KR102504529B1 - 터치 스크린 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 전압 센싱부의 출력전압이 포화되는 것을 방지하기 위해, 복수회의 서브 센싱 기간 및 복수회의 서브 리셋 기간이 교번하여 구성된 단위 터치 센싱 기간 동안, 터치 전압 센싱부가 서브 센싱 기간 마다 터치 전극의 정전 용량과 기생용량에 충전된 전압을 센싱하여 출력전압을 산출하고, 서브 리셋 기간 마다 상기 출력전압을 리셋시키고, 아날로그 디지털 변환부가 서브 센싱 기간 별로 산출된 상기 터치 전압 센싱부의 출력전압을 디지털 데이터인 서브 터치 로우 데이터로 변환하며, 디지털 적분기가 단위 터치 센싱 기간 동안 산출된 서브 터치 로우 데이터들을 누적하여 단위 터치 센싱 기간의 터치 로우 데이터를 산출하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 스크린 장치 및 그 구동 방법{Touch Screen Device and Method for Driving The Same}

본 발명은 터치 스크린 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.

사용자와 각종 전가기기 사이의 인터페이스를 구성하기 위해 키보드, 마우스, 트랙볼, 조이스틱, 디지타이저(Digitizer) 등과 같은 다양한 입력장치(Input Device)들이 사용되고 있다. 따라서, 편리하면서도 간단하고 오작동을 감소시킬 수 있는 입력장치에 대한 요구가 날로 증가되고 있다.

이와 같은 요구에 따라 사용자가 손이나 펜 등으로 화면과 직접 접촉하여 정보를 입력하는 터치 스크린 장치(Touch Screen Device)가 제안되었다. 터치 스크린 장치는 표시부에 표시되어 있는 버튼을 손가락으로 접촉하는 것만으로 정보 입력이 가능하므로 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있어, 스마트폰, 태블릿, PMP 등과 같은 휴대용 표시장치에도 적용되고 있다.

터치 스크린 장치는 터치 전극들, 터치 전극들에 터치 구동전압들을 공급하여 터치 전극들의 정전용량들을 충전한 후 터치 전극들의 정전용량들에 충전된 전압을 센싱하고, 센싱된 전압을 터치 로우 데이터로 출력하는 터치 구동부, 및 터치 로우 데이터를 분석하여 터치 좌표들을 산출하는 터치 좌표 산출부를 포함한다.

터치 스크린 장치가 화상을 표시하는 표시패널 내에 마련되는 인셀 타입(In-Cell Type)으로 구현되는 경우, 터치 전극들이 표시패널(10)을 구성하는 화소들의 화소 전극들과 화소들에 접속되는 복수의 구동라인들에 인접하게 형성될 수 있다. 터치 전극들과 화소 전극들/구동라인들 사이에 기생용량(Parasitic Capacitance)이 형성되고, 터치 전극들과 사람의 손가락 또는 펜 사이에는 정전용량이 형성된다. 즉, 터치가 발생된 터치 전극에는 기생용량과 정전용량이 형성되나, 터치가 발생되지 않은 터치 전극에는 기생용량만이 형성된다.

이때, 터치 구동부에 포함된 터치 전압 센싱부는 도 1에 도시된 바와 같이 터치가 발생된 터치 전극의 출력 전압과 터치가 발생되지 않은 터치 전극의 출력 전압간의 차이(Gap)를 이용하여 어느 터치 전극이 터치되었는지를 판단하게 된다.

하지만, 터치 전압 센싱부의 출력전압에 대한 허용 범위는 미리 결정되어 있는데, 터치 전압 센싱부에서 출력 전압 산출 과정에서 정전용량뿐만 아니라 기생용량도 계속하여 누적되어 증가되기 때문에, 터치 전압 센싱부의 출력전압이 정해진 허용 범위를 벗어나 포화(Saturation)될 수 있다.

이와 같이, 터치 전압 센싱부의 출력전압이 포화되는 경우, SNR 특성이 저하됨은 물론 정확한 터치 판정이 이루어질 수 없다는 문제점이 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 터치 전압 센싱부의 출력전압이 포화되는 것을 방지할 수 있는 터치 스크린 장치와 그의 구동방법을 제공한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 터치 스크린 장치는, 복수회의 서브 센싱 기간 및 복수회의 서브 리셋 기간이 교번하여 구성된 단위 터치 센싱 기간 동안, 상기 서브 센싱 기간 마다 상기 터치 전극의 정전 용량과 기생용량에 충전된 전압을 센싱하여 출력전압을 산출하고, 상기 서브 리셋 기간 마다 상기 출력전압을 리셋시키는 터치 전압 센싱부과, 상기 서브 센싱 기간 별로 산출된 상기 터치 전압 센싱부의 출력전압을 디지털 데이터인 서브 터치 로우 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환부와, 상기 단위 터치 센싱 기간 동안 산출된 상기 서브 터치 로우 데이터들을 누적하여 상기 단위 터치 센싱 기간의 터치 로우 데이터를 산출하는 디지털 적분기를 포함하는 것을 특징으로 한다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 다른 측면에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법은 터치 전극의 정전용량과 기생용량을 터치 구동전압으로 충전하는 단계와, 복수회의 서브 센싱 기간 및 복수회의 서브 리셋 기간이 교번하여 구성된 단위 터치 센싱 기간 동안, 각 서브 센싱 기간 마다 상기 터치 전극의 정전 용량과 기생용량에 충전된 전압을 센싱하여 출력전압을 산출하는 단계와, 각 서브 리셋 기간 마다 상기 출력전압을 리셋시키는 단계와, 상기 각 서브 센싱 기간 별로 산출된 상기 출력전압을 디지털 데이터인 서브 터치 로우 데이터로 변환하는 단계와, 상기 단위 터치 센싱 기간 동안 생성된 서브 터치 로우 데이터들을 누적하여 상기 단위 터치 센싱 기간의 터치 로우 데이터를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 터치 센싱 기간 동안 하나의 터치 전극에 대한 센싱 데이터를 복수회 구분하여 적분함으로써 터치 전압 센싱부의 출력전압이 포화되는 것을 방지할 수 있어 SNR의 감소를 방지하고 터치 센싱의 정확도를 향상시킬 수 있다는 효과가 있다.

도 1은 일반적인 터치 전압 센싱부의 출력전압이 포화되는 것을 보여주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 상세히 보여주는 블록도이다.
도 3은 도 2의 표시패널의 화소들, 터치 전극들, 터치 구동라인들, 및 터치 구동부를 보여주는 예시도면이다.
도 4는 도 3의 화소를 상세히 보여주는 예시도면이다.
도 5는 1 프레임 기간 동안 터치 구동라인들에 공급되는 신호들을 보여주는 파형도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 구동부의 구성을 보여주는 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 터치 전압 센싱부의 구성을 보여주는 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시된 터치 전압 센싱부의 동작 타이밍도를 보여주는 도면이다.
도 9는 본 발명에 따른 터치 로우 데이터와 종래기술에 따른 터치 로우 데이터를 비교하여 보여주는 도면이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법을 보여주는 플로우차트이다.

본 명세서에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 정의하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "제1", "제2" 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로, 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다.

"포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 하나 또는 그 이상의 다른 특징이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

"적어도 하나"의 용어는 하나 이상의 관련 항목으로부터 제시 가능한 모든 조합을 포함하는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, "제1 항목, 제2 항목 및 제 3항목 중에서 적어도 하나"의 의미는 제1 항목, 제2 항목 또는 제3 항목 각각 뿐만 아니라 제1 항목, 제2 항목 및 제3 항목 중에서 2개 이상으로부터 제시될 수 있는 모든 항목의 조합을 의미한다.

이하, 첨부되는 도면을 참고하여 본 발명의 실시예들에 대해 상세히 설명한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치를 보여주는 블록도이다. 도 3은 도 2의 표시패널의 화소들, 터치 전극들, 터치 구동라인들, 및 터치 구동부를 보여주는 예시도면이다. 도 4은 도 3의 화소를 상세히 보여주는 예시도면이다. 이하에서는 도 2 내지 도 4을 결부하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치에 대하여 개략적으로 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 자기 정전용량(셀프 커패시턴스, Self Capacitance) 방식으로 구현된 것을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 상호 용량(Mutual Capacitance) 방식 등의 다른 정전용량 방식으로도 구현 가능하다.

또한, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 터치 전극들이 표시패널(10)에 포함된 인셀 타입(In-Cell Type)으로 구현된 것을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 터치 전극들이 표시패널(10)상에 마련되는 온셀 타입(On-cell Type)으로 구현될 수 있다.

나아가, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD)인 것을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다. 즉, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 유기발광표시장치(Organic Light Emitting Display), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Device), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display Device)로 구현될 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치는 도 2와 같이 표시패널(10), 게이트 구동부(20), 데이터 구동부(30), 타이밍 제어부(40), 터치 구동부(50), 터치 좌표 산출부(60), 및 메인 프로세서(70)를 포함한다.

표시패널(10)은 하부기판, 상부기판, 및 하부기판과 상부기판 사이에 개재된 액정층을 포함한다. 표시패널(10)의 하부기판에는 데이터라인들(D1~Dm, m은 2 이상의 양의 정수), 게이트라인들(G1~Gn, n은 2 이상의 양의 정수), 및 터치 구동라인들(C1~Cp, p는 2 이상의 양의 정수)이 형성된다. 데이터라인들(D1~Dm)과 터치 구동라인들(C1~Cp)은 게이트라인들(G1~Gn)과 교차될 수 있다.

데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에는 도 2와 같이 화소(P)들이 형성될 수 있다. 화소(P)들 각각은 데이터라인과 게이트라인에 접속될 수 있다. 화소(P)들 각각은 도 4와 같이 트랜지스터(T), 화소전극(11), 액정셀(13), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다. 트랜지스터(T)는 제k(k는 1≤k≤n을 만족하는 양의 정수) 게이트라인(Gk)의 게이트신호에 의해 턴-온되어 제j(j는 1≤j≤m을 만족하는 양의 정수) 데이터라인(Dj)의 데이터전압을 화소전극(11)에 공급한다. 터치 전극(12)은 터치 구동라인들(C1~Cp) 중 어느 하나(Cq)로부터 공통전압을 공급받는다. 터치 전극(12)에 공통전압이 공급되는 경우, 터치 전극(12)은 공통전극으로서 역할을 한다. 이로 인해, 화소(P)들 각각은 화소전극(11)에 공급된 데이터전압과 터치 전극(12)에 공급된 공통전압의 전위차에 의해 발생되는 전계에 의해 액정셀(13)의 액정을 구동하여 백라이트 유닛으로부터 입사되는 빛의 투과량을 조정할 수 있다. 그 결과, 화소(P)들은 화상을 표시할 수 있다. 또한, 스토리지 커패시터(Cst)는 화소전극(11)과 터치 전극(12) 사이에 마련되어 화소전극(11)과 터치 전극(12) 간의 전압차를 일정하게 유지한다.

표시패널(10)에는 도 3과 같이 복수의 터치 전극(12)들이 형성된다. 터치 전극(12)들 각각은 s(s는 2 이상의 양의 정수) 개의 화소들과 중첩되도록 형성될 수 있다. 예를 들어, 터치 전극(12)의 크기는 손가락의 접촉 면적, 펜의 접촉 면적 등을 고려하여 설정될 수 있다.

터치 전극(12)들 각각은 도 3과 같이 터치 구동라인들(C1~Cp) 중 어느 하나에 접속될 수 있다. 터치 구동라인들(C1~Cp) 각각은 터치 전극(12)들 각각과 터치 구동부(50)를 연결한다. 도 5와 같이 터치 전극(12)들은 터치 구동라인들(C1~Cp)을 통해 터치 구동부(50)로부터 디스플레이 구동기간(DP) 동안 공통전압(Vcom)을 공급받고, 터치 센싱기간(TP) 동안 터치 구동전압들(VD1~VDp)을 공급받을 수 있다. 터치 전극(12)들에 공통전압(Vcom)이 공급되는 경우 터치 전극(12)들은 공통전극으로서 역할을 한다. 터치 구동라인들(C1~Cp)은 도 3과 같이 서로 인접한 두 개의 화소들 사이에 배치될 수 있다.

표시패널(10)의 상부기판에는 블랙매트릭스(Black Matrix)와 컬러필터(Color Filter) 등이 형성될 수 있다. 다만, 표시패널(10)이 COT(Color Filter On TFT) 구조로 형성되는 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(10)의 하부기판에 형성될 수 있다.

표시패널(10)의 상부기판과 하부기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정의 프리틸트각(Pre-Tilt Angle)을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부기판과 하부기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell Gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(10)의 하부기판의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(Edge Type) 또는 직하형(Direct Type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(10)에 빛을 조사한다.

게이트 구동부(20)는 타이밍 제어부(40)로부터 입력되는 게이트 제어신호(GCS)에 따라 게이트 신호들을 생성한다. 게이트 구동부(20)는 디스플레이 구동기간(DP) 동안 게이트 신호들을 미리 정해진 순서대로 게이트라인들(G1~Gn)에 공급한다. 미리 정해진 순서는 순차적인 순서일 수 있다.

게이트 구동부(20)는 터치 센싱 기간(TP) 동안 게이트 신호들을 게이트 라인들(G1~Gn)에 공급하지 않는다. 다른 실시예에 있어서 게이트 구동부(20)는 터치 센싱 기간(TP) 동안 터치 전극에 인가되는 터치 구동 전압(VD1~VDp)으로 인한 영향을 제거하기 위해 터치 센싱 기간(TP) 동안 터치 구동 전압(VD1~VDp)과 동일한 주파수 및 동일한 스윙폭을 갖는 게이트 신호들을 각 게이트 라인(G1~Gn)에 공급할 수도 있다.

데이터 구동부(30)는 타이밍 제어부(40)로부터 디지털 비디오 데이터(DATA)와 데이터 제어신호(DCS)를 입력 받는다. 데이터 구동부(30)는 데이터 제어신호(DCS)에 따라 디지털 비디오 데이터(DATA)를 아날로그 데이터 전압들로 변환한다. 데이터 구동부(30)는 디스플레이 구동기간(DP) 동안 데이터 전압들을 데이터 라인들(D1~Dm)에 공급한다.

데이터 구동부(30)는 터치 센싱기간(TP) 동안 데이터전압들을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급하지 않는다. 다른 실시예에 있어서 데이터 구동부(30)는 터치 센싱 기간(TP) 동안 터치 전극에 인가되는 터치 구동 전압(VD1~VDp)으로 인한 영향을 제거하기 위해 터치 센싱 기간(TP) 동안 터치 구동 전압(VD1~VDp)과 동일한 주파수 및 동일한 스윙폭을 갖는 데이터 제어 신호들을 각 데이터 라인(D1~Dm)에 공급할 수도 있다.

타이밍 제어부(40)는 메인 프로세서(70)로부터 디지털 비디오 데이터(DATA)와 타이밍 신호들(TS)을 입력 받는다. 타이밍 신호들(TS)은 수직동기신호(Vertical Synchronization Signal), 수평동기신호(Horizontal Synchronization Signal), 데이터 인에이블 신호(Data Enable Signal), 도트 클럭(Dot Clock) 등을 포함할 수 있다. 수직동기신호는 1 프레임 기간을 정의하는 신호이다. 수평동기신호는 표시패널(10)의 1 수평라인의 화소들에 데이터 전압들을 공급하는 1 수평기간을 정의하는 신호이다. 1 수평라인의 화소들은 동일한 게이트라인에 접속될 수 있다. 데이터 인에이블 신호는 유효한 디지털 비디오 데이터가 공급되는 기간을 정의하는 신호이다. 도트 클럭은 미리 정해진 주기로 짧게 반복되는 신호이다.

타이밍 제어부(40)는 도 5와 같이 1 프레임 기간(Frame Period)을 디스플레이 구동기간(DP)과 터치 센싱기간(TP)으로 분할하고, 디스플레이 구동기간(DP) 동안 게이트 구동부(20)가 게이트 라인들(G1~Gn)에 게이트 신호들을 공급하고, 데이터 구동부(30)가 데이터 라인들(D1~Dm)에 데이터 전압들을 공급하도록 제어한다. 도 5에서는 1 프레임 기간(Frame Period)이 하나의 디스플레이 구동기간(DP)과 하나의 터치 센싱 기간(TP)을 포함하는 것을 예시하였으나, 이에 한정되지 않는다. 즉, 1 프레임 기간(Frame Period)은 복수의 디스플레이 구동기간(DP)과 복수의 터치 센싱기간(TP)을 포함할 수 있다.

타이밍 제어부(40)는 타이밍 신호들에 기초하여 게이트 구동부(20)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 제어신호(GCS)와 데이터 구동부(30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 제어신호(DCS)를 생성한다. 타이밍 제어부(40)는 게이트 구동부(20)에 게이트 제어신호(GCS)를 출력하고, 데이터 구동부(30)에 디지털 비디오 데이터(DATA)와 데이터 제어신호(DCS)를 출력한다.

타이밍 제어부(40)는 디스플레이 구동기간(DP)과 터치 센싱기간(TP)을 구분하기 위해 모드신호(MODE)를 생성할 수 있다. 타이밍 제어부(40)는 모드신호(MODE)를 터치 구동부(50)로 출력할 수 있다.

터치 구동부(50)는 타이밍 제어부(40)로부터 모드신호(MODE)를 입력 받고, 터치 좌표 산출부(60)로부터 터치 제어 신호(TCS)를 입력 받고, 전원 공급원(미도시)으로부터 공통전압(Vcom)을 입력받는다.

터치 구동부(50)는 모드신호(MODE)에 따라 도 5와 같이 1 프레임 기간(Frame Period)을 디스플레이 구동기간(DP)과 터치 센싱기간(TP)으로 분할하여 동작한다. 터치 구동부(50)는 제1 로직 레벨 전압의 모드신호(MODE)가 입력되면 도 5와 같이 디스플레이 구동기간(DP) 동안 공통전압(Vcom)을 터치 구동라인들(C1~Cp)에 공급한다. 터치 구동부(50)는 제2 로직 레벨 전압의 모드신호(MODE)가 입력되는 경우 터치 센싱 기간(TP) 동안 터치 제어신호(TCS)에 따라 터치 구동전압들(VD1~VDp)을 생성한다. 터치 구동부(50)는 도 5와 같이 터치 센싱기간(TP) 동안 터치 구동전압들(VD1~VDp)을 미리 정해진 순서대로 터치 구동라인들(C1~Cp)에 공급할 수 있다. 미리 정해진 순서는 도 5와 같이 순차적인 순서일 수 있다. 도 5에서는 터치 구동전압들(VD1~VDp)이 공통전압(Vcom)보다 높은 레벨의 전압을 갖는 것을 중심으로 설명하였으나, 이에 한정되지 않는다. 터치 구동전압들(VD1~VDp) 각각은 도 5와 같이 복수 개의 펄스들을 포함할 수 있다. 터치 구동부(50)는 터치 전극(12)들로부터의 센싱 신호들을 터치 로우 데이터(TRD)로 변환하여 터치 좌표 산출부(60)로 출력한다.

터치 센싱기간(TP) 동안 터치 구동부(50)의 동작에 대한 자세한 설명은 도 6 내지 도 8을 결부하여 후술한다.

터치 좌표 산출부(60)는 터치 구동부(50)로부터 터치 로우 데이터(TRD)를 입력받는다. 터치 좌표 산출부(60)는 제1 기준값 이상인 터치 로우 데이터(TRD)가 입력되는 경우 사용자의 터치가 발생했다고 판단하고, 제1 기준값 이상의 터치 로우 데이터(TRD)의 터치 전극(12)의 좌표를 터치 좌표로 산출한다. 터치 좌표 산출부(60)는 터치 좌표 정보를 포함하는 터치 좌표 데이터(CD)를 메인 프로세서(70)로 출력한다.

메인 프로세서(70)는 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 노트북, 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 스마트폰, 태블릿, 이동 단말기 중 어느 하나의 중앙처리장치(CPU), 호스트 프로세서(Host Processor), 어플리케이션 프로세서(Application Processor), 또는 그래픽 처리장치(GPU)로 구현될 수 있다.

메인 프로세서(70)는 디지털 비디오 데이터(DATA)를 표시패널(10)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환하여 타이밍 제어부(40)에 전송한다. 메인 프로세서(70)은 터치 좌표 산출부(60)로부터 터치 좌표 데이터(CD)를 입력받을 수 있다. 메인 프로세서(70)는 터치 좌표 데이터(CD)에 따라 터치 좌표에 존재하는 아이콘의 응용 프로그램 또는 어플리케이션 프로그램을 실행하고, 실행 프로그램에 따른 디지털 비디오 데이터(DATA)와 타이밍 신호들(TS)을 타이밍 제어부(40)로 전송한다.

이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 구동부에 대해 보다 구체적으로 설명한다.

도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 구동부의 구성을 보다 구체적으로 보여주는 블록도이고, 도 7은 터치전극들 중 제q 터치 전극과 연결되는 제q 터치 구동 라인에 접속된 터치 전압 센싱부의 구성을 보여주는 블록도이며, 도 8은 도 7에 도시된 터치 전압 센싱부의 동작 타이밍도를 보여주는 도면이다.

도 6에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 구동부(50)는 제어신호 생성부(80), 센싱 회로부(90), 멀티플렉서(100), 아날로그 디지털 변환부(110), 디지털 적분기(120), 및 인터페이스부(130)를 포함한다.

제어 신호 생성부(80)는 인터페이스부(130)를 통해 터치 좌표 산출부(60)로부터 전달되는 터치 제어 신호(TSS)에 따라 터치 구동부(50)를 제어하기 위한 제어 신호를 생성한다. 보다 구체적으로, 제어 신호 생성부(80)는 도 8에 도시된 바와 같이, 각 터치 전극(12) 별로 터치를 센싱하기 위해 할당된 단위 터치 센싱 기간(TSP) 마다 리셋 신호(RCS)를 생성하여 센싱 회로부(90)로 제공한다. 일 실시예에 있어서, 단위 터치 센싱 기간(TSP)는 터치 센싱 기간(TP)와 동일한 시간으로 설정될 수 있다.

특히, 본 발명에 따른 제어 신호 생성부(80)는 각 터치 전극(12) 별로 할당된 단위 터치 센싱 기간(TSP)을 복수회의 서브 센싱 기간(SSP1~SSPn) 및 복수회의 서브 리셋 기간(SRP1~SRPn)으로 교번하여 구동시키기 위한 서브 리셋 신호(SRCS)를 생성하여 센싱 회로부(90)로 제공한다.

본 발명에서 각 터치 전극(12) 별로 할당된 단위 터치 센싱 기간(TSP)을 복수회의 서브 센싱 기간(SSP1~SSPn) 및 복수회의 서브 리셋 기간(SRP1~SRPn)으로 교번하여 구동하는 것은, 단위 터치 센싱 기간(TSP) 전체에 걸쳐 터치 전극(12)의 터치 전압을 센싱하게 되면 센싱 회로부(90)에 포함된 각 터치 전압 센싱부(62)의 출력전압(Vout) 산출시 정전용량뿐만 아니라 기생용량도 계속하여 누적되어 증가되기 때문에 각 터치 전압 센싱부(62)의 출력전압(Vout)이 터치 전압 센싱부(62)의 정해진 허용 범위를 벗어나 포화(Saturation)될 수 있기 때문이다.

즉, 본 발명은, 센싱 회로부(90)에 포함된 각 터치 전압 센싱부(62)가 서브 센싱 기간(SSP1~SSPn) 동안 터치 전극(12)의 정전 용량과 기생용량에 충전된 전압을 분할하여 센싱하고, 서브 센싱 기간(SSP1~SSPn)이 종료될 때마다 서브 리셋 기간(SRP1~SRPn)을 통해 터치 전압 센싱부(62)를 리셋시킨다. 이를 통해, 터치 전압 센싱부(62)의 출력전압(Vout)이 터치 전압 센싱부(62)의 정해진 허용 범위를 벗어나 포화되는 것을 방지할 수 있게 된다.

일 실시예에 있어서 제어 신호 생성부(80)는, 제1 로직 레벨로 유지되는 시간 동안 터치 전압 센싱부(62)가 서브 센싱 기간(SSP1~SSPn)으로 구동되고, 제2 로직 레벨로 유지되는 시간 동안 터치 전압 센싱부(62)가 서브 리셋 기간(SRP1~SRPn)으로 구동되도록 서브 리셋 신호(SRSP)를 생성할 수 있다.

센싱 회로부(90)는 각 터치 전극(12)의 터치를 센싱하기 위한 것으로서, 각 터치 전극(12)의 터치를 센싱하기 위한 복수개의 터치 전압 센싱부(62)를 포함한다. 터치 전압 센싱부(62)는 각 터치 전극(12)에 연결된 터치 구동라인 별로 접속되어 각 터치 전극(12)의 터치를 센싱한다. 각 터치 전압 센싱부(62)는 터치 전극(12)의 터치를 센싱하여 산출되는 출력전압(Vout)을 멀티플렉서(100)를 통해 아날로그 디지털 변환부(110)로 제공한다.

이하, 도 7을 참조하여 터치 전압 센싱부(62)의 구성을 보다 구체적으로 설명한다.

도 7은 복수개의 터치 전극들 중 제q q(q는 1≤q≤p를 만족하는 양의 정수) 터치 전극에 연결된 제q 터치 구동 라인(Cq)에 접속되는 터치 전압 센싱부(62)의 구성을 도시한 것이다.

터치 전압 센싱부(62)는 제q 터치 구동라인(Cq)을 통해 터치 전극(TEq)에 접속하여 터치 전극(TEq)의 기생용량(Cp)과 정전용량(Cs)에 충전된 전압(Va)을 센싱한다. 이를 위해, 도 7에 도시된 바와 같이, 터치 전압 센싱부(62)는 터치 구동전압 출력부(140), 연산 증폭기(150), 피드백 커패시터(160), 및 리셋 스위치(170)를 포함한다.

터치 구동전압 출력부(140)는 터치 구동라인(Cq)에 접속되어 터치 구동전압(VDq)을 터치 전극(TEq)에 출력한다. 구체적으로, 터치 구동전압 출력부(140)는 터치 제어 신호(TSS)에 따라 단위 터치 센싱 기간(TSP)동안 제q 터치 구동라인(Cq)을 통해 터치 전극(TEq)에 터치 구동전압(VDq)를 공급한다.

터치 전극(TEq)은 제q 터치 구동라인(Cq)에 접속된다. 도 7에서 도면 부호 "Rq"는 제q 터치 구동라인(Cq)의 저항을 의미한다. 터치 전극(TEq)은 도 3과 같이 화소(P)들뿐만 아니라 게이트 라인들, 데이터라 인들 또는 다른 터치 구동라인들과 중첩될 수 있으며, 이로 인해 터치 전극(TEq)과 화소(P)들의 화소 전극들과 게이트 라인들, 데이터 라인들 또는 다른 터치 구동라인들 사이에 도 7과 같이 기생용량(Parasitic Capacitance, Cp)이 형성될 수 있다. 또한, 터치 전극(TEq)과 사람의 손가락 또는 펜 사이에는 도 7과 같이 정전용량(Cs)이 형성될 수 있다. 터치가 발생된 터치 전극(TEq)에는 기생용량(Cp)과 정전용량(Cs)이 형성되나, 터치가 발생되지 않은 터치 전극에는 기생용량(Cp)만이 형성된다. 도 7에서는 설명의 편의를 위해 터치가 발생된 터치 전극(TEq)만을 예시하였다.

연산 증폭기(150)는 제1 입력단자(IN1), 제2 입력단자(IN2), 및 출력 단자(o)를 포함한다. 연산 증폭기(150)의 제1 입력단자(IN1)는 제q 터치 구동라인(Cq)에 접속되고, 제2 입력단자(IN2)는 초기화 전압이 공급되는 초기화 전압라인(VREFL)에 접속되며, 출력 단자(o)는 아날로그 디지털 변환부(110)에 접속된다.

이때, 도 7에 도시하지는 않았지만 출력단자(o)와 아날로그 디지털 변환부(110) 사이에 저장 커패시터(Cs)가 더 포함될 수도 있다. 저장 커패시터(Cs)는 출력 단자(o)와 그라운드 전압원 사이에 접속되어 출력 단자(o)의 출력 전압(Vout)을 충전하는 역할을 수행한다.

피드백 커패시터(Cfb, 160)는 연산 증폭기(150)의 제1 입력단자(IN1)와 출력 단자(o) 사이에 접속된다.

리셋 스위치(170)는 단위 터치 센싱 기간(TSP)마다 제어신호 생성부(80)로부터 수신되는 리셋신호(RCS)에 따라 피드백 커패시터(160)를 리셋시킨다. 특히, 본 발명에 따른 리셋 스위치(170)는 단위 터치 센싱 기간(TSP) 동안 제어 신호 생성부(80)로부터 수신되는 서브 리셋 신호(SRCS)에 따라 피드백 커패시터(170)를 추가로 리셋시킨다.

즉, 리셋 스위치(170)는 서브 리셋 신호(SRCS)가 제1 로직 레벨로 유지되는 시간 서브 센싱 기간(SSP1~SSPn) 동안 오프되어 터치 전압 센싱부(62)가 터치 전극(TEq)의 전압을 센싱하여 출력전압(Vout)를 출력하게 한다. 또한, 리셋 스위치(170)는 서브 리셋 신호(SRCS)가 제2 로직 레벨로 유지되는 서브 리셋 기간(SRP1~SRPn) 동안 온되어 피드백 커패시터(76)를 리셋 시킴으로써 터치 전압 센싱부(53)의 출력전압(Vout)이 리셋되도록 한다.

이러한 리셋 스위치(170)의 동작에 따라 각 서브 센싱 기간(SSP1~SSPn) 동안 연산 증폭기(150)에서 출력되는 출력전압(Vout)은 아래의 수학식 1과 같다.

[수학식 1]

Voutn=((Cs+Cp)/Cfb)*Vt

수학식 1에서, "Voutn"은 n번째 서브 센싱 기간(SSPn) 동안 연산 증폭기(150)의 출력 전압을 나타내고, "Cs"는 터치 전극(TEq)의 정전용량을 나타내며, "Cp"는 터치 전극(TEq)의 기생용량을 나타내고, "Cfb"는 피드백 커패시터(160)의 용량을 나타내며, "Vt"는 터치 전극(TEq)의 기생용량(Cp)과 정전용량(Cs)에 충전된 전압을 나타낸다.

이와 같이, 본 발명은 리셋 스위치(170)가 단위 터치 센싱 기간(TSP) 동안 제어신호 생성부(80)로부터 수신되는 서브 리셋 신호(SRCS)에 따라 피드백 커패시터(160)를 리셋 시키기 때문에, 터치 전극(12)에 충전된 전압을 복수회의 서브 센싱 기간(SSP1~SSPn) 동안 분할하여 센싱할 수 있어, 터치 전압 센싱부(62) 출력전압이 포화되는 것을 방지할 수 있게 된다.

멀티플렉서(100, Multiplex: MUX)는 인터페이스부(130)를 통해 터치 좌표 산출부(60)로부터 전달되는 터치 제어 신호(TCS)에 응답하여 복수개의 터치 전압 센싱부(62)들 중 어느 하나로부터 출력되는 출력전압(Vout)을 아날로그 디지털 변환부(110)로 출력한다.

특히, 본 발명에 따른 멀티플렉서(100)는 각 터치 전극(12)별로 할당된 단위 터치 센셍 기간(TSP) 내에서 터치 전압 센싱부(62) 별로 서브 센싱 기간 동안(SSP1~SSPn) 산출된 출력전압(Voutn)들을 아날로그 디지털 변환부(110)로 전달한다.

아날로그 디지털 변환부(110, ADC)는 멀티플렉서(100)로부터 출력되는 각 터치 전압 센싱부(62)의 서브 센싱 기간(SSP~SSPn) 별 출력전압(Vout1~Voutn)을 디지털 데이터인 서브 터치 로우 데이터(STRD1~STRDn)로 변환한다. 즉, 아날로그 디지털 변환부(110)는 제1 서브 센싱 기간(SSP1) 동안 산출된 제1 출력전압(Vout1)을 디지털 데이터인 제1 서브 터치 로우 데이터(STRD1)으로 변환하고, 제n 서브 센싱 기간(SSPn)동안 산출된 제n 출력전압(Voutn)을 제n 서브 터치 로우 데이터(STRDn)로 변환한다.

아날로그 디지털 변환부(110)는 단위 터치 센싱 기간(TSP) 동안 각 터치 전극(12)별로 산출된 각 서브 터치 로우 데이터(STRD1~STRDn)를 디지털 적분기(120)로 전달한다.

디지털 적분기(120)는 아날로그 디지털 변환부(110)로부터 전달되는 각 터치전극(12)에 대한 서브 터치 로우 데이터(STRD1~STRDn)를 디지털 적분하여 단위 터치 센싱 기간(TSP) 동안 각 터치 전극(12)의 터치 로우 데이터(TRD)를 산출한다. 즉, 디지털 적분기(120)는 제1 서브 센싱 기간(SSP1) 동안 산출된 제1 출력전압(Vout1)에 대한 제1 서브 터치 로우 데이터(STRD1)부터 제n 서브 센싱 기간(SSPn)동안 산출된 제n 출력전압(Voutn)에 대한 제n 서브 터치 로우 데이터(STRDn)를 모두 합산함으로써 단위 터치 센싱 기간(TSP)동안 각 터치 전극(12)의 터치 로우 데이터를 산출한다.

디지털 적분기(120)는 산출된 터치 로우 데이터(TRD)를 인터페이스부(66)를 통해 터치 좌표 산출부(60)로 출력한다.

인터페이스부(130)는 터치 좌표 산출부(60)로부터 터치 제어 신호(TSS)를 수신하여 터치 전압 센싱부(62)들로 전달하고, 디지털 적분기(120)로부터 수신되는 각 터치 전극(12)의 터치 로우 데이터(TRD)를 터치 좌표 산출부(60)로 전달한다.

도 9(a)는 본 발명에 따라 단위 터치 센싱 기간 동안 터치 전극의 전압을 n회 분할하여 센싱했을 때 획득된 터치 로우 데이터를 보여주는 도면이고, 도 9(b)는 종래에 따라 단위 터치 센싱 기간 동안 터치 전극의 전압을 분할하지 않고 센싱했을 때 획득된 터치 로우 데이터를 보여주는 도면이다.

도 9(b)에서 알 수 있듯이, 단위 터치 센싱 기간 동안 터치 전극의 전압을 분할하지 않고 센싱하는 경우 터치 전압 센싱부의 출력전압이 포화되기 때문에 정확한 터치 로우 데이터가 획득되지 않는다는 것을 알 수 있다. 하지만 도 9(a)에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따라 단위 터치 센싱 기간 동안 터치 전극의 전압을 n회 분할하여 센싱하는 경우 터치 전압 센싱부의 출력전압이 포화되지 않기 때문에 정확한 터치 로우 데이터가 획득된다는 것을 알 수 있다.

이하, 도 10을 참조하여 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법을 보다 구체적으로 설명한다.

도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법을 보여주는 플로우차트이다.

도 10에 도시된 터치 스크린의 구동 방법은 도 2 내지 도 7에 도시된 바와 같은 구성을 갖는 터치 스크린 장치에 적용될 수 있다.

도 10에 도시된 바와 같이, 리셋신호(RCS)에 따라 리셋 스위치(170)를 오프 시켜 피드백 커패시터(160)에 충전된 전압을 리셋시킨다(S900).

이후, 서브 리셋 신호(SRCS)가 제1 로직 레벨로 유지되는 제1 서브 센싱 기간(SSP1) 동안 리셋 스위치(170)를 오프상태로 유지시킴으로써 터치 전극(12)에 충전된 전압을 센싱하여 제1 출력전압(Vout1)을 산출한다(S910). 이때, 제1 출력전압은 터치 전극(12)에 터치 구동 전압(VD)을 인가함에 의해 터치 전극(12)의 기생용량(Cp)과 정전용량(Cs)에 충전된 전압을 센싱함에 의해 산출된다.

이후, 제1 출력전압(Vout1)을 디지털로 변환하여 제1 서브 터치 로우 데이터를 생성한다(S920).

이후, 서브 리셋 신호(SRCS)가 제2 로직 레벨로 유지되는 제1 서브 리셋 기간(SRP1) 동안 리셋 스위치(170)를 온상태로 유지시켜 피드백 커패시터(Cfb)에 충전된 전압을 리셋시켜 제1 출력전압(Vout1)을 리셋시킨다(S930). 이에 따라, 제1 서브 리셋 기간(SRP1) 동안 연산 증폭기(150)의 출력전압(Vout)이 초기화 전압으로 리셋된다.

이후, 서브 센싱 기간 및 서브 리셋 기간이 n회 반복되었는지 여부를 판단하고(S940), n회 반복되었다면 제1 서브 센싱 기간(SSP1) 내지 제n 서브 센싱 시간(SSPn) 동안 산출된 제1 서브 터치 로우 데이터(STDR1) 내지 제n 서브 터치 로우 데이터(STDRn)를 디지털 적분하여 터치 로우데이터(TDR)를 산출한다(S950).

일 실시예에 있어서, 디지털 적분은 제1 서브 터치 로우 데이터(STDR1) 내지 제n 서브 터치 로우 데이터(STDRn)를 합산함으로써 수행될 수 있다.

이후, S950에서 산출된 터치 로우 데이터를 이용하여 터치 좌표를 획득한다(S960).

한편, S940에서 서브 센싱 기간 및 서브 리셋 기간이 n회 반복되지 않았다면 S910 내지 S930을 서브 센싱 기간 및 서브 리셋 기간이 n회 될 때까지 반복한다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 상술한 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.

예컨대, 상술한 실시예에 있어서는, 터치 전압 센싱부(62)에 포함된 리셋 스위치(170)를 이용하여 터치 전압 센싱부(62)의 출력전압이 서브 리셋 기간 동안 리셋되는 것으로 설명하였다.

하지만, 변형된 실시예에 있어서, 본 발명은 터치 전압 센싱부(62)에 포함된 리셋 스위치(170) 외에 별도의 스위치를 추가하여 터치 전압 센싱부(62)의 출력전압을 서브 리셋 기간 동안 리셋시킬 수도 있을 것이다.

이를 통해, 기존의 터치 전압 센싱부(62) 내에 포함된 리셋 스위치(170)의 온오프 타이밍을 변화시키지 않고도 터치 전압 센싱부(62)의 출력전압을 리셋시키거나 터치 전극에 충전된 전압을 분할하여 센싱할 수 있게 된다.

그러므로, 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

10: 표시 패널 20: 게이트 구동부
30: 데이터 구동부 40: 타이밍 제어부
50: 터치 구동부 60: 터치 좌표 산출부
70: 메인 프로세서 80: 제어 신호 생성부
90: 센싱 회로부 100: 멀티플렉서
110: 아날로그 디지털 변환부 120: 디지털 적분기
130: 인터페이스부

Claims (10)

1. 복수의 서브 센싱 기간 및 복수의 서브 리셋 기간이 교번하여 구성된 단위 터치 센싱 기간 동안, 상기 서브 센싱 기간 마다 터치 전극의 정전 용량과 기생용량에 충전된 전압을 센싱하여 출력전압을 산출하고, 상기 서브 리셋 기간 마다 상기 출력전압을 초기화 전압으로 리셋시키는 터치 전압 센싱부;
   상기 서브 센싱 기간 별로 산출된 상기 터치 전압 센싱부의 출력전압을 디지털 데이터인 서브 터치 로우 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환부; 및
   상기 단위 터치 센싱 기간 동안 산출된, 상기 터치 전극에 대한 복수의 서브 터치 로우 데이터들을 누적하여 상기 단위 터치 센싱 기간의 터치 로우 데이터를 산출하는 디지털 적분기를 포함하고,
   상기 터치 전압 센싱부는
   상기 터치 전극의 정전 용량과 기생 용량에 충전된 전압을 상기 복수의 서브 센싱 기간으로 분할 센싱하여, 상기 복수의 서브 센싱 기간 각각에서 상기 초기화 전압으로부터 증가된 상기 출력전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치 전압 센싱부는,
   상기 터치전극에 연결된 터치 구동 라인이 접속되는 제1 입력단자, 기준 전압이 공급되는 제2 입력단자, 및 출력단자를 포함하는 연산 증폭기;
   상기 제1 입력 단자와 상기 출력단자에 접속된 피드백 커패시터; 및
   상기 피드백 커패시터를 리셋시키는 리셋 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
3. 제2항에 있어서,
   상기 서브 리셋 기간 동안 상기 리셋 스위치가 온되어 상기 피드백 커패시터에 충전된 전압이 리셋되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 단위 터치 센싱 기간을 상기 복수의 서브 센싱 기간 및 상기 복수의 서브 리셋 기간으로 교번하여 분할하기 위한 서브 리셋 신호를 생성하여 상기 터치 전압 센싱부로 공급하는 제어 신호 생성부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
5. 제4항에 있어서,
   상기 서브 센싱 기간은 상기 서브 리셋 신호가 제1 로직 레벨로 유지되는 기간이고, 상기 서브 리셋 기간은 상기 서브 리셋 신호가 제2 로직 레벨로 유지되는 기간인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 서브 리셋 신호가 상기 제1 로직 레벨로 유지되는 시간 동안 오프되어 상기 터치 전극의 정전 용량과 기생용량에 충전된 전압이 센싱되게 하고, 상기 서브 리셋 신호가 상기 제2 로직 레벨로 유지되는 시간 동안 온되어 상기 출력전압을 리셋시키는 리셋 스위치를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 터치 전압 센싱부는,
   상기 터치 전극의 정전용량과 기생용량을 충전시키기 위해 상기 터치 전극에 터치 구동 전압을 출력하는 터치 구동전압 출력부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
8. 터치 전압 센싱부에서, 터치 전극의 정전용량과 기생용량을 터치 구동전압으로 충전하는 단계;
   상기 터치 전압 센싱부에서, 복수의 서브 센싱 기간 및 복수의 서브 리셋 기간이 교번하여 구성된 단위 터치 센싱 기간 동안, 각 서브 센싱 기간 마다 상기 터치 전극의 정전 용량과 기생용량에 충전된 전압을 센싱하여 출력전압을 산출하는 단계;
   상기 터치 전압 센싱부에서, 각 서브 리셋 기간 마다 상기 출력전압을 초기화 전압으로 리셋시키는 단계;
   아날로그 디지털 변환부에서, 상기 각 서브 센싱 기간 별로 산출된 상기 출력전압을 디지털 데이터인 서브 터치 로우 데이터로 변환하는 단계; 및
   디지털 적분기에서, 상기 단위 터치 센싱 기간 동안 생성된, 상기 터치 전극에 대한 복수의 서브 터치 로우 데이터들을 누적하여 상기 단위 터치 센싱 기간의 터치 로우 데이터를 산출하는 단계를 포함하고,
   상기 터치 전압 센싱부는
   상기 터치 전극의 정전 용량과 기생 용량에 충전된 전압을 상기 복수의 서브 센싱 기간으로 분할 센싱하여, 상기 복수의 서브 센싱 기간 각각에서 상기 초기화 전압으로부터 증가된 상기 출력전압을 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동 방법.
9. 제8항에 있어서,
   제어 신호 생성부에서, 상기 단위 터치 센싱 기간을 상기 복수의 서브 센싱 기간 및 상기 복수의 서브 리셋 기간으로 교번하여 분할하기 위한 서브 리셋 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동 방법.
10. 제9항에 있어서,
    상기 서브 센싱 기간은 상기 서브 리셋 신호가 제1 로직 레벨로 유지되는 기간이고, 상기 서브 리셋 기간은 상기 서브 리셋 신호가 제2 로직 레벨로 유지되는 기간인 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동 방법.

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