KR20130120815A - 터치스크린 패널 및 터치스크린 장치 - Google Patents

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이현석
박타준
이상호
정문숙
권용일
조병학
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Abstract

본 발명은 터치스크린 패널 및 터치스크린 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따르면, 기판, 상기 기판의 일면에 형성되며, 제1축 방향으로 연장되는 복수의 제1전극, 및 상기 일면에 형성되며, 상기 제1축과 교차하는 제2축 방향으로 연장되는 복수의 제2전극을 포함하고, 상기 기판은 상기 복수의 제1전극과 상기 복수의 제2전극 사이에 형성되는 복수의 제1슬릿 영역, 및 상기 복수의 제1전극과 상기 복수의 제2전극의 교차점 각각을 기준으로 상기 제1축 및 상기 제2축 중 적어도 하나에 대해 대칭으로 형성되는 복수의 제2슬릿 영역을 갖는 터치스크린 패널을 제안한다.

Description

터치스크린 패널 및 터치스크린 장치{TOUCH SCREEN PANEL AND TOUCH SCREEN APPARATUS}
본 발명은 복수의 전극 사이 및 복수의 전극 내에 슬릿을 형성함으로써, 터치 입력에 따른 정전용량 변화의 선형성을 개선하고 터치 입력에 따라 생성되는 신호의 SNR(Signal-to-Ratio, 신호대잡음비)을 높이며, 그에 따라 터치 입력 판단의 정확도를 높일 수 있는 터치스크린 패널 및 터치스크린 장치에 관한 것이다.
터치스크린, 터치패드 등과 같은 접촉 감지 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 접촉 감지 장치로 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, 디스플레이 장치의 유효 표시 영역에 해당하는 터치스크린의 영역 대부분에 전극이 형성되어야 하며, 터치 입력 감지를 위하여 복수의 전극이 일정한 패턴을 가져야 한다. 터치입력을 받아, 터치위치를 계산할 때, 빠른 응답속도 및 신뢰할 수 있는 저전력 TSP(Touch Screen Panel)시스템의 구현을 위해, 1차 직선에 보간(interpolation)을 하는 경우가 많다. 따라서, 터치위치에 따른 정전용량 값의 추이가 선형적(linear)인 것이 바람직하다. 터치위치에 따른 정전용량 값의 추이가 선형적(linear)이지 않으면, 각 터치입력 위치에서, 실제 얻어지는 정전용량 값과 보간값 사이의 차이만큼 시스템에서 터치오차가 추가되는 문제점이 있었다. 이를 위해, 터치입력 위치에 따른 정전 용량값들의 선형성을 개선하는 전극패턴의 형상을 갖는 것이 바람직하다.
인용발명1은 터치스크린의 감지 전극에 다수의 개구부를 형성하는 구성을 개시하고 있으나, 터치 입력 감지의 선형성 개선 등에 관한 내용은 전혀 개시된 바가 없다. 또한, 인용발명2는, 복수의 전극이 서로 교차하는 지점에 개구부를 형성하는 내용을 개시하고 있으나, 이는 터치 입력을 판단하기 위한 정전용량 변화를 높이기 위한 목적으로 개시된 내용일 뿐, 선형성 개선에 관련된 내용은 인용발명1과 마찬가지로 명시된 바 없다.
한국 등록특허공보 KR 10-1050464-0000 미국 공개특허공보 US 2011/0156930
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 정전용량 방식의 터치스크린 장치 또는 터치스크린 패널에 있어서 기판에 마련되는 복수의 전극 사이사이에 각 전극의 길이 방향과 교차하도록 복수의 제1 슬릿을 마련하고, 복수의 전극 중 적어도 일부 내부에는 적어도 하나의 제2 슬릿을 형성한다. 따라서, 터치 입력이 인가되는 위치에 따른 정전용량 변화에 대해 선형성을 보장하고 정전용량 변화의 SNR을 개선함으로써, 터치 입력을 감지하는 회로부에 추가적인 알고리즘이나 회로 구성을 부가하지 않아도 터치 입력을 정확하게 감지할 수 있는 터치스크린 장치 및 패널을 제공할 수 있다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 기판에 형성되며, 제1축 방향으로 연장되는 복수의 제1전극들, 및 상기 기판에 형성되며, 상기 제1축과 교차하는 제2축 방향으로 연장되는 복수의 제2전극들을 포함하고, 상기 복수의 제1전극과 상기 복수의 제2전극 사이에 상기 제1축 및 상기 제2축과 교차하는 방향으로 복수의 제1 슬릿들이 마련되고, 상기 복수의 제2전극 각각의 내부에 형성되는 적어도 하나의 제2 슬릿들을 포함하는 터치스크린 패널을 제안한다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 복수의 제1 슬릿과 교차하도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널을 제안한다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 복수의 제1 슬릿 중 적어도 하나와 평행하도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널을 제안한다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 제1축 및 상기 제2축 중 어느 하나와 평행하도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널을 제안한다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 그 길이 방향의 일단에서 상기 복수의 제1 슬릿 중 적어도 하나와 연결되도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널을 제안한다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 복수의 제1 슬릿과 분리되도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널을 제안한다.
또한, 상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 각각의 교차점을 중심으로, 상기 제1축 및 상기 제2축 중 어느 하나에 대하여 대칭이 되도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널을 제안한다.
또한, 상기 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 구동 신호가 인가된 제1 전극과 교차하는 상기 복수의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단하는 회로부를 더 포함하는 터치스크린 패널을 제안한다.
한편, 본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 둘 이상의 전극을 포함하며, 사각형 형상을 갖는 복수의 단위 감지 셀이 마련되는 패널부, 및 상기 복수의 단위 감지 셀과 전기적으로 연결되어 터치 입력을 판단하는 회로부를 포함하고, 상기 복수의 단위 감지 셀 각각은 상기 사각형 형상의 대각선 방향으로 연장되는 복수의 제1 슬릿과, 상기 복수의 제1 슬릿과 평행한 하나 이상의 제2 슬릿을 포함하며, 상기 복수의 제1 슬릿은 상기 둘 이상의 전극 사이에 형성되고, 상기 하나 이상의 제2 슬릿은 상기 둘 이상의 전극 중 적어도 하나의 내부에 형성되는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 단위 감지 셀 각각은, 상기 사각형 형상의 중심에서 서로 교차하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 단위 감지 셀 각각에 포함된 제1 전극과 제2 전극은, 인접한 다른 단위 감지 셀에 포함된 제1 전극 및 제2 전극과 연결되는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 단위 감지 셀 각각에 포함된 제1 전극은 상기 인접한 다른 단위 감지 셀에 포함된 제1 전극과 제1축 방향을 따라 연결되고, 상기 복수의 단위 감지 셀 각각에 포함된 제2 전극은 상기 인접한 다른 단위 감지 셀에 포함된 제2 전극과 제2축 방향을 따라 연결되는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 하나 이상의 제2 슬릿은, 상기 사각형 형상의 중심을 기준으로 상기 제1축 및 상기 제2축 중 어느 하나에 대하여 대칭이 되도록 형성되는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 제1 슬릿은 상기 사각형 형상의 중심을 기준으로 서로 대칭되도록 상기 둘 이상의 전극 사이에 형성되는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 회로부는, 상기 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단하는 터치스크린 장치를 제안한다.
본 발명에 따르면, 터치 입력 위치에 따른감지에 필요한 정전용량 변화의 선형성을 보장하고 정전용량 변화의 SNR을 개선하기 위하여, 일정한 반복 패턴을 갖는 전극 사이에 복수의 제1 슬릿을 형성하고, 일부의 전극 내부에 하나 이상의 제2 슬릿을 형성한다. 따라서 터치 입력의 좌표에 따라 실제로 생성되는 정전용량 변화와, 컨트롤러 IC가 인식하는 정전용량 변화 사이의 오차가 감소하게 되어, 컨트롤러 IC에 추가적인 회로 구성이나 알고리즘을 더하지 않아도 정확하게 터치 입력을 감지할 수 있다. 또한, 터치스크린 장치를 모바일 기기 등에 적용함에 있어서 컨트롤러 IC에 대한 튜닝 작업을 간소화함으로써 터치스크린 장치의 생산성을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 평면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치의 전극에 포함되는 슬릿을 설명하기 위한 도이다.
도 7 및 도 8은 본 실시예에 따른 터치스크린 장치의 동작을 설명하는 데에 제공되는 그래프이다.
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 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치가 적용될 수 있는 전자 기기를 나타낸 도이다. 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 접촉 감지 장치를 구비할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 기기 같은 경우 접촉 감지 장치가 디스플레이 장치에 일체화되어 구비되는 것이 일반적이며, 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치가 표시하는 화면이 투과할 수 있을 정도로 높은 빛 투과율을 가져야 한다. 따라서 접촉 감지 장치는 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide) 등과 같이 투명한 필름 재질의 베이스 기판에 투명하고 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 전도성 폴리머, 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 감지 전극을 형성함으로써 구현될 수 있다. 또한, 매우 얇은 선폭을 갖는 금속이 빽빽하게 배치되는 메쉬(mesh) 구조로 감지 전극을 형성하는 실시예 또한 적용될 수 있다. 디스플레이 장치의 베젤 영역에는 투명 전도성 물질로 형성된 감지 전극과 연결되는 배선 패턴이 배치되며, 배선 패턴은 베젤 영역에 의해 시각적으로 차폐되므로 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속 물질로도 형성이 가능하다.
물론, 본 발명에 따른 접촉 감지 장치가 노트북의 터치 패드 등과 같이 디스플레이 장치와 일체로 구비되지 않아도 되는 경우에는, 단순하게 회로기판에 금속으로 감지 전극을 패터닝하여 제조하는 것도 가능하다. 다만 설명의 편의를 위하여, 이하 터치스크린의 경우를 전제로 본 발명에 따른 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법을 설명한다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 패널을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 패널(200)은 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 단위 전극(220, 230)을 포함한다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 복수의 단위 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 단위 전극(220, 230)에서 생성되는 감지 신호를 검출하고, 그로부터 터치 입력을 판단할 수 있다.
터치스크린 장치의 경우, 기판(210)은 단위 전극(220, 230)이 형성되기 위한 투명한 기판일 수 있으며, PI(Polyimide), PMMA(Polymethylmethacrylate), PET(Polyethyleneterephthalate), PC(Polycarbonate)과 같은 플라스틱 재료, 또는 강화 글라스(tempered glass)로 마련될 수 있다. 또한, 단위 전극(220, 230)이 형성되는 영역 이외에, 단위 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 단위 전극(220, 230)은 기판(210)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있으며, 터치스크린 장치의 경우 투명하고 전도성을 갖는 ITO(Indium Tin-Oxide), IZO(Indium Zinc-Oxide), ZnO(Zinc Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), 그라핀 계열 물질 등으로 형성될 수 있다. 도 2에는 마름모, 또는 다이아몬드 형상의 패턴을 갖는 단위 전극(220, 230)이 도시되었으나, 이 외에 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
복수의 단위 전극(220, 230) 중 일부는 서로 연결되어 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극과, Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극을 구성한다. 제1 전극과 제2 전극은 기판(210)의 양면에 마련되거나, 또는 서로 다른 기판(210)에 마련되어 교차될 수 있으며, 기판(210)의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 전극과 제2 전극의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층을 형성할 수 있다.
복수의 단위 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되어 터치 입력을 감지하는 컨트롤러 집적 회로는, 터치 입력에 의해 복수의 단위 전극(220, 230)에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하고 그로부터 터치 입력을 감지한다. 제1 전극은 컨트롤러 집적 회로에서 D1~D8로 정의되는 채널에 연결되어 소정의 구동 신호를 인가받을 수 있으며, 제2 전극은 S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 접촉 감지 장치가 감지 신호를 검출하는 데에 이용될 수 있다. 이때, 컨트롤러 집적 회로는 제1 전극과 제2 전극 사이에서 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 감지 신호로 검출할 수 있으며, 제1 전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하고, 제2 전극에서 동시에 정전용량 변화를 검출하는 방식으로 동작할 수 있다.
본 실시예에서, 복수의 단위 전극(220, 230)은 X-Y 좌표 평면으로 정의되는 2차원 평면에서 X 축 또는 Y 축 방향으로 서로 연결되어 복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극을 구성한다. 복수의 제1 전극과 제2 전극은 기판(210)의 일면을 실질적으로 전부 차폐하도록 형성되며, 따라서 복수의 제1 전극과 제2 전극 사이에는 매우 좁은 폭을 갖는 복수의 제1 슬릿(225)이 형성된다. 또한, 복수의 제2 전극을 구성하는 일부의 단위 전극(230) 내부에도 하나 이상의 제2 슬릿(235)이 추가로 형성될 수 있다. 하나 이상의 제2 슬릿(235)은 복수의 제1 전극과 제2 전극의 교차점을 기준으로 X 축 또는 Y 축에 대해 대칭인 형상을 가질 수 있다.
이를 다른 관점에서 설명하면, 각 단위 전극(220, 230)을 적어도 하나 포함하는 단위 감지 셀(Unit Sensing Cell, 240)을 정의할 수 있다. 단위 감지 셀(240)은 도 2에 도시된 바와 같이 사각형 형상을 가질 수 있으며, 그 내부에 하나 이상의 단위 전극(220, 230)을 포함한다. 또한, 하나의 단위 감지 셀(240) 내에는 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극과 Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극이 하나 이상 포함될 수 있다.
복수의 제1 슬릿(225)은, 단위 감지 셀(240)을 정의하는 사각형 형상의 대각선이 교차하는 지점, 즉 사각형 형상의 중심을 기준으로 X 축 또는 Y 축을 따라서 사각형 형상의 꼭지점을 향해 연장된다. 즉, 복수의 제1 슬릿(225)은 하나의 단위 감지 셀(240)을 정의하는 사각형 형상의 대각선과 평행한 방향을 가질 수 있다. 도 2에는 복수의 제2 슬릿(235)의 길이 방향이 복수의 제1 슬릿(225)의 길이 방향과 평행한 것으로 도시되어 있으나, 이는 본 발명의 바람직한 실시예 가운데 하나일 뿐, 반드시 이와 같은 형태로 한정되는 것이다.
한편, 도 2에서는 제2 슬릿(235)이 제2 전극을 구성하는 단위 전극(230)에만 형성되는 것으로 도시되어 있는데, 이는 정전용량 변화에 해당하는 감지 신호를 검출하는 전극이 제2 전극인 경우를 가정했기 때문이다. 앞서 설명한 바와 같이, 컨트롤러 집적 회로는 채널 D1~D8에 연결된 제1 전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하고, 채널 S1~S8에 연결된 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단할 수 있다. 즉, 정전용량 변화를 검출하는 전극이 제2 전극이므로, 제2 전극에만 제2 슬릿(235)을 형성하여도 본 발명에서 달성하고자 하는 목적 및 효과를 이룰 수 있다. 정전용량 변화를 검출하는 제2 전극에 제2 슬릿(235)을 형성함으로써, 본 발명에서는 터치 입력의 움직임에 따른 선형성을 개선하고 터치 입력에 따른 감지 신호의 강도를 높일 수 있다. 이에 대해서는, 추후에 설명하기로 한다.
또한, 본 실시예에서, 복수의 제1 슬릿(225)과 제2 슬릿(235) 중 적어도 하나에는 더미 전극이 하나 이상 마련될 수 있다. 더미 전극은 제1 전극 및 제2 전극을 구성하는 단위 전극(230) 모두와 전기적으로 분리되며, 단위 전극(230)과 같은 물질 - ITO, ZnO, IZO, CNT, CP 등의 투명 전도성 재료 혹은 금속 메쉬(metal mesh) - 로 형성할 수 있다. 하나 이상의 더미 전극을 복수의 제1 슬릿(225)과 제2 슬릿(235) 내부에 마련함으로써, 제1 전극과 제2 전극의 패턴 보임 현상을 방지하고, 고른 시인성을 구현할 수 있다.
도 3은 도 2와 마찬가지로 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 평면도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 패널(300)는 기판(310)과 복수의 단위 전극(320, 330)을 포함한다. 도 2와 비슷하게, 복수의 단위 전극(320, 330) 중 일부(320)는 X 축 방향으로 서로 연결되어 복수의 제1 전극을 형성하고, 나머지 일부(330)는 Y축 방향으로 서로 연결되어 복수의 제2 전극을 형성한다. 제2 전극을 구성하는 단위 전극(330)은 각각 하나 이상의 제2 슬릿(335)을 포함한다. 이때, 도 3에 도시된 제2 슬릿(335)은 도 2에 도시된 제2 슬릿(235)과 달리 제2 전극을 구성하는 단위 전극(330)의 모서리와 교차하는 길이 방향을 가지며, 그 길이 방향의 일단이 단위 전극의 모서리와 직접 연결된다. 따라서, 도 3에 도시된 바와 같이 제2 전극을 구성하는 단위 전극(330)은 그 모서리 중 적어도 일부에서 개구(open)되는 형상을 갖는다.
도 3에 도시된 터치스크린 패널(300) 역시 도 2에 도시된 터치스크린 패널(200)와 유사하게 동작할 수 있다. 즉, 컨트롤러 집적 회로(미도시)는 채널 D1~D8에 연결된 제1 전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하고, 제2 전극으로부터 결합 정전용량(Mutual-Capacitance) 변화를 검출하여 터치 입력을 판단할 수 있다. 이때, 단위 전극의 모서리와 교차하는 길이 방향을 갖는 하나 이상의 제2 슬릿(335)을 제2 전극에 포함되는 단위 전극(330) 각각에 형성함으로써, 터치 입력에 의해 생성되는 정전용량 변화의 선형성을 개선할 수 있다.
한편, 도 2와 마찬가지로, 복수의 제1 슬릿(325)은 각 단위 전극(320, 330)의 사이사이에 형성될 수 있다. 따라서, 제2 전극을 구성하는 단위 전극(330)의 모서리와 직접 연결되는 제2 슬릿(335)은 복수의 제1 슬릿(325) 중 적어도 일부와 직접 연결된다. 또한, 제2 슬릿(335)은 복수의 제1 슬릿(325)의 길이 방향과 평행하지 않고 교차하는 길이 방향을 가질 수 있다.
도 2 및 도 3에 도시된 터치스크린 패널(200, 300)는, 모두 결합 정전용량 변화를 검출하는 방식에 따라 동작하는 것을 가정하였으며, 따라서 제2 전극을 구성하는 단위 전극에만 제2 슬릿(235, 335)이 형성되는 것으로 설명하였다. 그러나, 이와 달리 터치스크린 패널(200, 300)가 자체 정전용량(self-Capacitance) 변화를 검출하여 터치 입력을 감지하는 경우에는 제2 전극 뿐만 아니라, 제1 전극에도 슬릿(235, 335)이 형성될 수 있다.
한편, 도 3의 경우에도 도 2에서 설명한 실시예와 마찬가지로, 복수의 제1 슬릿(325)과 제2 슬릿(335) 중 적어도 하나에는 더미 전극이 하나 이상 마련될 수 있다. 도 2에서 설명한 바와 같이, 하나 이상의 더미 전극을 복수의 제1 슬릿(325)과 제2 슬릿(335) 내부에 마련함으로써, 제1 전극과 제2 전극의 패턴 보임 현상을 방지하고, 고른 시인성을 구현할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 패널부(410), 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)를 포함한다. 패널부(410)는 제1축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극과, 제1축에 교차하는 제2축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 정전용량 변화 C11~Cmn가 발생한다. 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 발생하는 정전용량 변화 C11~Cmn은 구동 회로부(420)에 의해 제1 전극에 인가되는 구동 신호에 의해 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화일 수 있다. 한편, 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.
구동 회로부(420)는 패널부(410)의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있으며, 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 인가될 수 있다. 도 4에는 구동 신호를 생성 및 인가하기 위한 회로가 복수의 제1 전극 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 제2 전극으로부터 정전용량 변화 C11~Cmn을 감지하기 위한 적분 회로를 포함할 수 있다. 적분 회로는 적어도 하나의 연산 증폭기와 소정 용량을 갖는 커패시터 C1을 포함할 수 있으며, 연산 증폭기의 반전 입력단이 제2 전극과 연결되어 정전용량 변화 C11~Cmn을 전압 신호 등와 같은 아날로그 신호로 변환, 출력한다. 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하는 경우, 복수의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 동시에 검출할 수 있으므로, 적분 회로는 제2 전극의 갯수 m개 만큼 구비될 수 있다.
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 패널부(410)에 인가된 터치 입력을 판단한다. 일실시예로, 연산부(450)는 패널부(410)에 인가된 터치 입력의 갯수, 좌표, 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치의 전극에 포함되는 슬릿을 설명하기 위한 도이다.
먼저 도 5a를 참조하면, 도 2에 도시된 바와 같은 형태의 제2 슬릿(235a)이 제2 전극을 구성하는 단위 전극(230a) 각각에 하나 이상 형성된다. 또한, 제1 전극을 구성하는 단위 전극(220a)과, 제2 전극을 구성하는 단위 전극(230a) 사이에는 복수의 제1 슬릿(225a)이 형성될 수 있다. 마름모 또는 이등변 삼각형 형상으로 정의될 수 있는 단위 전극(220a, 230a)과 비교하여, 각각의 제2 슬릿(235a)은 단위 전극의 모서리와 평행한 길이 방향을 갖는 2개의 직사각형이 서로 연결되는 V자 형상을 가질 수 있다. 하나의 단위 전극(230a) 내에는 하나 이상의 제2 슬릿(235a)이 마련되며, 제2 슬릿(235a) 전체가 단위 전극 내에 포함되도록 형성될 수 있다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 도 5a와 같이 단위 전극 내에 그 전체가 포함되는 형태의 슬릿을 개구 슬릿(opening slit)으로 정의하기로 한다.
도 5b는 도 5a와 다른 형태의 개구 슬릿을 설명하기 위한 도이다. 도 5b를 참조하면, 제2 전극을 구성하는 단위 전극(230b) 각각은 2개 또는 4개의 개구 슬릿(235b)을 포함한다. 마름모 또는 이등변 삼각형 형상을 갖는 단위 전극(230b) 내에는, 단위 전극(230b)의 각 모서리, 또는 복수의 제1 슬릿(225b)과 평행한 개구 슬릿(235b)이 포함되며, 개구 슬릿(235b) 전체는 앞서 정의한 바와 같이 단위 전극(230b) 내에 모두 포함될 수 있다. 또한, 도 5a와 도 5b에서 개구 슬릿(235a, 235b)은 각 단위 전극(230b)의 모서리에 인접하며, 복수의 제1 슬릿(225a, 225b)과 평행한 길이 방향을 갖도록 형성될 수 있다.
도 5a 및 도 5b에 도시된 개구 슬릿(235a, 235b)은, 제1 전극(220a, 220b)과 제2 전극(230a, 230b)의 교차점을 기준으로 X축 또는 Y축에서 서로 교차하는 형태를 갖는다. 도 5b를 참조하면, 각 단위 전극(230b)에 포함되는 제2 슬릿(235b)은 X축 방향과 Y축 방향 각각에서 서로 대칭된다. 이와 같이 제2 슬릿(235b)을 형성함으로써 터치 입력 판단에 필요한 정전용량 변화의 선형성을 개선하고, 감지 신호의 SNR을 개선할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치의 전극에 포함되는 슬릿을 설명하기 위한 도이다.
도 6a 및 도 6b를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 제2 전극을 구성하는 단위 전극(330a, 330b)에 대해서, 각 단위 전극(330a, 330b)의 모서리로부터 그 내부로 만입되는 형상의 제2 슬릿(335a, 335b)을 포함한다. 도 6a에 도시된 제2 슬릿(335a)은, 단위 전극(330a)의 모서리로부터 단위 전극(330a)의 내부로 연장되는 형태를 갖는다. 따라서, 도 6a에 도시된 제2 슬릿(335a)은, 그 일단에서 복수의 제1 슬릿(325a)과 연결될 수 있다. 또한, 도 5a 및 도 5b의 개구 슬릿(235a, 235b)과 마찬가지로, 도 6a에 도시된 제2 슬릿(335a) 역시 제1 전극(320a)과 제2 전극(330a)의 교차점을 기준으로 X축 또는 Y축 방향에서 서로 대칭되는 형상을 가질 수 있다.
도 6b는 도 6a와 다른 형태의 제2 슬릿(335b)을 갖는 터치스크린 장치를 도시한 것이다. 도 6b를 참조하면, 제2 전극을 구성하는 단위 전극(330b) 각각에 제2 슬릿(335b)이 형성되며, 제2 슬릿(335b)은 Y축 방향과 평행한 길이 방향을 갖는다. 도 5a와 유사하게, 제2 슬릿(335b)은 그 길이 방향의 일단에서 단위 전극(330b)의 모서리, 또는 복수의 제1 슬릿(325b)에 직접 연결되며, 따라서 단위 전극(330b)의 모서리 일부가 개구(open)되어 그 내측으로 만입되는 형상을 갖는다. 또한, 도 6b에 도시된 터치스크린 장치에서, 제2 슬릿(335b)은 제1 전극(320b)과 제2 전극(330b)의 교차점에서 X축 방향을 기준으로 서로 대칭되는 형상을 가질 수 있다.
도 6a 및 도 6b에 도시된 형태의 슬릿(335a, 335b)을 갖는 터치스크린 장치 역시, 도 5a 및 도 5b의 경우와 유사하게 터치 입력을 감지하는 데에 필요한 정전용량의 변화율 및 선형성 개선의 효과를 얻을 수 있다. 따라서, 도 7 및 도 8과 유사한 형태의 그래프를 갖는 결과를 도출할 수 있으며, 슬릿(335a, 335b)이 형성되지 않은 일반적인 터치스크린 장치에 비해 더욱 정확하게 터치 입력을 감지할 수 있다.
도 7 및 도 8은 본 실시예에 따른 터치스크린 장치의 동작을 설명하는 데에 제공되는 그래프이다. 도 7 및 도 8의 그래프는 도 6a 및 도 6b에 도시된 형태의 제1 슬릿(325a, 325b)과 제2 슬릿(335a, 335b)을 갖는 터치스크린 장치에서 얻을 수 있는 정전용량 변화의 선형성 개선 및 그에 따른 보간(interpolation) 적합성을 나타낸 것이다. 도 7과 도 8에서, 마름모 형태로 표시된 제1 그래프(710, 810)는 제1 슬릿(325a, 325b)만 포함하고, 제2 슬릿(335a, 335b)이 형성되지 않은 일반적인 형태의 단위 전극을 포함하는 터치스크린 장치의 정전용량 변화율 및 보간 적합성을 나타낸다. 한편, 제2 그래프(720, 820)와 제3 그래프(730, 830)는 각각 도 6a와 도 6b에 도시된 터치스크린 장치의 정전용량 변화율 및 보간 적합성을 나타낸다.
도 7을 참조하면, 그래프의 가로축은 Y축 좌표가 고정된 상태로 X축 좌표만 변화하도록 터치 입력이 이동할 때, 터치 입력의 이동에 따른 정전용량 변화율을 나타낸 것이다. 도 7의 그래프에 도시된 정전용량 변화율은 도 6a 및 도 6b에 표시된 단위 감지 셀(unit cell, 340a, 340b) 내에서의 터치 입력위치에 따른 정전용량 변화율에 대응한다. 이하, 설명의 편의를 위하여, 도 6a를 기준으로 도 7 및 도 8에 도시된 그래프를 설명한다.
도 6a 및 도 7을 참조하면, 하나의 단위 셀(340a) 내에서 터치 입력의 X축 좌표가 xpos_1부터 xpos_5까지 이동함에 따라서 정전용량 변화율이 점점 증가한다. 정전용량 변화율이 터치 입력위치에 따라서 증가하는 전반적인 특성은 제2 슬릿(335a)이 형성되지 않은 터치스크린 장치에 해당하는 제1 그래프(710)와, 도 6a의 터치스크린 장치에 해당하는 제2 그래프(720)가 모두 동일하다. 그러나, 도 7에 도시된 바와 같이 제2 그래프(720)에서는 모든 X축 좌표 xpos_1~xpos_5에 대해서 제1 그래프(710)보다 상대적으로 높은 정전용량 변화율이 나타난다. 도 7에서 정의한 정전용량 변화율은 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
수학식 1에서, △Cm은 터치 입력이 발생하지 않은 경우를 기준으로 터치 입력이 발생한 경우에 얻을 수 있는 정전용량 변화값이며, Cuntouch는 터치 입력이 발생하지 않은 경우에 검출되는 정전용량 값이다. 따라서, 도 7의 그래프에서 정전용량 변화율이 크다는 것은, 단위 셀(340a)에 포함된 단위 전극과 동일한 중첩 면적을 갖는 터치 입력이 발생하였을 때 상대적으로 강도가 높은 감지 신호를 얻을 수 있다는 의미이다. 따라서, 미세한 터치 입력을 감지하거나, 또는 감지 신호의 SNR을 개선함으로써 터치 입력 감지의 정확도를 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 8의 그래프는 터치 입력이 X축 방향으로만 이동할 때에 얻을 수 있는 보간 적합성을 나타낸 것이다. 도 8에서 보간 적합성은 정전용량의 변화율을 정규화(normalization)하여 얻을 수 있는 특성을 나타낸다.
도 8의 그래프에는 도 7과 달리 제4 그래프(840)가 추가로 도시되어 있는데, 제4 그래프(840)는 터치 입력을 판단하는 컨트롤러 IC 내부에서 터치 입력의 좌표를 계산하는 데에 필요한 일종의 기준 그래프이다. 예를 들어, 컨트롤러 IC 내부에서는 터치스크린 장치의 패널부에서 터치 입력의 좌표에 대한 선형성이 이미 보장되어 있는 상태라고 가정할 수 있다. 따라서, 터치 입력이 실제로 xpos_2에 발생하여 그에 대응하는 데이터로 0.8이 얻어진 경우에, 컨트롤러 IC는 제4 그래프(840)에 따라 터치 입력이 발생한 좌표를 xpos_2가 아닌 xpos_3이라고 계산할 수 있다.
도 8을 참조하면, 일반적인 터치스크린 장치에 대응하는 제1 그래프(810)에서는 제4 그래프(840)와의 차이가 상대적으로 크다. 예를 들어, 실제로 터치 입력이 xpos_2에서 발생한 경우, 그에 대응하여 0.82 정도의 데이터를 얻을 수 있으나, 컨트롤러 IC는 제4 그래프(840)를 기준으로 터치 입력의 좌표를 계산하게 되므로, 컨트롤러 IC가 계산하는 좌표는 xpos_3을 초과한 값이 된다.
반면, 제1 슬릿(325a, 325b)과 제2 슬릿(335a, 335b)이 마련되는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치의 경우를 도시한 제2, 제3 그래프(820, 830)을 참조하면, 터치 입력의 좌표 변화에 따른 데이터 값이 보다 제4 그래프(840)와 유사한 선형적인 형태를 갖는다. 따라서, 컨트롤러 IC가 제4 그래프(840)를 기준으로 터치 입력의 좌표를 계산하는 경우라 해도, 제1 그래프(810)에 해당하는 일반적인 터치스크린 장치에 비해 상대적으로 적은 오차가 발생하므로, 터치 입력 감지의 정확도를 높일 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.
200, 300 : 터치스크린 패널
210, 310 : 기판
220, 230, 320, 330 : 단위 전극
235, 335 : 슬릿

Claims (17)

  1. 기판에 형성되며, 제1축 방향으로 연장되는 복수의 제1전극; 및
    상기 기판에 형성되며, 상기 제1축과 교차하는 제2축 방향으로 연장되는 복수의 제2전극; 을 포함하고,
    상기 복수의 제1전극과 상기 복수의 제2전극 사이에 상기 제1축 및 상기 제2축과 교차하는 방향으로 복수의 제1 슬릿이 마련되고, 상기 복수의 제2전극 각각의 내부에 형성되는 적어도 하나의 제2 슬릿을 포함하는 터치스크린 패널.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 복수의 제1 슬릿과 교차하도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 복수의 제1 슬릿 중 적어도 하나와 평행하도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 제1축 및 상기 제2축 중 어느 하나와 평행하도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 그 길이 방향의 일단에서 상기 복수의 제1 슬릿 중 적어도 하나와 연결되도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 복수의 제1 슬릿과 분리되도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 적어도 하나의 제2 슬릿은, 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 각각의 교차점을 중심으로, 상기 제1축 및 상기 제2축 중 적어도 하나에 대하여 대칭이 되도록 상기 복수의 제2 전극 각각의 내부에 형성되는 터치스크린 패널.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 구동 신호가 인가된 제1 전극과 교차하는 상기 복수의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단하는 회로부; 를 더 포함하는 터치스크린 패널.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 제1 슬릿 및 상기 적어도 하나의 제2 슬릿 중 적어도 하나의 내부에 마련되는 더미 전극; 을 더 포함하는 터치스크린 패널.
  10. 둘 이상의 전극을 포함하며, 사각형 형상을 갖는 복수의 단위 감지 셀이 마련되는 패널부; 및
    상기 복수의 단위 감지 셀과 전기적으로 연결되어 터치 입력을 판단하는 회로부; 를 포함하고,
    상기 복수의 단위 감지 셀 각각은 상기 사각형 형상의 대각선 방향으로 연장되는 복수의 제1 슬릿과, 상기 복수의 제1 슬릿과 평행한 하나 이상의 제2 슬릿을 포함하며,
    상기 복수의 제1 슬릿은 상기 둘 이상의 전극 사이에 형성되고, 상기 하나 이상의 제2 슬릿은 상기 둘 이상의 전극 중 적어도 하나의 내부에 형성되는 터치스크린 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 단위 감지 셀 각각은, 상기 사각형 형상의 중심에서 서로 교차하는 제1 전극과 제2 전극을 포함하는 터치스크린 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 복수의 단위 감지 셀 각각에 포함된 제1 전극과 제2 전극은, 인접한 다른 단위 감지 셀에 포함된 제1 전극 및 제2 전극과 연결되는 터치스크린 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 복수의 단위 감지 셀 각각에 포함된 제1 전극은 상기 인접한 다른 단위 감지 셀에 포함된 제1 전극과 제1축 방향을 따라 연결되고,
    상기 복수의 단위 감지 셀 각각에 포함된 제2 전극은 상기 인접한 다른 단위 감지 셀에 포함된 제2 전극과 제2축 방향을 따라 연결되는 터치스크린 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 하나 이상의 제2 슬릿은, 상기 사각형 형상의 중심을 기준으로 상기 제1축 및 상기 제2축 중 적어도 하나에 대하여 대칭이 되도록 형성되는 터치스크린 장치.
  15. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 제1 슬릿은 상기 사각형 형상의 중심을 기준으로 상기 제1축 및 제2축에 서로 대칭되도록 상기 둘 이상의 전극 사이에 형성되는 터치스크린 장치.
  16. 제12항에 있어서, 상기 회로부는,
    상기 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가하고, 상기 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 터치 입력을 판단하는 터치스크린 장치.
  17. 제10항에 있어서,
    상기 복수의 단위 감지 셀 각각은, 상기 복수의 제1 슬릿과 상기 하나 이상의 제2 슬릿 중 적어도 하나의 내부에 마련되는 더미 전극; 을 더 포함하는 터치스크린 장치.
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