KR101506511B1 - 정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하는 터치 패널; 및 상기 터치 패널에 대한 터치의 2차원 위치와 터치의 압력 크기를 감지할 수 있도록 구성된 터치 센싱 회로를 포함하며, 상기 터치 센싱 회로는: 구동채널을 통해 상기 구동전극으로 구동신호를 인가하는 구동부; 수신채널을 통해 상기 수신전극으로부터 상기 수신전극과 상기 구동전극 사이에 형성되는 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 감지부를 포함하며, 상기 터치 센싱 회로는 원칩 IC(one chip Integrated Circuit)로 구성된다.

Description

정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치{CAPACITIVE LOCATION AND PRESSURE TOUCH SENSING DEVICE}

본 발명은 정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 패널로부터 터치의 2차원 위치 및 터치의 압력 크기를 감지하는 터치 센서 회로가 원칩 IC(one chip Integrated Circuit)로 구현될 수 있는 정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치에 관한 것이다.

컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린의 이용이 증가하고 있다.

터치 스크린은 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널일 수 있는 터치 패널(touch panel)을 포함할 수 있다. 이러한 터치 패널은 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 터치 스크린은 사용자가 손가락 등으로 디스플레이 스크린을 단순히 접촉함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 터치 스크린은 디스플레이 스크린 상의 접촉 및 접촉 위치를 인식하고 컴퓨팅 시스템은 이러한 접촉을 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.

이때, 디스플레이 스크린 상의 접촉에 따른 정전용량의 변화를 감지함으로써 디스플레이 스크린 상의 접촉 및 접촉 위치뿐 아니라 접촉시 압력의 크기를 감지할 수 있으면서도 이를 작동시키기 위한 회로의 면적 및 복잡도를 최소화할 수 있는 터치 센싱 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.

본 발명의 목적은 터치 패널 상의 터치 여부 및 터치의 위치뿐 아니라 터치시 압력의 크기를 감지할 수 있는 위치 및 압력 터치 센싱 장치를 제공하는 것이다.

또한, 본 발명의 또 다른 목적은 위치 및 압력 터치 센싱 장치를 작동하기 위한 회로의 면적 및 복잡도를 줄일 수 있는 위치 및 압력 터치 센싱 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치는 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하는 터치 패널; 및 상기 터치 패널에 대한 터치의 2차원 위치와 터치의 압력 크기를 감지할 수 있도록 구성된 터치 센싱 회로를 포함하며, 상기 터치 센싱 회로는: 구동채널을 통해 상기 구동전극으로 구동신호를 인가하는 구동부; 수신채널을 통해 상기 수신전극으로부터 상기 수신전극과 상기 구동전극 사이에 형성되는 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 감지부를 포함하며, 상기 터치 센싱 회로는 원칩 IC(one chip Integrated Circuit)로 구성될 수 있다.

또한, 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치에서 상기 구동채널은, 상기 복수의 구동전극 중 상기 터치의 2차원 위치를 감지하기 위한 구동전극에 연결된 제1구동채널과 상기 터치의 압력 크기를 감지하기 위한 구동전극에 연결된 제2구동채널을 포함하며, 상기 수신채널은, 상기 복수의 수신전극 중 상기 터치의 2차원 위치를 감지하기 위한 수신전극에 연결된 제1수신채널과 상기 터치의 압력의 크기를 감지하기 위한 수신전극에 연결된 제2수신채널을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 터치 센서 패널 상의 터치 및 터치의 위치뿐 아니라 터치시 압력의 크기를 감지할 수 있는 위치 및 압력 터치 센싱 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 위치 및 압력 터치 센싱 장치를 작동하기 위한 회로의 면적 및 복잡도를 줄일 수 있는 위치 및 압력 터치 센싱 장치를 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따르면 원칩 IC(one chip Integrated Circuit)로 정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치를 작동할 수 있다.

도1은 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량 방식의 위치 및 압력 터치 센싱 장치에 포함되는 터치 패널의 개략도이다.
도2는 본 발명의 실시형태에 따른 제2터치 패널에 압력이 가해질 때 제2터치 패널(200)의 단면의 상태를 나타낸다.
도3는 본 발명에 실시형태에 따른 정전 용량 방식의 위치 및 압력 터치 센싱 장치에 포함되는 터치 센서 회로의 일부 구성도이다.
도4은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널과 터치 센서 회로 사이의 구동채널 및 수신채널의 구성 및 작동을 나타낸다.
도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 패널과 터치 센서 회로 사이의 구동채널 및 수신채널의 구성 및 작동을 나타낸다.
도6는 본 발명의 제3실시예에 따른 터치 패널과 터치 센서 회로 사이의 구동채널 및 수신채널의 구성 및 작동을 나타낸다.
도7는 본 발명의 제4실시예에 따른 터치 패널과 터치 센서 회로 사이의 구동채널 및 수신채널의 구성 및 작동을 나타낸다.

후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 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.

이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량 방식의 위치 및 압력 터치 센싱 장치를 설명한다. 이하에서, 본 발명에 따른 정전 용량 방식의 위치 및 압력 터치 센싱 장치는 3D(3 Dimensional) 터치 센싱 장치로 지칭될 수 있다.

도1은 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량 방식의 3D 터치 센싱 장치에 포함되는 터치 패널(300)의 개략도이다. 도3는 본 발명에 실시형태에 따른 정전 용량 방식의 3D 터치 센싱 장치에 포함되는 터치 센서 회로(400)의 일부 구성도이다.

도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량 방식의 3D 터치 센싱 장치는 복수의 구동전극(1~n 및 1~s)과 복수의 수신전극(1~m 및 1~t)을 포함하는 터치 패널(300) 및 터치 패널(300)에 대한 터치의 2차원 위치와 터치의 압력 크기를 감지할 수 있도록 구성된 터치 센서 회로(400)를 포함하여 구성될 수 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량 방식의 3D 터치 센싱 장치에 포함되는 터치 패널(300)은 제1터치 패널(100)과 제2터치 패널(200)을 포함할 수 있다. 예컨대, 도1에서는 제1터치 패널(100)은 터치 패널(300)에 대한 터치의 2차원 위치를 검출하도록 구성된 제1수신전극(1~m)과 제1구동전극(1~n)이 각각 형성된 제1절연막(110)과 제2절연막(120)을 포함할 수 있고, 제2터치 패널(200)은 터치 패널(300)에 대한 터치의 압력 크기를 검출하도록 구성된 제2수신전극(1~t)과 제2구동전극(1~s)이 각각 형성된 제3절연막(210) 및 제4절연막(220)을 포함할 수 있다. 제1절연막(110) 내지 제4절연막(220)은 서로 포개어진 형태를 가질 수 있으나, 도1에서 설명의 편의를 위해 제1절연막(110) 내지 제4절연막(220) 사이의 거리를 과장하여 크게 도시하였다.

본 발명의 실시형태에 따른 터치 패널(300)에서 제1터치 패널(100)에 포함되는 제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m) 사이의 정전 용량의 변화를 감지하여 이를 적합한 전기 신호로 변환하여 출력할 수 있다.

이때, 도1에 도시된 바와 같이, 제1수신전극(1~m)은 제1절연막(110) 상에 배열될 수 있으며 제1구동전극(1~n)은 제2절연막(120) 상에 배열될 수 있다. 도1에서는 제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m)이 각각의 절연막(110, 120) 상에 형성된 것이 도시되나, 이는 단지 예시일 뿐이며 제1구동전극(1~n)과 제2수신전극(1~m)은 하나의 절연막의 동일한 면 또는 서로 다른 면에 배치될 수 있다.

제1절연막(110) 및/또는 제2절연막(120)는 PET(Polyethylene terephthalate)과 같은 플라스틱 재질의 얇은 투명 필름(film)으로 이루어질 수 있다. 제1구동전극(1~n) 및 제1수신전극(1~m)은 각각 산화주석(SnO₂) 및 산화인듐(In₂O₃) 등으로 이루어지는 균일한 두께의 투명 전도막(ITO: Indium Tin Oxide), 은잉크(silver ink), 구리(copper) 또는 탄소 나노튜브(CNT: Carbon Nanotube) 중 적어도 어느 하나를 포함하여 구성될 수 있다.

제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m)은 서로 이격되어 형성되며 터치 패널(300)에 신체 일부가 근접하는 경우 제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m) 사이에 상호 정전용량(mutual capacitance)이 변경될 수 있다. 이와 같은 상호 정전용량의 변화를 감지하여 터치 패널(300)에 대한 터치 여부 및 터치의 2차원 위치를 감지할 수 있다. 2차원 위치라 함은 제1절연막(110) 내지 제4절연막(220)이 서로 포개진 때, 터치 패널(300)에 대해 터치가 이루어지는 넓은 면으로 이루어진 2차원 면을 나타낸다. 예컨대, 해당 2차원 면은 제1절연막(110)의 제1수신전극(1~m)이 형성된 평면일 수 있다. 2차원 위치의 검출에 대해서는 추후 더 상세하게 설명된다.

도1은 단지 예시일 뿐이므로 도1에 도시된 제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m)의 위치 및/또는 배열은 서로 바뀌어도 무방하다. 제1구동전극(1~n) 각각에는 명칭이 나타내는 바와 같이 제1구동채널(140)을 통해 구동신호가 인가되고, 제1수신전극(1~m)은 각각 제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m) 사이의 상호 정전 용량에 의해 커플링된 구동 신호를 제1수신채널(130)을 통해 수신할 수 있다.

도1에 도시된 바와 같이, 제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m)은 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 제1구동전극(1~n)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 전극(1~n)을 포함하고 제1수신전극(1~m)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 전극(1~m)을 포함할 수 있다. 도1에서는 제1축과 제2축은 직교하는 것이 예시되지만, 이는 단지 예시일 뿐이고 제1축과 제2축은 교차되는 것으로 충분하며 반드시 직교될 필요는 없다.

이때, 제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m)의 교차 지점마다 노드 캐패시터(미도시)가 생성되어 소정의 정전 용량, 즉 캐패시턴스 값을 갖는바, 신체 일부가 근접하는 경우 이러한 노드 캐패시터의 정전 용량의 값이 변경될 수 있으며, 이러한 전기적 특성의 변화를 감지하여 신체 접촉 여부 및/또는 그 위치를 센싱할 수 있다. 즉, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면에서 터치 패널(300)에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 센싱할 수 있다. 예컨대, 터치 패널(300)에 대한 터치가 일어날 때 제1구동전극(1~n)으로부터의 신호를 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있고, 제1수신전극(1~m)으로부터의 신호를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.

제1터치 패널(100) 및 제1구동전극(1~n)과 제1수신전극(1~m)에 대한 설명은 제2터치 패널(200) 및 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t)에도 거의 동일하게 적용되며, 이하에서는 그 차이점을 위주로 제2터치 패널(200) 및 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t)에 대해서 설명한다.

제2터치 패널(200)은 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t) 사이의 상호 정전 용량의 변화량을 검출함으로써 터치 패널(300)에 대한 터치의 압력의 크기를 검출하기 위한 것이다. 예컨대, 터치 패널(300)에 대한 터치시 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t) 사이의 상호 정전 용량의 변화량의 정도를 검출함으로써 터치의 압력의 크기를 검출할 수 있다. 터치의 압력 크기를 측정하기 위함이므로, 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t)은 서로 동일한 평면상에 위치할 수 없으며 소정 거리를 두고 이격되어 형성될 필요가 있다.

도2는 본 발명의 실시예 따른 제2터치 패널(200)에 압력이 가해질 때 제2터치 패널(200)의 단면의 상태를 나타낸다. 예컨대, 도2에 도시된 바와 같이, 터치 패널(300)에 대한 터치의 압력의 크기를 보다 효율적으로 검출할 수 있도록 제2구동전극(1~s)과 제3절연막(210) 사이를 이격시키는 스페이서층(500: spacer layer)을 포함할 수 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 스페이서층(500)은 제2구동전극(1~s)과 제3절연막(210)의 각각에 일면이 합착된 양면 접착 테이프(510: DAT: Double Adhesive Tape)를 통해 형성될 수 있다. 즉, 제2구동전극(1~s)과 제3절연막(210)은 각각의 면적이 포개어진 형태이고, 이때 제2구동전극(1~s)과 제3절연막(210) 각각의 가장자리 영역에서 양면 접착 테이프(510)를 통해서 두 개의 층이 접착되되 나머지 영역에서 제2구동전극(1~s)과 제3절연막(210)이 소정 거리로 이격될 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 스페이서층(500)은 유전체(dielectric substance)로 채워질 수 있다. 스페이서층(500)이 유전체로 채워질 때 광학적 특성 및 감도 특성이 개선될 수 있다. 유전체는 정전기장을 인가할 때 전기 편극은 생기지만 직류전류는 생기지 않게 하는 물질이다. 따라서, 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t)에 전원이 인가될 때 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t) 사이에 상호 정전용량이 야기될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 유전체는 오픈 셀 발포제(open cell foam), 젤(gel) 또는 경결합 중합체(lightly linked polymer)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에서, 예컨대, 스페이서층(500)은 대기(air)로 채워질 수 있다.

본 발명의 실시예에서, 스페이서층(500)은 접착 물질(Adhesive material)로 채워질 수 있다. 이때, 접착 물질로 채워진 스페이서층(500)은 제2구동전극(1~s)과 제3절연막(210)의 접합을 유지하는 한편 유전체의 역할을 동시에 수행할 수 있다. 본 발명의 실시예에서 접착 물질은 아크릴 공중합체(acrylic copolymer) 또는 실리콘 변형가능 중합체(silicon deformable polymer)와 같은 물질을 포함할 수 있다. 스페이서층(500)이 접착 물질로 채워지는 경우, 도2에 도시된 양면 접착 테이프(510)는 생략될 수 있다.

도2에 도시된 바와 같이, 스페이서층(500)에는 복수개의 도트 스페이서(520: dot spacer)가 포함할 수 있다. 예컨대, 복수개의 도트 스페이서(520)는 제2구동전극(1~s) 상에 형성될 수 있고, 비전도성 폴리에스테르(nonconductive polyester)와 같은 물질로 구성될 수 있다.

도2에서, 터치 패널(300)에 대한 터치를 위한 외부 압력은 600으로 표시된다. 도2에서는 제2수신전극(1~t) 측에서 외부 압력(600)이 가해진 것을 예시하나 실시예에 따라 외부 압력(600)은 제2구동전극(1~s) 측에서 가해질 수도 있다. 따라서, 제2수신전극(1~t)과 제3절연막(210) 및 제2구동전극(1~s)과 제4절연막(220) 중 적어도 어느 한 쌍은 탄성을 가질 필요가 있다. 이때, 제2수신전극(1~t) 측에서 압력이 가해질 때는 제1터치 패널(100) 또한 탄성을 가질 필요가 있다. 이하에서는 제2수신전극(1~t) 측에서 외부 압력(600)이 인가되는 것으로 가정하여 본 발명의 실시예를 설명한다.

도2에 도시된 바와 같이, 외부 압력(600)이 터치 패널(300)에 인가될 때, 제2수신전극(1~t) 및 제3절연막(210)은 외부 압력(600)에 대응하여 제2구동전극(1~s) 측으로 오목하게 휘어진다. 이때, 제2수신전극(1~t)과 제2구동전극(1~s) 사이에는 상호 정전 용량을 발생시키도록 서로 단락(short) 되는 것이 방지되어야 한다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 제3절연막(210)을 통해 이 둘이 단락되는 현상이 방지될 수 있다. 도2에 도시된 바와 같이, 스페이서층(500)에 도트 스페이서(520)를 포함함으로써 외부 압력(600)이 터치 패널(300)에 인가될 때 스페이서층(500)이 눌리는 면적의 퍼짐이 방지될 수 있고 외부 압력(600)이 제거된 때 스페이서층(500)이 원래 형태로 돌아오는 복원력이 향상될 수 있다. 동일한 목적을 달성하기 위해서 스페이서층(500)에 포함되는 도트 스페이서(520)의 크기 및 개수 등이 정해질 수 있다.

이때, 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t) 사이의 상호 정전용량은 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t) 사이의 거리의 변화에 따라 달라질 수 있다. 본원 발명의 실시예에서는 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t) 사이의 상호 정전용량의 변화에 따라 외부 압력(600)의 압력의 크기를 감지할 수 있다. 즉, 외부 압력(600)이 클수록 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t) 사이의 거리가 짧아지고 이에 따라 상호 정전용량의 변화량이 커질 수 있다. 마찬가지로, 외부 압력(600)이 작을수록 제2구동전극(1~s)과 제2수신전극(1~t) 사이의 거리가 줄어드는 폭이 작아지고 이에 따라 상호 정전용량의 변화량이 작을 수 있다. 이때, 외부 압력(600)의 압력의 크기는 도2에서 하측 방향, 즉 수평면에 대해서 수직 및 직교하는 방향의 압력의 크기를 나타낼 수 있다.

이상에서는 본 발명에 따른 터치 패널(300)의 예를 살펴보았으며, 도1에서는 각각의 구동전극 및 수신전극이 별개로 서로 다른 층에 형성되는 것이 예시되나, 실시예에 따라 제1구동전극(1~n) 및 제2구동전극(1~s)으로 공통된 구동전극이 이용될 수도 있고 이와 마찬가지로 제1수신전극(1~m) 및 제2수신전극(1~t)으로 공통된 수신전극이 이용되는 것도 가능하다. 또한, 실시예에 따라 서로 다른 전극이 동일한 평면(층)에 형성되는 것도 가능하다.

본 발명의 실시형태에 따른 정전 용량형 3D 터치 센싱 장치는 도1에 도시된 바와 같은 터치 패널(300)에 대한 터치의 2차원 위치와 터치의 압력의 크기를 감지할 수 있도록 구성된 터치 센서 회로(400)를 포함할 수 있다. 도3은 본 발명에 실시형태에 따른 정전 용량 방식의 3D 터치 센싱 장치에 포함되는 터치 센서 회로(400)의 일부 구성도이다.

도3에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시형태에 따른 터치 센서 회로(400)는 구동채널(130, 230)을 통해 구동전극(1~n 및 1~s)으로 구동신호를 인가하는 구동부(410) 및 수신채널(140, 240)을 통해 수신전극(1~m 및 1~t)으로부터 수신전극과 구동전극 사이에 형성되는 노드 캐패시터(미도시)의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 감지부(420)를 포함할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 회로(400)는 구동부(410)와 감지부(420)의 작동을 제어하는 제어부(430)를 더 포함할 수 있다.

도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 구동채널은 제1구동채널(140)과 제2구동채널(240)을 포함할 수 있다. 제1구동채널(140)은 복수의 구동채널로 구성되며 제1구동채널(140) 각각은 복수의 제1구동전극(1~n) 각각에 매칭(matching)될 수 있다. 예컨대, 제1구동채널(140)은 제1구동전극(1~n)의 개수와 마찬가지로 n개의 구동채널을 포함할 수 있다. 제1구동채널(140)은 제1구동전극(1~n)을 구동부(410)에 포함된 제1구동부(411)에 전기적으로 연결하여 전기적 신호가 송수신될 수 있도록 하는 통신 채널일 수 있다.

이와 마찬가지로, 제2구동채널(240)은 복수의 구동채널로 구성되며 제2구동채널(240) 각각은 복수의 제2구동전극(1~s) 각각에 매칭될 수 있다. 예컨대, 제2구동채널(240)은 제2구동전극(1~s)의 개수와 마찬가지로 s개의 구동채널을 포함할 수 있다. 제2구동채널(240)은 제2구동전극(1~s)을 구동부(410)에 포함된 제2구동부(412)에 전기적으로 연결하여 전기적 신호가 송수신될 수 있도록 하는 통신 채널일 수 있다.

제1구동부(411)는 제1구동채널(140)을 통해 제1구동전극(1~n) 각각에 구동신호를 인가할 수 있다. 제2구동부(412)는 제2구동채널(240)을 통해 제2구동전극(1~s) 각각에 구동신호를 인가할 수 있다. 이때, 구동신호는 제1구동전극의 1번부터 n번까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 마찬가지로 구동신호는 제2구동전극의 1번부터 s번까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이는 단지 예시일 뿐이며, 실시예에 따라 동시에 다수의 구동전극에 구동신호가 동시에 인가될 수도 있다. 이러한 제1구동부(411)와 제2구동부(412)의 동작은 제어부(430)에 포함된 제1제어부(431)와 제2제어부(432) 각각에 의해 제어될 수 있다. 제어부(430)의 제어동작은 추후에 더욱 상세하게 설명된다.

도1 및 도3에 도시된 바와 같이, 수신채널은 제1수신채널(130)과 제2수신채널(230)을 포함할 수 있다. 제1수신채널(130)은 복수의 수신채널로 구성되며 제1수신채널(130) 각각은 복수의 제1수신전극(1~m) 각각에 매칭될 수 있다. 예컨대, 제1수신채널(130)은 제1수신전극(1~m)의 개수와 마찬가지로 m개의 구동채널을 포함할 수 있다. 제1수신채널(130)은 제1수신전극(1~m)을 감지부(420)에 포함된 제1감지부(421)에 전기적으로 연결하여 전기적 신호가 송수신될 수 있도록 하는 통신 채널일 수 있다.

이와 마찬가지로, 제2수신채널(230)은 복수의 수신채널로 구성되며 제2수신채널(230) 각각은 복수의 제2수신전극(1~t) 각각에 매칭될 수 있다. 예컨대, 제2수신채널(230)은 제2수신전극(1~t)의 개수와 마찬가지로 t개의 수신채널을 포함할 수 있다. 제2수신채널(230)은 제2수신전극(1~t)을 감지부(420)에 포함된 제2감지부(424)에 전기적으로 연결하여 전기적 신호가 송수신될 수 있도록 하는 통신 채널일 수 있다.

제1감지부(421)와 제2감지부(424) 각각은 제1수신채널(130) 및 제2수신채널(230)을 통해 구동신호가 인가된 제1구동전극(1~n) 및 제2구동전극(1~s)과 결합된 노드 캐패시터의 상호 정전용량에 관한 정보를 포함하는 신호를 제1수신전극(1~m) 및 제2수신전극(1~t)으로부터 수신할 수 있다. 구동전극에 인가된 구동신호를 수신전극을 통해 감지하는 과정은 터치 패널(300)을 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다.

제1감지부(421)는 제1수신채널(130)을 통해 수신되는 신호를 적분하는 제1적분기(422) 및 제1적분기(422)의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1ADC(Analog-to-Digital Converter)를 포함할 수 있다.

제1적분기(422)는 하나의 제1수신채널(130)을 통해 하나의 제1수신전극(1~m)으로부터 수신되는 신호들을 적분할 수 있도록 제1수신채널(130)마다 각각의 적분기를 포함할 수 있다. 예컨대, 제1적분기(422)는 m개의 적분기를 포함할 수 있다. 이하에서는 예컨대 적분기 하나 및 복수의 적분기를 총칭하여 제1적분기(422)로 지칭한다. 제1적분기(422)는, 상호 정전용량(Mutual capacitor) 값에 비례하는 전류에 대한 적분기로서, 증폭기(미도시)와 증폭기의 입출력 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 캐패시터(미도시)를 포함하여 구성될 수 있다.

이후, 제1ADC(423)은, 터치 패널(300)로부터 획득된 정전 용량 변화에 대한 데이터를 디지털 프로세서(440)를 통해 처리하여 터치의 여부, 터치의 위치 및 터치의 압력 크기에 대한 정보를 획득할 수 있도록, 제1적분기(422)로부터 출력되는 신호를 디지털 신호로 변환한다.

제1감지부(421)에 대한 설명은 제2감지부(424)에 대해서도 동일하게 적용되며 이하에서 중복된 설명은 생략한다.

이상에서 살펴본, 제1감지부(421) 및 제2감지부(424)의 동작은 제1제어부(431) 및 제2제어부(432)에 따라 제어될 수 있다. 본 명세서에서 구동부(410)는 제1구동부(411)와 제2구동부(412), 감지부(420)는 제1감지부(421)와 제2감지부(424) 그리고 제어부(430)는 제1제어부(431)와 제2제어부(432)를 구분하여 포함하는 것으로 설명되나 이는 단지 예시일 뿐이며 이들의 구분이 언제나 명확히 드러나는 것은 아니다.

본 발명의 실시예에 따른 정전 용량성 3D 터치 센싱 장치에 포함되는 터치 센서 회로(400)는 터치 패널(300)의 외곽에 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 상에 실장되거나 이와는 별도로 구성될 수 있다. 점차적으로 터치 패널(300)이 적용되는 애플리케이션 디바이스의 소형화 및/또는 애플리케이션 디바이스에서 터치 패널(300)을 제외한 영역의 최소화가 추구되는 시점에서 터치 센서 회로(400)가 차지하는 면적이 증가되는 것은 지양되고 있다.

본 발명과 같이 터치 패널(300)에 대한 터치의 2차원 위치뿐 아니라 터치의 압력의 크기까지 검출함으로써 터치 센서 회로(400)의 복잡도가 증가하는 때, 터치 센서 회로(400)를 터치의 2차원 위치를 검출하는 부분과 터치의 압력의 크기를 검출하는 부분을 별개의 칩(chip)으로 구현하는 경우 터치 센서 회로(400)가 차지하는 면적이 증가하고 및/또한 면적 이용의 효율성이 떨어질 수 밖에 없다.

본 발명에서는 이러한 문제점을 해소하기 위해서 터치 패널(300)에 대한 터치의 2차원 위치 및 터치의 압력의 크기를 검출할 수 있도록 하는 터치 센서 회로(400)를 도3에 도시된 바와 같이 원칩 IC(one chip Integrated Circuit)으로 구현하고 있다. 터치 센서 회로(400)는 도3에 도시된 구성요소 이외에도 필요에 따라 다른 구성요소가 포함될 수 있음은 당해 기술분야의 당업자에게는 자명하다.

본 발명의 실시예에 따라 원칩 IC로 구현된 터치 센서 회로(400)는 도1 및 도3에 도시된 터치 패널(300), 구동채널 및 수신채널뿐 아니라 다양한 실시예에 따라 구성된 터치 패널(300), 구동채널 및 수신채널에 대해서도 터치의 위치 및 압력의 크기를 검출하도록 동작할 수 있다.

도4은 본 발명의 제1실시예에 따른 터치 패널(300)과 터치 센서 회로(400) 사이의 구동채널 및 수신채널의 구성 및 작동을 나타낸다. 터치 센서 회로(400)에 아날로그 전원 전압(AVDD)와 디지털 전원 전압(DVDD) 및 그라운드(GND)가 연결되어 있다.

도4에서 터치 센서 회로(400)의 구동부(410)에 포함된 제1구동부(410) 및 제2구동부(412)는 제1구동채널(140)과 제2구동채널(240)을 독립적으로 구동한다. 제1구동채널(140)에 인가되는 구동신호와 제2구동채널(240)에 인가되는 구동신호 사이에는 어떠한 제약도 요구되지 않는다. 감지부(420)에 포함된 제1감지부(421) 및 제2감지부(424) 또한 제1수신채널(130)과 제2수신채널(230)로부터의 신호를 독립적으로 수신하여 처리한다. 따라서, 제1제어부(431)와 제2제어부(432) 또한 독립적으로 제1구동부(411) 및 제1감지부(421)와 제2구동부(412) 및 제2감지부(424)를 각각 제어할 수 있다.

도4의 구성은, 예컨대 도1에 도시된 바와 같이, 터치 패널(300)에서 제1구동전극(1~n) 및 제2구동전극(1~s)가 서로 별개로 구성되고 제1수신전극(1~m) 및 제2수신전극(1~t)가 서로 별개로 구성되는 경우에 언제든지 적용될 수 있다.

도5는 본 발명의 제2실시예에 따른 터치 패널(300)과 터치 센서 회로(400) 사이의 구동채널 및 수신채널의 구성 및 작동을 나타낸다. 도5에서 제1구동채널(140)과 제2구동채널(240)이 서로 채널을 공유하여 제1구동전극(1~n)과 제2구동전극(1~s)에 동일한 구동신호가 인가되는 경우를 나타낸다. 이때, n과 s는 서로 동일 숫자를 나타낼 수 있다.

제2실시예에서는 제1구동전극(1~n)과 제2구동전극(1~s)이 서로 별개로 구성되지만 동일한 구동신호가 인가되는 경우를 포함할 수 있다. 이때, 별개의 제1구동전극(1~n)과 제2구동전극(1~s)에 동일한 구동신호가 인가되기 위해서 제1구동채널(140)과 제2구동채널(240)이 공통된 채널을 가질 수도 있고 또는 서로 다른 채널로 구성되고 단지 동일한 구동신호가 인가되는 경우도 포함될 수 있다.

또한, 제2실시예에서는 제1구동전극(1~n)과 제2구동전극(1~s)가 서로 공통된 경우도 포함될 수 있다. 즉, n개의 구동전극(1~n)이 제1구동전극뿐 아니라 제2구동전극으로도 기능할 수 있다. 제2실시예에서는 제1수신전극(1~m) 및 제2수신전극(1~t)은 별개로 구성될 수 있다. 이때, 제1수신전극(1~m)은 상기 n개의 구동전극(1~n)과 서로 다른 층 또는 동일한 평면상에 형성되는 것도 가능하다. 제2수신전극(1~t)은 상기 n개의 구동전극(1~n)과는 서로 다른 층에 형성되어 압력을 감지하는데 이용될 수 있다.

제1감지부(421)에서는 제1수신전극(1~m)으로부터 신호를 수신하고 제2감지부(424)에서는 제2수신전극(1~t)으로부터 신호를 수신할 수 있다. 이때, 제1감지부(421)와 제2감지부(424)가 독립적으로 데이터를 처리할 수 있으므로 제어부(430)는 동일한 구동신호가 제1구동채널(140) 및 제2구동채널(240)에 인가되도록 구동부(410)의 제1구동부(411) 및 제2구동부(412)를 제어하는 반면 제1감지부(421)와 제2감지부(424)는 독립적으로 신호를 감지하도록 제어할 수 있다.

다만, 동일한 구동신호가 제1수신채널(130) 및 제2수신채널(230)을 통해서 제1감지부(421)와 제2감지부(424)에서 감지되므로, 두 패널의 저항(R) 값과 정전용량(C) 값에 적합하게 제어부(430)는 제1감지부(421)와 제2감지부(424)에서 처리되는 신호의 이득 값을 조정하여 ADC 입력신호의 범위를 일정 이상 유지하여 신호 대 노이즈(SNR)비 특성을 높게 할 수 있다.

예컨대, 제1제어부(431)와 제2제어부(432) 각각은 제1적분기(422)의 이득과 제2적분기(425)의 이득이 서로 다르도록 설정할 수 있다. 적분기(422, 425)의 이득은 적분기에 결합된 캐패시터의 크기를 조절함으로써 조정될 수 있다.

도6는 본 발명의 제3실시예에 따른 터치 패널(300)과 터치 센서 회로(400) 사이의 구동채널 및 수신채널의 구성 및 작동을 나타낸다.

도6에서 제1구동채널(140)과 제2구동채널(240)에는 서로 다른 구동신호가 인가되지만, 제1수신채널(130)과 제2수신채널(230)은 서로 채널을 공유하는 경우를 나타낸다. 이때, 제1수신전극(1~m)과 제2수신전극(1~t)에서 m과 t는 서로 동일 숫자를 나타낼 수 있다.

제3실시예에서는 제1구동전극(1~n)과 제2구동전극(1~s)이 서로 별개로 구성되고 서로 다른 구동신호가 인가된다. 제3실시예에서는 제1수신전극(1~m) 및 제2수신전극(1~t)은 별개로 구성될 수 있다. 이때, 제1수신채널(130)과 제2수신채널(230)은 공통된 채널로서 제1수신전극(1~m)으로부터의 수신 신호와 제2수신전극(1~t)으로부터의 수신 신호를 감지부(420)에 전달할 수 있다.

제1수신전극(1~m)으로부터의 신호와 제2수신전극(1~t)으로부터의 신호가 동일 채널을 통해 감지부(420)에 입력되므로 이들을 구분하기 위해서, 제1구동전극(1~n)에 인가되는 구동신호는 제2구동전극(1~s)에 인가되는 구동신호와 구분될 필요가 있다.

예컨대, 제어기(430)는 제1구동채널(140)에 인가되는 구동신호와 제2구동채널(240)에 인가되는 구동신호의 주파수를 서로 다르게 하도록 구동부(410)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(430)는 제1구동채널(140)에 인가되는 구동신호와 제2구동채널(240)에 인가되는 구동신호의 주파수는 서로 갖지만 시분할하여 각각의 구동채널에 인가되도록 구동부(410)를 제어할 수 있다. 또한, 제어기(430)는 제1구동채널(140)에 인가되는 구동신호와 제2구동채널(240)에 인가되는 구동신호의 주파수를 서로 다르게 하면서 시분할하여 각각의 구동채널에 인가되도록 구동부(410)를 제어할 수 있다.

이에 대응되도록, 구동신호가 시분할되어 인가되는 경우, 제어기(430)는 공통 수신채널을 통해 수신되는 신호를 상기 구동신호의 시분할에 대응되도록 시분할하여 제1감지부(421) 및 제2감지부(424)에서 각각 수신하도록 감지부(420)를 제어할 수 있다. 예컨대, 상기 시분할 정보에 따른 제어기(430)의 제어신호에 따라 동작하는 스위치를 더 포함하여 수신 신호의 경로를 제1감지부(421)와 제2감지부(424)로 분리하여 전송할 수 있다.

또한, 구동신호의 주파수가 서로 다른 경우, 제어기(430)는 공통 수신채널을 통해 수신되는 신호로부터 서로 다른 주파수를 갖는 구동신호에 따른 수신 신호를 구분하여, 제1수신전극(1~m)으로부터의 신호와 제2수신전극(1~t)으로부터의 신호가 각각 제1감지부(421) 및 제2감지부(424)에서 처리되도록 감지부(420)를 제어할 수 있다. 이때, 감지부(420)는 제1적분기(422)와 제2적분기(425) 전단에 서로 다른 주파수를 갖는 구동신호에 따른 수신 신호를 구분하는 구성을 더 포함할 수 있다.

도7는 본 발명의 제4실시예에 따른 터치 패널(300)과 터치 센서 회로(400) 사이의 구동채널 및 수신채널의 구성을 나타낸다. 제4실시예는 제3실시예와 유사하며, 단지 터치 패널(300)에서 제1수신전극(1~m)과 제2수신전극(1~t)이 서로 공통된 경우를 나타낸다.

예컨대, 도1을 참조하여 설명하면, m개의 수신전극(1~m)은 제1수신전극으로서의 역할뿐 아니라 제2수신전극(1~t)으로서의 역할도 수행하도록 구성될 수 있다. 따라서, 도1에서 제3절연막(210) 및 제3절연막(210) 상의 수신전극(1~t)은 터치 패널(300)에서 제거될 수 있으며, m개의 수신전극(1~m)이 제1구동전극(1~n)으로부터 커플링되는 신호와 제2구동전극(1~s)으로부터 커플링되는 신호를 모두 공통 수신채널(130)을 통해 감지부(420)로 전달할 수 있다.

제4실시예에 대한 구동부(410), 감지부(420) 및 제어부(430)의 동작은 제3실시예에 대한 설명과 동일하다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 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: 제1터치패널
200: 제2터치패널
300: 터치패널
400: 터치 센서 회로
110, 120, 210, 220: 절연막
500: 스페이서층
510: 양면 접착 테이프
520: 도트 스페이서

Claims (8)

1. 삭제
2. 삭제
3. 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하는 터치 패널; 및
   상기 터치 패널에 대한 터치의 2차원 위치와 터치의 압력 크기를 감지할 수 있도록 구성된 터치 센싱 회로를 포함하며,
   상기 터치 센싱 회로는:
   구동채널을 통해 상기 구동전극으로 구동신호를 인가하는 구동부;
   수신채널을 통해 상기 수신전극으로부터 상기 수신전극과 상기 구동전극 사이에 형성되는 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 감지부를 포함하고,
   상기 터치 센싱 회로는 원칩 IC(one chip Integrated Circuit)로 구성되고,
   상기 구동채널은, 상기 복수의 구동전극 중 상기 터치의 2차원 위치를 감지하기 위한 구동전극에 연결된 제1구동채널과 상기 터치의 압력 크기를 감지하기 위한 구동전극에 연결된 제2구동채널을 포함하며,
   상기 수신채널은, 상기 복수의 수신전극 중 상기 터치의 2차원 평면의 위치를 감지하기 위한 수신전극에 연결된 제1수신채널과 상기 터치의 압력의 크기를 감지하기 위한 수신전극에 연결된 제2수신채널을 포함하고,
   상기 제1구동채널과 상기 제2구동채널은 서로 채널을 공유하여 동일한 상기 구동신호가 인가되는,
   정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치.
4. 제3항에 있어서,
   상기 감지부는 상기 제1수신채널과 상기 제2수신채널 각각으로부터 수신 신호를 수신하여 적분하는 제1적분기와 제2적분기를 포함하며,
   상기 제1적분기의 이득과 상기 제2적분기의 이득을 서로 다르게 설정함으로써 상기 제1수신채널과 상기 제2수신채널 각각으로부터 수신되는 상기 수신신호를 구분하는,
   정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치.
5. 제3항 또는 제4항에 있어서,
   상기 복수의 구동전극 중 상기 터치의 2차원 위치를 감지하기 위한 구동전극과 상기 터치의 압력 크기를 감지하기 위한 구동전극은 서로 공통되며,
   상기 복수의 구동전극은 상기 터치의 2차원 위치를 감지하기 위한 수신전극과 동일한 평면상에 위치하는,
   정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치.
6. 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하는 터치 패널; 및
   상기 터치 패널에 대한 터치의 2차원 위치와 터치의 압력 크기를 감지할 수 있도록 구성된 터치 센싱 회로를 포함하며,
   상기 터치 센싱 회로는:
   구동채널을 통해 상기 구동전극으로 구동신호를 인가하는 구동부;
   수신채널을 통해 상기 수신전극으로부터 상기 수신전극과 상기 구동전극 사이에 형성되는 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 감지부를 포함하고,
   상기 터치 센싱 회로는 원칩 IC(one chip Integrated Circuit)로 구성되고,
   상기 구동채널은, 상기 복수의 구동전극 중 상기 터치의 2차원 위치를 감지하기 위한 구동전극에 연결된 제1구동채널과 상기 터치의 압력 크기를 감지하기 위한 구동전극에 연결된 제2구동채널을 포함하며,
   상기 수신채널은, 상기 복수의 수신전극 중 상기 터치의 2차원 평면의 위치를 감지하기 위한 수신전극에 연결된 제1수신채널과 상기 터치의 압력의 크기를 감지하기 위한 수신전극에 연결된 제2수신채널을 포함하고,
   상기 제1수신채널과 상기 제2수신채널은 서로 채널을 공유하며,
   상기 제1구동채널에 인가되는 상기 구동신호와 상기 제2구동채널에 인가되는 상기 구동신호는, 상기 구동부에서 서로 동일한 주파수를 갖되 시분할하여 인가하거나 또는 서로 다른 주파수를 가지고 동시에 인가하는,
   정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치.
7. 제6항에 있어서,
   상기 복수의 수신전극 중 상기 터치의 2차원 위치를 감지하기 위한 수신전극과 상기 터치의 압력의 크기를 감지하기 위한 수신전극은 서로 공통되며 동일한 평면상에 위치하는,
   정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치.
8. 복수의 구동전극과 복수의 수신전극을 포함하는 터치 패널; 및
   상기 터치 패널에 대한 터치의 2차원 위치와 터치의 압력 크기를 감지할 수 있도록 구성된 터치 센싱 회로를 포함하며,
   상기 터치 센싱 회로는:
   구동채널을 통해 상기 구동전극으로 구동신호를 인가하는 구동부;
   수신채널을 통해 상기 수신전극으로부터 상기 수신전극과 상기 구동전극 사이에 형성되는 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하는 감지부를 포함하고,
   상기 터치 센싱 회로는 원칩 IC(one chip Integrated Circuit)로 구성되고,
   상기 구동채널은, 상기 복수의 구동전극 중 상기 터치의 2차원 위치를 감지하기 위한 구동전극에 연결된 제1구동채널과 상기 터치의 압력 크기를 감지하기 위한 구동전극에 연결된 제2구동채널을 포함하며,
   상기 수신채널은, 상기 복수의 수신전극 중 상기 터치의 2차원 평면의 위치를 감지하기 위한 수신전극에 연결된 제1수신채널과 상기 터치의 압력의 크기를 감지하기 위한 수신전극에 연결된 제2수신채널을 포함하고,
   상기 구동부는 상기 제1구동채널과 상기 제2구동채널 각각에 상기 구동신호를 인가하는 제1구동부와 제2구동부를 포함하며,
   상기 감지부는 상기 제1수신채널과 상기 제2수신채널 각각으로부터 수신 신호를 수신하는 제1감지부와 제2감지부를 포함하며,
   상기 제1감지부는 상기 제1수신채널로부터 상기 수신 신호를 수신하여 적분하는 제1적분기와 상기 제1적분기의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제1ADC (Analog-to-Digital)를 포함하여 구성되고,
   상기 제2감지부는 상기 제1수신채널로부터 상기 수신 신호를 수신하여 적분하는 제2적분기와 상기 제2적분기의 출력 신호를 디지털 신호로 변환하는 제2ADC를 포함하여 구성되는,
   정전 용량성 위치 및 압력 터치 센싱 장치.

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