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KR102636942B1 - 압력-정전용량성 터치 패널 - Google Patents

압력-정전용량성 터치 패널 Download PDF

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KR102636942B1
KR102636942B1 KR1020187017656A KR20187017656A KR102636942B1 KR 102636942 B1 KR102636942 B1 KR 102636942B1 KR 1020187017656 A KR1020187017656 A KR 1020187017656A KR 20187017656 A KR20187017656 A KR 20187017656A KR 102636942 B1 KR102636942 B1 KR 102636942B1
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KR
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signal
input
capacitance
touch panel
electrode
Prior art date
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KR1020187017656A
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Inventor
사이먼 뱅크스
아로키아 네이턴
Original Assignee
케임브리지 터치 테크놀로지스 리미티드
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Publication date
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Abstract

결합된 캐패시턴스 및 압력 측정을 위한 장치(48)는 투사형 캐패시턴스 터치 패널(36, 53, 58, 80)을 위한 복수의 제1입/출력 단자(13)를 포함하고, 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널(36, 53, 58, 80)은 복수의 센싱 전극(10, 31)과 공통 전극 (11) 사이에 배치된 압전 재료층(12)을 포함한다. 또한 상기 장치(48)는 정전용량성 터치 제어기(5)를 위한 복수의 제2입/출력 단자(14)를 포함한다. 또한 상기 장치(48)는 복수의 분리 스테이지(2, 70, 76)를 포함하며, 하나의 제1입/출력 단자(13)를 대응하는 제2입/출력 단자(14)에 연결하는 각각의 분리 스테이지(2, 70, 76)를 포함하고, 각 분리 스테이지(2, 70, 76)는 각각의 제1 및 제2입/출력 단자(13, 14) 사이에서 신호(21, 33, 34)를 필터링 하기 위한 제1주파수-종속 필터(15; 도 1)를 포함한다. 또한, 장치(48)는 적어도 하나의 증폭 스테이지(3, 71, 77)을 포함하고, 각 증폭 스테이지(3, 71, 77)는 증폭된 신호(20, 72)를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 입력 및 출력을 갖고, 증폭 스테이지(3, 71, 77)의 수는 분리 스테이지(2, 70, 76)의 수보다 작거나 같으며, 각 증폭 스테이지 입력은 각 분리 스테이지(들)(2, 70, 76)을 통해 하나 이상의 제1입/출력 단자(13)에 연결된다. 각 증폭 스테이지(3, 71, 77) 또는 각 분리 스테이지(2, 70, 76)는 각각의 제1입/출력 단자(13)와 증폭 스테이지 입력 사이의 신호를 필터링 하기 위한 제2주파수-종속 필터를 포함한다. 각 제1주파수-종속 필터(16; 도 1)는 정전용량성 터치 제어기(5)로부터 신호(21, 33, 34)를 통과시키도록 구성되고, 정전용량성 터치 제어기(5)로부터 신호(21, 33, 34)를 감쇠시킨다.

Description

압력-정전용량성 터치 패널
본 발명은 결합된 정전용량성 및 압력 센싱을 위한 터치 패널에 관한 것이다.
저항(resistive) 및 전정용량 방식(capacitive) 터치 패널은 컴퓨터 및 모바일 기기의 입력 장치로 사용된다.
정전용량 방식 터치 패널의 한 유형 인 투사형 캐패시턴스(projected capacitance) 터치 패널은 외장 층이 스크래치에 강한 단단한 표면을 제공하여 글래스로 만들어질 수 있기 때문에 모바일 기기에 주로 사용된다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 예가 US 2010/0079384 A1에 설명되어 있다.
투사형 캐패시턴스 터치 패널은 도전성 물체의 근접으로 인한 전기장의 변화를 감지하여 동작한다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널이 터치되는 위치는 대개 정전용량 방식 센서의 어레이 또는 그리드를 사용하여 결정된다. 투사형 캐패시턴스 터치 패널은 보통 싱글 터치 이벤트와 멀티 터치 이벤트를 구별할 수 있지만 압력을 감지할 수 없다는 단점이 있다. 따라서 투사형 캐패시턴스 터치 패널은 상대적으로 가벼운 탭(tap)과 상대적으로 무거운 압력(press)을 구별하지 못하는 경향이 있다. 압력을 감지할 수 있는 터치 패널은 터치의 단순한 위치에 추가 정보를 제공함으로써 사용자가 새로운 방식으로 장치와 상호작용 할 수 있게 한다.
터치 패널이 압력을 감지할 수 있게 하는 다양한 접근 방식이 제안되었다. 하나의 접근법은 인가된 압력에 의해 크기가 감소 될 수 있는 갭을 포함하는 정전용량 방식 센서를 제공하여, 상호 캐패시턴스에서 측정 가능한 차이를 생성하는 것이다. 예를 들어, US 2014/043289 A는 상호작용 표면, 상호 정전용량 방식 감지에 의해 상호작용을 감지하도록 동작 가능한 적어도 하나의 감지층, 및 탄성 특성을 포함하고 정전용량 방식 센서와의 사용자 상호작용 중에 국부적으로 가해지는 압력에 응답하여 국부적으로 압축되도록 동작 가능한 적어도 하나의 추가층을 포함하는 디지타이저 시스템 용 압력감지 정전용량 방식 센서를 기술한다. 그러나 측정 가능한 변위에 대한 필요성 때문에 글래스 터치 표면을 사용하는 것이 더 어려워 질 수 있으며 반복되는 변형 후에 재료 약화의 문제가 발생할 수 있다.
다른 압력감지 방식 터치 패널은 정전용량 방식 터치 패널을 지지하는 하나 이상의 분리된 힘 센서를 사용함으로써, 정전용량 방식 터치 패널에 인가된 압력이 패널 후방에 위치한 하나 이상의 센서로 전달되거나 주변부 주위에 배치되도록 제안했다. 예를 들어, US2013/0076646 A1은 터치 회로에 커플링 할 수 있는 힘 센서 인터페이스와 함께 스트레인 게이지(strain gauges)를 사용하는 것을 기술한다. WO 2012/031564 A1은 제1패널, 제2패널, 및 상기 제1패널과 제2패널 사이에 샌드위치된 변위 센서를 포함하는 터치 패널을 개시한다. 전전용량 방식 또는 압 저항 방식 센서와 같은 변위 센서는 상기 제2패널 가장자리에 배치된다. 그러나 터치 패널 뒤에 있거나 주변에 배치된 센서를 사용하여 다수의 터치 압력을 구분하는 것은 어려울 수 있다.
정전용량 방식 터치 센서에 힘 감지 방식 압 저항 층을 결합하려는 다른 압력 감지 방식 터치 패널이 제안되어 왔다. 예를 들어, WO 2009/150498 A2는 제1층, 제2층, 제3층, 제1층에 결합된 정전용량 방식 감지 컴포넌트, 및 상기 제1층 및 상기 제3층에 결합되고 상기 제2층에 인가되는 힘의 양을 검출하도록 구성된 힘 방식 감지 컴포넌트를 포함한다. WO 2015/046289 A1는 압전 센서와 정전 센서를 적층하여 형성된 터치 패널이 기재되어 있다. 상기 압전 센서는 누름 힘 검출 신호 생성 유닛에 접속되고, 상기 정전 센서는 접촉 검출 신호 생성 유닛에 접속된다. 그러나 별도의 전자 기기를 사용하여 캐패시턴스 및 압력의 변화를 감지하는 시스템은 터치 패널을 더 부피가 커지고 비싸게 만들 수 있습니다. 전극이 직접 압전 필름 상에 도포되거나 패턴닝 되는 시스템은 생산에 더 복잡하고 많은 비용이 소요될 수 있다.
본 발명은 개선된 정전용량성 터치 패널을 제공하고자 한다. 본 발명의 제1측면에 따르면, 복수의 센싱 전극과 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하는 투사형 캐패시턴스 터치 패널을 위한 복수의 제1입/출력 단자를 포함하는 장치가 제공된다. 상기 장치는 정전용량성 터치 제어기를 위한 복수의 제2입/출력 단자를 포함한다. 상기 장치는 또한 각 분리 스테이지는 하나의 제1입/출력 단자를 대응하는 제2입/출력 단자에 연결하고, 각 분리 스테이지는 각각의 제1 및 제2입/출력 단자 사이에서 신호를 필터링 하기 위한 제1 주파수-종속 필터를 포함하는 복수의 분리 스테이지를 포함한다. 상기 장치는 또한 각 증폭 스테이지는 증폭된 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 입력 및 출력을 가지며, 상기 증폭 스테이지의 수는 상기 분리 스테이지의 수보다 작거나 같고, 각 증폭 스테이지 입력은 각 분리 스테이지(들)를 통해 하나 이상의 상기 제 1입/출력 단자에 연결되는 적어도 하나의 증폭 스테이지를 포함한다. 각 증폭 스테이지 또는 각 분리 스테이지는 상기 각각의 제1입/출력 단자와 증폭 스테이지 입력 사이에서 신호를 필터링 하기 위한 제2 주파수-종속 필터를 포함한다. 각 제1주파수-종속 필터는 상기 정전용량성 터치 제어기로부터의 신호를 통과시키도록 구성되고, 각 제2주파수-종속 필터는 상기 정전용량성 터치 제어기로부터의 신호를 감쇠시키도록 구성된다.
따라서, 전극의 단일 세트를 사용하여 압력 및 캐패시턴스 측정이 수행 될 수 있다. 이를 통해 터치 패널의 복잡성을 크게 증가시키지 않으면서 압력 및 캐패시턴스 측정을 터치 패널 및 제어 시스템에 통합할 수 있다. 압력 및 캐패시턴스 정보를 모두 포함하는 단일 신호는 기존 투사형 캐패시턴스 터치 패널 및 정전용량성 터치 제어기와 쉽게 통합될 수 있는 방식으로 처리될 수 있다.
각 제1주파수 종속 필터는 적어도 하나의 대역 통과 필터를 포함할 수 있고, 각 제2주파수 종속 필터는 적어도 하나의 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 제1주파수 종속 필터는 적어도 하나의 대역 통과 필터를 포함할 수 있고, 제2주파수 종속 필터는 적어도 하나의 대역 필터를 포함할 수 있다. 제1주파수 종속 필터는 고역 통과 필터를 포함할 수 있고, 제2주파수 종속 필터는 저역 통과 필터를 포함할 수 있다. 각 대역 통과 필터는 노치 또는 콤 필터 일 수 있다. 각 밴드-스톱 필터는 노치 또는 콤 필터 일 수 있다. 필터는 능동 필터 회로를 포함할 수 있다. 필터는 수동 필터 회로를 포함할 수 있다. 필터는 단일 단계로 구성될 수 있다. 필터는 여러 단계로 구성될 수 있다. 필터는 버터 워스(Butterworth) 필터, 체비 셰프(Chebyshev) 필터, 가우시안(Gaussian) 필터 및 베셀(Bessel) 필터로 구성된 그룹으로부터 선택된 필터 회로를 포함할 수 있다.
제2주파수 종속 필터는 터치 패널 내의 압전 재료층의 초전도 응답을 거부하도록 구성된 저주파 컷오프를 가질 수 있다. 저주파 차단은 적어도 7 Hz 일 수 있다. 제2주파수 종속 필터는 주 전원 분배 주파수를 거부하도록 구성된 저주파 컷오프를 가질 수 있다. 제2주파수 종속 필터는 주 전원 분배 주파수에 중심을 둔 노치 필터를 포함할 수 있다. 주 전원 분배 주파수는 50Hz, 60Hz, 100Hz 이상, 200Hz 이상 또는 400Hz 이상일 수 있다.
상기 제2주파수-종속 필터는 각 증폭 스테이지 출력으로부터의 증폭된 신호의 진폭이 대응하는 상기 제1입/출력 단자에 연결된 상기 센싱 전극에 근접하여 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널에 인가된 압력에 의존하도록 구성된다.
각 증폭 스테이지는 하나의 분리 스테이지를 통해 하나의 제1입/출력 단자에 연결된다. 각 증폭 스테이지는 각 분리 스테이지를 통해 2개 이상의 제1입/출력 단자에 접속된다.
각 증폭 스테이지는 증폭된 신호를 제공하기 위한 가상 접지 증폭기를 포함할 수 있다. 각 증폭 스테이지는 증폭된 신호를 제공하는 적분 증폭기를 포함할 수 있다. 각 증폭 스테이지는 증폭된 신호를 제공하기 위해 전하 증폭기를 포함할 수 있다.
복수의 분리 스테이지 및 복수의 증폭 스테이지는 저항 네트워크에 의해 접속될 수 있다. 복수의 분리 스테이지 및 복수의 증폭 스테이지는 하나 이상의 멀티플렉서를 사용하여 접속될 수 있다.
상기 정전용량성 터치 제어기로부터 바이어스 신호를 수신하기 위한 공통 단자를 더 포함하고, 각 분리 스테이지는 추가적인 제1주파수-종속 필터, 및 직렬로 접속된 기준 저항 및 기준 캐패시턴스를 더 포함하며, 각 분리 스테이지는 상기 기준 저항 및 상기 기준 캐패시턴스를 통해 각각의 제2입/출력 단자를 공통 단자에 연결하도록 구성되며, 상기 추가적인 제1주파수-종속 필터는 상기 제2입/출력 단자와 상기 공통 단자 사이의 신호를 필터링 하고; 각 증폭 스테이지는 각 분리 스테이지(들)를 통해 하나 이상의 제1입/출력 단자에 연결된 제1증폭 스테이지 입력, 및 각 분리 스테이지(들)의 기준 저항 및 기준 캐패시턴스를 통해 상기 공통 단자에 접속된 제2증폭 스테이지 입력을 포함하는 차동 증폭 스테이지이고, 제2주파수-종속 필터를 포함하는 각 분리 스테이지에 의존하여, 각 분리 스테이지는 각 제2증폭 스테이지 입력 제1단자와 공통 단자 사이에서 신호를 필터링 하기 위한 추가적인 제2주파수-종속 필터를 더 포함한다.
따라서 캐패시턴스 측정은 증폭된 신호의 신호대 잡음비를 향상시키기 위해 압력 신호의 차동 증폭과 결합될 수 있다.
제1주파수 종속 필터는 캐패시턴스 일 수 있다.
각 증폭 스테이지는 제2주파수-종속 필터를 포함하고, 각 제2주파수 종속 필터는 피드백 네트워크 및 하나 이상의 연산 증폭기를 포함한다. 피드백 네트워크는 저항-캐패시턴스 네트워크 일 수 있다.
상기 장치는 제3단자를 더 포함할 수 있다. 상기 장치는 대응하는 증폭 스테이지 출력에 연결된 각 입력 및 상기 제3단자에 연결된 출력을 갖는 복수의 입력 및 출력을 갖는 압력 신호 처리 모듈을 더 포함한다. 상기 압력 신호 처리 모듈은 상기 증폭된 신호를 수신하고, 상기 증폭된 신호에 따라 압력 값을 계산하고, 압력 값을 포함하는 출력을 상기 제3단자에 제공하도록 구성된다.
상기 장치는 각 제3단자는 대응하는 증폭 스테이지 출력에 접속되는 복수의 제3단자를 더 포함한다.
상기 장치는 복수의 전극 모니터링 포트 및 공통 출력 포트를 갖는 정전용량성 터치 제어기를 더 포함하고, 각 전극 모니터링 포트는 대응하는 제2입/출력 단자에 접속되고, 상기 공통 출력 포트는 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 공통 전극에 바이어스 신호를 제공하는 것이다. 상기 정전용량성 터치 제어기는 각각의 신호 분리 스테이지를 통해 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 센싱 전극으로 및/또는 그로부터 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성되며, 상기 송신 및/또는 수신된 신호에 의존하여 캐패시턴스 값을 계산하고, 캐패시턴스 값을 포함하는 출력을 제공한다.
기구는 각각이 상기 장치의 대응하는 제3 단자에 접속된 복수의 입력 및 출력을 갖는 압력 신호 처리 모듈 및 상기 장치는 포함하여 제공된다. 상기 압력 신호 처리 모듈은 상기 증폭된 신호를 수신하고, 상기 증폭된 신호에 따라 압력 값을 계산하고, 압력 값을 포함하는 출력을 제공한다.
상기 압력 신호 처리 모듈은 상기 장치와 별도의 패키지에 수용되어 상기 장치에 연결된다.
기구는 상기 장치, 상기 압력 신호 처리 모듈 및 복수의 전극 모니터링 포트 및 공통 출력 포트를 갖는 정전 용량 터치 제어기를 포함하도록 제공된다. 각 전극 모니터링 포트는 상기 장치의 대응하는 제 2입/출력 단자에 접속되고, 상기 공통 출력 포트는 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 공통 전극에 바이어스 신호를 제공한다. 상기 정전용량성 터치 제어기는 각각의 신호 분리 스테이지를 통해 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 센싱 전극으로 및/또는 그로부터 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성되며, 상기 송신 및/또는 수신된 신호에 의존하여 캐패시턴스 값을 계산하고, 캐패시턴스 값을 포함하는 출력을 제공한다.
상기 정전용량성 터치 제어기는 상기 장치에 대한 별도의 패키지에 하우징 되고 상기 장치에 연결된다.
정전용량성 터치 제어기는 터치 패널의 센싱 전극의 자기 캐패시턴스를 결정하도록 구성될 수 있다. 정전용량성 터치 제어기는 터치 패널의 센싱 전극들의 쌍 사이의 상호 캐패시턴스를 결정하도록 구성될 수 있다. 정전용량성 터치 제어기는 각 센싱 전극의 자기-캐패시턴스를 순차적으로 측정할 수 있다. 정전용량성 터치 제어기는 센싱 전극의 자기 캐패시턴스를 동시에 측정할 수 있다. 정전용량성 터치 제어기는 센싱 전극의 각 쌍에 대한 상호 캐패시턴스를 순차적으로 측정할 수 있다. 각 전극 모니터링 포트는 하나의 제2입/출력 단자에 연결된다. 정전용량성 터치 제어기는 압전 재료층을 포함하지 않는 정전용량성 터치 패널 용 제어기 일 수 있다.
장치 또는 장치를 포함하는 기구를 포함하고 또한 터치 패널을 더 포함하는 터치 패널 시스템이 제공될 수 있다. 상기 터치 패널은 하나 이상의 층을 포함하는 층 구조-각 층이 두께 방향에 수직으로 연장되고, 상기 하나 이상의 층은 압전 재료층을 포함하고, 상기 층 구조는 제1 및 제2대향 면을 가지며, 상기 층은 각 층의 두께 방향이 제1 및 제2면에 수직이 되도록 제1면과 제2면 사이에 배치된다. 상기 터치 패널은 또한 상기 제1면 상에 배치되고, 대응하는 제1입/출력 단자에 각각 연결되는 복수의 제1센싱 전극을 더 포함할 수 있다. 상기 터치 패널은 또한 정전용량성 터치 제어기로부터 바이어스 신호를 수신하기 위해 상기 제2면 상에 배치된 공통 전극을 더 포함할 수 있다. 공통 단자를 포함하는 상기 장치 또는 상기 기구에 따라 상기 공통 전극이 상기 공통 단자에 접속된다. 정전용량성 터치 제어기를 포함하는 상기 장치 또는 상기 기구에 따라 상기 정전용량성 터치 제어기의 상기 공통 출력 포트는 상기 공통 전극에 연결된다.
층 구조는 압전 재료층과 층 구조의 제1면 사이에 적층된 하나 이상의 유전체층을 포함할 수 있다. 층 구조는 층 구조의 제2면과 압전 재료층 사이에 적층된 하나 이상의 유전체층을 포함할 수 있다.
공통 전극은 그리드 내에 배치된 도전 재료 영역 일 수 있다.
따라서, 공통 전극은 정전기 상호 작용을 스크리닝 하지 않고 센싱 전극과 사용자 사이에 위치할 수 있다.
복수의 제1전극은 어레이의 제1면 상에 배치된 복수의 도전 패드 일 수 있다.
상기 터치 패널은 상기 층 구조의 제1면 상에 놓이고 상기 층 구조가 상기 복수의 제2센싱 전극과 상기 공통 전극 사이에 있도록 배치된 복수의 제2센싱 전극을 더 포함한다. 각 제2센싱 전극은 대응하는 제1입/출력 단자에 연결된다. 각 제1입/출력 단자는 하나의 제1센싱 전극 또는 하나의 제2센싱 전극에 연결될 수 있다.
각 제1센싱 전극은 제1방향으로 연장되고, 상기 복수의 제1센싱 전극은 상기 제1방향에 수직으로 이격되어 배열되고, 각 제2센싱 전극은 제2방향으로 연장되고, 상기 복수의 제2센싱 전극은 상기 제2방향에 대해 수직으로 이격되어 배열되며, 상기 제1 및 제2방향은 서로 상이하다.
상기 터치 패널은 하나 이상의 유전체층을 포함하는 제2층 구조를 더 포함하며, 각 유전체층은 두께 방향에 수직으로 연장되고, 상기 제2층 구조는 제3 및 제4대향 면을 가지며, 상기 유전체층은 상기 유전체층의 두께 방향이 상기 제3 및 제4면에 수직이 되도록 상기 제3면과 제4면 사이에 배치되며, 복수의 제2센싱 전극은 상기 제2층 구조의 상기 제3면 상에 배치되고, 상기 제2층 구조의 제4면은 복수의 제1센싱 전극과 접촉한다.
상기 복수의 제2센싱 전극은 상기 층 구조의 상기 제1면 상에 배치되고, 각 제1센싱 전극은 연속적인 도전 영역을 포함하고, 각 제2센싱 전극은 점퍼에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 도전 영역을 포함하며, 각 점퍼는 제1센싱 전극들 중 하나의 부분을 형성하는 도전 영역에 걸쳐있다.
상기 터치 패널은 복수의 분리된 공통 전극을 포함할 수 있다. 상기 터치 패널은 상기 층 구조의 제2면 상에 배치된 복수의 제2센싱 전극을 더 포함할 수 있다. 각 제2센싱 전극은 각각의 제1입/출력 단자에 연결될 수 있다. 각 제1센싱 전극은 제1방향으로 연장될 수 있고, 복수의 제1센싱 전극은 제1방향에 수직하게 이격되어 배열될 수 있다. 각 분리된 공통 전극은 제2방향으로 연장될 수 있고, 복수의 분리된 공통 전극은 제2방향에 수직으로 이격되어 배열될 수 있다. 각 제2센싱 전극은 제2방향으로 연장될 수 있고, 복수의 제2센싱 전극은 제2방향에 수직으로 이격되어 배열될 수 있다. 제2센싱 전극은 상기 복수의 분리된 공통 전극과 평행하게 배치되고 상기 복수의 분리된 공통 전극과 상호 배치될 수 있다. 제1 및 제2방향은 다를 수 있다. 제1 및 제2방향은 실질적으로 수직 일 수 있다. 제1 및 제2방향은 30 ° 이상 90 ° 미만의 각도로 만날 수 있다.
정전용량성 터치 제어기는 터치 패널의 제1 또는 제2센싱 전극의 자기 캐패시턴스를 결정하도록 구성될 수 있다. 정전용량성 터치 제어기는 터치 패널의 제1 및 제2센싱 전극 쌍 사이의 상호 캐패시턴스를 결정하도록 구성될 수 있다. 정전용량성 터치 제어기는 제1 및 제2센싱 전극의 자기 캐패시턴스를 순차적으로 측정할 수 있다. 정전용량성 터치는 제1 및 제2센싱 전극의 자기 캐패시턴스를 동시에 측정할 수 있다. 용량 성 터치 제어기는 제1 및 제2센싱 전극들의 각각의 쌍에 대한 상호 캐패시턴스를 순차적으로 측정할 수 있다. 각 전극 모니터링 포트는 하나의 제2입/출력 단자에 연결된다. 정전용량성 터치 제어기는 압전 재료층을 포함하지 않는 정전용량성 터치 패널에 사용하기에 적합한 제어기 일 수 있다.
본 발명의 제2측면에 따르면, 장치, 기구 또는 터치 패널 시스템을 포함하는 휴대용 전자 장치가 제공된다.
본 발명의 제3측면에 따르면, 장치, 기구 또는 터치 패널 시스템 및 압력 값 및/또는 캐패시턴스 값을 수신하도록 구성된 신호 처리기를 포함하는 휴대용 전자 장치가 제공된다. 신호 처리기는 상기 압력 값 및/또는 상기 캐패시턴스 값의 신호대 잡음비를 향상시키기 위해 상관된 이중 샘플링 방법을 사용하도록 구성된다.
상기 신호 처리기는 상기 압력 값 및/또는 상기 캐패시턴스 값을 이미지 데이터로서 취급하도록 구성된다. 각 압력 값 및/또는 각 캐패시턴스 값은 이미지 데이터의 하나의 픽셀 값에 대응할 수 있다. 신호 처리기는 압력 값을 압력 값 이미지로서 처리하고 캐패시턴스 값을 캐패시턴스 값 이미지로서 처리하도록 구성될 수 있다.
터치 패널은 디스플레이 스크린 상에 놓일 수 있다. 터치 패널은 디스플레이 스크린에 통합될 수 있다.
본 발명의 제4측면에 따르면, 복수의 센싱 전극과 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하는 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 센싱 전극과 정전용량성 터치 제어기 사이의 신호를 제1주파수-종속 필터를 사용하여 송신 및 필터링 하는 단계를 포함하는 방법이 제공된다. 상기 방법은 또한 제2주파수-종속 필터를 사용하여 필터링 된 신호를 생성하기 위해, 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 상기 센싱 전극과 증폭 스테이지 입력 사이의 신호를 필터링 하는 단계를 포함한다. 상기 방법은 또한 상기 필터링 된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 생성하는 단계를 포함한다. 각 제1주파수-종속 필터는 정전용량성 터치 제어기로부터의 신호를 통과시키도록 구성되고, 각 제2주파수-종속 필터는 정전용량성 터치 제어기로부터의 신호를 감쇠하도록 구성된다.
본 발명의 특정 실시 예들은 이제 첨부 도면들을 참조하여 예로서 기술 될 것이다.
도 1은 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 장치 및 터치 센서를 도시한다.
도 2는 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제2장치 및 제2터치 센서를 도시한다.
도 3은 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 장치 및 터치 패널을 포함하는 전자 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 4는 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제1터치 패널의 단순화된 단면을 도시한다.
도 5는 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제1터치 패널 시스템을 도시한다.
도 6은 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제2터치 패널에 대한 센싱 전극의 레이아웃을 도시한다.
도 7은 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제3 터치 패널에 대한 센싱 전극의 레이아웃을 도시한다.
도 8은 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 터치 패널에 대한 패턴닝 된 공통 전극의 레이아웃을 도시한다.
도 9는 터치 패널에 대한 사용자 상호작용의 위치 및/또는 압력을 추정하기 위해 보간법을 사용하는 것을 설명한다.
도 10은 차동 증폭을 이용하는 제1터치 패널 시스템의 구현을 도시한다.
도 11은 도 10에 도시된 차동 신호 분리 단계를 구현하기 위한 회로의 예를 도시한다.
도 12는 도 10에 도시된 차동 증폭 스테이지를 구현하기 위한 회로의 예를 도시한다.
도 13a 내지 도 13f는 사용자 상호작용이 일어나지 않을 때 센싱 전극의 자기-캐패시턴스를 측정하는 것을 도시한다.
도 14a 내지 도 14i는 사용자 상호작용에 의해 인가된 압력을 측정하는 것과 결합된 센싱 전극의 자기-캐패시턴스 측정을 도시한다.
도 15는 제1터치 패널 시스템을 사용하여 한 쌍의 센싱 전극 사이의 상호 캐패시턴스 측정을 구현하는 것을 도시한다.
도 16a 내지 도 16f는 사용자 상호작용이 발생하지 않을 때 한 쌍의 센싱 전극 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하는 것을 도시한다.
도 17a 내지 도 17f는 센싱 전극에 근접한 광 사용자 상호작용이 있을 때 한 쌍의 센싱 전극들 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하는 것을 도시한다.
도 18a 내지 도 18f는 센싱 전극에 근접한 사용자 상호작용에 의해 인가된 압력을 측정하는 것과 결합된 한 쌍의 센싱 전극 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하는 것을 예시한다.
도 19는 동수의 분리 및 증폭 단계를 사용하여 도 5에 도시된 제1터치 패널 시스템을 구현하는 것을 도시한다.
도 20은 동일하지 않은 수의 분리 및 증폭 단계를 사용하여 도 5에 도시된 제1터치 패널 시스템을 구현하는 것을 도시한다.
도 21은 단일 입력 증폭을 이용하는 제1터치 패널 시스템의 구현을 도시한다.
도 22는 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제4터치 패널의 단순화된 단면을 도시한다.
도 23은 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제2터치 패널 시스템을 도시한다.
도 24 내지 도 31은 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 터치 패널을 제공하기 위한 제1 내지 제8디스플레이 스택-업의 단순화된 단면들을 도시한다.
도 32 내지 도 39는 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 터치 패널을 제공하기 위한 제1 내지 제8임베디드 스택-업의 단순화된 단면들을 도시한다.
도 40은 결합된 정전용량성 및 압력 감지용 제5터치 패널에 대한 전극 배열의 평면도이다.
도 41은 도 40에 도시된 터치 패널의 단면도이다.
이하의 설명에서, 동일한 부분에는 동일한 참조 부호가 사용된다.
결합된 자기- 캐패시턴스 및 압력 측정
도 1은 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정을 위한 장치(1) 및 터치 센서(4)를 도시한다.
도 1을 참조하면, 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정을 위한 장치(1)는 신호 분리 스테이지(2) 및 증폭 스테이지(3)을 포함한다. 장치(1)는 터치 센서(4), 정전용량성 터치 제어기(5) 및 압력 신호 처리 모듈(6)에 연결된다. 장치(1)는 한 쌍의 전극을 사용하여 터치 센서(4)로부터 캐패시턴스 및 압력 측정을 동시에 형성시킨다.
제1 터치 센서(4)는 제1면(8) 및 제2 대향 면(9), 제1센싱 전극(10) 및 공통 전극(11)을 가지는 층 구조(7)를 포함한다. 층 구조(7)는 적어도 하나의 압전 재료층(12)을 포함하는 하나 이상의 층을 포함한다. 층 구조(7)에 포함되는 각 층은 통상적으로 평면이고 두께 방향(z)에 수직인 제1 및 제2 방향(x, y)으로 연장한다. 층 구조(7)의 하나 이상의 층은 층 구조(7)의 각 층의 두께 방향(z)이 제1 및 제2면(8, 9)에 수직이 되도록 제1면(8)과 제2면(9) 사이에 배열된다. 제1센싱 전극(10)은 층 구조(7)의 제1면(8) 상에 배치되고 공통 전극(11)은 층 구조(7)의 제2면(9) 상에 배치된다.
바람직하게는, 상기 압전 재료는 폴리비닐리덴플루오라이드(polyvinylidene fluoride: PVDF)와 같은 압전 폴리머이다. 그러나 상기 압전 재료는 납 지르코네이트 티타네이트(PZT)와 같은 압전 세라믹의 층일 수 있다. 바람직하게는, 제1 및 제2전극은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)이다. 그러나, 제1 및 제2전극(10, 11)은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티펜(polythiphene), 폴리피롤(polypyrrole) 또는 폴리(3,4- 에틸렌디옥시티오펜)(3,4-ethylenedioxythiophene) 폴리스티렌 술포네이트(polystyrene sulfonate: PEDOT/PSS)와 같은 전도성 중합체 일 수 있다. 제1 및 제2 전극(10, 11)은 알루미늄, 구리, 은 또는 박막으로서 증착 및 패터닝에 적합한 다른 금속과 같은 금속막일 수 있다. 상기 제1 및 제2전극은 금속 메쉬(metal mesh); 나노와이어(nanowires), 선택적으로 은 나노와이어(silver nanowires); 그래 핀(graphene); 및 탄소 나노튜브(carbon nanotubes)로 형성될 수 있다.
상기 장치(1)는 터치 센서(4)에 접속하기 위한 제1입/출력 단자(13)와 정전용량성 터치 제어기(5)에 접속하기 위한 제2입/출력 단자(14)를 포함한다. 신호 분리 스테이지(2)는 제1캐패시턴스 신호 필터(15)를 포함한다. 신호 분리 스테이지(2)는 제1캐패시턴스 신호 필터(15)를 통해 제1입/출력 단자(13)와 제2입/출력 단자(14)를 접속한다. 캐패시턴스 신호 필터(15)는 제2입/출력 단자(14)와 제1 입/출력 단자(13) 사이의 신호를 걸러 낸다. 또한, 신호 분리 스테이지(2)은 증폭 스테이지(3)을 제1입/출력 단자(13)에 접속한다. 제1입/출력 단자(13)와 증폭 스테이지(3) 사이의 신호는 캐패시턴스 신호 필터(15)에 의해 필터링 되지 않는다.
증폭 스테이지(3)는 신호 분리 스테이지(2)를 통해 제1입/출력 단자(13)에 접속된다. 증폭 스테이지(3)는 제2압력 신호 필터(16) 및 증폭기(17)를 포함한다. 압력 신호 필터(16)는 터치 센서 신호(18)를 수신하고 그것을 필터링 하여 압력 신호(19)를 생성한다. 증폭기(17)는 압력 신호(19)를 수신하고 이를 증폭하여 증폭된 신호(20)를 출력한다. 증폭기(17)는 추가적인 주파수 종속 필터링을 제공할 수 있다. 증폭기(17)가 차동 증폭기 일 때, 증폭기(17)는 추가 입력을 수신할 수 있다(도 10). 증폭기(17)는 바람직하게는 예를 들어 전하 증폭기와 같은 가상 접지 증폭기이다.
선택적으로, 압력 신호 필터(16)는 예를 들어 연산 증폭기 및 저항 - 캐패시턴스 피드백 네트워크와 같은 증폭기(17)와 단일 유닛으로서 집적될 수 있다. 이러한 경우, 증폭기(17)는 터치 센서 신호(18)를 직접 수신하고 증폭된 신호(20)는 터치 센서 신호(18)에 기초한다.
선택적으로, 압력 신호 필터(16)는 증폭 스테이지(3) 대신에 신호 분리 스테이지(2)에 포함될 수 있다. 압력 신호 필터(16)가 신호 분리 스테이지(2)에 포함되는 경우, 압력 신호 필터(16)는 제1입/출력 단자(13)와 증폭 스테이지(3) 사이의 신호를 필터링 한다. 제1 및 제2입/출력 단자(13, 14) 사이의 신호는 압력 신호 필터(16)에 의해 필터링 되지 않는다.
압력 신호 필터(16) 및/또는 증폭기(17)는 압전 재료층(12)의 초전도 응답을 거부하도록 구성된 저주파 컷오프를 가질 수 있다. 저주파 컷오프는 1Hz와 7Hz 사이의 값을 취할 수 있다. 압력 신호 필터(16) 및/또는 증폭기(17)는 주 전원 분배 주파수, 예컨대 50Hz 또는 60Hz를 거부하도록 구성된 노치 필터를 포함할 수 있다. 선택적으로, 주 전원 노치 필터는 압력 신호 필터(16) 및/또는 증폭기(17)의 전후에 배치된 별도의 필터 스테이지(도시되지 않음) 일 수 있다.
정전용량성 터치 제어기(5)는 일반적으로 전극의 자기-캐패시턴스를 측정할 수 있는 종래의 정전용량성 터치 제어기이다. 예를 들어, 정전용량성 터치 제어기는 Atmel(RTM) MXT224 터치 제어기와 같은 상용 터치 제어기일 수 있다. 정전용량성 터치 제어기(5)는 신호 분리 스테이지(2)를 통해 센싱 전극(10)을 구동시키는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 출력한다. 캐패시턴스 신호 필터(15)는 정전용량성 터치 제어기(5)에 의해 생성된 캐패시턴스 측정 신호(21)를 감쇠없이 또는 최소한의 감쇠로 통과시키는 주파수 응답을 갖는다. 캐패시턴스 터치 제어기(5)는 또한 터치 센서(4)의 공통 전극(11)에 접속되어 공통 전극(11)에 바이어스 신호(22)를 출력한다. 센싱 전극(10)의 자기-캐패시턴스의 측정 동안, 바이어스 신호(22)는 센싱 전극(10)과 공통 전극(11) 사이의 상호 캐패시턴스의 영향을 제거하기 위해 캐패시턴스 측정 신호(21)와 실질적으로 동일하다. 센싱 전극(10)의 자기-캐패시턴스, 즉 센싱 전극(10)과 접지 사이의 캐패시턴스는 내부 전하 증폭기(도시되지 않음)를 사용하여 정전용량성 터치 제어기(5)에 의해 결정된다. 이러한 방식으로, 캐패시턴스 터치 제어기(5)는 캐패시턴스 측정 신호(21)에 따라 캐패시턴스 값을 계산하고, 캐패시턴스 값(23)을 포함하는 출력을 제공한다.
센싱 전극(10)의 자기-캐패시턴스 및 캐패시턴스 측정 신호(21) 및 바이어스 신호(22)의 특정 파형을 측정하기 위한 특정 방법은 사용된 특정 정전용량성 터치 제어기(5)에 의존한다. 그러나, 임의의 정전용량성 터치 제어기(5)는 특정 정전용량성 터치 제어기(5)에 의해 생성된 캐패시턴스 측정 신호(21)를 통과하도록 캐패시턴스 신호 필터(15)의 대역폭을 조정함으로써 상기 장치(1)와 함께 사용될 수 있다.
터치 센서 신호(18)는 터치 센서(4)와의 사용자 상호작용 또는 압전 재료층(12)으로부터 압전 응답을 생성하는 터치 센서(4) 위에 있는 재료의 층에 응답하여 캐패시턴스 측정 신호(21)와 다를 수 있다. 사용자 상호작용은 터치 센서(4), 터치 패널(36)(도 5) 또는 이들 중 어느 하나 위에 놓인 물질층, 예를 들어, 커버 렌즈(46)(도 24)를 포함한다. 사용자 상호작용은 사용자의 자판 또는 스타일러스(전도성 여부와 관계 없음)를 포함할 수 있다. 터치 상호작용은 직접적인 물리적 접촉없이 또는 상당한 압력을 가하지 않고 터치 센서(4) 또는 터치 패널(36)(도 5)에 근접한 사용자의 자판 또는 도전 스타일러스를 포함할 수 있다. 압력 상호작용은 압전 재료층(12)의 변형 및 압전 응답의 생성을 야기하기에 충분한 힘으로 사용자가 터치 센서(4) 또는 터치 패널(36)(도 5)을 가압하는 것을 수반한다.
압전 재료층(12)은 압전 재료층(12)이 충분한 힘을 가하는 사용자 상호작용에 의해 야기된 변형에 응답하여 분극( P )으로 편광되도록 폴링된다. 압전 재료층의 분극( P )은 공통 전극(11)과 센싱 전극(들)(10) 사이에 대응하는 전하(Qpiezo(t))를 발생시킨다. 공통 전극(11)과 센싱 전극(들)(10) 사이에서 발생된 전하(Qpiezo(t))가 사용자 상호작용에 근접한 위치에서 검출 가능한 응답을 생성하기에 충분하도록 압전 재료층(12)이 배열되고 분극 되어야 한다. 분극( P )을 발생시키는 변형은 압축 또는 장력에 기인 할 수 있다. 분극( P )을 발생시키는 변형은 압전 재료층(12)의 면내 연신 일 수 있다. 압전 물질층(12)과 전극들(10, 11) 사이의 긴밀한 접촉은 요구되지 않는다. 일반적으로,(보다 강력한 사용자 상호작용에 의해 야기 된) 압전 물질층(12)의 더 큰 변형은 더 큰 분극( P ) 및 그에 대응하여 전극들(10, 11) 사이에서 생성된 전하 차이(
Figure 112018060979600-pct00001
Qpiezo)의 더 큰 크기를 초래할 것이다.
이러한 방식으로, 터치 센서 신호(18)는 캐패시턴스 측정 신호(21) 및 전하 Qpiezo(t)와 연관된 전류인 압전 응답(Ipiezo(t))의 대략 중첩이다. 압전 응답(Ipiezo(t))는 사용자 상호작용에 응답하여 생성된 전하(Qpiezo(t))를 결정하기 위해 적분되고 증폭될 수 있다. 캐패시턴스 신호 필터(15)는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 통과시키므로, 정전용량성 터치 제어기(5)는 터치 센서 (4)와 통신할 수 있고, 장치(1)로부터의 간섭이 없거나 또는 압전 물질층(12)의 압전 응답(Ipiezo(t))에 의해 센싱 전극(10)의 자기-캐패시턴스를 측정할 수 있다. 이러한 방식으로, 종래의 투사형 캐패시턴스 터치 패널과 함께 사용하기에 적합한 정전용량성 터치 제어기(5)가 장치(1)와 함께 사용될 수 있다. 압력 신호 필터(16)는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 거부하거나 적어도 감쇄하도록 되어 있다. 이러한 방식으로, 증폭된 신호(20)는 압전 물질층(12)을 변형시킴으로써 생성된 압전 응답(Ipiezo(t))에 기초할 수 있다.
사용자 상호작용에 대한 압전 응답(Ipiezo(t))의 주파수 대역폭이 전형적으로 캐패시턴스 측정 신호(21)의 주파수 대역폭보다 상당히 낮을 수 있는 주파수 대역폭에 걸쳐 있기 때문에 캐패시턴스 측정 신호(21)와 압력 신호(19)의 분리가 가능하다. 캐패시턴스 측정 신호(21)는 전형적으로 10kHz 이상, 20kHz 이상, 50kHz 이상, 100kHz 이상 또는 최대 500kHz의 기본 주파수 f d 를 갖도록 선택될 수 있다. 캐패시턴스 측정 신호(21)는 예를 들어, 단계적, 정사각형 또는 삼각형 파형과 같은 다수의 주파수 성분을 포함할 수 있거나, 좁은 주파수 대역 또는 정현파 신호와 같은 단일 주파수 신호로 제공될 수 있다.
대조적으로, 압전 응답(Ipiezo(t))는 전형적으로 수 Hz에서 수백 또는 수천 Hz의 범위에 걸친 광대역 주파수 콘텐츠를 포함한다. 예를 들어, 압전 응답(Ipiezo(t))은 1Hz 와 1kHz 사이의 주파수 성분을 포함할 수 있다. 이것은 압전 응답(Ipiezo(t))이 인간 사용자에 의한 사용자 상호작용으로부터 발생하고, 부분적으로 압전 응답(Ipiezo(t))의 시간 상수가 뒤에서 설명되는 바와 같이 영향을 받을 수 있기 때문이다.
이러한 방식으로, 캐패시턴스 신호 필터(15)는 상대적으로 높은 주파수 콘텐츠를 갖는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 통과시키고, 압력 신호 필터(16)는 압력 신호(19)가 실질적으로 비교적 낮은 주파수의 압전 응답(Ipiezo(t))에 기초하도록 적응 될 수 있다. 예를 들어, 캐패시턴스 신호 필터(15)는 하이 패스 필터 일 수 있고 압력 신호 필터(16)는 로우 패스 필터 일 수 있다. 이러한 방식으로, 증폭된 신호(20)의 진폭은 사용자 상호작용에 의해 압전 물질층(12)에 인가된 압력에 의존한다. 압력 신호 처리 모듈(6)은 증폭된 신호(20)를 수신하고, 압력 값(24)을 결정하고, 출력으로서 압력 값(24)을 제공한다. 압력 신호 처리 모듈(6)은, 예를 들어, 사전-교정 경험적 관계를 이용하여, 또는 사전-교정된 룩업 테이블의 보간법(interpolation)에 의해 주어진 증폭 신호(20)에 대응하는 압력 값(24)을 결정할 수 있다.
압력 신호 처리 모듈(6)은 별도의 모듈일 필요는 없으며, 선택적으로 장치(1)에 통합될 수도 있다.
실제로, 압력 신호(19)는 압전 응답(Ipiezo(t))와 동일하지 않으며, 캐패시턴스 측정 신호(21)의 감쇠된 고주파 성분을 포함할 수 있다. 이러한 감쇠된 고주파 성분은 예를 들어 압력 신호 처리 모듈(6) 또는 전자 장치(35)(도 3)의 프로세서(37)(도 3)에서 증폭된 신호(20)의 후속 디지털 신호 처리에 의해 보상/제거될 수 있다.
이러한 방식으로, 별도의 압력 및 캐패시턴스 전극을 필요로 하지 않고 터치 센서(4)를 사용하여 압력 및 캐패시턴스 측정이 수행될 수 있다. 압력 및 캐패시턴스 정보를 모두 포함하는 단일 신호(18)가 터치 센서(4)로부터 추출된다. 또한, 장치(1)는 기존 투사형 캐패시턴스 터치 패널 및 정전용량성 터치 제어기(5)와 쉽게 통합될 수 있는 방식으로 압력 및 캐패시턴스 신호(19, 21)의 분리 및 증폭을 허용한다.
캐패시턴스 및 압력 신호 필터들(15, 16)은 각각 고역 통과 필터 및 저역 통과 필터 일 필요는 없다. 대신에, 캐패시턴스 신호 필터(15)는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 커버하는 통과 대역을 갖는 대역 통과 필터 일 수 있고, 압력 신호 필터(16)는 기본 주파수 f d 이하의 컷오프 주파수를 갖는 저역 통과 필터 일 수 있다. 또는, 캐패시턴스 신호 필터(15)는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 커버하는 통과 대역을 갖는 대역 통과 필터 일 수 있고, 압력 신호 필터(16)는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 커버하는 정지 대역을 갖는 대역 저지 필터 일 수 있다. 대역 통과 필터 또는 대역 저지 필터는 캐패시턴스 측정 신호(21)가 좁은 주파수 대역폭을 갖는 경우 노치 필터 일 수 있거나, 캐패시턴스 측정 신호(21)의 전력이 우세하게 기본 주파수 f d 및 그 고조파인 경우 콤 필터 일 수 있다. 필터들(15, 16)은 수동적이거나 능동적 일 수 있으며, 예를 들어 캐패시턴스 신호 필터(15)는 단순히 캐패시턴스 일 수 있거나 또는 압력 신호 필터(16)는 증폭기(17)를 제공하는 연산 증폭기의 저항 캐패시턴스 피드백 네트워크에 의해 제공될 수 있다. 또는, 보다 복잡한 수동 필터, 예를 들어 버터 워스(Butterworth) 필터, 체비 셰프(Chebyshev) 필터, 가우시안(Gaussian) 필터 및 베셀(Bessel) 필터 일 수 있다.
터치 센서(4)의 층 구조(7)는 제1 및 제2 대향 면(8, 9)이 압전 재료층(12)의 면이 되도록 압전 재료층(12)만을 포함할 수 있다. 또한, 층 구조(7)는 압전 재료층(12)과 층 구조(7)의 제1면(8) 사이에 적층된 하나 이상의 유전체층을 포함할 수 있다. 층 구조(7)는 층 구조(7)의 제2면(9)과 압전 재료층(12) 사이에 적층된 하나 이상의 유전체 층을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 하나 이상의 유전체층(들)은 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate: PET)와 같은 중합체 유전체 또는 감압성 접착제(pressure sensitive adhesive: PSA) 재료의 층을 포함한다. 그러나, 하나 이상의 유전체층(들)은 알루미늄 산화물(aluminium oxide)과 같은 세라믹 절연 물질의 층들을 포함할 수 있다.
도 1에서, 제1및 제2면(8, 9) 및 층 구조(7)의 층은 x 및 y로 표시된 직교 축을 따라 연장되어 도시되어 있고, 층 구조(7)의 각 층의 두께 방향은 x 및 y 축에 직교하고 z로 표시된다. 그러나, 제1, 제2 및 두께 방향(x, y, z)은 도시 된 바와 같이 우회 직교 세트를 형성할 필요는 없다. 예를 들어, 제1 및 제2방향(x, y)은 30도 또는 45도의 각도 또는 0도보다 크고 90도보다 작은 임의의 다른 각도로 교차할 수 있다.
상기 장치(1)는 예를 들어 신호 분리 스테이지(2) 및 터치 패널에 포함된 각 터치 센서(4)의 센싱 전극(10)에 대응하는 제1 및 제2입/출력 단자들(13, 14)(도 5)을 제공함으로써 다중 터치 센서(4) 요소를 포함하는 터치 패널(36)(도 5)과 함께 작동하도록 구성될 수 있다. 다중 터치 센서(4)에 적용되는 경우, 상기 장치(1)는 정전용량성 터치 제어기(5)가 각각의 센싱 전극(10)의 캐패시턴스를 개별적으로 측정할 수 있도록 각 터치 센서(4)(즉, 각각의 센싱 전극 10))에 대한 신호 분리 스테이지(2)를 포함한다. 상기 장치는 각 신호 분리 스테이지(2)에 대응하는 별도의 증폭 스테이지(3)을 포함 할 수 있다.
또는, 증폭 스테이지(3)의 수는 신호 분리 스테이지(2)의 수보다 적을 수 있다. 예를 들어, 압력 값(24)의 해결이 캐패시턴스 값(23)의 해결과 동일할 필요가 없는 터치 패널의 경우, 각각의 증폭 스테이지(3)는 2개 이상의 신호 분리 스테이지(2)(도 20)에 연결될 수 있다. 2개 이상의 신호 분리 스테이지(2)가 증폭 스테이지(3)에 병렬로 간단히 접속될 수 있지만, 대응하는 2 이상의 센싱 전극(10)을 구동하는 캐패시턴스 측정 신호(21) 사이의 혼선을 최소화하기 위해 다중 신호 분리 스테이지(2)는 바람직하게는 저항 네트워크(27)를 통해 단일 증폭 스테이지(3)에 접속된다(도 2, 도 5, 도 22).
결합된 자기- 캐패시턴스 , 상호 캐패시턴스 및 압력 측정
도 2는 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정을 위한 제2장치(25) 및 제2터치 센서(26)를 도시한다.
또한, 도 2를 참조하면, 결합된 압력 및 캐패시턴스 측정을 위한 제2장치(25)는 2개의 신호 분리 스테이지(2), 2개의 제1입/출력 단자(13) 및 2개의 제2입/출력 단자(14) 및 저항 네트워크(27)를 포함하는 것을 제외하고는 상기 장치(1)와 동일하다. 단일 증폭 스테이지(3)은 저항 네트워크(27)를 통해 신호 분리 회로(2) 모두에 연결된다.
제2터치 센서(26)는 제2접촉 센서(26)가 제3면(29) 및 제4대향 면(30)을 갖는 제2층 구조(28) 및 제2센싱 전극(31)을 포함한다는 점을 제외하면 제1터치 센서(4)와 유사하다. 제2층 구조(28)는 하나 이상의 유전체층(32)을 포함한다. 각 유전체층(32)은 일반적으로 평면이고 두께 방향(z)에 수직인 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장된다. 제2층 구조(28)의 하나 이상의 유전체층(32)은, 제2층 구조(28)의 각 유전체층(32)의 두께 방향(z)이 제3 및 제4면들(29, 30)에 수직이 되도록, 제3면(29)과 제4면(29) 사이에 배치된다. 제2센싱 전극(31)은 제2층 구조(28)의 제3면(29) 상에 배치되고, 제2층 구조(28)의 제4면(30)은 제1센싱 전극(10)과 접촉한다.
바람직하게는, 유전체층(들)(32)은 PET와 같은 중합체 유전 물질 또는 PSA 물질의 층의 층을 포함한다. 그러나, 유전체층(들)(32)은 알루미늄 산화물과 같은 세라믹 절연 물질(ceramic insulating material)의 층들을 포함할 수 있다. 바람직하게는, 제2센싱 전극(31)은 인듐 주석 산화물(ITO) 또는 인듐 아연 산화물(IZO)로 이루어진다. 그러나, 제2센싱 전극(31)은 폴리아닐린(polyaniline), 폴리티펜(polythiphene), 폴리피롤(polypyrrole) 또는 폴리(3,4- 에틸렌디옥시티오펜)(3,4-ethylenedioxythiophene) 폴리스티렌 술포네이트(polystyrene sulfonate: PEDOT/PSS)와 같은 도전 중합체 일 수 있다. 제2센싱 전극(31)은 알루미늄, 구리, 은 또는 박막으로 증착 및 패터닝에 적합한 다른 금속과 같은 금속 메쉬 박막일 수 있다.
제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 각각의 신호 분리 스테이지(2)를 통해 정전용량성 터치 제어기(5)의 해당 포트에 연결된다. 제1센싱 전극(10)이 압전 물질층(12)과 제2센싱 전극(31) 사이의 전자기적 상호작용을 완전히 차단하지 않는다면, 공통 전극(11)과 제2센싱 전극(31) 사이에 압전 응답(Ipiezo(t))이 발생될 수 있다.
이러한 방식으로, 정전용량성 터치 제어기(5)는 제1 및 제2센싱 전극들(10, 31)의 자기-캐패시턴스를 개별적으로 측정할 수 있고, 동시에 제2터치 센서(26)로부터 압력 값(24)을 측정할 수 있다. 또는 정전용량성 터치 제어기(5)는, 예를 들어 캐패시턴스 구동 신호(33)의 형태로 캐패시턴스 측정 신호(21)를 사용하여 제1센싱 전극(10)을 구동시킴으로써, 그리고 제2센싱 전극(31)에서 유도된 캐패시턴스 감지 신호(34)의 형태로 대응하는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 수신하거나, 그 반대로 수신함으로써, 제1 및 제2센싱 전극들(10, 31) 사이의 상호 캐패시턴스를 측정할 수 있다. 각 신호 분리 스테이지(2)의 캐패시턴스 신호 필터(15)는 캐패시턴스 측정 신호(21)를 캐패시턴스 구동/감지 신호(33, 34)의 형태로 통과시키도록 되어 있다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 사이의 상호 캐패시턴스의 측정은 자기-캐패시턴스 측정과 비교하여 전자기 간섭에 대해 보다 견고할 수 있다. 상호 캐패시턴스 측정을 위해, 바이어스 신호(22)는 고정된 DC 전압 또는 접지(0V) 일 수 있다.
제1 및 제2 센싱 전극(10, 31)은 단일 증폭 스테이지(3)을 공유할 필요가 없고, 각각의 신호 분리 스테이지(2)는 상기 제1장치(1)와 동일한 방식으로 대응하는 증폭 스테이지(3)에 각각 연결될 수 있다.
상기 제2장치(25)는 다수의 제2터치 센서(26)를 포함하는 터치 패널과의 사용에 용이하게 적용될 수 있다. 터치 패널(36)(도 5)에서 동일하게 확장된 제1 및 제2센싱 전극들(10, 31)을 사용하는 대신에, 제1센싱 전극(10)은 제1방향(x)으로 확장될 수 있고, 제2센싱 전극(31)은 제2방향(y)으로 확장되어 각각의 교차점이 제2터치 센서(26)를 제공하는 그리드를 형성할 수 있다. 이러한 구성에서, 2개 이상의 제1센싱 전극(10)에 대응하는 분리 스테이지(2)는 단일 증폭 스테이지(3)에 연결될 수 있고, 혹은 2개 이상의 제2센싱 전극(31)에 대응하는 분리 스테이지(2)는 단일 증폭 스테이지(3)에 연결될 수 있다. 그러나, 일반적으로, 모든 제1 및 제2센싱 전극들(10, 31)이 단일 증폭 스테이지(3)에 연결되어 터치 패널(36)(도 5)에 대한 단일의 전체 압력 값(24)을 제공하는 경우를 제외하고는, 제1 및 제2센싱 전극들(10, 31)의 혼합물에 해당하는 분리 스테이지(2)는 동일한 증폭 스테이지(3)에 연결되어서는 안 된다.
제2층 구조(28)는 제3 및 제4대향 면들(29, 30)이 단일 유전체층(32)의 면이 되도록 단일 유전체층(32)을 포함할 수 있다. 또는, 제2층 구조(28)는 사용될 필요가 없고, 제2센싱 전극(31)은 제1센싱 전극(10)과 함께 제1면(8) 상에 배치될 수 있다(도 7). 도 2에서, 제2층 구조(28)의 제3 및 제4면(29, 30) 및 유전체층(32)은 x 및 y로 표시된 직교 축을 따라 연장되어 도시되어 있고, 제2층 구조(28)의 각 유전체층(32)의 두께 방향은 상기 x 및 y 축에 직교하는 z로 표시된 축과 정렬된다. 그러나, 제1, 제2 및 두께 방향(x, y, z)은 도시된 바와 같이 우회 직교 세트를 형성할 필요는 없다.
압력 신호 처리 모듈(6)은 별도의 모듈 일 필요는 없고, 상기 장치(25)에 통합 될 수도 있다.
전자 기기
도 3은 결합된 압력 및 캐패시턴스 측정용 장치(1, 25)와 하나 이상의 터치 센서(4, 26)를 포함하는 터치 패널(36)을 포함하는 전자 장치의 개략적인 블록도를 도시한다.
도 3을 참조하면, 전자 장치(35)는 터치 패널(36), 정전용량성 터치 제어기(5), 압력 신호 처리 모듈(6) 및 결합된 정전용량성 및 압력 측정용 장치(1, 25)를 포함할 수 있다.
전자 장치(35)는 예를 들어 데스크톱 컴퓨터(desktop computer), ATM(automated teller machine), 자동판매기(vending machine), POS 기기(point of sale device) 또는 공공 접속 정보 단말기(public access information terminal)와 같은 비교적 비 휴대 전자 기기일 수 있다. 또는, 전자 장치(35)는 랩톱, 노트북 또는 태블릿 컴퓨터, 이동 전화, 스마트 폰, 개인 정보 단말기 또는 음악 재생 장치와 같은 휴대용 전자 장치 일 수 있다. 전술한 목록은 전부가 아니다. 전자 장치(35)는 하나 이상의 터치 센서(4, 26)를 포함하는 터치 패널(36)을 포함한다. 터치 패널(36)은 예를 들어 제1 또는 제2장치(1, 25)와 같은 결합된 압력 및 캐패시턴스 측정용 장치에 결합된다.
전자 장치(35)는 프로그램을 실행하고 정보를 처리하는 프로세서(37)를 포함할 수 있다. 전자 장치(35)는 프로그램 및 정보를 일시적으로 저장하기 위한 휘발성 랜덤 액세스 메모리와 같은 메모리(38) 및/또는 비 휘발성 랜덤 액세스 메모리(NVRAM) 또는 장기간의 프로그램 및 정보 저장을 위하여 하드 디스크 드라이브 (HDD)와 같은 저장 장치(39)를 포함할 수 있다. 전자 장치(35)는 유선 또는 무선 통신 네트워크(도시되지 않음)로부터 정보를 송신 및/또는 수신하기 위한 네트워크 인터페이스(40)를 포함할 수 있다. 전자 장치(35)는 프로그램 및 정보를 판독 및/또는 기록하기 위해 제거 가능한 저장 매체(도시되지 않음)와 인터페이스 할 수 있는 제거 가능한 저장 인터페이스(41)를 포함할 수 있다. 전자 장치(35)는 예를 들어 디스플레이(42) 및/또는 스피커(들)(43)와 같은 출력 수단을 포함할 수 있다. 디스플레이(42)는 예를 들어, 액정 디스플레이(LCD), 발광 다이오드 디스플레이(LED), 유기 LED 디스플레이, 전기 영동 디스플레이 또는 다른 유형의 전자 잉크 디스플레이와 같은 임의의 유형의 디스플레이 일 수 있다.
정전용량성 터치 제어기(5)는 터치 패널(36)과의 사용자 상호작용에 대응하는 입력 정보를 전자 장치(35)에 제공한다. 예를 들어, 입력 정보는 하나 이상의 사용자 상호작용의 위치 일 수 있다. 또는, 정전용량성 터치 제어기(5)는 프로세서(37)에 캐패시턴스 값(23)을 제공할 수 있고 프로세서(37)는 터치 패널과의 하나 이상의 사용자 상호작용의 위치를 결정할 수 있다. 마찬가지로, 압력 신호 처리 모듈(6)은 입력 정보를 압력 값(24)의 형태로 전자 장치(35)에 제공한다. 다수의 증폭 스테이지(3)가 장치(1, 25)에 포함되는 경우, 압력 신호 처리 모듈(6)은 또한 사용자 상호작용의 위치를 제공할 수 있다. 압력 신호 처리 모듈(6)은 별도의 모듈 일 필요는 없으며 대신에 장치(1, 25)에 통합될 수 있다. 또는, 장치(1, 25)는 증폭된 신호(20)를 프로세서(37)에 직접 제공할 수 있고, 프로세서(37)는 압력 값(24)을 결정할 수 있다.
상기 전자 장치는 마이크로폰(44) 및/또는 예를 들어 키보드, 키패드, 마우스 또는 트랙볼과 같은 다른 입력 장치(45)와 같은 다른 입력 수단을 포함할 수 있다. 터치 패널(36)이 복수의 터치 센서(4, 26)를 포함하는 경우, 정전용량성 터치 제어기(5) 및/또는 압력 신호 처리 모듈(6)은 터치 패널(36)과 하나 이상의 동시에 사용자 상호작용에 대응하는 좌표 및/또는 압력의 형태로 위치 정보를 제공할 수 있다.
터치 패널 (36)은 디스플레이(42) 위에 놓일 수 있다. 또는, 터치 패널(36)의 터치 센서(4, 26)는 디스플레이(42) 내에 통합되거나 디스플레이(42) 내에 내장될 수 있다. 터치 패널(36)이 디스플레이(42) 위에 겹치거나 통합되어 사용될 때, 층 구조(들)(7, 28) 및 전극들(10, 11, 31)은 투명하거나 실질적으로 투명 할 수 있다. 예를 들어, 층 구조(들)(7, 28) 및 전극들(10, 11, 31)은 가시 파장에서 50% 이상, 바람직하게는 75% 이상, 또는 바람직하게는 90% 이상의 광을 투과시킬 수 있다. 예를 들어, 압전 재료는 PVDF와 같은 적합한 플루오로 중합체 일 수 있고, 층 구조(7 및 28)에 포함 된 유전체 층은 PET 또는 광학적으로 투명한 PSA 일 수 있으며, 전극(10, 11, 31)은 ITO 일 수 있다. 또는, 전극(10, 11, 31) 및 이들에 대한 임의의 연결부는 불투명할 수 있고, 두께 방향 z에 수직 인 방향으로 충분히 얇아서 사람의 눈에 즉시 눈에 띄지 않을 수 있고, 예를 들어 전극(10, 11, 31) 및 그에 대한 임의의 연결부는 100 마이크로 미터(1Х10-4 m) 미만, 10 마이크로 미터(1Х10-5 m) 미만 또는 더 얇을 수 있다.
제1터치 패널 시스템
도 4는 제1터치 패널(36)의 단순화 된 단면을 도시한다.
도 1, 도 2, 및 도 4를 참조하면, 제1터치 패널(36)에서, 층 구조(7)가 층 구조(7)의 제1면(8) 상에 배치된 다수의 제1센싱 전극(10)에 의해 공유되고, 제2층 구조(28)는 제2층 구조(28)의 제3면(29) 상에 배치된 다수의 제2센싱 전극(31)에 의해 공유되는 점을 제외하면, 제1터치 패널(36)은 제2터치 센서(26)의 층 구조(7, 28)와 대체로 동일한 층 구조(7, 28)를 포함한다. 제1센싱 전극(10)은 제1방향(x)으로 연장되고, 제1센싱 전극(10)은 제2방향(y)으로 균등한 간격으로 배열된다. 제2센싱 전극(31)은 각각 제2방향(y)으로 연장되며, 제2센싱 전극(31)은 제1방향(x)으로 균등한 간격으로 배열된다. 공통 전극(11)은 제2면(9) 상에 배치되고, 공통 전극(11)이 적어도 부분적으로 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 아래에 놓이도록 연장된다. 공통 전극(11)은 층 구조(7)의 제2면(9)과 실질적으로 동일 공간에 있을 수 있다. 이러한 방식으로, 제1센싱 전극(10)과 제2센싱 전극(31)의 각각의 교차점은 제2접촉 센서(26)를 효과적으로 제공한다.
제1터치 패널 (36)은 전자 장치(35)(도 3)의 디스플레이(42)(도 3) 위에 놓일 수 있고, 커버 렌즈(46)(도 24)는 제1터치 패널(36) 위에 놓여서 최 외측 전극, 가령 제2센싱 전극(31)을 보호 할 수 있다.
도 5는 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제1터치 패널 시스템(47)을 도시한다.
또한 도 5를 참조하면, 제1터치 패널 시스템(47)은 제1터치 패널(36), 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정용 제3장치(48), 정전용량성 터치 제어기(5) 및 압력 신호 처리 모듈(6)을 포함한다.
제3장치(48)는 신호 분리 스테이지(2) 및 각각의 센싱 전극(10, 31)에 대응하는 제1 및 제2입/출력 단자(13, 14)를 포함한다는 것을 제외하고는 제1 및 제2장치(1, 25)와 동일하다. 제3장치(48)는 N개의 신호 분리 스테이지(2)를 포함하는 신호 분리부(49)를 포함하는데, 여기서 N은 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)의 총 개수이다. 제3장치(48)는 N개의 제1입/출력 단자(13)를 포함하고, 각각의 제1입/출력 단자(13)는 도전 트레이스(50)를 통해 대응하는 제1 또는 제2센싱 전극(10, 31)에 연결된다. 제3장치(48)는 N개의 제2입/출력 단자(14)를 포함하고, 각각의 제2입/출력 단자는 정전용량성 터치 제어기의 대응 단자/포트에 접속된다. 이러한 방식으로, 각각의 분리 스테이지(2)는 하나의 센싱 전극(10, 31)을 캐패시턴스 신호 필터(15)(도 1)를 통해 정전용량성 터치 제어기(5)의 대응 단자에 연결한다.
제3장치(48)는 제2개수(M)의 증폭 스테이지(3)를 포함하는 증폭부(51)를 포함한다. 증폭 스테이지(3)의 수(M)는 센싱 전극(10, 31) 및 신호 분리 스테이지(2)의 수 N과 1 사이이며, 즉 1≤M≤N이다. 증폭 스테이지(3)는 저항 네트워크(27)를 통해 분리 스테이지(2)에 연결된다. 저항 네트워크(27)는 각각의 증폭 스테이지(3)의 입력이 각각의 신호 분리 스테이지(들)(2)을 통해 하나 이상의 센싱 전극(10, 31)에 연결되도록 M개의 증폭 스테이지(3)를 N개의 신호 분리 스테이지로 매핑한다.
증폭 스테이지(3)의 수(M)는 센싱 전극(10, 31)의 수와 동일할 수 있어서, 각 증폭 스테이지(3)는 하나의 대응하는 신호 분리 스테이지(2)에 접속된다. 증폭 스테이지(3)의 수(M)가 센싱 전극(10, 31)의 수(N)보다 작은 경우, 숫자 M, N은 바람직하게 정수 배수, 예를 들어 N = 2 × M, N = 3 × M, N = 4 × M이고, 각각의 증폭 스테이지(3)는 바람직하게는 각각의 다른 증폭 스테이지(3)와 동일한 수의 신호 분리 스테이지(2)에 접속된다. 증폭 스테이지(3)는 바람직하게는 저항 네트워크(27) 및 각각의 신호 분리 스테이지(2)를 통해 동일한 유형의 센싱 전극(10, 31) 예를 들어 하나 이상의 제1센싱 전극(10) 또는 하나 이상의 제2센싱 전극(31)에 연결될 수 있다. 증폭부(51)가 단일 증폭 스테이지(3)를 포함하는 경우는 예외이다. 이러한 경우, 저항 네트워크(27)는 N개의 신호 분리 스테이지(2) 모두에 입력된 증폭 스테이지(3)를 연결하여 터치 패널(36)로부터 단일의 전체적인 압력 값을 측정하게 한다.
각각의 증폭 스테이지(3)는 대응하는 증폭 신호(20)를 압력 신호 처리 모듈(6)에 출력하며, 이러한 압력 신호 처리 모듈은 압력 값(24)을 결정하여 전자 장치(35)(도 3)의 프로세서(37)(도 3)에 출력한다. 또는, 압력 신호 처리 모듈(6)은 단일 유닛으로서 제3장치(48)에 통합될 수 있다.
정전용량성 터치 제어기(5)는 각각의 센싱 전극(10, 31)에 개별적으로 연결된다. 이러한 방식으로, 정전용량성 터치 제어기(5)는 임의의 센싱 전극(10, 31) 또는 하나의 제1센싱 전극(10) 및 하나의 제2센싱 전극(31)을 포함하는 임의의 쌍을 개별적으로 어드레싱 할 수 있다. 정전용량성 터치 제어기(5)의 공통 출력은 공통 전극(11)에 접속되어 공통 전극(11)에 바이어스 신호(22)를 공급한다. 신호 분리 스테이지(2)를 통한 접속은 캐패시턴스 구동/감지 신호(33, 34)를 포함하는 캐패시턴스 측정 신호(21)가 감쇠 없이 또는 최소한의 감쇠로 캐패시턴스 신호 필터(15)를 통과하게 한다. 센싱 전극(10, 31)의 자기-캐패시턴스 또는 한 쌍의 제1센싱 전극(10)과 제2센싱 전극(31) 사이의 상호 캐패시턴스는 공지된 방법에 따라 정전용량성 터치 제어기(5)에 의하여 측정되고, 그리고 캐패시턴스 값(23) 및/또는 사용자 상호작용의 위치는 전자 장치(35)(도 3)의 프로세서(37)(도 3)에 제공된다.
이러한 방식으로, 제1터치 패널 시스템(47)은 교란 없이 또는 최소한의 방해로 터치 패널로부터 동일한 세트의 센싱 전극(10, 31)을 사용하여 동시에 투사형된 캐패시턴스 측정에 대한 압력 측정을 가능하게 한다. 이러한 방식으로, 사용된 센싱 전극의 수는 순전히 투사형된 캐패시턴스 터치 패널에 비해 증가되지 않으며, 크로스 토크 및/또는 제조 복잡성을 증가시킬 수 있는 추가 전극 및 도전 트레이스(50)를 적용할 필요가 없다.
또는, 증폭 스테이지(3)의 증폭기(17)가 차동 증폭기인 경우, 각 신호 분리 스테이지(2)는 차동 측정(도 10 내지 도 13)을 위한 기준 경로를 제공하기 위해 공통 단자(52)에 추가로 연결될 수 있다. 공통 단자(52)는 바이어스 신호(22)를 수신하기 위해 정전용량성 터치 패널(5)의 공통 출력 및 제1터치 패널(36)의 공통 전극(11)에 접속된다.
상기 장치(1, 25, 48)는 개별 모듈로서 가령, 제1 및 제2입/출력 단자(13, 14) 및 공통 단자(52)가 인쇄 회로 기판 또는 유사한 기판에 부착하기 위한 물리적인 단자로서 패키지 된 집적 회로로서 제공되는 것이 바람직하다. 압력 신호 처리 모듈(6)은 별개의 요소로서 제공될 수 있거나 장치(48)와 함께 단일 패키지로 통합될 수 있다. 또는, 압력 신호 처리 모듈(6)은 전자 장치(35)(도 3)의 프로세서(37)(도 3)에서 디지털 신호 처리에 의해 제공될 수 있다. 상기 장치(1, 25, 48)는 패키지 된 집적 회로로서 제공될 필요가 없으며, 또는 경질 또는 연질일 수 있는 소형 폼-팩터 인쇄 회로 기판으로서 제공될 수 있다.
터치 패널(36)과 상기 장치(1, 25, 48)의 이점은 현존하는 하드웨어 및 소프트웨어의 최소한의 적응으로 종래의 정전용량성 터치 제어기(5)를 사용하여 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정을 가능하게 하는 것이다. 그러나, 제1터치 패널 시스템(47)은 별도의 정전용량성 터치 제어기(5)를 사용하여 구현될 필요가 없다. 대신에, 장치(1, 25, 48), 정전용량성 터치 제어기(5) 및 압력 신호 처리 모듈(6)은 결합된 압력 및 캐패시턴스 측정을 위한 단일 패키지 솔루션을 제공하여 제1터치 패널(36)에 연결하기 위한 단일 모듈로 결합될 수 있다.
장치(1, 25, 48, 48)에 연결된 별도의 정전용량성 터치 제어기(5)는 센싱 전극(10, 31)의 수 N과 동일한 다수의 캐패시턴스 측정 출력을 갖는 것이 바람직하다. 그러나, 정전용량성 터치 제어기(5)를 멀티플렉서를 통해 N개의 제2입/출력 단자(14)에 연결함으로써, N개보다 작은 캐패시턴스 측정 출력을 갖는 정전용량성 터치 제어기(5)가 장치(1, 25, 48)와 함께 사용될 수 있다.
제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 실질적으로 직사각형인 것으로 도시되었지만, 다른 형상이 사용될 수 있다.
제2터치 패널
도 6은 제2터치 패널(53)에 대한 제1 및 제2센싱 전극(1, 31)의 레이아웃을 도시한다.
도 6을 참조하면, 제2터치 패널(53)은 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)이 다른 형상인 것을 제외하고는 제1터치 패널(36)과 동일하다.
각각의 제1센싱 전극(10)은 직사각형 대신에 제1방향(x)으로 균등하게 이격되어 상대적으로 좁은 브릿지 세그먼트(55)에 의해 제1방향(x)으로 서로 연결된 수개의 패드 세그먼트(54)를 포함할 수 있다. 유사하게, 각각의 제2 센싱 전극(31)은 제2 방향(y)으로 균등하게 이격되고 상대적으로 좁은 브릿지 세그먼트(57)에 의해 제2 방향(y)으로 서로 연결된 수개의 패드 세그먼트(56)를 포함할 수 있다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)의 패드 세그먼트(54, 56)는 제1폭(W1)을 갖는 다이아몬드의 형태이고, 제1 및 제2 센싱 전극(10, 31)의 브리지 세그먼트(55, 57)는 제2폭(W2)을 갖는다.
제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제2센싱 전극(31)의 브릿지 세그먼트(57)가 제1센싱 전극(10)의 브릿지 세그먼트(55) 위에 놓이도록 배치된다. 또는, 제1센싱 전극(10)과 제2센싱 전극(31)은 제2센싱 전극(31)의 패드 세그먼트(56)가 제1센싱 전극(10)의 패드 세그먼트(54) 위에 놓이도록 배치될 수 있다. 패드 세그먼트(54, 56)는 다이아몬드 형상일 필요는 없고 대신에 원형일 수 있다. 패드 세그먼트(54, 54)는 삼각형, 정사각형, 오각형 또는 육각형과 같은 정다각형 일 수 있다. 패드 세그먼트(54, 56)는 I형 또는 Z형일 수 있다. 패드 세그먼트(54, 56)는 상이한 영역을 가질 수 있다.
제3터치 패널
도 7은 제3터치 패널(58)에 대한 제1 및 제2센싱 전극(1, 31)의 레이아웃을 도시한다.
도 7을 참조하면, 제3터치 패널(58)은 제2층 구조(28)를 포함하지 않고, 제2센싱 전극(31)은 제1센싱 전극(10)과 함께 층 구조(7)의 제1면(8) 상에 실질적으로 배치된다는 점을 제외하면, 제3터치 패널(58)은 제1 및 제2터치 패널(36, 53)과 실질적으로 동일하다.
각 제1센싱 전극(10)은 제2터치 패널(53)과 동일한 방식으로 제1방향(x)으로 연장되는 연속적인 도전 영역이다. 예를 들어, 각 제1센싱 전극(10)은 제1방향(x)으로 균등하게 이격되고 상대적으로 좁은 브릿지 세그먼트(55)에 의해 제1방향(x)으로 서로 연결된 수개의 패드 세그먼트(54)를 포함할 수 있다. 각각의 제2센싱 전극(31)은 제2터치 패널(53)과 동일한 방식으로 제2방향(y)으로 균일하게 이격된 수개의 패드 세그먼트(59)를 포함할 수 있다. 그러나, 제2 터치 패널(53)과 달리, 제3 터치 패널(58)의 패드 세그먼트(59)는 층 구조(7)의 제1면(8) 상에 배치되고, 제1센싱 전극(10)과 흩어져서 분리된다. 각 제2 센싱 전극(31)에 대응하는 패드 세그먼트(59)는 도전 점퍼(60)에 의해 함께 연결된다. 점퍼(60)는 각 제1센싱 전극(10)의 일부에 걸치고 점퍼(60)는 점퍼(60)와 제1센싱 전극(10)의 교차점 주변에 집중될 수 있는 박막 유전체층(도시되지 않음)에 의해 제1센싱 전극(10)으로부터 절연된다.
또는, 얇은 유전체 층(도시되지 않음)이 층 구조(7)의 제1면(8), 제1센싱 전극(10) 및 제2 센싱 전극(31)의 패드 세그먼트(59) 위에 놓일 수 있다. 제2방향(y)으로 연장하는 도전 트레이스(도시되지 않음)는 단일 박막 유전체층(도시되지 않음) 위에 배치될 수 있으며, 각 도전 트레이스(도시되지 않음)는 하나의 제2센싱 전극(31)을 구성하는 패드 세그먼트(59) 위에 놓일 수 있다. 상부의 도전 트레이스(도시되지 않음)는 단일 박막 유전체층(도시되지 않음)을 통해 형성된 비아(도시되지 않음)를 이용하여 각 제2센싱 전극(31)을 구성하는 패드 세그먼트(59)를 연결할 수 있다.
터치 패널을 위해 패턴닝 된 공통 전극
제1 또는 제2센싱 전극(10, 31)과 공통 전극(11) 사이의 상호 캐패시턴스 값은 필요하다면 패터닝 된 공통 전극(11)을 사용함으로써 감소될 수 있다. 패터닝 된 공통 전극(11)을 사용하면 사용자의 자판/스타일러스와 센싱 전극(10, 31) 사이의 정전기적인 상호작용을 스크린 하지 않아도 공통 전극(11)이 사용자의 자판/스타일러스와 센싱 전극(10, 31) 사이에 배치될 수 있다.
공통 전극(11)이 외부를 향하는 구성은 디스플레이(42)(도 32 내지 도 39)에 일체로 내장된 터치 패널에 유리할 수 있다.
도 8은 패터닝 된 공통 전극(61)에 대한 레이아웃을 도시한다.
도 8을 참조하면, 패터닝 된 공통 전극(61)은 데카르트 그리드(Cartesian grid) 형태를 취할 수 있다. 패터닝 된 공통 전극(61)의 도전 영역은 제1방향(x)으로 연장되고 제2방향(y)으로 폭(W)을 갖는 스트러트(62)와, 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 폭(W)을 갖는 스트러트(63)를 포함한다. 제1방향(x)으로 연장되는 스트러트(61)는 간격(S)을 두고 제2방향(y)으로 균등하게 이격되고, 제2방향(y)으로 연장되는 스트러트(63)는 동일한 간격(S)으로 제1방향(x)으로 균등하게 이격된다. 스트러트(62, 63)는 패터닝 된 공통 전극(61)이 도전 재료의 단일 영역으로 형성되도록 이들이 교차하는 곳에 연결된다.
도 1, 도 2, 도 4 및 도 5를 참조하면, 패터닝 된 공통 전극(61)은 센싱 전극(10, 31)과 공통 전극(11) 사이의 상호 캐패시턴스의 크기가 감소되도록 배열될 수 있다.
패터닝 된 공통 전극(61)은 데카르트 그리드로서 배열될 필요는 없고, 임의의 다른 연속적으로 연결된 2차원 패턴이 사용될 수 있다. 패터닝 된 공통 전극(61)은 반복적 인 격자 패턴을 사용할 필요가 없고, 불규칙 또는 준-주기적 배열이 대신 사용될 수 있다.
압력 값의 보간법
투사형 캐패시턴스 터치 패널에서 인접한 전극 사이의 간격(피치라고도 함)은 비교적 조잡할 수 있다(가령, 1 ~ 5mm 또는 5mm 초과). 사용자 상호작용의 위치가 오로지 피치 길이(pitch length)에서만 결정된 경우, 투사형 캐패시턴스 터치 패널은 사용자 상호작용의 정확한 위치를 제공하거나 사용자가 추적한 경로를 부드럽게 따라갈 수 없다. 보다 정확한 위치를 제공하기 위해, 투사형 캐패시턴스 터치 패널은 고차 다항식 또는 기타 적절한 함수를 사용하여 선형 보간법, 2차 보간법 또는 보간법을 사용하여 터치 위치를 유추하기 위하여 피크 신호 및 인접한 전극 신호를 갖는 전극을 사용하여 보간법을 적용한다. 이러한 보간은 사용자 상호작용이 인접한 다수개의 센싱 전극의 캐패시턴스를 동시에 변경할 수 있기 때문에 가능하다.
도 9는 사용자 상호작용의 위치 및/또는 압력을 추론하기 위해 보간법을 사용하는 것을 설명한다.
도 5 및 도 9를 참조하면, 사용자가 터치 패널(36, 53, 58)을 덮는 커버 렌즈(46)(도 24)를 가압하면, 커버 렌즈(46) 밑에 있는 압전 재료층(12)은 상대적으로 넓은 영역에 걸쳐 변형을 하게된다. 예를 들어, 이는 커버 렌즈(46)의 강성이 보다 큰 영역에 걸친 압축 하중을 분산시키고 및/또는 압전 재료층이 평면 내 스트레칭을 겪기 때문일 수 있다. 예를 들어, 피크 압력(65)을 인가하는 정확한 위치(64)에서의 사용자 상호작용은 정확한 위치(64)를 브라켓팅하는 위치(67a, 67b)에서 전극(10, 31)을 감지하기 위한 압력 값(66a, 66b)을 결정할 수 있다. 정확한 위치(64)에서의 사용자 상호작용은 또한 정확한 위치(64)로부터 더 멀리 있고 한 쌍의 브라켓팅 위치(67a, 67b)에 인접한 위치들(69a, 69b)에서 전극(10, 31)을 감지하기 위한 압력 값(68a, 68b)을 결정할 수 있다.
압력 값(66a, 66b)은 사용자 상호작용의 정확한 위치(64)에서 측정될 피크 압력(65)과 약간 상이하고 브라켓팅 위치(67a, 67b)에 대한 정확한 위치(64)의 상대 위치에 따라 변할 것이다. 이와 같이, 사용자 상호작용에 응답하기 위한 임계 압력 값은 브라케팅 위치(67a, 67b)에 대한 정확한 위치(64)의 상대적 위치로 인한 오 정합을 피하기에 충분히 넓어야 한다. 이는 압력 터치 어플리케이션에 대한 압력 값의 거친 해상도로 이어질 수 있다. 압력 터치 어플리케이션의 잠재적 해결은 피크 압력(65)을 추정하기 위해 보간법을 사용함으로써 향상될 수 있다.
압력 신호 처리 모듈(6) 또는 프로세서(37)(도 3)는 최대 값(66a) 및 대응 위치(67a)를 2개의 다음 최대 근사 값(66b, 68a) 및 대응 위치(67b, 69a)와 함께 사용하여 정확한 위치(64) 및/또는 정확한 압력 값(65)의 추정치를 계산할 수 있다. 또는, 압력 신호 처리 모듈(6) 또는 프로세서(37)(도 3)는 한 쌍의 브라켓팅 값(66a, 66b) 및 위치(67a, 67b)를 사용하여 정확한 위치(64) 및/또는 피크 압력(65)의 추정치를 계산할 수 있다. 압력 신호 처리 모듈(6) 또는 프로세서(37)(도 3)는 한 쌍의 브라켓팅 값(66a, 66b) 및 위치(67a, 67b) 및 인접 값 및 위치(68a, 68b, 69a, 69b)를 사용하여 정확한 위치(64) 및/또는 피크 압력(65)의 추정치를 계산할 수 있다. 압력 신호 처리 모듈(6) 또는 프로세서(37)(도 3)는 고차 다항식 또는 다른 적절한 함수를 사용하는 선형 보간법, 2차 보간법 또는 보간법을 사용하여 정확한 위치(64) 및/또는 피크 압력(65)의 추정치를 계산할 수 있다.
이러한 방식으로, 압력 터치 어플리케이션에 대한 해결은 보간법을 압력 값(24)에 적용하여 사용자 상호작용의 피크 압력(65)을 추정함으로써 향상될 수 있다. 압력 값(2)을 사용하여 결정된 사용자 상호작용 위치 추정을 개선하기 위해 보간법을 사용할 수도 있다.
정전용량성 터치 제어기(5)는 또한 하나 이상의 사용자 상호작용의 위치를 결정하는 정확성을 향상시키기 위해 캐패시턴스 값(23)의 보간법을 사용할 수 있다.
차동 증폭 스테이지를 사용한 예
도 10은 차동 증폭을 이용하는 제3장치(48)의 예를 도시한다.
도 1, 도 2, 도 4, 도 5 및 도 10을 참조하면, 일 실시 예에서, 제3장치(48)는 동일한 수의 차동 분리 스테이지(70) 및 차동 증폭 스테이지(71)를 포함할 수 있다. 각 차동 증폭 스테이지(71)는 증폭 스테이지(3)를 구현하는 예이며, 각 차동 증폭 스테이지(71)는 압력 신호 필터(16) 및 차동 증폭기 형태의 증폭기(17)를 포함한다.
각 차동 분리 스테이지(70)가 분리 스테이지(2)를 구현하는 예이다. n번째 분리 스테이지(70)는 제1캐패시턴스 신호 필터(15)(도 1)를 통해 n번째 제1입/출력 단자(13)와 n번째 제2입/출력 단자(14)를 접속한다. n번째 제1입/출력 단자(13)는 D로 표시된 회로 노드에서 터치 패널(36, 53, 58)의 n번째 센싱 전극(10, 31)에 연결된다. n번째 제2입/출력 단자(14)는 A로 표시된 회로 노드에서 정전용량성 터치 제어기(5)에 접속된다. 정전용량성 터치 제어기(5)는 용량 측정 신호(21)를 n번째 센싱 전극(10, 31)과 n번째 제2입/출력 단자(14), 예를 들어 캐패시턴스 구동/감지 신호(33, 34)를 교환한다. 그러나, 차동 분리 스테이지(70)는 또한 제2캐패시턴스 신호 필터(15) 및 기준 저항-캐패시턴스(Ris-Cis) (도 11)를 통해 공통 단자(52)를 n번째 제2입/출력 단자(14)에 연결한다. 제2캐패시턴스 신호 필터(15) 및 기준 저항-캐패시턴스(Ris-Cis)(도 11)는 C로 표시된 회로 노드에서 직렬로 연결된다. 공통 단자(52)는 터치 패널(36, 53, 58)의 공통 전극(11) 및 B로 표시된 회로 노드에서 정전용량성 터치 제어기(5)의 공통 출력에 접속된다. 정전용량성 터치 제어기(5)의 공통 출력은 공통 전극(11) 및 공통 단자(52)에 바이어스 신호(22)를 제공한다.
차동 증폭 스테이지(71)에 대한 제1입력(72)은 제1저항(Rd1)에 의해 회로 노드(D)에 연결되고, 차동 증폭 스테이지(71)에 대한 제2입력(73)은 제2저항(Rc1)에 의해 회로 노드(C)에 연결된다. 제1 및 제2저항(Rd1, Rc1)은 저항 네트워크(27)의 일부를 형성한다. 차동 증폭 스테이지(71)는 제1입력(72)과 제2입력(73) 사이의 차이, 즉 회로 노드(C와 D) 사이의 전압 차이에 기초하여 증폭된 신호(20)를 생성한다.
도 11은 차동 분리 스테이지(70)를 구현하는 회로의 예를 도시한다.
또한, 도 11을 참조하면, 제1 및 제2캐패시턴스 필터(15)는 제1 및 제2캐패시턴스(Ci1, Ci2)의 형태를 취할 수 있다. 필터 캐패시턴스(Ci1, Ci2)는 정전용량성 터치 제어기를 DC 및 저주파수 성분으로부터 분리함으로써 캐패시턴스 신호 필터(15), 즉 고역 통과 필터로서 기능할 수 있다. 캐패시턴스(Ci1, Ci2)는 동일한 것이 바람직하다. 차동 분리 스테이지(70)는 회로 노드(C)와 공통 단자(52) 사이에 직렬로 접속된 기준 저항(Ris) 및 기준 용량(Cis)을 포함한다. 이러한 방식으로, 기준 저항(Ris) 및 기준 캐패시턴스(Cis)는 정전용량성 터치 제어기(5)와 공통 전극(11) 사이에 기준 경로를 제공한다.
n번째 센싱 전극(10, 31)과 공통 전극(11) 사이의 경로는 터치 패널(36, 53, 58)의 n번째 터치 센서(4, 26)에 대한 등가 회로(74)로 대략 나타낼 수 있다. 등가 회로(74)는 터치 센서(4, 26)의 저항을 나타내는 센서 저항(Rsensor)을 포함한다. 등가 회로(74)는 n번째 센싱 전극(10, 31)과 공통 전극(11) 사이의 상호 캐패시턴스인 센서 캐패시턴스(Csensor) 및 압전 물질층(12)을 나타내는 압전 소자(Psensor)를 포함한다. 센서 용량(Csensor)과 압전 소자(Psensor)는 서로 병렬로 연결되고, E로 표시된 회로 노드에서 센서 저항(Rsensor)과 직렬로 연결된다. 등가 회로(74)는 또한 센싱 전극(10, 31)의 자기-캐패시턴스(Cself) 및 n번째 터치 센서(4, 26)와의 사용자 상호작용에 응답하여 변화하는 가변 자기-캐패시턴스(
Figure 112018060979600-pct00002
Cself)를 포함한다. 자기-캐패시턴스(Cself) 및 가변 자기-캐패시턴스(
Figure 112018060979600-pct00003
Cself)는 회로 노드(E)와 접지 사이에 병렬로 연결된다.
기준 저항(Ris)의 값은 센서 저항(Rsensor)에 근접하도록 선택된다. 기준 캐패시턴스(Cis)의 값은 센서 캐패시턴스(Csensor), 압전 소자(Psensor) 및 자기-캐패시턴스(Cself)에 의해 형성된 네트워크의 전체 캐패시턴스를 근사화하도록 선택된다. 이러한 방식으로, n번째 차동 증폭기(71)에 대한 제1 및 제2입력(72,73)은 정전용량성 터치 제어기(5)로부터의 캐패시턴스 측정 신호(21)에 대한 응답으로 기준 저항에 의해 형성된 기준 경로와 캐패시턴스(Ris, Cis) 및 n번째 터치 센서(4,26) 사이의 차이에 민감하다.
도 12는 차동 증폭 스테이지(71)를 구현하는 회로의 예를 도시한다.
도 12를 참조하면, 차동 증폭 스테이지(71)의 일례는 제1 및 제2연산 증폭기(OP1, OP2) 및 비교기(CM1)를 포함한다. 제1입력(72)은 F로 표시된 회로 노드에서 제1연산 증폭기(OP1)의 반전 입력에 의해 수신되고, 제2입력(73)은 G로 표시된 회로 노드에서 제2연산 증폭기(OP2)의 반전 입력에 의해 수신된다. 제1연산 증폭기(OP1)의 비 반전 입력은 제1풀다운 저항(Rx1)을 통해 접지에 접속된다. 마찬가지로, 제2연산 증폭기(OP2)의 비 반전 입력은 제2풀다운 저항(Rx2)을 통해 접지에 접속된다. 제1 및 제2풀다운 저항(Rx1, Rx2)은 동일한 값을 갖는 것이 바람직하다. 또는, 제1 및 제2 풀다운 캐패시턴스(Cx1, Cx2)는 제1 및 제2풀다운 저항(Rx1, Rx2)과 각각 병렬로 연결될 수 있다. 제1연산 증폭기(OP1)의 출력은 H로 표시된 회로 노드에서 비교기(CM1)의 비 반전 입력에 결합되고, 제2연산 증폭기(OP2)의 출력은 I로 표시된 회로 노드에서 비교기(CM1)의 반전 입력에 결합된다. 또는, 연산 증폭기(OP1, OP2)의 비교기(CM1)의 반전 및 비 반전 입력에 대한 연결은 역전될 수 있다. 비교기(CM1) 출력은 증폭된 신호(20)를 제공한다. 회로 노드(F)와 회로 노드(H) 사이에는 제1피드백 저항(Rf1)과 제1피드백 캐패시턴스(Cf1)가 병렬로 연결된다. 제1피드백 저항 및 캐패시턴스(Rf1, Cf1)는 제1연산 증폭기(OP1)에 대한 피드백 네트워크를 제공한다. 이러한 방식으로, 압력 신호 필터(16)는 제1연산 증폭기(OP1)와 통합된다. 마찬가지로, 제2피드백 저항(Rf2)과 제2피드백 캐패시턴스(Cf1)는 회로 노드(G)와 회로 노드(I) 사이에 병렬로 연결된다. 제2피드백 저항 및 캐패시턴스(Rf1, Cf1)는 제2연산 증폭기(OP2)의 피드백 네트워크 및 압력 신호 필터(16)를 제공한다.
차동 증폭 스테이지(71)의 사용은 전자기 간섭에 대한 증폭기 신호(20)의 감도를 감소시킬 수 있다. 차동 증폭 스테이지(71)는 또한 캐패시턴스 측정 신호(21)의 잔류 진폭을 감소시킬 수 있다.
결합된 자기- 캐패시턴스 및 압력 측정을 위한 동작
도 13a 내지 도 13f는 n번째 센싱 전극(10, 31)과 사용자 상호작용이 일어나지 않는 경우 터치 패널 시스템(47)을 이용하여 n번째 센싱 전극(10, 31)의 자기-캐패시턴스를 측정하는 것을 설명한다.
도 10 내지 도 13f를 참조하면, 정전용량성 터치 제어기(5)는 n번째 차동 분리 스테이지(70)를 통해 n번째 센싱 전극(10, 31)으로 캐패시턴스 측정 신호(21)를 출력한다. 캐패시턴스 측정 신호(21)는 전압(Vself(t))가 제1전압(V1)까지 상승하기 전에 미리 결정된 지속 기간 동안 접지에 유지되는 계단파(Vself(t))의 형태를 취할 수 있다. 전압(Vself(t)는 소정의 지속 시간 동안 제2전압(V2)으로 스텝 업 하기 전에 소정의 지속 시간 동안 V1로 유지된 다음 제3전압(V3)으로 스텝 다운한다. 소정 기간 동안 제3전압(V3)을 유지한 후에, 전압(Vself(t))은 접지, 즉 0V로 강하하고, 계단파(Vself(t))가 반복된다. 제2 및 제3전압(V2-V3) 간의 차이는 제1전압(V1)과 동일하여, n번째 센싱 전극의 자기-캐패시턴스(Cself+
Figure 112018060979600-pct00004
Cself)가 상승 에지 및 하강 에지로부터 측정 될 수 있게 한다. 전압 신호(Vself(t))의 특정 형태는 계단파 일 필요는 없으며, n번째 센싱 전극의 자기-캐패시턴스를 결정하는데 적합한 임의의 신호(Cself+
Figure 112018060979600-pct00005
Cself)가 사용된 정전용량성 터치 제어기(5)에 따라 사용될 수 있다.
정전용량성 터치 제어기(5)는 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t))와 실질적으로 동일한 바이어스 신호(22)(Vbias(t))를 출력한다. 이는 센서 캐패시턴스(Csensor)가 자기-캐패시턴스(Cself+
Figure 112018060979600-pct00006
Cself)의 측정에 미치는 영향을 제거하거나 실질적으로 감소시킨다. 이러한 방식으로, 측정된 캐패시턴스는 n번째 센싱 전극(10, 31)과 접지 사이의 자기-캐패시턴스(Cself)에 실질적으로 대응한다. n번째 센싱 전극(10, 31)의 자기-캐패시턴스(Cself)는 내부 전하 증폭기(도시되지 않음)를 사용하여 정전용량성 터치 제어기(5)에 의해 결정되는데, 내부 전하 증폭기는 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t))에 응답하여 자기-캐패시턴스(Cself)에/그로부터 흐르는 전하를 결정한다.
캐패시턴스 측정 신호(21)는 제1 및 제2캐패시턴스 필터(15), 예를 들어 제1 및 제2캐패시턴스(Ci1, Ci2)에 의해 감쇠가 없거나 또는 최소 감쇠로 통과된다. 기준 저항 및 캐패시턴스(Ris, Cis)는 바람직하게 터치 센서(4, 26) 즉, 등가 회로(74)의 저항(Rsensor) 및 캐패시턴스(Csensor+Cself)와 실질적으로 일치하도록 선택되어야 한다. 따라서, 터치 센서(4, 26) 및 기준 저항 및 캐패시턴스(Ris, Cis)를 통한 공통 전극(11)으로의 경로가 실질적으로 유사한 임피던스를 갖기 때문에, 사용자 상호작용이 발생하지 않을 때, 회로 노드(D 및 C)에서의 전압, 즉 VD(t) 및 VC(t)는 실질적으로 유사하다. 따라서 노드(D와 C)에서의 전압 간의 차이(VD-C(t))는 작거나 무시할 수 있으며 잔류 크기는 δV이다. 잔류 차이(VD-C(t))는 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t))와 실질적으로 유사한 주파수 합성을 가지며, 차동 증폭 스테이지(72) 예를 들어 연산 증폭기(OP1, OP2) 및 각각의 피드백 네트워크(Rf1-Cf1, Rf2-Cf2)에 내장된 압력 신호 필터(16)에 의해 거부/필터링될 수 있다. 증폭된 신호(20)(Vamp(t))는 실질적으로 일정하다. 압력 신호 필터(16) 및/또는 출력의 통합된 특성에 의해 충분히 감쇠되지 않는 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t))로 인한 임의의 잔류 기여는 압력 시그널 프로세싱 모듈(6)(도 5) 또는 프로세서(37)(도 3)에 의해 증폭된 신호의 후속 디지털 신호 처리 중에 제거되거나 보상될 수 있다.
사용자 상호작용이 가벼운 프레스/근접 호버의 형태로 발생하는 경우, 즉 중요한 압전 응답(Ipiezo(t))이 압전 재료층(12)으로부터 생성되지 않으면, 신호는 실질적으로 동일하다. 사용자 상호작용으로 인한 n번째 센싱 전극(10, 31)의 자기-캐패시턴스(
Figure 112018060979600-pct00007
Cself)의 변화는 n번째 센싱 전극으로/으로부터의 전하 흐름의 변화에 기초하여 정전용량성 터치 제어기(5)에 의해 감지되고, 이는 내부 전하 증폭기(도시되지 않음)에 의해 결정된다.
도 14a 내지 도 14i는 결합된 n번째 센싱 전극(10, 31)의 자기-캐패시턴스와 n번째 센싱 전극(10, 31)에 인가된 압력 측정을 위해 터치 패널 시스템(47)을 사용하는 것을 도시한다.
도 14a 내지 도 14i를 또한 참조하면, 사용자 상호작용이 터치 패널(36, 53, 58)의 n번째 터치 센서(4, 26)에 압력을 가할 때, 압전 재료층(12)의 변형 유도된 분극( P )은 n번째 센싱 전극 (10, 31)으로부터 압전 응답(Ipiezo(t))을 생성한다. 압전 응답(Ipiezo(t))의 크기가 작기 때문에 그리고 회로 노드(C 및 D)는 제1 및 제2캐패시턴스 신호 필터(15), 예컨대 Ci1 및 Ci2에 의해 적어도 부분적으로 디커플링 되기 때문에, 압전 응답(Ipiezo(t))은 기준 경로(Ris, Cis)를 통해 회로 노드(C)에 의미있게 등록되지 않는다. 상기 구현 예의 경우, 압전 응답(Ipiezo(t))은 노드(D)에서 입력 저항(Rd1)을 가로지르는 전압, 즉 Rd1Ipiezo(t)로 등록된다. 이러한 방식으로, 회로 노드(D)에서의 전압 신호(VD(t))는 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t)), 및 압전 응답(Rd1Ipiezo(t))으로 인한 전압의 대략 중첩이다. 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))는 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t))보다 실질적으로 작은 진폭을 갖는다. 도 14d 내지 도 14i에 도시된 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 상대 진폭은 시각적 목적을 위해 과장되어 있다. 회로 노드(D와 C)에서의 전압 신호 간의 차이(VD-C(t))는 압전 신호(Rd1Ipiezo(t)) 와 근사 진폭을 갖는 잔류 파동(δV)의 중첩이다. 차동 증폭 스테이지(72)의 압력 신호 필터(16)는 캐패시턴스 측정 신호(21)로 인한 잔류 파동(δV)을 실질적으로 거부/감쇠하고, 증폭된 신호(20)(Vamp(t))는 이득(Gamp)을 곱한 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 적분에 비례한다. 캐패시턴스 측정 신호(21)의 기본 주파수(f d )를 초과하는 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 상대적으로 높은 주파수 성분이 압력 신호 필터(16)에 의해 감쇄될 수 있기 때문에 일치성이 정확하지 않을 수 있다. 압력 신호 필터(16)에 의해 충분히 감쇠되지 않은 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t))로 인한 임의의 잔류 기여는 압력 신호 처리 모듈(6)(도 5) 또는 프로세서(37)(도 3)에 의한 증폭된 신호의 후속 디지털 신호 처리 중에 제거되거나 보상될 수 있다.
특히 도 14d 내지 도 14i를 참조하면, 압력(Papplied)을 적용한 사용자 상호작용은 tstart에서 시작하여 tend까지 계속된다. 센싱 전극(10, 31)과 공통 전극(11) 사이에 발생된 전하(Qpiezo(t))가 피크 값에 접근함에 따라, 압전 전류(Ipiezo(t))(따라서 신호 Rd1Ipiezo(t))는 붕괴되기 전에 급격히 증가한다. 시간 상수는 등가 회로(74) 및 입력 저항(Rd1)의 정전 용량에 의해 대략 설정된다. 증폭된 신호(20)는 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 적분에 비례하고 또한 tstart 후에도 급격히 증가한다. 증폭된 신호(20)는 증폭기와 관련된 시간 상수로 또한 감쇠한다. 예를 들어, 증폭된 신호(20)의 감쇠에 대한 시간 상수는 연산 증폭기(OP1, OP2)의 피드백 네트워크를 형성하는 저항(Rf1, Rf2) 및 캐패시턴스(Cf1, Cf2)에 의해 결정될 수 있다. 전형적으로, 증폭된 신호(20)(Vamp(t))의 감쇠에 대한 시간 상수는 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 감쇠에 대한 것보다 더 길다. 한 번에 압력이 제거되면, 전극(10, 11, 31) 사이에서 전하(Qpiezo)가 방전됨에 따라 반대 감각을 갖는 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))가 생성된다. 증폭된 신호(20)(Vamp(t))의 감쇠는 tend 후 증폭된 신호(20)(Vamp(t))의 과도, 오버 슈트를 초래한다. 증폭된 신호(20) (Vamp(t))에서의 오버 슈트는 동일한 시간 상수로 기준선 레벨로 감소한다.
도 14d 내지 도 14i에서, 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 시간 상수는 설명의 목적으로 비교적 짧게 도시되어 있다. 실제로, 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 감쇠에 대한 시간 상수는 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t))의 주기의 수십 배, 수백 배 또는 수천 배이다. 도 14d 내지 도 14i에서 사용자 상호작용의 지속 기간(tend-tstart)은 또한 예시 목적으로 단축되었다. 실제적으로, 사용자 상호작용의 길이는 캐패시턴스 측정 신호(21)(Vself(t))의 주기의 수백, 수천 또는 수만 배를 초과할 수 있다.
센싱 전극(10, 31)의 자기-캐패시턴스 및 캐패시턴스 측정 신호(21) 및 바이어스 신호(22)의 특정 파형을 측정하기 위한 특정 방법은 사용된 특정 정전용량성 터치 제어기(5)에 의존한다. 그러나, 임의의 정전용량성 터치 제어기(5)는 특정 정전용량성 터치 제어기(5)에 의해 생성된 캐패시턴스 측정 신호(21)를 통과하도록 캐패시턴스 신호 필터(15)의 대역폭을 조정함으로써 장치(1, 25, 48)와 함께 사용될 수 있다.
결합된 상호 캐패시턴스와 압력 측정을 위한 동작
터치 패널 시스템(47)은 또한 각 제1 및 제2 센싱 전극(10, 31) 및 공통 전극 사이의 압력 측정과 동시에 한 쌍의 제1센싱 전극(10)과 하나의 제2 센싱 전극(31) 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하는데 사용될 수 있다. 하나의 제1센싱 전극(10)과 하나의 제2센싱 전극(31)의 쌍 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하는 것은 터치 패널 시스템(47)의 물리적 구성을 전혀 변경할 필요가 없으며, 측정 모드, 즉 자기 또는 상호 캐패시턴스는 주로 정전용량성 터치 제어기(5)에 의해 송/수신되는 캐패시턴스 측정 신호(21)의 형태로 변한다.
도 15는 한 쌍의 센싱 전극(10, 31) 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하기 위해 터치 패널 시스템(47)을 사용하는 것을 도시한다.
도 5, 도 10 내지 도 12 및 도 15를 참조하면, 상호 캐패시턴스 측정은 제1센싱 전극(10) 및 제2센싱 전극(31)을 포함하는 한 쌍을 사용하여 이루어진다. 터치 패널 (36, 53, 58)이 총 N개의 센싱 전극 (10, 31)을 포함하고, N1이 제1센싱 전극인 경우, n번째 센싱 전극(10, 31)을 En 으로 표시하면, 제1센싱 전극(10), 즉 모든 1 = n ≤= N1에 대해 En과 제2센싱 전극(31), 즉 모든 N1　<　k　=　N 에 대한 Ek의 쌍으로 상호 캐패시턴스가 측정될 수 있다.
터치 패널 시스템(47)의 물리적 구성은 자기-캐패시턴스 측정과 동일하다. 그러나, 정전용량성 터치 제어기(5)는 다른 캐패시턴스 측정 신호(21)를 송/수신하고, 등가 회로(74) 대신에 상호 캐패시턴스 등가 회로(75)가 고려된다. 상호 캐패시턴스 등가 회로(75)는 등가 회로(74)와 실질적으로 유사하다. n번째 또는 k번째 터치 센서(4, 26)는 n번째 센싱 전극(En)과 공통 전극 (11) 사이에 직렬로 연결된 센서 캐패시턴스(Csensor) 및 센서 저항(Rsensor)으로 표현되며, 압전 소자(Psensor)는 센서 캐패시턴스(Csensor)에 병렬로 연결된다. 센서 캐패시턴스(Csensor)는 각각의 센싱 전극(En, Ek)과 공통 전극(11) 사이의 상호 캐패시턴스를 나타낸다. 제n 터치 센서(4, 26)를 나타내는 센서 캐패시턴스(Csensor) 및 센서 저항(Rsensor)은 J로 표시된 회로 노드에 연결되고, k번째 터치 센서(4, 26)를 나타내는 센서 캐패시턴스(Csensor) 및 센서 저항(Rsensor)은 K로 표시된 회로 노드에서 연결된다. 등가 회로(75)는 또한 회로 노드(J 및 K) 사이를 연결하는 n번째 및 k번째 센싱 전극들(En, Ek) 사이의 상호 캐패시턴스(Cmut+
Figure 112018060979600-pct00008
Cmut)를 포함한다.
도 16a 내지 도 16f는 n번째 또는 k번째 센싱 전극(En, Ek)에 근접한 사용자 상호 작용이 없을 때, n번째 센싱 전극(En, 10)과 k번째 센싱 전극(Ek, 31)의 교차점 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하기 위해 터치 패널 시스템(47)을 사용하여 설명한다.
도 4, 도 5, 도 15 및 도 16a 내지 도 16f를 참조하면, 정전용량성 터치 제어기(5)는 캐패시턴스 구동 신호(33)(VTx(t))의 형태로 캐패시턴스 측정 신호(21)로 n번째 센싱 전극(En, 10)을 구동한다. 캐패시턴스 구동 신호(33)(VTx(t))는 구동 신호 진폭(VDr) 및 기본 주파수(f d )를 갖는 구형파 신호의 형태를 취한다. 정전용량성 구동 신호(33)(VTx(t))는 교차하는 k번째 센싱 전극(Ek, 31)에서 캐패시턴스 감지 신호(34)의 형태로 캐패시턴스 측정 신호(21)(VRx(t))를 유도하고, 정전용량성 터치 제어기(5)는 캐패시턴스 감지 신호(34)(VRx(t))를 수신한다. 캐패시턴스 감지 신호(34)(VRx(t))는 진폭이 전압 강하(
Figure 112018060979600-pct00009
V) 만큼 VD-
Figure 112018060979600-pct00010
V로 감소된 구형파이기도 하며, 정전용량성 터치 제어기(5)는 전압 차이(
Figure 112018060979600-pct00011
V)의 크기에 기초하여 n번째 및 k번째 센싱 전극(En, Ek) 사이의 상호 캐패시턴스(Cmut)의 값을 결정한다. 바이어스 신호(22)는 상호 캐패시턴스 측정을 위한 일정한 DC 전압 또는 접지이다. n번째 및 k번째 센싱 전극(En, Ek)과의 사용자 상호작용이 없을 때, 회로 노드(C 및 D)에서의 전압 신호(VC(t), VD(t))는 동일하지는 않지만 실질적으로 유사하다. 자기-캐패시턴스 측정의 경우와 유사하게, 회로 노드 D 및 C, VD-C(t) 간의 차이 신호는 캐패시턴스 구동 신호(33)(VTx(t))와 유사한 주파수 성분을 갖는 잔류 파동(δV)을 포함한다. k번째 신호 분리 및 증폭 스테이지(70, 71)의 동작은 유사하다. 따라서, 차동 증폭 스테이지(71)의 압력 신호 필터(16)는 잔류 파동(δV)을 제거/감쇠시키고 n번째 및 k번째 증폭 스테이지(71)의 증폭 신호(20n, 20k, Vamp(t))는 실질적으로 일정하다. 캐패시턴스 구동/감지 신호(33, 34)에 대응하는 임의의 나머지 노이즈는 압력 신호 처리 모듈(6) 및/또는 프로세서(37)(도 3)에 의한 디지털 신호 처리에 의해 제거되거나 보상될 수 있다.
도 17a 내지 도 17f는 n번째 또는 k번째 센싱 전극(En, Ek)에 근접한 가벼운 사용자 상호 작용이 있을 때, n번째 센싱 전극(En, 10)과 k번째 센싱 전극(Ek, 31)의 교차점 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하기 위해 터치 패널 시스템(47)을 사용하여 설명한다.
도 17a 내지 도 17f를 또한 참조하면, 사용자의 자판 또는 적당한 도전 스타일러스와 n번째 및 k번째 센싱 전극 사이의 전정용량성 결합을 초래하는 사용자 상호작용이 발생할 수 있으나, 이는 상당한 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))를 생성하기에 충분한 압력을 인가하지는 않는다. 사용자의 자판 또는 도전 스타일러스에 대한 정전용량성 결합은 n번째 및 k번째 센싱 전극 사이의 상호 캐패시턴스에서
Figure 112018060979600-pct00012
Cmut를 변화시킨다. 정전용량성 터치 제어기(5)는 캐패시턴스 구동 신호(33)(VTx(t)) 및 캐패시턴스 감지 신호(34)(VRx(t)) 간의 전압 강하(
Figure 112018060979600-pct00013
V)의 대응하는 증가로부터 상호 캐패시턴스에서의 변화(
Figure 112018060979600-pct00014
Cmut)를 결정한다. 회로 노드(C 및 D)에서 전압 신호(VC(t), VD(t))는 상호 캐패시턴스의 변화(
Figure 112018060979600-pct00015
Cmut)에 의해 서로에 대해 수정되고, 노드(D 및 C) 사이의 전압 차이(VD-C(t))는 그에 따라 변한다. 잔류 전압 파동(δV)은 캐패시턴스 구동 및 감지 신호(VTx(t), VRx(t))에 기초한 주파수 합성을 계속하고, 차동 증폭 스테이지(71)에 내장된 압력 신호 필터(16)에 의해 실질적으로 제거/감쇄된다.
도 18a 내지 도 18f는 n번째 또는 k번째 센싱 전극(En, Ek)에 근접한 사용자 상호작용이 압전 응답을 유도하기에 충분한 압력을 가할 때, n번째 센싱 전극(En, 10)과 k번째 센싱 전극(Ek, 31)의 교차점 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하기 위해 터치 패널 시스템(47)을 사용하는 것을 설명한다.
도 18a 내지 도 18f를 또한 참조하면, 사용자 상호작용이 터치 패널(36, 53, 58, ...)의 n번째 및 k번째 터치 센서(26)에 압력을 가하는 경우, 압전 재료층(12)의 변형 유도된 분극은 n번째 센싱 전극(10, 31)으로부터 압전 응답(Ipiezo(t))을 생성한다. 압전 신호(Ipiezo(t))는 압전 응답(Ipiezo(t))의 크기가 작고, 회로 노드(C 및 D)는 제1 및 제2캐패시턴스 신호 필터(15), 예컨대 Ci1, Ci2에 의해 적어도 부분적으로 디커플링 되기 때문에 기준 경로(Ris, Cis)를 통해 회로 노드(C)에 실질적으로 등록되지 않는다. 상기한 구현 예의 경우, 압전 응답(Ipiezo(t))은 노드(D)에서 입력 저항(Rd1)을 가로 지르는 전압, 즉 Rd1Ipiezo(t)로 등록된다. 이러한 방식으로, 회로 노드(D)에서의 전압 신호(VD(t))는 대략 용량 구동 신호(33)(VTx(t)) 및 압전 신호(Rd1Ipiezo(t)) 중첩이다. 유사한 방식으로, 캐패시턴스 감지 신호(34)(VRx(t)) 및 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 대략 중첩은 k번째 센싱 전극(Ek)과 관련된 차동 증폭 스테이지(71)에 하나의 입력을 제공한다. 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))는 캐패시턴스 구동 및 감지 신호(VTx(t), VRx(t))보다 실질적으로 작은 진폭을 갖는다. 도 18d 내지 도 18f에 도시된 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 상대 진폭은 시각적 목적을 위해 과장되어 있다. 회로 노드(D와 C)에서의 전압 신호 간의 차이(VD-C(t))는 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))와 잔류 파동(δV)의 중첩이다. 차동 증폭 스테이지(72)의 압력 신호 필터(16)는 실질적으로 잔류 파동(δV)을 제거/감쇠하고, 증폭된 신호(20n, Vamp(t))는 이득(Gamp)을 곱한 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 적분에 대략 비례한다. 전술한 바와 같이, 증폭된 신호(Vamp(t))는 연산 증폭기(OP1, OP2)의 피드백 네트워크를 형성하는 저항(Rf1, Rf2) 및 캐패시턴스(Cf1, Cf2)에 의해 결정되는 시간 상수를 갖는 정압에 대한 기준선 레벨로 감쇠할 것이다. 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 상대적으로 높은 주파수 성분(예를 들어, = f d )이 압력 신호 필터(16)에 의해 감쇠될 수 있기 때문에 일치성이 정확하지 않을 수 있다. k번째 센싱 전극(Ek)과 관련된 증폭 스테이지(71)에 의해 출력된 증폭된 신호(20k)는 동일한 방식으로 생성된다. 압력 신호 처리 모듈(6)은 증폭된 신호(20n, 20k)를 수신하고 대응하는 압력 값(24)을 결정한다. 예를 들어, 압력 신호 처리 모듈(6)은 공지된 인가 압력을 사용하여 미리 계산된 모델 또는 룩업 테이블을 사용할 수 있다. n번째 및 k번째 센싱 전극(En, Ek)과의 사용자 상호작용은 하나의 캐패시턴스 값(23) 및 한 쌍의 압력 값(24)을 초래한다. 압력 신호 처리 모듈(6)은 n번째 및 k번째 센싱 전극(En, Ek)에 대응하는 증폭된 신호(20n, 20k)에 기초하여 계산된 압력 값(24)의 평균을 취할 수 있다. 또는, 압력 신호 처리 모듈은 압전 재료층(12)에 근접하여 제1센싱 전극(10)에 대응하는 증폭 신호와 같이 가장 강한 증폭 신호(20)에 기초하여 하나의 압력 값(24)만을 결정할 수 있다.
제1센싱 전극(10)은 구동 전극 일 필요는 없으며 제2센싱 전극(31)은 센싱 전극 일 필요는 없다. 대신에, 정전용량성 터치 제어기(5)는 캐패시턴스 구동 신호(33)를 사용하여 제2센싱 전극(31), 즉 k번째 센싱 전극을 구동하고 제1센싱 전극(10), 즉 n번째 센싱 전극으로부터 캐패시턴스 감지 신호(34)를 수신할 수 있다.
센싱 전극(10, 31)의 상호 캐패시턴스 및 캐패시턴스 측정/감지 신호(33, 34) 및 바이어스 신호(22)의 형태로 캐패시턴스 측정 신호(21)의 특정 파형을 측정하기 위한 특정 방법은 사용된 특정 정전용량성 터치 체어기(5)에 달려있다. 그러나, 임의의 정전용량성 터치 제어기(5)는 특정 정전용량성 터치 제어기(5)에 의해 생성된 캐패시턴스 측정 신호(21)를 통과하도록 캐패시턴스 신호 필터(15)의 대역폭을 조정함으로써 장치(1, 25, 48)와 함께 사용될 수 있다.
동수의 분리 및 증폭 단계를 갖춘 터치 패널 시스템
도 19는 동수의 분리 스테이지(2, 70)와 증폭 스테이지(3, 71) 사이의 연결을 도시한다.
도 4, 도 5, 도 10, 도 11 및 도 19를 참조하면, 제3장치(48)는 차동 신호 분리 스테이지(70)의 형태로 N개의 분리 스테이지(2)를 포함하는 신호 분리부(49), 및 차동 증폭 스테이지(71)의 형태로 동수의 증폭 스테이지(3)를 포함하는 증폭부(51)를 사용하여 구현될 수 있다. 각 차동 신호 분리 스테이지(70)는 각 제1입/출력 단자(13)를 통해 N개의 센싱 전극(E1, E2, ..., EN) 중 하나에 연결된다. 터치 패널(36, 53, 58)이 제2 터치 센서(26)를 포함할 때, 센싱 전극(E1, E2, ..., EN)은 예를 들어 교차점 그리드를 형성하도록 배치된 제1 및 제2센싱 전극 (10, 31)의 혼합물 일 수 있다.
차동 분리 및 증폭 스테이지(70,71)의 수가 동일한 경우, 저항 네트워크(27)는 각 차동 분리 스테이지(70)에 대응하는 한 쌍의 저항(Rcn, Rdn)을 포함할 수 있다. 저항(Rdn)은 n번째 차동 증폭 스테이지(71)의 제1입력(72)을 n번째 차동 분리 스테이지(70)와 관련된 회로 노드(D)에 연결한다. 저항(Rcn)은 n번째 차동 증폭 스테이지(71)의 제2입력(73)을 n번째 차동 분리 스테이지(70)와 관련된 회로 노드(C), 즉 기준 경로(Ris-Cis)에 연결한다. 각 차동 분리 스테이지(70)의 기준 경로(Ris-Cis)는 공통 단자(52)에 접속되고, 공통 단자(52)는 터치 패널(36, 53, 58)의 공통 전극에 접속된다.
단일 입력 증폭 스테이지(77)(도 21)을 사용하는 터치 패널 시스템(47)의 다른 구현에서, 저항 네트워크(27)는 n번째 증폭 스테이지(3)의 입력을 각각의 n번째 신호 분리 스테이지(2) 및 제1입/출력 단자(13)에 연결하는 단일 저항(Rdn)을 포함한다.
수가 동일하지 않은 분리 및 증폭 단계의 터치 패널 시스템
도 20은 차동 분리 스테이지(70) 형태의 N개의 분리 스테이지(2)와 차동 증폭 스테이지(71)의 형태의 더 작은 수 M개의 증폭 스테이지(3) 사이의 연결을 도시한다.
도 4, 도 5, 도 10, 도 11 및 도 20을 참조하면, 신호 분리부(49)는 N개의 차동 신호 분리 스테이지(70)를 포함할 수 있고, 증폭부(51)는 더 작은 수의 M개의 차동 증폭 스테이지(71)를 포함할 수 있다. 각 차동 신호 분리 스테이지(70)는 각 제1입/출력 단자(13)를 통해 N개의 센싱 전극(E1, E2, ??, EN) 중 하나에 연결된다. 터치 패널이 제2터치 센서(26)를 포함하는 경우, 센싱 전극(E1, E2, ??, EN)은 예를 들어 교차점 그리드를 형성하도록 배치된 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)의 혼합 일 수 있다.
차동 증폭 스테이지(71)의 수(M)가 차동 분리 스테이지(70)의 수(N)보다 작은 경우, 저항 네트워크(27)는 각각의 차동 분리 스테이지(70)에 대응하는 한 쌍의 저항(Rcn, Rdn)을 포함한다. m번째 M개의 차동 증폭 스테이지(71)의 제1입력(72)은 각 저항(Rdn)을 통해 다수의 차동 분리 스테이지(70)에 연결된다. 예를 들어, m번째의 차동 증폭 스테이지(71)는 각각의 저항(Rdn, Rdn + 1)을 통해 n번째 및 n+1번째 미분 분리 스테이지(70)에 연결될 수 있다. 이러한 경우, 각 저항(Rdn, Rdn + 1)의 제1입/출력 단자는 각 차동 분리 스테이지(70)와 관련된 회로 노드(D)에 접속되고, 양 저항(Rdn, Rdn + 1)의 제2입/출력 단자는 공통 회로 노드에서 대응하는 m번째 차동 증폭 스테이지(71)의 제1입력(72)에 접속된다. 제m차동 증폭 스테이지(71)의 제2입력(73)은 동일한 방식으로 저항(Rcn, Rcn + 1)에 의해 대응하는 차동 분리 스테이지(70)에 연결된다.
이러한 방식으로, m번째 M개의 차동 증폭 스테이지(71)에 의해 출력된 증폭된 신호(20)는 센싱 전극(En, En+1) 중 임의의 하나에 근접하게 인가된 압력을 나타낼 것이고, 이는 n번째 차동 증폭 스테이지(70)와 n+1번째 차동 증폭 스테이지(70)를 통해 m번째 차동 증폭 스테이지(71)와 연결된다. 증폭 스테이지(71)가 적분 증폭기를 포함하는 경우, 증폭된 신호(30)는 m번째 차동 증폭 스테이지(71)에 연결된 센싱 전극(En, En+ 1)에 근접하게 인가 된 압력의 합을 나타낼 것이다.
2개 이상의 차동 분리 스테이지(70)는 유사한 방식으로 각 차동 증폭 스테이지(71)에 접속될 수 있다.
단일 입력 증폭 스테이지(77)(도 21)를 사용하는 터치 패널 시스템의 다른 구현에서, 증폭 스테이지(3)는 각 신호 분리 스테이지(2)가 저항 네트워크(27) 내의 단일 저항(Rdn)에 대응할 것이라는 점을 제외하면, 동일한 방식으로 신호 분리 스테이지(2)에 연결될 수 있다.
단일 입력 증폭 스테이지를 이용한 터치 패널 시스템
도 21은 단일 입력 분리 및 증폭 스테이지(76, 77)를 채용하는 터치 패널 시스템(47)의 일부의 예시적인 구현 예를 도시한다.
도 1, 도 2, 도 4, 도 5 및 도 21을 참조하면, 제1 터치 패널 시스템은 단일 입력 증폭 스테이지(77) 및 단일 입력 신호 분리 스테이지(76)의 형태인 대응 신호 분리 스테이지(2)의 형태로 증폭 스테이지(3)를 사용하여 구현될 수 있다. 단일 입력 증폭 스테이지(77)는 단일 입력(78)에 기초하여 증폭된 신호(20)를 생성할 수 있다. n번째 단일 입력 신호 분리 스테이지(76)는 제1 캐패시턴스 신호 필터(15)를 제공하는 캐패시턴스(Ci1)를 통해 n 번째 제2입/출력 단자(14)를 n 번째 제1입/출력 단자(13)에 연결시킬 수 있다. n 번째 제1 입/출력 단자(13)는 D로 표시된 회로 노드에서 캐패시턴스(Ci1)에 접속되고, 이는 저항(Rdn)을 통해 대응하는 단일 입력 증폭 스테이지(77)의 제1입력(78)에 또한 결합된다.
단일 입력 증폭 스테이지(77)의 예시적인 구현 예는 L로 표시된 회로 노드에서 제1입력(78)에 결합된 반전 입력을 갖는 제1연산 증폭기(OP1)를 포함한다. 제1 연산 증폭기(OP1)의 비 반전 입력은 풀다운 저항(Rxn)을 통해 접지에 연결된다. 또는, 풀다운 캐패시턴스(Cxn)는 풀다운 저항(Rxn)을 가로 질러 병렬로 연결된다. 제1연산 증폭기(OP1)의 출력은 증폭된 신호(20)를 제공하는 M으로 표시된 회로 노드에 접속된다. 제1 연산 증폭기(OP1)에 피드백 네트워크를 제공하는 회로 노드(L 및 M) 사이에 피드백 저항(Rfn) 및 피드백 캐패시턴스(Cfn)가 병렬로 연결된다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 단일 입력 분리 및 증폭 스테이지(76, 77)는 제1 또는 제2터치 센서(4, 26)를 사용하여 결합된 자기 - 캐패시턴스 및 압력 측정을 위해 사용될 수 있다.
도 16 내지 도 18을 참조하면, 단일 입력 분리 및 증폭 스테이지(76, 77)는 제1 또는 제2 터치 센서(4, 26)를 사용하여 결합된 상호 캐패시턴스 및 압력 측정을 위해 사용될 수 있다.
또한 도 19를 참조하면, 동수의 단일 입력 분리 및 증폭 스테이지(76, 77)를 포함하는 터치 패널 시스템에서 단일 입력 분리 및 증폭 스테이지(76, 77)가 사용될 수 있다.
도 20을 참조하면, 단일 입력 분리 및 증폭 스테이지(76, 77)는 첫 번째 수의 단일 입력 분리 스테이지(76) 및 두 번째 더 낮은 수 M의 단일 입력 증폭 스테이지(77)를 포함하는 터치 패널 시스템에서 사용될 수 있다.
이미 설명한 바와 같이, 캐패시턴스 측정 신호(21), 예를 들어 캐패시턴스 구동 및 감지 신호(33, 34)의 진폭은 압전 신호(Rd1Ipiezo(t))의 진폭보다 실질적으로 크다. 압력 신호 필터(16)가 잔류 전압 파동(δV)의 진폭을 감쇠시켜야 함을 의미하는 제2입력을 제공하기 위해 기준 경로(Ris-Cis)를 사용하고, 이는 Vself(t) 또는 VTx(t)와 같은 캐패시턴스 측정 신호(21)의 전체 진폭보다 상당히 작기 때문에, 차동 증폭 스테이지(71)가 바람직하다. 대조적으로, 단일 입력 증폭 스테이지(77)를 사용하여, 압력 신호 필터(16)는 캐패시턴스 측정 신호(21)의 전체 진폭을 감쇠시켜야 한다. 결과적으로, 단일 입력 증폭 스테이지(77)에 의해 출력된 증폭된 신호(20)는 캐패시턴스 측정 신호(21)에 대응하는 비교적 더 중요한 노이즈 신호를 포함할 수 있다. 캐패시턴스 측정 신호(21)에 대응하는 임의의 나머지 노이즈 신호는 압력 신호 처리 모듈(6) 및/또는 프로세서(37)(도 3)에서의 디지털 신호 처리에 의해 제거되거나 보상될 수 있다.
제2터치 패널 시스템
도 22 및 도 23은 제2터치 패널 시스템(79)을 도시한다.
도 1, 도 22 및 도 23을 참조하면, 제2터치 패널 시스템(79)은 제4터치 패널(80) 및 제3장치(48)를 포함한다. 제4터치 패널(80)은 별도의 도전 트레이스(50)에 의해 제3장치(48)의 대응하는 제1입/출력 단자(13)에 연결된 개별 패드(81)의 형태인 다수의 제1센싱 전극(10)을 포함한다. 제4터치 패널(80)은 압전 재료층(12)을 포함하는 층 구조(7)를 포함한다. 제4터치 패널(80)은 제2층 구조(38) 또는 임의의 제2센싱 전극(31)을 포함하지 않는다. 제4터치 패널은 자기-캐패시턴스 및 압력 측정을 결합하기 위해 제3장치(48)와 함께 사용될 수 있다.
제2터치 패널 시스템(79)에서, 제3장치(48)는 차동 분리 및 증폭 스테이지(70, 71) 또는 단일 입력 분리 및 증폭 스테이지(76, 77) 형태의 분리 및 증폭 스테이지(2,3)를 사용할 수 있다. 제2 터치 패널 시스템(79)에서, 제3장치(48)는 동수의 분리 및 증폭 스테이지(2, 3)(도 19)을 가질 수 있거나, 제3장치는 첫 번째 수 N의 분리 스테이지(2) 및 두 번째 더 낮은 수 M개의 증폭 스테이지(3)를 가질 수 있다.
제1디스플레이 스택-업
도 24는 제1스택-업(82)을 도시한다.
도 24를 참조하면, 제1스택-업(82)은 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 투명 기판인 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제1스택-업(82)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1유전체층(83)을 포함한다. 제1방향(x)으로 연장되고 제2방향(y)으로 이격된 한 세트의 도전 영역 형태의 제2센싱 전극(31)은 제1유전체층(83)의 상면에 배치된다. 제1유전체층(83)의 상면은 커버 렌즈(46)의 하부 면에 접합되어 있다.
제1스택-업(82)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제2유전체층(84)을 포함한다. 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 이격된 도전 영역 세트의 형태인 제1센싱 전극(10)은 제2유전체층(84)의 상부 면에 배치된다. 제2유전체층(84)의 상부 면은 제1유전체층(83)의 하부 면에 접합되어 있다.
제1스택-업(82)은 또한 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되는 압전 재료층(12)을 포함한다. 도전 재료 영역의 형태인 공통 전극(11)은 압전 재료층(12)의 하부 면에 배치되어, 조립될 때 공통 전극(11)이 각 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 영역과 적어도 부분적으로 중첩되도록 한다. 압전 재료층(12)의 상부 면은 제2유전체층(84)의 하부 면에 결합된다.
제1디스플레이 스택-업(82)은 전자 장치(35)(도 3)의 디스플레이(42) 위에 겹쳐서 결합될 수 있다. 제1디스플레이 스택-업 소자(82)의 소자들은 디스플레이(42)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향(z)로 적층된다. 층 구조(7)는 제2유전체층(84) 및 압전 재료층(12)을 포함하고, 제2층 구조(28)는 제1유전체층(83)을 포함한다.
커버 렌즈(46)는 유리 또는 PET 또는 임의의 다른 실질적으로 투명한 재료로 제조된다. 커버 렌즈(46)는 두께가 대략 20mm 이하일 수 있고 두께가 적어도 0.05mm 일 수 있다. 바람직하게는, 커버 렌즈(46)는 두께가 대략 2mm 이하이고 두께가 적어도 0.05mm 일 수 있다. 압전 재료층(12)은 PVDF 또는 임의의 다른 실질적으로 투명 압전 재료로 제조된다. 압전 재료층(12)은 제1스택-업(82)을 조립하기 전에 폴링 될 수 있다. 또는, 압전 재료층(12)은 제1스택-업(82)을 조립 한 후에 폴링 될 수 있다. 압전 재료층(12)은 대략 110㎛ 두께 이하일 수 있고, 적어도 0.5㎛ 또는 적어도 1㎛ 두께 일 수 있다. 공통 전극(11) 및 제1 및/또는 제2센싱 전극(10, 31)은 폴링 필드를 생성하는데 사용될 수 있다. 유전체층(83, 84)은 PET 또는 임의의 다른 실질적으로 투명 중합체 일 수 있다. 유전체층(83, 84)은 10㎛ 내지 100㎛ 두께, 예를 들어 대략 20 내지 25㎛ 두께 일 수 있다. 유전체층(83, 84)은 대략 10 내지 100㎛의 두께인 것이 바람직하다. 전극(10, 11, 31)을 제공하는 도전 영역은 ITO, IZO 또는 임의의 다른 실질적으로 투명 도전 물질 일 수 있다. 전극(10, 11, 31)을 제공하는 도전 영역은 리소그래피, 인쇄 또는 다른 적절한 방법을 사용하여 유전체층(83, 84) 및/또는 압전 재료층(12)에 적용될 수 있다. 제1전극(10), 제2전극(11), 제3전극(31)을 제공하는 도전 영역의 형상은 예를 들어 제1터치 패널(36) 또는 제2터치 패널(53) 중 어느 하나와 관련하여 설명된 임의의 적합한 전극 형상 일 수 있다. 전극을 제공하는 도전 영역의 면 저항은 1 내지 300 Ω/sq 일 수 있다. 개별 센싱 전극(10, 31)과 연결 트레이스의 저항은 최대 5kΩ 또는 최대 10kΩ 일 수 있다.
제1디스플레이 스택-업 소자는 임의의 다른 순서로 서로 접착되어 층(83, 84, 12)의 순서가 동일할 수 있다. 특히, 제1 및 제2유전체층(83, 84) 및 압전 재료층(12)은 커버 렌즈(46)에 접착되기 전에 연속적인 롤-투-롤 제조 방법을 사용하여 함께 접착될 수 있다. 커버 렌즈(46)가 가요 성 재료인 경우, 제1디스플레이 스택-업(82)은 연속적인 롤-투-롤 공정을 사용하여 전체적으로 제조될 수 있다.
제1디스플레이 스택-업(82)은 압전 재료층(12) 또는 압전 재료층(12) 상에 배치된 전극(10, 11, 31)의 복잡한 패터닝을 요구하지 않는다. 이는 전극의 복잡한 다단 및/또는 양면 패터닝을 피하기 위해 제1디스플레이 스택-업의 제조를 허용한다. 결과적으로, 제1디스플레이 스택-업(82)의 제조는 빠르고 효율적이며 저렴할 수 있다.
제2디스플레이 스택-업
도 25는 제2디스플레이 스택-업(85)을 도시한다.
또한 도 25를 참조하면, 제2디스플레이 스택-업(85)의 요소들은 제1방향(x) 및 제2방향(y)으로 연장되는 감압 접착제(PSA) 재료층을 사용하여 서로 결합되는 것을 제외하고는, 제2디스플레이 스택-업(85)은 제1디스플레이 스택-업(82)과 동일하다. 예를 들어, 커버 렌즈(46) 및 제1유전체층(83)은 커버 렌즈(46)의 하부 면이 제1유전체층(83)의 상부 면에 대향하고 PSA(86) 층에 의해 분리되도록 배치된다. 두께 방향(z)으로 인가된 압력은 커버 렌즈(46)와 제1유전체층(83)을 함께 결합시킨다. PSA 재료층(86)은 동일한 방식으로 제1 및 제2유전체층(83, 84)을 결합하여 제2유전체층(84)을 압전 재료층(12)에 결합시키고, 디스플레이(42) 위에 놓이는 제2스택-업(85)을 결합할 수 있다. PSA 재료층(86)은 10㎛ 내지 50㎛ 두께 일 수 있다. 바람직하게는, PSA 재료층(86)은 25㎛ 두께이다.
제2디스플레이 스택-업(85)의 소자들은 디스플레이(42)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향(z)으로 적층된다. 층 구조(7)는 제2유전체층(84), 압전 재료층(12) 및 PSA 재료층(86)을 포함한다. 제2층 구조(28)는 제1유전체층(83) 및 PSA 재료층(86)을 포함한다.
제3디스플레이 스택-업
도 26은 제3디스플레이 스택-업(87)을 도시한다.
또한 도 26을 참조하면, 제3디스플레이 스택(87)은 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향면을 갖는 투명 기판인 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제1유전체층(83)은 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는다. 제1방향(x)으로 연장되고 제2방향(y)으로 이격된 한 세트의 도전 영역 형태의 제2센싱 전극(31)은 제1유전체층(83)의 상면에 배치된다. 제1유전체층(83)의 상면은 PSA 재층층(86)을 이용하여 커버 렌즈(46)의 하부 면에 접착되어 있다.
제3디스플레이 스택-업(87)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 압전 재료층(12)을 포함한다. 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 이격된 도전 영역 형태의 제1센싱 전극(10)은 압전 재료층(12)의 상부 면에 배치된다. 도전 재료 영역의 형태로 된 공통 전극(11)은 압전 재료층(12)의 하부 면에 배치되어, 조립 공정 시, 공통 전극(11)은 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 각각과 적어도 부분적으로 중첩된다. 압전 재료층(12)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 제1유전체층(83)의 하부 면에 접착될 수 있다.
제3디스플레이 스택-업(87)은 PSA 재료층(86)을 사용하여 디스플레이(42)를 중첩하여 본딩 될 수 있다.
제3디스플레이 스택-업(87)의 소자들은 디스플레이(42)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향(z)으로 적층된다. 층 구조(7)는 압전 재료층(12)을 포함한다. 제2층 구조(28)는 제1유전체층(83) 및 PSA 재료층(86)을 포함한다.
제4디스플레이 스택-업
도 27은 제4디스플레이 스택-업(88)을 도시한다.
또한 도 27을 참조하면, 제4 디스플레이 스택-업(88)은 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되는 투명 기판인 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제4디스플레이 스택-업(88)은 또한 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장하는 제1유전체층(83)을 포함한다. 제1방향(x)으로 연장되고 제2방향(y)으로 이격된 한 세트의 도전 영역 형태의 제2센싱 전극(31)은 제1유전체층(83)의 상부 면에 배치된다. 제1유전체층(83)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 이용하여 커버 렌즈(46)의 하부 면에 접착되어 있다.
제4디스플레이 스택-업(88)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제2유전체층(84)을 포함한다. 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 이격된 도전 영역 세트의 형태인 제1센싱 전극(10)은 제2유전체층(84)의 상부 면에 배치된다. 제2유전체층(84)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 제1유전체층(83)의 하부 면에 접착된다.
제4디스플레이 스택-업(88)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 상부 및 하부 대향 면을 갖는 압전 재료층(12)을 포함한다. 압전 재료층(12)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 제2유전체층(84)의 하부 면에 접착된다.
제4디스플레이 스택-업(88)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제3유전체층(89)을 포함한다. 제3유전체층(89)의 상부 면에는 공통 전극(11)이 적어도 부분적으로 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)과 중첩되도록 도전 물질 영역의 공통 전극(11)이 배치된다. 제3유전체층(89)은 제1 또는 제2유전체층(83, 84)과 실질적으로 동일하다. 제3유전체층(89)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 압전 재료층(12)의 하부 면에 접착된다.
제4디스플레이 스택-업(88)은 전자 장치(35)(도 3)의 디스플레이(42) 위에 겹쳐서 결합될 수 있다. 제4디스플레이 스택-업(88)의 소자들은 디스플레이(42)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향(z)으로 적층된다. 층 구조(7)는 제2유전체층(84), 압전 재료층(12) 및 2개의 PSA 재료층(86)을 포함한다. 제2층 구조(28)는 제1유전체층(83) 및 압전 재료층(86)을 포함한다.
이러한 방식으로, 제4디스플레이 스택-업(88)의 압전 물질층(10)은 그 위에 배치된 임의의 전극을 갖지 않는다. 이는 압전 재료층(12) 상에 전극을 증착하는 공정 단계가 요구되지 않기 때문에 제4스택-업(88)의 제조를 단순화 한다. 압전 재료층(12)이 PVDF인 경우에, 패터닝 되는 ITO 전극(예를 들어, 제 1 및 제 2 유전체층 (83, 84))과 패터닝 되지 않은 ITO 전극(예를 들면 제 3 유전체층 (89))을 갖는 PET 층들 사이에 압전 재료층(12)을 제공하는 PVDF 막을 샌드위치 함으로써 제4스택-업(88)이 제조될 수 있다. 이러한 방식으로, 정규 투사형 캐패시턴스 터치 패널을 제조하는 방법은 압력 및 캐패시턴스 터치 패널을 조합하여 제조할 수 있도록 신속하고 용이하게 적응될 수 있다.
제5디스플레이 스택-업
도 28은 제5디스플레이 스택-업(90)을 도시한다.
또한 도 28을 참조하면, 제5디스플레이 스택-업(88)은 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 투명 기판인 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제5디스플레이 스택-업(88)은 또한 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장하는 제4유전체층(91)을 포함한다. 상기 제4유전체층(91)의 상부 면에는 상기 제1방향(x)으로 연장되고 상기 제2방향(y)으로 이격된 도전 영역 집합의 형태인 제2센싱 전극(31)이 배치된다. 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 이격된 도전 영역의 세트 형태의 제1센싱 전극(10)은 제4유전체층(91)의 하부 면에 배치된다. 제4유전체층(91)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 이용하여 커버 렌즈(46)의 하부 면에 접착되어 있다. 제4 유전체층(91)은 제1, 제2 또는 제3 유전체층(83, 84, 89)과 실질적으로 동일하다.
제5디스플레이 스택-업(88)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 상부 및 하부 대향 면을 갖는 압전 재료층(12)을 포함한다. 도전 재료 영역의 형태로 된 공통 전극(11)은 압전 재료층(12)의 하부 면에 배치되어, 조립 공정 시, 공통 전극(11)은 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 각각과 적어도 부분적으로 중첩된다. 압전 재료층(12)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 제4유전체층(91)의 하부 면에 접착된다.
제5디스플레이 스택-업(90)은 PSA 재료층(86)을 사용하여 전자 장치(35)(도 3)의 디스플레이(42)를 중첩하여 접착될 수 있다. 제5디스플레이 스택-업(90)의 소자들은 디스플레이(42)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향(z)으로 적층된다. 층 구조(7)는 압전 재료층(12) 및 PSA 재료층(86)을 포함한다. 제2층 구조(28)는 제4유전체층(91)을 포함한다.
공통 전극(11)은 압전 재료층(12) 상에 배치될 필요는 없다. 또는, 제5디스플레이 스택-업(90)은 제3유전체층(89)을 포함할 수 있고, 제3유전체층(89)의 상부 면은 PSA 물질층(86)을 사용하여 압전 물질층(12)의 하부 면에 결합된다.
제6디스플레이 스택-업
도 29는 제6디스플레이 스택-업(92)을 도시한다.
도 29를 참조하면, 제6디스플레이 스택-업(92)은 두께 방향에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되는 투명 기판인 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제6디스플레이 스택-업(92)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제5유전체층(93)을 포함한다. 제5유전체층(93)의 상부 면에는 제1방향(x)으로 연장되고 제2방향(y)으로 이격된 도전 영역 집합의 형태인 제2 센싱 전극(26)이 배치된다. 제5유전체층(93)의 상부 면에는 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 이격된 도전 영역 집합의 형태로 된 제1센싱 전극(10)이 배치된다. 제5유전체층(93)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 이용하여 커버 렌즈(46)의 하부 면에 접착되어 있다. 제5유전체층(93)은 제1, 제2, 제3 또는 제4유전체층(83, 84, 89, 91)과 실질적으로 동일하다. 각 제1센싱 전극(10)은 연속적인 도전 영역이고, 각 제2센싱 전극(31)은 점퍼(100)에 의해 연결된 다수의 분리된 도전 영역으로 구성된다. 각 점퍼는 제1센싱 전극(10)에 속하는 도전 영역의 일부에 걸친다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제3터치 패널(58)의 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)과 실질적으로 동일할 수 있다.
제6 디스플레이 스택-업(92)은 또한 제1 및 제2 방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향면을 갖는 압전 재료 층(12)을 포함한다. 도전 재료 영역의 형태로 된 공통 전극(11)은 압전 재료 층(12)의 하부 면에 배치된다. 조립시, 공통 전극(11)은 제1 및 제2 센싱 전극(10, 31) 각각과 적어도 부분적으로 중첩된다. 압전 재료층(12)의 상부 면은 PSA 재료 층(86)을 사용하여 제5유전체층(93)의 하부 면에 접착된다.
제6디스플레이 스택-업(92)은 PSA 재료층(88)을 사용하여 전자 장치(35)(도 3)의 디스플레이(42)를 중첩하여 접착될 수 있다. 제6디스플레이 스택-업(92)의 소자들은 디스플레이(42)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향(z)으로 적층된다. 층 구조(7)는 압전 재료층(12), PSA 재료층(86) 및 제5유전체층(93)을 포함한다.
공통 전극(11)은 압전 재료층(12) 상에 배치될 필요는 없다. 또는, 제6디스플레이 스택-업(92)은 PSA 재료층(86)을 사용하여 압전 재료층(12)의 하부 면에 접착된 제3유전체층(89)의 상부 면을 갖는 제3유전체층(89)을 포함할 수 있다.
제7디스플레이 스택-업
도 30은 제7디스플레이 스택-업(94)을 도시한다.
도 30을 참조하면, 제7디스플레이 스택-업(94)은 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 투명 기판인 커버 렌즈(46)를 포함한다. 커버 렌즈(46)의 하부 면에는 제1방향(x)으로 연장되고 제2방향(y)으로 이격된 한 세트의 도전 영역 형태의 제2센싱 전극(31)이 배치된다.
제7디스플레이 스택-업(94)은 또한 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장하는 제2유전체층(84)을 포함한다. 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 이격된 도전 영역 세트의 형태인 제1센싱 전극(10)은 제2유전체층(84)의 상부 면에 배치된다. 제2유전체층(84)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 커버 렌즈(46)의 하부 면에 접착된다.
제7디스플레이 스택-업(94)은 또한 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되는 압전 재료층(12)을 포함한다. 도전 재료 영역의 형태로 된 공통 전극(11)은 압전 재료층(12)의 하부 면에 배치되어, 조립 공정 시, 공통 전극(11)은 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 각각과 적어도 부분적으로 중첩된다. 압전 재료층(12)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 제2유전체층(84)의 하부 면에 접착된다.
제7디스플레이 스택-업(94)은 PSA 재료층(86)을 사용하여 전자 장치(35)(도 3)의 디스플레이(42)를 중첩하여 접착될 수 있다. 제7디스플레이 스택-업(94)의 요소는 디스플레이(42)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향(z)으로 적층된다. 층 구조(7)는 압전 재료층(12), PSA 재료층(86) 및 제2유전체층(84)을 포함한다. 제2 층 구조(28)는 PSA 재료층(86)을 포함한다.
공통 전극(11)은 압전 재료층(12) 상에 배치될 필요는 없다. 또는, 제7디스플레이 스택-업(94)은 PSA 재료층(86)을 사용하여 압전 재료층(12)의 하부 면에 접착된 제3유전체층(89)의 상부 면을 갖는 제3유전체층(89)을 포함 할 수 있다.
제8디스플레이 스택-업
도 32는 제8디스플레이 스택-업(95)을 도시한다.
또한 도 32를 참조하면, 제8디스플레이 스택-업(95)은 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 두께 방향(z)에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 투명 기판인 커버 렌즈(46)를 포함한다. 커버 렌즈(46)의 하부 면에는 제1방향(x)으로 연장되고 제2방향(y)으로 이격된 한 세트의 도전 영역 형태의 제2센싱 전극(31)이 배치된다. 커버 렌즈(46)의 하부 면에는 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 이격된 도전 영역 세트 형태의 제1센싱 전극(10)이 배치된다. 각 제1센싱 전극(10)은 연속적인 도전 영역이고, 각 제2센싱 전극(31)은 점퍼(100)에 의해 연결된 다수의 분리된 도전 영역으로 구성된다. 각 점퍼는 제1센싱 전극(10)에 속하는 도전 영역의 일부에 걸친다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제3터치 패널(58)의 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)과 실질적으로 동일할 수 있다.
제8디스플레이 스택-업(95)은 또한 두께 방향에 대해 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장하는 압전 재료층(12)을 포함한다. 압전 재료층(12)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 커버 렌즈(46)의 하부 면에 접착된다.
제8디스플레이 스택-업(95)은 또한 제1 및 제2방향(x, y)으로 연장되고 상부 및 하부 대향 면을 갖는 제3유전체층(89)을 포함한다. 제3유전체층(89)의 상부 면에는, 도전 재료 영역의 공통 전극(11)이 배치되어 있어, 조립 공정 시, 공통 전극(11)은 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 각각과 적어도 부분적으로 중첩된다. 제3유전체층(89)의 상부 면은 PSA 재료층(86)을 사용하여 압전 재료층(12)의 하부 면에 접착된다.
제8디스플레이 스택-업(95)은 PSA 재료층(86)을 사용하여 전자 장치(35)(도 3)의 디스플레이(42)를 중첩되어 접착될 수 있다. 제8디스플레이 스택(95)의 요소들은 디스플레이(42)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향(z)으로 적층된다. 층 구조(7)는 압전 재료층(12) 및 2개의 PSA 재료층(86)을 포함한다.
제1임베디드 스택-업
제1 내지 제8디스플레이 스택-업(82,85,87,88,90,92,94,95)은 전자 장치(35)의 디스플레이(42) 위에 놓이기 위한 것이다(도 3 참조). 그러나, 결합된 캐패시턴스 및 압력 측정을 위해 제3장치(48)와 함께 사용하기 위한 터치 패널(36, 53, 58)은 선택적으로 디스플레이(42)(가령, LCD 디스플레이, OLED 디스플레이, 플라즈마 디스플레이 또는 전기 영동 디스플레이) 일 수 있다.
도 32는 제1 임베디드 스택-업(96)을 도시한다.
또한 도 32를 참조하면, 제1 임베디드 스택-업(96)은 디스플레이(42)의 픽셀 어레이(97), 컬러 필터 글래스(98), 제1 및 제2센싱 전극(10,31), 층 구조(7), 패턴닝 된 공통 전극(61), 편광기(99), 및 픽셀 어레이(97)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향으로 적층된 커버 렌즈(46)를 을 포함한다. 제1센싱 전극(10)과 제2센싱 전극(31)은 제3터치 패널(58)과 실질적으로 동일한 방식으로 동일한 면에 배치될 수 있다.
이러한 방식으로, 제1임베디드 스택-업(96)은 LCD 디스플레이 내에 임베디드 된 결합된 정전용량성 및 압력 센싱을 구비한 터치 패널을 제공하기 위해 제3장치(48)와 함께 사용될 수 있다. 이는 디스플레이(42) 및 터치 패널의 전체 두께가 디스플레이(42) 위에 놓이는 터치 패널에 비해 감소될 수 있게 한다.
패턴닝 된 공통 전극(61)을 사용하는 것은 공통 전극(61)이 사용자의 자판 및/또는 도전 스타일러스와 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 사이의 전정용량성 결합을 차단하는 것을 방지하는 것을 도울 수 있다.
제2임베디드 스택-업
도 33은 제2임베디드 스택-업(100)을 도시한다.
또한 도 33을 참조하면, 제2임베디드 스택-업(101)은 디스플레이(42)의 픽셀 어레이(97), 컬러 필터 글래스(98), 제1 및 제2센싱 전극(10, 31), 편광자(99), 층 구조(7), 패턴닝 된 공통 전극(61), 및 픽셀 어레이(97)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향으로 적층된 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제1센싱 전극(10)과 제2센싱 전극(31)은 제3터치 패널(58)과 실질적으로 동일한 방식으로 동일 면에 배치될 수 있다.
제3임베디드 스택-업
도 34는 제3임베디드 스택-업(101)을 도시한다.
도 34를 참조하면, 제3임베디드 스택-업(101)은 디스플레이(42)의 픽셀 어레이(97), 제2센싱 전극(31), 컬러 필터 글래스(98), 제1센싱 전극(10), 층 구조(7), 패턴닝 된 공통 전극(61), 편광기(99), 및 픽셀 어레이(97)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향으로 적층된 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제2층 구조(28)에 의해 분리되는 대신 컬러 필터 글래스(98)의 대향 면 상에 배치된다.
제4임베디드 스택-업
도 35는 제4 임베디드 스택-업(102)을 도시한다.
도 35를 참조하면, 제4임베디드 스택-업(102)은, 디스플레이(42)의 픽셀 어레이(97), 제2센싱 전극(31), 컬러 필터 글래스(98), 제1센싱 전극(10), 편광기(99), 층 구조(7), 패턴닝 된 공통 전극(61) 및 픽셀 어레이(120)로부터 커버 렌즈(77)까지의 두께 방향으로 적층된 커버 렌즈(77)를 포함한다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제2층 구조(28)에 의해 분리되는 대신 컬러 필터 글래스(98)의 대향 면 상에 배치된다.
제5임베디드 스택-업
도 36은 제5임베디드 스택-업(103)을 도시한다.
도 36을 참조하면, 제5임베디드 스택-업(103)은 디스플레이(42)의 픽셀 어레이(97), 제 2센싱 전극 (31), 제 2센싱 전극 (10), 컬러 필터 글래스(98), 층 구조(7), 패터닝 된 공통 전극 (61), 편광기(99), 및 픽셀 어레이(97)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향으로 적층된 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제2유전체층(28)에 의해 분리되어 있다.
제6임베디드 스택
도 37은 제6임베디드 스택-업(104)을 도시한다.
도 37을 참조하면, 제6임베디드 스택-업(104)는, 디스플레이(42)의 픽셀 어레이(97), 제2센싱 전극(31), 제2층 구조(28), 제1센싱 전극(10), 층 구조(7), 칼라 필터 글래스(98), 패턴닝 된 공통 전극(61), 편광판(99) 및 픽셀 어레이(97)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향으로 적층 된 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제2유전체층(28)에 의해 분리된다.
제7임베디드 스택-업
도 38은 제7임베디드 스택-업(105)을 도시한다.
도 38을 참조하면, 제7임베디드 스택-업(105)은 디스플레이(42)의 픽셀 어레이(97), 제2센싱 전극(31), 제2층 구조(28), 제1센싱 전극(10), 층 구조(7), 패터닝 된 공통 전극(61), 칼라 필터 글래스(98), 편광판(99) 및 픽셀 어레이(97)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향으로 적층된 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제2유전체층(28)에 의해 분리된다.
제8임베디드 스택-업
도 39는 제8임베디드 스택-업(106)을 도시한다.
도 39를 참조하면, 제8임베디드 스택 업(106)은, 디스플레이(42)의 픽셀 어레이(97), 제2센싱 전극(31), 제 2층 구조(28), 제 1센싱 전극(10), 컬러 필터 글래스(98), 편광기(99), 층 구조(7), 패턴닝 된 공통 전극(61), 및 픽셀 어레이(97)로부터 커버 렌즈(46)까지 두께 방향으로 적층된 커버 렌즈(46)를 포함한다. 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)은 제2유전체층(28)에 의해 분리된다.
제1 내지 제8임베디드 스택-업(96,100,101,102,103,104,105,106)에서, 제1 및 제2센싱 전극(10,31)과 패터닝 된 공통 전극(61)은 두께 방향(z)에 대해 상부 또는 하부에 배치된 인접한 소자들의 표면 상에 배치될 수 있다. 또는 제 1 및 제 2센싱 전극(10,31)과 패턴닝 된 공통 전극(61)은 제1, 제2, 제3, 제4 및 제5유전체층(83, 84, 89, 91, 93)과 유사한 추가적인 유전체층의 표면 상에 배치될 수 있다. 사용자의 자판 및/또는 도전 스타일러스와 제1 및/또는 제2센싱 전극(10, 31) 사이의 정전용량성 결합이 과도하게 차폐되지 않는다면, 패터닝 된 공통 전극(61)이 사용될 필요가 없고 패터닝 되지 않은 공통 전극(11)이 사용될 수 있다. 추가적인 PSA 층(86)은 제1 내지 제8임베디드 스택-업(96, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)의 하나 이상의 층을 결합시키는데 사용될 수 있다.
변형
전술한 실시 예에 많은 변형이 가해질 수 있음을 이해할 것이다. 그러한 변형은 이미 전술한 특징 대신에 또는 추가로 사용될 수 있는 전정용량성 터치 패널의 설계, 제조 및 사용에 이미 공지 된 등가의 다른 특징을 포함할 수 있다. 일 실시 예의 특징은 다른 실시 예의 특징으로 대체되거나 보완될 수 있다. 예를 들어, 하나의 디스플레이 스택-업 또는 임베디드 디스플레이 스택-업의 특징은 다른 디스플레이 스택-업 및/또는 다른 임베디드 디스플레이 스택-업의 기능으로 대체되거나 보완 될 수 있다.
제1 및 제2 센싱 전극(10, 31)이 층 구조(7)에 의해 공통 전극(11, 61)으로부터 분리되는 터치 패널이 설명되었다. 그러나, 다른 배열이 가능하다. 도 40 및 41을 참조하면, 제5터치 패널(107)은 층 구조(7), 층 구조(7)의 제1면(8)에 배치된 복수의 제1센싱 전극(10), 층 구조(7)의 제2면(9)에 배치된 복수의 제2센싱 전극(31), 복수의 분리된 공통 전극(108)의 형태로 층 구조(7)의 제2면(9) 상에 배치된 복수의 공통 전극(11)을 포함한다.
제1센싱 전극(10)은 제1방향(x)으로 연장되어 제2방향(y)으로 이격되어 있다. 제2센싱 전극(31)은 제2방향(y)으로 연장되어 제1방향(x)으로 이격되어 있다. 분리된 공통 전극(108)은 제2방향(y)으로 연장되고 제1방향(x)으로 이격되어 있다. 분리된 공통 전극(108)과 제2센싱 전극(31)은 서로 엇갈리며 서로 접촉하지 않는다. 분리된 공통 전극(108) 및 제2센싱 전극(31)은 상이한 에지들에서 제5터치 패널(107)을 빠져 나가는 도전 트레이스(도시되지 않음)를 사용하여 판독될 수 있다. 각 제1센싱 전극(10)은 제1방향(x)으로 균등하게 이격되고 상대적으로 좁은 브릿지 세그먼트(55)에 의해 제1방향(x)으로 서로 연결된 수개의 패드 세그먼트(54)의 형태를 취할 수 있다. 마찬가지로, 각 제2센싱 전극(31)은 제2방향(y)으로 균등하게 이격되고 상대적으로 좁은 브릿지 세그먼트(57)에 의해 제2방향(y)으로 서로 연결된 수개의 패드 세그먼트(56)를 포함할 수 있다. 제1센싱 전극(10)의 패드 세그먼트(54)는 다이아몬드 형상 일 수 있다. 제2센싱 전극(31)의 패드 세그먼트(56) 및 브릿지 세그먼트(57)는 제1센싱 전극(10)과 동일한 형상 및 폭을 가질 수 있다. 각 분리된 공통 전극(108)은 제2방향(y)으로 균등하게 이격되어 비교적 좁은 브릿지 세그먼트(110)에 의해 제2방향(y)으로 서로 연결된 수개의 패드 세그먼트(109)를 포함할 수 있다. 분리된 공통 전극(108)의 패드 세그먼트(109) 및 브릿지 세그먼트(110)는 제1 및 제2센싱 전극(10, 31)과 동일한 형상 및 폭을 가질 수 있다. 또는, 제1센싱 전극(10)의 패드 세그먼트(54)는 분리된 공통 전극(108)의 패드 세그먼트(109)보다 크거나 작을 수 있다.
제1센싱 전극(10)과 제2센싱 전극(31)은 제2센싱 전극(31)의 브리지 세그먼트(57)가 제1센싱 전극(10)의 브리지 세그먼트(55) 위에 놓이도록 배치된다. 제1센싱 전극(10)과 제2센싱 전극(31)은 각 패드 세그먼트(54, 56)가 중첩되지 않도록 배치된다. 대신에, 분리된 공통 전극(108)은 분리된 공통 전극(108)의 패드 세그먼트(109)가 제1센싱 전극(8)의 패드 세그먼트(54)와 중첩되도록 배열된다. 패드 세그먼트(54, 56, 109)는 다이아몬드 형상 일 필요는 없고 대신에 원형 일 수 있다. 패드 세그먼트(54, 56, 109)는 삼각형, 정사각형, 오각형 또는 육각형과 같은 정다각형 일 수 있다.
제5터치 패널(107)은 예를 들어 제1터치 패널 시스템(47)에서 한 쌍의 제1 및 제2센싱 전극(10, 31) 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하는 데 사용될 수 있다. 분리된 공통 전극(108)은 예를 들어 외부 트레이스(도시되지 않음)를 사용하여 서로 연결될 수 있고, 각각의 제1센싱 전극(10)과 분리된 공통 전극(108) 사이의 압력 값을 측정하기 위해 집합적으로 어드레스 될 수 있다. 또는, 분리된 공통 전극(108)은 한 쌍의 제1 및 분리된 공통 전극(10, 108)을 사용하여 압력 값을 측정하도록 개별적으로 어드레스 가능할 수 있다.
제1 내지 제8디스플레이 스택-업(82, 85, 87, 88, 90, 92, 94, 95) 또는 제1 내지 제8임베디드 스택-업(96, 100, 101, 102, 103, 104, 105, 106)은 분리된 공통 전극(108)과 동일 면 상에 제2센싱 전극(31)을 배치하는 것과 같이, 제5터치 패널(107) 또는 제5터치 패널(107)의 요소들을 통합하도록 적용될 수 있다. 분리된 공통 전극(108)은 제2센싱 전극(31)과 동일 면 상에 배치될 필요는 없으며, 선택적으로 제1센싱 전극(10)과 동일한 층 구조(7) 상에 배치될 수 있다.
일반적으로 평면인 터치 패널 및 스택-업이 설명되었다. 그러나, 터치 패널 및 스택-업은 평면이거나 또는 평평할 필요는 없으며, 사용자가 상호작용할 수 있도록 곡면 또는 다른 비평면 표면을 제공할 수 있다. 터치 패널 및 스택-업은 곡선 디스플레이 내에 겹쳐 지거나 임베디드 될 수 있다.
압력 신호 처리 모듈(6), 정전용량성 터치 제어기(5) 및/또는 프로세서(37)는 압력 값(24) 및/또는 캐패시턴스 값(23)의 신호대 잡음비를 향상시키기 위해 상관 된 이중 샘플링 방법을 사용할 수 있다. 압력 신호 처리 모듈(6), 정전용량성 터치 제어기(5) 및/또는 프로세서(37)는 압력 값(24) 및/또는 캐패시턴스 값(23)을 이미지 데이터로서 처리할 수 있다.
터치 센서(4, 26) 및 터치 패널(36, 53, 58, 80)은 일반적으로 직교 세트를 형성하는 제1, 제2 및 제3방향(x, y, z)과 관련하여 기술되었다. 그러나, 제1및 제2방향은 수직 일 필요는 없고 일반적으로 1도 내지 90도 사이의 임의의 각도로 교차할 수 있다. 90, 60, 45 또는 30도에서의 제1및 제2방향의 교차가 바람직하다.
본 출원에서 특정 용도의 조합에 대해 클레임이 공식화되었지만, 본 발명의 개시의 범위는 또한 임의의 신규 한 특징 또는 명시 적으로 또는 암시 적으로 또는 본원에 개시된 특징의 임의의 신규 한 조합을 포함하거나, 그것이 임의의 청구 범위에서 현재 청구되는 것과 동일한 발명과 관련이 있는지 및 그것이 본 발명과 동일한 기술적 문제들 중 일부 또는 전부를 완화하는지 여부에 관한 것이다. 출원인은 본 출원의 출원 또는 그로부터 파생된 임의의 추가 출원의 진행 중에 그러한 특징 및/또는 이러한 특징의 조합에 새로운 청구항이 공식화 될 수 있음을 통지한다.

Claims (29)

  1. 장치(device)로서,
    투사형 캐패시턴스 터치 패널을 위한 복수의 제1입/출력 단자 - 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널은 복수의 센싱 전극과 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하고, 상기 압전 재료층은 균일하고 적어도 상기 복수의 센싱 전극과 동일 공간에 있음 -;
    정전용량성 터치 제어기를 위한 복수의 제2입/출력 단자;
    복수의 분리 스테이지 - 각 분리 스테이지는 하나의 제1입/출력 단자를 대응하는 제2입/출력 단자에 연결하고, 각 분리 스테이지는 각각의 제1 및 제2입/출력 단자 사이에서 신호를 필터링 하기 위한 제1 주파수-종속 필터를 포함함 -; 및
    적어도 하나의 증폭 스테이지 - 각 증폭 스테이지는 증폭된 신호를 제공하도록 구성된 적어도 하나의 입력 및 출력을 가지며, 상기 증폭 스테이지의 수는 상기 분리 스테이지의 수보다 작거나 같고, 각 증폭 스테이지 입력은 각 분리 스테이지(들)를 통해 하나 이상의 상기 제1입/출력 단자에 연결됨 -; 를 포함하되,
    각 증폭 스테이지 또는 각 분리 스테이지는 상기 각각의 제1입/출력 단자와 증폭 스테이지 입력 사이에서 신호를 필터링 하기 위한 제2 주파수-종속 필터를 포함하며,
    각 제1주파수-종속 필터는 상기 정전용량성 터치 제어기로부터의 신호를 통과시키도록 구성되고, 각 제2주파수-종속 필터는 상기 정전용량성 터치 제어기로부터의 신호를 감쇠시키도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2주파수-종속 필터는 각 증폭 스테이지 출력으로부터의 증폭된 신호의 진폭이 대응하는 상기 제1입/출력 단자에 연결된 상기 센싱 전극에 근접하여 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널에 인가된 압력에 의존하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    각 증폭 스테이지는 하나의 분리 스테이지를 통해 하나의 제1입/출력 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    각 증폭 스테이지는 각 분리 스테이지를 통해 2개 이상의 제1입/출력 단자에 접속되는 것을 특징으로 하는 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 증폭 스테이지는 가상 접지 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 복수의 분리 스테이지 및 상기 복수의 증폭 스테이지는 저항 네트워크에 의해 접속되는 것을 특징으로 하는 장치.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 정전용량성 터치 제어기로부터 바이어스 신호를 수신하기 위한 공통 단자를 더 포함하고,
    각 분리 스테이지는 추가적인 제1주파수-종속 필터, 및 직렬로 접속된 기준 저항 및 기준 캐패시턴스를 더 포함하며, 각 분리 스테이지는 상기 기준 저항 및 상기 기준 캐패시턴스를 통해 각각의 제2입/출력 단자를 공통 단자에 연결하도록 구성되며, 상기 추가적인 제1주파수-종속 필터는 상기 제2입/출력 단자와 상기 공통 단자 사이의 신호를 필터링 하고;
    각 증폭 스테이지는 각 분리 스테이지(들)를 통해 하나 이상의 제1입/출력 단자에 연결된 제1증폭 스테이지 입력, 및 각 분리 스테이지(들)의 기준 저항 및 기준 캐패시턴스를 통해 상기 공통 단자에 접속된 제2증폭 스테이지 입력을 포함하는 차동 증폭 스테이지이고,
    제2주파수-종속 필터를 포함하는 각 분리 스테이지에 의존하여, 각 분리 스테이지는 각 제2증폭 스테이지 입력 제1단자와 공통 단자 사이에서 신호를 필터링 하기 위한 추가적인 제2주파수-종속 필터를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    제1주파수-종속 필터는 캐패시턴스를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  9. 제1항에 있어서,
    각 증폭 스테이지는 제2주파수-종속 필터를 포함하고, 각 제2주파수 종속 필터는 피드백 네트워크 및 하나 이상의 연산 증폭기를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  10. 제1항에 있어서,
    제3단자; 및
    대응하는 증폭 스테이지 출력에 연결된 각 입력 및 상기 제3단자에 연결된 출력을 갖는 복수의 입력 및 출력을 갖는 압력 신호 처리 모듈;를 포함하고,
    상기 압력 신호 처리 모듈은 상기 증폭된 신호를 수신하고, 상기 증폭된 신호에 따라 압력 값을 계산하고, 압력 값을 포함하는 출력을 상기 제3단자에 제공하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    각 제3단자는 대응하는 증폭 스테이지 출력에 접속되는 복수의 제3단자를 포함하는 것을 특징으로 하는 장치.
  12. 제1항에 있어서,
    복수의 전극 모니터링 포트 및 공통 출력 포트를 갖는 정전용량성 터치 제어기를 더 포함하고, 각 전극 모니터링 포트는 대응하는 제2입/출력 단자에 접속되고, 상기 공통 출력 포트는 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 공통 전극에 바이어스 신호를 제공하는 것이고;
    상기 정전용량성 터치 제어기는 각각의 신호 분리 스테이지를 통해 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 센싱 전극으로 및/또는 그로부터 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성되며, 상기 송신 및/또는 수신된 신호에 의존하여 캐패시턴스 값을 계산하고, 캐패시턴스 값을 포함하는 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 장치.
  13. 제11항의 장치;
    각각이 상기 장치의 대응하는 제3 단자에 접속된 복수의 입력 및 출력을 갖는 압력 신호 처리 모듈;을 포함하고,
    상기 압력 신호 처리 모듈은 상기 증폭된 신호를 수신하고, 상기 증폭된 신호에 따라 압력 값을 계산하고, 압력 값을 포함하는 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 제1기구.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 압력 신호 처리 모듈은 상기 장치와 별도의 패키지에 수용되어 상기 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 제1기구.
  15. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 따른 장치, 또는 제13항 또는 제14항에 따른 제1기구; 및
    복수의 전극 모니터링 포트 및 공통 출력 포트를 갖는 정전 용량 터치 제어기;를 포함하고, 각 전극 모니터링 포트는 상기 장치의 대응하는 제 2입/출력 단자에 접속되고, 상기 공통 출력 포트는 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 공통 전극에 바이어스 신호를 제공하며,
    상기 정전용량성 터치 제어기는 각각의 신호 분리 스테이지를 통해 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 센싱 전극으로 및/또는 그로부터 신호를 송신 및/또는 수신하도록 구성되며, 상기 송신 및/또는 수신된 신호에 의존하여 캐패시턴스 값을 계산하고, 캐패시턴스 값을 포함하는 출력을 제공하는 것을 특징으로 하는 제2기구.
  16. 제15항에 있어서,
    상기 정전용량성 터치 제어기는 상기 장치에 대한 별도의 패키지에 하우징 되고 상기 장치에 연결되는 것을 특징으로 하는 제2기구.
  17. 터치 패널 시스템(touch panel system)으로서,
    제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치 또는 제13항 또는 제14항에 따른 제1기구; 및
    투사형 캐패시턴스 터치 패널;을 포함하고,
    상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널은
    하나 이상의 층을 포함하는 층 구조 - 각 층이 두께 방향에 수직으로 연장되고, 상기 하나 이상의 층은 압전 재료층을 포함하고, 상기 층 구조는 제1 및 제2대향 면을 가지며, 상기 층은 각 층의 두께 방향이 제1 및 제2대향 면에 수직이 되도록 제1면과 제2대향 면 사이에 배치됨 -;
    상기 제1면 상에 배치되고, 대응하는 제1입/출력 단자에 각각 연결되는 복수의 제1센싱 전극; 및
    정전용량성 터치 제어기로부터 바이어스 신호를 수신하기 위해 상기 제2대향 면 상에 배치된 공통 전극을 포함하고,
    상기 압전 재료층은 균일하고 적어도 상기 복수의 센싱 전극과 동일 공간에 있으며,
    공통 단자를 포함하는 상기 장치 또는 상기 제1기구에 따라 상기 공통 전극이 상기 공통 단자에 접속되고, 정전용량성 터치 제어기를 포함하는 상기 장치 또는 상기 제1기구에 따라 상기 정전용량성 터치 제어기의 공통 출력 포트는 상기 공통 전극에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템.
  18. 제17항에 있어서,
    상기 공통 전극은 그리드에 배치된 도전 재료 영역을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템.
  19. 제17항에 있어서,
    상기 복수의 제1센싱 전극은 어레이 형태로 상기 제1면 상에 배치된 복수의 도전 패드를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템.
  20. 제17항에 있어서,
    상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널은 복수의 제2센싱 전극을 더 포함하고, 상기 복수의 제2센싱 전극은 상기 층 구조의 제1면 상에 놓이고 상기 층 구조가 상기 복수의 제2센싱 전극과 상기 공통 전극 사이에 있도록 배치되고;
    각 제2센싱 전극은 대응하는 제1입/출력 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템.
  21. 제20항에 있어서,
    각 제1센싱 전극은 제1방향으로 연장되고, 상기 복수의 제1센싱 전극은 상기 제1방향에 수직으로 이격되어 배열되고, 각 제2센싱 전극은 제2방향으로 연장되고, 상기 복수의 제2센싱 전극은 상기 제2방향에 대해 수직으로 이격되어 배열되며, 상기 제1 및 제2방향은 서로 상이한 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템.
  22. 제20항에 있어서,
    상기 투사형 커패시턴스 터치 패널은 하나 이상의 유전체층을 포함하는 제2층 구조를 더 포함하며, 각 유전체층은 두께 방향에 수직으로 연장되고, 상기 제2층 구조는 제3 및 제4대향 면을 가지며, 상기 유전체층은 상기 유전체층의 두께 방향이 상기 제3 및 제4대향 면에 수직이 되도록 상기 제3면과 제4대향 면 사이에 배치되며;
    복수의 제2센싱 전극은 상기 제2층 구조의 상기 제3면 상에 배치되고, 상기 제2층 구조의 제4대향 면은 복수의 제1센싱 전극과 접촉하는 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템.
  23. 제20항에 있어서,
    상기 복수의 제2센싱 전극은 상기 층 구조의 상기 제1면 상에 배치되고, 각 제1센싱 전극은 연속적인 도전 영역을 포함하고, 각 제2센싱 전극은 점퍼에 의해 서로 전기적으로 연결된 복수의 도전 영역을 포함하며, 각 점퍼는 제1센싱 전극들 중 하나의 부분을 형성하는 도전 영역에 걸쳐있는 것을 특징으로 하는 터치 패널 시스템.
  24. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 따른 장치, 또는 제13항 또는 제14항에 따른 제1기구를 포함하는 휴대용 전자 장치.
  25. 제10항에 따른 장치; 및
    상기 제3단자를 통해 상기 장치로부터 상기 압력 값을 수신하도록 구성된 신호 처리기를 포함하고, 상기 신호 처리기는 상기 압력 값의 신호대 잡음비를 향상시키기 위해 상관된 이중 샘플링 방법을 사용하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치.
  26. 제25항에 있어서,
    상기 신호 처리기는 상기 압력 값을 이미지 데이터로서 취급하도록 구성된 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치.
  27. 제24항에 있어서,
    상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널은 디스플레이 스크린 상에 놓이는 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치.
  28. 제24항에 있어서,
    상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널은 디스플레이 스크린에 통합된 것을 특징으로 하는 휴대용 전자 장치.
  29. 복수의 센싱 전극과 공통 전극 사이에 배치된 압전 재료층을 포함하는 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 센싱 전극과 정전용량성 터치 제어기 사이의 신호를 제1주파수-종속 필터를 사용하여 송신 및 필터링 하는 단계 - 상기 압전 재료층은 균일하고 적어도 상기 복수의 센싱 전극과 동일 공간에 있으며;
    제2주파수-종속 필터를 사용하여 필터링 된 신호를 생성하기 위해, 상기 투사형 캐패시턴스 터치 패널의 상기 센싱 전극과 증폭 스테이지 입력 사이의 신호를 필터링 하는 단계; 및
    상기 필터링 된 신호를 증폭하여 증폭된 신호를 생성하는 단계를 포함하고,
    각 제1주파수-종속 필터는 정전용량성 터치 제어기로부터의 신호를 통과시키도록 구성되고, 각 제2주파수-종속 필터는 정전용량성 터치 제어기로부터의 신호를 감쇠하도록 구성되는 것을 특징으로 하는 방법.
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