KR20160114217A - 터치 스크린 장치와 그의 구동 방법, 및 이를 포함하는 휴대용 전자 기기 - Google Patents

터치 스크린 장치와 그의 구동 방법, 및 이를 포함하는 휴대용 전자 기기 Download PDF

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Abstract

본 발명은 2차원 터치뿐만 아니라 3차원 터치를 센싱할 수 있는 터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법을 제공하는 것으로, 본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극 사이에 마련된 터치 센서의 정전 용량 변화를 수신하여 2차원 터치 정보를 산출하고 터치 센서의 저항 값 변화를 수신하여 3차원 터치 정보를 산출한다.

Description

터치 스크린 장치와 그의 구동 방법, 및 이를 포함하는 휴대용 전자 기기{TOUCH SCREEN DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THEREOF, AND PORTABLE ELECTRONIC DEVICE COMPRISING THE SAME}
본 발명은 터치 스크린 장치에 관한 것으로, 보다 구체적으로는, 2차원 터치뿐만 아니라 3차원 터치를 센싱할 수 있는 터치 스크린 장치와 그의 구동 방법, 및 이를 포함하는 휴대용 전자 기기에 관한 것이다.
터치 스크린 장치는 각종 전자 기기에서 별도의 입력 장치 없이 디스플레이 장치의 화면 접촉을 통해 정보를 입력하는 입력 장치의 한 종류이다. 이러한 터치 스크린 장치는 전자 수첩, 전자 책, PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, UMPC(Ultra Mobile PC), 모바일 폰, 스마트 폰(smart phone), 스마트 와치(smart watch), 태블릿 PC(Personal Computer), 와치 폰(watch phone), 및 이동 통신 단말기 등과 같은 휴대용 전자 기기뿐만 아니라 텔레비전, 노트북, 및 모니터 등의 다양한 제품의 입력 장치로 사용되고 있다.
일반적으로, 터치 스크린 장치는 터치 위치의 저항 값 변화를 기반으로 터치 위치를 인식하는 저항 방식과 터치 위치의 정전 용량 변화를 기반으로 터치 위치를 인식하는 정전 용량 방식 등으로 구분될 수 있는데, 최근에는 제조 방식의 편이성 및 센싱 감도 등에서 장점을 갖는 정전 용량 방식이 주목 받고 있다.
이와 같은 여러 가지 방식의 터치 스크린 장치는 2차원적인 공간에 대한 손가락이나 펜에 의한 2차원 터치 위치를 인식할 수 있지만, 터치 포스(touch force)를 인식할 수 없기 때문에 3차원의 공간에 대한 3차원 터치 정보를 필요로 하는 어플리케이션 등의 사용자 인터페이스 환경을 구축할 수 없게 한다. 또한, 정전 용량 방식의 터치 스크린 장치의 경우, 비전도성 물체에 대한 터치를 인식할 수 없다는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 문제점을 해결하고자 안출된 것으로, 2차원 터치뿐만 아니라 3차원 터치를 센싱할 수 있는 터치 스크린 장치와 그의 구동 방법, 및 이를 포함하는 휴대용 전자 기기를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법은 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극 사이에 마련된 터치 센서의 정전 용량 변화를 수신하여 2차원 터치 정보를 산출하고 터치 센서의 저항 값 변화를 수신하여 3차원 터치 정보를 산출할 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 제 1 전극을 갖는 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 제 2 기판 사이에 배치된 탄성 저항체 부재 및 탄성 저항체 부재와 제 2 전극 사이에 갭 공간을 마련하는 지지 부재를 포함하고, 제 2 전극은 기준 압력 이상을 갖는 사용자의 터치 포스에 의해서만 탄성 저항체 부재와 전기적으로 접촉될 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대용 전자 기기는 터치 스크린 장치와 수납 공간을 갖는 하우징 및 터치 스크린 장치의 아래에 배치되도록 수납 공간에 수납된 디스플레이 모듈을 포함하며, 터치 스크린 장치는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극 사이에 마련된 터치 센서의 정전 용량 변화를 수신하여 2차원 터치 정보를 산출하고 터치 센서의 저항 값 변화를 수신하여 3차원 터치 정보를 산출할 수 있다.
전술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 휴대용 전자 기기는 터치 스크린 장치와 수납 공간을 갖는 하우징 및 터치 스크린 장치의 아래에 배치되도록 수납 공간에 수납된 디스플레이 모듈을 포함하며, 터치 스크린 장치는 제 1 전극을 갖는 제 1 기판과 제 2 전극을 갖는 제 2 기판 사이에 배치된 탄성 저항체 부재 및 탄성 저항체 부재와 제 2 전극 사이에 갭 공간을 마련하는 지지 부재를 포함할 수 있다.
상기 과제의 해결 수단에 의하면, 본 발명은 다음과 같은 효과가 있다.
첫째, 터치 포스에 따라 터치 센서에 형성되는 정전 용량 변화와 저항 값 변화를 센싱함으로써 사용자의 터치에 대해 2차원 터치 정보뿐만 아니라 3차원 터치 정보를 제공할 수 있고, 이를 통해 3차원 터치 정보를 필요로 하는 어플리케이션 등의 사용자 인터페이스 환경의 구축을 가능하게 할 수 있다.
둘째, 터치 포스에 따라 터치 센서에 형성되는 저항 값 변화를 센싱함으로써 전도성 물체뿐만 아니라 비전도성 물체의 터치에 대해 3차원 터치 정보를 제공할 수 있다.
셋째, 터치 포스의 센싱시 국부적인 영역에 대해 터치 포스를 센싱함으로써 센싱 시간을 단축할 수 있고, 이를 통해 사용자 터치에 대한 보다 빠른 반응성을 확보할 수 있으며, 효율적이면서 간단한 센싱 구동을 통해 터치 포스를 센싱할 수 있다.
위에서 언급된 본 발명의 효과 외에도, 본 발명의 다른 특징 및 이점들이 이하에서 기술되거나, 그러한 기술 및 설명으로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 탄성 저항체 부재에 가해지는 압력에 따른 저항 값을 나타내는 그래프이다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 변형 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 다른 변형 예를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 도 6에 도시된 터치 제어부로부터 호스트 시스템으로 전송되는 2차원 터치 정보와 3차원 터치 정보의 데이터 형식을 설명하기 위한 도면이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치에 있어서, 지지 부재의 다양한 예를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치에 있어서, 탄성 저항체 부재 및 지지 부재의 다양한 예를 설명하기 위한 평면도들이다.
도 15는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 16은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법에서 터치 센싱에 따른 센싱 데이터를 나타내는 파형도이다.
도 17은 본 발명의 일 예에 따른 휴대용 전자 기기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제 1", "제 2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다. "적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제 1 항목, 제 2 항목 또는 제 3 항목 각각 뿐만 아니라 제 1 항목, 제 2 항목 및 제 3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다. "상에"라는 용어는 어떤 구성이 다른 구성의 바로 상면에 형성되는 경우뿐만 아니라 이들 구성들 사이에 제3의 구성이 개재되는 경우까지 포함하는 것을 의미한다.
이하에서는 본 발명에 따른 터치 스크린 장치 및 그의 구동 방법의 바람직한 예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치를 개략적으로 나타내는 단면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치는 제 1 및 제 2 기판(110, 130), 제 1 및 제 2 전극(112, 132), 탄성 저항체 부재(150), 및 지지 부재(170)를 포함한다.
상기 제 1 기판(110)은 투명 플라스틱 재질, 예를 들어, PET(polyethyleneterephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PEN(polyethylenapthanate), PU(polyurethanes) 및 PNB(polynorborneen) 중 어느 하나의 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 제 1 기판(110)은 투명 접착제(미도시)에 의해 도시하지 않은 디스플레이 패널의 표시면에 부착될 수 있다.
상기 제 2 기판(130)은 제 1 기판(110)과 동일한 재질로 이루어지며, 제 1 기판(110)의 상면과 마주한다.
상기 제 1 전극(112)은 제 1 기판(110)의 상면에 마련된다. 제 1 전극(112)은 투명 전도성 재질로 이루어질 수 있다. 투명 전도성 재질은 Zn, In, 또는 Sn 계열의 산화물을 포함할 수 있다. 예를 들어, 제 1 전극(112)은 ITO(Indium Tin Oxide) 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 제 1 전극(112)은 터치 구동부(미도시)에 연결된다.
상기 제 2 전극(132)은 제 1 전극(112)과 마주하는 제 2 기판(130)의 하면에 마련된다. 제 2 전극(132)은 제 1 전극(112)과 동일한 재질로 이루어질 수 있다. 이러한 제 2 전극(132)은 터치 구동부(미도시)에 연결된다.
상기 탄성 저항체 부재(150)는 갭 높이(GH)만큼 제 2 전극(132)의 하면으로부터 이격되도록 제 1 및 제 2 전극(112, 132) 사이에 배치되어 제 2 전극(132)과 선택적으로 접촉된다. 상기 탄성 저항체 부재(150)는 터치 스크린에 대한 사용자(10)의 터치에 대해 2차원 센싱 또는 3차원 센싱이 이루어질 수 있도록 제 2 전극(132)과의 접촉 면적이 증가할수록 저항 값이 감소하는 특성을 갖는 재질로 이루어질 수 있다. 이에 따라, 탄성 저항체 부재(150)는 제 2 전극(132)과 물리적인 비접촉 상태에서는 무한대에 가까운 고저항 값을 갖는 절연체의 역할을 한다. 반면에, 탄성 저항체 부재(150)는 제 2 전극(132)과 물리적인 접촉 상태에서는 저저항 값을 갖는 가변 저항의 역할을 한다.
상기 탄성 저항체 부재(150)는 제 2 전극(132)과의 접촉 면적이 증가할수록 저항 값이 감소하는 특성을 가지면서 접착성을 갖는 가변 저항성 물질로 이루어질 수 있다. 예를 들어, 상기 탄성 저항체 부재(150)는 QTC(quantum tunneling composites), EAP(electro-active polymer), 아크릴(Acrylic) 및 고무(rubber) 계열의 솔벤트(solvent) 중 어느 하나를 기반으로 하는 감압 접착제 재료, 또는 압전 저항(piezo-resistive) 계열의 재료일 수 있다. 여기서, 상기 감압 접착제 재료는 면적에 따라 저항이 가변되는 특성을 갖는다. 그리고, 상기 압전 저항 계열의 재료는 실리콘 반도체 결정에 외력을 가하면 전도 에너지가 발생하여 전하가 전도 대역으로 이동하면서 비저항이 변화되는 압전 저항 효과를 갖는 것으로, 압력의 크기에 따라 비저항의 변화가 큰 특성을 갖는다. 이러한 탄성 저항체 부재(150)는 프린팅 공정에 의해 제 1 전극(112)을 덮도록 제 1 기판(110)의 상면에 도포되어 형성되거나, 접착제를 이용한 부착 공정에 의해 제 1 전극(112)을 덮도록 제 1 기판(110)의 상면에 부착될 수 있다. 이에 따라, 탄성 저항체 부재(150)의 하면은 제 1 전극(112)을 덮으며, 탄성 저항체 부재(150)의 상면은 갭 높이(GH)만큼 제 2 전극(132)의 하면으로부터 이격된다.
상기 지지 부재(170)는 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150) 사이에 갭 공간(GS)을 마련한다. 즉, 지지 부재(170)는 탄성 저항체 부재(150)의 상면에 일정한 높이를 가지도록 마련되어 제 2 기판(130)의 하면과 물리적으로 결합됨으로써 제 2 기판(130)의 하면과 탄성 저항체 부재(150) 사이의 공간을 밀폐함과 동시에 제 2 기판(130)의 하면에 마련된 제 2 전극(132)을 탄성 저항체 부재(150)의 상면으로부터 상기 갭 높이(GH)만큼 이격시켜 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150) 사이에 갭 공간(GS)을 마련한다. 이러한 상기 지지 부재(170)는 구조적으로 제 1 기판(110)과 제 2 기판(130)을 지지하는 지지대의 기능을 수행하며, 기능적으로 제 2 기판(130)으로부터의 압력을 완충하는 기능을 수행한다.
상기 지지 부재(170)는 구조적인 기능과 기능적 기능을 수행하기 위하여, 일정 수준의 압축/복원이 가능한 탄성 복원력과 일정 수준의 광 투과 특성 및 접착력을 가지며, 기준 압력 이하의 터치 포스(touch force)까지는 제 2 전극(132)이 탄성 저항체 부재(150)에 물리적으로 접촉되지 않도록 일정한 두께를 가져야만 한다. 이를 위해, 지지 부재(170)는 절연성과 접착성 및 광투과성을 갖는 물질로 이루어질 수 있다.
일 예에 따른 지지 부재(170)는 OCA(optical clear adhesive), OCR(optical curable resin) 또는 광학 테이프로 이루어질 수 있다.
다른 예에 따른 지지 부재(170)는 디스플레이 패널의 박막 트랜지스터 어레이 기판의 제조 공정에 주로 활용되는 실리콘 질화물, 벤조사이클로부텐(BCB), 또는 포토아크릴(photoacryl) 등과 같은 절연 물질로 이루어질 수 있다. 이 경우, 다른 예에 따른 지지 부재(170)는 그 물질에 따라 프린팅 공정 또는 사진 식각 공정에 의해 탄성 저항체 부재(150)의 상면에 일정한 높이로 형성된 후, 투명 접착제에 의해 제 2 기판(130)의 하면과 물리적으로 접착될 수 있다. 여기서, 투명 접착제는 실런트(sealant) 또는 OCR(optical curable resin)일 수 있다.
상기 지지 부재(170)는 제 2 기판(130)에 가해지는 터치 포스가 해제되면 서로 접촉된 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150)이 서로 이격될 수 있도록 0.3MPa 이하의 탄성 계수(Young’s Modulus)를 가질 수 있다. 또한, 상기 지지 부재(170)는 제 2 기판(130)과 탄성 저항체 부재(150) 각각과의 물리적인 결합을 위해 최소한 100gf/inch 이상의 접착력을 가지는 것이 바람직하며, 디스플레이의 휘도 저하를 최소화하도록 80% 이상의 투과율(Transmittance)을 가질 수 있다. 그리고, 상기 지지 부재(170)는 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150) 사이의 갭 높이(GH)를 10um ~ 150um 정도로 유지시킬 수 있는 두께를 가짐으로써 기준 압력 이하의 터치 포스, 즉 소프트 터치(Soft Touch) 압력에서 제 2 전극(132)이 탄성 저항체 부재(150)에 물리적으로 접촉되지 않도록 한다. 여기서, 상기 지지 부재(170)의 높이가 150um 이상일 경우, 갭 높이(GH)가 증가하여 터치 스크린 장치뿐만 아니라 디스플레이 장치의 두께가 증가할 수 있다. 그리고, 기준 압력은 30~300gf/inch으로 설정될 수 있다.
추가적으로, 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치는 커버 윈도우(190)를 더 포함할 수 있다.
상기 커버 윈도우(190)는 OCA(optical clear adhesive) 등과 같은 투명 접착제(미도시)에 의해 제 2 기판(130)의 전면(前面)에 부착된다. 커버 윈도우(190)는 제 2 기판(130)의 전면(前面)을 덮음으로써 제 2 기판(130), 나아가 터치 스크린 장치의 전면을 보호하는 역할을 한다. 이러한 커버 윈도우(190)는 강화 글라스(Glass) 또는 투명 플라스틱으로 이루어질 수 있지만, 긁힘과 투명도를 고려하여 강화 글라스로 이루어지는 것이 바람직하다. 여기서, 커버 윈도우(190)의 두께 및 강도는 사용자 터치에 따른 터치 포스가 제 2 기판(130)에 전달될 수 있는 범위 내에서 설정된다. 일 예에 따른 강화 글라스는 사파이어 글라스(Sapphire Glass) 또는 고릴라 글라스(Gorilla Glass)로 이루어지거나, 사파이어 글라스 및 고릴라 글라스 중 어느 하나의 글라스와 나머지 글라스 재질의 코팅층을 포함하여 이루어질 수 있다. 일 예에 따른 투명 플라스틱은 PET(polyethyleneterephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PEN(polyethylenapthanate), 및 PNB(polynorborneen) 중 적어도 하나의 재질로 이루어질 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치는 제 1 및 제 2 기판(110, 130) 사이에 탄성 저항체 부재(150)가 배치됨으로써 탄성 저항체 부재(150)를 사이에 두고 서로 마주보는 제 1 전극(112)과 제 2 전극(132) 사이에 마련되는 터치 센서(155)를 포함한다.
상기 터치 센서(155)는 2차원 터치 센싱 또는 3차원 터치 센싱을 위한 것으로, 사용자(10)의 터치 포스에 따라 선택적으로 정전 용량 또는 저항 값을 갖는다.
상기 터치 센서(155)의 정전 용량은 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150) 간의 전기적인 분리 또는 물리적인 분리에 의해 마련된다. 즉, 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150)가 지지 부재(170)에 의해 갭 높이(GH)로 유지됨에 따라 제 2 전극(132)이 탄성 저항체 부재(150)로부터 전기적(또는 물리적)으로 분리될 경우, 터치 센서(155)는 제 1 및 제 2 전극(112, 132) 사이에 배치된 탄성 저항체 부재(150)과 갭 공간(GS)의 유전 상수에 의해 정전 용량을 갖는다. 이러한 터치 센서(155)에는 제 1 전극(112)에 인가되는 터치 구동 펄스에 의해 일정한 정전 용량이 형성되며, 이러한 터치 센서(155)의 정전 용량은 사용자(10)의 터치 포스, 전도성 물체의 터치 또는 접근에 의해 변화되게 된다. 이에 따라, 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치는 터치 센서(155)에 형성되는 정전 용량의 변화를 센싱함으로써 2차원 터치 정보를 산출할 수 있다.
상기 터치 센서(155)의 저항 값은 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150) 간의 전기적인 접촉 또는 물리적인 접촉에 의해 마련된다. 즉, 사용자(10)의 터치 포스에 따른 제 2 기판(130)의 변형에 따라 제 2 전극(132)이 탄성 저항체 부재(150)와 전기적(또는 물리적)으로 접촉될 경우, 터치 센서(155)는 제 1 및 제 2 전극(112, 132)이 탄성 저항체 부재(150)를 통해 서로 전기적으로 연결됨에 따라 탄성 저항체 부재(150)의 전기적인 특성에 의해 저항 값을 갖는 가변 저항의 역할을 한다. 이때, 터치 센서(155)는 사용자(10)에 의한 터치 포스에 따른 제 1 및 제 2 전극(112, 132) 간의 거리 변화 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150) 간의 접촉 면적 변화 또는 탄성 저항체 부재(150)의 비저항 변화에 대응되는 저항 값을 가질 수 있다. 예를 들어, 터치 센서(155)의 저항 값은, 도 2에 도시된 바와 같이, 사용자(10)의 터치 포스 또는 비전도성 물체의 터치 포스가 증가할수록 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150) 간의 접촉 면적이 증가함에 따라 로그(log) 곡선 형태로 감소하게 된다. 이에 따라, 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치는 터치 포스의 증가에 따라 터치 센서(155)의 저항 값이 감소하는 원리를 기반으로 터치 센서(155), 즉 제 1 및 제 2 전극(112, 132) 사이에 걸리는 저항 값의 변화와 이에 따라 발생되는 전압 변화를 센싱함으로써 3차원 터치를 센싱할 수 있다.
도 3a 내지 도 3c는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 터치 센싱 방법을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 3a에 도시된 바와 같이, 사용자(10)의 터치 포스(STF)가 상기 기준 압력 이하일 경우, 제 2 전극(132)은 탄성 저항체 부재(150)과 전기적으로 분리됨으로써 탄성 저항체 부재(150)와 갭 공간(GS)을 사이에 두고 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(112, 132) 간에 마련되는 터치 센서(155)에는 정전 용량(Cm)이 형성되게 된다. 이에 따라, 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치는 기준 압력 이하의 압력을 갖는 사용자(10)의 터치 포스에 따른 터치 센서(155)의 정전 용량(Cm)의 변화를 센싱하여 사용자(10)의 터치 위치에 해당되는 2차원 터치 정보를 산출한다.
다음으로, 도 3b에 도시된 바와 같이, 사용자(10)의 터치 포스(STF)가 기준 압력 이상일 경우, 제 2 전극(132)은 탄성 저항체 부재(150)과 전기적으로 접촉된다. 사용자 터치(1)에 따른 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(150)의 접촉 시점에서는 탄성 저항체 부재(150)에 의해 제 1 및 제 2 전극(112, 132)이 도전 상태가 되고, 도전 상태의 제 1 및 제 2 전극(112, 132) 사이에 전류가 흘러 터치 센서(155)에 형성되는 정전 용량(Cm)이 왜곡되면서 터치 포스 이벤트가 발생하게 된다. 즉, 제 2 전극(132)이 탄성 저항체 부재(150)에 접촉되면, 탄성 저항체 부재(150)를 통해 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(112, 132)이 전기적으로 연결됨에 따라 제 1 및 제 2 전극(112, 132) 간에 저항(Rm)이 형성되면서 상기 터치 센서(155)의 정전 용량(Cm)이 왜곡되면서 터치 포스 이벤트가 발생하게 된다.
다음으로, 도 3c에 도시된 바와 같이, 기준 압력 이상을 갖는 사용자(10)의 터치 포스(STF)에 따라 상기 터치 센서(155)에서 발생되는 터치 포스 이벤트를 검출하고, 터치 센서(155)에 형성되는 저항 값(Rm)의 변화를 센싱하여 사용자(10)의 터치 위치와 터치 포스 레벨을 포함하는 3차원 터치 정보를 산출한다. 여기서, 상기 3차원 터치 정보는 상기 2차원 터치 정보와 다른 데이터 형식을 가질 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치는 정전 용량 방식의 터치 센싱을 통해 기준 압력 이하를 갖는 사용자(10)의 터치 포스에 의해 형성되는 터치 센서(155)의 정전 용량 변화(Cm)를 센싱하여 터치 위치를 포함하는 2차원 터치 정보를 산출하고, 저항 방식의 터치 센싱을 통해 기준 압력 이상을 갖는 사용자(10)의 터치 포스에 의해 형성되는 터치 센서(155)의 저항 값 변화(Rm)를 센싱하여 터치 위치 및 터치 포스 레벨을 포함하는 3차원 터치 정보를 산출한다. 결과적으로, 본 발명은 정전 용량 방식의 장점과 저항 방식의 장점만을 선택적으로 적용한 하이브리드 방식을 통해 사용자(10)의 터치 포스에 대해 2차원 터치 정보뿐만 아니라 3차원 터치 정보를 산출할 수 있다. 특히, 본 발명은 터치 센서(155)의 저항 값 변화(Rm)를 통해 터치 포스를 센싱하기 때문에 전도성 물체뿐만 아니라 비전도성 물체의 터치에 대해 3차원 터치 정보를 산출할 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 변형 예를 개략적으로 나타내는 단면도로서, 이는 도 1의 터치 스크린 장치에서 탄성 저항체 부재 및 지지 부재의 구조를 변경한 것으로, 이하의 설명에서는 변경된 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 제 1 전극(112)은 제 1 방향(X)과 나란하도록 제 1 기판(110)의 상면에 일정한 간격으로 마련된다. 제 2 전극(132)은 제 1 방향(X)과 교차하는 제 2 방향(Y)과 나란하도록 제 2 기판(130)의 하면에 일정한 간격으로 마련된다. 이에 따라, 제 2 전극들(132) 각각은 제 1 전극들(112)과 교차한다.
상기 탄성 저항체 부재(250)는 제 1 전극들(112) 각각을 둘러싸도록 제 1 기판(110)의 상면에 일정한 간격으로 마련된다. 이러한 탄성 저항체 부재(250)는 전술한 도 1의 탄성 저항체 부재(150)와 동일한 물질로 이루어지고, 프린팅 공정에 의해 패턴 형성되거나, 패턴 형태로 형성되어 제 1 전극들(112) 각각을 덮도록 제 1 기판(110)에 부착될 수 있다. 이와 같이, 상기 탄성 저항체 부재(250)가 제 1 기판(110)에 하나의 몸체로 형성되지 않고 패턴 형태로 형성됨으로써 터치 센싱의 정확도 및 감도가 향상될 수 있다.
상기 지지 부재(270)는 탄성 저항체 부재들(250) 각각을 둘러싸도록 제 1 및 제 2 기판(110, 130) 사이에 배치되어 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(250) 사이에 갭 공간(GS)을 마련한다. 이를 위해, 상기 지지 부재들(270) 각각의 높이는 탄성 저항체 부재(250)의 높이보다 갭 공간(GS)의 갭 높이(GH)만큼 더 높도록 설정된다. 상기 지지 부재들(270) 각각의 하면은 제 1 기판(110)의 상면과 물리적으로 결합되고, 상기 지지 부재들(270) 각각의 상면은 제 2 기판(130)의 하면과 물리적으로 결합된다. 이때, 전술한 기준 압력 이상을 갖는 사용자(10)의 터치 포스에 따라 제 2 전극(132)이 탄성 저항체 부재(250)에 접촉될 수 있도록, 지지 부재들(270) 각각의 상면은 하면의 면적보다 작은 면적으로 가질 수 있다.
이와 같은, 본 발명의 변형 예에 따른 터치 스크린 장치는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 터치 스크린 장치의 터치 센싱 방법과 동일한 방법으로 사용자(10)의 터치 포스에 따라 패턴 형태의 탄성 저항체 부재(250)에 형성되는 터치 센서(155)의 정전 용량 변화 또는 저항 값 변화를 센싱함으로써 정확도 및 감도가 향상된 2차원 터치 정보 또는 3차원 터치 정보를 산출할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 다른 변형 예를 개략적으로 나타내는 단면도로서, 이는 도 4의 터치 스크린 장치에서 탄성 저항체 부재 및 지지 부재의 구조를 변경한 것으로, 이하의 설명에서는 변경된 구성에 대해서만 설명하기로 한다.
먼저, 탄성 저항체 부재(350)는 2개 이상의 제 1 전극들(112)로 이루어지는 전극 그룹 각각을 둘러싸도록 제 1 기판(110)의 상면에 일정한 간격으로 마련된다. 이러한 탄성 저항체 부재(350)의 물질 및 형성 방법은 전술한 도 4의 탄성 저항체 부재(250)와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 지지 부재(370)는 탄성 저항체 부재들(350) 각각을 둘러싸도록 제 1 및 제 2 기판(110, 130) 사이에 배치되어 제 2 전극(132)과 탄성 저항체 부재(350) 사이에 갭 공간(GS)을 마련한다. 이러한 지지 부재들(370)의 구조는 전술한 도 4의 지지 부재(270)와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
이와 같은, 본 발명의 다른 변형 예에 따른 터치 스크린 장치는, 도 3a 내지 도 3c에 도시된 터치 스크린 장치와 동일한 효과를 가지며, 나아가 제 1 전극들(112)의 그룹화에 따라 전극 그룹별 동시 센싱이 가능하고, 이를 통해 아이들 모드에서 소비전력 및 센싱 시간이 감소될 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6을 도 1과 결부하면, 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치(10)는 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극(512, 532) 사이에 마련되는 터치 센서(555)를 갖는 터치 패널(500), 및 터치 센서(555)의 정전 용량 변화를 수신하여 2차원 터치 정보(TI_2D)를 산출하고 터치 센서(555)의 저항 값 변화를 수신하여 3차원 터치 정보(TI_3D)를 산출하는 터치 구동부(600)를 포함한다.
상기 터치 패널(500)은 휴대용 전자 기기의 디스플레이 패널(미도시)의 표시면 상에 배치되어 사용자에 의한 휴먼 터치, 전도성 물체의 터치 또는 비전도성 물체의 터치를 센싱한다. 일 예에 따른 터치 패널(500)은 제 1 전극(512)을 갖는 제 1 기판(510), 제 2 전극(532)을 갖는 제 2 기판(530), 제 1 및 제 2 전극(512, 532) 사이에 배치된 탄성 저항체 부재(550), 및 탄성 저항체 부재(550)와 제 2 전극(532) 사이에 갭 공간(GS)을 마련하는 지지 부재(570)를 포함한다.
상기 제 1 및 제 2 기판(510, 530) 각각은 도 1의 제 1 및 제 2 기판(110, 130)과 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 제 1 전극(512)은 제 1 기판(510)의 상면에 마련된다. 보다 구체적으로, 제 1 전극(512)은 제 1 방향(X)과 나란하도록 제 1 기판(510)의 상면에 일정한 간격으로 배치되는 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn)을 포함한다. 상기 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 각각은 터치 구동부(600)와 연결되어 터치 구동부(600)로부터 터치 구동 펄스를 공급받는다.
상기 제 2 전극(532)은 제 1 전극(512)과 마주하는 제 2 기판(530)의 하면에 마련된다. 보다 구체적으로, 제 2 전극(532)은 제 1 방향(X)과 교차하는 제 2 방향(Y)과 나란하도록 제 2 기판(530)의 후면에 일정한 간격으로 배치되는 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm)을 포함한다.
상기 탄성 저항체 부재(550)는 제 1 및 제 2 전극(512, 532) 사이에 배치되는 것으로, 이는 전술한 도 1의 탄성 저항체 부재(150)와 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 지지 부재(570)는 제 2 전극(532)과 탄성 저항체 부재(550) 사이에 갭 공간(GS)을 마련하는 것으로, 이는 전술한 도 1의 지지 부재(170)와 동일하므로, 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
상기 터치 센서(555)는 상기 제 1 전극 라인(TL)과 제 2 전극 라인(RL)의 교차 영역에 형성되는 것으로, 터치 패널(500)에 대한 사용자(10)의 터치 포스에 따라 정전 용량 또는 저항 값을 갖는다. 이때, 상기 터치 센서(555)의 정전 용량은 제 2 전극(532)과 탄성 저항체 부재(550) 간의 전기적인 분리에 의해 마련된다. 반면에, 상기 터치 센서(555)의 저항 값은 제 2 전극(532)과 탄성 저항체 부재(550)의 전기적인 접촉에 의해 마련된다.
상기 터치 패널(500)의 상면, 즉 제 2 기판(530)의 전면(前面)에는 전술한 커버 윈도우(190)가 부착될 수 있다.
상기 터치 구동부(600)는 터치 센서(555)의 정전 용량 변화를 센싱하여 위치 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 위치 센싱 데이터로부터 검출되는 기준 압력 이상의 터치 포스 이벤트에 따라 터치 센서(555)의 저항 값 변화를 센싱해 포스 센싱 데이터를 생성하며, 센싱된 포스 센싱 데이터를 이용하여 3차원 터치 정보(TI_3D)를 산출한다. 이때, 상기 터치 구동부(600)는 생성된 위치 센싱 데이터로부터 터치 포스 이벤트가 발생되지 않을 경우, 생성된 위치 센싱 데이터를 이용하여 2차원 터치 정보(TI_2D)를 산출한다. 이를 위해, 터치 구동부(600)는 펄스 공급부(610), 터치 센싱부(630), 및 터치 제어부(650)를 포함한다. 이러한 구성을 갖는 터치 구동부(600)는 하나의 ROIC(Readout Integrated Circuit) 칩으로 집적화될 수 있다. 다만, 터치 제어부(650)의 경우, ROIC 칩에 집적되지 않고 호스트 시스템(700)의 MCU(Micro Controller Unit)로 구현될 수도 있다.
상기 펄스 공급부(610)는 터치 제어부(650)로부터 공급되는 센싱 제어 신호에 응답하여 터치 구동 펄스를 생성하고, 터치 구동 펄스를 제 1 전극 라인(512)에 공급한다. 즉, 상기 펄스 공급부(610)는 터치 제어부(650)의 제어에 따라 2차원 터치 센싱 모드 또는 3차원 터치 센싱 모드에 대응되는 터치 구동 펄스를 해당 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn)에 공급할 수 있다
일 예에 따른 펄스 공급부(610)는 상기 2차원 터치 센싱 모드 및 3차원 터치 센싱 모드시 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn)에 터치 구동 펄스를 순차적으로 공급할 수 있다.
다른 예에 따른 펄스 공급부(610)는 상기 2차원 터치 센싱 모드시 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn)에 터치 구동 펄스를 순차적으로 공급한 다음, 3차원 터치 센싱 모드시 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 중에서 상기 2차원 터치 센싱 모드의 센싱 결과에 따라 선택된 적어도 하나의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn)에 터치 구동 펄스를 순차적으로 공급할 수 있다. 즉, 다른 예에 따른 펄스 공급부(610)는 상기 터치 포스 이벤트의 발생시 터치 위치를 포함하는 국부적인 영역에 배치된 하나 이상의 제 1 전극 라인에 터치 구동 펄스를 공급한다.
상기 펄스 공급부(610)는 터치 패널(500)의 아이들 모드시 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn)에 터치 구동 펄스를 순차적으로 공급하거나, 하나 이상의 제 1 전극 라인으로 이루어진 제 1 전극 라인 그룹 단위로 터치 구동 펄스를 순차적으로 공급할 수 있다.
상기 터치 센싱부(630)는 터치 제어부(650)로부터 공급되는 센싱 제어 신호와 이벤트 검출 신호에 응답하여 제 2 전극(532)을 통해 터치 센서(555)의 정전 용량 변화를 센싱하여 제 1 센싱 데이터(또는 위치 센싱 데이터)를 생성하고, 터치 센서(555)의 저항 값 변화를 센싱하여 제 2 센싱 데이터(또는 포스 센싱 데이터)를 생성한다.
일 예에 따른 터치 센싱부(630)는 상기 2차원 터치 센싱 모드 및 3차원 터치 센싱 모드시 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 각각을 통해 터치 센서(555)의 정전 용량 변화 또는 저항 값 변화를 센싱할 수 있다.
다른 예에 따른 터치 센싱부(630)는 상기 2차원 터치 센싱 모드시 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 각각을 통해 터치 센서(555)의 정전 용량 변화를 센싱한 다음, 3차원 터치 센싱 모드시 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 중에서 상기 2차원 터치 센싱 모드의 센싱 결과에 따라 선택된 적어도 하나의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm)에 대해 터치 센서(555)의 저항 값 변화를 센싱할 수 있다. 여기서, 상기 터치 센싱부(630)는 상기 터치 포스 이벤트의 발생시 터치 위치를 포함하는 국부적인 영역에 배치된 하나 이상의 제 2 전극 라인에 대해 터치 센서(555)의 저항 값 변화를 센싱한다. 이에 따라, 본 발명은 국부적인 영역에 대해 터치 센싱, 즉 부분 센싱을 수행함으로써 터치 포스를 센싱하는 센싱 시간을 단축할 수 있고, 이를 통해 사용자 터치에 대한 보다 빠른 반응성을 확보할 수 있으며, 효율적이면서 간단한 센싱 구동을 통해 터치 포스를 센싱할 수 있다.
일 예에 따른 터치 센싱부(630)는 선택부(631), 제 1 센싱 유닛(635), 제 2 센싱 유닛(637), 및 메모리부(639)를 포함한다.
상기 선택부(631)는 터치 제어부(650)로부터 공급되는 이벤트 검출 신호에 응답하여 제 2 전극(532)을 제 1 센싱 유닛(635) 또는 제 2 센싱 유닛(637)에 연결한다. 예를 들어, 선택부(631)는 터치 제어부(650)로부터 공급되는 제 1 논리 상태의 이벤트 검출 신호에 따른 2차원 터치 센싱 모드에 따라 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 각각을 제 1 센싱 유닛(635)에 연결한다. 반면에, 선택부(631)는 터치 제어부(650)로부터 공급되는 제 2 논리 상태의 이벤트 검출 신호에 따른 3차원 터치 센싱 모드에 따라 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 각각을 제 2 센싱 유닛(637)에 연결한다.
일 예에 따른 선택부(631)는 하나의 입력 채널과 제 1 및 제 2 출력 채널을 갖는 복수의 역다중화기(demultiplexer)로 이루어질 수 있다. 복수의 역다중화기 각각에서, 입력 채널은 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm)에 일대일로 연결되고, 제 1 출력 채널은 제 1 센싱 유닛(635)에 연결되며, 제 2 출력 채널은 제 2 센싱 유닛(637)에 연결된다.
상기 제 1 센싱 유닛(635)은 2차원 터치 센싱 모드에 따라 선택부(631)를 통해 연결되는 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 각각을 통해 터치 센서(555)의 정전 용량 변화를 센싱하여 제 1 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 제 1 센싱 데이터를 메모리부(639)에 저장한다. 이를 위해, 제 1 센싱 유닛(635)은 복수의 제 1 센싱 회로(635a) 및 복수의 제 1 아날로그-디지털 변환기(635b)를 포함한다.
상기 복수의 제 1 센싱 회로(635a) 각각은 2차원 터치 센싱 모드에 따라 선택부(631)를 통해 해당 제 2 전극 라인(RL)에 연결되고, 연결된 제 2 전극 라인(RL)을 통해 터치 센서(555)의 정전 용량 변화에 따른 제 2 전극 라인(RL)의 전하를 증폭하여 터치 위치를 센싱한다. 일 예에 따른 복수의 제 1 센싱 회로(635a) 각각은 인접한 2개의 제 2 전극 라인(RL)로부터 수신되는 신호들의 차를 증폭하여 출력하는 차동 증폭기를 포함하는 적분기일 수 있다. 다른 예에 따른 복수의 제 1 센싱 회로(635a) 각각은 하나의 제 2 전극 라인(RL)으로부터 수신되는 신호와 기준 전압을 비교하여 출력하는 비교기를 포함하는 적분기일 수 있다.
상기 복수의 제 1 아날로그-디지털 변환기(635b) 각각은 해당하는 제 1 센싱 회로(635a)로부터 출력되는 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여 제 1 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 제 1 센싱 데이터를 메모리부(639)에 저장한다.
상기 제 2 센싱 유닛(637)은 3차원 터치 센싱 모드에 따라 선택부(631)를 통해 연결되는 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 각각을 통해 터치 센서(555)의 저항 값 변화를 센싱하여 제 2 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 제 2 센싱 데이터를 메모리부(639)에 저장한다. 이를 위해, 제 2 센싱 유닛(637)은 복수의 제 2 센싱 회로(637a) 및 복수의 제 2 아날로그-디지털 변환기(637b)를 포함한다.
상기 복수의 제 2 센싱 회로(637a) 각각은 3차원 터치 센싱 모드에 따라 선택부(631)를 통해 해당 제 2 전극 라인(RL)에 연결되고, 연결된 제 2 전극 라인(RL)을 통해 터치 센서(555)의 저항 값 변화에 따른 제 2 전극 라인(RL)의 전압을 증폭하여 터치 위치를 센싱한다. 일 예에 따른 복수의 제 2 센싱 회로(637a) 각각은 하나의 제 2 전극 라인(RL)으로부터 수신되는 터치 센서(555)의 전압을 증폭하여 출력하는 반전 증폭기일 수 있다.
상기 복수의 제 2 아날로그-디지털 변환기(637b) 각각은 해당하는 제 2 센싱 회로(637a)로부터 출력되는 아날로그 출력 신호를 디지털 신호로 변환하여 제 2 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 제 2 센싱 데이터를 메모리부(639)에 저장한다.
상기 메모리부(639)는 2차원 터치 센싱 모드에 따라 제 1 센싱 유닛(635)으로부터 제공되는 제 1 센싱 데이터를 차례대로 저장하고, 터치 제어부(650)로부터 공급되는 센싱 제어 신호에 응답하여 저장된 제 1 센싱 데이터를 터치 제어부(650)에 제공한다. 또한, 상기 메모리부(639)는 3차원 터치 센싱 모드에 따라 제 2 센싱 유닛(637)으로부터 제공되는 제 2 센싱 데이터를 차례대로 저장하고, 터치 제어부(650)로부터 공급되는 센싱 제어 신호에 응답하여 저장된 제 2 센싱 데이터를 터치 제어부(650)에 제공한다. 선택적으로, 상기 메모리부(639)는 터치 센싱부(630)에 내장되지 않고 터치 구동부(600)의 내부 또는 외부에 마련될 수 있다.
상기 터치 제어부(650)는 디스플레이 장치의 호스트 시스템(700)으로부터 공급되는 터치 모드 신호(TMS)에 응답하여 펄스 공급부(610) 및 터치 센싱부(630) 각각의 구동을 제어한다.
상기 터치 제어부(650)는 터치 센싱부(630)로부터 제공되는 제 1 센싱 데이터로부터 기준 압력 이상의 사용자 터치 포스에 대한 터치 포스 이벤트를 검출하여 이벤트 검출 신호를 생성한다. 즉, 터치 제어부(650)는 터치 센싱부(630)로부터 제공되는 제 1 센싱 데이터를 실시간으로 모니터링하여 기준 압력 이상의 사용자 터치 포스에 따라 제 1 센싱 데이터가 왜곡되는 터치 포스 이벤트를 검출하고, 터치 포스 이벤트의 검출 결과에 따라 상기 이벤트 검출 신호를 생성한다. 이때, 터치 제어부(650)는 제 1 센싱 데이터에서 기준 압력 이상의 사용자 터치 포스에 따른 터치 포스 이벤트가 발생되지 않을 경우, 상기 2차원 터치 센싱 모드를 위한 제 1 논리 상태의 이벤트 검출 신호를 생성하여 터치 센싱부(630)의 선택부(631)를 제어한다. 반대로, 터치 제어부(650)는 제 1 센싱 데이터에서 기준 압력 이상의 사용자 터치 포스에 따른 터치 포스 이벤트가 발생될 경우, 상기 3차원 터치 센싱 모드를 위한 제 2 논리 상태의 이벤트 검출 신호를 생성하여 터치 센싱부(630)의 선택부(631)를 제어한다. 여기서, 상기 이벤트 검출 신호는 터치 포스 이벤트가 발생될 경우에는 제 2 논리 상태를 가지며, 그 외에는 제 1 논리 상태를 가지도록 설정된다.
상기 터치 제어부(650)는 2차원 터치 센싱 모드에 따라 터치 센싱부(630), 즉 메모리부(639)로부터 제공되는 제 1 센싱 데이터와 설정된 제 1 문턱 값과 비교하여 제 1 문턱 값보다 큰 제 1 센싱 데이터를 이용하여 2차원 터치 정보(TI_2D)를 산출하고, 산출된 2차원 터치 정보(TI_2D)를 호스트 시스템(700)으로 전송한다. 이때, 상기 터치 제어부(650)는 제 1 센싱 데이터가 발생된 제 2 전극 라인(RL)의 위치 정보(X 좌표)와 제 1 전극 라인(TL)의 위치 정보(Y 좌표)에 대응되는 터치 좌표를 포함하는 하나 이상의 2차원 터치 정보(TI_2D)를 산출한다. 부가적으로, 상기 터치 제어부(650)는 터치 좌표에 기초하여 터치점의 개수, 터치 면적, 단위 시간당 터치 횟수, 및 터치 지속 시간 등을 추가로 산출하여 2차원 터치 정보(TI_2D)를 산출할 수도 있다.
또한, 상기 터치 제어부(650)는 2차원 터치 센싱 모드에 따라 2차원 터치 정보(TI_2D)를 산출함과 동시에 제 1 센싱 데이터를 실시간으로 모니터링하고, 모니터링 결과 기준 압력 이상의 사용자 터치 포스에 따라 제 1 센싱 데이터가 왜곡되는 터치 포스 이벤트가 검출될 경우, 3차원 터치 센싱 모드를 위해 제 1 논리 상태의 이벤트 검출 신호를 제 2 논리 상태의 이벤트 검출 신호를 변경한다.
상기 터치 제어부(650)는 제 2 논리 상태의 이벤트 검출 신호에 따른 3차원 터치 센싱 모드에 따라 터치 센싱부(630), 즉 메모리부(639)로부터 제공되는 제 2 센싱 데이터와 설정된 제 2 문턱 값과 비교하여 제 2 문턱 값보다 큰 제 2 센싱 데이터를 이용하여 3차원 터치 정보(TI_3D)를 산출하고, 산출된 3차원 터치 정보(TI_3D)를 호스트 시스템(700)으로 전송한다. 이때, 상기 터치 제어부(650)는 제 2 센싱 데이터가 발생된 제 2 전극 라인(RL)의 위치 정보(X 좌표)와 제 1 전극 라인(TL)의 위치 정보(Y 좌표)에 대응되는 터치 좌표와 터치 포스 영역 및 제 2 센싱 데이터의 크기에 대응되는 터치 포스 레벨을 포함하는 하나 이상의 3차원 터치 정보(TI_3D)를 산출한다. 부가적으로, 상기 터치 제어부(650)는 터치 포스 레벨을 갖는 터치 좌표에 기초하여 터치 포스 면적을 추가로 산출하여 3차원 터치 정보(TI_3D)를 산출할 수도 있다.
상기 터치 제어부(650)는 상기 제 2차원 터치 정보와 3차원 터치 정보를 서로 다른 데이터 형식(또는 데이터 프로토콜(Data Protocol))으로 산출하여 호스트 시스템(700)으로 전송할 수 있다.
상기 터치 제어부(650)로부터 출력되는 하나의 2차원 터치 정보(TI_2D)는 터치 아이디(touch ID), 터치 스테이트(touch state), 및 XY 좌표 값을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 터치 아이드는 총 16개의 멀티 터치에 대한 식별 코드를 부여하기 위한 것으로, 첫 번째 바이트(B1)의 하위 4비트에 할당될 수 있다. 상기 터치 스테이트는 해당 터치 정보가 접촉 터치, 근접 터치, 또는 손바닥 터치 인지 여부 등과 같은 터치 종류를 식별하기 위한 것으로, 첫 번째 바이트(B1)의 상위 4비트에 할당될 수 있다.
상기 하나의 2차원 터치 정보(TI_2D)는, 도 7의 (a)에 도시된 바와 같이, 적어도 2바이트(B1, B2, ~)로 이루어질 수 있다.
일 예에 따른 2차원 터치 정보(TI_2D)는 제 1 및 제 2 바이트(B1, B2)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 첫 번째 바이트(B1)에는 터치 아이디(touch ID)와 터치 스테이트(touch state)가 할당되며, 두 번째 바이트(B2)에는 X 좌표 값과 Y 좌표 값이 할당될 수 있다. 상기 X 좌표 값은 두 번째 바이트(B2)의 하위 4비트에 할당될 수 있으며, 상기 Y 좌표 값은 두 번째 바이트(B2)의 상위 4비트에 할당될 수 있다.
다른 예에 따른 2차원 터치 정보(TI_2D)는 제 1 내지 제 4 바이트(B1 내지 B4)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 첫 번째 바이트(B1)에는 상기 터치 아이디(touch ID)와 터치 스테이트(touch state), 두 번째 바이트(B2)에는 X 및 Y 좌표 값, 셋 번째 바이트(B3)에는 X 좌표 값, 넷 번째 바이트(B4)에는 Y 좌표 값이 각각 할당될 수 있다. 여기서, 두 번째 바이트(B2)에 할당된 X 좌표 값과 셋 번째 바이트(B2)에 할당된 X 좌표 값은 12비트의 X 좌표 값을 위해 할당된 것으로, 12비트의 X 좌표 값의 상위 4비트는 두 번째 바이트(B2)에 할당될 수 있다. 이와 마찬가지로, 두 번째 바이트(B2)에 할당된 Y 좌표 값과 넷 번째 바이트(B4)에 할당된 Y 좌표 값은 12비트의 Y 좌표 값을 위해 할당된 것으로, 12비트의 Y 좌표 값의 상위 4비트는 두 번째 바이트(B2)에 할당될 수 있다.
상기 2차원 터치 정보(TI_2D)는 터치점의 개수, 터치 면적, 단위 시간당 터치 횟수, 및 터치 지속 시간 중 적어도 하나를 추가로 제공하기 위한 적어도 하나의 추가 바이트를 더 포함할 수 있다.
상기 터치 제어부(650)로부터 출력되는 하나의 3차원 터치 정보(TI_3D)는 터치 아이디(touch ID), 터치 스테이트(touch state), XY 좌표 값, 및 터치 포스 레벨을 포함할 수 있다. 여기서, 상기 터치 아이드는 총 16개의 멀티 터치에 대한 식별 코드를 부여하기 위한 것으로, 첫 번째 바이트(B1)의 하위 4비트에 할당될 수 있다. 상기 터치 스테이트는 터치 포스 센싱 여부에 대한 식별 플래그를 부여하기 위한 것으로, 첫 번째 바이트(B1)의 상위 4비트에 할당될 수 있다.
상기 하나의 3차원 터치 정보(TI_3D)는, 도 7의 (b)에 도시된 바와 같이, 적어도 3바이트(B1, B2, B3, ~)로 이루어질 수 있다.
일 예에 따른 3차원 터치 정보(TI_3D)는 제 1 내지 제 3 바이트(B1, B2, B3)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 첫 번째 바이트(B1)에는 터치 아이디(touch ID)와 상기 터치 스테이트(touch state)가 할당되고, 두 번째 바이트(B2)에는 X 좌표 값과 Y 좌표 값이 할당되며, 세번째 바이트(B3)에는 터치 포스 레벨이 할당될 수 있다. 상기 X 좌표 값은 두 번째 바이트(B2)의 하위 4비트에 할당될 수 있으며, 상기 Y 좌표 값은 두 번째 바이트(B2)의 상위 4비트에 할당될 수 있다.
다른 예에 따른 3차원 터치 정보(TI_3D)는 제 1 내지 제 5 바이트(B1 내지 B6)로 이루어질 수 있다. 이 경우, 첫 번째 바이트(B1)에는 상기 터치 아이디(touch ID)와 터치 스테이트(touch state), 두 번째 바이트(B2)에는 X 및 Y 좌표 값, 세 번째 바이트(B3)에는 X 좌표 값, 네 번째 바이트(B4)에는 Y 좌표 값, 다섯 번째 바이트(B5)에는 터치 포스 레벨, 여섯 번째 바이트(B6)에는 터치 포스 면적이 각각 할당될 수 있다. 여기서, 두 번째 바이트(B2)에 할당된 X 좌표 값과 셋 번째 바이트(B2)에 할당된 X 좌표 값은 12비트의 X 좌표 값을 위해 할당된 것으로, 12비트의 X 좌표 값의 상위 4비트는 두 번째 바이트(B2)에 할당될 수 있다. 이와 마찬가지로, 두 번째 바이트(B2)에 할당된 Y 좌표 값과 넷 번째 바이트(B4)에 할당된 Y 좌표 값은 12비트의 Y 좌표 값을 위해 할당된 것으로, 12비트의 Y 좌표 값의 상위 4비트는 두 번째 바이트(B2)에 할당될 수 있다.
상기 호스트 시스템(700)은 터치 구동부(600), 즉 터치 제어부(650)로부터 제공되는 2차원 터치 정보(TI_2D) 또는 3차원 터치 정보(TI_3D)에 연계되는 응용 프로그램을 실행한다.
이와 같은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치는 사용자(10)의 터치 포스에 따라 제 1 및 제 2 전극(512, 532) 사이에 마련되는 터치 센서(555)의 정전 용량 변화 또는 저항 값 변화를 센싱함으로써 사용자(10)의 터치 포스에 대해 2차원 터치 정보뿐만 아니라 3차원 터치 정보를 센싱할 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치에 있어서, 지지 부재의 다양한 예를 설명하기 위한 평면도들이다.
먼저, 도 8을 참조하면, 일 예에 따른 지지 부재(570)는 테두리 패턴(571), 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573), 및 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)을 포함한다.
상기 테두리 패턴(571)은 상기 탄성 저항체 부재(550)의 상면 테두리 부분에 마련되어 상기 제 2 기판(530)의 테두리 부분을 지지한다. 상기 테두리 패턴(571)은 폐루프 형태로 형성되어 제 1 및 제 2 기판(510, 530) 사이를 밀봉한다.
상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573)은 제 1 기판(510)의 제 1 방향(X)과 나란하면서 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 사이사이에 대응되는 상기 탄성 저항체 부재(550)의 상면에 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다.
상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)은 제 1 기판(510)의 제 2 방향(Y)과 나란하면서 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 사이사이에 대응되는 상기 탄성 저항체 부재(550)의 상면에 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다.
상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573)과 상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)은 서로 교차하는 방향으로 형성됨으로써 메쉬(mesh) 형태를 갖는다.
부가적으로, 일 예에 따른 지지 부재(570)에서 상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573) 또는 상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)은 생략 가능하다.
이와 같은, 일 예에 따른 지지 부재(570)는 테두리 패턴(571)과 라인 지지 패턴(573, 575)을 통해 제 2 기판(530)을 지지함으로써 제 2 기판(530)의 처짐에 따른 제 2 전극(532)과 탄성 저항체 부재(550)의 물리적인 접촉을 방지할 수 있다.
선택적으로, 도 9에 도시된 바와 같이, 상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573) 각각은 인접한 적어도 2개의 제 1 전극 라인 단위로 그룹화된 복수의 제 1 전극 라인 그룹(5121 내지 512i) 사이사이에 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575) 각각은 인접한 적어도 2개의 제 2 전극 라인 단위로 그룹화된 복수의 제 2 전극 라인 그룹(5321 내지 532j) 사이사이에 배치될 수 있다. 여기서, 복수의 제 1 전극 라인 그룹(5121 내지 512i) 각각에 그룹화되는 제 1 전극 라인(TL)의 개수는 복수의 제 2 전극 라인 그룹(5321 내지 532j) 각각에 그룹화되는 제 2 전극 라인(RL)의 개수와 같거나 다를 수 있다.
도 8 및 도 9에 따르면, 상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573) 각각은 1개 이상의 제 1 전극 라인을 갖는 제 1 전극 라인 그룹 사이사이마다 배치될 수 있다. 또한, 상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575) 각각은 1개 이상의 제 2 전극 라인을 갖는 제 2 전극 라인 그룹 사이사이마다 배치될 수 있다.
다음으로, 도 10을 참조하면, 다른 예에 따른 지지 부재(570)는 테두리 패턴(571), 및 복수의 도트 지지 패턴(577)을 포함한다.
상기 테두리 패턴(571)은 상기 탄성 저항체 부재(550)의 상면 테두리 부분에 마련되어 상기 제 2 기판(530)의 테두리 부분을 지지한다. 상기 테두리 패턴(571)은 폐루프 형태로 형성되어 제 1 및 제 2 기판(510, 530) 사이를 밀봉한다.
상기 복수의 도트 지지 패턴(577) 각각은 상기 탄성 저항체 부재(550)의 상면에 섬 형태를 갖는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다.
일 예에 따른 복수의 도트 지지 패턴(577)은 인접한 1개의 제 1 전극 라인(TL)과 인접한 1개의 제 2 전극 라인(RL)에 의해 둘러싸이는 영역마다 마련될 수 있다. 즉, 일 예에 따른 복수의 도트 지지 패턴(577)은 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 사이사이마다 정의된 제 1 영역과 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 사이사이마다 정의된 제 2 영역의 교차 영역에 도트 형태를 가지도록 마련될 수 있다.
다른 예에 따른 복수의 도트 지지 패턴(577)은, 도시하지 않았지만, 인접한 2개 이상의 제 1 전극 라인(TL)을 갖는 제 1 전극 라인 그룹 사이사이마다 정의된 제 1 영역과 인접한 2개 이상의 제 2 전극 라인(RL)을 갖는 제 2 전극 라인 그룹 사이사이마다 정의된 제 2 영역의 교차 영역에 마련될 수 있다.
이와 같은, 다른 예에 따른 지지 부재(570)는 섬 형태로 형성되는 도트 지지 패턴(577)을 통해 제 2 기판(530)을 지지함으로써 제 2 기판(530)의 처짐에 따른 제 2 전극(532)과 탄성 저항체 부재(550)의 물리적인 접촉을 방지할 수 있을 뿐만 아니라 디스플레이 장치의 휘도 저하를 최소화할 수 있다.
도 11 내지 도 14는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치에 있어서, 탄성 저항체 부재 및 지지 부재의 다양한 예를 설명하기 위한 평면도들이다.
먼저, 도 11을 도 4와 결부하면, 일 예에 따른 탄성 저항체 부재(550)는 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 각각과 중첩되면서 제 1 기판(510)의 제 2 방향(Y)을 따라 일정 간격을 가지도록 제 1 기판(510)의 상면에 라인 형태로 마련된 복수의 저항체 라인 패턴을 포함한다. 상기 복수의 저항체 라인 패턴 각각의 형성 물질과 방법은 도 1의 탄성 저항체 부재(150)와 동일하므로 이에 대한 중복 설명은 생략하기로 한다.
일 예에 따른 지지 부재(570)는 테두리 패턴(571) 및 복수의 라인 지지 패턴(573)을 포함한다.
상기 테두리 패턴(571)은 상기 제 1 기판(510)의 상면 테두리 부분에 마련되어 상기 제 2 기판(530)의 테두리 부분을 지지한다. 상기 테두리 패턴(571)은 폐루프 형태로 형성되어 제 1 및 제 2 기판(510, 530) 사이를 밀봉한다.
상기 복수의 라인 지지 패턴(573)은 제 1 기판(510)의 제 1 방향(X)과 나란하면서 복수의 저항체 라인 패턴 사이사이에 대응되는 제 1 기판(510)의 상면에 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다.
한편, 상기 일 예에 따른 탄성 저항체 부재(550)의 각 저항체 라인 패턴은 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn)과 중첩되지 않고, 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 각각과 중첩되면서 제 1 기판(510)의 제 1 방향(X)을 따라 일정 간격을 가지도록 제 1 기판(510)의 상면에 라인 형태로 마련될 수 있다. 이 경우, 상기 지지 부재(570)의 각 라인 지지 패턴(573)은 제 1 기판(510)의 제 2 방향(Y)과 나란하면서 복수의 저항체 라인 패턴 사이사이에 대응되는 제 1 기판(510)의 상면에 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다.
결과적으로, 일 예에 따른 탄성 저항체 부재(550)의 각 저항체 라인 패턴은 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 또는 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm)과 중첩되도록 마련되고, 지지 부재(570)의 각 라인 지지 패턴(573)은 인접한 2개의 저항체 라인 패턴 사이에 마련될 수 있다.
이와 같은, 일 예에 따른 탄성 저항체 부재(550) 및 지지 부재(570)를 포함하는 터치 스크린 장치는 사용자(10)의 터치 포스에 따라 복수의 저항체 라인 패턴 각각에 형성되는 터치 센서(555)의 정전 용량 변화 또는 저항 값 변화를 센싱함으로써 정확도 및 감도가 향상된 2차원 터치 정보 또는 3차원 터치 정보를 산출할 수 있다.
다음으로, 도 12를 참조하면, 다른 예에 따른 탄성 저항체 부재(550)는 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 각각과 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 각각의 교차 영역마다 섬 형태로 마련된 복수의 저항체 도트 패턴을 포함한다.
상기 복수의 저항체 도트 패턴 각각은 하나의 제 1 전극 라인(TL)과 하나의 제 2 전극 라인(RL)이 서로 교차하는 하나의 교차 영역만을 포함하는 원형 또는 다각 형태의 섬 형태로 마련된다.
다른 예에 따른 지지 부재(570)는 테두리 패턴(571), 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573), 및 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)을 포함한다.
상기 테두리 패턴(571)은 상기 제 1 기판(510)의 상면 테두리 부분에 마련되어 상기 제 2 기판(530)의 테두리 부분을 지지한다. 상기 테두리 패턴(571)은 폐루프 형태로 형성되어 제 1 및 제 2 기판(510, 530) 사이를 밀봉한다.
상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573)은 제 1 기판(510)의 제 1 방향(X)과 나란하면서 제 1 기판(510)의 제 2 방향(Y)을 따라 복수의 저항체 도트 패턴 (550) 사이사이에 대응되도록 제 1 기판(510)의 상면에 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다. 즉, 상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573)은 제 1 기판(510)의 제 1 방향(X)과 나란하면서 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 사이사이에 마련된다.
상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)은 제 1 기판(510)의 제 2 방향(Y)과 나란하면서 제 1 기판(510)의 제 1 방향(X)을 따라 복수의 저항체 도트 패턴 사이사이에 대응되도록 제 1 기판(510)의 상면에 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다. 즉, 상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)은 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 사이사이에 마련된다.
상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573)과 상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)은 서로 교차하는 방향으로 형성됨으로써 메쉬(mesh) 형태를 갖는다.
한편, 다른 예에 따른 지지 부재(570)는, 도 13에 도시된 바와 같이, 복수의 제 1 및 제 2 라인 지지 패턴(573, 575) 대신에 복수의 도트 지지 패턴(577)을 포함할 수도 있다.
상기 복수의 도트 지지 패턴(577) 각각은 상기 제 1 기판(510)의 상면에 섬 형태를 갖는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다. 상기 복수의 도트 지지 패턴(577)은 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 사이사이마다 정의된 제 1 영역과 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 사이사이마다 정의된 제 2 영역의 교차 영역에 도트 형태를 가지도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 복수의 도트 지지 패턴(577)은 인접한 4개의 저항체 도트 패턴 (550)에 의해 둘러싸이는 영역마다 마련될 수 있다.
이와 같은, 다른 예에 따른 탄성 저항체 부재(550) 및 지지 부재(570)를 포함하는 터치 스크린 장치는 사용자(10)의 터치 포스에 따라 섬 형태의 복수의 저항체 도트 패턴 (550) 각각에 형성되는 터치 센서(555)의 정전 용량 변화 또는 저항 값 변화를 센싱함으로써 정확도 및 감도가 향상된 2차원 터치 정보 또는 3차원 터치 정보뿐만 아니라 멀티 터치에 대한 2차원 터치 정보 또는 3차원 터치 정보를 산출할 수 있다.
다음으로, 도 14를 참조하면, 또 다른 예에 따른 탄성 저항체 부재(550)는 2개 이상의 제 1 전극 라인(TL)을 갖는 제 1 전극 라인 그룹(5121 내지 512i)과 2개 이상의 제 2 전극 라인(RL)을 갖는 제 2 전극 라인 그룹(5321 내지 532j)의 교차 영역과 중첩되도록 제 1 기판(510) 상에 섬 형태로 마련된 복수의 저항체 도트 패턴을 포함할 수도 있다.
상기 복수의 저항체 도트 패턴 각각은 적어도 2개의 제 1 전극 라인(TL)과 적어도 2개의 제 2 전극 라인(RL)이 서로 교차하는 적어도 4개의 교차 영역을 모두 포함하는 원형 또는 다각 형태의 섬 형태로 마련된다.
또 다른 예에 따른 지지 부재(570)는 도 12에서와 같이, 상기 제 1 기판(510)의 상면 테두리 부분에 마련된 테두리 패턴(571), 제 1 기판(510)의 제 1 방향(X)과 나란하면서 제 1 기판(510)의 제 2 방향(Y)을 따라 복수의 저항체 도트 패턴(550) 사이사이에 마련되는 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573), 및 제 1 기판(510)의 제 2 방향(Y)과 나란하면서 제 1 기판(510)의 제 1 방향(X)을 따라 복수의 저항체 도트 패턴 사이사이에 마련되는 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)을 포함한다. 상기 복수의 제 1 라인 지지 패턴(573)과 상기 복수의 제 2 라인 지지 패턴(575)은 복수의 저항체 도트 패턴 사이사이에 서로 교차하도록 형성됨으로써 메쉬(mesh) 형태를 갖는다.
한편, 또 다른 예에 따른 지지 부재(570)는, 도 13에서와 같이, 복수의 제 1 및 제 2 라인 지지 패턴(573, 575) 대신에 복수의 도트 지지 패턴(577)을 포함할 수도 있다.
상기 복수의 도트 지지 패턴(577) 각각은 상기 제 1 기판(510)의 상면에 섬 형태를 갖는 원기둥 또는 다각 기둥 형태로 마련되어 상기 제 2 기판(530)을 지지한다. 상기 복수의 도트 지지 패턴(577)은 복수의 제 1 전극 라인(TL1 내지 TLn) 사이사이마다 정의된 제 1 영역과 복수의 제 2 전극 라인(RL1 내지 RLm) 사이사이마다 정의된 제 2 영역의 교차 영역에 도트 형태를 가지도록 마련될 수 있다. 즉, 상기 복수의 도트 지지 패턴(577)은 인접한 4개의 저항체 도트 패턴 (550)에 의해 둘러싸이는 영역마다 마련될 수 있다.
도 15는 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법을 설명하기 위한 순서도이며, 도 16은 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법에서 터치 센싱에 따른 센싱 데이터를 나타내는 파형도이다.
도 15 및 도 16을 도 6과 결부하여 본 발명의 일 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법은 터치 패널(500)에 마련된 터치 센서의 정전 용량 변화를 센싱하여 2차원 터치 정보를 산출하고, 상기 터치 센서의 저항 값 변화를 센싱하여 3차원 터치 정보를 산출함으로써 터치 패널(500)의 사용자 터치에 대한 2차원 터치 정보뿐만 아니라 3차원 터치 정보를 산출한다. 이를 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
먼저, 탄성 저항체 부재(550)를 사이에 두고 서로 이격되면서 교차하는 제 1 및 제 2 전극(512, 532) 사이의 교차 영역에 마련된 터치 센서(155)의 정전 용량 변화를 센싱하여 위치 센싱 데이터를 생성한다(S100). 즉, 터치 구동부(600)는 2차원 터치 센싱 모드(Mode1)에 따라 제 1 전극(512)에 터치 구동 펄스를 공급하면서 제 2 전극(532)을 통해 터치 센서(550)의 정전 용량 변화를 센싱하여 위치 센싱 데이터를 생성한다.
이와 동시에, 위치 센싱 데이터를 실시간으로 모니터링(RTM)하여 기준 압력 이상의 사용자 터치 포스에 따라 위치 센싱 데이터가 왜곡되는 터치 포스 이벤트를 검출하고, 터치 포스 이벤트의 검출 결과에 따라 이벤트 검출 신호를 생성한다(S110). 즉, 터치 구동부(600)는 기준 압력 이상의 사용자 터치 포스에 따라 도전 상태의 제 1 및 제 2 전극(112, 132) 사이에 흐르는 전류에 의해 터치 센서(555)의 정전 용량(Cm)이 왜곡되는 터치 포스 이벤트를 검출한다. 그리고, 터치 구동부(600)는 위치 센싱 데이터에서 터치 포스 이벤트가 발생되지 않을 경우, 제 1 논리 상태의 이벤트 검출 신호를 생성하고, 위치 센싱 데이터에서 터치 포스 이벤트가 발생될 경우, 제 2 논리 상태의 이벤트 검출 신호를 생성한다.
상기 단계 S110에서, 상기 위치 센싱 데이터로부터 터치 포스 이벤트가 발생되지 않을 경우(S110의 "No"), 제 1 논리 상태의 이벤트 검출 신호에 따라 상기 위치 센싱 데이터를 이용하여 2차원 터치 정보를 산출하고(S120), 산출된 2차원 터치 정보를 호스트 시스템(700)으로 출력한다(S130).
한편, 상기 단계 S110에서, 상기 위치 센싱 데이터로부터 터치 포스 이벤트가 발생될 경우(S110의 "Yes"), 제 2 논리 상태의 이벤트 검출 신호에 따라 터치 센서(555)의 저항 값 변화를 센싱하여 포스 센싱 데이터를 생성하고(S140), 센싱된 포스 센싱 데이터를 이용하여 3차원 터치 정보를 산출하고(S150), 산출된 3차원 터치 정보를 호스트 시스템(700)으로 출력한다(S160). 즉, 터치 구동부(600)는 터치 포스 이벤트의 발생에 대응되는 3차원 터치 센싱 모드(Mode2)에 따라 제 1 전극(512)에 터치 구동 펄스를 공급하면서 제 2 전극(532)을 통해 터치 센서(550)의 저항 값 변화를 센싱하여 포스 센싱 데이터를 생성한다. 이때, 터치 구동부(600)는 터치 포스 이벤트의 발생시 터치 위치를 포함하는 국부적인 영역에 배치된 하나 이상의 제 2 전극 라인(532)에 대해 터치 센서(555)의 저항 값 변화를 센싱한다.
그런 다음, 미리 설정된 터치 센싱 주기마다 상기 단계 S100 내지 S160을 반복적으로 수행함으로써 사용자 터치에 대한 2차원 터치 또는 3차원 터치를 센싱한다.
이상과 같은, 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법은 기준 압력 이하의 사용자 터치 포스에 따라 형성되는 터치 센서의 정전 용량 변화를 센싱하여 2차원 터치 정보를 산출하고, 기준 압력 이상의 사용자 터치 포스에 따라 형성되는 터치 센서의 저항 값 변화를 센싱하여 3차원 터치 정보를 산출함으로써 사용자(10)의 터치 포스에 대해 2차원 터치 정보뿐만 아니라 3차원 터치 정보를 산출할 수 있다.
추가적으로, 전술한 바와 같은 터치 스크린 장치는 전자 수첩, 전자 책, PMP(Portable Multimedia Player), 네비게이션, UMPC(Ultra Mobile PC), 모바일 폰, 스마트 폰(smart phone), 스마트 와치(smart watch), 태블릿 PC(Personal Computer), 와치 폰(watch phone), 및 이동 통신 단말기 등과 같은 휴대용 전자 기기의 사용자 인터페이스로 사용된다. 이에 따라, 본 발명은 3차원 터치 정보를 사용자 인터페이스로 하는 휴대용 전자 기기를 제공할 수 있다.
도 17은 본 발명의 일 예에 따른 휴대용 전자 기기를 개략적으로 나타내는 도면이다.
도 17을 참조하면, 본 발명의 일 예에 따른 휴대용 전자 기기는 하우징(710), 디스플레이 모듈(720), 및 터치 스크린 장치(730)를 포함한다.
상기 하우징(710)은 수납 공간을 포함하도록 형성되어 휴대용 전자 기기의 최외곽 후면과 측면을 구성한다.
상기 디스플레이 모듈(720)은 터치 스크린 장치(730)의 아래에 배치되도록 하우징(710)의 수납 공간에 수납되어 호스트 시스템(미도시)으로부터 제공되는 영상을 표시한다. 예를 들어, 상기 디스플레이 모듈(720)은 평판 디스플레이 패널(미도시) 및 패널 구동부(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 여기서, 평판 디스플레이 패널은 액정 디스플레이 패널, 전계 방출 디스플레이 패널, 플라즈마 디스플레이 패널, 전기 영동 디스플레이 패널, 또는 유기 발광 디스플레이 패널이 될 수 있다. 패널 구동부는 호스트 시스템으로부터 공급되는 디지털 영상 데이터를 평판 디스플레이 패널에 표시한다.
상기 터치 스크린 장치(730)는 디스플레이 모듈(720)의 표시면 상에 배치되어 사용자에 의한 휴먼 터치, 전도성 물체의 터치 또는 비전도성 물체의 터치를 센싱한다. 이러한 터치 스크린 장치(730)는 도 1 내지 도 14에 도시된 터치 스크린 장치와 동일한 구성을 가지며, 도 15 및 도 16에 도시된 바와 같은 터치 센싱 방법에 따라 사용자 터치에 대한 2차원 터치 정보뿐만 아니라 3차원 터치 정보를 생성하여 호스트 시스템에 제공한다.
본 발명의 일 예에 따른 휴대용 전자 기기는 터치 스크린 장치(730)의 상면에 부착되는 커버 윈도우(740)를 더 포함한다. 상기 커버 윈도우(740)는 OCA(optical clear adhesive) 등과 같은 투명 접착제(미도시)에 의해 터치 스크린 장치의 터치 패널 상면에 부착됨으로써 터치 스크린 장치의 전면(前面)을 보호할 뿐만 아니라 휴대용 전자 기기의 전면(前面)을 보호하는 역할을 한다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다. 그러므로, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
110, 510: 제 1 기판 112, 512: 제 1 전극
130, 530: 제 2 기판 132, 532: 제 2 전극
150, 250, 350, 550: 탄성 저항체 부재 170, 270, 370, 570: 지지 부재
190: 커버 윈도우 500: 터치 패널
600: 터치 구동부 610: 펄스 공급부
630: 터치 센싱부 631: 선택부
635: 제 1 센싱 유닛 637: 제 2 센싱 유닛
650: 터치 제어부 700: 호스트 시스템

Claims (20)

  1. 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극 사이에 마련되는 터치 센서를 갖는 터치 패널; 및
    상기 터치 센서의 정전 용량 변화를 수신하여 2차원 터치 정보를 산출하고 상기 터치 센서의 저항 값 변화를 수신하여 3차원 터치 정보를 산출하는 터치 구동부를 포함하는, 터치 스크린 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 센서는 상기 터치 패널에 대한 사용자의 터치 포스에 따라 정전 용량 또는 저항 값을 갖는, 터치 스크린 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 패널은,
    상기 제 1 전극을 갖는 제 1 기판;
    상기 제 2 전극을 갖는 제 2 기판;
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 배치된 탄성 저항체 부재; 및
    상기 탄성 저항체 부재와 상기 제 2 전극 사이에 갭 공간을 마련하는 지지 부재를 포함하며,
    상기 터치 센서는 상기 탄성 저항체 부재를 사이에 두고 서로 마주보는 상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 마련되는, 터치 스크린 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 터치 센서의 정전 용량은 상기 제 2 전극과 상기 탄성 저항체 부재의 전기적인 분리에 의해 마련되고,
    상기 터치 센서의 저항 값은 상기 제 2 전극과 상기 탄성 저항체 부재의 전기적인 접촉에 의해 마련되는, 터치 스크린 장치.
  5. 제 1 전극을 갖는 제 1 기판;
    상기 제 1 전극과 교차하는 제 2 전극을 갖는 제 2 기판;
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 배치된 탄성 저항체 부재; 및
    상기 탄성 저항체 부재와 상기 제 2 전극 사이에 갭 공간을 마련하는 지지 부재를 포함하며,
    상기 제 2 전극은 사용자의 터치 포스가 기준 압력 이상일 경우에만 상기 탄성 저항체 부재와 전기적으로 접촉되는, 터치 스크린 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 제 1 및 제 2 전극 사이에 마련되는 터치 센서의 정전 용량 변화를 상기 제 2 전극으로부터 수신하여 2차원 터치 정보를 산출하고, 상기 터치 센서의 저항 값 변화를 상기 제 2 전극으로부터 수신하여 3차원 터치 정보를 산출하는 터치 구동부를 더 포함하는, 터치 스크린 장치.
  7. 제 3 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 구동부는 상기 터치 센서의 정전 용량 변화를 센싱하여 위치 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 위치 센싱 데이터로부터 검출되는 상기 기준 압력 이상의 터치 포스 이벤트에 따라 상기 터치 센서의 저항 값 변화를 센싱하여 포스 센싱 데이터를 생성하며, 센싱된 포스 센싱 데이터를 이용하여 상기 3차원 터치 정보를 산출하는, 터치 스크린 장치.
  8. 제 3 항, 제 4 항 및 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 구동부는,
    상기 제 1 전극에 터치 구동 펄스를 공급하는 펄스 공급부;
    상기 제 2 전극을 통해 상기 터치 센서의 정전 용량 변화를 센싱하여 제 1 센싱 데이터를 생성하고 상기 제 2 전극을 통해 상기 터치 센서의 저항 값 변화를 센싱하여 제 2 센싱 데이터를 생성하는 터치 센싱부; 및
    상기 펄스 공급부를 제어하고 상기 제 1 센싱 데이터를 이용하여 상기 2차원 터치 정보를 산출하며 상기 제 2 센싱 데이터를 이용하여 상기 3차원 터치 정보를 산출하는 터치 제어부를 포함하는, 터치 스크린 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 터치 제어부는 상기 제 1 센싱 데이터를 모니터링하여 기준 압력 이상을 갖는 사용자의 터치 포스에 따른 터치 포스 이벤트를 검출하여 이벤트 검출 신호를 생성하며,
    상기 터치 센싱부는,
    상기 터치 센서의 정전 용량 변화를 센싱하여 상기 제 1 센싱 데이터를 생성하는 제 1 센싱 유닛;
    상기 터치 센서의 저항 값 변화를 센싱하여 상기 제 2 센싱 데이터를 생성하는 제 2 센싱 유닛; 및
    상기 이벤트 검출 신호에 응답하여 상기 제 2 전극을 상기 제 1 센싱 유닛 또는 제 2 센싱 유닛에 연결하는 선택부를 포함하는, 터치 스크린 장치.
  10. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 지지 부재는 상기 탄성 저항체 부재와 상기 제 2 전극 사이의 높이를 10 ~ 150㎛로 유지시키는, 터치 스크린 장치.
  11. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 제 1 방향과 나란하게 배치된 복수의 제 1 전극 라인을 가지며,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향과 나란하게 배치된 복수의 제 2 전극 라인을 가지며,
    상기 지지 부재는 라인 또는 도트 형태의 평면을 가지면서 1개 이상의 제 1 전극 라인을 갖는 제 1 전극 라인 그룹 사이 및 1개 이상의 제 2 전극 라인을 갖는 제 2 전극 라인 그룹 사이 중 적어도 하나에 마련된 복수의 지지 패턴을 포함하는, 터치 스크린 장치.
  12. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 제 1 방향과 나란하게 배치된 복수의 제 1 전극 라인을 가지며,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향과 나란하게 배치된 복수의 제 2 전극 라인을 가지며,
    상기 탄성 저항체 부재는 상기 복수의 제 1 전극 라인 각각과 중첩되거나 상기 복수의 제 2 전극 라인 각각과 중첩되는 복수의 저항체 라인 패턴을 포함하는, 터치 스크린 장치.
  13. 제 3 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 1 전극은 제 1 방향과 나란하게 배치된 복수의 제 1 전극 라인을 가지며,
    상기 제 2 전극은 상기 제 1 방향과 교차하는 제 2 방향과 나란하게 배치된 복수의 제 2 전극 라인을 가지며,
    상기 탄성 저항체 부재는 제 1 기판의 상면에 마련되고, 1개 이상의 제 1 전극 라인을 갖는 제 1 전극 라인 그룹과 1개 이상의 제 2 전극 라인을 갖는 제 2 전극 라인 그룹의 교차 영역마다 배치된 복수의 저항체 도트 패턴을 포함하는, 터치 스크린 장치.
  14. 제 1 항 또는 제 7 항에 있어서,
    상기 제 2차원 터치 정보와 3차원 터치 정보는 서로 다른 데이터 형식을 갖는, 터치 스크린 장치.
  15. 제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 기재된 터치 스크린 장치;
    수납 공간을 갖는 하우징; 및
    상기 수납 공간에 수납되고 상기 터치 스크린 장치의 아래에 배치된 디스플레이 모듈을 포함하는, 휴대용 전자 기기.
  16. 서로 마주하는 제 1 및 제 2 전극 사이에 마련된 터치 센서의 정전 용량 변화를 센싱하여 2차원 터치 정보를 산출하는 단계(A); 및
    상기 터치 센서의 저항 값 변화를 센싱하여 3차원 터치 정보를 산출하는 단계(B)를 포함하는, 터치 스크린 장치의 구동 방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 터치 센서는 사용자의 터치 포스에 따라 정전 용량 또는 저항 값을 갖는, 터치 스크린 장치의 구동 방법.
  18. 제 16 항에 있어서,
    상기 터치 센서는 탄성 저항체 부재를 사이에 두고 서로 이격되면서 교차하는 상기 제 1 및 제 2 전극 사이의 교차 영역에 마련되고,
    상기 터치 센서의 정전 용량은 상기 제 2 전극과 상기 탄성 저항체 부재의 전기적인 분리에 의해 마련되고,
    상기 터치 센서의 저항 값은 상기 제 2 전극과 상기 탄성 저항체 부재의 전기적인 접촉에 의해 마련되는, 터치 스크린 장치의 구동 방법.
  19. 제 18 항에 있어서,
    상기 터치 센서의 정전 용량 변화를 센싱하여 위치 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 위치 센싱 데이터를 모니터링하여 기준 압력 이상을 갖는 사용자의 터치 포스에 따른 터치 포스 이벤트를 검출하여 이벤트 검출 신호를 생성하는 단계를 더 포함하며,
    상기 단계(B)는 상기 이벤트 검출 신호에 따라 상기 터치 센서의 저항 값 변화를 센싱하여 포스 센싱 데이터를 생성하고, 센싱된 포스 센싱 데이터를 이용하여 상기 3차원 터치 정보를 산출하는, 터치 스크린 장치의 구동 방법.
  20. 제 16 항 내지 제 19 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제 2차원 터치 정보와 3차원 터치 정보는 서로 다른 데이터 형식을 갖는, 터치 스크린 장치의 구동 방법.
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