KR102118927B1 - 터치 센싱 시스템과 그 에지 좌표 보상 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 에지 좌표 보상 방법에 관한 것으로, 영상이 표시되는 액티브 영역과, 상기 액티브 영역을 정의하는 베젤을 포함하는 표시패널; 상기 표시패널 상에 형성되는 터치 스크린; 및 상기 터치 영역들 각각의 무게 중심을 계산하고, 상기 베젤과 가까운 에지 영역의 센싱된 터치 영역의 무게 중심을 상기 베젤 쪽으로 더 가깝게 수정하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다.

Description

터치 센싱 시스템과 그 에지 좌표 보상 방법{TOUCH SENSING SYSTEM AND EDGE COORDINATE COMPENSATION METHOD THEREOF}
본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 에지 좌표 보상 방법에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 제어할 수 있게 한다. 이러한 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 있다. 터치 UI는 표시장치의 화면 상에 터치 스크린을 형성하는 방법으로 구현되고 있다. 이러한 터치 스크린은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 손가락 또는 전도성 물질이 터치 센서에 접촉될 때 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변하량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.
터치 센싱 시스템은 사용자의 터치감을 높일수 있도록 고성능으로 발전하고 있다. 터치 스크린은 표시장치의 표시패널 상에 다양한 형태로 형성될 수 있다. 최근, 표시장치에는 표시패널의 베젤(bezel) 영역을 줄이거나 최소화하는 네로우 베젤(Narrow Bezel) 기술이 적용되고 있다. 베젤 영역은 표시패널의 액티브 영역(Active Area, A/A) 밖에 형성되어 액티브 영역을 정의한다. 액티브 영역(A/A)은 입력 영상이 표시되는 픽셀 어레이를 포함한다. 베젤 영역에는 픽셀들이 형성되지 않으므로 영상이 표시되지 않는다.
표시패널의 베젤 영역이 좁아지면 표시패널의 에지(edge) 영역에서 터치 영역의 무게 중심이 부정확하게 계산될 수 있다. 에지 영역은 베젤 영역과 가까운 터치 스크린의 가장자리 영역으로서 터치 영역의 무게 중심이 부정확하게 계산되는 영역을 의미한다.
표시패널의 베젤 영역에는 터치 센서들이 형성되지 않거나 액티브 영역(Active area, A/A)에 비하여 현저히 작다. 표시패널의 액티브 영역(A/A)과 에지 영역의 터치 스크린 구조 차이를 고려하지 않고 동일한 방법으로 터치 영역의 무게 중심을 계산하면, 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 무게 중심이 액티브 영역 쪽으로 치우치게 되므로 부정확하게 계산될 수 있다. 이러한 터치 영역의 무게 중심의 계산 오류는 표시패널의 베젤이 좁아질수록 심하게 된다.
본 발명은 에지 영역에서 터치 영역의 무게 중심을 더 정확하게 계산할 수 있는 터치 센싱 시스템과 그 에지 좌표 보상 방법을 제공한다.
본 발명의 터치 센싱 시스템은 영상이 표시되는 액티브 영역과, 상기 액티브 영역을 정의하는 베젤을 포함하는 표시패널; 상기 표시패널 상에 형성되는 터치 스크린; 및 상기 터치 영역들 각각의 무게 중심을 계산하고, 상기 베젤과 가까운 에지 영역의 센싱된 터치 영역의 무게 중심을 상기 베젤 쪽으로 더 가깝게 수정하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다.
상기 터치 스크린 구동회로는 상기 터치 영역의 무게 중심을 픽셀 어레이의 픽셀 위치에 맵핑하여 상기 터치 영역의 좌표를 상기 픽셀 어레이의 해상도로 변환한다.
상기 터치 스크린 구동회로는 상기 에지 영역 내에서 상기 무게 중심 값이 수정될 영역이 상기 터치 영역의 크기별로 구분되어 정의된 프로파일이 저장된 메모리를 더 포함한다.
상기 터치 스크린 구동회로는 상기 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 크기로 상기 무게 중심이 수정될 영역의 위치 정보 a 및 b를 상기 메모리에서 읽어 들이고 상기 위치 정보 a 및 b와 상기 무게 중심 R을 아래의 수식에 대입하여 수정한다.
Figure 112013111485424-pat00001
여기서, a는 무게 중심 계산 결과의 오류가 발생하기 시작하는 터치 영역의 무게 중심, b는 상기 베젤과 접하는 상기 액티브 영역의 에지에서 센싱된 터치 영역의 무게 중심, 그리고 R'은 수정된 무게 중심이다.
상기 터치 스크린 구동회로는 상기 터치 영역 내의 터치 로 데이터의 총합을 바탕으로 상기 터치 영역의 크기를 추정한다.
상기 터치 센싱 시스템의 에지 좌표 보상 방법은 상기 터치 영역들 각각의 무게 중심을 계산하는 단계; 및 상기 베젤과 가까운 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 무게 중심을 상기 베젤 쪽으로 더 가깝게 수정하는 단계를 포함한다.
본 발명은 터치 영역의 무게 중심이 부정확하게 계산되는 에지 영역을 정의하여 그 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 무게 중심을 적절히 수정한다. 그 결과, 본 발명은 표시패널의 에지 영역에서 터치 영역의 좌표를 더 정확하게 계산할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 도 1에서 터치 스크린의 일부를 확대한 평면도이다.
도 3 내지 도 5는 터치 스크린과 표시패널의 다양한 조합을 보여 주는 도면들이다.
도 6은 도 2에 도시된 알고리즘 실행부의 동작을 보여 주는 흐름도이다.
도 7은 표시패널의 에지 영역에서 센싱된 터치 영역을 보여 주는 도면이다.
도 8은 액티브 영역에서 센싱된 터치 영역과 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 물리적 크기과 센싱 크기를 보여 주는 도면이다.
도 9는 무게 중심 계산의 예를 보여 주는 도면이다.
도 10은 에지 영역과 액티브 영역에 동일한 크기의 터치 객체를 올려 놓았을 때 센싱된 터치 영역들의 신호 분포를 보여 주는 도면이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 무게 중심 보상 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 12는 에지 영역에서 센싱되는 터치 영역들의 크기가 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 13은 에지 영역에 존재하는 작은 터치 영역에 대한 무게 중심 프로파일(profile)과 그 터치 영역에 대한 무게 중심의 보상 결과를 보여 주는 도면이다.
도 14는 에지 영역에 존재하는 큰 터치 영역에 대한 무게 중심 프로파일과 그 터치 영역에 대한 무게 중심의 보상 결과를 보여 주는 도면이다.
도 15는 터치 센싱 시스템의 알고리즘 실행부를 보여 주는 블록도이다.
도 16은 액티브 영역의 에지에서 신호 크기를 크게 하도록 액티브 영역의 에지에서 터치 센서의 정전 용량 값을 크게 한 비대칭 전극 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 17은 도 16에서 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 절취한 단면도이다.
도 18은 터치 영역의 좌표를 픽셀 어레이의 해상도로 변환하는 방법을 보여 주는 도면이다.
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 6을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP), 및 터치 스크린 구동회로 등을 포함한다.
터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(Tx1~Txj, j는 2 이상의 양의 정수), Tx 라인들(Tx1~Txj)과 교차하는 Rx 라인들(Rx1~Rxi, i는 2 이상의 양의 정수), 및 Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)이 교차점들 마다 형성된 터치 센서들(Cm)을 포함한다. 터치 센서들(Cm)은 Tx 라인과 Rx 라인이 교차되는 노드들에서 형성된 상호 정전 용량(mutual capacitance)을 포함한다. Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)은 절연층(또는 유전층)을 사이에 두고 교차한다. Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)의 교차부에서 Tx 라인과 Rx 라인이 단락(short circuit)되지 않도록 Rx 라인은 Tx 라인과 교차되는 위치에서 분리될 수 있다. 분리된 Rx 라인의 부분들은 절연층을 관통하여 브릿지 패턴(Bridge pattern)을 통해 연결될 수 있다. 브릿지 패턴은 절연층을 사이에 두고 Tx 라인과 교차되어 Rx 라인이 Tx 라인과 단락되지 않도록 한다. 반대로, Tx 라인들(T1~Tj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)의 교차부에서 Tx 라인이 일부분이 제거되고 Tx 라인에서 분리된 부분들이 브릿지 패턴을 통해 서로 연결될 수도 있다.
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(Cm)은 도 5와 같이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 인셀(In-cell) 타입으로 내장될 수 있다. 도 3 내지 도 5에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.
터치 스크린 구동회로는 터치 전후 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. 터치 스크린 구동회로는 도 2와 같이 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 구동신호를 공급하고 그 구동신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx1~Rxi)을 통해 터치 센서들로부터 전하를 수신하고 그 전하의 변화량을 센싱한다. 터치 센서들(Cm)에 인가되는 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다.
터치 스크린 구동회로는 구동부(32), 센싱부(34), 타이밍 발생부(36), 및 알고리즘 실행부(30)를 포함한다. 구동부(32), 센싱부(34) 및 타이밍 발생부(36)는 하나의 ROIC(Readout Integrated Circuit) 칩으로 집적될 수 있다. 알고리즘 실행부(30)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.
터치 스크린 구동회로는 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호와 동기하여 Rx 라인들(Rx1~Rxi)을 통해 터치 센서(Cm)의 신호를 수신한다. 터치 스크린 구동회로는 수신된 터치 센서(Cm)의 전하 변화량을 소정의 문턱값과 비교하기 위하여 전하 변화량을 디지털 값으로 변환하여 터치 로 데이터(touch raw data)를 출력한다. 터치 스크린 구동회로는 터치 로 데이터를 상기 문턱값과 비교하여 문턱값 보다 큰 터치 로 데이터를 터치 영역의 데이터로 판정한다. 터치 스크린 구동회로는 멀티 터치 인식을 위하여 터치 영역들 각각에 라벨(label) 코드를 부여하는 라벨링 알고리즘을 실행한다. 이어서, 터치 스크린 구동회로는 터치 영역들 각각의 무게 중심을 계산한 다음, 터치 영역의 무게 중심을 바탕으로 터치 영역의 좌표를 디스플레이의 픽셀 어레이 해상도로 변환된 터치 영역의 좌표 정보를 포함한 터치 레포트(Touch Report, XY)를 호스트 시스템으로 전송한다. 터치 스크린 구동회로는 터치 영역이 표시패널의 에지에서 센싱되면, 그 터치 영역의 무게 중심을 후술하는 방법으로 보상하고 무게 중심을 픽셀 어레이의 픽셀 위치에 맵핑(mapping)하여 터치 영역의 좌표를 픽셀 어레이의 해상도로 변환한다.
구동부(32)는 타이밍 발생부(36)의 제어 하에 구동신호가 공급될 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 구동신호를 공급한다. 센싱부(34)의 적분기에 터치 센서(Cm)의 전하가 2 회 이상 누적될 수 있도록 구동신호는 구동 신호는 Tx 라인을 통해 터치 센서들 각각에 N(N은 2 이상의 양의 정수)회 인가된다. 센싱부(34)의 적분기에 터치 센서의 전하가 누적되면 터치 입력 전후에 전하 변화량을 크게 할 수 있으므로 센싱 감도를 높일 수 있다.
Rx 라인들(Rx1~Rxi)과 센싱부(34) 사이에는 도 2와 같이 차동 증폭기들(Differential Amplifier)(33)이 연결될 수 있다. 제1 차동 증폭기는 제1 Rx 라인(Rx1)과 제2 Rx 라인(Rx2)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭한다. 제2 차동 증폭기는 제2 Rx 라인(Rx2)과 제3 Rx 라인(Rx3)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭한다. 터치 센싱 감도에 악영향을 주는 노이즈(noise)는 터치 스크린(TSP)의 기생용량을 통해 터치 센서들(Cm)에 인가된다. 터치 스크린(TSP)의 기생용량은 도 5와 같이 터치 센서들(Cm)이 표시패널의 픽셀 어레이에 인셀 타입으로 내장될 때 커진다. 이웃한 터치 센서들에 인가된 노이즈는 거의 동일한 크기를 갖는다. 차동 증폭기들(33)은 이웃한 Rx 라인들을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 노이즈에 비하여 신호 성분을 더 크게 함으로써 신호 대 잡음비(SNR)를 개선한다. 차동 증폭기들(33)은 이웃한 Rx 라인들을 통해 입력되는 신호들의 차를 증폭함으로써 터치 스크린(TSP)의 기생용량으로 인하여 유입되는 노이즈 성분을 줄여 신호 대 잡음비(SNR)를 개선한다. 차동 증폭기(33)는 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어(Fully differential amplifier)로 구현될 수 있다. 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어는 차 신호를 증폭하여 정극성 출력 단자와 부극성 출력 단자를 통해 상보적인(Complementary) 정극성 신호와 부극성 신호 전압을 출력한다.
센싱부(34)는 타이밍 발생부(36)로부터 입력된 Rx 셋업신호에 응답하여 터치 센서 신호를 수신할 Rx 채널을 선택하고, 선택된 Rx 채널과 연결된 Rx 라인을 통해 터치 센서의 신호를 수신한다. 그리고 센싱부(34)는 선택된 Rx 라인들과 연결된 차동 증폭기(33)를 통해 증폭된 신호를 샘플링하여 적분기에 누적한다. 센싱부(34)는 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Convertor, ADC)를 이용하여 샘플링된 디지털 데이터로 변환하여 터치 센서의 전하 변화량을 센싱한다. 디지털 데이터는 터치 로 데이터로써 알고리즘 실행부(30)에 전송된다. 센싱부(34)는 2 개 이상의 Rx 라인들을 통해 터치 센서 신호를 동시에 수신하거나, 1 개의 Rx 라인을 통해 터치 센서 신호를 수신한 후에 다음 Rx 라인을 통해 터치 센서 신호를 수신할 수 있다.
타이밍 발생부(36)는 구동부(32)와 센싱부(34)의 Tx/Rx 채널 셋업, 센싱부(34)의 터치 센서 신호 샘플링 타이밍, 센싱부(34)의 ADC 타이밍 등을 제어한다. 타이밍 발생부(36)는 구동부(32)와 센싱부(34)의 Tx/Rx 채널 셋업과 동작 타이밍을 제어하기 위하여 필요한 제어신호들을 발생한다.
알고리즘 실행부(30)는 도 6과 같이 RS 센싱부(34)로부터 수신된 터치 로 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값 보다 큰 데이터를 터치 영역의 데이터로 판단하고, 라벨링 알고리즘을 실행하여 터치 영역들 각각에 라벨(label) 코드를 부여한다.(S1) 이어서, 알고리즘 실행부(30)는 터치 영역들 각각의 무게 중심을 계산하고, 도 13 및 도 14와 같이 미리 설정된 무게 중심 프로파일(profile)의 위치 정보(a, b)를 이용하여 무게 중심을 보상한다.(S2~S5) 무게 중심 보상 방법은 터치 영역의 크기를 판단하여 터치 영역 별로 미리 설정된 에지 영역의 위치 정보를 바탕으로 무게 중심 값을 보상할 수 있다. 에지 영역의 위치 정보는 무게 중심이 부정확하게 계산되는 에지 영역의 크기를 정의한다. 이어서, 알고리즘 실행부(30)는 터치 영역 각각의 좌표를 계산한 다음, 터치 영역의 무게 중심을 바탕으로 터치 영역의 좌표를 디스플레이의 픽셀 어레이 해상도로 변환된 터치 영역의 좌표(XY)를 호스트 시스템으로 전송한다.(S6)
본 발명의 표시장치는 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) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다.
표시패널(DIS)의 액티브 영역(A/A)은 입력 영상이 표시되는 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 i 보다 큰 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 스캔라인들(G1~Gn, n은 j 보다 큰 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 스캔라인들(G1~Gn)의 교차 구조에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 스캔라인은 게이트라인(gate line)으로도 불리운다. 표시패널(DIS)에는 컬러 구현을 위하여 컬러필터가 형성될 수 있다.
디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14), 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 픽셀들에 기입한다.
데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생하고 그 데이터전압을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급한다. 스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 스캔라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터가 기입될 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받는다. 타이밍 콘트롤러(20)는 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 발생한다.
호스트 시스템은 외부 비디오 소스 기기 예를 들면, 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 등에 접속되어 그 외부 비디오 소스 기기로부터 영상 데이터를 입력받을 수 있다. 호스트 시스템은 외부 비디오 소스 기기로부터의 영상 데이터를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 또한, 호스트 시스템은 터치 스크린 구동회로로부터 수신된 터치 영역의 좌표(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
도 7 및 도 8을 참조하면, 액티브 영역(A/A) 내에서 센싱된 터치 영역(4)의 물리적 크기와 센싱 크기는 동일하다. 여기서, 물리적 크기는 터치 객체에 의해 터치된 영역의 크기를 의미하고, 센싱 크기는 터치 센서들에 의해 센싱되는 터치 영역의 크기를 의미한다. 이에 비하여, 표시패널(DIS)의 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 좌표값은 부정확하게 계산될 수 있다. 터치 영역(2)이 액티브 영역(A/A)과 베젤 영역(BZ) 사이에 걸쳐 있다면, 그 터치 영역(2)의 물리적 크기에 비하여 센싱 크기가 작다. 이는 표시패널(DIS)의 에지 영역에서 센싱된 터치 영역(2)의 물리적 크기와 센싱 영역 크기가 다르기 때문이다. 도 7에서, (A)는 베젤 영역(BZ)이 넓은 경우에 에지 영역에서 센싱된 터치 영역(2)을 보여 준다. (B)는 베젤 영역(BZ)이 좁아진 경우에 에지 영역에서 센싱된 터치 영역(2)을 보여 준다.
터치 스크린(TSP)이 액티브 영역(A/A) 밖의 베젤 영역(BZ)으로 확장되더라도 베젤 영역(BZ) 내의 터치 센서들이 작다. 표시패널(DIS)의 베젤 영역(BZ) 영역이 작아지면, 베젤 영역(BZ) 내의 터치 센서가 더 작아지므로 터치 영역(2)의 물리적 크기와 센싱 크기 차이가 더 커진다. 터치 영역(2)의 물리적 크기와 센싱 크기 차이는 베젤 영역(BZ)의 참조 데이터가 작기 때문에 액티브 영역(A/A) 쪽으로 치우친 값으로 터치 영역(2)의 무게 중심이 계산될 수 있는 결과를 초래한다.
무게 중심 값 R은 수학식 1로 계산될 수 있다.
Figure 112013111485424-pat00002
여기서, mi는 i 번째 요소로서 터치 로 데이터 값이다. ri는 i 번째 요소의 위치를 나타낸다.
도 9의 예에서 빗금친 부분이 터치 영역이고, 숫자는 터치 로 데이터이다. 도 9의 예에서, 터치 영역의 무게 중심 R = [{663*1}+{2*555}+{1598*1}+{1604*2}+{894*1}+{763*2}]/{663+555+1598+1604+894+763} = 1.3
터치 영역의 무게 중심을 계산할 때 수학식 1에서 알 수 있는 바와 같이 참조 데이터의 개수가 작아지거나 어느 한 부분에서 참조 데이터 값이 작아지면 무게 중심의 계산 결과가 부정확하게 된다.
도 10은 에지 영역과 액티브 영역(A/A)에 동일한 크기(Φ9 직경)의 터치 객체를 올려 놓았을 때 센싱된 터치 영역들(2, 4)의 신호 분포를 나타낸다. 도 10에서, (A)는 에지 영역에서 센싱된 터치 영역(2)의 신호 분포이다. (B)는 에지 영역에서 센싱된 터치 영역(2)의 신호 분포이다.
액티브 영역(A/A)에서 센싱된 터치 영역(4)은 그 물리적 크기와 센싱 크기가 거의 같다. 따라서, 액티브 영역(A/A)에서 센싱된 터치 영역(4)의 무게 중심은 거의 정확하게 계산된다.
에지 영역에서 센싱된 터치 영역(2)의 대략 절반이 액티브 영역(A/A)의 에지에 올려져 있고, 그 터치 영역(2)의 대략 절반이 베젤 영역(BZ)에 올려져 있다. 에지 영역에서 센싱된 터치 영역(2)에서 센싱 크기는 물리적 크기에 비하여 절반이다. 터치 영역(2)에 대한 무게 중심을 구하는데 필요한 참조 데이터들(mi)은 베젤 영역(BZ) 영역의 데이터 없이 액티브 영역(A/A)의 데이터들만 포함한다. 따라서, 에지 영역의 터치 영역(2)에서 무게 중심이 부정확하게 계산된다.
도 11은 본 발명의 실시예에 따른 무게 중심 보상 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 11을 참조하면, 본 발명의 발명자들은 터치 스크린(TSP) 상에서 터치 객체를 터치하고 그 때의 터치 영역에 대한 무게 중심을 계산하고 계산 결과와 실제 무게 중심 간에 오차를 계산한 실험을 실시하였다. 실험은 터치 스크린(TSP) 상에 터치 객체를 터치한 후에 일정 시간이 경과된 후에 에지 영역과 더 가까운 다음 위치로 터치 객체를 이동하는 과정을 베젤과 액티브 영역 간의 경계 위치에 도달할 때까지 반복한 후에 터치 영역들 각각의 무게 중심 계산과 그 오차를 계산하는 방법을 포함한다. 발명자들은 이 실험 결과를 바탕으로 에지 영역에서 무게 중심이 부정확하게 계산되는 에지 영역을 정의한 무게 중심 프로파일(profile)을 도출하였다.(S01 및 S02) 무게 중심 프로파일은 도 13 및 도 14와 같이 무게 중심의 계산 결과가 부정확한 에지 영역에 관한 위치 정보(a, b)를 포함한다. 무게 중심 프로파일은 도 12 내지 도 14와 같이 터치 영역의 크기별로 작성될 수 있다. a는 무게 중심 계산 결과의 오류가 발생하기 시작하는 터치 영역의 무게 중심이다. b는 베젤 영역(BZ)과 가장 가까운 액티브 영역의 에지에서 센싱된 터치 영역의 무게 중심이다.
본 발명의 무게 보상 방법은 수학식 1로 계산된 무게 중심 값 R이 a 보다 작으면 즉, 무게 중심 계산이 부정확한 에지 영역이면 아래의 수학식 2과 같이 그 무게 중심 결과를 R'으로 수정한다. 그 결과, 무게 중심이 에지 영역 내의 위치로 계산되면, 무게 중심 값 R이 b에 가까울수록 노드 0(zero)에 더 가까운 값으로 수정된다. 노드 0은 베젤 영역과 가장 가까운 터치 센서의 위치이다.
Figure 112013111485424-pat00003
에지 영역에 관한 위치 정보(a, b)는 메모리에 저장된다. 터치 영역의 크기에 따라 터치 영역 내에의 모든 터치 센서들로부터 얻어진 터치 로 데이터들의 총합(이하, "터치 영역의 데이터 총합"이라 약칭함)이 달라진다. 터치 영역이 클수록 터치 영역이 데이터 개수와 값이 커지므로 터치 영역의 데이터 총합이 커진다. 따라서, 터치 영역의 데이터 총합을 바탕으로 터치 영역의 크기가 추정될 수 있다.
본 발명의 무게 중심 보상 방법은 터치 영역의 크기별로 에지 영역에 관한 위치 정보(a, b)를 설정하기 위하여, 터치 영역의 데이터 총합을 계산하고 그 결과를 룩업 테이블(Look-up table, LUT)에 입력하여 에지 영역에 관한 위치 정보(a, b)를 선택한다. 룩업 테이블(LUT)의 메모리에는 아래의 표 1과 같이 터치 영역의 데이터 총합 별로 에지 영역의 위치 정보(a, b)가 저장되어 있다. 룩업 테이블(LUT)은 터치 영역의 데이터 총합을 리드 어드레스(read address) 정보로 입력 받아 그 터치 영역의 데이터 총합이 지시하는 위치 정보(a, b)를 출력한다. 본 발명의 무게 중심 보상 방법은 수학식 1로 계산된 1차 무게 중심 값(R)과 룩업 테이블(LUT)에 의해 선택된 위치 정보(a, b)를 수학식 2에 대입하여 보상된 무게 보상값을 얻는다.
표 1은 터치 영역의 크기가 Φ5, Φ9 일 때 무게 중심 값 R이 부정확하게 계산되는 에지 영역의 위치 정보(a, b)를 나타낸다. 표 1은 룩업 테이블(LUT)의 메모리에 저장된다.
터치 영역의 크기 a b 터치 영역의 데이터 총합
Φ9 0.75 0.35 3500 ~ 5000
Φ5 0.5 0.1 1000 ~ 1800
도 12는 에지 영역에서 센싱되는 터치 영역들의 크기(Φ5, Φ9)가 다른 예를 보여 주는 도면이다. 도 13은 에지 영역에 존재하는 작은 크기의 터치 영역에 대한 무게 중심 프로파일(profile)과 그 터치 영역에 대한 무게 중심의 보상 결과를 보여 주는 도면이다. 도 14는 에지 영역에 존재하는 직경이 큰 터치 영역에 대한 무게 중심 프로파일과 그 터치 영역에 대한 무게 중심의 보상 결과를 보여 주는 도면이다.
도 13 및 도 14에서 노드(node) 번호는 터치 스크린에서 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차점 위치를 의미한다. 터치 센서는 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차점 즉, 터치 스크린의 노드들에 형성된다. 노드 번호가 최소값 0(zeor)인 터치 센서는 베젤과 가장 가까운 터치 센서이다. 노드 번호가 1씩 증가할 때마다 베젤로부터 액티브 영역(A/A)의 중심을 향하는 방향으로 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차점 위치가 1씩 증가한다. 노드 번호가 최대값인 터치 센서는 액티브 영역의 중심 위치에 존재하는 터치 센서이다.
실험 결과에 의하면 대상 시료에 Φ9 직경의 터치 객체를 터치 스크린에 터치하면 노드(node) 0.75부터 정확도가 떨어지고, 액티브 영역을 터치 객체가 벗어나기 직전에 계산된 무게 중심 값 R은 0.35 이다. 따라서, Φ9 직경의 터치 객체에 대한 무게 중심 프로파일에서 무게 중심이 부정확하게 계산되는 에지 영역(a ~ b)은 0.75 ~ 0.35 이다. 이 에지 영역(a ~ b)에서 터치 영역의 실제 무게 중심 값은 0.75 ~ 0이다. 본 발명의 무게 중심 보상 방법은 터치 영역의 데이터 총합을 바탕으로 터치 영역의 크기를 추정하여 도 13과 같이 Φ9 직경의 터치 객체에 대하여 1차 계산된 무게 중심 값 R이 0.75 ~ 0.35 일 때 수학식 2를 이용하여 점선원과 같이 0.75 ~ 0으로 무게 중심 값을 수정한다.
대상 시료에 Φ5 직경의 터치 객체를 터치 스크린에 터치하면 0.5 노드 위치부터 정확도가 떨어진다. 액티브 영역을 터치 객체가 벗어나기 직전에 계산된 무게 중심 값 R은 0.1이다. 따라서, Φ5 직경의 터치 객체에 대한 무게 중심 프로파일에서 무게 중심이 부정확하게 계산되는 에지 영역(a ~ b)은 0.5 ~ 0.1 이다. 이 에지 영역(a ~ b)에서 터치 영역의 실제 무게 중심 값은 0.5 ~ 0이다. 본 발명의 무게 중심 보상 방법은 터치 영역의 데이터 총합을 바탕으로 터치 영역의 크기를 추정하여 도 14와 같이 Φ5 직경의 터치 객체에 대하여 1차 계산된 무게 중심 값 R이 0.5 ~ 0.1 일 때 수학식 2를 이용하여 점선원과 같이 0.5 ~ 0으로 무게 중심 값을 수정한다.
도 15는 알고리즘 실행부(30)를 보여 주는 블록도이다.
도 15를 참조하면, 알고리즘 실행부(30)는 좌표 계산부(24), 에지 보상부(26), 룩업 테이블(28) 등을 포함한다.
룩업 테이블(28)의 메모리에는 터치 영역의 크기별로 무게 중심이 부정확하게 계산될 수 있는 에지 영역에 관한 위치 정보(a, b)가 저장되어 있다.
에지 보상부(28)는 센싱부(28)로부터 수신된 터치 로 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값 보다 큰 데이터를 터치 영역의 데이터로 판단하고, 터치 영역들 각각에 라벨 코드를 부여한다. 에지 보상부(28)는 터치 영역들 각각의 무게 중심을 계산하되, 에지 영역에서 센싱된 터치 영역들에 대하여는 수학식 2로 1차 계산된 무게 중심 값을 보상한다. 에지 보상부(28)는 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 터치 로 데이터 합계를 계산하여 그 크기를 추정하여 룩업 테이블(28)에 입력하고, 룩업 테이블(28)에서 출력된 위치 정보(a, b)와 1차 계산된 무게 중심 값을 수학식 2에 대입하여 무게 중심을 보상한다.
좌표 계산부(24)는 터치 스크린에서 센싱된 터치 영역들 각각의 좌표(XY)를 계산하여 호스트 시스템으로 전송한다. 그리고 좌표 계산부(24)는 에지 보상부(26)로부터 입력된 터치 영역들 각각의 무게 중심의 좌표를 계산하고 그 좌표를 미리 저정된 픽셀 어레이 해상도의 좌표로 변환하여 호스트 시스템으로 전송한다.
표시패널이 네로우 베젤로 구현될 때, 터치 스크린의 전극 구조는 도 16 및 도 18과 같이 무게 중심이 부정확하게 계산될 수 있는 에지 영역에서 비대칭 패턴으로 구현될 수 있다. 이러한 터치 스크린의 전극 구조의 일 예로서, 본원 출원인은 특허 출원 10-2013-0103483(2013. 08, 29.)를 통해 비대칭 구조의 터치 센서 전극 구조를 제안한 바 있다.
도 16 및 도 17은 터치 스크린의 일부 터치 센서를 확대하여 비대칭 구조의 터치 센서 전극 구조를 보여 주는 도면들이다. 도 16은 액티브 영역의 에지에서 신호 크기를 크게 하도록 액티브 영역의 에지에서 터치 센서의 정전 용량 값을 크게 한 비대칭 전극 구조를 보여 주는 평면도이다. 도 17은 도 16에서 선 Ⅰ-Ⅰ'를 따라 절취한 단면도이다.
도 16 및 도 17을 참조하면, Rx 라인(Rx1)은 Tx 라인들(Txj-1, Txj)과의 교차 부분에서 브릿지 패턴(Rc)을 통해 연결된다. 브릿지 패턴(Rc)은 저항이 낮은 금속으로 기판(SUBS) 상에 형성된다. Tx 라인들(Txj-1, Txj)과의 교차부분에서 분리된 Rx 라인(Rx1)은 절연층(INS)을 관통하는 콘택홀(Contact hole)을 통해 브릿지 패턴(Rc)에 연결된다. Tx 라인(Txj-1, Txj)은 브릿지 패턴(Rc)과 중첩되는 부분(Tc)에서 폭이 좁아진다. RW1은 Rx 라인(Rx1)을 센싱부(34)에 연결하기 위한 배선이다.
무게 중심을 보다 정확하게 계산하기 위하여, 베젤 영역(BZ)에 가까운 터치 센서들의 신호 크기를 크게 하는 것이 바람직하다. 이를 위하여, 베젤(Bezel)과 가장 가까운 노드 0 위치의 노드(62)에서 Tx 라인과 Rx 라인은 지그재그(zig-zag) 형태로 패터닝된다. 이에 비하여, 노드 0 이외의 다른 노드들(61)에서 Tx 라인과 Rx 라인은 직선 형태로 패터닝된다.
베젤 영역(BZ)과 가장 가까운 노드 0 위치의 터치 센서는 지그재그 패턴 구조로 인하여 다른 터치 센서들에 비하여 더 큰 정전 용량 값을 가진다. 다시 말하여, 베젤과 가장 가까운 터치 센서의 정전 용량 값은 상대적으로 베젤로부터 거리가 먼 터치 센서의 그것에 비하여 더 크다. 이 때문에 노드 0 위치의 터치 센서로부터 얻어진 전하 변화량은 다른 터치 센서들에 비하여 더 커진다. 그 결과, 무게 중심 계산에서 에지 영역의 참조 데이터 크기를 크게 하여 무게 중심이 액티브 영역 쪽으로 더 가깝게 되는 문제를 줄일 수 있다.
터치 영역의 좌표 값들은 도 18과 같이 터치 스크린의 해상도(TSPR)를 바탕으로 계산된다. 따라서, 터치 영역의 좌표 값들을 픽셀 어레이의 해상도(DISR)로 변환하여야 한다. 해상도 변환 방법은 터치 영역의 무게 중심 좌표를 그와 가장 가까운 픽셀 어레이의 픽셀 위치 좌표로 변환하는 과정을 포함한다. 본원 출원인은 에지 영역의 해상도 변환 방법을 더 정확하게 하기 위하여 특허 출원 10-2012-0142644(2012. 12. 10.)를 통해 에지 영역의 해상도 변환시에 좌표 오류를 보상하는 방법을 제안한 바 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.
TSP : 터치 스크린 Cm : 터치 센서
32 : 구동부 34 : 센싱부
36 : 알고리즘 실행부

Claims (9)

  1. 영상이 표시되는 액티브 영역과 상기 액티브 영역을 정의하는 베젤을 포함하는 표시패널;
    상기 표시패널 상에 형성되는 터치 스크린; 및
    다수의 터치 센서들을 포함하고, 상기 터치 센서들이 감지한 신호를 이용하여 터치가 발생한 터치 영역들 각각의 무게 중심을 계산하고, 상기 베젤과 가까운 에지 영역의 센싱된 터치 영역의 무게 중심을 상기 베젤 쪽으로 더 가깝게 수정하는 터치 스크린 구동회로를 포함하고,
    상기 액티브 영역 중 상기 베젤과 가까운 에지 영역에 배치된 제1 터치 센서들을 지그재그 패턴 구조로 형성하고, 상기 액티브 영역 중 상기 에지 영역이 아닌 영역에 배치된 제2 터치 센서들을 직선 패턴 구조로 형성하여, 상기 제1 터치 센서들의 정전 용량 값이 상기 제2 터치 센서들의 정전 용량 값에 비해 더 큰 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 구동회로는,
    상기 터치 영역의 무게 중심을 픽셀 어레이의 픽셀 위치에 맵핑하여 상기 터치 영역의 좌표를 상기 픽셀 어레이의 해상도로 변환하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 구동회로는,
    상기 에지 영역 내에서 상기 무게 중심 값이 수정될 영역이 상기 터치 영역의 크기별로 구분되어 정의된 프로파일이 저장된 메모리를 더 포함하고,
    상기 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 크기로 상기 무게 중심이 수정될 영역의 위치 정보 a 및 b를 상기 메모리에서 읽어 들이고 상기 위치 정보 a 및 b와 상기 무게 중심 R을 아래의 수식에 대입하여 수정하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
    Figure 112013111485424-pat00004

    여기서, a는 무게 중심 계산 결과의 오류가 발생하기 시작하는 터치 영역의 무게 중심, b는 상기 베젤과 접하는 상기 액티브 영역의 에지에서 센싱된 터치 영역의 무게 중심, 그리고 R'은 수정된 무게 중심이다.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 구동회로는,
    상기 터치 영역 내의 터치 로 데이터의 총합을 바탕으로 상기 터치 영역의 크기를 추정하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
  5. 삭제
  6. 영상이 표시되는 액티브 영역과, 상기 액티브 영역을 정의하는 베젤을 포함하는 표시패널, 및 상기 표시패널 상에 형성되는 터치 스크린을 포함하는 터치 센싱 시스템의 에지 좌표 보상 방법에 있어서,
    터치 영역들 각각의 무게 중심을 계산하는 단계; 및
    상기 베젤과 가까운 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 무게 중심을 상기 베젤 쪽으로 더 가깝게 수정하는 단계를 포함하고,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 에지 영역 내에서 상기 무게 중심 값이 수정될 영역이 상기 터치 영역의 크기별로 구분되어 정의된 프로파일이 메모리에 저장된 상태에서, 상기 에지 영역에서 센싱된 터치 영역의 크기로 상기 무게 중심이 수정될 영역의 위치 정보 a와 b를 상기 메모리에서 읽고 상기 위치 정보 a와 b 및 상기 무게 중심 R을
    Figure 112019106062795-pat00024
    수식에 대입하여 수정된 무게 중심 R'을 얻는 단계를 포함하고,
    여기서 a는 무게 중심 계산 결과의 오류가 발생하기 시작하는 터치 영역의 무게 중심이고, b는 상기 베젤과 접하는 상기 액티브 영역의 에지에서 센싱된 터치 영역의 무게 중심인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 에지 좌표 보상 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 터치 영역의 무게 중심을 픽셀 어레이의 픽셀 위치에 맵핑하여 상기 터치 영역의 좌표를 상기 픽셀 어레이의 해상도로 변환하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 에지 좌표 보상 방법.
  8. 삭제
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 수정하는 단계는,
    상기 터치 영역 내의 터치 로 데이터의 총합을 바탕으로 상기 터치 영역의 크기를 추정하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 에지 좌표 보상 방법.
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