KR102243635B1

KR102243635B1 - 터치 센싱 회로와 이를 이용한 표시장치 및 터치 센싱 방법

Info

Publication number: KR102243635B1
Application number: KR1020140163414A
Authority: KR
Inventors: 김범진; 이덕효
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2014-11-21
Filing date: 2014-11-21
Publication date: 2021-04-26
Also published as: CN105630261B; EP3026533B1; KR20160061502A; US9524054B2; EP3026533A1; US20160147368A1; CN105630261A

Abstract

본 발명은 터치 센싱 회로와 이를 이용한 표시장치 및 터치 센싱 방법에 관한 것이다. 이 터치 센싱 회로는 제1 레벨의 전압을 갖는 터치 구동 신호의 제1 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제1 샘플 신호를 발생하고, 제2 레벨의 전압을 갖는 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제2 샘플 신호를 발생하고, 상기 제1 및 제2 샘플 신호를 적분하여 출력 단자를 통해 출력하는 적분기를 포함한다. 상기 적분기는 상기 제1 및 제2 샘플 신호를 입력 받는 싱글 엔디드 증폭기를 포함할 수 있다.

Description

터치 센싱 회로와 이를 이용한 표시장치 및 터치 센싱 방법{TOUCH SENSING CIRCUIT, DISPLAY DEVICE USING THE TOUCH SENSOR CIRCUIT, AND TOUCH SENSING METHOD}

본 발명은 터치 센싱 회로와 이를 이용한 표시장치 및 터치 센싱 방법에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 자신이 원하는 대로 기기를 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. 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.

정전 용량 방식의 터치 스크린은 정전 용량(capacitance) 센서들로 구현될 수 있다. 정전 용량 센서는 자기 용량 타입 센서 또는 상호 용량 타입 센서로 나뉘어질 수 있다.

상호 용량 센서는 도 1과 같이 두 전극들(Tx, Rx) 사이에 형성된 상호 용량(Mutual capacitance, C_M)을 포함한다. 센싱부(12)는 Tx 라인(Tx1~Tx5)에 구동신호(또는 자극신호)를 인가하고 Rx 라인(Rx1~Rx6)을 터치 전후 상호 용량(C_M)의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력을 감지한다. 터치 전후 상호 용량(C_M)의 전화 변화량이란 터치 입력 전(비터치 상태)의 전하양과 티치 입력시의 전하양의 차이를 의미한다. 상호 용량(C_M)에 도전체가 가까이 접근하면 상호 용량(C_M)이 감소된다. 센싱부(12)는 전하 변화량을 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)를 통해 디지털 데이터(이하, "터치 로 데이터(Touch Raw Data)"라 함)로 변환하여 출력한다.

자기 용량 센서는 도 2와 같이 센서 전극 각각에 형성되는 자기 용량(Self capacitance, Cs)을 포함한다. 센싱부(14)는 센서 전극 각각에 전하를 공급하고 자기 용량(Cs)의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력을 감지한다. 자기 용량에 도전체가 가까이 접근하면, 자기 용량이 증가한다. 센싱부(14)는 전하 변화량을 ADC를 통해 터치 로 데이터로 변환하여 출력한다.

센싱부(12, 14)는 전하 증폭기(Charge Amplifier)와 적분기(Integrator)를 이용하여 터치 센서로부터 수신된 전하양의 변화를 전압으로 샘플링한다. 적분기의 출력 전압은 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)에 입력되어 디지털 데이터(이하, "터치 로 데이터(Touch Raw Data)"라 함)로 변환된다.

전하 증폭기는 터치 센서에 인가되는 구동 신호의 라이징(rising) 구간에서 전하의 변화량을 전압으로 출력한다. 적분기는 전하 증폭기의 출력 전압과 적분기의 기준 전압과의 차이를 α= Cs/C_FBI 만큼의 비율로 증폭하고 구동 신호의 인가 횟수 만큼 샘플링된 전압을 커패시터(C_FBI)에 누적하여 적분한다. 여기서, Cs는 샘플링 커패시터의 용량이고, C_FBI는 적분기의 피드백 커패시터 용량이다.

종래의 적분기는 아래와 같은 문제가 있다.

첫째, 적분기는 전하 증폭기의 전압을 적분하는데, 전하 증폭기의 전압이 필요 이상으로 높기 때문에 적분 횟수가 제한된다. 도 3의 예에서, 비터치 전압(V₁)과 터치 전압(V_{1_t})의 차(｜V₁ - V_{1_t}｜)만으로 터치 여부를 판단할 수 있으나 전하 증폭기의 출력 전압(Vout)은 그 차 전압(｜V₁ - V_{1_t}｜) 보다 더 큰 전압이 출력되기 때문에 적분기는 필요 이상으로 큰 전압을 적분한다. 전하 증폭기의 출력 전압(Vout)은 비터치 상태에서 V1이고, 터치 입력 상태에서 시에 V₁ _{_t}를 출력한다. 도 3에서 V_ref는 전하 증폭기의 기준 전압이다.

둘째, 적분기를 더블 샘플링(Double sampling)이 가능한 구조로 제작하면 적분기의 회로 면적이 커진다. 적분기는 싱글 엔디드(Single-ended) 증폭기 또는 디퍼런셜 타입(Differential) 증폭기로 구현될 수 있다. 더블 샘필링이 가능한 적분기는 디퍼런셜 타입 적분기로 구현될 수 있는데, 싱글 엔디드 적분기에 비하여 적분기와 스위치 개수가 2 배 이상 필요하므로 2 배 이상 증가된다.

셋째, 적분기의 출력 전압 범위가 좁게 제한된다. 적분기의 기준 전압은 VDD/2 이기 때문에 적분기의 출력 전압 범위는 0~VDD/2로 제한된다.

본 발명은 출력 전압 범위 증가와 적분 횟수 증가가 가능하고 더블 샘플링 회로에 필요한 회로 면적을 줄일 수 있는 적분기와 이를 이용한 터치 센싱 장치, 및 상기 터치 센싱 장치와 결합된 표시장치를 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 회로 및 방법은 제1 레벨의 전압을 갖는 터치 구동 신호의 제1 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제1 샘플 신호를 발생하고, 제2 레벨의 전압을 갖는 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제2 샘플 신호를 발생한다. 터치 센싱 회로는 입력 단자에 입력된 상기 제1 및 제2 샘플 신호를 적분하여 출력 단자를 통해 출력하는 적분기를 포함한다.
상기 적분기는 상기 제1 및 제2 샘플 신호를 입력 받는 싱글 엔디드 증폭기를 포함할 수 있다.
상기 적분기의 출력 신호는 터치 입력 검출에 이용된다.
본 발명의 표시장치는 상기 터치 센싱 회로를 포함한다.

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본 발명은 적분기의 싱글 엔디드 증폭기의 입력 단자에 제1 및 제2 샘플링 회로를 연결한다. 본 발명은 적분기에서 싱글 엔디드 증폭기의 기준 전압과 출력 전압 범위를 확대하고 적분 횟수를 증가하고, 제1 및 제2 샘플링 회로의 기준 전압을 비터치 상태일 때의 전하 증폭기의 출력 전압과 동일하게 설정함으로써 터치 전압과 비터치 전압의 차이만 적분할 수 있다. 따라서, 본 발명은 터치 스크린의 신호 대 잡음비(SNR)을 향상시킬 수 있다.

본 발명의 적분기는 제1 샘플링 회로와 제2 샘플링 회로가 교번되게 입력 전압을 샘플링함으로써 싱글 엔디드 증폭기로 더블 샘플링을 실현할 수 있다. 따라서, 본 발명의 적분기는 넓은 출력 범위를 가지며 회로 면적 증가 없이 DI(Delta Integration)와 DS(Double sampling)를 실현할 수 있다.

도 1은 상호 용량 방식의 터치 스크린을 보여 주는 도면이다.
도 2는 자기 용량 방식의 터치 스크린을 보여 주는 도면이다.
도 3은 전하 증포기의 출력 전압을 보여 주는 파형도이다.
도 4는 본 발명의 터치 센싱 장치를 보여 주는 도면이다.
도 5는 도 4에 도시된 터치 센서 구동부의 아날로그 회로 구성을 보여 주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적분기를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 7은 본 발명의 적분기가 도 1에 도시된 센싱부의 아날로그 회로에 적용된 예를 보여 주는 회로도이다.
도 8은 도 7에 도시된 아날로그 회로의 입출력 파형을 보여 주는 파형도이다.
도 9는 본 발명의 적분기가 도 2에 도시된 센싱부의 아날로그 회로에 적용된 예를 보여 주는 회로도이다.
도 10은 도 9에 도시된 아날로그 회로의 입출력 파형을 보여 주는 파형도이다.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED Display), 전계방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시장치의 일 예로서 액정표시소자를 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시장치에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

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 4는 본 발명의 터치 센싱 장치를 보여 주는 도면이다. 도 5는 도 4에 도시된 터치 센서 구동부(110)의 아날로그 회로 구성을 보여 주는 도면이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(100)과 결합된 터치 스크린을 포함한다.

터치 스크린은 정전 용량 방식의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들은 상호 용량 또는 자기 용량의 변화를 갖는다.

본 발명의 표시장치는 입력 영상의 데이터를 픽셀 어레이에 기입하는 디스플레이 구동회로(102, 104, 106)와, 터치 전후 터치 센서의 전하 변하량을 바탕으로 터치 입력을 감지하는 터치 센서 구동부(110)를 포함한다.

액정표시장치의 경우에, 표시패널(100)의 기판들 사이에는 액정층이 형성된다. 액정 분자들은 화소전극(11)에 인가되는 데이터전압과, 공통전극에 인가되는 공통 전압(Vcom)의 전위차로 발생되는 전계에 의해 구동된다. 픽셀들 각각은 데이터 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT(Thin Film Transistor), TFT를 통해 데이터전압을 공급받는 화소전극, 터치 센서의 전극들로 분할된 공통 전극, 화소 전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.

터치 센서는 상호 용량(C_M) 또는 자기 용량(Cs)을 포함한다. 터치 센서들의 전극은 인셀(In-cell) 공정으로 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 터치 센서가 표시패널(100)의 픽셀 어레이에 내장되면, 표시패널(100)의 픽셀 어레이는 데이터 라인들(S1~Sm, m은 양의 정수)과 게이트 라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀들, 공통전극으로부터 분할된 터치 센서들, 터치 센서들에 연결된 센서 라인들을 포함한다. 공통 전극이 분할되어 터치 센서들의 전극 패턴으로 패터닝될 수 있다.

표시패널(100)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 컬러필터는 표시패널(100)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(100)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정층의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

액정표시장치의 경우에, 표시패널(100)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(100)에 빛을 조사한다. 표시패널(100)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. 유기발광 다이오드 표시장치와 같은 자발광 표시장치에서 백라이트 유닛은 필요 없다.

디스플레이 구동회로(102, 104, 106)는 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104), 및 타이밍 콘트롤러(106)를 포함한다.

데이터 구동부(102)는 타이밍 콘트롤러(106)로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동부(102)로부터 출력된 데이터전압은 데이터 라인들(S1~Sm)에 공급된다.

게이트 구동부(104)는 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스(또는 스캔펄스)를 게이트 라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(100)의 라인을 선택한다. 게이트 펄스는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙한다. 게이트 펄스는 게이트 라인들(G1~Gn)을 통해 TFT들의 게이트에 인가된다. 게이트 하이 전압(VGL)은 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 높은 전압으로 설정되어 픽셀 TFT를 턴온(turn-on)시킨다. 게이트 로우 전압(VGL)은 픽셀 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압이다.

타이밍 콘트롤러(106)는 호스트 시스템(108)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104) 및 터치 센서 구동부(110)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 도 4에서, SDC는 데이터 구동부(102)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 신호이다. GDC는 게이트 구동부(104)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 신호이다.

호스트 시스템(108)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(108)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(100)의 해상도에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(108)은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(106)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(108)은 터치 센서 구동부(110)로부터 입력되는 터치 입력의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

터치 센서 구동부(110)는 센싱부를 이용하여 터치 센서들에 전하를 공급하고 터치 전후 터치 센서들의 전하 변화량을 검출하여 터치 로 데이터(Touch Raw data)를 발생한다. 터치 센서 구동부(110)는 연산 로직 회로를 이용하여 터치 인식 알고리즘을 실행시킨다. 터치 인식 알고리즘은 터치 로 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 터치 입력을 판정하고, 터치 입력 각각에 식별 코드와 좌표 정보(XY)를 부가하여 호스트 시스템(108)으로 전송한다.

터치 센서 구동부(110)에서, 센싱부의 아날로그 회로는 도 5와 같이 전하 증폭기(10)와 적분기(Integrator)(20)를 포함한다. 이 아날로그 회로는 터치 센서로부터 수신된 전하양의 변화를 전압으로 샘플링한다.

전하 증폭기(10)는 구동 신호(V_M)의 라이징 구간에 전하의 변화량을 전압으로 출력한다. 구동 신호(V_M)는 도 7과 같이 상호 용량(C_M)의 경우에 Tx 전극에 직접 인가된다. 이에 비하여, 구동 신호(V_M)는 도 9와 같이 자기 용량(Cs)의 경우에 전하 증폭기(10)의 기준 전압 단자에 인가된다.

적분기(20)는 DI(Delta Integration)와 DS(Double sampling)으로 전자 증폭기의 출력 전압을 누적한다. DI는 터치 데이터와 비터치 데이터의 차만 적분하는 기법이다. DS는 터치 센서에 인가되는 구동 신호의 라이징 구간과 폴링 구간에서 적분기의 출력 전압을 샘플링하는 기법이다. 본 발명의 적분기(20)는 DS로 인하여 회로 면적이 증가되지 않도록 도 6과 같은 싱글 엔디드 증폭기(Single-ended Amplifier)(OP1)를 이용하여 DS를 실현한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 적분기(20)를 상세히 보여 주는 회로도이다.

도 6을 참조하면, 적분기(20)는 제1 샘플링 회로(SCC1), 제2 샘플링 회로(SCC2), 적분 커패시터(C_FBI), 싱글 엔디드 증폭기(OP1) 등을 포함한다.

전하 증폭기(10)의 출력 단자가 증폭기(20)의 입력 단자에 연결되면, 입력 전압(V_IN)은 전하 증폭기(10)의 출력 전압(V_OUTP)이다. 적분기(20)의 입력 기준 전압(VREFI)은 0(GND)~VDD로 설정 가능하다. VDD는 정극성 전원 전압이다. 따라서, 적분기(20)의 출력 전압(VOUTI)은 종래 기술 보다 더 넓은 출력 범위 즉, 0(GND)~VDD 사이의 전압 범위를 갖는다.

싱글 엔디드 증폭기(OP1)의 반전 입력 단자에는 제1 및 제2 샘플링 회로(SCC1, SCC2)가 연결된다. 싱글 엔디드 증폭기(OP1)의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에는 리셋 스위치(SW_RI)와 피드백 커패시터(C_FBI)가 연결된다. 싱글 엔디드 증폭기(OP1)의 비반전 입력 단자에는 기준 전압(V_REFI)이 공급된다.

제1 및 제2 샘플링 회로(SCC1, SCC2)의 입력 기준 전압(V_REFI1=V₁, V_REFI2=V₂)은 도 7과 같이 비터치(No Touch)일 때의 전하 증폭기 출력 전압(VOUTP)과 같은 전압으로 설정된다. 따라서, 적분기(20)는 터치 입력시의 터치 전압(V₁ _{_t}, V₂ _{_t})과 비터치 전압(V₁, V₂)의 차만 적분한다. 그 결과, 적분 커패시터(C_FBI)의 용량 증가 없이 적분기(20)의 적분 횟수가 증가될 수 있다.

제1 샘플링 회로(SCC1)는 구동 신호(V_M)의 라이징 구간에 입력 전압(V_IN)을 샘플링한다. 제1 샘플링 회로(SCC1)는 제1a 스위치(SW₁₁), 제1b 스위치(SW₁₂), 제2a, 스위치(SW₂₁), 제2b, 스위치(SW₂₂), 및 제1 샘플링 커패시터(C_S1)을 포함한다. 제1 샘플링 커패시터(C_S1)는 제2 노드(n2)와 제3 노드(n3) 사이에 연결된다.

제1a 스위치(SW₁₁)는 제1 노드(n1)와 제2 노드(n2) 사이에 연결된다. 제1 노드(n1)는 적분기(20)의 입력 단자에 연결된다. 제2 노드(n2)는 제1a 스위치(SW₁₁), 제1 샘플링 커패시터(C_S1)의 제1 전극, 및 제2a 스위치(SW₂₁)가 연결된다. 제1b 스위치(SW₁₂)는 제3 노드(n3)와 제2 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된다. 제3 노드(n3)는 제1 샘플링 커패시터(C_S1)의 제2 전극, 제1b 스위치(SW₁₂), 및 제2b 스위치(SW₂₂)에 연결된다. 제2 입력 기준 전압 단자에는 싱글 엔디드 증폭기(OP1)의 기준 전압과 같은 기준 전압(V_REFI)이 공급된다. 제1a 및 제1b 스위치(SW₁₁, SW₁₂)는 도 8과 같이 구동 신호(V_M)의 라이징 구간 이전에 동시에 턴-온(turn-on)되어 입력 전압(V_IN)을 제1 샘플링 커패시터(C_S1)에 저장하여 입력 전압(V_IN)을 샘플링한다.

제2a 스위치(SW₂₁)는 제2 노드(n2)와 제1 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된다. 제1 입력 기준 전압 단자에는 제1 입력 기준 전압(V_REFI1=V₁)이 공급된다. 제1 입력 기준 전압(V_REFI1=V₁)은 비터치 상태에서 구동 신호(VM)의 라이징 구간에 전하 증폭기(10)의 출력 전압으로 설정된다. 제2b 스위치(SW₂₂)는 제3 노드(n3)와 제4 노드(n4) 사이에 연결된다. 제4 노드(n4)는 제2b 스위치(SW₂₂), 제4b 스위치(SW₄₂), 싱글 엔디드 증폭기(OP1)의 반전 입력단자(-), 피드백 커패시터(C_FBI) 및 적분기 리셋 스위치(SW_RI)에 연결된다. 제2a 및 제2b 스위치(SW₂₁, SW₂₂)는 구동 신호(V_M)의 라이징 구간 내에서 제1a 및 제1b 스위치(SW₁₁, SW₁₂)가 턴-오프(turn-off)됨과 동시에 턴-온된다. 제2a 및 제2b 스위치(SW₂₁, SW₂₂)는 구동 신호(V_M)의 라이징 구간 내에서 입력 전압(VIN)을 싱글 엔디드 증폭기(OP1)의 피드백 커패시터(CFBI)에 공급한다.

구동 신호(VM)의 라이징 구간에 샘플링된 전압은 V_IN(=V_OUTP)-V_REFI1이다. V_OUTP가 비터치일 때의 전하 증폭기(10)의 출력 전압 V₁이고 V_REFI1을 V₁으로 설정하면 V_OUTP-V_REFI1 = V₁-V₁ =0 이다.

제2 샘플링 회로(SCC2)는 구동 신호(V_M)의 폴링 구간에 입력 전압(V_IN)을 샘플링한다. 제2 샘플링 회로(SCC2)는 제3a 스위치(SW₃₁), 제3b 스위치(SW₃₂), 제4a, 스위치(SW₄₁), 제4b, 스위치(SW₄₂), 및 제2 샘플링 커패시터(C_S2)를 포함한다. 제2 샘플링 커패시터(C_S2)는 제5 노드(n5)와 제6 노드(n6) 사이에 연결된다.

제3a 스위치(SW₃₁)는 제5 노드(n5)와 제3 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된다. 제3 입력 기준 전압 단자에는 제3 입력 기준 전압(V_REFI2=V₂)이 공급된다. 제3 입력 기준 전압(V_REFI2=V₂)은 비터치 상태에서 구동 신호(VM)의 폴링 구간에 전하 증폭기(10)의 출력 전압으로 설정된다. 제5 노드(n5)는 제4a 스위치(SW₄₁), 제2 샘플링 커패시터(C_S2)의 제1 전극, 및 제3a 스위치(SW₃₁)에 연결된다. 제3 입력 기준 전압(V_REFI3=V₂)은 구동 신호(VM)의 폴링 구간에서 전하 증폭기(10)의 비터치 전압과 같은 전압으로 설정된다. 제3b 스위치(SW₃₂)는 제6 노드(n5)와 제2 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된다. 제2 입력 기준 전압 단자에는 싱글 엔디드 증폭기(OP1)의 기준 전압과 같은 기준 전압(V_REFI)이 공급된다. 제3a 및 제3b 스위치(SW₃₁, SW₃₂)는 도 8과 같이 구동 신호(V_M)의 라이징 구간 이전에 동시에 턴-온되어 제2 샘플링 커패시터(C_S2)의 전압을 제3 입력 기준 전압(V_REFI2=V₂)으로 초기화한다.

제4a 스위치(SW₄₁)는 제1 노드(n1)와 제5 노드(n5) 사이에 연결된다. 제4b 스위치(SW₄₂)는 제6 노드(n6)와 제4 노드(n4) 사이에 연결된다. 제6 노드(n6)는 제2 샘플링 커패시터(C_S2)의 제2 전극, 제3b 스위치(SW₃₂) 및 제4b 스위치(SW₄₂)에 연결된다. 제4a 및 제4b 스위치(SW₄₁, SW₄₂)는 도 8과 같이 구동 신호(V_M)의 폴링 구간 이전에 동시에 턴-온되어 입력 전압(V_IN)을 제2 샘플링 커패시터(C_S2)를 통해 피드백 커패시터(CFBI)에 공급하여 입력 전압(V_IN)을 공급한다.

구동 신호(VM)의 폴링 구간에 샘플링된 전압은 V_REFI2-V_OUTP 이다. V_OUTP가 비터치일 때의 전하 증폭기(10)의 출력 전압 V₂이면 V_REFI2-V_OUTP = V2-V2 =0 이다.

도 7은 본 발명의 적분기(20)가 도 1에 도시된 센싱부(12)의 아날로그 회로에 적용된 예를 보여 주는 회로도이다. 도 8은 도 7에 도시된 아날로그 회로의 입출력 파형을 보여 주는 파형도이다. 적분기(20)의 회로와 동작을 도 6을 결부하여 전술하였으므로 생략한다. 터치 센서가 도 1과 같은 상호 용량(C_M)으로 구현되면, 구동 신호(V_M)는 상호 용량(C_M)에 연결된 Tx 전극에 공급된다. 도 7 및 도 8에서, OP2는 전하 증폭기(10)의 싱글 엔디드 증폭기를 나타낸다. SW_RP는 전하 증폭기(10)의 커패시터(C_FBP)를 초기화하는 리셋 스위치이다. C_FBP는 싱글 엔디드 증폭기(OP2)의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 피드백 커패시터이다. SW_RI는 적분기(20)의 커패시터(C_FBI)를 초기화하는 리셋 스위치이다. C_FBI는 싱글 엔디드 증폭기(OP1)의 ㅂ반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 연결된 피드백 커패시터이다. 도 8에서, 구동 신호의 라이징 구간에서 α= C_s1/C_FBI 이고, 구동 신호(VM)의 폴링 구간에서 α= C_s2/C_FBI 이다. TSP는 터치 센서들을 포함한 터치 스크린을 의미한다. Touch IC는 터치 센서 구동부(110)가 집적된 IC(Integrated Circuit)을 의미한다.

도 8과 같이, 제2a 및 제2b 스위치(SW₂₁, SW₂₂)는 t1 기간 동안 입력 전압(V_IN)을 적분기(20)에 공급한다. t1 기간은 구동 신호(V_M)의 라이징 구간 내에 존재한다. 제4a 및 제4b 스위치(SW₄₁, SW₄₂)는 t1 기간 후 t2 기간 동안 입력 전압(V_IN)을 적분기(20)에 공급한다. t2 기간은 구동 신호(V_M)의 폴링 구간 내에 존재한다.

도 7 및 도 8과 같이 상호 용량(C_M)에 전하 증폭기(10)와 적분기(20)가 연결될 수 있다. 이 예에서, 비터치 상태에서 적분기(20)의 출력 전압은 적분기의 기준 전압(0V=GND)을 유지한다. 터치 입력이 발생되면, 전하 증폭기(10)의 출력 전압(V_OUTP)이 구동 신호(V_M)의 라이징 구간에 V₁ _{_t}로 증가하고 구동 신호(V_M)의 폴링 구간에 V₂ _{_t}로 감소함으로써 비터치 상태의 전압(V₁, V₂) 대비 변화된 양만큼 적분기(20)의 커패시터(C_FBI)로 샘플링되어 적분기(20)의 출력 전압(V_OUTI)이 0V~VDD 사이의 출력 전압 범위 내에서 증가한다.

도 9는 본 발명의 적분기(20)가 도 2에 도시된 센싱부의 아날로그 회로에 적용된 예를 보여 주는 회로도이다. 도 10은 도 9에 도시된 아날로그 회로의 입출력 파형을 보여 주는 파형도이다. 터치 센서가 도 2와 같은 자기 용량(Cs)으로 구현되면, 구동 신호(V_M)는 전하 증폭기(10)의 기준 전압 단자에 인가된다.

도 9 및 도 10과 같이 자기 용량(Cs)에 전하 증폭기(10)와 적분기(20)가 연결될 수 있다. 이 예에서, 비터치 상태에서 적분기(20)의 출력 전압은 적분기의 기준 전압(0V=GND)을 유지한다. 터치 입력이 발생되면, 전하 증폭기(10)의 출력 전압(V_OUTP)이 구동 신호(V_M)의 라이징 구간에 V₁ _{_t}로 감소하고 구동 신호(V_M)의 폴링 구간에 V₂ _{_t}로 증가함으로써 비터치 상태의 전압(V₁, V₂) 대비 변화된 양만큼 적분기(20)의 커패시터(C_FBI)로 샘플링되어 적분기(20)의 출력 전압(V_OUTI)이 0V~VDD 사이의 출력 전압 범위 내에서 증가한다.

전술한 바와 같이, 본 발명의 적분기는 제1 및 제2 샘플링 회로(SCC1, SCC2)의 기준 전압(V_REFI1, V_REFI2)을 비터치 상태일 때의 전하 증폭기(10)의 출력 전압과 동일하게 설정함으로써 터치 전압과 비터치 전압의 차이만 적분할 수 있다. 또한, 본 발명의 적분기는 제1 샘플링 회로(SCC1)와 제2 샘플링 회로(SCC2)가 교번되게 입력 전압을 샘플링함으로써 싱글 엔디드 증폭기(OP1)로 더블 샘플링을 실현할 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.

10 : 전하 증폭기 20 : 적분기
100 : 표시패널 102 : 데이터 구동부
104 : 게이트 구동부 106 : 타이밍 콘트롤러
108 : 호스트 시스템 110 : 터치 센서 구동부
SCC1 : 제1 샘플링 회로 SCC2 : 제2 샘플링 회로
OP1, OP2 : 싱글 엔디드 증폭기

Claims

제1 레벨의 전압을 갖는 터치 구동 신호의 제1 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제1 샘플 신호를 발생하는 제1 샘플링 회로;
제2 레벨의 전압을 갖는 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제2 샘플 신호를 발생하는 제2 샘플링 회로; 및
상기 제1 및 제2 샘플 신호를 적분하여 출력 단자를 통해 출력하는 적분기를 포함하고,
상기 적분기는 상기 제1 및 제2 샘플 신호를 입력 받는 싱글 엔디드 증폭기를 포함하고,
상기 제1 샘플 신호는 상기 터치 센서 신호와 제1 기준 전압의 차 전압이고,
상기 제2 샘플 신호는 상기 터치 센서 신호와 제2 기준 전압의 차 전압이며,
상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압은 각각 비터치 상태의 상기 터치 구동 신호에서 상기 제1 기간과 상기 제2 기간 동안 상기 터치 센서 신호의 전압으로 설정되고,
상기 적분기의 출력 신호는 터치 입력 검출에 이용되는 터치 센싱 회로.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 터치 센서 신호는 상기 터치 입력에 응답하여 상기 터치 센서의 상호 용량 변화에 따라 발생되고,
상기 상호 용량의 전압과, 상호 용량 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 터치 센서 신호를 발생하는 전하 증폭기를 더 구비하는 터치 센싱 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 센서 신호는 상기 터치 입력에 응답하여 상기 터치 센서의 자기 용량 변화에 따라 발생되고,
상기 자기 용량의 전압과, 자기 용량 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 터치 센서 신호를 발생하는 전하 증폭기를 더 구비하는 터치 센싱 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 샘플링 회로와 상기 제2 샘플링 회로는 상기 적분기의 입력 단자에 병렬 연결된 터치 센싱 회로.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 샘플링 회로는,
제1 노드와 제2 노드 사이에 연결된 제1a 스위치;
상기 제2 노드와 제1 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된 제2a 스위치;
제3 노드와 제2 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된 제1b 스위치;
상기 제3 노드와 제4 노드 사이에 연결된 제2b 스위치; 및
상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제1 샘플링 커패시터를 포함하고,
상기 제1 노드는 상기 적분기의 입력 단자에 연결되고,
상기 제2 노드는 상기 제1a 스위치, 상기 제1 샘플링 커패시터의 제1 전극, 및 상기 제2a 스위치에 연결되고,
상기 제3 노드는 상기 제1 샘플링 커패시터의 제2 전극, 상기 제1b 스위치, 및 상기 제2b 스위치에 연결되고,
상기 제4 노드는 상기 제2b 스위치 및 상기 싱글 엔디드 증폭기의 반전 입력단자에 연결되며,
상기 제1 입력 기준 전압 단자에는 비터치 상태에서 상기 터치 구동 신호의 제1 기간 동안 터치 센서 신호와 같은 전압이 공급되고,
상기 적분기의 기준 전압이 상기 제2 입력 기준 전압 단자에 공급되는 터치 센싱 회로.
제 6 항에 있어서,
상기 제1a 및 제1b 스위치는 상기 터치 구동 신호의 제1 기간 이전에 동시에 턴-온되고, 상기 제2a 및 제2b 스위치는 상기 제1a 및 제1b 스위치가 턴-오프된 후에 상기 터치 구동 신호의 제1 기간 내에서 동시에 턴-온되는 터치 센싱 회로.
제 6 항에 있어서,
상기 제2 샘플링 회로는,
제5 노드와 제3 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된 제3a 스위치;
제6 노드와 상기 제2 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된 제3b 스위치;
상기 제1 노드와 상기 제5 노드 사이에 연결된 제4a 스위치;
상기 제6 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제4b 스위치; 및
상기 제5 노드와 상기 제6 노드 사이에 연결된 제2 샘플링 커패시터를 포함하고,
상기 제5 노드는 상기 제4a 스위치, 상기 제2 샘플링 커패시터의 제1 전극, 및 상기 제3a 스위치에 연결되고,
상기 제6 노드는 상기 제2 샘플링 커패시터의 제2 전극, 상기 제3b 스위치 및 상기 제4b 스위치에 연결되고,
비터치 상태에서 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 동안 상기 터치 센서 신호와 같은 제2 기준 전압이 상기 제2 입력 기준 전압 단자에 공급되는 터치 센싱 회로.
제 8 항에 있어서,
상기 제3a 및 제3b 스위치는 상기 터치 구동 신호의 제1 기간 이전에 동시에 턴-온되고, 상기 제4a 및 제4b 스위치는 상기 제3a 및 제3b 스위치가 턴-오프된 후 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 이전에 동시에 턴-온되는 터치 센싱 회로.
입력 영상의 데이터를 표시패널의 픽셀들에 기입하는 디스플레이 구동회로; 및
터치 전후 터치 센서들의 전하 변하량을 바탕으로 다수의 터치 센서의 전극 상에서 터치 입력을 감지하는 터치 센서 구동부를 포함하고,
상기 터치 센서 구동부는,
제1 레벨의 전압을 갖는 터치 구동 신호의 제1 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제1 샘플 신호를 발생하는 제1 샘플링 회로;
제2 레벨의 전압을 갖는 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제2 샘플 신호를 발생하는 제2 샘플링 회로; 및
싱글 엔디드 증폭기의 입력 단자에 입력된 상기 제1 및 제2 샘플 신호를 적분하여 출력 단자를 통해 출력하는 적분기를 포함하고,
상기 제1 샘플 신호는 상기 터치 센서 신호와 제1 기준 전압의 차 전압이고,
상기 제2 샘플 신호는 상기 터치 센서 신호와 제2 기준 전압의 차 전압이며,
상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압은 각각 비터치 상태의 상기 터치 구동 신호에서 상기 제1 기간과 상기 제2 기간 동안 상기 터치 센서 신호의 전압으로 설정되고,
상기 적분기의 출력 신호는 터치 입력 검출에 이용되는 표시장치.
삭제
제 10 항에 있어서,
상기 터치 센서 신호는 상기 터치 입력에 응답하여 상기 터치 센서의 상호 용량 변화에 따라 발생되고,
상기 터치 센서 구동부는
상기 상호 용량의 전압과, 상호 용량 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 터치 센서 신호를 발생하는 전하 증폭기를 더 구비하는 표시장치.
제 10 항에 있어서,
상기 터치 센서 신호는 상기 터치 입력에 응답하여 상기 터치 센서의 자기 용량 변화에 따라 발생되고,
상기 터치 센서 구동부는
상기 자기 용량의 전압과, 자기 용량 기준 전압의 차를 증폭하여 상기 터치 센서 신호를 발생하는 전하 증폭기를 더 구비하는 표시장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 샘플링 회로와 상기 제2 샘플링 회로는 상기 적분기의 입력 단자에 병렬 연결된 표시장치.
제 10 항에 있어서,
상기 제1 샘플링 회로는,
제1 노드와 제2 노드 사이에 연결된 제1a 스위치;
상기 제2 노드와 제1 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된 제2a 스위치;
제3 노드와 제2 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된 제1b 스위치;
상기 제3 노드와 제4 노드 사이에 연결된 제2b 스위치; 및
상기 제2 노드와 상기 제3 노드 사이에 연결된 제1 샘플링 커패시터를 포함하고,
상기 제1 노드는 상기 적분기의 입력 단자에 연결되고,
상기 제2 노드는 상기 제1a 스위치, 상기 제1 샘플링 커패시터의 제1 전극, 및 상기 제2a 스위치에 연결되고,
상기 제3 노드는 상기 제1 샘플링 커패시터의 제2 전극, 상기 제1b 스위치, 및 상기 제2b 스위치에 연결되고,
상기 제4 노드는 상기 제2b 스위치 및 상기 싱글 엔디드 증폭기의 반전 입력단자에 연결되며,
상기 제1 입력 기준 전압 단자에는 비터치 상태에서 상기 터치 구동 신호의 제1 기간 동안 터치 센서 신호와 같은 전압이 공급되고,
상기 적분기의 기준 전압이 상기 제2 입력 기준 전압 단자에 공급되는 표시장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제1a 및 제1b 스위치는 상기 터치 구동 신호의 제1 기간 이전에 동시에 턴-온되고,
상기 제2a 및 제2b 스위치는 상기 제1a 및 제1b 스위치가 턴-오프된 후에 상기 터치 구동 신호의 제1 기간 내에서 동시에 턴-온되는 표시장치.
제 15 항에 있어서,
상기 제2 샘플링 회로는,
제5 노드와 제3 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된 제3a 스위치;
제6 노드와 상기 제2 입력 기준 전압 단자 사이에 연결된 제3b 스위치;
상기 제1 노드와 상기 제5 노드 사이에 연결된 제4a 스위치;
상기 제6 노드와 상기 제4 노드 사이에 연결된 제4b 스위치; 및
상기 제5 노드와 상기 제6 노드 사이에 연결된 제2 샘플링 커패시터를 포함하고,
상기 제5 노드는 상기 제4a 스위치, 상기 제2 샘플링 커패시터의 제1 전극, 및 상기 제3a 스위치에 연결되고,
상기 제6 노드는 상기 제2 샘플링 커패시터의 제2 전극, 상기 제3b 스위치 및 상기 제4b 스위치에 연결되고,
비터치 상태에서 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 동안 상기 터치 센서 신호와 같은 제2 기준 전압이 상기 제2 입력 기준 전압 단자에 공급되는 표시장치.
제 17 항에 있어서,
상기 제3a 및 제3b 스위치는 상기 터치 구동 신호의 제1 기간 이전에 동시에 턴-온되고,
상기 제4a 및 제4b 스위치는 상기 제3a 및 제3b 스위치가 턴-오프된 후 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 이전에 동시에 턴-온되는 표시장치.
다수의 터치 센서들의 전극 상에서 터치 입력을 감지하는 터치 센싱 방법에 있어서,
제1 레벨의 전압을 갖는 터치 구동 신호의 제1 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제1 샘플 신호를 발생하는 단계;
제2 레벨의 전압을 갖는 상기 터치 구동 신호의 제2 기간 동안 터치 센서 신호를 샘플링하여 제2 샘플 신호를 발생하는 단계; 및
싱글 엔디드 증폭기를 이용하여 상기 제1 및 제2 샘플 신호를 적분하여 출력 신호를 발생는 단계를 포함하고,
상기 제1 샘플 신호는 상기 터치 센서 신호와 제1 기준 전압의 차 전압이고,
상기 제2 샘플 신호는 상기 터치 센서 신호와 제2 기준 전압의 차 전압이며,
상기 제1 기준 전압과 상기 제2 기준 전압은 각각 비터치 상태의 상기 터치 구동 신호에서 상기 제1 기간과 상기 제2 기간 동안 상기 터치 센서 신호의 전압으로 설정되고,
상기 출력 신호는 터치 입력 검출에 이용되는 터치 센싱 방법.
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