KR102102881B1 - 터치 센싱 시스템과 그 소비전력 제어방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 소비전력 제어방법에 관한 것으로, 그 터치 센싱 시스템은 터치 스크린으로부터 수신된 전압을 샘플링하고 누적하는 다수의 센싱부들; 및 상기 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 다수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함한다. 대기 상태에서 상기 센싱부들과 아날로그-디지털 변환기들은 다수의 그룹들로 분할되고, 상기 그룹들 각각은 둘 이상의 센싱부들과 하나의 아날로그 디지털 변환기를 포함한다. 상기 대기 상태에서 상기 그룹들에 전원이 순차적으로 공급되어 상기 그룹들이 그룹 단위로 순차 구동된다. 상기 전원이 공급되는 그룹 내에서 적어도 하나의 센싱부의 전원이 차단된다.

Description

터치 센싱 시스템과 그 소비전력 제어방법{TOUCH SENSING SYSTEM AND METHOD OF CONTROLLING POWER CONSUMPTION}
본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 소비전력 제어방법에 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 거의 모든 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. 이러한 터치 센싱 시스템에서 사용자가 느끼는 터치감을 높이고, 터치 입력 또는 드래깅(dragging) 궤적을 정확하게 인식하기 위해서는 터치 레포트 레이트(touch report rate)를 높여야 한다. 터치 레포트 레이트란 터치 스크린 내의 터치 센서들을 센싱하여 얻어지는 터치 데이터의 좌표 정보를 외부의 호스트 시스템으로 전송하는 속도 또는 주파수(Hz)를 의미한다.
정전 용량 방식의 터치 센싱 시스템은 ROIC(Read-out Integrated Circuit)와 MCU(Micro Controller Unit, MCU)를 포함한다. 터치 IC는 ROIC와 MCU가 하나의 패키지로 집적된 IC를 의미한다. ROIC는 구동부(driving unit)와 센싱부(sensing unit, SU)로 나뉘어진다. 구동부는 터치 스크린에 형성된 배선을 통해 터치 센서들에 구동신호를 공급하고, 센싱부는 터치 센서들의 전압을 센싱하여 터치 전후의 전압 변화양을 검출하고, 그 전압 변화양을 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)를 통해 디지털 데이터로 변환한다. MCU는 디지털 데이터로 변환된 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 분석하여 터치 입력 여부를 판단하고 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다.
모바일폰(mobile phone)이나 태블릿 피씨(Tablet PC) 등 소형 정보기기의 표시장치에 적용되는 터치 스크린은 작기 때문에 ROIC의 센싱부 수도 많지 않다. 작은 크기의 터치 스크린의 경우에, 대기 상태(idle state)에서 구동 속도를 줄이는 방법으로 소비전력을 줄일 수 있었다.
노트북 컴퓨터(Notebook computer), 데스크탑 컴퓨터(Desktop computer), 퍼블릭 디스플레이(Public display) 등 중대형 정보기기의 표시장치에 적용되는 터치 스크린은 테치 센서들(또는 센서 노드)의 개수가 많다. 중대형 터치 스크린은 그 배선 길이가 길어져 구동 신호 지연이 커 구동 능력이 떨어지고 센싱 속도가 떨어진다. 이러한 중대형 터치 스크린에서 사용자의 터치 감도를 높이기 위하여 터치 레포트 레이트를 높이라는 요구가 많다. 중대형 터치 스크린을 구동하는 터치 센싱 시스템은 ROIC의 구동부와 센싱부도 많다. 따라서, 중대형 터치 스크린에서는 소형 터치 스크린과 같은 방법으로 구동 속도를 줄이는 방법으로는 충분한 소비전력 저감 효과를 얻을 수 없었다.
본 발명은 대기 모드에서 소비전력을 대폭 줄일 있는 터치 센싱 시스템과 그 소비전력 제어방법을 제공한다.
본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린으로부터 수신된 전압을 샘플링하고 누적하는 다수의 센싱부들; 및 상기 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 다수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함한다.
상기 대기 상태에서 상기 그룹들에 전원이 순차적으로 공급되어 상기 그룹들이 그룹 단위로 순차 구동된다. 상기 전원이 공급되는 그룹 내에서 적어도 하나의 센싱부의 전원이 차단된다.
삭제
상기 터치 센싱 시스템의 소비전력 제어방법은 대기 상태에서 상기 센싱부들과 아날로그-디지털 변환기들을 다수의 그룹들로 분할하는 단계; 및 상기 대기 상태에서 상기 그룹들에 전원을 순차적으로 공급하여 상기 그룹들이 그룹 단위로 순차 구동하는 단계를 포함한다. 상기 그룹들이 그룹 단위로 순차 구동되고, 상기 그룹 내의 센싱부들이 순차 구동되는 단계는 상기 전원이 인가되는 그룹 내에서 적어도 하나의 센싱부의 전원을 차단한다.
상기 터치 센싱 시스템은 터치 스크린으로부터 수신된 전압을 샘플링하고 누적하는 다수의 센싱부들; 및 상기 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 다수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함한다. 두 개 이상의 상기 센싱부들과 하나의 아날로그-디지털 변환기를 포함한 그룹 단위로 상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들을 한다. 대기 상태에서 상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들이 상기 그룹 단위로 순차 구동한다. 상기 대기 상태에서 상기 그룹 단위로 상기 아날로그-디지털 변환기들에 전원이 순차적으로 공급되고, 구동되지 않는 아날로그-디지털 변환기의 전원이 차단되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
상기 터치 센싱 시스템의 소비전력 제어방법은 두 개 이상의 상기 센싱부들과 하나의 아날로그-디지털 변환기를 포함한 그룹 단위로 상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들을 분할하는 단계; 및 대기 상태에서 상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들이 상기 그룹 단위로 순차 구동하는 단계를 포함한다.
본 발명은 대기 상태에서 센싱부들과 아날로그-디지털 변환기들을 둘 이상의 그룹들로 분할 구동한다. 본 발명은 그룹들을 대기 상태에서 그룹 단위로 순차 구동시키고 또한, 한 그룹 내의 센싱부들을 대기 상태에서 순차 구동시킨다. 그 결과, 본 발명은 대기 상태에서 터치 센싱 시스템의 터치 감도 저하를 줄이고 소비전력을 대폭 줄일 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 도면이다.
도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린의 등가 회로도이다.
도 3 내지 도 5는 표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태로 보여 주는 도면들이다.
도 6은 터치 센싱 시스템의 동작 상태 변화를 보여 주는 도면이다.
도 7은 ROIC를 대기 상태에서 다수의 그룹으로 분할하고, 그룹 단위로 순차 구동하는 예를 보여 주는 도면이다.
도 8은 45×80 크기의 터치 스크린에 연결된 ROIC와 MCU를 보여 주는 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 ROIC의 그룹 분할 예를 보여 주는 도면들이다.
본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시장치(Electrophoresis Display, EPD) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다.
본 발명의 터치 센싱 시스템은 표시장치의 표시패널 상에 배치되거나 그 표시패널에 내장되는 터치 스크린을 포함한다. 터치 스크린은 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 정전 용량(Self capacitance)이나 상호 정전 용량(Mutual capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다. 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 1 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP)과, 터치 스크린 구동회로 등을 포함한다. 터치 스크린(TSP)은 도 3과 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 4와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cts)은 도 5와 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 표시패널(DIS)의 하부 기판에 내장될 수 있다. 도 3 내지 도 5에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.
표시패널(DIS)에서 두 장의 기판들 사이에는 액정층이 형성된다. 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 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.
표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.
표시패널(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 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(Cts)을 포함한다. 터치 센서들(Cts) 각각은 상호 용량을 포함한다.
터치 IC는 ROIC(30) 및 MCU(36)를 포함한다. MCU(36)는 ROIC(30)를 제어하고 ROIC(30)로부터 수신된 터치 원시 데이터를 분석하여 터치 입력 위치들 각각의 좌표를 계산하는 외부 콘트롤러이다. 터치 IC는 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cts)에 구동신호를 공급하여 터치 전후의 전압 변화량을 검출한다. 그리고 터치 IC는 터치 전후의 전압 변화량을 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터(TDATA)를 발생하고, 그 터치 원시 데이터(TDATA)를 분석하여 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다.
터치 IC는 터치 입력이 소정 시간 미만의 주기로 입력되면, 도 6과 같이 액티브 상태(Active state)로 동작하여 빠른 속도로 구동하고, 높은 터치 레포트 레이트로 터치 입력 위치에 대한 좌표를 호스트 시스템(40)에 전송한다. 액티브 상태에서, ROIC(30)와 MCU(36)는 모두 동작하여 소비 전력이 비교적 높다. 터치 IC는 터치 입력이 소정의 시간 이상 입력되지 않으면, 대기 상태(Idile state)로 동작한다. 터치 IC는 대기 상태에서 MCU(36)에서 인터럽트 수신회로만 동작시키고 ROIC(30)에서 최소한의 센싱부만 동작시켜 터치 입력 유무를 판별한다. 터치 IC는 대기 상태에서 터치 입력 유무만 판단하고 좌표 계산 처리를 하지 않는다. 대기 상태에서 MCU(36)의 소비전력이 거의 없고 ROIC(30)에서도 최소한의 센싱부만 구동되어 그 소비전력이 대폭 줄어든다. 터치 IC의 구동 전원이 차단되면 ROIC(30)와 MCU(36)가 동작하지 않는 오프 상태(Off state)로 전환되어 터치 입력 유무를 판단할 수 없고 소비전력이 없다. 터치 IC의 구동 전원이 다시 공급되면, 터치 IC는 초기화된 후에 액티브 상태로 동작한다. 본 발명의 터치 센싱 시스템은 대기 모드에서 도 7 내지 도 10과 같이 소비 전력을 대폭 줄이면서도 터치 감도 저하를 줄이기 위하여 ROIC(30)의 센싱부들과 ADC를 2 개 이상의 그룹으로 가상 분할하고, 그룹 단위로 센싱부들과 ADC를 순차 구동한다.
ROIC(30)는 터치 스크린(TSP)으로부터 수신된 전압을 샘플링하고 누적하는 다수의 센싱부들과, 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 다수의 아날로그-디지털 변환기들(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)을 포함한다. 대기 상태에서 센싱부들과 ADC들은 다수의 그룹들로 분할된다. 그룹들 각각은 2 개 이상의 센싱부들과 하나의 ADC를 포함한다. 그룹들은 대기 상태에서 순차적으로 구동된다. 그룹 내의 센싱부들이 상기 대기 상태에서 순차적으로 구동된다.
ROIC(30)가 대기 상태에서 2 개의 그룹들로 분할 구동하는 예를 가정하면, 제1 그룹은 제1 및 제3 센싱부들과, 상기 제1 및 제3 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 발생하는 제1 ADC를 포함한다. 제2 그룹은 제2 및 제4 센싱부들과, 상기 제2 및 제4 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 발생하는 제2 ADC를 포함한다. 대기 상태에서, 제1 그룹의 제1 센싱부와 제1 ADC가 구동된 후에, 제2 그룹의 제2 센싱부와 제2 ADC가 구동된다. 이어서, 제1 그룹의 제3 센싱부와 제1 ADC가 구동된 후에, 제2 그룹의 제4 센싱부와 제2 ADC가 구동된다.
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 MCU(36)로부터 입력되는 터치 데이터의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
ROIC(30)는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), 타이밍 발생기(Timing generator, 38) 등을 포함한다.
ROIC(30)는 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(Cts)의 전압을 센싱하여 디지털 데이터인 터치 원시 데이터를 출력한다. 구동신호는 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다.
Tx 구동회로(32)는 정상 동작 모드에서 타이밍 발생기(38)로부터의 Tx 셋업신호에 응답하여 구동신호를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(Tx1~TxN)에 구동신호를 인가한다. 구동신호의 고전위 구간에 터치 센서들(Cts)에 전하가 공급된다. 터치 센서들(Cts)의 전압은 매 구동신호마다 Rx 구동회로(34)에 내장된 적분기(Integrator)의 커패시터에 누적될 수 있다. 이를 위하여, Tx 라인들(Tx1~TxN) 각각에는 구동신호가 2 회 이상 연속으로 공급될 수 있다.
Rx 구동회로(34)는 타이밍 발생기(38)로부터의 Rx 셋업신호에 응답하여 터치 센서의 전압을 수신할 Rx 라인들을 선택한다. 센싱부들 각각은 샘플 & 홀드(Sample & Hold) 회로와, 적분기를 포함한다. 샘플 & 홀드 회로는 Rx 라인들(Rx(i), Rx(i+1))을 통해 수신된 터치 센서의 전압을 샘플링하여 적분기의 커패시터에 누적하고 커패시터 전압을 타이밍 발생기(38)의 제어 하에 커패시터의 전압을 홀드하고 그 전압을 ADC에 공급한다. ADC는 클럭신호(CLK)의 클럭 타이밍에 맞추어 적분기에 누적된 아날로그 신호를 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 출력한다. Rx 라인들과 센싱부들 사이에는 도 9 및 도 10과 같이 멀티플렉서(Multiplexer)가 설치될 수 있다. 멀티플렉서는 생략될 수 있다.
도 7은 ROIC(30)를 대기 상태에서 다수의 그룹으로 분할하고, 그룹 단위로 순차 구동하는 예를 보여 주는 도면이다. 도 7에서 ROIC(30)에 연결된 Rx 채널 수는 40 개로 가정한다. 도 8은 45(=Tx 채널수)×80(=Rx 채널수) 크기의 터치 스크린(TSP)에 연결된 ROIC(30)와 MCU(36)를 나타낸다. 도 8에서, ROIC(30)와 MCU(36)는 SCLK(SPI serial clock), SSN(Serial Select(Active low)), SDI(Serial Data Input), 및 SDO(Serial Data Output)를 포함한 SPI(Serial Peripheral Interface)로 연결된 예이나 이에 한정되지 않는다. 예컨대, ROIC(30)와 MCU는 SPI, USB(Universal Serial Bus), I2C와 같은 인터페이스를 통해 데이터를 송수신할 수 있다. 도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 ROIC(30)의 그룹 분할 예를 보여 주는 도면들이다. 도 9 및 도 10에서 ROIC(30)에서 Tx 구동회로(32)는 생략되어 있다.
도 7 내지 도 10을 참조하면, ROIC(30)는 대기 상태에서 2 개 이상의 그룹들(GR1~GR4)로 분할되어 그룹 단위로 순차 구동된다.
그룹들(GR1~GR4) 각각은 다수의 센싱부들(SU1~SU40)과 하나의 ADC(ADC1~ADC4)를 포함한다.
제1 그룹(GR1)의 제1 센싱부(SU1)는 도 9와 같이 멀티플렉서들(MP1, MM1)을 통해 제1 및 제2 Rx 라인들(Rx1, Rx2)로부터의 전압을 수신한 후에 제2 및 제3 Rx 라인들(Rx2, Rx3)로부터의 전압을 수신할 수 있다. 제1 그룹의 제1 센싱부(SU1)는 도 9의 예에서 차동 증폭기를 이용하여 제1 및 제2 Rx 라인들(Rx1, Rx2)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한 다음, 제2 및 제3 Rx 라인들(Rx2, Rx3)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한다. 차동 증폭기는 정극성 출력 단자와 부극성 출력 단자를 통해 이웃하는 터치 센서들로부터 얻어진 전압들의 차를 증폭하여 상보적인(Complementary) 정극성 신호와 부극성 신호 전압을 출력하는 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어(Fully defferential amplifier)로 구현될 수 있다. 제1 그룹(GR1)의 제2 센싱부(SU5)는 도 9와 같이 멀티플렉서들(MP5, MM5)을 통해 제9 및 제10 Rx 라인들(Rx9, Rx10)로부터의 전압을 수신한 후에 제10 및 제11 Rx 라인들(Rx10, Rx11)로부터의 전압을 수신할 수 있다. 제1 그룹(GR1)의 제2 센싱부(SU5)는 도 9의 예에서 차동 증폭기를 이용하여 제9 및 제10 Rx 라인들(Rx9, Rx10)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한 다음, 제10 및 제11 Rx 라인들(Rx10, Rx11)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한다. 멀티플렉서들과 차동 증폭기는 센싱부들의 개수를 줄이고 수신 신호의 노이즈를 줄이기 위한 구성이다. 이러한 멀티플렉서들과 차동 증폭기는 생략될 수 있다. 이 경우에, 제1 그룹(GR1)의 제1 센싱부(SU1)는 제1 Rx 라인(Rx1)으로부터의 전압을 수신하고, 제1 그룹(GR1)의 제2 센싱부(SU5)는 제5 Rx 라인(Rx5)으로부터의 전압을 수신할 수 있다.
제2 그룹(GR2)의 제1 센싱부(SU2)는 도 9와 같이 멀티플렉서들(MP2, MM2)을 통해 제3 및 제4 Rx 라인들(Rx3, Rx4)로부터의 전압을 수신한 후에 제4 및 제5 Rx 라인들(Rx4, Rx5)로부터의 전압을 수신할 수 있다. 제2 그룹(GR2)의 제1 센싱부(SU2)는 도 9의 예에서 차동 증폭기를 이용하여 제3 및 제4 Rx 라인들(Rx3, Rx4)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한 다음, 제4 및 제5 Rx 라인들(Rx4, Rx5)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한다. 멀티플렉서들과 차동 증폭기가 생략된 경우에, 제2 그룹(GR2)의 제1 센싱부(SU2)는 제2 Rx 라인(Rx2)으로부터의 전압을 수신할 수 있다.
제3 그룹(GR3)의 제1 센싱부(SU3)는 도 9와 같이 멀티플렉서들(MP3, MM3)을 통해 제5 및 제6 Rx 라인들(Rx5, Rx6)로부터의 전압을 수신한 후에 제6 및 제7 Rx 라인들(Rx6, Rx7)로부터의 전압을 수신할 수 있다. 제3 그룹(GR3)의 제1 센싱부(SU3)는 도 9의 예에서 차동 증폭기를 이용하여 제5 및 제6 Rx 라인들(Rx5, Rx6)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한 다음, 제6 및 제7 Rx 라인들(Rx6, Rx7)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한다. 멀티플렉서들과 차동 증폭기가 생략된 경우에, 제3 그룹(GR3)의 제1 센싱부(SU3)는 제3 Rx 라인(Rx3)으로부터의 전압을 수신할 수 있다.
도 9 및 도 10의 센싱부들과 Rx 라인들의 연결 관계는 일 예만을 나타낸 것으로, 그 연결 관계는 도 9 및 10에 한정되지 않고 다양하게 변형될 수 있다.
제4 그룹(GR4)의 제1 센싱부(SU4)는 도 9와 같이 멀티플렉서들(MP4, MM4)을 통해 제7 및 제8 Rx 라인들(Rx7, Rx8)로부터의 전압을 수신한 후에 제8 및 제9 Rx 라인들(Rx8, Rx9)로부터의 전압을 수신할 수 있다. 제4 그룹(GR4)의 제1 센싱부(SU4)는 도 9의 예에서 차동 증폭기를 이용하여 제7 및 제8 Rx 라인들(Rx7, Rx8)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한 다음, 제8 및 제9 Rx 라인들(Rx8, Rx9)로부터 수신한 전압들의 차를 증폭하여 샘플링하고 누적한다. 멀티플렉서들과 차동 증폭기가 생략된 경우에, 제4 그룹(GR4)의 제1 센싱부(SU4)는 제4 Rx 라인(Rx4)으로부터의 전압을 수신할 수 있다.
대기 상태에서, 그룹들(GR1~GR4) 중 어느 하나의 그룹만 구동하고 나머지 그룹들에는 전원이 인가되지 않아 구동되지 않는다. 이어서, 다음 그룹이 구동하고 나머지 그룹들에는 전원이 인가되지 않아 구동되지 않는다. 이와 같은 방법으로 ROIC(30)에서 분할된 그룹들은 대기 상태에서 그룹 단위로 순차 구동된다. 대기 상태에서 구동되는 특정 그룹 내에서도 하나의 센싱부와 ADC만 구동하고 그 이외의 모든 센싱부들은 전원이 차단되어 구동되지 않는다. 그 특정 그룹의 다음 동작 타이밍에서 다음 센싱부와 ADC만 동작하고 그 이외의 모든 센싱부들은 전원이 차단되어 동작을 멈춘다. 타이밍 발생기(38)는 대기 상태에서 ROIC의 그룹들(GR1~GR4)에 인가되는 전원을 스위칭하여 그 그룹들(GR1~GR4)의 온/오프 타이밍을 제어한다.
본 발명은 대기 모드에서 분할 구동되도록 설정된 그룹들(GR1~GR4)을 순차 구동하는 것만으로 소비전력을 줄일 수 있다. 추가적으로 다음과 같이 그룹들(GR1~GR4) 내에서도 센싱부를 순차적으로 구동하여 소비 전력을 최대로 줄일 수 있다.
ROIC(30)의 대기 모드 동작을 단계적으로 설명하면, 먼저 제1 그룹(GR1)만 구동되고 나머지 그룹들(GR2~GR4)은 구동되지 않는다. 이 때, 제1 그룹(GR1)의 센싱부들(SU1, SU5,... SU33, SU37) 중에서 제1 센싱부(SU1)와 ADC(ADC1)만 구동하고 다른 센싱부들(SU5,... SU33, SU37)은 구동되지 않는다.
이어서, 제2 그룹(GR2)만 구동되고 나머지 그룹들(GR1, GR3, GR4)은 구동되지 않는다. 이 때, 제2 그룹(GR2)의 센싱부들(SU2, SU6,... SU34, SU38) 중에서 제1 센싱부(SU2)와 ADC(ADC2)만 구동하고 다른 센싱부들(SU6,... SU34, SU38)은 구동되지 않는다.
이어서, 제3 그룹(GR3)만 구동되고 나머지 그룹들(GR1, GR2, GR4)은 구동되지 않는다. 이 때, 제3 그룹(GR3)의 센싱부들(SU3, SU7,... SU35, SU39) 중에서 제1 센싱부(SU3)와 ADC(ADC3)만 구동하고 다른 센싱부들(SU7,... SU35, SU39)은 구동되지 않는다.
이어서, 제4 그룹(GR4)만 구동되고 나머지 그룹들(GR1~GR3)은 구동되지 않는다. 이 때, 제4 그룹(GR4)의 센싱부들(SU4, SU8,... SU36, SU40) 중에서 제1 센싱부(SU4)와 ADC(ADC4)만 구동하고 다른 센싱부들(SU8,... SU36, SU40)은 구동되지 않는다.
이어서, 제1 그룹(GR1)이 다시 구동되고 나머지 그룹들(GR2~GR4)은 구동되지 않는다. 이 때, 제1 그룹(GR1)의 제2 센싱부(SU5)와 ADC(ADC1)만 구동하고 다른 센싱부들(SU1,... SU33, SU37)은 구동되지 않는다.
이어서, 제2 그룹(GR2)이 다시 구동되고 나머지 그룹들(GR1, GR3, GR4)은 구동되지 않는다. 이 때, 제2 그룹(GR2)의 제2 센싱부(SU6)와 ADC(ADC2)만 구동하고 다른 센싱부들(SU1,... SU33, SU37)은 구동되지 않는다.
이와 같은 방법으로, ROIC(30)가 대기 상태에서 그룹 단위로 분할 구동되면, 도 7의 예와 같이 ROIC(30)가 4 개의 그룹으로 분할되는 경우에 1/4 이하의 소비 전력으로 구동되어 그룹 단위로 터치 입력을 순차 센싱하여 터치 감도 저하를 줄일 수 있다.
타이밍 발생기(38)는 대기 상태에서 멀티플렉서들(MP1~MM40), 센싱부들(SU1~SU40), ADC들(ADC1~ADC4)의 온/오프 타이밍과 전원을 제어한다.
도 10을 참조하면, ROIC(30)는 버퍼 메모리(302), 시스템 콘트롤러(306), 내부 발진기(303), 및 클럭 발생기(304)를 더 포함한다. 도 10에서, "TG"는 타이밍 발생기(timing generator), "SBUF"는 버퍼 메모리(Sensing Buffer), "OSC"는 발진기(Oscillator), "SYSC"는 시스템 콘트롤러(System controller)를 의미한다.
타이밍 발생기(38)는 대기 상태에서 SU1_PD1~SU40_PD, ADC1_PD~ADC4_PD를 이용하여 센싱부들(SU1~SU40)과 ADC(ADC1~ADC4)의 구동 타이밍을 제어한다. SU1_PD~SU40_PD는 센싱부들(SU1~SU4)의 전원 차단 타이밍을 제어하는 신호(Sensing Unit Power Down)이다. 전원차단신호(SU1_PD1~SU40_PD)가 인가되는 센싱부는 전원이 차단되어 구동되지 않는다. ADC1_PD~ADC4_PD는 ADC들(ADC1~ADC4)의 전원 차단 타이밍을 제어하는 신호(ADC Power Down)이다. 전원차단신호(ADC1_PD~ADC4_PD)가 인가되는 ADC는 전원이 차단되어 구동되지 않는다.
MCU(36)는 ROIC(30)로부터 입력된 터치 원시 데이터를 분석하여 도 6과 같이 소정 시간 이상 터치 입력이 발생되지 않으면 ROIC(30)의 동작 모드를 대기 상태로 전환시키는 명령을 ROIC(30)로 전송한다. MCU(36)는 그 명령을 발생한 직후에 대기 상태로 전환되어 클럭 신호 발생을 멈추고 인터럽트신호(WAKEUP)를 수신하는 기능만 동작한다. 대기 상태에서 MCU(36)는 인터럽트신호 수신회로 이외의 다른 모든 회로의 전원이 차단된다. 따라서, MCU(36)는 대기 상태에서 소비전력을 거의 발생하지 않고 터치 입력 유무를 판단하지 않는다.
시스템 콘트롤러(306)는 SPI 인터페이스와 같은 인터페이스를 통해 MCU(36)로부터의 데이터를 타이밍 발생기(38)로 전송하고, 버퍼 메모리(302)에 저장된 터치 원시 데이터를 읽어 MCU(36)로 전송한다. 시스템 콘트롤러(306)는 MCU(36)로부터 대기 상태로 전환을 지시하는 명령이 수신되면 ROIC(30)의 클럭신호를 내부 클럭으로 전환시키기 위한 클럭 선택신호(ST_IDLE)을 발생한다. 클럭 선택신호(ST_IDLE)는 대기 상태에서 하이 로직(High logic)으로 발생되고, 액티브 상태에서 로우 로직 상태로 발생될 수 있다. 클럭 발생기(304)는 대기 상태에서 클럭 선택신호(ST_IDLE)에 응답하여 내부 발진기(303)로부터의 클럭신호를 선택하여 타이밍 발생기(38), 버퍼 메모리(302), 및 시스템 콘트롤러(306)로 전송한다. 이를 위하여, 클럭 발생기(304)는 클럭 선택신호(ST_IDLE)에 따라 스위칭되는 멀티플렉서(305)를 포함한다. 따라서, 대기 상태에서 ROIC(30)는 내부 클럭신호 기반으로 동작된다. 한편, 클럭 발생기(304)는 액티브 상태에서 MCU(36)로부터 수신된 클럭신호를 타이밍 발생기(38), 버퍼 메모리(302), 및 시스템 콘트롤러(306)로 전송한다.
타이밍 발생기(38)는 대기 상태에서 소정의 임계값 이상 큰 데이터가 ADC들(ADC1~ADC4)로부터 수신되면 인터럽트신호(WAKEUP)를 발생하여 MCU(36)로 전송한다. MCU(36)는 인터럽트신호(WAKEUP)가 수신되면 액티브 상태로 전환되어 모든 내부 회로들을 구동시킨다. ROIC(30)의 타이밍 발생기(38)는 액티브 상태에서 모든 센싱부들(SU1~SU40)과 ADC들(ADC1~ADC4)을 구동시키고 그 ADC들(ADC1~ADC4)로부터 수신된 터치 원시 데이터를 버퍼 메모리(302)에 저장한다. MCU(36)는 액티브 상태에서 ROIC(30)의 모든 회로 구성들을 동작시키기 위한 클럭신호를 ROIC(30)에 공급한다. 그리고 MCU(36)는 ROIC(30)의 버퍼 메모리(302)로부터 수신된 터치 원시 데이터를 분석하여 터치 입력 유무, 터치 입력 위치들 각각에 라벨을 부여하고 또한, 터치 입력들 각각의 좌표를 계산하여 터치 좌표 정보(XY)를 발생한다.
인터럽트 신호(WAKEUP)는 액티브 상태에서 센싱 데이터 레디 신호(Sensing Data Ready)로 이용될 수 있다. 이 경우, MCU(36)는 타이밍 발생기(38)로부터 인터럽트 수신회로를 통해 수신된 센싱 데이터 레디 신호(Sensing Data Ready)에 응답하여 버퍼 메모리(302)로부터 터치 원시 데이터를 읽어들인다.
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 스크린 구동회로
32 : Tx 구동회로 34 : Rx 구동회로
36 : 좌표 계산부

Claims (8)

  1. 터치 스크린으로부터 수신된 전압을 샘플링하고 누적하는 다수의 센싱부들; 및
    상기 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 다수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고,
    대기 상태에서 상기 센싱부들과 아날로그-디지털 변환기들은 다수의 그룹들로 분할되고,
    상기 그룹들 각각은 둘 이상의 센싱부들과 하나의 아날로그 디지털 변환기를 포함하고,
    상기 대기 상태에서 상기 그룹들에 전원이 순차적으로 공급되어 상기 그룹들이 그룹 단위로 순차 구동되고,
    상기 전원이 공급되는 그룹 내에서 적어도 하나의 센싱부의 전원이 차단되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 그룹들은
    제1 및 제3 센싱부들과, 상기 제1 및 제3 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 발생하는 제1 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 제1 그룹; 및
    제2 및 제4 센싱부들과, 상기 제2 및 제4 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 발생하는 제2 아날로그 디지털 변환기를 포함하는 제2 그룹을 포함하고,
    상기 대기 상태에서, 상기 제1 그룹에 전원이 공급되어 상기 제1 센싱부와 제1 아날로그 디지털 변환기가 구동된 후에, 상기 제2 그룹에 상기 전원이 공급되어 상기 제2 센싱부와 제2 아날로그 디지털 변환기가 구동된 다음,
    상기 제1 그룹에 상기 전원이 다시 공급되어 상기 제3 센싱부와 상기 제1 아날로그 디지털 변환기가 구동된 후에, 상기 제2 그룹에 상기 전원이 다시 공급되어 상기 제4 센싱부와 상기 제2 아날로그 디지털 변환기가 구동되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 센싱부들과 상기 아날로그 디지털 변환기들이 하나의 IC(Integrated Circuit) 내에 집적되고,
    상기 IC는,
    상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 발생기;
    상기 아날로그-디지털 변환기들로부터 출력되는 터치 원시 데이터들을 저장하는 버퍼 메모리;
    인터페이스를 통해 외부 콘트롤러와 연결되는 시스템 콘트롤러; 및
    내부 발진기로부터의 내부 클럭 신호와 상기 외부 콘트롤러로부터 수신되는 외부 클럭 신호를 입력 받아 상기 대기 상태에서 내부 클럭신호를 상기 타이밍 발생기, 상기 버퍼 메모리, 및 상기 시스템 콘트롤러로 전송하는 클럭 발생기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 타이밍 발생기는 상기 아날로그-디지털 변환기들로부터 입력된 터치 원시 데이터들이 소정의 임계값 이상일 때 인터럽트 신호를 발생하고,
    상기 외부 콘트롤러는 상기 대기 상태에서 인터럽트 수신회로만이 구동되어 터치 입력 유무를 판단하지 않고, 상기 인터럽트 신호에 응답하여 액티브 상태로 전환되며,
    상기 외부 콘트롤러는 상기 액티브 상태에서 상기 버퍼 메모리로부터 읽어 들인 터치 원시 데이터들을 분석하여 터치 입력 유무를 판단하고 터치 입력들 각각의 좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  5. 터치 스크린으로부터 수신된 전압을 샘플링하고 누적하는 다수의 센싱부들과, 상기 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 다수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하는 터치 센싱 시스템의 소비전력 제어방법에 있어서,
    대기 상태에서 상기 센싱부들과 아날로그-디지털 변환기들을 다수의 그룹들로 분할하는 단계; 및
    상기 대기 상태에서 상기 그룹들에 전원을 순차적으로 공급하여 상기 그룹들을 그룹 단위로 순차 구동하는 단계를 포함하고,
    상기 그룹들이 그룹 단위로 순차 구동되고, 상기 그룹 내의 센싱부들이 순차 구동되는 단계는,
    상기 전원이 인가되는 그룹 내에서 적어도 하나의 센싱부의 전원을 차단하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 소비전력 제어방법.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 그룹들이 그룹 단위로 순차 구동되고, 상기 그룹 내의 센싱부들이 순차 구동되는 단계는,
    상기 대기 상태에서, 제1 그룹에 상기 전원을 공급하여 상기 제1 그룹의 제1 센싱부와 제1 아날로그 디지털 변환기를 구동하는 단계;
    제2 그룹에 상기 전원을 공급하여 상기 제2 그룹의 제2 센싱부와 제2 아날로그 디지털 변환기를 구동하는 단계;
    상기 제1 그룹에 상기 전원을 다시 공급하여 상기 제1 그룹의 제3 센싱부와 상기 제1 아날로그 디지털 변환기를 구동하는 단계; 및
    상기 제2 그룹에 상기 전원을 다시 공급하여 상기 제2 그룹의 제4 센싱부와 상기 제2 아날로그 디지털 변환기를 구동하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 소비전력 제어방법.
  7. 터치 스크린으로부터 수신된 전압을 샘플링하고 누적하는 다수의 센싱부들; 및
    상기 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 다수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하고,
    두 개 이상의 상기 센싱부들과 하나의 아날로그-디지털 변환기를 포함한 그룹 단위로 상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들이 분할되고,
    대기 상태에서 상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들이 상기 그룹 단위로 순차 구동되며,
    상기 대기 상태에서 상기 그룹 단위로 상기 아날로그-디지털 변환기들에 전원이 순차적으로 공급되고, 구동되지 않는 아날로그-디지털 변환기의 전원이 차단되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  8. 터치 스크린으로부터 수신된 전압을 샘플링하고 누적하는 다수의 센싱부들과, 상기 센싱부들의 출력을 디지털 데이터로 변환하는 다수의 아날로그-디지털 변환기들을 포함하는 터치 센싱 시스템의 소비전력 제어방법에 있어서,
    두 개 이상의 상기 센싱부들과 하나의 아날로그-디지털 변환기를 포함한 그룹 단위로 상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들을 분할하는 단계; 및
    대기 상태에서 상기 센싱부들과 상기 아날로그-디지털 변환기들이 상기 그룹 단위로 순차 구동하는 단계를 포함하고,
    상기 대기 상태에서 상기 그룹 단위로 상기 아날로그-디지털 변환기들에 전원이 순차적으로 공급되고, 구동되지 않는 아날로그-디지털 변환기의 전원이 차단되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 소비전력 제어방법.
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