WO2012044059A2 - 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치 - Google Patents

레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a means, method and apparatus for detecting a capacitive touch input of a finger or a touch input tool having a conductive property similar to that of a body, and more particularly, an excitation pad and a sensor pad.
  • the touch signal is detected by detecting that a level shift phenomenon occurs in the detection signal of the detector due to the change in the excitation capacitance and the added touch capacitance.
  • the present invention relates to capacitive touch detection means, a detection method and a touch screen panel using an acquired level shift, and a display device incorporating such a capacitive touch screen panel.
  • a touch screen panel is attached to a display device such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED), an active matrix organic light emitting diode (AMOLED), or the like.
  • a display device such as a liquid crystal display (LCD), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode (OLED), an active matrix organic light emitting diode (AMOLED), or the like.
  • a signal corresponding to a corresponding position is generated when an object such as a finger or a pen is touched.
  • Touch screen panels are used in a wide range of applications, such as small portable terminals, industrial terminals, and digital information devices (DIDs).
  • the capacitive touch screen panel has a high transmittance, a soft touch can be recognized, and multi-touch and gesture recognition have advantages of expanding the market.
  • a transparent conductive film is formed on upper and lower surfaces of a transparent substrate 2 made of plastic, glass, or the like, and a voltage applying metal electrode 4 is formed at each of four corners of the transparent substrate 2.
  • the transparent conductive film is formed of a transparent metal such as indium tin oxide (ITO) or antimony tin oxide (ATO).
  • the metal electrodes 4 formed at four corners of the transparent conductive film are formed by printing a conductive metal having a low resistivity such as silver (Ag).
  • a resistance network is formed around the metal electrodes 4. The resistance network is formed in a linearization pattern in order to transmit control signals evenly over the entire surface of the transparent conductive film.
  • a protective film is coated on the transparent conductive film including the metal electrode 4.
  • the capacitive touch screen panel when an AC voltage of high frequency is applied to the metal electrode 4, the capacitive touch screen panel spreads on the front surface of the transparent substrate 2. At this time, if you lightly touch the transparent conductive film on the upper surface of the transparent substrate 2 with the finger 8 or the conductive touch input tool, a certain amount of current is absorbed into the body and the current sensor built in the controller 6 detects a change in the current. The touch point is recognized by calculating the amount of current in each of the four metal electrodes 4.
  • the capacitive touch screen panel as shown in FIG. 1 is a method of detecting the magnitude of the micro current, and thus requires an expensive detection device, which increases the price and makes it difficult to multi-touch to recognize a plurality of touches.
  • the capacitive touch screen panel as shown in FIG. 2 is mainly used.
  • the touch screen panel of FIG. 2 includes a linear sensor pattern 5a in the lateral direction, a linear sensor pattern 5b in the longitudinal direction, and a touch drive IC 7 for analyzing a touch signal.
  • the touch screen panel detects the magnitude of the capacitance formed between the linear sensor pattern 5 and the finger 8, and scans the linear sensor pattern 5a in the horizontal direction and the linear sensor pattern 5b in the longitudinal direction. By detecting the signal, a plurality of touch points can be recognized.
  • the touch screen panel as described above is mounted and used on a display device such as an LCD, a phenomenon in which signal detection is difficult due to noise occurs.
  • the LCD uses a common electrode, and in some cases, an alternating current AC voltage Vcom is applied to the common electrode.
  • the AC voltage Vcom of the common voltage acts as noise when detecting the touch point.
  • the display device 200 has a structure in which a liquid crystal is sealed between the lower TFT substrate 205 and the upper color filter 215 to form the liquid crystal layer 210.
  • the TFT substrate 205 and the color filter 215 are bonded by the sealant 230 at the outer portion thereof.
  • polarizers are attached to the upper and lower sides of the liquid crystal panel, and optical sheets such as a BLU (Back Light Unit) and a Brightness Enhancement Film (BEF) are installed.
  • BLU Back Light Unit
  • BEF Brightness Enhancement Film
  • a touch screen panel is installed on the display device 200 as shown.
  • the touch screen panel has a structure in which the linear sensor pattern 5 is mounted on the upper surface of the substrate 1.
  • the protection panel 3 is attached to the substrate 1 to protect the linear sensor pattern 5.
  • the touch screen panel is attached to an edge portion of the display device 200 through an adhesive member 9 such as a double adhesive tape (DAT), and forms an air gap 9a between the display device 200.
  • DAT double adhesive tape
  • a capacitance such as Ct is formed between the finger 8 and the linear sensor pattern 5.
  • a capacitance such as Cvcom is formed between the linear sensor pattern 5 and the common electrode 220 formed on the lower surface of the color filter 215 of the display device 200.
  • Cp an unknown parasitic capacitance, is also working.
  • a circuit such as the equivalent circuit of FIG. 4 is configured.
  • the conventional touch screen panel detects a touch by detecting a change amount of Ct, and background components such as Cvcom and Cp act as noise in detecting Ct.
  • background components such as Cvcom and Cp act as noise in detecting Ct.
  • the AC voltage Vcom of the common electrode 220 alternates with one or more gate lines as shown in FIG. It acts as a significant noise during touch detection.
  • an air gap 9a is disposed between the touch screen panel and the display device 200 as shown in FIG. 3.
  • a shielding layer is formed by applying ITO or the like to the lower surface of the substrate 1 of the touch screen panel, and the shielding layer is grounded with the ground signal.
  • the air gap 9a increases the thickness of the product and quality deterioration occurs.
  • a separate process for forming a shielding layer is required, an increase in manufacturing cost is caused.
  • the touch screen panel is embedded in the LCD, it is impossible to form the air gap 9a or the shielding layer, and thus it is impossible to manufacture the touch screen panel in the LCD or the like.
  • the present invention has been proposed to solve the problems of the conventional capacitive touch screen panel as described above, when forming an excitation pad spaced from the sensor pad and applying an alternating voltage to the excitation pad, a touch is generated when a touch is generated by the touch input tool.
  • the touch signal is acquired, thereby the effect of external noise, the effect of parasitic capacitance, and the display device.
  • an object thereof is to provide a display device incorporating such a capacitive touch screen panel.
  • the touch capacitance (Ct) is generated by the approach of a touch input tool such as a finger of the body 25 or similar conductors.
  • the touch capacitance (Ct) is formed between the touch input tool, the common electrode capacitance (Cvcom) between the common electrode 220 of the display device 200 Sensor pad 10 to form a;
  • the excitation pad 20 is formed to be spaced apart from the sensor pad 10 via the insulator 15, forms an excitation capacitance Cdrv between the sensor pad 10, and has an alternating voltage level alternated at a predetermined frequency.
  • the touch capacitance (Ct) is added to the level shift detects that the level shift occurs in the voltage variation of the sensor pad 10 by the alternating voltage level of the excitation pad 20 to obtain a touch signal
  • It is configured to include a detection unit (14).
  • a plurality of sensor pads 10 are connected by a connection part 10a to form a linear sensor pattern 10b, and a plurality of excitation pads 20 are connected by a connection part 20a to provide linear excitation.
  • a pattern 20b is formed, and a portion of the excitation pad 20 overlaps a portion of the sensor pad 10.
  • the insulator 15 is 100 To a thickness of 100 um.
  • alternating voltage levels are sequentially scanned and supplied to each of the linear excitation patterns 20b.
  • the common electrode 220 of the display device 200 has a DC voltage level.
  • the voltage variation at the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when the touch is not generated is determined by the following Equation 1, and the touch capacitance Ct is added and excitation
  • the voltage variation in the sensor pad 10 is determined by Equation 3 below, and the level shift is caused by the difference between Equation 1 and Equation 3.
  • the common electrode 220 of the display device 200 has a common voltage level alternated at a predetermined frequency.
  • the alternating voltage level of the excitation pad 20 is synchronized with the alternating common voltage level of the common electrode 220 in phase or antiphase.
  • the voltage variation at the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when the touch is not generated is determined by Equation 7 below, and the touch capacitance Ct is added and excitation
  • the voltage variation in the sensor pad 10 is determined by Equation 9 below, and the level shift is caused by the difference between Equation 7 and Equation 9.
  • the level shift detector 14 may shift the level of the sensor pad 10 at a rising time and / or a falling time of the AC voltage level of the excitation pad 20. Detect.
  • the level shift detection unit 14 detects a touch occupancy rate of the touch input tool with respect to the sensor pad 10 in response to the level shift level.
  • the level shift detection unit 14 includes a signal detection switching device 16 to which an on / off control terminal is connected to the sensor pad 10.
  • the level shift detector 14 includes an amplifier 18 for amplifying a signal from the sensor pad 10.
  • the amplifier 18 is a differential amplifier 18a which differentially amplifies the signal at the sensor pad 10.
  • the differential input signal of the differential amplifier 18a is a signal corresponding to the voltage variation in the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when no touch occurs.
  • each sensor pad 10 further comprising a memory unit 28 for storing the output of the amplifier 18 for each sensor pad 10 when no touch occurs, each sensor pad 10 with reference to the memory unit 28 Determine whether there is a touch.
  • the touch capacitance Ct is generated by the approach of a touch input tool such as a finger 25 of the body or a similar conductor.
  • a touch input tool such as a finger 25 of the body or a similar conductor.
  • an excitation capacitance Cdrv is formed between an excitation pad 20 to which an alternating voltage is applied at a predetermined frequency, and a common electrode of the display device 200 is provided.
  • the common electrode capacitance Cvcom is formed between the 220 and the excitation capacitance by supplying a charging signal to the sensor pad 10 forming the touch capacitance Ct between the touch input tool.
  • a plurality of sensor pads 10 are connected by a connection part 10a to form a linear sensor pattern 10b, and a plurality of excitation pads 20 are connected by a connection part 20a to provide linear excitation.
  • a pattern 20b is formed, and a portion of the excitation pad 20 overlaps a portion of the sensor pad 10.
  • the insulator 15 is 100 To a thickness of 100 um.
  • alternating voltage levels are sequentially scanned and supplied to each of the linear excitation patterns 20b.
  • the common electrode 220 of the display device 200 has a DC voltage level.
  • the voltage variation at the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when no touch occurs in step (c) is determined by the following Equation 1, and the touch capacitance Ct
  • the voltage variation at the sensor pad 10 is determined by Equation 3 below, and the level shift is the difference between Equation 1 and Equation 3. Is caused by.
  • the common electrode 220 of the display device 200 has a common voltage level alternated at a predetermined frequency.
  • the alternating voltage level of the excitation pad 20 is synchronized with the alternating common voltage level of the common electrode 220 in phase or antiphase.
  • the voltage variation at the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when the touch is not generated in step (c) is determined by the following Equation 7, and the touch capacitance Ct
  • the voltage variation at the sensor pad 10 is determined by Equation 9, and the level shift is a difference between Equation 7 and Equation 9. Is caused by.
  • the step (c) detects a level shift in the sensor pad 10 at a rising time and / or a falling time of the AC voltage level of the excitation pad 20. do.
  • the method may further include detecting a touch occupancy rate of the touch input tool with respect to the sensor pad 10 in response to the magnitude of the level shift detected in the step (c).
  • detecting the level shift in step (c) uses a signal detection switching device 16 to which an on / off control terminal is connected to the sensor pad 10.
  • detecting the level shift in step (c) uses an amplifier 18 that amplifies the signal at the sensor pad 10.
  • the amplifier 18 is a differential amplifier 18a which differentially amplifies the signal at the sensor pad 10.
  • the differential input signal of the differential amplifier 18a is a signal corresponding to the voltage variation in the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when no touch occurs.
  • the method may further include determining whether there is a touch.
  • the touch capacitance Ct is generated by the approach of a touch input tool such as a finger 25 of the body or a similar conductor.
  • a touch input tool such as a finger 25 of the body or a similar conductor.
  • the capacitive touch screen panel for detecting that the substrate 50;
  • a touch capacitance Ct is formed on the upper surface of the substrate 50, and the touch capacitance Ct is formed between the touch input tool, and the common electrode capacitance Cvcom is between the common electrode 220 of the display device 200.
  • the excitation pad is formed spaced apart from the sensor pad 10 via the insulator 15, forms an excitation capacitance Cdrv between the sensor pad 10, and has an alternating voltage level alternated at a predetermined frequency ( 20);
  • the level shift detection unit detects that the level shift occurs in the voltage variation of the sensor pad 10 by the alternating voltage level of the excitation pad 20 to obtain a touch signal (14); And a drive IC 30 which supplies a charging signal to the sensor pad 10 through the charging means 12 and calculates touch coordinates from the output of the level shift detection unit 14.
  • a plurality of the sensor pads 10 are connected to the active region of the substrate 50 by the connecting portion 10a to form a linear sensor pattern 10b, and the plurality of excitation pads 20 are the connecting portions.
  • the linear excitation pattern 20b is connected to each other by a portion 20a, and a portion of the excitation pad 20 overlaps a portion of the sensor pad 10.
  • the insulator 15 is 100 To a thickness of 100 um.
  • the drive IC 30 scans and supplies alternating voltage levels sequentially to each of the linear excitation patterns 20b.
  • the common electrode 220 of the display device 200 has a DC voltage level.
  • the voltage variation at the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when the touch is not generated is determined by the following Equation 1, and the touch capacitance Ct is added and excitation
  • the voltage variation in the sensor pad 10 is determined by Equation 3 below, and the level shift is caused by the difference between Equation 1 and Equation 3.
  • the common electrode 220 of the display device 200 has a common voltage level alternated at a predetermined frequency.
  • the alternating voltage level of the excitation pad 20 is synchronized with the alternating common voltage level of the common electrode 220 in phase or antiphase.
  • the voltage variation at the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when the touch is not generated is determined by Equation 7 below, and the touch capacitance Ct is added and excitation
  • the voltage variation in the sensor pad 10 is determined by Equation 9 below, and the level shift is caused by the difference between Equation 7 and Equation 9.
  • the level shift detector 14 may shift the level of the sensor pad 10 at a rising time and / or a falling time of the AC voltage level of the excitation pad 20. Detect.
  • the level shift detection unit 14 detects a touch occupancy rate of the touch input tool with respect to the sensor pad 10 in response to the level shift level.
  • the level shift detection unit 14 includes a signal detection switching device 16 to which an on / off control terminal is connected to the sensor pad 10.
  • the level shift detector 14 includes an amplifier 18 for amplifying a signal from the sensor pad 10.
  • the amplifier 18 is a differential amplifier 18a which differentially amplifies the signal at the sensor pad 10.
  • the differential input signal of the differential amplifier 18a is a signal corresponding to the voltage variation in the sensor pad 10 due to the excitation capacitance Cdrv when no touch occurs.
  • each sensor pad 10 further comprising a memory unit 28 for storing the output of the amplifier 18 for each sensor pad 10 when no touch occurs, each sensor pad 10 with reference to the memory unit 28 Determine whether there is a touch.
  • the drive IC 30 is mounted on one side of the substrate 50 in the form of a chip on glass (COG) or a chip on film (COF).
  • COG chip on glass
  • COF chip on film
  • the protective panel 52 is further attached to the upper surface of the substrate 50.
  • the substrate 50 may be embedded in the display device 200 or any one of the substrates constituting the display device 200.
  • any one of the above-described touch screen panels may be embedded, or any one of the substrates having a basic configuration may be One substrate 50 has a configuration.
  • the display device 200 is a liquid crystal display
  • the substrate 50 is a color filter 215 of the liquid crystal display.
  • the drive IC 30 is integrated into a drive IC for displaying a screen of the display device 200.
  • an excitation pad is formed to be spaced apart from the sensor pad.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a conventional capacitive touch screen panel
  • FIG. 2 is a plan view showing another example of a conventional capacitive touch screen panel
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating an example in which the touch screen panel of FIG. 2 is installed on a display device.
  • FIG. 4 is an equivalent circuit diagram of detecting a touch capacitance in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a waveform diagram illustrating an AC voltage waveform of a liquid crystal display device
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating touch detection means according to the present invention.
  • FIG. 7 is a diagram schematically illustrating variation in excitation capacitance.
  • FIG. 8 is a pattern configuration diagram illustrating the configuration of a sensor pad and an excitation pad in the present invention.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross-sectional structure of II 'in FIG.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view illustrating a configuration in which a touch screen panel is installed on a display device.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a configuration in which the touch screen panel is installed in the display device
  • FIG. 12 is a circuit diagram illustrating an example of a level shift detection unit
  • 13 is a circuit diagram illustrating another example of the level shift detector.
  • FIG. 14 is a circuit diagram illustrating another example of the level shift detector.
  • 15 is a waveform diagram illustrating a process of detecting a touch signal
  • 16 is a block diagram illustrating the configuration of a memory unit
  • the present invention relates to a capacitive touch detection means, a detection method and a touch screen panel using a level shift, and a display device incorporating such a capacitive touch screen panel.
  • the excitation pad 20 and the sensor pad 10 are electrically insulated from each other.
  • the touch detection system includes the voltage variation set by the excitation capacitance between the excitation pad and the sensor pad when no touch occurs, and the voltage variation when the excitation capacitance is changed by the touch generation and the touch capacitance is added.
  • a level shift which is a magnitude difference between two voltage variations, the influence of noise or parasitic capacitance generated in the display device is minimized, and a touch signal can be obtained more stably.
  • the present invention detects a non-contact touch input of a touch input tool having a finger or similar electrical characteristics.
  • non-contact touch input means that a touch input tool such as a finger makes a touch input while being spaced a predetermined distance from the sensor pad by a substrate or a protective panel.
  • the touch input tool may contact the outer surface of the substrate.
  • the touch input tool and the sensor pad remain in a non-contact state. Accordingly, the touch action of the finger on the sensor pad may be expressed by the term “access”.
  • the finger since the finger may be in contact with the outer surface of the substrate, the touch action of the finger against the substrate may be expressed by the term "contact”.
  • access and “contact” are commonly used as the meaning above.
  • components described below are components that perform certain roles, and refer to software or hardware components such as a field-programmable gate array (FPGA) or an application specific integrated circuit (ASIC).
  • ⁇ part is not meant to be limited to software or hardware.
  • ⁇ may be configured in an addressable storage medium or may be configured to play one or more processors.
  • ⁇ part may include certain processes, functions, properties, subroutines, segments of program code, firmware, microcode, database, variables.
  • “ ⁇ part” may be included in larger component or “ ⁇ part” or may include smaller components and “ ⁇ part”.
  • the " ⁇ part” may have its own CPU.
  • FIG. 6 is a circuit diagram illustrating a touch detection means according to the present invention
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a variation in excitation capacitance
  • FIG. 8 is a pattern configuration diagram illustrating a configuration of a sensor pad and an excitation pad in the present invention
  • 9 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional structure of II ′ in FIG. 8.
  • the touch detection means of the present invention basically includes a sensor pad 10, an excitation pad 20, a charging means 12, and a level shift detector 14.
  • the sensor pad 10 is an electrode patterned on the substrate 50 for detecting touch input, and forms a touch capacitance Ct between a touch input tool such as a finger 25 of the body or a similar conductor.
  • the common electrode capacitance Cvcom is formed between the common electrode 220 of the display device 200.
  • the sensor pad 10 is formed of a transparent conductor when the touch screen panel is placed on the display device 200.
  • the sensor pad 10 may be formed of a transparent material such as indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), carbon nano tube (CNT), indium zinc oxide (IZO), or a transparent material having similar conductivity characteristics. do. If the touch screen panel such as a touch keyboard or a touch pad is not on the display device 200, the sensor pad 10 may be formed of metal.
  • the excitation pad 20 is an electrode spaced apart from the sensor pad 10. As shown in FIG. 6, an alternating voltage is applied to the excitation pad 20 at a predetermined frequency.
  • the excitation pad 20 is an electrode patterned on the substrate 50 in the same manner as the sensor pad 10, and is preferably formed of a transparent conductive material such as ITO, ATO, CNT, and IZO.
  • the excitation pad 20 may also be formed of metal in the touch pad.
  • An insulator 15 exists between the excitation pad 20 and the sensor pad 10.
  • an excitation capacitance Cdrv is formed between the excitation pad 20 and the sensor pad 10.
  • the excitation capacitance Cdrv is changed by the touch of the finger 25.
  • the human finger 25 is a floating dielectric.
  • the electric field between the sensor pad 10 and the excitation pad 20 changes to increase the value of the excitation capacitance Cdrv. This is because the number of electric field lines starting from the excitation pad 20 and ending with the sensor pad 10 increases as the human finger 25 approaches the sensor pad 10.
  • the electric field shielding model is applied.
  • the electric field is shielded by the approach of the finger 25, and the excitation capacitance Cdrv becomes smaller as above. This is because a portion of the electric force line from the excitation pad 20 is blocked by the finger 25 and decreases as the human finger 25 approaches the sensor pad 10.
  • FIG. 8 shows the configuration of the sensor pad 10 and the excitation pad 20.
  • the sensor pad 10 and the excitation pad 20 are formed in a diamond shape, but the shape of the pad may be changed into various shapes such as a circle, a triangle, and a rectangle.
  • FIG. 8 illustrates that the sensor pad 10 and the excitation pad 20 are each arranged at a resolution of 3 * 3, this is merely to help understanding of the present invention, and in fact, higher resolution (eg, 18). Such as * 30 or 24 * 40).
  • a plurality of sensor pads 10 are connected by the connecting portion 10a to form a linear sensor pattern 10b.
  • the linear sensor pattern 10b is disposed in the column direction.
  • a plurality of excitation pads 20 are also connected by the connecting portion 20a to form a linear excitation pattern 20b.
  • the linear excitation pattern 20b is arranged in the row direction.
  • the linear sensor pattern 10b and the linear excitation pattern 20b cross each other at the connecting portions 10a and 20a.
  • Each connecting portion 10a, 20a is mutually insulated at the intersection.
  • a part of the excitation pad 20 is formed to overlap a portion of the sensor pad 10.
  • a portion of the excitation pad 20 protrudes from the diamond pattern to cover the top surface of the sensor pad 10 to form an overlap region 20c.
  • a sensor pad 10 is formed on an upper surface of the substrate 50, an insulator 15 is formed on an upper surface of the sensor pad 10, and an excitation pad is formed on an upper surface of the insulator 15.
  • the configuration in which 20 is formed can be seen.
  • the thickness of the insulator 15 is 100 to 100 um.
  • the protection panel 52 is provided on the upper surface of the substrate 50.
  • the protective panel 52 serves to maintain the gap so that the sensor pad 10 and the finger 25 are spaced apart by a predetermined distance and prevent the durability of the display apparatus 200 from being degraded by the touch input.
  • the protective panel 52 may be made of, for example, a material such as tempered glass or transparent acrylic.
  • both the sensor pad 10 and the excitation pad 20 may be located on the lower surface of the substrate 50, in which case the substrate 50 itself serves as a protective panel.
  • the excitation pad 20 may be formed first on the upper surface of the substrate 50, and the insulator 15 and the sensor pad 10 may be sequentially stacked thereon.
  • FIGS. 10 and 11 are cross-sectional views illustrating an installation example of the touch screen panel, and illustrate that the touch screen panel according to the present invention is installed in the liquid crystal display device.
  • the liquid crystal display generally has a common electrode 220 or a Vcom electrode.
  • the illustrated display device 200 will be briefly described as follows.
  • the display device 200 has a structure in which a liquid crystal is sealed between the lower TFT substrate 205 and the upper color filter 215 to form the liquid crystal layer 210.
  • the TFT substrate 205 and the color filter 215 are bonded by the sealant 230 at the outer portion thereof.
  • polarizers are attached to the upper and lower sides of the liquid crystal panel, and optical sheets such as a BLU (Back Light Unit) and a Brightness Enhancement Film (BEF) are installed.
  • BLU Back Light Unit
  • BEF Brightness Enhancement Film
  • the substrate 50 of the touch screen panel is installed on the upper portion of the display device 200.
  • the substrate 50 is attached to the upper portion of the display device 200 through an adhesive member 57 such as a double adhesive tape (DAT) at an outer portion thereof.
  • An air gap 58 is formed between the substrate 50 and the display device 200.
  • the substrate 50 may be directly attached to the upper portion of the display device 200 without using an air gap by using an ultraviolet curable resin or silicon.
  • the touch components as shown in FIG. 9 may be directly mounted on the color filter 215 of the display device 200. That is, the color filter 215 functions as the substrate 50 of the touch screen panel.
  • Such a structure has an advantage that the touch screen panel is manufactured together in the process of manufacturing the display device 200, and is generally called an on cell method.
  • the common electrode 220 of the display device 200 has a DC voltage in the dot inversion scheme and an alternating voltage level in the line inversion or column inversion scheme. In both methods, the common electrode capacitance Cvcom is formed between the sensor pad 10 and the common electrode 220 as shown in FIGS. 10 and 11.
  • Cdrv, Ct, Cvcom, etc. are symbols representing the name and size of the capacitor at the same time.
  • Ct means a capacitor named Ct and a capacitance of Ct.
  • the charging means 12 is a means for selectively supplying a charging signal to the sensor pad 10 when necessary.
  • the charging means 12 is a three-terminal switching element that performs a switching operation according to a control signal supplied to the on / off control terminal, or a linear element such as an OP-AMP that supplies a signal according to the control signal.
  • the charging means 12 may include a relay, a metal oxide semiconductor (MOS) switch, a bipolar junction transistor (BJT), a field effect transistor (FET), a metal oxide semiconductor field effect transistor (MOSFET), and an insulated gate bipolar (IGBT). Transistor) and TFT (Thin Film Transistor).
  • a relay is a device that outputs a voltage or current applied to an input terminal without loss when a current is applied to a control terminal
  • a BJT is a base terminal in a state in which a voltage higher than a threshold voltage of the base is applied to the base.
  • TFT is a switching device used in pixel parts such as LCD and AMOLED, and is composed of gate terminal as control terminal, drain terminal as input / output terminal, and source terminal, and gate terminal as source terminal.
  • a current flowing through the input terminal to the output terminal while conducting is dependent on the magnitude of the voltage applied to the gate terminal.
  • various elements such as OP-AMP or flip-flop having Enable and Disable terminals may be used.
  • the capacitors acting on the sensor pad 10 are excitation capacitance Cdrv, common electrode capacitance Cvcom, touch capacitance Ct, and parasitic capacitance Cp. If a charging signal is applied through the charging means 12, the capacitors Cdrv, Cvcom, Ct, Cp, etc. will all be charged. Then, when the charging means 12 is turned off, the charged signal is isolated unless the signal charged in each capacitor is discharged separately. In order to stably isolate the charged signal, as shown in Figs. 12 to 14, a three-terminal switching element is used as the charging means 12, and the input terminal of the level shift detector 14 has a high impedance (Hi-impedance or Hi-z). If the touch input is observed while discharging the charged signal, the charging signal is isolated by other means, or the signal is quickly observed at the start of discharge, the input terminal of the level shift detection unit 14 must be Hi-z. no.
  • the level shift detection unit 14 detects whether the signal level in the sensor pad 10 is shifted. Preferably, the level shift detection unit 14 adds Ct in parallel when a touch occurs (i.e., Cdrv, etc.) in preparation for voltage fluctuations in the sensor pad 10 when there is no touch (i.e., when Ct is not formed). When Cdrv is changed, a touch signal is obtained by detecting whether a level shift occurs in the voltage change at the sensor pad 10.
  • the level shift detector 14 may have various elements or circuit configurations.
  • the level shift detector 14 may include an amplifier for amplifying a signal from the sensor pad 10, an analog to digital converter (ADC), a voltage to frequency converter (VFC), a flip-flop, and a latch. , A buffer, a transistor (TR), a thin film transistor (TFT), a comparator, or the like, or a combination of these components.
  • the level shift detection unit 14 includes a signal detection switching element 16.
  • the signal detection switching element 16 is a TFT as an example. Referring to FIG. 12, the on / off control terminal of the signal detection switching device 16 is connected to the sensor pad 10. Therefore, the current i flowing through the input / output terminal of the signal detection switching element 16 is controlled by the potential at the sensor pad 10. Therefore, the level shift due to touch generation can be read by detecting a change in the current i.
  • the level shift detector 14 includes an amplifier 18 having an input terminal connected to the sensor pad 10. Since the amplifier 18 also has a hi-z input terminal, it is possible to stably isolate a signal at P1 which is a connection point between the sensor pad 10 and the capacitors. The amplifier 18 amplifies the signal at the sensor pad 10. Accordingly, since the magnitude of the level shift due to the touch is amplified and output, the touch signal can be stably obtained.
  • FIG. 14 shows an example in which the differential amplifier 18a is used as the amplifier 18.
  • the differential amplifier 18a differentially amplifies the signal at the sensor pad 10 according to the inverted or non-inverted differential input voltage Vdif.
  • Vdif is externally adjustable.
  • Vdif may be a signal corresponding to a charging signal applied through the charging means 12.
  • Vdif is a signal corresponding to the voltage level at P1 when no touch occurs.
  • Vdif corresponds to the voltage level at P1 when no touch occurs
  • the differential amplifier 18a will amplify and output only the level shift value at the time of touch generation. Therefore, a cleaner and more stable touch signal can be obtained.
  • Vdif it is necessary to extract the voltage level at P1 when no touch occurs. Also, in order to obtain a touch signal in each of the rising and falling sections of the common voltage level, Vdif must also separately extract the voltage level of P1 when no touch occurs in each of the rising and falling sections of the common voltage level.
  • the Vdif may be determined and input at the stage of manufacturing the touch screen panel. In addition, the voltage level of P1 may be detected at initial power-on or periodically when no touch occurs.
  • the drive IC 30 includes a signal transmitter / receiver 31, a timing controller 33, a signal processor 35, and a memory 28. do.
  • the drive IC 30 may further include a common voltage detector 43 and / or a common voltage receiver 45 in some cases.
  • the drive IC 30 is mounted on one side of the substrate 50 in the form of a chip on film (COF) or a chip on glass (COG). Of course, it can be implemented in other ways.
  • the drive IC 30 may include a drive IC (for example, an LCD of a liquid crystal display device) for displaying a screen of the display device 200. Such as a Drive IC).
  • the detection signal acquired by the drive IC 30 is transferred to the CPU 40.
  • the CPU 40 may be a CPU of a display device, a main CPU of a computer device, or a CPU of the touch screen panel itself.
  • a touch processor may be processed by embedding a microprocessor such as 8bit or 16bit.
  • the system configuration further includes a power supply unit for generating a high or low voltage of signals for detecting a touch input.
  • the microprocessor built in the drive IC 30 recognizes gestures such as zoom, rotation, and move by calculating touch input coordinates, and calculates reference coordinates (or center point coordinates) and gestures. Data can be transferred to the main CPU.
  • gestures such as zoom, rotation, and move by calculating touch input coordinates, and calculates reference coordinates (or center point coordinates) and gestures. Data can be transferred to the main CPU.
  • reference coordinates or center point coordinates
  • data can be transferred to the main CPU.
  • generating a zooming signal by calculating the area of the touch input, calculating the intensity of the touch input, or when a plurality of GUI objects are touched at the same time, only the GUI object desired by the user (for example, a large area detected) is valid. You can also process and export the data in a variety of forms, including recognizing it as input.
  • the timing controller 33 generates a time division signal of several tens of ms or less, and the signal processor 35 supplies a signal to each of the linear excitation pattern 20b and the linear sensor pattern 10b through the signal transmission / reception unit 71.
  • Send and receive The signal transmission / reception unit 31 supplies the on / off control signal Vgn of the charging means 12 and the charging signal Vbn.
  • the signal transmission / reception unit 31 sequentially scans and supplies alternating voltage levels to each linear excitation pattern 20b.
  • the scan signal supplied to the linear excitation pattern 20b is SCn.
  • the signal transmitting and receiving unit 31 receives the detection signal SENn from each linear sensor pattern 10b.
  • Each SCn is an alternating alternating waveform, which is provided as a triangular wave, sine wave or square wave.
  • SCn is a square wave.
  • the memory unit 28 solves that the capacitors including Cp vary according to the position of the sensor pad 10, the wiring length, and other external factors, and this causes deviation of the level shift in each cell. A method of calibrating a reference signal for touch detection for each cell by using the memory unit 28 will be described later.
  • the memory unit 28 is also used for temporarily storing a signal at the time of touch generation. As shown in FIG. 16, the memory unit 28 has a unique absolute address for each sensor pad 10.
  • the illustrated embodiment exemplifies a case where the sensor pad 10 has a resolution of 3 * 3, since the sensor pad 10 actually has a higher resolution, a signal may be lost while processing many signals. For example, when the signal processor 35 is in the "Busy" state, the signal may not be recognized because the touch detection signal is not recognized. The memory unit 28 prevents such a loss of the signal.
  • the signal processor 35 detects a touch signal and temporarily stores the touch signal in the memory unit 28. After scanning the entire active area, the memory unit 28 is referred to to determine whether there is a missing signal. If there is a touch coordinate stored in the memory unit 28 but omitted in the signal processing, the signal processor 35 processes the touch coordinate as a normal input and erases the memory unit 28 before the next scanning.
  • the common electrode 220 of the display device 200 has the DC voltage level as in the dot inversion driving will be described first.
  • the common electrode 220 has the AC waveform as in the line inversion driving. The case will be described later.
  • a touch capacitance Ct is formed between the sensor pad 10 and the finger 25 and is touched by the charging voltage.
  • the capacitance Ct has a predetermined voltage level.
  • the potential of the sensor pad 10 will be changed by the AC voltage applied to the excitation pad 20.
  • the human finger 25 is adjacent to the excitation capacitance Cdrv formed between the sensor pad 10 and the excitation pad 20, the magnitude of the excitation capacitance Cdrv is also changed.
  • the voltage variation at P1 is determined by Equation 1 below.
  • SC1 is on and SC2 and SC3 are in an off state.
  • the finger 25 approaches the sensor pad 10 at the lower left.
  • the linear excitation pattern 20b of the point where the touch occurs is off, the corresponding touch should be ignored.
  • the touch capacitance Ct is added in parallel to P1, the voltage variation at P1 is determined by the following expression (2).
  • the SC3 is turned on, since the touch occurs at the point where the linear excitation pattern 20b is turned on, the corresponding touch signal is recognized as a normal touch signal.
  • the excitation capacitance Cdrv is varied as described with reference to FIG. 6.
  • Cdrv ' may be larger or smaller than Cdrv.
  • Cdrv 'becomes larger than Cdrv will be exemplified.
  • the addition of Ct and the change in Cdrv (Cdrv ') act on the voltage fluctuation at P1.
  • the voltage variation at P1 is determined by the following equation.
  • the level shift detection unit 14 detects the level shift in the sensor pad 10 by using Equations 1 to 3 as described above.
  • VdrvH and VdrvL are easily set values, which are the high and low voltages of the AC voltage.
  • Cdrv can be obtained from Equation 4 below.
  • Silver is the dielectric constant of the insulator 15, and can be obtained from a value obtained by multiplying the dielectric constant of the vacuum by the dielectric constant of the material of the insulator. Silver can be obtained from the area of the overlap area 20c of the excitation pad 20 as the area of the sensor pad 10 facing the excitation pad 20. Is a separation distance between the sensor pad 10 and the excitation pad 20 and corresponds to the thickness of the insulator 15. In the previous example, the thickness of the insulator 15 is for example 100 To 100 um. As you can see, Cdrv is a value that can be easily obtained from the design value.
  • ⁇ Equation 5> May be obtained from the permittivity of the medium existing between the sensor pad 10 and the common electrode 220. Since the common electrode 220 is formed as a surface area of the sensor pad 10 and the common electrode 220, it can be obtained from the cross-sectional area of the sensor pad 10. The distance between the sensor pad 10 and the common electrode 220 corresponds to the thickness of the medium existing between the sensor pad 10 and the common electrode 220.
  • the media between the sensor pad 10 and the common electrode 220 are different from each other.
  • Capacitors should be considered.
  • Cvcom is equivalent to a series of capacitors generated on opposite sides of each dielectric, and thus Cvcom can be obtained from this.
  • FIG. 11 since only the color filter 215 exists between the sensor pad 10 and the common electrode 220, it is easier to obtain Cvcom.
  • ⁇ Equation 6> Can be obtained from the permittivity of the medium between the sensor pad 10 and the finger 25. If the glass is attached to the upper surface of the substrate 50, the dielectric constant from the value of the dielectric constant of the vacuum multiplied by the dielectric constant of the glass Can be obtained. Corresponds to the opposing area of the sensor pad 10 and the finger 25. If the finger 25 covers all the sensor pads 10 Corresponds to the area of the sensor pad 10. If the finger 25 covers a part of the sensor pad 10 Will be reduced by the area not facing the finger 25. Since the distance between the sensor pad 10 and the finger 25, it will correspond to the thickness of the reinforced glass or other type of protective panel 52 mounted on the upper surface of the substrate 50.
  • Ct is also a value that can be easily obtained, and is a value that can be easily set by designing the material or thickness of the protection panel mounted on the substrate 50.
  • Ct is proportional to the opposing areas of the finger 25 and the sensor pad 10, the touch occupancy rate of the finger 25 with respect to the sensor pad 10 can be calculated therefrom.
  • the common voltage of the display device 200 is at the DC level using the above Equations 1 to 6, when (i) no touch occurs, (ii) the touch is performed on the non-scan line of the linear excitation pattern 20b.
  • the voltage variation of P1 may be detected in each case.
  • the actual touch signal is acquired when (iii) a touch occurs in the scan line of the linear excitation pattern 20b.
  • the level shift detector 14 detects a level shift at P1, and the drive IC 30 ( In case of iii), a touch signal is obtained.
  • the common voltage of the display device 200 may be an AC component, such as a signal applied to the excitation pad 20.
  • the variation of the common voltage affects the touch detection, which is considered in the following Equations (7) to (9).
  • the drive IC 30 may include a common voltage detector 43 or a common voltage receiver 45.
  • the common voltage detector 43 automatically detects the common voltage. For example, the common voltage detector 43 detects that the potential of P1 is alternated according to the alternating of the common voltage in a state in which the charging means 12 cuts off the supply of the charging signal and electrically isolates the sensor pad 10. It is composed.
  • the common voltage receiver 45 directly receives the common voltage information from the display device 200. When the alternating voltage levels applied to the excitation pads 20 are synchronized in the in-phase or anti-phase using the common voltage detector 43 and the common voltage receiver 45, the common electrode 220 of the display device 200 is synchronized. ) Can be easily performed even if the voltage has an alternating voltage level.
  • Equations 7 to 9 described in the present embodiment refer to Equations 4 to 6 above to obtain the value of the capacitor.
  • the voltage variation at P1 is determined by Equation 7 below.
  • SC1 is on and SC2 and SC3 are in an off state.
  • the finger 25 approaches the sensor pad 10 at the lower left.
  • the linear excitation pattern 20b of the point where the touch occurs is off, the corresponding touch should be ignored.
  • the touch capacitance Ct is added in parallel to P1, the voltage variation at P1 is determined by the following expression (8).
  • the SC3 is turned on, since the touch occurs at the point where the linear excitation pattern 20b is turned on, the corresponding touch signal is recognized as a normal touch signal.
  • the excitation capacitance Cdrv is changed to Cdrv 'as described with reference to FIG.
  • the addition of Ct and the change in Cdrv (Cdrv ') act on the voltage fluctuation at P1.
  • the voltage variation at P1 is determined by the following equation (9).
  • Equations 7 to 9 Is the voltage variation in the sensor pad 10, Is the high level voltage of the AC voltage applied to the excitation pad 20, Is a low level voltage of the AC voltage applied to the excitation pad 20, Is the capacitance here, Is the excitation capacitance caused by the change of touch, Is the common electrode capacitance, Is the parasitic capacitance, Is the touch capacitance.
  • the level shift detection unit 14 detects the level shift in the sensor pad 10 when the common voltage of the display device 200 alternates by using Equations 7 to 9 as described above.
  • FIG. 15 is a waveform diagram showing a process of detecting a touch signal according to the present invention.
  • a three-terminal switching element such as a MOS or a FET is used as the charging means 12, and the differential is used as the level shift detection unit 14.
  • FIG. 15 An example of detection when the amplifier 18a is used is shown. 15 illustrates a case in which the common voltage of the display device 200 is at a DC level, and Equations 1 to 6 are referred to.
  • the On voltage of the gate voltage Vg of the charging means 12 is 3V, and the Off voltage is 0V.
  • the charging signal Vb is applied at 5V and may be linked to Vg or may be always kept high.
  • the AC voltage Vdrv of the excitation pad 20 is given at 3V at the Hi level and 0V at the Low level.
  • the present embodiment uses the differential amplifier 18a, so that the level shift can be easily detected even if the height difference of the AC voltage is small. As shown at the bottom of the waveform diagram, the detection operation is performed after the charging operation.
  • the reason why the size of Cvcom is large is that the plurality of sensor pads 10 form the linear sensor pattern 10b, and thus Cvcom acts on the entire linear sensor pattern 10b.
  • V_P1 of P1 When charging 1 is performed, the potential V_P1 of P1 is maintained at 5V, which is the charging voltage.
  • the detection 1 operation After charging 1, the detection 1 operation is performed in the rising section of Vdrv. The detection 1 operation occurs immediately after the rise of Vdrv or after a predetermined time elapses. Since touch is not generated, ⁇ Equation 1> The value of is "(3-0) * 1/11", that is, approximately 0.27V. Therefore, V_P1 rises to 5.27V. Since no touch occurs, Vdif is also given as 5.27V. When no touch occurs, the voltage level of V_P1 and Vdif are ideally the same, so that the output Vt of the differential amplifier 18a hardly occurs. Even if there is an influence due to noise or the like, Vt is output as a very weak signal.
  • the generation point is a bisscan line of the linear excitation pattern 20b.
  • V_P1 When the charging 2 operation is performed, the voltage level of P1 is lowered to 5V, which is the charging voltage.
  • V_P1 varies by "-(3-0) * 1/12", that is, about 0.25V according to ⁇ Equation 2>.
  • V_P1 is 4.75V in detection 2, and it can be seen that a level shift of 0.02V occurs in a phase opposite to the variation of Vdrv as compared with when no touch occurs.
  • the Vdif of the differential amplifier 18a corresponds to the value of V_P1 when no touch occurs, it varies by "-(3-0) * 1/12" according to ⁇ Equation 1> and has a value of 4.73V. Therefore, the output Vt of the differential amplifier 18a amplifies and outputs 0.02V, which is the difference between the two inputs, V_P1 and Vdif.
  • the touch signal in the bisscan line is difficult to find an accurate point, the level shift is ignored or only serves as reference data for determining another touch point.
  • V_P1 varies by ((3-0) * 1.5 / 12.5 ", that is, 0.36V according to ⁇ Equation 3>.
  • V_P1 is 5.36V
  • a level shift of 0.09V occurs in the same phase as the variation of Vdrv compared to when no touch occurs.
  • the phase shift of the level shift is reversed and the magnitude is larger. Therefore, it is easy to detect the touch signal separately from the touch on the bisscan line.
  • the difference of 0.09V is amplified differentially, so that the touch signal can be obtained more stably.
  • V_P1 When the operation of the charging 4 is performed after the detection 3, V_P1 returns to 5V by the charging voltage. Then, in detection 4, since a touch input is generated in the falling section of Vdrv and is a scan line, V_P1 varies by "-(3-0) * 1.5 / 12.5", that is, -0.36V according to ⁇ Equation 3>. V_P1 is 4.64V, and a level shift of -0.09V occurs in the same phase as the variation of Vdrv.
  • V_P1 and Vdif are equally ideal. Therefore, only a weak signal corresponding to noise is outputted in Vt. If a touch occurs on a certain sensor pad 10 in the non-scan area of the excitation voltage, V_P1 is level shifted in the opposite direction to the fluctuation of the excitation voltage compared to Vdif, and the magnitude of the level shift is relatively small. If a touch occurs on a sensor pad 10 in the scan area of the excitation voltage, V_P1 is level shifted in the same direction as the variation of the excitation voltage compared to Vdif, and the magnitude of the level shift is relatively large.
  • the touch in the non-scan area of the excitation voltage and the touch in the scan area show that the level shift proceeds in the opposite direction and that the difference in magnitude is large (based on the level shift level in the non-scan area). have.
  • the difference in magnitude will also be widened by the differential amplification 18a. From this, it can be seen that the touch can easily and stably be generated in the scan region of the excitation voltage, and the multi-touch can be recognized.
  • the touch occupancy of the finger 25 can also be easily calculated in the above manner, it is possible to increase the touch resolution compared to the physical resolution of the sensor pad 10.
  • Cp is a negligible value in comparison with Cdrv in ⁇ Equation 1> to ⁇ Equation 3>.
  • the parasitic capacitance Cp may be large and may vary from sensor pad 10 to sensor pad 10. For example, it is very difficult to design the position of the sensor pad 10, the wiring length, and other external factors uniformly for every sensor pad 10.
  • Cdrv may also be different for each sensor pad 10. If the size of the level shift is large, such a deviation can be ignored. However, the smaller the level shift, the more the value of each of the sensor pads 10 cannot be ignored.
  • the drive IC 30 solves the problem using the memory unit 28 as briefly mentioned above.
  • the memory unit 28 stores the output signal of the differential amplifier 18a for each sensor pad 10 when a touch is not generated.
  • the output signal of the differential amplifier 18a stored in the memory unit 28 is a value based on the inherent Cp of each sensor pad 10 and may be different for each sensor pad 10.
  • the output of the differential amplifier 18a may be obtained without a touch. If the output deviation of the differential amplifier 18a is large for each sensor pad 10, the output of the differential amplifier 18a when the touch is not generated may be disregarded again.
  • the differential amplifier 18a output in the non-touch state at the factory shipment stage may be stored in the memory unit 28 for each sensor pad 10.
  • the drive IC 30 may compare the values of the same cell to determine that a touch has occurred when a change occurs over a preset reference value.
  • the memory unit 28 is composed of a table having m rows and n columns.
  • the M1-1 address stores the output of the differential amplifier 18a when no touch is allocated to the sensor pad 10 at the upper left.
  • the signal stored in the memory unit 28 is referred to when detecting whether the sensor pad 10 touches the upper left corner.
  • Values stored at respective addresses of the memory unit 28 may be periodically corrected. Periodic calibration may be performed when powering the device as above, or in a dormant state. In this way, the output of the differential amplifier 18a is stored in the memory unit 28 when the touch is not generated (or separately when the touch is not generated and when it is generated) for each sensor pad 10, and periodically corrected, when the touch signal is detected. Referring to the memory unit 28, the touch signal may be stably obtained even when the sensor pads 10 have unique Cp.

Abstract

본 발명은 노이즈나 기생정전용량에 의한 영향을 최소화하고, 액정표시장치의 공통전극에 의해 유기되는 신호를 적극 이용하여 터치를 검출하는 새로운 방식의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것이다.

Description

레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치
본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력도구의 정전식 터치입력을 검출하는 수단, 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 여기패드(Driving Pad)와 센서패드(Sensor Pad) 사이에 형성되는 여기정전용량에 터치입력에 의한 터치정전용량이 부가될 때, 여기정전용량의 변화 및 부가된 터치정전용량에 의해 검출기의 검출신호에 레벨시프트 현상이 발생하는 것을 감지하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 터치스크린패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다. 터치스크린패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.
종래 터치스크린패널은 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치스크린패널이 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치스크린패널은 투과율이 낮고 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하고 멀티터치 및 제스처 인식이 곤란하고 검출오류가 발생하는 등의 문제점을 안고 있다.
이에 반해, 정전식 터치스크린패널은 투과율이 높고 소프트 터치를 인식할 수 있고 멀티터치 및 제스처 인식이 양호한 장점을 갖고 있어 점차 시장을 넓혀가고 있다.
도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명기판(2)의 상하면에 투명도전막이 형성되며, 투명기판(2)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(4)이 형성되어 있다. 상기 투명도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성된다. 그리고 상기 투명도전막의 네 모서리에 형성되는 금속전극(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성한다. 상기 금속전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(4)을 포함한 투명도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.
위와 같은 정전식 터치스크린패널은 상기 금속전극(4)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 이는 투명기판(2)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(8)이나 도전성 터치입력도구로 투명기판(2) 상면의 투명도전막을 가볍게 터치하면, 일정량의 전류가 체내로 흡수되면서 컨트롤러(6)에 내장된 전류센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속전극(4) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.
그런데, 도 1과 같은 정전식 터치스크린패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출장치를 필요로 하므로 가격이 상승하며 복수개의 터치를 인식하는 멀티터치가 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 도 2와 같은 정전식 터치스크린패널이 주로 사용되고 있다. 도 2의 터치스크린패널은 횡방향의 선형 센서패턴(5a) 및 종방향의 선형 센서패턴(5b), 터치신호를 분석하는 터치드라이브IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치스크린패널은 선형 센서패턴(5)과 손가락(8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형 센서패턴(5a)과 종방향의 선형 센서패턴(5b)을 스캔하여 신호를 검출하므로 복수개의 터치지점을 인식할 수 있다.
그런데, 위와 같은 터치스크린패널은 LCD와 같은 표시장치 위에 실장되어 사용될 때, 노이즈에 의해 신호 검출이 어려운 현상이 발생한다. 예컨대, LCD는 공통전극을 사용하며 경우에 따라 이 공통전극에 교류의 교류전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통전압의 교류전압(Vcom)은 터치지점 검출시 노이즈로 작용한다.
도 3은 LCD 위에 종래 정전식 터치스크린패널이 설치된 실시태양을 보여준다. 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film) 등과 같은 광학시트들이 설치된다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널이 설치된다. 터치스크린패널은 기판(1) 상면에 상기한 선형 센서패턴(5)이 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형 센서패턴(5)을 보호하기 위한 보호패널(3)이 부착된다. 터치스크린패널은 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(9)를 매개로 표시장치(200)의 에지부에 접착되며, 표시장치(200)와의 사이에서 에어갭(9a)을 형성한다.
이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형 센서패턴(5) 사이에는 Ct와 같은 정전용량이 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형 센서패턴(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 Cvcom과 같은 정전용량이 형성되며, 선형 센서패턴(5)에는 미지의 기생정전용량인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.
여기서, 종래 터치스크린패널은 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하는데, Cvcom 및 Cp와 같은 백그라운드(Background) 성분은 Ct의 검출에 있어 노이즈로 작용한다. 예컨대 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극(220)의 교류전압(Vcom)이 도 5에서와 같이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용하므로, 이러한 교번 전계는 터치 검출시 상당한 노이즈로 작용한다.
통상적으로 위와 같은 노이즈를 제거하기 위하여, 도 3에서와 같이 터치스크린패널과 표시장치(200) 사이에 에어갭(9a)을 둔다. 또한, 도시하지 않았지만, 터치스크린패널의 기판(1) 하면에 ITO 등을 도포하여 차폐층을 형성하고 이 차폐층을 그라운드 신호와 접지시킨다.
하지만, 에어갭(9a)에 의해 제품의 두께가 증가하며 품질저하가 발생된다. 또한 차폐층을 구성하기 위한 별도의 공정을 필요로 하므로 제조단가의 상승이 유발된다. 특히 LCD 내에 터치스크린패널을 내장하는 경우 에어갭(9a)이나 차폐층의 형성이 불가능하므로 LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하여 제조하는 것이 불가능하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래 정전식 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 센서패드와 이격된 여기패드를 형성하고 여기패드에 교류전압를 인가할 때, 터치입력도구에 의한 터치 발생시에 터치정전용량의 부가 및 여기정전용량의 변동에 의해 센서패드에서의 전압변동에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 외부의 노이즈에 의한 영향, 기생정전용량에 의한 영향 및 표시장치의 공통전극에 의한 영향을 최소화하고 터치신호를 안정적으로 획득하며, LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하는 것이 용이한 새로운 방식의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하는 센서패드(10); 상기 센서패드(10)와는 절연체(15)를 매개로 하여 이격 형성되고 센서패드(10)와의 사이에서 여기정전용량(Cdrv)을 형성하며, 소정 주파수로 교번하는 교번 전압레벨을 갖는 여기패드(20); 상기 센서패드(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct), 공통전극정전용량(Cvcom) 및 여기정전용량(Cdrv)에 전하를 축적하기 위한 충전 수단(12); 및 상기 센서패드(10)에 연결되며, 터치 미발생시에 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의해 상기 센서패드(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부(14);를 포함하여 구성된다.
일실시예에 따르면, 상기 센서패드(10) 복수개가 연결부(10a)에 의해 연결되어 선형 센서패턴(10b)을 형성하고, 상기 여기패드(20) 복수개가 연결부(20a)에 의해 연결되어 선형 여기패턴(20b)을 형성하며, 상기 여기패드(20)의 일부분이 상기 센서패드(10)의 일부 영역에 오버랩(overlap)되도록 형성된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 절연체(15)는 100
Figure PCTKR2011007138-appb-I000001
내지 100um의 두께를 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 선형 여기패턴(20b) 각각에는 순차적으로 교번 전압레벨이 스캔 공급된다.
일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 DC 전압레벨을 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식3>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식3>의 차이에 의해 발생한다.
<수식1>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000002
<수식3>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000003
(여기서,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000004
는 센서패드에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000005
는 여기패드에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000006
은 여기패드에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000007
는 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000008
는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000009
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000010
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000011
는 터치정전용량임.)
일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨은 상기 공통전극(220)의 교번 공통전압 레벨과 동위상 또는 역위상으로 동기된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식7>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식9>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식7>과 <수식9>의 차이에 의해 발생한다.
<수식7>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000012
<수식9>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000013
(여기서,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000014
는 센서패드에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000015
는 여기패드에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000016
은 여기패드에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000017
는 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000018
는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000019
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000020
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000021
는 터치정전용량임.)
일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 여기패드(20)의 교류전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패드(10)에서의 레벨시프트를 검출한다.
일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패드(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출한다.
일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패드(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패드(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 증폭기(18)는 상기 센서패드(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)이다.
보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동에 대응하는 신호이다.
바람직한 실시예에 따르면, 터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패드(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패드(10)별로 터치 유무를 판단한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출방법에 있어서, (a) 소정 주파수로 교번하는 교류전압이 인가되는 여기패드(20)와의 사이에서 여기정전용량(Cdrv)을 형성하며, 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패드(10)에 충전신호를 공급하여 상기 여기정전용량(Cdrv), 공통전극정전용량(Cvcom) 및 터치정전용량(Ct)에 전하를 축적하는 단계; (b) 상기 센서패드(10)에서의 전압변동을 검출하는 단계; 및 (c) 터치 미발생시에 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의해 상기 센서패드(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 단계;를 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 센서패드(10) 복수개가 연결부(10a)에 의해 연결되어 선형 센서패턴(10b)을 형성하고, 상기 여기패드(20) 복수개가 연결부(20a)에 의해 연결되어 선형 여기패턴(20b)을 형성하며, 상기 여기패드(20)의 일부분이 상기 센서패드(10)의 일부 영역에 오버랩(overlap)되도록 형성된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 절연체(15)는 100
Figure PCTKR2011007138-appb-I000022
내지 100um의 두께를 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 선형 여기패턴(20b) 각각에는 순차적으로 교번 전압레벨이 스캔 공급된다.
일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 DC 전압레벨을 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식3>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식3>의 차이에 의해 발생한다.
<수식1>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000023
<수식3>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000024
(여기서,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000025
는 센서패드에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000026
는 여기패드에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000027
은 여기패드에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000028
는 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000029
는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000030
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000031
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000032
는 터치정전용량임.)
일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨은 상기 공통전극(220)의 교번 공통전압 레벨과 동위상 또는 역위상으로 동기된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식7>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식9>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식7>과 <수식9>의 차이에 의해 발생한다.
<수식7>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000033
<수식9>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000034
(여기서,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000035
는 센서패드에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000036
는 여기패드에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000037
은 여기패드에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000038
는 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000039
는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000040
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000041
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000042
는 터치정전용량임.)
일실시예에 따르면, 상기 단계(c)는 상기 여기패드(20)의 교류전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패드(10)에서의 레벨시프트를 검출한다.
일실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 검출된 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패드(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 단계를 더 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 레벨시프트를 검출하는 것은 상기 센서패드(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 이용한다.
일실시예에 따르면, 상기 단계(c)에서 레벨시프트를 검출하는 것은 상기 센서패드(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 이용한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 증폭기(18)는 상기 센서패드(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)이다.
보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동에 대응하는 신호이다.
바람직한 실시예에 따르면, 터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 메모리부(28)에 센서패드(10)별로 저장하는 단계와, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패드(10)별로 터치 유무를 판단하는 단계를 더 포함한다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치스크린패널은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치스크린패널에 있어서, 기판(50); 상기 기판(50)의 상면에 형성되고, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하는 센서패드(10); 상기 센서패드(10)와는 절연체(15)를 매개로 하여 이격 형성되고, 센서패드(10)와의 사이에서 여기정전용량(Cdrv)을 형성하며, 소정 주파수로 교번하는 교번 전압레벨을 갖는 여기패드(20); 상기 센서패드(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct), 공통전극정전용량(Cvcom) 및 여기정전용량(Cdrv)에 전하를 축적하기 위한 충전 수단(12); 상기 센서패드(10)에 연결되며, 터치 미발생시에 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의해 상기 센서패드(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부(14); 및 상기 충전 수단(12)을 통해 센서패드(10)에 충전신호를 공급하고, 상기 레벨시프트 검출부(14)의 출력으로부터 터치 좌표를 연산하는 드라이브IC(30);를 포함하여 구성된다.
일실시예에 따르면, 상기 기판(50)의 액티브영역에는 상기 센서패드(10) 복수개가 연결부(10a)에 의해 연결되어 선형 센서패턴(10b)을 형성하고, 상기 여기패드(20) 복수개가 연결부(20a)에 의해 연결되어 선형 여기패턴(20b)을 형성하며, 상기 여기패드(20)의 일부분이 상기 센서패드(10)의 일부 영역에 오버랩(overlap)되도록 형성된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 절연체(15)는 100
Figure PCTKR2011007138-appb-I000043
내지 100um의 두께를 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 드라이브IC(30)는 상기 선형 여기패턴(20b) 각각에 순차적으로 교번 전압레벨을 스캔 공급한다.
일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 DC 전압레벨을 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식3>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식3>의 차이에 의해 발생한다.
<수식1>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000044
<수식3>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000045
(여기서,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000046
는 센서패드에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000047
는 여기패드에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000048
은 여기패드에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000049
는 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000050
는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000051
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000052
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000053
는 터치정전용량임.)
일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨은 상기 공통전극(220)의 교번 공통전압 레벨과 동위상 또는 역위상으로 동기된다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식7>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식9>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식7>과 <수식9>의 차이에 의해 발생한다.
<수식7>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000054
<수식9>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000055
(여기서,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000056
는 센서패드에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000057
는 여기패드에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000058
은 여기패드에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000059
는 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000060
는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000061
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000062
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000063
는 터치정전용량임.)
일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 여기패드(20)의 교류전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패드(10)에서의 레벨시프트를 검출한다.
일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패드(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출한다.
일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패드(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 포함한다.
일실시예에 따르면, 상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패드(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함한다.
바람직한 실시예에 따르면, 상기 증폭기(18)는 상기 센서패드(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)이다.
보다 바람직한 실시예에 따르면, 상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동에 대응하는 신호이다.
바람직한 실시예에 따르면, 터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패드(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패드(10)별로 터치 유무를 판단한다.
일실시예에 따르면, 상기 드라이브IC(30)는 상기 기판(50)의 일측에 COG(Chip On Glass) 또는 COF(Chip On Film) 형태로 실장된다.
일실시예에 따르면, 상기 기판(50)의 상면에는 보호패널(52)이 더 부착된다.
일실시예에 따르면, 상기 기판(50)은 표시장치(200) 내에 내장 설치되거나, 표시장치(200)를 구성하는 기판 중 어느 하나의 기판이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치는, 전술한 터치스크린패널 중 어느 하나의 터치스크린패널을 내장하거나, 기본 구성의 기판 중 어느 하나의 기판이 상기한 기판(50)의 구성을 갖는다.
일실시예에 따르면, 상기 표시장치(200)는 액정표시장치이며, 상기한 기판(50)은 액정표시장치의 칼라필터(215)이다.
일실시예에 따르면, 상기 드라이브IC(30)는 상기 표시장치(200)의 화면 표시를 위한 드라이브IC에 통합된다.
본 발명의 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 따르면, 센서패드와 이격되어 여기패드를 형성하고, 이 여기패드에 소정 주파수로 교번하는 전압을 각 라인별로 스캔하여 공급하며, 터치 발생시 터치정전용량의 부가와 여기정전용량의 변동에 의해 레벨시프트 검출부의 입력단에서 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 표시장치로부터의 수직적인 노이즈, 커플링 현상이나 기타 요인에 의해 생성되는 기생정전용량 등에 의한 영향이 최소화되고 신호의 오인식이 발생하지 않으며, 터치입력을 비교적 높은 전압레벨로 검출함으로써 터치입력도구의 단면이 작아도 신호의 포착이 용이하고 스타일러스 펜 입력이 가능하며, 레벨시프트의 크기에 따라 터치입력도구의 터치 점유율을 구함으로써 터치 해상도를 높이고 미세한 필기 및 드로잉이 가능한 효과가 있다.
도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보인 사시도
도 2는 종래 정전식 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도
도 3은 도 2의 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 예를 보인 단면도
도 4는 도 3에서 터치정전용량을 검출하는 등가 회로도
도 5는 액정표시장치의 교류전압 파형을 예시한 파형도
도 6은 본 발명에 따른 터치 검출수단을 예시한 회로도
도 7은 여기정전용량의 변동을 도식화한 도면
도 8은 본 발명에서 센서패드와 여기패드의 구성을 예시한 패턴 구성도
도 9는 도 8에서 I-I'의 단면구조를 보인 단면도
도 10은 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 구성을 보인 단면도
도 11은 터치스크린패널이 표시장치에 내장 설치된 구성을 보인 단면도
도 12는 레벨시프트 검출부의 일예를 예시한 회로도
도 13은 레벨시프트 검출부의 다른 예를 예시한 회로도
도 14는 레벨시프트 검출부의 또 다른 예를 예시한 회로도
도 15는 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도
도 16은 메모리부의 구성을 예시한 블록도
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명은 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것으로서, 종래의 정전식 터치 검출수단이 손가락 등의 접촉에 의한 커패시턴스의 변화를 검출하는 방식인 것과 달리, 교류전압이 순차적으로 인가되는 여기패드들(Driving Pads)의 조합을 구성하고 이 여기패드(20)와 센서패드(10)를 전기적으로 절연하고 두 패드 사이에 발생하는 여기정전용량 및 센서패드에 발생하는 터치정전용량의 상호관계에 의해 발생하는 전압변동을 검출하는 방식이다. 본 발명에 따른 터치 검출 시스템은, 터치 미발생시 여기패드와 센서패드 상호간의 여기정전용량에 의해 설정된 전압변동분과, 터치 발생에 의해 여기정전용량이 변화하고 터치정전용량이 부가될 때의 전압변동분을 비교하며, 두 전압변동분 상호간의 크기 차이인 레벨시프트를 검출함으로써, 표시장치에서 발생되는 노이즈나 기생정전용량 등에 의한 영향이 최소화 되고 보다 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.
본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력도구의 비접촉 터치입력을 검출한다. 여기서 "비접촉 터치입력"이라 함은 손가락 등의 터치입력도구가 기판 혹은 보호패널 등에 의해 센서패드와 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력도구가 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력도구와 센서패드는 비접촉 상태를 유지한다. 따라서 센서패드에 대한 손가락의 터치 행위는 "접근"이라는 용어로 표현될 수 있다. 한편, 기판의 외면에 대하여는 손가락이 접촉된 상태일 수 있으므로, 기판에 대한 손가락의 터치 행위는 "접촉"이라는 용어로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 "접근"과 "접촉"은 위와 같은 의미로 통용된다.
또한, 이하에서 설명되는 "~부"와 같은 구성들은 어떤 역할들을 수행하는 구성요소이며, 소프트웨어 또는 FPGA(Field-Programmable Gate Array)나 ASIC(Application Specific Integrated Circuit)와 같은 하드웨어 구성요소를 의미한다. 그렇지만, "~부"는 소프트웨어 또는 하드웨어에 한정되는 의미는 아니다. 예컨대, "~부"는 어드레싱할 수 있는 저장매체에 구성될 수도 있고, 하나 또는 그 이상의 프로세서들을 재생시키도록 구성될 수도 있다. 일예로서, "~부"는 어떤 프로세스들, 함수들, 속성들, 서브루틴들, 프로그램 코드의 세그먼트들, 펌웨어, 마이크로코드, 데이터베이스, 변수들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 더 큰 구성요소 또는 "~부"에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 "~부"들을 포함할 수 있다. 또한, "~부"는 자체적으로 독자적인 CPU를 가질 수도 있다.
이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 층, 막, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상면" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다. 또한, 본 명세서에 기재된 신호는 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭한다.
도 6은 본 발명에 따른 터치 검출수단을 예시한 회로도이고, 도 7은 여기정전용량의 변동을 도식화한 도면이고, 도 8은 본 발명에서 센서패드와 여기패드의 구성을 예시한 패턴 구성도이고, 도 9는 도 8에서 I-I'의 단면구조를 보인 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 터치 검출수단은 기본적으로 센서패드(10)와, 여기패드(20)와, 충전 수단(12)과, 레벨시프트 검출부(14)로 구성된다.
센서패드(10)는 터치입력 검출을 위해 기판(50) 상에 패터닝 된 전극으로서, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성한다. 센서패드(10)는 표시장치(200)의 위에 터치스크린패널이 올려지는 경우에 투명도전체로 형성된다. 예컨대, 센서패드(10)는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 물질 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명 물질로 형성된다. 만약, 표시장치(200)의 위가 아닌 터치 키보드, 터치패드 등의 터치스크린패널에서는 센서패드(10)는 메탈(metal) 등으로 형성될 수도 있다.
여기패드(20)는 센서패드(10)와 이격 형성되는 전극이다. 여기패드(20)에는 도 6에 도시한 바와 같이 소정 주파수로 교번하는 교류전압이 인가된다. 여기패드(20)는 센서패드(10)와 동일하게 기판(50) 상에 패터닝 된 전극이며, 바람직하게는 ITO, ATO, CNT, IZO 등의 투명 도전물질로 형성된다. 여기패드(20) 역시 터치패드 등에서는 메탈로 형성될 수도 있다.
여기패드(20)와 센서패드(10) 사이에는 절연체(15)가 존재한다. 그리고 도시한 바와 같이 여기패드(20)와 센서패드(10) 사이에는 여기정전용량(Cdrv)이 형성된다. 여기정전용량(Cdrv)은 손가락(25)의 터치에 의해 변동된다. 만약 사람의 손가락(25)이 부유해 있는 유전체라고 가정해 보자. 도 7에 도시된 바와 같이, 손가락(25)을 센서패드(10)에 근접시키면, 센서패드(10)와 여기패드(20) 사이의 전계가 변화하여 여기정전용량(Cdrv)의 값은 커진다. 이는, 인간의 손가락(25)이 센서패드(10)에 근접함으로써, 여기패드(20)로부터 출발하여 센서패드(10)로 종단하는 전기력선의 개수가 증가하기 때문이다.
위와는 반대로 사람의 손가락(25)이 접지되어 있는 경우에는 전계차폐모델이 적용된다. 이 경우에는 손가락(25)의 접근에 의해 전계가 차폐되고, 여기정전용량(Cdrv)은 위와 반대로 작아진다. 이는 인간의 손가락(25)이 센서패드(10)에 근접됨에 따라 여기패드(20)로부터의 전기력선의 일부가 손가락(25)에 의해 차단되어 감소하기 때문이다.
도 8은 센서패드(10)와 여기패드(20)의 구성을 보여준다. 도 8의 예에서는 센서패드(10)와 여기패드(20)가 다이아몬드 형태로 형성되는 것을 예시하였지만, 패드의 형상은 원형, 삼각형, 사각형 등 다양한 형태로 변경될 수 있다. 또한, 도 8에서는 센서패드(10)와 여기패드(20)가 각각 3*3의 분해능으로 배치된 것을 예시하였지만, 이는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐이며, 실제로는 더욱 높은 분해능(예컨대, 18*30 또는 24*40 등과 같은)으로 배치된다.
도시한 바와 같이, 센서패드(10) 복수개가 연결부(10a)에 의해 연결되어 선형 센서패턴(10b)을 형성한다. 도 8의 예시에서 선형 센서패턴(10b)은 컬럼(column) 방향으로 배치된다. 여기패드(20) 역시 복수개가 연결부(20a)에 의해 연결되어 선형 여기패턴(20b)을 형성한다. 선형 여기패턴(20b)은 로우(row) 방향으로 배치된다. 선형 센서패턴(10b)과 선형 여기패턴(20b)은 연결부(10a, 20a)에서 상호 교차된다. 각 연결부(10a, 20a)는 교차부에서 상호 절연된다.
바람직하게는, 여기패드(20)의 일부분은 센서패드(10)의 일부 영역에 오버랩(overlap)되도록 형성된다. 도 8에서와 같이 여기패드(20)의 다이아몬드 패턴에 일부가 돌출되어 센서패드(10)의 상면을 커버함으로써 오버랩영역(20c)을 형성한다. 또한 도 9의 단면도를 참조하면, 기판(50)의 상면에 센서패드(10)가 형성되고, 센서패드(10)의 상면에 절연체(15)가 형성되고, 절연체(15)의 상면에 여기패드(20)가 형성된 구성을 볼 수 있다.
절연체(15)가 두꺼울수록 단위면적당 형성되는 여기정전용량(Cdrv)의 크기가 작아지며 빛의 투과율이 저하된다. 따라서 절연체는 일정두께를 유지하는 것이 바람직하다. 일예로 절연체(15)의 두께는 100 내지 100um이다.
도 9의 예시에서는 기판(50)의 상면에 보호패널(52)이 설치되어 있다. 보호패널(52)은 센서패드(10)와 손가락(25)이 소정 거리로 이격되도록 간격 유지 역할을 하는 동시에 터치 입력에 의해 표시장치(200)의 내구성이 저하되는 것을 방지하는 역할을 한다. 보호패널(52)은 예컨대 강화 글래스 또는 투명한 아크릴 등의 소재로 구성될 수 있다.
한편, 센서패드(10)와 여기패드(20)는 모두 기판(50)의 하면에 위치할 수 있으며, 이 경우 기판(50)이 자체적으로 보호패널의 역할을 수행한다. 또한, 기판(50)의 상면에 여기패드(20)가 먼저 형성되고, 그 위에 순차적으로 절연체(15)와 센서패드(10)가 적층된 구성을 가질 수도 있다.
도 10 및 11은 터치스크린패널의 설치예를 보여주는 단면도로서, 액정표시장치에 본 발명에 따른 터치스크린패널이 설치된 것을 예시한 것이다. 도시한 바와 같이 액정표시장치는 일반적으로 공통전극(220, 또는 Vcom 전극)을 갖는다. 도시된 표시장치(200)에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film) 등과 같은 광학시트들이 설치된다.
도 10의 실시예에서 표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널의 기판(50)이 설치된다. 기판(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 기판(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(58)이 형성된다. 또는 도시되지 않았지만, 기판(50)은 자외선 경화수지나 실리콘 등에 의해 표시장치(200)의 상부에 에어갭 없이 직접 부착될 수도 있다.
도 11의 실시예에서와 같이 표시장치(200)의 칼라필터(215) 상부에 도 9에서와 같은 터치 구성품들이 직접 실장될 수도 있다. 즉, 칼라필터(215)가 터치스크린패널의 기판(50)으로서 기능한다. 이와 같은 구조는 표시장치(200)를 제조하는 공정에서 터치스크린패널이 함께 제조되는 장점을 갖고 있으며, 통상 온셀(On Cell) 방식으로 불려진다.
표시장치(200)의 공통전극(220)은 도트 인버전 방식에서는 DC 전압을 가지며, 라인 인버전 또는 칼럼 인버전 방식에서는 교번 전압레벨을 갖는다. 두가지 방식 모두 센서패드(10)와 공통전극(220) 사이에는 도 10 및 11에 도시한 바와 같이 공통전극정전용량(Cvcom)이 형성된다.
상술한 Cdrv, Ct, Cvcom 등은 커패시터의 이름 및 크기를 동시에 표현하는 기호로서, 예컨대 "Ct"는 Ct라는 이름을 가진 커패시터를 의미하는 동시에 Ct라는 크기의 커패시턴스를 의미한다.
다시 도 6을 참조하면, 충전 수단(12)은 센서패드(10)에 충전신호를 필요한 시점에 선택적으로 공급하는 수단이다. 충전 수단(12)은 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 3단자형의 스위칭소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP-AMP 등의 선형소자이다. 예컨대, 충전 수단(12)는 릴레이(Relay), MOS(Metal Oxide Semiconductor) 스위치, BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), TFT(Thin Film Transistor) 중 어느 하나이다.
릴레이는 제어단자에 전류를 인가하면 입력단자에 인가된 전압이나 전류가 손실 없이 출력되는 소자이며, BJT는 베이스(Base)의 문턱전압(Threshold Voltage)보다 높은 전압을 베이스에 인가한 상태에서 베이스단자에 전류를 흘리면 일정량 증폭된 전류가 콜렉터(Collector)에서 에미터(Emitter)로 흐르는 소자이다. 또한 TFT는 LCD나 AMOLED 등의 화소부에 사용되는 스위칭소자로서, 제어단자인 게이트(Gate)단자, 입출력단자인 드레인(Drain)단자 및 소스(Source)단자로 구성되며, 게이트단자로 소스단자에 인가된 전압보다 문턱전압 이상 되는 전압을 가하면, 도통되면서 게이트단자에 인가된 전압의 크기에 종속되는 전류가 입력단자에서 출력단자로 흐르는 소자이다. 또는, 충전 수단(12)으로는 Enable과 Disable 단자를 가진 OP-AMP나 플립플롭(Flip-Flop) 등 다양한 소자들이 사용될 수 있다.
도 6에서와 같이 센서패드(10)에 작용하는 커패시터는 여기정전용량(Cdrv), 공통전극정전용량(Cvcom), 터치정전용량(Ct) 및 기생정전용량(Cp)이다. 만약 충전 수단(12)을 통해 충전신호가 인가되면, Cdrv, Cvcom, Ct, Cp 등의 커패시터는 모두 충전될 것이다. 이후 충전 수단(12)을 턴 오프 시키면, 각 커패시터에 충전된 신호를 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 신호는 고립된다. 충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위하여, 도 12 내지 14에 도시한 바와 같이 충전 수단(12)으로 3단자형 스위칭소자를 사용하고, 레벨시프트 검출부(14)의 입력단은 하이 임피던스(Hi-impedance 또는 Hi-z)를 갖는 것이 바람직하다. 만약 충전된 신호를 방전시키면서 터치입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속하게 신호를 관찰한다면, 레벨시프트 검출부(14)의 입력단이 반드시 Hi-z이어야 하는 것은 아니다.
레벨시프트 검출부(14)는 센서패드(10)에서의 신호 레벨이 시프트 되는지 여부를 검출한다. 바람직하게는, 레벨시프트 검출부(14)는 터치 미발생시(즉, Ct가 형성되지 않을 때의) 센서패드(10)에서의 전압변동에 대비하여, 터치 발생시(즉, Cdrv 등에 Ct가 병렬로 부가되며, Cdrv가 변동될 때) 센서패드(10)에서의 전압변동에 레벨시프트가 발생하는지를 검출하여 터치신호를 획득한다.
레벨시프트 검출부(14)는 다양한 소자 또는 회로구성을 가질 수 있다. 예컨대, 레벨시프트 검출부(14)는 센서패드(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기, ADC(Analogue to Digital Converter), VFC(Voltage to Frequency Converter), 플립플롭(Flip-Flop), 래치(Latch), 버퍼(Buffer), TR(Transistor), TFT(Thin Film Transistor), 비교기 등으로 구성되거나 이러한 구성요소들의 조합으로 구성될 수 있다.
도 12의 실시예는 레벨시프트 검출부(14)가 신호검출 스위칭소자(16)를 포함한 구성을 예시하고 있다. 신호검출 스위칭소자(16)는 일예로서 TFT이다. 도 12를 참조하면, 신호검출 스위칭소자(16)의 온/오프 제어단자는 센서패드(10)에 연결된다. 따라서 센서패드(10)에서의 전위에 의해 신호검출 스위칭소자(16)의 입출력단자를 통해 흐르는 전류(i)가 제어된다. 따라서 이 전류(i)의 변화를 검출하는 등으로 터치 발생에 의한 레벨시프트를 읽을 수 있다.
도 13 및 14는 레벨시프트 검출부의 다른 예를 보여준다. 도 13을 참조하면, 레벨시프트 검출부(14)는 센서패드(10)에 입력단이 접속된 증폭기(18)를 포함한다. 증폭기(18) 역시 입력단이 Hi-z이므로 센서패드(10)와 커패시터들의 접속점인 P1에서의 신호를 안정적으로 고립시킬 수 있다. 증폭기(18)는 센서패드(10)에서의 신호를 증폭한다. 이에 따라 터치 발생에 의한 레벨시프트의 크기가 증폭되어 출력되므로, 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.
도 14의 실시예는 증폭기(18)로서 차동증폭기(18a)가 사용된 예를 보여준다. 차동증폭기(18a)는 반전 또는 비반전 차동입력전압 Vdif에 따라 센서패드(10)에서의 신호를 차동 증폭한다. 그리고 Vdif는 외부에서 조절 가능하다. Vdif는 충전 수단(12)을 통해 인가되는 충전신호에 대응하는 신호일 수 있다. 바람직하게는, Vdif는 터치 미발생시 P1에서의 전압레벨에 대응하는 신호이다.
이와 같이 Vdif가 터치 미발생시 P1에서의 전압레벨에 대응한다면, 차동증폭기(18a)는 터치 발생시의 레벨시프트 값만을 증폭하여 출력할 것이다. 따라서 좀 더 깨끗하고 안정적인 터치신호를 획득할 수 있다.
Vdif를 결정하기 위하여 터치 미발생시 P1에서의 전압레벨을 추출할 필요가 있다. 또한, 바람직하게는 공통전압 레벨의 상승구간 및 하강구간 각각에서 터치신호를 획득하기 위해서는, Vdif 역시 공통전압 레벨의 상승구간 및 하강구간 각각에서 터치 미발생시 P1의 전압레벨을 별도로 추출해야 한다. Vdif는 터치스크린패널을 제조하는 단계에서 확정되어 입력될 수 있다. 또한, 초기 Power on 시에, 또는, 주기적으로 터치 미발생시 P1의 전압레벨을 검출할 수 있다.
이제 도 6 내지 도 14의 실시예와 도 15에 도시된 파형도를 참조하여 레벨시프트를 이용하여 터치를 검출하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
먼저 도 8에서 시스템 구성을 예시한 블록도를 참조하면, 드라이브IC(30)는 신호송수신부(31)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호처리부(35)와, 메모리부(28)로 구성된다. 또한, 드라이브IC(30)는 경우에 따라 공통전압 검출부(43) 및/또는 공통전압 수신부(45)를 더 포함할 수 있다.
드라이브IC(30)는 기판(50)의 일측에 COF(Chip On Film) 또는 COG(Chip On Glass) 형태로 실장된다. 물론 다른 방식으로 실장될 수도 있다. 또한 도 11의 예에서와 같이 터치스크린패널이 표시장치(200) 내에 내장되는 경우에 있어서, 드라이브IC(30)는 표시장치(200)의 화면 표시를 위한 드라이브IC(예컨대, 액정표시장치의 LCD Drive IC 등과 같은)에 통합될 수도 있다.
도 8에서와 같이 드라이브IC(30)에서 획득한 검출신호는 CPU(40)로 전달된다. CPU(40)는 표시장치의 CPU 혹은 컴퓨터장치의 메인 CPU이거나, 터치스크린패널 자체의 CPU일 수 있다. 예컨대, 8bit 혹은 16bit 등의 마이크로프로세서를 내장(embedded)하여 터치신호를 처리할 수 있다. 도시하지 않았지만, 시스템 구성에는 터치입력 검출을 위한 신호들의 하이나 로우전압을 생성하기 위한 전원부가 더 포함된다.
드라이브IC(30)에 내장된 마이크로프로세서는 터치입력된 좌표들을 연산하여 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move) 등의 제스처를 인식하고, 기준 좌표(또는 중심점 좌표)와 제스처 등의 데이터를 메인 CPU로 전달할 수 있다. 또한, 터치입력의 면적을 연산하여 주밍 신호를 생성하거나, 터치입력의 강도를 산출하거나, 복수의 GUI 객체가 동시에 터치된 경우 사용자가 원하는(예를 들어, 면적이 많이 검출된) GUI 객체만을 유효한 입력으로 인식하는 등 다양한 형태로 데이터를 가공하여 내보낼 수도 있다.
상기한 타이밍 제어부(33)는 수십 ms 이하의 시분할 신호를 발생시키며, 신호처리부(35)는 신호송수신부(71)를 통해 각각의 선형 여기패턴(20b) 및 선형 센서패턴(10b)에 신호를 송수신한다. 신호송수신부(31)는 충전 수단(12)의 온/오프 제어신호 Vgn과, 충전신호 Vbn을 공급한다. 바람직한 예로서, 신호송수신부(31)는 각각의 선형 여기패턴(20b)에 순차적으로 교번 전압레벨을 스캔 공급한다. 선형 여기패턴(20b)에 공급되는 스캔 신호는 SCn이다. 또한, 신호송수신부(31)는 각각의 선형 센서패턴(10b)으로부터 검출신호 SENn을 수신한다. 각각의 SCn은 교번하는 교류파형으로서, 삼각파나 사인파 또는 구형파로 제공된다. 바람직하게는 SCn은 구형파이다.
메모리부(28)는 센서패드(10)의 위치, 배선 길이, 기타 외부인자 등에 의해 Cp를 포함한 커패시터들이 달라지고, 이로 인해 각각의 셀마다 레벨시프트의 편차가 발생하는 것을 해결한다. 메모리부(28)를 이용하여 셀마다 터치 검출을 위한 기준신호를 보정하는(Calibration) 방법에 대하여는 후술하기로 한다.
또한, 메모리부(28)는 터치 발생시의 신호를 일시 저장하기 위한 용도로도 이용된다. 도 16에 도시된 바와 같이 메모리부(28)는 각각의 센서패드(10)별로 고유의 절대주소를 갖는다.
도시된 실시예는 센서패드(10)가 3*3의 해상도인 경우를 예시하였으나, 실제로는 더욱 높은 해상도를 갖기 때문에, 많은 신호들을 처리하는 과정에서 신호가 손실될 수 있다. 예를 들어, 신호처리부(35)가 "Busy" 상태일 경우, 터치 검출신호를 인식하지 못하여 신호를 놓칠 수 있다. 메모리부(28)는 이와 같은 신호의 손실을 방지한다.
신호처리부(35)는 터치신호를 검출하며, 이를 메모리부(28)에 일시 저장한다. 그리고 액티브영역 전체를 스캐닝한 후에 메모리부(28)를 참조하여 누락된 신호가 있는지를 판단한다. 만약 신호처리 과정에서는 누락되었지만 메모리부(28)에는 저장되어 있는 터치 좌표가 있다면, 신호처리부(35)는 해당 터치 좌표를 정상 입력으로 처리하고 다음 스캐닝 이전에 메모리부(28)를 소거한다.
이제부터 본 발명에 따라 터치를 검출하는 방법과 관련하여 몇가지 중요한 수식들이 언급된다. 우선, 표시장치(200)의 공통전극(220)이 도트 인버전 구동에서와 같이 DC 전압레벨을 갖는 경우에 대하여 먼저 설명하고, 공통전극(220)이 라인 인버전 구동에서와 같이 교류 파형을 갖는 경우에 대하여 나중에 설명한다.
도 6을 참조하면, 손가락(25)과 같은 도전체가 센서패드(10)에 접근할 때 센서패드(10)와 손가락(25) 사이에는 터치정전용량(Ct)이 형성되며, 충전전압에 의해 터치정전용량(Ct)은 소정의 전압 레벨을 갖게 된다. 이때 터치정전용량(Ct)의 일단은 여기정전용량(Cdrv)의 일단과 연결되어 있으므로, 여기패드(20)에 인가되는 교류전압에 의해 센서패드(10)에서는 전위는 변동될 것이다. 또한 사람의 손가락(25)이 센서패드(10)와 여기패드(20) 사이에 형성된 여기정전용량(Cdrv)에 인접할 때 여기정전용량(Cdrv)의 크기도 변화하게 된다.
만약 표시장치(200)의 공통전극(220)이 DC 전압레벨을 갖고 있고, 터치가 발생하지 않은 상태라면 P1에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정된다.
<수식1>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000064
만약 도 8에서 SC1이 온(On) 되고 SC2 및 SC3은 오프(Off) 상태인데, 좌하단의 센서패드(10)에 손가락(25)이 접근했다고 가정해보자. 이 경우, 터치가 발생한 지점의 선형 여기패턴(20b)은 오프 상태이므로 해당 터치는 무시하여야 한다. 가정한 경우에서는 P1에 터치정전용량 Ct가 병렬로 부가되므로, P1에서의 전압변동은 다음의 <수식2>에 의해 결정된다.
<수식2>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000065
만약, 시간이 흘러 SC3이 온 상태로 바뀌면, 선형 여기패턴(20b)이 온 되는 지점에서 터치가 발생한 상태이므로 해당 터치신호는 정상적인 터치신호로 인식한다. 다만, 이 경우에 있어서는 도 6에 대하여 설명한 바와 같이 여기정전용량 Cdrv가 변동된다. 터치 검출 시스템의 환경에 따라 Cdrv'는 Cdrv에 비해 커지거나 작아질 수 있다. 이하의 예시에서는 Cdrv'가 Cdrv에 비해 커지는 경우를 예시하기로 한다. 가정한 경우에서는 P1에서의 전압변동에 Ct의 부가 및 Cdrv의 변동분(Cdrv')이 작용한다. P1에서의 전압변동은 다음의 <수식3>에 의해 결정된다.
<수식3>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000066
<수식1> 내지 <수식3>에서,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000067
는 센서패드(10)에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000068
는 여기패드(20)에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000069
은 여기패드(20)에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000070
는 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000071
는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000072
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000073
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000074
는 터치정전용량이다.
레벨시프트 검출부(14)는 위와 같은 <수식1> 내지 <수식3>을 이용하여 센서패드(10)에서의 레벨시프트를 검출하며, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
위 수식들에서 VdrvH 및 VdrvL는 쉽게 설정할 수 있는 값으로서 교류전압의 하이 및 로우 전압이다. 그리고 Cdrv은 다음의 <수식4>로부터 얻을 수 있다.
<수식4>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000075
<수식4>에서
Figure PCTKR2011007138-appb-I000076
은 절연체(15)의 유전율로서, 절연체의 재료가 갖는 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2011007138-appb-I000077
은 센서패드(10)와 여기패드(20)의 대향면적으로서, 여기패드(20)의 오버랩영역(20c)의 면적으로부터 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2011007138-appb-I000078
은 센서패드(10)와 여기패드(20)간 이격 거리로서, 절연체(15)의 두께에 해당한다. 앞선 예에서 절연체(15)의 두께는 예컨대 100
Figure PCTKR2011007138-appb-I000079
내지 100um이다. 살펴 본 바와 같이 Cdrv은 설계값으로부터 쉽게 얻을 수 있는 값이다.
Cvcom은 다음의 <수식5>로부터 얻을 수 있다.
<수식5>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000080
<수식5>에서
Figure PCTKR2011007138-appb-I000081
은 센서패드(10)와 공통전극(220) 사이에 존재하는 매질의 유전율로부터 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2011007138-appb-I000082
는 센서패드(10)와 공통전극(220)의 대향면적으로서, 공통전극(220)이 면상으로 형성되므로 센서패드(10)의 단면적으로부터 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2011007138-appb-I000083
은 센서패드(10)와 공통전극(220)간 이격 거리로서, 센서패드(10)와 공통전극(220) 사이에 존재하는 매질의 두께에 해당한다.
여기서, 도 10 및 11의 실시예는 각각 센서패드(10)와 공통전극(220)간 매질이 상이하다. 도 10에서와 같이 기판(50), 에어갭(58), 칼라필터(215)가 존재하는 경우(실제로는 편광판, BEF 등이 더 존재하므로 이 매질들의 유전율도 포함되어야 함), 복수의 매질에 의한 커패시터들을 고려해야 한다. 이 경우 Cvcom은 유전체 각각의 대향면에서 발생하는 커패시터들이 직렬 연결된 것과 같으므로, 이로부터 Cvcom을 구할 수 있다. 도 11의 예에서는 센서패드(10)와 공통전극(220)간에 칼라필터(215)만이 존재하므로, Cvcom을 구하는 것이 더욱 용이하다.
Ct는 다음의 <수식6>으로부터 얻을 수 있다.
<수식6>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000084
<수식6>에서
Figure PCTKR2011007138-appb-I000085
은 센서패드(10)와 손가락(25) 사이의 매질의 유전율로부터 얻을 수 있다. 만약 기판(50)의 상면에 강화 글래스를 부착한다면, 강화 글래스의 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 유전율
Figure PCTKR2011007138-appb-I000086
을 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2011007138-appb-I000087
은 센서패드(10)와 손가락(25)의 대향면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 어떤 센서패드(10)를 모두 덮고 있다면
Figure PCTKR2011007138-appb-I000088
는 센서패드(10)의 면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 센서패드(10)의 일부를 덮고 있다면
Figure PCTKR2011007138-appb-I000089
는 손가락(25)과 대향하지 않은 면적만큼 줄어들 것이다.
Figure PCTKR2011007138-appb-I000090
는 센서패드(10)와 손가락(25)간 거리이므로, 기판(50) 상면에 올려진 강화 글래스 또는 다른 종류의 보호패널(52)의 두께에 해당할 것이다.
살펴 본 바와 같이 Ct 역시 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 기판(50) 상부에 올려지는 보호패널의 재료나 두께 등을 설계하여 쉽게 설정할 수 있는 값이다. 특히, <수식6>에 의하면 Ct는 손가락(25)과 센서패드(10)의 대향면적에 비례하므로, 이로부터 센서패드(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다.
앞서 설명한 <수식1> 내지 <수식6>을 이용하여 표시장치(200)의 공통전압이 DC 레벨일 경우, (i) 터치 미발생시, (ii) 선형 여기패턴(20b)의 비스캔라인에서 터치가 발생한 경우, (iii) 선형 여기패턴(20b)의 스캔라인에서 터치가 발생한 경우 각각에서 P1의 전압변동을 검출할 수 있다. 여기서 실제 터치신호를 획득하는 것은 (iii) 선형 여기패턴(20b)의 스캔라인에서 터치가 발생한 경우이며, 레벨시프트 검출부(14)는 P1에서의 레벨시프트를 검출하고, 드라이브IC(30)가 (iii)의 경우를 판단하여 터치신호를 획득한다.
한편, 표시장치(200)의 공통전압이 여기패드(20)에 인가되는 신호와 같이 교류성분일 수 있다. 이러한 경우에는 공통전압의 변동이 터치 검출에 영향을 미치게 되며, 이를 고려한 것이 다음에 설명될 <수식7> 내지 <수식9>이다. 본 실시예에서는 표시장치(200)의 공통전압 레벨과 여기패드(20)에 인가되는 교번 전압레벨을 동기시키는 것이 바람직하다.
이를 위하여 드라이브IC(30)는 공통전압 검출부(43) 또는 공통전압 수신부(45)를 포함할 수 있다. 공통전압 검출부(43)는 자동으로 공통전압을 검출한다. 예컨대 공통전압 검출부(43)는 충전 수단(12)에서 충전신호의 공급을 차단하고 센서패드(10)를 전기적으로 고립시킨 상태에서 공통전압의 교번에 따라 P1의 전위가 교번되는 것을 검출하는 방식으로 구성된다. 공통전압 수신부(45)는 표시장치(200)로부터 공통전압 정보를 직접 수신한다. 이와 같은 공통전압 검출부(43) 및 공통전압 수신부(45)를 이용하여, 여기패드(20)에 인가되는 교번 전압레벨을 동위상 또는 역위상으로 동기시키면, 표시장치(200)의 공통전극(220)이 교번 전압레벨을 갖는다 하여도 터치 검출이 쉽게 수행될 수 있다.
본 실시예에서 설명되는 <수식7> 내지 <수식9>는 커패시터의 값을 구하기 위하여 앞서 언급된 <수식4> 내지 <수식6>을 인용한다.
만약 표시장치(200)의 공통전극(220)이 교번하고, 터치가 발생하지 않은 상태라면 P1에서의 전압변동은 다음의 <수식7>에 의해 결정된다.
<수식7>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000091
만약 도 8에서 SC1이 온(On) 되고 SC2 및 SC3은 오프(Off) 상태인데, 좌하단의 센서패드(10)에 손가락(25)이 접근했다고 가정해보자. 이 경우, 터치가 발생한 지점의 선형 여기패턴(20b)은 오프 상태이므로 해당 터치는 무시하여야 한다. 가정한 경우에서는 P1에 터치정전용량 Ct가 병렬로 부가되므로, P1에서의 전압변동은 다음의 <수식8>에 의해 결정된다.
<수식8>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000092
만약, 시간이 흘러 SC3이 온 상태로 바뀌면, 선형 여기패턴(20b)이 온 되는 지점에서 터치가 발생한 상태이므로 해당 터치신호는 정상적인 터치신호로 인식한다. 다만, 이 경우에 있어서는 도 6에 대하여 설명한 바와 같이 여기정전용량 Cdrv가 Cdrv'로 변동된다. 가정한 경우에서는 P1에서의 전압변동에 Ct의 부가 및 Cdrv의 변동분(Cdrv')이 작용한다. P1에서의 전압변동은 다음의 <수식9>에 의해 결정된다.
<수식9>
Figure PCTKR2011007138-appb-I000093
<수식7> 내지 <수식9>에서,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000094
는 센서패드(10)에서의 전압변동분이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000095
는 여기패드(20)에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000096
은 여기패드(20)에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000097
는 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000098
는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000099
은 공통전극정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000100
는 기생정전용량이며,
Figure PCTKR2011007138-appb-I000101
는 터치정전용량이다.
레벨시프트 검출부(14)는 위와 같은 <수식7> 내지 <수식9>을 이용하여 표시장치(200)의 공통전압이 교번하는 경우에 있어서 센서패드(10)에서의 레벨시프트를 검출한다.
도 15는 본 발명에 따라 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도로서, 도 14에서와 같이 충전 수단(12)으로서 MOS나 FET 등과 같은 3단자형 스위칭소자가 사용되고 레벨시프트 검출부(14)로서 차동증폭기(18a)가 사용될 때의 검출 예를 보여준다. 단, 도 15의 예시는 표시장치(200)의 공통전압이 DC 레벨인 경우를 예시하였으며, <수식1> 내지 <수식6>이 참조된다.
도 15에서 충전 수단(12)의 게이트 전압 Vg의 On 전압은 3V이고, Off 전압은 0V이다. 충전신호 Vb는 5V로 인가되며 Vg에 연동되어도 되고 항상 High 상태를 유지하여도 무관하다. 여기패드(20)의 교류전압(Vdrv)은 Hi 레벨에서 3V, Low 레벨에서 0V로 주어진다. 교류전압의 높낮이 차이는 클수록 좋겠지만, 본 실시예는 차동증폭기(18a)를 이용하므로, 교류전압의 높낮이 차이가 작아도 레벨시프트를 쉽게 검출할 수 있다. 파형도의 하단에 보여지는 바와 같이 충전동작 이후에 검출동작이 수행된다. 또한, Cdrv, Ct는 동일하게 가정하였으며, Cvcom=10Ct, Cdrv'=1.5Cdrv, Cp는 무시할 수 있는 값으로 가정하였다. Cvcom의 크기가 크게 가정된 이유는, 센서패드(10) 복수개가 선형 센서패턴(10b)을 형성하고 있으므로, 선형 센서패턴(10b) 전체에 대해 Cvcom이 작용하고 있기 때문이다.
충전1이 수행되면 P1의 전위 V_P1은 충전전압인 5V로 유지된다. 충전1 이후에 Vdrv의 상승구간에서 검출1 동작이 수행된다. 검출1 동작은 Vdrv의 상승기 직후, 또는 소정 시간 경과 후 발생한다. 터치 미발생 상태이므로, <수식1>에서
Figure PCTKR2011007138-appb-I000102
의 값은 "(3-0)*1/11", 즉 대략 0.27V이다. 따라서 V_P1은 5.27V로 상승한다. 터치 미발생 상태이므로, Vdif 역시 5.27V로 주어진다. 터치 미발생시에 V_P1의 전압레벨과 Vdif는 이상적으로 동일하므로 차동증폭기(18a)의 출력 Vt는 거의 발생하지 않는다. 만약 노이즈 등에 의한 영향이 있더라도, Vt는 매우 미약한 신호로 출력된다.
도 15에서와 같이 만약 충전2의 동작이 수행되기 직전에(또는 충전2의 동작이 수행되는 중에) 터치입력이 발생하였고, 발생지점은 선형 여기패턴(20b)의 비스캔라인이라고 가정해보자.
충전2의 동작이 수행되면 P1의 전압레벨은 다시 충전전압인 5V로 하강한다. 그리고 검출2에서는 Vdrv의 하강구간이며 비스캔 구간에서 터치입력이 발생한 상태이므로, V_P1이 <수식2>에 따라 "-(3-0)*1/12", 즉 대략 0.25V만큼 변동한다. 즉, 검출2에서 V_P1은 4.75V이며, 터치 미발생시에 비해 Vdrv의 변동과 반대측 위상으로 0.02V의 레벨시프트가 발생한 것을 알 수 있다.
이때, 차동증폭기(18a)의 Vdif는 터치 미발생시의 V_P1의 값에 대응하므로 <수식1>에 따라 "-(3-0)*1/12"만큼 변동하여 4.73V의 값을 갖는다. 따라서 차동증폭기(18a)의 출력 Vt는 두 입력인 V_P1과 Vdif의 차이인 0.02V를 증폭하여 출력한다. 하지만, 비스캔라인에서의 터치신호는 정확한 지점을 찾기 어려우므로, 해당 레벨시프트는 무시되거나, 다른 터치지점을 판단하는 참고 데이터로서만 기능한다.
도시한 바와 같이, 검출2의 동작 이후에 선형 여기패턴(20b)에 대한 스캐닝이 진행되어 스캔라인에서 터치가 발생하였다고 가정해보자. 일단 검출2 이후 다시 충전3이 진행될 때 충전전압에 의해 V_P1은 5V로 복귀한다. 그리고 검출3에서는 Vdrv의 상승구간에서 터치입력이 발생하였고 스캔라인에서 발생하였으므로, V_P1이 <수식3>에 따라 "(3-0)*1.5/12.5", 즉 0.36V만큼 변동한다.
이에 따라 V_P1은 5.36V이며, 터치 미발생시에 비해 Vdrv의 변동과 동일한 위상으로 0.09V의 레벨시프트가 발생한다. 비스캔라인에서 터치에 의한 레벨시프트와 비교해 보면, 레벨시프트의 위상이 반대이며 크기는 더욱 커졌다는 것을 알 수 있다. 따라서 비스캔라인에서의 터치와 구분하여 터치신호를 검출하는 것이 용이하다. 또한, Vt의 파형에서 보여지듯이 0.09V의 차이를 차동 증폭하므로 보다 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.
검출3 이후에 충전4의 동작이 수행되면 충전전압에 의해 V_P1은 5V로 복귀한다. 이후 검출4에서는 Vdrv의 하강구간에서 터치입력이 발생하였고 스캔라인이므로, V_P1이 <수식3>에 따라 "-(3-0)*1.5/12.5", 즉 -0.36V만큼 변동한다. V_P1은 4.64V이며, Vdrv의 변동과 동일한 위상으로 -0.09V의 레벨시프트가 발생한다.
정리하면, 터치 미발생시에는 이상적으로 V_P1과 Vdif가 동일하다. 따라서 Vt는 노이즈에 해당되는 미약한 신호만이 출력된다. 여기전압의 비스캔영역에서 어떤 센서패드(10)에 대해 터치가 발생한다면, V_P1은 Vdif와 비교하여 여기전압의 변동과 반대 방향으로 레벨시프트되며, 레벨시프트의 크기는 비교적 작다. 여기전압의 스캔영역에서 어떤 센서패드(10)에 대해 터치가 발생한다면, V_P1은 Vdif와 비교하여 여기전압의 변동과 동일한 방향으로 레벨시프트되며, 레벨시프트의 크기는 비교적 크다. 즉, 여기전압의 비스캔영역에서의 터치와 스캔영역에서의 터치는 레벨시프트가 반대방향으로 진행되며, 크기의 차이도 크다는(비스캔영역에서의 레벨시프트 크기를 기준으로 볼 때) 것을 알 수 있다. 또한 그 크기의 차이는 차동증폭(18a)에 의해 더욱 벌어지게 될 것이다. 이로부터 여기전압의 스캔영역에서 터치가 발생하는 것을 용이하고 안정적으로 검출할 수 있으며, 멀티터치를 인식할 수 있다는 것을 알 수 있다. 한편, 위와 같은 방식으로 손가락(25)의 터치 점유율 역시 쉽게 연산할 수 있으므로, 센서패드(10)의 물리적 해상도에 비해 터치 해상도를 높일 수 있다.
앞선 설명에서는 <수식1> 내지 <수식3>에서 Cp를 Cdrv에 비해 무시할 수 있는 작은 값으로 가정하였다. 하지만, 어떤 환경에서는 기생정전용량(Cp)이 크게 작용할 수 있으며 센서패드(10)마다 다를 수 있다. 예컨대, 센서패드(10)의 위치, 배선 길이, 기타 외부인자 등을 모든 센서패드(10)마다 균일하게 설계하는 것은 매우 곤란하다. 또한, Cdrv 역시 센서패드(10)마다 다를 수 있다. 레벨시프트의 크기가 크다면, 이와 같은 편차가 무시할 수 있지만, 레벨시프트의 크기가 작을수록 센서패드(10)마다의 편차는 무시할 수 없는 값이 된다.
위와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 드라이브IC(30)는 앞서 간략하게 언급한 바와 같이 메모리부(28)를 이용하여 문제를 해결한다. 메모리부(28)는 터치 미발생시 차동증폭기(18a)의 출력신호를 센서패드(10)별로 저장한다. 메모리부(28)에 저장되는 차동증폭기(18a)의 출력신호는 각 센서패드(10)가 갖는 고유의 Cp를 근거로 한 값으로서, 센서패드(10)마다 다를 수 있다.
예컨대, 전원이 인가된 이후 즉시 센서패드(10)들을 스캐닝 한다면, 터치가 발생하지 않은 상태에서 차동증폭기(18a)의 출력을 얻을 수 있다. 만약, 센서패드(10)별로 차동증폭기(18a)의 출력 편차가 크다면 이를 무시하고 다시 터치 미발생시의 차동증폭기(18a) 출력을 추출할 수 있을 것이다. 또는, 공장 출하 단계에서 터치 미발생 상태에서의 차동증폭기(18a) 출력을 센서패드(10)별로 메모리부(28)에 저장할 수도 있을 것이다. 그리고 드라이브IC(30)는 동일한 셀의 값을 비교하여 사전에 설정된 기준치 이상 변동이 발생했을 때 터치가 발생했다고 판단할 수 있을 것이다.
도 16을 참조하면, 센서패드(10)가 m*n의 분해능을 가질 때, 메모리부(28)는 m개의 행과 n개의 열을 갖는 테이블로 구성된다. 예를 들어, M1-1 주소에는 좌상단의 센서패드(10)에 할당된 터치 미발생시 차동증폭기(18a)의 출력이 저장된다. 그리고 메모리부(28)에 저장된 신호는 좌상단의 센서패드(10)에서의 터치 여부를 검출할 때 참조된다.
메모리부(28)의 각 주소들에 저장된 값은 주기적으로 보정될 수 있다. 주기적인 보정은 위와 같이 장치에 전원을 인가할 때, 또는, 휴면 상태에서 실시될 수 있다. 이와 같이, 센서패드(10)별로 터치 미발생시(또는 터치 미발생시와 발생시를 각각 별도로 하여) 차동증폭기(18a)의 출력을 메모리부(28)에 저장하고, 주기적으로 보정하고, 터치신호 검출시 메모리부(28)를 참조한다면, 센서패드(10)별로 고유의 Cp를 갖는 경우에도 터치신호를 안정적으로 획득할 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

Claims (20)

  1. 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출수단에 있어서,
    상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하며, 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하는 센서패드(10);
    상기 센서패드(10)와는 절연체(15)를 매개로 하여 이격 형성되고 센서패드(10)와의 사이에서 여기정전용량(Cdrv)을 형성하며, 소정 주파수로 교번하는 교번 전압레벨을 갖는 여기패드(20);
    상기 센서패드(10)에 충전신호를 공급하여 상기 터치정전용량(Ct), 공통전극정전용량(Cvcom) 및 여기정전용량(Cdrv)에 전하를 축적하기 위한 충전 수단(12); 및
    상기 센서패드(10)에 연결되며, 터치 미발생시에 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의해 상기 센서패드(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 센서패드(10) 복수개가 연결부(10a)에 의해 연결되어 선형 센서패턴(10b)을 형성하고, 상기 여기패드(20) 복수개가 연결부(20a)에 의해 연결되어 선형 여기패턴(20b)을 형성하며, 상기 여기패드(20)의 일부분이 상기 센서패드(10)의 일부 영역에 오버랩(overlap)되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 절연체(15)는 100 내지 100um의 두께를 갖는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  4. 제 2항에 있어서,
    상기 선형 여기패턴(20b) 각각에는 순차적으로 교번 전압레벨이 스캔 공급되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 레벨시프트 검출부(14)는 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동에 대비하여, 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동에서 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 DC 전압레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  7. 제 6항에 있어서,
    상기 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식3>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식1>과 <수식3>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
    <수식1>
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000103
    <수식3>
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000104
    여기서,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000105
    는 센서패드에서의 전압변동분이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000106
    는 여기패드에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000107
    은 여기패드에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000108
    는 여기정전용량이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000109
    는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000110
    은 공통전극정전용량이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000111
    는 기생정전용량이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000112
    는 터치정전용량임.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 표시장치(200)의 공통전극(220)은 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨은 상기 공통전극(220)의 교번 공통전압 레벨과 동위상 또는 역위상으로 동기되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  10. 제 8항에 있어서,
    상기 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식7>에 의해 결정되고, 상기 터치정전용량(Ct)이 부가되고 여기정전용량(Cdrv)이 변동할 때 센서패드(10)에서의 전압변동은 다음의 <수식9>에 의해 결정되며, 상기 레벨시프트는 <수식7>과 <수식9>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
    <수식7>
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000113
    <수식9>
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000114
    여기서,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000115
    는 센서패드에서의 전압변동분이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000116
    는 여기패드에 인가되는 교류전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000117
    은 여기패드에 인가되는 교류전압의 로우 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000118
    는 여기정전용량이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000119
    는 터치 발생에 의해 변동이 발생한 여기정전용량이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000120
    은 공통전극정전용량이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000121
    는 기생정전용량이며,
    Figure PCTKR2011007138-appb-I000122
    는 터치정전용량임.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 여기패드(20)의 교류전압 레벨의 상승구간(rising time) 및/또는 하강구간(falling time)에서 센서패드(10)에서의 레벨시프트를 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  12. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨시프트 검출부(14)는 레벨시프트의 크기에 대응하여 상기 센서패드(10)에 대한 터치입력도구의 터치 점유율을 검출하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  13. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패드(10)에 온/오프 제어단자가 접속되는 신호검출 스위칭소자(16)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  14. 제 1 항에 있어서,
    상기 레벨시프트 검출부(14)는 상기 센서패드(10)에서의 신호를 증폭하는 증폭기(18)를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 증폭기(18)는 상기 센서패드(10)에서의 신호를 차동 증폭하는 차동증폭기(18a)인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 차동증폭기(18a)의 차동입력신호는 터치 미발생시 여기정전용량(Cdrv)에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동에 대응하는 신호인 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  17. 제 14항에 있어서,
    터치 미발생시 상기 증폭기(18)의 출력을 센서패드(10)별로 저장하는 메모리부(28)를 더 포함하며, 상기 메모리부(28)를 참조하여 각 센서패드(10)별로 터치 유무를 판단하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단.
  18. 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출방법에 있어서,
    (a) 소정 주파수로 교번하는 교류전압이 인가되는 여기패드(20)와의 사이에서 여기정전용량(Cdrv)을 형성하며, 표시장치(200)의 공통전극(220)과의 사이에서 공통전극정전용량(Cvcom)을 형성하며, 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 센서패드(10)에 충전신호를 공급하여 상기 여기정전용량(Cdrv), 공통전극정전용량(Cvcom) 및 터치정전용량(Ct)에 전하를 축적하는 단계;
    (b) 상기 센서패드(10)에서의 전압변동을 검출하는 단계; 및
    (c) 터치 미발생시에 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의한 센서패드(10)에서의 전압변동분에 대비하여 터치 발생시에 상기 공통전극정전용량(Cvcom)에 상기 터치정전용량(Ct)이 부가될 때 상기 여기패드(20)의 교번 전압레벨에 의해 상기 센서패드(10)에서의 전압변동분에 레벨시프트가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 센서패드(10) 복수개가 연결부(10a)에 의해 연결되어 선형 센서패턴(10b)을 형성하고, 상기 여기패드(20) 복수개가 연결부(20a)에 의해 연결되어 선형 여기패턴(20b)을 형성하며, 상기 여기패드(20)의 일부분이 상기 센서패드(10)의 일부 영역에 오버랩(overlap)되도록 형성되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 선형 여기패턴(20b) 각각에는 순차적으로 교번 전압레벨이 스캔 공급되는 것을 특징으로 하는 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출방법.
PCT/KR2011/007138 2010-09-29 2011-09-28 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치 WO2012044059A2 (ko)

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PCT/KR2011/007138 WO2012044059A2 (ko) 2010-09-29 2011-09-28 레벨시프트를 이용한 정전식 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 정전식 터치스크린패널을 내장한 표시장치

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104516602A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 丽智科技股份有限公司 Oled触控装置
EP2985683A4 (en) * 2013-04-08 2016-12-28 Sung Ho Lee CAPACITIVE TOUCH SENSING MEANS, AND DETECTION METHOD

Families Citing this family (35)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101197460B1 (ko) * 2012-01-27 2012-11-12 크루셜텍 (주) 기생 정전 용량을 저감시키는 터치 검출 장치 및 그 방법
KR101190836B1 (ko) * 2012-02-02 2012-10-12 크루셜텍 (주) 터치 검출 방법 및 터치 검출 장치
KR101220889B1 (ko) * 2012-02-28 2013-01-11 크루셜텍 (주) 선형성이 강화된 터치 검출 방법 및 터치 검출 장치
KR101179607B1 (ko) * 2012-05-08 2012-09-04 크루셜텍 (주) 터치 검출 방법 및 터치 검출 장치
WO2013183926A1 (ko) * 2012-06-04 2013-12-12 주식회사 아이피시티 기생 정전용량 제어 기능을 갖는 터치 검출 장치 및 방법
KR101410414B1 (ko) 2012-06-04 2014-06-20 크루셜텍 (주) 모션 감지 기능을 가지는 터치 스크린 패널
KR101902929B1 (ko) 2012-07-25 2018-10-01 삼성전자주식회사 터치 패널, 터치 스크린 장치 및 이의 구동 방법
US20140057681A1 (en) * 2012-08-24 2014-02-27 Motorola Mobility Llc Adaptive Noise Mitigation for Touch-Screen Displays
US10073550B2 (en) * 2012-09-20 2018-09-11 Synaptics Incorporated Concurrent input sensing and display updating
KR101305924B1 (ko) 2012-10-23 2013-09-09 엘지디스플레이 주식회사 표시장치 및 그 구동방법
KR101725033B1 (ko) * 2013-07-31 2017-04-10 엘지디스플레이 주식회사 터치 스크린 일체형 디스플레이 장치와 이의 구동방법
US9442615B2 (en) 2013-10-02 2016-09-13 Synaptics Incorporated Frequency shifting for simultaneous active matrix display update and in-cell capacitive touch
CN103714330B (zh) 2014-01-06 2017-12-19 苏州迈瑞微电子有限公司 电容指纹传感器
US9335848B2 (en) 2014-02-14 2016-05-10 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Apparatus for providing a three dimensional tactile display of an electronic device
US9176617B2 (en) 2014-02-14 2015-11-03 Lenovo Enterprise Solutions (Singapore) Pte. Ltd. Physical presence of a virtual button on a touch screen of an electronic device
CN104850282B (zh) * 2014-02-19 2018-08-07 宸鸿科技(厦门)有限公司 触控电极结构及其制造方法
CN103809810A (zh) * 2014-02-19 2014-05-21 深圳市华星光电技术有限公司 触控面板及显示装置
US20150234523A1 (en) * 2014-02-19 2015-08-20 Shenzhen China Star Optoelectronics Technology Co., Ltd. Touch panel and display apparatus
JP2015176512A (ja) * 2014-03-18 2015-10-05 シナプティクス・ディスプレイ・デバイス合同会社 半導体装置
WO2015190725A1 (ko) * 2014-06-10 2015-12-17 크루셜텍(주) 하이브리드형 센서패드들을 포함하는 정전용량 방식 터치 검출 장치 및 이의 터치 검출 방법
KR101595066B1 (ko) * 2014-06-10 2016-02-18 크루셜텍 (주) 하이브리드형 센서패드들을 포함하는 정전용량 방식 터치 검출 장치 및 이의 터치 검출 방법
US10083633B2 (en) 2014-11-10 2018-09-25 International Business Machines Corporation Generating a three-dimensional representation of a topography
CN104484083B (zh) * 2014-12-09 2018-07-17 深圳市华星光电技术有限公司 一种具有触摸功能的嵌入式显示屏、终端及触摸检测方法
KR101582940B1 (ko) * 2014-12-10 2016-01-07 주식회사 지2터치 터치 신호 검출 장치 및 터치 신호 검출 방법
US9916008B2 (en) 2015-01-12 2018-03-13 International Business Machines Corporation Microfluidics three-dimensional touch screen display
KR101598412B1 (ko) * 2015-02-11 2016-02-29 주식회사 하이딥 전극 시트 및 터치 입력 장치
KR101602842B1 (ko) * 2015-03-05 2016-03-11 주식회사 지2터치 정전식 터치 신호 검출 장치 및 방법
KR101566939B1 (ko) * 2015-03-05 2015-11-06 주식회사 지2터치 정전식 터치 신호 검출 장치 및 방법
DE102015110075A1 (de) * 2015-06-23 2016-12-29 Osram Oled Gmbh Anordnung zum Betreiben eines organischen strahlungsemittierenden Bauelements
CN105138179B (zh) * 2015-09-15 2018-06-15 深圳市华星光电技术有限公司 全嵌入式触摸屏及移动装置
CN106817337B (zh) * 2016-11-30 2020-08-25 北京集创北方科技股份有限公司 信号处理方法及装置
WO2018119960A1 (zh) * 2016-12-29 2018-07-05 深圳市汇顶科技股份有限公司 触控系统及其电源供应电路
KR102409864B1 (ko) * 2021-02-13 2022-06-16 이성호 하나의 디코더를 사용하여 복수의 스위치그룹에서 복수의 신호선을 동시에 추출하는 방법
KR102381169B1 (ko) * 2021-03-02 2022-03-30 이성호 역위상의 구동전압을 이용한 오브젝트 검출장치 및 검출방법
US11914828B1 (en) 2022-08-18 2024-02-27 Sung Ho Lee Object detection device and detection method using reverse phase driving voltage

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7932898B2 (en) * 2005-09-20 2011-04-26 Atmel Corporation Touch sensitive screen
KR20070064769A (ko) 2005-12-19 2007-06-22 삼성전자주식회사 액정 표시 장치
US8259078B2 (en) * 2006-06-09 2012-09-04 Apple Inc. Touch screen liquid crystal display
CN101681213B (zh) * 2007-03-29 2013-08-21 瑟克公司 用于电容式触控板的驱动屏蔽
US8456427B2 (en) * 2007-03-29 2013-06-04 Cirque Corporation Floating capacitive couplers used to enhance signal coupling in a capacitive touchpad
TWI444876B (zh) * 2007-04-05 2014-07-11 Qrg Ltd 二維位置感應器
KR20090067376A (ko) 2007-12-21 2009-06-25 엘지디스플레이 주식회사 액정 표시장치
KR20100015225A (ko) * 2008-08-04 2010-02-12 삼성전자주식회사 액정 표시 장치 및 그것의 터치 감지 방법
JP2010108501A (ja) * 2008-10-30 2010-05-13 Samsung Electronics Co Ltd センシング感度を向上させたタッチスクリーンコントローラ、タッチスクリーンコントローラを備えるディスプレイ駆動回路、ディスプレイ装置及びシステム
KR20100048236A (ko) 2008-10-30 2010-05-11 삼성전자주식회사 센싱 감도를 향상시킨 터치 콘트롤러, 터치 콘트롤러를 포함하는 디스플레이 구동회로 및 디스플레이 장치
JP4968276B2 (ja) * 2009-02-24 2012-07-04 ソニー株式会社 表示装置およびその製造方法
JP5252454B2 (ja) * 2009-06-30 2013-07-31 株式会社ジャパンディスプレイウェスト 接触検出装置、および、タッチセンサ機能を有する表示装置
US9703425B2 (en) * 2010-09-01 2017-07-11 G2Touch Co., Ltd. Capacitive touch detecting device and method using level shift, and display device using the same

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
None
See also references of EP2624109A4

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2985683A4 (en) * 2013-04-08 2016-12-28 Sung Ho Lee CAPACITIVE TOUCH SENSING MEANS, AND DETECTION METHOD
CN104516602A (zh) * 2013-09-30 2015-04-15 丽智科技股份有限公司 Oled触控装置

Also Published As

Publication number Publication date
US8982095B2 (en) 2015-03-17
CN103299260A (zh) 2013-09-11
EP2624109A2 (en) 2013-08-07
EP2624109A4 (en) 2017-06-14
KR101085086B1 (ko) 2011-11-18
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US20130181946A1 (en) 2013-07-18

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