KR101960381B1 - 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법 및 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 사용자의 선호도를 반영하여 터치 좌표를 산출함으로써 사용자가 원하는 자연스러운 터치 성능을 제공할 수 있는 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법 및 장치에 관한 것으로, 본 발명의 터치 센싱 방법은 각 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하는 단계와; 상기 타원 모양의 장축 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용한 지점의 좌표를 산출하여, 상기 터치 영역의 선호 터치 좌표로 출력하는 단계를 포함한다.

Description

사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법 및 장치{TOUCH SENSING METHOD AND APPARATUS REFLECTING USER'S INTENTION}
본원 발명은 터치 센싱 장치 및 방법에 관한 것으로, 특히 사용자의 선호도를 반영한 터치 좌표를 산출하여 사용자에게 자연스러운 터치 성능을 제공할 수 있는 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법 및 장치에 관한 것이다.
오늘날 각종 표시 장치의 화면상에서 터치로 정보 입력이 가능한 터치 센서가 컴퓨터 시스템의 정보 입력 장치로 널리 적용되고 있다. 터치 센서는 사용자가 손가락 또는 스타일러스를 통해 화면을 단순히 터치하여 표시 정보를 이동시키거나 선택하므로, 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있다.
터치 센싱 장치는 표시 장치 상의 터치 센서에서 발생된 터치 및 터치 위치를 감지하여 터치 정보를 출력하고, 컴퓨터 시스템은 터치 정보를 분석하여 명령을 수행한다. 표시 장치로는 액정 표시 장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 장치 등과 같은 평판 표시 장치가 주로 이용된다. 터치 센서 기술로는 센싱 원리에 따라 저항막 방식, 커패시티브(Capacitive) 방식, 광학 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 전자기 방식 등이 존재한다.
터치 센서는 패널 형태로 제작되어서 표시 장치의 상부에 부착되는 온-셀 터치 센서(On-cell Touch Sensor)로 구성되거나, 표시 장치의 화소 매트릭스 내에 내장되는 인-셀 터치 센서(In-cell Touch Sensor)로 구성된다. 터치 센서로는 포토 트랜지스터를 이용하여 광세기의 가변에 따라 터치를 인식하는 포토 터치 센서와, 커패시티브 가변에 따라 터치를 인식하는 커패시티브 터치 센서가 주로 이용된다.
일반적으로, 터치 센싱 장치는 터치 센서의 센싱 전극 구동하고, 터치 유무에 따라 커패시턴스 변화를 나타내는 터치 센서의 리드아웃 신호를 이용하여 터치 위치를 센싱하고, 터치점 좌표를 산출하여 호스트 컴퓨터로 전송한다.
종래의 터치 센싱 장치는 터치 센서의 리드아웃 신호로부터 검출된 로우 데이터를 이용하여 데이터 값이 상대적으로 큰 터치 피크점을 찾고, 그 터치 피크점 좌우측의 로우 데이터를 비교하여 보다 정밀한 터치 영역의 무게 중심을 찾아서 터치점 좌표를 산출하고 있다.
그러나, 종래의 터치 센싱 장치에서는 터치 피크 위치가 사용자의 의도와 달리 외부 노이즈 등의 영향으로 터치 영역 안에서 터치 모양에 따라 다양한 위치에 자리할 수 있으나, 터치 피크 위치를 찾고 좌우측 데이터를 비교하므로 사용자가 의도하지 않은 터치 피크점이 터치 위치 산출에 에러로 작용하여 터치 위치 검출시 지터 발생의 원인이 됨으로써 터치 센싱 성능이 저하되는 문제점이 있다.
또한, 종래의 터치 센싱 장치는 터치 영역에서 사용자가 선호하는 위치에 대한 고려 없이 터치 영역의 무게 중심을 터치점으로 검출함으로써 사용자가 원하는 부드러운 터치 성능을 제공하는데 한계가 있다.
본원 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본원 발명이 해결하려는 과제는 사용자의 선호도를 반영하여 터치 좌표를 산출함으로써 터치 센싱 능력을 향상시킬 수 있음과 아울러 사용자가 원하는 자연스러운 터치 성능을 제공할 수 있는 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 방법은 각 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하는 단계와; 상기 타원 모양의 장축 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용한 지점의 좌표를 산출하여, 상기 터치 영역의 선호 터치 좌표로 출력하는 단계를 포함한다.
본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 센싱 방법은 각 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하는 단계와; 상기 터치 영역의 중심점을 상기 터치 영역의 노멀 터치 좌표로 산출하는 단계와; 상기 타원 모양의 장축 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용한 지점을 상기 터치 영역의 선호 터치 좌표로 산출하는 단계와; 상기 노멀 터치 좌표 및 선호 터치 좌표를 상기 터치 영역의 터치 좌표로 출력하는 단계를 포함한다.
상기 타원 모양을 산출하는 단계는, 상기 터치 영역에 포함되는 화소들의 좌표 리스트를 추출하는 단계와, 상기 화소 좌표 리스트의 화소 좌표값과 상기 터치 영역의 총 화소수를 이용한 연산으로 상기 터치 영역의 중심점 좌표를 산출하는 단계와, 상기 화소 좌표값 및 총 화소수와, 상기 중심점 좌표를 이용한 연산으로 상기 타원 모양의 장축 길이, 단축 길이, 및 수평축을 기준으로 한 상기 장축 방향을 나타내는 각도를 산출하는 단계를 포함한다.
상기 터치 영역의 선호 터치 좌표를 산출하는 단계는, 상기 장축 길이와 상기 장축 방향의 각도를 이용한 연산으로, 상기 터치 영역의 중심점으로부터 상기 장축 방향의 상단부에 상기 옵셋을 부여한 지점의 좌표를 산출하고, 상기 옵셋의 크기는 상기 장축 길이에 미리 정해진 비율을 곱하여 산출한다.
상기 옵셋 크기는 상기 장축 길이 이하이다.
상기 장축의 상하 방향은 자이로센서가 지시하는 상하 방향에 근거하여 결정된다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치는 터치 센서를 구동하는 터치 센서 구동부와; 상기 터치 센서로부터의 리드아웃 신호를 읽어내는 리드아웃 회로와; 상기 리드아웃 회로로부터의 리드아웃 신호를 이용하여 상기 터치 화소별 터치 유무를 나타내는 터치 데이터를 생성하고, 터치 유 데이터를 갖는 인접한 화소들을 그룹핑하여 터치 영역을 산출하고, 상기 각 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하여, 상기 타원 모양의 장축 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용한 지점의 좌표를 산출하여, 상기 터치 영역의 선호 터치 좌표로 출력하는 신호 프로세서를 구비한다.
상기 신호 프로세서는 상기 터치 영역의 중심점을 상기 터치 영역의 노멀 터치 좌표로 산출하여, 노멀 터치 좌표 및 선호 터치 좌표를 상기 터치 영역의 터치 좌표로 출력한다.
상기 신호 프로세서는, 상기 타원 모양을 산출하기 위하여, 상기 터치 영역에 포함되는 화소들의 좌표 리스트를 추출하고, 상기 화소 좌표 리스트의 화소 좌표값과 상기 터치 영역의 총 화소수를 이용한 연산으로 상기 터치 영역의 중심점 좌표를 산출하고, 상기 화소 좌표값 및 총 화소수와, 상기 중심점 좌표를 이용한 연산으로 상기 타원 모양의 장축 길이, 단축 길이, 및 수평축을 기준으로 한 상기 장축 방향을 나타내는 각도를 산출한다.
상기 신호 프로세서는 상기 장축 길이와 상기 장축 방향의 각도를 이용한 연산으로, 상기 터치 영역의 중심점으로부터 상기 장축 방향의 상단부에 상기 옵셋을 부여한 지점의 좌표를 상기 선호 터치 좌표로 산출하고, 상기 옵셋의 크기는 상기 장축 길이에 미리 정해진 비율을 곱하여 산출한다.
본원 발명에 따른 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법 및 장치는 사용자의 손가락 모양에 대응하는 타원 모양으로 터치 영역을 산출하고, 타원 터치 영역의 중심점에서 장축 방향으로 옵셋을 적용한 위치를 사용자가 선호하는 터치 좌표로 산출하여 출력한다. 또한, 본원 발명은 타원 터치 영역의 상하 방향을 자이로-센서(Gyro-sensor)의 방향을 참조하여 용이하게 결정할 수 있다.
이에 따라, 본원 발명은 터치 영역의 무게 중심보다 손가락 모양을 고려한 타원 터치 영역의 장축 상단 부분을 사용자가 선호하는 터치 좌표로 산출하여 출력함으로써 터치 영역의 모양이나 위치에 관계없이 사용자에게 보다 자연스러운 터치 성능을 제공할 수 있음과 아울러 사용자가 의도하지 않은 터치 피크점이 터치 좌표로 산출되는 에러를 방지함으로써 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본원 발명은 타원 터치 영역의 중심점에 대응하는 노멀 터치 좌표와 함께, 타원 터치 영역의 장축 상단 부분에 대응하는 사용자의 선호 터치 좌표를 산출하여 출력함으로써 터치점 위치의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 설계자(프로그래머)의 의도에 따라 노멀 터치 좌표 및 사용자의 선호 터치 좌표를 선택적으로 사용할 수 있게 함으로써 프로그램이나 어플리케이션의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
도 1은 본 발명과 관련된 터치 센싱 방법에 따라 검출된 터치점 위치를 나타낸 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 센싱 방법에 따라 검출된 다양한 터치점 위치를 나타낸 도면이다.
도 3은 본원 발명에 따른 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법에 따라 검출된 터치점 위치를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 본원 발명의 터치 센싱 방법에 따라 검출된 다양한 터치점 위치를 나타낸 도면이다.
도 5a 내지 도 5c는 본원 발명의 터치 센싱 방법에 따른 타원 모양의 터치 영역 및 터치 좌표 산출 방법을 나타낸 도면이다.
도 6은 본원 발명의 제1 실시예에 따른 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법에서 터치 좌표 산출 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.
도 7은 본원 발명의 제2 실시예에 다른 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법에서 터치 좌표 산출 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.
도 8은 본원 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 갖는 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 9는 도 8에 도시된 커패시티브 터치 센서의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 10은 도 8에 도시된 터치 센싱 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
본원 발명의 실시예에 대한 설명에 앞서, 본원 발명과 관련된 선행 기술과, 그 선행 기술의 문제점을 해결하고자 하는 본원 발명의 기술적 사항을 먼저 살펴보기로 한다.
일반적으로, 터치 센싱 장치는 각 터치 영역 중 중심점을 터치 좌표로 산출하여 호스트 컴퓨터로 전송한다. 그러나, 최근에는 설계자(프로그래머) 및/또는 윈도우 등과 같은 운영 체제의 요구에 따라 각 터치 영역에 대한 2개의 터치 좌표를 산출하여 전송하는 방식이 요구되고 있다. 각 터치 영역의 2개의 터치 좌표는 그 터치 영역의 중심점을 나타내는 노멀 터치 좌표(제1 터치 좌표)와, 각 터치 영역에서 사용자가 터치하고자 하는 위치를 나타내는 선호 터치 좌표(제2 터치 좌표)를 포함한다.
이에 따라, 본원 발명의 선행 기술에서는 각 터치 영역에서, 도 1에 나타낸 바와 같이 터치 영역의 중심점(C)에 대응하는 제1 터치 좌표와, 터치 영역의 모양과 상관없이 중심점(C)으로부터 수직 방향으로 상단 부분에 옵셋(Offset)을 부여한 지점(T)에 대응하는 제2 터치 좌표를 산출하여 출력하는 방법이 제안되었다.
그러나, 선행 기술은 터치 영역의 모양과 상관없이 중심점(C)으로부터 수직 방향으로 옵셋이 부여된 동일 지점(T)을 제2 터치 좌표로 산출하여 출력하므로 제2 터치 좌표가 사용자의 선호도를 제대로 반영하지 못하는 문제점이 있다.
도 2를 참조하면, 사용자가 동일 영역을 터치할 때 손가락이 지시하는 방향이 서로 다름에도 불구하고, 선행 기술은 터치 영역의 모양, 즉 사용자가 터치하고자 하는 위치와 상관없이 동일한 위치(T)의 제2 터치 좌표를 산출함으로써, 제2 터치 좌표가 사용자의 선호도를 반영하지 못하는 경우가 발생하게 된다.
이러한 선행 기술의 문제점을 해결하기 위하여, 사용자가 터치할 때 터치하고자 하는 선호 위치를 수많은 실험을 통해 살펴본 결과, 사용자는 손가락으로 터치 센서를 터치할 때 터치 영역의 무게 중심보다 손가락 모양 터치 영역의 상단 부분을 터치하고자 하는 위치로 선호함을 알게 되었다.
이러한 사용자의 선호도를 고려하여, 본원 발명은 도 3에 나타낸 바와 같이 손가락의 상단부 모양에 대응하는 타원 모양으로 터치 영역을 산출하고, 타원 터치 영역의 중심점에서 사용자가 원하는 방향, 즉 장축 방향으로 소정의 옵셋을 부여한 지점(T)을 사용자가 터치하고자 하는 선호 터치 좌표로 산출하여 출력한다. 여기서, 터치하는 손가락 모양에 대응하는 타원 터치 영역에서 장축 방향의 상단부가, 사용자가 터치하고자 하는 위치를 가르키는 손가락의 지시 방향과 동일함을 알 수 있고, 장축 방향의 상하 방향은 휴대 단말기에 내장된 자이로-센서의 방향을 참조하여 알 수 있다.
이에 따라, 본원 발명은 도 4에 나타낸 바와 같이, 사용자가 동일 영역을 터치하면서도 손가락이 지시하는 방향이 서로 다른 경우, 손가락이 지시하는 방향에 따라 서로 다른 지점(T1, T2, T3)을 제2 터치 좌표로 산출한다. 따라서, 본원 발명은 사용자자 터치하고자 하는 선호도를 제대로 반영한 제2 터치 좌표를 산출할 수 있으므로 사용자에게 보다 자연스러운 터치 센싱 성능을 제공할 수 있다.
이하, 본원 발명의 바람직한 실시예들을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a 내지 도 5c는 본원 발명의 터치 센싱 방법에 따른 타원 터치 영역 및 터치점 산출 방법을 나타낸 도면이다.
도 5a를 참조하면, 본원 발명의 터치 센싱 방법은 화소별 터치 유무를 나타내는 이진 데이터(터치 데이터)의 한 프레임으로부터, 터치된 다수의 인접 화소들을 그룹핑하여 동일 데이터로 라벨링한 터치 영역을 검출하고, 그 터치 영역에 포함된 각 화소의 좌표 리스트를 추출한다.
도 5b 및 도 5c를 참조하면, 터치 영역에서 추출된 화소 좌표와 타원 방정식을 이용하여 터치 영역을 타원 모양으로 산출하고, 산출된 타원 터치 영역에서 무게 중심점, 장축 길이, 단축 길이, 수평축(x축)에 대한 장축 방향을 산출한 다음, 중심점으로부터 장축 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용하여 사용자가 터치하고자 하는 지점(T)을 결정하고, 결정된 지점(T)의 좌표를 사용자의 선호도를 반영한 터치 좌표로 산출하여 출력한다.
구체적으로, 터치 영역에서 사용자의 선호도를 반영한 터치 좌표를 산출하는 방법은 다음과 같다.
단계 1: 도 5a에 도시된 해당 터치 영역에 포함된 화소별 좌표 리스트를 아래와 같이 추출한다.
화소 좌표 리스트: (3,1), (2,2), (3,2), (4,2), (1,3), (2,3), (3,3), (4,3), (2,4), (3,4)
단계 2: 상기 단계 1에서 추출된 화소 좌표 리스트를 x 리스트(xlist) 및 y 리스트(ylist)로 분리하고, 총 화소수(N=length(xlist))을 이용하여 아래와 같이 터치 영역의 무게 중심점 좌표(x.Centroid, y.Centroid)를 산출한다. 산출된 터치 영역의 무게 중심점 좌표(x.Centroid, y.Centroid)는 이 터치 영역의 노멀 터치 좌표를 나타내는 제1 터치 좌표로도 출력된다. 여기서, 무게 중심점의 x좌표(x.Centroid)는 x 리스트(xlist)의 x 좌표값을 모두 합한 후 터치 영역의 총 화소수(N)로 나눔으로써 산출할 수 있고, y좌표(y.Centroid)는 y 리스트(xlist)의 y 좌표값을 모두 합한 후 터치 영역의 총 화소수(N)로 나눔으로써 산출할 수 있음을 알 수 있다.
xlist=(3,2,3,4,1,2,3,4,2,3)
Ylist=(1,2,2,2,3,3,3,3,4,4)
N=length(xlist)=10
x.Centroid = sum(xlist)/N = 2.7
y.Centroid = sum(ylist)/N = 2.7
단계 3: 상기 단계 2에서 추출된 x 리스트 (xlist) 및 y 리스트(ylist)와, 중심점 좌표(x.Centroid, y.Centroid)를 이용하여 아래와 같이 중심점과 각 화소간의 간격을 나타내는 제1 모멘텀 매트릭스(momentum matrix) x 엘리먼트(element) 및 y 엘리먼트를 산출한다.
x = xlist - x.Centroid
y = ylist - y.centroid
단계 4: 상기 단계 2에서 추출된 화소수(N)와, 상기 단계 3에서 산출된 제1 모멘텀 매트릭스 x, y 엘리먼트를 이용하여 아래와 같이 타원 영역을 정의하는 제2 모멘텀인 Uxx, Uyy, Uxy를 산출하고, 이 제2 모멘텀을 이용하여 아래와 같이 공통항목(common)을 산출한다. 아래에서 1/12는 정규화 상수이고, sqrt는 제곱근(squre root)을, Uxx는 x 엘리먼트간의 모멘트(moment)이고, Uxy는 y 엘리먼트간의 모멘트이고, Uxy는 x 엘리먼트와 y 엘리먼트의 곱의 합의 평균으로 x, y 엘리먼트간의 모멘트를 나타낸다.
Uuxx=sum(x.2)/N + 1/12
Uyy=sum(y.2)/N + 1/12
Uxy=sum(x.*y)/N
common= sqrt((Uxx-Uxy)2 + 4*Uxy2))
단계 5: 상기 단계 4에서 산출한 제2 모멘텀 및 공통항을 이용하여 아래와 같이 타원 영역의 장축 길이(MajorAxis) 및 단축 길이(MinorAxis)와, 수평축(x축)을 기준으로 한 장축 방향의 각도(Orientation=θ)를 산출한다. 이때, 장축 방향의 각도(Orientation=θ)는 도 5b에 도시된 타원 모양과 같이 y축 길이가 x축 길이보다 큰 경우와, 도 5c에 도시된 타원 모양과 같이 x축 길이가 y축 길이 이하인 경우로 구분하여 산출한다.
MajorAxis = 2*sqrt(2)*sqrt(Uxx+Uyy+common)
MinorAxis = 2*sqrt(2)*sqrt(Uxx+Uyy-common)
도 5b에 도시된 타원 모양과 같이, y축 길이가 x축 길이보다 큰 경우(Uyy>Uxx):
θ = 180/π*tan-1[(|Uyy-Uxx|+sqrt((|Uxx-Uyy|)2+4*Uxy2))/(2*Uxy)]
도 5c에 도시된 타원 모양과 같이, x축 길이가 y축 길이 이하인 경우(Uyy≤Uxx):
θ = 180/π*tan-1[(2*Uxy)/(|Uyy-Uxx|+sqrt((|Uxx-Uyy|)2+4*Uxy2))]
단계 6: 상기 단계 6에서 산출한 타원 터치 영역의 장축 길이(MajorAxis) 및 단축 길이(MinorAxis)와, 수평축을 기준으로 한 장축 방향의 각도(Orientation=θ)와, 미리 설정된 옵셋을 적용하여 사용자가 터치하고자 하는 지점(T)의 좌표를 산출하여 사용자의 선호도를 반영한 제2 터치 좌표로 출력한다. 여기서, 옵셋의 크기는 장축 길이(MajorAxis)에 미리 정해진 비율(0 보다 크고 1 보다 작은 값)을 곱하여 산출하고, 그 옵셋 크기는 장축 길이 이하로 설정된다. 예를 들면 도 5b에서는 장축 길이에 0.8의 비율을 곱한 값이 옵셋 크기로 적용된 경우를 나타낸다.
제2 터치 좌표:((MajorAxis*rate/2)*cosθ , (MajorAxis*rate/2)*sinθ))
이와 같이, 본원 발명은 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하고, 산출된 타원 모양의 터치 영역에서 무게 중심점 좌표, 장축 길이, 단축 길이, 장축 방향을 산출한 다음, 무게 중심점으로부터 장축의 상단 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용하여 사용자가 터치하고자 하는 지점(T)의 좌표를 산출함으로써 사용자의 선호도를 반영한 제2 터치 좌표로 출력할 수 있다. 이때, 장축의 상하 방향은 자이로-센서에서 지시하는 탑(top) 방향을 참조하여 결정한다.
도 6은 본원 발명의 제1 실시예에 따른 터치 센싱 방법에서 터치 영역의 터치 좌표를 산출하는 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.
도 6을 참조하면, 단계 14(S14)에서 해당 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하고, 산출된 타원 모양의 터치 영역에서 무게 중심점 좌표(제1 터치 좌표), 장축 길이, 단축 길이, 장축 방향을 산출한 다음, 단계 16(S16)에서 중심점으로부터 장축의 상단 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용하여 사용자가 터치하고자 하는 지점의 제2 터치 좌표를 산출하여 상기 제1 터치 좌표와 함께 출력한다.
한편, 도 7에 도시된 제2 실시예의 터치 센싱 방법과 같이, 상기 단계 14(S14) 이전에 터치 센싱 장치를 갖는 휴대 단말기에 내장된 자이로-센서에 의해 상하 방향을 결정하는 단계(S12)를 추가로 포함하여, 단계 16(S16)에서 장축 상단 방향으로 옵셋을 적용할 때 장축 상하 방향을 용이하게 설정할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 포함하는 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 9는 도 8에 나타낸 커패시티브 터치 센서(20)의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 8에 나타낸 터치 센싱 장치를 갖는 표시 장치는 표시 패널(10)과, 표시 패널(10)을 구동하는 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)를 포함하는 패널 구동부(16)와, 패널 구동부(16)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(18)와, 표시 패널(10) 상의 터치 센서(20)와, 터치 센서(20)를 구동하는 터치 센싱 장치(30)를 구비한다. 타이밍 컨트롤러(18) 및 터치 센싱 장치(30)는 호스트 컴퓨터(50)와 접속된다.
타이밍 컨트롤러(18) 및 데이터 드라이버(12)는 각각의 IC(Integrated Circuit)로 집적화되거나, 타이밍 컨트롤러(18)가 데이터 드라이버(12) 내에 내장되어 하나의 IC로 집적화될 수 있다. 터치 센싱 장치(30) 및 타이밍 컨트롤러(18)도 각각의 IC로 집적화되거나, 터치 센싱 장치(30)가 타이밍 컨트롤러(18)에 내장되어 하나의 IC로 집적화될 수 있다.
표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 어레이를 포함한다. 화소 어레이는 포인터 또는 커서를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(Grapic User Interface; GUI) 및 기타 영상을 표시한다. 표시 패널(10)로는 액정 표시 패널(이하, 액정 패널), 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 패널과 같은 평판 표시 패널이 주로 이용될 수 있다. 이하에서는 액정 패널을 예로 들어 설명하기로 한다.
표시 패널(10)로 액정 패널이 이용되는 경우, 표시 패널(10)은 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판과, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판 사이의 액정층과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 외측면에 각각 부착된 편광판을 구비한다. 표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 매트릭스를 통해 영상을 표시한다. 각 화소는 데이터 신호에 따른 액정 배열의 가변으로 광투과율을 조절하는 적, 녹, 청 서브화소의 조합으로 원하는 색을 구현한다. 각 서브화소는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)와 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다. 액정층은 TN(Twisted Nematic) 모드 또는 VA(Vertical Alignment) 모드와 같이 수직 전계에 의해 구동되거나, IPS(In-Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같이 수평 전계에 의해 구동된다.
데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 데이터 제어 신호 에 응답하여 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 영상 데이터를 표시 패널(10)의 다수의 데이터 라인(DL)에 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터 입력되는 디지털 데이터를 감마 전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터 신호로 변환하여 각 게이트 라인(GL)이 구동될 때마다 데이터 신호를 데이터 라인(DL)으로 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 적어도 하나의 데이터 IC로 구성되어 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다.
게이트 드라이버(14)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 게이트 제어 신호에 응답하여 표시 패널(10)의 박막 트랜지스터 어레이에 형성된 다수의 게이트 라인(GL)을 순차 구동한다. 게이트 드라이버(14)는 각 게이트 라인(GL)의 해당 스캔 기간마다 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 다른 게이트 라인(GL)이 구동되는 나머지 기간에는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 드라이버(14)는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다. 또한, 게이트 드라이버(14)는 GIP(Gate In Panel) 방식으로 표시 패널(10)에 내에 내장되어 화소 어레이와 함께 박막 트랜지스터 기판 상에 형성될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)로부터 입력된 영상 데이터를 신호 처리하여 데이터 드라이버(12)로 공급한다. 예를 들면, 타이밍 컨트롤러(18)는 액정의 응답 속도를 향상시키기 위하여 인접 프레임간의 데이터 차에 따라 오버슈트(Overshoot) 값 또는 언더슈트(Undershoot) 값을 부가하는 오버 드라이빙 구동으로 데이터를 보정하여 출력할 수 있다. 또한, 타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)으로부터 입력된 다수의 동기 신호, 즉 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 이네이블 신호, 도트 클럭을 이용하여 데이터 드라이버(12)의 구동 타이밍을 제어하는 데이터 제어 신호와, 게이트 드라이버(14)의 구동 타이밍을 제어하는 게이트 제어 신호를 생성한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 생성된 데이터 제어 신호 및 게이트 제어 신호를 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)로 각각 출력한다. 데이터 제어 신호는 데이터 신호의 래치를 제어하는 소스 스타트 펄스 및 소스 샘플링 클럭과, 데이터 신호의 극성을 제어하는 극성 제어 신호와, 데이터 신호의 출력 기간을 제어하는 소스 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 게이트 제어 신호는 게이트 신호의 스캐닝을 제어하는 게이트 스타트 펄스 및 게이트 쉬프트 클럭과, 게이트 신호의 출력 기간을 제어하는 게이트 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 동기 신호(수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync) 등)을 터치 센싱 장치(30)로 공급하여 액정 패널(10)의 구동 타이밍과 터치 센서(20)의 구동 타이밍이 연동하도록 터치 센싱 장치(30)의 구동 타이밍을 제어할 수 있다.
터치 센서(20)는 사용자 터치를 감지하여 사용자가 표시 패널(10)에 표시된 GUI와 대화할 수 있게 한다. 터치 센서(20)는 인체나 스타일러스와 같은 도전체가 터치할 때 소량의 전하가 터치점으로 이동하여 발생되는 커패시턴스의 변화를 나타내는 커패시티브 타입의 터치 센서를 주로 이용한다. 터치 센서(20)는 표시 패널(10) 상에 부착되거나, 표시 패널(10)의 화소 어레이 내에 내장될 수 있다.
예를 들면, 표시 패널(10) 상에 부착되는 커패시티브 타입의 터치 센서(20)는 도 9와 같이 로우 방향으로 배치된 다수의 제1 센싱 전극들(22)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 스캔 라인(또는 송신 라인)(TX1~TXn)과, 컬럼 방향으로 배치된 다수의 제2 센싱 전극들(24)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 리드아웃 라인(또는 수신 라인)(RX1~RXm)을 구비한다. 제1 및 제2 센싱 전극(22, 24) 각각은 주로 마름모형으로 형성되며, 다른 여러가지 모양으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 센싱 전극(22, 24)은 터치 센싱 장치(30)에 의해 구동되어 프린지 전계(Fringe Field)에 의해 커패시턴스를 형성하고, 터치 센서(20)를 터치하는 전도성 터치 물체와의 커패시터를 형성하여 커패시턴스를 변화시킴으로써 터치 여부를 나타내는 리드아웃 신호를 터치 센싱 장치(30)로 출력한다.
터치 센싱 장치(30)는 터치 센서(20)의 스캔 라인(TX1~TXN)에 구동 신호를 공급함과 아울러 터치 센서(20)의 리드아웃 라인(RX1~RXm)으로부터 출력되는 리드아웃 신호를 이용하여 터치 노드별로, 즉 터치 화소별로(채널별로) 터치 여부를 판단하고, 그 결과에 따라 터치 좌표를 산출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다.
터치 센싱 장치(30)는 터치 센서(20)의 스캔 라인(TX1~TXN)을 구동할 때마다 리드아웃 라인(RX1~RXm)으로부터 채널별로 수신되는 리드아웃 신호를 디지털 데이터로 변환하고 기준치와 비교하여 터치 화소별로(터치 노드별로) 터치 유무를 나타내는 이진 데이터를 출력한다. 터치 센싱 장치(30)는 터치가 있는 인접한 터치 화소들의 데이터를 터치 영역으로 그룹핑하고, 각 터치 영역의 중심점을 나타내는 제1 터치 좌표와, 각 터치 영역에서 사용자가 터치하고자 하는 선호 위치를 나타내는 제2 터치 좌표를 터치 영역별로 산출하여 출력한다. 전술한 바와 같이, 터치 센싱 장치(30)는 각 터치 영역을 대표하는 손가락 모양의 타원 영역을 산출하고, 타원 영역의 중심점을 상기 제1 터치 좌표로 산출하고, 그 타원 영역에서 장축 상단 방향으로 소정의 옵셋을 부여한 지점(T)을 사용자가 터치하고자 하는 제2 터치 좌표로 산출하여 출력한다. 여기서, 터치한 손가락에 대응하는 타원 터치 영역의 장축 상단부가 사용자가 손가락으로 지시하고자 하는 방향과 동일함을 알 수 있고, 장축 방향의 상하 방향은 휴대 단말기에 내장된 자이로-센서의 방향을 참조하여 알 수 있다.
호스트 컴퓨터(50)는 영상 데이터 및 다수의 동기 신호를 타이밍 컨트롤러(18)로 공급하고, 터치 센싱 장치(30)로부터 입력된 터치 좌표를 분석하여 사용자의 터치 동작에 대응하는 명령을 수행한다.
도 10은 도 8에 도시된 터치 센싱 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 10에서 터치 센서(20)와 접속된 터치 센싱 장치(30)는 리드아웃 회로(32) 및 터치 센서 구동부(34)와 MCU(MicroController Unit; 36)를 구비한다.
터치 센서 구동부(34)는 MCU(40)의 제어에 응답하여 터치 센서(20)의 스캔 라인(TX1~TXn; 도 9)에 라인 순차적으로 구동 펄스를 공급한다.
리드아웃 회로(32)는 터치 센서(20)의 스캔 라인(TX1~TXn)에 구동 펄스가 공급될 때마다 리드아웃 라인(RX1~RXm; 도 9)으로부터 출력되는 리드아웃 신호를 이용하여 터치 화소별로 로우 데이터를 검출한다. 이를 위하여, 리드아웃 회로(32)는 센싱부(증폭기) 및 아날로그-디지털 컨버터(Analog-to-Digital Converter; ADC)를 구비한다. 센싱부인 증폭기는 터치 센서(20)로부터의 리드아웃 신호를 미리 설정된 기준 전압과 비교하고 그 기준 전압 이상의 전압을 증폭하여 센싱 신호로 출력한다. ADC는 센싱부로부터의 아날로그 센싱 신호를 디지털 로우 데이터로 변환하여 MCU(40)로 출력한다.
신호 프로세서인 MCU(40)는 리드아웃 회로(32)로부터의 현재 프레임의 로우 데이터를 기준 프레임과 비교하여 화소별로 터치 유무를 나타내는 이진 데이터 프레임을 생성한다. MCU(40)는 터치가 있는 인접한 터치 화소들의 데이터를 터치 영역으로 그룹핑하고, 각 터치 영역의 중심점을 나타내는 제1 터치 좌표와, 각 터치 영역에서 사용자가 터치하고자 하는 선호 위치를 나타내는 제2 터치 좌표를 터치 영역별로 산출하여 출력한다. 전술한 바와 같이, MCU(40)는 각 터치 영역을 대표하는 타원 영역을 산출하고, 그 타원 영역의 중심점을 상기 제1 터치 좌표로 산출하고, 그 타원 영역에서 사용자가 원하는 장축 상단 방향으로 소정의 옵셋을 부여한 지점을 사용자가 터치하고자 하는 제2 터치 좌표로 산출하여 출력한다. 장축 방향의 상하 방향은 휴대 단말기에 내장된 자이로-센서의 방향을 참조하여 알 수 있다.
전술한 바와 같이, 본원 발명에 따른 사용자 선호도를 반영한 터치 센싱 방법 및 장치는 사용자의 손가락 모양에 대응하는 타원 모양으로 터치 영역을 산출하고, 타원 터치 영역의 중심점에서 장축 방향으로 옵셋을 적용한 위치를 사용자가 선호하는 터치 좌표로 산출하여 출력한다. 또한, 본원 발명은 타원 터치 영역의 상하 방향을 자이로-센서의 방향을 참조하여 용이하게 결정할 수 있다.
이에 따라, 본원 발명은 터치 영역의 무게 중심보다 손가락 모양을 고려한 타원 터치 영역의 장축 상단 부분을 사용자가 선호하는 터치 좌표로 산출하여 출력함으로써 터치 영역의 모양이나 위치에 관계없이 사용자에게 보다 자연스러운 터치 성능을 제공할 수 있음과 아울러 사용자가 의도하지 않은 터치 피크점이 터치 좌표로 산출되는 에러를 방지함으로써 터치 센싱 성능을 향상시킬 수 있다.
또한, 본원 발명은 타원 터치 영역의 중심점에 대응하는 노멀 터치 좌표와 함께, 타원 터치 영역의 장축 상단 부분에 대응하는 사용자의 선호 터치 좌표를 산출하여 출력함으로써 터치 좌표의 신뢰도를 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라 설계자(프로그래머)의 의도에 따라 노멀 터치 좌표 및 사용자의 선호 터치 좌표를 선택적으로 사용할 수 있게 함으로써 프로그램이나 어플리케이션의 설계 자유도를 향상시킬 수 있다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 종래의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 표시 패널 12: 데이터 드라이버
14: 게이트 드라이버 16: 패널 구동부
18: 타이밍 컨트롤러 20: 터치 센서
22: 제1 센싱 전극 24: 제2 센싱 전극
30: 터치 센싱 장치 32: 리드아웃 회로
34: 터치 센서 구동부 40: MCU
50: 호스트 컴퓨터

Claims (12)

  1. 각 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하는 단계와;
    상기 타원 모양의 장축 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용한 지점을 상기 터치 영역의 선호 터치 좌표로 산출하는 단계와;
    상기 산출된 선호 터치 좌표를 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 방법.
  2. 각 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하는 단계와;
    상기 터치 영역의 중심점을 상기 터치 영역의 노멀 터치 좌표로 산출하는 단계와;
    상기 타원 모양의 장축 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용한 지점을 상기 터치 영역의 선호 터치 좌표로 산출하는 단계와;
    상기 노멀 터치 좌표 및 선호 터치 좌표를 상기 터치 영역의 터치 좌표로 출력하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 방법.
  3. 청구항 1 또는 2에 있어서,
    상기 타원 모양을 산출하는 단계는,
    상기 터치 영역에 포함되는 화소들의 좌표 리스트를 추출하는 단계와,
    상기 화소들의 좌표 리스트의 화소 좌표값과 상기 터치 영역의 총 화소수를 이용한 연산으로 상기 터치 영역의 중심점 좌표를 산출하는 단계와,
    상기 화소 좌표값 및 총 화소수와, 상기 중심점 좌표를 이용한 연산으로 상기 타원 모양의 장축 길이, 단축 길이, 및 수평축을 기준으로 한 상기 장축 방향을 나타내는 각도를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 방법.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 터치 영역의 선호 터치 좌표를 산출하는 단계는
    상기 장축 길이와 상기 장축 방향의 각도를 이용한 연산으로, 상기 터치 영역의 중심점으로부터 상기 장축 방향의 상단부에 상기 옵셋을 부여한 지점의 좌표를 산출하고,
    상기 옵셋의 크기는 상기 장축 길이에 미리 정해진 비율을 곱하여 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 방법.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 옵셋 크기는 상기 장축 길이 이하인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 방법.
  6. 청구항 4에 있어서,
    상기 장축의 상하 방향은 자이로센서가 지시하는 상하 방향을 근거하여 결정되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 방법.
  7. 다수의 터치 화소를 포함하는 터치 센서의 터치를 센싱하는 장치에 있어서,
    상기 터치 센서를 구동하는 터치 센서 구동부와;
    상기 터치 센서로부터의 리드아웃 신호를 읽어내는 리드아웃 회로와;
    상기 리드아웃 회로로부터의 리드아웃 신호를 이용하여 상기 터치 화소별 터치 유무를 나타내는 터치 데이터를 생성하고, 터치 유 데이터를 갖는 인접한 화소들을 그룹핑하여 터치 영역을 산출하고, 상기 터치 영역을 대표하는 타원 모양을 산출하며, 상기 타원 모양의 장축 방향으로 미리 설정된 옵셋을 적용한 지점의 좌표를 산출하여, 상기 터치 영역의 선호 터치 좌표로 출력하는 신호 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  8. 청구항 7에 있어서,
    상기 신호 프로세서는
    상기 터치 영역의 중심점을 상기 터치 영역의 노멀 터치 좌표로 산출하여, 노멀 터치 좌표 및 선호 터치 좌표를 상기 터치 영역의 터치 좌표로 출력하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  9. 청구항 7 또는 8에 있어서,
    상기 신호 프로세서는, 상기 타원 모양을 산출하기 위하여,
    상기 터치 영역에 포함되는 화소들의 좌표 리스트를 추출하고,
    상기 화소들의 좌표 리스트의 화소 좌표값과 상기 터치 영역의 총 화소수를 이용한 연산으로 상기 터치 영역의 중심점 좌표를 산출하고,
    상기 화소 좌표값 및 총 화소수와, 상기 중심점 좌표를 이용한 연산으로 상기 타원 모양의 장축 길이, 단축 길이, 및 수평축을 기준으로 한 상기 장축 방향을 나타내는 각도를 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  10. 청구항 9에 있어서,
    상기 신호 프로세서는,
    상기 장축 길이와 상기 장축 방향의 각도를 이용한 연산으로, 상기 터치 영역의 중심점으로부터 상기 장축 방향의 상단부에 상기 옵셋을 부여한 지점의 좌표를 상기 선호 터치 좌표로 산출하고,
    상기 옵셋의 크기는 상기 장축 길이에 미리 정해진 비율을 곱하여 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  11. 청구항 10에 있어서,
    상기 옵셋 크기는 상기 장축 길이 이하인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  12. 청구항 10에 있어서,
    상기 신호 프로세서는 자이로센서가 지시하는 상하 방향에 근거하여 상기 장축의 상하 방향을 결정하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
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