KR101438454B1

KR101438454B1 - 멀티 터치가 가능한 단일층 정전용량방식의 터치 스크린 장치

Info

Publication number: KR101438454B1
Application number: KR1020120016836A
Authority: KR
Inventors: 노봉규
Original assignee: 세심광전자기술(주)
Priority date: 2012-02-20
Filing date: 2012-02-20
Publication date: 2014-09-12
Also published as: KR20130095427A

Abstract

본 발명은 단일층 펄스정전용량방식 터치 스크린 장치의 구동 모듈에 관한 것으로서, 본 발명에서는 각각의 신호전극에는 일 단과 연결되는 스위치 소자 S1 및 스위치 소자 S3와, 타 단과 연결되는 스위치 소자 S2 및 스위치 소자 S4와, 상기 스위치 소자 S3와 연결되는 제 1 적분기와, 상기 제 1 적분기와 연결되는 제 1 아날로그-디지털 변환기(ADC n)와, 상기 스위치 소자 S4와 연결되는 제 2 적분기와, 상기 제 2 적분기와 연결되는 제 2 아날로그-디지털 변환기(ADC n')를 구비하고, 복수 개 스위치 소자 S1과 연결되는 인가 전원선 V1과, 복수 개 스위치 소자 S2와 연결되는 인가 전원선 V2와, 각각의 신호전극에 구비된 스위치 소자 S1을 다른 신호전극에 구비된 스위치 소자 S1과 독립적으로 온/오프시키는 스위치 제어 신호선 SW1과, 각각의 신호전극에 구비된 스위치 소자 S1을 다른 신호전극에 구비된 스위치 소자 S1과 독립적으로 온/오프시키는 스위치 제어 신호선 SW1 및 각각의 신호전극에 구비된 스위치 소자 S2를 다른 신호전극에 구비된 스위치 소자 S2와 독립적으로 온/오프시키는 스위치 제어 신호선 SW2를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일층 펄스정전용량방식 터치 스크린 장치의 구동 모듈이 제공된다.

Description

멀티 터치가 가능한 단일층 정전용량방식의 터치 스크린 장치{SINGLE LAYER CAPACITIVE TYPE TOUCH SCREEN APPARATUS CAPABLE OF MULTI TOUCH}

본 발명은 신호전극에 걸리는 전압 파형을 조절하여, 여러 손가락 접촉시 생기는 간섭신호를 줄여서, 멀티 터치를 구현하는 단일층 정전용량(Single Layer Capacitive) 방식의 터치 스크린 장치에 관한 것이다.

터치 스크린 장치는 정보 입력이 간단하여, 휴대폰이나 모니터에서 많이 쓰인다. 터치 스크린을 구현하는 여러 기술 가운데 정전용량방식은 단일층으로 만들 수 있고, 디스플레이 소자 위에 바로 부착할 수 있어 투과율이 높아 휴대폰에 많이 쓰일 전망이다.

단일층 정전용량 터치 스크린 구현 방법 가운데, 막대모양의 신호전극 양단에 다른 파형의 전압을 걸어 접촉하는 손가락으로 인해 유도된 전하를 측정하는 펄스정전용량(pulse capacitive) 방식이 측정의 정밀도, 대면적 구현, 그리고 여러 터치 지점을 동시에 인식할 수 있는 멀티 터치(multi-touch) 등의 장점이 있다.

단일층 펄스정전용량 방식의 터치 스크린패널은 장방형 막대 형상의 신호전극(120)이 가로축(X축)과 나란하게 여러 개 형성하는 구조이다. 선행문헌 1에는 단일층 펄스정전용량 방식의 터치 스크린패널이 제시되어 있다. 도 1은 단일층 펄스정전용량방식의 터치 스크린 패널(100)의 단면도이고, 도 2는 단일층 펄스정전용량방식의 터치 스크린 패널(100)의 평면도이다.

기판(110) 위에 신호전극(120)의 장축이 X축과 나란하게 다수 형성되어 있다. 기판(110)은 투명한 플라스틱 또는 강화유리로 형성한다. 신호전극(120)은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같이 투명하면서 전기가 통하는 물질로 만들며, 신호전극(120)의 면저항은 보통 20∼200Ω/㎠ 이다. 기판(110) 위에 신호전극(120)을 형성하고, 신호전극 위에는 보호막(111)을 피막한다. 보호막 바로 위에 손가락(300)이 접촉된다.

도 3은 신호전극(120) 위에 손가락(300)이 접촉되었을 때 펄스정전용량 방식의 설명도이다. 신호전극의 전체 길이를 L이라 하고, 손가락이 접촉하는 위치를 x라고 한다. 왼쪽 원점에서 x까지의 신호전극의 저항을 R이라 하고, x에서 끝단(끝 기준선)까지의 저항을 R`이라고 한다. 신호전극은 저항 R과 R`이 직렬로 연결된 등가회로로 볼 수 있다. 신호전극의 면저항이 균일하다고 가정하면 저항 R과 R`는 수학식 1과 같이 성립한다.

손가락은 수백 pF의 접지된 축전지로 볼 수 있다. 따라서 펄스정전용량 방식의 등가회로는 신호전극의 저항 R과 R` 사이에 손가락에 대응되는 축전기 C가 접지된 구조이다.

도 3의 (가)는 신호전극 오른쪽 끝단에 전압 파형 V가 인가되고, 왼쪽 끝단은 접지시켰을 때의 등가회로이다. 이때를 "+" 프레임이라고 하기로 한다. "+" 프레임에서 손가락이 접촉한 x 위치에서 손가락의 등가회로 축전기 C에 충전되는 전하 Q(+)는 아래 수학식 2와 같다.

도 3의 (나)는 전압파형을 바꿔서 인가하였을 때의 등가회로이다. 이때를 "-" 프레임이라 하기로 한다. "-" 프레임에서 손가락이 접촉한 x 위치에서 손가락의 등가회로 축전기 C에 충전되는 전하 Q(-)는 아래 수학식 3과 같다.

"+" 프레임과 "-" 프레임에서 손가락에 유도된 전하량 Q(+), Q(-)로부터 손가락의 접촉점의 위치(x)를 아래 수학식 4와 같이 구할 수 있다.

손가락이 닿는 Y축은 신호전극에 축적된 전하량의 무게 중심 위치로부터 결정할 수 있다. 도 4에서와 같이 인접 신호전극 사이의 이격 거리가 P라면 손가락이 닿는 Y축 좌표 y는 아래 수학식 5로 구한다. Qn(+)와 Qn(-)는 n번째 신호전극에 유도된 "+" 프레임과 "-" 프레임에 손가락에 유도된 전하이다.

도 5는 펄스정전용량 방식의 터치 스크린 장치의 구성도이다. 터치 스크린 장치는 터치 스크린 패널(100)과 구동모듈(200)로 구성된다. 구동모듈은 전체 제어를 담당하는 제어부(210)와, 터치 스크린 패널의 신호전극에 전압 파형을 인가하는 구동부(220), 터치 스크린 패널의 신호전극에 축적된 전하량을 감지하는 감지부(230)와, 감지신호를 처리하여 X,Y좌표로 전환하는 신호처리부(240)로 구성된다. 신호처리부(240)는 터치스크린 장치에서 구현하지 않고 외부 장치에서 그 기능을 수행하게 할 수도 있음은 물론이다. 구동부에서 신호전극으로 전압이 인가될 때는 감지부와 신호전극이 전기적으로 단절이 되고, 신호를 감지하는 경우에는 구동부와 신호전극이 전기적으로 단절된다.

도 6은 종래의 펄스정전용량방식의 구동 회로의 한 예다. V1과 V2는 신호전극 왼쪽과 오른쪽 끝단에 걸어주는 전압 파형이다. 각각의 신호전극(120)에는 4개의 스위치 소자(S1, S2, S3, S4)가 달려있다. 스위치 소자 S1은 신호전극과 구동파형 V1을 연결/차단 시키고, 스위치 소자 S2는 신호전극과 구동파형 V2를 연결/차단시킨다. 스위치 소자 S3와 S4는 신호전극(120)과 적분기(231,232)를 연결/차단시킨다. 적분기(231)는 연산증폭기(OP Amp)와 축전기 그리고 리셋 스위치 소자(S6)로 구성된다. 리셋 스위치 소자가 열리면(도통되면) 적분기의 축전기에 있는 전하를 방전시켜서 초기화한다. 모든 신호전극에는 각각의 적분기와 아날로그-디지털 변환기(ADC, Analogy Digital Converter, 이하, "ADC"라 한다)가 연결되어 있다. 각각의 신호전극에 달린 ADC는 디지털 신호 처리기(DSP, Digital Signal Processor, 이하, "DSP"라 한다)에 연결된다. DSP에서는 각각의 신호전극의 ADC값을 받아서 연산한 후 터치 위치를 결정한다. 모든 신호전극에 연결된 스위치 소자 S1과 S2 및 모든 적분기에 연결된 스위치 소자 S5와 S6는 제어신호 SW에 연결된다. 신호전극과 적분기를 연결하는 모든 스위치 소자 S3와 S4는 제어신호 SW에 연결된다.

도 6의 회로 구성을 도 5에 제시된 구성 블록으로 분류하면, V1과 V2, S1, S2가 구동부(220)에 포함되어, 제어부(210)가 SW, SW'가 포함되고, 감지부(230)는 S3, S4 그리고 적분기와 ADC가 포함된다. DSP가 신호처리부(240)에 포함된다.

도 7은 도 6을 구현하는 타이밍 챠트(Timing chart)이다. V1과 V2는 매 프레임마다 전압레벨이 변경되면서 인가된다. "+"프레임에서는 V1에 V전압이 걸리고 V2에는 접지전압이 걸린다. "-"프레임에서는 V1에 접지전압이 걸리고, V2에는 V전압이 걸린다.

제어신호 SW가 1인 기간이 손가락 접촉으로 전하가 신호전극에 충전되는 시간이다. SW가 1인 경우에는 신호전극에 연결된 S1 스위치 소자와 S2 스위치 소자가 열리고(도통 상태로 되고), 또한 적분기의 스위치 소자 S5, S6가 열려서(도통되어) 적분기의 축전기에 존재하던 전하가 방전된다.

제어신호 SW'가 1인 기간에는 스위치 소자 S3와 S4가 열려서(도통되어) 신호전극에 유도된 전하가 적분기의 축전기로 이동한다. Read 신호가 1인 기간에는 ADC가 동작한다. "+" 프레임과 "-"프레임 동안에 한번 각각 1번씩 신호전극에 유도된 손가락의 전하량이 측정되고, 이 두 측정량으로부터 1회 위치 측정이 이루어진다.

도 8은 종래의 펄스정전용량 방식의 터치 스크린 패널의 위치를 결정하는 순서도이다. 터치 스크린 패널이 작동하면, 초기 배경 측정을 한다. 배경측정은 신호전극에 손가락 접촉이 없는 상태에서 신호전극의 기생용량에 축적되는 전하를 측정하는 것을 의미한다. "+" 프레임과 "-"프레임 동안에 손가락에 유도된 전하를 측정하고 좌표를 계산한다. 1회 측정으로는 오차가 대략 ±5% 정도이므로 여러 번 측정하여 평균값으로 좌표를 결정한다. 측정오차는 측정 횟수의 제곱근에 반비례한다. 100회 측정하여 평균한 값과 1회 측정한 값을 비교하면 오차가 약 10%로 줄어든다.

면저항이 200Ω/□이고, 폭이 8mm, 길이가 40cm인 20인치의 터치 스크린은, 신호전극 양단 사이의 저항이 약 10㏀이다. 보호막을 0.3㎛ SiO2막으로 만든 경우, 손가락에 유도된 신호전극의 축전기는 약 0.5nF이다. 손가락은 완벽한 접지가 아니기 때문에 평행판 축전지로 간주한 값보다 작다. 저항 10㏀과 축전용량 0.5nF가 직렬로 연결된 회로에서, 시상수(τ)는 약 5㎲ 정도이다. 시상수의 3배의 기간에 신호전극은 약 98%가 충전되므로, 신호전극으로 신호가 충전되는 시간과 적분계로 전하가 이동하는 방전기간을 합하여 신호전압을 한 번 측정하는데 걸리는 시간은 시상수의 6배 정도인 30㎲가 필요하다. 1회 위치 측정에 2프레임이 필요하므로, 1회 위치 측정에 필요한 시간은 약 60㎲이다. 이 경우 구동 파형의 주파수는 최대 20㎑ 정도이다.

도 9는 신호전극에 2군데 손이 터치했을 때의 설명도이다. (N-1)신호전극에 B점과 (N+2) 전극의 A점에 동일인의 손가락이 접촉된 상태이다. 도 10은 도 9와 같이 손가락이 접촉했을 때의 상호간섭(cross-talk)을 나타내는 등가회로도이다. R1은 (N+2) 신호전극의 원점에서 A점까지의 저항이고 R2는 A점에서 오른쪽 끝단까지의 저항이다. R3은 (N-1) 신호전극의 원점에서 B점까지의 저항이고 R4는 B점에서 오른쪽 끝단까지의 저항이다. (N-1)신호전극과 (N+2)신호전극은 전기적으로 완전히 독립되어야 하나, 손바닥을 통하여 두 손가락은 연결된 구조로 두 전극 사이에는 축전기(C1)가 놓인 구조로 볼 수 있다. 축전기로 생기는 임피던스가 신호전극의 양단에 걸리는 저항(R1+R2, R3+R4)보다 매우 크면 상호간섭은 무시할 수 있다. 그런데 터치 화면이 커질수록 신호전극이 길어지므로 신호전극 양단에 걸리는 저항을 커지게 되므로 축전기로 인해 발생되는 임피던스의 영향을 받게 될 가능성이 커지게 된다. C가 대략 0.5nf, 구형파 구동주파수(f) 20㎑에서 임피던스(Z)는 아래 수학식 6와 같다.

A점에서 B점에서 걸리는 전압은 A와 B 지점을 서로 다른 시각에 각각 한 점씩 접촉했을 때와 동일 시각에 두 점을 동시에 접촉했을 때는 달라지게 된다. 즉 인체의 두 손가락과 손바닥의 연결로 인해 신호전극의 전압분포가 왜곡이 되어, 대화면의 터치 패널에서 멀티 터치가 발생할 경우 정확한 터치 지점을 감지할 수 없게 된다.

선행문헌 1: 대한민국 공개특허 10-2011-0081474

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 하는 것으로서, 대화면의 터치 패널에서 동시에 복수 개 지점이 터치된 경우에도 정확한 터치 지점을 감지할 수 있는 단일층 정전용량방식의 터치 스크린 장치에 사용되는 구동 모듈 및 구동 방식을 제시하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 상기 목적은 기판상에 n 개의 장방형 막대 형상의 신호전극을 일정한 간격으로 구비하는 터치 스크린 패널과 상기 터치 스크린 패널을 구동시키는 구동모듈을 구비하는 단일층 터치 스크린 장치에 사용되는 상기 신호전극 양단에 V1, V2전압을 번갈아 인가하면서 터치 위치를 결정하는 상기 구동 모듈로서, 각각의 신호전극에는 일 단과 연결되는 스위치 소자 S1 및 스위치 소자 S3와, 타 단과 연결되는 스위치 소자 S2 및 스위치 소자 S4와, 상기 스위치 소자 S3와 연결되는 제 1 적분기와, 상기 제 1 적분기와 연결되는 제 1 아날로그-디지털 변환기(ADC n)와, 상기 스위치 소자 S4와 연결되는 제 2 적분기와, 상기 제 2 적분기와 연결되는 제 2 아날로그-디지털 변환기(ADC n')를 구비하고, 복수 개 스위치 소자 S1과 연결되는 인가 전원선 V1과, 복수 개 스위치 소자 S2와 연결되는 인가 전원선 V2와, 각각의 신호전극에 구비된 스위치 소자 S1을 다른 신호전극에 구비된 스위치 소자 S1과 독립적으로 온/오프시키는 스위치 제어 신호선 SW1 및 각각의 신호전극에 구비된 스위치 소자 S2를 다른 신호전극에 구비된 스위치 소자 S2와 독립적으로 온/오프시키는 스위치 제어 신호선 SW2를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일층 펄스정전용량방식 터치 스크린 장치의 구동 모듈에 의해서도 달성 가능하다.

본 발명의 또 다른 목적은 기판상에 n 개의 장방형 막대 형상의 신호전극을 일정한 간격으로 구비하는 터치 스크린 패널과 상기 터치 스크린 패널을 구동시키는 구동모듈을 구비하는 단일층 터치 스크린 장치에 상기 신호전극 양단에 V1, V2전압을 번갈아 인가하여 터치 위치를 결정하는 단일층 펄스정전용량 구동 방법으로서, 손가락 접촉이 없는 상태에서 각 신호전극 양단에 V1 및 V2 전압을 번갈아 가며 인가하면서 각 신호전극에 인가된 기생 전하량을 측정하는 제 1단계와, 모든 신호전극에 동시에 양단에 V1 및 V2 전압을 번갈아가며 인가하여, 모든 신호전극에 인가된 전하량을 계산하고, 계산된 전하량과 상기 제 1단계에서 계산된 기생 전하량을 차감하고, 차감된 값이 특정치 이상인 신호전극과 상기 신호전극과 이웃하는 신호전극을 선택하는 제 2단계와, 제 2단계에서 선택된 신호전극들에 대해서만 동시에 양단에 V1 및 V2 전압을 번갈아가며 인가하여, 상호 신호전극들에 인가된 전하량을 계산함으로써 터치 위치를 감지하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일층 터치 스크린 장치의 펄스정전용량 구동 방법에 의해서 달성 가능하다.

본 발명에 따른 단일층 펄스정전용량방식 터치 스크린 장치의 구동 모듈에 의하면 대화면용 단일전극 펄스정전용량 방식의 터치 스크린장치에 있어서도 멀티 터치를 안정적으로 구현할 수 있게 되었다. 본 발명에 따른 단일층 펄스정전용량방식 터치 스크린 장치의 터치 측정 방식을 따르면 60인치 이상의 화면까지 용이하게 터치 위치를 파악할 수 있게 되었다.

도 1은 단일층 펄스정전용량방식의 터치 스크린 패널(100)의 단면도이다.
도 2는 단일층 펄스정전용량방식의 터치 스크린 패널(100)의 평면도이다.
도 3은 펄스정전용량 방식의 터치 스크린 패널의 동작 설명도이다.
도 4는 펄스정전용량 방식의 Y축 좌표를 계산하는 설명도이다.
도 5는 펄스정전용량 방식의 터치 스크린 장치의 구성도이다.
도 6은 종래의 펄스정전용량방식의 구동 회로도이다.
도 7은 도 6을 구현하는 타이밍챠트(Timing chart)이다.
도 8은 종래의 펄스정전용량 방식의 터치 스크린 패널의 위치를 결정하는 순서도이다.
도 11은 본발명의 펄스정전용량방식의 한 예의 구동 회로도이다.
도 12는 도 11을 제어하는 시스템의 타이밍챠트(Timing chart)의 한 예다.
도 13은 도 12의 절차를 순서도로 나타낸 것이다.
도 14는 도 11을 제어하는 시스템의 타이밍챠트(Timing chart)의 한 예이다.
도 15는 도 14의 절차를 순서도로 나타낸 것이다.

신호전극(120)을 두껍게 피막하여 신호전극의 양단 사이의 저항을 낮출 수 있지만, 이 경우 투과율이 떨어지는 문제가 있다. 신호전극을 하나씩 순차 구동하는 경우에는 각각의 신호전극에 연결된 스위치 소자 S1과 S2가 다른 신호전극과의 전기적 연결을 단절하지만, 평균횟수가 줄어들어 위치의 정확도가 떨어진다. 20인치 터치패널의 경우 신호전극 폭을 8mm 정도로 만들 경우 신호전극은 약 30개로 형성하여야 한다. 신호전극을 모두 동시에 구동하면, 1초에 약 20,000번 터치 위치를 잴 수 있다. 100회를 평균하여 좌표를 결정하면 초당 약 200번의 터치 좌표를 송출할 수 있다. 신호전극을 한 줄씩 순차구동하면, 각각의 신호전극들은 전기적으로 독립된 형태로 상호간섭이 발생하지 않으나 송출횟수가 신호전극 숫자만큼 나눈 값인 초당 약 6회가 된다.

본 발명에서는 터치가 되는 신호전극들의 전기적 간섭을 없애고, 또한 측정횟수를 최대로 늘려서 측정오차를 줄였다. 신호전극을 모두 동시에 구동하여 1개 이상의 터치 영역을 결정하고, 각각의 터치 영역에 대응되는 신호전극들을 동시에 구동하고, 각각의 터치 영역을 순차구동하였다.

이하에서, 본 발명에 따른 유리 표면 이물 검사 장치의 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 11은 본 발명에 따른 일 실시예의 단일층 펄스정전용량방식의 터치스크린 장치의 구동 회로도이다. 각각의 신호전극(120)에는 4개의 스위치 소자(S1, S2, S3, S4)가 달려있다. 스위치 소자 S1은 신호전극과 구동파형 V1을 연결/차단시키고, 스위치 소자 S2는 신호전극과 구동파형 V2를 연결/차단시킨다. 스위치 소자 S3와 S4는 신호전극(120)과 적분기(231,232)를 연결/차단시킨다. 적분기는 연산 증폭기(OP Amp)와 축전기 그리고 리셋 스위치 소자(S6)로 구성된다. 리셋 스위치 소자가 열리면(도통되면) 적분기의 축전기에 축적된 전하가 방전되어 초기화된다. 터치화면이 커질수록 적분기에 충전되는 전하량은 많아진다. 적분기에서 출력되는 전압은 적분기의 축전용량에 반비례하고, 충전되는 전하량에 비례한다. 적분기의 축적용량이 작으면 포화전압이 생길 수 있으므로, 20인치의 경우 보통 1nF 정도로 만든다. 1nF의 축전기는 IC(Integrated Circuits, 집적회로)칩 내부에 형성하기에는 면적이 많이 필요하므로, 구동 IC칩 외부에 설치하는 것이 바람직하다.

신호전극마다 독자적으로 적분기와 ADC가 연결되는 구성을 갖는다. 각각의 신호전극에 설치된 ADC는 DSP에 연결된다. DSP에서는 각각의 신호전극의 ADC값을 인가받은 후 연산 처리하여 위치를 계산한다. 본 발명에서 DSP라고 명명하였지만 이를 하나의 칩 형태로 구현할 수도 있고, 디지털 신호를 연산 처리하는 회로부(신호처리부)로 구현할 수도 있음은 물론이다.

각각의 신호전극에 연결된 스위치 소자 S1과 S2 그리고 각각의 신호전극에 대응되는 적분기에 연결된 스위치 소자 S5와 S6는 각각의 신호전극을 독립제어하는 제어신호 SW1, SW2, SW3,...SWn에 각각 연결된다. 각각의 신호전극과 각각의 신호전극에 대응되는 적분기를 연결하는 스위치 소자 S3와 S4는 각각의 신호전극을 독립제어하는 제어신호 SW1', Sw2', SW3'....SWn'에 각각 연결된다. 도 11과 도 6의 차이는 도 6에서는 모든 신호전극을 동시에 구동하지만, 도 11에서는 동시에 구동할 수도 있고, 한 줄 또는 몇 줄만 선택구동할 수 있는 것이다.

도 12는 도 11에 제시된 구동 회로도를 제어하는 타이밍챠트(Timing chart)의 한 예다. 도 11에서는 터치 영역을 1번씩 순차 구동하여 터치 좌표를 결정하는 것으로 설명한다. V1과 V2는 매 프레임마다 전압 파형이 변경되면서 인가된다. 즉, "+"프레임 동안에는 V1에는 V전압을 인가하고, V2에는 접지전압을 인가한다. "-"프레임 동안에는 V1에 접지전압을 인가하고, V2에는 V전압을 인가한다. V1과 V2는 위상이 180도 다르다.

제어신호 SW1, SW2, SW3,...SWn가 동시에 1이 되면, 모든 신호전극이 충전된다. 모든 신호전극에 연결된 S1 스위치 소자와 S2 스위치 소자가 열려서(도통되어) 충전이 되고, 또한 각각의 신호전극에 연결된 적분기의 스위치 소자 S5, S6가 열려서(도통되어) 적분기의 축전기가 초기화된다.

제어신호 SW1', SW2', SW3'....SWn'가 1인 기간에는 스위치 소자 S3와 S4가 열려서 신호전극에 유도된 전하가 적분기의 축전기로 이동한다. Read 신호가 1인 기간에는 ADC가 동작한다. "+" 프레임과 "-"프레임 동안에 각각 1번씩 신호전극에 유도된 손가락의 전하량이 측정되고, 이 두 측정량으로부터 1회 좌표 측정이 이루어진다.

도 12에서는 먼저 터치 영역을 결정한다. 제어 신호 SW1, SW2, SW3,...SWn를 모두 1로 인가하여 모든 신호전극에 연결된 스위치 소자 S1, S2를 열어(도통시켜) 모든 신호전극을 충전한다. 충전이 완료되면 SW1, SW2, SW3,...SWn의 제어 신호를 0으로 두어, 모든 신호전극에 연결된 스위치 소자 S1, S2를 닫아(단락시켜) 신호전극을 플로팅시킨다. 다음으로 SW1', Sw2', SW3'....SWn'의 제어 신호를 1로 두어, 모든 신호전극에 연결된 스위치 소자 S3, S4를 열어(도통시켜) 신호전극에 유도된 전하를 각각의 적분기의 축전기로 이동시킨다. 이어 Read 신호에 동기를 맞추어 각 신호전극에 대응되는 적분기의 축전기의 전압을 디지털값으로 변환하고, 이를 DSP에서 디지털 신호 처리를 통해 어느 신호전극에서 터치가 발생하였는지를 산출함으로써 터치 영역이 결정된다.

터치 영역은 신호전극의 측정값에서 배경신호를 뺀 값이 특정치보다 이상인 신호전극을 파악함으로써 결정한다. 터치 영역이란 터치가 발생한 신호전극과 해당 신호전극과 이웃하는 신호전극을 포함하는 영역을 의미하는 것으로서, 본 발명에서는 터치 전하량이 최대가 되는 신호전극을 중심으로 상하 하나씩 더한, 즉 이웃하는, 신호전극 3개를 기본으로 정하였다.

도 12에서는 각각 신호전극 3과 신호전극 12에서 측정값에서 배경신호를 뺀 값이 특정치보다 이상이었다고 가정한다. 이러한 가정 하에 제 1 터치 영역은 신호전극 2, 3, 4로 결정하고, 제 2 터치 영역은 신호전극 11, 12, 13으로 결정한다.

다음으로 제 1 터치 영역을 구동하고, 차례로 터치 영역을 순차구동한다. 도 12에서는 제 1 터치 영역은 2,3,4 신호전극에 대응되고, 제 2 터치 영역은 11, 12, 13의 신호전극에 대응된다. 제 1 터치 영역과 제 2 터치 영역을 순차구동하여 터치 좌표(지점)를 결정하고, 다시 전체 신호전극을 구동하여 터치 영역을 설정하고, 설정된 터치 영역을 순차구동한다.

도 13은 도 12의 절차를 순서도로 나타낸 것이다. 먼저 배경측정을 수행하고, 다음으로 터치 영역을 결정한다. 결정된 터치 영역을 순차적으로 측정하여 좌표를 계산한다. 반복 횟수(평균 횟수)만큼 측정이 이루어지지 않은 경우에는 터치 영역 결정 단계와, 터치 영역 순차 구동 단계 및 좌표 계산 단계를 순차적으로 반복하여 정확도를 높인 후, 좌표를 결정한다. 측정을 계속하고자 할 경우, 터치 영역 결정 단계와, 터치 영역 순차 구동 단계 및 좌표 계산 단계를 순차적으로 다시 수행하고, 측정을 종료하고자 할 경우에는 종료시킨다. 단일층 펄스정전용량방식은 1회 측정시 약 5% 정도의 측정 오차를 갖는다. 1% 미만으로 측정오차를 줄이려면 약 100회 측정을 수행한 후 이를 평균해야 한다. 정확한 좌표 결정을 위해 약 100회의 측정을 수행한다고 가정할 때, 도 11 및 도 12에 도시된 바와 같은 타이밍도 및 흐름도에서는 1회 터치 좌표 계산시마다 터치 영역을 결정하는 단계를 수행하여야 하므로 비효율적이 된다.

따라서 보다 개선된 방법으로 도 14의 타이밍도와 도 15의 순서도를 제안한다. 도 14 및 도 15에서는 터치 영역을 결정하고 결정된 터치 영역에 대해서만 여러 번 반복 측정한 후 터치 좌표를 결정하는 것이 측정의 정밀도가 높다. 도 14는 1회 터치 영역을 결정하고, 결정된 터치 영역을 반복 순차구동하는 타이밍챠트이다. 도 14에서는 제 1 터치 영역은 2,3,4 신호전극에 대응되고, 제 2 터치 영역은 11, 12, 13의 신호전극에 대응된다.

도 15는 도 14의 절차를 순서도로 나타낸 것이다. 먼저 배경측정을 수행하고, 다음으로 터치 영역을 결정한다. 결정된 터치 영역을 순차적으로 구동하여 좌표를 계산하고, 평균 측정 횟수를 체크한다. 평균 측정 횟수에 미달할 경우에는 터치 영역 순차 구동 단계, 좌표 계산 단계를 반복 수행한다. 평균 측정 횟수에 도달한 경우에는 계산된 좌표값을 평균하여 좌표를 결정한다. 계속적으로 측정하고자 할 경우에는 순서도에 도시된 바와 같이 터치 영역 결정 단계부터 다시 수행하게 된다.

상기에서 본 발명의 특정한 실시예가 설명 및 도시되었지만, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당업자에 의하여 다양하게 변형되어 실시될 가능성이 있는 것은 자명한 일이다. 이와 같이 변형된 실시예들은 본 발명의 사상 및 범위로부터 개별적으로 이해되어서는 안되며, 본 발명에 첨부된 청구범위 안에 속한다고 해야 할 것이다.

본 발명은 대화면 터치 스크린에서 멀티 터치기능의 정확도를 높였다. 멀티 터치기능이 중요한 카지노 또는 게임기용 모니터의 터치 스크린으로 쓰일 수 있다.

100 : 펄스정전용량 방식의 터치 스크린 패널
110 : 기판 111 : 보호막
120 : 신호전극 200 : 구동모듈
210 : 제어부 220 : 구동부
230 : 감지부 231, 232 : 적분기
240 : 신호처리부

Claims

기판상에 n 개의 장방형 막대 형상의 신호전극을 일정한 간격으로 구비하는 터치 스크린 패널과 상기 터치 스크린 패널을 구동시키는 구동모듈을 구비하는 단일층 터치 스크린 장치에 사용되는 상기 신호전극 양단에 V1, V2전압을 번갈아 인가하면서 터치 위치를 결정하는 상기 구동 모듈로서,
각각의 신호전극에는 일 단과 연결되는 스위치 소자 S1 및 스위치 소자 S3와, 타 단과 연결되는 스위치 소자 S2 및 스위치 소자 S4와, 상기 스위치 소자 S3와 연결되는 제 1 적분기와, 상기 제 1 적분기와 연결되는 제 1 아날로그-디지털 변환기(ADC n)와, 상기 스위치 소자 S4와 연결되는 제 2 적분기와, 상기 제 2 적분기와 연결되는 제 2 아날로그-디지털 변환기(ADC n')를 구비하고,
상기 복수 개 스위치 소자 S1과 연결되는 인가 전원선 V1과,
상기 복수 개 스위치 소자 S2와 연결되는 인가 전원선 V2와,
상기 각각의 신호전극에 구비된 스위치 소자 S1을 다른 신호전극에 구비된 스위치 소자 S1과 독립적으로 온/오프시키는 스위치 제어 신호선 SW1 및
상기 각각의 신호전극에 구비된 스위치 소자 S2를 다른 신호전극에 구비된 스위치 소자 S2와 독립적으로 온/오프시키는 스위치 제어 신호선 SW2를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일층 펄스정전용량방식 터치 스크린 장치의 구동 모듈.
제 1항에 있어서, 상기 구동모듈에는
상기 각 신호전극에 구비된 제 1 아날로그-디지털 변환기(ADC n)와 제 2 아날로그-디지털 변환기(ADC n')로부터 출력되는 출력값을 입력받은 후 터치 위치를 연산하는 신호처리부가 더 포함되는 것을 특징으로 하는 단일층 펄스정전용량방식 터치 스크린 장치의 구동 모듈.
제 1항 또는 제 2항에 있어서,
상기 제 1 적분기 및 상기 제 2 적분기에는 캐패시터가 포함되어 있고,
상기 스위치 소자 S1, S2, S3, S4와, 상기 제 1 적분기와, 상기 제 1 아날로그-디지털 변환기(ADC n)와, 상기 제 2 적분기와, 상기 제 2 아날로그-디지털 변환기(ADC n'), 인가 전원선 V1과, 인가 전원선 V2와, 스위치 제어 신호선 SW1 및 스위치 제어 신호선 SW2는 적어도 하나의 집적회로칩 영역과 비집적 회로 영역으로 구성되며, 상기 캐패시터는 상기 비집적 회로 영역에 구비되는 것을 특징으로 하는 단일층 펄스정전용량방식 터치 스크린 장치의 구동 모듈.
기판상에 n 개의 장방형 막대 형상의 신호전극을 일정한 간격으로 구비하는 터치 스크린 패널과 상기 터치 스크린 패널을 구동시키는 구동모듈을 구비하는 단일층 터치 스크린 장치에 상기 신호전극 양단에 V1, V2전압을 번갈아 인가하여 터치 위치를 결정하는 단일층 펄스정전용량 구동 방법으로서,
손가락 접촉이 없는 상태에서 각 신호전극 양단에 V1 및 V2 전압을 번갈아 가며 인가하면서 각 신호전극에 인가된 기생 전하량을 측정하는 제 1단계와,
모든 신호전극의 양단에 동시에 V1 및 V2 전압을 번갈아가며 인가하여, 모든 신호전극에 인가된 전하량을 계산하고, 계산된 전하량과 상기 제 1단계에서 측정된 기생 전하량을 차감하고, 차감된 값이 특정치 이상인 신호전극과 상기 신호전극과 이웃하는 신호전극을 선택하는 제 2단계와,
상기 제 2단계에서 선택된 신호전극들에 대해서만 동시에 양단에 V1 및 V2 전압을 번갈아가며 인가하여, 상호 신호전극들에 인가된 전하량을 계산함으로써 터치 위치를 감지하는 제 3단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일층 터치 스크린 장치의 펄스정전용량 구동 방법.
제 4항에 있어서,
상기 제 2단계에서 차감된 값이 특정치 이상인 신호전극이 두 개 검출되고, 상기 검출된 두 개의 신호전극을 각각 제 1 신호전극 및 제 2 신호전극이라 하고, 상기 제 1 신호전극 및 상기 제 1 신호전극과 이웃하는 신호전극들을 제 1 영역 신호전극이라고 하고, 상기 제 2 신호전극 및 상기 제 2 신호전극과 이웃하는 신호전극들을 제 2 영역 신호전극이라고 할 때,
상기 제 3단계는
상기 제 1 영역 신호전극에 대해서만 동시에 양단에 V1 및 V2 전압을 번갈아가며 인가하여, 상호 신호전극들에 인가된 전하량을 계산함으로써 터치 위치를 감지하는 제 3-1단계 및
상기 제 2 영역 신호전극에 대해서만 동시에 양단에 V1 및 V2 전압을 번갈아가며 인가하여, 상호 신호전극들에 인가된 전하량을 계산함으로써 터치 위치를 감지하는 제 3-2단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 단일층 터치 스크린 장치의 펄스정전용량 구동 방법.
제 5항에 있어서,
미리 설정한 반복 회수만큼 상기 제 2단계, 제 3-1단계 및 제 3-2단계를 반복 수행한 후에 반복 수행한 값을 평균하여 터치 위치를 결정하는 제 4단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단일층 터치 스크린 장치의 펄스정전용량 구동 방법.
제 5항에 있어서,
미리 설정한 반복 회수만큼 상기 제 3-1단계 및 제 3-2단계를 반복 수행한 후에 반복 수행한 값을 평균하여 터치 위치를 결정하는 제 5단계를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 단일층 터치 스크린 장치의 펄스정전용량 구동 방법.