KR20160147688A - 터치 입력 장치 - Google Patents

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윤형섭
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주식회사 하이딥
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Abstract

본 발명에 따른 터치 입력 장치는 복수의 구동전극 및 복수의 수신전극을 포함하는 터치 센서 패널; 상기 복수의 구동전극에 구동신호를 인가하는 구동부; 및 상기 터치 센서 패널의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 수신신호를 수신하여 상기 정전용량 변화량를 검출하는 검출부를 포함하며, 상기 검출부는 상기 수신신호의 크기에 따라 상기 터치 표면에 대한 터치 여부 및 터치 압력을 검출할 수 있다.

Description

터치 입력 장치{TOUCH INPUT DEVICE}
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전용량의 변화를 통해 터치 센서 패널 상의 터치, 터치 위치 및/또는 터치 압력의 크기를 감지할 수 있는 터치 입력 장치에 관한 것이다.
컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린의 이용이 증가하고 있다.
터치 스크린은 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널일 수 있는 터치 센서 패널(touch sensor panel)을 포함할 수 있다. 이러한 터치 센서 패널은 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 터치 스크린은 사용자가 손가락 등으로 디스플레이 스크린을 단순히 접촉함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 터치 스크린은 디스플레이 스크린 상의 접촉 및 접촉 위치를 인식하고 컴퓨팅 시스템은 이러한 접촉을 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이때, 터치 스크린 상의 터치에 따른 정전용량의 변화를 감지함으로써 터치 스크린 상의 터치 및 터치 위치뿐 아니라 터치시의 압력의 크기를 감지할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 터치 센서 패널 상의 터치 여부 및 터치의 위치뿐 아니라 터치 압력의 크기를 감지할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 기존의 터치 여부 및 터치 위치를 감지할 수 있는 터치 센서 패널을 이용하면서도 터치 압력의 크기까지 감지할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는 복수의 구동전극 및 복수의 수신전극을 포함하는 터치 센서 패널; 상기 복수의 구동전극에 구동신호를 인가하는 구동부; 및 상기 터치 센서 패널의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 수신신호를 수신하여 상기 정전용량 변화량를 검출하는 검출부를 포함하며, 상기 검출부는 상기 수신신호의 크기에 따라 상기 터치 표면에 대한 터치 여부 및 터치 압력을 검출할 수 있다.
본 발명에 따르면 터치 센서 패널 상의 터치 및 터치의 위치뿐 아니라 터치 압력의 크기를 감지할 수 있는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 기존의 터치 여부 및 터치 위치를 감지할 수 있는 터치 센서 패널을 이용하면서도 터치 압력의 크기까지 감지할 수 있는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 구조도이다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 터치 센서 패널에 터치 압력이 가해질 때의 상태를 예시한다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 터치 센서 패널에 대한 터치시의 구동신호와 수신신호의 파형을 예시한다.
도4a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 터치 센서 패널에 대한 터치시에 자체 정전용량 변화에 따른 수신신호의 파형 변화를 구동신호와 함께 예시한다.
도4b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 터치 센서 패널에 대한 터치시에 상호 정전용량 변화에 따른 수신신호의 파형 변화를 구동신호와 함께 예시한다.
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.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 터치 입력 장치를 설명한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 구조도이다. 도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함하는 터치 센서 패널(100), 상기 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(200), 및 터치 센서 패널(100)의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 수신신호를 수신하여 상기 정전용량 변화량를 검출하는 검출부(300)를 포함할 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 이하의 설명 및 첨부되는 도면에서는 터치 센서 패널(100)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 대각선, 동심원 및 3차원 랜덤 배열 등을 비롯한 임의의 수의 차원 및 이의 응용 배열을 갖도록 할 수 있다. 여기서, n 및 m은 양의 정수로서 서로 같거나 다른 값을 가질 수 있으며 실시예에 따라 크기가 달라질 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에서 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 동일한 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 절연막(미도시)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 또한, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 하나의 절연막(미도시)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 또는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)은 제1절연막(미도시)의 일면에 그리고 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 상기 제1절연막과 다른 제2절연막(미도시)의 일면상에 형성될 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극 (RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 구리 등의 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(200)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다. 이때, 검출부(300)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 상호 정전용량(Cm: 101)에 관한 정보를 포함하는 신호를 수신함으로써 해당 정전용량의 변화량을 감지할 수 있다. 이와 같이, 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서 패널(100)을 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(C)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도1에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 검출부(300)에서 감지하여 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면에서 터치 센서 패널(100)에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치의 여부 및/또는 터치의 위치를 검출하는 것을 설명하였으나, 전술한 바와 같이 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)을 이용하여 터치의 여부 및/또는 위치와 함께 또는 이와 별개로 터치의 압력의 크기를 검출할 수 있다. 도2 내지 도4와 관련해서 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 압력의 크기를 검출하는 원리에 대해서 상세히 설명한다.
도2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서 패널(100)에 터치 압력이 가해질 때의 상태를 예시한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(100)의 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 패널(600)의 상부 또는 내부에 배치될 수 있다. 도2에서는 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(600)의 상부에 배치된 것을 도시하나, 이는 단지 예시일 뿐이며 터치 센서 패널(100)의 위치는 이에 한정되지 않는다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(100)의 터치 센서 패널(100)이 형성될 수 있는 디스플레이 패널(600)은 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다.
도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(100)는 기준 전위층(500)을 포함할 수 있다. 기준 전위층(500)은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 포함된 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)과 이격되어 배치될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널(600)과 결합하여 형성되는 경우, 기준 전위층(500)은 디스플레이 패널(600)의 그라운드(ground) 층일 수 있다. 이때, 기준 전위층(500)은 터치 센서 패널(100)의 2차원 평면과 평행한 평면을 가질 수 있다. 또한, 기준 전위층(500)은 터치 센서 패널(100)의 2차원 평면과 평행한 평면상에 특정 패턴으로 형성되는 것도 가능하다.
도2에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 패널(600)은 이격되어 위치한다. 이때, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 패널(600)의 접착 방법의 차이에 따라 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 패널(600) 사이의 공간은 에어갭(air gap)이 존재하거나 접착제로 채워질 수 있다.
도2에서는 터치 센서 패널(500)과 기준 전위층(500) 사이에는 에어갭(800)이 존재하는 것이 예시된다. 이때, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 패널(600)을 고정하기 위해서 양면 접착 테이프(700: DAT: Double Adhesive Tape)가 이용될 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 패널(600)은 각각의 면적이 포개어진 형태이고, 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 패널(600) 각각의 가장자리 영역에서 양면 접착 테이프(700)를 통해서 두 개의 층이 접착되되 나머지 영역에서 터치 센서 패널(100)과 디스플레이 패널(600)이 소정 거리(d)로 이격될 수 있다. 이때, 도2에서는 기준 전위층(500)이 디스플레이 패널(600)과 터치 센서 패널(500) 사이에 위치하여, 터치 센서 패널(500)과 기준 전위층(500)이 거리(d)만큼 이격된 것이 예시된다.
도2에 도시된 바와 같이 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 객체(900)로 터치시 압력이 가해진 경우에 상태를 나타낸다. 도2에서는 설명의 편의를 위해서 터치 압력에 따른 터치 센서 패널(100)의 휘어짐이 과장되어 표시되었다.
일반적으로, 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 표면의 휘어짐 없이 터치하는 경우라도 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량(101: Cm)이 변화한다. 즉, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시에 상호 정전용량(Cm: 101)이 기본 상호 정전용량에 비해 감소할 수 있다. 이는 손가락과 같은 객체(900)가 터치 센서 패널(100)에 근접한 경우, 객체(900)가 그라운드(GND) 역할을 하여 상호 정전용량(Cm: 101)의 프린징 정전용량(fringing capacitance)이 객체(900)로 흡수되기 때문이다. 기본 상호 정전용량은 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 없는 경우에 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량의 값이다.
도2에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 객체(900)로 터치시 압력이 가해진 경우 터치 센서 패널(100)이 휘어질 수 있다. 이때, 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이의 상호 정전용량(101: Cm)의 값은 더 감소할 수 있다. 이는, 터치 센서 패널(100)이 휘어져 기준 전위층(500)과의 거리가 d에서 d'로 감소함으로써 상기 상호 정전용량(101: Cm)의 프린징 정전용량이 객체(900)뿐 아니라 기준 전위층(500)으로도 흡수되기 때문이다.
또한, 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 각각과 기준 전위층(600) 사이에서 자체 정전용량(self capacitance)(Cs: 102)이 형성될 수 있다. 즉, 구동전극(TX)과 그라운드 사이에 생성되는 정전용량 그리고 수신전극(RX)과 그라운드 사이에 생성되는 정전용량 각각이 자체 정전용량이다. 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 압력이 인가되지 않는 경우에는 자체 정전용량(Cs: 102)의 값은 변하지 않는다.
하지만, 도2에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)의 터치 표면을 객체(900)로 터치시 압력이 가해진 경우 터치 센서 패널(100)이 휘어질 수 있다. 이때, 터치 센서 패널(100)이 기준 전위층(500)과의 거리가 가까워진 영역의 자체 정전용량(Cs: 102) 값은 증가할 수 있다. 이는 Cs'(102)로 도면에 표시된다. 이는, 터치 센서 패널(100)이 휘어져 기준 전위층(500)과의 거리가 d에서 d'로 감소하기 때문이다.
도2에서는 디스플레이 패널(600)과 터치 센서 패널(100) 사이가 에어갭(800)으로 채워져 터치 센서 패널(100)에 압력이 인가될 때 터치 센서 패널(100)만 휘어지고 디스플레이 패널(600)은 휘어지지 않는 경우에 대해서 설명하였다. 즉, 터치 센서 패널(100)이 휘어지더라도 기준 전위층(500)은 휘어지지 않으므로 터치 센서 패널(100)에 압력이 가해질 때 터치 압력이 가해진 영역에서 터치 센서 패널(100)과 기준 전위층(500) 사이의 거리가 달라질 수 있다. 따라서, 기준 전위층(500)과 터치 센서 패널(100) 사이의 거리의 변화에 따라 상호 정전용량(Cm: 101) 및 자체 정전용량(Cs: 102)의 변화량을 측정함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 압력의 크기를 검출하는 기법은, 도2와 달리 디스플레이 패널(600)과 터치 센서 패널(100)이 접착제로 완전 라미네이션(lamination)된 경우에도 적용될 수 있다. 이러한 경우, 터치 센서 패널(100)의 터치 표면에 터치 압력이 가해지는 경우 터치 센서 패널(100)뿐 아니라 디스플레이 패널(600)까지 동시에 휘어지므로 도2에 도시된 바와 같은 위치에 배치된 기준 전위층(500)과 터치 센서 패널(100) 사이의 거리의 변화에 따른 상호 정전용량(Cm: 101) 및 자체 정전용량(Cs: 102)의 변화량을 측정함으로써 터치 압력의 크기를 검출할 수 없다. 하지만, 이러한 경우에는 기준 전위층(500)을 도2에 도시된 바와 같은 위치에 배치하지 않고, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 압력에 따라 터치 센서 패널(100)이 휘어지는 경우라도 휘어짐이 없는 위치에 기준 전위층(500)을 배치함으로써 본 발명의 실시예에 따른 터치 압력 검출 기법이 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 터치 센서 패널(100)과 이격되며 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 압력에도 불구하고 휘어짐이 없도록 구성된 기준 전위층(500)을 포함하여 구성될 수 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시의 구동신호와 수신신호의 파형을 예시한다. 도3에서는 하나의 구동전극(TX)과 이에 교차되는 수신전극(RX)을 나타내는 등가 회로도가 간단히 도시된다. 도3에 도시된 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX) 사이에는 상호 정전용량(Cm: 101)이 형성되고, 구동전극(TX)과 기준 전위층(그라운드) 사이에는 자체 정전용량(102TX: CsTX)가 형성되고, 수신전극(RX)과 기준 전위층 사이에는 자체 정전용량(102RX: CsRX)가 형성되어 있다. 또한, 구동전극(TX) 자체의 저항(RTX)과 수신전극(RX) 자체의 저항(RRX)이 도시된다.
예컨대, 도3의 좌측 상단에 도시된 바와 같이, 제어부(400)에서 결정된 주파수를 갖는 구동신호가 펄스형태로 구동전극(TX)에 인가될 수 있다. 이때, 상호 정전용량(Cm: 101)을 통해 커플링된 구동신호가 수신전극(RX)을 통해 검출부(300)로 전달될 수 있다. 수신전극(RX)을 통해 수신되는 수신신호의 파형이 도3의 하단에 도시된다. 즉, 구동신호가 사각 펄스 형태로 구동전극(TX)에 인가되더라도 수신신호는 동일한 사각 펄스 형태를 나타내지 않는다. 이는 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)과 그라운드(GND) 사이에 형성된 자체 정전용량(Cs)을 충전하는데 시간이 소요되기 때문이다. 따라서, 터치가 없는 경우에도 곡선a로 표시된 바와 같이 수신신호의 파형은 구동신호의 펄스의 상승 에지(rising edge)를 기점으로 기울기를 가지고 크기가 증가하게 되고 구동신호의 펄스의 하강 에지(falling edge)에 대응하는 시점부터 크기가 감소하는 파형이 반복될 수 있다.
이때, 수신신호의 크기가 증가하는 속도는 RC 상수(τ: RC constant)에 의해 결정된다. 보다 구체적으로, 수신신호의 크기 V(t)는 (1-e-t/τ)에 비례하며, 여기서 t는 시간 그리고 τ=RC로 표현될 수 있다. 상기 RC 상수(τ)를 결정하는 R 및 C는 구동전극(TX)의 자체 정전용량(102TX: CsTX) 및 저항(RTX)과 수신전극(RX)의 자체 정전용량(102RX: CsRX) 및 저항(RRX)이다. 이때, 저항(RTX 및 RRX)의 값은 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 및 터치 압력에 따른 변화량이 없거나 미미하여 무시할 수 있다. 따라서, 수신신호의 크기의 증가 속도는 자체 정전용량(Cs)의 값의 변화에 따라 결정될 수 있다. 즉, 자체 정전용량(Cs)의 값이 커질수록 수신신호의 크기의 증가 속도가 감소할 수 있다. 도3의 하단에서 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 압력의 인가시에 수신신호 파형이 b로 표시된다. 도3에 b로 도시된 바와 같이, 수신신호의 파형은 자체 정전용량(Cs)의 증가로 인해 크기의 증가 속도가 매우 느림을 알 수 있다.
또한, 도3에 곡선 b로 도시된 바와 같이, 수신신호의 파형은 터치 센서 패널(100)에 대한 터치에 따라 상호 정전용량(Cm)이 감소하여 자체 정전용량(Cs)이 완전히 충전된 후에도 그 크기가 a 파형에 비해 감소된 것을 알 수 있다. 수신신호의 크기(Vout)는 상호 정전용량(Cm)의 크기에 비례하는 값을 갖기 때문이다.
본 발명의 실시예에서는 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 압력에 따라 변화하는 자체 정전용량(Cs) 및/또는 상호 정전용량(Cm)의 변화에 따라 터치 압력의 크기를 검출하고자 한다.
도4a는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 터치 센서 패널에 대한 터치시에 자체 정전용량 변화에 따른 수신신호의 파형 변화를 구동신호와 함께 예시한다. 도4a에서는 상호 정전용량(Cm)의 변화량이 없는 경우를 예시한 것이다.
도4a에서 F1으로 표시된 사각 펄스는 구동전극(TX)에 인가되는 제1주파수(F1)를 갖는 구동신호를 나타낸다. 곡선 a는 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 없는 경우에 수신전극(RX)을 통해 검출부(300)에서 수신되는 수신신호의 파형이다. 곡선 b는 터치 센서 패널(100)에 대해 터치 압력이 인가된 경우에 수신전극(RX)을 통해 검출부(300)에서 수신되는 수신신호의 파형이다.
이때, 제1주파수를 갖는 구동신호가 구동전극(TX)에 인가될 때, A로 표시된 영역에서 수신신호가 충분히 충전되어 터치 압력이 인가된 경우(b)와 터치 압력이 인가되지 않은 경우(a)의 구분이 어렵다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 터치 압력의 크기를 검출하기 위해서 제1주파수보다 큰 제2주파수를 갖는 구동신호가 구동전극(TX)에 인가되도록 제어부(400)가 구동부(200)를 제어할 수 있다. 예컨대, 제2주파수를 갖는 구동신호의 펄스의 상승 에지는 제1주파수의 구동신호의 펄스의 그것과 동일하나, 하강 에지가 FE2로 FE1과 다르다. 이때, 제2주파수를 갖는 구동신호는 상대적으로 고주파수이므로 펄스의 주기가 더 짧다. 따라서, 수신신호의 충전이 충분히 완료되기 전에 펄스의 하강 에지(FE2)가 발생하게 된다. 구동신호의 펄스의 하강 에지(FE2) 이후에 수신신호의 크기는 감소하기 시작한다.
보다 구체적으로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 없는 경우(a)와 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 압력이 인가된 경우(b)에 신호의 충전 속도에는 차이가 난다. 따라서, 본 발명에서는, 도4a의 B로 표시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 없는 경우(a)의 신호 크기 값과 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 압력이 인가된 경우(b)의 신호 크기 값의 차이(D)가 크도록 제2주파수를 설정할 수 있다. 예컨대, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치의 압력에 기인한 자체 정전용량 변화에 근거한 수신신호의 과도 응답 변화율이 가장 크도록 제2주파수가 설정될 수 있다. 즉, 제2주파수를 갖는 구동신호에서 터치 압력이 인가된 경우(b)의 수신신호의 크기 값은 터치 압력에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 검출부(300)는 수신신호의 크기 값을 검출함으로써 해당 터치 압력의 크기를 판단할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 제어부(400)는 구동부(200)로 하여금 제1시간구간에서 제1주파수(F1)를 갖고 제2시간구간에서 상기 제1주파수보다 큰 제2주파수(F2)를 갖는 구동신호를 구동전극(TX)에 인가하도록 제어할 수 있다. 즉, 제어부(400)는 구동부(200)로 하여금 시분할하여 제1주파수와 제2주파수를 갖는 구동신호를 구동전극(TX)에 인가하도록 제어할 수 있다.
이에 따라, 본 발명의 실시예에 따른 검출부(300)는 제1시간구간에서 수신신호의 크기에 따라 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출하도록 하고, 제2시간구간에서 수신신호의 크기에 따라 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 압력을 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 제1주파수는 터치 센서 패널(100)에 대한 터치의 여부 및/또는 터치 위치를 충분히 정밀하게 검출할 수 있도록 정해질 수 있다. 예컨대, 본 발명의 실시예에서 구동신호의 펄스의 폭(상승 에지와 하강 에지 사이의 시간)에 대응하는 시간 동안에 수신전극(RX)의 자체 정전용량(Cs)이 충분히 충전될 수 있도록 제1주파수(F1)가 충분히 낮게 설정되어야 한다. 이와 더불어, 제1주파수(F1)는 SNR(Singnal to Noise Ratio)이 소정 기준에 적합하도록 잡음의 간섭을 줄일 수 있도록 너무 낮게 설정되는 것은 방지되어야 한다. 따라서, 제1주파수(F1)는 수신전극(RX)의 자체 정전용량(Cs)이 충분히 충전될 수 있도록 하면서도 잡음의 간섭을 충분히 줄일 수 있는 범위 내에서 설정될 수 있다.
본 발명의 실시예에서 제2주파수(F2)는 전술한 바와 같이 터치가 없는 경우(a)와 터치 압력이 인가된 경우(b)의 수신신호의 크기 차이 값(D)이 검출 가능한 정도로 설정되어야 한다. 예컨대, 터치 압력이 큰 경우에는 상기 두 경우(a 및 b)의 수신신호의 파형의 갭(gap)이 상대적으로 크게 벌어지므로 제2주파수(F2)의 설정범위는 상대적으로 넓을 수 있으나 터치 압력이 작은 경우에는 상기 두 경우(a 및 b)의 수신신호의 파형 사이의 갭(gap)이 상대적으로 작으므로 제2주파수(F2)의 설정범위는 상대적으로 좁을 수 있다.
도4b는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 터치 센서 패널에 대한 터치시에 상호 정전용량 변화에 따른 수신신호의 파형 변화를 구동신호와 함께 예시한다. 도4b에서는 자체 정전용량(Cs)의 변화량이 없는 경우를 예시한 것이다.
도4b에서, F1으로 표시된 사각 펄스는 구동전극(TX)에 인가되는 제1주파수를 갖는 구동신호를 나타낸다. 곡선 a는 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 없는 경우에 수신전극(RX)을 통해 검출부(300)에서 수신되는 수신신호의 파형이다. 곡선 c는 터치 센서 패널(100)에 대해 압력을 가하지 않고 단순히 터치만 수행한 경우에 수신전극(RX)을 통해 검출부(300)에서 수신되는 수신신호의 파형이다. 곡선 e는 터치 센서 패널(100)에 대해 터치 압력이 인간된 경우에 수신전극(RX)을 통해 검출부(300)에서 수신되는 수신신호의 파형이다.
이때, 제1주파수(F1)를 갖는 구동신호가 구동전극(TX)에 인가될 때, A로 표시된 영역에서 수신신호가 충분히 충전되지만, 상호 정전용량(Cm)의 변화량으로 인해 수신신호 크기의 최고 값이 곡선 a, c 및 e마다 서로 다름을 알 수 있다. 즉, 터치가 전혀 없는 경우(a)에 수신신호의 A영역에서의 크기는 가장 큰 값을 갖는다. 압력을 인가하지 않고 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 이루어지는 경우(c)는 상호 정전용량(Cm) 값이 (a) 경우보다 줄어들어 A영역에서 수신신호의 크기가 상대적으로 감소한다. 이와 마찬가지로, 압력을 인가하여 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 이루어지는 경우(e)는 상호 정전용량(Cm)이 더 감소하므로 (c) 경우보다도 A영역에서 수신신호의 크기가 더 작은 값을 갖는다.
수신전극(RX)의 자체 정전용량(Cs)을 충분히 충전한 후에 수신신호의 크기는 터치 여부 및 터치 압력의 크기에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시예에 따르면 수신전극(RX)의 자체 정전용량(Cs)을 충분히 충전한 후에 수신신호의 크기를 검출함으로써 터치 여부 및/또는 터치 압력의 크기를 검출할 수 있다.
따라서, 본 발명의 실시예에서는 상호 정전용량(Cm)의 변화량에 따라 터치 압력의 크기를 검출하기 위해서 수신전극(RX)에서 자체 정전용량(Cs)을 충분히 충전할 수 있도록 구동신호의 주파수를 결정할 수 있다. 즉, 구동신호의 펄스의 폭(펄스의 상승 에지로부터 하강 에지까지의 시간 구간)이 수신전극(RX)의 자체 정전용량(Cs)을 충분히 충전할 수 있는 시간보다 길어야 한다. 예컨대, 구동신호는 제1주파수(F1)를 가질 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 검출부(300)는 수신신호의 크기 값을 검출함으로써 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 압력의 크기를 판단할 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 터치 입력 장치(1000)에 대한 터치 검출 기법을 적용하면, 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있는 기존의 터치 센서 패널과는 다른 또는 별도의 전극 및 패널을 요구하지 않으면서도 터치 압력을 용이하게 검출할 수 있다.
이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치 센서 패널
200: 구동부
300: 검출부
400: 제어부
500: 기준 전위층
600: 디스플레이 패널
700: DAT
800: 에어갭
900: 객체
1000: 터치 입력 장치

Claims (5)

  1. 복수의 구동전극 및 복수의 수신전극을 포함하는 터치 센서 패널;
    상기 복수의 구동전극에 구동신호를 인가하는 구동부; 및
    상기 터치 센서 패널의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 수신신호를 수신하여 상기 정전용량 변화량를 검출하는 검출부를 포함하며,
    상기 검출부는 상기 수신신호의 크기에 따라 상기 터치 표면에 대한 터치 여부 및 터치 압력을 검출할 수 있는,
    터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 구동부는 제1시간구간에서 제1주파수를 갖고 제2시간구간에서 상기 제1주파수보다 큰 제2주파수를 갖는 상기 구동신호를 상기 구동전극에 인가하는,
    터치 입력 장치.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 구동전극 및 상기 복수의 수신전극과 이격된 기준 전위층이 포함된,
    터치 입력 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 검출부는:
    상기 제1시간구간에서 상기 터치 여부 및 터치 위치를 검출하고,
    상기 제2시간구간에서 상기 터치 압력을 검출할 수 있는,
    터치 입력 장치.
  5. 제2항 또는 제4항에 있어서,
    상기 제1주파수와 상기 제2주파수는 상기 터치 센서 패널의 저항 및 정전용량에 따라 결정되는,
    터치 입력 장치.
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