KR20130017888A

KR20130017888A - Extraction method of the centroid coordinate of touch position and touch display device using the same

Info

Publication number: KR20130017888A
Application number: KR1020110080598A
Authority: KR
Inventors: 윤창용; 황윤연
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-08-12
Filing date: 2011-08-12
Publication date: 2013-02-20

Abstract

PURPOSE: A method for extracting central coordinates of a touch position and a touch display device thereof are provided to increase an interpolation speed while maintaining accuracy by a detailed interpolating touch area with a 3D line interpolation method and interpolating other touch areas with the average of sensing values of four sensing nodes facing high resolution areas in row and column directions. CONSTITUTION: A touch controller sets a touch area by using sensor nodes including a sensor node having the large strength of a touch signal based on touch recognition algorithm(S10). The touch area is divided into a high resolution area and a low resolution area(S20). An interpolation value of the high resolution area is calculated by using a 3D line interpolation method(S30). An interpolation value of the low resolution area is calculated by averaging sensing values of senor nodes facing high resolution areas in row and column directions(S40). Central coordinates of a touch position are extracted based on the calculated interpolation values(S50). [Reference numerals] (S10) Setting a touch area; (S20) Dividing the touch area into high and low resolution areas; (S30) Calculating an interpolation value with a 3D line interpolation method in the high resolution area; (S40) Calculating an interpolation value by averaging sensing values of sensor nodes around an interpolation point in the low resolution area; (S50) Extracting the central coordinates of a touch position based on the interpolation values

Description

터치 위치의 중심좌표 추출방법 및 그를 이용한 터치표시장치{Extraction Method Of The Centroid Coordinate Of Touch Position And Touch Display Device Using The Same}Extraction method of the coordinates of the touch position and the touch display device using the same {Extraction Method Of The Centroid Coordinate Of Touch Position And Touch Display Device Using The Same}

본 발명은 터치 위치의 중심좌표 추출방법 및 그를 이용한 터치표시장치에 관한 것이다.
The present invention relates to a method of extracting a center coordinate of a touch position and a touch display device using the same.

가전기기나 휴대용 정보기기의 경량화, 슬림화 추세에 따라 유저 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 스크린으로 대체되고 있다. 디스플레이 장치에 적용되는 터치 스크린은 다수의 터치센서들을 포함한다. 터치센서들은 표시패널 내에 인셀 타입(In-cell type)으로 내장되거나, 온 셀 타입(On-cell type) 또는 애드 온 셀 타입(Add-on cell type)으로 표시패널에 결합될 수 있다. 터치 방식으로는 저항막 방식(resistive type), 정전용량 방식(capacitive type), 전자 유도 방식(electro magnetic type)등이 알려져 있으며, 이들 중 특히 정전 용량 변화가 일어난 위치를 감지하여 터치된 부분을 감지하는 정전용량 방식이 널리 쓰이고 있다.User input means has been replaced with a touch screen in a button-type switch in accordance with the trend of lightening and slimming of household appliances and portable information devices. The touch screen applied to the display device includes a plurality of touch sensors. The touch sensors may be built in an in-cell type in the display panel or may be coupled to the display panel in an on-cell type or an add-on cell type. The touch type is known as a resistive type, a capacitive type, and an electro magnetic type. Among them, the touch sensing part senses the position where the capacitance change has occurred, Is widely used.

정전용량 방식은 손가락이나 도전체에 의한 정전용량의 변화를 계산함으로써 터치 위치를 감지한다. 정전용량 방식의 표시장치는 디스플레이의 해상도보다 작은 제한된 개수의 터치 센서들을 포함하기 때문에, 터치 패널 상에서 정확한 터치 위치를 찾아내기 어렵다.The capacitive method senses the touch position by calculating the change in capacitance caused by a finger or a conductor. Since the capacitive display device includes a limited number of touch sensors smaller than the resolution of the display, it is difficult to find an accurate touch position on the touch panel.

터치 위치의 중심 좌표를 정확하게 얻기 위해 보간법이 알려져 있다. 도 1은 보간법을 사용하여 센서 노드들 사이에 있는 터치 신호의 세기를 정밀하게 표현함으로써, 터치 중심 좌표를 추출하는 것을 표현한 것이다. 도 1에서, X축으로 S21 센서 노드와 S22 센서 노드 사이에, Y축으로 S12 센서 노드와 S22 센서 노드 사이에 표시된 점(P)이, 보간법을 통해 계산되며 신호의 세기가 가장 큰 터치 중심 좌표이다.Interpolation is known to accurately obtain the center coordinates of the touch position. 1 illustrates extracting touch center coordinates by accurately expressing the intensity of a touch signal between sensor nodes using interpolation. In FIG. 1, the point P indicated between the S21 sensor node and the S22 sensor node on the X axis and between the S12 sensor node and the S22 sensor node on the Y axis is calculated through interpolation and has the greatest signal center coordinates. to be.

기존의 보간법들은 영상 처리 분야의 화면 확대를 목적으로 사용되던 방식들이었기 때문에 속도보다는 정확성 성능에 중점을 두고 연구되었다. 정확한 터치 좌표 추출을 위해 사용되는 보간법은 짧은 시간안에 터치 좌표를 추정하는 것이 목적이기 때문에 정확성뿐만 아니라 속도도 고려한 방법이 필요하다. The existing interpolation methods were used for the purpose of screen magnification in the image processing field. Therefore, the interpolation methods were focused on accuracy performance rather than speed. Since the interpolation method used for accurate touch coordinate extraction is to estimate touch coordinates in a short time, a method that considers not only accuracy but also speed is required.

기존에 많이 쓰이는 보간법들 중에는 최근방 이웃 보간법(nearest neighbor interpolation), 양선형 보간법(bilinear interpolation), 3차 회선 보간법(cubic convolution interpolation) 등이 있다. 최근방 이웃 보간법은 실제 터치 위치에 가장 가까운 센서 노드를 찾고, 그 센서 노드의 값을 보간값으로 이용한다. 양선형 보간법은 4개의 센서 노드들을 이용하여 실제 터치 위치의 신호 세기를 계산한다. 양선형 보간법에서, 실제 터치 위치를 둘러싸는 4개의 센서 노드들의 값에 가중치들이 곱해진 후, 그 곱해진 결과들이 서로 더해짐으로써 보간값으로 계산된다. 최근방 이웃 보간법과 양선형 보간법은 구현이 쉽고 속도는 빠르지만 정확도가 떨어지는 단점이 있다. 3차 회선 보간법은 정확한 터치 좌표 추출을 목적으로 사용된다. 3차 회선 보간법은 주변의 16개의 센서 노드들을 사용하여 가로축으로 4번, 세로축으로 1번, 총 5번의 보간과정을 디스플레이 최대 해상도만큼 수행한다. 따라서, 3차 회선 보간법은 다른 방법들에 비해 주변의 센서 노드들의 정보를 많이 사용하여 정확도가 높다는 장점이 있지만, 전체의 터치 영역에 대해 보간을 수행하기 때문에 그만큼 속도가 떨어지는 단점이 있다.
Among the commonly used interpolation methods, there are nearest neighbor interpolation, bilinear interpolation, and cubic convolution interpolation. The nearest neighbor interpolation method finds the sensor node closest to the actual touch position and uses the value of the sensor node as the interpolation value. Bilinear interpolation calculates the signal strength of the actual touch position using four sensor nodes. In bilinear interpolation, the weights of the four sensor nodes surrounding the actual touch position are multiplied, and the multiplied results are added to each other to calculate the interpolation value. Recent neighbor interpolation and bilinear interpolation are easy to implement and fast, but have the disadvantage of inaccuracy. Third-order line interpolation is used for accurate touch coordinate extraction. In the 3rd line interpolation method, the interpolation process is performed four times on the horizontal axis, one on the vertical axis, and five times on the maximum display resolution using 16 sensor nodes. Therefore, the third line interpolation method has an advantage that accuracy is high by using a lot of information of neighboring sensor nodes, compared with other methods. However, the third line interpolation method has a disadvantage in that the speed is lowered because interpolation is performed for the entire touch area.

따라서, 본 발명의 목적은 터치 위치의 중심좌표 추출시, 정확성을 유지하면서도 보간 속도를 향상시킬 수 있도록 한 터치 위치의 중심좌표 추출방법 및 그를 이용한 터치표시장치를 제공하는 데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a method of extracting the center coordinates of a touch position and a touch display device using the same so as to improve the interpolation speed while maintaining the accuracy when extracting the center coordinates of the touch position.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법은 터치 신호의 세기가 큰 센서 노드를 포함한 다수의 센서 노드들을 이용하여 터치 영역을 설정하는 단계; 상기 터치 영역을 고해상도 영역과 저해상도 영역으로 나누는 단계; 상기 고해상도 영역에 대해서는 3차 회선 보간법을 이용하여 보간값을 계산하고, 상기 저해상도 영역에 대해서는 상기 고해상도 영역에 행 방향 및 열 방향으로 각각 이웃하는 센서 노드들의 센싱값들을 평균하여 보간값을 계산하는 단계; 및 상기 계산된 보간값들을 기반으로 터치 위치의 중심좌표를 추출하는 단계를 포함한다.In order to achieve the above object, the method of extracting the center coordinates of the touch position according to an embodiment of the present invention comprises the steps of setting a touch area using a plurality of sensor nodes including a sensor node having a large intensity of the touch signal; Dividing the touch area into a high resolution area and a low resolution area; Computing an interpolation value using third-order line interpolation for the high resolution region, and calculating an interpolation value by averaging sensing values of neighboring sensor nodes in a row direction and a column direction in the high resolution region for the low resolution region ; And extracting a center coordinate of the touch position based on the calculated interpolation values.

상기 보간값을 계산하는 단계에서, 상기 고해상도 영역에 대한 보간 정도는 상기 저해상도 영역에 대한 보간 정도에 비해 디테일하다.In the step of calculating the interpolation value, the interpolation degree for the high resolution region is detailed compared to the interpolation degree for the low resolution region.

상기 고해상도 영역과 저해상도 영역은 상기 터치 신호의 세기를 기반으로 나뉘어진다.The high resolution region and the low resolution region are divided based on the strength of the touch signal.

상기 고해상도 영역은 상대적으로 강한 터치 신호가 포함되는 영역을 지시하고; 상기 저해상도 영역은 상기 고해상도 영역에 비해 약한 터치 신호가 포함되는 영역을 지시한다.The high resolution area indicates an area in which a relatively strong touch signal is included; The low resolution region indicates an area in which a touch signal weaker than that of the high resolution region is included.

상기 3차 회선 보간법은 가중치 함수를 사용하고; 상기 가중치 함수의 파라미터 'α'값은 -2로 선택된다.The third order interpolation method uses a weight function; The parameter 'α' value of the weight function is selected as -2.

본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 이용한 터치표시장치는 화상 표시를 위한 픽셀들이 형성된 표시패널; 서로 교차되고 그 교차부에 뮤추얼 커패시터가 형성된 구동전극 라인들 및 수신전극 라인들을 포함하며, 상기 표시패널 내에 형성되거나 상기 표시패널에 결합되는 터치센서들; 상기 구동펄스를 발생하여 상기 구동 전극라인들에 공급하는 터치센서 구동회로; 상기 수신 전극라인들을 통해 상기 터치센서들을 샘플링하여 터치 데이터로 변환하는 터치센서 독출회로; 및 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 상기 터치 데이터들을 분석하여 터치된 터치센서들에 대한 중심 좌표를 추출하는 터치 콘트롤러를 구비하고; 상기 터치 콘트롤러는 상기 터치 인식 알고리즘을 이용하여, 터치 신호의 세기가 큰 센서 노드를 포함한 다수의 센서 노드들을 이용하여 터치 영역을 설정하고, 상기 터치 영역을 고해상도 영역과 저해상도 영역으로 나눈 후, 상기 고해상도 영역에 대해서는 3차 회선 보간법을 이용하여 보간값을 계산하고, 상기 저해상도 영역에 대해서는 상기 고해상도 영역에 행 방향 및 열 방향으로 각각 이웃하는 센서 노드들의 센싱값들을 평균하여 보간값을 계산한 다음, 상기 계산된 보간값들을 기반으로 터치 위치의 중심좌표를 추출한다.
According to an exemplary embodiment of the present invention, a touch display apparatus using a method of extracting a center coordinate of a touch position includes: a display panel having pixels for displaying an image; Touch sensors formed on the display panel or coupled to the display panel, the driving electrode lines and the receiving electrode lines crossing each other and having mutual capacitors formed thereon; A touch sensor driving circuit for generating the driving pulses and supplying the driving pulses to the driving electrode lines; A touch sensor reading circuit for sampling the touch sensors through the receiving electrode lines and converting the touch sensors into touch data; And a touch controller configured to extract the center coordinates of the touched sensors by analyzing the touch data using a preset touch recognition algorithm. The touch controller sets a touch area using a plurality of sensor nodes including a sensor node having a high intensity of a touch signal by using the touch recognition algorithm, divides the touch area into a high resolution area and a low resolution area, and then the high resolution. The interpolation value is calculated using a tertiary line interpolation method for the area, and the interpolation value is calculated by averaging the sensing values of neighboring sensor nodes in the row direction and the column direction for the low resolution area. The center coordinates of the touch position are extracted based on the calculated interpolation values.

본 발명에 따른 중심좌표 추출방법 및 그를 이용한 터치표시장치는 터치 신호의 피크점이 포함될 것으로 판단되는 터치 영역(고해상도 영역)에 대해서만 기존의 3차원 회선 보간법으로 디테일하게 보간하고 그 이외의 터치 영역(저해상도 영역)에 대해서는 고해상도 영역에 행 방향 및 열 방향으로 각각 이웃하는 4개의 센서 노드들의 센싱값들을 평균하여 러프하게 보간함으로써, 보간의 정확성을 유지하면서도 보간 속도를 빠르게 하여 터치 성능을 크게 향상시킬 수 있다.The center coordinate extraction method and the touch display device using the same according to the present invention interpolate the touch area (high resolution area) that is determined to include the peak point of the touch signal in detail by the conventional three-dimensional line interpolation method, and other touch areas (low resolution). Region) and roughly interpolate the sensing values of four sensor nodes adjacent to each other in the row and column directions in the high resolution region, thereby improving the touch performance by increasing the interpolation speed while maintaining the accuracy of interpolation. .

나아가, 본 발명에 따른 중심좌표 추출방법 및 그를 이용한 터치표시장치는 가중치 함수의 파라미터 'α'값을 -2로 선택함으로써 터치 좌표 추출의 정확성을 보다 향상시킬 수 있다.
Furthermore, the center coordinate extraction method and the touch display apparatus using the same according to the present invention can further improve the accuracy of the touch coordinate extraction by selecting the parameter 'α' of the weight function as -2.

도 1은 종래 보간법을 사용하여 센서 노드들 사이에 있는 터치 신호의 세기를 정밀하게 표현함으로써 터치 중심 좌표를 추출하는 것을 표현한 도면.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법에 부분적으로 이용되는 3차 회선 보간법을 보여주는 도면들.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 순차적으로 보여주는 도면.
도 5는 다수의 센서 노드들에 의해 정의되는 터치 영역과 이 터치 영역에서의 터치 신호의 세기를 보여주는 도면.
도 6은 파라미터 'α'값에 따른 가중치 함수의 차이를 보여주는 도면.
도 7은 기존의 보간법들과 본 발명에서 제안한 부분적 서브픽셀 보간법을 사용하여 터치 로(raw) 데이터를 보간한 결과를 2차원과 3차원으로 보여주는 도면.
도 8은 기존의 3차 회선 보간법과 본 발명에서 제안된 부분적 서브픽셀 보간법의 보간 속도를 비교하여 보여주는 도면.
도 9는 3차 회선 보간법과 부분적 서브픽셀 보간법의 가중치 함수의 파라미터 'α'값을 변경하면서 실험을 수행한 결과를 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치표시장치를 보여주는 도면.
도 11은 도 10에 도시된 표시패널에 형성된 픽셀 어레이와 터치센서들의 일부를 보여 주는 등가 회로도.1 is a diagram illustrating extracting touch center coordinates by precisely expressing the intensity of a touch signal between sensor nodes using a conventional interpolation method.
2 and 3 are diagrams illustrating a tertiary line interpolation method partially used in a method of extracting a center coordinate of a touch position according to an exemplary embodiment of the present invention.
4 is a view showing in sequence the method of extracting the center coordinates of the touch position according to an embodiment of the present invention.
5 shows a touch area defined by a plurality of sensor nodes and the intensity of the touch signal in this touch area.
6 is a diagram illustrating a difference of a weight function according to a parameter 'α' value.
FIG. 7 is a view showing two-dimensional and three-dimensional results of interpolating touch raw data using conventional interpolation methods and partial subpixel interpolation proposed by the present invention. FIG.
FIG. 8 is a diagram illustrating interpolation speeds between the conventional third-order interpolation method and the partial subpixel interpolation method proposed in the present invention. FIG.
9 is a diagram showing the results of experiments while changing the parameter 'α' of the weight function of the third-order interpolation and the partial subpixel interpolation.
10 illustrates a touch display device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 11 is an equivalent circuit diagram illustrating a part of a pixel array and touch sensors formed on the display panel shown in FIG. 10.

이하, 도 2 내지 도 11을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to FIGS. 2 to 11.

도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법에 부분적으로 이용되는 3차 회선 보간법을 보여준다.2 and 3 illustrate a tertiary line interpolation method partially used in a method of extracting a center coordinate of a touch position according to an exemplary embodiment of the present invention.

도 2를 참조하면, 3차 회선 보간법에서는 터치 영역으로 설정되는 주변의 16개의 센서 노드들의 센싱 값을 참조하여 정확한 터치 위치를 계산한다. 도 2에서 검정색 점(P)이 터치 위치의 중심 좌표라면, 그 주변의 16개의 원현 점들이 3차 회선 보간법에서 사용되는 센서 노드들을 나타낸다. 3차 회선 보간법에서는 총 5번의 보간이 이루어진다. 3차 회선 보간법은 주변의 16개의 센서 노드들을 사용하여 행 방향(row direction)으로 4번, 열 방향(column direction)으로 1번, 총 5번의 보간 과정을 디스플레이 해상도만큼 수행한다. 3차 회선 보간법은 행 방향으로의 4번의 보간 과정을 통해 삼각형 위치에서의 값을 추정하고, 4개의 삼각형 위치에서의 값을 이용하여 열 방향으로의 1번의 보간 과정을 수행하여 검정색 점(P) 위치에서의 값을 터치 중심 좌표로 추정하게 된다.Referring to FIG. 2, in the tertiary line interpolation method, an accurate touch position is calculated by referring to sensing values of 16 sensor nodes in the vicinity of the touch area. In FIG. 2, if the black point P is the coordinate of the center of the touch position, 16 peripheral points around it represent sensor nodes used in tertiary line interpolation. In the 3rd line interpolation, a total of 5 interpolations are performed. In the third-order interpolation method, the interpolation process is performed four times in the row direction, one in the column direction, and five times in total by the display resolution using 16 sensor nodes around the display. The third-order interpolation method estimates the value at the triangular position through four interpolation processes in the row direction, and performs one interpolation process in the column direction using the values at the four triangular positions, and performs black dots (P). The value at the position is estimated as touch center coordinates.

4개의 센서 노드들에 대해 3차 회선 보간법을 수행하는 방법은, 3차 함수를 이용하여 4개의 센서 노드들에 대한 가중치를 각각 계산하고, 각 센서 노드에서의 센싱값과 가중치를 곱한 값들의 합으로 결과 값을 계산한다. 이 가중치 함수가 3차 곡선의 모양을 가지기 때문에, 이 보간법을 3차 회선 보간법이라 부르는 것이다. In the method of performing third-order interpolation on four sensor nodes, a weight is calculated for each of the four sensor nodes using a third-order function, and the sum of the values obtained by multiplying the sensing values and the weights at each sensor node. Calculate the resulting value. Since this weight function has the shape of a cubic curve, this interpolation method is called cubic convolutional method.

이를 보다 쉽게 설명하기 위하여 도 3을 참조하여 오직 4개의 센서 노드들에 대한 3차 회선 보간법을 설명하면 다음과 같다. 도 3에서 이미 센싱 값을 알고 있는 4개의 정수 좌표는 큰 원으로 표시되고, 보간법을 이용하여 위치 값을 구하고 싶은 실수 좌표는 작은 원으로 표시된다. 4개의 정수 좌표의 센싱 값은 각각 'v1','v2','v3','v4'로 표현되었고, 'v2'의 센싱 값을 갖는 두 번째 정수 좌표와 실수 좌표 사이의 거리를 'd'로 나타내었다. 'd'는 0부터 1사이의 실수 값을 갖는다. 이 경우 'v1'을 갖는 센서 노드에서의 가중치 값은 f(1+d)로 결정되고, 'v2'을 갖는 센서 노드에서의 가중치 값은 f(d)로 결정되고, 'v3'을 갖는 센서 노드에서의 가중치 값은 f(1-d)로 결정되고, 'v4'을 갖는 센서 노드에서의 가중치 값은 f(2-d)로 결정된다. 따라서, 작은 원의 실수 좌표에 대한 보간값(v)은 v1*f(1+d)+v2*f(d)+v3*f(1-d)+v4*f(2-d)로 계산된다. 여기서, 'f'는 가중치 함수(weighted function)를 지시한다.In order to more easily explain this, referring to FIG. 3, a third-order line interpolation method for only four sensor nodes will be described. In FIG. 3, the four integer coordinates of which the sensing value is already known are represented by a large circle, and the real coordinates of which the position value is to be obtained by using interpolation are represented by a small circle. The sensing values of the four integer coordinates are expressed as 'v1', 'v2', 'v3', 'v4', respectively, and the distance between the second integer and real coordinates having the sensing value of 'v2' is 'd'. Represented by. 'd' has a real value between 0 and 1. In this case, the weight value at the sensor node with 'v1' is determined as f (1 + d), the weight value at the sensor node with 'v2' is determined as f (d), and the sensor with 'v3'. The weight value at the node is determined by f (1-d), and the weight value at the sensor node with 'v4' is determined by f (2-d). Therefore, the interpolation value (v) for the real coordinates of the small circle is calculated as v1 * f (1 + d) + v2 * f (d) + v3 * f (1-d) + v4 * f (2-d) do. Here, 'f' indicates a weighted function.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 순차적으로 보여준다. 도 5는 다수의 센서 노드들에 의해 정의되는 터치 영역과 이 터치 영역에서의 터치 신호의 세기를 보여준다.4 sequentially shows a method of extracting the center coordinates of a touch position according to an embodiment of the present invention. 5 shows a touch area defined by a plurality of sensor nodes and the intensity of the touch signal in this touch area.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법은 센서 노드들로부터 입력되는 센싱 값들(또는 터치 데이터)을 기반으로 터치 신호의 세기가 큰 센서 노드를 포함하여 16개의 센서 노드들로 정의되는 터치 영역(touch area)을 도 5와 같이 설정한다.(S10)Referring to FIG. 4, a method of extracting a center coordinate of a touch position according to an embodiment of the present invention includes 16 sensor nodes including a sensor node having a large intensity of a touch signal based on sensing values (or touch data) input from sensor nodes. A touch area defined as sensor nodes is set as shown in FIG. 5 (S10).

정확한 터치 좌표 추출을 위해 보간법을 사용하는 경우에는 터치 영역에서 터치 신호의 피크점을 찾는 것이 목적이기 때문에 모든 터치 영역에 대해서 보간법을 수행할 필요가 없다. 본 발명은 터치 신호의 피크점이 포함될 것으로 판단되는 부분에 대해서만 보간을 수행한다. 이를 위해, 본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법은 아래의 수학식 1 및 2를 이용하여 도 5에 도시된 바와 같이 터치 영역을 고해상도 영역과 저해상도 영역으로 나눈다.(S20) 고해상도 영역(도 5의 터치 영역에서 빗금친 영역)은 강한 터치 신호(strong touch signal)가 포함될 것으로 예상되는 영역을 지시하고, 저해상도 영역(도 5의 터치 영역에서 빗금친 영역의 바깥 영역)은 약한 터치 신호(weak touch signal)가 포함될 것으로 예상되는 영역을 지시한다.When the interpolation method is used for accurate touch coordinate extraction, it is not necessary to perform the interpolation method for all the touch areas because the purpose is to find the peak point of the touch signal in the touch area. The present invention performs interpolation only on a portion of the touch signal that is determined to include a peak point. To this end, the method of extracting the center coordinates of the touch position according to the embodiment of the present invention divides the touch area into a high resolution area and a low resolution area as shown in FIG. 5 using Equations 1 and 2 below. The area (the area shaded in the touch area of FIG. 5) indicates the area where a strong touch signal is expected to be included, and the low resolution area (the area outside the area shaded in the touch area of FIG. 5) is a weak touch. Indicates a region that is expected to contain a weak touch signal.

수학식 1에서, 'dk'는 'l'행(l row)에서 보간될 점(P)과 센서노드 사이의 거리를 지시하고, 'dl'는 'k'열(k column)에서 보간될 점(P)과 센서노드 사이의 거리를 지시한다. 'loc'는 센서 노드의 위치를 계산하기 위한 함수이며,

는 'l'행과 'k'열이 교차되는 지점의 센서 노드에서의 터치 신호의 세기(또는, 터치 신호의 센싱값)를 나타낸다.In Equation 1, 'dk' indicates the distance between the point P to be interpolated in the 'l' row and the sensor node, and 'dl' indicates the point to be interpolated in the 'k' column. Indicate the distance between (P) and the sensor node. 'loc' is a function for calculating the position of a sensor node.

Denotes the intensity (or sensed value of the touch signal) of the touch signal at the sensor node at the point where the 'l' row and the 'k' column intersect.

본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법은 고해상도 영역에 대해서는 아래의 수학식 3 및 4로 대표되는 3차 회선 보간법을 이용하여 디스플레이의 해상도(도 5의 터치 영역에서 점선으로 구획되는 영역은 디스플레이의 픽셀 에 대응됨)만큼 디테일(detail)하게 보간값(v)을 계산하는 반면, 저해상도 영역에 대해서는 아래의 수학식 5를 이용하여 고해상도 영역에 행 방향 및 열 방향으로 각각 이웃하는 4개의 센서 노드들의 센싱값들을 평균하여 러프(rough)하게 보간값(v)을 계산한다.(S30,S40)According to an embodiment of the present invention, a method of extracting a center coordinate of a touch position may be performed by using a third-order line interpolation method represented by Equations 3 and 4 below for a high resolution region (partitioned by dotted lines in the touch region of FIG. 5). The region calculates the interpolation value (v) in detail as much as the pixel of the display), while for the low resolution region, the neighboring 4 in the row direction and the column direction is respectively adjacent to the high resolution region using Equation 5 below. The interpolation value v is roughly calculated by averaging the sensing values of the two sensor nodes (S30 and S40).

도 3에서, 'f(x)'는 가중치 함수(weighted function)를 지시하고, 'α'는 가중치 함수에 상수값으로 적용되는 파라미터를 지시한다.In FIG. 3, 'f (x)' indicates a weighted function and 'α' indicates a parameter applied as a constant value to the weight function.

본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법은 S30 및 S40과 같은 방법으로 터치 신호의 피크점이 포함될 것으로 판단되는 터치 영역(고해상도 영역)에 대해서만 디테일하게 보간하고 그 이외의 터치 영역(저해상도 영역)에 대해서는 러프하게 보간함으로써, 보간의 정확성을 유지하면서도 보간 속도를 크게 향상시킬 수 있게 된다. S30에서는 수학식 4를 수학식 3에 대입하여 보간값(v)을 계산하되, 기존의 영상 처리를 위한 3차 회선 보간법에서와 달리 보간되어야 할 영역을 고해상도 영역만으로 축소시킨다. 저해상도 영역에 대해 S40과 같은 러프한 보간 방법을 추가적으로 행하는 이유는 이후 단계에서 추출되는 터치 위치의 중심좌표를 노이즈와 같은 비터치 영역과의 구별을 쉽게 하기 위함이다. 이하, S30 및 S40과 같은 본 발명의 보간법을 "부분적 서브픽셀 보간법(partial subpixel interpolation)"이라 칭한다.The method of extracting the center coordinates of the touch position according to the embodiment of the present invention interpolates in detail only to the touch region (high resolution region) determined to include the peak point of the touch signal in the same manner as S30 and S40, and other touch regions (low resolution). By roughly interpolating the region, it is possible to greatly improve the interpolation speed while maintaining the accuracy of the interpolation. In S30, the interpolation value (v) is calculated by substituting Equation 4 into Equation 3, but unlike the conventional tertiary circuit interpolation method for image processing, the area to be interpolated is reduced to only a high resolution area. The reason why the rough interpolation method such as S40 is additionally performed on the low resolution region is to make it easy to distinguish the center coordinate of the touch position extracted in a later step from the non-touch region such as noise. Hereinafter, the interpolation method of the present invention, such as S30 and S40, is referred to as "partial subpixel interpolation".

본 발명의 실시예에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법은 S30 및 S40에서 계산된 보간값들을 기반으로 터치 위치의 중심좌표를 추출한다.(S50)In the method of extracting the center coordinates of the touch position according to the exemplary embodiment of the present invention, the center coordinates of the touch position are extracted based on interpolation values calculated in S30 and S40.

도 6은 파라미터 'α'값에 따른 가중치 함수의 차이를 보여준다. 도 6에서, 가로축에 표시된 'x'는 '1+d','d','1-d','2-d'와 같이 보간점과 각 센서 노드 간의 거리를 지시하고, 세로축에 표시된 'Weight(x)'는 보간값 계산을 위한 가중치 값으로서 'x'에 따라 달라진다.6 shows the difference of the weight function according to the parameter 'α' value. In FIG. 6, 'x' indicated on the horizontal axis indicates a distance between the interpolation point and each sensor node, such as '1 + d', 'd', '1-d', '2-d', and 'x' indicated on the vertical axis. Weight (x) 'is a weight value for calculating the interpolation value and depends on' x '.

본 발명은 3차 회선 보간법에서 착안된 것이기 때문에 수학식 3과 같은 가중치 함수를 사용한다. 가중치 함수는 파라미터 'α'값에 따라서 도 6과 같이 보간값에서 미세한 차이를 보인다. 도 6을 살펴보면, 터치 신호의 피크점과 센서 노드 간의 거리가 가까울수록 보간점의 신호가 강해지고 있음을 알 수 있다. 파라미터 'α'값은 -0.5, -1.0, -1.5, -2.0 중 어느 하나로 선택될 수 있으나, 터치 신호의 피크점을 포함한 중심 영역(AA)에서 상대적으로 큰 보간값을 나타내는 -2.0로 선택됨이 바람직하다. 실험에 의하면, 파라미터 'α'값을 -2.0로 선택했을 때 터치 위치의 중심좌표가 보다 정확히 추출됨을 알 수 있었다.Since the present invention is conceived in the third-order interpolation method, a weight function such as Equation 3 is used. The weight function shows a slight difference in the interpolation value as shown in FIG. 6 according to the parameter 'α' value. Referring to FIG. 6, it can be seen that the signal of the interpolation point is getting stronger as the distance between the peak point of the touch signal and the sensor node is closer. The parameter 'α' value may be selected from any one of -0.5, -1.0, -1.5, and -2.0, but is selected as -2.0 representing a relatively large interpolation value in the center area AA including the peak point of the touch signal. desirable. According to the experiment, it was found that the center coordinate of the touch position is more accurately extracted when the parameter 'α' is selected as -2.0.

도 7 내지 도 9는 센서 노드가 20(row)×15(column)로 구성되고 디스플레이 해상도를 200(row)×150(column)으로 가정하여 PC(Personal Computer) 상에서 매트랩(MATLAB)으로 실험한 결과들을 보여준다.7 to 9 show the results of experimenting with MATLAB on a personal computer (PC) assuming a sensor node composed of 20 rows by 15 columns and a display resolution of 200 rows by 150 columns. Show them.

도 7은 기존의 보간법들과 본 발명에서 제안한 부분적 서브픽셀 보간법을 사용하여 터치 로(raw) 데이터를 보간한 결과를 2차원과 3차원으로 보여준다. 도 7에서, 그림 (a) 및 (e)는 최근방 이웃 보간법에 의한 보간 결과를, 그림 (b) 및 (f)는 양선형 보간법에 의한 보간 결과를, 그림 (c) 및 (g)는 3차 회선 보간법에 의한 보간 결과를, 그림 (d) 및 (h)는 본 발명의 부분적 서브픽셀 보간법에 의한 보간 결과를 각각 나타낸다. 도 7을 살펴보면, 다른 보간법들에 비해 각각 3차 회선 보간법 및 부분적 서브픽셀 보간법을 기반으로 하는 그림 (g) 및 (h)가 가장 터치 좌표 피크치를 잘 표현하고 있음을 알 수 있다. 이를 통해, 본 발명의 부분적 서브픽셀 보간법이 터치 위치의 중심좌표를 기존의 3차 회선 보간법만큼 정확히 추출할 수 있다는 사실이 증명될 수 있다.FIG. 7 shows two-dimensional and three-dimensional results of interpolating touch raw data using conventional interpolation methods and partial subpixel interpolation proposed by the present invention. In Figure 7, Figures (a) and (e) show the interpolation results by the nearest neighbor interpolation method, Figures (b) and (f) show the interpolation results by the bilinear interpolation method, and Figures (c) and (g) Interpolation results by the third-order interpolation method, and Figs. (D) and (h) show interpolation results by the partial subpixel interpolation method of the present invention, respectively. Referring to FIG. 7, it can be seen that figures (g) and (h), which are based on third-order interpolation and partial subpixel interpolation, respectively, represent the best touch coordinate peak values compared to other interpolation methods. Through this, it can be proved that the partial subpixel interpolation method of the present invention can extract the center coordinates of the touch position as accurately as the conventional third-order line interpolation method.

도 8은 기존의 3차 회선 보간법과 본 발명에서 제안된 부분적 서브픽셀 보간법의 보간 속도를 비교한 것이다. 도 8에서 가로축은 시간에 따라 누적되는 프레임수를 지시하고, 세로축은 보간시간을 지시한다. 도 8의 (b)을 참조하면, 본 발명의 부분적 서브픽셀 보간법은 터치 영역의 일부분(고해상도 영역)만 보간을 집중적으로 수행하므로, 도 8의 (a)와 같은 기존의 3차 회선 보간법에 비해 대략 3배 정도 빠른 보간 속도를 보이고 있음을 알 수 있다. 도 8은 터치 개수를 2~5개 순으로 연속적으로 증가시키면서 실험한 결과이다. 도 8의 세로축에 대한 보간시간은 3차 회선 보간법의 최대 수행 시간을 100으로 고려한 상대적인 시간이다.FIG. 8 compares the interpolation speeds of the conventional third-order interpolation method and the partial subpixel interpolation method proposed in the present invention. In FIG. 8, the horizontal axis indicates the number of frames accumulated over time, and the vertical axis indicates the interpolation time. Referring to FIG. 8B, since the partial subpixel interpolation method of the present invention concentrates interpolation on only a part of the touch area (high resolution region), compared to the conventional tertiary line interpolation method as shown in FIG. 8A. It can be seen that the interpolation speed is about three times faster. 8 shows the results of experiments while continuously increasing the number of touches in the order of 2-5. The interpolation time with respect to the vertical axis of FIG. 8 is a relative time considering the maximum execution time of the tertiary circuit interpolation method as 100.

도 9는 3차 회선 보간법과 부분적 서브픽셀 보간법의 가중치 함수의 파라미터 'α'값을 변경하면서 실험을 수행한 결과를 보여준다. 파라미터 'α'값이 -2일 때 보간할 점 부근에서 가중치 함수의 보간값이 가장 크다는 점에 착안하여, 본 실험에서는 파라미터 'α'값을 -2로 설정하였다. 터치 신호의 피크점을 찾는 것이 목표인 좌표 추출에서 도 9의 (a)와 같이 파라미터 'α'값을 -2일 때, 터치 좌표 추출이 용이하도록 터치 신호의 피크점이 뚜렷이 검출되는 것을 알 수 있다. 도 9의 (b)는 파라미터 'α'값이 -1일 때의 실험 결과를, 도 9의 (c)는 파라미터 'α'값이 -0.5일 때의 실험 결과를 각각 나타낸다.9 shows the results of experiments while changing the parameter 'α' of the weight function of the third-order interpolation and the partial subpixel interpolation. Considering that the interpolation value of the weight function is the largest in the vicinity of the interpolation point when the parameter 'α' is -2, the parameter 'α' is set to -2 in this experiment. In the coordinate extraction whose target is to find the peak point of the touch signal, as shown in FIG. 9A, when the parameter 'α' is -2, the peak point of the touch signal can be clearly detected to facilitate the touch coordinate extraction. . FIG. 9B shows an experimental result when the parameter 'α' value is -1, and FIG. 9C shows an experimental result when the parameter 'α' value is -0.5.

일반적으로 터치 알고리즘에서 짧은 시간안에 터치 영역 설정후 터치 좌표를 추출하고, 추출된 터치 좌표를 사용하여 버튼 터치 및 선 그리기 등과 같은 기능들을 수행한다. 본 발명에서 제안된 부분적 서브픽셀 보간법은 기존의 3차원 회선 보간법에 비해 터치 좌표 추출의 정확성을 떨어뜨리지 않으면서도 보간 속도를 크게 개선시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 가중치 함수의 파라미터 'α'값을 -2로 선택함으로써 터치 좌표 추출의 정확성을 보다 향상시킬 수도 있다. 본 발명에 따르면 전체적인 터치 성능이 향상되는 효과가 있다.
In general, the touch algorithm extracts touch coordinates after setting a touch area within a short time, and performs functions such as button touch and line drawing using the extracted touch coordinates. The partial subpixel interpolation method proposed in the present invention can significantly improve interpolation speed without compromising the accuracy of touch coordinate extraction compared to the conventional 3D circular interpolation method. In addition, the present invention may further improve the accuracy of the touch coordinate extraction by selecting the parameter 'α' of the weight function as −2. According to the present invention, the overall touch performance is improved.

도 10 및 도 11은 터치 위치의 중심좌표 추출방법이 적용되는 터치표시장치를 보여준다.10 and 11 illustrate a touch display device to which a method of extracting center coordinates of a touch position is applied.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치표시장치를 보여준다. 도 11은 도 10에 도시된 표시패널에 형성된 픽셀 어레이와 터치센서들의 일부를 보여 주는 등가 회로도이다.10 illustrates a touch display device according to an embodiment of the present invention. FIG. 11 is an equivalent circuit diagram illustrating a part of a pixel array and touch sensors formed in the display panel shown in FIG. 10.

본 발명의 터치표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자와, 그 평판 표시소자의 표시패널 내에 형성되거나 표시패널에 결합되는 터치센서들로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서, 액정표시소자를 설명하지만 본 발명의 디스플레이 장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. The touch display device of the present invention is a liquid crystal display (LCD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), an organic light emitting diode display (Organic Light Emitting) Display, OLED), electrophoretic display (EPD), and the like, and touch sensors formed in or coupled to the display panel of the flat display device. In the following embodiments, as an example of a flat panel display element, a liquid crystal display element is described, but it should be noted that the display device of the present invention is not limited to the liquid crystal display element.

도 10을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치표시장치는 표시패널(100), 디스플레이 데이터 구동회로(202), 디스플레이 스캔 구동회로(204), 터치센서 구동회로(302), 터치센서 독출회로(Touch sensor read-out circuit, 304), 터치 콘트롤러(306), 타이밍 콘트롤러(400) 등을 포함한다. Referring to FIG. 10, a touch display device according to an exemplary embodiment of the present invention may include a display panel 100, a display data driver circuit 202, a display scan driver circuit 204, a touch sensor driver circuit 302, and a touch sensor dock. A touch sensor read-out circuit 304, a touch controller 306, a timing controller 400, and the like.

표시패널(100)은 두 장의 유리기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(100)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor, 도 11의 TFT), 액정셀들(도 11의 Clc)에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극(11), 화소전극(11)에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, 도 11의 Cst), 터치센서들 등을 포함한다.In the display panel 100, a liquid crystal layer is formed between two glass substrates. The lower substrate of the display panel 100 includes a plurality of data lines D1 to Dm and m is a positive integer, and a plurality of gate lines G1 to Gn intersecting the data lines D1 to Dm are positive. ), A plurality of TFTs (Thin Film Transistor, TFT of FIG. 11) formed at intersections of the data lines D1 to Dm and the gate lines G1 to Gn, and liquid crystal cells (Clc of FIG. 11). ) Includes a plurality of pixel electrodes 11 for charging data voltages, storage capacitors (Cst of FIG. 11), touch sensors, etc., connected to the pixel electrodes 11 to maintain the voltage of the liquid crystal cell. do.

터치센서들은 도 11과 같이, 게이트라인들(G1~Gn)과 나란한 구동 전극라인들(T0~Tj, j는 n 보다 작은 양의 정수), 구동 전극라인들(T0~Tj)과 교차하고 데이터라인들(D1~Dm)과 나란한 수신 전극라인들(R0~Ri, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 구동 전극라인들(T0~Tj)와 수신 전극라인들(R0~Ri)의 교차부들, 즉 도 5에 도시된 센서 노드들에 형성된 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor, Cm) 등을 포함한다. 구동 전극라인들(T0~Tj)에는 터치센서를 구동하기 위한 터치센서 구동펄스가 공급되고, 수신 전극라인들(R0~Ri)에는 터치 기준전압이 공급된다. 손가락이나 도전체가 터치센서에 접촉되면 구동 및 수신 전극 라인들 사이의 전계가 부분적으로 차단되어 뮤추얼 커패시터(Cm)의 충전량이 낮아진다. 터치센서들은 뮤추얼 커패시터(Cm)의 충전량을 아날로그 터치 데이터로서 수신 전극라인들(R0~Ri)을 통해 출력한다. 도 11에서, 'Tx'는 구동 전극라인들(T0~Tj) 중 어느 하나를, 'Rx'는 수신 전극라인들(R0~Ri) 중 어느 하나를 각각 나타낸다.As illustrated in FIG. 11, the touch sensors intersect the driving electrode lines T0 to Tj parallel to the gate lines G1 to Gn, and j is a positive integer smaller than n, and the driving electrode lines T0 to Tj. Receive electrode lines R0 to Ri parallel to the lines D1 to Dm, i is a positive integer smaller than m, and the intersection of the driving electrode lines T0 to Tj and the receiving electrode lines R0 to Ri. And a mutual capacitor (Cm) formed on the sensor nodes shown in FIG. 5. Touch sensor driving pulses for driving the touch sensor are supplied to the driving electrode lines T0 to Tj, and touch reference voltages are supplied to the receiving electrode lines R0 to Ri. When a finger or a conductor contacts the touch sensor, the electric field between the driving and receiving electrode lines is partially blocked, thereby lowering the charge amount of the mutual capacitor Cm. The touch sensors output the charge amount of the mutual capacitor Cm through the receiving electrode lines R0 to Ri as analog touch data. In FIG. 11, 'Tx' represents any one of the driving electrode lines T0 to Tj, and 'Rx' represents any one of the receiving electrode lines R0 to Ri.

한편, 터치센서들은 도 11에 도시된 바와 같이 인셀 타입(In-cell type)으로 표시패널(100)에 내장될 수도 있으나, 도면으로 도시하지는 않았지만 온 셀 타입(On-cell type) 또는 애드 온 셀 타입(Add-on cell type)으로 표시패널(100)에 결합될 수도 있다.Meanwhile, the touch sensors may be embedded in the display panel 100 in an in-cell type as illustrated in FIG. 11, but are not shown in the drawings, but are on-cell type or add-on cell. The display panel 100 may be coupled to the display panel 100 in an add-on cell type.

표시패널(100)의 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극(11)에 인가되는 데이터전압과 공통전극(12)에 인가되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극(11)에 공급한다.The pixels of the display panel 100 are formed in a pixel area defined by the data lines D1 to Dm and the gate lines G1 to Gn, and are arranged in a matrix form. The liquid crystal cell of each pixel is driven by an electric field applied according to the voltage difference between the data voltage applied to the pixel electrode 11 and the common voltage Vcom applied to the common electrode 12 to adjust the amount of incident light transmitted. . The TFTs are turned on in response to the gate pulses from the gate lines G1 to Gn to supply the voltage from the data lines D1 to Dm to the pixel electrode 11 of the liquid crystal cell.

표시패널(100)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 한편, 표시패널(100)의 하부 유리기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(100)의 하부 유리기판에 형성될 수 있다. 공통전극(12)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극(11)과 함께 하부 기판 상에 형성된다. 공통전극(12)에 공급되는 공통전압(Vcom)은 7V~8V 사이의 직류 전압일 수 있다. The upper substrate of the display panel 100 may include a black matrix, a color filter, and the like. The lower glass substrate of the display panel 100 may be implemented with a color filter on TFT (COT) structure. In this case, the black matrix and the color filter may be formed on the lower glass substrate of the display panel 100. The common electrode 12 is formed on the upper glass substrate in a vertical electric field driving method such as twisted nematic (TN) mode and vertical alignment (VA) mode, and is similar to an in plane switching (IPS) mode and a fringe field switching (FFS) mode. In the horizontal electric field driving method, the pixel electrode 11 is formed on the lower substrate. The common voltage Vcom supplied to the common electrode 12 may be a DC voltage between 7V and 8V.

표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성될 수 있다.Polarizing plates are attached to each of the upper and lower substrates of the display panel 100, and an alignment layer for setting the pretilt angle of the liquid crystal is formed on an inner surface of the display panel 100 in contact with the liquid crystal. A column spacer may be formed between the upper substrate and the lower substrate of the display panel 100 to maintain a cell gap of the liquid crystal cell.

디스플레이 데이터 구동회로(202)는 다수의 소스 드라이브 IC(Integrated Circuit)을 포함한다. 소스 드라이브 IC들은 타이밍 콘트롤러(400)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 래치한다. 그리고 소스 드라이브 IC들은 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 아날로그 비디오 데이터전압을 출력한다. 아날로그 비디오 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다.The display data driving circuit 202 includes a plurality of source drive integrated circuits (ICs). The source drive ICs latch the digital video data RGB input from the timing controller 400. The source drive ICs convert the digital video data (RGB) into analog positive / negative gamma compensation voltages and output analog video data voltages. The analog video data voltage is supplied to the data lines D1 to Dm.

디스플레이 스캔 구동회로(204)는 하나 이상의 스캔 드라이브 IC를 포함한다. 스캔 드라이브 IC는 타이밍 콘트롤러(400)의 제어 하에 아날로그 비디오 데이터전압에 동기되는 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 아날로그 비디오 데이터전압이 기입되는 표시패널의 수평 라인을 선택한다. 스캔펄스는 게이트 하이전압과 게이트 로우전압 사이에서 스윙하는 펄스로 발생된다. 게이트 하이전압(VGH)은 대략 18V~20V 사이의 전압일 수 있고, 게이트 로우전압(VGL)은 대략 0V~-15V 사이의 전압일 수 있다.The display scan driver circuit 204 includes one or more scan drive ICs. The scan drive IC sequentially supplies scan pulses (or gate pulses) synchronized with the analog video data voltages to the gate lines G1 to Gn under the control of the timing controller 400 to write the analog video data voltages. Select the horizontal line. The scan pulse is generated as a pulse swinging between the gate high voltage and the gate low voltage. The gate high voltage VGH may be a voltage of approximately 18V to 20V, and the gate low voltage VGL may be a voltage of approximately 0V to 15V.

터치센서 구동회로(302)는 외부로부터 인가되는 제1 터치센서 타이밍 제어신호(Ctx)를 기반으로 터치센서 구동펄스를 발생하고 구동 전극라인들(T0~Tj)에 터치센서 구동펄스를 순차적으로 인가하여 터치센서들을 스캐닝하되, 구동 전극라인들(T0~Tj) 각각에 N(N은 2이상의 양의 정수)회 이상 반복하여 터치센서 구동펄스를 출력한다. 터치센서 구동회로(302)는 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 스캔 드라이브 IC와 실질적으로 동일한 회로 구성을 갖는 스캔 드라이브 IC로 구현될 수 있다. 터치센서 구동회로(302)가 동작되는 타이밍은 디스플레이 스캔 구동회로(204)가 동작되는 타이밍과 중첩될 수도 있고, 비 중첩될 수도 있다. The touch sensor driving circuit 302 generates a touch sensor driving pulse based on the first touch sensor timing control signal Ctx applied from the outside and sequentially applies the touch sensor driving pulses to the driving electrode lines T0 to Tj. The touch sensors are scanned, and N (N is a positive integer of 2 or more) times or more is output to each of the driving electrode lines T0 to Tj to output the touch sensor driving pulses. The touch sensor driving circuit 302 may be implemented as a scan drive IC having a circuit configuration substantially the same as that of the scan drive IC of the display scan driving circuit 204. The timing at which the touch sensor driving circuit 302 is operated may overlap or non-overlap at the timing at which the display scan driving circuit 204 is operated.

터치센서 독출회로(304)는 외부로부터 인가되는 제2 터치센서 타이밍 제어신호(Crx)를 기반으로 수신 전극라인들(R0~Ri)에 터치 기준전압을 공급한다. 터치 기준전압은 0V 보다 높고 3V 이하의 직류전압으로 설정될 수 있다. 터치센서 독출회로(304)는 수신 전극라인들(R0~Ri)을 통해 입력되는 터치센서들의 아날로그 출력, 즉 뮤추얼 커패시터(Cm)의 충전량을 샘플링 및 증폭하고, 디지털 터치 데이터로 변환하여 터치 콘트롤러(306)로 전송한다. 여기서, 터치센서 독출회로(304)는 터치센서 구동펄스의 N회 반복 공급에 의해 1 터치 프레임 내에서 터치센서들 각각의 출력을 N회 반복하여 샘플링할 수 있다.The touch sensor read circuit 304 supplies a touch reference voltage to the receiving electrode lines R0 to Ri based on the second touch sensor timing control signal Crx applied from the outside. The touch reference voltage may be set to a DC voltage higher than 0V and lower than 3V. The touch sensor readout circuit 304 samples and amplifies the analog output of the touch sensors input through the reception electrode lines R0 to Ri, that is, the charge amount of the mutual capacitor Cm, and converts the digital output data into digital touch data. Send to 306. Here, the touch sensor read circuit 304 may repeatedly sample the output of each of the touch sensors N times within one touch frame by supplying N times of the touch sensor driving pulses.

터치 콘트롤러(306)는 터치센서 독출회로(304)로부터 입력되는 디지털 터치 데이터들을 메모리에 저장한다. 터치 콘트롤러(306)는 동일 터치센서로부터 N회 반복 출력된 디지털 터치 데이터들을 연산하고, 그 연산 결과를 바탕으로 디지털 터치 데이터들에 혼입된 노이즈 성분을 줄인다. 그리고 터치 콘트롤러(306)는 노이즈 성분을 줄인 디지털 터치 데이터들을 미리 설정된 기준값과 비교하여 기준값 이상의 터치 데이터들을 검출한다. 터치 콘트롤러(306)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 기준값 이상의 터치 데이터들을 분석하여 터치된 터치센서들에 대한 좌표값을 산출한다. 여기서, 터치 인식 알고리즘은 도 4 내지 도 9를 통해 제안된 부분적 서브픽셀 보간법으로 구현된다. 본 발명의 터치 인식 알고리즘은 도 4 내지 도 9에 상세히 설명했듯이 기존의 3차원 회선 보간법에 비해 터치 좌표 추출의 정확성을 떨어뜨리지 않으면서도 보간 속도를 크게 개선시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 터치 인식 알고리즘은 가중치 함수의 파라미터 'α'값을 -2로 선택함으로써 터치 좌표 추출의 정확성을 보다 향상시킬 수도 있다. 터치 콘트롤러(306)로부터 출력된 터치 위치의 좌표값 데이터는 HID 포맷의 터치 디지털 터치 데이터로서 외부의 호스트 시스템으로 전송된다. 호스트 시스템은 터치 위치의 좌표값과 연계된 응용 프로그램을 실행한다.The touch controller 306 stores digital touch data input from the touch sensor reading circuit 304 in a memory. The touch controller 306 calculates digital touch data repeatedly output N times from the same touch sensor, and reduces the noise component mixed in the digital touch data based on the calculation result. The touch controller 306 detects touch data equal to or greater than the reference value by comparing digital touch data having reduced noise components with a preset reference value. The touch controller 306 analyzes touch data over a reference value using a preset touch recognition algorithm and calculates coordinate values of touched touch sensors. Here, the touch recognition algorithm is implemented by the partial subpixel interpolation method proposed through FIGS. 4 to 9. As described in detail with reference to FIGS. 4 to 9, the touch recognition algorithm of the present invention can greatly improve interpolation speed without deteriorating the accuracy of touch coordinate extraction compared to the conventional 3D line interpolation method. In addition, the touch recognition algorithm of the present invention may further improve the accuracy of touch coordinate extraction by selecting the parameter 'α' of the weight function as −2. The coordinate value data of the touch position output from the touch controller 306 is transmitted to the external host system as touch digital touch data in the HID format. The host system executes an application program associated with the coordinate value of the touch position.

타이밍 콘트롤러(400)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 디스플레이 데이터 구동회로(202)와 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 디스플레이 타이밍 제어신호들을 발생한다. 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 디스플레이 데이터 구동회로(202)의 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. The timing controller 400 receives timing signals such as a vertical synchronization signal Vsync, a horizontal synchronization signal Hsync, a data enable signal Data Enable, DE, and a main clock MCLK input from an external host system. Display timing control signals for controlling the operation timing of the display data driver circuit 202 and the display scan driver circuit 204 are generated. The timing control signal of the display scan driving circuit 204 includes a gate start pulse (GSP), a gate shift clock (GSC), a gate output enable signal (Gate Output Enable, GOE), and the like. . The timing control signal of the display data driving circuit 202 includes a source sampling clock (SSC), a polarity control signal (Polarity, POL), a source output enable signal (SOE), and the like.

타이밍 콘트롤러(400)는 디스플레이 기간 동안 디스플레이 데이터 구동회로(202)와 디스플레이 스캔 구동회로(204)의 출력을 인에이블시켜 비디오 데이터를 픽셀들에 표시한다. 그리고 타이밍 콘트롤러(400)는 터치센서 구동기간 동안 터치센서 구동회로(302)의 출력을 인에이블시키고 터치센서 독출회로(304)의 터치 신호 샘플링을 인에이블시킨다. 디스플레이 기간과 터치센서 구동기간은 서로 중첩되거나 또는 비 중첩될 수 있으며, 표시패널(100)의 종류에 따라 패널 특성을 고려하여 적절히 조절될 수 있다.
The timing controller 400 enables the outputs of the display data driver circuit 202 and the display scan driver circuit 204 to display video data on the pixels during the display period. The timing controller 400 enables the output of the touch sensor driving circuit 302 and enables the touch signal sampling of the touch sensor reading circuit 304 during the touch sensor driving period. The display period and the touch sensor driving period may overlap each other or may not overlap each other, and may be appropriately adjusted in consideration of panel characteristics according to the type of the display panel 100.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법 및 그를 이용한 터치표시장치는 터치 신호의 피크점이 포함될 것으로 판단되는 터치 영역(고해상도 영역)에 대해서만 기존의 3차원 회선 보간법으로 디테일하게 보간하고 그 이외의 터치 영역(저해상도 영역)에 대해서는 고해상도 영역에 행 방향 및 열 방향으로 각각 이웃하는 4개의 센서 노드들의 센싱값들을 평균하여 러프하게 보간함으로써, 보간의 정확성을 유지하면서도 보간 속도를 빠르게 하여 터치 성능을 크게 향상시킬 수 있다.As described above, the method of extracting the center coordinates of the touch position and the touch display apparatus using the same according to the present invention interpolate in detail by the existing three-dimensional line interpolation method only for the touch area (high resolution area) that is determined to include the peak point of the touch signal. For other touch areas (low resolution areas), the interpolation is roughly averaged by sensing values of four sensor nodes adjacent to each other in the row direction and the column direction in the high resolution area, thereby increasing the interpolation speed while maintaining the interpolation accuracy. Touch performance can be greatly improved.

나아가, 본 발명에 따른 터치 위치의 중심좌표 추출방법 및 그를 이용한 터치표시장치는 가중치 함수의 파라미터 'α'값을 -2로 선택함으로써 터치 좌표 추출의 정확성을 보다 향상시킬 수 있다. Furthermore, the method of extracting the center coordinates of the touch position and the touch display apparatus using the same may further improve the accuracy of the touch coordinate extraction by selecting the parameter 'α' of the weight function as −2.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
It will be apparent to those skilled in the art that various modifications and variations can be made in the present invention without departing from the spirit or scope of the invention. Therefore, the technical scope of the present invention should not be limited to the contents described in the detailed description of the specification, but should be defined by the claims.

100 : 표시패널 202 : 디스플레이 데이터 구동회로
204 : 디스플레이 스캔 구동회로 302 : 터치센서 구동회로
304 : 터치센서 독출회로 306 : 터치 콘트롤러
400 : 타이밍 콘트롤러100: display panel 202: display data driving circuit
204: display scan driving circuit 302: touch sensor driving circuit
304: touch sensor readout circuit 306: touch controller
400: Timing Controller

Claims

터치 신호의 세기가 큰 센서 노드를 포함한 다수의 센서 노드들을 이용하여 터치 영역을 설정하는 단계;
상기 터치 영역을 고해상도 영역과 저해상도 영역으로 나누는 단계;
상기 고해상도 영역에 대해서는 3차 회선 보간법을 이용하여 보간값을 계산하고, 상기 저해상도 영역에 대해서는 상기 고해상도 영역에 행 방향 및 열 방향으로 각각 이웃하는 센서 노드들의 센싱값들을 평균하여 보간값을 계산하는 단계; 및
상기 계산된 보간값들을 기반으로 터치 위치의 중심좌표를 추출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법.Setting a touch area using a plurality of sensor nodes including a sensor node having a high intensity of the touch signal;
Dividing the touch area into a high resolution area and a low resolution area;
Computing an interpolation value using a tertiary line interpolation method for the high resolution region, and calculating an interpolation value by averaging sensing values of neighboring sensor nodes in a row direction and a column direction for the low resolution region, respectively. ; And
And extracting the center coordinates of the touch position based on the calculated interpolation values.

제 1 항에 있어서,
상기 보간값을 계산하는 단계에서,
상기 고해상도 영역에 대한 보간 정도는 상기 저해상도 영역에 대한 보간 정도에 비해 디테일한 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법.The method of claim 1,
In the step of calculating the interpolation value,
The interpolation degree of the high resolution region is detailed compared to the interpolation degree of the low resolution region.

제 1 항에 있어서,
상기 고해상도 영역과 저해상도 영역은 상기 터치 신호의 세기를 기반으로 나뉘어지는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법.The method of claim 1,
And the high resolution region and the low resolution region are divided based on the strength of the touch signal.

제 1 항에 있어서,
상기 고해상도 영역은 상대적으로 강한 터치 신호가 포함되는 영역을 지시하고;
상기 저해상도 영역은 상기 고해상도 영역에 비해 약한 터치 신호가 포함되는 영역을 지시하는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법.The method of claim 1,
The high resolution area indicates an area in which a relatively strong touch signal is included;
And the low resolution region indicates a region in which a touch signal weaker than the high resolution region is included.

제 1 항에 있어서,
상기 3차 회선 보간법은 가중치 함수를 사용하고;
상기 가중치 함수의 파라미터 'α'값은 -2로 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법.The method of claim 1,
The third order interpolation method uses a weight function;
The parameter 'α' value of the weight function is selected as -2.

화상 표시를 위한 픽셀들이 형성된 표시패널;
서로 교차되고 그 교차부에 뮤추얼 커패시터가 형성된 구동전극 라인들 및 수신전극 라인들을 포함하며, 상기 표시패널 내에 형성되거나 상기 표시패널에 결합되는 터치센서들;
상기 구동펄스를 발생하여 상기 구동 전극라인들에 공급하는 터치센서 구동회로;
상기 수신 전극라인들을 통해 상기 터치센서들을 샘플링하여 터치 데이터로 변환하는 터치센서 독출회로; 및
미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 상기 터치 데이터들을 분석하여 터치된 터치센서들에 대한 중심 좌표를 추출하는 터치 콘트롤러를 구비하고;
상기 터치 콘트롤러는 상기 터치 인식 알고리즘을 이용하여, 터치 신호의 세기가 큰 센서 노드를 포함한 다수의 센서 노드들을 이용하여 터치 영역을 설정하고, 상기 터치 영역을 고해상도 영역과 저해상도 영역으로 나눈 후, 상기 고해상도 영역에 대해서는 3차 회선 보간법을 이용하여 보간값을 계산하고, 상기 저해상도 영역에 대해서는 상기 고해상도 영역에 행 방향 및 열 방향으로 각각 이웃하는 센서 노드들의 센싱값들을 평균하여 보간값을 계산한 다음, 상기 계산된 보간값들을 기반으로 터치 위치의 중심좌표를 추출하는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 이용한 터치표시장치.A display panel on which pixels for image display are formed;
Touch sensors formed on the display panel or coupled to the display panel, the driving electrode lines and the receiving electrode lines crossing each other and having mutual capacitors formed thereon;
A touch sensor driving circuit for generating the driving pulses and supplying the driving pulses to the driving electrode lines;
A touch sensor reading circuit for sampling the touch sensors through the receiving electrode lines and converting the touch sensors into touch data; And
A touch controller configured to extract the center coordinates of the touched sensors by analyzing the touch data using a preset touch recognition algorithm;
The touch controller sets a touch area using a plurality of sensor nodes including a sensor node having a high intensity of a touch signal by using the touch recognition algorithm, divides the touch area into a high resolution area and a low resolution area, and then the high resolution. The interpolation value is calculated using a tertiary line interpolation method for the area, and the interpolation value is calculated by averaging the sensing values of neighboring sensor nodes in the row direction and the column direction for the low resolution area. A touch display device using a method of extracting the center coordinates of a touch position, wherein the center coordinates of the touch position are extracted based on the calculated interpolation values.

제 6 항에 있어서,
상기 고해상도 영역에 대한 보간 정도는 상기 저해상도 영역에 대한 보간 정도에 비해 디테일한 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 이용한 터치표시장치.The method according to claim 6,
The interpolation degree of the high resolution region is more detailed than the interpolation degree of the low resolution region.

제 6 항에 있어서,
상기 고해상도 영역과 저해상도 영역은 상기 터치 신호의 세기를 기반으로 나뉘어지는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 이용한 터치표시장치.The method according to claim 6,
And the high resolution region and the low resolution region are divided based on the strength of the touch signal.

제 6 항에 있어서,
상기 고해상도 영역은 상대적으로 강한 터치 신호가 포함되는 영역을 지시하고;
상기 저해상도 영역은 상기 고해상도 영역에 비해 약한 터치 신호가 포함되는 영역을 지시하는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 이용한 터치표시장치.The method according to claim 6,
The high resolution area indicates an area in which a relatively strong touch signal is included;
And the low resolution area indicates an area including a touch signal weaker than the high resolution area.

제 6 항에 있어서,
상기 3차 회선 보간법은 가중치 함수를 사용하고;
상기 가중치 함수의 파라미터 'α'값은 -2로 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 이용한 터치표시장치.The method according to claim 6,
The third order interpolation method uses a weight function;
And a parameter 'α' of the weight function is selected as -2.

제 6 항에 있어서,
상기 터치 콘트롤러는 상기 고해상도 영역에 대해 상기 표시패널의 해상도만큼의 3차 회선 보간법을 수행하여 보간값을 계산하는 것을 특징으로 하는 터치 위치의 중심좌표 추출방법을 이용한 터치표시장치.The method according to claim 6,
And wherein the touch controller calculates an interpolation value by performing third-order interpolation for the high resolution area as much as the resolution of the display panel.