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KR20060129190A - 접촉 민감성 디스플레이 장치 - Google Patents

접촉 민감성 디스플레이 장치 Download PDF

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KR20060129190A
KR20060129190A KR1020067009355A KR20067009355A KR20060129190A KR 20060129190 A KR20060129190 A KR 20060129190A KR 1020067009355 A KR1020067009355 A KR 1020067009355A KR 20067009355 A KR20067009355 A KR 20067009355A KR 20060129190 A KR20060129190 A KR 20060129190A
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KR
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display device
substrate
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KR1020067009355A
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English (en)
Inventor
안더스 스웨딘
Original Assignee
안더스 스웨딘
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Publication date
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Abstract

적어도 하나의 디스플레이 전극이 디스플레이 장치 상에 임의의 형태의 디스플레이를 위해 배치된 기판을 가지는 디스플레이 장치를 포함하는 접촉 센서가 제시되어 있다. 인터페이스는 디스플레이 장치에 대한 디스플레이 데이터를 수신하기 위해 적어도 하나의 디스플레이 전극에 연결된다. 또한, 측정 회로가 적어도 하나의 디스플레이 전극과 연결된다. 스위칭 수단은 자신이 제 1 동작 상태에 있을 때 인터페이스와 적어도 하나의 디스플레이 전극을 연결시키고 자신이 제 2 동작 상태에 있을 때 측정 회로를 적어도 하나의 디스플레이 전극에 연결시키기 위해 제공된다.

Description

접촉 민감성 디스플레이 장치{TOUCH SENSITIVE DISPLAY DEVICE}
본 발명은 접촉 민감성 디스플레이 장치에 관한 것이다.
이동 전화기, PDA(personal digital assistant) 및 산업용 제어 장치와 같은, 다양한 애플리케이션 분야들의 전기 장치는 장치의 운용자에게 정보를 제공하기 위해 몇몇 종류의 디스플레이 장치를 사용한다. 보다 간단한 애플리케이션들에서, 디스플레이 장치는 단방향(one-way) 통신 링크이다. 즉, 디스플레이는 운용자에게 정보를 제공하기 위하여 사용되며, 이와 반대로 정보를 수신하기 위해 사용되지 않는다. 운용자와의 상호 작용을 위해서는, 누름 단추 또는 키보드가 보통 사용된다. 예를 들어, PDA와 같이, 전기 장치의 크기가 소형인 경우, 장치에는 키보드를 위한 공간이 없기 때문에, PDA의 제조자는 장치로 데이터를 입력할 수 있도록 하기 위한 다른 수단을 제공해야 한다.
공지된 바와 같이, 입력 수단은 개별적인 키보드를 구비할 필요없이 데이터의 입력을 가능하게 하는 접촉 민감성 디스플레이의 형태일 수 있다. 접촉 민감성 디스플레이 장치들을 제공하기 위한 많은 상이한 기법들이 제시되고 있으며 오늘날 가장 보편적인 솔루션은 디스플레이의 상부에 위치하는 개별적인 투명 접촉 민감성 계층을 사용하는 것이다. 접촉 민감성 계층은 보통 절연 스페이서들에 의해 짧은 거리만큼 떨어져 있는 두 개의 플렉서블한(flexible) 중첩된 플라스틱 시트들의 형태로 되어 있다. 서로에 대하여 마주보는 시트들의 표면 위에, 전기적 전도체들의 행렬과 같은(matrix-like) 패턴이 배치되며, 상기 패턴은 접촉 민감성 계층이 디프레션(depression)되는 위치에서 시트들 간의 전기적 접촉을 설정한다. 플라스틱 시트들 상에서 행렬과 같은 패턴을 스캐닝하는 제어 유니트는 시트들 사이의 전기적 접촉을 검출하고 디스플레이의 디프레션에 대한 좌표를 결정할 수 있다.
개별적인 접촉 민감성 계층이 키보드 없이 데이터를 장치에 입력할 수 있도록 하더라도, 접촉 민감성 계층의 투명도는 절대적이지 않기 때문에 특정 환경에서는 디스플레이에 표시된 정보를 보기 어려우므로, 접촉 민감성 디스플레이를 구현하는 효율적인 방법이 아니다. 열악한 밝기 조건에서 디스플레이의 정보를 볼 수 있도록 하기 위해 디스플레이 장치에 후방 라이터(lighter) 또는 전방 라이터가 제공되는 경우에, 접촉 민감성 계층의 불만족스러운 투명도는 더욱 두드러지게 된다.
접촉 민감성 디스플레이를 제공하기 위한 다른 접근은 디스플레이의 상부보다는 디스플레이의 아래쪽에 배치된 센서를 가지는 디스플레이를 제공하는 것이다. 상기 센서는 위에서 제시된 솔루션과 같이 전도체들 사이의 전기적 접촉을 검출하는 것이 아니라 디스플레이의 용량성 또는 반사성 특성들을 이용함으로써 디스플레이에 대한 접촉을 검출해야 한다. 전자의 경우에, 디스플레이에 접촉하는 손가락에 대한 디스플레이를 통한 용량성 커플링은 디스플레이에 대한 접촉뿐만 아니라 접촉 위치를 검출할 수 있다. 후자의 경우에, 접촉 지점에서 디스플레이의 반사성 특성들의 변화들을 이용하는 빛 또는 소리가 디스플레이의 표면에 대한 접촉을 검 출하기 위해 사용될 수 있다.
디스플레이 표면의 상부 또는 하부에 배치되는 개별적인 센서들을 사용하지 않고 디스플레이를 위한 접촉 민감성을 제공하기 위한 시도들이 이루어지고 있다. 하나의 접근은 접촉을 감지하기 위해 디스플레이의 캐릭터들에 대한 픽셀들 또는 세그먼트들을 형성하는 디스플레이 전극들을 사용하는 것이다.
US 5,043,710은 액정 디스플레이(LCD)를 포함하는 접촉 센서를 제시하고 있으며, 디스플레이에 대한 접촉은 디스플레이의 절연 특성들의 변화를 검출함으로써 감지된다. 디스플레이 전극들 중 하나를 통해 플렉서블한 유리 기판에 수직한 LCD로 가해지는 기계적 힘은 액정 분자들의 일시적인 무질서(disorganization)를 초래하며, 그리하여 디스플레이 전극 아래에 있는 액정의 유전 상수를 변화시킨다. LCD의 각각의 디스플레이 전극은 적분기에 연결되며, LCD의 세그먼트들이 여기된(excited) 상태에 있을 때 액정의 유전 상수 변화는 LCD에 대한 접촉을 나타내는 전기 펄스를 야기한다. 그러나, US 5,043,710에 따른 솔루션은 접촉을 감지하기 위해 필요한 많은 양의 적분기들로 인하여 복잡한 구조를 가진다. 또한, 접촉을 감지하기 위해 전방 유리 플레이트는 플렉서블할 필요가 있으며, 이는 디스플레이의 내구성을 떨어뜨리게 된다. 또한, 디스플레이의 동작 수명은 디스플레이에 있는 액정의 반복된 압축들로 인하여 줄어들게 된다.
US 4,224,615는 플렉서블한 전방 플레이트를 가지는 LCD를 제시하며, LCD는 인간 운용자로부터 데이터를 수신하기 위한 장치로서 사용될 수 있다. 접촉 민감성 디스플레이를 포함하는 장치의 운용자는 디스플레이의 플렉서블한 전방 플레이 트에 접촉하며, 전방 플레이트는 뒤쪽 기판을 향하여 편향되고 그리하여 디프레션된 영역에 있는 디스플레이 전극들 사이의 커패시턴스를 증가시킨다. 전방 및 후방 디스플레이 세그먼트 사이에서 측정된 커패시턴스는 기준 셀의 커패시턴스와 비교되며, 영향을 받는 디스플레이 세그먼트들이 활성화, 즉, 디스플레이에 형상을 표시하더라도 접촉을 검출하는 것이 가능하다. US 5,043,710과 함께, US 4,224,615에 따른 발명은 접촉을 감지하기 위해 압축되는 액정의 유전 상수의 변화를 이용한다. US 5,043,710에 따른 발명에서 견고함(robustness)과 수명 예측치와 관련된 동일한 문제들이 US 4,224,615에 따른 솔루션에서도 존재한다.
US 2001/0020578은 접촉 민감성을 가지는 LCD를 제시하며, 센서 배열은 디스플레이 표면의 아래쪽에 배치된다. 센서들은 디스플레이 세그먼트들이 배치되지 않는 디스플레이 영역 내에서 디스플레이 아래쪽에 위치하는 것이 바람직하다. 대안적으로, 전방 및 후방 세그먼트들이 단락되면(short-circuited), 디스플레이의 디스플레이 세그먼트들은 센서들로 사용될 수 있다. 디스플레이 전극들이 접촉 센서들로서 동작하면, 디스플레이 전극들의 단락으로 인하여 어떠한 정보도 스크린 상에 표시되지 않을 수 있다. 따라서, 마이크로프로세서는 디스플레이 상에 정보를 표시하는 것과 접촉 감지를 번갈아 수행하기 위해 디스플레이 세그먼트들로 연결된다.
US 4,910,504는 접촉 제어 디스플레이 장치를 제시하며, 디스플레이에 대한 접촉은 전방 기판의 상이한 디스플레이 전극들 사이의 커패시턴스를 측정함으로써 감지된다. 전방 기판은 변형으로부터 디스플레이를 보호하도록 단단할 수 있다. 전극들 사이의 커패시턴스를 측정하는 검출기는 디스플레이의 피딩(feeding) 핀들로 연결된다. 공통 카운터-전극은 공지된 방식으로 후방 기판 상에 배치된다. 아래에서 설명될 바와 같이, 카운터-전극은 전방 기판의 전극들 사이에서 단락 회로로 동작하며, 그리하여 접촉이 이루어지는 스크린 상의 위치와 관련하여 접촉 민감성 디스플레이의 정확도를 떨어뜨리게 된다. 또한, 디스플레이를 위해 필요한 구동 회로에 있는 다수의 스트레이-커패시턴스들은 커패시턴스 측정 회로를 방해하여 접촉이 이루어지는지 여부와 어떤 위치에서 접촉이 이루어지는지를 결정하기 어렵게 만든다.
DE 19802479는 예를 들어, 엘리베이터에서 사용하기 위한 접촉-민감성 디스플레이를 제시한다. 디스플레이 엘리먼트의 전방 표면에는 전기적 전도 계층이 제공되며, 전기적 전도 계층은 매우 얇기 때문에 디스플레이 엘리먼트가 전도 계층을 통과하여 보여질 수 있다. 평가 회로는 디스플레이에 대한 접촉을 검출하기 위해 전도 계층과 연결된다. 그러나, 디스플레이 엘리먼트 앞에 전도성 계층을 배치함으로써, 디스플레이 엘리먼트의 가시도(visibility)는 악화된다. 또한, 전도성 계층은 노출되어 디스플레이의 사용자들에 의해 닳게 되며, 이는 디스플레이의 내구성이 많은 애플리케이션들에 적용하는데 있어서 불충분하다는 것을 의미한다.
디스플레이 구동 회로의 제조자들에게 있어서, 스크린 상의 접촉을 검출하기 위해 사용되는 회로는 구동 회로의 동작 또는 예상 수명에 영향을 미치지 않는 것이 가장 중요하다. 그리하여, 시야(view)의 구동점으로부터 "정상적(normal)"인 디스플레이로 동작하는 접촉 민감성 디스플레이가 요구된다.
본 발명의 목적은 내구성이 있는 접촉 센서를 제공하고 디스플레이에 대한 접촉을 신뢰할만한 수준으로 검출하는 것과 관련하여 위에서 설명된 공지된 기술들의 문제점들을 극복하기 위한 것이다. 본 발명은 디스플레이에 대한 접촉 검출의 신뢰성에 영향을 미치는 특정한 물리적 특성들이 디스플레이와 관련되어 있다는 것에 기반한다.
본 발명의 특별한 장점들은 스크린 상의 접촉 검출의 신뢰성, 접촉 센서의 향상된 견고함 및 이용가능한 디스플레이 구동 회로에 대한 향상된 매칭이다.
본 발명의 특별한 특징은 디스플레이를 변형시키거나 또는 특별하게 적용된 디스플레이 구동 회로를 요구함이 없이 디스플레이에 대한 접촉을 신뢰성 있게 검출할 수 있도록 기본 구성에 접촉 센서를 제공하는 것과 관련되어 있다. 본 발명에 따라 접촉 센서를 포함하는 시스템에 대한 설계자는 자유롭게 구동 회로를 선택할 수 있으며, 그리하여 시스템의 전체 비용을 낮출 수 있다.
위의 목적들, 장점들 및 특징들과 함께 아래의 상세한 설명으로부터 명백한 다수의 다른 목적들, 장점들 및 특징들은 접촉 센서에 의해 본 발명의 제 1 양상에 따라 획득되며, 접촉 센서는 아래와 같은 구성 요소들을 포함한다:
적어도 하나의 디스플레이 전극이 디스플레이 장치 상에 임의의 형태의 디스플레이를 위해 배치되는 기판을 가지는 디스플레이 장치;
디스플레이 데이터를 수신하기 위해 적어도 하나의 디스플레이 전극에 연결된 디스플레이 장치에 대한 인터페이스;
적어도 하나의 디스플레이 전극에 연결된 측정 회로;
스위칭 수단이 제 1 동작 상태에 있을 때 인터페이스를 적어도 하나의 디스플레이 전극에 연결하고, 스위칭 수단이 제 2 동작 상태에 있을 때 측정 회로를 적어도 하나의 디스플레이 전극에 연결하기 위한 스위칭 수단.
본 발명에 따른 접촉 센서는 그리하여 큰 스트레이 커패시턴스들이 디스플레이에 존재하더라도 커패시턴스 측정 회로에 의해 디스플레이에 대한 접촉을 신뢰성 있게 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 접촉 센서는 커패시턴스 측정 회로인 측정 회로를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 접촉 센서는 저항 측정 회로인 측정 회로를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 측정 회로는 미리 결정된 테스트 신호를 디스플레이 전극에 제공하기 위해 디스플레이 전극들 중 적어도 하나에 연결되는 신호 생성기 및 신호 생성기로부터 테스트 신호를 수신하기 위해 적어도 하나의 디스플레이 전극에 연결되는 신호 평가 회로를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 신호 평가 회로는 스위칭 수단이 제 2 동작 상태에 있을 때 테스트 신호의 편향(deviation)을 검출하도록 적응될 수 있다.
본 발명에 따르면, 신호 생성기는 테스트 신호를 디스플레이 장치의 전방 기판의 세그먼트들 또는 후방 기판의 세그먼트들로 전달하도록 적응될 수 있다.
본 발명에 따르면, 신호 생성기로 연결되지 않은 기판의 세그먼트들은 높은-저항(ohmic) 상태로 있을 수 있다.
본 발명은 또한 기판을 가지는 디스플레이에 대한 접촉을 검출하기 위한 방법에 관한 것이며, 적어도 하나의 디스플레이 전극은 디스플레이 장치 상에 임의의 형태의 디스플레이를 위해 기판에 배치되며, 디스플레이 전극은 디스플레이 데이터를 수신하기 위한 디스플레이 장치에 대한 인터페이스와 연결되며, 상기 방법은 아래와 같은 단계들을 포함한다:
인터페이스로부터 적어도 하나의 디스플레이 전극을 분리하는 단계;
디스플레이 전극을 측정 회로에 연결하는 단계; 및
디스플레이 전극 근처에서 디스플레이 장치에 접촉하는 물체에 대한 전기적 커플링으로 인한 디스플레이 전극의 전기적 특성의 변화를 검출하는 단계;
본 발명에 따른 방법은 미리 결정된 테스트 신호를 디스플레이 전극에 적용하는 단계와 디스플레이 전극 근처에서 디스플레이 장치에 접촉하는 물체에 대한 전기적 커플링으로 인한 테스트 신호의 편향을 검출하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 디스플레이 전극 근처에서 디스플레이 장치에 접촉하는 물체에 대한 용량성 커플링을 검출할 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 디스플레이 전극 근처에서 디스플레이 장치에 접촉하는 물체에 대한 갈바닉(galvanic) 커플링을 검출할 수 있다.
본 발명의 추가적인 목적들, 특징들 및 장점들은 첨부된 도면들과 관련하여 다음의 상세한 설명으로부터 명확하게 설명될 것이다.
도 1a은 공지된 디스플레이 구조를 나타낸다.
도 1b는 공지된 디스플레이와 관련된 몇몇 스트레이 커패시턴스들의 배치를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 다른 접촉 센서의 다이어그램이다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 접촉 센서의 기능에 대한 보다 상세한 설명을 나타낸다.
도 4는 본 발명의 제 2 실시예에 따른 접촉 센서의 기능에 대한 보다 상세한 설명을 나타낸다.
오늘날 사용되는 대부분의 공통적인 디스플레이는 액정 디스플레이(LCD)이며, LCD의 설계 및 동작은 당업자에게 널리 알려져 있다. 예를 들어, 박막 트랜지스터 디스플레이(TFT)와 같은 LCD 디스플레이뿐만 아니라, 플라즈마 디스플레이 패널(PDP), 진공 형광 디스플레이(VFD), 강유전체 액정 디스플레이(FLC), 표면-안정 콜레스테릭 텍스쳐-타입(SSCT) 디스플레이, 유기 광-발산 다이오드(OLED) 디스플레이 및 실리콘 액정(LCOS) 디스플레이와 같은 다른 디스플레이 방식들의 변형들은 특정 필드의 애플리케이션에 따라 공통적으로 사용된다. 단순화를 위해, 다음의 텍스트는 LCD 형태의 접촉 민감성 디스플레이를 제시할 것이며, 디스플레이의 커패시턴스 변화가 검출된다. 그러나, 본 발명은 이러한 디스플레이에 한정되는 것이 아니라, 외부 물체와 용량적으로, 갈바닉적으로 또는 유도적으로 커플링될 수 있는 적어도 하나의 디스플레이 전극이 배치되는 적어도 하나의 기판을 포함하는 임의의 종류의 디스플레이로 구현될 수 있다.
도 1a는 공지된 디스플레이(10)의 일부에 대한 탑뷰(top view)와 사이드 뷰(side view)를 나타낸다. 도 1a의 가장 좌측 도면은 공지된 7개의 세그먼트(11) 배치를 나타내며, 상이한 숫자들이 세그먼트들(11) 중 어떤 것이 액티브 상태인지에 따라서 표시될 수 있다. 각각의 세그먼트(11)는 디스플레이(10)의 가장자리에 수직으로 제공되는 전기적 터미널들(13)을 향하여 세그먼트(11)로부터 연장되는 얇은 전선들(12)에 의해 도달할 수 있다. 세그먼트들(11)은 디스플레이(10)의 전방 기판(14)과 후방 기판(15) 안쪽에 형성된다. 이러한 관계에서, 디스플레이에 사용되는 기판들은 유리 또는 플라스틱으로 구성되고 기판 상에 인듐 틴 옥사이드(ITO: Indium Tin Oxide)와 같은 적절한 전기적 물질이 세그먼트들(11)을 형성하기 위해 증착되거나, 또는 디스플레이의 하나 이상의 기판들은 알루미늄과 같은 전기적 물질로 구성되고 세그먼트들(11)을 제공하도록 구현될 수 있다. 예를 들어, OLED 디스플레이에서 립(rib) 구조는 유리 기판에 패턴화된 양극 라인들 상에 미리 형성된다. 유기 물질들 및 음극 금속은 기판 위에 증착되며, 립 구조는 자동적으로 증착된 유기 물질들의 상부에 형성된 금속 음극 라인들에 대한 전기적 절연을 가지는 OLED 디스플레이를 생성한다. 사용되는 디스플레이 기법에 따라서, 디스플레이는 전방 기판(14)과 후방(15) 이외에 추가적인 엘리먼트들을 포함할 수 있으나, 단순화를 위해 이러한 엘리먼트들은 도시되어 있지 않다. 예를 들어, 디스플레이는 또한 전방 기판(14)의 위쪽에 배치되는 제 1 편광판과 후방 기판(14) 아래쪽에 배치되는 제 2 편광판을 포함할 수 있다. 편광판들 이외에, 전방 기판(14)과 후방 기판(15) 사이의 공간은 공지된 방식으로 액정들(16)로 채워질 수 있다.
도 1a의 가장 우측 도면은 디스플레이(10)의 디스플레이 전극들(11)에 대한 대안적인 설계를 나타낸다. 7개의 세그먼트(11) 배치 대신에, 디스플레이 전극들(11)은 픽셀들(11')의 행렬로서 배치된다. 보다 많은 전선들(12)과 터미널들(13)이 필요한 대신에, 이러한 배치는 7개의 세그먼트(11) 배치보다 복잡한 모양들의 표시를 용이하게 한다. 그러나, 픽셀들의 행렬 배치의 디스플레이 기능은 7개의 세그먼트(11) 배치와 동일하다. 이러한 관계에서, 세그먼트라는 용어는 디스플레이의 기판 위에 또는 금속 계층 내에 있는 디스플레이 전극을 설명하기 위해 사용된다는 것을 이해하도록 한다. 상기 용어는 7개-세그먼트 배치에 있는 디스플레이 전극만을 설명하도록 해석되지는 않으며, 예를 들어, 위에서 설명된 행렬 배치에 있는 픽셀들과 같이, 임의의 형태의 전극을 지칭할 수 있다.
후방 기판(15)의 세그먼트들(11)은 디스플레이에 있는 전선들(12)과 터미널들(13)의 양을 최소화하기 위해 수직으로 상호 연결된다. 즉, 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)은 항상 동일한 전위를 가지는 반면에, 디스플레이(10)의 형태는 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)의 전위와 관련하여 전방 기판(14)의 세그먼트들(11)의 전위를 변경함으로써 표시된다.
도 1b는 LCD 디스플레이(10)의 몇몇 스트레이-커패시턴스들을 배치하는 단순화된 도면을 나타낸다. 도면의 기판들(14, 15)의 간격은 단순화를 위해 크게 도시되어 있다. 도면에 도시된 바와 같이, 제 1 커패시턴스(C1)는 전방 기판(14)의 세그먼트들(11)로부터 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)을 향하여 형성되어 있다. C1의 주요한 역할은 서로에 대하여 위쪽에 위치하는 전방 및 후방 기판들 상에 있는 세그먼트들(11) 사이에 커패시턴스를 제공하는 것이다. 그러나, 커패시턴스(C1)는 또한 전방 기판(14)의 각각의 세그먼트(11)와 후방 기판(15)의 모든 세그먼트들(11) 사이의 스트레이 커패시턴스들을 포함한다는 것을 이해하도록 한다.
제 2 커패시턴스(C2, C2')는 각 기판(14, 15)의 상이한 세그먼트들(11) 사이에 나타난다. C2의 주요한 역할은 인접한 세그먼트들 사이의 커패시턴스를 제공하는 것이나, C2는 또한 동일한 기판(14, 15)에 있는 하나의 특정한 세그먼트(11)와 다른 모든 세그먼트들(11) 사이의 커패시턴스를 포함한다는 것을 이해하도록 한다.
접촉 센서의 사용자가 디스플레이에 접촉하면, 제 3 커패시턴스(C3, C3')가 전방(14) 및 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)과 사용자의 손가락(17) 사이에 나타난다. 제 3 커패시턴스(C3, C3')의 값은 특히 기판의 두께와 디스플레이(10)에 접촉하는 물체의 특성들에 따라 결정된다.
제 4 커패시턴스(C4)는 각각의 모든 세그먼트로부터 주변 환경을 통해 그라운드 전위를 향하여 형성되어 있으며, 가장 근접한 그라운드 기준과의 거리뿐만 아니라 환경 특성들(즉, 주변 공기의 유전 상수, 상대적인 습도 등)에 따라 좌우된다.
상이한 스트레이 커패시턴스들의 크기에 관해서는, C1의 값은 전방 기판(14)과 후방 기판(15) 사이의 가까운 간격으로 인하여 C2 및 C3보다 훨씬 크다. 동일한 이유로, C3 및 C3'의 크기는 거의 동일하고, C2의 값은 디스플레이(10)의 크기뿐만 아니라 세그먼트들(11)의 간격에 따라 좌우된다. 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)이 상호 연결되는 경우에, 스트레이 커패시턴스(C2')는 기판(15)의 얇은 상 호 연결 전선들(12)에 의해 제공되는 갈바닉 접촉과 비교하여 무시될 수 있다. 두 개의 인접한 세그먼트들을 커버하는 디스플레이에 대한 접촉으로 인한 커패시턴스(C2)의 증가는 상대적으로 큰 커패시턴스(C1)와 후방 기판 상의 단락된 세그먼트들로 인하여 검출하기가 어려울 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 접촉 센서(20)의 제 1 실시예를 나타낸다. 인터페이스(21)는 디스플레이 구동 회로(미도시)에 연결된다. 디스플레이 구동 회로는 본 발명에 따라 접촉 디스플레이를 위하여 특별히 적용되는 것은 아니며, 접촉 민감성 없이 통상의 디스플레이들을 구동시키기 위해 제조될 수 있다는 것을 이해하도록 한다. 인터페이스는 가장 간단한 형태로 디스플레이 구동 회로에 디스플레이(10)의 디스플레이 전극들(11)에 대한 전기적 접속을 제공하는 접점일 수 있다. 대안적으로, 인터페이스는 버퍼들과 디스플레이 구동 회로에 최적 동작 포인트를 제공하기 위한 임피던스 매칭 수단을 포함하며, 그리하여 디스플레이 드라이버의 동작 시간을 증가시킨다.
인터페이스(21)는 제 1 동작 상태에서 디스플레이(10)의 전방 기판(14)과 후방 기판(15)의 디스플레이 전극들(11)을 인터페이스(21)에 연결하는 한 세트의 스위치들(22)에 연결되어 있다. 도 2에서는 단순화를 위해 한 쌍의 세그먼트들(11)과 연관된 스위치들(22)만이 도시되어 있다. 그러나, 도면의 점선들은 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)이 전방 기판(14)과 후방 기판(15) 상에서 (부분적으로 또는 전체적으로) 상호 연결되어 있는 경우에 각각의 세그먼트(11) 또는 세그먼트 그룹(11)이 스위치(22)에 의해 인터페이스(21)에 연결되는 것을 나타낸다. 본 발명의 바람직한 실시예에서, 후방 기판의 세그먼트들은 상호 연결되지 않으나 접촉 민감성 장치(20) 내에서 개별적으로 접근 가능하다. 인터페이스(21)는 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)로부터의 전선들(23)을 모아서, 후방 기판(15)의 공통 전극을 통해 디스플레이들을 구동시키도록 적용된 표준 디스플레이 구동 회로를 사용할 수 있도록 한다. 아래에서 설명될 바와 같이, 접촉 센서의 정확도는 전선들(23)이 인터페이스(21)에 도달할 때까지 후방 평면(15)의 세그먼트들(11)로부터의 전선들(23)을 상호 연결하지 않음으로써 향상되며, 그리하여 스위치들(22)에 의해 각각의 세그먼트(11)를 분리할 수 있다. 또한, 후방 세그먼트(15)의 세그먼트들(11)을 상호 연결하지 않음으로써, 동시에 디스플레이(10) 상에서 둘 이상의 접촉들을 검출할 수 있다. 즉, 보통 "팜 리젝션(palm rejection)"으로 지칭되는 손 전체에 의한 의도되지 않은 접촉과 손가락에 의한 접촉을 구별할 수 있다.
스위치들(22)이 제 1 동작 상태에 있으면, 디스플레이(10)는 자신의 표면에 대한 접촉에 민감하지 않으며, 일반적인 디스플레이로서 동작한다. 그러나. 접촉 센서(20)의 제어 유니트(24)는 스위치들(21)을 제 2 동작 상태로 설정하기 위해 장치의 스위치들(21)을 동작시키며, 디스플레이(10)는 인터페이스(21)와의 연결이 끊기게 된다. 대신에 기판들 중 하나에 위치한 세그먼트들(11)은 테스트 신호를 세그먼트들(11)로 제공하는 신호 생성기(25)와 연결된다. 도면에서, 전방 기판(14)의 세그먼트들(11)은 신호 생성기(25)에 연결되어 있으나, 대안적인 실시예에서 전방 기판(14)의 세그먼트들(11) 보다는 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)이 신호 생성기(25)와 연결될 수 있다. 위에서 설명된 바와 같이, 상대적으로 큰 커패시턴스 (C1)는 접촉 민감성 장치의 기능을 상실함이 없이 전방 기판(14)의 세그먼트들(11) 또는 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)을 신호 생성기(25)에 연결할 수 있도록 한다.
전방 기판(14)의 세그먼트들(11)은 신호 생성기(25)에 연결되고, 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)은 단순히 인터페이스(21)와의 연결을 끊거나 또는, 도 2에 도시된 바와 같이, 높은 저항값의 저항(26)을 통해 신호 그라운드에 연결됨으로써 높은 임피던스 상태로 남게 된다. 위에서 설명된 바와 같이, 디스플레이(10)의 정보는 전방 기판(14)의 세그먼트들(11)과 후방 기판(15)의 세그먼트들(11) 사이의 전위차에 의해 좌우된다. 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)의 높은 저항값을 가지는 상태와 상대적으로 큰 커패시턴스(C1)는 테스트 신호가 기판들(14, 15) 중 하나의 세그먼트들(11)로 제공되더라도 기판들(14, 15)의 상이한 세그먼트들(11) 사이의 임의의 전위차가 유지되도록 보장할 것이다. 전방 기판(14)의 세그먼트의 전위 변화는 후방 기판(15)의 아래쪽에 직접 배치된 세그먼트(11)의 전위를 변화시킬 것이다. 결과적으로, 스위치들(22)이 제 1 동작 상태에 있을 때 디스플레이에 표시된 정보는, 스위치들(22)이 제 2 동작 상태에서 신호 생성기(25)를 전방 기판(14)의 세그먼트들(11)로 연결시키는 경우에도 유지될 것이다.
신호 평가 회로(27)는 전방 기판(14)의 세그먼트들(11)과 연결된다. 디스플레이의 커패시턴스들(C1 및 C2)은 잘 알려져 있으며 디스플레이가 제고될 때 설정되기 때문에, 외부의 물체가 디스플레이에 접촉하지 않을 때 디스플레이에 의한 테스트 신호에 대한 응답도 잘 알려져 있다. 장치의 운용자가 자신의 손가락을 디스 플레이 위에 놓으면, 위에서 설명된 커패시턴스(C3)가 신호 생성기에 대하여 나타나는 로드의 일부가 될 것이다. 테스트 신호에 대한 응답은 디스플레이(10)의 하나 이상의 세그먼트들(11)에 대한 접촉의 존재를 신호 평가 회로(27)에 대하여 지시하도록 변경될 것이다. 전방 기판(14)의 모든 세그먼트들(11)은 신호 평가 회로(27)에 연결되어 있기 때문에, 신호 평가 회로(27)는 어떤 세그먼트(11) 또는 세그먼트들(11)이 접촉에 의해 영향을 받는지를 결정할 수 있다. 신호 평가 회로는 그 후에 일반적인 "키-다운(key-down)"-신호 또는 바람직하게는 접촉에 의해 영향을 받는 특정 세그먼트들(11)에 대한 보다 상세한 정보를 외부의 제어 유니트(미도시)로 제공함으로써 접촉에 대하여 응답할 수 있다.
도 3은 본 발명의 제 1 실시예에 따른 신호 생성기(25)와 신호 평가 회로(27)의 기능을 나타낸다. 스위치들이 제 2 동작 상태에 있을 때, 신호 생성기(25)는 한 세트의 저장들(32)을 통해 전방 기판(14)의 세그먼트들(11)로 구형파(31)를 제공한다. 도면에서는 명료함을 위해 단지 두 개의 저항들(32)이 도시되어 있다. 저항들(32)의 실제 개수는 디스플레이에 대한 접촉을 검출하기 위해 사용되는 세그먼트들(11)의 수에 따라 좌우된다. 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)은 분리되어 있고 높은-저항을 가지는 상태로 남아있기 때문에, 세그먼트들(11)에 의해 나타나는 로드는 도 1b의 작은 커패시턴스(C4)와 직렬로 연결된 커패시턴스들(C1 및 C2)이 될 것이다. 그리하여 후방 기판(15)의 세그먼트들(11)을 높은-저항을 가지는 상태에 있도록 함으로써, 큰 커패시터(C1)는 작은 커패시턴스(C4)와 직렬로 연결되어 C1의 기여도가 덜 지배적이 되도록 한다. 후방 기판(15)의 전극들(11)이 상호 연결되어 있는 경우에, 접촉 센서의 정확도는 단락된 후방 세그먼트들(11)과 각각의 전방 및 후방 세그먼트(11) 사이의 커패시턴스들(C1)을 통한 전방 기판(14)의 상이한 세그먼트들(11) 간의 용량성-커플링에 기인하여 다소 떨어질 수 있다. C1, C2 및 C4의 커플링에 의해 나타나는 작은 커패시턴스는 도 3의 저항들의 우측에 있는 지점에서 테스트 신호(33)를 약간 변경시킬 것이다. 구형파 대신에, 테스트 신호는 고정된 저항들(32)을 통한 커패시턴스들(C1, C2 및 C4)의 충전에 기인하여 전위의 공지된 지수적 증가를 보이게 된다. 바람직하게는, 용량성 로드가 변화하는지 여부를 결정하기 위해 로딩된 테스트 신호들의 상승 또는 하강 시간(rise or fall time)은 신호 평가 회로(27)에 의해 측정된다. 상승 시간의 작은 변화는 접촉 센서(20)가 동작하는 환경의 변화에 기인하여 발생할 수 있다. 이러한 작은 변화들은 디스플레이(10)에 대한 접촉을 표시하는 신호 평가 회로(27)로부터의 출력 신호를 생성하지는 않으며, 테스트 신호의 환경적으로 유발된 변화로서 수용된다.
장치(20)의 운용자(17)가 디스플레이(10)에 접촉하면, 신호 생성기(25)에 대하여 나타나는 용량성 로드는 커패시턴스(C3)로 인하여 증가할 것이며, 그리하여 저항들(32)의 우측으로 향하는 테스트 신호(34)의 상승 및 하강 시간은 증가하게 된다. 커패시턴스(C3)는 직렬 접속(C1, C2 및 C4)과 비교하여 크며, 그리하여 신호 생성기에 대하여 나타나는 전체 커패시턴스에 대한 기여도가 크다. 디스플레이에 대한 접촉과 위에서 설명된 환경적으로 유도된 작은 변화들을 구별할 수 있도록 상승 시간에서의 증가분의 크기가 충분히 크다면, 증가분의 정확한 크기는 중요하지 않다. 신호 평가 회로는 상승 시간이 미리 결정된 값을 초과하는 경우에 출력 신호를 제공하는 간단한 비교기의 형태일 수 있거나, 또는 신호 평가 회로가 상승 시간의 긴 시간 동안의 변화를 분석하고 환경의 변화들을 보상할 수 있도록 구현될 수 있다.
제어 유니트(24)는 제 1 동작 및 제 2 동작 상태 사이에서 스위치들(22)을 번갈아 바꾸도록 적용된다. 제어 유니트(24)가 스위치들(22)의 상태를 바꾸는 레이트(rate)는 커패시턴스(C1), 각각의 세그먼트 및 신호 그라운드 사이의 저항 및 액정의 관성, 즉, 디스플레이의 액정이 외부 전기장 없이 회전하는데 걸리는 시간에 따라 좌우된다.
도 3의 저항들(32)은 기존의 저항들(32) 형태로 구현될 수 있거나, 또는 도 4의 대안적인 실시예에서 도시된 바와 같이, 스위칭된 커패시터들(42)의 형태로 구현될 수 있다. 공지된 스위칭된 커패시터(42)는 하나의 칩 위에 집적하기에 적합하며, 집적 유니트로서 접촉 센서의 전자 부품들과 디스플레이(10)의 결합을 가능하게 한다.
본 발명의 위 실시예에서, 커패시턴스 측정 회로는 신호 생성기(25)와 신호 평가 회로(27)의 형태로 제시되어 있으며, 신호 평가 회로(27)는 테스트 신호의 상승 또는 하강 시간을 측정한다. 그러나, 커패시턴스 측정 수단은 고정 또는 가변 전압 및 주파수에서 디스플레이에 제공되는 전류를 측정하거나, 디스플레이에 적용된 전류 및 전압 사이의 위상차를 측정하거나 또는 디스플레이(10)의 적어도 하나의 세그먼트(11)와 임의의 다른 적절한 방식에서의 환경 사이의 커패시턴스를 측정할 수 있다는 것을 이해하도록 한다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 디스플레이 전극(11)은 디스플레이 전극(11)과 디스플레이 장치(10)에 접촉하는 물체 사이의 갈바닉 접촉을 검출할 수 있도록 하기 위해 기판(14, 15) 위에 배치될 수 있다. 예를 들어, 디스플레이는 광 발산 다이오드들(LED)의 행렬에 의해 형성될 수 있으며, 디스플레이의 각각의 다이오드는 인쇄 회로 기판(PCB) 위에 한 쌍의 패드들로 결합될 수 있다. 그 후에 각각의 패드는 디스플레이 전극(11)을 구성하며, 디스플레이 전극(11)은 디스플레이 구동 회로로부터 분리되고 디스플레이 장치(10)에 대한 접촉을 검출하기 위해 사용될 수 있다. 그리하여, 사람이 디스플레이 전극(11)에 접촉하면, 사람은 디스플레이 전극들(11)로부터의 전하를 받아들이는 커패시터로서 작용하게 될 것이다. 작고, 검출가능한 전류가 디스플레이 장치(10)에 대한 접촉을 나타내도록 디스플레이 장치(10)로부터 사람의 손가락을 통해 흐르게 될 것이다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 디스플레이 전극(11)은 스위치들이 제 2 동작 상태에 있을 때 높은 전압을 제공받을 수 있다. 기판들(14, 15)의 디스플레이 전극들(11)은, LCD 디스플레이와 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 기판들(14, 15) 사이에 배치될 수 있으며, 기판의 매우 큰 저항은 사람이 디스플레이 장치(10)의 정면에 접촉한 경우에 검출되기에 충분히 큰 전류가 흐르도록 허용할 수 있다.
본 발명의 대안적인 실시예에서, 접촉 민감성 영역들은 도 1과 관련한 설명에 따라 제 3 기판의 한쪽면 위에 형성된다(즉, 원하는 접촉-민감성 영역들을 형성하기 위해 인듐 틴 옥사이드(ITO)와 같은 적절한 전기적 물질이 증착된, 예를 들어, 유리 또는 플라스틱으로 이루어진 기판). 제 3 기판은 디스플레이에 대한 접 촉-민감성을 제공하기 위해 임의의 종류의 디스플레이 전방에 배치될 수 있다. 접촉-민감성 영역들은 바람직하게는 기판의 안쪽(즉, 디스플레이와 마주보며 접촉-민감성 기판의 사용자들과 직접적으로 접촉하지 않는 쪽)에 배치되며, 그리하여 하드웨어가 노출된 환경에서도 접촉-민감성 기판의 동작 수명이 길어지도록 한다. 또한, 제 3 기판은 디스플레이에 대한 접촉 민감성을 제공하는 것 이외에도, 제 3 기판이 디스플레이의 전방에 위치하기 때문에 보호 커버로서도 동작하게 된다.

Claims (12)

  1. 접촉 센서(20)로서,
    적어도 하나의 디스플레이 전극(11)이 디스플레이 장치(10) 상에 임의의 형태의 디스플레이를 위해 배치된 기판(14, 15)을 가지는 디스플레이 장치(10);
    상기 적어도 하나의 디스플레이 전극(11)에 연결되며, 상기 디스플레이 장치(10)에 대한 디스플레이 데이터를 수신하기 위한 인터페이스(21);
    상기 적어도 하나의 디스플레이 전극(11)과 연결된 측정 회로(25, 27); 및
    자신이 제 1 동작 상태에 있으면 상기 인터페이스(21)를 상기 적어도 하나의 디스플레이 전극(11)과 연결시키며, 자신이 제 2 동작 상태에 있으면 상기 측정 회로(25, 27)를 상기 적어도 하나의 디스플레이 전극(11)과 연결시키기 위한 스위칭 수단(22)을 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 회로(25, 27)는 커패시턴스 측정 회로인 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 측정 회로(25, 27)는 저항 측정 회로인 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 측정 회로(25, 27)는 상기 적어도 하나의 디스플레이 전극(11)에 연결되어 상기 디스플레이 전극으로 미리 결정된 테스트 신호를 제공하기 위한 신호 생성기(25) 및 상기 적어도 하나의 디스플레이 전극에 연결되어 상기 신호 생성기로부터의 상기 테스트 신호를 수신하기 위한 신호 평가 회로(27)를 포함하는 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 신호 평가 회로(27)는 상기 스위칭 수단이 상기 제 2 동작 상태에 있을 때 상기 테스트 신호의 편향(deviation)을 검출하도록 적용되는 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  6. 제 4 항 또는 제 5 항에 있어서,
    상기 신호 생성기(25)는 상기 디스플레이 장치(10)의 전방 기판(14)의 세그먼트들(11)로 상기 테스트 신호를 제공하기 위해 적용되는 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  7. 제 4 항 또는 제 4 항에 있어서,
    상기 신호 생성기(25)는 상기 디스플레이 장치(10)의 후방 기판(14)의 세그먼트들(11)로 상기 테스트 신호를 제공하기 위해 적용되는 것을 특징으로 하는 접 촉 센서.
  8. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 신호 생성기(25)와 연결되지 않은 상기 기판(14, 15)의 세그먼트들(11)은 높은-저항을 가지는 상태에 있는 것을 특징으로 하는 접촉 센서.
  9. 디스플레이 장치(10)의 접촉을 검출하기 위한 방법으로서,
    상기 디스플레이 장치(10)는 적어도 하나의 디스플레이 전극(11)이 상기 디스플레이 장치(10) 상에 임의의 형태의 디스플레이를 위해 배치된 기판(14, 15)을 가지며, 상기 디스플레이 전극(11)은 상기 디스플레이 장치에 대한 디스플레이 데이터를 수신하기 위한 인터페이스(21)에 연결되며,
    상기 방법은,
    상기 인터페이스(21)로부터 상기 적어도 하나의 디스플레이 전극을 분리하는 단계;
    상기 디스플레이 전극(11)과 측정 회로(25, 27)를 연결하는 단계; 및
    상기 디스플레이 전극 근처에서 상기 디스플레이 장치(10)에 접촉하는 물체(17)에 대한 전기적 커플링에 기인한 상기 디스플레이 전극(11)의 전기적 특성의 변화를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 디스플레이 전극(11)으로 미리 결정된 테스트 신호를 제공하는 단계 및 상기 디스플레이 전극 근처에서 상기 디스플레이 장치(10)에 접촉하는 물체(17)에 대한 전기적 커플링에 기인한 상기 테스트 신호의 편향을 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 전기적 커플링은 용량성 커플링인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 9 항 또는 제 10 항에 있어서,
    상기 전기적 커플링은 갈바닉(galvanic) 커플링인 것을 특징으로 방법.
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