WO2014168399A1 - 정전식 터치 검출수단 및 검출방법 - Google Patents

정전식 터치 검출수단 및 검출방법 Download PDF

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이성호
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Lee Sung Ho
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    • G06F2203/04112—Electrode mesh in capacitive digitiser: electrode for touch sensing is formed of a mesh of very fine, normally metallic, interconnected lines that are almost invisible to see. This provides a quite large but transparent electrode surface, without need for ITO or similar transparent conductive material

Definitions

  • the present invention relates to a means and a detection method for detecting a capacitive touch input of a finger of a body or a touch input means having similar conductivity characteristics, and more particularly, a sensing pad and a non-sensing pad.
  • 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 alternating current 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 touch the transparent conductive film on the upper surface of the transparent substrate 2 with the finger 8 or the conductive touch input means, a certain amount of current is absorbed into the body and the current sensor built in the controller 6 detects the change in the current. The touch points are 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 touch detection sensor 5a in the horizontal direction, a linear touch detection sensor 5b in the longitudinal direction, and a touch drive IC 7 for analyzing a touch signal.
  • the touch screen panel is a method for detecting the magnitude of the capacitance formed between the linear touch detection sensor 5 and the finger (8 in FIG. 1), and the linear touch detection sensor 5a in the horizontal direction and the linear touch detection in the longitudinal direction. By detecting the signal by scanning the sensor 5b, 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 AC common voltage Vcom is applied to the common electrode.
  • the common voltage Vcom of the common electrode acts as noise when detecting the touch point.
  • FIG. 3 shows an embodiment in which a conventional capacitive touch screen panel is installed on an LCD.
  • 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.
  • a polarizing plate is attached to the upper and lower sides of the liquid crystal panel, and in addition, a BLU (Back Light Unit) is installed.
  • BLU Back Light Unit
  • a touch screen panel is installed on the display device 200 as shown.
  • the touch screen panel has a structure in which the linear touch detection sensor 5 is mounted on the upper surface of the substrate 1.
  • a protective panel 3 for protecting the linear touch detection sensor 5 is attached.
  • 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 the air gap 9a between the display device 200 and the display device 200.
  • DAT double adhesive tape
  • a capacitance such as Ct is formed between the finger 8 and the linear touch detection sensor 5.
  • a capacitance such as the common electrode capacitance Cvcom, is also formed between the linear touch detection sensor 5 and the common electrode 220 formed on the lower surface of the color filter 215 of the display device 200.
  • the detection sensor 5 also acts on Cp, which is an unknown parasitic capacitance due to capacitance coupling between patterns or manufacturing process factors.
  • 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, which is a touch capacitance, and components such as Cvcom and Cp act as noise in detecting Ct.
  • Cp due to capacitance coupling between patterns may be ten times or more larger than Ct, which is a touch capacitance, thereby causing a problem in that touch sensitivity is lowered due to Cp.
  • the present invention has been proposed to solve the above problems of the conventional touch screen panel, and is formed between a sensing pad connected to the touch detection unit and a non-sensing pad adjacent to the sensing pad, and a sensing equivalent capacitor that previously operated as a parasitic capacitor.
  • a sensing pad connected to the touch detection unit and a non-sensing pad adjacent to the sensing pad
  • a sensing equivalent capacitor that previously operated as a parasitic capacitor.
  • the touch detection means is configured to:
  • a plurality of touch detection sensors are provided.
  • a plurality of sensor signal lines for applying a signal to the touch detection sensor or receiving an output signal from the touch detection sensor
  • a touch detector 14 for detecting the presence or absence of a touch of the touch input means from the obtained signal.
  • the touch detection sensor is classified into at least one sensing pad and at least one non-sensing pad, and includes at least one sensing pad sensor signal line connected to the sensing pad and connected to the non-sensing pad. And detecting based on a voltage change in a plurality of equivalent capacitors Ceq formed between at least one non-sensing pad sensor signal line.
  • the presence or absence of the touch is detected in a state where an alternating voltage is applied to the equivalent capacitor, and the alternating voltage is applied through the non-sensing pad sensor signal line.
  • a three-terminal switching element which is a charging means for charging the touch detection sensor before the touch presence detection.
  • the three-terminal switching element is characterized by charging the touch detection sensor by supplying a charging signal input to the input terminal to the touch detection sensor connected to the output terminal by a control signal supplied to the control terminal.
  • the input terminal maintains a high impedance state of 100 Kohm or more
  • the output terminal maintains a high impedance state of 100 Kohm or more when the touch detector detects the presence or absence of a touch.
  • the charging time is determined by adjusting the turn-on time of the control signal of the three-terminal switching element.
  • the at least one first line capacitance and the second line capacitance may be classified according to the magnitude of the capacitance of the equivalent capacitor.
  • a charging means capable of charging the first line capacitance and the second line capacitance with a precharge signal having the same voltage.
  • the second line capacitance is larger than the first line capacitance.
  • the second line capacitance and the first line capacitance may be varied by adjusting a distance between the sensing pad sensor signal line and the non-sensing pad sensor signal line.
  • the touch presence may be detected using only one of the first line capacitance and the second line capacitance.
  • the non-sensing pad sensor signal line participating in the formation of the second line capacitance may maintain a floating state or a high impedance state.
  • the touch detection sensor, the sensing pad sensor signal line, and the non-sensing pad sensor signal line may be formed of the same mask.
  • the sensor signal line may be formed to have a different width according to the position of the touch detection sensor.
  • An alternating voltage is applied to the equivalent capacitor after charging of the touch detection sensor.
  • Means for varying the slope of the rising edge or the falling edge of the alternating voltage further comprises.
  • a touch capacitor Ct formed by a touch of the touch detection sensor and the touch input means
  • a common electrode capacitor Cvcom formed between the touch detection sensor and a common electrode applying a common voltage to the display device including the touch detection sensor.
  • Equation 1 Equation 1
  • Is a voltage detected by the touch detector 14 when no touch is performed Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, Cvcom is a capacitance of the common electrode capacitor, Cp is a parasitic capacitance generated by the touch detection means, and Ct is a capacitance of the touch capacitor.
  • Equation 2 Equation 2
  • Is the voltage detected by the touch detector 14 when touched Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, Cvcom is a capacitance of the common electrode capacitor, Cp is a parasitic capacitance generated by the touch detection means, and Ct is a capacitance of the touch capacitor.
  • the determination of the presence or absence of the touch in the touch detector may be based on a difference between the voltage obtained by Equation 1 and the voltage obtained by Equation 2.
  • Equation 1 Equation 1
  • Equation 2 Equation 2
  • Is a voltage detected by the touch detector 14 when no touch is performed Is the voltage detected by the touch detector 14 when touched, Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, Cvcom is a capacitance of the common electrode capacitor, Cp is a parasitic capacitance generated by the touch detection means, and Ct is a capacitance of the touch capacitor.
  • the touch detection sensors are arranged in an array,
  • the touch detector may detect a signal for each row.
  • One side of the compensation capacitor is connected to the touch detector, characterized in that to receive an alternating voltage equal to the alternating voltage through the other side of the compensation capacitor.
  • One side of the compensation capacitor is connected to the touch detection unit, and receives an alternate voltage different from the alternate voltage through the other side of the compensation capacitor.
  • the voltage detected by the touch detector is calculated by Equation 5.
  • Equation 5 Equation 5
  • Is a voltage detected by the touch detector 14 when no touch is performed Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor Cbal, and Cvcom is a common electrode for applying a common voltage to a display device including the touch detection sensor and the touch detection sensor.
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance of the touch capacitor formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means
  • the alternating voltage When alternating from low to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • Equation 6 Equation 6
  • Is the voltage detected by the touch detector 14 when touched Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor Cbal, and Cvcom is a common electrode for applying a common voltage to a display device including the touch detection sensor and the touch detection sensor.
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance of the touch capacitor formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means
  • the alternating voltage When alternating from low to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • the determination of the presence or absence of the touch in the touch detector may be based on a difference between the voltage obtained by Equation 5 and the voltage obtained by Equation 6.
  • Equation 5 Equation 5
  • Equation 6 Equation 6
  • Is a voltage detected by the touch detector 14 when no touch is performed Is the voltage detected by the touch detector 14 when touched, Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor Cbal, and Cvcom is a common electrode for applying a common voltage to a display device including the touch detection sensor and the touch detection sensor.
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance of the touch capacitor formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means
  • the alternating voltage is low When alternating to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • the touch detector may detect the presence or absence of the touch in synchronization with the rising edge of the alternating voltage or the falling edge of the alternating voltage.
  • the touch detector may detect the presence or absence of the touch at a predetermined time interval from the rising edge of the alternating voltage or the falling edge of the alternating voltage.
  • the alternating voltage generating unit generating the alternating voltage has a shape of a pen, and the generated alternating voltage is transmitted through the core of the pen.
  • junctions between the touch detection sensors may be opposed to each other by having a geometric shape having at least one inflection point or bend.
  • a predetermined pattern is formed only on a part of the divided areas, and the formed patterns are connected to each other.
  • the width of the sensor signal line is configured to be wide.
  • the touch detection method is a touch detection method
  • the classification of the sensing pad and the non-sensing pad may be sequentially determined in a predetermined order.
  • the touch detector may detect the presence or absence of the touch in synchronization with the rising edge of the alternating voltage or the falling edge of the alternating voltage.
  • the touch detector may detect the presence or absence of the touch at a predetermined time interval from the rising edge of the alternating voltage or the falling edge of the alternating voltage.
  • the three-terminal switching element is characterized by charging the touch detection sensor by supplying a charging signal input to the input terminal to the touch detection sensor connected to the output terminal by a control signal supplied to the control terminal.
  • the input terminal maintains a high impedance state of 100 Kohm or more
  • the output terminal maintains a high impedance state of 100 Kohm or more when the touch detector detects the presence or absence of a touch.
  • the charging time is determined by adjusting the turn-on time of the control signal of the three-terminal switching element.
  • the at least one first line capacitance and the second line capacitance may be classified according to the magnitude of the capacitance of the equivalent capacitor.
  • a charging means capable of charging the first line capacitance and the second line capacitance with a precharge signal having the same voltage.
  • the second line capacitance is larger than the first line capacitance.
  • the second line capacitance and the first line capacitance may be varied by adjusting a distance between the sensing pad sensor signal line and the non-sensing pad sensor signal line.
  • the touch presence may be detected using only one of the first line capacitance and the second line capacitance.
  • the non-sensing pad sensor signal line participating in the formation of the second line capacitance may maintain a floating state or a high impedance state.
  • the touch detection sensor, the sensing pad sensor signal line, and the non-sensing pad sensor signal line may be formed of the same mask.
  • the sensor signal line may be formed to have a different width according to the position of the touch detection sensor.
  • Means for varying the magnitude of the alternating voltage characterized in that it further comprises.
  • Means for varying the slope of the rising edge or the falling edge of the alternating voltage further comprises.
  • Equation 1 Equation 1
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means, when the alternating voltage alternates from low to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • Equation 2 Equation 2
  • Is the voltage detected by the touch detector 14 when touched Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, and Cvcom is a common electrode capacitor formed between the touch detection sensor and a common electrode applying a common voltage to a display device including the touch detection sensor.
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means, when the alternating voltage alternates from low to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • the determination of the presence or absence of the touch in the touch detector may be based on a difference between the voltage obtained by Equation 1 and the voltage obtained by Equation 2.
  • Equation 1 Equation 1
  • Equation 2 Equation 2
  • Is a voltage detected by the touch detector 14 when no touch is performed Is the voltage detected by the touch detector 14 when touched, Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line, and Cvcom is a common electrode capacitor formed between the touch detection sensor and a common electrode applying a common voltage to a display device including the touch detection sensor.
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means, when the alternating voltage alternates from low to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • the touch detection sensors are arranged in an array,
  • the touch detector may detect a signal for each row.
  • One side of the compensation capacitor is connected to the touch detector, characterized in that to receive an alternating voltage equal to the alternating voltage through the other side of the compensation capacitor.
  • One side of the compensation capacitor is connected to the touch detection unit, and receives an alternate voltage different from the alternate voltage through the other side of the compensation capacitor.
  • the voltage detected by the touch detector is calculated by Equation 5.
  • Equation 5 Equation 5
  • Is a voltage detected by the touch detector 14 when no touch is performed Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor Cbal, and Cvcom is a common electrode for applying a common voltage to a display device including the touch detection sensor and the touch detection sensor.
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance of the touch capacitor formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means
  • the alternating voltage When alternating from low to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • Equation 6 Equation 6
  • Is the voltage detected by the touch detector 14 when touched Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor Cbal, and Cvcom is a common electrode for applying a common voltage to a display device including the touch detection sensor and the touch detection sensor.
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance of the touch capacitor formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means
  • the alternating voltage When alternating from low to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • the determination of the presence or absence of the touch in the touch detector may be based on a difference between the voltage obtained by Equation 5 and the voltage obtained by Equation 6.
  • Equation 5 Equation 5
  • Equation 6 Equation 6
  • Is a voltage detected by the touch detector 14 when no touch is performed Is the voltage detected by the touch detector 14 when touched, Is the charging voltage of the touch detection sensor, Is a high level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor, Is a low level voltage of an alternating voltage applied to the non-sensing pad sensor signal line and the compensation capacitor Cbal, and Cvcom is a common electrode for applying a common voltage to a display device including the touch detection sensor and the touch detection sensor.
  • Cp is the parasitic capacitance generated by the touch detection means
  • Ct is the capacitance of the touch capacitor formed by the touch of the touch detection sensor and the touch input means
  • the alternating voltage is low When alternating to high ( - ) Is positive, and when the alternating voltage alternates from high to low - ) Is negative.
  • the alternating voltage generating unit generating the alternating voltage has a shape of a pen, and the generated alternating voltage is transmitted through the core of the pen.
  • junctions between the touch detection sensors may be opposed to each other by having a geometric shape having at least one inflection point or bend.
  • a predetermined pattern is formed only on a part of the divided areas, and the formed patterns are connected to each other.
  • the width of the sensor signal line is wider.
  • a touch electrostatic force applied by a touch input such as a finger is applied by alternately applying a driving voltage to a sensing equivalent capacitor formed between the sensing pad and the non-sensing pad adjacent to the sensing pad.
  • FIG. 1 is a perspective view showing an example of a conventional touch screen panel
  • FIG. 2 is a plan view showing another example of a conventional 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 touch capacitance in FIG. 3.
  • FIG. 5 is a waveform diagram illustrating a common voltage waveform of a liquid crystal display device
  • FIG. 7 is a diagram illustrating a principle of detecting a touch input.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing the basic structure of a touch detection means according to the present invention.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the touch detection sensor
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the touch detection sensor.
  • FIG. 13 is a block diagram showing an embodiment of a touch screen panel of the present invention
  • FIG 14 illustrates an embodiment of the present invention for compensating sensing capacitance.
  • 15 is an embodiment of a means for varying the magnitude of an alternating voltage in accordance with a receiver setting.
  • FIG. 17 illustrates an embodiment of arrangement of the touch detection sensor 10 and the sensor signal line 22.
  • the present invention relates to a capacitive touch detection means and a detection method.
  • a sensing pad touch detection unit
  • the present invention relates to a method of detecting a touch by using a phenomenon in which a difference occurs in a detection voltage due to a difference.
  • the touch detection system compares a voltage detected when a touch is not generated with a magnitude of a voltage detected when a touch capacitance is added by a touch generation, detects a touch by a difference between the two voltages, and detects a parasitic capacitance. Minimized by the influence, it is possible to obtain a touch signal more stably.
  • the display device referred to in the present invention is any one of LCD, PDP, OLED, or any means for displaying any type of still picture (eg, JPG, TIF, etc.) or moving picture (MPEG2, MPEG-4, etc.) to other users. It includes.
  • the LCD requires a common voltage (Vcom) to drive the liquid crystal.
  • Vcom common voltage
  • a line inversion method in which a common voltage of a common electrode alternates with one or more gate lines is used to reduce current consumption.
  • a large LCD uses a dot inversion driving scheme in which a common voltage of a common electrode has a constant DC level.
  • a common electrode is formed in a partial region of the LCD TFT substrate to display an image by a line inversion or dot inversion driving method.
  • the back ground is commonly formed in the entire color filter exposed to the outside through the back ITO (Indium Tin Oxide), and the ground signal is used to block the electrostatic discharge (ESD). ) And ground.
  • common electrodes in addition to the electrode to which the common voltage Vcom is applied as described above, all electrodes which are commonly used in the display device are referred to as “common electrodes” and the alternating voltage, DC voltage, or unspecified voltage applied to the common electrode of the display device. Voltage in the form of alternating frequency is referred to as "common voltage”.
  • non-contact touch input means that a touch input means such as a finger makes a touch input while being spaced a predetermined distance from the touch detection sensor by a substrate existing between the input means and the touch detection sensor.
  • the touch input means may contact the outer surface of the substrate.
  • the touch input means and the touch detection sensor maintain a non-contact state. Therefore, the touch action of the finger on the touch detection sensor 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”. In this specification, “access” and “contact” are commonly used.
  • the touch input means is not only a keyboard, a mouse, a finger, a touch pen, a stylus pen, but also any type of input that causes a voltage change that can be detected by a touch detection sensor (eg, an object such as a conductor having a certain shape) (object or input such as electromagnetic waves).
  • a touch detection sensor eg, an object such as a conductor having a certain shape
  • object or input such as electromagnetic waves
  • configurations such as “units” described below are collections of unit function elements that perform specific functions.
  • an amplifier of a signal is a unit function element, and an amplifier or signal converters are collected.
  • the aggregate may be named as a signal converter.
  • " ⁇ part” may be included in a larger component or “ ⁇ part” or may include smaller components and " ⁇ part”.
  • the " ⁇ part” may include its own central processing unit (CPU) that can process commands stored in a memory or a memory itself.
  • CPU central processing unit
  • signal refers to a voltage or a current unless otherwise specified.
  • capacitor refers to physical size and is used in the same meaning as “capacitance”.
  • capacitor refers to an element having a capacitance of physical size.
  • Compensation capacitor (Cbal) in the present invention is also made by the manufacturing process according to the designed value, such as made inside the touch drive IC (Integrated Circuit), the line between the specification of the present specification made between two sensor signal lines parallel to any distance It can also be created naturally like a capacitor. In this specification, both a capacitor made directly and a capacitor formed naturally are referred to as “capacitors”.
  • C used as a symbol of the capacitor in the present specification is used as a symbol to refer to the capacitor and also denotes a capacitance that is the size of the capacitor.
  • C1 is a symbol for a capacitor and also means that the capacitance of the capacitor is C1.
  • the "forcing" signal means that the level of a signal that is kept in a certain state is changed.
  • the on / off control terminal of the switching element is used.
  • the application of a signal means that an existing low level voltage (eg, ground voltage (Ov) or a constant DC voltage or AC voltage) has an amplitude value at which the high level (eg, low level voltage) is larger than DC voltage or AC voltage).
  • the touch detection sensor (10 of FIG. 9 or 12) includes a sensing pad (10a of FIG. 9 or 12) and a non-sensing pad (10b of FIG. 9 or 12).
  • the sensing pad 10a is a touch detection sensor 10 connected to the touch detection unit (14 of FIG. 9 or FIG. 12) to detect a touch among the plurality of touch detection sensors 10, and the non-sensing pad 10b is
  • the touch detection sensor 10 is not connected to the touch detection unit 14 without performing touch detection.
  • the sensing pad 10a becomes the non-sensing pad 10b after the touch detection is completed, and the non-sensing pad 10b is switched to the sensing pad 10a in a predetermined order.
  • the sensing pad and the non-sensing pad may not be fixed and may be converted over time, and the order of conversion of each sensing pad and the non-sensing pad may be sequentially determined by a predetermined order.
  • the time sharing technique is an embodiment of ordering.
  • the meaning of detecting a touch or a touch signal is the same meaning, and a representative embodiment of the touch signal detection may not have a touch capacitance because a conductor such as a finger does not touch or approach the touch detection sensor 10.
  • the difference between the first voltage detected by the touch detection unit and the second voltage detected by the touch detection unit is detected by the touch capacitance Ct formed when a conductor such as a finger faces the touch detection sensor.
  • touch drive IC Touch Drive IC
  • TDI touch drive IC
  • precharge and charge and precharge voltage and charge voltage are used in the same meaning.
  • the sensing pad may mean a sensor signal line connecting the sensing pads
  • the non-sensing pad means a non-sensing pad signal line connecting the non-sensing pad.
  • FIG. 6 conceptually depicts a three-terminal switching element of the switching element used as an example of the capacitor charging means in the present invention.
  • a three-terminal switching device generally includes three terminals of an on / off control terminal (Cont), an input terminal (In), and an output terminal (Out).
  • the on / off control terminal (Cont) is a terminal for controlling the turn on / off of the switching element.
  • the voltage or current applied to the input terminal (In) is output terminal ( Is output in the form of voltage or current.
  • FIG. 7 Prior to describing a specific embodiment of the present invention, a principle of forming a touch capacitance and a capacitance between lines will be briefly described with reference to FIG. 7.
  • the capacitance formed between the finger 25 and the touch detection sensor 10 is referred to as touch capacitance or touch capacitance Ct.
  • the signal line is made of ITO or metallic material
  • the product thickness of the material multiplied by the opposing lengths of the two signal lines is the opposing area of the two parallel signal lines
  • the gap between the two opposing signal lines is the separation distance.
  • FIG. 8 is a circuit diagram showing the basic structure of the touch detection means according to the present invention.
  • the specialized touch detection means according to the present invention the charging means 12, the touch detection sensor 10, the sensor signal line 22, the common electrode capacitor (Cvcom), the floating capacitance capacitor (Cp) and the touch detection unit ( 14) has a basic structure consisting of.
  • the charging means 12 supplies Vpre, which is a precharge signal (or a charging signal), to all capacitors connected to the touch detector 14, and the turn-off applied to the " on / off control terminal "
  • Vpre is a precharge signal (or a charging signal)
  • a turn-off signal is a switching element that turns off the output stage 12-1 to a high impedance or a linear element such as an OP AMP (Operational Amplifier) that supplies a signal in accordance with a control signal.
  • the charge voltage is a combination of alternating AC or DC and AC voltages, such as a direct current voltage with zero volts or a square wave, triangular wave, or sine wave.
  • the touch detection sensor (10 of FIG. 9 or 12) is connected to the touch detector (14 of FIG. 9 or 12) and a sensing pad (10a of FIG. 9 or FIG. 12) for detecting a touch signal, and the touch detection unit.
  • Non-sensing pad Non Sensing Pad (10b of FIG. 9 or 12)
  • the sensing pad 10a and the non-sensing pad 10b are not fixed, and the same touch detection sensor 10 may be switched to time sharing (the sensing pad is switched to the non-sensing pad after a predetermined time interval).
  • the touch detection sensor 10 When connected to the touch detector 14 for touch detection, it is referred to as a sensing pad 10a, and when not connected to the touch detector 14 (or spaced apart), it is called a non-sensing pad 10b. Therefore, the touch detection sensor 10 is divided into a sensing pad or a non-sensing pad according to whether the touch detection unit 14 is connected to the touch detection unit 14.
  • one touch detection sensor 10 sequentially becomes a sensing pad and the other is a non-sensing pad
  • the touch detection sensor 10 denoted as “PC” is a sensing pad 10a. It is in operation and the rest are all non-sensing pads (PA, PB, PD, PE, PF, PG, PH, PI, PJ) Touch before the sensing pad indicated by "PC”
  • the detection sensor acts as a sensing pad, and after the operation of the sensing pad denoted as "PC", the touch detection sensor denoted as "PD” will switch from the non-sensing pad to the sensing pad.
  • the switching of the touch detection sensor 10 to the sensing pad and the non-sensing pad is performed by the control of the timing controller 33 of FIG. 13 to be described later.
  • 8 is an embodiment of a touch signal detection method using one sensing pad, and as another embodiment of the touch signal detection method, a plurality of touch detection sensors may simultaneously operate as a sensing pad.
  • the precharge voltage Vpre is applied to the sensing pad signal line 22a and the sensing pad 10a having the sign of the PC, and the non-sensing pad having the sign of PB, PD, and PF adjacent to the sensing pad 10a and the same.
  • the connected non-sensing pad signal lines 22b-B, 22b-D, and 22b-F are connected to any voltage Vlbl having a predetermined potential difference with Vpre, the sensing pad 10a and the non-sensing by the principle described in FIG. A capacitance is formed between the pads 22b.
  • Vpre having a predetermined potential is applied to the sensing pad signal line 22a and the sensing pad 10a, and the non-sensing pad signal lines 22b-B connected to Vlbl are applied to the sensing pad signal line 22a and the predetermined pad.
  • a capacitance between lines having a capacitance of C1 is formed by the principle described in FIG. 7, and the sensing pad signal line 22a and the non-sensing pad signal line ( The line capacitance C2 is formed between 22b-D), and the line capacitance C3 is formed on the same principle between the non-sensing pad signal lines 22b-F facing the sensing pad PC 10a.
  • line capacitance may be formed.
  • the line capacitance is formed between the sensing pad signal line 22a and the non-sensing pad signal line as C1 to C3, it is referred to as the primary line capacitance, and between the sensing pad signal line 22a and the non-sensing pad signal line as C4.
  • the capacitance formed when there is one or a plurality of non-sensing pad signal lines is defined as the secondary line capacitance.
  • a plurality of secondary line capacitances may be formed in the sensing pad 10a and the sensing pad signal line 22a. Since the touch sensitivity is improved when the secondary line capacitance is used for touch detection, it is preferable to connect all non-sensing pad signal lines for forming the secondary line capacitance to Vlbl used for forming the primary line capacitance.
  • the non-sensing pad signal line for forming the secondary line capacitance may be connected to a potential different from Vlbl, but it is preferable to use Vlbl in common to simplify the circuit.
  • the non-sensing pad signal line (signals such as 22b-A or 22b-E in the embodiment of FIG. 8) generates secondary line capacitance in order to weaken the touch sensitivity. It is also possible to maintain a floating or high impedance state, so that no secondary line capacitance occurs between the floating non-sensing pad signal line and the sensing pad signal line.
  • the TDI Touch Drive IC
  • the voltage Vlbl connected to the non-sensing pad signal line 22b is a DC potential or an AC voltage including zero (V).
  • the term closed is applied to a non-sensing pad signal line that forms a primary line capacitance, based on a sensing pad signal line, and also applies to a non-sensing pad signal line that forms a secondary line capacitance.
  • the line equivalent capacitor Ceq has the following characteristics.
  • an equivalent line capacitor Ceq is formed between the sensing pad 10a and the adjacent non-sensing pad 10b and the non-sensing pad 10b is connected to an arbitrary voltage Vblbl.
  • the non-sensing pad 10b and the non-sensing pad signal line 22b include a plurality of non-sensing pad and non-sensing pad signal lines forming the primary line capacitance and the secondary line capacitance in FIG. 8. 10b) and an equivalent non-sensing pad signal line 22b. Since all non-sensing pad signal lines 22b except for the sensing pad 10a are connected to a predetermined voltage Vlbl in FIG. 8, the voltage Vlbl is connected to the non-sensing pad signal line 22b in FIG. 9. Therefore, although Vlbl is connected to one non-sensing pad signal line 22b in FIG.
  • Vlbl is actually connected to a plurality of non-sensing pad signal lines that generate primary or secondary line capacitance.
  • Vlbl is a voltage applied to one side of the non-sensing pad signal line 22b when the precharge voltage Vpre is applied, and is a voltage for forming the line equivalent capacitance Ceq by the precharge.
  • An alternating alternating voltage is applied to the non-sensing pad signal line 22b to detect the touch signal, and Vlbl includes a low voltage or a high voltage of the alternating voltage.
  • All capacitors connected to the output terminal 12-1 and the output terminal 12-1 of the charging means 12 are connected to the touch detector 14.
  • the buffer Buffer 14-1 is one of the components constituting the touch detector 14, and the input terminal has a high impedance (Hi-z) characteristic.
  • Hi-z high impedance
  • the charging time also depends on the position of the sensing pad.
  • the charging time is inevitably determined as the longest time, so the touch detection time is slowed.
  • the TDI has a means to determine the charging time. The charging time is determined by the turn on time of the charging means 12.
  • the output terminal 12-1 of the charging unit 12 is directly connected to the buffer 14-1, but the gate of the metal oxide semiconductor (MOS) or the thin film transistor (TFT) is illustrated. It is possible to replace the buffer 14-1 with all devices having an input Hi-z state such as a gate.
  • the reason for making the output terminal 12-1 and the touch detector 14 of the charging means 12 into the Hi-z state is that there is no discharge path of the charges isolated in the Hi-z state. This is because the magnitude is kept long and it is easy to detect the magnitude of the relatively accurate voltage.
  • the signal output from the buffer 14-1 is input to the amplifier 14-2.
  • a DAC 14-3 may be used in the amplifier, and the DAC is generated using the ref voltage 14-4.
  • the signal detected and amplified by the touch detector 14 may pass through the ADC converter 14-5 to be transferred to the signal processor 35 of FIG. 13.
  • One or more of the ADC converters 14-5 may be used, and a plurality of ADC converters 14-5 may enable faster signal processing.
  • a filter may be used between the various functional units displayed in the touch detector 14.
  • the filter may be used at the front end of the buffer 14-1, and the filter may be used at the front end of the amplifier 14-2 or as part of an amplifier component.
  • filters include a bandwidth low pass filter, a bandwidth high pass filter, a grass cut filter, a ranking filter, and an average filter by chopping. Can be used.
  • the touch detection sensor 10 is formed of a transparent conductor or metal.
  • the transparent conductor may be indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), carbon nano tube (CNT), or indium zinc oxide (IZO). It is formed of a conductive transparent material such as or a transparent material having similar conductive properties. If the touch detection sensor 10 is applied to a touch key such as a touch keyboard, a refrigerator or a monitor that is not used as a display device, the touch detection sensor 10 may be formed of a non-transparent material such as metal.
  • the sensor signal line 22 is a signal line that connects the polarity of the touch capacitance to the touch detection unit 14 when a touch means such as a finger 25 approaches the touch detection sensor 10. It may be formed of a conductive transparent material with the same mask as the touch detection sensor 10. In some cases, the touch detection sensor 10 and a heterogeneous mask may be used, and may be formed of a non-transparent material such as metal.
  • the sensor signal line 22 denotes the magnitude of the resistance as Rt, and specifies the magnitude of the resistance of the non-sensing pad 10b as Rnt.
  • the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 disposed at a long distance in the TDI is preferably widened in order to lower the resistance, and the sensor signal line of the touch detection sensor 10 disposed at a short distance from the TDI. Since the absolute resistance value is small even if the resistance is increased due to the narrow width of 22), the width of the sensor signal line 22 of the touch detection sensor 10 disposed near the TDI is narrowed to narrow the width of the path through which the sensor signal lines pass. It is preferable. As described above, in the present invention, the width of the sensor signal line may be different according to the position of the touch detection sensor 10.
  • the common electrode capacitor Cvcom of FIGS. 8 to 9 is a capacitance formed when the touch detection sensor 10 faces the common electrode of the display device, one side of which is connected to the touch detection unit 14 and the other side of the common device of the display device. Connected to the voltage. In this case, although directly connected to the common voltage of the display device may be applied, it is usually induced and applied electromagnetically through a medium such as glass or air.
  • Ct may be designed to a few fF (femto Farada) to several tens of micro Farads (uF).
  • Cp of FIG. 9 is a parasitic capacitor, which is an equivalent circuit of parasitic capacitors formed in the TDI or formed by wire bonding of a semiconductor and a package.
  • the parasitic capacitor may be composed of a plurality of parasitic capacitors Cp having different grounds, and in the present specification, only one parasitic capacitor connected thereto is assumed assuming only one ground.
  • a precharge voltage Vpre is applied to an input terminal 12-12 of FIG. 8 and a control voltage applied to an on / off control terminal cont.
  • the switching device which is the charging means 12
  • the precharge voltage Vpre is output through the output terminal 12-1. Therefore, all capacitors connected to the output terminal 12-1 of the charging unit 12 are charged to the precharge voltage Vpre.
  • the switching element which is the charging means 12, is turned on, the sensing pad detecting the touch after turning on the switching element (
  • the potentials of the touch capacitor Ct, the line equivalent capacitor Ceq, the parasitic capacitance capacitor Cp, and the common electrode capacitor Cvcom formed between the 10a) and the finger 25 are ground potentials connected to one side of each capacitance. Is 3V.
  • the common voltage Vcom is 4V
  • the point P of the touch detection unit After charging the point P of FIG. 9, when the control voltage Vg of the charging unit 12 is lowered from 10V to 0V to turn off the charging unit 12, the point P of the touch detection unit becomes Hi-z and the point P The charge is isolated from the touch capacitor Ct, the line equivalent capacitor Ceq, the parasitic capacitor Cp, and the common electrode capacitor Cvcom.
  • the magnitude of the voltage detected at point P is proportional to the magnitude of the alternating voltage applied to the line equivalent capacitor Ceq and is connected to P point. Correlate with capacitances.
  • FIG. 10 is a cross-sectional view showing an example of the configuration of the touch detection sensor according to the present invention
  • Figure 11 is a cross-sectional view showing another example of the configuration of the touch detection sensor according to the present invention.
  • 10 illustrates a case in which the touch detection sensor 10 is mounted on a substrate formed separately from the display device
  • FIG. 11 illustrates a case in which the touch detection sensor 10 is embedded in the display device. 10 and 11, the formation relationship of the common electrode capacitor Cvcom will be described.
  • the display device 200 has a common electrode 220.
  • AMOLED or plasma display panel it does not have a common electrode to display the image quality, but various potentials formed on the TFT substrate of the AMOLED or the driving substrate of the PDP and the opposite touch detection are detected. Since Cvcom of FIGS. 8 to 9 are formed between the sensors 10, a virtual potential formed of various potentials formed on a TFT substrate of an AMOLED or a driving substrate of a PDP will also be referred to as a common electrode.
  • the display device 200 may be the aforementioned various types of display devices, and the common electrode 220 may be a Vcom electrode of the LCD or another type of electrode. 10 illustrates an LCD among display devices.
  • the display device 200 illustrated in FIG. 11 has a structure in which a liquid crystal is encapsulated between a lower TFT substrate 205 and an upper color filter 215 to form a liquid crystal layer 210.
  • the TFT substrate 205 and the color filter 215 are bonded by the sealant 230 at the outer portion thereof.
  • a polarizing plate is attached to the upper and lower sides of the liquid crystal panel, and in addition, optical sheets constituting a BLU and a brightness enhancement film may be installed together with the BLU.
  • the touch screen panel 50 is installed on the display device 200 as shown in the figure.
  • the touch screen panel 50 is attached to the upper portion of the display device 200 through an adhesive member (57 of FIG. 11) such as a double adhesive tape (DAT) at an outer portion thereof.
  • An air gap 58 is formed between the touch screen panel 50 and the display device 200 or filled with the contact member 58.
  • the contact member 58 is a material for attaching the touch screen panel 50 and the display device 200, such as transparent silicon, optically clear adhesive (OCA), or adhesive resin (Resin).
  • a common voltage level for displaying an image is applied to the common electrode 220 of the display device 200, and the common voltage may be a DC having a predetermined magnitude value or an AC voltage that alternates a predetermined amplitude to a predetermined frequency.
  • the common voltage of the common electrode 220 is alternated as shown in FIG. Is approved.
  • a common electrode capacitor Cvcom is formed between the touch detection sensor 10 and the common electrode 220 of the display device 200, and the touch capacitance is between the touch detection sensor 10 and the finger 25. (Ct) is formed.
  • the touch detection sensor 10 is formed with the common electrode capacitance Cvcom and the touch capacitance Ct.
  • reference numeral 24 denotes a protective layer 24 for protecting the touch detection sensor 10, and glass, plastic, vinyl, cloth, or the like is used.
  • the touch screen panel 50 may be formed on an upper surface of the color filter 215 that is a part of the display device.
  • the common electrode 220 is formed under the color filter 215, and the touch detection sensor 10 is patterned on the upper surface of the color filter.
  • the protective layer 24 may be replaced with a polarizer.
  • the common electrode capacitance Cvcom is formed between the common electrode 220 and the touch detection sensor 10
  • the common electrode capacitance Cvcom (the touch detection sensor 10) is formed on the touch detection sensor 10.
  • the common electrode capacitance Ct between the touch detection sensor 10 and the finger 25 are formed together.
  • FIG. 12 illustrates an embodiment in which an alternating voltage is applied to the line equivalent capacitor Ceq in order to detect a touch signal.
  • the touch capacitance Ct and Ceq, Cvcom, and Cp formed between the touch detection sensor 10 and a conductor such as a finger 25 are connected to the output terminal 12-1 of the charging means 12. It is. Therefore, when the precharge signal Vpre is applied to the input terminal 12-2 of the charging means 12 while the charging means 12 is turned on, Ceq, Ct, Cvcom, and Cp become the precharge level Vpre. And the potential of the input of the touch detector 14 becomes the precharge level Vpre. Thereafter, if the charging means 12 is turned off, the signals charged in the four capacitors maintain the precharge signal level Vpre unless they are separately discharged.
  • the output terminal 12-1 of the charging unit 12 and the input terminal of the touch detector 14 are in a Hi-z state, and preferably have an impedance of at least 100 Kohm or more.
  • the output terminal 12-1 of the charging unit 12 and the input terminal of the touch detector 14 may not be in the Hi-z state. For example, if one observes the touch input while discharging the signals charged in the four capacitors, isolates the charged signal by other means, or quickly observes the signal at the start of discharge, the input terminal of the touch detector 14 This does not necessarily have to be Hi-z.
  • the touch detector 14 detects the voltage of the sensing pad 10a (or the voltage of P point).
  • the touch detector 14 detects the voltage at point P when no touch occurs (ie, when Ct is not formed), and detects the voltage at point P when touch occurs (ie, when Ct is formed).
  • the touch signal is obtained using the difference in magnitude.
  • the sensing signal line resistance Rt is present at the input terminal of the sensing pad 10a and the P-detecting point, the influence of Rt is ignored because the signals of both ends of Rt are the same. Therefore, in the present specification, the voltage detected by the sensing pad 10a and the voltage detected at the point P have the same meaning.
  • Vl is the low voltage of the alternating voltage of the present invention
  • Vh is the high voltage of the alternating voltage of the present invention
  • the alternating voltage alternates Vh and Vl.
  • Vh and Vl have the same role as Vlbl described above, that is, forming a line equivalent capacitor (Ceq).
  • An alternating voltage is applied to the non-sensing pad signal line 22b in order to detect the touch signal after a predetermined time after the charging voltage Vpre is applied.
  • the absolute magnitude of the alternating voltage is Vh-Vl and the potential can be changed from the high voltage Vh to the low voltage Vl or from the low voltage Vl to the high voltage Vh.
  • the alternating voltage is a voltage in various forms such as square wave, triangle wave, sine wave, or sawtooth wave, and the TDI (Touch Drive IC) of the present invention can vary the magnitude or frequency of the alternating voltage.
  • the touch detector 14 has a rising edge at which the alternating voltage rises from the low voltage Vl to the high voltage Vh, or falls down to the low voltage Vl at the rising time or high voltage Vh.
  • the voltage is detected in synchronization with a falling edge or a falling time.
  • the TDI detects the voltage in synchronization with the rising or falling edge, the TDI preferably detects the voltage after being delayed for a predetermined time from the edge. This is because a certain amount of time (eg, tens of ns (nano second) or tens of us (micro second)) may be required until the detection voltage is stabilized by the resistance component Rt of the sensing pad signal line 22a or the resistance component Rnt of the non-sensing pad. Because it is necessary.
  • the TDI of the present invention has a rising or falling edge of the alternating voltage.
  • Means for adjusting the slope of may further include.
  • a register may be used as an example of a means for adjusting the tilt inside the TDI. Times of rising or falling edges are mapped to the plurality of registers. When one of the plurality of registers is selected, the alternating voltage generation unit 42 of FIG. 13 adjusts the slope of the rising or falling edge of the alternating voltage. It is possible.
  • Vh Assuming Vh is 5V and Vl is 0V, the absolute magnitude of the alternating voltage (Vh-Vl) is 5V.
  • the alternating voltage When the alternating voltage changes from low to high, the alternating voltage is + 5V, which is positive polarity, and when alternating from high to low, the alternating voltage is -5V, which is negative polarity. This polarity is applied to the touch signal detection equation to be described later.
  • the line equivalent capacitor Ceq is the difference between Vpre and Vh or the difference between Vpre and Vl. It is charged to a voltage having For example, when Ceq is charged to Vpre, if the initial voltage connected to the non-sensing pad signal line 22b is high voltage (Vh), the alternating voltage alternates from high (Vh) to low (Vl) and the polarity of the alternating voltage is negative. (-) to be. In addition, when Ceq is charged to Vpre, if the initial voltage connected to the non-sensing pad signal line 22b is low voltage Vl, the alternating voltage alternates from low Vl to high Vh, and the polarity is positive (+).
  • the voltage detected by the touch detector 14 by the alternating voltage applied to the non-sensing pad signal line 22b is as follows.
  • Equation 2 Since a touch capacitance Ct is added to the touch detector 14 when a touch is generated, the voltage detected by the touch detector 14 is determined by Equation 2 below.
  • the polarity of (Vh-Vl) is positive (Positive or plus) when the alternating voltage alternates from low to high, and the polarity of (Vh-Vl) is negative (negative or minus) when the alternating voltage alternates from high to low to be.
  • Equation 1 the difference between Equation 1 and Equation 2
  • Ct is present in the denominator. Since the touch capacitance Ct is a capacitor formed between the touch means such as the sensing pad 10a and the finger 25, the capacitance, which is the size of Ct, depends on the presence or absence of touch or the opposing distance between the touch means and the touch sensing pad 10a.
  • the difference in Ct causes the difference between the voltages induced by Equations 1 and 2, so that the voltage difference (Equation 1-Equation 2) or If ⁇ Equation 2>- ⁇ Equation 1> is detected, it is possible to calculate whether or not it is touched or the touch area.
  • Equation 1 is a fixed value because it is a value detected by the touch detector 14 when the touch is not performed. However, since the voltage detected by the touch detector 14 is variable when the touch capacitance is added as shown in Equation 2, the magnitude of the voltage detected by Equation 2 is variable. Since the present invention detects touch or touch area by the voltage difference between Equation 1 and Equation 2 or Equation 2 and Equation 1, the voltage of Equation 1, which is a fixed value, is stored. It is preferable to store in the device (memory, 28 in FIG. 13).
  • Equation 1-Equation 2 or Equation 2-Equation 2 1 can be detected in simple circuits such as differential amplifiers. Therefore, the present invention has a means for storing the voltage detected by the touch detector 14 in the form of Equation 1 when it is not touched, and also stores the voltage at the time of non-touch stored in the memory. It has a means of replacing with the DAC 14-3.
  • the DAC indicating the voltage during the non-touch of the sensing pad 10a of FIG. 8 is 3V.
  • the DAC may display 3V including a constant offset. For example, if the DAC is 3.5V, it contains an offset of 0.5V.
  • the voltages detected by the touch detector 14 during the non-touch of all the touch detectors 10 are stored in a memory, and when the touch detectors 10 operate as the sensing pads, they are compared with the voltages detected by the touch detectors. If the difference is detected, it is possible to easily detect whether or not it is touched and the touched area.
  • Vh and Vl are generated in the power supply unit 47 of FIG. 13 and alternating Vh and Vl is generated in the alternating voltage generation unit 42 of FIG. 13.
  • Equation 3 is a complex permittivity of the media existing between the touch detection sensor 10 and the common electrode 220.
  • the common electrode 220 is formed over the entire lower surface of the color filter 215 as in the example of FIG. Is determined by the area of the touch detection sensor 10. Also, Since the distance between the touch detection sensor 10 and the common electrode 220, it corresponds to the thickness of the medium.
  • Cvcom is a value that can be easily obtained and can be set in advance.
  • ⁇ Equation 4> Can be obtained from the medium between the touch detection sensor 10 and the finger 25, and can be obtained from their complex dielectric constant if a plurality of mediums are used. If the glass is attached to the upper surface of the touch screen panel 50 in Figure 10, the dielectric constant of the dielectric constant of the glass by multiplying the dielectric constant of the vacuum Can be obtained. Corresponds to an opposing area of the sensing pad 10a and the finger 25. If the finger 25 covers all of the sensing pad (10a) Corresponds to the area of the touch detection sensor 10. If the finger 25 covers a part of the touch detection sensor 10 Will be reduced by the area not facing the finger 25 in the area of the sensing pad 10a. Also, Since the distance between the sensing pad (10a) and the finger 25, it will correspond to the thickness of the protective layer 24 placed on the upper surface of the touch screen panel (50).
  • Ct is also a value that can be easily obtained, and can be easily set by using a thickness under the material such as a protective layer 24 or tempered glass that is placed on the touch screen panel 50.
  • Equation 4 since Ct is proportional to the opposing areas of the finger 25 and the touch detection sensor 10, the touch occupancy rate of the finger 25 with respect to the touch detection sensor 10 can be calculated therefrom.
  • the method of calculating the touch occupancy rate of the finger 25 is as follows. Referring to ⁇ Equation 1> and ⁇ Equation 2>, the difference is the presence or absence of the touch capacitance (Ct) according to the presence or absence of the touch. If it is assumed that all capacitances quoted in Equation 1 have a fixed fixed magnitude and Vpre is also a fixed value, only Ct is extracted using the voltages detected in Equations 1 and 2. can do. When ⁇ 2 and D2 are fixed values in Equation 4, the touch capacitance Ct is only proportional to the touch area. Therefore, the touch area can be easily obtained by the extracted Ct. As described above, when the area is calculated using Equations 1 and 2, both the voltage detected by Equation 1 and the voltage detected by Equation 2 are used. In addition, the present invention can calculate the touch area based on the voltage detected by the touch detector 14.
  • FIG. 13 is a configuration diagram illustrating an embodiment of a touch screen panel according to the present invention, and illustrates an example in which the touch detection sensors 10 are arranged in a dot matrix form.
  • the TDI 30 includes a driver 31, a touch detector 14, a timing controller 33, a signal processor 35, a memory 28, an alternating voltage generator 42, and a power supply 47. ) And a communication unit 46, and may further include a CPU 40.
  • the CPU 40 is a microprocessor having a computing function and may be located outside the TDI 30.
  • the driving unit 31 includes a charging unit 12, and includes a function of selecting a sensing pad and a non-sensing pad from among the plurality of touch detection sensors 10 and connecting the touch detection unit 14. It also includes a function of connecting one side of the non-sensing pad signal line 22b to Vh or Vl during the charging operation using the charging means 12.
  • the magnitude of the detection voltage is different depending on the magnitude of the alternating voltage (Vh-Vl)
  • it is alternately inside the TDI to adjust the touch sensitivity. It may further include means for changing the magnitude of the voltage.
  • the larger the alternating voltage the larger the detection voltage, which means that the detection sensitivity is improved.
  • a register is provided to adjust the size of the alternating voltage Vh-Vl.
  • the register has a plurality of addresses, and each address is mapped with a different alternating voltage.
  • the magnitude of the alternating voltage corresponding to the value of the selected register is transferred to the driver 31 and applied when the touch signal is detected.
  • the timing controller 33 generates a plurality of different clocks required by the TDI. For example, a clock is required to operate the CPU 40, and a clock is required to operate the ADC or to sequentially operate the multiplexer of the driver 31. As such, there are several types of clocks required for each function, and the timing controller 33 may generate and supply the plurality of various clocks.
  • the signal processor 35 transfers the ADC value generated by the touch detector 14 to the CPU 40 or controls the communication unit 46 to transfer the ADC value to an I2C (Inter Integrated Circuit) or SPI (Serial Peripheral Interface Bus) signal line.
  • I2C Inter Integrated Circuit
  • SPI Serial Peripheral Interface Bus
  • a functional element or a functional block refers to a component that performs each function shown in FIG. 13.
  • the TDI currently includes nine functional blocks, and the CPU 40 is one of them.
  • the signal processor 35 may accommodate the ADC value generated by the touch detector 14 in the memory 28 and / or perform a necessary operation.
  • the signal processor 35 may calculate the touch area due to the touch of the touch detection sensor 10 and the contact means by referring to the ADC value generated by the touch detector 14, and further, the ADC value or the calculated value.
  • the touch coordinates may be calculated using the area value.
  • the memory unit 28 is composed of flash memory, E2PROM, SRAM, or DRAM.
  • the flash memory or the E2PROM stores various register values necessary for driving the TDI 30 or programs necessary for operating the CPU 40.
  • the CPU 40 may overlap many functions with the signal processor 35. Therefore, the CPU 40 may not be included in the TDI 30 or may be located outside the TDI 30. In a section in which the CPU 40 and the signal processor 35 are expected to perform overlapping, any one may be temporarily not used.
  • the CPU may play most of the roles of the signal processing unit 35, and extract touch coordinates, perform gestures such as zoom, rotation, and move, or perform various functions. Do this.
  • the area of the touch input is generated to generate a zooming signal
  • the strength of the touch input is calculated, or when a GUI object such as a keypad is touched at the same time, the user desires (eg, detects a large area).
  • the data may be processed into various forms, such as recognizing only a GUI object as a valid input, and used in the TDI 30 or transmitted to the outside using a communication line.
  • the program for controlling the CPU 40 is installed in the memory unit 28 and can be replaced with a new program when modifications occur.
  • the new program can be implemented using a communication bus included in the communication unit 46, for example, serial communication such as I2C, SPI or USB, or parallel communication such as a CPU interface (hereinafter referred to as I / F).
  • the communication unit 46 outputs necessary information to the outside of the TDI 30 or inputs information provided from the outside of the TDI 30 into the TDI.
  • the communication unit uses serial communication such as I2C or SPI and parallel I / F such as CPU interface.
  • the alternating voltage generation unit 42 generates an alternating voltage applied to the line equivalent capacitor Ceq.
  • the high voltage Vh and the low voltage Vl of the alternating voltage are generated in the power supply unit 47, and the alternating voltage generation unit 42 combines them to generate the alternating voltage to enable the alternating voltage in the driving unit 31.
  • the alternating voltage generation section 42 also has a means for adjusting the inclination of the rising or falling edge of the alternating voltage.
  • one or more sensing pads for detecting a touch signal are preferable, and the sensing pads may reduce sensing time.
  • the sensing pad is randomly selectable among 30 touch detection sensors 10 including 6 rows (Row1 to Row5) and 5 columns (Col1 to Col5), and is column-by-column. It can be selected or row-by-row.
  • the coordinates of the row and the column are set based on the position of the TDI. Therefore, the coordinates of the row and column of the touch detection sensor are not fixed but are values that can be changed relatively according to the setting position of the TDI.
  • the sensing equivalent capacitance (Ceq) when Row1 operates as the sensing pad is the sensing equivalent when Row6 operates as the sensing pad. It is larger than the capacitance (Ceq). This is because the length of the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 located in Row1 is longer than the length of the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 located in Row6. As the long distance in the TDI increases the size of the sensing equivalent capacitance Ceq formed in the sensing pad, it is preferable to compensate the sizes of the different sensing equivalent capacitances Ceq for uniform touch signal detection.
  • Compensating the magnitude of the sensing equivalent capacitance (Ceq) means that a compensation capacitor is added to the sensing equivalent capacitance (Ceq) of ⁇ Equation 1> or ⁇ Equation 2> to the same touch capacitance (Ct) of the sensing pad. The same voltage can be detected even if the positions are different.
  • the present invention has a means for compensating different sizes of the sensing equivalent capacitance (Ceq) to maintain the same touch sensitivity for each position based on the size of the different sensing equivalent capacitance (Ceq) for each position.
  • a compensation capacitor Cbal is connected to the touch detector 14, and an alternating voltage is also applied to one side of the compensation capacitor Cbal.
  • Ceq and Cbal are connected in parallel so that the equivalent circuit has the effect of increasing Ceq by the size of Cbal.
  • the alternating voltage applied to the compensation capacitor Cbal may be the same voltage as the alternating voltage applied to the line equivalent capacitor Ceq.
  • a voltage different in magnitude (different in amplitude) from an alternating voltage applied to the line equivalent capacitor Ceq may be applied to one side of the compensation capacitor Cbal.
  • one side of the compensation capacitor Cbal may be connected to a GND of zero volts V or a direct current having a predetermined potential.
  • the alternating voltage applied to the line equivalent capacitor Ceq and the compensation capacitor Cbal is preferably the same voltage, and in the present specification, the same voltage Examples are presented.
  • the sensing equivalent capacitance Ceq generated by the sensing pads 10a of col3 of Row1 is 15pF.
  • the sensing equivalent capacitance Ceq generated in the sensing pad of the col 3 of the row 2 is 13pF
  • the sensing equivalent capacitance generated in the sensing pad of the col 3 of the row 6 when the row 6 is used as the sensing pad.
  • the size of Ceq) is 5pF.
  • the capacitance is compensated for the amount of capacitance that differs from Ceq in each row so that the sum of the compensated Cbal and the size of Ceq becomes a constant value (for example, 15 pF).
  • the size of the compensation capacitor set in the present specification (for example, OpF, 2pF, 10pF, 15pF) is an embodiment, and based on the size of the sensing equivalent capacitance (Ceq) detected for each row, the sensing equivalent capacitance (Ceq) and compensation capacitance It is desirable to set the sum of (Cbal) to match.
  • the voltage detected by the touch detector 14 is as follows. .
  • Equation 6 Since a touch capacitance Ct is added to the touch detector 14 when a touch is generated, the voltage detected by the touch detector 14 is determined by Equation 6 below.
  • the polarity of (Vh-Vl) is positive (Positive or plus) when the alternating voltage alternates from low to high, and the polarity of (Vh-Vl) is negative (negative or minus) when the alternating voltage alternates from high to low to be.
  • the touch sensitivity is the same for each row by the compensation capacitance (Cbal) to compensate for different sensing equivalent capacitance (Ceq) for each row It is possible to keep.
  • Equation 5 and 6 if the alternating voltage is applied to Ceq without applying alternating voltage to Ceq, the touch detection unit is connected to GND or floated.
  • the alternating voltage is applied to only one side of the compensation capacitor Cbal connected with (14), Ceq in Equation 1 or Equation 2 is replaced with Cbal.
  • the present invention is included in the denominator and the numerator of the equation in which the alternating voltage is applied to the detection voltage.
  • the present invention has a means for compensating the magnitude of the sensing equivalent capacitance Ceq based on the magnitude of the different sensing equivalent capacitances Ceq.
  • the inside of the TDI 30 is provided with means for determining the size of the compensation capacitor Cbal.
  • a plurality of registers are mapped with compensation capacitances Cbal having different sizes, and in the embodiment of FIG. 13, different sizes of Cbal are allocated to each row.
  • the detection voltage detected by the touch detection unit 14 is proportional to (Vh-Vl). Therefore, if the alternating voltage is properly adjusted, the detection is detected by the touch detection unit 14. It is possible to adjust the touch sensitivity by adjusting the magnitude of the voltage.
  • the TDI has means for varying the magnitude of the alternating voltage. In an embodiment, the TDI is assigned an alternating voltage having different magnitudes to a plurality of registers, and it is possible to determine the magnitude of the alternating voltage by selecting a resistor.
  • 15 is an embodiment in which the magnitude of the alternating voltage changes according to the setting of the register included in the TDI. Referring to FIG. 15, when the register 00h address is selected, the alternating voltage becomes 2V, and when the register address of 07h is selected, the alternating voltage becomes 16V.
  • the touch detection apparatus may change the alternating voltage to adjust the magnitude of the detection voltage related to the touch sensitivity.
  • an alternating voltage is applied to one side of the capacitors Ceq and Cbal connected to the touch detector 14 in a Hi-z state, and the touch is performed.
  • the touch can be detected depending on whether the capacitance Ct is generated. Therefore, touch detection is possible when an alternating voltage is applied to any capacitor connected to the touch detection unit 14 in the Hi-z state.
  • the touch detection unit 14 is in the Hi-z state that the charging unit 12 is turned off, the output terminal 12-1 of the charging unit 12 is in the Hi-z state, and the touch detection unit Input section (14) is in the Hi-z state, which means that P point in Fig. 12 is in the Hi-z state.
  • FIG. 16 is an embodiment of the invention with alternating touch means.
  • FIG. 16 is a modification of the embodiment in which the touch capacitance Ct is formed between the touch detection sensor 10 and the finger 25 of FIG. 12 and employs an alternating touch means 26 instead of the finger 25. It is different in one respect. That is, the same as described in FIG. 12 except that the touch capacitance Ct is formed between the touch detection sensor 10 and the alternating touch means 26.
  • the alternating touch means 26 may be a touch pen having a shape of a pen.
  • the alternating touch means 26 may include an alternating voltage generation unit (42 of FIG. 13).
  • a connecting line 18 is included as an alternating touch means 26 and a pen core (or pen tip) 17, and an alternating voltage is generated through the connecting line 18.
  • the alternating voltage generated at the portion 42 is transmitted to the shim of the pen.
  • the alternating voltage generation unit 42 of FIG. 13 may include a power supply unit or a charging unit.
  • the power supply unit may include a battery or a rechargeable battery.
  • the charging unit may charge a voltage in the capacitor included in the charging unit by detecting a rising edge or falling edge of an alternating voltage applied to the line equivalent capacitor Ceq or the compensation capacitor Cbal. Therefore, when using the charging unit, it is preferable that the alternating touch means 26 maintain a close distance with the touch detection sensor 10.
  • the alternating voltage is an AC voltage such as a square wave, triangle wave, or sine wave.
  • the alternating voltage generation unit 42 of FIG. 13 may include means for determining the magnitude or the alternating frequency of the alternating voltage.
  • the magnitude of the alternating voltage may be determined by changing the resistance value of the variable resistor.
  • the alternating frequency may be determined through a variable such as a variable resistor or a variable capacitor.
  • Such an alternating voltage may be formed by the interrelationship between the primary coil and the secondary coil, or a linear circuit such as an OPAMP included in the alternating voltage generating unit (42 in FIG. 13), and a resistor (R) and a capacitor (C). Can be created by a combination of circuit components.
  • the alternating touch means 26 may have means for turning the alternating voltage on or off.
  • a touch pen when a push switch installed under the touch pen is pressed, an alternating voltage is not generated and an alternating voltage may be generated when the push switch is not pressed.
  • the position of the push switch can be installed in any part of the touch pen, and that the position of the push switch and the generation of alternating voltages are not limited to the above-mentioned embodiments. .
  • a touch capacitance Ct based on Equation 4 is formed between the touch detection sensor 10 and the alternating touch means 26.
  • Vph the magnitude of the high voltage of the alternating voltage of the alternating touch means 26
  • Vpl the magnitude of the low voltage
  • the magnitude of the alternating voltage is determined as Vph-Vpl.
  • Ct is formed by the alternating touch means 26
  • the magnitude of the voltage detected by the touch detector 14 is determined by the following equation (7).
  • Equation 7> is a voltage detected by the touch detector 14 when only the alternating voltage of the alternating touch means 26 is applied to Ct. Therefore, the alternating voltage is not applied to Ceq or Cbal or is applied to avoid rising or falling edges of the alternating voltage applied to Ceq or cbal.
  • the alternating touch means 26 has a rising edge or a falling edge of the voltage formed on the touch detection sensor 10. It may further comprise means for detecting (not shown).
  • the alternating touch means 26 may detect a touch signal in a DC section of an alternating voltage applied to Ceq or Cbal or an unapplied region by using a frequency faster than an alternating voltage applied to Ceq or Cbal.
  • the equation for obtaining the detected voltage when there is no Ct formed between the alternating touch means 26 and the touch detection sensor 10 is Equation 1 or Equation 5, so that the alternating touch means 26
  • the touch signal is detected by the difference between the first voltage obtained by ⁇ Equation 1> or ⁇ Equation 5> and the second voltage obtained by ⁇ Equation 7>.
  • the finger touch can be detected based on the difference between the voltages detected by Equations 1 and 2, and the difference between the voltages detected by Equations 5 and 6.
  • the finger touch detection is possible based on the above, wherein the touch means used is a touch means that does not alternate with a finger (25 in FIG. 12) (a touch means that does not generate and output an alternating voltage itself).
  • touch signals caused by alternating touch means for example, fingers 25 (Fig. 12)
  • alternating touch means for example, fingers 25 (Fig. 12)
  • alternating touch means touch pens 26 (Fig. 16)
  • the magnitude of the detected voltage in the state in which the non-alternating touch means or the alternating touch means do not contact the touch detection sensor 10, that is, the Ct is not formed is based on Equation 1 or Equation 5. This is because it is detected. Therefore, the touch means that does not alternate by using the difference between the voltage detected based on Equation 1 or Equation 5 and the voltage detected based on Equation 2 or Equation 6 (eg , The touch by the finger (25 in FIG.
  • Equation 12 can be detected, and the difference between the voltage detected based on Equation 1 or 5 and the detected voltage based on Equation 7 This is because it is possible to detect the touch by the alternating touch means (26 in FIG. 12) by using a.
  • the voltage detected by Equation 7 can be distinguished from the magnitude of the voltage detected by Equation 2 or Equation 6 by varying the magnitude of Vph-Vpl. It is possible to check whether the touch means (26 in FIG. 12) alternately or the touch means (25 in FIG. 12) not alternate using the difference in the detected voltages.
  • the touch detection sensor 10 may be configured in any combination of the touch detection sensors 10 included in the row direction based on the TDI 30 (Touch Drive IC). It is possible to detect the touch signal by this.
  • the first specific example of the combination of the touch detection sensors 10 is all five included in Row1. As the touch detection sensor 10 operates simultaneously to detect a touch signal, all the touch detection sensors 10 included in one row operate simultaneously to detect a touch signal. According to a second specific example of the combination of the touch detection sensors 10, only the even columns Col2 / Col4 included in Row1 operate for detecting the touch signal, or only the odd columns Col1 / Col3 / Col5 for the touch signal detection. It can work.
  • a third specific example of the combination of the touch detection sensors 10 is that 50% of the touch detection sensors 10 detect a touch signal or 50% of the touch detection sensors 10 do not detect a touch signal in any row. After the operation of the 50% touch detection sensor 10 in which touch detection is completed, the remaining 50% touch detection sensor 10 which did not detect the touch signal may be configured to detect the touch signal.
  • the touch detection means may further include means for determining whether to detect a touch signal by selecting the plurality of touch detection sensors 10 included in one row. In the above-described embodiment, it means that the touch detection sensor 10 connected to the sensor signal line 22 is connected to the charging means 12 and the touch detection unit 14 to operate the touch signal detection. Means to detect the voltage.
  • FIG. 17 is a diagram illustrating an embodiment of arrangement of the touch detection sensor 10 and the sensor signal line 22.
  • a touch detection sensor 10 and a sensor signal line 22 are included in a rectangle divided into rows and columns.
  • the area of the virtual quadrangle partitioned into a row and a column including the touch detection sensor 10 and the sensor signal line 22 may be the same.
  • the outer area in the column direction such as Column5 or Column1 or the outer area in the Row direction such as Row1 or Row6 may be smaller or larger than the central area of the virtual partitioned rectangle.
  • the detection resolution is improved, so the outer edge of the touch screen panel 50 is improved.
  • the detection power at is improved.
  • the area of the touch detection sensor 10 located at the outer portion of the touch screen panel 50 may be smaller than the area of the touch detection sensor 10 located at the center of the touch screen panel 50. Can be.
  • the areas of the virtual rectangles except for the virtual rectangles located at the outer portion of the touch screen panel 50 may be the same.
  • the present invention also includes one touch detection sensor 10 in one virtual rectangle.
  • one touch detection sensor 10 and one sensor signal line 22 are included in Row1, but the closer to the TDI (Touch Drive IC) 30 such as Row2 or Row3, the more sensor signal lines ( 22) it is contained within this virtual rectangle.
  • the present invention may include one sensor signal line in the virtual quadrangle and may include a plurality of sensor signal lines 22.
  • the area of the touch detection sensor 10 becomes smaller as the number of sensor signal lines 22 is included.
  • the area of the touch detection sensor 10 having the coordinates of Row1 / Col1 is smaller than the area of the touch detection sensor 10 having the coordinates of Row6 / Col1. This means that the area of the touch detection sensor 10 located closer to the TDI is smaller than the touch detection sensor 10 located far from the TDI (Touch Drive IC).
  • the resistance of the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 at a distance from the TDI is greater than the resistance of the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 at a distance from the TDI.
  • the detection time of the voltage detected at 14 is delayed. Therefore, in order to lower the resistance of the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 at a long distance in the TDI, it is preferable to widen the wiring width of the sensor signal line 22.
  • the width of the sensor signal line connected to the touch detection sensor 10 remote from the TDI is wider than the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 located near the TDI.
  • the present invention since the area of the touch detection sensor 10 is different according to the distance to the TDI, the value of the area detected by the touch means 25 is changed. Since the relative ratio of each area value is determined for each row, it is possible to compensate the area detected based on this, so that the size of the area detected regardless of the area of the touch detection sensor 10 can be the same. For example, assuming that the size of the area detected in Row1 by any touch means 25 is 100 and the size of the area detected in Row6 is 50, only 50% of the area detected in Row1 is used as the detected touch area, or It is possible to double the area detected in Row6 and use it as the detected touch area. As such, the present invention may include a means for compensating for the same touch area based on the position and area of the touch detection sensor 10.
  • it may have the same area of the touch detection sensor 10 as shown in Col5 of FIG.
  • the touch detection sensor 10 or the sensor signal line 22 may be located outside the active area of the display device indicated by a dotted line in FIG. 17. In this configuration, the touch coordinate detection capability is improved in the outer portion of the active area of the display device.
  • the mutually opposing area of the sensor signal lines 22 connected to the touch detection sensor 10 at a far distance from the TDI rather than the mutually opposing area of the sensor signal lines 22 connected to the TDI and the touch detection sensor 10 at a short distance. Since this becomes larger, the magnitude of the stray capacitance Cp affecting the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 at a distance in the TDI is larger. Since the stray capacitance causes a difference in the magnitude of the equivalent capacitance Ceq between lines, referring to Equation 2 or 6, the difference in voltage detected by the touch detector 14 due to the difference in Cp Occurs.
  • the distance between the sensor signal lines 22 and the sensor signal lines 22 connected to the touch detection sensor 10 located at a long distance in the TDI is further separated from each other. As the distance increases, the size of Cp derived from Equation 3 or Equation 4 becomes smaller.
  • the TDI and the sensor signal line 22 connected to the touch detection sensor 10 at a far distance from the TDI rather than the distance between the sensor signal lines 22 connected to the touch detection sensor 10 at a short distance. It can be configured to widen the separation distance of.
  • the touch detection sensors 10 arranged in Row1 and Row2 are arranged up and down on the basis of the TDI (Touch Drive IC) 30 as if spaced apart by a predetermined distance “d”, and the sensor signal line 22 does not pass between them.
  • the touch detection sensor 10 should be spaced apart from each other by a certain distance. As the Tuft detection sensor 10 is spaced apart from each other at a predetermined distance, the interference of signals does not occur.
  • the separation distance "d" may be preferably about 1um ⁇ 5000um.
  • FIG. 18 is a diagram illustrating an embodiment of a touch detection sensor for improving touch coordinates.
  • the touch detection sensor in FIG. 17 is configured as a virtual quadrangle, and corresponding coordinates of the touch point at any point in the quadrangle are detected in the same manner.
  • the rows arranged in a vertical direction with respect to the TDI have a geometric shape having an inflection point or a bent portion to face each other.
  • Col1 of Row1 and Row2 the junctions of the two touch detection sensors 10 which face each other are opposed by a triangle.
  • the coordinates in the vertical direction are the same regardless of where the virtual means of FIG. 17 is located.
  • at least two or more touch detection sensors 10 must be contacted, and only one touch detection sensor 10 touches in the virtual rectangle (the embodiment of FIG. 17). Because.
  • the touch means 25 is located at the same position as that of FIG. 17, the touch means 25 is connected to the touch detection sensor 10 and Row2 / Col1 positioned at the upper end Row1 / Col1. It is in contact with the touch detection sensor 10 located.
  • the inverted surfaces of the touch detection sensors 10 facing up and down on the basis of the TDI face each other in the form of a triangle, a quadrangle, or a trapezoid (Col3 in FIG. 18) having an inflection point, and the touch means 25 faces an inflection point.
  • the touch means When passing through and in contact with at least two or more touch detection sensors 10 it is possible to more accurately detect the coordinates of the vertical direction by the touch means (25).
  • Col2 of FIG. 18 is a form in which a rhombic touch detection sensor 10 is formed by adjusting a distance between vertices of Col1 of FIG.
  • the distance between the longest inflection points of the "L" of Col2 in FIG. 18, that is, the touch detection sensor 10 facing each other with the inflection point is 5% of the length in the vertical direction (up and down in the TDI basis) of the virtual rectangle set in FIG. 17. It is about 300%.
  • the shape of the inflection point facing each other is not limited as a triangle, a sine wave, a rectangle, or a trapezoid, and the two areas when passing through an imaginary opposite surface as shown in FIG. 17. This is the form to be detected.
  • “M” in FIG. 18 is the width of the bent portion where the two vertically adjacent touch detection sensors 10 face each other. As the width increases, the probability of contacting the two touch detection sensors 10 by the touch means 25 increases, but the opposing area increases, thereby increasing Cp, thereby reducing the touch sensitivity.
  • the width of the bent portion in which the two touch detection sensors defined as "M” in FIG. 18 oppose each other may be preferably 1 mm to 50 mm.
  • FIG. 18 is referred to as an inflection point in which a bent portion is formed in the shape of a triangle, and the inclination points of two touch detection sensors 10 facing each other, such as vertices of the triangle, change. One or a plurality of such inflection points may be used, and it may be preferable to use at least two or more.
  • the inclination of the opposite part is different from left and right of the inflection point of the two touch detection sensors 10 facing up and down, but in some cases, it may be assumed that the inclination ends without changing.
  • the touch stop sensor 10 stops at an inflection point and the shape of the touch detection sensor 10 is completed.
  • the number of inflection points is 0.5
  • the number of inflection points may be determined by adding one or more inflection points to one 0.5 inflection points, such as 0.5 to 1.5 or 2.5. In this case, the entire outer area of the touch detection sensor 10 is uniform for every touch detection sensor 10.
  • the bent upper and lower parts are symmetric with each other. Or asymmetrical.
  • Col2 of FIG. 18 is a case where vertices face each other, and asymmetry is a case where the vertices of FIG. 18 Col2 are shifted.
  • FIG. 19 is an embodiment of the present invention for improving visibility.
  • the touch detection sensor is divided into a plurality of parts, and a pattern is formed only on a part of the partitioned area.
  • Can connect For example, if the pattern is formed only in 50% of the area partitioned in FIG. 19A and the patterns of the formed delta structure are connected to each other, the detection area of the touch detection sensor 10 is reduced to 50%, but visibility is improved.
  • 19B illustrates an embodiment in which a pattern is formed only on a part of the sensor signal line 22, and a dummy pattern 23 is inserted between the detection sensor 10 and the sensor signal line 22 and partitioned so as to divide the pattern. Only in the form of patterns and interconnected forms.
  • a dummy pattern 23 is inserted between the touch detection sensor 10 or the sensor signal line 22 or the touch detection sensor 10 and the sensor signal line 22, and the compartments are divided into a plurality of sections. It is possible to improve the visibility by patterning the touch detection sensor 10 only in a part of the area.
  • FIG. 20 is an embodiment of the design of the sensor signal line 22.
  • FIG. 20 is a tempered glass installed in a front portion of a mobile phone which is a portable device and includes a touch.
  • the side of the tempered glass is inserted with the company's logo or includes a color such as black or white to improve the merchandise.
  • This color is called BM (Black Matrix), and referring to the front of FIG. 20, the hatched portion is the BM portion.
  • the BM may be opened for operation of a camera lens or an infrared sensor.
  • the BM is cut in the direction of A-A ', the BM is printed on the lower surface of the tempered glass.
  • Such BM is a color ink (Ink) or a non-conductive material such as organic BM or chromium BM or silver oxide (Ag 2 O) is used.
  • the sensor signal line 22 may be cut when the signal line is cut due to the step due to the BM when passing through the BM Can be. Therefore, referring to the rear of FIG. 20, when the touch detection sensor 10 and the sensor signal line 22 of the present invention are installed here, the signal line width when the sensor signal line 22 passes through the BM step is BM. It may be desirable to configure a width wider than the width of the sensor signal line 22 immediately before the step. In one embodiment, if the width 22-1 of the sensor signal line 22 immediately before the BM step portion is 100%, the width 22-2 of the sensor signal line 22 over the BM step portion is 101% to 1000%. Within about a degree is preferable.
  • touch detection sensor 10a sensing pad (Sensing Pad)
  • sensing pad sensor signal line 22b non-sensing pad sensor signal line
  • display device 205 TFT substrate
  • liquid crystal layer 215 color filter

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Abstract

본 발명은 터치를 검출중인 센싱패드와 인접한 난센싱패드 사이에 형성된 선간등가커패시터에 교번전압을 인가할 때 터치검출부에서 터치유무에 따라 검출되는 전압 크기의 차이가 발생하는 현상을 이용하여 터치신호를 검출하는 새로운 방식의 정전식 터치 검출수단 및 검출방법에 관한 것이다. 본 발명의 터치 검출수단은, 표시장치의 상면에 부가되며 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 센싱패드(10a); 상기 센싱패드(10a)와 인접한 난센싱패드(10b) 사이에 형성된 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압; 및 상기 센싱패드(13)와 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따른 전압차이를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다. 본 발명에 따르면, 센싱패드신호선과 난센싱패드신호선사이에 발생하는 기생 커패시터를 터치검출에 사용함으로 인해 터치패널의 설계 및 제조가 용이하고 터치감도가 향상되는 효과가 있다.

Description

정전식 터치 검출수단 및 검출방법
본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력수단의 정전식 터치입력을 검출하는 수단 및 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센싱패드(sensing pad)와 난센싱패드(non-sensing pad) 사이에 형성된 센싱 등가커패시터(equivalent capacitor)의 일측에 교번하는 구동전압이 인가되고, 터치유무에 따라 터치검출부에서 발생하는 전압차를 검출하여 터치신호를 획득하는 정전식 터치 검출수단 및 검출방법에 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 제조 단가가 낮은 저항방식의 터치스크린패널이 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치스크린패널은 투과율이 낮고 상당한 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하고 멀티터치 및 제스처 인식(gesture cognition)이 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 투명 도전막이 형성되며, 투명기판(2)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(4)이 형성되어 있다. 상기 투명 도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성된다. 그리고 상기 투명 도전막의 네 모서리에 형성되는 금속전극(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성된다. 상기 금속전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명 도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(4)을 포함한 투명 도전막의 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 터치입력수단으로 투명기판(2) 상면의 투명 도전막을 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 선형터치검출센서(5a) 및 종방향의 선형터치검출센서(5b), 터치신호를 분석하는 터치드라이브IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치스크린패널은 선형터치검출센서(5)와 손가락(도 1의 8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형터치검출센서(5a)과 종방향의 선형터치검출센서(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 공통전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통전극의 공통전압(Vcom)은 터치지점 검출 시 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)가 설치된다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널이 설치된다. 터치스크린패널은 기판(1)의 상면에 상기한 선형터치검출센서(5)가 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형터치검출센서(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(air-gap)(9a)을 형성한다.
이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형터치검출센서(5) 사이에는 Ct와 같은 커패시턴스가 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형터치검출센서(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 공통전극 커패시턴스(Cvcom)와 같은 커패시턴스가 형성되며, 선형터치검출센서(5)에는 패턴 사이의 커패시턴스결합 또는 제조 공정 요인 등에 의한 미지의 기생커패시턴스(parasitic capacitance)인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.
여기서, 종래 터치스크린패널은 터치 정전용량인 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하며, Cvcom 및 Cp와 같은 성분은 Ct의 검출에 있어서 노이즈로 작용한다. 특히 패턴 사이의 커패시턴스결합에 의한 Cp는 터치 정전용량인 Ct보다 열배 이상 큰 경우도 있기 때문에 Cp로 인해 터치 감도(touch sensitivity)가 저하 된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 터치 검출부에 접속된 센싱패드 및 센싱패드와 인접한 난센싱패드 사이에 형성되고, 기존에는 기생 커패시터로 동작하던 센싱 등가커패시터의 일측에 교번하는 구동전압을 인가하고, 손가락과 같은 터치입력수단과 센싱패드 사이에 터치 정전용량이 형성될 때, 터치 정전용량의 크기에 따라 터치검출부에서 검출되는 전압의 크기에 차이가 생기는 현상을 이용하여 터치신호를 획득함으로써, 기생 커패시턴스에 의한 영향을 최소화하고 터치신호를 안정적으로 획득하는 정전식 터치 검출수단 및 검출방법을 제공함에 그 목적이 있다.
본 발명의 일 측면에 따른, 터치 검출 수단은
복수개의 터치 검출 센서;
상기 터치 검출 센서에 신호를 인가하거나 상기 터치 검출 센서로부터 획득된 신호를 출력 받기 위한 복수개의 센서 신호선; 및
상기 획득된 신호로부터 터치 입력 수단의 터치 유무를 검출하는 터치 검출부(14);를 포함하되,
상기 터치 유무는
상기 터치 검출 센서는 적어도 하나 이상인 센싱 패드(sensing pad)와 적어도 하나 이상인 난센싱 패드(non-sensing pad)로 분류되고, 상기 센싱 패드에 연결된 적어도 하나 이상의 센싱패드 센서신호선 및 상기 난센싱 패드에 연결된 적어도 하나 이상의 난센싱 패드 센서신호선 사이에서 형성된 복수개의 등가 커패시터(Ceq)에서의 전압 변화를 기초로 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 유무는 상기 등가 커패시터에 교번전압이 인가되는 상태에서 검출되고, 상기 교번전압은 상기 난센싱패드 센서 신호선을 통하여 인가되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 유무 검출 이전에 상기 터치 검출 센서를 충전하기 위한 충전수단인, 3단자형 스위칭 소자;를 더 포함하고,
상기 3단자형 스위칭 소자는 제어단자에 공급되는 제어신호에 의해 입력단에 입력된 충전신호를 출력단에 접속된 상기 터치 검출 센서에 공급하여 상기 터치 검출 센서를 충전하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 입력단은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태를 유지하고, 및
상기 터치 검출부에서 터치 유무를 검출할 때 상기 출력단은 상기 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 3단자형 스위칭 소자의 상기 제어신호의 턴 온 시간을 조정하여 충전 시간을 결정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 등가 커패시터의 정전 용량의 크기에 따라 적어도 하나 이상의 제 1 선간 정전용량과 제 2 선간 정전 용량으로 분류할 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 유무를 검출하기 이전에
상기 제 1 선간 정전 용량 및 상기 제 2 선간 정전 용량을 동일 전압의 프리차지 신호로 충전할 수 있는 충전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 2 선간 정전 용량은 상기 제 1 선간 정전 용량보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 2 선간 정전 용량 및 상기 제 1 선간 정전 용량은 상기 센싱패드 센서신호선과 상기 난센싱패드 센서신호선 사이의 거리를 조절하여 가변할 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 유무 검출시 상기 제 1 선간 정전 용량 및 상기 제 2 선간 정전 용량 중 어느 하나만을 이용하여 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 선간 정전 용량을 이용하여 터치 유무를 검출하는 때,
상기 제 2 선간 정전 용량의 형성에 참여하는 상기 난센싱 패드 센서신호선은 플로팅 상태 또는 하이 임피던스 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서, 상기 센싱 패드 센서신호선 및 상기 난센싱 패드 센서신호선은 동일한 마스크(Mask)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서의 위치에 따라 상기 센서 신호선이 폭이 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서의 충전 이후에 상기 등가 커패시터에 교번 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 교번전압의 크기를 가변할 수 있는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 교번 전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 가변할 수 있는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터(Ct); 및
상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에 형성되는 공통 전극 커패시터(Cvcom);를 더 포함한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지되지 않을 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 1은
Figure PCTKR2014003034-appb-I000001
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000002
는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000003
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000004
는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000005
은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000006
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000007
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000008
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000009
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지될 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 2는
Figure PCTKR2014003034-appb-I000010
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000011
는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000012
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000013
는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000014
은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000015
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000016
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000017
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000018
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출부에서의 상기 터치 유무의 판단은 수학식1에 의해 획득된 전압과 수학식2에 의해 획득된 전압의 차이에 기초하는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 1은
Figure PCTKR2014003034-appb-I000019
이고,
상기 수학식 2는
Figure PCTKR2014003034-appb-I000020
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000021
는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000022
는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000023
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000024
는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000025
은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000026
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000027
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000028
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000029
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서는 어레이로 배열되고,
상기 터치 검출부는 로우(Row)별로 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 선간 정전용량과 상기 제 2 선간 정전용량의 차이를 보상하기 위한 보상 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 보상 커패시터의 일측은 상기 터치 검출부와 연결되고, 상기 보상 커패시터의 다른 일측을 통하여 상기 교번 전압과 동일한 교번 전압을 입력받는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 보상 커패시터의 일측은 상기 터치 검출부와 연결되고, 상기 보상 커패시터의 다른 일측을 통하여 상기 교번 전압과 상이한 교번 전압을 입력받는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지되지 않을 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 5에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 5는
Figure PCTKR2014003034-appb-I000030
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000031
는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000032
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000033
는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000034
은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 형성되는 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000035
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000036
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000037
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000038
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지될 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 6에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 6은
Figure PCTKR2014003034-appb-I000039
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000040
는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000041
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000042
는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며, 은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 형성되는 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000044
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000045
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000046
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000047
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출부에서의 상기 터치 유무의 판단은 수학식5에 의해 획득된 전압과 수학식6에 의해 획득된 전압의 차이에 기초하는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 5는
Figure PCTKR2014003034-appb-I000048
이고,
상기 수학식 6은
Figure PCTKR2014003034-appb-I000049
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000050
는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000051
는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000052
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000053
는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000054
은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000055
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000056
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000057
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000058
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출부는 상기 교번전압의 상승엣지 또는 상기 교번전압의 하강엣지에 동기하여 상기 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출부는 상기 교번전압의 상승엣지 또는 상기 교번전압의 하강엣지로부터 일정한 시간 간격을 두고 상기 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 교번전압을 생성하는 교번전압 생성부는 펜(pen)의 형상을 가지며, 생성된 교번전압이 상기 펜의 심을 통하여 전달되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서간의 접합부는 적어도 하나 이상의 변곡점 또는 굴곡부를 갖는 기하학적인 형태를 가지고 서로 대향되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서를 복수개의 영역으로 구획한 후 구획된 영역의 일부에만 소정의 패턴을 형성하고, 상기 형성된 패턴끼리 서로 연결하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 센서 신호선이 표시 장치의 BM 부분을 통과할때, 상기 센서 신호선의 폭이 넓게 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 측면에 따른, 터치 검출 방법은
3단자형 스위칭 소자를 이용하여 복수개의 터치 검출 센서를 소정의 충전 전압으로 충전하는 충전단계;
상기 복수개의 터치 검출 센서를 적어도 하나 이상인 센싱 패드와 적어도 하나 이상인 난센싱 패드로 분류하는 단계;
상기 센싱 패드에 연결된 적어도 하나 이상의 센싱패드 센서신호선 및 상기 난센싱패드에 연결된 적어도 하나 이상의 난센싱패드 센서신호선 사이에서 복수개의 등가 커패시터(Ceq)를 형성하는 단계; 및
터치 검출부에 의해 상기 난센싱패드 센서 신호선을 통하여 상기 등가 커패시터에 교번전압이 인가되고, 터치 입력 수단의 터치 유무에 의해 상기 등가 커패시터에 발생하는 전압변화를 기초로 상기 터치 유무를 검출하는 단계;를 포함한다.
바람직하게는,
상기 센싱 패드와 상기 난센싱 패드의 분류는 정해진 순서에 의해 순차적으로 결정되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출부는 상기 교번전압의 상승엣지 또는 상기 교번전압의 하강엣지에 동기하여 상기 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출부는 상기 교번전압의 상승엣지 또는 상기 교번전압의 하강엣지로부터 일정한 시간 간격을 두고 상기 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 3단자형 스위칭 소자는 제어단자에 공급되는 제어신호에 의해 입력단에 입력된 충전신호를 출력단에 접속된 상기 터치 검출 센서에 공급하여 상기 터치 검출 센서를 충전하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 입력단은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태를 유지하고, 및
상기 터치 검출부에서 터치 유무를 검출할 때 상기 출력단은 상기 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 3단자형 스위칭 소자의 상기 제어신호의 턴 온 시간을 조정하여 충전 시간을 결정하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 등가 커패시터의 정전 용량의 크기에 따라 적어도 하나 이상의 제 1 선간 정전용량과 제 2 선간 정전 용량으로 분류할 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 유무를 검출하기 이전에
상기 제 1 선간 정전 용량 및 상기 제 2 선간 정전 용량을 동일 전압의 프리차지 신호로 충전할 수 있는 충전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 2 선간 정전 용량은 상기 제 1 선간 정전 용량보다 더 큰 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 2 선간 정전 용량 및 상기 제 1 선간 정전 용량은 상기 센싱패드 센서신호선과 상기 난센싱패드 센서신호선 사이의 거리를 조절하여 가변할 수 있는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 유무 검출시 상기 제 1 선간 정전 용량 및 상기 제 2 선간 정전 용량 중 어느 하나만을 이용하여 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 선간 정전 용량을 이용하여 터치 유무를 검출하는 때,
상기 제 2 선간 정전 용량의 형성에 참여하는 상기 난센싱 패드 센서신호선은 플로팅 상태 또는 하이 임피던스 상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서, 상기 센싱 패드 센서신호선 및 상기 난센싱 패드 센서신호선은 동일한 마스크(Mask)로 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서의 위치에 따라 상기 센서 신호선이 폭이 다르게 형성되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 교번전압의 크기를 가변 할 수 있는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 교번 전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 가변 할 수 있는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지되지 않을 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 1은
Figure PCTKR2014003034-appb-I000059
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000060
는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000061
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000062
는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000063
은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에 형성되는 공통 전극 커패시터이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000064
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000065
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000066
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000067
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지될 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 2는
Figure PCTKR2014003034-appb-I000068
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000069
는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000070
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000071
는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000072
은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에 형성되는 공통 전극 커패시터이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000073
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000074
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000075
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000076
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출부에서의 상기 터치 유무의 판단은 수학식1에 의해 획득된 전압과 수학식2에 의해 획득된 전압의 차이에 기초하는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 1은
Figure PCTKR2014003034-appb-I000077
이고,
상기 수학식 2는
Figure PCTKR2014003034-appb-I000078
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000079
는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000080
는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000081
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000082
는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000083
은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에 형성되는 공통 전극 커패시터이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000084
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000085
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000086
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000087
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서는 어레이로 배열되고,
상기 터치 검출부는 로우(Row)별로 신호를 검출하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 제 1 선간 정전용량과 상기 제 2 선간 정전용량의 차이를 보상하기 위한 보상 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 보상 커패시터의 일측은 상기 터치 검출부와 연결되고, 상기 보상 커패시터의 다른 일측을 통하여 상기 교번 전압과 동일한 교번 전압을 입력받는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 보상 커패시터의 일측은 상기 터치 검출부와 연결되고, 상기 보상 커패시터의 다른 일측을 통하여 상기 교번 전압과 상이한 교번 전압을 입력받는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지되지 않을 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 5에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 5는
Figure PCTKR2014003034-appb-I000088
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000089
는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000090
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000091
는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000092
은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 형성되는 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000093
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000094
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000095
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000096
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지될 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 6에 의해 산출되는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 6은
Figure PCTKR2014003034-appb-I000097
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000098
는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000099
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000100
는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000101
은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 형성되는 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000102
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000103
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000104
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000105
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 터치 검출부에서의 상기 터치 유무의 판단은 수학식5에 의해 획득된 전압과 수학식6에 의해 획득된 전압의 차이에 기초하는 것을 특징으로 한다.
상기 수학식 5는
Figure PCTKR2014003034-appb-I000106
이고,
상기 수학식 6은
Figure PCTKR2014003034-appb-I000107
이며,
여기서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000108
는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000109
는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000110
는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000111
는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000112
은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000113
-
Figure PCTKR2014003034-appb-I000114
)의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
Figure PCTKR2014003034-appb-I000115
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Figure PCTKR2014003034-appb-I000116
)의 극성은 음(Negative)이다.
바람직하게는,
상기 교번전압을 생성하는 교번전압 생성부는 펜(pen)의 형상을 가지며, 생성된 교번전압이 상기 펜의 심을 통하여 전달되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서간의 접합부는 적어도 하나 이상의 변곡점 또는 굴곡부를 갖는 기하학적인 형태를 가지고 서로 대향되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 터치 검출 센서를 복수개의 영역으로 구획한 후 구획된 영역의 일부에만 소정의 패턴을 형성하고, 상기 형성된 패턴끼리 서로 연결하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는,
상기 센싱패드 센서신호선 및 상기 난센싱패드 센서신호선이 표시 장치의 BM 부분을 통과할때, 상기 센서 신호선의 폭이 넓게 구성되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 정전식 터치 검출수단 및 검출방법에 따르면, 센싱패드 및 센싱패드와 인접한 난센싱패드 사이에 형성된 센싱등가커패시터에 교번하는 구동전압을 인가하고, 손가락등의 터치입력에 의해 부가된 터치 정전용량의 차이에 의한 터치검출부에서 전압의 차이가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 기존에는 노이즈로 작용하던 센서신호선 사이에서 발생하는 기생커패시턴스를 터치신호 검출 수단(예, 터치 신호에 의해 영향을 받지 않는 기본값)으로 역이용함으로 인해 터치패널의 설계가 용이하고 감도가 향상 되는 효과가 있다.
도 1은 종래 터치스크린패널의 일예를 보인 사시도
도 2는 종래 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도
도 3은 도 2의 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 예를 보인 단면도
도 4는 도 3에서 터치커패시턴스를 검출하는 등가 회로도
도 5는 액정표시장치의 공통전압 파형을 예시한 파형도
도 6은 통상적인 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 도면
도 7은 터치입력을 검출하는 원리를 예시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도
도 9는 도 8의 등가회로
도 10은 터치검출센서 구성의 일예를 보인 단면도
도 11은 터치검출센서 구성의 다른예를 보인 단면도
도 12는 센싱등가커패시터에 교번전압을 인가하는 실시예
도 13은 본 발명의 터치스크린 패널의 일 실시예를 보인 구성도
도 14는 센싱커패시턴스를 보상해주는 본 발명의 실시예
도 15는 레시스터 설정에 따라 교번전압의 크기가 변하는 수단에 관한 실시예
도 16은 교번하는 터치수단을 갖는 실시예
도 17은 터치검출센서(10) 및 센서신호선(22)의 배치에 관한 일 실시예
도 18은 터치좌표 향상을 위한 터치검출센서의 형태에 관한 일 실시예
도 19는 시인성 개선을 위한 본 발명의 실시예
도 20은 센서 신호선(22)의 설계에 관한 일 실시예
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명은 정전식 터치 검출수단 및 검출방법에 관한 것으로서, 종래의 터치 검출수단이 손가락 등의 접촉에 의한 정전용량의 크기를 검출하는 방식인 것과 달리, 터치를 검출중인 센싱패드(터치 검출부에 접속된 패드)와 인접한 난센싱패드(센싱 패드에 대응하는 패드로서, 터치 검출부에 접속되지 않은 패드) 사이에 형성된 센싱등가커패시터에 교번하는 구동전압을 인가할 때, 부가된 터치 정전용량의 크기 차이에 기인한 검출전압에 차이가 발생하는 현상을 이용하여 터치를 검출하는 방식에 관한 것이다. 본 발명에 따른 터치 검출 시스템은 터치 미발생시 검출된 전압과, 터치 발생에 의해 터치 정전용량이 부가될 때 검출된 전압의 크기를 비교하고, 두 전압의 크기 차이로 터치를 검출하여, 기생커패시턴스 등에 의한 영향이 최소화 되며, 보다 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.
본 발명에서 언급되는 표시장치는 LCD, PDP, OLED 중 어느 하나이거나, 기타 사용자에게 임의 형태의 정지화상(예, JPG, TIF 등등) 또는 동영상(MPEG2, MPEG-4 등) 화상을 표시하는 모든 수단을 포함한다.
위에 나열한 표시장치 중 LCD는 액정의 구동을 위해 공통전압(Vcom)을 필요로 한다. 일예로서, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극의 공통전압이 하나 또는 복수의 게이트 라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용한다. 다른 예로서, 대형 LCD는 공통전극의 공통전압이 일정한 DC 레벨을 가지며 도트 인버젼(Dot Inversion) 구동방식을 사용한다. 또 다른 예로서, 횡전계 모드 LCD의 경우, 공통전극은 LCD TFT 기판의 일부영역에 형성되어 라인 인버전이나 도트 인버전 구동방식에 의해 화상이 표시된다. 이러한 횡전계모드 LCD의 경우, 백 그라운드(Back Ground)가 배면 ITO(Indium Tin Oxide)를 통해 외부로 노출된 칼라필터 전체에 공통으로 형성되며, ESD(Electrostatic Discharge) 차단을 위해 그라운드 신호(ground signal)와 접지시킨다.
본 발명에서는 위와 같이 공통전압(Vcom)이 인가되는 전극 이외에, 표시장치 내에서 공통으로 역할하는 모든 전극들을 “공통전극”이라 칭하기로 하며 표시장치의 공통전극에 인가되는 교번전압이나 DC 전압 또는 불특정 주파수로 교번하는 형태의 전압을 “공통전압”이라 칭하기로 한다.
본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력수단의 비접촉 터치입력을 검출한다. 여기서 “비접촉 터치입력”이라 함은 손가락 등의 터치입력수단이 입력수단과 터치검출센서 사이에 존재하는 기판에 의해 터치검출센서와 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력수단이 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력수단과 터치검출센서는 비접촉 상태를 유지한다. 따라서, 터치검출센서에 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 통용된다.
본 발명에서의 터치 입력수단은 키보드, 마우스, 손가락, 터치펜, 스타일러스 펜 뿐만 아니라 터치검출센서에 의해 감지될 수 있는 전압 변화를 일으키는 임의 형태의 입력(예, 일정 형태를 갖는 도전체와 같은 오브젝트(object) 또는 전자기파등의 입력)을 포함한다.
또한, 이하에서 설명되는 “~부”와 같은 구성들은, 특정기능을 수행하는 단위 기능 요소(Unit Function Element)들의 집합체로서, 예를 들면 어떤 신호의 증폭기는 단위 기능 요소이며 증폭기나 신호변환기들이 모인 집합체는 신호변환부로 명명할 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 연산기능이나 메모리등에 저장된 명령어(command)등을 처리할 수 있는 독자적인 CPU(Central Processing Unit)를 포함할 수 있다.
이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 층, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상면” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에(중간에 다른 부분이 없는 것)” 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분(예, 매개층 또는 절연층(insulting layer))이 있는 경우를 포함한다.
또한, 본 명세서에 기재된 “신호(signal)”는 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭한다.
또한, 본 명세서에서 “커패시턴스(capacitance)”는 물리적인 크기를 나타내며, “정전용량”과 동일한 의미로 사용된다. 한편,“커패시터(capacitor)”는 물리적인 크기인 커패시턴스를 갖는 소자(Element)를 지칭한다. 본 발명에서 보상커패시터(Cbal)는 터치드라이브IC(Integrated Circuit) 내부에 만들어진 것과 같이 설계된 값에 의해 제조공정에 의해 만들어 지기도 하며, 임의의 거리로 평행한 두개의 센서신호선 사이에 만들어진 본 명세서의 선간 커패시터와 같이 자연적으로 생성되기도 한다. 본 명세서에서는 직접 만들어진 커패시터나 자연적으로 형성된 커패시터 모두를 구분하지 않고 “커패시터”로 명명한다.
본 명세서에서 커패시터의 기호로 사용된 부호인 C는 커패시터를 지칭하는 부호로 사용되며 또한 커패시터의 크기인 커패시턴스를 나타낸다. 예를들어 C1은 커패시터를 지칭하는 부호이기도 하며 또한 그 커패시터의 크기인 커패시턴스가 C1임을 의미한다.
또한, 본 명세서에서“신호(signal)를 인가(forcing)"한다는 의미는 어떤 상태를 유지하고 있던 신호의 레벨(Level)이 바뀐다는 의미이다. 예를 들어, 스위칭소자의 온/오프 제어단자에 신호를 인가한다는 의미는, 기존의 로우(Low) 레벨 전압(예,대지전압(Ov) 또는 일정크기의 DC전압, AC전압)이 하이(Hi) 레벨(예, 로우 레벨 전압보다 더 큰 진폭값을 가지는 DC 전압 또는 AC전압)로 바뀐다는 의미이다.
또한 본 명세서에서 터치검출센서(도 9 또는 도 12의 10)는 센싱패드(도 9 또는 도 12의 10a)와 난센싱패드(도 9 또는 도 12의 10b)를 포함한다. 센싱패드(10a)는 복수의 터치검출센서(10) 중, 터치를 검출하기 위해 터치검출부(도 9 또는 도 12의 14)에 접속된 터치검출센서(10)이며, 난센싱패드(10b)는 터치검출을 수행하지 않고 터치검출부(14)에 접속되지 않은 터치검출센서(10)이다. 센싱패드(10a)는 터치 검출이 완료된 후에는 난센싱패드(10b)가 되며 사전에 정해진 순서에 따라 임의의 난센싱패드(10b)는 센싱패드(10a)로 전환 된다. 따라서 센싱패드와 난센싱패드는 고정되지 않으며 시간에 따라 변환될 수 있으며, 각 센싱패드와 난센싱 패드의 변환 순서는 사전에 정해진 순서에 의해 순차적으로 결정될 수 있다. 시분할방법(Time Sharing Technique)은 순서를 정하는 일 실시예이다.
또한 본 명세서에서 터치 또는 터치신호를 검출한다는 의미는 동일한 의미이며, 터치 신호 검출의 대표적인 일 실시예는 손가락과 같은 도전체가 터치검출센서(10)에 접촉 또는 접근하지 않아서 터치정전용량이 형성되지 않았을 때 터치검출부에서 검출한 제 1 전압과, 손가락과 같은 도전체가 터치검출센서와 대향할 때 형성된 터치정전용량(Ct)에 의해 터치검출부에서 검출된 제 2 전압의 차이를 검출하는 것이다.
또한 본 명세서에서 터치드라이브IC(Touch Drive IC)는 TDI로 축약하여 사용한다.
또한 본 명세서에서 프리차지와 충전 그리고 프리차지전압과 충전전압은 동일한 의미로 사용된다.
또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 센싱패드는 센싱패드를 연결하는 센서신호선을 포함하는 의미일 수 있고, 특별한 언급이 없는 한 난센싱패드는 난센싱패드를 연결하는 난센싱패드 신호선을 포함하는 의미일 수 있다.
도 6은 본 발명에서 커패시터 충전수단의 한 예시로서 사용되는 스위칭 소자 중 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 것이다. 도 6을 참조하면, 3단자형 스위칭소자는 일반적으로 온/오프 제어단자(Cont), 입력단자(In), 출력단자(Out)의 3개 단자를 구비한다. 온/오프 제어단자(Cont)는 스위칭 소자의 턴 온 / 턴 오프를 제어하는 단자로서, 이 단자에 소정 크기의 전압이나 전류를 인가하면 입력단자(In)로 인가된 전압 또는 전류는 출력단자(Out)에 전압이나 전류형태로 출력된다.
본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기에 앞서, 도 7을 참조하여 터치정전용량과 선간 정전용량(Capacitance between lines)이 형성되는 원리에 대하여 간략하게 설명한다. 도 7의 예시에서, 터치검출센서(10)에 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전성의 터치수단(예, 정전식 터치펜)이 접근했을 때 터치검출센서(10)와 손가락(25)이 "d"의 간격으로 이격되며, "A"라는 대향면적(또는 대향 접촉 면적)을 갖는다고 가정하자. 그러면, 도 7의 우측 등가회로 및 수학식, C=(eA)/D, 에서 보이듯이, 손가락(25)과 터치검출센서(10) 사이에는 커패시턴스 "C"가 형성된다. 본 명세서에서는 손가락(25)과 터치검출센서(10)사이에 형성된 커패시턴스를 터치정전용량 또는 터치커패시턴스(Ct)라고 한다.
또한 도 7의 예시에서 손가락(25)과 터치검출센서(10) 대신에 두 개의 평행한 신호선이 “d"의 간격으로 이격되고 ‘A"라는 대향면적을 가질 때, 두 신호선 사이에도 도 7의 등가회로 및 수학식, C=(eA)/D,에 도시된 선간커패시턴스 C가 형성된다. 만일 신호선이 ITO나 금속물질로 만들어 졌을 때 그 물질의 도포 두께 및 두 신호선의 대향길이를 곱한 값은 두 개의 평행한 신호선의 대향면적이 되며, 두 대향 신호선의 벌어진 정도는 이격거리가 된다. 본 발명세서 두 신호선 사이에는 OCA(Optically Clear Adhesive)나 공기층이 형성되므로 도 7의 수학식, C=(eA)/D, 에서 유전율(e)은 OCA나 공기의 유전율(permittivity)이 적용될 수 있다.
도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도이다. 이를 참조하면, 본 발명에 따라 특화된 터치검출수단은, 충전수단(12), 터치검출센서(10), 센서신호선(22), 공통전극커패시터(Cvcom), 부유용량커패시터(Cp) 및 터치검출부(14)로 구성된 기본적인 구조를 갖는다.
충전수단(12)은 터치검출부(14)에 접속된 모든 커패시터에 프리차지신호(또는 충전신호)인 Vpre를 공급하고,“Cont"로 명명된 "온/오프 제어단자"에 인가된 턴 오프(Turn Off) 신호에 턴 오프되어, 출력단(12-1)을 하이 임피던스로 만드는 스위칭소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP AMP(Operational amplifier) 등의 선형소자이다.
도 8의 실시예와 같이 충전수단(12)으로 3단자형 스위칭소자가 사용될 경우, 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호와 입력단(12-2)에 공급되는 신호(Vpre)를 이용하여, 필요한 시점에 적절한 충전전압을 충전수단(12)의 출력단(12-1)에 접속된 모든 커패시터에 공급할 수 있다. 충전 전압은 제로 볼트(Zero Volt)를 포함한 DC(direct current) 전압 또는 구형파(square wave)나 삼각파(triangular wave), 또는 싸인파(Sine Wave)와 같이 교번하는 AC 전압이나 DC 및 AC전압이 결합된 형태(예, 제 1 주기의 DC 전압과 제 2 주기의 AC전압이 반복되는(전체주기=제 1주기 + 제 2 주기), 여기서 제 1 주기와 제 2 주기는 동일하거나 상이한 경우를 모두 포함)의 전압이 사용될 수 있다.
터치검출센서(도 9 또는 도 12의 10)는 터치검출부(도 9 또는 도 12의 14)에 연결되어 터치신호를 검출하는 센싱패드(Sensing Pad,도 9 또는 도 12의 10a)와, 터치검출부(14)에 연결되지 않았으며 터치신호를 검출하지 않는 난센싱패드(Non Sensing Pad,도 9 또는 도 12의 10b)로 이루어진다. 센싱패드(10a)와 난센싱패드(10b)는 고정되지 않으며, 동일한 터치검출센서(10)가 시분할방법(Time Sharing)으로 전환될 수 있다(센싱 패드가 일정시간 간격 후에는 난센싱 패드로 전환). 터치 검출을 위해 터치검출부(14)에 접속되면 센싱패드(10a)라고 하며 터치검출부(14)에 접속되지 않으면(또는 이격되면) 난센싱패드(10b)라고 한다. 따라서 하나의 터치검출센서(10)가 터치검출부(14)와 접속되었는지 여부에 따라 센싱패드나 난센싱패드로 구분된다.
도 8의 실시예에서 하나의 터치검출센서(10)가 순차적으로 센싱패드가 되며 나머지는 난센싱패드인 경우를 가정하였으며, “PC"로 표기된 터치검출센서(10)가 센싱패드(10a)로 동작하고 있고 나머지는 모두 난센싱패드(PA, PB, PD, PE, PF, PG, PH, PI, PJ)인 경우이다. "PC"로 표기된 센싱패드의 동작 이전 시점에는 "PB"로 표기된 터치검출센서가 센싱패드 역할을 수행했고, "PC"로 표기된 센싱패드의 동작 이후에는“PD"로 표기된 터치검출센서가 난센싱패드에서 센싱패드로 역할이 전환될 것이다. 이처럼 터치검출센서(10)의 센싱패드 및 난센싱패드로의 전환은 후술하게 될 도 13의 타이밍제어부(33)의 제어에 의해 수행된다. 도 8의 하나의 센싱패드를 이용한 터치신호 검출 방법의 실시예이며, 터치신호 검출 방법의 다른 실시예로서 복수의 터치검출센서가 동시에 센싱패드로 동작할 수 있다.
도 8에서 프리차지전압 Vpre가 센싱패드신호선(22a) 및 PC의 부호를 가지는 센싱패드(10a)에 인가되고, 센싱패드(10a)와 인접한 PB, PD, PF의 부호를 가지는 난센싱패드 및 이와 접속된 난센싱패드신호선(22b-B, 22b-D, 22b-F)이 Vpre와 소정의 전위차를 가지는 임의의 전압 Vlbl에 접속되면, 도 7에서 설명한 원리에 의해 센싱패드(10a)와 난센싱패드(22b) 사이에는 커패시턴스가 형성된다.
구체적으로 설명하면, 센싱패드신호선(22a) 및 센싱패드(10a)에는 소정의 전위를 가지는 Vpre가 인가되고, Vlbl에 접속된 난센싱패드신호선(22b-B)이 센싱패드신호선(22a)과 소정의 대향거리와 대향면적을 갖고 있으므로 도 7에서 설명한 원리에 의해 상호간에 C1이라는 커패시턴스를 가지는 선간정전용량(Capacitance between lines)이 형성되며, 동일한 원리로 센싱패드신호선(22a)와 난센싱패드신호선(22b-D) 사이에는 C2라는 선간정전용량이 형성되고, 센싱패드(PC,10a)와 대향하는 난센싱패드신호선(22b-F) 사이에도 동일한 원리로 선간정전용량 C3가 형성된다.
후술하게될 <수학식1>이나 <수학식2>를 참조하면, 기존에는 이러한 선간 정전용량은 기생커패시터(Cp)로 작용하여 터치 감도(touch sensitivity)를 저하시키는 노이즈로 작용한다. 그러나 본 발명에서는 선간커패시터를 역이용하여 터치신호 검출에 사용하므로 터치 검출부에서 검출된 전압을 구하는 수학식에서 Cp를 줄여서 터치 감도를 향상시키고, 줄어든 Cp인 선간정전용량이 터치 검출부에서 검출된 전압을 구하는 수학식의 분자에 위치하도록 하여 터치감도를 향상시키는 복수의 감도향상 효과를 갖는다.
한편, C4와 같이 센싱패드신호선(22a)과 난센싱패드신호선(22b-A) 사이에 난센싱패드신호선(22b-B)이 있어도 선간 정전용량이 형성될 수 있다. 본 명세서에서 C1내지 C3과 같이 센싱패드신호선(22a)과 난센싱패드신호선사이에 선간정전용량이 형성된 경우를 1차 선간정전용량이라고 하며 C4와 같이 센싱패드신호선(22a)과 난센싱패드신호선사이에 하나 또는 복수의 난센싱패드신호선이 있는 상태에서 형성된 정전용량을 2차 선간정전용량이라고 정의한다.
따라서, 센싱패드(10a) 및 센싱패드신호선(22a)에는 복수의 2차 선간정전용량이 형성될 수 있다. 2차 선간정전용량도 터치검출에 사용하면 터치감도가 향상되므로 2차 선간정전용량을 형성하기 위한 모든 난센싱패드신호선을 1차 선간정전용량 형성에 사용된 Vlbl에 접속하는 것이 바람직하다. 2차 선간정전용량을 형성하기위한 난센싱패드신호선은 Vlbl과 다른 전위에 접속될 수도 있으나, 회로를 단순화하기 위하여 Vlbl을 공통으로 사용하는 것이 바람직하다.
회로의 단순화나 터치 감도가 기대치보다 너무 좋은 경우 터치감도를 약화시키기 위하여 2차 선간정전용량을 생성하는 난센싱패드신호선(도 8의 실시예에서 22b-A나 22b-E와 같은 신호선들)을 플로팅 또는 하이임피던스상태로 유지하는 것도 가능하며, 이로 인해 플로팅된 난센싱패드신호선과 센싱패드신호선 사이에는 2차 선간정전용량이 발생하지 않는다. TDI(Touch Drive IC)는 2차 선간정전용량을 생성하며 센싱패드신호선(22a)과 인접한 난센싱패드신호선(22b)을 소정의 전위로 접속할 지 플로팅 또는 하이임피던스 상태로 유지할 지를 결정하는 수단을 갖는다. 난센싱패드신호선(22b)에 접속되는 전압 Vlbl은 제로(0)V를 포함한 DC 전위 또는 AC 전압이다.
본 명세서에서 인접(Closed)이라는 용어는, 센싱패드신호선을 기준으로 1차 선간정전용량을 형성하는 난센싱패드신호선에도 적용되며 2차 선간정전용량을 형성하는 난센싱패드신호선에도 적용된다.
센싱패드(10a)에는 1차 선간정전용량(C1내지 C3)및 2차 선간정전용량이 공통접속되어 있으므로, 이들 모두를 하나의 등가커패시터로 표시할 수 있으며 이를 선간등가커패시터(Ceq)라고 하면 도 8을 도 9와 같은 등가회로로 표시하는 것이 가능하다.
한편, 선간등가커패시터(Ceq)는 다음과 같은 특징을 갖는다.
1. 대향하는 센서신호선(22a 및 22b)의 대향길이가 길수록 대향면적이 넓어지므로 선간등가커패시턴스(Ceq)는 더 커진다. 이로 인해 TDI에서 원거리에 있는 센싱패드(10a)일 수록 선간등가커패시턴스(Ceq)는 더 크다.
2. 대향하는 센서신호선(22a 및 22b)의 대향거리에 따라 선간등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 조정하는 것이 가능하다. 대향거리는 대향하는 센서신호선(22a 및 22b) 사이의 폭(Width)이므로 설계에 의해 선간등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 변경하는 것이 가능하다.
도 9를 참조하면, 센싱패드(10a)와 인접한 난센싱패드(10b) 사이에 선간등가커패시터(Ceq)가 형성되며 난센싱패드(10b)는 임의의 전압(Vlbl)에 접속되어 있다.
난센싱패드(10b) 및 난센싱패드신호선(22b)은 도 8에서 1차 선간정전용량 및 2차 선간정전용량을 형성하는 복수의 난센싱패드 및 난센싱패드신호선을 하나의 등가 난센싱패드(10b) 및 등가 난센싱패드신호선(22b)으로 표시한것이다. 도 8에서 센싱패드(10a)를 제외한 모든 난센싱패드신호선(22b)에는 소정의 전압 Vlbl에 연결되므로 도 9에서도 난센싱패드신호선(22b)에 전압 Vlbl이 연결되었다. 따라서 도 9에서는 비록 하나의 난센싱패드신호선(22b)에 Vlbl이 연결된 것처럼 표시되었으나 실제로는 1차 또는 2차 선간정전용량을 생성하는 복수의 난센싱패드신호선에 Vlbl이 연결된 것이다. Vlbl은 프리차지전압 Vpre가 인가될 때 난센싱패드신호선(22b)의 일측에 인가되는 전압으로서, 프리차지에 의해 선간등가정전용량(Ceq)를 형성하기 위한 전압이다. 터치신호를 검출하기 위해 난센싱패드신호선(22b)에는 교번하는 교번전압이 인가되며 Vlbl은 교번하는 전압의 로우전압 또는 하이전압을 포함한다.
충전수단(12)의 출력단(12-1) 및 출력단(12-1)과 접속된 모든 커패시터들은 터치검출부(14)와 접속된다. 버퍼(Buffer,14-1)는 터치검출부(14)를 구성하는 구성품의 하나로서 입력단이 하이 임피던스(Hi Impedance, 이하 Hi-z) 특성을 갖는다. 충전수단(12)의 출력단(12-1)이 Hi-z 상태로 터치검출부의 Hi-z 입력단에 연결되면 충전수단의 출력단(12-1)와 Buffer(14-1) 사이에 접속된 모든 커패시터들(Ceq, Ct, Cvcom, Cp)도 Hi-z 상태가 된다.
후술하겠지만, 센싱패드(10a)를 연결하는 센싱패드신호선(22a)의 길이에 따라 Ceq의 크기가 다르므로 충전시간도 센싱패드의 위치에 따라 달라지게 된다. 하나의 고정된 시간으로 충전시간을 결정할 시 충전시간이 가장 긴 시간으로 결정할 수 밖에 없으므로 터치검출시간이 느려진다는 단점이 있다. 따라서 TDI는 충전시간을 결정할 수 있는 수단을 갖는다. 충전시간은 충전수단(12)의 턴 온 시간으로 결정된다.
도 9의 실시예에서는 충전수단(12)의 출력단(12-1)가 Buffer(14-1)에 직접 접속되는 것을 예시하였으나, MOS(Metal Oxide Semiconductor)의 게이트(gate)나 TFT(Thin Film Transistor)의 게이트(gate)등 입력이 Hi-z 상태인 모든 소자가 버퍼(14-1)을 대체하여 사용되는 것이 가능하다. 충전수단(12)의 출력단(12-1)과 터치검출부(14)를 Hi-z 상태로 만드는 이유는, Hi-z상태에서 고립된 전하의 방전경로가 없으므로 도 9의 P점에 형성된 전압의 크기가 오래 유지되어 상대적으로 정확한 전압의 크기를 검출하는 것이 용이하기 때문이다.
Buffer(14-1)에서 출력된 신호는 증폭기(14-2)로 입력된다. 터치여부에 따라 도 9의 P점에서 검출되는 전압의 변화량이 작은 경우, 증폭기(14-2)를 사용하여 신호를 증폭하는 것이 바람직하다. 증폭기에는 DAC(14-3)이 사용될 수 있으며 DAC은 ref 전압(14-4)을 이용하여 생성된다.
또한 터치검출부(14)에서 검출되고 증폭된 신호는 도 13의 신호처리부(35)로 전달되기 위해 ADC 변환부(14-5)를 거칠 수 있다. 이러한 ADC 변환부(14-5)는 하나 또는 복수개가 사용될 수 있으며, 복수개를 사용하면 보다 빠른 신호처리가 가능하다.
도 9에 도시하지는 않았으나, 터치검출부(14)안에 표시된 여러 기능부들 사이에는 필터(filter)가 사용될 수 있다. 예를 들어, Buffer(14-1)의 전단(Previous stage)에도 필터가 사용될 수 있으며, 증폭기(14-2)의 전단이나 증폭기의 구성부품중의 일부로 필터가 사용될 수 있다. 이러한 필터는 대역폭 로우패스 필터(Bandwidth Low Pass Filter)나 하이패스 필터(Bandwidth High Pass Filter) 또는 GCF(Grass Cut Filter), Ranking Filter, 쵸핑(Chopping)에 의한 평균필터(Average Filter)등 다양한 필터들이 사용될 수 있다.
터치검출센서(10)는 투명 도전체나 메탈(Metal)로 형성된다. 터치검출센서(10)가 표시장치 위에 설치되어 투명 도전체로 형성되는 경우, 투명 도전체는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 도전성 투명 물질 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명 물질로 형성된다. 만약, 터치검출센서(10)가 표시장치와 같이 사용되지 않는 터치 키보드, 냉장고나 모니터 등의 터치키로 응용될 경우 터치검출센서(10)는 메탈(metal) 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다.
센서신호선(22)은 터치검출센서(10)에 손가락(25)과 같은 터치수단이 접근할 때 형성된 터치정전용량의 일극(Polarity)을 터치검출부(14)에 접속하는 신호선(Signal Line)으로서, 터치검출센서(10)와 동일한 마스크(mask)로 도전성 투명 물질로 형성될 수 있다. 어떤 경우에는 터치검출센서(10)와 이종의 마스크를 사용하며 메탈 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다. 센서신호선(22)은 저항의 크기를 Rt로 표시하였으며, 난센싱패드(10b)의 저항의 크기를 Rnt로 명기하였다.
이러한 저항 성분들은 터치신호 검출 시 신호의 지연을 발생시키는 요인으로 작용하므로 크기가 작을 수록 좋다. 따라서, TDI에서 원거리에 배치된 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)은 저항을 낮추기 위해 그 폭을 넓게 해주는 것이 바람직하며 TDI와 근거리에 배치된 터치검출센서(10)의 센서신호선(22)의 폭이 좁아서 저항이 증가하여도 절대적인 저항값이 작으므로 TDI와 근거리에 배치된 터치검출센서(10)의 센서신호선(22)의 폭을 좁게하여 센서신호선들이 지나가는 경로의 폭을 좁게하는 것이 바람직하다. 이와 같이 본 발명에서는 터치검출센서(10)의 위치에 따라 센서신호선의 폭이 다르게 형성될 수 있다.
도 8내지 도 9의 공통전극 커패시터(Cvcom)는 터치검출센서(10)가 표시장치의 공통전극과 대향할 때 형성되는 커패시턴스이며, 일측은 터치검출부(14)에 접속되고 타측은 표시장치의 공통전압에 접속된다. 이때, 표시장치의 공통전압과 직접 접속되어 인가될 수도 있지만, 통상은 유리나 공기등의 매질을 통해 전자기적으로 유도되어 인가된다.
다시 도 9를 참조하면, 인체의 손가락(25)이 터치검출센서(10)에 일정 간격으로 접근하면, 손가락(25)과 터치검출센서(10) 사이에는 "Ct"라고 하는 터치정전용량(Ct)이 형성된다. Ct는 도 7의 관계식, C=(eA)/d, 에 의해 설정되는 값으로서, 손가락(25)과 같은 터치수단과 터치검출센서(10)의 간격, 대향면적 등을 조절하는 것에 의해 조정될 수 있다. 예컨대, 터치검출센서(10)의 면적을 넓게 하면, 도 7의 관계식에 따라 Ct 역시 커진다. 반대로, 터치검출센서(10)의 면적을 작게 구성하는 것으로서 Ct는 작아진다. 일실시예로, Ct는 수 fF(femto Farada) 내지 수십 uF(micro Farad)으로 설계될 수 있다.
도 9의 Cp는 기생커패시터로서, TDI내부에서 형성되거나 TDI를 구성하는 반도체와 패키지(Package)의 와이어 본딩(wire bonding)등에서 형성되는 기생커패시터들의 등가회로이다. 기생커패시터는 그라운드가 서로 다른 복수개의 기생커패시터(Cp)로 구성될 수 있으며, 본 명세서에서는 하나의 그라운드만을 가정하여 이에 연결된 하나의 기생커패시터만을 표시하였다.
다시 도 9를 참조하면, 충전수단(12)의 입력단(도 8의 12-2)에는 프리차지전압(Pre charge Voltage)인 Vpre가 인가되고, 온/오프 제어단자(cont)에 인가되는 제어전압(Vg)에 의해 충전수단(12)인 스위칭소자가 턴 온(Turn on)될 때 프리차지전압(Vpre)은 출력단(12-1)을 통해 출력된다. 따라서 충전수단(12)의 출력단(12-1)에 접속된 모든 커패시터들은 프리차지전압(Vpre)으로 충전된다.
일실시예로, Vpre가 3V이며 Vg가 0V(Zero Volt)에서 10V로 변화될 때 충전수단(12)인 스위칭소자가 턴 온이 된다고 한다면, 스위칭소자의 턴 온 이후 터치를 검출중인 센싱패드(10a)와 손가락(25) 사이에 형성된 터치커패시터(Ct), 선간등가커패시터(Ceq), 기생정전용량 커패시터(Cp), 공통전극 커패시터(Cvcom)의 전위는 각 정전용량의 일측에 접속된 그라운드전위를 기준으로 3V이다. 예를 들어, 공통전압인 Vcom이 4V라고 하면 도 9의 P점의 전위가 3V일 때, 공통전극정전용량(Cvcom)의 전위 3V는 공통전압 Vcom이 4V일 때를 기준으로 3V(즉,Vcom=4V를 기준으로 할 때, P전위는 7V)라는 의미이다.
도 9의 P점을 충전한 이후 충전수단(12)의 제어전압(Vg)을 10V에서 0V로 하강시켜 충전수단(12)를 턴 오프 시키면, 터치검출부인 P점은 Hi-z가 되어 P점의 전하는 터치커패시터(Ct), 선간등가커패시터(Ceq), 기생 커패시터(Cp), 공통전극 커패시터(Cvcom)에 고립된다. 일 실시예로서, 선간등가커패시터(Ceq)에 교번하는 전압을 인가하면, P점에서 검출되는 전압의 크기는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가된 교번하는 전압의 크기에 비례하고 P점에 접속된 커패시턴스들과 상관관계를 갖는다.
도 10은 본 발명에 따른 터치검출센서 구성의 일예를 보인 단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 터치검출센서 구성의 다른 예를 보인 단면도이다. 도 10는 터치검출센서(10)가 표시장치와 별개로 형성된 기판에 실장 되는 경우를 예시하며, 도 11은 터치검출센서(10)가 표시장치 내에 내장된 경우를 예시한다. 도 10 및 도 11을 참조하여 공통전극커패시터(Cvcom)의 형성관계를 설명하면 다음과 같다.
도 10에 도시된 바와 같이 표시장치(200)는 공통전극(220)을 갖는다. 아몰레드(AMOLED)나 PDP(Plasma Display Panel)의 경우에는 화질을 표시하기 위해 기능이 부여된 공통전극을 갖지는 않으나, AMOLED의 TFT기판이나 PDP의 구동기판에 형성된 다양한 전위 및 이와 대향하는 터치검출센서(10) 사이에 도 8 내지 도 9 의 Cvcom이 형성되므로, AMOLED의 TFT기판이나 PDP의 구동기판에 형성된 다양한 전위로 이루어진 가상의 전위도 공통전극으로 명명하기로 한다.
표시장치(200)는 앞서 언급한 다양한 형태의 표시장치일 수 있으며, 공통전극(220)은 LCD의 Vcom 전극이거나, 기타 다른 유형의 전극일 수 있다. 도 10의 실시예는 표시장치들 중 LCD를 예시하였다.
도 11에 도시된 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)를 구성하는 광학시트(optical sheet)들이 BLU와 같이 설치될 수 있다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널(50)이 설치된다. 도 11의 예시에서 터치스크린패널(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(도 11의 57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 터치스크린패널(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(air-gap)(58)이 형성되거나 또는 접촉부재(58)로 충전된다. 접촉부재(58)는 투과성 실리콘이나 OCA(Optically Clear Adhesive)나 접착성 레진(Resin)등 터치스크린패널(50)과 표시장치(200)을 부착시키는 소재이다.
표시장치(200)의 공통전극(220)에는 화상표시를 위한 공통전압 레벨이 인가되며 공통전압은 일정 크기 값의 DC이거나 일정 진폭을 소정의 주파수로 교번하는 AC 전압일 수 있다. 예컨대, 라인반전을 하는 소형 LCD는 공통전극(220)의 공통전압이 도 5에서와 같이 교번하며, 도트반전을 하는 노트북이나 모니터/TV등의 LCD는 일정크기의 전압인 DC 레벨의 공통전압이 인가된다.
도시한 바와 같이, 터치검출센서(10)와 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이에는 공통전극커패시터(Cvcom)가 형성되며 터치검출센서(10)와 손가락(25) 사이에는 터치정전용량(Ct)이 형성된다. 이와 같이, 터치검출센서(10)에는 공통전극커패시턴스(Cvcom) 및 터치정전용량(Ct)이 같이 형성된다.
한편, 도 11 에서의 도면 부호(24)는 터치검출센서(10)을 보호하기 위한 보호층(24)이며 유리나 플라스틱 또는 비닐이나 천(cloth)등이 사용된다.
도 11은 터치검출센서 구성의 다른 예로서, 표시장치에 터치검출센서(10)가 내장된 경우의 실시예이다. 도 11을 참조하면, 터치스크린패널(50)은 표시장치의 일부인 칼라필터(215)의 상면에 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이 칼라필터(215)의 하부에는 공통전극(220)이 형성되어 있으며 칼라필터의 상면에는 터치검출센서(10)가 패터닝(Patterning) 되어 있다. 도 11의 실시예에서 보호층(24)은 편광판(Polarizer)으로 대체될 수 있다. 도 11의 실시예에서도 공통전극(220)과 터치검출센서(10) 사이에는 공통전극커패시턴스(Cvcom)가 형성되어, 터치검출센서(10)에는 공통전극커패시턴스(Cvcom) (터치검출센서(10)와 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이) 및 터치정전용량(Ct)(터치검출센서(10)와 손가락(25)사이)이 같이 형성된다.
도 12는 터치신호를 검출하기 위해 선간등가커패시터(Ceq)에 교번전압을 인가하는 실시예이다.
도 12를 참조하면, 충전수단(12)의 출력단(12-1)에는 터치검출센서(10)와 손가락(25)과 같은 도전체 사이에 형성된 터치커패시턴스(Ct) 및 Ceq, Cvcom 및 Cp가 접속되어 있다. 따라서, 충전수단(12)을 턴 온 시킨 상태에서 충전수단(12)의 입력단(12-2)에 프리차지 신호(Vpre)를 인가하면 Ceq, Ct, Cvcom, 및 Cp가 프라차지 레벨(Vpre)로 충전되어 터치검출부(14) 입력단의 전위는 프리차지 레벨(Vpre)이 된다. 이후, 만약 충전수단(12)을 턴 오프 시키면 4개의 커패시터에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 프리차지 신호 레벨(Vpre)을 유지하게 된다.
충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위해서, 충전수단(12)의 출력단(12-1)과 터치검출부(14)의 입력단은 Hi-z 상태이며, 바람직하게는 적어도 100Kohm 이상의 임피던스를 가질 수 있다.
그러나, 다른 실시예에서 충전수단(12)의 출력단(12-1)과 터치검출부(14)의 입력단은 Hi-z 상태에 있지 않을 수 있다. 예를 들어, 만약 4개의 커패시터에 충전된 신호를 방전시키면서 터치입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전된 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속하게 신호를 관찰한다면, 터치검출부(14)의 입력단이 반드시 Hi-z이어야 하는 것은 아니다.
터치검출부(14)는 센싱패드(10a)의 전압(또는 P점의 전압)을 검출한다. 터치검출부(14)는 터치 미발생시(즉, Ct가 형성되지 않았을 때) P점의 전압을 검출하고, 터치 발생 시(즉, Ct가 형성되었을 때) P점의 전압을 검출하여 검출된 두 전압의 크기 차이를 이용하여 터치신호를 획득한다. 도 12의 실시예에서 센싱패드(10a)와 P점인 터치검출부 입력단에는 센싱신호선저항(Rt)이 있으나 일정시점 후 Rt 양단의 신호의 크기는 동일하므로 Rt의 영향은 무시하였다. 따라서 본 명세서에서 센싱패드(10a)에서 검출된 전압과 P점에서 검출된 전압은 동일한 의미를 갖는다.
본 발명에서 도 12의 P점이 충전전압(Vpre)으로 충전될 때 난센싱패드(10b)와 연결된 난센싱패드신호선(22b)의 일측에는 소정의 전압 Vl이나 Vh가 접속된다. Vl은 본 발명의 교번하는 전압의 로우(Low) 전압이며 Vh는 본 발명의 교번하는 전압의 하이(Hi) 전압이며 교번하는 전압은 Vh와 Vl을 교번한다. Vh나 Vl은 앞에서 설명한 Vlbl와 동일한 역할, 즉 선간등가커패시터(Ceq)를 형성하는 역할을 한다.
충전전압(Vpre)이 인가되고 소정의 시간이 지난 후 터치신호를 검출하기 위하여 난센싱패드신호선(22b)에는 교번전압이 인가된다. 교번전압의 절대크기는 Vh-Vl이며 하이전압(Vh)에서 로우전압(Vl)으로 또는 로우전압(Vl)에서 하이전압(Vh)으로 전위를 변경할 수 있다. 교번전압은 구형파나 삼각파 또는 사인파 또는 톱니파등의 다양한 형태의 전압이며, 본 발명의 TDI(Touch Drive IC)는 교번전압의 크기나 주파수를 가변하는 것이 가능하다.
터치검출부(14)는 교번전압이 로우전압(Vl)에서 하이전압(Vh)로 상승하는 상승엣지(rising edge) 또는 상승구간(rising time)나 하이전압(Vh)에서 로우전압(Vl)으로 하강하는 하강엣지(falling edge) 또는 하강구간(falling time)에 동기하여 전압을 검출한다. TDI는 상기 상승 또는 하강 엣지에 동기하여 전압을 검출할 때, 엣지(edge)부터 소정의 시간만큼 지연된 후 전압을 검출하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 센싱패드신호선(22a)의 저항성분인 Rt나 난센싱패드의 저항성분인 Rnt에 의해 검출전압이 안정화되기까지는 어느정도의 시간(예, 수십 ns(nano second) 또는 수십 us(micro second))이 필요하기 때문이다.
또한, 교번전압의 상승엣지(edge) 또는 하강엣지에서 발생하는 전자파로 인해 본 발명의 정전식 터치검출 수단과 결합된 기기에 영향을 미칠 수 있으므로 본 발명의 TDI는 교번전압의 상승엣지나 하강엣지의 기울기를 조정하는 수단을 더 포함할 수 있다. TDI내부의 기울기를 조정하는 수단의 일 실시예로 레지스터(Registor)가 사용될 수 있다. 복수개의 레지스터에는 상승엣지나 하강엣지의 시간이 매핑(mapping)되어 있으며 복수개의 레지스터중 하나를 선택하면 도 13의 교번전압생성부(42)는 교번전압의 상승엣지나 하강엣지의 기울기를 조정하는 것이 가능하다.
Vh가 5V라고 가정하고 Vl이 0V라고 가정하면 교번전압의 절대크기(Vh-Vl)는 5V이다. 교번하는 전압이 로우에서 하이로 변할 때 교번전압은 양(Positive)의 극성인 +5V이며, 하이에서 로우로 교번할 때 교번전압은 음(Negative)의 극성인 -5V다. 이러한 극성은 후술하게될 터치신호검출 수학식에 적용된다.
도 12의 P점이 충전전압 Vpre로 충전될 때, 난센싱패드신호선(22b)에 인가된 전압이 Vh 또는 Vl이라고 가정하면, 선간등가커패시터(Ceq)는 Vpre와 Vh의 차이 또는 Vpre와 Vl의 차이를 가지는 전압으로 충전된다. 예를 들어 Ceq가 Vpre로 충전될 때 난센싱패드신호선(22b)에 연결된 최초전압이 하이전압(Vh)이면 교번하는 전압은 하이(Vh)에서 로우(Vl)로 교번하며 교번전압의 극성은 Negative(-) 이다. 또한 Ceq가 Vpre로 충전될 때 난센싱패드신호선(22b)에 연결된 최초전압이 로우전압(Vl)이면 교번하는 전압은 로우(Vl)에서 하이(Vh)로 교번하며 극성은 Positive(+)이다.
난센싱패드신호선(22b)에 인가된 교번전압에 의해 터치검출부(14)에서 검출되는 전압은 다음과 같다.
1. 터치 미발생시 검출되는 전압
수학식 1
Figure PCTKR2014003034-appb-M000001
2. 터치 발생시 검출되는 전압
터치 발생시 터치검출부(14)에는 터치커패시턴스(Ct)가 부가되므로, 터치검출부(14)에서 검출된 전압은 다음의 <수학식2>에 의해 결정된다.
수학식 2
Figure PCTKR2014003034-appb-M000002
위 <수학식1> 및 <수학식2>에서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000117
는 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)부에서 검출된 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000118
는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000119
는 프리차지 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000120
는 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000121
은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.
<수학식1>과 <수학식2>의 차이를 보면, <수학식2>는 분모에 Ct가 존재한다. 터치커패시턴스 Ct는 센싱패드(10a)와 손가락(25) 같은 터치수단 사이에 형성되는 커패시터이므로, Ct의 크기인 커패시턴스는 터치의 유무에 따라서 또는, 터치수단과 터치센싱패드(10a)의 대향거리나 대향면적에 따라서 달라지게 되며, 이러한 Ct의 차이는 <수학식1>과 <수학식2>로 유도된 전압의 차이를 유발하므로, 이러한 전압차(<수학식1>-<수학식2> 또는 <수학식2>-<수학식1>)를 검출하면 터치여부나 터치면적 연산이 가능하다.
<수학식1>은 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 값이므로 고정값이다. 그러나 <수학식2>와 같이 터치정전용량이 부가되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압은 터치정전용량이 가변적이므로 <수학식2>에 의해 검출된 전압의 크기는 가변적이다. 본 발명은 <수학식1>과 <수시2> 또는 <수학식2>와 <수학식1>의 전압차이에 의해 터치여부 또는 터치면적을 검출하므로 고정값인 <수학식1>의 전압은 기억장치(메모리, 도 13의 28)에 저장하는 것이 바람직하다.
메모리부(도 13의 28)에 저장된 <수학식1>의 전압이 DAC(14-3)로 대체될 수 있다면 <수학식1>-<수학식2> 또는 <수학식2>-<수학식1)은 차동증폭기같은 단순회로에서 검출이 가능하다. 따라서 본 발명은 터치가 안되었을 때 <수학식1>의 형태로 터치검출부(14)에서 검출된 전압을 메모리에 저장하는 수단을 가지며, 또한 메모리에 저장된 난터치(non-touch)시의 전압을 DAC(14-3)으로 대체하는 수단을 갖는다.
예를들어 도 8의 센싱패드(10a)의 난터치시 터치검출부(14)에서 검출된 전압이 3V인 경우, 도 8의 센싱패드(10a)의 난터치시 전압을 표시하는 DAC은 3V이다. 또한 DAC은 일정 offset을 포함하여 3V를 표시할 수 있다. 예를들어 DAC이 3.5V인 경우 0.5V의 offset를 포함하고 있다고 한다.
이와 같이 모든 터치검출센서(10)의 난터치시 터치검출부(14)에서 검출된 전압을 메모리에 저장하여, 해당 터치검출센서(10)가 센싱패드로 동작할 때 터치검출부에서 검출된 전압과의 차이를 검출하면 손쉽게 터치여부 및 터치면적을 검출하는 것이 가능하다.
한편, Vh와 Vl은 TDI 내부의 전원부(도 13의 47)에서 생성되며 Vh와 Vl의 교번은 TDI 내부의 교번전압생성부(도 13의 42)에서 생성된다.
한편, Cvcom은 다음의 <수학식3>으로부터 얻을 수 있다.
수학식 3
Figure PCTKR2014003034-appb-M000003
<수학식3>에서 은 터치검출센서(10)와 공통전극(220) 사이에 존재하는 매질들의 복합유전율(complex permittivity)이다. 도 10의 경우 터치검출센서(10)와 공통전극(220) 사이에는 유리, 공기층, 편광판 및 편광판을 유리에 부착하기 위한 접착제가 존재할 수 있으므로 이들의 복합유전율이 수학식3의
Figure PCTKR2014003034-appb-I000122
이 된다.
Figure PCTKR2014003034-appb-I000123
은 터치검출센서(10)와 공통전극(220)의 대향면적이므로 쉽게 구할 수 있다. 도 10의 예에서와 같이 공통전극(220)이 칼라필터(215)의 하측면 전체에 걸쳐 형성된 경우, 대향면적
Figure PCTKR2014003034-appb-I000124
은 터치검출센서(10)의 면적에 의해 결정된다. 또한,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000125
은 터치검출센서(10)와 공통전극(220)간 거리이므로, 매질의 두께에 해당된다.
살펴 본 바와 같이 Cvcom은 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 사전에 설정할 수 있는 값이다.
Ct는 다음의 <수학식4>로부터 얻을 수 있다.
수학식 4
Figure PCTKR2014003034-appb-M000004
<수학식4>에서
Figure PCTKR2014003034-appb-I000126
는 터치검출센서(10)와 손가락(25) 사이의 매질로부터 얻을 수 있으며 복수의 매질이 사용되면 이들의 복합유전율로 구할 수 있다. 만약, 도 10에서 터치스크린패널(50)의 상면에 강화 글래스를 부착한다면, 강화 글래스의 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 유전율
Figure PCTKR2014003034-appb-I000127
를 얻을 수 있다.
Figure PCTKR2014003034-appb-I000128
는 센싱패드(10a)와 손가락(25)의 대향면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 어떤 센싱패드(10a)를 모두 덮고 있다면
Figure PCTKR2014003034-appb-I000129
는 터치검출센서(10)의 면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 터치검출센서(10)의 일부를 덮고 있다면
Figure PCTKR2014003034-appb-I000130
는 센싱패드(10a)의 면적에서 손가락(25)과 대향하지 않은 면적만큼 줄어들 것이다. 또한,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000131
는 센싱패드(10a)와 손가락(25)간 거리이므로, 터치스크린패널(50) 상면에 올려진 보호층(24)의 두께에 해당할 것이다.
살펴 본 바와 같이 Ct 역시 쉽게 구할 수 있는 값이며, 터치스크린패널(50) 상부에 올려지는 보호층(24) 또는 강화글래스 등의 재질 밑 두께를 이용하여 쉽게 설정할 수 있는 값이다.
<수학식4>에 의하면 Ct는 손가락(25)과 터치검출센서(10)의 대향면적에 비례하므로, 이로부터 터치검출센서(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다.
손가락(25)의 터치 점유율을 연산하는 방법은 다음과 같다. <수학식1>과 <수학식2>를 참조하면, 차이점은 터치 유무에 따른 터치커패시턴스(Ct)의 유무 차이이다. 만일, <수학식1>에 인용된 모든 커패시턴스가 고정된 일정크기를 가진다고 가정하고 Vpre도 고정된 값이라고 가정하면 <수학식1>과 <수학식2>에서 검출된 전압을 이용하여 Ct만을 추출할 수 있다. <수학식4>에서 ε2와 D2가 고정값일 때, 터치커패시턴스(Ct)는 단지 터치면적에만 비례하게 된다. 따라서 추출된 Ct에 의해 터치 면적을 간단하게 구할 수 있다. 이와 같이 <수학식1>과 <수학식2>를 이용하여 면적을 구할 때, <수학식1>에 의해 검출된 전압과 <수학식2>에 의해 검출된 전압이 모두 사용된다. 또한 본 발명은 터치검출부(14)에서 검출된 전압에 기초하여 터치면적을 연산하는 것이 가능하다.
도 13은 본 발명의 터치스크린패널의 일 실시예를 보인 구성도로서, 터치검출센서(10)가 도트 매트릭스 형태로 배열된 예를 보인 것이다.
도 13의 하단에는 TDI(Touch Drive IC)(30)의 구성이 도시되어 있다. TDI(30)는 구동부(31)와, 터치검출부(14)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호처리부(35)와, 메모리부(28)와, 교번전압생성부(42)와 전원부(47)와 통신부(46)를 포함하며, 그 밖에 CPU(40)를 더 포함할 수 있다. CPU(40)는 연산기능를 가진 마이크로 프로세서이며 TDI(30)의 외부에 위치할 수도 있다.
구동부(31)에는 충전수단(12)이 있으며, 복수개의 터치검출센서(10)중 센싱패드와 난센싱패드를 선택하여 터치검출부(14)에 접속하는 기능을 포함한다. 또한 충전수단(12)을 이용한 충전동작 중에, 난센싱패드신호선(22b)의 일측을 Vh나 Vl로 접속하는 기능을 포함한다.
<수학식1>이나 <수학식2>를 참조하면, 교번전압인 (Vh-Vl)의 크기에 의해 검출전압의 크기에 차이가 발생하므로 터치 감도(touch sensitivity)를 조정하기 위해 TDI 내부에는 교번전압의 크기를 변경할 수 있는 수단을 더 포함할 수 있다. 교번전압의 크기가 클수록 검출전압의 크기가 커지며 이는 검출감도가 향상 되는 것을 의미한다. TDI의 내부에는 교번하는 전압의 크기인 Vh-Vl의 크기를 조절하기 위한 레지스터(register)가 설치된다.
일 실시예에서, 레지스터는 복수개의 어드레스(Address)를 가지며 각 어드레스에는 서로 다른 교번전압의 크기가 매핑(mapping) 되어 있다. 선택된 레지스터의 값에 해당되는 교번전압의 크기가 구동부(31)에 전달되어 터치신호 검출시 인가된다.
타이밍제어부(33)는 TDI에서 필요한 서로다른 복수개의 클럭(Clock)을 생성하는 역할을 한다. 예를 들어 CPU(40)을 동작시키기 위해서는 클럭이 필요하며, ADC를 동작시키거나 구동부(31)의 멀티플렉서(multiplexer)를 순차적으로 동작시키기 위해서도 클럭이 필요하다. 이처럼 각 기능별로 필요한 클럭은 여러개의 종류가 있으며 타이밍제어부(33)는 이러한 복수개의 다양한 클럭을 생성하여 공급할 수 있다.
신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 CPU(40)로 전달하거나, 통신부(46)를 제어하여 ADC 값을 I2C(Inter Integrated Circuit)나 SPI(Serial Peripheral Interface Bus)신호선을 통해 TDI(30) 외부로 전송하거나, 터치검출부(35)나 구동부등 TDI(30) 내부의 모든 기능별 요소에서 필요로 하는 신호를 생성하여 공급한다. 기능별 요소(functional element) 또는 기능별 블록(functional block)은 도 13에 표시된 각 기능을 수행하는 컴포넌트를 지칭하는 것이다. 예컨대, 현재 TDI 내부에는 기능별 블럭이 9개 포함되어 있으며 CPU(40)은 그중의 하나이다. 신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 메모리부(28)에 수용하거나 및/또는 필요한 연산을 시행하기도 한다. 예를 들어 신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 참조하여 터치검출센서(10)와 접촉수단의 터치로 인한 터치면적을 연산할 수도 있으며, 더 나아가 ADC 값이나 연산된 면적값을 이용하여 터치좌표를 연산할 수도 있다.
메모리부(28)는 플래시 메모리(Flash memory)나 E2PROM 또는 SRAM 또는 DRAM으로 구성되어 있다. Flash memory나 E2PROM에는 TDI(30)의 구동에 필요한 여러 레지스터값 또는 CPU(40)을 동작시키는데 필요한 프로그램이 저장된다.
CPU(40)는 신호처리부(35)와 수행하는 기능이 많이 중첩될 수 있다. 따라서 CPU(40)는 TDI(30)에 포함하지 않거나 TDI(30) 외부에 위치할 수 있다. CPU(40)와 신호처리부(35)의 중첩 수행이 예상되는 구간에서는 임의의 하나는 일시적으로 사용되지 않을 수 있다.
CPU는 신호처리부(35)가 하는 대부분의 역할을 할 수 있으며, 터치좌표를 추출하거나 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move)등의 제스쳐(gesture)를 시행하거나 여러가지 기능(Function)을 수행한다. 또한, 터치입력의 면적을 연산하여 주밍 (zooming)신호를 생성하거나, 터치입력의 강도(strength)를 산출하거나, 키패드 같은 GUI 객체가 동시에 터치된 경우 사용자가 원하는(예를 들어, 면적이 많이 검출된) GUI 객체만을 유효한 입력으로 인식하는 등 다양한 형태로 데이터를 가공하여 TDI(30) 내부에서 사용하거나 통신선(communication line)을 이용하여 외부로 전송할 수 있다.
CPU(40)를 통제하기 위한 프로그램은 메모리부(28)에 설치되며 수정사항이 발생할 시 새로운 프로그램으로 대체가능하다. 새로운 프로그램은 통신부(46)에 포함된 통신버스, 예를 들어 I2C나 SPI나 USB 등의 serial 통신이나 CPU Interface(이하 I/F)등의 parallel 통신을 이용하여 시행될 수 있다.
통신부(46)는 TDI(30)외부로 필요한 정보를 출력하거나 TDI(30)외부에서 제공하는 정보를 TDI 내부로 입력하는 기능을 수행한다. 통신부에는 I2C나 SPI등의 serial 통신이나 CPU Interface등의 Parallel I/F가 사용된다.
교번전압생성부(42)는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압을 생성한다. 교번전압의 하이전압(Vh) 및 로우전압(Vl)은 전원부(47)에서 생성되며 교번전압생성부(42)는 이들을 조합하여 교번전압을 생성하여 구동부(31)에서 교번전압을 사용가능하게 한다. 또한 교번전압생성부(42)는 교번전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 조정하는 수단을 갖는다.
도 13과 같은 실시예에서 터치신호를 검출하는 센싱패드는 하나 또는 복수개로 이루어지며, 복수개로 이루어지는 것이 센싱시간을 줄일수 있으므로 바람직하다. 센싱패드는 6개의 Row(Row1 내지 Row5) 와 5개의 column(Col1 내지 Col5)으로 이루어진 30개의 터치검출센서(10) 중 랜덤(Random)하게 선택가능하며, Column별(Column-by-Column)로 선택하거나 Row별(Row-by-Row)로 선택하는 것이 가능하다. 본 발명에서의 일 실시예로서, Row와 Column의 좌표는 TDI의 위치를 기준으로 설정된 것이다. 따라서, 터치 검출 센서의 Row와 Column의 좌표는 고정된 것이 아니라 TDI의 배치 위치(setting position)에 따라 상대적으로 변화할 수 있는 값이다.
만일 Column별로 선택하는 경우의 실시예에 있어서, Col1에 포함된 6개의 터치검출센서(10)가 동시에 최초의 센싱패드로 결정되면, Col1에 포함된 6개의 터치검출센서(10)가 모두 센싱패드로 동작한다. (이때 Col2 내지 Col5는 난센싱패드로 동작한다). 그러나, 이러한 경우에는 전술한 선간등가커패시터(Ceq)가 형성되지 않거나 형성되어도 커패시턴스의 크기가 작으므로 터치검출감도가 작아진다는 문제가 있다. 따라서 Column별 센싱보다 Row별로 센싱하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 Row별로 센싱하면 바로 옆에 인접한 센싱패드 신호선(22)이 없으므로 신호의 간섭에 의한 오동작의 문제가 없기 때문이다.
Row1이 센싱패드로 선택되어 Row1에 포함된 5개의 터치검출센서(10)가 센싱패드로 동작하는 동안 Row2 내지 Row6에 포함된 모든 터치검출센서(10)는 난센싱패드로 동작한다. Row1이 센싱패드로서의 기능을 완료하면 순차적으로 Row2가 센싱패드가 되고 Row1 및 Row3 내지 Row6은 난센싱패드로 동작하는 등의 동작이 순차적으로 반복된다. Row1에는 5개의 터치검출센서(10)가 센싱패드로 동작하므로 TDI에는 5개의 구동부(31)가 존재하는 것이 바람직하며, 이로 인해 5개의 센싱패드를 동시에 구동하여 터치검출시간을 줄일 수 있다.
한편, 앞서 설명한 선간센싱등가커패시터(Ceq)의 두 가지 특성 중 첫 번째 특성을 참조하면, Row1이 센싱패드로 동작할 때의 센싱등가커패시턴스(Ceq)는 Row6이 센싱패드로 동작할 때의 센싱등가커패시턴스(Ceq)보다 크다. 왜냐하면 Row1에 위치한 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22)의 길이가 Row6에 위치한 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)의 길이보다 길기 때문이다. 이와 같이 TDI에서 원거리(Long Distance) 일수록 센싱패드에 형성된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 크므로 균일한 터치신호 검출을 위해 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 보상해주는 것이 바람직하다. 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 보상해준다는 의미는, <수학식1>이나 <수학식2>의 센싱등가커패시턴스(Ceq)에 보상커패시터를 더하여 동일한 터치정전용량(Ct)에 대하여 센싱패드의 위치가 달라도 동일한 전압이 검출될 수 있도록 하는 것이다.
본 발명은 위치별로 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기에 기초하여 위치별로 동일한 터치감도를 유지하도록 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 서로 다른 크기를 보상하는 수단을 갖는다.
도 14는 센싱커패시턴스(Ceq)를 보상해주는 방안에 대한 본 발명의 실시예이다. 도 14를 참조하면, 보상커패시터(Cbal)가 터치검출부(14)에 접속되어 있으며 보상커패시터(Cbal)의 일측에도 교번하는 전압이 인가된다. 이로인해 Ceq와 Cbal은 병렬접속되어 등가회로적으로는 Cbal의 크기만큼 Ceq가 커지는 효과를 갖는다.
일 실시예에서, 보상커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압은 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번하는 전압과 동일한 전압일 수 있다.
다른 실시예에서, 보상커패시터(Cbal)의 일측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번하는 전압과 크기(진폭이 다른)가 다른 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어 보상커패시터(Cbal)의 일측에는 제로(0) 볼트(V)의 GND나 소정의 전위를 가지는 DC(Direct Current)가 연결될 수 있다. 다만, 전원부(47)와 교번전압생성부(42)의 단순화를 위하여 선간등가커패시터(Ceq)와 보상커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압은 동일한전압이 바람직하며, 본 명세서에서는 동일한 전압인 경우의 실시예를 제시하였다.
도 13의 Row1에 포함된 5개의 터치검출센서(10)가 센싱패드로 사용될 때, 일 실시예로 Row1의 col3의 센싱패드(10a)에서 생성된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 15pF라고 가정하고, Row2가 센싱패드로 사용될 때 Row2의 col3의 센싱패드에 생성된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 13pF이고, Row6이 센싱패드로 사용될 때 Row6의 col3의 센싱패드에 생성된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 5pF이라고 가정하자. Row1이 센싱패드로 사용될 때 Cbal의 크기를 0pF으로 선택하면, Row2가 센싱패드로 사용될 때 Cbal의 크기를 2pF으로 선택하면 Row1의 Ceq인 15pF과 동일한 크기가 되며, Row6이 센싱패드로 사용될 때 Cbal의 크기는 10pF를 선택하면 Ceq는 5pF이므로 Row6의 Ceq인 5pF에 10pF인 Cbal이 보상된 전체 커패시터의 크기는 15pF으로서 Row1의 15pF과 동일하게 된다. 이처럼 Cbal의 크기를 조정하여 각 Row별로 Ceq와 차이가 발생하는 양(amount) 만큼의 커패시턴스(capacitance)를 보상하여 보상된 Cbal의 크기와 Ceq의 합한 크기가 일정한 값(예, 15pF)이 되도록 하면 각 Row별로 15pF의 센싱등가커패시턴스(Ceq)를 갖는 결과를 유도한다.
본 명세서에서 설정된 보상커패시터의 크기(예, OpF, 2pF, 10pF, 15pF)는 일 실시예이며, 각 Row별로 검출된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기에 기초하여 센싱등가커패시턴스(Ceq)와 보상커패시턴스(Cbal)의 합이 일치하도록 정하는 것이 바람직하다.
보상커패시턴스(Cbal)의 일측이 터치검출부(14)에 연결되고 타측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압과 동일한 교번전압이 인가될 때 터치검출부(14)에서 검출되는 전압은 다음과 같다.
1. 터치 미발생시 검출되는 전압
수학식 5
Figure PCTKR2014003034-appb-M000005
2. 터치 발생시 검출되는 전압
터치 발생시 터치검출부(14)에는 터치커패시턴스(Ct)가 부가되므로, 터치검출부(14)에서 검출된 전압은 다음의 <수학식6>에 의해 결정된다.
수학식 6
Figure PCTKR2014003034-appb-M000006
위 <수학식5> 및 <수학식6>에서,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000132
는 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)부에서 검출된 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000133
는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000134
는 프리차지 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000135
는 난센싱패드신호선(22b) 및 보상커패시터(Cbal)의 일측에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
Figure PCTKR2014003034-appb-I000136
은 난센싱패드신호선(22b) 및 보상커패시터(Cbal)의 일측에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.
<수학식5>와 <수학식6>을 참조하면, 도 13의 실시예에 있어서 각 Row별로 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)를 보상하는 보상커패시턴스(Cbal)에 의해 각 Row별로 터치 감도를 동일하게 유지하는 것이 가능하다.
또한 <수학식5>와 <수학식6>을 참조하면, 만일 각 Row에서 생성된 터치등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 작은 경우 Cbal을 이용하여 터치 감도를 크게 하는 것도 가능하다.
또한 <수학식5>와 <수학식6>을 참조하면, 만일 Ceq에 교번하는 전압을 인가하지 않고 Ceq에 교번전압을 인가하던 부위가 GND로 접속되거나 플로팅(flozting)이 된 상태에서, 터치검출부(14)와 접속된 보상커패시터(Cbal)의 일측에만 교번전압을 인가하는 경우, <수학식1>이나 <수학식2>의 Ceq는 Cbal로 대체된다. 이와 같이 본 발명은 교번전압이 인가되는 커패시터가 검출전압을 나타내는 수식의 분모와 분자에 포함된다.
본 발명은 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기에 기초하여 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 보상하는 수단을 갖는다. TDI(30)의 내부에는 보상커패시터(Cbal)의 크기를 결정하는 수단이 구비되어 있다. 이러한 수단의 일 실시예로, 복수개의 레지스터(Register)에는 서로 다른 크기를 갖는 보상커패시턴스(Cbal)가 매핑(Mapping)되어 있으며 도 13의 실시예에서 각 Row별로 서로 다른 크기의 Cbal이 할당된다.
한편, <수학식1>이나 <수학식2>를 참조하면 터치검출부(14)에서 검출되는 검출전압은 (Vh-Vl)에 비례하므로 교번전압의 크기를 적절히 조정하면 터치검출부(14)에서 검출되는 전압의 크기를 조정하여 터치감도를 조정하는 것이 가능하다. TDI는 교번하는 전압의 크기를 가변할 수 있는 수단을 구비한다. 일 실시예로, TDI에는 복수의 레지스터에 서로 다른 크기를 가지는 교번전압이 할당되어 있으며 레지스터의 선택에 의해 교번전압의 크기를 결정하는 것이 가능하다.
도 15는 TDI에 포함된 레지스터의 설정에 따라 교번전압의 크기가 변하는 실시예이다. 도 15를 참조하면, 레지스터 00h 번지를 선택하면 교번전압은 2V가 되며 07h번지의 register address를 선택하면 교번전압은 16V가 된다.
이와 같이, 전술한 일 실시예에 따른 터치 검출 장치는 교번전압을 가변시켜, 터치 감도와 관련된 검출 전압의 크기를 조정하는 것이 가능하다.
도 12 또는 도 14를 참조하여, 본 발명에 따른 정전식 터치 검출 수단 및 검출 방법은 Hi-z상태인 터치검출부(14)에 접속된 커패시터(Ceq, Cbal)의 일측에 교번전압이 인가되고 터치정전용량(Ct)의 생성여부에 따라 터치를 검출하는 것이 가능한 것이 특징이다. 따라서 Hi-z 상태인 터치검출부(14)에 접속된 임의의 커패시터에 교번전압을 인가했을 때 터치 검출이 가능하다. (여기에서 터치검출부(14)가 Hi-z상태에 있다는 것은 충전수단(12)이 턴 오프(turn off) 상태이며 충전수단(12)의 출력단(12-1)이 Hi-z 상태이고 터치검출부(14)의 입력부가 Hi-z 상태인 것으로서, 도 12의 P점이 Hi-z 상태에 있는 것을을 의미한다. )
도 16은 교번하는 터치수단을 갖는 본 발명의 실시예이다. 도 16은 도 12의 터치검출센서(10)와 손가락(25) 사이에서 터치 커패시턴스(Ct)가 형성된 실시예의 변형예(modification)로서, 손가락(25) 대신에 교번하는 터치 수단(26)을 채용한 점에서 다르다. 즉, 터치검출 센서(10)와 교번하는 터치 수단(26) 사이에서 터치 커패시턴스(Ct)가 형성되는 것을 제외하고는 도 12에서 설명된 것과 동일하다.
교번하는 터치수단(26)의 일 실시예는 펜(Pen)의 형상(shape)을 가지는 터치펜(touch pen)일 수 있다. 도 16을 참조하면, 교번하는 터치수단(26)은 교번전압생성부(도 13의 42)를 포함할 수 있다. 교번 전압 생성부(도 13의 42)에서 교번하는 터치 수단(26), 펜의 심(또는 펜의 촉)(17)으로 연결선(18)이 포함되어 있고, 연결선(18)을 통하여 교번 전압 생성부(도 13의 42)에서 생성된 교번 전압이 펜(pen)의 심으로 전달된다. 교번하는 터치수단(26)의 교번전압생성부(도 13의 42)는 전원부 또는 충전부를 포함할 수 있다. 전원부는 건전지 또는 충전이 가능한 건전지를 포함할 수 있다. 충전부는 선간 등가 커패시터(Ceq) 도는 보상커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 상승엣지(Rising edge) 또는 하강엣지(Falling edge)를 검출하여 충전부에 포함된 커패시터에 전압을 충전할 수 있다. 따라서, 충전부를 사용하는 경우, 교번하는 터치수단(26)은 터치검출센서(10)와 가까운 거리를 유지하는 것이 바람직하다.
교번전압은 구형파 또는 삼각파 또는 사인파(Sign wave) 등의 교류전압이다. 교번 전압생성부(도 13의 42)는 교번전압의 크기 또는 교번주파수를 결정하는 수단을 포함할 수 있다. 교번전압의 크기는 가변저항의 저항값 변화를 통하여 결정될 수 있다. 또한 교번주파수도 가변저항이나 가변커패시터등의 가변을 통하여 결정될 수 있다. 이러한 교번전압은 1차코일과 2차코일의 상호관계에 의해 형성될 수 있거나 또는 교번전압생성부(도 13의 42)에 포함된 OPAMP와 같은 선형회로와 저항(R)과 커패시터(C) 같은 회로 부품의 조합에 의해 생성될 수 있다.
일 실시예에서, 교번하는 터치수단(26)은 교번전압을 온(on) 또는 오프(off)할 수 있는 수단을 가질 수 있다. 예를들어, 교번하는 터치수단(26)으로 터치펜이 사용되는 경우 터치펜의 하측에 설치된 누름스위치(Push Switch)를 누르면 교번전압이 생성되지 않고 누름스위치를 누르지 않으면 교번전압이 생성될 수 있다. 누름 스위치의 위치는 터치펜의 임의의 부분에 설치될 수 있으며, 누름 스위치의 위치와 교번 전압의 생성에 대해서는 상기에서 언급된 실시예에 제한되지 아니함을 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 인식할 것이다.
터치검출센서(10)와 교번하는 터치수단(26) 사이에는 <수학식4>를 기초로 하는 터치정전용량(Ct)가 형성된다. 교번하는 터치수단(26)의 교번전압의 하이 전압의 크기를 Vph라고 하고 로우 전압의 크기를 Vpl이라고 하면 교번전압의 크기는 Vph-Vpl로 결정된다. 교번하는 터치수단(26)에 의해 Ct가 형성될 때 터치검출부(14)에서 검출되는 전압의 크기는 다음의 <수학식7>로 결정된다.
수학식 7
Figure PCTKR2014003034-appb-M000007
만일 도 16에 도시된 실시예에 도시된 보상커패시터(Cbal)가 포함된 경우에는, <수학식7>의 분모에 Cbal이 추가로 포함될 것이다. <수학식 7>은 교번하는 터치수단(26)의 교번전압만이 Ct에 인가되고 있을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이다. 따라서, Ceq나 Cbal등에는 교번전압이 인가되지 않거나 Ceq나 cbal에 인가되는 교번전압의 상승엣지나 하강엣지를 회피하여 인가되는 것이다. Ceq나 Cbal에 인가되는 교번전압을 회피하여 교번하는 터치수단(26)의 교번전압을 생성하기 위하여 교번하는 터치수단(26)은 터치검출센서(10)에 형성되는 전압의 상승엣지나 하강엣지를 검출하는 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 교번하는 터치수단(26)은 Ceq나 Cbal에 인가되는 교번전압보다 빠른 주파수를 사용하여 Ceq나 Cbal에 인가되는 교번전압의 DC 구간이나 인가되지 않는 영역에서 터치신호를 검출할 수 있다.
교번하는 터치수단(26)과 터치검출센서(10)의 사이에 형성된 Ct가 없을 때 검출된 전압을 구하는 수식은 <수학식1> 또는 <수학식5>이므로, 교번하는 터치수단(26)의 터치신호는 <수학식1> 또는 <수학식5>에 의해 얻어진 제 1 전압과 <수학식7>에 의해 얻어진 제 2 전압의 차이에 의해 검출된다. 따라서 본 발명은 <수학식1>과 <수학식2>에 의해 검출된 전압의 차이에 기초하여 손가락터치 검출이 가능하며, <수학식5>와 <수학식6>에 의해 검출된 전압의 차이에 기초하여 손가락터치 검출이 가능하며, 이때 사용된 터치수단은 손가락(도 12의 25)으로 교번하지 않는 터치수단(그 자체가 교번 전압을 생성하여 출력하지 않는 터치수단) 이다.
한편 선간 등가커패시터(Ceq)의 일측에 교번전압을 인가하는 경우 터치가 안되었을 때 <수학식1>에 의해 터치검출부(14)에서 검출되는 제 1 전압의 크기와, 교번하는 터치수단(26)에 의해 <수학식7>로 터치검출부(14)에서 검출된 제 2 전압의 차이에 의해 교번하는 터치수단(26)으로 인한 터치여부를 검출하는 것이 가능하며, 또한 선간 등가커패시터(Ceq)와 보상커패시터(Cbal)의 일측에 교번전압을 인가하는 경우 <수학식5>에 의해 터치검출부(14)에서 검출되는 제 1 전압의 크기와, 교번하는 터치수단(26)에 의해 <수학식7>로 터치검출부(14)에서 검출된 전압의 제 2 전압의 차이에 의해서 교번하는 터치수단(26)으로 터치여부를 검출하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 일 실시예에서, 교번하지 않는 터치수단(예를들어 손가락(도12 의 25))과 교번하는 터치수단(터치펜(도 16의 26))으로 인한 터치신호는 동시 검출이 가능하다. 교번하지 않는 터치수단이나 교번하는 터치수단이 터치검출센서(10)에 접촉하지 않은 상태 즉, Ct가 형성되지 않은 상태에서 검출된 전압의 크기는 <수학식1> 또는 <수학식5>에 기초하여 검출되기 때문이다. 따라서, 상기 <수학식1>이나 <수학식5>에 기초하여 검출된 전압과 <수학식2> 또는 <수학식6>에 기초하여 검출된 전압의 차이를 이용하여 교번하지 않는 터치수단(예, 손가락 (도 12의 25))에 의한 터치를 검출하는 것이 가능하며, <수학식1>이나 <수학식5>에 기초하여 검출된 전압과 <수학식7>에 기초하여 검출된 전압의 차이를 이용하여 교번하는 터치수단(도 12의 26)에 의한 터치를 검출하는 것이 가능하기 때문이다. <수학식7>에 의해 검출된 전압은 Vph-Vpl의 크기를 달리하여 <수학식2>나 <수학식6>에 의해 검출된 전압의 크기와 구별하는 것이 가능하므로 터치 검출부(14)는 이러한 검출전압의 차이를 이용하여 교번하는 터치수단(도 12의 26)인지 교번하지 않는 터치수단(도 12의 25)인지를 확인 하는 것이 가능하다.
한편, 다시 도 13을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에서, 터치검출센서(10)는 TDI(30, Touch Drive IC)를 기준으로 Row 방향에 포함된 터치검출센서(10)의 임의 조합에 의해서 터치신호를 검출하는 것이 가능하다. 터치 검출 센서(10)의 조합의 구체적인 제 1 예는, Row1에 포함된 5개의 모든 터치검출센서(10)가 동시에 동작하여 터치신호를 검출하듯이, 하나의 Row에 포함된 모든 터치검출센서(10)가 동시에 동작하여 터치신호를 검출할 수 있다. 터치 검출 센서(10)의 조합의 구체적인 제 2 예는, Row1에 포함된 짝수 컬럼(Col2/Col4)만 터치신호 검출을 위해 동작하거나, 홀수 컬럼(Col1/Col3/Col5)만 터치신호 검출을 위해 동작할 수 있다. 터치 검출 센서(10)의 조합의 구체적인 제 3 예는, 임의의 Row에서 50%의 터치검출센서(10)는 터치신호를 검출하거나 50%의 터치검출센서(10)는 터치신호를 검출하지 않으며, 터치 검출이 완료된 50%의 터치검출센서(10)의 동작완료 이후에는 터치신호를 검출하지 않았던 나머지 50%의 터치검출센서(10)가 터치신호를 검출하도록 구성될 수 있다.. 본 발명의 일 실시예에서, 터치 검출 수단은 하나의 Row에 포함된 복수의 터치검출센서(10)를 선택하여 터치신호를 검출할지 안 할지를 결정하는 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 설명된 실시예에서, 터치신호 검출을 위해 동작한다는 의미는, 센서신호선(22)과 접속된 터치검출센서(10)가 충전수단(12) 및 터치검출부(14)에 접속되고 터치 신호 검출을 위한 전압을 검출한다는 의미이다.
도 17은 터치검출센서(10) 및 센서신호선(22)의 배치에 관한 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 17을 참조하면, Row와 Column으로 구획된 사각형안에 터치검출센서(10)와 센서신호선(22)이 포함된다. 일 실시예에서, 터치검출센서(10)와 센서신호선(22)이 포함된 Row와 Column으로 구획된 가상의 사각형의 면적은 모두 동일할 수 있다. 다른 실시예에서, Column5 또는 Column1과 같이 컬럼 방향의 외곽이나 Row1이나 Row6같이 Row방향의 외곽 면적은 가상으로 구획된 사각형의 중심부 면적에 비해 더 작거나 더 클 수 있다. 만일 컬럼(Column)이나 로우(Row)의 외곡부의 가상의 사각형의 면적이 작고 이 안에 터치검출센서(10) 및 센서신호선(22)이 배치되면 검출 해상력이 좋아지므로 터치스크린패널(50)의 외곽에서의 검출력이 향상된다. 본 발명의 일 실시예에서, 터치스크린패널(50)의 외곽부에 위치한 터치검출센서(10)의 면적은 터치스크린패널(50)의 중심부에 위치한 터치검출센서(10)의 면적보다 작게 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 터치스크린패널(50)의 외곽부에 위치한 가상의 사각형을 제외한 나머지 가상의 사각형의 면적은 서로 동일할 수 있다. 또한 본 발명은 하나의 가상의 사각형안에 하나의 터치검출센서(10)를 포함한다.
다시 도 17을 참조하면, Row1에는 하나의 터치검출센서(10)와 하나의 센서신호선(22)이 포함되었으나 Row2나 Row3과 같이 TDI(Touch Drive IC)(30)로 근접할수록 더 많은 센서신호선(22)이 가상의 사각형안에 포함된다. 이와 같이 본 발명은 가상의 사각형안에 하나의 센서 신호선을 포함하기도 하며 복수의 센서신호선(22)을 포함할 수도 있. 가상의 사각형안에 복수의 센서신호선(22)이 포함되면 터치검출센서(10)의 면적은 센서 신호선(22)이 많이 포함될수록 더 작아진다. 예를 들어 Row1/Col1의 좌표를 갖는 터치검출센서(10)의 면적은 Row6/Col1의 좌표를 갖는 터치검출센서(10)의 면적보다 작다. 이는 TDI(Touch Drive IC)와 먼거리에 있는 터치검출센서(10)에 비해 TDI와 가까운 거리에 위치한 터치검출센서(10) 일수록 면적이 작아짐을 의미한다.
한편 TDI와 먼 거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)의 저항은 TDI와 가까운 거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)의 저항보다 더 커지므로 터치검출부(14)에서 검출되는 전압의 검출시간이 지연된다. 따라서 TDI에서 원거리(Long Distance)에 있는 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22)의 저항을 낮추기 위해 센서신호선(22)의 배선폭을 넓게 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, TDI에 근거리에 있는 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22)보다 TDI에서 원거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선의 폭이 넓다.
본 발명의 일 실시예에서, TDI와의 거리에 따라 터치검출센서(10)의 면적이 다르므로 터치수단(25)에 의해 검출되는 면적의 값이 달라지게 된다. 이러한 면적값은 각 Row별로 상대적인 비(Ratio)가 결정되어 있으므로, 이에 기초하여 검출되는 면적을 보상하여 터치검출센서(10)의 면적과 무관하게 검출되는 면적의 크기를 같게 하는 것이 가능하다. 예를 들어 어떠한 터치수단(25)에 의해 Row1에서 검출되는 면적의 크기가 100이고 Row6에서 검출되는 면적의 크기가 50이라고 가정하면 Row1에서 검출된 면적의 50%만 검출된 터치면적으로 사용하거나, Row6에서 검출된 면적을 두배로 하여 검출된 터치면적으로 사용하는 것이 가능하다. 이와 같이 본 발명은 터치검출센서(10)의 위치 및 면적에 기초하여 동일한 터치면적이 되도록 보상하는 수단을 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 도 17의 Col5에 표기된 것 처럼 동일한 터치검출센서(10)의 면적을 가질 수도 있다.
본 발명의 일 실시예에서, 터치검출센서(10)나 센서신호선(22)은 도 17에 점선으로 표시된 표시장치의 활성 영역(Active Area)의 외곽에 위치할 수 있다. 이런 구성에서 표시장치의 활성 영역(Active Area)의 외곽부에서 터치좌표 검출능력이 향상된다.
한편, TDI와 근거리에 있는 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22)들 끼리의 상호 대향면적보다 TDI에서 원거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22) 끼리의 상호대향면적이 더 커지므로, TDI에서 원거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)에 영향을 미치는 부유 용량(Cp)의 크기는 더 커진다. 이러한 부유용량으로 인해 선간 등가 커패시턴스(Ceq)의 크기에 차이가 발생하므로 <수학식2>나 <수학식6>을 참조하면, Cp의 크기차이로 인해 터치검출부(14)에서 검출되는 전압에 차이가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 TDI에서 원거리(Long Distance)에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)일수록 상호간의 거리를 더 이격하는 것이 바람직하며, 센서신호선(22)의 상호 대향거리를 더 이격할수록 <수학식3>이나 <수학식4>에서 도출되는 Cp의 크기는 작아지게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, TDI와 근거리에 있는 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22) 상호간의 이격거리 보다 TDI에서 원거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22) 상호간의 이격거리가 더 넓어지도록 구성될 수 있다.
Row1과 Row2에 배치된 터치검출센서(10)은 소정의 거리 "d"로 이격된 것 처럼 TDI(Touch Drive IC)(30)를 기준으로 상하로 배치되며 센서신호선(22)이 사이로 지나가지 않는 터치검출센서(10)는 서로 일정거리로 이격되어야 한다. 미리 결정된 일정거리로 터피 검출 센서(10)가 서로 이격됨에 따라 상호간에 신호의 간섭이 발생하지 않도록 하기 위한 구성이다. 일 실시예에서, 이격거리 "d"는 1um ~5000um정도가 바람직할 수 있다.
도 18은 터치좌표 향상을 위한 터치검출센서의 형태에 관한 일 실시예이다. 도 17 에서의 터치 검출 센서는 가상의 사각형으로 구성되어, 사각형내의 어느 지점을 터치하던 해당 좌표는 동일하게 검출된다. 이에 대한 변형예로서, 도 18을 참조하여, TDI(Touch Drive IC)를 기준으로 상하방향으로 배치된 Row들 사이에 변곡점 또는 굴곡부를 갖는 기하학적인 형태를 가지고 서로 대향하고 있다. 예를 들어 Row1과 Row2의 Col1을 참조하면, 상호 대향하는 두개의 터치검출센서(10)의 접합부는 삼각형으로 대향하고 있다. 도 17의 Row2/Col1에 위치한 터치수단(25)의 경우에는, 도 17의 가상의 사각형 내 어디에 위치하던지 상하방향의 좌표는 동일하다. 터치된 지점의 상하방향의 보다 정확한 좌표를 결정하기 위해서는 적어도 두개 이상의 터치검출센서(10)에 접촉되어야 하는데, 가상의 사각형 내(도 17의 실시예)에서는 하나의 터치검출센서(10)만 접촉하기 때문이다. 그러나 도 18의 Row2/Col1을 참조하면 터치수단(25)이 도 17과 동일한 위치에 있음에도 불구하고 터치수단(25)이 상단(Row1/Col1)에 위치한 터치검출센서(10)와 Row2/Col1에 위치한 터치검출센서(10)에 같이 접촉되고 있다. 이와 같이 TDI를 기준으로 상하로 대향하는 터치검출센서(10)의 대향면이 변곡점을 갖는 삼각형이나 사각형이나 사다리꼴(도 18의 Col3)등의 형태로 대향하고 터치수단(25)이 대향하는 변곡점을 통과하여 적어도 두개 이상의 터치검출센서(10)와 접촉할 시 터치수단(25)에 의한 상하방향의 보다 정확한 좌표 검출이 가능하게 된다.
도 18의 Col2는 도 18의 Col1의 꼭지점간의 거리를 조정하여 마름모꼴 형태의 터치검출센서(10)가 된 형태이다. 도 18의 Col2의 "L" 즉, 변곡점을 가지고 대향하는 터치검출센서(10)의 가장 길이가 긴 변곡점간의 거리는 도 17에서 설정된 가상의 사각형의 세로방향(TDI기준으로 상하방향) 길이의 5%~300%정도이다. 이처럼 두개의 터치검출센서(10)가 상하로 대향할 때 대향하는 변곡점의 형상은 삼각형이나 사인파형 또는 사각형이나 사다리꼴 등으로서 제한이 없으며 도 17과 같이 가상의 대향면을 걸치고 통과할 때 두개의 면적이 검출되는 형태이다.
도 18의 "M"은 상하로 인접한 두개의 터치검출센서(10)가 상호 대향하는 굴곡부의 폭이다. 이 폭이 넓을수록 터치수단(25)에 의해 두개의 터치검출센서(10)와 접촉되는 확률이 많아지지만 대향하는 면적이 증가하여 Cp가 증가하며 이로 인해 터치감도가 감소할 수 있다. 도 18의 "M"으로 규정된 두개의 터치검출센서가 상호 대향하는 굴곡부의 폭은 1mm~50mm가 바람직할 수 있다. 또한 도 18은 삼각형의 형상으로 굴곡부가 형성되었으며 삼각형의 꼭지점과 같이 대향하는 두개의 터치검출센서(10)의 대향 기울기가 변하는 지점을 변곡점이라고 칭하기로 한다. 이러한 변곡점의 개수는 하나 또는 복수개가 사용될 수 있으며 적어도 두개 이상 복수개를 사용하는 것이 바람직 할 수 있다.
상하로 대향하는 두 개의 터치검출센서(10)의 변곡점의 좌우로는 대향부의 기울기가 달라지는 것이 일반적이지만, 어떠한 경우에는 기울기가 변하지 않고 끝나는 경우도 가정할 수 있다. 예를 들어 도 18의 Col1의 삼각형의 형상으로 대향하는 두개의 터치검출센서(10)의 경우, 삼각형의 기울기가 상승 또는 하강하다가 변곡점에서 멈추고 터치검출센서(10)의 형상이 완료되는 경우이다. 이러한 경우의 변곡점의 개수를 0.5개로 가정하면 변곡점의 개수는 0.5개부터 1.5개 또는 2.5개와 같이 하나의 0.5개의 변곡점에 하나 또는 복수개의 변곡점이 더해져서 대향면적이 결정될 수 있다. 이러한 경우에는 터치검출센서(10)의 전체 외곽면적이 모든 터치검출센서(10)마다 균일하게 된다.
다시 도 18을 참조하면, 하나의 터치검출센서(10)가 변곡점 또는 굴곡부를 가지고 형성될 때 상하의 굴곡부는 상호 대칭이다. 또는 비대칭으로 형성될 수 있다. 상호 대칭인 경우에는 도 18의 Col2를 예로들면, 꼭지점이 서로 마주보고 있는 경우이며 비대칭인 경우에는 도 18 Col2의 꼭지점이 어긋난 경우이다.
도 19는 시인성(visibility) 개선을 위한 본 발명의 실시예이다. 도 19를 참조하면 TDI를 기준으로 상하로 대향하는 두개의 터치검출센서(10) 및 이와 연결된 센서신호선(22)이 있다. 어떠한 경우에는 도 17에 표시된 패턴이 보일수 있으며 이는 제품의 품질을 저하시키므로 이러한 패턴의 시인성문제를 개선하기 위해서 터치검출센서를 복수개로 구획하고 구획한 영역의 일부에만 패턴을 형성하고 형성된 패턴끼리 서로 연결할 수 있다. 예를들어 도 19a에서 구획한 영역의 50%에만 델타구조로 패턴을 형성하고 형성된 델타구조의 패턴 상호간을 접속하면 터치검출센서(10)의 검출면적은 50%로 저하되지만 시인성이 개선된다. 도 19b는 센서신호선(22)의 일부 영역에만 패턴이 형성된 경우의 실시예이며 검출센서(10)와 센서신호선(22)간에 더미 패턴(Dummy Pattern)(23)을 삽입하고 이를 구획하여 일부의 영역에만 패턴을 형성하고 상호 연결된 형태이다. 이와 같이 본 발명은 터치검출센서(10)나 센서신호선(22)이나 터치검출센서(10)와 센서신호선(22)사이에 더미(Dummy) 패턴(23)을 삽입하고 이들을 복수개로 구획하고 구획한 영역의 일부에만 터치검출센서(10)를 패터닝하여 시인성을 개선하는 것이 가능하다.
도 20은 센서신호선(22)의 설계에 관한 일 실시예이다. 도 20을 참조하면, 도 20은 휴대기기인 휴대폰의 전면부에 설치되며 터치가 포함된 강화유리(Tempered Glass)이다. 통상 강화유리의 측면에는 회사의 로고를 삽입하며 또는 상품성 향상을 위하여 검정이나 흰색등의 색(color)이 포함된다. 이러한 색(color)을 BM(Black Matrix)라고 하며 도 20의 전면(Front)을 참조하면 빗금친 부분이 BM부분이다. BM의 일부영역에는 카메라 렌즈나 적외선센서등의 동작을 위해 BM을 오픈(Open)하기도 한다.이러한 BM을 A-A'의 방향으로 절단할 시 강화유리 하면에 BM이 인쇄되어 있다. 이러한 BM은 색(Color)을 가진 잉크(Ink)이거나 유기BM 또는 크롬BM 또는 산화은(Ag2O) 등의 비도전성 물질이 사용된다.
만일 이러한 강화유리의 하면(bottom)에 본 발명의 터치검출센서(10)를 내장하고자 하는 경우, 센서신호선(22)은 이러한 BM을 통과할 때 BM으로 인한 단차로 인해 신호선이 절단되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 도 20의 배면(Rear)을 참조하면, 이곳에 본 발명의 터치검출센서(10) 및 센서신호선(22)을 설치할 시, 센서신호선(22)이 BM 단차부를 통과할 때의 신호선폭은 BM 단차 직전의 센서신호선(22)의 폭보다 더 넓게 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, BM 단차부 직전의 센서신호선(22)의 폭(22-1)을 100%라고 하면 BM 단차부를 타고 넘는 센서신호선(22)의 폭(22-2)은 101%~1000%이내 정도가 바람직하다.
이와 같이 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.
<부호의 설명>
10 : 터치검출센서 10a : 센싱패드(Sensing Pad)
10b : 난센싱패드(Non Sensing Pad) 12 : 충전수단
12-1 : 충전수단의 출력단 12-2 : 충전수단의 입력단
14 : 터치검출부 22 : 센서신호선
22a : 센싱패드 센서신호선 22b : 난센싱패드 센서신호선
25 : 손가락 26 : 교번하는 터치수단
28 : 메모리부 30 : Touch Drive IC (TDI)
31 : 구동부 33 : 타이밍 제어부
35 : 신호처리부 40 : CPU
42 : 교번전압생성부 46 : 통신부
47 : 전원부 50 : 터치스크린패널
57 : 접착부재 58 : 에어갭 또는 접촉부재
200 : 표시장치 205 : TFT기판
210 : 액정층 215 : 칼라필터
220 : 공통전극 230 : 실런트

Claims (64)

  1. 터치 검출 수단에 있어서,
    복수개의 터치 검출 센서;
    상기 터치 검출 센서에 신호를 인가하거나 상기 터치 검출 센서로부터 획득된 신호를 출력 받기 위한 복수개의 센서 신호선; 및
    상기 획득된 신호로부터 터치 입력 수단의 터치 유무를 검출하는 터치 검출부(14);를 포함하되,
    상기 터치 유무는
    상기 터치 검출 센서는 적어도 하나 이상인 센싱 패드(sensing pad)와 적어도 하나 이상인 난센싱 패드(non-sensing pad)로 분류되고, 상기 센싱 패드에 연결된 적어도 하나 이상의 센싱패드 센서신호선 및 상기 난센싱 패드에 연결된 적어도 하나 이상의 난센싱 패드 센서신호선 사이에서 형성된 복수개의 등가 커패시터(Ceq)에서의 전압 변화를 기초로 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 유무는 상기 등가 커패시터에 교번전압이 인가되는 상태에서 검출되고, 상기 교번전압은 상기 난센싱패드 센서 신호선을 통하여 인가되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 유무 검출 이전에 상기 터치 검출 센서를 충전하기 위한 충전수단인, 3단자형 스위칭 소자;를 더 포함하고,
    상기 3단자형 스위칭 소자는 제어단자에 공급되는 제어신호에 의해 입력단에 입력된 충전신호를 출력단에 접속된 상기 터치 검출 센서에 공급하여 상기 터치 검출 센서를 충전하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 입력단은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태를 유지하고, 및
    상기 터치 검출부에서 터치 유무를 검출할 때 상기 출력단은 상기 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  5. 청구항 2에 있어서,
    상기 3단자형 스위칭 소자의 상기 제어신호의 턴 온 시간을 조정하여 충전 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 등가 커패시터의 정전 용량의 크기에 따라 적어도 하나 이상의 제 1 선간 정전용량과 제 2 선간 정전 용량으로 분류할 수 있는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 터치 유무를 검출하기 이전에
    상기 제 1 선간 정전 용량 및 상기 제 2 선간 정전 용량을 동일 전압의 프리차지 신호로 충전할 수 있는 충전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 2 선간 정전 용량은 상기 제 1 선간 정전 용량보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  9. 청구항 7에 있어서,
    상기 제 2 선간 정전 용량 및 상기 제 1 선간 정전 용량은 상기 센싱패드 센서신호선과 상기 난센싱패드 센서신호선 사이의 거리를 조절하여 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  10. 청구항 6에 있어서,
    상기 터치 유무 검출시 상기 제 1 선간 정전 용량 및 상기 제 2 선간 정전 용량 중 어느 하나만을 이용하여 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 제 1 선간 정전 용량을 이용하여 터치 유무를 검출하는 때,
    상기 제 2 선간 정전 용량의 형성에 참여하는 상기 난센싱 패드 센서신호선은 플로팅 상태 또는 하이 임피던스 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  12. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 검출 센서, 상기 센싱 패드 센서신호선 및 상기 난센싱 패드 센서신호선은 동일한 마스크(Mask)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  13. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 검출 센서의 위치에 따라 상기 센서 신호선이 폭이 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  14. 청구항 3에 있어서,
    상기 터치 검출 센서의 충전 이후에 상기 등가 커패시터에 교번 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  15. 청구항 2에 있어서,
    상기 교번전압의 크기를 가변할 수 있는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  16. 청구항 2에 있어서,
    상기 교번 전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 가변할 수 있는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  17. 청구항 2에 있어서,
    상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터(Ct); 및
    상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에 형성되는 공통 전극 커패시터(Cvcom);를 더 포함하는, 터치 검출 수단.
  18. 청구항 17에 있어서,
    상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지되지 않을 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
    상기 수학식 1은
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000137
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000138
    는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000139
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000140
    는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000141
    은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000142
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000143
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000144
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000145
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  19. 청구항 17에 있어서,
    상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지될 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
    상기 수학식 2는
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000146
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000147
    는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000148
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000149
    는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000150
    은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000151
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000152
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000153
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000154
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  20. 청구항 17에 있어서,
    상기 터치 검출부에서의 상기 터치 유무의 판단은 수학식1에 의해 획득된 전압과 수학식2에 의해 획득된 전압의 차이에 기초하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
    상기 수학식 1은
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000155
    이고,
    상기 수학식 2는
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000156
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000157
    는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000158
    는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000160
    는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000161
    은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000162
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000163
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000164
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000165
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  21. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 검출 센서는 어레이로 배열되고,
    상기 터치 검출부는 로우(Row)별로 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  22. 청구항 6에 있어서,
    상기 제 1 선간 정전용량과 상기 제 2 선간 정전용량의 차이를 보상하기 위한 보상 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  23. 청구항 22에 있어서,
    상기 보상 커패시터의 일측은 상기 터치 검출부와 연결되고, 상기 보상 커패시터의 다른 일측을 통하여 상기 교번 전압과 동일한 교번 전압을 입력받는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  24. 청구항 22에 있어서,
    상기 보상 커패시터의 일측은 상기 터치 검출부와 연결되고, 상기 보상 커패시터의 다른 일측을 통하여 상기 교번 전압과 상이한 교번 전압을 입력받는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  25. 청구항 23에 있어서,
    상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지되지 않을 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 5에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
    상기 수학식 5는
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000166
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000167
    는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000168
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000169
    는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000170
    은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 형성되는 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000171
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000172
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000173
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000174
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  26. 청구항 23에 있어서,
    상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지될 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 6에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
    상기 수학식 6은
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000175
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000176
    는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000177
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000178
    는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000179
    은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 형성되는 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000180
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000181
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000182
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000183
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  27. 청구항 23에 있어서,
    상기 터치 검출부에서의 상기 터치 유무의 판단은 수학식5에 의해 획득된 전압과 수학식6에 의해 획득된 전압의 차이에 기초하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
    상기 수학식 5는
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000184
    이고,
    상기 수학식 6은
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000185
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000186
    는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000187
    는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000188
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000189
    는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000190
    은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000191
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000192
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000193
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000194
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  28. 청구항 23에 있어서,
    상기 터치 검출부는 상기 교번전압의 상승엣지 또는 상기 교번전압의 하강엣지에 동기하여 상기 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  29. 청구항 23에 있어서,
    상기 터치 검출부는 상기 교번전압의 상승엣지 또는 상기 교번전압의 하강엣지로부터 일정한 시간 간격을 두고 상기 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  30. 청구항 2에 있어서,
    상기 교번전압을 생성하는 교번전압 생성부는 펜(pen)의 형상을 가지며, 생성된 교번전압이 상기 펜의 심을 통하여 전달되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  31. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 검출 센서간의 접합부는 적어도 하나 이상의 변곡점 또는 굴곡부를 갖는 기하학적인 형태를 가지고 서로 대향되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  32. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 검출 센서를 복수개의 영역으로 구획한 후 구획된 영역의 일부에만 소정의 패턴을 형성하고, 상기 형성된 패턴끼리 서로 연결하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  33. 청구항 1에 있어서,
    상기 센서 신호선이 표시 장치의 BM 부분을 통과할때, 상기 센서 신호선의 폭이 넓게 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
  34. 3단자형 스위칭 소자를 이용하여 복수개의 터치 검출 센서를 소정의 충전 전압으로 충전하는 충전단계;
    상기 복수개의 터치 검출 센서를 적어도 하나 이상인 센싱 패드와 적어도 하나 이상인 난센싱 패드로 분류하는 단계;
    상기 센싱 패드에 연결된 적어도 하나 이상의 센싱패드 센서신호선 및 상기 난센싱패드에 연결된 적어도 하나 이상의 난센싱패드 센서신호선 사이에서 복수개의 등가 커패시터(Ceq)를 형성하는 단계; 및
    터치 검출부에 의해 상기 난센싱패드 센서 신호선을 통하여 상기 등가 커패시터에 교번전압이 인가되고, 터치 입력 수단의 터치 유무에 의해 상기 등가 커패시터에 발생하는 전압변화를 기초로 상기 터치 유무를 검출하는 단계;를 포함하는, 터치 검출 방법.
  35. 청구항 34에 있어서,
    상기 센싱 패드와 상기 난센싱 패드의 분류는 정해진 순서에 의해 순차적으로 결정되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  36. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출부는 상기 교번전압의 상승엣지 또는 상기 교번전압의 하강엣지에 동기하여 상기 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  37. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출부는 상기 교번전압의 상승엣지 또는 상기 교번전압의 하강엣지로부터 일정한 시간 간격을 두고 상기 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  38. 청구항 34에 있어서,
    상기 3단자형 스위칭 소자는 제어단자에 공급되는 제어신호에 의해 입력단에 입력된 충전신호를 출력단에 접속된 상기 터치 검출 센서에 공급하여 상기 터치 검출 센서를 충전하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  39. 청구항 38에 있어서,
    상기 입력단은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태를 유지하고, 및
    상기 터치 검출부에서 터치 유무를 검출할 때 상기 출력단은 상기 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  40. 청구항 34에 있어서,
    상기 3단자형 스위칭 소자의 상기 제어신호의 턴 온 시간을 조정하여 충전 시간을 결정하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  41. 청구항 34에 있어서,
    상기 등가 커패시터의 정전 용량의 크기에 따라 적어도 하나 이상의 제 1 선간 정전용량과 제 2 선간 정전 용량으로 분류할 수 있는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  42. 청구항 41에 있어서,
    상기 터치 유무를 검출하기 이전에
    상기 제 1 선간 정전 용량 및 상기 제 2 선간 정전 용량을 동일 전압의 프리차지 신호로 충전할 수 있는 충전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  43. 청구항 41에 있어서,
    상기 제 2 선간 정전 용량은 상기 제 1 선간 정전 용량보다 더 큰 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  44. 청구항 41에 있어서,
    상기 제 2 선간 정전 용량 및 상기 제 1 선간 정전 용량은 상기 센싱패드 센서신호선과 상기 난센싱패드 센서신호선 사이의 거리를 조절하여 가변할 수 있는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  45. 청구항 41에 있어서,
    상기 터치 유무 검출시 상기 제 1 선간 정전 용량 및 상기 제 2 선간 정전 용량 중 어느 하나만을 이용하여 터치 유무를 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  46. 청구항 45에 있어서,
    상기 제 1 선간 정전 용량을 이용하여 터치 유무를 검출하는 때,
    상기 제 2 선간 정전 용량의 형성에 참여하는 상기 난센싱 패드 센서신호선은 플로팅 상태 또는 하이 임피던스 상태를 유지하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  47. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출 센서, 상기 센싱 패드 센서신호선 및 상기 난센싱 패드 센서신호선은 동일한 마스크(Mask)로 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  48. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출 센서의 위치에 따라 상기 센서 신호선이 폭이 다르게 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  49. 청구항 34에 있어서,
    상기 교번전압의 크기를 가변 할 수 있는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  50. 청구항 34에 있어서,
    상기 교번 전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 가변 할 수 있는 수단;을 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  51. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지되지 않을 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 1에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
    상기 수학식 1은
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000195
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000196
    는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000197
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000198
    는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000199
    은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에 형성되는 공통 전극 커패시터이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000200
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000201
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000202
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000203
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  52. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지될 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 2에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
    상기 수학식 2는
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000204
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000205
    는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000206
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000207
    는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000208
    은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에 형성되는 공통 전극 커패시터이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000209
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000210
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000211
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000212
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  53. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출부에서의 상기 터치 유무의 판단은 수학식1에 의해 획득된 전압과 수학식2에 의해 획득된 전압의 차이에 기초하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
    상기 수학식 1은
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000213
    이고,
    상기 수학식 2는
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000214
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000215
    는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000216
    는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000217
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000218
    는 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000219
    은 상기 난센싱패드 센서신호선에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에 형성되는 공통 전극 커패시터이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000220
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000221
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000222
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000223
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  54. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출 센서는 어레이로 배열되고,
    상기 터치 검출부는 로우(Row)별로 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  55. 청구항 41에 있어서,
    상기 제 1 선간 정전용량과 상기 제 2 선간 정전용량의 차이를 보상하기 위한 보상 커패시터;를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  56. 청구항 55에 있어서,
    상기 보상 커패시터의 일측은 상기 터치 검출부와 연결되고, 상기 보상 커패시터의 다른 일측을 통하여 상기 교번 전압과 동일한 교번 전압을 입력받는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  57. 청구항 55에 있어서,
    상기 보상 커패시터의 일측은 상기 터치 검출부와 연결되고, 상기 보상 커패시터의 다른 일측을 통하여 상기 교번 전압과 상이한 교번 전압을 입력받는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  58. 청구항 56에 있어서,
    상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지되지 않을 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 5에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
    상기 수학식 5는
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000224
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000225
    는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000226
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000227
    는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000228
    은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 형성되는 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000229
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000230
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000231
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000232
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  59. 청구항 56에 있어서,
    상기 터치 검출 센서에서 터치가 감지될 때 상기 터치 검출부에 의해 감지되는 전압은 수학식 6에 의해 산출되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
    상기 수학식 6은
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000233
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000234
    는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000235
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000236
    는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000237
    은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 형성되는 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000238
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000239
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000240
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000241
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  60. 청구항 56에 있어서,
    상기 터치 검출부에서의 상기 터치 유무의 판단은 수학식5에 의해 획득된 전압과 수학식6에 의해 획득된 전압의 차이에 기초하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 수단.
    상기 수학식 5는
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000242
    이고,
    상기 수학식 6은
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000243
    이며,
    여기서,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000244
    는 터치가 안 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000245
    는 터치가 되었을 때 상기 터치검출부(14)부에서 검출되는 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000246
    는 상기 터치 검출 센서의 충전 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000247
    는 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000248
    은 상기 난센싱패드 센서신호선 및 상기 보상 커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 검출 센서를 포함하는 표시장치에 공통 전압을 인가하는 공통 전극 사이에서 공통 전극 커패시터의 커패시턴스이며, Cp는 상기 터치 검출 수단에 의해 생성되는 기생커패시턴스이며, Ct는 상기 터치 검출 센서와 상기 터치 입력 수단의 터치에 의해 형성되는 터치 커패시터의 커패시턴스이며, 상기 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000249
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000250
    )의 극성은 양(Positive)이며, 상기 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000251
    -
    Figure PCTKR2014003034-appb-I000252
    )의 극성은 음(Negative)이다.
  61. 청구항 34에 있어서,
    상기 교번전압을 생성하는 교번전압 생성부는 펜(pen)의 형상을 가지며, 생성된 교번전압이 상기 펜의 심을 통하여 전달되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  62. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출 센서간의 접합부는 적어도 하나 이상의 변곡점 또는 굴곡부를 갖는 기하학적인 형태를 가지고 서로 대향되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  63. 청구항 34에 있어서,
    상기 터치 검출 센서를 복수개의 영역으로 구획한 후 구획된 영역의 일부에만 소정의 패턴을 형성하고, 상기 형성된 패턴끼리 서로 연결하는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
  64. 청구항 34에 있어서,
    상기 센싱패드 센서신호선 및 상기 난센싱패드 센서신호선이 표시 장치의 BM 부분을 통과할때, 상기 센서 신호선의 폭이 넓게 구성되는 것을 특징으로 하는, 터치 검출 방법.
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