KR101973168B1

KR101973168B1 - 멀티 터치 및 터치 힘을 인식하는 터치 표시장치 및 그 구동 방법

Info

Publication number: KR101973168B1
Application number: KR1020120092914A
Authority: KR
Inventors: 홍원기; 남승호; 장현룡
Original assignee: 삼성디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-08-24
Filing date: 2012-08-24
Publication date: 2019-04-29
Anticipated expiration: 2032-08-24
Also published as: US9052770B2; US20140055406A1; CN103631431A; JP6181998B2; JP2014044708A; CN103631431B; KR20140032022A

Abstract

본 발명에 따른 터치 표시장치는 표시패널 및 상기 표시패널 상부에 배치되어 적어도 하나 이상의 터치를 동시에 인식하는 터치스크린 패널을 포함한다. 상기 터치 스크린 패널은 터치 기판, 제1 각도 센서, 제2 각도 센서, 포스 센서, 및 연산부를 포함한다. 상기 제1 및 제2 각도 센서들 각각은 상기 터치의 제1 터치각 및 제2 터치각을 센싱한다. 상기 포스 센서는 터치거리 및 센서 힘을 산출한다. 상기 연산부는 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 상기 터치거리, 및 상기 센서 힘을 근거로 터치 좌표 및 터치 힘을 산출한다.

Description

멀티 터치 및 터치 힘을 인식하는 터치 표시장치 및 그 구동 방법{touch display apparatus sensing multi touch and touch force and driving method thereof}

본 발명은 멀티 터치 및 터치 힘을 인식하는 터치 표시장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 적외선 광 및 표면 탄성파를 이용하여 멀티 터치 및 터치 힘을 인식하는 터치 표시장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

최근, 대형 표시장치 시장은 매년 급격하게 성장되고 있다. 이에 따라 표시장치를 더욱 대형화 하기 위한 연구가 진행되고 있다. 표시장치가 대형화 됨에 따라 상기 표시장치 상에 부착되어 사용되는 터치스크린 패널 역시 대형화 하기 위한 연구가 진행되고 있다.

터치스크린 패널은 구동 방식에 따라 저항식, 정전용량식, 표면 탄성파(SAW) 이용 방식, 및 적외선 광 이용 방식으로 구분될 수 있다. 이중, 저항식 및 정전용량식 터치스크린 패널은 대형화에 적합하지 않은 단점이 있다.

표면 탄성파 이용 방식 및 적외선 광 이용 방식 터치스크린 패널은 대형화가 용이하나 멀티 터치를 인식하지 못하거나, 터치 좌표의 정밀도가 떨어지는 문제가 있다. 설사, 멀티 터치가 가능하더라도 이를 위해 추가적인 장치를 필요로 하여 제품 단가가 상승하게 된다.

또한, 기존의 터치스크린 패널은 터치의 유무만을 인식하므로, 터치에 의해 터치스크린 패널에 전달되는 힘의 크기를 인식할 수 없었다.

본 발명은 멀티 터치 및 터치 힘을 인식할 수 있는 터치 표시장치를 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 멀티 터치의 터치 좌표 및 터치 힘을 산출하는 방법을 제공한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치는 표시패널 및 상기 표시패널 상부에 배치되어 적어도 하나 이상의 터치를 동시에 인식하는 터치스크린 패널을 포함한다. 상기 터치 스크린 패널은 터치 기판, 제1 각도 센서, 제2 각도 센서, 포스 센서, 및 연산부를 포함한다.

상기 제1 각도 센서는 상기 터치 기판 상의 가장자리에 배치되어 상기 터치의 제1 터치각을 센싱한다. 상기 제2 각도 센서는 상기 터치 기판 상의 가장자리에 배치되며, 상기 제1 각도 센서와 이격되고, 상기 터치의 제2 터치각을 센싱한다.

상기 포스 센서는 상기 터치 기판 및 상기 표시패널 사이에 상기 터치 기판의 가장자리에 대응하게 배치되고, 상기 터치까지의 거리인 터치거리 및 상기 터치에 의해 가해진 힘인 센서 힘을 산출한다.

상기 연산부는 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 상기 터치거리, 및 상기 센서 힘을 근거로 터치 좌표 및 터치 힘을 산출한다.

상기 제1 각도 센서 및 상기 제2 각도 센서는 적외선 카메라를 포함할 수 있다.

상기 포스 센서는 센서 저항, 필터 저항, 포스 센싱부를 포함할 수 있다. 상기 센서 저항은 가해진 힘에 따라 저항 값이 변할 수 있다. 상기 필터 저항은 상기 센서 저항에 직렬 연결되고, 일정한 저항 값을 가질 수 있다. 상기 포스 센싱부는 상기 센서 저항 및 상기 필터 저항 사이의 노드에 연결될 수 있다. 상기 포스 센서는 기준 전압을 상기 센서 저항 및 상기 필터 저항에 분배시키고, 상기 포스 센싱부는 상기 노드에 걸리는 분배 전압을 근거로 상기 터치거리 및 상기 센서 힘을 산출할 수 있다.

상기 연산부는 후보 좌표 산출부, 좌표 산출부, 터치 힘 산출부를 포함할 수 있다. 상기 후보 좌표 산출부는 상기 터치가 싱글 터치인지 멀티 터치인지 판단하고, 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 둘을 이용하여 상기 터치의 후보 좌표를 산출한다.

상기 좌표 산출부는 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 나머지 하나를 이용하여 상기 터치 좌표를 추출할 수 있다.

상기 터치 힘 산출부는 상기 터치거리 및 상기 센서 힘을 근거로 상기 터치 힘을 산출할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시장치는 표시패널, 제1 각도 센서, 제2 각도 센서, 포스 센서, 및 연산부를 포함할 수 있다.

상기 표시패널은 하부 기판, 상기 하부 기판에 대향하는 상부 기판, 상기 하부 기판 및 상기 상부 기판 사이에 배치된 영상 표시층을 포함할 수 있다.

상기 제1 각도 센서 및 상기 제2 각도 센서는 서로 이격되며, 상기 상부 기판에 나란하게 배치될 수 있다.

상기 포스 센서는 상기 상부 기판 및 상기 하부 기판 사이에 배치될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치에서 터치 좌표 및 터치 힘을 산출하는 방법은, 사용자에 의해 발생한 터치의 제1 터치각, 제2 터치각, 터치거리, 및 센서 힘을 센싱하는 단계; 상기 터치가 싱글 터치인지 멀티 터치인지 판단하는 단계; 상기 터치가 싱글 터치인 경우, 터치 좌표와 터치 힘을 산출하는 단계; 및 상기 터치가 멀티 터치인 경우, 터치 좌표와 터치 힘을 산출하는 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치는 멀티 터치가 발생한 경우, 터치 좌표들을 정확하게 산출할 수 있고, 터치 힘들을 산출할 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 표시장치는 제1 각도 센서, 제2 각도 센서, 및 포스 센서를 표시패널 내에 구비하여 별도의 터치 기판 없이도, 일 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치의 사시도이다.
도 2는 도 1의 터치 표시장치의 분해 사시도이다.
도 3은 도 1의 I-I’선에 따른 단면도이다.
도 4는 도 1의 AA영역의 확대도이다.
도 5는 터치스크린 패널을 도시한 블록도이다.
도 6는 싱글 터치가 발생한 경우, 상기 터치스크린 패널을 나타낸 도면이다.
도 7은 포스 센서의 구성을 도시한 회로도이다.
도 8은 연산부를 도시한 블록도이다.
도 9은 멀티 터치가 발생한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널을 나타낸 도면이다.
도 10은 멀티 터치가 발생한 경우, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 터치스크린 패널을 나타낸 도면이다.
도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치의 사시도이다.
도 12은 도 11의 II-II’선에 따른 단면도이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치에서 터치 좌표 및 터치 힘을 산출하는 과정을 도시한 플로우차트이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 보다 상세하게 설명한다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치의 사시도이고, 도 2는 상기 터치 표시장치의 분해 사시도이고, 도 3은 도 1의 I-I’선에 따른 단면도이고, 도 4는 도 1의 AA영역의 확대도이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 터치 표시장치(1000)는 표시패널(100) 및 터치스크린 패널(200)을 포함한다.

상기 표시패널(100)은 영상을 표시한다. 상기 표시패널(100)은 액정표시패널(liquid crystal display panel), 유기발광 표시패널(organic light emitting display panel), 플라즈마 표시패널(plasma display panel), 전기영동 표시패널(electrophoretic display panel), 및 일렉트로웨팅 표시패널(electrowetting display panel)등의 다양한 표시패널을 포함할 수 있다.

상기 표시패널(100)의 평면상 형상은 제한되지 않으나, 도 1 내지 도 3에서는 상기 표시패널(100)은 평면상에서 사각형인 것을 일 예로 도시하였다.

상기 터치스크린 패널(200)은 터치 기판(SB), 제1 각도 센서(AS1), 제2 각도 센서(AS2), 포스 센서(FS), 및 연산부(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 터치 기판(SB)에는 사용자에 의해 터치가 입력될 수 있다. 상기 터치 기판(SB)은 표면 탄성파(SAW)에 대해 무지향성을 갖고, 등방성 감쇠계수가 작은 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 물질의 예로, 유리, 폴리머, 세라믹 등이 있다.

상기 터치 기판(SB)은 판상으로 제공될 수 있다. 평면상에서 상기 터치 기판(SB)은 상기 표시패널(100)의 형상에 대응하는 형상을 가질 수 있고, 도 1 내지 도 3에서 상기 터치 기판(SB)은 평면상에서 사각형인 것을 일 예로 도시하였다.

상기 제1 각도 센서(AS1)는 상기 터치 기판(SB) 상의 가장자리에 배치될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서 상기 제1 각도 센서(AS1)는 상기 터치 기판(SB)의 제1 모서리(EG1)에 대응하게 배치된 것을 일 예로 도시하였다.

상기 제2 각도 센서(AS2)는 상기 터치 기판(SB) 상의 가장자리에 배치되며, 상기 제1 각도 센서(AS1)와 이격될 수 있다. 상기 제2 각도 센서(AS2)는 상기 제1 모서리(EG1)에 인접한 제2 모서리(EG2)에 대응하게 배치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 각도 센서들(AS1, AS2)은 각각 적외선 카메라를 포함할 수 있다.

상기 적외선 카메라는 출광부 및 수광부를 포함할 수 있다.

상기 출광부는 상기 터치 기판(SB)의 일면에 평행하게 설정된 화각을 갖고, 상기 화각 범위 내에서 적외선 광을 출광시킨다. 이때, 상기 출광된 적외선 광은 상기 터치 기판(SB) 상에서 상기 터치 기판(SB)에 평행하게 진행한다.

상기 수광부는 상기 출광부에서 출광된 적외선 광의 일부를 수광한다.

상기 터치 기판(SB)의 상면에 사용자에 의한 터치가 발생하면, 상기 사용자에 의해 상기 출광된 적외선 광의 진행 경로가 막힌다. 따라서, 상기 터치가 발생한 각도에서 상기 수광부에 수광되는 적외선 광의 양이 급격히 감소한다.

상기 적외선 카메라는 상기 화각의 범위 내에서 상기 출광부에서 출광된 적외선 광의 양과 상기 수광부에 수광되는 적외선 광의 양을 비교하여 터치의 발생 여부 및 터치 각도를 센싱한다.

상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)는 상기 출광부 및 수광부가 구비된 적외선 카메라를 포함하는 것으로 기재하였으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 상기 제1 각도 센서(AS1)는 제1 적외선 출광 카메라와 제1 적외선 수광 카메라를 포함할 수 있다. 마찬가지로, 상기 제2 각도 센서(AS2)는 제2 적외선 출광 카메라와 제2 적외선 수광 카메라를 포함할 수 있다. 상기 제1 적외선 출광 카메라, 상기 제1 적외선 수광 카메라, 상기 제2 적외선 출광 카메라, 및 상기 제2 적외선 수광 카메라는 각각 상기 터치 기판(SB)의 네 모서리에 구비될 수 있다. 상기 제1 적외선 출광 카메라 및 상기 제2 적외선 출광 카메라는 상기 출광부와 유사한 역할을 하고, 상기 제1 적외선 수광 카메라 및 상기 제2 적외선 수광 카메라는 상기 수광부와 유사한 역할을 할 수 있다.상기 포스 센서(FS)는 상기 터치 기판(SB) 및 상기 표시패널(100) 사이에 상기 터치 기판(SB)의 가장자리에 배치될 수 있다. 상기 포스 센서(FS)는 평면상에서 제1 각도 센서(AS1) 및 제2 각도 센서(AS2) 중 어느 하나에 대응하게 배치될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서는 상기 포스 센서(FS)는 상기 제1 각도 센서(AS1)에 대응하게 배치된 것을 일 예로 도시하였다.

상기 터치스크린 패널(200)은 터치 프레임(TF)을 더 포함할 수 있다.

상기 터치 프레임(TF)은 상기 터치 기판(SB) 상에 배치될 수 있다. 상기 터치 프레임(TF)은 내측에 개구(OP)를 구비하여 상기 터치 기판(SB)의 가장자리를 둘러싸는 형상으로 구비될 수 있다.

상기 터치 프레임(TF)은 상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)를 내부에 수납하여 상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)를 고정시킬 수 있다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 상기 터치 프레임(TF)은 상기 제1 모서리(EG1)와 대응하는 부분에서 상기 터치 기판(SB)의 일면에 평행한 방향으로 홈을 구비하여, 상기 제1 각도 센서(AS1)를 내부에 수납할 수 있다. 또한, 도시하지는 않았으나, 상기 터치 프레임(TF)은 상기 제2 모서리(EG2)에 대응하는 부분에서 상기 터치 기판(SB)의 일면에 평행한 방향으로 홈을 구비하여, 상기 제2 각도 센서(AS2)를 내부에 수납할 수 있다.

다시 도 1 내지 도 3을 참조하면, 상기 터치스크린 패널(200)은 반사판(RF)을 더 포함할 수 있다.

상기 반사판(RF)은 상기 터치 프레임(TF)의 상기 개구(OP)의 내벽을 따라 배치될 수 있다. 상기 반사판(RF)은 상기 적외선 카메라의 상기 출광부에서 출광된 적외선 광을 반사하여 상기 수광부에 수광되는 적외선 광의 양을 증가시키는 기능을 한다.

상기 터치스크린 패널(200)은 서포터(SP)를 더 포함할 수 있다.

상기 서포터(SP)는 상기 포스 센서(FS)와 이격되며, 상기 터치 기판(SB) 및 상기 표시 패널(100) 사이에 배치될 수 있다. 상기 서포터(SP)는 상기 터치 기판(SB)의 가장자리에 대응하게 배치될 수 있다.

상기 서포터(SP)는 복수 개로 제공되며, 상기 포스 센서(FS)와 동일한 높이를 가질 수 있다. 도 1 내지 도 3에서 상기 서포터(SP)는 상기 제1 모서리(EG1)를 제외한 상기 터치 기판(SB)의 세 모서리에 대응하게 배치된 것을 일 예로 도시하였다.

상기 서포터(SP)는 상기 포스 센서(FS)가 구비됨에 따라 상기 터치 기판(SB)과 상기 표시 패널(100) 사이에 단차가 발생하는 것을 방지하는 역할을 한다.

상기 연산부는 도시하지는 않았으나, 상기 터치스크린 패널(200) 일부에 칩 형태로 실장되거나, 상기 터치스크린 패널(200)에 연결된 인쇄회로기판 상에 구비될 수 있다.

도 5는 상기 터치스크린 패널(200)을 도시한 블록도이다.

도 5를 참조하면, 상기 터치 기판(SB)에 사용자에 의한 터치(TCH)가 발생하면, 상기 제1 각도 센서(AS1)는 상기 터치(TCH)의 제1 터치각을 센싱하고, 이를 상기 연산부(CP)에 제공한다. 상기 제2 각도 센서(AS2)는 상기 터치(TCH)의 제2 터치각을 센싱하고, 이를 상기 연산부(CP)에 제공한다. 상기 포스 센서(FS)는 상기 포스 센서(FS)와 상기 터치(TCH) 사이의 거리인 터치거리 및 상기 터치(TCH)에 의해 가해진 힘인 센서 힘을 산출하고, 이를 상기 연산부(CP)에 제공한다.

상기 연산부(CP)는 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 상기 터치거리, 및 상기 센서힘을 수신하고, 이를 근거로 터치 좌표 및 터치 힘을 산출한다.

도 6는 싱글 터치가 발생한 경우, 상기 터치스크린 패널을 나타낸 도면이다. 도 5에는 사용자에 의해 하나의 터치(TCH)가 발생한 경우를 일 예로 도시하였다.

이하, 도 6을 참조하여, 상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)의 동작을 구체적으로 설명한다.

상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)는 90°의 화각을 가질 수 있다. 상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)는 각각 상기 터치 기판(SB)의 모서리에 대응하게 배치되므로, 90°의 화각으로도 상기 터치 기판(SB) 전체를 스캔할 수 있다.

상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)는 상기 화각 범위 내의 각도를 순차적으로 스캔한다. 상기 터치(TCH)가 발생되면, 사용자의 손가락 등의 장애물에 의해 특정 각도에서 상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)에 수광되는 적외선 광 양이 현저히 감소하게 되고, 상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)는 상기 특정 각도를 상기 제1 터치각(θ) 및 상기 제2 터치각(Φ)으로 각각 센싱한다. 또한, 상기 제1 각도 센서(AS1) 및 상기 제2 각도 센서(AS2)는 상기 제1 터치각(θ) 및 상기 제2 터치각(Φ)이 센싱된 시점을 상기 터치(TCH)가 발생한 시점으로 센싱한다.

여기서, 상기 제1 터치각(θ)은 상기 제1 각도 센서(AS1)에서 상기 터치(TCH)를 바라본 방향과 제1 방향(DR1)이 이루는 예각으로 정의된다. 또한, 상기 제2 터치각(Φ)은 상기 제2 각도 센서(AS2)에서 상기 터치(TCH)를 바라본 방향과 상기 제1 방향(DR1)이 이루는 예각으로 정의된다.

도 7은 상기 포스 센서(FS)의 구성을 도시한 회로도이다.

상기 포스 센서(FS)는 센서 저항(Rs), 필터 저항(Rf), 및 포스 센싱부(FSP)을 포함할 수 있다.

상기 센서 저항(Rs)는 압저항 물질을 포함하여, 상기 센서 저항(Rs)에 힘이 가해지면 저항 값이 변할 수 있다. 상기 압저항 물질의 예로는, 탄소나노튜브(CNT) 및 그래핀(graphene)이 있다.

상기 필터 저항(Rf)은 상기 센서 저항(Rs)에 직렬 연결되고, 일정한 저항 값을 가질 수 있다.

직렬 연결된 상기 센서 저항(Rs) 및 상기 필터 저항(Rf)에는 기준 전압(Vcc)이 인가될 수 있다. 도 7에는 상기 센서 저항(Rs)의 상부 노드는 기준 전위(Vcc)에 연결되고, 상기 필터 저항(Rf)의 하부 노드는 접지된 것을 일 예로 도시하였다.

상기 포스 센싱부(FSP)는 상기 센서 저항(Rs) 및 상기 필터 저항(Rf) 사이의 노드(ND)에 연결될 수 있다. 상기 포스 센싱부(FSP)는 상기 기준 전압(Vcc)이 상기 센서 저항(Rs) 및 상기 필터 저항(Rf)에 의해 분배된 분배 전압(Vd)을 센싱할 수 있다. 상기 분배 전압(Vd)은 상기 센서 저항(Rs)의 저항 값이 변함에 따라 변할 수 있다.

상기 분배 전압(Vd)은 아래의 수학식 1에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 1]

여기서, Vd는 분배 전압을 나타내고, Vcc는 기준 전압을 나타내고, Rf는 필터 저항을 나타내고, Rs는 센서 저항을 나타낸다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 상기 포스 센싱부(FSP)는 상기 분배 전압(Vd)이 변하는 시점을 근거로 상기 터치거리(D)를 산출하고, 상기 분배 전압(Vd)을 근거로 상기 센서 힘(F2)을 산출한다.

이하, 상기 포스 센서(FS)가 상기 터치거리(D)를 산출하는 과정을 설명한다.

사용자에 의한 상기 터치(TCH)가 발생하면, 상기 터치(TCH) 위치에서 표면 탄성파가 발생하여 상기 터치 기판(SB)을 따라 전파된다. 이때, 동일 매질 내에서 표면 탄성파의 전달 속도는 일정하다. 즉, 표면 탄성파의 전달 속도는 상기 터치 기판(SB)을 이루는 물질에 의해 결정되는 값이고, 상기 터치 힘(F1)에 영향을 받지 않는다.

상기 터치 기판(SB)은 동일한 물질로 이루어져 있으므로, 표면 탄성파의 전달 속도는 일정한 값을 갖고, 상기 터치거리(D)는 아래의 수학식 2에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 2]

여기서, D는 터치거리를 나타내고, v는 표면 탄성파의 전달 속도를 나타내고, ?t는 표면 탄성파가 포스 센서까지 도달하는데 걸리는 도달 시간을 나타낸다.

상기 도달 시간(?t)은 상기 포스 센싱부(FSP)에서 센싱된 상기 분배 전압(Vd)이 변하는 시점 및 상기 제1 각도 센서(AS1) 또는 상기 제2 각도 센서(AS2)에서 센싱된 상기 터치(TCH)의 발생 시점 사이의 시간으로부터 구할 수 있다.

이하, 상기 포스 센서(FS)가 상기 센서 힘(F2)을 산출하는 과정을 설명한다.

상기 센서 힘(F2)은 사용자가 가한 힘인 터치 힘(F1)에 의해 상기 포스 센서(FS)에 가해진 힘이다. 상기 터치거리(D)가 0이 아닌 이상, 상기 센서 힘(F2)은 상기 터치 힘(F1) 보다 작다.

상기 포스 센싱부(FSP)는 상기 분배 전압(Vd)을 근거로 상기 센서 힘(F2)을 센싱한다.

예를 들어, 상기 센서 저항(Rs)은 상기 포스 센서(FS)에 힘이 가해지지 않은 경우, 무한대의 저항 값을 갖고, 상기 포스 센서(FS)에 무한대의 힘이 가해진 경우 0의 저항 값을 가질 수 있다. 상기 센서 저항(Rs)의 저항 값 변화에 따라 상기 분배 전압(Vd)도 0(V)에서 Vcc(V) 사이의 전압 값을 가질 수 있다.

상기 포스 센싱부(FSP)에는 0(V) 에서 Vcc(V) 사이의 전압 값들에 대응되는 힘 값들이 룩업테이블의 형태로 저장되어 있고, 상기 포스 센싱부(FSP)는 상기 분배 전압(Vd)에 대응되는 센서 힘(F2)을 상기 룩업테이블로부터 독출할 수 있다. 하지만, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 포스 센싱부(FSP)는 상기 분배 전압(Vd)에 적절한 계수를 연산하여 상기 센서 힘(F2)을 산출할 수 있다.

도 8은 상기 연산부(CP)를 도시한 블록도이다.

도 8을 참조하면, 상기 연산부(CP)는 후보 좌표 산출부(310), 좌표 산출부(320), 및 터치 힘 산출부(330)를 포함할 수 있다.

상기 연산부(CP)는 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 상기 터치거리, 및 센서 힘에에 관한 정보를 제1 신호(SN1)로서 수신하고, 이를 근거로 하여 터치 좌표 및 터치 힘을 산출하여 제5 신호(SN5)로서 출력한다. 도 1 내지 도 3에 도시된 상기 표시패널(100)은 상기 제5 신호(SN5)를 수신하여 상기 터치 좌표 및 상기 터치 힘이 지시하는 정보를 표시하도록 영상을 전환한다.

상기 후보 좌표 산출부(310)는 사용자에 의해 발생한 터치가 싱글 터치인지 멀티 터치인지를 판단하고, 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 둘을 이용하여 상기 터치의 후보 좌표를 산출한다.

상기 터치가 싱글 터치인 경우, 상기 후보 좌표 산출부(310)는 상기 터치의 후보 좌표를 상기 터치의 실제 좌표인 터치 좌표로 인식하고, 상기 후보 좌표에 대한 정보를 갖는 제2 신호(SN2)를 상기 터치 힘 산출부(330)에 제공한다.

상기 터치가 멀티 터치인 경우, 상기 후보 좌표 산출부(310)는 복수의 후보 좌표들을 산출하고, 상기 후보 좌표들에 대한 정보를 갖는 제3 신호(SN3)를 상기 좌표 산출부(320)에 제공한다.

상기 좌표 산출부(320)는 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 나머지 하나를 이용하여 상기 후보 좌표들 중 상기 터치들의 실제 좌표인 터치 좌표를 추출한다. 상기 좌표 산출부(320)는 상기 터치 좌표에 대한 정보를 갖는 제4 신호(SN4)를 상기 터치 힘 산출부(330)에 제공한다.

상기 터치 힘 산출부(330)는 상기 제2 신호(SN2) 또는 상기 제4 신호(SN4)를 수신한다. 상기 터치 힘 산출부(330)는 상기 센서 힘과 상기 터치거리를 이용하여 상기 터치 좌표에 가해진 상기 터치 힘을 산출한다.

이하, 도 8 및 도 9을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에서 멀티 터치가 발생한 경우에 상기 연산부의 동작을 구체적으로 설명한다.

도 9은 멀티 터치가 발생한 경우, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 패널을 나타낸 도면이다. 도 9에는 사용자에 의해 제1 터치(TCH1) 및 제2 터치(TCH2)가 발생한 것을 일 예로 도시하였다.

상기 제1 각도 센서(AS1)는 두 개의 상기 제1 터치각(θ1, θ2)를 센싱한다. 이하, 상기 제1 터치(TCH1)의 제1 터치각은 제1각(θ1)으로 정의되고, 상기 제2 터치(TCH2)의 제1 터치각은 제2각(θ2)으로 정의된다.

상기 제2 각도 센서(AS2)는 두 개의 상기 제2 터치각(Φ1, Φ2)을 센싱한다. 이하, 상기 제2 터치(TCH2)의 제2 터치각은 제3각(Φ1)으로 정의되고, 상기 제1 터치(TCH1)의 제2 터치각은 제4각(Φ2)으로 정의된다.

상기 포스 센서(FS)는 상기 포스 센서(FS)와 상기 제1 터치(TCH1) 사이의 터치거리인 제1 터치거리(D1) 및 상기 포스 센서(FS)와 상기 제2 터치(TCH2) 사이의 터치거리인 제2 터치거리(D2)를 산출한다. 또한, 상기 상기 제1 터치(TCH1)에 제1 터치 힘(F11)이 가해지고, 상기 제2 터치(TCH2)에 제2 터치 힘(F12)이 가해진다. 상기 포스 센서(FS)는 상기 제1 터치 힘(F11)에 의해 상기 포스 센서(FS)에 가해진 힘인 제1 센서 힘(F21) 및 상기 제2 터치 힘(F12)에 의해 상기 포스 센서(FS)에 가해진 힘인 제2 센서 힘(F22)을 산출한다.

상기 후보 좌표 산출부(310)는 상기 제1 터치각(θ1, θ2)의 개수, 상기 제2 터치각(Φ1, Φ2)의 개수, 상기 센서 힘(F21, F22)의 개수, 상기 터치거리(D1, D2)의 개수, 또는 이들의 조합으로 발생한 터치가 싱글터치인지 멀티터치인지 여부를 판단한다.

도 9에서는 상기 제1 터치각(θ1, θ2)의 개수가 2개이고, 상기 제2 터치각(Φ1, Φ2)의 개수가 2개 이고, 상기 센서 힘(F21, F22)의 개수가 2개이고, 상기 터치거리(D1, D2)의 개수가 2개 이므로, 상기 후보 좌표 산출부(310)는 발생한 제1 터치(TCH1) 및 제2 터치(TCH2)를 멀티터치로 판단한다.

상기 후보 좌표 산출부(310)는 상기 제1 터치거리(D1), 제2 터치거리(D2), 제1각(θ1), 및 제2각(θ2)을 근거로 복수의 후보 좌표들을 산출한다. 상기 후보좌표들은 제1 터치(TCH1)의 좌표, 제2 터치(TCH2)의 좌표, 제1 고스트 터치(GTC1)의 좌표, 및 제2 고스트 터치(GTC2)의 좌표를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 터치(TCH1)의 좌표, 제2 터치(TCH2)의 좌표, 제1 고스트 터치(GTC1)의 좌표, 및 제2 고스트 터치(GTC2)의 좌표 각각은 아래의 수학식 3에 의해 산출될 수 있다.

[수학식 3]

여기서, xy1은 제1 터치(TCH1)의 좌표를 나타내고, xy2는 제2 터치(TCH2)의 좌표를 나타내고, xy3는 제1 고스트 터치(GCT1)의 좌표를 나타내고, xy4는 제2 고스트 터치(GTC2)의 좌표를 나타낸다.

상기 좌표 산출부(320)는 상기 제2 터치각들(Φ1, Φ2)을 이용하여 상기 후보 좌표들(xy1, xy2, xy3, xy4) 중 상기 제1 터치(TCH1)의 좌표 및 상기 제2 터치(TCH2)의 좌표를 추출한다. 구체적으로, 상기 좌표 산출부(320)는 상기 제3각(Φ1)을 이용하여 상기 제2 터치(TCH2)의 좌표를 추출하고, 상기 제4각(Φ2)을 이용하여 상기 제1 터치(TCH1)의 좌표를 추출한다.

이때, 상기 제1 터치(TCH1)와 상기 제2 고스트 터치(GCT2)는 동일한 제1 터치거리(D1)을 공유하고, 서로 다른 제1 터치각을 가지므로, 동일한 제2 터치각을 가질 수 없다. 마찬가지로, 상기 제2 터치(TCH2)와 상기 제1 고스트 터치(GCT1)는 동일한 제2 터치거리(D2)를 공유하고, 서로 다른 제1 터치각을 가지므로, 동일한 제2 터치각을 가질 수 없다. 따라서, 상기 좌표 산출부(320)는 상기 제2 터치각들(Φ1, Φ2)을 이용하여 상기 후보 좌표들(xy1, xy2, xy3, xy4) 중 상기 제1 터치(TCH1)의 좌표 및 상기 제2 터치(TCH2)의 좌표만을 정확하게 추출할 수 있다.

상기 터치 힘 산출부(330)는 상기 제1 센서 힘(F21) 및 상기 제1 터치거리(D1)를 이용하여 상기 제1 터치 힘(F11)을 산출하고, 상기 제2 센서 힘(F22) 및 상기 제2 터치거리(D2)를 이용하여 상기 제2 터치 힘(F12)을 산출한다.

일반적으로, 평판의 특정 위치에 상기 평판에 수직한 방향으로 가해진 힘은 상기 평판에 평행한 방향으로의 거리의 제곱에 반비례한다. 따라서, 상기 제1 터치 힘(F11)을 결정하기 위해서는 상기 제1 센서 힘(F21)으로부터 상기 제1 터치거리(D1)에 대한 보상이 필요하고, 상기 제2 터치 힘(F12)을 결정하기 위해서는 상기 제2 센서 힘(F22)으로부터 상기 제2 터치거리(D2)에 대한 보상이 필요하다. 구체적으로 상기 제1 터치 힘(F11) 및 상기 제2 터치 힘(F12)은 아래의 수학식 4에 의해 결정될 수 있다.

[수학식 4]

여기서, F11은 제1 터치 힘을 나타내고, F21은 제1 센서 힘을 나타내고, a는 비례 상수를 나타내고, D1은 제1 터치거리를 나타내고, F12는 제2 터치 힘을 나타내고, F22는 제2 센서 힘을 나타내고, D2는 제2 터치거리를 나타낸다.

이상의 설명에서는, 멀티 터치가 발생한 경우에 상기 연산부(CP)의 동작을 설명하였다. 반면, 싱글 터치가 발생한 경우, 상기 후보 좌표 산출부(310)에서 산출된 후보 좌표는 터치 좌표와 일치하므로, 상기 좌표 산출부(320)는 별도의 터치 좌표 추출 과정을 수행하지 않는다. 따라서, 상기 좌표 산출부(320)의 동작을 제외하고 상기 연산부(CP)의 동작은 싱글 터치와 멀티 터치의 경우에 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 도 9에서는 멀티 터치의 일 예로서, 두 개의 터치들(TCH1, TCH2)가 발생한 경우를 도시하였지만, 3 개 이상의 터치들이 발생한 경우에도 상기 연산부(CP)의 동작은 동일하게 적용될 수 있다.

한편, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치에서 상기 연산부(CP)가 상기 터치 힘을 산출하는 것으로 설명하였으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 상기 포스 센서(FS)가 상기 터치 힘을 산출할 수도 있다. 이때, 상기 포스 센서(FS)는 상기 연산부(CP)로부터 상기 터치 좌표에 대한 정보를 수신하고, 상기 터치 좌표, 상기 터치거리, 및 상기 센서 힘을 근거로 상기 터치 힘을 산출할 수 있다.

이하, 도 8 및 도 10을 참조하여, 본 발명의 다른 실시예에서 멀티 터치가 발생한 경우에 상기 연산부의 동작을 구체적으로 설명한다.

도 10은 멀티 터치가 발생한 경우, 본 발명의 다른 실시예에 따른 상기 터치스크린 패널을 나타낸 도면이다. 도 10에는 사용자에 의해 도 9과 동일한 위치에 제1 터치(TCH1) 및 제2 터치(TCH2)가 발생한 것을 일 예로 도시하였다. 본 발명의 다른 실시예는 상기 연산부의 동작 중 후보 좌표 산출부(310) 및 좌표 산출부(320)의 동작에만 차이가 있다. 따라서, 일 실시예와 다른 실시예에서 동일한 구성에는 동일한 참조부호를 부여하고, 구체적인 설명은 생략한다.

상기 후보 좌표 산출부(310)는 제1각(θ1), 제2각(θ2), 제3각(Φ1), 및 제4각(Φ2)을 근거로 복수의 후보 좌표들을 산출한다. 상기 후보좌표들은 제1 터치(TCH1)의 좌표, 제2 터치(TCH2)의 좌표, 제3 고스트 터치(GTC3)의 좌표, 및 제4 고스트 터치(GTC4)의 좌표를 포함할 수 있다.

구체적으로, 제1 터치(TCH1)의 좌표, 제2 터치(TCH2)의 좌표, 제3 고스트 터치(GTC3)의 좌표, 및 제4 고스트 터치(GTC4)의 좌표 각각은 아래의 수학식 5에 의해 산출될 수 있다.

[수학식 5]

여기서, xy1은 제1 터치(TCH1)의 좌표를 나타내고, xy2는 제2 터치(TCH2)의 좌표를 나타내고, xy5는 제3 고스트 터치(GCT3)의 좌표를 나타내고, xy6는 제4 고스트 터치(GTC4)의 좌표를 나타내고, W는 상기 터치 기판(SB)의 제1 방향(DR1) 폭을 나타낸다.

상기 터치 기판(SB)의 상기 제1 방향(DR1) 폭(W)는 기 설정된 값일 수 있다.

상기 좌표 산출부(320)는 상기 터치거리들(D1, D2)를 이용하여 상기 후보 좌표들(xy1, xy2, xy5, xy6) 중 상기 제1 터치(TCH1)의 좌표 및 상기 제2 터치(TCH2)의 좌표를 추출한다. 구체적으로, 상기 좌표 산출부(320)는 상기 제1 터치거리(D1)를 이용하여 상기 제1 터치(TCH1)의 좌표를 추출하고, 상기 제2 터치거리(D2)를 이용하여 상기 제2 터치(TCH2)의 좌표를 추출한다.

이때, 상기 제1 터치(TCH1)와 상기 제4 고스트 터치(GCT4)는 동일한 제2 터치각을 갖고, 서로 다른 제1 터치각을 가지므로, 동일한 터치거리를 가질 수 없다. 마찬가지로, 상기 제2 터치(TCH2)와 상기 제3 고스트 터치(GCT3)은 동일한 제2 터치각을 갖고, 서로 다른 제1 터치각을 가지므로, 동일한 터치거리를 가질 수 없다. 따라서, 상기 좌표 산출부(320)는 상기 터치거리들(D1, D2)을 이용하여 상기 후보 좌표들(xy1, xy2, xy3, xy4) 중 상기 제1 터치(TCH1)의 좌표 및 상기 제2 터치(TCH2)의 좌표만을 정확하게 추출할 수 있다.

도 11은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치의 사시도이고, 도 12은 도 11의 II-II’선에 따른 단면도이다.

도 11 및 도 12에 도시된 터치 표시장치(2000)는 도 1 내지 도 3에 도시된 터치 표시장치(1000)와 비교하여, 별도의 터치 기판(SB)을 구비하지 않고, 표시 패널의 상부 기판(12)이 그 역할을 한다. 이하, 도 11 및 도 12을 참조하여, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치(2000)를 구체적으로 설명한다.

상기 터치 표시장치(2000)는 표시패널(10), 제1 각도 센서(AS11), 제2 각도 센서(AS22), 및 포스 센서(FS1), 연산부(미도시)를 포함할 수 있다.

상기 표시패널(10)은 두 개의 대향 기판을 구비한다면, 액정표시패널(liquid crystal display panel), 유기발광 표시패널(organic light emitting display panel), 플라즈마 표시패널(plasma display panel), 전기영동 표시패널(electrophoretic display panel), 및 일렉트로웨팅 표시패널(electrowetting display panel)등 다양하게 채용될 수 있으나, 이하에서는 상기 표시패널(10)은 액정표시패널인 것을 일 예로 설명한다.

상기 표시패널(10)은 하부 기판(11), 상부 기판(12), 및 액정층(LC)을 포함할 수 있다.

도시하지는 않았으나, 상기 하부 기판(11)은 게이트 라인, 데이터 라인, 박막 트랜지스터, 및 화소 전극를 포함할 수 있다. 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인은 복수 개로 제공되어 서로 절연되며 교차한다. 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인에 의해 화소 영역이 매트릭스 형태로 정의된다. 상기 화소 영역 마다 상기 박막 트랜지스터가 구비되고, 상기 화소 전극은 상기 박막 트랜지스터에 연결될 수 있다. 평면상에서 상기 하부 기판(11)은 사각형일 수 있다.

상기 상부 기판(12)은 상기 하부 기판(11)에 대향하게 배치될 수 있다. 상기 상부 기판(12)에는 공통 전극이 구비될 수 있다. 상기 상부 기판(12)은 표면 탄성파(SAW)에 대해 무지향성을 갖고, 등방성 감쇠계수가 작은 물질로 이루어질 수 있다. 이러한 물질의 예로, 유리, 폴리머, 세라믹 등이 있다.

평면상에서 상기 상부 기판(12)은 사각형일 수 있고, 상기 하부 기판(11)의 면적보다 작을 수 있다. 도 10 및 도 11에서 상기 상부 기판(12)은 사각판상으로 제공되어 상면(12A), 하면(12B), 및 측면(12C)을 포함한다.

상기 액정층(LC)은 상기 하부 기판(11) 및 상기 상부 기판(12) 사이에 배치될 수 있다. 상기 액정층(LC)은 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 형성된 전계에 의해 제어되어, 상기 액정층(LC)으로 입사된 광을 투과시키거나 차단시킨다.

상기 제1 각도 센서(AS11)는 상기 상부 기판(12)에 제2 방향(DR2)으로 나란하게 배치될 수 있다. 도 10 및 도 11에서 상기 제1 각도 센서(AS11)는 상기 상부 기판(12)의 제1 모서리(EG1)에 인접한 상기 상부 기판(12)의 측면(12C)에 나란하게 배치된 것을 일 예로 도시하였다.

상기 제2 각도 센서(AS22)는 상기 상부 기판(12)에 상기 제2 방향(DR2)으로 나란하게 배치되며, 상기 제1 각도 센서(AS11)와 이격될 수 있다. 상기 제2 각도 센서(AS22)는 상기 상부 기판(12)의 제2 모서리(EG2)에 인접한 상기 상부 기판(12)의 측면(12C)에 나란하게 배치될 수 있다.

상기 제1 및 제2 각도 센서들(AS11, AS22)은 각각 적외선 카메라를 포함할 수 있다.

상기 적외선 카메라는 출광부 및 수광부를 포함할 수 있다.

상기 출광부는 상기 상부 기판(12)의 상면에 평행하게 설정된 화각을 갖고, 상기 화각 범위 내에서 적외선 광을 출광시킨다. 이때, 상기 출광된 적외선 광은 상기 상부 기판(12) 내부를 통과하여 진행한다.

상기 출광부는 상기 적외선 광의 진행 경로와 상기 상부 기판(12)의 상면이 특정 각도를 갖도록 상기 적외선 광을 출광시킨다. 상기 특정 각도는 상기 출광된 적외선 광이 전반사되기 위한 각도이다. 따라서, 상기 출광된 적외선 광은 상기 상부 기판(12)의 상면 및 하면에서 전반사되어 상기 상부 기판(12) 내부를 진행할 수 있다.

상기 상부 기판(12)의 상면에 사용자에 의한 터치(TCH)가 발생하면, 상기 상부 기판(12)의 상면(12A)에 접하는 매질이 변경되어 전반사 조건이 변하므로, 상기 출광된 적외선 광은 상기 상부 기판(12)의 상면(12A)에서 전반사 되지 못한다. 따라서, 상기 출광된 적외선 광은 상기 상부 기판(12)의 상면(12A)에서 대부분 누설되어 상기 수광부에 수광되는 적외선 광의 양이 급격히 감소한다.

상기 표시패널(10)는 편광판(PL)을 더 포함할 수 있다.

상기 편광판(PL)은 상기 상부 기판(12)의 상면(12A) 상에 배치될 수 있다. 상기 편광판(PL)은 외부광에 의해 터치가 오인식 되는 것을 방지하기 위한 기능을 한다.

상기 편광판(PL)은 상기 상부 기판(12)의 가장자리에 구비된 점착 테이프(TP)를 통해 상기 상부 기판(12)에 점착될 수 있다. 상기 편광판(PL) 및 상기 상부 기판(12) 사이에는 상기 점착 테이프(TP)에 의해 공간이 구비될 수 있다. 도시하지는 않았으나, 상기 공간에 의해 발생할 수 있는 편광판(PL)의 휨을 보상하기 위해, 상기 상부 기판(12) 및 상기 편광판(PL) 사이에는 복수 개의 투명 스페이서들이 구비될 수 있다.

상기 편광판(PL)과 상기 상부 기판(12) 사이의 공간은 공기로 채워지므로, 상기 상부 기판(12)의 상면(12A)과 접촉하는 매질은 공기가 된다. 적외선 광에 대해 공기는 굴절률이 작은 매질(소한 매질)이므로, 상기 출광된 적외선 광이 전반사 조건을 만족하는데 유리하다.

상기 표시패널(10)은 반사층(RF1)을 더 포함할 수 있다.

상기 반사층(RF1)은 상기 상부 기판(12)의 하면(12B) 및 상기 상부 기판(12)의 측면(12C) 일부에 구비될 수 있다. 상기 반사층(RF1)은 상기 상부 기판(12)의 측면(12C) 중 제1 영역(AR)을 제외한 나머지 영역에 구비될 수 있다. 상기 제1 영역(AR)은 상기 적외선 카메라에서 출광된 적외선 광이 통과하거나 또는 상기 적외선 카메라에 입광되는 적외선 광이 통과하는 영역이다.

상기 반사층(RF1)은 상기 출광된 적외선 광이 상기 상부 기판(12)의 하면 및 측면에 도달하였을 때 반사되는 양을 증가시키는 기능을 한다. 또한, 상기 반사층(RF1)은 상기 상부 기판(12)의 하면(12B)의 반사율을 증가시켜 상기 출광된 적외선 광이 전반사되도록 유도한다.

도시하지는 않았으나, 상기 터치 표시장치(2000)는 프레임을 더 포함할 수 있다. 상기 프레임은 상기 제1 각도 센서(AS11) 및 상기 제2 각도 센서(AS22)를 내부에 수납하며, 상기 상부 기판(12) 및 상기 하부 기판(11)에 결합될 수 있다.

상기 포스 센서(FS1)는 상기 상부 기판(12) 및 상기 하부 기판(11) 사이에 상기 상부 기판(12)의 가장자리에 배치될 수 있다. 도 11 및 도 12에서는 상기 포스 센서(FS1)는 상기 제1 모서리(EG1)에 대응하게 배치된 것을 일 예로 도시하였다.

상기 표시패널(10)은 서포터(SP1)를 더 포함할 수 있다.

상기 서포터(SP1)는 상기 포스 센서(FS1)와 이격되며, 상기 상부 기판(12) 및 상기 하부 기판(11) 사이에 배치될 수 있다. 상기 서포터(SP1)는 상기 상부 기판(12)의 가장자리에 대응하게 배치될 수 있다.

상기 서포터(SP1)는 복수 개로 제공되며, 상기 포스 센서(FS1)와 동일한 높이를 가질 수 있다. 도 11 및 도 12에서 상기 서포터(SP1)는 상기 제1 모서리(EG1)를 제외한 상기 상부 기판(12)의 세 모서리에 대응하게 배치된 것을 일 예로 도시하였다.

상기 서포터(SP1)는 상기 포스 센서(FS1)와 함께 상기 상부 기판(12) 및 상기 하부 기판(11) 사이의 셀 갭을 유지하는 역할을 한다.

한편, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치에서, 사용자에 의한 터치(TCH)가 발생하면, 상기 제1 각도 센서(AS11)는 상기 터치(TCH)의 제1 터치각을 센싱하고, 이를 상기 연산부(미도시)에 제공한다. 상기 제2 각도 센서(AS22)는 상기 터치(TCH)의 제2 터치각을 센싱하고, 이를 상기 연산부(미도시)에 제공한다. 상기 포스 센서(FS1)는 상기 포스 센서(FS1)와 상기 터치(TCH) 사이의 거리인 터치거리 및 상기 터치(TCH)에 의해 가해진 힘인 센서 힘을 산출하고, 이를 상기 연산부(미도시)에 제공한다. 상기 연산부의 구체적인 동작은 일 실시예 또는 다른 실시예와 동일하므로, 구체적인 설명은 생략한다.

도 11 및 도 12을 참조하여 설명한 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 표시장치는 제1 각도 센서(AS11), 제2 각도 센서(AS22), 및 포스 센서(FS1)를 실질적으로 표시패널 내에 구비하여 별도의 터치 기판 없이도, 일 실시예와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 표시장치에서 터치 좌표 및 터치 힘을 산출하는 과정을 도시한 플로우차트이다.

먼저, 사용자에 의한 터치가 발생하면, 제1 터치각, 제2 터치각, 터치거리, 및 센서 힘을 센싱한다.(S1) 상기 제1 터치각은 제1 각도 센서에서 센싱되고, 상기 제2 터치각은 제2 각도 센서에서 센싱되고, 상기 터치거리 및 센서 힘은 포스 센서에서 센싱될 수 있다.

이후, 상기 터치가 싱글 터치인지 멀티 터치인지 판단한다.(S2) 이때, 상기 제1 터치각의 개수, 상기 제2 터치각의 개수, 상기 센서 힘의 개수, 상기 터치거리의 개수, 또는 이들의 조합으로 발생한 터치가 싱글터치인지 멀티터치인지 여부를 판단한다.

만일 상기 터치가 싱글 터치인 경우, 상기 터치의 후보 좌표를 산출하고, 이를 터치 좌표로 인식하여 상기 터치 좌표를 산출한다.(S3) 이때, 상기 터치 좌표는 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 둘을 이용하여 산출될 수 있다.

이후, 상기 터치 좌표, 상기 센서 힘, 및 상기 터치거리를 이용하여 터치 힘을 산출한다.(S4) 이때, 상기 터치 힘은 상기 센서 힘에 상기 터치거리를 보상하여 산출될 수 있다.

만일 상기 터치가 멀티 터치인 경우, 상기 터치들의 후보 좌표들을 산출한다.(S5) 상기 후보 좌표들은 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 둘을 이용하여 산출될 수 있다.

이후, 후보 좌표들 중 상기 터치들의 실제 좌표인 터치 좌표들을 추출한다.(S6) 상기 터치좌표들은 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 나머지 하나를 이용하여 추출될 수 있다.

이후, 상기 터치 좌표들, 상기 센서 힘, 및 상기 터치거리를 이용하여 상기 터치 좌표들의 터치 힘들을 산출한다.(S7) 이때, 상기 터치 힘은 상기 센서 힘에 상기 터치거리를 보상하여 산출될 수 있다.

한편 본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형을 할 수 있음은 이 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게는 자명하다. 따라서, 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

1000, 2000: 터치 표시장치 10, 100: 표시패널
200: 터치스크린 패널 AS1, AS11: 제1 각도 센서
AS2, AS22: 제2 각도 센서 FS, FS1: 포스 센서
TF: 터치 프레임 CP: 연산부
SP, SP1: 서포터 310: 후보 좌표 산출부
320: 좌표 산출부 330: 터치 힘 산출부

Claims

영상을 표시하는 표시패널; 및
상기 표시패널의 상부에 배치되어 적어도 하나의 터치를 인식하는 터치스크린 패널을 포함하고,
상기 터치스크린 패널은,
상기 터치가 발생되는 터치 기판;
상기 터치 기판 상의 제1 가장자리에 배치되어 상기 터치의 제1 터치각을 센싱하는 제1 각도 센서;
상기 터치 기판 상의 상기 제1 가장자리와 서로 다른 제2 가장자리에 배치되며, 상기 터치의 제2 터치각을 센싱하는 제2 각도 센서;
상기 터치 기판 및 상기 표시패널 사이에 상기 터치 기판의 상기 제1 가장자리 또는 상기 제2 가장자리에 대응하게 배치되고, 상기 터치까지의 거리인 터치거리를 산출하는 포스 센서; 및
상기 제 1 각도 센서에 의해 센싱된 상기 제1 터치각, 상기 제 2 각도 센서에 의해 센싱된 상기 제2 터치각, 및 상기 포스 센서에 의해 산출된 상기 터치거리를 근거로 터치 좌표를 산출하는 연산부를 포함하는 터치 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 포스 센서는 상기 터치에 의해 가해진 힘인 센서 힘을 더 산출하고,
상기 연산부는 상기 터치 거리 및 상기 센서 힘을 근거로 터치 힘을 더 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 제1 각도 센서 및 상기 제2 각도 센서 각각은 적외선 카메라를 포함하고,
상기 적외선 카메라는,
적외선 광을 출광하는 출광부; 및
상기 출광부에서 출광된 상기 적외선 광을 수광하는 수광부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 포스 센서는,
상기 터치에 의해 가해진 상기 힘에 따라 저항 값이 변하는 센서 저항;
상기 센서 저항에 직렬 연결되고, 일정한 저항 값을 갖는 필터 저항; 및
상기 센서 저항 및 상기 필터 저항 사이의 노드에 연결된 포스 센싱부를 포함하고,
기준 전압을 상기 센서 저항 및 상기 필터 저항에 분배시키고, 상기 포스 센싱부는 상기 노드에 걸리는 분배 전압을 근거로 상기 터치거리 및 상기 센서 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제4항에 있어서,
상기 포스 센서는 상기 터치에 의해 발생된 표면 탄성파의 도달 시간을 센싱하고, 아래의 수학식 1을 이용하여 상기 터치거리를 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
[수학식 1]

여기서, D는 상기 터치거리를 나타내고, v는 상기 표면 탄성파의 전달 속도를 나타내고,
t는 상기 표면 탄성파가 상기 포스 센서까지 도달하는데 걸리는 상기 도달 시간을 나타낸다.
제2항에 있어서,
상기 터치 기판은 평면상에서 사각형으로 제공되고,
상기 제1 가장자리는 상기 터치 기판의 제1 모서리이고,
상기 제2 가장자리는 상기 제1 모서리에 인접한 제2 모서리인 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 터치스크린 패널은 상기 터치 기판 상에 배치되고, 내측에 개구를 구비하여 상기 터치 기판의 가장자리들을 둘러싸는 터치 프레임을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제7항에 있어서,
상기 제1 각도 센서 및 상기 제2 각도 센서는 상기 터치 프레임의 내부에 수납된 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제7항에 있어서,
상기 터치 프레임의 상기 개구의 내벽을 따라 배치되고, 입사된 적외선 광을 반사하는 반사판을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 포스 센서와 이격되며, 상기 터치 기판 및 상기 표시패널 사이에 상기 터치 기판의 가장자리들에 대응하게 배치된 적어도 하나 이상의 서포터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제2항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 터치가 싱글 터치인지 멀티 터치인지 판단하고, 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 둘을 이용하여 상기 터치의 후보 좌표를 산출하는 후보 좌표 산출부;
상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 나머지 하나를 이용하여 상기 후보 좌표 중 상기 터치 좌표를 추출하는 좌표 산출부; 및
상기 터치거리 및 상기 센서 힘을 근거로 상기 터치 힘을 산출하는 터치 힘 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제11항에 있어서,
상기 후보 좌표 산출부는 아래의 수학식 2를 이용하여 상기 후보 좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
[수학식 2]

여기서, xy는 상기 후보 좌표를 나타내고, D는 상기 터치거리를 나타내고, θ는 상기 제1 터치각을 나타낸다.
제12항에 있어서,
상기 좌표 산출부는 상기 제2 터치각을 이용하여 상기 터치 좌표를 추출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제11항에 있어서,
상기 후보 좌표 산출부는 아래의 수학식 3를 이용하여 상기 후보 좌표를 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
[수학식 3]

여기서, xy는 상기 후보 좌표를 나타내고, θ는 상기 제1 터치각을 나타내고, Φ는 상기 제2 터치각을 나타내고, W는 상기 터치 기판의 제1 방향 폭을 나타낸다.
제14항에 있어서,
상기 좌표 산출부는 상기 터치거리를 이용하여 상기 터치 좌표를 추출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제11항에 있어서,
상기 터치 힘 산출부는 아래의 수학식 4를 이용하여 상기 터치 힘을 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
[수학식 4]

여기서, F1은 상기 터치 힘을 나타내고, F2는 상기 센서 힘을 나타내고, a는 비례 상수를 나타내고, D는 상기 터치거리를 나타낸다.
복수의 화소 영역들이 정의된 하부 기판;
상기 하부 기판에 대향하고, 적어도 하나 이상의 터치가 발생되는 상부 기판;
상기 하부 기판 및 상기 상부 기판 사이에 배치되어 영상을 표시하는 영상 표시층;
상기 상부 기판에 나란하게 배치되어 상기 터치의 제1 터치각을 센싱하는 제1 각도 센서;
상기 상부 기판에 나란하게 배치되며, 상기 제1 각도 센서와 이격되고, 상기 터치의 제2 터치각을 센싱하는 제2 각도 센서;
상기 상부 기판 상기 하부 기판 사이에 상기 상부 기판의 가장자리에 대응하게 배치되고, 상기 터치까지의 거리인 터치거리를산출하는 포스 센서; 및
상기 제 1 각도 센서에 의해 센싱된 상기 제1 터치각, 상기 제 2 각도 센서에 의해 센싱된 상기 제2 터치각, 및 상기 포스 센서에 의해 산출된 상기 터치거리를 근거로, 터치 좌표를 산출하는 연산부를 포함하는 터치 표시장치.
제17항에 있어서,
상기 포스 센서는 상기 터치에 의해 가해진 힘인 센서 힘을 더 산출하고,
상기 연산부는 상기 터치 거리 및 상기 센서 힘을 근거로 터치 힘을 더 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제18항에 있어서,
상기 상부 기판 상에 배치된 편광판을 더 포함하고,
상기 상부 기판 및 상기 편광판 사이의 공간은 공기로 채워진 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제18항에 있어서,
상기 상부 기판의 하면 및 사이 상부 기판의 측면 일부에 배치된 반사층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
제18항에 있어서,
상기 연산부는,
상기 터치가 싱글 터치인지 멀티 터치인지 판단하고, 상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 둘을 이용하여 상기 터치의 후보 좌표를 산출하는 후보 좌표 산출부;
상기 제1 터치각, 상기 제2 터치각, 및 상기 터치거리 중 나머지 하나를 이용하여 상기 후보 좌표 중 상기 터치 좌표를 추출하는 좌표 산출부; 및
상기 터치거리 및 상기 센서 힘을 근거로 상기 터치 힘을 산출하는 터치 힘 산출부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 표시장치.
사용자에 의해 발생한 적어도 하나의 터치의 제1 터치각, 제2 터치각, 터치거리, 및 센서 힘을 센싱하는 단계;
상기 터치가 싱글 터치인지 멀티 터치인지 판단하는 단계;
상기 터치가 싱글 터치인 경우, 터치 좌표와 터치 힘을 산출하는 단계; 및
상기 터치가 멀티 터치인 경우, 터치 좌표들과 터치 힘들을 산출하는 단계를 포함하는 터치 표시장치의 구동방법.
제22항에 있어서,
상기 터치가 멀티 터치인 경우, 터치 좌표들과 터치 힘들을 산출하는 단계는,
상기 멀티 터치의 후보 좌표들을 산출하는 단계;
상기 후보 좌표들 중 상기 터치 좌표들을 산출하는 단계; 및
상기 터치좌표들의 상기 터치 힘들을 산출하는 단계를 포함하는 터치 표시장치의 구동방법.