KR101514517B1 - 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 정전용량 감지 장치는 노드 커패시터에 제1 주기의 구동 신호를 인가하는 구동 회로부, 상기 제1 주기와 다른 제2 주기 동안에 전압 레벨이 두 번 변하는 출력전압을 생성하는 버퍼부, 상기 출력전압에 의해 충방전되는 버퍼 커패시터 및 상기 버퍼 커패시터에 충전된 전압을 적분하는 적분 회로부를 포함하고, 상기 버퍼부는, 상기 주기가 가변된 구동 신호의 두 주기 동안 전압 레벨이 두 번 변하는 출력전압을 생성할 수 있다.

Description

정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치{APPARATUS FOR SENSING CAPACITANCE, AND TOUCHSCREEN APPARATUS}
본 발명은 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 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 터치 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.
정전용량 방식의 터치스크린은 일정한 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함하며, 터치 입력에 의해 정전용량 변화가 생성되는 복수의 노드가 상기 복수의 전극에 의해 정의된다. 2차원 평면에 분포하는 복수의 노드는, 터치 입력에 의해 자체 정전용량(Self-Capacitance) 또는 결합 정전용량(Mutual-Capacitance) 변화를 생성하며, 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화에 가중 평균 계산법 등을 적용하여 터치 입력의 좌표를 계산할 수 있다.
한편, 터치스크린 패널은 액정 표시장치(LCD)나 유기 발광 표시장치(OLED) 등과 함께 장착되어 동작하게 된다. 이러한 표시 장치로부터 유입되는 잡음에 의해, 오동작을 일으킬 수 있다. 또한, 전원 잡음 또는 공중으로부터 유입되는 전자파 잡음 등의 공통 잡음 뿐만 아니라, 터치시 터치펜이나 손으로부터 유입되는 순간적 잡음 등이 적분 회로의 오동작을 야기한다.
하기의 선행기술문헌 중 특허문헌 1은 터치스크린 장치 및 이의 노이즈(Noise) 제거 방법에 관한 것으로서 로우 데이터를 평균하여 산출된 오프셋을 이용하여 노이즈를 제거하는 내용을 개시하고 있으나, 버퍼부를 적용하여 동작 주파수보다 낮은 주파수의 노이즈를 제거하고, 적분 회로부에 저항을 적용하여 동작 주파수보다 높은 주파수의 노이즈 영향을 최소화할 수 있는 내용은 개시하고 있지 않다.
한국 공개특허공보 10-2007-0109360호
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로, 노이즈에 강한 터치스크린을 위해 버퍼부를 적용하여 동작 주파수보다 낮은 주파수의 노이즈를 제거하고, 적분 회로부에 저항을 적용하여 동작 주파수보다 높은 주파수의 노이즈 영향을 최소화할 수 있는 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면 정전용량 감지 장치는, 노드 커패시터에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 상기 구동 신호의 주기를 가변시켜 출력전압을 생성하는 버퍼부; 상기 출력전압에 의해 충방전되는 버퍼 커패시터; 및 상기 버퍼 커패시터에 충전된 전압을 적분하는 적분 회로부; 를 포함하고, 상기 버퍼부는, 상기 주기가 가변된 구동 신호의 두 주기 동안 전압 레벨이 두 번 변하는 출력전압을 생성할 수 있다.
또한, 상기 버퍼부는, 상기 노드 커패시터에 인가된 구동 신호의 주기를 적어도 2배로 가변시킬 수 있다.
또한, 상기 구동 회로부는, 상기 노드 커패시터의 제1 노드 및 구동 전압단에 배치되는 제1 스위치; 및 상기 노드 커패시터의 제1 노드 및 접지단 사이에 배치되는 제2 스위치; 를 포함할 수 있다.
삭제
또한, 상기 버퍼부는, 상기 노드 커패시터의 제2 노드에 연결되는 일단을 구비하는 제3 스위치; 상기 제3 스위치의 타단과 연결되는 반전단 및 접지단과 연결되는 비반전단을 구비하는 제1 연산 증폭기; 상기 제1 연산 증폭기의 반전단 및 상기 제1 연산 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 제4 스위치; 및 상기 제4 스위치와 병렬로 연결되는 제1 커패시터를 포함할 수 있다.
또한, 상기 적분 회로부는, 상기 버퍼 커패시터 및 접지단 사이에 배치되는 제5 스위치; 상기 제5 스위치의 타단과 연결되는 제1 저항; 상기 제1 저항의 타단과 연결되는 반전단 및 접지단과 연결되는 비반전단을 구비하는 제2 연산 증폭기; 상기 제2 연산 증폭기의 반전단 및 상기 제2 연산 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 제6 스위치; 및 상기 제6 스위치와 병렬로 연결되는 제2 커패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 제2 기술적인 측면에 따른 터치스크린 장치는, 복수의 구동 전극과 복수의 감지 전극을 포함하는 패널부; 복수의 구동 전극 각각에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 및 상기 복수의 구동 전극과 상기 복수의 감지 전극의 교차점에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하는 감지 회로부; 를 포함하고, 상기 감지 회로부는 버퍼부 및 적분 회로부를 포함하고, 상기 버퍼부는 상기 구동 신호의 주기를 가변시켜 출력전압을 생성하고, 상기 적분 회로부는 상기 출력전압을 적분하고, 상기 버퍼부는, 상기 주기가 가변된 구동 신호의 두 주기 동안 전압 레벨이 두 번 변하는 출력전압을 생성할 수 있다.
또한, 상기 버퍼부는, 상기 구동 신호의 주기를 적어도 2배로 가변시킬 수 있다.
또한, 상기 감지 회로부는, 상기 출력전압에 의해 충방전되는 버퍼 커패시터를 더 포함하는 터치스크린 장치.
삭제
또한, 상기 적분 회로부는, 상기 버퍼 커패시터 및 접지단 사이에 배치되는 스위치; 및 상기 스위치의 타단과 연결되는 저항을 더 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치에 버퍼부를 적용하여 동작 주파수보다 낮은 주파수의 노이즈를 제거할 수 있으며, 전체적인 면적의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 적분 회로부에 저항을 적용하여 동작 주파수보다 높은 주파수의 노이즈 영향을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치를 도시한 블록도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치를 도시한 회로도이다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 구성 중 적분 회로부의 동작을 설명하는 도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 구성 중 적분 회로부의 동작을 설명하는 도이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치의 동작을 설명하는 도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다.
도 7a는 종래 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 8a는 종래 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 출력을 나타낸 그래프이다.
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, 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 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자기기(10)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(11), 입력부(12) 및 음성 출력을 위한 오디오부(13)를 포함할 수 있다. 또한, 상기 전자기기(10)는 디스플레이 장치(11)와 일체화되어 터치스크린 장치를 구비할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 기기는 터치스크린 장치가 디스플레이 장치에 일체화되어 구비되는 것이 일반적이며, 터치스크린 장치는 디스플레이 장치가 표시하는 화면이 투과될 수 있을 정도로 높은 빛 투과율을 가져야 한다.
따라서 터치스크린 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 영역에는 투명 전도성 물질로 형성된 감지 전극과 연결되는 배선 패턴이 배치되며, 배선 패턴은 베젤 영역에 의해 시각적으로 차폐되므로 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속 물질로도 형성이 가능하다.
물론, 본 발명에 따른 터치스크린 장치는 정전용량 방식에 따라 동작하는 것을 가정하므로, 소정의 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 또한 복수의 전극에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하기 위한 정전용량 감지 장치를 포함한다. 이하, 도 2 및 도 3을 참조하여, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치를 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치를 도시한 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치는 구동 회로부(100) 및 감지 회로부(200)를 포함할 수 있다. 한편, 상기 감지 회로부(200)는 버퍼부(210) 및 적분 회로부(220)를 포함할 수 있다.
상기 구동 회로부(100)와 버퍼부(210) 사이에는 측정하고자 하는 정전용량 변화가 발생하는 커패시터(Cm)이 연결될 수 있다.
도 2에서 상기 커패시터(Cm)는 본 실시예에 따른 정전용량 감지 장치(200)가 측정하고자 하는 정전용량을 충전한 커패시터에 해당한다. 일례로, 커패시터(Cm)은 정전 용량 방식의 터치스크린에 포함되는 복수의 전극 사이에서 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance)에 대응할 수 있다.
이하 설명의 편의를 위해 본 실시예에 따른 정전용량 감지 장치가 정전용량 방식의 터치스크린에서 생성되는 정전용량 변화를 감지하는 것으로 가정한다. 이 경우, 커패시터(Cm)는 복수의 전극 교차지점에서 생성되는 결합 정전 용량 변화에 의해 전하가 충전 또는 방전되는 노드 커패시터로 가정한다.
구동 회로부(100)는 노드 커패시터(Cm)에 전하를 충전하기 위해 구동 신호를 생성하여 공급할 수 있다. 상기 구동 신호는 펄스 형태를 갖는 구형파(Square Wave)일 수 있으며, 소정의 주파수를 가질 수 있다.
버퍼부(210)는 상기 구동 신호의 주기를 가변시켜 출력전압을 생성할 수 있다. 보다 상세하게는, 버퍼부(210)는 제1 커패시터(CF1)를 포함할 수 있으며, 상기 제1 커패시터(CF1)는 상기 노드 커패시터(Cm)에 충전된 전하를 공급받아 충전 또는 방전될 수 있다. 또한, 버퍼부(210)는 상기 노드 커패시터(Cm)에 인가된 구동 신호의 주기를 적어도 2배로 가변시킬 수 있으며, 주기가 가변된 구동 신호의 두 주기 동안 전압 레벨이 두 번 변하는 출력전압(Vbout)을 생성할 수 있다. 이에 관해서는 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
한편, 상기 출력전압(Vbout)은 노드 커패시터(Cm)의 용량과 상기 버퍼부(210)에 포함되는 제1 커패시터(CF1)의 용량, 그리고 구동 신호의 전압 레벨 등에 따라 결정될 수 있다.
상기 버퍼부(210)의 출력전압(Vbout)은 버퍼 커패시터(Cn)로 전달될 수 있다. 상기 버퍼 커패시터(Cn)는 이로써 충전될 수 있으며, 버퍼 커패시터(Cn)에 충전된 전하는 적분 회로부(220)로 공급될 수 있다.
상기 적분 회로부(220)는 제2 커패시터(CF2)를 포함할 수 있으며, 상기 제2 커패시터(CF2)는 상기 버퍼 커패시터(Cn)에 충전되는 전하를 공급받아 충전 또는 방전될 수 있다. 상기 적분 회로부(220)는 상기 제2 커패시터(CF2)에 충전되거나 또는 방전되는 전하를 반전 적분 또는 비반전 적분하여 출력전압(Vout)을 생성할 수 있다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치를 도시한 회로도이다.
도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 정전용량 감지 장치는 구동 회로부(100), 버퍼부(210) 및 적분 회로부(220)를 포함할 수 있다. 또한 구동 회로부(100)와 버퍼부(210) 사이에는 도 2와 마찬가지로 정전용량 방식 터치스크린의 노드 커패시터(Cm)를 포함할 수 있다.
상기 구동 회로부(100)는 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 상기 제1 스위치는 상기 노드 커패시터(Cm)의 제1 노드 및 구동 전압단(VDD) 사이에 배치될 수 있으며, 상기 제2 스위치는 상기 노드 커패시터(Cm)의 제1 노드 및 접지단 사이에 배치될 수 있다. 이때, 상기 제1 스위치(SW1) 및 상기 제2 스위치(SW2)는 서로 다른 타이밍으로 스위칭 동작하여 상기 노드 커패시터(Cm)에 구동 신호를 전달할 수 있다. 이에 관한 설명은 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
상기 버퍼부(210)는 제1 연산 증폭기(OPA1), 제1 커패시터(CF1), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 포함할 수 있다.
상기 제3 스위치(SW3)는 상기 노드 커패시터(Cm)의 제2 노드 및 상기 제1 연산 증폭기(OPA1)의 반전단 사이에 배치되고, 제4 스위치(SW4)는 상기 제1 연산 증폭기(OPA1)의 반전단 및 출력단 사이에 배치될 수 있다. 한편, 상기 제1 커패시터(CF1)는 상기 제4 스위치(SW4)와 병렬로 연결될 수 있으며, 상기 제1 연산 증폭기(OPA1)의 비반전단은 접지단과 연결될 수 있다.
상기 제1 내지 제4 스위치(SW1 내지 SW4)의 스위칭 동작에 의해 상기 노드 커패시터(Cm)에 저장된 전하는 상기 제1 커패시터(CF1) 및 상기 제1 연산 증폭기(OPA1)에 의해 버퍼링되어 상기 제1 연산 증폭기(OPA1)의 출력단에서 출력전압(Vbout)으로 출력될 수 있다.
이때, 상기 출력전압(Vbout)은 상기 노드 커패시터(Cm)와 제1 커패시터(CF1)의 용량에 따라 결정되며, 측정하고자 하는 전하가 충전되는 노드 커패시터(Cm)의 용량보다 큰 용량을 갖도록 상기 제1 커패시터(CF1)를 구성함으로써 버퍼부(210)의 출력전압(Vbout)이 포화(saturation)되는 것을 방지할 수 있다.
버퍼 커패시터(Cn)의 제1 노드는 제1 연산 증폭기(OPA1)의 출력단에 연결되어 출력전압(Vbout)의 크기와 극성에 따라 상기 버퍼 커패시터(Cn)는 충전 또는 방전된다. 이에 관해서는 도 4a 및 도4b를 참조하여 후술하기로 한다.
적분 회로부(220)는 제2 연산 증폭기(OPA2), 제2 커패시터(CF2), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6) 및 제1 저항(R1)을 포함할 수 있다. 상기 제5 스위치(SW5)는 상기 버퍼 커패시터(Cn)의 제2 노드 및 제1 저항 사이에 배치될 수 있다. 상기 제6 스위치(SW6)는 상기 제2 연산 증폭기(OPA2)의 반전단 및 상기 제2 연산 증폭기의 출력단 사이에 배치될 수 있다. 상기 제2 커패시터(CF2)는 상기 제6 스위치(SW6)와 병렬로 연결되 수 있으며, 상기 제2 연산 증폭기(OPA2)의 비반전단은 접지단과 연결될 수 있다.
상기 제5 및 제6 스위치(SW5, SW6)의 스위칭 동작에 의해 상기 버퍼 커패시터(Cn)에 저장된 전하는 상기 제2 커패시터(CF2) 및 상기 제2 연산 증폭기(OPA2)에 의해 적분되어 상기 제2 연산 증폭기(OPA2)의 출력단에서 출력전압(Vout)으로 출력될 수 있다. 이에 관해서는 도 5를 참조하여 후술하기로 한다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치의 동작을 설명하는 도이다. 보다 상세하게는, 도 5는 N1, 제3 스위치(SW3), 제4 스위치(SW4), 제5 스위치(SW5), 제6 스위치(SW6)에 인가되는 클럭 신호와, 상기 클럭신호에 따른 스위칭 동작으로서 생성되는 버퍼부(210)에서의 출력전압(Vbout) 및 적분 회로부(220)에서의 출력전압(Vout)을 설명하기 위한 도이다.
스위치에 인가되는 클럭 신호가 하이 레벨인 경우 스위치는 턴 온 되며, 로우 레벨인 경우 턴 오프 된다.
이하, 도 3 및 도 5를 참조하여, 본 발명에 따른 정전용량 감지 장치의 동작을 상세히 설명하기로 한다.
제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)는 구동 회로부(100)로부터 노드 커패시터(Cm)에 인가되는 구동 신호의 주기보다 적어도 2배 빠른 신호로 스위칭 동작을 수행할 수 있다. 이때 상기 제3 스위치(SW3) 및 상기 제4 스위치(SW4)는 동일한 주기를 가지고 있으며, 180도의 위상차를 가질 수 있다.
이로써, 상기 버퍼부(210)는 상기 구동 신호의 라이징 에지(rising edge)와 폴링 에지(falling edge)에서 각각 출력전압(Vbout)을 생성할 수 있다.
보다 상세하게는, 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 턴 온되고, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)가 턴 오프 되는 구간, 즉 구동 회로부(100) 내의 노드(n1)의 라이징 에지에서 상기 버퍼부(210)에서의 출력전압(Vbout1)은 아래의 수학식 1과 같다.
Figure 112013045752304-pat00001
한편, 제2 스위치(SW2) 및 제4 스위치(SW4)가 턴 온 되고, 제1 스위치(SW1) 및 제3 스위치(SW3)가 턴 오프 되는 구간, 즉 구동 회로부(100) 내의 노드(n1)의 폴링 에지에서 상기 버퍼부(210)에서의 출력전압(Vbout2)은 아래의 수학식 2와 같다.
Figure 112013045752304-pat00002
여기서 상기 노드(n1)의 라이징 에지에서 버퍼부(210)의 출력전압(Vbout1)과 상기 노드(n1)의 폴링 에지에서 버퍼부(210)의 출력전압(Vbout2)은 동일한 크기를 가지나 전압의 극성이 다른 전압이다.
본 발명에 따른 정전용량 감지 장치는 상기 버퍼부(210)를 포함함으로써, 노이즈 측면 및 면적 부분에서 아래와 같은 효과가 있다. 즉, 상기 버퍼부(210)가 버퍼링 타임(buffering timing)동안 제1 연산 증폭기(OPA1)와 연결되어 있으며, 리셋(reset)구간 동안 감지전극(sensing plate)을 플로팅(floating)함으로써 유입되는 노이즈에 강한 구조가 된다. 또한, 상기 버퍼부(210)는 제1 커패시터(CF1)의 용량을 노드 커패시터(Cm)의 용량보다 크게 함으로써 포화(saturation)의 염려가 없으며, 이로써 정전용량 감지 장치의 전체 면적을 줄일 수 있다.
도 4a는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 구성 중 적분 회로부의 동작을 설명하는 도이다.
도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 구성 중 적분 회로부의 동작을 설명하는 도이다.
도 4b 및 도 5를 참조하면, 상기 버퍼부(210)에서의 출력전압(Vbout1)의 라이징 에지에서 상기 제5 스위치(SW5)가 턴 온 될 수 있다. 이때, 버퍼 커패시터(Cn)는 상기 버퍼부(210)의 출력전압(Vbout1)에 의해 충전될 수 있다. 이때, 제1 저항(R1)에 의해 상기 제2 커패시터(CF2)에 기 충전되어 있던 전하는 영향을 받지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 정전용량 감지 장치에 고주파 주파수의 노이즈가 유입되는 경우 상기 제1 저항(R1)의 존재로 인해 출력전압(Vout)에 고주파 주파수의 노이즈 영향을 줄일 수 있는 효과가 있다.
도 4a 및 도 5를 참조하면, 상기 버퍼부(210)에서의 출력전압(Vbout2)의 폴링 에지에서 상기 제5 스위치(SW5)가 턴 오프 될 수 있다. 이때, 버퍼 커패시터(Cn)에 충전된 전하가 제2 커패시터(CF2)로 전달되어 상기 제2 커패시터(CF2)가 충전될 수 있다. 이때 제2 연산 증폭기(OPA2)에서 출력되는 출력전압(Vout)은 아래의 수학식과 같다.
Figure 112013045752304-pat00003
여기서 CLK는 적분 클럭을 의미한다. 즉, 버퍼 커패시터(Cn)의 값을 작게 가져가는 경우라면 적분 클럭이 늘어나도 제2 커패시터(CF2)를 크게 사용할 필요가 없으므로, 전체적인 면적에서 유리하다. 또한, 본 발명에 따른 정전용량 감지 장치에 저주파 주파수의 노이즈가 유입되는 경우 상기 버퍼부(210)의 출력전압(Vbout)에 동위상으로 노이즈가 실리게 되므로 실제 최종 출력전압(Vout)에 영향을 주지 않는다.
한편, 제6 스위치(SW6)는 제2 커패시터(CF2)의 용량을 스위칭 동작을 수행하여 리셋(reset)할 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다.
도 6을 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치스크린 장치는, 패널부(50), 구동 회로부(100), 감지 회로부(200), 신호 변환부(610) 및 연산부(620)를 포함할 수 있다.
상기 패널부(50)는, 복수의 구동 전극과 복수의 감지 전극을 포함할 수 있다. 상기 패널부(50)는 제1축 - 도 6의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극과, 제1축에 교차하는 제2축 - 도 6의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함한다.
이때, 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. 여기서, 구동 회로부(100) 및 감지 회로부(200)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.
구동 회로부(100)는 패널부(50)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 6에는 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 가능하다.
감지 회로부(200)는 제2 전극으로부터 정전용량 변화 C11~Cmn을 감지하기 위해 도 2 및 도 3에 도시한 바와 같은 버퍼부(210), 버퍼 커패시터(Cn) 및 적분 회로부(220)를 포함할 수 있다.
상기 버퍼부(210) 및 상기 버퍼 커패시터(Cn)에 관해서는 도 2 내지 도 5에서 설명한 정전용량 감지 장치의 경우와 동일하므로 이에 관한 설명은 생략하도록 한다.
도 6에서는 감지 회로부(200)가 간결한 설명 및 도식을 위해 적분 회로를 포함하는 것으로 도시하였으며, 이 적분 회로는 적어도 하나의 연산 증폭기와 소정 용량을 갖는 커패시터 C1을 포함할 수 있다. 연산 증폭기의 반전 입력단이 제2 전극과 연결되어 정전용량 변화 C11~Cmn을 전압 신호 등과 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 개수 m개 만큼 구비될 수 있다.
신호 변환부(610)는 적분 회로가 생성하는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 SD를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(610)는 전압 형태로 감지 회로부(200)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(200)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(620)는 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(50)에 인가된 접촉 입력을 판단한다. 일실시예로, 연산부(620)는 패널부(50)에 인가된 접촉 입력의 개수, 좌표, 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.
한편, 도 2 및 도 3에 도시한 정전용량 감지 장치와, 도 6의 터치스크린 장치를 비교하면, 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 생성되는 노드 커패시터 C11~Cmn은 도 2 및 도 3의 노드 커패시터(Cm)에 대응된다.
도 7a는 종래 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 7b는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 7a는 종래의 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치에 1MHZ/1V의 노이즈(710)를 인가시 출력전압(Vout)을 나타낸 그래프이며, 도 7b는 본 발명에 따른 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치에 1MHZ/1V의 노이즈(720)를 인가시 출력전압(Vout)을 나타낸 그래프이다.
도 7a에 비해 도 7b가 노이즈(710, 720)의 유무에 따라 출력전압(Vout)의 변화(A-B)가 작은 것을 확인할 수 있다.
도 8a는 종래 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 따른 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 출력을 나타낸 그래프이다.
도 8a는 종래의 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치에 동작 주파수(160KHZ)의 10배 주파수인 1.6MHZ/1V의 노이즈(810)를 인가시 출력전압(Vout)을 나타낸 그래프이며, 도 8b는 본 발명에 따른 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치에 동작 주파수(160KHZ)의 10배 주파수인 1.6MHZ/1V의 노이즈(820)를 인가시 출력전압(Vout)을 나타낸 그래프이다.
도 8a에 비해 도 8b가 노이즈(810, 820)의 유무에 따라 출력전압(Vout)의 변화(A-B)가 작은 것을 확인할 수 있다.
즉 본 발명에 따른, 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치에 버퍼부(210)를 적용하여 동작 주파수보다 낮은 주파수의 노이즈를 제거할 수 있으며, 전체적인 면적의 크기를 줄일 수 있다. 또한, 정전용량 감지 장치 및 터치스크린 장치의 적분 회로부(220)에 제1 저항(R1)을 적용하여 동작 주파수보다 높은 주파수의 노이즈 영향을 최소화할 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.
50: 패널부
100: 구동 회로부
Cm: 노드 커패시터
200: 감지 회로부
210: 버퍼부
Cn: 버퍼 커패시터
220: 적분 회로부
R1: 제1 저항
610: 신호 변환부
620: 연산부

Claims (11)

  1. 노드 커패시터에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부;
    상기 구동 신호의 주기를 가변시켜 출력전압을 생성하는 버퍼부;
    상기 출력전압에 의해 충방전되는 버퍼 커패시터; 및
    상기 버퍼 커패시터에 충전된 전압을 적분하는 적분 회로부; 를 포함하고,
    상기 버퍼부는, 상기 주기가 가변된 구동 신호의 두 주기 동안 전압 레벨이 두 번 변하는 출력전압을 생성하는 정전용량 감지 장치
  2. 제1항에 있어서, 상기 버퍼부는,
    상기 노드 커패시터에 인가된 구동 신호의 주기를 적어도 2배로 가변시키는 정전용량 감지 장치.
  3. 삭제
  4. 제1항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 노드 커패시터의 제1 노드 및 구동 전압단에 배치되는 제1 스위치; 및
    상기 노드 커패시터의 제1 노드 및 접지단 사이에 배치되는 제2 스위치; 를 포함하는 정전용량 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 버퍼부는,
    상기 노드 커패시터의 제2 노드에 연결되는 일단을 구비하는 제3 스위치;
    상기 제3 스위치의 타단과 연결되는 반전단 및 접지단과 연결되는 비반전단을 구비하는 제1 연산 증폭기;
    상기 제1 연산 증폭기의 반전단 및 상기 제1 연산 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 제4 스위치; 및
    상기 제4 스위치와 병렬로 연결되는 제1 커패시터를 포함하는 정전용량 감지 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 적분 회로부는,
    상기 버퍼 커패시터 및 접지단 사이에 배치되는 제5 스위치;
    상기 제5 스위치의 타단과 연결되는 제1 저항;
    상기 제1 저항의 타단과 연결되는 반전단 및 접지단과 연결되는 비반전단을 구비하는 제2 연산 증폭기;
    상기 제2 연산 증폭기의 반전단 및 상기 제2 연산 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 제6 스위치; 및
    상기 제6 스위치와 병렬로 연결되는 제2 커패시터를 포함하는 정전용량 감지 장치.
  7. 복수의 구동 전극과 복수의 감지 전극을 포함하는 패널부;
    복수의 구동 전극 각각에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부; 및
    상기 복수의 구동 전극과 상기 복수의 감지 전극의 교차점에서 발생하는 정전용량 변화를 감지하는 감지 회로부; 를 포함하고,
    상기 감지 회로부는 버퍼부 및 적분 회로부를 포함하고, 상기 버퍼부는 상기 구동 신호의 주기를 가변시켜 출력전압을 생성하고, 상기 적분 회로부는 상기 출력전압을 적분하고,
    상기 버퍼부는, 상기 주기가 가변된 구동 신호의 두 주기 동안 전압 레벨이 두 번 변하는 출력전압을 생성하는 터치스크린 장치.
  8. 제7항에 있어서, 상기 버퍼부는,
    상기 구동 신호의 주기를 적어도 2배로 가변시키는 터치스크린 장치.
  9. 삭제
  10. 제7항에 있어서, 상기 감지 회로부는,
    상기 출력전압에 의해 충방전되는 버퍼 커패시터를 더 포함하는 터치스크린 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 적분 회로부는,
    상기 버퍼 커패시터 및 접지단 사이에 배치되는 스위치; 및
    상기 스위치의 타단과 연결되는 저항을 더 포함하는 터치스크린 장치.
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