KR101862395B1 - 터치 스크린 구동 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 스크린 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 그 터치 스크린 구동 장치는 Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 스크린; 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 공급하는 Tx 구동회로; 상기 Rx 채널들을 통해 센서 노드의 전압을 수신하여 샘플링하고 샘플링된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터로 변환하는 Rx 구동회로; 제M(M은 자연수) 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제1 버퍼 메모리에 저장하고, 제M+1 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제2 버퍼 메모리에 저장하는 DMA 회로; 및 상기 제M+1 프레임 기간 동안 상기 제1 버퍼 메모리로부터 읽어 들인 터치 로 데이터를 분석하여 터치 좌표 데이터를 출력하는 터치 좌표 추정회로를 포함한다. 상기 터치 좌표 추정회로는 기준클럭을 상기 Tx 구동회로와 상기 Rx 구동회로에 동시에 전송하여 상기 Tx 구동회로의 출력 타이밍과 상기 Rx 구동회로의 샘플링 및 디지털 변환 타이밍을 동기시킨다.

Description

터치 스크린 구동 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING TOUCH SCREEN}

본 발명은 터치 스크린 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.

가전기기나 휴대용 정보기기의 경량화, 슬림화 추세에 따라 유저 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 스크린으로 대체되고 있다. 터치 스크린은 다수의 터치센서들을 포함한다.

상호 용량(mutual capacitance) 방식의 터치 스크린(TSP)은 도 1과 같이 Tx 라인들, Tx 라인들과 교차되는 Rx 라인들, 및 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함한다. 센서 노드들 각각은 상호 용량을 갖는다. 터치 스크린 구동 장치는 터치(또는 근접) 전의 센서 노드들에 충전된 전압의 변화를 감지하여 전도성 물질의 접촉(또는 근접) 여부와 그 위치를 판단한다.

터치 스크린 구동 장치는 도 1과 같이 터치 콘트롤러(4)와, 터치 스크린 구동회로(2)를 포함한다. 터치 스크린 구동회로(2)는 터치 콘트롤러(4)로부터 입력된 셋업신호에 따라 설정된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인에 구동펄스를 인가하여 셋업신호에 따라 설정된 Rx 라인을 통해 센서 노드의 전압을 수신한다. 이어서, 터치 스크린 구동회로(2)는 매 센서 노드의 전압을 센싱할 때마다 Rx 라인을 통해 수신된 센서 노드의 전압을 샘플링한 후에 샘플링된 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터(Touch raw data)를 발생한 다음, 인터럽트 신호(IRQ)를 터치 콘트롤러(4)로 전송한 후에 터치 로 데이터를 터치 콘트롤러(20)로 전송한다.

터치 콘트롤러(4)는 셋업(Setup) 신호를 터치 스크린 구동회로(2)에 인가하여 센서 노드의 전압을 센싱할 Tx 채널과 Rx 채널을 설정하고, 내장된 터치 인식 알고리즘 프로그램을 실행하여 터치 구동회로(2)로부터 인터럽트(IRQ)가 수신된 후 입력되는 터치 로 데이터를 분석하여 터치 위치의 좌표를 추정하여 터치 좌표 데이터를 출력한다. 터치 콘트롤러(4)로부터 출력된 터치 좌표 데이터는 상위 시스템으로 전송된다.

터치 스크린 구동 장치는 매 센서 노드의 전압을 센싱할 때마다 도 2와 같이 터치 센싱 과정과 터치 인식 알고리즘을 실행하는 과정을 반복한다. 터치 센싱 과정은 도 2와 같이 Tx 채널과 Rx 채널을 설정하는 셋업시간(t1), 센싱 완료 후에 인터럽트 신호를 발생하는 시간(t2), 및 터치 로 데이터를 터치 콘트롤러에 입력하는 시간(t3)으로 나뉘어진다. 따라서, 매 센서 노드의 전압을 센싱할 때마다 터치 센싱 후에 터치 인식 알고리즘을 실행하여 모든 센서 노드들의 전압을 센싱하여 터치 위치의 좌표를 산출하는데 필요한 터치 스크린(TSP)의 총 센싱 시간이 길어질 수 밖에 없다.

터치 스크린(TSP)의 성능은 터치 스크린의 총 센싱 시간과 터치 레포트에 의해 결정된다. 터치 스크린(TSP)의 총 센싱 시간이 길어지면 터치 레포트 레이트는 감소된다. 터치 레포트 레이트는 초당 전송되는 터치 좌표값들의 개수를 의미한다. 터치 스크린(TSP)의 해상도가 높아지면 센서 노드들의 증가로 인하여 터치 스크린의 총 센싱 시간이 더 길어진다. 따라서, 터치 스크린(TSP)의 총 센싱 시간을 줄이고 터치 레포트 레이트를 높일 수 있는 방안이 요구되고 있다.

본 발명은 터치 스크린의 총 센싱 시간을 줄이고 터치 레포트 레이트를 높일 수 있는 터치 스크린 구동 장치를 제공한다.

본 발명의 터치 스크린 구동 장치는 Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 스크린; 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 공급하는 Tx 구동회로; 상기 Rx 채널들을 통해 센서 노드의 전압을 수신하여 샘플링하고 샘플링된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터로 변환하는 Rx 구동회로; 제M(M은 자연수) 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제1 버퍼 메모리에 저장하고, 제M+1 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제2 버퍼 메모리에 저장하는 DMA 회로; 및 상기 제M+1 프레임 기간 동안 상기 제1 버퍼 메모리로부터 읽어 들인 터치 로 데이터를 분석하여 터치 좌표 데이터를 출력하는 터치 좌표 추정회로를 포함한다.
상기 터치 좌표 추정회로는 기준클럭을 상기 Tx 구동회로와 상기 Rx 구동회로에 동시에 전송하여 상기 Tx 구동회로의 출력 타이밍과 상기 Rx 구동회로의 샘플링 및 디지털 변환 타이밍을 동기시킨다.

상기 Tx 구동회로는 기준클럭에 응답하여 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 순차적으로 출력하는 시프트 레지스터를 포함한다.

상기 Rx 구동회로는 상기 기준클럭에 응답하여 센싱펄스들을 순차적으로 출력하는 시프트 레지스터; 상기 센싱펄스들에 응답하여 상기 센서 노드의 전압을 샘플링하는 데이터 샘플링 회로; 및 상기 센싱펄스들에 응답하여 상기 샘플링된 센서 노드의 전압을 상기 터치 로 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함한다.

상기 Rx 구동회로는 상기 센싱 펄스들에 응답하여 상기 터치 로 데이터에 동기되는 인터럽트 신호를 출력하는 인터럽트 신호 발생회로를 포함한다.

상기 DMA 회로는 상기 인터럽트 신호에 응답하여 상기 제1 및 제2 버퍼 메모리의 읽기 및 쓰기 동작을 제어하는 메모리 콘트롤러를 포함한다.

본 발명의 터치 스크린 구동 방법은 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 공급하는 단계; 상기 Rx 채널들을 통해 센서 노드의 전압을 수신하여 샘플링하고 샘플링된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터로 변환하는 단계; 제M(M은 자연수) 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제1 버퍼 메모리에 저장하는 단계; 제M+1 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제2 버퍼 메모리에 저장하는 단계; 및 상기 제M+1 프레임 기간 동안 상기 제1 버퍼 메모리로부터 읽어 들인 터치 로 데이터를 분석하여 터치 좌표 데이터를 출력하는 단계를 포함한다.

본 발명은 터치 스크린의 센서 노드들을 센싱하는 동안 터치 좌표 추정을 병렬 처리함으로써 터치 스크린의 총 센싱 시간을 대폭 줄이고 터치 레포트 레이트를 높일 수 있다. 나아가, 본 발명은 터치 스크린의 해상도를 높이더라도 터치 레포트 레이트 저하를 최소화할 수 있으므로 터치 스크린의 고해상도에 효과적으로 대응할 수 있다.

도 1은 터치 스크린과 그 구동 장치를 보여 주는 도면이다.
도 2는 종래의 터치 스크린 구동 방법을 보여 주는 신호 시퀀스(signal sequence) 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 4 내지 도 6은 터치 스크린과 표시패널의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 구동 방법을 보여 주는 신호 시퀀스 도면이다.
도 8은 도 3에 도시된 터치 콘트롤러에 내장된 버퍼 메모리들과 그 메모리 억세서 방법을 보여 주는 도면이다.
도 9는 도 3에 도시된 터치 콘트롤러와 터치 구동회로 간에 전송되는 기준 클럭, 터치 로 데이터 및 인터럽트 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 구동 장치를 상세히 보여 주는 블록도이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 Tx 구동회로의 시프트 레지스터 회로를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 12는 도 11에 도시된 카운터의 출력 파형을 보여 주는 파형도이다.
도 13은 도 11에 도시된 시프트 레지스터 회로의 최종 출력 파형을 보여 주는 파형도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 Rx 구동회로의 시프트 레지스터 회로를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 15는 도 14에 도시된 카운터의 출력 파형을 보여 주는 파형도이다.
도 16은 도 14에 도시된 시프트 레지스터 회로의 최종 출력 파형을 보여 주는 파형도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 인터럽트 발생회로를 상세히 보여 주는 회로도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 3 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로, 타이밍 콘트롤러(20), 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동회로, 터치 콘트롤러(30) 등을 포함한다.

본 발명의 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn, n은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다.

표시패널(DIS)의 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극에 인가되는 데이터전압과 공통전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급한다.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 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.

표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(DIS)의 배면에는 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.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12)와, 스캔 구동회로(14)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 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 라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 외부의 호스트 시스템으로부터 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 제어하기 위한 디스플레이 타이밍 제어신호들을 발생한다. 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.

터치 스크린(TSP)은 도 4와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 5와 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)은 도 6과 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부기판에 형성될 수 있다. 도 4 내지 도 6에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(T1~Tj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(T1~Tj)과 교차하는 Rx 라인들(R1~Ri, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(R1~Ri)의 교차부들에 형성된 i×j 개의 센서 노드들을 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 Tx 구동회로(32)와, Rx 구동회로(34)를 포함한다. 이러한 터치 스크린 구동회로는 Tx 라인들(T1~Tj)에 도 13과 같은 하이 로직 전압의 구동펄스를 공급하고 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 센서 노드의 전압을 센싱하여 디지털 데이터로 변환한다. Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)는 도 10과 같이 하나의 ROIC(Read-out IC) 내에 집적될 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 터치 콘트롤러(30)로부터 입력된 기준클럭(REFCLK)에 응답하여 Tx 라인들(T1~Tj)에 하이 로직 전압의 구동펄스를 공급한다. Rx 구동회로(34)는 터치 콘트롤러(30)로부터 입력된 기준클럭(REFCLK)에 응답하여 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 수신된 센서 노드의 전압을 샘플링하고 샘플링된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터(TDATA)로 변환한다. 기준클럭(REFCLK)은 터치 콘트롤러(30) 내의 PWM(Pulse Width Modulation) 클럭 발생회로로부터 발생된다. 터치 로 데이터(TDATA)는 터치 콘트롤러(30)로 전송된다.

터치 콘트롤러(30)는 I2C 버스, SPI(serial peripheral interface), System bus 등의 인터페이스를 통해 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)에 연결된다. 터치 콘트롤러(30)는 기준클럭(REFCLK)을 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)에 동시에 전송하여 Tx 구동회로(32)의 출력 타이밍과 Rx 구동회로(34)의 샘플링 및 디지털 변환 타이밍을 동기시킨다.

터치 콘트롤러(30)는 두 개 이상의 버퍼 메모리를 억세스하는 직접 메모리 접근(Direct Memory Access, 이하 "DMA"라 함) 회로를 내장한다. 터치 콘트롤러(30)는 DMA 회로를 이용하여 Rx 구동회로(34)로부터 수신된 제M(M은 자연수)+1 프레임 기간의 터치 로 데이터를 버퍼 메모리에 저장(write)하고, 이와 동시에 제M 프레임 기간의 터치 로 데이터를 저장한 다른 버퍼 메모리의 데이터를 읽어 들여(read) 제M 프레임 기간의 터치 로 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 제M 프레임 기간의 터치 위치 정보를 포함한 터치 좌표 데이터를 출력한다. 터치 좌표 데이터는 외부의 호스트 시스템으로 전송된다. 따라서, 터치 콘트롤러(30)는 제M+1 프레임 기간의 센서 노드들의 전압이 센싱되는 동안, 터치 인식 알고리즘 프로그램을 실행함으로써 제M 프레임 기간의 터치 위치를 추정할 수 있으므로 터치 스크린의 총 센싱 시간을 줄이고 터치 레포트 레이트를 높일 수 있다.

터치 콘트롤러(30)는 MCU(Micro Controller Unit, MICOM)로 구현될 수 있다. Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34) 및 터치 콘트롤러(30)는 하나의 IC 칩 내에 집적될 수 있다.

호스트 시스템은 외부 비디오 소스 기기 예를 들면, 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 등에 접속되어 그 외부 비디오 소스 기기로부터 영상 데이터를 입력받을 수 있다. 호스트 시스템은 터치 콘트롤러(30)로부터 터치 좌표 데이터가 수신되면 터치 좌표값과 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 구동 방법을 보여 주는 신호 시퀀스 도면이다. 도 8은 터치 콘트롤러(30)에 내장된 버퍼 메모리들과 그 메모리 억세서 방법을 보여 주는 도면이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 터치 콘트롤러(30)의 DMA 회로는 터치 로 데이터를 교대로 저장하기 위한 제1 버퍼 메모리(Buffer odd)와 제2 버퍼 메모리(Buffer even)를 포함한다.

터치 스크린(TSP)에 포함된 총 센서 노드들의 개수가 N(N = i×j)이라 할 때, 터치 콘트롤러(30)는 제M 프레임 기간(Mth FR.) 동안 Rx 구동회로(34)로부터 수신되는 제1 내지 제N 터치 로 데이터(Data1~DataN)를 순차적으로 제1 버퍼 메모리(Buffer odd)에 저장한다.

터치 콘트롤러(30)는 제M 프레임 기간(Mth FR.)의 마지막 데이터인 제N 터치 로 데이터를 제1 버퍼 메모리(Buffer odd)에 저장한 후에, 제M+1 프레임((M+1)th FR.)의 첫 번째 데이터인 제1 데이터(TDATA1) 부터 터치 로 데이터를 제2 버퍼 메모리(Buffer even)에 저장하기 시작함과 동시에 터치 인식 알고리즘 프로그램을 실행하여 제M 프레임의 터치 위치 좌표를 추정하기 시작한다. 이어서, 터치 콘트롤러(30)는 제M+1 프레임 기간((M+1)th FR.)의 마지막 데이터인 제N 터치 로 데이터를 제2 버퍼 메모리(Buffer even)에 저장한 후에, 제M+2 프레임((M+2)th FR.)의 첫 번째 데이터인 제1 데이터(TDATA1) 부터 터치 로 데이터를 제1 버퍼 메모리(Buffer odd)에 저장하기 시작함과 동시에 터치 인식 알고리즘 프로그램을 실행하여 제M+1 프레임의 터치 위치 좌표를 추정하기 시작한다.

도 7에서, "TSODD"는 기수 번째 프레임 기간 동안 터치 스크린(TSP)의 센서 노드들의 전압이 센싱되는 시간이고, "TSEVEN"은 우수 번째 프레임 기간 동안 터치 스크린(TSP)의 센서 노드들의 전압이 센싱되는 시간이다. "ALGODD"는 우수 번째 프레임 기간에 실행되어 이미 저장하였던 이전 기수 프레임의 터치 로 데이터들을 분석하는 터치 인식 알고리즘 프로그램의 처리 시간이고, "ALGEVEN"는 기수 번째 프레임 기간에 실행되어 이미 저장하였던 이전 우수 프레임의 터치 로 데이터들을 분석하는 터치 인식 알고리즘 프로그램의 처리 시간이다.

도 9는 터치 콘트롤러(30)와 터치 구동회로(32, 34) 간에 전송되는 기준 클럭(REFCLK), 터치 로 데이터(TDATA) 및 인터럽트 신호(IRQ)를 보여 주는 파형도이다. 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 구동 장치를 상세히 보여 주는 블록도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 터치 콘트롤러(30)는 DMA 회로와, 터치 좌표 추정회로(54)를 포함한다. DMA 회로는 제1 및 제2 버퍼 메모리(51, 52)와, 메모리 콘트롤러(53)를 포함한다.

Tx 구동회로(32)는 도 11과 같은 시프트 레지스터 회로를 포함한다. Rx 구동회로(34)는 도 14와 같은 시프트 레지스터(Shift Register)(41), 데이터 샘플링 회로(42), 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital converter, 이하 "ADC"라 함)(43), 및 도 17과 같은 인터럽트 발생회로(44)를 포함한다.

제1 및 제2 버퍼 메모리(51, 52)는 도 8에 도시된 버퍼 메모리들(Buffer odd, Buffer even)과 같이 메모리 콘트롤러(53)의 제어 하에 프레임 단위로 터치 로 데이터를 교대로 저장한다. 메모리 콘트롤러(53)는 Rx 구동회로(34)의 인터럽트 발생회로(44)로부터 수신되는 인터럽트 신호(IRQ)에 응답하여 도 8과 같은 방법으로 버퍼 메모리들(51, 52)의 읽기(read) 및 쓰기(write) 동작을 제어한다.

터치 좌표 추정회로(54)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘 프로그램을 실행하여 버퍼 메모리들(51, 52) 중 어느 하나에 제M+1 프레임의 터치 로 데이터들(TDATA)을 분석하여 터치 위치의 좌표를 추정한다. 터치 인식 알고리즘은 공지된 어느 것도 가능하다. 터치 좌표 추정회로(54)는 터치 인식 알고리즘 프로그램에 의해 산출된 터치 좌표 데이터(HIDxy)를 호스트 시스템으로 전송한다.

Tx 구동회로(32)의 시프트 레지스터 회로는 기준클럭(REFCLK)에 응답하여 도 13과 같이 순차적으로 위상 지연되는 구동펄스를 Tx 라인들(T1~Tj)에 공급한다.

Rx 구동회로(34)의 시프트 레지스터 회로(41)는 기준클럭(REFCLK)에 응답하여 도 16과 같이 순차적으로 위상 지연되는 로우 로직 전압의 센싱펄스(S1~Si)를 출력한다. 데이터 샘플링 회로(42)는 로우 로직 전압의 센싱펄스(S1~Si)에 응답하여 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 수신되는 센서 노드의 전압을 도시하지 않은 샘플링 커패시터(Capacitor)에 충전시켜 센서 노드의 전압을 샘플링한다. ADC(43)는 로우 로직 전압의 센싱펄스(S1~Si)에 응답하여 샘플링된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터(TDATA)로 변환하고 인터럽트 신호(IRQ)에 동기하여 터치 로 데이터(TDATA)를 터치 콘트롤러(30)로 전송한다.

Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)는 기준클럭(REFCLK)에 동기된다. 따라서, Tx 라인들(T1~Tj)에 공급되는 구동펄스의 타이밍, 센서 노드의 전압을 샘플링하는 타이밍, 및 샘플링된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 타이밍은 동일한 기준클럭(REFCLK)에 동기된다.

도 11은 본 발명의 실시예에 따른 Tx 구동회로(32)의 시프트 레지스터 회로를 상세히 보여 주는 회로도이다. 도 12는 도 11에 도시된 카운터(72)의 출력 파형을 보여 주는 파형도이다. 도 13은 도 11에 도시된 시프트 레지스터 회로의 최종 출력 파형을 보여 주는 파형도이다.

도 11 내지 도 13을 참조하면, Tx 구동회로(32)의 시프트 레지스터 회로는 카운터(72), 디멀티플렉서(Demultiplexer, DEMUX)(74), 및 AND 게이트들(77)을 포함한다.

카운터(72)는 종속적으로 접속된 j 개의 T 플립 플롭들(71), 및 AND 게이트 들(73)을 포함한다.

제1 T 플립 플롭(71)의 입력단자(T)에는 하이 로직(또는 로직값 "1")을 유지하는 입력신호(In)가 공급된다. 모든 T 플립 플롭들(71)의 클럭 단자에는 기준클럭(REFCLK)이 입력된다. AND 게이트들(73) 각각은 T 플립 플롭(71)의 입력신호와 비반전 출력신호를 논리곱(AND)한 결과를 다음 단 T 플립 플롭(71)의 입력단자에 공급한다.

T 플립 플롭들(71) 각각은 하이 로직의 입력 신호가 입력되면 기준클럭(REFCLK)의 라이징 에지에 출력을 토글(toggle)시켜 출력신호의 로직값을 반전시킨다. 제q(q는 j 이하의 자연수)-1 T 플립 플롭(71)의 입력신호와 비반전 출력신호의 논리곱 결과는 제q T 플립 플롭의 입력신호로서 제q T 플립 플롭(71)의 입력단자에 공급된다. 따라서, T 플립 플롭들(71)은 순차적으로 출력을 발생한다. 제1 T 플립 플롭(71)은 기준클럭(REFCLK)을 2 분주한 클럭신호를 출력한다. 제q T 플립 플롭(71)의 출력신호의 주파수는 제q-1 T 플립 플롭(71)의 출력신호의 그것의 1/2이다.

디멀티플렉서(74)는 인버터들(75)과, AND 게이트들(76)을 포함한다.

인버터들(75) 각각은 제1 내지 제j T 플립 플롭들(71) 각각의 출력들을 반전시킨다. 제1 AND 게이트(76)는 제1 내지 제j T 플립 플롭들(71)의 반전 출력들을 논리곱한 결과를 출력한다. 제q AND 게이트(76)는 제q-1 T 플립 플롭(71)의 비반전 출력과, 제q 내지 제j T 플립 플롭들(71)의 반전 출력들을 논리곱 연산한 결과를 출력한다. 제j AND 게이트(76)는 제1 내지 제j-1 T 플립 플롭(71)의 비반전 출력들을 논리곱 연산한 결과를 출력한다.

AND 게이트들(77) 각각은 AND 게이트(76)의 출력과 기준클럭(REFCLK)의 논리곱 연산 결과를 출력함으로써 AND 게이트(76)의 출력을 기준클럭(REFCLK)에 동기시킨다. AND 게이트들(77)의 출력은 도 13과 같이 Tx 라인들(T1~Tj)에 순차적으로 공급되는 구동펄스이다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 Rx 구동회로(34)의 시프트 레지스터 회로(41)를 상세히 보여 주는 회로도이다. 도 15는 도 14에 도시된 카운터(82)의 출력 파형을 보여 주는 파형도이다. 도 16은 도 14에 도시된 시프트 레지스터 회로(41)의 최종 출력 파형을 보여 주는 파형도이다.

도 14 내지 도 16을 참조하면, Rx 구동회로(34)의 시프트 레지스터 회로(41)는 카운터(82), 디멀티플렉서(84), 및 NAND 게이트들(87)을 포함한다.

카운터(82)는 종속적으로 접속된 i 개의 T 플립 플롭들(81), 및 AND 게이트 들(83)을 포함한다.

제1 T 플립 플롭(81)의 입력단자(T)에는 하이 로직(또는 로직값 "1")을 유지하는 입력신호(In)가 공급된다. 모든 T 플립 플롭들(81)의 클럭 단자에는 기준클럭(REFCLK)이 입력된다. AND 게이트들(83) 각각은 T 플립 플롭(81)의 입력신호와 비반전 출력신호를 논리곱(AND)한 결과를 다음 단 T 플립 플롭(81)의 입력단자에 공급한다.

T 플립 플롭들(81) 각각은 하이 로직의 입력 신호가 입력되면 기준클럭(REFCLK)의 라이징 에지에 출력을 토글시켜 출력신호의 로직값을 반전시킨다. 제r(r는 i 이하의 자연수)-1 T 플립 플롭(81)의 입력신호와 비반전 출력신호의 논리곱 결과는 제r T 플립 플롭(81)의 입력신호로서 제r T 플립 플롭(81)의 입력단자에 공급된다. 따라서, T 플롭 플롭들(81)은 순차적으로 출력을 발생한다. 제1 T 플립 플롭(81)은 기준클럭(REFCLK)을 2 분주한 클럭신호를 출력한다. 제r T 플립 플롭(81)의 출력신호의 주파수는 제r-1 T 플립 플롭(71)의 출력신호의 그것의 1/2이다.

디멀티플렉서(84)는 인버터들(85)과, AND 게이트들(86)을 포함한다.

인버터들(85) 각각은 제1 내지 제i T 플립 플롭들(81) 각각의 출력들을 반전시킨다. 제1 AND 게이트(86)는 제1 내지 제i T 플립 플롭들(81)의 반전 출력들을 논리곱한 결과를 출력한다. 제r AND 게이트(86)는 제r-1 T 플립 플롭(81)의 비반전 출력과, 제r 내지 제i T 플립 플롭들(81)의 반전 출력들을 논리곱 연산한 결과를 출력한다. 제i AND 게이트(86)는 제1 내지 제i-1 T 플립 플롭들(81)의 비반전 출력들을 논리곱 연산한 결과를 출력한다.

NAND 게이트들(87) 각각은 AND 게이트(86)의 출력과 기준클럭(REFCLK)의 논리곱 연산 결과를 출력함으로써 AND 게이트(86)의 출력을 기준클럭(REFCLK)에 동기시킨다. NAND 게이트들(87)의 출력은 센싱 펄스로서 데이터 샘플링 회로(42)와 ADC(43)로 전송된다. 데이터 샘플링 회로(42)는 제r 센싱펄스에 응답하여 제r Rx 라인을 통해 입력되는 제r 센서 노드의 전압을 샘플링한다. 예를 들어, 데이터 샘플링 회로(42)는 제1 센싱펄스(S1)에 응답하여 제1 Rx 라인(R1)을 통해 입력되는 제1 센서 노드의 전압을 샘플링한 후에, 제2 센싱펄스(S2)에 응답하여 제2 Rx 라인(R2)을 통해 입력되는 제2 센서 노드의 전압을 샘플링한다. ADC(43)는 제r 센싱펄스에 응답하여 샘플링된 제r 센서 노드의 전압을 터치 로 데이터(TDATA)로 변환하여 인터럽트 신호(IRQ)에 동기하여 터치 콘트롤러(30)의 버퍼 메모리들(51, 52)로 전송한다.

도 17은 인터럽트 발생회로(44)를 상세히 보여 주는 회로도이다.

도 17을 참조하면, 인터럽트 발생회로(44)는 시프트 레지스터 회로(41)로부터 입력되는 센싱 펄스들(S1~Si)에 응답하여 터치 로 데이터의 비트 각각에 동기되는 인터럽트 신호(IRQ)의 클럭을 발생한다. 이를 위하여, 인터럽트 발생회로(44)는 센싱 펄스들(S1~Si)을 반전시키는 인버터들(91)과, 인버터들(91)의 출력들을 논리합 연산하고 그 결과를 인터럽트 신호(IRQ)로서 출력하는 OR 게이트(92)를 포함한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동회로 14 : 스캔 구동회로
20 : 타이밍 콘트롤러 30 : 터치 콘트롤러
32 : Tx 구동회로 34 : Rx 구동회로
51, 52 : 버퍼 메모리 53 : 메모리 콘트롤러
54 : 터치 좌표 추정회로

Claims (7)

1. Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 스크린;
   상기 Tx 라인들에 구동펄스를 공급하는 Tx 구동회로;
   Rx 채널들을 통해 센서 노드의 전압을 수신하여 샘플링하고 샘플링된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터로 변환하는 Rx 구동회로;
   제M(M은 자연수) 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제1 버퍼 메모리에 저장하고, 제M+1 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제2 버퍼 메모리에 저장하는 DMA 회로; 및
   상기 제M+1 프레임 기간 동안 상기 제1 버퍼 메모리로부터 읽어 들인 터치 로 데이터를 분석하여 터치 좌표 데이터를 출력하는 터치 좌표 추정회로를 포함하고,
   상기 터치 좌표 추정회로는 기준클럭을 상기 Tx 구동회로와 상기 Rx 구동회로에 동시에 전송하여 상기 Tx 구동회로의 출력 타이밍과 상기 Rx 구동회로의 샘플링 및 디지털 변환 타이밍을 동기시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 Tx 구동회로는,
   상기 기준클럭에 응답하여 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 순차적으로 출력하는 시프트 레지스터를 포함하고,
   상기 Rx 구동회로는,
   상기 기준클럭에 응답하여 센싱펄스들을 순차적으로 출력하는 시프트 레지스터;
   상기 센싱펄스들에 응답하여 상기 센서 노드의 전압을 샘플링하는 데이터 샘플링 회로; 및
   상기 센싱펄스들에 응답하여 상기 샘플링된 센서 노드의 전압을 상기 터치 로 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환기를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 Rx 구동회로는,
   상기 센싱 펄스들에 응답하여 상기 터치 로 데이터에 동기되는 인터럽트 신호를 출력하는 인터럽트 신호 발생회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 DMA 회로는,
   상기 인터럽트 신호에 응답하여 상기 제1 및 제2 버퍼 메모리의 읽기 및 쓰기 동작을 제어하는 메모리 콘트롤러를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
5. Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 스크린의 구동 방법에 있어서,
   Tx 구동회로가 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 공급하는 단계;
   Rx 채널들을 통해 센서 노드의 전압을 수신하여 샘플링하고 샘플링된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터로 변환하는 단계;
   제M(M은 자연수) 프레임 기간 동안 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제1 버퍼 메모리에 저장하는 단계;
   제M+1 프레임 기간 동안 상기 Rx 구동회로로부터 수신되는 터치 로 데이터를 제2 버퍼 메모리에 저장하는 단계; 및
   상기 제M+1 프레임 기간 동안 상기 제1 버퍼 메모리로부터 읽어 들인 터치 로 데이터를 분석하여 터치 좌표 데이터를 출력하는 단계를 포함하고,
   기준클럭이 상기 Tx 구동회로와 상기 Rx 구동회로에 동시에 전송되어 상기 Tx 구동회로의 출력 타이밍과 상기 Rx 구동회로의 샘플링 및 디지털 변환 타이밍이 동기되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 방법.
6. 삭제
7. 제 5 항에 있어서,
   상기 터치 로 데이터에 동기되는 인터럽트 신호를 발생하는 단계; 및
   상기 인터럽트 신호에 응답하여 상기 제1 및 제2 버퍼 메모리의 읽기 및 쓰기 동작을 제어하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 방법.

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