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KR20110091380A - 터치 패널의 노이즈 보상 방법 및 장치 - Google Patents

터치 패널의 노이즈 보상 방법 및 장치 Download PDF

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Publication number
KR20110091380A
KR20110091380A KR1020100011190A KR20100011190A KR20110091380A KR 20110091380 A KR20110091380 A KR 20110091380A KR 1020100011190 A KR1020100011190 A KR 1020100011190A KR 20100011190 A KR20100011190 A KR 20100011190A KR 20110091380 A KR20110091380 A KR 20110091380A
Authority
KR
South Korea
Prior art keywords
touch
sensing
noise
sensing channel
amplifier
Prior art date
Application number
KR1020100011190A
Other languages
English (en)
Inventor
변산호
최윤경
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Priority to US13/013,308 priority patent/US8736573B2/en
Priority to TW100103454A priority patent/TW201135568A/zh
Priority to CN201110034313.5A priority patent/CN102147678B/zh
Priority to JP2011021495A priority patent/JP5827807B2/ja
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Abstract

센싱 감도를 향상시킨 터치 디스플레이 장치 및 노이즈 보상 방법이 개시된다. 상기 터치 디스플레이 장치는 터치 스크린 동작을 수행하기 위해 복수의 센싱 채널과 상기 센싱 채널에 배치되는 센싱 유닛의 변화를 센싱하여 출력하는 터치 패널부; 및 상기 터치 채널부로부터 상기 센싱 유닛의 변화 신호를 수신하고 변환하여 출력하는 신호변환 유닛을 포함하는 터치 콘트롤러부를 포함하고, 상기 터치 콘트롤러는 상기 터치 터치에 의하여 상기 터치 패널부에서 적어도 하나의 센싱 채널이 선택될 때 센싱 채널에서 유기되는 기생 커패시터의 전하량과 상당한 정도로 같은 전하량을 생성시켜 기생 커패시터의 전하량을 보상하는 노이즈 보상유닛을 포함하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치를 제공한다.

Description

터치 패널의 노이즈 보상 방법 및 장치{Method and apparatus for noise compensation in touch panel}
본 발명은 터치 패널의 감도 향상과 관련된다. 구체적으로 터치 패널을 채용하는 디스플레이 장치에 있어서 터치 패널에서 센싱 감도를 향상시키는 방법 및 센싱 감도가 향상된 터치 시스템에 관한 것이다.
최근 휴대형 전자장치는 사용자의 요구에 맞추어 점점 소형화, 슬림화되어 가고 있다. 비단 소형 기기뿐 아니라 일반 ATM 기기, TV 및 일반 가전제품에도 거추장스러운 별도의 버튼을 없애고 디자인의 세련미를 위해서도 터치스크린을 이용한 방식이 선호되고 있는 추세이다. 특별히 소형화가 더욱 요구되는 휴대용 전화기, PMP, PDA, e-book 등은 이동과 휴대에 용이하도록 그 크기가 점점 소형화되어가고 있는데, 이러한 휴대용 기기의 소형화를 위해서는 입력 버튼을 화면과 일체시키는 방법이 각광받고 있다. 이러한 방식을 위해서는 터치 패널의 터치를 인식하여 인터페이스가 가능한 터치스크린의 터치 인식 기술이 중요한 기술로 대두되고 있다.
일반적으로, 터치스크린은 각종 디스플레이를 이용하는 정보통신기기와 사용자 간의 인터페이스를 구성하는 입력 장치 중 하나로 사용자가 손이나 펜 등의 입력도구를 이용하여 화면을 직접 접촉함으로써, 상기 정보통신기기 만으로 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있게 해준다. 터치스크린을 구비한 평판 디스플레이 장치로서는 액정 디스플레이 장치(LCD; liquid crystal device), 전계방출 디스플레이 장치(FED; fie이 emission display device), 유기 발광 디스플레이 장치(OLED; organic light emitting display), 플라즈마 디스플레이 장치(PDP; plasma display device) 등이 있다.
일반적으로 이러한 평판 디스플레이 장치들은 이미지를 디스플레이하기 위하여 매트릭스 형태로 배열된 복수 개의 픽셀들을 포함한다. 예컨대, 액정 디스플레이 장치는 게이트 신호(gate signal)를 전달하기 위한 다수의 스캔 라인들과 계조 데이터(gray level data)를 전달하기 위한 다수의 데이터 라인들을 포함할 수 있다. 픽셀들은 스캔 라인들과 데이터 라인들의 교차점에 형성되며, 각 픽셀은 트랜지스터와 커패시터를 포함하거나 또는 커패시터 만으로 구성되는 경우도 있다.
이러한 터치스크린은 저항막 방식(Resistive Overlay), 정전용량 방식(Capacitive Overlay), 표면초음파 방식(Surface Acoustic Wave), 적외선 방식(Infrared), 표면탄성파 방식, 인덕티브 방식 등 다양한 방식이 사용될 수 있다.
저항막 방식의 터치스크린은 유리나 투명 플라스틱판 위에 저항 성분의 물질을 코팅하고 그 위에 폴리에스테르 필름을 덮어씌운 형태로, 두 면이 서로 닿지 않도록 일정한 간격으로 절연봉이 설치되어 있는데 이 때 저항값이 변하게 되고 전압도 변하게 되는데 이러한 전압의 변화 정도로 접촉된 손의 위치를 인식한다. 저항막 방식은 필기체 입력이 가능하다는 장점이 있으나 낮은 투과율과 낮은 내구성, 다접점 감지가 불가한 문제점 등이 있다.
표면초음파 방식의 터치스크린은 음파를 발사하는 트랜스미터(transmitter)를 유리의 한쪽 모서리에 부착하고 일정한 간격으로 음파를 반사시키는 리플랙터(reflector)를 부착하고 그 반대쪽에 리시버(Receiver)를 부착한 형태로 구성되는데, 손가락 같이 음파를 방해하는 물체가 음파의 진행 경로를 방해하게 될 때 그 시점을 계산하여 터치 지점을 인식한다.
적외선방식의 터치스크린은 사람의 눈에 보이지 않는 적외선의 직진성을 이용하는 방법으로 발광 소자인 적외선 LED와 수광소자인 포토트랜지스터를 서로 마주보게 배치하여 매트릭스를 구성하고 이 매트릭스 안에 손가락과 같은 물체에 의해 빛이 차단되는 것을 감지하여 터치 지점을 인식하게 된다.
현재, 휴대형 전자장치에는 값이 싸고, 손가락, 펜 등의 다양한 입력 도구를 사용할 수 있는 저항막 방식이 주로 사용되고 있다. 하지만, 최근 멀티 터치를 이용한 사용자 인터페이스에 대한 연구가 활발해지면서 멀티 터치 인식이 가능한 정전용량 방식의 터치스크린이 주목을 받고 있다.
본 발명은 터치 센싱 유닛의 기생 커패시턴스 성분 및 노이즈에 의한 영향을 감소시킬 수 있는 터치 콘트롤러, 터치 콘트롤러를 포함하는 터치 시스템 및 노이즈 저감 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 디스플레이 장치는 터치 스크린 동작을 수행하기 위해 복수의 센싱 채널을 포함하고 상기 센싱 채널에 배치되는 센싱 유닛의 변화를 센싱하여 출력하는 터치 패널; 및 상기 터치 패널로부터 상기 센싱 유닛의 변화 신호를 수신하고 변환하여 출력하는 신호변환 유닛을 포함하는 터치 콘트롤러를 포함하고, 상기 터치 콘트롤러는 상기 터치에 의하여 상기 터치 패널에서 적어도 하나의 센싱 채널이 선택될 때 센싱 채널에서 유기되는 기생 커패시터의 전하량과 상당한 정도로 같은 전하량을 생성시켜 기생 커패시터의 전하량을 보상하는 노이즈 보상유닛을 포함한다.
바람직하게는 상기 노이즈 보상 유닛은 증폭기로 구성되고, 상기 증폭기는, 상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 위치하는 게인 리셋 스위치, 상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 상기 게인 리셋 스위치와 병렬로 연결되는 보상 귀환 커패시터, 및 상기 증폭기의 출력과 상기 신호변환 유닛의 입력 간에 위치한 노이즈 보상 커패시터를 포함하되, 상기 증폭기의 비반전 입력에는 터치되지 않는 복수의 센싱 채널이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 터치되는 센싱 채널과 인접한 센싱 채널에는 정전압을 인가하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 보상 귀환 커패시터의 커패시턴스는 센싱 채널과 공통전극 간에 발생하는 기생 커패시턴스 값과 상당한 정도로 같은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 노이즈 보상 커패시터의 커패시턴스는 상기 보상 귀환 커패시터의 커패시턴스를 상기 터치되지 않는 센싱 채널의 수로 나눈 값과 상당한 정도로 같은 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 터치 패널은 디스플레이 패널과 일체인 온셀(on-cell) 타입이거나 오버레인 타입 모두를 포함한다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법은, 터치가 발생할 시 센싱 채널에 배치되는 센싱 유닛의 커패시턴스 변화를 감지하여 센싱 신호로 출력하고, 상기 터치가 발생할 시 적어도 하나의 센싱 채널이 선택될 때 노이즈 보상 유닛에서는 센싱 채널에서 유기되는 기생 커패시터의 전하량과 상당한 정도로 같은 전하량을 생성시켜 상기 기생 커패시터의 전하량을 보상하고, 및 신호변환 유닛에서 상기 센싱 채널에서 출력된 센싱 신호를 수신하고 증폭하여 디스플레이에 출력하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 노이즈 보상 유닛에서는 터치가 발생한 초기에 게인 리셋 스위치를 온-오프하여 상기 노이즈 보상 유닛 출력을 DC 바이어싱하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게는 상기 노이즈 보상 유닛은 증폭기로 구성되고, 상기 증폭기는, 상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 위치하는 게인 리셋 스위치, 및 상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 상기 게인 리셋 스위치와 병렬로 연결되는 보상 귀환 커패시터를 포함하되, 상기 증폭기의 비반전 입력에 터치되지 않는 복수의 센싱 채널을 병렬로 연결하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같은 본 발명의 노이즈 보상회로를 갖는 터치 콘트롤러, 노이즈 보상회로를 갖는 터치 콘트롤러를 포함하는 터치 시스템에 따르면, 센싱 유닛에 포함되는 기생 커패시턴스 성분 및 각종 노이즈의 영향을 감소시켜 터치 스크린 동작의 센싱 감도를 향상시킬 수 있는 효과가 있다.
도 1은 일반적인 터치 스크린 패널 및 터치 신호를 처리하기 위한 신호처리부를 나타낸다.
도 2는 상호용량방식의 터치 패널을 사용하는 경우 터치를 센싱하는 것을 나타낸다.
도 3은 터치 스크린 패널 동작 시 발생할 수 있는 노이즈를 나타내는 예시도이다.
도 4a, b는 디스플래이 패널에 노이즈가 존재하는 경우 터치에 따른 커패시턴스의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 5는 터치 시스템에서 노이즈에 의한 영향을 나타내는 도면이다.
도 6a은 온-셀 타입 터치 패널과 원-칩 솔루션인 터치-DDI의 구조를 나타낸다.
도 6b는 공통전극 패널에 유기되는 디스플레이 노이즈에 대한 영향을 알아보기 위해 도 6a의 차지 앰프를 중심으로 간략화한 등가회로이다.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템에서의 노이즈 보상 블록과 차지 앰프를 연결하는 회로도이다.
도 7b는 본 발명의 일실시예따라 4개의 센스 채널을 노이즈 보상에 이용하는 방식을 구현한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 콘트롤러와 디스플레이 구동회로가 하나의 칩에 집적된 집적 IC를 나타내는 블록도이다.
도 9a,b,c,d는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널이 장착된 디스플레이 장치의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 10a,b,c,d는 터치 패널과 디스플레이 패널을 일체화시킨 경우의 PCB 구조를 나타내는 도면이다.
도 11a,b는 터치 콘트롤러부와 디스플레이 구동회로부가 내장된 반도체 칩과 FPCB의 구조를 나타내는 도면이다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 콘트롤러 및 디스플레이 구동회로가 내장된 반도체 칩을 장착한 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템이 탑재되는 다양한 제품의 응용 예를 나타낸다.
이하 본 명세서에서 기술되는 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로서, 본 발명의 개념에 따른 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본 명세서 또는 출원에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안된다.
본 발명의 개념에 따른 실시 예는 다양한 변경이나 변형을 가할 수 있으므로 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본 명세서 또는 출원에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명의 개념에 따른 실시 예를 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있어서 반드시 직접 연결된 것이 아니라 공간적으로 떨어져 있거나 무선으로 연결되는 모든 형태의 연결이나 접속을 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 위와 마찬가지로 해석되어야 한다.
제1 또는 제2 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소로부터 구별하기 위한 목적으로만, 예컨대 본 발명의 개념에 따른 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소는 제1 구성요소로도 명명될 수 있음을 주지하여야 한다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함할 수 있고 복수로 표현되었다고 하더라도 단수를 지칭할 수도 있다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 일부 또는 이들의 조합이 존재함을 의미하는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 일부 또는 이들의 조합이 존재하거나 또는 부가될 수 있는 가능성을 미리 배제하는 것은 아니다..
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 명세서에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다.
도 1은 일반적인 터치 스크린 패널 및 터치 신호를 처리하기 위한 신호처리부를 나타낸다. 도시된 바와 같이 도 1의 터치 스크린 시스템(100)은, 복수의 센싱 유닛을 포함하는 터치 스크린 패널(11)과 상기 스크린 패널의 센싱 유닛의 커패시턴스 변화를 센싱하고 이를 처리하여 터치 데이터를 발생하는 신호처리부(12)를 구비한다.
터치 스크린 패널(11)은 로우(row) 방향으로 배치된 복수의 센싱 유닛과 칼럼(column) 방향으로 배치된 복수의 센싱 유닛을 포함한다. 도시된 바와 같이 터치 스크린 패널(11)은 센싱 유닛이 배치되는 복수 개의 로우를 구비하며, 각각의 로우에는 복수 개의 센싱 유닛이 배치된다. 각각의 로우에 배치되는 센싱 유닛들은 서로 전기적으로 연결된다. 또한 터치 스크린 패널(11)은 센싱 유닛이 배치되는 복수 개의 칼럼을 구비하며, 각각의 칼럼에는 복수 개의 센싱 유닛이 배치된다. 각각의 칼럼에 배치되는 센싱 유닛들은 서로 전기적으로 연결된다.
신호 처리부(12)는 터치 스크린 패널(11)의 센싱 유닛의 커패시턴스 변화를 센싱하여 터치 데이터를 발생한다. 일예로서, 복수 개의 로우 및 복수 개의 칼럼으로부터의 커패시턴스 변화를 센싱함으로써, 상기 터치 스크린 패널(11) 상에서 손가락 또는 터치 펜 등이 접촉되었는지 및 접촉된 위치를 판단한다.
그러나, 터치 스크린 패널(11)에 구비되는 센싱 유닛들에는 기생 커패시턴스성분이 존재하게 되는데, 상기 기생 커패시턴스 성분으로서 센싱 유닛들간에 발생하는 수평 커패시턴스 성분과, 센싱 유닛과 디스플레이 패널 사이에 발생하는 수직 커패시턴스 성분이 있다. 전체 기생 커패시턴스가 큰 값을 갖는 경우에는 손가락 또는 터치 펜 등의 접촉에 의한 커패시턴스 변화량이 기생 커패시턴스에 비하여 상대적으로 작은 값을 갖게 된다. 일예로서, 손가락 또는 터치 펜 등이 센싱 유닛으로 근접할수록 해당 센싱 유닛의 커패시턴스 값은 증가하게 되는데, 상기 센싱 유닛이 높은 기생 커패시턴스 값을 갖는 경우에는 센싱 감도가 낮아지는 문제점이 발생한다. 또한 디스플레이 패널의 상판으로 제공되는 전극 전압(VCOM)의 변동은 수직 기생 커패시턴스를 통해 상기 터치 동작의 센싱 노이즈를 발생시키는 문제를 발생시킨다.
정전용량형 방식의 터치 스크린 시스템은 터치 물체와 터치 스크린 패널의 전극 패턴 간의 커패시턴스의 크기를 센싱하는 것이기 때문에 다양한 노이즈들로부터 안정적인 출력을 얻도록 하는 것이 매우 중요하다.
도 2는 상호용량방식의 터치 패널을 사용하는 경우 터치를 센싱하는 개념을 설명한다.
도 2를 참조하면, 상호용량방식(Mutual Capacitive method)은 구동전극(Drive electrode)에 일정한 전압펄스를 인가하고 수신전극(Receive electrode)에서 전압펄스에 대응되는 전하를 수집(Collected Charge)하게 된다. 이 때 사람의 손가락이 2개의 전극 사이에 놓이게 되는 경우 전기장(점선)이 변화한다.
터치 패널을 채용하는 시스템은 두 전극 간의 전기장 변화를 통해 전극 간 커패시턴스 변하게 되고 이를 통해 터치를 감지하게 된다.
도 3은 터치 스크린 패널 동작 시 발생할 수 있는 노이즈(Electromagnetic Noise)를 나타내는 예시도이다.
기존 터치 기능을 탑재한 모바일 제품의 경우 온-셀(On-cell) 타입과 같이 터치스크린 패널(33)을 디스플레이 패널(35) 위에 위치시켜 공정과 가격 경쟁력을 향상시키려 하고 있다. 만일 두 패널을 통합하게 되면 이전과는 다른 문제점이 발생하게 된다. 사용자의 손가락에서 유기되는 노이즈(Skin accumulated noise)나 시스템으로부터 노이즈(Noise from system) 뿐 만 아니라 대표적인 예로 터치 패널의 센스 채널과 디스플레이 데이터 라인간에 생기는 기생 커패시턴스(Cbx, Cby)가 크게 증가하게 된다. 이로 인해 디스플레이를 구동시키기 위해 DDI(Display Driver IC)에서 디스플레이 패널로 인가해 주는 여러 소스 채널(source channel)의 전압 변동이 노이즈로 작용하게 된다. 기존 터치 센서와 달리 디스플레이 노이즈에 의한 영향이 매우 커지게 되어 새로운 노이즈가 저감된 터치 센서 회로 개발이 필요하게 되었다.
도 3에 도시된 바와 같이 터치스크린 패널(33)은 x축과 y축을 구성하는 다수의 센싱 유닛을 포함하고 이들은 축 상으로 X 센싱 라인과 Y 센싱 라인을 형성한다. 축 상으로의 센싱 라인 간에는 전기적 저항(RITO)이 존재한다. 다수의 센싱 유닛들은 터치된 이미지를 표시하기 위한 디스플레이 패널(35)에 인접하게 배치되거나 또는 상기 디스플레이 패널(35)의 일면에 부착될 수도 있다. 디스플레이 패널(35)은 소정의 전극전압(VCOM)이 제공되는 디스플레이 패널의 상판을 나타낸다. 상기 패널의 상판은, 일례로서 액정 디스플레이 패널의 상판으로는 VCOM 전압이 공통 전극 전압으로서 제공될 수 있으며, 유기 발광 디스플레이 패널에서는 DC 전압을 갖는 캐소드(cathode) 전압이 제공될 수 있다.
터치스크린 패널(33)은 앞에서 설명한 바와 같이 로우(row) 방향(x 방향)으로 배치되는 복수의 센싱 라인에 연결되는 센싱 유닛들(SU)과, 칼럼(column) 방향으로 배치되는 복수의 센싱 라인에 연결되는 센싱 유닛들(SU)로 구성된다.
상기 센싱 유닛들(SU)은 그 배치 구조상 기생 커패시턴스 성분이 존재하게 된다. 일례로서, 상기 인접하는 센싱 유닛들 간에 발생하는 수평 기생 커패시턴스 성분(Cadj)과, 센싱 유닛과 디스플레이 패널(35) 사이에서 발생하는 수직 기생 커패시턴스 성분(Cbx, Cby)을 포함한다. 손가락 또는 터치 펜 등이 센싱 유닛에 근접하거나 접촉하게 됨으로써 발생하는 커패시턴스 성분에 비하여 상기 기생 커패시턴스 값이 큰 경우에는, 터치 동작에 의하여 센싱 유닛의 커패시턴스 값이 변화하더라도, 이를 센싱하는 감도가 낮아지게 된다.
도 4a는 디스플레이 패널에 노이즈가 존재하는 경우 터치에 따른 커패시턴스의 변화량을 나타내는 그래프이다.
도 4a에 따르면 각각의 센싱 유닛(SU)은 기본적으로 기생 커패시턴스 성분(Cb)을 가지며, 손가락 또는 터치 펜 등의 물체의 근접 또는 접촉에 의하여 그 커패시턴스 값이 변화하여 추가적인 커패시턴스 성분(Csig)이 형성된다. 일례로서, 센싱 유닛 상에 도전 물질(conductive object)이 근접하거나 접촉하는 경우에는 센싱 유닛의 커패시턴스 값이 증가하게 된다.
도 4a의 A 구간은 도전 물질이 접촉하지 않은 상태로서, 센싱 유닛의 커패시턴스 값(Csen)은 기생 커패시턴스 값에 해당하는 Cb 값을 가질 수 있다. 도 4a의 B 구간은 도전 물질이 센싱 유닛에 접촉한 경우를 나타낸다. 접촉이 된 경우 커패시턴스 값은 기생 커패시턴스 성분(Cb)와 손가락과 터치 스크린 패널 사이에서 발생하는 커패시턴스 성분(Csig)이 추가적으로 발생하여 전체적으로는 도 4a 도시된 바와 같이 커패시턴스 값(Csen')이 증가하게 된다.
하지만, 도 4b에 도시된 바와 같이 다양한 노이즈가 존재하는 경우에는 커패시턴스 값에 노이즈 성분이 큰 영향을 미칠 수 있게 되는데 이 때의 변동(fluctuation)이 심한 커패시턴스(Csen')에 의해서는 제대로 된 터치를 감지할 수 없다. 그 결과 터치스크린 장치의 센싱 감도가 매우 저하될 수 있다.
이러한 다양한 노이즈는 LCD 패널과 OLED 패널에서 다른 양상을 보이기도 한다. 예를 들어 OLED 셀 상에 터치 패널이 위치하는 경우 터치 센스 채널 아래에는 공통전압(Vcom)을 발생하는 공통전극 레이어가 위치하게 된다. 공통전극 레이어는 외부 SMPS(Switching mode power supply)를 사용하여 일정한 정전압을 유지하게 되어 OLED 패널의 경우 터치 센스 채널로 유기되는 노이즈가 상당히 적은 편이다.
이에 반해 LCD 패널은 공통전극을 정전압으로 드라이빙 하는 방식과 계속 반전(inversion)시켜주는 방식이 있다. 공통전극을 계속 반전(inversion)시켜주는 방식의 노이즈가 큰 것은 말할 것도 없거니와, 공통전극을 정전압으로 드라이빙하는 방식 조차도 소스(source) 채널에 데이터가 기입될 때 마다 많은 노이즈가 유기된다. 이유는 소스 채널에 기입되는 데이터 뿐만 아니라 슬루(slew)에 의해서도 많은 영향을 받게 되기 때문이다.
도 5는 이러한 예를 나타내고 있다. 도 5에서는 LCD 패널 드라이빙 방법 중의 하나인 ALS(Active Level Shifter) 방법에 따라 공통전극 전압(Vcom DC, 511)이 정전압(DC)으로 드라이빙 되고 모듈 쪽의 스토리지 커패시터 (storage capacitor, 도시되지 않음)에 부스트(boost)전압을 인가시킨다. LCD qVGA급 패널의 경우 720개의 소스 채널이 존재하게 되는데, 소스 채널 라인(Source Channel Line, 55) 상의 이러한 소스 채널(513) 채널의 변화에 따라 Vcom DC에 노이즈가 발생되고 있다. 이 소스 채널(513)과 공통전극 패널(53) 사이에 생기는 기생 커패시터(Cs)의 값은 10nF 이상이다. 또한, 온-셀(on-cell) 타입의 경우 터치 센스 채널(51)과 공통전극 패널(53) 사이에 생기는 기생 커패시터(Cb)의 값은 수십 pF 이상으로 매우 크다. 즉, 다수의 소스 채널들이 동시에 활성화되고 각 터치 센스 채널로 각각의 데이터 값이 인가될 때 터치 센스 채널로 유기되는 노이즈는 매우 크게 된다. 반면에 Cb 값이 작으면 작을수록 유기되는 노이즈는 매우 작게 될 것이다. 또한, 소스 채널(513)의 전압 스윙 폭이 크면 클수록 공통전극 패널(53)에 유기되는 노이즈 성분을 커질 것이다. 공통전극을 드라이빙 해주는 회로는 DDI 내부 블록이고 이 내부 블록의 대역폭(bandwidth)을 키우는데는 한계가 있어서 소스 채널에 유기되는 노이즈를 짧은 시간에 안정시키는 것은 불가능하다.
도 6a은 온-셀 타입 터치 패널과 원-칩 솔루션인 터치-DDI의 구조를 나타낸다.
터치-DDI(60)는 채널 먹스(61), 차지 앰프(69), Cb 보상 블록(63), 여자 펄스 버퍼(65) 및 공통전극 전압 드라이버(67)로 구성된다. 터치-DDI는 터치 콘트롤러로서 외부의 호스트 콘트롤러와 디스플레이 구동부(이상 도시되지 않음)와 연결되어 터치 시스템을 형성할 수 있다.
채널 먹스(61)는 터치 센스 채널(51)로부터 터치 신호를 입력받아 이를 채널 선택기(CH_SEL)에 의해 멀티플렉싱하여 차지 앰프(69)로 출력한다.
차지 앰프(charge amp, 69)는 사람의 손이나 전도성 물질에 의해 형성되는 전하량을 검출하여 전압(Vout)으로 변환시킨다. 본원에 걸쳐서 차지 앰프(69)는 신호 변환 유닛으로 이해될 수 있다. 차지 앰프(charge amp, 69)의 출력과 비반전 입력단 사이에는 저항(Rf)과 커패시터(Cf)가 병렬로 연결된다. 사람의 손이나 전도성 물질에 의해 생성되는 커패시턴스는 1pF 수준으로 기생 커패시턴스인 Cb 값에 비하여 매우 작다. Cb 보상 블록(Cb Compensation Block, 63)은 기생 커패시턴스 Cb에 의한 영향을 없애기 위한 것이다. Cq는 기생 커패시턴스 Cb를 보상하기 위한 커패시턴스이다. Cb 보상 블록과 여자 펄스 버퍼(Exciting pulse buffer, 65)의 비반전 입력에는 펄스 전압이 인가된다. Cb 보상 블록(63)의 반전 입력에는 정전압(VCM)이 인가된다. 여자 펄스 버퍼(Exciting pulse buffer, 65) 출력(V1)은 차지 앰프(69)의 비반전 입력과 연결된다.
공통전극 전압 드라이버(67)는 공통전극 전압(VCOM IN)을 입력받아 버퍼링하여 터치 패널에 공통전극 전압을 공급한다.
도 6b는 공통전극 패널에 유기되는 디스플레이 노이즈에 대한 영향을 알아보기 위해 도 6a의 차지 앰프(69)를 중심으로 간략화한 등가회로이다. 본원을 통해 차지 앰프는 신호 변환 유닛과 동일한 의미로 사용될 것이다.
도 6b에서 주변회로와 기생저항 및 커패시터 성분에 대한 영향은 제외하였다. 여러 터치 센스 채널 중 한 개의 센스 채널이 선택되었을 때 공통전극 전압 패널(53)에 유기되는 노이즈 소스를 Vc(691)로 정의하였다. 이 노이즈 소스 Vc로부터 차지 앰프의 출력까지의 전달함수를 간략화하면 다음 수학식 1과 같다.
Figure pat00001
수학식 1에서 Rf(699)의 값이 수 메가 옴(MΩ)으로 매우 크므로 결과적으로 노이즈 소스(Vc, 691)대비 출력 전압(Vout, 693)의 비는 아래의 수학식 2와 같이 Cb(695)와 Cf((697)의 비로 나타난다.
Figure pat00002
일반적으로 온-셀(on-cell) 타입의 터치 패널의 경우 Cb(695)가 수십 pF 이상이므로 노이즈에 의한 게인(gain)은 1 이상이 된다. 즉, 차지 앰프(69)는 공통전극 전압 패널(55)에 유기된 노이즈를 Cb(695)와 Cf(697)에 의한 게인(gain)만큼 키우게 된다. 이는 차지 앰프(69)의 출력을 동적 영역 이상 크게 벗어나게 하여 실질적으로 터치 감지가 불가능하게 되는 결과를 초래한다. 위와 같은 문제점 없이 터치 감지를 가능하게 하기 위해서는 디스플레이 노이즈를 제거하기 위한 방책이 필요하다.
도 7a는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템에서의 노이즈 보상 블록과 차지 앰프를 연결하는 회로도이다.
도 6b에서와 마찬가지로 노이즈 소스를 Vc(691)로 정의하고 이 노이즈 소스 Vc(691)는 차지 앰프(69)의 입력단에 인가된다. 이 노이즈를 보상하기 위해 터치에 의해 특정 센스 채널을 선택할 때 유기되는 디스플레이 노이즈의 전하량과 같은 전하량을 생성시켜 보상하는 방식을 취한다.
구체적으로 Cb'(705)는 주변의 N개의 채널들을 동시에 선택하였을 때 형성되는 터치 센스 채널과 공통전극 패널 사이에 생기는 총 기생 커패시턴스 값이다. Cb'(705) 에 형성되는 전하량은 여러 채널을 동시에 선택했으므로 Cb(695)에 생성되는 전하량보다 매우 크다. 디스플레이 노이즈 보상 블록(70)은 Cb'/Cc의 게인(gain)을 가진 일종의 차지 앰프로 생각할 수 있다. Cc(707)는 보상 귀환 커패시터(compensation feedback capacitor)이다.
모든 채널의 기생 커패시턴스(Cb) 값이 동일하고 Cc(707)를 Cb(695) 값과 같게 설정하게 되면 노이즈 보상 블록(70)의 출력은 (Cb'/Cc)Vc, 즉, N*Vc 만큼 커지게 된다. 이 전압을 노이즈 보상 커패시터(Cc' = Cc/N, 703)에 인가하면 이 커패시터에 생성되는 전하량은 (Cb'/N)Vc로 나타난다.
아래 수학식 3에서 보인 바와 같이 Cb(695)와 Cb'(705)의 평균값이 같으면 디스플레이 노이즈 Vc(691)에 의한 영향은 사라지게 된다.
Figure pat00003
초기 바이어싱을 위해 노이즈 보상 블록(70)의 반전입력과 출력과 병렬로 게인 리셋 스위치(709)를 구비할 수 있다. 노이즈 보상 블록(70)의 출력단에는 노이즈 보상을 위한 노이즈 보상 커패시터 Cc'(703)가 포함된다.
터치 센스 채널 각각의 기생 커패시턴스 값은 다를 가능성이 높으므로 이와 같이 여러 채널을 사용하게 될 경우 채널 간의 편차에 의한 영향없이 평균적인 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있다.
도 7b는 본 발명의 일실시예따라 4개의 센스 채널을 노이즈 보상에 이용하는 방식을 구현한 회로도이다.
도 7b에는 예시적으로 7개의 터치 센스 채널(71~77)이 도시되어 있다. 노이즈 보상에 이용하는 4개의 센스 채널(71, 72, 76, 77)은 터치된 센스 채널 주변의 센스 채널들로서 이들 센스 채널에는 터치가 감지되지 않는다. 실제로 사람의 손가락은 터치되는 영역이 하나의 픽셀을 넘어가는 경우가 많으므로 좀더 원활한 노이즈 보상을 위해서 터치가 이루어졌다고 판단된 터치 센스 채널에 직접적으로 연결된 센스 채널은 도 8에서 보는 바와 같이 노이즈 보상에 이용하지 않고 정전압(VCM)을 인가하는 것이 바람직하다. 도 8에는 정전압(VCM)을 인가하는 채널이 터치 센스 채널에서 축 상으로 2개의 센스 채널로 도시되어 있지만, 이는 일실시예일 뿐 정전압(VCM)이 인가되는 채널은 터치 센스 채널에서 축 상으로 4개가 될 수도 있다. 단, 이 때 밸런스를 위해 터치되는 센스 채널의 축 상 양방향으로 동일한 수를 선택하는 것이 바람직하다. 디스플레이 노이즈는 Vc(692)로 정의하였다.
도 7b에서 터치 센스 채널 4(74)는 사람 손가락에 의해 커패시턴스 Cb4에 형성되는 전하를 감지하기 위해 차지 앰프(69)의 비반전 입력단에 연결된다. 터치 센스 채널 4의 좌/우(혹은 위/아래) 채널은 사람 손에 의해 커패시턴스 Cb3, Cb5에 전하가 형성될 수 있으므로 앞서 설명한 바와 같이 디스플레이 노이즈 보상에 이용하지 않고 VCM 정전압을 인가한다.
이제 이 3개의 터치 센스 채널 3, 4, 5를 제외한 나머지 4개의 터치 센스 채널 1, 2, 6, 7을 노이즈 보상 블록(70)에 연결한다. 터치 센스 채널의 연결은 채널 먹스를 통해 연결할 수 있다. 채널 먹스는 아날로그 먹스일 수 있다.
디스플레이 노이즈 보상에 관해서만 고려하기 위해 여자 펄스(Exciting pulse)인 VPULSE는 정전압으로 고정시킨다. 터치 센스 채널 4의 Cb4에 형성되는 전하량은 다음과 같이 수학식 4로 나타낼 수 있다.
Figure pat00004
디스플레이 노이즈 보상 블록(70) 출력에 정전압 바이어싱(DC biasing)을 해주기 위해 초기 게인 리셋 스위치(709)를 온(on)시키고, 보상 동작을 시작함과 동시에 오프(off)시켜 준다. 노이즈 보상 블록(70)의 보상 귀환 커패시터 Cc(707)에 전달되는 전하량은 △Qt로 4개 터치 센스 채널에 유기되는 노이즈 전하량으로 볼 수 있다.
디스플레이 노이즈 보상 블록(70)의 출력 전압 변화로 인해 노이즈 보상 커패시터 Cc'(703)에 형성되는 전하량은 △Qc'로 4개 터치 센스 채널의 기생 커패시턴스 평균값에 디스플레이 노이즈가 곱해진 형태로 표현할 수 있다. 결과적으로 터치 센스 채널의 Cb4 값과 디스플레이 노이즈 센스 4 채널(1, 2, 6, 7)의 기생 커패시턴스 평균값이 같다면 아래 수학식 5와 같이 △Qt 와 △Qc'는 같아지게 된다.
Figure pat00005
따라서 동일한 전하량이 보상되어 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있게 된다. 이러한 디스플레이 노이즈 보상 블록 혹은 디스플레이 노이즈 보상 회로가 포함된 터치 콘트롤러가 채용된 시스템은 상술한 바와 같이 디스플레이 패널과 터치 패널이 하나로 통합된 경우에 유용하고, 비단 온-셀(on-cell) 타입의 터치 시스템 뿐만 아니라 오버레이(overlay) 타입의 터치 시스템에서도 사용가능하다.
도 8은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 콘트롤러와 디스플레이 구동회로가 하나의 칩에 집적된 집적 IC를 나타내는 블록도이다.
도 8에 도시된 바와 같이, 상기 집적 IC(800)는 터치 콘트롤러로서 동작하고디스플레이 노이즈 보상을 수행하는 터치 콘트롤러부(810)와 디스플레이 구동회로로서 동작하는 디스플레이 구동부(830)를 구비한다. 터치 콘트롤러부(810)와 디스플레이 구동부(830)를 하나의 반도체 칩에 집적함에 의하여 생산 비용을 절감할 수 있다.
터치 콘트롤러부(810)는 터치 스크린 동작을 위한 다양한 구성들을 포함할 수 있다. 일예로서, 터치 콘트롤러부(810)는, 터치 데이터를 발생하기 위한 독출회로(811), 센싱 유닛의 기생 커패시턴스 성분을 감소하기 위한 기생 커패시턴스 보상부(812), 아날로그 데이터를 디지털 신호로 변환하기 위한 ADC(813), 전원전압을 발생하기 위한 전원전압 발생부(814), 디스플레이 노이즈를 보상하기 위한 노이즈 보상 블록(815), MCU(816), 디지털 FIR 필터(817), 저전력 발진신호를 발생하기 위한 발진기(818), 호스트 콘트롤러(850)와 신호를 송수신하기 위한 인터페이스부(819), 제어로직(820) 및 메모리(도시되지 않음) 등을 구비할 수 있다. 또한 디스플레이 구동부(830)는, 디스플레이 동작을 위한 계조 데이터를 발생하는 소스 드라이버(831), 계조전압 발생부(832), 디스플레이 데이터를 저장하는 메모리(833), 필요에 따라 타이밍 제어로직(834), 하나 이상의 전원전압을 발생하는 전원 발생부(835)를 구비할 수 있다. 또한 디스플레이 구동부(830) 내의 전반적인 동작을 제어하거나 호스트 콘트롤러(850)와 인터페이스를 수행하기 위한 CPU 및 인터페이스부(836)를 포함할 수 있다.
디스플레이 구동부(830)는 터치 콘트롤러부(810)로부터 적어도 하나의 정보를 수신할 수 있다. 일예로서, 디스플레이 구동부(830)가 터치 콘트롤러부(810)로부터 상태 신호(일예로서, 슬립 상태 신호 Sleep Status)를 수신하는 것이 도 8에 일례로 도시되어 있다.
또한 도 8에 도시된 바와 같이, 터치 콘트롤러부(810)와 디스플레이 구동부(830) 각각은, 전원을 발생하는 회로블록, 소정의 데이터를 저장하기 위한 메모리, 및 각각의 블록의 기능을 제어하기 위한 제어 유닛 등이 구비된다. 이에 따라, 터치 콘트롤러부(810)와 디스플레이 구동부(830)를 하나의 반도체 칩에 집적하는 경우, 상기 메모리, 전원 발생부, 및 제어 유닛 등은 터치 콘트롤러부(810)와 디스플레이 구동부(830)에 공통으로 사용되도록 구현될 수 있다.
도 9a,b,c,d는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 패널이 장착된 디스플레이 장치의 PCB 구조를 나타내는 도면이다. 도 9a,b,c,d에서는 터치 패널과 디스플레이 패널이 서로 구분되는 구조를 갖는 디스플레이 장치를 나타낸다.
도 9a에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이 장치(900)는 윈도우 글라스(910), 터치 패널(920) 및 디스플레이 패널(940)을 구비할 수 있다. 또한 터치 패널(920)과 디스플레이 패널(940)의 사이에는 광학적 특성을 위해 편광판(930)이 더 배치될 수 있다.
윈도우 글라스(910)는 일반적으로 아크릴이나 강화유리 등의 소재로 제작되어, 외부 충격이나 반복적인 터치에 의한 긁힘으로부터 모듈을 보호한다. 터치 패널(920)은 유리기판이나 PET(Polyethylene Terephthlate) 필름 위에 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 전극을 이용하여 전극을 패터닝하여 형성된다. 터치 스크린 콘트롤러(921)는 FPCB(Flexible Printed Circuit Board) 위에 COB(Chip on Board) 형태로 실장될 수 있으며, 각각의 전극으로부터의 커패시턴스 변화를 감지하여 터치 좌표를 추출하고 이를 호스트 콘트롤러로 제공한다. 디스플레이 패널(940)은 일반적으로 상판과 하판으로 이루어진 두 장의 유리를 접합하여 형성된다. 또한 일반적으로 모바일용 디스플레이 패널에는 디스플레이 구동회로(941)가 COG(Chip on Glass) 형태로 부착된다.
도 9b는 본 발명의 디스플레이 장치의 또 다른 PCB 구조의 예를 나타낸다. 도 9b에 도시된 바와 같이, 터치 콘트롤러(921)는 메인보드(960) 상에 배치될 수 있으며, FPCB를 통하여 터치 패널(920)과 터치 콘트롤러(921) 사이에 센싱 유닛으로부터의 전압 신호가 송수신될 수 있다. 반면에, 디스플레이 구동회로(941)는 도 9a에서와 같이 COG(Chip on Glass) 형태로 부착될 수 있다. 상기 디스플레이 구동회로(941)는 FPCB를 통하여 메인보드(960)와 연결될 수 있다. 즉, 터치 콘트롤러(921)와 디스플레이 구동회로(941)는 메인보드(960)를 통하여 각종 정보 및 신호를 서로 송수신할 수 있다.
도 9c는 터치 콘트롤러부와 디스플레이 구동부가 하나의 반도체 칩에 집적된 경우의 디스플레이 장치의 구조를 나타낸다. 도 9c에 도시된 바와 같이, 상기 디스플레이 장치(900)는 윈도우 글라스(910), 터치 패널(920), 편광판(930) 및 디스플레이 패널(940) 등을 구비할 수 있다. 특히, 반도체 칩(951)은 COG(Chip on Glass) 형태로 디스플레이 패널에 부착될 수 있다. 터치 패널(920)과 반도체 칩(951)은 FPCB를 통하여 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
도 9d는 도 9a,b,c의 디스플레이 장치의 패널 구조를 나타내는 도면이다. 도 9d에는 디스플레이 장치로서 OLED가 예시되어 있다. 도 9d에 도시된 바와 같이, 센싱 유닛은 투명 전극(ITO(sensor))을 패터닝함에 의하여 형성될 수 있으며, 디스플레이 패널과는 서로 구분되는 별도의 유리기판 상에 형성될 수 있다. 센싱 유닛이 형성된 유리기판은 소정의 에어갭 또는 레진(Air gap or resin)에 의해 윈도우 글래스와 구분될 수 있으며, 또한 디스플레이 패널을 구성하는 상판 및 하판 글래스와는 소정의 편광판을 기준으로 구분될 수 있다.
도 10a,b,c,d는 터치 패널과 디스플레이 패널을 일체화시킨 경우의 PCB 구조를 나타내는 도면이다. 도 10a에 도시된 바와 같이, 디스플레이 장치(1000)는 윈도우 글라스(1010), 디스플레이 패널(1020) 및 편광판(1030)을 구비할 수 있다. 특히, 터치 패널을 구현함에 있어서, 상기 터치 패널이 별도의 유리기판 상에 형성되는 것이 아니라, 상기 디스플레이 패널(1020)의 상판에 투명 전극을 패턴함으로써 형성될 수 있다. 도 10a는 디스플레이 패널(1020)의 상판에 다수의 센싱 유닛(SU)이 형성된 일예를 도시한다. 또한, 이와 같이 패널 구조가 형성되는 경우, 터치 콘트롤러와 디스플레이 구동회로가 집적된 하나의 반도체 칩(1021)이 바람직하게 적용될 수 있다.
하나의 반도체 칩(1021)에 터치 콘트롤러부와 디스플레이 구동부가 집적되는 경우, 센싱 유닛으로부터의 전압 신호(T_sig)와 외부 호스트로부터의 영상 데이터(I_data)가 상기 반도체 칩(1021)으로 제공된다. 또한 반도체 칩(1021)은 영상 데이터(I_data)를 처리하여, 실제 디스플레이 장치를 구동하기 위한 계조 데이터를 발생하고 이를 디스플레이 패널로 제공한다. 이를 위하여, 반도체 칩(1021)은 터치 데이터(T_data)에 관련된 패드와 상기 영상 데이터(I_data) 및 계조 데이터(미도시)에 관련된 패드를 구비할 수 있다. 반도체 칩(1021)은 터치 패널의 일측에 연결되는 도전라인을 통하여 센싱 유닛으로부터의 전압 신호(T_sig)를 수신한다.
반도체 칩(1021) 상에 패드들을 배치함에 있어서, 전압 신호(T_sig)를 수신하는 패드의 위치를 상기 전압 신호(T_sig)를 전달하기 위한 도전라인과 인접하는 위치에 배치시키는 것이 데이터의 노이즈 감소 측면에서 바람직하다. 도 10a에 도시되지는 않았으나, 디스플레이 패널로 계조 데이터를 제공하기 위한 도전라인이 상기 터치 데이터전압 신호(T_sig)를 전달하는 도전라인과 반대편에 위치하는 경우, 상기 계조 데이터를 제공하기 위한 패드 또한 상기 전압 신호(T_sig)를 수신하는 패드의 반대편에 위치하도록 배치시킬 수 있다.
한편, 도 10b는 도 10a의 디스플레이 장치와 대략 유사한 구조를 갖는 것으로서, 센싱 유닛으로부터의 전압 신호가 FPCB를 통하여 반도체 칩(1021)으로 제공되는 것이 아니라 도전 라인을 통해 직접 반도체 칩(1021)으로 제공되는 일예를 나타낸다. 또한 도 10c의 디스플레이 장치(1000) 또한 도 10a와 대략 유사한 구조를 가지나, 도 10c의 디스플레이 장치(1000)는 센싱 유닛으로부터의 전압 신호가 반도체 칩(1021)으로 전달되는 경로가 도 10a와 서로 다른 경우를 나타낸다. 이 경우, 반도체 칩(1021)상에 배치되는 패드들 중, 센싱 유닛으로부터의 전압 신호를 수신하는 패드는 상기 도전 라인과 상대적으로 가까운 쪽에 위치하도록 구성한다.
도 10d는 도 10a,b,c의 디스플레이 장치의 패널 구조를 나타내는 도면이다. 본 발명의 일실시예에 따른 디스플레이 장치에서는 터치 패널과 디스플레이 패널을 효과적으로 일체화시킬 수 있다. 도 10d에는 디스플레이 장치로서 OLED가 예시되어 있다. 투명 전극(ITO(sensor))을 별도의 유리기판이나 PET 필름 위에 형성하는 것이 아니라, 도 10d에 도시된 바와 같이 투명 전극(ITO(sensor))이 디스플레이 패널의 상판 위에 직접 형성된다. 이 경우, 터치 디스플레이 패널을 구현함에 있어서 비용과 모듈 두께 측면에서 유리하게 되나, 투명 전극(ITO(sensor))과 디스플레이 상판(Top Glass) 사이의 거리가 가까워짐에 따라, 센싱 유닛의 수직 기생 커패시턴스 성분이 증가하게 된다. 그러나, 적절한 방식에 따라 센싱 유닛의 수직 기생 커패시턴스 성분을 포함하여 전체 기생 커패시턴스 성분에 따른 영향을 감소시키면 터치 패널과 디스플레이 패널을 효과적으로 일체화시킬 수 있다.
도 11a,b는 터치 콘트롤러부와 디스플레이 구동회로부가 내장된 반도체 칩과 FPCB의 구조를 나타내는 도면이다. 반도체 칩은 터치 콘트롤러부에 관련된 신호를 송수신하기 위한 패드들과, 디스플레이 구동회로부에 관련된 신호를 송수신하기 위한 패드들을 구비한다. 상기 패드들은 FPCB의 연결단을 통하여 외부의 터치 패널, 디스플레이 패널, 호스트 콘트롤러 등과 전기적으로 연결될 수 있다. 반도체 칩 구현시 터치 콘트롤러부가 위치하는 영역과 디스플레이 구동회로부가 위치하는 영역이 구분될 수 있다. FPCB에 연결단을 배치함에 있어서, 터치 콘트롤러부에 관련된 신호와 연결되는 연결단과 디스플레이 구동회로부에 관련된 신호와 연결되는 연결단을 상기 반도체 칩의 패드들과 대응하도록 구분하여 배치할 수 있다.
도 12는 본 발명의 일실시예에 따른 터치 콘트롤러 및 디스플레이 구동회로가 내장된 반도체 칩을 장착한 디스플레이 장치를 나타내는 도면이다. 도 12의 (a)는 반도체 칩이 디스플레이 패널의 글라스(Glass)에 COG(Chip on Glass) 형태로 배치된 일예를 나타내며, 도 12의 (b)는 반도체 칩이 디스플레이 패널의 필름(Film) 상에 COF(Chip on Film) 형태로 배치된 일예를 나타낸다.
터치 콘트롤러와 디스플레이 구동회로가 서로 구분되는 칩으로 배치되는 경우에는, 터치 콘트롤러는 일반적으로 COF 형태로 배치되고 디스플레이 구동회로는 일반적으로 COG 형태로 배치될 수 있으나, 본 발명의 일실시예에 따른 터치 콘트롤러 및 디스플레이 구동회로가 내장된 반도체 칩은 상기 COG 및 COF 중 어느 하나로 배치되어도 무방하다.
도 13은 본 발명의 일실시예에 따른 터치 시스템이 탑재되는 다양한 제품의 응용 예를 나타낸다.
현재 터치스크린 방식의 제품은 폭넓은 분야에서 사용되고 있고, 공간 상의 이점으로 빠르게 버튼 방식의 기기들을 대체하고 있다. 가장 폭발적인 수요는 역시 휴대폰 분야라고 할 수 있다. 특히 휴대폰에서는 그 편의성 뿐만 아니라 단말의 크기가 민감한 분야라서 별도의 키를 마련하지 않거나 키를 최소화하는 터치 폰 방식이 요즘 크게 각광을 받고 있는 것이 주지의 사실이다. 따라서 본 발명에 따른 터치 시스템(1300)은 휴대폰(1310)에 채용할 수 있음을 물론이고, 터치스크린을 채용한 TV(1320), 은행의 현금 입출납을 자동적으로 대행하는 ATM기(1330), 엘리베이터(1340), 지하철 등에서 사용되는 티켓 발급기(1350), PMP(1360), e-book(1370), 네비게이션(1380) 등에 폭넓게 사용될 수 있다. 이 외에도 사용자 인터페이스가 필요한 모든 분야에서 터치 디스플레이 장치는 빠르게 기존의 버튼식 인터페이스를 대체해가고 있음은 자명하다.
이상으로 도면과 명세서를 통해 실시예가 개시되었다. 여기서 특정한 용어들이 사용되었으나, 이는 단지 본 발명을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미를 한정하거나 특허청구범위에 기재된 본 발명의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이행할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
100; 터치 스크린 시스템
11; 터치 스크린 패널 12; 신호처리부
35; 디스플레이 패널
51; 터치 센스 채널 53; 공통전극 패널
55; 소스 채널 라인 511; 공통전극 전압
513; 소스 채널
60; 터치-DDI 61; 채널 먹스
63; Cb 보상 블록 65; 여자 펄스 버퍼
67; 공통전극 전압 드라이버 69; 차지 앰프
691; 노이즈 소스 Vc
70; 노이즈 보상 블록
71~77; 터치 센스 채널
800; 집적 IC 810; 터치 콘트롤러부
830; 디스플레이 구동부 850; 호스트 콘틀로러
900; 디스플레이 장치 910; 윈도우 글라스
920; 터치 패널 940; 디스플레이 패널
960; 메인보드
1000; 디스플레이 장치 1010; 윈도우 글라스
1020; 디스플레이 패널 1030; 편광판
1300; 터치 시스템 1310; 휴대폰
1320; TV 1330; ATM
1340; 엘리베이터 1350; 티켓 발급기
1360; PMP 1370; e-book
1380; 네비게이션

Claims (33)

  1. 터치 스크린 동작을 수행하기 위해 복수의 센싱 채널을 포함하고 상기 센싱 채널에 배치되는 센싱 유닛의 변화를 센싱하여 출력하는 터치 패널; 및
    상기 센싱된 신호를 입력받는 터치 콘트롤러를 포함하고, 상기 터치 콘트롤러는 상기 터치에 의하여 상기 터치 패널에서 적어도 하나의 센싱 채널이 선택될 때 센싱 채널에서 유기되는 기생 커패시터의 전하량과 상당한 정도로 같은 전하량을 생성시켜 기생 커패시터의 전하량을 보상하는 노이즈 보상 유닛; 및
    상기 노이즈 보상 유닛의 출력과 상기 센싱된 신호를 수신하여 노이즈 보상 센싱 신호를 출력하는 신호변환 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  2. 제1항에 있어서, 터치에 의해 상기 터치 패널의 센싱 채널에서 출력되는 상기 센싱 유닛의 변화 신호는 상기 노이즈 보상유닛을 바이패스(by-pass)하여 상기 신호 변환 유닛의 입력에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 노이즈 보상유닛은 증폭기로 구성되고, 상기 증폭기는,
    상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 위치하는 게인 리셋 스위치,
    상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 상기 게인 리셋 스위치와 병렬로 연결되는 보상 귀환 커패시터, 및
    상기 증폭기의 출력과 상기 신호변환 유닛의 입력 간에 위치한 노이즈 보상 커패시터를 포함하되,
    상기 증폭기의 비반전 입력에는 터치되지 않는 복수의 센싱 채널이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 증폭기의 비반전 입력에 연결되는 터치되지 않는 복수의 센싱 채널은 상기 터치되는 센싱 채널을 기준으로 축 방향 양쪽으로 같은 개수가 선택되는 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  5. 제3항 또는 제4항에 있어서, 상기 터치되는 센싱 채널과 인접한 센싱 채널에는 정전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  6. 제5항에 있어서, 상기 정전압을 인가하는 센싱 채널은 상기 터치되는 센싱 채널과 직접 인접한 센싱 채널인 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  7. 제3항에 있어서, 상기 보상 귀환 커패시터의 커패시턴스는 센싱 채널과 공통전극 간에 발생하는 기생 커패시턴스 값과 상당한 정도로 같은 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 노이즈 보상 커패시터의 커패시턴스는 상기 보상 귀환 커패시터의 커패시턴스를 상기 터치되지 않는 센싱 채널의 수로 나눈 값과 상당한 정도로 같은 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  9. 제3항에 있어서, 상기 증폭기의 비반전 입력에 각각의 센싱 채널을 연결하는 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  10. 제3항에 있어서, 상기 터치 콘트롤러와 연결되는 디스플레이 패널과 상기 터치 패널은 하나로 통합된 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 터치 패널이 디스플레이 패널과 일체인 온셀(on-cell) 타입인 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  12. 제1항에 있어서, 상기 터치 패널은 오버레이(overlay) 터치 패널인 것을 특징으로 하는 노이즈 보상 터치 디스플레이 장치.
  13. 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법에 있어서,
    터치가 발생할 시 센싱 채널에 배치되는 센싱 유닛의 커패시턴스 변화를 감지하여 센싱 신호로 출력하고,
    상기 터치가 발생할 시 적어도 하나의 센싱 채널이 선택될 때 노이즈 보상 유닛에서는 센싱 채널에서 유기되는 기생 커패시터의 전하량과 상당한 정도로 같은 전하량을 생성시켜 상기 기생 커패시터의 전하량을 보상하고, 및
    신호 변환 유닛에서 상기 센싱 채널에서 출력된 센싱 신호를 수신하고 변환하여 디스플레이에 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 노이즈 보상 유닛에서는 터치가 발생한 초기에 게인 리셋 스위치를 온-오프하여 상기 노이즈 보상 유닛 출력을 DC 바이어싱하는 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  15. 제13항에 있어서, 상기 센싱 신호는 상기 노이즈 보상 유닛을 바이패스(by-pass)하여 상기 신호 변환 유닛에 입력되는 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  16. 제13항 또는 제15항에 있어서, 상기 노이즈 보상 유닛은 증폭기로 구성되고, 상기 증폭기는,
    상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 위치하는 게인 리셋 스위치, 및
    상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 상기 게인 리셋 스위치와 병렬로 연결되는 보상 귀환 커패시터를 포함하되,
    상기 증폭기의 비반전 입력에 터치되지 않는 복수의 센싱 채널을 병렬로 연결하는 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  17. 제16항에 있어서, 상기 증폭기의 비반전 입력에 터치되지 않는 복수의 센싱 채널은 상기 터치되는 센싱 채널을 기준으로 축 방향 양쪽으로 같은 개수가 선택하는 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  18. 제17항에 있어서, 상기 터치되는 센싱 채널과 인접한 센싱 채널에는 정전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  19. 제18항에 있어서, 상기 정전압을 인가하는 센싱 채널은 상기 터치되는 센싱 채널과 직접 인접한 센싱 채널인 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  20. 제16항에 있어서, 상기 노이즈 보상 커패시터의 커패시턴스는 센싱 채널과 공통전극 간에 발생하는 기생 커패시턴스와 상당한 정도로 같도록 하는 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  21. 제20항에 있어서, 상기 노이즈 보상 커패시터의 커패시턴스는 상기 보상 귀환 커패시터의 커패시턴스를 상기 터치되지 않는 센싱 채널의 수로 나눈 값과 상당한 정도로 같은 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  22. 제16항에 있어서, 멀티플렉서가 상기 증폭기의 비반전 입력에 연결된 센싱 채널을 선택하는 것을 특징으로 하는 터치 시스템에서 노이즈를 보상하는 방법.
  23. 사용자의 터치에 의하여 터치 패널에서 적어도 하나의 센싱 채널이 선택될 때 센싱 채널에서 유기되는 기생 커패시터의 전하량과 상당한 정도로 같은 전하량을 생성시켜 기생 커패시터의 전하량을 보상하는 노이즈 보상유닛, 및
    상기 노이즈 보상유닛의 출력과 상기 터치에 의한 센싱 신호를 입력으로 하여 노이즈가 보상된 센싱 신호를 출력하는 신호변환 유닛을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  24. 제23항에 있어서, 상기 센싱 신호는 상기 노이즈 보상유닛을 바이패스(by-pass)하여 상기 신호 변환 유닛의 입력에 연결되도록 하는 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  25. 제24항에 있어서, 상기 노이즈 보상유닛은 증폭기로 구성되고, 상기 증폭기는,
    상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 위치하는 게인 리셋 스위치,
    상기 증폭기의 비반전 입력과 출력 간에 상기 게인 리셋 스위치와 병렬로 연결되는 보상 귀환 커패시터, 및
    상기 증폭기의 출력과 상기 신호변환 유닛의 입력 간에 위치한 노이즈 보상 커패시터를 포함하되,
    상기 증폭기의 비반전 입력에는 터치되지 않는 복수의 센싱 채널이 병렬로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  26. 제25항에 있어서, 상기 증폭기의 비반전 입력에 연결되는 상기 터치되지 않는 복수의 센싱 채널은 상기 터치되는 센싱 채널을 기준으로 축 방향 양쪽으로 같은 개수가 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  27. 제25항 또는 제26항에 있어서, 상기 터치되는 센싱 채널과 인접한 센싱 채널에는 정전압을 인가하는 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  28. 제27항에 있어서, 상기 정전압을 인가하는 센싱 채널은 상기 터치되는 센싱 채널과 직접 인접한 센싱 채널인 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  29. 제25항에 있어서, 상기 보상 귀환 커패시터의 커패시턴스는 센싱 채널과 공통전극 간에 발생하는 기생 커패시턴스 값과 상당한 정도로 같은 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  30. 제29항에 있어서, 상기 노이즈 보상 커패시터의 커패시턴스는 상기 보상 귀환 커패시터의 커패시턴스를 상기 터치되지 않는 센싱 채널의 수로 나눈 값과 상당한 정도로 같은 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  31. 제25항에 있어서, 상기 증폭기의 비반전 입력에 각각의 센싱 채널을 연결하는 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  32. 제25항에 있어서, 상기 터치 콘트롤러와 연결되는 디스플레이 패널과 상기 터치 패널은 하나로 통합된 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
  33. 제23항에 있어서, 상기 터치 패널은 오버레이(overlay) 터치 패널인 것을 특징으로 하는 터치 콘트롤러.
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