KR101525674B1 - 터치스크린 장치 및 그의 구동 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치스크린 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것으로 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부; 및 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가할 수 있다.

Description

터치스크린 장치 및 그의 구동 방법{TOUCHSCREEN APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 터치스크린 장치 및 그의 구동 방법에 관한 것이다.
터치스크린, 터치패드 등과 같은 터치스크린 장치는 디스플레이 장치에 부착되어 사용자에게 직관적인 입력 방법을 제공할 수 있는 입력 장치로서, 최근 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 네비게이션 등과 같은 다양한 전자 기기에 널리 적용되고 있다. 특히 최근 스마트폰에 대한 수요가 증가하면서, 제한된 폼팩터에서 다양한 입력 방법을 제공할 수 있는 터치스크린의 채용 비율이 날로 증가하고 있다.
휴대용 기기에 적용되는 터치스크린은 터치 입력을 감지하는 방법에 따라 크게 저항막 방식과 정전용량 방식으로 구분할 수 있으며, 이 중 정전용량 방식은 상대적으로 수명이 길고 다양한 입력 방법과 제스처를 손쉽게 구현할 수 있는 장점으로 인해 그 적용 비율이 갈수록 높아지고 있다. 특히 정전용량 방식은 저항막 방식에 비해 멀티 터치 인터페이스를 구현하기가 용이하여 스마트폰 등의 기기에 폭넓게 적용된다.
정전용량 방식의 터치스크린은 일정한 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함하며, 터치 입력에 의해 정전용량 변화가 생성되는 복수의 노드가 상기 복수의 전극에 의해 정의된다. 2차원 평면에 분포하는 복수의 노드는, 터치 입력에 의해 자체 정전용량(Self-Capacitance) 또는 결합 정전용량(Mutual-Capacitance) 변화를 생성하며, 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화에 가중 평균 계산법 등을 적용하여 터치 입력의 좌표를 계산할 수 있다.
하기의 선행기술문헌 중 특허문헌 1은 인접하는 노드 커패시터를 서로 다른 전압으로 충전시킨 후, 충전된 전하를 차분하여 정전용량 변화를 검출하는 터치스크린 장치를 개시하고 있으나, 하나의 방향으로 연장되는 복수의 전극 중 외곽에 배치되는 일부 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 가운데에 배치되는 일부 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여, 터치 입력의 종류를 판별하는 내용을 개시하고 있지 못하다.
한국 공개특허공보 10-2011-0103790
본 발명의 과제는 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 본 발명은 하나의 방향으로 연장되는 복수의 전극 중 외곽에 배치되는 일부 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 가운데에 배치되는 일부 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단할 수 있는 터치스크린 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부; 및 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부는 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가하는 터치스크린 장치을 제안한다.
상기 제어부는, 상기 정전용량 변화로부터 상기 터치 입력의 높이 정보를 생성할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 정전용량 변화로부터 근접 터치를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 근접 터치의 상기 제2 방향으로의 움직임을 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 및 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극을 제외한 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 및 상기 복수의 제1 전극 중 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하는 감지 회로부; 를 포함할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 정전용량 변화로부터 디지털 신호를 생성하는 신호 변환부; 및 상기 디지털 신호로부터 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부; 및 소정의 주기로 반복되는 제1 모드 및 제2 모드에 따라 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극으로부터 터치 입력을 판단하는 제어부; 를 포함하고, 상기 제어부는 상기 제1 모드에서, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하고, 상기 제2 모드에서, 상기 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극과 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제2 전극 중 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하는 터치스크린 장치를 제안한다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가하고, 상기 제2 모드에서, 상기 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드 및 제2 모드에서 상기 터치 입력의 높이 정보를 생성할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드 및 제2 모드에서 상기 정전용량 변화로부터 근접 터치를 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서 상기 근접 터치의 상기 제2 방향으로의 움직임을 판단하고, 상기 제2 모드에서 상기 근접 터치의 상기 제1 방향으로의 움직임을 판단할 수 있다.
상기 제어부는, 상기 제1 모드에서, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 및 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극을 제외한 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지하고, 상기 제2 모드에서, 상기 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극 및 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극을 제외한 제2 전극과 상기 복수의 제1 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지할 수 있다.
본 발명의 제3 기술적인 측면에 따르면, 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극 및 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 180도 위상차의 서로 다른 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계; 및 상기 제2 모드에 따라, 상기 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극 및 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극에 180도 위상차의 서로 다른 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제2 전극 중 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 상기 제1 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계; 를 포함하는 터치스크린 장치의 구동 방법을 제안한다.
상기 제1, 2 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계는 소정의 주기를 가지고 반복될 수 있다.
상기 터치 입력은 근접 터치일 수 있다.
상기 제2 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계는, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 및 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극을 제외한 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지할 수 있다.
상기 제1 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계는, 상기 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극, 및 가운데 영역에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극을 제외한 제2 전극과 상기 복수의 제1 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지할 수 있다.
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 절연되어 형성될 수 있다.
본 실시예에 따르면, 하나의 방향으로 연장되는 복수의 전극 중 외곽에 배치되는 일부 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 가운데에 배치되는 일부 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 호버링(HOVERING) 터치와 같은 근접 터치를 세밀하게 판단할 수 있다.
또한, 하나의 방향으로 연장되는 복수의 전극 중 외곽에 배치되는 일부 전극에 180도의 위상차를 가지는 서로 다른 구동 신호를 인가하여 정전용량 변화를 검출하기 위한 커패시터의 용량을 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도이다.
도 3은 도 2에 도시한 패널부의 단면을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도이다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 6은 도 5의 A-A`의 단면에서 생성되는 정전용량 성분을 나타낸 도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 정전용량 성분을 등가적으로 나타낸 회로도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력부(120), 음성 출력을 위한 오디오부(130) 등을 포함하며, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 형성되는 터치스크린 장치를 구비할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 기기 같은 경우 터치스크린 장치가 디스플레이 장치에 일체화되어 구비되는 것이 일반적이며, 터치스크린 장치는 디스플레이 장치가 표시하는 화면이 투과할 수 있을 정도로 높은 빛 투과율을 가져야 한다. 따라서 터치스크린 장치는 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PMMA(PolymethlymethAcrylate), COP (Cyclo-Olefin Polymers) 등의 필름, 소다 글라스(Soda glass), 또는 강화 글라스(tempered glass)와 같은 재질의 투명한 기판에 전기 전도성을 갖는 물질로 전극을 형성함으로써 구현될 수 있다. 전기 전도성을 전극은 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 형성될 수 있을 뿐만 아니라, Ag, Al, Cr, Ni, Mo, Cu 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 불가시성의 도전체 세선(細線)으로 구현하여 형성될 수 있다. 디스플레이 장치의 베젤 영역에는 투명 전도성 물질로 형성된 전극과 연결되는 배선 패턴이 배치되며, 배선 패턴은 베젤 영역에 의해 시각적으로 차폐된다.
본 발명에 따른 터치스크린 장치는 정전용량 방식에 따라 동작하는 것을 가정하므로, 소정의 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 또한 복수의 전극에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하기 위한 정전용량 감지 회로와, 정전용량 감지 회로의 출력 신호를 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환 회로, 디지털 값으로 변환된 데이터를 이용하여 터치 입력을 판단하는 연산 회로 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 패널부(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 전극(220, 230)을 포함한다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 복수의 전극(220, 230) 각각은 배선 및 본딩 패드를 통해 기판(210)의 일단에 부착되는 회로 기판의 배선 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 기판에는 컨트롤러 집적회로가 실장되어 복수의 전극(220, 230)에서 생성되는 감지 신호를 검출하고, 그로부터 터치 입력을 판단할 수 있다.
터치스크린 장치의 경우, 기판(210)은 복수의 전극(220, 230)이 형성되기 위한 투명한 기판일 수 있으며, 이 때, 복수의 전극(220, 230)이 형성되는 영역 이외에 복수의 전극(220, 230)과 연결되는 배선이 마련되는 영역에 대해서는 통상 불투명한 금속 물질로 형성되는 배선을 시각적으로 차폐하기 위한 소정의 인쇄 영역이 기판(210)에 형성될 수 있다.
복수의 전극(220, 230)은 기판(210)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있으며, 도 2에서 마름모, 또는 다이아몬드 형상의 패턴을 갖는 복수의 전극(220, 230)이 도시되었으나, 이 외에 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
복수의 전극(220, 230)은 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극(220)과, Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극(230)을 포함한다. 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 기판(210)의 양면에 마련되거나, 또는 서로 다른 기판(210)에 마련되어 교차될 수 있으며, 기판(210)의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층을 형성할 수 있다.
복수의 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되어 터치 입력을 감지하는 장치는, 터치 입력에 의해 복수의 전극(220, 230)에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하고 그로부터 터치 입력을 감지한다. 제1 전극(220)은 컨트롤러 집적 회로에서 D1~D8로 정의되는 채널에 연결되어 소정의 구동 신호를 인가 받을 수 있으며, 제2 전극(230)은 컨트롤러 집적 회로에서 S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 소정의 구동 신호를 인가 받을 수 있다. 또한, 채널 D1~D8 및 S1~S8은 컨트롤러 집적 회로가 감지 신호를 검출하는 데에 이용될 수 있다. 이때, 컨트롤러 집적 회로는 복수의 제1 전극(220) 사이에서 생성되는 정전용량의 변화 및 복수의 제2 전극(230) 사이에서 생성되는 정전용량의 변화를 획득하여 감지신호로써 이용할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 패널부의 단면을 나타낸 도이다. 도 3은 도 2에 도시한 패널부(200)를 Y-Z 평면으로 잘라서 나타낸 단면도로서, 도 2에서 설명한 기판(310), 복수의 전극(320, 330) 이외에 접촉을 인가받는 커버 렌즈(340, Cover Lens)를 더 포함할 수 있다. 커버 렌즈(340)는 감지 신호 검출에 이용되는 제2 전극(330) 상에 마련되어 손가락 등의 접촉 물체(350)로부터 터치 입력을 인가받는다.
커버 렌즈(340) 위에 또는 근접 영역에 접촉 물체(350)가 존재하는 경우 복수의 제1 전극(320) 사이, 또는 복수의 제2 전극(330) 사이에서 정전용량에 변화가 발생할 수 있다. 제1 전극(320) 및 제2 전극(330)은 전도성 물질로써, 제1 전극(320) 중 일부에 소정의 전압이 가해지게 되면, 전압이 가해진 제1 전극(320)과 나머지 제1 전극(320) 사이에서 정전용량이 형성되고, 제1 전극(330) 중 일부에 소정의 전압이 가해지게 되면, 전압이 가해진 제1 전극(330)과 나머지 제1 전극(330) 사이에서 정전용량이 형성될 수 있는데, 촉 물체에 따라 변화하는 정전용량에 기초하여 터치입력이 판단될 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도이다.
도 4을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 패널부(410), 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)를 포함한다. 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)는 하나의 컨트롤러 집적회로(제어 회로)로 구현될 수 있다.
패널부(410)는 제1 축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극(X1-Xm)과, 제1축에 교차하는 제2축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극(Y1-Yn)을 포함한다. 복수의 제1 전극(X1-Xm)과 복수의 제2 전극 (Y1-Yn)의 교차지점에서는 노드 커패시터가 형성된다. 도 4에서 m번째 제1 전극과 n번째 제2 전극에 의해 형성되는 노드 커패시터를 Cmn으로 표시하였다.
구동 회로부(420)는 패널부(510)의 복수의 1 전극(X1-Xm) 및 복수의 제2 전극(Y1-Yn)에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있다. 도 4에는 구동 신호를 생성 및 인가하기 위한 회로가 복수의 제1, 2 전극(X1-Xm, Y1-Yn) 각각에 개별적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 구동 신호 생성 회로를 구비하고 스위칭 회로를 이용하여 복수의 제1 전극 각각에 구동 신호를 인가하는 구성 또한 가능함은 물론이다.
감지 회로부(430)는 복수의 제1, 2 전극(X1-Xm, Y1-Yn)과 연결되어 정전용량 변화를 검출한다. 감지 회로부(430)은 정전용량 변화를 감지하기 위한 적분 회로를 포함하는데, 적분 회로는 적어도 하나의 연산 증폭기와 소정 용량을 갖는 커패시터 C1을 구비할 수 있으며, 연산 증폭기의 반전단이 제2 전극과 연결되어 정전용량 변화를 전압 신호 등와 같은 아날로그 신호로 변환하여 출력한다.
신호 변환부(440)는 적분 회로가 생성하는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 SD를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(440)는 전압 형태로 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다.
연산부(450)는 디지털 신호 SD를 이용하여 감지 데이터를 생성하고, 이로부터 패널부(410)에 인가된 접촉 입력을 판단한다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 개략적으로 나타낸 도이고, 도 6은 도 5의 A-A`의 단면에서 생성되는 정전용량 성분을 나타낸 도이며, 도 7은 도 6에 나타낸 정전용량 성분을 등가적으로 나타낸 회로도이다. 이하, 도 5 내지 도 7을 참조하여, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치의 동작 방법에 대하여 상술하도록 한다.
패널부(410)는 도 5와 달리 7개의 제1 전극 X1-X7과 7개의 제2 전극 Y1-Y7만을 도시하였으나, 제1 전극과 제2 전극은 도 5와 마찬가지로 복수의 개수로 형성될 수 있음은 물론이다.
구동회로부(420)는 복수의 제1 전극 중 첫 번째 배치되는 제1 전극 X1에 구동신호 Txa를 인가하고, 복수의 제1 전극 중 마지막에 배치되는 제1 전극 X7에 구동신호 Txb를 인가할 수 있다. 동일한 주기와 진폭을 가지는 구동신호 Txa와 Txb는 180도의 위상차가 나도록 설정될 수 있는데, 제1 전극 X1에 인가되는 구동신호 Txa와 제1 전극 X7에 인가되는 구동신호 Txb가 180도의 위상차가 나도록 설정됨으로써, 감지 회로부(420)의 적분회로에 구비되는 커패시터 - 도 4의 C1 - 의 용량을 줄일 수 있다.
감지회로부(430)는 가운데에 배치되는 제1 전극 X4으로부터 정전용량 변화를 검출할 수 있다. 즉, 감지 회로부(430)는 제1 전극 X1과 제1 전극 X4 간의 정전용량 및 제1 전극 X4와 제1 전극 X7 간에 형성되는 정전용량 변화를 검출할 수 있다.
도 5에서, 구동 회로부(420)가 첫 번째에 배치되는 제1 전극 X1 및 마지막에 배치되는 제1 전극 X7에 구동 신호를 인가하는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니며, 첫 번째로부터 차례로 배치되는 복수의 제1 전극 및 마지막으로부터 차례로 배치되는 복수의 제1 전극에 각각 구동신호 Txa 및 Txb를 인가하는 것이 가능하다.
또한, 마찬가지로 도 5에서 감지 회로부(430)가 가운데에 배치되는 제1 전극 X1에서 정전용량 변화를 검출하는 것으로 도시되어 있으나, 가운데 영역에 배치되는 복수의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하는 것 또한 가능하다.
다만, 이하 설명의 편의상 제1 전극 X1에 구동신호 Txa를 인가하고, 제1 전극 X7에 구동신호 Txb를 인가하고, 제1 전극 X4으로부터 정전용량 변화를 검출하는 것으로 가정하도록 한다.
도 6에서, 도 5에 도시된 복수의 제2 전극 Y1-Y7은 설명의 편의를 위하여 생략하고, 복수의 제1 전극 X1-X7만을 도시하였다.
도 6을 살펴보면, 구동 신호 Txa와 Txb가 각각 제1 전극 X1 및 X2에 인가되고, 정전용량 변화가 제1 전극 X4에서 검출됨에 따라, 제1 전극 X1과 제1 전극 X4 사이에 터치 패널의 내부 방향으로 정전용량 Cm_in1이 형성되고 터치 패널의 외부 - 커버 렌즈가 배치되는 방향 - 방향으로 정전용량 Cm_ext1이 형성된다. 또한 마찬가지로, 제1 전극 X4과 제2 전극 X7 사이에 터치 패널의 내부 방향으로 정전용량 Cm_in2이 형성되고, 터치 패널의 외부 방향으로 정전용량 Cm_ext2이 형성되는 것을 알 수 있다.
도 7을 살펴보면, 도 6에 도시된 바와 같이, 정전용량 Cm_in1 및 Cm_ext1가 병렬로 형성되고, 정전용량 Cm_in2 및 Cm_ext2가 병렬로 형성되어 있는 것을 알 수 있다. 이 때, 정전용량 Cp1는 제1 전극 X1과 그라운드 사이에서 형성되는 기생 정전용량에 해당하며, 정전용량 Cp2는 제1 전극 X7과 그라운드 사이에서 형성되는 기생 정전용량에 해당하고, 정전용량 Cp_y는 제1 전극 X4과 그라운드 사이에서 형성되는 기생 정전용량에 해당한다. 또한, 저항 R_x1, R_x2 및 R_y는 제1 전극 X1, X7 및 X4의 기생 저항 성분에 해당한다.
일반적으로, 정전용량 Cm_in1 및 Cm_in2는 정전용량 Cm_ext1 및 Cm_ext2에 비하여 용량 값이 수십 배 크게 형성되는데, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 정전용량의 변화량에 따라 터치의 종류를 판단할 수 있다. 예를 들어 정전용량의 변화량이 작은 경우에는 근접 터치가 입력되는 것으로 판단할 수 있으며, 정전용량의 변화량이 큰 경우에는 일반적인 터치가 입력되는 것으로 판단할 수 있다. 나아가, 근접 터치가 입력되는 경우에도 정전용량의 변화량에 따라 근접 터치의 높이 정보를 생성할 수 있다.
본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 제1 전극 X1에 구동신호 Txa를 인가하고, 제1 전극 X7에 구동 신호 Txb를 인가하여, 제1 전극 X4으로부터 정전용량 변화를 검출하는 경우, 제1 전극 X1, X4 및 X7를 제외한 제1 전극 X2, X3, X5 및 X6와 제2 전극 Y1-Y7을 플로팅 상태로 유지할 수 있다.
즉, 제1 전극 X2, X3, X5 및 X6와 제2 전극 Y1-Y7을 플로팅 상태로 유지함으로써, 제1 전극 X1과 제1 전극 X4 간의 정전용량 Cm_in1 및 제1 전극 X4와 제1 전극 X7 간의 정전용량 Cm_in2을 넓게 형성하여, 호버링(hovering) 터치와 같은 근접 터치를 더욱 세밀하게 검출할 수 있다.
한편, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 제1 전극 X1에 구동신호 Txa를 인가하고, 제1 전극 X7에 구동 신호 Txb를 인가하여, 제1 전극 X4으로부터 정전용량 변화를 검출하는 경우, 제1 전극 X1과 제1 전극 X4 간의 정전용량 Cm_in1 및 Cm_ext1의 변화와 제1 전극 X4와 제1 전극 X7 간의 정전용량 Cm_in2 및 Cm_ext2의 변화를 비교하여, 제1 전극이 연장되는 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단할 수 있다.
상술한 설명에서, 상술한 실시예에서 복수의 제1 전극을 이용하여 터치 입력를 판단하는 것으로 기술하였으나, 동일한 방식으로 복수의 제2 전극을 이용하여 근접 터치를 판단할 수 있음은 물론이다.
이 때, 상술한 설명과 같이 복수의 제1 전극을 이용하여 터치 입력을 판단하는 것을 제1 모드라고 가정하고, 복수의 제2 전극을 이용하여 터치 입력을 판단하는 것을 제2 모드라고 가정하는 경우, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 제1 모드 및 제2 모드를 소정의 주기로 반복하여 터치 입력을 판단할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
410: 패널부
420: 구동 회로부
430: 감지 회로부
440: 신호 변환부
450: 연산부

Claims (19)

  1. 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부; 및
    상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극 각각에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가하는 터치스크린 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 정전용량 변화로부터 상기 터치 입력의 높이 정보를 생성하는 터치스크린 장치.
  3. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 정전용량 변화로부터 근접 터치를 판단하는 터치스크린 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 근접 터치의 상기 제2 방향으로의 움직임을 판단하는 터치스크린 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제어부는
    상기 복수의 제1 전극 중 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 및 상기 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극을 제외한 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지하는 터치스크린 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 복수의 제1 전극 중 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 및
    상기 복수의 제1 전극 중 상기 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하는 감지 회로부; 를 포함하는 터치스크린 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 정전용량 변화로부터 디지털 신호를 생성하는 신호 변환부; 및
    상기 디지털 신호로부터 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함하는 터치스크린 장치.
  8. 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 및 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부; 및
    소정의 주기로 반복되는 제1 모드 및 제2 모드에 따라 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극으로부터 터치 입력을 판단하는 제어부; 를 포함하고,
    상기 제어부는 상기 제1 모드에서, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극 각각에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하고,
    상기 제2 모드에서, 상기 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극과 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극 각각에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제2 전극 중 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하는 터치스크린 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 모드에서, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가하고,
    상기 제2 모드에서, 상기 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극에 180도 위상 차이가 나는 서로 다른 구동 신호를 인가하는 터치스크린 장치
  10. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 모드 및 제2 모드에서 상기 터치 입력의 높이 정보를 생성하는 터치스크린 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 모드 및 제2 모드에서 상기 정전용량 변화로부터 근접 터치를 판단하는 터치스크린 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 모드에서 상기 근접 터치의 상기 제2 방향으로의 움직임을 판단하고, 상기 제2 모드에서 상기 근접 터치의 상기 제1 방향으로의 움직임을 판단하는 터치스크린 장치.
  13. 제8항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 제1 모드에서, 상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 및 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극을 제외한 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지하고,
    상기 제2 모드에서, 상기 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극 및 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극을 제외한 제2 전극과 상기 복수의 제1 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지하는 터치스크린 장치.
  14. 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극 및 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극각각에 180도 위상차의 서로 다른 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극 중 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계; 및
    상기 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극 및 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극 각각에 180도 위상차의 서로 다른 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제2 전극 중 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 상기 제1 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계; 를 포함하는 터치스크린 장치의 구동 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 제1, 2 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계는 소정의 주기를 가지고 반복되는 터치스크린 장치의 구동 방법.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 터치 입력은 근접 터치인 터치 스크린 장치의 구동 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 제2 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계는,
    상기 복수의 제1 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극, 및 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제1 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제1 전극을 제외한 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지하는 터치스크린 장치의 구동 방법.
  18. 제14항에 있어서,
    상기 제1 방향으로의 터치 입력의 움직임을 판단하는 단계는,
    상기 복수의 제2 전극 중 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극, 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극, 및 상기 첫 번째부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극과 상기 마지막으로부터 차례로 배치되는 적어도 하나의 제2 전극의 사이 영역에 배치되는 적어도 하나의 제2 전극을 제외한 제2 전극과 상기 복수의 제1 전극을 플로팅(floating) 상태로 유지하는 터치스크린 장치의 구동 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극은 절연되어 형성되는 터치스크린 장치의 구동 방법.
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