KR101577297B1 - 터치 입력 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 터치 입력 장치는 복수의 구동전극, 복수의 수신전극, 및 상기 구동전극과 상기 수신전극에 의해 형성되는 노드 캐패시터를 복수개 포함하는 터치 센서 패널; 상기 구동전극에 구동신호를 인가하는 구동부; 상기 수신전극을 통해 상기 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여 적분하는 수신기를 포함하는 검출부; 및 상기 수신기와 상기 수신전극 사이에 연결된 입력 캐패시터를 포함할 수 있다.

Description

터치 입력 장치{TOUCH INPUT DEVICE}
본 발명은 터치 입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio)가 저하되는 문제점을 방지하고 배면터치 문제점을 회피하도록 주파수 응답의 대역폭을 늘일 수 있는 터치 입력 장치에 관한 것이다.
컴퓨팅 시스템의 조작을 위해 다양한 종류의 입력 장치들이 이용되고 있다. 예컨대, 버튼(button), 키(key), 조이스틱(joystick) 및 터치 스크린과 같은 입력 장치가 이용되고 있다. 터치 스크린의 쉽고 간편한 조작으로 인해 컴퓨팅 시스템의 조작시 터치 스크린의 이용이 증가하고 있다.
터치 스크린은 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널일 수 있는 터치 센서 패널(touch sensor panel)을 포함할 수 있다. 이러한 터치 센서 패널은 디스플레이 스크린의 전면에 부착되어 터치-감응 표면이 디스플레이 스크린의 보이는 면을 덮을 수 있다. 터치 스크린은 사용자가 손가락 등으로 디스플레이 스크린을 단순히 접촉함으로써 사용자가 컴퓨팅 시스템을 조작할 수 있도록 한다. 일반적으로, 터치 스크린은 디스플레이 스크린 상의 접촉 및 접촉 위치를 인식하고 컴퓨팅 시스템은 이러한 접촉을 해석함으로써 이에 따라 연산을 수행할 수 있다.
이때, 터치 센서 패널에 대한 터치에 따라 발생하는 정전용량의 변화에 따른 신호의 신호대잡음비를 높이고 배면터치의 문제점을 해소할 수 있는 터치 입력 장치에 대한 필요성이 야기되고 있다.
본 발명의 목적은 터치 센서 패널에 대한 터치에 따라 발생하는 정전용량 변화에 따른 신호의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio)를 높이고 배면터치의 문제점을 해소할 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 터치 입력 장치의 주파수 응답의 대역폭을 늘일 수 있는 터치 입력 장치를 제공하는 것이다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는 복수의 구동전극, 복수의 수신전극, 및 상기 구동전극과 상기 수신전극에 의해 형성되는 노드 캐패시터를 복수개 포함하는 터치 센서 패널; 상기 구동전극에 구동신호를 인가하는 구동부; 상기 수신전극을 통해 상기 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여 적분하는 수신기를 포함하는 검출부; 및 상기 수신기와 상기 수신전극 사이에 연결된 입력 캐패시터를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시형태에 따른 터치 입력 장치는 복수의 구동전극, 복수의 수신전극, 및 상기 구동전극과 상기 수신전극에 의해 형성되는 노드 캐패시터를 복수개 포함하는 터치 센서 패널; 상기 구동전극에 구동신호를 인가하는 구동부; 및 상기 수신전극을 통해 상기 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여 적분하는 수신기를 포함하는 검출부;를 포함하며, 상기 수신기는: 증폭기; 상기 증폭기의 부입력단과 출력단 사이에 연결된 궤환 캐패시터; 및 상기 궤환 캐패시터와 직렬로 연결되고 상기 궤환 캐패시터와 상기 출력단 사이에 위치하는 저항을 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면 터치 센서 패널에 대한 터치에 따라 발생하는 정전용량 변화에 따른 신호의 신호대잡음비(Signal to Noise Ratio)를 높이고 배면터치의 문제점을 해소할 수 있는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 따르면 터치 입력 장치의 주파수 응답의 대역폭을 늘일 수 있는 터치 입력 장치를 제공할 수 있다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 구조도이다.
도2는 일반적인 터치 센서 패널 및 검출부의 등가 회로를 예시한다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널의 전달 함수를 주파수 도메인에서 도시한 보드 플롯(bode plot)을 예시한다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널의 주파수 응답 대역폭을 늘이기 위한 개념도이다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 검출부의 등가 회로를 예시한다.
도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 검출부의 등가 회로를 예시한다.
도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 검출부의 등가 회로를 예시한다.
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.
이하, 첨부되는 도면을 참조하여 본 발명의 실시예에 터치 입력 장치(1000)를 설명한다.
도1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 구조도이다. 도1을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 및 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm), 그리고 상기 구동전극(TX)과 수신전극(RX)에 의해 형성되는 노드 캐패시터(C11 내지 Cnm)를 복수개 포함하는 터치 센서 패널(100), 상기 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)에 구동신호를 인가하는 구동부(200), 및 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 노드 캐패시터(C11 내지 Cnm)의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여 상기 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 정보를 검출하는 검출부(300)를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서 터치 정보라 함은 터치 센서 패널(100)에 터치 객체로부터 터치가 있었는지 여부, 터치의 위치, 터치 면적, 터치 압력 등을 포함할 수 있다.
도1에 도시된 바와 같이, 터치 센서 패널(100)은 복수의 구동 전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신 전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서 패널(100)은 디스플레이 패널(미도시)의 상부 또는 내부에 배치될 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)의 터치 센서 패널(100)이 형성될 수 있는 디스플레이 패널은 액정표시장치(Liquid Crystal Display: LCD), 유기발광 표시장치(Organic Light Emitting Diode: OLED) 등에 포함된 디스플레이 패널일 수 있다.
이하의 설명 및 첨부되는 도면에서는 터치 센서 패널(100)의 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 직교 어레이를 구성하는 것으로 도시되어 있지만, 본 발명은 이에 한정되지 않으며, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)이 대각선, 동심원 및 3차원 랜덤 배열 등을 비롯한 임의의 수의 차원 및 이의 응용 배열을 갖도록 할 수 있다. 여기서, n 및 m은 양의 정수로서 서로 같거나 다른 값을 가질 수 있으며 실시예에 따라 크기가 달라질 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 각각 서로 교차하도록 배열될 수 있다. 구동전극(TX)은 제1축 방향으로 연장된 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)을 포함하고 수신전극(RX)은 제1축 방향과 교차하는 제2축 방향으로 연장된 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)에서 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 동일한 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 절연막(미도시)의 동일한 면에 형성될 수 있다. 또한, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 다른 층에 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 하나의 절연막(미도시)의 양면에 각각 형성될 수도 있고, 또는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)은 제1절연막(미도시)의 일면에 그리고 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)은 상기 제1절연막과 다른 제2절연막(미도시)의 일면상에 형성될 수 있다.
복수의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 복수의 수신전극 (RX1 내지 RXm)은 투명 전도성 물질(예를 들면, ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide)) 등으로 형성될 수 있다. 하지만, 이는 단지 예시일 뿐이며 구동전극(TX) 및 수신전극(RX)은 다른 투명 전도성 물질 또는 구리 등의 불투명 전도성 물질로 형성될 수도 있다.
터치 센서 패널(100)에서 각각의 노드 캐패시터(101)는 하나의 구동전극(TX)과 하나의 수신전극(RX)의 교차 지점에서 생성될 수 있다. 도1에서 n개의 구동전극(TX1 내지 TXn)과 m개의 수신전극(RX1 내지 RXm)을 각각 선으로 표시하였지만 실제로는 전극 패턴으로 구현될 수 있다. 또한, 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm)은 서로 폭이 다르게 구현될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 구동부(200)는 구동신호를 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가할 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서 구동신호는 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 순차적으로 한번에 하나의 구동전극에 대해서 인가될 수 있다. 이러한 구동신호의 인가는 재차 반복적으로 이루어질 수 있다. 이때, 검출부(300)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 구동신호가 인가된 구동전극(TX1 내지 TXn)과 수신전극(RX1 내지 RXm) 사이의 상호 정전 용량(Cm: 101)에 관한 정보를 포함하는 신호를 제1수신전극(RX1)부터 제m수신전극(RXm)으로부터 순차적으로 수신함으로써 해당 정전 용량의 변화량을 감지할 수 있다. 이와 같이, 제1구동전극(TX1)부터 제n구동전극(TXn)까지 인가된 구동신호를 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 감지하는 과정은 터치 센서 패널(100)을 스캔(scan)한다고 지칭할 수 있다. 매회 스캔시에 제1구동전극(TX1) 내지 제n구동전극(TXn)에 순차적으로 구동신호가 인가되고 제1수신전극(RX1) 내지 제m수신전극(RXm)으로부터 신호를 순차적으로 수신하는 절차가 반복될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 구동전극(TX)과 수신전극(RX)의 교차 지점마다 소정 값의 정전용량(101:Cm)이 생성되며, 손가락과 같은 객체가 터치 센서 패널(100)에 근접하는 경우 이러한 정전용량의 값이 변경될 수 있다. 도1에서 상기 정전용량은 상호 정전용량(Cm)을 나타낼 수 있다. 이러한 전기적 특성을 검출부(300)에서 감지하여 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 여부 및/또는 터치 위치를 감지할 수 있다. 예컨대, 제1축과 제2축으로 이루어진 2차원 평면에서 터치 센서 패널(100)에 대한 터치의 여부 및/또는 그 위치를 감지할 수 있다. 실시예에 따라 노드 캐패시터(101)의 정전용량 값을 검출함으로써 터치 압력을 검출할 수도 있다.
보다 구체적으로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치가 일어날 때 구동신호가 인가된 구동전극(TX)을 검출함으로써 터치의 제2축 방향의 위치를 검출할 수 있다. 이와 마찬가지로, 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 수신전극(RX)을 통해 수신된 수신신호로부터 정전용량 변화를 검출함으로써 터치의 제1축 방향의 위치를 검출할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)에서, 수신전극(RX1 내지 RXm)은 구동부(200)에 의해 구동전극(TX1 내지 TXn)에 인가된 구동신호가 해당 노드 캐패시터(101)의 상호 정전용량(mutual capacitance)에 의해 커플링된 신호를 수신할 수 있다. 도1에 도시된 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 수신전극(RX1 내지 RXm)을 통해 노드 캐패시터(C11 내지 Cnm)의 정전 용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여 터치 정보를 검출하는 검출부(300)를 포함할 수 있다. 검출부(300)에 대해서는 도2 및 도6을 참조하여 더욱 상세하게 설명된다.
도2는 일반적인 터치 센서 패널 및 검출부의 등가 회로를 예시한다. 도2에서는 복수의 구동전극(TX1 내지 TXn) 중 임의의 하나의 구동전극(TX)과 교차하는 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm) 중 임의의 하나의 수신전극(RX) 및 해당 수신전극(RX)을 통해 노드 캐패시터(101)의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여 적분하는 수신기(310)에 대한 등가 회로를 예시한다. 본 발명의 실시예에 따른 검출부(300)는 도2에 도시된 바와 같은 수신기(310)를 복수 개 포함할 수 있다. 예컨대, 검출부(300)는 복수의 수신전극(RX1 내지 RXm)으로부터 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 각각 수신하는 m개의 수신기(310)를 포함할 수 있다. 도2에서는 하나의 수신전극(RX)으로부터 해당 신호를 수신하는 하나의 수신기(310)가 도시된다.
도2에서 노드 캐패시터(101: CM)는 구동전극(TX)과 이에 교차하는 수신전극(RX) 사이에 생성된 캐패시터이다. RTX는 구동전극(TX)의 저항, RRX는 수신전극(RX)의 저항, CTX는 구동전극(TX)과 기준 전위층(그라운드) 사이에 생성되는 자체 정전용량, 그리고 CRX는 수신전극(RX)과 기준 전위층 사이에 생성되는 자체 정전용량을 나타낸다. 기준 전위층은 통상적으로 터치 센서 패널(100)의 하부 쪽에서 터치 센서 패널(100)과는 이격된 임의의 그라운드층일 수 있다. 터치 센서 패널(100)에 대해서 하부 쪽이라 함은 터치 센서 패널(100)의 터치 표면의 맞은편 쪽을 지칭할 수 있다. 일반적으로 터치 센서 패널(100)이 디스플레이 패널과 결합되어 있는 경우, 기준 전위층은 디스플레이에 포함된 그라운드층일 수 있다.
VTX(t)는 구동전극(TX)에 인가되는 구동신호로서 시간에 따른 전압 신호이며 그 파형이 하단에 도시되어 있다. IRX(t)는 수신전극(RX)을 통해 전하 증폭기(310)로 전달되는 노드 캐패시터(101)의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호로서 시간에 따른 전류 신호일 수 있다.
도2에서는 수신기(310)로서 전하 증폭기(charge amplifier)가 예시될 수 있다. 전하 증폭기(311)는 입력 전류 신호(IRX(t))를 전압(V0(t))으로 변환할 수 있다. 도2에서 수신전극(RX)으로부터의 전류 신호는 RX핀(110)을 통해서 수신기(310)에 포함된 증폭기(312)의 부입력단(negative input terminal)에 입력될 수 있다. 도2에서 수신전극(RX)으로부터의 전류 신호는 증폭기(312)의 가상 그라운드 노드(virtual ground node)에 해당하므로 VTX(t)와 IRX(t) 사이의 주파수 응답으로부터 수신기(310)의 주파수 응답을 알 수 있다. 즉, 구동전극(TX)에 인가되는 지점에서 구동신호(VTX(t))와 수신기(310)의 입력단인 RX핀(110)에서의 전류 신호(IRX(t)) 사이의 주파수 응답으로부터 수신기(310)의 주파수 응답을 알 수 있다.
도2에 도시된 등가 회로에서 구동전극(TX)에 인가되는 구동신호(VTX(t))로부터 수신기(310)의 입력단인 RX핀(110)에서의 전류 신호(IRX(t)) 사이의 전달 함수(transfer function)은 하기 수학식(1)과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014034286046-pat00001
수학식(1)
수학식(1)의 전달 함수에서 폴(pole)과 제로(zero)를 구하면, z1=0, p1=1/CTXRTX 및 p2=1/RRXCRX이다. 즉, 수학식(1)에 대응하는 터치 센서 패널(100)에 대한 전달 함수를 주파수 도메인에서 도시하면 도3과 같다.
도3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널(100)의 전달 함수를 주파수 도메인에서 도시한 보드 플롯(bode plot)을 예시한다. 도3에서는 p2>p1인 경우를 예시한다.
일반적인 터치 입력 장치(1000)를 포함하는 시스템에서 시스템 상에 존재하는 디스플레이 잡음(noise), 조명기구의 안정기로부터의 잡음, 충전기 등으로부터 발생되는 잡음의 기본(fundamental) 주파수는 100kHz 이하일 수 있다. 따라서, 구동전극(TX)을 구동하는 구동신호의 주파수는 이러한 시스템상의 잡음을 회피하기 위하여 상대적으로 높게 설정될 수 있다. 통상적으로 100kHz ~ 1MHz의 범위를 가질 수 있다.
이때, 터치 센서 패널(100)의 저항 및/또는 정전용량 값(RC 값)이 커서 구동전극(TX)에 인가되는 구동신호의 주파수 값보다 p2의 값이 작은 경우 하기와 같은 문제점이 야기될 수 있다.
1. 터치 센서 패널(100)에서 자체 정전용량인 CTX와 CRX를 충전/방전할 충분한 시간을 확보하지 못할 수 있다. 이에 따라 터치 센서 패널(100)에 대한 터치시 노드 캐패시터(101)의 정전용량의 변화에 따른 신호의 변화가 크지 않아 신호대잡음비(SNR)가 저하되는 문제점이 야기될 수 있다.
2. 터치 센서 패널(100)이 물리적인 압력을 가지고 터치되는 경우, 터치 센서 패널(100)의 하부쪽의 그라운드층과의 거리가 변하여 자체 정전용량 (CTX 및/또는 CRX)의 크기가 변할 수 있다. 이에 따라 도3과 같은 주파수 도메인에서 p1과 p2의 위치가 바뀔 수 있다. 결과적으로, 터치 센서 패널(100)의 전달 함수 및 주파수 응답이 변하여 수신기(310)로 입력되는 전류 신호의 크기가 바뀌게 될 수 있다. 이러한 전류 신호 변화가 노드 캐패시터(101)의 정전용량에 대한 변화로 잘못 인식될 수 있는 배면터치 또는 패널 벤딩(panel bending) 문제가 야기될 수 있다.
전술한 두 가지 문제는 구동전극(TX)에 인가되는 구동신호의 주파수가 도3에 도시된 바와 같은 주파수 응답이 편평(flat)하지 않은 영역에 존재하기 때문이다. 즉, 전술한 두 가지 문제는 p1~p2를 벗어난 영역의 주파수로 구동신호가 구동되기 때문에 야기될 수 있다. 이러한 문제점의 해결 방법은 이하에서 설명된다.
보다 구체적으로 전술한 문제점은 주파수 응답의 편평한 영역을 늘임으로써 해소될 수 있다. 즉, 도3에 도시된 바와 같은 주파수 응답에서의 대역폭을 넓게 함으로서 해소될 수 있다.
도4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치의 주파수 응답 대역폭을 늘이기 위한 개념도이다. 도4의 (a)는 도3에 도시된 바와 같은 주파수 응답을 나타낸다. 이러한 주파수 응답에서 두 번째 폴인 p2 부근에 또 다른 제로(zero)를 삽입함으로써 주파수 응답의 편평한 구간을 늘릴 수 있다. 즉, 터치 센서 패널(100)의 주파수 응답에서 발생하는 폴(pole)들 중 더 큰 폴의 위치에 새로운 제로(zero)를 추가할 수 있도록 터치 입력 장치(1000)에 포함된 터치 센서 패널(100) 및/또는 검출기(300)를)를 구성할 수 있다. 도4의 (b)는 p2 부근에 위치한 z2 및 또 다른 폴(p3)을 나타낸다. 도4의 (c)는 도4의 (a)에 (b)를 합하는 경우의 최종적인 주파수 응답을 나타낸다. 도4의 (c)에서 확인할 수 있는 바와 같이, p2 위치에 제로(z2)를 추가함으로써 주파수 응답의 편평한 구간인 대역폭이 p1 내지 p3 영역으로 넓어짐을 알 수 있다.
도4의 (c)에 도시된 바와 같이 터치 센서 패널(100)의 주파수 응답의 대역폭을 넓힘으로써, 터치 입력 장치(1000)의 주파수 응답이 보다 넓은 대역폭을 가질 수 있다. 더욱이, 구동전극(TX)에 인가되는 구동신호의 주파수가 주파수 응답의 편평한 구간에서 이루어지는 경우라면 전술한 2가지 문제점은 모두 회피할 수 있다.
도5는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 검출부의 등가 회로를 예시한다. 도5에서는 구동전극(TX)으로부터 수신기(310)에 포함된 증폭기(311)의 부입력단까지의 전달 함수에 제로(zero)를 추가함으로써 터치 입력 장치(1000)의 주파수 응답 대역폭을 넓힐 수 있는 등가 회로를 예시한다.
본 발명의 실시예에 따른 검출부(300)에 포함된 복수의 수신기(310) 각각은 증폭기(311)와 증폭기(311)의 부입력단과 출력단 사이, 즉 궤환 경로에 결합된 궤환 캐패시터(312)를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명의 실시예에서 증폭기(310)는 연산 증폭기(operational amplifier)일 수 있다. 본 발명의 실시예에서 증폭기(310)의 정입력단(positive input terminal)은 그라운드(ground)에 접속될 수 있다. 또한, 수신기(310)는 궤환 캐패시터(312: CF)와 병렬로 연결되는 리셋 스위치(314: SWreset)을 더 포함할 수 있다. 리셋 스위치(314)는 수신기(310)에 의해 수행되는 전류에서 전압으로의 변환을 리셋(reset)할 수 있다. 증폭기(311)의 부입력단은 수신전극(RX)과 연결되어 노드 캐패시터(101)의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 전류 신호를 수신하여 적분할 수 있다. 수신기(310)의 출력 신호에 대한 파형이 도5의 우측에 예시된다.
본 발명의 실시예에 따른 수신기(310)는 궤환 캐패시터(312)에 병렬로 연결되는 저항(313: RF)을 더 포함할 수 있다. 이는 증폭기(311)의 피드백(feedback) 저항으로서 증폭기(310)의 DC 동작 포인트를 고정시키기 위함이다. 수신기(310)의 피드백이 저항(313) 없이 궤환 캐패시터(312)만을 포함하도록 구현되는 경우, DC 성분이 피드백되지 않으므로 증폭기(311)의 입력 동작 포인트가 고정되지 않는다. 이러한 경우에는 증폭기(311)의 입력 신호의 펄스(pulse)마다 리셋 스위치(314)를 온(close)시키면서 수신기(310)를 동작시켜야 한다.
수신기(310)를 통해 적분된 데이터는 ADC(analog to digital converter: 미도시)를 통해 디지털 데이터로 변환될 수 있다. 차후, 디지털 데이터는 프로세서(미도시)에 입력되어 터치 센서 패널(100)에 대한 터치 정보를 획득하도록 처리될 수 있다. 검출부(300)는 수신기(310)와 더불어 ADC 및 프로세서를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 수신기(310)는 증폭기(311)의 부입력단과 수신전극(RX) 사이에 위치한 입력 캐패시터(120:CIN)를 더 포함할 수 있다. 이때, 구동전극(TX)에 인가되는 구동신호(VTX(t))와 증폭기(311)의 부입력단에서의 전류신호(IRX(t))까지의 전달 함수는 하기 수학식(2)로 나타낼 수 있다.
Figure 112014034286046-pat00002
수학식(2)
수학식(2)에서 알 수 있는 바와 같이 도5에 도시된 바와 같은 등가 회로의 전달 함수는 2개의 제로와 3개의 폴을 가질 수 있다. 첫 번째 제로인 z1=0이고 두 번째 제로인 z2=1/RRXCIN이다. 여기서 RRX의 값은 한번 설계된 후 변경되지 않는 고정 값을 가질 수 있다. 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)를 포함하는 시스템 및 환경에 따라서 입력 캐패시터(120: CIN)를 포함하는 구성의 파라미터(parameter)를 조절하여 주파수 응답의 대역폭을 증가시킬 수 있다. 즉, 본 발명의 실시예에서 증폭기(311)의 부입력단과 수신전극(RX) 사이에 입력 캐패시터(120: CIN)를 추가함으로써 터치 센서 패널(100)에 대한 주파수 응답에서 새로운 폴-제로 쌍이 생성될 수 있다. 이때, 입력 캐패시터(120: CIN)의 값은 상기 새로운 폴-제로 쌍의 추가에 따라 터치 센서 패널(100)의 주파수 응답 대역폭이 기존의 주파수 응답 대역폭보다 넓어질 수 있도록 설정될 수 있다. 입력 캐패시터(120: CIN)의 크기는 제조시에 미리 결정되어 설치될 수도 있으나 사용 환경 및 시스템에 따라 변경될 수 있도록 가변 캐패시터로 구현될 수 있다.
이러한 경우, 본 발명의 실시예에 따른 터치 입력 장치(1000)는 제어부(400)를 더 포함할 수 있다. 이때, 사용자는 필요한 대역폭에 따라 제어부(400)를 통해 입력 캐패시터(120: CIN)의 크기를 자동 및/또는 수동으로 조절할 수 있다.
도6은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 검출부의 등가 회로를 예시한다. 도6에서는 입력 캐패시터(120: CIN)를 추가함이 없이 궤환 캐패시터(312)와 직렬로 연결되며 궤환 캐패시터(312)와 출력단 사이에 접속된 저항(RZ: 315)을 더 포함함으로써 도5에 도시된 등가 회로와 동일한 효과를 획득할 수 있다.
저항(315)을 추가하기 전에 도5에 도시된 바와 같은 수신기(310)에서 IRX(t)와 Vo(t) 사이의 전달함수는 하기 수학식(3)과 같이 표현될 수 있다.
Figure 112014034286046-pat00003
수학식(3)
도6에 도시된 바와 같이 저항(315)을 수신기에 추가한 경우에 수신기(310')에서 IRX(t)와 Vo(t) 사이의 전달함수는 하기 수학식(4)와 같이 표현될 수 있다. 이때, 피드백 저항(313)의 크기는 상대적으로 매우 크므로 전달 함수에 영향을 미치지 않는 것으로 가정되었다.
Figure 112014034286046-pat00004
수학식(4)
수학식(4)를 수학식(3)과 비교하면, 수학식(3)의 경우 제로를 포함하지 않지만 수학식(4)의 경우 z=1/CFRZ의 값을 갖는 하나의 제로가 추가됨을 알 수 있다. 즉, 도6에서, 구동신호가 인가되는 구동전극(TX)으로부터 RX 핀(110)까지의 VTX(t)와 IRX(t) 사이의 주파수 응답은 변화되지 않지만 수신기(310')의 주파수 응답을 변화시킴으로써 도5에 도시된 바와 같은 등가 회로와 동일한 효과를 획득할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 필요한 터치 입력 장치의 주파수 대역폭에 따라 궤환 캐패시터(312) 및/또는 저항(315)의 값을 각각 조절할 수 있다.
도7은 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치 센서 패널 및 검출부의 등가 회로를 예시한다. 도7에서는 도5의 등가 회로와 도6의 등가 회로를 조합한 경우를 예시한다. 도7에서는 수신전극(RX)과 증폭기(311)의 부입력 단 사이에 입력 캐패시터(120: CIN)를 추가할 뿐 아니라, 궤환 캐패시터(312)와 직렬로 연결되며 궤환 캐패시터(312)와 출력단 사이에 접속된 저항(RZ: 315)을 더 포함하는 경우가 예시된다. 이 경우에, 입력 캐패시터(120: CIN)의 추가에 따라 한 개의 제로가 추가되며, 저항(315: Rz)의 추가에 따라 또 다른 하나의 제로가 추가되므로 터치 입력 장치의 주파수 응답 대역폭을 더 넓게 확장할 수 있다. 이때, 본 발명의 실시예에서는 필요한 대역폭에 따라 입력 캐패시터(120), 궤환 캐패시터(312) 및/또는 저항(315)의 값을 각각 조절할 수 있다.
또한, 이상에서 실시예를 중심으로 설명하였으나 이는 단지 예시일 뿐 본 발명을 한정하는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 본 실시예의 본질적인 특성을 벗어나지 않는 범위에서 이상에 예시되지 않은 여러 가지의 변형과 응용이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 실시예에 구체적으로 나타난 각 구성 요소는 변형하여 실시할 수 있는 것이다. 그리고 이러한 변형과 응용에 관계된 차이점들은 첨부된 청구 범위에서 규정하는 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.
100: 터치 센서 패널
200: 구동부
300: 검출부
400: 제어부
1000: 터치 입력 장치

Claims (11)

  1. 복수의 구동전극, 복수의 수신전극, 및 상기 구동전극과 상기 수신전극에 의해 형성되는 노드 캐패시터를 복수개 포함하는 터치 센서 패널;
    상기 구동전극에 구동신호를 인가하는 구동부;
    상기 수신전극을 통해 상기 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여 적분하는 수신기를 포함하는 검출부; 및
    상기 수신기와 상기 수신전극 사이에 연결된 입력 캐패시터를 포함하며,
    상기 수신기는:
    증폭기; 상기 증폭기의 부입력단과 출력단 사이에 연결된 궤환 캐패시터; 및 상기 궤환 캐패시터와 직렬로 연결되고 상기 궤환 캐패시터와 상기 출력단 사이에 위치하는 저항을 포함하고,
    상기 입력 캐패시터는 상기 부입력단과 상기 수신전극 사이에 연결된,
    터치 입력 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 입력 캐패시터는 가변 캐패시터이며, 상기 입력 캐패시터의 값에 따라 상기 터치 입력 장치의 주파수 대역폭이 조절될 수 있는, 터치 입력 장치.
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 궤환 캐패시터는 가변 캐패시터이고 상기 저항은 가변 저항인, 터치 입력 장치.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 궤환 캐패시터와 상기 저항 값에 따라 상기 터치 입력 장치의 주파수 대역폭이 조절될 수 있는, 터치 입력 장치.
  7. 복수의 구동전극, 복수의 수신전극, 및 상기 구동전극과 상기 수신전극에 의해 형성되는 노드 캐패시터를 복수개 포함하는 터치 센서 패널;
    상기 구동전극에 구동신호를 인가하는 구동부; 및
    상기 수신전극을 통해 상기 노드 캐패시터의 정전용량에 대한 정보를 포함하는 신호를 수신하여 적분하는 수신기를 포함하는 검출부;를 포함하며,
    상기 수신기는:
    증폭기; 상기 증폭기의 부입력단과 출력단 사이에 연결된 궤환 캐패시터; 및 상기 궤환 캐패시터와 직렬로 연결되고 상기 궤환 캐패시터와 상기 출력단 사이에 위치하는 저항을 포함하는,
    터치 입력 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 궤환 캐패시터는 가변 캐패시터이며 상기 궤환 캐패시터의 값에 따라 상기 터치 입력 장치의 주파수 대역폭이 조절될 수 있는, 터치 입력 장치.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 저항은 가변 저항이며 상기 저항의 값에 따라 상기 터치 입력 장치의 주파수 대역폭이 조절될 수 있는, 터치 입력 장치.
  10. 제7항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 부입력단과 상기 수신전극 사이에 연결된 입력 캐패시터를 더 포함하는, 터치 입력 장치.
  11. 제10항에 있어서,
    상기 입력 캐패시터는 가변 캐패시터이며, 상기 입력 캐패시터의 값에 따라 상기 터치 입력 장치의 주파수 대역폭이 조절될 수 있는, 터치 입력 장치.
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