KR101496183B1

KR101496183B1 - 터치 스크린의 노이즈 제거를 위한 터치스크린 장치 및 터치 판별 방법

Info

Publication number: KR101496183B1
Application number: KR20140009733A
Authority: KR
Inventors: 김종태; 박재영; 박종강
Original assignee: 성균관대학교산학협력단
Priority date: 2014-01-27
Filing date: 2014-01-27
Publication date: 2015-02-27

Abstract

본 발명은 터치를 판별하는 터치스크린 장치에 있어서, 복수의 구동 전극 및 복수의 수신 전극이 소정 패턴으로 배치된 터치 센서 패널, 상기 구동 신호를 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하는 구동 신호 생성부 및 상기 수신 전극과 연결되어 상기 구동 신호에 대한 수신 신호를 센싱하는 수신 신호 센싱부를 포함하되, 상기 구동 신호 생성부는 시간적으로 연속하는 두 개의 프레임에 대해 제 1 구동 신호와 상기 제 1 구동 신호와 반전된 제 1 반전 신호를 번갈아 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하는 터치스크린 장치를 개시하고 있다.

Description

터치 스크린의 노이즈 제거를 위한 터치스크린 장치 및 터치 판별 방법{TOUCHSCREEN APPARATUS AND TOUCH SENSING METHOD FOR REMOVING NOISE OF TOUCHSCREEN}

본 발명은 터치 스크린 장치에서 노이즈를 줄이고 신호를 높이기 위한 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 터치스크린 컨트롤 프로세서에 적용 가능한 노이즈 제거 방법에 관한 것이다.

디스플레이 입력 인터페이스로 화면을 통한 직관적인 입력이 가능한 터치스크린이 개발된 이후 저항막, 적외선, 초음파, 캐패시터 등 다양한 방식의 터치 입력 방식이 개발되었다. 그 중 입력에 대한 빠른 반응 속도와 높은 빛 투과성, 멀티터치가 가능하다는 장점으로 상호 유도 정전하(mutual capacitive) 방식의 터치 스크린의 수요가 모바일 기기를 기반으로 급격하게 증가하고 있다. 그러나 상호 유도 정전하 방식은 매우 작은 크기의 신호를 다루기 때문에 노이즈에 민감하다는 단점이 있어 높은 SNR(signal to noise ratio)을 얻기 어렵다. 또한 인가될 수 있는 노이즈의 원인도 다양하고 각 노이즈들이 개별적으로 나타날 뿐만 아니라 중첩되어 발생하여 신호에 영향을 줄 수 있기 때문에 신호보다 노이즈가 훨씬 큰 경우도 종종 일어나며, 또한 노이즈 원인이 다양하고 중첩되어 일어날 수 있다는 점 때문에 한두 가지 노이즈 제거 방법으로는 해결이 어려우며 가능한 모든 노이즈 제거 방법이 모두 동원된다. 따라서 이를 극복하기 위한 다양한 노이즈 제거 방법들이 연구되어 일반적인 터치스크린 입력 인터페이스로 상용화되어 이용되고 있지만, 실제 사용환경에는 오동작이 종종 발생한다. 또한 현재보다 높은 SNR을 이룰 경우 글로브 터치(glove touch)나 호버링(hovering), 탭이 얇은 정밀한 스타일러스 펜 등 추가적인 기능을 구현하기에 유리하다는 측면 때문에 SNR을 높이기 위한 새로운 노이즈 제거 방법이 지속적으로 요구되고 있다.

상술한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 높은 SNR을 얻기 위해, 노이즈의 크기나 원인에 따른 형태 등에 독립적이며, 종래 노이즈 제거 방법과 중첩하여 사용할 수 있는 터치스크린 장치에서의 노이즈 제거 방법을 제공하는 것이다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치스크린 장치는 터치를 판별하는 터치스크린 장치에 있어서, 복수의 구동 전극 및 복수의 수신 전극이 소정 패턴으로 배치된 터치 센서 패널, 상기 구동 신호를 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하는 구동 신호 생성부 및 상기 수신 전극과 연결되어 상기 구동 신호에 대한 수신 신호를 센싱하는 수신 신호 센싱부를 포함하되, 상기 구동 신호 생성부는 시간적으로 연속하는 두 개의 프레임에 대해 제 1 구동 신호와 상기 제 1 구동 신호와 반전된 제 1 반전 신호를 번갈아 생성하여 상기 구동 전극으로 인가할 수 있다.

상기 수신 신호 센싱부는 상기 연속하는 두 개의 프레임에서 상기 제 1 구동 신호에 대한 제 1 수신 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 제 2 수신 신호를 복조하여, 각 복조된 수신 신호 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 센싱할 수 있다.

상기 수신 신호 센싱부는 상기 제 1 구동 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 타이밍 정보를 상기 구동 신호 생성부로부터 수신하여 상기 수신된 타이밍 정보를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 수신 신호의 결과 값의 합을 분석하여 터치 영역을 센싱할 수 있다.

상기 수신 신호 센싱부는 상기 제 1 및 제 2 수신 신호, 및 상기 제 1 구동 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 타이밍 정보를 수신하는 수신부, 상기 타이밍 정보를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 수신 신호를 복조하는 신호 복조부, 상기 복조된 제 1 및 제 2 수신 신호의 결과 값의 합을 산출하는 신호 합산부 및 상기 제 1 및 제 2 수신 신호의 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 획득하는 터치 영역 획득부를 포함할 수 있다.

상기 제 1 반전 신호는 상기 제 1 구동 신호에서 위상 쉬프트(phase shift)된 반전 신호일 수 있다.

상기 구동 신호는 시간 분할(time division) 방식 및 코드 분할(code division) 방식 중 적어도 하나를 위한 신호일 수 있다.

상기 터치 센서 패널은 상기 수신 전극과 상기 구동 전극의 교점에 센싱 소자를 포함하되, 상기 수신 신호는 상기 구동 신호가 상기 센싱 소자를 거쳐 출력되는 신호일 수 있다.

상기 센싱 소자는 커패시터이고, 상기 수신 신호 센싱부는 상기 제 1 및 제 2 수신 신호에서의 커패시턴스 변화량의 합을 기반으로 터치 영역을 센싱할 수 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 터치 판별 방법은 터치스크린 장치에서 터치를 판별하는 방법에 있어서, 복수의 구동 전극 및 복수의 수신 전극이 소정 패턴으로 배치된 터치 센서 패널을 제공하는 단계, 상기 구동 신호를 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하는 구동 신호 생성 단계 및 상기 수신 전극과 연결되어 상기 구동 신호에 대한 수신 신호를 센싱하는 수신 신호 센싱 단계를 포함하되, 상기 구동 신호 생성 단계는 시간적으로 연속하는 두 개의 프레임에 대해 제 1 구동 신호와 상기 제 1 구동 신호와 반전된 제 1 반전 신호를 번갈아 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 수신 신호 센싱 단계는 상기 연속하는 두 개의 프레임에서 상기 제 1 구동 신호에 대한 제 1 수신 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 제 2 수신 신호를 복조하여, 각 복조된 수신 신호 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 수신 신호 센싱 단계는 상기 제 1 구동 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 타이밍 정보를 수신하여 상기 수신된 타이밍 정보를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 수신 신호 결과 값의 합을 분석하여 터치 영역을 센싱하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 수신 신호 센싱 단계는 상기 제 1 및 제 2 수신 신호, 및 상기 제 1 구동 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 타이밍 정보를 수신하는 수신 단계, 상기 타이밍 정보를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 수신 신호를 복조하는 신호 복조 단계, 상기 복조된 제 1 및 제 2 수신 신호 결과 값의 합을 산출하는 신호 합산 단계 및 상기 제 1 및 제 2 수신 신호 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 획득하는 터치 영역 획득 단계를 포함할 수 있다.

본 발명의 터치스크린 장치 및 터치 판별 방법에 따르면, 터치스크린 장치의 구동부에 위상이 상반되는 2개의 신호를 이용함으로써, 터치스크린 장치가 외부 노이즈에 의해 오동작하는 것을 방지하는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 터치스크린 장치를 개략적으로 나타낸 블록도,
도 2는 터치스크린 장치의 터치 센서 패널을 구체적으로 나타낸 상세블록도,
도 3은 터치스크린 장치의 수신 신호 센싱부를 구체적으로 나타낸 상세블록도,
도 4a는 시간 분할 구동 신호의 일 예를 나타낸 도면,
도 4b는 코드 분할 구동 신호의 일 예를 나타낸 도면,
도 5a는 터치 동작 및 노이즈가 없는 상태에서의 측정 신호를 나타낸 도면,
도 5b는 도 5a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면,
도 6a는 CDMA에서 노이즈가 없고 2번의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면,
도 6b는 도 6a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면,
도 7a는 CDMA에서 노이즈가 존재하고 2번의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면,
도 7b는 도 7a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면,
도 8a는 TDMA에서 노이즈가 없고 2번의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면,
도 8b는 도 8a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면,
도 9a는 TDMA에서 노이즈가 존재하고 2번의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면,
도 9b는 도 9a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면,
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 블록도,
도 11a은 본 발명의 일 실시예에 따라 CDMA(반전 코드)에서 노이즈가 존재하고 2개의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면,
도 11b는 도 11a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면,
도 12a은 본 발명의 일 실시예에 따라 4개의 노이즈 포인트와 2개의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면,
도 12b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 4개의 노이즈 포인트와 2개의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면,
도 13은 프레임 1과 프레임 2에서의 커패시턴스 변화량을 나타낸 표,
도 14는 시간 분할 방식에서 연속하는 프레임에 대한 반전 및 비반전 구동 신호의 예를 나타낸 도면이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세하게 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

제 1, 제 2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안 된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위를 벗어나지 않으면서 제 1 구성요소는 제 2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제 2 구성요소도 제 1 구성요소로 명명될 수 있다. 및/또는 이라는 용어는 복수의 관련된 기재된 항목들의 조합 또는 복수의 관련된 기재된 항목들 중의 어느 항목을 포함한다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다.

본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가진 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이하, 첨부한 도면들을 참조하여, 본 발명의 바람직한 실시예를 보다 상세하게 설명하고자 한다. 본 발명을 설명함에 있어 전체적인 이해를 용이하게 하기 위하여 도면상의 동일한 구성요소에 대해서는 동일한 참조부호를 사용하고 동일한 구성요소에 대해서 중복된 설명은 생략한다.

도 1은 일반적인 터치스크린 장치를 개략적으로 나타낸 블록도이다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치는 구동 신호 생성부(10), 터치 센서 패널(20) 및 수신 신호 생성부(30)를 포함할 수 있다.

전술한 정전 용량 방식의 터치스크린은 터치를 감지하는 방법에 따라 Self Capacitive 방식과 Mutual Capacitive 방식이 있다. Self Capacitive 방식은, 터치 패널을 손가락으로 터치시 손가락과 터치 패널 간에 커패시턴스(capacitance) 추가분이 발생하여 그 추가분에 따른 패널에 가해준 전압의 변화량을 통해 신호를 검출한다. 이 방식은 터치점의 수가 둘 이상이면 고스트 포인트가 발생하여 터치 위치를 제대로 인지할 수 없다.

Mutual Capacitive 방식의 경우, 터치 센서 패널에 신호를 인가하는 구동 전극과 신호를 수신하는 수신 전극이 일정 패턴으로 다수 형성되어 터치점에 이들 두 전극 간에 발생하는 커플링 커패시턴스를 이용하여 신호를 검출할 수 있다. 구체적으로, 터치가 발생할 시, 구동 전극과 수신 전극 간에 존재하는 전기장에 변화가 일어나 두 전극 간의 커플링 커패시턴스의 감소가 일어나고, 이는 수신 신호 센싱부에 전달되는 전압 신호의 변화를 가져오므로, 이를 통해 터치 위치를 인식할 수 있다. 이와 같은 Mutual Capacitive 방식의 경우, 이론적으로는 터치 포인트의 개수 제약 없이 멀티 터치를 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1을 참조하면, 구동 신호 생성부(10)는 구동 전극(15)과 연결되어 있고, 구동 전극(15)을 통해 터치 센서 패널(20)에 구동 신호를 제공한다. 구동 전극(15)은 복수 개의 라인으로 구성될 수 있다. 구동 전극(15)과 수신 전극(35)이 직교하는 형태의 터치 센서 패널(20)에 있어서, 구동 전극(15)은 복수 개의 행으로 구성될 수 있고, 각각의 행을 구별하기 위해, 시간 분할(time division) 방식에 따라 서로 다른 행에 대해 시간 축 상에서 순차적으로 구동 신호를 제공할 수 있고, 또는 코드 분할(code division) 방식에 따라 서로 다른 행에 대해 서로 다른 코드를 부여한 구동 신호를 제공할 수도 있다.

도면에서 행에 해당하는 구동 전극(15)(또는 구동 라인(drive line)으로 불릴 수 있음)을 따라 구동 신호를 전송하고, 이를 구동 전극(15)과 수신 전극(35)(또는 센싱 전극 또는 센싱 라인(sensing line)으로 불릴 수 있음)의 교점에 센싱 소자(예컨대, 커패시터일 수 있음)를 통해 열에 해당하는 수신 전극(35)으로 수신 신호가 전달되어 수신 신호 센싱부(30)에서 이를 처리할 수 있다. 이때, 수신 신호 센싱부(30)는 수신 전극(35)으로 전달되는 신호의 크기의 변화를 측정하여 터치 유무를 판단할 수 있다. 다만, 터치 유무를 판단하는 센싱 소자는 반드시 커패시터여야 하는 것은 아니고, 다른 소자여도 무방하다.

터치 센서 패널(20)은 전술한 바와 같이, 구동 전극(15)과 수신 전극(35)이 소정의 패턴을 형성하여 이루어질 수 있다. 이때, 구동 전극(15)과 수신 전극(35)이 형성하는 패턴의 형태는 다양하게 구현될 수 있고, 이들이 다른 형태는 서로 다른 커플링 커패시턴스를 발생시킬 수 있다. 즉, 구동 전극(15)과 수신 전극(35)의 교점에는

본 발명의 일 실시예에 따르면, 터치 센서 패널(20)은 구동 전극(15)과 수신 전극(35)이 일정 간격으로 직교하는 패턴의 패널일 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 전극의 형상에 따라 다이아몬드 패턴, 바 패턴, 스노우 플레이크 패턴, 그리드 패턴 등 다른 패턴을 적용할 수도 있다.

수신 신호 센싱부(30)는 복수의 수신 전극(35)과 연결되어, 수신 전극(35)을 통해 수신 신호를 수신할 수 있다. 여기서, 수신 신호는 구동 신호가 센싱 소자를 거쳐 출력되는 신호로서, 구동 신호의 결과 신호일 수 있고, 수신 신호 센싱부(30)는 수신 신호의 크기의 변화를 측정하여 터치 유무를 판단할 수 있다. 이하, 도 3에서 보다 상세히 설명한다.

도 2는 터치스크린 장치의 터치 센서 패널을 구체적으로 나타낸 상세블록도이다.

도 2를 참조하면, 구동 전극(210)은 수신 전극(220)과 복수 개의 라인을 통해 서로 교차하고 있으므로, 복수 개의 포인트에서 만나고, 서로의 교점에는 센싱 소자(230)가 배치될 수 있다. 센싱 소자(230)는 커패시터일 수 있다. 커패시터는 커플링 커패시터일 수 있고, 커플링 커패시턴스는 해당 지점에 터치가 발생하는 경우, 그 크기가 작아질 수 있다.

전술한 바와 같이, 구동 신호 생성부(미도시)는 일측 끝의 구동 전극(210)으로부터 타측 끝의 구동 전극(210)으로 하나씩 순차적으로 구동 신호를 인가할 수 있다. 또는, 경우에 따라 한쪽에 구동 신호를 인가하는 방식과 다르게, 구동 전극(210)의 양끝 부분에 동시에 구동신호를 인가하고, 구동 신호가 인가되지 않는 구동 전극(210)을 플로팅(floating)시키는 방식을 사용할 수도 있다.

인가된 구동 신호는 센싱 소자(230)(예컨대, 커패시터)를 거쳐 수신 전극(220)을 통해 수신 신호 센싱부(240)로 출력되고, 수신 신호 센싱부(240)는 수신 전극(220)을 통해 출력된 수신 신호를 수신하여 터치의 유무 및 어느 좌표 지점에서 터치가 있었는지를 판별한다.

도 3은 터치스크린 장치의 수신 신호 센싱부를 구체적으로 나타낸 상세블록도이다. 도 3에 도시된 바와 같이, 수신 신호 센싱부는 수신부(310), 복조부(320), 변화량 획득부(330) 및 터치 영역 획득부(340)를 포함할 수 있다.

도 3을 참조하면, 수신부(310)는 수신 전극을 통해 수신 신호를 수신한다. 수신 신호는 구동 신호가 커패시터를 거치면서 출력된 신호이고, 터치가 있는 경우, 커패시턴스가 변화된 값일 수 있다. 수신부(310)는 증폭기(미도시)를 포함할 수 있다. 증폭기는 수신 신호를 증폭하여 왜곡없이 크기를 키울 수 있다. 그리고는, 복조부(320)로 수신 신호를 전송한다.

복조부(320)는 수신부(310)에서 수신한 수신 신호를 복조(demodulation)한다. 복조에 의해 수신 신호를 통한 커패시턴스 정보를 획득할 수 있다.

변화량 획득부(330)는 복조를 통한 수신 신호 정보를 수치화할 수 있다. 변화량 획득부(330)는 수신 정보를 수치화한 결과 값을 기반으로 터치가 없는 상태에서의 커패시턴스 값을 레퍼런스(reference)로 하여, 상기 레퍼런스 신호와 비교함으로써 커패시턴스의 변화량 정보를 획득할 수 있다.

터치 영역 획득부(340)는 상기 커패시턴스의 변화량을 기반으로 터치 영역의 위치를 획득할 수 있다. 터치 영역 획득부(340)는 커패시턴스의 변화량이 일정 기준값 이상인 경우, 터치가 발생했다고 판단하여 터치 영역의 위치를 획득할 수 있다.

수신 신호 센싱부에서 터치가 발생한 위치를 명확히 식별하기 위해, 한 센싱 라인에 교차하는 여러 개의 구동 라인 중 정확한 센싱 포인트를 찾는 것이 필요하다. 이를 위해, 구동 신호는 구동 신호의 패턴에 따라 크게 다음의 2가지 형태로 나뉠 수 있다.

도 4a는 시간 분할 구동 신호의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4a를 참조하면, 구동 신호를 인가하는 시간을 나누어 센싱이 된 타이밍에 따라 위치를 알 수 있는 시간 분할 방식을 사용할 수 있다.

도 4b는 코드 분할 구동 신호의 일 예를 나타낸 도면이다. 도 4b를 참조하면, 각 구동 신호에 직교 패턴을 가지는 코드 부호를 두어 수신 신호 센싱부에서 이를 연산함으로써 위치를 파악할 수 있는 코드 분할 방식을 사용할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치는 사용자 설정을 통해 상기한 두 가지 구동 신호 방식을 선택적으로 사용할 수 있고, 사용자 인터페이스를 통해 구동 신호 방식을 변경할 수 있다.

도 5a는 터치 동작 및 노이즈가 없는 상태에서의 측정 신호를 나타낸 도면이고, 도 5b는 도 5a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면이다. 도 5a 및 도 5b를 참조하면, 터치스크린 장치는 일반적인 왈시(walsh) 코드가 적용된 코드 분할 방식의 4개의 구동 라인과 4개의 센싱 라인을 갖는 구동 신호를 생성하여 구동 전극으로 인가할 수 있다. 왈시 코드는 다음의 매트릭스로 표현될 수 있다.

1 1 1 1
1 -1 1 -1
1 1 -1 -1
1 -1 -1 1

이상적인 경우, 각 라인의 구동 신호는 손실 없이 센싱 라인을 통해 중첩되어 전달될 수 있다. 수신 신호 센싱부에서 측정되는 신호는 도 5a와 같이 나타나고, 센싱된 신호는 구동 신호와 변조를 위한 수식에 따라 도 5b와 같이 나타남으로써 터치가 발생한 정확한 위치를 산출할 수 있다. 따라서, 도 5b에 도시된 측정 신호는 노이즈와 터치 신호가 없는 이상적인 형태의 측정 신호이며, 커패시턴스 변화량을 측정할 레퍼런스 신호가 될 수 있다.

도 6a는 CDMA에서 노이즈가 없고 2번의 터치 포인트((1,1) 좌표 지점 및 (3,4) 좌표 지점)가 있는 측정 신호를 나타낸 도면이고, 도 6b는 도 6a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면이다.

만약, 터치 스크린의 (1,1) 좌표 지점과 (3,4) 좌표 지점에 터치가 발생하면 도 6a와 같이 센싱 신호(수신 신호 센싱부에서 센싱되는 신호로, 수신 신호로 불릴 수 있음)가 발생할 수 있다. 그리고, 상기 센싱 신호를 복조하면 도 6b와 같은 신호가 출력되고, 출력된 신호에 따라 터치가 발생한 포인트를 획득할 수 있다. 이 경우는 터치가 발생한 포인트에서 50%의 구동 신호가 제거된다고 가정한 경우의 예를 나타낸 것이다. 여기서, 도 6b에 도시된 결과 값에 대한 면적을 수치화하여 커패시터 변화량을 표시하면 각 포인트에 대한 커패시터 변화량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

1600 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 1600
0 0 0 0

이는, 도 6b의 1개의 타임 unit(0~1)에 800개의 포인트에 대하여 4에서 2로 변화한 양을 계산한 결과이다.

도 7a는 CDMA에서 노이즈가 존재하고 2번의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면이고, 도 7b는 도 7a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면이다.

도 7a 및 도 7b를 참조하면, 노이즈가 없는 환경에서는 정확하게 터치 포인트를 찾을 수 있지만(도 6a 및 도 6b 참조), 노이즈가 존재하는 환경에서 정확한 터치 포인트를 찾는 것은 쉽지 않다. 도 7a 및 도 7b에 도시된 측정 신호 및 이를 복조한 결과 값은 전 영역에 걸쳐 발생한 사인파(sin wave) 노이즈를 예시로 한 것이다. 주파수와 신호 크기는 구동 신호와 동일하다. 다만, 도 7a의 측정 신호를 도 6a의 측정 신호와 비교하면, 도 7a의 측정 신호는 도 6a의 측정 신호에 사인파 노이즈가 추가된 형태를 나타낸다. 이를 매트리스로 표시하면 다음과 같다.

-437 -2037 -2037 -2037
0 0 0 0
0 0 0 1600
0 0 0 0

여기서, 노이즈는 코드 특성에 따라 첫번째 센싱 라인에 중첩되어 (1,1) 좌표 지점의 포인트를 제거하는 문제를 발생시킨다. 이러한 노이즈는 특성에 따라 터치 포인트를 인식하지 못하도록 하거나 터치하지 않은 포인트가 터치 포인트로 인식되게 하는 오류를 발생시켜 문제가 될 수 있다. 이를 시간 분할 관점에서 보면 더욱 직관적으로 알 수 있다.

도 8a는 TDMA에서 노이즈가 없고 2번의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면이고, 도 8b는 도 8a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면이다.

도 8a 및 도 8b를 참조하면, 시간 분할 방식에서 노이즈가 없는 경우의 측정된 신호는 코드 분할 방식보다 명확하게 나타남을 확인할 수 있다. 이 경우, 커패시턴스 변화량은 다음과 같이 나타낼 수 있다.

400 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 400
0 0 0 0

도 9a는 TDMA에서 노이즈가 존재하고 2번의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면이고, 도 9b는 도 9a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면이다.

도 9a 및 도 9b를 참조하면, 시간 분할 방식에서 노이즈가 있는 경우에, (1,1) 좌표 지점과 (3,4) 좌표 지점에 터치가 존재하나 노이즈에 의해 측정 신호의 일정 부분이 노이즈가 없는 도 8a 및 도 8b에 도시된 신호와는 다르게 표시된 것을 알 수가 있다. 이로 인해, 터치 영역의 인식에 오류가 발생할 수 있다. 노이즈가 존재하는 경우의 커패시턴스 변화량은 다음과 같이 나타날 수 있다.

-109.2539 -509.2539 -509.2539 -509.2539
-509.2539 -509.2539 -509.2539 -509.2539
-509.2539 -509.2539 -509.2539 -109.2539
-509.2539 -509.2539 -509.2539 -509.2539

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 블록도이다. 도 10에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치는 구동 신호 생성부(1010), 터치 센서 패널(1020) 및 수신 신호 센싱부(1030)를 포함할 수 있다.

도 10을 참조하면, 구동 신호 생성부(1010)는 구동 신호를 생성하여 구동 전극을 통해 터치 센서 패널(1020)로 인가한다. 이때, 구동 신호 생성부(1010)는 시간적으로 연속하는 두 개의 프레임에 비반전 구동 신호와 반전 구동 신호를 번갈아 생성하여 인가할 수 있다. 여기서, 하나의 프레임은 구동 신호가 구동 전극 및 수신 전극의 모든 교점, 즉 터치 센서 패널의 모든 영역에 한 번씩 인가되는데 걸리는 시간을 의미할 수 있다. 위 동작을 상세히 설명하면 다음과 같다.

터치 동작은 누설 전기장(frnging electric field)를 손으로 흡수하면서 커패시턴스를 감소시키기 때문에, 구동 신호를 일정량 낮추게 된다. 그러나, 이와는 반대로, 외부로부터 유입되는 노이즈는 구동 신호와 관계 없이 수신 신호(또는 센싱 신호로 불릴 수 있음)를 올리거나 내린다. 즉, 터치에 의해 측정 신호는 구동 신호와 일관되게 반응하는 특징을 갖는데 반해, 노이즈 신호는 구동 신호와 독립적인 특성을 갖는다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 노이즈 신호와 터치에 의한 측정 신호와의 구동 신호에 대한 반응 상의 차이점을 이용하여, 구동 신호 생성부(1010)는 연속하는 두 개의 프레임에 걸쳐 일반적인 구동 신호와 상기 구동 신호에서 위상 쉬프트(phase shift)된 반전(inverse) 신호의 2개의 신호를 번갈아 생성하여 노이즈를 효과적으로 제거할 수 있다. 이에 따라, 일반적인 터치 좌표를 찾는 프로세스는 하나의 프레임에 대한 로우 데이터(raw data)를 얻으면, 이를 이용하여 터치 좌표를 구하게 되지만, 본 발명에 따라 반전/비반전 구동 신호를 번갈아 이용하는 경우, 두 번째 프레임의 로우 데이터 결과까지 얻은 뒤 이를 합 연산을 통해 최종적인 로우 데이터를 획득한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 시간적으로 연속한 두 프레임 중 두 번째 프레임에 인가되는 구동 신호의 위상은 첫 번째 프레임에 인가되는 구동 신호의 위상과 180도 반전된 것일 수 있다. 다만, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

또한, 본 발명의 실시예에 따르면, 구동 신호 생성부(1010)는 시간적으로 연속한 두 개의 프레임에 인가되는 반전 신호 및 비반전 신호와 관련된 타이밍 정보를 수신 신호 센싱부(1030)에 전송할 수 있다. 즉, 구동 신호 생성부(1010)는 연속된 두 프레임 중 첫 번째 프레임에 인가되는 비반전 신호가 어느 시점부터 어느 시점까지 인가되었는지에 대한 타이밍 정보 및 두 번째 프레임에 인가되는 반전 신호의 타이밍 정보를 수신 신호 센싱부(1030)로 전송할 수 있다.

터치 센서 패널(1020)은 복수 개의 구동 전극 라인과 복수 개의 수신 전극 라인이 소정 패턴을 가지고 교차하여 이루어져 있고, 전술한 바와 같이, 상기 패턴은 여러 가지 형태를 가질 수 있다. 구동 전극과 수신 전극의 교점에는 센싱 소자가 배치되고, 상기 센싱 소자는 커패시터일 수 있다.

수신 신호 센싱부(1030)는 수신 전극과 연결되어 구동 신호가 상기 센싱 소자를 거쳐 출력되는 결과 신호인 수신 신호를 수신할 수 있다. 수신 신호 센싱부(1030)는 연속하는 두 개의 프레임에서 첫 번째 구동 신호에 대한 수신 신호 및 상기 첫 번째 구동 신호에 대해 위상 쉬프트된 반전 신호에 대한 수신 신호를 복조하여, 각 복조된 수신 신호 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 센싱할 수 있다.

수신 신호 센싱부(1030)는 수신부(1032), 신호 복조부(1034), 신호 합산부(1036), 터치 영역 센싱부(1038) 및 저장부(1039)를 포함할 수 있다.

수신부(1032)는 상기 연속하는 두 프레임에서의 구동 신호(반전 신호 및 비반전 신호를 포함함)에 대한 수신 신호를 수신할 수 있다. 또한, 수신부(1032)는 상기 연속하는 두 프레임에서의 구동 신호의 타이밍 정보를 구동 신호 생성부(1010)로부터 수신할 수 있다.

신호 복조부(1034)는 수신부(1032)에서 수신한 구동 신호의 타이밍 정보를 가지고, 수신 신호를 복조할 수 있다. 즉, 연속하는 두 프레임 중 첫 번째 프레임에서의 구동 신호에 대한 타이밍 정보를 이용하여, 첫 번째 프레임에서의 수신 신호를 추출하고, 추출된 수신 신호를 하나의 프레임으로 하여 복조를 수행할 수 있다. 두 번째 프레임 역시 타이밍 정보를 이용하여 복조를 수행할 수 있다. 이때, 첫 번째 프레임에 대한 복조 결과 값은 저장부(1039)에 저장될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따르면, 상기 복조 결과 값은 커패시턴스의 변화량일 수 있다. 저정된 결과 값은 두 번째 프레임에 대한 복조 결과 값이 나오면 합산되는데 사용될 수 있다.

신호 합산부(1036)는 신호 복조부(1034) 및/또는 저장부(1036)로부터 연속하는 두 프레임의 수신 신호를 복조한 결과 값 정보를 수신하여, 이 두 값을 합산한다. 이 두 값을 합산함으로써 노이즈를 제거할 수 있다. 즉, 첫 번째 프레임의 구동 신호와 반전된 신호를 보낸 두 번째 프레임에서의 커패시턴스 변화량을 첫 번째 프레임의 구동 신호에 대한 커패시턴스 변화량과 더하면, 노이즈 부분은 두 프레임에서의 커패시턴스 변화량에 있어서 반대의 부호를 가지면서 양이 같게 될 수 있기 때문에, 제거될 수 있다.

터치 영역 센싱부(1038)는 이렇게 노이즈를 제거한 커패시턴스 변화량 정보를 기반으로 터치 영역의 위치 정보를 획득할 수 있다. 즉, 노이즈를 제거한 이상적인 결과 값을 기반으로 터치 영역의 위치를 보다 정밀하게 파악할 수 있다.

도 11a은 본 발명의 일 실시예에 따라 CDMA(반전 코드)에서 노이즈가 존재하고 2개의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면이고, 도 11b는 도 11a의 신호를 복조한 결과를 나타낸 도면이다.

도 11a 및 도 11b를 참조하면, 코드 분할 방식을 사용하는 환경에서, 본 발명의 실시예에 따라 연속하는 두 프레임에 비반전 및 반전 신호를 번갈아 인가한 경우, 반전 신호를 보낸 두 번째 프레임에 대한 커패시턴스 변화량은 다음과 같이 나타난다.

3637 2037 2037 2037
0 0 0 0
0 0 0 1600
0 0 0 0

또한, 이를 노이즈가 있는 비반전 신호에 대한 커패시턴스 변화량을 나타내는 표 2의 결과 값과 더하면, 커패시턴스 변화량의 합은 다음과 같이 나타난다.

3200 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 3200
0 0 0 0

이는 2개의 프레임에 걸쳐 나타난 노이즈를 완전히 제거한 결과로서, 이상적인 결과이다.

도 12a은 본 발명의 일 실시예에 따라 4개의 노이즈 포인트와 2개의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면이고, 도 12b는 본 발명의 다른 실시예에 따라 4개의 노이즈 포인트와 2개의 터치 포인트가 있는 측정 신호를 나타낸 도면이다.

도 12a 및 도 12b를 참조하면, 두 개의 터치 포인트를 가지고, (1,1), (1,3), (4,2) 및 (4,4)의 노이즈 포인트를 갖는 경우, 연속하는 두 개의 프레임에서의 측정 신호를 나타낸 것인데, 2개의 프레임에서 노이즈는 서로 다른 값을 갖는다. 즉, 2개의 프레임에서 노이즈의 패턴과 터치 신호는 동일하나 열잡음으로 인해 노이즈와 신호의 결과가 완전히 동일하지 않을 수 있음을 알 수 있다. 그 결과 값은 도 13을 통해 설명한다.

도 13은 프레임 1과 프레임 2에서의 커패시턴스 변화량을 나타낸 표이다.

도 13을 참조하면, 프레임 1과 프레임 2를 합산한 결과 값에 있어서, 2개의 터치 포인트에 대해서는 약 3200의 높은 값을 얻었고, 나머지 노이즈들은 제거가되고, 열잡음으로 인한 낮은 값을 가진 노이즈만 측정된 것을 알 수 있다. 즉, 이렇게 노이즈가 낮은 값으로 제거되었기 때문에, 터치 포인트를 찾아내는 것은 매우 용이한 것을 알 수 있는 것이다. 2개의 노이즈 패턴의 예에 따라 비슷한 형태의 노이즈가 발생되었는가에 영향을 받을 수 있다. 즉, 2개의 프레임에 걸쳐 나타나는 노이즈가 비슷할수록 제거되는 노이즈 양도 늘어나며, 노이즈가 완전히 동일할 경우에는 노이즈가 완전히 제거될 수 있지만, 최악의 경우, 노이즈의 공통 부분이 전혀 없는 경우에는 제거되는 노이즈 양도 0이 될 수 있다. 이는 시간 분할 방식에서도 동일하게 적용될 수 있다.

도 14는 시간 분할 방식에서 연속하는 프레임에 대한 반전 및 비반전 구동 신호의 예를 나타낸 도면이다.

도 14를 참조하면, 같은 코드로 구동 신호를 보내는 영역을 1 또는 -1, 신호를 보내지 않는 영역을 0으로 나타낼 수 있다. 이를 통해 시간 분할 방식에서도 연속하는 두 프레임에서의 반전/비반전 구동 신호에 대한 수신 신호 결과값(예컨대, 커패시턴스 변화량일 수 있음)을 합산하여 노이즈를 제거한 후, 터치 포인트를 명확히 파악할 수 있다.

이상 도면 및 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 보호범위가 상기 도면 또는 실시예에 의해 한정되는 것을 의미하지는 않으며 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims

터치를 판별하는 터치스크린 장치에 있어서,
복수의 구동 전극 및 복수의 수신 전극이 소정 패턴으로 배치된 터치 센서 패널;
구동 신호를 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하는 구동 신호 생성부;
상기 수신 전극과 연결되어 상기 구동 신호에 대한 수신 신호를 센싱하는 수신 신호 센싱부를 포함하되,
상기 구동 신호 생성부는 시간적으로 연속하는 두 개의 프레임에 대해 제 1 구동 신호와 상기 제 1 구동 신호와 반전된 제 1 반전 신호를 번갈아 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하고,
상기 제 1 반전 신호는 상기 제 1 구동 신호에서 위상 쉬프트(phase shift)된 반전 신호인 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 수신 신호 센싱부는 상기 연속하는 두 개의 프레임에서 상기 제 1 구동 신호에 대한 제 1 수신 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 제 2 수신 신호를 복조하여, 각 복조된 수신 신호 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 수신 신호 센싱부는 상기 제 1 구동 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 타이밍 정보를 상기 구동 신호 생성부로부터 수신하여 상기 수신된 타이밍 정보를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 수신 신호의 결과 값의 합을 분석하여 터치 영역을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
제 2 항에 있어서, 상기 수신 신호 센싱부는
상기 제 1 및 제 2 수신 신호, 및 상기 제 1 구동 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 타이밍 정보를 수신하는 수신부;
상기 타이밍 정보를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 수신 신호를 복조하는 신호 복조부;
상기 복조된 제 1 및 제 2 수신 신호의 결과 값의 합을 산출하는 신호 합산부; 및
상기 제 1 및 제 2 수신 신호의 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 획득하는 터치 영역 획득부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 구동 신호는 시간 분할(time division) 방식 및 코드 분할(code division) 방식 중 적어도 하나를 위한 신호인 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 센서 패널은 상기 수신 전극과 상기 구동 전극의 교점에 센싱 소자를 포함하되,
상기 수신 신호는 상기 구동 신호가 상기 센싱 소자를 거쳐 출력되는 신호인 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
제 7 항에 있어서,
상기 센싱 소자는 커패시터이고,
상기 수신 신호 센싱부는 상기 제 1 및 제 2 수신 신호에서의 커패시턴스 변화량의 합을 기반으로 터치 영역을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치.
터치스크린 장치에서, 터치를 판별하는 방법에 있어서,
복수의 구동 전극 및 복수의 수신 전극이 소정 패턴으로 배치된 터치 센서 패널을 제공하는 단계;
구동 신호를 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하는 구동 신호 생성 단계;
상기 수신 전극과 연결되어 상기 구동 신호에 대한 수신 신호를 센싱하는 수신 신호 센싱 단계를 포함하되,
상기 구동 신호 생성 단계는 시간적으로 연속하는 두 개의 프레임에 대해 제 1 구동 신호와 상기 제 1 구동 신호와 반전된 제 1 반전 신호를 번갈아 생성하여 상기 구동 전극으로 인가하는 단계를 포함하고,
상기 제 1 반전 신호는 상기 제 1 구동 신호에서 위상 쉬프트(phase shift)된 반전 신호인 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치에서의 터치 판별 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 수신 신호 센싱 단계는 상기 연속하는 두 개의 프레임에서 상기 제 1 구동 신호에 대한 제 1 수신 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 제 2 수신 신호를 복조하여, 각 복조된 수신 신호 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치에서의 터치 판별 방법.
제 10 항에 있어서,
상기 수신 신호 센싱 단계는 상기 제 1 구동 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 타이밍 정보를 수신하여 상기 수신된 타이밍 정보를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 수신 신호 결과 값의 합을 분석하여 터치 영역을 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치에서의 터치 판별 방법.
제 10 항에 있어서, 상기 수신 신호 센싱 단계는
상기 제 1 및 제 2 수신 신호, 및 상기 제 1 구동 신호 및 상기 제 1 반전 신호에 대한 타이밍 정보를 수신하는 수신 단계;
상기 타이밍 정보를 기반으로 상기 제 1 및 제 2 수신 신호를 복조하는 신호 복조 단계;
상기 복조된 제 1 및 제 2 수신 신호 결과 값의 합을 산출하는 신호 합산 단계; 및
상기 제 1 및 제 2 수신 신호 결과 값의 합을 기반으로 터치 영역을 획득하는 터치 영역 획득 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치에서의 터치 판별 방법.
삭제
제 9 항에 있어서,
상기 구동 신호는 시간 분할(time division) 방식 및 코드 분할(code division) 방식 중 적어도 하나를 위한 신호인 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치에서의 터치 판별 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 터치 센서 패널은 상기 수신 전극과 상기 구동 전극의 교점에 센싱 소자를 포함하되,
상기 수신 신호는 상기 구동 신호가 상기 센싱 소자를 거쳐 출력되는 신호인 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치에서의 터치 판별 방법.
제 15 항에 있어서,
상기 센싱 소자는 커패시터이고,
상기 수신 신호 센싱부는 상기 제 1 및 제 2 수신 신호에서의 커패시턴스 변화량의 합을 기반으로 터치 영역을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치스크린 장치에서의 터치 판별 방법.