KR20130143412A - 터치 센싱 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센싱 장치에 관한 것으로, 그 터치 센싱 장치는 다수의 터치 센서들; 상기 터치 센서들을 구동하기 위한 구동 신호들을 발생하고 상기 구동 신호들을 분석하여 터치 입력 여부를 판단하는 터치 센싱회로; 및 상기 터치 센서들에 연결된 배선들과 상기 터치 센싱회로 사이에 설치되어 상기 터치 센싱회로의 제어 하에 상기 구동 신호들을 시분할하여 상기 배선들에 공급하는 멀티플렉서를 포함한다.

Description

터치 센싱 장치{TOUCH SENSING APPARATUS}
본 발명은 터치 센싱 장치에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있으며, 터치 UI는 휴대용 정보기기에 기본적으로 설치되고 있는 추세에 있다. 터치 UI를 구현하기 위하여, 가전기기나 휴대용 정보기기의 표시소자 상에 터치 스크린이 설치된다.
정전 용량 방식의 터치 스크린은 기존의 저항막 방식에 비하여 내구성과 선명도가 높고, 멀티 터치 인식과 근접 터치 인식이 가능하여 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있는 장점이 있다. 이러한 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 사용자가 느끼는 터치감을 높이고, 터치 입력 궤적 또는 드래깅(dragging) 궤적을 정확하게 인식하기 위해서는 터치 레포트 레이트(touch report rate)를 높여야 한다. 일반적으로, 터치 레포트 레이트는 디스플레이 프레임 레이트(display frame rate)와 동일하다. 여기서, 터치 레포트 레이트란 터치 스크린 내에 모든 터치 센서들을 센싱한 후 얻어지는 좌표 데이터를 외부로 전송하는 속도(또는 주파수)를 의미한다. 디스플레이 프레임 레이트는 표시패널 내의 모든 픽셀들에 새로운 데이터가 업데이트되는 속도(또는 주파수)를 의미한다.
본 발명은 터치 레포트 레이트를 높일 수 있는 터치 센싱 장치를 제공한다.
본 발명의 터치 센싱 장치는 다수의 터치 센서들; 상기 터치 센서들을 구동하기 위한 구동 신호들을 발생하고 상기 구동 신호들을 분석하여 터치 입력 여부를 판단하는 터치 센싱회로; 및 상기 터치 센서들에 연결된 배선들과 상기 터치 센싱회로 사이에 설치되어 상기 터치 센싱회로의 제어 하에 상기 구동 신호들을 시분할하여 상기 배선들에 공급하는 멀티플렉서를 포함한다.
상기 터치 센싱회로는 상기 터치 센서들이 형성된 표시패널의 디스플레이 프레임 레이트보다 빠른 터치 레포트 레이트로 터치 레포트 데이터를 출력한다.
본 발명은 터치 스크린과 터치 센싱회로 사이에 멀티플렉서를 배치하고, 그 멀티플렉서의 제어권을 터치 센싱회로에 부여한다. 이 터치 센싱회로는 멀티플렉서가 직접 제어하면서 터치 센서들을 제어함으로써 미리 설정된 터치 스크린 구동 기간 이내에서 터치 레포트 데이터를 출력한 후 나머지 기간에 추가로 터치 센서들을 센싱할 수 있고 그 센싱 결과를 다음 센싱 결과와 취합하여 터치 레포트 데이터를 추가로 발생할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 디스플레이 프레임 레이트보다 터치 레포트 레이트를 높일 수 있다.
도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태의 터치 스크린과 표시패널의 조합을 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 5는 도 4에 도시된 표시패널의 픽셀을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 6은 표시패널과 터치 스크린의 시분할 구동 방법을 보여 주는 수직 동기 신호의 파형도이다.
도 7은 정전 용량 방식의 터치 스크린을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 8은 도 7과 같은 터치 스크린에서 터치 입력에 따른 정전 용량값 변화를 센싱하는 원리를 보여 주는 파형도이다.
도 9는 터치 센싱회로, 멀티플렉서 및 터치 센서들의 연결 관계를 보여 주는 도면이다.
도 10은 멀티플렉서 제어신호와 터치 센서들에 공급되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.
도 11은 터치 스크린 구동부의 멀티플렉서 제어권이 호스트 시스템에 부여된 경우 터치 센서의 센싱 자유도가 낮아지는 예를 보여 주는 파형도이다.
도 12는 터치 스크린 구동부의 멀티플렉서 제어권이 호스트 시스템에 부여된 경우에 확보되는 마진 타임 만큼 감소되는 센싱 횟수를 보여 주는 파형도이다.
도 13은 터치 스크린 구동부의 멀티플렉서 제어권이 터치 센싱회로에 부여된 경우 터치 센서의 센싱 자유도가 높아지는 예를 보여 주는 파형도이다.
도 14는 터치 스크린 구동부의 멀티플렉서 제어권이 호스트 시스템에 부여된 경우에 증가되는 센싱 횟수를 보여 주는 파형도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱회로를 상세히 보여 주는 블록도이다.
도 16은 도 15에 도시된 터치 센싱회로의 채널 모니터 동작을 예시하는 도면이다.
도 17은 채널 모니터 동작 결과, 노이즈 수준이 높을 때 멀티플렉서 제어신호의 채널 선택 시간을 길게 조절한 예를 보여 주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.
본 발명의 표시장치는 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 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.
본 발명의 터치 스크린(TSP)은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치(또는 근접) 입력을 감지하는 정전 용량 방식의 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 다수의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 등가회로로 볼 때 정전 용량(capacitance)로 나타낼 수 있다. 이러한 터치 스크린은 도 1 내지 도 3과 같은 다양한 형태로 표시장치의 표시패널에 형성될 수 있다.
터치 스크린(TSP)은 도 1과 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 2와 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들은 도 3과 같이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 터치 센서들은 배선을 통해 연결될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서 "PIX"는 픽셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다. 도 5는 도 4에 도시된 표시패널의 픽셀을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(10), 디스플레이 구동부, 터치 스크린 구동부, 호스트 시스템(50) 등을 포함한다.
표시패널(10)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 기판들은 유리 기판, 플라스틱 기판, 필름 기판 등으로 제작될 수 있다. 표시패널(10)은 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 표시패널(10)의 하부 기판에는 데이터라인들(11), 데이터라인들(11)과 직교되는 게이트라인들(12), 데이터라인들(11)과 게이트라인들(12)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 픽셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 화소전극들(1), 화소전극들에 접속되어 픽셀 전압을 유지시키는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다. 픽셀들 각각은 화소전극(1)에 인가되는 데이터전압과, 공통전극(2)에 인가되는 공통전압(Vcom)의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인으로부터의 게이트펄스에 따라 턴-온(turn-on)되어 데이터라인(11)으로부터의 전압을 화소전극(1)에 공급한다. 공통전극(2)은 표시패널(10)의 하부 기판이나 상부 기판에 형성될 수 있다.
표시패널(10)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다. 표시패널(10)에는 도 1 내지 도 3과 같은 형태로 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들이 형성된다.
이러한 표시패널(10)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 표시패널(10)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(10)에 빛을 조사한다.
디스플레이 구동부는 데이터 구동회로(20), 게이트 구동회로(30) 및 타이밍 콘트롤러(40)를 이용하여 입력 영상의 데이터를 표시패널(10)의 픽셀들에 기입한다.
데이터 구동회로(20)는 타이밍 콘트롤러(40)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생한다. 데이터 구동회로(20)는 타이밍 콘트롤러(40)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(11)에 공급하고, 그 데이터전압의 극성을 반전시킨다.
게이트 구동회로(30)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(12)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(10)의 라인을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(40)는 외부의 호스트 시스템(50)으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로(20)에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(40)는 호스트 시스템(50)으로부터 입력되는 수직 동기신호(SYNC), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(20)와 게이트 구동회로(30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
터치 스크린 구동부는 터치 센싱회로(70)와 멀티플렉서(multiplexer, 60)를 포함한다.
터치 센싱회로(70)는 터치 스크린의 터치 센서들에 공급될 구동신호를 발생하고, 멀티플렉서(60)를 통해 수신된 구동 신호의 변화를 센싱하여 터치 센서의 정전 용량값 변화를 검출한다. 그리고 터치 센싱회로(70)는 터치 센서의 용량값 변화를 나타내는 디지털 데이터를 발생한다. 디지털 데이터는 터치 원시 데이터(Touch raw data)로 칭할 수 있다. 그리고 터치 센싱회로(70)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 터치 원시 데이터를 분석하여 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표를 계산한다. 터치 센싱회로(70)는 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표를 포함한 터치 레포트(Touch report) 데이터를 호스트 시스템(50)으로 전송한다.
터치 센싱회로(70)는 미리 설정된 터치 스크린 구동 기간(도 6의 T1) 내에서 멀티플렉서(60)의 채널 선택을 제어하기 위한 제어신호(도 9의 MC)를 N(N은 2 이상의 양의 정수) 차례 발생하여 N 개의 터치 센서 그룹을 순차적으로 선택한다. 그리고 터치 센싱회로(70)는 멀티플렉서(60)를 직접 제어하여 터치 센서들을 N 개의 그룹으로 시분할하여 센싱한 후에 그 결과를 취합하여 터치(또는 근접) 입력의 좌표 정보를 포함한 터치 레포트 데이터를 출력한다.
멀티플렉서(60)는 터치 센싱회로(70)와 터치 스크린(TSP)의 배선들 사이에 형성되어 터치 센싱회로(70)로부터 발생된 구동신호를 터치 스크린(TSP)의 배선들을 통해 터치 센서들에 공급한다. 멀티플렉서(60)는 터치 센싱회로(70)의 입/출력 채널 핀(pin) 수를 줄이기 위하여 이용된다. 멀티플렉서(60)는 타이밍 콘트롤러(40), 호스트 시스템(50), 터치 센싱회로(70)에 의해 제어될 수 있으나, 후술하는 바와 같이 터치 레포트 레이트를 높이기 위한 터치 센싱회로(70)에 의해 제어되는 것이 바람직하다. 따라서, 본 발명의 터치 센싱회로(70)는 터치 센서들에 공급될 구동 신호와 함께 멀티플렉서(60)의 출력 단자들을 선택하는 제어신호(MC)를 발생한다.
호스트 시스템(50)은 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(50)은 스케일러(scaler)를 이용하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(10)의 해상도에 맞는 포맷으로 변환하고 그 데이터와 함께 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(40)에 전송한다.
호스트 시스템(50)은 입력 영상 데이터와 함께 입력되는 수직 동기신호(Vsync)를 변조하여 1 프레임 기간 내에서 디스플레이 구동 기간(T2)을 줄여 터치 스크린 구동기간을 확보할 수 있다. 따라서, 호스트 시스템(50)은 도 6과 같이 1 프레임 기간을 터치 스크린 구동기간(T1)과 디스플레이 구동기간(T2)으로 시분할될 수 있다.
도 6에서, 수직 동기신호(Vsync)는 1 프레임 기간을 정의하는 타이밍 신호로서 입력 영상 데이터에 동기되어 호스트 시스템(50)에 입력된다. 변조된 수직 동기신호(SYNC)는 입력 수직 동기신호(Vsync)에 비하여 동일한 주파수를 가지며 더 높은 듀티비(Duty ratio)를 갖는다.
호스트 시스템(50)은 변조된 수직 동기신호(SYNC)의 제1 로직 레벨(logic level)로 정의된 터치 스크린 구동기간(T1) 동안 터치 센싱회로(70)를 인에이블(Enable) 시켜 그 기간(T1) 동안 터치 스크린 구동부를 동작시킨다. 그리고 호스트 시스템(50)는 변조된 수직 동기신호(SYNC)의 제2 로직 레벨로 정의된 디스플레이 구동기간(T2) 동안 타이밍 콘트롤러(40)에 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 그 데이터와 동기되는 타이밍 신호들을 전송하여 그 기간(T2) 동안 디스플레이 구동부를 동작시켜 표시패널(10)의 픽셀 어레이에 입력 영상의 데이터를 기입한다. 도 6에서 변조된 수직 동기신호(SYNC)의 제1 로직 레벨은 하이 로직 레벨(high logic lever)이고, 제2 로직 레벨은 로우 로직 레벨(low logic lever)로 예시되었으나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제1 로직 레벨은 로우 로직 레벨로, 제2 로직 레벨은 하이 로직 레벨로 설정될 수 있다.
호스트 시스템(50)은 터치 센싱 회로(70)로부터 입력되는 터치 레포트 데이터에 응답하여 터치(또는 근접) 입력과 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
도 7은 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)을 보여 주는 등가 회로도이다. 도 8은 도 7과 같은 터치 스크린(TSP)에서 정전 용량 변화를 센싱하는 원리를 보여 주는 파형도이다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 저항(R)과 커패시터(Cg, Cd, Co)를 포함한다. 저항(R)은 터치 스크린(TSP)과 표시패널(10)의 배선 저항 및 기생 저항을 포함한다. Cg는 터치 스크린(TSP)의 배선과 게이트라인(12) 사이의 커패시터이고, Cd는 터치 스크린(TSP)의 배선과 데이터라인(11) 사이의 커패시터이다. Co는 표시패널(10)에서 데이터라인(11)과 게이트라인(12) 이외의 다른 구성요소들과, 터치 스크린(TSP)의 배선 사이에 형성된 커패시터이다.
터치 스크린(TSP)의 배선에 구동 신호(Vo)를 인가하면 그 구동 신호(Vo)의 라이징 에지(rising edge) 및 폴링 에지(falling edge)는 저항(R)과 커패시터(Cg, Cd, Co)에 따라 결정되는 RC 지연값 만큼 지연된다. 구동 신호(Vo)는 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다. 터치 스크린(TSP)에 도체나 손가락이 접촉하면 Cf 만큼 정전 용량값이 증가하여 RC 지연이 더 커진다. 일 예로, 도 8에서 실선은 터치 입력이 없을 때 구동 신호의 폴링 에지이고, 점선은 터치 입력이 있을 때 구동 신호의 폴링 에지를 나타낸다. 터치 센싱회로(70)는 구동 신호의 라이징 에지와 폴링 에지 중 적어도 어느 하나를 미리 설정된 기준 전압값(Vx)과 비교한다. 그리고 터치 센싱회로(70)는 구동 신호의 라이징 에지와 폴링 에지 중 적어도 어느 하나에서 자기 용량 센서의 전압이 기준 전압값(Vx)에 도달할 때까지의 지연 시간을 카운트하여 터치 센서의 정전 용량값 변화를 센싱하여 그 정전 용량값 변화를 나타내는 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 출력한다. 터치 입력이 없을 때 기준 전압값(Vx)에 도달하는 기준 시간 정보는 터치 센싱회로(70)에 미리 저장되어 있다. 터치 센싱회로(70)는 카운터로 실시간 측정된 구동 신호의 지연 시간과 미리 알고 있는 기준 시간 정보 간의 시간차(Δt)가 미리 설정됨 문턱값 이상이면 현재 센싱된 터치 센서를 터치(또는 근접) 입력 위치의 터치 센서로 판단한다.
도 9는 터치 센싱회로, 멀티플렉서 및 터치 센서들의 연결 관계를 보여 주는 도면이다. 도 10은 멀티플렉서 제어신호와 터치 센서들에 공급되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.
도 9 및 도 10을 참조하면, COM1~COMn은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전 물질로 형성되는 터치 센서들의 투명 전극을 나타낸다. 터치 센서들의 투명 전극들(COM1~COMn)에는 터치 스크린 구동기간(T1) 동안 구동신호가 공급되고, 디스플레이 구동기간(T2) 동안 도 5에 도시된 공통전압(Vcom)이 인가된다. 따라서, 투명 전극들(COM1~COMn)은 픽셀의 공통전극과 터치 센서의 전극 역할을 겸한다. 투명 전극들(COM1~COMn) 각각은 다수의 화소전극들(1)과 중첩되어 다수의 픽셀들에 공통 전압을 공급하도록 화소전극(1)의 크기 보다 큰 투명 전극 패턴으로 형성된다.
터치 스크린(TSP)에는 n(n은 양의 정수) 개의 터치 센서들과, 그 터치 센서들에 구동신호를 공급하기 위한 n 개의 배선들(S1~Sn)이 형성될 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들은 N(N은 2 이상 n 보다 작은 양의 정수) 개의 그룹들로 나뉘어 시분할 구동될 수 있다. 이 경우, 터치 센싱회로(70)는 n/N(N은 2 이상 n 보다 작은 양의 정수) 개의 입/출력 핀들을 통해 구동신호를 출력한다. 멀티플렉서(60)는 n 개의 출력 단자와, n/N 개의 입력 단자들을 가진다. 멀티플렉서(60)는 터치 센싱회로(70)로부터의 제어신호(MC)에 응답하여 터치 센싱회로(70)로부터 입력되는 구동신호들을 시분할하여 터치 스크린(TSP)의 배선들(S1~Sn)에 공급한다.
터치 센서들이 3 개의 그룹들(GR1~GR3)로 나뉜다면, 멀티플렉서(60)는 제1 제어신호(M1)에 응답하여 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 통해 입력되는 구동 신호들을 제1 그룹(GR1)의 터치 센서들에 연결된 배선들에 공급한다. 이어서, 멀티플렉서(60)는 제2 제어신호(M2)에 응답하여 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 통해 입력되는 구동 신호들을 제2 그룹(GR2)의 터치 센서들에 연결된 배선들에 공급한다. 이어서, 멀티플렉서(60)는 제3 제어신호(M3)에 응답하여 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 통해 입력되는 구동 신호들을 제3 그룹(GR3)의 터치 센서들에 연결된 배선들에 공급한다. 따라서, 터치 센싱회로(70)는 멀티플렉서(60)를 이용하여 n/3 개의 핀들을 통해 n 개의 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)에 구동신호를 공급할 수 있다.
호스트 시스템(50)이 멀티플렉서(60)를 제어하는 경우에, 터치 센싱회로(70)는 멀티플렉서(60)를 직접 제어하지 않기 때문에 터치 레포트 레이트를 높이기가 어렵다. 이 경우, 터치 센싱회로(70)는 멀티플렉서(60)에 대한 제어권이 없기 때문에 터치 센싱 횟수와 멀티플렉서(60)의 채널(또는 그룹) 선택 횟수를 자유롭게 제어할 수 없다. 이는 호스트 시스템(50)은 시스템 노이즈 환경을 고려하여 멀티플렉서(60)의 동작 타이밍을 가변적으로 조절할 수 있는 기능이 없기 때문이다. 호스트 시스템(50)이 멀티플렉서(60)를 제어하는 경우에, 터치 센싱회로(70)는 모든 터치 센서들이 센싱된 후에 터치 레포트 데이터를 출력하고 동기신호(SYNC)에 응답하여 터치 스크린 구동기간(T1)이 시작할 때 터치 센싱 동작을 초기한다. 그 결과, 호스트 시스템(50)이 멀티플렉서(60)를 제어하는 경우에, 터치 센싱회로(70)는 매 프레임기간마다 1회씩 터치 레포트 데이터(TSR)를 출력한다. 이 때, 터치 레포트 레이트는 디스플레이 프레임 레이트와 같다.
도 11의 점선과 같이 터치 스크린 구동 기간(T1) 동안 모든 터치 센서들을 센싱한 후에 남는 여유 기간에 멀티플렉서(60)의 채널 선택 동작을 추가할 수 있다. 그런데 터치 센싱회로(70)는 멀티플렉서(60)에 대한 제어권이 호스트 시스템(50)에 부여된 경우에 터치 스크린 구동 기간(T1)의 시작 시점 마다 리셋되므로 그 이전 터치 스크린 구동 기간(T1)의 여유 기간에 행해진 센싱 결과로 얻어진 데이터를 리던던스(Redundancy)로 처리하여 터치 레포트 데이터(TSR)에 반영하지 않는다.
호스트 시스템(50)이 멀티플렉서(60)를 제어하는 경우에, 호스트 시스템(50)와 멀티플렉서(60) 사이의 신호 전송 지연과, 호스트 시스템(50)와 터치 센싱회로(70) 사이의 신호 전송 지연 때문에 터치 센싱회로(70)의 센싱 시간이 줄어든다. 도 11 및 도 12에서 "t1"은 제1 제어신호(M1)의 1 펄스폭 기간(또는 채널 선택 시간)을 나타낸다. 멀티플렉서(60)는 제1 제어신호(M1)에 응답하여 제1 그룹(GR1)의 터치 센서들을 선택한다. 터치 센싱회로(70)는 t1의 시작으로부터 제1 마진 타임(Margin time, tm1) 이 경과된 후에 센싱 동작을 시작하고 t1의 종료 전에 확보된 제2 마진 타임(tm2)에 앞서 센싱 동작을 종료한다. 터치 센싱회로(70)는 도 12와 같이 t1 내에서 tm1 및 tm2를 뺀 센싱 시간 동안 i(i는 j 보다 작은 양의 정수) 개의 터치 센서들을 센싱한다.
터치 센싱회로(70)가 멀티플렉서(60)를 직접 제어하는 경우에, 터치 센싱회로(70)는 멀티플렉서(60)에 대한 제어권을 갖기 때문에 터치 레포트 레이트를 디스플레이 프레임 레이트보다 높일 수 있다. 이 경우에 도 13과 같이, 터치 센싱회로(70)는 터치 스크린 구동 기간(T1) 내에서 제어신호를 N(도 13에서 3) 차례 발생하여 N 개의 터치 센서 그룹을 순차적으로 선택하여 터치 센서들을 N 개의 그룹으로 시분할하여 센싱한 후에 제1 터치 레포트 데이터를 출력한다. 이어서, 터치 센싱회로(70)는 터치 스크린 구동 기간(T1) 내에서 제1 터치 레포트 데이터의 출력 시점 이후에 남은 기간 동안 제어신호를 추가로 발생하여 일부 그룹의 터치 센서들을 추가 센싱하여 얻어지는 센싱 결과를 내장 메모리에 저장한다. 이어서, 터치 센싱회로(70)는 다음 터치 스크린 구동 기간(T1)에 멀티플렉서(60)를 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 나머지 그룹의 터치 센서들을 세싱하여 얻어진 센싱 결과와 내장 메모리에 저장된 이전 센싱 결과를 취합하여 제2 터치 레포트 데이터를 출력한다.
터치 센싱회로(70)가 멀티플렉서(60)를 제어하는 경우에, 터치 센싱회로(70)는 도 13에서 1 T1 기간 내에서 제1 내지 제3 제어신호(M1~M3)를 멀티플렉서(60)의 제어 단자에 순차적으로 공급하여 제1 내지 제3 그룹의 터치 센서들을 센싱하여 터치 레포트 데이터(TSR)를 출력한다. 그리고, 터치 센싱회로(70)는 1 T1 기간 내에서 터치 레포트 데이터(TSR)를 출력한 이후에 남는 시간 동안, 추가로 제어신호(M1~M3)를 발생하여 터치 센서들을 다시 센싱하고 그 결과를 내장 메모리에 저장한 후, 다음 T1 기간 내에서 나머지 터치 센서들을 센싱한 결과를 내장 메모리에 저장한 이전 센싱 결과와 취합하여 터치 레포트 레이트를 출력할 수 있다. 그 결과, 터치 센싱회로(70)가 멀티플렉서(60)의 제어권을 갖는 경우에, 1 프레임 기간 내에서 1회 이상의 터치 레포트 데이터(TSR)가 출력될 수 있으므로 터치 레포트 레이트가 디스플레이 프레임 레이트보다 빨라질 수 있다. 도 13과 같이, N 번째 프레임 기간에 터치 레포트 데이터가 1회 출력될 수 있고, N+1 번째 프레임 기간에 2횔 터치 레포트 데이터가 출력될 수 있다. 이 경우에 2 프레임 기간 동안, 터치 레포트 데이터가 3회 출력된다. 터치 센싱회로(70)는 멀티플렉서(60)를 직접 제어하면 매 프레임 기간 마다 2 회 이상의 터치 레포트 데이터를 출력할 수 있다.
터치 센싱회로(70)가 멀티플렉서(60)를 직접 제어하는 경우에, 호스트 시스템(50)와 멀티플렉서(60) 사이의 신호 전송 지연을 고려할 필요가 없다. 이 때문에 터치 센싱회로(70)는 제어신호들(M1~M3) 각각의 시작 시점(또는 라이징 에지) 부터 터치센서를 센싱하기 시작하고 그 제어신호들(M1~M3) 각각의 종료 시점(또는 폴링 에지)까지 터치센서를 센싱한다. 그 결과, 터치 센싱회로(70)는 도 13과 같이 t1 내에 마진 타임을 확보할 필요가 없기 때문에 t1 내에서 j 개의 터치 센서들을 센싱할 수 있다.
멀티플렉서(60)에 대한 제어권이 터치 센싱회로(70)에 부여되면, 터치 센싱회로(70)는 센싱 감도와 정확도가 일정 수준을 만족하는 조건 하에서 멀티플렉서(60)의 채널 선택 시간과 횟수를 적응적으로 조절할 수 있다. 이를 도 15 내지 도 17을 결부하여 설명하기로 한다. 터치 센싱회로(70)는 도 15와 같은 집적회로(integrated circuit, IC)로 구현될 수 있다.
터치 센싱회로(70)는 멀티플렉서(60)를 통해 수신된 구동 신호를 바탕으로 분석된 노이즈 수준에 따라 제어신호(M1~M3)의 펄스폭(t1) 즉, 멀티플렉서(60)의 채널 선택 시간을 적응적으로 가변할 수 있다. 터치 센싱회로(70)는 노이즈 수준이 미리 설정된 기준값 보다 높으면 제어신호(M1~M3)의 펄스폭을 길게 조절한다. 이 경우에, 터치 센싱회로(70)는 제어신호(M1~M3)의 펄스폭을 길게 조절함과 동시에, 제어신호(M1~M3)에 의해 정의된 멀티플렉서(60)의 채널 선택 시간 내에서 구동 신호의 횟수를 증가시키거나 구동 신호의 펄스폭을 증가시킬 수 있다.
반면에, 터치 센싱회로(70)는 노이즈 수준이 미리 설정된 기준값 이하이면 제어신호(M1~M3)의 펄스폭을 줄일 수 있다. 이 경우, 터치 센싱회로(70)는 제어신호(M1~M3)의 펄스폭을 줄임과 동시에 그 제어신호(M1~M3)에 의해 정의된 멀티플렉서(60)의 채널 선택 시간 내에서 구동 신호의 횟수를 줄이거나 구동 신호의 펄스폭을 줄일 수 있다.
도 15는 터치 센싱회로(70)를 상세히 보여 주는 블록도이다. 도 16은 터치 센싱회로의 채널 모니터 동작을 예시하는 도면이다. 도 17은 채널 모니터 동작 결과, 노이즈 수준이 높을 때 멀티플렉서 제어신호의 채널 선택 시간을 길게 조절한 예를 보여 주는 도면이다.
도 15 내지 도 17을 참조하면, 터치 센싱회로(70)는 디코더(71), 채널 모니터 블록(72), 및 아날로그 구동부(75)를 포함한다.
디코더(71)는 멀티플렉서(60)를 경유하여 배선들(S1~Sn)로부터 수신된 구동 신호의 변화를 센싱하여 터치 센서의 정전 용량값 변화를 검출한다. 그리고 디코더(71)는 정전 용량값 변화를 나타내는 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 발생하고, 터치 인식 알고리즘을 실행하여 터치(또는 근접) 입력의 좌표 정보를 포함한 터치 레포트 데이터를 출력한다. 디코더(71)는 이전 센싱 결과를 일시 저장하는 메모리를 포함한다.
채널 모니터 블록(72)은 터치 원시 데이터를 미리 설정된 상한값 및 하한값과 비교하여 노이즈 수준을 판단하고, 그 결과를 바탕으로 터치 센서의 노이즈 수준을 나타내는 채널 상태 레포트(channel state report) 데이터를 아날로그 구동부(75)에 공급한다. 이를 위하여, 채널 모니터 블록(72)은 카운터(73)와 채널 상태 판단부(74)를 포함한다. 카운터(73)는 터치 원시 데이터를 상한값과 비교하여 상한값 이상의 터치 원시 데이터를 카운트하고 또한, 터치 데이터를 하한값과 비교하여 하한값 이하의 터치 원시 데이터를 카운트한다. 채널 상태 판단부(74)는 상한값 이상인 터치 원시 데이터의 개수와 하한값 이하인 터치 원시 데이터의 개수를 합한 카운트 값을 미리 설정된 노이즈 기준값과 비교하여 그 카운트 값이 노이즈 기준값 보다 높으면 노이즈 수준이 나쁜(또는 높은) 것으로 판단하는 반면, 그 카운트 값이 노이즈 기준값 이하이면 노이즈 수준이 양호(또는 낮은) 것으로 판단한다. 채널 상태 판단부(74)는 현지 수신된 터치 원시 데이터의 노이즈 수준을 나타내는 채널 상태 레포트 데이터를 채널 선택 제어부(50)로 전송한다.
아날로그 구동부(75)는 멀티플렉서(60)에 의해 선택된 채널에 연결된 배선들을 통해 선택된 터치 센서들에 구동 신호들을 공급한다. 아날로그 구동부(75)는 채널 상태 판단부(74)로부터 수신된 채널 상태 레포트 데이터에 응답하여 현재 수신된 터치 원시 데이터의 노이즈 수순이 나쁘면 다음 채널(또는 그룹)을 선택하기 위한 제어신호(M1~M3)의 펄스폭(t1)을 늘려 도 17과 같이 멀티플렉서의 채널 선택 시간을 길게 조절한다. 이와 함께, 아날로그 구동부(75)는 길어진 채널 선택 시간에 맞추어 그 시간 내에서 발생하는 구동 신호의 횟수를 증가시키거나 구동 신호의 펄스폭을 길게 조절한다. 구동 신호의 횟수가 증가하면, 디코더(71) 내에서 구동 신호의 적분 효과를 높여 신호 대 잡음비(S/N)를 낮추어 노이즈 수준을 낮출 수 있다. 나쁜 노이즈 수준으로 인하여, 멀티 플렉서(60)의 채널 선택 시간이 길어 지면, 터치 스크린 구동기간(T1) 내에서 채널 선택 횟수가 감소하여 터치 레포트 레이트가 낮아진다.
아날로그 구동부(75)는 채널 상태 판단부(74)로부터 수신된 채널 상태 레포트 데이터에 응답하여 현재 수신된 터치 원시 데이터의 노이즈 수순이 양호하면 다음 채널(또는 그룹)을 선택하기 위한 제어신호(M1~M3)의 펄스폭(t1)을 줄여 도 13과 같이 멀티플렉서(60)의 채널 선택 횟수를 더 증가시킨다. 이와 함께, 아날로그 구동부(75)는 짧아진 채널 선택 시간에 맞추어 그 시간 내에서 발생하는 구동 신호의 횟수를 줄이거나 구동 신호의 펄스폭을 줄인다. 양호한 노이즈 수준으로 인하여, 멀티 플렉서(60)의 채널 선택 시간이 짧아져 도 13과 같이 터치 스크린 구동 기간(T1) 내에서 채널 선택 횟수가 증가되면, 그 만큼 터치 레포트 레이트가 높아진다.
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.
10 : 표시패널 TSP : 터치 스크린
40 : 타이밍 콘트롤러 50 : 호스트 시스템
60 : 멀티플렉서 70 : 터치 센싱회로
71 : 디코더 72 : 채널 모니터 블록
73 : 카운터 74 : 채널 상태 판단부
75 : 아날로그 구동부

Claims (11)

  1. 다수의 터치 센서들;
    상기 터치 센서들을 구동하기 위한 구동 신호들을 발생하고 상기 구동 신호들을 분석하여 터치 입력 여부를 판단하는 터치 센싱회로; 및
    상기 터치 센서들에 연결된 배선들과 상기 터치 센싱회로 사이에 설치되어 상기 터치 센싱회로의 제어 하에 상기 구동 신호들을 시분할하여 상기 배선들에 공급하는 멀티플렉서를 포함하고,
    상기 터치 센싱회로는 상기 터치 센서들이 형성된 표시패널의 디스플레이 프레임 레이트보다 빠른 터치 레포트 레이트로 터치 레포트 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    미리 설정된 터치 스크린 구동 기간 내에서 상기 멀티플렉서의 채널 선택을 제어하기 위한 제어신호를 N(N은 2 이상의 양의 정수) 차례 발생하여 N 개의 터치 센서 그룹을 순차적으로 선택하여 상기 터치 센서들을 N 개의 그룹으로 시분할하여 센싱한 후에 제1 터치 레포트 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    상기 터치 스크린 구동 기간 내에서 상기 제1 터치 레포트 데이터의 출력 시점 이후에 남은 기간 동안 상기 제어신호를 추가로 발생하여 일부 그룹의 터치 센서들을 추가 센싱하여 얻어지는 센싱 결과를 메모리에 저장하고,
    다음 터치 스크린 구동 기간에 상기 제어신호를 발생하여 나머지 그룹의 터치 센서들을 세싱하여 얻어진 센싱 결과와 상기 메모리에 저장된 센싱 결과를 취합하여 제2 터치 레포트 데이터를 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    2 프레임 기간 동안,
    상기 터치 레포트 데이터를 3회 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    매 프레임 기간 마다 상기 터치 레포트 데이터를 2회 이상 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항, 및 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    상기 제어신호의 라이징 에지 직후에 상기 터치 센서들을 센싱하기 시작하고 상기 제어신호의 폴링 에지 직전까지 상기 터치 센서들을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  7. 제 2 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    상기 멀티플렉서를 경유하여 수신된 구동 신호를 바탕으로 분석된 노이즈 수준에 따라 제어신호의 펄스폭을 가변하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    상기 노이즈 수준이 미리 설정된 기준값 보다 높으면 상기 제어신호의 펄스폭을 길게 조절하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    상기 노이즈 수준이 미리 설정된 기준값 보다 높으면 상기 제어신호의 펄스폭을 길게 조절하고,
    상기 제어신호에 의해 정의된 상기 멀티플렉서의 채널 선택 시간 내에서 상기 구동 신호의 횟수를 증가시키거나 상기 구동 신호의 펄스폭을 증가시키는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  10. 제 7 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    상기 노이즈 수준이 미리 설정된 기준값 이하이면 상기 제어신호의 펄스폭을 줄이는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 터치 센싱회로는,
    상기 노이즈 수준이 미리 설정된 기준값 이하이면 상기 제어신호의 펄스폭을 줄이고,
    상기 제어신호에 의해 정의된 상기 멀티플렉서의 채널 선택 시간 내에서 상기 구동 신호의 횟수를 줄이거나 상기 구동 신호의 펄스폭을 줄이는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
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