KR102016571B1

KR102016571B1 - 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법

Info

Publication number: KR102016571B1
Application number: KR1020120130538A
Authority: KR
Inventors: 서상우; 이재도; 정범; 최성필
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-11-16
Filing date: 2012-11-16
Publication date: 2019-09-02
Also published as: KR20140065602A

Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법에 관한 것으로, 터치 스크린; 및 상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하는 터치 센싱회로를 포함한다. 상기 구동신호는 상기 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 프리차징 구간, 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 고전위 유지 구간, 상기 제2 전압 보다 낮은 제3 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 방전 가속 구간, 및 상기 제3 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 기준 전위 구간을 포함한다.

Description

터치 센싱 시스템과 그 구동 방법{TOUCH SENSING SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법에 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 쉽게 제어할 수 있게 한다. 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, 나아가 가전 제품에도 확대 적용되고 있다. 정전 용량 방식의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린의 구조가 기존의 저항막 방식에 비하여 내구성과 선명도가 높고, 멀티 터치 인식과 근접 터치 인식이 가능하여 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있는 장점이 있다.

터치 UI를 적용하는 모바일 정보 단말기의 크기가 대형화되고 있다. 또한, 향후에는 컴퓨터 모니터와 같이 큰 표시장치에도 터치 UI가 적용될 것으로 예상되고 있다. 터치 스크린의 크기가 커지면, 터치 스크린의 배선들이 길어지게 되어 터치 스크린의 저항(resistance)과 용량(capacitance)이 커져 터치 스크린에 인가되는 구동신호의 RC 딜레이(delay)가 커진다. 도 1 및 도 2는 이러한 RC 딜레이를 예시한 도면들이다.

터치 스크린의 크기가 커지면 터치 스크린의 위치에 따라 RC 딜레이의 차이가 커지므로 터치 센서들에 공급되는 전하량이 달라지고 터치 센서들에서 원치 않는 잔류 전하의 방전 지연이 초래되어 터치 스크린으로부터 읽어 낸 신호의 신호 대 잡음비(SNR)가 나빠진다. 터치 스크린의 크기가 커지면 센싱 기간이 길어지기 때문에 터치 레포트 레이트(touch report rate)가 낮아진다. 터치 레포트 레이트가 낮아지면 터치 감도가 더 나빠진다. 터치 레포트 레이트란 센싱 기간 동안 터치 스크린 내의 터치 센서들을 센싱하여 얻어진 터치 원시 데이터(touch raw data)를 분석하여 좌표를 계산하고 그 좌표 정보를 취합하여 외부의 호스트 시스템으로 전송하는 속도 또는 주파수(Hz)를 의미한다. 터치 레포트 레이트가 높아질 수록 터치 입력과 좌표 인식 사이의 지연(latency)이 줄기 때문에 사용자가 느끼는 터치 감도가 높아진다.

도 1은 상호 용량(Mutual capacitance) 방식의 터치 스크린(TSP)의 일부를 보여 주는 도면이다. 도 1에서, Tx1~Tx5는 구동신호가 인가되는 Tx 라인들이고, Rx1~Rx6는 터치 센서들(Cm)의 전압을 수신하는 Rx 라인들이다. 터치 스크린(TSP)에는 터치 스크린을 구동하고 터치 센서들의 전압을 수신하는 ROIC(Read-out Integrated Circuit)가 연결된다. ROIC는 Tx 라인들(Tx1~Tx5)에 구동신호를 인가하고 Rx 라인들(Rx1~Rx6)을 통해 터치 센서들(Cm)의 전압을 수신한다. ROIC와 가까운 터치 센서들(Cm)은 RC 딜레이가 작기 때문에 구동신호가 인가될 때 충전되는 전하(도 2, ΔQ1)의 양이 많다. 이에 비하여, ROIC로부터 멀리 떨어진 터치 센서들은 RC 딜레이가 크기 때문에 구동신호가 인가될 때 충전되는 전하(도 2, ΔQ1)의 양이 작다. RC 딜레이가 크면, 터치 센서의 방전 속도도 길어진다. 따라서, 터치 스크린에서 구동신호가 인가되는 부분으로부터 멀리 떨어질수록 RC 딜레이로 인하여 터치 센서(Cm)의 전하 충전양이 작고 잔류 전하의 방전도 지연된다.

본 발명은 터치 스크린의 크기 확대에 대응할 수 있는 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법을 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린; 및 상기 터치 센서들에 멀티 스텝 파형의 구동신호를 인가하는 터치 센싱회로를 포함한다.
상기 구동신호는 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 프리차징 구간; 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 고전위 유지 구간; 상기 제2 전압 보다 낮은 제3 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 방전 가속 구간; 및 상기 제3 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 기준 전위 구간을 포함한다.
상기 기준 전압이 상기 제2 전압 보다 낮고 상기 제3 전압 보다 높다.
상기 제1 전압과 상기 제3 전압이 상기 터치 스크린의 RC 딜레이에 비례한다.

삭제

상기 터치 센싱 시스템의 구동 방법은 상기 구동 신호의 전압이 상기 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 단계; 상기 구동 신호의 전압이 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 단계; 상기 구동 신호의 전압이 상기 제2 전압 보다 낮은 제3 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 단계; 및 상기 구동 신호의 전압이 상기 제3 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 단계를 포함한다.

본 발명은 멀티 스텝 파형의 구동신호를 이용하여 터치 센서들을 프리차징시켜 터치 센서들의 전하 충전 속도를 빠르게 하고, 그 터치 센서들의 방전을 가속시키는 구간을 설정하여 터치 센서들의 방전 속도를 빠르게 한다. 본 발명은 터치 센서들에 충분한 전하량으로 전하를 빠르고 균일하게 충전시키고 원치 않는 잔류 전하를 짧은 시간 내에 방전시킨다. 그 결과, 본 발명은 터치 스크린의 크기가 커지더라도 터치 신호에서 노이즈를 줄일 수 있고 터치 감도를 높일 수 있다.

도 1은 상호 용량 방식의 터치 스크린 일부를 보여 주는 도면이다.
도 2는 터치 스크린의 RC 딜레이로 인하여 터치 센서들에 충전되는 전하량이 불균일하게 되는 현상을 보여 주는 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 터치 스크린의 등가 회로도이다.
도 5 내지 도 7은 표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태로 보여 주는 도면들이다.
도 8은 Rx 구동회로의 적분기를 보여 주는 회로도이다.
도 9는 터치 전후 터치 센서의 전압 변화를 보여 주는 파형도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 구동신호를 보여 주는 파형도이다.
도 11은 종래 기술의 구동신호와 도 10에 도시된 본 발명의 구동신호를 비교하여 터치 센서들의 전하량 변화를 보여 주는 파형도이다.
도 12는 본 발명의 터치 센싱 시스템에서 터치 스크린과 터치 센싱회로의 연결 예를 보여 주는 도면이다.
도 13은 도 12와 같은 터치 센싱 시스템에서 터치 스크린의 분할 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
도 14는 도 13에 도시된 터치 스크린의 위치에 따라 다르게 설정된 구동신호의 예를 보여 주는 파형도이다.
도 15 및 도 16은 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동신호들을 보여 주는 파형도이다.
도 17은 본 발명의 실시예에 따른 구동신호 발생기를 보여 주는 회로도이다.
도 18은 도 17에 도시된 구동신호 발생기에서 스위치들의 온/오프 타이밍과 출력 파형을 보여 주는 파형도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시예에 따른 구동신호 발생기를 보여 주는 회로도이다.
도 20은 도 19에 구동신호 발생기의 출력 파형을 보여 주는 파형도이다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치 입력을 감지하는 정전 용량 방식의 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 다수의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 등가회로로 볼 때 정전 용량(capacitance)을 포함한다. 정전 용량은 자기 용량(Self capacitance) 혹은 상호 용량(Mutual capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 이하의 실시예에서, 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린이 예시되었으나, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린에 한정되지 않는다.

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 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP)과, 터치 스크린 구동회로 등을 포함한다. 터치 스크린(TSP)은 도 5와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 6과 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cm)은 도 7과 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부 기판에 내장되거나 기판들(GLS OR FILM) 사이에 내장될 수 있다. 표시패널의 기판들은 유리기판이나 필름기판으로 제작될 수 있다. 도 5 내지 도 7에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL""POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

본 발명의 표시패널(DIS)은 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) 등 평판 표시장치의 표시패널로 구현될 수 있다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각에는 TFT들(Thin Film Transistor)과, 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등이 형성될 수 있다. TFT들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된다. 표시패널(DIS)에는 컬러 구현을 위하여 컬러필터 어레이가 형성될 수 있다.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 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 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(40)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 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 Tx 라인들(Tx1~TxN, N은 양의 정수), Tx 라인들(Tx1~TxN)과 교차하는 Rx 라인들(Rx1~RxM, M은 양의 정수), 및 Tx 라인들(Tx1~TxN)과 Rx 라인들(Rx1~RxM)의 교차부들에 형성된 M×N 개의 터치 센서들(Cm)을 포함한다. 터치 센서들(Cm) 각각은 상호 용량을 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 터치 센싱회로(30), 좌표 계산부(36)를 포함한다. 터치 스크린 구동회로는 터치 스크린(TSP)에 구동신호를 공급하여 터치 센서들의 전압 변화를 센싱하고 터치 입력 위치의 좌표 정보를 호스트 시스템(40)으로 전송한다.

호스트 시스템(40)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(40)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(40)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(40)은 좌표 계산부(36)로부터 입력되는 터치 데이터의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

터치 센싱회로(30)는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), Tx/Rx 콘트롤러(38) 등을 포함한다.

터치 센싱회로(30)는 정상 동작 모드에서 Tx 구동회로(32)를 이용하여 Tx 라인들(Tx1~TxN)을 통해 터치 센서들에 구동신호를 인가하고, 구동신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx1~RxM)과 Rx 구동회로(34)를 통해 터치 센서들(Cm)의 전압을 센싱하여 디지털 데이터인 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 출력한다. 구동신호는 터치 센서들(Cm)의 전하 충전양을 빠르게 높이고 방전 속도를 빠르게 하기 위하여 도 10, 도 12~16과 같은 형태의 파형으로 발생된다. 터치 센싱회로(30)는 하나의 ROIC로 집적될 수 있다. 또한, 터치 센싱회로(30) 및 좌표 계산부(36)는 하나의 터치 IC로 집적될 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 정상 동작 모드에서 Tx/Rx 콘트롤러(38)로부터의 Tx 셋업신호에 응답하여 구동신호를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(Tx1~TxN)에 구동신호를 인가한다. Tx 라인들(Tx1~TxN)은 구동신호의 고전위 구간 동안 충전되어 터치 센서들(Cm)에 전하를 공급하고, 구동신호의 저전위 구간에 방전된다. 구동신호는 Rx 라인들(Rx1~RxM)을 통해 터치 센서들(Cm)의 전압이 Rx 구동회로(34)에 내장된 적분기(Integrator)의 커패시터(도 8, Cs)에 N(N은 2 이상의 양의 정수)회 누적될 수 있도록 Tx 라인들(Tx1~TxN) 각각에 N회 연속 공급될 수 있다.

Rx 구동회로(34)는 구동신호에 동기하여 도 8과 같이 적분기의 커패시터(Cs)에 터치 센서 전압을 누적하고 그 전압을 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)를 통해 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 출력한다. 터치 전후에 터치 센서의 전압 변화를 보면, 터치 센서가 터치되면 Q(전하) = C(용량)×V(전압)에서 터치 센서의 용량값(C)이 줄어 들어 터치 전후에 터치 센서의 전압 변화가 터치 입력이 없는 다른 센서에 비하여 더 크다. 따라서, 터치 전후의 터치 센서 전압 변화에 따라 터치 입력 유무를 판단할 수 있다. Rx 구동회로(34)는 터치 전후의 터치 센서 전압 변화를 디지털 데이터인 터치 원시 데이터로 변환하여 좌표 계산부(36)에 공급한다. 도 8 및 도 9에서 "Vd"는 구동신호의 전압이다. "OP"는 적분기의 연산 증폭기이다. "11"은 터치 전에 터치 센서의 전압이 적분기에 누적되는 파형 예이고, "12"는 터치 후에 터치 센서의 전압이 적분기에 누적되는 파형 예이다.

좌표 계산부(36)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 정상 동작 모드에서 Rx 구동회로(34)로부터 수신된 터치 원시 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교한다. 터치 인식 알고리즘으로는 공지된 어떠한 알고리즘도 가능하다. 터치 인식 알고리즘은 문턱값 이상의 터치 원시 데이터를 검출한다. 문턱값 이상의 터치 원시 데이터는 터치 입력이 발생된 터치 센서들로부터 얻어진 터치 데이터로 판단된다. 좌표 계산부(36)는 터치 인식 알고리즘을 실행하여 문턱값 이상의 터치 데이터들 각각에 식별 번호를 부여하고 좌표를 계산한다. 그리고 좌표 계산부(36)는 문터값 이상의 터치 데이터들 각각의 식별 번호와 좌표 정보를 호스트 시스템(40)으로 전송한다. 좌표 계산부(36)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

도 10은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린의 구동신호를 보여 주는 파형도이다. 도 11은 종래 기술의 구동신호(a)와 도 10에 도시된 본 발명의 구동신호(b)를 비교하여 터치 센서들의 전하량 변화를 보여 주는 파형도이다.

도 10 및 도 11을 참조하면, 본 발명의 구동신호는 프리차징 구간(t1), 고전위 유지 구간(t2), 방전 가속 구간(t3), 기준 전위 구간(t4)을 포함하는 멀티 스텝 파형으로 발생된다.

프리차징 구간(t1)은 고전위 구동 전압(Vd) 보다 높은 정극성 프리차징 전압(Vpre)을 터치 센서들(Cm)에 직접 인가하는 구간이다. 터치 센서들(Cm)은 프리차징 구간(t1) 동안 도 11의 (b)와 같이 전하를 급격히 충전한다. 종래의 구동신호는 도 11의 (a)와 같이 프리차징 구간(t1) 없이 고전위 구동 전압(Vd)으로 터치 센서들(Cm)에 전하를 충전시킨다. 도 11에서 ΔQ는 터치 센서들에 충전된 전하량이다. 고전위 구동 전압(Vd)은 2~3(V) 사이의 전압으로 설정될 수 있다. 프리차징 전압(Vpre)은 프리차징 효과와 구동신호의 폭(W)에 따라 적절히 선택된다.

고전위 유지 구간(t2)은 고전위 구동 전압(Vd)을 터치 센서들(Cm)에 직접 인가하여 터치 센서들(Cm)에 전하를 충전시킨다. 터치센서들(Cm)의 전압은 도 11의 (a)와 같이 프리차징 구간(t1)에 급격히 증가한 후에 고전위 유지 구간(t2) 동안 고전위 구동 전압(Vd)까지 방전된 후에 그 전압을 유지한다.

방전 가속 구간(t3)은 역극성 방전 전압(Vdis)을 터치 센서들(Cm)에 직접 인가하여 터치 센서들(Cm)의 전하를 방전시킨다. 터치 센서들(Cm)은 방전 가속 구간(t3) 동안 도 11의 (b)와 같이 전하를 급격히 방전한다.

기준 전위 구간(t4)은 저전위 기준전압(Vref)을 터치 센서들(Cm)에 직접 인가하여 터치 센서들(Cm)의 전하를 방전시킨다. 저전위 기준전압(Vref)은 고전위 구동 전압(Vd) 보다 낮고 역극성 방전 전압(Vdis) 보다 높은 전압으로 설정된다. 저전위 기준전압(Vref)은 그라운드 전압(GND) 혹은 0V로 설정될 수 있다. 터치 센서들(Cm)은 기준 전위 구간(t4) 동안 저전위 기준 전압(Vref)까지 방전한다.

도 11의 (a)와 (b)의 비교에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명은 프리차징 효과를 이용하여 터치 센서들(Cm)의 전하량(ΔQ)을 짧은 시간 내에 충분히 높일 수 있고, 역전위 방전 전압을 터치 센서들(Cm)에 인가하여 짧은 시간 내에 터치 센서들(Cm)을 방전시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 RC 딜레이가 큰 터치 스크린(TSP)에서도 터치 센서들(Cm)에 충분한 전하를 균일하게 공급할 수 있고 터치 센서들(Cm)을 빠르게 방전시켜 터치 신호에서 노이즈를 줄여 신호 대 잡음비(SNR)를 개선할 수 있다. 나아가, 본 발명은 터치 센서들(Cm)의 충전 시간과 방전 시간을 줄여 구동신호의 폭(W)을 줄일 수 있으므로 터치 레포트 레이트를 줄여 터치 감도를 높일 수 있다.

터치 센싱회로(30)는 일반적으로 도 12와 같이 터치 스크린(TSP)의 어느 한쪽과 가까운 위치에 배치된다. 이렇게 터치 센싱회로(30)와 터치 스크린(TSP)이 연결되기 때문에 터치 스크린(TSP)의 RC 딜레이는 터치 센싱회로(30)로부터 멀수록 커진다. 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP)의 위치에 따라 편차를 가지는 RC 딜레이를 고려하여, 도 13 및 도 14와 같이 터치 스크린(TSP)의 위치에 따라 구동신호의 플리차징 전압(Vpre)과 역극성 방전 전압(Vdis)을 다르게 설정할 수 있다.

도 13 및 도 14를 참조하면, 터치 스크린(TSP)은 다수의 블록들(B1~B3)로 분할될 수 있다. 블록들(B1~B3) 각각은 구동신호가 인가되는 2 개 이상의 Tx 라인들을 포함한다. 도 13에서 터치 스크린(TSP)이 3 개의 블록들(B2~B3)로 분할된 예를 보여 주지만, 블록 분할 수는 3 개로 한정되지 않는다.

제1 블록(B1)의 RC 딜레이는 터치 센싱회로(30)와 가까워 다른 블록들(B2, B3) 보다 작다. 반면에, 제3 블록(B3)의 RC 딜레이는 터치 센싱회로(30)와 멀기 때문에 가장 크다. 제2 블록(B2)의 RC 딜레이는 제1 블록(B1) 보다 크고 제3 블록(B3) 보다 작다. 이러한 블록별 RC 딜레이 차이는 터치 센서들(Cm)의 충방전 특성을 다르게 한다. 예컨대, RC 딜레이가 작은 위치에 형성된 터치 센서(Cm)는 충방전 시간이 작은데 비하여, RC 딜레이가 큰 위치에 형성된 터치 센서(Cm)는 충방전 시간이 상대적으로 길다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 도 14와 같이 터치 스크린(TSP)에서 분할된 블록별로 프리차징 전압(Vpre)과 역극성 방전 전압(Vdis)을 다르게 설정할 수 있다. 프리차징 전압(Vpre)과 역극성 방전 전압(Vdis)은 RC 딜레이에 비례하는 전압으로 설정된다.

터치 스크린(TSP)이 도 13과 같이 다수의 블록들(B1~B3)로 분할 구동할 때 블록들(B1~B3)에 인가되는 구동신호는 도 14와 같이 그 프리차징 전압(Vpre)과 역극성 방전 전압(Vdis)이 터치 스크린(TSP)의 RC 딜레이에 비례한다. 예를 들어, 제1 블록(B1)의 Tx 라인들에 인가되는 구동신호의 프리차징 전압(Vpre)과 역극성 방전 전압(Vdis)은 다른 블록들(B2, B3) 보다 작거나 최소로 설정된다. 제1 블록(B1)에 인가되는 구동신호는 종래 기술의 구동신호와 같은 파형으로 설정될 수도 있다. 제3 블록(B3)의 Tx 라인들에 인가되는 구동신호의 프리차징 전압(Vpre)과 역극성 방전 전압(Vdis)은 다른 블록들(B1, B2) 보다 크게 설정된다. 제2 블록(B2)의 Tx 라인들에 인가되는 구동신호의 프리차징 전압(Vpre)과 역극성 방전 전압(Vdis)은 제1 블록(B1, B2) 보다 크고 제3 블록(B3) 보다 작게 설정된다.

본 발명의 구동신호는 터치 스크린(TSP)의 크기나 충방전 특성에 따라 도 15 및 도 16과 같이 변형될 수 있다. 도 15의 예에서, 본 발명의 구동신호는 방전 가속 구간(t3) 없이 프리차징 구간(t1), 고전위 유지 구간(t2), 및 기준 전위 구간(t4)으로 나뉘어지는 멀티 스텝 파형으로 발생된다. 도 16의 예에서, 본 발명의 구동신호는 프리차징 구간(t1) 없이 고전위 유지 구간(t2), 방전 가속 구간(t3), 및 기준 전위 구간(t4)으로 나뉘어지는 멀티 스텝 파형으로 발생된다.

도 17은 본 발명의 실시예에 따른 구동신호 발생기의 일 예를 보여 주는 회로도이다. 이 구동신호 발생기는 Tx 구동회로(32)에 내장될 수 있다. 도 18은 도 17에 도시된 구동신호 발생기에서 스위치들의 온/오프 타이밍을 보여 주는 도면이다.

도 17 및 도 18을 참조하면, 구동신호 발생기는 다수의 스위치들(S0~S3)을 포함한다. 스위치들(S0~S3)은 트랜지스터 예를 들면, MOSFET(Metal-Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)로 구현될 수 있다. 이 스위치들(S0~S3)은 Tx/Rx 콘트롤러(38)에 의해 제어된다.

제1 스위치(S0)는 제1 제어신호(CTRL0)에 응답하여 저전위 기준전압(Vref)을 구동신호 발생기의 출력 단자에 공급한다. 출력 단자는 Tx 라인에 연결된다. 제2 스위치(S1)는 제2 제어신호(CTRL1)에 응답하여 제1 전압(V1)을 출력 단자에 공급한다. 제1 전압(V1)은 전술한 정극성 프리차징 전압(Vpre)으로 선택될 수 있다. 제3 스위치(S2)는 제3 제어신호(CTRL2)에 응답하여 제2 전압(V2)을 출력 단자에 공급한다. 제2 전압(V2)은 전술한 고전위 구동 전압(Vd)으로 선택될 수 있다. 제4 스위치(S3)는 제4 제어신호(CTRL3)에 응답하여 제3 전압(V3)을 출력 단자에 공급한다. 제3 전압(V3)은 전술한 역극성 방전 전압(Vdis)으로 선택될 수 있다. 스위치들(S0~S3)은 제어신호들(CTRLO~CTRL3)이 하이 로직 전압일 때 턴-온(turn-on)된다. 제어신호들(CTRLO~CTRL3)은 도 18과 같이 순차적으로 하이 로직 전압(H)으로 발생된다. 따라서, 스위치들(S0~S3)은 순차적으로 턴-온되어 도 10, 및 도 14~16과 같은 구동신호를 발생한다. 구동 신호는 제1 전압(V1)을 터치 센서들(Cm)에 인가하는 프리차징 구간, 제1 전압(V1) 보다 낮은 제2 전압(V2)을 터치 센서들(Cm)에 인가하는 고전위 유지 구간, 제2 전압(V2) 보다 낮은 제3 전압(V3)을 터치 센서들(Cm)에 인가하는 방전 가속 구간, 제2 전압(V2) 보다 낮고 제3 전압(V3) 보다 높은 기준 전압(Vref)을 터치 센서들(Cm)에 공급하는 기준 전위 구간을 포함한 멀티 스텝 파형으로 발생된다. 도 15 및 도 16과 같은 구동신호의 경우에 제2 스위치(S1) 또는 제4 스위치(S3)가 생략될 수 있다.

본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 구동 방법은 전술한 멀티 스텝 파형의 구동신호를 이용하여 제1 전압(V1)을 터치 센서들(Cm)에 인가하여 터치 센서들(Cm)을 프리차징시키는 단계, 제2 전압(V2)을 터치 센서들(Cm)에 인가하여 터치 센서들(Cm)의 전압을 고전위 전압으로 유지시키는 단계, 제3 전압(V3)을 터치 센서들(Cm)에 인가하여 터치 센서들(Cm)의 방전을 가속시키는 단계, 및 기준 전압(Vref)을 터치 센서들(Cm)에 인가하여 터치 센서들(Cm)의 방전을 유지시키는 단계를 포함한다.

구동신호 발생기의 출력 단자와 그라운드 전압원(GND) 사이에는 저항(R)과 커패시터(C)가 접속될 수 있다. 저항(R)과 커패시터(C)는 리플(ripple)과 같은 노이즈를 제거하여 출력 전압을 안정화한다. 구동신호 발생기의 출력 단자에는 가산기(61)와 파형 발생기(62)가 연결될 수 있다. 파형 발생기(62)는 정현파, 삼각파, 톱니파 등의 파형을 발생할 수 있다. 가산기(61)는 구동신호 발생기로부터 인가되는 멀티 스텝 파형의 전압에 파형 발생기(62)의 출력을 가산한다. 파형 발생기(62)의 출력이 정현파인 경우에 가산기(61)의 출력은 도 20과 같다. 이와 같이, 본 발명의 구동신호는 도 10과 같은 멀티 스텝 파형을 기본으로 다양한 형태로 변형될 수 있다.

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 : 타이밍 콘트롤러 30 : 터치 센싱회로
32 : Tx 구동회로 34 : Rx 구동회로
36 : 좌표 계산부

Claims

터치 센서들을 포함하는 터치 스크린; 및
상기 터치 센서들에 멀티 스텝 파형의 구동신호를 인가하는 터치 센싱회로를 포함하고,
상기 구동신호는,
상기 구동 신호의 전압이 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 프리차징 구간;
상기 구동 신호의 전압이 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 고전위 유지 구간;
상기 구동 신호의 전압이 상기 제2 전압 보다 낮은 제3 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 방전 가속 구간; 및
상기 구동 신호의 전압이 상기 제3 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 기준 전위 구간을 포함하고,
상기 기준 전압이 상기 제2 전압 보다 낮고 상기 제3 전압 보다 높고,
상기 제1 전압과 상기 제3 전압이 상기 터치 스크린의 RC 딜레이에 비례하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 터치 스크린은 다수의 블록들로 분할되고,
상기 블록들 각각은 상기 구동신호가 인가된 2 이상의 라인들을 포함하고,
하나의 블록 내에서 상기 제1 및 제3 전압은 같고,
상기 블록들 간에 상기 제1 및 제3 전압은 서로 다른 전압으로 설정되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 터치 센싱회로와 가장 가까운 제1 블록에 인가되는 상기 구동신호에서, 제1 및 제3 전압은 다른 블록들에 인가되는 제1 및 제3 전압 보다 작거나 최소로 설정되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 5 항에 있어서,
상기 터치 센싱회로로부터 가장 먼 제3 블록에 인가되는 상기 구동신호에서, 제1 및 제3 전압은 다른 블록들에 인가되는 제1 및 제3 전압 보다 큰 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 6 항에 있어서,
상기 제1 블록과 상기 제3 블록 사이에 위치하는 제2 블록에 인가되는 상기 구동신호에서, 제1 및 제3 전압은 상기 제1 블록에 인가되는 제1 및 제3 전압 보다 크고 상기 제3 블록에 인가되는 제1 및 제3 전압 보다 작은 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
터치 센서들을 포함하는 터치 스크린; 및
상기 터치 센서들에 멀티 스텝 파형의 구동신호를 인가하는 터치 센싱회로를 포함하고,
상기 구동신호는,
상기 구동 신호의 전압이 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 프리차징 구간;
상기 구동 신호의 전압이 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 고전위 유지 구간; 및
상기 구동 신호의 전압이 상기 제2 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 기준 전위 구간을 포함하고,
상기 기준 전압이 상기 제2 전압 보다 낮고,
상기 제1 전압이 상기 터치 스크린의 RC 딜레이에 비례하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
터치 센서들을 포함하는 터치 스크린; 및
상기 터치 센서들에 멀티 스텝 파형의 구동신호를 인가하는 터치 센싱회로를 포함하고,
상기 구동신호는,
상기 구동 신호의 전압이 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 고전위 유지 구간;
상기 구동 신호의 전압이 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 방전 가속 구간; 및
상기 구동 신호의 전압이 상기 제2 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 기준 전위 구간을 포함하고,
상기 기준 전압이 상기 제1 전압 보다 낮고 상기 제2 전압 보다 높고,
상기 제2 전압이 상기 터치 스크린의 RC 딜레이에 비례하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
터치 센서들을 포함하는 터치 스크린과, 상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하는 터치 센싱회로를 포함하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법에 있어서,
상기 터치 센서들에 멀티 스텝 파형의 구동신호를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 구동신호는,
상기 구동 신호의 전압이 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 단계;
상기 구동 신호의 전압이 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 단계;
상기 구동 신호의 전압이 상기 제2 전압 보다 낮은 제3 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 단계; 및
상기 구동 신호의 전압이 상기 제3 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 단계를 포함하고,
상기 기준 전압이 상기 제2 전압 보다 낮고 상기 제3 전압 보다 높고,
상기 제1 전압과 상기 제3 전압이 상기 터치 스크린의 RC 딜레이에 비례하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법.
터치 센서들을 포함하는 터치 스크린과, 상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하는 터치 센싱회로를 포함하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법에 있어서,
상기 터치 센서들에 멀티 스텝 파형의 구동신호를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 구동신호는,
상기 구동 신호의 전압이 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 단계;
상기 구동 신호의 전압이 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 단계; 및
상기 구동 신호의 전압이 상기 제2 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 단계를 포함하고,
상기 기준 전압이 상기 제2 전압 보다 낮고,
상기 제1 전압이 상기 터치 스크린의 RC 딜레이에 비례하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
터치 센서들을 포함하는 터치 스크린과, 상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하는 터치 센싱회로를 포함하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법에 있어서,
상기 터치 센서들에 멀티 스텝 파형의 구동신호를 인가하는 단계를 포함하고,
상기 구동신호는,
상기 구동 신호의 전압이 기준 전압으로부터 제1 전압까지 상승하여 상기 터치 센서들에 전하를 충전하는 단계;
상기 구동 신호의 전압이 상기 제1 전압 보다 낮은 제2 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 단계; 및
상기 구동 신호의 전압이 상기 제2 전압으로부터 상기 기준 전압으로 변하여 상기 터치 센서들의 전하를 방전하는 단계를 포함하고,
상기 기준 전압이 상기 제1 전압 보다 낮고 상기 제2 전압 보다 높고,
상기 제2 전압이 상기 터치 스크린의 RC 딜레이에 비례하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.