KR20140066600A - 터치 스크린 장치와 그의 구동방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 Tx 라인들에 구동신호를 공급하는 터치 스크린 장치와 그의 구동방법에 관한 것이다. 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 장치는 Tx 라인들, Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린 패널; 상기 Tx 라인들에 구동신호를 공급하는 Tx 구동회로; 및 상기 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하고 누적 합산하여 터치 로우 데이터를 산출하는 Rx 구동회로를 포함하고, 상기 구동신호는 시간에 따라 점진적으로 변화하는 신호로 구현되고, 상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하는 샘플링 주파수는 상기 구동신호의 주파수보다 높은 것을 특징으로 한다.

Description

터치 스크린 장치와 그의 구동방법{TOUCH SCREEN DEVICE AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 Tx 라인들에 구동신호를 공급하는 터치 스크린 장치와 그의 구동방법에 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 있다.
터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있는 추세에 있으며, 가전 제품에도 확대 적용되고 있다. 터치 UI를 구현하기 위한 터치 스크린 장치의 일 예로서, 터치뿐 아니라 근접 여부도 센싱하고 멀티 터치(또는 근접) 각각을 인식할 수 있는 상호 용량(mutual capacitance) 방식의 터치 스크린 장치가 각광받고 있다.
상호 용량 방식의 터치 스크린 장치는 Tx 라인들, Tx 라인들과 교차되는 Rx 라인들, 및 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차부에 형성된 터치 센서들을 구비한 터치 스크린 패널을 포함한다. 터치 센서들 각각은 상호 용량(mutual capacitance)을 갖는다. 터치 스크린 장치는 터치(또는 근접) 전후의 터치 센서들에 충전된 전압의 변화를 감지하여 전도성 물질의 접촉(또는 근접) 여부와 그 위치를 판단한다. 터치 스크린 장치는 터치 스크린 패널의 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고 Rx 라인들을 통해 수신되는 터치 센서들의 출력을 디지털 데이터인 터치 로우 데이터들로 변환하고, 터치 로우 데이터들을 분석하여 터치 좌표(들)를 산출하게 된다.
한편, 최근에 표시장치가 대형화됨에 따라 터치 스크린 장치도 대형화되고 있다. 터치 스크린 장치의 대형화로 인하여 구동신호를 공급하는 Tx 라인들의 길이가 길어지며, 그 결과 Tx 라인들의 시정수(time constant, RC)가 증가하게 된다. 이 경우, Tx 라인들에 공급되는 구동신호의 펄스 폭은 Tx 라인들의 시정수 증가로 인한 RC 딜레이(RC delay)를 고려하여 설계되어야 한다. 따라서, 터치 스크린 장치가 대형화되는 경우 구동신호의 펄스 폭은 증가하게 된다. 구동신호의 펄스 폭이 증가하는 경우, 터치 구동회로의 샘플링 주파수가 느려지게 된다. 그런데, 터치 구동회로의 샘플링 주파수가 느려지는 경우, 샘플링 주파수보다 큰 고주파 노이즈를 로우 패스 필터(low pass filter) 등으로 제거할 수 없는 문제가 있다. 따라서, 샘플링된 터치 센서들의 차지 변화량을 누적 합산 값에는 노이즈가 포함되게 되며, 이로 인해 터치 좌표가 오산출될 확률이 높아지게 된다.
본 발명은 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하는 샘플링 주파수를 높일 수 있는 터치 스크린 장치와 그의 구동방법을 제공한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 장치는 Tx 라인들, Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린 패널; 상기 Tx 라인들에 구동신호를 공급하는 Tx 구동회로; 및 상기 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하고 누적 합산하여 터치 로우 데이터를 산출하는 Rx 구동회로를 포함하고, 상기 구동신호는 시간에 따라 점진적으로 변화하는 신호로 구현되고, 상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하는 샘플링 주파수는 상기 구동신호의 주파수보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동방법은 Tx 라인들, Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린 패널을 포함하는 터치 스크린 장치의 구동방법에 있어서, 상기 Tx 라인들에 구동신호를 공급하는 단계; 및 상기 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하고 누적 합산하여 터치 로우 데이터를 산출하는 단계를 포함하고, 상기 구동신호는 시간에 따라 점진적으로 변화하는 신호로 구현되고, 상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하는 샘플링 주파수는 상기 구동신호의 주파수보다 높은 것을 특징으로 한다.
본 발명은 Tx 라인들에 정현파, 삼각파, 또는 톱니파 등의 형태로 구동신호를 공급하고, 터치 센서들 각각의 차지 변화량을 샘플링하는 샘플링 주파수를 구동신호의 주파수보다 높게 제어한다. 따라서, 본 발명은 터치 스크린 장치가 대형화되어 RC 딜레이(RC delay)로 인해 구동신호의 펄스 폭이 증가하더라도, 샘플링 주파수를 높게 제어할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 샘플링 주파수보다 낮은 주파수의 노이즈를 로우 패스 필터(low pass filter) 등을 통해 제거할 수 있으므로, 터치 좌표를 정확히 산출할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치와 터치 스크린 장치를 개략적으로 보여주는 블록도.
도 2는 터치 스크린 패널과 Rx 구동회로를 상세히 보여주는 회로도.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동방법을 보여주는 흐름도.
도 4는 Tx 라인들에 공급되는 구동펄스, Rx 구동회로의 증폭기의 출력, 샘플링 타이밍, 및 샘플링된 전압들의 누적 합을 보여주는 일 예시도면.
도 5는 정현파, 삼각파, 및 톱니파를 보여주는 일 예시도면.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 누적 합 연산방법을 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 실시 예에 따른 표시장치와 터치 스크린 장치를 개략적으로 보여주는 블록도이다. 도 1을 참조하면, 표시장치는 표시패널(DIS), 게이트 구동회로(10), 데이터 구동회로(20), 타이밍 콘트롤러(30), 호스트 시스템(70) 등을 포함한다. 터치 스크린 장치는 터치 패널(TSP), 터치 패널 구동회로(40), 터치 좌표 산출부(50) 등을 포함한다.
먼저, 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치에 대하여 상세히 설명한다. 본 발명의 실시 예에 따른 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 표시소자로 구현될 수 있다. 이하의 실시 예에서, 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치가 액정표시소자로 구현된 것을 중심으로 설명하지만, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다.
표시패널(DIS)은 하부 기판과 상부 기판 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 하부 기판에는 다수의 데이터 라인들(D1~Dm, m은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트 라인들(G1~Gn, n은 자연수)이 형성된다. 또한, 데이터 라인들(D1~Dm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 박막 트랜지스터들, 액정셀들에 데이터 전압을 충전시키기 위한 다수의 화소 전극, 화소 전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등이 형성된다.
표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스(black matrix), 컬러필터(color filter) 등이 형성될 수 있다. 다만, 표시패널(DIS)이 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현되는 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)은 Tj(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(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.
데이터 구동회로(20)는 타이밍 콘트롤러(30)로부터 디지털 영상 데이터(RGB)와 소스 타이밍 제어신호(DCS)를 입력받는다. 데이터 구동회로(20)는 소스 타이밍 제어신호(DCS)에 따라 디지털 영상 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 데이터 전압으로 변환하여 데이터 라인들에 공급한다. 게이트 구동회로(10)는 데이터 전압에 동기화되는 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압을 공급할 표시패널(DIS)의 화소들을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(30)는 호스트 시스템(70)으로부터 디지털 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호들을 입력받는다. 타이밍 신호들은 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(DIS)의 1 수평 라인의 화소들에 데이터 전압들을 공급하는데 필요한 1 수평기간을 정의하는 신호이다. 데이터 인에이블 신호는 유효한 데이터가 입력되는 기간을 정의하는 신호이다. 도트 클럭은 소정의 짧은 주기로 반복되는 신호이다.
타이밍 콘트롤러(30)는 게이트 구동회로(10)와 데이터 구동회로(20)의 동작 타이밍을 제어하기 위해, 타이밍 신호들에 기초하여 데이터 구동회로(20)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 소스 타이밍 제어신호(DCS)와 게이트 구동회로(10)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호(GCS)를 발생한다. 타이밍 콘트롤러(30)는 게이트 구동회로(10)에 게이트 타이밍 제어신호(GCS)를 출력하고, 데이터 구동회로(20)에 디지털 영상 데이터(RGB)와 소스 타이밍 제어신호(DCS)를 출력한다.
호스트 시스템(70)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(70)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 영상 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(70)은 디지털 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호들을 타이밍 콘트롤러(30)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(70)은 터치 좌표 산출부(50)로부터 입력되는 터치 좌표 데이터(HIDxy)를 분석하여 사용자에 의해 터치가 발생한 좌표와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
두 번째로, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 장치에 대하여 상세히 설명한다. 터치 스크린 패널(TSP)은 Tx 라인들(T1~Tj, j는 2 이상의 자연수), Tx 라인들(T1~Tj)과 교차하는 Rx 라인들(R1~Ri, i는 2 이상의 자연수), 및 Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(R1~Ri)의 교차부들에 형성된 i×j 개의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 등가 회로적으로 상호 용량(mutual capacitance)로 구현될 수 있으나, 이에 한정되지 않음에 주의하여야 한다.
터치 스크린 장치가 표시장치와 결합하는 경우, 터치 스크린 패널(TSP)은 표시패널(DIS)의 상부에 접합될 수 있다. 특히, 표시장치가 액정표시장치로 구현되는 경우, 터치 스크린 패널(TSP)은 표시패널(DIS)의 상부 편광판 상에 접합되거나, 상부 편광판과 표시패널(DIS)의 상부기판 사이에 접합될 수 있다. 또한, 터치 스크린 패널(TSP)의 터치 센서들은 액정표시장치의 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 하부기판에 형성(인셀(In-cell) 타입)될 수 있다.
터치 패널 구동회로(40)는 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동신호를 공급하고 구동신호에 동기하여 Rx 라인들을 통해 수신되는 터치 센서들의 차지(charge) 변화량을 샘플링(sampling)하고 누적 합산하여 터치 로우 데이터(TRD)를 산출한다. 구동신호는 시간에 따라 점진적으로 변화하는 신호로 구현될 수 있다. 예를 들어, 구동신호는 도 4 및 도 5와 같이 정현파(sine wave), 삼각파(triangular wave), 또는 톱니파(sawtooth wave) 등으로 구현될 수 있다. 터치 패널 구동회로(40)는 Tx 구동회로(41), Rx 구동회로(42), 및 터치 콘트롤러(43)를 포함한다. Tx 구동회로(41), Rx 구동회로(42), 및 터치 콘트롤러(43)는 하나의 ROIC(Read-out IC) 내에 집적될 수 있다.
Tx 구동회로(41)는 터치 콘트롤러(43)의 제어 하에 구동신호를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들에 구동신호를 공급한다. Rx 구동회로(42)는 터치 콘트롤러(43)의 제어 하에 터치 센서들의 차지 전하량을 수신할 Rx 채널을 선택하고, 선택된 Rx 채널과 연결된 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 차지(charge) 변화량을 수신한다. Rx 구동회로(42)는 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 수신된 차지 변화량을 샘플링하고, 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Converter, ADC)를 통해 디지털 데이터인 샘플링 데이터로 변환한다. Rx 구동회로(42)는 샘플링 데이터를 누적 합산하여 터치 로우 데이터(touch raw data, TRD)를 출력한다. Rx 구동회로(42)는 샘플링 주파수는 구동신호의 주파수보다 높게 구현된다. Rx 구동회로(42)에 대한 자세한 설명은 도 2 내지 도 4, 및 도 6을 결부하여 후술한다.
터치 콘트롤러(43)는 Tx 구동회로(41)에서 구동신호가 출력될 Tx 채널을 설정하기 위한 Tx 셋업 신호와, Rx 구동회로(42)에서 터치 센서 전압을 수신할 Rx 채널을 설정하기 위한 Rx 셋업 신호를 발생한다. 또한, 터치 콘트롤러(43)는 Tx 구동회로(41)와 Rx 구동회로(42)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
터치 좌표 산출부(50)는 터치 구동회로(40)로부터 입력되는 터치 로우 데이터(TRD)들을 적분 보정한다. 적분 보정은 양의 값과 음의 값을 갖는 터치 로우 데이터(TRD)들을 양의 값의 터치 로우 데이터(TRD)들로 부호를 단일화하는 보정을 의미한다. 터치 좌표 산출부(50)는 적분 보정된 터치 로우 데이터(TRD)들을 터치 문턱 값과 비교하여 터치 좌표(들)을 산출한다. 터치 좌표 산출부(0)는 터치 문턱 값 이상인 터치 로우 데이터(TRD)들을 터치(또는 근접) 입력 데이터로서 판단한다. 반면, 터치 좌표 산출부(50)는 터치 문턱 값보다 낮은 터치 로우 데이터(TRD)들을 터치(또는 근접) 입력이 없는 데이터로 판단한다. 터치 문턱 값은 기준점(baseline)을 기준으로 설정될 수 있다.
터치 좌표 산출부(50)는 미리 설정된 터치 좌표 산출 알고리즘을 실행하여 터치(또는 근접) 입력 데이터로 판단된 터치 로우 데이터(TRD)들 각각에 대한 좌표인 터치 좌표(들)를 산출한다. 터치 좌표 산출 알고리즘은 공지의 어떠한 알고리즘으로도 구현가능하다. 터치 좌표 산출부(50)는 터치 좌표(들)의 정보를 포함하는 터치 좌표 데이터(HIDxy)를 호스트 시스템(70)으로 전송한다. 터치 좌표 산출부(50)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.
도 2는 터치 스크린 패널과 Rx 구동회로를 상세히 보여주는 회로도이다. 도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동방법을 보여주는 흐름도이다. 도 2에서는 설명의 편의를 위해 터치 스크린 패널(TSP)의 제p(p는 1≤p≤j을 만족하는 자연수) Tx 라인(Tp)과 제q(q는 1≤q≤i을 만족하는 자연수) Rx 라인(Rq)의 교차부에 형성된 터치 센서(Cm)만을 예시하였다. 도 2에서, Cptx는 제p Tx 라인(Tp)의 기생 용량, Cprx는 제q Rx 라인(Rq)의 기생 용량을 의미한다.
도 2를 참조하면, Rx 구동회로(42)는 터치 전압 출력회로(110), 샘플링 회로(120), 아날로그-디지털 컨버터(analog to digital converter, 이하 "ADC"라 칭함)(130), 및 누적 합 연산부(140)를 포함한다. 이하에서, 도 1 내지 도 3을 참조하여 본 발명의 실시 예에 따른 터치 스크린 장치의 구동방법을 상세히 설명한다.
첫 번째로, Tx 구동회로(41)는 제p Tx 라인(Tp)에 구동신호(drv)를 공급한다. 구동신호(drv)는 시간에 따라 점진적으로 변화하는 신호로 구현될 수 있으며, 도 4 및 도 5와 같이 정현파, 삼각파, 또는 톱니파 등으로 구현될 수 있다. 구동신호(drv)에 대한 자세한 설명은 도 4 및 도 5를 결부하여 후술한다. (S101)
두 번째로, 터치 전압 출력회로(110)는 제q Rx 라인(Tq)을 통해 터치 센서(Cm)의 차지 변화량을 수신하고, 터치 센서(Cm)의 차지 변화량을 터치 전압으로 변환하여 출력한다. 터치 전압 출력회로(110)는 터치 센서(Cm)의 차지 변화량을 전압으로 변환하고 증폭하여 출력하기 위한 증폭기(CA)를 포함할 수 있다. 증폭기는 전하 증폭기(charge amplifier)로 구현될 수 있다. 증폭기(CA)는 제1 입력 단자(-), 제2 입력 단자, 및 출력 단자(out)를 포함할 수 있다. 증폭기(CA)의 제1 입력 단자(-)는 제q Rx 라인(Tq)에 접속되고, 제2 입력 단자(+)는 기준 전압원(Vref)에 접속된다. 증폭기(CA)의 제1 입력 단자(-)와 출력 단자(out) 사이에는 피드백 커패시터(CFB), 피드백 저항(RFB), 및 리셋 스위치(RS_SW)가 병렬로 접속된다. 증폭기(CA)는 제q Rx 라인(Tq)을 통해 입력되는 차지 변화량을 Q, 터치 센서(Cm)의 용량을 C라 할때, Q/C에 비례하여 터치 전압을 출력할 수 있다. 피드백 커패시터(CFB)와 피드백 저항(RFB)은 증폭기(CA)의 증폭률을 높이기 위해 네거티브 피드백 회로(negative feedback circuit)로 기능할 수 있다. 리셋 스위치(RS_SW)는 제1 로직 레벨 전압의 리셋 신호에 응답하여 피드백 커패시터(CFB)의 양단을 접속시켜 피드백 커패시터(CFB)를 리셋시킬 수 있다. (S102)
세 번째로, 샘플링 회로(120)는 터치 전압 출력회로(110)로부터 출력되는 터치 전압을 샘플링한다. 이를 위해, 샘플링 회로(120)는 샘플링 스위치(SAM_SW)와 샘플링 커패시터(Cs)를 포함할 수 있다. 샘플링 스위치(SAM_SW)는 증폭기(CA)의 출력 단자(out)와 샘플링 커패시터(Cs) 사이에 접속된다. 샘플링 스위치(SAM_SW)는 증폭기(CA)의 출력 단자(out)와 샘플링 커패시터(Cs) 간의 접속을 제어함으로써, 샘플링 타이밍을 제어할 수 있다. 샘플링 스위치(SAM_SW)는 제1 로직 레벨 전압의 샘플링 신호에 응답하여 증폭기(CA)의 출력단자(out)와 샘플링 커패시터(Cs)를 접속시키도록 구현될 수 있다. 이 경우, 샘플링 주파수는 샘플링 스위치(SAM_SW)를 턴-온 또는 턴-오프시키는 샘플링 신호의 주파수와 동일하다. 샘플링 커패시터(Cs)는 샘플링 스위치(SAM_SW)와 ADC(130) 사이에 접속된다. 샘플링 커패시터(Cs)는 증폭기(CA)의 출력단자(out)로부터의 터치 전압을 샘플링하여 저장하고, 샘플링한 전압을 ADC(130)에 공급한다.
샘플링 스위치(SAM_SW)를 이용하여 터치 전압 출력회로(110)로부터 출력되는 터치 전압을 샘플링 커패시터(Cs)에 샘플링하는 샘플링 주파수는 구동신호(drv)의 주파수보다 높게 제어된다. 구동신호(drv)의 주파수와 샘플링 주파수에 대한 자세한 설명은 도 4를 결부하여 후술한다. (S103)
네 번째로, ADC(130)는 샘플링 회로(120)에 의해 샘플링된 전압을 디지털 데이터인 샘플링 데이터(SAMD)로 변환한다. ADC(130)는 샘플링 데이터(SAMD)를 누적 합 연산부(140)로 출력한다. (S104)
다섯 번째로, 누적 합 연산부(140)는 샘플링 데이터(SAMD)를 누적 합산하여 터치 로우 데이터(TRD)를 출력한다. 누적 합 연산부(140)의 누적 합 연산방법에 대한 자세한 설명은 도 6을 결부하여 후술한다. 누적 합 연산부(140)는 터치 로우 데이터(TRD)를 터치 좌표 산출부(50)로 출력한다. (S105)
도 4는 Tx 라인들에 공급되는 구동신호, Rx 구동회로의 증폭기의 출력, 샘플링 타이밍, 및 샘플링된 전압들의 누적 합을 보여주는 일 예시도면이다. 도 4에서는 설명의 편의를 위해, 제p Tx 라인(Tp)에 공급되는 구동신호(drv), 제q Rx 라인(Tq)을 통해 수신되는 터치 센서(Cm)의 차지 변화량을 터치 전압으로 출력하는 터치 전압 출력회로(110)으로부터 출력된 터치 전압(Vout)을 예시하였다. 도 4의 그래프의 x 축은 시간(t), y 축은 샘플링 데이터(SAMD)의 누적 합을 의미한다.
도 4를 참조하면, 구동신호(drv)는 샘플링 개수를 늘리기 위해 소정의 주기로 k(k는 2 이상의 자연수) 차례 연속하여 제p Tx 라인(Tp)에 공급될 수 있다. 예를 들어, 구동신호(drv)는 도 4와 같이 2 차례 연속하여 공급될 수 있다.
구동신호(drv)는 시간에 따라 점진적으로 변화하는 신호로 구현될 수 있다. 구체적으로, 구동신호(drv)는 시간에 따라 점진적으로 변화하며, 소정의 시간 동안 임의 레벨을 유지하지 않는 신호로 구현될 수 있다. 예를 들어, 구동신호(drv)는 도 5와 같이 정현파, 삼각파, 또는 톱니파 등으로 구현될 수 있다. 따라서, 구동신호(drv)는 임의 레벨로 수직 상승하여 상승한 레벨을 소정의 시간 동안 유지하다가 다시 하위 레벨로 수직 하강하는 펄스 신호와 구별된다. 펄스 신호는 구형파(square wqve) 및 직사각파(rectrangular wave) 등을 포함한다. Tx 구동회로(41)는 Tx 라인들에 구동신호(drv)를 정현파, 삼각파, 또는 톱니파 등으로 공급하기 위해, 정현파 발생회로, 삼각파 발생회로, 또는 톱니파 발생회로를 포함할 수 있다. 예를 들어, Tx 구동회로(41)가 정현파 발생회로를 포함하는 경우, 정현파 발생회로는 정현파의 디지털 데이터를 입력받고, 정현파의 디지털 데이터를 디지털-아날로그 컨버터(Digital to Analog Converter, DAC)를 통해 아날로그로 변환하여 정현파를 출력할 수 있다. 또한, 정현파 발생회로는 로우 패스 필터(low pass filter)를 이용하여 정현파의 고주파 노이즈를 제거할 수 있다. 하지만, Tx 구동회로(41)의 실시 예는 이에 한정되지 않으며, 기타 다른 어떠한 공지의 구성으로 구현될 수 있다.
한편, RC 딜레이(RC delay)로 인한 구동신호(drv)의 왜곡을 방지하기 위해, 제p Tx 라인(Tp)에 공급되는 구동신호(drv)의 주파수(fdrv)는 수학식 1과 같이 제p Tx 라인(Tp)의 1/시정수(time constant, RC)보다 작게 설계된다.
Figure pat00001
샘플링 타이밍의 주기(Ps)는 구동신호(drv)의 주기(Pd)보다 짧다. 특히, 샘플링 타이밍의 주기(Ps)는 적어도 구동신호(drv)의 주기(Pd)의 1/2보다 짧다. 예를 들어, 샘플링 타이밍의 주기(Ps)는 도 4와 같이 구동신호(drv)의 주기(Pd)보다 대략 1/8일 수 있다. 즉, 샘플링 주파수는 구동신호(drv)의 주파수보다 높다. 특히, 샘플링 주파수는 도 4와 같이 구동신호(drv)의 주파수의 2 배보다 높은 것이 바람직하다.
터치 전압은 샘플링 회로(120)에 의해 샘플링 타이밍마다 샘플링되고 ADC(130)에 의해 디지털 데이터인 샘플링 데이터(SAMD)로 변환된다. 누적 합 연산부(140)는 샘플링 데이터(SAMD)를 누적 합산하므로, 샘플링 데이터(SAMD)의 누적 합은 시간(t)이 경과함에 따라 증가한다. 다만, 터치 전압 출력회로(110)으로부터 출력된 터치 전압(Vout)은 사용자의 터치 미발생시(no touch)보다 터치 발생시(touch)에 진폭이 더 낮기 때문에, 샘플링 데이터(SAMD)의 누적 합은 사용자의 터치 미발생시(no touch)보다 터치 발생시(touch)에 더 작다. 누적 합 연산부(140)는 샘플링 데이터(SAMD)의 누적 합을 터치 로우 데이터(TRD)로 출력한다.
한편, 종래 기술은 Tx 라인들에 공급되는 펄스 신호가 임의 레벨로 상승한 라이징 구간과 또 다른 임의 레벨로 하강한 폴링 구간으로 분할되므로, 펄스 신호의 라이징 구간 또는 폴링 구간에서 터치 센서의 차지 변화량을 샘플링하였다. 이로 인해, 샘플링 주파수를 높이기 위해서, 펄스 신호를 짧은 기간 동안 여러 번 출력하여야 하는데, 터치 스크린 패널이 대형화되는 경우 RC 딜레이로 인해 펄스 신호의 펄스 폭을 줄이기 어려움이 있었다. 이로 인해, 종래에는 샘플링 주파수를 높이는데 한계가 있었다. 하지만, 본 발명은 도 4와 같이 Tx 라인들에 시간에 따라 점진적으로 변화하는 구동신호를 공급하므로, 터치 센서의 차지 변화량은 시간(t)의 모든 값에서 변화된다. 따라서, 본 발명은 시간(t)의 모든 값에서 터치 센서의 차지 변화량을 샘플링할 수 있으므로, 샘플링 주파수를 원하는 만큼 높일 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 누적 합 연산방법을 보여주는 흐름도이다. 이하에서, 도 6을 참조하여 누적 합 연산부(140)의 누적 합 연산방법을 상세히 설명한다.
첫 번째로, 누적 합 연산부(140)는 ADC(130)로부터 샘플링 데이터(SAMD)들을 입력받는다. 도 6에서, 누적 합 연산부(140)에 입력되는 샘플링 데이터(SAMD)들은 도 2 및 도 3에서 설명한 바와 같이 제p Tx 라인(Tp)과 제q Rx 라인(Rq)의 교차부에 형성된 터치 센서(Cm)의 차지 변화량들로부터 출력된 터치 전압들을 샘플링하여 디지털 데이터로 변환한 값들이다. 누적 합 연산부(140)는 양의 값을 갖는 샘플링 데이터(SAMD)들을 누적 합산하여 제1 누적 합을 산출하고, 음의 값을 갖는 샘플링 데이터(SAMD)들을 누적 합산하여 제2 누적 합을 산출한다. 도 4를 참조하면, 음의 값을 갖는 샘플링 데이터(SAMD)들은 터치 전압 출력회로로부터 출력된 터치 전압(Vout)이 음의 값을 갖는 제1 기간(t1)에 샘플링된 데이터들이고, 양의 값을 갖는 샘플링 데이터(SAMD)들은 터치 전압 출력회로로부터 출력된 터치 전압(Vout)이 양의 값을 갖는 제2 기간(t2)에 샘플링된 데이터들이다. (S201, S202)
두 번째로, 누적 합 연산부(140)는 제1 누적 합과 제2 누적 합의 절대 값을 합산하여 최종 누적 합을 산출한다. (S203)
세 번째로, 누적 합 연산부(140)는 최종 누적 합으로부터 소정의 비교 값을 차감연산한 값의 절대값을 터치 로우 데이터(TRD)로 출력한다. 소정의 비교 값은 사전 실험을 통해 터치 미발생시 산출되는 최종 누적 합과 유사한 값으로 미리 설정될 수 있다. 이 경우, 터치 로우 데이터(TRD)는 터치 발생시와 터치 미발생시에 터치 센서(Cm)의 차지 변화량의 차이를 나타내는 값이라고 할 수 있다. (S204)
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 Tx 라인들에 정현파, 삼각파, 또는 톱니파 등의 형태로 구동신호를 공급하고, 터치 센서들 각각의 차지 변화량을 샘플링하는 샘플링 주파수를 구동신호의 주파수보다 높게 제어한다. 따라서, 본 발명은 터치 스크린 장치가 대형화되어 RC 딜레이(RC delay)로 인해 구동신호의 펄스 폭이 증가하더라도, 샘플링 주파수를 높게 제어할 수 있다. 그 결과, 본 발명은 샘플링 주파수보다 낮은 주파수의 노이즈를 로우 패스 필터(low pass filter) 등을 통해 제거할 수 있으므로, 터치 좌표를 정확히 산출할 수 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 패널
10: 게이트 구동회로 20: 데이터 구동회로
30: 타이밍 콘트롤러 40: 터치 구동회로
41: Tx 구동회로 42: Rx 구동회로
43: 터치 콘트롤러 50: 터치 좌표 산출부
70: 호스트 시스템 110: 터치 전압 출력회로
120: 샘플링 회로 130: ADC
140: 누적 합 연산부

Claims (10)

  1. Tx 라인들, Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린 패널;
    상기 Tx 라인들에 구동신호를 공급하는 Tx 구동회로; 및
    상기 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하고 누적 합산하여 터치 로우 데이터를 산출하는 Rx 구동회로를 포함하고,
    상기 구동신호는 시간에 따라 점진적으로 변화하는 신호로 구현되고,
    상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하는 샘플링 주파수는 상기 구동신호의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동신호는 정현파, 삼각파, 또는 톱니파로 구현되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 Rx 구동회로는,
    상기 터치 센서들의 차지 변화량을 터치 전압으로 출력하는 터치 전압 출력회로;
    상기 터치 전압을 상기 샘플링 주파수로 샘플링하는 샘플링 회로;
    상기 샘플링 회로에 의해 샘플링된 전압을 디지털 데이터로 변환하여 샘플링 데이터를 출력하는 아날로그-디지털 컨버터; 및
    상기 샘플링 데이터를 누적 합산하여 터치 로우 데이터를 출력하는 누적 합 연산부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 터치 전압 출력회로는,
    상기 Rx 라인을 통해 상기 터치 센서의 차지 변화량을 수신하는 제1 입력 단자, 기준 전압이 공급되는 제2 입력 단자, 및 상기 제1 입력단자로 입력되는 상기 차지 변화량을 전압으로 변환하고 증폭하여 출력하는 출력단자를 포함하는 증폭기; 및
    상기 제1 입력 단자와 상기 출력 단자 사이에 병렬로 접속된 피드백 커패시터, 피드백 저항, 및 리셋 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 샘플링 회로는,
    상기 증폭기의 출력 단자로부터 출력되는 터치 전압을 샘플링하여 저장하는 샘플링 커패시터; 및
    상기 증폭기의 출력 단자와 상기 샘플링 커패시터 사이에 접속되고, 제1 로직 레벨 전압의 샘플링 신호에 응답하여 상기 출력단자와 상기 샘플링 커패시터를 접속시켜 상기 샘플링 주파수를 제어하는 샘플링 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 누적 합 연산부는,
    양의 값을 갖는 샘플링 데이터들을 누적 합산하여 제1 누적 합을 산출하고, 음의 값을 갖는 샘플링 데이터들을 누적 합산하여 제2 누적 합을 산출하며, 상기 제1 누적 합과 상기 제2 누적 합의 절대값을 합산하여 최종 누적 합을 산출하고, 상기 최종 누적 합으로부터 소정의 비교 값을 차감연산한 값의 절대값을 상기 터치 로우 데이터로 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
  7. Tx 라인들, Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린 패널을 포함하는 터치 스크린 장치의 구동방법에 있어서,
    상기 Tx 라인들에 구동신호를 공급하는 단계; 및
    상기 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하고 누적 합산하여 터치 로우 데이터를 산출하는 단계를 포함하고,
    상기 구동신호는 시간에 따라 점진적으로 변화하는 신호로 구현되고,
    상기 터치 센서들의 차지 변화량을 샘플링하는 샘플링 주파수는 상기 구동신호의 주파수보다 높은 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 구동신호는 정현파, 삼각파, 또는 톱니파로 구현되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동방법.
  9. 제 7 항에 있어서,
    상기 Rx 구동회로는,
    상기 터치 센서들로부터의 전하를 터치 전압으로 출력하는 단계;
    상기 터치 전압을 상기 샘플링 주파수로 샘플링하는 단계;
    상기 샘플링 주파수로 샘플링된 전압을 디지털 데이터로 변환하여 샘플링 데이터를 출력하는 단계; 및
    상기 샘플링 데이터를 누적 합산하여 터치 로우 데이터를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 샘플링 데이터를 누적 합산하여 터치 로우 데이터를 출력하는 단계는,
    양의 값을 갖는 샘플링 데이터들을 누적 합산하여 제1 누적 합을 산출하고, 음의 값을 갖는 샘플링 데이터들을 누적 합산하여 제2 누적 합을 산출하며, 상기 제1 누적 합과 상기 제2 누적 합의 절대값을 합산하여 최종 누적 합을 산출하고, 상기 최종 누적 합으로부터 소정의 비교 값을 차감연산한 값의 절대값을 상기 터치 로우 데이터로 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동방법.
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