부(200)는 기판(미도시) 및 제1축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수 행의 제1 전극(220)과, 제1축에 교차하는 제2축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수 열의 제2 전극(230)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극(220)과 복수의 제2 전극(230)의 교차점에서는 정전용량이 생성될 수 있는데, 도 4에 도시된 노드 커패시터 C11~Cmn는 복수의 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)의 교차점에서 생성되는 정전용량을 커패시터 성분으로 도시한 것이다.

접촉 감지 장치(300)는 구동 회로부(310), 감지 회로부(320), 신호 변환부(330), 및 연산부(340)를 포함할 수 있다. 이 때, 구동 회로부(310), 감지 회로부(320), 신호 변환부(330) 및 연산부(340)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.

구동 회로부(310)는 적어도 하나의 구동 신호 생성 회로(315)를 포함하여, 패널부(310)의 복수의 제1 전극(210)에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있다. 도 4에는 구동 신호 생성 회로(315)가 복수의 제1 전극(210) 각각에 개별적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 구동 신호 생성 회로(315)를 구비하고 스위칭 회로를 이용하여 복수의 제1 전극(210) 각각에 구동 신호를 인가하는 구성 또한 가능함은 물론이다.

구동 회로부(310)는 복수의 제1 전극(220) 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가할 수 있다. 또한, 복수의 제1 전극(220)에 동시에 구동 신호를 인가하거나 복수의 제1 전극(220) 중 일부에만 선택적으로 구동 신호를 인가할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 구동 회로부(310)는 위치 감지 모드와 압력 감지 모드로 반복적으로 동작할 수 있는데, 각 모드에서 복수의 제1 전극(220)으로 인가되는 구동 신호는 서로 다를 수 있다.

감지 회로부(320)는 복수의 제2 전극(230)으로부터 노드 커패시터 C11-Cmn의 정전용량을 검출한다. 감지 회로부(320)는 적어도 하나의 연산 증폭기와 적어도 하나의 커패시터를 각각 구비하는 복수의 C-V 변환 회로(325)를 포함할 수 있으며, 복수의 C-V 변환 회로(325) 각각은 복수의 제2 전극(220)과 연결될 수 있다.

복수의 C-V 변환 회로(325)는 노드 커패시터 C11~Cmn의 정전용량을 전압 신호로 변경하여 아날로그 신호를 출력할 수 있는데, 일 예로 복수의 C-V 변환 회로(325)는 정전용량을 적분하여 소정의 전압으로 변경하여 출력할 수 있다.

복수의 제1 전극(220)에 구동 신호를 순차적으로 인가하는 경우, 복수의 제2 전극(230)으로부터 정전용량을 동시에 검출할 수 있으므로, C-V 변환 회로(325)는 복수의 제2 전극(230)의 개수만큼 구비될 수 있다.

신호 변환부(330)는 감지 회로부(320)로부터 출력되는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 S_D를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(330)는 전압 형태로 감지 회로부(320)가 출력하는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 S_D로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(320)로부터 출력되는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호 S_D로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다.

연산부(340)는 디지털 신호 S_D를 이용하여 패널부(200)에 인가된 접촉 입력을 판단한다. 디지털 신호 S_D를 이용하여 패널부(200)에 인가된 터치 입력의 개수, 좌표 및 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.

연산부(340)가 터치 입력을 판단하는 데에 기초가 되는 디지털 신호 S_D는 노드 커패시터 C11~Cmn의 정전용량의 변화를 수치화한 데이터일 수 있으며, 특히 터치 입력이 발생하지 않은 경우와 터치 입력이 발생한 경우의 정전용량의 차이를 나타내는 데이터일 수 있다. 통상적으로 정전용량 방식의 터치스크린 장치에서, 전도성 물체가 접촉된 영역은 접촉이 발생하지 않은 영역에 비해 정전용량이 감소하므로, 전도성 물체가 접촉된 영역의 정전용량의 변화는 접촉되지 않은 영역에 비하여 크게 나타난다.

도 5는 구동 신호의 일 예 및 이에 따른 정전용량의 변화를 나타낸 도면이다. 구체적으로, 도 5a는 순차적으로 인가되는 단일한 구동 신호를 나타낸 도이고, 도 5b는 도 5a에 따른 정전용량 변화를 나타낸 도면이다.

도 5a에서 채널 D1 ~ D8 각각에는 제1 전극 X1 ~ X8이 연결되고, 구동 신호는 채널 D1 ~ D8을 통하여 제1 전극 X1 ~ X8에 인가되는 것으로 가정한다. 또한, 제1 전극 X3에 대응되는 위치에 접촉 물체(250)가 위치하는 것으로 가정한다.

구동 신호가 도 5a에 도시된 바와 같이 채널 D1 ~ D8에 순차적으로 인가되고, 채널 S1 ~ S8을 통해 정전용량의 변화가 검출된다.

도 5b를 참조하면, 검출된 정전용량의 변화 중에서 터치 패널로 유입되는 노이즈 등을 제거하기 위해 터치 임계값(Touch threshold) 이상의 정전용량의 변화만을 유효한 터치 데이터로 판단된다. 이 때, 터치 패널에 정전용량의 변화가 매우 작은 스타일러스(stylus)에 의한 터치나 호버링(hovering)과 같은 근접 터치에 의해 발생하는 경우, 도 5b와 같이 하나의 제1 전극 X3에 대응하는 노드에서 검출되는 정전용량의 변화만 유효한 터치 데이터로 판단될 수 있다. 다만, 적은 수의 노드에서 검출되는 정전용량의 변화가 유효한 터치 데이터로 판단되는 경우, 좌표 계산의 정확도가 크게 저하될 수 있으며, 후 처리단에서 유효한 터치 데이터를 피크성 데이터로 인식하여 제거하는 문제점이 발생할 수 있다.

도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 신호 및 이에 따른 정전용량의 변화를 나타낸 도면이고, 도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터를 나타낸 도면이다. 또한, 도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 좌표 계산 결과를 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.

본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 신호는 위치 감지 모드에서 인가될 수 있는데, 위치 감지 모드에서 스타일러스와 같은 접촉 물체의 위치를 검출할 수 있다.

이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 신호 인가 방식을 설명하도록 한다.

도 6a는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 신호를 나타낸 도이고, 도 6b는 도 6a의 구동 신호에 따른 정전용량 변화를 나타낸 도면이다.

구동 회로부(310)는 도 6a에 도시된 바와 같이 적어도 2개의 구동 신호를 인가할 수 있다. 구체적으로, 구동 신호는 제1 구동 신호(Tx1) 및 제2 구동 신호(Tx2)를 포함할 수 있는데, 구동 회로부(310)는 제1 구동 신호(Tx1)를 각 채널 D1 ~ D8을 통하여 제1 전극 X1 ~ X8에 순차적으로 인가하고, 동시에 제1 구동 신호(Tx1)가 인가되는 제1 전극과 인접하는 적어도 하나의 제1 전극에 제2 구동 신호(Tx2)를 인가할 수 있다. 이 때, 제1 구동 신호(Tx1)의 전압 레벨은 제2 구동 신호(Tx2)의 전압 레벨 보다 높을 수 있다. 일 예로, 제1 구동 신호(Tx1)의 전압 레벨은 제2 구동 신호(Tx2)의 전압 레벨의 두 배일 수 있다.

예를 들어, 도 6a의 첫 번째 타이밍(t1)에서 구동 회로부(310)는 채널 D1을 통하여 제1 전극 X1에 제1 구동 신호(Tx1)를 인가하고, 채널 D2를 통하여 제1 전극 X2에 제2 구동 신호(Tx2)를 인가할 수 있다. 마찬가지로 두 번째 타이밍(t2)에서 구동 회로부(310)는 채널 D2를 통하여 제1 전극 X2에 제1 구동 신호(Tx1)를 인가하고, 채널 D2를 통하여 제1 전극 X1 및 X3에 제2 구동 신호(Tx2)를 인가할 수 있다.

도 6a와 같은 구동 신호가 인가되는 경우, 도 6b와 같은 정전용량의 변화가 획득될 수 있는데, 도 5b와 도 6b를 비교하면, 제1 전극 X3뿐만 아니라, 제1 전극 X2 및 X4에서도 정전용량의 변화가 터치 임계값(Touch Threshold) 이상 검출되는 것을 확인할 수 있다.

상술한 기재에서, 3개의 제1 전극에 구동 신호가 인가되는 것으로 설명되어 있으나, 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 신호는 3개 이상의 제1 전극에 동시에 인가될 수 있다. 구체적으로, 구동 회로부(310)가 복수의 제1 전극 중 m(3 이상의 홀수)개의 제1 전극에 동시에 m개의 구동 신호를 인가하는 경우를 가정하면, m개의 제1 전극 중 첫 번째 내지 n(=(1+m)/2) 번째 제1 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 전극의 레벨이 증가할수록 증가할 수 있고, m개의 제1 전극 중 n 번째 내지 m 번째 제1 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 전극의 레벨이 증가할수록 감소할 수 있다. 이 때, 전극의 레벨이란 전극이 배치되는 순서에 따른 지수를 지칭하는 것으로서, 전극의 레벨은 전극이 배치되는 순서에 따라 하나씩 증가할 수 있다. 예를 들어, 도 4의 m개의 제1 전극에서 상측의 첫 번째 배치되는 전극의 레벨은 1이고, 첫 번째 배치되는 전극과 인접하는 두 번째 배치되는 전극의 레벨은 2일 수 있다.

이어서 설명하면, m=5라고 가정하는 경우, 구동 회로부(310)는 복수의 제1 전극 중 5개의 구동 신호를 인가하되, 첫 번째 내지 3(=(1+5)/2) 번째 제1 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 전극의 레벨이 증가할수록 증가할 수 있고, 3 번째 내지 5 번째 제1 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 전극의 레벨이 감소할 수 있다.

이 때, 구동 회로부(320)는 복수의 제1 전극을 복수의 그룹으로 그룹화하여 각 그룹에 순차적으로 상기 m개의 구동 신호를 인가할 수 있는데, 복수의 그룹은 m-1개의 제1 전극을 공유할 수 있다. 예를 들어, m=5라고 가정하는 경우, 구동 회로부(320)는 첫 번째 내지 다섯 번째 제1 전극에 5개의 구동 신호를 인가하고, 다음 타이밍에 두 번째 내지 여섯 번째 제1 전극에 5개의 구동 신호를 인가할 수 있다.

도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터를 나타낸 도면이다. 도 7a 및 도 7b의 case 1은 비교예에 관한 것이고, case 2는 본 발명의 제1 실시예에 관한 것이다. 도 7b는 도 7a에 도시된 바와 같은 구동 신호가 인가되는 경우에 도 7a의 제1 전극 X2에서 및 제1 전극 X3로 접촉 물체를 이동하면서 측정된 정전용량의 변화를 나타낸 도면이다.

도 7a에서 case 1은 채널 D2를 통하여 인가되는 단일한 구동 신호를 나타낸다. case 2는 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동 신호를 나타낸 것으로서, 채널 D2를 통하여 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 채널 D1 및 D3를 통하여 인가되는 구동 신호의 전압 레벨 보다 클 수 있다. 도 7b의 case 2_A, case 2_B, 및 case 2_C에서 제1 구동 신호(Tx1)의 전압 레벨을 1로 할 때, 제2 구동 신호(Tx2)의 전압 레벨은 case 2_A는 0.3, case 2_B는 0.5, 및 case 2_C는 0.7에 해당한다.

도 7b를 살펴보면, case 1은 제1 전극 X2 및 X3의 경계를 기준으로 구동 신호와 커플링(Coupling)할 수 있는 제1 전극 X3의 면적이 감소되어, 정전용량의 변화가 급격하게 감소되는 것을 확인할 수 있다.

case 2_B를 case 1과 비교하면, case 2_B의 경우는 측정 위치가 제1 전극 X3에 위치하는 경우에도 측정되는 정전용량의 변화의 크기가 클 뿐만 적당한 경사도를 가지가 되어, 인터폴레이션에 의한 좌표 계산의 정확도 및 선형성 등이 크게 개선될 수 있다.

한편, case 2_A 및 case 2_C의 경우를 case 2_B와 대비하여 보면, 인접 채널에 대한 전압 레벨이 감소(case 2_A)하거나 증가(case 2_C)하게 되는데, 전극 패턴의 특성에 따라 각 제2 구동 신호(Tx2)의 전압 레벨을 결정한다면, 최대 좌표 계산의 정확도 및 선형성을 확보할 수 있다.

도 8은 본 발명의 제1 실시예에 따른 좌표 계산 결과를 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.

도 8a를 참조하면, 접촉 물체(250)는 제1 전극 X3와 X4의 사이인 X=3.25에 대응되는 위치에 접촉한다. 연산부(340)는 제2 전극과 연결되는 채널 S1 ~ S8를 통하여 정전용량의 변화를 획득하고, 이로부터 터치 입력의 좌표를 계산할 수 있는데, 일 예로, 연산부(340)가 하기의 수학식 1을 이용하여, 일 방향의 좌표를 계산하는 것으로 가정한다. 수학식 1에서, Xi는 제1 전극 Xi의 위치를 나타내고, ?Cmi는 제1 전극 Xi에 해당하는 정전용량 값을 나타낸다.

도 8b는 순차적으로 인가되는 단일한 구동 신호에 따른 정전용량 변화를 나타낸 도이고, 도 8c는 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 신호에 따른 정전용량 변화를 나타낸 도면이다. 노이즈 등을 제거하기 위해 감지된 정전용량의 변화 중에서 터치 임계값(Touch threshold) 이상의 정전용량의 변화 만을 유효한 터치 데이터로 판단하는 경우, 도 8b에서는 제1 전극 X3에서 검출되는 정전용량의 변화만이 유효한 터치 데이터로 판단되므로 계산되는 터치 위치는 X=3가 되는데, 이는 실제 터치 위치인 X=3.25와 큰 차이를 보이게 된다. 반면, 도 8c에서는 제1 전극 X3뿐만 아니라 제1 전극 X4에서 검출되는 정전용량의 변화 또한 유효한 터치 데이터로 판단되므로 계산되는 터치 위치는 X=3.35가 되는데, 이는 실제 터치 X=3.25와 근접함을 확인할 수 있다.

도 9은 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 신호를 나타낸 도면이고, 도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터를 나타낸 도면이다.

본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 신호는 압력 감지 모드에서 인가될 수 있는데, 압력 감지 모드에서 전도성 고무 팁을 구비한 스타일러스와 같은 접촉 물체의 위치가 아닌 스타일러스의 접촉 면적을 검출하여 터치 패널로 인가되는 터치 입력의 압력을 판단할 수 있다.

이하, 도 9 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 신호 인가 방식을 설명하도록 한다.

구동 회로부(310)는 도 9에 도시된 바와 같이 적어도 2개의 구동 신호를 인가할 수 있다. 구체적으로, 구동 신호는 제1 구동 신호(Tx1) 및 제2 구동 신호(Tx2)를 포함할 수 있는데, 구동 회로부(310)는 제1 구동 신호(Tx1)를 각 채널 D1 ~ D8을 통하여 제1 전극 X1 ~ X8에 순차적으로 인가하고, 동시에 제1 구동 신호가 인가되는 제1 전극과 인접하는 적어도 하나의 제1 전극에 제2 구동 신호(Tx2)를 인가할 수 있다. 이 때, 제1 구동 신호(Tx1)의 전압 레벨은 제2 구동 신호(Tx2)의 전압 레벨과 동일할 수 있다.

예를 들어, 도 9의 첫 번째 타이밍(t1)에서 구동 회로부(310)는 채널 D1을 통하여 제1 전극 X1에 제1 구동 신호(Tx1)를 인가하고, 채널 D2를 통하여 제1 전극 X2에 제2 구동 신호(Tx2)를 인가할 수 있다. 마찬가지로 두 번째 타이밍(t2)에서 구동 회로부(310)는 채널 D2를 통하여 제1 전극 X2에 제1 구동 신호(Tx1)를 인가하고, 채널 D2를 통하여 제1 전극 X1 및 X3에 제2 구동 신호(Tx2)를 인가할 수 있다.

상술한 기재에서, 3개의 제1 전극에 구동 신호가 인가되는 것으로 설명되어 있으나, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 신호는 3개 이상의 제1 전극에 동시에 인가될 수 있다. 구체적으로, 구동 회로부(310)는 복수의 제1 전극 중 m(3 이상의 정수)개의 제1 전극에 동시에 m개의 구동 신호를 인할 수 있다.

이 때, 구동 회로부(320)는 복수의 제1 전극을 복수의 그룹으로 그룹화하여 각 그룹에 순차적으로 상기 m개의 구동 신호를 인가할 수 있는데, 복수의 그룹은 m-1개의 제1 전극을 공유할 수 있다. 예를 들어, m=5라고 가정하는 경우, 구동 회로부(320)는 첫 번째 내지 다섯 번째 제1 전극에 5개의 구동 신호를 인가하고, 다음 타이밍에 두 번째 내지 여섯 번째 제1 전극에 5개의 구동 신호를 인가할 수 있다.

도 10은 본 발명의 제2 실시예에 따른 시뮬레이션 데이터를 나타낸 도면이다. 도 10a 및 도 10b의 case 1은 비교예에 관한 것이고, case 2는 본 발명의 제2 실시예에 관한 것이다. 도 10b는 도 10a에 도시된 바와 같은 구동 신호가 인가되는 경우에 도 10a의 제1 전극 X2에서 및 제1 전극 X3로 접촉 물체를 이동하면서 측정된 정전용량의 변화를 나타낸 도면이다.

도 10a에서 case 1은 채널 D2를 통하여 인가되는 단일한 구동 신호를 나타내며, case 2는 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 신호를 나타낸 것으로서, 채널 D1 ~ D3를 통하여 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 동일할 수 있다.

도 10b의 case 1_A 및 case 2_A는 1mm의 스타일러스를 접촉 물체로 이용한 경우에 해당하고, case 1_B 및 case 2_B는 2mm 스타일러스를 접촉 물체로 이용한 경우에 해당하고, case 1_C 및 case 2_C는 3mm의 스타일러스를 접촉 물체로 이용한 경우에 해당한다.

도 10b의 case 1_A, case 1_B 및 case 1_C는 제1 전극 X2 및 X3의 경계를 기준으로 구동 신호와 커플링(Coupling)할 수 있는 제1 전극 X3의 면적이 감소되어, 정전용량의 변화가 급격하게 감소되는 것을 확인할 수 있다.

도 10b의 case 2_A, case 2_B 및 case 2_C를 case 1_A, case 1_B 및 case 1_C과 비교하면, case 1_A, case 1_B 및 case 1_C에서는 1개의 구동 신호가 인가되는데 반면, case 2_A, case 2_B 및 case 2_C에서는 3개의 구동 신호가 인가되므로, 제1 전극의 크기가 3배 확대된 것과 같은 효과를 얻을 수 있다. 따라서, case 1_A, case 1_B 및 case 1_C과 달리, 스타일러스가 제1 전극 X3의 상부에 위치하는 경우라도, 측정되는 정전용량의 변화는 제1 전극 X2의 상부에 위치에 있을 때와 큰 차이가 없다. 이러한 평탄한 정전용량의 변화를 살펴보면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 구동 신호를 인가하는 경우, 제1 전극 X2와 X3 사이에서 이동하는 스타일러스와 같은 접촉 물체의 위치에 무관하면서 터치 크기에 비례하는 신호 세기가 획득할 수 있음을 알 수 있다. 이로써, 스타일러스의 접촉 면적을 검출하여 터치 패널로 인가되는 터치 입력의 압력을 감지할 수 있다.

도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 연산부(340)의 신호 처리 방법을 설명하기 위하여 제공되는 도면이다.

도 11을 참조하면, 연산부(340)는 복수의 제2 전극으로부터 검출된 정전용량의 변화를 하기의 수학식 2에 따라 연산할 수 있다. 이 때, Y[x]는 x번 째 제2 전극에서 검출되는 정전용량의 변화를 나타내고, NY[x]는 하기의 수학식 2에 따라 정전용량의 변화를 연산한 결과 산출되는 x번 째 제2 전극의 정전용량의 변화를 나타낸다. α 및 β는 가중치를 나타내는 것으로, α 및 β는 0 초과 1보다 작을 수 있다.

하기의 수학식 1에 따라 같이 정전용량의 변화를 연산하는 경우, 터치 입력의 센싱값을 높일 수 있으므로, 입력 분포가 여러 채널에 걸쳐 퍼지도록 하여 좌표 계산의 정확도를 높일 수 있다.

상술한 기재에서, 연산부(340)가 3개의 제2 전극으로부터 검출되는 정전용량을 이용하여, 3개의 전극 중 가운데에 배치되는 전극에 인가되는 터치 입력을 판단하는 것으로 설명되어 있으나, 본 발명의 일 실시예에 따른 연산부는 3개 이상의 제2 전극으로부터 검출되는 정전용량을 이용하여 터치 입력을 판단할 수 있다. 예를 들어, 연산부(340)가 복수의 제2 전극 중 n 번째 제2 전극에 인가되는 터치 입력을 판단하는 것으로 가정하면, 연산부(340)는 n-x(x: 2이상의 자연수) 번째 내지 n+x 번째 제2 전극으로부터 검출되는 정전용량을 연산할 수 있다. 이 때, 연산부(340)는 상기 n-x 번째 내지 n-1 번째 제2 전극으로부터 검출되는 정전용량 및 n+1 번째 내지 n+x 번째 제2 전극으로부터 검출되는 정전용량에 가중치를 적용할 수 있는데, n 번째 제2 전극과 인접도가 높은 제2 전극으로부터 검출되는 정전용량에 더 높은 가중치를 적용될 수 있다.

이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.

따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

200: 패널부
300: 접촉 감지 장치
310: 구동 회로부
315: 구동 신호 생성 회로
320: 감지 회로부
325: C-V 변환 회로
330: 신호 변환부
340: 연산부

Claims (20)

1. 복수의 제1 전극에 제1 구동 신호 및 상기 제1 구동 신호와 전압 레벨이 상이한 제2 구동 신호를 포함하는 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 및
   상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하는 감지 회로부; 를 포함하고,
   상기 구동 회로부는 상기 제1 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 순차적으로 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 상기 제1 구동 신호가 인가되는 하나의 제1 전극과 인접하는 다른 제1 전극에 상기 제1 구동 신호가 인가되는 타이밍에 상기 제2 구동 신호를 인가하는 접촉 감지 장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 구동 신호의 전압 레벨은 상기 제2 구동 신호의 전압 레벨 보다 높은 접촉 감지 장치.
   
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 구동 신호의 전압 레벨은 상기 제2 구동 신호의 전압 레벨의 두 배에 해당하는 접촉 감지 장치.
   
4. 제1항에 있어서,
   상기 정전용량으로부터 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 더 포함하는 접촉 감지 장치.
   상기 연산부는 상기 복수의 제2 전극 중 n 번째 전극에 인가되는 터치 입력을 판단시, 상기 n 번째 전극으로부터 검출되는 정전용량과 상기 n 번째 전극과 인접하는 전극으로부터 검출되는 정전용량을 연산하는 접촉 감지 장치.
   
5. 제4항에 있어서, 상기 연산부는,
   상기 n 번째 전극과 인접하는 전극으로부터 검출되는 정전용량에 가중치를 적용하는 접촉 감지 장치.
   
6. 제5항에 있어서,
   상기 가중치는 0 초과 1 미만인 접촉 감지 장치.
   
7. 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 및
   상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하는 감지 회로부; 를 포함하고,
   상기 구동 회로부는 복수의 제1 전극 중 m개의 전극에 동시에 m개의 구동 신호를 인가하되, 상기 m개의 전극 중 첫 번째 전극 내지 n(=(1+m)/2)번째 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 전극의 레벨이 증가할수록 증가하고, 상기 m개의 전극 중 n 번째 전극 내지 m 번째 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 전극의 레벨이 증가할수록 감소하는 접촉 감지 장치.
   
8. 제7항에 있어서,
   상기 구동 회로부는 복수의 제1 전극을 복수의 그룹으로 그룹화하여 각 그룹에 순차적으로 상기 m개의 구동 신호를 인가하되, 상기 복수의 그룹은 m-1개의 전극을 공유하는 접촉 감지 장치.
   
9. 제7항에 있어서,
   상기 정전용량으로부터 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 더 포함하고,
   상기 연산부는 상기 복수의 제2 전극 중 n 번째 전극에 인가되는 터치 입력을 판단시, n-x(x: 2이상의 자연수) 번째 전극 내지 n+x 번째 전극으로부터 검출되는 정전용량을 연산하는 접촉 감지 장치.
   
10. 제9항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 n-x 번째 전극 내지 n-1 번째 전극으로부터 검출되는 정전용량 및 n+1 번째 전극 내지 n+x 번째 전극으로부터 검출되는 정전용량에 가중치를 적용하는 접촉 감지 장치.
    
11. 제10항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 n 번째 제2 전극과 인접도가 높은 제2 전극으로부터 검출되는 정전용량에 더 높은 가중치를 적용하는 접촉 감지 장치.
    
12. 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 및
    상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하는 감지 회로부; 를 포함하고,
    상기 구동 회로부는 위치 감지 모드에서 복수의 제1 전극 중 m개의 전극에 동시에 m개의 구동 신호를 인가하되, 상기 m개의 전극 중 첫 번째 전극 내지 n(=(1+m)/2) 번째 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 전극의 레벨이 증가할수록 증가하고, 상기 m개의 전극 중 n 번째 전극 내지 m 번째 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 전극의 레벨이 증가할수록 감소하고,
    압력 감지 모드에서 복수의 제1 전극 중 m개의 전극에 동시에 m개의 구동 신호를 인가하되, 상기 m개의 전극에 인가되는 구동 신호의 전압 레벨은 동일한 접촉 감지 장치.
    
13. 제12항에 있어서,
    상기 위치 감지 모드 및 상기 압력 감지 모드는 반복적으로 수행되는 접촉 감지 장치.
    
14. 제12항에 있어서,
    상기 구동 회로부는 복수의 제1 전극을 복수의 그룹으로 그룹화하여 각 그룹에 순차적으로 상기 m개의 구동 신호를 인가하되, 상기 복수의 그룹은 m-1개의 제1 전극을 공유하는 접촉 감지 장치.
    
15. 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부;
    상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하는 감지 회로부; 및
    상기 정전용량의 변화로부터 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함하고,
    상기 연산부는 상기 복수의 제2 전극 중 n 번째 전극에 인가되는 터치 입력을 판단시, 상기 n 번째 전극으로부터 검출되는 정전용량과 상기 n 번째 전극과 인접하는 전극으로부터 검출되는 정전용량을 연산하는 접촉 감지 장치.
    
16. 제15항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 n 번째 전극과 인접하는 전극으로부터 검출되는 정전용량에 가중치를 적용하는 접촉 감지 장치.
    
17. 제16항에 있어서,
    상기 가중치는 0 초과 1 미만인 접촉 감지 장치.
    
18. 복수의 제1 전극에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부;
    상기 복수의 제1 전극과 교차하는 복수의 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하는 감지 회로부; 및
    상기 정전용량의 변화로부터 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함하고,
    상기 연산부는 상기 복수의 제2 전극 중 n 번째 전극에 인가되는 터치 입력을 판단시, n-x(x: 2 이상의 자연수) 번째 전극 내지 n+x 번째 전극에 검출되는 정전용량을 연산하는 접촉 감지 장치.
    
19. 제18항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 n-x 번째 전극 내지 n-1 번째 전극으로부터 검출되는 정전용량 및 n+1 번째 전극 내지 n+x 번째 전극으로부터 검출되는 정전용량에 가중치를 적용하는 접촉 감지 장치.
    
20. 제19항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 가중치는 상기 n 번째 전극과 인접도가 높은 전극으로부터 검출되는 정전용량에 더 높은 가중치를 적용하는 접촉 감지 장치.
    
    

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