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KR102248878B1 - Touch sensing system - Google Patents

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KR102248878B1
KR102248878B1 KR1020140064182A KR20140064182A KR102248878B1 KR 102248878 B1 KR102248878 B1 KR 102248878B1 KR 1020140064182 A KR1020140064182 A KR 1020140064182A KR 20140064182 A KR20140064182 A KR 20140064182A KR 102248878 B1 KR102248878 B1 KR 102248878B1
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charge erasing
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김범진
전재훈
강형원
이상용
이승윤
김민성
임현빈
장예지
조영우
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엘지디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명에 따른 터치 센싱 시스템은, 다수의 터치 센서들과, 상기 터치 센서들에 연결된 센서 배선들을 포함하는 터치 스크린; 다수의 수신 채널들을 통해 상기 터치 센서들로부터 터치 센서 신호를 수신하고, 수신된 터치 센서 신호를 이용하여 터치 입력을 센싱하는 다수의 센싱 유닛들; 상기 센싱 유닛들의 출력 전압을 제어하기 위한 전하 소거용 제어신호들을 생성하는 신호 생성부; 및 상기 수신 채널들과 상기 센싱 유닛들 사이마다 형성되며, 상기 전하 소거용 제어신호들에 응답하여 상기 센싱 유닛들에 입력되는 터치 센서 신호들의 변화폭을 줄이는 전하 소거부를 구비한다.The touch sensing system according to the present invention includes: a touch screen including a plurality of touch sensors and sensor wires connected to the touch sensors; A plurality of sensing units for receiving a touch sensor signal from the touch sensors through a plurality of reception channels and sensing a touch input using the received touch sensor signal; A signal generator for generating charge erasing control signals for controlling output voltages of the sensing units; And a charge eraser formed between the receiving channels and the sensing units, and reducing a variation width of touch sensor signals input to the sensing units in response to the charge erasing control signals.

Description

터치 센싱 시스템{TOUCH SENSING SYSTEM}Touch sensing system {TOUCH SENSING SYSTEM}

본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것이다.The present invention relates to a touch sensing system.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.The user interface (UI) allows a person (user) to easily control various electronic devices as desired. Representative examples of such a user interface include a keypad, a keyboard, a mouse, an On Screen Display (OSD), a remote controller having an infrared or radio frequency (RF) communication function. User interface technology continues to develop in the direction of enhancing user sensibility and operational convenience. Recently, user interfaces are evolving into touch UIs, voice recognition UIs, and 3D UIs.

터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있다. 터치 UI는 표시장치의 화면 상에 터치 스크린을 형성하는 방법으로 구현되고 있다. 이러한 터치 스크린은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서를 갖는 터치 스크린은 손가락 또는 전도성 물질이 터치 센서에 접촉될 때 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변하량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.Touch UI is essentially adopted in portable information devices. The touch UI is implemented by forming a touch screen on the screen of a display device. Such a touch screen may be implemented in a capacitive manner. A touch screen having a capacitive touch sensor detects a touch input by sensing a change in capacitance, that is, an amount of change in charge of the touch sensor when a finger or a conductive material contacts the touch sensor.

정전 용량 방식의 터치 센서는 자기 용량(Self Capacitance) 센서 또는 상호 용량(Mutual Capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 자기 용량 센서의 전극들 각각은 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들과 1:1로 연결될 수 있다. 상호 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 센서 배선들(Tx, Rx)의 교차부에 형성될 수 있다. The capacitive touch sensor may be implemented as a self-capacitance sensor or a mutual capacitance sensor. Each of the electrodes of the self-capacitive sensor may be connected 1:1 with sensor wires formed along one direction. The mutual capacitance sensor may be formed at an intersection of sensor wires Tx and Rx that are orthogonal to each other with a dielectric layer therebetween.

정전 용량 센서를 갖는 터치 스크린은 다수의 센싱 유닛들에 연결된다. 각 센싱 유닛은 수신 채널을 통해 터치 스크린으로부터 터치 센서 신호를 수신하여 터치 센서의 전하 변화량을 센싱한다. 이러한 센싱 유닛은 터치 IC(Integrated Circuit)에 집적되어 터치 스크린의 센서 배선들에 연결될 수 있다.A touch screen having a capacitive sensor is connected to a plurality of sensing units. Each sensing unit senses a change in charge of the touch sensor by receiving a touch sensor signal from the touch screen through a reception channel. Such a sensing unit may be integrated in a touch IC (Integrated Circuit) and connected to sensor wires of the touch screen.

센싱 유닛의 일 예가 도 1 및 도 2에 나타나 있다. 도 1은 터치 스크린(TSP)이 상호 용량 센서(Cm)로 구현될 때의 센싱 유닛을 보여주고, 도 2는 터치 스크린(TSP)이 자기 용량 센서(Cs)로 구현될 때의 센싱 유닛을 보여준다.An example of a sensing unit is shown in FIGS. 1 and 2. FIG. 1 shows a sensing unit when the touch screen TSP is implemented as a mutual capacitive sensor Cm, and FIG. 2 shows a sensing unit when the touch screen TSP is implemented as a self-capacitive sensor Cs. .

도 1 및 도 2에서와 같이 센싱 유닛은 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 오피 앰프(OP)의 반전 입력 단자(-)는 수신 채널을 통해 터치 센서(Cm 또는 Cs)에 연결되고, 오피 앰프(OP)의 비반전 입력 단자(+)는 기준전압(Vref) 단자에 연결되며, 오피 앰프(OP)의 출력 단자는 센싱 커패시터(Cf)를 경유하여 반전 입력 단자(-)에 연결될 수 있다.1 and 2, the sensing unit may include an operational amplifier OP and a sensing capacitor Cf. The inverting input terminal (-) of the operational amplifier (OP) is connected to the touch sensor (Cm or Cs) through the receiving channel, and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier (OP) is connected to the reference voltage (Vref) terminal. And, the output terminal of the operational amplifier OP may be connected to the inverting input terminal (-) via the sensing capacitor Cf.

도 1의 센싱 유닛에서 오피 앰프(OP)는 반전 증폭기로 기능한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.In the sensing unit of FIG. 1, the operational amplifier OP functions as an inverting amplifier. The output voltage Vout of the sensing unit can be expressed as in Equation 1.

Figure 112014050405227-pat00001
Figure 112014050405227-pat00001

수학식 1에서, 기준전압(Vref)은 직류(DC) 레벨이고, Vtx는 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 구동전압을 나타내고, CM은 상호 용량 센서(Cm)의 상호 용량을 나타내며, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타낸다. 상호 용량 센서(Cm)의 전하 변화량을 지시하는 도 1의 출력 전압(Vout)은 구동전압(Vtx)과 반대되는 전압 극성을 갖는다.In Equation 1, the reference voltage Vref is a direct current (DC) level, Vtx represents the driving voltage applied to the mutual capacitance sensor Cm, CM represents the mutual capacitance of the mutual capacitance sensor Cm, and CF is It represents the capacity of the sensing capacitor Cf. The output voltage Vout of FIG. 1 indicating the amount of change in charge of the mutual capacitance sensor Cm has a voltage polarity opposite to that of the driving voltage Vtx.

한편, 도 2의 센싱 유닛에서 오피 앰프(OP)는 비반전 증폭기로 기능한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.Meanwhile, in the sensing unit of FIG. 2, the operational amplifier OP functions as a non-inverting amplifier. The output voltage Vout of the sensing unit can be expressed as in Equation 2.

Figure 112014050405227-pat00002
Figure 112014050405227-pat00002

수학식 2에서, 기준전압(Vref)은 고전위 레벨(VH)과 저전위 레벨(VL) 사이에서 스윙하는 교류(AC) 레벨이고, ΔVref는 기준전압(Vref)의 스윙폭을 나타내고, CS는 자기 용량 센서(Cs)의 자기 용량을 나타내며, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타낸다. 자기 용량 센서(Cs)의 전하 변화량을 지시하는 도 2의 출력 전압(Vout)은 기준전압(Vref)과 동일한 전압 극성을 갖는다.In Equation 2, the reference voltage Vref is an AC level swinging between the high potential level VH and the low potential level VL, ΔVref represents the swing width of the reference voltage Vref, and CS is The self-capacitance sensor Cs represents the self-capacity, and CF denotes the sensing capacitor Cf. The output voltage Vout of FIG. 2 indicating the amount of change in charge of the self-capacitive sensor Cs has the same voltage polarity as the reference voltage Vref.

이러한 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)에 대한 허용 범위는 터치 IC 사이즈 등을 고려하여 설계시에 미리 정해진다. 그런데, 표시장치가 대면적화됨에 따라 터치 스크린(TSP)의 사이즈가 증가하면서 터치 센서의 상호 용량값 또는 자기 용량값이 증가되고 있다. 터치 센서의 용량값(CM 또는 CS)이 증가되면 상기 수학식 1 및 2에서와 같이 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)이 증가하게 되며, 경우에 따라서 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)이 정해진 허용 범위를 벗어나 세츄레이션(saturation)되는 문제가 발생되기도 한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout) 크기에 따라 터치 또는 비터치에 대한 판정이 이루어지므로, 출력 전압(Vout)이 허용 범위를 벗어나 세츄레이션 되는 경우 터치 여부 구분이 불가능해진다.
The allowable range for the output voltage Vout of the sensing unit is predetermined at the time of design in consideration of the size of the touch IC and the like. However, as the display device becomes larger in area, the size of the touch screen TSP increases, and the mutual capacitance value or the self capacitance value of the touch sensor is increasing. When the capacitance value (CM or CS) of the touch sensor is increased, the output voltage (Vout) of the sensing unit increases as in Equations 1 and 2 above, and in some cases, the output voltage (Vout) of the sensing unit is set within the allowed range. In some cases, a problem of saturation may occur. Since the determination of touch or non-touch is made according to the size of the output voltage Vout of the sensing unit, if the output voltage Vout is saturated outside the allowable range, it becomes impossible to distinguish whether or not touch is performed.

따라서, 본 발명의 목적은 센싱 유닛의 출력 전압이 정해진 허용 범위를 벗어나 세츄레이션되는 것을 방지할 수 있도록 한 터치 센싱 시스템을 제공하는 데 있다.
Accordingly, an object of the present invention is to provide a touch sensing system capable of preventing saturation of an output voltage of a sensing unit out of a predetermined allowable range.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은, 다수의 터치 센서들과, 상기 터치 센서들에 연결된 센서 배선들을 포함하는 터치 스크린; 다수의 수신 채널들을 통해 상기 터치 센서들로부터 터치 센서 신호를 수신하고, 수신된 터치 센서 신호를 이용하여 터치 입력을 센싱하는 다수의 센싱 유닛들; 상기 센싱 유닛들의 출력 전압을 제어하기 위한 전하 소거용 제어신호들을 생성하는 신호 생성부; 및 상기 수신 채널들과 상기 센싱 유닛들 사이마다 형성되며, 상기 전하 소거용 제어신호들에 응답하여 상기 센싱 유닛들에 입력되는 터치 센서 신호들의 변화폭을 줄이는 전하 소거부를 구비한다.
In order to achieve the above object, a touch sensing system according to an embodiment of the present invention includes: a touch screen including a plurality of touch sensors and sensor wires connected to the touch sensors; A plurality of sensing units for receiving a touch sensor signal from the touch sensors through a plurality of reception channels and sensing a touch input using the received touch sensor signal; A signal generator for generating charge erasing control signals for controlling output voltages of the sensing units; And a charge eraser formed between the receiving channels and the sensing units, and reducing a variation width of touch sensor signals input to the sensing units in response to the charge erasing control signals.

본 발명은 수신 채널과 센싱 유닛 사이마다 형성된 전하 소거부를 통해 터치 센서 신호의 변화폭을 줄임으로써, 센싱 유닛의 출력 전압이 정해진 허용 범위를 벗어나 세츄레이션되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
The present invention can effectively prevent the output voltage of the sensing unit from being saturated out of a predetermined allowable range by reducing the variation width of the touch sensor signal through the charge eraser formed between the receiving channel and the sensing unit.

도 1은 터치 스크린이 상호 용량 센서로 구현될 때의 종래 센싱 유닛을 보여주는 도면.
도 2는 터치 스크린이 자기 용량 센서로 구현될 때의 종래 센싱 유닛을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치를 보여주는 블록도.
도 4는 상호 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 5는 자기 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 6a 내지 도 6c는 표시소자에 탑재되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면들.
도 7은 센싱 유닛 이외에 전하 소거부들과 신호 생성부를 더 구비하는 본 발명의 터치 IC를 보여주는 도면.
도 8a 및 도 9a는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 전하 소거부가 적용된 센싱 유닛의 구성을 보여주는 도면들.
도 8b 및 도 9b는 각각 도 8a 및 도 9a의 동작 타이밍과 그에 따른 출력 전압 제어 효과를 보여주는 도면들.
도 10a 및 도 11a는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 전하 소거부가 적용된 센싱 유닛의 구성을 보여주는 도면들.
도 10b 및 도 11b는 각각 도 10a 및 도 11a의 동작 타이밍과 그에 따른 출력 전압 제어 효과를 보여주는 도면들.
1 is a view showing a conventional sensing unit when a touch screen is implemented as a mutual capacitive sensor.
2 is a view showing a conventional sensing unit when the touch screen is implemented as a self-capacitive sensor.
3 is a block diagram illustrating a display device to which a touch sensing system according to an embodiment of the present invention is applied.
4 is a diagram illustrating an example of a touch screen implemented by a mutual capacitive sensor.
5 is a diagram illustrating an example of a touch screen implemented with a self-capacitive sensor.
6A to 6C are views showing an example of a touch screen mounted on a display device.
7 is a view showing a touch IC of the present invention further including charge erasers and signal generators in addition to the sensing unit.
8A and 9A are diagrams showing the configuration of a sensing unit to which a charge eraser according to the first embodiment of the present invention is applied, respectively.
8B and 9B are diagrams illustrating an operation timing of FIGS. 8A and 9A and an effect of controlling an output voltage according thereto.
10A and 11A are views each showing a configuration of a sensing unit to which a charge eraser according to a second embodiment of the present invention is applied.
10B and 11B are diagrams showing an operation timing of FIGS. 10A and 11A and an effect of controlling an output voltage according thereto.

본 발명의 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다. The display device to which the touch sensing system of the present invention is applied is a liquid crystal display (LCD), a field emission display (FED), a plasma display panel (PDP), and an organic light emitting diode display. It can be implemented based on flat panel display devices such as devices (Organic Light Emitting Display, OLED) and electrophoresis (EPD) devices. In the following embodiments, a display device as an example of a flat panel display device will be described centering on a liquid crystal display device, but the display device of the present invention is not limited to a liquid crystal display device.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. The same reference numbers throughout the specification mean substantially the same elements. In the following description, when it is determined that a detailed description of a known function or configuration related to the present invention may unnecessarily obscure the subject matter of the present invention, a detailed description thereof will be omitted.

도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP)과, 터치 IC(20)를 포함한다. 3 to 7, the touch sensing system of the present invention includes a touch screen (TSP) and a touch IC 20.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치 입력을 감지하는 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 다수의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 정전 용량(capacitance)을 포함한다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있고, 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성될 수 있다.The touch sensing system of the present invention may be implemented as a capacitive touch screen (TSP) that senses a touch input through a plurality of capacitive sensors. The capacitive touch screen includes a plurality of touch sensors. Each of the touch sensors includes a capacitance. The capacitance may be divided into self capacitance and mutual capacitance. The self-capacitance may be formed along a single-layer conductor wiring formed in one direction, and the mutual capacitance may be formed between two orthogonal conductor wirings.

상호 용량 센서(Cm)로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 도 4와 같이 Tx 라인들, Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차점들 마다 형성된 터치 센서들(Cm)을 포함할 수 있다. Tx 라인들은 터치 센서들(Cm) 각각에 센서 구동용 펄스 신호(구동 신호)를 인가하여 터치 센서들에 전하를 공급하는 구동 신호 배선들이다. Rx 라인들은 터치 센서들(Cm)에 연결되어 터치 센서들의 전하를 터치 IC(20)로 공급하는 센서 배선들이다. 상호 용량 센싱 방법은 Tx 라인을 통해 Tx 전극에 구동 신호를 인가하여 상호 용량 센서(Cm)에 전하를 공급하고, 구동 신호와 동기하여 Rx 전극과 Rx 라인을 통해 용량 변화를 센싱하면 터치 입력을 센싱할 수 있다.The touch screen TSP implemented by the mutual capacitive sensor Cm includes Tx lines, Rx lines crossing the Tx lines, and touch sensors formed at each intersection of the Tx lines and the Rx lines as shown in FIG. 4. Cm). The Tx lines are driving signal wirings that supply electric charges to the touch sensors by applying a sensor driving pulse signal (driving signal) to each of the touch sensors Cm. The Rx lines are sensor wires connected to the touch sensors Cm and supplying electric charges from the touch sensors to the touch IC 20. In the mutual capacitance sensing method, a driving signal is applied to the Tx electrode through the Tx line to supply charge to the mutual capacitance sensor (Cm), and a touch input is sensed by sensing a change in capacitance through the Rx electrode and Rx line in synchronization with the driving signal. can do.

자기 용량 센서(Cs)로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 도 5와 같이 터치 전극(31)들 각각이 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들(32)과 1:1로 연결될 수 있다. 자기 용량 센서(Cs)는 전극들(31) 각각에 형성된 정전 용량을 포함한다. 자기 용량 센싱 방법은 구동 신호가 센서 배선(32)을 통해 전극(31)에 인가되면 전하(Q)가 터치 센서(Cs)에 축적된다. 이때 손가락이나 전도성 물체가 전극(31)에 접촉되면 자기 용량 센서(Cs)에 추가로 기생 용량(Cf)이 연결되어 커패시턴스 값이 변한다. 따라서, 손가락이 터치된 센서와 그렇지 않은 센서 간에 커패시턴스(Capaciance) 값이 달라져 터치 여부를 판단할 수 있다.The touch screen TSP implemented by the self-capacitive sensor Cs may be connected 1:1 to the sensor wires 32 in which each of the touch electrodes 31 is formed along one direction as shown in FIG. 5. The self-capacitance sensor Cs includes a capacitance formed on each of the electrodes 31. In the self-capacitance sensing method, when a driving signal is applied to the electrode 31 through the sensor wiring 32, the electric charge Q is accumulated in the touch sensor Cs. At this time, when a finger or a conductive object comes into contact with the electrode 31, a parasitic capacitance Cf is additionally connected to the self-capacitance sensor Cs, thereby changing a capacitance value. Accordingly, a capacitance value is different between the sensor touched by the finger and the sensor not touched, so that it is possible to determine whether or not the finger touched.

터치 스크린(TSP)은 도 6a와 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 6b와 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cm 또는 Cs)은 도 6c와 같이 표시패널의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 도 6a 내지 도 6c에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.The touch screen TSP may be bonded to the upper polarizing plate POL1 of the display panel as shown in FIG. 6A or formed between the upper polarizing plate POL1 and the upper substrate GLS1 of the display panel as shown in FIG. 6B. Also, the touch sensors Cm or Cs of the touch screen TSP may be embedded in the pixel array of the display panel as shown in FIG. 6C. In FIGS. 6A to 6C, “PIX” denotes a pixel electrode of a liquid crystal cell, “GLS2” denotes a lower substrate, and “POL2” denotes a lower polarizing plate.

터치 IC(20)는 터치 전후 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. 터치 IC(20)는 수신 채널들(S1~Sm)에 연결된 다수의 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)과, 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)로부터의 출력 전압(Vout1~Voutm)을 아날로그-디지털 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환부(ADC)를 포함할 수 있다.The touch IC 20 determines whether a conductive material such as a finger is touched and its location by sensing the amount of change in charge of the touch sensor before and after the touch. The touch IC 20 includes a plurality of sensing units SU#1 to SU#m connected to the reception channels S1 to Sm, and an output voltage Vout1 from the sensing units SU#1 to SU#m. ~Voutm) may include an analog-to-digital conversion unit (ADC) for analog-to-digital conversion.

각 센싱 유닛(SU)은 다수의 수신 채널들을 통해 터치 센서들로부터 터치 센서 신호를 수신하고, 수신된 터치 센서 신호를 이용하여 터치 입력을 센싱한다. 수신 채널들(S1~Sm)은 Rx 라인들, 또는 센서 배선들(32)에 1:1로 연결될 수 있다. 센싱 유닛(SU)은 터치 센서 신호를 수신하기 위해 도 8a, 도 9a, 도 10a, 도 11a에서와 같이 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 갖는 전하 증폭기를 포함할 수 있다. Each sensing unit SU receives a touch sensor signal from touch sensors through a plurality of reception channels, and senses a touch input using the received touch sensor signal. The receiving channels S1 to Sm may be connected 1:1 to the Rx lines or the sensor wires 32. The sensing unit SU may include a charge amplifier having an operational amplifier OP and a sensing capacitor Cf as shown in FIGS. 8A, 9A, 10A, and 11A to receive a touch sensor signal.

센싱 유닛(SU)은 도시하지 않은 구동 신호 생성기를 더 포함하여 터치 센서들(Cs 또는 Cm)에 구동 신호를 공급할 수 있다. 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있으나, 본 발명의 경우 구형파로 구현됨이 바람직하다. 구동신호는 센싱 유닛(SU)의 전하 증폭기에 전하가 N(N은 2 이상의 양의 정수) 회 이상 누적될 수 있도록 터치 센서들(Cs,또는 Cm) 각각에 N회 인가될 수 있다. 센싱 유닛(SU)은 터치 센서들(Cs,또는 Cm)로부터의 전하(Q)를 전하 증폭기에 누적하고 ADC에 공급한다. ADC는 센싱 유닛(SU)으로부터의 출력 전압(Vout)을 디지털 값으로 변환한다. 그리고, 터치 IC(20)는 터치 센싱 알고리즘을 실행하여 ADC 결과값을 기준값과 비교하여 기준값 보다 큰 결과값을 터치 입력 위치의 터치 센서 신호로 판정할 수 있다. 터치 IC(20)로부터 출력된 터치 레포트(Touch Report)는 터치 입력들 각각의 좌표 정보(TDATA(XY))를 포함하여 호스트 시스템(18)으로 전송될 수 있다.The sensing unit SU may further include a driving signal generator (not shown) to supply a driving signal to the touch sensors Cs or Cm. The driving signal may be generated in various forms such as a square wave type pulse, a sine wave, and a triangle wave, but in the case of the present invention, it is preferable to be implemented as a square wave. The driving signal may be applied N times to each of the touch sensors Cs or Cm so that charges are accumulated N (N is a positive integer of 2 or more) times or more to the charge amplifier of the sensing unit SU. The sensing unit SU accumulates the charge Q from the touch sensors Cs or Cm in the charge amplifier and supplies it to the ADC. The ADC converts the output voltage Vout from the sensing unit SU into a digital value. In addition, the touch IC 20 may perform a touch sensing algorithm to compare the ADC result value with a reference value and determine a result value greater than the reference value as the touch sensor signal at the touch input position. The touch report output from the touch IC 20 may be transmitted to the host system 18 including coordinate information (TDATA(XY)) of each of the touch inputs.

대화면 터치 스크린(TSP)에서 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)이 정해진 허용 범위를 벗어나 세츄레이션(saturation)되는 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 터치 IC(20)는 도 7과 같이 다수의 전하 소거부들(CR#1~CR#m)과 신호 생성부(PGR)를 구비할 수 있다.In order to solve the problem that the output voltage Vout of the sensing unit SU on the large-screen touch screen TSP is out of the specified allowable range, saturation occurs, the touch IC 20 of the present invention includes a plurality of touch ICs as shown in FIG. 7. The charge erasing units CR#1 to CR#m and a signal generation unit PGR may be provided.

신호 생성부(PGR)는 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)의 출력 전압을 제어하기 위한 전하 소거용 제어신호들을 생성한다. 전하 소거용 제어신호들에는 후술할 전하 소거용 펄스 신호(도 8a 내지 도 11b의 Vcr), 후술할 제1 및 제2 스위칭 제어신호(도 8a 내지 도 11b의 SW1 및 SW2를 스위칭시키는 신호)를 포함한다.The signal generator PGR generates charge erasing control signals for controlling the output voltages of the sensing units SU#1 to SU#m. The charge erasing control signals include a charge erasing pulse signal (Vcr in FIGS. 8A to 11B) to be described later, and first and second switching control signals (signals for switching SW1 and SW2 in FIGS. 8A to 11B) to be described later. Includes.

전하 소거부들(CR#1~CR#m)은 수신 채널들(S1~Sm)과 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 사이마다 형성되며, 전하 소거용 제어신호들에 응답하여 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에 입력되는 터치 센서 신호들의 변화폭을 줄이는 역할을 한다.The charge erasing units CR#1 to CR#m are formed between the reception channels S1 to Sm and the sensing units SU#1 to SU#m, and are sensed in response to control signals for charge erasing. It serves to reduce the variation width of the touch sensor signals input to the units SU#1 to SU#m.

전하 소거부들(CR#1~CR#m)과 함께 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)의 구체적 구성 및 동작에 대해서는 도 8a 내지 도 11b를 참조로 자세히 설명하기로 한다.The detailed configuration and operation of the sensing units SU#1 to SU#m together with the charge erasing units CR#1 to CR#m will be described in detail with reference to FIGS. 8A to 11B.

한편, 본 발명의 터치 센싱 시스템이 적용되는 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14,16), 호스트 시스템(18)을 포함할 수 있다.Meanwhile, a display device to which the touch sensing system of the present invention is applied may include a display panel DIS, display driving circuits 12, 14, and 16, and a host system 18.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함할 수 있다.The display panel DIS includes a liquid crystal layer formed between two substrates. The pixel array of the display panel DIS includes pixels formed in a pixel area defined by data lines (D1 to Dm, m is a positive integer) and gate lines (G1 to Gn, n is a positive integer). . Each of the pixels is connected to TFTs (Thin Film Transistor) formed at the intersections of the data lines D1 to Dm and the gate lines G1 to Gn, a pixel electrode charging the data voltage, and a pixel electrode. It may include a storage capacitor (Cst) for maintaining the voltage.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.A black matrix, a color filter, or the like may be formed on the upper substrate of the display panel DIS. The lower substrate of the display panel DIS may be implemented in a color filter on TFT (COT) structure. In this case, the black matrix and the color filter may be formed on the lower substrate of the display panel DIS. The common electrode to which the common voltage is supplied may be formed on the upper or lower substrate of the display panel DIS. A polarizing plate is attached to each of the upper and lower substrates of the display panel DIS, and an alignment layer for setting a pretilt angle of the liquid crystal is formed on an inner surface in contact with the liquid crystal. A column spacer is formed between the upper substrate and the lower substrate of the display panel DIS to maintain a cell gap of the liquid crystal cell.

표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. A backlight unit may be disposed under the rear surface of the display panel DIS. The backlight unit is implemented as an edge type or direct type backlight unit and irradiates light to the display panel DIS. The display panel DIS may be implemented in any known liquid crystal mode such as a twisted nematic (TN) mode, a vertical alignment (VA) mode, an in plane switching (IPS) mode, and a fringe field switching (FFS) mode.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(16)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 픽셀라인을 선택한다. The display driving circuit includes a data driving circuit 12, a scan driving circuit 14, and a timing controller 16 to write video data of an input image to pixels of the display panel DIS. The data driving circuit 12 converts digital video data RGB input from the timing controller 16 into an analog positive/negative gamma compensation voltage and outputs a data voltage. The data voltage output from the data driving circuit 12 is supplied to the data lines D1 to Dm. The scan driving circuit 14 sequentially supplies a gate pulse (or scan pulse) synchronized with the data voltage to the gate lines G1 to Gn to select a pixel line of the display panel DIS to which the data voltage is written.

타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(18)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.The timing controller 16 inputs timing signals such as a vertical synchronization signal (Vsync), a horizontal synchronization signal (Hsync), a data enable signal (Data Enable, DE), and a main clock (MCLK) input from the host system 18. In response, the operation timing of the data driving circuit 12 and the scan driving circuit 14 is synchronized. The scan timing control signal includes a gate start pulse (GSP), a gate shift clock, a gate output enable signal (Gate Output Enable, GOE), and the like. The data timing control signal includes a source sampling clock (SSC), a polarity control signal (Polarity, POL), a source output enable signal (Source Output Enable, SOE), and the like.

호스트 시스템(18)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(18)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(18)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(18)은 터치 스크린 구동회로로부터 입력되는 터치 레포트의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.The host system 18 may be implemented as any one of a television system, a set-top box, a navigation system, a DVD player, a Blu-ray player, a personal computer (PC), a home theater system, and a phone system. The host system 18 converts the digital video data RGB of an input image into a format suitable for display on the display panel DIS, including a system on chip (SoC) with a built-in scaler. The host system 18 transmits timing signals Vsync, Hsync, DE, and MCLK together with the digital video data to the timing controller 16. In addition, the host system 18 executes an application program linked with coordinate information (XY) of the touch report input from the touch screen driving circuit.

도 8a 및 도 9a는 각각 본 발명의 제1 실시예에 따른 전하 소거부가 적용된 센싱 유닛의 구성을 보여주고, 도 8b 및 도 9b는 각각 도 8a 및 도 9a의 동작 타이밍과 그에 따른 출력 전압 제어 효과를 보여준다. 제1 실시예에 따른 전하 소거부(CR)는 도 8a 및 도 9a에서와 같이 전하 소거용 커패시터(Ccr)로 구현될 수 있다.8A and 9A show the configuration of a sensing unit to which a charge eraser according to the first embodiment of the present invention is applied, respectively, and FIGS. 8B and 9B are operation timings of FIGS. 8A and 9A and output voltage control according thereto. Show the effect. The charge eraser CR according to the first embodiment may be implemented with a charge erase capacitor Ccr as shown in FIGS. 8A and 9A.

먼저, 터치 스크린(TSP)이 상호 용량 센서(Cm)로 구현될 때, 센싱 유닛(SU)은 도 8a와 같이 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 오피 앰프(OP)의 반전 입력 단자(-)는 수신 채널을 통해 상호 용량 센서(Cm)에 연결되고, 오피 앰프(OP)의 비반전 입력 단자(+)는 기준전압(Vref) 단자에 연결되며, 오피 앰프(OP)의 출력 단자는 센싱 커패시터(Cf)를 경유하여 반전 입력 단자(-)에 연결될 수 있다. 센싱 커패시터(Cf)는 반전 입력 단자(-)를 통해 입력되는 터치 센서 신호를 적분하는 기능을 갖는다. 센싱 유닛(SU)의 리셋 스위치(RST)는 일정 주기로 센싱 커패시터(Cf)를 리셋시키는 기능을 수행한다. First, when the touch screen TSP is implemented with the mutual capacitive sensor Cm, the sensing unit SU may include an operational amplifier OP and a sensing capacitor Cf as shown in FIG. 8A. The inverting input terminal (-) of the operational amplifier (OP) is connected to the mutual capacitance sensor (Cm) through the receiving channel, and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier (OP) is connected to the reference voltage (Vref) terminal. , The output terminal of the operational amplifier OP may be connected to the inverting input terminal (-) via the sensing capacitor Cf. The sensing capacitor Cf has a function of integrating a touch sensor signal input through the inverting input terminal (-). The reset switch RST of the sensing unit SU performs a function of resetting the sensing capacitor Cf at a predetermined period.

전하 소거부(CR)를 구성하는 전하 소거용 커패시터(Ccr)는, 그의 일측 전극이 오피 엠프(OP)의 반전 입력 단자(-)에 연결되고 그의 타측 전극이 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)의 입력 단자에 연결된다. 여기서, 터치 센서 신호들의 변화폭이 줄어들도록, 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)는 도 8b와 같이 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 센서 구동용 펄스 신호(Vtx)와 비교하여 동일 펄스폭(PW1) 및 반대 위상을 갖는 특징이 있다.In the charge erasing capacitor Ccr constituting the charge erasing unit CR, one electrode thereof is connected to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier OP, and the other electrode thereof is the charge erasing pulse signal Vcr. It is connected to the input terminal. Here, to reduce the variation width of the touch sensor signals, the charge erasing pulse signal Vcr is the same pulse width PWM as compared to the sensor driving pulse signal Vtx applied to the mutual capacitance sensor Cm as shown in FIG. 8B. And a feature of having an opposite phase.

도 8a의 센싱 유닛(SU)에서 오피 앰프(OP)는 반전 증폭기로 기능한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)로 인해 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.In the sensing unit SU of FIG. 8A, the operational amplifier OP functions as an inverting amplifier. The output voltage Vout of the sensing unit can be expressed as Equation 3 due to the charge eraser CR.

Figure 112014050405227-pat00003
Figure 112014050405227-pat00003

수학식 3에서, 기준전압(Vref)은 직류(DC) 레벨이고, Vtx는 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 구동전압을 나타내고, CM은 상호 용량 센서(Cm)의 상호 용량을 나타내고, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타내고, CCR은 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 용량을 나타내며, Vcr은 전하 소거용 커패시터(Ccr)에 인가되는 전하 소거용 펄스 신호를 나타낸다. In Equation 3, the reference voltage Vref is a direct current (DC) level, Vtx represents the driving voltage applied to the mutual capacitance sensor Cm, CM represents the mutual capacitance of the mutual capacitance sensor Cm, and CF is Represents the capacity of the sensing capacitor Cf, CCR denotes the capacity of the charge erasing capacitor Ccr, and Vcr denotes the charge erasing pulse signal applied to the charge erasing capacitor Ccr.

수학식 3과 도 8b에서 알 수 있듯이, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)의 적용으로 인해 미리 정해진 출력전압(Vout) 허용범위 내로 진입되고 있다.As can be seen from Equation 3 and FIG. 8B, the output voltage Vout of the sensing unit SU is entering the allowable range of the predetermined output voltage Vout due to the application of the charge eraser CR.

예컨대, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout) 허용 범위가 0V~3.3V로 설정되고, Vref=1.65V, Vtx=3.3V, CM=10pF, CF=10pF, Vcr=-15V, CCR=2pF이라 가정하면, 종래 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 수학식 1에 의해 Vout=1.65V-3.3V*(10pF/10pF)=-1.65V로 되어 허용 범위(0V~3.3V)를 벗어나게 되며, 결국 출력 전압(Vout)은 0V로 세츄레이션 되게 된다. 반면, 제1 실시예에 따른 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 수학식 3에 의해 Vout=1.65V-3.3V*(10pF/10pF)-(-15V)*(2pF/10pF)=1.35V로 되어 허용 범위(0V~3.3V)를 만족하게 된다.For example, the allowable range of the output voltage (Vout) of the sensing unit (SU) is set to 0V to 3.3V, Vref=1.65V, Vtx=3.3V, CM=10pF, CF=10pF, Vcr=-15V, CCR=2pF Assuming this, the output voltage Vout of the conventional sensing unit SU is Vout=1.65V-3.3V*(10pF/10pF)=-1.65V according to Equation 1, so that the allowable range (0V to 3.3V) is set. The output voltage (Vout) is eventually saturated to 0V. On the other hand, the output voltage Vout of the sensing unit SU according to the first embodiment is Vout=1.65V-3.3V*(10pF/10pF)-(-15V)*(2pF/10pF)= It becomes 1.35V and satisfies the allowable range (0V~3.3V).

다음으로, 터치 스크린(TSP)이 자기 용량 센서(Cs)로 구현될 때, 센싱 유닛(SU)은 도 9a와 같이 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 오피 앰프(OP)의 반전 입력 단자(-)는 수신 채널을 통해 상호 용량 센서(Cm)에 연결되고, 오피 앰프(OP)의 비반전 입력 단자(+)는 기준전압(Vref) 단자에 연결되며, 오피 앰프(OP)의 출력 단자는 센싱 커패시터(Cf)를 경유하여 반전 입력 단자(-)에 연결될 수 있다. 자기 용량 센서(Cs)를 센싱하기 위해 기준전압(Vref)은 고전위 레벨(VH)과 저전위 레벨(VL) 사이에서 스윙하는 교류 형태의 기준전압용 펄스 신호로 입력된다. 센싱 커패시터(Cf)는 반전 입력 단자(-)를 통해 입력되는 터치 센서 신호를 적분하는 기능을 갖는다. 센싱 유닛(SU)의 리셋 스위치(RST)는 일정 주기로 센싱 커패시터(Cf)를 리셋시키는 기능을 수행한다. Next, when the touch screen TSP is implemented with the self-capacitive sensor Cs, the sensing unit SU may include an operational amplifier OP and a sensing capacitor Cf as shown in FIG. 9A. The inverting input terminal (-) of the operational amplifier (OP) is connected to the mutual capacitance sensor (Cm) through the receiving channel, and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier (OP) is connected to the reference voltage (Vref) terminal. , The output terminal of the operational amplifier OP may be connected to the inverting input terminal (-) via the sensing capacitor Cf. In order to sense the self-capacitance sensor Cs, the reference voltage Vref is input as an AC-type reference voltage pulse signal swinging between the high potential level VH and the low potential level VL. The sensing capacitor Cf has a function of integrating a touch sensor signal input through the inverting input terminal (-). The reset switch RST of the sensing unit SU performs a function of resetting the sensing capacitor Cf at a predetermined period.

전하 소거부(CR)를 구성하는 전하 소거용 커패시터(Ccr)는, 그의 일측 전극이 오피 엠프(OP)의 반전 입력 단자(-)에 연결되고 그의 타측 전극이 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)의 입력 단자에 연결된다. 여기서, 터치 센서 신호들의 변화폭이 줄어들도록, 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)는 도 9b와 같이 기준전압용 펄스 신호(Vref)와 비교하여 동일 펄스폭(PW2) 및 동일 위상을 갖는 특징이 있다.In the charge erasing capacitor Ccr constituting the charge erasing unit CR, one electrode thereof is connected to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier OP, and the other electrode thereof is the charge erasing pulse signal Vcr. It is connected to the input terminal. Here, the charge erasing pulse signal Vcr has the same pulse width PW2 and the same phase as compared to the reference voltage pulse signal Vref as shown in FIG. 9B so that the variation width of the touch sensor signals is reduced.

도 9a의 센싱 유닛(SU)에서 오피 앰프(OP)는 비반전 증폭기로 기능한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)로 인해 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.In the sensing unit SU of FIG. 9A, the operational amplifier OP functions as a non-inverting amplifier. The output voltage Vout of the sensing unit can be expressed as in Equation 4 due to the charge eraser CR.

Figure 112014050405227-pat00004
Figure 112014050405227-pat00004

수학식 4에서, 기준전압(Vref)은 고전위 레벨(VH)과 저전위 레벨(VL) 사이에서 스윙하는 교류(AC) 레벨이고, ΔVref는 기준전압(Vref)의 스윙폭을 나타내고, CS는 자기 용량 센서(Cs)의 자기 용량을 나타내고, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타내고, CCR은 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 용량을 나타내며, Vcr은 전하 소거용 커패시터(Ccr)에 인가되는 전하 소거용 펄스 신호를 나타낸다. In Equation 4, the reference voltage Vref is an AC level that swings between the high potential level VH and the low potential level VL, ΔVref represents the swing width of the reference voltage Vref, and CS is Self-capacitance sensor (Cs) represents the self-capacity, CF represents the capacity of the sensing capacitor (Cf), CCR represents the capacity of the charge erasing capacitor (Ccr), Vcr is applied to the charge erasing capacitor (Ccr). Represents a pulse signal for erasing charge.

수학식 4와 도 9b에서 알 수 있듯이, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)의 적용으로 인해 미리 정해진 출력전압(Vout) 허용범위 내로 진입되고 있다.As can be seen in Equation 4 and FIG. 9B, the output voltage Vout of the sensing unit SU is entering the allowable range of the predetermined output voltage Vout due to the application of the charge erasing unit CR.

예컨대, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout) 허용 범위가 0V~3.3V로 설정되고, Vref=1.65V±0.08V, CS=200pF, CF=10pF, Vcr=-15V, CCR=2pF이라 가정하면, 종래 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 수학식 2에 의해 Vout=(1.65V+0.08V)+(-0.16V)*(1+(200pF/10pF))=-1.63V로 되어 허용 범위(0V~3.3V)를 벗어나게 되며, 결국 출력 전압(Vout)은 0V로 세츄레이션 되게 된다. 반면, 제1 실시예에 따른 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 수학식 4에 의해 Vout=1.73V+(-0.16V)*(1+((200pF+2pF)/10pF))-(-15V)*(2pF/10pF)=1.38V로 되어 허용 범위(0V~3.3V)를 만족하게 된다.For example, assume that the allowable range of the output voltage (Vout) of the sensing unit (SU) is set to 0V to 3.3V, and Vref=1.65V±0.08V, CS=200pF, CF=10pF, Vcr=-15V, CCR=2pF Then, the output voltage Vout of the conventional sensing unit SU is Vout=(1.65V+0.08V)+(-0.16V)*(1+(200pF/10pF))=-1.63V by Equation 2 As a result, it goes out of the allowable range (0V~3.3V), and eventually the output voltage (Vout) is saturated to 0V. On the other hand, the output voltage Vout of the sensing unit SU according to the first embodiment is Vout=1.73V+(-0.16V)*(1+((200pF+2pF)/10pF))-( -15V)*(2pF/10pF)=1.38V, satisfying the allowable range (0V~3.3V).

이처럼, 도 8a 내지 도 9b와 같이 본 발명의 제1 실시예에서는 전하 소거부(CR)를 더 포함하고, 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)를 센서 구동용 펄스 신호(Vtx)와 비교하여 동일 펄스폭 및 반대 위상을 갖도록 1회 센싱 유닛(SU)에 인가하거나 또는, 기준전압용 펄스 신호(Vref)와 비교하여 동일 펄스폭 및 동일 위상을 갖도록 1회 센싱 유닛(SU)에 인가함으로써 센싱 유닛들에 입력되는 터치 센서 신호들의 변화폭을 줄일 수 있다.As such, in the first embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 8A to 9B, the charge eraser CR is further included, and the same pulse is compared with the pulse signal Vcr for driving the charge and the pulse signal Vtx for driving the sensor. Sensing units are applied to the sensing unit (SU) once to have a width and opposite phase, or applied to the sensing unit (SU) once to have the same pulse width and phase compared to the reference voltage pulse signal (Vref). It is possible to reduce the variation width of the touch sensor signals input to the device.

다만, 제1 실시예에서 원하는 효과를 얻기 위해서는 전압 스윙폭이 큰 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)와 큰 용량의 전하 소거용 커패시터(Ccr)를 사용해야 하는데, 이는 고전압 공정이 요구되고 아울러 터치 IC의 사이즈가 증가되는 단점을 초래할 수 있다.
However, in order to obtain the desired effect in the first embodiment, it is necessary to use a charge erasing pulse signal (Vcr) with a large voltage swing width and a charge erasing capacitor (Ccr) with a large capacity, which requires a high voltage process. It can lead to the disadvantage of increasing the size.

도 10a 및 도 11a는 각각 본 발명의 제2 실시예에 따른 전하 소거부가 적용된 센싱 유닛의 구성을 보여주고, 도 10b 및 도 11b는 각각 도 10a 및 도 11a의 동작 타이밍과 그에 따른 출력 전압 제어 효과를 보여준다. 제2 실시예에 따른 전하 소거부(CR)는 도 10a 및 도 11a에서와 같이 전하 소거용 커패시터(Ccr)와 제1 및 제2 스위치로 구현될 수 있다.10A and 11A respectively show the configuration of a sensing unit to which a charge eraser according to a second embodiment of the present invention is applied, and FIGS. 10B and 11B are operation timings of FIGS. 10A and 11A and output voltage control accordingly. Show the effect. The charge eraser CR according to the second embodiment may be implemented with a charge erase capacitor Ccr and first and second switches as shown in FIGS. 10A and 11A.

먼저, 터치 스크린(TSP)이 상호 용량 센서(Cm)로 구현될 때, 센싱 유닛(SU)은 도 10a에 도시된 바와 같으며, 이는 도 8a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다.First, when the touch screen TSP is implemented as a mutual capacitive sensor Cm, the sensing unit SU is as shown in FIG. 10A, which is substantially the same as that described in FIG. 8A.

전하 소거부(CR)를 구성하는 전하 소거용 커패시터(Ccr)는, 그의 일측 전극이 오피 엠프(OP)의 반전 입력 단자(-)에 연결되고 그의 타측 전극이 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)의 입력 단자에 연결된다. 제2 실시예에 따른 전하 소거부(CR)는 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 일측 전극과 오피 엠프(OP)의 반전 입력 단자(-) 사이에 접속된 제1 스위치(SW1), 및 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 일측 전극과 오피 엠프(OP)의 비반전 입력 단자(+) 사이에 접속된 제2 스위치(SW2)를 더 구비한다. 이러한 제1 및 제2 스위치(SW1,SW2)는 전하 소거용 제어신호들에 속하는 스위칭 제어신호에 따라 서로 반대로 스위칭된다. In the charge erasing capacitor Ccr constituting the charge erasing unit CR, one electrode thereof is connected to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier OP, and the other electrode thereof is the charge erasing pulse signal Vcr. It is connected to the input terminal. The charge erasing unit CR according to the second embodiment includes a first switch SW1 connected between one electrode of the charge erasing capacitor Ccr and the inverting input terminal (-) of the operational amplifier OP, and a charge erasing. A second switch SW2 connected between one electrode of the capacitor Ccr and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP is further provided. The first and second switches SW1 and SW2 are switched opposite to each other according to a switching control signal belonging to control signals for erasing charge.

여기서, 스위칭 제어신호는 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)를 기준으로 하여 생성될 수 있다. 터치 센서 신호들의 변화폭이 줄어들도록, 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)는 도 10b와 같이 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 센서 구동용 펄스 신호(Vtx)와 비교하여 반대 위상을 가지며 센서 구동용 펄스 신호(Vtx)의 펄스폭(PW1) 내에서 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 타측 전극에 다수회 인가될 수 있다. 이러한 인가횟수 증가에 의해, 제2 실시예는 제1 실시예에서의 단점 즉, 고전압 공정이 요구되고 터치 IC의 사이즈가 증가되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. Here, the switching control signal may be generated based on the charge erasing pulse signal Vcr. In order to reduce the width of change of the touch sensor signals, the charge erasing pulse signal Vcr has an opposite phase compared to the sensor driving pulse signal Vtx applied to the mutual capacitance sensor Cm as shown in FIG. 10B and has a sensor driving pulse. Within the pulse width PW1 of the signal Vtx, it may be applied multiple times to the other electrode of the charge erasing capacitor Ccr. By such an increase in the number of applications, the second embodiment can effectively prevent a disadvantage in the first embodiment, that is, a high voltage process is required and the size of the touch IC is increased.

도 10b와 같이 센서 구동용 펄스 신호(Vcr)의 펄스폭(PW1) 내에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 고전위 레벨(3.3V)에서 저전위 레벨(0V)로 다수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간(Td) 앞선 타이밍에 제1 스위치(SW1)는 온 됨과 동시에, 제2 스위치(SW2)는 오프될 수 있다. 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)의 폴링 시점에 앞서 제1 스위치(SW1)를 온 시키는 이유는 동작의 안정성을 확보하기 위함이다. 그리고, 제1 스위치(SW1)가 오프 되는 동안 제2 스위치(SW2)를 온 시키는 이유는 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 일측 전극 전위를 샘플링에 앞서 일정값(Vref)으로 안정시키기 위함이다. 제1 스위치(SW1)가 온 된 상태에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 폴링되고, 이러한 폴링 횟수가 증가할수록 출력 전압(Vout) 조정치의 누적횟수는 증가하게 된다. 따라서, 제2 실시예는 전압 스윙폭이 작은 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)와 작은 용량의 전하 소거용 커패시터(Ccr)만으로도 출력전압(Vout) 제한과 관계된 원하는 효과를 충분히 얻을 수 있기에 제1 실시예에서의 단점을 용이하게 해소할 수 있다.As shown in FIG. 10B, each time the pulse signal Vcr for charge erasing is polled multiple times from the high potential level (3.3V) to the low potential level (0V) within the pulse width PW1 of the sensor driving pulse signal Vcr. , The first switch SW1 may be turned on and the second switch SW2 may be turned off at a timing prior to the polling time point for a predetermined time Td. The reason why the first switch SW1 is turned on prior to the polling time of the charge erasing pulse signal Vcr is to secure operation stability. The reason for turning on the second switch SW2 while the first switch SW1 is off is to stabilize the potential of one electrode of the charge erasing capacitor Ccr to a predetermined value Vref prior to sampling. When the first switch SW1 is turned on, the charge erasing pulse signal Vcr is polled, and as the number of polling increases, the accumulated number of adjustments of the output voltage Vout increases. Therefore, in the second embodiment, since the desired effect related to the output voltage (Vout) limitation can be sufficiently obtained only with the charge erasing pulse signal Vcr having a small voltage swing width and the charge erasing capacitor Ccr having a small capacity. The shortcomings in the example can be easily eliminated.

도 10a의 센싱 유닛(SU)에서 오피 앰프(OP)는 반전 증폭기로 기능한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)로 인해 수학식 5와 같이 나타낼 수 있다.In the sensing unit SU of FIG. 10A, the operational amplifier OP functions as an inverting amplifier. The output voltage Vout of the sensing unit can be expressed as in Equation 5 due to the charge eraser CR.

Figure 112014050405227-pat00005
Figure 112014050405227-pat00005

수학식 5에서, 기준전압(Vref)은 직류(DC) 레벨이고, Vtx는 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 구동전압을 나타내고, CM은 상호 용량 센서(Cm)의 상호 용량을 나타내고, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타내고, CCR은 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 용량을 나타내며, Vcr은 전하 소거용 커패시터(Ccr)에 인가되는 전하 소거용 펄스 신호를 나타내고, n은 인가횟수를 나타낸다. In Equation 5, the reference voltage Vref is a direct current (DC) level, Vtx represents the driving voltage applied to the mutual capacitance sensor Cm, CM represents the mutual capacitance of the mutual capacitance sensor Cm, and CF is Represents the capacity of the sensing capacitor Cf, CCR represents the capacity of the charge erasing capacitor Ccr, Vcr represents the charge erasing pulse signal applied to the charge erasing capacitor Ccr, and n represents the number of applications. .

수학식 5와 도 10b에서 알 수 있듯이, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)의 적용으로 인해 미리 정해진 출력전압(Vout) 허용범위 내로 진입되고 있으며, 특히 n회 반복적인 전하 소거 동작을 통해 터치 IC의 사이즈까지 줄어드는 효과가 있다.As can be seen from Equation 5 and FIG. 10B, the output voltage Vout of the sensing unit SU is entering the allowable range of the predetermined output voltage Vout due to the application of the charge erasing unit CR, and in particular, n times. There is an effect of reducing the size of the touch IC through the repetitive charge erasing operation.

예컨대, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout) 허용 범위가 0V~3.3V로 설정되고, Vref=1.65V, Vtx=3.3V, CM=10pF, CF=10pF, Vcr=-3.3V, CCR=2pF, n=4라 가정하면, 제2 실시예에 따른 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 수학식 5에 의해 Vout=1.65V-3.3V*(10pF/10pF)-4*(-3.3V)*(2pF/10pF)=0.99V로 되어 허용 범위(0V~3.3V)를 만족하게 된다. 이는 Vcr=-3.3V, CCR=2pF로도 충분히 원하는 효과를 얻을 수 있음을 보여준다.For example, the allowable range of the output voltage (Vout) of the sensing unit (SU) is set to 0V to 3.3V, Vref=1.65V, Vtx=3.3V, CM=10pF, CF=10pF, Vcr=-3.3V, CCR= Assuming that 2pF and n=4, the output voltage Vout of the sensing unit SU according to the second embodiment is Vout=1.65V-3.3V*(10pF/10pF)-4*(- 3.3V)*(2pF/10pF)=0.99V, satisfying the allowable range (0V~3.3V). This shows that even with Vcr=-3.3V and CCR=2pF, the desired effect can be sufficiently obtained.

다음으로, 터치 스크린(TSP)이 자기 용량 센서(Cs)로 구현될 때, 센싱 유닛(SU)은 도 11a에 도시된 바와 같이며, 이는 도 9a에서 설명한 것과 실질적으로 동일하다. 자기 용량 센서(Cs)를 센싱하기 위해 기준전압(Vref)은 고전위 레벨(VH)과 저전위 레벨(VL) 사이에서 스윙하는 교류 형태의 기준전압용 펄스 신호로 입력된다.Next, when the touch screen TSP is implemented with the self-capacitive sensor Cs, the sensing unit SU is as shown in FIG. 11A, which is substantially the same as that described in FIG. 9A. In order to sense the self-capacitance sensor Cs, the reference voltage Vref is input as an AC-type reference voltage pulse signal swinging between the high potential level VH and the low potential level VL.

전하 소거부(CR)를 구성하는 전하 소거용 커패시터(Ccr)는, 그의 일측 전극이 오피 엠프(OP)의 반전 입력 단자(-)에 연결되고 그의 타측 전극이 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)의 입력 단자에 연결된다. 제2 실시예에 따른 전하 소거부(CR)는 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 일측 전극과 오피 엠프(OP)의 반전 입력 단자(-) 사이에 접속된 제1 스위치(SW1), 및 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 일측 전극과 오피 엠프(OP)의 비반전 입력 단자(+) 사이에 접속된 제2 스위치(SW2)를 더 구비한다. 이러한 제1 및 제2 스위치(SW1,SW2)는 전하 소거용 제어신호들에 속하는 스위칭 제어신호에 따라 서로 반대로 스위칭된다. In the charge erasing capacitor Ccr constituting the charge erasing unit CR, one electrode thereof is connected to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier OP, and the other electrode thereof is the charge erasing pulse signal Vcr. It is connected to the input terminal. The charge eraser CR according to the second embodiment includes a first switch SW1 connected between one electrode of a charge erase capacitor Ccr and an inverting input terminal (-) of the operational amplifier OP, and a charge eraser. A second switch SW2 connected between one electrode of the capacitor Ccr and the non-inverting input terminal (+) of the operational amplifier OP is further provided. The first and second switches SW1 and SW2 are switched opposite to each other according to a switching control signal belonging to control signals for erasing charge.

여기서, 스위칭 제어신호는 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)를 기준으로 하여 생성될 수 있다. 터치 센서 신호들의 변화폭이 줄어들도록, 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)는 도 11b와 같이 기준전압용 펄스 신호(Vref)와 비교하여 동일 위상을 가지며 기준전압용 펄스 신호(Vref)의 펄스폭(PW2) 내에서 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 타측 전극에 다수회 인가될 수 있다. 이러한 인가횟수 증가에 의해, 제2 실시예는 제1 실시예에서의 단점 즉, 고전압 공정이 요구되고 터치 IC의 사이즈가 증가되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다. Here, the switching control signal may be generated based on the charge erasing pulse signal Vcr. In order to reduce the variation width of the touch sensor signals, the charge erasing pulse signal Vcr has the same phase compared to the reference voltage pulse signal Vref as shown in FIG. 11B, and the pulse width PW2 of the reference voltage pulse signal Vref ) May be applied multiple times to the other electrode of the capacitor Ccr for erasing charge. By such an increase in the number of applications, the second embodiment can effectively prevent a disadvantage in the first embodiment, that is, a high voltage process is required and the size of the touch IC is increased.

도 11b와 같이 센서 구동용 펄스 신호(Vcr)의 펄스폭(PW2) 내에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 고전위 레벨(3.3V)에서 저전위 레벨(0V)로 다수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간(Td) 앞선 타이밍에 제1 스위치(SW1)는 온 됨과 동시에, 제2 스위치(SW2)는 오프될 수 있다. 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)의 폴링 시점에 앞서 제1 스위치(SW1)를 온 시키는 이유는 동작의 안정성을 확보하기 위함이다. 그리고, 제1 스위치(SW1)가 오프 되는 동안 제2 스위치(SW2)를 온 시키는 이유는 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 일측 전극 전위를 샘플링에 앞서 일정값(Vref)으로 안정시키기 위함이다. 제1 스위치(SW1)가 온 된 상태에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 폴링되고, 이러한 폴링 횟수가 증가할수록 출력 전압(Vout) 조정치의 누적횟수는 증가하게 된다. 따라서, 제2 실시예는 전압 스윙폭이 작은 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)와 작은 용량의 전하 소거용 커패시터(Ccr)만으로도 출력전압(Vout) 제한과 관계된 원하는 효과를 충분히 얻을 수 있기에 제1 실시예에서의 단점을 용이하게 해소할 수 있다.As shown in FIG. 11B, every time a pulse signal for erasing charge (Vcr) is polled multiple times from a high potential level (3.3V) to a low potential level (0V) within the pulse width PW2 of the sensor driving pulse signal Vcr. , The first switch SW1 may be turned on and the second switch SW2 may be turned off at a timing prior to the polling time point for a predetermined time Td. The reason why the first switch SW1 is turned on prior to the polling time of the charge erasing pulse signal Vcr is to secure operation stability. The reason for turning on the second switch SW2 while the first switch SW1 is off is to stabilize the potential of one electrode of the charge erasing capacitor Ccr to a predetermined value Vref prior to sampling. When the first switch SW1 is turned on, the charge erasing pulse signal Vcr is polled, and as the number of polling increases, the accumulated number of adjustments of the output voltage Vout increases. Therefore, in the second embodiment, since the desired effect related to the output voltage (Vout) limitation can be sufficiently obtained only with the charge erasing pulse signal Vcr having a small voltage swing width and the charge erasing capacitor Ccr having a small capacity. The shortcomings in the example can be easily eliminated.

도 11a의 센싱 유닛(SU)에서 오피 앰프(OP)는 비반전 증폭기로 기능한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)로 인해 수학식 6과 같이 나타낼 수 있다.In the sensing unit SU of FIG. 11A, the operational amplifier OP functions as a non-inverting amplifier. The output voltage Vout of the sensing unit can be expressed as Equation 6 due to the charge eraser CR.

Figure 112014050405227-pat00006
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수학식 6에서, 기준전압(Vref)은 고전위 레벨(VH)과 저전위 레벨(VL) 사이에서 스윙하는 교류(AC) 레벨이고, ΔVref는 기준전압(Vref)의 스윙폭을 나타내고, CS는 자기 용량 센서(Cs)의 자기 용량을 나타내고, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타내고, CCR은 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 용량을 나타내며, Vcr은 전하 소거용 커패시터(Ccr)에 인가되는 전하 소거용 펄스 신호를 나타내고, n는 인가횟수를 나타낸다. In Equation 6, the reference voltage Vref is an AC level swinging between the high potential level VH and the low potential level VL, ΔVref represents the swing width of the reference voltage Vref, and CS is Self-capacitance sensor (Cs) represents the self-capacity, CF represents the capacity of the sensing capacitor (Cf), CCR represents the capacity of the charge erasing capacitor (Ccr), Vcr is applied to the charge erasing capacitor (Ccr). Represents a pulse signal for charge erasing, and n represents the number of times of application.

수학식 6과 도 11b에서 알 수 있듯이, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)의 적용으로 인해 미리 정해진 출력전압(Vout) 허용범위 내로 진입되고 있으며, 특히 n회 반복적인 전하 소거 동작을 통해 터치 IC의 사이즈까지 줄어드는 효과가 있다.As can be seen from Equation 6 and FIG. 11B, the output voltage Vout of the sensing unit SU is entering the allowable range of the predetermined output voltage Vout due to the application of the charge erasing unit CR, and in particular, n times. There is an effect of reducing the size of the touch IC through the repetitive charge erasing operation.

예컨대, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout) 허용 범위가 0V~3.3V로 설정되고, Vref=1.65V±0.08V, CS=200pF, CF=10pF, Vcr=-3.3V, CCR=2pF, n=4라 가정하면, 제2 실시예에 따른 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 수학식 6에 의해 Vout=1.73V+(-0.16V)*(1+((200pF+2pF)/10pF))-4*(-3.3V)*(2pF/10pF)=1.02V로 되어 허용 범위(0V~3.3V)를 만족하게 된다.For example, the allowable range of the output voltage (Vout) of the sensing unit (SU) is set to 0V to 3.3V, Vref=1.65V±0.08V, CS=200pF, CF=10pF, Vcr=-3.3V, CCR=2pF, Assuming that n=4, the output voltage Vout of the sensing unit SU according to the second embodiment is Vout=1.73V+(-0.16V)*(1+((200pF+2pF)/ 10pF))-4*(-3.3V)*(2pF/10pF)=1.02V, satisfying the allowable range (0V~3.3V).

이처럼, 도 10a 및 도 10b와 같이 본 발명의 제2 실시예에서는 전하 소거부(CR)를 더 포함하고, 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)를 센서 구동용 펄스 신호(Vtx)와 비교하여 반대 위상을 가지며 센서 구동용 펄스 신호(Vtx) 내에서 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 타측 전극에 다수회 인가함으로써, 터치 IC 사이즈를 증가시키지 않으면서도 센싱 유닛들에 입력되는 터치 센서 신호들의 변화폭을 효과적으로 줄일 수 있다.As described above, in the second embodiment of the present invention, as shown in FIGS. 10A and 10B, a charge erasing unit CR is further included, and an opposite phase by comparing the charge erasing pulse signal Vcr with the sensor driving pulse signal Vtx. And a plurality of times applied to the other electrode of the charge erasing capacitor Ccr within the sensor driving pulse signal Vtx, effectively reducing the variation width of the touch sensor signals input to the sensing units without increasing the size of the touch IC. I can.

또한, 도 11a 및 도 11b와 같이 본 발명의 제2 실시예에서는 전하 소거부(CR)를 더 포함하고, 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)를 기준전압용 펄스 신호(Vref)와 비교하여 동일 위상을 가지며 기준전압용 펄스 신호(Vref)의 펄스폭 내에서 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 타측 전극에 다수회 인가함으로써, 터치 IC 사이즈를 증가시키지 않으면서도 센싱 유닛들에 입력되는 터치 센서 신호들의 변화폭을 효과적으로 줄일 수 있다.In addition, as shown in FIGS. 11A and 11B, the second embodiment of the present invention further includes a charge eraser CR, and compares the charge erase pulse signal Vcr with the reference voltage pulse signal Vref. And the change width of the touch sensor signals input to the sensing units without increasing the size of the touch IC by applying multiple times to the other electrode of the charge erasing capacitor Ccr within the pulse width of the reference voltage pulse signal Vref. Can be effectively reduced.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
It will be appreciated by those skilled in the art through the above description that various changes and modifications can be made without departing from the technical idea of the present invention. Accordingly, the technical scope of the present invention should not be limited to the content described in the detailed description of the specification, but should be determined by the claims.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동 회로 14 : 스캔 구동 회로
16 : 타이밍 콘트롤러 18 : 호스트 시스템
20 : 터치 IC
DIS: Display panel TSP: Touch screen
12: data driving circuit 14: scan driving circuit
16: timing controller 18: host system
20: touch IC

Claims (10)

터치 구동펄스에 따른 터치 센서 신호를 출력하는 다수의 터치 센서들과, 상기 터치 센서들에 연결된 센서 배선들을 포함하는 터치 스크린;
다수의 수신 채널들을 통해 상기 터치 센서들로부터 상기 터치 센서 신호를 수신하고, 수신된 터치 센서 신호를 이용하여 터치 입력을 센싱하는 다수의 센싱 유닛들;
상기 센싱 유닛들의 출력 전압을 제어하기 위한 전하 소거용 펄스 신호를 생성하는 신호 생성부; 및
상기 수신 채널들과 상기 센싱 유닛들 사이마다 접속된 일측 전극과 상기 전하 소거용 펄스 신호가 직접 인가되는 타측 전극을 갖는 전하 소거용 커패시터를 포함하며, 상기 센싱 유닛의 출력 전압이 정해진 허용 범위를 벗어나지 않도록 상기 전하 소거용 펄스 신호를 이용하여 상기 센싱 유닛들에 입력되는 터치 센서 신호들의 변화폭을 줄이는 전하 소거부를 구비하고,
상기 전하 소거용 펄스 신호의 첫번째 트랜지션 에지는 상기 터치 구동펄스의 첫번째 트랜지션 에지에 동기되고, 상기 전하 소거용 펄스 신호의 마지막번째 트랜지션 에지는 상기 터치 구동펄스의 마지막번째 트랜지션 에지에 동기되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
A touch screen including a plurality of touch sensors outputting a touch sensor signal according to a touch driving pulse, and sensor wires connected to the touch sensors;
A plurality of sensing units for receiving the touch sensor signal from the touch sensors through a plurality of reception channels and sensing a touch input using the received touch sensor signal;
A signal generator for generating a pulse signal for erasing charge for controlling the output voltage of the sensing units; And
And a charge erasing capacitor having one electrode connected between the receiving channels and the sensing units and the other electrode to which the charge erasing pulse signal is directly applied, and the output voltage of the sensing unit does not exceed a predetermined allowable range. A charge eraser to reduce a variation width of the touch sensor signals input to the sensing units by using the charge erase pulse signal,
The first transition edge of the charge erasing pulse signal is synchronized with the first transition edge of the touch driving pulse, and the last transition edge of the charge erasing pulse signal is synchronized with the last transition edge of the touch driving pulse. Touch sensing system.
제 1 항에 있어서,
상기 센싱 유닛들 각각은, 상기 수신 채널로부터 상기 터치 센서 신호가 입력되는 반전 입력 단자와, 기준 전압이 입력되는 비반전 입력 단자와, 상기 출력 전압이 출력되는 출력 단자를 갖는 오피 엠프, 및 상기 오피 엠프의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 접속된 센싱 커패시터를 포함하고;
상기 전하 소거용 커패시터의 일측 전극은 상기 오피 엠프의 반전 입력 단자에 연결되고, 상기 전하 소거용 커패시터의 타측 전극은 상기 전하 소거용 펄스 신호의 입력 단자에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 1,
Each of the sensing units includes an inverting input terminal to which the touch sensor signal is input from the receiving channel, a non-inverting input terminal to which a reference voltage is input, and an operational amplifier having an output terminal to which the output voltage is output, and the op. A sensing capacitor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the amplifier;
One electrode of the charge erasing capacitor is connected to an inverting input terminal of the op amp, and the other electrode of the charge erasing capacitor is connected to an input terminal of the charge erasing pulse signal.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 센서들은 상호 용량 센서로 구현되고, 상기 상호 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 상기 센서 배선들의 교차부에 형성되며,
상기 전하 소거용 펄스 신호는, 상기 상호 용량 센서에 인가되는 상기 터치 구동펄스와 비교하여 펄스폭이 동일하고 위상이 반대되며, 펄스 진폭이 더 큰 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 2,
The touch sensors are implemented as mutual capacitive sensors, and the mutual capacitive sensors are formed at intersections of the sensor wires orthogonal to each other with a dielectric layer therebetween,
The charge erasing pulse signal has the same pulse width and opposite phase compared to the touch driving pulse applied to the mutual capacitive sensor, and has a larger pulse amplitude.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 센서들은 자기 용량 센서로 구현되고, 상기 자기 용량 센서는 한 방향을 따라 형성된 상기 센서 배선들에 연결되고, 상기 기준전압은 제1 고전위 레벨과 제1 저전위 레벨 사이에서 스윙하는 교류 형태의 상기 터치 구동펄스로 입력되며,
상기 전하 소거용 펄스 신호는, 상기 터치 구동펄스와 비교하여 펄스폭 및 위상이 동일하고, 펄스 진폭이 더 큰 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 2,
The touch sensors are implemented as self-capacitive sensors, the self-capacitive sensors are connected to the sensor wires formed along one direction, and the reference voltage is an AC type swinging between a first high potential level and a first low potential level Is input as the touch driving pulse of,
The charge erasing pulse signal has the same pulse width and phase as that of the touch driving pulse, and has a larger pulse amplitude.
제 2 항에 있어서,
상기 전하 소거부는,
상기 전하 소거용 커패시터의 일측 전극과 상기 오피 엠프의 반전 입력 단자 사이에 접속된 제1 스위치; 및
상기 전하 소거용 커패시터의 일측 전극과 상기 오피 엠프의 비반전 입력 단자 사이에 접속된 제2 스위치를 더 구비하고;
상기 신호 생성부에서 더 생성된 스위칭 제어신호에 따라 상기 제1 및 제2 스위치는 서로 반대로 스위칭되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 2,
The charge erasing unit,
A first switch connected between one electrode of the charge erasing capacitor and an inverting input terminal of the op amp; And
A second switch connected between one electrode of the charge erasing capacitor and a non-inverting input terminal of the op amp;
The first and second switches are switched opposite to each other according to a switching control signal further generated by the signal generator.
제 5 항에 있어서,
상기 스위칭 제어신호는 상기 전하 소거용 커패시터의 타측 전극에 인가되는 전하 소거용 펄스 신호를 기준으로 하여 생성되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 5,
The switching control signal is generated based on a pulse signal for erasing charge applied to the other electrode of the capacitor for erasing charge.
제 6 항에 있어서,
상기 터치 센서들은 상호 용량 센서로 구현되고, 상기 상호 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 상기 센서 배선들의 교차부에 형성되며,
상기 전하 소거용 펄스 신호는, 상기 상호 용량 센서에 인가되는 상기 터치 구동펄스와 비교하여 펄스 진폭이 동일하고 위상이 반대되며, 상기 터치 구동펄스의 펄스폭 내에서 스윙하는 복수개의 펄스들로 구현된 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 6,
The touch sensors are implemented as mutual capacitive sensors, and the mutual capacitive sensors are formed at intersections of the sensor wires orthogonal to each other with a dielectric layer therebetween,
The charge erasing pulse signal is implemented as a plurality of pulses having the same pulse amplitude and opposite phase compared to the touch driving pulse applied to the mutual capacitive sensor, and swinging within the pulse width of the touch driving pulse. Touch sensing system, characterized in that.
제 7 항에 있어서,
상기 터치 구동펄스의 펄스폭 내에서 상기 전하 소거용 펄스 신호가 제2 고전위 레벨에서 제2 저전위 레벨로 복수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간 앞선 타이밍에 상기 제1 스위치는 온 됨과 동시에 상기 제2 스위치는 오프 되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 7,
Whenever the charge erasing pulse signal is polled a plurality of times from the second high potential level to the second low potential level within the pulse width of the touch driving pulse, the first switch is turned on at a timing preceding this polling time. And at the same time, the second switch is turned off.
제 6 항에 있어서,
상기 터치 센서들은 자기 용량 센서로 구현되고, 상기 자기 용량 센서는 한 방향을 따라 형성된 상기 센서 배선들에 연결되고, 상기 기준전압은 제1 고전위 레벨과 제1 저전위 레벨 사이에서 스윙하는 교류 형태의 상기 터치 구동펄스로 입력되며,
상기 전하 소거용 펄스 신호는, 상기 터치 구동펄스와 비교하여 펄스 진폭이 더 크고 위상이 동일하며, 상기 터치 구동펄스의 펄스폭 내에서 스윙하는 복수개의 펄스들로 구현된 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 6,
The touch sensors are implemented as self-capacitive sensors, the self-capacitive sensors are connected to the sensor wires formed along one direction, and the reference voltage is an AC type swinging between a first high potential level and a first low potential level Is input as the touch driving pulse of,
The charge erasing pulse signal has a larger pulse amplitude and the same phase compared to the touch driving pulse, and is implemented by a plurality of pulses swinging within a pulse width of the touch driving pulse. .
제 9 항에 있어서,
상기 터치 구동펄스의 펄스폭 내에서 상기 전하 소거용 펄스 신호가 제2 고전위 레벨에서 제2 저전위 레벨로 복수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간 앞선 타이밍에 상기 제1 스위치는 온 됨과 동시에 상기 제2 스위치는 오프 되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
The method of claim 9,
Whenever the charge erasing pulse signal is polled a plurality of times from the second high potential level to the second low potential level within the pulse width of the touch driving pulse, the first switch is turned on at a timing preceding this polling time. And at the same time, the second switch is turned off.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR102551289B1 (en) * 2015-12-31 2023-07-06 엘지디스플레이 주식회사 A touch sensor integrated type display device

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101073309B1 (en) * 2009-11-24 2011-10-12 삼성모바일디스플레이주식회사 touch screen system and driving method thereof
KR101697342B1 (en) * 2010-05-04 2017-01-17 삼성전자 주식회사 Method and apparatus for performing calibration in touch sensing system and touch sensing system applying the same

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101266289B1 (en) * 2011-11-29 2013-05-22 어보브반도체 주식회사 Apparatus and method for sensing charge of touch panel with removing offset charge

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