KR101567587B1

KR101567587B1 - 차지 앰프 및 이를 이용하는 터치 검출 장치

Info

Publication number: KR101567587B1
Application number: KR1020150074131A
Authority: KR
Inventors: 이승욱; 임병상; 이정우
Original assignee: (주)멜파스; 엔플래닉 주식회사
Priority date: 2015-05-27
Filing date: 2015-05-27
Publication date: 2015-11-10

Abstract

본 실시예에 의한 터치 검출 장치는 기판과, 복수의 구동 전극들 및 복수의 감지 전극들을 포함하는 패널과, 복수의 구동 전극들에 구동 신호를 제공하는 구동 회로부 및 감지 전극으로부터 사용자의 터치 여부에 따라 변화하는 전기적 신호를 제공받아 터치 신호를 출력하는 차지 앰프(charge amplifier)를 포함하고, 차지 앰프는 터치 신호를 출력하되, 터치 신호는 상승 진폭과 하강 진폭이 서로 다르다.

Description

차지 앰프 및 이를 이용하는 터치 검출 장치{Charge Amplifier and Touch Detection Apparatus using the Same}

본 발명은 차지 앰프 및 이를 이용하는 터치 검출 장치에 관한 것이다.

상호 커패시턴스 방식 터치 스크린 관련 시장은 최근까지 지속적으로 성장하며 향후에도 그 시장성이 성장할 것으로 예측된다. 여러 방식으로 사용자가 기기(device)에 입력을 제공할 수 있으나, 근래에는 사용자의 터치(touch)에 의한 커패시턴스 변화를 검출하는 방식이 부상하였다. 사용자가 제공한 터치 입력을 커패시턴스의 변화로 검출하는 방식으로는 자기 커패시턴스(self capacitance) 방식과 상호 커패시턴스(mutual capacitance) 방식이 있다.

상호 커패시턴스 방식은 터치 패널 구동회로가 구동 전극(Tx)에 구동 신호를 인가하여 구동 전극과 센싱 전극(Rx)사이에 전기장을 형성한다. 사용자가 손가락, 손바닥 또는 스타일러스(stylus) 등의 오브젝트로 터치를 수행함에 따라 오브젝트가 구동 전극과 센싱 전극 사이에 형성되는 전기장을 흡수하여 커패시턴스 값을 변화시킨다. 감지 회로는 커패시턴스 값의 변화를 감지하여 사용자의 입력을 검출한다.

한국 등록특허공보 제10-1394465호 미국 특허출원공개공보 US2009/0184934

터치 패널 제조 원가 중에서 가장 큰 비중을 차지하는 것은 투명 전극을 형성하는 ITO(Indium Tin Oxide)이다. ITO를 대체하기 위하여 금속망(Metal Mesh), 은나노 와이어(Silver Nanowire), CNT(Carbon NanoTube), 전도성 고분자(Conductive Polymer), 그래핀(Graphene)등 다양한 물질을 전극으로 사용하는 연구가 수행되고 있으나, 아직까지는 대체 물질들은 ITO의 대체물질로 자리잡지 못한 상태이다.

근래에는 터치 패널의 두께 및 ITO 전극의 두께를 얇게 형성하여 전자 장치의 소형화 및 박형화 추세에 따르고 보다 경제적으로 터치 패널을 제조한다. 종래 ITO 필름의 두께는 100μm 정도이었으나, 슬림 패널의 경우에는 50μm, 울트라 슬림 패널의 경우에는 25μm 정도까지 두께가 감소하였다. 전극의 두께가 감소함에 따라 구동 전극과 감지 전극의 전기 저항값이 증가하며, 구동 전극과 감지 전극 사이에 형성되는 커패시턴스 이외 기생 커패시턴스의 영향이 증가하여 사용자의 터치에 의한 상호 커패시턴스 변화량을 감소시킨다.

본 실시예는 종래 실시예의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 경제적으로 작고, 얇은 터치 패널을 제조하되 사용자의 터치 입력을 무리없이 검출할 수 있는 터치 패널 구동 회로를 제공하기 위한 것이다.

본 실시예에 의한 차지 앰프는, 반전 입력(inverting input), 비반전 입력(non-inverting input) 및 출력(output)을 가지는 연산 증폭기 및 반전 입력과 출력과 전기적으로 연결된 커패시터를 가지고, 비반전 입력에는 기준 전위가 제공되고, 반전 입력에는 상승 스파이크(rising spike) 및 하강 스파이크(falling spike)를 가지는 전류 신호가 제공되며, 커패시터는 전류 신호를 누적하여 터치 신호를 형성하되, 터치 신호는 기준 전위를 기준으로 비대칭으로 스윙(swing)하는 신호이다.

본 실시예에 의한 터치 검출 장치는 구동 신호가 제공되며, 오브젝트의 터치에 따라 변화하는 전기적 신호를 제공하는 터치 패널과, 터치 패널로부터 전기적 신호를 제공받아 제1 터치 신호를 출력하되 터치 신호는 상승 진폭을 하강 진폭에 비하여 크게 출력하는 제1 차지 앰프와, 터치 패널로부터 전기적 신호를 제공받아 제2 터치 신호를 출력하되 터치 신호는 하강 진폭을 상승 진폭에 비하여 크게 출력하는 제2 차지 앰프와, 전기적 신호를 제공받아 반주기별로 제1 차지 앰프와 제2 차지 앰프에 제공하는 라우터(router), 및 제1 터치 신호와 제2 터치 신호의 최대 진폭에서 제1 터치 신호와 제2 터치 신호를 샘플하는 샘플러를 포함한다.

본 실시예에 의하면 비대칭적으로 스윙하는 터치 신호를 형성하고, 이를 이용하므로 소형화 및 박형화되는 터치 패널에 있어서도 높은 정확성과 감도로 터치를 검출할 수 있다는 장점이 제공된다.

도 1은 본 실시예에 의한 터치 검출 장치의 개요를 도시한 도면이다.
도 2(a) 내지 도 2(d)는 신호원(Vsig)이 형성하여 터치 패널의 구동 전극들에 제공되는 구동 신호의 예를 도시한 도면들이다.
도 3(a) 및 도 3(c)는 일 실시예에 의한 패널 구성의 개요를 도시한 도면이고, 도 3(b) 및 도 3(d)는 해당 실시예의 구동 전극에 구동 신호를 제공하여 전기장이 형성되는 상태와 상호 커패시턴스를 개요적으로 도시한 도면이다.
도 4는 기준 전위를 제공하는 것을 개요적으로 도시한 도면이다.
도 5(a)는 구동 신호의 예를 도시한 도면이고, 도 5(b)는 이상적 터치 패널에서 출력되는 전기적 신호를 도시한 도면이고, 도 5(c)는 실제의 터치 패널에서 출력되는 전기적 신호를 도시한 도면이다.
도 6(a)는 종래 기술에 의한 터치 신호의 개형을 도시한 도면이고, 도 6(b) 및 도 6(c)는 본 실시예에 의한 터치 신호의 개형을 도시한 도면이다.
도 7은 본 실시예에 따른 터치 검출 장치의 예시적 블록도이다.

본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.

“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.

어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "상부에" 또는 “위에”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접촉하여" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "개재하여"와 "바로 ~개재하여", "~사이에"와 "바로 ~ 사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.

단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.

본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.

여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.

이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 패널을 설명한다. 본 실시예에서 터치 패널이라 함은 기판과 기판에 위치하는 구동 전극과 감지 전극뿐만 아니라, 사용자의 터치 입력을 감지하기 위하여 구동 전극에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부, 사용자의 터치를 검출하여 터치에 따라 변화하는 검출 회로부를 포함할 수 있다. 도 1은 본 실시예에 의한 터치 검출 장치의 개요를 도시한 도면이다. 도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 의한 터치 감지 장치는 기판과, 복수의 구동 전극들(Tx1, Tx2, ..., Txn) 및 복수의 감지 전극들(Rx)을 포함하는 패널(200)과, 복수의 구동 전극들(Tx1, Tx2, ..., Txn)에 구동 신호(V1, V2, ..., Vn)를 제공하는 구동 회로부(100) 및 감지 전극(Rx)으로부터 사용자의 터치 여부에 따라 변화하는 전기적 신호(i(t))를 제공받아 터치 신호(V_touch(t))를 출력하는 차지 앰프(charge amplifier, 200)를 포함하고, 차지 앰프는 터치 신호(V_touch(t))를 출력하되, 터치 신호는 상승 진폭과 하강 진폭이 서로 다르다.

도 1을 참조하면, 구동회로부(100)는 구동 신호(V_TX(t))를 제공하는 신호원(Vsig)과, 상기 구동 신호를 복수의 구동 전극들(Tx1, Tx2, ..., Txn)에 제공하는 디멀티플렉서(de-multiplexor, 110)를 포함할 수 있다. 일 예로, 디멀티플렉서는 구동 신호(V_TX(t))를 각각의 구동 전극에 순차적으로 제공할 수 있다. 도 1은 어느 하나의 감지 전극이 차지 앰프와 전기적으로 연결된 것을 예시적으로 도시한 도면이다. 도 1에서 감지 전극(Rx)는 하나만 도시되어 있으나, 이는 간단하고 명료한 설명을 위한 것으로, 터치 패널에는 도 3(a) 및 도 3(c)에 도시된 바와 같이 복수의 감지 전극들이 있을 수 있다. 일 실시예로, 감지 전극은 각각 차지 앰프와 연결될 수 있으며, 다른 실시예로는 감지 전극은 멀티플렉서를 통하여 하나의 차지 앰프와 연결될 수 있다.

도 2(a) 내지 도 2(d)는 신호원(Vsig)이 형성하여 터치 패널의 구동 전극들(Tx1, Tx2, ..., Txn)에 제공되는 구동 신호의 예를 도시한 도면들이다. 구동 신호는 펄스열(pulse train)로, 도 2(a)는 구동신호가 사각 펄스열(rectangular pulse train)인 경우를 예시한다. 도 2(b)는 구동신호가 램프 펄스열(ramp pulse train)인 경우를 예시하며, 도 2(c)는 신호열이 삼각 펄스열(triangular pulse train)인 경우를 예시한다. 도 2(d)는 신호열이 정현 펄스열(sinusoidal pulse train)인 경우를 예시한다.

이외에 도시되지 않은 여러 가지 형태의 신호열들이 사용될 수 있으며, 도 2(a) 내지 도 2(d)에 도시된 신호들의 선형 중첩으로 이루어진 신호열들이 구동신호로 제공될 수 있다. 다만, 이하에서는 간결하고 명확한 설명을 위하여 구동 신호는 도 2(a)에 도시된 개형을 가지는 사각 구형파(rectangular pulse)인 것으로 설명한다.

도 3(a)는 일 실시예에 의한 패널(100) 구성의 개요를 도시한 도면이고, 도 3(b)는 해당 실시예의 구동 전극에 구동 신호를 제공한 것을 개요적으로 도시한 도면이다. 도 3(c)는 다른 실시예에 의한 패널(100) 구성의 개요를 도시한 도면이고, 도 3(d)는 해당 실시예의 구동 전극에 구동 신호를 제공한 것을 개요적으로 도시한 도면이다. 도 3(a)를 참조하면, 패널은 기판(Sub)의 일면에 배치된 복수의 구동 전극(driving electrode, Tx1, Tx2, ..., Txn)과, 기판(Sub)의 타면에 배치된 복수의 감지 전극(sensing electrode, Rx1, Rx2, ..., Rxn) 및 기판(Sub)을 포함한다.

도 3(b)를 참조하면, 기판의 일면에 형성된 각각의 구동 전극(Tx1, Tx2, ..., Txn)은 감지 전극(Rx1, Rx2, ..., Rxn)과 교차점에서 커패시터를 형성하며, 이를 상호 커패시턴스(mutual capacitance)라고 한다. 즉, 구동 전극이 커패시터의 일 전극이 되고, 감지 전극이 커패시터의 타 전극이 된다. 구동 전극에 구동신호가 제공되어 구동 전극과 감지 전극 사이에는 전기장(E)이 형성되며, 전기장이 형성되는 공간이 커패시턴스의 유전체(dielectric material)에 해당한다. 도 3(b)는 Tx2에 구동신호가 제공되어 Tx2와 교차하는 감지전극(Rx1, Rx2, ..., Rxn)들 사이에서 전기장이 형성되고, 상호 커패시터(Cm)를 형성하는 것을 개요적으로 도시하였다.

도 3(c)는 구동 전극들(Tx1, Tx2, ..., Txn)과 감지 전극들(Rx1, Rx2, ..., Rxn)이 기판(Sub)의 동일한 면에 위치한 패널의 실시예를 개요적으로 도시한다. 각각의 구동 전극은 다이아몬드 형태의 패턴과 각각의 다이아몬드 패턴을 연결하는 연결선을 포함하여 이루어지며, 각각의 감지 전극은 다이아몬드 형태의 패턴과 각각의 다이아몬드 패턴을 연결하는 연결선을 포함하여 이루어진다. 구동전극의 다이아몬드 패턴과 감지 전극의 다이아몬트 패턴은 서로 접촉하지 않으며, 구동 전극과 감지 전극의 연결선은 서로 전기적으로 단락(short)회로를 형성하지 않도록 연결선과 연결선 사이에 절연물질이 개재된다.

도 3(c)의 패널을 B-B‘ 절단선을 따라 절단한 단면도인 도 3(d)를 참조하면, 구동 전극 Txn에 구동신호가 인가되면 구동 전극의 각 다이아몬드는 인접한 감지 전극의 다이아몬드와 전기장을 형성하는 바, 그에 따라 상호 커패시턴스를 형성한다. 도 3(d)에는 Txn이 감지 전극 Rx1 및 Rx2과 상호 커패시턴스를 형성하는 것을 도시하였다.

다시 도 1을 참조하면, 차지 앰프(charge amplifier, 300)는 감지전극으로부터 오브젝트의 터치에 따라 변화하는 전류 신호(i(t))를 제공받고 이를 터치 신호로 출력한다. 일 실시예로, 차지 앰프(300)는 반전 입력(inverting input, 322), 비반전 입력(non-inverting input, 324) 및 출력(326)을 가지는 연산 증폭기(OP-AMP, Operational Amplifier, 320)와, 반전 입력(322)과 출력(326)에 전기적으로 연결되어 전류 신호(i(t))를 제공받고 이를 누적하여 전압 신호를 형성하는 커패시터(C)를 포한한다. 일 실시예로, 차지앰프는 커패시터(C)와 병렬로 연결된 피드백 저항(Rf)를 더 포함할 수 있다.

전류 신호인 전기적 신호(i(t))는 반전 입력(322)으로 제공되며, 비반전 입력(324)으로는 기준 전위(Vref)가 제공된다. 도 4는 기준 전위(Vref)를 제공하는 것을 개요적으로 도시한 도면이다. 도 4를 참조하면, 기준 전위(Vref)는 도 4(a)로 도시된 바와 같이 연산 증폭기(320)에 제공되는 공급전압(Vdd)가 분압되어 형성된 전압일 수 있다. 도 4(a)에서 저항 R1, R2는 고정된 값을 가지는 저항으로 도시되어 있으나, 제어 신호에 의하여 저항값이 변화하는 가변 저항을 R1, R2으로 채택하여 기준 전위(Vref)값을 제어할 수 있다.

도 4(b)로 도시된 바와 같이 기준 전위 (Vref)는 차지 앰프(300)의 외부에서 제공된 전압(Vexternal)이 직접 제공되거나, 도시되지는 않았지만, Vexternal로부터 분압되어 제공될 수 있다.

이하에서는 터치 검출 장치의 동작을 설명한다. 도 1을 참조하면, 구동 회로부는 구동 신호(V_TX(t))를 구동 전극에 제공한다. 일 실시예로, 상호 커패시턴스 방식의 터치 검출 장치는 복수의 구동 전극들(Tx1, Tx2, ..., Txn)을 각각 순차적으로 구동하여 사용자의 터치를 검출한다.

상술한 바와 같이 각 구동 전극은 감지 전극과 커패시터를 형성한다. 커패시터의 일 전극인 감지 전극에 구동 신호(V_TX(t))가 제공되면 커패시터의 다른 전극인 감지 전극에는 오브젝트의 터치에 따라 변화하는 전기적 신호(i(t))가 형성된다. 전기적 신호(i(t))는 아래의 수학식 1로 표현될 수 있다.

(C_M: 상호 커패시터의 커패시턴스, V: 구동 신호의 진폭)

구동 신호의 형태에 따라 전기적 신호(i(t))의 형태가 다를 수 있다. 일 예로, 구동 신호가 도 5(a)로 도시된 것과 같이 사각 구형파인 경우에 전기적 신호는 이상적으로 도 5(b)에 도시된 바와 같이 구형파 상승 에지 및 하강 에지에서의 미분에 의하여 값을 가지는 델타 함수(Dirac Delta Function)의 형태를 가진다. 그러나, 구동 전극과 감지 전극의 비이상적인 특성인 기생저항, 기생 커패시턴스등의 영향으로 전기적 신호(i(t))는 도 5(c)에 도시된 상승 스파이크(spike) 및 하강 스파이크를 가지는 개형을 가진다.

오브젝트에 의하여 터치가 수행되면 구동 전극과 감지 전극사이에서 형성된 전기장을 오브젝트가 션트(shunt)하여 감소시킨다. 이것은 유전체가 변화하여 커패시터 내의 전기장 플럭스가 감소하는 것과 동일한 영향을 가져오므로, 커패시턴스 C_M값이 감소하는 결과를 가져온다. 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이 커패시턴스 값이 감소함에 따라 전기적 신호의 크기는 감소하며, 이는 도 5(c)에 도시된 바와 같다. 도 5(c)에서 ①로 표시된 구간은 오브젝트에 의한 터치가 없는 구간이며,②로 표시된 구간은 오브젝트에 의하여 터치가 수행된 구간이다.

차지 앰프(300)에 포함된 커패시터(C_charge)는 전류 신호인 i(t)를 제공받고, i(t)에 의한 전하를 누적하여 전압 신호인 터치 신호(Vtouch(t))를 형성한다.

(C_charge: 차지앰프에 포함된 커패시터의 커패시턴스)

도 6은 종래 기술에 따른 터치 검출장치가 출력하는 터치 신호의 개형과 전기적 신호를 제공받아 차지 앰프가 형성하는 터치 신호(V_touch(t))의 개형을 도시한 도면이다. 도 6을 참조하면, 차지 앰프가 전기적 신호(i(t))를 제공받아 형성하는 터치 신호는 사각 구형파(rectangular pulse)이다. 다만, 도 4(c)로 도시된 바와 같이 패널의 비이상적 특성에 의하여 전기적 신호(i(t))가 스파이크 형태이므로, 터치 신호도 완벽한 사각형(rectangle) 형태를 가지지 않는다. 다만, 도시의 편의성을 위하여 이하의 도면에서는 터치 신호(V_touch(t))를 사각형으로 도시하도록 한다.

도 6(a)는 종래 기술에 따른 터치 검출 장치의 차지 앰프가 출력하는 터치 신호이다. 검정색으로 도시된 신호는 오브젝트에 의한 터치가 없는 상태에서의 터치 신호이며, 회색으로 도시된 신호는 오브젝트에 의한 터치가 있는 경우의 터치 신호이다. 차지 앰프(300)는 전류 신호인 전기적 신호(i(t))를 제공받고 상기 신호에 의한 전하를 누적하여 기준 전위(Vref)를 기준으로 상승 또는 하강하는 펄스를 형성한다.

종래의 차지 앰프는 터치시와 터치가 없는 경우의 터치 신호 차이를 최대로 하기 위하여 터치 신호 스윙의 기준 전위인 기준 전위(Vref)를 공급 전원 전위(Vdd)와 접지 전원 전위(GND)의 중간 레벨에 두고, 상승진폭의 최대점이 공급 전원(Vdd)에 인접하고, 하강 진폭이 접지 전원(GND)에 인접하도록 차지 앰프의 이득(gain)을 형성하였다.

그러나, 패널의 소형화 및 박형화 추세에 의한 패널의 비이상적 특성 발현 정도가 증가함에 따라 차지 앰프의 게인을 조절하여 터치 신호의 진폭이 공급 전원 및 접지 전원의 전위와 일치하기 이전까지 증가시켜도 터치 시와 터치가 없는 경우의 전위차(ΔV₁)가 적어 터치를 검출하는 것이 곤란하였으며, 노이즈가 많이 유입되는 환경에서는 더욱 터치를 검출하는 것이 곤란하였다.

본 실시예에 의한 차지 앰프는 도 6(b)내지 도 6(c)에 도시된 바와 같이 터치 신호 스윙의 기준 전위인 기준 전위(Vref)를 공급 전원 전위(Vdd) 및 접지 전원 전위(GND) 중 어느 하나에 더 인접하도록 설정하고, 차지 앰프(300) 게인을 터치 신호가 비대칭적으로 스윙하도록 설정하여 터치 시와 터치가 없는 경우 터치 신호의 전위차(ΔV₂)를 증가시킨다. 증가된 전위차(ΔV₂)에 의하여 터치 검출의 정확도 및 감도를 향상시킬 수 있다.

도 6(b)는 터치 신호의 상승 진폭이 하강 진폭에 비하여 더 큰 경우를 도시한다. 도 6(b)를 참조하면, 차지 앰프는 P2 구간에서 상승 스파이크 형태의 전류 신호를 제공 받아 기준 전위(Vref) 이하로 하강하는 터치 신호를 형성한다. 그러나, 터치 신호는 접지 전위(GND)까지 하강하고 그 이하로는 하강하지 못하고 포화(saturation)된다.

그러나, P1 구간에서 차지 앰프는 하강 스파이크 형태의 전류 신호를 제공받아 터치 신호의 상승 진폭을 형성한다. 차지 앰프의 게인은 터치 신호의 상승 진폭이 공급 전위에 인접하도록 설정되어 터치가 없을 때(검정색)와 터치시(회색)를 구분하기에 용이하도록 조절된다. 즉, 본 실시예에 따른 차지 앰프에는 공급 전원 전위(Vdd)보다 접지 전원 전위(GND)에 인접한 기준 전위가 제공되고, 터치 신호의 상승 진폭을 하강 진폭에 비하여 크도록 이득을 설정할 수 있다.

따라서 종래 기술에 비하여 터치가 없는 경우의 터치 신호와 터치시 터치신호의 진폭 차이(ΔV₂)를 크게 할 수 있어 양 자의 구별을 용이하게 할 수 있으며, 터치 감도를 향상시킬 수 있다.

도 6(c)는 터치 신호의 상승 진폭에 비하여 하강 진폭이 더 큰 경우를 도시한다. 도 6(c)를 참조하면, P1 구간에서 터치 신호가 상승하는 경우에 터치 신호의 상승 진폭은 공급 전위(Vdd)까지 상승하고 더 이상 상승하지 못하고 포화된다. 그러나, P2 구간에서 터치신호는 터치가 없을 때(검정색)와 터치시(회색)의 진폭차(ΔV₂)를 이용하여 터치 여부를 구별하기에 충분할 정도로 하강한다. 따라서, 터치 여부의 판단시 정확성을 기할 수 있으며, 동시에 터치 감도를 향상시킬 수 있다.

일 실시예에서, 도 6(b)와 도 6(c)에 도시된 터치 신호는 차지 앰프(도 1 300 참조)의 비반전 입력(324)에 제공되는 기준 전위(Vref)를 기준으로 상승 및 하강하여 진폭을 형성한다. 기준 전위(Vref)의 값을 공급 전원(Vdd)에 가깝도록 형성하여 제공하면 터치 신호는 도 6(c)에서의 터치 신호와 같이 상승 진폭에 비하여 하강 진폭이 크게 형성되며, 기준 전위(Vref)의 값을 접지 전위(GND)에 가깝도록 형성하여 제공하면 터치 신호는 도 6(b)에서의 터치 신호와 같이 하강 진폭에 비하여 상승 진폭이 크게 형성된다. 도 6(b), 도 6(c)에서 기준 전위(Vref)는 각각 접지 전원 전위(GND) 및 공급 전원 전위(Vdd)로부터 이격되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 기준 전위(Vref)는 각각 접지 전원 전위(GND) 및 공급 전원 전위(Vdd)와 동일한 값을 가질 수 있고, 각각 상승 진폭 또는 하강 진폭을 최대화할 수 있다.

또한, 도시되지 않은 다른 실시예에 의하면 차지 앰프(300)에 제공되는 기준 전위(Vref)는 시간에 따라 변화할 수 있다. 한 프레임동안 최초 구동 전극에서 마지막 구동 전극까지의 구동을 마친 후 노이즈 평가(noise evaluation)를 수행한다. 노이즈 평가 단계에서 노이즈 유입된 정도에 따라 차지 앰프에 제공되는 기준 전위(Vref)를 달리하여 제공할 수 있다. 일 예로, 한 프레임 구동 후 노이즈 평가 단계에서, 노이즈 유입이 없거나 미미하다고 평가된다면 기준 전위(Vref)를 공급 전위와 접지 전원의 중간 레벨로 유지할 수 있다. 이와는 반대로 무시할 수 없는 정도의 노이즈 유입이 있는 것으로 판단되면 기준 전위의 레벨을 노이즈 유입된 정도에 따라 중간 레벨에서 공급 전원 전위 또는 접지 전원 전위 방향으로 점차 근접하도록 제어할 수 있다.

도 7은 본 실시예에 따른 터치 검출 장치의 예시적 블록도이다. 도 7(a)는 차지 앰프(300)와, 차지 앰프가 출력한 터치 신호를 샘플링하는 샘플러(400) 및 샘플링된 값을 디지털로 변환하는 ADC(500)를 도시한다. 도 7(a)를 참조하면, 차지 앰프(300)가 출력하는 터치 신호가 도 6(b)로 도시된 바와 같이 하강 진폭에 비하여 상승 진폭이 더 큰 터치신호인 경우에, 샘플러(400)는 P1 구간(도 6(b) 참조)에서 터치 신호를 샘플링한다.

다른 예로, 차지 앰프(300)가 출력하는 터치 신호가 도 6(c)로 도시된 바와 같이 상승 진폭에 비하여 하강 진폭이 더 큰 터치신호인 경우에, 샘플러(400)는 P1 구간(도 6(c) 참조)에서 터치 신호를 샘플링한다. ADC(500a)는 얻어진 샘플을 디지털로 변환하여 터치 좌표 및/또는 터치 강도를 연산하는 연산부(미도시)로 제공한다.

도 7(b)는 본 실시예에 따른 터치 검출 장치의 예시적 블록도로, 도 7(b)를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치 검출 장치는 패널로부터 전기적 신호를 반주기 별로 경로를 달리하여 제공하는 라우터(600)와, 반주기 별로 제공된 전기적 신호를 제공받아 터치 신호로 형성하는 차지 앰프(300a, 300b)와, 차지 앰프가 출력한 터치 신호를 샘플링하는 샘플러(400a, 400b) 및 샘플링된 값을 디지털로 변환하는 ADC(500a)를 포함한다. 차지 앰프(300a)와, 차지 앰프가 출력한 터치 신호를 샘플링하는 샘플러(400a) 및 샘플링된 값을 디지털로 변환하는 ADC(500a)를 도시한다.

라우터(600)는 동일한 전기적 신호(i(t))를 제공받아 전기적 신호를 반 주기별로 각각 상승 진폭을 하강 진폭에 비하여 더 크게 형성하는 터치 신호를 형성하는 차지 앰프(300a)와 하강 진폭을 상승 진폭에 비하여 더 크게 형성하는 터치 신호를 형성하는 차지 앰프(300b)에 제공한다.

각각의 차지 앰프는 반 주기별로 분할된 전기적 신호를 제공받고 각각 상승 진폭을 하강 진폭에 비하여 더 큰 터치 신호와 하강 진폭이 상승 진폭에 비하여 더 큰 터치 신호를 형성하고, 이를 샘플러에 제공한다.

도 7(b)로 도시된 실시예에 의하면 샘플러(400a)와 샘플러(400b)는 제공된 터치 신호가 기준 전위를 기준으로 최대로 스윙할 때 각각 터치 신호를 샘플한다. 따라서 샘플러(400a)는 터치 신호의 상승 진폭에서 샘플링을 수행하고, 샘플러(400b)는 터치 신호의 하강 진폭에서 샘플핑을 수행한다. 다만, 도시되지 않은 실시예에 의하면 단일한 샘플러를 이용하여 차지 앰프(300a)와 차지 앰프(300b)가 출력하는 터치 신호를 서로 반주기 위상차를 두고 교번하여 샘플할 수 있다.

아날로그 디지털 변환기(ADC)는 샘플을 제공받고 디지털로 변환하고, 연산부(미도시)에 제공하여 터치 좌표, 터치 강도 등을 연산하게끔 할 수 있다.

본 실시예들에 의하면 소형화 및 박형화되는 터치 패널에 있어서도 높은 정확도와 높은 감도로 터치 신호를 검출할 수 있다는 장점이 제공된다.

본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.

100: 구동 회로부 110: 디멀티플렉서
200: 터치 패널 300: 차지 앰프
320: 연산 증폭기 322: 반전 입력
324: 비반전 입력 326: 출력
TX: 구동 전극 RX: 감지 전극

Claims

기판과, 복수의 구동 전극들 및 복수의 감지 전극들을 포함하는 패널;
상기 복수의 구동 전극들에 구동 신호를 제공하는 구동 회로부; 및
감지 전극으로부터 사용자의 터치 여부에 따라 변화하는 전기적 신호를 제공받아 터치 신호를 출력하는 차지 앰프(charge amplifier)를 포함하고,
상기 차지 앰프는 상기 터치 신호를 출력하되, 상기 터치 신호는 상승 진폭과 하강 진폭이 서로 다르며,
상기 터치 신호는 기준 전위를 기준으로 상승 및 하강하되,
상기 기준 전위는 공급 전위에 비하여 접지전위에 인접하여 상기 터치 신호는 상승 진폭이 하강 진폭에 비하여 큰 터치 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 복수의 구동 전극들과 상기 복수의 감지 전극들은 상기 기판의 동일한 면에 위치하거나, 서로 다른 면에 위치하는 터치 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 구동 신호는 사각 구형파(square wave)로,
상기 구동 회로부는 상기 구동 전극들에 순차적으로 상기 구동 신호를 제공하는 터치 검출 장치.
제3항에 있어서,
상기 전기적 신호는 상기 구동 신호가 상기 구동 전극과 상기 감지 전극을 두 전극으로 하는 커패시터에 제공되어 출력되는 전류 신호인 터치 검출 장치.
제1항에 있어서,
상기 차지 앰프는
반전 입력, 비반전 입력 및 출력을 가지는 연산 증폭기(OP-AMP, operational amplifier)와,
상기 반전 입력과 상기 출력에 연결되어 상기 터치 신호를 형성하는 커패시터를 포함하며,
상기 비반전 입력에는 상기 기준 전위가 제공되어 상기 터치 신호는 상기 기준 전위를 기준으로 상승 또는 하강하는 신호인 터치 검출 장치.
제5항에 있어서,
상기 차지 앰프는,
상기 반전 입력과 상기 출력을 연결하는 피드백 저항을 더 포함하는 터치 검출 장치.
삭제
제1항에 있어서,
상기 터치 패널은 상기 터치 신호가 상승 상태에서 상기 터치 신호를 샘플링(sampling)하는 샘플러를 더 포함하는 터치 검출 장치.
삭제
삭제
반전 입력(inverting input), 비반전 입력(non-inverting input) 및 출력(output)을 가지는 연산 증폭기; 및
상기 반전 입력과 상기 출력과 전기적으로 연결된 커패시터
상기 비반전 입력에는 기준 전위가 제공되고, 상기 반전 입력에는 상승 스파이크(rising spike) 및 하강 스파이크(falling spike)를 가지는 전류 신호가 제공되며,
상기 커패시터는 상기 전류 신호를 누적하여 터치 신호를 형성하되, 상기 터치 신호는 상기 기준 전위를 기준으로 비대칭으로 스윙(swing)하며,
상기 비대칭으로 스윙하는 상기 터치 신호는 ,
상승 방향 진폭(rising amplitude)이 하강 방향 진폭(falling amplitude)에 비하여 크거나,
상기 하강 방향 진폭이 상기 상승 방향 진폭에 비하여 큰 신호인 차지 앰프.
삭제
제11항에 있어서,
상기 차지 앰프는, 상기 커패시터와 병렬로 연결된 피드백 저항을 더 포함하는 차지 앰프.
제11항에 있어서,
상기 기준 전위는 상기 차지 앰프에 제공되는 전압을 조절하여 제공되는 전압인 차지 앰프.
구동 신호가 제공되며, 오브젝트의 터치에 따라 변화하는 전기적 신호를 제공하는 터치 패널;
터치 패널로부터 전기적 신호를 제공받아 제1 터치 신호를 출력하되 상기 터치 신호는 상승 진폭을 하강 진폭에 비하여 크게 출력하는 제1 차지 앰프;
터치 패널로부터 전기적 신호를 제공받아 제2 터치 신호를 출력하되 상기 터치 신호는 하강 진폭을 상승 진폭에 비하여 크게 출력하는 제2 차지 앰프;
상기 전기적 신호를 제공받아 반주기별로 상기 제1 차지 앰프와 상기 제2 차지 앰프에 제공하는 라우터(router); 및
제1 터치 신호와 제2 터치 신호의 최대 진폭에서 제1 터치 신호와 제2 터치 신호를 샘플하는 샘플러를 포함하는 터치 검출 장치.
제15항에 있어서,
상기 터치 검출 장치는 샘플된 터치 신호를 디지털로 변환하는 아날로그 디지털 변환기를 더 포함하는 터치 검출 장치.
제15항에 있어서,
상기 샘플러는 상기 제1 터치 신호와 상기 제2 터치 신호를 반주기의 위상 차이를 두고 샘플하는 터치 검출 장치.
제15항에 있어서,
상기 샘플러는 상기 제1 터치 신호를 샘플하는 제1 샘플러와 상기 제2 터치 신호를 샘플하는 제2 샘플러를 포함하는 터치 검출 장치.
제15항에 있어서,
상기 제1 차지 앰프 및 제2 차지 앰프는 각각
반전 입력, 비반전 입력 및 출력을 가지는 연산 증폭기(OP-AMP, operational amplifier)와,
상기 반전 입력과 상기 출력에 연결되어 상기 터치 신호를 형성하는 커패시터를 포함하며,
상기 비반전 입력에는 기준 전위가 제공되며
상기 제1 차지 앰프에 제공되는 상기 기준 전위와 상기 제2 차지 앰프에 제공되는 상기 기준 전위는 서로 다른 값을 가지는 터치 검출 장치.
제19항에 있어서,
상기 제1 차지 앰프에 제공되는 상기 기준 전위는 공급 전위에 비하여 접지전위에 더 인접하며,
상기 제2 차지 앰프에 제공되는 상기 기준전위는 상기 접지 전위에 비하여 상기 공급 전위에 더 인접한 전위인 터치 검출 장치.
기판과, 복수의 구동 전극들 및 복수의 감지 전극들을 포함하는 패널;
상기 복수의 구동 전극들에 구동 신호를 제공하는 구동 회로부; 및
감지 전극으로부터 사용자의 터치 여부에 따라 변화하는 전기적 신호를 제공받아 터치 신호를 출력하는 차지 앰프(charge amplifier)를 포함하고,
상기 차지 앰프는 상기 터치 신호를 출력하되, 상기 터치 신호는 상승 진폭과 하강 진폭이 서로 다르며,
상기 터치 신호는 기준 전위를 기준으로 상승 및 하강하되,
상기 기준 전위는 접지 전위에 비하여 공급전위에 인접하여 상기 터치 신호는 하강 진폭이 상승 진폭에 비하여 큰 터치 검출 장치.
제21항에 있어서,
상기 복수의 구동 전극들과 상기 복수의 감지 전극들은 상기 기판의 동일한 면에 위치하거나, 서로 다른 면에 위치하는 터치 검출 장치.
제21항에 있어서,
상기 구동 신호는 사각 구형파(square wave)로,
상기 구동 회로부는 상기 구동 전극들에 순차적으로 상기 구동 신호를 제공하는 터치 검출 장치.
제23항에 있어서,
상기 전기적 신호는 상기 구동 신호가 상기 구동 전극과 상기 감지 전극을 두 전극으로 하는 커패시터에 제공되어 출력되는 전류 신호인 터치 검출 장치.
제21항에 있어서,
상기 차지 앰프는
반전 입력, 비반전 입력 및 출력을 가지는 연산 증폭기(OP-AMP, operational amplifier)와,
상기 반전 입력과 상기 출력에 연결되어 상기 터치 신호를 형성하는 커패시터를 포함하며,
상기 비반전 입력에는 상기 기준 전위가 제공되어 상기 터치 신호는 상기 기준 전위를 기준으로 상승 또는 하강하는 신호인 터치 검출 장치.
제25항에 있어서,
상기 차지 앰프는,
상기 반전 입력과 상기 출력을 연결하는 피드백 저항을 더 포함하는 터치 검출 장치.
제21항에 있어서,
상기 터치 패널은 상기 터치 신호가 하강 상태에서 상기 터치 신호를 샘플링(sampling)하는 샘플러를 더 포함하는 터치 검출 장치.