KR102119696B1 - 터치장치 및 그 구동방법 - Google Patents

터치장치 및 그 구동방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은, 서로 교차하는 다수의 상호커패시터를 형성하는 다수의 송신배선과 다수의 수신배선을 포함하는 터치패널과; 상기 다수의 송신배선에 다수의 터치구동전압을 송신하고, 상기 다수의 수신배선으로부터 다수의 터치감지전압을 수신하는 제어부와; 상기 다수의 터치감지전압 중 선택된 하나의 터치감지전압을 상기 제어부로 전달하는 먹스와; 상기 먹스의 출력단자에 직렬로 연결되는 스위치 및 가상터치 커패시터를 포함하는 가상터치 생성부와; 상기 제어부에 테스트 구동조건을 제공하는 테스트 구동조건생성부를 포함하는 터치장치를 제공한다.

Description

터치장치 및 그 구동방법 {Touch Device And Method Of Driving The Same}
본 발명은 터치장치에 관한 것으로, 특히 가상터치커패시터를 이용하여 최적 구동조건을 선정하는 터치장치 및 그 구동방법에 관한 것이다.
정보화 시대에 발맞추어 디스플레이(display) 분야 또한 급속도로 발전해 왔고, 이에 부응해서 박형화, 경량화, 저소비전력화 장점을 지닌 평판표시장치(flat panel display device: FPD)로서 액정표시장치(liquid crystal display device: LCD), 플라즈마표시장치(plasma display panel device: PDP), 유기발광다이오드 표시장치(organic light emitting diode display device: OLED), 전계방출표시장치(field emission display device: FED) 등이 소개되어 기존의 브라운관(cathode ray tube: CRT)을 빠르게 대체하고 있다.
최근에는, 이러한 표시패널(display panel) 상에 터치패널(touch panel)을 부착한 표시장치인 터치표시장치가 각광받고 있다.
터치스크린으로 불리기도 하는 터치표시장치는, 영상을 표시하는 출력수단으로 사용되는 동시에, 표시된 영상의 특정부위를 터치하여 사용자의 명령을 입력 받는 입력수단으로 사용되는 것으로, 터치표시장치의 터치장치는 위치정보 검출방식에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식, 초음파 방식 등으로 구분될 수 있다.
즉, 사용자가 표시패널에 표시되는 영상을 보면서 터치패널을 터치하면, 터치패널은 해당 터치부위의 위치정보를 검출하고 검출된 위치정보를 영상의 위치정보와 비교하여 사용자의 명령을 인식할 수 있다.
이러한 터치표시장치는, 별도의 터치패널을 표시패널에 부착하거나, 터치패널을 표시패널의 기판에 형성하여 일체화하는 형태로 제조될 수 있다.
한편, 정전용량 방식 터치장치는, 송신배선 및 수신배선을 독립적으로 형성하고 터치에 따른 송신배선 및 수신배선 사이의 커패시턴스의 변화를 검출하는 상호정전용량(mutual capacitance) 방식과, 영역별로 독립된 터치전극에 전압을 인가하고 터치에 따른 터치전극의 커패시턴스의 변화를 검출하는 자기정전용량(self capacitance) 방식으로 구분될 수 있다.
이 중에서 상호정전용량 방식 터치장치는 동작전압, 동작온도, 습도변화, 수막 또는 근접 도전체 등의 사용환경에 민감하게 작동하는데, 예를 들어 배터리로만 사용하는 상태, 충전을 하면서 사용하는 상태, 세계 각국의 다양한 전압 및 주파수로 사용하는 상태 등의 사용환경에 따라 잡음(noise)의 정도가 변화하고, 그 결과 최적의 터치감도를 유지하지 못하는 경우가 발생한다.
이를 방지하고 최적 구동조건을 유지하기 위하여, 터치장치는 주파수 변경에 의한 보정(calibration)을 수행하는데, 이를 도면을 참조하여 설명한다.
이러한 상호정전용량 방식 터치장치에 대하여 도면을 참조하여 설명한다.
도 1은 종래의 상호정전용량 방식 터치장치를 도시한 도면이다.
도 1에 도시한 바와 같이, 종래의 상호정전용량 방식 터치장치(10)는, 사용자의 터치지점에 대응되는 커패시턴스의 변화가 발생하는 터치패널(20)과, 터치패널(20)에 다수의 터치구동전압(VTx)을 공급하고 터치패널(20)로부터 다수의 터치감지전압(VRx)을 공급받는 터치구동부(30)를 포함한다.
터피패널(20)은, 서로 평행하게 이격되는 다수의 송신배선(22)과, 다수의 송신배선(22)과 교차하고 서로 평행하게 이격되는 다수의 수신배선(24)을 포함하는데, 다수의 송신배선(22) 및 다수의 수신배선(24)은 서로 전기적으로 절연되어 다수의 송신배선(22) 및 다수의 수신배선(24)의 교차지점은 다수의 상호커패시터(Cm)를 구성한다.
터치구동부(30)는, 다수의 송신배선(22)에 다수의 터치구동전압(VTx)을 전달하고, 다수의 수신배선(24)으로부터 다수의 터치감지전압(VRx)을 전달받고, 다수의 터치감지전압(VRx)을 분석하여 터치지점을 검출한다.
그리고, 사용환경에 따른 최적 구동조건을 선정하기 위하여, 터치구동부(30)는, 미리 정해진 시점에 다양한 구동조건에 따른 잡음(noise)을 측정하여 최적 구동조건을 선정하는 보정(calibration)을 수행하는데, 이를 위하여 다양한 테스트주파수를 제공하는 주파수생성부(32)를 포함한다.
즉, 터치구동부(30)는, 주파수생성부(32)가 제공하는 다양한 테스트주파수에 따른 다수의 터치구동전압(VTx)을 다수의 송신배선(22)에 전달하고, 다수의 수신배선(24)으로부터 노터치(no touch) 상태의 다수의 터치감지전압(VRx)을 전달받아 잡음을 산출하고, 산출된 잡음의 최소값에 대응되는 테스트주파수를 새로운 구동주파수로 선정한다.
예를 들어, 터치구동부(30)는 노터치 상태의 다수의 터치감지전압(VRx)의 최대값 및 최소값의 차이를 잡음으로 산출할 수 있다.
따라서, 터치구동부(30)는 외부의 사용환경이 변화한 경우에도 최적의 구동주파수를 선정할 수 있으며, 그 결과 최적의 터치감도를 유지할 수 있다.
그런데, 이러한 종래의 터치장치(10)에서는, 단순히 테스트주파수에 따른 노터치(no touch) 상태의 터치감지전압의 잡음의 크기를 기준으로 최적 구동주파수를 선정하므로, 터치(touch) 상태의 터치감지전압인 터치신호(signal)를 측정할 수 없으며, 그 결과 잡음(noise)에 대한 터치신호의 비인 신호잡음비(signal to noise ratio: SNR)의 최대값에 대응되는 구동주파수를 선정할 수 없는 문제가 있다.
예를 들어, 다수의 송신배선(22)의 다수의 터치구동전압(VTx)이 감소한 경우, 노터치 상태의 다수의 터치감지전압(VRx)으로부터 산출되는 잡음이 감소하지만, 터치 상태의 다수의 터치감지전압(VRx)인 터치신호 자체도 감소하고, 그 결과 잡음의 최소값이 신호잡음비의 최대값과 일치하지 않는 경우가 발생한다.
또한, 종래의 터치장치(10)에서는, 단순히 테스트주파수를 이용하여 보정을 수행하므로, 적분횟수(integration) 또는 이득(gain)과 같은 주파수 이외의 구동조건에 대한 확장성이 떨어지는 문제가 있다.
본 발명은, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 제시된 것으로, 다수의 수신배선 중 하나에 가상터치커패시터를 연결하여 보정을 수행함으로써, 터치 상태를 반영한 최대 신호잡음비에 대응되는 최적 구동조건을 선정할 수 있는 터치장치 및 그 구동방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
그리고, 본 발명은, 최대 신호잡음비를 이용하여 최적 주파수 외에 최적 적분횟수, 최적 이득 등을 선정함으로써, 최적 구동조건을 확장 선정할 수 있는 터치장치 및 그 구동방법을 제공하는 것을 다른 목적으로 한다.
위와 같은 과제의 해결을 위해, 본 발명은, 서로 교차하는 다수의 상호커패시터를 형성하는 다수의 송신배선과 다수의 수신배선을 포함하는 터치패널과; 상기 다수의 송신배선에 다수의 터치구동전압을 송신하고, 상기 다수의 수신배선으로부터 다수의 터치감지전압을 수신하는 제어부와; 상기 다수의 터치감지전압 중 선택된 하나의 터치감지전압을 상기 제어부로 전달하는 먹스와; 상기 먹스의 출력단자에 직렬로 연결되는 스위치 및 가상터치 커패시터를 포함하는 가상터치 생성부와; 상기 제어부에 테스트구동조건을 제공하는 테스트구동조건 생성부를 포함하는 터치장치를 제공한다.
그리고, 상기 터치장치가 최적 구동조건 선정을 위한 보정모드로 동작하는 경우, 상기 제어부는 상기 터치패널의 가상터치지점을 설정하고, 상기 먹스가 상기 가상터치지점에 대응되는 하나의 수신배선을 선택하는 동안, 상기 스위치는 온 상태로 전환되고, 상기 가상터치 커패시터는 선택된 상기 하나의 수신배선에 연결될 수 있다.
또한, 상기 먹스가 상기 가상터치지점을 제외한 가상노터치지점에 대응되는 상기 다수의 수신배선을 선택하는 동안, 상기 스위치는 오프 상태를 유지하고, 상기 가상터치 커패시터는 상기 가상노터치지점에 대응되는 상기 다수의 수신배선과 단선(open) 될 수 있다.
그리고, 상기 터치장치가 터치지점 검출을 위한 일반모드로 동작하는 경우, 상기 스위치는 오프 상태를 유지하고, 상기 가상터치 커패시터는 상기 다수의 수신배선과 단선(open) 될 수 있다.
또한, 상기 테스트구동조건 생성부는, 테스트주파수를 상기 제어부에 제공하는 주파수생성부와; 테스트 적분횟수를 상기 제어부에 제공하는 적분횟수 생성부와; 테스트이득을 상기 제어부에 제공하는 이득생성부를 포함할 수 있다.
한편, 본 발명은, 터치패널, 제어부, 먹스, 가상터치 생성부 및 테스트구동조건 생성부를 포함하는 터치장치의 구동방법에 있어서, 상기 터치장치에서 최적 구동조건 선정을 위한 보정모드의 동작을 시작하는 제1단계와; 상기 구동조건생성부가 다수의 테스트구동조건 중 하나의 테스트구동조건을 선정하여 상기 제어부에 제공하는 제2단계와; 상기 제어부가 다수의 가상터치지점을 설정하고, 선정된 상기 테스트구동조건에 따라 다수의 터치구동전압을 상기 터치패널의 다수의 송신배선에 공급하는 제3단계와; 상기 가상터치 생성부의 스위치를 온 상태로 전환하고, 상기 가상터치 생성부의 가상터치 커패시터를 상기 터치패널의 다수의 수신배선 중 상기 가상터치지점에 대응되는 수신배선에 연결하는 제4단계와; 상기 다수의 수신배선으로부터 다수의 터치감지전압을 측정하고, 측정된 상기 다수의 터치감지전압으로부터 터치신호, 잡음 및 신호잡음비를 산출하고 저장하는 제5단계와; 상기 신호잡음비를 기준으로 상기 최적 구동조건을 선정하는 제6단계를 포함하는 터치장치의 구동방법을 제공한다.
그리고, 상기 터치장치의 구동방법은, 상기 제5단계 이후, 선정된 상기 하나의 테스트구동조건이 상기 다수의 테스트구동조건 중 최종값인지 판단하는 단계와; 선정된 상기 하나의 테스트구동조건이 최종값이 아닌 경우, 상기 구동조건생성부가 상기 다수의 테스트구동조건 중 다른 하나의 테스트구동조건을 선정하여 상기 제어부에 제공하고, 상기 제3 내지 제5단계를 반복하는 단계와; 선정된 상기 하나의 테스트구동조건이 최종값인 경우, 저장된 상기 신호잡음비 중 최대값을 산출하는 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 상기 최적 구동조건은, 상기 다수의 테스트구동조건 중 상기 최대값에 대응되는 테스트구동조건일 수 있다.
그리고, 상기 터치신호는 상기 다수의 터치감지전압의 최소값이고, 상기 잡음은 상기 가상터치지점 이외의 가상노터치지점에 대응되는 상기 다수의 터치감지전압의 최대값과 최소값의 편차이고, 상기 신호잡음비는 상기 잡음에 대한 상기 터치신호의 비일 수 있다.
또한, 상기 터치장치의 구동방법은, 상기 터치장치에서 상기 최적 구동조건에 따라 터치지점 검출을 위한 일반모드의 동작을 시작하는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명은, 다수의 수신배선 중 하나에 가상터치커패시터를 연결하여 보정을 수행함으로써, 터치 상태를 반영한 최대 신호잡음비에 대응되는 최적 구동조건을 선정할 수 있는 효과가 있다.
그리고, 본 발명은, 최대 신호잡음비를 이용하여 최적 주파수 외에 최적 적분횟수, 최적 이득 등을 선정함으로써, 최적 구동조건을 확장 선정할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 종래의 상호정전용량 방식 터치장치를 도시한 도면.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상호정전용량 방식 터치장치를 도시한 도면.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는 각각 본 발명의 실시예에 따른 터치장치의 일반모드의 노터치지점, 일반모드의 터치지점, 보정모드의 가상노터치지점 및 보정모드의 가상터치지점에 대응되는 회로도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 보정모드 구동방법을 도시한 도면.
도 5a, 5b 및 도 5c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 터치장치의 보정모드로부터 산출되는 테스트 주파수에 따른 터치신호, 잡음 및 신호잡음비를 도시한 도면.
도 6a, 6b 및 도 6c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 터치장치의 보정모드로부터 산출되는 테스트 적분횟수에 따른 터치신호, 잡음 및 신호잡음비를 도시한 도면.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명에 따른 터치장치 및 그 구동방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 상호정전용량 방식 터치장치를 도시한 도면이다.
도 2에 도시한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 상호정전용량 방식 터치장치(110)는, 사용자의 터치지점에 대응되는 커패시턴스의 변화가 발생하는 터치패널(120)과, 터치패널(120)에 다수의 터치구동전압(VTx)을 공급하고 터치패널(120)로부터 다수의 터치감지전압(VRx)을 공급받는 터치구동부(130)를 포함한다.
도시하지는 않았지만, 터치장치(110)가 터치스크린과 같은 터치표시장치인 경우, 터치장치(110)는, 영상을 표시하는 표시패널과, 표시패널에 영상신호를 공급하는 표시구동부를 더 포함할 수 있다.
터피패널(120)은, 서로 평행하게 이격되는 다수의 송신배선(122)과, 다수의 송신배선(122)과 교차하고 서로 평행하게 이격되는 다수의 수신배선(124)을 포함하는데, 다수의 송신배선(122) 및 다수의 수신배선(124)은 서로 전기적으로 절연되어 다수의 송신배선(122) 및 다수의 수신배선(124)의 교차지점은 다수의 상호커패시터(Cm)를 구성한다.
터치구동부(130)는, 다수의 송신배선(122)에 다수의 터치구동전압(VTx)을 전달하고, 다수의 수신배선(124)으로부터 다수의 터치감지전압(VRx)을 전달받고, 다수의 터치감지전압(VRx)을 분석하여 터치지점을 검출한다.
그리고, 사용환경에 따른 최적 구동조건을 선정하기 위하여, 터치구동부(130)는, 미리 정해진 시점에 다양한 구동조건에 따른 가상터치(virtual touch) 상태의 터치감지전압(VRx)인 터치신호(signal) 및 잡음(noise)을 측정하여 최적 구동조건을 선정하는 보정(calibration)을 수행하는데, 이를 위하여 주파수생성부(132), 적분횟수 생성부(134), 이득생성부(136), 먹스(138), 가상터치 생성부(140) 및 제어부(142)를 포함한다.
주파수생성부(132), 적분횟수 생성부(134) 및 이득생성부(136)는 제어부(142)에 테스트 구동조건을 제공하는 테스트 구동조건생성부를 구성하는데, 주파수생성부(132)는, 보정에 필요한 다양한 테스트주파수를 생성하여 제어부(142)에 제공하고, 적분횟수 생성부(134)는 보정에 필요한 다양한 테스트 적분횟수를 결정하여 제어부(142)에 제공하고, 이득생성부(136)는 보정에 필요한 다양한 테스트이득을 결정하여 제어부(142)에 제공할 수 있다.
여기서, 주파수는 터치구동전압(VTx)을 터치패널(120)에 전달하거나 터치감지전압(VRx)을 터치패널(120)로부터 전달받는 초당 횟수를 의미하며, 적분횟수는 터치지점을 검출하기 위하여 터치감지전압(VRx)을 측정하여 누적 합산하는 횟수를 의미하며, 이득은 터치지점 검출의 정밀도 향상을 위하여 측정된 터치감지전압(VRx)을 증폭하는 비율을 의미한다.
이에 따라 제어부(142)는, 테스트주파수, 테스트 적분횟수 또는 테스트 이득에 따른 가상터치 상태의 터치감지전압(VRx)을 측정하여 터치신호, 잡음 및 신호잡음비를 산출하고, 산출된 신호잡음비의 최대값에 대응되는 테스트주파수, 테스트 적분횟수 또는 테스트 이득을 새로운 구동주파수, 구동 적분횟수 또는 구동이득으로 선정한다.
먹스(138)는, 다수의 수신배선(124) 중 하나를 선택하여 선택된 수신배선(124)의 터치감지전압(VRx)을 제어부(142)로 전달하는데, 도시하지는 않았지만, 터치구동부(130)는 다수의 송신배선(122) 중 하나를 선택하여 선택된 송신배선(122)에 터치구동전압(VTx)을 인가하는 제2먹스를 더 포함할 수 있다.
가상터치 생성부(140)는, 제어부(142)의 제어에 따라 선택된 수신배선(124)에 가상터치 상태를 제공하는데, 이를 위하여 가상터치 생성부(140)는, 먹스(138)를 통하여 선택된 수신배선(124)에 직렬로 연결되는 스위치(SW) 및 가상터치 커패시터(Cvt)를 포함하는데, 예를 들어 스위치(SW) 및 가상터치 커패시터(Cvt)는 먹스(138)의 출력단자에 직렬로 연결될 수있다.
제어부(142)는, 주파수생성부(132), 적분횟수 생성부(134), 이득생성부(136), 먹스(138) 및 가상터치 생성부(140)를 제어한다.
구체적으로, 터치장치(110)가 터치지점 검출을 위한 일반모드에서 동작하는 경우, 제어부(142)는, 다수의 터치구동전압(VTx) 및 다수의 터치감지전압(VRx)의 송수신을 제어하고, 다수의 터치구동전압(VTx) 및 다수의 터치감지전압(VRx)을 분석하여 터치지점을 검출한다.
예를 들어, 다수의 터치구동전압(VTx)을 다수의 송신배선(122)으로 순차적으로 인가하고, 다수의 수신배선(124)으로부터 다수의 터치감지전압(VRx)을 동시에 또는 순차적으로 측정하여 터치지점을 검출할 수 있다.
이때, 제어부(142)는, 가상터치 생성부(140)의 스위치(SW)가 오프(off) 상태를 유지하도록 제어한다.
그리고, 터치장치(110)가 미리 정해진 시점에 최적 구동조건 선정을 위한 보정모드에서 동작하는 경우, 제어부(142)는, 테스트주파수, 테스트 적분횟수 또는 테스트 이득에 따른 다수의 터치구동전압(VTx) 및 다수의 터치감지전압(VRx)의 송수신을 제어하고, 다수의 터치구동전압(VTx) 및 다수의 터치감지전압(VRx)을 분석하여 최적 구동조건을 선정한다.
예를 들어, 다수의 터치구동전압(VTx)을 다수의 송신배선(122)으로 순차적으로 인가하고, 다수의 수신배선(124)로부터 가상터치 상태의 다수의 터치감지전압(VRx)을 동시에 또는 순차적으로 측정하여 터치신호, 잡음 및 신호잡음비를 산출하고, 산출된 신호잡음비를 기준으로 최적 구동조건을 선정할 수 있다.
이때, 가상터치 상태를 생성하기 위하여, 제어부(142)는, 터치패널(120)에서 가상터치가 발생하는 지점을 설정하고, 먹스(138)가 다수의 수신배선(124) 중 설정된 가상터치지점에 대응되는 수신배선(124)을 선택하는 동안 가상터치 생성부(140)의 스위치(SW)를 온(on) 상태로 전환한다.
따라서, 터치구동부(130)는 외부의 사용환경이 변화한 경우에도 신호잡음비를 기준으로 최적의 구동조건을 선정할 수 있으며, 그 결과 최적의 터치감도를 유지할 수 있다.
이러한 터치장치(110)의 동작을 도면을 참조하여 설명한다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d는 각각 본 발명의 실시예에 따른 터치장치의 일반모드의 노터치지점, 일반모드의 터치지점, 보정모드의 가상노터치지점 및 보정모드의 가상터치지점에 대응되는 회로도로, 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
도 3a, 3b, 3c 및 3d에 도시한 바와 같이, 터치패널(120)의 송신배선(122)의 일단은 터치구동전압(VTx)을 인가받고, 송신배선(122)의 타단은 상호커패시터(Cm)의 일전극에 연결되고, 터치패널(120)의 수신배선(124)의 일단은 상호커패시터(Cm) 타전극에 연결되고, 수신배선(124)의 타단은 터치감지전압(VRx)을 출력하는데, 상호커패시터(Cm)의 타전극 및 일전극은 각각 제1 및 제2노드(n1, n2)를 형성한다.
여기서, 송신배선(122)은 상호커패시터(Cm)의 일전극의 제2노드(n2)에 병렬로 연결되는 송신저항(Rt) 및 송신커패시터(Ct)로 등가적으로 나타낼 수 있고, 수신배선(124)은 상호커패시터(Cm)의 타전극의 제1노드(n1)에 병렬로 연결되는 수신저항(Rr) 및 수신커패시터(Cr)로 등가적으로 나타낼 수 있는데, 송신저항(Rt) 및 수신저항(Rr)은 송신배선(122) 및 수신배선(124)의 저항에 대응되고, 송신커패시터(Ct) 및 수신커패시터(Cr)는 각각 송신배선(122) 및 수신배선(124)에 연결되어 있는 기생커패시터에 대응될 수 있다.
도 3a에 도시한 바와 같이, 일반모드의 노터치(no touch) 지점에서는, 터치패널(120)의 송신배선(122) 및 수신배선(124)을 제1노드(n1)를 중심으로 병렬 연결되는 상호커패시터(Cm), 수신저항(Rr) 및 수신커패시터(Cr)로 나타낼 수 있으며, 터치구동전압(VTx)과 접지전압 사이에서 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr)가 직렬로 연결되고, 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr) 사이의 제1노드(n1)로부터 수신저항(Rr)을 통하여 터치감지전압(VRx)이 출력된다.
즉, 터치감지전압(VRx)은 터치구동전압(VTx)에 대한 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr)의 전압분배에 의하여 아래의 식(1)과 같이 결정된다.
VRx = (Cm/(Cm+Cr))*VTx --- 식(1)
그리고, 도 3b에 도시한 바와 같이, 일반모드의 터치(touch) 지점에서는, 제1 및 제2노드(n1, n2)에 각각 연결되는 수신터치 커패시터(Crf) 및 송신터치 커패시터(Ctf)가 추가되고, 상호커패시터(Cm)는 변동 상호커패시터(Cm')로 변경되는데, 수신터치 커패시터(Crf)는 손가락과 수신배선(124) 사이에 생성되는 커패시터에 대응되고, 송신터치 커패시터(Ctf)는 손가락과 송신배선(122) 사이에 생성되는 커패시터에 대응될 수 있다.
이에 따라, 일반모드의 터치지점에서는, 터치패널(120)의 송신배선(122) 및 수신배선(124)을 제1노드(n1)를 중심으로 병렬 연결되는 변동 상호커패시터(Cm'), 수신저항(Rr) 및 수신커패시터(Cr)와 수신터치 커패시터(Crf)의 합(Cr+Crf)으로 나타낼 수 있으며, 터치구동전압(VTx)과 접지전압 사이에서 변동 상호커패시터(Cm') 및 수신커패시터(Cr)와 수신터치 커패시터(Crf)의 합(Cr+Crf)이 직렬로 연결되고, 변동 상호커패시터(Cm') 및 수신커패시터(Cr)와 수신터치 커패시터(Crf)의 합(Cr+Crf) 사이의 제1노드(n1)로부터 수신저항(Rr)을 통하여 터치감지전압(VRx)과 상이한 변동 터치감지전압(VRx')이 출력된다.
즉, 변동 터치감지전압(VRx')은 터치구동전압(VTx)에 대한 변동 상호커패시터(Cm') 및 수신커패시터(Cr)와 수신터치 커패시터(Crf)의 합(Cr+Crf)의 전압분배에 의하여 아래의 식(2)와 같이 결정된다.
VRx' = (Cm'/(Cm'+Cr+Crf))*VTx --- 식(2)
이와 같이, 일반모드의 노터치지점의 터치감지전압(VRx)과 터치지점의 변동 터치감지전압(VRx')은 서로 상이하고, 터치구동부(130)는 터치감지전압(VRx)과 상이한 변동 터치감지전압(VRx')을 인지하여 터치지점을 검출할 수 있다.
한편, 도 3c 및 3d에 도시한 바와 같이, 보정모드에서는 제1노드(n1)에 연결되는 스위치(SW) 및 가상터치 커패시터(Cvt)가 추가된다.
도 3c에 도시한 바와 같이, 먹스(138)에 의하여 다수의 수신배선(124) 중 설정된 가상터치지점을 제외한 가상노터치지점에 대응되는 수신배선(124)이 선택되는 동안 스위치(SW)는 오프(off) 상태로 유지된다.
이에 따라, 보정모드의 가상노터치지점에서는, 터치패널(120)의 송신배선(122) 및 수신배선(124)을 제1노드(n1)를 중심으로 병렬 연결되는 상호커패시터(Cm), 수신저항(Rr) 및 수신커패시터(Cr)로 나타낼 수 있으며, 터치구동전압(VTx)과 접지전압 사이에서 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr)가 직렬로 연결되고, 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr) 사이의 제1노드(n1)로부터 수신저항(Rr)을 통하여 터치감지전압(VRx)이 출력된다.
즉, 터치감지전압(VRx)은 터치구동전압(VTx)에 대한 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr)의 전압분배에 의하여 아래의 식(3)과 같이 결정된다.
VRx = (Cm/(Cm+Cr))*VTx --- 식(3)
여기서, 식(3)에 의한 보정모드의 가상노터치지점의 터치감지전압(VRx)은 식(1)에 의한 일반모드의 노터치지점의 터치감지전압(VRx)과 동일함을 알 수 있다.
도 3d에 도시한 바와 같이, 먹스(138)에 의하여 다수의 수신배선(124) 중 설정된 가상터치지점에 대응되는 수신배선(124)이 선택되는 동안 스위치(SW)는 온(on) 상태로 유지된다.
이에 따라, 보정모드의 가상터치지점에서는, 터치패널(120)의 송신배선(122) 및 수신배선(124)을 제1노드(n1)를 중심으로 병렬 연결되는 상호커패시터(Cm), 수신저항(Rr) 및 수신커패시터(Cr)와 가상터치 커패시터(Cvt)의 합(Cr+Cvt)으로 나타낼 수 있으며, 터치구동전압(VTx)과 접지전압 사이에서 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr)와 가상터치 커패시터(Cvt)의 합(Cr+Cvt)이 직렬로 연결되고, 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr)와 가상터치 커패시터(Cvt)의 합(Cr+Cvt) 사이의 제1노드(n1)로부터 수신저항(Rr)을 통하여 변동 터치감지전압(VRx')이 출력된다.
즉, 변동 터치감지전압(VRx')은 터치구동전압(VTx)에 대한 상호커패시터(Cm) 및 수신커패시터(Cr)와 가상터치 커패시터(Cvt)의 합(Cr+Cvt)의 전압분배에 의하여 아래의 식(4)와 같이 결정된다.
VRx' = (Cm/(Cm+Cr+Cvt))*VTx --- 식(4)
여기서, 식(4)에 의한 보정모드의 가상터치지점의 변동 터치감지전압(VRx')이 식(2)에 의한 일반모드의 터치지점의 변동 터치감지전압(VRx')과 동일하도록 가상터치 커패시터(Cvt)의 크기를 설정할 수 있으며, 그 결과 보정모드의 가상터치 상태로부터 일반모드의 터치 상태에 대응되는 터치신호를 산출할 수 있으며, 보정모드의 가상노터치지점으로부터 산출된 잡음을 이용하여 신호잡음비를 산출할 수 있다.
예를 들어, 상호커패시터(Cm)가 약 1.1949pF이고, 송신커패시터(Ct)가 약 0.31pF이고, 수신커패시터(Cr)가 약 60.9pF이고, 변동 상호커패시터(Cm')가 약 1.0499pF이고, 수신터치 커패시터(Crf)가 약 0.45pF 인 경우, 식(4)에 의한 보정모드의 가상터치지점의 변동 터치감지전압(VRx')과 식(2)에 의한 일반모드의 터치지점의 변동 터치감지전압(VRx')이 동일한 조건을 만족하려면 가상터치 커패시터(Cvt)가 약 8.5pF으로 산출되는데, 변동 상호커패시터(Cm')의 평균이 약 1.0499pF보다 큰 것을 고려하여 가상터치 커패시터(Cvt)를 약 5pF으로 설정할 수 있다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 보정모드 구동방법을 도시한 도면으로 도 2를 함께 참조하여 설명한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 터치장치(110)에서는 최적 구동조건 선정을 위한 보정모드의 동작이 시작되고, 구동조건생성부는 다수의 테스트구동조건 중 하나를 선정하여 제어부(142)에 제공한다(st10).
여기서, 다수의 테스트구동조건은 다수의 테스트주파수, 다수의 테스트적분횟수, 다수의 테스트이득 중 하나일 수 있다.
이후, 제어부(142)는 선정된 테스트구동조건에 따라 다수의 터치구동전압(VTx)을 터치패널(120)에 공급하고, 가상터치 생성부(140)를 이용하여 다수의 터치감지전압(VRx)을 측정하고 분석하여 터치신호 및 잡음을 산출한 후, 산출된 터치신호 및 잡음으로부터 해당 테스트구동조건의 신호잡음비를 산출하고 저장한다(st20).
여기서, 신호잡음비 산출을 위하여, 제어부(142)는, 서로 상이한 다수의 가상터치지점을 설정한 후, 가상터치 생성부(140)의 스위치(SW)를 온(on) 상태로 전환하여 다수의 수신배선(124) 중 설정된 가상터치지점에 대응되는 수신배선(124)에 가상터치 커패시터(Cvt)를 연결하고, 다수의 가상터치지점에 대응되는 다수의 변동 터치감지전압(VRx')을 측정한다.
그리고, 측정된 다수의 변동 터치감지전압(VRx')의 최소값을 터치신호(signal)로 설정할 수 있고, 가상노터치지점에 대응되는 다수의 터치감지전압(VRx)를 측정하고 측정된 다수의 터치감지전압(VRx)의 최대값과 최소값의 편차를 잡음(noise)로 설정할 수 있으며, 잡음에 대한 터치신호의 비를 신호잡음비로 설정할 수 있다.
이후, 제어부(142)는, 해당 테스트구동조건이 다수의 테스트구동조건 중 최종값인지 판단한다(st30).
해당 테스트구동조건이 다수의 테스트구동조건 중 최종값이 아닌 경우, 구동조건생성부 및 제어부(142)는 테스트구동조건 선정단계(st10) 및 신호잡음비 산출 저장 단계(st20)를 반복하여 최종 테드스구동조건 판단단계(st30)를 반복한다.
해당 테스트구동조건이 다수의 테스트구동조건 중 최종값인 경우, 저장된 다수의 신호잡음비 중 최대값에 대응되는 테스트구동조건을 최적 구동조건으로 선정한다(st40).
이후, 터치장치(110)는 보정모드에서의 동작이 종료되고 선정된 최적 구동조건에 따라 터치지점 검출을 위한 일반모드로 동작한다.
이러한 터치신호, 잡음 및 신호잡음비의 관계를 도면을 참조하여 설명한다.
도 5a, 5b 및 도 5c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 터치장치의 보정모드로부터 산출되는 테스트 주파수에 따른 터치신호, 잡음 및 신호잡음비를 도시한 도면이고, 도 6a, 6b 및 도 6c는 각각 본 발명의 실시예에 따른 터치장치의 보정모드로부터 산출되는 테스트 적분횟수에 따른 터치신호, 잡음 및 신호잡음비를 도시한 도면이다.
도 5a, 5b 및 5c에 도시한 바와 같이, 터치신호, 잡음 및 신호잡음비는 각각 테스트 주파수에 따라 변동되는 값을 갖는데, 잡음의 최소값에 대응되는 테스트 주파수와 신호잡음비의 최대값에 대응되는 테스트 주파수가 반드시 일치하지는 않는 것을 알 수 있다.
즉, 잡음은 약 57Hz, 약 60Hz, 약 83Hz, 약 136Hz, 약 214Hz에서 극소값을 갖지만, 신호잡음비는 약 60Hz, 약 83Hz에서 극대값을 갖는다.
따라서, 종래와 같이 잡음을 기준으로 주파수를 선정할 경우 최대 신호잡음비에 대응되는 약 60Hz, 약 83Hz이 선정되지 못하고 신호잡음비가 상대적으로 낮은 약 136Hz, 약 214Hz가 선정되어 터치장치(110)가 최적 주파수에서 구동되지 못하는 경우가 발생하는 반면, 본 발명과 같이 가상터치 커패시터(Cvt)를 이용하여 신호잡음비를 기준으로 주파수를 선정함으로써, 터치장치(110)를 항상 최적 주파수로 구동할 수 있다.
그리고, 도 6a, 6b 및 6c에 도시한 바와 같이, 터치신호, 잡음 및 신호잡음비는 각각 테스트 적분횟수에 따라 변동되는 값을 갖는데, 잡음의 최소값에 대응되는 테스트 적분횟수와 신호잡음비의 최대값에 대응되는 테스트 적분횟수가 일치하지는 않는 것을 알 수 있다.
즉, 잡음은 약 30회에서 최소값을 갖지만, 신호잡음비는 약 38회에서 최대값을 갖는다.
따라서, 종래와 같이 잡음을 기준으로 적분횟수를 선정할 경우 최대 신호잡음비에 대응되는 약 38회가 선정되지 못하고 신호잡음비가 상대적으로 낮은 약 30Hz가 선정되어 터치장치(110)가 최적 적분횟수에서 구동되지 못하는 경우가 발생하는 반면, 본 발명과 같이 가상터치 커패시터(Cvt)를 이용하여 신호잡음비를 기준으로 적분횟수를 선정함으로써, 터치장치(110)를 항상 최적 적분횟수로 구동할 수 있다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 터치장치 120: 터치패널
122: 송신배선 124: 수신배선
130: 터치구동부 132: 주파수생성부
134: 적분횟수 생성부 136: 이득생성부
138: 먹스 140: 가상터치 생성부
142: 제어부

Claims (13)

  1. 서로 교차하는 다수의 상호커패시터를 형성하는 다수의 송신배선과 다수의 수신배선을 포함하는 터치패널과;
    상기 다수의 송신배선에 다수의 터치구동전압을 송신하고, 상기 다수의 수신배선으로부터 다수의 터치감지전압을 수신하는 제어부와;
    상기 다수의 터치감지전압 중 선택된 하나의 터치감지전압을 상기 제어부로 전달하는 먹스와;
    상기 먹스의 출력단자에 직렬로 연결되는 스위치 및 가상터치 커패시터를 포함하는 가상터치 생성부와;
    상기 제어부에 테스트구동조건을 제공하는 테스트구동조건 생성부
    를 포함하고,
    상기 제어부는,
    상기 스위치를 온 상태로 전환하여 상기 가상터치 커패시터를 상기 다수의 수신배선 중 가상터치지점에 대응되는 하나의 수신배선에 연결한 상태에서,
    상기 가상터치지점에 대응되는 상기 다수의 터치감지전압의 최소값을 터치신호로 설정하고,
    상기 가상터치지점 이외의 가상노터치지점에 대응되는 상기 다수의 터치감지전압의 최대값과 최소값의 편차를 잡음으로 설정하고,
    상기 잡음에 대한 상기 터치신호의 비를 신호잡음비로 설정하는 터치장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 먹스가 상기 가상노터치지점에 대응되는 상기 다수의 수신배선을 선택하는 동안, 상기 스위치는 오프 상태를 유지하고, 상기 가상터치 커패시터는 상기 가상노터치지점에 대응되는 상기 다수의 수신배선과 단락되는 터치장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 터치장치가 터치지점 검출을 위한 일반모드로 동작하는 경우, 상기 스위치는 오프 상태를 유지하고, 상기 가상터치 커패시터는 상기 다수의 수신배선과 단락되는 터치장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 테스트구동조건 생성부는,
    테스트주파수를 상기 제어부에 제공하는 주파수생성부와;
    테스트 적분횟수를 상기 제어부에 제공하는 적분횟수 생성부와;
    테스트이득을 상기 제어부에 제공하는 이득생성부
    를 포함하는 터치장치.
  6. 터치패널, 제어부, 먹스, 가상터치 생성부 및 테스트구동조건 생성부를 포함하는 터치장치의 구동방법에 있어서,
    상기 터치장치에서 최적 구동조건 선정을 위한 보정모드의 동작을 시작하는 제1단계와;
    상기 테스트구동조건 생성부가 다수의 테스트구동조건 중 하나의 테스트구동조건을 선정하여 상기 제어부에 제공하는 제2단계와;
    상기 제어부가 다수의 가상터치지점을 설정하고, 선정된 상기 테스트구동조건에 따라 다수의 터치구동전압을 상기 터치패널의 다수의 송신배선에 공급하는 제3단계와;
    상기 가상터치 생성부의 스위치를 온 상태로 전환하고, 상기 가상터치 생성부의 가상터치 커패시터를 상기 터치패널의 다수의 수신배선 중 상기 가상터치지점에 대응되는 수신배선에 연결하는 제4단계와;
    상기 다수의 수신배선으로부터 다수의 터치감지전압을 측정하고, 측정된 상기 다수의 터치감지전압으로부터 터치신호, 잡음 및 신호잡음비를 산출하고 저장하는 제5단계와;
    상기 신호잡음비를 기준으로 상기 최적 구동조건을 선정하는 제6단계
    를 포함하고,
    상기 터치신호는, 상기 가상터치지점에 대응되는 상기 다수의 터치감지전압의 최소값이고,
    상기 잡음은, 상기 가상터치지점 이외의 가상노터치지점에 대응되는 상기 다수의 터치감지전압의 최대값과 최소값의 편차이고,
    상기 신호잡음비는 상기 잡음에 대한 상기 터치신호의 비인 터치장치의 구동방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 제5단계 이후, 선정된 상기 하나의 테스트구동조건이 상기 다수의 테스트구동조건 중 최종값인지 판단하는 단계와;
    선정된 상기 하나의 테스트구동조건이 최종값이 아닌 경우, 상기 테스트구동조건 생성부가 상기 다수의 테스트구동조건 중 다른 하나의 테스트구동조건을 선정하여 상기 제어부에 제공하고, 상기 제3 내지 제5단계를 반복하는 단계와;
    선정된 상기 하나의 테스트구동조건이 최종값인 경우, 저장된 상기 신호잡음비 중 최대값을 산출하는 단계
    를 더 포함하는 터치장치의 구동방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 최적 구동조건은, 상기 다수의 테스트구동조건 중 상기 최대값에 대응되는 테스트구동조건인 터치장치의 구동방법.
  9. 삭제
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 터치장치에서 상기 최적 구동조건에 따라 터치지점 검출을 위한 일반모드의 동작을 시작하는 단계를 더 포함하는 터치장치의 구동방법.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 제어부는, 상기 신호잡음비가 최대값이 되는 상기 테스트구동조건을 최적 구동조건으로 선정하는 터치장치.
  12. 제 1 항에 있어서,
    터치지점 검출을 위한 일반모드의 터치지점의 변동 터치감지전압(VRx')은, 터치구동전압(VTx)에 대한 변동 상호커패시터(Cm'), 수신커패시터(Cr), 수신터치 커패시터(Crf)에 의하여 식1(VRx' = (Cm'/(Cm'+Cr+Crf))*VTx)에 따라 결정되고,
    최적 구동조건 선정을 위한 보정모드의 가상터치지점의 변동 터치감지전압(VRx')은, 터치구동전압(VTx)에 대한 상호커패시터(Cm), 수신커패시터(Cr), 가상터치 커패시터(Cvt)에 의하여 식2(VRx' = (Cm/(Cm+Cr+Cvt))*VTx)에 따라 결정되는 터치장치.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 가상터치 커패시터(Cvt)의 크기는, 상기 보정모드의 가상터치지점의 상기 식2에 의한 상기 변동 터치감지전압(VRx')이 상기 일반모드의 터치지점의 상기 식1에 의한 상기 변동 터치감지전압(VRx')과 동일하도록 설정되는 터치장치.
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