KR20140046204A

KR20140046204A - 촉각 피드백 터치 스크린

Info

Publication number: KR20140046204A
Application number: KR1020120112377A
Authority: KR
Inventors: 권수진; 송시철
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-10-10
Filing date: 2012-10-10
Publication date: 2014-04-18
Also published as: KR102002605B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 터치 스크린은 Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들 상에 형성된 절연층을 포함하는 터치 스크린, 상기 Tx 라인들에 인가되는 전기적 입력을 생성하는 전기자극 생성부, 상기 Tx 라인들에 터치 구동펄스를 인가하고 상기 Rx 라인들을 통해 센싱하여 터치 데이터를 생성하고, 상기 전기자극 생성부에 전기자극 구동펄스를 인가하는 터치 스크린 구동회로 및 상기 터치 데이터에 따라 상기 전기자극 생성부에 상기 전기자극 구동펄스를 인가하도록 상기 터치 스크린 구동회로에 제어신호를 인가하는 호스트 시스템을 포함하며, 상기 터치 스크린 구동회로는 터치 구동기간과 전기자극 생성부 구동기간으로 시분할하는 1 프레임 기간을 포함하고, 상기 Tx 라인들은 상기 터치 구동기간에 상기 터치 구동펄스가 인가되고, 상기 전기자극 생성부 구동기간에 상기 전기자극 구동펄스에 따라 상기 전기자극 생성부로부터 상기 전기적 입력이 인가되어 터치 신체 부위에 전기자극을 주는 것을 특징으로 한다.

Description

촉각 피드백 터치 스크린{TACTILE SENSE FEEDBACK TOUCH SCREEN}

본 발명은 터치 스크린에 관한 것으로, 보다 자세하게는 촉각 피드백 터치 스크린에 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. 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.

터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있는 추세에 있으며, 나아가 가전 제품에도 확대 적용되고 있다. 터치 UI를 구현하기 위한 터치 스크린의 일예로서, 터치 뿐 아니라 근접 여부도 센싱하고 멀티 터치(또는 근접) 각각을 인식할 수 있는 상호 용량(mutual capacitance) 방식의 터치 스크린이 각광받고 있다. 터치 스크린을 센싱하는 방법은 센서 노드에 구동 전압을 공급하여 그 센서 노드에 형성된 상호 용량으로부터 전하를 발생시키고 그 상호 용량의 전하 변하량을 전압 변화로 변환한 다음, 터치 전후의 전압 변화량을 기준전압과 비교하거나 카운트하는 등 여러 가지 방법이 알려져 있다.

최근에는 사용자의 터치에 대해 사용자에게 촉각적인 피드백을 제공하여, 사용자가 터치한 것에 대해 인지할 수 있는 기술이 개발되고 있다. 그러나, 촉각적인 패드백을 제공하기 위해 별도의 피드백 제공 수단이 필요하게 되어 장치가 복잡해지고 두께가 두꺼워지는 등의 문제점이 있다.

본 발명은 터치 스크린의 전극들을 촉각 피드백 전극으로 함께 적용함으로써, 비용의 증가 없이 터치와 연동될 수 있는 촉각 피드백 터치 스크린을 제공한다.

상기한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 터치 스크린은 Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들 상에 형성된 절연층을 포함하는 터치 스크린, 상기 Tx 라인들에 인가되는 전기적 입력을 생성하는 전기자극 생성부, 상기 Tx 라인들에 터치 구동펄스를 인가하고 상기 Rx 라인들을 통해 센싱하여 터치 데이터를 생성하고, 상기 전기자극 생성부에 전기자극 구동펄스를 인가하는 터치 스크린 구동회로 및 상기 터치 데이터에 따라 상기 전기자극 생성부에 상기 전기자극 구동펄스를 인가하도록 상기 터치 스크린 구동회로에 제어신호를 인가하는 호스트 시스템을 포함하며, 상기 터치 스크린 구동회로는 터치 구동기간과 전기자극 생성부 구동기간으로 시분할하는 1 프레임 기간을 포함하고, 상기 Tx 라인들은 상기 터치 구동기간에 상기 터치 구동펄스가 인가되고, 상기 전기자극 생성부 구동기간에 상기 전기자극 구동펄스에 따라 상기 전기자극 생성부로부터 상기 전기적 입력이 인가되어 터치 신체 부위에 전기자극을 주는 것을 특징으로 한다.

상기 터치 구동기간은 상기 터치 데이터를 발생하는 기간이고, 상기 전기자극 생성부 구동기간은 상기 터치 데이터에 의해 상기 터치 신체 부위에 전기자극을 주는 기간이다.

상기 터치 구동회로는 TSP 타이밍 콘트롤러를 포함하며, 상기 TSP 타이밍 콘트롤러는 상기 터치 구동기간에 상기 Tx 라인들에 상기 터치 구동펄스를 인가하도록 Tx 구동회로를 제어하고, 상기 전기자극 생성부의 구동은 중지하도록 제어한다.

상기 TSP 타이밍 콘트롤러는 상기 전기자극 생성부 구동기간에 상기 Tx 라인들에 상기 전기적 입력을 인가하도록 상기 전기자극 생성부를 제어하고, 상기 Tx 구동회로의 구동은 중지하도록 제어한다.

상기 상기 Tx 라인들에 인가되는 상기 전기적 입력은 고전압의 전류이다.

상기 전기자극 생성부는 전류 증폭기 및 고전압 변압기로 이루어진 고전압 증폭기를 포함한다.

상기 전기자극 생성부는 상기 Tx 라인들에 1 대 1로 연결된 복수의 Ex 라인들로 이루어진 전극들을 포함한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 터치 스크린은 터치 스크린의 Tx 라인들을 전기자극 생성부의 전극들로 이용함으로써, 터치 스크린의 사이즈의 증가 없이 촉각 피드백을 수행할 수 있는 터치 스크린을 제공할 수 있는 이점이 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 터치 스크린을 포함하는 표시장치를 나타낸 블록도.
도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형태의 터치 스크린과 표시패널의 조합을 나타내는 도면들.
도 4 및 도 5는 본 발명의 전기자극 생성부의 작동원리를 설명하기 위한 개념도.
도 6은 본 발명의 터치 스크린에 적용되는 전기자극 생성부를 나타낸 도면.
도 7은 터치 스크린과 전기자극 생성부의 시분할 구동 방법을 보여 주는 수직 동기 신호의 파형도.
도 8은 전기자극 생성부가 내장된 터치 스크린의 동작을 보여주는 파형도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자극 생성부가 내장된 터치 스크린의 동작을 단계적으로 보여주는 흐름도.

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.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 터치 스크린을 포함하는 표시장치를 나타낸 블록도이고, 도 2 및 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 다양한 형태의 터치 스크린과 표시패널의 조합을 나타내는 도면들이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로, 디스플레이 타이밍 콘트롤러(20), 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동회로, 터치 인식 알고리즘 실행부(30), 전기자극 생성부(55) 등을 포함한다.

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.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판에는 다수의 데이터 라인들(D1~Dm, m은 자연수), 데이터 라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트 라인들(G1~Gn, n은 자연수), 데이터 라인들(D1~Dm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들에 데이터 전압을 충전시키기 위한 다수의 화소 전극, 화소 전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다.

표시패널(DIS)의 픽셀들은 데이터 라인들(D1~Dm)과 게이트 라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소 전극에 인가되는 데이터 전압과, 공통 전극에 인가되는 공통 전압의 전압 차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트 라인(G1~Gn)으로부터의 게이트 펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터 라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소 전극에 공급한다.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)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.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 디스플레이 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터 전압을 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 디스플레이 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상 전압으로 변환하여 데이터 전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터 전압은 데이터 라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동회로(14)는 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.

디스플레이 타이밍 콘트롤러(20)는 외부의 호스트 시스템(15)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 발생한다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

터치 스크린(TSP)은 도 2와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 3과 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 도 2 및 도 3에서 "PIX"는 액정셀의 화소 전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(T1~Tj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(T1~Tj)과 교차하는 Rx 라인들(R1~Ri, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(R1~Ri)의 교차부들에 형성된 i×j 개의 센서 노드들(미도시)을 포함한다. 센서 노드들 각각은 상호 용량을 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동펄스를 인가하고 그 구동펄스에 동기하여 센서 노드의 전압을 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 수신한다. 이러한 터치 스크린 구동회로는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), TSP 타이밍 콘트롤러(36) 및 터치 인식 알고리즘 실행부(30)를 포함한다.

Tx 구동회로(32)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)로부터 입력된 Tx 셋업신호에 응답하여 구동펄스를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동펄스를 인가한다. 구동펄스는 Rx 채널을 통해 수신된 신호 전압이 적분기에서 누적될 수 있도록 Tx 라인들(T1~Tj) 각각에 N(N은 2 이상의 양의 정수) 회 공급된다.

Rx 구동회로(34)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)로부터 입력된 Rx 셋업신호에 응답하여 센서 노드 전압을 수신할 Rx 채널을 선택한다. Rx 구동회로(34)는 선택된 Rx 채널과 연결된 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 정극성 신호와 부극성 신호를 수신한다. Rx 구동회로(34)는 적분기의 출력 전압을 샘플링한 후에 디지털 데이터로 변환한다. Rx 구동회로(34)로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 로 데이터(Touch Raw Data, Tdata)로서 터치 인식 알고리즘 실행부(30)로 전송된다.

TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 Tx 구동회로(32)에서 구동펄스가 출력될 Tx 채널을 설정하기 위한 셋업 신호와, Rx 구동회로(34)에서 센서 노드 전압을 수신할 Rx 채널을 설정하기 위한 셋업 신호를 발생한다. 또한, TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34) 및 전기자극 생성부(55)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.

터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 분석하여 Rx 구동회로(34)로부터 입력되는 터치 로 데이터(Tdata)를 분석하여 센서 노드 전압에서 터치 전후의 변화량이 소정의 기준값 이상으로 큰 데이터를 터치(또는 근접) 입력으로 판단하고 그 터치(또는 근접) 입력에 대한 좌표를 추정하여 터치 입력 위치의 좌표를 포함한 터치 맵 데이터(HIDxy)를 출력한다. 터치 인식 알고리즘 실행부(30)로부터 출력된 터치 맵 데이터(HIDxy)는 호스트 시스템(15)으로 전송된다. 터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

호스트 시스템(15)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(15)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 영상 데이터를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 또한, 호스트 시스템은 터치 인식 알고리즘 실행부(30)로부터 입력되는 터치 데이터의 좌표값과 연계된 응용 프로그램을 실행한다. 그리고, 호스트 시스템(15)은 상기 터치 데이터 좌표값에 따라 전기자극 생성부(55)를 구동하기 위한 구동신호를 TSP 타이밍 콘트롤러(36)에 전송한다.

전기자극 생성부(55)는 상기 터치 스크린의 Tx 라인들(T1~Tj)에 전기적 입력을 인가하여, 사용자의 터치 신체 부위와 Tx 라인들 사이에 용량성 커플링을 형성하여 전기자극을 주게 된다. 전기자극 생성부(55)는 상기 Tx 라인들(T1~Tj)에 연결된 Ex 라인들(E1~Ej)에 전기적 신호를 입력한다. Ex 라인들(E1~Ej)은 상기 Tx 라인들(T1~Tj)에 1대 1로 연결되어 전기적 신호 예를 들어 고전압의 전류를 입력하게 된다. 또한, 전기자극 생성부(55)는 터치 좌표에 따라 호스트 시스템(15)에서 타이밍 콘트롤러(36)에 입력된 제어신호에 따라 상기 터치 좌표에 해당하는 Ex 라인들(E1~Ej)에 전기적 입력을 하여 상기 Tx 라인들(T1~Tj)에 고전압 전류를 입력한다.

TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), 전기자극 생성부(55)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 동기신호(SYNC)를 발생한다.

전술한 전기자극 생성부를 통해 사용자에게 전기자극을 부여하는 구체적인 실시예를 개시하기로 한다.

도 4 및 도 5는 전기자극 생성부의 작동원리를 설명하기 위한 개념도이다. 전기자극 생성부(55)는 고전압 증폭기(100), 절연체(108) 및 전극(106)을 포함한다. 고전압 증폭기(100)의 출력은 OUT으로 표시되며, 고전압 증폭기는 절연층 또는 절연부재 중 적어도 하나를 포함하는 절연체(108)로 인하여 전기 접촉으로부터 절연된 전극(106)과 연결된다.

절연체(108)에 접촉하는 사용자의 신체부위(120), 예를 들어 손가락의 피부(121)는 건조한 상태에서 상대적으로 좋은 절연체이지만, 전기자극 생성부(55)는 전극(106) 및 신체부위(120) 사이에 상대적으로 양호한 용량성 커플링(capacitive coupling)을 제공한다. 본 발명은 전극(106) 및 신체부위(120) 사이의 용량성 커플링이 전기력(Coulomb Force)을 발생시킨다. 전기력은 파치니소체(Pacinian corpuscle)(122)라 명명되는, 이포데미(ipodermis)(121) 내에 포함된 피부 외피층 아래에 존재하는 진동-감지 수용기를 자극한다.

고전압 증폭기(100)는 입력신호(IN)에 의하여 구동되며, 입력신호는 파치니소체(122)가 감지할 수 있는 주파수 범위 내에 존재하는 전기력을 발현시키는 에너지 콘텐츠의 상당한 부분을 발현시킨다. 인간에 있어서, 상기 주파수 범위는 10Hz 내지 1000Hz 범위 내, 바람직하게는 50Hz 및 500Hz이며, 100Hz 내지 300Hz의 범위, 약 240Hz 정도가 최적의 주파수이다.

고전압 증폭기(100) 및 절연체(108)에 대한 용량성 커플링은 파시니소체 또는 여타의 물리적 수용기가 자극되고, 전기센서 감각이 발생하도록 배치된다. 이를 위해, 고전압 증폭기(100)는 수백 또는 수천 볼트의 출력을 발생시킬 수 있어야 한다. 실제 구현시에는 신체부위(120)를 향하여 발생된 교류전류는 매우 작은 크기이며, 저주파수의 교류를 이용함으로써 더욱 감소될 수 있다.

도 5을 참조하면, 본 실시예에서, 고전압 증폭기(100)는 고전압 변압기(104)와 전류 증폭기(102)를 포함한다. 전류 증폭기(102)는 도면부호 112 및 114로 표시된 변조된 신호에 의하여 구동된다. 고전압 증폭기(100)로부터의 출력은 절연체(108)에 의하여 전기적 접촉으로부터 절연된 전극(106)으로 연결된다. 증폭기(100, 102)는 변조기(110) 내에서 저주파수 신호가 변조된 고주파수 신호(112)에 의하여 구동된다. 저주파수 신호(114)의 주파수는 피부 표면에 내재된 전도성 조직 내에 존재하는 파시니소체가 반응하는 주파수이다. 고주파수 신호(112)의 주파수는 바람직하게는 인간의 가청 주파수보다 소량의 수치만큼 높은 수준의 18 내지 25kHz의 주파수이다. 더욱 바람직하게는 약 19 내지 22 kHz 사이이다.

제어부(116)는 고주파수 또는 저주파수 신호(112, 114)의 주파수 또는 진폭 증폭기(102)를 작동시키거나, 전력 공급을 제어한다.

도 6은 본 발명의 터치 스크린에 적용되는 전기자극 생성부(55)를 나타낸 도면이다. 본 실시예는 다수의 독립적으로 통제 가능한 전극(206A, 206B 및 206C)로 구성된다. 도면에서는 전극이 세 개로 표시되어 있지만, 전극의 개수는 터치 스크린의 Tx 라인들의 개수만큼일 수 있다.

제어부(216)는 전극들(206A, 206B 및 206C)로의 고전압 신호를 제어하는 것으로, 호스트 시스템으로부터의 명령에 응답할 수 있다. 상기 전극들(206A, 206B 및 206C)은 상기 터치 스크린의 Tx 라인들일 수 있다. 제어부(216)는 스위치(217)를 제어하여 각 전극들(206A, 206B, 206C)에 전기적 신호를 입력하게 되는데, 스위치(217)는 반도체 계전기(semiconductor relay)를 포함하여, 여타의 반도체 타입의 스위치도 사용될 수 있다.

전술한 전기자극 생성부(55)는 사용자의 터치 신체인 손가락과, 터치 스크린 사이의 전기력을 변조시켜 이를 이용해 손가락에 촉각 신호를 생성한다. 따라서, 사용자는 표시장치에 터치를 하게 되면 전기자극의 피드백을 받게 전달받게 된다.

한편, 전술한 바와 같이, 터치 스크린(TSP)의 Tx 라인들은 전기자극 생성부(55)의 전극들로 동시에 이용될 수 있다. 이에 따라, 전기자극 생성부(55)와 터치 스크린(TSP)은 도 7과 같은 방법으로 시분할 구동될 수 있다.

도 7은 터치 스크린과 전기자극 생성부의 시분할 구동 방법을 보여 주는 수직 동기 신호의 파형도이고, 도 8은 전기자극 생성부가 내장된 터치 스크린의 동작을 보여주는 파형도이다. 또한, 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 전기자극 생성부가 내장된 터치 스크린의 동작을 단계적으로 보여주는 흐름도이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 1 프레임 기간은 터치 스크린 구동기간(T1)과, 전기자극 생성부 구동기간(T2)으로 시분할될 수 있다. 도 7에서 "Vsync"는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)에 입력되는 제1 수직 동기신호이고, "SYNC"는 전기자극 생성부(55)에 입력되는 제2 수직 동기신호이다. TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 1 프레임 기간에서 터치 스크린 구동기간(T1)과 전기자극 생성부 구동기간(T2)을 정의하기 위하여, 호스트 시스템으로부터 입력되는 제1 수직 동기신호(Vsync)를 변조하여 제2 수직 동기신호(SYNC)를 발생할 수 있다.

다른 실시예로서, 호스트 시스템(15)이 도 7과 같은 제2 수직 동기신호(SYNC)를 발생하고, TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 호스트 시스템(15)으로부터 입력되는 제2 수직 동기신호(SYNC)에 응답하여 터치 스크린 구동기간(T1)과 전기자극 생성부 구동기간(T2)을 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 1 프레임 기간을 터치 스크린 구동기간과 전기자극 생성부 구동기간으로 시분할하여 터치 스크린 구동회로와 전기자극 생성부의 동작 타이밍을 제어하는 콘트롤러는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)와 호스트 시스템(15) 중 어느 하나일 수 있다.

제2 수직 동기신호(SYNC)의 로우 로직 레벨(low logic level) 구간은 터치 스크린 구동기간(T1)으로 정의되고, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 하이 로직 레벨(high logic level) 구간은 전기자극 생성부 구동기간(T2)으로 정의될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예를 들어, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 하이 로직 레벨 구간이 전기자극 생성부 구동기간(T1)으로 정의되고, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 로우 로직 레벨 구간이 터치 스크린 구동기간(T2)으로 정의될 수도 있다. 터치 스크린 구동기간(T1) 동안, 터치 스크린 구동회로는 구동되고 전기자극 생성부(55)는 구동되지 않는다.

사용자는 필요에 의해 터치 스크린을 터치한다.(S1) 터치 스크린 구동기간(T1) 동안, Tx 구동회로(32)는 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동펄스를 인가하고, Rx 구동회로(34)는 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 정극성 신호와 부극성 신호를 수신하여 적분기의 출력 전압을 샘플링한 후에 디지털 데이터로 변환한다. 변환된 디지털 데이터는 터치 인식 알고리즘 실행부(30)에서 터치 입력 위치의 좌표를 포함한 터치 맵 데이터를 출력하여 호스트 시스템(15)으로 전송된다.(S2) 전기자극 생성부(55)는 터치 스크린 구동기간(T1) 동안, 터치 스크린의 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동신호를 공급하지 않는다.

호스트 시스템(15)은 터치 맵 데이터를 TSP 타이밍 콘트롤러(36)로 전송한다.(S3) 이에 따라, Tx 구동회로(32)에서 Tx 라인들에 구동펄스를 인가하는 것을 중단한다.(S4) 전기자극 생성부 구동기간(T2)에서는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)가 터치 맵 데이터를 전기자극 생성부(55)에 전송하여 전기자극 생성부(55)에서 터치 맵 데이터에 해당되는 전극들(E1~Ej)에 전기적 입력이 가능하도록 스위치에 구동펄스를 인가한다. 인가된 구동펄스에 따라 스위치가 해당 전극들(E1~Ej)을 턴 온(on)하게 되고 해당 전극들에 1대 1로 연결된 Tx 라인들에 고전압의 전기적 신호가 입력된다.(S5)

전기자극 생성부(55)는 전기자극 생성부 구동기간(T2) 동안, E1 라인들을 통해 Tx 라인들에 고전압의 전기적 신호 입력을 수행한다. 전기자극 생성부(55)는 사용자의 터치가 없을 때에는 구동되지 않고, 터치 데이터 좌표값에 따라 호스트 시스템(15)을 통해 타이밍 콘트롤러(36)로부터 제어신호가 입력되면, 터치 데이터 좌표값에 해당되는 Tx 라인들에 연결된 Ex 라인들에 고전압의 전기적 신호를 발생하게 한다.

Tx 라인들에 인가된 고전압의 전기적 신호는 터치 스크린에 터치된 사용자의 손가락 사이에 전기력을 발생하게 되어, 사용자의 손가락에서 전기자극을 감지하는 피드백(feedback)이 전달된다.(S6) 전기자극 생성부 구동기간(T2) 동안, 터치 스크린 구동회로는 구동되지 않고 전기자극 생성부(55)가 구동된다. 전기자극 생성부 구동기간(T2)이 종료된 후에는 다시 다음 터치 구동기간(T1)이 수행된다.(S7)

전술한 바와 같이, 본 발명의 일 실시예에 따른 촉각 피드백 터치 스크린은 터치 스크린의 Tx 라인들을 전기자극 생성부의 전극들로 이용함으로써, 터치 스크린의 사이즈의 증가 없이 촉각 피드백을 수행할 수 있는 터치 스크린을 제공할 수 있는 이점이 있다.

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.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동회로 14 : 스캔 구동회로
15 : 호스트 시스템 20 : 디스플레이 타이밍 콘트롤러
30 : 터치 인식 알고리즘 실행부 32 : Tx 구동회로
34 : Rx 구동회로 36 : TSP 타이밍 콘트롤러
55 : 전기자극 생성부

Claims

Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들 상에 형성된 절연층을 포함하는 터치 스크린;
상기 Tx 라인들에 인가되는 전기적 입력을 생성하는 전기자극 생성부;
상기 Tx 라인들에 터치 구동펄스를 인가하고 상기 Rx 라인들을 통해 센싱하여 터치 데이터를 생성하고, 상기 전기자극 생성부에 전기자극 구동펄스를 인가하는 터치 스크린 구동회로; 및
상기 터치 데이터에 따라 상기 전기자극 생성부에 상기 전기자극 구동펄스를 인가하도록 상기 터치 스크린 구동회로에 제어신호를 인가하는 호스트 시스템을 포함하며,
상기 터치 스크린 구동회로는 터치 구동기간과 전기자극 생성부 구동기간으로 시분할하는 1 프레임 기간을 포함하고,
상기 Tx 라인들은 상기 터치 구동기간에 상기 터치 구동펄스가 인가되고, 상기 전기자극 생성부 구동기간에 상기 전기자극 구동펄스에 따라 상기 전기자극 생성부로부터 상기 전기적 입력이 인가되어 터치 신체 부위에 전기자극을 주는 촉각 피드백 터치 스크린.
제1 항에 있어서,
상기 터치 구동기간은 상기 터치 데이터를 발생하는 기간이고, 상기 전기자극 생성부 구동기간은 상기 터치 데이터에 의해 상기 터치 신체 부위에 전기자극을 주는 기간인 촉각 피드백 터치 스크린.
제2 항에 있어서,
상기 터치 구동회로는 TSP 타이밍 콘트롤러를 포함하며,
상기 TSP 타이밍 콘트롤러는 상기 터치 구동기간에 상기 Tx 라인들에 상기 터치 구동펄스를 인가하도록 Tx 구동회로를 제어하고, 상기 전기자극 생성부의 구동은 중지하도록 제어하는 촉각 피드백 터치 스크린.
제3 항에 있어서,
상기 TSP 타이밍 콘트롤러는 상기 전기자극 생성부 구동기간에 상기 Tx 라인들에 상기 전기적 입력을 인가하도록 상기 전기자극 생성부를 제어하고, 상기 Tx 구동회로의 구동은 중지하도록 제어하는 촉각 피드백 터치 스크린.
제4 항에 있어서,
상기 Tx 라인들에 인가되는 상기 전기적 입력은 고전압의 전류인 촉각 피드백 터치 스크린.
제1 항에 있어서,
상기 전기자극 생성부는 전류 증폭기 및 고전압 변압기로 이루어진 고전압 증폭기를 포함하는 촉각 피드백 터치 스크린.
제6 항에 있어서,
상기 전기자극 생성부는 상기 Tx 라인들에 1 대 1로 연결된 복수의 Ex 라인들로 이루어진 전극들을 포함하는 촉각 피드백 터치 스크린.