KR20230042179A - 서로 다른 cda 면적으로 구성된 오브젝트 검출장치 및 검출방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 많은 수로 구성된 CDA 컬럼을 하나의 CDA로 구성된 CDA컬럼으로 재 구성하여, Pen Tx 및 Rx신호를 신속히 송수신하고, 동일한 CDA 컬럼으로 Quick Search에 의한 오브젝트의 검출로 프로세스의 시간을 단축하여 펜과의 Tx/Rx에서 발생할 수 있는 신호의 손실을 방지하고 소비전류를 절감하는 방법을 제시한다.
Description
본 발명은, 손가락이나 펜 등의 오브젝트 정정용량을 검출하는 검출장치 및 방법에 관한 것으로서, 펜에 신호를 보내거나 손가락을 검출하기 위하여 하나의 CDA로 구성된 집합군을 형성하고 집합군 전체를 이용하여 펜을 향한 Tx 신호를 전송하거나 펜의 Rx 신호를 수신하므로 빠른 시간에 송수신이 가능하며 손가락 같은 오브젝트를 검출할 때 신속히 검출하여 펜과의 송수신 신호의 손실을 방지하고 프로세싱 시간의 단축에 따른 소비전류가 절감되는 오브젝트 검출장치 및 검출방법에 관한 것이다.
휴대전화의 전화번호를 누르기 위해 예전에는 기계식 버튼이 사용되었으나 최근에는 손가락이나 펜을 휴대전화의 표시장치에 가볍게 접촉하는 것만으로도 전화번호가 입력되는 등 입력장치가 기계식에서 전자식으로 변화하고 있으며, 이러한 전자식 입력장치의 일례로 정전용량식(Capacitive Type) 입력장치가 주로 사용되고 있다.
정전용량식 입력장치는 손가락이나 Pen이 표시장치 상면에 설치된 "정전용량 검출 영역"에 인접하거나 접촉할 시 발생하는 정전용량크기의 변화 또는 전압의 변화를 감지하여, 기계식 버튼이 눌린 것처럼 해당위치의 입력이 유효한 것으로 판단하게 된다.
펜에서 출력되는 신호를 받기 위해서는 먼저Pen에 ID를 부여하고 통신방법을 설정하는 등의 Pen과의 동기가 필요한 경우가 있으며 이를 위해 Pen에게 신호를 전송해야 한다.
인용발명의 도면2는 종방향의 선형센서패턴(5a)끼리 서로 연결되어 하나의 컬럼(Column)을 구성하고 횡방향의 선형센서패턴(5b)끼리 서로 연결되어 하나의 로우(Row)를 형성하므로 6개의 신호선으로 24개의 센서패턴(5)을 동작시키는 것이 가능하다. 이때 횡방향의 선형센서패턴(5b)을 발신부(Tx), 종방향의 선형센서패턴(5a)를 수신부(Rx)라고 가정하면 3개의 Tx 신호선을 이용하여 Pen에게 신호를 전송하는 것이 가능하다.
그러나 인용발명의 도면6과 같이 센서패턴이 하나의 독립된 아일랜드(Island)같이 형성된 경우에는, 센서패턴이 Tx와 Rx의 역할을 모두 해야 하며 이경우 Tx를 위해 20개의 신호선이 사용되므로 시간이 많이 소요되고 소모전류가 많다는 단점이 있다.
또한, 인용발명의 도면 2와같이 선형센서패턴으로 Tx 신호를 전송하는 경우, OLED같은 표시장치의 Cathode 상면에 수um의 절연체를 사이로 하여 센서패턴이 형성되면 센서패턴과 표시장치 사이의 공통전극용량이 과도하게 커지게 되어 RC로 구성된 회로의 시상수가 커지게 되고 이로 인해 센서패턴의 Rising Time 및 Falling Time이 지연되어 Tx 신호의 송출이 어렵게 된다는 문제가 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로, 독립된 아일랜드 형태로 구성된 "정전용량 검출영역"의 집합인 컬럼과 이웃하여 하나 또는 두개 등 작은 수량의 "정전용량 검출영역"을 설치하고 설치된 "정전용량 검출영역"이 펜에게 신호를 보내는 역할을 담당하게 하여 전송신호에 소요되는 시간을 줄이고, 펜이나 손가락 같은 오브젝트가 존재하는지 여부를 신속히 파악하여 소비전류를 절감시키는 정전용량 검출장치를 제공하는데 있다.
또한, 반도체IC에서 제공하는 Tx 송출신호대신에 전용의 전원선을 사용하여 Tx를 송출하게 하여 RC로 구성된 시상수를 작게 하고 이로 인해 Tx의 Rising 및 Falling Time의 속도를 개선하며, 부스트 전압을 이용하여 RC회로의 충전시간을 단축시켜 Tx의 Rising 및 Falling Time의 속도를 개선하는 정전용량 검출장치를 제공하는데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 일 실시예는, 표시장치에 설치되며 도전체 및 독립된 면적으로 이루어진 정전용량 검출영역(Capacitor Detect Area, CDA); 상기 CDA와 연결된 CDA신호선; 상기 복수의 CDA로 구성된 제1 CDA 컬럼; 상기 제1 CDA컬럼을 구성하는 CDA의 개수보다 작은 개수의 CDA로 구성된 제2 CDA 컬럼; 및
상기 제1 CDA 컬럼과 이웃하여 제2 CDA 컬럼이 위치하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는, 상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA의 개수는 하나이다.
더 바람직 하게는, 상기 복수의 제1 CDA 컬럼으로 하나 또는 복수의 컬럼그룹이 형성되고, 상기 복수의 제2 CDA 컬럼으로 또 다른 하나 또는 또 다른 복수의 컬럼그룹이 형성되되, 모든 컬럼그룹마다 하나의 Loader 또는 신호선/DC절환스위치가 배치되고, 컬럼그룹에 포함된 CDA컬럼마다 하나의 CDA신호선이 Loader 또는 신호선/DC절환스위치로 입력된다.
더 바람직 하게는, 상기 제1 CDA 컬럼과 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 사이에는 검출/구동신호선 스위치그룹이 설치되며, 검출신호선 스위치그룹에서 검출신호선이 선택되고 구동신호선 스위치그룹에서 구동신호선이 선택되되, 구동신호선은 검출신호선과 이웃하여 하나 또는 복수의 쌍(Pair)으로 선택된다.
더 바람직 하게는, 상기 검출신호선 스위치그룹에서 선택된 검출신호선은 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치로 입력된다.
더 바람직 하게는, 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치에서 출력되는 검출신호선은 AMP 입력신호선 선택부와 연결되며, AMP 입력신호선 선택부와 연결된 검출신호선은 AMP 입력신호선 선택부에서 순차적으로 하나씩 선택되어 출력된다.
더 바람직 하게는, 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치로 입력되는 CDA 신호선 또는 검출신호선의 신호는 Loader 또는 신호선/DC절환스위치의 출력제어단자의 High 또는 Low의 상태에 따른 Enable 또는 Disable상태에 기초하여, Enable 시 Loader 또는 신호선/DC절환스위치에서 출력되고 Disable 시 Loader 또는 신호선/DC절환스위치에서 출력이 되지 않는다.
더 바람직 하게는, 상기 복수의 제2 CDA 컬럼으로 형성된 복수의 컬럼그룹에서 CDA컬럼마다 하나의 신호선이 인출되어 복수의 스위칭소자로 구성된 신호선/DC 절환스위치에 동일한 출력성분끼리 입력되고, 신호를 프로세싱 하는 활성화된 컬럼그룹의 CDA 신호선은 신호선/DC 절환스위치를 구성하는 일측 스위칭소자의 턴온에 의해Loader 선택부나 AMP 입력신호선 선택부에 입력되고, 비활성화 상태의 컬럼그룹의 CDA 신호선은 신호선/DC 절환스위치를 구성하는 타측 스위칭소자의 턴온에 의해 소정의 DC 전압에 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 복수의 스위칭소자로 구성된 신호선/DC 절환스위치의 게이트에는 하나의 턴온/턴오프 제어신호가 연결되어 제어신호의 하이 전압에 의해 일측 스위칭 소자가 턴온 되고 제어신호의 로우 전압에 의해 타측 스위칭 소자가 턴온된다.
더 바람직 하게는, 상기 복수의 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 출력부에서 발원된 동일한 출력성분의 복수의 검출신호선은 복수의 스위칭소자로 구성된 Loader 선택부의 스위칭 소자에 각각 연결되되, Loader 선택부의 게이트(Gate)에 개별 접속된 턴온/턴오프 제어신호의 하이 또는 로우의 상태에 따라 복수의 스위칭소자 중 하나가 턴온 되어 턴온된 스위칭 소자에 연결된 검출신호선이 AMP 입력신호선 선택부와 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 복수의 Loader 선택부에서 선택된 복수의 검출신호선은 동일한 컬럼그룹에 포함된 검출신호선이다.
더 바람직 하게는, 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치의 출력제어신호가 Loader 선택부의 턴온/턴오프 제어신호로 사용된다.
더 바람직 하게는, 상기 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA의 폭(Width)은 상기 제1 CDA컬럼을 구성하는 CDA의 폭보다 좁다.
더 바람직 하게는, 상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선에 형성된 쉴딩영역 및 상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선에 구동전압을 인가할 때, CDA 신호선에서 검출되는 전압은 <수학식4>이다.
<수학식4>
더 바람직 하게는, 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA는 2개내지 4개이다.
더 바람직 하게는, 상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선의 일측은 적어도 2개 이상의 스위칭소자로 구성된 Tx/Rx 절환스위치1의 스위칭소자 입력단자에 공통 연결되며, Tx/Rx 절환스위치1의 일측 스위칭 소자에서 출력되는 CDA 신호선은 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 또는 AMP 입력신호선 선택부와 연결되고, Tx/Rx 절환스위치1의 타측 스위칭 소자에서 출력되는 CDA 신호선은 Tx 구동신호선1에 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선의 타측은 Tx/Rx 절환스위치2의 일측 단자에 연결되며, Tx/Rx 절환스위치2의 타측 단자는 Tx 구동신호선2에 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx/Rx 절환스위치1 및 상기 Tx/Rx 절환스위치2를 구성하는 스위칭소자의 하나는 동일한 Tx/Rx 절환스위치 제어신호에 의해 동시에 턴온 또는 턴오프 된다.
더 바람직 하게는, 하나의 컬럼그룹에 포함된 상기 복수의 제2 CDA 컬럼마다 하나씩 인출된 CDA 신호선은 공통 접속되어 Tx 구동신호선에 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 신호선/DC절환스위치 또는 상기 Tx/Rx 절환스위치1은 복수의 스위칭소자로 구성되되 복수의 스위칭소자의 게이트(Gate)에는 서로 다른 턴온/턴오프 제어신호가 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선에 구동전압을 인가할 때 상기 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선은, 상기 제2 CDA컬럼과 이웃한 제1 CDA컬럼의 CDA 신호선으로 제2 CDA 컬럼을 포위한 구동신호선 또는 전용의 신호선으로 제2 CDA컬럼을 포위한 구동신호선이다.
더 바람직 하게는, 상기 신호선/DC절환스위치 또는 상기 Tx/Rx 절환스위치1은 두개의 스위칭소자로 구성되며, 두 스위칭소자의 게이트(Gate)에 공통 접속된 Loader 출력제어신호에 의해 스위칭소자 중 하나는 턴온 되고 다른 하나는 턴오프 된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선1은 표시장치의 상하 또는 좌우의 비표시영역(Non Display Area)에 설치된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선2는 표시장치의 일측에 설치된 Tx 구동신호선1과 대향하여 표시장치의 타측에 설치된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2는 반도체IC에서 제공하는 Tx 구동신호에 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2의 일측에는 Tx 구동신호를 구성하는 Tx 로우(Low)전압과 Tx 하이(High) 전압1을 공급하는 분리된 전원선이 설치되며, 상기 Tx 구동신호선은 Tx 로우(Low)전압 또는 Tx 하이(High) 전압1 중 하나의 전압에 접속된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2와 상기 분리된 전원선 사이에는 Tx 레벨선택스위치가 설치되며, 레벨선택스위치를 구성하는 복수의 스위칭소자의 일측에 Tx 구동신호선이 공통 접속되고 스위칭소자 하나의 타측에는 Tx 로우 전압이 연결되고 스위칭 소자의 또 다른 하나의 타측에는 Tx 하이 전압이 연결되되, 반도체 IC에서 제공하는 복수의 Tx 레벨선택스위치 제어신호의 턴온/턴오프 전압에 기초하여 턴온 되는 스위칭 소자에 의해 Tx 구동신호선은 Tx 로우(Low)전압 또는 Tx 하이(High) 전압 중 하나의 전압에 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 레벨선택스위치는 두개의 스위칭소자로 구성되며, 복수의 스위칭소자의 게이트에 공동 접속된 하나의 턴온/턴오프 제어신호의 하이 또는 로우의 상태에 기초하여 일측 스위칭소자는 턴온 되고 타측 스위칭소자는 턴오프 된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2의 일측에는 Tx 신호를 구성하는 Tx 로우(Low)전압과 Tx 하이(High) 전압을 공급하는 분리된 전원선이 설치되되 분리된 전원선의 일측에는 Tx 하이 부스트(Boost) 전압을 공급하는 전원선 또는 음(Negative)의 크기를 가지는 Tx 로우 부스트 전압을 공급하는 전원선이 추가 설치되며, 상기 Tx 구동신호선1 또는/그리고 상기 Tx 구동신호선2는 Tx 로우(Low)전압 또는 Tx 하이(High) 전압 또는 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압 중 하나의 전압에 연결된다
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2와 상기 복수의 분리된 전원선 사이에는 복수의 스위칭소자로 구성된 Tx 레벨선택스위치가 설치되며, Tx 레벨선택스위치를 구성하는 복수의 스위칭소자의 일측에 Tx 구동신호선이 공통 접속되고 스위칭소자 하나의 타측에는 Tx 로우 전압이 연결되고 스위칭 소자의 또 다른 하나의 타측에는 Tx 하이 전압이 연결되고 스위칭 소자의 또 다른 하나의 타측에는 Tx 하이 부스트 전압이 연결되고 스위칭소자의 또 다른 하나의 타측에는 Tx 로우 부스트 전압이 연결되되, 반도체 IC에서 제공하는 복수의 Tx 레벨선택스위치 제어신호의 턴온/턴오프 전압에 기초하여 턴온 또는 턴오프 되는 스위칭 소자에 의해 복수의 스위칭소자 중 하나의 스위칭 소자가 턴온 되고 이로 인해 Tx 구동신호선은 Tx 로우(Low)전압 또는 Tx 하이(High) 전압 또는 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압 중 하나의 전압에 연결된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선에는 Tx 하이 부스트 전압이 인가되고 소정의 시간이 경과된 후에 Tx 하이 전압이 인가된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선에는 Tx 로우 부스트 전압이 인가되고 소정의 시간이 경과된 후에 Tx 로우 전압이 인가된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선에 상기 Tx 구동신호를 인가하는 것은 하나의 컬럼그룹에서만 실시된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 구동신호선에 상기 Tx 구동신호를 인가하는 것은 복수의 컬럼그룹에서 동시에 실시된다.
더 바람직 하게는, 상기 반도체IC에서 공급되는 구동신호는 Tx 로우 전압 또는 Tx 하이 전압 또는 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압이다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 하이 전압 또는 상기 Tx 하이 부스트 전압 또는 상기 Tx 로우 부스트 전압을 공급하는 전원선의 레이어(Layer)와 상하로 대향하여 소정의 DC 전압이 인가되는 레이어(Layer)가 설치된다.
더 바람직 하게는, 상기 소정의 DC 전압이 인가되는 레이어는 Tx 로우 전압 또는 시스템의 그라운드 전원을 공급하는 전원선이다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압을 생성하는 전원부는 Pen에 Tx 신호를 전송할 때에만 턴온되고 Pen에 Tx 신호를 전송하지 않을 때에는 턴오프 된다.
더 바람직 하게는, 상기 Tx 하이 부스트 전압은 Tx 하이 전압의 1.5배 이상의 크기를 가지며, 상기 Tx 로우 부스트 전압은 음전원(Negative Power)이다.
더 바람직 하게는, Loader 또는 신호선/DC절환스위치 또는 검출/구동신호선 스위치그룹 또는 Loader 선택부 또는 Tx/Rx 절환스위치 1 또는 Tx/Rx 절환스위치2 또는 Tx 레벨선택스위치는 표시장치에 설치된다.
더 바람직 하게는, 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 또는 검출/구동신호선 스위치그룹 또는 Loader 선택부 또는 Tx/Rx 절환스위치1 또는 Tx/Rx 절환스위치2 또는 Tx 레벨선택스위치는, 표시장치의 화소 Data를 출력하는 표시장치내의 스위칭소자 또는 Gate 턴온/턴오프 전압을 출력하는 표시장치내의 스위칭소자를 제조하는 mask 및 제조공정에서 같이 제조된다.
더 바람직 하게는, 제1 CDA 컬럼을 구성하는 모든 CDA는 상호 접속되어 Tx 구동신호가 인가된다.
더 바람직 하게는, 상기 제1 CDA 컬럼을 구성하는 모든 CDA는 Tx/Rx 절환스위치의 동작에 따라 상호 연결되거나 서로 분리된다.
더 바람직 하게는, 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 또는 검출/구동신호선 스위치그룹 또는 Loader 선택부 또는 Tx/Rx 절환스위치1 또는 Tx/Rx 절환스위치2 또는 Tx 레벨선택스위치를 구성하는 스위칭소자의 턴온/턴오프 제어신호는 표시장치에 설치된 레벨시프터에서 출력되는 신호이다.
더 바람직 하게는, a) 하나의 컬럼그룹을 형성하는 복수의 CDA 컬럼마다 하나씩 인출된 CDA 신호선을 공통 연결하여 공통 연결된 부위에 Pen으로 신호를 보내기 위한 Tx 신호를 인가하는 단계;
b) 상기 a)단계에서 공통 연결된 상기 CDA 신호선은 개별 분해되어 Charge AMP 또는 비교기 등으로 구성된 Rx 수신부에 연결되어 Pen이 송출하는 Rx 신호를 수신 및 검출하는 단계;
c) 상기 b)단계의 상기 CDA신호선은 차동증폭기의 일측에 연결되고, 상기 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선에 구동전압을 인가하거나 또는 반도체IC 내부에서 상기 CDA 신호선과 대향하는 쉴딩영역에 구동전압을 인가하여 오브젝트 정전용량을 검출하는 단계;
d) 상기 b)단계에서 펜의 유효한 Rx 신호가 검출되면 펜의 좌표를 추출하고 상기 c)단계에서 오브젝트가 검출되면 오브젝트의 좌표를 추출하는 단계;
e) 상기 d)의 단계에서 펜이 검출되지 않거나 상기 c)단계에서 오브젝트가 검출되지 않으면 Timer Interrupt의 Wake-up Time을 소정의 값으로 설정하고 반도체 IC는 Sleep이나 Standby 상태로 진입하는 단계; 중, 하나 또는 하나 이상의 단계를 포함하는 오브젝트 검출방법을 특징으로 한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 복수의 독립된 아일랜드 형태의 제1 CDA컬럼과 이웃하여 하나의 CDA로 구성된 제2 CDA컬럼이 설치되고 제2 CDA컬럼에 의해 짧은 시간안에 Tx 신호의 전송 및 Rx 신호의 수신이 이루어지고 오브젝트 정전용량도 신속히 검출되므로 소비전류가 절감되는 효과가 있다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 특허청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다
도1은 정전용량식 입력장치의 모델링(Modeling)에 관한 본 발명의 실시예이다.
도2는 <수학식1>을 검증하기 위한 가상의 Data이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 검출장치가 설치된 표시장치 모듈(Module)이다.
도4는 공통전극 정전용량(Ccm)의 형성에 관한 본 발명의 실시예이다.
도5는 공통전극과 대향하는 CDA의 면적을 줄이는 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도6은 CDA와 공통전극 사이에 새로운 구동층을 설치한 본 발명의 실시예이다.
도7a은 하나의 신호선과 이에 인접한 두개의 신호선 사이에 형성되는 커패시터의 형성에 관한 본 발명의 실시예이다.
도7b는 도7a의 등가회로에 관한 본 발명의 실시예이다.
도7c은 구동신호선과 검출신호선을 동시에 선택하는 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도7d는 스위치 제어신호선의 개수를 줄이기 위한 본 발명의 일 실시예이다.
도8은 반도체IC 구성에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도9는 반도체IC의 Layer 구성에 관한 일 실시예이다.
도10은 반도체IC 내부의 신호선에 쉴딩영역을 부가한 본 발명의 실시예이다.
도11a은 도10 B-B'의 단면도이다.
도11b는 쉴딩영역 구현에 관한 본 발명의 또다른 실시예이다.
도12a은 쉴딩 정전용량(Cin_sd)에 구동전압을 인가하는 본 발명의 실시예이다
도12b는 오브젝트 커패시터가 부가된 경우에 전압을 검출하기 위한 본 발명의 일 실시예이다.
도13a은 <수학식3>을 검증하기 위한 가상의 Data이다.
도13b는 도13a의 data를 기반으로 산출된 <수학식1> 및<수학식4>의 결과 그래프이다.
도14는 구동전압 인가에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도15는 구동부에서 구동전압을 인가하는 본 발명의 실시예이다.
도16a은 제1검출신호와 동일한 복제된 DAC code를 추출하는 과정에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도16b는, 복제된 DAC을 이용하여 차동증폭기의 출력신호 V1을 검출하는 과정에 대한 본 발명의 일 실시예이다.
도16c은 하나의 차동증폭기에 복수의 신호선을 연결하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도16d는 검출신호선에 Sample & Hold를 연결하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도17은 DAC을 저장하는 메모리에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도18a는 복수의 로더(Loader)에서 출력되는 검출신호선의 개수를 줄이는 본 발명의 일 실시예이다.
도19a는 하나의 CDA로 구성된 제2CDA 컬럼이 제1CDA 컬럼과 이웃하여 설치된 본 발명의 실시예이다.
도19b는 제2 CDA 컬럼의 선간정전용량(Cd)를 구동하는 개선된 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도20은 제1CDA 컬럼 또는 제2CDA컬럼과 연결된 검출/구동신호선 스위치그룹 및 Loader의 연결에 관한 본 발명의 실시예이다.
도21a는 Loader 선택부에서 검출신호선을 선택하는 본 발명의 실시예이다.
도21b는 검출신호선/DC 절환스위치를 사용하여 플로팅된 신호선을 DC에 고정시키는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도21c는 Loader를 사용하지 않는 본 발명의 일 실시예이다.
도21d는 신호선/DC절환스위치만 사용하는 본 발명의 일 실시예이다.
도22a는 Tx/Rx 절환스위치가 제2 CDA컬럼과 Loader 사이에 위치하는 본 발명의 일 실시예이다.
도22b는 Tx/Rx 절환스위치가 Loader와 AMP 입력신호선 선택부 사이에 위치하는 본 발명의 일 실시예이다.
도23은 Tx 신호를 인가하는 방법 및 오브젝트 정전용량을 검출하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도24는 두개의 스위칭소자로 구성된 Tx/Rx 절환스위치1에 하나의 제어신호를 인가하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도25a는 Tx 구동신호선2가 추가된 본 발명의 일 실시예이다.
도25b는 Tx Low 전압 및 Tx High 전압의 전원선을 이용하여 Tx신호를 인가하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도25c는 Tx Low 전압 및 Tx High 전압 및 Tx 하이 부스트 전압 및 Tx 로우 부스트 전압을 이용하여 Tx 파형의 상승 및 하강시간의 속도를 개선시키는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다
도25d는 도25c의 실시예에서 Tx/Rx절환스위치의 턴온/턴오프 제어신호로 사용되는 두개의 제어신호를 대신하여 하나의 제어신호(LD)가 사용된 본 발명의 일 실시예이다.
도26은 본 발명의 오브젝트 정전용량 검출방법에 관한 일 실시예이다.
도27은 정전용량 검출방법을 나타내는 흐름도에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도2는 <수학식1>을 검증하기 위한 가상의 Data이다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 검출장치가 설치된 표시장치 모듈(Module)이다.
도4는 공통전극 정전용량(Ccm)의 형성에 관한 본 발명의 실시예이다.
도5는 공통전극과 대향하는 CDA의 면적을 줄이는 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도6은 CDA와 공통전극 사이에 새로운 구동층을 설치한 본 발명의 실시예이다.
도7a은 하나의 신호선과 이에 인접한 두개의 신호선 사이에 형성되는 커패시터의 형성에 관한 본 발명의 실시예이다.
도7b는 도7a의 등가회로에 관한 본 발명의 실시예이다.
도7c은 구동신호선과 검출신호선을 동시에 선택하는 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도7d는 스위치 제어신호선의 개수를 줄이기 위한 본 발명의 일 실시예이다.
도8은 반도체IC 구성에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도9는 반도체IC의 Layer 구성에 관한 일 실시예이다.
도10은 반도체IC 내부의 신호선에 쉴딩영역을 부가한 본 발명의 실시예이다.
도11a은 도10 B-B'의 단면도이다.
도11b는 쉴딩영역 구현에 관한 본 발명의 또다른 실시예이다.
도12a은 쉴딩 정전용량(Cin_sd)에 구동전압을 인가하는 본 발명의 실시예이다
도12b는 오브젝트 커패시터가 부가된 경우에 전압을 검출하기 위한 본 발명의 일 실시예이다.
도13a은 <수학식3>을 검증하기 위한 가상의 Data이다.
도13b는 도13a의 data를 기반으로 산출된 <수학식1> 및<수학식4>의 결과 그래프이다.
도14는 구동전압 인가에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도15는 구동부에서 구동전압을 인가하는 본 발명의 실시예이다.
도16a은 제1검출신호와 동일한 복제된 DAC code를 추출하는 과정에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도16b는, 복제된 DAC을 이용하여 차동증폭기의 출력신호 V1을 검출하는 과정에 대한 본 발명의 일 실시예이다.
도16c은 하나의 차동증폭기에 복수의 신호선을 연결하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도16d는 검출신호선에 Sample & Hold를 연결하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도17은 DAC을 저장하는 메모리에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도18a는 복수의 로더(Loader)에서 출력되는 검출신호선의 개수를 줄이는 본 발명의 일 실시예이다.
도19a는 하나의 CDA로 구성된 제2CDA 컬럼이 제1CDA 컬럼과 이웃하여 설치된 본 발명의 실시예이다.
도19b는 제2 CDA 컬럼의 선간정전용량(Cd)를 구동하는 개선된 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도20은 제1CDA 컬럼 또는 제2CDA컬럼과 연결된 검출/구동신호선 스위치그룹 및 Loader의 연결에 관한 본 발명의 실시예이다.
도21a는 Loader 선택부에서 검출신호선을 선택하는 본 발명의 실시예이다.
도21b는 검출신호선/DC 절환스위치를 사용하여 플로팅된 신호선을 DC에 고정시키는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도21c는 Loader를 사용하지 않는 본 발명의 일 실시예이다.
도21d는 신호선/DC절환스위치만 사용하는 본 발명의 일 실시예이다.
도22a는 Tx/Rx 절환스위치가 제2 CDA컬럼과 Loader 사이에 위치하는 본 발명의 일 실시예이다.
도22b는 Tx/Rx 절환스위치가 Loader와 AMP 입력신호선 선택부 사이에 위치하는 본 발명의 일 실시예이다.
도23은 Tx 신호를 인가하는 방법 및 오브젝트 정전용량을 검출하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도24는 두개의 스위칭소자로 구성된 Tx/Rx 절환스위치1에 하나의 제어신호를 인가하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도25a는 Tx 구동신호선2가 추가된 본 발명의 일 실시예이다.
도25b는 Tx Low 전압 및 Tx High 전압의 전원선을 이용하여 Tx신호를 인가하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도25c는 Tx Low 전압 및 Tx High 전압 및 Tx 하이 부스트 전압 및 Tx 로우 부스트 전압을 이용하여 Tx 파형의 상승 및 하강시간의 속도를 개선시키는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다
도25d는 도25c의 실시예에서 Tx/Rx절환스위치의 턴온/턴오프 제어신호로 사용되는 두개의 제어신호를 대신하여 하나의 제어신호(LD)가 사용된 본 발명의 일 실시예이다.
도26은 본 발명의 오브젝트 정전용량 검출방법에 관한 일 실시예이다.
도27은 정전용량 검출방법을 나타내는 흐름도에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서, 가급적 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례 또는 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어가 사용되었으며, 이 경우, 해당되는 발명의 설명 부분에서 그 의미를 상세히 기재할 것이다. 따라서, 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
또한, 도면에서 나타난 각 구성의 크기 및 두께는 설명의 편의를 위해 임의로 나타냈으며, 본 발명은 반드시 도시된 바에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 폭(Width)등을 상대적 확대 및 상대적 축소등의 그림으로 과장되게 나타냈다. 층, 영역 등의 부분이 다른 부분 "위에" 또는 "상에" 또는 "상측" 또는 "상면"에 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐만 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. "아래" 또는 "하측" 또는 "하면"도 동일한 의미를 갖는다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
또한, 명세서에서 신호선이 두 장치사이를 연결하는 경우, 그 사이에 다른 장치가 있는 경우도 포함한다. 예를 들어 "검출신호선이 Loader와 연결되었다"는 것은 검출신호선과 Loader 사이에 검출스위치 그룹이 포함된 것을 의미한다.
본 명세서에서 상하측 또는 좌우 등의 기준은 표시장치에 설치된 CDA와 반도체IC의 위치를 기준으로 설정된다. 일 실시예로, CDA는 반도체IC보다 상 측에 있다고 정의되며, 그룹1의 COL1은 반도체IC를 기준으로 왼쪽에 있다고 정의되며 그룹4의 AUX20은 동일한 그룹의 AUX1에 비해 오른쪽으로 정의된다. 또한 CDA컬럼에서 반도체IC를 향하는 곳은 CDA 하측이며 반대방향은 CDA 상 측이다.
<용어의 정의>
본 명세서에서 "정전용량"과 "커패시터"는 동일한 의미로 사용된다.
또한, 정전용량 검출영역(Capacitor Detect Area)은 "CDA"로 축약하여 표기하였다.
또한, CDA(100)과 대향하여 정전용량을 형성하는 손가락이나 Pen등을 오브젝트(20) 또는 Object로 명기하였다.
또한, 여러 개의 CDA신호선(200)중 본 발명에서 제공하는 수학식에 기반하여 전압을 검출하는(또는 신호를 검출하는) 신호선은 검출신호선(Detection Signal Line)으로 표기하였으며 검출신호선과 연결된 CDA(100)는 검출CDA로 표기하였다.
도한, 검출신호선에 이웃하여 검출신호선과 선간 정전용량을 형성하며 구동전압이 인가되는 신호선은 구동신호선(Driving Signal Line)으로 표기하였다.
또한, CDA(100)와 연결된 CDA신호선(200)이 아닌 반도체IC(400) 내부의 동작을 위해 필요한 신호선들, 예를 들어 Logic Signal Line, Oscillator Signal Line, Power Line등은 "다른 신호선"(Different Signal Line)으로 표시하여, 본 발명의 CDA신호선(200)과 구분하였다.
또한, 명세서에 기재된 정전용량부호는 정전용량의 도면부호 및 정전용량의 크기(Capacitance)를 가리키는 두가지 의미로 사용된다. 예를 들어 Cprs는 반도체IC 내부에서 검출신호선과 반도체의 벌크(Substrate)등에 의해 형성된 정전용량을 가리키는 도면부호로서의 정전용량(Capacitor)이며, 소정의 크기를 가지는 정전용량의 크기(Capacitance)일수도 있다. 의미가 혼란되는 경우에는 "정전용량" 또는 "정전용량의 크기"로 구분하여 표기하였다.
또한, CDA(100) 및 이에 연결된 검출신호선(200)은 기하학적으로는 구분되지만, 전기적으로는 동일한 의미를 갖는다. 그러므로 "검출신호선(200)에서 검출신호를 추출한다"라는 의미는, "그 검출신호선(200)에 연결된 CDA(100)에서 검출신호를 추출한다"라는 의미와 동일하게 사용된다.
또한, 본 명세서에서 제1검출신호와 제2검출신호의 차이를 출력하는 차동증폭기의 출력전압을 "V1"으로 표시하였다.
또한, DAC은 주어진 입력code에 반응하여 아날로그 전압((Analog Voltage)을 출력하는 장치이다. 본 명세서에서 "DAC code"에 대해 출력되는 아날로그 전압을 "DAC 전압" 또는 "DAC 출력"이라고 하였다. "DAC"만 사용되는 경우에는, DAC code 또는 DAC 전압을 모두 포함하는 DAC 장치이거나, DAC code 또는 DAC전압 둘 중에 하나만 의미할 수 있다.
또한, 원거리/근거리 등의 거리의 기준은 반도체IC(400)을 기준으로 하며, 원거리는 반도체IC에서 멀리 떨어져 있으며 근거리는 반도체IC(400)에서 가깝다는 의미이다.
또한, CDA의 집합으로 형성된 하나의 컬럼을 "CDA Column"이라고 하였으며 문맥상 명확한 경우에는 "Column"으로 표시하였다.
또한, 복수의 CDA컬럼이 모여서 "컬럼그룹"을 형성한다. 문맥상 명확한 경우에는 그룹이라고 표시하였다.
또한, 명세서에서 스위칭소자는 반도체IC에서 사용되는 CMOS를 이용한 스위치이거나, BJT를 이용한 스위치이거나 TFT LCD에서 TFT를 이용한 스위치이거나 OLED에서 PMOS나 NMOS를 사용한 스위치일 수 있다. 또는 OLED에서 PMOS와 NMOS의 조합으로 구성된 CMOS일 수도 있다. 이러한 스위칭소자는 게이트나 BJT의 base에 인가되는 전압이나 전류를 통하여 스위칭 소자가 통전 된다. 본 명세서에서 스위칭소자의 게이트나 베이스에 연결되어 스위칭소자를 턴온 또는 턴오프 시키는 제어신호를 "스위칭소자의 제어신호" 또는 "제어신호"로 표기하였다. 따라서 "스위칭소자의 제어신호"를 인가하거나 또는 "제어신호"를 인가한다는 의미는, 스위칭소자의 게이트에 연결된 신호선에 턴온 또는 턴오프 전압을 인가하여 스위칭소자를 턴온 시키거나 턴오프 시키는 과정이 포함된다. 의미를 명확히 하기 위하여 "제어신호에 턴온 전압을 인가한다"와 같은 구체적인 동작이 설명되는 경우도 있다.
한편, 하나의 스위칭소자 또는 복수의 스위칭소자를 사용하여 하나의 장치를 만들 수 있다. 본 명세서에서 Loader는 그러한 장치의 좋은 실시예이다. 그러한 장치에 신호선이 연결되거나 신호가 인가된다는 의미는 그 장치에 속한 스위칭소자의 일측 입력단자에 신호선이 연결되거나 신호가 인가된다는 의미와 동일하게 사용된다. 일 실시예로, 본 발명의 검출신호선이 3개의 스위칭소자로 구성된 어떤 장치에 "공통 접속되어 입력 된다"라는 의미는, 어떤 장치를 구성하는 3개의 스위칭소자의 입력단자는 상호 공통 접속되며 검출신호선은 공통접속지점에 연결된다-라는 의미와 동일하게 사용될 수 있다.
또한, 본 명세서에서 Loader는 복수의 스위칭소자로 구성된다. Loader는 Loader의 출력 제어 단자인LD에 인에이블(Enable)을 위한 High 또는 Low의 출력제어 신호가 인가될 때 Loader를 구성하는 복수의 스위칭 소자가 모두 턴온 되는 특성을 갖는다. 본 명세서에서 Loader를 포함한 스위칭소자의 턴온 전압은 모두 High전압이며 턴오프 전압은 Low전압으로 가정한다. 따라서 Loader의 Enable 신호는 High 전압이 사용되며 Disable은 Low 전압이 사용된다.
또한 Pen 입력을 위하여 Pen과 통신이 이루어지는 경우 Pen에 정보를 송신하는 Transmit 과정을 Tx로 축약하여 사용하며 Pen의 정보를 수신하는 Receive 과정을 Rx로 축약하여 사용한다.
또한 전달스위치(Transfer Switch)는 입력된 신호를 손실없이 전달하는 가상의 소자이다. 일 실시예로 본 발명의 Loader는 전달스위치로 구성되며 전달스위치의 턴온 저항[Rds(on)]에 의한 손실로 입력된 신호는 출력과정에서 일부 손실이 발생하지만 신호를 프로세싱 하기에는 문제가 되지 않는다. 이와 같은 이유로 전달스위치로 구성된 장치는 입력된 신호의 손실없이 출력된다고 가정한다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 실시예를 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 사용하였다.
도1은 정전용량식 입력장치의 모델링(Modeling)에 관한 본 발명의 실시예이다.
도1을 참조하면 Cd는 "선간 정전용량"이며, Cprs는 검출신호선과 반도체IC 내부 반도체기판이나 다른 신호선들 사이에서 형성되는 "내부 기생정전용량"이며, Ccm은 정전용량 검출영역과 표시장치가 대향하여 형성된 "공통전극 정전용량"이며, 이 세가지 정전용량의 일측은 검출신호선의 등가회로로 표시된 P점에 병렬 접속된다. 이때 "내부 기생 정전용량"의 타측에 공급되는 전압인 Vprs는 반도체기판(Substrate)의 전위인 DC전원이거나 커플링(Coupling)된 다른 신호선의 노이즈로 인한 AC전위이며, "공통전극 정전용량"의 타측에 공급되는 전압인 Vcm은 소정의 크기를 가지는 DC전압인 화소 전압이며, 선간 정전용량인 Cd에 공급되는 전압인 Vd는 Vd1에서 Vd2로 크기가 변하거나 Vd2에서 Vd1으로 크기가 변하는 구동전압(Driving Voltage)이다.
세개의 정전용량에 공급되는 전압에 의해 P점이 안정되었을 때의 전압을 Vp라고 정의하고, 선간 정전용량(Cd)에 공급된 전압 Vd에 의해 Cd에 흐르는 전류를 id라고 정의하고, 내부 기생 정전용량(Cprs)에 공급되는 전압 Vprs에 의해 Cprs에 흐르는 전류를 iprs라고 정의하고, 공통전극 정전용량(Ccm)에 공급되는 전압 Vcm에 의해 Ccm에 흐르는 전류를 icm이라고 가정하면, 키르히호프의 전류법칙에 의해 id = iprs + icm이다.
상기 수학식에서 선간 정전용량(Cd)에 공급되는 전압 Vd를 Vd1으로 교체하면, Vd1을 인가할 때의 P점의 전압 
이고, 선간 정전용량(Cd)에 Vd1보다 더 큰 전압인 Vd2를 공급할 때의 P점의 전압 
이다. 따라서 선간 정전용량(Cd)에 서로 다른 크기의 전압인 Vd1과 Vd2를 인가할 때 연결점 P에서 검출되는 (Vp2-Vp1)은 <수학식1>과 같다.
도2는 <수학식1>을 검증하기 위한 가상의 Data이다,
도2를 참조하면, Vd1=0V, Vd2=5V이며, 선간 정전용량(Cd)은 13pF부터 34pF까지 증가하도록 설정하였다. 내부 기생 정전용량(Cprs)은 8~14pF을 교차사용 하였으며, 공통전극 정전용량(Ccm)는 1~2pF을 교차 사용하였다.
도2의 Data를 <수학식1>에 대입하여 Vp2-Vp1을 계산하면, 도2에 표시된 바와 같이 Max=3.929V이고 Min=2.5V로서, Max-Min=1.429V임을 알 수 있다.
전압의 범위가 1.429V인 전압을 검출하기 위하여 1.6V의 검출범위를 가지는 10bit ADC를 사용하는 것이 적절하므로, ADC의 바이어스(Bias)전압인 ADC_top 및 ADC_btm이 각 3 V 및 1.4 V라고 가정할 때, 1.6V의 검출범위를 가지는 10bit의 ADC의 분해능(Resolution)은 1.6V/1024bit로서 1.56mV/bit이다.
후술하는 도13의 Single Driving의 최하단 Data를 참조하면, 오브젝트에 의해 형성된 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기가 0.2pF인 경우, P점에서 검출된 제1전압과 제2전압의 차이가 16mV이며 이는 1.56mV/bit의 ADC 분해능으로 약 10 code 정도이다.
10 code는 ADC의 전체 분해능인 1024 code의 약 1% 수준으로서, 일반적으로 검출신호의 2~3%이내의 값은 노이즈로 인해 신호 판별이 어렵다는 것을 감안하면 1%정도의 신호크기로는 진성(Real) 신호를 판별하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 검출장치가 설치된 표시장치 모듈(Module)이다. 정전용량 검출장치의 정전용량 검출영역(100, Capacitor Detect Area, CDA)은, 도전체로 이루어져 표시장치(10) 내부 또는 표시장치(10)의 상면에 설치되고 독립된 영역을 가지며, 일측에 연결된 CDA신호선(200)에 의해 반도체IC(400)의 신호검출부(410)에 연결된다.
표시장치의 내부 또는 상면에 설치된 CDA(100)는 오브젝트(20)나 외부의 이물질로부터 보호받을 수 있도록 강화유리나 플라스틱 또는 필름 등으로 덮여 있다. CDA(100)는 소정의 면적을 가지는 원이나 사각형이나 삼각형 등의 기하학적 모양이며, 대부분 동일하거나 유사한 기하학적 형상으로 이루어진다. CDA(100) 상면에 사람의 손가락이나 Pen같은 오브젝트가 대향하면 상호 유격 거리 및 대향면적에 따라 오브젝트 정전용량(Cobj)이 형성된다.
한편, CDA(100)의 일측에 연결된 CDA신호선(200)은 표시장치(10) 외부에 위치한 반도체IC(400)와 CDA(100)를 전기적으로 연결하며, CDA신호선(200)은 연결부재(300, Material for connection)를 통하여 반도체IC(400)와 연결된다.
표시장치(10)는 LCD 또는 OLED로 이루어진다. LCD는 VA(Vatical Alignment) 계열 또는 IPS(In Plane Switching) 계열이며, a-Si, LTPS, 산화물 Oxide방식의 TFT가 모두 사용된다. LCD는 표시장치의 화소가 형성된 TFT Glass와 Color Filter Glass의 접합으로 이루어지며, VA 계열의 LCD는 상측의 Color Filter Glass에 형성된 공통전극층에 공통전압(Vcom)이 공급되며, IPS 계열의 LCD는 LCD 하측의 TFT Glass에 형성된 공통전극층에 공통전압이 인가된다.
표시장치(10)가 OLED(Organic Light Emitting Diode)인 경우, 상층에 Cathode가 위치하며, OLED는 Glass나 폴리이미드(Polyimide)계열의 박막필름(Thin Film)으로 만들어진 봉지기판(Encapsulator)으로 봉지(Encapsulation)한다. 본 명세서의 표시장치(10)는 LCD나 OLED에 한정되지 않는다. 대부분 LCD를 사용한 실시예를 들었으나 LCD의 상면은 OLED의 상면과 동일한 의미로 사용되며 표시장치에 내장된 본 발명의 소자들은 LCD의 TFT기판 또는 OLED 기판의 제조공정에서 제조된 것을 의미한다.
정전용량 검출영역(CDA,100)과 오브젝트(20)와의 거리 "d"및 대향면적 "s"에 의해 오브젝트 정전용량(Cobj)이 형성되며, 형성되는 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기(Capacitance)는 
이다. ε은 CDA(100)와 오브젝트(20) 사이에 존재하는 물질의 유전율(Permittivity)이며 유리나 필름 등의 보호층(7) 및 (오브젝트가 공중에 떠 있는 경우에는) 공기 등에 의한 복합유전율이 적용된다.
표시장치 내에서 CDA(100)의 위치는 다음과 같다.
1)LCD의 경우1: Color Filter Glass의 상부 즉, Color Filter Glass와 편광판이 접합되는 Color Filter Glass에 형성되거나, 편광판의 하측 또는 상측에 형성되거나, 보호층(7)의 하측면에 설치된다.
2)LCD의 경우2: TFT 기판의 공통전극 위치에 형성되어 공통전극 및 CDA(100)의 두가지 역할을 수행한다.
3)LCD의 경우3: TFT기판의 최하층에 형성되며 CDA 형성 및 절연체 도포 후 Gate Metal이나 Source Metal등의 공정이 시작된다. CDA신호선(200)과 연결되는 소자들은 LCD공정에서 제조된 스위칭 소자들로 형성되어 TFT기판에 내장되거나, 반도체IC(400) 내부에 위치한다.
4)OLED의 경우 1: Cathode 상면에 절연체 도포 후 절연체 상면에 형성된다. CDA신호선(200)과 연결되는 스위치그룹 또는 Loader(450)나 디코더(436)등 이하의 명세서에 기재된 본 장치의 소자들은 OLED의 제조공정에서 형성되어 OLED기판에 내장되거나 반도체IC(400)를 제조하는 제조공정에서 제작되어 반도체IC(400)내부에 위치한다.
5) OLED의 경우 2: OLED의 봉지기판인 PI(Polyimide) 계열의 박막필름(Thin Film)의 상면 또는 봉지 Glass의 상면 또는 하면에 형성된다. 이때 CDA신호선은 반도체IC(400)과 연결된다
도3의 CDA(100) 집합은 3개의 행(Row)과 4개의 열(Column)로 이루어져 있다. 도3의 A1영역은 Row 2 및 Column 1의 좌표를 가지며 위치는 R2C1으로 표시하였다.
도3의 CAD(100) 집합은 편의상 3개의 행(Row)과 4개의 열(Column)로 도시하였으나, 실제로는 표시장치(10)의 크기에 따라 15(Row) x 20(Column) 또는 20 x 25 또는 25 x 20등의 다양한 형태로 사용될 수 있다.
본 명세서에서 신호선의 개수가 증가하는 방향을 열(Column)로 정의한다. 도3에서는 상측에서 하측방향으로 신호선의 개수가 1개에서 3개로 증가하므로 상 하방향을 열로 정의할 수 있다. 또한, 열방향과 직교 방향을 행(Row)으로 정의한다. 도3에서 하나의 컬럼은, 3개 행(Row)에 해당하는 CDA(100)로 구성되어 있으며, 최상위 행의 CDA(R1C1)을 1번 CDA라고하며 두번째 행의 CDA(R2C1)을 2번 CDA 또는 두번째 행의 CDA등으로 호칭하며 연속적으로 3번 또는 4번 CDA등이 이어진다.
LCD나 OLED에 형성된 CDA(100)는, LCD의 공통전극층(Vcom Layer)이나 OLED의 Cathode층과 일정한 거리 및 소정의 면적으로 대향(Face to face)하므로, CDA(100)와 표시장치 사이에는 
의 크기(Capacitance)를 가지는 공통전극 정전용량이 형성된다.
도4는 공통전극 정전용량(Ccm)의 형성에 관한 본 발명의 실시예이며 표시장치는 LCD이다.
도4를 참조하면, Color Filter Glass(5)의 상면에 CDA(100)가 위치한다. Color Filter Glass(5)의 하부에는 R/G/B의 Color Layer(4)가 위치하며 Color Layer(4)의 하부에는 공통전극(3)이 위치한다.
Color Filter Glass(5)의 유전율과 Color Layer(4)의 유전율이 서로 다르므로, CDA(100)와 Color Filter Glass(5) 사이에는 유리의 유전율을 기반으로 하는 정전용량 Ccm1과, Color Layer(4)의 유전율을 기반으로 하는 정전용량 Ccm2가 직렬 형성된다. 따라서 CDA(100)와 공통전극(3) 사이에 형성되는 공통전극 정전용량(Ccm)은, Ccm1과 Ccm2의 직렬연결로 형성된 복합정전용량이다.
한편, 도4에는 도시되지 않았으나, CDA신호선(200)도 CDA(100)의 일부이므로 CDA신호선(200)과 공통전극(3) 사이에서도 공통전극 정전용량이 형성되며, CDA(100)에 의한 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기를 고려할 때, CDA신호선(200)에 의한 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기도 고려되어야 한다.
만일 도4가 LCD가 아닌 OLED의 경우이고, 전술한 표시장치내에서의 CDA 위치에 관한 OLED의 경우 1이라고 가정하면, 부호5는 절연체이고 부호4는 Cathode
로 대체될 수 있으며 Ccm1만 형성된다.
LCD의 공통전극(또는 OLED의 Cathode)에는 일정 크기의 고정된 전압이 공급되며, 정상적인 화면을 표시하기 위해 전압의 변동은 허용되지 않는다. 따라서 공통전극 정전용량(Ccm)과 연결된 공통전극전압(Vcm)은 오브젝트 검출을 위한 구동전압을 인가할 수 없는 전압이다.
표시장치(10) 상면의 CDA(100)는, 컬럼에서의 위치에 따라 면적차이가 있고, CDA신호선(200)도 CDA(100)의 위치에 따라 길이가 서로 다르므로, 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기는 표시장치(10)내의 CDA(100) 위치에 따라 다양한 분포 값을 가지되 근거리 CDA에서 원거리 CDA로 갈수록 점진적으로 커지는 경향을 가진다. 이와 같이 CDA의 위치에 따른 면적 차이로 인해 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기차이가 발생하고 이로 인해 동일한 오브젝트 정전용량의 크기에 대해 검출되는 전압의 크기차이가 표시장치(100)내에서 CDA(100)의 위치에 무관하게 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기를 가급적 동일하게 유지하는 것이 바람직하다.
앞에서 살펴본 바와 같이, CDA(100) 및 CDA신호선(200)과 공통전극(3) 사이에 형성된 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기는, CDA(100)와 CDA신호선(200)의 면적(s) 및 공통전극(3)과의 대향거리(d)와 상관관계를 갖는다. 이중에서 대향거리(d)는 표시장치의 제조공정에서 결정된 값이며 변경이 불가한 항목(Factor)이다. 따라서 표시장치(100) 내에서 CDA(100)의 위치에 무관하게 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기를 가급적 동일하게 유지하는 방법은, 모든 CDA(100) 및 CDA신호선(200)의 면적(s)을 가급적 동일하게 설계 및 제조하는 것이다.
표시장치(10)의 원거리에 위치한 CDA(101, R1C1)는 CDA신호선(201)이 길며, 근거리의 CDA(103, R3C1)는 신호선(203)이 짧다. 만일 원거리의 CDA(101)의 면적과 이에 연결된 신호선(201)의 면적이 합이 100%라고 가정하고 근거리의 CDA(103) 및 이에 연결된 신호선(203)의 면적의 합이 80%인 경우, 근거리 CDA(103) 및 신호선의 면적을 늘리기보다 원거리의 CDA(101) 및 신호선(201)의 면적을 줄여서 그때의 면적의 합이 80이 되도록 조정하는 것이 공통전극정전용량(Ccm)의 크기를 줄이는 것이므로 더 유리하다.
도5은 LCD의 공통전극(3) 또는 OLED의 Cathode와 대향하는 CDA(100)의 면적을 줄이는 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도5를 참조하면, CDA(100)의 일부는 빈공간(150, Empty Area)으로서 CDA(100)를 형성하는 도전체의 일부가 박리된다. CDA(100)에서 유효공간과 빈공간(150)의 비율(Ratio)을 조정하면 공통전극(3)과 대향하는 CDA(100)의 면적을 조정하는 것이 가능하다. 도5의 실시예에서 빈공간(150)은 사각형으로 형성되었으나, 원이나 삼각형 또는 마름모꼴 또는 W가 지속 연결 반복되는 요철부를 포함하는 형상 등 다양한 기하학적 모양으로 형성된다. 또한 시각적으로 인지될 수 있는 문제를 회피하기 위하여 하나의 CDA(100) 및 본 장치의 모든 CDA(100)에서 박리된 형상은 동일한 형상을 가져야 한다. 예를 들어, 박리된 형상이 원형(Circle type)이면 하나의 단위 CDA(100)에서 박리된 형상은 모두 원형이며 본 장치의 모든 CDA에서 박리된 형상도 원형이다.
또한, 하나의 CDA(100)에서 빈공간의 밀도가 다르면, 밀도의 차이에 의해 표시장치(10)에서 CDA(100)의 존재가 시각적으로 인지될 수 있고, 이는 표시장치에 표시되는 화면의 질(Quality)를 떨어뜨리는 역할을 하므로, 하나의 CDA(100)에서 빈공간(150)의 밀도는 일정해야 한다. 또한, 시각적 인지 문제를 줄이기 위해, 주변 CDA(100)와의 빈공간(150)밀도차이는 최대한 5%이내인 것이 바람직하다.
왜냐하면, 하나의 컬럼에 25개의 CDA(100)가 존재하고 상하 CDA간 빈공간의 밀도차이가 5%인 경우, 1번 CDA(100)와 25번 CDA(100)는 적어도 70%이상의 빈공간(150)의 밀도 차이가 발생하며, 이로 인해 상측 CDA와 하측 CDA는 빈공간의 밀도차이에 의해 시각적으로 인지될 수 있고 CDA의 수량이 더 증가되는 경우 밀도차이가 발생할 수 있는 설계가 불가능 할 수 있다.
CDA신호선(200)에도 빈공간(150)을 설치할 수 있으나, 빈공간에 의해 신호선의 폭이 좁아지면 CDA신호선(200)의 저항을 증가시키는 요인이 되기 때문에, 바람직하게는 CDA신호선(200)에는 빈공간(150)을 형성하지 않는다.
도5의 CDA(100)의 면적을 80%로 유지하기 위해서는, CDA(100) 전체면적의 20%를 빈공간(150)으로 유지하면 된다. 이와 같이 CDA(100) 및 CDA신호선(200)의 면적을 계산하여 CDA(100)에 빈공간(150)을 설치하고 CDA(100)마다 빈공간(150)을 제외한 유효면적의 합이 같거나 유사하도록 하면 CDA(100)마다 동일하거나 유사한 크기의 공통전극 정전용량(Ccm)을 갖는다.
이와 같이 본 발명은, 표시장치(10) 임의의 위치에 설치된 CDA(100) 및 CDA신호선(200)의 면적이 합이 상호 다른 경우, CDA(200)에서 박리된 빈공간(150)의 비율을 조정하여 모든 CDA(100) 및 CDA신호선(200)의 면적이 합이 동일하거나 유사하도록 한다.
이러한 원칙에 따라 CDA(100)를 설계 및 제조할 때, 인접한 10개의 CDA(100)를 집합으로 하는 집합군간 면적의 오차범위는 ±20% 범위 이내인 것이 바람직하며, 원거리 CDA(101)에서 박리된 빈공간(150)의 절대면적과, 근거리의 CDA(103)에서 박리된 빈공간(150)의 절대면적 차이는 적어도 20%이하인 것이 바람직하다.
CDA(100)에서 빈공간(150)은 CDA(100) 및 CDA신호선(200) 상호간의 면적을 동일하게 유지하기 위해서 뿐만 아니라, 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기를 줄이기위한 목적으로도 사용되며, 이로 인해 오브젝트 정전용량(Cobj)의 검출감도가 향상된다.
이러한 목적달성을 위한 방법은 CDA(100)의 유효면적을 줄이는 것이며, CDA(100)에서 박리되는 빈공간(150)의 비율(Ratio)은 모든 CDA(100)에 대해 동일하게 적용하되 박리되는 빈공간(150)의 면적은 50% 이상인 것이 바람직하다. 또한, 모든 CDA(100)에 동일하게 적용되는 박리비율과, CDA(100)간 상호 면적의 균등성을 위해 CDA(100)별로 상이하게 적용되는 박리비율의 합은 임의의 CDA(100) 면적의 90%이내로 제한하는 것이 바람직하다. CDA(100) 전체면적의 10%이상은 유지되어야 오브젝트 정전용량(Cobj)을 검출하는 것이 가능하기 때문이다.
하나의 컬럼에 속한 복수의 CDA신호선(200)의 영향으로 CDA(100)의 면적은 근거리로 내려올 수록 축소되며, 원거리신호선(201)은 선저항의 크기를 낮추기 위해 신호선폭을 넓게 제조하는 것이 바람직하다. 이러한 이유로, CDA(100) 및 CDA신호선(200)의 면적이 CDA(100)별로 서로 다르므로 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기는 CDA(100)별로 서로 다르다.
CDA(100)별로 서로 다른 공통전극 정전용량(Ccm)으로 인해, 후술하는 <수학식2>에 기초한 검출전압의 편차가 발생하며, 이는 ADC의 분해능이 감소되는 원인이 된다. 이러한 문제를 보완하는 방법은, 공통전극 정전용량(Ccm)을 구동(Driving)하여 전하를 공급하는 방법이다.
도4에서, 공통전극 정전용량(Ccm)의 전위는 변경되면 안 되므로, 공통전극 정전용량(Ccm)을 구동하는 방법은 CDA(100)와 공통전극(3) 사이에 새로운 구동층(Layer)을 설치하여 새로운 구동층에 구동전압을 인가한다.
도6은 CDA(100)와 공통전극(3) 사이에 새로운 구동층(Driving Layer)을 설치한 본 발명의 실시예이다.
도6을 참조하면, LCD의 컬러층(4) 상면에 새로운 Ccm 구동층(6)이 형성되며, Ccm 구동층(6)은 ITO(Indium Tin Oxide)나 Metal Mesh등 도전성 투과물질로 구성된다. 표시장치(10)가 LCD인 경우 Ccm 구동층(6)은 CDA(100)와 공통전극(6) 사이의 어떠한 곳에 설치되어도 무방하다. 또한 표시장치(10)가 OLED인 경우 Cathode의 상면에 절연층을 설치하고 절연층 상면에 Ccm구동층(6)이 형성될 수 있다.
Ccm구동층(6)에는 구동전압을 인가하기 위한 구동신호선(201)이 설치된다. LCD의 경우 TFT기판 및 Color Filter기판의 전기적신호 접합부인 Short Point에서 metal paste를 이용하여 Ccm구동층(6)으로 구동전압을 인가하거나, 도전성볼(Conductive Ball)을 이용한 구동전압 인가방법 등이 사용된다.
OLED의 경우, Ccm 구동층(6)은 하측의 Metal과 Contact Point를 이용하여 구동신호선과 연결하여 구동전압을 인가할 수 있다.
Ccm구동층(6)에 Vcm1 및 Vcm2(단, Vcm2>Vcm1)라고하는 구동전압이 인가되면 <수학식2>와 같이 Vp2-Vp1이 형성된다.
다음에는 선간 정전용량(Cd)의 형성 및 선간 정전용량(Cd)에 구동전압을 인가하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도3의 복수의 CDA(100)중 A1으로 표시된 CDA(102,R2C1)에서 오브젝트 정전용량(Cobj)를 검출하는 경우, A1 CDA(102,R2C1)와 연결된 CDA신호선(202)은 반도체IC(400)의 신호검출부(410)와 연결되며, 이 CDA신호선(202)과 인접한 CDA신호선(201,203)은 도8의 구동부(420)와 연결된다. 도8의 신호검출부(410)에 연결되어 오브젝트 정전용량(Cobj)을 검출하는 CDA신호선을 검출신호선이라고 호칭하며 검출신호선과 이웃하여 구동부(420)와 연결되고 구동전압이 인가되는 신호선을 구동신호선이라고 호칭한다. 본 명세서에서 CDA신호선은 부호 200으로 대표되나, 검출신호선은 부호 202로 대표되며 구동신호선은 부호 201로 대표된다.
검출신호선(202) 및 CDA R1C1의 구동신호선(201) 사이에, 그리고 검출신호선(202) 및 CDA R3C1 구동신호선(203) 사이에는 선간정전용량(Capacitor between Lines)가 형성되며, 도7a 및 도7b에 이를 도시하였다.
도7a는 검출신호선(202)과 이에 인접한 두개의 구동신호선(201,203) 사이의 선간 정전용량의 형성에 관한 본 발명의 실시예로서, 도3의 A와 A'의 절단면을 도시한 도면이고, 도7b는 도7a의 등가회로에 관한 본 발명의 실시예이다.
도7a 및 도7b를 참조하면, 검출신호선(202)의 좌우 측에 인접한 구동신호선(201,203)은 일정간격(d_pad)으로 이격 되고 대향하는 면적이 있으므로, 양자 사이에는 es/d의 수학식에 따른 정전용량 Cd201이 생성되며, 동일한 방법으로 검출신호선(202)과 우측에 인접한 구동신호선(203) 사이에도 정전용량 Cd203이 형성된다.
한편, 검출신호선(202)은 d_sig(um)의 폭(width)으로 공통전극(3)과 대향 하며, Color Filter Glass(5) 두께 및 Color Layer(4)의 두께만큼의 거리로 이격 되어 있으므로 es/d의 수학식에 따른 정전용량(Cd211)이 형성된다.
또한, 동일한 방법으로 검출신호선(202)와 공통전극(3) 사이에 정전용량(Cd212)이 형성된다. 검출신호선(202)를 제외한 구동신호선(201)에 구동전압을 인가하면 구동신호선(201)의 전압이 검출신호선(202)보다 상승하며, 구동신호선(201)에 공급된 전하는 1)Cd201을 통하여 검출신호선(202)으로 이동하며, 2)Cd211및 Cd212의 정전용량 경로를 따라 검출신호선(202)로 이동한다.
Cd211 및 Cd212의 전하이동경로에 의해 Cd211및 Cd212는 직렬 연결된 정전용량으로 동작하며, 이 정전용량은 또 하나의 전하이동 경로인 Cd201과 병렬 접속된 정전용량으로 동작하므로, 구동전압이 인가되는 구동신호선(201)과 검출신호선(202) 사이에는 도7b에 도시된 바와 같이 마치 하나의 등가정전용량(Equivalent Capacitance)인 Cd1이 형성된 것으로 고려하는 것이 회로 해석적으로 가능하다.
동일한 방법으로, 검출신호선(202)에서 신호를 검출하기위해 우측의 구동신호선(203)에 구동전압을 인가 할 때, 검출신호선(202) 및 우측의 구동신호선(203) 사이에 형성된 정전용량들은 도7b의 Cd2로 등가적으로 표시할 수 있다.
후술하는 <수학식6>을 참조하면, 선간 정전용량(Cd)의 크기가 작을수록 오브젝트정전용량(Cobj)의 검출감도가 좋아지기 때문에, 도7b의 Cd1이나 Cd2의 크기(Capacitance)는 작을수록 좋다. Cd1이나 Cd2의 크기를 작게 하기 위해서는 검출신호선(202)과 구동신호선(201 또는 203)의 간격(d_pad)이 넓을수록 좋고, 검출신호선(202) 및 구동신호선(201 또는 203)의 선폭(Width, d_sig)이 좁을수록 좋다.
그러나 선간 간격(d_pad)이 너무 넓어지면 CDA신호선(200)들로 인한 점유면적이 넓어져서 오브젝트(20)를 검출하는 CDA(100)의 폭이 줄어들고 CDA신호선(200)의 점유면적에 의한 Dead Zone이 형성되어 오브젝트를 검출하는 영역이 감소에 따른 검출오류가 발생한다는 문제가 있다. 또한 신호선폭(d_sig)이 좁아질수록 CDA신호선(200)의 저항이 증가하여 신호를 검출하는 시간이 증가한다는 문제가 있다.
이러한 문제를 해결하기 위해 원거리의 CDA신호선폭은 넓게 하고 근거리에 위치한 CDA의 신호선폭은 좁게 한다. 이러한 제조방법은, 원거리의 긴 신호선의 단위길이당 선저항의 크기를 작게 하고 근거리의 단위길이당 선저항의 길이를 크게 하여, 신호선의 길이에 따른 저항의 편차를 줄이는 역할을 한다.
저항(R)및 정전용량(C)으로 형성된 RC회로에서 시상수인 RC를 줄이기 위해서는 저항R의 크기를 줄이는 것 외에도 정전용량C의 크기를 줄이는 것도 중요하다. 원거리의 신호선일수록 길이가 길어져서 신호선 사이에 형성되는 선간정전용량의 크기는 커지고 근거리 일수록 신호선의 길이가 짧아져서 신호선 사이에 형성되는 선간정전용량의 크기가 감소하므로, 원거리 신호선간 선간 간격(Distance, d_pad)은 넓히고 근거리 신호선간 선간 간격은 좁게 하면 단위길이당 선간정전용량의 크기가 서로 다르므로 원거리와 근거리 신호선 길이 차이에 따른 선간정전용량의 편차를 줄이는 것이 가능하다.
만일,
동일한 구동전압이 좌측 구동신호선(201) 및 우측 구동신호선(203)에 인가되면, Cd1과 Cd2는 병렬 연결된 하나의 정전용량 즉, Cd로 표현되는 하나의 정전용량으로 등가화 할 수 있다. 이로 인해 하나의 검출신호선(202)의 좌측 및 우측의 두방향에서 구동신호선을 구동하여도 하나의 정전용량(Cd)로 전하가 흐르는 것으로 등가화 하는 모델링이 가능하여 후술하게 될 <수학식3>내지 <수학식4>의 성립이 가능해지는 효과가 있다. 이러한 효과를 위해 하나의 검출신호선(202)에 인접한 두개의 구동신호선(201 및 203)은 상호 연결되어 동일한 구동전압이 인가된다.
한편, 상술한 선간 정전용량(Cd)에 구동전압을 인가하기 위해서는 검출신호선(202)에 인접한 복수의 구동신호선(201)을 쌍(Pair)로 선택하여 상호 연결하고, 상호 연결된 구동신호선에 동일한 구동전압을 인가해야 하므로, 컬럼에서 검출신호선(202) 및 검출신호선(202)과 인접한 복수의 구동신호선(201)을 선택하기위한 수단이 필요하다. 도3의 실시예에서는 검출신호선(202)과 인접한 한 쌍(one pair)의 구동신호선을 선택하였지만, 인가된 구동전압에 대해 구동신호선(201,203)의 포화시간(Saturation Time)을 줄이기 위하여 두 쌍 또는 세 쌍 등 많은 수의 구동신호선이 선택되어 구동전압이 인가될 수 있다. 쌍(Pair)은 검출신호선과 좌우 또는 상하로 이웃한 구동신호선이며, 검출신호선의 좌우측 각 1개의 구동신호선은 한쌍의 구동 신호선이고 검출신호선 좌우측 각 2개의 구동신호선은 2쌍의 구동신호선이다.
도7c는 구동신호선(201,203)과 검출신호선(202)을 동시에 선택하는 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도7c를 참조하면, 하나의 컬럼에는 복수의 스위치그룹(SG1내지 SG3)으로 구성된 검출/구동신호선 스위치그룹(437, 이하, 검출/구동 스위치그룹)이 설치된다. 검출/구동스위치그룹(437)을 구성하는 스위치그룹의 하나인 SG1은 검출신호선(202)과 인접한 하나의 구동신호선(203)을 선택하는 구동 신호선 스위치그룹(437-2, 이하 구동스위치그룹)이며, 또 SG2는 검출신호선(202)을 선택하는 검출신호선 스위치그룹(437-1, 이하 검출스위치그룹)이며, SG3는 검출신호선(202)의 우측에 인접한 구동신호선(201)을 선택하는 구동스위치그룹(437-2)이다.
각 스위치그룹(SG1내지 SG3)은 내부스위치(438, SW1내지 SW3)로 구성되며 하나의 컬럼에 포함된 CDA(100)와 같거나 많은 수의 스위치로 구성된다.
검출/구동스위치그룹(437)을 구성하는 내부스위치(438)는, 트랜지스터(Transistor), CMOS, LCD의 TFT, OLED의 PMOS 또는 NMOS 또는 PMOS 와 NMOS의 조합 등으로 구성되며, 게이트에 인가되는 턴온/턴오프 제어신호에 의해 통전여부가 결정된다.
구동스위치그룹(437-2)은 도7c의 2개보다 더 많이 설치될 수 있다. 상술한 바와 같이 구동신호선(201)이 한 쌍(one pair)이 아닌 두 쌍이나 세 쌍 등 많은 구동신호선(201)이 선택될 수록 구동스위치그룹(437-2)도 동일한 수만큼 설치된다. 예를 들어 세 쌍(3 pairs)의 구동신호선이 선택되면 하나의 검출스위치그룹(437-1)을 포함하여 6개의 구동스위치그룹(437-2)등 7개의 스위치그룹이 설치된다.
반도체IC(400) 내부의 CPU(460) 또는 Logic부는, 스위치그룹내의 내부스위치(438)의 통전을 제어하는 제어신호선 및 제어신호를 출력하며 제어신호에 의한 내부스위치(438)의 턴온에 의해 내부스위치(438)에 연결된 하나의 검출신호선(202)이 선택된다.
다음은 하나의 Column에서 하나의 검출신호선(202) 및 검출신호선(202)과 인접한 복수의 구동신호선(201)을 동시에 선택하는 일 실시예이다.
도7c는 3개의 CDA(100)로 구성된 하나의 컬럼을 예시한 것이나 실제로는 하나의 컬럼에 20개 또는 그 이상의 CDA(100)가 포함된다. 하나의 컬럼에 포함된 모든 CDA(100)는 검출스위치그룹(437-1) 및 복수의 구동스위치그룹(437-2)에 모두 연결된다.
도7c의 검출신호선(202)을 선택하기 위해, 검출스위치그룹(SG2)의 세개의 내부스위치(438)중 검출신호선(202)과 연결된 SW2의 (미 도시된) 턴온/턴오프 제어단자에 턴온(Turn-on) 전압을 인가하여 SW2를 턴온 시키고, 나머지 내부스위치(438)인 SW1 및 SW3의 (미 도시된) 턴온/턴오프 제어단자에는 턴오프 전압을 인가하여 SW1 및 SW3 스위치를 턴오프 상태로 유지한다. 이로 인해 검출스위치그룹(SG2)에서는 통전 된 SW2에 연결된 검출신호선(202)이 선택되고 SW2를 통해 신호가 출력된다.
또한 검출신호선 우측의 구동신호선(201)을 선택하기 위하여 구동스위치그룹(SG3)의 SW3이 턴온 되고 SW1 및 SW2는 턴오프 되며, 검출신호선(202) 좌측의 구동신호선(203)을 선택하기 위하여 구동스위치그룹(SG1)의 SW1이 턴온 되고 SW2 및 SW3은 턴오프 된다. 이로 인해 구동스위치그룹 SG1에서 구동신호선 203이 선택되고, 구동스위치그룹 SG3에서 구동신호선 201이 선택된다. 선택된 구동신호선(201 및 203)은 상호 연결되어 반도체IC(400) 내부의 구동부(420)에 연결된다.
본 명세서에서 하나의 컬럼에 포함된 CDA의 개수를 25개로 가정하는 경우, 하나의 스위치그룹에는 적어도 25개의 내부스위치(438)가 설치되어야 하므로, 3개의 스위치그룹(SG1, SG2, SG3)의 내부스위치(438)용 턴온/턴오프 제어신호선은 75개가 소요된다. 이때 턴온/턴오프 제어신호선의 수량이 많아지면 Layout이 복잡해지는 문제가 있다.
도7d는 상기와 같은 문제를 해결하기 위한 실시예로서, 스위치 제어신호선의 개수를 줄이기 위한 본 발명의 일 실시예이다.
도7d의 실시예는 컬럼마다 포함된 검출/구동스위치그룹(437)이며 하나의 검출스위치그룹(437-1) 및 두개의 구동스위치그룹(437-2)으로 구성되어 있다. 컬럼에는 25개의 CDA(200)가 설치된 것으로 가정하였으며, 모든 CDA(100)는 검출/구동스위치그룹(437)에 연결된다.
스위치그룹의 턴온/턴오프 제어신호선의 개수를 줄이기 위한 본 발명의 실시예는 디코더(436)를 사용하는 것이다. 디코더는 입력되는 n개의 신호선에 대해 2n개의 신호선을 출력하고, 출력되는 신호선중의 하나만을 High상태 또는 Low 상태의 Enable 상태로 출력하는 장치이다.
도7d에는 하나의 디코더만 도시하였으나, 각 스위치그룹마다 하나의 디코더가 설치될 수 있다. 5x32(5입력, 32출력)의 디코더는 5개의 디코더 입력신호선으로 25개의 내부스위치(438)중 하나를 선택하여 통전시키는 Enable 신호를 출력하므로, 5개의 디코더 입력신호선으로 기존의 25개의 턴온/턴오프 제어신호선과 동일한 효과를 내는 것이 가능하여 20개의 신호선을 절감하는 효과가 있다. 따라서 도7d의 스위치그룹(SG1, SG2, SG3)별로 하나의 디코더가 설치되면, 기존의 75개의 턴온/턴오프 제어신호선은 15개로 절감되는 효과가 있다.
또 다른 일 실시예는, 모든 스위치그룹(437)에 하나의 디코더(436)를 적용하는 것이다.
도7d를 참조하면, 세개의 스위치그룹(SG1, SG2, SG3)에 개별적으로 설치된 디코더는 15개의 입력신호를 필요로 한다. 만일 하나의 디코더(436)로 3개의 디코더 역할을 수행할 수 있다면 15개의 입력신호는 5개로 줄어들 것이다.
하나의 디코더(436)에서 출력되는 25개의 턴온/턴오프 제어신호는 3개의 스위치그룹(437-1,437-2) 내부스위치(438)의 턴온/턴오프 제어단자에 연결되면, 디코더(436)에서 출력되는 하나의 턴온 전압에 의해 3개의 스위치그룹(437-1,437-2)에서 하나의 내부스위치(438)가 턴온 된다. 만일 스위치그룹마다 턴온된 내부스위치를 통해 하나의 검출신호가 출력되고 두개의 구동신호선을 선택할 수 있다면 하나의 디코더로 3개의 디코더와 동일한 역할을 수행하는 것이 가능하다.
디코더(436)가 반도체IC(400)의 내부에 설치될 때, 디코더에 입력되는 High 또는 Low를 나타내는 신호Level은 CPU(460)나 Logic부가 사용하는 신호Level과 동일하지만, 디코더(4436)가 표시장치(10) 내부에 설치되는 경우에 디코더에 사용되는 스위칭소자의 신호Level이 반도체IC(400)와 다르므로 반도체IC(400)에서 출력되어 표시장치(10)의 디코더(436)로 입력되는 신호는, 중간에 레벨 시프트(Level Shifter)(439)를 경유하게 하여 Logic Level을 변경하는 것이 필요하다.
일 실시예로, 반도체IC(400)에서 출력되는 턴오프 전압의 크기는 0V이며 표시장치에 내장된 디코더(436)나 내부스위치(438)의 턴오프 전압의 크기가 -6V인 경우, 그리고 반도체IC에서 출력되는 턴온 전압의 크기가 3V이고 표시장치(10)에 설치된 디코더(436)나 내부스위치(438)의 턴온 전압이 10V인 경우, 반도체IC(400)에서 출력되는 0V전압은 레벨 시프트(Level Shifter)(439)에서 -6V로 변환되고, 3V의 전압은 10V로 변경되어야 한다.
디코더(436)에서는 컬럼에 포함된 CDA(100) 개수만큼의 턴온/턴오프 제어신호선이 출력되며, 출력신호선 중 하나의 신호선에서만 스위치 턴온 신호가 인가된다. 도7d의 실시예는, 25개의 내부스위치(438)에 대응하기 위하여 G0~G24에 해당하는 25개의 신호가 출력되며, 25개의 신호중 하나의 신호만 내부스위치(438)를 턴온 시킬 수 있는 전압을 출력한다.
각 스위치그룹의 내부스위치(438)는 같은 순번(Order)의 스위치별로 턴온/턴오프 제어단자가 공동 접속된다. 또한 디코더(4360의 출력은 공동 접속된 각 내부스위치(438)의 턴온/턴오프 제어단자에 연속적으로 연결된다.
도7d의 실시예를 참조하면, 각 스위치그룹의 첫번째 내부스위치의 턴온/턴오프 제어단자는 공동 접속되어 디코더(436)의 G0 address에 연결되었고, 각 스위치그룹의 두번째 내부스위치의 턴온/턴오프 제어단자도 공동 접속되어 디코더의 G1 address에 연결되는 등 모든 스위치그룹의 공동 순번을 가진 내부스위치(438)의 턴온/턴오프 제어단자는 공동 접속되었고 디코더의 출력이 G0부터 G25까지 연속적으로 연결되었다.
스위치그룹(437)의 개수가 도7d의 실시예와 같이 3개가 아닌 5개나 7개등 수량이 많아지는 경우에도, 모든 스위치그룹 내에서 동일한 순번의 내부스위치의 온/오프제어단자는 공동 연결되고, 하나의 디코더(436) 출력은 공동 접속된 내부스위치(438)의 턴온/턴오프 단자에 연속적으로 연결된다.
디코더(436)의 출력신호선 개수는 25개이지만, 사용되는 출력신호선의 개수가 25개보다 작으면 필요한 수량만큼의 출력신호선만 사용된다. 도7d의 실시예에서 디코더(436)에서는 25개의 신호가 출력되지만, 스위치그룹1(SG1)에서는 24개만 사용되고 SG2에서는 25개가 사용되고 SG3에서는 23개만 사용된다.
다시 도7c를 참조하면, 본 발명은 검출신호선(202)과 인접한 CDA신호선(200)만이 구동신호선(201 및 203)으로 선택되는 특징이 있다. 하나의 컬럼에 속한 복수의 CDA(100)중 원거리 CDA(100)를 1번 CDA라고 하고 원거리에서 근거리로 가까워질수록 오름차순으로 CDA의 순번을 정하면, n개의 CDA개수에 대해 다음과 같이 검출신호선 및 구동신호선이 조합된다.
<검출 및 구동신호선의 조합>
(CDA1, CDA2), (CDA1, CDA2, CDA3), (CDA2, CDA3, CDA4), .., (CDA n-2, CDA n-1, CDA n), (CDA n-1, CDA n)
최초(CDA1, CDA2)에서는 CDA1번이 검출신호선(202)이고 CDA2번이 구동신호선이다. 이하는 괄호의 가운데가 검출 신호선이고 좌우가 구동신호선이다. 마지막 CDA번호인 n번에 도달했을 때의 (n-1, n)에서, n-1은 구동 신호선이고 n은 검출신호선이다.
이와 같은 조합을 얻기 위해, 1)선택되어야 하는 CDA신호선(200)의 개수만큼 스위치그룹의 개수가 필요하며, 2)디코더(436)에서 출력되는 동일한 Address의 턴온/턴오프 제어신호선에 대해 선택되는 CDA신호선(200)의 번호는, 검출스위치그룹에서 n번째 검출신호선이 선택되면 구동스위치그룹의 하나에서는 (n-1)번째 구동신호선이 선택되고 다른 구동스위치그룹의 하나에서는 (n+1)이 선택되어야 한다. 디코더(436)의 출력은 모든 스위치그룹에 동일하게 연결되므로, 디코더(436)에서 출력되는 하나의 Enable신호에 대해 모든 스위치그룹에서 하나씩의 CDA(100)가 선택되며 이로 인해 검출신호선과 구동신호선이 동시에 출력된다.
만일 구동신호선이 한쌍이 아닌 두 쌍 이상 복수의 쌍(Pair)로 선택되어야 하는 경우에는, 검출스위치그룹에서 선택된 n번째 CDA에 대해 "(CDAn±1), (CDAn±2), (CDAn±3). . (CDAn±m), m=1, 2,,,m. m은 pair의 개수"의 구동신호선이 선택된다.
이러한 선택이 이루어지기 위해, 검출스위치그룹에 연결된 CDA신호선(200)을 기준으로, 구동스위치그룹의 하나에서는 좌 방향(Left)으로 번호 하나를 Shift시키고 다른 구동스위치그룹의 하나에서는 우 방향(Right)으로 번호 하나를 시프트(Shift)시켜야 한다. 구동신호선이 추가될 때마다 추가된 m개의 Pair만큼 좌우로 m개씩 시프트(shift)시킨다. 예를 들어 2쌍의 구동신호선이 필요한 경우, 기존의 1쌍외에, 추가되는 2번째 pair는 검출스위치그룹에 연결된 CDA신호선(200)을 기준으로 좌방향으로 2개의 번호 및 우방향으로 2개의 번호를 시프트(shift)한다.
도7d를 참조하면, 디코더(436)의 출력 G2가 검출스위치그룹(SG2) 내부스위치(438)의 턴온/턴오프 제어단자에 연결되고 그 내부스위치(438)의 입력단자에 CDA3이 연결된 경우, 구동스위치그룹 SG1에서는 검출스위치 SG2대비 CDA번호가 우방향으로 1개의 번호가 시프트(shift)되어 동일한 디코더출력 G2를 사용하는 내부스위치(438)의 입력단자에는 CDA2가 연결되었다. 다른 검출스위치그룹 SG3에서는 검출스위치그룹 SG2대비 좌방향으로 1개의 번호가 시프트(shift)되어, 동일한 디코더출력 G2를 사용하는 내부스위치(438)의 입력단자에는 CDA4가 연결된다. 구동스위치그룹(437-2)에서 좌방향이나 우방향으로 시프트(shift)된 만큼 처음 또는 마지막 내부스위치(438)에는 CDA신호선(200)이 연결되지 않으므로 구동스위치그룹의 내부스위치(438)의 개수는 시프트(shift)되는 번호만큼 감소된다.
디코더를 사용하지 않는 경우, 3개의 스위치그룹에 75개의 제어신호선이 필요하지만, 스위치그룹마다 하나의 디코더(436)를 사용하면 15개의 제어신호선으로 축소되며, 본 발명의 하나의 디코더만 사용하면 5개의 제어신호선으로 동일한 효과를 낼 수 있다. 검출/구동스위치그룹(437) 및 디코더(436)가 표시장치(10)에 설치되는 경우, 상기와 같은 신호선의 감소로 인해, 반도체IC(400)에서 연결부재(300)를 경유하여 표시장치(10)로 전달되는 신호선의 개수가 획기적으로 감소하여 반도체IC(400)의 면적이 줄어들고, 연결부재(300)와 표시장치(10)를 연결하는 접합부(301)의 면적이 줄어들어서 표시장치(10)의 모듈구성이 용이 해지며, 표시장치(10)내의 신호선의 개수감소로 인한 Layout의 편리성 등 많은 장점이 있다.
다시 도3을 참조하면, 연결부재(300)는 FPC(Flexible Printed Circuit) 또는 COF(Chip On Film) 또는 TCP(Tape Carrier Package)등으로 제조되고 연결부재(300)의 일측에는 반도체IC(400)가 위치한다. 연결부재(300)의 일측인 접합부(301)는 표시장치(10)와 접합(Bonding)되며, 또 다른 일측에 형성된 연결부(302)를 통하여 (도시되지 않은) PCB등에 연결되고, 이러한 연결부(302)를 통하여 PCB등에서 반도체IC(400)로 필요한 신호가 입력된다.
반도체IC(400)는 표시장치(10) 상면의 일측 또는 표시장치의 DDI(Display Drive IC)가 실장 되는 동일한 Layer에 COG(Chip One Glass)의 형태로 직접 실장 될 수 있으며 이때는 반도체IC(400)가 실장 되지 않은 연결부재(300)를 통하여 외부의 신호가 반도체IC(400)로 입력된다.
또 다른 일 실시예의 경우, 반도체IC(400)는 표시장치(10)나 연결부재(300) 외의 PCB나 FPC등에 실장 되어 연결부재를 통하여 표시장치(10)와 연결하는 것도 가능하다.
다른 일 실시예의 경우에, 반도체IC(400)는 표시장치(10)를 구동하는 DDI(Display Drive IC)와 통합 제조되어 DDI 내부에 위치할 수도 있다.
도8은 반도체IC(400) 구성에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도8을 참조하면, 3개의 CDA(200)로 구성된 4개의 CDA컬럼이 있으며, CDA(100)와 연결된 CDA신호선(200)은 반도체IC(400)의 신호선입력 Pin(401)에 연결된다. 신호선입력Pin(401)과 연결된 신호선(200)은 검출스위치그룹(437-1)과 구동스위치그룹(437-2)에 동시에 접속된다.
구동스위치그룹(437-2)은 하나로 도시하였으나, 도7d의 실시예와 같이 두개의 스위치그룹(SG1 및 SG3)으로 구성되거나, 4개 또는 그 이상의 복수의 스위치그룹으로 구성될 수 있다.
하나의 컬럼에서 전용의 검출스위치그룹(437-1)을 통하여 하나의 검출신호선(202)이 선택되므로, 4개의 컬럼에서는 4개의 검출신호선(210내지 240)이 선택되며, 컬럼 마다 설치된 전용 구동스위치그룹(437-2)에서 컬럼별로 구동신호선(210-1 내지 240-1)이 선택되어 구동부(420)로 입력된다. 도8의 실시예에서 구동부는 2개로 분리된 것처럼 표시되었으나 이는 도면작성의 편의를 위한 것이며, 하나 또는 더 많은 수의 구동부로 분리될 수 있다.
도8의 실시예에서, 검출/구동스위치그룹(437) 또는 Loader(450) 또는 Loader(450)와 연결되는 AMP입력신호선선택부(430, 미 도시)등의 소자(Component)는 표시장치에 내장되어 설치될 수 있으며, 이러한 경우에는 표시장치(10)에 내장된 소자(Component)에서 출력되는 검출신호선(202)이 신호선입력Pin(401)에 연결된다.
각 컬럼에서 선택된 검출신호선(210내지 240)은, 제1그룹 Loader(450-1) 및 제2그룹 Loader(450-2)로 입력된다. Loader는 신호검출부(410)의 Logic부 또는 CPU(460)에 의해 생성되는 출력제어신호인 "LD" Enable신호에 의해 Loader(450)에 입력된 모든 신호를 출력하는 장치이다.
바람직하게는, Loader(450)는 컬럼그룹마다 하나씩 설치된다. Loader(450)에는, 컬럼그룹에 포함된 CDA컬럼 개수만큼 스위칭 소자가 포함된다. Loader(450)는, 반도체IC(400)에서는 PMOS나 NMOS 또는 CMOS의 조합으로 제조되며, 본 발명의 Loader가 표시장치(10)에 설치될 때에는 표시장치(10)의 화소(Pixel) 스위칭소자로 사용되는 a-si 또는 Oxide 또는 LTPS TFT나 OLED의 PMOS나 NMOS 및 이들의 조합으로 구성되며, 표시장치에 사용되는 스위칭소자와 동일한 스위칭소자로 구성된다. Loader(450) 또는 검출/구동스위치그룹(437)에 사용되는 스위칭소자는, 입력되는 신호를 손실없이 전달하는 스위치로서 본 명세서에서는 전달스위치(Transfer Switch)라고 호칭한다.
Enable된 "LD"신호에 의해 Loader(450)에 입력되는 모든 신호가 출력되는 방법의 하나는, LD신호가 Loader(450)를 구성하는 모든 스위치의 턴온/턴오프 단자에 연결되며, High 또는 Low의 LD Enable신호에 의해 Loader(450)의 모든 스위치는 동시에 턴온 되므로 Loader(450)에 입력된 모든 신호는 동시에 출력된다.
Loader로 입력된 CDA 신호가 출력될 때, 출력된 CDA 신호를 Loader의 "출력성분(Output Element)"이라고 호칭한다. "동일한 출력성분"은 컬럼그룹에서 동일한 위치에 있는 CDA 컬럼에서 출력되는 신호를 의미한다. 일 실시예로, 그룹1의 세번째 위치의 CDA 컬럼에서 하나의 신호선이 Loader1에 입력된 후 out3 pin으로 출력되고, 그룹3의 세번째 위치의 CDA컬럼에서 하나의 신호선이 Loader3에 입력된 후 out3 pin에서 출력되면, 두개의 신호는 동일한 출력 성분이며 두개의 신호선이 연결되면 동일한 출력성분끼리 연결된 것이다.
도8의 실시예와 같이 컬럼집합은 본 발명장치를 구성하는 좌측 컬럼만으로 구성된 좌 그룹(Left Side Group) 및 우측 컬럼만으로 구성된 우 그룹 등 두개의 그룹으로 구분할 수 있다. 그룹을 구분하는 또 다른 실시예는, 홀수(Odd)컬럼만으로 구성된 홀수그룹 및 짝수(Even)컬럼만으로 구성된 짝수그룹 등 두개의 그룹으로 분리될 수 있으며, 어떤 실시예는, 반복되는 3개 또는 반복되는 4개나 그 이상의 그룹으로 분리될 수도 있다.
도8의 좌 그룹 및 우 그룹으로 구분되는 실시예는 편의를 위하여 좌측의 2개 컬럼 및 우측의 2개컬럼만 포함하였으나, 실 사용의 경우에는 그룹마다 10개 또는 그 이상의 컬럼이 포함될 수 있다.
동일한 그룹을 구성하는 복수의 컬럼에서 출력되는 복수의 검출신호선은 해당 그룹의 전용Loader(450)에 집결되어 연결된다. 도8을 참조하면, 두개의 컬럼으로 구성된 좌그룹의 2개의 컬럼신호선(210 및 220)은 제1그룹 Loader(450-1)에 연결되었고, 우그룹 2개의 컬럼신호선(230 및 240)은 제2그룹 Loader(450-2)에 연결되었다. 만일 좌그룹에 포함된 컬럼개수가 10개라고 가정하면, 좌그룹 전용의 제1그룹 Loader(450-1)에는 10개의 검출신호선이 연결된다.
본 발명의 반도체IC(400)는 오브젝트 정전용량(Cobj)을 전압의 형태로 검출하기 위하여 ADC 및 DAC을 사용한다. ADC나 DAC은 복수가 사용될 수도 있으며, 바람직하게는 하나의 DAC과 하나의 ADC를 사용한다. 하나의 DAC과 하나의 ADC를 사용하는 경우, 복수의 그룹에 대해 시분할방식으로 프로세싱(Processing) 한다. 예를 들어 좌그룹이 프로세싱 될 때에는 우 그룹은 프로세싱이 진행되지 않으며 좌그룹의 프로세싱이 완료되어 프로세싱이 종료되면, 이어서 우 그룹이 프로세싱이 개시되고 우그룹의 프로세싱이 종료되면 다시 좌그룹의 프로세싱이 개시되는 등 그룹별로 프로세싱의 시작 및 종료가 반복되며, 하나의 ADC와 하나의 DAC은 프로세싱이 개시되는 그룹에서만 동작이 되는 것을 시분할방법 동작이라고 한다.
본 발명장치에 포함된 모든 컬럼의 검출신호선을 동시에 프로세싱 하는 것도 가능하지만, 컬럼의 수가 많을수록 시분할 되는 ADC 및 DAC의 동작시간이 증가하여 늦게 프로세싱 되는 컬럼의 검출신호선에서 방전이 발생하여 검출되는 신호의 왜곡이 발생하는 문제가 있다.
따라서 가급적 컬럼그룹을 많이 나누고, 컬럼그룹내의 한정된 검출신호선에 대해서만 프로세싱 진행 후, 다음 그룹에 대해 프로세싱을 진행하는 것이 검출신호선의 방전에 의한 신호의 왜곡을 방지하는 좋은 방법이다. 그룹은 많이 나눌수록 좋지만 신호를 검출하기 위해 준비하는 과정에서 많은 시간이 소요되기 때문에 일반적으로 2개나 4개의 범위내에서 분리하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 발명의 장치는, 복수의 컬럼의 집합으로 하나의 컬럼그룹이 구성된 복수의 그룹으로 구성되며, 컬럼그룹별로 오브젝트 정전용량(Cobj)을 검출하는 프로세싱 개시시간을 달리하는 것을 특징으로 한다. 후술하는 실시예에서, ADC 또는 DAC을 사용하지 않는 Pen을 위한 Tx 신호를 전송하거나 Pen의 Rx 신호를 수신할 때에는 복수의 컬럼그룹에서 동시에 시행하는 것도 가능하다.
Loader(450)에서 동시에 출력된 모든 검출신호선(250)은 신호검출부(410)로 전달된다. 신호검출부(410)는 차동증폭기 또는 AMP입력신호선 선택부(430-2) 또는 ADC나 DAC등으로 구성되며, 입력된 검출신호선(250)을 순차적으로 선택하여 시분할방법으로 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기를 전압의 형태로 추출한다.
신호검출부(410)는 <수학식4>에서 정의된 전압을 검출하고 검출된 전압은 ADC에서 디지털화되고 메모리에 저장되며, 메모리에 저장된 Data는 CPU(460)로 전달된 후 CPU에 의해 오브젝트의 출현 여부 또는 오브젝트의 위치 등이 연산 되며, 연산 된 정보는 반도체IC(400)의 외부에 위치한 Host CPU로 전달된다. 반도체IC(400) 내부의 CPU(460)와 ADC의 Data를 저장하는 메모리는 반도체IC(400) 외부에 위치할 수도 있으며, 상기 Host CPU가 반도체IC(400)의 CPU 역할을 할 수도 있다.
한편, 반도체IC(400)에는 CPU(460) 또는 메모리 또는 스위치그룹/디코더/Loader/AMP입력신호선검출부등 본 장치에 사용되는 소자(Component)들을 제어하는 Logic부, 또는 전원단 또는 오실레이터 또는 레벨 시프트(Level Shifter)(439)등 본 발명의 장치구현을 위해 본 명세서에서 언급된 모든 소자들과 신호분석을 위해 사용되는 보편적인 회로요소들 또는 CPU(460)의 구동을 위한 소프트웨어 등이 포함될 수 있다.
반도체IC(400)는 기판(461)상에 다층의 절연층 및 다층의 도전층이 특정한 패턴을 가지면서 적층 되고, 전기적 특성을 갖는 다수의 소자들과 다수의 배선들이 포함된다. 예를 들어, Source Metal Layer 또는 Gate Metal Layer 또는 전원층 또는 GND층 또는 임의의 목적의 신호(Signal)등이 도전층(Signal Layer)을 구성한다. 이러한 신호층은 도전성 Metal로 패터닝(Patterning)되므로, 상호 인접한 신호층과의 단락(Short)을 피하기 위하여 절연층(Insulator)으로 분리된다.
도9는 반도체IC(400)의 Layer 구성에 관한 일 실시예이다. 도9를 참조하면, 반도체 실리콘기판(461)의 상면에 절연층(462) 및 절연층의 상면에 제1신호층(463) 및 제2신호층(464) 및 제3신호층(465)이 배치된다. 각 신호층은 금속재질의 Line으로 패터닝(Patterning)되며, 패터닝된 Line은 신호를 전달하거나 전원을 공급하거나 그라운드 역할을 한다. 본 실시예에서는 3개의 신호층을 예로 들었으나, 3개 이상의 신호층이 사용될 수도 있다.
다시 도8을 참조하면, 본 발명의 검출신호선(202)은 반도체IC(400) 내부에서 위치에 따라 몇 가지 다른 명칭으로 구분하였으며, Pin입력신호선(200-1) 및 컬럼검출신호선(210내지 240) 및 그룹검출신호선(250-1 및 250-2)등이다. Pin입력신호선은 입력Pin(401)에 연결된 CDA신호선(200)이 검출스위치그룹(437-1)에 입력되는 경로의 검출신호선(200-1)이며, 검출스위치그룹(437-1)에서 출력되어 Loader(450)에 입력되는 경로의 검출신호선은 컬럼 검출 신호선이며 Loader(450)에서 출력되는 검출신호선은 그룹 검출신호선으로 호칭하였다.
일반적인 실시예의 경우, 이 세종류의 검출신호선은 제1신호층(463) 내지 제3신호층(465)중 임의의 위치에 특정한 패턴으로 패터닝 되어 배치되며, 이때 세종류의 검출신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)은, 하층의 반도체기판(461)과의 대향거리(d1)와 대향면적(S1) 또는 상층의 "다른 신호선"들과의 대향거리(d2) 및 대향면적(S2)에 따라 
및 
의 크기를 가지는 두개의 정전용량을 형성하며, 두 정전용량의 병렬복합정전용량 (Cprs1+Cprs2)인 IC 내부 기생 정전용량
을 형성한다. 내부 기생정전용량(Cprs)은 검출신호선(202)의 연장선인 IC 내부신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)에 의해 형성된 것이므로, 도1의 실시예와 같이 검출신호선(202)을 대표하는 P점에 일단이 연결되고 타 단은 반도체기판(461)이나 "다른 신호선"이 제공하는 전원(Vprs)에 연결된 것으로 등가화 된다.
이러한 IC내부 기생정전용량(Cprs)에는 두가지 문제가 있으며 그중 첫번째는, 신호간섭에 의한 검출 오류이다.
반도체IC(400) 내부의 "다른 신호선"들은, Clock에 동기 된 Logic Signal이거나 전원(Power)이거나 오실레이터 또는 아날로그 신호들이다. 이러한 여러 개의 IC(400) 내부 신호의 입출력 신호선 중, Logic 신호선 또는 Clock 신호선 또는 오실레이터 신호선들과 반도체IC(400) 내부의 CDA검출신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)이 대향하는 경우에는, 상호 대향면적 사이에 형성된 내부 기생정전용량(Cprs1 또는 Cprs2)을 통한 커플링(Coupling)에 의해 노이즈가 유입되어 이들 노이즈가 CDA검출신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)에 영향을 미치고 이로 인해 검출신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)에 신호왜곡이 발생하여 신호 검출 오류가 발생할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위하여 IC내부 CDA검출신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)의 상 측이나 하 측에는, 노이즈를 유발하는 "다른 신호선"들의 layout을 피하는 경우가 있으며 이는 패터닝 설계의 자유도를 저하시켜 개발의 어려움을 가중시키는 요인이 된다.
IC내부 기생정전용량(Cprs)으로 인한 두번째 문제는, 도8의 신호선 입력Pin(401)부터 신호검출부(410)까지 도달하는 경로(200-1, 210~240, 250-1/250-2)의 길이가 대부분의 검출신호선마다 서로 다르기 때문에 발생하는 문제로서, 경로 길이차로 인해 검출신호선별로 내부 기생정전용량(Cprs)의 크기가 서로 다르고, 이로 인해 <수학식4>의 결과값에 편차가 발생하여 ADC의 커버리지(Coverage)가 확대되고 이로 인해 분해능이 저하된다는 문제이다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 IC 내부 신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)의 상측 레이어(Upper Layer)나 하측 레이어(Lower Layer)에 도전성의 쉴딩영역(Shielding Area)을 설치하고, 설치된 쉴딩영역(Shielding Area)에 DC 전압이나 구동전압을 인가하여, 반도체 IC(400) 내부 검출신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)의 내부 기생 정전용량(Cprs)의 크기차이에 의한 <수학식4>의 출력전압의 편차를 축소시키거나 커플링에 의한 노이즈의 유입을 방지한다. 바람직하게는, 반도체IC(400)의 최 상면에 IC 내부 검출신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)을 배치하고 이 신호선의 하측에 도전성의 Shielding Area를 배치하여 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기를 더 줄이고, 이 Shielding Area에 구동전압을 인가하여 신호를 검출한다.
도10은 반도체IC(400) 내부의 검출신호선(200-1, 210~240, 250-1/250-2)에 쉴딩영역(Shielding Area)을 부가한 본 발명의 실시예이며, 도11a은 도10의 컬럼1에 위치한 B-B'의 단면도이다.
도10 및 도11a을 참조하면, 컬럼1의 Pin입력신호선(200-1)이 패터닝된 반도체IC(400) 신호층(464)의 상측 신호층(465) 및 하측 신호층(463)에는 컬럼1 제1쉴딩영역(261)이 설치된다.
또한 컬럼2에 입력되는 Pin입력신호선(200-1)의 상측 및 하측 신호층에도 컬럼2 제1쉴딩영역(262)이 배치되고, 나머지 컬럼3 및 컬럼4에도 동일하게 컬럼3 제1쉴딩영역 및 컬럼4 제1쉴딩영역이 배치된다.
컬럼 제1쉴딩영역(261)의 B-B'의 단면도인 도11a을 참조하면, Pin입력신호선(200-1내지 200-3)은 반도체IC(400) 신호층의 중간층인 제2신호층(464)에 배치되며, 제2신호층(464)에 배치된 세개의 신호선(200-1내지 200-3) 상측 에는 Column 1 제1쉴딩영역(261)의 상부 쉴딩영역(261-1)이 배치되고 하측에는 Column 1 제1쉴딩영역(261)의 하부 쉴딩영역(261-2)이 배치된다. 즉, 컬럼1 제1쉴딩영역(261)은 상부 쉴딩영역(261-1) 및 하부 쉴딩영역(261-2)으로 구분되어 검출신호선(200-1내지 200-3)의 상측 및 하측에 배치된다.
상부 쉴딩영역(261-1) 및 하부 쉴딩영역(261-2)은 임의의 지점에서 Contact Point로 상호 전기적으로 연결되어 Column 1 제1쉴딩영역 구동신호선(251)에 접속된다. Column 1 제1쉴딩영역 구동신호선(251)은 Column 1 제1쉴딩영역(261)에 구동전압을 인가하기 위해 구동부(420)에 연결된다.
검출신호선(200-1 내지 200-3)의 상측 및 하측에 설치된 본 발명의 Column 1 제1쉴딩영역(261)에 안정된 DC 전압이 인가되면, 검출신호선(200-1)과 (미 도시된)다른 신호층의 (쉴딩영역의 상 측이나 하측에 존재하는) "다른 신호선" 사이에 형성된 정전용량에 의한 Coupling은 제1쉴딩영역(261)에 의해 차단되므로, 검출신호선(200-1)과 "다른 신호선"과의 Coupling에 의한 노이즈 간섭이 발생하지 않으며, 또한 제1 쉴딩영역에 구동전압을 인가하면 후술하는 바와 같이 검출신호선(202)에서 검출되는 전압의 편차가 축소되어 ADC 커버지의 축소로 분해능이 향상되는 장점이 있다.
또한 검출신호선(200-1)의 좌우측 에도 "다른 신호선"이 있으므로 검출신호선(200-1)의 좌우 측에도 쉴딩영역(261-3)을 배치하여 DC전압이나 구동전압을 인가하는 것이 바람직하다. 이때 검출신호선(200-1)의 좌우 측에 위치한 쉴딩영역(261-3)은 임의의 지점에서 반도체 제조공정의 Short Point 기법을 이용하여 컬럼1 제1영역 구동신호선(251) 또는 컬럼1 제1쉴딩영역의 상측 쉴딩영역(261-1)이나 하측 쉴딩영역(261-2)과 연결된다.
모든 컬럼검출신호선(210/220/230/240)도 반도체 Metal Layer의 중간층(464)에 배치되고 상측(465) 및 하측(453) 신호층 및 좌우에 제2쉴딩영역(263,264)을 설치한다. 또한, 그룹1검출신호선(250-1) 및 그룹2검출신호선(250-2)의 상하층 및 좌우에도 그룹1 제3쉴딩영역(265) 및 그룹2 제3쉴딩영역(266)을 설치한다. 또한 각 쉴딩 영역 마다 쉴딩영역 구동신호선을 설치하고 구동부(420)와 연결한다.
본 발명의 실시예에서 제1쉴딩영역 및 제2쉴딩영역 및 제3쉴딩영역은 쉴딩영역의 실시예를 설명하기 위해 도입한 가상의 영역이다. 실제로는 더 많이 세분화될 수도 있고, 하나 또는 두개로 축소될 수도 있다. 중요한점은, 하나의 검출신호선(202)이 반도체IC(400) 내부의 Layout을 통하여 신호검출부(410)로 도달하기까지 모든 경로(Path)에 쉴딩영역이 설치된다는 점이며 그 쉴딩 영역은 쉴딩영역 구동신호선에 연결되어 구동부(420)와 연결되고 구동부(420)는 후술하게 될 도14의 구동방법에 따라 구동전압을 인가한다는 것이다.
상술한 바와 같이, 하나의 검출신호선(202)이 반도체IC(400)의 입력Pin(401)에 연결되어 신호검출부(410)로 입력되는 모든 경로의 상측 또는 하측 또는 좌우에 쉴딩영역을 설치하되, 신호를 검출하지 않을 때에는 쉴딩영역에 안정된 DC 전압을 공급하여 노이즈를 차단하고 신호를 검출할 때에는 구동전압을 인가하여 <수학식1>의 분자에 쉴딩정전용량의 항이 위치하도록 하면 <수학식1>에서 검출값의 편차발생의 원인이었던 내부기생정전용량(Cprs)이 제거되고 그 대신에 쉴딩정전용량의 구동으로 인해 검출신호선(202)에서 검출되는 전압의 편차가 축소되어 ADC의 분해능이 향상되는 장점이 있다.
도10 및 도11a의 실시예에서는 검출신호선이 반도체IC(400) 내부에서 레이아웃(Layout)된 경우의 실시예이나, 검출신호선 스위치그룹(437-1) 및 구동신호선 스위치그룹(437-2) 및 로더(Loader,450)가 표시장치에 내장된 경우에도 쉴딩영역을 설치하는 것이 가능하다.
검출/구동신호선 스위치그룹(437) 및 로더(450)가 표시장치에 설치되는 경우, 로더(450)에서 출력되는 그룹검출신호선(250)이 반도체IC(400)의 입력핀(401)을 통하여 반도체IC(400)로 입력되며, 반도체IC(400)로 입력된 그룹검출신호선(250)에는 상술한 도10 및 도11a의 실시예와 동일한 방법으로 쉴딩영역이 설치된다.
전술한 표시장치 내에서 CDA(100)의 위치에 관한 설명 중 표시장치가 OLED의 경우 첫번째 실시예를 참조하여 본 발명의 쉴딩영역을 설치하는 방법을 설명하면 다음과 같다.
검출/구동신호선 스위치그룹(437)은 OLED 화면표시영역의 외곽(Outside) 일측 영역에 설치되며, 일반적으로 CDA신호선(200)의 종단 일측과 반도체IC(400) 사이의 화면 비표시영역(non display area)에 설치된다. 검출/구동신호선 스위치그룹(437)으로 입력되는 검출신호선 및 구동신호선은 표시장치인 OLED의 화소 사이에 위치한 BM(Black Matrix)의 상면(Upper Layer)에 위치하되 OLED의 Cathode 상면에 위치한 절연체의 상측에 배치된다.
컬럼 제1쉴딩영역(261,262)을 설치하기 위하여 Cathode 상면의 절연체층 이후에 다시 쉴딩영역을 설치하고 쉴딩영역의 상면에 절연체층을 형성시킨 후 CDA 신호선(200)을 배치할 수 있으나 OLED의 공정이 복잡해 지므로 바람직하지 않으므로 BM 층의 상면에 설치된 CDA 신호선(200)에는 쉴딩영역을 설치하지 않는다.
검출/구동스위치그룹(437)과 Loader(450) 사이의 컬럼검출신호선(210,220)의 하측에는 OLED의 Source Data Line이나 Gate Line이 위치하는 경우가 일반적이며, Source Data Line이나 Gate Line에 인가되는 화면표시를 위한 전압의 변동으로 인해 검출/구동스위치그룹(437)과 Loader(450) 사이의 컬럼검출신호선(210,220)의 신호는 커플링(Coupling)에 의한 영향을 받게 된다. 이러한 이유로 본 발명의 검출/구동스위치그룹(437)과 로더(450) 사이의 신호선에는 컬럼 제2쉴딩영역(263,264)이 설치되는 것이 바람직하다.
표시장치가 OLED인 경우, 검출/구동스위치그룹(437)과 Loader(450)를 구성하는 스위칭소자는 OLED의 Cathode 외곽영역에 설치되므로 검출/구동스위치그룹(437)과 Loader(450) 사이에 설치되는 컬럼 제2쉴딩영역(263,264)은 OLED의 Cathode와 대향하여 설치되지 않는다.
본 발명의 OLED에 설치되는 컬럼 제2쉴딩영역(263,264)은 화면표시영역(Display Area)의 외곽에 설치되되 검출/구동스위치그룹(437)과 Loader(450)를 연결하는 컬럼검출신호선(210,220)의 하측에 설치된다. 컬럼 제2쉴딩영역(263,264)은 반도체IC(400)의 구동부(420)와 연결되어 오브젝트 정전용량을 검출하기위해 제1단 구동전압 및 제2단 구동전압이 인가된다.
컬럼 제2쉴딩영역(263,264)과 구동부(420) 사이에는 레벨쉬프트(490)가 위치할 수 있다.
한편, 도10 및 도11a의 실시예에서, 컬럼 제1쉴딩영역은, 쉴딩영역에 포함된 모든 검출신호선(200-1내지 200-3)을 Cover하고 하나의 쉴딩영역 구동신호선으로 쉴딩영역을 구동하는 실시예를 들었으나, 검출신호선 200-1의 전용 쉴딩영역 및 검출신호선 200-2의 전용쉴딩영역 및 검출신호선 200-3의 전용 쉴딩영역 등 개별 검출신호선마다 개별 쉴딩영역을 설치하고, 개별 쉴딩영역 마다 구동전압을 인가하는 것이 가능하다. 이러한 경우 개별 쉴딩영역을 구동하는 구동부의 개수는 많아지는 단점은 있으나 필요한 쉴딩정전용량만 구동하고, 구동을 위한 개별 쉴딩영역의 면적이 줄어들기 때문에 Capacitive Loading이 감소하여 구동부의 구동소자의 전류용량이 감소하므로 소비전류가 감소되는 장점이 있다.
지금까지의 실시예에서 반도체IC 내부의 Layout을 개조하여 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)의 상하면 및 좌우에 쉴딩영역을 설치하는 것을 설명하였다. 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)과 대향하는 상하면의 쉴딩영역과 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2) 사이 및 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)과 좌우의 쉴딩배선 사이에서 정전용량이 형성되며, 이러한 정전용량의 합을 쉴딩정전용량(Cin_sd)로 호칭한다.
쉴딩정전용량(Cin_sd)은 검출신호선(202)과 쉴딩영역 사이에 형성되는 것이므로, 쉴딩정전용량(Cin_sd)는 검출신호선(202)에 일측이 연결되고 타측에는 쉴딩영역에 공급되는 전압이 연결된 것으로 등가회로화 할수 있다. 또한, 쉴딩정전용량(Cin_sd)은, 검출신호선(202)에서 공통전극 정전용량(Ccm) 및 선간정전용량(Cd)와 병렬연결 되므로 도12b와 같이 검출신호선을 총칭하는 P점에 일측이 연결되고 타측에 구동전압(Vcin)이 인가되는 것으로 모델링하는 것이 가능하다.
후술하는 <수학식5>를 참조하면, 분모에 오브젝트 정전용량(Cobj)이 부가되기 전후의 계산 값은, 분모에 위치하는 정전용량의 값이 작을수록 커진다. 따라서 오브젝트 정전용량의 검출감도(Sensitivity)를 향상시키기 위해서는 분모에 존재하는 정전용량들의 크기를 작게 해야 한다.
본 발명의 목적 중 하나는, 펜이나 손가락 같은 오브젝트 정전용량(Cobj)이 부가될 때 오브젝트 정전용량(Cobj)의 존재여부 또는 위치를 검출하고 펜으로부터 출력되는 디지털 신호를 검출하는 것이며, 이러한 목적달성을 위해 오브젝트 정전용량(Cobj)의 검출감도를 좋게 하는 것이 필요하므로, 빈공간(150)에 의한 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기를 작게 하는 방법을 제시하였으며, 선간정전용량(Cd)의 크기를 줄이기 위해 검출신호선 및 구동신호선의 선간폭(d_pad)을 조정하는 설계방안을 제시하였다. 쉴딩정전용량(Cin_sd)도 오브젝트정전용량(Cobj)의 검출감도에 영향을 미치므로 쉴딩정전용량의 크기도 작을수록 좋으며, 다음은 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기를 작게 하기 위한 방법이다.
두 도체의 대향면적이 작을수록 두 도체간 형성되는 정전용량의 크기가 작아지므로, 쉴딩정전용량을 형성하는 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)의 폭을 좁게 하며(대향면적 S의 최소화), 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)과 쉴딩영역 사이의 절연체(462)의 폭을 두껍게 하고(대향거리 d의 최소화) 검출신호선 좌우의 쉴딩배선과의 간격(Distance)을 크게 하는 것(대향거리 d의 최소화)에 의해 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기는 감소한다.
반도체IC(400) 공정에서 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)을 구성하는 Metal의 최소폭 및 절연체(462)의 두께는 대부분 정해져 있어서 변경이 불가하므로, 공정조건에 따른 Metal의 최소폭 및 절연체(462)의 최소 두께에 따라 형성된 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기가 만족스럽지 못한 경우가 발생한다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여 본 발명은, 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)을 반도체IC(400) layout의 최상면에 위치시켜, 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2) 상 측에는 신호층이 없도록 하고, 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)의 하측에만 쉴딩영역을 설치한다. 이러한 설계사상은 OLED나 LCD에 검출/구동신호선 스위치그룹(437) 및 로더(Loader, 450)가 내장 설치되어 컬럼 제1쉴딩영역)261,262) 및 컬럼 제2쉴딩영역(263,264)이 표시장치에 설치되는 경우에도 동일하게 적용되며, 컬럼 제1쉴딩영역 및 컬럼 제2쉴딩영역의 상 측에는 다른 신호선이 존재하지 않으며 하측에만 쉴딩영역이 위치한다. (본 명세서에서는 LCD나 OLED의 기판이 최 하측에 위치하는 경우를 기준으로 상측 및 하측의 방향이 정의되었다)
도11b는 쉴딩영역 구현에 관한 본 발명의 또다른 실시예이다.
도11b를 참조하면, 반도체IC(400)내부 3개의 Pin입력신호선(200-1내지 200-3)은 반도체IC(400)의 메탈 Layer중 최 상면(465)에 배치되며 (단, 반도체IC의 기판을 최하위에 위치한다고 가정함), Pin입력신호선(200-1내지 200-3) 상면에는 "다른 신호선"을 배치하기 위한 금속층(Metal Layer)이 존재하지 않는다.
Pin입력신호선(200-1내지 200-3)의 하측으로는 Column 1 제1쉴딩영역(261)이 배치되고 CDA신호선의 좌우 측으로도 Column 1 제1쉴딩영역(261)과 전기적으로 연결된 쉴딩영역(261-3)이 설치된다. 이러한 구조는 컬럼검출신호선(210내지 240) 및 그룹검출신호선(250)에도 적용되는 등 반도체IC(400) 내부에서 layout된 모든 검출신호선에 적용된다.
이러한 구조는, 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)의 상하측 및 좌우에 쉴딩영역이 배치된 도11a의 실시예에 비하여, 하측 및 좌우측 에만 쉴딩영역이 배치되므로 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기를 약 절반정도로 줄여주는 효과가 있다.
지금까지 살펴본 바와 같이 본 발명은, 하나의 CDA신호선(200)에 1)공통전극 정전용량(Ccm), 2) 선간 복합 정전용량(Cd), 3)쉴딩 정전용량(Cin_sd)이 상호 병렬 결합되어 있으며 CDA신호선(200)의 저항을 고려하지 않는다면 CDA신호선(200)은 하나의 점(도12의 P)으로 등가화 되고, 이는 하나의 점(P)에 상기 공통전극 정전용량(Ccm) 및 선간 복합 정전용량(Cd) 및 쉴딩 정전용량(Cin_sd)이 병렬연결 된 것처럼 등가화 된다.
기존에는 쉴딩정전용량(Cin_sd)은 제어할 수 없는 내부기생정전용량(Cprs)의 형태로 <수학식4>의 분모에만 위치하여 감도를 저하시키는 불필요한 더미(Dummy) 역할을 하였으며, 또 어떠한 경우에는 구동전압을 인가하기 위해 별체로 구성된 정전용량을 도입하여 <수학식4>의 분모에 추가되어 감도를 저하시키는 역할을 하였다. 그러나 본 발명에서는 불필요한 Dummy 역할을 하던 내부기생정전용량을 쉴딩정전용량으로 개조하여 구동전압을 인가하여 <수학식4>의 분자에 쉴딩정전용량이 위치하고, 전하가 추가 공급되어 감도가 향상되는 효과가 있다.
도12a는 쉴딩 정전용량(Cin_sd)에 구동전압을 인가하는 본 발명의 실시예이다.
도 12a를 참조하면, iin_sd=id + icm이다. (단, iin_sd는 쉴딩정전용량 (Cin_sd)에 흐르는 전류이고, icm은 공통전극 정전용량(Ccm)에 흐르는 전류이고, id는 선간커패시터(Cd)에 흐르는 전류이다. 또한 Vd는 선간 정전용량(Cd)의 일측에 인가된 정 전압이며, Vcm은 공통전극 정전용량(Ccm)의 일측에 인가된 공통전극 정전압이다. 또한 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 일측에는 Vcin1과 Vcin2로 구분되는 2개의 구동전압이 인가된다).
iin_sd=id + icm이므로,
이 수학식을 Vp에 대해 정리하면, 
임을 알 수 있다.
쉴딩정전용량(Cin_sd)에 Vcin1을 인가할 때의 P점의 전압인 Vp1은,
쉴딩정전용량(Cin_sd)에 Vcin2를 인가할 때의 P점의 전압인 Vp2는,
쉴딩정전용량(Cin_sd)를 서로 다른 두개의 전압인 Vcin1과 Vcin2로 구동(Driving)하고 그때 P에서 검출된 Vp1와 Vp2의 차이는 아래 <수학식3>과 같다.
도12b는 선간정전용량(Cd)와 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 각 각 구동전압을 인가하는 경우의 실시예이며, 공통전극 정전용량(Ccm)을 제외한 정전용량에 구동전압을 인가하는 경우이다.
도12b를 참조하면, 선간정전용량(Cd)와 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 구동전압이 인가된다. 선간정전용량(Cd)는 Vd1및 Vd2로 구동되며, 쉴딩정전용량(Cin_sd)는 Vcin1 및 Vcin2로 구동된다.
두개의 정전용량에 구동전압이 인가되는 경우, P점의 전압 Vp는 <수학식3>을 참조하여 중첩의 원리(Superposition Theory)에 의해 구할 수 있다.
선간정전용량(Cd) 및 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 각 각 구동전압이 인가될 때 P점의 전위 Vp는 <수학식4>이다.
도13a는 <수학식4>를 검증하기 위한 가상의 Data이며 선간정전용량(Cd) 및 쉴딩정전용량(Cin_sd)등 2개의 정전용량을 동시에 구동하는 Dual Driving의 경우에 대해 Vp2-Vp1의 시뮬레이션 결과값이다.
도13a의 data를 <수학식1>에 적용하여 선간 정전용량(Cd)만 Vd1 및 Vd2 구동전압으로 Single Driving을 하였을때, (Vp2-Vp1)의 최대값 및 최소값의 차이는 1.429V이며, <수학식4>를 기초로 공통전극 정전용량(Ccm)을 제외한 선간 정전용량(Cd)을 Vd2와 Vd1으로 구동하고 쉴딩정전용량(Cin_sd)을 Vcin2 및 Vcin1으로 구동하는 Dual Driving의 경우, (Vp2-Vp1)의 최대값 및 최소값의 차이는 0.271V이다.
Single Driving일때 P점의 (Vp2-Vp1)인 1.429V를 검출하기 위해 1.6V의 검출범위를 가지는 10bit ADC를 사용하는 경우 1.56mV/bit 분해능(Resolution) 이며, Dual Driving시 P점에서 검출된 (Vp2-Vp1)인 0.271V를 300mV의 검출범위를 가지는 10bit ADC로 검출하는 경우 약 0.3mV/bit의 분해능이므로 동일한 정전용량의 구성에서 구동방법만 달리해도 분해능이 약 5배이상 향상되는 것을 알 수 있다.
이러한 현상은, 구동전압이 인가되지 않는 정전용량은 구동전압이 인가되는 정전용량이 공급하는 전하에 의해 전하공유(Charge Sharing)를 하는 부하(Load) 정전용량으로 작동하지만, 구동 전압이 인가되는 정전용량은 전하를 공급하는 원천(Source)으로 동작하기 때문이며, 상호 공통 접속된 정전용량들의 정해진 크기안에서 전하를 공급하는 정전용량의 크기가 클수록 부하정전용량의 크기가 작아져서 동일한 구동전압에 대해 전압차이가 적게 발생한다. 또한 구동되는 정전용량이 많을 수록 부가된 오브젝트정전용량(Cobj)에서의 전하공유량이 많아지므로 감도가 향상되는 효과가 있다.
구동전압에 의한 전압차이(Vp2-Vp1)는 전체 정전용량 중 구동되지 않는 부하정전용량의 편차에 의해 발생하므로 전체정전용량(수학식4의 분모에 위치하는 정전용량)중에서 비 구동 정전용량의 비중이 줄어들수록 Vp2-Vp1의 편차는 작게 발생한다. 이러한 원리에 따라 본 발명은, <수학식4>의 분모에 위치한 정전용량들의 크기(Capacitance)를 줄이기 위한 방안을 제시하였고, 구동전압을 인가할 수 없는 내부 기생정전용량(Cprs)을 구동전압을 인가할 수 있는 쉴딩정전용량(Cin_sd)으로 개조하였다. 이로 인해 구동전압 인가 전후에 검출신호선(202)에서 검출된 전압의 편차가 축소되므로 ADC의 검출범위 즉, 커버리지를 좁혀서 ADC의 분해능이 향상되고, 부가되는 오브젝트 정전용량(Cobj)의 검출감도가 향상되는 효과가 있다.
한편 도13b는 도13a의 data를 기반으로 산출된 <수학식1> 및 <수학식4>의 결과 그래프이며, 동일한 조건에서 <수학식1>을 기반으로 하는 Single Driving 및 <수학식4>를 기반으로 하는 Dual Driving에 대해 Vp2-Vp1을 도시한 것이다.
Single Driving인 경우에는 공통전극 정전용량(Ccm) 및 내부 기생정전용량(Cprs)이 부하정전용량으로 동작하여 Vp2-Vp1의 편차가 크게 발생하지만, Dual Driving의 경우에는 공통전극 정전용량(Ccm)만이 부하정전용량으로 동작하고 대부분 공통전극 정전용량(Ccm)의 편차에 의해서 Vp2-Vp1의 편차가 발생하므로 비교적 편차가 작은 공통전극 정전용량(Ccm)에 대해 Vp2-Vp1의 변동폭이 안정적임을 알 수 있다.
다시 도13a 및 도13b를 참조하면, 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기(capacitance)가 거의 일정하면 P점에서 검출되는 전압의 변동폭은 더 축소될 것이라는 것을 예상할 수 있다.
쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기(Capacitance)를 결정하는 것은, 주로 반도체IC(400) 내부의 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)의 선폭(Width)이므로 신호선폭을 조정하면 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)에 의한 쉴딩정전용량의 크기를 신호선마다 거의 유사하게 설정하는 것이 가능하다. 일 실시예로, 검출신호선의 길이가 긴 신호선은 선폭(Width)을 최소한의 선폭으로 좁게 하여 쉴딩 정전용량(Cin_sd)의 크기(Capacitance)를 작게 하고, 검출신호선의 길이가 짧은 신호선은 선폭(Width)을 넓게 하여 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기를 크게 한다. 반도체IC(400)에서 검출신호선의 길이는 계산이 가능하므로 모든 검출신호선에 대해 신호선폭 및 길이를 곱한 면적이 동일하도록 설계하고 제조하면 검출신호선별 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기를 일정하게 유지하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명은, 반도체IC(400)의 내부 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2) 선폭을 조정하되 길이가 긴 신호선의 폭은 길이가 짧은 신호선에 비해 선폭을 크게 하고 이로 인해 검출신호선들 상호간 면적을 유사하게 조정하여, 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2)에 의해 형성된 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기가 검출신호선(200-1,210~240,250-1/250-2) 위치별로 유사하게 생성될 수 있도록 하여, <수학식4>에 의한 (Vp2-Vp1)의 편차가 줄어들게 한다.
지금까지 <수학식1>이나 <수학식4>의 선간 정전용량(Cd)에 Vd1과 Vd2를 인가하거나 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 Vcin1 및 Vcin2를 인가하는 것을 구동전압(Driving Voltage)을 인가(Forcing)한다"라는 표현을 사용하였으며, 구동전압을 인가하는 것은 정전용량에 서로 다른 크기의 두 전압을 인가하는 것이다.
도14는 구동전압 인가에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도 12를 참조하면, 상단의 도면은 선간 정전용량(Cd)에 구동전압(Vd2, Vd1)을 인가하는 방법에 대한 실시예이며, 하단의 도면은 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 구동전압(Vcin2, Vcin1)을 인가하는 실시예로서, 구동전압은 다음의 특성을 갖는다.
1. 구동전압은 High Voltage 및 Low Voltage로 구성되며, High Voltage 및 Low Voltage의 조합으로 하나의 Cycle Time을 구성한다. 구동전압의 변화(Transition)에 따라 구동되는 정전용량에서 전하 증감이 발생하고 이러한 전하 증감에 따라 비구동 정전용량에서 발생하는 전하공유 현상을 이용하여 비구동 정전용량에서 발생하는 전압변동을 검출할 수 있다.
2. CDA(100) 위치에 따라 서로 다른 Cycle Time이 적용될 수 있다.
예를 들어, 반도체IC(400)의 원거리에 있는 CDA신호선(201)의 선저항 및 선간정전용량(Cd)는 반도체IC(400)에서 근거리에 있는 CDA신호선(203)의 선저항 및 선간정전용량(Cd)에 비해 크기 때문에, 신호가 안정된 상태(Saturation Status)가 되기 위하여 더 많은 시간을 필요로 한다. 따라서 원거리 CDA신호선에 공급되는 구동전압의 Cycle Timer은 근거리 CDA에 공급되는 Cycle Time보다 길어야 한다.
도14의 ZONE A를 참조하면, ZONE B내지 ZONE D에 비해 50%의 Cycle Time을 갖는다. 이러한 ZONE A의 Cycle Time은 반도체IC(400)의 근거리에 위치한 CDA(103)에 적용될 수 있으며, ZONE A의 Cycle Time보다 두배 또는 세배이상 되는 폭을 갖는 Cycle은 반도체IC(400)의 원거리에 있는 CDA(101)에 적용될 수 있다.
3. 구동전압을 인가하기위해, Low Voltage에서 High Voltage로 전압을 변경하거나 High Voltage에서 Low Voltage로 변경 시, 도14의 ZONE A의 실시예처럼 펄스파(Pulse Wave)로 구동(Driving)하는 방식과 ZONE B 내지 ZONE D처럼 Rising Edge와 Falling Edge를 Sine Wave처럼 완만하게 구동하는 방식이 있다. Edge가 날카로운 펄스파로 구동하면 펄스파의 1고조파 또는 3고조파 또는 5고조파등 날카로운 상승 또는 하강 엣지(Edge)를 가지는 전압에 의해 EMC나 EMI의 문제를 유발할 수 있으므로 구동전압의 Rising Edge와 Falling Edge는 Sine Wave의 형태로 완만하게 구동하는 것이 바람직하다.
4. 구동전압은 도14의 ZONE A 내지 ZONE D의 실시예처럼 "from Low Voltage to High Voltage"로 구동(Driving)할 수 있으며, 도14의 ZONE S의 실시예처럼 "from High Voltage to Low Voltage" 로 구동할 수도 있다. 단, 하나의 검출신호선에 연결된 정전용량에는 Low전압이 동시에 인가되거나 High전압이 동시에 인가되어야 한다.
예를 들어 선간 정전용량(Cd)에는 "from Low Voltage to High Voltage"로 구동하고 쉴딩정전용량(Cin_sd)에는 "from High Voltage to Low Voltage"로 구동하면 안 된다는 의미이다. 이는 부하정전용량에 전하공유현상을 유도하기 위함 이며 극성이 서로 다른 전압이 동시에 인가되면 증감되는 전하의 양이 비슷한 경우가 발생하여 전하공유 현상이 미 생성될 수도 있기 때문이다.
High Voltage와 Low Voltage는 상대적인 개념이다. 구동전압은 Low Voltage 및 High Voltage의 두개의 상태를 가지므로 둘 중에 하나는 Low Voltage이고 하나는 High Voltage라고 이해되어야 한다. 이러한 사상은 본 명세서에서 Low Voltage 및 High Voltage의 두 상태를 가지는 모든 전압에도 적용되며, 복수의 전압의 경우, Low Voltage 및 High Voltage의 의미는 비교되는 두개의 전압 중 하나는 낮고 하나는 높다는 의미이다.
5. 구동전압 Cycle안에서 제1단구동전압(1st Stage Driving Voltage)의 Duty와 제2단구동전압(2nd Stage Driving Voltage)의 Duty는 서로 다르다. 제1단구동전압은 처음에 공급되는 구동전압이며, 두번째 공급되는 제2단구동전압과 전압Level의 차이가 있는 전압이다. 예를 들어 제1단구동전압이 Low Voltage이면 제2단구동전압은 High Voltage이며, 제1단구동전압이 High Voltage이면 제2단구동전압은 Low Voltage이다.
표시장치(10)에서 원거리에 설치된 CDA신호선의 시상수는 근거리 CDA신호선의 시상수보다 크므로, 원거리신호선의 신호가 포화(Saturation)되어 안정화되는 시간은 근거리의 CDA신호선에 비해 길어진다. 이로 인해, 도 14의 ZONE D처럼 원거리에 공급되는 제1단구동전압인 Low Voltage(Vd1, Vcin1)보다 제2단구동전압인 High Voltage(Vd2, Vcin2)의 인가시간(Forcing Time)이 더 길다. 또한 근거리의 CDA신호선에는 ZONE C와 같이 제1단구동전압의 길이가 길고 제2단구동전압의 길이가 짧다. 그러나 근거리 CDA신호선의 경우 ZONE A의 실시예와 같이 Cycle Time을 짧게 하는 것이 검술시간을 줄일 수 있어서 더 바람직하다.
6. 하나의 컬럼내에서 검출신호선의 길이별로 (또는 CDA 위치별로) 동일한 검출신호선에 연결된 개별 정전용량에 공급되는 제2단구동전압을 인가하는 시점의 차이가 발생할 수 있다.
도12b 및 도14를 참조하면, 선간 정전용량(Cd)에는 제2단구동전압으로 Vd2가 공급되고 쉴딩정전용량(Cin_sd)에는 제2단구동전압으로 Vcin2가 공급된다. 원거리의 CDA신호선의 선간 정전용량(Cd)의 크기는 동일한 CDA신호선의 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 크기보다 클 수 있다. 만일 두 정전용량에 동일한 시점에 제2단구동전압을 인가하면 시상수가 작은 쉴딩정전용량(Cin_sd)의 전압이 먼저 안정된 이후에도 시상수가 큰 선간정전용량은 지속적으로 전압이 안정되는 과정에 있을 수 있다. 중첩의 원리에 따르면, 먼저 안정된 상태에 이른 쉴딩정전용량(Cin_sd)는 안정화이후 방전을 시작하며, 선간정전용량의 전압이 안정되어 신호를 검출할 때까지 방전은 지속된다. 이러한 방전에 의해 검출신호선(202)에서 검출되는 신호의 오류가 발생할 수 있으므로, 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 인가되는 구동전압은 인가시점을 달리하여 늦게 구동전압을 인가하는 것이 바람직하다. ZONE S는 이러한 기술사상에 대해 설명한 그림이다. 상단 그림의 제2전압 Vd2가 인가된 후 "Φ"의 시간 이후 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 제2단구동전압인 Vcin2가 공급되고 있다.
근거리의 CDA신호선의 선간 정전용량(Cd)의 크기는 쉴딩정전용량(Cin_sd)보다 작을 수 있으므로 근거리의 신호선에 쉴딩정전용량 제2단구동전압이 먼저 인가된 후 선간 정전용량(Cd)에 제2단구동전압이 인가될 수 있다.
한편, 정전용량별로 구동시간을 달리하여 얻어지는 다른 이점이 있다. 구동전압은 정전용량에 인가되는 것이므로 구동전압의 최초 Rising 또는 Falling등 Transit Voltage의 제1고조파 및 제3고조파등 날카로운 전압에 의해 정전용량에 순간적인 과전류가 흐르며 이로 인해 구동전압의 전위가 변경되거나, 구동부(420)에서 구동전압을 인가하는 스위치류의 부품이 지속적으로 해(Damage)를 입을 수 있고 이러한 상황이 지속되면 부품이 손상을 받을 수도 있다. 이러한 문제를 회피하는 방법은 정전용량마다 서로 다른 구동부(420)를 사용하여 구동시점을 서로 달리하는 것이다.
7. 선간 정전용량(Cd)에 공급되는 구동전압의 크기와 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 공급되는 구동전압의 크기는 서로 다를 수 있다.
도15은 구동부(420)에서 구동전압을 인가하는 본 발명의 실시예로서, 도15을 참조하면, 전압생성부(Voltage Generator, 이하 VG) VG1 및 VG2가 있으며 VG1의 저항 String에 공급되는 기준전압(Vref1) 및 VG2에 공급되는 기준전압(Vref2)이 있다.
기준전압(Vref1 및 Vref2)은 BGR(Band Gap Reference)에 의해 생성되는 정밀한 크기를 가지는 전압이며 두개의 기준전압(Vref1 및 Vref2)은 서로 갖거나 다른 전압일 수 있다.
구동전압은 AMP에서 생성된다. 저항 스트링에서 인용한 기준전압을 이용하여 AMP 출력전압의 크기가 결정되고 AMP에 공급되는 전원(VDD)에서 전류가 공급된다. 기준전압 및 AMP로 구성되어 구동전압을 생성하는 부분(Part)을 구동전압생성부(Driving Voltage Generator)라고 한다.
하나의 Voltage Generator에서는 여러 개의 기준전압(Reference Voltage) 및 구동전압이 생성된다. 예를 들어, 본 발명의 구동전압인 Vd1/Vd2 또는 ADC에 인가되는 기준전압전압인 ADC_top 및 ADC_btm은 VG1에서 생성(Generation)되며, Vcin1/Vcin2 및 DAC 기준전압인 DAC_top 또는 DAC_btm등은 VG2에서 생성될 수 있다.
분리된 Voltage Generator에서 별도로 생성되는 구동전압(Vd1/Vd2 및 Vcin1/Vcin2)에 의해 상술한 돌입전류(Inrush Current)로 인한 전압강하 내지 부품의 손상방지가 이루어진다.
이와 같이 본 발명에서는, 서로 다른 Voltage Generator에서 생성된 구동전압이, 서로 다른 정전용량의 구동전압으로 사용될 수 있다. 예를 들어 동일한 P점에 연결된 선간정전용량에는 VG1에서 생성된 구동전압인 Vd1/Vd2가 사용되고, 쉴딩정전용량에는 VG2에서 생성된 Vcin1/Vcin2가 사용될 수 있다.
<수학식4> 및 도13a를 참조하면, Dual Driving의 경우 검출신호선(200)에서 검출된 Vp2-Vp1은 4.615V~4.886V이다. 일반적으로 아날로그신호를 Processing하여 ADC를 통해 디지털신호로 출력하는 과정에서 OPAMP를 사용하며, Rail to Rail type의 OPAMP가 아닌 일반적인 OPAMP의 경우 Single전원의 Vdd가 전원전압으로 공급되면 공급된 전원전압만큼 충분한 출력이 형성되지 않는다.
예를 들어 Buffer로 사용되는 OPAMP의 전원이 0V를 그라운드로 하는 5V Single 전원인 경우, OPAMP의 입력신호가 5V인 경우 출력전압은 동일한 5V가 출력되어야 하나, 5V가 출력되지 않고 4.5V정도만 출력되기도 한다. 따라서 본 장치에서도 5V의 Single 전원을 사용하는 OPAMP의 경우, 도13a의 4.615V~4.886V의 전압이 정상적으로 출력되지 않고 4.5V만 출력될 수도 있다.
<수학식4>를 참조하면, 구동전압 (Vd2-Vd1)이나 구동전압 (Vcin2-Vcin1)의 크기를 달리하여, 도13a의 Dual Driving시의 Vp2-Vp1의 값이 4.615~4.886V의 범위가 아닌 4.5V 이하에서 형성될 수 있도록 조정할 수 있다.
예를 들어, Vd2-Vd1=5V, Vcin2-Vcin1=3V와 같이 조정할 수 있을 것이다. 이를 위해 선간정전용량 구동전압은, Vd2=5V, Vd1=0V이며, 쉴딩정전용량 구동전압 Vcin2=4V, Vcin1=1V가 되도록 설계하는 것이 가능하다. 선간정전용량 구동전압인 Vd2와 Vd1은 도15의 실시예와 같이 VG1의 저항 스트링을 통해 미세한 크기 조정이 가능하며, VG2에서 생성되는 쉴딩정전용량 구동전압도 여러가지의 크기를 갖도록 조정이 가능하므로 OPAMP의 동작점을 안전한 영역으로 설정하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명은, 서로 다른 정전용량에 공급되는 구동전압의 High Voltage 또는 Low Voltage의 크기는 서로 같은 크기의 전압을 사용할 수도 있고 서로 다른 크기의 전압을 사용할 수도 있으며, 서로 다른 구동전압을 사용하여, 형성되는 전압의 위치를 조절하는 것이 가능하다. 또한 본 발명의 장치는 이러한 서로 다른 구동전압을 생성하는 복수의 전원공급기(Voltage Reference)를 제공한다.
구동전압을 생성하는 장치인 도15의 실시예는 저항 String을 사용한 일 실시예이며, 도15의 방법과 다른 방식으로도 구동전압을 생성하는 것이 가능하다. 예를 들어, Regulator를 사용하여 모든 구동전압을 하나씩 독립적으로 공급할 수 있으며, BGR(Band Gap Reference)을 사용하여 독립적인 여러 개의 구동전압을 생성하고, 이의 전류용량만 증폭하여 사용하는 방법도 있을 것이다. 그러므로 구동전압을 생성하는 방법은 도15의 실시예와 같이 저항 String을 사용하는 방법에 한정되지 않으며 다양한 방법이 사용될 수 있다.
지금부터는 도12b를 참조하여, 구동전압을 인가하여 오브젝트를 검출하는 본 발명의 실시예를 설명한다.
<수학식4>는 
이다. <수학식4>를 정성적으로 분석해 보면, 도12b에서 Vp1을 결정하는 Vd1을 선간 정전용량에 인가하고 Vcin1을 쉴딩정전용량에 인가하여 P점의 전압이 안정될 때까지 소정의 시간을 기다린 후, 신호검출기(410)로 이때의 P점의 전압을 검출하면 이는 Vp1이 된다. 이후 Vp2를 검출하기 위하여 Vd2 및 Vcin2를 인가한 후 P점의 신호가 포화상태(또는 목표값)에 도달하는 동안 기다린 후 신호검출기(410)로 P점의 전압을 검출한다. <수학식4>는 이러한 방법으로 검출된 Vp1과 Vp2의 차이이다.
본 발명은 표시장치(10)의 상면에 펜이나 손가락 같은 오브젝트(20)가 위치(Positioning)하면 오브젝트(20)의 출현여부 및 표시장치(10)상에서의 오브젝트(20)의 위치(Coordinate)를 오브젝트정전용량(Cobj)의 변화량으로 알아내거나 펜에서 출력되는 디지털신호를 오브젝트 정전용량(Cobj)을 이용하여 검출하는 것을 목표로 한다. 본 명세서에 도시하지는 않았으나 펜에서 출력되는 디지털신호를 검출하기 위해서는 Charge Amplifier가 사용되며, Charge AMP에서 검출되는 전압은, 펜에서 출력되는 전압을 기초로 펜과 CDA 사이에 형성된 오브젝트 정전용량과 Charge AMP의 Feedback Capacitor의 비율로 결정된다.
도4를 참조하면, CDA(100)의 상면에 오브젝트(20)가 위치할 때, CDA(100) 및 오브젝트(20) 사이에는 오브제트 정전용량(Cobj)이 형성되며 오브젝트 정전용량의 크기는, Cobj=ed/S이다. 여기에서 "d"는 오브젝트(20)와 CDA(100)의 거리(Distance)이며 "S"는 오브젝트(20)와 CDA(100)의 대향면적이다.
간극 "d"를 결정하는 요소는, CDA(100)와 오브젝트(20)(Object) 사이의 보호유리나 보호필름 등으로 구성된 보호층(7) 및 CDA(100)와 보호층(7)을 접합하는 Adhesive등의 투명접착체(미 도시) 및 오브젝트(20)가 보호층(7)의 상면에 닿지 않을 때는 공기(Air)층 등이다.
오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기는, 오브젝트(20)와 CDA(100)의 대향 면적을 기초로, 공기층의 두께 및 공기의 유전율(e)로 형성된 정전용량(Cair) 및 보호층의 두께 및 보호층 소자의 유전율(e)로 형성된 정전용량(Cgls) 및 투명접착제의 두께 및 투명접착제소자의 유전율(e)을 기초로 형성된 정전용량(Cadh)의 복합정전용량(Cair 및 Cgls 및 Cadh의 직렬연결)으로 결정된다.
일반적인 실시예의 경우 4mm x4mm의 면적을 가지는 오브젝트(20)가 CDA(100)의 상면에 있는 보호층(7)인 0.5mm 두께의 보호유리에 닿았을 때, 계산에 의하면 CAD(100) 및 오브젝트(20) 사이에는 0.5pF~1pF 사이의 정전용량이 형성된다.
CDA(100)의 상면에 형성된 이러한 오브젝트 정전용량(Cobj)은 일측이 CDA신호선(200)과 등가인 P점에 접속되고, 타측은 오브젝트의 전위(Voltage Level)인 Vobj에 연결된 것으로 등가화 할 수 있다. 만일 오브젝트(20)가 사람의 손가락(Finger)이면, 오브젝트(20)의 전위(Vobj)는 대지 그라운드인 0V이며 Pen의 경우에는 펜을 잡고 있는 사람의 몸의 전위로서 동일한 대지그라운드이다.
도12b는 공통전극 정전용량(Ccm)을 제외한 선간정전용량(Cd) 및 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 구동전압을 인가하는 본 발명의 실시예로서, 오브젝트 출현에 의해 생성된 오브젝트 정전용량(Cobj)가 부가된 경우에, 검출신호선(200)에서 전압을 검출하기 위한 본 발명의 일 실시예이다. 도12b 및 <수학식4>를 참조하면, 오브젝트(20)가 사람의 손가락인 경우 오브젝트(20)의 전위(Vobj)는 일정하므로 중첩의 원리에 의하여 <수학식4>는 <수학식5>와 같이 유도된다.
본 발명은 오브젝트(20)의 존재를 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기로 알아내는 것이므로, 오브젝트(20)가 없을 때 P점의 전압인 <수학식4>와 오브젝트(20)가 있을 때의 P점의 전압인 <수학식5>의 차이를 알면 오브젝트(20)의 존재여부 또는 접촉면적을 아는 것이 가능하다. <수학식6>은 <수학식4>-<수학식5>으로 정의되며 다음과 같다.
<수학식6>을 참조하면, <수학식4>와 <수학식5>의 차이는 분모항의 오브젝트 정전용량(Cobj) 유무의 차이이다. 따라서 <수학식4>의 값을 기초로 <수학식4>의 변화량을 감지하면 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기를 전압으로 검출하는 것이 가능하다.
오브젝트가 없을 때 <수학식4>에 의해 검출된 신호를 "제1검출신호"라고 하고, 오브젝트가 있을 때 <수학식5>에 의해 검출된 신호를 "제2검출신호"라고 하면, 제1검출신호와 제2검출신호의 차이로 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기를 검출하는 것이 가능하다.
"제1검출신호"에 대한 "제2검출신호"의 변화량을 알기 위해서는, 기준이 되는 "제1검출신호"는 보존되고 호출되어, 규칙적으로 검출되는 제2신호와의 차이를 파악해야 하므로 제1검출신호는 메모리에 기록되어 보존되어야 한다.
도16a 내지 도16d는 차동증폭기의 사용에 관한 본 발명의 일실시예로서, 차동증폭기는 신호검출부(410)에 포함되어 있다.
차동증폭기는 Positive input 단자(또는, non-inverting input)로 입력되는 전압과 Negative Input 단자(또는, Inverting Input)로 입력되는 전압의 차이를 증폭하는 소자로서, Feedback 저항과 Positive Input단자에 연결된 저항 들과의 비(Ratio)에 의해 증폭율이 결정되는 소자이다. (본 실시예에서는 증폭율을 결정하는 저항의 연결은 생략하였다)
도16a는 제1검출신호와 동일한 복제된 DAC code를 추출하는 과정(Process)에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
Positive input 단자에는 아날로그(Analog) 전압을 출력하는 DAC(Digital to Analog Converter)이 연결되어 있고, Negative Input 단자에는 "제1검출신호"가 연결되어 있다. 제1검출신호는 검출신호선(200)에서 검출되므로 검출신호선이 차동증폭기의 Negative Input 단자에 연결된다.
DAC은 디지털 code가 주어지면 아날로그 전압을 출력하는 장치이며, 차동증폭기의 Positive Input단자에는 DAC출력이 연결되기 때문에 차동증폭기에는 두개의 아날로그 전압이 연결되었고 차동증폭기는 사전에 설정된 저항비에 따른 증폭율로 두 전압차이를 증폭한다. 차동증폭기가 전하증폭기(Charge AMP)와 동일한 구조로 형성되면 증폭율은 커패시터의 비율에 따라 결정될 수도 있다. 전하증폭기의 입력 커패시터의 크기를 C1이라고 하고 귀환 커패시터(Feedback Capacitor)의 크기를 C2라고 하면 증폭율은 -C1/C2로 결정된다.
차동증폭기의 출력전압인 Vo는 아래의 수학식7에 따른 전압이다.
DAC_ini는 DAC의 최초 출력 값이며 임의의 값이거나 그 이전에 사용하던 복제된 DAC값일 수도 있다. 본 발명의 DAC_ini는 제1검출신호와 동일한 값을 추출하는 것으로서 이는 차동증폭기의 출력전압인 Vo가 영(zero)일 때의 값이다. 온도의 변화 또는 구동전압의 미세한 변화에 따라 반도체IC(400)의 회로소자 특성이 변경되어 검출신호선에서 검출되는 제1검출신호는 수시로 변경되고, 제1검출신호를 추종하는 복제된 DAC값도 수시로 변경되어야 하므로, 변경된 DAC의 보정을 위해 메모리에 저장된 old DAC값을 호출하여 보정된 new DAC값을 구하는 경우, 메모리에 저장된 DAC값이 DAC_ini의 목적으로 사용될 수 있다.
New DAC 값은 old DAC값에 비해 큰 차이가 발생하지 않으므로 빠른 시간안에 new DAC의 추출이 가능하다. 그러나 본 장치에 전원이 인가되어 메모리에 저장된 DAC값이 없는 경우에는 임의의 DAC값을 DAC_ini로 설정하고 차동증폭기의 출력을 감시하면서 DAC_ini의 값을 변경해 나가야 한다. Gain은 차동증폭기의 증폭율이다.
<수학식7>에서 DAC_ini의 전압의 크기가 제1검출신호의 전압과 동일하면, Vo는 0V(Zero Volt)가 된다. 즉, 오브젝트 미 출현 시 <수학식4>에 기초하여 도12b의 선간 정전용량(Cd) 및 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 구동전압을 인가하고 DAC_ini의 값을 조정하여 차동증폭기에서 검출되는 Vo값이 0V가 될 때의 DAC_ini 값은 제1검출신호와 동일한 값이며, 이때 추출된 DAC Code는 제1검출신호의 복제된 값(Copied Value 또는 Same Value)인 DAC_copy로 표시한다. (DAC_copy는 DAC에서 출력되는 복제된 전압을 의미할 수도 있다)
동일한 방법으로 모든 CDA(100)에 대해 제1검출신호의 크기가 복제된 DAC code를 추출하고 CDA별로 반도체IC(400)의 메모리에 저장한다.
도17는 DAC을 저장하는 메모리에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
상기 <수학식7>에 의해 모든 CDA(100)에서 검출된 제1검출신호는 DAC Code로 메모리에 저장되며 메모리에 저장된 DAC_rxcy는 도3의 x행과 y열에 위치한 CDA(100)에서 검출된 복제된 DAC code이다. 예를 들어 DAC_r2C1은 도3의 A1 CDA(100)에서 검출된 제1검출신호와 동일한 DAC code이다.
메모리에 복제된 DAC의 형태로 저장된 제1검출신호는, 해당 CDA(100)의 제2검출신호를 검출할 때 마다 호출되어 도16b내지 도16d의 실시예에 관한 차동증폭기의 Positive 또는 Negative Input 단자에 연결되거나 보정된 DAC 값을 구하기 위하여 도16a의 실시예에서 사용된다.
도16b는, 복제된 DAC을 이용하여 차동증폭기의 출력신호 V1을 검출하는 과정에 대한 본 발명의 일 실시예이다
차동증폭기의 Negative Input 단자에는, 오브젝트의 출현에 의해 <수학식5>에 기초한 제2검출신호가 형성되는 검출신호선(202)이 연결되었고, 제1검출신호의 복제된 DAC전압은 Positive Input 단자에 연결되었다.
이러한 연결방식에 의해 도16b의 실시예에 따른 차동증폭기의 출력은 <수학식6>과 동일한 <수학식4>-<수학식5> 또는 (제1검출신호-제2검출신호)인 V1 전압을 출력한다. 도16b의 실시예에서, 차동증폭기의 출력전압 V1을 형성하는 전달함수(Transfer Equation)는 다음의 <수학식8>이다.
<수학식8>을 참조하면, V1은 제1검출신호인 DAC_copy와 제2검출신호의 차이에 의해 차동증폭기에서 출력되는 값이다. 제2검출신호는 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기에 따라 변하는 신호이므로, 차동증폭기 출력 V1은 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기만이 변수(Variable)로 작용하며, 오브젝트 정전용량(Cobj)의 크기에 따라 크기가 변하는 전압이다.
도16c는 하나의 차동증폭기에 복수의 신호선을 연결하는 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
본 발명의 실시예는 제1검출신호를 디지털형태의 data로 메모리에 저장하기위해 DAC을 사용한다. DAC은 메모리에서 순차적으로 호출되고, 호출된 DAC의 출력전압은 차동증폭기 일측 입력단자에 연결되며, 복제된 DAC의 주인(Master)인 CDA의 검출신호선(202)이 차동증폭기의 타측 입력단자에 순차적으로 연결되어 전압차이가 차례로 출력된다.
본 발명의 실시예에서는 2개 또는 그 이상의 개수를 가지는 DAC장치를 사용할 수 있으나, 많은 수의 DAC을 사용하면 반도체IC(400)의 면적이 증가하고 DAC을 제어(Control)하는 Logic회로의 설계 및 구성이 복잡해지며 소비전류가 증가한다는 문제가 있으므로 바람직하게는 1개의 DAC을 사용한다.
또한 본 발명은 2개 또는 그 이상의 개수를 가지는 ADC장치를 사용할 수 있으나, 많은 수의 ADC를 사용하면 반도체IC(400)의 면적이 증가하고 ADC를 제어(Control)하는 Logic회로의 설계 및 구성이 복잡해지며 소비전류가 증가한다는 문제가 있으므로, 바람직하게는 하나의 ADC만 사용하며, ADC는 차동증폭기의 출력단자에 연결되어 시분할방법(Time Sharing Method)으로, 출력되는 전압 V1을 디지털 코드로 변경하는 프로세싱을 진행한다
DAC 및 ADC를 시분할방법으로 사용하기 위한 차동증폭기의 구성은 아래의 세가지 방법이 있다.
1. DAC 및 ADC를 이용한 차동증폭기 구성에 관한 첫번째 방법의 실시예
CDA컬럼마다 하나의 차동증폭기를 사용하는 방법이며 하나의 그룹안에 포함된 컬럼의 개수만큼 차동증폭기가 필요하다.
DAC은 하나의 입력코드에 대응하여 하나의 전압만을 출력하므로, DAC은 하나의 차동증폭기에서 프로세싱이 완료된 후 다음 차동증폭기에 재 연결되는 등 하나의 그룹에 포함된 컬럼의 개수만큼 설치된 차동증폭기에 차례로 연결된다.
ADC는 DAC과 동일하게 위치이동을 하며 DAC과 동일하게 복수의 차동증폭기에 순차적으로 연결된다.
복수의 차동증폭기에서 V1이 순차적으로 출력되면, ADC의 프로세싱으로 전압 V1이 디지털 값으로 변환되고 메모리에 임시 저장되어 CPU(460)에 의해 필요한 정보가 추출된다.
첫번째 컬럼그룹의 프로세싱이 완료되면 두번째 컬럼그룹에서 프로세싱이 진행되며 세번째 또는 네번째 그룹 등이 존재하면, 사전에 정의된 순서에 따라 모든 그룹에 대한 프로세싱이 순차적으로 진행된다.
첫번째 방법의 실시예의 경우, 검출신호선(202)마다 차동증폭기가 연결되어 있으므로 검출신호선에서 형성되는 신호가 안정적이라는 장점이 있지만 차동증폭기의 개수가 증가하고 DAC 및 ADC가 모든 차동증폭기의 입력 또는 출력에 연결되어야 하므로 배선(Layout)이 복잡 해지며 차동증폭기의 개수증가로 소비전류가 증가되고 반도체IC(400)의 면적이 증가된다는 단점이 있다.
2. DAC 및 ADC를 이용한 차동증폭기 구성에 관한 두번째 방법의 실시예
두번째 방법의 실시예는, 컬럼그룹마다 하나의 차동증폭기를 사용하며 컬럼그룹의 모든 검출신호선이 하나의 차동증폭기에 연결되는 방법이다. 차동증폭기의 개수는 그룹의 개수만큼만 필요하므로 첫번째 방법의 실시예에 비해 차동증폭기의 수량이 감소함에 따라 소비전류 및 Layout에 대한 이점이 있다.
도16c의 AMP 입력신호선 선택부(430-2)는 차동증폭기에 입력되는 검출신호선 중 하나를 선택하는 스위치이다. 하나의 그룹에는 10개의 컬럼이 있는 것으로 가정하였으므로 10개의 검출신호선이 차동증폭기로 입력되며, 반도체IC(400)의 CPU(460) 또는 Logic부의 제어(Control)에 의해 AMP 입력신호선 선택부(450-2)의 스위치 중 하나만 선택적으로 턴온된다. 턴온된 스위치를 제외한 나머지 스위치는 턴오프된 상태에서, 턴온된 스위치에 연결된 CDA(100)의 복제된 DAC이 메모리에서 호출되어 차동증폭기에 연결되면 두 전압의 차이가 출력되고 DAC과 pair로 동작하는 ADC에 의해 프로세싱이 진행된다.
3. DAC 및 ADC 및 차동증폭기 구성에 관한 세번째 방법의 실시예
세번째 방법의 실시예는, 복수의 그룹에서 출력되는 복수의 검출신호선이 하나의 차동증폭기를 공용으로 사용하는 방법이다.
컬럼그룹마다 하나씩 설치된 각 Loader의 출력단자를 동일한 출력성분끼리 연결하고, 프로세싱이 필요한 컬럼그룹의 Loader(450) 출력제어신호인 LD에 Enable 신호를 인가하여 로더를 활성화하고 나머지 Loader의 LD에 Disable 신호를 인가하면, 마치 하나의 Loader(450)만 존재하는 것처럼 동작하므로 "DAC 및 ADC를 이용한 차동증폭기 구성에 관한 두번째 방법의 실시예"와 동일하게 그룹별로 하나씩 존재하는 Loader에 하나의 차동증폭기가 사용되는 것과 동일한 효과의 프로세싱이 가능하다.
또한, 복수의 Loader에서 출력된 검출신호선을 동일한 출력성분끼리 연결하여 하나의 검출신호선으로 대체하면 AMP입력신호선 선택부(430-2)에 입력되는 신호선의 개수가 줄어드는 효과가 있다.
검출/구동신호선 스위치그룹(437) 및 Loader(450)가 표시장치에 설치되고, AMP입력신호선 선택부(430-2) 및 차동증폭기(430-1)가 반도체IC(400)에 설치되는 경우, Loader의 출력은 표시장치(10)와 연결된 연결부재(300)를 통하여 AMP입력신호선 선택부(430-2)로 입력된다. Loader(450)에는 컬럼그룹을 구성하는 복수의 컬럼에 해당되는 검출신호선(202)이 입력되고 입력된 값은 LD가 Enable 상태가 되면 출력되므로, Loader(450)의 출력이 연결부재(300)를 통하여 AMP입력 신호선 선택부(430-2)로 전달되는 검출신호선의 개수는 컬럼그룹내 포함된 컬럼의 개수와 동일하다.
일반적으로, 컬럼그룹내 컬럼의 개수가 10여개 정도이며 검출/구동스위치그룹(437)의 제어를 위해 반도체IC(400)에서 디코더(436)로 입력되는 신호선 및 기타 필요한 신호선 등이 10여개 정도이므로, 연결부재(300)를 통하여 반도체IC(400) 및 표시장치(10)와 연결되는 연결부재(300)의 접합부(301)의 패드(pad)수는 20여개 정도이고, 이로 인해 연결부재(300)의 폭도 좁아지므로 본 장치가 표시장치(10)에 설치되어 구성되는 모듈의 형태는 단순해지고, 표시장치의 Source IC의 출력이 없는 좌측이나 우측의 코너부분에 접합부(301)를 간단히 설치하는 것이 가능하다.
이와 같이 검출/구동신호선 스위치그룹(437) 및 Loader(450)가 표시장치에 설치되는 경우, CDA컬럼을 구성하는 복수의 CDA중에서 하나의 검출 CDA만 선택하여 Loader(450)에 입력시키고, 복수의 Loader(450)에서 출력되는 검출신호선을 동일한 출력성분끼리 공통 접속하면 Loader(450)에서 AMP입력신호선 선택부로 입력되는 검출신호선의 개수가 획기적으로 감소되는 효과가 있다.
이로 인해 반도체IC(400)의 신호선 입력Pin(401)의 개수가 감소되어 반도체IC 면적 축소에 따른 원가 절감 효과가 있고, 수백개의 CDA 신호선이 십 여개의 CDA 신호선으로 축소되므로 CDA 신호선의 폭(Width)을 넓게 하여 CDA 신호선의 선저항을 작게 하고 이로 인해 RC에 의한 지연효과가 개선되어 검출신호선에서 신호를 더 빨리 검출할 수 있으므로, 신호검출 프로세싱 시간이 단축되고 소비전류가 감소되는 효과가 있다.
또한 후술하는 Tx의 프로세싱 과정에서 CDA 신호선의 저항감소로 인해 Tx의 Rising time의 속도가 개선되는 효과가 있다.
도18a는 하나의 차동증폭기를 사용하여 복수의 Loader(450-1, 450-2)에서 출력되는 검출신호선의 개수를 줄이는 본 발명의 일 실시예이며, 도18b는, 도18a에 사용되는 소자들 간의 신호흐름에 대한 본 발명장치의 일 실시예이다.
이하에서는 도18a 및 도18b를 참조하여, 차동증폭기(430-1)를 하나만 사용하는 DAC 및 ADC 및 차동증폭기 구성에 관한 세번째 방법의 실시예 및 소자(Component)들 간의 신호흐름에 대해 설명한다.
도18a의 실시예에서는, 20개의 컬럼을 좌그룹 및 우그룹 등 두개의 그룹으로 분리하여, 왼쪽 COL1부터 COL10까지 10개의 컬럼이 포함된 그룹을 Group1으로 호칭하였으며, 오른쪽 COL11부터 COL20까지 10개의 컬럼이 포함된 그룹을 Group2로 호칭하였다.
도18a의 일 실시예에서, 하나의 컬럼에는 원거리 1번 CDA부터 근거리 25번 CDA등 25개의 CDA(100) 및 각 CDA와 연결된 25개의 CDA신호선(200)이 검출/구동신호선 스위치그룹(437)에 입력된다.
본 발명에서는 하나의 컬럼에 포함된 25개의 CDA중 사전에 설정된 순서에 의해 순차적으로 CDA를 선택하고, 선택된 CDA(100)에서 오브젝트 정전용량(Cobj)이나 펜에서 출력되는 신호를 검출한다. 오브젝트 검출을 위해 각 컬럼에서 선택된 검출CDA(100)의 위치(번호)는 컬럼마다 다를 수 있으나, 바람직하게는 각 컬럼에서 선택된 검출CDA(100)의 위치는 동일하며, 이로 인해 하나의 그룹에서 동일한 행(Row)의 모든 CDA(100)들은 검출CDA로 동작한다.
본 발명은, 하나의 검출CDA에 연결된 검출신호선(202) 및 검출신호선과 이웃한 복수의 구동신호선(201)을 선택하며, 검출CDA에서는 오브젝트를 검출하고 구동신호선에는 구동전압을 인가한다.
n번째(nth) 검출신호선이 선택되면, 한쌍(one pair) 또는 복수의 구동신호선 쌍(Pair)을 선택할 수 있다. n번째 검출신호선 및 한쌍의 구동신호선을 선택하는 경우, 구동신호선은 [(n-1), (n+1)]의 한쌍이 선택된다.
하나의 컬럼에서 n번째 CDA가 검출CDA로 선택되면 m의 개수만큼 쌍(Pair)의 구동신호선을 선택할 수 있다. 즉, "CDA(n, ±m), 1, 2, ?? m. m은 양의정수"에서, CDAn은 검출신호선의 행 번호(Row Number)이고, 구동신호선의 행 번호는 (CDA(n±m), m=1부터 m까지)이고, m은 구동신호선의 쌍 개수(a number of pair)이다. 예를 들면, 하나의 컬럼에서 검출신호선 및 구동신호선이 (10, ±3)으로 표시되는 경우, 10번째 행의 CDA가 검출CDA이며, 세쌍의 검출신호선이 선택되며, 세쌍의 검출신호선의 행 번호는 (9,11)/(8,12)/(7,13)이다.
복수의 그룹으로 구성된 본 발명의 장치에 있어서, 첫번째 그룹에서 n번째행(Row)에 포함된 모든 CDA의 프로세싱이 완료되면, 나머지 그룹에서도 동일한 n번째 행에 포함된 모든 CDA가 선택되어 프로세싱이 진행된다.
도18a의 실시예에 따른 본 발명의 실시예는, CDA 컬럼을 좌측 및 우측 두개의 그룹으로 분리하고, 좌측그룹 또는 우측그룹 중 하나의 그룹에서 프로세싱이 완료되면 나머지 그룹의 프로세싱이 진행되며, 모든 컬럼의 동일한 행(Row)에 위치한 CDA(100)에서 프로세싱이 진행되는 것으로 가정하였다.
도18b를 참조하면, n번째 행의 프로세싱이 완료되면 n+1번째 행의 프로세싱이 진행되고, 이후 미 도시된 n+2번째 행의 프로세싱이 진행되는 등 마지막 행까지 또는 사전에 설정된 행까지 프로세싱이 진행된다. 복수의 그룹에서 동시에 프로세싱이 진행될 수 있으나, 구동전압 인가 시 돌입전류(In rush current) 및 검출신호선에서의 방전 또는 ADC나 DAC의 추가설치 등의 문제가 있으므로, 하나의 그룹에서 프로세싱이 완료된 후 다음 그룹에서 프로세싱이 진행되는 등 하나의 그룹에서만 프로세싱이 진행되는 것이 바람직하다. 도18b의 실시예에서는 Group1에서 프로세싱이 진행된 후 Group2에서 프로세싱이 진행되는 것으로 가정하였다.
CDA에 구동전압을 인가하여 오브젝트를 검출하는 스캔(Scan) 방법은 여러가지가 있다. 일 실시예로, 홀수행의 CDA만 사용하여 스캔할 수 있으며, 짝수행의 CDA만 사용하여 스캔 할 수도 있다. 또는 선택된 행의 CDA를 기준으로 두개의 CDA를 건너뛰고 세번째 CDA를 프로세싱 하는 등 2C+1(C=0,1, 2,..양의정수)과 같은 수학식으로 CDA의 행번호를 결정할 수도 있고, 동일한 방법으로 3C+1(C=0,1,2..양의정수)와 같이 설정될 수도 있다. 전체의 CDA를 스캔(Scan)하지 않고 부분적으로 Scan하는 것은, 오브젝트의 존재 유무만을 판단하여 오브젝트의 좌표를 추출하기 위한 전체스캔 진행여부를 판단하기 위한 것으로서, 스캔시간 감소에 따라 소비전류가 감소한다. 부분 스캔에서 오브젝트가 검출되면 전체 CDA를 스캔하여 오브젝트의 정밀한 위치좌표를 구하게 된다.
도18a의 SG1과 SG2에서 번호는 그룹의 번호이고, SG1,1-1은 그룹1의 컬럼1의 스위치그룹1이라는 의미이다. 도18a에는 컬럼마다 3개의 스위치그룹(437)이 설치되어 있다. 이는 "(n, ±m), m=1"의 경우이며, n번째 검출신호선을 중심으로 한쌍의 검출신호선이 선택되므로 3개의 스위치그룹이 필요하다. 만일, "(n, ±m), m=1, 2"의 경우에는 컬럼마다 5개의 스위치그룹이 필요할 것이다.
복수의 스위치그룹(437) 중 하나는 검출신호선을 선택하는 검출스위치그룹(437-1)이고 나머지는 구동스위치그룹(437-2)이다. 도18a의 실시예에서는, 중심의 스위치그룹을 검출스위치그룹(437-1)로 가정하였으며 좌우의 스위치그룹을 구동스위치그룹(437-2)로 가정하였다.
하나의 컬럼에 포함된 모든 CDA는 해당 컬럼의 모든 스위치그룹에 입력되고 스위치그룹마다 하나의 CDA가 출력된다. 도18a의 실시예서는, 하나의 컬럼에 포함된 25개의 CDA(100) 및 25개의 CDA신호선(200)이 3개의 스위치그룹(437)에 모두 입력된다.
하나의 컬럼에 해당되는 모든 스위치그룹(437)에 입력된 CDA는 내부스위치(438)의 입력단자마다 하나씩 연결되며, 스위치그룹(437)마다 하나의 내부스위치(438)가 턴온 되어 스위치그룹(437)마다 하나의 CDA신호선이 출력된다.
본 발명의 CDA가 표시장치(10)에 설치되고 검출/구동스위치그룹(437)도 표시장치에 설치되는 경우, 내부스위치(438)는 표시장치(10)의 화소data를 출력하는 스위칭소자와 동일한 소자를 사용하는 것이 바람직하다. 표시장치(10)의 화소data를 출력하는 스위칭소자는 표시장치(10)의 Gate Drive IC에서 출력되는 턴온/턴오프 제어신호에 의해 턴온 또는 턴오프 되며, 표시장치(10)의 Source Drive IC에서 출력되는 화소 정보를 화소(Pixel)에 전달하는 역할을 하는 소자이며 내부스위치(438)도 이와 동일한 기능을 한다.
따라서, 표시장치(10)의 화소용 스위칭소자를 제조하는 공정에서 동일한 mask를 사용하여 본 발명의 스위치그룹(437)에 포함되는 내부스위치(438)을 제조하면, 별도의 공정없이 내부스위치(438)를 제조하는 것이 가능하다.
또한, 내부스위치(438)가 표시장치(10)의 화소용 스위칭소자와 동일한 경우 내부스위치(438)에 사용되는 턴온 및 턴오프 전압은, 표시장치의 Gate Drive IC에서 출력되는 턴온 및 턴오프 전압을 사용할 수 있으므로, 본 발명의 디코더(436) 출력이 Gate Drive IC의 출력전압과 동일하도록 설정하면, 안정적으로 내부스위치(438)의 턴온 또는 턴오프 동작을 시키는 것이 가능하다.
스위치그룹(437) 및 디코더(436)가 표시장치에 설치되는 경우, 디코더에서 출력되는 신호의 Level은 표시장치(10)의 Gate Drive IC에서 출력되는 High 및 Low 전압과 동일한 것이 바람직하다. 또한 Gate Drive IC가 표시장치(10)에 내장된 경우 디코더(436)에 사용되는 스위칭소자도 Gate Drive IC에 사용된 동일한 스위칭소자인 것이 바람직하며, Gate Drive IC의 스위칭소자의 제조공정과 동일한 공정에 의해 제조되는 것이 바람직하다. 또한, 디코더(436)가 표시장치(10)의 Gate Drive IC에서 출력되는 High 및 Low 전압과 동일한 전압을 출력하기 위하여 디코더(436)에는 표시장치(10)의 Gate Drive IC에서 사용하는 High 및 Low 전압과 동일한 전압이 공급되어야 한다
일반적으로, 표시장치(10)에 사용되는 하나의 Gate Drive IC는 수백개의 Gate 제어 출력 중 하나의 출력만 턴온 전압을 출력하고, 나머지 출력은 턴오프 전압을 출력한다. 본 발명의 디코더(436)도 수십개의 출력 중 하나의 출력만 내부스위치(438)를 턴온 시키는 턴온 전압이고 나머지 출력은 내부스위치(438)의 턴오프 전압이다.
도18a의 실시예는, 하나의 컬럼에 25개의 CDA(100)가 설치되어 있으므로, 디코더의 출력은 적어도 25개가 필요하며, 25개(G0~G24)의 디코더(436) 출력 중 턴온 전압이 출력되는 출력선 번호(Output Line Address)는 도18b의 Decoder out에 "Gn"으로 표시하였다. Decoder out이 "Gn"이므로 25개의 디코더 출력 중 n번째 Line에서 출력되는 전압이 턴온 전압이라는 의미이다. NMOS로 구성된 스위칭소자(438)의 턴온 전압은 High Voltage이지만 PMOS로 구성된 스위칭소자(438)의 턴온 전압은 Low Voltage이다. 따라서 디코더(436)에서 출력되는 하나의 턴온 전압은 High전압이거나 또는 Low전압일 수 있다.
디코더(436)의 출력을 제어하는 제어신호는 반도체IC(400)의 CPU(460)나 Logic부에서 출력되어 디코더(436)로 입력된다. 만일 디코더(436)가 표시장치(10)에 설치되는 경우, 반도체IC(400)에서 출력되는 High 및 Low Level로는 디코더(436)의 제어가 안될 수 있으므로, 반도체IC(400)에서 출력되는 Level은 표시장치(10) 내부에 설치된 레벨 시프트(Level Shifter)(439)에서 표시장치(10)에 사용되는 스위칭소자의 High 및 Low Level로 변경된다. 레벨 시프트(Level Shifter)(439)에 의해 반도체IC(400)에서 출력되는 High전압은 표시장치(10)에서 사용되는 스위칭소자의 High Level로 변경되며, 반도체IC(400)의 Low Level 출력은 표시장치 스위칭소자의 Low Level로 변경된다. 예를 들어, 반도체IC(400)에서 출력되는 Low전압인 0V는 레벨 시프트(Level Shifter)(439)에서 표시장치(10)에 사용되는 스위칭소자의 Low Level 전압인 -6V로 변경되며, 반도체IC(400)에서 출력되는 High Level 전압인 3V는 표시장치(10)에 사용되는 스위칭소자의 High Level 전압인 10V로 변경된다.
도18a의 스위치그룹(437)은 25개의 디코더 출력을 필요로 하므로 5개의 디코더 입력제어신호가 필요하며, 디코더에서 출력되는 신호의 개수가 2n을 초과하지 않도록 입력제어신호의 개수 n이 결정된다.
도18a의 실시예에서 검출스위치그룹(437-1)의 출력이 CDAn일 때 즉, n번째 CDA가 검출스위치그룹(437-1)에서 선택될 때, 도7d의 실시예에서 설명한 것과 동일하게 구동스위치그룹3(SGx, y-3)에서 선택된 구동신호선은 CDA(n+1)번째에 해당하는 구동신호선이고, 구동스위치그룹1(SGx, y-1)에서 선택된 구동신호선은 CDA(n-1)번째에 해당하는 구동신호선으로 가정하였다.
디코더(436)의 턴온/턴오프 제어신호에 의해 검출스위치그룹(437-1)에서 선택된 컬럼1의 검출신호선(210)은 제1그룹 Loader(450-1)와 연결되며, 동일하게 컬럼2 (COL2)내지 컬럼10(COL10)에서 하나씩 선택된 검출신호선들도 모두 제1그룹 Loader(450-1)의 입력단자에 연결된다. Group2에서도 컬럼11(COL11)내지 컬럼20 (COL20)에서 검출스위치그룹(437-1)의 동작에 의해 하나씩 선택된 10개의 검출신호선은 제2그룹 Loader(450-2)의 입력단자에 연결된다.
한편, Loader(450)가 표시장치에 설치되는 경우, 반도체IC(400)에서 주어지는 Loader(450)의 제어신호인 "LD" 신호도 Loader(450)에 사용되는 스위칭소자의 턴온/턴오프 전압특성에 적합하도록 레벨 시프트(Level Shifter)(439)에서 변경되어 Loader(450)의 "LD"단자와 연결된다.
도18a의 Loader(450)에는 10개의 출력성분(Output Element)이 있으며, out1 내지 out10까지이다. 본 발명의 일실시예는, Loader에서 출력되는 동일한 번호를 가지는 출력성분끼리 서로 연결하면 AMP 입력신호선 선택부(437)로 입력되는 검출신호선의 개수는 감소한다.
다시 도18a 및 도18b의 실시예를 참조하면, 디코더(436)에서 출력되는 신호에 의해 그룹1 및 그룹2에서 동일한 행(Row)의 CDA(100)가 선택되어 제1그룹Loader(450-1) 및 제2그룹Loader(450-2)로 입력되지만, 일 실시예로 제1그룹Loader(450-1)의 "LD1"만 Enable 상태이면 제1그룹Loader(450-1)의 입력신호는 모두 출력되고, 제2그룹Loader(450-2)의 입력신호들은 "LD2"가 Disable 상태이므로 출력되지 못하여서 제2그룹Loader(450-2)의 동일한 출력성분의 신호들은 제1그룹Loader(450-1)에 영향을 미치지 않는다.
그룹1에서 오브젝트 정전용량을 검출한 후 차동증폭기에서 출력되는 전압을 ADC로 변환하는 등의 프로세싱이 완료되면 그룹2에서도 동일한 프로세싱이 진행되며, 이때 제2그룹Loader(450-2)의 신호만 출력되어야 하므로 "LD1"은 Disable상태로 전환하고 "LD2"는 Enable상태로 전환한다.
본 발명은 상기에 설명한 바와 같이 프로세싱이 진행되는 그룹의 Loader의 출력제어신호인 "LD"만 Enable상태를 유지하고, 프로세싱이 미진행중인 그룹에 속한 로더의 "LD"는 Disable 상태를 유지하여 Loader(450)의 출력이 서로 간섭 받지 않도록 하는 것을 특징으로 한다.
도18a의 실시예에서, Group1은 하나의 컬럼마다 25개의 CDA로 구성된 10개의 컬럼으로 구성되며, Group2도 250개의 CDA로 구성된 10개의 컬럼으로 구성된다. 컬럼마다 포함된 검출/구동 스위치그룹(437)에 의해, 컬럼마다 하나의 검출신호선이 출력되므로, Group1에서는 10개의 검출신호선이 출력되고 Group2에서도 10개의 컬럼에서 10개의 검출신호선이 출력된다.
CDA 및 검출/구동스위치그룹(437)이 OLED같은 표시장치에 설치되면 500개의 CDA 신호선이 20개의 컬럼에서 출력되는 20개의 검출신호선으로 축소되는 효과가 있으므로, 반도체IC(400)의 신호선입력Pin(401)의 개수가 500개에서 20개로 대폭 축소됨에 따라 반도체IC(400)의 면적이 축소되므로 원가가 절감되는 효과가 있다.
또한 Loader(450)도 OLED같은 표시장치에 내장되어 설치되고, 복수의 로더에서 동일한 출력성분끼리 연결된 검출신호선이 반도체IC(400)로 입력되면, 도18a와 같은 본 발명의 실시예의 경우 500개의 CDA가 10개로 축소되고, 반도체IC(400)로 입력되는 신호선입력Pin(401)의 개수는 20개에서 10개로 더욱 축소되므로 반도체IC(400)의 패키지(Package)의 핀 수 절감에 따라 패키지 가격이 절감되고 패키지의 크기가 작아지는 효과가 있으며 연결부재(300)에 실장 되는 반도체IC의 실장의 자유도가 증가하는 효과가 있다.
도18a의 실시예에서는 그룹마다 컬럼이 10개이며 2개의 그룹인 경우를 가정하였으나, 17인치 모니터와 같이 표시장치가 큰 경우에는 그룹의 개수가 4개 또는 8개 또는 그 이상으로 확대되며, 하나의 컬럼에 포함되는 CDA의 개수도 40개 이상이 되는 경우도 있으므로, 약 1,000개 이상의 CDA 개수를 가진 본 발명의 오브젝트 검출장치에서 검출/구동 스위치그룹(437) 및 Loader(450)를 표시장치에 내장하면 십여 개의 검출신호선으로 오브젝트를 검출할 수 있으며, 축소된 검출신호선으로 인해 반도체IC(400)의 면적이 획기적으로 축소되는 효과가 있다.
한편, 검출/구동신호선 스위치그룹(437) 및 Loader(450)가 OLED와 같은 표시장치에 내장 설치될 때, 하나의 컬럼에 포함된 복수의 구동스위치그룹(437-2)에서 출력되는 복수의 구동신호선을 공통 연결하여 공통 연결된 구동신호선에 하나의 구동전압을 인가하면, 모든 구동신호선마다 구동전압이 인가되는 실시예에 비해 구동전압의 개수가 줄어들어 Layout의 자유도가 증가하는 장점이 있다.
도18a의 컬럼1구동신호선(210-1)은 구동스위치그룹1과 구동스위치그룹3에서 출력된 2개의 구동신호선을 상호 연결한 것이며, 그룹1의 이러한 구동신호선은 모두 연결되어 G1_Vd의 이름을 가진 하나의 구동신호선으로 구동부(420)과 연결되었고, 그룹2의 모든 구동신호선은 G2_Vd의 이름을 가진 하나의 구동신호선으로 구동부(420)에 연결되었다.
도18a의 실시에서 G1_Vd 및 G2_Vd는 하나의 전원선으로 제1단 구동전압 및 제2단 구동전압을 시분할 방법으로 공급할 수 있으나, 바람직하게는 제1단구동전압 및 제2단 구동전압으로 구성된 두개의 전원선으로 공급한다. 이때, 공통 연결된 구동신호선은 미 도시된 스위칭소자의 동작에 의해, 제1단 구동전압이 인가되는 시점에는 제1단 구동전압을 공급하는 전원선에 연결되고 제2단 구동전압이 인가되는 시점에는 제2단 구동전압을 공급하는 전원선에 연결된다. 하나의 전원선을 이용하여 제1단 구동전압 및 제2단 구동전압을 인가하는 방법에 비해 제1단 및 제2단 구동전압을 공급하는 개별 전원선에 연결되는 방법은 제1단 구동전압에서 제2단 구동전압으로 변경되는 시점의 Falling Time이나 Rising Time을 조금 더 빨리 하는 효과가 있으며 전류공급능력이 향상되는 효과가 있다.
한편, 그룹1의 프로세싱을 위하여 그룹1에 구동전압이 인가되는 경우에는 프로세싱이 진행되지 않는 그룹인 그룹2에는 구동전압이 인가되지 않는 것이 바람직하다. 또한, 프로세싱을 진행하지 않는 그룹의 구동전압은 하이 임피던스(High Impedance, Hi-z")상태를 유지하거나, 제1단구동전압 또는 제2단구동전압의 하나를 인가하여 DC 상태를 유지하여 검출신호선 상호간 커플링에 의한 간섭에 의해 발생하는 노이즈의 유입을 방지할 수 있다. 따라서, 구동부는 High전압(Vd2) 및 Low전압(Vd1) 및 Hi-z등 3개의 상태를 갖는다.
도18b를 참조하면, 그룹1의 프로세싱 시점에, 그룹1의 구동전압을 인가하는 G1_Vd를 통하여 제1단구동전압인 Vd1이 인가되고, 소정의 리셋전압을 인가하는 시간이 경과한 후 리셋전압이 차단되며, 이후 제2단구동전압인 Vd2가 인가된다. 그룹1의 프로세싱 시점에 그룹2의 구동전압은 Hi-z상태를 유지하고 있으나 그룹1의 구동전압과 동일한 형태의 구동전압이 인가되거나 Vd1이 인가되거나 Vd2가 인가될 수 있다.
그룹1의 프로세싱이 완료되면, 그룹2에 구동전압을 인가하는 구동부(420)의 G2_Vd를 통해 제1단구동전압인 Vd1과 제2단구동전압인 Vd2를 인가하는 것은 그룹1과 동일하다.
도18b의 실시예에서, 제2단 구동전압인 High 전압이 인가된 후 소정의 시간이 경과하면, AMP입력신호선 선택부(430-2)는 정해진 순서에 의해 입력된 신호를 하나씩 선택하여 출력한다. AMP입력신호선 선택부(430-2)를 제어하는 "select"는, 입력된10개의 신호중 하나를 선택하여 출력시키기 위한 신호이며, 4개신호선의 Logic에 따라 입력된 10개의 신호중 하나를 선택한다. 도18b의 실시예에서는 HEX Code가 입력되며 입력된 HEX코드에 따라 출력신호가 결정된다. 예를 들어, 입력된 Select 신호의 HEX코드가 0H이면 첫번째 입력신호선인 "in1"의 신호가 출력되며, select 신호의 HEX코드가 9H이면 in10이 선택되어 in10의 신호가 출력된다.
도18b를 참조하면, AMP입력신호선 선택부(430-2)를 제어하는 "select"는, 0H부터 9H까지 순차적으로 주어지며, AMP입력신호선 선택부는 이에 반응하여 in1부터 in10까지 10개의 신호를 순차적으로 출력한다.
AMP입력신호선선택부(430-2)에서 출력된 신호는 "Block1"을 통과한다. Block1은 저역통과필터(LPF)이거나 아날로그 버퍼(Buffer)이거나 증폭기이거나 스위치 등일 수 있으며, 그 외에도 OPAMP 및 저항 및 정전용량 및 CMOS등의 조합에 의해 다양한 회로물로 구성될 수 있다. 또는 Block1을 통하지 않고 AMP입력신호선 선택부의 출력은 차동증폭기의 입력과 직결(Direct Connection)될 수도 있다.
도18b의 실시예에서 DAC의 0H나 1H등 주어진 코드는, 메모리에 저장된 복제된 DAC의 address이며, 해당 address에 저장된 DAC code를 차동증폭기와 연결된 DAC에 인가하면 DAC에서 아날로그전압으로 변환되어 검출신호선과의 전압차이가 차동증폭기에서 증폭되어 출력된다.
차동증폭기에서 출력된 신호는 Block2를 거치며 Block2도 Block1과 동일하게 필터 또는 증폭기 또는 버퍼 또는 OPAMP나 CMOS등으로 구성된 소자 등으로 구성된 회로물이며 Block2를 통과한 신호는 ADC에 의해 처리되어 메모리에 저장된다.
ADC에 의해 10개의 검출신호선에 대한 프로세싱이 완료되면, 제1그룹Loader(450-1)는 LD1에 의해 Disable되고, 그룹2의 프로세싱을 위해 제2그룹Loader(450-1)의 LD2에 Enable 신호가 주어진다.
이후 그룹1과 동일한 과정을 거쳐 그룹2의 컬럼11부터 컬럼20까지의 신호를 검출하되 CDA의 위치가 다르므로 메모리에 저장된 DAC의 address가 다르다. 도18b의 실시예에서는 편의상 11번째 컬럼의 n번째 CDA에 대응하는 DAC의 Address를 AH(11번째)로 정했으며 마지막 DAC address는 20번째인 13H로 정했다.
각 컬럼마다, 두번째 CDA인 CDA(n+1)에 대한 프로세싱이 진행되기위해, Decoder(436)의 G(n+1) 출력이 턴온 상태의 출력 전압이며 이로 인해 검출스위치그룹(437-1)에서 CDA(n+1)이 선택되고 구동스위치그룹에서 CDAn 및 CDA(n+2)이 선택된다.
이후, 구동신호선에 구동전압을 인가하고 프로세싱을 진행할 그룹별로 Loader(450)의 LD 신호를 제어하며, AMP입력신호선선택부(430-2)에서 순차적으로 출력신호를 선택하고 복제된 DAC도 메모리에서 순차적으로 호출해서 차동증폭기를 이용하여 제1신호 및 제2신호의 차이를 검출하고 이를 ADC를 통하여 디지털코드로 변환 및 메모리에 저장하는 과정이 연속적으로 반복된다.
한편, 도18a의 일 실시예를 다시 참조하면, 각 컬럼별로 공급되는 디코더(436)의 출력은 횡방향으로 Layout되며 제1그룹 Loader(450-1) 및 제2그룹Loader(450-2)의 출력성분별 연결선도 횡방향으로 Layout된다. 또한 Loader(450)에서 출력되어 AMP입력신호선선택부(430-2)와 연결되는 신호선은 종방향으로 Layout되고 있다.
디코더(436) 또는 스위치그룹(437) 또는 Loader(450) 또는 레벨 시프트(Level Shifter)(439) 또는 후술하는 신호선/DC절환스위치 등 본 장치의 소자(Component)들이 표시장치(10)에 내장되어 설치되는 경우, 표시장치(10)의 화소 data를 위한 배선 및 Gate 신호선들과의 간섭이 발생하면 coupling에 의한 노이즈가 유입되므로 화소 data를 위한 배선 및 Gate 신호선들과 겹치지 않도록 배치하는 것이 바람직하다.
표시장치(10)의 화소data전달을 위한 신호선은 주로 종방향으로 소스 메탈(Source Metal)을 사용하여 배선 되며, Gate 신호선은 대부분 횡방향으로 Layout되며 Source Metal과는 다른 층의 Metal을 사용하여, Source Metal을 사용하는 화소data 신호선과의 간섭을 회피하고 있다.
본 발명에서도 횡방향으로 Layout되는 신호선은 Gate 신호선에 사용되는 metal layer를 사용하되 바람직하게는 Gate Metal을 사용하며, 종방향으로 Layout되는 신호선은 화소 데이터 전달신호선인 종방향의 layout과 동일한 layout을 사용하되 바람직하게는 Source Metal을 사용한다. 종방향의 배선과 횡방향의 배선이 만나는 곳에서는 Short Point를 이용하여 Source metal과 Gate Metal을 연결한다.
이러한 원칙에 따른 일 실시예는, 모든 스위치그룹에 전달되는 디코더(436)의 출력은 Gate metal을 사용하여 화소 신호선과의 간섭을 회피하며, Loader의 출력성분별 연결신호선도 횡방향의 Gate Metal을 사용하여 화소 신호선과의 간섭을 회피한다. 또한 Loader에서 출력되어 AMP입력신호선선택부(430-2)로 입력되는 복수의 신호선은 종방향의 metal 또는 Source Metal을 사용하여 횡방향의 화소 스위칭소자의 Gate Metal과의 간섭을 회피하는 것이 바람직하다.
이와 같이 본 장치는 CDA(100)부터 Loader(450)에 이르는 경로의 모든 소자들이 표시장치(10)에 설치되어 반도체IC(400)에 전달되는 신호선의 개수가 대폭 축소되는 효과가 있으며, 이러한 소자들은, 표시장치(10)에 설치된 CDA신호선과 연결되는 스위치그룹(437) 및 Loader(450) 및 레벨 시프트(Level Shifter)(439) 및 디코더(436)이다.
이러한 소자들은 표시장치(10)에서 화면이 표시되지 않는 비가시영역(Non Display Area)의 일측에 설치되며, 표시장치의 Source Drive IC의 출력선이 없는 표시장치의 코너(Corner)부분이나 Source 신호선과 겹치지 않도록 Source신호선 사이에도 위치하는 것이 가능하다. 또한 Gate IC에서 출력되는 Gate신호선과의 간섭을 회피하여 Gate신호선이 없는 영역에 설치할 수도 있다.
또한 표시장치의 화면이 표시되는 영역의 Source data Line이나 Gate 구동Line등이 위치하는 BM(Black Matrix)영역에 설치될 수도 있다
이상과 같은 세번째 실시예의 경우는 본 발명의 장치에 하나의 차동증폭기만 사용하고 하나의 차동증폭기에 고정 설치된 DAC 및 ADC의 배선이 단순 해지며, 차동증폭기를 하나만 사용하기 때문에 소비전류가 감소되고 반도체IC(400)의 면적이 감소되는 장점이 있다.
CPU(460)는 ADC로부터 전송된 디지털 코드를 분석하여 1)오브젝트의 출현 여부 판단 또는, 2)표시장치에서의 오브젝트의 위치 즉, 오브젝트의 좌표계산 또는, 3)오브젝트와 CDA(200)과의 거리 등을 연산하여 미 도시된 본 장치 외부의 Host로전송한다.
본 발명의 오브젝트 검출장치는 펜에게 디지털(Digital) 신호를 전송하는 경우(Tx)도 있다.
USI(Universal Stylus Initiative) 규격에 의하면, 펜의 신호를 받기(Rx) 이전에 오브젝트 검출장치에서 펜에게 신호를 먼저 보내(Tx) 펜과의 통신방법이나 ID를 설정하는 등의 동기화 과정이 선행되어야 한다.
오브젝트 검출장치에서 펜에게(to Pen) 먼저 신호를 보내는(Tx) 과정을 USI 규격에서는 "Uplink"라고 하는 프로토콜로 지정하고 있으며, 이러한 Uplink를 위해서는 본 발명의 오브젝트 검출장치의 CDA를 High에서 Low로 또는 Low에서 High로 스윙(Swing)하여 디지털신호를 생성해야 한다. (본 명세서에서 Uplink와 Tx는 동일한 의미로 사용된다)
펜의 Tip은 1mm 정도의 크기 밖에 안되므로, 소비전류를 절감하기 위한 목적으로, 전술한 홀수나 짝수 Row에 있는 CDA만 사용하여 Uplink 신호를 전송하면, 적어도 4mm x 4mm 정도의 면적으로 구성된 CDA의 면적으로는 50%의 확률로 Pen에 대한 Uplink가 실패할 확률이 있고 이러한 문제를 해결하기 위해 모든 CDA를 사용하여 Uplink 신호를 전송해야 한다.
이 경우 도18a의 실시예와 같이 1) 두개의 Group 및 2) 그룹별로 25개의 Row에 대해 USI Uplink Time Slot인 250us를 적용하면 다음과 같이 12.5ms가 소요된다.
* 도18a를 기본으로 하는 USI Uplink 소요시간
250us (USI Uplink Time Slot) * 2(Group) * 25(Row) = 12.5ms
본 발명의 CDA를 이용하여 12.5ms 동안 순차적으로 Pen에게 Uplink신호를 보내는 사이 Pen은 위치이동을 하여 이미 Uplink동작이 완료된 CDA에 위치할 수 있으므로, Pen이 Uplink 신호를 받지 못하는 경우가 발생하는 불확실성이 존재한다. 또한 12.5ms동안 지속적으로 Uplink에 관련된 프로세싱이 진행되어야 하므로, 전류가 과하게 소비되는 문제가 있다.
한편, Pen이 전송하는 Rx신호를 수신하기 위해 모든 CDA를 순차적으로 스캔하며 Tx 전송시간과 동일한 12.5ms가 소요된다고 가정하면. 이미 스캔이 완료된 CDA 위치로 펜이 이동하면 Pen의 Rx 신호를 수신하기 불가하다는 문제가 있다.
도19a는 이러한 문제를 해결하는 본 발명의 실시예로서, 하나의 CDA로 구성된 제2CDA 컬럼이 제1CDA 컬럼과 이웃하여 설치된 본 발명의 실시예이다.
도19a에서 많은 수의 CDA로 구성된 COL1 내지 COL20을 제1 CDA 컬럼이라고 호칭하며, 하나의 CDA로 구성된 AUX1 내지 AUX20을 제2 CDA 컬럼이라고 호칭한다. 또한, 제1 CDA컬럼을 구성하는 CDA를 제1면적 CDA(120)으로 호칭하며 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA를 제2면적 CDA(130)로 호칭한다.
도19를 참조하면, 25개의 CDA로 구성된 컬럼은 COL1부터 COL20까지이며 왼쪽의 10개(COL1 내지 COL10)는 Group1을 구성하고, 오른쪽의 10개는 Group2를 구성한다. 또한 AUX1부터 AUX20까지 하나의 제2면적 CDA로 구성된 제2 CDA컬럼이 제1면적 CDA(120)로 구성된 제1 CDA컬럼과 이웃하여 설치된다.
Group1과 이웃하여 표시장치의 왼쪽에 설치된 제2 CDA 컬럼을 Group3이라고 호칭하고, Group2와 이웃하여 표시장치의 오른쪽에 설치된 제2 CDA 컬럼을 Group4라고 호칭한다. 만일 Group1 및 Group2가 Odd 컬럼 및 Even 컬럼으로 구분되었다면, 제2 CDA컬럼도 Odd 컬럼과 Even 컬럼으로 그룹을 분리하는 것이 바람직하며, 이는 통일성을 가지고 ADC나 DAC을 운용하기 위함이다.
본 발명의 일 실시예와 같이 제2 CDA 컬럼이 하나의 CDA로 구성되면, Group3 및 Group4의 2개의 Group을 사용하여 순차적으로 Uplink 신호를 전송하는 시간은, (앞의 실시예와 동일한) 250us Time Slot에 대해 500us로서, 전술한 실시예에 비해 1/25로 시간이 단축된다. 500us는 Group3이나 Group4 중 하나의 Group에서 먼저 Uplink 신호를 250us동안 전송한 후 나머지 Group이 250us동안 Uplink 신호를 전송하는데 소요되는 시간이다.
한편, CDA를 이용하여 Uplink 신호를 전송하는 것은 ADC나 DAC을 사용하지 않으므로, 하나의 그룹만 활성화해야 한다는 제약이 없어서 모든 제2 CDA컬럼을 이용하여 Uplink 신호를 보내는 것이 가능하다. 이로 인해 본 발명의 실시예인 그룹3 및 그룹4를 동시에 사용하여 Uplink 신호를 전송하면 전송시간은 불과 250us에 불과하다. 이는 기존의 1.25ms가 소요되는 시간에 비해 1/50로서, Uplink 전송시간이 단축되는 것이므로 Pen이 어디로 이동을 하여도 모든 표시장치의 영역에서 Uplink 신호를 빠른 시간에 전송하므로 Uplink fail이 발생할 염려가 없으며 단축된 시간에 비례하여 소비전류가 감소되는 효과가 있다.
본 발명의 제2 CDA컬럼은 Pen을 위한 Tx 신호만 송출하는 것이 아니라 Pen이 전송하는 Rx신호를 수신하는 역할도 하며, Rx 신호는 Charge AMP 또는 비교기 등으로 구성된 Rx 수신부에서 분석된다.
인용발명의 도6이나 본원발명의 도19a와 같은 실시예에서 오브젝트의 좌표를 구할 때 종방향의 좌표와 횡방향의 좌표가 추출되어야 한다. 손가락이 CDA의 상면에 위치하면, 이에 대향하는 복수의 CDA에는 서로 다른 크기의 오브젝트 정전용량이 형성되며, 종방향의 CDA 및 횡방향의 CDA에 대해 무게중심을 구하면 손가락에 대한 좌표가 추출된다. 또한, Pen과 CDA의 대향 위치에 따라 펜에서 출력되는 전압의 크기는 CDA에서 서로 다른 크기로 검출되므로, 검출된 전압에 대해 종방향의 CDA 및 횡방향의 CDA에 대해 무게중심을 구하면 Pen의 좌표가 추출된다.
만일 제2면적 CDA의 폭이 상당히 넓고, 펜이 제2면적 CDA의 중앙에 위치한다고 가정하면, 제2면적 CDA와 이웃한 제1 CDA 컬럼을 향해 Pen에서 출력되는 전압이 전달되지 않고, 이로 인해 종방향에 대한 펜의 위치정보가 없으므로 종방향에 대한 Pen의 무게중심을 구할 수 없다. 그러나 제2면적 CDA의 폭이 좁으면 제2면적 CDA의 상면에 펜이 위치해도, 이웃한 제1 CDA 컬럼과 Pen 사이에 형성된 정전용량에 의해, 적어도 2개의 제1면적 CDA에서 펜의 방사전압이 검출되도록 설계하는 것이 가능하므로, 비록 펜이 제2 CDA 컬럼에 위치해도 제2 CDA 컬럼의 폭이 좁으면, 제1 CDA 컬럼의 CDA를 이용하여 Pen의 종방향의 좌표를 추출하는 것이 가능하다.
이러한 이유로, 제2 CDA컬럼를 구성하는 제2면적 CDA의 폭(Width, 도19a의 a)은 제1 CDA컬럼의 제1면적 CDA의 폭(도19a의 b)보다 좁은 것이 바람직하며, 상대적으로 폭 길이가 좁은 것 외에도 절대적으로 폭이 좁아야 한다.
제2 CDA 컬럼으로 구성된 그룹3 및 그룹4를 이용하여 오브젝트를 검출할 때, 그룹3 및 그룹4에 대해 각 한 번씩의 구동전압 인가에 의해 오브젝트 존재유무를 확인하는 것이 가능하고(Quick Search), Pen의 Rx 신호도 그룹3과 그룹4에 대해 동시에 또는 개별적으로 검출하는 것이 가능하므로, 많은 CDA에 대해 Scan하는 시간이 불필요 하여, 매우 짧은 시간안에 Pen의 존재여부를 확인하는 것이 가능하다.
손가락이나 펜의 존재여부를 확인한 후, 만일 펜이나 손등 오브젝트가 검출되지 않으면, 반도체IC는 Sleep이나 Standby에 진입하여 저소비 전력모드 상태를 유지하고, 사전에 세팅 된 타이머 인터럽트에 의해 일정한 시간 이후에 CPU(460)를 wake-up 시켜, 다시 오브젝트를 검출하거나 펜을 검출하거나 하는 등의 동작을 시행함으로 인해 소비전류를 절감시키는 것이 가능하다.
만일 오브젝트가 검출되면, 손가락 검출을 위한 구동전압 인가 및 차동증폭기에서 신호를 검출하거나, Pen의 방사전압을 검출하기 위하여 Charge AMP를 구동하되 모든 CDA에 대해 Scan을 하여 오브젝트의 좌표를 구한다.
이상 살펴본 바와 같이, 하나의 제2면적 CDA로 구성된 제2 CDA 컬럼은 Tx 신호 및 Rx 신호를 빠른 시간에 송수신하는 것이 가능하다.
또한, 불과 한두번의 구동전압 인가나 또는, 펜의 Rx 신호 검출로 오브젝트의 존재여부를 신속히 검출 가능하므로, 오브젝트가 존재하면 오브젝트를 검출하는 프로세스를 진행하고, 오브젝트가 없으면 반도체IC를 Sleep이나 Standby로 진입시키는 동작이 가능하므로, 펜과의 통신시간을 획기적으로 감소시키고 오브젝트의 검출시간을 획기적으로 감소시켜 소비전류를 절감시키는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명은 하나의 CDA로 구성된 제2 CDA 컬럼을 복수의 CDA로 구성된 제1 CDA컬럼과 이웃하여 배치하고, 제2 CDA 컬럼만 동작 시켜 Pen과의 Tx 및 Rx를 담당하게 하고 오브젝트의 검출을 담당하게 하여 통신시간 및 검출시간을 획기적으로 줄이고 이에 따른 소비전류의 감소효과가 있다.
이상의 실시예에서는 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA의 개수를 하나로 하는 실시예를 예로 들었으나 CDA의 개수가 2개나 3개등 복수의 CDA로 구성하는 것이 가능하다. 복수의 CDA로 제2 CDA컬럼이 구성되면, Pen과의 Tx 및 Rx를 위해서는 추가된 CDA의 수량만큼 시간이 증가하는 문제가 있다. 다만 복수의 CDA를 하나로 결합하여 마치 하나의 CDA처럼 동작시키면 하나의 CDA를 사용할 때와 동일한 프로세싱 시간으로 Tx 및 Rx가 가능할 것이다.
또한, 복수의 제2면적 CDA로 구성된 제2 CDA컬럼에서 구동전압 인가에 따른 오브젝트의 존재여부를 먼저 검출할 때에는, 하나의 제2면적 CDA를 사용하여 오브젝트를 검출하는 Quick Search를 기준으로, 추가된 CDA 만큼 검출시간이 증가하지만, 제1면적 CDA로 구성된 제2 CDA 컬럼과 같은 구성에서 많은 CDA를 이용하여 오브젝트를 검출하는 것에 비해서는 많은 시간이 감소된다.
그러나 이와 같이 복수의 CDA를 사용하여 제2 CDA 컬럼을 구성하는 경우, 복수의 제2면적 CDA에서 검출신호선 및 구동신호선을 분리하기 위해 검출/구동신호선 스위치그룹(437)을 설치해야 하며, 복수의 CDA를 하나로 결합하거나 분리하는 제어신호의 복잡성 및 제어회로의 설치영역 등의 문제가 있으므로, 복수의 CDA를 사용하여 제2 CDA 컬럼을 구성하는 것은 바람직하지 않다.
도20은 제1 CDA컬럼 또는 제2 CDA컬럼과 연결된 검출/구동신호선 스위치그룹 및 Loader의 연결에 관한 본 발명의 실시예이다.
도20을 참조하면, 25개의 제1면적 CDA로 구성된 제1 CDA 컬럼은 그룹1(COL1 내지 COL10) 및 그룹2(COL11 내지 COL20)로 구분되고, 하나의 제2면적 CDA로 구성된 제2 CDA 컬럼은 그룹3(AUX1 내지 AUX10) 및 그룹4(AUX11 내지 AUX20)로 구분된다.
제1 CDA 컬럼과 이웃하여 제2 CDA 컬럼이 배치되고, 모든 그룹마다 하나의 Loader가 배치된다. 그룹1에는 제1그룹 Loader(450-1)가 배치되고 그룹2에는 제2그룹 Loader(450-2), 그룹3에는 제3그룹 Loader(450-3) 및 그룹4에는 제4그룹 Loader(450-4)가 설치된다.
각 그룹에 포함된 모든 CDA 컬럼마다 하나의 CDA 신호선이 선택되어 Loader의 입력단자(In1 내지 In10)와 연결되며, Loader로 입력된 신호는 Loader의 출력제어단자(LD)의 인에이블(Enable) 신호에 의해 출력단자(out1 내지 out10)로 출력된다.
COL1은 그룹1에서 왼쪽방향을 기준으로 첫번째에 위치하며, COL11도 그룹3에서 첫번째에 위치하므로 Loader의 in1과 연결하는 것이 바람직하며, 다른 컬럼들도 위치에 따라 순차적으로 Loader에 입력된다. 이와 같은 Loader(450)의 입력신호의 배치에 따라 Loader(450)에서 출력되는 동일한 번호를 가지는 동일한 출력성분끼리 상호 연결하면, 상호 연결된 "동일한 출력성분"은 각 그룹에서 동일한 위치의 컬럼을 구성하는 CDA 신호선끼리 연결된 것이다.
전술한 바와 같이 오브젝트 정전용량을 검출한 뒤 검출된 신호의 크기는 ADC에 의해 디지털 값으로 변환되어 메모리에 수납된다. Loader(450)에서 CDA 컬럼이 순차적으로 위치하면, Loader별로 ADC 값을 메모리에 수납할 때 메모리에 규칙적으로 값을 기입하여 ADC 값을 이용한 오브젝트 좌표 추출 시 혼선을 방지하는 효과가 있다.
그룹1 내지 그룹4의 검출신호선과 연결된 4개의 Loader(450)는 동일한 출력성분끼리 상호 연결한 후 AMP 입력신호선 선택부(430-2)로 입력되며, 이로 인해 40개의 Loader(450) 출력신호선이 10개로 줄어드는 효과가 있으며, Loader의 개수가 더 많아 질수록 Loader에서 AMP입력신호선 선택부로 입력되는 신호선의 개수가 줄어드는 효과는 더 커지게 된다.
개별 Loader(450)에서 하나의 출력제어신호 LD만 Enable 신호를 인가하고 나머지 LD에는 Disable 신호를 인가하면, 인에이블 신호가 인가된 Loader의 출력단자에서만 신호가 출력되므로 4개의 Loader가 마치 하나의 Loader처럼 동작한다. 이러한 모든 프로세스를 제어하는 CPU는 어떤 Loader가 동작하는지 알고 있으므로, Loader를 순차적으로 동작 시켜 검출된 정보를 메모리에 안정적으로 기입한 후 오브젝트의 좌표 검출이나 Pen의 Rx 신호의 분석등을 시행하는 것이 가능하다.
전술한 바와 같이 Loader(450)가 표시장치에 내장되는 경우, 도20의 520개의 CDA 신호선이 10개로 축소되므로, 반도체IC의 면적감소 및 연결부재(300)의 면적감소에 따른 원가절감이 이루어진다. 또한, 도3에서 연결부재(300)를 통하여 각 컬럼과 연결되는 신호선의 Layout(Pan out)시, 신호선폭(Width)을 늘릴 수 있으므로 이에 따른 선저항의 축소로 Tx 시간 및 오브젝트 검출시간이 축소되어 소비전류 감소 또는 제한된 시간내에 더 자주 오브젝트를 검출함에 따른 동작성능 향상 등의 효과가 있다.
제1 CDA 컬럼은 복수의 CDA로 구성되어 있으므로 검출/구동신호선 선택부에서 검출신호선 및 구동신호선으로 분리된다. 전술한 바와 같이 검출/구동스위치그룹(437)로 입력된 CDA 컬럼의 CDA 신호선은 검출스위치그릅(437-1)에서 하나의 검출신호선이 선택되어 Loader(450)로 입력되고, Loader에서 출력되는 10개의 출력신호선은 동일 출력성분끼리 상호 연결되어 AMP 입력신호선 선택부(430-2)로 입력된다. AMP 입력신호선 선택부로 입력된 검출신호는 하나씩 순차적으로 선택되며, 차동증폭기(430-1) 또는 Charge AMP(미도시)로 입력되어 오브젝트 정전용량을 검출하거나 주파수 검출에 사용된다.
또한, 검출신호선과 이웃한 구동신호선이 하나 또는 복수의 쌍(Pair)로 선택되어 구동부(420)과 연결되며, 오브젝트 정전용량을 검출하기 위해 구동부에서 제1단 구동전압 및 제2단 구동전압이 인가된다.
만일 제2 CDA컬럼도 복수의 CDA로 구성되면 검출/구동신호선 스위치그룹(437)이 추가되어, 제1 CDA컬럼과 동일한 방법으로 검출신호선 및 구동신호선이 분리되어 추출될 수 있다.
제2 CDA 컬럼에서 오브젝트 정전용량을 검출하기 위해서는 도12b와 같이 제2 CDA 컬럼을 구성하는 검출신호선에 형성된 선간 정전용량(Cd) 및 쉴딩 정전용량(Cin_sd)에 구동전압을 인가해야 한다. 이때 하나 또는 두개 등 제1 CDA 컬럼을 구성하는 CDA의 개수보다 작은 수량으로 구성된 제2 CDA 컬럼의 CDA 신호선은, 이웃하는 제1 CDA 컬럼의 CDA와 대향하는 길이가 길어지며, 대향하는 제1 CDA 컬럼의 CDA에 구동전압을 인가하지 않는다면 제2 CDA 컬럼의 CDA 신호선 및 이것과 이웃하는 제1 CDA 컬럼의 CDA와 대향하는 길이사이에 형성된 선간정전용량(Cd)는 <수학식4> 또는 <수학식5>의 분모에만 위치하게 되어 감도가 저하되고 ADC의 분해능이 낮아지는 문제가 있다.
도19b는 이러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예로서, 2 CDA 컬럼의 선간정전용량(Cd)를 구동하는 개선된 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도19b를 참조하면, 제2 CDA컬럼의 하나인 AUX2는, 이웃하는 제1 CDA 컬럼의 1번 CDA 신호선에 의해 둘러싸여 있다. 제1 CDA 컬럼을 구성하는 모든 CDA에 구동전압을 인가하는 것은 구동부(420)의 구동능력 및 돌입 전류 등의 문제로 인한 전압강하 등의 문제 또는 구동능력을 크게 해야 하는 문제가 있을 수 있으며, 하나의 CDA에 구동전압을 인가하는 것은 이러한 문제로부터 비교적 자유롭다. 이러한 이유로 AUX2에서 오브젝트 정전용량을 검출할 때에는 COL1의 1번 CDA 신호선에 구동전압을 인가할 수 있고, 이로 인해 AUX2 CDA 및 CDA 신호선에 형성된 모든 선간 정전용량(Cd)에 구동전압을 인가하는 것이 가능하게 되어, AUX2의 선간정전용량 Cd는 수학식4 내지 수학식5의 분모 및 분자에 위치하게 되어 감도가 향상되고 ADC의 분해능이 향상되는 효과가 있다.
도19b의 실시예에서는 COL1의 1번 CDA를 이용하여 AUX2를 포위하였으나 COL1의 2번 CDA나 3번 CDA등 다른 CDA를 이용하여 AUX2를 포위하는 것도 가능하다. 다만 이러한 경우 완전한 선간 정전용량에 구동전압을 인가하지 못하고 구동전압이 인가되지 못하는 기생정전용량이 늘어나서 감도가 저하되는 문제가 있으므로 1번 CDA를 사용하는 것이 바람직하다.
제2 CDA 컬럼에 형성된 선간정전용량에 구동전압을 인가하는 개선된 본 발명의 또 다른 실시예는, AUX4에 도시된 실시예와 같이 이웃한 두개의 제1면적 CDA 신호선으로 포위하는 것이다. 이와 같은 실시예의 경우, AUX4와 이웃한 COL3 및 COL4의 1번 CDA 신호선에 구동전압을 인가하면 AUX2의 실시예와 동일한 효과가 있으나, 두개의 컬럼에 구동전압을 인가해야 하므로 시스템의 회로가 복잡해지는 단점이 있다.
제2 CDA 컬럼의 선간정전용량(Cd)를 구동하는 개선된 또 다른 방법은 AUX19에 도시한 실시예와 같이, 제2 CDA 컬럼과 이웃하여 제2 CDA 컬럼을 포위하는 전용의 구동신호선을 설치하고 제2 CDA 컬럼에서 오브젝트를 검출할 때 추가 설치된 전용의 구동신호선에 구동전압을 인가하는 방법이다. 회로가 단순해진다는 장점이 있으나 전용의 구동신호선이 추가되어 반도체IC의 출력 핀 수가 증가된다는 문제가 있다.
이와 같이 본 발명은 제2 CDA컬럼에서 오브젝트를 검출할 때, 제2 CDA컬럼과 이웃한 제1 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선으로 제2 CDA 컬럼을 포위하도록 하거나 전용의 구동신호선으로 제2 CDA컬럼을 포위하고 포위한 CDA 신호선에 구동전압을 인가하여 오브젝트 정전용량을 검출하는 것을 특징으로 한다.
한편, 도20의 실시예에서, 복수의 Loader에서 출력되는 동일한 출력성분끼리 연결할 시, 신호선 상호간 오버랩(Overlap)되는 부분에서 신호간섭이 발생하고, 이로 인해 오브젝트 정전용량의 검출오류가 발생할 수 있다는 문제가 있다.
일 실시예로, 그룹1의 Loader(450-1)만 활성화(Activation) 상태이고 나머지 Loader들은 비활성화(Disable) 상태라고 가정하면, 비활성화된 Loader의 출력부와 연결된 신호선들은 모두 플로팅(Floating) 상태이며, 플로팅된 신호선과 제1그룹 Loader(450-1)의 출력부가 상호 연결되었기 때문에, 플로팅된 신호선에는 제1그룹 Loader에서 출력되는 신호와 동일한 신호가 인가된다.
제1그룹 Loader에서 출력되는 검출신호선은 하이 임피던스(Hi-z) 상태이기 때문에, 하이 임피던스 상태인 제1그룹 Loader(450-1)의 출력신호는 플로팅된 신호선과 상호 교차하는 부분에서 플로팅된 신호선에 형성된 신호와 동일한 신호가 커플링되어 복제되고, 이러한 과정으로 인해 제1그룹 Loader(450-1)의 출력 신호선들은 상호 간섭효과가 발생하여 노이즈 유입에 따른 검출오류가 발생할 수 있다는 문제점이 있다. 또한, 제1그룹 Loader(450-1)에서 출력되는 검출신호선에는 (플로팅된 신호선에 형성된) 원하지 않는 기생정전용량이 추가되어 감도가 저하되는 문제점도 있다.
도21a는 이러한 노이즈 유입을 해결하는 본 발명의 실시예로서, Loader 선택부에서 검출신호선을 선택하는 본 발명의 실시예이다.
도21a를 참조하면, 각 그룹의 Loader(450)에서 출력된 검출신호선과 AMP 입력신호선 선택부(430-2) 사이에는 Loader 선택부(Loader Selector, 451)가 설치된다. Loader 선택부는 그룹마다 설치된 Loader에서 출력되는 동일 성분의 출력신호 중에 하나를 선택하여 AMP 입력신호선 선택부로 입력시키되, 플로팅된 신호선과 전기적으로 연결되는 것을 방지하므로 전술한 문제점들이 극복된다.
로더 선택부(451)는 최소한 그룹의 개수와 같은 개수의 스위칭소자로 단위 스위칭집합이 구성된다. 로더 선택부의 스위칭집합은 로더에서 출력되는 복수의 동일한 출력성분을 가진 신호선 중 하나를 선택하는 단위 소자이며, 로더에서 출력되는 신호선 개수만큼의 복수의 스위칭집합으로 로더 선택부(451)가 구성된다.
본 발명의 실시예인 도20은, 4개의 그룹 및 각 로더에서 출력된 10개의 검출신호선으로 구성되었으므로, 로더 선택부는 4개의 스위칭소자로 구성되고 10개의 로더 선택부(451)가 소요된다.
4개의 스위칭소자로 구성된 Loader 선택부의 출력은 공통 연결되어 AMP 입력신호선 선택부(430-2)에 입력된다.
도21a의 실시예에 따르면, 4개의 로더(450)에서 출력된 검출신호선은 로더 선택부(451)를 구성하는 스위칭 소자에 각 각 입력되고, 모든 로더 선택부의 스위칭소자에 공통으로 공급되는 4개의 턴온/턴오프 제어신호(Cont1 내지 Cont4)에 의해 로더 선택부마다 하나의 스위칭소자가 턴온 되면, 10개의 로더 선택부에서 10개의 검출신호선이 선택되어 AMP 입력신호선 선택부로 입력되고, AMP 입력신호선 선택부에서 순차적으로 하나씩 출력되어 오브젝트 정전용량을 검출하기 위한 프로세싱이 진행된다.
Loader 선택부(451)의 제어신호(Cont1 내지 Cont4)는 반도체IC(400)를 구성하는 CPU(460)나 Logic부(Logic Part)나 반도체IC와는 별체로 이루어진 또 따른 CPU에서 공급될 수 있다. Loader 선택부(451)가 표시장치에 설치될 때에는 Loader 선택부(451)의 턴온/턴오프 전압이 반도체IC(400)에서 제공하는 턴온/턴오프 전압과 Level 차이가 발생할 수 있으므로, 전술한 바와 같이 레벨시프트(439)를 통하여 전압레벨차이가 보정될 수도 있다.
Loader 선택부(451)에서 선택되는 검출신호선은 활성화된 Loader(450)에서 출력되는 신호이며, 활성화된 Loader(450)는 로더(450)의 출력제어신호인 LD의 Enable에 의해 결정되므로, LD는 Loader 선택부의 턴온/턴오프 제어신호로 사용 가능하다.
도21b의 Loader 선택부(451)를 참조하면, 도20의 Loader(450)의 출력제어신호인 LD1 내지 LD4가 Loader 선택부(451)의 제어신호로 사용된다.
Loader(450)의 출력제어신호인 LD를 로더 선택부의 출력제어신호로 사용하면, 반도체IC에서 제공하는 Loader 선택부의 턴온/턴오프 제어신호가 생략되어 반도체IC(400)의 면적축소에 기여한다. 또한, Loader 선택부(451)가 표시장치에 내장되는 경우에는, 연결부재(300)의 최소화 및 Pan out의 간소화가 이루어져 신호선 Layout의 자유도가 증가하는 등의 장점이 있다.
한편, Loader 선택부(451)의 도입으로 비활성화된 Loader의 출력부와 연결된 플로팅된 신호선에는 신호가 인가되지 않으나, 활성화된 Loader의 출력신호와의 교점에서 Capacitive Coupling에 의해 플로팅된 신호선에는 활성화된 Loader의 출력신호의 간섭으로 인한 노이즈가 유입된다. 플로팅된 신호선에 유입된 노이즈는, 하이 임피던스 상태의 활성화된 신호선과의 교점에서 커플링에 의한 신호간섭이 유도되고 유도된 신호에 의해 다른 활성화된 신호선의 신호에 영향을 끼치므로, 플로팅된 신호선에 직접 신호를 인가하는 이전의 실시예에 비해 간섭신호의 강도는 약화되지만 신호의 간섭은 여전히 존재하므로 검출신호에 오류가 발생하는 문제가 있다.
도21b는 이러한 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 실시예로서, 신호선/DC 절환스위치(452)를 사용하여 플로팅된 신호선을 DC에 고정시키는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도21b에서 Loader(450)와 Loader 선택부(451) 사이에는 신호선/DC절환스위치가 설치된다. 신호선/DC절환스위치는 최소한 2개 또는 2개 이상의 스위칭소자로 구성되며, 로더에서 출력되는 검출신호선마다 하나씩 설치된다. 따라서 하나의 로더 선택부에는 4개의 신호선/DC절환스위치(452)가 연결되며, 4개의 로더에서 출력되는 40개의 검출신호선에 각 각 하나씩, 총 40개의 신호선/DC절환스위치(452)가 설치된다.
신호선/DC절환스위치(452)를 구성하는 2개의 스위칭소자에 공통접속된 검출신호선은, 스위칭소자의 동작상태에 따라 Loader 선택부(451) 또는 AMP 입력신호선 선택부(430-2)로 입력되거나 소정의 DC 전압에 접속된다.
도21b에서 신호선/DC절환스위치(452)에는 두개의 스위칭소자가 사용되는 실시예를 인용하였으나, 세 개 또는 그 이상의 스위칭소자가 사용되되 두개 또는 세 개 등 병렬로 연결된 스위칭 소자가 하나의 동일한 기능을 할 수 있으며 이러한 경우에는 하나의 스위칭소자로 표시하였고, DC외에 Floating이나 Hi-z등 다른 상태에 연결시키기 위해서는 더 많은 스위칭소자가 사용될 수 있다.
도21b에 사용된 신호선/DC절환스위치(452)를 구성하는 두개의 스위칭소자의 게이트에는 반도체IC(400)에서 제공하는 개별 턴온/턴오프 제어신호(미도시)가 공통으로 연결된다. 스위칭소자 마다 개별 연결된 제어신호 중 하나의 제어신호에 형성된 턴온 신호에 의해 두개의 스위칭소자 중 하나가 턴온 상태가 된다. 신호선/DC절환스위치(452)를 구성하는 두개의 스위칭소자 중 하나의 타측은 Loader 선택부(451) 또는 AMP 입력신호선 선택부(430-2)와 연결되며 또 다른 스위칭소자의 타측은 소정의 DC전압에 연결된다.
DC는 소정의 크기를 가지는 DC 전압이며 시스템의 GND도 포함된다. 본 발명에서 DC 전위는 바람직하게는 GND가 사용된다.
신호선/DC절환스위치의 동작에 따라 비활성화된 로더(450)에서 출력되는 Floating 상태의 신호선들이 DC 전위와 연결되면 더 이상 Floating 상태가 아니므로 전술한 Capacitive Coupling에 의한 간섭이 발생하지 않으며 더 이상 검출신호선의 검출오류가 발생하지 않는다.
신호선/DC절환스위치(452)를 구성하는 두개의 스위칭소자는, 하나의 제어신호에 대해 하나의 스위칭소자는 턴온된 상태이고 다른 하나는 턴오프 상태가 되도록 설계하는 것이 가능하다. 예를 들어 하나는 NMOS로 스위치를 구성하고 하나는 PMOS로 스위치를 구성하는 것이 간단한 실시예이다. 또는 NMOS와 PMOS의 조합으로 두개의 스위치를 구성할 수 있으며, 복수의 NMOS만으로도 상호 동작이 반대인 두개의 스위치를 구성할 수 있으며, 복수의 PMOS 만으로 상호 동작이 반대인 두개의 스위치를 구성할 수 있다. 본 명세서에서 두개의 스위칭소자에 대해 fill 처리된 스위칭소자와 fill 처리가 안된 스위칭소자는 하나의 제어신호에 대해 상반된 동작을 하는 스위칭 소자임을 표시한다. Fill 처리된 스위칭소자는 제어신호의 Low신호에 대해 턴온 되고 High 신호에 대해 턴 오프 된다. Fill 처리가 안된 스위칭소자는 이와는 반대로 제어신호의 하이(High)에 대해 턴온 되고 로우에 대해 턴 오프된다.
이와 같이 하나의 제어신호로 두개의 스위칭소자를 제어하는 것은 반도체IC에서 제공하는 제어신호선의 개수를 줄이므로, 반도체IC의 출력Pin 수를 경감시켜 반도체IC 면적축소에 따른 원가절감이 이루어지는 장점이 있다.
한편 신호선/DC절환스위치에서 선택되는 검출신호선은 활성화된 로더(450)의 출력신호선 이므로 로더의 출력제어신호인 LD를 신호선/DC절환스위치의 턴온/턴오프 제어신호로 사용하는 것이 가능하다. 도21b는 LD를 신호선/DC절환스위치(452)의 제어신호로 사용하는 실시예로서, 신호선/DC절환스위치(452)에는 LD가 제어신호로 공통 사용되며, 각 그룹별로 동일한 로더의 LD 신호가 신호선/DC절환스위치(452)에 사용된다.
이러한 LD의 연결방법에 의해, 신호선/DC절환스위치(452)는 활성화된 Loader(450)에서 출력되는 검출신호는 통과시켜 Loader 선택부나 AMP 입력신호선 선택부로 입력되고, 비활성화된 Loader의 출력신호선은 DC 전위에 연결시키므로 기존의 플로팅된 신호선은 DC전위를 가지게 된다. 또한 반도체IC에서 제공되는 신호선/DC절환스위치 제어신호가 불필요하여 반도체IC의 경량화에 더욱 기여하게 됨은 물론이다.
이와 같이 본 발명은, 복수의 Loader(450)에서 출력되는 동일성분의 검출신호선은 신호선/DC 절환스위치(452)를 구성하는 복수의 스위칭소자에 공통으로 연결되고, 신호선/DC 절환스위치(452)에서 활성화된 Loader(450)의 출력신호만 선택되어 Loader 선택부(451)나 AMP 입력신호선 선택부(430-2)에 입력되고 비활성화된 Loader(450)의 출력신호는 소정의 DC 전압에 연결된다.
도21c는 Loader를 사용하지 않는 본 발명의 일 실시예이다.
다시 도21b를 참조하면, 신호선/DC절환스위치(452)는 4개의 Loader(450)에서 입력된 검출신호선을 출력시키거나 DC와 연결하는 기능을 하므로 입력된 신호선을 출력제어신호에 기초하여 출력시키는 기능은 로더(450)의 기능과 동일하며, 4개의 신호선 중에 하나를 선택하여 출력시키므로 4개의 로더를 하나로 결합시킨 것과 동일하다. 또한 기존의 Loader에 비해 플로팅된 신호선을 DC로 고정시키는 개선된 성능이 추가되었다.
따라서 도21c와 같이 Loader(450)가 제거되어도 신호선/DC절환스위치(452)가 로더와 동일한 역할을 하므로 시스템의 동작결과는 동일하다.
도21b는 Loader(450)에서 출력된 검출신호선이 신호선/DC절환스위치(452)에 입력되는 실시예이며, 도21c는 검출신호선이 CDA컬럼으로부터 신호선/DC절환스위치(452)로 직접 입력되는 실시예이다. 로더가 제거되었다는 표현보다는 "로더가 신호선/DC절환스위치에 포함되었다"라는 표현이 더 적합하며, 본 명세서에는 로더와 신호선/DC 절환스위치는 동일한 의미로 사용된다. 만일 로더만 사용되는 경우에도 신호선/DC절환스위치를 사용하는 것과 동일하게 플로팅된 신호선에는 DC전압이 인가되는 것으로 이해되어야 한다.
로더 선택부(451)의 설치목적은 활성화된 검출신호선과 플로팅된 검출신호선과의 단절이다. 신호선/DC절환스위치는 검출신호선과 플로팅된 신호선을 단절시킬 뿐만 아니라 플로팅된 신호선은 DC에 고정되므로, 신호선/DC절환스위치가 설치되면 로더 선택부는 제거될 수도 있다.
도21d는 Loader 선택부(451)가 제거되고 신호선/DC절환스위치만 사용하는 본 발명의 일 실시예이다.
도21d를 참조하면, 신호선/DC절환스위치(452)는 동일한 출력성분을 가지는 검출신호선끼리 하나의 집합을 형성하되, 상기 하나의 집합에서, 각 그룹에서 발원된 검출신호선은 단위 스위칭 집합을 구성하는 2개의 스위칭소자에 공통 입력되고, 2개의 스위칭소자 중 하나의 출력은 공통 연결되어 AMP입력신호선 선택부(430-2)로 입력되며 2개의 스위칭소자 중 다른 하나의 스위칭소자의 출력은 DC에 연결된다.
이와 같이 본 발명은 CDA 컬럼과 AMP 입력신호선 선택부 사이에 신호선/DC절환스위치(452)만 사용하여 AMP 입력신호선 선택부로 입력되는 검출신호선의 개수를 줄이고 플로팅되는 신호선을 없애는 것이 가능하여 적은 수의 부품으로 효과적으로 신호를 검출하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 제2 CDA컬럼은 펜에게 Uplink 또는 Tx 신호를 송신하는 기능이 있다. Tx 송신신호의 처리는 반도체IC(400)의 Tx 송신부에서 실시된다. Tx 신호는 하이 및 로우로 구성되는 디지털신호로 전송되며, Tx 하이 전압의 크기 및 Tx 로우 전압의 크기는 대부분 펜마다 고유값으로 정해져 있다. 본 발명의 제2 CDA 컬럼이나 인용발명 도면2의 종방향의 선형센서패턴(5a)이나 횡방향의 선형센서패턴(5b)에서 Tx 신호가 인가되면, 펜 내부의 수신부에서 이를 검출하여, 상호 통신을 위한 출력주파수의 범위 또는 출력주파수에서의 데이터의 위치 또는 ID등 동기를 위한 정보를 수집하고 그러한 정보에 맞춰 Rx 신호를 송신하게 된다.
제2 CDA컬럼은 Tx를 송신하거나 Rx를 수신하는 목적에 따라, CDA 컬럼을 Tx 신호를 송신하기 위한 구조로의 변환 및 Tx 송신부와의 연결, 또는 Rx신호를 수신하기 위한 구조 및 Rx신호 처리를 위한 Rx수신부와의 연결 등이 시행되어야 한다. 따라서, 본 발명은 Tx/Rx 절환스위치를 도입하여 제2 CDA컬럼의 신호선을 Tx 송신을 위한 구조나 Rx를 수신하기 위한 구조로 설정 가능하게 한다. 또한, 반도체IC(400) 내부에서 CPU나 로직은 Tx 또는 Rx에 따라 제2 CDA 컬럼의 신호선을 Tx송신부 및 Rx수신부로 연결한다.
본 명세서에서 Tx/Rx 절환스위치는 두개의 스위칭소자로 구성되며, 두개의 스위칭소자 각 각에는 턴온/턴오프 제어신호인 "G3 Tx/Rx 절환스위치_Cont1" 및 "G3 Tx/Rx 절환스위치_Cont2"가 스위칭소자의 게이트에 접속된다. G3는 그룹3에 사용되는 제어신호임을 나타내며, 만일 그룹4에 적용되는 제어신호인 경우는 "G4 Rx/Rx 절환스위치_Contx"로 사용된다. 이는 그룹3과 그룹4에 사용되는 Tx/Rx 절환스위치가 개별적으로 동작할 수 있음을 의미한다. 즉, 필요에 따라서 그룹3 및 그룹4 등 복수의 컬럼그룹에서 동시에 Tx 신호를 송신하거나 또는 동시에 Rx신호 수신하는 것이 가능하며, 또는 하나의 컬럼그룹에서만 Tx 신호를 송신하거나 Rx신호 수신하거나 하는 것이 가능하다.
Tx/Rx 절환스위치는 CDA 컬럼을 Tx 송신을 위한 구조나 Rx 수신을 위한 구조 중 하나로 변환시키는 기능을 하므로, 하나의 턴온/턴오프 제어신호에 반응하여 두개의 스위칭소자(SW1 내지 SW2) 중 하나는 턴온 되고 하나는 턴오프 되도록 설계가 가능하다.
Tx/Rx 절환스위치는 전술한 PMOS와 NMOS의 실시예와 동일하게 역동작을 하는 스위칭소자로 구성될 수 있으며, 게이트에 공통 접속된 하나의 제어신호로 턴온 및 턴오프를 교번하며 실시한다. 이러한 기술사항은 후술하는 도24에 표시되어 있으며, 두개의 스위칭소자에 턴온/턴오프 제어신호가 각 각 인가되는 도22 및 도25에도 하나의 제어신호를 공급 가능하여 동일하게 적용된다.
이러한 기능을 위해 두개의 스위칭소자 중 일측 스위칭소자의 입출력단자는 fill 처리하였으며, 타측 스위칭소자의 입출력단자는 fill처리를 하지 않음으로써 구분되도록 하였다. 역동작을 하는 두개의 스위칭소자로 구성된 본 발명의 장치는 하나의 턴온/턴오프 제어신호에 의해 하나의 스위칭소자는 턴온 되고 다른 하나의 스위칭소자는 턴오프 된다. 이로 인해 각 각의 스위칭소자와 연결된 두개의 제어단자는 하나로 축소되는 효과가 있다. 이러한 기술사상으로 인해 도25a내지 도25c의 "Tx/Rx 절환스위치_Cont1" 및 "Tx/Rx 절환스위치_Cont2"는 도25d의 LD 신호와 같은 하나의 제어신호로 대체될 수 있다.
Tx/Rx 절환스위치에 공통입력된 제2 CDA컬럼의 신호선은 Tx/Rx 절환스위치의 동작에 따라 송신을 위한 구성이나 Rx수신부에 선택적으로 연결된다.
본 명세서에서 제2 CDA 컬럼은 그룹3 및 그룹4를 구성하며, 그중 그룹3을 구성하는 제2 CDA컬럼을 일 실시예로 사용하였다. 본 명세서에서 그룹3을 구성하는 제2 CDA 컬럼의 실시예는 그룹3에 한정되지 아니하며 그룹4에도 동일하게 적용된다. 또한 제2 CDA컬럼으로 구성된 더 많은 그룹에 대해 동일하게 적용된다.
도22를 참조하면, 본 발명의 Tx/Rx 절환스위치에는 CDA 신호선이 공통입력된다. 제2 CDA 컬럼의 하측에는 Tx/Rx 절환스위치1(500-1)이 설치되고 상측에는 Tx/Rx 절환스위치2(500-2)가 설치된다. Tx/Rx 절환스위치1 및 Tx/Rx 절환스위치2는 상측 및 하측 등 서로 다른 위치에 설치되는 것을 나타내는 것일 뿐이며, 상측의 Tx/Rx 절환스위치가 Tx/Rx 절환스위치1로 표시될 수 있고 하측의 Tx/Rx 절환스위치는 Tx/Rx 절환스위치2로 표시될 수도 있다. 또한 제2 CDA 컬럼의 좌측이나 우측에도 Tx/Rx 절환스위치가 설치될 수 있으므로 제2 CDA 컬럼의 일측(One side) 및 타측(Other side)은 상하 또는 좌우의 어디에도 Tx/Rx 절환스위치가 설치될 수 있음을 의미한다.
Tx/Rx 절환스위치1 및 Tx/Rx 절환스위치2는 그 의미가 명확한 경우에 한하여 두개의 절환스위치를 Tx/Rx 절환스위치로 통칭하여 사용될 수 있다.
본 발명의 제2 CDA컬럼이 하나의 CDA로 구성된 경우, 표시장치가 17인치등과 같이 커지면 하나의 CDA에 형성된 공통전극 정전용량(Ccm) 및 선간정전용량(Cd)의 크기가 커지며, 이로 인해 검출신호선에서 검출되는 제1검출신호 및 제2검출신호의 크기는 제1 CDA컬럼을 구성하는 CDA보다 더 커지거나 더 작아질 수 있으며 이로 인해 ADC나 DAC의 커버리지(Coverage)가 확대되어 분해능이 저하될 수 있다. 이러한 문제를 해결하기 위해 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA를 2개나 3개 등 복수로 분리할 수 있다.
제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA의 개수가 복수로 구성될 때에는, 제2 CDA 컬럼에도 검출/구동신호선 스위치그룹(437)이 추가되어 복수의 CDA를 검출신호선과 구동신호선으로 분리한다. 또한 Tx신호를 송신하거나 Rx 신호를 수신할 때에는 미도시된 스위칭소자의 동작에 의해 복수의 CDA는 하나로 합체될 수 있다. 따라서 복수의 CDA로 제2 CDA컬럼이 형성될 때에는 하측 CDA에 Tx/Rx 절환스위치1이 설치되고 상측 CDA에 Tx/Rx 절환스위치2가 설치된다고 이해되어야 한다. 반면에 하나의 CDA로 제2 CDA컬럼이 형성될 때에는 CDA 하측과 연결된 신호선에 Tx/Rx 절환스위치1이 설치되고 CDA 상측과 연결된 또 다른 신호선에 Tx/Rx 절환스위치2가 설치된다고 이해되어야 한다.
Tx/Rx 절환스위치는 하나의 그룹에 포함된 제2 CDA 컬럼의 개수와 같거나 그 이상의 개수로 설치된다. Tx 신호가 송출될 때 동일그룹을 형성하는 모든 제2 CDA컬럼을 이용하여 Tx 신호가 동시에 송출되는 것이 바람직하므로, 동일 그룹의 제2 CDA 컬럼을 구성하는 모든 CDA는 한점에서 공통 연결되고 연결된 Point에 Tx 구동신호를 인가한다.
하나의 컬럼그룹을 형성하는 제2 CDA컬럼에서 발원된 하나의 CDA 신호선은 Tx/Rx 절환스위치(520-1)에 공통 입력된다. 또한, 복수의 Tx/Rx절환스위치의 일측 스위칭소자(SW1)의 출력신호선은 모두 한점에 접속되어 Tx 구동신호선1(520-1)과 연결된다.
Tx 구동신호선1(520-1)이 표시장치에 설치될 때에는 제2 CDA컬럼과 반도체IC(400) 사이의 비표시영역(Non Display Area)에 설치되는 것이 바람직하다. 이로 인해 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA 신호선은 최단거리로 Tx 구동신호선(520-1)과 연결되므로 CDA 신호선의 선저항이 커지지 않는 다는 장점 외에도 Layout이 최단거리로 실시되어 다른 신호선들과 간섭을 받은 확률이 최소화된다는 장점이 있다.
만일 Tx 구동신호선1(520-1)이 Layout 등의 문제로 제2 CDA컬럼과 반도체IC(400) 사이에 설치되지 못하는 경우에는 표시장치의 좌측이나 우측의 비표시영역에 설치하는 것도 가능할 것이다.
제2 CDA 컬럼에서 Pen의 Rx 신호를 수신하거나 오브젝트 정전용량을 검출할 때에는 Tx/Rx 절환스위치1의 일측 스위칭소자(SW1)은 턴오프 되고 타측 스위칭소자(SW2)가 턴온 되어 제2 CDA컬럼의 CDA 신호선은 Loader(450)나 신호선/DC절환스위치(452)와 연결된다.
한편, Tx/Rx 절환스위치1은 도22a와 같이 제 CDA2컬럼과 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 사이에 위치할 수도 있으며 도22b와 같이 Loader(450) 또는 신호선/DC절환스위치의 하측에 설치될 수도 있다. 도22a나 도22b의 어느 경우에도 Tx 구동신호를 인가하거나 플로팅된 신호선들이 DC에 접속된다는 점에서도 동일한 효과를 내므로 Layout의 용이성에 따라 필요한 방법을 선택할 수 있다.
도22의 Tx구동신호선1에는 Tx 신호를 구성하는 Tx 하이 전압 및 Tx 로우 전압이 인가되어야 하며, 이러한 Tx 구동신호(Tx Driving)는 반도체IC(400)와 연결된 신호선을 통해 인가된다. 따라서 반도체IC에서 공급되는 Tx 구동신호에는 Tx 구동신호를 구성하는 Tx 하이 전압 및 Tx로우 전압이 포함된다. 후술하겠지만 Tx구동신호의 빠른 Rising time 및 빠른 Falling Time을 위해 Tx 하이 부스트 전압 및 Tx 로우 부스트 전압이 사용될 수 있으며, 반도체IC에서 Tx 구동신호선1에 공급하는 Tx 구동전압은 Tx 하이 부스트 전압 및 Tx 로우 부스트 전압이 추가되어 4개의 전압이 인가될 수 있다.
도23은 Tx 신호를 인가하는 방법 및 오브젝트 정전용량을 검출하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도23을 참조하면, 그룹3의 모든 Tx/Rx 절환스위치1의 게이트와 접속된 제어신호(G3 Tx/Rx 절환스위치1_Cont1)는 Tx/Rx 절환스위치1의 스위치1(SW1)을 턴온 시키기 위해 하이상태가 되며, 이로 인해 그룹3의 Tx/Rx 절환스위치1을 구성하는 모든 스위치1(SW1)은 턴온된다. (참고로, 본 명세서에서 스위치가 턴온된 것은 하이상태로 표시하였으며 스위치가 턴오프 된 것은 로우 상태로 표시하였다)
그룹3의 Tx/Rx 절환스위치1의 SW1의 출력신호선들은 모두 공통 연결되어 Tx 구동신호선1에 연결되며, 반도체IC에서 제공하는 구동신호(Tx Driving)에 의해 Tx 신호를 전송하는 것이 가능하게 된다. 이때 그룹3이나 그룹4 중 하나의 그룹에서 Tx 신호를 송출하거나, 그룹3과 그룹4에서 동시에 Tx신호를 전송할 수도 있다. 그룹3이나 그룹4에서 Tx 신호를 전송하는 경우는, 펜이 표시장치의 왼쪽이나 오른쪽에 있는 것이 명확히 판명된 경우이며 소비전류를 줄이기 위해 하나의 그룹에서만 Tx 신호를 송출하는 것이 바람직하다. (Rx 신호를 수신할 때에도 Tx 신호 송출시와 동일하게 하나의 그룹에서만 시행되거나 두개의 그룹 모두에서 시행되는 것이 가능하다.)
Tx 송신이 완료되면 Pen은 Tx 신호에 기록된 프로토콜에 적합하게 Rx신호를 송출한다. Tx 신호의 송출을 위해 공통 접속되었던 그룹3 제2 CDA컬럼의 모든 CDA의 연결은 해체되고 이를 위해 Tx/Rx절환스위치1의 일측 스위칭소자(SW1)은 턴오프 되고 타측 스위칭소자(Sw2)가 턴온 된다. 또한 반도체IC 내부에서 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA 검출신호선은 반도체 IC의 Rx 수신부에 연결되며, 이곳에서 Rx 신호의 분석 및 Pen 위치분석이 시행된다.
한편, Rx 신호 수신단계에서 Tx 구동신호선이 플로팅 되면 전술한 바와 같이 검출신호선과 플로팅 신호선과의 교차점에서 발생하는 커플링에 의해 검출신호의 오류가 발생할 수 있으므로 Tx 구동신호선은 소정의 DC 전압과 연결되는 것이 바람직하다. Tx 구동신호는 반도체IC에서 공급되므로 반도체IC는 GND 전위인 0V(Zero Volt)나 소정의 DC 전위를 구동신호로 공급하여 Tx 구동신호선1이 소정의 전위를 가지도록 한다.
한편, 펜이 존재하면 Rx 신호가 검출될 것으로 추측할 수 있으나 Rx 신호가 검출되지 않으면 펜은 존재하지 않는 것이며 이후 손가락 같은 오브젝트가 있는 지 검출하기 위해 검출신호선은 AMP 입력신호선 선택부로 입력되어 오브젝트 정전용량을 검출하기 위한 프로세스가 진행된다. Quick Search를 위해 제2 CDA 컬럼에서만 오브젝트를 검출하며, 제2 CDA컬럼의 검출신호선을 포위한 구동신호선 및 제2 CDA컬럼의 검출신호선에 형성된 쉴딩정전용량에 제1단 구동전압 및 제2단 구동전압으로 구성된 구동전압을 인가한다. 이후 AMP 입력신호선 선택부(430-2)에 입력된 복수의 검출신호선은 순차적으로 출력되어 차동증폭기 및 ADC 및 DAC 등의 동작에 의해 오브젝트 정전용량의 크기가 검출된다.
이때, 하나 또는 2개등 최소한의 CDA 개수로 구성된 제2 CDA컬럼만 이용하여 짧은 시간안에 오브젝트 정전용량을 검출하는 Quick Search에 의해 오브젝트의 존재여부를 먼저 알 수 있고, 오브젝트가 있으면 제1 CDA컬럼으로 구성된 그룹1 및 그룹2에서도 오브젝트 정전용량 검출에 관한 프로세스를 진행하여 오브젝트의 완전한 좌표를 구하고, 오브젝트가 없으면 반도체IC를 Sleep이나 Standby로 진입시키거나 하여 소비전류를 절감한다.
도23에서는 Rx 수신 또는 오브젝트 검출이 완료된 후 Tx를 송신하는 것을 일 실시예로 하였으나, 필요에 따라 Rx 신호를 계속 수신하거나 Rx 신호를 이용한 펜의 좌표를 검출하거나 손가락 같은 오브젝트의 좌표를 검출하거나 sleep이나 standby로 진입하는 등 목적에 따라 다양한 동작을 실시하는 것이 가능하다.
도24는 두개의 스위칭소자로 구성된 Tx/Rx 절환스위치1에 하나의 턴온/턴오프 제어신호를 인가하여 소기의 목적을 달성하는 방법에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
LD신호는 Loader(450-3)나 신호선/DC절환스위치(452)에 사용되는 출력제어단자이며, Tx/Rx 절환스위치1을 구성하는 2개의 스위칭소자(SW1 내지 SW2)의 게이트에 공통 접속된다. Tx/Rx 절환스위치1을 구성하는 스위칭소자의 게이트에 공통 연결된 LD 제어신호선은 반도체IC에서 공급되는 다른 제어신호선으로 대체될 수도 있으나, 반도체 IC를 구성하는 Pin수의 증량 문제로 인해 바람직하게는 LD 신호를 사용한다.
Tx/Rx 절환스위치1을 구성하는 스위칭소자의 게이트에 공통 연결된 턴온/턴오프 제어신호(LD)의 전압레벨에 따라 스위칭소자의 하나는 턴되고 스위칭소자의 또 다른 하나는 턴오프 되는 등 두개의 스위칭소자는 역동작을 한다.
이러한 설계방법에 의해 Low 상태의 disable 신호인 LD에 의해 Tx/Rx 절환스위치1의 모든 SW1은 통전되어 제2 CDA컬럼의 CDA 신호선은 Tx 구동신호선1(520-1)에 공통 접속된다.
또한 스위칭소자2(SW2)의 출력단자와 연결된 모든 신호선은 DC전위에 연결되는 것이 바람직하므로, 도21c 내지 도21d를 참조하면, 모든 그룹에는 로우 상태의 LD를 인가하되 모든 그룹의 LD(LD1 내지 LD4)가 Disable인 로우 상태이면 스위칭소자2(SW2)의 출력단자와 연결된 모든 신호선은 신호선/DC절환스위치의 동작에 의해 DC전위에 연결된다.
그룹3 및 그룹4의 LD가 모두 로우 상태이면 그룹3 및 그룹4의 모든 CDA는 Tx/Rx 절환스위치의 동작에 의해 Tx 구동신호선1(520-1)에 공통 접속되므로 Tx 구동신호선1(520-1)에 인가된 Tx 구동신호(Tx Driving)에 의해 그룹3 및 그룹4를 구성하는 모든 CDA에는 Tx 구동신호가 인가된다.
이와 같이 본 발명은 Tx/Rx 절환스위치 및 Loader(450) 또는 신호선/DC절환스위치(452)에 하나의 턴온/턴오프 제어신호를 공통으로 사용하여, Tx 신호를 인가하는 CDA의 구조로 변경하거나 Rx 신호를 검출하는 구조로 CDA의 구조를 변경하거나 목적에 따라 플로팅된 신호선을 DC로 고정하는 등 다양한 동작이 되도록 회로를 설계하는 것이 가능하다.
한편, 제2 CDA컬럼이 하나 또는 2개 등 적은 수의 CDA로 구성되면 표시장치(10)와 CDA가 대향하는 면적이 넓어지므로 공통전극 정전용량(Ccm)의 크기가 커진다. Pen에 Tx 구동신호를 이용하여 디지털 정보를 전달하기 위해서는 Pen에서 규정하고 있는 상승시간(Rising Time) 및 하강시간(Falling Time)에 대한 규격을 만족해야 하다. 일 실시예로 USI(Universal Stylus Initiative) 규격(Specification)에서는 Uplink를 위한 Rising Time 및 Falling Time을 80% 변화량 기준으로 300ns를 제시하고 있다. 즉, 3V의 Tx High 구동전압에 대해 0V부터 3V의 80%인 2.4V에 도달하는 Rising Time이 300ns이내일 것과, 3V에서 0.6V까지 도달하는 Falling Time이 300ns 이내를 만족해야 Tx 신호에 대해 하이 또는 로우를 인식하는 것이 가능하다.
Tx 구동신호선1(520-1)은 표시장치의 좁은 비가시영역에 설치되어야 하므로 넓은 면적으로 설치되는 것이 어려울 수 있고, 제2 CDA컬럼의 CDA 신호선도 Tx 구동신호선과 연결되기 위하여 일정거리를 필요로 하므로 Tx 구동신호선1과 CDA 신호선으로 인해 소정의 선저항(Line Resistance) R_line이 형성된다. 또한 CDA에는 공통전극 정전용량(Ccm) 및 선간정전용량(Cd) 및 쉴딩정전용량(Cin_sd) 및 기타 기생정전용량을 포함하는 복합정전용량인 C_total이 형성되므로 제2 CDA컬럼은 선저항 R_line 및 복합정전용량 C_total에 의해 τ =R_line*C_total이라고 하는 시상수(τ, Time Constant)가 형성되고, 시상수(τ)에 의해 아래의 수학식9 또는 수학식10에 의한 Tx 전송신호의 Rising Time과 Falling Time이 결정된다.
다음의 수학식9는 Tx High 구동전압인 Vh에 대하여 Rising Time(t)이 경과함에 따라 Tx 신호가 인가되는 제2 CDA컬럼을 구성하는 제2면적 CDA에서의 전압의 크기이다.
<수학식9> 
한편, 다음의 수학식10은 Tx Low 구동전압인 Vl에 대하여 Falling Time(t)이 경과함에 따라 Tx 신호가 인가되는 제2 CDA 컬럼을 구성하는 제2면적 CDA에서의 전압의 크기이다.
<수학식 10> 
상기 수학식9 또는 수학식 10을 참조하면 초기 전압 Vh 나 Vl에 대하여 t가 시상주 τ와 동일하면 약 63.2%의 변동율을 나타내고, 2τ에서 약 86.5%의 변동율을 나타내므로 80%의 신호변동율로 Tx Rising Time이나 Falling Time을 규정한 USI 규격에서 Tx High나 Tx Low 규격을 만족시키기 위해서는 대략 2τ정도의 시간을 필요로 한다.
시상수 (τ)는 τ =R_line*C_total에 의해 결정되므로, 2τ가 300ns에 대한 USI 규격을 만족시키지 못하는 경우라면 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA의 개수를 하나에서 두개로 분리하거나 또는 3개나 4개로 분리하여 공통전극 정전용량 및 선간정전용량의 크기를 낮추거나, Tx 구동신호선의 폭을 넓게 하고 CDA 신호선의 폭도 넓게 하여 저항 R_line의 크기를 낮춰야 한다.
그러나 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA의 개수를 늘리면 오브젝트의 존재유무 판단을 위한 Quick Search에 많은 시간이 소요되고 회로가 복잡 해지며, 저항값을 낮추는 것은 Layout의 한계로 인해 불가한 경우가 많이 있다.
도25는 이러한 문제를 해결하는 본 발명의 일 실시예로서, 도25a는 Tx 구동신호선2가 추가된 본 발명의 일 실시예이다.
도25a를 참조하면, Tx 구동신호선1(520-1)과 대향하여 표시장치의 타측 비표시영역에 Tx 구동신호선2(520-2)가 추가된다. Tx 구동신호선2(520-2)는 Tx구동신호선1(520-1)과 분리되거나 연결될 수 있으며 상호 연결될 때에는 표시장치의 비표시영역 일측에 구성된 연결선을 매개로 상호 연결된다.
도25a의 실시예에서, Tx 구동신호선2(520-2)는 Tx 구동신호선1(520-1)과 대향하여 표시장치의 상측 비가시영역에 설치되며, 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA와 Tx 구동신호선2 사이에는 하나 또는 하나 이상의 스위칭소자(SW3)로 구성된 Tx/Rx절환스위치2(500-2)가 설치된다.
제2 CDA컬럼을 구성하는 제2면적 CDA에서는 상하로 두개의 신호선이 인출되되, CDA의 상측 에서는 CDA의 하측에서 인출된 CDA신호선과 반대방향으로 CDA 신호선이 인출되어 Tx/Rx절환스위치2(500-2)를 구성하는 스위칭소자(SW3)의 일측 단자로 입력되고 스위칭소자(SW3)의 타측 단자에서는 신호선이 인출되어 Tx 구동신호선2(520-2)와 연결된다.
도25a의 실시예에서 Tx/Rx 절환스위치2(500-2)는 하나의 스위칭소자(SW3)으로 구성되어 Tx구동신호를 인가할 때에는 Tx구동신호선2(520-2)에 연결되고 Tx 구동신호를 인가하지 않을 때에는 Tx 구동신호선2와 분리되어야 한다. 이러한 동작은 Tx/Rx절환스위치1을 구성하는 하나의 스위칭소자인 SW1의 동작과 동일하다.
따라서, Tx/Rx 절환스위치1을 구성하는 SW1의 게이트에 연결되는 "Tx/Rx 절환스위치_Cont1"은 Tx/Rx 절환스위치2를 구성하는 SW3의 게이트에도 연결될 수 있다. 또한 Tx/Rx 절환스위치1을 구성하는 두개의 스위칭소자의 게이트에 하나의 제어신호가 연결되는 도25d의 실시예와 동일하게 도25a에도 하나의 제어신호로 Tx/Rx 절환스위치1 및 Tx/Rx 절환스위치2의 모든 게이트에 하나의 제어신호(본 명세서에서는 LD3)를 연결하는 것이 가능하다.
제2 CDA컬럼의 구성을 위해 하나의 CDA가 사용되는 경우, CDA의 길이는 10cm에서 20cm 또는 그 이상으로 설치된다. CDA는 표시장치의 상면에서 ITO(Indium Tin Oxide)나 메탈메쉬(Metal Mesh)로 제작될 때 저항성분이 있기 때문에, Tx 구동신호가 인가되면 신호가 인가된 곳부터 순차적으로 공통전극 정전용량(Ccm) 및 선간정전용량(Cd)를 충전하며, 저항이 가장 큰 CDA 마지막 부위가 가장 늦게 충전된다.
이러한 이유로 CDA의 양쪽에서 Tx 구동전압을 인가하면 CDA의 저항이 두곳으로 분산되어 저항의 크기가 50%가량 줄어들고, 공통전극 정전용량(Ccm) 및 선간정전용량(Cd)의 충전전하량이 50% 가량 감소되는 효과가 있으므로 수학식9나 수학식10의 시정수(τ)가 50% 감소하여 공통전극 정전용량(Ccm)의 충전시간이 4배로 향상되는 효과가 있다. 즉, CDA의 양쪽에서 Tx 구동전압을 인가하면 Tx의 Rising Time이나 Falling Time이 4배로 향상되는 효과가 있다. (단, 이러한 시간의 단축은 쉴딩정전용량이 거의 없다고 가정했을 때이며 실제로는 쉴딩정전용량의 충전전하량은 변하지 않으므로 시정수는 25% 보다는 더 커진다)
이와 같이 이유로 본 발명은 도25a의 실시예와 같이, 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선의 양방향에서 Tx 신호를 인가하여 Rising 및 Falling Time을 4배가량 향상시키는 효과가 있다.
만일 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA의 양방향에서 Tx 구동전압을 인가하여도 Rising Time 및 Falling Time에 관한 규격(Specification)을 달성하지 못하는 경우에 대해 본 발명에서는 도25b와 같은 방법을 제시하며, 이는 Tx Low 전압 및 Tx High 전압의 전원선을 이용하여 Tx 신호를 인가하는 방법이다.
도25a를 다시 참조하면, Tx 구동신호선(520)은 1) 한 선으로 구성되어 있으며 2)반도체IC에서 제공하는 Tx 구동신호(Tx Driving)인 Tx High 및 Tx Low 전압을 한 선으로 Tx 구동신호선(520)에 공급한다. 이러한 방식은 다음과 같은 문제가 있다.
1) 한선으로 구성된 Tx 구동신호선(520)은 하이 전압과 로우 전압을 교번하며 동작해야 하므로 충방전시간을 필요로 한다. 한선으로 구성된 Tx 구동신호선(520)은 선저항 및 기생정전용량에 의해 충방전을 위한 소정의 시간을 필요로 한다. 이로 인해 CDA로 전달되는 Tx 구동신호의 지연(Delay)이 발생한다.
2) 반도체IC에서 제공하는 한 선의 Tx 구동신호(Tx Driving)은 Tx 하이 전압 및 Tx 로우 전압을 제공하며, 반도체IC에서 발원하여 연결부재(300)를 통하여 표시장치에 설치된 Tx 구동신호선까지의 Layout(Pan out)을 위해 반도체IC에서 제공하는 Tx 구동신호를 전달하는 신호선의 길이는 소정의 저항값을 가지게 되며 기생정전용량도 포함된다. 이러한 신호선의 저항값과 기생용량으로 인해 Tx구동신호선(520)에 전달되는 Tx구동신호의 지연이 발생한다.
도25b는 Tx 로우 전압과 Tx 하이 전압의 성분을 가진 전원선을 Tx구동신호선1(520-1) 및 Tx구동신호선2(520-2)의 일측에 배치한 본 발명의 일 실시예이다. 만일 Tx 로우 전압이 0V이면 0V의 전위를 가진 Tx 로우 전압이 Tx 로우레벨 전원선(531)에 공급되며, Tx 하이 전압이 3V이면 3V의 전위를 가진 Tx 하이레벨 전원선(532)에 공급된다. Tx 로우레벨 전원선(531) 및 Tx 하이레벨 전원선(532)은 Tx구동신호선1(520-1)의 일측에 설치하거나, Tx구동신호선2(520-2)의 일측에 설치할 수도 있다.
Tx 구동신호선(520-1, 520-2)과 두개의 전원선(531,532) 사이에는 Tx 레벨 선택스위치(Tx Level Selection Switch, 510)가 위치한다. Tx 레벨 선택스위치(510)는 Tx구동신호선1(520-1)에 2개가 설치되고 Tx구동신호선2(520-2)에도 2개가 설치되었지만 Tx 레벨선택스위치(510)를 구성하는 스위칭소자의 턴온 저 항[Rds(on)]을 낮추기 위해 더 많은 Tx 레벨선택스위치(510)가 설치될 수 있다.
추가된 2개의 전원선에 대응하기 위해 Tx 레벨선택스위치(510)는 적어도 2개 또는 2개 이상의 스위칭소자로 구성된다. 만일 도25b의 실시예와 같이 Tx 레벨선택스위치(510)가 2개의 스위칭소자로 구성되면 Tx 레벨선택스위치(510)를 구성하는 스위칭소자의 게이트에 하나의 제어신호(Tx Level_Cont)가 공통 접속되어, 제어신호의 하이 또는 로우의 상태에 따라 Tx 레벨선택스위치(510)의 일측에 공통 접속된 Tx구동신호선(520)에는 Tx 하이 전압 또는 Tx 로우 전압이 인가된다.
Tx 레벨선택스위치(510)를 구성하는 스위칭소자에 게이트에는 각 각 서로 다른 제어신호가 인가될 수 있으나 반도체IC로부터 공급되는 Tx 레벨선택스위치(510)의 제어신호는 반도체IC의 출력 Pin수를 절감시키기 위해 바람직하게는 하나만 사용하는 것이 좋다.
도25b의 실시예에서, Tx 레벨선택스위치(510)를 구성하는 2개의 스위칭소자에는 Tx구동신호선이 공통 연결되며, 반도체IC(400)에서 제공하는 하나 또는 2개의 Tx 레벨선택스위치(510)의 제어신호에 의해 두개의 스위칭소자의 하나는 턴온되 고 하나는 턴오프 되어 Tx구동신호선(520)에는 Tx하이 전압 또는 Tx로우 전압이 인가되며 이 전압은 제2 CDA컬럼의 CDA에 인가되므로 Pen을 향한 Tx 신호를 송출하는 것이 가능하다.
Tx 로우레벨 전원선(531) 및 Tx 하이레벨 전원선(532)를 Tx 구동신호선(520)의 일측에 배치하고 Tx 레벨선택스위치(510)를 이용하여 Tx 구동전원선에 Tx 구동전압을 인가하는 방법은 다음과 같은 장점이 있다.
1) 도25a의 실시예와 같이 Tx 구동신호선의 한 점(Single Point)에서 Tx 구동신호를 인가할 때 Tx 구동신호선의 선저항 및 기생정전용량에 의한 충방전시간의 지연이 발생하지만 고정된 전압을 가진 전원선(531,532)이 최단거리에서 Tx 구동신호선(520)에 Tx를 위한 신호용 전원을 공급하므로 Tx 구동신호선(520)의 선저항이 축소되어 Tx 구동신호선(520)의 충방전 시간이 개선되는 효과가 있으며 이로 인해 Rising 및 Falling Time이 빨라지게 된다.
또한 Tx High Level 전원선(532)이 소정의 DC 전압을 가지는 전원선이나 Tx Low Level 전원선(531)과 상하로 대향하여 배치되면 Tx High Level 전원선(532)에 생성된 정전용량으로 인해 Tx 구동신호선(520)의 전하공급능력이 향상되고 Tx 하이 전압 공급 시 전압강하가 발생하지 않는 장점이 있다.
2) 기존에는 반도체IC에서 제공하는 Tx구동신호(Tx Driving)는 Tx 구동신호선(520)을 구동할 수 있는 전류용량을 필요로 하며 이에 따라 Tx 구동신호선에 의한 신호전달시간의 지연이 발생하였으나, 도25b와 같이 두개의 전원선에 구동전압을 보존(Keeping)하고 반도체IC(400)로부터는 게이트 턴온/턴오프 신호만 인가되므로, 입력 임피던스가 이론적으로는 무한대인 스위칭소자의 게이트 특성에 의해 반도체IC(400)에서 공급되는 신호의 전류소모는 없고 또한 신호의 저항성분이 무시되어 스위칭소자의 턴온/턴오프가 고속(High Speed)으로 진행 가능하게 된다.
이와 같이 본 발명은 Tx 구동신호를 구성하는 전용의 Tx 로우 전압 및 Tx 하이 전압을 제공하는 전원선 및 Tx Level 선택스위치(510)를 이용하여, 반도체IC에서 제공하는 제어신호의 시간지연을 개선하고 Tx 구동신호선의 선저항으로 인한 충방전시간의 지연을 개선하여 보다 빠른 속도로 Tx신호의 Rising 및 Falling Time을 구현하는 것이 가능하다.
도25a와 같이 두개의 Tx 구동신호선으로 Tx 구동신호를 인가하거나 도25b와 같이 두개의 분리된 전원선을 이용하여 Tx 구동신호를 인가하여도 Tx의 Rising 및 Falling Time이 개선되지 않는 경우가 발생하며, 이러한 문제는 도25c와 같이 부스트(Boost) 전압을 이용하여 해결하는 것이 가능하다.
도25c는 Tx Low 전압 및 Tx High 전압 및 Tx 하이 부스트 전압 및 Tx 로우 부스트 전압을 이용하여 Tx 파형의 Rising 및 Falling에 대한 속도를 개선시키는 방법에 관한 본 발명의 실시예이다.
도25c를 참조하면, Tx Low 레벨 전원선(531) 및 Tx high 레벨 전원선(532)과 이웃하여 Tx 하이레벨 부스트 전원선(533) 및 Tx 로우레벨 부스트 전원선(534)이 설치된다.
수학식9를 참조하면, Tx Rising Time은 
에서 t의 값이며 USI규격을 일 실시예로 하면 300ns이다. 수학식9에서 Tx 하이레벨전압 (또는 Tx 하이 전압)은 3V이며, 
라고 가정하고 USI 규격의 Rising Time인 
을 사용하면 Vbt값이 결정되는데. 도25c에서 Vbt는 Tx 구동신호선에 Tx 하이 신호가 인가되기 전에 인가되는 부스트 전압이며 본 명세서에서는 Tx 하이 부스트 전압(Tx High Boost Voltage)라고 호칭한다.
수학식 
를 정성적으로 해석하면, Tx 구동신호선(520)에 초기 부스트 전압 Vbt를 인가하고 Rising time인 300ns이후에 구동신호선(520)에 형성된 전압의 크기 V(t)가 3V라는 의미이다.
Tx 하이 부스트 전압은 Tx 레벨선택스위치(510)에 의해 선택된다. Tx 레벨선택스위치(510)은 4개의 전원선에 대해 적어도 4개 또는 4개 이상의 스위칭소자로 구성되며, 본 발명에서는 4개의 스위칭소자를 사용하는 것으로 가정하였다. 후술하는 Tx 로우 부스트 전압을 포함하여 4개의 전원선이 사용되고 이 중에서 하나의 전원선만 선택되므로 Tx 레벨선택스위치(510)의 게이트에 연결되는 제어신호는 모든 스위칭소자에 개별적으로 제공되어야 한다. 따라서 Tx 레벨선택스위치(510)에는 4개의 스위치 제어신호가 필요하며 반도체IC(400)에서 4개의 제어신호를 공급할 수도 있지만, 반도체IC의 Pin수를 절감하기 위하여 2개의 제어신호선만 공급하고, 표시장치내에 설치된 디코더(436)를 사용하여 4개의 제어신호를 생성하고 생성된 4개의 신호를 4개의 스위칭소자에 각 각 공급하는 것이 가능하다.
Tx 구동신호선(520)은 Tx 레벨선택스위치(510)를 구성하는 4개의 스위칭소자(SW4 내지 SW7)의 입력단자에 공통으로 연결되고 4개의 스위칭소자의 출력단자는 각 각 Tx 로우 전압 및 Tx 하이 전압 및 Tx 하이 부스트 전압 및 Tx 로우 부스전원을 공급하는 전원선에 연결되며, 각4개의 스위칭소자에 제공되는 4개의 턴온/턴오프 제어신호 중 하나의 턴온 신호에 의해 하나의 스위칭소자가 턴온 되어 4개의 전원선중의 하나에 연결된다.
Tx Rising Time을 빠르게 시행하기 위해서는 Tx 구동신호선(520)에 Tx 하이 부스트 전압을 공급하며, 원하는 시간내에 Tx 하이 전압이 CDA에 형성되어 Tx 하신호의 전송이 완료되면 더 이상 Tx 하이 부스트 전압은 불필요하다. CDA에 Tx 하이 전압이 형성되면 Tx 구동신호선에는 Tx 하이 부스트 전압이 제거된 후 Tx 하이 전압이 인가된다. 이러한 실시예는 Tx 레벨선택스위치(510)의 스위칭소자가 최초 SW4가 턴온 상태(최초 Tx 로우 상태)에서 SW4가 턴오프 되고 SW6이 턴온 되어 Tx 구동신호선에는 Tx 로우 전압을 기준으로 Tx 하이 부스트 전압이 공급되고, 본 실시예에서 인용한 USI의 Rising Time인 300ns이후에 SW6이 턴오프 되고 SW5가 턴온 되면 Tx 구동신호선에는 Tx 하이 전압이 인가되어 필요한 Tx 하이 유지시간만큼 SW5는 턴온 상태를 유지한다.
이후 Tx Falling도 동일하게 일 실시예인 300ns이내에 시행되어야 하므로, SW5는 턴오프 되고 SW7이 턴온 되어 Tx 구동신호선에는 Tx 로우 부스트 전압이 300ns동안 인가되며 이후 SW7이 턴오프 되고 SW4가 턴온 되어 Tx 로우 전압이 인가된다.
Falling Time도 Rising Time과 동일한 300ns가 되기 위해서는 Tx 로우 부스트 전압의 크기도 Tx 하이 부스트 전압의 크기와 동일한 9.6V가 되어야 하며, 3V의 Tx 하이 전압상태를 0V인 Tx로우 전압으로 Falling 시키기 위해서는 -6.6V [3V-(-6.6V)=9.6V]의 음(Negative)의 크기를 가지는 전원이 Tx 로우 부스트 전압으로 공급되어야 한다. 하나의 시스템에서 Rising 및 Falling time에 대하여 동일한 시상수(τ)가 적용되므로 Rising time인 t(r) 또는 falling time인 t(f)의 조정은 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압의 크기 변경에 의해 가능하다.
일실시예로, 반도체IC(400)의 전원전압으로 사용되는 3.0V로 Tx 로우 부스트 전압인 -6.6V를 전원부에서 생성하기 위해서는 3.0V의 -3배인 -9V를 먼저 생성한 후 -9V를 이용하여 -6.6V를 생성해야 한다. -9V와 -6.6V의 차이는 전원부의 효율을 결정하므로 전원부의 효율이 낮아지게 되어 소비전력이 과하게 낭비되는 문제가 있다. 이러한 이유로 3.0V를 이용하여 -2배인 6V를 생성한 후 전원부의 효율 및 안정성 등을 고려하여 약 -5V를 Tx 로우 부스트 전압으로 결정한다. 상기 시상수의 일실시예의 800ns보다 더 작은 경우에는 -5V의 전압으로도 Falling time 규격을 만족시킬 수 있을 것이다. 그러나 시상수가 800ns보다 더 큰 경우에는 Tx 로우 부스트 전압을 -9V에 가깝게 생성하여 Tx 로우 부스트 전압의 인가시간을 단축시키고 이로 인해 t(f) 시간을 단축시키는 것이 소비전류의 절감을 위해 바람직하다.
Tx 하이 부스트 전압과 Tx 로우 부스트 전압은 Tx 구동신호선(520)에 안정전으로 전원을 공급해야 하므로 Tx 하이 부스트 전압과 Tx 로우 부스트 전압은 반도체IC의 전원부 또는 구동부에서 발원하여 연결부재(300)를 통하여 표시장치로 공급될 때 연결부재의 부스트 전원선에는 커패시터를 부착하여 부스트 전압의 변동에 대하여 리플(Ripple)이 최소화되도록 조치한다. 또한 표시장치에 설치된 Tx 하이 부스트 전압과 Tx 로우 부스트 전압을 공급하는 전원선 레이어에도 소정의 DC전압이 인가된 별체의 전원선 레이어와 상하로 상호 대향 배치하여 양자(two part)간에 커패시터가 구성되게 한다. Tx 하이 부스트 전압과 Tx 로우 부스트 전압을 공급하는 전원선과 대향하여 커패시터를 형성하는 전원선에는 Tx 로우 전압 또는 시스템의 그라운드 전압이 인가되는 것이 바람직하다.
한편, Tx를 송출하는 CDA와 부스트 전압이 인가된 Tx 구동신호선 사이의 등가 선저항 및 등가 정전용량의 크기를 정확히 산출하기는 어려울 수 있으며, 계산된 시상수의 크기에 의해 Tx 부스트 전압을 인가 한 후 Tx 신호를 방출하는 CDA에서 측정된 t(r) 및 t(f)의 크기는 예측치와 다를 수 있다. 이때는 Tx 부스트 전압의 크기를 조정하는 보정에 의해 t(r) 또는 t(f)의 크기를 조정하는 것이 가능하다.
Tx 부스트 전압은 시상수(τ)의 크기 및 t(r) 또는 t(f)의 규격에 따라 다양한 크기로 설정된다. 시상수(τ)의 크기가 클수록 Tx 부스트 전압의 크기도 커지므로 Tx 부스트 전압은 다양한 크기를 가질 수 있도록 설계되어야 한다. 일 실시예로, 전압 조정기(Voltage Regulator)에서 출력되는 전압의 크기는 출력전압의 피드백 전압(Feedback Voltage)에 의해 결정되므로 피드백전압을 출력하는 저항비를 다양하게 설정하는 방법으로 Tx 부스트 전압의 크기를 다양하게 조정하는 것이 가능하다.
수학식9에서 시상수(τ)는 초기전압 Vh를 RC 회로에 인가했을 때 R에서 검출되는 전압이 Vh의 63.2%일 때로 정의되는 값이다. 본 발명에서 Rising Time t(r)을 최소한 시상수(τ)와 동일하게 설정하면 부스트 전압 Vbt를 인가하고 시상수(τ) 시간 경과후에 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA에서 Tx 하이 전압이 일 실시예인 3V가 되는 것을 목표로 한다. 이를 위해 수학식9의 t= τ로 설정하고 V(t)를 3V로 설정하면 Vh는 대략 V(t)의 1.5배보다 큰 전압으로 결정된다. 이와 같이 Tx 하이 부스트 전압을 Tx 하이 전압의 약 1.5배로 설정하여 전압을 인가하면 시스템의 시상수(τ)를 계산하는 것이 용이하다는 장점이 있으며 이때 계산된 시상수를 바탕으로 원하는 Rising Time을 설정하면 Tx 하이 부스트 전압의 크기가 결정되며 이러한 과정은 Tx 로우 부스트 전압의 크기를 결정할 때에도 동일하게 적용된다.
이와 같이 본 발명은 Tx 부스트 하이 전압의 크기는 Tx 하이 전압의 크기보다 최소한 1.5배 이상 큰 전압으로 설정되는 것이 바람직하다. 또한 본 발명은 Tx 로우 부스트 전압을 인가하기 위해 음(Negative)의 전원을 갖는다.
전술한 바와 같이, 제2 CDA컬럼은 Tx 신호를 송출하거나 Rx신호를 수신하거나 오브젝트의 정전용량을 검출하는 등 다양한 목적을 위해 사용된다. Tx 부스트 전압은 Tx의 송출을 위해서만 필요하므로 Tx 부스트 전압을 생성하는 전원부는 Tx 송출의 경우에는 동작을 개시하여 Tx 부스트 전압을 생성하고 Tx 신호를 송출하지 않을 때에는 Tx 부스트 전압을 생성하는 전원부는 턴오프(Turn off)시켜 소비전류를 절감하는 것이 바람직하다.
Tx 신호를 송출하지 않을 때에는 Tx 구동신호선에는 스윙하는Tx 구동신호가 인가되지 않는다. Tx 구동신호선은 제2 CDA컬럼의 검출신호선과 여러 Point에서 교차점이 발생하므로 Tx 구동신호선이 플로팅 되면 검출신호선에서 검출되는 신호가 노이즈로 인해 검출오류가 발생할 수 있다. 이러한 문제를 방지하기 위해 Tx 구동신호선(500)에는 일정 DC 레벨이 공급되는 것이 바람직하다. 바람직하게는 시스템 그라운드 전원인 Tx 로우레벨(0V)를 공급하며 이를 위해 Tx 레벨선택스위치(510)에서 GND를 공급하는 SW4가 턴온 상태를 유지하는 것이 바람직하다.
도25d는 도25c의 실시예에서 Tx/Rx절환스위치의 턴온/턴오프 제어신호로 사용되는 두개의 제어신호를 대신하여 Loader 또는 신호선/DC절환스위치의 출력제어신호인 하나의 제어신호(LD)가 사용된 본 발명의 일 실시예이다.
도25d를 참조하면, Tx 신호를 송출하기 위해 Loader 또는 신호선/DC절환스위치의 출력제어신호(LD)가 Disable 상태인 Low가 제공되며, 이로 인해 Tx/Rx 절환스위치1의 SW1 및 Tx/Rx절환스위치2의 SW3이 같이 턴온 되어 제2 컬럼CDA는 Tx구동신호선(520-1,520-2)과 연결된다. Tx 신호 송출을 위해 제2 CDA컬럼으로 구성된 다른 그룹(본 명세서에서는 그룹4)에도 Disable 상태인 Low의 LD가 제공된다. 이로 인해 그룹4를 구성하는 제2 CDA컬럼의 CDA도 Tx/Rx 절환스위치(500)의 SW1 및 SW3이 턴온 되어 Tx구동신호선(520)에 연결된다. Tx 구동신호선(520)과 연결된 그룹3의 10개의 CDA와 그룹4의 10개의 CDA에는 반도체IC(400)에서 제공하는 Tx 레벨선택스위치(510)의 제어신호에 의해 Tx 로우 전압 또는 Tx 하이 전압 또는 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압이 공급되고, CDA에서는 Tx 하이신호 또는 Tx 로우신호가 원하는 Tx 디지털 Data값에 맞게 형성되어 펜을 향한 Tx 송출이 이루어진다.
제1 CDA컬럼으로 구성된 그룹1과 그룹2는 Tx 신호를 송출하지 않으므로 Tx/Rx 절환스위치가 없으며, 로우상태인 LD가 공급되면 신호선/DC절환스위치의 fill 처리된 스위치가 턴온 되고(도 21b 참조), 그룹1과 그룹2의 각 10개씩의 CDA컬럼에서 발원된 20개의 신호선은 DC와 연결되어 플로팅 상태가 방지된다.
상술한 Tx 송출에 관한 Rising 및 Falling Time의 속도를 향상시키는 또 다른 방법의 하나는 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA의 선간정전용량에도 Tx 구동신호를 인가하는 방법이다. 도19b의 일 실시예에 따르면, 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA는 구동신호선으로 포위 가능하며 포위된 CDA와 구동신호선 사이에는 선간정전용량(Cd)가 형성된다. 제2 CDA컬럼의 CDA에 Tx 전송을 위한 신호가 공급될 때 Tx 신호를 전송하는 CDA를 포위한 구동신호선에도 포위된 CDA에 공급되는 Tx 신호와 동일한 전압이 인가되면 포위된 CDA와 CDA를 포위한 구동신호선은 동일한 전위상태가 되고 이로 인해 양자간에 형성된 선간정전용량은 취소되어 시상수(τ)가 빨라지므로 Tx 송출에 관한 Rising 및 Falling Time의 속도가 향상되는 효과가 있다.
한편, 본 발명의 일 실시예로, 25개의 CDA로 구성된 제1 CDA컬럼도 제2 CDA컬럼과 동일하게 하나 또는 서너 개의 CDA로 재구성(Re-made)하고 이를 이용하여 Tx 신호를 송출하거나 Rx 신호를 수신하거나 오브젝트 Quick Search가 가능하다. 25개 또는 그 이상이나 그 이하의 CDA로 구성된 제1 CDA컬럼의 CDA들은 검출/구동신호선 스위치그룹(437) 보다 먼저 설치된 본 발명의 장치인 Tx/Rx 절환스위치(500)에 의해 하나 또는 복수개의 원하는 개수만큼의 Re-made CDA를 구성하는 것이 가능하다. 일 실시예로 25개의 CDA로 구성된 CDA컬럼은 5개의 CDA를 상호 연결하여 구성된 5개의 Re-made CDA로 구성되거나, 25개의 CDA를 모두 연결하여 하나의 CDA로 Re-made된 CDA컬럼을 구성할 수 있다.
일 실시예로, 25개의 CDA가 상호 연결되어 마치 하나의 CDA와 동일하게 동작하는 제1 CDA컬럼은 Tx 구동신호선에 연결되어 Tx 신호를 송출하는 것이 가능하다. 그러나 이 경우 가장 원거리의 CDA와 연결된 신호선은 10cm 또는 20cm보다 길어지는 경우도 있으므로 CDA 신호선의 길이에 따라 선저항이 상당히 커지는 문제가 있다. 이로 인해 Rising Time이나 Falling Time을 정해진 규격내로 유지하는 것이 어렵다는 문제가 있다.
도26은 도25c를 기초로 작성된 오브젝트 정전용량 검출방법에 관한 일 실시예이다.
도26을 참조하면, Tx 신호전송(1) 단계는, 그룹3 또는/그리고 그룹4를 구성하는 제2 CDA컬럼에 Tx 신호를 인가하는 단계이며, Tx/Rx 절환스위치1(500-1) 및 Tx/Rx 절환스위치2(500-2)를 조작하여 제2 CDA컬럼의 모든 CDA가 Tx 구동신호선에 연결되는 단계이다. 이를 위해 Tx/Rx 절환스위치_Cont1에는 하이 전압이 인가되어 Tx/Rx 절환스위치1의 SW1 및 Tx/Rx 절환스위치2의 SW3이 턴온된다. 또한 Tx/Rx 절환스위치_Cont2에는 로우 전압이 인가되어 Tx/Rx 절환스위치1의 SW2는 턴오프 된다.
Tx신호 전송을 위해 Pen에 따라 Beacon 신호 등 특별한 신호가 규정되어 있으나 본 발명의 실시예에서는 1010 또는 0101이라는 신호를 인가하기로 한다. Tx/Rx 절환스위치의 동작에 의해 제2 CDA 컬럼의 CDA들은 공통 연결되어 Tx 구동신호선(520)에 연결되며, Tx 구동신호선에는 Tx 레벨선택스위치의 동작에 의해 Tx 하이 전압 및 Tx 로우 전압이 공급된다.
Tx 레벨스위치(510)는 4개의 스위칭소자(SW4 내지 SW7) 및 스위칭소자 턴온 및 턴오프 제어신호인 Tx Level_Cont4 내지 Tx Level_Cont7에 의해 선택적으로 턴온된다. Tx Level_Cont4의 하이 전압에 의해 SW4가 턴온 되고 Tx Level_Cont5의 하이 전압에 의해 SW5가 턴온 되고 Tx Level_Cont6에 의해 SW6이 턴온 되며 Tx Level_Cont7의 하이 전압에 의해 SW7이 턴온된다.
SW4 내지 SW7의 일측 입력단자에는 공통으로 Tx 구동신호선(520)이 연결되며, SW4의 타측에는 Tx 로우 전압을 공급하는 전원선이 연결되고, SW5의 타측에는 Tx 하이 전압이 연결되고, SW6의 타측에는 Tx 하이 부스트 전압이 연결되고 SW7의 타측에는 Tx 로우 부스트 전압이 연결된다.
Tx 송출신호의 일 실시예로 "1010"을 전송하는 경우, Tx 하이 전압을 공급하기 위한 목적으로 SW5를 턴온 시키기 이전에, Tx 하이 부스트 전압을 인가하기 위한 목적으로 SW6을 턴온 시키고 이를 위해 Tx Level_Cont6에 하이 전압이 인가된다. Tx 하이 부스트 전압이 인가된 후 (도26에 표시된) Φ 시간 이후에 Tx 하이 전압이 인가되어야 하므로 Tx Level_Cont5가 하이로 되고 SW5가 턴온 되며 SW6은 턴오프 된다.
Φ는 Tx 하이 부스트 전압을 인가한 후 CDA에 형성된 전압이 Tx 하이 전압이 될 때까지 소요되는 시간이며, 사전에 설정된 다양한 시간이 선택될 수 있다. 이러한 시간설정은 반도체IC의 레지스터에 기입하여 레지스터를 선택하는 것으로 원하는 시간을 선택하는 것이 가능하다.
이어서 0에 관한 Tx 신호를 송출하기 위해 Tx 로우 부스트 전압이 인가되며, 이를 위해 Tx Level_Cont7에 하이 전압이 인가되면 SW7이 턴온된다. 소정의 시간이 경과하면 Tx 로우 전압을 공급하기 위해 SW7을 턴오프 시키고, Tx Level_Cont4에 하이 전압이 인가되면 이에 따라 SW4가 턴온된다. 이어서 동일한 방법으로 1과 0에 대한 Tx 신호가 CDA를 통하여 송출된다.
Pen을 향해 Tx 신호를 전송한 후 Pen이 있으면 Tx 신호에 응답하여 ACK 신호 또는 Rx 신호를 보내므로, 제2 CDA컬럼은 Rx신호를 수신하기 위한 상태로 구성되어야 한다. 이를 위해 Tx/Rx 절환스위치_Cont1에는 Low 전압이 인가되며, 이에 따라 Tx/Rx 절환스위치1의 SW1 및 Tx/Rx 절환스위치2의 SW3은 턴오프 되어 Tx 구동신호선과 연결되었던 CDA의 연결선은 단절된다. Tx/Rx 절환스위치_Cont2에는 하이 전압이 인가되어 Tx/Rx 절환스위치1의 SW2는 턴온 되고 제2 CDA컬럼의 검출신호선은 신호선/DC절환스위치나 Loader로 입력된다. 이때 Tx 구동신호선(520)은 플로팅 상태가 되면 신호간섭의 문제가 발생하므로 시스템 GND인 0V인 Tx 로우 전압이 Tx 구동신호선(520)에 인가되는 것이 바람직하며 이를 위해 SW4는 턴온 상태를 유지한다.
신호선/DC절환스위치나 Loader로 입력된 검출신호선은 반도체IC의 Rx 수신부에 입력되어 입력된 신호가 있는지 분석이 시행된다. 반도체IC의 Rx 수신부는 Charge AMP 또는 비교기 등으로 구성되며, ADC를 사용하는 것이 아니므로 그룹3의 10개의 신호선을 동시에 분석하는 것이 가능하여 빠른 시간에 Rx 신호의 입력 여부 및 입력된 신호에 대한 정보분석이 가능하다.
이때 Pen의 하나의 CDA로 구성된 그룹3 그리고/또는 그룹4의 제2CDA컬럼에서 Rx 신호를 빠른 시간에 검출하는 것이 가능하지만, 많은 수의 CDA로 구성된 그룹1 또는 그룹2에서 Rx 신호를 검출하기 위해서는 지속적인 Pen의 위치 스캔(Scan) 및 펜신호가 검출된 CDA가 포함된 Row에서 펜의 Rx를 검출해야 하므로 지속적인 스캔에 따른 많은 시간이 소요되는 문제가 있다.
그룹3 또는/그리고 그룹4에서 Pen의 Rx 신호 수신이 완료되면, Pen의 좌표나 손가락의 좌표가 추출되어야 한다. 만일 Pen의 Rx 신호가 Group3이 속한 표시장치의 왼쪽이나 Group4가 속한 표시장치의 오른쪽에서 검출되면 검출된 위치의 Group만 활성화하고 오브젝트 정전용량을 검출하면 검출시간이 단축되는 장점이 있다.
손가락의 좌표를 추출하기 위해서는, 오브젝트 정전용량을 검출하기 위한 본 발명의 구동전압 인가방법을 사용하여 그룹1 내지 그룹4의 모든 CDA에 대한 스캔을 시행하며, 모든 그룹에서 추출된 오브젝트 정전용량의 크기에 기초하여 손가락의 좌표가 추출된다. 또한 Pen의 좌표를 추출하기 위해서는 Charge AMP를 사용하는 것이 바람직하며 모든 그룹의 CDA에 대해 Charge AMP에서 검출된 제2 검출신호가 제1 검출신호와 차이가 있는지 판별하여 그 차이로 펜의 좌표를 검출하는 것이 가능하다.
이와 같이 펜의 Rx 신호가 수신되거나 오브젝트가 검출되면 지속적으로 펜이나 손가락의 좌표변화를 파악하기 위해 좌표추출이 반복되지만, 만일 Pen이 없거나 오브젝트가 검출되지 않으면 본 발명의 장치는 Sleep이나 Standby 상태에 진입한다.
Sleep이나 Standby 상태는 CPU의 동작이 중지되고 전원부의 동작도 중지되며 타이머 인터럽트(Timer Interrupt)를 위한 최소한의 기능만 동작하는 상태로서 소비전류가 거의 없는 상태이다. 이때 모든 신호는 사전에 설정된 값을 유지하거나 또는 모두 GND 상태를 유지하며 본 발명에서는 모든 신호가 GND 상태를 유지하는 것으로 가정하였다.
이후 타이머 인터럽트에 의해 사전에 설정된 시간이 경과하면 시스템은 다시 부팅(Booting) 및 러닝(Running)되므로, 펜을 검출하기 위한 Tx 신호의 송출부터 시작하여 다시 새로운 시퀀스(Sequence)가 시작된다.
도27은 정전용량 검출방법을 나타내는 흐름도에 관한 본 발명의 일 실시예이다.
도27을 참조하면, 첫번째 단계(P10)은 Pen에 Tx 신호를 인가하는 단계로서, 이를 위해 제2 CDA 컬럼에서 발원된 모든 CDA 신호선을 공통 접속하여 Tx 신호를 인가한다. 이때 제2 CDA 컬럼으로 구성된 하나의 그룹 또는 제2 CDA컬럼으로 구성된 모든 그룹에서 Tx 신호를 출력한다.
두번째 단계(P20)는, Pen의 Rx 신호를 수신 및 펜을 검출하는 단계이다. 첫번째 단계(P10)에서 공통 접속되었던 제2 CDA컬럼의 CDA는 개별적으로 분해되어 Rx 수신부에 접속된다. Rx 수신부는 Charge AMP 또는 비교기 등으로 구성되며, Charge AMP 또는 비교기 등은 모든 검출신호선에 개별 설치되어 하나의 그룹에 소속된 CDA 컬럼에서 발원된 모든 검출신호선에 대해 동시에 Rx 신호를 검출한다.
세번째 단계(P30)는, 오브젝트를 검출하는 단계이다. 펜의 검출은 두번째 단계에서 Rx 신호의 검출유무에 따라 결정된다. 손가락을 검출하기 위해서는 제2 CDA컬럼에 구동전압을 인가하여 본 발명의 수학식4에 따른 제1검출전압 및 수학식5에 따른 제2검출전압의 차이를 이용하여 오브젝트 정전용량을 검출하며 차동증폭기에서 제1검출전압과 제2검출전압의 차이를 검출한다.
제2 CDA컬럼을 구성하는 하나의 CDA에 의해서 손가락이 검출되는 Quick Search에 의해 많은 수의 CDA로 구성된 제1 CDA컬럼에서 손가락을 검출하는 것보다 검출시간이 절약되고 소비전류가 감소되는 효과가 있다.
네번째 단계(P40)는, 오브젝트 검출을 판별하는 단계이다. 두번째 단계(P20)에서 펜의 유효한 Rx 신호가 검출되어 펜이 검출되면 펜신호에 의해 좌표를 검출하기 위한 회로부를 동작 시키고, 세번째 단계(P30)에서 손가락이 검출되면 손가락의 좌표를 검출하기 위한 회로부를 동작 시킨다.
일반적으로 펜은 글자를 쓰기 위해 손가락보다 고속으로 움직이므로 펜의 좌표는 손가락의 좌표보다 더 자주 검출되어 pen의 좌표를 이용하는 CPU로 보고되어야 한다. 일반적으로 펜의 좌표는 손가락의 좌표보다 4~5배 빠른 속도로 보고된다. 이러한 이유로 펜의 좌표는 먼저 추출되어야 한다.
다섯 번째 단계(P50-1)는 좌표 추출 단계이며, 펜의 좌표를 먼저 추출한다. 펜의 좌표추출은 아래와 같이 진행되는 것이 바람직하다.
a) 상기 두번째 단계(P20)에서 제2 CDA컬럼으로 구성된 Left의 그룹3 또는 Right의 그룹4에서 검출된 Rx 신호에 의해 표시장치의 Left 또는 Right 중 어느 쪽에 펜이 위치하는지 알수 있다.
b) 펜의 Rx 신호가 검출된 위치의 제1 CDA 컬럼을 동작 시키고 CDA를 스캔(Scan)하여 펜의 Rx신호에 동기하여 펜에서 출력되는 신호의 크기를 검출한다. 이때 Charge AMP가 사용되며, 펜이 CDA 상면에 위치하여 CDA와 펜 사이에 형성되는 정전용량에 의해 CDA별로 Charge AMP에서 검출되는 전압의 크기는 서로 다르다. 제1 CDA컬럼에서 펜의 Rx 신호에 기초하여 검출된 전압과 제2 CDA컬럼에서 Pen의 Rx 신호에 기초하여 검출된 전압을 사용하여 펜의 좌표를 추출한다.
c) 펜의 좌표추출이 완료되면 손가락의 좌표를 추출한다. 손가락의 좌표를 추출하기 위해서는 선간정전용량(Cd) 및 쉴딩정전용량(Cin_sd)에 제1단구동전압 및 제2단구동전압으로 형성된 구동전압을 인가하여 오브젝트 정전용량을 검출한다. 상기 세번째 단계(P30)에서 표시장치의 왼쪽 또는 오른쪽 중 손가락이 위치한 영역을 알 수 있으므로 손가락이 위치한 영역의 그룹만 활성화하여 손가락을 검출한다. 만일 손가락이 표시장치의 중앙에 위치하면 모든 그룹을 활성화하여 손가락에 의한 정전용량의 크기를 검출해야 한다.
일 실시예로 표시장치의 왼쪽에 손가락이 위치하는 경우, 그룹1 및 그룹3만 활성화하여 손가락의 좌표를 추출한다. 손가락의 좌표는 그룹1을 구성하는 제1 CDA컬럼의 복수의 CDA에 순차적으로 구동전압을 인가하는 방법을 사용하여 수학식4에 기초한 제1검출전압과 수학식5에 기초한 제2검출전압의 차이로 CDA별로 오브젝트 정전용량의 상대크기를 검출하는 것이 가능하다. 또한 그룹3에 대해서도 구동전압을 인가하여 오브젝트 정전용량의 크기를 추출하되 만일 그룹3의 제2 CDA 컬럼이 하나의 CDA로 구성된 경우에는 한번의 구동전압 인가에 따라 오브젝트 정전용량의 상대 크기가 검출된다.
그룹1과 그룹3에서 검출된 오브젝트 정전용량의 크기를 기초로 손가락의 좌표를 추출한다.
상기 c)의 단계 및 d) 단계에서 그룹1 및 그룹3에서 좌표를 검출한다고 가정하면 그룹1을 구성하는 CDA의 면적과 그룹3을 구성하는 CDA의 면적이 서로 다르므로 그룹1을 구성하는 CDA와 그룹3을 구성하는 CDA의 공통전극 정전용량 및 선간정전용량의 크기는 서로 다르다. 따라서 그룹1과 그룹3에서 추출된 전압을 이용하여 오브젝트의 위치를 구할 때 공통전극 정전용량 및 선간정전용량의 크기차이를 반영하여 검출 전압값을 보정한 후 좌표를 구해야 한다.
다섯번 째의 또 다른 단계(P50-2)는, 타이머 인터럽트를 세팅하는 단계이다. 상기 네번째 단계(P40)에서 오브젝트가 검출되지 않으면 반도체IC(400)는 수십ms 이후에 다시 오브젝트를 검출하는 것이 일반적이다. 수십ms동안 반도체IC는 소비전류를 절약하기 위하여 Sleep이나 Standby 상태로 진입한다. 이때 수십 ms이후에 wake-up을 위해 타이머 인터럽트를 세팅하면, 설정된 시간 이후에 발생한 타이머 인터럽트에 의해 반도체IC는 wake-up을 하고 전원의 안정화 등 필요한 소정의 시간이 경과되면 상기 1단계(P10)부터 다시 시작한다.
전술 한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다.
그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시 적인 것이며, 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 개별장치들은 상호 조합되어 종합적인 장치로 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 종합적인 장치는 설명 안된 개별장치들의 결합된 형태로 실시될 수 있다. 본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
3: 공통전극
4: Color Layer
5 : color Filter Glass
7 : 보호층
10 : 표시장치
20 : 오브젝트
100 : CDA(Capacitor Detect Area)
120: 제1면적 CDA
130 : 제2면적 CDA
150 : 빈공간(Empty Area)
200 : CDA 신호선
200-1 : Pin 입력 신호선
210 : Column1 검출신호선
210-1 : Column1 구동신호선
220 : Column2검출신호선
220-1 : Column2 구동신호선
230 : Column3검출신호선
230-1 : Column3 구동신호선
240 : Column4검출신호선
240-1 : Column4 구동신호선
250-1 : 그룹1 검출신호선
250-2 : 그룹2 검출신호선
270-1 : Group1 Loading Signal Line(LD Signal Line)
270-2 : Group2 Loading Signal Line (LD Signal Line)
300 : 연결부재
400 : 반도체 IC
401 : 신호선 입력 Pin
410 : 신호검출부(Singnal Detector)
420 : 구동부
430-1 : 차동증폭기
430-2 : AMP 입력 신호선 선택부
436 : Decoder
437 : 검출/구동신호선 스위치그룹
437-1 : 검출신호선 스위치그룹(Sensing Signal Line Switch Group, SSL SG)
437-2 : 구동신호선 스위치그룹(Driving Signal Line Switch Group, DSL SG)
439 : 레벨 쉬프트(Level Shifter)
450 : Loader
450-1 : 제1그룹 Loader
450-2 : 제2그룹 Loader
450-3 : 제3그룹 Loader
450-4 : 제4그룹 Loader
451 : Loader 선택부(Loader Selector)
452 : 신호선/DC 절환스위치(Signal Detection Line / DC Changeover Switch)
460 : CPU
500-1 : Tx/Rx 선택스위치1
500-2 : Tx/Rx 선택스위치2
510 : Tx 레벨선택스위치(Tx Level Selection Switch)
520-1 : Tx 구동신호선1
520-2 : Tx 구동신호선2
531 : Tx Low Level 전원선 (또는 Tx 로우 전원선)
532 : Tx High Level 전원선 (또는 Tx 하이 전원선)
533 : Tx High Level Boost 전원선 (또는 Tx High Boost 전원선)
534 : Tx Low Level Boost 전원선 (또는 Tx Low Boost 전원선)
4: Color Layer
5 : color Filter Glass
7 : 보호층
10 : 표시장치
20 : 오브젝트
100 : CDA(Capacitor Detect Area)
120: 제1면적 CDA
130 : 제2면적 CDA
150 : 빈공간(Empty Area)
200 : CDA 신호선
200-1 : Pin 입력 신호선
210 : Column1 검출신호선
210-1 : Column1 구동신호선
220 : Column2검출신호선
220-1 : Column2 구동신호선
230 : Column3검출신호선
230-1 : Column3 구동신호선
240 : Column4검출신호선
240-1 : Column4 구동신호선
250-1 : 그룹1 검출신호선
250-2 : 그룹2 검출신호선
270-1 : Group1 Loading Signal Line(LD Signal Line)
270-2 : Group2 Loading Signal Line (LD Signal Line)
300 : 연결부재
400 : 반도체 IC
401 : 신호선 입력 Pin
410 : 신호검출부(Singnal Detector)
420 : 구동부
430-1 : 차동증폭기
430-2 : AMP 입력 신호선 선택부
436 : Decoder
437 : 검출/구동신호선 스위치그룹
437-1 : 검출신호선 스위치그룹(Sensing Signal Line Switch Group, SSL SG)
437-2 : 구동신호선 스위치그룹(Driving Signal Line Switch Group, DSL SG)
439 : 레벨 쉬프트(Level Shifter)
450 : Loader
450-1 : 제1그룹 Loader
450-2 : 제2그룹 Loader
450-3 : 제3그룹 Loader
450-4 : 제4그룹 Loader
451 : Loader 선택부(Loader Selector)
452 : 신호선/DC 절환스위치(Signal Detection Line / DC Changeover Switch)
460 : CPU
500-1 : Tx/Rx 선택스위치1
500-2 : Tx/Rx 선택스위치2
510 : Tx 레벨선택스위치(Tx Level Selection Switch)
520-1 : Tx 구동신호선1
520-2 : Tx 구동신호선2
531 : Tx Low Level 전원선 (또는 Tx 로우 전원선)
532 : Tx High Level 전원선 (또는 Tx 하이 전원선)
533 : Tx High Level Boost 전원선 (또는 Tx High Boost 전원선)
534 : Tx Low Level Boost 전원선 (또는 Tx Low Boost 전원선)
Claims (45)
- 표시장치에 설치되며 도전체 및 독립된 면적으로 이루어진 정전용량 검출영역 (Capacitor Detect Area, CDA);
상기 CDA와 연결된 CDA신호선;
상기 복수의 CDA로 구성된 제1 CDA 컬럼;
상기 제1 CDA컬럼을 구성하는 CDA의 개수보다 작은 개수의 CDA로 구성된 제2 CDA 컬럼; 및
상기 제1 CDA 컬럼과 이웃하여 제2 CDA 컬럼이 위치하는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제1항에 있어서,
상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA의 개수는 하나인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제1항에 있어서,
상기 복수의 제1 CDA 컬럼으로 하나 또는 복수의 컬럼그룹이 형성되고, 상기 복수의 제2 CDA 컬럼으로 또 다른 하나 또는 또 다른 복수의 컬럼그룹이 형성되되, 모든 컬럼그룹마다 하나의 Loader 또는 신호선/DC절환스위치가 배치되고, 컬럼그룹에 포함된 CDA컬럼마다 하나의 CDA신호선이 Loader 또는 신호선/DC절환스위치로 입력되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제3항에 있어서,
상기 제1 CDA 컬럼과 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 사이에는 검출/구동신호선 스위치그룹이 설치되며, 검출신호선 스위치그룹에서 검출신호선이 선택되고 구동신호선 스위치그룹에서 구동신호선이 선택되되, 구동신호선은 검출신호선과 이웃하여 하나 또는 복수의 쌍(Pair)으로 선택되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제4항에 있어서,
상기 검출신호선 스위치그룹에서 선택된 검출신호선은 상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치로 입력되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치에서 출력되는 검출신호선은 AMP 입력신호선 선택부와 연결되며, AMP 입력신호선 선택부와 연결된 검출신호선은 AMP 입력신호선 선택부에서 순차적으로 하나씩 선택되어 출력되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제3항 또는 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치로 입력되는 CDA 신호선 또는 검출신호선의 신호는 Loader 또는 신호선/DC절환스위치의 출력제어단자의 High 또는 Low의 상태에 따른 Enable 또는 Disable상태에 기초하여, Enable 시 Loader 또는 신호선/DC절환스위치에서 출력되고 Disable 시 Loader 또는 신호선/DC절환스위치에서 출력이 되지 않는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제3항에 있어서,
상기 복수의 제2 CDA 컬럼으로 형성된 복수의 컬럼그룹에서 CDA컬럼마다 하나의 신호선이 인출되어 복수의 스위칭소자로 구성된 신호선/DC 절환스위치에 동일한 출력성분끼리 입력되고, 신호를 프로세싱 하는 활성화된 컬럼그룹의 CDA 신호선은 신호선/DC 절환스위치를 구성하는 일측 스위칭소자의 턴온에 의해Loader 선택부나 AMP 입력신호선 선택부에 입력되고, 비활성화 상태의 컬럼그룹의 CDA 신호선은 신호선/DC 절환스위치를 구성하는 타측 스위칭소자의 턴온에 의해 소정의 DC 전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제8항에 있어서,
상기 복수의 스위칭소자로 구성된 신호선/DC 절환스위치의 게이트에는 하나의 턴온/턴오프 제어신호가 연결되어 제어신호의 하이 전압에 의해 일측 스위칭소자가 턴온 되고 제어신호의 로우 전압에 의해 타측 스위칭소자가 턴온 되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제 6항에 있어서,
상기 복수의 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 출력부에서 발원된 동일한 출력성분의 복수의 검출신호선은 복수의 스위칭소자로 구성된 Loader 선택부의 스위칭소자에 각 각 연결되되, Loader 선택부의 게이트(Gate)에 개별 접속된 턴온/턴오프 제어신호의 하이 또는 로우의 상태에 따라 복수의 스위칭소자 중 하나가 턴온 되어 턴온된 스위칭소자에 연결된 검출신호선이 AMP 입력신호선 선택부와 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제10항에 있어서,
상기 복수의 Loader 선택부에서 선택된 복수의 검출신호선은 동일한 컬럼그룹에 포함된 검출신호선인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제10항에 있어서,
상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치의 출력제어신호가 Loader 선택부의 턴온/턴오프 제어신호로 사용되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제1항에 있어서,
상기 제2 CDA컬럼을 구성하는 CDA의 폭(Width)은 상기 제1 CDA컬럼을 구성하는 CDA의 폭보다 좁은 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제1항에 있어서,
상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선에 형성된 쉴딩영역 및 상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선에 구동전압을 인가할 때, CDA 신호선에서 검출되는 전압은 <수학식4>인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
<수학식4>
a) Vd1은 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선에 인가되는 제1단 구동전압
b) Vd2는 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선에 인가되는 제2단 구동전압
c) Vcin1은 반도체IC내부에서 CDA 신호선과 대향하여 형성된 쉴딩영역에 인가되는 제1단 구동전압
d) Vcin2는 반도체IC내부에서 CDA 신호선과 대향하여 형성된 쉴딩영역에 인가되는 제2단 구동전압
e) Cd는 CDA 신호선 및 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선 사이에 형성되는 선간정전용량
f) Cin_sd는 반도체IC내부에서 CDA 신호선 및 CDA 신호선과 대향하여 형성된 쉴딩영역 사이에 형성되는 쉴딩 정전용량
g) Ccm은 CDA 및 CDA 신호선과 표시장치 사이에 형성되는 공통전극 정전용량
- 제1항에 있어서,
제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA는 2개내지 4개인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제1항에 있어서,
상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선의 일측은 적어도 2개 이상의 스위칭소자로 구성된 Tx/Rx 절환스위치1의 스위칭소자 입력단자에 공통 연결되며, Tx/Rx 절환스위치1의 일측 스위칭소자에서 출력되는 CDA 신호선은 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 또는 AMP 입력신호선 선택부와 연결되고, Tx/Rx 절환스위치1의 타측 스위칭소자에서 출력되는 CDA 신호선은 Tx 구동신호선1에 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제1항에 있어서,
상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선의 타측은 Tx/Rx 절환스위치2의 일측 단자에 연결되며, Tx/Rx 절환스위치2의 타측 단자는 Tx 구동신호선2에 연결된 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Tx/Rx 절환스위치1 및 상기 Tx/Rx 절환스위치2를 구성하는 스위칭소자의 하나는 동일한 Tx/Rx 절환스위치 제어신호에 의해 동시에 턴온 또는 턴오프 되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제16항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
하나의 컬럼그룹에 포함된 상기 복수의 제2 CDA 컬럼마다 하나씩 인출된 CDA 신호선은 공통 접속되어 Tx 구동신호선에 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제8항 또는 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호선/DC절환스위치 또는 상기 Tx/Rx 절환스위치1은 복수의 스위칭소자로 구성되되 복수의 스위칭소자의 게이트(Gate)에는 서로 다른 턴온/턴오프 제어신호가 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제14항에 있어서,
상기 제2 CDA 컬럼을 구성하는 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선에 구동전압을 인가할 때 상기 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선은, 상기 제2 CDA컬럼과 이웃한 제1 CDA컬럼의 CDA 신호선으로 제2 CDA 컬럼을 포위한 구동신호선 또는 전용의 신호선으로 제2 CDA컬럼을 포위한 구동신호선인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제 8항 또는 제 16항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 신호선/DC절환스위치 또는 상기 Tx/Rx 절환스위치1은 두개의 스위칭소자로 구성되며, 두 스위칭소자의 게이트(Gate)에 공통접속된 Loader 출력제어신호에 의해 스위칭소자 중 하나는 턴온 되고 다른 하나는 턴오프 되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제16항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선1은 표시장치의 상하 또는 좌우의 비표시영역(Non Display Area)에 설치되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제17항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선2는 표시장치의 일측에 설치된 Tx 구동신호선1과 대향하여 표시장치의 타측에 설치되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제23항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2는 반도체IC에서 제공하는 Tx 구동신호에 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제23항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2의 일측에는 Tx 구동신호를 구성하는 Tx 로우(Low)전압과 Tx 하이(High) 전압1을 공급하는 분리된 전원선이 설치되며, 상기 Tx 구동신호선은 Tx 로우(Low)전압 또는 Tx 하이(High) 전압1 중 하나의 전압에 접속되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제26항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2와 상기 분리된 전원선 사이에는 Tx 레벨선택스위치가 설치되며, 레벨선택스위치를 구성하는 복수의 스위칭소자의 일측에 Tx 구동신호선이 공통 접속되고 스위칭소자 하나의 타측에는 Tx 로우 전압이 연결되고 스위칭 소자의 또 다른 하나의 타측에는 Tx 하이 전압이 연결되되, 반도체 IC에서 제공하는 복수의 Tx 레벨선택스위치 제어신호의 턴온/턴오프 전압에 기초하여 턴온 되는 스위칭소자에 의해 Tx 구동신호선은 Tx 로우(Low)전압 또는 Tx 하이(High) 전압 중 하나의 전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제27항에 있어서,
상기 Tx 레벨선택스위치는 두개의 스위칭소자로 구성되며, 복수의 스위칭소자의 게이트에 공통 접속된 하나의 턴온/턴오프 제어신호의 하이 또는 로우의 상태에 기초하여 일측 스위칭소자는 턴온 되고 타측 스위칭소자는 턴오프 되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제23항 내지 제24항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2의 일측에는 Tx 신호를 구성하는 Tx 로우(Low)전압과 Tx 하이(High) 전압을 공급하는 분리된 전원선이 설치되되 분리된 전원선의 일측에는 Tx 하이 부스트(Boost) 전압을 공급하는 전원선 또는 음(Negative)의 크기를 가지는 Tx 로우 부스트 전압을 공급하는 전원선이 추가 설치되며, 상기 Tx 구동신호선1 또는/그리고 상기 Tx 구동신호선2는 Tx 로우(Low)전압 또는 Tx 하이(High) 전압 또는 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압 중 하나의 전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제29항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선1 및 상기 Tx 구동신호선2와 상기 복수의 분리된 전원선 사이에는 복수의 스위칭소자로 구성된 Tx 레벨선택스위치가 설치되며, Tx 레벨선택스위치를 구성하는 복수의 스위칭소자의 일측에 Tx 구동신호선이 공통 접속되고 스위칭소자 하나의 타측에는 Tx 로우 전압이 연결되고 스위칭 소자의 또 다른 하나의 타측에는 Tx 하이 전압이 연결되고 스위칭 소자의 또 다른 하나의 타측에는 Tx 하이 부스트 전압이 연결되고 스위칭소자의 또 다른 하나의 타측에는 Tx 로우 부스트 전압이 연결되되, 반도체 IC에서 제공하는 복수의 Tx 레벨선택스위치 제어신호의 턴온/턴오프 전압에 기초하여 턴온 또는 턴오프 되는 스위칭소자에 의해 복수의 스위칭소자 중 하나의 스위칭소자가 턴온 되고 이로 인해 Tx 구동신호선은 Tx 로우(Low)전압 또는 Tx 하이(High) 전압 또는 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압 중 하나의 전압에 연결되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제30항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선에는 Tx 하이 부스트전압이 인가되고 소정의 시간이 경과된 후에 Tx 하이전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제30항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선에는 Tx 로우 부스트 전압이 인가되고 소정의 시간이 경과된 후에 Tx 로우 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제25항 또는 제26항 또는 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선에 상기 Tx 구동신호를 인가하는 것은 하나의 컬럼그룹에서만 실시되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제25항 또는 제26항 또는 제29항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Tx 구동신호선에 상기 Tx 구동신호를 인가하는 것은 복수의 컬럼그룹에서 동시에 실시되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제25항에 있어서,
상기 반도체IC에서 공급되는 구동신호는 Tx 로우 전압 또는 Tx 하이 전압 또는 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제29항에 있어서,
상기 Tx 하이 전압 또는 상기 Tx 하이 부스트 전압 또는 상기 Tx 로우 부스트 전압을 공급하는 전원선의 레이어(Layer)와 상하로 대향하여 소정의 DC 전압이 인가되는 레이어(Layer)가 설치되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제36항에 있어서,
상기 소정의 DC 전압이 인가되는 레이어는 Tx 로우 전압 또는 시스템의 그라운드 전원을 공급하는 전원선인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제29항 내지 제30항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 Tx 하이 부스트 전압 또는 Tx 로우 부스트 전압을 생성하는 전원부는 Pen에 Tx 신호를 전송할 때에만 턴온 되고 Pen에 Tx 신호를 전송하지 않을 때에는 턴오프 되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제38항에 있어서,
상기 Tx 하이 부스트 전압은 Tx 하이 전압의 1.5배 이상의 크기를 가지며, 상기 Tx 로우 부스트 전압은 음전원(Negative Power)인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제3항 내지 제 4항 또는 제10항 또는 제18항 또는 제27항 중 어느 한 항에 있어서,
Loader 또는 신호선/DC절환스위치 또는 검출/구동신호선 스위치그룹 또는 Loader 선택부 또는 Tx/Rx 절환스위치 1 또는 Tx/Rx 절환스위치2 또는 Tx 레벨선택스위치는 표시장치에 설치되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제 40항에 있어서 ,
상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 또는 검출/구동신호선 스위치그룹 또는 Loader 선택부 또는 Tx/Rx 절환스위치1 또는 Tx/Rx 절환스위치2 또는 Tx 레벨선택스위치는, 표시장치의 화소 Data를 출력하는 표시장치내의 스위칭소자 또는 Gate 턴온/턴오프 전압을 출력하는 표시장치내의 스위칭소자를 제조하는 mask 및 제조공정에서 같이 제조되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제1항에 있어서,
상기 제1 CDA 컬럼을 구성하는 모든 CDA는 상호 접속되어 Tx 구동신호가 인가되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제42항에 있어서,
상기 제1 CDA 컬럼을 구성하는 모든 CDA는 Tx/Rx 절환스위치의 동작에 따라 상호 연결되거나 서로 분리되는 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- 제 40항에 있어서 ,
상기 Loader 또는 신호선/DC절환스위치 또는 검출/구동신호선 스위치그룹 또는 Loader 선택부 또는 Tx/Rx 절환스위치1 또는 Tx/Rx 절환스위치2 또는 Tx 레벨선택스위치를 구성하는 스위칭소자의 턴온/턴오프 제어신호는 표시장치에 설치된 레벨시프터에서 출력되는 신호인 것을 특징으로 하는 오브젝트 정전용량 검출장치
- a) 하나의 컬럼그룹을 형성하는 복수의 CDA 컬럼마다 하나씩 인출된 CDA 신호선을 공통 연결하여 공통 연결된 부위에 Pen으로 신호를 보내기 위한 Tx 신호를 인가하는 단계;
b) 상기 a)단계에서 공통 연결된 상기 CDA 신호선은 개별 분해되어 Charge AMP 또는 비교기 등으로 구성된 Rx 수신부에 연결되어 Pen이 송출하는 Rx 신호를 수신 및 검출하는 단계;
c) 상기 b)단계의 상기 CDA신호선은 차동증폭기의 일측에 연결되고, 상기 CDA 신호선과 이웃한 구동신호선에 구동전압을 인가하거나 또는 반도체IC 내부에서 상기 CDA 신호선과 대향하는 쉴딩영역에 구동전압을 인가하여 오브젝트 정전용량을 검출하는 단계;
d) 상기 b)단계에서 펜의 유효한 Rx 신호가 검출되면 펜의 좌표를 추출하고 상기 c)단계에서 오브젝트가 검출되면 오브젝트의 좌표를 추출하는 단계;
e) 상기 d)의 단계에서 펜이 검출되지 않거나 상기 c)단계에서 오브젝트가 검출되지 않으면 Timer Interrupt의 Wake-up Time을 소정의 값으로 설정하고 반도체 IC는 Sleep이나 Standby 상태로 진입하는 단계; 중, 하나 또는 하나 이상의 단계를 포함하는 오브젝트 검출방법
Priority Applications (1)
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| KR1020210125364A KR102695551B1 (ko) | 2021-09-19 | 서로 다른 cda 면적으로 구성된 오브젝트 검출장치 및 검출방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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| KR1020210125364A KR102695551B1 (ko) | 2021-09-19 | 서로 다른 cda 면적으로 구성된 오브젝트 검출장치 및 검출방법 |
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| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| KR1020240097284A Division KR20240118713A (ko) | 2024-07-23 | 서로 다른 cda 면적으로 구성된 오브젝트 검출장치 및 검출방법 |
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|---|---|
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