KR101745428B1 - 터치감지기 및 그 구동 방법과 그를 이용한 디스플레이장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치감지기 및 그 구동 방법과 그를 이용한 디스플레이장치에 관한 것으로서, 특히, 터치패널로부터 전송되어온 직전 시각의 제n-1 전압 값을 저장하고 있다가, 제n-1 전압 값을 현재 시각의 제n 전압 값과 함께 적분하여, 적분 값의 변화에 따라 터치 여부를 판단할 수 있는, 터치감지기 및 그 구동 방법과 그를 이용한 디스플레이장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다. 이를 위해 본 발명에 따른 터치감지기는, 터치패널의 터치 전극으로부터 직전 시각(n-1)의 제n-1 전압 값과 현재 시각(n)의 제n 전압 값을 입력받는 버퍼; 상기 버퍼로부터 전송된 상기 제n-1 전압 값을 저장하고 있다가, 현재 시각(n)에 출력 시키는 저장부; 상기 현재 시각(n)에 상기 저장부로부터 출력된 상기 제n-1 전압 값과 상기 버퍼로부터 출력되는 상기 제n 전압 값에 대하여 적분을 수행하는 적분기; 및 상기 적분기에서 출력되는 적분 값을 분석하여 상기 터치패널에 대한 터치가 이루어졌는지의 여부를 판단하는 프로세서를 포함한다.

Description

터치감지기 및 그 구동 방법과 그를 이용한 디스플레이장치{Touch Sensor, Its Driving Method And Display Device Using The Same}

본 발명은 터치 여부를 감지할 수 있는 터치감지기 및 그 구동 방법과 그를 이용한 디스플레이장치에 관한 것이다.

이동통신 단말기, 노트북 컴퓨터와 같은 각종 휴대용 전자기기가 발전함에 따라 이에 적용될 수 있는 평판표시장치(Flat Panel Display Device)와 같은 디스플레이장치에 대한 요구가 점차 증대되고 있다.

이러한 디스플레이 장치로는 크게 액정표시장치(Liquid Crystal Display), 전계방출 표시장치(Field Emission Display), 플라즈마 표시장치(Plasma Display Panel), 유기전계발광 표시장치(Organic electro luminescence Display device) 및 전기영동 표시장치(EPD) 등이 있다.

한편, 이러한 디스플레이장치에 제어신호를 입력하기 위한 입력 방법으로는, 터치패널을 이용하여 사용자가 손가락이나 펜으로 터치패널에 직접 정보를 입력할 수 있는 터치입력방법이, 종래에 사용되던 마우스나 키보드 등의 입력장치를 대체하고 있다.

즉, 터치패널이 장착되어 있는 디스플레이장치는 네비게이션(navigation), 산업용 단말기, 노트북 컴퓨터, 금융 자동화기기, 게임기 등과 같은 모니터와, 휴대전화기, MP3, PDA, PMP, PSP, 휴대용 게임기, DMB 수신기 등과 같은 휴대용 단말기, 및 냉장고, 전자 레인지, 세탁기 등과 같은 가전제품 등에 적용되고 있으며, 누구나 쉽게 조작할 수 있는 장점으로 인해 그 적용이 확대되고 있다.

한편, 터치패널을 이용한 종래의 디스플레이장치들은 일반적으로, 터치패널(Touch Panel)에 분배된(Dividing) 전압 값을 직접적으로 받아들여 적분(integration)을 수행하고, 적분이 수행된 전압 값이 한계(Threshold) 전압 값을 넘는다고 판단되면, 이를 터치(Touch)로 인식하는 방식을 이용하고 있다.

그러나, 상기한 바와 같은 종래의 디스플레이장치는, 터치패널에서 출력된 전압 값을 직접적으로 적분(Integration)한 후 그 값을 이용하여 터치 여부를 판단하고 있기 때문에, 노이즈(Noise)에 의한 에러(Error) 값도 함께 누적됨으로써, 터치감도(Touch Sensitivity)가 떨어진다는 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 문제점은 터치패널과 Rx 입력단의 간섭에 의한 영향으로 발생될 수 있다.

또한, 종래의 디스플레이장치는, 터치패널의 수평(Row) 라인(Line) 또는 수직(Column) 라인 각각에서 정전용량이 변화(Cap Variation)될 수 있기 때문에, 고정된 한계 전압 값(Vth)만을 이용하여서는 터치 유무를 판단하기 어렵다는 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 문제점은 터치패널 자체의 공정 미스매치(Mismatch)에 의한 영향으로 발생될 수 있다.

또한, 종래의 디스플레이장치는, 적분기 입력(Integrator input)의 정전용량(Cap) 또는 스위칭 노이즈(Switching Noise), 다시 말해서, 전하 주입(Charge Injection), 클럭 피드스루(Clock Feedthrough)에 의한 영향으로, 터치 에러(Touch Error) 확률이 커진다는 문제점을 가지고 있다. 이와 같은 문제점은 터치패널과 Rx 입력단의 간섭에 의한 영향으로 발생될 수 있다.

즉, 상기한 바와 같은 종래의 디스플레이장치는 터치패널로부터 입력된 전압 값을 순차적으로 적분하여, 그 값이 기 설정된 한계 값을 넘어서면 터치로 인식하는 방법을 이용하고 있다. 따라서, 종래의 디스플레이장치에서는, 터치패널 등에서 각종 노이즈가 발생되어 정전용량 등이 변화된 경우, 터치가 아닌 상태가 터치로 인식되는 오류가 발생되고 있다.

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위한 것으로서, 터치패널로부터 전송되어온 직전 시각의 제n-1 전압 값을 저장하고 있다가, 제n-1 전압 값을 현재 시각의 제n 전압 값과 함께 적분하여, 적분 값의 변화에 따라 터치 여부를 판단할 수 있는, 터치감지기 및 그 구동 방법과 그를 이용한 디스플레이장치를 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치감지기는, 터치패널의 터치 전극으로부터 직전 시각(n-1)의 제n-1 전압 값과 현재 시각(n)의 제n 전압 값을 입력받는 버퍼; 상기 버퍼로부터 전송된 상기 제n-1 전압 값을 저장하고 있다가, 현재 시각(n)에 출력 시키는 저장부; 상기 현재 시각(n)에 상기 저장부로부터 출력된 상기 제n-1 전압 값과 상기 버퍼로부터 출력되는 상기 제n 전압 값에 대하여 적분을 수행하는 적분기; 및 상기 적분기에서 출력되는 적분 값을 분석하여 상기 터치패널에 대한 터치가 이루어졌는지의 여부를 판단하는 프로세서를 포함한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치감지기 구동 방법은, 터치패널의 터치 전극으로부터 직전 시각(n-1)의 제n-1 전압 값을 입력받는 단계; 상기 제n-1 전압 값을 저장하는 단계; 상기 터치 전극으로부터 현재 시각(n-1)의 제n 전압 값을 입력받는 단계; 상기 제n-1 전압 값과 상기 제n 전압 값에 대하여 적분을 수행하는 단계; 및 상기 적분 값을 분석하여 상기 터치패널에 대한 터치가 이루어졌는지의 여부를 판단하는 단계를 포함한다.

상술한 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치는, 상기 터치감지기와 상기 터치패널; 영상을 표시하기 위한 표시패널; 상기 표시패널에 형성된 데이터 라인을 제어하기 위한 데이터 드라이버; 상기 표시패널에 형성된 게이트 라인을 제어하기 위한 게이트 드라이버; 및 상기 터치감지기와, 상기 데이터 드라이버와 상기 게이트 드라이버의 구동을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러를 포함한다.

상술한 해결 수단에 따라 본 발명은 다음과 같은 효과를 제공한다.

즉, 본 발명은 터치패널로부터 전송되어온 직전 시각의 제1 전압 값을 저장하고 있다가, 제1 전압 값을 현재 시각의 제2 전압 값과 함께 적분하여, 적분 값의 변화에 따라 터치 여부를 판단함으로써, 고감도로 터치 여부를 판단할 수 있다는 효과를 제공한다.

또한, 본 발명은 노이즈 면역성(Noise Immunity)과 민감도(Sensitivity)를 향상시킬 수 있으며, 이로 인해 터치 에러를 감소시킬 수 있다는 효과를 제공한다.

즉, 종래에는 인접 수신단(Rx)의 채널(Channel)이나, 특정 채널을 고정(Fix)시켜, 동일 시점의 전압 값을 센싱(Sensing) 하기 때문에, 채널 간의 커패시턴스 차이나 노이즈에 의해서 에러가 발생될 확률이 컸으나, 본 발명은 동일 채널의 직전 시각과 현재 시각의 전압 값을 함께 적분하여 비교하는 방법을 이용함으로써, 에러 값을 줄일 수 있으며, 터치 여부를 센싱하는 민감도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치의 구성을 나타낸 예시도.
도 2는 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치의 터치패널의 구성을 설명하기 위한 예시도.
도 3은 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치에 적용되는 터치감지기의 내부 구성을 나타낸 예시도.
도 4는 도 3에 도시된 터치감지기의 각 구성요소들로 입력되는 신호 및 출력되는 신호들을 나타낸 그래프.
도 5는 도 3에 도시된 터치감지기가 터치여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 그래프.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.

도 1은 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치의 구성을 나타낸 예시도이며, 도 2는 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치의 터치패널의 구성을 설명하기 위한 예시도이다.

본 발명에 따른 터치감지기는 정전용량 방식으로 구성되어 있는 터치패널의 터치 여부를 감지하기 위한 것으로서, 이러한 터치패널을 이용하고 있는 각종 디스플레이장치는, 터치패널을 이용하여 정보를 입력받을 수 있을 뿐만 아니라, 정보를 출력하는 기능도 수행하고 있다. 한편, 본 발명에 따른 터치감지기는 이러한 디스플레이장치의 구성요소로 포함될 수 있는 것인바, 이하에서는 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치의 설명 중에 본 발명에 따른 터치감지기에 대한 설명을 추가하도록 한다.

본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치는 도 1에 도시된 바와 같이, 영상을 표시하기 위한 표시패널(100), 터치를 감지하기 위한 터치패널(140), 표시패널의 게이트라인에 스캔펄스를 인가하기 위한 게이트 구동부(130), 표시패널의 데이터라인에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 인가하기 위한 데이터 구동부(120), 데이터 구동부와 게이트 구동부를 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러(110), 터치패널의 출력신호를 처리하여 터치여부를 판단하기 위한 터치신호 처리부(160) 및 터치신호 처리부로부터 전송된 신호들을 이용하여 터치패널의 터치위치를 검출하기 위한 터치위치 검출부(170)를 포함하여 구성된다.

본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시장치(FieldEmission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전계발광소자(Electroluminescence Device, EL), 전기영동 표시장치(EPD) 등의 평판표시장치로 구현될 수 있으나, 이하에서는, 설명의 편의상, 액정표시장치(LCD)가 본 발명의 일예로서 설명된다.

우선, 표시패널(100)은, 디스플레이장치가 어떠한 종류의 평판표시장치인지에 따라 다양한 형태로 형성될 수 있는 것으로서, 상기한 바와 같이 액정표시장치를 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치의 일예로 한다면, 두 장의 유리기판 사이에 액정층이 형성되는 형태로 구성될 수 있다. 이 경우, 표시패널(100)의 하부 유리기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm), 데이터라인들과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin FilmTransistor), 액정셀들(Clc)에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극 및 화소전극에 접속되어 액정셀(Clc)의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등이 형성된다. 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차 구조에 의해 액정셀들이 매트릭스 형태로 배치된다.

표시패널(100)의 상부 유리기판(GLS1)에는 블랙매트릭스(BM), 컬러필터(CF), 공통전극 등이 형성된다. 공통전극은 TN(TwistedNematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판(GLS1)에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극과 함께 하부 유리기판(GLS2) 상에 형성된다. 표시패널(100)의 상부 유리기판(GLS1)과 하부 유리기판(GLS2) 각각에는 편광판(POL1, POL2)이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 상부 유리기판(GLS1)과 하부 유리기판(GLS2) 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(CS)가 형성될 수 있다.

다음, 타이밍 컨트롤러(110)는 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(CLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동부(120)와 게이트 구동부(130)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들(GCS, DCS)을 발생한다.

게이트 구동부(130)를 제어하기 위한 제어신호(GCS)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(GateShift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE), 쉬프트 방향 제어신호(DIR) 등을 포함한다. 데이터 구동부(120)를 제어하기 위한 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL) 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

타이밍 컨트롤러(110)는 데이터 구동부(120)와 게이트 구동부(130)를 제어함과 아울러, 터치신호 처리부(160)와 터치 위치 검출부(170)의 입/출력 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들를 발생하여 터치신호 처리부(160) 및 터치 위치 검출부(170)를 제어할 수도 있다.

다음, 데이터 구동부(120)는 다수의 데이터 드라이브 IC(Source Integrated Circuit)를 포함하며, 타이밍 컨트롤러(110)의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 래치한다. 그리고, 데이터 구동부(120)는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환함으로써 아날로그 정극성/부극성 화소전압을 발생하여 데이터라인들(D1 내지 Dm)에 공급한다.

다음, 게이트 구동부(130)는 하나 이상의 게이트 드라이브 IC를 포함하여 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 게이트라인들(G1내지 Gn)에 순차적으로 공급한다.

다음, 터치패널(140)은 사용자로부터의 터치를 감지하기 위한 것으로서, 저항막 방식, 정전용량 방식 등 다양한 형태로 구성될 수 있으나, 본 발명에는 정전용량 방식을 이용하는 터치패널이 적용된다. 한편, 터치패널은 그 배치 위치에 따라 다양한 형태로 구성될 수 있다. 즉, 터치패널(140)은 표시패널(100)의 상부 편광판(POL1) 상에 적층되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 터치패널은 표시패널(100) 내에 내장되는 형태로 구성될 수도 있으며, 이 경우, 터치패널은 상부 편광판(POL1)과 상부 유리기판(GLS1) 사이에 협지되는 형태로 구성될 수 있다. 또한, 터치패널은 하부 유리기판 상에서 화소 TFT 어레이와 함께 형성되는 형태로 구성될 수도 있다. 즉, 터치패널(140)은 표시패널(100) 상에 적층되거나, 표시패널(100)의 내부에 삽입되거나 또는, 표시패널(100)의 화소 TFT 어레이 내에 형성되어 표시패널(100)과 일체화될 수도 있는 것으로서, 본 발명에 적용되는 터치패널은 상기와 같은 다양한 형태 중 어느 하나로 구성될 수 있다.

한편, 도 2는 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치의 터치패널의 구성 및 기능을 설명하기 위한 것으로서, 이하에서는 도 2를 참조하여 터치패널(140)의 구성 및 기능이 설명된다.

즉, 터치패널(140)은 도 2에 도시된 바와 같이, X축 방향으로 형성된 복수의 제1 터치 전극(R1~Ri)(142)과, Y축 방향으로 형성된 복수의 제2 터치 전극(144)을 포함하여 구성된다.

복수의 제1 터치 전극(142)과 복수의 제2 터치 전극(144)은 상기한 바와 같이 표시패널(100) 상의 다양한 위치에 형성될 수 있다.

한편, 상기한 바와 같이 구성되어 있는 터치패널(140)의 제1 터치 전극(142)으로 터치 검출을 위한 신호(전압)가 인가된 상태에서, 사용자가 손가락 또는 펜으로 터치스크린 패널(표시패널과 터치패널이 결합되어 있는 패널을 말함)(이하, 간단히 '터치스크린 패널'이라 함)의 특정 영역을 터치하면, 제1 터치 전극(142)들과 제2 터치 전극(144)들 사이의 정전용량이 변하게 되며, 정전용량의 변화는 제2 터치 전극(144)을 통해 터치감지기(150)로 출력되는 전압 값을 변화시키게 된다.

즉, 제2 터치 전극(144)들은 터치신호 처리부(160)의 터치감지기(150)에 연결되어 있으며, 터치신호 처리부의 각 터치감지기(150)는 상기와 같이 변화된 전압 값을 이용하여 터치 여부를 판단하게 된다. 터치신호 처리부(160)에서 터치가 감지되면, 터치위치 검출부(170)는 터치스크린 패널에서 실제로 터치가 이루어진 위치를 검출하게 된다.

한편, 제1 터치 전극(142)들에 터치 검출을 위한 신호를 인가하기 위한 회로의 구성 및 방법, 터치위치 검출을 위한 터치위치 검출부(170)의 기능 및 구성은 현재 이용되고 있는 다양한 방법, 구성 및 기능이 적용될 수 있는 것으로서, 그에 대한 상세한 설명은 생략된다.

마지막으로, 터치신호 처리부(160)는 상기한 바와 같이, 터치패널(100)로부터 수신되는 전압 값을 이용하여 사용자에 의한 터치가 실제로 이루어졌는지의 여부를 판단하기 위한 것으로서, 본 발명에 따른 터치신호 처리부는 직전에 수신된 전압 값과 현재 수신된 전압 값의 차이를 적분한 후, 그 적분 값의 변화량을 분석하여 터치 여부를 판단하고 있다는 특징을 가지고 있다. 또한, 터치신호 처리부(160)는 복수개의 터치감지기(150)로 구성되어 있으며, 각각의 터치감지기들은 제2 터치 전극(R1~Ri)(144)들 중 적어도 어느 하나와 연결되어 상기한 바와 같은 적분 값을 이용하여 터치스크린 패널의 터치 여부를 판단하게 된다.

이하에서는, 도 3 내지 도 5를 참조하여 본 발명에 따른 터치감지기(150)의 내부 구성 및 그 기능이 상세히 설명된다.

도 3은 본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치에 적용되는 터치감지기의 내부 구성을 나타낸 예시도이고, 도 4는 도 3에 도시된 터치감지기의 각 구성요소들로 입력되는 신호 및 출력되는 신호들을 나타낸 그래프이며, 도 5는 도 3에 도시된 터치감지기가 터치여부를 판단하는 방법을 설명하기 위한 그래프이다.

본 발명에 따른 터치감지기를 이용한 디스플레이장치에 적용되는 터치감지기(150)는, 사용자에 의해 터치스크린 패널로 실제적인 터치가 이루어졌는지의 여부를 판단하기 위한 것으로서, 각 터치감지기(150)는 제2 터치 전극(144)과 연결되어 있다. 여기서, 각 터치감지기(150)는 하나의 제2 터치 전극과 연결되어 있을 수도 있으며, 복수개의 제2 터치 전극들이 연결되어 있을 수도 있다. 즉, 터치감지기(150)의 숫자는 제2 터치 전극의 숫자 등에 따라 다양하게 설정될 수 있다.

한편, 상기한 바와 같은 기능을 수행하기 위한 각 터치감지기(150)의 구성은 도 3에 도시된 바와 같이, 버퍼(Unify Gain Buffer)(151), 홀더(Sample and Hold)(152), 제1아날로그 디지털 컨버터(ADC w/o Sample and Hold)(153), 코드 저장기(SRAM/FF)(154), 디지털 아날로그 컨버터(DAC)(155), 합산기(156), 적분기(Integrator)(157), 제2아날로그 디지털 컨버터(ADC)(158) 및 디지털 프로세서(159)를 포함하여 구성될 수 있다. 이러한 터치감지기(150)는 하나의 칩(Chip) 형태로 구성될 수 있다.

우선, 버퍼(Unify Gain Buffer)(151)는 제2 터치 전극(144)과 연결되어 제2 터치 전극으로부터 인가된 전압 값을 수신하기 위한 것으로서, 제2 터치 전극(144) 또는 터치패널(140)과 터치감지기(150)의 각 구성요소들 간의 영향력을 차단하는 기능을 수행한다.

즉, 터치감지기(150)는 터치패널(Touch Panel)(140)의 직렬 캐패시턴스(Series Cap.)의 전압 분배에 의한 값으로, 터치패널(또는 터치스크린 패널)의 터치 유무를 판단하는 것으로서, 배드 그라운드(Bad Ground)가 형성되면 칩(Chip) 형태의 터치감지기(150) 내부의 노이즈(Noise)에 의해서도 전압 분배 값이 바뀌게 되어, 터치 여부의 판단에 오류가 발생될 수도 있다. 버퍼(151)는 상기한 바와 같은 오류를 방지하기 위한 것으로서, 칩 형태의 터치감지기(150) 내부의 노이즈(Noise)가 터치패널(140)로 전달되는 것을 차단하는 기능을 수행한다.

또한, 터치감지기(150)는 터치스크린 패널의 터치 여부를 판단하기 위해 터치패널 자체의 커패시턴스(Cap.) 변화에 의한 전압 값의 분배에 대한 정보만을 필요로하지만, 홀더(Sample and Hold)(152) 내부에도 커패시턴스(Cap.)가 사용됨에 따라서 예상된 전압분배의 왜곡이 발생할 수 있다. 버퍼(151)는 상기한 바와 같은 왜곡을 방지하기 위한 것으로서, 홀더(Sample and Hold)의 커패시턴스(Cap.)(152)를 절대적으로 차단하는 기능을 수행한다.

즉, 버퍼(151)는 터치패널(140)이 터치감지기(150)에 의해 영향을 받는 것을 차단하는 한편, 터치패널에 의해 터치감지기의 각 구성요소들이 영향을 받는 것을 차단하는 기능을 수행하는 것으로서, 버퍼로 입력되는 입력신호(Input Signal)(도 4의 (a)) 및 출력 신호(도 4의 (b))의 그래프는 도 4에 도시되어 있다.

다음, 홀더(Sample and Hold)(152)는 버퍼(151)를 통해 전달된 전압 값을, 일정 시간 마다 샘플클럭(Sample and Hold Clk)을 이용해 인식하여, 유지하는 기능을 수행한다.

즉, 홀더(152)는 도 4의 (c)에 도시된 바와 같은 샘플클럭(Samle and Hold Clk)을 이용하여, 버퍼를 통해 전달된 전압 값을 샘플링함으로써, 제2 터치 전극을 통해 입력된 전압 값을 인식하는 기능을 수행한다.

따라서, 홀더(152)는 도 4의 (d)에 도시된 바와 같이, 터치가 없는 구간(A)의 출력값과 터치가 있는 구간(B)의 출력 값이 서로 다르게 출력된다.

다음, 제1 아날로그 디지털 컨버터(ADC w/o Sample and Hold)(153)는 홀더(152)로부터 전송된 아날로그 전압 값을 디지털 코드(Digital Code)로 변환시키는 기능을 수행한다.

제1 아날로그 디지털 컨버터(ADC w/o Sample and Hold)(153)에서 이용되는 ADC 클럭(ADC CLK)은 도 4의 (f)에 도시되어 있다.

다음, 코드 저장기(154)(SRAM/FF)는 제1 아날로그 디지털 컨버터(153)가 변환시킨 디지털 코드 값을 저장하여 두었다가 출력하는 기능을 수행한다. 즉, 코드 저장기는 직전 시각(n-1)에 버퍼(151)로 입력되어 홀더(152)를 통해 제1 아날로그 디지털 컨버터(153)에서 디지털 코드로 변환된 전압 값을 저장하여 두었다가, 현재 시각(n 시각)에 출력하는 기능을 수행한다. 이를 통해, 적분기(157)에서 직전 시각(n-1)의 전압 값과 현재 시각(n)의 전압 값의 차이에 대한 적분이 이루어질 수 있다.

코드 저장기(154)는 SRAM 또는 플립플롭(FF)으로 구성될 수 있다.

코드 저장기(154)에서 이용되는 클럭(FF CLK) 및 코드 저장기(154)에서 출력되는 출력 값은 도 4의 (g) 및 (h)에 도시되어 있다.

다음, 디지털 아날로그 컨버터(DAC)(155)는 제1 아날로그 디지털 컨버터(154)가 변환한 디지털 코드 값을 다시 아날로그 전압 값으로 변환하는 기능을 수행한다.

즉, 디지털 아날로그 컨버터(155)는 직전 시각(n-1)에 입력되어 코드 저장기에 저장되어 있는 디지털 코드 값을, 현재 시각(n)에 다시 아날로그 전압 값으로 변환시켜 출력하는 기능을 수행한다.

디지털 아날로그 컨버터(DAC)(155)의 출력은 도 4의 (e)에 도시되어 있다.

한편, 도 4에서 터치가 있는 구간(B)을 현재 시각(n)이라고 할 때, 현재 시각(n)에서 홀더(152)의 출력(도 4의 (d))이 디지털 아날로그 컨버터(155)의 출력( 4의 (e)) 보다 작은 값을 가지고 있음을 알 수 있다.

즉, 홀더(152)에서 현재 시각(n)에 출력되는 출력 값과 비교되는 디지털 아날로그 컨버터(155)의 출력 값은, 직전 시각(n-1)에 홀더에서 출력된 출력 값으로서, 터치가 감지되지 않았던 비터치 구간(A)의 출력 값이기 때문에, 터치 구간(B)에서의 홀더(152)의 출력 값(d)과 디지털 아날로그 컨버터(e)의 출력 값이 서로 다르게 출력되고 있다.

다음, 합산기(156)는 현재 시각(n)에서의 디지털 아날로그 컨버터(155)의 출력과 홀더(152)의 출력을 동시에 적분기(157)에 입력하는 기능을 수행한다.

다음, 적분기(Integrator)(157)는, 직전 시각(n-1)에 기억된 전압 값, 즉, 직전 시각(n-1)에 홀더(152)로부터 출력된 후, 제1 아날로그 컨버터(153)에서 디지털 코드로 변환되어 코드 저장기(154)에 저장되어 있다가, 다시 현재 시각(n)에 디지털 아날로그 컨버터(155)에서 아날로그 전압 값으로 출력된 전압 값(이하, 간단히 '제n-1 전압 값'이라 함)과, 현재 시각(n)에 홀더(152)로부터 출력된 전압 값(이하, 간단히 '제n 전압 값'이라 함)의 차이에 대하여 적분을 수행하는 기능을 수행한다.

적분기(157)를 통해 출력되는 출력 값은 도 4의 (i)에 도시되어 있다.

즉, 적분기는 제2 터치 전극(144)으로부터 직전 시각(n-1)에 입력된 제n-1 전압 값과, 현재 시각(n)에 입력된 제n 전압 값의 차이를 누적시킨 값을 출력 값으로 출력하는 것으로서, 비터치 구간(A)에서는 제1 전압 값과 제2 전압 값의 변화가 없기 때문에 적분기(157)를 통해 출력되는 적분 값에도 변화가 없으나, 터치 구간(B)에서는 제1 전압 값과 제2 전압 값이 변하기 때문에, 터치가 발생되기 시작한 시점으로부터 터치가 종료되는 시점 까지의 적분값이, 도 4의 (i)에 도시된 바와 같이 일정한 형태로 증가하거나 감소하는 값을 갖게 된다.

다음, 제2 아날로그 디지털 컨버터(158)는 적분기(157)에서 출력되는 아날로그 적분 값을 디지털 적분 값으로 변환시키는 기능을 수행한다.

마지막으로, 디지털 프로세서(Digital Processor)(159)는 제2 아날로그 디지털 컨버터(158)로부터 전송되어온 디지털 적분 값을 분석하여, 터치 여부를 판단하는 기능을 수행한다.

즉, 상기에서 설명된 바와 같이, 비터치 구간(A)에서는 제n-1 전압 값과 제n 전압 값의 변화가 없기 때문에 적분 값의 변화도 없으나, 터치 구간(B)이 발생되면, 터치가 발생된 시점에서의 제n-1 전압 값과 제n 전압 값에 차이가 있기 때문에, 적분기를 통해 출력되는 적분 값에도 변화가 발생하게 된다. 따라서, 디지털 프로세서(159)는 상기와 같은 적분 값의 변화가 발생되면, 이를 터치패널에 대한 터치가 있는 것으로 인식하여, 그에 따른 신호를 출력하게 되는 것이다.

디지털 프로세서(159)에서 출력되는 출력 값은 터치위치 검출부(170)로 입력되어, 터치위치 검출부(170)가 실질적으로 터치 위치를 판단하도록 하는 기능을 수행한다. 여기서, 디지털 프로세서(159)는 도 3에 도시된 바와 같이, 터치감지기(150)에 구성될 수도 있으나, 터치신호 처리부(160) 내의 또 다른 구성요소들에 포함되어 구성될 수도 있다.

한편, 상기 구성들 중, 제1아날로그 디지털 컨버터(153), 코드 저장기(154) 및 디지털 아날로그 컨버터(155)는 통합하여 저장부라 한다. 즉, 저장부는, 직전 시각(n-1)에 입력된 제n-1 전압 값을 디지털 코드로 변환시켜 저장하고 있다가, 현재 시각(n)에 다시 아날로그 제n-1 전압 값으로 변환시켜 출력하는 특징을 가지고 있다.

또한, 제2 아날로그 디지털 컨버터(158)와 디지털 프로세서(159)를 통합하여 프로세서라 한다. 즉, 프로세서는 적분기에서 출력되는 적분 값을 분석하여 터치패널로 실질적인 터치가 이루어졌는지의 여부를 판단하는 기능을 수행한다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 구성을 갖는 터치감지기(150)가 터치 여부를 판단하는 방법을 도 5를 참조하여 설명된다. 한편, 이하의 설명에서는, 터치패널에 터치가 발생하여 제2 터치 전극(144)으로부터 입력되는 전압 값(PX Input Signal of Capacitive Divding Voltage)에 변화가 발생한 시각을 현재 시각(n)으로 하여 본 발명이 설명된다.

우선, 상기한 설명에 의해 비터치 구간(A)에서는 적분기(157)의 출력 값이 변하지 않게 된다. 따라서, 직전 시각(n-1) 까지는 도 5에 도시된 적분기 출력 그래프(Inetgrator Output)에 도시된 바와 같이, 적분기의 출력 값의 변화가 없다.

그러나, 터치 구간(B)에서는 현재 시각(n)에 홀더(152)를 통해 출력되는 제n 전압 값이 변화게 되며, 따라서, 적분기(157)로 입력되는 두 개의 전압 값(Integrator Input)은 도 5에 도시된 바와 같이 표시된다. 즉, 현재 시각(n)에 적분기로 입력되는 제n 전압 값은, 현재 시각(n)에 홀더(152)로부터 출력된 전압 값으로서 터치에 따른 변화된 전압 값을 가지고 있으며, 현재 시각(n)에 적분기로 입력되는 제n-1 전압 값은, 직전 시각(n-1)에 홀더로부터 출력된 전압 값으로서 터치가 이루어지지 않은 상태의 전압 값을 가지고 있다.

따라서, 현재 시각(n) 이후부터 다시 비터치 구간(B)으로 변화되는 시점까지는, 적분기(157)로부터 출력되는 출력 값(Integrator Output)이 일정한 값을 갖는 상태로 증가하는 형태로 변하게 된다. 즉, 터치 영역이 끝나는 시점(n+1)에서는 터치가 이루어진 상태의 전압 값이 제n 전압 값 및 제n+1 전압 값으로 적분기에 입력되기 때문에, 적분기를 통해 출력되는 적분 값은 최대값을 갖게 된다.

이후, 비터치 구간(B)부터는, 다시, 적분기로 입력되는 두 개의 전압 값이 서로 다른 상태(비터치 상태 및 터치 상태)의 값을 가지고 있기 때문에, 적분기를 통해 출력되는 적분 값은 최대값으로부터 점차 감소하는 값으로 변하게 된다.

또한, 시간이 더 경과하여 적분기로 입력되는 두 개의 전압 값이 비터치 상태의 동일한 값을 갖게 되면, 적분기의 출력 값은 최소 값을 갖는 상태로 일정하게 유지된다.

따라서, 디지털 프로세서(159)는 상기한 바와 같은 적분기의 출력값의 변화를 이용하여 터치패널에 대한 터치 발생 여부를 판단할 수 있게 된다.

즉, 상기한 바와 같은 본 발명은 채널(Channel)(제2 터치 전극)(144)을 통해 출력되는 전압 값을 시간적으로 비교하여, 그 차이 만큼 적분(Integration) 하고 있다는 특징을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 한 개 이상의 채널(Channel)(제2 터치 전극)을 시간적으로 비교하여 그 차이 만큼 적분(Integration) 하고 있다는 특징을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 특정 시간에 터치패널에 분배(Dividing)된 전압 값과 현재의 전압 값을 비교하여 적분(Integration) 하고 있다는 특징을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 시간에 따른 전압 값의 차이를 처리하고 있다는 특징을 가지고 있다.

이하에서는, 상기한 바와 같은 본 발명이 요약되어 설명된다.

본 발명은 스마트 폰(Smart phone) 또는 터치 장치(Touch IT) 등의 보급이 확산되고, 파워 유저(ower User)들의 편리성 충족욕구가 커짐에 따라, 이에 대한 터치 센싱(Touch Sensing)의 구현을 보다 신속하고 정확하게 처리하기 위하여 개발된 것이다.

일반적으로, 터치패널(Touch Panel)은 컬럼 라인(Column Line)(제2 터치 전극)(144)과 로우 라인(row Line)(제1 터치 전극)(142)으로 구성되며, 그에 따른 커패시턴스(Capacitance) 형성은 자기 커패시턴스 또는 상호 커패시턴스로 나뉘어진다.

컬럼 라인(Column Line)과 로우 라인(Row Line)의 교차점에서 형성되는 직렬 커패시턴스(Series Cap.)를 상호 커패시턴스(Mutual Cap.)라고 명명하며, 본 발명은 특히, 상호 커패시턴스(Mutual Cap.)를 이용하고 있다는 특징을 가지고 있다.

상호 커패시턴스(Mutual Cap.)는 송신단(Tx)에서 인가한 전압(Voltage)를 디바이딩(Dividing) 시키고, 디바이딩(Dividing)된 전압(Voltage)은 Row(또는 Column) 라인을 따라 수신단(Rx)을 통해 터치감지기(150)로 유입되어 샘플링(sample)됨으로써, 터치 유무가 판단된다.

터치 여부 감지에 있어서 가장 중요한 포인트(Point)는 다음의 3가지로 요약될 수 있다.

첫째는, 터치패널의 커패시턴스(Touch Panel Cap.)와 수신단(Rx)의 상호 연관성(Interconnection)에 의한 전압 분배(Voltage Dividing) 관계이고, 둘째는 외부 노이즈(Noise)에 의한 면역성(Immunity) 관계이며, 셋째는, 채널(Channel)(제2 터치 전극) 간의 커패시턴스 변화량(Cap. Variation) 관계이다.

따라서, 본 발명은 상기 3가지 항목을 해결하기 위해서 다음과 같은 특징을 갖도록 구성되었다.

첫째, 본 발명은 터치패널(Touch Panel)과 수신단(RX)의 상호 연관성(Interconnection) 부분에서는, 버퍼(Unity Gain Buffer)(151)를 사용함으로써, 컬럼(Column) 및 로우(Row) 라인의 교차점에서 형성된 직렬 커패시턴스(Series Cap. 또는 Mutual Cap.)에 의해 분배(Dividing)된 전압이, 높은 입력 커패시턴스(Input Cap.)에 의해 왜곡되거나 또는 영향받는 것을 최소로 줄이고 있다.

둘째, 버퍼(Unity Gain Buffer)(151)에서 나온 전압 값은 외부 노이즈(Noise)에 의한 전압 값을 그대로 받아들이고 있기 때문에, 본 발명은 홀더(Sample and Hold)(152)를 사용하여 샘플(Sample) 구간을 줄이거나 노이즈(Noise)가 많은 구간을 회피하여 노이즈(Noise)에 의한 영향을 확률적으로 줄일 수 있다.

셋째, 본 발명은 샘플(Sample)된 제n-1 전압 값을 제1 아날로그 디지털 컨버터(ADC)(153)로 디지털 코드(Digital Code)화 시키고, 이를 메모리나 플립플롭(Flip-Flop)(154)으로 저장해두었다가, 이를 다시 다음 센싱(Sensing) 구간(현재 시각(n))에 디지털 아날로그 컨버터(155)를 이용하여 아날로그 제n-1 전압 값으로 변환시켜, 현재 시각(n)에서 홀더( Sample and Hold)(152)에서 나온 제n 전압 값과 비교하여, 그 차이를 적분(Integration)한다. 따라서, 본 발명은 특정한 수신단(Rx) 채널의 커패시턴스 값만 가지고, 센싱 구간 전의 제n-1 전압과, 현재 시각의 제n 전압에 대하여 차등적으로(Differential) 적분(Integration) 함으로써, 채널(제2 터치 ㅈ전극) 간의 커패시턴스 변화(Cap. Variation)에 대해 독립적이라는 특징을 가지고 있다.

즉, 본 발명은, 터치패널에서 분배된(Dividing) 전압이 수신단(Rx)의 커패시턴스에 의해서 왜곡되지 않도록, 버퍼(Unity Gain Buffer)(151)를 사용하였으며, 노이즈 면역(Noise Immunity)을 높이기 의해 차동 입력 적분기(Differential Input Integrator)(157)를 사용하고 있다는 특징을 가지고 있다.

또한, 본 발명은 터치(Touch) 전의 전압 값(DATA)를 기억하여, 직전 시각(n-1)과 현재 시각(n)의 전압 값의 차이를 적분(Integration) 시키기 때문에 채널(Channel) 간의 커패시턴스 차이에 의한 전압 변화(Voltage Variation)에 독립적이라는 특징을 가지고 있다.

본 발명이 속하는 기술분야의 당업자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다.　 그러므로, 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100 : 표시패널 110 : 타이밍 컨트롤러
120 : 데이터 구동부 130 : 게이트 구동부
140 : 터치패널 150 : 터치감지기
160 : 터치신호 처리부 170 : 터치위치 검출부

Claims (14)

1. 터치패널의 터치 전극으로부터 직전 시각(n-1)의 제n-1 전압 값과 현재 시각(n)의 제n 전압 값을 입력받고, 상기 터치패널 또는 터치 전극으로부터의 영향력을 차단하는 버퍼;
   상기 버퍼로부터 전송된 상기 제n-1 전압 값을 디지털 코드로 변환시켜 저장하고 있다가, 현재 시각(n)에 상기 제n-1 전압 값으로 아날로그 변환시켜 출력하는 저장부;
   상기 현재 시각(n)에 상기 저장부로부터 출력된 상기 제n-1 전압 값과 상기 버퍼로부터 출력되는 상기 제n 전압 값에 대하여 적분을 수행하는 적분기; 및
   상기 적분기에서 출력되는 적분 값을 분석하여 상기 터치패널에 대한 터치가 이루어졌는지의 여부를 판단하는 프로세서를 포함하는 터치감지기.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 버퍼는,
   상기 터치패널에서 발생된 노이즈가 상기 저장부 또는 상기 적분기로 전송되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 터치감지기.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 버퍼는,
   상기 저장부 또는 상기 적분기에서 발생된 노이즈가 상기 터치패널로 전송되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 터치감지기.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 버퍼를 통해 전달된 전압 값을 기 설정된 시간마다 샘플링하여, 상기 저장부 또는 상기 적분기로 전송하는 홀더를 더 포함하는 터치감지기.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 버퍼는,
   상기 터치패널에서 발생된 노이즈가 상기 홀더로 전송되거나, 또는, 상기 홀더로부터 발생된 노이즈가 상기 터치패널로 전송되는 것을 차단하는 것을 특징으로 하는 터치감지기.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 저장부는,
   상기 제n-1 전압 값을 상기 디지털 코드로 변환시키는 제1 아날로그 디지털 컨버터;
   상기 디지털 코드를 저장하는 코드 저장기; 및
   상기 디지털 코드를 상기 현재 시각(n)에 아날로그 제n-1 전압 값으로 변환시켜 상기 적분기로 출력하는 디지털 아날로그 컨버터를 포함하는 터치감지기.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 코드 저장기는,
   SRAM 또는 플립플롭(FF)으로 구성되는 것을 특징으로 하는 터치감지기.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 적분기는,
   상기 현재 시각(n)에 상기 저장부로부터 출력된 상기 제n-1 전압 값과 상기 버퍼로부터 출력되는 상기 제n 전압 값의 차이를 적분하는 것을 특징으로 하는 터치감지기.
9. 제 1 항에 있어서,
   상기 프로세서는,
   상기 적분기에서 출력되는 아날로그 적분 값을 디지털 적분 값으로 변환시키는 제2 아날로그 디지털 컨버터; 및
   상기 제2 아날로그 디지털 컨버터로부터 전송되어온 디지털 적분 값을 분석하여, 터치 여부를 판단하는 디지털 프로세서를 포함하는 터치감지기.
10. 터치패널의 터치 전극으로부터 직전 시각(n-1)의 제n-1 전압 값을 입력받고, 상기 터치패널 또는 터치 전극으로부터의 영향력을 차단하는 단계;
    상기 제n-1 전압 값을 디지털 코드로 변환시켜 저장하는 단계;
    상기 터치 전극으로부터 현재 시각(n)의 제n 전압 값을 입력받는 단계;
    상기 현재 시각(n)에 상기 디지털 코드를 상기 제n-1 전압 값으로 아날로그 변환시켜 출력 시키는 단계;
    상기 제n-1 전압 값과 상기 제n 전압 값에 대하여 적분을 수행하는 단계; 및
    상기 적분 값을 분석하여 상기 터치패널에 대한 터치가 이루어졌는지의 여부를 판단하는 단계를 포함하는 터치감지기 구동 방법.
11. 제 10 항에 있어서,
    상기 제n-1 전압 값을 저장하는 단계는,
    상기 제n-1 전압 값을 상기 디지털 코드로 변환시키는 단계;
    상기 디지털 코드를 저장하는 단계; 및
    상기 디지털 코드를 아날로그로 변환시켜 상기 제n-1 전압 값을 출력하는 단계를 포함하는 터치감지기 구동 방법.
12. 제 10 항에 있어서,
    상기 적분을 수행하는 단계는,
    상기 제n-1 전압 값과 상기 제n 전압 값의 차이를 적분하는 것을 특징으로 하는 터치감지기 구동 방법.
13. 제 10 항에 있어서,
    상기 판단하는 단계는,
    상기 적분 값을 디지털 적분 값으로 변환시키는 단계; 및
    상기 디지털 적분 값을 분석하여, 터치 여부를 판단하는 단계를 포함하는 터치감지기 구동 방법.
14. 제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 기재되어 있는 상기 터치감지기와 상기 터치패널;
    영상을 표시하기 위한 표시패널;
    상기 표시패널에 형성된 데이터 라인을 제어하기 위한 데이터 드라이버;
    상기 표시패널에 형성된 게이트 라인을 제어하기 위한 게이트 드라이버; 및
    상기 터치감지기와, 상기 데이터 드라이버와 상기 게이트 드라이버의 구동을 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러를 포함하는 터치감지기를 이용한 디스플레이장치.
    
    
    
    
    
    
    

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