KR101420512B1

KR101420512B1 - 터치 센싱 장치

Info

Publication number: KR101420512B1
Application number: KR1020120115954A
Authority: KR
Inventors: 신명호; 허종구; 이수원; 장윤나라; 김영규
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2011-11-10
Filing date: 2012-10-18
Publication date: 2014-07-17
Also published as: KR20130051877A

Abstract

본 발명은 터치 센싱 장치에 관한 것으로, 터치 센싱 장치는 Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들 사이에 형성된 터치 센서들을 포함한 터치 스크린; 및 1차 센싱 단계에서 상기 터치 스크린 내의 모든 터치 센서들을 1차 센싱하여 터치 입력 유무를 검출한 후에, 2차 센싱 단계에서 1차 센싱 결과 터치 입력이 검출된 터치 센서들을 2차 센싱하여 상기 터치 입력의 위치를 검출하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다. 상기 터치 스크린 구동회로는 상기 1차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과를 메모리에 저장하고, 상기 1차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과와 상기 2차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과를 합산하여 그 합산 결과로 생성된 터치 원시 데이터를 바탕으로 상기 터치 입력의 위치를 추정한다.

Description

터치 센싱 장치{TOUCH SENSING APPARATUS}

본 발명은 터치 센싱 장치에 관한 것이다.

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

미국 공개 특허 US 2010/0200310(2010. 08. 12. 공개)는 서로 교차하는 X 라인들과 Y 라인들의 교차부마다 용량성 터치 센서들(capacitive touch sensor)을 포함하는 터치 스크린(이하 "Self capacitance 방식의 터치 스크린"이라 함)을 개시하고 있다. Self capacitance 방식의 터치 스크린은 X 라인들을 스캐닝하여 X 라인들로부터 수신된 신호를 아날로그-디지털 변환(Analog to Digital conversion, 이라 "ADC"라 함) 과정을 통해 디지털 데이터로 변환하고 또한, Y 라인들을 스캐닝하여 Y 라인들로부터 수신된 신호를 ADC 과정을 통해 디지털 데이터로 변환한다. Self capacitance 방식의 터치 스크린은 터치 전후의 용량 변화량이 큰 X 라인과 Y 라인의 교점에 위치하는 터치 센서를 터치 위치로 인식한다. 이러한 Self capacitance 방식의 터치 스크린은 X 라인과 Y 라인 각각을 센싱하여 ADC로 변환하여 얻어진 디지털 데이터를 분석하여 터치 위치를 판단하기 때문에 실제 터치 위치와 같은 X 라인과 Y 라인에 존재하는 고스트 포인트(ghost point)를 터치 위치로 오인식할 수 있다. 따라서, Self capacitance 방식의 터치 스크린은 멀티 터치 인식 감도가 떨어지고, 복잡한 고스트 검출 및 제거 알고리즘을 추가로 적용하여야 하는 등의 단점이 있다.

미국 공개 특허 US 2010/0200310에 개시된 Self capacitance 방식의 터치 스크린은 프리 스캔 단계(Pre-scan)에서 그룹 단위로 X 라인들과 Y 라인들을 센싱한다. 이어서, 미국 공개 특허 US 2010/0200310에 개시된 Self capacitance 방식의 터치 스크린은 ADC 과정과 터치 위치 검출 과정을 거친 후에 리 스캔(Re-scan) 과정과 터치 위치 검출 과정을 거쳐 터치 인식의 정확도를 높인다. 또한, 미국 공개 특허 US 2010/0200310에 개시된 Self capacitance 방식의 터치 스크린은 프리 스캔 과정에서 그룹 내의 X 라인들(또는 Y 라인들)을 동시에 스캐닝하므로 터치 위치를 인식할 때마다 모든 X 라인들과 Y 라인들을 순차적으로 센싱하는 방식에 비하여 터치 센싱 속도를 줄일 수 있다. 그러나 미국 공개 특허 US 2010/0200310에 개시된 Self capacitance 방식의 터치 스크린은 터치 위치를 인식할 때마다 프리 스캔, ADC, 터치 인식 알고리즘 실행, 리 스캔, ADC, 터치 인식 알고리즘 실행 등을 순차적으로 처리하여야 하므로 터치 센싱 속도를 줄이는데 한계가 있다.

터치 레포트 레이트(Touch Report Rate)는 터치 스크린 내에 존재하는 모든 터치 센서들을 센싱한 후 얻어지는 좌표 데이터를 외부로 전송하는 주파수(Hz)이다. 터치 레포트 레이트가 높을수록 터치 입력 궤적의 연속성을 높일 수 있고 사용자가 느끼는 터치 감도를 높일 수 있다. 이러한 터치 레포트 레이트는 터치 스크린 내의 모든 터치 센서들을 센싱하는데 필요한 총 센싱 시간에 반비례한다. 총 센싱 시간이 길어지면 터치 레포트 레이트는 감소된다. 따라서, 미국 공개 특허 US 2010/0200310에 개시된 Self capacitance 방식의 터치 스크린은 터치 유무와 무관하게 프리 스캔과 리 스캔을 반복하므로 터치 레포트 레이트를 충분히 높일 수 없다.

종래의 터치 스크린은 고스트 포인트를 터치 입력으로 오인식하기가 쉽고 순간적으로 발생된 노이즈가 센싱 타이밍과 동기되면 그 노이즈를 터치 입력으로 인식하는 등 센싱 감도가 낮은 문제가 있다. 이로 인하여, 종래의 터치 스크린은 터치 스크린 상에서 라인 드로잉(ling drawing)이나 드래깅(dragging)할 때 선형성(linearity)이 떨어진다. 사용자가 느끼는 터치 감도를 향상시키기 위해서는 터치 레포트 레이트 향상, 센싱 감도 향상 등 터치 스크린의 성능 개선이 이루어져야 한다.

본 발명은 터치 스크린의 성능을 개선할 수 있는 터치 센싱 장치를 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 장치는 Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들 사이에 형성된 터치 센서들을 포함한 터치 스크린; 및 1차 센싱 단계에서 상기 터치 스크린 내의 모든 터치 센서들을 1차 센싱하여 터치 입력 유무를 검출한 후에, 2차 센싱 단계에서 1차 센싱 결과 터치 입력이 검출된 터치 센서들을 2차 센싱하여 상기 터치 입력의 위치를 검출하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다.
상기 터치 스크린 구동회로는 상기 1차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과를 메모리에 저장하고, 상기 1차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과와 상기 2차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과를 합산하여 그 합산 결과로 생성된 터치 원시 데이터를 바탕으로 상기 터치 입력의 위치를 추정한다.
상기 터치 스크린 구동회로는 1차 센싱 결과 터치 입력이 검출된 터치 센서들이 없으면 상기 1차 센싱 단계를 반복한다.

본 발명은 블록 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출될 때에만 파셜 센싱 단계로 이행하여 터치 스크린의 총 센싱 시간을 줄여 터치 레포트 레이트를 높일 수 있다. 또한, 본 발명은 풀리 센싱 결과와 파셜 센싱 결과를 더해 터치 감도를 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1에서 터치 스크린의 일부를 확대하여 전극 패턴을 상세히 보여 주는 평면도이다.
도 3 내지 도 5는 터치 스크린과 표시패널의 다양한 조합을 보여 주는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 ROIC 회로 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 8 및 도 9는 블록 센싱 시간과 파셜 센싱 시간을 보여 주는 도면들이다.
도 10 내지 도 12는 터치 스크린이 두 개 이상의 Tx 블록들로 분할 구동되는 경우에 블록 센싱 방법과 파셜 센싱 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 13은 블록 센싱 결과 싱글 터치 입력이 검출된 경우에 Tx 라인들에 공급되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.
도 14는 블록 센싱 결과 다수의 Tx 블록들에 멀티 터치 입력이 검출된 경우에 블록 센싱 방법과 파셜 센싱 방법을 보여 주는 도면이다.
도 15는 블록 센싱 결과 멀티 터치 입력이 검출되는 경우에 Tx 라인들에 공급되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.
도 16은 이웃한 블록들 간의 경계에 터치 입력이 발생된 경우에 블록 센싱 방법과 파셜 센싱 방법을 보여 주는 도면이다.
도 17은 도 16과 같은 경우에 Tx 라인들에 공급되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.
도 18 내지 도 22는 터치 스크린이 두 개 이상의 Rx 블록들로 분할 구동되는 경우에 블록 센싱 방법과 파셜 센싱 방법을 보여 주는 도면들이다.
도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 24는 두 개의 터치 입력을 가정한 도면이다.
도 25는 풀리 센싱 단계에서 Tx 라인들에 인가되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.
도 26은 도 24와 같은 터치 입력들이 풀리 센싱 단계에서 검출될 때 파셜 센싱 대상 영역들을 보여 주는 도면이다.
도 27은 도 26과 같은 파셜 센싱 대상 영역들에 인가되는 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 28은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법에서 터치 감도 향상 효과를 보여 주는 파형도이다.
도 29는 Rx 구동회로의 샘플링 회로와 아날로그-디지털 변환기를 보여 주는 회로도이다.
도 30은 도 29에 도시된 스위치들(S11, S12, S11', S12')이 턴온될 때 샘플링 회로의 등가 회로도이다.
도 31은 도 29에 도시된 스위치들(S21, S22, S21', S22')이 턴온될 때 샘플링 회로의 등가 회로도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소자들을 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.

본 발명의 터치 스크린은 상호 용량(mutual capacitance) 방식의 터치 스크린으로 구현된다. 상호 용량 방식의 터치 스크린은 Tx 라인들, Tx 라인들과 교차되는 Rx 라인들, 및 Tx 라인들과 Rx 라인들 사이에 형성된 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 Tx 라인과 Rx 라인 사이에 형성된 상호 용량을 갖는다. 상호 용량 방식의 터치 스크린은 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고 그 구동신호에 동기하여 Rx 라인들을 통해 터치 센서들 각각의 용량 변화를 개별 센싱한다. 이러한 상호 용량 방식의 터치 스크린에서, 구동신호가 인가되는 Tx 라인들과 터치 센서들을 센싱하는 Rx 라인들이 서로 분리되어 있다. 구동신호는 도면들에서 편의상 구형파 형태의 펄스로 예시되었으나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다. 상호 용량 방식의 터치 스크린은 터치 센서들 각각에서 터치 전후의 전압 변화를 감지할 수 있으므로 고스트 포인트 없이 멀티 터치 상황에서 터치(또는 근접) 입력 각각을 정확하게 인식할 수 있다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로, 및 터치 센싱 장치를 포함한다. 터치 센싱 장치는 터치 스크린(TSP)과, 터치 스크린 구동회로를 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 유리기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수), 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), 스캔 구동회로(14), 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 데이터를 픽셀들에 기입한다.

데이터 구동회로(12)는 타이밍 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 데이터가 기입될 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 입력받는다. 타이밍 콘트롤러(20)는 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 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 3과 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 4와 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 유리기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cm)은 도 5와 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부 기판에 내장될 수도 있다. 도 3 내지 도 5에서 "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) 사이에 형성된 i×j 개의 터치 센서들(Cm)을 포함한다. 터치 센서들(Cm) 각각은 상호 용량을 갖는다. 터치 스크린(TSP)은 블록 센싱이 가능하도록 2 이상의 Tx 블록들과 2 이상의 Rx 블록들로 분할될 수 있다. 따라서, 터치 스크린(TSP)은 Tx 블록들과 Rx 블록들의 교차 구조에 의해 매트릭스 형태로 분할된다. Tx 블록과 Rx 블록이 교차되는 블록들 각각은 2 개 이상의 터치 센서들(Cm)을 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), 터치 스크린 타이밍 콘트롤러(이하 "TSP 타이밍 콘트롤러"라 함, 36), 및 터치 인식 프로세서(30)를 포함한다. 터치 스크린 구동회로는 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호와 동기하여 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치 센서의 전압을 센싱한다. Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34) 및 TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 도 6과 같이 하나의 ROIC(Read-out IC, 40) 내에 집적될 수 있다. 또한, 터치 인식 프로세서(30)도 ROIC(40) 내에 집적될 수 있다.

터치 스크린 구동회로는 1차 센싱 단계에서 터치 스크린(TSP) 내의 모든 터치 센서들을 1차 센싱한 후에, 2차 센싱 단계에서 1차 센싱 결과 터치 입력이 검출된 터치 센서들만을 2차 센싱하여 터치 입력 위치를 검출한다. 1차 센싱 단계는 블록 센싱(Block sensing) 방법 또는 풀리 센싱(Fully sensing) 방법을 이용하여 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들을 스캐닝한다. 2차 센싱 단계는 1차 센싱에서 터치 입력이 검출된 터치 센서들만을 다시 정밀하게 센싱하는 파셜 센싱 방법을 이용한다. 1차 센싱 단계에서 터치 입력이 검출되지 않을 때 1차 센싱 단계가 반복될 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)로부터 입력된 셋업신호(도 6의 SUTx)에 응답하여 Tx 라인을 선택하고, 선택된 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동신호를 공급한다. 본 발명은 터치 센서(Cm)의 전압을 N(N은 2 이상의 양의 정수)회 반복 Rx 구동회로(34)의 샘플링 커패시터에 누적함으로써 터치 전후 터치 센서의 전압 변화를 크게 할 수 있다. 이를 위하여, Tx 라인들(T1~Tj) 각각에 인가되는 구동신호는 소정 시간 간격으로 발생되는 N 개의 구동신호를 포함할 수 있다. 하나의 Tx 라인에 터치 센서가 j 개 연결되어 있다면, N 개의 구동신호를 포함한 구동신호가 j회 연속으로 Tx 라인에 공급된 후에, 다음 Tx 라인에도 같은 방식으로 구동신호들이 공급될 수 있다.

Rx 구동회로(34)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)로부터 입력된 Rx 셋업신호(도 6의 SURx)에 응답하여 터치 센서 전압을 수신할 Rx 라인들을 선택한다. Rx 구동회로(34)는 선택된 Rx 라인들을 통해 터치 센서의 전압을 수신하여 샘플링한다. Rx 구동회로(34)는 아날로그-디지털 변환기를 이용하여 샘플링한 전압을 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터(touch raw data, 도 6의 TData)를 출력한다. 터치 원시 데이터(TData)는 터치 인식 프로세서(30)로 전송된다.

TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 I²C 버스, SPI(serial peripheral interface), 시스템 버스(System bus) 등의 인터페이스를 통해 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)에 연결되어 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)의 동작 타이밍을 동기시킨다. TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)의 Tx/Rx 채널 셋업, Rx 구동회로(34)의 샘플링 타이밍, Rx 구동회로(34)의 ADC 타이밍 등을 제어한다. TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)의 Tx/Rx 채널 셋업과 동작 타이밍을 제어하기 위하여 필요한 제어신호들을 발생한다.

터치 인식 프로세서(30)는 Rx 구동회로(34)로부터 입력되는 터치 원시 데이터들을 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석한다. 터치 인식 알고리즘은 터치 원시 데이터들과 소정의 문턱값을 비교하여 문턱값 이상의 터치 원시 데이터들을 터치(또는 근접) 입력 데이터로 추정하고, 그 터치(또는 근접) 입력 위치에 대한 좌표를 계산한다. 터치 인식 알고리즘은 상호 용량 방식의 터치 스크린에 적용 가능한 공지의 어떠한 알고리즘으로도 적용될 수 있다. 터치 인식 프로세서(30)는 터치 인식 알고리즘의 연산 결과로 얻어진 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표 정보를 포함한 좌표 데이터(HIDxy)를 외부의 호스트 시스템으로 전송된다. 터치 인식 프로세서(30)는 터치 인식 알고리즘의 계산 결과와 터치 좌표 데이터를 저장하는 버퍼 메모리를 포함할 수 있다. 터치 인식 프로세서(30)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

호스트 시스템은 TV(Television) 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템은 입력 영상의 데이터를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환하여 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템은 터치 인식 프로세서(30)로부터 입력되는 좌표 데이터와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

본 발명의 터치 센싱 장치의 구동 방법은 1차 센싱 방법으로 블록 센싱 방법을 이용할 때 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들을 2 개 이상의 블록들로 가상 분할하고, 블록 센싱(Block sensing) 방법을 이용하여 블록들 단위로 터치(또는 근접) 입력 유무를 빠르게 판단할 수 있다. 이어서, 본 발명의 터치 스크린 센싱 방법은 터치(또는 근접) 입력이 검출된 블록에 한하여 파셜 센싱(Partial sensing) 방법을 적용하여 그 블록 내에서 터치 입력 위치를 정밀하게 센싱할 수 있다. 따라서, 본 발명의 터치 스크린 센싱 방법은 터치 스크린의 총 센싱 시간을 줄여 터치 레포트 레이트를 높일 수 있음은 물론, 센싱 감도를 높일 수 있다.

이하에서 도 7 내지 도 24를 결부하여 블록 센싱 방법과 파셜 센싱 방법을 함께 적용한 터치 센싱 장치의 구동 방법에 대하여 설명하기로 한다.

터치 스크린(TSP)은 x축 방향 및/또는 y축 방향(도 1 및 도 2 참조)을 따라 가상의 Tx/Rx 블록들로 분할되고 블록들 각각은 2 이상의 Tx 라인들과 2 이상의 Rx 라인들과, 다수의 터치 센서들을 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 도 7 내지 도 24와 같이 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들을 1차 스캐닝하여 블록 단위로 터치 센서들을 센싱한 후에, 2차 스캐닝에서 터치(또는 근접) 입력이 검출된 블록에 한하여 그 블록 내의 터치 센서들을 파셜 센싱(또는 2차 스캐닝)하여 터치 위치를 정밀하게 검출한다. 블록 센싱 기간은 종래 기술에서 1 라인의 센싱 시간에 불과하다. 따라서, 본 발명의 터치 스크린 구동 장치는 터치 스크린 내의 모든 터치 센서들을 센싱하는데 필요한 총 센싱 시간을 줄일 수 있다. 또한, 블록 센싱 단계와 파셜 센싱 단계를 통해 터치(또는 근접) 입력 위치를 매 프레임 기간마다 2회 이상 센싱하여 터치 센싱 정확도를 높여 터치 센서의 감도를 높일 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)의 제어 하에 블록 센싱 기간 동안 Tx 블록 단위로 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동신호를 인가하고, 파셜 센싱 기간 동안 터치(또는 근접)가 검출된 Tx 블록 내에 존재하는 Tx 라인들(T1~Tj)에만 구동신호를 1 라인씩 순차적으로 공급한다. Tx 블록들은 Rx 라인들의 장축 방향을 따라 분할된다. Tx 블록들 각각은 2 개 이상의 Tx 라인들을 포함한다. Tx 구동회로(32)는 다른 실시예에서 TSP 타이밍 콘트롤러(36)의 제어 하에 풀리 센싱 기간 동안 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동신호를 1 라인씩 순차적으로 인가하고, 파셜 센싱 기간 동안 터치(또는 근접)가 검출된 영역 내에 존재하는 Tx 라인들(T1~Tj)에만 구동신호를 1 라인씩 순차적으로 공급한다.

Rx 구동회로(34)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)의 제어 하에 블록 센싱 기간 동안 터치 인식 프로세서(30)의 제어 하에 Rx 블록 단위로 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치 센서들의 전압을 동시에 센싱하여 디지털 데이터로 변환한 후에, 파셜 센싱 기간 동안 블록 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출된 Rx 블록에 한하여 그 블록 내의 Rx 라인들을 통해 수신되는 터치 센서들의 전압을 순차적으로 샘플링 및 디지털 변환할 수도 있다. Rx 블록들은 Tx 라인들의 장축 방향을 따라 분할된다. Rx 블록은 2 개 이상의 Rx 라인들을 포함한다.

Tx 구동회로(32)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)로부터 입력된 셋업신호(SUTx)에 응답하여 블록 센싱 기간 동안 Tx 라인들을 블록 단위로 선택하고, 파셜 센싱 기간 동안 Tx 라인들을 라인 단위로 선택한다. 그리고 Tx 구동회로(32)는 Tx 셋업신호에 따라 선택된 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동신호를 공급한다. 터치 센서(Cm)의 전압을 N회 반복 누적하여 샘플링 커패시터의 충전양을 높이기 위하여, 도 13, 도 15 등과 같이 Tx 라인들(T1~Tj) 각각에 인가되는 구동신호는 소정 시간 간격으로 연속으로 발생되는 N 개의 구동신호를 포함할 수 있다. 하나의 Tx 라인에 터치 센서가 j 개 연결되어 있다면, N 개의 구동신호를 포함한 구동신호가 j회 연속으로 Tx 라인에 공급된 후에, 다음 Tx 라인에도 같은 방식으로 구동신호들이 공급된다.

Rx 구동회로(34)는 블록 센싱 단계를 통해 터치 센서 전압들의 수신 및 샘플링 시간을 대폭 줄일 수 있다. Rx 구동회로(34)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)로부터 입력된 셋업신호(SURx)에 응답하여 터치 센서 전압을 수신할 Rx 라인들(R1~Ri)을 선택한다. Rx 구동회로(34)는 셋업신호(SURx)에 따라 선택된 Rx 라인들을 통해 터치 센서 전압을 수신하여 샘플링한다.

Rx 구동회로(34)는 블록 센싱 기간 동안 Rx 블록 단위로 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 터치 센서들의 전압을 동시에 수신하여 샘플링하고 디지털 데이터로 변환할 수 있다. Rx 구동회로(34)는 블록 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출된 Rx 블록에 한하여 그 Rx 블록 내의 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압을 순차적으로 수신하여 샘플링하고 디지털 데이터로 변환할 수도 있다. Rx 구동회로(34)로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 원시 데이터(TData)로서 터치 인식 프로세서(30)로 전송된다.

터치 인식 프로세서(30)는 터치 인식 알고리즘을 실행하여 블록 센싱 결과 얻어진 터치 원시 데이터(TData)를 분석하여 터치 전후에 터치 센서 전압의 변화값이 소정의 문턱값 이상으로 큰 데이터들을 터치(또는 근접) 입력 위치의 데이터로 판단하여 터치(또는 근접) 입력 유무를 판단할 수 있다. 터치 인식 프로세서(30)는 블록 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출되면 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)를 파셜 센싱 단계로 제어한다. 터치 인식 프로세서(30)는 파셜 센싱 단계를 수행하여 블록 센싱 단계로 터치(또는 근접) 입력이 검출된 블록에 한하여 터치 센서들을 정밀 센싱하여 얻어진 터치 원시 데이터들(TData)을 분석한다. 터치 인식 프로세서(30)는 터치 인식 알고리즘을 실행하여 파셜 센싱 결과 터치 전후의 변화량이 소정의 문턱값 이상으로 큰 데이터들을 실제 터치(또는 근접) 입력 위치의 터치 센서들로부터 얻어진 데이터로 판단하여 그 터치 센서들에 대한 좌표값을 추정한다. 터치 인식 프로세서(30)는 블록 센싱 단계와 파셜 센싱 단계에서 모두 터치(또는 근접) 입력으로 검출된 터치 센서의 좌표 정보를 포함한 최종 터치 좌표 데이터를 호스트 시스템으로 전송한다.

터치 인식 프로세서(30)는 블록 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않으면 파셜 센싱 단계로 이행하지 않고 블록 센싱 단계를 반복한다. 따라서, 터치 인식 프로세서(30)는 블록 센싱 결과에 따라 선택적으로 파셜 센싱 단계를 생략하여 터치 감도 저하 없이 터치 스크린의 총 센싱 시간을 줄일 수 있다.

도 7 내지 도 10를 참조하면, 블록 센싱 단계는 블록 단위로 터치 센서들을 센싱하여 제1 센싱 기간(TB) 동안 터치 스크린(TSP) 내의 모든 터치 센서들을 센싱한다.(S71) 블록 센싱 단계는 제I(I는 양의 정수) 블록 내에 존재하는 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급하여 제I 블록 내에 존재하는 모든 터치 센서들의 전압을 동시에 센싱한다. 이어서, 블록 센싱 단계는 제I+1 블록 내에 존재하는 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 인가하여 제I+1 블록 내에 존재하는 모든 터치 센서들의 전압을 동시에 센싱한다. 제1 센싱 기간은 도 13 및 도 15와 같이 1 블록 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호가 동시에 공급되므로 1 블록 센싱에 필요한 시간은 종래 기술에서 터치 스크린의 1 라인 센싱에 필요한 시간에 불과하다.

터치 스크린 구동회로는 블록 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 파셜 센싱 단계로 이행하여 제2 센싱 기간(TP) 동안 터치(또는 근접) 입력이 검출된 블록 내의 Tx 라인들에 구동신호를 라인별로 순차적으로 공급하여 그 블록 내에 존재하는 터치 센서들의 전압을 센싱함으로써 터치(또는 근접) 입력 위치를 정밀하게 검출한다.(S72 및 S73) 제2 센싱 기간(TP)은 터치(또는 근접) 입력이 검출된 블록들의 개수에 따라 달라진다.

블록 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출된 경우에만, 도 8과 같이 블록 센싱 단계 이후에 파셜 센싱 단계로 이행된다. 반면에, 블록 센싱 단계에서 아무런 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않으면, 도 9와 같이 블록 센싱 단계 이후에 다시 블록 센싱 단계가 수행된다.

터치 스크린 구동회로의 소비 전력을 줄이기 위하여, 도 9에서 블록 센싱 단계가 반복될 때 다음 블록 센싱 단계로 이행하기 전에 소정 시간 동안 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), 및 TSP 타이밍 콘트롤러(36)를 디스에이블(disable) 시켜 그 동작을 정지시킬 수 있다.

터치 스크린(TSP)의 모든 터치 센서들을 센싱하는데 필요한 총 센싱 시간(Ttotal)은 도 8 및 도 9와 같이 제1 센싱 기간(TB)과 제2 센싱 기간(TP)을 합한 시간이다. 블록 센싱 결과, 터치(또는 근접) 입력이 여러 개의 블록에서 검출되면 즉, 멀티 터치(또는 근접) 입력이 검출되면 그 블록들에 대하여 파셜 센싱이 수행된다. 따라서, 도 8과 같이 블록 센싱에 필요한 제1 센싱 기간(TB)은 고정된 반면에, 블록 센싱 결과 멀티 터치(또는 근접)가 검출되면 제2 센싱 기간(TP)이 길어지므로 파셜 센싱에 필요한 제2 센싱 기간(TP)은 가변될 수 있다.

도 10 내지 도 12는 터치 스크린(TSP)이 y축을 따라 다수의 Tx 블록들로 분할 구동되는 경우에 블록 센싱 단계와 파셜 센싱 단계를 보여 주는 도면들이다. 여기서, y축은 도 1 및 도 2와 같이 Rx 라인들의 장축 방향과 평행하다.

터치 스크린(TSP)이 도 10과 같이 제1 및 제2 Tx 블록들(B1, B2)로 분할될 수 있다. 이 경우, 터치 스크린 구동회로는 블록 센싱 단계에서 제1 Tx 블록(B1) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급한 후에, 제2 Tx 블록(B2) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급하여 Tx 블록 단위로 터치(또는 근접) 입력 유무를 검출한다. 터치 스크린 구동회로는 블록 센싱 결과 제1 Tx 블록(B1) 내에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 파셜 센싱 단계로 이행한다. 터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계에서 제1 Tx 블록(B1) 내의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 공급하여 제1 Tx 블록(B1) 내의 터치 센서들을 정밀하게 센싱하고, 그 결과 최종 터치(또는 근접) 입력 위치를 정확하게 검출한다. 블록 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 제2 Tx 블록(B2)은 파셜 센싱 단계에서 센싱되지 않는다.

터치 스크린(TSP)이 도 11과 같이 제1 내지 제3 Tx 블록들(B1~B3)로 분할될 수 있다. 이 경우, 터치 스크린 구동회로는 블록 센싱 단계에서 제1 Tx 블록(B1) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급한 후에, 제2 Tx 블록(B2) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급하여 Tx 블록 단위로 터치(또는 근접) 입력 유무를 검출한다. 이어서, 터치 스크린 구동회로는 제3 블록(B3) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급하여 제3 Tx 블록 내에서 터치(또는 근접) 입력 유무를 검출한다. 터치 스크린 구동회로는 블록 센싱 결과, 제2 Tx 블록(B2) 내에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 파셜 센싱 단계로 이행한다. 터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계에서 제2 Tx 블록(B2) 내의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 공급하여 제2 Tx 블록(B2) 내의 터치 센서들을 정밀하게 센싱하고, 그 결과 최종 터치(또는 근접) 입력 위치를 정밀하게 검출한다. 블록 센싱 결고 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 제1 및 제3 Tx 블록(B1, B3)은 파셜 센싱 단계에서 센싱되지 않는다.

터치 스크린(TSP)이 도 12와 같이 제1 내지 제4 Tx 블록들(B1~B4)로 분할될 수 있다. 도 13은 도 12와 같은 경우에 Tx 라인들에 공급되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 터치 스크린 구동회로는 블록 센싱 단계에서 제1 Tx 블록(B1) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급된 후에, 제2 Tx 블록(B2) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급한다. 이어서, 터치 스크린 구동회로는 제3 Tx 블록(B3) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급한 후에, 제4 Tx 블록(B4) 내의 모든 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급하여 Tx 블록 단위로 터치(또는 근접) 입력 유무를 검출한다. 터치 스크린 구동회로는 블록 센싱 결과 제2 Tx 블록(B2) 내에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 파셜 센싱 단계로 이행한다. 터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계에서 제2 Tx 블록(B2) 내의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 공급하여 제2 Tx 블록(B2) 내의 터치 센서들을 정밀하게 센싱하고, 그 결과 최종 터치(또는 근접) 입력 위치를 정밀하게 검출한다. 블록 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 제1, 제3 및 제4 Tx 블록(B1, B3, B4)은 파셜 센싱 단계에서 센싱되지 않는다.

도 14는 멀티 터치(또는 근접) 입력에서 블록 센싱 단계와 파셜 센싱 단계를 보여 주는 도면이다. 도 15는 도 14와 같은 경우에 Tx 라인들에 공급되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.

도 14 및 도 15를 참조하면, 블록 센싱 단계는 Tx 블록 단위로 구동신호를 인가하여 Tx 블록 단위로 터치(또는 근접) 입력 유무를 검출한다. 블록 센싱 결과, 제2 및 제3 Tx 블록들(B2, B3) 각각에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 파셜 센싱 단계가 수행된다. 파셜 센싱 단계는 제2 Tx 블록(B2) 내의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 공급한 후에, 제3 Tx 블록(B3) 내의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 공급하여 제2 및 제3 Tx 블록들(B2, B3) 내에서 터치 센서들을 정밀 센싱한다. 따라서, 블록 센싱 결과 여러 개의 블록들에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되면 제2 센싱 기간(TP)이 길어질 수 있다. 파셜 센싱 단계는 블록 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 제1 및 제4 블록들(B1, B4)의 터치 센서들을 센싱하지 않는다.

도 16 및 도 22와 같이 이웃한 Tx/Rx 블록들 간의 경계에 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 파셀 센싱 방법은 터치(또는 근접) 입력 위치와 가까운 이웃한 Tx/Rx 블록들에 대하여 정밀하게 센싱한다. 도 17은 도 16과 같은 경우에 Tx 라인들에 공급되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 블록 센싱 결과 제1 및 제2 Tx 블록들(B1, B2) 사이의 경계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되므로 파셜 센싱 단계가 수행된다. 파셜 센싱 단계는 제1 Tx 블록(B1) 내의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 공급한 후에 제2 Tx 블록(B2) 내의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 공급하여 제1 및 제2 Tx 블록들(B2, B3) 내에서 터치 센서들을 정밀 센싱한다. 따라서, 블록 센싱 결과 블록들 간의 경계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되면 제2 센싱 기간(TP)이 길어질 수 있다. 파셜 센싱 단계는 블록 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 제3 및 제4 블록들(B3, B4)의 터치 센서들을 센싱하지 않는다.

도 18 내지 도 22는 터치 스크린(TSP)이 x축을 따라 다수의 Rx 블록들(C1~C4)로 분할 구동되는 경우에 블록 센싱 단계와 파셜 센싱 단계를 보여 주는 도면들이다. 여기서, x축은 도 1 및 도 2와 같이 Tx 라인들의 장축 방향과 평행하다.

도 18 내지 도 22를 참조하면, 터치 스크린 구동회로는 블록 센싱 단계에서 Tx 블록 단위로 구동신호를 Tx 블록들에 인가하고 제1 내지 제4 Rx 블록 단위로 터치 센서들의 전압을 수신하여 샘플링하고, 샘플링한 전압을 디지털 데이터로 변환할 수 있다. 예를 들어, 터치 스크린 구동회로는 제1 Tx 블록(B1)의 Tx 라인들에 제1 구동신호를 동시에 공급하여 제1 Rx 블록(C1)의 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압을 동시에 수신한 후에, 제1 Tx 블록의 Tx 라인들에 제2 구동신호를 동시에 공급하여 제2 Rx 블록(C2)의 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압을 동시에 수신할 수 있다. 이어서, 터치 스크린 구동회로는 제1 Tx 블록(B1)의 Tx 라인들에 제3 구동신호를 동시에 공급하여 제3 Rx 블록(C3)의 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압을 동시에 수신한 후에, 제1 Tx 블록의 Tx 라인들에 제4 구동신호를 동시에 공급하여 제4 Rx 블록(C4)의 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압을 동시에 수신할 수 있다. 이와 같은 방법으로 제1 Tx 블록 내의 모든 터치 센서들이 블록 센싱 단계로 센싱된 다음, 다음 Tx 블록의 터치 센서들이 센싱된다.

블록 센싱 단계에 의해 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계로 이행한다. 터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계에서 블록 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출된 터치 센서에 연결되는 Tx 블록과 Rx 블록에 한하여 그 블록들이 교차하는 블록 내의 모든 터치 센서들을 정밀하게 센싱한다. 이를 상세히 하면, 터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계에서 블록 센싱 결과 터치 (또는 근접) 입력이 검출된 Tx 블록의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 인가하고, 블록 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출된 Rx 블록의 Rx 라인들을 통해 터치 센서 전압들을 동시에 또는 순차적으로 수신하여 샘플링하고, 샘플링된 전압을 디지털 데이터로 변환한다. 터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계에서 블록 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 Tx 블록들에는 구동신호를 인가하지 않으며 또한, 블록 센싱 단계에 의해 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 Rx 블록들을 통해 터치 센서 전압들을 수신하지 않는다. 블록 센싱 결과, 모든 블록들에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않으면, 파셜 센싱 단계가 수행되지 않고 블록 센싱 단계가 다시 수행된다.

블록 센싱 단계에 의해 도 21과 같이 다수의 Rx 블록들 내에서 멀티 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출된 Tx 블록들 각각의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 인가한다. 그리고 터치 스크린 구동회로는 터치(또는 근접) 입력이 각각 검출된 Rx 블록들 각각의 Rx 라인들을 통해 터치 센서 전압들을 동시에 또는 순차적으로 수신하여 샘플링하고, 샘플링된 전압을 디지털 데이터로 변환한다. 이 경우에도, 파셜 센싱 단계는 블록 센싱 단계에 의해 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 Tx 블록들에는 구동신호를 인가하지 않으며 또한, 블록 센싱 단계에 의해 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 Rx 블록들을 통해 터치 센서 전압들을 수신하지 않는다. 블록 센싱 결과, 모든 블록들에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않으면, 파셜 센싱 단계가 수행되지 않고 블록 센싱 단계가 다시 수행된다.

블록 센싱 단계에 의해 도 22와 같이 이웃하는 Rx 블록들의 경계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 파셜 센싱 단계는 터치 (또는 근접) 입력이 검출된 Tx 블록의 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 인가한다. 그리고 터치 스크린 구동회로는 터치(또는 근접) 입력 위치를 경계로 이웃하는 Rx 블록들의 Rx 라인들을 통해 터치 센서 전압들을 동시에 또는 순차적으로 수신하여 샘플링하고 샘플링된 전압을 디지털 데이터로 변환한다. 이 경우에도, 파셜 센싱 단계는 블록 센싱 단계에 의해 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 Tx 블록들에는 구동신호를 인가하지 않으며 또한, 블록 센싱 단계에 의해 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 Rx 블록들을 통해 터치 센서 전압들을 수신하지 않는다. 블록 센싱 결과, 모든 블록들에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않으면, 파셜 센싱 단계가 수행되지 않고 블록 센싱 단계가 다시 수행된다.

도 23은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법을 보여 주는 흐름도이다. 도 24는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법의 일 예를 설명하기 위하여 두 개의 터치 입력을 가정한 도면이다. 도 25는 풀리 센싱 단계에서 Tx 라인들에 인가되는 구동신호를 보여 주는 파형도이다. 도 26은 도 24와 같은 터치 입력들이 풀리 센싱 단계에서 검출될 때 파셜 센싱 대상 영역들을 보여 주는 도면이다. 도 27은 도 26과 같은 파셜 센싱 대상 영역들에 인가되는 구동 신호를 보여 주는 파형도이다. 도 28은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법에서 터치 감도 향상 효과를 보여 주는 파형도이다.

도 23 내지 도 28을 참조하면, 터치 스크린 구동회로는 풀리 센싱 방법(Fully sensing)으로 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들을 1차 스캐닝하여 터치 센서들을 센싱한다.(S231) 풀리 센싱 방법은 도 25와 같이 제1 Tx 라인(T1) 부터 제j Tx 라인(Tj)까지 구동신호를 순차적으로 공급하여 터치 센서들을 센싱한다. 풀리 센싱 기간을 줄이기 위하여, 터치 센서들은 도 18 내지 도 22와 같이 Rx 블록 단위로 센싱될 수 있다.

터치 스크린 구동회로는 풀리 센싱 단계에서 수신한 터치 센서들의 전압을 디지털 데이터로 변환하고 그 디지털 데이터를 문턱값과 비교하여 터치(또는 근접) 입력 여부를 판단한다. 터치 스크린 구동회로는 풀리 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력(도 24, 51)이 검출되면, 2차 스캐닝 과정인 파셜 센싱 단계로 이행하여 풀리 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출된 Tx 라인들(도 24 및 도 26, T3~T5, T31~T33)에 한하여 구동신호를 라인별로 순차적으로 공급하여 파셀 센싱 대상 영역들(52)에 존재하는 터치 센서들의 전압을 정밀하게 센싱한다.(S232 및 S233) 여기서, Rx 구동회로(34)는 파셜 센싱 단계(S232 및 S233)에서 파셀 센싱 대상 영역들(52)을 지나는 Rx 라인들(R7~R12, R25~R30)을 통해 그 파셀 센싱 대상 영역들(52) 내의 터치 센서들의 전압을 수신한다.

파셜 센싱 대상 영역들(52)은 터치 입력 영역(51)과 그 주변 영역을 포함하는 소정 크기의 영역으로 미리 설정된다. 주변 영역은 터치 입력 영역(51) 밖의 상하좌우에 위치하며 터치 입력 영격(51)과 이웃하는 터치 센서들을 포함한다. 주변 영역의 크기는 미리 설정되고, 설계자에 의해 가변 가능하다.

풀리 센싱 단계에서 터치(또는 근접) 입력이 검출된 경우에만, 파셜 센싱 단계로 이행된다.(S234) 반면에, 풀리 센싱 단계에서 아무런 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않으면, 풀리 센싱 단계가 반복된다.

터치 스크린 구동회로는 파셜 센싱 단계에서 수신한 터치 센서들의 전압을 디지털 데이터로 변환한다.(S235) 이어서, 터치 스크린 구동회로는 터치 센서별로 미리 저장된 풀리 센싱 데이터와 파셜 센싱 데이터를 합산한다.(S236) 그 결과, 본 발명은 도 28과 같이 터치 입력이 없을 때의 터치 무신호와 터치(또는 근접) 입력 신호의 차가 커지므로 터치 감도가 더 개선될 수 있다.

도 29 내지 도 31은 Rx 구동회로(34)의 회로 구성과 그 동작을 보여 주는 도면들이다. 도 29에서, 상단에 표시된 펄스신호는 Tx 라인들(T1~Tj)에 공급되는 구동신호를 예시한 것이다. 구동신호는 t1 시간 동안 하이 로직 레벨(high logic level)의 전압으로 발생되고, t2 시간 동안 로우 로직 레벨(low logic level)의 전압으로 발생된다. 도 29 및 도 30에서, Tx(i)은 i(i는 자연수) 번째 Tx 라인(Tx(i)), Rx(i)는 i 번째 Rx 라인, Rx(i+1)는 i+1 번째 Rx 라인을 의미한다. Tx 라인(Tx(i))과 Rx 라인들(Rx(i), Rx(i+1)) 사이에는 터치 센서들이 형성된다.

도 29 내지 도 31을 참조하면, Rx 구동회로(34)의 샘플링 회로는 이웃하는 Rx 라인들(Rx(i), Rx(i+1))을 통해 수신된 터치 센서들의 전압을 수신하여 각각 샘플링하고, 샘플링한 전압들의 차를 아날로그-디지털 변환기(341)에 공급한다. 이를 위하여, 샘플링 회로는 제1 및 제2 샘플링 회로, 및 그 샘플링 회로들의 출력을 비교하는 비교기(COMP)를 포함한다. 비교기(COMP)는 연산 증폭기(Operation Amplifier, OP)로 구현될 수 있다. 제1 및 제2 샘플링 회로는 i 번째 Tx 라인(Tx(i))에 구동신호가 인가될 때마다 i 번째 Rx 라인(Rx(i))을 통해 수신되는 터치 센서들의 전압을 제1 샘플링 커패시터(Ca1)에 누적하여 그 터치 센서들의 전압을 샘플링함과 동시에, i+1 번째 Rx 라인(Rx(i+1))을 통해 수신되는 터치 센서들의 전압을 제2 샘플링 커패시터(Ca1')에 누적하여 터치 센서들의 전압을 샘플링한다.

제1 샘플링 회로는 제1 내지 제4 스위치들(S11~S22), 제1 센싱 커패시터(Cs), 제1 샘플링 커패시터(Ca1)를 포함하여 i 번째 Rx 라인(Rx(i))을 통해 수신되는 터치 센서들의 전압을 샘플링한다. 제1 스위치(S11)는 i 번째 Rx 라인(Rx(i))에 접속된다. 제3 스위치(S21)는 제1 스위치(S11)와 기저전압원(GND) 사이에 접속된다. 제2 스위치(S12)는 제4 스위치(S22)와 기저전압원(GND) 사이에 접속된다. 제4 스위치(S22)는 제2 스위치(S12)와 비교기(COMP)의 비반전 입력단자 사이에 접속된다. 제1 센싱 커패시터(Cs)의 일단은 제1 스위치(S11)와 제3 스위치(S21) 사이의 제1 노드에 접속된다. 제1 센싱 커패시터(Cs)의 타단은 제2 스위치(S12)와 제4 스위치(S22) 사이의 제2 노드에 접속된다. 제1 샘플링 커패시터(Ca1)의 일단은 제4 스위치(S22)와 비교기(COMP)의 비반전 입력단자 사이의 노드에 접속된다. 제1 샘플링 커패시터(Ca1)의 타단은 비교기(COMP)의 제1 출력단자에 접속된다.

제1 및 제2 스위치(S11, S12)는 구동 펄스가 발생되는 t1 시간에 턴-온된다. 그러면, 도 30과 같이 i 번째 Rx 라인(Rx(i))에 연결된 제1 터치 센서의 전압이 제1 센싱 커패시터(Cs)에 저장된다. 이어서, 제3 및 제4 스위치(S21, S22)는 i 번째 Tx 라인(Tx(i))의 전압이 로우 로직 레벨로 낮아지는 t2 시간에 턴-온된다. 그러면, 도 31과 같이 제1 센싱 커패시터(Cs)에 저장된 제1 터치 센서의 전압이 제1 샘플링 커패시터(Ca1)에 저장된다.

제2 샘플링 회로는 제5 내지 제8 스위치들(S11'~S22'), 제2 센싱 커패시터(Cs'), 제2 샘플링 커패시터(Ca1')를 포함하여 i+1 번째 Rx 라인(Rx(i+1))을 통해 수신되는 터치 센서들의 전압을 샘플링한다. 제5 스위치(S11')는 i+1 번째 Rx 라인(Rx(i+1))에 접속된다. 제7 스위치(S21')는 제5 스위치(S11')와 기저전압원(GND) 사이에 접속된다. 제6 스위치(S12')는 제8 스위치(S22)와 기저전압원(GND) 사이에 접속된다. 제8 스위치(S22')는 제6 스위치(S12')와 비교기(COMP)의 반전 입력단자 사이에 접속된다. 제2 센싱 커패시터(Cs')의 일단은 제5 스위치(S11')와 제7 스위치(S21') 사이의 제3 노드에 접속된다. 제2 센싱 커패시터(Cs')의 타단은 제6 스위치(S12')와 제8 스위치(S22') 사이의 제4 노드에 접속된다. 제2 샘플링 커패시터(Ca1')의 일단은 제8 스위치(S22')와 비교기(COMP)의 반전 입력단자 사이의 노드에 접속된다. 제2 샘플링 커패시터(Ca1')의 타단은 비교기(COMP)의 제2 출력단자에 접속된다.

제5 및 제6 스위치(S11', S12')는 구동 펄스가 발생되는 t1 시간에 턴-온된다. 이 때, 도 30과 같이 i+1 번째 Rx 라인(Rx(i+1))에 연결된 제2 터치 센서의 전압이 제2 센싱 커패시터(Cs')에 저장된다. 이어서, 제7 및 제8 스위치(S21', S22')는 i 번째 Tx 라인(Tx(i))의 전압이 로우 로직 레벨로 낮아지는 t2 시간에 턴-온된다. 이 때, 도 31과 같이 제2 센싱 커패시터(Cs')에 저장된 제2 터치 센서의 전압이 제2 샘플링 커패시터(Ca1')에 샘플링된다.

비교기(COMP)는 제1 샘플링 커패시터(Ca1)에 저장된 제1 터치 센서의 전압과 제2 샘플링 커패시터(Ca1')에 저장된 제2 터치 센서의 전압을 아날로그-디지털 변환기(341)에 공급한다.

아날로그-디지털 변환기(341)는 블록 센싱과 파셜 센싱 각각에서 제1 터치 센서의 전압과 제2 터치 센서의 전압의 차를 디지털 데이터로 변환하여 터치 인식 프로세서(30)에 공급한다.

터치 인식 프로세서(30)는 블록 센싱 결과 또는 풀리 센싱 결과로 수신된 디지털 데이터를 메모리(301)에 저장한다. 터치 인식 프로세서(30)는 제1 실시예에서 블록 센싱 이후에 수행된 파셜 센싱 단계에서 얻어진 디지털 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 터치(또는 근접) 입력 위치를 검출하고, 그 터치(또는 근접) 위치의 좌표를 계산한다.

터치 인식 프로세서(30)는 제2 실시예에서 메모리(301)로부터 읽어 낸 풀리 센싱 결과의 디지털 데이터와, 풀리 센싱 이후에 수행된 파셜 센싱 단계에서 얻어진 디지털 데이터를 도 28과 같이 합산한다. 그리고 터치 인식 프로세서(30)는 합산 결과를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 터치(또는 근접) 입력 위치를 검출하고, 그 터치(또는 근접) 위치의 좌표를 계산한다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 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 인식 프로세서
32 : Tx 구동회로 34 : Rx 구동회로

Claims

Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들 사이에 형성된 터치 센서들을 포함한 터치 스크린; 및
1차 센싱 단계에서 상기 터치 스크린 내의 모든 터치 센서들을 1차 센싱하여 터치 입력 유무를 검출한 후에, 2차 센싱 단계에서 1차 센싱 결과 터치 입력이 검출된 터치 센서들을 2차 센싱하여 상기 터치 입력의 위치를 검출하는 터치 스크린 구동회로를 포함하고,
상기 터치 스크린 구동회로는,
상기 1차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과를 메모리에 저장하고,
상기 1차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과와 상기 2차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과를 합산하여 그 합산 결과로 생성된 터치 원시 데이터를 바탕으로 상기 터치 입력의 위치를 추정하고,
상기 터치 스크린 구동회로는 1차 센싱 결과 터치 입력이 검출된 터치 센서들이 없으면 상기 1차 센싱 단계를 반복하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 스크린 구동회로는,
상기 터치 스크린을 적어도 2 이상의 Tx 블록들로 분할하여 상기 1차 센싱 단계에서 제1 Tx 블록 내의 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급하여 상기 제1 Tx 블록 내의 터치 센서들을 동시에 센싱한 후에, 제2 Tx 블록 내의 Tx 라인들에 구동신호를 동시에 공급하여 상기 제2 Tx 블록 내의 터치 센서들을 동시에 센싱하고,
상기 제1 및 제2 Tx 블록들 각각은 상기 Rx 라인들의 장축 방향을 따라 분할되고,
상기 제1 및 제2 Tx 블록들 각각은 2 개 이상의 Tx 라인들과 2 개 이상의 Rx 라인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 스크린 구동회로는,
상기 2차 센싱 단계에서 상기 터치 입력이 검출된 Tx 블록 내에 존재하는 Tx 라인들에만 구동신호를 순차적으로 공급하여 상기 터치 입력이 검출된 Tx 블록 내의 터치 센서들을 정밀하게 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
제 3 항에 있어서,
상기 터치 스크린 구동회로는,
상기 터치 스크린을 적어도 2 이상의 Rx 블록들로 분할하여 상기 1차 센싱 단계에서 제1 Rx 블록 내의 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 전압을 동시에 또는 순차적으로 샘플링하여 터치 원시 데이터로 변환한 후에, 제2 Rx 블록 내의 Rx 라인들을 통해 수신되는 상기 터치 센서들의 전압을 동시에 또는 순차적으로 샘플링하여 터치 원시 데이터로 변환하고,
상기 2차 센싱 단계에서 상기 터치 입력이 검출된 Rx 블록 내의 Rx 라인들만을 통해 상기 터치 센서들의 전압을 수신하여 그 터치 센서들의 전압을 동시에 또는 순차적으로 샘플링하여 터치 원시 데이터로 변환하고,
상기 제1 및 제2 Rx 블록들 각각은 상기 Tx 라인들의 장축 방향을 따라 분할되고,
상기 제1 및 제2 Rx 블록들 각각은 2 개 이상의 Tx 라인들과 2 개 이상의 Rx 라인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 터치 스크린 구동회로는,
상기 1차 센싱 단계에서 Tx 라인들에 구동신호를 순차적으로 공급하여 터치 센서들을 센싱하여 터치 입력 영역을 감지하고,
상기 2차 센싱 단계에서 상기 터치 입력 영역과 그 주변을 포함한 파셜 센싱 대상 영역 내에 존재하는 Tx 라인들에만 구동신호를 순차적으로 공급하여 상기 파셜 센싱 대상 영역 내의 터치 센서들을 정밀하게 센싱하고,
상기 1차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과와 상기 2차 센싱 단계에서 얻어진 센싱 결과 각각은 디지털 데이터인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
삭제
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 터치 스크린 구동회로는,
상기 Tx 라인들에 구동신호를 공급하는 Tx 구동회로;
상기 Rx 라인들을 통해 수신된 상기 터치 센서들의 전압을 샘플링하고 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 출력하는 Rx 구동회로;
상기 Tx 구동회로와 상기 Rx 구동회로의 동작 타이밍을 동기시키고, 상기 Tx 구동회로와 상기 Rx 구동회로의 채널 셋업, 상기 Rx 구동회로의 샘플링 타이밍, 상기 Rx 구동회로의 ADC 타이밍을 제어하는 터치 스크린 타이밍 콘트롤러; 및
상기 터치 원시 데이터를 소정의 문턱값을 비교하여 상기 문턱값 이상의 터치 원시 데이터를 상기 터치 입력 데이터로 추정하는 터치 인식 프로세서를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.