KR102251059B1 - 다단계 오프셋 커패시턴스 조정이 가능한 터치 디스플레이 장치 - Google Patents

다단계 오프셋 커패시턴스 조정이 가능한 터치 디스플레이 장치 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시 예에 터치 디스플레이 장치는, 라인 센싱 구간 동안 해당 라인을 복수의 단계로 구동(drive)하고, 상기 복수의 단계에 상응하여 오프셋 커패시턴스를 복수의 단계로 조정한다.

Description

다단계 오프셋 커패시턴스 조정이 가능한 터치 디스플레이 장치{Touch Display Device Capable of Controlling Offset Capacitance Calibration with Multi-step}
터치 디스플레이 장치에 관한 것으로, 특히 다단계 오프셋 커패시턴스 조정이 가능한 터치 디스플레이 장치에 관한 기술이다.
최근에는 평판 디스플레이 장치(Flat Panel Display Device)들에 터치 스크린 패널(touch screen panel)이 장착되어 제품화되는 추세이다.
터치 스크린 패널의 종류로는 저항막(resistive) 방식, 광(optical) 방식, 정전 용량형(capacitive) 방식, 인덕티브(inductive) 방식, IR(Infra-Red; 적외선) 방식, SAW(Surface Acoustic Wave; 초음파) 방식 등일 수 있다.
그 중, 최근에는 정전 용량형 방식이 많이 사용되고 있다. 저항막 방식은 필기체 입력이 가능하다는 장점이 있으나 낮은 투과율과 낮은 내구성, 다접점(multi-contact) 감지 등에서 어려운 점이 발생된다. 또한, 광 방식은 높은 투과율을 갖긴 하나, 주변 광 및 디스플레이 정보에 따라 오작동이 발생할 수 있다.
따라서, 정전 용량형 방식을 적용함으로써, 패널 위에 손가락 등의 물체가 접촉하였을 경우에 센싱 유닛(sensing unit)의 커패시턴스(capacitance) 값의 변화를 이용하여 터치 여부를 판단하고 있다.
이러한 정전 용량형 방식의 터치 스크린 시스템은 터치 물체와 터치 스크린 패널의 전극 패턴 간의 커패시턴스의 크기를 센싱하는 것이기 때문에, 다양한 노이즈(noise)들로부터 안정적인 출력을 얻도록 하는 것이 매우 중요하다.
본 발명의 목적은 터치 패널의 셀프 커패시터에 의한 큰 오프셋을 다단계로 제거하여 칩 내부에 내장되는 오프셋 조절용 커패시터의 크기를 크게 줄이는 터치 디스플레이 장치에 관한 것이다.
상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는, 라인 센싱 구간 동안 해당 라인을 복수의 단계로 구동(drive)하고, 상기 복수의 단계에 상응하여 오프셋 커패시턴스를 복수의 단계로 조정한다.
실시예로서, 상기 터치 디스플레이 장치는, X 방향으로 연장되어 배치되는 게이트 라인 및 Y 방향으로 연장되어 배치되는 데이터 라인을 포함하는 터치 스크린 패널 및 상기 터치 스크린 패널을 제어하며, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 라인 센서로서 이용하여 감지된 정전 용량을 이용하여 터치 위치를 검출하되 상기 복수의 단계로 상기 오프셋 커패시턴스를 조정하는 터치 스크린 센서 블록을 포함한다.
실시예로서, 상기 터치 스크린 센서 블록은, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 통해 커패시턴스 변화를 센싱하여 전압으로 변환시키는 전압 변환부, 상기 전압 변환부의 상기 센싱하는 동안 상기 복수의 단계를 통해 상기 해당 라인의 오프셋 커패시턴스를 조절하는 오프셋 제어부 및 상기 전압 변환부 및 상기 오프셋 제어부 사이에 구비되며, 상기 오프셋 제어부의 전압 범위를 제어하는 전압 제어부를 포함한다.
실시예로서, 상기 오프셋 제어부는, 복수의 오프셋 신호를 인가받는 복수의 스위치를 포함하며, 상기 복수의 스위치는 상기 복수의 오프셋 신호의 제어에 따라 순차적으로 활성화되도록 제어된다.
실시예로서, 상기 오프셋 제어부는, 상기 활성화된 오프셋 신호에 응답하여 보상될 총 오프셋 커패시턴스의 양을 소정 크기만큼 분할하여 조절한다.
본 발명의 다른 실시예로서 터치 디스플레이 장치는, X 방향으로 연장되어 배치되는 게이트 라인 및 Y 방향으로 연장되어 배치되는 데이터 라인을 포함하는 터치 스크린 패널 및 상기 터치 스크린 패널을 제어하며, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 라인 센서로서 이용하여 감지된 정전 용량을 이용하여 터치 위치를 검출 시, 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치를 이용하여 상기 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스를 복수의 단계로 상쇄시키는 터치 스크린 센서 블록을 포함한다.
실시예로서, 상기 터치 스크린 센서 블록은, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 통해 커패시턴스 변화를 센싱 시, 복수의 단계를 통해 전압으로 변환시키는 전압 변환부, 상기 센싱하는 동안 상기 복수의 단계를 통해 상기 해당 라인의 상기 오프셋 커패시턴스를 조정하는 오프셋 제어부 및 상기 전압 변환부 및 상기 오프셋 제어부 사이에 구비되며, 상기 오프셋 제어부의 전압 범위를 제어하는 전압 제어부를 포함한다.
실시예로서, 상기 전압 변환부는, 상기 커패시턴스 변화를 일측 노드에, 센싱 구동 입력 신호를 타측 노드에 인가받는 연산 증폭기, 상기 연산 증폭기의 상기 일측 입력 노드 및 출력 노드 사이에 병렬로 연결된 커패시터 및 상기 커패시터와 병렬 배치되어 연결된 스위치를 포함할수 있다.
실시예로서, 상기 오프셋 제어부는, 복수의 오프셋 신호를 인가받는 상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치 및 상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치들과 상기 전압 변환부 사이에 병렬로 구비되는 오프셋 조정용 커패시터를 포함할 수 있다.
실시예로서, 상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치는 상기 복수의 오프셋 신호를 각각 인가받도록 병렬 배치된다.
실시예로서, 상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치는 활성화된 상기 복수의 오프셋 신호를 인가받으면 턴온될 수 있다.
실시예로서 상기 오프셋 제어부는, 상기 복수의 오프셋 신호의 활성화 타이밍은 서로 다르도록 제어되고 활성화되는 구간 일부는 서로 중첩되도록 제어될 수 있다.
실시예로서, 상기 오프셋 제어부는, 활성화된 상기 복수의 오프셋 신호에 응답하여 보상될 총 오프셋 커패시턴스의 양을 소정 크기만큼 분할하여 조절할 수 있다.
실시예로서, 상기 전압 변환부의 입력 부에 스위치를 더 포함할 수 있다.
실시예로서, 상기 전압 제어부는 스위치를 포함하며, 상기 전압 변환부의 입력 부의 스위치 및 상기 전압 제어부 내 상기 스위치를 이용하여 상기 전압 변환부의 전류 경로와 상기 오프셋 제어부의 전류 경로가 소정 구간 동안은 차단되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는, X 방향으로 연장되어 배치되는 게이트 라인 및 Y 방향으로 연장되어 배치되는 데이터 라인을 포함하는 터치 스크린 패널 및 상기 터치 스크린 패널을 제어하며, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 라인 센서로서 이용하여 감지된 정전 용량을 이용하여 터치 위치를 검출 시, 해당 라인 센싱을 복수의 단계로 구동하고 상기 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스를 복수의 단계로 상쇄시키는 터치 스크린 센서 블록을 포함 할 수 있다.
실시예로서, 상기 터치 스크린 센서 블록은, 상기 해당 라인을 통해 커패시턴스 변화를 센싱 시, 소정 전압 크기로 증가시며 상기 복수의 단계로써 출력 전압으로 변환시키는 전압 변환부, 상기 센싱하는 동안 상기 복수의 단계를 통해 상기 해당 라인의 상기 오프셋 커패시턴스를 조정하는 오프셋 제어부 및 상기 전압 변환부 및 상기 오프셋 제어부 사이에 구비되며, 상기 오프셋 제어부의 전압 범위를 제어하는 전압 제어부를 포함 할 수 있다.
실시예로서, 상기 전압 변환부는, 상기 전류 변화를 일측 노드에, 센싱 구동 입력 신호를 타측 노드에 인가받는 연산 증폭기, 상기 연산 증폭기의 상기 일측 입력 노드 및 출력 노드 사이에 병렬로 연결된 커패시터 및 상기 커패시터와 병렬 배치되어 연결된 스위치를 포함할 수 있다.
실시예로서, 상기 센싱 구동 입력 신호가 상기 소정 전압 크기로 증가하는 계단형 펄스 신호일 수 있다.
실시예로서, 상기 오프셋 제어부는, 복수의 오프셋 신호에 제어되며, 상기 각각의 복수의 오프셋 신호를 인가받도록 병렬로 배치된 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치 및 상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치들과 상기 전압 변환부 사이에 병렬로 구비되는 오프셋 조정용 커패시터를 포함할 수 있다.
실시예로서, 상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치는 활성화된 상기 복수의 오프셋 신호를 인가받아 턴온 될 때, 상기 복수의 오프셋 신호의 활성화 타이밍은 서로 다르도록 제어되고 활성화되는 구간 일부는 서로 중첩되도록 제어될 수 있다.
실시예로서, 상기 오프셋 제어부는,활성화된 상기 복수의 오프셋 신호에 응답하여 보상될 총 오프셋 커패시턴스의 양을 소정 크기만큼 분할하여 조절할 수 있다.
실시예로서, 상기 복수의 오프셋 신호 주기가 상기 센싱 구동 입력 신호보다 더 빠를 수 있다.
실시예로서, 상기 전압 변환부의 입력 부에 스위치를 더 포함할 수 있다.
실시예로서, 상기 전압 제어부는 스위치를 포함하며, 상기 전압 변환부의 입력 부의 스위치 및 상기 전압 제어부 내 상기 스위치를 이용하여 상기 전압 변환부의 전류 경로와 상기 오프셋 제어부의 전류 경로가 소정 구간 동안은 차단되도록 제어할 수 있다.
본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치는 패널의 오프셋 커패시턴스를 다단계로 상쇄시킬 수 있다. 그리하여, 커패시턴스의 크기를 조정하는 것이 가능하므로 커패시터를 작은 크기로 구비함으로써 면적 효율을 높일 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치를 간략하게 나타낸 블록도,
도 2는 도 1에 따른 터치 스크린 패널의 보다 상세한 블록도,
도 3은 터치 스크린 패널에 터치 동작 시 발생되는 커패시턴스의 변화의 개념도,
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린 센서 블록의 블록도,
도 5는 도 4에 따른 터치 스크린 센서 블록의 상세한 회로도,
도 6은 입력 신호 및 오프셋 신호의 전압 변화 그래프,
도 7은 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스와 제 2 커패시터의 상쇄되는 커패시턴스 변화의 이미지,
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 스크린 센서 블록의 블록도,
도 9는 도 8에 따른 터치 스크린 센서 블록의 상세한 회로도,
도 10은 제 1 내지 제 4 오프셋 신호의 생성을 나타내는 회로도,
도 11은 입력 신호 및 복수의 오프셋 신호의 전압 변화 그래프,
도 12는 도 8에 따른 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스와 제 2 커패시터의 상쇄되는 커패시턴스 변화의 이미지,
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따라, 터치 스크린 패널의 커패시턴스의 변화 그래프,
도 14는 도 4에 따른 터치 디스플레이 장치의 동작을 나타내는 순서도,
도 15는 도 8에 따른 터치 스크린 패널의 동작을 나타내는 순서도,
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치를 포함하는 디스플레이 구동 회로의 개략적인 블록도,
도 17a 내지 도 17c는 본 발명의 실시 예들에 따른 터치 디스플레이 장치를 적용한 다양한 실시예의 도면들이다.
이하, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상을 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명하기 위하여, 본 발명의 가장 바람직한 실시예를 첨부 도면을 참조하여 설명하기로 한다. 본 발명을 설명함에 있어서, 본 발명의 요지와 무관한 공지의 구성은 생략될 수 있다. 각 도면의 구성요소들에 참조 번호를 부가함에 있어서, 동일한 구성 요소들에 한해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 번호를 가지도록 하고 있음에 유의하여야 한다.
본문에 개시되어 있는 본 발명의 실시 예들에 대해서, 특정한 구조적 내지 기능적 설명들은 단지 본 발명의 실시 예를 설명하기 위한 목적으로 예시된 것으로, 본 발명의 실시 예들은 다양한 형태로 실시될 수 있으며 본문에 설명된 실시 예들에 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다.
본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 형태를 가질 수 있는 바, 특정 실시 예들을 도면에 예시하고 본문에 상세하게 설명하고자 한다. 그러나, 이는 본 발명을 특정한 개시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
제1, 제2 등의 용어는 다양한 구성요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 상기 구성요소들은 상기 용어들에 의해 한정되어서는 안된다. 상기 용어들은 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하는 목적으로만 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 이탈되지 않은 채 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "연결되어" 있다거나 "접속되어" 있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되어 있거나 또는 접속되어 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "직접 연결되어" 있다거나 "직접 접속되어" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "~사이에"와 "바로 ~사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
본 출원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시 예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 개시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
다르게 정의되지 않는 한, 기술적이거나 과학적인 용어를 포함해서 여기서 사용되는 모든 용어들은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가지고 있다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥 상 가지는 의미와 일치하는 의미를 가지는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.
한편, 어떤 실시 예가 달리 구현 가능한 경우에 특정 블록 내에 명기된 기능 또는 동작이 순서도에 명기된 순서와 다르게 일어날 수도 있다. 예를 들어, 연속하는 두 블록이 실제로는 실질적으로 동시에 수행될 수도 있고, 관련된 기능 또는 동작에 따라서는 상기 블록들이 거꾸로 수행될 수도 있다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예들을 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치(100)를 간략하게 나타낸 블록도이다.
도 1을 참조하면, 터치 디스플레이 장치(100)는 터치 스크린 패널(110) 및 터치 스크린 센서 블록(120)을 포함한다.
도 1에서는, 설명의 편의상 터치 디스플레이 장치(100)를 터치 스크린 패널(110)과 터치 스크린 센서 블록(120)을 주로 설명하며, 기타 다른 회로부, 예컨대 디스플레이 패널 및 디스플레이 구동 IC는 도시하지 않았다. 따라서, 본 발명에서 개시된 터치 디스플레이 장치(100)가 도시된 터치 스크린 관련 회로부에 한정되는 것이 아님은 물론이다.
한편, 정전 용량 방식은 셀프 캡(self-cap) 방식과 뮤츄얼 캡(mutual-cap) 방식을 포함한다.
셀프 캡 방식은 패널의 X방향, Y방향으로 배치된 각각의 라인 자체를 라인 센서(line sensor)로서 이용하여 정전 용량을 감지하는 방식이다.
뮤츄얼 캡 방식은 예를 들어, X 방향으로 배치된 라인에 특정 신호를 인가하고, X 방향으로 배치된 라인에 유기된 정전 용량을 Y 방향으로 배치된 라인으로부터 감지하는 방식이다.
본 발명의 일 실시 예에서는 정전 용량 방식 중 셀프 캡 방식을 이용하는 것으로 예시한다.
도 1을 참조하면, 터치 스크린 패널(110)은 복수의 게이트 라인(X0-Xn) 및 복수의 데이터 라인(Y0-Ym)을 포함한다. 게이트 라인(X0-Xn)은 X 방향, 즉 로우 방향으로 연장되며 배치될 수 있고, 데이터 라인(Y0-Ym)은 Y 방향, 즉 컬럼 방향으로 연장되며 배치될 수 있다.
게이트 라인(X0-Xn)의 배치는 설계자의 의도 및 제품 사양에 따라 달라질 수 있으나, 여기서는 게이트 라인(X0-Xn)의 예컨대 홀수 번째 라인 들은 터치 스크린 패널(110)의 좌측으로 신호 전송이 제어되고, 짝수 번째 라인 들은 터치 스크린 패널(110)의 우측으로 신호 전송이 제어되는 것으로 예시한다. 그러나, 언급한 바와 같이 이에 제한되는 것은 아니다.
터치 스크린 센서 블록(120)은 터치 스크린 패널(110)의 특정 위치에 사용자로 인한 터치 발생 시, 로우 방향(X 방향)의 게이트 라인(X0-Xn)으로부터 감지된 정전 용량 값과 컬럼 방향(Y 방향)의 데이터 라인(Y0-Ym)으로부터 감지된 정전 용량의 변화를 각각 감지하여 접점의 터치 위치(X, Y)를 검출할 수 있다. 즉, 셀프 캡 방식을 이용하면, 게이트 라인(X0-Xn) 및 데이터 라인(Y0-Ym) 자체를 라인 센서로서 이용함으로써, 각각 독립적으로 정전 용량을 감지할 수 있다. 이러한 터치 스크린 센서 블록(120)에 대해서는 이후의 도 4를 참조하여 보다 자세히 설명하기로 한다.
도 2는 도 1에 따른 터치 스크린 패널(110)의 보다 상세한 블록도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린 패널(110)은 감지 패턴을 다이아몬드 패턴(diamond pattern)으로서 구성되는 싱글-레이어 정전식 터치 스크린 패널(single-layer capacitive touch screen panel)로서 예시될 수 있다. 그러나, 이에 제한되지 않고 다양한 패턴을 포함하는 것을 배제하지 않는다.
도 2를 참조하면, 가로축과 세로축으로 직교하도록 배치된 복수의 감지 패턴(다이아몬드 패턴)을 이용하여 로우 방향의 게이트 라인(X0-Xn)의 정전 용량을 감지하고, 또한 컬럼 방향의 데이터 라인(Y0-Yn)의 정전 용량을 감지할 수 있다.
각각의 감지 패턴(다이아몬드 패턴)들에 독립적으로 감지 신호를 인가함과 동시에 동일 신호선을 이용하여 사용자의 터치 행위로부터 변화되는 감지 신호의 변화량을 측정하여 터치의 발생 유무를 감지할 수 있다.
도 3은 터치 스크린 패널(110)에 터치 동작 시 발생되는 커패시턴스의 변화를 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 터치 스크린 패널(110)과 VCOM 플레이트(VCOM plate)가 서로 소정의 간격을 두고 이격 배치된다.
또한, 터치 스크린 패널(110)과 VCOM 플레이트(VCOM plate) 사이에는 버티컬 커패시턴스(vertical capacitance)가 형성되는데 이를 터치 스크린 패널(110)의 오프셋 커패시턴스(Cx)로서 인식할 수 있다.
이 후, 터치 스크린 패널(110)에 접촉 물체(도 3에서는 손가락으로 도시됨)로 접촉 시, 전압 차가 발생되어 전압 차로 인한 전계가 형성되고, 추가적인 커패시턴스(Csig)의 변화량을 추정할 수 있다. 이러한 커패시턴스의 변화를 센싱함으로써 터치 여부 및 터치 위치를 판단할 수 있다.
언급된 오프셋 커패시턴스(Cx)는 신호 성분의 커패시턴스(Csig)에 상응하는 매우 큰 커패시턴스를 가질 수 있다. 예컨대, 오프셋 커패시턴스는 최대 40-50pF의 범위일 수 있다. 따라서, 오프셋 커패시턴스 자체가 큰 상태이므로 데이터 처리시에는 신호 성분에 해당하는 커패시턴스(Csig)만 이용하고자 한다.
그리하여, 본 발명의 일 실시 예에서는 이러한 오프셋 커패시턴스를 보상하기 위한 오프셋 제어부를 구비한다.
셀프 커패시터(미도시)를 구비하고 오프셋 커패시턴스(Cx)를 감지하여 감지된 만큼 셀프 커패시터(미도시)에서 상쇄시키도록 하는 방식을 이용한다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린 센서 블록(120)의 블록도이다.
도 4를 참조하면, 터치 스크린 센서 블록(120)은 전압 변환부(122) 및 오프셋 제어부(OFFSET CONTROLLER; 124)를 포함한다.
전압 변환부(122)는 센싱 노드(A)를 통해 감지된 커패시턴스 변화를 센싱하여 전압으로 출력할 수 있다. 변환된 전압은 출력 신호(Vop1)로서 제공된다. 센싱 노드(A)는 센싱 라인으로부터의 신호의 인가 노드로서 예시한다.
제 1 커패시터(C1)는 Cx만큼의 오프셋 커패시턴스를 갖는 기생 오프셋 커패시터(offet capacitor)로서 동작한다. 설명의 편의상, 제 1 커패시터(C1)로서 표시하나, 도 3에 전술한 바와 같이, 터치 스크린 패널(110)과 VCOM 플레이트(VCOM plate) 사이에 발생되는 커패시턴스를 갖는 가상(virtual)의 커패시터일 수 있다.
오프셋 제어부(124)는 전압 변환부(122)에 유입될 오프셋 커패시턴스 성분을 무효화(cancelation)할 수 있다. 오프셋 제어부(124)는 최종 요구되는 신호에 대한 해당 커패시턴스의 값만 출력되고, 오프셋 커패시턴스 성분은 상쇄시킬 수 있도록 구비된다. 이로써, 터치 스크린 패널(110)의 센싱 감도는 높이고 신호 품질은 향상시킬 수 있다.
도 5는 도 4에 따른 터치 스크린 센서 블록(120)의 상세한 회로도이다.
도 5를 참조하면, 전압 변환부(122)는 연산 증폭기(122-1), 제 3 커패시터(C3) 및 스위치(P11)를 포함한다.
연산 증폭기(122-1)의 제 1 입력 노드(예컨대, 네거티브 입력 노드)에는 센싱 노드(A)를 경유한 신호가 입력된다. 연산 증폭기(122-1)의 제 2 입력 노드(예컨대, 포지티브 입력 노드)에는 일정 주기로 동작하는 입력 신호(SELF_TX)가 입력된다.
연산 증폭기(122-1)의 입력 노드와 출력 노드 사이에는 제 3 커패시터(C3)가 구비된다.
제 3 커패시터(C3)와 스위치(P11)는 병렬 연결될 수 있다.
입력 신호(SELF_TX)는 센싱 노드(A)의 전류를 발생시키고, 터치에 의한 전류의 변화를 센싱하기 위한 전압 신호이다. 이러한 입력 신호(SELF_TX)의 전압 범위가 소정 전압 범위로 스윙(swing)하면서 연산 증폭기(122-1)는 센싱된 전류를 전압으로 변환시킬 수 있다. 이러한 연산 증폭기(122-1)의 출력 전압은 스위치(P11)에 의해 노드 a로 피드백 제공될 수 있다.
오프셋 제어부(124)는 노드 a에 연결, 즉 센싱 노드(A)와 연산 증폭기(122-1)의 제 1 입력 노드 사이에 병렬로 연결된 제 2 커패시터(C2)를 포함한다. 제 2 커패시터(C2)의 커패시턴스 변화 범위는 제 1 커패시터(C1)에서 측정된 커패시턴스만큼 변화하도록 구성될 수 있다.
구체적으로, 제 2 커패시터(C2)는 제 1 커패시터(C1)의 극성과 반대로 설정함으로써 터치 스크린 패널(도 1의 110 참조)의 기생 커패시턴스 성분을 상쇄시킬 수 있다.
보다 자세한 터치 스크린 센서 블록(120)의 동작을 설명하면, 터치 시, 신호 성분에 해당하는 추가 커패시턴스가 발생된다(ΔC). 센싱 노드(A)의 전류 신호에 의해 제 1 커패시터(C1)에 전하가 충전될 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에서의 제 2 커패시터(C2)를 구비함으로써, 터치 스크린 패널(도 1의 110 참조) 자체가 갖고 있는 오프셋 커패시턴스(Cx)를 셀프 캡 방식으로 간단하게 감쇄시킬 수 있다.
우선, 오프셋 커패시턴스(Cx)를 감쇄시키려면 감쇄시키려는 커패시턴스 양을 감지해야 한다. 따라서, 터치 스크린 센서 블록(120)은 제 1 커패시터(C1)에 충전되는 전하량을 센싱한다.
센싱된 제 1 커패시터(C1)의 전하량은 제 1 커패시터(C1)의 커패시턴스에 제 1 커패시터(C1)의 양단간의 전압 차이를 곱한 값으로 산출될 수 있다(수식 1 참조).
[수식 1]
QX= Cx X ΔVX = Cx X (SELF_TX) = Cx X (VTOP-VBOT)
(QX 는 제 1 커패시터(C1)의 전하량, SELF_TX 는 전압 범위, VTOP은 SELF_TX의 최고 전압, VBOT은 SELF_TX의 최저 전압, Cx 는 제 1 커패시터의 커패시턴스)
여기서, 입력 신호(SELF_TX)는 0.75V-2.25V 범위일 수 있다.
따라서, 수식 1을 정리하면 수식 2와 같이 나타낼 수 있다.
[수식 2]
QX= Cx X 1.5V
오프셋 제어부(124)를 이용하여, 감지된 제 1 커패시터(C1)의 전하량만큼 실질적으로 동등하게 감쇄시킬 수 있다.
제 2 커패시터(C2)의 양단 중 일측은 오프셋 신호(OFF), 타측은 노드 a의 신호를 인가받는다. 제 2 커패시터(C2)의 양단간의 전압 차이 ΔVOFF는 다음의 수식 3과 같이 나타낼 수 있다.
[수식 3]
ΔVOFF = OFF - SELF_TX
(OFF는 오프셋 신호의 전압 범위, SELF_TX는 입력 신호의 전압 범위)
여기서, 오프셋 신호(OFF)의 전압은 0V-3V 사이이며, 입력 신호(SELF_TX)는 0.75V-2.25V 범위일 수 있다.
따라서, 제 2 커패시터(C2)에 충전되는 전하량은 수식 4로 산출될 수 있다.
[수식 4]
QOFF= COFF X ΔVOFF = COFF X 1.5V
그리하여, 수식 2 및 수식 4의 결과에 의해, 제 1 커패시터(C1)의 오프셋 커패시턴스에 상응하는 커패시턴스를 갖는 제 2 커패시터(C2)로서 구비하면 전압 변환부(122)에는 오프셋 커패시턴스의 영향을 무효화시킬 수 있다. 수식 5를 참조하자.
[수식 5]
COFF = Cx
다시 말하면, 터치 스크린 패널(도 1의 110 참조) 자체에 전하가 충방전 되는 것은 Cx X (VTOP-VBOT) 만큼이며, 이에 상응하는 전하량을 상쇄시켜야 연산 증폭기(122-1)의 출력이 안정적인 전압, 즉 터치/하버(touch/hover)에 의한 순전한 커패시턴스 변화량만큼 전압 변환될 수 있다.
오프셋 신호(OFF)는 입력 신호(SELF_TX)와 같은 클럭 신호일 수 있으며, 입력 신호(SELF_TX)가 활성화될 때 오프셋 신호(OFF)도 동시에 활성화될 수 있다.
도 6은 입력 신호(SELF_TX)의 전압 변화 그래프 및 오프셋 신호(OFF)의 전압 변화 그래프이다.
도 6을 참조하면, 입력 신호(SELF_TX)는 소정의 전압 범위, 예컨대 VBOT은 0.75V, VTOP은 2.25V 범위 내로 스윙하여, 최고-최저 전압 차이는 1.5V를 유지하는 신호일 수 있다.
또한, 오프셋 신호(OFF)는 0V에서 3V 범위내로 스윙하는 신호일 수 있다.
여기서 중요한 것은, 입력 신호(SELF_TX)가 활성화될 때 오프셋 신호(OFF)도 활성화되며, 입력 신호(SELF_TX)가 비활성화될 때 오프셋 신호(OFF)도 비활성화되는 것이다.
입력 신호(SELF_TX)와 오프셋 신호(OFF)가 동일 주기로 동작할 수 있다.
도 7은 터치 스크린 패널(110)의 오프셋 커패시턴스(Cx)와 제 2 커패시터(C2)의 상쇄되는 커패시턴스 변화를 이미지로 나타낸 것이다.
도 5 및 도 7을 참조하면, 터치 스크린 패널(도 1의 110 참조)의 자체 커패시턴스가 예를 들어 100pF으로 충전되어 있다면(+), 이에 대해 오프셋 제어부(124)의 제 2 커패시터(C2)의 커패시턴스는 100pF만큼 방전(-)시켜야 한다는 것을 의미한다. 반대로, 터치 스크린 패널(도 1의 110 참조)의 자체 커패시턴스가 예를 들어 100pF으로 방전(-)되고 있다면, 이에 대해 오프셋 제어부(124)의 제 2 커패시터(C2)의 커패시턴스는 100pF만큼 충전(+)시켜야 한다는 것을 의미한다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시 예에서는 오프셋 커패시턴스(Cx) 크기만큼 동일한 양의 커패시턴스를 갖는 제 2 커패시터(C2)를 구비하는 것을 예시하였다.
스마트 폰의 경우, 터치 스크린 패널(도 1의 110 참조)의 신호 변화 커패시턴스는 수십 pF일 수 있으며, 오프셋 커패시턴스(Cx)도 수십 pF까지 이를 수 있다. 따라서, 터치 신호의 다이나믹 레인지(dynamic range)를 안정적으로 유지하도록 제 2 커패시터(C2)를 이용해 오프셋 커패시턴스를 상쇄시킬 수 있다.
한편, 센싱 라인(게이트 라인 및 데이터 라인)을 기준으로 센싱할 때, 신호 감도 향상을 위해 센싱 라인을 그룹핑(grouping)할 수 있다.
예컨대, 두 개의 데이터 라인을 동시에 활성화시키는 방법도 있는데 이러한 경우, 오프셋 커패시턴스(Cx)의 크기는 두 배가 된다. 결과적으로 두 배의 오프셋 커패시턴스(Cx)를 상쇄하려면 두 배 크기의 제 2 커패시터(C2)를 구비해야 한다. 그리하여, 제 2 커패시터(C2)의 크기가 커져야 하므로 패널의 한정된 면적 내 큰 커패시터를 구비해야 부담이 발생될 수 있다.
본 발명의 다른 실시 예에서는 오프셋 커패시턴스 조절(calibration)용 커패시터의 크기를 감소시키면서도 오프셋 커패시턴스를 효과적으로 상쇄시킬 수 있는 스킴(scheme)에 대해 개시하도록 한다.
도 8은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 스크린 센서 블록(120)의 블록도이다.
도 8을 참조하면, 터치 스크린 센서 블록(120)은 전압 변환부(VOLTAGE CONVERTER; 122), 전압 제어부(VOLTAGE CONTROLLER; 123) 및 오프셋 제어부(OFFSET CONTROLLER; 125)를 포함한다.
전압 변환부(122)는 센싱 노드(A)를 통해 감지된 커패시턴스 변화를 센싱하여 전압으로 출력할 수 있다. 변환된 전압은 출력 신호(Vop1)으로서 제공된다.
제 1 커패시터(C1)는 Cx만큼의 커패시턴스를 갖는 기생 커패시터로서 예시한다.
오프셋 제어부(125)는 전압 변환부(122)에 유입될 오프셋 커패시턴스(Cx)의 영향을 무효화시킬 수 있다. 오프셋 제어부(125)는 최종 신호에 대한 해당 커패시턴스의 양만 출력되고, 자체 오프셋 커패시턴스(Cx) 성분은 상쇄시킬 수 있도록 구비된다. 이로써, 연산 증폭기의 기생 커패시턴스로서 오프셋 커패시턴스에 의한 노이즈 증폭 현상을 줄일 수 있다.
특히, 본 발명의 다른 실시 예에 따른 오프셋 제어부(125)는 상쇄시킬 커패시턴스의 양을 다단계로 조절할 수 있다. 이러한 오프셋 제어부(125)는 복수의 오프셋 신호(OFF1-OFF4)에 의해 오프셋 커패시턴스를 다단계로 조절할 수 있다.
전압 제어부(123)는 전압 변환부(122)와 오프셋 제어부(125)의 사이에 구비되어, 오프셋 제어부(125) 내 구비될 커패시터(미도시)의 일측 전압을 확실히 제어할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 전압 제어부(123)는 노드 a의 전압의 미세 변화까지도 전압 변환부(122)에 영향 주는 것을 방지할 수 있다. 이는 전압 변환부(122)의 동작을 안정적으로 지원할 수 있다.
이 뿐 아니라, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 오프셋 제어부(125)의 오프셋 커패시턴스 상쇄 동작을 시간 분할하여 조절함으로써 커패시터(미도시)의 크기를 감소시킬 수 있다.
보다 자세한 설명은 다음의 도면들을 참조하여 후술하기로 한다.
도 9는 도 8에 따른 터치 스크린 센서 블록(120)의 상세한 회로도이다.
도 9를 참조하면, 전압 변환부(122)는 연산 증폭기(122-1), 제 3 커패시터(C3) 및 제 1 스위치(P11)를 포함한다.
연산 증폭기(122-1)의 제 1 입력 노드(예컨대, 네거티브 입력 노드)에는 센싱 노드(A)를 통과한 신호가 입력된다. 연산 증폭기(122-1)의 제 2 입력 노드(예컨대, 포지티브 입력 노드)에는 일정 주기로 동작하는 입력 신호(SELF_TX)가 입력된다.
연산 증폭기(122-1)의 입력 노드와 출력 노드 사이에는 제 3 커패시터(C3)가 연결된다.
제 3 커패시터(C3)와 스위치(P11)가 병렬 연결될 수 있다.
한편, 노드 a와 제 1 커패시터(C1) 사이에 제 8 스위치(SW8)가 구비된다. 제 8 스위치(SW8)는 스위치 펄스 신호(SWP)의 반전된 신호, 즉 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)에 의해 제어되는 것으로서 예시한다.
전압 제어부(123)는 연산 증폭기(123-1), 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)를 포함한다.
연산 증폭기(123-1)의 제 1 입력 노드(예컨대, 네거티브 입력 노드)에는 노드 b 신호가 피드백 입력된다. 연산 증폭기(123-1)의 제 2 입력 노드(예컨대, 포지티브 입력 노드)에는 입력 신호(SELF_TX)가 입력된다.
제 2 스위치(SW2)는 노드 b와 연산 증폭기(123-1) 사이에 구비된다.
제 3 스위치(SW3)는 노드 b와 노드 a 사이에 구비된다. 제 2 스위치(SW2) 및 제 3 스위치(SW3)는 서로 반전된 신호에 의해 제어될 수 있다.
예를 들어, 스위치 펄스 신호(SWP)는 제 2 스위치(SW2)에, 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)는 제 3 스위치(SW3)에 인가될 수 있다.
오프셋 제어부(125)는 노드 b와 연결되며, 제 2 커패시터(C2) 및 복수의 스위치(SW4-SW7)를 포함한다.
제 2 커패시터(C2)는 센싱 노드(A)와 연산 증폭기(122-1)의 제 1 입력단 사이에 병렬로 연결된다.
본 발명의 다른 실시 예에 따른 오프셋 제어부(125)는 복수의 스위치(SW4-SW7)를 이용하여 제 2 커패시터(C2)의 커패시턴스를 다단계로 조절할 수 있다. 각 스위치(SW4-SW7)는 서로 병렬 연결된다.
그리하여, 제 4 스위치(SW4)는 제 1 오프셋 신호(OFF1)에 응답하여 제어된다.
또한, 제 5 스위치(SW5)는 제 2 오프셋 신호(OFF2)에 응답하여 제어된다.
계속해서, 제 6 스위치(SW6)는 제 3 오프셋 신호(OFF3)에 응답하여 제어된다.
제 7 스위치(SW7)는 제 4 오프셋 신호(OFF4)에 응답하여 제어된다.
도 10에서 제 1 내지 제 4 오프셋 신호(OFF1-OFF4)의 생성을 나타내는 회로도를 개시한다. 도 10을 참조하면, 복수의 지연 소자(iv1-iv6)를 포함한다. 그리하여, 제 2 오프셋 신호(OFF2)는 제 1 오프셋 신호(OFF1)보다 소정 지연된 신호일 수 있다.
또한 제 3 오프셋 신호(OFF3)는 제 2 오프셋 신호(OFF2)보다 소정 지연된 신호일 수 있다.
마찬가지로, 제 4 오프셋 신호(OFF4)는 제 3 오프셋 신호(OFF3)보다 소정 지연된 신호일 수 있다.
또는, 제 3 오프셋 신호(OFF3)는 제 1 오프셋 신호(OFF1)으로부터 소정 시간 동안 지연되어 생성된 신호로서 설명 가능하다.
물론, 제 4 오프셋 신호(OFF4)도 제 1 오프셋 신호(OFF1)으로부터 소정 시간 동안 지연되어 생성된 신호로서 설명 가능하다.
그러나, 이에 제한되지 않고, 각각의 제 1 내지 제 4 오프셋 신호(OFF1-OFF4)를 서로 활성화 타이밍이 다른 신호로서 생성하는 것도 가능하다. 또한 제 1 내지 제 4 오프셋 신호(OFF1-OFF4)를 서로 다른 지연기를 이용해 각각 생성하는 것도 배제하지 않는다.
또한, 여기서는 4개의 스위치(SW4-SW7)와 4개의 오프셋 신호(OFF1-OFF4)를 이용하는 것으로 예시하였으나, 스위치의 수와 오프셋 신호의 수는 가감 조절이 가능하다.
예를 들어, 설계자의 의도에 따라 2개의 스위치 및 2 개의 오프셋 신호를 이용하는 것도 가능하며, 보다 커패시터의 사이즈 감소 효과를 위해 예컨대 6개의 스위치 및 6개의 오프셋 신호를 이용하는 것도 가능하다. 오프셋 커패시턴스 조절을 위해 다단계 조절 스테이지를 형성할 수 있는 스위치의 개수와 신호의 개수를 설정하는 것으로서 본 발명의 목적 범위를 만족시킬 수 있다.
다시 도 9를 참조하여 계속 설명하면, 터치 발생 시, 입력 신호(SELF_TX)가 인가된다. 여기서는, 입력 신호(SELF_TX)도 오프셋 제어부(125)의 구비된 스위치의 수에 상응하여 다단계로 입력하도록 할 수 있다.
예를 들어, 입력 신호(SELF_TX)의 신호 단계는 오프셋 커패시턴스 조절용 스위치의 개수와 실질적으로 동등한 4 단계로 설정하여, 각 단계별로 점차 증감하도록 제어할 수 있다. 이때 입력 신호(SELF_TX)는 계단형 펄스일 수 있다.
최종 인가하고자 하는 전압 범위인 예컨대, 1.5V 범위를 4단계로 나누어 입력할 수 있을 것이다. 구체적으로, 각 단계마다 입력 신호(SELF_TX)의 인가 전압은 오프셋 제어부(125)의 구비된 스위치의 수를 n으로 할 때, V/n로 구현될 수 있다.
터치 스크린 센서 블록(120)의 자세한 동작을 도 9 및 도 11을 참조하여 설명하기로 한다.
도 11은 입력 신호(SELF_TX)의 전압 변화 그래프 및 복수의 오프셋 신호(OFF1-OFF4)의 전압 변화 그래프이다.
우선, 입력 신호(SELF_TX)를 분배된 전압의 크기만큼 단계적으로 증가시키며 인가한다.
이 때, 전압 변환부(122)의 제 3 커패시터(C3)에는 입력 신호(SELF_TX)의 총 전압 범위의 1/4전압 크기에 대응되는 커패시턴스가 충전된다. 이 때, 스위치 펄스 신호(SWP)가 활성화되고 이에 제 2 스위치(SW2)가 턴온(Turn on)된다.
따라서, 제 3 스위치(SW3)는 턴 오프(turn off)된다.
시간 t1에서 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)에 응답하여 제 1 오프셋 신호(OFF1)가 활성화된다.
제 1 오프셋 신호(OFF1)는 0-3V로 동작하는 전압 신호이다.
즉, 시간 구간 t0-t1에서는 연산 증폭기와 패널 간의 연결을 끊어 패널 로드가 보이지 않게 한 후, 입력 신호(SELF_TX)를 인가하여 노드 a 전압이 순간적으로 입력 신호(SELF_TX)를 따라 가도록 한다. 연산 증폭기(123-1)는 전압 이득은 1인 증폭기로서 예시한다. 따라서, 입력된 신호 그대로 노드 b에 인가될 수 있다.
따라서, 시간 구간 t0-t1동안 제 2 커패시터(C2)에는 입력 신호(SELF_TX)의 소정 전압 변화만큼 해당하는 커패시턴스가 충전될 수 있다. 이는 시간 t1 이후 제 1 커패시터(C1)에 충전될 전하량과 실질적으로 동등할 수 있다. 이로써, 오프셋 커패시턴스를 상쇄시키는 커패시턴스의 크기가 소정 크기로 조절될 수 있다. 여기서의 소정 크기는 입력 신호(SELF_TX)의 변화에 상응하는 크기일 수 있다.
시간 t1에서, 스위치 펄스 신호(SWP)를 비활성화시키고 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)는 활성화된다. 따라서, 전압 변환부(122)에서 처리된 신호는 센싱 노드(A)에 전달될 수 있다. 이러한 전압 변환부(122)의 연산 증폭기(122-1)의 동작 시간을 고려하여 센싱 노드(A)로 피드백 되는 시간을 적절히 조절할 수 있다. 여기서, 스위치 펄스 신호(SWP) 및 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)의 전압 범위도 0-3V일 수 있다.
계속해서, 시간 t1 이후에는 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)가 활성화되고, 스위치 펄스 신호(SWP)가 비활성화된다. 이 때, 제 2 커패시터(C2)의 일측, 즉 노드 b에 인가된 전압 범위는 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)의 전압 범위, 전 범위(full swing range)가 그대로 인가될 수 있다. 따라서, 제 2 커패시터(C2)의 양단간의 전압 차이의 범위는 전 범위(full swing range)일 수 있다. 이는 제 2 커패시터(C2)의 오프셋 제거 효율이 높아짐을 의미한다.
즉, 시간 t0-t1 구간 동안은 입력 신호(SELF_TX)의 변화만큼 제 2 커패시터(C2)에 센싱하여 충전하고, 시간 t1-t2 구간 동안은 제 2 커패시터(C2)에 충전된 커패시턴스를 방전시킨다. 제 2 커패시터(C2)에 충전되어 있던 커패시턴스를 높은 효율로서 방전시킬 수 있으므로 제 2 커패시터(C2)의 보상 능력이 향상됨을 알 수 있다.
시간 차를 두고, 시간 t2에서 증분된 전압 신호, 즉 입력 신호(SELF_TX)가 증가되어 인가된다. 연산 증폭기(122-1)에서 처리되는 동안 노드 a로의 경로는 소정 시간 차단될 수 있다.
이 때, 스위치 펄스 신호(SWP)가 활성화되고 이에 제 2 스위치(SW2)가 턴온(Turn on)된다.
따라서, 제 3 스위치(SW3)는 턴 오프(turn off)된다.
시간 t2에서 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)에 응답하여 제 2 오프셋 신호(OFF2)가 활성화된다.
이러한 방식으로 순차적으로 각 오프셋 신호(OFF1-OFF4)를 활성화시킴으로써 상쇄시키고자 하는 전하량을 점차적으로 증가시켜 제어할 수 있다. 하나의 스위치(SW4-SW7)가 활성화될 때마다 활성화되는 구간이 중첩되므로, 커패시터의 전하양도 누적될 수 있다.
이를 수식 6으로 정리할 수 있다.
[수식 6]
1단계 QOFF= COFF X ΔVOFF = COFF X 3
2단계 QOFF= COFF X ΔVOFF X active period = COFF X 3 X 2
3단계 QOFF= COFF X ΔVOFF X active period = COFF X 3 X 3
4단계 QOFF= COFF X ΔVOFF X active period = COFF X 3 X 4
수식 6에 의해, 원하는 오프셋 커패시턴스(Cx)만큼 상쇄시키도록 구비해야 하는 커패시터의 크기를 산출하면 수식 7과 같다.
[수식 7]
QX= Cx X (VTOP-VBOT) = COFF X 3V X 4step
COFF = Cx X 1.5/12
이는 오프셋 커패시턴스(Cx)의 크기만큼 셀프 캡인 제 2 커패시터(C2)로서 상쇄시키고자 할 때, 제 1 커패시터(C1) 크기의 1/8 사이즈의 제 2 커패시터(C2)를 구비하여도 가능하다는 것을 의미한다. 이로써, 동일 오프셋 커패시턴스 상쇄 효과를 만족시키도록 구비되는 커패시터의 사이즈는 작아도 가능하므로 면적 효율이 높아질 수 있다.
또는 역으로, 제 1 커패시터(C1)의 크기와 동일한 제 2 커패시터(C2)를 구비한다면 8배의 오프셋 커패시턴스(Cx X 8)를 제어할 수 있음을 의미한다.
또한, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 전압 변환부(122) 내 연산 증폭기(122-1)의 입력 노드(네거티브 노드)에 제 2 커패시터(C2)에서 상쇄시키려는 커패시턴스의 영향을 받지 않도록 제어할 수 있다.
전압 변환부(122) 내 연산 증폭기(122-1)의 아날로그 동작은 전압의 미세 변화에도 민감하게 반응할 수 있는데, 큰 커패시턴스의 영향을 직접 받는다면 연산 증폭기(122-1)의 아날로그 동작이 불안정할 수 있었다.
이는 아날로그 프론트 엔드(AFE) 기술을 적용 분야에서는 부담되는 부분이나, 본 발명의 다른 실시 예에서는 전압 변환부(122)에서 구동하는 동안은 제 2 커패시터(C2)의 동작과 서로 충돌되지 않도록 경로가 분리된다.
전술한 바와 같이, 전압 변환부(122)에서 센싱하는 동안은 직접적으로 오프셋 보상 커패시터의 동작으로 인한 영향을 받지 않도록 제 3 스위치(SW3)를 이용한다.
전압 변환부(122) 센싱 구간 동안, 제 3 스위치(SW3) 및 제 8 스위치(SW8)를 이용하여 노드 a로부터의 전류 경로를 차단하며, 전압 변환부(122) 센싱 구간 이후에 제 3 스위치(SW3) 및 제 8 스위치(SW8)를 이용하여 노드 a로부터의 전류 경로를 연결하도록 한다.
이로써, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 상쇄 시키고자 하는 오프셋 커패시턴스 값의 시분할로 선택적 조절이 가능하여 작은 면적을 차지하는 셀프 캡인 제 2 커패시터(C2)를 구비하는 것이 가능하다.
시간 t7 이후, 입력 신호(SELF_TX)의 최대치 전압이 인가되어, 즉 센싱이 끝나면, 반대로 점차적으로 감소되는 계단형 펄스 신호가 되도록 소정 전압만큼씩 입력 신호(SELF_TX)를 감소시키며 인가한다.
이에 응답하여 각 제 1 내지 제 4 오프셋 신호(OFF1-OFF3)도 순차적으로 비활성화시킨다.
여기서, 입력 신호(SELF_TX)와 복수의 오프셋 신호(OFF1_OFF4)의 동작 주기는 일치하지 않고 서로 다르다. 입력 신호(SELF_ TX)의 동작 주파수보다 복수의 오프셋 신호(OFF1_OFF4)의 동작 주파수가 더 빠르다.
도 12는 도 8에 따른 터치 스크린 패널(110)의 오프셋 커패시턴스와 오프셋 제어부(125)의 커패시턴스 변화를 이미지로 나타낸 것이다.
도 12를 참조하면, 터치 스크린 패널(110)의 자체 커패시턴스가 예를 들어 총 100pF의 양을 다단계로 나누어, 예컨대 25pF만큼씩 충전되는 것을 나타낸다. 또한, 이에 대해 오프셋 제어부(125)의 커패시턴스는 상응되는 100pF의 양을 25pF만큼씩 다단계로 방전시킬 수 있음을 의미한다.
반대로, 터치 스크린 패널(110)의 자체 커패시턴스가 예를 들어 총 100pF으로 방전되어야 한다면, 이를 다단계로 나누어, 예컨대 25pF만큼씩 방전하는 것을 나타낸다. 이에 대해 오프셋 제어부(125)의 커패시턴스는 100pF의 양을 25pF만큼씩 다단계로 충전시켜야 한다는 것을 의미한다.
이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에서는 오프셋 커패시턴스(Cx)를 상쇄시킬 수 있도록, 오프셋 커패시턴스(Cx)의 크기의 1/8에 해당하는 커패시턴스를 갖는 셀프 커패시터를 구비할 수 있다.
도 13은 본 발명의 실시 예들에 따라, 터치 스크린 패널의 커패시턴스의 변화 그래프이다.
터치 스크린 패널에 접촉하지 않은 경우에는 셀프 커패시터의 커패시턴스인 Cx만 측정된다. 그러나, 터치 스크린 패널에 접촉 시 커패시턴스 성분(Csig=ΔC)이 추가된다. 추가된 커패시턴스 성분(Csig)에 의해 터치 여부 및 터치 위치를 판단할 수 있다.
본 발명의 실시 예들에 따라, 오프셋 커패시턴스(Cx)를 상쇄시켜 최종적으로는 터치 신호인 터치 커패시턴스 성분(Csig)만 이후의 회로부로 전달할 수 있다.
도 14는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 4 및 도 14를 참조하면, 터치 스크린 패널 IC는, 센싱 노드(a)의 커패시턴스를 감지한다(S10).
기본 오프셋 커패시턴스(Cx)보다 추가의 커패시턴스(ΔC)가 있다면, 기본 오프셋 커패시턴스(Cx)만큼 상쇄시킨다(S20). 오프셋 커패시턴스(Cx)만큼 상쇄시키는 방법은 오프셋 커패시턴스(Cx)가 충전된 양만큼 방전시키거나 오프셋 커패시턴스(Cx)가 방전된 양만큼 충전시키는 것으로 가능하다.
그리하여, 추가의 신호 성분에 해당하는 커패시턴스만 다음의 회로부에 전달할 수 있다(S30).
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 스크린 패널의 동작을 나타내는 순서도이다.
도 8 및 도 15를 참조하면, 터치 스크린 패널 IC는 센싱 노드(A)의 커패시턴스를 감지한다(S110).
센싱 노드(A)의 전압 변화를 센싱하도록 입력 전압(SELF_TX)을 소정의 크기만큼 변화시켜 입력한다(S120).
스위치 펄스 신호(SWP)를 활성화시킨다(S130). 스위치 펄스 신호(SWP)에 응답하여 변화된 입력 신호(SELF_TX)만큼의 오프셋 커패시턴스(Cx)의 양을 제 2 커패시터(C2)에 충전시킨다. 이 때, 반전 스위치 펄스 신호(SWPB)에 응답하여 전압 변환부(122)의 센싱 동안은 연산 증폭기(122-1)의 입력 노드의 전압에 노이즈 영향을 감소시키도록 제 2 커패시터(C2)로의 경로를 차단시킨다.
반전 스위치 펄스 신호(SWP) 신호에 응답하여 복수의 오프셋 신호(OFF1-OFF4) 중 어느 하나의 신호를 인가한다(S140). 활성화된 오프셋 신호(OFF1-OFF4) 중 어느 하나의 신호는 제 2 커패시터(C2)의 상쇄 동작을 위해 충분히 활성화 구간을 갖도록 제어된다. 이때, 제 2 커패시터(C2)의 양단 간의 전압 범위는 오프셋 신호(OFF1-OFF4)의 스윙 범위와 실질적으로 동등할 수 있다. 따라서, 제 2 커패시터(C2)의 커패시턴스 보상 능력이 향상될 수 있다.
입력 전압(SELF_TX)이 전압 범위 내 최대치인지 판단한다(S150).
만약 전압 최대치이면(Yes), 입력 신호(SELF_TX) 인가를 완료하여 종료한다. 추가적으로, 입력 신호(SELF_TX) 인가를 완료하는 동작도 다단계로 나누어 감소시키면서 종료할 수 있다.
만약, 전압 최대치가 아니면(No), 입력 신호(SELF_TX)를 소정 증분시켜 다시 입력 신호(SELF_TX)를 추가로 인가한다(S120).
이와 같이, 본 발명의 다른 실시 예에 따르면, 터치 스크린 패널(도 1의 110 참조)을 센싱하는 구간도 입력 신호(SELF_TX)를 이용하여 다단계로 센싱할 수 있고, 이에 대응되어 오프셋 커패시턴스의 양도 그에 상응하여 소정 크기만큼 조정하며 상쇄할 수 있다.
도 16은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치(100)를 포함하는 디스플레이 구동 회로(400)의 개략적인 블록도이다.
디스플레이 구동 회로는 터치 디스플레이 장치(100)를 구동하기 위한 디스플레이 구동부(200) 및 CPU(300)가 포함된다.
터치 디스플레이 장치(100)는 터치 스크린 패널(110) 및 터치 스크린 센서 블록(120)을 포함한다.
디스플레이 구동부(200)는 터치 스크린 패널(110)에 이미지를 구현하기 위한 타이밍 컨트롤러(210), 게이트 드라이버(220) 및 소스 드라이버(230)를 포함할 수 있다.
터치 디스플레이 장치(100)는 센싱 라인으로부터 커패시턴스를 센싱하고 이를 전압으로 변환하여 최종적으로 터치 데이터(data)를 생성할 수 있다. 터치 데이터에 기반하여 소정의 논리 연산 수행함으로써 터치 동작 수행 여부 및 터치 위치를 판단할 수 있다.
여기서, 터치 디스플레이 장치(100)는 소정 사이즈의 셀프 커패시터를 구비하여 오프셋 커패시턴스의 영향을 제거할 수 있다.
또한, 터치 디스플레이 장치(100)는 디스플레이 구동부(200) 내의 타이밍 컨트롤러(210)로부터 적어도 하나의 타이밍 정보(timing info)를 수신하고 수신된 타이밍 정보(timing info)에 기초하여 활성화 타이밍을 갖는 제어 신호(미도시)를 생성할 수 있다.
예컨대, 타이밍 컨트롤러(210)는 CPU(300)로부터 수직 동기 신호 또는 수평 동기 신호를 직접 입력 받을 수 있거나 CPU(300)로부터 제공되는 데이터 인에이블 신호(미도시) 등에 기초하여 수직 동기 신호 또는 수평 동기 신호를 생성할 수 있다. 또한, 타이밍 컨트롤러(210)는 적어도 하나의 타이밍 신호를 생성함으로써, 공통 전극 전압(예컨대, VCOM 전압) 및 게이트 라인 신호의 발생 등을 제어할 수 있다.
터치 디스플레이 장치(100)는 타이밍 컨트롤러(210)로부터 제공되는 타이밍 정보(timing info)에 기초하여 제어 신호(미도시)를 출력할 수 있으며, 제어 신호에 의해 터치 데이터(data)의 출력 타이밍이 조절될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 디스플레이 장치(100)와 디스플레이 구동부(200)는 동일한 칩에서 구현되거나 서로 다른 칩에서 각각 구현될 수도 있다.
도 17a 내지 도 17c는 본 발명의 실시 예들에 따른 터치 디스플레이 장치(100)를 적용한 다양한 실시예의 도면들이다.
도 17a는 발명의 실시 예에 따른, 오프셋 커패시턴스를 제거하는 오프셋 커패시턴스 제어부(125)를 포함하는 터치 디스플레이 장치(100)가 적용된 휴대폰을 나타낸 것이다.
도 17b는 본 발명의 실시 예에 따른, 오프셋 커패시턴스를 제거하는 오프셋 커패시턴스 제어부(125)를 포함하는 터치 디스플레이 장치(100)가 적용된 디지털 미디어 플레이어 중 카메라를 나타낸 것이다.
도 17c는 오프셋 커패시턴스를 제거하는 오프셋 커패시턴스 제어부(125)를 포함하는 터치 디스플레이 장치(100)가 적용된 개인용 컴퓨터를 나타낸 것이다.
본 발명은 도면에 도시된 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 등록 청구 범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
본 발명은 디스플레이 장치, 특히 터치 디스플레이 장치에 적용이 가능하다.
상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
110: 터치 스크린 패널
120: 터치 스크린 센서 블록
122: 전압 변환부
123: 전압 제어부
125: 오프셋 제어부

Claims (20)

  1. 라인 센싱 구간 동안 해당 라인을 복수의 단계로 구동(drive)하고, 상기 복수의 단계에 상응하여 오프셋 커패시턴스를 복수의 단계로 조정하며,
    순차적으로 증가하는 전압 신호로 상기 해당 라인을 구동하며, 상기 순차적으로 증가하는 전압 신호에 대응하여 순차적으로 활성화되는 복수의 오프셋 신호로 상기 오프셋 커패시턴스를 상기 복수의 단계로 조정하는 터치 디스플레이 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 디스플레이 장치는,
    X 방향으로 연장되어 배치되는 게이트 라인 및 Y 방향으로 연장되어 배치되는 데이터 라인을 포함하는 터치 스크린 패널; 및
    상기 터치 스크린 패널을 제어하며, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 라인 센서로서 이용하여 감지된 정전 용량을 이용하여 터치 위치를 검출하되 상기 복수의 단계로 상기 오프셋 커패시턴스를 조정하는 터치 스크린 센서 블록을 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 센서 블록은,
    상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 통해 커패시턴스 변화를 센싱하여 전압으로 변환시키는 전압 변환부;
    상기 전압 변환부의 상기 센싱하는 동안 상기 복수의 단계를 통해 상기 해당 라인의 오프셋 커패시턴스를 조절하는 오프셋 제어부; 및
    상기 전압 변환부 및 상기 오프셋 제어부 사이에 구비되며, 상기 오프셋 제어부의 전압 범위를 제어하는 전압 제어부를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 오프셋 제어부는,
    상기 복수의 오프셋 신호를 인가받는 복수의 스위치를 포함하며,
    상기 복수의 스위치는 상기 복수의 오프셋 신호의 제어에 따라 순차적으로 활성화되도록 제어되는 터치 디스플레이 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 오프셋 제어부는,
    상기 활성화된 오프셋 신호에 응답하여 보상될 총 오프셋 커패시턴스의 양을 소정 크기만큼 분할하여 조절하는 터치 디스플레이 장치.
  6. X 방향으로 연장되어 배치되는 게이트 라인 및 Y 방향으로 연장되어 배치되는 데이터 라인을 포함하는 터치 스크린 패널; 및
    상기 터치 스크린 패널을 제어하며, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 라인 센서로서 이용하여 감지된 정전 용량을 이용하여 터치 위치를 검출 시, 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치를 이용하여 상기 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스를 복수의 단계로 상쇄시키는 터치 스크린 센서 블록을 포함하고,
    상기 터치 스크린 센서 블록은,
    상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 통해 커패시턴스 변화를 센싱 시, 복수의 단계를 통해 전압으로 변환시키는 전압 변환부;
    상기 센싱하는 동안 상기 복수의 단계를 통해 상기 터치 스크린 패널의 상기 오프셋 커패시턴스를 조정하는 오프셋 제어부; 및
    상기 전압 변환부 및 상기 오프셋 제어부 사이에 구비되며, 상기 오프셋 제어부의 전압 범위를 제어하는 전압 제어부를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  7. 삭제
  8. 제 6항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    상기 커패시턴스 변화를 일측 입력 노드에, 센싱 구동 입력 신호를 타측 노드에 인가받는 연산 증폭기;
    상기 연산 증폭기의 상기 일측 입력 노드 및 출력 노드 사이에 병렬로 연결된 커패시터; 및
    상기 커패시터와 병렬 배치되어 연결된 스위치를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  9. 제 6항에 있어서,
    상기 오프셋 제어부는,
    복수의 오프셋 신호를 인가받는 상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치; 및
    상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치와 상기 전압 변환부 사이에 병렬로 구비되는 오프셋 조정용 커패시터를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치는 상기 복수의 오프셋 신호를 각각 인가받도록 병렬 배치된 터치 디스플레이 장치.
  11. 제 9항에 있어서,
    상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치는 활성화된 상기 복수의 오프셋 신호를 인가받으면 턴온되는 터치 디스플레이 장치.
  12. 제 9항에 있어서,
    상기 오프셋 제어부는,
    상기 복수의 오프셋 신호의 활성화 타이밍은 서로 다르도록 제어되고 활성화되는 구간 일부는 서로 중첩되도록 제어되는 터치 디스플레이 장치.
  13. 제 12항에 있어서,
    상기 오프셋 제어부는,
    활성화된 상기 복수의 오프셋 신호에 응답하여 보상될 총 오프셋 커패시턴스의 양을 소정 크기만큼 분할하여 조절하는 터치 디스플레이 장치.
  14. X 방향으로 연장되어 배치되는 게이트 라인 및 Y 방향으로 연장되어 배치되는 데이터 라인을 포함하는 터치 스크린 패널; 및
    상기 터치 스크린 패널을 제어하며, 상기 게이트 라인 및 상기 데이터 라인을 라인 센서로서 이용하여 감지된 정전 용량을 이용하여 터치 위치를 검출 시, 해당 라인 센싱을 복수의 단계로 구동하고 상기 터치 스크린 패널의 오프셋 커패시턴스를 복수의 단계로 상쇄시키는 터치 스크린 센서 블록을 포함하고,
    순차적으로 증가하는 전압 신호로 상기 해당 라인 센싱을 구동하며, 상기 순차적으로 증가하는 전압 신호에 대응하여 순차적으로 활성화되는 복수의 오프셋 신호로 상기 오프셋 커패시턴스를 상기 복수의 단계로 상쇄시키는 터치 디스플레이 장치.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 터치 스크린 센서 블록은,
    상기 해당 라인을 통해 커패시턴스 변화를 센싱 시, 소정 전압 크기로 증가시며 상기 복수의 단계로써 출력 전압으로 변환시키는 전압 변환부;
    상기 센싱하는 동안 상기 복수의 단계를 통해 상기 해당 라인의 상기 오프셋 커패시턴스를 조정하는 오프셋 제어부; 및
    상기 전압 변환부 및 상기 오프셋 제어부 사이에 구비되며, 상기 오프셋 제어부의 전압 범위를 제어하는 전압 제어부를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  16. 제 15항에 있어서,
    상기 전압 변환부는,
    상기 커패시턴스 변화를 일측 입력 노드에, 센싱 구동 입력 신호를 타측 노드에 인가받는 연산 증폭기;
    상기 연산 증폭기의 상기 일측 입력 노드 및 출력 노드 사이에 병렬로 연결된 커패시터; 및
    상기 커패시터와 병렬 배치되어 연결된 스위치를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  17. 제 16항에 있어서,
    상기 센싱 구동 입력 신호가 상기 소정 전압 크기로 증가하는 계단형 펄스 신호인 터치 디스플레이 장치.
  18. 제 15항에 있어서,
    상기 오프셋 제어부는,
    상기 복수의 오프셋 신호에 의해 제어되며, 상기 복수의 오프셋 신호를 인가받도록 병렬로 배치된 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치; 및
    상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치와 상기 전압 변환부 사이에 병렬로 구비되는 오프셋 조정용 커패시터를 포함하는 터치 디스플레이 장치.
  19. 제 18항에 있어서,
    상기 복수의 오프셋 커패시턴스 조정용 스위치는 활성화된 상기 복수의 오프셋 신호를 인가받아 턴온 될 때,
    상기 복수의 오프셋 신호의 활성화 타이밍은 서로 다르도록 제어되고 활성화되는 구간 일부는 서로 중첩되도록 제어되는 터치 디스플레이 장치.
  20. 제 19항에 있어서,
    상기 오프셋 제어부는,
    활성화된 상기 복수의 오프셋 신호에 응답하여 보상될 총 오프셋 커패시턴스의 양을 소정 크기만큼 분할하여 조절하는 터치 디스플레이 장치.
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