KR20170025108A - 플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치 - Google Patents

플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치 Download PDF

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KR20170025108A
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Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 터치 검출을 수행하며 플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치 및 이의 구동 방법이 제공된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 행과 열로 이루도록 배치되는 복수의 센서 패드; 상기 센서 패드 각각을 구동 장치와 연결시키는 복수의 신호 배선; 및 상기 복수의 센서 패드 상부에 배치되며, 적어도 두 개의 센서 패드를 덮도록 형성되는 복수의 서브 패드를 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.

Description

플렉서블 터치 스크린을 포함하는 터치 검출 장치{TOUCH DETECTING APPARATUS COMPRISING FLEXIBLE TOUCH SCREEN}
본 발명은 터치를 검출하며 플렉서블 터치 스크린을 포함하는 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 서로 이격되어 있는 센서 패드 사이 영역에 대한 터치 여부도 검출 가능해지도록 하는 터치 검출 장치에 관한 것이다.
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 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 1을 참고하면, 터치 스크린 패널(10)은 투명 기판(12)과 투명 기판(12) 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(12) 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 2 및 도 3에 도시되는 바와 같은 터치 검출 장치가 제안되었다.
도 2 및 도 3에 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(21) 위에 형성되며 다각형의 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 센서 패드(22) 및 센서 패드(22)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(23)을 포함한다.
각 신호 배선(23)은 한쪽 끝이 센서 패드(22)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(21)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 센서 패드(22)와 신호 배선(23)은 커버 유리(50)에 패터닝 될 수 있다.
구동 장치(30)는 복수의 센서 패드(22)를 순차적으로 하나씩 선택하여 해당 센서 패드(22)의 정전용량을 측정하고, 이를 통해 터치 발생 여부를 검출해낸다. 구체적으로 설명하면, 센서 패드(22)에 터치가 발생할 경우 터치 발생 도구(예를 들면, 손가락)와 센서 패드(22) 사이에는 터치 정전용량이 형성되는데, 이 터치 정전용량에 따라 센서 패드(22)의 출력단으로부터 출력되는 응답 신호가 달라지게 된다. 이러한 원리에 의해 센서 패드(22)에의 터치 여부가 검출되게 되고, 모든 센서 패드(22)에 대해 이러한 동작을 수행하게 되면 터치 여부 및 터치 발생 지점을 파악할 수 있게 된다.
그러나, 도 3에 도시되는 바와 같이, 복수의 센서 패드(22)들은 서로 이격되어 배치된다. 이렇기 때문에, 복수의 센서 패드(22) 중 어느 하나에 터치가 발생한 경우에는 해당 터치에 대한 검출 및 터치 발생 지점에 대한 검출이 가능해질 수 있으나, 센서 패드(22) 사이의 간격(A), 즉, 신호 배선(23)이 배치되기 위한 영역에 터치가 발생하는 경우에는 그 터치 발생 여부 및 터치 발생 지점을 파악하기가 어려워지는 문제점이 있었다.
또한, 최근 들어 플렉서블(Flexible)한 영상표시장치가 개발되고 있는 추세이며, 이 경우 상기 플렉서블 영상표시장치에 적용되는 터치 스크린 패널 역시 플렉서블한 특성이 요구된다.
따라서, 센서 패드(22) 사이의 간격(A)에 대한 터치 발생 여부도 검출이 가능하도록 하여 터치 검출의 정확도를 향상시키면서도, 동시에 플렉서블 특성을 부여할 수 있는 기술에 대한 개발이 필요하다.
본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 서로 이격된 복수의 센서 패드로 구성되는 터치 검출 장치에 있어서, 센서 패드 사이의 영역에 대한 터치에 대해서도 그 검출이 가능하도록 하는 것을 목적으로 한다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 행과 열로 이루도록 배치되는 복수의 센서 패드; 상기 센서 패드 각각을 구동 장치와 연결시키는 복수의 신호 배선; 및 상기 복수의 센서 패드 상부에 배치되며, 적어도 두 개의 센서 패드를 덮도록 형성되는 복수의 서브 패드를 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.
상기 서브 패드는 플로팅 상태로 유지될 수 있다.
상기 서브 패드는, 가장자리 패턴 및 상기 가장자리 패턴의 내부에 일정 거리 이격되어 배치되는 복수의 고립 패턴을 가질 수 있다.
상기 복수의 센서 패드와 신호 배선은 제1 레이어에 배치되고, 상기 복수의 서브 패드는 상기 제1 레이어와 절연되어 상부에 적층되는 제2 레이어에 배치될 수 있다.
상기 복수의 센서 패드를 이루는 복수의 변들 중 적어도 일변은 상기 열 방향을 기준으로 일정 각도를 이루는 복수의 선분으로 이루어진 톱날 패턴으로 형성될 수 있다.
상기 구동 장치와 연결되는 복수의 신호 배선 각각은 인접한 센서 패드의 상기 일변의 톱날 패턴과 평행하도록 연장 및 절곡될 수 있다.
상기 서브 패드 상부에 터치가 발생하는 경우, 상기 서브 패드와 상기 서브 패드에 의해 덮인 센서 패드들 사이에 정전용량이 형성될 수 있다.
실시예에 따르면, 복수의 센서 패드로 이루어지는 터치 검출 장치에 있어서 센서 패드 간 사이의 영역에서의 터치도 검출이 가능하며, 시인성 또한 향상된 터치 검출 장치를 얻을 수 있다.
도 1은 통상적인 터치 스크린 패널의 분해 평면도이다.
도 2는 통상적인 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 3은 통상적인 터치 검출 장치의 평면도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 사시도이다.
도 6및 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 터치 검출 동작을 설명하기 위한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
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 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 4를 참조하면, 터치 검출 장치는 터치 검출 장치는 터치 패널(100)과 구동 장치(200)를 포함한다.
터치 패널(100)은 제1 레이어(110)와 제2 레이어(120)를 포함한다. 제1 레이어(110)는 복수의 센서 패드(111) 및 각각의 센서 패드(111)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(112)을 포함한다. 복수의 센서 패드(111)는 복수의 행과 열을 이루도록 배치된다.
복수의 센서 패드(111)는 사각형 또는 마름모꼴일 수 있으며 균일한 형태의 다각형 형태일 수도 있다. 센서 패드(111)는 인접한 다각형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
제2 레이어(120)는 제1 레이어(110)의 상부에 배치된다. 제2 레이어(120)는 복수의 서브 패드(121)를 포함한다. 복수의 서브 패드(121)는 복수의 행과 열을 이루도록 배치된다. 각각의 서브 패드(121)는 이웃하고 있는 두 개의 센서 패드(111)와 그 사이 간격을 덮도록 배치된다. 각 서브 패드(121)의 적어도 일부는 이웃한 센서 패드(111) 중 적어도 두 개의 센서 패드(111)를 덮는다. 서브 패드(121)는 행 방향으로 인접하게 이격되어 있는 두 개의 센서 패드(111)들 및 그 사이 간격을 덮도록 배치될 수도 있고, 열 방향으로 인접하게 이격되어 있는 두 개의 센서 패드(111)들 및 그 사이의 간격을 덮도록 배치될 수도 있으며, 행 방향으로 인접하게 이격되어 있는 두 개의 센서 패드(111)들 및 그 사이 간격과, 열 방향으로 인접하게 이격되어 있는 두 개의 센서 패드(111)들 및 그 사이 간격을 모두 덮을 수도 있다.
서브 패드(121)의 중심은 나란한 2개의 센서 패드(111)들 사이에 위치하게 배치될 수 있다. 제1 레이어(110)와 제2 레이어(120) 간의 배치 관계와 관련하여서는 도 5를 참조하여 설명하기로 한다.
한편, 일 실시예에 따른 구동 장치(200)는 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230) 및 제어부(240) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 직접회로(IC) 칩으로 구현될 수 있다.
터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230), 제어부(240)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.
터치 검출부(210)는 센서 패드(111) 및 신호 배선(112)과 연결된 복수의 스위치와 복수의 커패시터를 포함할 수 있으며, 제어부(240)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 또한 터치 검출부(210)는 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 센서 패드(111)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(230)에 기억시킬 수 있다.
터치 정보 처리부(220)는 메모리(230)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.
메모리(230)는 터치 검출부(210)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초한 디지털 전압과 터치 검출, 면적 산출, 터치 좌표 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 기억한다.
제어부(240)는 터치 검출부(210) 및 터치 정보 처리부(220)를 제어하며, 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit, MCU)을 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(100)의 구성을 나타내는 사시도로서, 제1 레이어(110) 및 제2 레이어(120)의 배치 관계를 설명하기 위한 도면이다.
도 5를 참조하면, 제1 레이어(110)와 제2 레이어(120)는 서로 상하로 배치된다. 도 5에서는 제1 레이어(110) 상부에 제2 레이어(120)가 배치되는 것으로 예시하였으나, 그 반대로 배치되는 형태 또한 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 5에 도시된 예를 참조하면, 하부로부터 제1 절연층(510), 제1 레이어(110), 제2 절연층(520), 제2 레이어(120), 점착 필름(530), 유리판(540)이 적층된다.
제1 레이어(110)의 상부에는 제2 레이어(120)가 배치될 수 있다. 제1 레이어(110)와 제2 레이어(120)는 ITO(indium-tin-oxide) 등의 투명 전도성 물질로 구현될 수 있다.
한편, 제1 절연층(510)과 제2 절연층(520)은 제1 레이어(110)와 제2 레이어(120) 간, 제1 레이어(110)와 다른 회로 구성 간 절연 기능을 제공한다. 제1 절연층(510)과 제2 절연층(520)은 투명 재질의 플라스틱 등으로 구현될 수 있으며, 바람직하게는 내열성 및 강성 등이 뛰어난 폴리에틸렌 테레프탈레이트(PET: polyethyleneterephthalate) 재질로 구현될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널(100)이 디스플레이 장치 위에 배치되는 경우, 제1 절연층(510)은 상기 디스플레이 장치의 커버 유리일 수 있다.
점착 필름(530)은 구성요소 간의 결합을 위한 구성요소로서, 대전 방지 기능이 뛰어난 재질을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어, 점착 필름(530)은 광학용투명장착필름(OCA: Optically Clear Adhesive)으로 구현될 수 있다. 도면에서는 제2 레이어(120)와 유리판(540) 사이에만 점착 필름(530)이 개재되는 경우가 예시되었으나, 센서 패드(111)가 형성된 제1 레이어(110)와 제2 절연층(520) 사이에 추가적인 점착층(또는 점착 필름)이 더 형성될 수도 있다.
유리판(550)는 터치 패널을 외부로부터 보호하고 터치 발생 도구(예를 들면, 사람의 손가락 등)와 센서 패드(111) 간에 정전용량을 형성하는 매질로서의 역할을 한다.
이하에서는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 터치 검출 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 동작에 대해 설명하기 위한 회로도이다.
도 6을 참조하면, 터치 검출부(210)는 신호 배선(112)을 통하여 센서 패드(111)에 연결되어 있으며, 센서 패드(111)의 출력단(N1)과 연결되며 스위칭 동작을 하는 트랜지스터(211), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv), 공통 전압 정전용량(Cvcom)을 포함한다.
트랜지스터(211)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)로서 제어 신호(Vg)에 의해 온 또는 오프되어 센서 패드(111)에의 충전 신호(Vb) 공급과 차단을 담당한다. 제어 신호(Vg)와 충전 신호(Vb)는 제어부(240; 도 4 참조)에 의해 제어될 수 있으며, 트랜지스터(211) 대신 스위칭 동작을 할 수 있는 다른 소자가 사용될 수도 있다.
기생 정전용량(Cp)은 센서 패드(111)에 부수되는 기생 정전용량이다. 공통 전압 정전용량(Cvcom)은 터치 패널(100; 도 4 참조)이 LCD와 같은 표시 장치(도시하지 않음) 위에 장착될 때 표시 장치의 공통 전극(도시하지 않음)과 터치 패널(100) 사이에 형성되는 정전용량이다. 공통 전극에는 구형파 등의 공통 전압(Vcom)이 표시 장치에 의하여 인가된다. 한편 공통 전압 정전용량(Cvcom)도 일종의 기생 용량으로서 기생 정전용량(Cp)에 포함될 수 있으며, 이하 공통 전압 정전용량(Cvcom)에 대한 별도로 언급이 없으면 공통 전압 정전용량(Cvcom)은 기생 정전용량(Cp)에 포함되는 것으로 하여 설명한다.
구동 정전용량(Cdrv)은 센서 패드(111)별 소정 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 구동 정전용량(Cdrv)에 인가되는 교번 전압(Vdrv)은 바람직하게는 구형파 신호이다.
한편, 터치 발생 도구(F)는 도 6에 도시되는 바와 같이 복수의 센서 패드(111_1, 111_2) 사이의 간격에 접촉하여 터치를 발생시킬 수 있다. 이 때, 서브 패드(121)가 없는 경우를 가정하면, 터치 발생 도구(F)와 센서 패드(111_1, 111_2) 사이에는 어떠한 터치 정전용량도 형성되지 않게 된다. 후술하는 바와 같이, 터치 정전용량의 변화를 측정하여 터치 발생 여부를 판단하게 되는데 터치 발생 도구(F)와 센서 패드(111_1, 111_2) 간 터치 정전용량이 형성되지 않게 되면 터치 미발생으로 판단될 수 있으며, 이는 터치 검출의 오류로 이어지게 된다.
그러나, 본 발명의 실시예에 따르면, 센서 패드(111_1, 111_2)들 사이의 간격을 덮도록 서브 패드(121)가 형성되기 때문에, 센서 패드(111_1, 111_2)들 사이의 빈 영역에 터치가 발생하는 경우에도 터치 발생 도구(F)와 서브 패드(121) 사이에 터치 정전용량(Ct2)이 형성되고, 서브 패드(121)와 센서 패드(111_1, 111_2) 사이에 또 다른 터치 정전용량(Ct2_1, Ct2_2)이 형성된다. 즉, 복수의 센서 패드(111_1, 111_2) 사이의 영역에 터치가 발생하더라도 해당 지점에 서브 패드(121)가 배치되기 때문에 터치 정전용량(Ct2, Ct2_1, Ct2_2)이 형성되게 되며, 이에 따라 터치 검출이 가능해진다. 서브 패드(121)는 도면에 도시되는 바와 같이 어떠한 신호와도 연결되지 않은 플로팅 상태로 유지될 수 있다.
이웃하는 센서 패드(111_1, 111_2) 사이의 영역에 터치가 발생하였을 때의 터치 검출 동작에 대해서는 도 7을 참조하여 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
이하에서는, 터치 발생 도구(F)와 서브 패드(121) 및 센서 패드(111_1, 111_2)에 의해 형성되는 터치 정전용량들(Ct2, Ct2_1, Ct2_2)의 합성 정전용량, 즉, 터치 발생 도구(F)의 터치에 의해 센서 패드(111_2)와 연결된 것으로 등가화시킬 수 있는 합성 정전용량을 “Ct”로 표기하여, 도 6의 터치 검출부(210) 동작을 설명하기로 한다.
먼저, 제어 신호(Vg)에 의해 트랜지스터(211)가 턴 온 되어 충전 신호(Vb)가 공급된다. 이 때, 센서 패드(111_2)의 출력 전압(Vo)은 충전 전압(Vb)이 되고, 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv) 및 공통 전압 정전용량(Cvcom)에도 충전 전압(Vb)에 의하여 전하가 충전된다.
충전 신호(Vb)에 의해 센서 패드(111_2)의 충전이 완료되면 트랜지스터(211)가 턴 오프된다. 이에 의해, 터치 정전용량(Ct), 기생 정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv) 및 공통 전압 정전용량(Cvcom)에 충전된 전하가 고립된다. 이 때, 충전된 전하를 안정적으로 고립시키기 위하여 연산 증폭기(A)의 입력단은 하이 임피던스로 형성될 수 있다.
이와 같이 센서 패드(111_2) 등에 충전된 전하가 고립되어 있는 상태를 플로팅(floating) 상태라 한다.
이러한 플로팅 상태에서 구동 정전용량(Cdrv)에 인가된 교번 전압(Vdrv)이 로우(low) 레벨에서 하이(high) 레벨로 상승하면 센서 패드(111_2)의 출력 전압(Vo)은 순간적으로 상승하고, 교번 전압(Vdrv)이 하이 레벨에서 로우 레벨로 하강하면 센서 패드(111_2)의 출력 전압(Vo)은 순간적으로 강하된다. 출력 전압(Vo)의 상승과 강하의 정도는 센서 패드(111_2)에 연결된 정전용량에 따라 상이한 값을 갖게 된다.
터치 미발생 시에는 구동 정전용량(Cdrv)과 기생 정전용량(Cp)만이 센서 패드(111_2)와 연결된 상태로 등가화시킬 수 있고, 터치 발생 시에는 구동 정전용량(Cdrv)과 기생 정전용량(Cp) 외에도 터치 정전용량(Ct)이 센서 패드(111_2)와 연결된 상태인 것으로 등가화시킬 수 있다.
따라서, 센서 패드(111_2)의 출력 전압(Vo)의 크기 변화를 관찰함으로써 터치 발생 여부를 검출할 수 있게 된다.
이하, 이웃하는 센서 패드(111_1, 111_2) 사이의 간격에 터치 발생 도구(F)에 의한 터치가 발생하였을 경우의 터치 검출에 대해 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 패드와 서브 패드 간의 배치 구조를 상세히 나타내는 도면이다.
도 7을 참조하면, 이웃하는 센서 패드(111_1, 111_2)를 모두 덮도록 서브 패드(121)가 배치되며, 센서 패드(111_1, 111_2)가 배치된 레이어와 서브 페드(121)가 배치된 레이어는 일정 간격 이격된다.
터치 발생 도구(F)는 측면에서 보았을 때 서로 이웃한 제1 센서 패드(111_1) 및 제2 센서 패드(111_2) 중 하나의 센서 패드(111_1)의 상부에 대해 터치를 발생시킬 수도 있지만(A), 제1 센서 패드(111_1)와 제2 센서 패드(111_2) 중 어느 하나의 센서 패드 상부가 아니라, 그 사이의 영역에 터치를 발생시킬 수도 있다(B).
A의 경우에는, 제1 센서 패드(111_1)의 상부 영역에 터치 발생 도구(F)가 존재하기 때문에, 터치 발생 도구(F)가 제1 센서 패드(111_1)를 덮는 중첩 영역에 해당하는 제1 터치 정전용량(Ct1)이 형성된다. 또한, 터치 발생 도구(F)가 서브 패드(121) 상부를 덮기 때문에, 터치 발생 도구(F)와 서브 패드(121) 사이에는 제2 터치 정전용량(Ct2)이 형성된다. 한편, 플로팅 상태로 유지되는 서브 패드(121)와 제1 센서 패드(111_1) 사이, 서브 패드(121)와 제2 센서 패드(111_2) 사이에는 제3 터치 정전용량(Ct2_1) 및 제4 터치 정전용량(Ct2_2)이 형성된다.
결과적으로 A의 경우 제1 센서 패드(111_1)에는 제1 터치 정전용량(Ct1), 제2 터치 정전용량(Ct2) 및 제3 터치 정전용량(Ct3)이 연결된 것으로 등가화되며, 제2 센서 패드(111_2)에는 제2 터치 정전용량(Ct2) 및 제4 터치 정전용량(Ct4)이 연결된 것으로 등가화된다.
즉, 터치 발생에 의해 제1 센서 패드(111_1) 및 제2 센서 패드(111_2)에 각각 크기가 다른 합성 정전용량이 연결되게 된다. 따라서, 제1 센서 패드(111_1) 및 제2 센서 패드(111_2)에 대한 터치 여부 검출을 수행하면, 2개의 센서 패드(111_1, 111_2) 모두로부터 모두 출력 전압 변화가 검출된다. 만약 제3 터치 정전용량(Ct2_1)과 제4 터치 정전용량(Ct2_2)의 크기 차이가 제1 터치 정전용량(Ct1)의 크기에 비해 무시할만한 수준이라면, 전체적으로 제1 센서 패드(111_1)에는 제1 터치 정전용량(Ct1)에 의한 영향이 더 가해지는 결과가 되기 때문에 출력 전압 변화가 상대적으로 더 클 것이므로, 결과적으로 터치 발생은 제1 센서 패드(111_1)에 근접하여 이루어진 것으로 판단된다.
한편, B의 경우에는, 터치 발생 도구(F)가 제1 센서 패드(111_1) 및 제2 센서 패드(111_2)의 사이 영역에 존재하게 된다. 즉, 터치 발생 도구(F)가 센서 패드(111_1, 111_2)의 상부 영역과 전혀 중첩되지 않으므로 터치 발생 도구(F)와 센서 패드(111_1, 111_2) 간에 직접적으로 형성되는 정전용량은 없게 된다. 그러나, 터치 발생 도구(F)와 서브 패드(121) 간의 관계에 의해서는 여전히 제2 터치 정전용량(Ct2)이 형성되며, 이에 따라, 서브 패드(121)와 2개의 센서 패드(111_1, 111_2)들 간에도 각각 제3 터치 정전용량(Ct2_1) 및 제4 터치 정전용량(Ct2_2)이 형성된다.
이에 따르면, 제1 센서 패드(111_1)에는 제2 터치 정전용량(Ct2) 및 제3 터치 정전용량(Ct2_1)이 영향을 미치게 되고, 제2 센서 패드(111_2)에는 제2 터치 정전용량(Ct2) 및 제4 터치 정전용량(Ct2_2)이 영향을 미치게 된다.
만약 터치 발생 지점이 제1 센서 패드(111_1)와 제2 센서 패드(111_2) 중 어느 센서 패드에 더 근접한 지에 따라 제3 터치 정전용량(Ct2_1)과 제4 터치 정전용량(Ct2_2)는 서로 차이를 보이게 된다.
제1 센서 패드(111_1)와 제2 센서 패드(111_2)에 대해 도 6에서 설명한 터치 검출 과정을 수행하고, 각 센서 패드(111_1, 111_2)의 출력 전압 변화의 크기를 관찰함으로써, 터치 발생 지점이 제1 센서 패드(111_1)와 제2 센서 패드(111_2)의 사이 영역이되, 어느 센서 패드에 더 근접하였는지를 알 수 있게 된다.
즉, 서브 패드(121)가 없는 경우를 가정하면 센서 패드(111_1, 111_2) 사이의 영역에 터치가 발생하였을 때 터치 정전용량이 형성되지 않기 때문에 터치 미발생으로 판단되는 오류가 있었지만, 서브 패드(121)가 배치됨으로써 센서 패드(111_1, 111_2) 사이의 영역에 터치가 발생하더라도 터치 발생 사실을 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 각각의 센서 패드(111_1, 111_2)의 출력 전압(Vo) 상승 또는 강하 정도를 통해 그 터치 발생 위치까지 정확히 파악할 수 있게 된다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8을 참조하면, 복수의 센서 패드(111)가 형성된 제1 레이어(110) 상의 제2 레이어(120)에 배치된 복수의 서브 패드(121) 각각이 도 4를 참조하여 설명한 바와는 다른 패턴으로 형성된다.
구체적으로, 서브 패드(121) 각각이 가장자리 패턴(121_1) 및 가장자리 패턴(121_1)의 내부에 상기 가장자리 패턴(121_1)과 일정 거리 이격되어 배치되는 복수의 고립 패턴(121_2a, 121_2b)으로 형성될 수 있다. 도 8에서는 고립 패턴(121_2a, 121_2b)이 2개인 것으로 도시되었으나, 고립 패턴(121_2a, 121_2b)의 개수는 세 개 이상으로 형성될 수도 있다.
전술한 바와 같이 서브 패드(121)는 어떠한 신호와도 연결되지 않은 플로팅 상태로 유지되는데, 이에 따라 고립 패턴(121_2a, 121_2b) 또한 동일하게 플로팅 상태로 유지된다. 고립 패턴(121_2a, 121_2b)은 터치 발생 수단과 터치 정전용량을 형성하는 동시에 센서 패드(111)와도 터치 정전용량을 형성하여야 하기 때문에, 고립 패턴(121_2a, 121_2b)의 일부는 센서 패드(111)를 덮도록 배치되어야 한다.
또한, 하나의 서브 패드(121) 에 형성된 복수의 고립 패턴(121_2a, 121_2b)의 사이 영역에 터치가 발생하는 경우에는 해당 터치 지점을 검출하기 어려워지므로, 고립 패턴(121_2a, 121_2b) 간 간격은 터치 발생 수단의 최소 단면적보다 작게 형성되는 것이 바람직하다.
만약, 도 8에 도시되는 바와 같이, 터치 발생 수단에 의한 터치가 제1 센서 패드(111_1)와 제2 센서 패드(111_2) 사이 영역(T)에 발생하였는데, 그 터치 영역(T)이 매우 협소하여, 제1 센서 패드(111_1) 및 제2 센서 패드(111_2)를 덮도록 형성된 서브 패드(121)의 제1 고립 패턴(121_2a)과 가장자리 패턴(121_1)의 상부 영역과만 중첩되는 경우를 가정하여 설명한다. 먼저, 터치 발생에 의해 상기 터치 발생 수단과 가장자리 패턴(121_1)의 사이에 터치 정전용량이 형성되고, 가장자리 패턴(121_1)과 제1 센서패드(111_1), 가장자리 패턴(121_1)과 제2 센서패드 (111_2) 사이에 각각 정전용량이 형성된다. 이와 같은 정전용량의 검출을 통해 터치 영역(T)이 제1 센서패드(111_1)와 제2 센서패드(111_2)의 사이에 위치되어 있음을 판단할 수 있다. 한편, 터치 발생에 의해 상기 터치 발생 수단과 제1 고립 패턴(121_2a) 사이에 터치 정전용량이 형성되고, 제1 센서 패드(111_1)와 제1 고립 패턴(121_2a) 사이에도 정전용량이 형성되게 된다. 반면, 제2 고립 패턴(121_2b)은 상기 터치 영역(T)과 중첩되지 않으므로 상기 터치 발생 수단과의 사이에 터치 정전용량을 형성하지 않는다. 이에 따라 제2 고립 패턴(121_2b)과 제2 센서 패드(111_2)의 사이에는 정전용량이 형성되지 않는다. 따라서, 터치 발생 지점을 제1 센서 패드(111_1)와 제2 센서 패드(111_2) 사이의 영역 중 제1 고립 패턴(121_2a)의 상부 영역으로 정확히 판단할 수 있게 된다. 즉, 도 8에 도시되는 실시예에 따르면, 단면적이 좁은 터치 발생 수단을 이용할 경우에도 센서 패드(111_1, 111_2) 사이의 영역에 있어서 정확한 터치 발생 지점이 판단될 수 있다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 9를 참조하면, 도 4 및 도 8을 참조하여 설명한 실시예와 센서 패드 및 신호 배선의 패턴이 달라졌다는 것을 알 수 있다.
구체적으로, 제1 레이어(910)에 배치된 센서 패드(911)들의 적어도 일변이 톱날 패턴으로 형성될 수 있다. 톱날 패턴으로 형성되는 변은 센서 패드(911)를 구성하는 변들 중 열 방향과 평행인 변일 수 있다.
환언하면, 센서 패드(911)의 일변이, 열 방향과 평행한 직선을 기준으로 일정 각도를 형성하는 일 이상의 선분(911_1, 911_2)을 포함할 수 있다. 일 이상의 선분(911_1, 911_2)은 서로 접하여 센서 패드(911) 외측으로 돌출부를 형성하거나, 내측으로 오목부를 형성할 수 있다.
한편, 각각의 센서 패드(911)와 연결되는 신호 배선(912)은 인접하는 센서 패드(911)의 일변과 평행하도록 연장 및 절곡될 수 있다. 예를 들면, 신호 배선(912)은 센서 패드(911)의 일변에 형성된 돌출부 또는 오목부와 평행하도록 일정 각도로 연장 및 절곡을 반복하는 톱날 패턴으로 형성될 수 있다.
본 실시예에서와 같이 센서 패드(911)의 일변이 톱날 패턴으로 형성되면 센서 패드(911)의 패턴에 있어서 직선 영역이 줄어들게 된다. 센서 패드(911)에 직선 영역이 길어지게 되면, 직선과 직선이 만나는 영역에 정전기(ESD)가 집중되어 센서 패드(911)의 파손 등으로 이어지게 되는데, 도 9에 도시되는 바와 같이 패턴을 형성하여 직선 영역을 감소시키면 정전기(ESD)에 의한 파손 등의 현상이 감소하게 된다.
한편, 터치 패널(900)을 포함하는 터치 검출 장치는 디스플레이 장치 위에 적층되거나 내부에 내장될 수 있는데, 이 때, 터치 패널(900)의 하부에는 픽셀층이 배치된다.
픽셀층은 화상을 표시하기 위한 액정층의 면(상면 또는 하면)에 형성되는 컬러 필터를 의미하며, 적색, 녹색, 청색(이하, R, G, B이라 함)의 화소 단위로 액정 표시 장치에서 컬러를 구현할 수 있도록 한다. 이때, 픽셀층은 R, G, B의 서브 픽셀을 포함하는 복수의 픽셀을 포함하게 된다.
센서 패드(911) 및 신호 배선(912)은 픽셀층에 포함되어 있는 적색, 녹색, 청색 화소를 덮도록 배치되는데, 각각의 센서 패드(911) 및 신호 배선(912)은 각기 다른 색상의 화소를 덮거나, 그 덮는 정도에 차이가 존재할 수밖에 없다. 또한, 센서 패드(911)와 신호 배선(912) 간의 간격이 영역마다 서로 다르기 때문에, 각 픽셀은 그 위에 중첩되어 있는 센서 패드(911) 및 신호 배선(912)의 광투과율 등에 따라 서로 다른 색온도를 내게 되고, 임의의 위치에 색감차를 발생시키게 된다.
그러나, 도 9에 도시되는 실시예에 따르면, 센서 패드(911)와 신호 배선(912) 간 간격이 영역별로 차이가 없게 되고, 열 방향을 기준으로 일정 각도를 갖는 센서 패드(911)의 일변이 단위 픽셀에 있어서 R, G, B의 서브 픽셀을 고르게 통과하기 때문에 각 픽셀로부터의 색온도 차이가 없어지게 된다. 한편, 이로 인해 색감차가 최소화되어 무지개 빛으로 산란되는 레인보우 현상 등 또한 방지될 수 있다.
한편, 도 9에는 센서 패드(911)가 톱날 패턴이고 서브 패드(121)가 직사각형 형태인 것으로 도시하였으나, 서브 패드(121) 또한 적어도 하나의 변이 센서 패드(911)와 같이 톱날 패턴으로 형성될 수 있다. 이에 따르면, 본 터치 검출 장치와 함께 적용되는 디스플레이 장치의 시인성이 더욱 개선될 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
100, 900: 터치 패널
110, 910: 제1 레이어
111, 911: 센서 패드
112, 912: 신호 배선
120: 제2 레이어
121: 서브 패드
200: 구동 장치
210: 터치 검출부
220: 터치 정보 처리부
230: 메모리
240: 제어부
510: 제1 절연층
520: 제2 절연층
530: 점착 필름
540: 유리판

Claims (7)

  1. 복수의 행과 열로 이루도록 배치되는 복수의 센서 패드;
    상기 센서 패드 각각을 구동 장치와 연결시키는 복수의 신호 배선; 및
    상기 복수의 센서 패드 상부에 배치되며, 적어도 두 개의 센서 패드를 덮도록 형성되는 복수의 서브 패드를 포함하는, 터치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 서브 패드는 플로팅 상태로 유지되는, 터치 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 서브 패드는, 가장자리 패턴 및 상기 가장자리 패턴의 내부에 일정 거리 이격되어 배치되는 복수의 고립 패턴을 갖는, 터치 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서 패드와 신호 배선은 제1 레이어에 배치되고,
    상기 복수의 서브 패드는 상기 제1 레이어와 절연되어 상부에 적층되는 제2 레이어에 배치되는, 터치 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서 패드를 이루는 복수의 변들 중 적어도 일변은 상기 열 방향을 기준으로 일정 각도를 이루는 복수의 선분으로 이루어진 톱날 패턴으로 형성되는, 터치 검출 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 구동 장치와 연결되는 복수의 신호 배선 각각은 인접한 센서 패드의 상기 일변의 톱날 패턴과 평행하도록 연장 및 절곡되는, 터치 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 서브 패드 상부에 터치가 발생하는 경우, 상기 서브 패드와 상기 서브 패드에 의해 덮인 센서 패드들 사이에 정전용량이 형성되는, 터치 검출 장치.
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