KR101553604B1 - 터치 검출 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일실시예는 행 또는 열 방향으로 배치된 복수 개의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 교번전압이 인가되는 구동 라인(Tx); 상기 교번전압에 응답하여 전압 변화를 출력하는 감지 라인(Rx); 상기 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 충전부; 및 상기 감지 라인의 플로팅 상태에서 상기 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하고, 상기 감지라인은 상기 센서 노드에 각각 대응되고, 상기 구동 라인은 하나 이상의 센서 노드에 대응되는 것인, 터치 검출 장치를 제공한다.

Description

터치 검출 장치 및 방법{TOUCH DETECTING APPARATUS AND METHOD}

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(1)은 투명 기판(2)과 투명 기판(2) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴층(3), 제1 절연막층(4), 제2 센서 패턴층(5) 및 제2 절연막층(6)과 금속 배선(7)으로 이루어진다.

제1 센서 패턴층(3)은 투명 기판(2) 위에 횡방향을 따라 연결될 수 있으며, 예를 들어 복수의 다이아몬드 모양이 일렬로 연결된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 센서 패턴층(3)은 Y 좌표가 동일한 하나의 행에 위치하는 제1 센서 패턴층(3)끼리 서로 연결되도록 형성된 복수의 Y 패턴으로 이루어질 수 있으며, 행 단위로 금속 배선(7)과 연결된다.

제2 센서 패턴층(5)은 제1 절연막층(4) 위에 열방향을 따라 연결될 수 있으며, 예를 들어 제1 센서 패턴층(3)과 동일한 다이아몬드 모양으로 형성될 수 있다. 제2 센서 패턴층(5)은 X 좌표가 동일한 하나의 열에 위치하는 제2 센서 패턴층(5)끼리 서로 연결되며, 제1 센서 패턴층(3)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴층(3)과 교호로 배치된다. 또한 제2 센서 패턴층(5)은 열 단위로 금속 배선(7)과 연결된다.

제1 및 제2 센서 패턴층(3, 5)은 인듐-틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 제1 절연막층(4)은 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있다.

하나의 센서 패턴층(3, 5)은 각각 금속 배선(7)을 통해 구동회로와 전기적으로 연결된다.

터치 스크린 패널(1)에 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴층(3, 5) 및 금속 배선(7)을 통하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전 용량의 변화가 전달된다. 그리고 이렇게 전달된 정전 용량의 변화가 X 및 Y 입력 처리 회로 등에 의하여 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.

그러나 이러한 터치 스크린 패널(1)은 각 센서 패턴층(3, 5)에 ITO 패턴을 별도로 구비하여야 하고, 센서 패턴층(3, 5) 사이에 절연막층(4)을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.

또한 종래 기술은 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 종래 기술은 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, 종래의 터치 스크린 패널에서는 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 획득하였다. 이러한 경우, 센서패턴에 터치가 발생하는 경우, 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉함에 따라 센서패턴 사이에 형성되는 정전용량인 터치정전용량(Ct)을 이용하여 터치를 검출하기 때문에, 터치시 발생하는 노이즈에 의해 센서패턴에서 검출되는 출력값에 영향을 미치게 되고, 터치 인식에 대한 오류를 발생시킬 수 있다는 문제점이 있다.

따라서, 노이즈에 따른 영향을 최소화하면서 터치시와 비터치시의 변화량을 높일 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 구동 라인과 감지 라인에 의해 형성되는 상호 정전용량을 이용하여 터치를 검출하는 터치 검출 장치 및 방법을 제공하고자 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일실시예는 행 또는 열 방향으로 배치된 복수 개의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서, 교번전압이 인가되는 구동 라인(Tx); 상기 교번전압에 응답하여 전압 변화를 출력하는 감지 라인(Rx); 상기 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 충전부; 및 상기 감지 라인의 플로팅 상태에서 상기 구동 라인에 인가된 교번전압에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하고, 상기 감지 라인은 상기 센서 노드에 각각 대응되고, 상기 구동 라인은 하나 이상의 센서 노드에 대응되는 것인, 터치 검출 장치를 제공한다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인 및 상기 감지 라인이 서로 중첩되지 않게 교호(交互)적으로 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서 노드 내에서 상기 구동 라인이 차지하는 총 면적이 상기 감지 라인이 차지하는 총 면적보다 클 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 구동 라인에서 분기된 라인의 두께는 상기 감지 라인에서 분기된 라인의 두께보다 클 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 동일 열 또는 동일 행에 속하는 센서 노드들을 구성하는 구동 라인은 하나의 공통 구동 라인으로부터 분기될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 터치 검출 장치는, 상기 행 또는 열 방향으로 연장된 더미 라인을 포함하되, 상기 더미 라인은 상기 센서 노드의 열과 열 사이 또는 행과 행 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1그룹 및 상기 감지 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2그룹으로 형성되며, 상기 제1그룹에 속하는 제1라인 및 상기 제2그룹에 속하는 제2라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서 노드는 제1특정 간격을 가지는 제 1 빗살 무늬로 형성된 상기 구동 라인 및 제2특정 간격을 가지는 제 2 빗살 무늬로 형성된 상기 감지 라인으로 이루어지며, 상기 제 2 빗살 무늬는 상기 제 1 빗살 무늬 사이에 삽입되어 상기 제 1 빗살 무늬 및 제 2 빗살 무늬가 서로 맞물리도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서 노드는 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.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서 노드는 특정 간격을 가지고 상기 센서 노드 내의 특정 지점으로 수렴되는 제 1 스파이럴(spiral) 형상의 구동 라인 및 상기 제 1 스파이럴 형상 내의 간격에 대응하는 제 2스파이럴(spiral) 형상의 감지 라인으로 이루어지며, 상기 감지 라인은 상기 구동 라인 사이에 삽입되도록 배치될 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서 노드는 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.

본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 각 센서 노드의 중심은 인접한 열에 배치된 센서 노드 중 최인접 센서 노드의 중심과 열 방향으로 소정 간격만큼 어긋나게 배치될 수 있다.

본 발명의 다른 실시예는, 행 또는 열 방향으로 배치된 복수 개의 센서 노드를 포함하고, 상기 센서 노드 각각에는 구동 라인 및 감지 라인이 서로 중첩되지 않게 배치된 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 방법을 제공한다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1그룹 및 상기 감지 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2그룹으로 형성되며, 상기 제1그룹에 속하는 제1라인 및 상기 제2그룹에 속하는 제2라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸일 수 있다.

본 발명의 일실시예에 따르면, 구동 라인과 감지 라인에 의해 형성되는 상호 정전용량을 이용하여 터치를 검출할 수 있다.

또한, 본 발명의 일실시예에 따르면, 터치 검출을 위해 터치정전용량이 아닌 상호 정전용량을 이용하기 때문에, 터치시 발생하는 노이즈의 영향을 감소시켜 터치 인식에 대한 정확도를 향상시킬 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 2는 구동 라인과 감지 라인 사이에 형성되는 상호 정전용량에 관한 예시적인 도면이다.
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.
도 6 및 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 센서 노드의 특정 패턴에 대한 일 예에 관한 도면이다.
도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 노드를 배치하는 일 예에 관한 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.

본 발명의 실시예는 서로 교호적으로 배치된 구동 라인과 감지 라인 사이의 상호 정전용량(Cm; Mutual Capacitance)의 변화로 터치 발생 여부를 검출하는 방식과 관련된다.

도 2a 및 도 2b는 이러한 터치 검출 방식을 설명하기 위한 도면이다.

도 2a에 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 2a와 같이, 제1 도체(210)와 제2 도체(220)를 포함하는 구조의 상면에 임의의 도체(예를 들어, 제1 도체(210)와 제2 도체(220)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(210)와 제2 도체(220) 간의 상호 정전용량(Cm)의 값이 변화하게 된다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널은 이러한 도체(210, 220) 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 2a의 제1 도체(210) 및 제2 도체(220)에 대응시킬 수 있다.

도 2b는 도 2a에 도시되는 도체(210, 220) 상부에 제3의 물체가 근접한 경우의 상황을 도시한 것이다.

도 2b에 도시된 바와 같이, 제3의 물체, 예를 들어 사람의 손가락(Finger)이 2개의 도체(210, 220) 위에 접근하는 경우, 제1도체(210)와 손가락 간의 거리보다 제1도체(210)와 제2도체(220)의 거리가 상대적으로 가깝게 구성되면, 손가락에 흡수되는 플럭스의 총량이 제1도체(210)와 제2도체(220) 사이에 전달되는 플럭스의 양보다 극히 작아진다.

따라서, 제1 도체(210)와 제2 도체(220)간 거리, 및 제1 도체(210)와 터치 수단(손가락 등) 간의 거리가 적절히 조절되어야 터치 검출이 용이하게 이루어질 수 있다.

예를 들어, 제1도체와 손가락 사이의 거리를 ‘D’라고 가정하면, 제1도체와 제2도체의 거리는 ‘D’ 거리의 1/2 수준으로 유지할 수 있다.

터치 검출 방식의 다른 실시예 중에는 제1도체와 손가락 사이 또는 제2도체와 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 제1도체와 제2도체 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.

이하에서는, 제1도체(210)와 제2도체(220)를 각각 터치 스크린 패널의 터치 검출 단위 영역이라고 할 수 있는 센서 노드를 이루는 구동 라인과 감지 라인에 적용하여, 구동 라인(210)과 감지 라인(220)으로 그 도면 부호를 대체하여 설명하기로 한다.

도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.

도 3을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 검출 장치(100)는 센서 노드(200) 및 터치 검출부(300)를 포함한다.

터치 검출 장치(100)는 행 또는 열 방향으로 배치된 하나 이상의 센서 노드(200)를 포함할 수 있다.

센서 노드(200)는 구동 라인(210) 및 감지 라인(220)이 교호(交互)적으로 배치되어 형성한 터치 감지를 위한 단위 영역이라고 할 수 있다. 예를 들어, 손가락이나 도전체와 같은 터치입력도구가 센서 노드(200)에 접촉을 통해, 구동 라인(210)과 감지 라인(220) 간에 형성되는 상호 정전용량(Cm)이 변화될 수 있으며, 이를 통하여 터치를 검출할 수 있다.

구동 라인(210)에는 전원(예를 들어, 교번전압)이 인가되며, 감지 라인(220)은 터치 검출을 위한 영역이다. 예를 들어, 구동 라인(210)에는 소정 주파수로 교번하는 교번전압이 인가되고, 감지 라인(220)은 교번전압에 응답하여 터치입력도구의 터치 상태에 따른 신호를 출력한다. 일 예로, 감지 라인(220)은 교번전압에 응답하여, 터치가 발생한 경우와 발생하지 않은 경우에 상이한 전압 레벨 값을 출력할 수 있다. 이것은, 구동 라인(210)과 감지 라인(220)에 의해 상호 간에 형성된 상호 정전용량(Cm)의 변화로부터 기인될 수 있다.

또한, 감지 라인(220)은 센서 노드(200)에 각각 대응되고, 구동 라인(210)은 하나 이상의 센서 노드(200)에 대응될 수 있다. 예를 들어, 도 3에 도시된 바와 같이, 센서 노드(200) 각각에 대응되는 감지 라인(220)은 신호 배선이 각각 연결되는 반면에, 동일한 열에 배치된 하나 이상의 센서 노드(200)에 대응되는 구동 라인(210)들은 서로 연결되어 공통적으로 교번전압이 인가되도록 하나의 신호 배선이 연결될 수 있다.

센서 노드(200)는 구동 라인(210)과 감지 라인(220)이 서로 중첩되지 않게 교호(交互)적으로 배치된다. 구동 라인(210)과 감지 라인(220)은 센서 노드(200) 내에서 빗살 무늬 패턴, 안테나 패턴, 스파이럴 패턴 등 기하학적인 패턴을 형성한다. 이와 관련하여서는, 도 6 및 도 7을 참조하여 후술하기로 한다.

터치 검출 장치(100)를 구동하기 위한 구동 장치(30)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(30)는 터치 검출부(300), 터치 정보 처리부(302), 메모리(304) 및 제어부(306) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 집적회로(IC) 칩으로 구현될 수 있으며, 터치 검출부(300), 터치 정보 처리부(302), 메모리(304) 및 제어부(306)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.

터치 검출부(300)는 센서 노드(200) 및 신호 배선과 연결된 복수의 스위치와 복수의 커패시터를 포함할 수 있으며, 제어부(306)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 또한 터치 검출부(300)는 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 센서 노드(200)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(304)에 기억시킬 수 있다.

터치 검출부(300)는 교번 전압 인가에 따라 구동 라인(210)과 감지 라인(220) 사이에 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 검출하여 터치를 검출할 수 있다.

터치 정보 처리부(302)는 메모리(304)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.

제어부(306)는 터치 검출부(300) 및 터치 정보 처리부(302)를 제어하며, 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit, MCU)을 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.

메모리(304)는 터치 검출부(300)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초한 디지털 전압과 터치 검출, 면적 산출, 터치 좌표 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 기억한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부(300)를 예시한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부(300)의 예시적인 파형도이다.

터치 검출부(300)는 충전부(310) 및 교번전압 생성부(320)를 포함할 수 있다.

도 4를 참조하면, 충전부(310)는 감지 라인(220)을 충전 후 플로팅시킨다. 구체적으로, 충전부(310)는 감지 라인(220)에 연결되어 충전 신호(Vb)를 공급한다. 충전부(310)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(320)는 구동 라인(210)에 교번전압을 인가한다. 즉, 교번전압 생성부(320)는 소정 주파수로 교번하는 교번전압을 구동 라인(210)의 출력단에 인가하여 전위를 변동시킨다. 교번전압 생성부(320)는 듀티비(duty ratio)가 동일한 클록 신호를 생성할 수도 있으나, 듀티비가 상이한 교번전압을 생성할 수도 있다.

충전부(310)를 턴 온 시킨 상태에서 충전부(310)의 입력단에 충전 신호(Vb)를 인가하면, 감지 라인(220)이 충전된다. 이 후, 충전부(310)를 턴 오프 시키면 감지 라인(220)에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 상태로 고립된다. 이러한 고립 상태를 플로팅(Floating) 상태라 칭한다.

즉, 플로팅 상태는, 충전부(310)에 의해 턴 온 시켜 전하를 충전시킨 후, 충전부(310)를 턴 오프 시켜 충전된 신호가 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 상태에서 고립된 상태를 의미한다.

이 때, 충전된 전하를 안정적으로 고립시키기 위하여 감지 라인(220)의 입력단은 하이 임피던스를 가질 수 있다. 이를 위하여, 센서 노드(200)에 배치된 감지 라인(220)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께가 구동 라인(210)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께보다 작도록 하여, 하이 임피던스를 가지도록 할 수 있다.

도 5를 참조하면, 감지 라인(220)이 플로팅 상태일 때, 구동 라인(210)에 공급되는 교번전압이, 예를 들면 0V에서 5V로 상승하면 감지 라인(220)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 4 및 도 5를 참조하여, 터치 스크린 패널에 발생하는 터치를 검출하는 방법에 대해 설명하기로 한다.

먼저, 충전부(310)가 충전 신호(Vb)를 인가하여 감지 라인(220)을 충전한다. 충전 신호(Vb)는 계속적으로 하이 신호를 유지할 수도 있고, 도 5에 도시되는 바와 같이, 일정 주파수를 갖는 클록 신호 형태가 될 수도 있다.

충전부(310)의 스위치(SW)가 온 상태가 될 때 충전 신호(Vb)가 인가되어 감지 라인(220)을 충전할 수 있다. 스위치(SW)는 일정 주파수를 가지며, 온/오프 전환될 수 있다.

이후, 스위치(SW)가 오프 상태가 되면, 감지 라인(220)에 충전 신호(Vb)가 충전된 상태에서 고립되어 플로팅 상태가 될 수 있다.

이 때, 구동 라인(210)에 공급되는 교번전압(KB)의 레벨이 바뀌게 되면, 감지 라인(220)의 출력 노드 전압(Vo)의 레벨이 바뀌게 된다. 예를 들어, 교번전압(KB)이 5V에서 0V로 하강하면, 감지 라인(220)의 출력 노드 전압(Vo) 또한 하강하게 되고, 반대로, 교번전압(KB)이 0V에서 5V로 상승하면, 감지 라인(220)의 출력 노드 전압(Vo)도 상승하게 된다.

터치 미발생인 경우를 가정해보면, 감지 라인(220)의 플로팅 상태에서 구동 라인(210)에 공급되는 교번전압(KB)이 0V로 하강하면 감지 라인(220)의 출력 노드 전압(Vo)이 순간적으로 하강하게 된다.

한편, 터치가 발생한 경우를 가정해보면, 감지 라인(220)의 플로팅 상태에서 구동 라인(210)에 인가된 교번전압이 0V로 하강하면, 감지 라인(220)의 출력 노드 전압(Vo)이 하강하기는 하지만 터치 미발생인 경우보다 그 하강폭이 작게 형성된다.

즉, 도 5를 참조하면, 감지 라인(220)이 플로팅 상태로 유지되고 있는 동안 구동 라인(210)에 교번전압(KB)을 인가해줄 때, 감지 라인(220)의 출력 노드(Vo) 전압의 변화량(ΔV)은 비터치시와 터치시에 상이하게 나타난다는 것을 알 수 있다. 이것은, 감지 라인(220)과 구동 라인(210) 사이에서 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화에 의해 터치가 발생한 경우와 발생하지 않은 경우에 감지 라인(220)의 출력 노드 전압 변화량(ΔV) 값이 다르게 되기 때문이다.

이 때, 도 5의 파형도와 같이 스위치(SW)의 온/오프 전환과 구동 라인(210)에 인가되는 교번전압은 동일한 타이밍으로 기동하여도 터치와 비터치 간의 감지 라인(220)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(200)에서 검출되는 출력 전압(Vo)에 영향을 미치게 되나, 본 발명에 따른 터치 검출 장치(100)는 구동 라인(210)과 감지 라인(220)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.

도 6 및 도 7은 본 발명의 한 실시예에 따른 센서 노드의 특정 패턴에 대한 일 예에 관한 도면이다. 도 6은 하나의 센서 노드 내에서의 특정 패턴을 나타내며, 도 7은 4행 4열로 배치된 센서 노드들의 모습을 나타낸다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 패널에 포함되는 구동 라인(210)과 감지 라인(220)은 서로 중첩되지 않게 교호적으로 배치된다.

도 6 및 도 7를 참조하면, 센서 노드(200) 각각은, 구동 라인(210)에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1그룹 및 감지 라인(220)에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2그룹으로 형성되며, 제1그룹에 속하는 제1라인 및 제2그룹에 속하는 제2라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸인 형태로 형성된다.

한편, 하나의 센서 노드(220) 내에서 구동 라인(210)이 차지하는 총 면적이 감지 라인(220)이 차지하는 총 면적보다 클 수 있다. 달리 설명하면, 구동 라인(210)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께는 감지 라인(220)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(220)을 충전 시킨 후 플로팅 상태로 일정 시간 동안 유지하여야 하는데, 플로팅 상태는 외부 노이즈에 취약한 상태이기 때문에, 안정성 확보를 위해서는 감지 라인(220)의 출력단이 하이 임피던스를 가져야 한다. 따라서, 감지 라인(220)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께가 구동 라인(210)에서 분기된 하나 이상의 라인의 두께보다 작게 되면 감지 라인(220)이 하이 임피던스를 가질 수 있으며, 이를 통해 안정적인 플로팅 상태를 유지할 수 있게 된다.

도 6의 (a)에 도시된 바와 같이, 센서 노드(200)는 빗살 무늬 패턴을 가질 수 있다. 센서 노드(200)는 제1특정 간격을 가지는 제 1 빗살 무늬로 형성된 구동 라인(210) 및 제2특정 간격을 가지는 제 2 빗살 무늬로 형성된 감지 라인(220)으로 이루어진다. 이 때, 제 2 빗살 무늬는 제 1 빗살 무늬 사이에 삽입되어 제 1 빗살 무늬 및 제 2 빗살 무늬가 서로 맞물리도록 배치될 수 있다.

도 6의 (b)에 도시된 바와 같이, 센서 노드(200)는 안테나 무늬 패턴을 가질 수 있다. 센서 노드(200)는 연속된 H 형상의 특정 간격을 가지는 감지 라인(220) 및 감지 라인(220)의 특정 간격에 대응되는 형상의 구동 라인(210)으로 이루어지며, 구동 라인(210)은 감지 라인(220) 사이에 삽입되도록 배치될 수 있다.

도 6의 (c)에 도시된 바와 같이, 센서 노드(200)는 스파이럴 무늬 패턴을 가질 수도 있다. 센서 노드(200)는 특정 간격을 가지고 센서 노드(200) 내의 특정 지점으로 수렴되는 스파이럴(spiral) 형상의 구동 라인(210), 및 상기 스파이럴 형상에 존재하는 간격(구동 라인(210)들 간의 간격)이 형성하는 모양에 대응되는 스파이럴(spiral) 형상의 감지 라인(220)으로 이루어지며, 감지 라인(220)은 구동 라인(210) 사이에 삽입되도록 배치될 수 있다.

도 6의 (d)에 도시된 바와 같이, 센서 노드(200)는 기하학적 무늬 패턴으로 이루어질 수도 있다. 예를 들어, 센서 노드(220) 내의 특정 지점으로부터 방사(radial)상으로 분기되는 하나 이상의 분기 라인을 갖는 감지 라인(220), 및 감지 라인(220)의 상기 방사상 패턴을 감싸도록 형성되는 구동 라인(210)으로 이루어질 수 있다. 또한, 감지 라인(220)의 방사형상을 이루는 각 분기 라인에는 상기 분기 라인의 길이 방향과 수직인 하나 이상의 라인이 더 형성될 수 있다.

도 7은 도 6에서의 센서 노드(200)가 4x4 행렬로 확장된 형태이며, (a)부터 (d)에 이르기까지 도 6과 각각 대응된다.

도 7을 참조하면, 동일 열에 속하는 센서 노드(200)들을 구성하는 구동 라인(210)은 하나의 공통 구동 라인으로부터 분기될 수 있다. 예를 들어, 도 7에 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(220)은 각 센서 노드(200) 마다 독립적으로 형성될 수 있다.

한편, 도 7의 (a)에서의 일부분을 확대한 도면을 참조하면, 터치 검출 장치(100)는 열 방향으로 연장된 더미 라인(230)을 포함할 수 있다. 더미 라인(230)은 센서 노드(200)의 열과 열 사이에 배치될 수 있다. 여기서, 더미 라인을 배치하는 것은 인접한 센서 노드(200) 사이의 관계에서 존재할 수 있는 간섭(예를 들면, 센서 노드(200) 간 관계에 따른 기생 정전용량 등의 영향)을 방지하기 위한 것이다.

도 6 및 도 7에서는, 센서 노드(200) 내에서 구동 라인(210)과 감지 라인(220)이 형성하는 패턴의 일례를 도시하였으나, 본 발명의 실시예는 이에 제한되지 않으며, 구동 라인(210)으로부터 분기된 하나 이상의 라인과 감지 라인(220)으로부터 분기된 하나 이상이 라인이 서로 중첩되지 않게 배치되어 일정한 패턴을 이루면 본 발명의 범위를 벗어나지 않는 것으로 이해되어야 한다.

도 8은 본 발명의 다른 실시예에 따른 센서 노드를 배치하는 일 예에 관한 도면이다.

도 8의 (a) 및 (b)는 센서 노드의 배치된 형태를 설명하기 위해 터치 검출 장치(100)에 포함된 센서 노드의 일부분만을 나타내었다.

도 8의 (a)는 도 7의 (a)에 도시된 센서 노드와 동일하게 배치되어 있으며, 센서 노드들의 중심이 행 방향 및 열 방향으로 동일한 위치에 나란히 배치되어 있다.

도 8의 (b)는 도 7의 (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 8의 (a)와 (b)의 차이점에 대해 설명해본다.

도 8의 (a)와 (b)에 있어서 동일한 지점에 터치가 발생한 경우를 가정한다. 터치가 이루어진 지점을 터치 영역(Touch Area; ‘TA’)으로 칭하기로 한다. 먼저, 도 8의 (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 8의 (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 8a)에 비해, 적어도 일부 어긋난 형태로 배치된 형태(도 8b)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 실시예에 의한 터치 검출 장치는 센서 노드(200)를 구동 라인(210) 및 감지 라인(220)으로 이루게 하여, 이로 인해 형성되는 상호 정전용량(Cm)의 변화를 통해 터치를 검출하여, 터치시 발생하는 터치 노이즈에 의한 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 (14)

1. 행 또는 열 방향으로 배치된 복수 개의 센서 노드를 포함하는 터치 검출 장치에 있어서,
   교번전압이 인가되는 구동 라인(Tx);
   상기 교번전압에 응답하여 전압 변화를 출력하는 감지 라인(Rx);
   상기 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 충전부; 및
   상기 구동 라인에 교번전압이 인가됨에 따라, 상기 구동 라인과 감지 라인 간의 상호 정전용량 변화에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 터치 검출부를 포함하고,
   상기 감지 라인은 상기 센서 노드에 각각 대응되고, 상기 구동 라인은 하나 이상의 센서 노드에 대응되는 것인, 터치 검출 장치.
   
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인 및 상기 감지 라인이 서로 중첩되지 않게 교호(交互)적으로 배치되는, 터치 검출 장치.
   
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 센서 노드 내에서 상기 구동 라인이 차지하는 총 면적이 상기 감지 라인이 차지하는 총 면적보다 큰 것인, 터치 검출 장치.
   
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 구동 라인에서 분기된 라인의 두께는 상기 감지 라인에서 분기된 라인의 두께보다 큰 것인, 터치 검출 장치.
   
5. 제 1 항에 있어서,
   동일 열 또는 동일 행에 속하는 센서 노드들을 구성하는 구동 라인은 하나의 공통 구동 라인으로부터 분기되는 것인 터치 검출 장치.
   
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 터치 검출 장치는, 상기 행 또는 열 방향으로 연장된 더미 라인을 포함하되,
   상기 더미 라인은 상기 센서 노드의 열과 열 사이 또는 행과 행 사이에 배치되는 것인, 터치 검출 장치.
   
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1그룹 및 상기 감지 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2그룹으로 형성되며,
   상기 제1그룹에 속하는 제1라인 및 상기 제2그룹에 속하는 제2라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸인 것인, 터치 검출 장치.
   
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 노드는 제1특정 간격을 가지는 제 1 빗살 무늬로 형성된 상기 구동 라인 및 제2특정 간격을 가지는 제 2 빗살 무늬로 형성된 상기 감지 라인으로 이루어지며, 상기 제 2 빗살 무늬는 상기 제 1 빗살 무늬 사이에 삽입되어 상기 제 1 빗살 무늬 및 제 2 빗살 무늬가 서로 맞물리도록 배치되는, 터치 검출 장치.
   
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 센서 노드는 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.
   
10. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 노드는 특정 간격을 가지고 상기 센서 노드 내의 특정 지점으로 수렴되는 제 1 스파이럴(spiral) 형상의 구동 라인, 및 상기 제 1 스파이럴 형상 내의 간격에 대응하는 제 2 스파이럴(spiral) 형상의 감지 라인으로 이루어지며, 상기 감지 라인은 상기 구동 라인 사이에 삽입되도록 배치되는, 터치 검출 장치.
    
11. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서 노드는 특정 지점으로부터 방사(radial)상으로 분기되는 하나 이상의 분기 라인을 갖는 감지 라인, 및 상기 분기 라인을 감싸도록 형성되는 구동 라인으로 이루어지는, 터치 검출 장치.
    
12. 제 1 항에 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.
    
13. 행 또는 열 방향으로 배치된 복수 개의 센서 노드를 포함하고, 상기 센서 노드 각각에는 구동 라인 및 감지 라인이 서로 중첩되지 않게 배치된 터치 스크린 패널의 터치 검출 방법에 있어서,
    상기 감지 라인을 충전한 후 플로팅시키는 단계;
    상기 구동 라인에 교번전압을 인가하는 단계; 및
    상기 구동 라인에 인가된 교번전압에 따라, 상기 구동 라인과 감지 라인 간의 상호 정전용량 변화에 따른 상기 감지 라인의 전압 변화량 검출을 통해 터치를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
    
14. 제 13 항에 있어서,
    상기 센서 노드 각각은, 상기 구동 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제1그룹 및 상기 감지 라인에서 분기된 하나 이상의 라인을 포함하는 제2그룹으로 형성되며,
    상기 제1그룹에 속하는 제1라인 및 상기 제2그룹에 속하는 제2라인 중 하나는 다른 하나에 의해 적어도 일부가 둘러싸인 것인, 터치 검출 방법.
    

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