KR102023938B1 - 터치 센싱 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 차분 센싱을 통해 터치 노드별 오프셋을 제거하여 터치 신호를 정확하게 센싱할 수 있는 터치 센싱 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 터치 센싱 방법은 제1 센싱 기간에서, 터치 센서의 해당 스캔 라인에 구동 펄스를 공급하기 이전에 터치 센서의 해당 리드아웃 라인으로부터 출력되는 제1 리드아웃 신호를 이용하여 각 터치 노드의 오프셋 성분을 포함하는 제1 센싱 데이터를 획득하는 단계와; 제1 센싱 기간에 연속된 제2 센싱 기간에서, 터치 센서의 해당 스캔 라인에 구동 펄스를 공급하고 터치 센서의 해당 리드아웃 라인으로부터 출력되는 제2 리드아웃 신호를 이용하여 터치 노드의 오프셋 성분과 터치 여부에 따른 뮤추얼 커패시턴스 성분을 포함하는 제2 센싱 데이터를 획득하는 단계와; 제2 센싱 기간에서, 제1 센싱 데이터를 저장하고, 제2 센싱 데이터와 저장된 제1 센싱 데이터를 차분 연산하여 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득하는 단계를 포함한다.

Description

터치 센싱 장치 및 방법{TOUCH SENSING APPARATUS AND METHOD}
본원 발명은 터치 센싱 장치에 관한 것으로, 특히 차분 센싱을 통해 터치 노드별 오프셋을 제거하여 터치 신호를 정확하게 센싱할 수 있는 터치 센싱 장치 및 방법에 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 센싱 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 광세기의 가변에 따라 터치를 인식하는 포토 터치 센서와, 커패시티브 가변에 따라 터치를 인식하는 커패시티브 터치 센서가 주로 이용된다.
일반적으로, 터치 컨트롤러는 터치 센서의 센싱 전극에 구동 펄스를 인가하여 터치 센서를 구동하고, 터치 유무에 따라 커패시턴스 변화를 나타내는 터치 센서의 리드아웃 신호를 이용하여 터치 위치를 센싱하고, 터치 포인트 좌표를 산출하여 호스트 컴퓨터로 전송한다.
그러나, 종래의 터치 컨트롤러는 외부로부터 터치 센서를 통해 리드아웃 신호로 유입되는 노이즈 성분으로 인하여 신호 대 노이즈비(SNR)가 낮아 터치 신호를 정확하게 센싱할 수 없는 문제점이 있다.
터치 센서, 즉 터치 스크린의 노-터치(No-touch) 상태의 데이터는 각 터치 노드에 따라 서로 다른 불균일성을 갖고 있고, 이는 터치 스크린의 제조 공정 및 터치 포인트부터 센서 회로까지의 라우팅 불균일 등 다양한 불균일성에 근거하여 발생된다.
이러한 노-터치 상태의 데이터 불균일성을 제거하기 위하여, 종래의 터치 센싱 기술은 노-터치 상태에서 터치 스크린의 한 프레임의 터치 데이터를 미리 센싱하여 메모리에 레퍼런스 데이터로 저장한다. 그리고, 실제 터치 센싱을 수행할 때, 도 1과 같이 센싱된 터치 신호를 메모리에 저장된 레퍼런스 데이터와 비교하여 그 차이값을 터치 델타, 즉 터치 센싱 데이터로 사용하고 있다.
그러나, 종래의 터치 센싱 기술은 노이즈에 취약한 문제점이 있다. 도 1과 같이, 종래의 터치 센싱 기술은 노-터치 상태의 레퍼런스 데이터에 인위적인 노이즈가 유입되어 있는 경우, 센싱된 터치 신호와 레퍼런스 데이터의 차이값에 해당하는 터치 센싱 데이터에 노이즈 성분이 유입됨으로써 터치 센싱의 오류를 발생시킬 수 있다.
또한, 종래의 터치 센싱 기술은 노-터치 상태의 레퍼런스 데이터를 취득하는 시점과, 실제 터치를 수행하게 되는 시점의 환경이 달라지는 경우, 예를 들면 레퍼런스 데이터 취득시에는 노이즈가 없었으나 실제 터치 센싱 데이터 취득시 노이즈가 발생한 경우 터치 센싱의 오류가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명이 해결하려는 과제는 차분 센싱을 통해 터치 노드별 오프셋을 제거하여 터치 신호를 정확하게 센싱할 수 있는 터치 센싱 장치 및 방법에 관한 것이다..
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 방법과, 일 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 터치 컨트롤러는, 제1 센싱 기간에서, 터치 센서의 해당 스캔 라인에 구동 펄스를 공급하기 이전에 터치 센서의 해당 리드아웃 라인으로부터 출력되는 제1 리드아웃 신호를 적분하여 제1 센싱 신호를 얻고, 그 제1 센싱 신호를 디지털 변환하여, 각 터치 노드의 오프셋 성분을 포함하는 제1 센싱 데이터를 획득하고; 제1 센싱 기간에 연속된 제2 센싱 기간에서, 터치 센서의 해당 스캔 라인에 구동 펄스를 공급하고, 터치 센서의 해당 리드아웃 라인으로부터 출력되는 제2 리드아웃 신호를 적분하여 제2 센싱 신호를 얻고, 그 제2 센싱 신호를 디지털 변환하여, 각 터치 노드의 오프셋 성분과 터치 여부에 따른 뮤추얼 커패시턴스 성분을 포함하는 제2 센싱 데이터를 획득하고; 제2 센싱 기간에서, 제1 센싱 데이터를 저장하고, 제2 센싱 데이터와 저장된 제1 센싱 데이터를 차분 연산하여, 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득한다.
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터치 컨트롤러는 다수의 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 생성부와; 초기 구동 펄스를 생성하여 출력하는 구동 펄스 생성부와; 제어 신호 생성부로부터의 제어 신호에 응답하여, 제1 센싱 기간을 제외한, 제2 센싱 기간에서, 초기 구동 펄스를 이용하여 해당 스캔 라인에 구동 펄스를 공급하는 터치 센서 구동부와; 제어 신호 생성부로부터의 제어 신호에 응답하여, 제1 센싱 기간에서 제1 리드아웃 신호로부터 제1 센싱 데이터를 획득하고, 제2 센싱 기간에서 제2 리드아웃 신호로부터 제2 센싱 데이터를 획득하고, 제1 센싱 데이터를 저장하며, 제2 센싱 데이터와 저장된 제1 센싱 데이터를 차분 연산하여 터치 데이터를 취득하고 출력하는 리드아웃 회로를 구비한다.
리드아웃 회로는 제1 센싱 기간에서 제1 리드아웃 신호를 적분하여 제1 센싱 신호로 출력하고, 제2 센싱 기간에서 제2 리드아웃 신호를 적분하여 제2 센싱 신호로 출력하는 아날로그 센싱부와; 제1 센싱 기간에서 제1 센싱 신호를 샘플링 및 홀딩하여 출력하고, 제2 센싱 기간에서 제2 센싱 신호를 샘플링 및 홀딩하여 출력하는 샘플링 및 홀딩부와; 제1 센싱 기간에서 샘플링 및 홀딩부로부터의 제1 센싱 신호를 제1 센싱 데이터로 디지털 변환하여 출력하고, 제2 센싱 기간에서 샘플링 및 홀딩부로부터의 제2 센싱 신호를 제2 센싱 데이터로 디지털 변환하여 출력하는 디지털-아날로그 변환부와; 제1 센싱 기간에서 디지털-아날로그 변환부로부터 출력된 제1 센싱 데이터를 버퍼에 저장하고, 제2 센싱 기간에서 디지털-아날로그 변환부로부터 출력된 제2 센싱 데이터와 버퍼로부터 출력된 제1 센싱 데이터를 감산하여 터치 데이터를 취득하는 차분 연산부를 구비한다.
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본 발명에 따른 터치 센싱 장치 및 방법은 구동 펄스를 이용하지 않는 오프셋 성분을 제1 센싱값으로 센싱하는 제1 센싱과, 구동 펄스를 이용하여 오프셋 성분과 뮤추얼 커패시턴스 성분을 제2 센싱값으로 센싱하는 제2 센싱을 반복하고, 제1 센싱값과 제2 센싱값을 차분 연산하여 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득함으로써 노이즈로 인한 터치 센싱 오류를 방지하고 정확하게 터치를 센싱할 수 있다.
도 1은 종래의 터치 센싱 기술에 따른 터치 센싱 데이터의 취득 결과를 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 방법을 개략적으로 설명하는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 방법을 이용한 터치 센싱 데이터의 취득 방법을 설명하는 도면이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 갖는 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 회로 블록도이다.
도 5는 도 4에 나타낸 커패시티브 터치 센서의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 6은 도 4에 나타낸 터치 컨트롤러의 구성을 나타낸 회로 블록도이다.
도 7은 도 6에 나타낸 리드아웃 회로의 상세 구성을 나타낸 회로도이다.
도 8은 도 7에 나타낸 리드아웃 회로의 입출력 파형도이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 방법을 이용한 터치 데이터의 취득 결과를 보여주는 도면이다.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 방법을 개략적으로 설명하는 도면이다.
본 발명의 터치 센싱 방법은 각 터치 노드에 대하여 오프셋 성분을 센싱하는 제1 센싱과, 오프셋 성분을 포함한 뮤추얼 커패시티브(mutual capacitive) 성분을 센싱하는 제2 센싱을 포함하는 더블 센싱을 연속적으로 수행한 다음, 제2 센싱값으로부터 제1 센싱값을 차분 연산함으로써 오프셋 성분이 제거된 뮤추얼 커패시티브 성분에 대응하는 터치 센싱 데이터를 취득한다.
구체적으로, 제1 센싱 단계(S1)에서 터치 센서에 자극 펄스(Excitation pulse)인 구동 펄스를 인가하지 않고 뮤추얼 커패시턴스 성분이 배제된 순수 오프셋 성분을 센싱하여 제1 센싱값으로 출력한다.
이어서, 제2 센싱 단계(S2)에서 터치 센서에 구동 펄스를 인가하여 오프셋 성분을 포함하는 뮤추얼 커패시티브 성분을 센싱하여 제2 센싱값으로 출력한다.
그 다음, 제3 차분 연산 단계(S3)에서는 상기 제2 센싱 단계(S2)에서 센싱된 제2 센싱값과, 상기 제1 센싱 단계(S1)에서 센싱된 제1 센싱값을 차분 연산함으로써 오프셋 성분이 제거된 뮤추얼 커패시티브 성분에 대응하는 터치 데이터를 취득하여 출력한다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 방법을 이용한 터치 데이터의 취득 과정을 예를 들어 설명하는 도면이다.
도 3을 참조하면, 터치 센서에 저주파의 사인파 노이즈가 인가되어 시간 경과에 따라 노-터치 상태의 오프셋 성분이 가변하였으나, 제1 센싱으로 취득한 오프셋 성분인 제1 센싱값이, 연속된 제2 센싱으로 취득한 제2 센싱값과의 차분 연산을 통해 제거되므로, 저주파 노이즈 및 노-터치 상태의 오프셋 성분이 제거된 일정한 터치 데이터를 취득할 수 있음을 알 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 포함하는 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 5는 도 4에 나타낸 커패시티브 터치 센서(20)의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 4에 나타낸 터치 센싱 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 매트릭스를 포함한다. 화소 매트릭스는 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 신호에 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)로부터 입력된 다수의 동기 신호, 즉 수직 동기 신호, 수평 동기 신호, 데이터 이네이블 신호, 도트 클럭 중 적어도 2개를 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, 수평 동기 신호 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 뮤추얼 커패시턴스의 변화를 나타내는 커패시티브 타입의 터치 센서를 주로 이용한다. 터치 센서(20)는 표시 패널(10) 상에 부착되거나, 표시 패널(10)의 화소 매트릭스 내에 내장될 수 있다.
예를 들면, 표시 패널(10) 상에 부착되는 커패시티브 타입의 터치 센서(20)는 도 2와 같이 로우(Raw) 방향으로 배치된 다수의 제1 센싱 전극들(22)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 스캔 라인(SL1~SLn)과, 컬럼 방향으로 배치된 다수의 제2 센싱 전극들(24)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 리드아웃 라인(RL1~RLm)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 의한 커패시턴스를 형성하고, 터치 센서(20)를 터치하는 전도성 터치 물체와의 커패시터를 형성하여 커패시턴스를 변화시키고 커패시턴스 변화를 나타내는 리드아웃 신호를 터치 컨트롤러(30)로 출력한다.
터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)의 스캔 라인(SL1~SLn)에 순차적으로 구동 펄스를 공급하고, 터치 센서(20)의 리드아웃 라인(RL1~RLm)으로부터 출력되는 리드아웃 신호를 이용하여 터치 노드별로(터치 화소별로, 터치 채널별로) 터치 여부를 나타내는 터치 데이터를 취득하고, 터치 데이터에 따른 터치 영역에 대한 터치 포인트 좌표를 검출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다.
특히, 터치 컨트롤러(30)는 각 스캔 라인(SL)에 구동 펄스를 공급하기 이전의 제1 센싱 기간에서 리드아웃 라인(RL1~RLm)으로부터 출력되는 리드아웃 신호를 이용하여 각 터치 노드의 오프셋 성분을 센싱함으로써 제1 센싱값을 취득한다. 연속적으로, 각 스캔 라인(SL)에 구동 펄스를 공급한 제2 센싱 기간에서 리드아웃 라인(RL1~RLm)으로부터 출력되는 리드아웃 신호를 이용하여 각 터치 노드의 오프셋 성분을 포함한 뮤추얼 커패시티브(mutual capacitive) 성분을 센싱함으로써 제2 센싱값을 취득한다. 터치 컨트롤러(30)는 더블 센싱으로 취득한 제2 센싱값으로부터 제1 센싱값을 차분 연산함으로써 오프셋 성분이 제거된 뮤추얼 커패시티브 성분에 대응하는 터치 데이터를 취득한다. 이에 따라, 노이즈가 제거된 정확한 터치 데이터를 취득할 수 있으므로 터치 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있다.
호스트 컴퓨터(50)는 영상 데이터 및 다수의 동기 신호를 타이밍 컨트롤러(18)로 공급하고, 터치 컨트롤러(30)로부터 입력된 터치 포인트 좌표를 분석하여 사용자의 터치 동작에 대응하는 명령을 수행한다.
도 6은 도 4에 나타낸 터치 센싱 장치의 구성을 나타낸 회로 블록도이다.
도 6에 나타낸 터치 센싱 장치는 터치 센서(20)와 접속된 터치 컨트롤러(30)를 구비한다. 터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)를 구동하기 위하여 구동 펄스 생성부(32) 및 터치 센서 구동부(34)를 포함한다. 또한, 터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)로부터 터치를 센싱하기 위하여 리드아웃 회로(40) 및 신호 프로세서(38)를 포함하고, 터치 센서 구동부(34) 및 리드아웃 회로(40)의 구동 타이밍을 제어하기 위한 제어 신호 발생부(36)를 구비한다.
구동 펄스 생성부(32)는 주로 구형파 형태를 갖는 구동 펄스를 반복적으로 생성하여 터치 센서 구동부(34)로 출력한다.
터치 센서 구동부(34)는 제어 신호 생성부(36)로부터의 제어 신호에 응답하여 구동 펄스 생성부(32)로부터의 구동 펄스를 터치 센서(20)의 스캔 라인(SL1~SLn; 도 2)에 순차 공급한다. 이때, 각 스캔 라인(SL)의 할당 기간은 전술한 제1 및 제2 센싱 기간을 포함해야 하므로, 터치 센서 구동부(34)는 인접한 스캔 라인간의 구동 펄스가 적어도 제1 센싱 기간의 시간 간격을 갖도록 각 스캔 라인으로 구동 펄스를 공급한다.
리드아웃 회로(40)는 터치 센서(20)의 스캔 라인(SL1~SLn)에 구동 펄스가 공급되지 않는 제1 센싱 기간과, 구동 펄스가 공급되는 제2 센싱 기간마다 리드아웃 라인(RL1~RLm; 도 2)으로부터 출력되는 리드아웃 신호를 이용하여 터치 노드별 터치 데이터를 검출한다.
이를 위하여, 리드아웃 회로(40)는 아날로그 센싱부(42), 샘플링/홀딩부(44), 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter; ADC)(46), 차분 연산부(48)을 구비한다.
아날로그 센싱부(42)는 주로 적분기를 포함하여 터치 센서(20)로부터의 리드아웃 신호를 적분하여 아날로그 센싱 신호로 출력한다. 아날로그 센싱부(42)는 제1 센싱 기간에서 터치 센서(20)로부터의 리드아웃 신호를 적분하여 제1 아날로그 센싱 신호를 출력한 다음, 제2 센싱 기간에서 터치 센서(20)로부터의 리드아웃 신호를 적분하여 제2 아날로그 센싱 신호를 출력한다.
샘플링/홀딩부(44)는 아날로그 센싱부(42)로부터의 아날로그 센싱 신호를 샘플링 및 홀딩하여 출력한다. 샘플링/홀딩부(44)는 제1 센싱 기간에서 아날로그 센싱부(42)로부터의 제1 아날로그 센싱 신호를 샘플링 및 홀딩하여 출력한 다음, 제2 센싱 기간에서 아날로그 센싱부(42)로부터의 제2 아날로그 센싱 신호를 샘플링 및 홀딩하여 출력한다.
ADC(46)는 샘플링/홀딩부(44)로부터 출력되는 아날로그 센싱 신호를 디지털 데이터로 변환하여 출력한다. ADC(46)는 제1 센싱 시간에서 샘플링/홀딩부(44)로부터의 제1 아날로그 센싱 신호를 제1 센싱 데이터로 변환하여 출력한 다음, 제2 센싱 기간에서 샘플링/홀딩부(44)로부터의 제2 아날로그 센싱 신호를 제2 센싱 데이터로 변환하여 출력한다.
차분 연산부(48)는 ADC(46)로부터 공급된 제1 및 제2 센싱 데이터를 차분 연산함으로써 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득하여 출력한다. 차분 연산부(48)는 제1 센싱 기간에서 ADC(46)로부터 공급된 제1 센싱 데이터를 버퍼에 임시 저장한 다음, 제2 센싱 기간에서 ADC(46)로부터 공급된 제2 센싱 데이터와 버퍼링된 제1 센싱 데이터를 차분 연산함으로써 제2 센싱 데이터에서 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득하여 출력한다.
신호 프로세서(38)는 리드아웃 회로(40)로부터의 센싱 데이터를 이용하여 터치 화소별로 터치 여부를 판단하여 터치 영역을 검출하고, 검출된 터치 영역에 대한 터치 포인트 좌표를 검출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다.
제어 신호 생성부(36)는 터치 센서 구동부(34) 및 리드아웃 회로(40)의 구동 타이밍을 제어하는 다수의 제어 신호들을 생성하여 해당 회로 블록으로 공급한다.
도 7은 도 6에 나타낸 리드아웃 회로(40)의 상세 구성을 나타낸 것으로, 특히 한 리드아웃 라인(RX0)에 접속된 한 채널의 상세 회로를 대표적으로 나타낸 것이다. 도 8은 도 7에 나타낸 리드아웃 회로의 구동 파형을 나타낸 것으로, 한 스캔 라인(TX1)의 제1 및 제2 센싱 기간에서의 구동 파형을 대표적으로 나타낸 것이다.
도 7을 참조하면, 아날로그 센싱부(42)는 제1 증폭기(A1)와, 리드아웃 라인(RX0)과 제1 증폭기(A1)의 한 입력단자 사이에 직렬 접속된 제1 및 제2 스위치(S1, S2)와, 제1 및 제2 스위치(S1, S2) 사이와 그라운드 사이에 접속된 제1 커패시터(C1)와, 제1 증폭기(A1)의 한 입력단자와 출력단자 사이에 병렬 접속된 제3 스위치(S3) 및 제2 커패시터(C2)를 구비한다.
샘플링/홀딩부(44)는 제2 증폭기(A2)와, 아날로그 센싱부(42)의 출력단자와 제2 증폭기(A2)의 한 입력 단자 사이에 직렬 접속된 제4 스위치(S4) 및 제3 커패시터(C3)와, 제4 스위치(S4)와 제2 증폭기(A2)의 출력단자 사이에 접속된 제5 스위치(S5)와, 제2 증폭기(A2)의 한 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된 제6 스위치(S6)를 구비한다.
ADC(46)는 자신의 입력 단자와 접속된 제7 스위치(S7)를 더 구비한다.
차분 연산부(48)는 버퍼(BF)와, ADC(46)의 출력단자와 버퍼(BF) 사이에 접속된 제8 스위치(S8)와, ADC(46)의 출력단자와 버퍼(BF)의 출력단자에 접속된 감산기(47)를 구비한다.
도 7에 나타낸 리드아웃 회로(40) 중 아날로그 센싱부(42) 및 샘플링/홀딩부(44)와 ADC(46)는 도 8에 나타낸 제1 및 제2 센싱 기간에서 동일한 동작을 반복함으로써 제1 및 제2 센싱 데이터를 각각 센싱하고, 차분 연산부(48)는 제1 및 제2 센싱 데이터의 차분 연산을 통해 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득하게 된다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 제1 센싱 기간의 t1 기간에서 리셋(RESET) 신호에 응답하여 아날로그 센싱부(42)의 증폭기(A1)의 입출력 단자가 단락되어 초기화된다.
그 다음, t2 기간 경과 후 t3 기간에서 제1 제어 신호(PHTO)에 응답하여 제1 스위치(S1)가 턴-온됨으로써 터치 센서(20)의 해당 스캔 라인(TX1)에 구동 펄스가 인가되지 않은 상태에서 해당 리드아웃 라인(RX0)으로부터의 제1 리드아웃 신호를 센싱하여 커패시터(C1)에 저장한다.
이어서, t4 기간에서 제1 제어 신호(PHTO)와 중첩하지 않는 제2 제어 신호(PHT1)에 응답하여 제2 스위치(S2)가 턴-온됨으로써 제1 증폭기(A1)가 적분기 동작을 수행하여 제1 커패시터(C1)에 저장된 입력 전압과, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스비(C1/C2)에 비례하는 전압(Vout)을 제1 센싱 신호로 출력한다. 이때, 제2 제어 신호(PHT1)와 중첩된 제3 제어 신호(SHA_IN)에 응답하여 샘플링/홀딩부(44)의 제3 스위치(S4)가 턴-온되고, 제2 제어 신호(PHT1)에 응답하여 제6 스위치(S6)가 턴-온됨으로써 아날로그 센싱부(42)로부터 출력된 제1 센싱 신호를 샘플링하여 제3 커패시터(C3)에 홀딩시킨다.
그 다음, t5 기간에서 제1 제어 신호(PHTO)에 응답하여 제6 스위치(S6)가 턴-온됨으로써 제2 증폭기(A2)는 제3 커패시터(C3)에 홀딩된 제1 센싱 신호를 출력한다.
이어서, t6 기간에서 제2 제어 신호(PHT1)와 중첩된 제4 제어 신호(ADC_in)에 응답하여 제7 스위치(S7)가 턴-온됨으로써 샘플링/홀딩부(44)로부터의 제1 센싱 신호가 ADC(46)로 공급된다.
이에 따라, ADC(46)는 제1 센싱 신호를 디지털 제1 센싱 데이터로 변환하여 t7기간에서 출력한다. 이때, t7 기간에서 제1 제어 신호(PHT0)와 중첩된 제5 제어 신호(Buffer_WR)에 응답하여 차분 연산부(48)의 제8 스위치(S8)가 턴-온됨으로써 ADC(46)로부터 공급된 제1 센싱 데이터가 버퍼(BF)에 저장된다.
그 다음, 제2 센싱 기간의 t11 기간에서 리셋(RESET) 신호에 응답하여 아날로그 센싱부(42)의 증폭기(A1)의 입출력 단자가 단락되어 초기화된다.
그 다음, t12 기간 경과 후 t13 기간에서 제1 제어 신호(PHTO)에 응답하여 제1 스위치(S1)가 턴-온됨으로써 터치 센서(20)의 해당 스캔 라인(TX1)에 구동 펄스가 인가된 상태에서 해당 리드아웃 라인(RX0)으로부터의 제2 리드아웃 신호를 센싱하여 커패시터(C1)에 저장한다.
이어서, t14 기간에서 제1 제어 신호(PHTO)와 중첩하지 않는 제2 제어 신호(PHT1)에 응답하여 제2 스위치(S2)가 턴-온됨으로써 제1 증폭기(A1)가 적분기 동작을 수행하여 제1 커패시터(C1)에 저장된 입력 전압과, 제1 및 제2 커패시터(C1, C2)의 커패시턴스비(C1/C2)에 비례하는 전압(Vout)을 제2 센싱 신호로 출력한다. 이때, 제2 제어 신호(PHT1)와 중첩된 제3 제어 신호(SHA_IN)에 응답하여 샘플링/홀딩부(44)의 제3 스위치(S4)가 턴-온되고, 제2 제어 신호(PHT1)에 응답하여 제6 스위치(S6)가 턴-온됨으로써 아날로그 센싱부(42)로부터 출력된 제2 센싱 신호를 샘플링하여 제3 커패시터(C3)에 홀딩시킨다.
그 다음, t15 기간에서 제1 제어 신호(PHTO)에 응답하여 제6 스위치(S6)가 턴-온됨으로써 제2 증폭기(A2)는 제3 커패시터(C3)에 홀딩된 제2 센싱 신호를 출력한다.
이어서, t16 기간에서 제2 제어 신호(PHT1)와 중첩된 제4 제어 신호(ADC_in)에 응답하여 제7 스위치(S7)가 턴-온됨으로써 샘플링/홀딩부(44)로부터의 제2 센싱 신호가 ADC(46)로 공급된다.
이에 따라, ADC(46)는 제2 센싱 신호를 디지털 제1 센싱 데이터로 변환하여 t17기간에서 출력한다.
따라서, t17 기간에서 차분 연산부(48)의 감산기(47)는 ADC(46)로부터 공급된 제2 센싱 데이터와 버퍼(BF)로부터 공급된 제1 센싱 데이터를 감산하여 감산 결과를 터치 데이터로 출력한다. 따라서, 차분 연산부(48)는 제2 센싱 데이터에서 제1 센싱 데이터에 해당하는 오프셋 성분을 제거함으로써 정확한 센싱 데이터를 출력할 수 있다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 방법을 이용한 터치 데이터의 취득 결과를 보여주는 도면이다.
도 9를 참조하면, 제1 센싱 기간에서 터치 센서에 구동 펄스를 인가하지 않은 상태에서 오프셋 성분을 포함하는 제1 센싱 데이터를 취득하고, 제2 센싱 기간에서 터치 센서에 구동 펄스를 인가한 상태에서 오프셋 성분과 터치(뮤추얼 커패시턴스) 성분을 포함하는 제2 센싱 데이터를 취득한 다음, 제1 및 제2 센싱 데이터를 차분 연산함으로써 제2 센싱 데이터에서 옵셋 성분이 제거되어 터치 성분만을 포함하는 터치 데이터를 취득할 수 있음을 알 수 있다.
이와 같이, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치 및 방법은 구동 펄스를 이용하지 않는 오프셋 성분을 제1 센싱값으로 센싱하는 제1 센싱과, 구동 펄스를 이용하여 오프셋 성분과 뮤추얼 커패시턴스 성분을 제2 센싱값으로 센싱하는 제2 센싱을 반복하고, 제1 센싱값과 제2 센싱값을 차분 연산하여 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득함으로써 노이즈로 인한 터치 센싱 오류를 방지하고 정확하게 터치를 센싱할 수 있다.
이상에서 본 발명의 기술적 사상을 예시하기 위해 구체적인 실시예로 도시하고 설명하였으나, 본 발명은 상기와 같이 구체적인 실시예와 동일한 구성 및 작용에만 국한되지 않고, 여러가지 변형이 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 실시될 수 있다. 따라서, 그와 같은 변형도 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주해야 하며, 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의해 결정되어야 한다.
10: 표시 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 센싱 장치 32: 구동 펄스 생성부
34: 터치 센서 구동부 36: 제어 신호 생성부
38: 신호 프로세서 40: 리드아웃 회로
42: 아날로그 센싱부 44: 샘플링/홀딩부
46: ADC 48: 차분 연산부
50: 호스트 컴퓨터

Claims (7)

  1. 제1 센싱 기간에서, 터치 센서의 해당 스캔 라인에 구동 펄스를 공급하기 이전에 상기 터치 센서의 해당 리드아웃 라인으로부터 출력되는 제1 리드아웃 신호를 적분하여 제1 센싱 신호를 얻고, 그 제1 센싱 신호를 디지털 변환하여, 각 터치 노드의 오프셋 성분을 포함하는 제1 센싱 데이터를 획득하는 단계와;
    상기 제1 센싱 기간에 연속된 제2 센싱 기간에서, 상기 터치 센서의 상기 해당 스캔 라인에 상기 구동 펄스를 공급하고, 상기 터치 센서의 상기 해당 리드아웃 라인으로부터 출력되는 제2 리드아웃 신호를 적분하여 제2 센싱 신호를 얻고, 그 제2 센싱 신호를 디지털 변환하여, 상기 각 터치 노드의 상기 오프셋 성분과 터치 여부에 따른 뮤추얼 커패시턴스 성분을 포함하는 제2 센싱 데이터를 획득하는 단계와;
    상기 제2 센싱 기간에서, 상기 제1 센싱 데이터를 저장하고, 상기 제2 센싱 데이터와 상기 저장된 제1 센싱 데이터를 차분 연산하여, 상기 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득하는 단계를 포함하는 터치 센싱 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 터치 센서와,
    상기 터치 센서를 구동 및 센싱하는 터치 컨트롤러를 포함하고,
    상기 터치 컨트롤러는
    제1 센싱 기간에서, 상기 터치 센서의 해당 스캔 라인에 구동 펄스를 공급하기 이전에 상기 터치 센서의 해당 리드아웃 라인으로부터 출력되는 제1 리드아웃 신호를 적분하여 제1 센싱 신호를 얻고, 그 제1 센싱 신호를 디지털 변환하여, 각 터치 노드의 오프셋 성분을 포함하는 제1 센싱 데이터를 획득하고;
    상기 제1 센싱 기간에 연속된 제2 센싱 기간에서, 상기 터치 센서의 상기 해당 스캔 라인에 상기 구동 펄스를 공급하고, 상기 터치 센서의 상기 해당 리드아웃 라인으로부터 출력되는 제2 리드아웃 신호를 적분하여 제2 센싱 신호를 얻고, 그 제2 센싱 신호를 디지털 변환하여, 상기 각 터치 노드의 상기 오프셋 성분과 터치 여부에 따른 뮤추얼 커패시턴스 성분을 포함하는 제2 센싱 데이터를 획득하고;
    상기 제2 센싱 기간에서, 상기 제1 센싱 데이터를 저장하고, 상기 제2 센싱 데이터와 상기 저장된 제1 센싱 데이터를 차분 연산하여, 상기 오프셋 성분이 제거된 터치 데이터를 취득하는 터치 센싱 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는
    다수의 제어 신호를 생성하여 출력하는 제어 신호 생성부와;
    초기 구동 펄스를 생성하여 출력하는 구동 펄스 생성부와;
    상기 제어 신호 생성부로부터의 제어 신호에 응답하여, 상기 제1 센싱 기간을 제외한, 상기 제2 센싱 기간에서 상기 초기 구동 펄스를 이용하여 상기 해당 스캔 라인에 상기 구동 펄스를 공급하는 터치 센서 구동부와;
    상기 제어 신호 생성부로부터의 제어 신호에 응답하여, 상기 제1 센싱 기간에서 상기 제1 리드아웃 신호로부터 상기 제1 센싱 데이터를 획득하고, 상기 제2 센싱 기간에서 상기 제2 리드아웃 신호로부터 상기 제2 센싱 데이터를 획득하고, 상기 제1 센싱 데이터를 저장하며, 상기 제2 센싱 데이터와 상기 저장된 제1 센싱 데이터를 차분 연산하여 상기 터치 데이터를 취득하고 출력하는 리드아웃 회로를 구비하는 터치 센싱 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 리드아웃 회로는
    상기 제1 센싱 기간에서 상기 제1 리드아웃 신호를 적분하여 상기 제1 센싱 신호로 출력하고, 상기 제2 센싱 기간에서 상기 제2 리드아웃 신호를 적분하여 상기 제2 센싱 신호로 출력하는 아날로그 센싱부와;
    상기 제1 센싱 기간에서 상기 제1 센싱 신호를 샘플링 및 홀딩하여 출력하고, 상기 제2 센싱 기간에서 상기 제2 센싱 신호를 샘플링 및 홀딩하여 출력하는 샘플링 및 홀딩부와;
    상기 제1 센싱 기간에서 상기 샘플링 및 홀딩부로부터의 제1 센싱 신호를 상기 제1 센싱 데이터로 디지털 변환하여 출력하고, 상기 제2 센싱 기간에서 상기 샘플링 및 홀딩부로부터의 제2 센싱 신호를 상기 제2 센싱 데이터로 디지털 변환하여 출력하는 디지털-아날로그 변환부와;
    상기 제1 센싱 기간에서 상기 디지털-아날로그 변환부로부터 출력된 제1 센싱 데이터를 버퍼에 저장하고, 상기 제2 센싱 기간에서 상기 디지털-아날로그 변환부로부터 출력된 제2 센싱 데이터와 상기 버퍼로부터 출력된 제1 센싱 데이터를 감산하여 상기 터치 데이터를 취득하는 차분 연산부를 구비하는 터치 센싱 장치.
  7. 삭제
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