KR20160103771A

KR20160103771A - 복수의 패럴렉스 배리어를 갖는 입체 영상 표시 장치

Info

Publication number: KR20160103771A
Application number: KR1020150026563A
Authority: KR
Inventors: 정익찬; 김준윤
Original assignee: 크루셜텍 (주)
Priority date: 2015-02-25
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2016-09-02

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 배리어로서, 상기 영상 표시 패널의 상하 배치 상태에 따라서 상기 제1 배리어와 제2 배리어 중 어느 하나가 선택적으로 활성화되는 패럴렉스 배리어; 및 터치 입력 도구와의 관계에서 터치 정전용량을 형성하며 터치 상태에 따른 센싱 신호를 출력하는 복수의 센서패드들을 포함하는, 입체 영상 표시 장치가 제공된다.

Description

복수의 패럴렉스 배리어를 갖는 입체 영상 표시 장치{THREE DIMENSIONAL DISPLAY APPARATUS HAVING PLURAL PARALLAX BARRIER}

본 발명은 입체 영상 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 선형성이 보장되면서도 기생 정전용량에 대한 영향 또한 최소화된 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 형성되고, 센서패드(25)와 공통전극 사이에서는 공통 전압 정전용량(Cvcom)이 형성된다. 또한, 센서패드(25)에는 미지의 기생 정전용량(Cp)이 형성되며, 센서패드(25)와 교번전압(Vdrv) 공급 경로 사이에는 구동 정전용량(Cdrv)이 형성된다.

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

먼저, 충전 신호(Vb)에 의해 센서패드(25)가 충전된다. 그 후, 트랜지스터에 의해 충전 신호(Vb)의 공급이 차단되면, 터치 정전용량(Ct), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv) 및 공통 전압 정전용량(Cvcom)에 충전된 전하는 고립된다.

이러한 전하 고립 상태를 플로팅(Floating) 상태라 한다. 이때, 교번전압(Vdrv)이 인가되면 센서패드(25)의 출력 전압(Vo)은 교번전압(Vdrv)에 따라 그 레벨이 달라지게 된다. 이 때의 출력 전압(Vo) 레벨 상승과 강하는 연결된 정전 용량에 따라 상이한 값을 갖게 되는데, 이렇게 연결된 정전용량에 따라 전압 레벨의 상승 값 또는 하강 값이 바뀌는 현상을 "킥백(kick-back)"이라 부르기도 한다.

터치 검출 장치에 터치가 발생할 시 센서패드(25)의 출력 전압(Vo)의 전압 변동(ΔVo)은 다음과 같은 수학식 1로 나타낼 수 있다.

여기서 VdrvH와 VdrvL은 각각 교번전압(Vdrv)의 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이다.

수학식 1에서 터치 정전용량(Ct)이 분모에 위치하므로 터치 전후의 출력 전압 변동(ΔVo)(레벨 시프트값)과 터치 정전용량(Ct)은 선형 관계가 되지 않는다.

터치 전후의 레벨 시프트값(△Vo)은 터치 정전용량(Ct)과 관련되는 터치 면적에 상응하기 때문에 레벨 시프트값(△Vo)과 터치 정전용량(Ct) 사이의 선형성을 확보한다면 보다 용이하게 터치 좌표를 구할 수가 있다.

따라서, 터치 전후의 레벨 시프트값과 터치 정전용량 사이의 선형성을 확보할 수 있는 기술이 요구된다.

또한, 상기 수학식 1에서도 알 수 있는 바와 같이 기생 정전용량(Cp)이 크면 클수록 레벨 시프트값(△Vo)은 작아진다. 즉, 회로에 존재하는 기생 정전용량(Cp)이 터치 검출의 정확도에 악영향을 미치게 된다.

따라서, 터치 검출 장치에 존재하는 기생 정전용량에 따른 영향을 감소시킬 수 있는 기술이 필요하다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것이다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제는 레벨 시프트값과 터치 정전용량 간의 선형성이 보장되면서도 기생 정전용량의 영향이 최소화된 터치 검출 장치를 갖는 입체 영상 표시 장치를 제공하는 것이다.

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 배리어로서, 상기 영상 표시 패널의 상하 배치 상태에 따라서 상기 제1 배리어와 제2 배리어 중 어느 하나가 선택적으로 활성화되는 패럴렉스 배리어; 및 터치 입력 도구와의 관계에서 터치 정전용량을 형성하며 터치 상태에 따른 센싱 신호를 출력하는 복수의 센서패드들을 포함하는, 입체 영상 표시 장치가 제공된다.

상기 패럴렉스 배리어를 구성하는 전극들 중 광투과 영역 및 광차단 영역을 형성하는 전극에는 각각 구동 신호 및 접지 신호가 인가될 수 있다.

상기 제1 배리어 및 제2 배리어는 복수개의 배리어 층으로 형성될 수 있다.

상기 제1 배리어 및 제2 배리어 중 활성화된 배리어는, 상기 입체 영상이 줌 인됨에 따라 광투과 영역을 확장할 수 있다.

상기 입체 영상이 N배 줌 인 되는 경우, 상기 광투과 영역의 너비가 N배 확장될 수 있다.

본 발명의 실시예에 의하면, 터치 검출의 기초가 되는 레벨 시프트값과 터치 정전용량이 선형성을 갖게 되기 때문에 선형 관계의 출력값을 쉽게 구할 수 있다는 이점을 얻을 수 있는 한편, 센서패드 간 관계에 의해 발생하는 기생 정전용량을 최소화함으로써, 기생 정전용량이 터치 검출에 주는 영향을 방지할 수 있다.

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 도 9의 터치 검출 장치에 터치가 발생한 경우 터치 검출을 하는 동작을 설명하기 위한 등가 회로도이다.
도 11은 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.

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 레벨 시프트값(△Vo)과 터치 정전용량(Ct) 간의 선형성이 확보되면서도 기생 정전용량(Cp)의 영향을 최소화하는 방법을 설명하기로 한다.

도 11는 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.

도 11를 참조하면, 터치 검출 장치(400)는 센서패드(510), 터치 정전용량(Ct), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv), 연산 증폭기(OP-amp), 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 포함할 수 있다.

센서패드(510)는 터치 입력 검출을 위해 기판 상에 패터닝된 전극으로서 터치 입력 도구와의 사이에서 터치 정전용량(Ct)을 형성하며, 터치 상태에 따른 센싱 신호를 출력한다. 센서패드(510)는 각각 독립 상태의 다각형으로 복수 개가 형성될 수 있으며, 투명 도전체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 센서패드(510)는 ITO(indium-tin-oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(indium-zinc-oxide), CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다.

기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv)은 센서패드(510) 및 이와 연결된 신호배선(미도시됨) 당 하나씩 그룹을 이룰 수 있다. 센서패드(510), 신호배선, 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv)을 합하여 "터치 센싱 유닛(touch sensing unit)"라 한다. 이 터치 센싱 유닛은 각각의 구성요소가 멀티플렉서에 의해 전기적으로 연결된 경우를 포함하는 개념이다.

기생 정전용량(Cp)은 센서패드(510)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서패드(510) 또는 신호배선 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 기생 정전용량(Cp)은 터치 검출 장치(400)가 LCD 등의 표시 장치 위에 장착될 때 표시 장치의 공통 전극과의 사이에서 형성되는 정전용량을 포함하는 개념일 수 있다.

구동 정전용량(Cdrv)은 센서패드(510)에 기준전압(Vref)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 구동 커패시터(Cdrv)에 인가되는 기준전압(Vref)은 구형파 신호일 수 있다. 기준전압(Vref)은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클럭 신호일 수도 있으나 듀티비가 상이할 수도 있다.

연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N2)은 복수의 센서패드들 중 터치 검출 대상이 되는 센서패드(510)의 출력단(N1)과 연결되고 제2 입력단에는 기준전압(Vref)이 인가된다. 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N2)과 출력단(N3) 사이에는 구동 정전용량(Cdrv)이 연결되며, 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N2, N3)의 전압은 제1 스위치(SW1)에 의해 제어된다. 한편, 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N2)과 센서패드(510) 출력단(N1) 사이에는 제2 스위치(SW2)가 연결된다. 또한, 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단(N3)은 센서패드(510)의 출력단(N1)으로부터 출력되는 센싱 신호에 기초하여 서로 다른 신호를 출력하며, 레벨 시프트 검출부와 연결된다. 레벨 시프트 검출부는 아날로그-디지털 변환기(ADC), VFC(Voltage to Frequency Converter), 플립플롭(flip-flop), 래치(Latch), 버퍼(Buffer), TR(Transistor), TFT(Thin Film Transistor), 비교기, DAC(Digtal to Analog Converter), 적분기, 미분기 등으로 구성되거나 이러한 구성요소들의 조합으로 구성될 수 있다. 레벨 시프트 검출부는 터치 정전용량에 따라 달라지는 연산 증폭기(OP-amp) 출력단에서의 전압 변동분에 기초하여 터치 여부를 검출해낸다.

도 11에 도시되는 터치 검출 장치에 있어서는 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 교번하여 온/오프 된다. 도시된 실시예에서는 스위칭 소자로 단순 스위치만을 도시하였으나, 다른 실시예로 MOS(Metal Oxide Semiconductor), BJT나 FET등의 3단자 소자가 사용될 수 있다. 스위칭 소자로 3단자 소자가 사용될 경우, 제1 스위치(SW1)가 온(ON)되는 구간과 제2 스위치(SW2)가 온(ON)되는 구간이 오버랩(Overlap)되지 않도록 제어신호가 각각 인가된다. 일 예로 3단자 소자의 제어단자에 입력되는 제어신호는 로우 레벨 구간에서는 제1 스위치가 온 되고, 하이 레벨 구간에서는 제2 스위치가 온 되도록 설정될 수 있다. 다른 예로 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2) 각각에 서로 다른 제어신호가 인가될 수 있다.

제1 스위치(SW1)가 온 되면, 터치 정전용량(Ct)은 그라운드 단자로 연결되며, 기생 정전용량(Cp) 양단 또한 그라운드 단자와 연결된다. 이 때, 센서패드(510)가 초기화된다. 또한, 구동 정전용량(Cdrv)도 초기화된다. 도 11에서는 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N2, N3) 사이에 제1 스위치(SW1)가 연결되어, 제1 스위치(SW1)가 온 상태가 되면, 구동 정전용량(Cdrv) 양단 전압이 0V가 되는 것으로 예시하였으나, 구동 정전용량(Cdrv)에는 소정의 충전전압 단자와 연결되어, 제1 스위치(SW1)가 온 될 시 초기에 상기 충전전압으로 충전될 수도 있다. 이하에서는, 도 11에 도시된 예를 들어 설명한다.

도 11에서, 제1 스위치(SW1)가 온 되는 동안에는 터치 정전용량(Ct), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv)에 아무런 전하도 충전되지 않게 된다. 센서패드(510)에 터치가 발생하지 않은 경우에는 터치 정전용량(Ct)이 존재하지 않으나, 설명의 편의를 위해 이하의 모든 실시예에서는 센서패드(510)에 터치가 발생하여 터치 정전용량(Ct)이 존재하는 것으로 가정하여 설명한다. 한편, 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N2)과 출력단(N3) 사이에 연결된 구동 정전용량(Cdrv)의 양단(N2, N3) 전위는 모두 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에 입력되는 기준전압(Vref)과 같아 같아져서 구동 정전용량(Cdrv)의 양단 전위차가 0V가 된다. 제1 스위치(SW1)가 온 되는 동안에는 센서패드(510) 및 이와 연결되는 정전용량(Ct, Cp), 구동 정전용량(Cdrv)이 초기화된다고 할 수 있다.

제1 스위치(SW1)가 오프 되고, 제2 스위치(SW2)가 온 상태로 전환되면, 제2 스위치(SW2)의 양단(N1, N2) 전위차가 기준전압(Vref)과 같아진다. 정상 상태에 도달하면, 터치 정전용량(Ct)과 기생 정전용량(Cp)이 모두 기준전압(Vref)으로 충전된 상태가 된다. 또한, 연산 증폭기(OP-amp)는 터치 정전용량(Ct)과 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하의 합과 동일한 양의 전하가 구동 정전용량(Cdrv)에 충전되도록 한다.

터치 정전용량(Ct) 및 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하의 합(Q₁)은 다음과 같다. 여기서, Q=CV의 수식을 활용한다.

한편, 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N2, N3)의 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, 연산 증폭기(OP-amp)에 의해 Q₁과 Q₂는 동일해지므로, 수학식 2와 수학식 3을 이용하면, 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N2, N3)의 전위차(Vdrv)는 다음과 같이 전개된다.

제2 스위치(SW2)가 온 되기 전, 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N2, N3)의 전위차는 0V이고, 구동 정전용량(Cdrv)과 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단이 입력된 노드(N2)의 전위는 기준전압(Vref)으로 유지되므로, 터치 전후 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단(N3) 전압의 변화량(ΔVo)은 제2 스위치(SW2)가 온 된 후의 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전위차(Vdrv)와 같아진다(Vdrv = ΔVo).

구동 정전용량(Cdrv), 기준전압(Vref)은 일정한 값을 가지므로, 연산 증폭기(OP-amp) 출력단 전압의 변동분(△Vo)은 터치 정전용량(Ct)에 비례하게 된다. 이에 따라, 터치 전후의 연산 증폭기(OP-amp) 출력단 전압 레벨 차이, 즉, 레벨 시프트값(△Vo) 또한 터치 정전용량(Ct)에 비례하는 관계가 성립될 수 있다. 또한, 레벨 시프트값(△Vo)을 입력으로 하는 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 출력값 역시 터치 정전용량(Ct)에 선형적으로 비례하게 되어 선형성을 확보할 수 있다.

그러나, 상기 수학식 4에서 알 수 있는 바와 같이, 레벨 시프트값(△Vo)은 검출을 위해 파악되어야 하는 터치 정전용량(Ct)뿐만 아니라 기생 정전용량(Cp)에 의해서도 영향을 받게 된다. 이는 결국 터치 검출의 정확성을 떨어뜨리게 된다.

본 발명에서는 레벨 시프트값(△Vo)과 터치 정전용량(Ct) 간의 선형성이 확보되면서도 기생 정전용량(Cp)의 영향을 최소화하는 회로가 제안된다.

도 12는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시하는 회로도이다.

도 12를 참조하면, 도 11를 참조하여 설명한 회로도에 기생 정전용량 제거 회로(500)가 더 포함된다.

터치 검출 장치에 존재하는 기생 정전용량은 다양한 원인에 의해 형성된다. 센서패드(510-1, 510-2)와 신호배선 간의 관계에 의해 형성되기도 하고, 센서패드(510-1, 510-2) 간 관계에 의해 형성되기도 한다. 예를 들어, 제1 센서패드(510-1)가 현재 터치 검출 대상이 되는 센서패드라면, 이웃하는 제2 센서패드(510-2)와의 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cpt, 이하, ‘제1 기생 정전용량’)이 존재할 수 있다. 또한, 제2 센서패드(510-2)와 다른 회로 구성 간 관계에 의해 형성되는 기생 정전용량(Cp0, 이하, ‘제2 기생 정전용량’) 또한 제1 센서패드(510-1)에 대한 터치 여부 검출 시에 영향을 줄 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 기생 정전용량 제거 회로(500)는 현재 터치 검출 대상이 되는 센서패드(510-1)와 다른 센서패드(510-2) 간 전위를 동일하게 맞춰주는 동작을 통해, 센서패드(510-1, 510-2) 간 관계에 의해 형성되는 제1 기생 정전용량(Cpt)을 최소화시키는 역할을 한다.

이를 위해 기생 정전용량 제거 회로(500)는 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 센서패드(510-1)의 출력단(N11) 전위와 동일한 크기의 전압을 다른 센서패드(510-2)에 공급한다.

전술한 바와 같이, 터치 검출 장치의 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 교번하여 온/오프 되는데, 제1 스위치(SW1)가 온 상태일 때에는 현재 터치 검출 대상이 되는 센서패드(510-1)의 출력단(N11)이 그라운드 단자와 연결된다. 따라서, 센서패드(510-1)의 출력단(N11) 전위는 그라운드 전위(GND)와 같아진다.

한편, 제2 스위치(SW2)가 온 상태일 때에는 현재 터치 검출 대상이 되는 센서패드(510-1)의 출력단(N11)이 연산 증폭기(OP-amp)의 제1 입력단(N12)과 연결된다. 연산 증폭기(OP-amp)의 제2 입력단에는 기준전압(Vref)이 공급되고 있으므로, 센서패드(510-1)의 출력단(N11) 전위 또한 기준전압(Vref)과 같아진다.

따라서, 제1 스위치(SW1)가 온 상태일 때에는 터치 검출 대상이 되는 센서패드(510-1) 이외의 다른 센서패드(510-2)에 그라운드 전압(GND)을 공급해주고, 제2 스위치(SW2)가 온 상태일 때에는 터치 검출 대상이 되는 센서패드(510-1) 이외의 다른 센서패드(510-2)에 기준전압(Vref)을 공급해준다면, 인접하는 센서패드 간 전위차는 0으로 유지될 수 있다.

사이에 유전 물질을 두고 2개의 도체가 존재한다면, 해당 구조에 충전되는 전하량(Q)은 Q=CV와 같은 수식으로 표현될 수 있다. 여기서, C는 해당 구조의 정전용량 값이며, V는 양 도체 사이의 전위차이다.

상기 수식에서, 양 도체의 전위차(V)를 0에 가깝도록 수렴시키면, 도체간 전위 차에 의해 끌려지는 전하량(Q)도 0에 가깝게 수렴시킬 수 있다. 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.

따라서, 2개의 센서패드(510-1, 510-2) 간 전위차를 항상 0에 가깝게 되도록 제어한다면, 2개의 센서패드(510-1, 510-2) 간 관계에 의해 발생할 수 있는 기생 정전용량(Cpt) 또한 최소화될 수 있다.

기생 정전용량 제거 회로(500)는 현재 터치 검출 대상이 되는 센서패드(510-1) 이외의 센서패드(510-2)에 그라운드 전압(GND) 및 기준전압(Vref)을 교번하여 공급함으로써, 센서패드(510-1, 510-2)의 출력단 전위를 동전위로 제어한다.

이러한 기생 정전용량 제거 회로(500)는 제1 입력단이 출력과 동일 노드(N14)로 연결된 피드백 증폭기(OP-amp1)를 포함할 수 있다. 피드백 증폭기(OP-amp1)의 제2 입력단에는 그라운드 전압(GND)과 기준전압(Vref)을 교번하여 공급하는 신호원(SS)이 연결될 수 있다.

일예로, 신호원(SS)은 로우(low) 신호가 그라운드 전압(GND)이고 하이(high) 신호가 기준전압(Vref)인 기설정된 주파수의 클록 신호일 수 있다. 신호원(SS)의 클록 주파수는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)의 스위칭 주파수와 동일하여야 하며, 제1 스위치(SW1)가 온 상태일 때에는 로우 신호, 제2 스위치(SW2)가 온 상태일 때에는 하이 신호가 출력되도록 동기화되어야 한다.

또한, 다른 예로 신호원(SS)은 기준전압(Vref) 공급원과 스위치(미도시됨)로 구현될 수도 있다. 피드백 증폭기(OP-amp1)의 제2 입력단에 기준전압(Vref)을 공급하되, 스위치를 통해 일정 간격으로 그 공급을 차단할 수 있다. 제1 스위치(SW1)가 온 될 때에는 기준전압(Vref)의 공급을 차단하고, 제2 스위치(SW2)가 온 될 때에는 기준전압(Vref)의 공급을 허용함으로써 신호원(SS)의 기능을 할 수 있다. 이 경우 피드백 증폭기(OP-amp1)의 제2 입력단과 기준전압(Vref)을 연결 또는 차단시키는 스위치는 제2 스위치(SW2)와 동기화되어 온/오프 될 수 있다.

설명의 편의를 위해, 도 12에는 기생 정전용량 제거 회로(500)에 피드백 증폭기(OP-amp1)가 포함되는 것으로 예시하였으나, 피드백 증폭기(OP-amp-fb)는 제2 입력단에 공급되는 신호의 변형을 최소화하고 안정도를 향상시키기 위한 소자이므로, 피드백 증폭기(OP-amp1)는 생략되고, 신호원(SS)이 직접적으로 센서패드(510-2)의 출력단(N31)과 연결될 수도 있음은 물론이다.

도 12에 도시한 실시예에 따르면, 인접하는 센서패드(510-1, 510-2) 간 관계에 따른 제1 기생 정전용량(Cpt)은 이상적인 경우에 모두 제거되며, 제2 기생 정전용량(Cp0)만이 남게된다.

이러한 제2 기생 정전용량(Cp0)의 영향도 최소화시키는 회로가 도 13을 통해 제안된다.

도 13은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시하는 회로도이다.

도 13을 참조하면, 도 12를 참조하여 설명한 회로도에 기생 정전용량 보상 회로(600)가 추가되었다는 것을 알 수 있다.

일 실시예에 따른 기생 정전용량 보상 회로(600)는 피드백 정전용량(Cfb)을 포함하며, 피드백 정전용량(Cfb) 양단(N25, N26)의 전위차는 제1 스위치(SW1)에 의해 제어된다. 피드백 정전용량(Cfb)의 일단(N25)은 제2 스위치(SW2)에 의해 센서패드(510) 출력단(N21)과 연결 또는 차단되며, 타단(N26)에는 피드백 전압(Vfb)이 인가된다.

제1 스위치(SW1)가 온 되고 제2 스위치(SW2)가 오프 상태인 경우에는, 도 11를 참조하여 설명한 바와 같이, 터치 정전용량(Ct) 양단의 전위차가 0V가 된다. 또한, 센서패드(510-1)의 출력단(N21)의 전위가 0V가 되기 때문에, 센서패드(510-1)와 연결된 기생 정전용량(이하, 'Cp'로 표기함)의 양단 전위차 또한 0V가 된다. 따라서, 터치 정전용량(Ct) 및 센서패드(510-1)와 연결된 기생 정전용량(Cp)에는 전하가 충전되지 않게 된다. 또한, 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N22, N23)의 전위차 및 피드백 정전용량(Cfb) 양단(N25, N26)의 전위차도 0V가 되어, 모든 정전용량에 전하가 충전되지 않게 된다. 이 때, 구동 정전용량(Cdrv) 양단(N22, N23)의 전위는 모두 기준전압(Vref)과 같아지고, 피드백 정전용량(Cfb)의 양단(N25, N26) 전위는 모두 피드백 전압(Vfb)과 같아진다.

제1 스위치(SW1)가 오프되고 제2 스위치(SW2)가 온 상태가 되면, 센서패드(510-1) 출력과 제2 스위치(SW2)가 연결되는 노드(N21)의 전위가 기준전압(Vref)과 동일해진다. 이에 따라, 터치 정전용량(Ct) 및 센서패드(510-1)와 연결된 기생 정전용량(Cp)이 모두 기준전압(Vref)에 의해 충전되고, 충전되는 전하량의 합(Q₁)은 수학식 2와 같아진다.

한편, 피드백 전압(Vfb)이 기준전압(Vref)보다 크다면(Vfb>Vref), 피드백 정전용량(Cfb) 양단(N25, N26) 간에는 전위차가 발생하게 된다. 구체적으로, 피드백 정전용량(Cfb)의 양단 중 센서패드(510-1)의 출력단(N21)과 연결되는 일단(N25)의 전위가 피드백 전압(Vfb)이 인가되는 타단(N26)보다 낮은 전위가 되며, 이에 따라 피드백 정전용량(Cfb)은 터치 검출 장치에 전하를 공급하는 역할을 하게 된다.

터치 정전용량(Ct) 및 센서패드(510-1)와 연결된 기생 정전용량(Cp)에 충전된 전하량의 합(Q₁)은 구동 정전용량(Cdrv) 및 피드백 정전용량(Cfb)이 공급하는 전하량의 합(Q₂)과 같아지므로 다음과 같은 수학식이 전개될 수 있다.

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

한편, 전술한 바와 같이, 터치 전후 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단(N23) 전압의 변화량, 레벨 시프트값(ΔVo)은 제2 스위치(SW2)가 온 된 후의 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전위차(Vdrv)와 같은 값이기 때문에, 수학식 6에서 Vdrv를 ΔVo로 치환하면 다음과 같아진다(Vdrv = ΔVo).

상기 수식에서 피드백 정전용량(Cfb)을 기생 정전용량(Cp)과 동일한 값(Cfb=Cp)으로 조절할 수 있다면, 터치 전후의 레벨 시프트값(ΔVo)은 기생 정전용량(Cp)에 무관한 값이 될 수 있다.

즉, 제2 스위치(SW2)가 온 상태일 때 기생 정전용량 보상 회로(600)의 피드백 정전용량(Cfb)의 크기를 적절히 조절하여 일정량의 전하량을 공급하면, 기생 정전용량 보상 회로(600)가 터치 정전용량(Ct) 외의 다른 모든 기생 정전용량(Cp)에서 소모되는 전하량을 보상할 수 있다. 따라서, 구동 정전용량(Cdrv)은 터치 정전용량(Ct)만을 충전시키는 기능을 하게 되므로, 터치 전후의 레벨 시프트값(ΔVo)은 잔류하는 기생 정전용량(Cp)과 무관하며 터치 정전용량(Ct)에만 관계있는 값이 된다.

한편, 이상적인 경우에는 기준전압(Vref)에 의해 기생 정전용량(Cp)에 충전되는 전하량과 피드백 정전용량(Cfb)이 공급하는 전하량이 같아야 하기 때문에, 다음과 같은 수학식이 전개된다.

여기서, 피드백 정전용량(Vfb)이 기준전압(Vref)의 정수배인 것으로 가정한다면(Vfb=N·Vref), Cfb는 다음과 같이 전개된다.

한편, 실제의 경우 피드백 정전용량(Cfb)의 크기를 최적화하는 과정은 다음과 같이 수행될 수 있다. 터치 정전용량(Ct)을 '0'이라 가정할 경우, 센서패드(510-1)와 연결되는 기생 정전용량(Cp)이 완전히 제거된다면, 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)가 번갈아 온/오프 되는 과정을 거쳤을 때, 연산 증폭기(OP-amp) 출력단 전압은 기준전압(Vref)이 되어야 한다. 왜냐하면, 이상적인 경우 터치 검출 장치 전체에 충전된 전하량의 변화가 없어야 하며, 이 때 구동 정전용량(Cdrv) 양단의 전위차(Vdrv)는 언제나 '0'이어야 하기 때문이다(Vdrv=0).

따라서, 피드백 정전용량(Cfb) 값을 변화시키면서 연산 증폭기(OP-amp)의 출력단 전압(Vo) 또는 아날로그-디지털 변환기(ADC)의 출력단 전압을 확인한다면, 최적의 피드백 정전용량(Cfb) 값을 택할 수 있게 된다. 다른 소자의 파라미터, 예를 들면, 구동 정전용량(Cdrv) 값과 상관없이 피드백 정전용량(Cfb) 값만을 변화시키면서 최적의 값을 찾을 수 있으므로, 간단한 회로 교정 또는 최적화가 가능해진다.

본 발명의 실시예에 따르면, 기생 정전용량 제거 회로(500)에 의해 센서패드(510-1, 510-2) 간 관계에 따라 형성되는 제1 기생 정전용량(Cpt)이 최소화되며, 기생 정전용량 보상 회로(600)에 의해 다른 원인에 따라 형성되는 제2 기생 정전용량(Cp)에 따른 영향 또한 최소화될 수 있다.

따라서, 터치 검출에 있어서 기생 정전용량에 따른 영향이 효율적으로 제거될 수 있고, 터치 전후의 레벨 시프트값은 터치 정전용량과의 관계에서만 선형성을 갖게 되어, 정확한 터치 여부 검출이 가능해진다.

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
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
510: 센서패드

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 배리어로서, 상기 영상 표시 패널의 상하 배치 상태에 따라서 상기 제1 배리어와 제2 배리어 중 어느 하나가 선택적으로 활성화되는 패럴렉스 배리어; 및
터치 입력 도구와의 관계에서 터치 정전용량을 형성하며 터치 상태에 따른 센싱 신호를 출력하는 복수의 센서패드들을 포함하는, 입체 영상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 패럴렉스 배리어를 구성하는 전극들 중 광투과 영역 및 광차단 영역을 형성하는 전극에는 각각 구동 신호 및 접지 신호가 인가되는, 입체 영상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 배리어 및 제2 배리어는 복수개의 배리어 층으로 형성되는, 입체 영상 표시 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 배리어 및 제2 배리어 중 활성화된 배리어는, 상기 입체 영상이 줌 인됨에 따라 광투과 영역을 확장하는, 입체 표시 장치.
제4항에 있어서,
상기 입체 영상이 N배 줌 인 되는 경우, 상기 광투과 영역의 너비가 N배 확장되는, 입체 표시 장치.