KR20140121658A

KR20140121658A - 정전식 터치 검출수단 및 검출방법

Info

Publication number: KR20140121658A
Application number: KR1020130038160A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 이성호
Priority date: 2013-04-08
Filing date: 2013-04-08
Publication date: 2014-10-16
Also published as: CN106406600B; US20160054846A1; EP2985683A4; EP2985683A1; WO2014168399A1; CN105378618A; CN106406600A; KR101963317B1; US9927904B2; CN105378618B

Abstract

본 발명은 터치를 검출중인 센싱패드와 인접한 난센싱패드 사이에 형성된 선간등가커패시터에 교번전압을 인가할 때 터치검출부에서 터치유무에 따라 검출되는 전압 크기의 차이가 발생하는 현상을 이용하여 터치신호를 검출하는 새로운 방식의 정전식 터치 검출수단 및 검출방법에 관한 것이다.
본 발명의 터치 검출수단은, 표시장치의 상면에 부가되며 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 센싱패드(10a); 상기 센싱패드(10a)와 인접한 난센싱패드(10b) 사이에 형성된 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압; 및 상기 센싱패드(13)와 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따른 전압차이를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 센싱패드신호선과 난센싱패드신호선사이에 발생하는 기생 커패시터를 터치검출에 사용함으로 인해 터치패널의 설계 및 제조가 용이하고 터치감도가 향상되는 효과가 있다.

Description

정전식 터치 검출수단 및 검출방법 {CAPACITIVE TYPE TOUCH DETECTING MEANS AND METHOD}

본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력수단의 정전식 터치입력을 검출하는 수단 및 검출 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 센싱패드(sensing pad)와 난센싱패드(non-sensing pad) 사이에 형성된 센싱 등가커패시터(equivalent capacitor)의 일측에 교번하는 구동전압이 인가되고, 터치유무에 따라 터치검출부에서 발생하는 전압차를 검출하여 터치신호를 획득하는 정전식 터치 검출수단 및 검출방법에 관한 것이다.

일반적으로, 터치스크린패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다. 터치스크린패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.

종래 터치스크린패널은 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조 단가가 낮은 저항방식의 터치스크린패널이 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치스크린패널은 투과율이 낮고 상당한 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하고 멀티터치 및 제스처 인식(gesture cognition)이 곤란하고 검출오류가 발생하는 등의 문제점을 안고 있다.

이에 반해, 정전식 터치스크린패널은 투과율이 높고 소프트 터치를 인식할 수 있고 멀티터치 및 제스처 인식이 양호한 장점을 갖고 있어 점차 시장을 넓혀가고 있다.

도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명기판(2)의 상하면에 투명 도전막이 형성되며, 투명기판(2)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(4)이 형성되어 있다. 상기 투명 도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성된다. 그리고 상기 투명 도전막의 네 모서리에 형성되는 금속전극(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성된다. 상기 금속전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명 도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(4)을 포함한 투명 도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.

위와 같은 정전식 터치스크린패널은 상기 금속전극(4)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 이는 투명기판(2)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(8)이나 도전성 터치입력수단으로 투명기판(2) 상면의 투명 도전막을 가볍게 터치하면, 일정량의 전류가 체내로 흡수되면서 컨트롤러(6)에 내장된 전류센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속전극(4) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.

그런데, 도 1과 같은 정전식 터치스크린패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출장치를 필요로 하므로 가격이 상승하며 복수개의 터치를 인식하는 멀티터치가 어려운 문제점이 있다.

이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 도 2와 같은 정전식 터치스크린패널이 주로 사용되고 있다. 도 2의 터치스크린패널은 횡방향의 선형터치검출센서(5a) 및 종방향의 선형터치검출센서(5b), 터치신호를 분석하는 터치드라이브IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치스크린패널은 선형터치검출센서(5)와 손가락(도 1의 8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형터치검출센서(5a)과 종방향의 선형터치검출센서(5b)을 스캔하여 신호를 검출하므로 복수개의 터치지점을 인식할 수 있다.

그런데, 위와 같은 터치스크린패널은 LCD와 같은 표시장치 위에 실장되어 사용될 때, 노이즈에 의해 신호 검출이 어려운 현상이 발생한다. 예컨대, LCD는 공통전극을 사용하며 경우에 따라 이 공통전극에 교류의 공통전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통전극의 공통전압(Vcom)은 터치지점 검출 시 노이즈로 작용한다.

도 3은 LCD 위에 종래 정전식 터치스크린패널이 설치된 실시태양을 보여준다. 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)가 설치된다.

표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널이 설치된다. 터치스크린패널은 기판(1)의 상면에 상기한 선형터치검출센서(5)가 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형터치검출센서(5)을 보호하기 위한 보호패널(3)이 부착된다. 터치스크린패널은 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(9)를 매개로 표시장치(200)의 에지부에 접착되며, 표시장치(200)와의 사이에서 에어갭(air-gap)(9a)을 형성한다.

이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형터치검출센서(5) 사이에는 Ct와 같은 커패시턴스가 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형터치검출센서(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 공통전극 커패시턴스(Cvcom)와 같은 커패시턴스가 형성되며, 선형터치검출센서(5)에는 패턴 사이의 커패시턴스결합 또는 제조 공정 요인 등에 의한 미지의 기생커패시턴스(parasitic capacitance)인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.

여기서, 종래 터치스크린패널은 터치 정전용량인 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하며, Cvcom 및 Cp와 같은 성분은 Ct의 검출에 있어서 노이즈로 작용한다. 특히 패턴 사이의 커패시턴스결합에 의한 Cp는 터치 정전용량인 Ct보다 열배 이상 큰 경우도 있기 때문에 Cp로 인해 터치 감도(touch sensitivity)가 저하 된다는 문제가 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 터치 검출부에 접속된 센싱패드 및 센싱패드와 인접한 난센싱패드 사이에 형성되고, 기존에는 기생 커패시터로 동작하던 센싱 등가커패시터의 일측에 교번하는 구동전압을 인가하고, 손가락과 같은 터치입력수단과 센싱패드 사이에 터치 정전용량이 형성될 때, 터치 정전용량의 크기에 따라 터치검출부에서 검출되는 전압의 크기에 차이가 생기는 현상을 이용하여 터치신호를 획득함으로써, 기생 커패시턴스에 의한 영향을 최소화하고 터치신호를 안정적으로 획득하는 정전식 터치 검출수단 및 검출방법을 제공함에 그 목적이 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 검출수단은, 표시장치의 상면에 부가되며 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 센싱패드(10a); 상기 센싱패드(10a)와 인접한 난센싱패드(10b) 사이에 형성된 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압; 및 상기 센싱패드(13)와 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따른 전압차이를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 충전수단이 추가되고 상기 터치검출부에서 전압을 검출할 때 스위칭소자(12)의 출력단(12-1)은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,터치검출부(14)의 입력단은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태이다.

바람직하게는, 충전수단(12)의 턴 온 시간을 조정하여 충전시간을 결정할 수 있는 수단을 갖는다.

바람직하게는, 프리차지시 1차 선간정전용량에 연결된 전압과 2차 선간정전용량에 연결된 전압이 동일하다.

바람직하게는, 1차 선간정전용량을 이용하여 터치신호 검출 시 2차 선간정전용량을 생성하는 난센싱패드신호선을 플로팅이나 하이임피던스로 유지하여 2차 선간정전용량에 의한 터치신호를 검출하지 않고 이를 위해 2차 선간정전용량을 Vh나 Vl로 연결할 지 또는 플로팅이나 Hi-z로 연결하는 수단을 갖는다.

바람직하게는, 1차 및 2차 선간정전용량 모두를 터치신호 검출에 사용할 수 있다.

바람직하게는, 터치검출센서(10)와 센서신호선(22)이 동일한 마스크(Mask)로 형성되었다.

바람직하게는, 터치검출센서(10)의 위치에 따라 센서신호선의 폭이 다르게 형성된다.

바람직하게는, 터치검출센서(10)에는 공통전극커패시턴스(Cvcom) 및 터치정전용량(Ct)이 같이 형성된다.

바람직하게는, 충전전압이 인가된 후 선간등가커패시터(Ceq)에 교번전압이 인가된다.

바람직하게는, 교번전압의 크기를 가변하는 수단을 갖는다.

바람직하게는, 교번전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 가변하는 수단을 갖는다.

바람직하게는,

교번전압에 의해 터치 미발생시 터치검출부(14)에서 검출되는 <수학식 1>

여기에서는 ,

는 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)부에서 검출된 전압이며,

는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,

는 프리차지 전압이며,

는 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,

은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극 커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus)이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.

바람직하게는,

교번전압에 의해 터치 발생시 터치검출부(14)에서 검출되는 <수학식 2>

여기에서는 ,

는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,

는 프리차지 전압이며,

은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극 커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.

바람직하게는, 상기 수학식1과 수학식2의 차이로 터치를 검출한다.

바람직하게는, 터치검출부(14)에서 상기 수학식1과 수학식2에 의해 검출된 전압에 기초하여 터치면적을 연산하는 것이 가능하다.

바람직하게는, Row별로 터치신호를 검출한다.

바람직하게는, 위치별로 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)에 기초하여 위치별로 서로 다른 크기를 보상하는 수단을 갖는다.

바람직하게는, 보상커패시터의 일측은 터치검출부(14)에 연결된다.

바람직하게는, 보상커패시터의 또 다른 일측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압과 동일한 교번전압이 인가된다.

바람직하게는, 보상커패시터의 또 다른 일측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압과 다른 교번전압이 인가될 수 있다.

바람직하게는, 보상커패시터에 의해 미 터치시 <수학식 5>

.

바람직하게는, 보상커패시터에 의해 터치시 <수학식 6>

.

바람직하게는, 보상커패시터에 의해 상기 두 수학식의 차이에 의해 터치가 검출된다.

바람직하게는, 교번전압의 rising edge의 기울기와 falling edge 기울기를 설정하는 수단을 갖는다.

바람직하게는, 터치검출부(14)는 교번전압의 상승엣지 또는 하강엣지에 동기하여 터치신호를 검출한다.

바람직하게는, 상승엣지 또는 하강엣지부터 일정시간 지연 후 터치신호를 검출하는 수단을 구비한다.

신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출방법에 있어서,

(a) 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 터치검출센서(10) 및 이 터치검출센서(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 교번전압이 인가되는 선간등가커패시터(Ceq)에 프리차지신호를 공급하는 단계;

(b) 상기 터치검출센서(10)에서의 전압을 검출하는 단계; 및

(c) 상기 부가된 터치정전용량(Ct)에 의해 검출된 전압과 상기 터치정전용량(Ct)가 없을 때 검출된 전압의 차이를 검출하여 터치신호를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 교번전압의 크기를 가변하는 수단을 갖는다.

바람직하게는,

여기에서는 ,

는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,

는 프리차지 전압이며,

은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus)이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.

바람직하게는,

여기에서는 ,

는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,

는 프리차지 전압이며,

바람직하게는, Row별로 터치신호를 검출한다.

바람직하게는, 보상커패시터에 의해 미 터치시 <수학식 5>

.

바람직하게는, 보상커패시터에 의해 터치시 <수학식 6>

.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 검출수단은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 센싱패드(10a); 상기 센싱패드(10a)와 인접한 난센싱패드(10b) 사이의 커패시터(Ceq or Cbal)에 인가되는 교번전압; 및 상기 센싱패드(13)와 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따른 전압차이를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.

바람직하게는, 터치검출부에는 DAC(14-3)이 포함되며 DAC(14-3)은 난터치시 상기 터치검출부(14)에서 검출된 전압의 정보를 포함한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,난터치시 상기 터치검출부(14)에서 검출된 전압의 정보를 메모리부(28)에 저장된다.

본 발명의 정전식 터치 검출수단 및 검출방법에 따르면, 센싱패드 및 센싱패드와 인접한 난센싱패드 사이에 형성된 센싱등가커패시터에 교번하는 구동전압을 인가하고, 손가락등의 터치입력에 의해 부가된 터치 정전용량의 차이에 의한 터치검출부에서 전압의 차이가 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 기존에는 노이즈로 작용하던 센서신호선 사이에서 발생하는 기생커패시턴스를 터치신호 검출 수단(예, 터치 신호에 의해 영향을 받지 않는 기본값)으로 역이용함으로 인해 터치패널의 설계가 용이하고 감도가 향상 되는 효과가 있다.

도 1은 종래 터치스크린패널의 일예를 보인 사시도
도 2는 종래 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도
도 3은 도 2의 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 예를 보인 단면도
도 4는 도 3에서 터치커패시턴스를 검출하는 등가 회로도
도 5는 액정표시장치의 공통전압 파형을 예시한 파형도
도 6은 통상적인 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 도면
도 7은 터치입력을 검출하는 원리를 예시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도
도 9는 도 8의 등가회로
도 10은 터치검출센서 구성의 일예를 보인 단면도
도 11은 터치검출센서 구성의 다른예를 보인 단면도
도 12는 센싱등가커패시터에 교번전압을 인가하는 실시예
도 13은 본 발명의 터치스크린 패널의 일 실시예를 보인 구성도
도 14는 센싱커패시턴스를 보상해주는 본 발명의 실시예
도 15는 레시스터 설정에 따라 교번전압의 크기가 변하는 수단에 관한 실시예
도 16은 교번하는 터치수단을 갖는 실시예
도 17은 터치검출센서(10) 및 센서신호선(22)의 배치에 관한 일 실시예
도 18은 터치좌표 향상을 위한 터치검출센서의 형태에 관한 일 실시예
도 19는 시인성 개선을 위한 본 발명의 실시예
도 20은 센서 신호선(22)의 설계에 관한 일 실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

우선, 본 발명은 정전식 터치 검출수단 및 검출방법에 관한 것으로서, 종래의 터치 검출수단이 손가락 등의 접촉에 의한 정전용량의 크기를 검출하는 방식인 것과 달리, 터치를 검출중인 센싱패드(터치 검출부에 접속된 패드)와 인접한 난센싱패드(센싱 패드에 대응하는 패드로서, 터치 검출부에 접속되지 않은 패드) 사이에 형성된 센싱등가커패시터에 교번하는 구동전압을 인가할 때, 부가된 터치 정전용량의 크기 차이에 기인한 검출전압에 차이가 발생하는 현상을 이용하여 터치를 검출하는 방식에 관한 것이다. 본 발명에 따른 터치 검출 시스템은 터치 미발생시 검출된 전압과, 터치 발생에 의해 터치 정전용량이 부가될 때 검출된 전압의 크기를 비교하고, 두 전압의 크기 차이로 터치를 검출하여, 기생커패시턴스 등에 의한 영향이 최소화 되며, 보다 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.

본 발명에서 언급되는 표시장치는 LCD, PDP, OLED 중 어느 하나이거나, 기타 사용자에게 임의 형태의 정지화상(예, JPG, TIF 등등) 또는 동영상(MPEG2, MPEG-4 등) 화상을 표시하는 모든 수단을 포함한다.

위에 나열한 표시장치 중 LCD는 액정의 구동을 위해 공통전압(Vcom)을 필요로 한다. 일예로서, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극의 공통전압이 하나 또는 복수의 게이트 라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용한다. 다른 예로서, 대형 LCD는 공통전극의 공통전압이 일정한 DC 레벨을 가지며 도트 인버젼(Dot Inversion) 구동방식을 사용한다. 또 다른 예로서, 횡전계 모드 LCD의 경우, 공통전극은 LCD TFT 기판의 일부영역에 형성되어 라인 인버전이나 도트 인버전 구동방식에 의해 화상이 표시된다. 이러한 횡전계모드 LCD의 경우, 백 그라운드(Back Ground)가 배면 ITO(Indium Tin Oxide)를 통해 외부로 노출된 칼라필터 전체에 공통으로 형성되며, ESD(Electrostatic Discharge) 차단을 위해 그라운드 신호(ground signal)와 접지시킨다.

본 발명에서는 위와 같이 공통전압(Vcom)이 인가되는 전극 이외에, 표시장치 내에서 공통으로 역할하는 모든 전극들을 “공통전극”이라 칭하기로 하며 표시장치의 공통전극에 인가되는 교번전압이나 DC 전압 또는 불특정 주파수로 교번하는 형태의 전압을 “공통전압”이라 칭하기로 한다.

본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력수단의 비접촉 터치입력을 검출한다. 여기서 “비접촉 터치입력”이라 함은 손가락 등의 터치입력수단이 입력수단과 터치검출센서 사이에 존재하는 기판에 의해 터치검출센서와 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력수단이 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력수단과 터치검출센서는 비접촉 상태를 유지한다. 따라서, 터치검출센서에 대한 손가락의 터치 행위는 “접근”이라는 용어로 표현될 수 있다. 한편, 기판의 외면에 대하여는 손가락이 접촉된 상태일 수 있으므로, 기판에 대한 손가락의 터치 행위는 “접촉”이라는 용어로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 “접근”과 “접촉”은 통용된다.

본 발명에서의 터치 입력수단은 키보드, 마우스, 손가락, 터치펜, 스타일러스 펜 뿐만 아니라 터치검출센서에 의해 감지될 수 있는 전압 변화를 일으키는 임의 형태의 입력(예, 일정 형태를 갖는 도전체와 같은 오브젝트(object) 또는 전자기파등의 입력)을 포함한다.

또한, 이하에서 설명되는 “~부”와 같은 구성들은, 특정기능을 수행하는 단위 기능 요소(Unit Function Element)들의 집합체로서, 예를 들면 어떤 신호의 증폭기는 단위 기능 요소이며 증폭기나 신호변환기들이 모인 집합체는 신호변환부로 명명할 수 있다. 또한, “~부”는 더 큰 구성요소 또는 “~부”에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 “~부”들을 포함할 수 있다. 또한, “~부”는 자체적으로 연산기능이나 메모리등에 저장된 명령어(command)등을 처리할 수 있는 독자적인 CPU(Central Processing Unit)를 포함할 수 있다.

이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 층, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상면” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에(중간에 다른 부분이 없는 것)” 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분(예, 매개층 또는 절연층(insulting layer))이 있는 경우를 포함한다.

또한, 본 명세서에 기재된 “신호(signal)”는 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭한다.

또한, 본 명세서에서 “커패시턴스(capacitance)”는 물리적인 크기를 나타내며, “정전용량”과 동일한 의미로 사용된다. 한편,“커패시터(capacitor)”는 물리적인 크기인 커패시턴스를 갖는 소자(Element)를 지칭한다. 본 발명에서 보상커패시터(Cbal)는 터치드라이브IC(Integrated Circuit) 내부에 만들어진 것과 같이 설계된 값에 의해 제조공정에 의해 만들어 지기도 하며, 임의의 거리로 평행한 두개의 센서신호선 사이에 만들어진 본 명세서의 선간 커패시터와 같이 자연적으로 생성되기도 한다. 본 명세서에서는 직접 만들어진 커패시터나 자연적으로 형성된 커패시터 모두를 구분하지 않고 “커패시터”로 명명한다.

본 명세서에서 커패시터의 기호로 사용된 부호인 C는 커패시터를 지칭하는 부호로 사용되며 또한 커패시터의 크기인 커패시턴스를 나타낸다. 예를들어 C1은 커패시터를 지칭하는 부호이기도 하며 또한 그 커패시터의 크기인 커패시턴스가 C1임을 의미한다.

또한, 본 명세서에서“신호(signal)를 인가(forcing)"한다는 의미는 어떤 상태를 유지하고 있던 신호의 레벨(Level)이 바뀐다는 의미이다. 예를 들어, 스위칭소자의 온/오프 제어단자에 신호를 인가한다는 의미는, 기존의 로우(Low) 레벨 전압(예,대지전압(Ov) 또는 일정크기의 DC전압, AC전압)이 하이(Hi) 레벨(예, 로우 레벨 전압보다 더 큰 진폭값을 가지는 DC 전압 또는 AC전압)로 바뀐다는 의미이다.

또한 본 명세서에서 터치검출센서(도 9 또는 도 12의 10)는 센싱패드(도 9 또는 도 12의 10a)와 난센싱패드(도 9 또는 도 12의 10b)를 포함한다. 센싱패드(10a)는 복수의 터치검출센서(10) 중, 터치를 검출하기 위해 터치검출부(도 9 또는 도 12의 14)에 접속된 터치검출센서(10)이며, 난센싱패드(10b)는 터치검출을 수행하지 않고 터치검출부(14)에 접속되지 않은 터치검출센서(10)이다. 센싱패드(10a)는 터치 검출이 완료된 후에는 난센싱패드(10b)가 되며 사전에 정해진 순서에 따라 임의의 난센싱패드(10b)는 센싱패드(10a)로 전환 된다. 따라서 센싱패드와 난센싱패드는 고정되지 않으며 시간에 따라 변환될 수 있으며, 각 센싱패드와 난센싱 패드의 변환 순서는 사전에 정해진 순서에 의해 순차적으로 결정될 수 있다. 시분할방법(Time Sharing Technique)은 순서를 정하는 일 실시예이다.

또한 본 명세서에서 터치 또는 터치신호를 검출한다는 의미는 동일한 의미이며, 터치 신호 검출의 대표적인 일 실시예는 손가락과 같은 도전체가 터치검출센서(10)에 접촉 또는 접근하지 않아서 터치정전용량이 형성되지 않았을 때 터치검출부에서 검출한 제 1 전압과, 손가락과 같은 도전체가 터치검출센서와 대향할 때 형성된 터치정전용량(Ct)에 의해 터치검출부에서 검출된 제 2 전압의 차이를 검출하는 것이다.

또한 본 명세서에서 터치드라이브IC(Touch Drive IC)는 TDI로 축약하여 사용한다.

또한 본 명세서에서 프리차지와 충전 그리고 프리차지전압과 충전전압은 동일한 의미로 사용된다.

또한 본 명세서에서 특별한 언급이 없는 한 센싱패드는 센싱패드를 연결하는 센서신호선을 포함하는 의미일 수 있고, 특별한 언급이 없는 한 난센싱패드는 난센싱패드를 연결하는 난센싱패드 신호선을 포함하는 의미일 수 있다.

도 6은 본 발명에서 커패시터 충전수단의 한 예시로서 사용되는 스위칭 소자 중 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 것이다. 도 6을 참조하면, 3단자형 스위칭소자는 일반적으로 온/오프 제어단자(Cont), 입력단자(In), 출력단자(Out)의 3개 단자를 구비한다. 온/오프 제어단자(Cont)는 스위칭 소자의 턴 온 / 턴 오프를 제어하는 단자로서, 이 단자에 소정 크기의 전압이나 전류를 인가하면 입력단자(In)로 인가된 전압 또는 전류는 출력단자(Out)에 전압이나 전류형태로 출력된다.

본 발명의 구체적인 실시예를 설명하기에 앞서, 도 7을 참조하여 터치정전용량과 선간 정전용량(Capacitance between lines)이 형성되는 원리에 대하여 간략하게 설명한다. 도 7의 예시에서, 터치검출센서(10)에 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전성의 터치수단(예, 정전식 터치펜)이 접근했을 때 터치검출센서(10)와 손가락(25)이 "d"의 간격으로 이격되며, "A"라는 대향면적(또는 대향 접촉 면적)을 갖는다고 가정하자. 그러면, 도 7의 우측 등가회로 및 수학식, C=(eA)/D, 에서 보이듯이, 손가락(25)과 터치검출센서(10) 사이에는 커패시턴스 "C"가 형성된다. 본 명세서에서는 손가락(25)과 터치검출센서(10)사이에 형성된 커패시턴스를 터치정전용량 또는 터치커패시턴스(Ct)라고 한다.

또한 도 7의 예시에서 손가락(25)과 터치검출센서(10) 대신에 두 개의 평행한 신호선이 “d"의 간격으로 이격되고 ‘A"라는 대향면적을 가질 때, 두 신호선 사이에도 도 7의 등가회로 및 수학식, C=(eA)/D,에 도시된 선간커패시턴스 C가 형성된다. 만일 신호선이 ITO나 금속물질로 만들어 졌을 때 그 물질의 도포 두께 및 두 신호선의 대향길이를 곱한 값은 두 개의 평행한 신호선의 대향면적이 되며, 두 대향 신호선의 벌어진 정도는 이격거리가 된다. 본 발명세서 두 신호선 사이에는 OCA(Optically Clear Adhesive)나 공기층이 형성되므로 도 7의 수학식, C=(eA)/D, 에서 유전율(e)은 OCA나 공기의 유전율(permittivity)이 적용될 수 있다.

도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도이다. 이를 참조하면, 본 발명에 따라 특화된 터치검출수단은, 충전수단(12), 터치검출센서(10), 센서신호선(22), 공통전극커패시터(Cvcom), 부유용량커패시터(Cp) 및 터치검출부(14)로 구성된 기본적인 구조를 갖는다.

충전수단(12)은 터치검출부(14)에 접속된 모든 커패시터에 프리차지신호(또는 충전신호)인 Vpre를 공급하고,“Cont"로 명명된 "온/오프 제어단자"에 인가된 턴 오프(Turn Off) 신호에 턴 오프되어, 출력단(12-1)을 하이 임피던스로 만드는 스위칭소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP AMP(Operational amplifier) 등의 선형소자이다.

도 8의 실시예와 같이 충전수단(12)으로 3단자형 스위칭소자가 사용될 경우, 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호와 입력단(12-2)에 공급되는 신호(Vpre)를 이용하여, 필요한 시점에 적절한 충전전압을 충전수단(12)의 출력단(12-1)에 접속된 모든 커패시터에 공급할 수 있다. 충전 전압은 제로 볼트(Zero Volt)를 포함한 DC(direct current) 전압 또는 구형파(square wave)나 삼각파(triangular wave), 또는 싸인파(Sine Wave)와 같이 교번하는 AC 전압이나 DC 및 AC전압이 결합된 형태(예, 제 1 주기의 DC 전압과 제 2 주기의 AC전압이 반복되는(전체주기=제 1주기 + 제 2 주기), 여기서 제 1 주기와 제 2 주기는 동일하거나 상이한 경우를 모두 포함)의 전압이 사용될 수 있다.

터치검출센서(도 9 또는 도 12의 10)는 터치검출부(도 9 또는 도 12의 14)에 연결되어 터치신호를 검출하는 센싱패드(Sensing Pad,도 9 또는 도 12의 10a)와, 터치검출부(14)에 연결되지 않았으며 터치신호를 검출하지 않는 난센싱패드(Non Sensing Pad,도 9 또는 도 12의 10b)로 이루어진다. 센싱패드(10a)와 난센싱패드(10b)는 고정되지 않으며, 동일한 터치검출센서(10)가 시분할방법(Time Sharing)으로 전환될 수 있다(센싱 패드가 일정시간 간격 후에는 난센싱 패드로 전환). 터치 검출을 위해 터치검출부(14)에 접속되면 센싱패드(10a)라고 하며 터치검출부(14)에 접속되지 않으면(또는 이격되면) 난센싱패드(10b)라고 한다. 따라서 하나의 터치검출센서(10)가 터치검출부(14)와 접속되었는지 여부에 따라 센싱패드나 난센싱패드로 구분된다.

도 8의 실시예에서 하나의 터치검출센서(10)가 순차적으로 센싱패드가 되며 나머지는 난센싱패드인 경우를 가정하였으며, “PC"로 표기된 터치검출센서(10)가 센싱패드(10a)로 동작하고 있고 나머지는 모두 난센싱패드(PA, PB, PD, PE, PF, PG, PH, PI, PJ)인 경우이다. "PC"로 표기된 센싱패드의 동작 이전 시점에는 "PB"로 표기된 터치검출센서가 센싱패드 역할을 수행했고, "PC"로 표기된 센싱패드의 동작 이후에는“PD"로 표기된 터치검출센서가 난센싱패드에서 센싱패드로 역할이 전환될 것이다. 이처럼 터치검출센서(10)의 센싱패드 및 난센싱패드로의 전환은 후술하게 될 도 13의 타이밍제어부(33)의 제어에 의해 수행된다. 도 8의 하나의 센싱패드를 이용한 터치신호 검출 방법의 실시예이며, 터치신호 검출 방법의 다른 실시예로서 복수의 터치검출센서가 동시에 센싱패드로 동작할 수 있다.

도 8에서 프리차지전압 Vpre가 센싱패드신호선(22a) 및 PC의 부호를 가지는 센싱패드(10a)에 인가되고, 센싱패드(10a)와 인접한 PB, PD, PF의 부호를 가지는 난센싱패드 및 이와 접속된 난센싱패드신호선(22b-B, 22b-D, 22b-F)이 Vpre와 소정의 전위차를 가지는 임의의 전압 Vlbl에 접속되면, 도 7에서 설명한 원리에 의해 센싱패드(10a)와 난센싱패드(22b) 사이에는 커패시턴스가 형성된다.

구체적으로 설명하면, 센싱패드신호선(22a) 및 센싱패드(10a)에는 소정의 전위를 가지는 Vpre가 인가되고, Vlbl에 접속된 난센싱패드신호선(22b-B)이 센싱패드신호선(22a)과 소정의 대향거리와 대향면적을 갖고 있으므로 도 7에서 설명한 원리에 의해 상호간에 C1이라는 커패시턴스를 가지는 선간정전용량(Capacitance between lines)이 형성되며, 동일한 원리로 센싱패드신호선(22a)와 난센싱패드신호선(22b-D) 사이에는 C2라는 선간정전용량이 형성되고, 센싱패드(PC,10a)와 대향하는 난센싱패드신호선(22b-F) 사이에도 동일한 원리로 선간정전용량 C3가 형성된다.

후술하게될 <수학식1>이나 <수학식2>를 참조하면, 기존에는 이러한 선간 정전용량은 기생커패시터(Cp)로 작용하여 터치 감도(touch sensitivity)를 저하시키는 노이즈로 작용한다. 그러나 본 발명에서는 선간커패시터를 역이용하여 터치신호 검출에 사용하므로 터치 검출부에서 검출된 전압을 구하는 수학식에서 Cp를 줄여서 터치 감도를 향상시키고, 줄어든 Cp인 선간정전용량이 터치 검출부에서 검출된 전압을 구하는 수학식의 분자에 위치하도록 하여 터치감도를 향상시키는 복수의 감도향상 효과를 갖는다.

한편, C4와 같이 센싱패드신호선(22a)과 난센싱패드신호선(22b-A) 사이에 난센싱패드신호선(22b-B)이 있어도 선간 정전용량이 형성될 수 있다. 본 명세서에서 C1내지 C3과 같이 센싱패드신호선(22a)과 난센싱패드신호선사이에 선간정전용량이 형성된 경우를 1차 선간정전용량이라고 하며 C4와 같이 센싱패드신호선(22a)과 난센싱패드신호선사이에 하나 또는 복수의 난센싱패드신호선이 있는 상태에서 형성된 정전용량을 2차 선간정전요량이라고 정의한다.

따라서, 센싱패드(10a) 및 센싱패드신호선(22a)에는 복수의 2차 선간정전용량이 형성될 수 있다. 2차 선간정전용량도 터치검출에 사용하면 터치감도가 향상되므로 2차 선간정전용량을 형성하기 위한 모든 난센싱패드신호선을 1차 선간정전용량 형성에 사용된 Vlbl에 접속하는 것이 바람직하다. 2차 선간정전용량을 형성하기위한 난센싱패드신호선은 Vlbl과 다른 전위에 접속될 수도 있으나, 회로를 단순화하기 위하여 Vlbl을 공통으로 사용하는 것이 바람직하다.

회로의 단순화나 터치 감도가 기대치보다 너무 좋은 경우 터치감도를 약화시키기 위하여 2차 선간정전용량을 생성하는 난센싱패드신호선(도 8의 실시예에서 22b-A나 22b-E와 같은 신호선들)을 플로팅 또는 하이임피던스상태로 유지하는 것도 가능하며, 이로 인해 플로팅된 난센싱패드신호선과 센싱패드신호선 사이에는 2차 선간정전용량이 발생하지 않는다. TDI(Touch Drive IC)는 2차 선간정전용량을 생성하며 센싱패드신호선(22a)과 인접한 난센싱패드신호선(22b)을 소정의 전위로 접속할 지 플로팅 또는 하이임피던스 상태로 유지할 지를 결정하는 수단을 갖는다. 난센싱패드신호선(22b)에 접속되는 전압 Vlbl은 제로(0)V를 포함한 DC 전위 또는 AC 전압이다.

본 명세서에서 인접(Closed)이라는 용어는, 센싱패드신호선을 기준으로 1차 선간정전용량을 형성하는 난센싱패드신호선에도 적용되며 2차 선간정전용량을 형성하는 난센싱패드신호선에도 적용된다.

센싱패드(10a)에는 1차 선간정전용량(C1내지 C3)및 2차 선간정전용량이 공통접속되어 있으므로, 이들 모두를 하나의 등가커패시터로 표시할 수 있으며 이를 선간등가커패시터(Ceq)라고 하면 도 8을 도 9와 같은 등가회로로 표시하는 것이 가능하다.

한편, 선간등가커패시터(Ceq)는 다음과 같은 특징을 갖는다.

1. 대향하는 센서신호선(22a 및 22b)의 대향길이가 길수록 대향면적이 넓어지므로 선간등가커패시턴스(Ceq)는 더 커진다. 이로 인해 TDI에서 원거리에 있는 센싱패드(10a)일 수록 선간등가커패시턴스(Ceq)는 더 크다.

2. 대향하는 센서신호선(22a 및 22b)의 대향거리에 따라 선간등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 조정하는 것이 가능하다. 대향거리는 대향하는 센서신호선(22a 및 22b) 사이의 폭(Width)이므로 설계에 의해 선간등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 변경하는 것이 가능하다.

도 9를 참조하면, 센싱패드(10a)와 인접한 난센싱패드(10b) 사이에 선간등가커패시터(Ceq)가 형성되며 난센싱패드(10b)는 임의의 전압(Vlbl)에 접속되어 있다.

난센싱패드(10b) 및 난센싱패드신호선(22b)은 도 8에서 1차 선간정전용량 및 2차 선간정전용량을 형성하는 복수의 난센싱패드 및 난센싱패드신호선을 하나의 등가 난센싱패드(10b) 및 등가 난센싱패드신호선(22b)으로 표시한것이다. 도 8에서 센싱패드(10a)를 제외한 모든 난센싱패드신호선(22b)에는 소정의 전압 Vlbl에 연결되므로 도 9에서도 난센싱패드신호선(22b)에 전압 Vlbl이 연결되었다. 따라서 도 9에서는 비록 하나의 난센싱패드신호선(22b)에 Vlbl이 연결된 것처럼 표시되었으나 실제로는 1차 또는 2차 선간정전용량을 생성하는 복수의 난센싱패드신호선에 Vlbl이 연결된 것이다. Vlbl은 프리차지전압 Vpre가 인가될 때 난센싱패드신호선(22b)의 일측에 인가되는 전압으로서, 프리차지에 의해 선간등가정전용량(Ceq)를 형성하기 위한 전압이다. 터치신호를 검출하기 위해 난센싱패드신호선(22b)에는 교번하는 교번전압이 인가되며 Vlbl은 교번하는 전압의 로우전압 또는 하이전압을 포함한다.

충전수단(12)의 출력단(12-1) 및 출력단(12-1)과 접속된 모든 커패시터들은 터치검출부(14)와 접속된다. 버퍼(Buffer,14-1)는 터치검출부(14)를 구성하는 구성품의 하나로서 입력단이 하이 임피던스(Hi Impedance, 이하 Hi-z) 특성을 갖는다. 충전수단(12)의 출력단(12-1)이 Hi-z 상태로 터치검출부의 Hi-z 입력단에 연결되면 충전수단의 출력단(12-1)와 Buffer(14-1) 사이에 접속된 모든 커패시터들(Ceq, Ct, Cvcom, Cp)도 Hi-z 상태가 된다.

후술하겠지만, 센싱패드(10a)를 연결하는 센싱패드신호선(22a)의 길이에 따라 Ceq의 크기가 다르므로 충전시간도 센싱패드의 위치에 따라 달라지게 된다. 하나의 고정된 시간으로 충전시간을 결정할 시 충전시간이 가장 긴 시간으로 결정할 수 밖에 없으므로 터치검출시간이 느려진다는 단점이 있다. 따라서 TDI는 충전시간을 결정할 수 있는 수단을 갖는다. 충전시간은 충전수단(12)의 턴 온 시간으로 결정된다.

도 9의 실시예에서는 충전수단(12)의 출력단(12-1)가 Buffer(14-1)에 직접 접속되는 것을 예시하였으나, MOS(Metal Oxide Semiconductor)의 게이트(gate)나 TFT(Thin Film Transistor)의 게이트(gate)등 입력이 Hi-z 상태인 모든 소자가 버퍼(14-1)을 대체하여 사용되는 것이 가능하다. 충전수단(12)의 출력단(12-1)과 터치검출부(14)를 Hi-z 상태로 만드는 이유는, Hi-z상태에서 고립된 전하의 방전경로가 없으므로 도 9의 P점에 형성된 전압의 크기가 오래 유지되어 상대적으로 정확한 전압의 크기를 검출하는 것이 용이하기 때문이다.

Buffer(14-1)에서 출력된 신호는 증폭기(14-2)로 입력된다. 터치여부에 따라 도 9의 P점에서 검출되는 전압의 변화량이 작은 경우, 증폭기(14-2)를 사용하여 신호를 증폭하는 것이 바람직하다. 증폭기에는 DAC(14-3)이 사용될 수 있으며 DAC은 ref 전압(14-4)을 이용하여 생성된다.

또한 터치검출부(14)에서 검출되고 증폭된 신호는 도 13의 신호처리부(35)로 전달되기 위해 ADC 변환부(14-5)를 거칠 수 있다. 이러한 ADC 변환부(14-5)는 하나 또는 복수개가 사용될 수 있으며, 복수개를 사용하면 보다 빠른 신호처리가 가능하다.

도 9에 도시하지는 않았으나, 터치검출부(14)안에 표시된 여러 기능부들 사이에는 필터(filter)가 사용될 수 있다. 예를 들어, Buffer(14-1)의 전단(Previous stage)에도 필터가 사용될 수 있으며, 증폭기(14-2)의 전단이나 증폭기의 구성부품중의 일부로 필터가 사용될 수 있다. 이러한 필터는 대역폭 로우패스 필터(Bandwidth Low Pass Filter)나 하이패스 필터(Bandwidth High Pass Filter) 또는 GCF(Grass Cut Filter), Ranking Filter, 쵸핑(Chopping)에 의한 평균필터(Average Filter)등 다양한 필터들이 사용될 수 있다.

터치검출센서(10)는 투명 도전체나 메탈(Metal)로 형성된다. 터치검출센서(10)가 표시장치 위에 설치되어 투명 도전체로 형성되는 경우, 투명 도전체는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 도전성 투명 물질 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명 물질로 형성된다. 만약, 터치검출센서(10)가 표시장치와 같이 사용되지 않는 터치 키보드, 냉장고나 모니터 등의 터치키로 응용될 경우 터치검출센서(10)는 메탈(metal) 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다.

센서신호선(22)은 터치검출센서(10)에 손가락(25)과 같은 터치수단이 접근할 때 형성된 터치정전용량의 일극(Polarity)을 터치검출부(14)에 접속하는 신호선(Signal Line)으로서, 터치검출센서(10)와 동일한 마스크(mask)로 도전성 투명 물질로 형성될 수 있다. 어떤 경우에는 터치검출센서(10)와 이종의 마스크를 사용하며 메탈 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다. 센서신호선(22)은 저항의 크기를 Rt로 표시하였으며, 난센싱패드(10b)의 저항의 크기를 Rnt로 명기하였다.

이러한 저항 성분들은 터치신호 검출 시 신호의 지연을 발생시키는 요인으로 작용하므로 크기가 작을 수록 좋다. 따라서, TDI에서 원거리에 배치된 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)은 저항을 낮추기 위해 그 폭을 넓게 해주는 것이 바람직하며 TDI와 근거리에 배치된 터치검출센서(10)의 센서신호선(22)의 폭이 좁아서 저항이 증가하여도 절대적인 저항값이 작으므로 TDI와 근거리에 배치된 터치검출센서(10)의 센서신호선(22)의 폭을 좁게하여 센서신호선들이 지나가는 경로의 폭을 좁게하는 것이 바람직하다. 이와 같이 본 발명에서는 터치검출센서(10)의 위치에 따라 센서신호선의 폭이 다르게 형성될 수 있다.

도 8내지 도 9의 공통전극 커패시터(Cvcom)는 터치검출센서(10)가 표시장치의 공통전극과 대향할 때 형성되는 커패시턴스이며, 일측은 터치검출부(14)에 접속되고 타측은 표시장치의 공통전압에 접속된다. 이때, 표시장치의 공통전압과 직접 접속되어 인가될 수도 있지만, 통상은 유리나 공기등의 매질을 통해 전자기적으로 유도되어 인가된다.

다시 도 9를 참조하면, 인체의 손가락(25)이 터치검출센서(10)에 일정 간격으로 접근하면, 손가락(25)과 터치검출센서(10) 사이에는 "Ct"라고 하는 터치정전용량(Ct)이 형성된다. Ct는 도 7의 관계식, C=(eA)/d, 에 의해 설정되는 값으로서, 손가락(25)과 같은 터치수단과 터치검출센서(10)의 간격, 대향면적 등을 조절하는 것에 의해 조정될 수 있다. 예컨대, 터치검출센서(10)의 면적을 넓게 하면, 도 7의 관계식에 따라 Ct 역시 커진다. 반대로, 터치검출센서(10)의 면적을 작게 구성하는 것으로서 Ct는 작아진다. 일실시예로, Ct는 수 fF(femto Farada) 내지 수십 uF(micro Farad)으로 설계될 수 있다.

도 9의 Cp는 기생커패시터로서, TDI내부에서 형성되거나 TDI를 구성하는 반도체와 패키지(Package)의 와이어 본딩(wire bonding)등에서 형성되는 기생커패시터들의 등가회로이다. 기생커패시터는 그라운드가 서로 다른 복수개의 기생커패시터(Cp)로 구성될 수 있으며, 본 명세서에서는 하나의 그라운드만을 가정하여 이에 연결된 하나의 기생커패시터만을 표시하였다.

다시 도 9를 참조하면, 충전수단(12)의 입력단(도 8의 12-2)에는 프리차지전압(Pre charge Voltage)인 Vpre가 인가되고, 온/오프 제어단자(cont)에 인가되는 제어전압(Vg)에 의해 충전수단(12)인 스위칭소자가 턴 온(Turn on)될 때 프리차지전압(Vpre)은 출력단(12-1)을 통해 출력된다. 따라서 충전수단(12)의 출력단(12-1)에 접속된 모든 커패시터들은 프리차지전압(Vpre)으로 충전된다.

일실시예로, Vpre가 3V이며 Vg가 0V(Zero Volt)에서 10V로 변화될 때 충전수단(12)인 스위칭소자가 턴 온이 된다고 한다면, 스위칭소자의 턴 온 이후 터치를 검출중인 센싱패드(10a)와 손가락(25) 사이에 형성된 터치커패시터(Ct), 선간등가커패시터(Ceq), 기생정전용량 커패시터(Cp), 공통전극 커패시터(Cvcom)의 전위는 각 정전용량의 일측에 접속된 그라운드전위를 기준으로 3V이다. 예를 들어, 공통전압인 Vcom이 4V라고 하면 도 9의 P점의 전위가 3V일 때, 공통전극정전용량(Cvcom)의 전위 3V는 공통전압 Vcom이 4V일 때를 기준으로 3V(즉,Vcom=4V를 기준으로 할 때, P전위는 7V)라는 의미이다.

도 9의 P점을 충전한 이후 충전수단(12)의 제어전압(Vg)을 10V에서 0V로 하강시켜 충전수단(12)를 턴 오프 시키면, 터치검출부인 P점은 Hi-z가 되어 P점의 전하는 터치커패시터(Ct), 선간등가커패시터(Ceq), 기생 커패시터(Cp), 공통전극 커패시터(Cvcom)에 고립된다. 일 실시예로서, 선간등가커패시터(Ceq)에 교번하는 전압을 인가하면, P점에서 검출되는 전압의 크기는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가된 교번하는 전압의 크기에 비례하고 P점에 접속된 커패시턴스들과 상관관계를 갖는다.

도 10은 본 발명에 따른 터치검출센서 구성의 일예를 보인 단면도이고, 도 11은 본 발명에 따른 터치검출센서 구성의 다른 예를 보인 단면도이다. 도 10는 터치검출센서(10)가 표시장치와 별개로 형성된 기판에 실장 되는 경우를 예시하며, 도 11은 터치검출센서(10)가 표시장치 내에 내장된 경우를 예시한다. 도 10 및 도 11을 참조하여 공통전극커패시터(Cvcom)의 형성관계를 설명하면 다음과 같다.

도 10에 도시된 바와 같이 표시장치(200)는 공통전극(220)을 갖는다. 아몰레드(AMOLED)나 PDP(Plasma Display Panel)의 경우에는 화질을 표시하기 위해 기능이 부여된 공통전극을 갖지는 않으나, AMOLED의 TFT기판이나 PDP의 구동기판에 형성된 다양한 전위 및 이와 대향하는 터치검출센서(10) 사이에 도 8 내지 도 9 의 Cvcom이 형성되므로, AMOLED의 TFT기판이나 PDP의 구동기판에 형성된 다양한 전위로 이루어진 가상의 전위도 공통전극으로 명명하기로 한다.

표시장치(200)는 앞서 언급한 다양한 형태의 표시장치일 수 있으며, 공통전극(220)은 LCD의 Vcom 전극이거나, 기타 다른 유형의 전극일 수 있다. 도 10의 실시예는 표시장치들 중 LCD를 예시하였다.

도 11에 도시된 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film)를 구성하는 광학시트(optical sheet)들이 BLU와 같이 설치될 수 있다.

표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널(50)이 설치된다. 도 11의 예시에서 터치스크린패널(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(도 11의 57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 터치스크린패널(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(air-gap)(58)이 형성되거나 또는 접촉부재(58)로 충전된다. 접촉부재(58)는 투과성 실리콘이나 OCA(Optically Clear Adhesive)나 접착성 레진(Resin)등 터치스크린패널(50)과 표시장치(200)을 부착시키는 소재이다.

표시장치(200)의 공통전극(220)에는 화상표시를 위한 공통전압 레벨이 인가되며 공통전압은 일정 크기 값의 DC이거나 일정 진폭을 소정의 주파수로 교번하는 AC 전압일 수 있다. 예컨대, 라인반전을 하는 소형 LCD는 공통전극(220)의 공통전압이 도 5에서와 같이 교번하며, 도트반전을 하는 노트북이나 모니터/TV등의 LCD는 일정크기의 전압인 DC 레벨의 공통전압이 인가된다.

도시한 바와 같이, 터치검출센서(10)와 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이에는 공통전극커패시터(Cvcom)가 형성되며 터치검출센서(10)와 손가락(25) 사이에는 터치정전용량(Ct)이 형성된다. 이와 같이, 터치검출센서(10)에는 공통전극커패시턴스(Cvcom) 및 터치정전용량(Ct)이 같이 형성된다.

한편, 도 11 에서의 도면 부호(24)는 터치검출센서(10)을 보호하기 위한 보호층(24)이며 유리나 플라스틱 또는 비닐이나 천(cloth)등이 사용된다.

도 11은 터치검출센서 구성의 다른 예로서, 표시장치에 터치검출센서(10)가 내장된 경우의 실시예이다. 도 11을 참조하면, 터치스크린패널(50)은 표시장치의 일부인 칼라필터(215)의 상면에 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이 칼라필터(215)의 하부에는 공통전극(220)이 형성되어 있으며 칼라필터의 상면에는 터치검출센서(10)가 패터닝(Patterning) 되어 있다. 도 11의 실시예에서 보호층(24)은 편광판(Polarizer)으로 대체될 수 있다. 도 11의 실시예에서도 공통전극(220)과 터치검출센서(10) 사이에는 공통전극커패시턴스(Cvcom)가 형성되어, 터치검출센서(10)에는 공통전극커패시턴스(Cvcom) (터치검출센서(10)와 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이) 및 터치정전용량(Ct)(터치검출센서(10)와 손가락(25)사이)이 같이 형성된다.

도 12는 터치신호를 검출하기 위해 선간등가커패시터(Ceq)에 교번전압을 인가하는 실시예이다.

도 12를 참조하면, 충전수단(12)의 출력단(12-1)에는 터치검출센서(10)와 손가락(25)과 같은 도전체 사이에 형성된 터치커패시턴스(Ct) 및 Ceq, Cvcom 및 Cp가 접속되어 있다. 따라서, 충전수단(12)을 턴 온 시킨 상태에서 충전수단(12)의 입력단(12-2)에 프리차지 신호(Vpre)를 인가하면 Ceq, Ct, Cvcom, 및 Cp가 프라차지 레벨(Vpre)로 충전되어 터치검출부(14) 입력단의 전위는 프리차지 레벨(Vpre)이 된다. 이후, 만약 충전수단(12)을 턴 오프 시키면 4개의 커패시터에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 프리차지 신호 레벨(Vpre)을 유지하게 된다.

충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위해서, 충전수단(12)의 출력단(12-1)과 터치검출부(14)의 입력단은 Hi-z 상태이며, 바람직하게는 적어도 100Kohm 이상의 임피던스를 가질 수 있다.

그러나, 다른 실시예에서 충전수단(12)의 출력단(12-1)과 터치검출부(14)의 입력단은 Hi-z 상태에 있지 않을 수 있다. 예를 들어, 만약 4개의 커패시터에 충전된 신호를 방전시키면서 터치입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전된 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속하게 신호를 관찰한다면, 터치검출부(14)의 입력단이 반드시 Hi-z이어야 하는 것은 아니다.

터치검출부(14)는 센싱패드(10a)의 전압(또는 P점의 전압)을 검출한다. 터치검출부(14)는 터치 미발생시(즉, Ct가 형성되지 않았을 때) P점의 전압을 검출하고, 터치 발생 시(즉, Ct가 형성되었을 때) P점의 전압을 검출하여 검출된 두 전압의 크기 차이를 이용하여 터치신호를 획득한다. 도 12의 실시예에서 센싱패드(10a)와 P점인 터치검출부 입력단에는 센싱신호선저항(Rt)이 있으나 일정시점 후 Rt 양단의 신호의 크기는 동일하므로 Rt의 영향은 무시하였다. 따라서 본 명세서에서 센싱패드(10a)에서 검출된 전압과 P점에서 검출된 전압은 동일한 의미를 갖는다.

본 발명에서 도 12의 P점이 충전전압(Vpre)으로 충전될 때 난센싱패드(10b)와 연결된 난센싱패드신호선(22b)의 일측에는 소정의 전압 Vl이나 Vh가 접속된다. Vl은 본 발명의 교번하는 전압의 로우(Low) 전압이며 Vh는 본 발명의 교번하는 전압의 하이(Hi) 전압이며 교번하는 전압은 Vh와 Vl을 교번한다. Vh나 Vl은 앞에서 설명한 Vlbl와 동일한 역할, 즉 선간등가커패시터(Ceq)를 형성하는 역할을 한다.

충전전압(Vpre)이 인가되고 소정의 시간이 지난 후 터치신호를 검출하기 위하여 난센싱패드신호선(22b)에는 교번전압이 인가된다. 교번전압의 절대크기는 Vh-Vl이며 하이전압(Vh)에서 로우전압(Vl)으로 또는 로우전압(Vl)에서 하이전압(Vh)으로 전위를 변경할 수 있다. 교번전압은 구형파나 삼각파 또는 사인파 또는 톱니파등의 다양한 형태의 전압이며, 본 발명의 TDI(Touch Drive IC)는 교번전압의 크기나 주파수를 가변하는 것이 가능하다.

터치검출부(14)는 교번전압이 로우전압(Vl)에서 하이전압(Vh)로 상승하는 상승엣지(rising edge) 또는 상승구간(rising time)나 하이전압(Vh)에서 로우전압(Vl)으로 하강하는 하강엣지(falling edge) 또는 하강구간(falling time)에 동기하여 전압을 검출한다. TDI는 상기 상승 또는 하강 엣지에 동기하여 전압을 검출할 때, 엣지(edge)부터 소정의 시간만큼 지연된 후 전압을 검출하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 센싱패드신호선(22a)의 저항성분인 Rt나 난센싱패드의 저항성분인 Rnt에 의해 검출전압이 안정화되기까지는 어느정도의 시간(예, 수십 ns(nano second) 또는 수십 us(micro second))이 필요하기 때문이다.

또한, 교번전압의 상승엣지(edge) 또는 하강엣지에서 발생하는 전자파로 인해 본 발명의 정전식 터치검출 수단과 결합된 기기에 영향을 미칠 수 있으므로 본 발명의 TDI는 교번전압의 상승엣지나 하강엣지의 기울기를 조정하는 수단을 더 포함할 수 있다. TDI내부의 기울기를 조정하는 수단의 일 실시예로 레지스터(Registor)가 사용될 수 있다. 복수개의 레지스터에는 상승엣지나 하강엣지의 시간이 매핑(mapping)되어 있으며 복수개의 레지스터중 하나를 선택하면 도 13의 교번전압생성부(42)는 교번전압의 상승엣지나 하강엣지의 기울기를 조정하는 것이 가능하다.

Vh가 5V라고 가정하고 Vl이 0V라고 가정하면 교번전압의 절대크기(Vh-Vl)는 5V이다. 교번하는 전압이 로우에서 하이로 변할 때 교번전압은 양(Positive)의 극성인 +5V이며, 하이에서 로우로 교번할 때 교번전압은 음(Negative)의 극성인 -5V다. 이러한 극성은 후술하게될 터치신호검출 수학식에 적용된다.

도 12의 P점이 충전전압 Vpre로 충전될 때, 난센싱패드신호선(22b)에 인가된 전압이 Vh 또는 Vl이라고 가정하면, 선간등가커패시터(Ceq)는 Vpre와 Vh의 차이 또는 Vpre와 Vl의 차이를 가지는 전압으로 충전된다. 예를 들어 Ceq가 Vpre로 충전될 때 난센싱패드신호선(22b)에 연결된 최초전압이 하이전압(Vh)이면 교번하는 전압은 하이(Vh)에서 로우(Vl)로 교번하며 교번전압의 극성은 Negative(-) 이다. 또한 Ceq가 Vpre로 충전될 때 난센싱패드신호선(22b)에 연결된 최초전압이 로우전압(Vl)이면 교번하는 전압은 로우(Vl)에서 하이(Vh)로 교번하며 극성은 Positive(+)이다.

난센싱패드신호선(22b)에 인가된 교번전압에 의해 터치검출부(14)에서 검출되는 전압은 다음과 같다.

1. 터치 미발생시 검출되는 전압

2. 터치 발생시 검출되는 전압

터치 발생시 터치검출부(14)에는 터치커패시턴스(Ct)가 부가되므로, 터치검출부(14)에서 검출된 전압은 다음의 <수학식2>에 의해 결정된다.

위 <수학식1> 및 <수학식2>에서,

는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,

는 프리차지 전압이며,

은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.

<수학식1>과 <수학식2>의 차이를 보면, <수학식2>는 분모에 Ct가 존재한다. 터치커패시턴스 Ct는 센싱패드(10a)와 손가락(25) 같은 터치수단 사이에 형성되는 커패시터이므로, Ct의 크기인 커패시턴스는 터치의 유무에 따라서 또는, 터치수단과 터치센싱패드(10a)의 대향거리나 대향면적에 따라서 달라지게 되며, 이러한 Ct의 차이는 <수학식1>과 <수학식2>로 유도된 전압의 차이를 유발하므로, 이러한 전압차(<수학식1>-<수학식2> 또는 <수학식2>-<수학식1>)를 검출하면 터치여부나 터치면적 연산이 가능하다.

<수학식1>은 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 값이므로 고정값이다. 그러나 <수학식2>와 같이 터치정전용량이 부가되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압은 터치정전용량이 가변적이므로 <수학식2>에 의해 검출된 전압의 크기는 가변적이다. 본 발명은 <수학식1>과 <수시2> 또는 <수학식2>와 <수학식1>의 전압차이에 의해 터치여부 또는 터치면적을 검출하므로 고정값인 <수학식1>의 전압은 기억장치(메모리, 도 13의 28)에 저장하는 것이 바람직하다.

메모리부(도 13의 28)에 저장된 <수학식1>의 전압이 DAC(14-3)로 대체될 수 있다면 <수학식1>-<수학식2> 또는 <수학식2>-<수학식1)은 차동증폭기같은 단순회로에서 검출이 가능하다. 따라서 본 발명은 터치가 안되었을 때 <수학식1>의 형태로 터치검출부(14)에서 검출된 전압을 메모리에 저장하는 수단을 가지며, 또한 메모리에 저장된 난터치(non-touch)시의 전압을 DAC(14-3)으로 대체하는 수단을 갖는다.

예를들어 도 8의 센싱패드(10a)의 난터치시 터치검출부(14)에서 검출된 전압이 3V인 경우, 도 8의 센싱패드(10a)의 난터치시 전압을 표시하는 DAC은 3V이다. 또한 DAC은 일정 offset을 포함하여 3V를 표시할 수 있다. 예를들어 DAC이 3.5V인 경우 0.5V의 offset를 포함하고 있다고 한다.

이와 같이 모든 터치검출센서(10)의 난터치시 터치검출부(14)에서 검출된 전압을 메모리에 저장하여, 해당 터치검출센서(10)가 센싱패드로 동작할 때 터치검출부에서 검출된 전압과의 차이를 검출하면 손쉽게 터치여부 및 터치면적을 검출하는 것이 가능하다.

한편, Vh와 Vl은 TDI 내부의 전원부(도 13의 47)에서 생성되며 Vh와 Vl의 교번은 TDI 내부의 교번전압생성부(도 13의 42)에서 생성된다.

한편, Cvcom은 다음의 <수학식3>으로부터 얻을 수 있다.

<수학식3>에서 은 터치검출센서(10)와 공통전극(220) 사이에 존재하는 매질들의 복합유전율(complex permittivity)이다. 도 10의 경우 터치검출센서(10)와 공통전극(220) 사이에는 유리, 공기층, 편광판 및 편광판을 유리에 부착하기 위한 접착제가 존재할 수 있으므로 이들의 복합유전율이 수학식3의

이 된다.

은 터치검출센서(10)와 공통전극(220)의 대향면적이므로 쉽게 구할 수 있다. 도 10의 예에서와 같이 공통전극(220)이 칼라필터(215)의 하측면 전체에 걸쳐 형성된 경우, 대향면적

은 터치검출센서(10)의 면적에 의해 결정된다. 또한,

은 터치검출센서(10)와 공통전극(220)간 거리이므로, 매질의 두께에 해당된다.

살펴 본 바와 같이 Cvcom은 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 사전에 설정할 수 있는 값이다.

Ct는 다음의 <수학식4>로부터 얻을 수 있다.

<수학식4>에서

는 터치검출센서(10)와 손가락(25) 사이의 매질로부터 얻을 수 있으며 복수의 매질이 사용되면 이들의 복합유전율로 구할 수 있다. 만약, 도 10에서 터치스크린패널(50)의 상면에 강화 글래스를 부착한다면, 강화 글래스의 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 유전율

를 얻을 수 있다.

는 센싱패드(10a)와 손가락(25)의 대향면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 어떤 센싱패드(10a)를 모두 덮고 있다면

는 터치검출센서(10)의 면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 터치검출센서(10)의 일부를 덮고 있다면

는 센싱패드(10a)의 면적에서 손가락(25)과 대향하지 않은 면적만큼 줄어들 것이다. 또한,

는 센싱패드(10a)와 손가락(25)간 거리이므로, 터치스크린패널(50) 상면에 올려진 보호층(24)의 두께에 해당할 것이다.

살펴 본 바와 같이 Ct 역시 쉽게 구할 수 있는 값이며, 터치스크린패널(50) 상부에 올려지는 보호층(24) 또는 강화글래스 등의 재질 밑 두께를 이용하여 쉽게 설정할 수 있는 값이다.

<수학식4>에 의하면 Ct는 손가락(25)과 터치검출센서(10)의 대향면적에 비례하므로, 이로부터 터치검출센서(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다.

손가락(25)의 터치 점유율을 연산하는 방법은 다음과 같다. <수학식1>과 <수학식2>를 참조하면, 차이점은 터치 유무에 따른 터치커패시턴스(Ct)의 유무 차이이다. 만일, <수학식1>에 인용된 모든 커패시턴스가 고정된 일정크기를 가진다고 가정하고 Vpre도 고정된 값이라고 가정하면 <수학식1>과 <수학식2>에서 검출된 전압을 이용하여 Ct만을 추출할 수 있다. <수학식4>에서 ε2와 D2가 고정값일 때, 터치커패시턴스(Ct)는 단지 터치면적에만 비례하게 된다. 따라서 추출된 Ct에 의해 터치 면적을 간단하게 구할 수 있다. 이와 같이 <수학식1>과 <수학식2>를 이용하여 면적을 구할 때, <수학식1>에 의해 검출된 전압과 <수학식2>에 의해 검출된 전압이 모두 사용된다. 또한 본 발명은 터치검출부(14)에서 검출된 전압에 기초하여 터치면적을 연산하는 것이 가능하다.

도 13은 본 발명의 터치스크린패널의 일 실시예를 보인 구성도로서, 터치검출센서(10)가 도트 매트릭스 형태로 배열된 예를 보인 것이다.

도 13의 하단에는 TDI(Touch Drive IC)(30)의 구성이 도시되어 있다. TDI(30)는 구동부(31)와, 터치검출부(14)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호처리부(35)와, 메모리부(28)와, 교번전압생성부(42)와 전원부(47)와 통신부(46)를 포함하며, 그 밖에 CPU(40)를 더 포함할 수 있다. CPU(40)는 연산기능를 가진 마이크로 프로세서이며 TDI(30)의 외부에 위치할 수도 있다.

구동부(31)에는 충전수단(12)이 있으며, 복수개의 터치검출센서(10)중 센싱패드와 난센싱패드를 선택하여 터치검출부(14)에 접속하는 기능을 포함한다. 또한 충전수단(12)을 이용한 충전동작 중에, 난센싱패드신호선(22b)의 일측을 Vh나 Vl로 접속하는 기능을 포함한다.

<수학식1>이나 <수학식2>를 참조하면, 교번전압인 (Vh-Vl)의 크기에 의해 검출전압의 크기에 차이가 발생하므로 터치 감도(touch sensitivity)를 조정하기 위해 TDI 내부에는 교번전압의 크기를 변경할 수 있는 수단을 더 포함할 수 있다. 교번전압의 크기가 클수록 검출전압의 크기가 커지며 이는 검출감도가 향상 되는 것을 의미한다. TDI의 내부에는 교번하는 전압의 크기인 Vh-Vl의 크기를 조절하기 위한 레지스터(register)가 설치된다.

일 실시예에서, 레지스터는 복수개의 어드레스(Address)를 가지며 각 어드레스에는 서로 다른 교번전압의 크기가 매핑(mapping) 되어 있다. 선택된 레지스터의 값에 해당되는 교번전압의 크기가 구동부(31)에 전달되어 터치신호 검출시 인가된다.

타이밍제어부(33)는 TDI에서 필요한 서로다른 복수개의 클럭(Clock)을 생성하는 역할을 한다. 예를 들어 CPU(40)을 동작시키기 위해서는 클럭이 필요하며, ADC를 동작시키거나 구동부(31)의 멀티플렉서(multiplexer)를 순차적으로 동작시키기 위해서도 클럭이 필요하다. 이처럼 각 기능별로 필요한 클럭은 여러개의 종류가 있으며 타이밍제어부(33)는 이러한 복수개의 다양한 클럭을 생성하여 공급할 수 있다.

신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 CPU(40)로 전달하거나, 통신부(46)를 제어하여 ADC 값을 I2C(Inter Integrated Circuit)나 SPI(Serial Peripheral Interface Bus)신호선을 통해 TDI(30) 외부로 전송하거나, 터치검출부(35)나 구동부등 TDI(30) 내부의 모든 기능별 요소에서 필요로 하는 신호를 생성하여 공급한다. 기능별 요소(functional element) 또는 기능별 블록(functional block)은 도 13에 표시된 각 기능을 수행하는 컴포넌트를 지칭하는 것이다. 예컨대, 현재 TDI 내부에는 기능별 블럭이 9개 포함되어 있으며 CPU(40)은 그중의 하나이다. 신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 메모리부(28)에 수용하거나 및/또는 필요한 연산을 시행하기도 한다. 예를 들어 신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 참조하여 터치검출센서(10)와 접촉수단의 터치로 인한 터치면적을 연산할 수도 있으며, 더 나아가 ADC 값이나 연산된 면적값을 이용하여 터치좌표를 연산할 수도 있다.

메모리부(28)는 플래시 메모리(Flash memory)나 E2PROM 또는 SRAM 또는 DRAM으로 구성되어 있다. Flash memory나 E2PROM에는 TDI(30)의 구동에 필요한 여러 레지스터값 또는 CPU(40)을 동작시키는데 필요한 프로그램이 저장된다.

CPU(40)는 신호처리부(35)와 수행하는 기능이 많이 중첩될 수 있다. 따라서 CPU(40)는 TDI(30)에 포함하지 않거나 TDI(30) 외부에 위치할 수 있다. CPU(40)와 신호처리부(35)의 중첩 수행이 예상되는 구간에서는 임의의 하나는 일시적으로 사용되지 않을 수 있다.

CPU는 신호처리부(35)가 하는 대부분의 역할을 할 수 있으며, 터치좌표를 추출하거나 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move)등의 제스쳐(gesture)를 시행하거나 여러가지 기능(Function)을 수행한다. 또한, 터치입력의 면적을 연산하여 주밍 (zooming)신호를 생성하거나, 터치입력의 강도(strength)를 산출하거나, 키패드 같은 GUI 객체가 동시에 터치된 경우 사용자가 원하는(예를 들어, 면적이 많이 검출된) GUI 객체만을 유효한 입력으로 인식하는 등 다양한 형태로 데이터를 가공하여 TDI(30) 내부에서 사용하거나 통신선(communication line)을 이용하여 외부로 전송할 수 있다.

CPU(40)를 통제하기 위한 프로그램은 메모리부(28)에 설치되며 수정사항이 발생할 시 새로운 프로그램으로 대체가능하다. 새로운 프로그램은 통신부(46)에 포함된 통신버스, 예를 들어 I2C나 SPI나 USB 등의 serial 통신이나 CPU Interface(이하 I/F)등의 parallel 통신을 이용하여 시행될 수 있다.

통신부(46)는 TDI(30)외부로 필요한 정보를 출력하거나 TDI(30)외부에서 제공하는 정보를 TDI 내부로 입력하는 기능을 수행한다. 통신부에는 I2C나 SPI등의 serial 통신이나 CPU Interface등의 Parallel I/F가 사용된다.

교번전압생성부(42)는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압을 생성한다. 교번전압의 하이전압(Vh) 및 로우전압(Vl)은 전원부(47)에서 생성되며 교번전압생성부(42)는 이들을 조합하여 교번전압을 생성하여 구동부(31)에서 교번전압을 사용가능하게 한다. 또한 교번전압생성부(42)는 교번전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 조정하는 수단을 갖는다.

도 13과 같은 실시예에서 터치신호를 검출하는 센싱패드는 하나 또는 복수개로 이루어지며, 복수개로 이루어지는 것이 센싱시간을 줄일수 있으므로 바람직하다. 센싱패드는 6개의 Row(Row1 내지 Row5) 와 5개의 column(Col1 내지 Col5)으로 이루어진 30개의 터치검출센서(10) 중 랜덤(Random)하게 선택가능하며, Column별(Column-by-Column)로 선택하거나 Row별(Row-by-Row)로 선택하는 것이 가능하다. 본 발명에서의 일 실시예로서, Row와 Column의 좌표는 TDI의 위치를 기준으로 설정된 것이다. 따라서, 터치 검출 센서의 Row와 Column의 좌표는 고정된 것이 아니라 TDI의 배치 위치(setting position)에 따라 상대적으로 변화할 수 있는 값이다.

만일 Column별로 선택하는 경우의 실시예에 있어서, Col1에 포함된 6개의 터치검출센서(10)가 동시에 최초의 센싱패드로 결정되면, Col1에 포함된 6개의 터치검출센서(10)가 모두 센싱패드로 동작한다. (이때 Col2 내지 Col5는 난센싱패드로 동작한다). 그러나, 이러한 경우에는 전술한 선간등가커패시터(Ceq)가 형성되지 않거나 형성되어도 커패시턴스의 크기가 작으므로 터치검출감도가 작아진다는 문제가 있다. 따라서 Column별 센싱보다 Row별로 센싱하는 것이 바람직하다. 왜냐하면 Row별로 센싱하면 바로 옆에 인접한 센싱패드 신호선(22)이 없으므로 신호의 간섭에 의한 오동작의 문제가 없기 때문이다.

Row1이 센싱패드로 선택되어 Row1에 포함된 5개의 터치검출센서(10)가 센싱패드로 동작하는 동안 Row2 내지 Row6에 포함된 모든 터치검출센서(10)는 난센싱패드로 동작한다. Row1이 센싱패드로서의 기능을 완료하면 순차적으로 Row2가 센싱패드가 되고 Row1 및 Row3 내지 Row6은 난센싱패드로 동작하는 등의 동작이 순차적으로 반복된다. Row1에는 5개의 터치검출센서(10)가 센싱패드로 동작하므로 TDI에는 5개의 구동부(31)가 존재하는 것이 바람직하며, 이로 인해 5개의 센싱패드를 동시에 구동하여 터치검출시간을 줄일 수 있다.

한편, 앞서 설명한 선간센싱등가커패시터(Ceq)의 두 가지 특성 중 첫 번째 특성을 참조하면, Row1이 센싱패드로 동작할 때의 센싱등가커패시턴스(Ceq)는 Row6이 센싱패드로 동작할 때의 센싱등가커패시턴스(Ceq)보다 크다. 왜냐하면 Row1에 위치한 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22)의 길이가 Row6에 위치한 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)의 길이보다 길기 때문이다. 이와 같이 TDI에서 원거리(Long Distance) 일수록 센싱패드에 형성된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 크므로 균일한 터치신호 검출을 위해 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 보상해주는 것이 바람직하다. 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 보상해준다는 의미는, <수학식1>이나 <수학식2>의 센싱등가커패시턴스(Ceq)에 보상커패시터를 더하여 동일한 터치정전용량(Ct)에 대하여 센싱패드의 위치가 달라도 동일한 전압이 검출될 수 있도록 하는 것이다.

본 발명은 위치별로 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기에 기초하여 위치별로 동일한 터치감도를 유지하도록 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 서로 다른 크기를 보상하는 수단을 갖는다.

도 14는 센싱커패시턴스(Ceq)를 보상해주는 방안에 대한 본 발명의 실시예이다. 도 14를 참조하면, 보상커패시터(Cbal)가 터치검출부(14)에 접속되어 있으며 보상커패시터(Cbal)의 일측에도 교번하는 전압이 인가된다. 이로인해 Ceq와 Cbal은 병렬접속되어 등가회로적으로는 Cbal의 크기만큼 Ceq가 커지는 효과를 갖는다.

일 실시예에서, 보상커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압은 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번하는 전압과 동일한 전압일 수 있다.

다른 실시예에서, 보상커패시터(Cbal)의 일측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번하는 전압과 크기(진폭이 다른)가 다른 전압이 인가될 수 있다. 예를 들어 보상커패시터(Cbal)의 일측에는 제로(0) 볼트(V)의 GND나 소정의 전위를 가지는 DC(Direct Current)가 연결될 수 있다. 다만, 전원부(47)와 교번전압생성부(42)의 단순화를 위하여 선간등가커패시터(Ceq)와 보상커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압은 동일한전압이 바람직하며, 본 명세서에서는 동일한 전압인 경우의 실시예를 제시하였다.

도 13의 Row1에 포함된 5개의 터치검출센서(10)가 센싱패드로 사용될 때, 일 실시예로 Row1의 col3의 센싱패드(10a)에서 생성된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 15pF라고 가정하고, Row2가 센싱패드로 사용될 때 Row2의 col3의 센싱패드에 생성된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 13pF이고, Row6이 센싱패드로 사용될 때 Row6의 col3의 센싱패드에 생성된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 5pF이라고 가정하자. Row1이 센싱패드로 사용될 때 Cbal의 크기를 0pF으로 선택하면, Row2가 센싱패드로 사용될 때 Cbal의 크기를 2pF으로 선택하면 Row1의 Ceq인 15pF과 동일한 크기가 되며, Row6이 센싱패드로 사용될 때 Cbal의 크기는 10pF를 선택하면 Ceq는 5pF이므로 Row6의 Ceq인 5pF에 10pF인 Cbal이 보상된 전체 커패시터의 크기는 15pF으로서 Row1의 15pF과 동일하게 된다. 이처럼 Cbal의 크기를 조정하여 각 Row별로 Ceq와 차이가 발생하는 양(amount) 만큼의 커패시턴스(capacitance)를 보상하여 보상된 Cbal의 크기와 Ceq의 합한 크기가 일정한 값(예, 15pF)이 되도록 하면 각 Row별로 15pF의 센싱등가커패시턴스(Ceq)를 갖는 결과를 유도한다.

본 명세서에서 설정된 보상커패시터의 크기(예, OpF, 2pF, 10pF, 15pF)는 일 실시예이며, 각 Row별로 검출된 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기에 기초하여 센싱등가커패시턴스(Ceq)와 보상커패시턴스(Cbal)의 합이 일치하도록 정하는 것이 바람직하다.

보상커패시턴스(Cbal)의 일측이 터치검출부(14)에 연결되고 타측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압과 동일한 교번전압이 인가될 때 터치검출부(14)에서 검출되는 전압은 다음과 같다.

1. 터치 미발생시 검출되는 전압

2. 터치 발생시 검출되는 전압

터치 발생시 터치검출부(14)에는 터치커패시턴스(Ct)가 부가되므로, 터치검출부(14)에서 검출된 전압은 다음의 <수학식6>에 의해 결정된다.

위 <수학식5> 및 <수학식6>에서,

는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,

는 프리차지 전압이며,

는 난센싱패드신호선(22b) 및 보상커패시터(Cbal)의 일측에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,

은 난센싱패드신호선(22b) 및 보상커패시터(Cbal)의 일측에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.

<수학식5>와 <수학식6>을 참조하면, 도 13의 실시예에 있어서 각 Row별로 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)를 보상하는 보상커패시턴스(Cbal)에 의해 각 Row별로 터치 감도를 동일하게 유지하는 것이 가능하다.

또한 <수학식5>와 <수학식6>을 참조하면, 만일 각 Row에서 생성된 터치등가커패시턴스(Ceq)의 크기가 작은 경우 Cbal을 이용하여 터치 감도를 크게 하는 것도 가능하다.

또한 <수학식5>와 <수학식6>을 참조하면, 만일 Ceq에 교번하는 전압을 인가하지 않고 Ceq에 교번전압을 인가하던 부위가 GND로 접속되거나 플로팅(flozting)이 된 상태에서, 터치검출부(14)와 접속된 보상커패시터(Cbal)의 일측에만 교번전압을 인가하는 경우, <수학식1>이나 <수학식2>의 Ceq는 Cbal로 대체된다. 이와 같이 본 발명은 교번전압이 인가되는 커패시터가 검출전압을 나타내는 수식의 분모와 분자에 포함된다.

본 발명은 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기에 기초하여 센싱등가커패시턴스(Ceq)의 크기를 보상하는 수단을 갖는다. TDI(30)의 내부에는 보상커패시터(Cbal)의 크기를 결정하는 수단이 구비되어 있다. 이러한 수단의 일 실시예로, 복수개의 레지스터(Register)에는 서로 다른 크기를 갖는 보상커패시턴스(Cbal)가 매핑(Mapping)되어 있으며 도 13의 실시예에서 각 Row별로 서로 다른 크기의 Cbal이 할당된다.

한편, <수학식1>이나 <수학식2>를 참조하면 터치검출부(14)에서 검출되는 검출전압은 (Vh-Vl)에 비례하므로 교번전압의 크기를 적절히 조정하면 터치검출부(14)에서 검출되는 전압의 크기를 조정하여 터치감도를 조정하는 것이 가능하다. TDI는 교번하는 전압의 크기를 가변할 수 있는 수단을 구비한다. 일 실시예로, TDI에는 복수의 레지스터에 서로 다른 크기를 가지는 교번전압이 할당되어 있으며 레지스터의 선택에 의해 교번전압의 크기를 결정하는 것이 가능하다.

도 15는 TDI에 포함된 레지스터의 설정에 따라 교번전압의 크기가 변하는 실시예이다. 도 15를 참조하면, 레지스터 00h 번지를 선택하면 교번전압은 2V가 되며 07h번지의 register address를 선택하면 교번전압은 16V가 된다.

이와 같이, 전술한 일 실시예에 따른 터치 검출 장치는 교번전압을 가변시켜, 터치 감도와 관련된 검출 전압의 크기를 조정하는 것이 가능하다.

도 12 또는 도 14를 참조하여, 본 발명에 따른 정전식 터치 검출 수단 및 검출 방법은 Hi-z상태인 터치검출부(14)에 접속된 커패시터(Ceq, Cbal)의 일측에 교번전압이 인가되고 터치정전용량(Ct)의 생성여부에 따라 터치를 검출하는 것이 가능한 것이 특징이다. 따라서 Hi-z 상태인 터치검출부(14)에 접속된 임의의 커패시터에 교번전압을 인가했을 때 터치 검출이 가능하다. (여기에서 터치검출부(14)가 Hi-z상태에 있다는 것은 충전수단(12)이 턴 오프(turn off) 상태이며 충전수단(12)의 출력단(12-1)이 Hi-z 상태이고 터치검출부(14)의 입력부가 Hi-z 상태인 것으로서, 도 12의 P점이 Hi-z 상태에 있는 것을을 의미한다. )

도 16은 교번하는 터치수단을 갖는 본 발명의 실시예이다. 도 16은 도 12의 터치검출센서(10)와 손가락(25) 사이에서 터치 커패시턴스(Ct)가 형성된 실시예의 변형예(modification)로서, 손가락(25) 대신에 교번하는 터치 수단(26)을 채용한 점에서 다르다. 즉, 터치검출 센서(10)와 교번하는 터치 수단(26) 사이에서 터치 커패시턴스(Ct)가 형성되는 것을 제외하고는 도 12에서 설명된 것과 동일하다.

교번하는 터치수단(26)의 일 실시예는 펜(Pen)의 형상(shape)을 가지는 터치펜(touch pen)일 수 있다. 도 16을 참조하면, 교번하는 터치수단(26)은 교번전압생성부(도 13의 42)를 포함할 수 있다. 교번 전압 생성부(도 13의 42)에서 교번하는 터치 수단(26), 펜의 심(또는 펜의 촉)(17)으로 연결선(18)이 포함되어 있고, 연결선(18)을 통하여 교번 전압 생성부(도 13의 42)에서 생성된 교번 전압이 펜(pen)의 심으로 전달된다. 교번하는 터치수단(26)의 교번전압생성부(도 13의 42)는 전원부 또는 충전부를 포함할 수 있다. 전원부는 건전지 또는 충전이 가능한 건전지를 포함할 수 있다. 충전부는 선간 등가 커패시터(Ceq) 도는 보상커패시터(Cbal)에 인가되는 교번전압의 상승엣지(Rising edge) 또는 하강엣지(Falling edge)를 검출하여 충전부에 포함된 커패시터에 전압을 충전할 수 있다. 따라서, 충전부를 사용하는 경우, 교번하는 터치수단(26)은 터치검출센서(10)와 가까운 거리를 유지하는 것이 바람직하다.

교번전압은 구형파 또는 삼각파 또는 사인파(Sign wave) 등의 교류전압이다. 교번 전압생성부(도 13의 42)는 교번전압의 크기 또는 교번주파수를 결정하는 수단을 포함할 수 있다. 교번전압의 크기는 가변저항의 저항값 변화를 통하여 결정될 수 있다. 또한 교번주파수도 가변저항이나 가변커패시터등의 가변을 통하여 결정될 수 있다. 이러한 교번전압은 1차코일과 2차코일의 상호관계에 의해 형성될 수 있거나 또는 교번전압생성부(도 13의 42)에 포함된 OPAMP와 같은 선형회로와 저항(R)과 커패시터(C) 같은 회로 부품의 조합에 의해 생성될 수 있다.

일 실시예에서, 교번하는 터치수단(26)은 교번전압을 온(on) 또는 오프(off)할 수 있는 수단을 가질 수 있다. 예를들어, 교번하는 터치수단(26)으로 터치펜이 사용되는 경우 터치펜의 하측에 설치된 누름스위치(Push Switch)를 누르면 교번전압이 생성되지 않고 누름스위치를 누르지 않으면 교번전압이 생성될 수 있다. 누름 스위치의 위치는 터치펜의 임의의 부분에 설치될 수 있으며, 누름 스위치의 위치와 교번 전압의 생성에 대해서는 상기에서 언급된 실시예에 제한되지 아니함을 당해 기술 분야의 통상의 기술자는 인식할 것이다.

터치검출센서(10)와 교번하는 터치수단(26) 사이에는 <수학식4>를 기초로 하는 터치정전용량(Ct)가 형성된다. 교번하는 터치수단(26)의 교번전압의 하이 전압의 크기를 Vph라고 하고 로우 전압의 크기를 Vpl이라고 하면 교번전압의 크기는 Vph-Vpl로 결정된다. 교번하는 터치수단(26)에 의해 Ct가 형성될 때 터치검출부(14)에서 검출되는 전압의 크기는 다음의 <수학식7>로 결정된다.

만일 도 16에 도시된 실시예에 도시된 보상커패시터(Cbal)가 포함된 경우에는, <수학식7>의 분모에 Cbal이 추가로 포함될 것이다. <수학식 7>은 교번하는 터치수단(26)의 교번전압만이 Ct에 인가되고 있을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이다. 따라서, Ceq나 Cbal등에는 교번전압이 인가되지 않거나 Ceq나 cbal에 인가되는 교번전압의 상승엣지나 하강엣지를 회피하여 인가되는 것이다. Ceq나 Cbal에 인가되는 교번전압을 회피하여 교번하는 터치수단(26)의 교번전압을 생성하기 위하여 교번하는 터치수단(26)은 터치검출센서(10)에 형성되는 전압의 상승엣지나 하강엣지를 검출하는 수단(미도시)을 더 포함할 수 있다. 또한, 교번하는 터치수단(26)은 Ceq나 Cbal에 인가되는 교번전압보다 빠른 주파수를 사용하여 Ceq나 Cbal에 인가되는 교번전압의 DC 구간이나 인가되지 않는 영역에서 터치신호를 검출할 수 있다.

교번하는 터치수단(26)과 터치검출센서(10)의 사이에 형성된 Ct가 없을 때 검출된 전압을 구하는 수식은 <수학식1> 또는 <수학식5>이므로, 교번하는 터치수단(26)의 터치신호는 <수학식1> 또는 <수학식5>에 의해 얻어진 제 1 전압과 <수학식7>에 의해 얻어진 제 2 전압의 차이에 의해 검출된다. 따라서 본 발명은 <수학식1>과 <수학식2>에 의해 검출된 전압의 차이에 기초하여 손가락터치 검출이 가능하며, <수학식5>와 <수학식6>에 의해 검출된 전압의 차이에 기초하여 손가락터치 검출이 가능하며, 이때 사용된 터치수단은 손가락(도 12의 25)으로 교번하지 않는 터치수단(그 자체가 교번 전압을 생성하여 출력하지 않는 터치수단) 이다.

한편 선간 등가커패시터(Ceq)의 일측에 교번전압을 인가하는 경우 터치가 안되었을 때 <수학식1>에 의해 터치검출부(14)에서 검출되는 제 1 전압의 크기와, 교번하는 터치수단(26)에 의해 <수학식7>로 터치검출부(14)에서 검출된 제 2 전압의 차이에 의해 교번하는 터치수단(26)으로 인한 터치여부를 검출하는 것이 가능하며, 또한 선간 등가커패시터(Ceq)와 보상커패시터(Cbal)의 일측에 교번전압을 인가하는 경우 <수학식5>에 의해 터치검출부(14)에서 검출되는 제 1 전압의 크기와, 교번하는 터치수단(26)에 의해 <수학식7>로 터치검출부(14)에서 검출된 전압의 제 2 전압의 차이에 의해서 교번하는 터치수단(26)으로 터치여부를 검출하는 것이 가능하다.

본 발명에 따른 일 실시예에서, 교번하지 않는 터치수단(예를들어 손가락(도12 의 25))과 교번하는 터치수단(터치펜(도 16의 26))으로 인한 터치신호는 동시 검출이 가능하다. 교번하지 않는 터치수단이나 교번하는 터치수단이 터치검출센서(10)에 접촉하지 않은 상태 즉, Ct가 형성되지 않은 상태에서 검출된 전압의 크기는 <수학식1> 또는 <수학식5>에 기초하여 검출되기 때문이다. 따라서, 상기 <수학식1>이나 <수학식5>에 기초하여 검출된 전압과 <수학식2> 또는 <수학식6>에 기초하여 검출된 전압의 차이를 이용하여 교번하지 않는 터치수단(예, 손가락 (도 12의 25))에 의한 터치를 검출하는 것이 가능하며, <수학식1>이나 <수학식5>에 기초하여 검출된 전압과 <수학식7>에 기초하여 검출된 전압의 차이를 이용하여 교번하는 터치수단(도 12의 26)에 의한 터치를 검출하는 것이 가능하기 때문이다. <수학식7>에 의해 검출된 전압은 Vph-Vpl의 크기를 달리하여 <수학식2>나 <수학식6>에 의해 검출된 전압의 크기와 구별하는 것이 가능하므로 터치 검출부(14)는 이러한 검출전압의 차이를 이용하여 교번하는 터치수단(도 12의 26)인지 교번하지 않는 터치수단(도 12의 25)인지를 확인 하는 것이 가능하다.

한편, 다시 도 13을 참고하여, 본 발명의 일 실시예에서, 터치검출센서(10)는 TDI(30, Touch Drive IC)를 기준으로 Row 방향에 포함된 터치검출센서(10)의 임의 조합에 의해서 터치신호를 검출하는 것이 가능하다. 터치 검출 센서(10)의 조합의 구체적인 제 1 예는, Row1에 포함된 5개의 모든 터치검출센서(10)가 동시에 동작하여 터치신호를 검출하듯이, 하나의 Row에 포함된 모든 터치검출센서(10)가 동시에 동작하여 터치신호를 검출할 수 있다. 터치 검출 센서(10)의 조합의 구체적인 제 2 예는, Row1에 포함된 짝수 컬럼(Col2/Col4)만 터치신호 검출을 위해 동작하거나, 홀수 컬럼(Col1/Col3/Col5)만 터치신호 검출을 위해 동작할 수 있다. 터치 검출 센서(10)의 조합의 구체적인 제 3 예는, 임의의 Row에서 50%의 터치검출센서(10)는 터치신호를 검출하거나 50%의 터치검출센서(10)는 터치신호를 검출하지 않으며, 터치 검출이 완료된 50%의 터치검출센서(10)의 동작완료 이후에는 터치신호를 검출하지 않았던 나머지 50%의 터치검출센서(10)가 터치신호를 검출하도록 구성될 수 있다.. 본 발명의 일 실시예에서, 터치 검출 수단은 하나의 Row에 포함된 복수의 터치검출센서(10)를 선택하여 터치신호를 검출할지 안 할지를 결정하는 수단을 더 포함할 수 있다. 상기 설명된 실시예에서, 터치신호 검출을 위해 동작한다는 의미는, 센서신호선(22)과 접속된 터치검출센서(10)가 충전수단(12) 및 터치검출부(14)에 접속되고 터치 신호 검출을 위한 전압을 검출한다는 의미이다.

도 17은 터치검출센서(10) 및 센서신호선(22)의 배치에 관한 일 실시예를 도시한 도면이다. 도 17을 참조하면, Row와 Column으로 구획된 사각형안에 터치검출센서(10)와 센서신호선(22)이 포함된다. 일 실시예에서, 터치검출센서(10)와 센서신호선(22)이 포함된 Row와 Column으로 구획된 가상의 사각형의 면적은 모두 동일할 수 있다. 다른 실시예에서, Column5 또는 Column1과 같이 컬럼 방향의 외곽이나 Row1이나 Row6같이 Row방향의 외곽 면적은 가상으로 구획된 사각형의 중심부 면적에 비해 더 작거나 더 클 수 있다. 만일 컬럼(Column)이나 로우(Row)의 외곡부의 가상의 사각형의 면적이 작고 이 안에 터치검출센서(10) 및 센서신호선(22)이 배치되면 검출 해상력이 좋아지므로 터치스크린패널(50)의 외곽에서의 검출력이 향상된다. 본 발명의 일 실시예에서, 터치스크린패널(50)의 외곽부에 위치한 터치검출센서(10)의 면적은 터치스크린패널(50)의 중심부에 위치한 터치검출센서(10)의 면적보다 작게 구성될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서, 터치스크린패널(50)의 외곽부에 위치한 가상의 사각형을 제외한 나머지 가상의 사각형의 면적은 서로 동일할 수 있다. 또한 본 발명은 하나의 가상의 사각형안에 하나의 터치검출센서(10)를 포함한다.

다시 도 17을 참조하면, Row1에는 하나의 터치검출센서(10)와 하나의 센서신호선(22)이 포함되었으나 Row2나 Row3과 같이 TDI(Touch Drive IC)(30)로 근접할수록 더 많은 센서신호선(22)이 가상의 사각형안에 포함된다. 이와 같이 본 발명은 가상의 사각형안에 하나의 센서 신호선을 포함하기도 하며 복수의 센서신호선(22)을 포함할 수도 있. 가상의 사각형안에 복수의 센서신호선(22)이 포함되면 터치검출센서(10)의 면적은 센서 신호선(22)이 많이 포함될수록 더 작아진다. 예를 들어 Row1/Col1의 좌표를 갖는 터치검출센서(10)의 면적은 Row6/Col1의 좌표를 갖는 터치검출센서(10)의 면적보다 작다. 이는 TDI(Touch Drive IC)와 먼거리에 있는 터치검출센서(10)에 비해 TDI와 가까운 거리에 위치한 터치검출센서(10) 일수록 면적이 작아짐을 의미한다.

한편 TDI와 먼 거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)의 저항은 TDI와 가까운 거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)의 저항보다 더 커지므로 터치검출부(14)에서 검출되는 전압의 검출시간이 지연된다. 따라서 TDI에서 원거리(Long Distance)에 있는 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22)의 저항을 낮추기 위해 센서신호선(22)의 배선폭을 넓게 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 일 실시예에서, TDI에 근거리에 있는 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22)보다 TDI에서 원거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선의 폭이 넓다.

본 발명의 일 실시예에서, TDI와의 거리에 따라 터치검출센서(10)의 면적이 다르므로 터치수단(25)에 의해 검출되는 면적의 값이 달라지게 된다. 이러한 면적값은 각 Row별로 상대적인 비(Ratio)가 결정되어 있으므로, 이에 기초하여 검출되는 면적을 보상하여 터치검출센서(10)의 면적과 무관하게 검출되는 면적의 크기를 같게 하는 것이 가능하다. 예를 들어 어떠한 터치수단(25)에 의해 Row1에서 검출되는 면적의 크기가 100이고 Row6에서 검출되는 면적의 크기가 50이라고 가정하면 Row1에서 검출된 면적의 50%만 검출된 터치면적으로 사용하거나, Row6에서 검출된 면적을 두배로 하여 검출된 터치면적으로 사용하는 것이 가능하다. 이와 같이 본 발명은 터치검출센서(10)의 위치 및 면적에 기초하여 동일한 터치면적이 되도록 보상하는 수단을 포함할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따라, 도 17의 Col5에 표기된 것 처럼 동일한 터치검출센서(10)의 면적을 가질 수도 있다.

본 발명의 일 실시예에서, 터치검출센서(10)나 센서신호선(22)은 도 17에 점선으로 표시된 표시장치의 활성 영역(Active Area)의 외곽에 위치할 수 있다. 이런 구성에서 표시장치의 활성 영역(Active Area)의 외곽부에서 터치좌표 검출능력이 향상된다.

한편, TDI와 근거리에 있는 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22)들 끼리의 상호 대향면적보다 TDI에서 원거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22) 끼리의 상호대향면적이 더 커지므로, TDI에서 원거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)에 영향을 미치는 부유 용량(Cp)의 크기는 더 커진다. 이러한 부유용량으로 인해 선간 등가 커패시턴스(Ceq)의 크기에 차이가 발생하므로 <수학식2>나 <수학식6>을 참조하면, Cp의 크기차이로 인해 터치검출부(14)에서 검출되는 전압에 차이가 발생한다. 이러한 문제를 해결하기 위해 TDI에서 원거리(Long Distance)에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22)일수록 상호간의 거리를 더 이격하는 것이 바람직하며, 센서신호선(22)의 상호 대향거리를 더 이격할수록 <수학식3>이나 <수학식4>에서 도출되는 Cp의 크기는 작아지게 된다. 본 발명의 일 실시예에서, TDI와 근거리에 있는 터치검출센서(10)에 연결된 센서신호선(22) 상호간의 이격거리 보다 TDI에서 원거리에 있는 터치검출센서(10)와 연결된 센서신호선(22) 상호간의 이격거리가 더 넓어지도록 구성될 수 있다.

Row1과 Row2에 배치된 터치검출센서(10)은 소정의 거리 "d"로 이격된 것 처럼 TDI(Touch Drive IC)(30)를 기준으로 상하로 배치되며 센서신호선(22)이 사이로 지나가지 않는 터치검출센서(10)는 서로 일정거리로 이격되어야 한다. 미리 결정된 일정거리로 터피 검출 센서(10)가 서로 이격됨에 따라 상호간에 신호의 간섭이 발생하지 않도록 하기 위한 구성이다. 일 실시예에서, 이격거리 "d"는 1um ~5000um정도가 바람직할 수 있다.

도 18은 터치좌표 향상을 위한 터치검출센서의 형태에 관한 일 실시예이다. 도 17 에서의 터치 검출 센서는 가상의 사각형으로 구성되어, 사각형내의 어느 지점을 터치하던 해당 좌표는 동일하게 검출된다. 이에 대한 변형예로서, 도 18을 참조하여, TDI(Touch Drive IC)를 기준으로 상하방향으로 배치된 Row들 사이에 변곡점 또는 굴곡부를 갖는 기하학적인 형태를 가지고 서로 대향하고 있다. 예를 들어 Row1과 Row2의 Col1을 참조하면, 상호 대향하는 두개의 터치검출센서(10)의 접합부는 삼각형으로 대향하고 있다. 도 17의 Row2/Col1에 위치한 터치수단(25)의 경우에는, 도 17의 가상의 사각형 내 어디에 위치하던지 상하방향의 좌표는 동일하다. 터치된 지점의 상하방향의 보다 정확한 좌표를 결정하기 위해서는 적어도 두개 이상의 터치검출센서(10)에 접촉되어야 하는데, 가상의 사각형 내(도 17의 실시예)에서는 하나의 터치검출센서(10)만 접촉하기 때문이다. 그러나 도 18의 Row2/Col1을 참조하면 터치수단(25)이 도 17과 동일한 위치에 있음에도 불구하고 터치수단(25)이 상단(Row1/Col1)에 위치한 터치검출센서(10)와 Row2/Col1에 위치한 터치검출센서(10)에 같이 접촉되고 있다. 이와 같이 TDI를 기준으로 상하로 대향하는 터치검출센서(10)의 대향면이 변곡점을 갖는 삼각형이나 사각형이나 사다리꼴(도 18의 Col3)등의 형태로 대향하고 터치수단(25)이 대향하는 변곡점을 통과하여 적어도 두개 이상의 터치검출센서(10)와 접촉할 시 터치수단(25)에 의한 상하방향의 보다 정확한 좌표 검출이 가능하게 된다.

도 18의 Col2는 도 18의 Col1의 꼭지점간의 거리를 조정하여 마름모꼴 형태의 터치검출센서(10)가 된 형태이다. 도 18의 Col2의 "L" 즉, 변곡점을 가지고 대향하는 터치검출센서(10)의 가장 길이가 긴 변곡점간의 거리는 도 17에서 설정된 가상의 사각형의 세로방향(TDI기준으로 상하방향) 길이의 5%~300%정도이다. 이처럼 두개의 터치검출센서(10)가 상하로 대향할 때 대향하는 변곡점의 형상은 삼각형이나 사인파형 또는 사각형이나 사다리꼴 등으로서 제한이 없으며 도 17과 같이 가상의 대향면을 걸치고 통과할 때 두개의 면적이 검출되는 형태이다.

도 18의 "M"은 상하로 인접한 두개의 터치검출센서(10)가 상호 대향하는 굴곡부의 폭이다. 이 폭이 넓을수록 터치수단(25)에 의해 두개의 터치검출센서(10)와 접촉되는 확률이 많아지지만 대향하는 면적이 증가하여 Cp가 증가하며 이로 인해 터치감도가 감소할 수 있다. 도 18의 "M"으로 규정된 두개의 터치검출센서가 상호 대향하는 굴곡부의 폭은 1mm~50mm가 바람직할 수 있다. 또한 도 18은 삼각형의 형상으로 굴곡부가 형성되었으며 삼각형의 꼭지점과 같이 대향하는 두개의 터치검출센서(10)의 대향 기울기가 변하는 지점을 변곡점이라고 칭하기로 한다. 이러한 변곡점의 개수는 하나 또는 복수개가 사용될 수 있으며 적어도 두개 이상 복수개를 사용하는 것이 바람직 할 수 있다.

상하로 대향하는 두 개의 터치검출센서(10)의 변곡점의 좌우로는 대향부의 기울기가 달라지는 것이 일반적이지만, 어떠한 경우에는 기울기가 변하지 않고 끝나는 경우도 가정할 수 있다. 예를 들어 도 18의 Col1의 삼각형의 형상으로 대향하는 두개의 터치검출센서(10)의 경우, 삼각형의 기울기가 상승 또는 하강하다가 변곡점에서 멈추고 터치검출센서(10)의 형상이 완료되는 경우이다. 이러한 경우의 변곡점의 개수를 0.5개로 가정하면 변곡점의 개수는 0.5개부터 1.5개 또는 2.5개와 같이 하나의 0.5개의 변곡점에 하나 또는 복수개의 변곡점이 더해져서 대향면적이 결정될 수 있다. 이러한 경우에는 터치검출센서(10)의 전체 외곽면적이 모든 터치검출센서(10)마다 균일하게 된다.

다시 도 18을 참조하면, 하나의 터치검출센서(10)가 변곡점 또는 굴곡부를 가지고 형성될 때 상하의 굴곡부는 상호 대칭이다. 또는 비대칭으로 형성될 수 있다. 상호 대칭인 경우에는 도 18의 Col2를 예로들면, 꼭지점이 서로 마주보고 있는 경우이며 비대칭인 경우에는 도 18 Col2의 꼭지점이 어긋난 경우이다.

도 19는 시인성(visibility) 개선을 위한 본 발명의 실시예이다. 도 19를 참조하면 TDI를 기준으로 상하로 대향하는 두개의 터치검출센서(10) 및 이와 연결된 센서신호선(22)이 있다. 어떠한 경우에는 도 17에 표시된 패턴이 보일수 있으며 이는 제품의 품질을 저하시키므로 이러한 패턴의 시인성문제를 개선하기 위해서 터치검출센서를 복수개로 구획하고 구획한 영역의 일부에만 패턴을 형성하고 형성된 패턴끼리 서로 연결할 수 있다. 예를들어 도 19a에서 구획한 영역의 50%에만 델타구조로 패턴을 형성하고 형성된 델타구조의 패턴 상호간을 접속하면 터치검출센서(10)의 검출면적은 50%로 저하되지만 시인성이 개선된다. 도 19b는 센서신호선(22)의 일부 영역에만 패턴이 형성된 경우의 실시예이며 검출센서(10)와 센서신호선(22)간에 더미 패턴(Dummy Pattern)(23)을 삽입하고 이를 구획하여 일부의 영역에만 패턴을 형성하고 상호 연결된 형태이다. 이와 같이 본 발명은 터치검출센서(10)나 센서신호선(22)이나 터치검출센서(10)와 센서신호선(22)사이에 더미(Dummy) 패턴(23)을 삽입하고 이들을 복수개로 구획하고 구획한 영역의 일부에만 터치검출센서(10)를 패터닝하여 시인성을 개선하는 것이 가능하다.

도 20은 센서신호선(22)의 설계에 관한 일 실시예이다. 도 20을 참조하면, 도 20은 휴대기기인 휴대폰의 전면부에 설치되며 터치가 포함된 강화유리(Tempered Glass)이다. 통상 강화유리의 측면에는 회사의 로고를 삽입하며 또는 상품성 향상을 위하여 검정이나 흰색등의 색(color)이 포함된다. 이러한 색(color)을 BM(Black Matrix)라고 하며 도 20의 전면(Front)을 참조하면 빗금친 부분이 BM부분이다. BM의 일부영역에는 카메라 렌즈나 적외선센서등의 동작을 위해 BM을 오픈(Open)하기도 한다.이러한 BM을 A-A'의 방향으로 절단할 시 강화유리 하면에 BM이 인쇄되어 있다. 이러한 BM은 색(Color)을 가진 잉크(Ink)이거나 유기BM 또는 크롬BM 또는 산화은(Ag₂O) 등의 비도전성 물질이 사용된다.

만일 이러한 강화유리의 하면(bottom)에 본 발명의 터치검출센서(10)를 내장하고자 하는 경우, 센서신호선(22)은 이러한 BM을 통과할 때 BM으로 인한 단차로 인해 신호선이 절단되는 경우가 발생할 수 있다. 따라서 도 20의 배면(Rear)을 참조하면, 이곳에 본 발명의 터치검출센서(10) 및 센서신호선(22)을 설치할 시, 센서신호선(22)이 BM 단차부를 통과할 때의 신호선폭은 BM 단차 직전의 센서신호선(22)의 폭보다 더 넓게 구성하는 것이 바람직할 수 있다. 일 실시예에서, BM 단차부 직전의 센서신호선(22)의 폭(22-1)을 100%라고 하면 BM 단차부를 타고 넘는 센서신호선(22)의 폭(22-2)은 101%~1000%이내 정도가 바람직하다.

이와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.

10 : 터치검출센서 10a : 센싱패드(Sensing Pad)
10b : 난센싱패드(Non Sensing Pad) 12 : 충전수단
12-1 : 충전수단의 출력단 12-2 : 충전수단의 입력단
14 : 터치검출부 22 : 센서신호선
22a : 센싱패드 센서신호선 22b : 난센싱패드 센서신호선
25 : 손가락 26 : 교번하는 터치수단
28 : 메모리부 30 : Touch Drive IC (TDI)
31 : 구동부 33 : 타이밍 제어부
35 : 신호처리부 40 : CPU
42 : 교번전압생성부 46 : 통신부
47 : 전원부 50 : 터치스크린패널
57 : 접착부재 58 : 에어갭 또는 접촉부재
200 : 표시장치 205 : TFT기판
210 : 액정층 215 : 칼라필터
220 : 공통전극 230 : 실런트

Claims

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 검출수단은, 표시장치의 상면에 부가되며 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 센싱패드(10a); 상기 센싱패드(10a)와 인접한 난센싱패드(10b) 사이에 형성된 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압; 및 상기 센싱패드(13)와 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따른 전압차이를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
제 1항에 있어서, 충전수단이 추가되고 상기 터치검출부에서 전압을 검출할 때 스위칭소자(12)의 출력단(12-1)은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태인 것을 특징으로 하는 정전식 터치검출 수단.
제 1항에 있어서 터치검출부(14)의 입력단은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태이다.
제 2항에 있어서, 충전수단(12)의 턴 온 시간을 조정하여 충전시간을 결정할 수 있는 수단을 갖는다는 취지
프리차지시 1차 선간정전용량에 연결된 전압과 2차 선간정전용량에 연결된 전압이 동일하다는 취지
1차 선간정전용량을 이용하여 터치신호 검출 시 2차 선간정전용량을 생성하는 난센싱패드신호선을 플로팅이나 하이임피던스로 유지하여 2차 선간정전용량에 의한 터치신호를 검출하지 않고 이를 위해 2차 선간정전용량을 Vh나 Vl로 연결할 지 또는 플로팅이나 Hi-z로 연결하는 수단을 갖는다는 취지
1차 및 2차 선간정전용량 모두를 터치신호 검출에 사용할 수 있다는 취지
터치검출센서(10)와 센서신호선(22)이 동일한 마스크(Mask)로 형성되었다는 취지
터치검출센서(10)의 위치에 따라 센서신호선의 폭이 다르게 형성된다는 취지
터치검출센서(10)에는 공통전극커패시턴스(Cvcom) 및 터치정전용량(Ct)이 같이 형성된다는 취지
충전전압이 인가된 후 선간등가커패시터(Ceq)에 교번전압이 인가된다는 취지
교번전압의 크기를 가변하는 수단을 갖는다는 취지
교번전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 가변하는 수단을 갖는다는 취지
교번전압에 의해 터치 미발생시 터치검출부(14)에서 검출되는 <수학식1>

여기에서는 ,
는 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)부에서 검출된 전압이며,
는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,
는 프리차지 전압이며,
는 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.
교번전압에 의해 터치 발생시 터치검출부(14)에서 검출되는 <수학식2>

여기에서는 ,
는 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)부에서 검출된 전압이며,
는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,
는 프리차지 전압이며,
는 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.
상기 수학식1과 수학식2의 차이로 터치를 검출한다는 취지
터치검출부(14)에서 상기 수학식1과 수학식2에 의해 검출된 전압에 기초하여 터치면적을 연산하는 것이 가능하다는 취지
Row별로 터치신호를 검출한다는 취지
위치별로 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)에 기초하여 위치별로 서로 다른 크기를 보상하는 수단을 갖는다는 취지
보상커패시터의 일측은 터치검출부(14)에 연결된다는 취지
보상커패시터의 또 다른 일측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압과 동일한 교번전압이 인가된다는 취지
보상커패시터의 또 다른 일측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압과 다른 교번전압이 인가될 수 있다는 취지
보상커패시터에 의해 미 터치시 <수학식 5>
보상커패시터에 의해 터치시 <수학식 6>
보상커패시터에 의해 상기 두 수학식의 차이에 의해 터치가 검출된다는 취지
교번전압의 rising edge의 기울기와 falling edge 기울기를 설정하는 수단을 갖는다는 취지
터치검출부(14)는 교번전압의 상승엣지 또는 하강엣지에 동기하여 터치신호를 검출한다는 취지
청구항 27에 있어서 상승엣지 또는 하강엣지부터 일정시간 지연 후 터치신호를 검출하는 수단을 구비한다는 취지
신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력도구의 접근에 의해 터치정전용량(Ct)이 발생하는 것을 감지하는 정전식 터치 검출방법에 있어서,
(a) 상기 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성하는 터치검출센서(10) 및 이 터치검출센서(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 교번전압이 인가되는 선간등가커패시터(Ceq)에 프리차지신호를 공급하는 단계;
(b) 상기 터치검출센서(10)에서의 전압을 검출하는 단계; 및
(c) 상기 부가된 터치정전용량(Ct)에 의해 검출된 전압과 상기 터치정전용량(Ct)가 없을 때 검출된 전압의 차이를 검출하여 터치신호를 검출하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출방법.
제 29항에 있어서, 충전수단이 추가되고 상기 터치검출부에서 전압을 검출할 때 스위칭소자(12)의 출력단(12-1)은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태인 것을 특징으로 하는 정전식 터치검출 방법.
제 29항에 있어서 터치검출부(14)의 입력단은 100Kohm 이상인 하이 임피던스 상태의 정전식 터치검출 방법.
제 30항에 있어서, 충전수단(12)의 턴 온 시간을 조정하여 충전시간을 결정할 수 있는 수단을 갖는다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
프리차지시 1차 선간정전용량에 연결된 전압과 2차 선간정전용량에 연결된 전압이 동일하다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
1차 선간정전용량을 이용하여 터치신호 검출 시 2차 선간정전용량을 생성하는 난센싱패드신호선을 플로팅이나 하이임피던스로 유지하여 2차 선간정전용량에 의한 터치신호를 검출하지 않고 이를 위해 2차 선간정전용량을 Vh나 Vl로 연결할 지 또는 플로팅이나 Hi-z로 연결하는 수단을 갖는다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
1차 및 2차 선간정전용량 모두를 터치신호 검출에 사용할 수 있다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
터치검출센서(10)와 센서신호선(22)이 동일한 마스크(Mask)로 형성되었다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
터치검출센서(10)의 위치에 따라 센서신호선의 폭이 다르게 형성된다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
터치검출센서(10)에는 공통전극커패시턴스(Cvcom) 및 터치정전용량(Ct)이 같이 형성된다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
충전전압이 인가된 후 선간등가커패시터(Ceq)에 교번전압이 인가된다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
교번전압의 크기를 가변하는 수단을 갖는다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
교번전압의 상승엣지 또는 하강엣지의 기울기를 가변하는 수단을 갖는다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
교번전압에 의해 터치 미발생시 터치검출부(14)에서 검출되는 <수학식1>

여기에서는 ,
는 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)부에서 검출된 전압이며,
는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,
는 프리차지 전압이며,
는 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.
교번전압에 의해 터치 발생시 터치검출부(14)에서 검출되는 <수학식2>

여기에서는 ,
는 터치가 안 되었을 때 터치검출부(14)부에서 검출된 전압이며,
는 터치가 되었을 때 터치검출부(14)에서 검출된 전압이며,
는 프리차지 전압이며,
는 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 하이 레벨 전압이며,
은 난센싱패드신호선(22b)에 인가되는 교번전압의 로우 레벨 전압이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다. 교번전압이 로우에서 하이로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 양(Positive 또는 plus )이며, 교번전압이 하이에서 로우로 교번할 때 (Vh-Vl)의 극성은 음(Negative 또는 minus)이다.
상기 수학식1과 수학식2의 차이로 터치를 검출한다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
터치검출부(14)에서 상기 수학식1과 수학식2에 의해 검출된 전압에 기초하여 터치면적을 연산하는 것이 가능하다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
Row별로 터치신호를 검출한다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
위치별로 서로 다른 센싱등가커패시턴스(Ceq)에 기초하여 위치별로 서로 다른 크기를 보상하는 수단을 갖는다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
보상커패시터의 일측은 터치검출부(14)에 연결된다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
보상커패시터의 또 다른 일측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압과 동일한 교번전압이 인가된다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
보상커패시터의 또 다른 일측에는 선간등가커패시터(Ceq)에 인가되는 교번전압과 다른 교번전압이 인가될 수 있다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
보상커패시터에 의해 미 터치시 <수학식 5>의 정전식 터치검출 방법.
보상커패시터에 의해 터치시 <수학식 6>의 정전식 터치검출 방법.
보상커패시터에 의해 상기 두 수학식의 차이에 의해 터치가 검출된다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
교번전압의 rising edge의 기울기와 falling edge 기울기를 설정하는 수단을 갖는다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
터치검출부(14)는 교번전압의 상승엣지 또는 하강엣지에 동기하여 터치신호를 검출한다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
청구항 55에 있어서 상승엣지 또는 하강엣지부터 일정시간 지연 후 터치신호를 검출하는 수단을 구비한다는 취지의 정전식 터치검출 방법.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 검출수단은, 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 센싱패드(10a); 상기 센싱패드(10a)와 인접한 난센싱패드(10b) 사이의 커패시터(Ceq or Cbal)에 인가되는 교번전압; 및 상기 센싱패드(13)와 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따른 전압차이를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출수단.
상기 51에서 터치검출부에는 DAC(14-3)이 포함되며 DAC(14-3)은 난터치시 상기 터치검출부(14)에서 검출된 전압의 정보를 포함한 것을 특징으로 한다는 취지.
상기 52에서 난터치시 상기 터치검출부(14)에서 검출된 전압의 정보를 메모리부(28)에 저장된다는 취지.