KR101697342B1 - 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법 및 장치와 이를 적용한 터치 감지 시스템 - Google Patents

터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법 및 장치와 이를 적용한 터치 감지 시스템 Download PDF

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Abstract

터치 감지 시스템에서의 캘리브레이션을 수행하는 방법 및 장치에 관하여 개시한다. 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법은 이득 조정 모드에서 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키는 단계, 상기 이득 조정 모드에서 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기의 출력 신호를 평가하여 상기 증폭기의 이득을 조정하는 단계 및, 상기 증폭기의 이득 조정을 완료한 후에 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로로부터 전기적으로 차단시키는 단계를 포함한다.

Description

터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법 및 장치와 이를 적용한 터치 감지 시스템{Method and apparatus for performing calibration in touch sensing system and touch sensing system applying the same}
본 발명은 터치 감지 시스템에 대한 제어 방법 및 장치에 관한 것으로서, 특히 터치 감지 시스템에서의 캘리브레이션을 수행하는 방법 및 장치에 관한 것이다.
일반적으로, 터치 감지 장치는 각종 디스플레이를 이용하는 정보통신기기와 사용자 간의 인터페이스를 구성하는 입력 장치 중 하나로서, 사용자가 손이나 스타일러스 펜 등의 입력도구를 이용하여 화면을 직접 접촉하여 정보통신기기를 동작시킬 수 있다. 이와 같은 터치 감지 장치에서는 터치 성능에 관련된 인자들에 대한 캘리브레이션을 정확하고 빠르게 실행시키기 위한 연구가 진행되고 있다.
본 발명의 목적은 터치 컨트롤러에서의 터치 감지 신호를 증폭하는 증폭기의 이득을 정확하고 빠르게 조정하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 다른 목적은 터치 컨트롤러에서의 터치 감지 신호를 증폭하는 증폭기의 이득을 정확하고 빠르게 조정하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 장치를 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 터치 컨트롤러에서의 터치 감지 신호를 증폭하는 증폭기의 이득을 정확하고 빠르게 조정하는 캘리브레이션 장치가 적용된 터치 감지 시스템을 제공하는데 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 터치 컨트롤러에서의 터치 감지 신호를 증폭하는 증폭기의 이득을 정확하고 빠르게 조정하는 방법을 수행하는 프로그램 코드가 기록된 저장매체를 제공하는데 있다.
본 발명의 기술적 사상의 일면에 따른 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법은 이득 조정 모드에서 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키는 단계, 상기 이득 조정 모드에서 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기의 출력 신호를 평가하여 상기 증폭기의 이득을 조정하는 단계 및, 상기 증폭기의 이득 조정을 완료한 후에 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로로부터 전기적으로 차단시키는 단계를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 임피던스 부하는 커패시터 소자 또는 저항 소자를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 임피던스 부하는 가변 임피던스 부하를 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 임피던스 부하는 터치 감지 신호 처리부에 배치되는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키는 단계를 실행하기 전에 상기 임피던스 부하를 터치 패널이 적용되는 제품 사양에 상응하는 값으로 설정하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 증폭기의 이득을 조정하는 단계는 상기 이득 조정 모드에서 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기의 출력 신호의 크기가 목표 범위에 포함되도록 상기 증폭기의 이득을 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 증폭기의 이득을 조정하는 단계는 하나의 증폭기로 터치 패널의 복수의 터치 감지 전극들 중에서 순차적으로 하나의 터치 감지 전극을 선택하여 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키면서 각각의 터치 감지 전극별로 상기 증폭기의 이득을 조정하여 저장하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 이득 조정 모드는 터치 패널이 적용되는 시스템이 초기화될 때마다 또는 일정 기간 경과 후에 실행되도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상의 다른 면에 따른 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 장치는 임피던스 부하, 제1제어신호에 따라서 상기 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키거나 차단시키는 스위칭 수단, 제2제어신호에 따라서 결정된 이득으로 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기 및, 이득 조정 모드에서 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키기 위한 제1제어신호를 발생시키고, 상기 증폭기의 출력 신호를 평가하여 상기 증폭기의 이득을 조정하기 위한 제2제어신호를 발생시키는 캘리브레이션 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 임피던스 부하의 제1단자는 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속되거나 차단되고, 상기 임피던스 부하의 제2단자는 접지 단자 또는 초기 설정된 전압 단자에 접속되는 구조를 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 증폭기는 차동 증폭기를 포함하고, 상기 차동 증폭기의 제1입력단자를 상기 터치 감지 신호 경로에 연결하고, 제2입력단자를 센싱 펄스 전송 경로에 연결하고, 출력 단자와 제1입력단자 사이에 가변 저항 소자 또는/및 가변 커패시터 소자를 병렬로 연결하는 구조를 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 임피던스 부하의 제1단자는 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속되거나 차단되고, 상기 임피던스 부하의 제2단자는 센싱 펄스 전송 경로에 연결하고, 상기 증폭기의 제1입력단자는 상기 터치 감지 신호 경로에 연결하고, 상기 증폭기의 제2입력단자는 접지 단자 또는 초기 설정된 전압 단자에 연결하는 구조를 갖도록 설계하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 캘리브레이션 장치는 터치 패널의 복수 채널의 전극들 중에서 하나의 전극을 선택하여 상기 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키는 멀티플렉서를 더 포함하고, 상기 캘리브레이션 컨트롤러는 상기 멀티플렉서를 제어하여 상기 터치 패널의 복수의 터치 감지 전극들 중에서 순차적으로 하나의 터치 감지 전극을 선택하여 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키면서 각각의 터치 감지 전극별로 상기 증폭기의 이득을 조정하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 캘리브레이션 컨트롤러는 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키기 전에 상기 임피던스 부하를 터치 패널이 적용되는 제품 사양에 상응하는 값으로 설정하도록 제어하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 터치 감지 신호 경로에서 생성된 기생 커패시턴스를 제거하기 위한 기생 커패시턴스 보상 회로를 더 포함하는 것이 바람직하다.
본 발명의 기술적 사상의 또 다른 면에 따른 터치 감지 시스템은 복수의 센싱 채널과 상기 센싱 채널에 배치되는 센싱 유닛의 임피던스 변화에 상응하는 터치 감지 신호를 출력하는 터치 패널, 상기 터치 패널로부터 상기 터치 감지 신호를 수신하고, 수신된 터치 감지 신호를 전압 또는 전류 신호로 변환하여 출력하는 터치 감지 신호 처리부를 포함하고, 상기 터치 감지 신호 처리부는 이득 조정 모드에서 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시킨 상태에서 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기의 이득을 조정하고, 상기 증폭기의 이득 조정을 완료한 후에 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로로부터 전기적으로 차단시키는 캘리브레이션 회로를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따르면, 상기 캘리브레이션 회로는 임피던스 부하, 제1제어신호에 따라서 상기 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키거나 차단시키는 스위칭 수단, 제2제어신호에 따라서 결정된 이득으로 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기 및, 이득 조정 모드에서 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키기 위한 제1제어신호를 발생시키고, 상기 증폭기의 출력 신호를 평가하여 상기 증폭기의 이득을 조정하기 위한 제2제어신호를 발생시키는 캘리브레이션 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 기술적 사상의 또 다른 면에 따른 저장매체는 위에 언급된 터치 감지 장치의 캘리브레이션 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램 코드들이 기록되어 있다.
본 발명에 의하면 터치 감지 시스템에서 도전봉을 이용하지 않고 캘리브레이션을 수행함으로써, 캘리브레이션 시간을 단축시킬 수 있는 효과가 발생된다.
또한, 별도의 테스트 장비를 사용하지 않고 터치 컨트롤러에 내장된 임피던스 부하를 이용하여 캘리브레이션을 수행함으로써, 저비용으로 캘리브레이션을 수행할 수 있는 효과가 발생된다.
뿐만 아니라, 터치 패널에 터치 컨트롤러를 직접 접속한 상태에서 캘리브레이션을 수행함으로써, 잔여 기생 커패시턴스를 고려하여 정확하게 캘리브레이션을 수행할 수 있는 효과가 발생된다.
그리고, 터치 감지 시스템을 구성하는 부품 노화로 인하여 이득이 변화되더라도 제품의 분해없이 자동으로 캘리브레이션을 수행할 수 있는 효과가 발생된다.
도 1은 본 발명이 적용되는 터치 감지 시스템의 구성도이다.
도 2는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 블록 구성도이다.
도 4는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 블록 구성도이다.
도 5는 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 블록 구성도이다.
도 6은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 블록 구성도이다.
도 7은 본 발명의 기술적 사상에 의한 또 다른 실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 블록 구성도이다.
도 8은 본 발명에 적용되는 기생 커패시턴스 보상 회로의 일실시 예에 따른 세부 구성도이다.
도 9는 본 발명의 기술적 사상에 의한 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 장치의 증폭기의 일실시 예에 따른 세부 구성도이다.
도 10은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법의 흐름도이다.
도 11은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시예에 따른 터치 감지 시스템이 장착된 디스플레이 시스템의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시 예에 따른 터치 감지 시스템이 장착된 디스플레이 시스템의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시 예에 따른 터치 감지 시스템이 장착된 디스플레이 시스템의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 14는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따른 디스플레이 시스템의 패널 구조를 나타내는 도면이다.
도 15는 본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따른 터치 패널과 디스플레이 패널을 일체화시킨 경우의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 16은 본 발명의 기술적 사상에 의한 다른 실시 예에 따른 터치 패널과 디스플레이 패널을 일체화시킨 경우의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 17은 본 발명의 기술적 사상에 의한 일실시 예에 따른 터치 감지 시스템이 탑재된 다양한 제품의 응용 예를 보여주는 도면이다.
본 발명의 기술적 사상에 의한 실시 예들에 대하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명한다. 그러나, 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래에서 상술하는 실시 예들로 인해 한정되어지는 것으로 해석되어져서는 안 된다. 본 발명의 기술적 사상에 의한 실시 예들은 본 발명이 속하는 기술분야에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되어지는 것이다. 첨부 도면들에서, 동일한 부호는 시종 동일한 요소를 의미한다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 기술적 사상에 의한 바람직한 실시 예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
우선, 본 발명에 적용되는 터치 패널의 터치 감지 방식은 저항막 방식(Resistive Overlay) 및 정전용량 방식(Capacitive Overlay) 등과 같은 다양한 감지 방식이 사용될 수 있다.
저항막 방식의 터치 패널은 터치 이벤트가 발생되는 위치에서의 저항 변화를 감지하여 터치가 발생된 위치를 인식하는 방식이고, 정전용량 방식의 터치 패널은 터치 이벤트가 발생되는 위치에서의 커패시턴스의 변화를 감지하여 터치가 발생된 위치를 인식하는 방식이다.
도 1에 본 발명이 적용되는 터치 감지 시스템(100)의 블록 구성을 도시하였다.
도 1에 도시된 바와 같이, 터치 감지 시스템(100)은 터치 패널(101)과 신호 처리부(103)를 구비한다. 신호 처리부(103)를 터치 컨트롤러라 칭할 수도 한다.
터치 패널(101)은 로우(row) 방향으로 배치된 복수의 센싱 유닛과 칼럼(column) 방향으로 배치된 복수의 센싱 유닛으로 구성된다. 각각의 로우에 배치되는 센싱 유닛들은 서로 전기적으로 연결되고, 또한 각각의 칼럼에 배치되는 센싱 유닛들도 서로 전기적으로 연결된다. 센싱 유닛은 터치 이벤트가 발생되는 위치에서 임피던스의 변화를 발생시킨다. 즉, 저항막 방식의 터치 패널에서의 센싱 유닛은 터치 이벤트가 발생되는 위치에서 저항의 변화를 발생시키고, 정전용량 방식의 터치 패널에서의 센싱 유닛은 터치 이벤트가 발생되는 위치에서 커패시턴스의 변화를 발생시킨다.
신호 처리부(103)는 터치 패널(101)의 센싱 유닛의 임피던스 변화에 상응하는 터치 감지 신호를 처리하여 터치 위치를 인식하기 위한 데이터를 출력한다. 즉, 터치 이벤트가 발생되는 위치에서 저항의 변화 또는 커패시턴스의 변화에 상응하는 터치 감지 신호를 처리하여 터치 위치를 인식하기 위한 데이터를 출력한다.
터치 패널(101)에서 발생되는 터치 감지 신호의 크기가 비교적 작기 때문에 신호 처리부(103)에서는 터치 감지 신호를 증폭하고, 증폭된 신호를 이용하여 터치 이벤트가 발생되었는지를 판정하게 된다. 이에 따라서, 터치 감지 신호를 증폭하는 이득 값에 따라서 터치 감도 등과 같은 성능이 결정된다. 그리고, 터치 패널의 터치 이벤트를 발생시키는 도구에 따라서 터치 면적이 달라져서 이득 값을 조절할 필요가 있게 된다.
또한, 동일 제품 내에서도 생산 공정의 편차로 인하여 이득 값이 달라질 수 있으며, 또한 터치 패널(101)을 적용하는 제품의 사양에 따라서 달라질 수 있으므로 터치 패널과 신호 처리부가 포함된 보드를 결합시키고 나서 이득 값을 조정하여야 한다. 이와 같은 이득 값을 조정하는 프로세스를 캘리브레이션 프로세스라 한다.
본 발명에서 제안하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방식을 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명에서 제안하는 첫 번째 캘리브레이션 방식의 원리를 설명하기 위한 터치 감지 시스템의 블록도이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명에서 제안하는 첫 번째 캘리브레이션 방식은 터치 패널(101)에 터치 감지 신호 처리부(103A)를 접속하고 나서, 터치 패널(101) 위에 도전봉(105)을 직접 접촉한 상태에서 이득 값을 조절하는 방식이다. 여기에서, 터치 감지 신호 처리부(103A)는 터치 컨트롤러에 포함되도록 배치할 수 있다.
이 방식에 따르면, 도전봉(105)을 기계적으로 이동시켜야 하고, 도전봉(105)을 터치 패널(101) 위에서 터치하고 나서 입력 신호의 안정화를 위하여 일정 시간 동안 동일 지점에서 터치 상태를 유지해야 하는 단점이 있다.
이와 같은 단점을 보완하기 위하여 본 발명에서는 두 번째 캘리브레이션 방식을 제안한다.
도 3은 본 발명에서 제안하는 두 번째 캘리브레이션 방식의 원리를 설명하기 위한 터치 감지 시스템의 블록도이다.
도 3에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 터치 감지 시스템은 터치 감지 신호 처리부(103B), 외부 테스트 보드(107) 및, 캘리브레이션 제어 보드(109)를 구비한다.
터치 감지 신호 처리부(103B)는 증폭기(103-1), 아날로그/디지털 변환기(103-2) 및 이득 컨트롤러(103-3)를 포함하고, 외부 테스트 보드(107)는 펄스 발생기(107-1), 스위칭 수단(107-2) 및, 임피던스 부하(107-3)를 포함한다.
여기에서, 임피던스 부하(107-3)는 일 예로서, 저항막 방식의 터치 감지 방식이 적용되는 터치 패널에서는 저항 소자로 설정될 수 있고, 정전용량 방식의 터치 감지 방식이 적용되는 터치 패널에서는 커패시터 소자로 설정될 수 있다. 물론, 저항막 방식의 터치 감지 방식이 적용되는 터치 패널에서도 임피던스 부하(107-3)를 커패시터 소자로 설정할 수 있으며, 또한 정전용량 방식의 터치 감지 방식이 적용되는 터치 패널에서도 임피던스 부하(107-3)를 저항 소자로 설정할 수도 있다. 즉, 터치 감지 신호 처리부(103B)의 회로 구성에 따라 임피던스 부하(107-3)를 커패시터 소자 또는 저항 소자로 설정할 수 있다. 그리고, 임피던스 부하(107-3)의 크기는 터치 패널이 적용되는 제품 사양에 적합하도록 설정한다.
우선, 캘리브레이션 제어 보드(109)는 테스트 이득 조정에 필요한 펄스 발생 제어 신호 및 스위치 도통 제어신호를 발생시킨다.
이에 따라서, 펄스 발생기(107-1)는 펄스 발생 제어신호에 따라서 펄스를 발생시키고, 스위칭 수단(107-2)은 턴 온(turn on) 된다. 펄스 발생기(107-1)에서 발생된 펄스 신호는 임피던스 부하(107-3) 및 스위칭 수단(107-2)을 거쳐 터치 감지 신호 처리부(103B)의 터치 감지 신호 경로 입력된다.
그러면, 증폭기(103-1)는 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 초기 설정된 이득 값을 적용하여 증폭한 후에 출력한다. 증폭기(103-1)에서 출력된 신호는 아날로그/디지털 변환기(103-2)에서 디지털 값으로 변환되어 캘리브레이션 제어 보드(109)로 전달된다.
캘리브레이션 제어 보드(109)는 아날로그/디지털 변환기(103-2)에서 출력되는 디지털 값을 평가하여 이득 값을 결정한다. 즉, 디지털 값이 목표 범위의 하한 값보다 작으면 현재 설정되어 있는 이득 값보다 증가시키고, 디지털 값이 목표 범위의 상한 값보다 크면 현재 설정되어 있는 이득 값보다 감소시키도록 이득 값을 결정한다. 캘리브레이션 제어 보드(109)에서 결정된 이득 값은 터치 감지 신호 처리부(103B)의 이득 컨트롤러(103-3)로 전달된다.
이득 컨트롤러(103-3)는 캘리브레이션 제어 보드(109)에서 결정된 이득 값에 따라서 증폭기(103-1)의 이득을 결정하는 소자의 값을 조정한다. 이에 따라서, 증폭기(103-1)의 이득 값을 조정할 수 있게 된다.
이와 같은 두 번째 방식은 터치 패널에서 도전봉을 이용하지 않고도 이득 값을 조절할 수 있어 첫 번째 방식의 단점은 개선되었다. 그러나, 터치 감지 신호 처리부(103B)를 직접 터치 패널에 접속시키지 않고 이득 값을 조절함으로써, 터치 패널의 터치 감지 신호 경로에 남아 있는 기생 커패시턴스 성분이 고려되지 않아 목표로 하는 이득 값을 정확하게 설정할 수 없는 단점이 있다. 물론, 기생 커패시턴스를 제거하기 위한 보상 회로를 사용하여 이를 개선할 수도 있으나, 보상 회로를 사용하더라도 미세한 기생 커패시턴스 성분이 남아 있어 증폭기의 이득에 악영향을 미치게 된다. 그리고, 별도의 캘리브레이션 제어 보드(109)를 이용하여야 하는 단점도 있다.
위에서 설명한 도 2 및 도 3에 제시된 본 발명에 따른 2가지 캘리브레이션 방식의 단점을 보완하기 위하여 새로운 캘리브레이션 방식을 제안한다.
도 4는 본 발명에서 제안하는 새로운 캘리브레이션 방식을 설명하기 위한 터치 감지 시스템의 블록도이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 본 발명의 일실시 예에 따른 터치 감지 시스템은 터치 패널(101) 및 캘리브레이션 장치(103C)를 구비한다. 캘리브레이션 장치(103C)는 터치 패널(101)과 접속된 상태에서 터치 감도를 결정하는 이득 값을 조정할 수 있다.
본 발명에서 새롭게 제안하는 제1실시 예에 따른 터치 캘리브레이션 장치(103C)는 증폭기(103-1), 아날로그/디지털 변환기(103-2), 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A), 임피던스 부하(103-4), 스위칭 수단(103-5) 및, 메모리 수단(103-6)을 구비한다.
위의 캘리브레이션 장치(103C)를 터치 패널(101)로부터 수신되는 터치 감지 신호를 처리하여 터치 위치를 인식하기 위한 데이터를 출력하는 신호 처리 블록에 배치되도록 설계할 수 있으며, 또한 신호 처리 블록의 터치 컨트롤러(도면에 미도시) 내에 배치되도록 설계할 수도 있다. 즉, 캘리브레이션 장치(103C)는 터치 패널(101)과 결합되어 터치 감지 신호를 처리하는 회로 보드(board) 또는 칩(chip) 내의 어떠한 회로 블록에도 배치될 수 있다.
임피던스 부하(103-4)와 스위칭 수단(103-5)은 터치 감지 신호 경로(P_SEN)와 제1전압 단자(VA) 사이에 직렬로 접속되는 구조를 갖는다. 임피던스 부하(103-4)는 제3제어신호(CTL3)에 의하여 임피던스가 조정되는 가변 임피던스 부하가 될 수 있다. 그리고, 임피던스 부하(103-4)는 저항 소자 또는 커패시터 소자로 설정될 수 있다. 임피던스 부하(103-4)의 크기는 제3제어신호(CTL3)에 의하여 터치 패널이 적용되는 제품 사양에 적합하도록 설정될 수 있다. 제어신호(CTL3)는 일 예로서, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)에서 생성될 수 있으며, 또한 터치 감지 신호를 처리하는 회로 보드(board) 또는 칩(chip) 내의 다른 컨트롤러 또는 프로세서에서 생성될 수도 있다.
제1전압 단자(VA)는 접지 단자로 설정할 수 있으며, 또한 접지 전압이 아닌 다른 임의의 전압으로 설정할 수도 있다. 그리고, 제1전압 단자(VA)의 전압은 펄스 형태의 변동하는 전압으로 설정할 수도 있으며, 또한 다양한 형태의 전압으로 설정할 수도 있다.
도 4를 참조하여, 캘리브레이션 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.
캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)는 이득 조정 모드 실행 전에 임피던스 부하(103-4)의 크기를 터치 패널(101)이 적용되는 제품 사양에 상응하여 설정하기 위한 제3제어신호(CTL3)를 발생시킨다. 그러면, 제3제어신호(CTL3)에 따라서 임피던스 부하(103-4)의 크기가 설정된다. 즉, 임피던스 부하(103-4)의 크기는 터치 패널(101)이 적용되는 제품별로 터치 이벤트 발생시에 요구되는 입력 임피던스 값으로 설정된다.
터치 패널(101)과 캘리브레이션 장치(103C)가 접속된 상태에서 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)는 이득 조정 모드에서 스위칭 수단(103-5)을 턴 온(turn on)시키기 위한 제1제어신호(CTL1)를 발생시킨다.
그러면, 제1제어신호(CTL1)에 따라서 스위칭 수단(103-5)은 턴 온 된다. 이로 인하여 이득 조정 모드에서 임피던스 부하(103-4)는 터치 감지 신호 경로(P_SEN)에 전기적으로 접속된다.
증폭기(103-1)는 터치 감지 신호 경로(P_SEN)로 입력되는 신호를 증폭하여 출력한다. 증폭기(103-1)의 이득은 제2제어신호(CTL2)에 따라서 조정되며, 증폭기(103-1)는 초기 상태에서는 디폴트 값으로 설정된 이득으로 신호를 증폭할 수 있다.
증폭기(103-1)에서 출력되는 신호는 아날로그/디지털 변환기(103-2)에 의하여 디지털 값으로 변환되어 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)에 입력된다. 물론, 아날로그/디지털 변환기(103-2)는 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)에 내장하도록 설계할 수도 있다. 그리고, 도 4에 도시되어 있지는 않으나 증폭기(103-1)와 아날로그/디지털 변환기(103-2) 사이에 노이즈를 제거하기 위한 필터를 배치할 수도 있다.
캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)는 이득 조정 모드에서 증폭기(103-1) 출력 신호의 디지털 값을 평가하여 증폭기(103-1)의 이득을 조정하기 위한 제2제어신호(CTL2)를 발생시킨다. 일 실시 예로서, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)는 출력 신호의 디지털 값이 목표 범위에 포함되는지를 판단하여 목표 범위의 하한 값보다 작으면 이득을 증가시키기 위한 제2제어신호(CTL2)를 발생시키고, 디지털 값이 목표 범위의 상한 값보다 크면 이득을 감소시키기 위한 제2제어신호(CTL2)를 발생시킨다. 이에 따라서, 증폭기(103-1)의 이득은 제2제어신호(CTL2)에 따라서 조정된다.
그리고, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)는 디지털 값이 목표 범위에 포함되는 경우에는 증폭기(103-1)의 이득을 현재 설정된 이득으로 결정하고, 이득 조정 모드를 마친다. 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)는 결정된 이득에 대한 정보를 메모리 수단(103-6)에 저장한다. 결정된 이득에 대한 정보는 결정된 이득에 대응되는 제2제어신호(CTL2)의 값이 될 수 있다. 메모리 수단(103-6)은 전원이 차단되더라도 저장된 데이터가 상실되지 않는 비휘발성 메모리 소자로 구현할 수 있다.
다음으로, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A)는 이득 조정 모드를 마치고 나서, 스위칭 수단(103-5)을 턴 오프(turn off)시키기 위한 제1제어신호(CTL1)를 발생시킨다.
이로 인하여, 이득 조정 모드를 마친 후에는 제1제어신호(CTL1)에 따라서 스위칭 수단(103-5)은 턴 오프 된다. 이로 인하여, 임피던스 부하(103-4)는 터치 감지 신호 경로(P_SEN)로부터 전기적으로 차단된다.
따라서, 임피던스 부하(103-4)는 이득 조정 모드 실행 중에만 터치 감지 신호 경로(P_SEN)에 전기적으로 접속되고, 이득 조정 모드를 마친 후에는 터치 감지 신호 경로(P_SEN)로부터 전기적으로 차단된다. 즉, 이득 조정 모드 이외의 정상적인 모드에서 임피던스 부하(103-4)는 터치 감지 신호 경로(P_SEN)로부터 전기적으로 차단되어, 터치 감지 신호 처리에 영향을 미치지 않는다.
위에서, 이득 조정 모드는 터치 패널(101)이 적용되는 시스템이 초기화될 때마다 실행되도록 설계할 수 있으며, 또한 일정 기간 경과 후에 자동으로 실행되도록 설계할 수도 있다.
도 5는 본 발명에서 제안하는 새로운 캘리브레이션 방식을 설명하기 위한 다른 실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 블록도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 본 발명의 다른 일실시 예에 따른 터치 감지 시스템은 터치 패널(101) 및 캘리브레이션 장치(103D)를 구비한다. 캘리브레이션 장치(103D)는 터치 패널(101)과 접속된 상태에서 터치 감도를 결정하는 이득 값을 조정할 수 있다.
본 발명의 일실시 예에 따른 캘리브레이션 장치(103D)는 증폭기(103-1), 아날로그/디지털 변환기(103-2), 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B), 임피던스 부하(103-4), 스위칭 수단(103-5), 메모리 수단(103-6) 및, 멀티플렉서(103-7)를 구비한다.
캘리브레이션 장치(103D)는 터치 패널(101)로부터 수신되는 터치 감지 신호를 처리하여 터치 위치를 인식하기 위한 데이터를 출력하는 신호 처리 블록에 배치되도록 설계할 수 있으며, 또한 신호 처리 블록의 터치 컨트롤러(도면에 미도시) 내에 배치되도록 설계할 수도 있다. 즉, 캘리브레이션 장치(103D)는 터치 패널(101)과 결합되어 터치 감지 신호를 처리하는 회로 보드(board) 또는 칩(chip) 내의 어떠한 회로 블록에도 배치될 수 있다.
캘리브레이션 장치(103D)에 포함된 구성 요소들 중에서 증폭기(103-1), 아날로그/디지털 변환기(103-2), 임피던스 부하(103-4) 및 스위칭 수단(103-5)은 도 4에 도시된 캘리브레이션 장치(103C)에 구성 요소들과 구성 및 동작이 동일하므로 중복된 설명은 생략하기로 한다.
다만, 도 4에 도시된 캘리브레이션 장치(103C)는 터치 패널(101)로부터 단일 채널의 전극을 통하여 수신되는 터치 감지 신호를 하나의 증폭기(103-1)를 이용하여 증폭시키는데 비하여, 도 5에 도시된 캘리브레이션 장치(103D)는 복수 채널의 전극을 통하여 수신되는 터치 감지 신호를 하나의 증폭기(103-1)를 이용하여 증폭시킬 수 있다는 점에서 상이하다.
도 5를 참조하여, 캘리브레이션 동작 원리를 설명하면 다음과 같다.
이득 조정 모드 실행 전에 임피던스 부하(103-4)에 대한 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)의 제어에 의하여 임피던스 부하(103-4)의 크기가 터치 패널(101)이 적용되는 제품별로 터치 이벤트 발생시에 요구되는 입력 임피던스 값으로 설정된다.
이득 조정 모드에서 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)는 스위칭 수단(103-5)이 턴 온 되도록 제어하여, 임피던스 부하(103-4)를 터치 감지 신호 경로(P_SEN)에 전기적으로 접속시킨다.
그리고, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)는 복수 채널의 전극들 중에서 하나의 전극을 선택하여 감지 신호 경로(P_SEN)에 전기적으로 접속시키기 위한 제4제어신호(CTL4)를 생성시켜 멀티플렉서(103-7)로 출력한다.
멀티플렉서(103-7)는 제4제어신호(CTL4)에 따라서 복수 채널의 전극들 중에서 하나의 전극을 선택하여 감지 신호 경로(P_SEN)에 전기적으로 접속시킨다.
그러면, 증폭기(103-1)는 하나의 전극을 선택한 상태에서 터치 감지 신호 경로(P_SEN)로 입력되는 신호를 증폭하여 출력한다. 증폭기(103-1)의 이득은 제2제어신호(CTL2)에 따라서 조정되며, 증폭기(103-1)는 초기 상태에서는 디폴트 값으로 설정된 이득으로 신호를 증폭할 수 있다.
증폭기(103-1)에서 출력되는 신호는 아날로그/디지털 변환기(103-2)에 의하여 디지털 값으로 변환되어 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)에 입력된다.
캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)는 이득 조정 모드에서 증폭기(103-1) 출력 신호의 디지털 값을 평가하여 증폭기(103-1)의 이득을 조정하기 위한 제2제어신호(CTL2)를 발생시킨다. 일 실시 예로서, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)는 출력 신호의 디지털 값이 목표 범위에 포함되는지를 판단하여 목표 범위의 하한 값보다 작으면 이득을 증가시키기 위한 제2제어신호(CTL2)를 발생시키고, 디지털 값이 목표 범위의 상한 값보다 크면 이득을 감소시키기 위한 제2제어신호(CTL2)를 발생시킨다. 이에 따라서, 증폭기(103-1)의 이득은 제2제어신호(CTL2)에 따라서 조정된다.
그리고, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)는 디지털 값이 목표 범위에 포함되는 경우에는 증폭기(103-1)의 이득을 현재 설정된 이득으로 결정하고, 결정된 이득에 대한 정보를 멀티플렉서(103-7)에서 선택된 채널에 매칭시켜 메모리 수단(103-6)에 저장한다. 여기에서, 결정된 이득에 대한 정보는 결정된 이득에 대응되는 제2제어신호(CTL2)의 값이 될 수 있다.
이와 같이, 선택된 하나의 채널에 대한 이득 조정을 마친 후에 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)는 복수 채널의 전극들 중에서 선택되지 않은 다른 하나의 전극을 선택하여 감지 신호 경로(P_SEN)에 전기적으로 접속시킨 상태에서 위에서 설명한 바와 같은 방식으로 선택된 채널에 대한 이득 조정을 실행하도록 제어한다. 그리고, 멀티플렉서(103-7)에서 선택된 채널의 이득에 대한 정보를 선택된 채널에 매칭시켜 메모리 수단(103-6)에 저장한다.
멀티플렉서(103-7)로 선택할 수 있는 모든 채널들에 대한 이득 조정을 마친 후에, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)는 스위칭 수단(103-5)을 턴 오프(turn off)시키기 위한 제1제어신호(CTL1)를 발생시킨다.
따라서, 이득 조정 모드를 마친 후에는 제1제어신호(CTL1)에 따라서 스위칭 수단(103-5)은 턴 오프 된다. 이로 인하여, 임피던스 부하(103-4)는 터치 감지 신호 경로(P_SEN)로부터 전기적으로 차단된다.
정상적인 모드에서, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3B)는 멀티플렉서(103-7)로 선택되는 채널의 이득에 대한 정보를 메모리 수단(103-6)으로부터 읽어내어 증폭기(103-1)의 이득을 설정하도록 제어한다.
다음으로, 도 4 및 도 5의 터치 감도 조정 장치에서 터치 패널의 터치 감지 신호 경로에서 유기되는 기생 커패시턴스의 영향을 줄이기 위하여 기생 커패시턴스 보상 회로(103-8)를 부가한 실시 예를 도 6 및 도 7에 각각 도시하였다.
기생 커패시턴스 보상 회로(103-8)의 세부적인 회로의 일예를 도 8에 도시하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 기생 커패시턴스 보상 회로(103-8)는 반전 증폭기로서 공통전극 전압(VC)과 센싱 펄스(VIN)를 저항들(RX, RY, RB)을 이용하여 가산하여 반전 입력단자에 입력한다. 참고적으로, 기생 저항들에 대한 고려는 생략하였다.
기생 커패시터(Cb)에 형성되는 총 전하량은 아래 수학식 1과 같이 센싱 펄스(VIN)와 공통전극 전압(Vc)의 차에 비례한다.
Figure 112010028948118-pat00001
이제 기생 커패시턴스 전하를 보상하기 위한 네거티브 커패시터 Cq에 형성되는 총 전하량은 아래 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112010028948118-pat00002
Cq = 2Cb 임을 가정하면, 아래 수학식 3이 성립한다.
Figure 112010028948118-pat00003
위의 수학식을 만족하여 기생 커패시터를 보상하기 위해서는 네거티브 커패시터 Cq 의 값은 기생 커패시터 Cb의 2배 정도로 설정해야 한다. 왜냐하면 기생 커패시터 보상 회로(103-8)의 내부 증폭기 출력이 전원 전압을 넘을 수 있기 때문이다.
네거티브 커패시터와 기생 커패시터의 총 전하량이 같아지기 위해서는 저항 RX, RY, RB에 의해 결정된다. 도 8과 수학식 1 내지 수학식 3의 조건에 의하면 네거티브 커패시터에 의해 기생 커패시터의 영향을 없앨 수 있다. 그러나, 도 8에서 보듯이 A, B 두 경로의 위상이 상이할 수 있으므로 기생 커패시턴스가 완벽하게 제거되기는 어렵다.
다음으로, 본 발명의 일실시 예에 따른 정전용량 방식의 터치 감지 시스템에 대한 캘리브레이션 장치에 포함된 증폭기(103-1)의 세부적인 회로 구성의 일예를 도 9에 도시하였다.
도 9에서 Cb는 입력 채널의 터치 감지 신호 경로(P_SEN)에서 유기되는 기생 커패시턴스를 나타내고, Cx는 터치 감지 신호로 경로에서 터치 센싱 유닛에 의하여 발생되는 커패시턴스를 나타낸다. 이득 조정 모드에서 Cx는 임피던스 부하(103-4)에 의한 커패시턴스가 된다. 물론, 기생 커패시턴스 보상 회로를 사용하는 경우에, Cb는 기생 커패시턴스를 보상한 후의 잔여 기생 커패시턴스를 나타낸다.
도 9에서 출력 전압 Vout과 입력 센싱 펄스 전압 Vpulse는 아래의 수학식 4와 같은 관계를 갖는다.
Figure 112010028948118-pat00004
수학식 4를 참조하면, 기생 커패시턴스 Cb가 이득에 영향을 미친다는 사실을 알 수 있다. 이로 인하여, 본 발명에서 제안하는 새로운 터치 감도 조정 장치에 의하면 잔여 기생 커패시턴스까지 고려하여 이득을 정확하게 결정할 수 있게 된다.
또한, 캘리브레이션 컨트롤러(103-3A 또는 103-3B)에서 발생되는 제2제어신호(CTL2)에 따라서 커패시터 Cf 또는/및 저항 Rf 값을 가변시킴으로써, 증폭기(103-1)의 이득을 조정할 수 있다. 커패시터 Cf 또는 저항 Rf 중의 하나의 소자 값만을 선택하여 변경시킴으로써 증폭기(103-1)의 이득을 조정할 수 있고, 또한 커패시터 Cf 및 저항 Rf를 함께 변경시킴으로써 증폭기(103-1)의 이득을 조정할 수도 있다.
도 9는 도 4 ~ 도 7에 도시된 임피던스 부하(103-4)의 일 단자에 인가되는 전압 VA를 접지 전압으로 설정한 예를 도시한 것이다. 위에서 언급한 바와 같이, 전압 VA는 접지 전압이 아닌 다른 임의의 DC 전압 또는 펄스 형태로 변동하는 전압으로 설정할 수도 있다.
만일, 도 4 ~ 도 7에 도시된 임피던스 부하(103-4)의 일 단자에 펄스 형태로 변동하는 전압인 센싱 펄스 전압 Vpulse를 인가하는 경우에는, 도 9의 커패시터 Cx는 접지 단자가 아닌 센싱 펄스 전압 Vpulse 단자에 접속되고 증폭기의 네가티브(-) 입력 단자는 센싱 펄스 전압 Vpulse 단자 대신에 접지 단자 또는 임의의 DC 전압 단자에 접속되도록 설계한다.
다음으로, 본 발명의 일실시 예에 따른 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법을 도 10의 흐름도를 참조하여 설명하기로 한다.
우선, 터치 패널이 적용되는 시스템이 이득 조정 모드로 천이되는지를 판단한다(S101). 이득 조정 모드로의 천이는 터치 패널이 적용되는 시스템이 초기화될 때마다 또는 일정 시간 경과 후에 실행되도록 설계할 수 있다. 그리고, 터치 패널이 적용되는 시스템은 휴대폰, TV, 네비게이션, ATM 기기 등과 같은 다양한 제품이 포함될 수 있다.
단계101(S101)의 판단 결과 이득 조정 모드로 천이되는 경우에, 터치 감지 신호 처리부에 내장된 임피던스 부하의 크기를 터치 패널이 적용되는 제품 사양에 상응하는 값으로 설정한다(S102). 임피던스 부하는 저항 소자 또는 커패시터 소자로 설정될 수 있다. 그리고, 임피던스 부하의 크기는 터치 패널이 적용되는 제품 사양에 적합하도록 설정한다.
다음으로, 이득 조정에 필요한 캘리브레이션용 스위칭 수단을 턴 온 시켜 터치 감지 신호 처리부에 내장된 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시킨다(S103).
다음으로, 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기에 평가용 펄스를 인가한다(S104).
평가용 펄스가 인가되는 구간에서 증폭기의 출력신호(Amp_out)를 검출한다(S105). 여기에서, 증폭기의 출력신호(Amp_out)는 증폭기에서 출력된 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환시킨 신호가 될 수 있다.
다음으로, 검출된 증폭기 출력신호(Amp_out)의 크기가 목표 범위에 포함되는지를 판단한다(S106). 일 예로서, 검출된 증폭기 출력신호(Amp_out)의 크기가 목표 범위의 하한 값(TH_min)과 상한 값(TH_max) 사이에 포함되는지를 판단한다.
단계106(S106)의 판단 결과 출력신호(Amp_out)의 크기가 목표 범위에 포함되지 않는 경우에는, 검출된 출력신호(Amp_out)의 크기에 따라서 증폭기의 이득을 결정하는 인자 값을 변경시킨다(S107). 즉, 출력신호(Amp_out)의 크기가 목표 범위의 하한 값(TH_min)보다 작으면 증폭기의 이득을 증가시키도록 증폭기의 이득을 결정하는 인자 값을 변경하고, 출력신호(Amp_out)의 크기가 목표 범위의 상한 값(TH_max)보다 크면 증폭기의 이득을 증가시키도록 증폭기의 이득을 결정하는 인자 값을 변경한다. 일예로서, 도 10과 같은 증폭기를 사용하는 경우에 증폭기의 이득을 결정하는 인자는 커패시터 Cf 또는/및 저항 Rf가 될 수 있다.
만일, 단계106(S106)의 판단 결과 출력신호(Amp_out)의 크기가 목표 범위에 포함되는 경우에는 증폭기의 이득을 현재 설정되어 있는 증폭기의 이득 값으로 결정하고, 결정된 이득 값에 상응하는 인자 값을 발생시키기 위한 제어 값을 메모리 수단에 저장한다(S108). 일예로서, 메모리 수단은 비휘발성 메모리 소자가 될 수 있다. 그리고, 도 10과 같은 증폭기를 사용하는 경우에, 커패시터 Cf 또는/및 저항 Rf을 결정하는 제어 값이 메모리 수단에 저장될 수 있다.
단계108(S108)을 마치고 나서, 이득 조정에 필요한 캘리브레이션용 스위칭 수단을 턴 오프 시켜 터치 감지 신호 처리부에 내장된 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로로부터 전기적으로 차단시킨다(S109).
만일, 하나의 증폭기로 터치 패널의 복수의 터치 감지 전극들로부터 수신되는 터치 감지 신호를 처리하는 경우에는, 터치 패널의 복수의 터치 감지 전극들 중에서 순차적으로 하나의 터치 감지 전극을 선택하여 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키면서 각각의 터치 감지 전극별로 위와 같은 방식으로 증폭기의 이득을 조정할 수 있다.
그리고, 도 10에서 이득 조정 모드를 수행하기 전에 터치 감지 신호 경로에서 생성된 기생 커패시턴스를 제거하기 프로세스를 실행하는 것이 바람직하다.
도 11 ~ 도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 감지 시스템이 장착된 디스플레이 시스템의 PCB 구조를 나타내는 도면이다. 도 11 ~ 도 13에서는 터치 패널과 디스플레이 패널이 서로 구분되는 구조를 갖는 디스플레이 시스템을 나타낸다. 도 11에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이 시스템(200)은 윈도우 글라스(210), 터치 패널(220) 및 디스플레이 패널(240)을 구비할 수 있다. 또한 터치 패널(220)과 디스플레이 패널(240)의 사이에는 광학적 특성을 위해 편광판(230)이 더 배치될 수 있다.
윈도우 글라스(210)는 일반적으로 아크릴이나 강화유리 등의 소재로 제작되어, 외부 충격이나 반복적인 터치에 의한 긁힘으로부터 모듈을 보호한다. 터치 패널(220)은 유리 기판이나 PET(Polyethylene Terephthlate) 필름 위에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 이용하여 전극을 패터닝하여 형성된다. 터치 컨트롤러(221)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 위에 COB(Chip on Board) 형태로 실장될 수 있으며, 각각의 전극으로부터의 커패시턴스 변화를 감지하여 터치 좌표를 추출하고 이를 호스트 컨트롤러(도면에 미도시)로 제공한다. 디스플레이 패널(240)은 상판과 하판으로 이루어진 두 장의 유리를 접합하여 형성될 수 있다. 또한 모바일용 디스플레이 패널에는 디스플레이 구동회로(241)가 COG(Chip on Glass) 형태로 부착될 수 있다.
도 12는 본 발명의 디스플레이 시스템의 또 다른 PCB 구조의 예를 나타낸다. 도 12에 도시된 바와 같이, 터치 컨트롤러(221)는 메인보드(260) 상에 배치될 수 있으며, FPCB를 통하여 터치 패널(220)과 터치 컨트롤러(221) 사이에 센싱 유닛으로부터의 전압 신호가 연결 패턴(223)에 의해 송수신될 수 있다. 반면에, 디스플레이 구동회로(241)는 도 12에서와 같이 COG(Chip on Glass) 형태로 부착될 수 있다. 상기 디스플레이 구동회로(241)는 FPCB를 통하여 메인보드(260)와 연결될 수 있다. 즉, 터치 컨트롤러(221)와 디스플레이 구동회로(241)는 메인보드(260)를 통하여 각종 정보 및 신호를 서로 송수신할 수 있다. 터치 컨트롤러(221)에는 본 발명에서 제안하는 도 2 및 도 3에 도시된 터치 감지 신호 처리부가 내장될 수 있다. 또한, 터치 컨트롤러(221)에는 본 발명에서 제안하는 도 4 ~ 도 7에 도시된 캘리브레이션 장치가 내장될 수 있다.
도 13은 터치 컨트롤러와 디스플레이 구동부가 하나의 반도체 칩에 집적된 경우의 디스플레이 시스템의 구조를 나타낸다. 도 13에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이 시스템(200)은 윈도우 글라스(210), 터치 패널(220), 편광판(230) 및 디스플레이 패널(240) 등을 구비할 수 있다. 특히, 반도체 칩(251)은 COG(Chip on Glass) 형태로 디스플레이 패널에 부착될 수 있다. 터치 패널(220)과 반도체 칩(251)은 연결 패턴(923)을 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다. 반도체 칩(251)에는 본 발명에서 제안하는 도 2 및 도 3에 도시된 터치 감지 신호 처리부가 내장될 수 있다. 또한, 반도체 칩(251)에는 본 발명에서 제안하는 도 4 ~ 도 7에 도시된 캘리브레이션 장치가 내장될 수 있다.
도 14는 도 11 ~ 도 13에 도시된 디스플레이 시스템의 패널 구조를 나타내는 도면이다.
도 14에는 디스플레이 패널로서 OLED가 예시되어 있다. 도 15에 도시된 바와 같이, 센싱 유닛은 투명 전극(ITO(sensor))을 패터닝함에 의하여 형성될 수 있으며, 디스플레이 패널과는 서로 구분되는 별도의 유리기판 상에 형성될 수 있다. 센싱 유닛이 형성된 유리기판은 소정의 에어갭 또는 레진(Air gap or resin)에 의해 윈도우 글래스와 구분될 수 있으며, 또한 디스플레이 패널을 구성하는 상판 및 하판 글래스와는 소정의 편광판을 기준으로 구분될 수 있다.
도 15는 터치 패널과 디스플레이 패널을 일체화시킨 경우의 PCB 구조를 나타내는 도면이다. 도 15에 도시된 바와 같이, 디스플레이 시스템(300)은 윈도우 글라스(310), 디스플레이 패널(320) 및 편광판(330)을 구비할 수 있다. 특히, 터치 패널을 구현함에 있어서, 상기 터치 패널이 별도의 유리기판 상에 형성되는 것이 아니라, 상기 디스플레이 패널(320)의 상판에 투명 전극을 패턴함으로써 형성될 수 있다. 도 15는 디스플레이 패널(320)의 상판에 다수의 센싱 유닛(SU)이 형성된 일예를 도시한다. 또한, 이와 같이 패널 구조가 형성되는 경우, 터치 컨트롤러와 디스플레이 구동회로가 집적된 하나의 반도체 칩(321)이 바람직하게 적용될 수 있다. 반도체 칩(321)에는 본 발명에서 제안하는 도 2 및 도 3에 도시된 터치 감지 신호 처리부가 내장될 수 있다. 또한, 반도체 칩(251)에는 본 발명에서 제안하는 도 4 ~ 도 7에 도시된 캘리브레이션 장치가 내장될 수 있다.
한편, 도 16은 도 15의 디스플레이 장치와 대략 유사한 구조를 갖는 것으로서, 센싱 유닛으로부터의 전압 신호가 FPCB를 통하여 반도체 칩(321)으로 제공되는 것이 아니라 도전 라인을 통해 직접 반도체 칩(321)으로 제공되는 일예를 나타낸다.
도 17은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 감지 시스템이 탑재되는 다양한 제품의 응용 예를 나타낸다.
현재 터치스크린 방식의 제품은 폭넓은 분야에서 사용되고 있고, 공간상의 이점으로 빠르게 버튼 방식의 기기들을 대체하고 있다. 가장 폭발적인 수요는 역시 휴대폰 분야라고 할 수 있다. 특히 휴대폰에서는 그 편의성뿐만 아니라 단말의 크기가 민감한 분야라서 별도의 키를 마련하지 않거나 키를 최소화하는 터치 폰 방식이 요즘 크게 각광을 받고 있는 것이 주지의 사실이다. 따라서 본 발명에 따른 터치 감지 시스템(1000)은 휴대폰(1110)에 채용할 수 있음을 물론이고, 터치스크린을 채용한 TV(1120), 은행의 현금 입출납을 자동적으로 대행하는 ATM기(1130), 엘리베이터(1140), 지하철 등에서 사용되는 티켓 발급기(1150), PMP(1160), e-book(1170), 네비게이션(1180) 등에 폭넓게 사용될 수 있다. 이 외에도 사용자 인터페이스가 필요한 모든 분야에서 터치 디스플레이 장치는 빠르게 기존의 버튼식 인터페이스를 대체해가고 있음은 자명하다.
본 발명은 방법, 장치, 시스템 등으로서 실행될 수 있다. 소프트웨어로 실행될 때, 본 발명의 구성 수단들은 필연적으로 필요한 작업을 실행하는 코드 세그먼트들이다. 프로그램 또는 코드 세그먼트들은 프로세서 판독 가능 매체에 저장되어 질 수 있다. 프로세서 판독 가능 매체는 정보를 저장할 수 있는 어떠한 매체도 포함한다. 프로세서 판독 가능 매체의 예로는 전자 회로, 반도체 메모리 소자, ROM, 플레쉬 메모리, 이레이져블 ROM(EROM: Erasable ROM), 플로피 디스크, 광 디스크, 하드 디스크 등이 있다.
첨부된 도면에 도시되어 설명된 특정의 실시 예들은 단지 본 발명의 예로서 이해되어 지고, 본 발명의 범위를 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 본 발명에 기술된 기술적 사상의 범위에서도 다양한 다른 변경이 발생될 수 있으므로, 본 발명은 보여지거나 기술된 특정의 구성 및 배열로 제한되지 않는 것은 자명하다.
100; 터치 감지 시스템, 101; 터치 패널, 103; 신호 처리부, 103A, 103B; 터치 감지 신호 처리부, 103C, 103D; 터치 캘리브레이션 장치, 103-1; 증폭기, 103-2; 아날로그/디지털 변환기, 103-3; 이득 컨트롤러, 103-3A, 103-3B; 캘리브레이션 컨트롤러, 103-4; 임피던스 부하, 103-5; 스위칭 수단, 103-6; 메모리 수단, 103-7; 멀티플렉서, 103-8; 기생 커패시턴스 보상 회로, 200; 디스플레이 시스템, 210; 윈도우 글라스, 220 터치 패널, 223; 연결패턴, 240; 디스플레이 패널, 260; 메인보드, 300; 디스플레이 시스템, 310; 윈도우글라스, 320; 디스플레이 패널, 330; 편광판, 1000; 터치 감지 시스템, 1110; 휴대폰, 1120; TV, 1130; ATM, 1140; 엘리베이터, 1150; 티켓 발급기, 1160; PMP, 1170; e-book, 1180; 네비게이션

Claims (10)

  1. 이득 조정 모드에서 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키는 단계;
    상기 이득 조정 모드에서 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기의 출력 신호를 평가하여 상기 증폭기의 이득을 조정하는 단계; 및
    상기 증폭기의 이득 조정을 완료한 후에 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로로부터 전기적으로 차단시키는 단계를 포함하고,
    상기 증폭기는 차동 증폭기를 포함하며,
    상기 차동 증폭기는
    상기 터치 감지 신호 경로에 연결되는 제1입력 단자;
    센싱 펄스 전송 경로에 연결되는 제2입력 단자; 및
    상기 제1입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬로 연결되는 가변 저항 및 가변 커패시터 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 부하는 커패시터 소자 또는 저항 소자를 포함함을 특징으로 하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 임피던스 부하는 터치 감지 신호 처리부에 배치됨을 특징으로 하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 증폭기의 이득을 조정하는 단계는 하나의 증폭기로 터치 패널의 복수의 터치 감지 전극들 중에서 순차적으로 하나의 터치 감지 전극을 선택하여 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키면서 각각의 터치 감지 전극별로 상기 증폭기의 이득을 조정하여 저장함을 특징으로 하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 방법.
  5. 터치 감지 신호 처리부에 배치되는 임피던스 부하;
    제1제어신호에 따라서 상기 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키거나 차단시키는 스위칭 수단;
    제2제어신호에 따라서 결정된 이득으로 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기; 및
    이득 조정 모드에서 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키기 위한 제1제어신호를 발생시키고, 상기 증폭기의 출력 신호를 평가하여 상기 증폭기의 이득을 조정하기 위한 제2제어신호를 발생시키는 캘리브레이션 컨트롤러를 포함하고,
    상기 증폭기는 차동 증폭기를 포함하며,
    상기 차동 증폭기는
    상기 터치 감지 신호 경로에 연결되는 제1입력 단자;
    센싱 펄스 전송 경로에 연결되는 제2입력 단자; 및
    상기 제1입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬로 연결되는 가변 저항 및 가변 커패시터 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 임피던스 부하의 제1단자는 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속되거나 차단되고, 상기 임피던스 부하의 제2단자는 접지 단자 또는 초기 설정된 전압 단자에 접속됨을 특징을 하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 장치.
  7. 제5항에 있어서, 상기 임피던스 부하의 제1단자는 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속되거나 차단되고, 상기 임피던스 부하의 제2단자는 센싱 펄스 전송 경로에 연결하고, 상기 증폭기의 제1입력단자는 상기 터치 감지 신호 경로에 연결하고, 상기 증폭기의 제2입력단자는 접지 단자 또는 초기 설정된 전압 단자에 연결하는 구조를 갖는 것을 특징으로 하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 장치.
  8. 제5항에 있어서, 터치 패널의 복수 채널의 전극들 중에서 하나의 전극을 선택하여 상기 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키는 멀티플렉서를 더 포함하고, 상기 캘리브레이션 컨트롤러는 상기 멀티플렉서를 제어하여 상기 터치 패널의 복수의 터치 감지 전극들 중에서 순차적으로 하나의 터치 감지 전극을 선택하여 상기 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시키면서 각각의 터치 감지 전극별로 상기 증폭기의 이득을 조정함을 특징으로 하는 터치 감지 시스템의 캘리브레이션 장치.
  9. 복수의 센싱 채널과 상기 센싱 채널에 배치되는 센싱 유닛의 임피던스 변화에 상응하는 터치 감지 신호를 출력하는 터치 패널;
    상기 터치 패널로부터 상기 터치 감지 신호를 수신하고, 수신된 터치 감지 신호를 전압 또는 전류 신호로 변환하여 출력하는 터치 감지 신호 처리부를 포함하고,
    상기 터치 감지 신호 처리부는 이득 조정 모드에서 임피던스 부하를 터치 감지 신호 경로에 전기적으로 접속시킨 상태에서 상기 터치 감지 신호 경로로 입력되는 신호를 증폭하는 증폭기의 이득을 조정하고, 상기 증폭기의 이득 조정을 완료한 후에 상기 임피던스 부하를 상기 터치 감지 신호 경로로부터 전기적으로 차단시키는 캘리브레이션 회로를 포함하고,
    상기 증폭기는 차동 증폭기를 포함하며,
    상기 차동 증폭기는
    상기 터치 감지 신호 경로에 연결되는 제1입력 단자;
    센싱 펄스 전송 경로에 연결되는 제2입력 단자; 및
    상기 제1입력 단자와 출력 단자 사이에 병렬로 연결되는 가변 저항 및 가변 커패시터 중의 적어도 하나를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지 시스템.
  10. 제1항 내지 제4항 중의 어느 한 항의 방법을 컴퓨터에서 실행시키기 위한 프로그램 코드를 기록한 컴퓨터로 읽을 수 있는 저장매체.
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