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KR20240143727A - 터치 입력 장치 - Google Patents

터치 입력 장치 Download PDF

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KR20240143727A
KR20240143727A KR1020230080962A KR20230080962A KR20240143727A KR 20240143727 A KR20240143727 A KR 20240143727A KR 1020230080962 A KR1020230080962 A KR 1020230080962A KR 20230080962 A KR20230080962 A KR 20230080962A KR 20240143727 A KR20240143727 A KR 20240143727A
Authority
KR
South Korea
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patterns
touch
pen
electrode
pattern
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
KR1020230080962A
Other languages
English (en)
Inventor
김세엽
김본기
조영호
김기덕
송명규
Original Assignee
주식회사 하이딥
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 주식회사 하이딥 filed Critical 주식회사 하이딥
Priority to JP2024043487A priority Critical patent/JP2024137849A/ja
Priority to US18/613,033 priority patent/US20240319819A1/en
Priority to CN202410334313.4A priority patent/CN118689339A/zh
Priority to EP24165383.1A priority patent/EP4435570A1/en
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Abstract

본 발명은 터치 입력 장치를 공개한다. 이 장치는 센서부 및 제어부를 포함하고, 상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되는 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치되어, 일 단들이 서로 전기적으로 연결된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되어, 일 단들이 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 입력 장치{A touch input device}
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로서, 특히 핑거 터치 동작시 실제로 터치되지 않은 영역에서 발생하는 비정상적인 터치 신호를 방지하고, 펜 구동 전극 및 펜 수신 전극이 접지될 경우 발생되는 커플링 커패시턴스 및 상호 커패시턴스를 방지할 수 있는 터치 입력 장치에 관한 것이다.
최근에 스마트폰 또는 태블릿 PC의 보급이 활발하게 진행되고 있으며, 내장되는 접촉 위치 측정 장치에 대한 기술의 개발도 활발하게 진행되고 있다.
스마트폰 또는 태블릿 PC는 주로 터치 스크린을 구비하고 있으며, 사용자는 손가락 또는 스타일러스 펜을 이용하여 터치 스크린의 특정 좌표를 지정할 수 있다. 사용자는 터치 스크린의 특정 좌표를 지정함으로써 스마트폰에 특정한 신호를 입력할 수 있다.
터치 스크린은 전기적 방식, 적외선 방식 및 초음파 방식 등에 기초하여 동작할 수 있으며, R 타입 터치 스크린(resistive touch screen) 또는 C 타입 터치 스크린(capacitive touch screen)을 전기적 동작 방식의 예로서 들 수 있다.
종래에는 터치 스크린 중 사용자의 손가락 및 스타일러스 펜을 동시에 인식할 수 있는 R 타입 터치 스크린이 많이 이용되었다. 그러나 R 타입 터치스크린의 경우, ITO 층 사이의 공기층에 의한 반사에 의한 문제점이 존재하였다.
이에 따라, 최근에는 C 타입 터치 스크린이 많이 적용되고 있다.
여기에서, C 타입 터치 스크린은 물체의 접촉에 의하여 발생하는 투명 전극의 정전 용량의 차이를 감지하는 방식으로 작동하는 터치 스크린이다.
그러나, C 타입 터치 스크린은 손과 펜의 물리적인 구분이 어려워서 펜 사용시에 의도하지 않은 손의 접촉에 의한 동작 오류를 갖는 단점이 있었다.
이러한 단점을 개선하기 위한 종래에는 접촉 면적에 따라서 손과 펜을 구분하는 소프트웨어만으로 처리하는 방법 및 C 타입 터치 스크린 이외에 EMR(electromagnetic resonance) 방식과 같은 별도의 위치측정 장치를 구비하는 방법 등을 이용하여 손과 펜을 구분하였다.
즉, EMR 방식은 터치와 디스플레이가 동작을 하는 동안, 스타일러스 펜을 이용해 터치 기능을 이용할 때 구동력(Driving Force)을 전기장 대신 자기장을 사용함으로써, 디스플레이 및 외부 노이즈에 둔감한 장점을 가지고 있다.
그러나, 이 기술은 자기장을 만들어 스타일러스 펜으로 전달하고, 스타일러스 펜에서 생성된 자기장을 다시 받기 위하여 추가적인 별도의 FPCB로 제작된 센서 필름을 만들어 디스플레이 뒷면에 부착해야 한다.
이 부품은 디지타이저(digitizer)로서, 자기장을 발생시키는 스타일러스 펜의 위치가 이동하면 상호작용으로 발생한 자기장의 변화를 별도의 EMR IC 가 감지하는 원리이다.
도 1은 종래의 터치 입력 장치 내의 플렉시블 디스플레이 패널 상에서 스타일러스 펜(10)의 위치에 따라 CVA(Capacitance to Voltage Amplifier)의 출력전압(Vout)이 달라지는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 1을 참조하면, 플렉서블 디스플레이 패널 상의 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력이 다르게 나오는 원인은, 감지 라인 상에서 펜(10)을 중심으로 한 양쪽의 임피던스(impedance) 비율이 달라짐에 있다.
종래의 플렉서블 디스플레이 패널의 장축 기준으로, 메탈 메쉬(Metal Mesh) 터치 센서의 저항(R)은 대략 1.2k (ohm)이고, 커패시터(C)는 대략 250pF이다.
10개의 분산 모델(distributed model) 기준으로, 구동주파수 300kHz에서는 커패시터(capacitor)의 임피던스(impedance)가 저항보다 대략 200배(120 (ohm) vs. 1/(2π*300k*25pF) = 21k (ohm)) 더 크다. 따라서, 커패시터(capacitor)가 주요한 요소가 된다.
도 2는 도 1에서 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력전압(Vout1, Vout2)이 다르다는 것을 전류 센싱(current sensing)을 통해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에서 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력전압(Vout1, Vout2)이 다르다는 것을 전압 센싱(voltage sensing)을 통해 설명하기 위한 도면이다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 감지 라인 상에서 펜(10)의 위치에 따라, CVA의 출력전압이 다르다. 즉, 감지 회로부(50) 측에 펜(10)이 가까울수록 CVA의 출력전압이 크고, 감지 회로부(50) 측으로부터 멀어질수록 CVA의 출력전압이 작아진다.
그런데, 커패시터 커플링 현상에 의해 터치 구동 전극과 인접한 터치 수신 전극 사이에 터치 구동 커플링 및/또는 터치 수신 커플링이 발생하여, 실제로 터치되지 않은 영역의 터치 구동 전극과 인접한 터치 수신 전극 사이에 비정상적인 약한 터치 신호가 발생하는 경우가 있었다.
또한, 펜 수신 전극이 상하로 나뉘어 전기적으로 연결되어 있는 관계로, 커플링 양이 다르게 나타남에 따라 비정상적인 단차가 발생하게 되는 문제점이 있었다.
또한, 셀프 센싱 모드 동작시 펜 구동 전극 및 펜 수신 전극이 접지될 경우, 전극들 간 커플링 커패시턴스 및 상호 커패시턴스로 인해 터치 구동 전극과 터치 수신 전극에서 보이는 커패시턴스가 현저하게 증가되는 문제점이 있었다.
JP 2005-529414 A
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 핑거 상호 터치 동작시 실제로 터치되지 않은 영역에서 발생하는 비정상적인 약한 터치 신호를 예방하고, 터치 구동 전극과 터치 수신 전극에서 보이는 커패시턴스가 현저하게 증가하는 것을 방지할 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 센서부 및 제어부를 포함하고, 상기 센서부는, 제1 방향으로 연장 형성되는 다수의 제1 패턴; 상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치되어, 일 단들이 서로 전기적으로 연결된 다수의 제2 패턴; 상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성된 다수의 제3 패턴; 및 상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되어, 일 단들이 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 제어부는, 제1 터치 전극으로 터치 구동 신호를 인가받고, 제2 터치 전극으로부터 터치 감지 신호가 출력되는 상호 센싱 모드로 상기 센서부가 동작되도록 제어하되, 상기 제어부는, 상기 다수의 제1 패턴으로 상기 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 터치 감지 신호를 수신하며, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에 펜 구동 신호, 펜 감지 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 제어부는, 하나의 전극에서 터치 구동 신호를 인가받고 터치 감지 신호가 출력되는 셀프 센싱 모드로 상기 센서부가 동작되도록 제어하되, 상기 제어부는, 상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 터치 감지 신호를 수신하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 제어부는, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에 터치 구동 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 제어부는, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 업링크 모드로 동작되도록 제어하되, 상기 제어부는, 상기 다수의 제2 패턴으로 상기 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제1 패턴, 상기 다수의 제3 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에 터치 구동 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 제어부는, 상기 스타일러스 펜의 터치 위치를 센싱하기 위한 다운링크 모드로 동작되도록 제어하되, 상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴과 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신할 경우, 상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴에, 터치 감지 신호 수신, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 제어부는, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에 펜 감지 신호를 수신할 경우, 상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제2 패턴에 터치 수신 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 다수의 제1 내지 제4 패턴은 동일한 층에 이격되어 배치되는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치는, 상기 셀프 센싱 모드 동작시 상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴이 동작할 때, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에서도 같이 구동을 시키는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 다수의 제1 패턴은 상기 터치 구동 신호가 인가되는 상기 터치 구동 전극으로 동작하고, 상기 다수의 제2 패턴은 펜 구동 신호가 인가되는 펜 구동 전극으로 동작하며, 상기 다수의 제3 패턴은 상기 터치 감지 신호가 인가되는 상기 터치 수신 전극으로 동작하고, 상기 다수의 제1 패턴 내지 상기 다수의 제4 패턴은 펜 감지 신호가 인가되는 펜 수신 전극으로 동작하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 형태에 따른 터치 입력 장치의 상기 제어부는, 상기 다수의 제1 패턴 내지 상기 다수의 제4 패턴과의 연결에 대하여, 상기 다수의 제1 패턴, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴과 연결된 경우; 상기 다수의 제1 패턴 내지 상기 다수의 제4 패턴 모두와 연결된 경우; 상기 다수의 제1 패턴, 상기 다수의 제3 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴과 연결된 경우; 상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴과 연결된 경우; 상기 다수의 제1 패턴, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴과 연결된 경우; 상기 다수의 제2 패턴, 상기 다수의 제3 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴과 연결된 경우; 및 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴과 연결된 경우; 중 어느 한 경우로 설정되는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 의할 경우, 터치 입력 장치에서, 핑거 상호 터치 동작시 터치 신호가 감지될 때, 실제로 터치되지 않은 영역에서 발생하는 비정상적인 약한 터치 신호를 사전에 예방할 수 있다.
또한, 구동 전극으로 구동 신호를 인가받고 수신 전극으로부터 감지 신호가 출력되는 상호 센싱 모드에서, 다수의 펜 구동 전극 및 다수의 펜 수신 전극을 접지시킴으로써, 다른 펜 구동 전극 및/또는 펜 수신 전극에 터치 신호가 비정상적으로 넘어가는 것을 최소화시킬 수 있다.
또한, 하나의 전극에서 구동신호의 입력과 감지 신호의 출력이 동시에 수행되는 셀프 센싱 모드에서, 펜 구동 전극 및 펜 수신 전극이 접지될 경우, 터치 구동 전극과 터치 수신 전극에서 보이는 기생 커패시턴스가 현저하게 증가하는 것을 방지할 수 있다.
도 1은 종래의 터치 입력 장치 내의 플렉서블 디스플레이 패널 상에서 스타일러스 펜(10)의 위치에 따라 CVA(Capacitor Voltage Amplitude)의 출력전압(Vout)이 달라지는 것을 설명하기 위한 개략적인 도면이다.
도 2는 도 1에서 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력전압(Vout1, Vout2)이 다르다는 것을 전류 센싱(current sensing)을 통해 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 도 1에서 펜(10)의 위치에 따라 CVA의 출력전압(Vout1, Vout2)이 다르다는 것을 전압 센싱(voltage sensing)을 통해 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치 내 센서부(100)의 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 센서부(100) 중 터치 입력 센서 패턴 일부의 평면도이다.
도 6은 도 5에 도시된 터치 입력 센서 패턴들 간에 발생하는 커패시턴스를 표시한 터치 입력 센서 패턴 일부의 평면도이다.
도 7은 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴 일부의 등가 회로도이다.
도 8은 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴 중 터치되지 않은 영역까지 터치 수신 신호가 감지되는 경우를 나타낸 터치 입력 센서 패턴 일부의 평면도이다.
도 9는 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴에서, 핑거 상호 터치 동작시 터치 신호가 싱글로 터치 수신된 경우(a)와, 차등으로 터치 수신된 경우(b)에, 감지되는 터치 신호의 정전용량 변화량을 나타내는 표이다.
도 10은 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴에서, 핑거 상호 터치 동작시 터치 신호가 차등으로 터치 수신된 경우(a)와, 싱글로 터치 수신된 경우(b)에, 측정되는 터치 신호의 정전용량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라, 비정상적인 터치 신호의 발생을 방지하기 위하여, 핑거 터치할 경우 설정되는 터치 입력 장치 내 각 전극의 제어 상태에 대한 표이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라, 비정상적인 터치 신호의 발생을 방지하기 위하여, 스타일러스 펜 터치할 경우 설정되는 터치 입력 장치 내 각 전극의 제어 상태에 대한 표이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 전체 구성도이다.
도 14는 도 13에 도시된 터치 입력 장치 내 터치 입력 센서 패턴 일부의 평면도이다.
도 15는 핑거 터치의 셀프 센싱 모드에서, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)이 접지될 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 회로도이다.
도 16은 도 15에 도시된 회로도에서 발생하는 문제점에 대해 본 발명의 해결 수단에 관하여 설명하기 위한 회로도이다.
도 17은 스타일러스 펜 터치의 경우, 본 발명의 업링크 모드에서 각 전극들의 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 18은 스타일러스 펜 터치의 경우, 본 발명의 다운링크 모드에서 각 전극들의 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시 형태를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시 형태는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시 형태는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시 형태에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시 형태로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시 형태 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
본 문서의 다양한 실시 형태들에 따른 터치 입력 장치는, 전자 디바이스로서, 통상의 스마트폰과 같은 터치 입력 장치일 수도 있고, 통상의 스마트폰의 화면보다 상대적으로 더 큰 직사각형의 화면을 가지며, 대각 길이가 대략 10인치 이상 13인치 사이의 터치 입력 장치일 수 있다. 예를 들면, 폴더식 스마트폰(smartphone), 태블릿 PC(tablet personal computer), 차량용 디스플레이 장치, 전자책 리더기(e-book reader), 랩탑 PC(laptop personal computer), 넷북 컴퓨터(netbook computer) 중 적어도 하나를 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다양한 실시 형태들에 따른 터치 입력 장치는, 화면 상에 위치한 손가락과 같은 객체의 위치를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 스타일러스 펜을 구동하기 위한 구동 신호를 출력하고, 스타일러스 펜으로부터 방출되는 신호를 감지하여 화면 상에 위치한 스타일러스 펜의 위치를 검출할 수 있다.
이하에서는 여러 실시 형태들을, 첨부된 도면들을 참조하여 상세히 설명한다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치 내 센서부(100)의 개략적인 구성도이다.
도 5는 도 4에 도시된 센서부(100) 중 터치 입력 센서 패턴 일부의 평면도이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치는 포트레이트(portrait) 타입의 터치 입력 장치이다. 이러한 포트레이트 타입의 터치 입력 장치는 폭이 높이보다 작고, 센서부(100)를 제어하는 제어부(미도시)가 센서부(100)의 아래에 배치된다. 예를 들어, 스마트폰의 형상에 대응된다.
센서부(100)는 화면 상에 위치한 손가락과 같은 객체의 위치를 검출할 수 있을 뿐만 아니라, 화면 상에 위치한 스타일러스 펜을 구동시킬 수 있으며, 스타일러스 펜으로부터 방출되는 신호를 감지하여 화면 상에 위치한 스타일러스 펜의 위치를 검출할 수 있다.
센서부(100)는 다수의 패턴(또는 다수의 전극)을 포함한다.
센서부(100)는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)을 포함할 수 있다.
도 4에서 보는 바와 같이, 제1 패턴(101)은 임의의 제1 방향(y)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제1 방향은 터치 입력 장치의 화면의 장축 방향일 수 있다. 제1 패턴(101)은, TX(제1 터치 전극 또는 터치 구동 전극)로도 명명될 수 있다.
제2 패턴(102)은 제1 방향(y)을 따라 연장된 형상을 가지며, 제1 패턴(101)에 인접하여 배치되고, 제1 패턴(101)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제2 패턴(102)은, STX(Stylus TX, 제1 펜 전극 또는 펜 구동 전극)로도 명명될 수 있다.
제3 패턴(103)은 제1 방향과 다른 제2 방향(x)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제2 방향(x)은 제1 방향(y)과 수직한 방향일 수 있으며, 터치 입력 장치의 화면의 단축 방향일 수 있다. 제3 패턴(103)은, RX(제2 터치 전극 또는 터치 수신 전극)로도 명명될 수 있다.
제4 패턴(104)은 제2 방향(y)을 따라 연장된 형상을 가지며, 제3 패턴(103)에 인접하여 배치되고, 제3 패턴(103)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제4 패턴(104)은, SRX(Stylus RX, 제2 펜 전극 또는 펜 수신 전극)로도 명명될 수 있다.
제3 및 제4 패턴(103, 104)은 제1 및 제2 패턴(101, 102)과 동일한 층에 배치되고, 제1 및 제2 패턴(101, 102)과 소정 간격 떨어져 배치된다.
다수의 제1 패턴(101)들은 제2 방향(x)을 따라 배열되고, 다수의 제2 패턴(102)들도 제2 방향(x)을 따라 배열된다. 다수의 제3 패턴(103)들은 제1 방향(y)을 따라 배열되고, 다수의 제4 패턴(104)들도 제1 방향(y)을 따라 배열된다.
제1 패턴(101)이 제1 방향(y)을 따라 연장되고 제3 패턴(103)이 제2 방향(x)을 따라 연장되고, 제1 방향(y)이 제2 방향(x)보다 더 길기 때문에, 다수의 제1 패턴(101)들의 개수는 다수의 제3 패턴(103)들의 개수보다 적다. 따라서, 다수의 제1 패턴(101)들의 채널(Channel) 수는 다수의 제3 패턴(103)들의 채널 수보다 적다.
여기서, 다수의 제1 패턴(101)들의 개수와 다수의 제3 패턴(103)들의 개수는 터치 입력 장치의 화면의 크기에 따라 증가될 수도 있고, 감소할 수도 있다.
다수의 제2 패턴(102)들은 다수의 제1 패턴(101)들과 동일한 개수로 구성될 수 있다. 다수의 제2 패턴(102)들 각각의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다. 여기서, 전도성 패턴은 메탈 메쉬(Metal Mesh) 또는 실버 트레이스(Silver Trace)일 수 있다.
도 5에 도시된 바와 같이, 다수의 제2 패턴(102)들 중 서로 인접한 둘 이상의 제2 패턴(102)의 일 단들이 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
다시, 도 4를 참조하면, 다수의 제3 패턴(103)들이 제1 방향(y)을 따라 배열되므로 다수의 제3 패턴(103)들의 개수는 다수의 제1 패턴(101)들의 개수보다 많다. 따라서, 다수의 제3 패턴(103)들의 채널 수는 다수의 제1 패턴(101)들의 채널 수보다 많다.
다수의 제4 패턴(104)들은 다수의 제3 패턴(103)들과 동일한 개수로 구성될 수 있다. 다수의 제4 패턴(104)들 각각의 타 단들은 전도성 패턴을 통해 서로 전기적으로 연결된다.
이러한 도 4에 도시된 터치 입력 장치의 센서부(100)에 있어서, 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제3 패턴(103)들은 기본적으로 손가락과 같은 객체의 터치를 센싱한다.
이를 위해, 다수의 제1 패턴(101)들은 터치 구동 신호가 인가되는 터치 구동 전극으로 동작하고, 다수의 제3 패턴(103)들은 터치 감지 신호가 수신되는 터치 수신 전극(또는 터치 감지 전극)으로 동작할 수 있다. 물론, 반대로도 동작할 수 있다.
도 4에 도시된 터치 입력 장치의 센서부(100)가 스타일러스 펜을 구동(driving)하고 센싱(sensing)하기 위해, 다수의 제1 내지 제4 패턴들(101, 102, 103, 104)이 다양한 조합으로서 이용될 수 있다.
다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제3 패턴(103)들은 손가락과 같은 객체의 터치를 센싱한다.
구체적으로, 다수의 제1 패턴(101)들은 터치 구동 전극으로서 동작하고, 다수의 제3 패턴(103)들은 터치 수신 전극으로서 동작한다.
또한, 다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)들 중 하나 또는 둘은 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 스타일러스 구동 전극으로 동작할 수 있다. 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104) 중 하나 또는 둘의 패턴을 이용하여 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 전류 루프를 형성할 수 있다.
X축 구동은 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제2 패턴(102)들 중 어느 하나를, Y축 구동은 다수의 제3 패턴(103)들과 다수의 제4 패턴(104)들 중 어느 하나일 수 있다.
스타일러스 펜의 구동은 X축 구동과 Y축 구동 중 어느 하나로도 가능하고, 둘 다로도 가능하다.
다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)들 중 둘은 스타일러스 펜으로부터 방출되는 스타일러스 펜 신호를 센싱하는 펜 감지 전극으로 동작할 수 있다.
스타일러스 펜 신호를 센싱하기 위해서는 X축 센싱과 Y축 센싱이 함께 필요하므로, 다수의 제1 내지 제4 패턴(101, 102, 103, 104)들 중 두 개의 패턴들을 이용한다.
X축 센싱은 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제2 패턴(102)들 중 어느 하나일 수 있고, Y축 센싱은 다수의 제3 패턴(103)들과 다수의 제4 패턴(104)들 중 어느 하나일 수 있다.
도 5를 참조하면, 센서부(100A)는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A, 103A, 104A)을 포함한다. 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A, 103A, 104A)은 동일층에 함께 배치된다.
제1 패턴(101A)은 제1 방향(길이 방향)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제1 방향은 터치 입력 장치의 화면의 장축 방향일 수 있다. 제1 패턴(101A)은, TX로도 명명될 수 있다.
제1 패턴(101A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.
제1 패턴(101A)은 제1 패턴(101A)에 인접하여 제2 패턴(102A)이 배치되는 개구부를 가질 수 있다. 개구부의 형상은 제1 패턴(101A)의 외형과 대응될 수 있다. 제1 패턴(101A)은 제2 패턴(102A)을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 제1 패턴(101A)은 제2 패턴(102A)로부터 소정 간격 떨어져 배치된다.
제2 패턴(102A)은 제1 방향을 따라 연장된 형상을 가지며, 제1 패턴(101A)에 인접하여 배치되고, 제1 패턴(101A)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제2 패턴(102A)은, STX(Stylus TX)로도 명명될 수 있다.
제2 패턴(102A)은 제1 패턴(101A)에 인접하여 배치된다.
제2 패턴(102A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.
제2 패턴(102A)의 메인 패턴부는 제1 패턴(101A)의 메인 패턴부와 대응되는 형상일 수 있고, 제2 패턴(102A)의 연결 패턴부는 제1 패턴(101A)의 연결 패턴부와 대응되는 형상일 수 있다.
제3 패턴(103A)은 제1 패턴(101A)의 하나의 연결 패턴부를 기준으로 좌우에 각각 하나씩 배치된다. 제3 패턴(103A)은 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.
제3 패턴(103A)은 제3 패턴(103A)에 인접하여 제4 패턴(104A)이 배치되는 개구부를 가질 수 있다. 개구부의 형상은 제3 패턴(103A)의 외형과 대응될 수 있다. 제3 패턴(103A)은 제4 패턴(104A)을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 제3 패턴(103A)은 제4 패턴(104A)으로부터 소정 간격 떨어져 배치된다. 제3 패턴(103A)은, RX로도 명명될 수 있고, 제4 패턴(104A)은 SRX(Stylus RX)로도 명명될 수 있다.
다수의 제3 패턴(103A)들 중 제1 방향에 수직한 제2 방향(폭 방향)을 따라 연장된 제3 패턴들은 제3 도전성 패턴(D3)에 의해서 전기적으로 연결된다.
제3 도전성 패턴(D3)은 서로 이웃한 두 개의 제3 패턴 사이에 배치된 제1 패턴(101A)의 연결 패턴부를 교차하도록 배치된다.
다수의 제4 패턴(104A)들 중 제1 방향에 수직한 제2 방향을 따라 연장된 제4 패턴들은 제4 도전성 패턴(D4)에 의해서 전기적으로 연결된다.
제4 도전성 패턴(D4)은 서로 이웃한 두 개의 제4 패턴 사이에 배치된 제1 패턴(101A)의 연결 패턴부를 교차하도록 배치된다. 또한, 제4 도전성 패턴(D4)은 제1 방향을 따라 연장된 제4 패턴(104A)들을 전기적으로 연결한다.
다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A, 103A, 104A)들은 동일층인 제1 층에 함께 배치되되, 서로 이격되어 배치된다.
한편, '업링크(uplink) 신호'란, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 구동 신호를 의미한다. 동일한 스타일러스 펜 구동 신호를 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제2 패턴(102)들에 각각 인가하여 스타일러스 펜으로 수신되는 신호의 크기를 비교해보면, 다수의 제2 패턴(102)들에 스타일러스 펜 구동 신호를 인가한 경우가 다수의 제1 패턴(101)들에 스타일러스 펜 구동 신호를 인가한 경우보다 업링크 신호가 상대적으로 더 크다.
왜냐하면, 다수의 제2 패턴(102)들은 타 단들이 전기적으로 연결되어 있어 스타일러스 펜 구동 신호가 인가되는 둘 이상의 제2 패턴들을 적절히 선택하면 적어도 하나 이상의 전류 루프가 형성되어 있지만, 다수의 제1 패턴(101)들의 타 단들은 서로 전기적으로 연결되어 있지 않아 전류 루프가 형성되지 못하기 때문이다.
각 제1 패턴(101)으로 전류가 흐를 경우, 각 제1 패턴(101)의 RC가 차징되므로 각 제1 패턴(101)의 일 단에서 타 단으로 갈수록 전류가 잘 흐르지 못한다.
또한, 다수의 제1 패턴(101)들을 통해서 인가되는 스타일러스 펜 구동 신호는 커패시티브 커플링을 통해 전류 루프가 형성된 다수의 제2 패턴(101)들로 전달되는데, 이때 커패시티브 커플링에 의해 신호 감쇠가 생기기 때문이다.
마찬가지로, 다수의 제4 패턴(104)들에 스타일러스 펜 구동 신호를 인가한 경우가 다수의 제3 패턴(103)들에 스타일러스 펜 구동 신호를 인가한 경우보다 업링크 신호가 상대적으로 더 크다.
한편, '다운링크(downlink) 신호'란, 스타일러스 펜으로부터 수신되는 스타일러스 펜 신호를 의미한다.
동일한 스타일러스 펜 신호를 다수의 제1 패턴(101)들과 다수의 제2 패턴(102)들을 통해 각각 수신하여 신호의 크기를 비교해보면, 다수의 제2 패턴(102)들을 통해 스타일러스 펜 신호를 수신한 경우가 다수의 제1 패턴(101)들을 통해 스타일러스 펜 신호를 수신한 경우보다 다운링크 신호가 상대적으로 더 크다.
그 이유는, 다수의 제2 패턴(102)들은 타 단들이 전기적으로 연결되어 있어 전류 루프가 형성되어 있지만, 다수의 제1 패턴(101)들은 타 단들이 서로 전기적으로 연결되어 있지 않고, 특히, 커패시티브 커플링을 통해 전류 루프가 형성된 다수의 제2 패턴(102)들로부터 스타일러스 펜 신호가 다수의 제1 패턴(101)들로 전달되므로 이 때 다운링크 신호의 감쇠가 생기기 때문이다.
마찬가지로, 다수의 제4 패턴(104)들을 통해 스타일러스 펜 신호를 수신한 경우가 다수의 제3 패턴(103)들을 통해 스타일러스 펜 신호를 수신한 경우보다 다운링크 신호가 상대적으로 더 크다.
도 6은 도 5에 도시된 터치 입력 센서 패턴들 간에 발생하는 커패시턴스를 표시한 터치 입력 센서 패턴 일부의 평면도로서, Cm은 상호 커패시턴스, Cb는 각 전극과 접지 사이의 커패시턴스, Cc는 커플링 커패시턴스를 의미한다.
도 7은 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴 일부의 등가 회로도이다.
예를 들어, 도 6 및 도 7에서, Cm,TX-Rx는 제1 터치 전극(TX)과 제2 터치 전극(RX) 사이의 상호 커패시턴스를 가리키고, Cb,TX 는 제1 터치 전극(TX)과 접지 사이의 커패시턴스를 가리키며, Cc,TX-STX는 제1 터치 전극(TX)과 제1 펜 전극(STX) 사이의 커플링 커패시턴스를 가리킨다.
그런데, 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴에서, 핑거 상호 터치 동작시 소정의 위치에 터치 동작 신호가 인가된 경우, 다음과 같은 문제가 발생한다.
도 8은 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴 중 터치되지 않은 영역까지 터치 수신 신호가 감지되는 경우를 나타낸 터치 입력 센서 패턴 일부의 평면도이다.
도 8에서 보는 바와 같이, 제1-1 터치 전극(TX1)과 제2-1 터치 전극(RX1) 사이에 핑거 터치가 있을 경우, 일반적으로 제1-1 터치 전극(TX1)과 제2-1 터치 전극(RX1) 사이에 정상적인 정상 터치 신호가 발생한다.
그런데, 커패시터 커플링 현상에 의해 주로 제1 터치 전극(TX)과 제1 펜 전극(STX), 제2 터치 전극(RX)과 제2 펜 전극(SRX) 사이에 터치 구동 커플링 및/또는 터치 수신 커플링이 발생하여, 제1 터치 전극(TX)과 제2 터치 전극(RX) 사이에 비정상적인 약한 터치 신호가 발생할 수가 있다.
먼저, 터치 구동 커플링이 발생하는 경로는 다음과 같다.
제1-1 터치 전극(TX1)이 구동되면, 제1-1 터치 전극(TX1)과 제1-1 펜 전극(STX1) 간에 커패시터 커플링 현상에 의해 구동 신호가 커플링된다.
이때, 모든 제1 펜 전극(STX)은, 도 4에서 보는 바와 같이, 전기적으로 연결되어 있으므로, 제1-1 터치 전극(TX1)과 제1-1 펜 전극(STX1) 간의 상기 구동 신호 커플링에 의해 제1-2 터치 전극(TX2)과 제1-2 펜 전극(STX2) 간에도 구동 신호 커플링이 발생한다.
이에 따라, 제1-2 터치 전극(TX2)과, 이와 인접한 제2-1 터치 전극(RX1) 사이에 상호 커패시턴스(Cm)로 커플링이 발생하고, 최종적으로 제1-2 터치 전극(TX2)과 제2-1 터치 전극(RX1) 사이에 비정상적인 약한 터치 신호가 발생하게 된다.
다음으로, 터치 수신 커플링이 발생하는 경로는 다음과 같다.
제1-1 터치 전극(TX1)이 구동되면, 제1-1 터치 전극(TX1)과 제2-1 터치 전극(RX1) 사이에 상호 커패시턴스(Cm)로 구동 신호 커플링이 발생한다.
또한, 제2-1 터치 전극(RX1)과 제2-1 펜 전극(SRX1) 사이에 커플링 커패시턴스(Cc)로 구동 신호 커플링이 발생한다.
그런데, 제2 펜 전극(SRX)은, 도 4에서 보는 바와 같이, 상하로 나뉘어 전기적으로 연결되어 있으므로, 커플링 양이 다르게 나타남에 따라 비정상적인 단차가 발생하게 된다.
즉, 제2-2 펜 전극(SRX2)은 제2-1 펜 전극(SRX1)에서 발생한 구동 신호 커플링으로 인해, 제2-2 터치 전극(RX2) 사이에서도 커패시터 커플링 현상에 의해 구동 신호가 커플링된다.
이에 따라, 제2-2 터치 전극(RX2)과 제1-1 터치 전극(TX1) 사이에 상호 커패시턴스(Cm)로 커플링이 발생하고, 제2-2 터치 전극(RX2)과 제1-1 터치 전극(TX1) 사이에 비정상적인 약한 터치 신호가 발생하게 되어, 최종적으로 상기 비정상적인 단차가 발생하게 된다.
실제 실험결과, 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴에서, 핑거 상호 터치 동작시 터치 신호가 싱글로 터치 수신된 경우와, 차등(differential)으로 터치 수신된 경우에, 후술하는 도 8에서와 같이 실제로 터치되지 않은 영역에서 터치 신호가 감지되는 것을 확인할 수 있었다.
도 9는 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴에서, 핑거 상호 터치 동작시 터치 신호가 싱글로 터치 수신된 경우(a)와, 차등으로 터치 수신된 경우(b)에, 감지되는 터치 신호의 정전용량 변화량을 나타내는 표이다.
도 10은 도 6에 도시된 터치 입력 센서 패턴에서, 핑거 상호 터치 동작시 터치 신호가 차등으로 터치 수신된 경우(a)와, 싱글로 터치 수신된 경우(b)에, 측정되는 터치 신호의 정전용량 변화를 나타내는 그래프이다.
도 9에서 보는 바와 같이, 싱글로 터치 수신된 경우(a), 터치 구동 커플링 및 터치 수신 커플링이 공통적으로 발생된 영역(분홍색)에서 터치 신호의 정전용량 변화량이 큰 것을 확인할 수 있다.
또한, 차등으로 터치 수신된 경우(b), 실제로 터치되지 않은 영역(적색 점선)에서도 터치 신호의 정전용량 변화량이 크게 나타나는 것을 확인할 수 있다.
도 10에서 보는 바와 같이, 핑거 상호 터치 신호가 차등으로 터치 수신된 경우(a)에, 터치 신호의 정전용량 변화가 (-)에서 (+)로 변화되고, 싱글로 터치 수신된 경우(b)에, 비정상적인 단차가 발생하는 것을 확인할 수 있다.
이에, 본 발명은 핑거 상호 터치 동작시, 후술하는 바와 같이, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)을 접지시킴으로써, 제1 터치 전극(TX)과 제2 터치 전극(RX) 사이에 비정상적인 약한 터치 신호가 발생하는 것을 방지한다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따라, 비정상적인 터치 신호의 발생을 방지하기 위하여, 핑거 터치할 경우 설정되는 터치 입력 장치 내 각 전극의 제어 상태에 대한 표이다.
도 12는 본 발명의 일 실시예에 따라, 비정상적인 터치 신호의 발생을 방지하기 위하여, 스타일러스 펜 터치할 경우 설정되는 터치 입력 장치 내 각 전극의 제어 상태에 대한 표이다.
도 13은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 입력 장치의 전체 구성도이다.
도 14는 도 13에 도시된 터치 입력 장치 내 터치 입력 센서 패턴 일부의 평면도로서, Cm은 상호 커패시턴스, Cc는 커플링 커패시턴스를 의미한다.
도 15는 핑거 터치의 셀프 센싱 모드에서, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)이 접지될 경우 발생하는 문제점을 설명하기 위한 회로도이다.
도 16은 도 15에 도시된 회로도에서 발생하는 문제점에 대해 본 발명의 해결 수단에 관하여 설명하기 위한 회로도이다.
도 17은 스타일러스 펜 터치의 경우, 본 발명의 업링크 모드에서 각 전극들의 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 18은 스타일러스 펜 터치의 경우, 본 발명의 다운링크 모드에서 각 전극들의 동작을 설명하기 위한 개략적인 구성도이다.
도 13에서 보는 바와 같이, 본 발명의 터치 입력 장치(100)는 센서부(100A) 및 제어부(300)를 포함할 수 있다.
센서부(100A)는 다수의 제1 내지 제4 패턴(101A, 102A, 103A, 104A)을 포함한다.
제1 패턴(101A)은 제1 방향(길이 방향)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제1 방향은 터치 입력 장치(100)의 화면의 장축 방향(L)일 수 있다. 제1 패턴(101A)은, TX(터치 구동 전극)로도 명명될 수 있다.
제1 패턴(101A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.
제1 패턴(101A)은 제1 패턴(101A)에 인접하여 제2 패턴(102A)이 배치되는 개구부를 가질 수 있다. 개구부의 형상은 제1 패턴(101A)의 외형과 대응될 수 있다. 제1 패턴(101A)은 제2 패턴(102A)을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 제1 패턴(101A)은 제2 패턴(102A)로부터 소정 간격 떨어져 배치된다.
제2 패턴(102A)은 제1 방향을 따라 연장된 형상을 가지며, 제1 패턴(101A)에 인접하여 배치되고, 제1 패턴(101A)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제2 패턴(102A)은, STX(Stylus TX, 제1 펜 전극)로도 명명될 수 있다.
제2 패턴(102A)은 제1 패턴(101A)에 인접하여 배치된다.
제2 패턴(102A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.
제2 패턴(102A)의 메인 패턴부는 제1 패턴(101A)의 메인 패턴부와 대응되는 형상일 수 있고, 제2 패턴(102A)의 연결 패턴부는 제1 패턴(101A)의 연결 패턴부와 대응되는 형상일 수 있다.
제3 패턴(103A)은 제1 방향과 다른 제2 방향(폭 방향)을 따라 연장된 형상을 갖는다. 제2 방향은 제1 방향과 수직한 방향일 수 있으며, 터치 입력 장치의 화면의 단축 방향(S)일 수 있다. 제3 패턴(103A)은, RX(터치 수신 전극)로도 명명될 수 있다.
제3 패턴(103A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.
제3 패턴(103A)은 제3 패턴(103A)에 인접하여 제4 패턴(104A)이 배치되는 개구부를 가질 수 있다. 개구부의 형상은 제3 패턴(103A)의 외형과 대응될 수 있다. 제3 패턴(103A)은 제4 패턴(104A)을 둘러싸는 구조를 가질 수 있다. 제3 패턴(103A)은 제4 패턴(104A)로부터 소정 간격 떨어져 배치된다.
제4 패턴(104A)은 제2 방향을 따라 연장된 형상을 가지며, 제3 패턴(103A)에 인접하여 배치되고, 제3 패턴(103A)과 소정 간격 떨어져 배치된다. 제4 패턴(104A)은, SRX(Stylus RX, 제2 펜 전극)로도 명명될 수 있다.
제4 패턴(104A)은 제3 패턴(103A)에 인접하여 배치된다.
제4 패턴(104A)은 다수의 메인 패턴부와 다수의 메인 패턴부 중에서 서로 인접한 2개의 메인 패턴부 사이를 연결하는 연결 패턴부를 포함할 수 있다. 여기서, 메인 패턴부는 다이아몬드 형상을 가질 수 있으나, 이에 한정하는 것은 아니며, 다양한 형상으로서 연결 패턴부와 다른 형상을 가질 수 있다.
제4 패턴(104A)의 메인 패턴부는 제3 패턴(103A)의 메인 패턴부와 대응되는 형상일 수 있고, 제4 패턴(104A)의 연결 패턴부는 제3 패턴(103A)의 연결 패턴부와 대응되는 형상일 수 있다.
제3 및 제4 패턴(103A, 104A)은 제1 및 제2 패턴(101A, 102A)과 동일 층에 소정 간격 떨어져 배치된다.
한편, 제어부(300)는 센서부(100A)와 전기적으로 연결되며, 센서부(100A)의 동작을 제어할 수 있다. 제어부(300)와 센서부(100A)의 연결은 다수의 전도성 패턴들을 통해 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
제어부(300)가 센서부(100A)와 연결되는 케이스들은 다음과 같다.
(a)다수의 제1 패턴(101A), 다수의 제2 패턴(102A) 및 다수의 제3 패턴(103A)과 연결된 경우; (b)다수의 제1 패턴(101A) 내지 다수의 제4 패턴(104A) 모두와 연결된 경우; (c)다수의 제1 패턴(101A), 다수의 제3 패턴(103A) 및 다수의 제4 패턴(104A)과 연결된 경우; (d)다수의 제1 패턴(101A) 및 다수의 제3 패턴(103A)과 연결된 경우; (e)다수의 제1 패턴(101A), 다수의 제2 패턴(102A) 및 다수의 제4 패턴(104A)과 연결된 경우; (f)다수의 제2 패턴(102A), 다수의 제3 패턴(103A) 및 다수의 제4 패턴(104A)과 연결된 경우; 및 (g)다수의 제2 패턴(102A) 및 다수의 제4 패턴(104A)과 연결된 경우; 중 어느 한 경우로 설정될 수 있다.
제어부(300)는 다수의 구동 회로부(310)와 다수의 감지 회로부(330)를 포함할 수 있다.
다수의 구동 회로부(310)는 손가락과 같은 객체의 터치 위치 센싱을 위한 터치 구동 신호를 다수의 제1 패턴(101A)들에 제공하는 터치 구동 회로부와, 스타일러스 펜의 구동을 위한 펜 구동 신호를 다수의 제2 패턴(102A)들에 제공하는 펜 구동 회로부를 포함할 수 있다.
다수의 감지 회로부(330)는 다수의 제3 패턴(103A)들을 통해 감지 신호를 수신하여 손가락과 같은 객체의 터치 위치 검출을 위한 터치 감지 회로부와 다수의 제2 패턴(102A)들 및 다수의 제4 패턴(104A)들을 통해 스타일러스 펜 센싱을 위한 펜 감지 회로부를 포함할 수 있다. 여기서, 다수의 감지 회로부 중 일부의 감지 회로부는 터치 위치 센싱도 수행하고, 스타일러스 펜 센싱도 함께 수행할 수 있다.
도 11에서 보는 바와 같이, 제어부(300)는 센서부(100A)를 핑거 터치할 경우, 상호 센싱 모드, 셀프 센싱 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
또한, 도 12에서 보는 바와 같이, 스타일러스 펜 터치할 경우, 업링크 모드, 다운링크 모드 중 어느 하나의 모드로 동작하도록 제어할 수 있다.
먼저, 핑거 터치의 경우 센서부(100A)의 동작은 다음과 같다.
상호(mutual) 센싱 모드는 터치 구동 전극으로 구동 신호를 인가받고, 그와 인접한 터치 수신 전극으로부터 감지 신호가 출력되는 모드를 의미한다.
셀프(self) 센싱 모드는 하나의 전극에서 구동신호를 인가받음과 동시에, 감지 신호가 출력되는 모드를 의미한다.
상호 센싱 모드에서, 다수의 제1 패턴(101A)인 제1 터치 전극(TX)은 구동 동작, 다수의 제3 패턴(103A)인 제2 터치 전극(RX)은 수신 동작을 수행한다. 그리고, 다수의 제2 패턴(102A)인 제1 펜 전극(STX) 및 다수의 제4 패턴(104A)인 제2 펜 전극(SRX)은 펜 구동 신호, 펜 감지 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가한다.
특히, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)을 접지시킬 경우, 도 14에서 보는 바와 같이, 다른 제1 펜 전극(STX) 및/또는 제2 펜 전극(SRX)에 터치 신호가 넘어가는 것을 최소화한다.
이때, 접지되는 경우에도 해당 전극들은 제어부(300)와 연결되어 접지 전위를 인가받는다.
다만, 후술하는 셀프 센싱 모드에서는, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)이 접지될 경우, 제1 터치 전극(TX)과 제2 터치 전극(RX)에서 보이는 커패시턴스가 매우 커지는 문제가 발생하는데, 이에 대해서는 후술하도록 한다.
셀프 센싱 모드에서, 제1 터치 전극(TX) 및 제2 터치 전극(RX)은 터치 구동 및 수신 동작을 수행하고, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)은 터치 구동 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나가 인가된다.
다음으로, 스타일러스 펜 터치의 경우 센서부(100A)의 동작은 다음과 같다.
업링크(uplink) 모드는 스타일러스 펜을 구동시키는 모드를 의미한다.
다운링크(downlink) 모드는 스타일러스 펜을 오프시키고 스타일러스 펜으로부터 스타일러스 펜 신호를 수신하는 모드를 의미한다.
업링크 모드에서, 제1 터치 전극(TX), 제2 터치 전극(RX) 및 제2 펜 전극(SRX)은 각종 커패시턴스가 발생하지 않도록 도 17에서 보는 바와 같이, 플로팅시키거나, 터치 구동 신호, 접지 중 어느 하나를 인가하고, 제1 펜 전극(STX)만 구동 동작을 수행한다.
다운링크 모드에서, 제1 터치 전극(TX) 및 제2 터치 전극(RX)은 수신 동작을 수행할 경우, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)은 터치 감지 신호 수신, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가한다.
또한, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)에 펜 감지 신호를 수신할 경우, 제1 터치 전극(TX) 및 제2 터치 전극(RX)은 터치 수신 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가한다.
만일, 상기 상호 센싱 모드에서처럼 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)을 접지시킬 경우, 스타일러스 펜 신호에 의한 전류가 흐르지 못하게 된다.
이때, 플로팅되는 경우에는 해당 전극들이 제어부(300)와 연결되지 않아 아무런 전위를 인가받지 않는다.
이하에서는, 셀프 센싱 모드에서, 제1 펜 전극(STX) 및 제2 펜 전극(SRX)이 접지될 경우 발생하는 문제점들과, 이에 대한 본 발명의 해결 수단에 대하여 상세히 설명한다.
도 15에서 보는 바와 같이, 제1 펜 전극(STX0) 및 제2 펜 전극(SRX0)이 접지될 경우, 터치 구동 전극(TX0)에서 보이는 커패시턴스는, 제1 터치 전극(TX)과 접지 간 커패시턴스(Cb,TX)에, 제1 터치 전극(TX)과 제1 펜 전극(STX) 간 커플링 커패시턴스(Cc,Tx-STX)와, 제2 펜 전극(SRX)과 제1 터치 전극(TX) 간 상호 커패시턴스(Cm,SRX-TX)까지 추가되어 매우 커지는 문제가 발생한다.
또한, 터치 수신 전극(RX0)에서 보이는 커패시턴스는, 제2 터치 전극(RX)과 접지 간 커패시턴스(Cb,RX)에, 제2 터치 전극(RX)과 제2 펜 전극(SRX) 간 커플링 커패시턴스(Cc, RX -SRX)와, 제1 펜 전극(STX)과 제2 터치 전극(RX) 간 상호 커패시턴스(Cm,STX-RX)까지 추가되어 매우 커지는 문제가 발생한다.
이와 같은 문제들을 해결하기 위하여, 본 발명에서는 셀프 센싱 모드 동작시 터치 구동 전극(TX0)과 터치 수신 전극(RX0)이 동작할 때, 도 16에서 보는 바와 같이, 제1 펜 전극(STX0) 및 제2 펜 전극(SRX0)에서도 같이 구동을 시킨다.
이럴 경우, 커플링 커패시턴스(Cc, Tx-STX) 및 커플링 커패시턴스(Cc, RX -SRX)와, 상호 커패시턴스(Cm,SRX-TX) 및 상호 커패시턴스(Cm,STX-RX)가 발생되지 않기 때문에, 접지 커패시턴스(Cb,TX) 및/또는 접지 커패시턴스(Cb,RX)에 추가되는 대용량 커패시턴스를 방지할 수 있게 된다.
한편, 제어부(300)는 도 13에서 보는 바와 같이, 각 모드에 따라 다수의 구동 회로부(310) 및 감지 회로부(330)를 센서부(100A)와 전기적으로 연결시켜 제어할 수 있다. 이를 위해, 제어부(300)는 제어부(300)의 명령에 따라 다수의 구동 회로부(310) 및 감지 회로부(330)와 센서부(100A)를 전기적으로 연결시키는 다수의 스위치(미도시)를 포함할 수 있다.
이와 같이, 본 발명은 핑거 상호 터치 동작시 실제로 터치되지 않은 영역에서 발생하는 비정상적인 약한 터치 신호를 예방하고, 터치 구동 전극과 터치 수신 전극에서 보이는 커패시턴스가 현저하게 증가하는 것을 방지할 수 있는 터치 입력 장치를 제공한다.
이를 통하여, 본 발명은 터치 입력 장치에서, 핑거 상호 터치 동작시 터치 신호가 감지될 때, 실제로 터치되지 않은 영역에서 발생하는 비정상적인 약한 터치 신호를 사전에 예방할 수 있다.
또한, 구동 전극으로 구동 신호를 인가받고 수신 전극으로부터 감지 신호가 출력되는 상호 센싱 모드에서, 다수의 펜 구동 전극 및 다수의 펜 수신 전극을 접지시킴으로써, 다른 펜 구동 전극 및/또는 펜 수신 전극에 터치 신호가 비정상적으로 넘어가는 것을 최소화시킬 수 있다.
또한, 하나의 전극에서 구동신호의 입력과 감지 신호의 출력이 동시에 수행되는 셀프 센싱 모드에서, 펜 구동 전극 및 펜 수신 전극이 접지될 경우, 터치 구동 전극과 터치 수신 전극뿐 아니라 펜 구동 전극 및 펜 수신 전극도 같이 구동시킴으로써, 터치 구동 전극과 터치 수신 전극에서 보이는 기생 커패시턴스가 현저하게 증가하는 것을 방지할 수 있게 된다.
이상에서 실시 형태들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시 형태에 포함되며, 반드시 하나의 실시 형태에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시 형태에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시 형태들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시 형태들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
또한, 이상에서 실시 형태를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시 형태의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시 형태에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100, 100A: 센서부
101, 101A: 제1 패턴
102, 102A: 제2 패턴
103, 103A: 제3 패턴
104, 104A: 제4 패턴
300: 제어부

Claims (11)

  1. 센서부 및 제어부를 포함하고,
    상기 센서부는,
    제1 방향으로 연장 형성되는 다수의 제1 패턴;
    상기 제1 방향으로 연장 형성되고, 상기 제1 패턴과 인접하여 배치되어, 일 단들이 서로 전기적으로 연결된 다수의 제2 패턴;
    상기 제1 방향과 수직한 제2 방향으로 연장 형성된 다수의 제3 패턴; 및
    상기 제2 방향으로 연장 형성되고, 상기 제3 패턴과 인접하여 배치되어, 일 단들이 서로 전기적으로 연결된 다수의 제4 패턴;을 포함하는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    제1 터치 전극으로 터치 구동 신호를 인가받고, 제2 터치 전극으로부터 터치 감지 신호가 출력되는 상호 센싱 모드로 상기 센서부가 동작되도록 제어하되,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 제1 패턴으로 상기 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 터치 감지 신호를 수신하며, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에 펜 구동 신호, 펜 감지 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    하나의 전극에서 터치 구동 신호를 인가받고 터치 감지 신호가 출력되는 셀프 센싱 모드로 상기 센서부가 동작되도록 제어하되,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 터치 구동 신호를 인가하고, 상기 터치 감지 신호를 수신하는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에 터치 구동 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 업링크 모드로 동작되도록 제어하되,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 제2 패턴으로 상기 스타일러스 펜을 구동시키기 위한 펜 구동 신호를 인가하고, 상기 다수의 제1 패턴, 상기 다수의 제3 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에 터치 구동 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 스타일러스 펜의 터치 위치를 센싱하기 위한 다운링크 모드로 동작되도록 제어하되,
    상기 제어부는 상기 다수의 제1 패턴과 상기 다수의 제3 패턴을 통해 상기 스타일러스 펜으로부터의 펜 감지 신호를 수신할 경우,
    상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴에, 터치 감지 신호 수신, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에 펜 감지 신호를 수신할 경우,
    상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제2 패턴에 터치 수신 신호, 접지 및 플로팅 중 어느 하나를 인가하는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 다수의 제1 내지 제4 패턴은 동일한 층에 이격되어 배치되는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  9. 제 3 항에 있어서,
    상기 셀프 센싱 모드 동작시
    상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴이 동작할 때, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴에서도 같이 구동을 시키는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  10. 제 2 항에 있어서,
    상기 다수의 제1 패턴은 상기 터치 구동 신호가 인가되는 상기 터치 구동 전극으로 동작하고,
    상기 다수의 제2 패턴은 펜 구동 신호가 인가되는 펜 구동 전극으로 동작하며,
    상기 다수의 제3 패턴은 상기 터치 감지 신호가 인가되는 상기 터치 수신 전극으로 동작하고,
    상기 다수의 제1 패턴 내지 상기 다수의 제4 패턴은 펜 감지 신호가 인가되는 펜 수신 전극으로 동작하는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는,
    상기 다수의 제1 패턴 내지 상기 다수의 제4 패턴과의 연결에 대하여,
    (a) 상기 다수의 제1 패턴, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴과 연결된 경우;
    (b) 상기 다수의 제1 패턴 내지 상기 다수의 제4 패턴 모두와 연결된 경우;
    (c) 상기 다수의 제1 패턴, 상기 다수의 제3 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴과 연결된 경우;
    (d) 상기 다수의 제1 패턴 및 상기 다수의 제3 패턴과 연결된 경우;
    (e) 상기 다수의 제1 패턴, 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴과 연결된 경우;
    (f) 상기 다수의 제2 패턴, 상기 다수의 제3 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴과 연결된 경우; 및
    (g) 상기 다수의 제2 패턴 및 상기 다수의 제4 패턴과 연결된 경우;
    중 어느 한 경우로 설정되는 것을 특징으로 하는,
    터치 입력 장치.

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