WO2013183925A1 - 터치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

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WO2013183925A1
WO2013183925A1 PCT/KR2013/004938 KR2013004938W WO2013183925A1 WO 2013183925 A1 WO2013183925 A1 WO 2013183925A1 KR 2013004938 W KR2013004938 W KR 2013004938W WO 2013183925 A1 WO2013183925 A1 WO 2013183925A1
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WO
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line
touch
sensing
driving
sensor node
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PCT/KR2013/004938
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오영진
정익찬
김준윤
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크루셜텍 주식회사
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    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
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    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes

Definitions

  • the present invention relates to an apparatus and method for detecting a touch, and more particularly, to a touch detection apparatus and a method for detecting a touch using mutual capacitance formed by a driving line and a sensing line.
  • the touch screen panel is a device for inputting a user's command by touching a character or a figure displayed on a screen of the image display device with a human finger or other contact means, and is attached to and used on the image display device.
  • the touch screen panel converts a contact position touched by a human finger or the like into an electrical signal, and the converted electrical signal is used as an input signal.
  • the capacitive touch panel converts a contact position into an electrical signal by detecting a change in capacitance that a conductive sensing pattern forms with other surrounding sensing patterns or ground electrodes when a human hand or an object comes in contact.
  • FIG. 1 is an exploded plan view of an example of a capacitive touch screen panel according to the related art.
  • the touch screen panel 10 may include a first sensor pattern layer 13, a first insulating layer 14, and a second sensor pattern layer sequentially formed on the transparent substrate 12 and the transparent substrate 12. 15) and the second insulating film layer 16 and the metal wiring 17. As shown in FIG.
  • the first sensor pattern layer 13 may be connected along the transverse direction on the transparent substrate 12.
  • the first sensor pattern layer 13 may be formed in a regular pattern in which a plurality of diamond shapes are connected in a line.
  • the first sensor pattern layer 13 may be formed of a plurality of Y patterns formed such that the first sensor pattern layers 13 positioned in one row having the same Y coordinate are connected to each other. ).
  • the second sensor pattern layer 15 may be connected along the column direction on the first insulating layer 14, and may be formed in the same diamond shape as the first sensor pattern layer 3, for example.
  • the second sensor pattern layer 15 is connected to each other, and the second sensor pattern layer 15 positioned in one column having the same X coordinate is connected to each other, and the first sensor pattern layer 13 does not overlap with the first sensor pattern layer 13. ) And alternately.
  • the second sensor pattern layer 15 is connected to the metal wires 17 in units of columns.
  • the first and second sensor pattern layers 13 and 15 may be made of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO), and the first insulating layer 14 may be made of a transparent insulating material.
  • ITO indium tin oxide
  • One sensor pattern layer 13 and 15 is electrically connected to the driving circuit through the metal wire 17, respectively.
  • the first sensor pattern layer 13 and the second sensor pattern layer 15 are formed of a conductor, and each sensor pattern layer may include a plurality of lines connected along a row or column direction on the substrate.
  • Contact means for the touch screen panel 10 through a change in capacitance formed by the lines in the row direction arranged in the pattern layer 13 and the lines in the column direction arranged in the second sensor pattern layer 15. It is possible to find out the contact status and its location.
  • metal wiring is required to maintain low resistance. This metal wiring thickens the bezel at the edges of the touch screen and creates an additional mask process.
  • the amount of variation which is an output value detected in a sensor pattern
  • Vdrv alternating voltage
  • ADC analog-to-digital converter
  • a touch signal is obtained by using a change amount. Since a touch is detected using a touch capacitance Ct, which is a capacitance formed between a sensor pattern as a human finger or a contact means contacts, the touch is touched. The noise generated at the time affects the output value detected in the sensor pattern, and there is a problem that a touch recognition error may occur.
  • another object of the present invention is to reduce the parasitic capacitance generated in the sensor node in the touch detection device including a plurality of sensor nodes to improve the sensitivity of the touch detection.
  • the touch detection device which is arranged in a row or column direction and includes a plurality of sensor nodes consisting of a drive line and a sense line
  • the alternating voltage is applied Drive line
  • a sense line configured to output a voltage change in response to an alternating voltage applied to the drive line
  • a touch detector configured to detect a touch by detecting a voltage change amount of the sense line according to an alternating voltage applied to the driving line while the sense line is floated after charging.
  • the sensing line may correspond to the sensor node, and the driving line may correspond to one or more sensor nodes.
  • Each of the sensor nodes may be formed of a first group including one or more lines branched from the driving line and a second group including one or more lines branched from the sensing line and belonging to the first group. And one of the second lines belonging to the second group may be at least partially surrounded by the other.
  • Each of the sensor nodes includes the driving line formed of a first comb pattern having a first specific interval and the sensing line formed of a second comb pattern having a second specific interval, wherein the second comb pattern is the first comb pattern.
  • the first comb pattern and the second comb pattern may be interlocked with each other to be inserted between the comb patterns.
  • Each of the sensor nodes may include a sensing line having a specific interval of a continuous H shape and a driving line having a shape corresponding to the specific interval of the sensing line, and the driving line may be disposed to be inserted between the sensing lines. .
  • Each of the sensor nodes includes a first spiral-shaped drive line converged to a specific point within the sensor node at a specific interval, and a sensing of a second spiral shape corresponding to the interval in the first spiral shape.
  • the sensing line may be arranged to be inserted between the driving lines.
  • Each of the sensor nodes may include a sensing line having one or more branching lines branched radially from a specific point, and a driving line formed to surround the radial pattern of the sensing line.
  • the centers of the respective sensor nodes may be arranged to be shifted by a predetermined distance in the column direction from the center of the nearest sensor node among the sensor nodes arranged in adjacent columns.
  • the touch detection apparatus may further include a dummy line extending between the column and the column or between the row and the row of the sensor node.
  • the total area occupied by the driving line in the sensor node may be larger than the total area occupied by the sensing line.
  • the touch detection apparatus When the touch detection apparatus detects a touch of a specific sensor node among the plurality of sensor nodes, the touch detection apparatus applies an output terminal voltage of a specific sensing line constituting the specific sensor node to a driving line or sensing line constituting another sensor node. It may further include a damping unit for reducing the capacitance.
  • the attenuator includes a buffer, and an input terminal of the buffer is connected to an output terminal of the specific sensing line, and an output terminal of the buffer is connected to another driving line or sensing line except for the driving line and the sensing line constituting the specific sensor node. Can be.
  • the touch detection method of the touch screen panel including a plurality of sensor nodes arranged in a row or column direction and composed of a driving line and a sensing line, after the sensing line is charged Plotting; Applying an alternating voltage to the drive line; And detecting a touch by detecting a voltage change amount of the sense line according to an alternating voltage applied to the driving line in the floating state of the sense line.
  • the sensing line may correspond to the sensor node, and the driving line may correspond to one or more sensor nodes.
  • Each of the sensor nodes may be formed of a first group including one or more lines branched from the driving line and a second group including one or more lines branched from the sensing line and belonging to the first group. And one of the second lines belonging to the second group may be at least partially surrounded by the other.
  • the touch detection step may include attenuating parasitic capacitance by applying an output terminal voltage of a sensing line constituting a specific sensor node to be detected as touch to a driving line or sensing line constituting another sensor node.
  • the touch may be detected using mutual capacitance formed by the driving line and the sensing line.
  • the parasitic capacitance is attenuated by applying the output terminal voltage of the sensor node to be detected to the other sensor node, and thus the touch sensitivity Can be improved.
  • FIG. 1 is an exploded plan view of an example of a capacitive touch screen panel according to the related art.
  • 2 and 3 are exemplary diagrams of mutual capacitance formed between a drive line and a sense line.
  • FIG. 4 is an exploded plan view of a touch detection apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a diagram illustrating a configuration of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a diagram illustrating a configuration of a touch detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a touch detector according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8 is an exemplary waveform diagram of a touch detector according to an embodiment of the present invention.
  • 9 and 10 are diagrams illustrating an example of a specific pattern of a sensor node according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of arranging a sensor node according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating an example of attenuating parasitic capacitance in the touch detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • 2 and 3 are diagrams for explaining such a touch detection method.
  • an electric field is formed between the two conductors according to the flow of flux, and the values form mutually unique capacitances, that is, mutual capacitances Cm. .
  • an arbitrary conductor for example, the first conductor C1 and the second conductor C2 is disposed on the upper surface of the structure including the first conductor C1 and the second conductor C2.
  • TSP touch screen panel
  • the first conductor C1 and the second are proportional to the amount of electric flux absorbed by the contact object.
  • the value of the mutual capacitance Cm between the conductors C2 is changed.
  • the touch screen panel according to the exemplary embodiment of the present invention may detect a touch by detecting a change in mutual capacitance Cm between the conductors C1 and C2.
  • the touch screen panel that performs touch detection in this manner is called a mutual touch screen panel.
  • the mutual touch screen panel includes a driving line to which a driving signal is applied and a sensing line providing a signal sensing point for touch detection.
  • the driving line and the sensing line are alternately disposed so as not to contact each other, and the driving line and the sensing line may correspond to the first conductor C1 and the second conductor C2 of FIG. 2, respectively.
  • FIG. 3 illustrates a situation in which a third object approaches the upper portions of the conductors C1 and C2 shown in FIG. 2.
  • a third object for example, a human finger (Finger) approaches over two conductors C1 and C2
  • the first conductor is larger than the distance between the first conductor C1 and the finger.
  • the distance between (C1) and the second conductor (C2) is relatively close, the total amount of flux absorbed by the finger is extremely smaller than the amount of flux transferred between the first conductor (C1) and the second conductor (C2). Lose.
  • the touch detection may be easily performed only when the distance between the first conductor C1 and the second conductor C2 and the distance between the first conductor C1 and the touch means (finger, etc.) are properly adjusted.
  • the distance between the first conductor and the finger is 'D'
  • the distance between the first conductor and the second conductor may be maintained at about 1/2 of 'D'.
  • Another embodiment of the touch detection method is a touch detection method for detecting a touch using a touch capacitance formed between the first conductor and the finger or between the second conductor and the finger.
  • this method has a problem of affecting the detection of the touch capacitance due to touch noise generated when a finger or the like is touched.
  • the influence on the touch noise may be minimized. . This is because the mutual capacitance Cm is formed between the conductor and the conductor, unlike the touch capacitance generated by the contact of the finger.
  • FIG. 4 is an exploded plan view of a touch detection apparatus according to an exemplary embodiment of the present invention
  • FIGS. 5 and 6 are views illustrating a detailed configuration of the touch detection apparatus 100 of FIG. 4.
  • the touch detection apparatus 100 includes a sensor node 110 and a driving device 200.
  • the touch detection apparatus 100 may include one or more sensor nodes 110 arranged in a row or column direction.
  • the sensor node 110 is an area configured by the driving line 120 and the sensing line 130, and may be referred to as a unit area for touch sensing. For example, when a touch input tool such as a finger or a conductor contacts the sensor node 110, the mutual capacitance Cm formed between the driving line 120 and the sensing line 130 may change. In this case, the touch may be detected.
  • the sensor node 110 may be formed by alternately arranging the driving line 120 and the sensing line 130.
  • the sensor node 110 according to another embodiment of the present invention may be an area corresponding to an intersection point at which the plurality of driving lines 120 and the plurality of sensing lines 130 cross each other, as shown in FIG. 6.
  • the sensor node 110 formed by the driving line 120 and the sensing line 130 will be described in more detail later.
  • a power source for example, an alternating voltage
  • the sensing line 130 outputs a signal for touch detection.
  • an alternating voltage alternated with a predetermined frequency is applied to the driving line 120, and the sensing line 130 outputs a signal corresponding to a touch state of the touch input tool in response to the alternating voltage.
  • the sensing line 130 may output a different voltage level value in response to the alternating voltage when the touch occurs and when the touch does not occur. This may result from the change in mutual capacitance Cm formed by the drive line 120 and the sense line 130.
  • the driving device 200 for driving the touch detection apparatus 100 may be formed on a circuit board such as a printed circuit board or a flexible circuit film, but is not limited thereto and may be directly mounted on a part of the substrate or the cover glass.
  • the driving device 200 may include a touch detector 210, a touch information processor 220, a memory 230, and a controller 240, and may be implemented as one or more integrated circuit (IC) chips.
  • the detector 210, the touch information processor 220, the memory 230, and the controller 240 may be separated from each other, or two or more components may be integrated and implemented.
  • the touch detector 210 may include a plurality of switches and a plurality of capacitors connected to the sensor node 110 and the signal wires.
  • the touch detector 210 receives a signal from the controller 240 and drives circuits for touch detection, Output the corresponding voltage.
  • the touch detector 210 may include an amplifier and an analog-to-digital converter.
  • the touch detector 210 may convert, amplify, or digitize the difference in the voltage change of the sensor node 110 and store the difference in the memory 230.
  • the touch detector 210 may detect a touch by detecting a change in mutual capacitance Cm formed between the driving line 120 and the sensing line 130 according to an alternating voltage.
  • the touch information processor 220 processes the digital voltage stored in the memory 230 to generate necessary information such as whether or not it is touched, a touch area, and touch coordinates.
  • the controller 240 may control the touch detector 210 and the touch information processor 220, may include a micro control unit (MCU), and perform predetermined signal processing through firmware.
  • MCU micro control unit
  • the memory 230 stores digital voltages and predetermined data used for touch detection, area calculation, and touch coordinate calculation or data received in real time based on the difference in the voltage change detected by the touch detector 210.
  • the attenuator 250 is further included in the driving device 200.
  • the attenuator 220 supplies the output terminal voltage of the specific sensing line including the specific sensor node, which is the current touch detection target, among the plurality of sensor nodes 110 to other sensor nodes.
  • the attenuation unit 220 may attenuate the parasitic capacitance Cp generated in other sensor nodes except for a specific sensor node that is a touch detection target among the plurality of sensor nodes.
  • the parasitic capacitance Cp refers to the capacitance accompanying the sensor node 110 and is a kind of parasitic capacitance formed by the sensor node 110, the driving line 120, the sensing line 130, and the like.
  • the parasitic capacitance Cp may be a concept including any parasitic capacitance generated by the touch detector 210, the touch panel, and the image display device. The function of the attenuation unit 220 will be described later in more detail.
  • the driving line 120 may correspond to one or more sensor nodes 110, while the sensing line 130 may be arranged to correspond to each of the sensor nodes 110.
  • the sensing lines 130 corresponding to each of the sensor nodes 110 are connected to each other, while the driving lines 120 arranged to correspond to the one sensor node 110 are separate from each other. It can be formed of a wiring.
  • the driving line 120 and the sensing line 130 may be alternately disposed so as not to overlap each other.
  • the driving line 120 and the sensing line 130 form geometric patterns such as a comb pattern, an antenna pattern, and a spiral pattern in the sensor node 110. In this regard, it will be described later with reference to FIGS. 9 and 10.
  • the plurality of driving lines 120 are disposed in one direction
  • the plurality of sensing lines 130 are disposed in the other direction
  • the intersection of the driving line 120 and the sensing line 130 is a sensor. It may also function as node 110.
  • the plurality of driving lines 120 and the plurality of sensing lines 130 may be formed in a regular pattern in which a plurality of diamonds or rods are arranged in a line.
  • the touch panel 100 of the mutual type is formed as an example in which the driving line 120 and the sensing line 130 are formed on different layers, the present invention is not limited thereto, and the driving line 120 is not limited thereto.
  • the sensing line 130 include a mutual touch panel formed on the same layer.
  • the sensor node 110 may be formed of two pattern layers. That is, the first pattern layer may include a plurality of driving lines 120 connected along the column direction on the substrate, and the second pattern layer may include a plurality of sensing lines 130 connected along the row direction. An area where the line 120 and the sensing line 130 intersect may be defined as the sensor node 110.
  • an insulating layer made of an insulating material may be included between the first pattern layer and the second pattern layer.
  • the direction in which the driving line and the sensing line are arranged may be changed. That is, a plurality of sensing lines may be disposed in the column direction, and a plurality of driving lines may be disposed in the row direction.
  • a row pattern and a column pattern may be formed together on one substrate, and an insulating material may be formed at a portion where the row pattern and the column pattern cross each other.
  • FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a touch detector 210 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 8 is an exemplary waveform diagram of the touch detector 210 according to an embodiment of the present invention.
  • the touch detector 210 may include a charger 211 and an alternating voltage generator 212.
  • the charging unit 211 floats the sensing line 130 after charging.
  • the charging unit 211 is connected to the sensing line 130 to supply the charging signal Vb.
  • the charging unit 211 may be a three-terminal switching device that performs a switching operation according to a control signal supplied to the on / off control terminal, or may be a linear device such as an OP-AMP that supplies a signal according to the control signal.
  • the alternating voltage generation unit 212 applies an alternating voltage to the driving line 120. That is, the alternating voltage generator 212 applies an alternating voltage alternated at a predetermined frequency to the output terminal of the driving line 120 to change the potential.
  • the alternating voltage generator 212 may generate a clock signal having the same duty ratio, but may generate an alternating voltage having a different duty ratio.
  • the sensing line 130 When the charging signal Vb is applied to the input terminal of the charging unit 211 while the charging unit 211 is turned on, the sensing line 130 is charged. After that, when the charging unit 211 is turned off, the signal charged in the sensing line 130 is isolated in a charged state unless it is discharged separately. This isolated state is called a floating state.
  • the floating state refers to an isolated state in a charged state unless the charged signal is turned off by the charging unit 211 to charge the electric charge and then the charging unit 211 is turned off.
  • the input terminal of the sense line 130 may have a high impedance to stably isolate the charged charge.
  • the thickness of one or more lines branching from the sensing line 130 or the sensing line 130 present on the sensor node 110 region is diverted from the driving line 120 or the driving line 120. It may be implemented to have a high impedance by making it smaller.
  • the charging unit 211 charges the sensing line 130 by applying a charging signal Vb.
  • the charging signal Vb may continuously maintain a high signal or may be in the form of a clock signal having a constant frequency, as shown in FIG. 8.
  • the charging signal Vb may be applied to charge the sensing line 130.
  • the switch SW has a constant frequency and can be switched on / off.
  • the sensing signal 130 may be in a floating state by being isolated from a state in which the charging signal Vb is charged.
  • the level of the output node voltage Vo of the sensing line 130 is changed. For example, when the alternating voltage KB drops from 5V to 0V, the output node voltage Vo of the sense line 130 also falls, and conversely, when the alternating voltage KB rises from 0V to 5V, sensing The output node voltage Vo of line 130 also rises.
  • the output node Vo of the sensing line 130 may be adjusted. It can be seen that the change amount ⁇ V appears differently during non-touch and touch. This is due to the change in the mutual capacitance Cm formed between the sense line 130 and the drive line 120, when the touch occurs or does not occur, the output node voltage change amount ⁇ V of the sense line 130. This is because the value is different.
  • the voltage change amount of the sensing line 130 between touch and non-touch can be obtained, and the same signal inside the touch detection apparatus 100 (for example, a controller) can be used.
  • the method of detecting touch using the touch capacitance Ct affects the output voltage Vo detected at the sensor node 110 by touch noise generated when a finger or the like touches the touch.
  • the detection apparatus 100 may reduce the influence due to touch noise by allowing the mutual capacitance Cm formed by the driving line 120 and the sensing line 130 to replace the touch capacitance Ct. Therefore, the touch detection apparatus 100 according to the exemplary embodiment may detect the touch according to the change of the mutual capacitance Cm instead of the touch capacitance Ct.
  • FIGS. 9 and 10 are diagrams illustrating an example of a specific pattern of a sensor node according to an embodiment of the present invention, and show a sensor node pattern in the touch detection apparatus as described with reference to FIG. 5.
  • FIG. 9 shows a specific pattern in one sensor node
  • FIG. 10 shows the state of sensor nodes arranged in four rows and four columns.
  • the driving line 120 and the sensing line 130 are alternately arranged so as not to overlap each other to form the sensor node 110.
  • each of the sensor nodes 110 includes a first group including one or more lines branched from the drive line 120 and a first group including one or more lines branched from the sense line 130. It is formed in two groups, one of the first line belonging to the first group and the second line belonging to the second group is formed in a form at least partially surrounded by the other.
  • the total area occupied by the driving line 120 in one sensor node 110 may be larger than the total area occupied by the sensing line 130.
  • the thickness of the one or more lines branched from the drive line 120 may be greater than the thickness of the one or more lines branched from the sense line 130.
  • the sensing line 130 needs to be charged and then maintained in a floating state for a predetermined time. Since the floating state is vulnerable to external noise, the stability In order to ensure the output terminal of the sense line 130 should have a high impedance. Therefore, when the thickness of the at least one line branched from the sense line 130 is smaller than the thickness of the at least one line branched from the drive line 120, the sense line 130 may have a high impedance, thereby providing a stable floating state. Will be able to maintain.
  • the sensor node 110 may have a comb pattern.
  • the sensor node 110 includes a driving line 120 formed in a first comb pattern having a first specific interval and a sensing line 130 formed in a second comb pattern having a second specific interval.
  • the second comb pattern may be interposed between the first comb pattern to arrange the first comb pattern and the second comb pattern.
  • the sensor node 110 may have an antenna pattern.
  • the sensor node 110 is composed of a sensing line 130 having a specific spacing of a continuous H shape and a driving line 120 having a shape corresponding to the specific spacing of the sensing line 130, and the driving line 120 senses the sensing line 130. It may be arranged to be inserted between the lines 130.
  • the sensor node 110 may have a spiral pattern.
  • the sensor node 110 has a spiral-shaped drive line 120 that converges to a specific point within the sensor node 110 at a specific interval, and the gap that exists in the spiral shape (gap between the drive lines 120).
  • Consists of a sensing line 130 having a spiral shape corresponding to a shape formed by the sensing line 130, and the sensing line 130 may be disposed to be inserted between the driving lines 120.
  • the sensor node 110 may be formed in a geometric pattern.
  • a sensing line 130 having one or more branching lines branching radially from a specific point in the sensor node 110, and a driving line formed to surround the radial pattern of the sensing line 130. 120.
  • at least one line perpendicular to the length direction of the branch line may be further formed at each branch line forming a radial shape of the sensing line 130.
  • FIG. 10 is a view in which the sensor node 110 in FIG. 9 is expanded in a 4x4 matrix, and corresponds to FIG. 9 from (a) to (d).
  • the driving line 120 constituting the sensor nodes 110 belonging to the same column may be branched from one common driving line.
  • the driving lines arranged in the same column may be connected to each other, and an alternating voltage may be commonly applied.
  • the sensing line 130 may be formed independently for each sensor node 110.
  • the touch detection apparatus 100 may include a dummy line 140 extending in a column direction.
  • the dummy line 140 may be disposed between the column and the column of the sensor node 110.
  • disposing the dummy line is to prevent interference (eg, an influence of parasitic capacitance due to the relationship between the sensor nodes 110) that may exist in the relationship between adjacent sensor nodes 110.
  • FIGS. 9 and 10 illustrate an example of a pattern formed by the driving line 120 and the sensing line 130 in the sensor node 110, the embodiment of the present invention is not limited thereto, and the driving line 120 is not limited thereto.
  • One or more lines branched from) and one or more branches branched from sense line 130 are to be understood as not departing from the scope of the present invention if the lines are arranged so as not to overlap each other to form a predetermined pattern.
  • FIG. 11 is a diagram illustrating an example of arranging a sensor node according to another exemplary embodiment of the present invention.
  • 11 (a) and 11 (b) show only a part of the sensor node included in the touch detection apparatus 100 to explain the arrangement of the sensor nodes.
  • the positions of the sensor nodes shown in FIG. 10A are arranged differently. Specifically, the sensor nodes are arranged side by side in the column direction, but are not disposed in the same row as adjacent sensor nodes in the row direction, but are arranged to be shifted by a predetermined interval. For example, the center of a particular sensor node may be shifted by a predetermined distance in the column direction from the center of the nearest sensor node disposed in an adjacent column.
  • the predetermined interval may be about 1/2 of the length in the column direction of the sensor node, but is not limited thereto.
  • a point where a touch is made is referred to as a touch area 'TA'.
  • the touch area TA spans two sensor nodes. At this time, the touch is detected from the change in the mutual capacitance Cm formed at each of the two corresponding sensor nodes.
  • the touch area TA is spread over three sensor nodes, and the mutual capacitance Cm formed at each of the three corresponding sensor nodes is measured. The touch is detected from the change.
  • the sensor nodes are arranged in at least partially displaced form compared to the form in which the sensor nodes are arranged side by side in the row and column directions (FIG. 11A) (FIG. 11B).
  • the touch area TA in the spans more sensor nodes, and thus touch generation is detected from more sensor nodes, the accuracy of touch detection can be further improved.
  • the sensor node 110 is formed of the driving line 120 and the sensing line 130, and the touch is detected through the change of the mutual capacitance Cm formed thereby. As a result, the influence of touch noise generated during touch can be minimized.
  • FIG. 12 is a diagram illustrating a configuration of a touch detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 12 is a diagram for describing the configuration and operation of the touch detection apparatus illustrated in FIG. 6.
  • the driving line 120 and the sensing line 130 may be provided in plural numbers and may be disposed to cross each other. In this case, an area where the driving line 120 and the sensing line 130 cross each other may function as the sensor node 110.
  • the mutual capacitance Cm occurring at the sensor node 110 is used to detect whether or not it is touched.
  • the mutual capacitance Cm ' is generated not only in the specific sensor node 110 that is a touch detection target, but also in other sensor nodes, the total capacitance Cm' generated in other sensor nodes except the specific sensor node. It acts as a parasitic capacitance.
  • the touch detection object is a 'Tx2Rx2' sensor node
  • the mutual capacitance Cm is generated between the driving line Tx2 and the sensing line Rx2 that cross the 'Tx2Rx2' sensor node, respectively.
  • the mutual capacitance (Tx1Rx1, Tx1Rx2, ..., TxnRxn) is also applied to the other sensor nodes (Tx1Rx1, Tx1Rx2, ..., TxnRxn) where the driving lines Tx1, Tx2, Tx3, ..., Txn and the respective sensing lines (Rx1, Rx2, Rx3, ..., Rxn) intersect.
  • Cm ') may cause the mutual capacitances Cm' generated at other sensor nodes except for the specific sensor node to be detected whether or not to touch the specific sensor node.
  • the parasitic capacitance Cp is reduced by using the attenuator 250 to improve the touch sensitivity.
  • the capacitance C When the vicinity of conductors charged with different polarities is surrounded by a material having a dielectric constant ( ⁇ ), the amount of charge (Q) collected in the conductor according to the magnitude of the potential between the conductors is called the capacitance (C). That is, the capacitance C may be expressed by Equation 1 below.
  • the capacitance C is proportional to the area A of the conductor and inversely proportional to the distance d between the conductors.
  • a dielectric material such as glass or OCA exists between the first pattern layer and the second pattern layer of the sensor node 110, and the first pattern layer and the second pattern are present.
  • the layers are insulated from each other through these dielectric materials.
  • the driving line 120 or the sensing line 130 disposed on the first pattern layer and the second pattern layer is formed of a conductor, and the touch detection device includes a structure including a large number of conductors and a dielectric material present in the vicinity thereof. It has a capacitor structure that forms a capacitance.
  • each conductor driving line or sensing line
  • the distance between the conductors and the dielectric constant ( ⁇ ) of the dielectric material present between the conductors cause unwanted capacitance to be formed, which is the parasitic capacitance Cp. do.
  • the parasitic capacitance Cm 'generated by another sensor node in addition to the mutual capacitance Cm of the specific sensor node 110 may be the parasitic capacitance Cp.
  • the arrangement of the conductors is very dense and many are distributed. Therefore, the amount of parasitic capacitance Cp generated thereby becomes very large. Therefore, attenuating or compensating such parasitic capacitance Cp becomes an important factor affecting the performance related to touch detection in the touch screen panel.
  • the attenuator 250 may change the output terminal voltage of the specific sensing line Rx2 including the sensor node Tx2Rx2, which is the current touch detection target among the plurality of sensor nodes, to different sensor nodes Tx1Rx1 and Tx1Rx2. , ..., TxnRxn). That is, the attenuator 250 may include a driving line crossing the output terminal voltage of the specific sensing line Rx2 including the sensor node Tx2Rx2 that is currently detected as a touch among the plurality of sensor nodes at the specific sensor node Tx2Rx2. It may be supplied to other drive lines Tx1, Tx3, ..., Txn and sense lines Rx1, Rx3, ..., Rxn, respectively, except for Tx2) and sense line Rx2.
  • the attenuator 250 may prevent shorts between the driving lines Tx1, Tx2, Tx3,..., Txn or the sensing lines Rx1, Rx2, Rx3,..., Rxn that are arranged in isolation. It may include a buffer 251. As illustrated in FIG. 12, an output terminal voltage of a specific sensing line including a sensor node currently selected as a touch detection object is input to other driving lines and sensing lines through the buffer 251 of the attenuator 250. That is, the input terminal of the buffer 251 is connected to the output terminal of the specific sensing line Rx2 including the sensor node Tx2Rx2 which is the current touch detection target, and the output terminal of the buffer 251 is connected to the specific driving line Tx2 and the specific terminal. It may be connected to the driving lines Tx1, Tx3, ..., Txn and the sensing lines Rx1, Rx3, ..., Rxn except for the sensing line Rx2, respectively.
  • the attenuator 250 includes driving lines Tx1 and Tx3 that cross the output terminal voltage of the specific sensing line Rx2 including the specific sensor node Tx2Rx2 at another sensor node adjacent to the specific sensor node Tx2Rx2. And sensing lines Rx1 and Rx3.
  • C is the capacitance value of the structure
  • V is the potential difference between the two conductors.
  • the capacitance C is proportional to the charge capacity of the charge, if the amount of charge Q to be charged is close to zero, it means that the capacitance C formed by the relationship between conductors also converges close to zero.
  • the present embodiment uses the above-described principle.
  • the present embodiment is adjacent to the sensing line Rx2 including the corresponding sensor node Tx2Rx2.
  • the parasitic capacitance Cp affecting the detection of touch is controlled by controlling the potentials of the existing driving lines Tx1, Tx3, ..., Txn and the sensing lines Rx1, Rx3, ..., Rxn to be close to the same level. Compensation to be close to '0'.
  • the output terminal voltage of the specific sensing line Rx2 including the sensor node Tx2Rx2, which is the current touch detection target among the sensor nodes, is stored through the buffer 251 of the attenuation unit 250.
  • the specific sensing line Rx2 When applied to the other driving lines Tx1, Tx3, ..., Txn and the sensing lines Rx1, Rx3, ..., Rxn except for the specific driving line Tx2 and the specific sensing line Rx2, respectively, the specific sensing line Rx2 ), The potential difference between the other driving lines Tx1, Tx3, ..., Txn and the sensing lines Rx1, Rx3, ..., Rxn is minimized, and thus parasitic capacitance generated in the sensor node can be effectively attenuated.
  • the most contributing part of the parasitic capacitance Cp that is, the mutual capacitance Cm 'formed at the sensor node other than the specific sensor node through the attenuator 250 may be reduced to the minimum.
  • the buffer 251 is a driving line (Tx1, Tx3, ..., Txn) or a sensing line (Rx1, Rx3, ..., different from the sense line (Rx2) including the sensor node (Tx2Rx2) to be detected the current touch.
  • Rxn may be implemented as a buffer amplifier (buffer amplifier) that functions to prevent shorts, adjust signals, and prevent interference.
  • the output terminal voltage of the sensing line Rx2 including the sensor node Tx2Rx2 to be detected is applied as it is to the other driving lines Tx1, Tx3, ..., Txn and the sensing lines Rx1, Rx3, ..., Rxn.
  • the gain of the buffer amplifier must be 1, but may be changed as necessary. That is, the gain of the buffer 251 included in the attenuation unit 250 may be changed to bring the potential difference between the sensor nodes close to '0'.
  • the parasitic capacitance generated in the other sensor node may be suppressed by the attenuation unit 250, thereby minimizing the parasitic capacitance and improving the sensitivity of the detection of touch occurrence. Can be.
  • FIG. 12 illustrates only the function of the attenuator 250 in the touch detection device having the configuration as described with reference to FIG. 6, the attenuator 250 may perform the same function in the touch detection device described with reference to FIG. 5. have.
  • the attenuation unit 250 outputs the voltage at the output line of the sense line 130 at the sensor node 110 to which the touch is currently detected.
  • the influence of the parasitic capacitance can be minimized.

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Abstract

실시예에 따르면, 행 또는 열 방향으로 배치되며, 구동 라인과 감지 라인으로 구성되는 복수 개의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 교번전압이 인가되는 구동 라인; 상기 구동 라인에의 교번전압 인가에 응답하여 전압 변화를 출력하는 감지 라인; 및 상기 감지 라인이 충전 후 플로팅된 상태에서, 상기 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.

Description

터치 검출 장치 및 방법
본 발명은 터치를 검출하는 장치 및 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구동 라인과 감지 라인에 의해 형성되는 상호 정전용량을 이용하여 터치를 검출하는 터치 검출 장치 및 방법에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 화면에 표시된 문자나 도형을 사람의 손가락이나 다른 접촉 수단으로 접촉하여 사용자의 명령을 입력하는 장치로서, 영상 표시 장치 위에 부착되어 사용된다. 터치 스크린 패널은 사람의 손가락 등으로 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환하고, 변환된 전기적 신호는 입력 신호로서 이용된다.
터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전 용량 방식 등이 알려져 있다. 이 중 정전 용량 방식의 터치 패널은 사람의 손 또는 물체가 접촉될 때 도전성 감지 패턴이 주변의 다른 감지 패턴 또는 접지 전극 등과 형성하는 정전 용량의 변화를 감지함으로써 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 1을 참고하면, 터치 스크린 패널(10)은 투명 기판(12)과 투명 기판(12) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴층(13), 제1 절연막층(14), 제2 센서 패턴층(15) 및 제2 절연막층(16)과 금속 배선(17)으로 이루어진다.
제1 센서 패턴층(13)은 투명 기판(12) 위에 횡방향을 따라 연결될 수 있으며, 예를 들어 복수의 다이아몬드 모양이 일렬로 연결된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 센서 패턴층(13)은 Y 좌표가 동일한 하나의 행에 위치하는 제1 센서 패턴층(13)끼리 서로 연결되도록 형성된 복수의 Y 패턴으로 이루어질 수 있으며, 행 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.
제2 센서 패턴층(15)은 제1 절연막층(14) 위에 열방향을 따라 연결될 수 있으며, 예를 들어 제1 센서 패턴층(3)과 동일한 다이아몬드 모양으로 형성될 수 있다. 제2 센서 패턴층(15)은 X 좌표가 동일한 하나의 열에 위치하는 제2 센서 패턴층(15)끼리 서로 연결되며, 제1 센서 패턴층(13)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴층(13)과 교호로 배치된다. 또한 제2 센서 패턴층(15)은 열 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.
제1 및 제2 센서 패턴층(13, 15)은 인듐-틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 제1 절연막층(14)은 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있다.
하나의 센서 패턴층(13, 15)은 각각 금속 배선(17)을 통해 구동회로와 전기적으로 연결된다.
터치 스크린 패널(10)에 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴층(13, 15) 및 금속 배선(17)을 통하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전용량의 변화가 전달된다. 그리고 이렇게 전달된 정전 용량의 변화가 X 및 Y 입력 처리 회로 등에 의하여 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.
제1 센서 패턴층(13) 및 제2 센서 패턴층(15)은 도전체로 형성되어 있으며, 각 센서 패턴층은 기판 위에 행 또는 열 방향을 따라 연결된 복수의 라인이 배치될 수 있는데, 제1 센서 패턴층(13)에 배치된 행 방향의 라인들과 제2 센서 패턴층(15)에 배치된 열 방향의 라인들에 의해 형성되는 정전용량의 변화를 통해 터치 스크린 패널(10)에 대한 접촉 수단의 접촉 여부 및 그 위치를 파악할 수 있다.
그러나, 각 라인 사이의 거리가 매우 가깝기 때문에, 접촉이 발생한 위치뿐만 아니라 그 주변에도 정전용량들이 발생하게 되어, 접촉 위치의 주변에 발생된 정전용량들이 기생 정전용량으로 작용될 수 있다. 이러한 기생 정전용량은 터치 발생 여부 검출의 정확성을 떨어뜨리는 문제점을 발생시킨다.
또한, 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전 용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전 용량 변화를 감지하여야 하므로 이를 위해서 복잡한 연산 및 통계 처리 과정이 요구된다.
그리고 정전 용량의 변화를 정해진 시간 내에 충분히 축적해야 하기 때문에 낮은 저항을 유지하기 위하여 금속 배선을 필요로 한다. 이러한 금속 배선은 터치 스크린의 테두리에 베젤을 두껍게 하고 추가의 마스크 공정을 발생시킨다.
또한, 교번전압(Vdrv) 같은 클록 신호를 인가한 후 센서패턴에서 검출되는 출력값인 변동량을 그대로 ADC(Analog to Digital Converter)의 입력으로 인가하여 ADC의 출력값을 구하고, 터치 미 발생시와 터치 발생시의 전압 변동분을 이용하여 터치 신호를 획득하는 방식으로 동작하게 되는데, 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉함에 따라 센서패턴 사이에 형성되는 정전용량인 터치정전용량(Ct)을 이용하여 터치를 검출하기 때문에, 터치시 발생하는 노이즈에 의해 센서패턴에서 검출되는 출력값에 영향이 가해지게 되고, 터치 인식 오류가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명은 구동 라인과 감지 라인에 의해 형성되는 상호 정전용량을 이용하여 터치를 검출하는 터치 검출 장치 및 방법을 제공하는 것을 그 목적으로 한다.
또한, 본 발명의 다른 목적은, 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량을 감쇄시켜 터치 여부 검출의 감도가 향상되도록 하는 것이다.
상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 행 또는 열 방향으로 배치되며, 구동 라인과 감지 라인으로 구성되는 복수 개의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 교번전압이 인가되는 구동 라인; 상기 구동 라인에의 교번전압 인가에 응답하여 전압 변화를 출력하는 감지 라인; 및 상기 감지 라인이 충전 후 플로팅된 상태에서, 상기 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.
상기 감지 라인은 상기 센서 노드에 각각 대응되고, 상기 구동 라인은 하나 이상의 센서 노드에 대응되는 것일 수 있다.
상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1 그룹 및 상기 감지 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2 그룹으로 형성되며, 상기 제1 그룹에 속하는 제1 라인 및 상기 제2 그룹에 속하는 제2 라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸인 것일 수 있다.
상기 센서 노드 각각은, 제1 특정 간격을 가지는 제1 빗살 무늬로 형성된 상기 구동 라인 및 제2 특정 간격을 가지는 제2 빗살 무늬로 형성된 상기 감지 라인으로 이루어지며, 상기 제2 빗살 무늬는 상기 제1 빗살 무늬 사이에 삽입되어 상기 제1 빗살 무늬 및 제2 빗살 무늬가 서로 맞물리도록 배치될 수 있다.
상기 센서 노드 각각은, 연속된 H 형상의 특정 간격을 가지는 감지 라인 및 상기 감지 라인의 특정 간격에 대응되는 형상의 구동 라인으로 이루어지며, 상기 구동 라인은 상기 감지 라인 사이에 삽입되도록 배치될 수 있다.
상기 센서 노드 각각은, 특정 간격을 가지고 상기 센서 노드 내의 특정 지점으로 수렴되는 제1 스파이럴(spiral) 형상의 구동 라인, 및 상기 제 1 스파이럴 형상 내의 간격에 대응하는 제2 스파이럴(spiral) 형상의 감지 라인으로 이루어지며, 상기 감지 라인은 상기 구동 라인 사이에 삽입되도록 배치될 수 있다.
상기 센서 노드 각각은, 특정 지점으로부터 방사(radial)상으로 분기되는 하나 이상의 분기 라인을 갖는 감지 라인, 및 상기 감지 라인의 상기 방사상 패턴을 감싸도록 형성되는 구동 라인으로 이루어질 수 있다.
상기 각 센서 노드의 중심은 인접한 열에 배치된 센서 노드 중 최인접 센서 노드의 중심과 열 방향으로 소정 간격만큼 어긋나게 배치될 수 있다.
상기 터치 검출 장치는, 상기 센서 노드의 열과 열 사이 또는 행과 행 사이에서 연장 배치되는 더미 라인을 더 포함할 수 있다.
상기 센서 노드 내에서 상기 구동 라인이 차지하는 총 면적은 상기 감지 라인이 차지하는 총 면적보다 클 수 있다.
상기 터치 검출 장치는, 상기 복수의 센서 노드 중 특정 센서 노드에 대한 터치 검출 시, 상기 특정 센서 노드를 구성하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 다른 센서 노드를 구성하는 구동 라인 또는 감지 라인에 인가하여 기쟁 정전용량을 감쇄시키는 감쇄부를 더 포함할 수 있다.
상기 감쇄부는 버퍼를 포함하며, 상기 버퍼의 입력단은 상기 특정 감지 라인의 출력단과 연결되고, 상기 버퍼의 출력단은 상기 특정 센서 노드를 구성하는 구동 라인 및 감지 라인을 제외한 다른 구동 라인 또는 감지 라인에 연결될 수 있다.
한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 행 또는 열 방향으로 배치되며 구동 라인과 감지 라인으로 구성되는 복수 개의 센서 노드를 포함하는 터치 스크린 패널의 터치 검출 방법에 있어서, 상기 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 단계; 상기 구동 라인에 교번전압을 인가하는 단계; 및 상기 감지 라인의 플로팅 상태에서 상기 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법이 제공된다.
상기 감지 라인은 상기 센서 노드에 각각 대응되고, 상기 구동 라인은 하나 이상의 센서 노드에 대응되는 것일 수 있다.
상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1 그룹 및 상기 감지 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2 그룹으로 형성되며, 상기 제1 그룹에 속하는 제1 라인 및 상기 제2 그룹에 속하는 제2 라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸여 있을 수 있다.
상기 터치 검출 단계는, 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 구성하는 감지 라인의 출력단 전압을 다른 센서 노드를 구성하는 구동 라인 또는 감지 라인에 인가하여 기생 정전용량을 감쇄시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 구동 라인과 감지 라인에 의해 형성되는 상호 정전용량을 이용하여 터치를 검출할 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 터치 검출을 위해 터치정전용량이 아닌 상호 정전용량을 이용하기 때문에, 터치시 발생하는 노이즈의 영향이 감소되며, 터치 인식에 대한 정확도가 향상될 수 있다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 복수의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 검출 대상인 센서 노드의 출력단 전압이 다른 센서 노드에 인가됨으로써, 기생 정전용량이 감쇄되고, 이에 따라 터치 감도가 향상될 수 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 2 및 도 3은 구동 라인과 감지 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량에 관한 예시적인 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면이다.
도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 특정 패턴에 대한 일 예에 관한 도면이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드를 배치하는 일 예에 관한 도면이다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치에서 기생 정전용량을 감쇄시키는 일례를 도시한 도면이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
명세서 전체에서, 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 "직접적으로 연결"되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 부재를 사이에 두고 "간접적으로 연결"되어 있는 경우도 포함한다. 또한 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 구비할 수 있다는 것을 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2 및 도 3은 이러한 터치 검출 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 2에 도시된 바와 같이, 두 개의 도체 사이에는 플럭스(Flux)의 흐름에 따라 전기장(Electric Field)이 형성되고, 이 값에 의해 상호 간의 고유한 커패시턴스, 즉 상호 정전용량(Cm)이 형성된다.
도 2와 같이, 제1 도체(C1)와 제2 도체(C2)를 포함하는 구조의 상면에 임의의 도체(예를 들어, 제1 도체(C1)와 제2 도체(C2)가 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel; TSP)을 이루는 구성요소로 가정했을 경우에는 손가락 등)에 의한 접촉이 이루어지면 접촉 물체가 흡수하는 전기 플럭스(Electric Flux)의 양에 비례하여 제1 도체(C1)와 제2 도체(C2) 간의 상호 정전용량(Cm)의 값이 변화하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널은 이러한 도체(C1, C2) 간의 상호 정전용량(Cm)의 변화를 감지하여 터치를 검출할 수 있다.
이러한 방식으로 터치 검출을 수행하는 터치 스크린 패널을 뮤추얼(Mutual) 방식의 터치 스크린 패널이라고 한다. 이러한 뮤추얼 방식의 터치 스크린 패널은 구동 신호가 인가되는 구동 라인 및 터치 검출을 위한 신호 감지 지점을 제공하는 감지 라인을 포함한다.
통상적으로 구동 라인과 감지 라인은 서로 접하지 않도록 교호적으로 배치되는데, 이러한 구동 라인과 감지 라인을 각각 도 2의 제1 도체(C1) 및 제2 도체(C2)에 대응시킬 수 있다.
도 3은 도 2에 도시되는 도체(C1, C2) 상부에 제3의 물체가 근접한 경우의 상황을 도시한 것이다.
도 3에 도시된 바와 같이, 제3의 물체, 예를 들어 사람의 손가락(Finger)이 2개의 도체(C1, C2) 위에 접근하는 경우, 제1 도체(C1)와 손가락 간의 거리보다 제1 도체(C1)와 제2 도체(C2)의 거리가 상대적으로 가깝게 구성되면, 손가락에 흡수되는 플럭스의 총량이 제1 도체(C1)와 제2도체(C2) 사이에 전달되는 플럭스의 양보다 극히 작아진다.
따라서, 제1 도체(C1)와 제2 도체(C2)간 거리, 및 제1 도체(C1)와 터치 수단(손가락 등) 간의 거리가 적절히 조절되어야 터치 검출이 용이하게 이루어질 수 있다.
예를 들어, 제1 도체와 손가락 사이의 거리를 'D'라고 가정하면, 제1 도체와 제2 도체의 거리는 'D'의 1/2 수준으로 유지할 수 있다.
터치 검출 방식의 다른 실시예 중에는 제1 도체와 손가락 사이 또는 제2 도체와 손가락 사이에서 형성되는 터치정전용량을 이용하여 터치를 검출하는 터치 검출 방식이 있다. 그러나, 이러한 방식은 손가락 등이 접촉시 발생하는 터치 노이즈로 인해 터치정전용량을 검출하는데 영향을 미치는 문제점이 있다.
본 발명의 일 실시예에 따라, 터치정전용량을 대신하여 제1 도체와 제2 도체 사이에서 형성되는 상호 정전용량(Cm)을 이용하여 터치를 검출한다면, 터치 노이즈에 대한 영향을 최소화할 수 있다. 이는, 상호 정전용량(Cm)은 손가락의 접촉에 의해 발생하는 터치정전용량과 다르게, 도체와 도체 사이에 형성되기 때문이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이며, 도 5 및 도 6은 도 4의 터치 검출 장치(100)의 세부 구성을 나타내는 도면이다.
도 4 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 검출 장치(100)는 센서 노드(110) 및 구동 장치(200)를 포함한다.
터치 검출 장치(100)는 행 또는 열 방향으로 배치된 하나 이상의 센서 노드(110)를 포함할 수 있다.
센서 노드(110)는 구동 라인(120) 및 감지 라인(130)이 구성하는 영역으로서, 터치 감지를 위한 단위 영역이라고 할 수 있다. 예를 들어, 손가락이나 도전체와 같은 터치입력도구가 센서 노드(110)에 접촉을 할 시에는, 구동 라인(120)과 감지 라인(130) 간에 형성되는 상호 정전용량(Cm)이 변화될 수 있는데, 이를 통하여 터치를 검출할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드(110)는 도 5에 도시되는 바와 같이 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 교호(交互)적으로 배치되어 형성될 수 있다. 또한, 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 노드(110)는 도 6에 도시되는 바와 같이 복수의 구동 라인(120)과 복수의 감지 라인(130)이 교차하는 교차점에 해당하는 영역일 수 있다. 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 형성하는 센서 노드(110)에 대해서는 후에 더욱 상세히 설명하기로 한다.
구동 라인(120)에는 전원(예를 들어, 교번 전압)이 인가되며, 감지 라인(130)은 터치 검출을 위한 신호를 출력한다. 예를 들어, 구동 라인(120)에는 소정 주파수로 교번하는 교번전압이 인가되고, 감지 라인(130)은 교번전압에 응답하여 터치입력도구의 터치 상태에 따른 신호를 출력한다. 일 예로, 감지 라인(130)은 교번전압에 응답하여, 터치가 발생한 경우와 발생하지 않은 경우에 상이한 전압 레벨 값을 출력할 수 있다. 이것은, 구동 라인(120)과 감지 라인(130)에 의해 상호 간에 형성된 상호 정전용량(Cm)의 변화로부터 기인될 수 있다.
터치 검출 장치(100)를 구동하기 위한 구동 장치(200)는 인쇄 회로 기판이나 가요성 회로 필름과 같은 회로 기판 위에 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않으며 기판 또는 커버 유리의 일부에 직접 실장될 수도 있다. 구동 장치(200)는 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230) 및 제어부(240) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 집적회로(IC) 칩으로 구현될 수 있으며, 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230) 및 제어부(240)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.
터치 검출부(210)는 센서 노드(110) 및 신호 배선과 연결된 복수의 스위치와 복수의 커패시터를 포함할 수 있으며, 제어부(240)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 또한 터치 검출부(210)는 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 센서 노드(110)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(230)에 기억시킬 수 있다.
터치 검출부(210)는 교번 전압 인가에 따라 구동 라인(120)과 감지 라인(130) 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출하여 터치를 검출할 수 있다.
터치 정보 처리부(220)는 메모리(230)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.
제어부(240)는 터치 검출부(210) 및 터치 정보 처리부(220)를 제어하며, 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit, MCU)을 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.
메모리(230)는 터치 검출부(210)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초한 디지털 전압과 터치 검출, 면적 산출, 터치 좌표 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 기억한다.
한편, 본 발명의 실시예에 따르면, 구동 장치(200)에 감쇄부(250)가 더 포함된다. 감쇄부(220)는 복수의 센서 노드(110) 중 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 다른 센서 노드에 공급한다. 이로 인해, 감쇄부(220)는 복수의 센서 노드 중 터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량(Cp)을 감쇄시킬 수 있다. 여기서, 기생 정전용량(Cp)은 센서 노드(110)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서 노드(110), 구동 라인(120), 감지 라인(130) 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 또한, 기생 정전용량(Cp)은 터치 검출부(210), 터치 패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생 용량을 포함하는 개념일 수 있다. 감쇄부(220)의 기능에 대해서는 후에 더욱 상세히 설명하기로 한다.
먼저, 도 5 및 도 6을 참조하여 구동 라인(120) 및 감지 라인(130)이 배치되는 형상에 대해 설명한다.
도 5를 참조하면, 구동 라인(120)은 하나 이상의 센서 노드(110)에 대응되는 반면, 감지 라인(130)은 센서 노드(110) 각각에 대응되도록 배열될 수 있다. 예를 들면, 센서 노드(110) 각각에 대응되는 감지 라인(130)들은 그 배선이 서로 연결되는 반면에, 각각이 하나씩의 센서 노드(110)에 대응되도록 배열되는 구동 라인(120)들은 서로 별개의 배선으로 형성될 수 있다.
센서 노드(110) 내에서는 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 서로 중첩되지 않게 교호(交互)적으로 배치될 수 있다. 구동 라인(120)과 감지 라인(130)은 센서 노드(110) 내에서 빗살 무늬 패턴, 안테나 패턴, 스파이럴 패턴 등 기하학적인 패턴을 형성한다. 이와 관련하여서는, 도 9 및 도 10을 참조하여 후술하기로 한다.
다음으로, 도 6을 참조하면, 복수의 구동 라인(120)이 일방향으로 배치되고 복수의 감지 라인(130)이 타방향으로 배치되며, 구동 라인(120)과 감지 라인(130)의 교차점이 센서 노드(110)로 기능할 수도 있다. 이 때, 복수의 구동 라인(120)과 복수의 감지 라인(130)은 복수의 다이아몬드 모양 또는 막대 모양이 일렬로 배치된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다. 도 6에서는 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 서로 다른 층에 형성된 뮤추얼(Mutual) 방식의 터치 패널(100)을 예로 들어 설명하였으나, 본 발명은 이에 국한 되는 것은 아니며, 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 동일한 층에 형성된 뮤추얼 방식의 터치 패널을 포함한다.
센서 노드(110)는 두 개의 패턴층으로 형성되는 것일 수 있다. 즉, 제1 패턴층은 기판 위에 열 방향을 따라 연결된 복수의 구동 라인(120)을 포함하고, 제2 패턴층은 행 방향을 따라 연결된 복수의 감지 라인(130)을 포함할 수 있으며, 상기 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 교차하는 영역을 센서 노드(110)라 정의할 수도 있다. 여기서, 제1패턴층과 제2패턴층 사이에는 절연 물질로 이루어진 절연막층이 포함될 수 있다. 이 때, 구동 라인과 감지 라인이 배치되는 방향은 서로 바뀔 수 있다. 즉, 열 방향에 복수의 감지 라인이 배치되고, 행 방향에 복수의 구동 라인이 배치될 수도 있다.
다른 예로, 한 개의 기판 위에 행 방향의 패턴 및 열 방향의 패턴이 함께 형성될 수도 있으며, 행 방향의 패턴과 열 방향의 패턴이 교차하는 부분에 절연 물질이 형성될 수도 있다.
이하에서는, 도 4 내지 도 6을 참조하여 설명한 본 발명의 터치 검출 장치의 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출부(210)를 예시한 회로도이고, 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출부(210)의 예시적인 파형도이다.
터치 검출부(210)는 충전부(211) 및 교번전압 생성부(212)를 포함할 수 있다.
도 7을 참조하면, 충전부(211)는 감지 라인(130)을 충전 후 플로팅시킨다. 구체적으로, 충전부(211)는 감지 라인(130)에 연결되어 충전 신호(Vb)를 공급한다. 충전부(211)는 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 3단자 형의 스위칭 소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP-AMP 등의 선형 소자일 수 있다.
교번전압 생성부(212)는 구동 라인(120)에 교번전압을 인가한다. 즉, 교번전압 생성부(212)는 소정 주파수로 교번하는 교번전압을 구동 라인(120)의 출력단에 인가하여 전위를 변동시킨다. 교번전압 생성부(212)는 듀티비(duty ratio)가 동일한 클록 신호를 생성할 수도 있으나, 듀티비가 상이한 교번전압을 생성할 수도 있다.
충전부(211)를 턴 온 시킨 상태에서 충전부(211)의 입력단에 충전 신호(Vb)를 인가하면, 감지 라인(130)이 충전된다. 이 후, 충전부(211)를 턴 오프 시키면 감지 라인(130)에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 상태로 고립된다. 이러한 고립 상태를 플로팅(Floating) 상태라 칭한다.
즉, 플로팅 상태는, 충전부(211)에 의해 턴 온 시켜 전하를 충전시킨 후, 충전부(211)를 턴 오프 시켜 충전된 신호가 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 상태에서 고립된 상태를 의미한다.
이 때, 충전된 전하를 안정적으로 고립시키기 위하여 감지 라인(130)의 입력단은 하이 임피던스를 가질 수 있다. 이를 위하여, 센서 노드(110) 영역 상에 존재하는 감지 라인(130) 또는 감지 라인(130)으로부터 분기된 하나 이상의 라인이 구동 라인(120) 또는 구동 라인(120)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께보다 작도록 하여, 하이 임피던스를 가지도록 구현할 수도 있다.
도 8을 참조하면, 감지 라인(130)이 플로팅 상태일 때, 구동 라인(120)에 공급되는 교번전압이, 예를 들면 0V에서 5V로 상승하면 감지 라인(130)의 출력 노드에서의 출력 전압(Vo)은 순간적으로 상승되고, 다시 교번전압이 5V에서 0V로 하강하면 출력 전압(Vo)의 레벨은 순간적으로 강하된다. 이 때의 전압 레벨의 상승과 강하는 연결된 정전용량에 따라 상이한 값을 갖게 된다. 이렇게 연결된 정전용량에 따라 전압 레벨의 상승 값 또는 하강 값이 바뀌는 현상은 "kick-back"이라고 불리기도 한다.
도 7 및 도 8을 참조하여, 터치 스크린 패널에 발생하는 터치를 검출하는 방법에 대해 설명하기로 한다.
먼저, 충전부(211)가 충전 신호(Vb)를 인가하여 감지 라인(130)을 충전한다. 충전 신호(Vb)는 계속적으로 하이 신호를 유지할 수도 있고, 도 8에 도시되는 바와 같이, 일정 주파수를 갖는 클록 신호 형태가 될 수도 있다.
충전부(211)의 스위치(SW)가 온 상태가 될 때 충전 신호(Vb)가 인가되어 감지 라인(130)을 충전할 수 있다. 스위치(SW)는 일정 주파수를 가지며, 온/오프 전환될 수 있다.
이후, 스위치(SW)가 오프 상태가 되면, 감지 라인(130)에 충전 신호(Vb)가 충전된 상태에서 고립되어 플로팅 상태가 될 수 있다.
이 때, 구동 라인(120)에 공급되는 교번전압(KB)의 레벨이 바뀌게 되면, 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo)의 레벨이 바뀌게 된다. 예를 들어, 교번전압(KB)이 5V에서 0V로 하강하면, 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo) 또한 하강하게 되고, 반대로, 교번전압(KB)이 0V에서 5V로 상승하면, 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo)도 상승하게 된다.
터치 미발생인 경우를 가정해보면, 감지 라인(130)의 플로팅 상태에서 구동 라인(120)에 공급되는 교번전압(KB)이 0V로 하강하면 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo)이 순간적으로 하강하게 된다.
한편, 터치가 발생한 경우를 가정해보면, 감지 라인(130)의 플로팅 상태에서 구동 라인(120)에 인가된 교번전압이 0V로 하강하면, 감지 라인(130)의 출력 노드 전압(Vo)이 하강하기는 하지만 터치 미발생인 경우보다 그 하강폭이 작게 형성된다.
즉, 도 8을 참조하면, 감지 라인(130)이 플로팅 상태로 유지되고 있는 동안 구동 라인(120)에 교번전압(KB)을 인가해줄 때, 감지 라인(130)의 출력 노드(Vo) 전압의 변화량(ΔV)은 비터치시와 터치시에 상이하게 나타난다는 것을 알 수 있다. 이것은, 감지 라인(130)과 구동 라인(120) 사이에서 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화에 의해 터치가 발생한 경우와 발생하지 않은 경우에 감지 라인(130)의 출력 노드 전압 변화량(ΔV) 값이 다르게 되기 때문이다.
이 때, 도 8의 파형도와 같이 스위치(SW)의 온/오프 전환과 구동 라인(120)에 인가되는 교번전압은 동일한 타이밍으로 기동하여도 터치와 비터치 간의 감지 라인(130)의 전압 변화량(ΔV)을 획득할 수 있으므로, 터치 검출 장치(100) 내부(예를 들어 컨트롤러 등)의 동일 신호를 사용할 수도 있다.
터치정전용량(Ct)을 이용하여 터치를 검출하는 방식은 손가락 등이 터치시 발생하는 터치 노이즈에 의해 센서 노드(110)에서 검출되는 출력 전압(Vo)에 영향을 미치게 되나, 본 발명에 따른 터치 검출 장치(100)는 구동 라인(120)과 감지 라인(130)에 의해 형성되는 상호 정전용량(Cm)이 터치정전용량(Ct)을 대신하도록 하여 터치 노이즈에 따른 영향을 감소시킬 수 있다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(100)는 터치정전용량(Ct)을 대신하여 상호 정전용량(Cm)의 변화에 따라 터치를 검출할 수 있다.
이하에서는, 도 5에 도시한 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 세부 구성에 대해 설명하기로 한다.
도 9 및 도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 노드의 특정 패턴에 대한 일 예에 관한 도면으로서, 도 5를 참조하여 설명한 바와 같은 터치 검출 장치에서의 센서 노드 패턴을 나타낸다.
도 9는 하나의 센서 노드 내에서의 특정 패턴을 나타내며, 도 10은 4행 4열로 배치된 센서 노드들의 모습을 나타낸다.
전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 서로 중첩되지 않게 교호적으로 배치되어 센서 노드(110)를 이룬다.
도 9 및 도 10을 참조하면, 센서 노드(110) 각각은, 구동 라인(120)에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1 그룹 및 감지 라인(130)에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2 그룹으로 형성되며, 제1 그룹에 속하는 제1 라인 및 제2 그룹에 속하는 제2 라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸인 형태로 형성된다.
한편, 하나의 센서 노드(110) 내에서 구동 라인(120)이 차지하는 총 면적이 감지 라인(130)이 차지하는 총 면적보다 클 수 있다. 달리 설명하면, 구동 라인(120)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께는 감지 라인(130)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께보다 클 수 있다.
이는 다음과 같은 이유에서이다. 전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따라 터치 발생 여부를 검출하기 위해서는 감지 라인(130)을 충전 시킨 후 플로팅 상태로 일정 시간 동안 유지하여야 하는데, 플로팅 상태는 외부 노이즈에 취약한 상태이기 때문에, 안정성 확보를 위해서는 감지 라인(130)의 출력단이 하이 임피던스를 가져야 한다. 따라서, 감지 라인(130)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께가 구동 라인(120)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께보다 작게 되면 감지 라인(130)이 하이 임피던스를 가질 수 있으며, 이를 통해 안정적인 플로팅 상태를 유지할 수 있게 된다.
도 9의 (a)에 도시된 바와 같이, 센서 노드(110)는 빗살 무늬 패턴을 가질 수 있다. 센서 노드(110)는 제1 특정 간격을 가지는 제1 빗살 무늬로 형성된 구동 라인(120) 및 제2특정 간격을 가지는 제2 빗살 무늬로 형성된 감지 라인(130)으로 이루어진다. 이 때, 제2 빗살 무늬는 제1 빗살 무늬 사이에 삽입되어 제1 빗살 무늬 및 제2 빗살 무늬가 서로 맞물리도록 배치될 수 있다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 센서 노드(110)는 안테나 무늬 패턴을 가질 수 있다. 센서 노드(110)는 연속된 H 형상의 특정 간격을 가지는 감지 라인(130) 및 감지 라인(130)의 특정 간격에 대응되는 형상의 구동 라인(120)으로 이루어지며, 구동 라인(120)은 감지 라인(130) 사이에 삽입되도록 배치될 수 있다.
도 9의 (c)에 도시된 바와 같이, 센서 노드(110)는 스파이럴 무늬 패턴을 가질 수도 있다. 센서 노드(110)는 특정 간격을 가지고 센서 노드(110) 내의 특정 지점으로 수렴되는 스파이럴(spiral) 형상의 구동 라인(120), 및 상기 스파이럴 형상에 존재하는 간격(구동 라인(120)들 간의 간격)이 형성하는 모양에 대응되는 스파이럴(spiral) 형상의 감지 라인(130)으로 이루어지며, 감지 라인(130)은 구동 라인(120) 사이에 삽입되도록 배치될 수 있다.
도 9의 (d)에 도시된 바와 같이, 센서 노드(110)는 기하학적 무늬 패턴으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 센서 노드(110) 내의 특정 지점으로부터 방사(radial)상으로 분기되는 하나 이상의 분기 라인을 갖는 감지 라인(130), 및 감지 라인(130)의 상기 방사상 패턴을 감싸도록 형성되는 구동 라인(120)으로 이루어질 수 있다. 또한, 감지 라인(130)의 방사형상을 이루는 각 분기 라인에는 상기 분기 라인의 길이 방향과 수직인 하나 이상의 라인이 더 형성될 수 있다.
도 10은 도 9에서의 센서 노드(110)가 4x4 행렬로 확장된 형태이며, (a)부터 (d)에 이르기까지 도 9와 각각 대응된다.
도 10을 참조하면, 동일 열에 속하는 센서 노드(110)들을 구성하는 구동 라인(120)은 하나의 공통 구동 라인으로부터 분기될 수 있다. 예를 들어, 도 10에 도시된 바와 같이, 터치 검출 장치(100)에 포함된 구동 라인들 중에서 동일한 열에 배치된 구동 라인들은 서로 연결되어, 공통적으로 교번전압이 인가될 수 있다.
반면에, 감지 라인(130)은 각 센서 노드(110) 마다 독립적으로 형성될 수 있다.
한편, 도 10의 (a)에서의 일부분을 확대한 도면을 참조하면, 터치 검출 장치(100)는 열 방향으로 연장된 더미 라인(140)을 포함할 수 있다. 더미 라인(140)은 센서 노드(110)의 열과 열 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 더미 라인을 배치하는 것은 인접한 센서 노드(110) 사이의 관계에서 존재할 수 있는 간섭(예를 들면, 센서 노드(110) 간 관계에 따른 기생 정전용량 등의 영향)을 방지하기 위한 것이다.
도 9 및 도 10에서는, 센서 노드(110) 내에서 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 형성하는 패턴의 일례를 도시하였으나, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않으며, 구동 라인(120)으로부터 분기된 하나 이상의 라인과 감지 라인(130)으로부터 분기된 하나 이상이 라인이 서로 중첩되지 않게 배치되어 일정한 패턴을 이루면 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것으로 이해되어야 한다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 노드를 배치하는 일 예에 관한 도면이다.
도 11의 (a) 및 (b)는 센서 노드의 배치된 형태를 설명하기 위해 터치 검출 장치(100)에 포함된 센서 노드의 일부분만을 나타내었다.
도 11의 (a)는 도 10의 (a)에 도시된 센서 노드와 동일하게 배치되어 있으며, 센서 노드들의 중심이 행 방향 및 열 방향으로 동일한 위치에 나란히 배치되어 있다.
도 11의 (b)는 도 10의 (a)에 도시된 센서 노드의 위치가 상이하게 배치된다. 구체적으로, 센서 노드 각각은 열 방향으로는 나란히 배치되어 있으나, 행 방향으로는 인접한 센서 노드와는 동일한 행에 위치하지 않고, 소정의 간격만큼 어긋나도록 배치된다. 예를 들어, 특정 센서 노드의 중심은 인접한 열에 배치된 최인접 센서 노드의 중심으로부터 열 방향으로 소정 간격만큼 어긋나 있을 수 있다. 소정 간격은 센서 노드의 열 방향 길이의 1/2 정도일 수 있으나, 이에 한정되지 않음은 물론이다.
센서 노드에 대한 터치가 발생한 경우를 예로 들어, 도 11의 (a)와 (b)의 차이점에 대해 설명해본다.
도 11의 (a)와 (b)에 있어서 동일한 지점에 터치가 발생한 경우를 가정한다. 터치가 이루어진 지점을 터치 영역(Touch Area; 'TA')으로 칭하기로 한다. 먼저, 도 11의 (a)에서와 같은 패턴으로 센서 노드가 배치된다면, 터치 영역(TA)이 2개의 센서 노드에 걸쳐 있게 된다. 이 때, 2개의 해당 센서 노드 각각에서 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화로부터 터치를 검출하게 된다.
반면, 도 11의 (b)에서와 같은 패턴으로 센서 노드가 배치된다면, 터치 영역(TA)이 3개의 센서 노드에 걸쳐 있게 되며, 3개의 해당 센서 노드 각각에서 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화로부터 터치를 검출하게 된다.
따라서, 동일한 지점에 터치가 발생하는 경우, 센서 노드가 행 및 열 방향으로 나란하게 배치된 형태(도 11의 (a))에 비해, 적어도 일부 어긋난 형태로 배치된 형태(도 11의 (b))에서의 터치 영역(TA)이 더 많은 센서 노드에 걸쳐 있게 되고, 그에 따라 보다 많은 센서 노드로부터 터치 발생이 감지되게 됨에 따라 터치 검출의 정확도가 더욱 향상될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 검출 장치는 센서 노드(110)를 구동 라인(120) 및 감지 라인(130)으로 이루게 하여, 이로 인해 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 통해 터치를 검출하여, 터치시 발생하는 터치 노이즈에 의한 영향을 최소화할 수 있다.
이하에서는, 도 6에 도시한 터치 검출 장치의 세부 구성 및 그 동작에 대해 설명하기로 한다.
도 12는 본 발명의 다른 실시예에 다른 터치 검출 장치의 구성을 나타내는 도면으로, 도 6에 도시한 터치 검출 장치의 구성 및 그 동작을 설명하기 위한 도면이다.
앞서 설명한 바와 같이, 구동 라인(120)과 감지 라인(130)은 복수개로 구비되며, 서로 교차하도록 배치될 수 있다. 이 때, 구동 라인(120)과 감지 라인(130)이 교차하는 영역이 센서 노드(110)로 기능할 수 있다.
센서 노드(110)에 발생하는 상호 정전용량(Cm)은 터치 여부를 검출하는데 이용된다. 하지만, 터치 여부 검출 대상인 특정 센서 노드(110) 뿐만 아니라, 다른 센서 노드에도 상호 정전용량(Cm')이 발생하기 때문에, 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생한 상호 정전용량(Cm')의 총합이 기생 정전용량으로 작용하게 된다. 예를 들어, 터치 여부 검출 대상이 'Tx2Rx2' 센서 노드인 경우, 'Tx2Rx2' 센서 노드를 교차하는 구동 라인(Tx2) 및 감지 라인(Rx2) 사이에 상호 정전용량(Cm)이 발생할 뿐만 아니라, 각 구동 라인(Tx1, Tx2, Tx3, …, Txn)과 각 감지 라인((Rx1, Rx2, Rx3, …, Rxn)이 교차하는 다른 센서 노드(Tx1Rx1, Tx1Rx2, …, TxnRxn)들에도 상호 정전용량(Cm')이 발생할 수 있다. 이로 인해, 터치 여부 검출 대상인 특정 센서 노드를 제외한 다른 센서 노드에 발생하는 상호 정전용량(Cm')들은 특정 센서 노드에 대한 터치 여부를 검출하는데 있어, 기생 정전용량(Cp)으로 작용하게 된다.
따라서, 본 실시예에서는 감쇄부(250)를 이용하여 이러한 기생 정전용량(Cp)을 감쇄시켜 터치 감도를 향상시키고자 한다.
먼저, 정전용량이 발생하는 원리에 대해 설명하면 다음과 같다.
서로 다른 극성으로 대전된 도체의 근처가 유전율(ε)을 갖는 물질로 둘러싸여 있을 때, 각 도체 간 전위의 크기에 따라 도체에 모이는 전하의 양(Q)을 정전용량(C)이라고 한다. 즉, 정전용량(C)은 다음의 [수학식 1]으로 표현될 수 있다.
[수학식 1]
C=ε*A／d
[수학식 1]을 참조하면, 정전용량(C)은 도체의 면적(A)에 비례하고 도체 사이의 거리(d)에 반비례한다.
도 12에 도시된 터치 검출 장치에 있어서, 센서 노드(110)의 제1 패턴층과 제2 패턴층 사이에는 유리(Glass) 또는 OCA 등과 같은 유전 물질이 존재하며, 제1 패턴층과 제2 패턴층은 서로 이러한 유전 물질을 통해 절연되어 있다. 제1 패턴층과 제2 패턴층에 배치된 구동 라인(120) 또는 감지 라인(130)은 도체로 형성되며, 터치 검출 장치는 수많은 도체와 그 주변에 존재하는 유전 물질을 포함하는 구조, 즉, 정전용량을 형성하는 커패시터 구조를 갖게 된다.
각 도체(구동 라인 또는 감지 라인)의 넓이와 도체 간 거리, 도체 사이에 존재하는 유전물질의 유전율(ε)에 의해 원하지 않는 정전용량이 형성되게 되며, 이러한 정전용량이 기생 정전용량(Cp)이 된다. 예를 들어, 특정 센서 노드(110)의 상호 정전용량(Cm) 외에 다른 센서 노드에 의해 발생하는 상호 정전용량(Cm')들이 기생 정전용량(Cp)이 될 수 있다.
특히, 복수의 센서 노드(110)에 포함된 구동 라인(120) 및 감지 라인(130)이 행 또는 열로 밀집하여 배치되는 터치 스크린 패널에서는 도체의 배열이 매우 조밀하고, 또한, 다수가 분포되어 있으므로, 이에 따라 발생하는 기생 정전용량(Cp)의 양은 매우 커지게 된다. 따라서, 이러한 기생 정전용량(Cp)을 감쇄 또는 보상하는 것은 터치 스크린 패널에 있어서 터치 검출과 관련된 성능에 영향을 미치는 중요한 요소가 된다.
다시 도 12를 참조하면, 감쇄부(250)는 복수의 센서 노드 중 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 다른 센서 노드(Tx1Rx1, Tx1Rx2, …, TxnRxn)에 공급한다. 즉, 감쇄부(250)는 복수의 센서 노드 중 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 특정 센서 노드(Tx2Rx2)에서 교차되는 구동 라인(Tx2) 및 감지 라인(Rx2)을 제외한 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 각각 공급할 수 있다.
또한, 감쇄부(250)는 격리되어 배치되는 각 구동 라인(Tx1, Tx2, Tx3, …, Txn) 또는 각 감지 라인(Rx1, Rx2, Rx3, …, Rxn) 간의 쇼트(short) 방지 등을 위한 버퍼(251)를 포함할 수 있다. 도 12에 도시된 바와 같이, 현재 터치 검출 대상으로 선택된 센서 노드을 포함하는 특정 감지 라인의 출력단 전압이 감쇄부(250)의 버퍼(251)를 거쳐 다른 구동 라인 및 감지 라인들로 입력된다. 즉, 버퍼(251)의 입력단은 현재 터치 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단과 연결되고, 버퍼(251)의 출력단은 특정 구동 라인(Tx2) 및 특정 감지 라인(Rx2)을 제외한 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 각각 연결될 수 있다.
전술한 바와 같이, 특정 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압이 특정 센서 노드(Tx2Rx2)에서 교차되는 구동 라인(Tx2) 및 감지 라인(Rx2)을 제외한 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 모두 공급될 수도 있으나, 그 중 일부인 구동 라인 및 감지 라인에 공급될 수도 있다. 예를 들어, 감쇄부(250)는 특정 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 특정 센서 노드(Tx2Rx2)와 인접한 다른 센서 노드에서 교차되는 구동 라인(Tx1, Tx3) 및 감지 라인(Rx1, Rx3)에 공급할 수 있다.
감쇄부(250)에 의해 기생 정전용량이 감쇄되는 이유에 대해 설명하면 다음과 같다.
2개의 도체와 그 사이에 존재하는 유전 물질로 이루어지는 커패시터 구조에 있어서, 해당 구조에 충전되는 전하량(Q)은 Q=CV와 같은 수식으로 표현될 수 있다. 여기서, C는 해당 구조의 정전용량 값이며, V는 양 도체 사이의 전위차이다.
상기 수식에서, 전압(V)을 0에 가깝도록 수렴시키면, 도체간 전위 차에 의해 끌려지는 전하량(Q)도 0에 가깝게 수렴시킬 수 있다. 정전용량(C)은 전하의 충전 능력에 비례하는 것이므로, 충전되는 전하량(Q)이 0에 가깝게 된다면, 도체 간 관계에 의해 형성되는 정전용량(C)도 0에 가깝게 수렴한다는 의미가 된다.
다시 도 12를 참조하면, 본 실시예는 상기의 원리를 이용한 것으로, 특정 센서 노드(Tx2Rx2)에 대해 터치 여부 검출을 하는 경우, 해당 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 감지 라인(Rx2)과 주변에 존재하는 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)의 전위를 동일 레벨에 가깝도록 제어하여, 터치 여부 검출에 영향을 미치는 기생 정전용량(Cp)을 '0'에 가깝도록 보상하는 것이다.
예컨대, 도 12에 도시되는 바와 같이, 센서 노드들 중 현재 터치 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 특정 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 감쇄부(250)의 버퍼(251)를 통해, 특정 구동 라인(Tx2) 및 특정 감지 라인(Rx2)을 제외한 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 각각 인가하면, 특정 감지 라인(Rx2), 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn) 간 전위차가 최소화되며, 이에 따라, 센서 노드에 발생하였던 기생 정전용량이 효과적으로 감쇄될 수 있다.
이로 인해, 감쇄부(250)를 통해 기생 정전용량(Cp) 중 가장 크게 기여하는 부분, 즉, 특정 센서 노드 외의 다른 센서 노드에 형성되는 상호 정전용량(Cm')이 최소한으로 감쇄될 수 있다.
한편, 버퍼(251)는 현재 터치 여부 검출 대상이 되는 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 감지 라인(Rx2)과 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 또는 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn) 간 쇼트의 방지, 신호의 조정 및 간섭 방지 등의 기능을 하는 버퍼 증폭기(Buffer Amplifier)로 구현될 수 있다. 이 때, 검출 대상인 센서 노드(Tx2Rx2)를 포함하는 감지 라인(Rx2)의 출력단 전압을 그대로 다른 구동 라인(Tx1, Tx3, …, Txn) 및 감지 라인(Rx1, Rx3, …, Rxn)에 인가해주어 센서 노드 간 전위를 동일 레벨로 만들어야 하므로, 버퍼 증폭기의 이득은 1이 되어야 하나, 필요에 따라 변경될 수도 있다. 즉, 센서 노드 간 전위차를 '0'에 가깝게 하기 위해 감쇄부(250)에 포함되는 버퍼(251)의 이득은 변경될 수도 있다.
본 실시예에 따르면, 감쇄부(250)에 의해 다른 센서 노드에 발생하는 기생 정전용량 발생이 억제될 수 있고, 이로 인해, 기생 정전용량을 최소화시킬 수 있으며, 터치 발생 여부 검출의 감도 또한 향상시킬 수 있다.
도 12에서는 도 6을 참조하여 설명한 바와 같은 구성을 갖는 터치 검출 장치에서의 감쇄부(250) 기능만을 설명하였으나, 도 5를 참조하여 설명한 터치 검출 장치에서도 감쇄부(250)는 동일한 기능을 할 수 있다.
즉, 도 5에 도시되는 터치 검출 장치에 있어서도, 감쇄부(250)가 현재 터치 검출 대상이 되는 센서 노드(110)에서의 감지 라인(130) 출력단 전압을 인접한 다른 센서 노드(110)의 구동 라인(120) 또는 감지 라인(130)에 인가해줌으로써, 기생 정전용량의 영향을 최소화할 수 있다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (16)

  1. 행 또는 열 방향으로 배치되며, 구동 라인과 감지 라인으로 구성되는 복수 개의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서,
    교번전압이 인가되는 구동 라인;
    상기 구동 라인에의 교번전압 인가에 응답하여 전압 변화를 출력하는 감지 라인; 및
    상기 감지 라인이 충전 후 플로팅된 상태에서, 상기 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하는, 터치 검출 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 감지 라인은 상기 센서 노드에 각각 대응되고, 상기 구동 라인은 하나 이상의 센서 노드에 대응되는 것인, 터치 검출 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1 그룹 및 상기 감지 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2 그룹으로 형성되며,
    상기 제1 그룹에 속하는 제1 라인 및 상기 제2 그룹에 속하는 제2 라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸인 것인, 터치 검출 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드 각각은, 제1 특정 간격을 가지는 제1 빗살 무늬로 형성된 상기 구동 라인 및 제2 특정 간격을 가지는 제2 빗살 무늬로 형성된 상기 감지 라인으로 이루어지며, 상기 제2 빗살 무늬는 상기 제1 빗살 무늬 사이에 삽입되어 상기 제1 빗살 무늬 및 제2 빗살 무늬가 서로 맞물리도록 배치되는, 터치 검출 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드 각각은, 연속된 H 형상의 특정 간격을 가지는 감지 라인 및 상기 감지 라인의 특정 간격에 대응되는 형상의 구동 라인으로 이루어지며, 상기 구동 라인은 상기 감지 라인 사이에 삽입되도록 배치되는, 터치 검출 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드 각각은, 특정 간격을 가지고 상기 센서 노드 내의 특정 지점으로 수렴되는 제1 스파이럴(spiral) 형상의 구동 라인, 및 상기 제 1 스파이럴 형상 내의 간격에 대응하는 제2 스파이럴(spiral) 형상의 감지 라인으로 이루어지며, 상기 감지 라인은 상기 구동 라인 사이에 삽입되도록 배치되는, 터치 검출 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드 각각은, 특정 지점으로부터 방사(radial)상으로 분기되는 하나 이상의 분기 라인을 갖는 감지 라인, 및 상기 감지 라인의 상기 방사상 패턴을 감싸도록 형성되는 구동 라인으로 이루어지는, 터치 검출 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 각 센서 노드의 중심은 인접한 열에 배치된 센서 노드 중 최인접 센서 노드의 중심과 열 방향으로 소정 간격만큼 어긋나게 배치되는, 터치 검출 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드의 열과 열 사이 또는 행과 행 사이에서 연장 배치되는 더미 라인을 더 포함하는, 터치 검출 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 센서 노드 내에서 상기 구동 라인이 차지하는 총 면적은 상기 감지 라인이 차지하는 총 면적보다 큰, 터치 검출 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 센서 노드 중 특정 센서 노드에 대한 터치 검출 시, 상기 특정 센서 노드를 구성하는 특정 감지 라인의 출력단 전압을 다른 센서 노드를 구성하는 구동 라인 또는 감지 라인에 인가하여 기쟁 정전용량을 감쇄시키는 감쇄부를 더 포함하는, 터치 검출 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 감쇄부는 버퍼를 포함하며,
    상기 버퍼의 입력단은 상기 특정 감지 라인의 출력단과 연결되고, 상기 버퍼의 출력단은 상기 특정 센서 노드를 구성하는 구동 라인 및 감지 라인을 제외한 다른 구동 라인 또는 감지 라인에 연결되는, 터치 검출 장치.
  13. 행 또는 열 방향으로 배치되며 구동 라인과 감지 라인으로 구성되는 복수 개의 센서 노드를 포함하는 터치 스크린 패널의 터치 검출 방법에 있어서,
    상기 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 단계;
    상기 구동 라인에 교번전압을 인가하는 단계; 및
    상기 감지 라인의 플로팅 상태에서 상기 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 감지 라인은 상기 센서 노드에 각각 대응되고, 상기 구동 라인은 하나 이상의 센서 노드에 대응되는 것인, 터치 검출 방법.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1 그룹 및 상기 감지 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2 그룹으로 형성되며,
    상기 제1 그룹에 속하는 제1 라인 및 상기 제2 그룹에 속하는 제2 라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸인, 터치 검출 방법.
  16. 제13항에 있어서,
    상기 터치 검출 단계는,
    터치 여부 검출 대상이 되는 특정 센서 노드를 구성하는 감지 라인의 출력단 전압을 다른 센서 노드를 구성하는 구동 라인 또는 감지 라인에 인가하여 기생 정전용량을 감쇄시키는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
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