KR101813980B1 - 터치입력 감지장치 중 비감지영역으로부터 유입되는 노이즈 제거 방법 - Google Patents

터치입력 감지장치 중 비감지영역으로부터 유입되는 노이즈 제거 방법 Download PDF

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Abstract

한 개 이상의 터치노드를 포함하는 터치감지영역을 포함하는 감지부; 상기 한 개 이상의 터치노드들에 대한 터치입력에 관한 정보를 출력하는 터치감지신호 출력장치; 및 상기 감지부와 상기 터치감지신호 출력장치(30) 사이에 형성된 비감지영역 상에 배치된 노이즈 감지 전극;을 포함하는 터치입력 감지장치를 공개한다. 이때, 상기 터치감지신호 출력장치의 터치신호 입력단은 상기 비감지영역 상에 배치된 배선에 연결되도록 되어 있고, 상기 터치감지신호 출력장치의 노이즈 신호 입력단은 상기 노이즈 감지 전극에 연결되도록 되어 있으며, 상기 터치감지신호 출력장치는, 상기 노이즈 감지 전극으로부터 수신하는 신호를 이용하여 상기 배선으로부터 유입되는 노이즈에 의한 영향을 제거하도록 되어 있다.

Description

터치입력 감지장치 중 비감지영역으로부터 유입되는 노이즈 제거 방법{METHOD FOR ELIMINATING NOISE EFFECT FLOWING FROM NON-TOUCH SENSITIVE AREA AMONG TOUCH INPUT SENSING DEVICE}
본 발명은 터치입력 감지장치에서 터치입력 감지신호에 대한 노이즈를 제거하는 방법에 관한 것으로서, 특히 터치입력 감지를 위해 할당된 터치감지영역 이외의 영역에서 유입되는 노이즈를 제거하는 방법에 관한 것이다.
사용자의 명령을 입력받아 이 명령에 대응하는 결과를 표시장치에 출력하는 사용자 기기로서, 스마트폰, 스마트 패드, 및 랩 탑 컴퓨터라는 이름으로 지칭되는 사용자 기기들이 최근 공개되고 있다. 특히, 이들 사용자 기기에서는, 사용자의 명령을 입력받는 사용자 입력장치로서, 상기 사용자 기기의 표시화면의 근처에 배치되어 있으며 상기 표시화면의 전체영역을 덮는 터치입력 감지장치가 포함될 수 있다. 이러한 터치입력 감지장치의 예로는 소위 감압식 터치입력 감지장치, 정전식 터치입력 감지장치, 및 스타일러스 펜 감지장치(이하, 간단히 펜 감지장치) 등을 들 수 있다. 위의 감지장치들은 서로 다른 기술(이하, 터치입력기술)에 기반을 둔 제품들이다. 상기 각 기술들은 자신만의 장단점을 가지고 있기 때문에 서로의 장점을 결합하여 제공함으로써 더 편리한 사용자 입력경험을 제공하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 상기 각 기술들의 기초적인 동작원리는 여러 문헌에 공개되어 있다.
터치입력 감지장치는 터치입력을 감지하기 위한 말단부 센서장치(front-end sensing device)(즉, 감지전극부 또는 말단 감지부)를 포함하는 터치패널 및 상기 터치패널로부터 신호를 제공받는 터치 IC를 포함할 수 있다. 상기 말단부 센서장치는 투명/불투명 전극이거나 또는 얇은 전극일 수도 있다. 상기 터치패널과 터치 IC는 FPCB등에 의해 연결되어 있을 수 있다. 그런데 상기 말단부 센서장치는 터치입력을 위해 할당된 터치감지영역에 해당하지만, 상기 FPCB가 차지하는 영역은 터치입력을 위해 할당된 터치감지영역이 아니다. 이와 같이 터치감지영역 이회의 영역을 본 명세서에서는 '비감지영역'으로 지칭할 수 있다.
터치입력 기술에 따라서는 상기 FPCB가 차지하는 영역 근처에 손가락과 같은 터치입력도구를 근접시키는 경우, 마치 터치감지영역에서 터치입력이 발생한 것과 같은 잘못된 결과가 발생할 수 있다는 문제점이 있다.
본 발명에서는 터치감지영역으로 할당되지 않은 비감지영역에 노이즈가 인가된 경우, 이러한 노이즈신호에 의하여 터치감지영역에서 터치입력이 이루어진 것으로 잘못 판단하는 오류를 방지하기 위한 기술을 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 터치입력 감지장치(1)는, 한 개 이상의 터치노드(100)를 포함하는 감지전극부를 포함하는 터치감지영역(A2); 상기 한 개 이상의 터치노드들에 대한 터치입력에 관한 정보를 출력하는 터치감지신호 출력장치(30); 및 상기 터치감지영역 및 상기 터치감지영역과 상기 터치감지신호 출력장치 사이에 형성된 비감지영역(A1) 중 적어도 어느 한 곳에 배치된 노이즈 감지 전극(=노이즈 감지 안테나)(CA1);을 포함한다. 이때, 상기 터치감지신호 출력장치의 터치신호 입력단자는, 상기 한 개 이상의 터치노드에 연결되어 있으며 상기 비감지영역을 통과하는 배선(2037)에 연결되어 있다. 그리고 상기 터치감지신호 출력장치의 노이즈 신호 입력단자는, 상기 노이즈 감지 전극에 연결되도록 되어 있다. 그리고 상기 터치감지신호 출력장치는, 상기 노이즈 감지 전극으로부터 수신하는 신호를 이용하여 상기 배선으로부터 유입되는 노이즈에 의한 영향을 제거하도록 되어 있다.
이때, 상기 터치감지신호 출력장치는, 상기 배선에 연결되어 상기 터치감지영역에 대한 터치입력에 관한 정보를 감지하는 터치입력감지부(10); 상기 노이즈 감지 전극에 연결되어 상기 비감지영역 또는 상기 터치감지영역으로부터 유입되는 노이즈를 감지하는 노이즈 감지부(10_1); 및 상기 노이즈 감지부의 출력값을 이용하여 상기 터치입력감지부의 출력값에 포함된 상기 노이즈에 관한 성분을 제거하는 노이즈 제거부(40)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 터치노드는 디스플레이 출력장치의 공통전극으로서 이용될 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 터치입력감지부; 노이즈 감지부; 및 노이즈 제거부를 포함하는 터치감지신호 출력장치를 제공할 수 있다. 이때, 상기 터치입력감지부는, 터치노드에 연결되어 있는 배선에 연결되도록 되어 있다. 그리고 상기 배선은 상기 터치노드를 포함하는 터치감지영역 및 상기 터치감지영역과 상기 터치감지신호 출력장치 사이에 형성된 비감지영역을 통과하도록 되어 있다. 그리고 상기 노이즈 감지부는, 상기 터치감지영역 및 상기 비감지영역 중 적어도 어느 한 곳에 배치된 노이즈 감지 전극에 연결되어, 상기 터치감지영역 또는 상기 비감지영역으로부터 유입되는 노이즈를 감지하도록 되어 있다. 그리고 상기 노이즈 제거부는, 상기 노이즈 감지부의 출력값을 이용하여 상기 터치입력감지부의 출력값에 포함된 상기 노이즈에 관한 성분을 제거하도록 되어 있다.
이때, 상기 노이즈 감지 전극의 일부는 상기 터치감지영역 상에 배치되도록 되어 있다.
이때, 상기 터치노드는 디스플레이 출력장치의 공통전극으로서 이용될 수 있다.
본 발명에 따르면 터치감지영역으로 할당되지 않은 비감지영역에 노이즈가 인가된 경우, 이러한 노이즈신호에 의하여 터치감지영역에서 터치입력이 이루어진 것으로 잘못 판단하는 오류를 방지하기 위한 기술을 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 터치입력 감지장치와 디스플레이 장치가 결합된 일체형 입출력장치를 구성하는 입출력패널의 단면구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 입출력장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력 감지장치(1)의 구체적인 구성을 나타낸 것이다.
도 4a는 도 3의 실시예에 따른 터치입력 감지장치의 동작원리를 설명하기 위한 것으로서, 터치감지신호 출력부(20)의 구성을 더 자세히 도시한 것이다. 도 4b는 도 4a에 도시한 MUX의 기능을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 5는 도 3에 나타낸 터치입력 감지장치(1)에 터치 IC(3)와 호스트 컴퓨터(1120)가 더 연결된 구성을 나타낸다.
도 6a는 도 4a에서 설명한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸다.
도 6b는 도 6a의 변형된 실시예이다.
도 6c는 도 6a에 나타낸 터치감지신호 출력부(30)를 포함하는 IC(2), 복수 개의 노이즈 감지 전극(CA1, CA2, CA3), 비감지 영역(A1), 배선(2037), 노이즈 감지 배선(3037)의 연결관계를 나타낸 것이다.
도 7은 도 5의 변형예로서, 도 6c에 나타낸 터치입력 감지장치에 터치 IC(3)와 호스트 컴퓨터(1120)가 더 연결된 구성을 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.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 터치입력장치와 디스플레이 장치가 결합된 일체형 입출력장치를 구성하는 입출력패널의 단면구조를 나타낸 것이다.
입출력패널(1050)은 박막 트랜지스터 어레이 기판(1020), 컬러필터 어레이 기판(1030)과, 두 기판(1020, 1030) 사이에 채워진 액정층(1040)을 갖는 액정표시패널과, 박막 트랜지스터 어레이 기판(1020)의 하측에 형성된 백라이트 유닛(BLU)(1060)을 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이 기판(1020)은, 제1 기판(1021) 상에서 서로 교차하도록 형성된 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극을 포함하는 TFT어레이(1023)와, 그들 위에 도포된 배향막(1025)을 포함할 수 있다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받으며, 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소 전압신호를 화소 전극에 공급할 수 있다.
컬러필터 어레이 기판(1030)은 제2 기판(1031) 상에 액정셀 단위로 형성된 컬러필터들(1033)과, 컬러필터들 간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스(1035)와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통전극(Vcom)(1037)과, 그들 위에 도포되는 배향막(1039)을 포함할 수 있다. 이때, 공통전극(Vcom)(1037)은 여러 개로 분할되어 제공될 수 있다. 즉 복수 개의 공통전극이 존재할 수 있다. 그리고 본 발명의 일 실시예에서 상기 복수 개의 공통전극들은 터치입력감지를 위한 소자로서 활용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 입출력장치의 구조를 나타낸 것이다.
일체형 입출력장치는 입출력패널(1050), 타이밍 콘트롤러(1101), 데이터 구동부(1102), 게이트 구동부(1103), 호스트 컴퓨터(1120), 터치 IC를 포함할 수 있다. 도 2에서는, 편의를 위하여, 입출력패널(1050) 중 게이트 라인들 및 데이터 라인이 형성된 제1 기판(1021)과 복수 개의 공통전극(Vcom)(1037) 만을 도시하였다.
입출력패널(1050)은 컬러필터 어레이, 박막트랜지스터 어레이, 이들 사이에 배치된 액정층, 및 상기 액정층의 셀갭을 유지하기 위한 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 컬러필터 어레이는, 상부기판, 상기 상부기판의 일면에 형성되는 컬러필터, 블랙 매트릭스, 그리고 상기 컬러필터와 블랙 매트릭스의 상부에 형성되는 공통전극(Vcom)을 포함할 수 있다. 박막트랜지스터 어레이는, 하부기판, 및 상기 하부기판의 일면에 서로 교차하도록 형성되는 복수 개의 데이터라인(DL)(1104)들과 복수 개의 게이트라인(GL)(1105)들, 게이트라인(1105)과 데이터라인(1104)이 교차하는 영역에 형성되는 박막 트랜지스터, 및 게이트라인(1105)과 데이터라인(1104)의 교차에 의해 정의되는 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 하부기판의 타면에는 하부 편광판이 배치될 수 있다.
백라이트 유닛은 입출력패널(1050)의 아래 쪽에 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 다수의 광원들을 포함하여 입출력패널(1050)에 균일하게 빛을 조사할 수 있다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛의 광원은 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode) 중 어느 하나 또는 두 종류 이상의 광원을 포함할 수 있다.
데이터 구동부(1102)는 타이밍 콘트롤러(1101)의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링하고 래치할 수 있다. 그리고 데이터 구동부(1102)는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압의 극성을 반전시킬 수 있다. 데이터 구동부(1102) 로부터 출력되는 정극성/부극성 데이터전압은 게이트 구동부(1103)로부터 출력되는 게이트펄스에 동기화될 수 있다. 데이터 구동부 (1102)의 소스 드라이브 IC들 각각은 COG(Chip On Glass) 공정이나 TAB(Tape Automated Bonding) 공정으로 입출력패널(1050)의 데이터라인들(1104)에 접속될 수 있다. 소스 드라이브 IC는 타이밍 콘트롤러(1101) 내에 집적되어 타이밍 콘트롤러(1101)와 함께 원칩 IC 로 구현될 수도 있다.
게이트 구동부(1103)는 타이밍 콘트롤러(1101)의 제어 하에 디스플레이 모드에서 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 출력하고 그 출력의 스윙전압을 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압으로 쉬프트 시킬 수 있다. 게이트 구동부(1103)로부터 출력되는 게이트펄스는 데이터 구동부(1102)로부터 출력되는 데이터전압에 동기되어 게이트라인들(1105)에 순차적으록 공급될 수 있다. 게이트 하이 전압은 박막트랜지스터(T)의 문턱전압 이상의 전압이고, 게이트 로우 전압은 박막트랜지스터(T)의 문턱전압보다 낮은 전압일 수 있다. 게이트 구동부(1103)의 게이트 드라이브 IC 들은 TAP 공정을 통해 입출력패널(1050)의 상기 하부기판의 게이트라인들(1105)에 연결되거나 GIP(Gate In Panel) 공정으로 픽셀과 함께 입출력패널(1050)의 상기 하부기판 상에 직접 형성될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(1101)는 호스트 컴퓨터(1120)로부터의 타이밍신호를 이용하여 데이터 구동부(1102)의 동작 타이밍과 데이터전압의 극성을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호와, 게이트 구동부 (1103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호를 발생할 수 있다.
게이트 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 이네이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함할 수 있다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동부(1103)로부터 매 프레임 기간마다 가장 먼저 게이트펄스를 출력하는 첫 번째 게이트 드라이브 IC에 인가되어 그 게이트 드라이브 IC의 쉬프트 시작 타이밍을 제어할 수 있다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 구동부(1103)의 게이트 드라이브 IC 들에 공통으로 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트 시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 이네이블신호(GOE)는 게이트 구동부(1103) 의 게이트 드라이브 IC 들의 출력 타이밍을 제어할 수 있다.
데이터 타이밍 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호 (Polarity : POL), 및 소스 출력 이네이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함할 수 있다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(1102)에서 가장 먼저 데이터를 샘플링하는 첫 번째 소스 드라이브 IC에 인가되어 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어할 수 있다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 소스 드라이브 IC들 내에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 극성제어신호(POL)는 소스 드라이브 IC 들로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 제어할 수 있다. 소스 출력 이네이블신호 (SOE)는 소스 드라이브 IC 들의 출력 타이밍을 제어할 수 있다. LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스를 통해 데이터 구동부(1102)에 디지털 비디오 데이터(RGB)가 입력된다면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다.
호스트 컴퓨터(1120)는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와, 디스플레이 구동에 필요한 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 LVDS 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 타이밍 콘트롤러(1101)에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상술한 타이밍 콘트롤러(1101), 데이터 구동부(1102), 및 게이트 구동부(1103)는 한 개의 DDI 칩(2, 도 6a)에 포함되어 제공될 수 있다. 도 6a에는 설명의 편의를 위하여 DDI 칩(2)이 타이밍 콘트롤러(1101), 데이터 구동부(1102), 및 게이트 구동부(1103)를 포함하는 예를 나타내었다.
이하 본 명세서에서 상기 공통전극(1037)은 'VCOM 전극(1037)'으로 지칭될 수 있다. 이때 공통전극들이 M*N 행렬형태로 배치될 수 있으며, 도 2의 예에서는 M=6, N=6이다. 이하 p번째 행(row)과 q번째 열(column)에서 교차하는 공통전극(1037)을 VCOM,pq라고 표기할 수 있다. 예컨대 2번째 행(row)과 3번째 열(column)에서 교차하는 공통전극(1037)은 VCOM,23이라고 표기할 수 있다.
일실시예에서, 공통전극(1037)들은 제1 시구간에서는 화면출력을 위한 부품으로 사용되고, 제2 시구간에서는 터치입력여부를 확인하는 부품으로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 것으로서 디스플레이 출력장치가 갖고 있는 공통전극을 터치입력 감지장치의 말단부 센싱장치로서 사용하는 경우를 나타낸 것이지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 도 2와 달리 말단부 센싱장치가 디스플레이 출력장치와 다른 층에 배치되어 별도로 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 일 실시예는 말단부 센싱장치가 디스플레이 출력장치와 일체로 형성되어 있는지 여부에 종속되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력 감지장치(1)의 구체적인 구성을 나타낸 것이다.
터치입력 감지장치(1)는 미리 결정된 방식에 의해 배열된 복수 개의 터치노드(100)들, 상기 복수 개의 터치노드(100)들로부터 검출된 전기적 특성을 이용하여 각 터치노드(100)에서의 터치입력 여부 및 터치입력 수준에 관한 정보를 측정하는 한 개 이상의 터치감지신호 출력부(20, 20_1, 20_2, 20_3, ... , 20_9), 터치노드(100)들과 터치감지신호 출력부(20) 사이를 연결하는 복수 개의 배선(2037)들을 포함할 수 있다. 도 3에서, 한 개의 배선(2037)은 한 개의 터치노드(100)에만 연결된다. 도 3의 예에서 터치노드(100)들은, 6*6 행렬형태로 배치되어 있으며, 6개의 열(column)(C1~C6)과 6개의 행(row)(R1~R6)으로 이루어진다.
이때, 터치노드(100)들로 이루어지는 영역을 터치감지영역(A2)이라고 지칭할 수 있다.
그리고 터치감지신호 출력부(20)들은 상기 터치감지영역을 이루는 터치노드들(100)로부터 독립적으로 제공되는 IC(2)에 포함되어 제공될 수 있다. 이때, 상기 독립된 IC는 터치입력신호만을 처리하는 터치 IC이거나, 또는 디스플레이 제어신호와 터치입력신호를 함께 처리하는 DDI(Display Driving IC)일 수도 있다. 후자의 경우 도 3의 IC(2)에는, 도시되지 않은 다른 기능부들, 예컨대 도 2의 참조번호 1101, 1102, 1103, 1104에 대응하는 기능부들이 더 포함되어 있을 수 있다.
터치감지영역(A2)과 IC(2) 사이에는 물리적인 공간이 존재할 수 있는데, 이 공간은 상기 터치감지영역으로 사용하도록 계획된 것이 아니다. 따라서 터치감지영역(A2)과 IC(2) 사이의 일정 영역을 비감지영역(A1)이라고 지칭할 수 있다. 이때, 터치감지영역(A2)과 IC(2) 사이에 존재하는 영역에는 배선(2037)의 일부분이 배치될 수 있는데, 이러한 배선(2037)의 일부분은 FPCB 상에 형성되어 제공될 수 있다.
각각의 터치노드(100) 상(above)에는 6개의 배선(2037)이 배치되도록 되어 있지만, 각각의 터치노드(100)에는(at) 한 개의 배선(2037)만이 전기적으로 연결되도록 되어 있다. 각 터치노드(100)와 배선(2037)의 결합부가 존재하는 위치를 삼각형, 사각형, 오각형, 및 원으로 표시하였다.
도 3의 실시예에서 36개의 터치노드(100)들은 4개의 그룹으로 구분될 수 있다. 그룹 A, B, C, D는 각각 삼각형, 사각형, 오각형, 및 원으로 표시된 결합부를 갖는 터치노드들을 포함한다. 예컨대, 그룹 A는 터치노드(TN,11, TN,13, TN,15, TN,31, TN,33, TN,35, TN,51, TN,53, TN,55)를 포함할 수 있다.
그리고 도 3의 실시예에서는 총 9개의 터치감지신호 출력부(20)가 제공되는데, 각각의 터치감지신호 출력부(20)는 4개의 배선(2037)이 연결된다. 이때 각각의 터치감지신호 출력부(20), 배선(2037)을 통해, 그룹 A에 속한 한 개의 터치노드, 그룹 B에 속한 한 개의 터치노드, 그룹 C에 속한 한 개의 터치노드, 및 그룹 D에 속한 한 개의 터치노드에 연결될 수 있다.
도 4a는 도 3의 실시예에 따른 터치입력 감지장치의 동작원리를 설명하기 위한 것으로서, 터치감지신호 출력부(20)의 구성을 더 자세히 도시한 것이다. 도 4b는 도 4a에 도시한 MUX의 기능을 더 자세히 나타낸 것이다.
터치감지신호 출력부(20)는 터치입력 감지회로(10) 및 MUX(M1)를 포함할 수 있다. 터치감지신호 출력부(20)에 입력되는 4개의 신호는 4개의 터치노드(100, TN,11, TN,12, TN,21, TN,22)에 연결된 4개의 배선(2037)들로부터 제공받을 수 있다. 상기 4개의 신호는 MUX(M1)의 입력부에 제공될 수 있다.
도 4b에 나타낸 MUX의 구조를 살펴보면, 각 MUX가 4개의 입력(IN1~IN4) 중 하나 이상을 선택하여 출력단자(OUT)에 연결하는 기능을 할 수 있다. 따라서 동시에 2개 이상의 입력이 출력에 연결될 수 있다. 이를 위하여 4비트의 입력 선택부(Sel-4bit)가 제공될 수 있다. 이때, 상기 4개의 신호는 4개의 배선(2037)을 통해 흐르는 전류의 흐름이며, 이 전류의 흐름은 MUX에 포함된 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)를 통해 합쳐(superimpose)질 수 있다. 상기 합쳐진 값은 상기 출력단자(OUT)를 통해 출력될 수 있다.
터치입력 감지회로(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 미리 결정된 전압신호(Vdp)가 입력될 수 있다. 그리고 편의상 터치입력 감지회로(10)의 입력단자(11)를 정의할 수 있는데 입력단자(11)는 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 동일한 단자일 수 있다. 입력단자(11)는 MUX(M1)의 출력단자(OUT)에 연결될 수 있다.
상기 전압신호(Vdp)는 주기성을 갖는 신호일 수 있다. 나아가 DC 성분이 0(zero)인 주기 신호, 즉 교류 주기 신호일 수도 있다. 또는 전압신호(Vdp)는 주기신호가 아닐 수도 있으며, 이때 주파수 fc의 성분을 갖는 신호일 수도 있다. 또는 미리 결정된 전압을 갖는 DC 신호일 수도 있다.
터치입력 감지회로(10)의 출력신호(①)의 값은 입력단자(11)를 통해 흐르는 전류의 값에 의해 결정될 수 있다. 그리고 입력단자(11)를 통해 흐르는 상기 전류의 크기는 터치노드(TN,11, TN12, TN,21, TN,22)와 손가락(17) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 출력신호(①)의 값을 이용하여 터치노드(TN,11, TN12, TN,21, TN,22)에 터치입력이 이루어졌는지 여부를 알아 낼 수 있다. 일 실시예에서, 상기 MUX(M1)의 출력단자(OUT)에 기생 커패시턴스(미도시)가 연결된 경우, 입력단자(11)를 통해 흐르는 전류의 크기는 이 기생 커패시턴스에 의한 영향을 받을 수도 있다.
도 4a에서 터치노드(TN,11, TN12, TN,21, TN,22)에서 터치입력이 이루어졌는지 여부를 확인하는 프로세스는 주기적으로 갱신될 수 있으며, 상기 갱신이 필요한 경우에 스위치(SWr)이 잠시 동안 온(on) 상태로 리셋될 수 있다.
한편, 도 4a에서 터치노드(TN,11)에 연결된 배선(2037_1)의 일부는 상술한 비감지영역(A1)을 지나날 수 있다. 이때, 터치노드(TN,11)에는 터치입력이 이루어지지 않았지만, 비감지영역(A1)에는 터치가 이루어진 경우, 상기 배선(2037_1)의 상기 일부와 손가락 사이에 커패시턴스(Cn)이 형성될 수 있다. 그리고 이때, 상기 커패시턴스(Cn)에 의하여 전류(i11)가 형성되어 흐를 수 있다. 이 전류(i11) 때문에 터치입력 감지회로(10)는 특정 값을 출력할 수 있고, 그 결과 터치노드(TN,11)d에 터치입력이 이루어졌다는 판단을 할 수 있다. 그러나 이 경우 실제로 터치는 비감지영역(A1)에서 이루어진 것이기 때문에 터치입력이 이루어진 것으로 판단하면 안 된다. 그럼에도 불구하고, 도 4a에 제시한 회로에 의하면, 터치입력 감지회로(10)는 상기 터치가 터치노드(TN,11)에서 이루어진 것인지, 아니면 비감지영역(A1)에서 이루어진 것인지를 알 수 없다는 문제점이 있다.
상술한 현상은 비감지영역(A1)에 외부 전자기파에 의한 노이즈가 유입된 경우에도 발생할 수 있다. 즉, 이때에도 상기 전류(i11)가 형성될 수 있다.
도 5는 도 3에 나타낸 터치입력 감지장치(1)에 터치 IC(3)와 호스트 컴퓨터(1120)가 더 연결된 구성을 나타낸다.
각 터치노드(100)는 서로 전기적으로 분리되어 있으며, 각각 배선(2037)을 통해 IC(2)에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, IC(2)는 도 2에 도시한 타이밍 콘트롤러(1101), 데이터 구동부(1102), 및 게이트 구동부(1103)를 포함할 수도 있다. 도 5에 나타낸 각 터치노드(100) 사이의 갭의 크기는 설명의 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다.
IC(2)에는 도 4a에 도시한 터치감지신호 출력부(20)가 한 개 이상 포함될 수 있다. 도 5에서 각각의 터치감지신호 출력부의 인덱스는 20_k (단, k=1, 2, 3, ... 9)로 표기하였고, 36개의 터치노드들의 인덱스는 Ak, Bk, Ck, Dk (단, k=1, 2, 3, ... 9)로 표기하였다. 그리고 이때, 터치감지신호 출력부(20_k)는 터치노드(Ak, Bk, Ck, Dk) (단, k=1, 2, 3, ... 또는 9) 중 어느 하나 또는 복수 개를 선택하여 입력받도록 되어 있다.
각 터치감지신호 출력부(20_k)에 연결되는 터치노드(100)는 총 4개이기 때문에, 총 36개의 터치노드들은 총 4개의 그룹으로 구분될 수 있다. 도 5에서 상기 4개의 그룹은 그룹 A, 그룹 B, 그룹 C, 및 그룹 D이며, 각 그룹에는 각각 9개의 터치노드가 포함된다. 상기 그룹 A는 터치노드(A1~A9)를 포함하고, 상기 그룹 B는 터치노드(B1~B9)를 포함하고, 상기 그룹 C는 터치노드(C1~C9)를 포함하고, 그리고 상기 그룹 D는 터치노드(D1~D9)를 포함한다.
터치감지신호 출력부(20_k)는 자신에게 연결되어 있는 터치노드 중 어느 하나 또는 하나 이상에서 터치입력이 이루어졌는지 여부를 출력하도록 되어 있다. 또한 터치감지신호 출력부(20_k)는 터치입력이 이루어진 경우 그 입력강도에 관한 값을 출력하도록 되어 있다. 상기 복수 개의 터치감지신호 출력부(20_k)들의 출력값들(①)은 모두 터치 IC(3)에게 제공될 수 있다. 터치 IC(3)는 상기 출력값들(①)을 기초로 복수 개의 터치노드들 중 어느 부분에 터치입력이 이루어졌는지를 계산하여 터치좌표를 결정할 수 있다. 호스트 컴퓨터(1120)는 터치 IC(3)로부터 상기 터치좌표를 전송받고, 이 터치좌표에 대응되는 어플리케이션을 실행할 수 있다.
여기서 실시예에 따라서는 터치 IC(3)는 IC(2)와 일체로 형성되어 제공될 수도 있다.
도 6a는 도 4a에서 설명한 문제점을 해결하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지장치의 구조를 나타낸다.
도 6a에 도시된 터치감지신호 출력부(30)는 도 4a에 도시된 터치감지신호 출력부(20)에 다른 구성요소가 더 추가된 것이다.
도 6a에 따른 터치입력 감지장치에서는 비감지영역(A1) 상에서 발생한 터치 이벤트 또는 외부 노이즈 입력 이벤트에 관한 정보를 얻기 위하여, 비감지영역(A1)에 노이즈 감지 전극(CA1)을 제공할 수 있다. 이때, 노이즈 감지 전극(CA1)은 터치입력 감지장치의 설계예에 따라 서로 다른 모양을 할 수 있다는 점을 이해할 수 있다.
예컨대, 손가락이 비감지영역(A1) 상의 배선(2037) 근처에 존재하는 경우, 손가락과 배선(2037) 사이에 커패시턴스(Cn)가 형성될 뿐만 아니라, 손가락과 노이즈 감지 전극(CA1) 사이에도 커패시턴스(Cn')가 형성될 수 있다. 이때, 커패시턴스(Cn)와 커패시턴스(Cn')에는 소정의 상관관계가 있을 것이라는 것을 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 노이즈 감지 전극(CA1)을 노이즈 감지 배선(3037)을 통해 노이즈 감지부(10_1)에 연결하면 커패시턴스(Cn')에 관련된 값을 얻을 수 있다.
이때, 예컨대 노이즈 감지부(10_1)는 터치입력 감지회로(10)와 동일한 구성의 회로로 이루어질 수 있다(다만, 각 소자의 파라미터 값은 서로 다를 수 있다). 이렇게 하면, 노이즈 감지 전극(CA1) 상에 손가락이 위치하는 경우에, 노이즈 감지 배선(3037)을 통해 노이즈 전류(i11')가 흐를 수 있고, 노이즈 전류(i11')를 노이즈 감지부(10_1)가 적분하여, 관련된 값을 출력할 수 있다.
이때, 노이즈 제거부(40)는, 노이즈 감지부(10_1)의 출력값을 이용하여 터치입력 감지회로(10)의 출력으로부터 비감지영역(A1)에서 발생한 노이즈에 의한 영향을 제거할 수 있다.
*일 실시예에서, 노이즈 감지 전극(CA1)은 배선(2037)과 동일한 층에 배치될 수 있다. 이때, 노이즈 감지 전극(CA1)의 모양은 배선(2037)과 겹치지 않는 모양으로 제공될 수 있다. 노이즈 감지 전극(CA1)은 전도성 재질로 이루어질 수 있으며, 경우에 따라 미리 결정된 값을 갖는 커패시터를 통해 미리 결정된 기준전위에 연결될 수 있다. 이때, 상기 미리 결정된 값을 같는 커패시터는 노이즈 감지 전극(CA1) 근처에 존재하는 배선(2017)들에 연결된 터치노드에 존재하는 기생 커패시턴스들로 이루어진 것일 수 있다.
노이즈 감지 전극(CA1)과 배선(2037)은 서로 절연상태를 유지해야 한다. 그리고 배선(2037)과 노이즈 감지 배선(3037)은 서로 절연상태를 유지해야 한다. 상기 절연을 위한 절연층이 제공될 수 있다는 점을 이해할 수 있다.
그리고 노이즈 감지 전극(CA1)과 노이즈 감지 배선(3037)은 서로 전기적으로 연결되어야 한다.
노이즈 감지 전극(CA1)은 배선(2037)과 동일한 층에 배치되기 때문에, 노이즈 감지 전극(CA1)과 노이즈 감지 배선(3037)를 연결하기 위해, 노이즈 감지 배선(3037)과 배선(2037)이 서로 교차하는 경우, 이 교차영역에 절연층을 제공할 수도 있다.
다른 실시예에서, 노이즈 감지 전극(CA1)은 배선(2037)과 다른 층에 배치될 수 있다. 이때, 노이즈 감지 전극(CA1)의 형상은 구체적인 설계에 따라 달라질 수 있다.
도 6b는 도 6a의 변형된 실시예이다.
터치감지영역(A1)과 터치감지신호 출력부(30) 사이에는 또 다른 IC(231), 예컨대 디스플레이 드라이버 IC가 제공될 수 있다. 즉, IC(231)는 배선(2037)이 지나가는 영역에 존재할 수 있다. 따라서 비감지영역은 제1 비감지영역(A1_1)과 제2 비감지영역(A1_2)으로 물리적으로 분할될 수도 있다. 이 경우, 제1 비감지영역(A1_1)에는 제1 노이즈 감지 전극(CA1_1)이 제공되고, 제2 비감지영역(A1_2)에는 제2 노이즈 감지 전극(CA1_2)이 제공될 수 있다. 노이즈 감지 전극(CA1)과 노이즈 감지 전극(CA1_1)은 노이즈 감지 배선(3037)에 함께 연결될 수 있다. 노이즈 감지 배선(3037)은 제1 노이즈 감지 전극(CA1_1)과 제2 노이즈 감지 전극(CA1_2)을 통해 흐르는 제1 노이즈 전류(i11_1)와 제2 노이즈 전류(i11_2)를 노이즈 감지부(10_1)에 제공할 수 있다.
이때 상기 또 다른 IC(231)은 자신에게 할당된 고유의 기능을 수행하도 되어 있는 기능부(232)가 포함되어 있을 수 있으며, 배선(2037)은 단순히 IC(231)을 경유할 수 있다.
도 6c는 도 6a에 나타낸 터치감지신호 출력부(30)를 포함하는 IC(2), 복수 개의 노이즈 감지 전극(CA1, CA2, CA3), 비감지 영역(A1), 배선(2037), 노이즈 감지 배선(3037)의 연결관계를 나타낸 것이다.
비감지 영역(A1)에는 노이즈 감지 전극(CA1, CA2, CA3)이 복수 개 배치될 수 있다. 노이즈 감지 전극(CA1, CA2, CA3)의 개수 및 형태 그리고 레이아웃은 터치감지영역(A2)에서는 터치노드들의 배치, IC(2) 내에서의 터치감지신호 출력부(30)들의 배열, 및 배선(2037)들의 배치 형태를 기초로 실시예마다 다르게 설계될 수 있다.
일 실시예에서는 한 개의 노이즈 감지 전극이 한 개의 터치감지신호 출력부(30)에 연결되는 배선(2037)들만을 덮도록 설계될 수 있지만, 다른 실시예에서는 한 개의 노이즈 감지 전극이 두 개 이상의 터치감지신호 출력부(30)에 연결되는 배선(2037)들을 덮도록 설계되어야만 할 수도 있다. 후자의 경우, 한 개의 노이즈 감지 전극에 연결된 노이즈 감지 배선(3037)은 복수 개의 터치감지신호 출력부(30)에 공통적으로 연결될 수 있다. 도 6c의 경우 상기 후자에 해당한다.
도 7은 도 5의 변형예로서, 도 6c에 나타낸 터치입력 감지장치에 터치 IC(3)와 호스트 컴퓨터(1120)가 더 연결된 구성을 나타낸다.
도 7과 도 5에서 서로 공통된 부분의 설명은 생략한다.
터치감지신호 출력부(30_k)는 자신에게 연결되어 있는 터치노드 중 어느 하나 또는 하나 이상에서 터치입력이 이루어졌는지 여부를 출력하도록 되어 있다. 또한 터치감지신호 출력부(30_k)는 터치입력이 이루어진 경우 그 입력강도에 관한 값을 출력하도록 되어 있다. 상기 복수 개의 터치감지신호 출력부(30_k)들의 출력값들(②)은 모두 터치 IC(3)에게 제공될 수 있다. 터치 IC(3)는 상기 출력값들(②)을 기초로 복수 개의 터치노드들 중 어느 부분에 터치입력이 이루어졌는지를 계산하여 터치좌표를 결정할 수 있다.
도 7의 구성에 따르면 비감지영역(A1)에 터치 이벤트가 발생하여 노이즈가 생기더라도 이에 의한 영향을 없앨 수 있다.
상술한 실시예에서 터치노드는 6*6의 행렬구조로 되어 있으나, 예컨대 12*22의 행렬구조와 같이 임의의 행 수와 열 수를 갖도록 배치되어 있을 수 있다. 그리고 터치노드들은 평면 상에 배치될 수도 있지만, 곡면 상에 배치될 수도 있다. 그리고 터치노드들은 서로 직교하는 두 축 상에서 행렬형태로 배치될 수도 있지만, 벌집구조와 같이 지그재그 구조로 배치될 수도 있다. 또한, 터치노드들이 3차원 구조로 배치되더라도 본 발명의 사상을 적용할 수 있다.
상술한 실시예들은 자기용량방식(self capacitive)의 터치구조의 예를 들은 것이지만, 상호용량방식(mutual capacitance) 방식의 터치구조에서도 적용가능하다는 점을 이해할 수 있다. 왜냐하면, 상호용량방식의 터치구조에서도 비감지영역에서 터치 이벤트가 발생하는 경우, 이 비감지영역에서의 영향은 자기용량방식과 유사한 방식에 의해 감지되기 때문이다.
상술한 노이즈 감지 전극들은 상기 비감지영역(A1) 상에 배치되어 있는데, 상기 노이즈 감지 전극의 일부는 터치감지영역(A2)까지 확장되어 배치될 수도 있다. 예컨대, 도 7의 터치노드(A1)에 터치입력이 이루어진 경우를 가정하여 설명할 수 있다. 이때, 도 7의 터치노드(D1)에는 터치입력이 이루어지지 않았지만, 터치노드(D1)를 통해 노이즈가 유입되는 경우를 가정할 수 있다. 이 경우, 터치감지신호 출력부(30_1)에 연결된 노이즈 감지 전극(CA1)이 터치노드(D1)의 위치까지 연장되어 있는 경우, 터치감지신호 출력부(30_1)는 노이즈 감지 전극(CA1)을 통해 터치노드(D1)에 유입된 노이즈의 영향을 측정하고, 상기 노이즈의 영향을 제거할 수 있다.
본 발명의 변형된 실시예에서는 상기 노이즈 감지 전극이 상기 비감지영역에는 배치되지 않고 상기 터치감지영역 상에만 배치되도록 할 수도 있다.
또한 상술한 실시예 중에는 말단부 센서장치로 이용되는 전극들이 디스플레이 출력장치와 터치입력 감지장치에서 공유되는 경우가 설명되어 있다. 그러나 말단부 센서장치로 이용되는 전극들이 디스플레이 출력장치와는 무관하게 별도로 제공되는 경우에도 본 발명의 사상이 적용될 수 있다는 점을 쉽게 이해할 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (5)

  1. 한 개 이상의 터치노드를 포함하는 감지전극부를 포함하는 터치감지영역;
    상기 한 개 이상의 터치노드들에 대한 터치입력에 관한 정보를 출력하는 터치감지신호 출력장치; 및
    상기 터치감지영역과 상기 터치감지신호 출력장치 사이의 비감지영역을 배선이 통과하며, 상기 터치감지영역의 외부에 위치한 상기 비감지영역에 배치되는 노이즈 감지 전극;을 포함하며,
    상기 터치감지신호 출력장치의 터치신호 입력단자는, 상기 한 개 이상의 터치노드에 연결되어 있으며 상기 비감지영역을 통과하는 상기 배선에 연결되어 있고,
    상기 터치감지신호 출력장치의 노이즈 신호 입력단자는, 상기 노이즈 감지 전극에 연결되도록 되어 있으며,
    상기 터치감지신호 출력장치는,
    상기 배선에 연결되어 상기 터치감지영역에 대한 터치입력에 관한 정보를 감지하는 터치입력감지부;
    상기 노이즈 감지 전극에 연결되어 상기 비감지영역으로부터 유입되는 노이즈를 감지하는 노이즈 감지부; 및
    상기 노이즈 감지부의 출력값을 이용하여 상기 터치입력감지부의 출력값에 포함된 상기 노이즈에 관한 성분을 제거하는 노이즈 제거부;를 포함함으로써,
    상기 비감지영역의 상기 배선과 손가락 사이에 발생하는 커패시턴스 변화에 의해서 발생되는 노이즈를 상기 노이즈 감지 전극을 통해서 상기 터치감지영역 밖에서 감지하고, 상기 노이즈 감지 전극을 통해서 감지된 상기 노이즈를 상기 노이즈 감지부가 수신하며,
    상기 노이즈 감지 전극으로부터 수신하는 신호를 이용하여 상기 배선으로부터 유입되는 노이즈에 의한 영향을 상기 노이즈 제거부에서 제거하는 터치입력 감지장치.
  2. 복수개의 터치노드를 포함하는 감지전극부를 포함하는 터치감지영역;
    서로 인접한 복수개의 상기 터치노드가 하나의 그룹을 형성하며, 상기 그룹 각각에 대한 터치입력에 관한 정보를 출력하되, 상기 그룹 내의 상기 터치노드 각각의 신호를 선택하여 출력할 수 있도록 상기 터치노드와 일대일로 대응하는 스위치를 갖는 입력 선택부를 포함하는 터치감지신호 출력장치; 및
    상기 터치감지영역과 상기 터치감지신호 출력장치 사이의 비감지영역을 배선이 통과하며, 상기 터치감지영역의 외부에 위치한 상기 비감지영역에 배치되는 노이즈 감지 전극;을 포함하며,
    상기 터치감지신호 출력장치의 터치신호 입력단자는, 상기 한 개 이상의 터치노드에 연결되어 있으며 상기 비감지영역을 통과하는 배선에 연결되어 있고,
    상기 터치감지신호 출력장치의 노이즈 신호 입력단자는, 상기 노이즈 감지 전극에 연결되도록 되어 있으며,
    상기 터치감지신호 출력장치는, 상기 노이즈 감지 전극으로부터 수신하는 신호를 이용하여 상기 배선으로부터 유입되는 노이즈에 의한 영향을 제거하는 터치입력 감지장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 터치노드는 디스플레이 출력장치의 공통전극으로서 이용되는 것을 특징으로 하는, 터치입력 감지장치.
  4. 터치입력감지부; 노이즈 감지부; 및 노이즈 제거부를 포함하는 터치감지신호 출력장치로서,
    상기 터치입력감지부는, 터치노드에 연결되어 있는 배선에 연결되도록 되어 있으며,
    상기 배선은 상기 터치노드를 포함하는 터치감지영역 및 상기 터치감지영역과 상기 터치감지신호 출력장치 사이에 형성된 비감지영역을 통과하도록 되어 있고, 상기 비감지영역은 상기 터치감지영역의 외부에 배치되고,
    상기 비감지영역의 상기 배선과 손가락 사이에 발생하는 커패시턴스 변화에 의해서 발생되는 노이즈를 노이즈 감지 전극을 통해서 상기 터치감지영역 밖에서 감지하고, 상기 노이즈 감지부는 상기 노이즈 감지 전극을 통해서 감지된 상기 노이즈를 수신하며,
    상기 노이즈 제거부는, 상기 노이즈 감지부의 출력값을 이용하여 상기 터치입력감지부의 출력값에 포함된 상기 노이즈에 관한 성분을 제거하도록 되어 있는,
    터치감지신호 출력장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 터치노드는 디스플레이 출력장치의 공통전극으로서 이용되는 것을 특징으로 하는, 터치감지신호 출력장치.
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