KR101881569B1 - 멀티 칩 터치스크린 시스템 - Google Patents

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김현수
양선호
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Abstract

본 발명은 정전용량 방식 터치스크린에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식 터치스크린은, MCU(micro control unit) 및 메모리를 포함하는 터치 IC를 포함하는 마스터; 및 MCU 및 메모리를 포함하는 터치 IC를 포함하는 하나 이상의 슬레이브를 포함하고, 상기 마스터와 하나의 이상의 슬레이브는 서로 직렬로 연결되며, 상기 마스터는 최상위 프로세서인 호스트로 정보를 전송하는 터치 센서를 포함할 수 있다. 본 발명에 의하면, 저가의 MCU 및 적은 메모리를 이용하여 표시 패널을 확장할 수 있으므로, 고가의 고성능 AP를 사용하지 않아 터치스크린의 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.

Description

멀티 칩 터치스크린 시스템{MULTI-CHIP TOUCHSCREEN SYSTEM}
본 발명은 멀티 칩 터치스크린 시스템에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 확장성을 고려하여 메모리를 효율적으로 관리하고 인터페이스 속도를 높일 수 있는 멀티 칩 터치스크린 시스템에 관한 것이다.
유저 인터페이스(user interface)는 사용자와 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로, 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이, 적외선 통신이나 고주파 통신 기능을 갖는 원격 제어기 등이 있다. 최근 이러한 유저 인터페이스는 터치 유저 인터페이스, 음성인식 유저 인터페이스 및 3D 유저 인터페이스 등으로 진화하고 있다.
이 중 터치 유저 인터페이스는 표시 패널 상에 터치스크린을 구현하여 터치 입력을 감지하여 사용자 입력을 전자기기에 전송한다. 터치 유저 인터페이스는 스마트폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있으며, 노트북, 컴퓨터 모니터와 각종 가전제품에 확대하여 적용되고 있다.
터치 센서들을 표시패널의 픽셀 어레이에 내장하는 기술을 이용하여 터치스크린을 구현방법이 최근 적용되고 있다. 터치 센서들을 터치 전후 정전 용량의 변화를 바탕으로 터치를 센싱하는 정전 용량 타입의 터치 센서로 구현될 수 있다.
그런데 이러한 터치 센서들을 이용하여 표시 패널 상에 터치스크린을 구현하면, 확장하기 위한 IC와 동일한 메모리를 추가하여야 하고, 또한, 그에 다른 상당히 고가의 메모리가 내장된 고성능 AP를 필요한 문제가 있다.
대한민국 공개특허 제10-2017-0049668호 (22017.05.11)
본 발명이 해결하고자 하는 과제는, 표시 패널을 확장할 때, 단위 터치 센서를 확장하더라도 각 터치 센서에 필요한 메모리를 효율적으로 확장할 수 있는 멀티 칩 터치스크린 시스템을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 터치스크린 시스템은, 터치스크린의 사이즈를 확대할 수 있도록 MCU(micro control unit) 및 메모리를 포함하는 터치 IC를 포함하는 마스터; 및 MCU 및 메모리를 포함하는 터치 IC를 포함하는 하나 이상의 슬레이브를 포함하고, 상기 마스터와 하나의 이상의 슬레이브는 서로 직렬로 연결되며, 상기 마스터는 최상위 프로세서인 호스트로 정보를 전송하는 터치 센서를 포함할 수 있다.
이때, 상기 하나 이상의 슬레이브는 제1 및 제2 슬레이브를 포함하고, 상기 마스터, 제1 슬레이브 및 제2 슬레이브는 서로 인접하게 배치될 수 있다.
그리고 상기 마스터, 제1 및 제2 슬레이브는 각각 kick, done 및 drv 인터페이스를 포함하고, 상기 마스터의 kick 인터페이스는 상기 제2 슬레이브의 done 인터페이스에 전기적으로 연결되고, 상기 제1 슬레이브의 kick 인터페이스는 상기 마스터의 done 인터페이스에 전기적으로 연결되며, 상기 제2 슬레이브의 kick 인터페이스는 상기 제1 슬레이브의 done 인터페이스에 전기적으로 연결될 수 있다.
또한, 상기 마스터, 제1 슬레이브 및 제2 슬레이브의 Drv 인터페이스는 서로 전기적으로 연결될 수 있다.
이때, 상기 마스터, 제1 슬레이브 및 제2 슬레이브는 순차적으로 드라이빙을 수행할 수 있다.
그리고 상기 마스터는 상기 하나 이상의 슬레이브에서 메모리 및 터치 정보를 수신하여, 수신된 메모리 및 터치 정보와 자신의 메모리 및 터치 정보를 상기 호스트로 전송할 수 있다.
여기서, 상기 마스터 및 하나 이상의 슬레이브에 포함된 메모리는 각각 인접한 영역을 제외한 터치 정보를 저장하는 제1 메모리 및 인접한 영역에 대한 터치 정보를 저장하는 제2 메모리를 포함할 수 있다.
또한, 상기 마스터는 상기 하나 이상의 슬레이브에서 공통된 주소(address) 영역에 대한 터치 정보를 동시에 읽어올 수 있다.
이때, 상기 마스터는 상기 터치 정보를 SPI(serial peripheral interface) 방식으로 읽어올 수 있다.
본 발명에 의하면, 저가의 MCU 및 적은 메모리를 이용하여 표시 패널을 확장할 수 있으므로, 고가의 고성능 AP를 사용하지 않아 터치스크린의 제조단가를 낮출 수 있는 효과가 있다.
또한, 표시 패널을 확장할 때, 기존에는 n배의 사이즈로 표시 패널을 확장할 때 n2로 메모리가 확장되었지만, 본 발명에 의하면, n배의 메모리만으로 확장할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 멀티 칩 터치스크린 시스템에 포함된 self capacitive 터치 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 2는 멀티 칩 터치스크린 시스템에 포함된 mutual capacitive 터치 센서를 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 터치스크린 컨트롤러의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 4는 정전용량 방식의 터치 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 5는 종래의 표시 패널을 확장하는 경우, 필요한 메모리와 터치 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 터치스크린 시스템에서 표시 패널을 확장하기 위한 터치 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 터치스크린 시스템에서 표시 패널을 확장하기 위한 방식과 터치 센서의 동작 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 터치스크린 시스템에서 필요한 메모리에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티 칩 터치스크린 시스템에서 슬레이브 IC 터치 정보를 읽어오는 것에 대해 설명하기 위한 도면이다.
본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 첨부된 도면을 참조하여 더 구체적으로 설명한다.
도 1은 멀티 칩 터치스크린 시스템에 포함된 self capacitive 터치 센서를 설명하기 위한 도면이고, 도 2는 멀티 칩 터치스크린 시스템에 포함된 mutual capacitive 터치 센서를 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 1을 참조하면, self capacitive 터치 센서는 두 개의 ITO에 각각 전기장(CP)이 형성되어 있으며, 사용자가 터치스크린에 터치 입력 시에 전기장(CFinger)이 추가로 형성된다. 그에 따라 전극의 self CAP이 증가한다. 그리고 물방울 등의 이물질에 의해 발생하는 오동작이 없는 장점이 있지만, 멀티터치가 어렵고, 정확도가 높지 않은 단점이 있다. 이때, 각 채널은 sensing channel로 구성된다.
그리고 도 2를 참조하면, mutual capacitive 터치 센서는, 두 개의 ITO가 배치되어 있으며, 두 개의 ITO 사이에 전기장(CP)이 형성된다. 그리고 사용자에 의해 터치스크린에 터치 입력 시에 두 전극 사이의 mutual CAP이 감소한다. 이러한 mutual capacitive 터치 센서는 멀티터치가 가능하고 정확도가 우수한 장점이 있다. 그리고 터치스크린 상의 터치 좌표 검출에 사용된다. 이때, mutual capacitive 터치 센서의 X축은 driving 채널로 구성되고, Y축은 sensing 채널로 구성된다.
도 3은 터치스크린 컨트롤러의 구성을 설명하기 위한 도면이고, 도 4는 정전용량 방식의 터치 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
도 3을 참조하면, 터치스크린 컨트롤러는 패널과 터치센서 컨트롤러 IC 및 펌웨어부(F/W, firmware)를 포함한다. 터치센서 컨트롤러 IC는 아날로그부 및 디지털부로 구분되며, 아날로그부는 패널과 통신이 이루어질 수 있다. 그리고 디지털부는 펌웨어부와 통신이 이루어질 수 있다. 아날로그부는, 패널과 통신하는 멀티플렉서(MUX), 아날로그 Front-End, signal processing, analog-digital converter(ADC), 전원(power) 및 오실레이터(oscillator)를 포함한다. 그리고 디지털부는, 디지털 신호처리부(DSP), 왓치독 타이머(WDT), 고성능 버스(BUS Matrix), 레지스터(register), 메일 박스(mail box), SRAM, 플래시 메모리(flash memory) 및 인터페이스(interface)를 포함한다.
그리고 펌웨어부는, 컨트롤러 IC 제어부, 신호처리 및 좌표연산부, 각종 보정 알고리즘부 및 사용자 프로그램을 포함한다.
그리고 정전용량 방식의 터치 센서는 도 4를 참조하여 설명하면, 터치 센서와 capacitive 터치 컨트롤러가 통신이 이루어질 수 있다. 이때, 터치 센서의 크기는 X축과 Y축에 의해 대각선의 길이로 표현될 수 있다. 여기서, X축은 드라이빙 채널(driving channel)이고, Y축은 센싱 채널(sensing channel)이다. 그리고 capacitive 터치 컨트롤러는, AFE(analog front end), ADC(analog to digital converter), Touch DSP(digital signal processing unit), MCU(micro control unit) 및 메모리(memory)를 포함한다.
도 5는 종래의 표시 패널을 확장하는 경우, 필요한 메모리와 터치 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
상기와 같이 구성된 터치스크린에서, 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 하나의 터치 센서에 대해 일례로, 10인치 터치 패널(10")을 지원하는 칩의 메모리가 1Kbit인 경우에 대해 설명한다. 이때, 동일한 칩을 연결하여 20인치의 터치 패널(20")을 지원하도록 확장하면, 이때, 하나의 칩은 4배의 메모리가 필요하여 4Kbit의 메모리가 필요하다. 그에 따라 40인치의 터치 패널을 지원하기 위해서는 4개의 칩을 연결하여야 하고, 그에 따라 하나의 칩에는 16Kbit의 메모리가 필요하다.
즉, 터치 패널의 크기가 n배 커지면, 이때, 하나의 칩에 필요한 메모리는 n2의 메모리가 필요하다.
또한, 도 5의 (b)를 참조하면, ROIC(read out IC)는 아날로그 및 디지털 터치 유닛을 포함하고, ROIC는 센서 배선의 신호 변화를 바탕으로 터치 센서의 정전용량 변화를 검출하여 디지털 데이터로 변환하는 역할을 한다. 즉, ROIC는 센싱만 담당하기 때문에 단독으로 판매하거나 사용하는 것이 불가능하다. 그리고 ROIC에서 센싱된 데이터를 별도의 MCU나 AP로 전송하여야 하기 때문에 ROIC와 MCU 또는 ROIC와 AP가 하나의 모듈로 구성될 필요가 있다. 그렇기 때문에 도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 터치 센서를 확장하기 위해서는 고가의 메모리가 포함된 고성능 AP를 필요로 한다. 이때, 호스트(host)는 set을 운영하는 최상위 프로세서(processor)이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치스크린에서 표시 패널을 확장하기 위한 터치 센서의 구성을 설명하기 위한 도면이다.
따라서 본 실시예에 따른 정전용량 방식 터치스크린에서 터치 센서는 터치 IC(touch IC)를 이용한다. 터치 IC는 저가의 MCU(micro control unit)와 적은 메모리를 포함하고, 각 터치 IC는 단위 터치 센서(K인치)를 지원할 수 있다. 그에 따라 본 실시예에서 터치 IC는 단독으로 판매가 가능하고, ROIC 조합과 같이 고가의 고성능 AP를 이용하지 않아도 된다.
또한, 도시된 바와 같이, 마스터(master) 및 슬레이브(slave)를 구성하기 위한 PIN이 필요하다. 여기서, 마스터로 구성된 칩은 호스트(host)와 통신이 이루어질 수 있으며, 이에 대한 자세한 구성은 후술한다. 이렇게 도 6에 도시된 바와 같이, 하나의 마스터와 세 개의 슬레이브를 이용하면 4*K인치(4*K")의 터치 센서를 지원할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치스크린에서 표시 패널을 확장하기 위한 방식과 터치 센서의 동작 구성을 설명하기 위한 도면이다.
먼저, 도 7의 (a)를 참조하면, 4*K"의 터치 센서의 구성은 마스터(master) 및 제1 내지 제3 슬레이브(slave0, slave1, slave2)를 포함한다. 이때, X축 방향으로, 최상단에서 마스터의 드라이빙 신호를 발생하고, 그 하단에서 제1 슬레이브의 드라이빙 신호를 발생한다. 그리고 그 하부에서 제2 슬레이브의 드라이빙 신호를 발생하며, 최하단에서 제3 슬레이브의 드라이빙 신호를 발생한다.
그리고 맨 좌측에서 마스터 메모리의 센싱 정보를 저장하고, 그 우측에서 제1 슬레이브의 메모리 센싱 정보를 저장한다. 그리고 그 우측에서 제2 슬레이브의 메모리 센싱 정보를 저장하며, 맨 우측에서 제3 슬레이브의 메모리 센싱 정보를 저장한다.
또한, 도 7의 (b)를 참조하면, 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브는 kick, done 및 Drv(이때, Drv는 X축의 driving 신호임)의 인터페이스가 각각 배치되며, 마스터의 kick은 제3 슬레이브의 done과 전기적으로 연결되고, 제1 슬레이브의 kick은 마스터의 done과 전기적으로 연결된다. 그리고 제2 슬레이브의 kick은 제1 슬레이브의 done과 전기적으로 연결되며, 제3 슬레이브의 kick은 제2 슬레이브의 done과 전기적으로 연결된다. 또한, 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브의 Drv는 각각 서로 전기적으로 연결된다.
그에 따라 마스터가 Drv 신호를 인가하면 센싱이 시작된다. 그리고 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브는 각각 자신의 순서에서만 Drv가 아웃풋(output)으로 설정되며, 자신이 순서가 아닌 경우, Drv는 인풋(input)으로 동작된다. 이때, 아웃풋(output)은 Hi-Z(하이 임피던스) 상태이다.
그리고 도 7의 (c)를 참조하면, 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브는 자신이 담당하는 드라이빙 수가 완료되면, done 신호를 다음 칩의 kick 신호와 연결되어 kick 신호를 수신한 칩이 드라이빙을 담당하도록 신호를 전송할 수 있다. 마지막 칩에서 드라이빙이 완료되면 마스터 칩에 done 신호를 전송하여, 전체 터치 센서의 센싱이 완료된 상태가 되어 마스터는 센싱을 종료한다.
이렇게 센싱이 종료되면, 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브는 터치 정보 등을 구성하고, 프레임 메모리 및 터치 정보 등을 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브로부터 읽어온다. 그리고 마스터는 제1 내지 제3 슬레이브에서 전송된 터치 정보 및 인접 정보 등을 구성하여 최종 터치 정보를 현재 프레임의 터치 정보로 호스트에 전송한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치스크린에서 필요한 메모리에 대해 설명하기 위한 도면이다.
본 실시예에서, 터치스크린에 포함된 터치 센서는 도 8에 도시된 바와 같이, 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브로 구성되며, 서로 순차적으로 인접하게 배치된다. 이때, 마스터는 각각 하나의 터치 센서에서 이용되는 메모리를 공유한다. 그에 따라 도시된 바와 같이, 세로축으로 인접하게 배치된 터치 센서들은 하나의 메모리로 구동될 수 있다. 마찬가지로 제1 내지 제3 슬레이브는 각각 하나의 터치 센서에서 이용되는 메모리를 공유한다. 그에 따라 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브를 이용하는 본 실시예에서와 같이, 4개를 연결하는 경우 4배의 메모리만 필요로 한다.
이때, 본 실시예에서, 필요에 따라 인접하는 터치 센서 간의 터치 정보를 저장하는 경우, 추가의 정보가 필요할 수 있으며, 이때, 추가된 정보에 따른 메모리가 추가로 필요할 수 있다. 여기서, 추가로 필요한 메모리는 터치 센서의 크기에 따라 달라질 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 방식의 터치스크린에서 슬레이브 IC 터치 정보를 읽어오는 것에 대해 설명하기 위한 도면이다.
도 9의 (a)를 참조하면, 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브에 포함된 메모리는 제1 메모리와 제2 메모리를 포함할 수 있다. 이때, 제1 메모리는 인접 영역을 제외한 위치에서의 터치 정보를 저장하고, 제2 메모리는 인접 영역의 위치에 대한 터치 정보를 저장한다. 이때, 터치 정보는 센싱이 완료된 이후의 터치 정보이다.
도 9의 (b)에 도시된 바와 같이, 마스터 및 제1 내지 제3 슬레이브 간의 공통된 주소(address) 영역에 표준화된 프로토콜로 저장하기 때문에 마스터는 공통된 영역에 대한 터치 정보를 동시에 읽어올 수 있다. 이때, 마스터가 터치 정보를 읽어오는 방식은 SPI(serial peripheral interface) 방식을 사용한다. 그에 따라 마스터는 SPI 마스터가 되고, 제1 내지 제3 슬레이브는 제1 내지 제3 SPI 슬레이브가 될 수 있다.
그리고 마스터는 공통된 주소 영역을 액세스(access)함에 따라 chip select Pin은 하나로 구성될 수 있다. 또한, 인터페이스 통신 속도는 마스터와 제1 내지 제3 슬레이브 4개로 확장됨에 따라 1/4로 줄 수 있다.
위에서 설명한 바와 같이 본 발명에 대한 구체적인 설명은 첨부된 도면을 참조한 실시예에 의해서 이루어졌지만, 상술한 실시예는 본 발명의 바람직한 예를 들어 설명하였을 뿐이므로, 본 발명이 상기 실시예에만 국한되는 것으로 이해돼서는 안 되며, 본 발명의 권리범위는 후술하는 청구범위 및 그 등가개념으로 이해되어야 할 것이다.

Claims (9)

  1. 터치스크린의 사이즈를 확대할 수 있도록 MCU(micro control unit) 및 메모리를 포함하는 터치 IC를 포함하는 마스터; 및
    MCU 및 메모리를 포함하는 터치 IC를 포함하는 하나 이상의 슬레이브를 포함하고,
    상기 마스터와 하나의 이상의 슬레이브는 서로 직렬로 연결되며,
    상기 마스터는 최상위 프로세서인 호스트로 정보를 전송하는 터치 센서를 포함하고,
    상기 하나 이상의 슬레이브는 제1 및 제2 슬레이브를 포함하고,
    상기 마스터, 제1 슬레이브 및 제2 슬레이브는 서로 인접하게 배치되며,
    상기 마스터, 제1 및 제2 슬레이브는 각각 kick, done 및 drv 인터페이스를 포함하고,
    상기 마스터의 kick 인터페이스는 상기 제2 슬레이브의 done 인터페이스에 전기적으로 연결되고,
    상기 제1 슬레이브의 kick 인터페이스는 상기 마스터의 done 인터페이스에 전기적으로 연결되며,
    상기 제2 슬레이브의 kick 인터페이스는 상기 제1 슬레이브의 done 인터페이스에 전기적으로 연결되고,
    상기 마스터, 제1 슬레이브 및 제2 슬레이브의 Drv 인터페이스는 서로 전기적으로 연결되며,
    상기 마스터가 Drv 신호를 인가하면 센싱이 시작되되, 상기 마스터 및 제1 내지 제2 슬레이브는 각각 자신의 순서에서만 Drv가 아웃풋(output)으로 설정되며, 자신이 순서가 아닌 경우, Drv는 인풋(input)으로 동작되고, 이때 아웃풋(output)은 Hi-Z 상태이며,
    상기 마스터 및 하나 이상의 슬레이브에 포함된 메모리는 각각 인접한 영역을 제외한 터치 정보를 저장하는 제1 메모리 및 인접한 영역에 대한 터치 정보를 저장하는 제2 메모리를 포함하는 멀티 칩 터치스크린 시스템.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터, 제1 슬레이브 및 제2 슬레이브는 순차적으로 드라이빙을 수행하는 멀티 칩 터치스크린 시스템.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터는 상기 하나 이상의 슬레이브에서 메모리 및 터치 정보를 수신하여, 수신된 메모리 및 터치 정보와 자신의 메모리 및 터치 정보를 상기 호스트로 전송하는 멀티 칩 터치스크린 시스템.
  7. 삭제
  8. 청구항 1에 있어서,
    상기 마스터는 상기 하나 이상의 슬레이브에서 공통된 주소(address) 영역에 대한 터치 정보를 동시에 읽어오는 멀티 칩 터치스크린 시스템.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 마스터는 상기 터치 정보를 SPI(serial peripheral interface) 방식으로 읽어오는 멀티 칩 터치스크린 시스템.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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