JP2018005916A - タッチセンサ駆動方法、タッチセンサ駆動回路、および表示装置 - Google Patents

タッチセンサ駆動方法、タッチセンサ駆動回路、および表示装置 Download PDF

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Abstract

【課題】本発明は、タッチスクリーン全体においてノイズを迅速かつ正確に測定することができるタッチセンサの駆動方法及び回路とそれを用いた表示装置を提供する。
【解決手段】本発明は、ノイズを測定するタッチセンサの駆動方法及び回路とそれを用いた表示装置に関するものである。このタッチセンサの駆動方法は、タッチセンサの配線がセンシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部駆動したり、前記ノイズの測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数のそれぞれにおいて前記タッチセンサのノイズを測定する。
【選択図】図18A

Description

本発明は、ノイズを測定するタッチセンサ駆動方法、タッチセンサ駆動回路とそれを用いた表示装置に関する。
ユーザインタフェース(User Interface、UI)は、人(ユーザ)と各種電気、電子機器等の通信を可能にして、ユーザが自分の所望するように機器を容易に制御できるようにする。ユーザインタフェースの代表的な例としては、キーパッド、キーボード、マウス、オンスクリーンディスプレイ(On Screen Display、OSD)、赤外線通信、あるいは高周波(RF)通信機能を有するリモートコントローラ(Remote controller)などがある。ユーザインタフェース技術は、ユーザの感性と操作利便性を高める方向に発展を遂げている。ユーザインタフェースは、タッチUI、音声認識UI、3DUIなどで発展している。
タッチスクリーンは、静電容量方式のタッチセンサにおいて採用され得る。そのほか、タッチスクリーンは、抵抗膜方式、表面超音波方式、圧力式抵抗膜方式、赤外線センシング方式などにより実現され得る。このようなタッチスクリーンの性能を左右する最も重要な要素の一つは、信号対雑音比(Signal to Noise Ratio、以下「SNR」と称する)である。タッチスクリーンに流入するノイズを減らすとSNR値が大きくなって、タッチ駆動回路の動作マージンを広げることができ、タッチセンシング感度を向上させることができる。
SNRを改善するために、タッチセンサに流入されるノイズを正確に測定する方法が重要である。タッチセンサのノイズは、周囲の環境に応じてリアルタイムに変化するため、継続的に測定しなければならない。ノイズが大きい周波数を回避して、タッチセンサ駆動信号の周波数を変更する方法でSNRを改善する方法が知られている。このような方法の一例として、本願出願人は特許文献1でノイズレベルに応じて、タッチセンサの周波数を変更する方法を提案した。
タッチセンサのノイズ測定方法は、タッチスクリーン全体でタッチセンサのそれぞれで特定位置のタッチセンサに対してノイズを測定することにより実施し得る。ところが、この方法は、予め指定された位置以外の異なる位置でタッチセンサのノイズを測定することができない。様々な製品で、タッチスクリーンの性能を分析した結果、タッチセンサのノイズは、タッチスクリーン全体で様々な形で生じることが確認された。
大韓民国公開特許10−2012−0057009
本発明の目的は、タッチスクリーン全体においてノイズを迅速かつ正確に測定することができるタッチセンサ駆動方法、タッチセンサ駆動回路及び表示装置を提供することにある。
本発明の一実施形態に係るタッチセンサの駆動方法は、ノイズ測定期間の間、複数のタッチセンサの配線をセンシング部に接続するステップと、前記配線が前記センシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数に前記センシング部を駆動し、前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定するステップを含む。前記ノイズ測定期間は、複数のサブノイズ測定期間を含む。前記サブノイズ測定期間の内、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なる。前記ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期が表示装置の1フレーム期間以上である。
前記配線と前記センシング部との間に配置されたマルチプレクサを介して前記配線が、前記センシング部に同時に接続される。
前記タッチセンサの駆動方法は、タッチ入力センシング期間の間に第1周波数で、前記センシング部を駆動し、前記第1周波数の信号を前記センサの配線に印加し、可変増幅ゲインでタッチセンサ信号を増幅するアナログ増幅、アナログ増幅信号を積分するアナログ積分、アナログ積分信号をデジタルデータに変換するデジタル変換、及び前記デジタルデータを積分するデジタル積分を行うステップと、前記ノイズ測定期間の間に前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動したり、前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々で前記アナログ増幅、前記アナログ積分、前記デジタル変換、及び前記デジタル積分を行うステップを含む。前記ノイズ測定期間の間、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数が前記タッチ入力センシング期間の間に、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数より多い。前記増幅ゲイン、前記アナログ積分回数及び前記デジタル積分回数の内、1つ以上が前記タッチ入力センシング期間と前記ノイズ測定期間で互いに異なる。
本発明の他の実施形態に係る表示装置の駆動方法は、ディスプレイ期間の間に表示パネルの画素に入力映像のデータを記入するステップと、ノイズ測定期間の間にタッチセンサの配線がセンシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動し、前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定するステップを含む。前記サブノイズ測定期間の内で、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なる。前記ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期が表示装置の1フレーム期間以上である。
本発明の他の実施形態に係るタッチセンサ回路は、ノイズ測定期間の間にタッチセンサの配線がセンシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動し、前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定するタッチセンサ駆動部を備える。前記サブノイズ測定期間の内、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なる。前記ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期が表示装置の1フレーム期間以上である。
本発明の他の実施形態に係る表示装置は、タッチセンサと画素が配置された表示パネルとディスプレイ期間の間に表示パネルの画素に入力映像のデータを記入する表示パネル駆動部と、ノイズ測定期間の間にタッチセンサの配線がセンシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動し、前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定するタッチセンサ駆動部を備える。前記サブノイズ測定期間の内で、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なる。前記ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期が表示装置の1フレーム期間以上である。
本発明は、タッチノイズ測定期間の間、センシング部に同時に接続されるマルチプレクサのチャネル数をタッチ入力センシング期間の間に、センシング部に同時に接続されるマルチプレクサのチャンネル数より多く制御する。また、本発明は、タッチ入力センシング期間とノイズの測定期間のそれぞれでセンシング部の動作条件を定義したパラメータを独立的に設定してタッチ入力センシング期間でセンシングされたタッチセンシング値と、ノイズ測定期間で測定されたノイズ測定値の感度を最適化する。その結果、本発明は、タッチスクリーン全体でのノイズを迅速かつ正確に測定することができる。
本発明の実施の形態に係る表示装置を示す図である。 自己容量型タッチセンサの電極パターンを示す図である。 タッチセンサ駆動部の構成を示す図である。 ディスプレイ期間とタッチセンサ駆動期間を示す図である。 ディスプレイ期間とタッチセンサ駆動期間を示す図である。 ディスプレイ期間とタッチセンサ駆動期間を示す図である。 ディスプレイ期間とタッチセンサ駆動期間の間、画素アレイの信号配線に印加される信号を示す波形図である。 センシング部の回路構成とタッチ入力センシング期間の動作を示す回路図である。 図6に示された積分器の動作を示す波形図である。 図6に示された電荷消去部の動作を示すフローチャートである。 ノイズ測定期間において、本発明の第1実施の形態に係るタッチセンサ駆動部の動作を示す図である。 ノイズ測定期間で、本発明の第2実施の形態に係るタッチセンサ駆動部の動作を示す図である。 ノイズの測定期間の間にセンシング部の様々なチャンネルショート例を示す図である。 ノイズの測定期間の間にセンシング部の様々なチャンネルショート例を示す図である。 ノイズの測定期間の間にセンシング部の様々なチャンネルショート例を示す図である。 ノイズの測定期間の間にセンシング部の様々なチャンネルショート例を示す図である。 ノイズの測定期間の間にセンシング部の様々なチャンネルショート例を示す図である。 ノイズの測定期間の間にセンシング部の様々なチャンネルショート例を示す図である。 ノイズの測定期間の間にセンシング部の様々なチャンネルショート例を示す図である。 タッチ入力センシング期間とノイズの測定期間でマルチプレクサ制御方法を示す波形図である。 タッチ入力センシング期間とノイズの測定期間でマルチプレクサ制御方法を示す波形図である。 本発明の実施の形態に係るノイズ測定方法の制御手順を示すフローチャートである。 タッチ駆動周波数の変化に応じて測定されるノイズを示す図である。 タッチ駆動周波数の変化に応じて測定されるノイズを示す図である。 タッチ駆動周波数の変化に応じて測定されるノイズを示す図である。 ノイズ測定期間の様々な例である。 ノイズ測定期間の様々な例である。 ノイズ測定期間の間にセンシング部に同時に接続されるMUXチャンネル数に応じて、1つの周波数でタッチセンサのノイズを測定する期間が変わる例を示して図である。 ノイズ測定期間の間にセンシング部に同時に接続されるMUXチャンネル数に応じて、1つの周波数でタッチセンサのノイズを測定する期間が変わる例を示して図である。 ノイズ測定期間の間にセンシング部に同時に接続されるMUXチャンネル数に応じて、1つの周波数でタッチセンサのノイズを測定する期間が変わる例を示して図である。 ノイズ測定方法の様々な例を示して図である。 ノイズ測定方法の様々な例を示して図である。 ノイズ測定結果に基づいて、周波数が変更される例を示して図である。 タッチ入力センシング期間とノイズの測定期間に独立的に設定されるパラメータの一例を示す図である。 相互容量型のタッチセンサで、正常のタッチ入力センシング動作を示す図である。 相互容量型のタッチセンサで、正常のタッチ入力センシング動作を示す図である。 相互容量型のタッチセンサでのノイズの測定方法を示す図である。 差動増幅器に接続されたスイッチを示す図である。
本発明の利点及び特徴、そしてそれらを達成する方法は添付される図面と共に詳細に後述されている実施の形態を参照すると明確になる。本発明は、以下で開示される実施の形態に限定されるものではなく、様々な形で実現され得る。以下の実施の形態は、本発明の開示を完全ならしめ、本発明が属する技術分野で通常の知識を有する者に発明の範疇を完全に知らせるために提供されるものである。
本発明の実施形態を説明するための図で開示された形状、大きさ、比率、角度、数などは例示的なものなので、本発明が、図示された事項に限定されるものではない。明細書全体にわたって同一参照符号は同一の構成要素を指す。また、本発明を説明するにおいて、関連する公知技術に対する具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすると判断される場合、その詳細な説明は省略する。
本明細書上で言及された「含む」、「有する」、「行われる」などが使用される場合、「〜だけ」が使用されない限り、他の構成要素が含まれ得る。構成要素を単数で表現する場合に特に明示的な記載事項がない限り、複数が含まれ得る。
構成要素を解釈するに当たり、別の明示的な記載がなくても誤差の範囲を含むものと解釈する。
位置関係の説明である場合には、例えば、「〜の上に」、「〜の上部に」、「〜の下部に」、「〜の隣に」など2つの部分の位置関係が説明される場合には、「すぐに」または「直接」が使用されていない限り、二つの部分の間に1つ以上の他の部分が位置することもある。
実施の形態の説明において、第1、第2などがさまざまな構成要素を記述するために使用されるが、これらの構成要素はこれらの用語によって制限されない。これらの用語は、ただ一つの構成要素を他の構成要素と区別するために使用されるものである。
特に明示がない限り、明細書全体にわたって同一参照符号は同一の構成要素を指す。
本発明の複数の実施の形態のそれぞれの特徴が部分的または全体的に互いに結合または組み合わせ可能であり、技術的に様々な連動及び駆動が可能であり、各実施の形態が互いに独立して実施可能し、関連の関係に一緒に実施可能することもある。
以下、添付された図面を参照して、本発明に係る好ましい実施の形態を詳細に説明する。明細書全体にわたって同一の参照番号は、実質的に同一の構成要素を意味する。以下の説明において、本発明と関連する公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
本発明の表示装置は、タッチスクリーンが用意されることができる表示装置、例えば、液晶表示装置(Liquid Crystal Display、LCD)、電界放出表示装置(Field Emission Display:FED)、プラズマディスプレイパネル(Plasma Display Panel、PDP)、有機発光ダイオード表示装置(Organic Light Emitting Display、OLED Display)、電気泳動表示素子(Electrophoresis、EPD)などの平板表示装置に実現されることができる。以下の実施の形態において、フラットパネル表示装置の一例として、液晶表示装置を説明するが、本発明の表示装置は、液晶表示装置に限定されないことに注意しなければならない。
本発明のタッチスクリーンは、静電容量センサに実現されることができる。静電容量センサは、自己容量型のタッチセンサまたは相互容量型のタッチセンサに分けられる。
相互容量型のタッチセンサは、二つの電極(Tx、Rx)の間に形成された相互容量(Cm)を含む。タッチセンサ駆動回路は、Txラインにタッチセンサ駆動信号(または刺激信号)を印加し、Rxラインを介して相互容量(Cm)の電荷を受信して、タッチ入力の前後相互容量の電荷変化量に基づいて、タッチ入力をセンシングする。タッチセンサ駆動回路は、相互容量(Cm)に指や導電体が近く接近すると、相互容量(Cm)が減少されるのを検出することで、タッチ入力をセンシングする。
自己容量型タッチセンサは、センサ電極のそれぞれに形成される自己容量(Cs)を含む。タッチセンサ駆動回路は、自己容量(Cs)に電荷を供給し、タッチ入力前後の自己容量(Cs)の容量変化に伴う電荷の変化量をセンシングし、その電荷変化量に基づいて、タッチ入力をセンシングする。タッチセンサ駆動回路は、自己容量(Cs)に指や導電体が近く接近すると、自己容量が増加するのを検出することで、タッチ入力をセンシングする。
本発明は、タッチセンサ駆動信号をタッチセンサに供給して、タッチ入力をセンシングし、タッチセンサ駆動信号がタッチセンサに供給されない間、タッチセンサの第1ノイズを測定する。そして、本発明は、タッチセンサ駆動信号がタッチセンサに供給されない間に、第2ノイズを測定し、第1ノイズと第2ノイズを比較して、その比較結果に基づいて、タッチセンサのノイズを測定する駆動回路の動作周波数を調節する。
本発明のタッチセンサは、表示装置にインセル型(In-cell type)を用い、画素アレイに内蔵されることができるが、必ずしもこれに限定されない。本発明の表示装置は、画素アレイにタッチセンサが内蔵される場合、画素アレイとタッチセンサを時分割駆動するために、1フレーム期間を少なくとも一つのディスプレイ期間と、少なくとも一つのタッチセンサ駆動期間に時分割することができるが、これに限定されない。また、タッチセンサ電極とディスプレイのための共通電極を同時に使用する構造を採用することにより、インセル型タッチセンサと画素を同時に駆動することができる。
タッチセンサには、無線機などの外部高周波干渉やその他の原因により、ノイズが混入し得る。タッチセンサ駆動期間の間、タッチセンサを介してタッチ入力がセンシングされる。複数のタッチセンサ駆動期間中、少なくとも一部の期間は、ノイズ測定期間を含む。
本実施形態は、ノイズ測定期間の間に、二つ以上のタッチセンサを短絡させ、そのタッチセンサを介してノイズを同時に測定し、短いノイズ測定期間ですべてのタッチセンサのノイズを測定することができる。
以下、添付された図面を参照して、本発明に係る好ましい実施形態を詳細に説明する。明細書全体にわたって同一の参照番号は、実質的に同一の構成要素を意味する。以下の説明において、本発明と関連する公知の機能あるいは構成についての具体的な説明が本発明の要旨を不必要に曖昧にすることができると判断される場合には、その詳細な説明を省略する。
図1〜図4Cを参照すると、本実施形態の表示装置は、表示パネル100と、ディスプレイ駆動回路(102、104、106)、タッチセンサ駆動部110を含む。タッチスクリーン(TSP)は、静電容量方式のタッチセンサを含む。
表示パネル100には、入力映像を表示するための画素アレイを含む。この表示パネル100には、タッチスクリーン(TSP)を実現するタッチセンサ(Cs)が配置される。タッチセンサは、相互容量(Cm)または自己容量(Cs)の方式を用いて、タッチ入力をセンシングすることができる。
タッチセンサは、表示パネル100上に接合することができる。これと他の方法でタッチセンサは、画素アレイと表示パネル100の下部基板上に形成されて表示パネル100にインセル(In−cell)型で内蔵されることができる。以下において、タッチセンサは表示パネル100に内蔵された例を中心に説明するが、これに限定されない。図2及び図3は、表示パネル100に内蔵された自己容量型タッチセンサを例示する。
表示パネル100の画素アレイは、データライン101とゲートライン103によって定義された画素を含む。画素の各々は、カラー実現のため赤色サブ画素(R)、緑色サブ画素(G)、及び青色サブ画素(B)に分けられる。画素の各々は、白色サブ画素(W)をさらに含むことができる。画素の各々は、データライン101とゲートライン103の交差部に配置されたTFT(Thin Film Transistor)、TFTを介してデータ電圧の供給を受ける画素電極11は、タッチセンサ(Cs)の電極パターンに分割された共通電極12、画素電極11に接続されて液晶セル(Clc)の電圧を維持させるためのストレージキャパシタ(Storage Capacitor、Cst)などを含む。
表示パネル100の画素アレイには、タッチセンサ(Cs)をタッチセンサ駆動部110に接続するセンサ配線111が配置される。
自己容量型のタッチセンサにおいてセンサ配線111は、同じ方向に沿って並べて配置される配線である。自己容量型のタッチセンサにおいてセンサ配線111のそれぞれは、タッチセンサ(Cs)の電極に1:1で接続することができる。
52相互容量型のタッチセンサにおいて、センサ配線111は、TxラインとRxラインを含むことができる。TxラインとRxラインのそれぞれは、複数のタッチセンサ(Cs)の電極に接続することができる。
液晶セル(Clc)の液晶分子は、画素電極11に印加されるデータ電圧と、タッチセンサ(Cs)の電極に印加される共通電圧(Vcom)の電圧差で発生する電界によって駆動され入力映像のデータに基づいて、画素の透過率を調節する。
表示パネル100の上部基板にはブラックマトリックス、カラーフィルタなどが形成されることができる。表示パネル100の下部基板は、COT(Color filter On TFT)やTOC(TFT on color filter)構造で実現されることができる。この場合に、カラーフィルタは、表示パネル100の下部基板に配置される。
表示パネル100の上部基板と下部基板のそれぞれには偏光板が接着され、液晶と接する内面に液晶のプレチルト角を設定するための配向膜が形成される。表示パネル100の上部基板と下部基板との間には、液晶層のセルゲプ(Cell gap)を実質的に維持するためのカラムスペーサが形成される。
表示パネル100の背面の下には、バックライトユニットが配置されることができる。バックライトユニットはエッジ型(edge type)または直下型(Direct type)バックライトユニットに実現されて表示パネル100に光を照射する。
表示パネル100は、TN(Twisted Nematic)モード、VA(Vertical Alignment)モードでは、IPS(In Plane Switching)モード、FFS(Fringe Field Switching)モードなど公知のどのような液晶モードでも実現することができる。有機発光ダイオード表示装置のような自発光表示装置でバックライトユニットは、省略することができる。
タッチセンサ(Cs)が画素アレイに内蔵される場合、図4A〜図4Cに示すように、1フレーム期間は、画素を駆動するための1つ以上のディスプレイ期間(TD)と、タッチセンサ(Cs)を駆動するための1つ以上のタッチセンサ駆動期間(TT)に時分割駆動される。タッチセンサ(Cs)は、ディスプレイ期間(TD)の間に共通電圧(Vcom)を画素に供給し、タッチセンサ駆動期間(TT)の間に、タッチ入力をセンシングする。タッチセンサ駆動期間(TT)は、タッチ入力をセンシングするタッチ入力センシング期間(TT1)と、タッチセンサのノイズを測定するためのノイズ測定期間(TT2)に分けられる。
ディスプレイ駆動回路(102、104、106)は、入力映像のデータを表示パネルの画素に記入する。ディスプレイ駆動回路(102、104、106)は、データ駆動部102、ゲート駆動部104、及びタイミングコントローラ106を含む。
データ駆動部102は、タイミングコントローラ106から受信される入力映像のデジタルビデオデータ(DATA)をアナログ正極性/負極性ガンマ補償電圧に変換して、データ電圧を出力する。データ駆動部102から出力されたデータ電圧は、データライン101を介して画素に供給される。
ゲート駆動部104は、データ電圧に同期されるゲートパルス(またはスキャンパルス)をゲートライン103に順次供給して、データ電圧が書き込まれる表示パネル100のラインを選択する。ゲートパルスはゲートハイ電圧(Gate High Voltage、VGH)とゲートロー電圧(Gate Low Voltage、VGL)の間でスイングする。ゲートハイ電圧(VGH)は、TFTのしきい値電圧より高い電圧に設定されるのに対し、ゲートロー電圧(VGH)は、TFTのしきい値電圧より低い電圧に設定される。画素アレイのTFTのそれぞれは、自分のゲートにゲートハイ電圧(VGH)が印加されると、ターン−オン(turn-on)されて、データライン101からのデータ電圧を画素電極11に供給する。
タイミングコントローラ106は、ホストシステム108から受信される入力映像のデータ(RGB)をデータ駆動部102に伝送する。タイミングコントローラ106は、公知のアルゴリズムを用いて、毎画素ごとにRGBデータから白色データ(W)を生成することができる。
タイミングコントローラ106は、入力映像のデータ(RGB)と同期されて、ホストシステム108から受信される垂直同期信号(Vsync)、水平同期信号(Hsync)、データイネーブル信号(Data Enable、DE)、メインクロック(MCLK)などのタイミング信号を用いて、データ駆動部102、ゲート駆動部104及びタッチセンサ駆動部110の動作タイミングを制御する。図1において、SDCは、データ駆動部102の動作タイミングを制御するためのデータのタイミング信号である。GDCは、ゲート駆動部104の動作タイミングを制御するためのゲートタイミング信号である。タイミングコントローラ106は、入力タイミング信号を用いて、ディスプレイ期間(TD)とタッチセンサ駆動期間(TT)を定義するためのタッチ同期信号(図16及び図17、TSYNC)を発生し、パネル駆動部(102、104)とタッチセンサ駆動部110を同期することができる。
ホストシステム108は、テレビシステム、セットトップボックス、ナビゲーションシステム、DVDプレーヤー、ブルーレイプレーヤー、パーソナルコンピュータ(PC)、ホームシアターシステム、携帯電話システム(Phone system)の内、いずれか1つにおいて実現されることができる。ホストシステム108は、スケーラー(scaler)を内蔵したSoC(System on chip)を含みから入力映像のデジタルビデオデータを表示パネル100の解像度に適したフォーマットに変換する。ホストシステム108は、入力映像のデジタルビデオデータ(RGB)と一緒にタイミング信号(Vsync、Hsync、DE、MCLK)をタイミングコントローラ106に伝送する。また、ホストシステム108は、タッチセンサ駆動部110から受信されるタッチ入力の座標情報(XY)と連携したアプリケーションを実行する。
タッチセンサ駆動部110は、タッチ入力センシング期間(TT1)の間、タッチ入力前後のタッチセンサ(Cs)の電荷変化量をデジタルデータに変換して、タッチでデータ(Touch raw data、以下、「タッチデータ」と称する)を発生する。タッチセンサ駆動部110は、公知のタッチセンシングアルゴリズムを実行して、タッチ入力のそれぞれについて、座標値を算出する。タッチセンシングアルゴリズムは、タッチデータを予め設定されたしきい値と比較して、タッチ入力を判定し、タッチ入力のそれぞれに識別コードと座標情報(XY)を付加して、ホストシステム108に伝送する。
タッチセンサ駆動部110は、ノイズ測定期間(TT2)の間にタッチセンサの駆動周波数を変更しながら、タッチセンサのノイズを測定する。タッチセンサ駆動部110は、ノイズが小さい周波数を選択して、その周波数でのタッチ入力センシング期間(TT1)で発生されるタッチセンサ駆動信号を発生する。
タッチセンサ駆動部110は、複数のマルチプレクサ(Multiplexer、MUX)112、複数のセンシング部113、タッチセンサ制御部114などを含む。
マルチプレクサ112は、タッチセンサ(Cs)に接続されたセンサ配線111を選択する。マルチプレクサ112のそれぞれは、タッチ入力センシング期間(TT1)の間、タッチセンサ制御部114の制御下にMUXチャネルを介し、センサ配線111をセンシング部113の入力端子に順次接続することにより、タッチセンサ駆動部110の受信チャンネル数を減らす。マルチプレクサ112は、ノイズ測定期間(TT2)の間、複数のMUXチャンネルをセンシング部113の入力端子に同時に接続する。MUXチャンネルはマルチプレクサ112のそれぞれのセンサ配線111とセンシング部113との間の電流パス(current path)を意味する。
センシング部113は、第1期間中に第1周波数で駆動され、パラメータで定義される増幅ゲインでタッチセンサ信号を増幅するアナログ増幅、アナログ増幅信号を積分するアナログ積分、アナログ積分信号をデジタルデータに変換するデジタル変換、及び前記デジタルデータを積分するデジタル積分を行う。センシング部113は、第2期間の間に第1周波数を含む、様々な周波数で駆動されて、タッチセンサ信号に対してアナログ増幅、アナログ積分、デジタル変換、及びデジタル積分を行う。第2期間中にセンシング部113に同時に接続されるマルチプレクサ112のチャンネル数(MUXチャンネル数)が第1期間中センシング部113に同時に接続されるマルチプレクサのチャネルの数より多い。増幅ゲイン、アナログ積分回数及びデジタル積分回数の内、いずれか1つ以上が第1期間と前記第2期間で異なるように制御される。第1期間は、タッチ入力センシング期間(TT1)であり、第2期間は、ノイズ測定期間(TT2)である。
第2期間の増幅ゲインが第1期間の増幅ゲインより低く制御することができる。第2期間のアナログ積分回数が第1期間のアナログ積分回数より少なく制御することができる。第2期間のデジタル積分回数が第1期間のデジタル積分回数より多く制御することができる。センシング部113の設計方法に応じて、第2期間のセンシング部を制御する方法が異なることがあります。
センシング部113のそれぞれは、マルチプレクサ112を介して接続されたセンサ配線111を介してタッチセンサ(Cs)の電荷量を受信する。タッチ入力センシング期間(TT1)の間、センシング部113に同時に接続されるMUXチャンネル数に比べてノイズ測定期間(TT2)の間に、センシング部113に同時に接続されるMUXチャンネル数が多い。これにより、タッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)の間に同一条件でセンシング部113を駆動すると、ノイズ測定期間(TT2)で積分器の出力電圧が飽和(saturation)されて、ノイズ測定範囲が低くなる。このような問題を防止するために、本発明は、センシング部113の動作特性を制御するためのパラメータ(parameter)をタッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)を異なるように設定することができる。
図6を参照すると、センシング部113は、マルチプレクサ112の出力端に接続された可変ゲイン増幅器(PREAMP)、可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力端に接続されたアナログ積分器(INT)、アナログ積分器(INT)の出力端に接続されたアナログ−デジタル変換器117(Analog to digital converter、以下「ADC」と称する)、ADC117の出力端に接続されたデジタル積分器115などを含む。センシング部113は、可変ゲイン増幅器を介してマルチプレクサ112を介して受信されたタッチセンサの電荷量を増幅して、アナログ積分器で、その電荷量を積分する。そしてセンシング部113は、アナログ積分器の出力電圧をADC117に供給する。ADCは、アナログ積分器から受信された電圧をデジタル値に変換し、デジタル積分器を用いて、ADCから受信されたデジタルデータを予め設定された回数だけ累積して、タッチデータを出力する。
可変ゲイン増幅器のゲイン(gain)、アナログ積分器の積分回数、デジタル積分器の積分回数は、予め設定されたパラメータによって定義される。このようなパラメータの値は、タッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)のそれぞれに独立して設定される。したがって、タッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)で可変ゲイン増幅器のゲイン、アナログ積分器の積分回数、デジタル積分器の積分回数などが異なるように設定されることができる。
ノイズ測定期間(TT2)は、センシング部113のそれぞれでセンシング部に接続されるMUXチャンネル数が多くなる。その結果、センシング部113のそれぞれに受信されるタッチセンサ(Cs)の電荷量が多くなって、タッチセンサ(Cs)の電荷量が小さくても積分器の電圧が飽和して、ノイズを正確に測定することが難しくなる。例えば、タッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)のそれぞれで同じ増幅器ゲインと同じアナログ積分回数で積分器に蓄積するとき、ノイズ測定期間(TT2)にノイズが上昇しても、アナログ積分器の出力電圧が飽和されてADCから出力されたデジタルデータの値が飽和することができる。
本発明は、タッチ入力センシング期間(TT1)に比べて、ノイズ測定期間(TT2)の可変ゲイン増幅器のゲインを下げるか、アナログ積分器の積分回数を下げてノイズ測定範囲を広げる。また、本発明は、二つの方法を一緒に適用して、ノイズ測定期間(TT2)の可変ゲイン増幅器のゲインを下げ、アナログ積分器の積分回数を下げてノイズ測定範囲を広げることができる。ここで、本発明は、ノイズ測定期間(TT2)のアナログ積分器の積分回数を下げる一方で、デジタル積分回数を増加させて、デジタルデータの値を大きくすることができる。
タッチセンサ制御部114は、タッチ入力を判定するために、タッチセンシングアルゴリズムを実行する。タッチセンシングアルゴリズムは、タッチ入力センシング期間(TT1)の間、ADC117から受信されたタッチデータを予め設定されたしきい値と比較して、その比較結果に基づいて、タッチ入力位置を判定し、タッチ入力のそれぞれの識別コードと座標情報(XY)を出力する。
タッチセンサ制御部114は、予め設定されたパラメータを用いて、タッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)にセンシング部113の駆動条件を異なるように制御する。タッチセンサ制御部114は、センシング部113を制御して、ノイズ測定期間(TT2)の間に予め設定された動作方法に基づいて、タッチセンサ駆動周波数を変更する。
タッチセンサ駆動周波数はセンシング部113の動作周波数またはタッチセンサ駆動信号(VMOD)の周波数である。タッチセンサ駆動信号(VMOD)は、タッチセンサ(Cs)の電荷を供給する。センシング部113の動作周波数は、図6で可変ゲイン積分器(PREAMP)とアナログ積分器(INT)の駆動周波数である。センシング部113の動作周波数は、可変ゲイン積分器(PREAMP)とアナログ積分器(INT)からスイッチ素子(SWRP、SWRI SW1〜SW4)の周波数に調整することができる。このスイッチ素子(SWRP、SWRI SW1〜SW4)は、同じ周波数で互いに同期されてon/offされる。以下のタッチセンサのノイズ測定方法で説明されるタッチセンサ駆動周波数は、スイッチ素子(SWRP、SWRI SW1〜SW4)の動作周波数を意味する。
タッチセンサ制御部114は、マイクロコントロールユニット(Micro Control Unit、以下「MCU」と称する)に実現されることができる。タッチセンサ制御部114は、予め設定されたパラメータに基づいて、図6のゲイン調整部116を制御して、タッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)で可変ゲイン積分器(PREAMP)のゲインを調整する。そしてタッチセンサ制御部114は、予め設定されたパラメータに基づいて、タッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)でデジタル積分器の積分回数を調整する。
図4A〜図4Cは、ディスプレイ期間(TD)とタッチセンサ駆動期間(TT)を示す図である。図5は、ディスプレイ期間(TD)とタッチセンサ駆動期間(TT)の間、画素アレイの信号配線に印加される信号を示す波形図である。図5において、S1及びS2は、データライン101であり、G1及びG2はゲートライン103である。
図4A〜図5を参照すると、ディスプレイ駆動回路(102、104、106)は、ディスプレイ期間(TD)の間に入力映像のデータを表示パネルの画素に記入する。タッチセンサ駆動部110は、タッチ同期信号(TSYNC)に応答して、ディスプレイ期間(TD)の間に、タッチ入力をセンシングしない。ディスプレイ駆動回路(102、104、106)は、タッチセンサ駆動期間(TT)の間の画素に充電されたデータ電圧(Vdata)を維持させる。
データ駆動部102は、タイミングコントローラ106の制御下にタッチセンサ駆動期間(TT)の間のデータライン101にタッチセンサ駆動信号と同位上の交流信号(LFD)を供給することができる。交流信号(LFD)の電圧は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の電圧と同じ電圧に設定されることができる。このような交流信号(LFD)により現在駆動されるセンサ配線111とデータライン101との間の電圧差を最小化して、それらの間の寄生容量を低減することができる。他の実施の形態において、データ駆動部102は、タイミングコントローラ106の制御下にタッチセンサ駆動期間(TT)の間に、自分の出力チャネルとデータライン101との間の電流パスを遮断して、出力チャンネルをハイ・インピーダンス(high impedence)状態に維持することができる。
ゲート駆動部104は、タイミングコントローラ106の制御下にタッチセンサ駆動期間(TT)の間にゲートライン103にタッチセンサ駆動信号と同位上の交流信号(LFD)を供給することができる。交流信号(LFD)の電圧は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)に対して同じ位相を有する同じ電圧または類似の電圧に設定されることができる。このような交流信号(LFD)により現在駆動されるセンサ配線111とゲートライン103との間の電圧差を最小化して寄生容量を低減することができる。
ゲートライン103に印加される交流信号(LFD)は、タッチセンサ駆動期間(TT)に画素のTFTがオフの状態を維持しなければならないのでタッチセンサ駆動信号よりも低い電圧レベルに設定されることができる。例えば、タッチセンサ駆動信号が2Vから8Vの電圧を有するパルス信号であれば、ゲートラインに印加される交流信号(LFD)は−10から−4Vの大きさを有するパルス信号であることができる。ゲートライン103に印加される交流信号は、タッチセンサ駆動信号より低い電圧レベルであるが、タッチセンサ駆動信号と同じ位相であり、同じ電圧のスイング幅を有する。
他の実施の形態において、ゲート駆動部104は、タイミングコントローラ106の制御下にタッチセンサ駆動期間(TT)の間に、自分の出力チャンネルとゲートライン103との間の電流パスを遮断して、その出力チャンネルをハイ・インピーダンス状態に維持することができる。
マルチプレクサ112を介してセンシング部113に接続されたMUXチャネルのセンサ配線111にタッチセンサ駆動(VMOD)が印加され、センシング部113に接続されないセンサ配線111に交流信号(LFD)が印加されることができる。このような交流信号(LFD)により現在駆動される隣接したセンサ配線111との間の寄生容量を低減することができる。
タッチセンサ駆動信号(VMOD)はハイ電圧(VREFH)とロー電圧(VREFL)の間でスイングすることができる。タッチセンサ駆動信号(VMOD)は表示パネル100の設計仕様に応じて適宜設定される。タッチセンサ駆動信号(VMOD)はVCC、VDD、共通電圧、データ駆動電圧とゲート電圧等の表示パネル100の駆動に必要な電圧を考慮して、適切な電圧に発生される。
タッチセンサ駆動部110は、ディスプレイ期間(TD)の間の画素の共通電圧(Vcom)をセンサ配線111を介してタッチセンサ(Cs)の電極に供給する。タッチセンサ駆動部110は、タッチセンサ駆動期間(TT)のタッチ入力センシング期間(TT1)の間、タッチ入力をセンシングする。マルチプレクサ112は、タッチセンサ制御部114の制御下にセンシング部113に接続されるタッチセンサ(Cs)をMUXチャンネルごとに選択する。センシング部113は、マルチプレクサ112を介してタッチセンサ(Cs)と順次接続されてタッチセンサのそれぞれでタッチ入力前後の電荷変化量をセンシングする。図3及び図4Aにおいて数1〜10は、マルチプレクサ112のMUXチャンネル別に接続されるタッチセンサ(Cs)を示します。マルチプレクサ112が10:1マルチプレクサである場合に、マルチプレクサ112のそれぞれは、タッチ入力センシング期間(TT1)の間、第1MUXチャンネル(CH1)と第1センサ配線111を介して、第1グループのタッチセンサ1をセンシング部113に接続した後、第2MUXチャンネル(CH2)と第2センサ配線111を介して第2グループのタッチセンサ2をセンシング部113に接続する。このような方法で、マルチプレクサ112のそれぞれは、タッチ入力センシング期間(TT1)の間の第2MUXチャンネル(CH2)に続いて、第3〜第10MUXチャンネル(CH3〜CH10)を順次センシング部113に接続して、第3〜第10グループのタッチセンサ(3〜10)をセンシング部113に接続する。
タッチセンサ駆動部110は、ノイズ測定期間(TT2)の間に、外部からのタッチセンサ(Cs)に流入されたノイズを測定し、ノイズレベルに応じて、タッチセンサ駆動周波数を変更する。マルチプレクサ112のそれぞれは、ノイズ測定期間(TT2)の間に2つ以上のMUXチャネル(CH1〜CH10)と複数のセンサ配線111を介して複数グループのタッチセンサ(1−10)を同時にセンシング部113に接続する。
タッチセンサ駆動部110は、タッチ入力をセンシングするMUXチャンネル以外の他のMUXチャネルを介し、センサ配線111にLFD信号を供給することができる。LFD信号は、センサ配線111との間の寄生容量を最小化にする。
タッチセンサ駆動部110は、タッチ入力の座標を予め設定されたタッチレポートレート(Touch Report rate)で発生する。タッチセンサ駆動部110は、タッチレポートレートと同じ周波数のレポートレート(Report rate)でタッチセンサのノイズ測定値を出力することができるが、これに限定されない。
タッチセンサ駆動期間(TT)の間に表示パネル100の寄生容量を減らすために、前述したように、データライン101、ゲートライン103、センサ配線111などに交流信号(LFD)が印加することができる。この交流信号(LFD)は、タッチセンサ駆動信号の位相、電圧と同じ信号で発生され得るが、これに限定されない。たとえば、タッチ入力センシング期間(TT)の間に表示パネル100の寄生容量を低減する効果を得ることができ、タッチセンサ駆動信号と類似である信号であれば、どのような形の交流信号(LFD)を用いても良い。交流信号(LFD)を表示パネル100の配線(101、103、111)に印加すると、表示パネル100の負荷とRC遅延等により表示パネル100の位置に基づいて信号遅延量が変わって表示パネル100で測定された交流信号の遅延、振幅(電圧の大きさ)などが異なる場合があります。表示パネル100の負荷およびRC遅延を考慮して、交流信号(LFD)は表示パネル100の位置に応じて様々な波形、電圧で適切に設定することができる。
ノイズ測定期間(TT2)は、タッチセンサ駆動期間(TT)内で図4Aに示すように、タッチ入力センシング期間(TT1)の後ろに配置されたり、図4Bに示すように、タッチ入力センシング期間(TT1)の前に割り当てることができる。ノイズ測定期間(TT2)は、図4Cのように、タッチセンサ駆動期間(TT)内でタッチ入力センシング期間(TT1)の前後に分かれて割り当てることができる。ノイズ測定期間(TT2)は、複数の期間(A〜B)に分割しても良い。
A期間、B期間、C期間、D期間のそれぞれに同じ周波数でタッチセンサ駆動周波数が設定されることができる。これとは異なり、A、B、C、D期間に互いに異なる周波数でのタッチセンサ駆動周波数を設定される。タッチセンサ駆動部110は、ノイズ測定期間(TT2)にタッチセンサのノイズを測定し、互いに異なる周波数で測定されたノイズの内から相対的にノイズが最小である周波数でタッチセンサ駆動周波数を変更する。タッチセンサ駆動部110は、ノイズ測定期間(TT2)内でタッチセンサ駆動周波数を変更することができる。
図6〜図8は、タッチ入力センシング期間(TT1)でタッチセンサ駆動部110の動作を示す図である。
図6は、センシング部113の回路構成とタッチ入力センシング期間の動作を示す回路図である。図6の例においては、センシング部113が第1チャンネル(CH1)に接続されたタッチセンサ(Cs)を介してタッチ入力をセンシングする動作を示してくれる。このとき、第1MUXチャンネル(CH1)以外の他のMUXチャネル(CH2〜CH10)に接続されたセンサ配線111にタッチセンサ駆動信号と同じ位相の交流信号(LFD)が供給される。タッチ入力をセンシングするとき、マルチプレクサ112は、MUXチャンネルをセンシング部113に順次接続する。図7は、図6に示された積分器の動作を示す波形図である。図8は、図6に示された電荷消去部の動作を示す波形図である。センシング部113の回路構成は、図6に限定されない。図6において、TSPはタッチセンサで構成されたタッチスクリーンを意味する。タッチICは、タッチセンサ駆動部110が集積されたIC(Integrated Circuit)を意味する。
タッチセンサ駆動部110のアナログ回路は、可変ゲイン増幅器(PREAMP)とアナログ積分器(INT)を含む。アナログ積分器(INT)の出力端にはADC117が接続される。
可変ゲイン増幅器(PREAMP)は、タッチセンサに接続されたセンサ配線111上の信号を増幅する。可変ゲイン増幅器(PREAMP)は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立上り期間に電荷量を増幅することができる。タッチセンサ制御部114は、タッチ入力センシング期間(TT1)にタッチセンサ駆動信号(VMOD)を可変ゲイン増幅器(PREAMP)の非反転入力端子(+)に供給し、ノイズ測定期間(TT2)に所定の直流基準電圧(VREFL)を可変ゲイン増幅器(PREAMP)の非反転入力端子(+)に供給する。
可変ゲイン増幅器(PREAMP)はゲイン調整部116によって、そのゲインが調整される。ゲイン調整部116は、デジタルゲインデータを可変ゲイン増幅器(PREAMP)に供給して可変ゲイン増幅器(PREAMP)のゲインを調整する。タッチセンサ制御部114の制御によるタッチ入力センシング期間(TT1)の間、可変ゲイン増幅器(PREAMP)のゲインをノイズ測定期間(TT2)より高く設定する。タッチ入力センシング期間(TT1)の間、センシング部113に同時に接続されるMUXチャンネルの数少ないため、MUXチャンネルを介して受信された電荷量が少ない。したがって、可変ゲイン増幅器(PREAMP)は、ノイズ測定期間(TT2)に比べて、さらに高いゲインでタッチ入力センシング期間(TT1)の間に受信されるタッチセンサ信号を増幅する。
可変ゲイン増幅器(PREAMP)の入力端子に電荷消去部(ACR)が接続され得る。電荷消去部(ACR)は、タッチセンサ信号の変化幅を適切に減らす。この電荷消去部(ACR)は省略することができる。
タッチセンサ駆動信号(VMOD)は、自己容量型タッチセンサ(Cs)の場合に、図6のように可変ゲイン増幅器(PREAMP)の基準電圧端子、すなわち、非反転入力端子(+)に印加される。図23〜図26のような相互容量型タッチセンサ(Cm)の場合、タッチセンサ駆動信号(VMOD)はTxラインに直接印加される。
可変ゲイン増幅器(PREAMP)は、第1増幅器(OPP)、フィードバックキャパシタ(CFBP)、及びリセットスイッチ(SWRP)を含む。第1増幅器(OPP)は、図6のようにシングルエンド増幅器(Single-ended Amplifier)であり得る。
第1増幅器(OPP)の反転入力端子(−)と出力端子との間にフィードバックキャパシタ(CFBP)とリセットスイッチ(SWRP)が並列に接続される。第1増幅器(OPP)の非反転入力端子(+)に基準電圧(VREFP)としてタッチセンサ駆動信号(VMOD)が供給される。第1増幅器(OPP)のゲイン制御端子は、ゲイン調整部116の出力端子に接続される。
タッチセンサ駆動信号(VMOD)はVREFHとVREFLの間でスイングする。タッチセンサ駆動信号(VMOD)によりタッチセンサ(Cs)に電荷が供給されるので、タッチ入力の前後タッチセンサの電荷量を知ることができる。電荷消去部が動作しないとき可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧(VOUTP)は、以下の数1で示される。
Figure 2018005916
ここで、CFINは、指または伝導体とタッチセンサとの間の容量である。
アナログ積分器(INT)は、可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧(VOUTP)とアナログ積分器(INT)の基準電圧(VREFI)との差を、自己のゲインα=Cs/CFBIで増幅して駆動信号の印加回数だけサンプリングされた電圧をキャパシタ(CFBI)に蓄積して積分する。ここで、Csは、サンプリングキャパシタの容量であり、CFBIはアナログ積分器(INT)のフィードバックキャパシタ容量である。
アナログ積分器(INT)において、タッチ入力センシング期間(TT1)の積分回数は、ノイズ測定期間(TT2)よりおおく制御される。タッチセンサ駆動信号(VMOD)の周波数は、タッチセンサ制御部114によって調節することができる。
図6に示されたアナログ積分器(INT)は、DI(Delta Integration)とDS(Double sampling)に可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧(VOUTP)を累積する。DIは、タッチデータと非タッチデータの差だけ積分する手法である。DSはタッチセンサに印加される駆動信号の立がり立上り(rising)期間と立下がり(falling)期間で可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧(VOUTP)をサンプリングする。本発明のアナログ積分器(INT)は、DSによって回路面積が増加しないようにシングルエンド増幅器を用いて、DSを実現することができる。
アナログ積分器(INT)は、第1サンプリング回路(SCC1)、第2サンプリング回路(SCC2)、積分キャパシタ(CFBI)、第2増幅器(OPI)などを含む。
第2増幅器(OPI)の反転入力端子(−)には、第1及び第2サンプリング回路(SCC1、SCC2)が接続される。第2増幅器(OPI)の反転入力端子(−)と出力端子との間には、リセットスイッチ(SWRI)とフィードバックキャパシタ(CFBP)が接続される。第2増幅器(OPI)の非反転入力端子(+)には基準電圧(VREFI)が供給される。
第1及び第2のサンプリング回路(SCC1、SCC2)の基準電圧(VREFIH、VREFIL)は、非タッチ(No Touch)入力状態のときの可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧(VOUTP)のような電圧に設定される。第1及び第2サンプリング回路(SCC1、SCC2)の基準電圧(VREFI)は、第2増幅器(OPI)の基準電圧(VREFI)と同じである。したがって、アナログ積分器(INT)は、タッチ入力時の電圧と非タッチ状態の電圧との間の差だけ積分する。その結果、積分キャパシタ(CFBI)の容量を増やすことなく、アナログ積分器(INT)の積分回数が増加することができる。
第1サンプリング回路(SCC1)は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立上り期間にVOUTPをサンプリングする。第1サンプリング回路(SCC1)は、第1aスイッチ(SW11)、第1bスイッチ(SW12)、第2aスイッチ(SW21)、第2bスイッチ(SW22)、及び第1サンプリングキャパシタ(CS1)を含む。第1a及び第1bスイッチ(SW11、SW12)は、図7に示された第1スイッチ制御信号(SW1)に応答してオン/オフされる。第2a及び第2bスイッチ(SW21、SW22)は、第2スイッチ制御信号(SW2)に応答してオン/オフされる。図7に示されたスイッチ制御信号(SWRP、SWRI、SW1、SW2、SW3、SW4)は、タッチセンサ制御部114で発生することができる。
第1a及び第1bスイッチ(SW11、SW12)は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立上り期間以前に同時にターン−オン(turn-on)されてVOUTPを第1サンプリングキャパシタ(CS1)に供給して立上り期間でタッチセンサ(Cs)の電荷量をサンプリングする。第2a及び第2bスイッチ(SW21、SW22)は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立上り期間内で第1a及び第1bスイッチ(SW11、SW12)がターン−オフされた後、ターン−オンされる。第2a及び第2bスイッチ(SW21、SW22)は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立上り期間内でVOUTPを第2増幅器(OPI)のフィードバックキャパシタ(CFBI)に供給する。
タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立上り期間にサンプリングされた電圧は、VOUTP−VREFIHある。VOUTPが非タッチである状態で可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧V1であり、VREFIHをV1で設定すると、VOUTP−VREFIH=V1−V1=0である。タッチ入力が発生した場合、VOUTPがVREFIHより大きくなる。
第2サンプリング回路(SCC2)は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立下り期間にVOUTPをサンプリングする。第2サンプリング回路(SCC2)は、第3aスイッチ(SW31)、第3bスイッチ(SW32)、第4aスイッチ(SW41)、第4bスイッチ(SW42)、及び第2サンプリングキャパシタ(CS2)を含む。第3a及び第3bスイッチ(SW31、SW32)は、図7に図示された第3スイッチ制御信号(SW3)に応答してオン/オフされる。第4a及び第4bスイッチ(SW41、SW42)は、第4スイッチ制御信号(SW4)に応答してオン/オフされる。第3a及び第3bスイッチ(SW31、SW32)は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立上り期間の前にターン−オンされ、第2サンプリングキャパシタ(CS2)の電圧をVREFIL−VREFIに初期化する。第4a及び第4bスイッチ(SW41、SW42)は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立下り期間の前にターン−オンされてVOUTPを第2サンプリングキャパシタ(CS2)を介してフィードバックキャパシタ(CFBI)に供給する。タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立下がり期間にサンプリングされた電圧は、VREFIL−VOUTPある。VOUTPが非タッチのときに可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧V2であり基準電圧(VREF2)がV2で設定されるとVREFI2−VOUTP=V2−V2=0である。タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立下がり期間でタッチ入力が発生した場合、VOUTPは負極性の電圧であるため、VREFILよりさらに低くなる。
本発明は、アナログ積分器(INT)を、図6のように構成して、アナログ積分器(INT)でタッチ電圧と非タッチ電圧の差だけ積分し、第1サンプリング回路(SCC1)と第2サンプリング回路(SCC2)が交互に、入力電圧をサンプリングすることにより、第2増幅器(OPI)でダブルサンプリングを実現することができる。本発明のアナログ積分器(INT)は、図6のような回路に限定されない。例えば、本発明の積分器は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の立上り期間と立下がり期間にのみ入力電圧を蓄積するさらに簡単な回路で実現することができる。
大画面表示パネルのようにタッチセンサの容量値が大きければ、可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧(VOUTP)が大きくなり、これにより、VOUTPがタッチICの規格で定義された許容範囲を超えて飽和(saturation)することができる。この場合、タッチ入力と非タッチ状態でVOUTPが同じかほぼ類似するので、タッチ入力を判定するのは容易ではない。電荷消去部(ACR)は、タッチセンサの電荷量を適切に調節するために適用することができる。
電荷消去部(ACR)は、1つ以上のキャパシタ(CC、CF)、第1及び第2スイッチ(SWA、SWB)を含む。
キャパシタ(CC、CF)の一側電極は、第1スイッチ(SWA)を介して第1増幅器(OPP)の反転入力端子(−)に接続される。また、キャパシタ(CC、CF)の一側電極は、第2スイッチ(SWB)を介して第1増幅器(OPP)の非反転入力端子(+)に接続される。キャパシタ(CC、CF)の他側電極にタッチ入力センシング期間(TT1)の間の電荷消去用パルス信号(VCR_C、VCR_F)が供給される。図8でVCRは、図6に示されたVCR_C、VCR_Fを示す。
第1及び第2スイッチ(SWA、SWB)は、図8のようにタッチセンサ制御部114の制御下に交互にターン−オン(turn-on)されて、互いに逆のスイッチングされる。つまり、第1及び第2スイッチ(SWA、SWB)は、互いに逆位相のスイッチ制御信号に応答していずれか1つのスイッチがターン−オン(turn-on)されるとき、他のスイッチがターン−オフ(turn-off)される。
電荷消去用パルス信号(VCR_C、VCR_F)の立下がりエッジ(falling edge)より先のタイミングで、第1スイッチ(SWA)がターン−オンされるとともに、第2スイッチ(SWB)は、ターン−オフされる。第1スイッチ(SWA)のオン(on)状態で電荷消去用パルス信号(VCR_C、VCR_F)が立下がり、このような立下がり回数が増加するほど、出力電圧(Vout)調整値の累積回数は増加することになる。
電荷消去部(ACR)が動作する場合、可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧(VOUTP)は、以下の数2で示される。電荷消去部(ACR)は、数2から分かるように、タッチICの規格で定義された許容範囲を考慮して、タッチICサイズを増加させることなくでもADCに入力される入力電圧範囲を満たす範囲内で増幅器(PREAMP)とアナログ積分器(INT)の出力電圧を低減することができる。
Figure 2018005916
ここで、CCRはキャパシタ(CC、CF)の容量である。CSは、タッチセンサ(Cs)の容量である。nは電荷消去用パルス信号(VCR_C、VCR_F)の回数である。
アナログ積分器(INT)の出力電圧は、ADC117に入力されてデジタルデータに変換される。ADC117から出力されたタッチデータは、デジタル積分器115を介してタッチセンサ制御部114に入力される。デジタル積分器115は、ADC117から入力されたタッチデータを予め設定されたデジタル積分回数だけ加え、タッチデータのデジタル値を大きくする。タッチ入力センシング期間(TT1)のデジタル積分回数は、タッチセンサ制御部114によってノイズ測定期間(TT2)より小さく制御することができる。アナログ積分回数とデジタル積分回数は表示パネル100の大きさ、電源電圧の大きさ、表示パネル100の駆動条件等を考慮して適切に分配することができる。
図9は、ノイズ測定期間(TT2)で、本発明の第1実施の形態に係るタッチセンサ駆動部110の動作を示す図である。
図9を参照すると、本発明は、ノイズ測定期間(TT2)の間、短い時間ですべてのタッチセンサ(Cs)のノイズを測定するために、ノイズ測定期間(TT2)に2つ以上のMUXチャンネルをセンシング部113に同時に接続する。図9は、マルチプレクサ112は、すべてのMUXチャンネル(CH1〜CH10)をセンシング部113に同時に接続された例であるが、本発明はこれに限定されない。
センシング部113は、ノイズ測定期間(TT2)の間にタッチ入力センシング期間(TT1)と同様にタッチセンサ駆動信号(VMOD)を発生する。ノイズ測定期間(TT2)の間にタッチセンサ駆動信号(VMOD)の周波数は、周波数別ノイズを測定するために、タッチ入力センシング期間(TT1)の周波数を含む様々な周波数で発生される。
センシング部113は、ノイズ測定期間(TT2)の間に、2つ以上のチャンネル(CH1〜CH10)を一つの可変ゲイン増幅器(PREAMP)に同時に接続して、2つ以上のセンサ配線111に接続されたタッチセンサ(Cs)を介して外部環境から流入するノイズを同時に測定する。このため、マルチプレクサ112は、2つ以上のチャンネル(CH1〜CH10)を短絡(short circuit)させて可変ゲイン増幅器(PREAMP)の反転入力端子(−)に接続する。
可変ゲイン増幅器(PREAMP)の非反転入力端子には、ノイズ測定期間(TT2)の間にタッチセンサ駆動信号(VMOD)が入力される。したがって、ノイズ測定期間(TT2)の間にセンサ配線111にタッチセンサ駆動信号(VMOD)により電荷が供給される。
ノイズ測定期間(TT2)の間、センシング部113に同時に接続されるMUXチャンネルの数が多いため、MUXチャネル(CH1〜CH10)を介して受信された可変ゲイン積分器(PREAMP)に受信される電荷量が多い。本発明は、ノイズ測定期間(TT2)の間に受信される多くの電荷量により飽和されないように可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力を下げる。可変ゲイン増幅器(PREAMP)はゲイン調整部116によってタッチ入力センシング期間(TT1)に比べてノイズ測定期間(TT2)でさらに低い値に制御される。
アナログ積分器(INT)は、ノイズ測定期間(TT2)の間に可変ゲイン増幅器(PREAMP)により増幅された電圧を累積してADC117に伝送する。ノイズ測定期間(TT2)の間にアナログ積分器(INT)の積分回数は、タッチ入力センシング期間(TT1)のアナログ積分器の積分回数に比べて、さらに少なく制御することができる。ノイズ測定感度を高めるために、アナログ積分回数が減少されるだけ、デジタル積分回数が増加することができる。たとえば、タッチ入力センシング期間(TT1)の間、アナログ積分回数とデジタル積分回数がそれぞれ5回で設定することができる。これに比べ、ノイズ測定期間(TT2)の間にアナログ積分回数は3回に減少される一方で、デジタル積分回数は7回に増加することができる。アナログ積分回数とデジタル積分回数は、特定の回数で限定されない。前述したように、アナログ積分回数とデジタル積分回数は表示パネル100の大きさ、電源電圧の大きさ、表示パネル100の駆動条件等を考慮して適切に調整することができる。
センシング部113は、ノイズ測定期間(TT2)の間にアナログ積分器(INT)から出力されたアナログ電圧をADC117を介してデジタルデータに変換する。タッチセンサ制御部114は、ノイズ測定期間(TT2)の間にデジタルデータを、現在のノイズとして受信してメモリに予め指定された以前のノイズと比較して、現在のノイズが以前ノイズより高い時、タッチセンサ駆動周波数を変更する。一方、タッチセンサ制御部114は、測定されたノイズが小さいと、現在のタッチセンサ駆動周波数を維持する。
図10は、ノイズ測定期間(TT2)において、本発明の第2実施の形態に係るタッチセンサ駆動部110の動作を示す図である。
図10を参照すると、この実施の形態は、ノイズ測定期間(TT2)の間にタッチセンサの電荷を排除し、指や導電体を介して流入される電荷量だけでノイズを測定するためにタッチセンサ駆動信号(VMOD)を発生しない。
センシング部113は、ノイズ測定期間(TT2)の間の周波数別のノイズを測定するために、タッチ入力センシング期間(TT1)の周波数と同じ周波数を含むさまざまな周波数で駆動される。ここで、周波数はセンシング部113の動作周波数である。センシング部113の動作周波数は、可変ゲイン増幅器(PREAMP)とアナログ積分器(INT)の周波数、すなわち、スイッチ素子(SWRP、SWRI、SW1〜SW4)の周波数である。
センシング部113は、ノイズ測定期間(TT2)の間に、2つ以上のチャンネル(CH1〜CH10)を一つの可変ゲイン増幅器(PREAMP)に接続して、2つ以上のセンサ配線111に接続されたタッチセンサ(Cs)を介して外部環境から流入するノイズを同時に測定する。このため、マルチプレクサ112は、2つ以上のチャンネル(CH1〜CH10)を短絡させ、可変ゲイン増幅器(PREAMP)の反転入力端子(−)に接続する。したがって、ノイズ測定期間(TT2)の間、指や導電体を介してタッチセンサに流入される電荷のみが可変ゲイン増幅器(PREAMP)に入力される。
センシング部113は、ノイズ測定期間(TT2)の間、指や導電体を介して流入される電荷量だけ増幅するために、可変ゲイン増幅器(PREAMP)の非反転入力端子(+)にロー電圧(VREFL)が入力される。ロー電圧(VREFL)は0Vより高く、電源電圧(VDD)より低い直流電圧に設定することができる。VDDは3.3V〜12Vの間の電源電圧である。
この実施の形態は、ノイズ測定期間(TT2)の間、可変ゲイン増幅器(PREAMP)と電荷消去部(ACR)のキャパシタに(CC、CF)に入力される基準電圧を0Vに固定して、タッチセンサを介して入力されるノイズを測定する。アナログ積分器(INT)は、タッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)で同様に動作し、可変ゲイン増幅器(PREAMP)により増幅されたノイズ電圧を蓄積してADCに伝送する。
センシング部113は、ノイズ測定期間(TT2)の間、アナログ積分器(INT)から出力されたアナログ電圧をADCを介してデジタルデータに変換する。タッチセンサ制御部114は、ノイズ測定期間(TT2)の間、デジタルデータを、現在のノイズとして受信してメモリに予め指定された以前のノイズと比較して、現在のノイズが以前ノイズより高い時、タッチセンサ駆動周波数を変更する。反面、タッチセンサ制御部114は、ノイズ測定期間(TT2)の間、測定されたノイズが小さいと、現在のセンシング部駆動周波数すなわちタッチセンサ駆動周波数を維持する。
電荷消去部(ACR)が動作しないとき可変ゲイン増幅器(PREAMP)の出力電圧(VOUTP)は、以下の数3に示される。
Figure 2018005916
ここで、CFINは指または導電体とタッチセンサとの間の容量である。ΔVnoiseは、指または導電体を介して流入される電荷により発生する可変ゲイン増幅器(PREAMP)の入力電圧である。
図11A〜図11Gは、ノイズ測定期間の間にセンシング部の様々なチャンネルショート例を示す図である。マルチプレクサ112は、タッチセンサ制御部114の制御下に図11A〜図11Gに示すように、複数のMUXチャネル(CH1〜CH10)をさまざまな方法でセンシング部113に同時に接続することができる。
図12及び図13は、タッチ入力センシング期間とノイズ測定期間でマルチプレクサ制御方法を示す波形図である。
図12及び図13において、PWM_TXは、図9の実施の形態で、タッチセンサ駆動信号(VMOD)であり、F0とF1は、タッチセンサ駆動信号(VMOD)の周波数である。図10の実施の形態において、センサ配線111にタッチセンサ駆動信号(VMOD)が印加されない。図10の実施の形態の場合、図12及び図13で“F0”及び“F1”ははセンシング部113の動作周波数、すなわち、スイッチ素子(SWRP、SWRI SW1〜SW4)の周波数である。
MUX[1]〜MUX[8]は、第1〜第8MUXチャンネル(CH1〜CH8)のオン/オフのタイミングである。MUX[1]から〜MUX[8]がハイレベルであるとき、当該MUXチャンネルのセンサ配線111がセンシング部113に接続される。図12は、図11Cのように、タッチスクリーン(TSP)で奇数番目行のタッチセンサ(Cs)に接続されたMUXチャネルが同時にターン−オンされた後、偶数番目の行のタッチセンサ(Cs)に接続されたMUXチャンネルが同時にターン−オンされる例である。同時にターンオンされるMUXチャンネルを通じて複数のセンサ配線が短絡され、センシング部113のチャンネルに一緒に接続される。図13は、図11Fのように、タッチスクリーン(TSP)においてすべてのMUXチャンネルが同時にターン−オンされる例である。マルチプレクサ112の制御方法は、図12及び図13に限定されない。タッチセンサ制御部114は、マルチプレクサ112を制御して図11A〜図11Gのように様々な形で複数のタッチセンサ(Cs)をセンシング部113に接続することができる。ノイズ測定時、同時にすべてのMUXチャンネルを短絡しない場合、センシング部113に接続されないセンサ配線111に交流信号(LFD)が印加されることができる。
図14は、本発明の実施の形態に係るノイズ測定方法の制御手順を示すフローチャートである。図15A〜図15Cは、タッチセンサ駆動周波数の変化に応じて測定されるノイズを示す図である。
図14〜図15Cを参照すると、タッチセンサ制御部114は、ノイズ測定周波数を選定し(S1)、ノイズ測定期間(TT2)の間に選定された周波数の各々でノイズを測定する(S2)。本発明は、毎フレーム期間ごとにノイズ測定を行うことができ、特定の時間周期、例えば数秒周期に1回タッチセンサのノイズ測定を行うことができる。ノイズ測定周波数はセンシング部113の動作周波数であるか、ノイズ測定のために、タッチ電極に印加されるタッチセンサ駆動信号(VMOD)の周波数である。
タッチセンサ制御部114は、ノイズ測定周波数のそれぞれで測定されたノイズ値をメモリに貯蔵し、ノイズが最も小さい周波数を選択する(S3)。そしてタッチセンサ制御部114は、ノイズ測定周波数の内、ノイズが最小の周波数でタッチセンサ駆動周波数を変更して、タッチ入力センシング期間(TT1)の間、タッチ入力をセンシングする(S4)。
ノイズの周波数とタッチセンサ駆動周波数に応じて図15A〜図15Cのように、タッチセンサに流れる外部環境のノイズレベルが異なることがある。例えば、図15A〜図15Cのように、タッチセンサ駆動周波数がSWRP(1)のとき、SWRP(2)、SWRP(3)より、外部環境から流入するノイズの電荷量(ΔQ)がさらに大きくなる。この場合、本発明は、タッチセンサ駆動周波数をSWRP(2)またはSWRP(3)に調整して、タッチセンサを駆動する。
図16及び図17は、ノイズ測定期間の様々な例である。
1フレーム期間は、図16のようにディスプレイ期間(TD)とタッチセンサ駆動期間(TT)に時分割されることができる。1フレーム期間内でディスプレイ期間(TD)が複数に分離され図17のように分割されたディスプレイ期間(TD)の間にタッチセンサ駆動期間(TT)が配置されることができる。図16及び図17でMUX1〜MUXNは、タッチセンサ駆動期間(TT)のタッチ入力センシング期間(TT1)の間順次選択されたMUXチャネルである。NM1〜NMnはノイズ測定期間(TT2)の間、センシング部113に同時に接続されるN(Nは2以上のせいの整数)個のMUXチャンネルである。NM1〜NMnそれぞれのノイズ測定周波数が異なる周波数で発生することができる。周波数の変更方法は、一定の間隔で増加または減少させる方法、例えば、50kHz〜200kHzの範囲で10kHzずつ増加または減少させることができる。たとえば、NM1=50kHz、NM2=60kHz、・・・、NMn=200kHzなどで周波数がノイズ測定期間(TT2)に可変することができる。
別の実施の形態では、予め選定された特定の周波数がNM1〜NMnの周波数に選定することができる。たとえば、NM1=50kHz、NM2=80kHz、NM3=90kHz、NM4=100kHz、NM5=120kHz、NMn=130kHzなどで周波数が可変されることができる。ノイズ測定期間の周波数の内、1つ以上がタッチ入力センシング期間(TT1)のタッチセンサ駆動周波数と同じ周波数を含む。
ノイズ測定期間(TT2)のNM1〜NMnのそれぞれにおいてセンシング部113に同時に接続されるMUXチャンネル数に応じて、1つの周波数ですべてのタッチセンサのノイズ測定に必要な時間が異なる場合がある。ノイズ測定のために、互いに異なるノイズ測定用の周波数をマルチプレクサ112を介して、センサ配線111に印加し、各周波数でのノイズを測定する一つのノイズ判断期間(NMP)は、図18A〜図20のように1フレーム期間より長いことができる。
図18A〜図18CにおいてFA(FA1〜FA3)、FB(FB1〜FB3)、FC(FC1〜FC3)は、ノイズ測定のために、互いに異なるノイズ測定用の周波数で発生されるタッチセンサ駆動周波数である。一つのサブノイズ測定期間(NM)の内で、すべてのMUXチャンネルがセンシング部113に接続されると、図18Aのように一つのサブノイズ測定期間(NM1)の間に、特定の周波数(FA)ですべてのタッチセンサのノイズが測定される。一つのサブノイズ測定期間(NM)の内で、すべてのMUXチャンネルの1/2をセンシング部113に接続されると、図18Bのように2つのサブノイズ測定期間(NM1、NM2)の間、特定の周波数(FA1、FA2)で、すべてのタッチセンサのノイズが測定される。一つのサブノイズ測定期間(NM)の内で、すべてのMUXチャンネルの1/3をセンシング部113に接続すると、図18Cのように三つのサブノイズ測定期間(NM1、NM2、NMn)の間、特定の周波数(FA1、FA2、FA3)ですべてのタッチセンサのノイズが測定される。図18A〜図18Cにおいてノイズ判断期間(NMP)は、予め選定された複数のノイズ測定用の周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期である。ノイズ判断期間(NMP)の間に予め選定されたすべての周波数のノイズ測定周波数のそれぞれについて、タッチセンサのノイズが測定され、このノイズの比較結果、ノイズの有無が判断される。ノイズ判断期間(NMP)は、1フレーム期間より長いことができるが、これに限定されない。
前述したように、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの駆動方法は、ノイズ測定期間(TT2)の間、タッチセンサ(Cs)のセンサ配線111を同時にセンシング部113に接続する。このタッチセンサの駆動方法は、複数のセンサ配線111がセンシング部113に同時に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動したり、前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサ配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定する。ノイズ測定期間(TT2)は、複数のサブノイズ測定期間(NM1〜NMn)を含む。サブノイズ測定期間(NM1〜NMn)の内、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なる。ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期(NMP)が表示装置の1フレーム期間以上である。
図19及び図20は、ノイズ測定方法の様々な例を示す図である。図19及び図20でFA〜FFは、ノイズ測定期間(TT2)でタッチセンサ(Cs)のノイズを測定するためのタッチセンサ駆動周波数である。CodeA〜CodeFはノイズ測定値として、周波数(FAからFF)のそれぞれでADCから出力されたノイズのデジタルコード値に得られる。
本発明は、ノイズレベルを予め設定された基準値と比較して、その結果に基づいて、ノイズがない場合、またはノイズがある場合に判断する。基準値は、1つまたは複数に設定することができる。例えば、基準値は、待機モード、ノーマルモードなど、表示装置の動作モードに応じて異なる値に選択されることができ、周囲の温度に応じて異なる値に選択することができる。基準値は、ユーザの入力に更新することができる。待機モードでは、最小限の回路のみ駆動され、消費電力を削減する動作モードである。待機モードの輝度はノーマルモードに比べて小さく制御することができる。ノーマルモードは、すべての回路が正常に駆動され、入力映像を再現しタッチ入力をセンシングする。
図19は、ノイズ測定値の絶対値を基準値と比較する方法である。基準値は、上限値と下限値に分かれることができる。上限基準値を(2047+10)とし、下限基準値を(2047−10)とするとき、ノイズ測定値(CodeA〜CodeF)が(2047−10)<ノイズ測定値<(2047+10)であれば、ノイズがない場合と判断される。反面、ノイズ測定値(CodeA〜CodeF)が(2047−10)以下であるか(2047+10)以上であれば、ノイズがある場合と判断される。タッチセンサ制御部114は、周波数(FA〜FF)のそれぞれで測定されたノイズの測定値をメモリに貯蔵して整列して、その中で最も少ないノイズの周波数を選択する。タッチセンサ制御部114は、ノイズがある場合、最も少ないノイズの周波数にタッチセンサ駆動周波数が変更される。
図20は、周波数の各々で連続的に測定されたノイズ測定値を演算し、その結果を基準値と比較する方法である。例えば、第1フレーム期間に測定された周波数A(FA)のノイズ測定値(CodeA)と第2フレーム期間に測定された周波数A(FA)のノイズ測定値(CodeA)があるとき、周波数A(FA)のノイズ測定値は、|codeA−codeA1|または|平均(codeA、codeA1)−codeA2|などの減算演算の結果として得られることができる。演算方法は、減算方法に以外の様々な方法が可能である。基準値は、上限値と下限値に分かれることができる。減算方法において上限基準値を10、下限基準値0で定めることができる。ノイズ測定値(|codeA−codeA1|または|平均(codeA、codeA1)−codeA2|)が0<ノイズ測定値<10である場合、ノイズがないと判断される。一方、ノイズ測定値(|codeA−codeA1|または|平均(codeA、codeA1)−codeA2|)が10以上であれば、ノイズがあると判断される。ノイズがある場合、以前に測定されたノイズの内で最も小さなノイズの周波数でタッチセンサ駆動周波数が変更される。
図21は、ノイズ測定結果に基づいて、周波数が変更される例を示して図である。
図21を参照すると、ノイズ測定期間の周波数から1つ以上がタッチ入力センシング期間(TT1)のタッチセンサ駆動周波数と同じ周波数を含む。タッチ入力センシング期間(TT1)のタッチセンサ駆動周波数と同じ周波数のノイズ測定の結果、ノイズがある場合であると判断されると、ノイズが最も少ない周波数でタッチセンサ駆動周波数を変更する。図21の例で、第4フレーム期間で現在のタッチセンサ駆動周波数でノイズが大きくなると、それ以前に貯蔵された第1〜第3フレーム期間のノイズ測定結果の内でノイズが最も少ない周波数で、現在のタッチセンサ駆動周波数を変更する。
図22は、タッチ入力センシング期間とノイズの測定期間に独立して設定されるパラメータの一例を示す図である。
図22を参照すると、前述したように、本発明は、タッチ入力センシング期間(TT1)にセンシング部113に同時に接続されたMUXチャネル数に比べてノイズ測定期間(TT2)の間、センシング部113に同時に接続されるMUXチャンネル数が多い。このようなMUXチャネル接続方法の違いにより、ノイズ測定期間(TT2)の間に、センシング部113をタッチ入力センシング期間(TT1)と同じ駆動条件で動作させると、ノイズ測定値が飽和して測定可能なノイズレベルが小さくなる。
本発明は、センシング部113の動作条件を定義したパラメータをタッチ入力センシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)のそれぞれにおいて独立的に設定して、タッチ入力センシング期間(TT1)でセンシングされたタッチセンシング値と、ノイズ測定期間(TT2)で測定されたノイズ測定値の感度を最適化する。図22の例で、Parameter set0は、タッチ入力センシング期間(TT1)のパラメータである。Parameter set1〜3は、ノイズ測定期間(TT2)のパラメータである。パラメータのそれぞれは、可変ゲイン増幅器(PREAMP)のゲイン、アナログ積分回数、デジタル積分回数を定義する。ノイズ測定期間(TT2)でタッチ入力センシング期間(TT1)に比べて可変ゲイン増幅器(PREAMP)のゲインは低くなり、アナログ積分回数は減少することができる。また、ノイズ測定期間(TT2)でタッチ入力センシング期間(TT1)に比べて、デジタル積分回数は増加することができる。
本発明は、前述した実施の形態において、自己容量型のタッチセンサ(Cs)を中心に説明したが、これに限定されない。図23〜図25は、相互容量型のタッチセンサの実施の形態である。
図23及び図24は、相互容量型のタッチセンサで、正常のタッチ入力センシング動作を示す図である。
図23及び図24を参照すると、センサ配線111は、絶縁層を挟んで分離されたTxライン(Tx1〜Tx4)とRxライン(Rx1〜Rx4)を含む。Txライン(Tx1〜Tx4)はRxライン(Rx1〜Rx4)と交差する。相互容量型のタッチセンサ(Cm)は、Txライン(Tx1〜Tx4)とRxライン(Rx1〜Rx4)との間に形成される。
タッチセンサ駆動部110は、Txライン(Tx1〜Tx4)にタッチセンサ駆動信号を供給し、タッチセンサ駆動信号に同期されてRxライン(Rx1〜Rx4)を介して受信されるタッチセンサ(Cm)の電荷量を受信して、その電荷量を増幅して積分する。指や導電体を介してタッチ入力が発生すると、タッチセンサの電荷量が減少される。したがって、相互容量型のタッチセンサは、タッチ入力の前後電荷量の差が発生するため、これに基づいて、タッチ入力を判断することができる。
Rxライン(Rx1〜Rx4)には、差動増幅器(Differential Amplifier)(OP)が接続することができる。センシング部113は、隣接した2つのRxラインに接続された差動増幅器(OP)を介して増幅された信号を受信することができる。差動増幅器(OP)の出力端子は、キャパシタ(C)を経由して反転入力端子(−)に接続される。差動増幅器(OP)のそれぞれは、反転入力端子(−)に入力される第i(iは正の整数)タッチセンサ信号と非反転入力端子(+)に入力される第i+1タッチセンサ信号の差を増幅して第iセンサ信号を出力する。差動増幅器(OP)は、図24のように隣接したRxラインを介して受信された信号の差を増幅して、ノイズに比べて信号成分をさらに大きくすることにより、信号対雑音比(SNR)を改善することができる。
差動増幅器(OP)は、タッチ入力センシング期間(TT1)において、タッチセンサ(Cm)を介して受信されるノイズを低減することができるが、ノイズ測定を難しくする。
本発明は、ノイズ測定時にノイズがあまりにも小さくなる現象を防止するために図25及び図26のように、差動増幅器(OP)の非反転端子に所定の基準電圧(VREF)を供給する。図26のように、差動増幅器(OP)の非反転入力端子(+)にスイッチ(SW50)を接続することができる。スイッチ(SW50)は、タッチ入力センシング期間(TT1)において、Rxラインを差動増幅器(OP)の非反転入力端子(+)に接続し、ノイズ測定期間(TT2)に直流基準電圧(VREF)を差動増幅器(OP)の非反転入力端子(+)に供給する。基準電圧(VREF)は3.3V〜12V間の電圧に設定されることができる。
ノイズ測定時にマルチプレクサ112を用いてセンシング部113に同時に接続するMUXチャネル数を増加させる。その結果、ノイズ測定期間(TT2)に、センシング部113に同時に接続されるRxライン(Rx1〜Rx4)が多くなる。ノイズ測定期間(TT2)にTxライン(Tx1〜Tx4)には、図9のように同時にタッチセンサ駆動信号が印加され、または、図10のようにタッチセンサ駆動信号が印加されないことがある。この実施形態でも、タッチセンシング期間(TT1)とノイズ測定期間(TT2)でパラメータ設定値が異なるように設定される。
以上説明したように、当業者であれば本発明の技術思想を逸脱しない範囲で様々な変更及び修正が可能であることが分かる。したがって、本発明の技術的範囲は、明細書の詳細な説明に記載された内容に限定されるものではなく、特許請求の範囲によって定めるべきである。

Claims (19)

  1. ノイズ測定期間の間、複数のタッチセンサの配線をセンシング部に接続するステップと、
    前記配線が前記センシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動し、前記ノイズ測定周波数の信号を前記タッチセンサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定するステップを含み、
    前記ノイズ測定期間は、複数のサブノイズ測定期間を含み、
    前記サブノイズ測定期間の内で、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なり、
    前記ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期が表示装置の1フレーム期間以上であるタッチセンサの駆動方法。
  2. 前記配線と前記センシング部との間に配置されたマルチプレクサを介して前記配線が、前記センシング部に同時に接続される、請求項1に記載のタッチセンサの駆動方法。
  3. タッチ入力センシング期間の間に第1周波数で、前記センシング部を駆動し、前記第1周波数の信号を前記センサの配線に印加し、可変増幅ゲインでタッチセンサ信号を増幅するアナログ増幅、アナログ増幅信号を積分するアナログ積分、アナログ積分信号をデジタルデータに変換するデジタル変換、及び前記デジタルデータを積分するデジタル積分を行うステップと、
    前記ノイズ測定期間の間に前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動し、前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記アナログ増幅、前記アナログ積分、前記デジタル変換、及び前記デジタル積分を行うステップを含み、
    前記ノイズ測定期間の間に、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数が前記タッチ入力センシング期間の間に、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数より多く、
    前記アナログ増幅のゲイン、前記アナログ積分回数及び前記デジタル積分回数の内、一つ以上が前記タッチ入力センシング期間と前記ノイズ測定期間で互いに異なる、請求項2に記載のタッチセンサの駆動方法。
  4. 前記ノイズ測定期間の間に測定された周波数別のノイズを予め設定された基準値と比較して、その比較結果、ノイズがあると判断される場合に最も少ないノイズの周波数で前記第1周波数を変更するステップをさらに含む、請求項3に記載のタッチセンサの駆動方法。
  5. 前記ノイズ測定期間の可変増幅ゲインが、前記タッチ入力センシング期間の可変増幅ゲインより低い、請求項4に記載のタッチセンサの駆動方法。
  6. 前記ノイズ測定期間のアナログ積分回数が前記タッチ入力センシング期間のアナログ積分回数より少ない、請求項1に記載のタッチセンサの駆動方法。
  7. 前記ノイズ測定期間のデジタル積分回数が前記タッチ入力センシング期間のデジタル積分回数より多く、請求項6に記載のタッチセンサの駆動方法。
  8. 前記ノイズ測定期間の間に同時に、前記マルチプレクサのすべてのチャンネルを前記センシング部に接続しない場合、前記センシング部に接続されない配線に交流信号が印加される、請求項2に記載のタッチセンサの駆動方法。
  9. ディスプレイ期間中に表示パネルの画素に入力映像のデータを記入するステップと、
    ノイズ測定期間の間にタッチセンサの配線がセンシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動し、前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定するステップを含み、
    サブノイズ測定期間の内、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なり、
    前記ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期が表示装置の1フレーム期間以上の表示装置の駆動方法。
  10. 前記配線と前記センシング部との間に配置されたマルチプレクサを介して前記配線が、前記センシング部に同時に接続される、請求項9に記載の表示装置の駆動方法。
  11. タッチ入力センシング期間の間、第1周波数で前記センシング部を駆動し、前記第1周波数の信号を前記センサの配線に印加し、可変増幅ゲインでタッチセンサ信号を増幅するアナログ増幅、アナログ増幅信号を積分するアナログ積分、アナログ積分信号をデジタルデータに変換するデジタル変換、及び前記デジタルデータを積分するデジタル積分を行うステップと、
    前記ノイズ測定期間の間、前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動し、前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記アナログ増幅、前記アナログ積分、前記デジタル変換、及び前記デジタル積分を行うステップを含み、
    前記ノイズ測定期間の間に、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数が前記タッチ入力センシング期間の間に、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数より多く、
    前記アナログ増幅のゲイン、前記アナログ積分回数及び前記デジタル積分回数の1つ以上が前記タッチ入力センシング期間と前記ノイズ測定期間で互いに異なる、請求項10に記載の表示装置の駆動方法。
  12. ノイズ測定期間の間、タッチセンサの配線がセンシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動し、前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定するタッチセンサ駆動部を備え、
    前記サブノイズ測定期間の内で、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なり、
    前記ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期が表示装置の1フレーム期間以上であるタッチセンサ回路。
  13. 前記タッチセンサ駆動部は、
    前記配線を選択するマルチプレクサと、
    前記マルチプレクサの出力端に接続された可変ゲイン増幅器、前記可変ゲイン増幅器の出力端に接続されたアナログ積分器、前記アナログ積分器の出力端に接続されたアナログ−デジタル変換器(ADC)、及び前記アナログ−デジタル変換器(ADC)の出力端に接続されたデジタル積分器を含むセンシング部を備え、
    前記センシング部は、
    タッチ入力センシング期間の間に前記第1周波数で駆動するか、前記第1周波数の信号を前記センサの配線に印加し、
    前記ノイズ測定期間の間、前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数で駆動するか、前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加し、
    前記ノイズ測定期間の間、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数が前記タッチ入力センシング期間の間、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数より多く、
    前記可変ゲイン増幅器の増幅ゲイン、前記アナログ積分器の積分回数及び前記デジタル積分器の積分回数の内、1つ以上が前記タッチ入力センシング期間と前記ノイズ測定期間で、異なる、請求項12に記載のタッチセンサ回路。
  14. 前記ノイズ測定期間の間に測定された周波数別のノイズを予め設定された基準値と比較してノイズがある場合であると判断されると、最も少ないノイズの周波数で、前記タッチセンサ駆動周波数が変更され、
    前記タッチセンサ駆動周波数は、前記タッチ入力センシング期間の間、前記タッチセンサの電荷を充電するためのタッチセンサ駆動信号の周波数である、請求項13に記載のタッチセンサ回路。
  15. 前記ノイズ測定期間の可変増幅ゲインが、前記タッチ入力センシング期間の可変増幅ゲインより低い、請求項13に記載のタッチセンサ回路。
  16. 前記アナログ積分器の積分回数が前記タッチ入力センシング期間に比べて、前記ノイズ測定期間で少ない、請求項13に記載のタッチセンサ回路。
  17. 前記デジタル積分器の積分回数が前記タッチ入力センシング期間に比べて、前記ノイズ測定期間で多い、請求項16に記載のタッチセンサ回路。
  18. タッチセンサと画素が配置された表示パネルと、
    ディスプレイ期間の間、表示パネルの画素に入力映像のデータを記入する表示パネル駆動部と、
    ノイズ測定期間の間、タッチセンサの配線がセンシング部に接続された状態で、予め選定されたノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動したり、前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加して前記ノイズ測定周波数の各々において、前記タッチセンサのノイズを測定するタッチセンサ駆動部を備え、
    サブノイズ測定期間の内、少なくとも2つのサブノイズ測定期間のノイズ測定周波数が互いに異なり、
    前記ノイズ測定周波数の内、同じ周波数が繰り返される1周期が表示装置の1フレーム期間以上である表示装置。
  19. 前記タッチセンサ駆動部は、
    前記配線を選択するマルチプレクサと、
    前記マルチプレクサの出力端に接続された可変ゲイン増幅器、前記可変ゲイン増幅器の出力端に接続されたアナログ積分器、前記アナログ積分器の出力端に接続されたアナログ−デジタル変換器(ADC)、及び前記アナログ−デジタル変換器(ADC)の出力端に接続されたデジタル積分器を含むセンシング部を備え、
    前記センシング部は、
    タッチ入力センシング期間の間、前記第1周波数で駆動するか、前記第1周波数の信号を前記センサの配線に印加し、
    前記ノイズ測定期間の間、前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数で前記センシング部を駆動したり、前記第1周波数を含む前記ノイズ測定周波数の信号を前記センサの配線に印加し、
    前記ノイズ測定期間の間、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数が前記タッチ入力センシング期間の間、前記センシング部に同時に接続される前記マルチプレクサのチャンネル数より多く、
    前記可変ゲイン増幅器の増幅ゲイン、前記アナログ積分器の積分回数及び前記デジタル積分器の積分回数の内、1つ以上が前記タッチ入力センシング期間と前記ノイズ測定期間で異なる、請求項18に記載の表示装置。
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