KR101577953B1 - 접촉 감지 기능이 있는 표시 장치 및 접촉 판단 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 접촉 판단 방법은 공분산 행렬을 이용하여 고유 벡터 및 고유치를 추출하고 이를 이용하여 주성분을 구하여 주성분의 값을 분석하여 접촉 판단 여부를 결정한다.
이와 같이, 고유치 및 고유 벡터를 이용하여 주성분을 추출한 후 접촉 여부를 판단하므로 오류없이 접촉 여부 및 접촉 위치를 정확하게 판단할 수 있다.
접촉 판단, 전기 영동 표시 장치, 광 감지, 고유치, 고유 벡터,

Description

접촉 감지 기능이 있는 표시 장치 및 접촉 판단 방법{TOUCH SENSIBLE DISPLAY DEVICE AND METHOD OF DETERMINING TOUCH}
본 발명은 표시 장치에 관한 것으로서, 특히 접촉 감지 기능이 있는 표시 장치 및 접촉 판단 방법에 관한 것이다.
최근들어 평판 표시 장치에 터치 센서를 내장한 제품이 개발되어 왔다. 이들 센서는 사용자의 손 또는 터치 펜(touch pen, stylus) 등의 접촉으로 인하여 생긴 압력또는 빛의 세기 변화를 감지하고 이에 따른 전기 신호를 표시 장치에 제공한다. 표시 장치는 이 전기 신호에 기초하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 알아내고, 이러한 접촉에 대한 정보를 외부 장치로 전송하며, 외부 장치는 접촉 정보에 기초한 영상 신호를 표시 장치에 전송한다.
빛의 세기 변화를 감지하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 알아내는 경우 접촉물의 그림자로 인한 밝기 변화를 감지한다. 그런데 접촉물이 접촉하지 않았는데도 접촉한것으로 오판하거나 접촉 부분이 아닌 다른 부분의 그림자로 인하여 접촉 위 치 등을 잘못 판단할 수 있다.
예를 들어, 손가락 끝 부분만을 표시판의 가장자리에 올려 놓으면 좁은 영역에서만 진한 그림자가 생긴다. 그러나 손바닥과 손가락을 모두 표시판 위에 위치한 상태에서 손가락만을 접촉하면 손가락 끝 부분뿐 아니라 손바닥으로 가려진 부분도 진한 그림자가 생긴다. 이러한 경우에는 접촉 여부 및 접촉 위치를 판단하는데 있어 오류가 발생할 가능성이 커진다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제는 이러한 접촉 여부 및 접촉 위치를 정확히 검출하는 것이다.
본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 접촉 판단 방법은 광 감지부로부터 감지 데이터 신호를 수신하는 단계, 상기 감지 데이터 신호로부터 주성분을 추출하고 분석하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 판단하는 단계를 포함한다.
상기 접촉 여부 및 접촉 위치를 판단하는 단계는 상기 감지 데이터 신호 중 적어도 일부를 분석 대상으로 선택하는 단계, 상기 선택된 분석 대상으로부터 고유 벡터 및 고유치를 추출하는 단계, 및 상기 고유 벡터 및 고유치를 이용하여 주성분을 추출하고 분석하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분석 대상을 선택하는 단계는 문턱 전압을 기준으로 선택할 수 있다.
상기 문턱 전압 이하의 값을 가지는 상기 감지 데이터 신호가 행 또는 열 방향으로 일정 개수 이상 연속되는 경우 이를 포함하여 상기 분석 대상을 선택할 수 있다.
상기 분석 대상은 상기 분석 대상을 포함하는 행 전체일 수 있다.
상기 문턱 전압 이하의 값을 가지는 상기 감지 데이터 신호가 일정 개수 이상 연속되는 경우가 2 이상 존재하는 경우 이들 각각을 모두 포함하도록 상기 분석 대상을 선택할 수 있다.
상기 고유 벡터 및 고유치를 추출하는 단계는 상기 선택된 분석 대상을 행렬로 나타내는 단계, 상기 행렬에서 행방향으로 평균을 계산하여 이를 이용하여 공분산 행렬을 구하는 단계, 및 상기 공분산 행렬을 통하여 고유 벡터 및 고유치를 구하는 단계를 포함할 수 있다.
상기 분석 대상을 행렬로 나타내는 단계에서는 표시 장치에서 상기 광 감지부의 배열에 대응시켜 배열된 행렬로 나타낼 수 있다.
상기 분석 대상을 행렬로 나타내는 단계에서 상기 선택된 분석 대상이 서로 떨어져 있는 2 이상의 대상을 포함하는 경우 이를 하나의 행렬로 병합하여 나타낼 수 있다.
상기 공분산 행렬을 구하는 단계는 아래의 식을 통하여 구할 수 있으며, ail, ajl은 각각 상기 분석 대상을 나타내는 행렬의 성분이며, Xi, Xj는 각각 상기 분석 대상을 나타내는 행렬에서 i, j행의 평균일 수 있다.
Figure 112008086468745-pat00001
상기 고유 벡터와 상기 고유치를 구하는 단계는 아래의 식을 통하여 구할 수 있으며, 여기서 det는 판별식(determinant)를 의미하며, C는 공분산 행렬이면서 고 유 벡터이며, λ는 m개의 0아닌 성분을 가지는 고유치 행렬이고, μ는 임의의 행렬이며, C, λ 및 μ는 모두 mXm의 행렬일 수 있다.
Figure 112008086468745-pat00002
상기 고유벡터 및 고유치를 이용하여 주성분을 추출하고분석하는 단계는 상기 주성분을 추출하는 단계와 상기 주성분을 분석하는 단계를 포함할 수 있으며, 상기 주성분을 추출하는 단계는 상기 고유치 중에서 가장 큰 값과 그 다음으로 큰 값에 대응하는 상기 고유 벡터의 성분을 추출하여 주성분으로 할 수 있다.
상기 고유치 중 가장 큰 값에 대응하는 상기 고유 벡터의 성분을 제1 주성분이라 하며, 상기 고유치 중 두번째로 큰 값에 대응하는 상기 고유 벡터의 성분을 제2 주성분이라고 할 때, 상기 주성분을 분석하는 단계는 상기 제1 및 제2 주성분이 일정 범위내에 포함되는 경우 터치가 이루어진 것으로 판단할 수 있다.
상기 일정 범위는 특정 범위로 설정되어 있거나, 접촉이 발생하지 않은 기준 영역을 선택하여 그로부터 추출한 주성분을 기준으로 하여 정해질 수 있으며, 상기 기준 영역에 대한 상기 주성분값 보다 터치가 이루어진 영역의 상기 제1 및 제2 주성분값이 모두 클 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 표시 장치는 표시판, 상기 표시판에 형성되어 있는 복수의 화소, 상기 표시판에 형성되어 있는 복수의 광 감지부, 그리고 상기 광 감지부로부터의 신호의 주성분을 추출하여 상기 표시판에 접촉이 있었는지를 판단하고 이에 따라 상기 화소가 표시할 영상을 결정하는 제어부를 포함한다.
상기 제어부는 상기 광 감지부로부터의 신호에서 분석 대상을 선택하고, 이를 기초로 고유 벡터 및 고유치를 추출하고, 상기 고유 벡터 및 고유치를 이용하여 주성분을 추출하고 분석하여 접촉 여부를 판단할 수 있다.
상기 고유 벡터 및 고유치는 공분산 행렬을 통하여 추출될 수 있다.
상기 표시 장치는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 및 전기 영동 표시 장치 중 하나일 수 있다.
상기 화소와 연결된 영상 주사부 및 영상 데이터 구동부, 및 상기 광 감지부와 연결된 감지 주사부 및 감지 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.
상기 영상 주사부, 상기 영상 데이터 구동부, 상기 감지 주사부, 상기 감지 신호 처리부를 제어하는 신호 제어부를 더 포함하며, 상기 제어부는 상기 신호 제어부 또는 상기 감지 신호 처리부 중 어느 한 곳에 위치할 수 있다.
이와 같이, 고유치 및 고유 벡터를 이용하여 주성분을 추출한 후 접촉 여부를 판단하므로 오류없이 접촉 여부 및 접촉 위치를 정확하게 판단할 수 있다.
그러면 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나 타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 "위에" 있다고 할 때, 이는 다른 부분 "바로 위에" 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 "바로 위에" 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
이제 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에 대하여 도 1 내지 도 3을 참고하여 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이고, 도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에서 광 감지부의 등가 회로도이고, 도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 전기 영동 표시 장치의 단면도이다.
도 1을 참고하면, 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치는표시판부(panel unit)(300), 영상 주사부(400), 영상 데이터 구동부(500), 감지 주사부(700), 감지 신호 처리부(800) 및 신호 제어부(600)를 포함한다.
도 1 및 도 2를 참고하면, 표시판부(300)는 복수의표시 신호선(display signal line)(G1-GN, D1-DM)과 이에 연결된 복수의 화소(pixel)(PX), 복수의 감지 신호선(sensing signal line)(S1-SN, P1-PM, Psg, Psd)과 이에 연결된 복수의 감지부(SC)를 포함한다. 화소(PX)와 감지부(SC)는 대략 행렬의 형태로 배열되어 있다.
표시 신호선은 영상 주사 신호를 전달하는 복수의 영상 주사선(G1-GN)과 영상 데이터 신호를 전달하는 영상 데이터선(D1-DM)을 포함한다.
감지 신호선은 감지 주사 신호를 전달하는 복수의 감지 주사선(S1-SN), 감지 데이터 신호를 전달하는 감지 데이터선(P1-PM), 소자 제어 전압을 전달하는 제어 전압선(Psg) 및 소자 입력 전압을 전달하는 입력 전압선(Psd)을 포함한다.
영상 주사선(G1-GNn) 및 감지 주사선(S1-SN)은 대략 행 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하고, 영상 데이터선(D1-DM) 및 감지 데이터선(P1-PM)은 대략 열 방향으로 뻗어 있으며 서로가 거의 평행하다.
도 2를 참고하면, 각 화소(PX), 예를 들면 i번째 행(i=1, 2, , N), j번째 열(j=1, 2, , M)의 화소(PX)는 영상 주사선(Gi) 및영상 데이터선(Dj)에 연결된 스위칭 소자(Qs1)와 이에 연결된 전기-광학 변환부(EOU)를 포함한다. 그러나 능동형(active matrix) 표시 장치가 아니고 수동형(passive matrix) 표시 장치인 경우에는 스위칭 소자(Qs1)가 없을 수도 있다.
박막 트랜지스터 등 스위칭 소자(Qs1)는 삼단자 소자로서 그 제어 단자는 영상 주사선(Gi)에 연결되어 있고, 입력 단자는 영상 데이터선(Dj)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 전기-광학 변환부(EOU)에 연결되어 있다.
전기-광학 변환부(EOU)는 스위칭 소자(Qs1)를 통과한 전기 신호를 광학 신호로 바꾸어 주는 부분으로서, 표시 장치의 종류에 따라 달라질 수 있는데, 액정 표시 장치의 경우에는 액정 축전기를 포함하고, 유기 발광 표시 장치인 경우에는 유기 발광 다이오드를 포함하며, 전기 영동 표시 장치의 경우에는 전기 영동 축전기를 포함한다.
예를 들어 전기 영동 표시 장치의 경우, 도 3에 도시한 것처럼, 표시판부(300)는 하부 표시판(100), 상부 표시판(200) 및 그 사이의 전기 영동층(3)을 포 함한다. 전기 영동 축전기는 하부 표시판(100)의 화소 전극(191)과 상부 표시판(200)의 공통 전극(270), 그리고 둘 사이의 전기 영동 입자 캡슐(30)을 포함하며, 캡슐(30) 안에는 서로 다른 극성으로 대전된 전기 영동 입자(31, 33) 및 투명 유전 유체(35)가 들어 있다. 도 3에서 스위칭 소자(Qs1)는 게이트 전극(124a), 반도체층(154a), 저항성 접촉층(164a, 165a), 소스 전극(173a) 및 드레인 전극(175a)를 포함하여 형성되어 있다.
한편, 광 감지부(SC)는 광 감지 소자(Qp1), 감지 신호 축전기(Cp) 및 스위칭 소자(Qs2)를 포함한다.
광 감지 소자(Qp1)는 삼단자 소자로서 그 제어 단자는 제어 전압선(Psg)과 연결되어 있고, 입력 단자는 입력 전압선(Psd)에 연결되어 있으며, 출력 단자는 스위칭 소자(Qs2)에 연결되어 있다. 광 감지 소자(Qp1)는 빛이 조사되면 광 전류를 생성하는 광전 물질(photoelectric material)을 포함한다. 광 감지 소자(Qp1)의 예로는 광전류를 만들어낼 수 있는 비정질 규소(amorphous silicon) 또는 다결정 규소(poly crystalline silicon)로 이루어진 채널부 반도체가 있는 박막 트랜지스터를 들 수 있다. 광전류를 형성하고, 입력 전압선(Psd)에 인가된 입력 전압(Vsd)에 의해 광전류가 감지 신호축전기(Cp) 및 스위칭 소자(Qs2) 방향으로 흐른다. 광감지 소자(Qp1)의 제어 단자에 인가되는 제어 전압은 광감지 소자(Qp1)가 오프 상태를 유지할 수 있도록 충분히 낮거나 충분히 높은 것이 바람직하다. 광감지 소자(Qp1)의 입력 단자에 인가되는 입력 전압은 광전류가 일정한 방향으로 흐르도록 충분히 낮거나 충분히 높은 것이 바람직하다. 입력 전압에 의해 광전류는 스위칭 소자(Qs2) 방향으로 흐르며, 감지 신호 축전기(Cp)로도 흘러 감지 신호 축전기(Cp)에 저장된다.
감지 신호 축전기(Cp)는 광 감지 소자(Qp1)의 제어 단자와 출력 단자 사이에 연결되어 있고, 광 감지 소자(Qp1)로부터 나온 전하를 축적하여 소정 전압을 유지한다. 감지 신호 축전기(Cp)는 필요에따라 생략할 수 있다.
스위칭 소자(Qs2) 역시 삼단자 소자로서 그 제어 단자, 출력 단자 및 입력 단자는 각각 감지 주사선(Si), 감지 데이터선(Pj) 및 광감지 소자(Qp1)에 연결되어 있다. 스위칭 소자(Qs2)는 감지 주사선(Si)으로부터의 감지 주사 신호에 따라 소자 출력 신호를 감지 데이터선(Pj)으로 출력한다. 소자 출력 신호는 광감지 소자(Qp1)로부터의 광전류이다. 그러나 소자 출력 신호는 감지 신호 축전기(Cp)에 저장되어 있는 전압일 수 있다.
감지부(SC)는 화소(PX)와 동일한 영역에 배치될 수도 있고, 화소(PX)와 분리되어 있을 수도 있다. 후자의 경우 화소(PX) 사이 또는 별도로 구비된 영역에 배치될 수 있다.
감지부(SC)의 밀도와 화소(PX)의 밀도는 같을 수 있지만 서로 다를 수도 있으며, 후자의 경우 감지 주사선(S1-SN)의 수효(N) 및 감지 데이터선(P1-PM)의 수효(M)가 각각 영상 주사선(G1-GN)의 수효(N) 및 영상 데이터선(D1-DM)의 수효(M)와 다를 수 있다.
여기서 스위칭 소자(Qs1, Qs2) 및 광감지 소자(Qp1)는 비정질 규소(amorphous silicon) 또는 다결정 규소(poly crystalline silicon) 박막 트랜지 스터로 이루어질 수 있다.
다시 도 1을 참고하면, 영상 주사부(400)는 표시판부(300)의 영상 주사선(G1-GN)에 연결되어 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압의 조합으로 이루어진 영상 주사 신호를 영상 주사선(G1-GN)에 인가한다.
영상 데이터 구동부(500)는 표시판부(300)의 영상 데이터선(D1-DM)에 연결되어 계조 전압 생성부(550)로부터의 계조 전압을 선택하여 영상 데이터 신호로서 화소에 인가한다.
감지 주사부(700)는 표시판부(300)의 감지 주사선(S1-SN)에 연결되어 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압의 조합으로 이루어진 감지 주사 신호를 감지 주사선(S1-SN)에 인가한다.
감지 신호 처리부(800)는 표시판부(300)의 감지 데이터선(P1-PM)에 연결되어 감지 데이터선(P1-PM)로부터 감지 데이터 신호를 받아 증폭, 필터링 등의 신호 처리를 행한 후 아날로그-디지털 변환을 하여 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 생성한다. 감지 데이터선(P1-PM)이 운반하는 감지 데이터 신호는 전류 신호일 수 있으며, 이 경우, 감지 신호 처리부(800)는 아날로그-디지털 변환 전에 전류 신호를 전압신호로 변환한다. 하나의 감지 데이터선(P1-PM)이 운반하는 하나의 감지 데이터 신호는 하나의 스위칭 소자(Qs2)가 내보내는 하나의 소자 출력 신호일 수도 있고, 둘 이상의 스위칭 소자(Qs2)가 내보내는 둘 이상의 소자 출력 신호일 수도 있다.
신호 제어부(600)는 영상 주사부(400), 영상 데이터 구동부(500), 감지 주사부(700), 감지 신호 처리부(800) 등의 동작을 제어한다.
그러면 이러한 표시 장치의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 제어기(도시하지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 표시를 제어하는 입력 제어 신호를 수신한다. 입력 영상 신호(R, G, B)는 각 화소(PX)의 휘도(luminance) 정보를 담고 있으며 휘도는 정해진 수효, 예를 들면 1024(=210), 256(=28) 또는 64(=26) 개의 계조(gray)를 가지고 있다. 입력 제어 신호의 예로는 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync), 메인 클록 신호(MCLK), 데이터 인에이블 신호(DE) 등이 있다.
입력 영상 신호(R, G, B)와 입력 제어 신호에 기초하여 신호 제어부(600)는 영상 신호(R, G, B)를 표시판부(300)의 동작 조건에 맞게 적절히 처리하고 영상 주사 제어 신호(CONT1), 영상 데이터 제어 신호(CONT2), 감지 주사 제어 신호(CONT3) 및감지 데이터 제어 신호(CONT4) 등을 생성한다. 신호 제어부(600)는 영상 주사 제어 신호(CONT1)를 영상 주사부(400)로 내보내고 영상 데이터 제어 신호(CONT2)와 처리한 영상 신호(DAT)는 영상 데이터 구동부(500)로 내보낸다. 또한 신호 제어부(600)는 감지 주사 제어 신호(CONT3)를 감지 주사부(700)에 내보내고 감지 데이터 제어 신호(CONT4)를 감지 신호 처리부(800)에 내보낸다.
영상 주사 제어 신호(CONT1)는 영상 주사 시작을 지시하는 영상 주사 시작 신호(STV)와 영상 주사 신호의 게이트 온 전압의 출력 시기를 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다. 영상 주사 제어 신호(CONT1)는 게이트 온 전압의 지속 시간을 정의하는 출력 인에이블 신호(OE)를 더 포함할 수 있다.
영상 데이터 제어 신호(CONT2)는 일군의 화소에 대한 데이터 전송을 알리는 수평 동기 시작신호(STH)와 영상 데이터선(D1-DM)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호(LOAD) 및 데이터 클록 신호(HCLK)를 포함한다.
감지 주사 제어 신호(CONT3)는 감지 주사 시작을 지시하는 감지 주사 시작 신호(STVS)와 감지 주사 신호(Vs1-VsN)의 출력 시기를 제어하는 적어도 하나의 클록 신호 등을 포함한다.
표시 장치의 동작은 화소(PX)를 통하여 화면에 영상을 표시하는 동작과 감지부(SC)를 통하여 접촉 여부를 알아내는 동작으로 크게 나눌 수 있다. 이러한 두 가지 동작은 동시에 수행될 수도 있고 서로 배타적으로 수행될 수도 있다. 후자의 경우에 표시 장치는 예를 들어 표시 구간 동안에는 표시 동작만 수행하고, 감지 구간 동안에는 감지 동작만 수행할 수 있다.
먼저 표시 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
신호 제어부(600)로부터의 영상 데이터 제어 신호(CONT2)에 따라, 영상 데이터 구동부(500)는 한 행의 화소(PX)에 대한 디지털 영상 신호(DAT)를 수신하고, 각 디지털 영상 신호(DAT)에 대응하는 계조 전압을 선택함으로써 디지털 영상 신호(DAT)를 아날로그 데이터 전압으로 변환한 다음, 이를 해당데이터선(D1-Dm)에 인가한다.
영상 주사부(400)는 신호 제어부(600)로부터의 영상 주사제어 신호(CONT1)에 따라 게이트 온 전압을 영상 주사선(G1-GN)에 인가하여 이 영상 주사선(G1-GN)에 연결된 스위칭 소자(Qs1)를 턴 온시킨다. 그러면 영상 데이터선(D1-DM)에 인가된 데이터 전압이 턴 온된 스위칭 소자(Qs1)를 통하여 전기-광학 변환부(EOU)에 인가 된다.
전기-광학 변환부(EOU)는 데이터 전압을 광학 신호로 바꾸어 출력하며 이에 따라 원하는 영상이 표시된다.
전기 영동 표시 장치의 경우, 데이터 전압의 크기, 극성 및 인가 시간 등에 따라 마이크로 캡슐(30) 내에서 전기 영동 입자(31, 33)의 위치가 다양하게 변화한다. 즉, 도 3의 데이터선과 연결되어 있는 스위칭 소자(Qs1)를 통하여 화소 전극(191)에 인가된 데이터 전압은 공통 전극(270)과 전계를 형성하는데, 데이터 전압의 크기에 따라 형성되는 전계의 크기가 다르다. 전계의 크기에 따라서 전기 영동 입자(31, 33)의이동 방향 및 이동 거리가 변하게 되어 서로 다른 계조의 화상을 표시할 수 있다.
전기 영동 입자(31, 33)가 흰색 전기 영동 입자(31)와 검은색 전기 영동 입자(33)로 이루어져 있다고 할 때, 전기 영동 입자(31, 33)는 서로다른 극성으로 대전되어 있으므로, 서로 반대 방향으로 이동하며, 전계의 크기에 따라서 위치가 달라지게 된다. 검은색 전기 영동 입자(33)만이 공통 전극(270)측에 인접하는 경우에는 블랙을 표시하게 되며, 흰색 전기 영동 입자(31)만이 공통 전극(270)측에 인접하는 경우에는 화이트를 표시하게 된다. 그 외의 경우에는 공통 전극(270)측에 가까이 위치한 흰색 전기 영동 입자(31)와 검은색 전기 영동 입자(33)의 수에 따라서 계조 표시가 가능하다. 전기 영동 입자(31, 33)중에 색을 포함하는 입자가 있으면, 색상 표시도 위와 같은 방식으로 가능하다.
1 수평 주기(또는 "1H")[수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE) 의 한 주기]를 단위로 이러한 동작을 반복함으로써, 모든 영상 주사선(G1-Gn)에 대하여 차례로 게이트 온 전압을 인가하여 모든 화소에 데이터 전압을 인가함으로써 한 프레임의 영상을 표시한다.
다음으로 표시 장치의 감지 동작에 대하여 상세하게 설명한다.
감지 주사부(700)는 신호 제어부(600)로부터의 감지 주사제어 신호(CONT3)에 따라 고전압을 감지 주사선(S1-SN)에 인가하여 이 감지 주사선(S1-SN)에 연결된 스위칭 소자(Qs2)를 턴 온시킨다. 그러면 스위칭 소자(Qs2)는 소자 출력 신호를 감지 데이터선(P1-PM)에 출력하여 아날로그감지 데이터 신호를 생성하며, 아날로그 감지 데이터 신호는 감지 신호 처리부(800)에 입력된다.
감지 신호 처리부(800)는 아날로그 감지 데이터 신호를 증폭 및 필터링 등의 신호 처리를 한 후 디지털 감지 데이터 신호(DSN)로 변환하여 내보낸다.
신호 제어부(600) 또는 외부 장치는 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 이용하여 고유 벡터 및 고유치를 통하여 주성분을 추출하고 이를 이용하여 접촉 여부 및 접촉 위치를 알아낸다. 즉, 주성분 분석 방법을 통하여 접촉 패턴을 분석하고 그에 따라 접촉 여부를 판단한다.
주성분 분석은 여러 개의 다변량 자료를 분석 대상으로 하는데 다차원적인 변수들을 축소, 요약하는 차원의 단순화와 더불어 일반적으로 서로 상관되어 있는 반응 변수들 간의 복잡한 구조를 분석하는 데 그 목적을 두고 있다. 이를 위하여 주성분 분석은 다차원의 반응 변수들을 선형 변환시켜, 주성분이라 부르는 서로 상관되어 있지 않은, 혹은 독립적인 2차원 또는 3차원의 인공 변수를 끌어낸다. 이때 각 주성분이 보유하는 변이의 크기를 기준으로 그 중요도의 순서를 생각할 수 있다. 그들 중 소수 몇 개의 주성분이 원래 자료에 내재하는 전체 변이 중 가능한 많은 부분을 내포하도록 변환시킴으로써 단순화에 따른 정보의 손실을 최소화한다.
본 발명의 실시예에 따른 주성분 분석 방법은 도 4 내지 도 10에 도시되어 있으며, 이하 상세하게 살펴본다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주성분 분석 방법을 순서도로 나타낸 도표이고, 도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주성분 분석 방법 중 고유 벡터 및 고유치를 추출하는 단계를 상세하게 설명한 도면이며, 도 10은 본 발명의 실시예에 따른 주성분 분석 방법 중 추출된 주성분을 분석하는 방법을 설명한 도면이다.
우선, 도 4를 살펴보면, 본 발명의 실시예에 다른 주성분 분석 방법을 순서도로 도시하고 있다. 도 4의 순서도와 같이 본 발명의 실시예에 따른 주성분 분석 방법은 크게 분석 대상을 선택하는 단계(S10), 선택된 분석 대상을 기초로 고유 벡터 및 고유치를 추출하는 단계(S20) 및 추출된 고유 벡터 및 고유치를 기초로 주성분을 추출하고 분석하는 단계(S30)을 포함한다.
분석 대상을 선택하는 단계(S10)는 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 대상으로 하여 그 전부를 선택하거나 그 중 일부만을 선택하거나 할 수 있다. 일부를 선택하는 경우에는 다양한 기준으로 선택할 수 있는 데, 본 발명의 실시예에서는 문턱 전압을 기준으로 선택하는 방법을 살펴본다.
먼저, 문턱 전압을 설정(본 실시예에서는 디지털 값으로 변환되어 설정되어 있음)하고, 문턱 전압 이하의 값을 가지는 디지털 감지 데이터 신호(DSN)가 행 또는 열 방향으로 일정 개수 이상 연속되는 부분을 찾는다. 이렇게 찾아진 부분을 중심으로 정해진 범위의 부분만을 선택하거나 해당 부분이 포함되는 행 전체를 선택하거나 할 수 있다. 뿐만 아니라 디지털 감지 데이터 신호(DSN)가 일정 개수 이상 연속되는 부분이 여러 군데 존재하는 경우에는 선택되는 부분이 여러 군데 존재할 수 있다. 또한, 문턱 전압 이상의 값을 가지더라도 선택하여 후술하는 주성분 분석의 기준 영역으로 활용할 수도 있다. 이상과 같이 다수의 영역이 선택되는 경우에는 선택하는 영역의 열의 수를 동일하게 할 수 있다.
상기의 정해진 범위는 표시 장치의 크기 및 터치되는 대상을 기준으로 범위가 변할 수 있다. 즉, 사람의 손으로 터치하는 경우 터치 펜을 이용하는 경우보다 큰 범위를 가지도록 정하는 것이 바람직하다.
한편, 본 실시예에서는 문턱 전압 이하의 전압을 가지는 감지 데이터 신호를 기준으로 선택하였으나, 실시예에 따라서는 문턱 전압 이상의 전압을 기준으로 할 수도 있다. 또한, 본 실시예에서는 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 기준으로 분석 대상을 선택하였지만, 감지부(SC)로부터 입력된 아날로그 감지 데이터 신호를 기초로 하여서도 이상의 선택단계가수행될 수 있다.
이상과 같이 분석 대상을 선택하는 단계(S10)를 통하여 선택된 분석 대상은 본 발명의 실시예에 따른 고유 벡터 및 고유치를 추출하는 단계(S20)를 통하여 고유 벡터 및 고유치를 추출하게 된다.
본 발명의 실시예에 따른 고유 벡터 및 고유치를 추출하는 단계(S20)는 도 5 내지 도 9에서 상세하게 설명되어 있다. 고유 벡터 및 고유치를 추출하는 단계(S20)를 크게 나누면, 도 5에서 도시하고 있는 바와 같이 선택된 분석 대상을 행렬로 나타내는 단계, 도 5 내지 도 8에서 도시하고 있는 바와 같이 각 행별로 평균을 계산하여 이를 이용하여 공분산 행렬을 구하는 단계, 및 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이 공분산 행렬을 이용하여 고유 벡터 및 고유치를 구하는 단계를 포함한다.
먼저 도 5와 같이 선택된 분석 대상을 행렬로 나타내는 단계를 살펴본다.
S10 단계를 통하여 선택된 분석 대상 데이터는 도 5와 같이 행렬로 나타낸다. 도 5에서 도시하고 있는 A 행렬은 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 감지부(SC)의 배열에 대응시켜 배열한 행렬이다. 여기서 A 행렬은 n개의 열과 m개의 행으로 도시하고 있는데, 이는 분석 대상으로 전체 디지털 감지 데이터 신호(DSN)가 선택된 경우에는 패널에서의 감지부(SC)의 개수 전체와 대응할 수도 있으며, 일부만 선택된 경우에는 일부 영역의 감지부(SC)에만 대응할 수도 있다. 즉, m은 도 1에서의 N개의 감지부(SC) 행중 전부 또는 일부일 수 있으며, n은 도 1에서의 M개의 감지부(SC) 열중 전부 또는 일부일 수 있다. 여기서 A 행렬에 포함된 각 성분(a11-amn)은 선택된 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 나타낸다.
또한, 선택된 분석 대상이 복수 영역에 존재하는 경우에는 열의 수를 같도록 하여 선택하여, 각 영역이 나타내는 행렬을 행방향으로 병합하여 하나의 행렬로 만드는 것이 바람직하다. 즉, 하나의 행렬로 만들면 후술하는 단계를 한꺼번에 수행할 수 있기 때문이다. 하지만 각 영역 별로 아래의 단계를 수행하는 것이 불가능 한 것은 아니다. 또한, 반드시 선택되는 영역의 행의 수가 일치해야 하는 것은 아니다. 즉, 행의 수가 다른 경우에도 행 방향으로 하나의 행렬로 합할 수 있는데, 이 경우에는 열의 수가 작은 행렬에서 0 또는 임의의 값을 가지는 열을 늘려서 병합하면 되기 때문이다.
행렬로 표시된 분석 대상은 도 6 내지 도 8에서 도시하고 있는 바와 같이 공분산 행렬로 변환된다.
공분산 행렬을 구하는 단계는 도 6과 같이 각 행별로 평균을 계산하는 단계, 도 7과 같이 계산된 각행의 평균을 각 행의 값에서 빼는 단계, 및 도 8과 같이 m X m의 공분산 행렬로 변환하는 단계로 이루어진다.
우선, 도 6과 같이 A 행렬에서 각 행별로 평균(Xm)을 구한다. 그 후, 도 7과 같이 구해진 평균(Xm)을 해당 행에서 뺀다. 도 7의 단계를 수행하고 나면, A 행렬은 각 행에서 평균 이상의 값을 가지는 성분은 양의 값을 가지며, 평균 이하의 값을 가지는 성분은 음의 값을 가진다.
그 후 도 8과 같이 A 행렬을 변환하여 공분산 행렬(C)를 생성한다. 공분산 행렬(C)은 아래의 수학식 1로부터 구해진다.
Figure 112008086468745-pat00003
여기서, ail, ajl은 각각 A 행렬의 성분이며, Xi, Xj는 각각 i, j행의 평균이다.
도 8에서 생성된 공분산 행렬(C)은 A 행렬과 달리 행 및 열의 수가 모두 m개인 행렬이다. 여기서 m은 A 행렬의 행의 수와 일치한다.
그 후 도 9와 같이 구해진 공분산 행렬(C)을 이용하여 고유치 행렬(λ)을 구한다. 고유치 행렬(λ)은 아래의 수학식 2를 통하여 구한다. 도 9에서 표시된 C, λ 및 μ는 모두 mXm의 행렬이다.
Figure 112008086468745-pat00004
여기서 det는 판별식(determinant)를 의미한다.
도 9에서는 상기 수학식 2가 도출되는 과정을 설명하고 있다. 즉, 공분산 행렬(C)에 임의의 벡터(μ)를 곱한 것을 고유치 행렬(λ)에 임의의 벡터(μ)의 곱과 같도록 하는 식으로부터 도출되며, 여기서 공분산 행렬(C)은 고유치 행렬(λ)에 대응하는 고유 벡터라고도 한다. 고유치 행렬(λ)은 도 9에서 도시하고 있는 바와 같이 총 m개의 0아닌 성분, 즉, 고유치(λ1- λm)를 가진다.
이상과 같은 방법으로 본 발명의 실시예에서는 고유치(λ1- λm) 및 고유 벡터(C)를 추출한다.
이상에서는 고유치(λ1- λm) 및 고유 벡터(C)를 추출함에 있어서 행렬 연산으로 기술하였지만, 실제 데이터 처리시에는 실제 행렬을 생성하지 않고 행렬 연산에 준하는 연산을 통하여 처리할 수 있다.
그 후, 도 10에서 도시하고 있는 바와 같이 추출된 고유치(λ1- λm) 및 고 유 벡터(C)를 기초로 주성분을 추출하고 분석하는 단계(S30)가 수행된다.
우선 주성분은 다음과 같은 방법을 통하여 추출된다.
추출된 고유치(λ1- λm)의 m개 성분 중 가장 큰 값(λp) 과 그 다음 큰 값(λq)을 선택하고, 선택된 고유치(λp, λq)에 대응하는 고유 벡터(C)의 성분을 선택한다. 본 실시예에서 고유치(λ1- λm)에 대응한다는 의미는 고유 벡터(C)를 앞에 두고 고유치 행렬(λ)를 뒤에 둔 상태에서 행렬의 곱을 계산한 경우 선택된 고유치(λp, λq)와 곱해진 고유 벡터(C)의 성분을 의미한다. 그러므로, 하나의 고유치에 대응하는 고유 벡터(C)의 성분은 하나의 열이며, 그 결과 총 2개의 열이 선택된다.
이렇게 선택된 2개의 열을 주성분이라고 한다. 또한, 주성분 중에서 가장 큰 고유치(λp)에 대응하는 열을 제1 주성분이라고 하며, 그 다음으로 큰 고유치(λq)에 대응하는 열을 제2 주성분이라고 한다.
주성분은 제1 주성분을 제1열로 하고, 제2 주성분을 제2열로 하는 mX2 행렬 형태를 가지며, 이를 가로축을 제1 주성분으로 하고 세로축을 제2 주성분으로 하는 그래프에 표시한다. 이때, 표시된 점은 총 m개이며, 도 10의 (C)에서 이를 도시하고 있다.
표시 장치에서는 제1 주성분 및 제2 주성분에 대하여 각각 설정된 범위의 값을 가지며, 제1 주성분 및 제2 주성분 모두 설정된 범위 내에 포함되는 경우에는 터치가 이루어진 것으로 파악한다. 또한, 터치가 이루어진 것으로 판단된 데이터에 대응하는 감지부(SC)를 파악하면, 터치의 위치도 판단할 수 있다. 도 10의 (C) 에서는 주성분을 그래프에 표시한 예를 도시하고 있으며, 네모 박스로 구획된 영역이 제1 및 제2 주성분으로 설정된 범위를 나타낸다. 그러므로 네모 박스 내에 포함된 점에 대응하는 감지부(SC)는 터치가 이루어진 것으로 처리한다. 제1 및 제2 주성분에 대하여 설정된 범위는 표시 장치 자체적으로 정해진 범위를 가질 수도 있지만, 주변 환경 등을 고려하여 터치가 이루어 지지 않은 기준 영역을 두고 기준 영역에 대한 주성분 값을 구하여 그 값과 비교하여 상대적으로 정해지도록 설정할 수도 있다. 이때, 터치가 이루어진 경우에는 기준 영역에 대한 상기 주성분값보다 제1 및 제2 주성분값이 모두 큰 경우일 수 있다.
한편, 도 10은 추출된 주성분을 분석하는 방법을 설명할 뿐만 아니라 전체적인 주성분 분석 방법을 간략하게 도시하고 있다.
우선 도 10의 (A)에서는 감지부(SC)를 통하여 감지된 데이터를 도시하고 있다. 또한, 도 10의 (B)에서는 감지된 데이터 중 일부를 선택한 것을 도시하고 있으며, 도 10의 실시예에서는 그림자 영역, 터치된 영역 및 기준 영역을 각각 선택하였다. 여기서는 각 영역의 크기(특히 열의 수)가 다른 경우를 도시하고 있다.
각각 선택된 영역(그림자 영역, 터치된 영역 및 기준 영역)을 하나의 행렬 형태로 만든 후, 선택된 분석 대상을 기초로 고유 벡터 및 고유치를 추출하고, 추출된 고유 벡터 및 고유치를 기초로 주성분을 추출하여 도 10 (C)에서는 그래프상에 주성분을 표시하고 분석하는 것을 도시하고 있다.
도 10 (B) 및 (C)의 연관 관계를 통하여 도시하고 있는 바와 같이 본 발명의 실시예에 따르면, 기준 영역, 터치된 영역 및 그림자 영역은 그래프 상에서 서로 다른 영역에 위치하므로 제1 주성분 및 제2 주성분을 일정 범위로 한정하여 그림자 영역을 구분하여 터치된 영역을 판단하는 것이 가능하다.
이상과 같은 주성분 분석은 본 발명의 실시예에서는 디지털 감지 데이터 신호(DSN)를 기초로 수행되며, 신호 제어부(600) 또는 그 외의 장치에서 처리될 수 있다. 한편, 실시예에 따라서는 감지부(SC)에서 입력된 감지 데이터를 이용하여 감지 신호 처리부(800)내에서도 수행될 수도 있다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되는 것은 아니고 다음의 청구범위에서 정의하고 있는 본 발명의 기본 개념을 이용한 당업자의 여러 변형 및 개량 형태또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 블록도이고,
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치에서 광 감지부의 등가 회로도이며,
도 3은 본 발명의 한 실시예에 따른 표시 장치의 단면도이고,
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 주성분 분석 방법을 순서도로 나타낸 도표 이고,
도 5 내지 도 9는 본 발명의 실시예에 따른 주성분 분석 방법 중 고유 벡터 및 고유치를 추출하는 단계를 상세하게 설명한 도면이며,
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 주성분 분석 방법 중 추출된 주성분을 분석하는 방법을 설명한 도면이다.

Claims (20)

  1. 복수의 화소, 상기 화소와 동일한 영역에 배치되고 소정의 행과 열을 갖도록 배열된 복수의 광 감지부, 그리고 상기 복수의 광 감지부로부터 신호를 선택하여 접촉 여부를 판단하는 제어부를 포함하는 표시장치에서,
    상기 제어부는 상기 광 감지부로부터 각각 감지 데이터 신호를 수신하는 단계,
    상기 감지 데이터 신호 중 적어도 일부를 분석 대상으로 선택하는 단계,
    상기 분석 대상을 상기 광 감지부의 배열에 대응시켜 제1 행렬로 배열하는 단계,
    상기 제1 행렬에서 행방향으로 평균을 계산하고 이를 이용하여 제2 행렬로 배열하는 단계,
    상기 제2 행렬로부터 공분산행렬을 생성하는 단계,
    상기 공분산행렬을 이용하여 고유치를 추출하는 단계,
    상기 추출한 고유치 중 가장 큰 값을 선택하고, 상기 선택된 고유치와 대응하는 상기 공분산 행렬의 행을 선택하는 단계, 그리고
    상기 선택된 공분산행렬의 행의 값이 적어도 하나 이상의 일정 범위 내에 있는지 여부에 따라 접촉 여부 및 접촉 위치를 판단하는 단계를 포함하며,
    상기 제어부는 상기 감지 데이터 신호 중 적어도 일부를 분석 대상으로 선택하는 단계에서 문턱 전압을 기준으로 선택하는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제1항에서,
    상기 제어부는 상기 감지 데이터 신호 중 적어도 일부를 상기 분석 대상으로 선택하는 단계에서
    상기 문턱 전압 이하의 값을 가지는 상기 감지 데이터 신호가 행 또는 열 방향으로 일정 개수 이상 연속되는 경우 이를 포함하여 상기 분석 대상을 선택하는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
  5. 제4항에서,
    상기 분석 대상은 상기 분석 대상을 포함하는 행 전체인 표시 장치의 접촉 판단 방법.
  6. 제4항에서,
    상기 문턱 전압 이하의 값을 가지는 상기 감지 데이터 신호가 일정 개수 이상 연속되는 경우가 2 이상 존재하는 경우 이들 각각을 모두 포함하도록 상기 분석 대상을 선택하는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제1항에서,
    상기 제어부는 상기 분석 대상을 상기 광 감지부의 배열에 대응시켜 제1 행렬로 배열하는 단계에서
    상기 선택된 분석 대상이 서로 떨어져 있는 2 이상의 대상을 포함하는 경우 이를 하나의 행렬로 병합하여 나타내는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
  10. 제1항에서,
    상기 제어부는 상기 제2 행렬로부터 공분산 행렬을 생성하는 단계에서
    아래의 식을 통하여 구하는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
    Figure 712015003466814-pat00005
    여기서 ail, ajl은 각각 상기 제1 행렬의 성분이며, Xi, Xj는 각각 상기 제1 행렬에서 i, j행의 평균이다.
  11. 제1항에서,
    상기 제어부는 상기 공분산 행렬을 이용하여 고유치를 추출하는 단계에서,
    아래의 식을 통하여 구하는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
    Figure 712015003466814-pat00006
    여기서 det는 판별식(determinant)를 의미하며, C는 공분산 행렬이며, λ는 m개의 0아닌 성분을 가지는 고유치 행렬이고, C 및 λ는 모두 mXm의 행렬이다.
  12. 제1항에서,
    상기 제어부는 상기 추출한 고유치 중 두번째로 큰 값을 선택하고, 상기 선택된 고유치와 대응하는 공분산 행렬의 행을 선택하는 단계를 더 포함하는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
  13. 제12항에서,
    상기 제어부는 상기 선택된 공분산행렬의 행들의 값이 모두 적어도 하나 이상의 일정 범위내에 포함되는 경우 터치가 이루어진 것으로 판단하는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
  14. 제13항에서,
    상기 일정 범위는 특정 범위로 설정되어 있거나, 접촉이 발생하지 않은 기준 영역을 선택하여 그로부터 추출한 주성분을 기준으로 하여 정해지며,
    상기 제어부는 상기 기준 영역에 대한 상기 주성분값 보다 터치가 이루어진 영역의 상기 선택된 공분산행렬의 행들의 값이 모두 크면 터치가 이루어진 것으로 판단하는 표시 장치의 접촉 판단 방법.
  15. 표시판,
    상기 표시판에 형성되어 있는 복수의 화소,
    상기 표시판에 형성되어 있며, 상기 화소와 동일한 영역에 배치되고, 소정의 행과 열을 갖도록 배열된 복수의 광 감지부, 그리고
    상기 각각의 광 감지부로부터의 신호를 추출하여 상기 표시판에 접촉이 있었는지를 판단하고 이에 따라 상기 화소가 표시할 영상을 결정하는 제어부를 포함하며,
    상기 제어부는
    상기 광 감지부로부터의 신호에서 문턱 전압을 기준으로 분석 대상을 선택하고,
    상기 선택한 분석 대상을 상기 광 감지부의 배열에 대응시켜 제1 행렬로 배열하고,
    상기 제1 행렬에서 행방향으로 평균을 계산하고 이를 이용하여 제 2 행렬로 배열하고,
    상기 제2 행렬로부터 공분산 행렬을 생성하고,
    상기 공분산 행렬을 이용하여 고유치를 추출하고,
    상기 추출한 고유치 중 가장 큰 값을 선택하고,
    상기 선택된 고유치와 대응하는 상기 공분산행렬의 행을 선택하고,
    상기 선택한 공분산행렬의 행의 값에 대하여 적어도 하나 이상의 설정된 범위 내에 있는지 여부에 따라 접촉 여부 및 접촉 위치를 판단하는 표시 장치.
  16. 삭제
  17. 삭제
  18. 제15항에서,
    상기 표시 장치는 액정 표시 장치, 유기 발광 표시 장치 및 전기 영동 표시 장치 중 하나인 표시 장치.
  19. 제15항에서,
    상기 화소와 연결된 영상 주사부 및 영상 데이터 구동부, 및
    상기 광 감지부와 연결된 감지 주사부 및 감지 신호 처리부를 더 포함하는 표시 장치.
  20. 제19항에서,
    상기 영상 주사부, 상기 영상 데이터 구동부, 상기 감지 주사부, 상기 감지 신호 처리부를 제어하는 신호 제어부를 더 포함하며,
    상기 제어부는 상기 신호 제어부 또는 상기 감지 신호 처리부 중 어느 한 곳에 위치하는 표시 장치.
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