KR20180137937A - 터치 센서 패널 - Google Patents

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KR20180137937A KR1020170077873A KR20170077873A KR20180137937A KR 20180137937 A KR20180137937 A KR 20180137937A KR 1020170077873 A KR1020170077873 A KR 1020170077873A KR 20170077873 A KR20170077873 A KR 20170077873A KR 20180137937 A KR20180137937 A KR 20180137937A
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Abstract

본 발명에 따른 터치 센서 패널은, 제1 레이어에 형성된 복수의 구동 전극, 및 상기 복수의 구동 전극과 교차하도록 배치되고, 제2 레이어에 형성된 복수의 수신 전극을 포함하고, 상기 복수의 구동 전극은, 마름모꼴의 단위 전극이 복수 개가 열 방향으로 연결되어 한 열의 구동 전극을 형성하고, 각 열의 구동 전극이 행 방향으로 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 복수의 수신 전극은, 소정의 폭을 가지는 선으로 구성되며, 상기 단위 전극의 중심을 지나도록 행 방향으로 배치될 수 있다. 이에 의하여, 정전 용량의 변화를 선형적으로 감지할 수 있는 터치 센서 패널을 제공함으로써, 손가락 또는 스타일러스 펜의 정확한 터치 위치를 감지할 수 있다.

Description

터치 센서 패널{TOUCH SENSOR PANEL}
본 발명은 터치 센서 패널에 관한 것으로, 보다 상세하게는 정전용량의 변화 또는 정전용량의 변화량을 통해 터치 센서 패널 상의 접촉 및 그 위치를 감지하기 위한 터치 센서 패널에 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 포함하는 터치 입력 장치의 터치 표면을 구성할 수 있다. 이러한 터치 센서 패널은 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 사용자가 손가락 등으로 터치 스크린을 단순히 터치함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 컴퓨팅 시스템은 터치 스크린상의 터치 및 터치 위치를 인식하고 이러한 터치를 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
특히, 사용자의 손가락뿐만 아니라 접촉 면적이 좁은 스타일러스 펜 등의 객체를 사용하여 터치 입력을 수행하는 경우, 디스플레이 모듈의 성능을 저하시키지 않으면서 터치 스크린 상의 터치에 따른 정확한 터치 위치 검출의 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 터치 위치에 따른 터치 센서 패널의 정전 용량의 변화 또는 변화량을 선형적으로 감지하여 보다 정확하게 터치 위치를 판별할 수 있는 신규한 전극 패턴의 터치 센서 패널을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 센서 패널은 제1 레이어에 형성된 복수의 구동 전극, 및 상기 복수의 구동 전극과 교차하도록 배치되고, 제2 레이어에 형성된 복수의 수신 전극을 포함하고, 상기 복수의 구동 전극은, 마름모꼴의 단위 전극이 복수 개가 열 방향으로 연결되어 한 열의 구동 전극을 형성하고, 각 열의 구동 전극이 행 방향으로 일정 간격을 두고 배치되며, 상기 복수의 수신 전극은, 소정의 폭을 가지는 선으로 구성되며, 상기 단위 전극의 중심을 지나도록 행 방향으로 배치된다.
여기서, 단위 전극은 상기 중심을 기준으로 상하 및 좌우 대칭된 형태일 수 있다.
또한, 단위 전극은 상기 마름모꼴의 각 변을 오목 또는 볼록한 곡선으로 연결하여 형성될 수 있다.
또한, 터치 센서 패널은 상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 절연층을 더 포함할 수 있다.
여기서, 복수의 수신 전극은 상기 소정의 폭을 가지는 선의 중심 라인이 각 단위 전극의 중심과 교차하도록 배치될 수 있다.
본 발명에 따르면, 터치 센서 패널의 구동 전극과 수신 전극 패턴을 변경하여 정전 용량 변화의 선형성이 향상된 터치 센서 패널을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면, 정전 용량 변화의 선형성이 향상되므로 보다 정밀한 터치 위치 감지가 가능하다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치 센서 패널 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널의 적층 구조를 도시한 도면이다.
도 3a는 일반적으로 스타일러스 펜을 사용하여 터치 센서 패널을 터치하는 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 3b 내지 도 3c는 일반적인 터치 센서 패널의 터치 노드를 나타낸다.
도 4a 내지 도 4c는 일반적인 터치 센서 패널의 하나의 터치 노드에서 터치 중심점의 위치에 따른 정전용량 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널의 다양한 패턴들이다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널의 선형성을 시뮬레이션한 데이터이다.
본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 도시한 첨부 도면을 참조하면서 본 발명을 상세히 설명한다. 첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대하여, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 실시하기에 충분하도록 상세히 설명된다. 특정 실시예 이외의 다른 실시예는 서로 상이하지만 상호배타적일 필요는 없다. 아울러, 후술의 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아님을 이해해야 한다.
첨부 도면에 도시된 특정 실시예에 대한 상세한 설명은 그에 수반하는 도면들과 연관하여 읽히게 되며, 도면은 전체 발명의 설명에 대한 일부로 간주된다. 방향이나 지향성에 대한 언급은 설명의 편의를 위한 것일 뿐, 어떠한 방식으로도 본 발명의 권리범위를 제한하는 의도를 갖지 않는다.
구체적으로, '아래', '위', '수평', '수직', '상측', '하측', '상향', '하향', '상부', '하부' 등의 위치를 나타내는 용어나, 이들의 파생어(예를 들어, '수평으로', '아래쪽으로', '위쪽으로' 등)는, 설명되고 있는 도면과 관련된 설명을 모두 참조하여 이해되어야 한다. 특히, 이러한 상대어는 설명의 편의를 위한 것일 뿐이므로, 본 발명의 장치가 특정 방향으로 구성되거나 동작해야 함을 요구하지는 않는다.
또한, '장착된', '부착된', '연결된', '이어진', '상호 연결된' 등의 구성 간의 상호 결합 관계를 나타내는 용어는 별도의 언급이 없는 한 개별 구성들이 직접적 또는 간접적으로 부착 또는 연결되거나 고정된 상태를 의미할 수 있고, 이는 이동 가능하게 부착, 연결, 고정된 상태뿐만 아니라, 이동 불가능한 상태까지 아우르는 용어로 이해되어야 한다.
본 발명에 따른 터치 센서 패널을 포함하는 터치 입력 장치는, 스마트폰, 태블릿 PC, 노트북, PDA(personal digital assistants), MP3 플레이어, 카메라, 캠코더, 전자사전 등과 같은 휴대 가능한 전자제품을 비롯해, 가정용 PC, TV, DVD, 냉장고, 에어컨, 전자레인지 등의 가정용 전자제품에 이용될 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 터치 센서 패널을 포함하는 터치 입력 장치는, 산업용 제어장치, 의료장치 등 디스플레이와 입력을 위한 장치를 필요로 하는 모든 제품에 제한없이 이용될 수 있다.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치를 설명한다. 이하에서는 정전용량 방식의 터치 센서 패널(100)을 예시하나 임의의 방식으로 터치 위치 및/또는 터치 압력을 검출할 수 있는 터치 센서 패널(100)이 적용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치 센서 패널(100) 및 이의 동작을 설명하기 위한 개략도이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함한다. 터치 센서 패널(100)은 상기 터치 센서 패널(100)의 동작을 위해 상기 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(20), 및 터치 센서 패널(100)의 터치 표면에 대한 터치에 따라 변화되는 정전용량 변화량에 대한 정보를 포함하는 감지신호를 수신하는 감지부(10), 및 구동부(20)에 제어신호를 인가하고 감지부(10)로부터 수신한 감지신호로부터 터치 여부 및 터치 위치를 검출하는 제어부(30)와 연결될 수 있다.
도 1에 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. 도 1에서는 터치 센서 패널(100)의 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있다.
복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동 전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고, 수신 전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 이때, 구동 전극(TX)이 행 방향으로 형성된 경우, 수신 전극(RX)은 구동 전극(TX)과 교차하도록 열 방향으로 형성된다. 또한, 구동 전극(TX)이 열 방향으로 형성된 경우, 수신 전극(RX)은 구동 전극(TX)과 교차하도록 행 방향으로 형성될 수 있다.
복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)은 하나의 절연막(미도시)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 또는 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)은 제1절연막(미도시)의 일면에 그리고 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)은 상기 제1절연막과 다른 제2절연막(미도시)의 일면에 형성될 수 있다.
복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, 산화주석(SnO2) 및 산화인듐(In2O3) 등으로 이루어지는 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동 전극(TX) 및 수신 전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다. 예컨대, 구동 전극(TX) 및 수신 전극(RX)은 은잉크(silver ink), 구리(copper) 또는 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다. 또한, 구동 전극(TX) 및 수신 전극(RX)은 메탈 메쉬(metal mesh)로 구현되거나 은나노(nano silver) 물질로 구성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 구동부(20)는 구동신호를 구동 전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서, 구동신호는 제1구동 전극(TX1)부터 제n구동 전극(TXn)까지 순차적으로 한 번에 하나의 구동 전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 다수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다.
감지부(10)는 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 수신 전극(RX1 내지 RXm) 사이에 생성된 정전용량(Cnm: 101)에 관한 정보를 포함하는 감지신호를 수신한다. 예컨대, 감지신호는 구동 전극(TX)에 인가된 구동신호가 구동 전극(TX)과 수신 전극(RX) 사이에 생성된 정전용량(Cnm: 101)에 의해 커플링된 신호일 수 있다. 이와 같이, 제1구동 전극(TX1)부터 제n구동 전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서 패널(100)을 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.
예를 들어, 감지부(10)는 각각의 수신 전극(RX1 내지 RXm)과 스위치를 통해 연결된 수신기(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다. 상기 스위치는 해당 수신 전극(RX)의 신호를 감지하는 시간구간에 온(on)되어서 수신 전극(RX)으로부터 감지신호가 수신기에서 감지될 수 있도록 한다. 수신기는 증폭기(미도시) 및 증폭기의 부(-) 입력단과 증폭기의 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터를 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 증폭기의 정(+) 입력단은 그라운드(ground)에 접속될 수 있다. 또한, 수신기는 궤환 캐패시터와 병렬로 연결되는 리셋 스위치를 더 포함할 수 있다. 리셋 스위치는 수신기에 의해 수행되는 전류에서 전압으로의 변환을 리셋할 수 있다. 증폭기의 부입력단은 해당 수신 전극(RX)과 연결되어 정전용량(Cnm: 101)에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신한 후 적분하여 전압으로 변환할 수 있다. 감지부(10)는 수신기를 통해 적분된 데이터를 디지털 데이터로 변환하는 ADC(미도시: analog to digital converter)를 더 포함할 수 있다. 추후, 디지털 데이터는 제어부(30)에 입력되어 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 감지부(10)는 수신기와 더불어, ADC 및 제어부(30)를 포함하여 일체로 구성될 수 있다.
제어부(30)는 구동부(20)와 감지부(10)의 동작을 제어하는 기능을 수행할 수 있다. 예컨대, 제어부(30)는 구동제어신호를 생성한 후 구동부(20)에 전달하여 구동신호가 소정 시간에 미리 설정된 구동 전극(TX)에 인가되도록 할 수 있다. 또한, 제어부(30)는 감지제어신호를 생성한 후 감지부(10)에 전달하여 감지부(10)가 소정 시간에 미리 설정된 수신 전극(RX)으로부터 감지신호를 입력받아 미리 설정된 기능을 수행하도록 할 수 있다.
도 1에서 구동부(20) 및 감지부(10)는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및 터치 위치를 검출할 수 있는 터치 검출 장치(미표시)를 구성할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 제어부(30)를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 센서 패널(100)을 포함하는 터치 입력 장치(1000)에서 터치 센싱 회로인 터치 센싱 IC(touch sensing Integrated Circuit) 상에 접적되어 구현될 수 있다. 터치 센서 패널(100)에 포함된 구동 전극(TX) 및 수신 전극(RX)은 예컨대 전도성 트레이스(conductive trace) 및/또는 회로 기판상에 인쇄된 전도성 패턴(conductive pattern) 등을 통해서 터치 센싱 IC(미도시)에 포함된 구동부(20) 및 감지부(10)에 연결될 수 있다. 터치 센싱 IC는 전도성 패턴이 인쇄된 회로 기판, 예컨대 제1 인쇄 회로 기판(이하에서, 제1PCB로 지칭) 상에 위치할 수 있다. 실시예에 따라 터치 센싱 IC는 터치 입력 장치의 작동을 위한 메인보드 상에 실장되어 있을 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동 전극(TX)과 수신 전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(Cnm)이 생성되며, 손가락, 손바닥 혹은 스타일러스(stylus) 등과 같은 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접하는 경우, 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도 1에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cnm)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 감지부(10)에서 감지하여 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면으로 이루어진 터치 센서 패널(100)의 표면에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동 전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 수신 전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치에서 터치 위치를 검출하기 위한 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 모듈 외부 또는 내부에 위치할 수 있다.
본 발명의 터치 센서 패널(100)이 실장되는 터치 입력 장치의 디스플레이 모듈은 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), 유기발광 표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다. 이에 따라, 사용자는 디스플레이 패널에 표시된 화면을 시각적으로 확인하면서 터치 표면에 터치를 수행하여 입력 행위를 수행할 수 있다. 이때, 디스플레이 모듈은 터치 입력 장치의 작동을 위한 메인보드(main board) 상의 중앙 처리 유닛인 CPU(central processing unit) 또는 AP(application processor) 등으로부터 입력을 받아 디스플레이 패널에 원하는 내용을 디스플레이 하도록 하는 제어회로를 포함할 수 있다. 이러한 제어회로는 제2인쇄 회로 기판(이하, '제2PCB'로 지칭)에 실장될 수 있다. 이때, 디스플레이 패널의 작동을 위한 제어회로는 디스플레이 패널 제어 IC, 그래픽 제어 IC(graphic controller IC) 및 기타 디스플레이 패널 작동에 필요한 회로를 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)의 적층 구조를 도시한 도면이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)은 구동 전극을 포함하는 제1절연시트(110), 제1접착층(120), 및 수신 전극을 포함하는 제2절연시트(130)을 포함하는 구조로 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시형태에 따른 터치 센서 패널(100)은 제2절연시트(130) 상에 제2접착층(140)과 커버 글라스(150)를 더 구비할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시형태에 따른 터치 센서 패널은 제1절연시트(110) 하부에 제3접착층(160)을 통해 디스플레이 모듈과 연결될 수 있다.
제1절연시트(110)와 제2절연시트(130)는 PET(Polyethylene terephthalate) 또는 유리와 같은 절연 물질 층일 수 있다. 제1절연시트(110)의 동일 평면(제1 레이어)상에 구동 전극을 포함하고, 제2절연시트(130)의 동일 평면(제2 레이어)상에 수신 전극을 포함하도록 구동 전극과 수신 전극의 패턴이 각각 형성될 수 있다.
제1접착층(120), 제2접착층(140), 및 제3접착층(160)은 광학적으로 투명한 접착물질(OCA: Optical Clear Adhesive) 또는 수지(resin)와 같은 물질로 이루어지며, 제1접착층(120)은 제1절연시트(110)와 제2절연시트(130)를 서로 접착시키고, 제2접착층(140)은 제1절연시트(110)와 디스플레이 모듈을 서로 접착시키고, 제3접착층(160)은 제2절연시트(130)와 커버 글라스(150)를 서로 접착시킬 수 있다.
여기서, 구동 전극과 수신 전극은 각각 ITO(Indium Tin Oxide) 전극을 수 있고, 산화주석(SnO2), 산화인듐(In2O3), 은잉크(silver ink), 구리(copper) 또는 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 등으로 구성될 수도 있다. 구동 전극(driving line)과 수신 전극(receiving line)은 서로 다른 레이어(제1 레이어와 제2 레이어)에 형성되며, 터치 센서 패널에 신체 일부 또는 스타일러스 펜이 근접하는 경우, 상호 정전용량(mutual capacitance)이 변경될 수 있다. 이와 같은, 상호 정전용량의 변화를 감지하여 터치 센서 패널에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 검출할 수 있다. 구동 전극과 수신 전극의 최상부에는 전극을 보호하기 위하여 유리로 된 커버 글래스(150)가 더 형성될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시형태에 따른 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈 상에 접착제로 라미네이션되어 부착된 것을 예시하였으나, 실시 형태에 따라 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 모듈 내부에 배치되거나, 디스플레이 모듈 가장자리 부분만 접착제로 고정되고 에어갭을 포함하도록 형성될 수 있다.
도 3a는 일반적인 스타일러스 펜을 사용하여 터치 센서 패널을 터치하는 동작을 설명하기 위한 도면이고, 도 3b 내지 도 3c는 일반적인 터치 센서 패널의 터치 노드를 나타낸다.
도 3a를 참조하면, 스타일러스 펜(3)을 사용하여 터치 센서 패널(1)을 터치할 수 있다. 터치 센서 패널(1)은 사용자의 신체의 일부 또는 스타일러스 펜(3)의 접촉과 터치 위치를 결정할 수 있다.
도 3b 내지 도 3c를 참조하면, 일반적인 터치 센서 패널(1)은 사용자의 신체의 일부 또는 스타일러스 펜(3)의 접촉 위치에 따라 터치 위치 결정의 정확도가 달라질 수 있다.
구체적으로, 스타일러스 펜(3)의 접촉 위치가 구동 전극과 수신 전극이 교차하는 지점, 즉, 터치 노드 바로 상부인 경우(TP2, TP5), 터치 위치 검출의 정확도가 증가하지만, 접촉 위치가 터치 노드에서 멀어지는 경우(TP1, TP4), 터치 위치 검출의 정확도가 떨어질 수 있다. 이러한 정확도는 터치 센서 패널(1)과 접촉하는 객체의 접촉면적(TP3, TP6)에 따라 다소 영향이 있으나, 터치 센서 패널(1)을 구성하는 구동 전극의 폭에 따라 정확도가 크게 달라질 수 있다. 구동 전극의 폭 또는 패턴 형상에 따른 정전용량 변화값은 도 8 내지 도 10을 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
도 4a 내지 도 4c는 본 일반적인 터치 센서 패널의 하나의 터치 노드에서 터치 중심점의 위치에 따른 정전용량 변화를 설명하기 위한 도면이다.
도 4a를 참조하면, 터치 센서 패널이 12개의 수신 전극(RX1 내지 RX12)과 8개의 구동 전극(TX1 내지 TX8)이 형성된 경우로, 수신 전극과 각 구동 전극이 교차하는 각각의 터치 노드의 영역은 정사각형으로 표시하였다. 사용자의 신체의 일부 또는 스타일러스 펜으로 터치한 경우, 구동 전극으로부터 수신 전극으로 향하는 전기장을 차폐하는 영역은 타원형 또는 원형 등으로 모델링될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 원형으로 모델링하여 설명하도록 한다.
도 4b를 참조하면, 도 4a의 터치 노드들 [RX3, TX4], [RX3, TX5], [RX3, TX6]에 터치 입력을 수신하는 경우, 전기장이 차단된 영역을 원형영역 A[-1], A[0], A[1]으로 나타낼 수 있다. 각 터치 노드들 [RX3, TX4], [RX3, TX5], [RX3, TX6]을 동 간격으로 구분하여 터치 입력을 수신하는 경우, 각 터치 입력의 정전용량의 변화값은 도 4c와 같이 나타난다.
도 4c를 참조하면, y축은 터치 노드들 [RX3, TX4], [RX3, TX5], [RX3, TX6]의 정전용량 변화값(△Cm)을 나타내고, +x축과 -x축은 터치 노드 [RX3, TX5]의 중심점을 기준으로 우측 또는 좌측으로 이격된 거리를 나타낸다.
터치 노드 [RX3, TX5]의 중심점을 인덱스 [0]으로 나타내고, 터치 노드 [RX3, TX5]의 좌측 또는 우측에 각각 인접한 터치 노드 [RX3, TX4], [RX3, TX6]의 중심점을 각각 인덱스 [-1], 인덱스 [1]로 나타낸다. 인덱스 [-1] 내지 인덱스 [1]은 터치 노드 [RX3, TX4]의 중심점부터 터치 노드 [RX3, TX6]의 중심점 사이를 동 간격으로 구분한 지표이다.
구체적으로, 터치 노드 [RX3, TX5]의 중심점, 인덱스 [0]인 지점에서 터치 입력이 이루어진 경우, 터치 노드 [RX3, TX5] 상의 전기장을 가장 많이 차단하게 되므로 y값은 최대값이 된다. 반면, 터치 노드 [RX3, TX4]의 중심점, 인덱스 [-1]인 지점에서 터치 입력이 이루어진 경우, 또는 터치 노드 [RX3, TX6]의 중심점, 인덱스 [1]인 지점에서 터치 입력이 이루어진 경우, 터치 노드 [RX3, TX5] 상의 전기장은 차단되지 않으므로 y값은 최소값(이상적으로 '0')이 된다. 이와 같이, 각 터치 노드를 동 간격으로 구분한 인덱스 지점에서 정전용량의 변화값(△Cm)은 실제로는 곡선 L-R과 같이 측정된다.
상기의 터치 노드들을 동 간격으로 구분한 인덱스 지점에서 터치 입력이 이루어진 경우, 터치 입력의 위치에 따른 정전용량의 변화값(△Cm)이 직선 L-I에 가까울수록, 터치 입력 위치 검출 프로세서에서 터치 입력의 위치 계산이 간소화되고 보다 정확해질 수 있다. 인덱스 [-1] 내지 [-0.5] 지점과, 인덱스 [0.5] 내지 [1] 지점의 정전용량 변화값(△Cm)은 증가시키고, 인덱스 [-0.5] 내지 [0] 지점과, 인덱스 [0] 내지 [0.5] 지점의 정전용량 변화값(△Cm)은 감소시키면, 터치 입력 위치에 따른 정전용량의 변화값(△Cm)이 선형적으로 변경되어 터치 입력 지점의 이동시에 터치 입력 위치 검출을 용이하게 수행할 수 있다.
이러한, 인터폴레이션에 적합한 정도인 'Interpolability'는 인접한 두 셀(터치 노드) 사이의 정전용량의 변화량(△Cm)의 크기를 거리에 따라 측정하여 얻을 수 있다. 아래 [수학식 1]은 이상적인 인터폴레이션 응답 프로파일 L-I(IRP: Interpolation Response Profile)과 실제 인터폴레이션 응답 프로파일 L-R과의 차이를 정량화한 것으로, Interpolability 값이 클수록 실제값이 이상적인 수치에 근접한 것을 나타낸다.
Figure pat00001
본 발명의 일 실시예에 따르면, 실제 인터폴레이션 응답 프로파일이 이상적인 인터폴레이션 응답 프로파일에 근접하도록 구동 전극과 수신 전극의 패턴을 설계할 수 있다. 인터폴레이션 응답 프로파일은 좌우 대칭인 형태를 나타내므로, 이러한 프로파일은 주로 터치 센서 패널의 각 터치 노드가 노드중심점을 기준으로 상하 및/또는 좌우 대칭인 패턴을 갖도록 설계할 필요가 있다. 특히, 인덱스 [0.2] 내지 [0.3], [-0.2] 내지 [-0.3] 영역의 정전용량 변화값(△Cm)은 일반적인 전극 패턴(일정한 폭을 가진 사각형 형태의 구동 전극과 수신 전극이 직교하는 패턴)인 경우보다 감소하고, 인덱스 [0.6] 내지 [0.7], [-0.6] 내지 [-0.7] 영역의 정전용량 변화값(△Cm)은 일반적인 전극 패턴인 경우보다 증가하도록 전극 패턴의 형상을 설계할 필요가 있다.
도 5 내지 도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널의 다양한 패턴들이다.
도 5를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널은 제1 레이어에 형성된 복수의 구동 전극(TX1 내지 TX4) 및 복수의 구동 전극(TX1 내지 TX4)과 교차하도록 배치되고, 제2 레이어에 형성된 복수의 수신 전극(RX1 내지 RX4)을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 복수의 구동 전극(TX1 내지 TX4)은 마름모꼴의 단위 전극(U)이 복수 개가 열 방향으로 연결되어 한 열의 구동 전극(UT)을 형성하고, 각 열의 구동 전극(UT)이 행 방향으로 일정 간격을 두고 배치될 수 있다. 또한, 복수의 수신 전극(RX1 내지 RX4)은 소정의 폭을 가지는 선으로 구성되며, 단위 전극(U)의 중심(C)을 지니도록 행 방향으로 배치될 수 있다.
단위 전극(U)은 중심(C)을 기준으로 상하 및 좌우 대칭인 형태로 형성될 수 있다. 구체적으로, 마름모꼴의 단위 전극(U)은 전체적인 형상이 마름모꼴일 뿐 인접한 단위 전극과 연결되는 부분은 일정한 폭을 가지며 사면이 대칭이 되는 형태로 형성되어 실질적으로 팔각형 형태로 형성될 수 있다. 여기서, 단위 전극(U)의 형상을 설명하는 것은 구동 전극의 구체적인 형태를 설명하기 위한 것으로, 단위 전극(U)들이 물리적으로 구분된 패턴은 아니며, 소정의 개수의 단위 전극(U)들이 연결되어 한 열의 구동 전극(UT)이 형성될 수 있다.
복수의 수신 전극(RX1 내지 RX4)은 소정의 폭을 가지는 선의 중심 라인이 각 단위 전극(U)의 중심(C)과 교차하도록 배치될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 수신 전극(RX1 내지 RX4)의 폭, 마름모꼴의 크기, 각 열의 구동 전극 사이의 간격은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TX4)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RX4) 사이의 상호 정전용량이 대략 선형적으로 변하도록 결정될 수 있다. 즉, 수신 전극을 따라 터치 입력의 위치가 변경되는 경우, 하나의 단위 전극(U)에 대한 터치 입력이더라도, 단위 전극(U)의 마름모꼴 형태로 인하여 정전용량이 대략 선형적으로 변화할 수 있다.
정전용량의 변화값은 구동 전극의 폭과 관련이 되며, 일 실시예에서, 단위 전극(U)의 폭이 2.9043 마이크로미터, 각 열의 구동 전극 사이의 간격이 0.06 마이크로미터, 구동 전극 피치가 2.9643 마이크로미터로 형성될 때, 가장 우수한 선형성이 구현될 수 있으나, 이는 사용되는 전극의 재질 및/또는 두께, 절연체의 재질 및/또는 두께, 구동신호의 전압 크기, 펄스폭 등에 따라 달라질 수 있다.
도 6 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센서 패널은 앞서 설명한 구동 전극의 단위 전극 패턴인 마름모꼴의 각 변을 볼록 또는 오목한 곡선으로 연결하여 형성할 수 있다.
이 경우, 단위 전극(U) 및 단위 전극(U)을 연결한 각 열의 구동 전극의 형태만 상이할 뿐, 복수의 수신 전극(RX1 내지 RX4)의 형태 및 배치 방법은 동일하게 형성될 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 수신 전극(RX1 내지 RX4)의 폭, 연결선이 볼록 또는 오목하게 형성된 마름모꼴의 크기, 각 열의 구동 전극 사이의 간격은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TX4)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RX4) 사이의 상호 정전용량이 대략 선형적으로 변하도록 결정될 수 있다. 즉, 수신 전극을 따라 터치 입력의 위치가 변경되는 경우, 하나의 단위 전극(U)에 대한 터치 입력이더라도, 단위 전극(U)의 마름모꼴 형태로 인하여 정전용량이 대략 선형적으로 변화할 수 있다. 상기의 마름모꼴의 각 변의 형태는 다양한 형태로 변경이 가능하다.
또한, 앞서 설명한 바와 같이, 구동 전극이 형성된 제1 레이어와 수신 전극이 형성된 제2 레이어 사이에는 절연층(예를 들어, 접착층)이 더 포함될 수 있다.
도 8 내지 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널의 선형성을 시뮬레이션한 데이터이다.
도 8a 내지 도 8b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널의 구동 전극의 패턴 형태에 따른 선형성을 시뮬레이션한 그래프이다.
도 8a 내지 도 8b를 참조하면, 종래의 직사각형 형태의 구동 전극 패턴의 폭(width)이 서로 다른 3개의 터치 센서 패널(Tx width: 2.9, 1.45, 0.4)과, 발명의 일 실시예에 따른 마름모꼴의 구동 전극을 포함하는 터치 센서 패널(New TX Pattern)에 대하여, 인접한 세 개의 터치 노드에 대한 터치 입력 시, 정전용량 변화값을 시뮬레이션한 그래프가 도시되어 있다. 도 8b는 서로 다른 3개의 터치 센서 패널(Tx width: 2.9, 1.45, 0.4)과, 발명의 일 실시예에 따른 마름모꼴의 구동 전극을 포함하는 터치 센서 패널(New TX Pattern)에 대하여, 인접한 세 개의 터치 노드에 대한 터치 입력 시 정전용량 변화값(△Cm)을 절대적 수치로 나타낸 경우이고, 도 8a는 각 경우의 절대적 수치를 표준화한 경우이다.
인덱스 [-1]인 지점부터 [1]인 지점까지 그래프를 비교할 때, New TX Pattern이 가장 선형성이 우수한 것을 확인할 수 있다. 이를 도 9 내지 도 10의 데이터를 참조하여 좀더 상세히 설명한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널의 구동 전극의 패턴 형태에 따른 Interpolability를 계산한 데이터이고, 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 패널의 구동 전극의 패턴 형태에 따른 선형성 측정 알고리즘을 적용한 데이터이다.
도 9는 앞서 설명한 [수학식 1]을 이용하여 계산한 Interpolability를 보여준다. 계산 결과, 터치 센서 패널의 종래의 구동 전극(직사각형 형태)의 폭(width)이 증가함에 따라 Interpolability가 변경되며, 폭이 1.45215 마이크로미터인 경우 가장 우수한 것을 확인할 수 있다. 반면, 터치 센서 패널의 구동 전극의 패턴 형태가 마름모꼴인 본 발명의 일 실시예의 경우(New TX Pattern), 직사각형 패턴의 구동 전극 폭이 1.45215 마이크로미터인 경우보다 향상된 Interpolability를 확인할 수 있다.
도 10을 참조하면, 구동 전극의 형태에 따라 터치 센서 패널의 정전용량 변화값의 선형성을 측정하는 특정 알고리즘을 적용하여 직사각형 패턴의 구동 전극의 폭을 변화시켜 RMS(Root Mean Square) 데이터를 획득하고, 본 발명을 적용한 마름모꼴의 구동 전극을 사용한 터치 센서 패널을 사용하여 RMS 데이터를 획득한 결과를 볼 수 있다. 획득된 데이터를 비교하면 본 발명의 새로운 패턴(마름모꼴 패턴)을 적용한 경우(New TX Pattern), RMS 데이터가 '0.022722053'으로 가장 낮게 계산되어 선형성이 우수한 것을 확인할 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 예시일뿐 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 110: 제1절연시트
120: 제1접착층 130: 제2절연시트
140: 제2접착층 150: 커버 글래스
160: 제3접착층

Claims (5)

  1. 제1 레이어에 형성된 복수의 구동 전극; 및
    상기 복수의 구동 전극과 교차하도록 배치되고, 제2 레이어에 형성된 복수의 수신 전극;
    을 포함하고,
    상기 복수의 구동 전극은, 마름모꼴의 단위 전극이 복수 개가 열 방향으로 연결되어 한 열의 구동 전극을 형성하고, 각 열의 구동 전극이 행 방향으로 일정 간격을 두고 배치되며,
    상기 복수의 수신 전극은, 소정의 폭을 가지는 선으로 구성되며, 상기 단위 전극의 중심을 지나도록 행 방향으로 배치되는,
    터치 센서 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 단위 전극은, 상기 중심을 기준으로 상하 및 좌우 대칭된 형태인, 터치 센서 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 단위 전극은, 상기 마름모꼴의 각 변을 오목 또는 볼록한 곡선으로 연결하여 형성된, 터치 센서 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 레이어와 상기 제2 레이어 사이에 절연층;을 더 포함하는, 터치 센서 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 수신 전극은, 상기 소정의 폭을 가지는 선의 중심 라인이 각 단위 전극의 중심과 교차하도록 배치된, 터치 센서 패널.
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