KR102187703B1 - 터치 디바이스 및 터치 인식 방법 - Google Patents

Abstract

실시예에 따른 터치 디바이스는, 화면이 표시되는 디스플레이; 및 상기 디스플레이의 하부에 배치되고, 터치를 감지하는 레이더 시스템을 포함한다.
실시예에 따른 터치 인식 방법은, 터치 디바이스 상에 신호를 송신하는 과정과, 터치에 의한 반사 신호를 수신하는 과정과, 상기 신호를 분석하여 상기 터치를 인식하는 과정을 포함한다.

Description

터치 디바이스 및 터치 인식 방법{TOUCH DEVICE AND METHOD FOR TOUCH RECOGNITION}

본 기재는 터치 디바이스 및 터치 인식 방법에 관한 것이다.

최근 다양한 전자 제품에서 디스플레이에 표시된 화상에 손가락 또는 스타일러스(stylus) 등의 입력 장치를 접촉하는 방식으로 입력을 하는 터치 패널이 적용되고 있다.

이러한 터치 위치를 센싱하는 방식으로 정전 용량 방식 및 저항막 방식이 대표적이다. 저항막 방식의 터치 패널은 입력 장치에 압력을 가했을 때 전극 간 연결에 따라 저항이 변화하는 것을 감지하여 위치가 검출된다. 정전 용량 방식의 터치 패널은 손가락이 접촉했을 때 전극 사이의 정전 용량이 변화하는 것을 감지하여 위치가 검출된다. 제조 방식의 편의성 및 센싱력 등을 감안하여 소형 모델에 있어서는 최근 정전 용량 방식이 주목받고 있다.

한편, 최근에는 이러한 방식 외에 보다 정밀하고 간단한 위치 인식을 위한 위치 검출 방식이 요구되고 있다.

실시예에 따른 터치 디바이스는, 화면이 표시되는 디스플레이; 및 상기 디스플레이의 하부에 배치되고, 터치를 감지하는 레이더 시스템을 포함한다.

실시예에 따른 터치 인식 방법은, 터치 디바이스 상에 신호를 송신하는 과정과, 터치에 의한 반사 신호를 수신하는 과정과, 상기 신호를 분석하여 상기 터치를 인식하는 과정을 포함한다.

실시예는 새로운 구조의 터치 디바이스를 제공하고자 한다.

실시예는 레이더 시스템을 이용하여 터치를 인식할 수 있다. 따라서, 다양한 형태의 터치에 대한 반사 신호를 정밀하게 인식할 수 있다. 즉, 터치에 의한 반사 신호) 및 수신 데이터를 통해 터치 디바이스와 터치점 사이의 거리 및 터치점의 좌표 등의 위치를 인식할 수 있다. 즉, 터치 디바이스 상면의 직접적인 터치뿐만 아니라, 터치 디바이스로부터 일정 거리 떨어진 지점에서의 공간 터치도 인식할 수 있다. 또한, 터치가 제스처 또는 모션 등의 형태로 이루어졌을 때 이를 인식할 수 있다. 또한, 터치하는 물체의 입체적인 형태를 인식할 수 있다. 또한, 터치의 속도를 인식할 수 있다. 이를 통해, 차별화된 사용자 인터페이스를 제공할 수 있고, 사용자 경험을 확대할 수 있다.

또한, 실시예에서는 상기 레이더 시스템을 통해 터치를 인식하므로, 외부의 전기적 노이즈에 영향을 받지 않는다. 즉, 실시예에서는 정전 방식의 전기장 필드로 터치를 인식하는 것과 다른 방식으로 터치를 인식하므로, 전기장의 영향이 없다.

한편, 레이더 신호는 파장이 퍼지는 성질을 가지므로 터치 디바이스 상에서 터치가 감지되는 영역을 확대할 수 있고, 사각지대가 존재하지 않는다. 즉, 기존에는 터치 디바이스가 베젤(bezel)을 포함하고, 이러한 베젤에서는 터치의 인식이 불가능하였으나, 실시예에서는 레이더 시스템을 이용하여 터치를 인식하므로 베젤뿐만 아니라, 터치 디바이스의 모든 영역에서 터치 감지가 가능하다.

도 1은 실시예에 따른 터치 디바이스의 사시도이다.
도 2는 실시예에 따른 터치 디바이스에 포함되는 안테나 시스템의 평면도이다.
도 3은 다른 실시예에 따른 터치 디바이스의 사시도이다.
도 4 내지 도 8은 실시예에 따른 터치 디바이스의 터치 인식 방법을 설명하기 위한 도면들이다.

실시예들의 설명에 있어서, 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들이 기판, 각 층(막), 영역, 패드 또는 패턴들의 “상/위(on)”에 또는 “하/아래(under)”에 형성된다는 기재는, 직접(directly) 또는 다른 층을 개재하여 형성되는 것을 모두 포함한다. 각 층의 상/위 또는 하/아래에 대한 기준은 도면을 기준으로 설명한다.

도면에서 각 층(막), 영역, 패턴 또는 구조물들의 두께나 크기는 설명의 명확성 및 편의를 위하여 변형될 수 있으므로, 실제 크기를 전적으로 반영하는 것은 아니다.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세하게 설명하면 다음과 같다.

도 1을 참조하면, 실시예에 따른 터치 디바이스는, 커버(100), 디스플레이(200) 및 레이더 시스템(300)을 포함할 수 있다.

상기 커버(100)는 상기 디스플레이(200) 상에 배치될 수 있다. 상기 커버(100)는 상기 디스플레이(200)를 외부 환경으로부터 보호할 수 있다. 상기 커버(100)는 글라스 또는 플라스틱을 포함할 수 있다. 일례로, 상기 커버(100)는 강화 글라스, 반강화 글라스, 소다라임 글라스 또는 강화 플라스틱을 포함할 수 있다.

상기 디스플레이(200)는 영상을 출력하기 위한 표시영역이 형성되어 있다. 이러한 터치 디바이스에 적용되는 디스플레이(200)는 일반적으로 상부기판 및 하부기판을 포함할 수 있다. 하부기판에는 데이터라인, 게이트라인 및 박막트랜지스터(TFT) 등이 형성될 수 있다. 상부기판은 하부기판과 접합되어 하부기판 상에 배치되는 구성요소들을 보호할 수 있다.

디스플레이(200)는 실시예에 따른 터치 디바이스가 어떠한 종류의 터치 디바이스인지에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있다. 즉, 실시예에 따른 터치 디바이스는 액정표시장치(LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시장치(PDP), 유기발광표시장치(OLED) 및 전기영동 표시장치(EPD) 등이 될 수 있으며, 이에 따라 디스플레이(200)는 다양한 형태로 구성될 수 있다.

상기 레이더 시스템(300)은 상기 디스플레이(200)의 하부에 배치될 수 있다. 상기 레이더 시스템(300)은 상기 디스플레이(200)의 후면에 배치될 수 있다. 즉, 상기 레이더 시스템(300)은 상기 디스플레이(200)의 화면이 표시되는 면과 반대되는 면에 배치될 수 있다. 따라서, 상기 레이더 시스템(300)에 의해 상기 디스플레이(200)의 화면이 가려지거나 화면의 시인이 방해되는 것을 방지할 수 있다.

상기 레이더 시스템(300)은 터치 디바이스의 터치를 인식할 수 있다. 이러한 레이더 시스템(300)은 전자기파를 이용하여 터치 디바이스의 터치를 감지할 수 있다. 이때, 상기 레이더 시스템(300)은 레이더 신호를 전자기파로 송신한다. 여기서, 레이더 신호는 터치 디바이스에 터치되는 입력 장치 또는 물체에서 반사되어, 터치 디바이스로 유입될 수 있다.

상기 레이더 시스템(300)은 기판(310), 레이더 송신부(323) 및 레이더 수신부(333)를 포함한다. 상기 레이더 시스템(300)은 도 2에 도시된 바와 같이 구현될 수 있다.

상기 기판(310)은 상기 레이더 시스템(300)에서 상기 레이더 송신부(323)와 상기 레이더 수신부(333)를 지지한다. 이때, 상기 기판(310)은 평판 구조를 가질 수 있다. 그리고 기판(310)은 다층 구조를 가질 수 있다. 또한 기판(310)에, 적어도 하나의 홈(도시되지 않음)이 형성될 수 있다. 여기서, 홈은 기판(310)의 상부에 형성될 수 있다.

상기 레이더 송신부(323)는 상기 레이더 시스템(300)에서 레이더 신호(St)를 송신한다. 이때 레이더 송신부(323)는 하나의 송신 채널(Tx)을 통해 레이더 신호(St)를 송신한다. 그리고 레이더 송신부(323)는 주기적으로 레이더 신호(St)를 송신한다. 이러한 레이더 송신부(323)는 송신 소자(325)와 송신 안테나(327)를 포함한다.

이때, 상기 레이더 송신부(323)는 1GHz 내지 15GHz의의 주파수 영역에서 레이더 신호를 송신할 수 있다. 이를 통해, 터치 디바이스 상면의 직접적인 터치뿐만 아니라, 터치 디바이스로부터 일정 거리 떨어진 지점에서의 공간 터치도 인식할 수 있다.

상기 송신 소자(325)는 송신 데이터로부터 레이더 신호를 생성한다. 이때, 송신 소자(325)는 송신 채널(Tx)에 대응하여, 레이더 신호를 생성한다. 이러한 송신 소자(325)는 발진부를 구비한다. 예를 들면, 발진부는 전압 제어 발진기(Voltage Controlled Oscillator; VCO), 발진기(oscillator) 등을 포함한다. 여기서, 송신 소자(325)는 기판(310)의 홈에 삽입될 수 있다.

상기 송신 안테나(327)는 레이더 신호(St)를 공중으로 송신한다. 상기 송신 안테나(327)는 레이더 신호(St)를 상기 디스플레이(200)의 상부로 송신한다. 상기 송신 안테나(327)는 레이더 신호(St)를 터치 디바이스의 상부로 송신한다. 이때, 상기 송신 안테나(327)는 송신 채널(Tx)을 통해 레이더 신호를 송신한다. 상기 송신 안테나(327)는 급전부(328)와 다수개의 방사체(329)들을 포함한다. 급전부(328)는 송신 소자(325)에 연결된다. 그리고 급전부(328)는 상기 방사체(329)들로 레이더 신호를 전달한다. 상기 방사체(329)들은 상기 급전부(328)에 분산되어 배열된다. 또한 상기 방사체(329)들이 실질적으로 레이더 신호를 송신한다.

상기 레이더 수신부(333)는 상기 레이더 시스템(300)에서 레이더 신호를 수신한다. 이때, 상기 레이더 수신부(333)는 다수개의 수신 채널(Rx1, Rx2)들을 통해 레이더 신호를 수신한다. 상기 레이더 수신부(333)는 다수개의 수신 안테나(335)들과 수신 소자(339)들을 포함한다. 여기서, 수신 채널(Rx1, Rx2)들이 수신 안테나(335)들에 각각 할당되고, 수신 안테나(335)들과 수신 소자(339)들이 개별적으로 대응된다.

상기 수신 안테나(335)들은 공중으로부터 레이더 신호(Sr)를 수신한다. 상기 수신 안테나(335)들은 레이더 신호(Sr)를 상기 디스플레이(200)의 상부로부터 송신한다. 상기 수신 안테나(335)들은 레이더 신호(Sr)를 터치 디바이스의 상부로부터 수신한다. 상기 수신 안테나(335)들은 터치 디바이스 상에 터치가 이루어질 때, 터치에 의한 반사 신호(Sr)를 수신한다. 이때, 수신 안테나(335)들은 수신 채널(Rx1, Rx2)들을 통해 레이더 신호를 수신한다. 즉 각각의 수신 안테나(335)가 각각의 수신 채널(Rx1, Rx2)을 통해 레이더 신호를 수신한다. 그리고 상기 수신 안테나(335)들은 상기 수신 소자(339)들로 레이더 신호를 전달한다. 이러한 각각의 수신 안테나(335)는 급전부(336)와 다수개의 방사체(337)들을 포함한다. 상기 급전부(336)는 각각의 수신 소자(339)에 연결된다. 상기 방사체(337)들은 상기 급전부(336)에 분산되어 배열된다. 또한, 상기 방사체(337)들이 실질적으로 레이더 신호를 수신한다. 이어서, 상기 방사체(337)들이 상기 급전부(336)로 레이더 신호를 전달한다.

상기 수신 소자(339)들은 레이더 신호(Sr)로부터 수신 데이터를 생성한다. 이때, 상기 수신 소자(339)들이 수신 채널(Rx1, Rx2)들에 대응하여, 수신 데이터를 생성한다. 즉 각각의 수신 소자(339)가 각각의 수신 채널(Rx1, Rx2)에 대응하여, 수신 데이터를 생성한다. 상기 수신 데이터를 분석하여 터치 디바이스의 터치를 인식할 수 있다.

상기 레이더 수신부(333)는 상기 레이더 송신부(327)보다 더 많을 수 있다. 구체적으로, 상기 수신 안테나(335)의 개수는 상기 송신 안테나(327)의 개수보다 더 많을 수 있다. 이를 통해, 다양한 형태의 터치에 대한 반사 신호(Sr)를 정밀하게 인식할 수 있다. 즉, 터치에 의한 반사 신호(Sr) 및 수신 데이터를 통해 터치 디바이스와 터치점 사이의 거리 및 터치점의 좌표 등의 위치를 인식할 수 있다. 또한, 터치가 제스처 또는 모션 등의 형태로 이루어졌을 때 이를 인식할 수 있다. 또한, 터치하는 물체의 입체적인 형태를 인식할 수 있다. 또한, 터치의 속도를 인식할 수 있다.

한편, 상기 송신 안테나(327) 및 수신 안테나(335)는 기판(310)의 한 변을 따라 연장되고, 상기 레이더 신호(Sr)는 파장이 퍼지는 성질을 가지므로 터치 디바이스 상에서 터치가 감지되는 영역을 확대할 수 있고, 사각지대가 존재하지 않는다. 즉, 기존에는 터치 디바이스가 베젤(bezel)을 포함하고, 이러한 베젤에서는 터치의 인식이 불가능하였으나, 실시예에서는 레이더 시스템을 이용하여 터치를 인식하므로 베젤뿐만 아니라, 터치 디바이스의 모든 영역에서 터치 감지가 가능하다.

한편, 상기 송신 안테나(327) 및 상기 수신 안테나(335)는 교대로 형성될 수 있고, 상기 송신 안테나(327)는 외곽에 배치되고, 상기 수신 안테나(335)는 내부에 형성될 수도 있다.

한편, 상기 수신 소자(339)는 저잡음 증폭기(Low Noise Amplifier; LNA), 아날로그-디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter; ADC) 등을 포함할 수 있다. 저잡음 증폭기는 레이더 신호를 저잡음 증폭한다. 아날로그-디지털 변환기는 레이더 신호를 아날로그 신호에서 디지털 데이터로 변환하여 수신 데이터를 생성한다. 여기서, 각각의 수신 소자(339)는 기판(310)의 홈에 삽입될 수 있다.

한편, 도 3을 참조하면, 상기 디스플레이(200)를 지지하는 케이스(400)를 더 포함할 수 있다. 상기 케이스(400)는 상기 디스플레이(200)를 보호할 수 있다. 이때, 상기 레이더 시스템(300)은 상기 케이스(400)의 하부에 배치될 수 있다. 즉, 상기 레이더 시스템(300)은 상기 케이스(400)의 후면에 배치될 수 있다.

실시예에서는 상기 레이더 시스템(300)을 통해 터치를 인식하므로, 외부의 전기적 노이즈에 영향을 받지 않는다. 즉, 실시예에서는 정전 방식의 전기장 필드로 터치를 인식하는 것과 다른 방식으로 터치를 인식하므로, 전기장의 영향이 없다.

상기 레이더 시스템(300)은 터치를 다양하게 인식할 수 있다. 상기 레이더 시스템(300)은 터치를 다각도로 인식할 수 있다.

일례로, 도 4 및 도 5를 참조하면, 상기 레이더 시스템(300)은 3차원의 공간에서 이루어지는 터치를 감지할 수 있다. 즉, 상기 레이더 시스템(300)은 입력 장치가 디스플레이(200)의 상면에 직접 접촉하지 않더라도 터치를 감지할 수 있다. 이때, 상기 레이더 시스템(300)은 터치 디바이스와 터지점(T) 사이의 거리(z축)를 인식할 수 있다. 상기 레이더 시스템(300)은 터치 디바이스의 상면으로부터 4 mm 내지 1 m 떨어진 지점까지 터치를 인식할 수 있다. 또한, 상기 레이더 시스템(300)은 상기 터치점(T)이 상기 터치 디바이스의 상면에 투영되는 지점(T’)의 좌표(x, y)를 인식할 수 있다.

한편, 상기 레이더 시스템(300)은 제스처 또는 모션을 인식할 수 있다. 일례로, 도 6을 참조하면, 상기 레이더 시스템(300)은 책장을 넘기는 제스쳐 또는 모션을 인식할 수 있다. 실시예가 이에 한정되는 것은 아니고, 상기 레이더 시스템(300)은 다양한 제스쳐 또는 모션을 인식할 수 있다.

또한, 상기 레이더 시스템(300)은 터치하는 물체의 입체적인 형태를 인식할 수 있다. 일례로, 도 7을 참조하면, 터치하는 물체의 모양에 따른 형태를 인식할 수 있다.

한편, 상기 레이더 시스템(300)은 터치하는 물체의 속도를 인식할 수 있다. 즉, 도 8에 도시한 바와 같이, 입력장치의 반복적인 터치가 있을 경우, 이러한 터치의 속도를 인식할 수 있다. 또한, 고속 센싱이 가능하다.

상기 레이더 시스템(300)을 통해 다양한 형태의 터치를 인식할 수 있다. 따라서, 차별화된 사용자 인터페이스를 제공할 수 있고, 사용자 경험을 확대할 수 있다.

한편, 이러한 터치 디바이스는 이동식 단말기, 네비게이션 등의 전자제품뿐만 아니라 사용자가 직접 착용하는 웨어러블 터치 디바이스에 적용될 수 있다. 일례로, 사용자가 직접 착용할 수 있는 스마트 워치 또는 스마트 글래스에도 적용될 수 있다.

상술한 실시예에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의하여 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예들을 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예들에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부한 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (13)

1. 화면이 표시되고 베젤을 포함하는 디스플레이; 및
   터치를 감지하는 레이더 시스템을 포함하고
   상기 레이더 시스템은,
   기판;
   상기 기판 상에 배치되고 신호를 송신하는 송신부 및 신호를 수신하는 수신부를 포함하고,
   상기 기판에는 홈이 형성되고,
   상기 송신부는 레이더 신호를 생성하는 송신 소자 및 레이더 신호를 송신하는 송신 안테나를 포함하고,
   상기 수신부는 레이더 신호를 수신하는 수신 안테나 및 수신한 레이더 신호로부터 수신 데이터를 생성하는 수신 소자를 포함하고,
   상기 송신 소자 및 상기 수신소자는 상기 홈에 삽입되고,
   상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나는 상기 기판의 한 변을 따라 연장하며 배치되고,
   상기 베젤은 상기 레이더 시스템에 의해 터치가 감지되는 터치 디바이스.
2. 제1항에 있어서,
   상기 레이더 시스템은 상기 디스플레이의 하부에 배치되는 터치 디바이스.
3. 제1항에 있어서,
   상기 수신부의 개수는 상기 송신부의 개수보다 더 많은 터치 디바이스.
4. 제1항에 있어서,
   상기 송신부는 1GHz 내지 15GHz의 주파수 영역에서 레이더 신호를 송신하는 터치 디바이스.
5. 제1항에 있어서,
   상기 송신 안테나 및 상기 수신 안테나는 방사체들을 포함하는 터치 디바이스.
6. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이를 지지하는 케이스를 더 포함하고,
   상기 레이더 시스템은 상기 케이스의 하면에 배치되는 터치 디바이스.
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