KR101288191B1 - 접촉 감지 방법 및 접촉 감지 장치 - Google Patents

접촉 감지 방법 및 접촉 감지 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉 감지 방법 및 접촉 감지 장치에 관한 것이다. 본 발명에 따른 접촉 감지 방법은, 복수의 전극에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하여 소정의 아날로그 신호를 생성하는 단계, 상기 아날로그 신호의 레벨이 제1 기준값까지 변화하는 제1 시간을 측정하는 단계, 상기 제1 시간이 디스플레이 장치의 구동 신호의 잡음 생성 구간에 포함되는지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 제1 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되면, 상기 제1 기준값과 다른 제2 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 제2 시간을 측정하는 단계를 포함한다. 본 발명에 따르면, 디스플레이의 구동 신호 등으로부터의 영향을 최소화할 수 있는 접촉 감지 방법 및 접촉 감지 장치를 제공할 수 있다.

Description

접촉 감지 방법 및 접촉 감지 장치{METHOD AND APPARATUS FOR SENSING TOUCH}
본 발명은 디스플레이 장치에서 생성되는 잡음의 영향을 최소화하여 정확하게 접촉 입력을 판단할 수 있는 접촉 감지 방법 및 접촉 감지 장치에 관한 것이다.
터치스크린, 터치패드 등과 같은 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치에 부착되어 사용자에게 직관적인 입력 방법을 제공할 수 있는 입력 장치로서, 최근 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 네비게이션 등과 같은 다양한 전자 기기에 널리 적용되고 있다. 특히 최근 스마트폰에 대한 수요가 증가하면서, 제한된 폼팩터에서 다양한 입력 방법을 제공할 수 있는 접촉 감지 장치로 터치스크린의 채용 비율이 날로 증가하고 있다.
휴대용 기기에 적용되는 터치스크린은 접촉 입력을 감지하는 방법에 따라 크게 저항막 방식과 정전용량 방식으로 구분할 수 있으며, 이 중 정전용량 방식은 상대적으로 수명이 길고 다양한 입력 방법과 제스처를 손쉽게 구현할 수 있는 장점으로 인해 그 적용 비율이 갈수록 높아지고 있다. 특히 정전용량 방식은 저항막 방식에 비해 멀티 터치 인터페이스를 구현하기가 용이하여 스마트폰 등의 기기에 폭넓게 적용된다.
터치스크린은 통상 디스플레이 장치의 전면에 부착되며, 터치스크린이 아닌 다른 접촉 감지 장치 역시 전자 기기 내에 마련되는 것이 일반적이다. 따라서, 전자 기기 내에 함께 마련되는 다양한 전자 부품 - 무선 통신부, 디스플레이, 전원 장치 등 - 에서 발생하는 노이즈로 인해 접촉 입력 감지의 정확도가 저하될 수 있다. 이를 해결하기 위해 디스플레이 장치와 터치스크린 사이에 별도의 차폐층을 마련할 수 있으나, 이 경우 전체적인 빛 투과율이 저하되고 두께가 증가하는 등의 문제가 발생할 수 있다.
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 정전용량 변화로부터 아날로그 신호를 생성하고, 아날로그 신호의 레벨을 복수의 기준값과 순차적으로 비교하여 디스플레이의 구동 신호의 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 시간을 디지털 신호로 변환함으로써, 별도의 차폐층 없이 노이즈의 영향을 최소화하여 정확하게 접촉 입력을 판단할 수 있는 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 복수의 전극에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하여 소정의 아날로그 신호를 생성하는 단계, 상기 아날로그 신호의 레벨이 제1 기준값까지 변화하는 제1 시간을 측정하는 단계, 상기 제1 시간이 디스플레이 장치의 구동 신호의 잡음 생성 구간에 포함되는지 여부를 판단하는 단계, 및 상기 제1 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되면, 상기 제1 기준값과 다른 제2 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 제2 시간을 측정하는 단계를 포함하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 제2 시간을 변환하여 디지털 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 제1 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되지 않으면, 상기 제1 시간을 변환하여 디지털 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 제2 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되는지 판단하는 단계, 및 상기 제2 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되면, 상기 제1 기준값 및 상기 제2 기준값과 다른 제3 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 제3 시간을 측정하는 단계를 더 포함하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 제3 시간을 변환하여 디지털 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 제1 시간보다 상기 제2 시간이 더 긴 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 잡음 생성 구간은 상기 디스플레이 장치의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간의 초기 50% 구간에 대응하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
한편, 본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 복수의 감지 전극을 포함하는 패널부, 상기 복수의 감지 전극에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하여 아날로그 신호로 변환하는 감지 회로부, 및 서로 다른 크기를 갖는 복수의 기준값과 상기 아날로그 신호의 레벨을 비교하여 디지털 신호를 생성하는 신호 변환부를 포함하고, 상기 신호 변환부는 상기 아날로그 신호의 레벨이 상기 복수의 기준값까지 변화하는 시간을 상기 복수의 기준값의 크기에 따라 순차적으로 측정하고, 상기 측정한 시간 중에서 디스플레이 장치의 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 시간으로부터 상기 디지털 신호를 생성하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 신호 변환부는, 상기 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 시간 중에서 가장 짧은 시간으로부터 상기 디지털 신호를 생성하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 감지 회로부는, 상기 정전용량 변화를 적분하여 전압 신호를 생성하는 적분 회로를 포함하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 신호 변환부는, 상기 잡음 생성 구간에 상기 측정한 시간이 모두 포함되면, 상기 측정한 시간 중 적어도 하나를 선택하여 상기 디지털 신호를 생성하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 감지 회로부는, 상기 복수의 감지 전극 사이에서 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 감지하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
한편, 본 발명의 제3 기술적인 측면에 따르면, 복수의 감지 전극에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하는 단계, 상기 정전용량 변화로부터 아날로그 신호를 생성하는 단계, 서로 다른 크기를 갖는 복수의 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 시간을 상기 복수의 기준값의 크기에 따라 순차적으로 측정하는 단계, 및 상기 측정한 시간 중에서 디스플레이 장치의 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 시간으로부터 상기 디지털 신호를 생성하는 단계를 포함하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 아날로그 신호 생성 단계는, 상기 정전용량 변화를 적분하여 전압 신호를 생성하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 측정 단계는, 서로 다른 전압 크기를 갖는 상기 복수의 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 시간을 상기 복수의 기준값의 전압 레벨의 크기에 따라 순차적으로 측정하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 디지털 신호 생성 단계는, 상기 잡음 생성 구간에 상기 측정한 시간이 모두 포함되면, 상기 측정한 시간 중 적어도 하나를 선택하여 상기 디지털 신호를 생성하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
본 발명에 따르면, 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하기 위해 아날로그 신호가 소정의 기준값까지 변화하는 시간을 측정함에 있어서, 복수의 기준값을 미리 설정하고 디스플레이의 구동 신호의 잡음 생성 구간과 어긋나는 측정 시간으로부터 디지털 신호를 생성한다. 따라서, 별도의 차폐층 없이 디스플레이에서 발생하는 잡음의 영향을 최소화하여 접촉 입력을 정확하게 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치와 전기적으로 연결되는 접촉 감지 패널을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 나타낸 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 신호 변환부를 더욱 자세하게 설명하기 위해 제공되는 블록도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 동작을 설명하는 데에 제공되는 그래프이다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치가 적용될 수 있는 전자 기기를 나타낸 도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력부(120), 음성 출력을 위한 오디오부(130) 등을 포함하며, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 접촉 감지 장치를 구비할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 기기 같은 경우 접촉 감지 장치가 디스플레이 장치에 일체화되어 구비되는 것이 일반적이며, 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치가 표시하는 화면이 투과할 수 있을 정도로 높은 빛 투과율을 가져야 한다. 따라서 접촉 감지 장치는 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide) 등과 같이 투명한 필름 재질의 베이스 기판에 투명하고 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 감지 전극을 형성함으로써 구현될 수 있다. 디스플레이 장치의 베젤 영역(115)에는 투명 전도성 물질로 형성된 감지 전극과 연결되는 배선 패턴이 배치되며, 배선 패턴은 베젤 영역(115)에 의해 시각적으로 차폐되므로 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속 물질로도 형성이 가능하다.
물론, 본 발명에 따른 접촉 감지 장치가 노트북의 터치 패드 등과 같이 디스플레이 장치와 일체로 구비되지 않아도 되는 경우에는, 단순하게 회로기판에 금속으로 감지 전극을 패터닝하여 제조하는 것도 가능하다. 다만 설명의 편의를 위하여, 이하 터치스크린의 경우를 전제로 본 발명에 따른 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시예에 따른 접촉 감지 장치와 전기적으로 연결되는 접촉 감지 패널을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 패널(200)은 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 감지 전극(220, 230)을 포함한다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 복수의 감지 전극(220, 230) 각각은 배선 및 본딩 패드를 통해 기판(210)의 일단에 부착되는 회로 기판의 배선 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 기판에는 컨트롤러 집적회로가 실장되어 복수의 감지 전극(220, 230)에서 생성되는 감지 신호를 검출하고, 그로부터 접촉 입력을 판단할 수 있다.
터치스크린 장치의 경우, 기판(210)은 감지 전극(220, 230)이 형성되기 위한 투명한 기판일 수 있으며, PI(Polyimide), PMMA(Polymethylmethacrylate), PET(Polyethyleneterephthalate), PC(Polycarbonate)과 같은 플라스틱 재료, 또는 강화 글라스(tempered glass)로 마련될 수 있다. 또한, 감지 전극(220, 230)이 형성되는 영역 이외에, 감지 전극(220, 230)과 연결되는 배선이 마련되는 영역에 대해서는 통상 불투명한 금속 물질로 형성되는 배선을 시각적으로 차폐하기 위한 소정의 인쇄 영역이 기판(210)에 형성될 수 있다.
복수의 감지 전극(220, 230)은 기판(210)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있으며, 터치스크린 장치의 경우 투명하고 전도성을 갖는 ITO(Indium Tin-Oxide), IZO(Indium Zinc-Oxide), ZnO(Zinc Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), 그라핀 계열 물질 등으로 형성될 수 있다. 도 2에는 마름모, 또는 다이아몬드 형상의 패턴을 갖는 감지 전극(220, 230)이 도시되었으나, 이 외에 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
복수의 감지 전극(220, 230)은 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극(220)과, Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극(230)을 포함한다. 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 기판(210)의 양면에 마련되거나, 또는 서로 다른 기판(210)에 마련되어 교차될 수 있으며, 기판(210)의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층을 형성할 수 있다.
복수의 감지 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되어 접촉 입력을 감지하는 장치는, 접촉 입력에 의해 복수의 감지 전극(220, 230)에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하고 그로부터 접촉 입력을 감지한다. 제1 전극(220)은 컨트롤러 집적 회로에서 D1~D8로 정의되는 채널에 연결되어 소정의 구동 신호를 인가받을 수 있으며, 제2 전극(230)은 S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 접촉 감지 장치가 감지 신호를 검출하는 데에 이용될 수 있다. 이때, 컨트롤러 집적 회로는 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에서 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 감지 신호로 검출할 수 있으며, 제1 전극(220) 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하고, 제2 전극(230)에서 동시에 정전용량 변화를 검출하는 방식으로 동작할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널(200)을 Y-Z 평면으로 잘라서 나타낸 단면도이며, 도 2에서 설명한 기판(310), 복수의 감지 전극(320, 330) 이외에 접촉을 인가받은 커버 렌즈(340, Cover Lens)를 더 포함할 수 있다. 커버 렌즈(340)는 감지 신호 검출에 이용되는 제2 전극(330) 상에 마련되어 손가락 등의 접촉 물체(350)로부터 접촉 입력을 인가받는다.
채널 D1~D8을 통해 순차적으로 제1 전극(320)에 구동 신호가 인가되면, 구동 신호가 인가된 제1 전극(320)과, 제2 전극(330) 사이에서 결합 정전용량이 생성된다. 제1 전극(320)에 순차적으로 구동 신호가 인가되면, 접촉 물체(350)가 접촉된 영역과 인접한 제1 전극(320)과 제2 전극(330) 사이에서 생성되는 결합 정전용량에서 정전용량 변화가 발생한다. 상기 정전용량 변화는 접촉 물체(350)와 구동 신호가 인가된 제1 전극(320) 및 제2 전극(330) 사이의 중첩된 영역의 면적에 비례할 수 있으며, 도 3에서는 채널 D2 및 D3에 각각 연결된 제1 전극(320)과 제2 전극(330) 사이에서 생성된 결합 정전용량이 접촉 물체(350)에 의해 영향을 받는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 나타낸 블록도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 패널부(410), 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)를 포함한다. 패널부(410)는 제1축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극과, 제1축에 교차하는 제2축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 정전용량 변화 C11~Cmn가 발생한다. 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 발생하는 정전용량 변화 C11~Cmn은 구동 회로부(420)에 의해 제1 전극에 인가되는 구동 신호에 의해 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화일 수 있다. 한편, 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.
구동 회로부(420)는 패널부(410)의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있으며, 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 인가될 수 있다. 도 4에는 구동 신호를 생성 및 인가하기 위한 회로가 복수의 제1 전극 각각에 개별적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 구동 신호 생성 회로를 구비하고 스위칭 회로를 이용하여 복수의 제1 전극 각각에 구동 신호를 인가하는 구성 또한 가능함은 물론이다.
감지 회로부(430)는 제2 전극으로부터 정전용량 변화 C11~Cmn을 감지하기 위한 적분 회로를 포함할 수 있다. 적분 회로는 적어도 하나의 연산 증폭기와 소정 용량을 갖는 커패시터 C1을 포함할 수 있으며, 연산 증폭기의 반전 입력단이 제2 전극과 연결되어 정전용량 변화 C11~Cmn을 전압 신호 등와 같은 아날로그 신호로 변환, 출력한다. 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하는 경우, 복수의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 동시에 검출할 수 있으므로, 적분 회로는 제2 전극의 갯수 m개 만큼 구비될 수 있다.
신호 변환부(440)는 적분 회로가 생성하는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 SD를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(440)는 전압 형태로 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다. 연산부(450)는 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(410)에 인가된 접촉 입력을 판단한다. 일실시예로, 연산부(450)는 패널부(410)에 인가된 접촉 입력의 갯수, 좌표, 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.
패널부(410)는 디스플레이 장치의 상측에 일체로 마련되는 것이 일반적이며, 따라서 디스플레이 장치에서 발생하는 전기적 잡음(noise)에 의한 영향을 받는다. 도 4의 접촉 감지 장치가 모바일 전자 기기에 적용되는 것을 가정하면, 디스플레이 장치는 일반적으로 LCD, 또는 OLED로 가정할 수 있다. LCD나 OLED 등과 같은 평판 디스플레이 장치는 가로 세로 방향으로 교차하는 격자 구조를 가지며, 그 교차점마다 존재하는 화소에 영상을 구현하기 위한 신호를 인가하기 위한 게이트 드라이버 회로 및 데이터 드라이버 회로를 포함할 수 있다. 이때, 디스플레이 장치의 구동 신호는 접촉 감지 장치의 디스플레이 장치와 유사하게 소정 주기와 진폭을 갖는 신호이며, 디스플레이 장치의 구동 신호가 디스플레이 장치의 각 화소에 인가되는 동작에서 생성되는 전기적 잡음이 접촉 감지 장치의 성능에 악영향을 미칠 수 있다.
특히 신호 변환부(440)가 TDC 회로를 포함하여 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호의 레벨이 소정의 기준 레벨에 도달하는 시간으로부터 디지털 신호 SD를 생성하는 경우, 상기 아날로그 신호의 레벨이 기준 레벨에 도달하는 시간이 디스플레이 장치의 구동 신호에 의해 잡음이 전달되는 잡음 생성 구간에 포함되면 디지털 신호 SD를 정확하게 생성하기가 곤란하다. TDC 회로는 ADC 회로와 달리 샘플-앤-홀드(Sample-and-Hold) 기능을 구현하기가 어렵기 때문에 잡음 생성 구간을 회피하여 시간을 측정하는 방법을 채택하는 것 또한 곤란하다.
따라서, 본 발명에서는 신호 변환부(440)가 측정하는 시간이 디스플레이 장치의 구동 신호의 잡음 생성 구간에 포함되는 경우 잡음에 의한 영향을 최소화하기 위해, 신호 변환부(440)가 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 기준이 되는 기준 레벨을 서로 다른 값으로 여러 개 설정한다. 즉, 서로 다른 레벨을 갖는 기준값을 복수 개 설정하고, 감지 회로부(430)의 적분 회로에서 적분되어 시간에 따라 증가하는 아날로그 신호를 그 레벨이 작은 순서에서 큰 순서로 복수의 기준값과 비교한다.
아날로그 신호의 레벨이 가장 작은 레벨을 갖는 기준값 - 이하, 제1기준값으로 정의 - 에 도달한 시간 - 이하, 제1시간이라 정의 - 이 잡음 생성 구간에 포함되지 않으면, 신호 변환부(440)는 제1시간을 변환하여 디지털 신호를 생성한다. 반면, 아날로그 신호의 레벨이 제1기준값에 도달한 제1시간이 잡음 생성 구간에 포함되는 것으로 판단되면, 신호 변환부(440)는 제1기준값보다 큰 레벨을 갖는 제2기준값에 아날로그 신호의 레벨이 도달한 제2시간을 측정하고, 제2시간이 잡음 생성 구간에 포함되는지 여부를 판단하여 디지털 신호를 생성한다. 이하, 도 5 및 도 6을 참조하여 더욱 자세히 설명하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 신호 변환부를 더욱 자세하게 설명하기 위해 제공되는 블록도이며, 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 동작을 설명하는 데에 제공되는 그래프이다.
우선 도 5를 참조하면, 신호 변환부(500)는 디스플레이의 구동 신호 이외에 서로 다른 레벨을 갖는 제1~제4 기준값을 입력받는다. 디스플레이의 구동 신호는 버퍼(510)를 통해 입력될 수 있으며, 제1 논리 게이트(520) - 도 5에서는 AND 게이트 - 의 입력단에 제1 기준값과 함께 입력된다.
신호 변환부(500)에 포함된 출력 스케일러(580)는 디스플레이의 구동 신호와 제1~제4 기준값을 비교하여 신호 변환에 적용될 기준값을 결정한다. 우선 제1 논리 게이트(520)는 디스플레이의 구동 신호와 제1 기준값을 입력받고 디스플레이의 구동 신호와 제1 기준값의 AND 연산 결과를 출력 스케일러(580)로 송신한다. 마찬가지로, 디스플레이의 구동 신호와 제2, 제3 기준값 사이의 AND 연산 결과가 제2, 제3 논리 게이트(530, 540)에 의해 산출되어 출력 스케일러(580)로 송신된다.
제4 논리 게이트(550)는 제1~3 논리 게이트(520, 530, 540)와 달리 OR 연산자 게이트로 구현될 수 있으며, 제1~3 논리 게이트(520, 530, 540)의 출력을 모두 입력받아 출력 신호를 생성한다. 즉, 제1~3 논리 게이트(520, 530, 540)의 출력이 모두 로우(low) 값을 가지면, 제4 논리 게이트(550)의 출력이 로우(low) 값이 되며, 버퍼(560)를 통해 제5 논리 게이트(570)를 통해 하이(high) 값으로 입력된다. 따라서, 제1~3 기준값과 디스플레이의 구동 신호의 AND 연산자 값이 모두 0인 경우, 즉 제1~3 기준값에 따라 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 시간이 모두 잡음 생성 구간에 포함되는 경우에는 제4 기준값이 잡음 생성 구간에 포함되는지 여부와 관계없이 무조건 제4 기준값에 아날로그 신호의 레벨이 도달하는 시간을 측정하여 이를 기초로 디지털 신호를 생성한다.
도 6을 참조하면, 시간에 따른 신호 레벨이 그래프로 도시되어 있으며, 제1~4 기준값(R1~R4)이 서로 다른 레벨로 정의된다. 제1 정전용량 변화에 대응하는 제1 아날로그 신호 S1의 경우, 시간이 지남에 따라 완만하게 증가하는 형태의 신호 레벨을 나타내며, 제1~4 기준값(R1~R4)과 a1, b1, c1, d1의 교차점을 형성한다.
아날로그 신호 S1을 디지털 신호로 변환하기 위해, 신호 변환부(500)는 우선 제1 기준값(R1)을 선택하고 제1 기준값(R1)과 아날로그 신호 S1이 만나는 시간 a1이 잡음 생성 구간에 포함되는지 여부를 판단한다. 도 6을 참조하면, 시간 a1은 클럭 신호 형태로 도시된 디스플레이의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간에 포함된다. 따라서, a1이 잡음 생성 구간에 포함되는 것으로 판단하고, 제2 기준값(R2)과 아날로그 신호 S1이 만나는 시간 b1을 다시 측정하여 이를 디지털 신호로 변환할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이 시간 b1은 디스플레이의 구동 신호가 로우(low) 값을 갖는 구간에 대응하므로 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 것으로 판단할 수 있다.
또는, 비록 디스플레이의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간에 시간 a1이 포함된다 해도, 이를 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 것으로 판단할 수 있다. 전기적 잡음은 디스플레이의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간에서, 특히 초기 50% 구간 이내에서 집중적으로 생성되므로, a1이 디스플레이의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간에 포함된다 해도, 디스플레이의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 초기 50% 구간에만 포함되지 않는다면, 시간 a1이 잡음의 영향을 받지 않은 것으로 해석하여 시간 a1을 디지털 신호로 변환할 수 있다.
다음으로 제2 아날로그 신호 S2의 경우를 살펴보면, 제1 기준값(R1)과 교차하는 시간 a2의 경우, 디스플레이 장치의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간의 초기 50% 구간 내에 포함된다. 따라서, 도 6에 표시된 바와 같이 잡음 생성 구간에 시간 a2가 포함된 것으로 볼 수 있으며, 신호 변환부(500)는 제1 기준값(R1) 다음 레벨을 갖는 제2 기준값(R2)을 선택하여 아날로그 신호 S2가 제2 기준값(R2)에 도달하는 시간 b2가 잡음 생성 구간에 포함되는지 판단한다. 도 6에 도시된 바와 같이, 제2 기준값(R2)과 아날로그 신호 S2의 레벨이 일치하는 시간 b2는 디스플레이의 구동 신호가 로우(low) 값을 갖는 구간, 즉, 잡음이 생성되지 않는 구간에 포함되므로, 신호 변환부(500)는 시간 b2로부터 디지털 신호를 생성할 수 있다. 도 6에 도시된 바와 같이, 아날로그 신호 S2의 경우, 그 레벨이 제1 기준값(R1)과 제4 기준값(R4)에 도달하는 시간 a2, d2가 잡음 생성 구간에 포함된다.
도 7 및 도 8은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
우선 도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 방법은 전극에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하는 것으로 시작된다(S700). 앞서 설명한 바와 같이 감지 회로부(430)에 포함되는 적분 회로는, 패널부(410)의 전극 사이에서 생성되는 결합 정전용량 변화 C11~Cmn로부터 전압 신호 등의 아날로그 신호를 생성할 수 있다(S710).
감지 회로부(430)와 연결된 신호 변환부(440)는 아날로그 신호의 레벨이 제1 기준값까지 변화하는 제1 시간을 측정한다(S720). S720 단계에서 신호 변환부(440)는 도 6의 그래프에 도시된 바와 같이 아날로그 신호(S1 또는 S2)의 레벨이 제1 기준값(R1)까지 변화하는데 걸리는 제1 시간(a1 또는 a2)을 측정할 수 있다. 제1 시간(a1 또는 a2)이 측정되면, 측정된 제1 시간(a1 또는 a2)이 잡음 생성 구간에 포함되는지 여부를 판단한다(S730).
S730 단계에서 제1 시간(a1 또는 a2)과 비교되는 잡음 생성 구간은 앞서 설명한 바와 같이 디스플레이 장치의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간, 또는 하이(high) 값을 갖는 구간의 초기 50% 구간으로 정의될 수 있다. 전자와 같이 잡음 생성 구간이 정의되면, 도 6에서 아날로그 신호 S1과 S2 각각의 제1 시간(a1 또는 a2)이 모두 잡음 생성 구간에 포함되는 것으로 판단되며, 후자와 같이 잡음 생성 구간이 정의되면, 도 6에서 아날로그 신호 S2의 제1 시간(a2)만이 잡음 생성 구간에 포함되는 것으로 판단된다. 이하, 설명의 편의를 위하여 후자의 경우 - 디스플레이 장치의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간 중 초기 50% 구간 - 로 잡음 생성 구간이 정의되는 것을 가정한다.
S730 단계의 판단 결과, 제1 시간(a1)이 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 것으로 판단되면, 제1 시간(a1)으로부터 디지털 신호를 생성한다(S740). 반면, S730 단계의 판단 결과 제1 시간(a2)이 잡음 생성 구간에 포함되는 것으로 판단되면, 아날로그 신호(S2)의 레벨이 제2 기준값(R2)까지 변화하는 제2 시간(b2)을 측정하고(S750), 제2 시간(b2)으로부터 디지털 신호를 생성한다(S760). 최종적으로 연산부(450)는 디지털 신호로부터 접촉 입력을 판단할 수 있다.
도 7에 도시된 순서도는 미리 설정된 기준값이 제1, 제2 기준값(R1, R2) 두 가지만을 포함하는 경우를 가정한 실시예의 순서도이다. 따라서, 제1 기준값(R1)에 아날로그 신호의 레벨이 도달한 제1 시간(a1 또는 a2)이 잡음 생성 구간에 포함되면, 선택의 여지없이 제2 시간(b1 또는 b2)으로부터 무조건 디지털 신호를 생성하도록 동작할 수 있다.
도 8의 순서도를 참조하면, 도 8의 실시예 역시 복수의 전극에서 정전용량 변화를 감지하는 것으로 접촉 감지 방법이 시작된다(S800). 도 7의 실시예와 유사하게, 패널부(410)에 포함되는 복수의 전극의 교차 지점에서 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 감지 회로부(430)의 적분 회로에서 감지할 수 있다. 적분 회로는 정전용량 변화를 적분하여 전압 신호 등과 같은 아날로그 신호를 생성한다(S810).
감지 회로부(430)가 아날로그 신호를 생성하면, 신호 변환부(440)는 아날로그 신호와 비교하기 위한 기준값을 소정의 기준값 그룹에서 선택한다(S820). 기준값 그룹은 서로 다른 레벨을 갖는 복수의 기준값(R1~R4)을 포함할 수 있으며, 신호 변환부(440)는 우선적으로 가장 낮은 크기(레벨)를 갖는 기준값을 제1 기준값(R1)으로 선택한다. 이는 도 6의 그래프에 도시된 바와 같이 디지털 신호를 생성하기 위해 측정되는 시간을 가능한 짧게 가져가기 위함이다.
제1 기준값(R1)이 선택되면, 신호 변환부(440)는 아날로그 신호의 레벨이 제1 기준값(R1)의 레벨까지 변화하는 시간을 측정하고(S830), S830 단계에서 측정된 시간, 즉 도 6의 제1 시간(a1 또는 a2)이 디스플레이의 구동 신호에 의한 잡음 생성 구간에 포함되는지 여부를 판단한다(S840). S840 단계에서, 측정된 제1 시간(a1 또는 a2)이 잡음 생성 구간에 포함되는 것으로 판단되면, 신호 변환부(440)는 현재 설정된 제1 기준값(R1)보다 더 큰 레벨을 갖는 다른 기준값을 선택한다. 도 6을 참조하면, 제1 기준값(R1) 다음으로 작은 레벨을 갖는 제2 기준값(R2)이 새로운 기준값으로 선택될 수 있다.
제2 기준값(R2)이 새롭게 선택되면, 다시 아날로그 신호의 레벨이 제2 기준값(R2)까지 변화하는 시간, 즉 제2 시간(b1 또는 b2)을 측정하고(S830), 제2 시간(b1 또는 b2)이 잡음 생성 구간에 포함되는지 판단한다(S840). 만약 제2 시간(b1 또는 b2)도 잡음 생성 구간에 포함되는 것으로 판단되면, 더 큰 레벨을 갖는 제3 기준값(R3)을 선택하여 다시 S830~840 단계를 수행한다.
최종적으로, 현재 선택된 기준값에 의해 측정된 시간이 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 것으로 S840 단계에서 판단되면, 신호 변환부(440)는 측정한 시간을 디지털 신호로 변환한다(S860). 또는 현재 선택된 기준값에 의해 측정된 시간이 잡음 생성 구간에 포함되나 선택할 수 있는 다른 기준값이 더 이상 남아있지 않은 경우에는, 도 7에서 설명한 바와 같이 마지막으로 선택된 기준값에 따라 측정된 시간으로부터 디지털 신호를 생성할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
210, 310 : 기판
220, 320 : 제1 전극
230, 330 : 제2 전극
410 : 패널부
420 : 구동 회로부
430 : 감지 회로부
440 : 신호 변환부
450 : 연산부

Claims (16)

  1. 복수의 전극에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하여 소정의 아날로그 신호를 생성하는 단계;
    상기 아날로그 신호의 레벨이 제1 기준값까지 변화하는 제1 시간을 측정하는 단계;
    상기 제1 시간이 디스플레이 장치의 구동 신호의 잡음 생성 구간에 포함되는지 여부를 판단하는 단계; 및
    상기 제1 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되면, 상기 제1 기준값과 다른 제2 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 제2 시간을 측정하는 단계; 를 포함하는 접촉 감지 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제2 시간을 변환하여 디지털 신호를 생성하는 단계; 를 더 포함하는 접촉 감지 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되지 않으면, 상기 제1 시간을 변환하여 디지털 신호를 생성하는 단계; 를 더 포함하는 접촉 감지 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제2 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되는지 판단하는 단계; 및
    상기 제2 시간이 상기 잡음 생성 구간에 포함되면, 상기 제1 기준값 및 상기 제2 기준값과 다른 제3 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 제3 시간을 측정하는 단계; 를 더 포함하는 접촉 감지 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 제3 시간을 변환하여 디지털 신호를 생성하는 단계; 를 더 포함하는 접촉 감지 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 시간보다 상기 제2 시간이 더 긴 접촉 감지 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 잡음 생성 구간은 상기 디스플레이 장치의 구동 신호가 하이(high) 값을 갖는 구간의 초기 50% 구간에 대응하는 접촉 감지 방법.
  8. 복수의 감지 전극을 포함하는 패널부;
    상기 복수의 감지 전극에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하여 아날로그 신호로 변환하는 감지 회로부; 및
    서로 다른 크기를 갖는 복수의 기준값과 상기 아날로그 신호의 레벨을 비교하여 디지털 신호를 생성하는 신호 변환부; 를 포함하고,
    상기 신호 변환부는 상기 아날로그 신호의 레벨이 상기 복수의 기준값까지 변화하는 시간을 상기 복수의 기준값의 크기에 따라 순차적으로 측정하고, 상기 측정한 시간 중에서 디스플레이 장치의 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 시간으로부터 상기 디지털 신호를 생성하는 접촉 감지 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 신호 변환부는,
    상기 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 시간 중에서 가장 짧은 시간으로부터 상기 디지털 신호를 생성하는 접촉 감지 장치.
  10. 제8항에 있어서, 상기 감지 회로부는,
    상기 정전용량 변화를 적분하여 전압 신호를 생성하는 적분 회로; 를 포함하는 접촉 감지 장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 신호 변환부는,
    상기 잡음 생성 구간에 상기 측정한 시간이 모두 포함되면, 상기 측정한 시간 중 적어도 하나를 선택하여 상기 디지털 신호를 생성하는 접촉 감지 장치.
  12. 제8항에 있어서, 상기 감지 회로부는,
    상기 복수의 감지 전극 사이에서 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 감지하는 접촉 감지 장치.
  13. 복수의 감지 전극에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하는 단계;
    상기 정전용량 변화로부터 아날로그 신호를 생성하는 단계;
    서로 다른 크기를 갖는 복수의 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 시간을 상기 복수의 기준값의 크기에 따라 순차적으로 측정하는 단계; 및
    상기 측정한 시간 중에서 디스플레이 장치의 잡음 생성 구간에 포함되지 않는 시간으로부터 디지털 신호를 생성하는 단계; 를 포함하는 접촉 감지 방법.
  14. 제13항에 있어서, 상기 아날로그 신호 생성 단계는,
    상기 정전용량 변화를 적분하여 전압 신호를 생성하는 접촉 감지 방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 측정 단계는,
    서로 다른 전압 크기를 갖는 상기 복수의 기준값까지 상기 아날로그 신호의 레벨이 변화하는 시간을 상기 복수의 기준값의 전압 레벨의 크기에 따라 순차적으로 측정하는 접촉 감지 방법.
  16. 제13항에 있어서, 상기 디지털 신호 생성 단계는,
    상기 잡음 생성 구간에 상기 측정한 시간이 모두 포함되면, 상기 측정한 시간 중 적어도 하나를 선택하여 상기 디지털 신호를 생성하는 접촉 감지 방법.
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