KR101818477B1 - 터치 센서 구동 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센서의 출력 신호에 유입된 노이즈를 감소시켜서 터치 센싱력을 향상시킬 수 있음과 아울러 디지털-아날로그 변환기의 샘플링 속도를 감소시킬 수 있는 터치 센서 구동 장치에 관한 것으로, 일 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치는 터치 센서와; 터치 센서를 구동하는 터치 센서 구동부와; 터치 센서의 각 출력 신호를 인접한 출력 신호와 완전 차동 증폭하고, 차동 증폭된 신호로부터 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩하고, 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터로 변환하여 출력하는 리드아웃 회로와; 리드아웃 회로로부터의 센싱 데이터를 이용하여 터치 위치를 센싱하는 신호 프로세서를 구비한다.

Description

터치 센서 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING TOUCH SENSOR}
본 발명은 터치 센서 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 노이즈 감소를 통해 터치 센싱력을 향상시킬 수 있음과 아울러 디지털-아날로그 변환기의 샘플링 속도를 감소시킬 수 있는 터치 센서 구동 장치에 관한 것이다.
오늘날 각종 표시 장치의 화면상에서 터치로 정보 입력이 가능한 터치 센서가 컴퓨터 시스템의 정보 입력 장치로 널리 적용되고 있다. 터치 센서는 사용자가 손가락 또는 스타일러스를 통해 화면을 단순히 터치하여 표시 정보를 이동시키거나 선택하므로, 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있다.
터치 센서 구동 장치는 표시 장치 상의 터치 센서에서 발생된 터치 및 터치 위치를 감지하여 터치 정보를 출력하고, 컴퓨터 시스템은 터치 정보를 분석하여 명령을 수행한다. 표시 장치로는 액정 표시 장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 장치 등과 같은 평판 표시 장치가 주로 이용된다. 터치 센서 기술로는 센싱 원리에 따라 저항막 방식, 커패시티브(Capacitive) 방식, 광학 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 전자기 방식 등이 존재한다.
터치 센서는 패널 형태로 제작되어서 표시 장치의 상부에 부착되는 온-셀 터치 센서(On-cell Touch Sensor)로 구성되거나, 표시 장치의 화소 매트릭스 내에 내장되는 인-셀 터치 센서(In-cell Touch Sensor)로 구성된다. 터치 센서로는 포토 트랜지스터를 이용하여 광세기에 따라 터치를 인식하는 포토 터치 센서와, 커패시티브 가변에 따라 터치를 인식하는 커패시티브 터치 센서가 주로 이용된다.
일반적으로, 터치 센서 구동 장치에서 리드아웃(Readout) 회로는 터치 센서로부터 수신되는 출력 신호를 이용하여 로우 데이터(Row Data)를 검출한다. 이를 위하여, 종래의 리드아웃 회로는 터치 센서의 각 출력 신호와 기준 전압의 차이를 증폭하여 단일 출력 단자로 출력하는 싱글 앤디드(Single Ended) 증폭기와, 증폭기의 출력 신호를 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Converter; 이하 ADC)를 구비한다.
그러나, 종래의 싱글 앤디드 증폭기는 각 출력 신호를 기준 전압과 비교하여 증폭하므로 리드아웃 신호에 유입된 터치 센서의 노이즈를 제거하기 어렵고 이로 인하여 터치 센싱력이 저하되는 문제점이 있다. 또한, 증폭기의 연속적인 출력을 샘플링하여 로우 데이터로 변환하는 종래의 ADC는 종래의 증폭기로부터 출력되는 신호의 가변 주기가 짧음에 따라 고속 동작이 요구되어 소비 전력이 증가하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 터치 센서의 출력 신호에 유입된 노이즈를 감소시켜서 터치 센싱력을 향상시킬 수 있음과 아울러 디지털-아날로그 변환기의 샘플링 속도를 감소시킬 수 있는 터치 센서 구동 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치는 터치 센서와; 터치 센서를 구동하는 터치 센서 구동부와; 터치 센서의 각 출력 신호를 인접한 출력 신호와 완전 차동 증폭하고, 차동 증폭된 신호로부터 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩하고, 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터로 변환하여 출력하는 리드아웃 회로와; 리드아웃 회로로부터의 센싱 데이터를 이용하여 터치 위치를 센싱하는 신호 프로세서를 구비한다. 리드아웃 회로는 게인 스테이지, 피크 검출기, ADC를 포함한다. 게인 스테이지는 완전 차동 증폭 구조를 갖고 직렬로 연결된 제1 및 제2 완전 차동 증폭기를 포함하여, 터치 센서의 출력 채널 중 인접한 2개 채널의 출력을 연속적으로 차동 증폭하여 2개의 출력 단자를 통해 제1 및 제2 차동 증폭 신호를 출력한다. 피크 검출기는 게인 스테이지로부터 제1 및 제2 차동 증폭 신호를 입력받아 최대 피크값 및 최소 피크값을 각각 검출 및 홀딩하여 출력한다. ADC는 피크 검출기로부터 입력받은 최대 피크값 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터로 변환하여 출력한다.
피크 검출기는 2개의 출력 단자와 각각 접속되어 최대 피크값 및 최소 피크값을 각각 검출 및 홀딩하는 제1 및 제2 피크 검출부를 포함한다. 제1 및 제2 피크 검출부 각각은 2개의 출력 단자 중 어느 하나로부터 공급된 차동 증폭 신호를 입력 신호로 공급받아 출력 노드로부터 피드백된 출력 신호와 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교기와, 비교기의 출력에 의해 스위칭되어 비교기의 입력 신호를 출력 노드로 공급하는 출력 스위치와, 출력 스위치로부터 출력 노드에 공급된 출력 신호를 홀딩시키는 커패시터를 포함한다. 비교기는 입력 신호가 피드백된 출력 신호보다 크거나 작은 경우에만 출력 스위치를 턴-온시킴으로써 최대 피크값 또는 최소 피크값이 커패시터에 저장되어 홀딩되게 한다.
상기 터치 센서 구동부는 상기 터치 센서의 다수의 로우 라인을 그룹핑하여 동시에 구동하고, 상기 리드아웃 회로는 상기 터치 센서의 다수의 컬럼 라인의 출력을 순차적으로 스캐닝하면서 인접한 2개 채널의 출력 차를 차동 증폭하여 검출하고 검출된 출력 차를 상기 센싱 데이터로 변환하여 출력함으로써 상기 컬럼 라인을 센싱하고; 상기 터치 센서 구동부는 상기 다수의 컬럼 라인을 그룹핑하여 동시에 구동하고, 상기 리드아웃 회로는 상기 다수의 로우 라인의 출력을 순차적으로 스캐닝하면서 인접한 2개 채널의 출력 차를 차동 증폭하여 검출하고 검출된 출력 차를 상기 센싱 데이터로 변환하여 출력함으로써 상기 로우 라인을 센싱한다.
상기 터치 센서 구동부는 상기 터치 센서의 다수의 로우 라인을 순차적으로 구동하고, 상기 리드아웃 회로는 상기 다수의 로우 라인이 각각 구동될 때마다 상기 터치 센서의 다수의 컬럼 라인의 각 출력과 인접한 출력과의 차를 차동 증폭하여 검출하고 검출된 출력 차를 상기 센싱 데이터로 변환한다.
상기 리드아웃 회로는 상기 다수의 컬럼 라인 중 인접한 2개 채널마다 접속되어, 상기 인접한 2개 채널의 출력 차를 차동 증폭하고 상기 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩하는 다수의 센싱부와; 상기 다수의 센싱부의 출력을 순차적으로 출력하는 멀티플렉서와; 상기 멀티플렉서를 통해 입력되는 상기 센싱부의 출력을 상기 센싱 데이터로 변환하는 1개의 상기 ADC를 구비한다.
상기 리드아웃 회로는 상기 다수의 컬럼 라인 중 인접한 2개 채널마다 접속되어, 상기 인접한 2개 채널의 출력 차를 차동 증폭하고 상기 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩하는 다수의 센싱부와; 상기 다수의 센싱부와 각각 접속되어, 상기 센싱부의 출력을 상기 센싱 데이터로 변환하는 다수의 ADC를 구비한다.
상기 컬럼 라인 중 첫번째 및 마지막번째 채널을 제외한 나머지 채널 각각은 인접한 2개의 센싱부와 접속된다.
상기 로우 라인 또는 컬럼 라인이 구동되기 이전마다 상기 피크 검출기가 리셋된다.
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본 발명의 일 실시예는 완전 차동 증폭기(Fully Differential Amplifier)를 이용하여 인접한 2개의 출력 신호를 차동 증폭함으로써 출력 신호에 유입된 동위상의 커몬 노이즈(common noise)를 제거할 수 있으므로 노이즈를 감소시켜서 터치 센싱력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 일 실시예는 피크 검출기를 이용하여 완전 차동 증폭기의 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩함으로써 최대 피크값 및 최소 피크값의 차이를 디지털 데이터로 변환하는 ADC의 샘플링 속도를 감소시킬 수 있으므로 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치를 포함하는 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 터치 센서의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4는 도 3에 도시된 리드아웃 회로의 상세 회로를 나타낸 도면이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 셀프-센싱용 터치 센서 구동 장치 및 그 구동 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5a 및 도 5b에 도시된 터치 센서 구동 장치의 구동 파형도이다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상호-센싱용 터치 센서 구동 장치 및 그 구동 방법을 나타낸 도면이다.
도 8은 도 7에 도시된 터치 센서 구동 장치의 구동 파형도이다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상호-센싱용 터치 센서 구동 장치 및 그 구동 방법을 나타낸 도면이다.
도 10은 도 9에 도시된 터치 센서 구동 장치의 구동 파형도이다.
도 1은 본 발명에 따른 터치 센서 구동 장치를 포함하는 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 터치 센서(20)의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 터치 센서 구동 장치를 갖는 표시 장치는 표시 패널(10)과, 표시 패널(10)을 구동하는 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)를 포함하는 패널 구동부(16)와, 패널 구동부(16)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(18)와, 표시 패널(10) 상의 터치 센서(20)와, 터치 센서(20)를 구동하는 터치 컨트롤러(30)를 구비한다. 타이밍 컨트롤러(18) 및 터치 컨트롤러(30)는 호스트 컴퓨터(50)와 접속된다.
타이밍 컨트롤러(18) 및 데이터 드라이버(12)는 각각의 IC(Integrated Circuit)로 집적화되거나, 타이밍 컨트롤러(18)가 데이터 드라이버(12) 내에 내장되어 하나의 IC로 집적화될 수 있다. 터치 컨트롤러(30) 및 타이밍 컨트롤러(18)도 각각의 IC로 집적화되거나, 터치 컨트롤러(30)가 타이밍 컨트롤러(18)에 내장되어 하나의 IC로 집적화될 수 있다.
표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 어레이를 포함한다. 화소 어레이는 포인터 또는 커서를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(Grapic User Interface; GUI) 및 기타 영상을 표시한다. 표시 패널(10)로는 액정 표시 패널(이하, 액정 패널), 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 패널과 같은 평판 표시 패널이 주로 이용될 수 있다. 이하에서는 액정 패널을 예로 들어 설명하기로 한다.
표시 패널(10)로 액정 패널이 이용되는 경우, 표시 패널(10)은 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판과, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판 사이의 액정층과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 외측면에 각각 부착된 편광판을 구비한다. 표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 매트릭스를 통해 영상을 표시한다. 각 화소는 데이터 신호에 따른 액정 배열의 가변으로 광투과율을 조절하는 적, 녹, 청 서브화소의 조합으로 원하는 색을 구현한다. 각 서브화소는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)와 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다. 액정층은 TN(Twisted Nematic) 모드 또는 VA(Vertical Alignment) 모드와 같이 수직 전계에 의해 구동되거나, IPS(In-Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같이 수평 전계에 의해 구동된다.
데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 데이터 제어 신호 에 응답하여 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 영상 데이터를 표시 패널(10)의 다수의 데이터 라인(DL)에 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터 입력되는 디지털 데이터를 감마 전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터 신호로 변환하여 각 게이트 라인(GL)이 구동될 때마다 데이터 신호를 데이터 라인(DL)으로 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 적어도 하나의 데이터 IC로 구성되어 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다.
게이트 드라이버(14)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 게이트 제어 신호에 응답하여 표시 패널(10)의 박막 트랜지스터 어레이에 형성된 다수의 게이트 라인(GL)을 순차 구동한다. 게이트 드라이버(14)는 각 게이트 라인(GL)의 해당 스캔 기간마다 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 다른 게이트 라인(GL)이 구동되는 나머지 기간에는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 드라이버(14)는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다. 또한, 게이트 드라이버(14)는 GIP(Gate In Panel) 방식으로 표시 패널(10)에 내에 내장되어 화소 어레이와 함께 박막 트랜지스터 기판 상에 형성될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)로부터 입력된 영상 데이터를 신호 처리하여 데이터 드라이버(12)로 공급한다. 예를 들면, 타이밍 컨트롤러(18)는 액정의 응답 속도를 향상시키기 위하여 인접 프레임간의 데이터 차에 따라 오버슈트(Overshoot) 값 또는 언더슈트(Undershoot) 값을 부가하는 오버 드라이빙 구동으로 데이터를 보정하여 출력할 수 있다. 또한, 타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)으로부터 입력된 다수의 동기 신호, 즉 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 이네이블 신호, 도트 클럭을 이용하여 데이터 드라이버(12)의 구동 타이밍을 제어하는 데이터 제어 신호와, 게이트 드라이버(14)의 구동 타이밍을 제어하는 게이트 제어 신호를 생성한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 생성된 데이터 제어 신호 및 게이트 제어 신호를 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)로 각각 출력한다. 데이터 제어 신호는 데이터 신호의 래치를 제어하는 소스 스타트 펄스 및 소스 샘플링 클럭과, 데이터 신호의 극성을 제어하는 극성 제어 신호와, 데이터 신호의 출력 기간을 제어하는 소스 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 게이트 제어 신호는 게이트 신호의 스캐닝을 제어하는 게이트 스타트 펄스 및 게이트 쉬프트 클럭과, 게이트 신호의 출력 기간을 제어하는 게이트 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 동기 신호(수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync) 등)을 터치 컨트롤러(30)로 공급하여 액정 패널(10)의 구동 타이밍과 터치 센서(20)의 구동 타이밍이 연동하도록 터치 컨트롤러(30)의 구동 타이밍을 제어할 수 있다.
터치 센서(20)는 사용자 터치를 감지하여 사용자가 표시 패널(10)에 표시된 GUI와 대화할 수 있게 한다. 터치 센서(20)는 인체나 스타일러스와 같은 도전체가 터치할 때 소량의 전하가 터치점으로 이동하여 발생되는 커패시턴스의 변화를 감지하여 터치를 인식하는 커패시티브 타입의 터치 센서를 주로 이용한다. 터치 센서(20)는 표시 패널(10) 상에 부착되거나, 표시 패널(10)의 화소 어레이 내에 내장될 수 있다.
예를 들면, 표시 패널(10) 상에 부착되는 커패시티브 타입의 터치 센서(20)는 도 2와 같이 가로 방향으로 배치된 다수의 제1 센싱 전극들(22)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 로우 라인(Y1~Yn)과, 세로 방향으로 배치된 다수의 제2 센싱 전극들(24)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 컬럼 라인(X1~Xm)을 구비한다. 제1 및 제2 센싱 전극(22, 24) 각각은 주로 마름모형으로 형성되며, 다른 여러가지 모양으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 센싱 전극(22, 24)은 터치 컨트롤러(30)에 의해 구동되어 프린지 전계(Fringe Field)에 의해 커패시턴스를 형성하고, 터치 센서(20)를 터치하는 전도성 터치 물체와의 커패시터를 형성하여 커패시턴스를 변화시킴으로써 터치 여부를 나타내는 리드아웃 신호를 터치 컨트롤러(30)로 출력한다.
터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)의 로우 라인(Y1~Yn) 또는 컬럼 라인(X1~Xm)에 구동 신호를 공급함과 아울러 터치 센서(20)의 컬럼 라인(X1~Xm) 또는 로우 라인(Y1~Yn)으로부터 출력되는 인접한 2개의 출력 신호를 완전 차동 증폭하여 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출하고, 최대 및 최소 피크값 차이를 이용하여 출력 채널별로 터치 여부를 판단하며, 그 판단 결과에 따라 터치 좌표를 산출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다.
특히, 터치 컨트롤러(30)는 완전 차동 증폭기(Fully Differential Amplifier)를 이용하여 인접한 2개 출력 채널의 출력을 차동 증폭함으로써 터치 센서(20)로부터 출력 신호에 유입된 동위상의 커몬 노이즈(Common Noise)를 제거할 수 있다. 또한, 터치 컨트롤러(30)는 피크 검출기를 이용하여 완전 차동 증폭기의 출력에서 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩하고, 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 샘플링하여 센싱 데이터로 변환한다. 이에 따라, 피크값 홀딩으로 샘플링 주파수를 감소시킬 수 있으므로 ADC의 처리 속도를 감소시킬 수 있다. 터치 컨트롤러(30)는 센싱 데이터를 기준 데이터와 비교하여 터치 여부를 판단하고 그 결과에 따라 터치 좌표를 산출한다.
터치 컨트롤러(30)는 셀프-센싱(Self-Sensing) 모드와 상호-센싱(Mutual-Sensing) 모드로 구분되어 구동될 수 있다.
셀프-센싱 모드용 터치 컨트롤러(30)는 로우 라인(Y1~Yn)을 동시에 구동하고 컬럼 라인(X1~Xm)의 출력을 순차적으로 스캐닝하면서 인접한 2개 채널의 출력 차이를 검출하여 컬럼 채널을 센싱하고, 컬럼 라인(X1~Xm)을 동시에 구동하고 로우 라인(Y1~Yn)의 출력을 순차적으로 스캐닝하면서 인접한 2개 채널의 출력 차이를 검출하여 로우 채널을 센싱한 다음, 센싱된 컬럼 및 로우 채널의 위치 조합으로 터치 위치를 센싱한다.
상호-센싱 모드용 터치 컨트롤러(30)는 로우 라인(Y1~Yn)을 순차 구동하고, 로우 라인(Y1~Yn)이 구동될 때 마다 컬럼 라인(X1~Xm)의 인접한 2개 출력 차이를 검출하여 터치 위치를 센싱한다.
호스트 컴퓨터(50)는 영상 데이터 및 다수의 동기 신호를 타이밍 컨트롤러(18)로 공급하고, 터치 컨트롤러(30)로부터 입력된 터치 좌표를 분석하여 사용자의 터치 동작에 대응하는 명령을 수행한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 4는 도 3에 도시된 MCU의 내부 구성을 나타낸 블록도이다.
도 3에서 터치 센서(20)와 접속된 터치 컨트롤러(30)는 터치 센서 구동부(40) 및 리드아웃 회로(51) 및 MCU(MicroController Unit; 80)를 구비한다.
터치 센서 구동부(40)는 MCU(40)의 제어에 응답하여 터치 센서(20)의 로우 라인(Y1~Yn) 또는 컬럼 라인(X1~Xm)에 구동 펄스를 공급한다. 셀프-센싱 모드인 경우 터치 센서 구동부(40)는 로우 라인(Y1~Yn)을 그룹핑하여 구동 펄스를 로우 라인(Y1~Yn)에 동시에 공급한 다음, 컬럼 라인(X1~Xm)을 그룹핑하여 구동 펄스를 컬럼 라인(X1~Xm)에 동시에 공급한다. 한편, 상호-센싱 모드인 경우 터치 센서 구동부(34)는 로우 라인(Y1~Yn)에 순차적으로 구동 펄스를 공급한다.
리드아웃 회로(51)는 터치 센서(20)의 로우 라인(Y1~Yn)이 구동될 때 컬럼 라인(X1~Xm)의 출력 채널을 센싱한다. 또한, 리드아웃 회로(51)는 터치 센서(20)의 컬럼 라인(X1~Xm)이 구동될 때 로우 라인(Y1~Yn)의 출력 채널을 센싱할 수 있다. 특히, 리드아웃 회로(51)는 인접한 2개의 출력을 완전 차동 증폭하여 최대 및 최소 피크값을 검출 및 홀딩하고, 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터로 변환한다. 이를 위하여, 리드아웃 회로(51)는 센싱부(52) 및 ADC(70)를 구비한다.
구체적으로, 센싱부(52)는 인접한 2개의 출력 신호를 연속적으로 차동 증폭하는 제1 및 제2 게인 스테이지(54, 56)와, 제2 게인 스테이지(56)의 출력의 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출 및 홀딩하여 ADC(70)로 출력하는 피크 검출기(58)를 구비한다.
제1 및 제2 게인 스테이지(54, 56)는 도 4에 도시된 바와 같이 입력단자(IP, IM)를 통해 입력되는 2개 출력 신호의 차를 입력 저항(Ra1 또는 Ra2)과 피드백 저항(Rb1 또는 Rb2)의 비율에 따라 연속적으로 차동 증폭하여 출력단자(OP, OM)로 출력하는 제1 및 제2 완전 차동 증폭기(53, 55)를 구비한다. 입력 저항(Ra1 또는 Ra2)의 저항값 또는 피드백 저항(Rb1 또는 Rb2)의 저항값을 가변함으로써 각 게인 스테이지(54, 56)의 게인값을 조절할 수 있다.
피크 검출부(58)는 제2 게인 스테이지(56)의 출력 단자(OP, OM)를 통해 출력되는 차동 증폭 신호의 최대 피크값 및 최소 피크값을 홀딩하여 ADC(70)로 출력한다. 이를 위하여, 피크 검출부(58)는 도 4에 도시된 바와 같이 제2 게인 스테이지(56)의 출력 단자(OP, OM) 각각에 접속되어 입력 신호와 피드백 신호를 비교하여 출력하는 비교기(60)와, 비교기(60)의 출력 신호에 따라 입력 신호를 스위칭하는 출력 스위치(62)와, 출력 스위치(62)의 출력 신호를 유지하는 커패시터(C)를 구비한다. 비교기(60)는 입력 신호와 피드백 신호를 비교하여 입력 신호가 피드백 신호 보다 큰 경우 또는 작은 경우에만 출력 스위치(62)를 턴-온시켜서 입력 신호를 출력 신호로 출력하고, 그 외에는 출력 스위치(62)를 턴-오프시켜서 이전 출력 신호를 홀딩시킨다. 이에 따라, 피크 검출기(58)는 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출 및 홀딩하여 ADC(70)로 출력할 수 있다.
ADC(70)는 피크 검출기(58)로부터의 최대 피크값 및 최소 피크값의 차이값을 디지털 센싱 데이터로 변환하여 MCU(80)로 출력한다.
신호 프로세서인 MCU(80)는 ADC(70)의 센싱 데이터를 기준값과 비교하여 터치 여부를 판단하고, 그 판단 결과에 따라 터치 좌표를 산출하여 호스트 컴퓨터(50; 도 1)로 공급한다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 실시예에 따른 셀프-센싱용 터치 센서 구동 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 6은 도 5a 및 도 5b에 도시된 터치 센서 구동 장치의 구동 파형도이다.
도 5a를 참조하면, 터치 센서 구동부(40)가 터치 센서(20)의 로우 라인(Y1~Yn)을 그룹핑하여 구동 펄스를 인가함에 따라 로우 라인(Y1~Yn) 전체가 동시에 구동된다. 컬럼 라인(X1~XM)의 출력 채널이 MUX(90)를 통해 스캐닝되면서 센싱부(52)의 입력 단자(IP, IM)에 2개씩의 출력 채널이 순차적으로 접속된다. 리드아웃 회로(51)의 센싱부(52)는 입력 단자(IP, IM)와 접속된 2 채널의 출력 신호를 완전 차동 증폭하고 차동 증폭된 출력 신호로부터 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩한다. ADC(70)는 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터로 변환하여 출력함으로써 MCU(80)가 리드아웃 회로(51)의 센싱 데이터로부터 터치된 컬럼 채널을 센싱하게 한다.
도 5b를 참조하면, 터치 센서 구동부(40)가 터치 센서(20)의 컬럼 라인(X1~XM)을 그룹핑하여 구동 펄스를 인가함에 따라 컬럼 라인(X1~XM) 전체가 동시에 구동된다. 로우 라인(Y1~Yn)의 출력 채널이 MUX(90)를 통해 스캐닝되면서 센싱부(52)의 입력 단자(IP, IM)에 2개씩의 출력 채널이 순차적으로 접속된다. 리드아웃 회로(51)의 센싱부(52)는 입력 단자(IP, IM)와 접속된 2 채널의 출력 신호를 완전 차동 증폭하고 차동 증폭된 출력 신호로부터 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩한다. ADC(70)는 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터로 변환하여 출력함으로써 MCU(80)가 리드아웃 회로(51)의 센싱 데이터로부터 터치된 로우 채널을 센싱하게 한다.
도 6을 참조하면, MUX(90)가 제1 및 제2 출력 채널(CH1, CH2)을 선택하여 센싱부(52)의 입력 단자(IP, IM)와 각각 접속시킨 다음, 리셋 펄스에 의해 센싱부(52)의 피크 검출기가 리셋된다. 터치 센서 구동부(40)가 다수의 구동 펄스(TX)를 공급함으로써 그룹핑된 로우 라인(Y1~Yn) 또는 컬럼 라인(X1~XM)이 동시에 구동된다. 이때, 센싱부(52)는 입력 단자(IP, IM)와 각각 접속된 제1 및 제2 출력 채널(CH1, CH2)의 출력 신호를 완전 차동 증폭하고 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩한다. 그리고, ADC(70)는 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 제1 센싱 데이터로 변환하여 출력한다. MCU(80)는 ADC(70)로부터의 제1 센싱 데이터를 기준값과 비교하여 제1 출력 채널(CH1)의 터치 여부를 판단한다.
그 다음, MUX(90)가 제2 및 제3 출력 채널(CH2, CH3)를 선택하여 센싱부(52)의 입력 단자(IP, IM)와 각각 접속시킨 다음, 리셋 펄스에 의해 센싱부(52)의 피크 검출기가 리셋된다. 터치 센서 구동부(40)가 다수의 구동 펄스(TX)를 공급함으로써 그룹핑된 로우 라인(Y1~Yn) 또는 컬럼 라인(X1~XM)이 동시에 구동된다. 이때, 센싱부(52)는 입력 단자(IP, IM)와 각각 접속된 제2 및 제3 출력 채널(CH2, CH3)의 출력 신호를 완전 차동 증폭하고 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩한다. 그리고, ADC(70)는 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 제2 센싱 데이터로 변환하여 출력한다. MCU는 ADC(70)로부터의 제2 센싱 데이터를 기준값과 비교하여 제2 출력 채널(CH2)의 터치 여부를 판단한다. 또한, MCU(80)는 제1 또는 제2 센싱 데이터가 기준값 보다 작은 경우 인접한 제1 및 제2 센싱 데이터를 비교하여 그 비교 결과에 따라 제1 출력 채널(CH1) 또는 제2 출력 채널(CH2)의 터치 여부를 더 판단함으로써 인접한 2개의 채널이 터치인 경우 인접한 2개의 센싱 데이터를 비교하여 센싱할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 터치 센서 구동 장치는 출력 채널을 스캐닝하면서 인접한 2개 채널의 출력을 차동 증폭함으로써 각 출력 채널의 터치 여부를 센싱할 수 있다.
도 7은 본 발명의 다른 실시예에 따른 상호-센싱 모드용 터치 센서 구동 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 8은 도 7에 도시된 터치 센서 구동 장치의 구동 파형도이다.
터치 센서 구동부(140)가 터치 센서(20)의 로우 라인(스캔 라인 또는 송신 라인)(Y1~Yn)을 순차적으로 구동 펄스를 공급함으로써 로우 라인(Y1~Yn)을 라인 순차적으로 구동한다.
터치 센서(20)의 컬럼 라인(리드아웃 라인 또는 수신 라인)(X1~Xm)과 접속된 리드아웃 회로(150)는 컬럼 라인(X1~Xm)의 인접한 2개 채널에 각각 접속된 m-1개의 센싱부(52_1~52_m-1)와, 센싱부(52_1~52_m-1)의 m-1개의 출력을 순차적으로 선택하여 1개의 ADC(70)로 출력하는 MUX(190)를 구비한다. 제1 및 제m 컬럼 라인(X1, Xm)을 제외한 나머지 컬럼 라인(X2~Xm-1) 각각은 인접한 2개의 센싱부와 공통 접속된다.
로우 라인(Y1~Yn)이 순차적으로 구동될 때 마다, 센싱부(52_1~52_m-1) 각각은 입력 단자(IP, IM)와 접속된 2 채널의 출력 신호를 완전 차동 증폭하고 차동 증폭된 출력으로부터 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩한다. MUX(190)는 센싱부(52_1~52_m-1)의 m-1개의 출력을 순차적으로 선택하여 1개의 ADC(70)로 출력한다. ADC(70)는 MUX(190)를 통해 순차적으로 입력되는 센싱부(52_1~52_m-1) 각각의 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터 변환하여 출력한다.
도 8을 참조하면, 로우 라인(Y1~Yn)이 구동 펄스(TX1~TXn) 각각에 의해 구동되기 이전마다 센싱부(52_1~52_m-1) 내의 피크 검출기가 리셋 펄스에 의해 리셋된다. 로우 라인(Y1~Yn)이 각각 구동될 때마다 센싱부(52_1~52_m-1) 각각은 인접한 2개 채널의 출력 신호를 완전 차동 증폭하고 차동 증폭된 출력으로부터 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩한다. 그 다음, ADC(70)가 이네이블 신호에 응답하여 이네이블되는 기간에 MUX(190)는 센싱부(52_1~52_m-1)의 m-1개의 출력을 순차적으로 선택하여 1개의 ADC(70)로 출력하고, ADC(70)는 MUX(190)를 통해 순차적으로 입력되는 센싱부(52_1~52_m-1) 각각의 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터 변환하여 출력한다.
도 9는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 상호-센싱 모드용 터치 센서 구동 장치를 개략적으로 나타낸 도면이고, 도 10은 도 9에 도시된 터치 센서 구동 장치의 구동 파형도이다.
도 9에 도시된 터치 센서 구동 장치는 도 7에 도시된 터치 센서 구동 장치와 대비하여 리드아웃 회로(250)에서 m-1개의 센싱부(52_1~52_m-1)의 출력에 m-1개의 ADC(70_1~70_m-1)가 채널별로 직접 접속된 것을 제외하고 나머지 구성 요소는 동일하므로, 중복된 구성 요소에 대한 설명은 생략한다.
도 10에 도시된 이네이블 신호의 이네이블 기간에 응답하여, m-1개의 ADC(70_1~70_m-1) 각각은 m-1개의 센싱부(52_1~52_m-1) 각각의 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터 변환하여 동시에 출력하므로, 도 9와 같이 순차적으로 센싱 데이터를 출력하는 경우보다 이네이블 기간을 단축할 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 터치 센서 구동 장치는 완전 차동 증폭기를 이용하여 인접한 2개의 출력 신호를 차동 증폭함으로써 출력 신호에 유입된 동위상의 커몬 노이즈(common noise)를 제거할 수 있으므로 노이즈를 감소시켜서 터치 센싱력을 향상시킬 수 있다. 또한, 본 발명에 따른 터치 센서 구동 장치 및 방법은 피크 검출기를 이용하여 완전 차동 증폭기의 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩함으로써 최대 피크값 및 최소 피크값의 차이를 디지털 데이터로 변환하는 ADC의 샘플링 속도를 감소시킬 수 있으므로 소비 전력을 감소시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 액정 패널 12: 데이터 드라이버
14: 게이트 드라이버 16: 패널 구동부
18: 타이밍 컨트롤러 20: 터치 센서
22: 제1 센싱 전극 24: 제2 센싱 전극
30: 터치 컨트롤러 50: 호스트 컴퓨터
40, 140: 터치 센서 구동부 51, 150, 250: 리드아웃 회로
52, 52_1~52_m-1: 센싱부 54, 56: 게인 스테이지
53, 55: 완전 차동 증폭기 58: 피크 검출기
60: 비교기 62: 출력 스위치
70, 70_1~70_m-1: ADC 80: MCU
90, 190: MUX

Claims (12)

  1. 터치 센서와;
    상기 터치 센서를 구동하는 터치 센서 구동부와;
    상기 터치 센서의 각 출력 신호를 인접한 출력 신호와 완전 차동 증폭하고, 차동 증폭된 신호로부터 최대 피크값 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩하고, 홀딩된 최대 및 최소 피크값의 차이를 센싱 데이터로 변환하여 출력하는 리드아웃 회로와;
    상기 리드아웃 회로로부터의 센싱 데이터를 이용하여 터치 위치를 센싱하는 신호 프로세서를 구비하고,
    상기 리드아웃 회로는
    완전 차동 증폭 구조를 갖고 직렬로 연결된 제1 및 제2 완전 차동 증폭기를 포함하여, 상기 터치 센서의 출력 채널 중 인접한 2개 채널의 출력을 연속적으로 차동 증폭하여 2개의 출력 단자를 통해 제1 및 제2 차동 증폭 신호를 출력하는 게인 스테이지와,
    상기 게인 스테이지로부터 상기 제1 및 제2 차동 증폭 신호를 입력받아 상기 최대 피크값 및 최소 피크값을 각각 검출 및 홀딩하여 출력하는 피크 검출기와,
    상기 피크 검출기로부터 입력받은 상기 최대 피크값 및 최소 피크값의 차이를 상기 센싱 데이터로 변환하여 출력하는 아날로그-디지털 변환기(이하 ADC)를 포함하는 터치 센서 구동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 피크 검출기는
    상기 2개의 출력 단자와 각각 접속되어 상기 최대 피크값 및 최소 피크값을 각각 검출 및 홀딩하는 제1 및 제2 피크 검출부를 포함하고,
    상기 제1 및 제2 피크 검출부 각각은
    상기 2개의 출력 단자 중 어느 하나로부터 공급된 차동 증폭 신호를 입력 신호로 공급받아 출력 노드로부터 피드백된 출력 신호와 비교하여 그 비교 결과를 출력하는 비교기와,
    상기 비교기의 출력에 의해 스위칭되어 상기 비교기의 입력 신호를 상기 출력 노드로 공급하는 출력 스위치와,
    상기 출력 스위치로부터 상기 출력 노드에 공급된 출력 신호를 홀딩시키는 커패시터를 포함하고,
    상기 비교기는 상기 입력 신호가 상기 피드백된 출력 신호보다 크거나 작은 경우에만 상기 출력 스위치를 턴-온시켜서 상기 최대 피크값 또는 상기 최소 피크값이 상기 커패시터에 저장되어 홀딩되게 하는 터치 센서 구동 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 터치 센서 구동부는 상기 터치 센서의 다수의 로우 라인을 그룹핑하여 동시에 구동하고, 상기 리드아웃 회로는 상기 터치 센서의 다수의 컬럼 라인의 출력을 순차적으로 스캐닝하면서 인접한 2개 채널의 출력 차를 차동 증폭하여 검출하고 검출된 출력 차를 상기 센싱 데이터로 변환하여 출력함으로써 상기 컬럼 라인을 센싱하고;
    상기 터치 센서 구동부는 상기 다수의 컬럼 라인을 그룹핑하여 동시에 구동하고, 상기 리드아웃 회로는 상기 다수의 로우 라인의 출력을 순차적으로 스캐닝하면서 인접한 2개 채널의 출력 차를 차동 증폭하여 검출하고 검출된 출력 차를 상기 센싱 데이터로 변환하여 출력함으로써 상기 로우 라인을 센싱하는 터치 센서 구동 장치.
  4. 청구항 2에 있어서,
    상기 터치 센서 구동부는 상기 터치 센서의 다수의 로우 라인을 순차적으로 구동하고,
    상기 리드아웃 회로는 상기 다수의 로우 라인이 각각 구동될 때마다 상기 터치 센서의 다수의 컬럼 라인의 각 출력과 인접한 출력과의 차를 차동 증폭하여 검출하고 검출된 출력 차를 상기 센싱 데이터로 변환하는 터치 센서 구동 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는
    상기 다수의 컬럼 라인 중 인접한 2개 채널마다 접속되어, 상기 인접한 2개 채널의 출력 차를 차동 증폭하고 상기 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩하는 다수의 센싱부와;
    상기 다수의 센싱부의 출력을 순차적으로 출력하는 멀티플렉서와;
    상기 멀티플렉서를 통해 입력되는 상기 센싱부의 출력을 상기 센싱 데이터로 변환하는 1개의 상기 ADC를 구비하고,
    상기 다수의 센싱부 각각은 상기 게인 스테이지 및 피크 검출기를 포함하는 터치 센서 구동 장치.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는
    상기 다수의 컬럼 라인 중 인접한 2개 채널마다 접속되어, 상기 인접한 2개 채널의 출력 차를 차동 증폭하고 상기 최대 및 최소 피크값을 검출하여 홀딩하는 다수의 센싱부와;
    상기 다수의 센싱부와 각각 접속되어, 상기 각 센싱부의 출력을 상기 센싱 데이터로 변환하는 상기 ADC를 포함하는 다수의 ADC를 구비하고,
    상기 다수의 센싱부 각각은 상기 게인 스테이지 및 피크 검출기를 포함하는 터치 센서 구동 장치.
  7. 청구항 5 또는 청구항 6에 있어서,
    상기 컬럼 라인 중 첫번째 및 마지막번째 채널을 제외한 나머지 채널 각각은 인접한 2개의 센싱부와 접속되는 터치 센서 구동 장치.
  8. 청구항 4 내지 6 중 어느 한 청구항에 있어서,
    상기 로우 라인 또는 컬럼 라인이 구동되기 이전마다 상기 피크 검출기가 리셋되는 터치 센서 구동 장치.
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