KR101678060B1 - 저주파 노이즈를 제거하는 터치입력장치 - Google Patents

Abstract

사용자 입력도구와의 사이에서 터치입력 커패시턴스를 발생시키도록 배치된 터치전극패드; 제1 스위치 및 제1 연산증폭기; 제2 스위치 및 제2 연산증폭기를 포함하는 터치입력장치를 공개한다. 상기 제1 스위치의 제1 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제1 타단부는 상기 제1 연산증폭기의 비반전 입력단자에 연결되고, 상기 제2 스위치의 제2 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제2 타단부는 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자에 연결되고, 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에는 제1전위(VH)가 인가되고, 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에는 제2전위(VL)가 인가되고(단, 제2전위<제1전위), 상기 제1 연산증폭기의 상기 비반전 입력단자와 상기 제1 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제1 적분 커패시터가 연결되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 상기 비반전 입력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제2 적분 커패시터가 연결되어 있다.

Description

저주파 노이즈를 제거하는 터치입력장치{Touch input device for diminishing low frequency noise}

본 발명은 정전용량방식의 터치입력장치에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 시간 페이즈에서 동작하는 두 개의 터치입력 감지부를 결합하여 터치입력여부를 판단하는 장치에 관한 것이다.

도 1a 및 도 1b는 자기정전용량(self capacitance) 방식의 터치입력의 원리를 설명하기 위하여 제시한 터치입력회로의 일 예이다. 상기 터치입력회로는 전자장치의 일 부품일 수 있다.

노드(n1)에는, ① 커패시턴스(Cf)(18), 기생 커패시턴스(Cp)(20), 및 기타 커패시턴스(Ce)(23)에 의해 형성되는 '등가 커패시턴스', ② 저항(Rref)(12), ③ 연산증폭기(15)의 비반전 입력단자, ④ 스위치(14), 및 ⑤ 전극패드(16)가 연결될 수 있다. 전극패드(16)는 투명한 또는 불투명한 도전성의 물질일 수 있다. 연상증폭기(15)의 반전 입력단자(-)에는 기준전위(Vref)가 제공될 수 있다. 일 실시예에서 상기 기준전위(Vref)는 접지전위보다 클 수 있다.

이때, 상기 '등가 커패시턴스'를 구성하는 일 요소인 커패시턴스(Cf)(18)는, 전극패드(16)에 전압이 인가되어 있을 때에, 전극패드(16) 가까이에 손가락과 같은 전도체가 근접하게 되면, 커패시턴스(Cf)(18)와 상기 전도체 사이에 전기장이 형성됨으로써 발생하게 된다. 즉, 터치입력 여부에 따라 커패시턴스(Cf)(18)의 값이 변화하게 되고, 이 변화된 값을 측정함으로써 터치입력 여부를 알 수 있다.

한편, 기생 커패시턴스(Cp)(20)는, 상기 전자장치의 다른 부분들과 전극패드(16) 사이에 형성되는, 의도하여 설계하지 않은 커패시턴스일 수 있다. 따라서 기생 커패시턴스(Cp)(20)의 값은 상기 터치입력회로의 설계자가 미리 알 수 없는 값일 수 있다.

이때, 기생 커패시턴스(Cp)의 값이 충분히 작거나 존재하지 않아야 커패시턴스(Cf)(18)의 변화량을 쉽게 측정할 수 있다.

또한, 상기 전자장치의 다른 부분들로부터 발생하거나 유입되는 노이즈가, 기생 커패시턴스(Cp)의 일단부에 존재하는 노드(n2)를 통해 노드(n1)에게 전달된다는 문제가 있다. 상기 전자장치의 다른 부분에 형성되어 있는 기타 커패시턴스(Ce)(23)는 노드(n2)에 더 연결되어 있을 수 있다.

스위치(14)의 온/오프 상태는 연산증폭기(15)의 반전 입력단자(-)에 인가된 기준전압(Vref)과 비반전 입력단자(+)에 인가되는 노드(n1)의 전압(Vx)의 차이값을 기초로 결정될 수 있다.

도 1b에 나타낸 바와 같이 노드(n1)의 전압(Vx)은 스위치(14)의 온/오프 상태의 변화에 따라 달라질 수 있다. 도 1b의 가로축에 기재된 'Off'는 스위치(14)가 오프 상태를 유지하는 시구간을 의미하고, 'On'는 스위치(14)가 온 상태를 유지하는 시구간을 의미할 수 있다.

스위치(14)가 온 상태인 경우 전압(Vx)의 변화율은, 상기 '등가 커패시턴스'와 상기 저항(Rref)(12)에 의해 결정되는 시정수(τ)에 의해 결정될 수 있다. 스위치(14)가 오프 상태가 되면 전압(Vx)는 기준전위로 다시 떨어지게 된다.

손가락(17)이 전극패드(16)에 얼마나 가까이 위치해 있느냐에 따라 커패시턴스(Cf)(18)의 크기가 변화할 수 있으며, 그 결과 상기 '등가 커패시턴스'의 크기가 변화할 수 있다. 따라서 커패시턴스(Cf)의 변화량에 따라 시정수(τ)의 값이 변화될 수 있다. 이러한 시정수(τ)의 변화는 도 1b에 나타낸 스위치(14)가 온 상태를 유지하는 시구간에서의 전압(Vx)의 변화율에 영향을 준다. 따라서 전압(Vx) 그래프에 관한 값을 이용하여 시정수(τ)의 크기, 커패시턴스(Cf)(18)의 크기, 그리고 손가락(17)이 전극패드(16)에 얼마나 영향을 주고 있는지에 대한 정보를 역으로 계산해 낼 수 있다. 이로써 터치입력이 이루어졌는지 여부를 알 수 있다.

예컨대, 손가락(17)이 전극패드(16) 근처에 존재하지 않는 경우에는 커패시턴스(Cf)(18)는 존재하지 않고, 그 결과 상기 '등가 커패시턴스'의 값이 Ce1이라고 가정할 수 있다. 이제, 손가락(17)이 전극패드(16) 근처에 존재하는 경우에는 커패시턴스(Cf)(18)는 존재하게 되고, 그 결과 상기 '등가 커패시턴스'의 값이 Ce2라고 하면, Ce2 > Ce1의 관계를 만족할 수 있다. 그 결과, 손가락(17)이 전극패드(16) 근처에 존재하지 않는 경우의 시정수 tau1는, 손가락(17)이 전극패드(16) 근처에 존재하는 경우의 시정수 tau2에 비하여 작게 된다. 이를 도 1b와 함께 고려해보면, 손가락(17)이 전극패드(16) 근처에 존재하지 않는 경우에는, 손가락(17)이 전극패드(16) 근처에 존재하는 경우보다 전압(Vx)가 더 빠르게 상승할 수 있다. 이러한 현상을 이용하면, 예컨대 전위(Vx)가 0의 값에서 Vref까지 상승하는데 걸린 시간을 측정함으로써 손가락(17)이 전극패드(16) 근처에 존재하는지 여부를 결정할 수 있다 .

도 1c 및 도 1d는 각각 도 1a 및 도 1b에 대응하는 회로로써, 도 1a의 저항(Rref)(12)이 정전류원(Iref)(12_1)으로 대체된 회로와, 이 때의 전압(Vx)의 시간에 따른 변화를 나타낸다. 도 1c 및 도 1d에 따른 회로의 동작은 도 1a 및 도 1b의 상술한 동작원리를 이해한 사람이라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

도 1e 및 도 1f는 상호정전용량(mutual capacitance) 방식의 터치입력의 원리를 설명하기 위하여 제시한 터치입력회로의 일 예이다. 상기 터치입력회로는 전자장치의 일 부품일 수 있다.

도 1e를 참조하면, 기판(512) 상에 제1 전극패드(VCOM,11)과 제2 전극패드(VCOM,12)가 절연체(511)에 의해 서로 절연되어 배치되어 있다. 이때, 제1 전극패드(VCOM,11)에 미리 결정된 전압을 걸어주면 제1 전극패드(VCOM,11)에서 발생한 자속(510)이 제2 전극패드(VCOM,12)로 향하게 된다. 이때, 제1 전극패드(VCOM,11)과 제2 전극패드(VCOM,12) 사이에는 상기 자속(510)에 의해 상호 커패시턴스(Cs)가 형성된다. 만일 이때, 절연체 바깥으로 빠져나온 자속(510)이 속한 공간에 손가락과 같은 터치입력도구가 존재하는 경우에는, 상기 바깥으로 빠져나오 자속(510)이 제2 전극패드(VCOM,12)로 입력되지 않는다. 따라서 상기 상호 커패시턴스(Cs)의 값이 변화하게 된다. 상호정전용량 방식의 터치입력회로는 상술한 상호 커패시턴스(Cs)의 값을 측정함으로써 터치입력 여부를 판단하게 된다. 도 1e의 제1 전극패드(VCOM,11)와 같이 미리 결정된 전압이 인가되는 전극을 구동전극패드라고 지칭할 수 있고, 제2 전극패드(VCOM,12)는 감지전극패드라고 지칭할 수 있다.

도 1f는 상호정전용량 방식의 터치입력회로의 일 예를 나타낸 것으로서, 스위치드 커패시터 적분회로의 일 예를 나타낸 것이다. 도 1f에서 두 개위 스위치는 각각 제1 클록(Clk1)과 제2 클록(Clk2)에 따라 온/오프 상태를 전환하게 되며, 온-상태가 되는 시구간을 서로 공유하지 않는다. 전원(Vs(t))으로부터 제공되는 전류는 일단 커패시턴스(Cs)에 충전되었다가, 이 충전된 전하는 연산증폭기에 연결된 적분 커패시터(Cfb)에 저장되게 된다. 즉 커패시턴스(Cs)는 충전과 방전을 계속 반복하면서 적분 커패시터(Cfb)의 양단에 계속해서 전하를 누적하여 축적하도록 만든다. 커패시턴스(Cs)의 값이 클수록 단위 시간당 더 많은 전하를 적분 커패시터(Cfb)의 양단에 충전시킬 수 있을 것이다. 따라서 연산증폭기의 출력전압(Vfb(t))를 확인함으로써 커패시턴스(Cs)의 크기를 파악할 수 있다. 이때, 도 1f의 커패시턴스(Cs)의 양단이 각각 도 1e의 제1 전극패드(VCOM,11)과 제2 전극패드(VCOM,12)가 되도록 설계할 수 있다.

상술한 전극패드(16)를 상하좌우로 복수 개 배치하여 각 전극패드에 대한 터치입력여부를 도 1a 내지 도 1d에 도시한 자기정전용량 방식으로 측정할 수도 있다. 이때, 전극패드(16)의 개수가 증가할수록 터치입력 감지를 위한 회로의 소모전력이 많아지거나, 또는 상술한 연산증폭기들의 개수가 증가하여 회로의 복잡도가 커지는 문제가 있다. 예컨대, 전극패드들(16)의 배치가 20*12의 행렬구조를 갖는 경우 전극패드가 총 240개 제공되는데, 각 전극패드에 상술한 연산증폭기가 1개씩 연결되어야 한다면 회로의 복잡도가 너무 커진다는 문제가 있다.

본 발명에서는 정전식 터치센서층의 전극패드에 기생하는 기생 커패시턴스 때문에 발생하는 영향을 제거하는 구조를 갖는 터치입력장치를 제공하고자 한다. 또한, 특히, 상기 기생 커패시턴스가 터치입력장치에 인접하여 있는 화면표시장치의 데이터 제어라인(DL) 및/또는 게이트 제어라인(GL)에 의해 형성되는 경우에 적용될 수 있는 구조를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 터치입력 감지장치는, 사용자 입력도구와의 사이에서 터치입력 커패시턴스를 발생시키도록 배치된 터치전극패드; 제1 스위치 및 제1 연산증폭기; 및 제2 스위치 및 제2 연산증폭기를 포함하며, 상기 제1 스위치의 제1 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제1 타단부는 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고, 상기 제2 스위치의 제2 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제2 타단부는 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고, 상기 제1 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제1전위(VH)가 인가되고, 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제2전위(VL)가 인가되며, 상기 제1 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제1 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제1 적분 커패시터가 연결되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제2 적분 커패시터가 연결되어 있다.

이때, 상기 터치입력 감지장치의 출력신호는 상기 제1 연산증폭기의 제1출력신호(Vo1)의 값으로부터 상기 제2 연산증폭기의 제2출력신호(Vo2)의 값을 차감한 값일 수 있다.

이때, 상기 제1 적분 커패시터와 상기 제2 적분 커패시터를 통해 전류가 흐르는 동안 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 교대로 온 상태와 오프 상태를 전환하도록 되어 있으며, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온 상태 구간은 서로 겹치지 않도록 되어 있을 수 있다.

이때, 상기 터치전극패드를 통해 터치입력이 이루어졌는지 여부는 상기 제1 연산증폭기의 출력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이의 전압의 차이를 이용하여 판단하도록 되어 있을 수 있다.

이때, 상기 제1전위는 상기 제2전위보다 클 수 있다.

이때, 상기 터치전극패드는, 화상픽셀, 상기 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 제어라인, 및 상기 화상픽셀의 공통전극을 포함하는 화면출력장치의 상기 공통전극일 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 적분장치는, 사용자 입력도구와의 사이에서 터치입력 커패시턴스를 발생시키도록 배치된 터치전극패드에 연결되도록 되어 있는 적분장치이다. 이 장치는, 제1 스위치 및 제1 연산증폭기; 및 제2 스위치 및 제2 연산증폭기;를 포함한다. 그리고 상기 제1 스위치의 제1 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되도록 되어 있고 제1 타단부는 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고, 상기 제2 스위치의 제2 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되도록 되어 있고 제2 타단부는 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고, 상기 제1 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제1전위가 인가되고, 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 상기 제1전위와 다른 제2전위가 인가되며, 상기 제1 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제1 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제1 적분 커패시터가 연결되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제2 적분 커패시터가 연결되어 있다.

본 발명에 따르면 정전식 터치센서층의 전극패드에 기생하는 기생 커패시턴스의 영향을 제거하는 구조를 갖는 터치입력장치를 제공할 수 있다.

도 1a 및 도 1b는 자기정전용량(self capacitance) 방식의 터치입력의 원리를 설명하기 위하여 제시한 터치입력회로의 일 예이다.
도 1c 및 도 1d는 각각 도 1a 및 도 1b에 대응하는 회로로써, 도 1a의 저항(Rref)(12)이 정전류원(Iref)(12_1)으로 대체된 회로와, 이 때의 전압(Vx)의 시간에 따른 변화를 나타낸다.
도 1e 및 도 1f는 상호정전용량(mutual capacitance) 방식의 터치입력의 원리를 설명하기 위하여 제시한 터치입력회로의 일 예이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 자기정전용량(self capacitance) 방식의 터치입력회로를 나타낸 것이다.
도 2b는 도 2a에 대응하는 회로로써, 도 2a의 저항(Rref)(12)이 정전류원(Iref)(12_1)으로 대체된 회로의 예를 나타낸다.
도 3은 '정전식 터치센서층'과 '화면출력장치'가 한 종류의 이상의 부품을 공유하면서 일체형으로 형성된 일체형 입출력장치(1)를 도식화한 것이다. 일체형 입출력장치(1)에는 터치IC(T-IC)(3)와 화면출력제어칩(DDI, Display Driver IC)(2)가 포함될 수 있다.
도 4는 도 3의 왼쪽 위에 있는 4개의 VCOM 전극 부근의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 5a 내지 도 5c는 각각, 도 4에 도시한 3개의 화상픽셀(N11, N31, N33)에서의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.
도 6a는 도 5a 내지 도 5c에서 설명한 문제점을 개념화하여 도시한 것이고, 도 6b는 도 6a로부터 변형된 실시예이다.
도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 서로 다른 세 개의 실시예에 따른 기생 커패시터의 영향을 제거하기 위한 회로의 구조를 도시한 것이다.
도 8의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 일체형 입출력장치(4)의 평면도를 나타낸다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에 나타낸 일체형 입출력장치(4)의 분해 단면도를 개념화하여 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호(즉, 정전용량 터치센서의 센싱을 위한 구동신호)와 펜 구동신호(즉, 스타일러스 펜의 센싱을 위한 구동신호)의 타이밍도의 여러 실시예를 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다.
도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 터치입력제스쳐를 인식하는 기술을 나타낸 것이다.
도 12는 상기 주기적 전압신호(Vdp)의 파형이 DC 성분이 없는 주기적 교류파형의 형태로 제공되는 경우의 예들을 나타낸 것이다
도 13은 도 12의 회로에 있어서, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 영향을 제거하는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 구조를 나타낸다.
도 14a 및 도 14b는 본 발명의 일 실시예에 따라 터치입력장치와 디스플레이 장치에 동일한 전압의 신호를 인가하는 구성을 나타낸다.
도 15a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 터치입력여부를 감지하는 기능을 수행하는 회로의 구성을 나타낸 것이다. 도 15b는 도 15a에서 터치입력도구(17)와 전극패드(VCOM,xx) 사이에 형성되는 용량성분을 커패시터(Cp)로 모델링하여 표시한 것이다.
도 16a 내지 도 16e는 도 15b에 나타낸 저주파 노이즈 제거 감지회로의 동작방법의 일 예를 설명한 것이다.
도 17의 (a)는 도 16a의 초기화 단계 이후에 도 16b 내지 도 16e의 순환주기를 반복하는 동안 얻을 수 있는 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)의 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 17의 (b)는 특정 감지주기에 있어서 도 16b 내지 도 16e의 순환주기를 반복한 결과 얻을 수 있는 제1 전압출력(Vo1)과 제2 전압출력(Vo2)의 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 18은 도 16a 내지 도 16e에서 설명한 시각 t0, t1, t2, t3, t4에서의 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)의 온/오프 상태 및 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)의 변화를 나타내는 타이밍도이다.
도 19a 내지 도 19e, 도 20, 및 도 21은 각각 도 16a 내지 도 16e, 도 17, 및 도 18로부터 변형된 실시예를 나타낸다.

이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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. 이하에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.

<실시예: 기생 커패시턴스의 영향을 감소시키는 터치입력 감지방법 및 이를 위한 장치>

도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 자기정전용량(self capacitance) 방식의 터치입력회로를 나타낸 것이다. 노드(n1)에는, ① 터치 커패시턴스(Cx,xx), 기생 커패시턴스(Cp,yy), 및 기타 커패시턴스(Ce)(23)에 의해 형성되는 등가 커패시턴스, ② 저항(Rref)(12), ③ 연산증폭기(15)의 비반전 입력단자(+), ④ 스위치(14), 및 ⑤ 전극패드(VCOM,xx)(즉, VCOM,xx 전극)가 연결될 수 있다. 전극패드(VCOM,xx)는 투명한 또는 불투명한 도전성의 물질일 수 있다. 연상증폭기(15)의 반전 입력단자(-)에는 기준전위(Vref)가 제공될 수 있다. 일 실시예에서 상기 기준전위(Vref)는 접지전위보다 클 수 있다. 이때, 상기 등가 커패시턴스 중 터치 커패시턴스(Cx,xx)는 전극패드(VCOM,xx) 가까이에 손가락과 같은 유전체가 근접하게 되어 그 둘 사이에 전기장이 형성됨으로써 발생하게 된다. 즉, 터치입력 여부에 따라 터치 커패시턴스(Cx,xx)의 값이 변화하게 되고, 이 값을 측정함으로써 터치입력 여부를 알 수 있다. 한편, 기생 커패시턴스(Cp,yy)는 전극패드(VCOM,xx)와 기타 다른 회로들 사이에 형성되는 원하지 않는 커패시턴스일 수 있다. 이때, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 값이 충분히 작거나 존재하지 않아야 터치 커패시턴스(Cx,xx)의 변화량을 쉽게 측정할 수 있다. 또한, 어떤 경우에는 기생 커패시턴스(Cp,yy)는 시간에 따라 동적으로 변할 수도 있다. 또한, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 일단부인 노드(n2)는 회로의 다른 부분으로부터 유입되는 노이즈를 노드(n1)에 전달하는 부작용을 가지고 있다. 노드(n2)에는 회로의 다른 부분에 형성되어 있는 기타 커패시턴스(Ce)(23)에 더 연결되어 있을 수 있다. 스위치(14)의 온/오프 상태는 연산증폭기(15)의 반전 입력단자에 인가된 기준전압(Vref)과 비반전 입력단자에 인가되는 노드(n1)의 전압(Vx,xx)의 차이값에 따라 결정될 수 있다.

도 2b는 도 2a에 대응하는 회로로써, 도 2a의 저항(Rref)(12)이 정전류원(Iref)(12_1)으로 대체된 회로의 예를 나타낸다.

도 2a와 도 2b의 회로에는 노드(n1)와 노드(n2) 사이에 증폭기(24)가 더 배치되어 있다. 증폭기(24)는 노드(n1), 즉 전극패드(VCOM,xx)의 전압(Vx,xx)를 노드(n2)에 그대로 전달함으로써, 전압(Vx,xx)과 전압(Vy,yy)가 강제로 서로 동일하게 되도록 하는 기능을 하거나, 또는 실질적으로 동일하게 되도록 하는 기능을 하거나, 또는 전압(Vx,xx)과 전압(Vy,yy)의 차이를 크게 줄여주는 기능을 한다. 그 결과 기생 커패시턴스(Cp)의 양 단부 사이의 전압이 0이 되거나, 0에 가까운 값으로 된다. 그 결과 노드(n1)에서 노드(n2)로 전류가 전혀 또는 거의 흐르지 않게 되어 기생 커패시턴스(Cp)의 영향이 사라지게 된다. 그 결과 커패시턴스(Cx,xx)만이 상기 '등가 커패시턴스'를 구성하게 된다. 따라서 도 2a 또는 도 2b에 따른 회로에 의하면 커패시턴스(Cx,xx)의 변화량만을 성공적으로 측정할 수 있다.

도 3은 '정전식 터치센서층'과 '화면출력장치'가 한 종류의 이상의 부품을 공유하면서 일체형으로 형성된 일체형 입출력장치(1)를 도식화한 것이다. 일체형 입출력장치(1)에는 터치IC(T-IC)(3)와 화면출력제어칩(DDI, Display Driver IC)(2)가 포함될 수 있다.

여기서 상기 정전식 터치센서층은 투명전극들이 단일층 또는 두 개 층에 배치되어 있는 장치를 의미할 수 있다.

그리고 상기 화면출력장치는 액정 디스플레이일 수 있고, 바람직하게는 TFT-LCD 패널일 수 있다. TFT-LCD 패널은 LCD 패널, 확산판, 도광판, 반사판, 광원, 유리기판, LC층, 블랙 매트릭스, 칼라 필터, 공통 전극(VCOM), 배향 필름(alignment film), 편광 필름, 스페이서, 복수 개의 제어라인(데이터 제어라인 및/또는 게이트 제어라인)와 같은 구성요소를 포함할 수 있으며, 이 기술은 이미 잘 알려져 있다. 상기 공통 전극(VCOM)은 상기 TFT-LCD 패널의 전체 영역에 걸쳐 한 개의 넓은 단일기판으로 형성되어 제공되거나, 또는 M*N 행렬로 조각나 구분되어 있을 수 있다.

화면출력제어칩(2)에는 상기 화면출력장치에 구비된 복수 개의 데이터 제어라인에 연결된 단자들(DL), 상기 화면출력장치에 구비된 복수 개의 게이트 제어라인에 연결된 단자들(CL), 그리고 상기 화면출력장치을 구성하는 부품 중 M*N 행렬형태로 분할되어 배치되어 있는 복수 개의 VCOM 전극에 연결된 단자들(VCOM[M*N])이 구비되어 있다. 도 3의 실시예에서 M=12이고 N=8이다.

터치IC(3)에는 상기 복수 개의 VCOM 전극에 연결된 단자들(VCOM[M*N])이 마찬가지로 구비되어 있다. 도 3에서 화면출력제어칩(2)에 연결된 단자들(VCOM[12*8])과 터치IC(3)에 연결된 단자들(VCOM[M*N])은 동일한 것이다.

본 발명의 일실시예에서, VCOM 전극들에 제어권은 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)가 시간에 따라 나누어 가질 수 있도록 되어 있을 수 있다.

즉, 도 3의 일체형 입출력장치(1)에서는 '정전식 터치센서층'과 '화면출력장치'가 적어도 VCOM이라는 복수 개의 전극을 공통의 부품으로서 공유한다. 여기서 상기 복수 개의 VCOM 전극 각각은 도 2a에 도시한 VCOM,xx 전극(즉, 상술한 전극패드)에 대응할 수 있다.

도 4는 도 3의 왼쪽 위에 있는 4개의 VCOM 전극 부근의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.

복수 개의 데이터 제어라인들(DL1, DL2, DL3, ...)은 도면에서 상하방향으로 연장되어 있고, 복수 개의 게이트 제어라인들(CL1, CL2, CL3, ...)은 도면에서 좌우방향으로 연장되어 있다. 데이터 제어라인들(DL1, DL2, DL3, ...)과 게이트 제어라인들(CL1, CL2, CL3, ...)의 전위를 제어함으로써, 이들 제어라인들의 교차점에 존재하는 화상픽셀에서 출력되는 화상을 제어할 수 있다. 여기서 상기 교차점에 존재하는 화상픽셀들을 부호 Nyy로 표기하였다. 예컨대, 데이터 제어라인(DL1)과 게이트 제어라인(GL1)이 교차하는 노드에서의 화상픽셀은 N11으로 표기하였다.

여기서 상기 화상픽셀은 RGB를 묶어 한 픽셀, 즉 하나의 화소단위로 나타낸 것을 의미할 수 있다. 하나의 화상픽셀에는, 'R', 'G', 'B' 각각을 위한 3개의 데이터 라인과 한 개의 게이트 라인이 제공될 수 있다. 모든 화상픽셀에는 상술한 공통 전극(VCOM)이 가깝게 배치되어 있다. 이러한 기술은 이미 잘 알려져 있다.

도 4에서, 한 개의 VCOM 전극에는 두 개의 데이터 제어라인과 두 개의 게이트 제어라인이 지나가는 것으로 예시하였으나, 더 많거나 적을 수도 있다.

도 5a 내지 도 5c는 각각, 도 4에 도시한 3개의 화상픽셀(N11, N31, N33)에서의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.

도 5a를 살펴보면, 데이터 제어라인(DL1)을 통해 인가되는 전기적 신호는 트랜지스터(T11)에 영향을 주게 되는데, 이때 게이트 제어라인(GL1)이 트랜지스터(T11)의 게이트 전압을 조절하게 된다. 도 3 및 도 4에 도시한 화면출력장치는 VCOM,xx라는 전극을 포함하도록 되어 있다. 이때, 데이터 제어라인(DL1), 게이트 제어라인(GL1), 트랜지스터(Tyy)(예컨대 T11), 및 VCOM,xx 전극(예컨대 VCOM,11 전극) 사이에는 각종 커패시터(61~66)(즉, 커패시턴스 성분)가 존재한다. 이러한 커패시터(61~66)들 중 일부는 의도적으로 형성한 것이며, 다른 것들은 의도하지 않게 발생한 기생 커패시터일 수 있다. 도 5a에서는 커패시터(61~66)를 총 6개로 모델링 하였으나, 이와 다른 개수로 모델링 될 수 있음은 물론이다. 이하 이렇게 6개로 모델링 된 예를 전제로 설명한다.

VCOM,11 전극은, 도 2a에서 상술한 바와 같이, 자기정전용량 방식의 터치입력을 위해 센서로서 이용되는 전극이다. 즉, VCOM,11은 도 3의 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)이 공통으로 이용하는 부품인데, 이를 위하여 본 발명의 일 실시예에서는 VCOM,11을 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)가 시분할하여 이용할 수 있다. VCOM,11이 아닌 다른 VCOM,xx에 대해서도 마찬가지이다.

커패시터(61~66)에 의한 등가 커패시터를 구하는 것은 쉽지 않다. 그럼에도 불구하고, VCOM,11 전극에 직접 연결된 커패시터(64, 65, 66)를 통해 흐르는 전하의 양, 그리고 VCOM,11 전극과 터치입력도구(17) 사이에 형성되는 커패시턴스(ΔCx,11)에 의해 터치입력 센싱특성이 결정된다는 점을 이해할 수 있다. 터치IC(3) 입장에서는 커패시터(61~66) 등은 총괄적으로 기생 커패시터(C11)인 것으로 간주할 수 있다.

기생 커패시터(C11)은 노드(n11~n12)를 제1극으로 하고, 노드(n21~n24)를 제2극으로 하는 커패시터인 것으로 간주할 수도 있다.

도 5a에 제시한 회로모델에서, 기생 커패시터(C11)은 VCOM,11 전극, 데이터 제어라인(DL1), 및 게이트 제어라인(GL1)의 총 3개의 지점에 연결되어 있지만, 이중 게이트 제어라인(GL1)을 통해 이동하는 전하의 양이 작은 것으로 보이기 때문에, 기생 커패시터(C11)의 양단자는 VCOM,11 전극과 데이터 제어라인(DL1)인 것으로 근사화할 수도 있다.

여기서 커패시턴스(ΔCx,11)는 터치입력도구(17)의 유무 또는 근접도에 따라 가변하는 것이며 기호 Δ를 이용하여 표시하였다. 또한, VCOM,11 전극과 커패시터(64, 65, 66)들 사이에서 흐르는 전하의 양도 데이터 제어라인(DL1)과 게이트 제어라인(GL1)의 가변하는 전기적 성질에 따라 함께 가변하는 것이며, 기생 커패시터(ΔCp,11)도 기호 Δ를 이용하여 표시하였다.

도 2a에 나타낸 회로와 마찬가지로, 기생 커패시터 양측의 전압을 동일하게 해주거나 또는 거의 비슷하게 해주면 기생 커패시터에 의한 영향을 최소화할 수 있기 때문에, 기생 커패시터(C11)의 양단자인 VCOM,11 전극과 데이터 제어라인(DL1)의 전압을 거의 동일하게 하도록, VCOM,11 전극의 전압을 증폭기(24)를 이용하여 1:1로 데이터 제어라인(DL1)에 인가할 수 있다.

상술한 바와 같이 정전식 터치센서층과 화면출력장치의 일부 부품은 서로 공유된다고 하였는데, 상술한 바와 같이 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)도 공유된다고 볼 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 있어서, 화면을 출력하는 시구간과 정전식 터치입력을 감지하는 시구간은 서로 배타적으로 구분되어 있는데, 화면을 출력하는 시구간에는 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)에는 화상출력 데이터에 대응하는 전기적 신호가 인가되지만, 정전식 터치입력을 감지하는 시구간에는 기생 커패시터(ΔCp,11, ΔCp,12, ΔCp,13, ...)에 의한 정전식 터치입력의 오류를 최소화하기 위하여 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)에는 증폭기(24)의 출력이 인가될 수 있다.

도 5a와 도 5b를 함께 살펴보면, 도 5a에서 트랜지스터(T11)에 연결된 VCOM 전극은 VCOM,11 전극임에 비하여, 도 5b에서 트랜지스터(T31)에 연결된 VCOM 전극은 VCOM,21 전극이다. 이때, 도 5a에 설명한 바와 같이, 기생 커패시터(C31)의 양단자인 VCOM,21 전극과 데이터 제어라인(DL1)의 전압을 거의 동일하게 하도록, VCOM,21 전극의 전압을 증폭기(24)를 이용하여 1:1로 데이터 제어라인(DL1)에 인가하고자 할 수 있다. 그러나 단순히 이와 같이 구성할 수는 없다. 왜냐하면 화상픽셀(N11)과 화상픽셀(N31)은 데이터 제어라인(DL1)을 공유하는데, 화상픽셀(N11)과 화상픽셀(N31)에 연결되는 VCOM 전극은 VCOM,11 전극과 VCOM,21 전극으로 서로 다르며, VCOM,11 전극과 VCOM,21 전극의 전압은 서로 다를 수 있기 때문이다. 따라서 서로 다른 전압을 갖는 두 단자의 전압을 한 개의 데이터 제어라인에 동시에 인가할 수는 없다. 이를 해결하는 방법은 도 7a 내지 도 7c에서 설명한다.

다시 화상픽셀(N33)을 살펴보기 위해 도 5c를 살펴보면, VCOM 전극이 VCOM,22 전극으로 되어 있다는 점을 확인할 수 있다. 이때, 화상픽셀(N33)에는 데이터 제어라인(DL3)이 연결되어 있기 때문에, 적어도 도 5a 및 도 5b의 데이터 제어라인(DL1) 때문에 VCOM,22 전극과 데이터 제어라인(DL3) 사이에 증폭기(24)를 연결하지 못하지는 않는다.

도 5a 내지 도 5c에서는 증폭기(24)의 출력단이 데이터 제어라인(DL)에 연결되는 구성을 예시하였으나, 다른 예에서는 증폭기(24)의 출력단이 게이트 제어라인(GL)에 연결될 수도 있다는 점을 쉽게 이해할 수 있다.

도 5a 내지 도 5c의 구조에서 VCOM,xx 전극에는 스위치(SW1)이 연결될 수 있다. 이 스위치(SW1)는, 후술하는 도 10의 표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간에서는 Vref2에 연결되고, 정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간에서는 노드 n1에 연결될 수 있다. 여기서 Vref2는 GND일 수 있으며, 데이터 제어라인(DL)과 게이트 제어라인(GL)에 화상제어신호가 인가되는 동안 모든 VCOM,xx 전극이 공통적으로 연결되는 기준전위일 수 있다. 그리고 상기 노드 n1은 도 2a에 나타낸 노드 n1에 대응하는 노드일 수 있다. 즉, 노드 n1은 VCOM,xx 전극을 터치감지용 센서로 사용하는 터치감지센서에 연결되는 노드일 수 있다.

그리고 데이터 제어라인(DL)과 증폭기(24) 사이에는 스위치(SW2)가 연결될 수 있다. 스위치(SW2)는 표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간에서는 오프상태가 되고, 정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간에서는 온상태가 될 수 있다.

	SW1	SW2
표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간	Vref2에 연결	OFF
정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간	n1에 연결	ON

도 6a는 도 5a 내지 도 5c에서 설명한 문제점을 개념화하여 도시한 것이다.

도 6a를 살펴보면, 한 개의 데이터 제어라인(DL1)에 서로 다른 전압을 갖는 두 개 이상의 VCOM,xx 전극들 (VCOM,11 전극, VCOM,21 전극)의 전압을 인가하고자 할 수 있다. 이때, 당연한 이야기이지만, 데이터 제어라인(DL1)에게 VCOM,11 전극의 제1전압과 VCOM,21 전극의 제2전압을 동시에 인가할 수는 없다. 어찌되었든, 한 개의 데이터 제어라인(DL1)에 어떤 전위를 임의로 인가하기 위해서는, 한 개의 데이터 제어라인(DL1)에 한 개의 증폭기(24)의 출력만이 연결되어야 한다.

이는 도 6a에 제시된 다른 데이터 제어라인(DL3)에 대하여도 마찬가지로 적용된다.

도 6a는 기생 커패시턴스인 ΔCp,yy를 형성하는데 있어서 게이트 제어라인보다 데이터 제어라인이 훨씬 더 많은 영향을 주는 경우에 적용될 수 있는 구조이다. 이에 비하여, 기생 커패시턴스인 ΔCp,yy를 형성하는데 있어서 데이터 제어라인보다 게이트 제어라인이 훨씬 더 많은 영향을 주는 경우에는 도 6b와 같은 구조를 적용할 수 있다.

도 7a 내지 도 7c는 본 발명의 서로 다른 세 개의 실시예에 따른 기생 커패시터의 영향을 제거하기 위한 회로의 구조를 도시한 것이다.

도 7a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 데이터 제어라인에 VCOM의 전압에 대응하는 전압을 인가하는 회로구조를 나타낸 것이다.

도 7a에서, 데이터 제어라인(DL1)에는, 데이터 제어라인(DL1)에 연결될 수 있는 복수 개의 모든 VCOM,x1 전극 (VCOM,11 전극, VCOM,21 전극, VCOM,31 전극, ...) 중 어느 한 개를 임의로 또는 미리 결정된 규칙에 의해 선택하여, 상기 선택된 VCOM,x1의 전압을 데이터 제어라인(DL1)에 인가하는 구조를 이용한다. 도 7a에서는 멀티플렉서에 의해 선택하는 것으로 되어 있지만, 이와 달리 증폭기(24)의 입력단은 선택된 특정 VCOM 전극에 직접 연결되어 있을 수도 있다.

도 7a에 나타낸 것과 같이, VCOM,11 전극과 VCOM,21 전극의 시간에 따른 전위는, 본질적으로 항상 동일할 수가 없기 때문에 서로 다를 수밖에 없다.

도 7b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 데이터 제어라인에 VCOM의 전압에 대응하는 전압을 인가하는 회로구조를 나타낸 것이다.

도 7b에서, 데이터 제어라인(DL1)에는, 데이터 제어라인(DL1)에 연결될 수 있는 복수 개의 모든 VCOM,x1 전극 (VCOM,11 전극, VCOM,21 전극, ...)에서 나타나는 전위를 평균하여 데이터 제어라인(DL1)에 인가하는 구조를 이용한다. 이를 위하여 서로 다른 전압의 평균을 만들어내는 평균값 계산 회로를 이용할 수 있다. 평균값 계산 회로는 예컨대 한 상(phase)의 다수 개의 입력을 차동입력단으로 받아들이는 차동 증폭기의 원리를 이용하여 구현할 수 있다.

도 7b에, 엄밀하게 도시한 것은 아니지만, VCOM,11 전극과 VCOM,21 전극의 시간에 따른 전압을 평균한 파형의 예를 도시하였다.

도 7c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 데이터 제어라인에 VCOM의 전압에 대응하는 전압을 인가하는 회로구조를 나타낸 것이다.

도 7c에서, 데이터 제어라인(DL1)에는, 기준파형 발생기(Reference Wave Generator)에서 미리 결정된 방식에 의해 제공되는 전압을 출력하여 데이터 제어라인(DL1)에게 인가하는 구성을 취한다. 도 7c에 기준파형 발생기의 출력의 예를 나타내었다. 이때, 기준파형 발생기의 출력은 주기적인 신호일 수 있다. 그리고 그 주기는, 예컨대 도 2a에서 스위치(14)가 열리고 닫히는 주기와 동일할 수 있다.

일 실시예에서, 도 2 내지 도 6에서 설명한 데이터 제어라인(DL), 게이트 제어라인(GL), 및 VCOM,xx은, 도 10에 도시한 표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간에서는 화면출력제어칩(2)의 기능을 위해 사용될 수 있고, 도 10에 도시한 정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간에서는 터치IC(T-IC)(3)의 기능을 위해 사용될 수 있다. 이를 위하여 일 실시예에서는, 도 5a의 커패시터(64, 65, 66) 중 인위적으로 만든 커패시터가 있다면 그 커패시터와 VCOM,xx 사이의 경로에는 도 5a, 도 5b, 및 도 5c에 도시하지 않은 스위치가 제공될 수도 있다. 그리고 데이터제어라인(DL1)와 증폭기(24)의 출력단 사이의 경로에도 스위치(SW2)가 제공될 수도 있다.

도 8의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 일체형 입출력장치(4)의 평면도를 나타낸다. 도 8의 (b)는 도 8의 (a)에 나타낸 일체형 입출력장치(4)의 분해 단면도를 개념화하여 나타낸 것이다. 이하, 도 8의 (a) 및 (b)를 함께 참조하여 설명한다.

일체형 입출력장치(4)는 정전식 터치센서층(100), 화면출력장치(200), 및 터치펜 센서층(300)이 결합된 장치일 수 있다.

화면출력장치(200)에는 표시를 위한 소재와 함께 표시신호를 처리하는 화면출력제어칩(D-IC)(121), 포함되거나 연결되어 있을 수 있다. 이때 화면출력제어칩(121)은 DDI(Display Driver IC; 디스플레이 구동 IC)를 포함하는 장치일 수 있다. 일 실시예에서, DDI는 표시화면에 구비된 각 화소 중 삼원색인 RGB를 표시하는 부화소에 붙어있는 트랜지스터를 조정하는 기능을 할 수 있으며, 게이트 IC 및 소스 IC로 구분될 수 있다.

일 실시예에서 DDI는 T-CON(Timing Controller)과 연결되어 함께 사용됨으로써 표시장치를 제어할 수 있다.

정전식 터치센서층(100)에는 정전식 터치입력 검출을 위한 소재와 함께 정전식 터치입력 검출을 위한 신호를 처리하는 터치IC(T-IC)(111)이 포함되거나 연결되어 있을 수 있고, 터치펜 센서층(300)에는 펜 터치입력 검출을 위한 소재와 함께 펜 터치입력 검출을 위한 신호를 처리하는 펜 센서칩(131)이 포함되거나 연결되어 있을 수 있다.

이때 이 세 가지 장치가 쌓인 순서가 특정 순서로 결정되어야 하는 것은 아니지만, 일 실시예에서는 터치펜 센서층(300)이 가장 아래층에 배치되고, 화면출력장치(200)이 중간층에 배치되고, 그리고 정전식 터치센서층(100)이 가장 위층에 배치될 수 있다.

또한, 예컨대 도 3 내지 도 7에서 예시한 본 발명의 실시예에서는 화면출력장치(200)과 정전식 터치센서층(100)이 일체형으로 형성되어 일부 부품(ex: VCOM 전극)을 공유할 수도 있다.

또한 다른 실시예에서는 정전식 터치센서층(100), 화면출력장치(200), 및 터치펜 센서층(300) 중 임의의 2개 이상의 장치가 서로 부품을 공유할 수도 있다. 이와 같이 부품이 공유되는 경우 ‘일체형’ 또는 ‘하이브리드’라는 이름으로 불릴 수 있다.

화면출력장치(200)은 예컨대 LCD, PDP, AMOLED, 및 OLED와 같은 장치를 이용하여 제공될 수 있다. 정전식 터치센서층(100) 또는 터치펜 센서층(300)이 화면출력장치(200)을 덮고 있는 경우에는 화면출력장치(200)의 출력을 육안으로 확인할 수 있도록 화면출력장치(200)을 덮고 있는 터치패널이 사람의 눈에 대하여 실질적으로 투명하도록 구성될 수 있다.

정전식 터치센서층(100) 및 터치펜 센서층(300)은 화면출력장치(200)의 발광영역을 덮도록 제공될 수 있다. 사람이 화면출력장치(200) 상의 특정 좌표를 목표로 입력 제스처를 취하는 경우, 터치패널들은 이 입력 제스처가 이루어진 좌표를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.

일 실시예에서 화면출력장치(200)의 표시해상도를 R1이라하고, 터치펜 센서층(300)의 사용자 입력 해상도를 R2라 하고, 그리고 정전식 터치센서층(100)의 사용자 입력 해상도를 R3라고 하면, 예컨대 R1 > R2 > R3의 관계가 성립할 수 있다. R2와 R3가 R1에 근접하는 경우 더 향상된 사용자 입력경험을 제공할 수 있다.

도 9의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호(즉, 정전용량 터치센서의 센싱을 위한 구동신호)와 펜 구동신호(즉, 스타일러스 펜의 센싱을 위한 구동신호)의 타이밍도이다. 본 발명의 일 실시예에서 정전 구동신호(52)는 시간 축 상에서 단속적(즉, 중간 중간 끊긴다는 의미임)으로 일정 주기(T)로 발생할 수 있다. 이때 정전 구동신호(52)는 미리 결정된 제2지속구간(T2)만큼 지속될 수 있다. 각각의 제2지속구간(T21, T22)에서의 정전 구동신호(52)의 패턴은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 이때, 펜 구동신호(51)는 정전 구동신호(52)와 그 발생 시구간이 겹치지 않도록 발생할 수 있다. 도 9에서는 정전 구동신호(52)가 발생하는 제2지속구간(T2)을 제외한 나머지 모든 시간인 제1지속구간(T1, T11, T12)에서 펜 구동신호(51)가 발생하는 것으로 예시하였다.

상술한 정전 구동신호는 정전용량 터치센서의 센싱이 이루어지도록 허용함을 의미하는 내부 신호일 수 있고, 상술한 펜 구동신호는 스타일러스 펜의 센싱이 이루어지도록 허용함을 의미하는 내부 신호일 수 있다.

도 9의 (b)는 도 9의 (a)로부터 변형된 타이밍도를 나타낸다. 도 9의 (b)에서는 정전 구동신호(52)의 발생구간인 제2지속구간(52)들 사이에 펜 구동신호(51)가 발생할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

도 9의 (c)는 도 9의 (a)로부터 변형된 또 다른 타이밍도를 나타낸다. 펜 구동신호(51)의 제1지속구간(T3)들과 정전 구동신호(52)의 제2지속구간(T2) 사이에는 시간적 갭(gap)이 존재할 수 있다.

도 9에서는 3가지 예를 들었지만, 펜 구동신호(51)와 정전 구동신호(52)의 발생구간이 시간축 상에서 서로 겹치지만 않게 할 수 있다면 어떠한 형태의 변형예도 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

도 10의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다. 도 10의 (a) 및 (b)의 정전 구동신호와 펜 구동신호는 도 9의 (c)에 나타낸 것과 동일한 예를 들었다. 그리고 여기서 표시부 구동신호는 예컨대 상술한 DDI의 구동신호, 즉 DDI 구동신호일 수 있다.

도 10의 (a)의 타이밍도는 화면출력장치(200)과 정전식 터치센서층(100)이 서로 다른 층에 별개로 제공되는 경우에 적용될 수 있다.

특히, 도 10의 (a)의 타이밍도는 화면출력장치(200)과 정전식 터치센서층(100)이 일체화되어 제공되는 경우에 유용하게 적용될 수 있다. 화면출력장치(200)과 정전식 터치센서층(100)이 일체화된 경우에는 이 두 장치가 서로 공유하는 부품이 존재할 수 있으며, 이때 이 부품의 입출력 특성이나 전기적 상태에 대한 제어권을 이 두 장치가 미리 약속된 서로 다른 시간에 시분할하여 가지고 있을 수 있다. 그 결과, 도 10의 (a)와 같이 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제4지속구간(T4)는 정전 구동신호(52)의 발생구간인 제2지속구간(T2)과 겹치지 않을 수 있다.

도 10의 (b)는 도 10의 (a)의 변형예이다. 도 10의 (a)에서는 펜 구동신호(51)의 발생구간인 제3지속구간(T3)이 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제4지속구간(T4)에 포함된 것으로 나타내었으나, 도 10의 (b)에서는 펜 구동신호(51)의 발생구간인 제3지속구간(T3)과 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제5지속구간(T5)의 일부만 서로 겹치는 것으로 예시하였다.

도시하지는 않았으나, 펜 구동신호(51)의 발생구간과 표시부 구동신호(53)의 발생구간은 서로 겹치지 않을 수도 있다.

도 10에 예시된 타이밍도들은, 정전 구동신호(52)의 지속구간이 펜 구동신호(51)의 지속구간과 겹치지 않는다는 제1조건과, 정전 구동신호(52)의 지속구간이 표시부 구동신호(53)의 지속구간과 겹치지 않는다는 제2조건을 동시에 만족한다면, 얼마든지 변형될 수 있다.

도 11은 본 발명의 다른 실시예에 따라 터치입력제스쳐를 인식하는 기술을 나타낸 것이다.

도 11에 제시한 터치입력감지회로(10)는 연산증폭기(215), 그리고 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 출력단자 사이에 연결된 적분 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 이때 연산증폭기(210)의 비반전 입력단자에는 전압신호(Vdp)가 입력될 수 있다. 그리고 편의상 터치입력감지회로(10)의 입력단자(211)을 정의할 수 있는데 입력단자(211)은 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 동일한 단자일 수 있다.

상기 전압신호(Vdp)는 주기성을 갖는 신호일 수 있다. 나아가 DC 성분이 0인 주시 신호, 즉 교류 주기 신호일 수도 있다. 또는 전압신호(Vdp)는 주기신호가 아니지만 주파수 fc의 성분을 포함하는 신호일 수도 있다.

도 11에서 노드(Vx,xx)를 통해 흐르는 전류의 크기는 전극패드(VCOM,xx)와 손가락(17) 사이에 형성되는 커패시턴스(Cx,xx)와 기생 커패시턴스(Cp,yy)가 결합된 등가 커패시턴스의 크기에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 등가 커패시턴스를 Cxe라고 이름 붙일 수 있다.

터치입력감지회로(10)의 입력단자(211)는 도 4에 도시한 VCOM,xx에 연결될 수 있다.

도 12는 상기 주기적 전압신호(Vdp)의 파형이 DC 성분이 없는 주기적 교류파형의 형태로 제공되는 경우의 예를 나타낸 것이다

도 12의 (a)는 교류 정현파, (b)는 교류 삼각파, (c)는 교류 구형파를 나타낸 것이다. 각 경우에 있어서 도 11의 연산증폭기(215)의 출력전압(Vo)은 교류 정현파, 교류 삼각파, 및 교류 구형파와 동일하거나 유사한 형태의 파형을 출력하게 된다. 출력전압(Vo)에는 상기 중심 주파수 fc와 다른 주파수 성분을 가지고 있을 수 있으며, 이러한 다른 주파수 성분은 (1) 전압신호(Vdp)에 내재되어 있던 주파수 성분이었거나, (2) 비선형 전달함수에 따라 전압신호(Vdp)로부터 왜곡되어 발생한 주파수 성분일 수도 있고, 또는 (3) 외부로 부터 유입된 노이즈에 의해 제공되는 주파수 성분일 수도 있다.

이때, 출력전압(Vo)의 진폭은 상술한 등가 커패시턴스 Cxe의 크기에 비례하고, 적분 커패시터(Cf)의 크기에 반비례하는 경향을 나타낼 수 있다. 따라서, 이때 적분 커패시터(Cf)의 크기를 미리 알고 있기 때문에, 출력전압(Vo)의 진폭을 측정함으로써 등가 커패시턴스 Cxe의 크기를 산출해낼 수 있다. 그리고 이때, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 값을 미리 알아내어 그 영향을 배제할 수 있다면, 또는 기생 커패시턴스(Cp,yy)의로 인한 영향을 배제할 수 있다면, 전극패드(VCOM,xx)와 손가락(17) 사이에 형성되는 커패시턴스(Cx,xx)의 값도 알아낼 수가 있다.

상기 주기적 전압신호(Vdp)의 파형이 DC 성분이 없는 주기적 교류파형의 형태로 제공되는 경우에 있어서, 상기 출력전압(Vo)의 진폭을 직접 측정할 수도 있지만, 상기 출력전압(Vo)에 특정 정현파를 믹싱하여 출력된 전압을 측정할 수도 있다. 이렇게 되면, 출력전압(Vo)의 성분 중 상기 정현파와 동일한 주파수 성분만이 추출될 수 있다. 상기 정현파로서 상기 전압신호(Vdp)의 중심주파수(fc)와 동일한 신호(sin(2πfc))를 이용할 수 있다. 그 결과 상기 중심주파수(fc) 이외의 주파수 성분의 노이즈들은 제거될 수 있다.

도 13은 도 12의 회로에 있어서, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 영향을 제거하는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 구조를 나타낸다.

연산증폭기(215)의 반전 입력단자(-)의 전압은 비반전 입력단자(-)의 전압과 동일한 것으로 간주된다. 따라서 반전 입력단자(-)와 동일 노드(n1)에 연결되어 있는 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 일측 노드(n1)의 전압은 전압신호(Vdp)와 동일하다.

이때, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 타측 노드(n2)에 전압신호(Vdp)를 인가하게 되면, 기생 커패시턴스(Cp,yy) 양단의 전위차가 0으로 되기 때문에, 기생 커패시턴스(Cp,yy)를 통해 전류가 흐르지 않게 되며, 따라서 기생 커패시턴스(Cp,yy)가 존재하지 않는 것처럼 작동할 수 있다.

이때, 실시예에 따라서는 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 상기 타측 노드(n2)가 전자장치의 특정 노드에 연결되어 있을 수 있는데, 적어도 터치입력을 감지하는 시구간에서는 상기 타측 노드(n2)에 전압신호(Vdp)가 제공될 수 있도록 스위치(SW3)를 설치할 수 있다.

도 14는 본 발명의 일 실시예에 따라 터치입력장치와 디스플레이 장치에 동일한 전압의 신호를 인가하는 구성을 나타낸다.

복수 개의 서로 다른 전극패드( VCOM,11 / VCOM,12 / VCOM,21 / VCOM,22 )에는 모두 VCOM 제어부(220)이 연결될 수 있다.

VCOM 제어부(220)의 자세한 구성은 도 14b에 제시되어 있다. VCOM 제어부(220)의 인터페이스 단자(221)에는, 스위치(SW5)에 의해 도 11의 터치입력감지회로(10)와 동일한 회로 또는 이와 동일하거나 유사한 기능을 수행하는 회로가 연결될 수 있다. 또는 VCOM 제어부(220)의 인터페이스 단자(221)는, 스위치(SW5)에 의해 기준전위(Vref2)에 연결될 수도 있다. 여기서 이 기준전위는 데이터 제어라인(DL)과 게이트 제어라인(GL)에 화상제어신호가 인가되는 동안 모든 VCOM,xx 전극이 공통적으로 연결되는 기준전위일 수 있다.

이때, 각각의 터치입력감지회로(10)는 각 전극패드( VCOM,11 / VCOM,12 / VCOM,21 / VCOM,22 )에서의 터치입력 여부를 검출할 수 있다.

스위치(SW5)의 동작 타이밍은 각각의 VCOM 제어부(220)마다 다르게 설정될 수 있다. 예컨대, VCOM,11 전극에 연결된 VCOM 제어부(220)의 인터페이스 단자(221)은 기준전위(Vref2)에 연결되어 있는 동안, VCOM,12 전극에 연결된 VCOM 제어부(220)의 인터페이스 단자(221)은 터치입력감지회로(10)에 연결될 수 있다. 이 경우 VCOM,11 전극에서의 터치입력 검출은 이루어지지 않지만, VCOM,12 전극에서의 터치입력 검출은 수행될 수 있다.

이때, 각 전극패드와, 상기 각 전극패드에 인접한 게이트 제어라인(GL1, GL2, ...)과 데이터 제어라인(DL1, DL2, ...)과의 사이에 기생 커패시턴스(Cp,yy)가 형성될 수 있다. 따라서 도 13에서 설명한 원리에 따라, 게이트 제어라인(GL1, GL2, ...)과 데이터 제어라인(DL1, DL2, ...)에 '전압신호(Vdp)'를 인가할 수 있다. 전압신호(Vdp)는 터치입력감지회로(10)의 연산증폭기(215)의 비반전 입력단자(+)에 제공되는 신호와 동일한 신호일 수 있다.

한편, 게이트 제어라인(GL1, GL2, ...)과 데이터 제어라인(DL1, DL2, ...)에는 각 화상픽셀(N11, N12, ...., N21, N22, ... )을 제어하기 위한 '화상제어신호'도 제공되어야 한다. 따라서 상기 '전압신호(Vdp)'는 제1 시구간에서 인가되고 '화상제어신호'는 상기 제1 시구간과 겹치지 않는 제2 시구간에서 인가될 수 있다. 이를 위하여 스위치(SW4)을 이용할 수 있다.

예컨대, 스위치(SW4)는, 도 10에 나타낸 표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간(T4, T5)에서는 게이트 제어라인(GL1, GL2, ...)과 데이터 제어라인(DL1, DL2, ...)에 연결될 수 있고, 정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간(T2)에서는 전압신호(Vdp) 출력단자에 연결될 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치를 도 11 내지 도 14b를 참조하여 설명한다.

이 전자장치는, 사용자 입력도구(17)와의 사이에서 터치입력 커패시턴스(Cx,xx)를 발생시키도록 배치된 터치전극패드(VCOM,xx)에 터치구동전압(Vdp)을 인가하도록 되어있는 터치구동신호 발생부에 의해 상기 터치구동전압을 상기 터치전극패드에 인가하도록 되어있는 전자장치이다. 여기서 상기 '터치구동신호 발생부'는 예컨대 도 13에 도시한 연산증폭기(215), 적분 커패시터(Cf), 전압신호(Vdp) 발생부가 서로 연결되어 있는 장치일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 다른 구성의 터치입력 회로에 대응할 수 있다.

이때, 이 전자장치는, 상기 전자장치 내에 형성되며, 상기 터치입력 커패시턴스와는 구별되는 제2 커패시터(Cp,yy)의 제1극(n2, GL, DL)에 상기 터치구동전압(Vdp)에 대응하는 전압(Vdp)을 인가하도록 되어 있다. 이때, 상기 제2 커패시터(Cp,yy)의 제2극(n1)은 상기 터치전극패드(VCOM,xx)에 직접 연결되어 있을 수 있다.

본 발명의 실시예에서 나타낸 M*N개의 전극패드들에는 각각 서로 독립적인 배선이 인출되어 있을 수 있다. 즉, M*N개의 전극패드와, 이들로부터 각각 인출된 M*N개의 배선들이 존재할 수 있다.

이하 본 발명에 따른 실시예를 첨부한 도면의 참조번호를 참조하여 설명한다.

본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력 감지장치는, 터치입력 감지전극(VCOM,xx); 상기 터치입력 감지전극의 일 지점(n1)에 연결되어 있으며, 터치입력에 따라 상기 터치입력 감지전극에 의해 형성되는 터치 커패시턴스(Cx,xx)의 변화를 측정하도록 되어 있는 터치감지부(10); 상기 터치입력 감지장치에 포함된 제2 노드(n2)로서, 상기 일 지점(n1)과의 사이에 커패시턴스(Cp,yy)가 형성되어 있는, 상기 제2 노드(n2); 및 상기 일 지점(n1)과 상기 제2 노드(n2) 간의 전위차를 감소시키도록, 상기 일 지점의 전위(Vx,xx)를 추종하는 전위값을 상기 제2 노드에 제공하는 전위제어부(Vdp or 24);를 포함한다.

이때, 상기 터치입력 감지전극은, 화상픽셀(ex: N11), 상기 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 제어라인(ex: DL1 또는 GL1), 및 상기 화상픽셀의 공통전극(VCOM,11)을 포함하는 화면출력장치의 상기 공통전극일 수 있다.

이때, 상기 제2 노드는, 화상픽셀, 상기 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 제어라인, 및 상기 화상픽셀의 공통전극을 포함하는 화면출력장치의 상기 제어라인(ex: DL1 또는 GL1)에 존재할 수 있다.

이때, 상기 화면출력장치는 TFT-LCD일 수 있다.

이때, 상기 터치입력 감지전극은, 복수 개의 화상픽셀, 상기 복수 개의 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 복수 개의 제어라인, 및 상기 복수 개의 화상픽셀을 위해 분할되어 제공되는 복수 개의 공통전극(ex: VCOM,11, VCOM,21, VCOM,31, ...)을 포함하는 화면출력장치의, 상기 복수 개의 공통전극 중 제1 공통전극(ex: VCOM,11)이며, 상기 추종하는 전위값은, 상기 복수 개의 공통전극 중 미리 결정된 방식에 의해 선택된 어느 하나의 공통전극(ex: VCOM,11 또는 VCOM,21)의 전위값일 수 있다.

또는, 상기 터치입력 감지전극은, 복수 개의 화상픽셀, 상기 복수 개의 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 복수 개의 제어라인, 및 상기 복수 개의 화상픽셀을 위해 분할되어 제공되는 복수 개의 공통전극(ex: VCOM,11, VCOM,21, VCOM,31, ...)을 포함하는 화면출력장치의, 상기 복수 개의 공통전극 중 제1 공통전극(ex: VCOM,11)이며, 상기 추종하는 전위값은, 상기 복수 개의 공통전극(ex: VCOM,11, VCOM,21, VCOM,31, ...)의 전위값의 평균값일 수 있다.

이때, 상기 터치입력 감지전극은, 화상픽셀, 상기 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 제어라인, 및 상기 화상픽셀의 공통전극을 포함하는 화면출력장치의 상기 공통전극이며, 상기 추종하는 전위값의 주기는, 상기 공통전극의 주기와 동일할 수 있다.

이때, 상기 터치감지부는 연산증폭기(215)를 포함하며, 상기 연산증폭기의 제1 입력단자(+) 및 상기 제2 노드에는 제1 주파수(fc) 성분을 갖는 신호(Vdp)가 인가되고, 상기 연산증폭기의 제2 입력단자(-_에는 상기 터치입력 감지전극이 연결되어 있을 수 있다.

본 발명의 다른 실시예에 따라 터치입력 감지장치 및 화면출력장치를 포함하는 사용자 기기가 제공될 수 있다. 이때, 상기 터치입력 감지장치는, 1) 터치입력 감지전극; 2) 상기 터치입력 감지전극의 일 지점에 연결되어 있으며, 터치입력에 따라 상기 터치입력 감지전극에 의해 형성되는 터치 커패시턴스의 변화를 측정하도록 되어 있는 터치감지부; 3) 상기 터치입력 감지장치에 포함된 제2 노드로서, 상기 일 지점과의 사이에 커패시턴스가 형성되어 있는, 상기 제2 노드; 및 4) 상기 일 지점과 상기 제2 노드 간의 전위차를 감소시키도록, 상기 일 지점의 전위를 추종하는 전위값을 상기 제2 노드에 제공하는 전위제어부;를 포함한다. 그리고 상기 화면출력장치는, 5) 화상픽셀; 6) 상기 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 제어라인; 및 7) 상기 화상픽셀의 공통전극;을 포함한다. 그리고 상기 공통전극이 상기 터치입력 감지전극이다.

<본 발명의 제1 실시예>

도 15a는 본 발명의 제1 실시예에 따라, 터치입력여부를 감지하는 기능을 수행하는 회로의 구성을 나타낸 것이다.

도 15a의 전극패드(VCOM,xx)는 도 3에 나타낸 복수 개의 전극패드 VCOM[M,N] 중 임의의 전극패드일 수 있다. 전극패드(VCOM,xx)에 손가락과 같은 터치입력도구(17)가 접촉되거나 근접하게 되면 전극패드(VCOM,xx)와 터치입력도구(17) 사이에는 가변적인 정전용량(Cx,xx)이 형성될 수 있다.

전극패드(VCOM,xx)는 제1 연산증폭기(315)의 반전입력단자와 제2 연산증폭기(316)의 반전입력단자에 각각 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)를 통해 연결될 수 있다.

제1 연산증폭기(315)의 반전입력단자와 출력단자(Vo1) 사이에는 제3 스위치(SW3)와 제1 적분 커패시터(Cf1)가 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 제1 연산증폭기(315)의 비반전입력단자에는 VH라는 크기를 갖는 전압이 인가될 수 있다.

제2 연산증폭기(316)의 반전입력단자와 출력단자(Vo2) 사이에는 제4 스위치(SW4)와 제2 적분 커패시터(Cf2)가 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 제2 연산증폭기(316)의 비반전입력단자에는 VL라는 크기를 갖는 전압이 인가될 수 있다. 이때, 제1 실시예에서 VH > VL 의 관계가 성립하는 것으로 가정한다.

도 15b는 도 15a에서 터치입력도구(17)와 전극패드(VCOM,xx) 사이에 형성되는 용량성분을 커패시터(Cfr)로 모델링하여 표시한 것이다. 커패시터(Cfr)의 값은 터치입력 유무에 따라 변화할 수 있다.

본 발명의 제1 실시예에서 도 15a 및 도 15b에 나타낸 회로의 출력신호는 제1 연산증폭기(315)의 제1 출력전압(Vo1)과 제2 연산증폭기(316)의 제2 출력전압(Vo2)의 차이값으로 정의될 수 있다. 이하 본 명세서에서 도 15a 또는 도 15b에 나타낸 회로를 '저주파 노이즈 제거 감지회로'라고 지칭할 수 있다.

도 16a 내지 도 16e는 도 15b에 나타낸 저주파 노이즈 제거 감지회로의 동작방법의 일 예를 설명한 것이다.

도 16a는 시각 t0에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다. 시각 t0에서 제2 스위치(SW2)를 열린 상태로 두고, 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 닫힌 상태로 둔다. 이렇게 하면 제1 적분커패시터(Cf1)와 제2 적분커패시터(Cf2) 각각의 양단의 전압이 0이 되도록, 저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화할 수 있다. 그리고 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)을 VH로 만들 수 있다. 그러면 제1 연산증폭기(315)의 출력노드의 전압인 제1 출력전압(Vo1)의 값이 VH가 되고, 제2 연산증폭기(316)의 출력노드의 전압인 제2 출력전압(Vo2)의 값은 VL이 된다.

도 16b는 시각 t1에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다. 시각 t1에서 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 모두 열린 상태로 둔다. 이때, 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)은 VH로 유지될 수 있다. 그리고 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)은 각각 VH와 VL로 유지될 수 있다.

도 16c는 시각 t2에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다. 시각 t2에서 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 모두 열린 상태로 두고, 제2 스위치(SW2)를 닫힌 상태로 둔다. 이때, 노드(Nx,xx)의 접압(Vx,xx)은 VH에서 VL로 변하게 되며, 이 과정에서 제2 적분커패시터(Cf2)를 통해 전류가 흐르게 되어 제2 연산증폭기(316)의 제2 출력전압(Vo2)이 ΔV2만큼 감소하게 된다. 이때, ΔV2는 (VH-VL)에 비례하고, 상기 정전용량(Cx,xx=Cfr)에 비례하고, 제2 적분커패시터(Cf2)의 용량에 반비례 할 수 있다. 단, ΔV2는 0보다 큰 값이다.

도 16d는 시각 t3에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다. 시각 t3에서 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2). 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 모두 열린 상태로 둔다.

도 16e는 시각 t4에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다. 시각 t4에서 제1 스위치(SW1)를 닫힌 상태로 두고, 제2 스위치(SW2). 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 모두 열린 상태로 둔다. 이때, 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)은 VL에서 VH로 변하게 되며, 이 과정에서 제1 적분커패시터(Cf1)를 통해 전류가 흐르게 되어 제1 연산증폭기(315)의 제1 출력전압(Vo1)이 ΔV1만큼 증가하게 된다. 이때, ΔV1는 (VH-VL)에 비례하고, 상기 정전용량(Cx,xx=Cfr)에 비례하고, 제1 적분커패시터(Cf1)의 용량에 반비례 할 수 있다. 단, ΔV1는 0보다 큰 값이다.

그 다음, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)는 도 16b와 같이 모두 열린 상태로 돌아가게 된다. 다만, 도 16b에서는 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)이 각각 VH, VL 이었던 것에 비하여, 이제는 VH+ΔV1, VL-ΔV2로 바뀌었다는 점이 다르다.

본 명세서에서는 도 16b, 도 16c, 도 16d 및 도 16e로 이어지는 일련의 과정을 한 개의 '순환주기'라고 지칭할 수 있다. 본 발명의 일 실시에에서는, 도 16a와 같은 방식으로 저주파 노이즈 제거 감지회로가 초기화된 이후에, 상기 순환주기가 미리 결정된 회수 N 만큼 반복하게 된다. 순환주기가 N번 반복된 이후의 상태에서, 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상기 출력신호(즉, Vo1-Vo2)를 획득할 수 있다. 제1 실시예에서, 상기 출력신호의 획득은 연산증폭기(315, 316)의 출력신호들의 차이값을 입력으로 받아들이는 AD 컨버터를 이용하여 이루어질 수 있다. 상기 저주파 노이즈 제거 감지회로의 출력신호를 획득한 이후, 다시 도 16a와 같은 방식으로 저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화할 수 있다. 본 명세서에서 저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화한 이후 저주파 노이즈 제거 감지회로의 출력신호를 획득할 때까지의 시간을 '감지주기'라고 지칭할 수 있다. 따라서 상기 감지주기는 상기 순환주기 보다 크다.

상술한 바와 같이, 상기 순환주기를 반복할 때 마다. 제1 출력전압(Vo1)의 크기는 ΔV1 씩 증가하고, 제2 출력전압(Vo2)의 크기는 ΔV2 씩 감소하게 된다. 그런데 이때, 순환주기마다 ΔV1과 ΔV2의 값은 변화할 수 있는 값이라는 점에 주목할 필요가 있다. 왜냐하면 상술한 바와 같이 ΔV1과 ΔV2의 값은 정전용량(Cx,xx=Cfr)에 의해 결정되게 되는데, 정전용량(Cx,xx=Cfr)의 값은 터치입력의 유무에 따라 시간에 따라 변할 수 있는 값이기 때문이다.

저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화한 이후의 총 N번의 순환주기에 대하여, 각각의 순환주기를 인덱스 k로 표현하면 k는 1 ~ N의 값을 갖게 된다. 이때, 각 순환주기에 대하여, 상술한 ΔV1과 ΔV2는 각각 ΔV1,k과 ΔV2,k (단, k=1, 2, 3, ... N)으로 표기될 수 있다. 따라서 저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화 한 이후 상기 순환주기를 N번 반복하여 수행하게 되면, 제1 출력전압(Vo1)의 크기는 VH +

가 되고, 제2 출력전압(Vo2)의 크기는 VL -

가 된다. 이때, 저주파 노이즈 제거 감지회로의 출력신호는 VH - VL +

+

가 된다. 터치입력의 발생 상태에 따라 특정 감지주기 내에서 상기 모든 k 값에 대하여 ΔV1,k=ΔV1 그리고 ΔV2,k=ΔV2가 성립할 수도 있다.

도 17의 (a)는 도 16a의 초기화 단계 이후에 도 16b 내지 도 16e의 순환주기를 반복하는 동안 얻을 수 있는 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)의 파형의 예를 나타낸 것이다.

도 17의 (b)는 특정 감지주기에 있어서 도 16b 내지 도 16e의 순환주기를 반복한 결과 얻을 수 있는 제1 전압출력(Vo1)과 제2 전압출력(Vo2)의 파형의 예를 나타낸 것이다. 도 17의 (b)에서는 Cfr의 값이 계속 일정한 값을 갖는 경우의 예를 나타내었다. 도 17의 (a) 및 (b)의 예에서 상술한 순환주기는 총 11(=N)번 반복되며, 저주파 노이즈 제거 감지회로의 초기화는 t0 및 도 t48에서 이루어진다.

제1 실시예에서 터치입력이 이루어졌는지를 판단하기 위하여 수집하는 값은 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)의 차이값이다. 도 17에서 저주파 노이즈 제거 감지회로의 출력신호의 획득은 예컨대, t44~t48의 구간 내에서 이루어질 수 있다. 상술한 N의 값이 커질수록 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)의 차이값은 점점 더 커지게 된다.

도 18은 도 16a 내지 도 16e에서 설명한 시각 t0, t1, t2, t3, t4에서의 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)의 온/오프 상태 및 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)의 변화를 나타내는 타이밍도이다.

제1 연산증폭기(315)와 제2 연산증폭기(316)의 출력전압의 차이값은 AD 컨버터의 입력단자에 입력될 수 있다. 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치입력장치는 상술한 AD 컨버터를 포함할 수 있다.

도 15 내지 도 18을 통해 설명한 본 발명의 제1 실시예에서, 터치입력여부를 판단하는 회로는 크게 두 개의 부분으로 이루어진다. 첫 번째 부분은 제1 스위치(SW1), 제1 연산증폭기(315), 및 제1 적분 커패시터(Cf1)를 포함하여 이루어지며, 두 번째 부분은 제2 스위치(SW2), 제2 연산증폭기(316), 및 제2 적분 커패시터(Cf2)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 첫 번째 부분의 제1 출력값은 제1 연산증폭기(315)의 출력단자(Vo1)의 전압이고, 상기 두 번째 부분의 제2 출력값은 제2 연산증폭기(316)의 출력단자(Vo2)의 전압이다.

위의 제1 출력값의 변화는 제1 시간 페이즈(phase)에서 발생하고, 위의 제2 출력값의 변화는 제2 시간 페이즈에서 발생한다. 여기서 제1 시간 페이즈 및 제2 시간 페이즈는 각각, 도 17 및 도 18에 나타낸 시각 {t4, t8, t12, ...}와 시각 {t2, t6, t10, ...,}을 의미할 수 있다.

<본 발명의 제2 실시예>

도 19a 내지 도 19e, 도 20, 및 도 21은 본 발명의 제2 실시예를 설명하기 위한 도면이다. 제2 실시예는 상술한 제1 실시예로부터 변형된 실시예이다.

도 21을 살펴보면, 제1 실시예와 제2 실시예에서의 스위치(SW1)와 스위치(SW2)의 온-오프 시퀀스가 서로 바뀌어 있다. 또한, 도 20를 살펴보면, 제1 연산증폭기(315)의 제1 출력전압(Vo1)이 상승하기 시작하는 시점(t2)이 제2 연산증폭기(316)의 제2 출력전압(Vo2)이 하강하기 시작하는 시점(t4)보다 빠르다는 점을 알 수 있다.

Claims (10)

1. 사용자 입력도구와의 사이에서 터치입력 커패시턴스를 발생시키도록 배치된 자기용량방식의 터치전극패드;
   제1 스위치 및 제1 연산증폭기; 및
   제2 스위치 및 제2 연산증폭기;
   를 포함하며,
   상기 제1 스위치의 제1 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제1 타단부는 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고,
   상기 제2 스위치의 제2 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제2 타단부는 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고,
   상기 제1 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제1전위가 인가되고,
   상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 상기 제1전위보다 낮은 제2전위가 인가되며,
   상기 제1 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제1 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제1 적분 커패시터가 연결되어 있고,
   상기 제2 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제2 적분 커패시터가 연결되어 있고,
   상기 제1전위 및 상기 제2전위 간의 전위차를 이용하여 상기 제1 연산증폭기의 출력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자에 출력신호를 적분하고,
   상기 제1 연산증폭기의 출력단자에 적분된 제1출력신호(Vo1)의 값으로부터 상기 제2 연산증폭기의 출력단자에 적분된 제2출력신호(Vo2)의 값을 차감하여 상기 터치전극패드를 통해 터치입력이 이루어졌는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 터치입력 감지장치.
2. 삭제
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 교대로 온 상태와 오프 상태를 전환하도록 되어 있으며, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온 상태 구간은 서로 겹치지 않도록 되어 있는,
   터치입력 감지장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 제1항에 있어서,
   상기 터치전극패드는,
   화상픽셀, 상기 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 제어라인, 및 상기 화상픽셀의 공통전극을 포함하는 화면출력장치의 상기 공통전극인,
   터치입력 감지장치.
7. 사용자 입력도구와의 사이에서 터치입력 커패시턴스를 발생시키도록 배치된 자기용량방식의 터치전극패드에 연결되도록 되어 있는 적분장치로서,
   제1 스위치 및 제1 연산증폭기; 및
   제2 스위치 및 제2 연산증폭기;를 포함하며,
   상기 제1 스위치의 제1 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되도록 되어 있고 제1 타단부는 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고,
   상기 제2 스위치의 제2 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되도록 되어 있고 제2 타단부는 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고,
   상기 제1 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제1전위가 인가되고,
   상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 상기 제1전위보다 낮은 제2전위가 인가되며,
   상기 제1 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제1 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제1 적분 커패시터가 연결되어 있고,
   상기 제2 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제2 적분 커패시터가 연결되어 있고,
   상기 제1전위 및 상기 제2전위 간의 전위차를 이용하여 상기 제1 연산증폭기의 출력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자에 출력신호를 적분하고,
   상기 제1 연산증폭기의 출력단자에 적분된 제1출력신호(Vo1)의 값으로부터 상기 제2 연산증폭기의 출력단자에 적분된 제2출력신호(Vo2)의 값을 차감하여 상기 터치전극패드를 통해 터치입력이 이루어졌는지 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 적분장치.
8. 삭제
9. 제7항에 있어서,
   상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 교대로 온 상태와 오프 상태를 전환하도록 되어 있으며, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온 상태 구간은 서로 겹치지 않도록 되어 있는, 적분장치.
10. 제7항에 있어서,
    상기 터치전극패드는,
    화상픽셀, 상기 화상픽셀의 광 출력을 제어하기 위한 신호를 전달하는 제어라인, 및 상기 화상픽셀의 공통전극을 포함하는 화면출력장치의 상기 공통전극인 것을 특징으로 하는,
    적분장치.

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