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KR20180085855A - 터치 센서 및 이의 구동 방법 - Google Patents

터치 센서 및 이의 구동 방법 Download PDF

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KR20180085855A
KR20180085855A KR1020170009245A KR20170009245A KR20180085855A KR 20180085855 A KR20180085855 A KR 20180085855A KR 1020170009245 A KR1020170009245 A KR 1020170009245A KR 20170009245 A KR20170009245 A KR 20170009245A KR 20180085855 A KR20180085855 A KR 20180085855A
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KR
South Korea
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touch
waveform
sub
electrode
intensity
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KR1020170009245A
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Inventor
홍원기
이태희
Original Assignee
삼성디스플레이 주식회사
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Publication date
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Priority to US15/828,218 priority patent/US20180203534A1/en
Priority to CN201810034221.9A priority patent/CN108334218A/zh
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Abstract

본 발명은 터치 센서와 이의 구동 방법에 관한 것이다.
본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서는, 기판 상에 위치하는 복수의 제1 전극; 상기 기판 상에 위치하며, 상기 복수의 제1 전극과 이격되어 위치하는 복수의 제2 전극; 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 위치하는 탄성 부재; 및 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극으로 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극의 출력 신호를 획득하는 제어부를 포함하며, 압력에 대응하여 상기 탄성 부재의 형상이 변화하고, 상기 제어부는, 동시에 입력된 멀티 터치에 대응하는 터치 파형을 획득하며, 상기 터치 파형의 최고점을 참조로 하여 상기 멀티 터치 각각의 위치를 산출할 수 있다.

Description

터치 센서 및 이의 구동 방법{TOUCH SENSOR AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 터치 센서 및 이의 구동 방법에 관한 것이다.
정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서, 표시 장치에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.
최근의 표시 장치는 영상 표시 기능과 더불어 사용자의 터치를 입력 받기 위한 터치 센서를 구비하고 있다. 이에 따라, 사용자는 터치 센서를 통해 보다 편리하게 표시 장치를 이용할 수 있게 되었다.
또한 최근에는 터치 위치뿐만 아니라, 터치로 인하여 발생하는 압력을 이용하여 사용자에게 다양한 기능을 제공하고자 하였다.
본 발명은 터치로 인하여 발생하는 압력을 이용하여 터치를 감지하는 터치 센서를 제공하는 데에 그 목적이 있다.
본 발명은 멀티 터치 각각의 위치 및 세기를 정확하게 파악하는 터치 센서를 제공하는 데에 다른 목적이 있다.
본 발명의 실시예에 의한 터치 센서는, 기판 상에 위치하는 복수의 제1 전극; 상기 기판 상에 위치하며, 상기 복수의 제1 전극과 이격되어 위치하는 복수의 제2 전극; 상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 위치하는 탄성 부재; 및 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극으로 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극의 출력 신호를 획득하는 제어부를 포함하며, 압력에 대응하여 상기 탄성 부재의 형상이 변화하고, 상기 제어부는, 동시에 입력된 멀티 터치에 대응하는 터치 파형을 획득하며, 상기 터치 파형의 최고점을 참조로 하여 상기 멀티 터치 각각의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 상기 파형은, 터치의 세기를 위치의 함수로 나타낸 것일 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 출력 신호를 참조로 하여 상기 멀티 터치에 대응하는 터치 파형을 획득할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 터치 파형의 최고점에 대응하는 제1 서브 파형을 획득할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 터치 파형에서 상기 제1 서브 파형을 제거하여 제2 서브 파형을 획득할 수 있다.
또한, 상기 멀티 터치가 제1 터치와 제2 터치를 포함하고, 상기 제2 터치의 세기가 상기 제1 터치의 세기 미만인 경우, 상기 제어부는, 상기 제1 서브 파형으로부터 상기 제1 터치의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 서브 파형이 제거된 터치 파형의 최고점을 참조로 하여, 상기 제2 서브 파형을 획득할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제2 서브 파형으로부터 상기 제2 터치의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 상기 탄성 부재는 가변 저항 요소를 포함하고, 상기 제어부는,
상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 저항 변화량이 반영된 출력 신호를 획득할 수 있다.
또한, 상기 제어부는, 상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 정전 용량 변화량이 반영된 출력 신호를 획득할 수 있다.
다음으로, 압력을 이용하여 터치를 센싱하는 터치 센서의 구동 방법은, 동시에 멀티 터치가 입력되면, 상기 멀티 터치에 의한 압력을 위치 별로 나타낸 터치 파형을 획득하는 단계; 상기 터치 파형의 최고점에 대응하는 제1 서브 파형을 획득하는 단계; 상기 터치 파형에서 상기 제1 서브 파형을 제거하여 제2 서브 파형을 획득하는 단계; 및 상기 제1 서브 파형과 상기 제2 서브 파형을 참조로 하여 상기 멀티 터치 각각의 위치를 산출하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 멀티 터치가 제1 터치와 제2 터치를 포함하고, 상기 제2 터치의 세기가 상기 제1 터치의 세기 미만인 경우, 상기 제1 서브 파형으로부터 상기 제1 터치의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제2 서브 파형으로부터 상기 제2 터치의 위치를 산출할 수 있다.
또한, 상기 제1 서브 파형이 제거된 터치 파형의 최고점을 참조로 상기 제2 서브 파형을 획득할 수 있다.
또한, 상기 멀티 터치에 의한 정전 용량 변화량을 이용하여, 상기 터치 파형을 획득할 수 있다.
또한, 상기 멀티 터치에 의한 저항 변화량을 이용하여, 상기 터치 파형을 획득할 수 있다.
본 발명에 의하면, 터치로 인하여 발생하는 압력을 이용하여 터치를 감지하는 터치 센서를 제공할 수 있다.
본 발명에 의하면, 멀티 터치 각각의 위치 및 세기를 정확하게 파악할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서를 나타낸 평면도이다.
도 2는 도 1에 도시된 압력 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부를 포함하는 터치 센서의 구성을 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서에 멀티 터치가 동시에 입력된 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 10a 내지 도 10e는 도 8에 도시된 제어부에서 획득한 터치 파형을 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.
이하, 본 발명의 실시예들과 관련된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서 및 이의 구동 방법에 대해 설명하도록 한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서를 나타낸 평면도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서(10)는, 기판(110), 기판(110) 상에 위치하는 압력 센서(120)를 포함할 수 있다.
기판(110)은 유리, 수지(resin) 등과 같은 절연성 재료로 이루어질 수 있다. 또한, 기판(110)은 휘거나 접힘이 가능하도록 가요성(flexibility)을 갖는 재료로 이루어질 수 있고, 단층 구조 또는 다층 구조를 가질 수 있다.
예를 들어, 기판(110)은 폴리스티렌(polystyrene), 폴리비닐알코올(polyvinyl alcohol), 폴리메틸메타크릴레이트(Polymethyl methacrylate), 폴리에테르술폰(polyethersulfone), 폴리아크릴레이트(polyacrylate), 폴리에테르이미드(polyetherimide), 폴리에틸렌 나프탈레이트(polyethylene naphthalate), 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate), 폴리페닐렌 설파이드(polyphenylene sulfide), 폴리아릴레이트(polyarylate), 폴리이미드(polyimide), 폴리카보네이트(polycarbonate), 트리아세테이트 셀룰로오스(triacetate cellulose), 셀룰로오스아세테이트 프로피오네이트(cellulose acetate propionate) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
다만, 상기 기판(110)을 구성하는 재료는 다양하게 변화될 수 있으며, 유리 섬유 강화플라스틱(FRP, Fiber glass reinforced plastic) 등으로도 이루어질 수 있다.
압력 센서(120)는, 터치 센서(10) 상에 입력된 터치에 의한 압력을 감지하기 위한 것일 수 있다. 압력 센서(120)의 구성 및 동작은 도 2 내지 도 7b를 참조하여 구체적으로 설명하도록 한다.
한편, 도 1에는 도시되지 않았으나, 기판(110) 상에는, 압력 센서(120)로 구동 신호를 전달하거나, 압력 센서(120)로부터 출력된 감지 신호를 전달하기 위한 배선들이 포함될 수 있다.
도 2는 도 1에 도시된 압력 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 압력 센서(120)는, 제1 전극(121), 제2 전극(122) 및 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 위치하는 제1 탄성 부재(123)를 포함할 수 있다.
제1 전극(121)은 도전성 물질을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 있어서, 도전성 물질은 금속이나 이들의 합금을 포함할 수 있다. 금속으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu), 백금(Pt) 등을 들 수 있다.
한편, 제1 전극(121)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수도 있다. 투명 도전성 물질로는 은나노와이어(AgNW), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 및 SnO2(Tin Oxide), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀(graphene) 등을 들 수 있다.
제1 전극(121)은 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다.
제2 전극(122)은 제1 전극(121)과 이격되며, 도전성 물질을 포함할 수 있다. 도전성 물질은 제1 전극(121)을 구성할 수 있는 재료 중에서 선택될 수 있으며, 제1 전극(121)와 동일 물질로 이루어지거나 서로 다른 물질로 이루어질 수 있다.
제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 커패시터의 역할을 수행할 수 있으며, 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에는 정전 용량(capacitance)이 형성될 수 있다.
제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 정전 용량은 제1 전극(121)과 제2 전극(122)의 이격 거리에 따라 변화될 수 있다.
예를 들어, 터치 센서(10) 상에 터치가 발생한 경우, 상기 터치에 대응하는 곳에 위치하는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 거리가 변화되고, 이에 따라 정전 용량은 변화될 수 있다.
즉, 터치 센서(10)는 압력 센서(120)의 정전 용량 변화량을 검출함으로써, 터치에 의한 압력을 인식할 수 있다.
도 2에서는, 예시적으로 제1 전극(121)이 제2 전극(122)의 상측에 위치하는 경우를 도시하였으나, 제1 전극(121)은 제2 전극(122)의 하측에 위치할 수도 있다.
제1 탄성 부재(123)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 위치할 수 있다.
예를 들어, 제1 탄성 부재(123)의 일면은 제1 전극(121)에 접촉되고, 제1 탄성 부재(123)의 타면은 제2 전극(122)에 접촉될 수 있다.
제1 탄성 부재(123)는 외부의 충격을 완화시키는 역할을 수행할 수 있으며, 이를 위해 탄성력을 가질 수 있다. 예를 들어, 제1 탄성 부재(123)는 외부로부터의 압력에 의해 변형이 일어나며, 상기 외부로부터의 압력이 제거되면 다시 원 상태로 복원 가능한 탄성력을 가질 수 있다.
또한, 제1 탄성 부재(123)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 전기적 단락을 방지하기 위해 절연성을 가질 수 있다.
제1 탄성 부재(123)는 탄성력을 갖도록 다공성 고분자로 제공될 수 있다. 예를 들어, 제1 탄성 부재(123)는 스폰지와 같이 발포체 형태로 제공될 수 있다.
예를 들어, 제1 탄성 부재(123)는 열가소성 탄성 중합체(thermoplastic elastomer), 폴리스티렌(polystyrene), 폴리올레핀(polyolefin), 폴리우레탄 열가소성 탄성 중합체(polyurethane thermoplastic elastomers), 폴리아미드(polyamides), 합성고무(synthetic rubbers), 폴리디메틸실록산(polydimethylsiloxane), 폴리부타디엔(polybutadiene), 폴리이소부티렌(polyisobutylene), 폴리(스티렌-부타디엔-스티렌)[poly(styrene-butadienestyrene)], 폴리우레탄(polyurethanes), 폴리클로로프렌(polychloroprene), 폴리에틸렌(polyethylene), 실리콘(silicone), 등 및 이들의 조합들을 포함할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
도 2에는 도시되지 않았으나 제1 전극(121) 및 제2 전극(122)에는 배선이 연결될 수 있다. 제1 전극(121) 또는 제2 전극(122)은 배선을 통해 구동 신호를 공급받거나, 배선으로 신호를 출력할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 도 2에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 3a에는 압력 센서(120)에 압력(F)이 인가되지 않은 상태를 도시하였으며, 도 3b에는 압력 센서(120)에 압력(F)이 인가된 상태를 도시하였다.
도 3a를 참조하면, 압력 센서(120)에 압력(F)이 인가되지 않은 경우, 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에는 제1 정전 용량(C1)이 형성될 수 있다.
도 3b를 참조하면, 사용자의 터치 등에 따라 압력 센서(120)에 압력(F)이 가해지는 경우, 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 거리가 변화되고, 이에 따라 제1 전극(121)과 제2 전극(122)의 정전 용량은 변화될 수 있다.
예를 들어, 인가되는 압력(F)에 의해 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 거리가 변화되면, 제1 정전 용량(C1)은 제2 정전 용량(C2)으로 변화될 수 있다.
결국, 압력(F)이 증가될수록 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 거리가 가까워지고, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)의 정전 용량은 증가할 수 있다.
따라서, 압력 센서(120)의 출력 신호에 반영된 정전 용량의 변화량을 이용하여, 압력(F)의 세기 등을 검출할 수 있다.
압력 센서(120)에 인가되는 압력(F)은 주로 사용자의 터치에 의해 발생할 수 있으나, 이에 제한되지 않으며 그 외 다양한 원인에 의하여 발생할 수 있다.
도 4는 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 4를 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력 센서(120')는, 제1 전극(121), 제2 전극(122) 및 제2 탄성 부재(124)를 포함할 수 있다.
제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 서로 이격되어 위치할 수 있다.
제2 탄성 부재(124)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 위치할 수 있다.
제2 탄성 부재(124)는 변형된 정도에 따라 전기적 특성이 변경되는 구성일 수 있다. 특히, 외부로부터의 압력에 따라 저항이 변경되는 가변 저항 요소를 포함할 수 있다.
예를 들어, 제2 탄성 부재(124)에 제공되는 힘이 증가할수록 제2 탄성 부재(124)의 저항은 감소할 수 있다. 또는, 그와 반대로 제2 탄성 부재(124)에 제공되는 힘이 증가할수록 제2 탄성 부재(124)의 저항이 증가할 수도 있다.
즉, 압력 센서(120')의 저항 변화량을 검출함으로써, 터치에 의한 압력을 인식할 수 있다.
이를 위하여, 제2 탄성 부재(124)는 압력 감지 물질(force sensitive material) 또는 압력 감지 레지스터(force sensitive resistor)로 지칭되는 물질들을 포함할 수 있다.
제2 탄성 부재(124)는 PZT(lead zirconate titanate), 티탄산 바륨(BaTiO3), PTrFE(polytrifluoroethylene)와 PVDF(polyvinylidene fluoride) 등과 같은 압전 물질(piezo-electric materials), 폴리 크리스탈(Poly Crystal), 압전단결정(PMN-PT Single Crystal), 산화 아연(ZnO), 이황화몰리브덴(MoS2) 등과 같은 압전 반도체(piezo-electric semiconductor), 카본 파우더(carbon powder), QTC(Quantum tunnelling composite), 실리콘(silicone), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 및 그래핀(graphene) 중 적어도 어느 하나를 포함할 수 있다.
제2 탄성 부재(124)은 나노 입자를 포함할 수도 있다. 예를 들어, 나노 입자는 나노 튜브, 나노 컬럼, 나노 로드, 나노 기공, 나노 와이어 등으로 제공될 수 있다.
나노 입자는 탄소, 흑연, 준금속, 금속, 상기 준금속 또는 금속의 도전성 산화물, 또는 상기 준금속 또는 금속의 도전성 질화물의 입자들을 포함하거나, 절연성 비드 상에 상기 입자들이 코팅된 코어 쉘 구조의 입자 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 상기 준금속은, 안티몬(Sb), 게르마늄(Ge) 및 비소(As) 중 어느 하나 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속은 아연(Zn), 알루미늄(Al), 스칸듐(Sc), 크롬(Cr), 망간(Mn), 철(Fe), 코발트(Co), 니켈(Ni), 구리(Cu), 인듐(In), 주석(Sn), 이트륨(Y), 지르코늄(Zr), 니오븀(Nb), 몰리브덴(Mo), 루테늄(Ru), 로듐(Rh), 팔라듐(Pd), 금(Au), 은(Ag), 백금(Pt), 스트론튬(Sr), 텅스텐(W), 카드뮴(Cd), 탄탈륨(Ta), 타이타늄(Ti) 등, 또는 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 도전성 산화물은 인듐 틴 옥사이드(ITO), 인듐 아연 옥사이드(IZO), 알루미늄 도프된 아연 산화물(AZO), 갈륨 인듐 아연 산화물(GIZO), 아연 산화물(ZnO) 등, 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 도 4에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 5a에는 압력 센서(120')에 압력(F)이 인가되지 않은 상태를 도시하였으며, 도 5b에는 압력 센서(120')에 압력(F)이 인가된 상태를 도시하였다.
도 5a를 참조하면, 압력 센서(120')에 압력(F)이 인가되지 않은 경우, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 제2 탄성 부재(124)를 사이에 두고, 제1 거리로 이격되며, 제2 탄성 부재(124)는 제1 저항(R1)을 가질 수 있다.
도 5b를 참조하면, 사용자의 터치 등에 따라 압력 센서(120')에 압력(F)이 가해지는 경우, 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이의 거리가 변화되고, 이에 따라 제2 탄성 부재(124)의 형태가 변화될 수 있다.
이에 따라 제2 탄성 부재(124)의 저항은 변화될 수 있고, 예를 들어 제2 탄성 부재(124)의 저항은 제1 저항(R1)에서 제2 저항(R2)으로 변화될 수 있다.
결국, 압력(F)이 증가될수록 제2 탄성 부재(124)가 많이 변형되고, 제2 탄성 부재(124)의 저항 변화량이 증가할 수 있다.
따라서, 압력 센서(120')의 출력 신호에 반영된 저항 변화량을 참조로 하여 압력(F)의 위치, 세기 등을 검출할 수 있다.
도 6은 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력 센서의 구성을 나타낸 단면도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 다른 실시예에 의한 압력 센서(120")는, 제1 전극(121), 제2 전극(122) 및 제2 탄성 부재(124)를 포함할 수 있다.
제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 서로 이격되어 위치하되 동일한 평면 상에 위치할 수 있다.
제2 탄성 부재(124)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 위치할 수 있다. 외부로부터의 압력에 따라 제2 탄성 부재(124)가 변형되면, 제2 탄성 부재(124)의 저항 값이 변화될 수 있다.
즉, 압력 센서(120")의 저항 변화량을 검출함으로써, 터치에 의한 압력을 인식할 수 있다.
도 7a 및 도 7b는 도 6에 도시된 압력 센서의 동작을 설명하기 위한 도면이다. 특히, 도 7a에는 압력 센서(120")에 압력(F)이 인가되지 않은 상태를 도시하였으며, 도 7b에는 압력 센서(120")에 압력(F)이 인가된 상태를 도시하였다.
도 7a를 참조하면, 압력 센서(120")에 압력(F)이 인가되지 않은 경우, 제2 탄성 부재(124)는 변형되지 않은 상태이며, 제1 저항(R1)을 가질 수 있다.
도 5b를 참조하면, 사용자의 터치 등에 따라 압력 센서(120")에 압력(F)이 가해지는 경우, 제2 탄성 부재(124)의 형태가 변화될 수 있다.
이에 따라 제2 탄성 부재(124)의 저항은 변화될 수 있고, 예를 들어 제2 탄성 부재(124)의 저항은 제1 저항(R1)에서 제2 저항(R2)으로 변화될 수 있다.
결국, 압력(F)이 증가될수록 제2 탄성 부재(124)가 많이 변형되고, 제2 탄성 부재(124)의 저항 변화량이 증가할 수 있다.
따라서, 압력 센서(120")로부터 출력되는 감지 신호에 반영된 저항 변화량을 참조로 하여 압력(F)의 위치, 세기 등을 검출할 수 있다.
한편, 압력 센서(120)의 형상은 도 1 내지 도 7b에 도시된 형상에 제한되지 않으며, 다양하게 변형될 수 있다.
예를 들어, 제1 전극(121)과 제2 전극(122)은 긴 바(bar) 형상을 가질 수 있으며, 이 경우 제1 탄성 부재(123) 또는 제2 탄성 부재(124)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122)이 교차하는 영역에 위치할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 의한 제어부를 포함하는 터치 센서를 나타낸 도면이다. 도 8에서는 설명의 편의를 위하여 탄성 부재(123, 124)의 도시를 생략하였다.
제어부(130)는 압력 센서(120)가 구동되도록 제1 전극(121)과 제2 전극(122)에 구동 신호를 인가할 수 있다.
제어부(130)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 사이에 존재하는 정전 용량의 변화량(예를 들어, |C2-C1|)을 감지함으로써, 터치 센서(10) 상에 인가되는 압력을 검출할 수 있다.
예를 들어, 제어부(130)는 제1 전극(121)의 출력 신호를 이용하여 정전 용량의 변화량을 획득할 수 있다.
제어부(130)는 정전 용량 변화량이 반영된 신호를 출력한 압력 센서(120)의 위치와, 정전 용량 변화량의 크기를 참조로 하여, 터치 센서(10) 상에 입력된 터치의 위치 및 세기를 산출할 수 있다.
구체적으로, 제어부(130)는 제1 전극(121)의 출력 신호를 이용하여, 터치에 의한 압력을 위치 별로 나타낸 터치 파형을 획득할 수 있다. 즉, 본 명세서에서 터치 파형은 터치의 세기를 위치의 함수로 나타낸 것일 수 있다.
제어부(130)는 터치 파형의 최고점을 참조로 하여 터치의 위치 및 세기를 산출할 수 있다. 특히, 본 발명의 실시예에 의한 제어부(130)는, 싱글 터치뿐만 아니라 동시에 여러 개의 터치가 입력되는 멀티 터치를 감지할 수도 있다.
멀티 터치를 감지하기 위한 제어부(130)의 동작은 이하에서 도 9 내지 도 11d를 참조로 하여 구체적으로 설명하도록 한다.
한편, 도 8에 도시된 제어부(130)가 정전 용량 변화량을 이용하여 터치의 위치 및 세기를 산출하는 것으로 설명하였으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
예를 들어, 제어부(130)는 제1 전극(121)과 제2 전극(122) 간의 저항 변화량(예를 들어, |R2-R1|)을 이용하여 터치의 위치 및 세기를 산출할 수도 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 센서에 멀티 터치가 동시에 입력된 상태를 예시적으로 나타낸 도면이다.
도 9를 참조하면, 멀티 터치는, 터치 센서(10) 상에 동시에 입력된 제1 터치(T1)와 제2 터치(T2)를 포함할 수 있다.
제1 터치(T1)는, 제1 위치(P1) 상에 제1 세기(F1)로 입력될 수 있다. 제2 터치는, 제1 위치(P1)와 제1 거리(D)만큼 떨어진 제2 위치(P2) 상에 제2 세기(F2)로 입력될 수 있다.
도 10a 내지 도 10e는 도 8에 도시된 제어부에서 획득한 터치 파형을 예시적으로 나타낸 도면이다. 특히, 도 10a 내지 도 10e에는 도 9에 도시된 멀티 터치에 대응하는 터치 파형을 도시하였다.
또한, 도 10a 내지 도 10e은, 도 9에 도시된 멀티 터치에 있어서, 제1 위치(P1), 제2 위치(P2), 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 간의 거리(D), 제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)는 변하지 않고, 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2)가 달라짐에 따라 변화하는 터치 파형을 나타낸 것이다.
도 10a 내지 도 10e에 도시된 기준선(R)은 터치 센서(10)에 터치가 입력되지 않은 상태를 나타내는 것이며, 터치 센서(10)에 입력된 터치의 세기가 클수록 기준선(R)과 터치 파형 간의 거리가 멀 수 있다.
도 10a는, 도 9에 도시된 제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)와 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2)가 동일한 경우, 제어부(130)에 의하여 획득된 터치 파형(WFa)을 나타낸 것이다.
터치 파형(WFa)은 제1 터치(T1)에 의한 터치 파형과 제2 터치(T2)에 의한 터치 파형이 병합된 형상일 수 있다. 즉, 멀티 터치에 의한 터치 파형은 각각의 터치에 대응하는 파형을 포함할 수 있다.
도 10a를 참조하면, 터치 파형(WFa)은 두 개의 릿지(ridge; Y1, Y2)와, 두 개의 릿지(Y1, Y2) 사이에 위치한 밸리(valley; Y3)를 포함할 수 있다.
이 때, 제1 릿지(Y1)는 제1 터치(T1)의 제1 위치(P1)에 대응하고, 제2 릿지(Y2)는 제2 터치(T2)의 제2 위치(P2)에 대응할 수 있다.
기준선(R)과 제1 릿지(Y1) 사이의 거리는 제1 세기(F1)에 대응하고, 기준선(R)과 제2 릿지(Y2) 사이의 거리는 제2 세기(F2)에 대응할 수 있다.
이 때, 제1 세기(F1)와 제2 세기(F2)가 동일하므로, 기준선(R)과 제1 릿지(Y1) 사이의 거리와 기준선(R)과 제2 릿지(Y2) 사이의 거리가 동일할 수 있다.
도 10b는, 도 9에 도시된 제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)가 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2)보다 큰 경우, 제어부(130)에 의하여 획득된 터치 파형(WFb)을 나타낸 것이다. 이 때, 제2 세기(F2)는 제1 세기(F1)의 80%일 수 있다.
도 10b를 참조하면, 터치 파형(WFb)은 두 개의 릿지(Y1, Y2)와, 두 개의 릿지(Y1, Y2) 사이에 위치한 밸리(Y3)를 포함할 수 있다.
이 때, 도 10a에 도시된 터치 파형(WFa)의 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2) 사이의 거리보다, 도 10b에 도시된 터치 파형(WFb)의 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2) 사이의 거리가 작을 수 있다.
제1 릿지(Y1)는 제1 터치(T1)의 제1 위치(P1)에 대응하고, 제2 릿지(Y2)는 제2 터치(T2)의 제2 위치(P2)에 대응할 수 있다.
기준선(R)과 제1 릿지(Y1) 사이의 거리는 제1 세기(F1)에 대응하고, 기준선(R)과 제2 릿지(Y2) 사이의 거리는 제2 세기(F2)에 대응할 수 있다.
이 때, 제1 세기(F1)가 제2 세기(F2)보다 크므로, 기준선(R)과 제1 릿지(Y1) 사이의 거리는 기준선(R)과 제2 릿지(Y2) 사이의 거리보다 클 수 있다.
도 10c는, 도 9에 도시된 제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)가 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2)보다 큰 경우, 제어부(130)에 의하여 획득된 터치 파형(WFc)을 나타낸 것이다. 이 때, 제2 세기(F2)는 제1 세기(F1)의 60%일 수 있다.
도 10c를 참조하면, 터치 파형(WFc)은 두 개의 릿지(Y1, Y2)과, 두 개의 릿지(Y1, Y2) 사이에 위치한 밸리(Y3)를 포함할 수 있다.
이 때, 도 10b에 도시된 터치 파형(WFb)의 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2) 사이의 거리보다, 도 10c에 도시된 터치 파형(WFc)의 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2) 사이의 거리가 작을 수 있다.
제1 릿지(Y1)는 제1 터치(T1)의 제1 위치(P1)에 대응하고, 제2 릿지(Y2)는 제2 터치(T2)의 제2 위치(P2)에 대응할 수 있다.
기준선(R)과 제1 릿지(Y1) 사이의 거리는 제1 세기(F1)에 대응하고, 기준선(R)과 제2 릿지(Y2) 사이의 거리는 제2 세기(F2)에 대응할 수 있다.
이 때, 제1 세기(F1)가 제2 세기(F2)보다 크므로, 기준선(R)과 제1 릿지(Y1) 사이의 거리는 기준선(R)과 제2 릿지(Y2) 사이의 거리보다 클 수 있다.
도 10d는, 도 9에 도시된 제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)가 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2)보다 큰 경우, 제어부(130)에 의하여 획득된 터치 파형(WFd)을 나타낸 것이다. 이 때, 제2 세기(F2)는 제1 세기(F1)의 40%일 수 있다.
도 10d를 참조하면, 터치 파형(WFd)은 제1 릿지(Y1)를 포함할 수 있다.
제1 릿지(Y1)는 제1 터치(T1)의 제1 위치(P1)에 대응할 수 있다.
기준선(R)과 제1 릿지(Y1) 사이의 거리는 제1 세기(F1)에 대응할 수 있다.
한편, 제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)와 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2) 간의 차이가 커짐에 따라, 터치 파형(WFd)에는, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 파형들(WFa, WFb, WFc)에 포함된 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2)가 나타나지 않을 수 있다.
즉, 터치 파형(WFd)만으로는 입력된 터치의 개수를 감지하기 어려울 수 있다.
도 10e는, 도 9에 도시된 제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)가 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2)보다 큰 경우, 제어부(130)에 의하여 획득된 터치 파형(WFe)을 나타낸 것이다. 이 때, 제2 세기(F2)는 제1 세기(F1)의 20%일 수 있다.
도 10e를 참조하면, 터치 파형(WFe)은 제1 릿지(Y1)를 포함할 수 있다.
제1 릿지(Y1)는 제1 터치(T1)의 제1 위치(P1)에 대응할 수 있다.
기준선(R)과 제1 릿지(Y1) 사이의 거리는 제1 세기(F1)에 대응할 수 있다.
제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)와 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2) 간의 차이가 커짐에 따라, 터치 파형(WFe)에, 도 10a 내지 도 10c에 도시된 파형들(WFa, WFb, WFc)에 포함된 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2)가 나타나지 않을 수 있다.
즉, 터치 파형(WFe)만으로는 입력된 터치의 개수를 감지하기 어려울 수 있다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 제어부(130)는, 멀티 터치가 두 개의 터치를 포함하는 경우(즉, 제1 터치(T1)와 제2 터치(T2)를 포함하는 경우), 터치 파형에서, 서로 구별되는 두 개의 릿지(Y1, Y2)를 이용하여 두 개의 터치를 각각 감지할 수 있다.
다만, 제1 터치(T1)의 제1 세기(F1)와 제2 터치(T2)의 제2 세기(F2) 간의 차이가 커질수록 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2) 간의 차이가 작아지고, 도 10d 및 도 10e에 도시된 바와 같이 터치 파형에 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2)가 포함되지 않게 된다.
즉, 터치에 의한 압력을 이용하여 터치를 감지하는 터치 센서(10)의 경우, 멀티 터치 중 어느 하나의 터치 세기가 작게 되면, 하나의 터치가 입력된 것으로 감지하는 문제가 발생할 수 있다.
특히, 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 간의 제1 거리(D)가 가까울수록 밸리(Y3)와 제2 릿지(Y2) 간의 차이가 작아질 수 있다. 즉, 제1 위치(P1)와 제2 위치(P2) 간의 제1 거리(D)가 가까울수록 멀티 터치 각각을 구별하기 더 어려울 수 있다.
도 11a 내지 도 11d는 본 발명의 일 실시예에 따른 제어부의 동작을 설명하기 위한 도면이다.
도 11a는 터치 센서(10)에 동시에 입력된 멀티 터치에 대응하는 터치 파형(WF)을 예시적으로 나타낸 도면이다.
터치 센서(10)에 멀티 터치가 동시에 입력되면, 제어부(130)는 제1 전극들(121)의 출력 신호에 반영된 정전 용량 변화량을 이용하여, 멀티 터치에 의한 터치 파형(WF)을 획득할 수 있다.
도 11b는 도 11a에 도시된 터치 파형(WF)에 포함된 제1 서브 파형(WF1)을 예시적으로 나타낸 도면이다.
제어부(130)는 터치 파형(WF)의 최고점(Ma)을 판단하고, 최고점(Ma)에 대응하는 제1 서브 파형(WF1)을 획득할 수 있다.
여기서 최고점(Ma)은, 터치 파형(WF) 중 기준선(R)과 거리가 가장 먼 지점일 수 있다. 특히, 최고점(Ma)은, 멀티 터치 중 세기가 가장 큰 제1 터치에 대응하는 릿지일 수 있다.
또한, 제1 서브 파형(WF1)은, 멀티 터치 중 세기가 가장 큰 제1 터치에 대응하는 터치 파형일 수 있다.
도 8을 참조하면, 터치 센서(10)는, 최고점(Ma)의 크기 별 대응하는 제1 서브 파형(WF1)의 정보가 저장된 메모리(160)를 더 포함할 수 있다.
여기서 최고점(Ma)의 크기는, 최고점(Ma)과 기준선(R) 사이의 거리일 수 있다.
제어부(130)는 터치 파형(WF)으로부터 최고점(Ma)의 크기를 획득하고, 메모리(160)로부터 상기 크기에 대응하는 제1 서브 파형(WF1)을 획득할 수 있다.
제어부(130)는 제1 서브 파형(WF1)을 이용하여 제1 터치의 위치를 산출할 수 있다.
예를 들어, 제1 서브 파형(WF1)의 최고점(Ma)에 대응하는 위치(Pa)를 제1 터치의 위치로서 산출하고, 최고점(Ma)의 크기를 이용하여 제1 터치의 세기를 산출할 수 있다.
다음으로 도 11c를 참조하면, 제어부(130)는 터치 파형(WF)으로부터 제1 서브 파형(WF1)을 제거할 수 있다.
제어부(130)는 제1 서브 파형(WF1)이 제거된 터치 파형(WF)의 최고점을 이용하여, 도 11d에 도시된 것과 같은 제2 서브 파형(WF2)을 획득할 수 있다.
여기서, 제2 서브 파형(WF2)은 멀티 터치 중 세기가 두 번째로 큰 제2 터치에 대응하는 터치 파형일 수 있다.
제어부(130)는, 메모리(160)로부터, 제1 서브 파형(WF1)이 제거된 터치 파형(WF)의 최고점의 크기에 대응하는 제2 서브 파형(WF2)를 획득할 수 있다.
제어부(130)는 제2 서브 파형(WF2)을 이용하여 제2 터치의 위치를 산출할 수 있다.
예를 들어, 제2 서브 파형(WF2)의 최고점(Mb)에 대응하는 위치(Pb)를 제2 터치의 위치로서 산출하고, 최고점(Mb)의 크기를 이용하여 제2 터치의 세기를 산출할 수 있다.
멀티 터치가 두 개의 터치를 포함하는 경우, 제1 서브 파형(WF1)이 제거된 터치 파형(WF)이 곧 제2 서브 파형(WF2)이 될 수 있다.
이와 달리, 멀티 터치가 세 개의 터치를 포함하는 경우, 제어부(130)는, 제1 서브 파형(WF1)이 제거된 터치 파형(WF)의 최고점에 대응하는 제2 서브 파형(WF2)을 획득하고, 터치 파형(WF)에서 제1 서브 파형(WF1) 및 제2 서브 파형(WF2)을 모두 제거함으로써, 멀티 터치 중 세기가 가장 작은 제3 터치에 대응하는 제3 서브 파형을 획득할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따르면, 세기가 서로 다른 멀티 터치가 입력되더라도 멀티 터치 각각을 정확하게 감지할 수 있다. 특히, 멀티 터치 각각의 세기 차이가 크거나, 서로 인접한 위치에 멀티 터치가 입력되어도, 멀티 터치 각각을 정확하게 감지할 수 있다.
이상에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자 또는 해당 기술 분야에 통상의 지식을 갖는 자라면, 후술될 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 기술 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허청구범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
10: 터치 센서
110: 기판
120: 압력 센서
121: 제1 전극
122: 제2 전극
123, 124: 탄성 부재
130: 제어부

Claims (16)

  1. 기판 상에 위치하는 복수의 제1 전극;
    상기 기판 상에 위치하며, 상기 복수의 제1 전극과 이격되어 위치하는 복수의 제2 전극;
    상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극 사이에 위치하는 탄성 부재; 및
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극으로 구동 신호를 인가하고, 상기 복수의 제1 전극의 출력 신호를 획득하는 제어부를 포함하며,
    압력에 대응하여 상기 탄성 부재의 형상이 변화하고,
    상기 제어부는, 동시에 입력된 멀티 터치에 대응하는 터치 파형을 획득하며, 상기 터치 파형의 최고점을 참조로 하여 상기 멀티 터치 각각의 위치를 산출하는 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 터치 파형은, 터치의 세기를 위치의 함수로 나타낸 것인 터치 센서.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 출력 신호를 참조로 하여 상기 멀티 터치에 대응하는 터치 파형을 획득하는 터치 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 터치 파형의 최고점에 대응하는 제1 서브 파형을 획득하는 터치 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 터치 파형에서 상기 제1 서브 파형을 제거하여 제2 서브 파형을 획득하는 터치 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 멀티 터치가 제1 터치와 제2 터치를 포함하고, 상기 제2 터치의 세기가 상기 제1 터치의 세기 미만인 경우,
    상기 제어부는, 상기 제1 서브 파형으로부터 상기 제1 터치의 위치를 산출하는 터치 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제1 서브 파형이 제거된 터치 파형의 최고점을 참조로 하여, 상기 제2 서브 파형을 획득하는 터치 센서.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 제2 서브 파형으로부터 상기 제2 터치의 위치를 산출하는 터치 센서.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 탄성 부재는 가변 저항 요소를 포함하고, 상기 제어부는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 저항 변화량이 반영된 출력 신호를 획득하는 터치 센서.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 제1 전극과 상기 제2 전극 간의 정전 용량 변화량이 반영된 출력 신호를 획득하는 터치 센서.
  11. 압력을 이용하여 터치를 센싱하는 터치 센서에 있어서,
    동시에 멀티 터치가 입력되면, 상기 멀티 터치에 의한 압력을 위치 별로 나타낸 터치 파형을 획득하는 단계;
    상기 터치 파형의 최고점에 대응하는 제1 서브 파형을 획득하는 단계;
    상기 터치 파형에서 상기 제1 서브 파형을 제거하여 제2 서브 파형을 획득하는 단계; 및
    상기 제1 서브 파형과 상기 제2 서브 파형을 참조로 하여 상기 멀티 터치 각각의 위치를 산출하는 단계를 포함하는 터치 센서의 구동 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 멀티 터치가 제1 터치와 제2 터치를 포함하고, 상기 제2 터치의 세기가 상기 제1 터치의 세기 미만인 경우,
    상기 제1 서브 파형으로부터 상기 제1 터치의 위치를 산출하는 터치 센서의 구동 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 제2 서브 파형으로부터 상기 제2 터치의 위치를 산출하는 터치 센서의 구동 방법.
  14. 제12항에 있어서,
    상기 제1 서브 파형이 제거된 터치 파형의 최고점을 참조로 상기 제2 서브 파형을 획득하는 터치 센서의 구동 방법.
  15. 제11항에 있어서,
    상기 멀티 터치에 의한 정전 용량 변화량을 이용하여, 상기 터치 파형을 획득하는 터치 센서의 구동 방법.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 멀티 터치에 의한 저항 변화량을 이용하여, 상기 터치 파형을 획득하는 터치 센서의 구동 방법.
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