KR101808348B1 - 터치 스크린의 데이터 처리 방법 및 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 스크린의 데이터 처리 방법 및 장치에 관한 것으로, 그 데이터 처리 방법은 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터를 얻는 단계; 상기 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 얻어진 터치 로 데이터들을 감산하여 상기 터치 로 데이터들에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 단계; 상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들의 부호를 양의 부호로 단일화하는 단계; 상기 부호가 단일화된 터치 로 데이터들에서 고주파 노이즈를 제거하는 단계; 및 상기 고주파 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 단계를 포함한다.

Description

터치 스크린의 데이터 처리 방법 및 장치{DATA PROCESSING METHOD AND APPARATUS FOR TOUCH SCREEN}

본 발명은 터치 스크린의 데이터 처리 방법 및 장치에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.

터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있는 추세에 있으며, 가전 제품에도 확대 적용되고 있다. 터치 UI를 구현하기 위한 터치 스크린의 일예로서, 터치 뿐 아니라 근접 여부도 센싱하고 멀티 터치(또는 근접) 각각을 인식할 수 있는 상호 용량(mutual capacitance) 방식의 터치 스크린이 각광받고 있다.

상호 용량 방식의 터치 스크린은 Tx 라인들, Tx 라인들과 교차되는 Rx 라인들, 및 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함한다. 센서 노드들 각각은 상호 용량을 갖는다. 터치 스크린 구동 장치는 터치(또는 근접) 전후의 센서 노드들에 충전된 전압의 변화를 감지하여 전도성 물질의 접촉(또는 근접) 여부와 그 위치를 판단한다.

터치 스크린에서 Rx 라인들을 통해 수신되는 센서 노드들의 출력은 디지털 데이터로 변환되고, 그 디지털 데이터는 소정의 문턱값과 비교된다. 디지털 데이터와 문턱값의 비교 결과, 센서 노드의 전압이 문턱값 이상이면 그 센서 노드는 터치 입력이 발생된 센서 노드로 판정되는 반면, 센서 노드의 전압이 문턱값 보다 작으면 그 센서 노드는 터치 입력이 없는 위치의 센서 노드로 판정된다. 이러한 터치 입력 유무 판정 방법은 센서 노드 전압의 피크값을 문턱값과 비교한다.

터치 스크린에서 Rx 라인들을 통해 수신되는 전압에는 터치 스크린의 기생용량이나 표시패널과의 커플링(Coupling)으로 인하여 직류 옵셋 노이즈(DC offset noise)를 포함하고 있다. 센서 노드 전압은 직류 옵셋 노이즈만큼 상승한다. 따라서, 전술한 바와 같이 단순히 센서 노드 전압의 피크값을 문턱값과 비교하면, 터치 입력이 없지만 직류 옵셋 노이즈가 큰 센서 노드가 터치 입력 위치의 센서 노드로 오인식될 수 있다. 따라서, 단순히 센서 노드 전압의 피크값 기반으로 터치 입력 유무를 판단하면 터치 인식 결과가 직류 옵셋 노이즈에 따라 민감하게 영향을 받으므로 터치 센싱 감도와 정확도가 떨어진다.

본 발명은 직류 옵셋 노이즈의 영향을 줄임으로써 터치 센싱 감도와 정확도를 높일 수 있는 터치 스크린의 데이터 처리 방법 및 장치를 제공한다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린의 데이터 처리 방법은 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터를 얻는 단계; 상기 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 얻어진 터치 로 데이터들을 감산하여 상기 터치 로 데이터들에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 단계; 상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들의 부호를 양의 부호로 단일화하는 단계; 상기 부호가 단일화된 터치 로 데이터들에서 고주파 노이즈를 제거하는 단계; 및 상기 고주파 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린의 데이터 처리 방법은 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 수신하는 단계; 상기 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 수신된 전압들을 차동 증폭하여 상기 전압들에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 단계; 상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 전압들의 극성을 정극성으로 단일화하는 단계; 상기 극성이 단일화된 센서 노드들의 전압에서 고주파 노이즈를 제거하는 단계; 상기 고주파 노이즈가 제거된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터를 얻는 단계; 상기 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 단계를 포함한다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린의 데이터 처리 장치는 Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 인식 가능 영역을 포함하는 터치 스크린; 및 상기 Tx 라인들에 구동펄스를 인가하고 상기 구동펄스에 동기하여 상기 Rx 라인들을 통해 상기 센서 노드들의 전압을 수신하고 수신된 전압을 샘플링한 후에 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터를 발생하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다.

상기 터치 스크린 구동회로는 상기 센서 노드들로부터 수신된 전압에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 데이터 처리장치를 포함한다.

상기 데이터 처리장치는 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터를 얻는 아날로그-디지털 변환기; 상기 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 얻어진 터치 로 데이터들을 감산하여 상기 터치 로 데이터들에 포함된 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 감산기; 상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들의 부호를 양의 부호로 단일화하는 절대값 변환기; 상기 부호가 단일화된 터치 로 데이터들에 포함된 고주파 노이즈를 제거하는 로 패스 필터; 및 상기 고주파 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 터치 인식 알고리즘 실행부를 포함한다.

본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 스크린의 데이터 처리 장치에서, 상기 데이터 처리장치는 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 수신하여 그 전압들을 차동 증폭하여 상기 전압들에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 차동 증폭기; 상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 전압들의 극성을 정극성으로 단일화하는 절대값 변환기; 상기 극성이 단일화된 센서 노드들의 전압에서 고주파 노이즈를 제거하는 로 패스 필터; 상기 고주파 노이즈가 제거된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터를 출력하는 아날로그-디지털 변환기; 및 상기 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 터치 인식 알고리즘 실행부를 포함한다.

본 발명은 터치 스크린으로부터 수신된 데이터에 대하여 감산(또는 차동 증폭), 절대값 변환, 로 패스 필터링 단계를 거쳐 터치 스크린의 출력 데이터를 처리함으로써 상기 데이터에서 직류 옵셋 노이즈를 제거한다. 그 결과, 본 발명은 터치 스크린에서 직류 옵셋 노이즈의 영향을 최소화하여 터치 센싱 감도와 정확도를 향상시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린과 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1에서 터치 스크린의 Tx 전극들에 인가되는 구동펄스와 Rx 라인들을 통해 수신되는 신호를 보여 주는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 터치 스크린과 표시패널의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린의 데이터 처리 방법의 처리 수순을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다.
도 7은 도 6의 데이터 처리 방법을 처리하는 데이터 처리 장치의 일예를 보여 주는 도면이다.
도 8은 직류 옵셋 노이즈 제거 전 데이터를 보여 주는 파형도이다.
도 9는 도 8의 데이터로부터 직류 옵셋 노이즈를 제거한 결과를 보여 주는 파형도이다.
도 10은 도 9의 데이터에 대하여 부호 단일화 결과를 보여 주는 파형도이다.
도 11은 도 10의 데이터를 로 패스 필터(LPF)에 입력하여 고주파 노이즈를 제거한 결과를 보여 주는 파형도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린의 데이터 처리 방법의 처리 수순을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다.
도 13은 도 12의 데이터 처리 방법을 처리하는 데이터 처리 장치의 일예를 보여 주는 도면이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

도 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린과 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로, 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동회로 등을 포함한다.

본 발명의 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다.

표시패널(DIS)의 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극에 인가되는 데이터전압과, 공통전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급한다.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다.

표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 디스플레이 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 디스플레이 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.

디스플레이 타이밍 콘트롤러(20)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 수신하여 그 데이터를 데이터 구동회로(12)로 전송한다. 디스플레이 타이밍 콘트롤로(20)는 입력 영상 데이터와 함께 호스트 시스템으로부터 입력되는 타이밍신호(Vsync, Hsync, DE, MCLK)를 기반으로 하여 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 발생한다. 호스트 시스템으로부터 입력되는 타이밍 신호는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등을 포함하며, 이 중에서 수직 동기신호(Vsync)와 수평 동기신호(Hsync)는 생략될 수 있다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

터치 스크린(TSP)은 도 3과 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 4와 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 센서 노드들(TSN)은 도 5와 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부기판에 형성될 수 있다. 도 3 내지 도 5에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(T1~Tj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(T1~Tj)과 교차하는 Rx 라인들(R1~Ri, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(R1~Ri)의 교차부들에 형성된 i×j 개의 센서 노드들(TSN)을 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동펄스를 공급하고 그 구동펄스에 동기하여 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 센서 노드 전압을 센싱한다. 이러한 터치 스크린 구동회로는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), TSP 타이밍 콘트롤러(36) 및 터치 인식 알고리즘 실행부(30)를 포함한다. Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34) 및 TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 하나의 ROIC(Read-out IC, 40) 내에 집적될 수 있다.

Rx 라인들(R1~Ri)은 도 13에 도시된 차동 증폭기(52)를 통해 Rx 구동회로(34)의 입력 단자들에 연결될 수 있다. 차동 증폭기(52)는 이웃한 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 입력되는 센서 노드들의 전압을 차동 증폭하여 Rx 구동회로(34)의 Rx 채널들(또는 입력 채널들)에 공급한다. 차동 증폭기(52)는 정극성 출력 단자와 부극성 출력 단자를 통해 수평으로 이웃하는 센서 노드들로부터 얻어진 신호들의 차 전압을 증폭하여 상보적인(Complementary) 정극성 신호와 부극성 신호 전압을 출력하는 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어(Fully differential amplifier)로 구현될 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)의 제어 하에 구동펄스를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(T1~Tj)에 구동펄스를 인가한다.

Rx 구동회로(34)는 TSP 타이밍 콘트롤러(36)의 제어 하에 센서 노드 전압을 수신할 Rx 채널을 선택하고, 선택된 Rx 채널과 연결된 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 센서 노드들의 전압을 수신한다. Rx 채널에는 차동 증폭기의 출력이 공급될 수 있다. Rx 구동회로(34)는 Rx 라인들(R1~Ri)을 통해 수신된 센서 노드의 전압을 샘플링한 후에, 샘플링한 전압을 내장된 아날로그-디지털 변환기(Analogue to Digital Converter, ADC)에 입력하여 디지털 데이터로 변환한다. Rx 구동회로(34)로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 로 데이터(Touch Raw Data, Tdata)로서 센서 노드들 각각에서 터치 전후의 변화량 정보를 포함한다. 터치 전후의 변화량이 클수록 터치 로 데이터의 디지털 값이 높다. 반면, 터치(또는 근접) 입력이 없거나 노이즈 영향을 받은 터치 로 데이터는 터치 전후의 변화량이 없거나 낮으므로 그 값이 작아진다. 터치 로 데이터(Tdata)는 터치 인식 알고리즘 실행부(30)로 전송된다.

TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 Tx 구동회로(32)에서 구동펄스가 출력될 Tx 채널을 설정하기 위한 Tx 셋업 신호와, Rx 구동회로(34)에서 센서 노드 전압을 수신할 Rx 채널을 설정하기 위한 Rx 셋업 신호를 발생한다. 또한, TSP 타이밍 콘트롤러(36)는 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.

터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 Rx 구동회로(34)로부터 입력되는 터치 로 데이터(Tdata)를 소정의 문턱값과 비교하고, 문턱값 이상으로 큰 데이터(Tdata)를 터치(또는 근접) 입력 데이터로서 판정하는 반면, 문턱값 보다 낮은 데이터(Tdata)를 터치(또는 근접) 입력이 없거나 노이즈 데이터로 판정한다. 터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 터치(또는 근접) 입력 데이터들 각각에 대한 좌표값을 추정하여 좌표 정보를 포함한 터치 인식 결과 데이터(HIDxy)를 출력한다. 터치 인식 알고리즘은 공지의 터치 인식 알고리즘으로 구현될 수 있다. 터치 인식 알고리즘 실행부(30)로부터 출력된 터치 인식 결과 데이터(HIDxy)는 호스트 시스템으로 전송된다. 터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

호스트 시스템은 TV 시스템, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 함께, 그 데이터와 동기되는 타이밍 신호를 디스플레이 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 호스트 시스템은 터치 인식 알고리즘 실행부(30)로부터 입력되는 터치 데이터의 좌표값과 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

Rx 구동회로(34) 또는 터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 직류 옵셋 노이즈를 제거하기 위한 데이터 처리 장치를 포함한다. 데이터 처리 장치는 디지털 데이터 처리 혹은 아날로드 데이터 처리 방법을 이용하여 센서 노드의 출력에 더해진 직류 옵셋 성분을 제거하고 터치 전후의 변화량을 센서 노드 전압의 피크값으로 변환한다. 이 데이터 처리 장치의 동작에 대하여 도 6 내지 도 13을 결부하여 상세히 설명하기로 한다.

도 6은 디지털 데이터 처리 방법을 이용한 터치 스크린의 데이터 처리 방법을 보여 주는 흐름도이다. 도 7은 도 6의 데이터 처리 방법을 처리하는 데이터 처리 장치의 일예를 보여 주는 도면이다. 도 8 내지 도 11은 도 6에서 S2 내지 S4 단계의 결과를 보여 주는 도면들이다.

도 6 내지 도 11을 참조하면, 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 처리 장치는 감산기(42), 절대값 변환기(44), 로 패스 필터(Low Pass Filter, LPF)(46) 등을 포함한 디지털 회로로 구현된다.

이 데이터 처리 장치는 Rx 채널을 통해 수신된 센서 노드에 대한 전압을 샘플링한 후에 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 이용하여 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터(Tdata)를 발생한다.(S1)

이어서, 데이터 처리 장치는 터치 로 데이터(Tdata)에 더해진 직류 옵셋 노이즈를 제거하기 위하여, 터치 로 데이터(Tdata)를 감산기(42)에 입력한다. 감산기(42)는 같은 Tx 라인에 함께 연결되어 x축 방향을 따라 나란하게 배치된 센서 노드들로부터 얻어진 터치 로 데이터(Tdata)에서, 이웃한 데이터들을 감산 연산하여 상수값인 진류 옵셋 노이즈를 제거한다.(S2)

도 8은 직류 옵셋 노이즈 제거 전 데이터를 보여 주는 파형도이다. 도 9는 도 8의 데이터로부터 직류 옵셋 노이즈를 제거한 결과를 보여 주는 파형도이다. 도 8 및 도 9에서, x축은 하나의 Tx 라인에 함께 연결되어 x축 방향을 따라 나란하게 배치된 센서 노드들을 의미하고, y축은 터치 로 데이터(Tdata)이다. x축에서 "1"은 터치 스크린(TSP)의 최좌측에 위치하는 1번 센서 노드를 의미하고, "45"는 터치 스크린(TSP)의 최우측에 위차하는 45번 센서 노드를 의미한다. 하나의 Tx 라인에 함께 연결된 N(은 i 이하의 양의 정수) 번째 센서 노드와 N+1 번째 센서 노드로부터 얻어진 터치 로 데이터(Tdata)를 각각 Tdata(N)과 Tdata(N+1)이라 할 때, 감산기의 출력 Tdata'(N)은 Tdata'(N) = Tdata(N+1) - Tdata(N) 이다. 예를 들어, 도 8 및 도 9와 같이 Tdata(1) = 275, Tdata(2) = 285 일 때, Tdata'(1) = Tdata(2) - Tdata(1) = + 10 이다. Tdata(12) = 345, Tdata(13) = 495 일 때, Tdata'(12) = Tdata(13) - Tdata(12) = + 150 이다. Tdata(14) = 480, Tdata(15) = 320 일 때, Tdata'(14) = Tdata(15) - Tdata(14) = - 160 이다.

감산기(42)를 통과한 데이터는 도 9와 같이 직류 옵셋 성분이 제거된다. 그 결과, 터치(또는 근접) 입력이 발생되지 않은 센서 노드들로부터 얻어진 터치 로 데이터(Tdata)는 감산기(42)를 통과하면, 작은 고주파 노이즈 성분을 포함하고 있지만 0 근방의 낮은 값으로 변환된다. 반면에, 터치(또는 근접) 입력이 발생된 위치에 존재하는 센서 노드들로부터 얻어진 터치 로 데이터(Tdata)는 감산기(42)를 통과하면, 절대값이 100 이상인 큰 값으로 변환된다.

이어서, 데이터 처리 장치는 절대값 변환기(44)를 이용하여 옵셋 노이즈가 제거된 터치 로 데이터(Tdata)에 대하여 도 10과 같이 음의 값을 갖는 데이터의 부호를 양의 값으로 변환하여 데이터의 부호를 단일화한다.(S3) 이어서, 데이터 처리 장치는 부호가 단일화된 터치 로 데이터(Tdata)를 로 패스 필터(46)에 입력하여 도 11과 같이 터치 로 데이터(Tdata)에서 고주파 노이즈 성분을 제거하고 하나의 터치(또는 근접) 입력 내에서 피크값을 단일화한다.(S4) 도 10은 도 9의 데이터에 대하여 부호 단일화 결과를 보여 주는 파형도이다. 도 10 및 도 11에서, x축은 하나의 Tx 라인에 함께 연결되어 x축 방향을 따라 나란하게 배치된 센서 노드들을 의미하고, y축은 터치 로 데이터(Tdata)이다.

터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 S1 내지 S4 단계를 마친 터치 로 데이터(Tdata)의 피크값(VAL)을 소정의 문턱값(TH)과 비교하고, 문턱값(TH) 이상으로 큰 데이터(Tdata)를 터치(또는 근접) 입력 데이터로서 판정한다.(S5 및 S6) 반면에, 터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 문턱값 보다 낮은 데이터(Tdata)를 터치(또는 근접) 입력이 없거나 노이즈 데이터로 판정한다. 터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 터치 스크린(TSP)의 1 라인 분량의 터치 데이터들(Tdata)에 대하여 S1 ~ S6 을 거쳐 터치(또는 근접) 입력 유무가 판정되면, 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표를 계산하고 또한, 멀티 터치(또는 근접) 입력인 경우에 터치(또는 근접) 입력 위치 각각에 식별 코드(ID)를 부여한다.(S7 및 S8)

도 12는 아날로그 데이터 처리 방법을 이용한 터치 스크린의 데이터 처리 방법의 처리 수순을 단계적으로 보여 주는 흐름도이다. 도 13은 도 12의 데이터 처리 방법을 처리하는 데이터 처리 장치의 일예를 보여 주는 도면이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 처리 장치는 차동 증폭기(52), 절대값 변환기(54), 로 패스 필터(56) 등을 포함한 아날로그 회로로 구현된다. 차동 증폭기(52)와 로 패스 필터(56)는 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어(Fully differential amplifier)를 기반으로 구현될 수 있다. 로 패스 필터(56)의 부극성 입력 단자(-)와 정극성 출력 단자 사이(+)에는 커패시터(Cfb1)과 스위치(S1)가 병렬 접속되고 또한, 로 패스 필터의 정극성 입력 단자(+)와 부극성 출력 단자(-) 사이에는 커패시터(Cfb2)와 스위치(S2)가 병렬 접속된다. 스위치들(S1, S2)은 스위치 제어신호에 응답하여 온/오프된다. 절대값 변환기(54)는 스위치 제어신호(C1, C2)에 응답하여 차동 증폭기(52)의 정극성 출력과 부극성 출력의 전송 경로를 선택적으로 스위칭한다. TSP 타이밍 콘트롤러(36)은 절대값 변환기(54)와 로 패스 필터의 스위치 타이밍을 제어하는 스위치 제어신호들을 발생한다.

데이터 처리 장치는 Rx 채널들(Rx(N), Rx(N+1)을 통해 수신된 센서 노드들의 아날로그 전압을 수신하여 차동 증폭기(52)에 입력한다.(S21) 차동 증폭기(52)는 전술한 실시예에서 감산기와 같은 역할을 한다. 즉, 차동 증폭기(52)는 아날로그-디지털 변환기에 입력되기 전 이웃한 센서 노드들로부터 얻어진 아날로그 전압들의 차이를 차동 증폭하여 정극성 출력 단자(+)와 부극성 출력 단자(-)를 통해 출력한다. 따라서, 차동 증폭기(52)는 도 6 및 도 8과 같이 센서 노드 전압들에 더해진 옵셋 노이즈를 제거하여 절대값 변환기(54)에 공급한다.(S22)

절대값 변환기(54)는 스위치 어레이의 스위치 소자들을 이용하여 차동 증폭기(52)의 출력 단자들(+, -)과 로 패스 필터(56)의 입력 단자들 사이의 신호 전송 경로를 선택적으로 스위칭한다. 예를 들어, 차동 증폭기(52)의 정극성 출력 단자(+)를 통해 5V 전압이 출력되고, 차동 증폭기(52)의 부극성 출력 단자(-)를 통해 3V 전압이 출력되는 경우에, 절대값 변환기(54)는 차동 증폭기(52)의 정극성 출력 단자(+)를 로 패스 필터(56)의 정극성 입력 단자(+)에 연결하고, 차동 증폭기(52)의 부극성 출력 단자(-)를 로 패스 필터(56)의 부극성 입력 단자(-)에 연결한다. 반면에, 차동 증폭기(52)의 정극성 출력 단자(+)를 통해 3V 전압이 출력되고, 차동 증폭기(52)의 부극성 출력 단자(-)를 통해 5V 전압이 출력되는 경우에, 절대값 변환기(54)는 차동 증폭기(52)의 정극성 출력 단자(+)를 로 패스 필터(56)의 부극성 입력 단자(-)에 연결하고, 차동 증폭기(52)의 부극성 출력 단자(-)를 로 패스 필터(56)의 정극성 입력 단자(+)에 연결한다. 로 패스 필터(56)의 정극성 입력 단자(+)에 공급되는 전압은 절대값 변환기(54)에 의해 절대값 변환기(54)에 의해 로 패스 필터(56)의 부극성 입력 단자(-)에 공급되는 전압 이상의 전압으로 제어된다. 따라서, 로 패스 팰터(56)에 입력되는 전압의 극성은 정극성으로 단일화된다.(S23)

로 패스 필터(56)는 커패시터(Cfb1, Cfb2)와 내부 저항이 조합된 로 패스 필터를 통해 정극성 입력 전압과 부극성 입력 전압 각각의 고주파 노이즈를 제거한다.(S24) S21 내지 S24 단계를 거친 아날로그 전압은 Rx 구동회로(34) 내의 아날로그-디지털 변환기(ADC)에 입력되어 디지털 데이터인 터치 로 데이터(Tdata)로 변환된다.(S25)

터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 S21 내지 S25 단계를 마친 터치 로 데이터(Tdata)의 피크값(VAL)을 소정의 문턱값(TH)과 비교하고, 문턱값(TH) 이상으로 큰 데이터(Tdata)를 터치(또는 근접) 입력 데이터로서 판정한다.(S26 및 S27) 반면에, 터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 문턱값 보다 낮은 데이터(Tdata)를 터치(또는 근접) 입력이 없거나 노이즈 데이터로 판정한다. 터치 인식 알고리즘 실행부(30)는 터치 스크린(TSP)의 1 라인 분량의 터치 데이터들(Tdata)에 대하여 S21 ~ S27 을 거쳐 터치(또는 근접) 입력 유무가 판정되면, 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표를 계산하고 또한, 멀티 터치(또는 근접) 입력인 경우에 터치(또는 근접) 입력 위치 각각에 식별 코드(ID)를 부여한다.(S28 및 S29)

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동회로 14 : 스캔 구동회로
20 : 디스플레이 타이밍 콘트롤러 30 : 터치 인식 알고리즘 실행부
32 : Tx 구동회로 34 : Rx 구동회로
36 : TSP 타이밍 콘트롤러

Claims (5)

1. Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 인식 가능 영역을 포함하는 터치 스크린의 데이터 처리 방법에 있어서,
   같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 상기 센서 노드들 각각에서 터치 전후의 변화량 정보를 포함하는 터치 로 데이터를 얻는 단계;
   상기 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 얻어진 터치 로 데이터들을 감산하여 상기 터치 로 데이터들에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 단계;
   상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들의 부호를 양의 부호로 단일화함으로써 상기 각 센서 노드들 각각에서 터치 전후의 변화량을 획득하는 단계;
   상기 부호가 단일화된 터치 로 데이터들에서 고주파 노이즈를 제거하는 단계; 및
   상기 고주파 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린의 데이터 처리 방법.
2. Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 인식 가능 영역을 포함하는 터치 스크린의 데이터 처리 방법에 있어서,
   같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 수신하는 단계;
   상기 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 수신된 전압들을 차동 증폭하여 상기 전압들에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 단계;
   상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 전압들의 극성을 정극성으로 단일화하는 단계;
   상기 극성이 단일화된 센서 노드들의 전압에서 고주파 노이즈를 제거하는 단계;
   상기 고주파 노이즈가 제거된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 상기 센서 노드들 각각에서 터치 전후의 변화량 정보를 포함하는 터치 로 데이터를 얻는 단계; 및
   상기 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린의 데이터 처리 방법.
3. Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 인식 가능 영역을 포함하는 터치 스크린; 및
   상기 Tx 라인들에 구동펄스를 인가하고 상기 구동펄스에 동기하여 상기 Rx 라인들을 통해 상기 센서 노드들의 전압을 수신하고 수신된 전압을 샘플링한 후에 디지털 데이터로 변환하여 상기 센서 노드들 각각에서 터치 전후의 변화량 정보를 포함하는 터치 로 데이터를 발생하는 터치 스크린 구동회로를 포함하고,
   상기 터치 스크린 구동회로는 상기 센서 노드들로부터 수신된 전압에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 데이터 처리장치를 포함하고,
   상기 데이터 처리장치는.
   같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 상기 센서 노드들 각각에서 터치 전후의 변화량 정보를 포함하는 터치 로 데이터를 얻는 아날로그-디지털 변환기;
   상기 같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 얻어진 터치 로 데이터들을 감산하여 상기 터치 로 데이터들에 포함된 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 감산기;
   상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들의 부호를 양의 부호로 단일화하는 절대값 변환기;
   상기 부호가 단일화된 터치 로 데이터들에 포함된 고주파 노이즈를 제거하는 로 패스 필터; 및
   상기 고주파 노이즈가 제거된 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 터치 인식 알고리즘 실행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린의 데이터 처리 장치.
4. Tx 라인들, 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들의 교차부에 형성된 센서 노드들을 포함하는 터치 인식 가능 영역을 포함하는 터치 스크린; 및
   상기 Tx 라인들에 구동펄스를 인가하고 상기 구동펄스에 동기하여 상기 Rx 라인들을 통해 상기 센서 노드들의 전압을 수신하고 수신된 전압을 샘플링한 후에 디지털 데이터로 변환하여 상기 센서 노드들 각각에서 터치 전후의 변화량 정보를 포함하는 터치 로 데이터를 발생하는 터치 스크린 구동회로를 포함하고,
   상기 터치 스크린 구동회로는 상기 센서 노드들로부터 수신된 전압에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 데이터 처리장치를 포함하고,
   상기 데이터 처리장치는.
   같은 Tx 라인에 연결되고 이웃하는 센서 노드들로부터 출력된 전압들을 수신하여 그 전압들을 차동 증폭하여 상기 전압들에서 직류 옵셋 노이즈를 제거하는 차동 증폭기;
   상기 직류 옵셋 노이즈가 제거된 전압들의 극성을 정극성으로 단일화하는 절대값 변환기;
   상기 극성이 단일화된 센서 노드들의 전압에서 고주파 노이즈를 제거하는 로 패스 필터;
   상기 고주파 노이즈가 제거된 전압들을 디지털 데이터로 변환하여 터치 로 데이터를 출력하는 아날로그-디지털 변환기; 및
   상기 터치 로 데이터들을 바탕으로 상기 터치 스크린의 터치 입력 유무를 판정하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 추정하는 터치 인식 알고리즘 실행부를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린의 데이터 처리 장치.
5. 제 4 항에 있어서,
   상기 차동 증폭기와 상기 로 패스 필터 각각은 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어(Fully differential amplifier)를 포함하고,
   상기 절대값 변환기는 차동 증폭기의 정극성 출력과 부극성 출력의 전송 경로를 선택적으로 스위칭하는 스위치 어레이를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린의 데이터 처리 장치.

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