KR101996951B1 - 터치 패널, 터치 패널의 위치 검출 방법 및 집적회로 - Google Patents

Abstract

발명의 실시예에 따른 터치 패널은 서로 교차 배치되고 터치되는 위치에 따라 다른 신호량을 발생시키는 복수의 X 전극 라인들 및 복수의 Y 전극들; 상기 복수의 Y 전극 라인들 중 인접한 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인 사이에 스위치를 통하여 복수개 연결된 제1 비교기들; 및, 상기 제1 Y 전극 라인은 두 개의 Y 전극 라인으로 분할되고, 분할된 상기 두 개의 Y 전극 라인 사이에 복수개 연결된 제2 비교기들;을 포함하고, 상기 제1 및 제2 비교기들의 출력 값들을 이용하여 구성된 출력 코드에 따라 상기 터치 스크린상의 X 축 및 Y 축 상에서의 접촉 위치를 검출한다

Description

터치 패널, 터치 패널의 위치 검출 방법 및 집적회로{TOUCH PANEL, POSITION SENSING METHOD OF TOUCH PANEL AND INTEGRATED CIRCUIT}

본 발명은 정전 용량 방식의 터치 패널, 터치 패널의 위치 검출 방법 및 집적회로에 관한 것이다.

일반적으로, 개인용 컴퓨터, 휴대용 통신장치, 그 밖의 개인전용 정보처리장치 등의 입력장치(Input Device)로, 사용자가 손이나 펜 등으로 화면을 직접 접촉하여 정보를 입력하는 터치패널(Touch Panel)이 사용되고 있다.

터치패널은 간단하고, 오작동이 적으며, 휴대가 용이하고, 다른 입력기기 없이 문자 입력이 가능하며, 사용자가 용이하게 사용방법을 인지할 수 있다는 장점이 있어 최근 다양한 정보처리장치에 적용되고 있다.

이와 같은 터치패널은 도전막에 등전위를 형성하고 접촉에 따른 상, 하판의 전압 변화가 일어난 위치를 감지하는 정전용량 방식(Capacitive type)이 사용될 수 있다.

정전용량방식을 이용한 터치 패널은 일반적으로 터치 패널 상에 배선(TX 및 RX)이 XY 매트릭스 형으로 배치되어 있다. 그리고 XY 매트릭스의 교차점에 정전용량 소자가 접속되어 있다. 터치패널에 손가락 등으로 터치하면, 터치된 부분에 배치된 정전용량소자의 전계가 변화하게 된다. 이 변화를 검출하는 것으로, 터치된 위치를 검출할 수 있다. 따라서, 기본적으로는 배선의 피치가 터치 위치검출 해상도를 결정하게 된다.

터치 패널의 일반적인 사용법은 패널 상에 표시된 선택 스위치 중에서 희망하는 기능을 구동하는 스위치를 터치하는 것으로, 그 기능을 선택하여 구동하게 된다. 이때, 스위치의 피치(인접하는 스위치와의 간격)이 손가락의 폭 보다 작게 되면 선택하기 어렵다는 문제점이 존재한다. 성인의 손가락 폭은 일반적으로 8mm 정도로, 터치 패널의 라인 피치는 8mm 정도로 설정되어 있다. 그러나 수기입력과 같은 경우에는 스위치의 선택과는 달리, 터치 위치 검출 해상도가 높아야 원활한 입력이 가능하다. 특히, 손가락 대신 스타일러스(stylus) 펜과 같이 터치되는 부분이 섬세한 경우에는 터치 패널이 높은 위치 해상도를 갖는 것이 바람직하다.

그리고 X 축 방향뿐만 아니라, Y 축 방향에서의 터치 위치 검출도 필요하게 된다.

본 발명은 정전용량방식 터치 패널에 있어서, 전극 라인의 피치보다 높은 해상도를 갖고, X 축 방향뿐만 아니라, Y 축 방향에서의 터치 위치를 검출하는 터치 패널 및 위치검출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

발명의 실시예에 따른 터치 패널은 서로 교차 배치되고 터치되는 위치에 따라 다른 신호량을 발생시키는 복수의 X 전극 라인들 및 복수의 Y 전극들; 상기 복수의 Y 전극 라인들 중 인접한 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인 사이에 스위치를 통하여 복수개 연결된 제1 비교기들; 및, 상기 제1 Y 전극 라인은 두 개의 Y 전극 라인으로 분할되고, 분할된 상기 두 개의 Y 전극 라인 사이에 복수개 연결된 제2 비교기들;을 포함하고, 상기 제1 및 제2 비교기들의 출력 값들을 이용하여 구성된 출력 코드에 따라 상기 터치 스크린상의 X 축 및 Y 축 상에서의 접촉 위치를 검출한다.

발명의 실시예에 따른 터치 패널의 위치 검출방법은 복수의 X 전극 라인들 중, 제1 X전극라인에 구동전압을 인가하는 단계; 상기 복수의 X 전극 라인과 교차하여 배치되는 복수의 Y 전극 라인들 중, 상호 인접하고 일단이 분기된 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인의 사이에 배치된 병렬 연결된 복수의 제1 비교기가 접촉하는 위치에 따라 다른 위치신호를 발생시켜 X축의 위치를 검출하는 단계; 상기 복수의 X 전극 라인들 중, 제2 및 제3 X전극라인에 순차적으로 구동전압을 인가하는 단계; 상기 일단이 분기된 제1 Y 전극 라인의 사이에 배치된 제2 비교기가 접촉하는 위치에 따라 다른 위치신호를 발생시켜 Y축의 위치를 검출하는 단계;를 포함한다.

발명의 실시예에 따른 집적회로는 터치되는 위치에 따라 X축과 관련된 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 제1 비교기들; 터치되는 위치에 따라 Y축과 관련된 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 제2 비교기들; 및, 상기 복수의 제1 비교기들의 비교신호를 판독하여 X축과 관련된 위치신호를 생성하고, 상기 복수의 제2 비교기들의 비교신호를 판독하여 Y축과 관련된 위치신호를 생성하는 연산부;를 포함한다.

발명의 실시예에 따르면 정전용량방식 터치 패널에 있어서, 전극 라인의 피치보다 높은 해상도를 갖는 터치 패널 및 위치검출방법을 제공할 수 있다.

도 1은 발명의 실시예에 따라 터치패널에서 TX라인 피치의 1/3 해상도를 실현하기 위한 주요회로 블록도이다.
도 2는 도 1에서 Y의 위치를 검출하기 위한 주요회로 제어신호 시점 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 3은 Cm의 Y 전극 라인들에 대한 거리 의존성을 나타낸 그래프이다.
도 4는 발명의 다른 실시예에 따른 RX 위치검출 및 TX 위치검출 겸용 비교기의 블록도이다.
도 5는 도 4의 주요회로 제어신호 시점 다이어그램을 나타낸 도면이다.
도 6은 발명의 다른 실시예에 따른 비교기의 구체적인 회로를 나타낸 도면이다

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 대하여 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다. 기타 실시 예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다. 본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시 예를 참조하면 명확해질 것이다.

도 1은 발명의 실시예에 따라 터치패널에서 TX라인 피치의 1/3 해상도를 실현하기 위한 주요회로 블록도이다. 도 2는 도 1에서 Y의 위치를 검출하기 위한 주요회로 제어신호 시점 다이어그램을 나타낸 도면이다.

본 발명에서 터치패널이라 함은 정보를 출력하기 위한 표시부와 신호를 입력하기 위한 입력부의 기능을 동시에 수행할 수 있는 통상의 터치스크린 또는 터치패드를 포함할 수 있으며, 터치패널의 종류 및 구동방식에 의해 본 발명이 제한되거나 한정되는 것은 아니다.

터치 패널은 투명 기판 위에 절연층을 사이에 두고 서로 교차배열 되도록 형성되는 복수의 X 전극 라인들(TX₁~TX_n)과 복수의 Y 전극 라인들(RX₁~RX_m)을 포함하는 터치 스크린을 포함할 수 있다.

투영형 정전용량 검출방식(projected capacitive sensing type)은 손가락이나 펜이 터치 패널에 접촉하면, 접촉한 영역에 투영 커패시턴스(projected capacitance)가 발생하여 터치 패널 상에 배치된 X 전극 라인들(TX₁~TX_n)과 Y 전극 라인들(RX₁~RX_m)의 교차부분의 상호용량(mutual capacitance: Cm), 펜의 터치에 따라 형성되는 음의 커패시턴스 만큼 감소되는 현상을 이용하여 터치의 유무를 검출하는 것이다.

터치 스크린 상의 접촉 위치는 X 전극 라인들(TX₁~TX_n)과 Y 전극 라인들(RX₁~RX_m) 사이에서 발생되는 커패시턴스가 변동되는지 여부를 감지하여 해당 부분에서의 접촉 여부를 판단함으로서 검출될 수 있다.

일반적으로 Cm 값은 터치 위치의 함수로서 주어진다. Cm이 터치되는 펜 위치의 어느 함수가 되는지는 X 전극 라인들(TX₁~TX_n)과 Y 전극 라인들(RX₁~RX_m)의 패턴에 의해 달라진다. Cm 값을 수식으로 나타내면 하기와 같다.

이는 X 전극 라인의 경우에도 마찬가지로 적용될 수 있다. 상기 수학식 1 및 2에서 C_D는 더미 커패시터(dummy capacitor)의 커패시턴스를 나타낸다.

도 3은 Y 전극 라인들에 대한 Cm의 거리 의존성을 나타낸 그래프이다. 도 3에서는 설명을 간단히 하기 위해 구간 0≤Y≤Lp에서 Y의 1차원 함수로 변화하는 것으로 한다. 즉, C_m1 및 C_m2는 Y의 위치 함수로 주어진다.

X 전극 라인들(TX₁~TX_n)과 Y 전극 라인들(RX₁~RX_m) 사이의 상호용량값이 변화하면 X 전극 라인을 V_DD에 드라이브 시, 커패시티브 커플링(capacitive coupling)에 의해 Y 전극 라인에 전위변화량 △V_RX가 발생한다. 이 변화량의 추이로부터 터치된 위치를 검출하게 된다. 본 발명은 2개 신호의 차분을 검출하는 차분신호 센싱(differential signal sensing)으로 2개의 인접하는 Y 전극 라인의 신호를 페어(pair) 신호로 취급한다.

하기의 설명에서 RX₁라인은 제1 Y 전극라인을, 우측에 인접하는 RX₂라인은 제2 Y 전극라인을 예로 들어 설명한다. C_m1 및 C_m2는 TX 라인과 RX₁ 및 RX₂라인 사이의 상호용량으로, 터치 위치에 따라 상호 용량의 변화도 발생한다. X는 위치좌표인 것으로, RX₁라인의 중심을 0, RX₂라인의 중심을 Lp로 한다.

우선, X축의 터치 위치를 검출하는 과정에 대해 기술한다. 터치 위치를 3개의 구간, 즉,

-Lp/4≤X〈Lp/4(구간0), Lp/4≤X〈3Lp/4(구간1), 3Lp/4≤X〈5Lp/4(구간2)으로 분할한다. 구간을 0≤X〈Lp/4으로 하지 않고, -Lp/4≤X〈Lp/4로 한 것은 Cm₁의 영향이 RX₀-RX₁에도 미치기 때문이다.

구간을 n개로 분할한 경우, 경계값은 n-1개이므로, 비교기(comp)는 n-1개 필요하게 된다. 즉, 3개로 분할한 경우, 경계값은 2개이므로, 비교기(comp)는 2개 필요하게 된다. 마찬가지로 RX 라인 피치의 1/5의 위치해상도를 얻는 경우, 5 분할하는 것으로 경계값은 4개이며, 비교기는 4개 필요하게 된다.

또한 터치 영역에 따라, 좌측에 인접하는 페어(RX₀-RX₁)와 우측에 인접하는 페어(RX₂-RX₃)에도 영향을 미치므로 이들 페어의 동작에 대해서도 고찰한다.

본 발명의 실시예에 따르면, 서로 인접한 두 Y 전극 라인들 사이에 복수의 비교기들이 연결되고, 터치 스크린 상의 접촉 위치는 상기 비교기들의 출력 값들을 이용하여 구성된 출력 코드에 따라 검출될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따르면, 서로 인접한 두 Y 전극 라인들 사이에 복수의 비교기들(비교기 1-1, 비교기 1-2)이 연결되고, 터치 스크린 상에서 X축과 관련된 접촉 위치는 상기 비교기들(비교기 1-1, 비교기 1-2)의 출력 값들을 이용하여 구성된 출력 코드에 따라 검출될 수 있다. 또한 하나의 Y 전극 라인은 복수의 라인으로 분기되고, 하나의 전극 라인에서 분기된 복수의 Y전극 라인 사이에는 비교기가 복수개(비교기 a-1, 비교기 a-2, 비교기 b-1, 비교기 b-2) 연결된다. 또한 터치 스크린 상에서 Y축과 관련된 접촉 위치는 상기 비교기들(비교기 a-1, 비교기 a-2, 비교기 b-1, 비교기 b-2)의 출력 값들을 이용하여 구성된 출력 코드에 따라 검출될 수 있다.

RX1 전극라인 및 RX2 전극라인의 사이에 연결된 비교기는 비교기 1-1, 비교기 1-2로 표시하였고, RX1 전극라인과, 좌측의 RX0 전극라인 사이에 연결된 비교기는 비교기 0-1, 비교기 0-2로 표시하였으며, RX2 전극라인과, 우측의 RX3 전극라인 사이에 연결된 비교기는 비교기 2-1, 비교기 2-2로 표시하였다.

펜 터치위치 검출 알고리즘은 RX₁-RX₂ 페어의 디지털 출력 2b 코드 O₁(비교기 A-1 출력을 상위 비트, 비교기 A-2의 출력을 하위 비트로 한다)에 더하여, 좌측에 인접하는 RX₀-RX₁페어의 디지털 출력 2b 코드 O₀ 또는 우측에 인접하는 RX₂-RX₃ 페어의 디지털 출력 2b코드 O₂의 어느 한쪽 또는 양쪽이 필요하다.

발명의 실시예에 따른 터치 패널의 회로 동작을 설명하면 하기와 같다. Y축 방향의 위치검출은 TX1 액티베이션 사이클, TX2 액티베이션 사이클 및, TX3 액티베이션 사이클로 이루어지고, 도시된 바와 같이 각 사이클에서의 시점은 동일한 부호로 표시되었더라도 각각 다른 시간값을 갖는다.

우선 X축 방향의 위치검출에 대해 설명한다.

먼저 X 전극 라인들(TX₁~TX_n)에는 그라운드 전압(GND)이 인가된다. 이를 위해, Y 전극 라인들(RX₁~RX_m)과 교차하는 방향으로 형성된 또 다른 TD 전극 라인(TD)에 그라운드 전압(GND)이 인가될 수 있다.

t1의 시점에서 TX₁라인에 V_DD 전압이 인가된다. 이에 따라 RX₁ 라인의 전위는 Cm₁에 의한 커패시티브 커플링에 의해 RX라인에 전위변화량 △VRX가 발생한다. RX 라인은 최초 V_DD/2로 프리차지 되어있다.

RX₁ 라인의 전위 VRX₁(t1)을, Cm₁의 전위의존성을 반영하여 기술한 식은 하기와 같다.

상기 식에서 C_s는 샘플링 전압 유지 커패시터들(sampling voltage holding capacitors)의 커패시턴스를 나타내며, C_E는 X 전극 라인과 Y 전극 라인의 교차 지점들에서의 커플링 커패시터 각각의 커패시턴스를 나타낸다.

마찬가지로 RX₀, RX₂, RX₃ 라인의 전위 VRX₀(t1), VRX₂(t1), VRX₃(t1)을, Cm₁ 및 Cm₂의 위치의존성을 반영하여 기술한 식은 하기와 같다.

t1의 시점에서 각 RX 라인의 전위는 상기 식에 의해 검출될 수 있다. S0a, S0d, S1a, S1d, S2a, S2d의 스위치가 오프되면, VRX₀(t1)은 비교기 0-1의 샘플링 커패시터 C_S0a로, VRX₁(t1)은 비교기 1-1의 샘플링 커패시터 C_S1a 및, 비교기 0-2의 샘플링 커패시터 C_S0d로, VRX₂(t1)은 비교기 2-1의 샘플링 커패시터 C_S2a 및, 비교기 1-2의 샘플링 커패시터 C_S1d로, VRX₃(t1)은 비교기 3-1의 샘플링 커패시터 C_S3a 및, 비교기 2-2의 샘플링 커패시터 C_S2d로 유지된다.

다음으로, 해상도 1/3을 실현시키기 위해, TD는 t3의 시점에서 V_DD/2로 드라이브 된다. 이에 따라 하기의 식이 성립하게 된다.

그리고 t4의 시점에서 S0b, S0c, S1b, S1c, S2b, S2c의 스위치를 오프시키면, 그 결과 VRX₀(t3)는 비교기 0-2의 샘플링 커패시터 C_SOc로, VRX₁(t3)은 비교기 1-2의 샘플링 커패시터 C_S1c 및, 비교기 0-1의 샘플링 커패시터 C_S0b로, VRX₂(t3)은 비교기 2-2의 샘플링 커패시터 C_S2c 및 비교기 1-1의 샘플링 커패시터 C_S1b로, VRX₃(t3)은 비교기 3-2의 샘플링 커패시터 C_S3c 및 비교기 2-1의 샘플링 커패시터 C_S2b로, 각각 유지된다.

t8의 시점에서 비교기 0-1, 0-2, 1-1, 1-2 등을 활성화하여 차분 센싱을 동작시키면 차분전압(differential voltage)은 각각 하기의 식을 만족하게 된다.

△Vcomp1-1이 0보다 같거나 크면 비교기 1-1은 디지털 신호 1을 출력하고 0보다 작으면 0을 출력하며, 비교기1-1 출력을 상위 비트, 비교기 1-2의 출력을 하위 비트로 하여 2b 코드를 O₁로 표시하면, -Lp/4≤X〈Lp/4의 경우 O₁[00], 이를 십진법(decimal) {0}으로 한다. Lp/4≤X〈3Lp/4의 경우 O₁[01], 이를 십진법(decimal) {1}로 한다. 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 경우 O₁[11], 이를 십진법(decimal) {2}로 한다. 즉, O₁이 펜 터치 위치를 나타내고 있다.

마찬가지 방법으로 O₀ 및 O₂의 코드를 구하고, O₀→O₁→O₂의 코드열로 기술하면, -Lp/4≤X〈Lp/4의 경우, 즉, 구간 0의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [11]→[00]→[01], 즉 {2}→{0}→{1}이 된다. Lp/4≤X〈3Lp/4의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [11]→[01]→[00], 즉 {2}→{1}→{0}이 된다. 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[11]→[00], 즉 {1}→{2}→{0}이 된다.

상기 3개의 코드열 이외의 코드는 전부 [01]이 된다. 이에 따라 펜 터치가 없으면 O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[01]→[01], 즉 {1}→{1}→{1}이 된다. 여기서 일반화하여 -Lp/4≤X〈Lp/4의 경우, 하나의 좌측 출력 코드를 추가하면 [01]→[11]→[00]→[01]이 되고, 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 경우, 하나의 우측 출력 코드를 추가하면 [01]→[11]→[00]→[01]이 되어 양자의 구별이 불가능하게 된다. 그러나 전자는 1블록을 좌측으로 이동(shift)하고 있다. 상기 시프트를 보정하면 양자는 펜 터치의 위치로 동일한 영역을 나타내고 있음을 알 수 있다.

가장 좌측단의 페어에는 더 이상 인접하는 좌측의 페어가 존재하지 않으므로 이 영역의 펜터치는 고려하지 않아도 된다. 이는 가장 우측단의 페어에도 마찬가지로 적용된다.

가장 좌측단의 페어에 펜터치가 있으면 O₀→O₁→O₂의 코드열은 펜터치의 위치에 따라 X〈Lp/4의 경우, 즉, 구간 0의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [00]→[01]→[01]이 된다. Lp/4≤X〈3Lp/4의 경우, 즉, 구간 1의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[00]→[01]이 된다. 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 경우, 즉, 구간 2의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [11]→[00]→[01]이 된다.

상기에서 설명하였으나 가장 좌측단의 페어(RX₀-RX₁ 페어)의 펜터치 위치 3Lp/4≤X〈5Lp/4의 코드열과, RX₁-RX₂ 페어의 펜터치 위치 -Lp/4≤X〈Lp/4는 같은 코드열을 같게 된다.

마찬가지로 가장 우측단의 페어에 펜터치가 있으면, O_{n -3}→O_{n -2}→O_{n -1}의 코드열은 펜터치 위치에 따라, -Lp/4≤X〈Lp/4의 경우, 즉, 구간 0의 경우, O_{n -3}→O_{n -2}→O_{n -1}의 코드열은 [01]→[11]→[00]이 된다. Lp/4≤X〈3Lp/4의 경우, 즉, 구간 1의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[11]→[01]이 된다. 3Lp/4≤X의 경우, 즉, 구간 2의 경우, O₀→O₁→O₂의 코드열은 [01]→[01]→[11]이 된다.

펜이 터치된 RX 페어의 좌우측에 인접하는 RX 페어 이외의 RX 페어의 출력코드(예를 들어, O₃의 코드)는 반드시 [01]이 된다. 이 경우 프로젝션 카패시턴스(projection capacitance Cm)는 발생하지 않으므로 하기의 수학식을 만족하게 된다.

이들의 전위는 펜 터치가 있는 경우와 마찬가지로, VRX₃(t1)은 비교기 3-1의 샘플링 커패시터 C_S3a로 유지되고, VRX₄(t1)은 비교기 3-2의 샘플링 커패시터 C_S3d로 유지된다.

그리고 t3의 시점에서 하기의 수학식을 만족한다.

상기 전위도 펜 터치가 있는 경우와 마찬가지로, VRX₃(t3)은 비교기 3-2의 샘플링 커패시터 C_S3c로 유지되고, VRX₄(t3)은 비교기 3-1의 샘플링 커패시터 C_S3b로 유지된다. 각 비교기의 차분입력은 하기의 수학식을 만족한다.

상기로부터 다음의 규칙을 도출할 수 있다.

가장 좌측단의 페어(RX₀-RX₁ 페어)는 O₀=[00]={0}의 경우, 펜은 RX₀-RX₁의 구간 0에 터치하고 있다. O₀=[01]={1}, O₁=[00]={0}의 경우, 펜은 RX₀-RX₁의 구간1에 터치하고 있다. O₀=[11]={2}, O₁=[00]={0}의 경우, 펜은 RX₀-RX₁의 구간2에 터치하고 있다.

가장 우측단의 페어(RX_n-1-RX_n 페어)는 O_{n -2}=[11]={2}, O_{n -1}=[01]={1}의 경우, 펜은 RX_{n -1}-RX_n의 구간 1에 터치하고 있다. O_{n -1}=[11]={2}의 경우, 펜은 RX_{n -1}-RX_n의 구간 2에 터치하고 있다.

양 끝단 이외의 페어(RX_k-RX_k+1 페어)는 O_{k -1}=[11]={2}, O_k=[01]={1}, O_k+1=[00]={0}의 경우, 펜은 RX_{k -1}-RX_k의 구간 1에 터치하고 있다. O_{k -1}=[01]={1}, O_k=[11]={2}, O_{k +1}=[00]={0}의 경우, 펜은 RX_{k -1}-RX_k의 구간 2에 터치하고 있다.

상기 규칙의 어느 것에도 적용되지 않는 경우는 펜 터치는 없는 것으로 판정한다. 상기 과정에 의해 X축 위치 검출을 수행할 수 있다.

다음으로 Y축 방향의 위치검출에 대해 설명한다.

Y축 방향의 위치검출은 TX1 액티베이션 사이클, TX2 액티베이션 사이클 및 TX3 액티베이션 사이클을 포함한다.

우선 TX1 액티베이션 사이클의 동작을 설명하면 하기와 같다.

t0의 시점에서 a1a 및 a1d의 스위치를 온 시킨다. 도 2에 도시하지는 않았으나 a1b 및 a1c의 스위치는 이전의 사이클에서 오프되어 있고, t0의 시점에서 그 상태를 유지하므로 계속 오프 상태로 동작한다.

이후 t1의 시점에서 TX₁ 라인에 V_DD로 드라이브 전압이 인가된다. 이에 따라 RX₁ 라인의 전위는 Cm1에 의한 용량성 커플링에 의해 RX 라인에 전위변화량 △V_{RX _ TX1}이 발생한다. RX₁ 라인은 최초 V_DD/2로 프리차지 되어 있다. RX₁라인의 전위 V_RX1(t1)를, C_M1의 위치 의존성을 반영하여 기술한 식은 하기와 같다.

상기 식에서 C_s는 샘플링 전압 유지 커패시터들(sampling voltage holding capacitors)의 커패시턴스를 나타내며, C_E는 X 전극 라인과 Y 전극 라인의 교차 지점들에서의 커플링 커패시터 각각의 커패시턴스를 나타낸다.

TX1 액티베이션 사이클의 t1의 시점에서 RX 라인의 전위 V_RX1(t1_TX1)가 검출되고, t2의 시점에서 a1a 및 a1d의 스위치를 오프한다. 이에 의해 V_RX1(t1_TX1)는 비교기 a-1의 샘플링 카패시터 Ca_1a 및 비교기 a-2의 샘플링 카패시터 Ca_1d로 유지된다.

이후 t5에서 비교기 a-1를 활성화하여 차분 센싱을 동작시킨다. 도 2에 도시된 바와 같이 비교기 a-2는 TX1 액티베이션 사이클에서 동작하지 않는다. 따라서 비교기 a-2의 샘플링 카패시터 Ca_1a에 유지된 전위 V_RX1(t1_TX1)는 그 상태를 유지하게 된다.

이후 TX2 액티베이션 사이클이 개시된다. TX2 액티베이션 사이클이 개시되는 시점인 t0에서 a1b와 a1c의 스위치를 온 시킨다. a1a 및 a1d의 스위치는 이전의 사이클에서 오프되어 있고, TX2 액티베이션 사이클이 개시되는 시점인 t0에서도 그 상태를 유지하게 된다.

t1의 시점에서 TX2 라인에 VDD로 드라이브 된다. 이에 따라 RX1 라인의 전위는 CM₂에 의한 용량성 커플링에 의해 RX 라인에 전위변화량 △VRX1_TX2이 발생한다. RX1 라인의 전위 V_RX1(t1_TX2)를 CM₂의 위치 의존성을 반영하여 기술하면 하기의 수학식을 만족한다.

t1의 시점에서 RX 라인의 전위 V_RX1(t1_TX2)가 검출되고, t2의 시점에서 a1b와 a1c의 스위치가 오프된다. 이에 의해 V_RX1(t1_TX2)는 비교기 a-1의 샘플링 카패시터 C_a1b 및 비교기 a-2의 샘플링 카패시터 Ca_1c 로 유지된다.

t5의 시점에서 비교기 a-2를 활성화 시켜서 차분 센싱 동작을 행한다. 비교기 a-2의 입력신호의 차분전압 △V_{compa -2}는 하기의 수학식을 만족한다.

비교기 a-2의 디지털 출력이 0이면 Y≤0.5Lp, 즉 펜 터치는 TX1 및 TX2의 중심을 기준으로 TX1에 가까운 것으로 판단하고, 비교기 a-2의 디지털 출력이 1이면 펜 터치는 TX1 및 TX2의 중심을 기준으로 TX2에 가까운 것으로 판단한다.

이와 마찬가지로 TX2 액티베이션 사이클에서 TX2-TX3 간 펜 터치 위치를 검출한다. 그 경우는 비교기 a-1의 디지털 출력을 참조하여 터치 위치를 검출한다.

상기의 설명에서 개시된 바와 같이, 1/2의 해상도를 갖기 위해 필요한 비교기의 수는 1개이고, 다른 하나는 동작하지 않는다. 다른 하나는 V_RX1(t1_TX2)의 전위를 샘플링 카패시터로 유지시키고, 다음의 TX3 사이클에서 VRX1(t1_TX3)과의 비교동작을 실시한다. 그리고 TX3 사이클에서는 마찬가지로 또 다른 하나의 비교기는 VRX1(t1_TX3)의 전위를 샘플링 카패시터로 유지시킨다. 이하에서 교대로 비교동작과 전위유지동작을 반복한다. 상기 공정에 의해 Y축에서의 위치 검출을 수행한다.

또한 본 발명에서는 해당 RX 페어 블록의 펜 터치 유무를 판별하고, 또한 어느 쪽의 RX 라인에 주목할지도 RX 위치검출 알고리즘에 의해 검출된다. 예를 들어 RX 위치 해상도가 RX 피치의 1/3인 경우, 펜은 RX₀-RX₁의 구간2, 또는 구간3, 또는 RX₁-RX₂의 구간 2에 있다는 것을 RX 위치검출 알고리즘에 의해 검출한다. 그리고 RX1에 주목하여 TX 위치검출을 실시한다. 펜 터치가 없다고 판단한 RX 라인에 대한 판단처리는 실행되지 않는다. RX 위치검출 알고리즘과 조합하므로, TX 위치검출의 알고리즘은 간단해진다.

상기의 설명에서 TX 펜 위치검출을 위해 전용 비교기를 접속하였다. 비교기에 스위치를 2개 추가하면 전용의 비교기를 접속하지 않아도 RX 펜 위치검출용의 비교기를 TX 펜 위치검출용의 비교기와 겸용할 수 있다.

도 4는 발명의 다른 실시예에 따라 RX 위치검출 및 TX 위치검출 겸용 비교기의 블록도이다. 도 5는 도 4의 주요회로 제어신호 시점 다이어그램을 나타낸 도면이다. 도 6은 발명의 다른 실시예에 따른 비교기의 구체적인 회로를 나타낸 도면이다.

다른 실시예에 따른 위치검출의 과정을 설명하면 하기와 같다. 이 경우, X축 방향에서의 위치검출이 완료된 후, Y축방향의 위치검출이 이루어진다. X축 방향에서의 위치검출은 상기 실시예의 경우를 참고하면 된다.

RX 위치해상도는 RX 피치의 1/3, 펜 터치는 RX₀-RX₁의 구간2, 또는 구간3, 또는 RX₁-RX₂의 구간2에 있는 것으로 가정한다. 검출하고 싶은 것은 TX₁-TX₂ 사이의 어디에 펜이 터치되는 지에 관한 것으로, RX전극 라인은 일견 관계없는 것으로 보이나, TX₁-TX₂ 사이의 어디에 펜이 터치되어도, 터치 신호는 RX 라인을 개의하여 출력된다. 따라서 어느 RX 라인을 사이에 두고 TX₁-TX₂ 전극 라인 간의 펜 터치 위치검출 신호가 출력되는가는 필요한 정보이다.

상기의 가정은 RX₁으로부터 TX₁-TX₂ 전극 라인 간의 펜 터치 위치 검출신호가 출력되는가의 정보를 제공하고 있다. 따라서 RX₁의 출력신호는 필요하나, RX₀ 및 RX₂의 출력신호는 필요하지 않다.

RX 펜 위치검출의 동작시, 비교기1-1은 S1a 및 S1b의 스위치만을 온 시킨다. S1e 및 S1f는 항상 오프상태이고, 동작에 기여하지 않는다. 비교기 1-2도 마찬가지로 S1c 및 S1d의 스위치만을 온, 오프 시킨다. S1g 및 S1h는 항상 오프상태이다.

비교기에 스위치를 추가한 것에 의해 RX1은 S0b를 통해 비교기0-1의 (-)입력단자, S0f를 통해 비교기0-1의 (+)입력단자, S1e를 통해 비교기 0-1의 (-) 입력단자 등과 접속된다.

즉, 비교기 0-1, 비교기 0-2, 비교기1-1, 비교기1-2의 4개가 TX 펜 위치검출의 비교기로 사용된다. RX₀ 라인 및 RX₂라인의 전위는 검토할 필요가 없으므로, RX₀ 라인에 접속하는 스위치 S0a, S0e, S0c, S0g와 RX₂ 라인에 접속하는 스위치 S1b, S1f, S1d, S1h는 항상 오프 상태이다. 이하에서는 항상 오프상태의 스위치에 대해서는 기술하지 않는다.

TX1 액티베이션 사이클에서의 동작을 설명하면 하기와 같다. t0의 시점에서 S1a, S1c, S0b, S0d의 스위치는 온 된다. RX1 라인에 연결되는 그 외의 스위치, 즉 S0f, S0h, S1e, S1g는 이전의 사이클에서 오프되어 있고, t0에서도 그 상태를 유지한다.

이후 t2의 시점에서 S1a, S0b의 스위치는 오프된다. t1의 시점에서 검출된 RX1 라인의 전위 V_RX1(t1_TX₁)는 비교기 1-1의 샘플링 카패시터 C_S1a 및 비교기 0-1의 샘플링 카패시터 C_S0b로 유지된다. 유지되는 전위는 하기의 수학식을 만족한다.

그리고 t3의 시점에서 TD는 0.5VDD로 드라이브 전압이 인가되고, RX1 라인의 전위는 하기의 수학식을 만족한다.

t4의 시점에서 S1c, S0d의 스위치는 오프되고, VRX1(t3_TX1)는 비교기 1-2의 샘플링 카패시터 CS1c 및 비교기 0-2의 샘플링 카패시터 CS0d로 유지된다.

t5의 시점에서 비교기 0-1 및 비교기 0-2를 활성화시켜 차분센싱을 동작시킨다. 비교기0-1 및 비교기0-2는 입력신호의 차분전압에 따라 0/1의 디지털 신호를 출력하나, 이에 대해서는 TX2의 액티베이션 사이클에서 설명한다. 비교기 1-1 및 비교기 1-2는 이 사이클에서는 활성화되지 않고, 단순히 비교기 1-1는 VRX1(t1_TX1)을 샘플링 카패시터 CS1a로 유지하고, 비교기 1-2는 VRX1(t3_TX1)을 샘플링 카패시터 CS1c로 유지하여 TX2의 액티베이션 사이클에서 사용한다.

TX2 액티베이션 사이클에서의 동작을 설명하면 하기와 같다. t0의 시점에서 S1e, S1g, S0f, S0h의 스위치는 온된다. t2의 시점에서 S1g, S0h의 스위치는 오프된다. t1의 시점에서 검출된 RX2 라인의 전위 VRX1(t1_TX2)는 비교기 1-2의 샘플링 카패시터 CS1d 및 비교기0-2의 샘플링 카패시터 CS0c로 유지된다.

유지되는 전위는 하기의 수학식을 만족한다.

t3의 시점에서 TD는 0.5V_DD로 드라이브되고, RX1 라인의 전위는 하기의 수학식을 만족한다.

t4의 시점에서 S1e, S0f의 스위치는 오프되고 VRX1(t3_TX2)는 비교기 1-1의 샘플링 카패시터 CS1b 및 비교기 0-1의 샘플링 카패시터 CS0a로 유지된다. t5의 시점에서 비교기 1-1, 비교기 1-2를 활성화시켜 차분센싱을 동작시킨다. 비교기 0-1 및 비교기 0-2는 이 사이클에서는 활성화되지 않는다. 비교기 1-1 및 비교기 1-2의 입력신호 차분전압 △V_{comp1 -1} 및 △Vcomp1-2는 하기의 수학식을 만족한다.

△Vcomp1-1이 0보다 같거나 크면 비교기 1-1은 디지털 신호 1을 출력하고 0보다 작으면 0을 출력하며, 비교기1-1 출력을 상위 비트, 비교기 1-2의 출력을 하위 비트로 하여 2b 코드를 O1로 표시하면, -Lp/4≤Y〈Lp/4의 경우 O₁[00], 이를 십진법(decimal) {0}으로 한다. Lp/4≤Y〈3Lp/4의 경우 O1[01], 이를 십진법(decimal) {1}로 한다. 3Lp/4≤Y〈5Lp/4의 경우 O1[11], 이를 십진법(decimal) {2}로 한다. 즉, O₁이 펜 터치 위치를 나타내고 있다.

상기 공정에 의해 Y축 방향의 위치검출을 수행할 수 있다.

그리고, 전술한 터치패널의 작동방법에 관련된 구동 알고리즘은 집적회로(IC: integrated circuit)에 적용될 수 있고, 상기 집적회로는 터치 패널의 구동칩에 적용되어 구현될 수 있다.

상기 집적회로는 터치되는 위치에 따라 X축과 관련된 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 제1 비교기들; 터치되는 위치에 따라 Y축과 관련된 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 제2 비교기들; 및, 상기 복수의 제1 비교기들의 비교신호를 판독하여 X축과 관련된 위치신호를 생성하고, 상기 복수의 제2 비교기들의 비교신호를 판독하여 Y축과 관련된 위치신호를 생성하는 연산부(100)를 포함한다.

그리고, 전술한 터치패널의 작동방법에 관련된 구동 알고리즘은 구동 칩(driving chip)에 적용될 수 있다. 아울러, 상기 구동 칩은 예를 들어, 개인휴대단말기의 피씨비(PCB:PRINTED CIRCUIT BOARD) 또는 에프피씨비(FPCB: FLEXIBLE PRINTED CIRCUIT BOARD)에 단독으로, 또는 다른 칩과 일체화되어 원 칩(ONE-CHIP)으로 실장되어 터치패널의 구동 및 제어에 필요한 신호를 출력할 수도 있다.

이상에서 실시예들에 설명된 특징, 구조, 효과 등은 본 발명의 적어도 하나의 실시예에 포함되며, 반드시 하나의 실시예에만 한정되는 것은 아니다. 나아가, 각 실시예에서 예시된 특징, 구조, 효과 등은 실시예들이 속하는 분야의 통상의 지식을 가지는 자에 의해 다른 실시예들에 대해서도 조합 또는 변형되어 실시 가능하다. 따라서 이러한 조합과 변형에 관계된 내용들은 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (11)

1. 서로 교차 배치되고 터치되는 위치에 따라 다른 신호량을 발생시키는 복수의 X 전극 라인들 및 복수의 Y 전극들;
   상기 복수의 Y 전극 라인들 중 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인 사이에 스위치를 통하여 복수개 연결된 제1 비교기들; 및,
   상기 제1 Y 전극 라인은 서로 인접하는 두 개의 Y 전극 라인으로 분할되고, 분할된 상기 두 개의 Y 전극 라인 사이에 복수개 연결된 제2 비교기들;을 포함하고,
   상기 제1 및 제2 비교기들의 출력 값들을 이용하여 구성된 출력 코드에 따라 X 축 및 Y 축의 접촉 위치를 검출하는 터치 패널.
2. 제1항에 있어서,
   상기 제1 비교기들은 2개가 상기 제1 Y 전극 라인과 상기 제2 Y 전극 라인 사이에 병렬로 형성되는 터치 패널.
3. 제2항에 있어서,
   상기 제1 비교기들의 '+' 입력 단자들은 상기 제1 Y 전극 라인에 연결되고, '-' 입력 단자들은 상기 제2 Y 전극 라인에 연결되는 터치 패널.
4. 제1항에 있어서,
   상기 제2 비교기들은 상기 두 개의 Y 전극 라인 사이에서 병렬로 연결되는 터치 패널.
5. 서로 교차 배치되고 터치되는 위치에 따라 다른 신호량을 발생시키는 복수의 X 전극 라인들 및 복수의 Y 전극들; 및,
   상기 복수의 Y 전극 라인들 중 인접한 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인 사이에 복수개 연결된 제1 비교기들;을 포함하고,
   상기 제1 비교기들은 양의 입력단자 및 음의 입력단자를 포함하고, 상기 양의 입력단자는 스위치를 통해 상기 제1 Y 전극 라인 및 제2 Y 전극 라인과 각각 연결되고, 상기 음의 입력단자는 스위치를 통해 상기 제1 Y 전극 라인 및 제2 Y 전극 라인과 각각 연결되며,
   상기 제1 비교기들의 출력 값들을 이용하여 구성된 출력 코드에 따라 X 축 및 Y 축의 접촉 위치를 검출하는 터치 패널.
6. 복수의 X 전극 라인들 중, 제1 X전극라인에 구동전압을 인가하는 단계;
   상기 복수의 X 전극 라인과 교차하여 배치되는 복수의 Y 전극 라인들 중, 상호 인접하고 일단이 분기된 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인의 사이에 배치된 병렬 연결된 복수의 제1 비교기가 접촉하는 위치에 따라 다른 위치신호를 발생시켜 X축의 위치를 검출하는 단계;
   상기 복수의 X 전극 라인들 중, 제2 및 제3 X전극라인에 순차적으로 구동전압을 인가하는 단계;
   상기 일단이 분기된 제1 Y 전극 라인의 사이에 배치된 제2 비교기가 접촉하는 위치에 따라 다른 위치신호를 발생시켜 Y축의 위치를 검출하는 단계;를 포함하는 터치 패널의 위치 검출 방법.
7. 제6항에 있어서,
   상기 X축의 위치검출은 상기 병렬 연결된 복수의 제1 비교기에 의해 제1 Y 전극 라인과 제2 Y 전극 라인을 3개의 구간으로 나누고, 상기 복수의 제1 비교기에서 출력되는 위치신호에 따라 상기 구간 중 하나를 특정하는 터치 패널의 위치 검출 방법.
8. 제6항에 있어서,
   상기 Y축의 위치검출은 제1 X 전극 라인과 제2 X 전극 라인을 2개의 구간으로 나누고, 상기 복수의 제2 비교기에서 출력되는 위치신호에 따라 상기 구간 중 하나를 특정하는 터치 패널의 위치 검출 방법.
9. 터치되는 위치에 따라 X축과 관련된 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 제1 비교기들;
   터치되는 위치에 따라 Y축과 관련된 다른 제1 입력신호를 받는 양의 입력단자, 제2 입력신호를 받는 음의 입력단자 및 상기 제1 입력신호 및 제2 입력신호의 비교신호를 출력하는 출력단자를 가지는 복수의 제2 비교기들; 및,
   상기 복수의 제1 비교기들의 비교신호를 판독하여 X축과 관련된 위치신호를 생성하고, 상기 복수의 제2 비교기들의 비교신호를 판독하여 Y축과 관련된 위치신호를 생성하는 연산부;를 포함하는 집적회로.
10. 제9항에 있어서,
    상기 복수의 제1 및 제2 비교기는 각각 병렬로 연결된 집적회로.
11. 제9항에 있어서,
    상기 집적회로는 터치 패널에 단독으로, 또는 개인휴대단말기의 칩이나 LCD 구동칩 중 적어도 하나에 일체화되어 원 칩(ONE-CHIP)으로 실장되는 집적회로.

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