KR101996955B1 - 터치 패널, 터치 패널의 위치 검출 방법 및 집적회로 - Google Patents

Abstract

발명의 실시예에 따른 터치 패널은 상호 인접하며, 적어도 2개의 주구간과 상기 적어도 2개의 주구간 각각을 재분할하는 적어도 2개의 서브구간으로 나뉘어진 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인; 및, 상기 제1 Y 전극 라인 및, 제2 Y 전극 라인과 교차 배치되는 TD 전극 라인;을 포함하고, 상기 인접한 제1, 제2 Y 전극 라인 사이에서 터치된 위치에 따른 제1 시점에서의 전위차이값과, 상기 인접하는 서브구간의 경계점에서의 전위값을 갖도록 제2의 시점에서 상기 TD 전극 라인에 인가한 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출한다.
발명의 실시예에 따른 터치 패널의 위치 검출 방법은 TD 전극 라인과 교차 배치되고 상호 인접하는 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인들의 사이를 적어도 하나의 주구간으로 분할하여 터치된 영역에 따라 상기 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인들의 전위차를 구하는 제1 단계; 상기 터치된 주구간을 적어도 두 개의 서브구간으로 재분할하여 상기 서브구간의 경계점에서의 전위값을 갖도록 상기 TD 전극 라인에 전위를 인가하는 제2 단계; 상기 제1 단계에서의 전위차이값과, 제2 단계에서 인가한 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출하는 제3 단계;를 포함한다.
발명의 실시예에 따른 집적회로는 터치되는 위치에 따라 각각 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 비교기; 상기 양의 입력단자 및 음의 입력단자와 연결되고, 드라이브 전압을 인가하는 전압인가부; 및, 상기 복수의 비교기의 비교신호를 판독하여 위치신호를 생성하는 연산부;를 포함한다.

Description

터치 패널, 터치 패널의 위치 검출 방법 및 집적회로{TOUCH PANEL, POSITION SENSING METHOD OF TOUCH PANEL AND INTEGRATED CIRCUIT}

본 발명은 정전 용량 방식의 터치 패널, 터치 패널의 위치 검출 방법 및 집적회로에 관한 것이다.

일반적으로, 개인용 컴퓨터, 휴대용 통신장치, 그 밖의 개인전용 정보처리장치 등의 입력장치(Input Device)로, 사용자가 손이나 펜 등으로 화면을 직접 접촉하여 정보를 입력하는 터치패널(Touch Panel)이 사용되고 있다.

터치패널은 간단하고, 오작동이 적으며, 휴대가 용이하고, 다른 입력기기 없이 문자 입력이 가능하며, 사용자가 용이하게 사용방법을 인지할 수 있다는 장점이 있어 최근 다양한 정보처리장치에 적용되고 있다.

이와 같은 터치패널은 도전막에 등전위를 형성하고 접촉에 따른 상하판의 전압 변화가 일어난 위치를 감지하는 정전용량 방식(Capacitive type)이 사용될 수 있다.

터치패널의 일반적인 사용법은 패널상에 표시된 선택 스위치 중에 희망하는 기능을 구동하는 스위치의 표시부분을 손가락으로 터치하는 것으로 그 기능을 선택하여 구동하게 된다.

그러나 같은 터치패널을 사용하여 스케치, 문자의 필기입력 등을 행하고자 하는 경우, 위치검출해상도가 높을수록 원활한 입력이 가능하게 된다. 특히 손가락 대신 사용되는 스타일러스(stylus) 펜과 같이 끝이 섬세한 것을 이용하여 입력하는 경우 고해상도인 것이 바람직하다.

그러나 이와 같은 경우, 인접하는 전극 라인 사이에 실장되는 비교기(comparator)의 수가 증가하기 때문에 생산성이 감소하게 된다.

본 발명은 정전용량방식 터치 패널에 있어서, 비교기의 수를 증가시키지 않고 필요에 따라 높은 해상도에서 터치 위치를 검출하는 수단을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 실시예에 따른 터치 패널은 상호 인접하며, 적어도 2개의 주구간과 상기 적어도 2개의 주구간 각각을 재분할하는 적어도 2개의 서브구간으로 나뉘어진 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인; 및, 상기 제1 Y 전극 라인 및, 제2 Y 전극 라인과 교차 배치되는 TD 전극 라인;을 포함하고, 상기 인접한 제1, 제2 Y 전극 라인 사이에서 터치된 위치에 따른 제1 시점에서의 전위차이값과, 상기 인접하는 서브구간의 경계점에서의 전위값을 갖도록 제2의 시점에서 상기 TD 전극 라인에 인가한 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출한다.

발명의 실시예에 따른 터치 패널의 위치 검출 방법은 TD 전극 라인과 교차 배치되고 상호 인접하는 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인들의 사이를 적어도 하나의 주구간으로 분할하여 터치된 영역에 따라 상기 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인들의 전위차를 구하는 제1 단계; 상기 터치된 주구간을 적어도 두 개의 서브구간으로 재분할하여 상기 서브구간의 경계점에서의 전위값을 갖도록 상기 TD 전극 라인에 전위를 인가하는 제2 단계; 상기 제1 단계에서의 전위차이값과, 제2 단계에서 인가한 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출하는 제3 단계;를 포함한다.

발명의 실시예에 따른 집적회로는 터치되는 위치에 따라 각각 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 비교기; 상기 양의 입력단자 및 음의 입력단자와 연결되고, 드라이브 전압을 인가하는 전압인가부; 및, 상기 복수의 비교기의 비교신호를 판독하여 위치신호를 생성하는 연산부;를 포함한다

발명의 실시예에 따르면 정전용량방식 터치 패널에 있어서, 비교기의 수를 증가시키지 않고 필요에 따라 높은 해상도에서 터치 위치를 검출할 수 있다.

도 1은 손가락을 이용하여 터치패널에 접촉하는 영역(T)을 나타내는 도면이다.
도 2는 펜을 이용하여 터치 패널에 접촉하는 영역(T)을 나타내는 도면이다.
도 3은 X 전극 라인들에 대한 1/9 해상도를 실현하기 위한 C_M의 거리 의존성을 나타낸 도면이다.
도 4는 RF 라인 피치의 구간 분할예를 나타낸 도면이다.
도 5는 RX 라인의 위치검출회로의 블록도이다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예를 참조하면 명확해질 것이다.

도 1은 손가락을 이용하여 터치패널에 접촉하는 영역(T)을 나타내는 도면이다.

본 발명에서 터치패널이라 함은 정보를 출력하기 위한 표시부와 신호를 입력하기 위한 입력부의 기능을 동시에 수행할 수 있는 통상의 터치스크린 또는 터치패드를 포함할 수 있으며, 터치패널의 종류 및 구동방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

터치 패널은 투명 기판 위에 절연층을 사이에 두고 서로 교차배열 되도록 형성되는 복수의 X 전극 라인들(TX1~TXn)과 복수의 Y 전극 라인들(RX1~RXm)을 포함하는 터치 스크린을 포함할 수 있다.

투영형 정전용량 검출방식(projected capacitive sensing type)은 손가락이나 펜이 터치 패널에 접촉하면, 접촉한 영역에 투영 커패시턴스(projected capacitance)가 발생하여 터치 패널 상에 배치된 X 전극 라인들(TX₁~TX_n)과 Y 전극 라인들(RX₁~RX_m)의 투영 커패시턴스(Projection capacitance: C_M), 펜의 터치에 따라 형성되는 음의 커패시턴스 만큼 감소되는 현상을 이용하여 터치의 유무를 검출하는 것이다.

도 1에 도시된 바와 같이 인접하는 Y 전극 라인의 피치보다 접촉하는 영역(T)이 넓은 경우 손가락이 인접하는 Y 전극 라인 모두에 접해있기 때문에, 인접하는 Y 전극 라인(RX₁, RX₂) 모두 터치하고 있는 것으로 판단한다.

도 2는 펜을 이용하여 터치 패널에 접촉하는 영역(T)을 나타내는 도면이다. Y 전극 라인들(RX)의 피치(Lp)보다 접촉하는 영역(T)의 폭이 좁기 때문에 펜과 터치 패널의 접촉 영역(T)의 중심이 RX 라인의 어디에 위치하는지의 위치정보, 즉 RX 라인피치(Lp)보다 높은 위치해상도가 필요하다.

도 3은 X 전극 라인들에 대한 C_M의 의존성을 나타낸 그래프이다. 일반적으로 C_M 값은 터치 위치의 함수로서 주어진다. C_M이 터치되는 펜 위치의 어느 함수가 되는지는 X 전극 라인들(TX₁~TX_n)과 Y 전극 라인들(RX₁~RX_m)의 패턴에 의해 달라진다.

하기의 설명에서 RX₁라인은 제1 Y 전극라인을, 이와 인접하는 RX₂라인은 제2 Y 전극라인을 예로 들어 설명한다. C_M은 유기전위에 영향을 미치는 라인마다 정의하고, 라인을 중심으로 좌우대칭을 향해 감소되는 값을 갖는다. 도 3에서는 설명을 간단히 하기 위해 구간 0≤X≤Lp에서 X의 1차원 함수로 변화하는 것으로 한다. 즉, C_M1 및 C_M2는 위치 X의 함수로 주어진다. C_M0은 RX₀라인에 영향을 미치는 성분이고, C_M1은 R_X1라인에 영향을 미치는 성분이다.

X 전극 라인들(TX₁~TX_n)과 Y 전극 라인들(RX₁~RX_m) 사이의 상호용량값이 변화하면 X 전극 라인을 V_DD에 드라이브 시의 커패시티브 커플링(capacitive coupling)에 의해 Y 전극 라인에 전위변화량 △V_RX가 발생한다. 이 변화량의 추이로부터 터치된 위치를 검출하게 된다.

C_M1 및 C_M2는 TX 라인과 RX₁ 및 RX₂라인 사이의 상호용량으로, 터치 위치에 따라 상호 용량의 변화도 발생한다. X는 위치좌표인 것으로, RX₁라인의 중심을 0, RX₂라인의 중심을 Lp로 한다.

C_M 값을 수식으로 나타내면 하기와 같다.

상기 수학식에서 C_D는 더미 커패시터(dummy capacitor)의 커패시턴스를 나타낸다.

도 4는 RF 라인 피치의 구간 분할예를 나타낸 도면이다. 도 4에 도시된 바와 같이, 터치 위치를 3개의 구간, 즉, -Lp/4≤X〈Lp/4(주구간0), Lp/4≤X〈3Lp/4(주구간1), 3Lp/4≤X〈5Lp/4(구간3)으로 분할한다.

상기와 같이 구간을 분할하면, RX₁-RX₂ 페어의 구간3과 인접하는 RX₂-RX₃ 페어의 주구간0이 같은 구간이 되어 중복되므로 설명을 간단히 하기 위해 생략한다.

구간을 0≤X〈Lp/4으로 하지 않고, -Lp/4≤X〈Lp/4로 한 것은 C_M1의 영향이 RX₀-RX₁에도 미치기 때문이다.

또한, 보다 높은 해상도에서의 위치 검출을 위해 주구간을 다시 서브 구간으로 분할한다. 서브 구간의 분할수는 필요로 하는 터치 위치 해상도에 따라 달라질 수 있다.

서브 구간 분할을 펜 터치 위치의 1/n 해상도로 검출함에 있어서, 우선 RX₁-RX₂ 구간을 n-1 등분하여 생성되는 구간을, 서브 구간 1개의 구간 길이로 설정하고, 하나의 서브 구간의 중심이 X=0이 되도록 서브 구간별 배치를 실시한다.

예를 들어, 도 4에 도시된 바와 같이 1/9의 해상도로 검출하는 경우의 서브 구간 분할은, RX₁-RX₂ 구간을 8등분하고 있으므로 하나의 서브 구간 길이는 Lp/8이 된다. 하나의 서브 구간 중심의 X 좌표값이 0이 되도록 서브 구간별 배치를 실시한다. 따라서 주구간0의 서브 구간의 경계점의 X 좌표는, -3Lp/16, -Lp/16, +Lp/16 및 +3Lp/16이 된다.

같은 방법으로, 주구간1에 속하는 서브구간의 경계점에서의 X좌표는 +5Lp/16, +7Lp/16, +9Lp/16 및 +11Lp/16이 된다. 양단에 존재하는 서브 구간의 길이는 Lp/16이 된다.

터치 위치 검출 해상도를 높이기 위한 프로세스는 크게 두 개의 단계로 이루어진다.

제1 단계는 펜 터치 위치의 좌표를 해상도 1/3에서 검출한다. 제2 단계는 상기 제1 단계에서 얻은 해상도에서의 펜터치 위치 검출 결과를 토대로 고 해상도의 위치검출을 행한다.

상기 단계에서 축차 비교법(method of successive comparison, 逐次比較法)이 사용될 수 있다.

펜 터치의 유무 검출은 제1 단계에서 행해진다. 제1 단계는 해상도가 낮고, 데이터의 양이 적기 때문에 펜 터치 유무의 검출이 용이하고 신속하게 이루어질 수 있다는 장점이 있다.

다음으로 제2 단계에서는 펜 터치가 있는 부분만을 선택적으로 동작시킨다. 펜 터치가 없다고 판단되는 TX 라인은 동작시키지 않는다. 고해상도의 터치 검출위치를 위해 동작되는 TX 라인의 수는 적을수록 좋기 때문에 검출 조작시간이 짧아질 수 있다는 이점이 있다.

이하 제1 단계에 대해 보다 상세히 설명한다. 본 발명은 2개 신호의 차분을 검출하는 차분신호 센싱(differential signal sensing)으로 항상 2개의 인접하는 Y 전극 라인의 신호를 페어(pair) 신호로 취급한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 서로 인접한 두 Y 전극 라인들 사이에 복수의 비교기들이 연결되고, 터치 스크린 상의 접촉 위치는 상기 비교기들의 출력 값들을 이용하여 구성된 출력 코드에 따라 검출될 수 있다.

펜 터치위치 검출 알고리즘은 RX₁-RX₂ 페어의 디지털 출력 2b 코드 O₁(비교기 1-1 출력을 상위 비트, 비교기 1-2의 출력을 하위 비트로 한다)에 더하여, 좌측에 인접하는 RX₀-RX₁페어의 디지털 출력 2b 코드 O₀ 또는 우측에 인접하는 RX₂-RX₃ 페어의 디지털 출력 2b코드 O₂의 어느 한쪽 또는 양쪽이 필요하므로 이를 전부 도시하였다.

먼저 X 전극 라인들(TX₁~TX_n)에는 그라운드 전압(GND)이 인가된다. 이를 위해, Y 전극 라인들(RX₁~RX_m)과 교차하는 방향으로 형성된 또 다른 TD 전극 라인(TD)에 그라운드 전압(GND)이 인가될 수 있다.

이후 t1의 시점에서 TX₁라인에 V_DD 전압이 인가된다. 이에 따라 RX₁ 라인의 전위는 C_M1에 의한 커패시티브 커플링에 의해 RX라인에 전위변화량 △VRX가 발생한다. RX 라인은 최초 V_DD/2로 프리차지 되어있다.

RX₁ 라인의 전위 VRX₁(t1)을, C_M1의 전위의존성을 반영하여 기술한 식은 하기와 같다.

상기 식에서 C_s는 샘플링 전압 유지 커패시터들(sampling voltage holding capacitors)의 커패시턴스를 나타내며, C_E는 X 전극 라인과 Y 전극 라인의 교차 지점들에서의 커플링 커패시터 각각의 커패시턴스를 나타낸다.

마찬가지로 RX₀, RX₂, RX₃ 라인의 전위 VRX₀(t1), VRX₂(t1), VRX₃(t1)을, C_M1 및 C_M2의 위치의존성을 반영하여 기술한 식은 하기와 같다.

t1의 시점에서 각 RX 라인의 전위는 상기 식에 의해 검출될 수 있다. 이에 의해 VRX₀(t1)은 비교기 0-1의 샘플링 커패시터 C_S0a로, VRX₁(t1)은 비교기 1-1의 샘플링 커패시터 C_S1a 및, 비교기 0-2의 샘플링 커패시터 C_S0d로, VRX₂(t1)은 비교기 2-1의 샘플링 커패시터 C_S2a 및, 비교기 1-2의 샘플링 커패시터 C_S1d로, VRX₃(t1)은 비교기 3-1의 샘플링 커패시터 C_S3a 및, 비교기 2-2의 샘플링 커패시터 C_S2d로 유지된다.

다음으로, 해상도 1/3을 실현시키기 위해, TD는 t3의 시점에서 V_DD/2로 드라이브 된다. 이에 따라 하기의 식이 성립하게 된다.

그리고 t4의 시점에서 S0b, S0c, S1b, S1c, S2b, S2c의 스위치를 오프시키면, 그 결과 VRX₀(t3)는 비교기 0-2의 샘플링 커패시터 C_SOc로, VRX₁(t3)은 비교기 1-2의 샘플링 커패시터 C_S1c 및, 비교기 0-1의 샘플링 커패시터 C_S0b로, VRX₂(t3)은 비교기 2-2의 샘플링 커패시터 C_S2c 및 비교기 1-1의 샘플링 커패시터 C_S1b로, VRX₃(t3)은 비교기 3-2의 샘플링 커패시터 C_S3c 및 비교기 2-1의 샘플링 커패시터 C_S2b로, 각각 유지된다.

t8의 시점에서 비교기 0-1, 0-2, 1-1, 1-2 등을 활성화하여 차분 센싱을 동작시키면 차분전압(differential voltage)은 각각 하기의 식을 만족하게 된다.

△Vcomp1-1이 0보다 같거나 크면 비교기 1-1은 디지털 신호 1을 출력하고 0보다 작으면 0을 출력하며, 비교기1-1 출력을 상위 비트, 비교기 1-2의 출력을 하위 비트로 하여 2b 코드를 O₁로 표시하면, 수학식 8 및 9로부터, -Lp/4≤X〈Lp/4의 경우 O₁[00], 이를 십진법(decimal) {0}으로 한다. Lp/4≤X〈3Lp/4의 경우 O₁[01], 이를 십진법(decimal) {1}로 한다. 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 경우 O₁[11], 이를 십진법(decimal) {2}로 한다. 즉, O₁이 펜 터치 위치를 나타내고 있다.

마찬가지 방법으로 수학식 6, 7, 10, 11로부터 O₀ 및 O₂의 코드를 구하고, O₀→O₁→O₂의 코드열로 기술하면, -Lp/4≤X〈Lp/4의 경우, 즉, 구간 0의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [11]→[00]→[01], 즉 {2}→{0}→{1}이 된다. Lp/4≤X〈3Lp/4의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [11]→[01]→[00], 즉 {2}→{1}→{0}이 된다. 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[11]→[00], 즉 {1}→{2}→{0}이 된다.

상기 3개의 코드열 이외의 코드는 전부 [01]이 된다. 이에 따라 펜 터치가 없으면 O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[01]→[01], 즉 {1}→{1}→{1}이 된다. 여기서 일반화하여 -Lp/4≤X〈Lp/4의 경우, 하나의 좌측 출력 코드를 추가하면 [01]→[11]→[00]→[01]이 되고, 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 경우, 하나의 우측 출력 코드를 추가하면 [01]→[11]→[00]→[01]이 되어 양자의 구별이 불가능하게 된다. 그러나 전자는 1블록을 좌측으로 이동(shift)하고 있다. 상기 시프트를 보정하면 양자는 펜 터치의 위치로 동일한 영역을 나타내고 있음을 알 수 있다.

가장 좌측단의 페어에는 더 이상 인접하는 좌측의 페어가 존재하지 않으므로 이 영역의 펜터치는 고려하지 않아도 된다. 이는 가장 우측단의 페어에도 마찬가지로 적용된다.

가장 좌측단의 페어에 펜터치가 있으면 O₀→O₁→O₂의 코드열은 펜터치의 위치에 따라 X〈Lp/4의 경우, 즉, 구간 0의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [00]→[01]→[01]이 된다. Lp/4≤X〈3Lp/4의 경우, 즉, 구간 1의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[00]→[01]이 된다. 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 경우, 즉, 구간 2의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [11]→[00]→[01]이 된다.

상기에서 설명하였으나 가장 좌측단의 페어(RX₀-RX₁ 페어)의 펜터치 위치 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 코드열과, RX₁-RX₂ 페어의 펜터치 위치 -Lp/4≤X〈Lp/4는 같은 코드열을 같게 된다.

마찬가지로 가장 우측단의 페어에 펜터치가 있으면, O_{n -3}→O_{n -2}→O_{n -1}의 코드열은 펜터치 위치에 따라, -Lp/4≤X〈Lp/4의 경우, 즉, 구간 0의 경우, O_{n -3}→O_{n -2}→O_{n -1}의 코드열은 [01]→[11]→[00]이 된다. Lp/4≤X〈3Lp/4의 경우, 즉, 구간 1의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[11]→[01]이 된다. 3Lp/4≤X의 경우, 즉, 구간 2의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[01]→[11]이 된다.

펜이 터치된 RX 페어의 좌우측에 인접하는 RX 페어 이외의 RX 페어의 출력코드(예를 들어, O₃의 코드)는 반드시 [01]이 된다. 이 경우 투영 커패시턴스는 발생하지 않으므로 하기의 수학식을 만족하게 된다.

이들의 전위는 펜 터치가 있는 경우와 마찬가지로, VRX₃(t1)은 비교기 3-1의 샘플링 커패시터 C_S3a로 유지되고, VRX₄(t1)은 비교기 3-2의 샘플링 커패시터 C_S3d로 유지된다.

그리고 t3의 시점에서 하기의 수학식을 만족한다.

상기 전위도 펜 터치가 있는 경우와 마찬가지로, VRX₃(t3)은 비교기 3-2의 샘플링 커패시터 C_S3c로 유지되고, VRX₄(t3)은 비교기 3-1의 샘플링 커패시터 C_S3b로 유지된다. 각 비교기의 차분입력은 하기의 수학식을 만족한다.

상기로부터 다음의 규칙을 도출할 수 있다.

가장 좌측단의 페어(RX₀-RX₁ 페어)는 O₀=[00]={0}의 경우, 펜은 RX₀-RX₁의 구간 0에 터치하고 있다. O₀=[01]={1}, O₁=[00]={0}의 경우, 펜은 RX₀-RX₁의 구간1에 터치하고 있다. O₀=[11]={2}, O₁=[00]={0}의 경우, 펜은 RX₀-RX₁의 구간2에 터치하고 있다.

가장 우측단의 페어(RX_n-1-RX_n 페어)는 O_{n -2}=[11]={2}, O_{n -1}=[01]={1}의 경우, 펜은 RX_{n -1}-RX_n의 구간 1에 터치하고 있다. O_{n -1}=[11]={2}의 경우, 펜은 RX_{n -1}-RX_n의 구간 2에 터치하고 있다.

양 끝단 이외의 페어(RX_k-RX_k+1 페어)는 O_{k -1}=[11]={2}, O_k=[01]={1}, O_k+1=[00]={0}의 경우, 펜은 RX_{k -1}-RX_k의 구간 1에 터치하고 있다. O_{k -1}=[01]={1}, O_k=[11]={2}, O_{k +1}=[00]={0}의 경우, 펜은 RX_{k -1}-RX_k의 구간 2에 터치하고 있다.

상기 규칙의 어느 것에도 적용되지 않는 경우는 펜 터치는 없는 것으로 판정한다.

또한 RX₁-RX₂의 세번째 구간에 터치하고 있는 경우, 이는 RX₀-RX1의 주구간0에 포함되는 것으로 해석하여 위치검출을 행한다.

이하 제2 단계에 대해 보다 상세히 설명한다. 상기 제1 단계에서 주구간0에 펜 터치가 발생한 경우나, 주구간1에 펜 터치가 발생한 경우에도 기본적으로는 같은 조작이 되나, 각각의 경우를 따로 설명한다.

우선, 주구간0에 펜터치가 있는 경우를, 해상도 1/9에서 검출하는 경우를 예로 들어 설명한다. 펜 터치 위치가 어느 서브 구간에 있는지를 특정하여 1/9 해상도를 얻게 된다. 펜 터치가 존재하는 서브 구간의 특정순서는 하기와 같다.

C_M의 값은 상기 수학식 1 및 2에서 특정된다. 예를 들어, 펜이 X〈0의 위치에서 터치되는 경우, TX를 V_DD로 구동시켰을 때에 RX₀ 및 RX₁에 유기되는 전위 RX₀ 및 RX₁의 차분은 하기의 수학식을 만족하게 된다.

만약 서브 구간0s1과 0s2의 경계점 Xp= -3Lp/16에 펜이 터치하는 경우, RX₁ 및 RX₀에 발생하는 차분전압은 하기의 수학식을 만족하게 된다.

펜터치 위치가 경계점보다 좌측에 존재하는 경우, 실제 펜 터치 위치를 반영한 차분전압은 수학식 15가 수학식 16보다 작아지게 된다. 즉, (수학식 15) - (수학식 16)〈0이면, 펜 터치 위치 X는 Xp보다 좌측, 다시 말해 서브구간0s1에 존재한다고 판단할 수 있다.

이러한 원리를 이용하여 펜 터치 위치 검출을 행하게 된다. 상기 수학식 16은 펜 터치 위치가 경계점의 좌측에 있는지, 우측에 있는지를 판별할 때에 비교의 기준을 제공하는 레퍼런스 전위를 나타내고 있다.

서브구간 0s4 및 0s5의 경계점 Xp = +3Lp/16에 펜이 터치하고 있는 경우도 Xp = -3Lp/16에 펜이 터치하고 있는 경우와 마찬가지로 생각할 수 있다. 다만, 이 경우는 RX1 및 RX2에 유기되는 전위 VRX1 및 VRX2의 차분에 주목하여 하기의 수학식을 얻을 수 있다.

만약 서브 구간 0s4와 0s5의 경계점 Xp = +3Lp/16에 펜이 터치하고 있으면, 차분전압은 하기의 수학식을 만족하게 된다.

상기 수학식에 의해 서브 구간 0s1과 0s2의 경계점의 레퍼런스 전압과 같아짐을 알 수 있다. 이는 CM₁이 X=0의 대칭중심, CM₀과 CM₂가 X=0을 대칭중심으로 하고 있기 때문이다. 이로부터 TD를 구동하는 전압은 같은 값이 되므로, 대칭 경계점의 차분전압비교가 동시에 이루어질 수 있다. 펜 터치 위치는 (수학식 17) - (수학식 18)〉0이면 펜 터치 위치 X는 Xp보다 우측, 즉 서브 구간 0s5에 존재한다고 판정한다.

이하, 도 5를 참고하여 기본적인 회로의 동작에 대해 설명한다.

제2 단계는 2개의 사이클(2-1 및 2-2)을 갖고, 펜 터치 위치가 서브 구간 0s1 또는 0s5에 존재하는 경우, 2-1 사이클에서 어느 것인지를 특정한다. 펜 터치 위치가 그 이외(0s2, 0s3, 0s4)인 경우 2-2의 사이클에서 하나로 특정한다.

2-1 사이클은, t1의 시점에서 TX를 구동시키고, 각 RX 라인에 전위(VRX₀(t1), VRX₁(t1), VRX₂(t1))를 유기한다. 그리고 t2의 시점에서 비교기의 한쪽 입력 스위치를 오프하고, 유기전압을 샘플링 커패시터 Cs에 유지한다. 즉, S0a, S0d, S1a, S1d, S2a, S2d의 스위치를 오프시킨다.

VRX₀(t1)은 비교기 0-1의 샘플링 커패시터 C_S0a로, VRX₁(t1)은 비교기 1-1의 샘플링 커패시터 C_S1a 및, 비교기 0-2의 샘플링 커패시터 C_S0d로, VRX₂(t1)은 비교기 2-1의 샘플링 커패시터 C_S2a 및, 비교기 1-2의 샘플링 커패시터 C_S1d로 유지된다.

t3의 시점에서 TD를 5VDD/8로 구동하고, 각 RX라인에 전위 VRX0(t3), VRX1(t3), VRX2(t3)를 유기한다.

구체적으로, 구동한 경계점에서 펜이 터치된 경우 제1 Y전극 라인 및, 이와 인접하는 제2 Y전극 라인에 유기되는 전위의 차이와 같은 전위를 t3의 시점에서 유기되도록 TD에 전위를 부여하게 된다.

즉, 전하량 Q는 전기용량 C 및 전위차 V의 곱에 비례하는데, 터치된 영역은 커패시턴스가 변화하므로, 터치된 영역의 전하량이 변하게 된다. 이를 고려하여, t3의 시점에서 TD에 인가되는 V를 변화시켜 t1의 시점에서 얻어진 전위와 비교한다(상기 수학식 15, 16 및 관련설명 참조).

이에 따라 t1의 시점에서 얻은 전위가 t3의 시점에서 얻은 전위보다 높은지를 판단하여 터치된 영역의 위치를 검출하게 된다.

t4의 시점에서 S0b, S0c, S1b, S1c, S2b, S2c의 스위치를 오프시킨다. VRX₀(t3)은 비교기 0-2의 샘플링 커패시터 C_S0c로, VRX₁(t3)은 비교기 1-2의 샘플링 커패시터 C_S1c 및, 비교기 0-1의 샘플링 커패시터 C_S0b로, VRX₂(t3)은 비교기 2-2의 샘플링 커패시터 C_S2c 및, 비교기 1-1의 샘플링 커패시터 C_S1b로 유지된다.

이에 의해 비교기 0-2 및 1-2의 입력 차분전압은 하기의 수학식을 만족하게 된다.

이에 따라 (수학식 15) - (수학식 16)의 결과가 비교기 0-2의 출력(단, 극성은 반대)이 되고, (수학식 17) - (수학식 18)의 결과가 비교기 1-2의 출력(단, 극성은 반대)이 된다.

따라서, 비교기 0-2의 출력이 1(△Vcomp0-2>0)이 되면, 펜 터치 위치가 서브 구간 0s1에 있다고 판단하게 된다.

비교기 1-2의 출력이 0(△Vcomp1-2〈0)이 되면, 펜 터치 위치가 서브 구간 0s5에 있다고 판단하게 된다.

또한, 이때의 비교기 0-1 및 1-1은 하기의 수학식을 만족하게 된다.

다음으로 2-2의 사이클은 t1의 시점에서 TX를 구동하고, 각 RX 라인에 전위(VRX0(t1), VRX1(t1), VRX2(t1))를 유기한다.

그리고, 마찬가지로 t2의 시점에서 비교기의 한쪽 입력 스위치를 오프하고, 이들 유기전압을 샘플링 커패시터에 유지한다.

t3의 시점에서 TD를 7V_DD/8로 구동하고, 각 RX 라인에 전위(VRX₀(t3), VRX₁(t3), VRX₂(t3))를 유기한다.

서브 구간 0s2와 0s3의 경계점 Xp=-Lp/16 및 서브 구간 0s3 및 0s4의 경계점 Xp=+Lp/16에 레퍼런스 전압을 계산하면 하기의 수학식이 도출된다.

이에 따라 TD를 7V_DD/8로 구동한다. 또한 비교기 0-2 및 1-2의 차분전압은 하기의 수학식을 만족한다.

따라서 2-1 사이클에서 펜 터치 위치가 0s2, 0s3, 0s4의 어느 하나로 판별되는 경우, 비교기 0-2의 출력이 1(△Vcomp0-2>0)이면 펜 터치 위치가 서브 구간 0s2에 있다고 판별한다. 그리고 비교기 1-2의 출력이 0(△Vcomp1-2〈0)이면 펜 터치위치가 서브 구간 0s4에 있다고 판별한다. 또한 비교기 0-2의 출력이 0 또는 비교기 1-2의 출력이 1이면 펜 터치위치가 서브 구간 0s3에 있다고 판별한다. 상기 과정에 의해 주구간0에서 펜 터치의 위치를 1/9의 해상도로 검출할 수 있게 된다.

주구간1에 펜 터치가 있고 그 위치를 1/9의 해상도에서 검출하는 과정도 상기와 대부분 동일하다. 단지, 주구간 1에서는 C_M1과 C_M2가 X=Lp/2를 대칭 중심으로 하고 있기 때문에 서브구간의 대칭경계점도 X=Lp/2가 대칭중심이 되어 있다는 점에서 상이하다.

이를 고려하여 서브 구간 1s1과 1s2의 경계점의 레퍼런스 전압을 계산하면 하기의 수학식이 성립된다.

서브 구간 1s4와 1s5의 경계점의 레퍼런스 전압을 계산하면 하기의 수학식이 성립된다.

2-1의 사이클에서 TD를 3V_DD/8로 구동하면 비교기 1-1 및 1-2의 차분전압은 하기와 같다.

따라서, 비교기 1-2의 출력이 1(△Vcomp1-2>0)이면, 펜 터치의 위치가 서브 구간 1s1에 있다고 판별한다. 또한 1-1의 출력이 0(△Vcomp1-1〈0)이면, 펜 터치의 위치가 서브 구간 1s5에 있다고 판별한다.

2-2의 사이클에서는 TD를 VDD/8로 드라이브한다. 그 이유는 서브구간 1s2와 1s3의 경계점에서의 레퍼런스 전압이,

이고, 서브 구간 1s3과 1s4의 경계점에서의 레퍼런스 전압이,

이기 때문이다. TD를 V_DD/8로 드라이브하면 비교기 1-1 및 1-2의 차분전압은,

이 된다. 따라서 2-1 사이클에서 펜 위치가 1s2, 1s3, 1s4의 어느 하나가 된다고 판별된 경우, 비교기 1-2의 출력이 1(△Vcomp0-2>0)이면, 펜 터치위치가 서브 구간 1s2에 있다고 판단한다. 비교기 1-1의 출력이 0(△Vcomp1-2〈0)이면, 펜 터치위치가 서브 구간 1s4에 있다고 판단한다. 비교기 1-1의 출력이 1 또는 비교기 1-2의 출력이 0이면, 펜 터치위치가 서브 구간 1s3에 있다고 판단한다. 또한 이때의 비교기 0-2의 출력은 비교조건이 없기 때문에 펜 터치위치의 판별에 기여하지 않는다.

이상과 같이, 해상도 1/9에서 펜 터치 위치의 검출에 대해 설명하였다. 해상도가 1/4 또는 1/5이어도 무방한 경우에는 제2 스텝은 1사이클로 족하다. 또한 해상도가 1/6, 1/7, 1/8, 1/9 필요한 경우에는 제2 스텝은 2사이클이 필요하다. 해상도가 1/9 이상 필요한 경우에는 제2 스텝은 3 사이클 또는 그 이상 필요하게 된다.

또한, 제1 스텝에서 펜 터치 위치를 알 수 있으므로, 펜 터치가 없다고 판별된 TX 라인은 제2 스텝에서 구동할 필요는 없다. 즉 TX를 풀스캔할 필요가 없고, 필요한 TX 라인만을 선택적으로 구동하면 되므로 제2 스텝의 TX 스캔 시간이 단축될 수 있다.

그리고, 제2 스텝만 TX 구동전위의 레벨을 V_DD가 아닌, 예를 들어 2V_DD와 같이 높여도 무방하다. 이러면 RX 라인에 유기되는 전위도 2배가 된다. 제2 스텝에서는 필요한 TX 라인만을 선택적으로 구동하므로, TX 구동레벨을 2배로 하여도 소비전력은 크게 증가하지 않는다. 또한 TX 구동레벨을 2배로 하면 TX라인 전위의 정정시간(settling time)은 길어지게 되나, 이것도 필요한 TX라인만을 선택적으로 구동하므로 정정시간의 증가가 전체 검출시간에 미치는 영향은 작게 되고, 2배로 하여 검출 해상도를 향상시킬 수 있다.

그리고, 전술한 터치패널의 작동방법에 관련된 구동 알고리즘은 집적회로(IC)에 적용될 수 있고, 상기 집적회로는 터치 패널의 구동칩에 적용되어 구현될 수 있다.

상기 집적회로(IC:200)는 터치되는 위치에 따라 각각 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 비교기; 상기 양의 입력단자 및 음의 입력단자와 연결되고, 드라이브 전압을 인가하는 전압인가부(150); 및, 상기 복수의 비교기의 비교신호를 판독하여 위치신호를 생성하는 연산부(100);를 포함한다.

상기 양의 입력단자 및 음의 입력단자 사이의 전압차이는 적어도 2개의 주구간과 상기 적어도 2개의 주구간 각각을 재분할하는 적어도 2개의 서브구간으로 나뉘고, 상기 전압인가부(150)에서 인가하는 전압은 상기 인접하는 서브구간의 경계점에서의 전압이 된다.

그리고 상기 연산부(100)는 양의 입력단자 및 음의 입력단자에서 터치된 위치에 따른 전위차이값과, 상기 인접하는 서브구간의 경계점에서의 전위값을 갖도록 상기 전압인가부에서 인가한 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출한다.

또한 상기 연산부(100)는 병렬로 연결된 상기 복수의 비교기를 한 그룹으로 하였을 때, 인접하는 다른 그룹의 비교기의 비교신호를 수신하여 위치신호를 생성할 수 있다.

아울러, 상기 집적회로는 터치 패널에 단독으로, 또는 개인휴대단말기의 칩이나 LCD 구동칩 등에 일체화되어 원 칩(ONE-CHIP)으로 실장될 수 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (15)

1. 상호 인접하며, 적어도 2개의 주구간과 상기 적어도 2개의 주구간 각각을 재분할하는 적어도 2개 이상의 서브구간으로 나뉘어진 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인; 및,
   상기 제1 Y 전극 라인 및, 제2 Y 전극 라인과 교차 배치되는 TD 전극 라인;을 포함하고,
   상기 인접한 제1, 제2 Y 전극 라인 사이에서 터치된 위치에 따른 제1 시점에서의 전위차이값과, 상기 인접하는 서브구간의 경계점에서의 전위값을 갖도록 제2의 시점에서 상기 TD 전극 라인에 인가한 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출하고,
   상기 TD 전극 라인에 전위를 인가하는 단계는 좌,우 양단에 형성된 서브구간의 터치영역을 먼저 판단하는 제1 사이클; 및,
   가운데 영역에 형성된 서브구간에 터치영역을 판단하는 제2 사이클;을 포함하는 터치 패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 서브구간은 홀수개의 서브구간을 포함하는 터치 패널.
3. 제2항에 있어서,
   상기 서브구간 중 양단에 배치되는 서브구간의 폭은 중앙에 배치되는 서브구간의 폭의 절반인 터치 패널.
4. 제3항에 있어서,
   상기 서브구간 중 가운데 서브구간의 중심은, 상기 가운데 서브구간을 포함하는 주구간의 중심과 일치하는 터치 패널.
5. 제3항에 있어서,
   상기 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인 사이의 거리가 Lp이고, 상기 양단에 배치되는 서브구간의 폭은 Lp/16인 터치 패널.
6. 상호 인접하며, 적어도 2개의 주구간과 서브구간으로 나뉘어진 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인;을 포함하고,
   상기 인접한 제1, 제2 Y 전극 라인 사이에서 터치된 위치에 대응하는 전위차이값과, 상기 서브구간의 경계점에서의 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출하고,
   상기 서브구간 경계점에서의 전위값을 갖도록 TD 전극 라인에 전위를 인가하는 단계를 포함하고,
   상기 TD 전극 라인에 전위를 인가하는 단계는 좌,우 양단에 형성된 서브구간의 터치영역을 먼저 판단하는 제1 사이클; 및,
   가운데 영역에 형성된 서브구간에 터치영역을 판단하는 제2 사이클;을 포함하는 터치 패널.
7. TD 전극 라인과 교차 배치되고 상호 인접하는 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인들의 사이를 적어도 하나의 주구간으로 분할하여 터치된 영역에 따라 상기 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인들의 전위차를 구하는 제1 단계;
   상기 터치된 주구간을 적어도 두 개의 서브구간으로 재분할하여 상기 서브구간의 경계점에서의 전위값을 갖도록 상기 TD 전극 라인에 전위를 인가하는 제2 단계;
   상기 제1 단계에서의 전위차이값과, 제2 단계에서 인가한 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출하는 제3 단계;를 포함하고,
   상기 제2 단계는 좌,우 양단에 형성된 서브구간의 터치영역을 먼저 판단하는 제1 사이클; 및,
   가운데 영역에 형성된 서브구간에 터치영역을 판단하는 제2 사이클;을 포함하는 터치 패널의 위치 검출 방법.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1 사이클은 터치된 영역의 위치를 반영하는 차분전압과, 서브구간의 경계점에서의 차분전압의 차이를 이용하는 터치 패널의 위치 검출 방법.
10. 삭제
11. 터치되는 위치에 따라 각각 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 비교기;
    상기 양의 입력단자 및 음의 입력단자와 연결되고, 드라이브 전압을 인가하는 전압인가부; 및,
    상기 복수의 비교기의 비교신호를 판독하여 위치신호를 생성하는 연산부;를 포함하고,
    상기 양의 입력단자 및 음의 입력단자 사이의 전압차이는 적어도 2개의 주구간과 상기 적어도 2개의 주구간 각각을 재분할하는 적어도 2개의 서브구간으로 나뉘고,
    상기 전압인가부에서 인가하는 전압은 상호 인접하는 서브구간의 경계점에서의 전압인 집적회로.
12. 삭제
13. 제11항에 있어서,
    상기 연산부는 양의 입력단자 및 음의 입력단자에서 터치된 위치에 따른 전위차이값과, 상호 인접하는 서브구간의 경계점에서의 전위값을 갖도록 상기 전압인가부에서 인가한 전위값을 비교하여 터치된 위치를 검출하는 집적회로.
14. 제13항에 있어서,
    상기 연산부는 병렬로 연결된 상기 복수의 비교기를 한 그룹으로 하였을 때, 인접하는 다른 그룹의 비교기의 비교신호를 수신하여 위치신호를 생성하는 집적회로.
15. 제11항에 있어서,
    상기 집적회로는 터치 패널에 단독으로, 또는 개인휴대단말기의 칩이나 LCD 구동칩 등에 일체화되어 원 칩(ONE-CHIP)으로 실장되는 집적회로.

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