KR102440812B1

KR102440812B1 - 터치 센싱장치 및 이의 구동방법

Info

Publication number: KR102440812B1
Application number: KR1020150103988A
Authority: KR
Inventors: 이홍주; 김범진
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2015-07-22
Filing date: 2015-07-22
Publication date: 2022-09-07
Also published as: KR20170012718A

Abstract

본 발명의 터치 센싱장치는 터치 스크린을 가지는 표시패널, 표시패널 구동회로, 터치 센싱회로 및 호스트 시스템을 포함한다. 표시패널 구동회로는 표시패널에 영상 표시를 제어한다. 터치 센싱회로는 터치 스크린의 불량 터치 센서들의 위치를 지시하는 불량 센서 좌표를 저장하고, 터치 스크린의 정상적인 터치 센서들을 통해 센싱된 터치 입력의 위치 정보를 산출한다. 호스트 시스템은 어플리케이션 프로그램과 연계되는 입력 유저인터페이스의 데이터를 입력 영상 데이터에 부가하여 표시패널 구동회로로 전송하고, 터치 센싱회로로부터 수신된 터치 입력 좌표에 응답하여 어플리케이션을 실행한다. 그리고 호스트 시스템은 터치 입력 좌표가 불량 센서 좌표와 동일할 경우에는 터치 입력 좌표에 대응하는 터치 입력을 무시한다.

Description

터치 센싱장치 및 이의 구동방법{TOUCH SENSING APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 터치 센싱장치 및 이의 구동방법에 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 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 있으며, 터치 UI는 휴대용 정보기기에 기본적으로 설치되고 있는 추세에 있다. 터치 UI를 구현하기 위하여, 가전기기나 휴대용 정보기기의 표시소자 상에 터치 센싱장치가 설치된다. 정전 용량 방식의 터치 센싱장치는 기존의 저항막 방식에 비하여 내구성과 선명도가 높고, 멀티 터치 인식과 근접 터치 인식이 가능하여 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있는 장점이 있다.

터치 센싱장치는 표시패널 내부의 픽셀 어레이에 인셀(In-Cell) 방식으로 내장되기도 하기 때문에, 제조 공정에서 검사 과정을 통해서 터치 센싱장치에 이상이 발생할 경우에는 표시패널까지 불량으로 판정된다. 터치 센싱장치에서 나타내는 불량 중에서 터치 스크린 패널의 각 라인이 쇼트(short)되거나 오픈(open)되는 불량이 발생하기도 하는데, 일부 영역의 터치 불량으로 인해서 터치 패널뿐만 아니라 디스플레이 패널까지 모두 폐기되어야 하기 때문에 공정 수율이 매우 저하된다.

또한, 정상적인 완제품으로 출하된 이후에도 터치 센싱장치에 발생한 불량으로 인해서 정상적인 동작을 수행하기 곤란한 경우도 발생한다.

본 발명은 패널 제조 과정에서 수율을 높일 수 있는 터치 센싱장치 및 이의 구동방법에 관한 것이다.

또한, 본 발명은 패널 사용 과정에서 터치 패널에 불량이 발생하였을 때에, 터치 입력을 원활하게 할 수 있는 터치 센싱장치 및 이의 구동방법을 제공하기 위한 것이다.

본 발명은 터치 센서들 중에서 불량이 발생한 센서를 검출하고, 터치 입력에 영향을 끼치지 않는 영역의 불량 센서에 대해서는 터치 입력을 무시하기 때문에, 터치 센싱장치를 원활히 동작시킬 수 있다.

또한, 본 발명은 불량 센서들의 영역이 터치 입력에 영향을 끼칠 정도의 크기라면, 터치 유저인터페이스의 위치를 변경시켜서 터치 유저인터페이스를 사용할 수 있다.

도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 2는 액정셀의 등가 회로도이다.
도 3은 본 발명에 의한 터치 스크린 장치의 구동방법을 나타내는 순서도.
도 4의 (a) 및 (b)는 입력 유저인터페이스의 변경 예를 나타내는 도면들.
도 5는 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린 장치의 어레이를 나타내는 도면.
도 6는 도 4에 도시된 터치센서의 등가회로도.
도 7은 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린 장치의 어레이를 나타내는 도면.
도 8은 도 6에 도시된 터치센서의 등가회로도.
도 9는 도 6에 도시된 터치센서의 불량 발생시의 등가회로도.

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.

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. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 예에 의한 터치 패널을 포함하는 표시장치를 나타내는 도면이다.

도 1을 참조하면, 제1 실시 예에 의한 표시장치는 표시패널(10), 표시패널 구동회로, 타이밍 콘트롤러(22), 터치 센싱회로(100) 등을 포함한다.

표시패널(10)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 기판들은 유리 기판, 플라스틱 기판, 필름 기판 등으로 제작될 수 있다. 표시패널(10)의 하부 기판에 형성된 픽셀 어레이는 데이터라인들(DL), 데이터라인들(DL)과 직교되는 게이트라인들(GL), 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀 어레이는 데이터라인들(DL)과 게이트라인들(GL)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 픽셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 화소전극들(1), 화소전극들에 접속되어 픽셀 전압을 유지시키는 스토리지 커패시터(Cst) 등을 더 포함한다.

표시패널(10)의 픽셀들은 데이터라인들(DL)과 게이트라인들(GL)에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극(1)에 인가되는 데이터전압과, 공통전극(2)에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(11)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극(1)에 공급한다. 공통전극(2)은 하부 기판이나 상부 기판에 형성될 수 있다.

표시패널(10)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.

표시패널(10)은 터치 스크린을 포함한다. 터치 스크린은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치(또는 근접) 입력을 감지하는 정전 용량 방식의 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual) 정전 용량으로 나뉘어진다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다.

이러한 표시패널(10)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. 표시패널(10)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(10)에 빛을 조사한다.

표시패널 구동회로는 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)를 이용하여 입력 영상의 데이터를 표시패널(10)의 픽셀들에 기입한다.

데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생한다. 데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(DL)에 공급하고, 데이터전압의 극성을 반전시킨다.

게이트 구동회로(26, 30)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(10)의 라인을 선택한다. 게이트 구동회로는 레벨 시프터(Level shifter, 26)와, 쉬프트 레지스터(Shift register, 30)를 포함한다. 쉬프트 레지스터(30)는 GIP(Gate in panel) 방식으로 표시패널(10)의 기판에 직접 형성될 수 있다.

레벨 시프터(26)는 표시패널(10)의 하부 기판에 전기적으로 연결된 인쇄회로보드(Printed Circuit Board, 이하 "PCB"라 함)(20)에 형성될 수 있다. 레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 스타트펄스(VST)와 클럭신호들(CLK)을 출력한다. 게이트 하이 전압(VGH)은 표시패널(10)의 픽셀 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 이상의 전압으로 설정된다. 게이트 로우 전압(VGL)은 표시패널(10)의 픽셀 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정된다. 이러한 레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 입력되는 스타트 펄스(ST), 제1 클럭(GCLK), 제2 클럭(MCLK)에 응답하여 각각 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 스타트 펄스(VST)와 클럭신호(CLK)를 출력한다. 레벨 시프터(26)로부터 출력된 클럭신호들(CLK)은 순차적으로 위상이 시프트되어 표시패널(10)에 형성된 쉬프트 레지스터(30)로 전송된다.

쉬프트 레지스터(30)는 픽셀 어레이의 게이트 라인들(12)과 연결되도록 픽셀 어레이가 형성되는 표시패널(10)의 하부 기판 가장자리에 형성된다. 쉬프트 레지스터(30)는 종속적으로 접속된 다수의 스테이지들을 포함한다. 쉬프트 레지스터(30)는 레벨 시프터(26)로부터 입력되는 스타트펄스(VST)에 응답하여 동작하기 시작하고 클럭신호들(CLK)에 응답하여 출력을 시프트하여 표시패널(10)의 게이트라인들에 게이트펄스를 순차적으로 공급한다.

타이밍 콘트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로(24)의 IC(Integrated Circuit)들에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 타이밍 콘트롤러(22) 또는 호스트 시스템은 표시패널 구동회로와 터치 센싱회로(100)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 동기신호(SYNC)를 발생한다.

터치 센싱회로(100)는 터치 스크린의 정전 용량 터치센서(COM)들에 연결된 센싱라인들에 터치 구동신호를 인가하여 터치 전후의 터치 구동신호 전압 변화나 터치 구동신호의 라이징 또는 폴링 에지 지연 시간을 카운트하여 터치(또는 근접) 입력 전후의 정전 용량 변화를 센싱한다. 터치 센싱회로(100)는 터치 스크린의 정전 용량 센서들로부터 수신된 전압을 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 발생하고, 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 터치 원시 데이터를 분석하여 터치(또는 근접) 입력을 검출한다. 터치 센싱회로(100)는 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표를 포함한 터치 레포트(Touch report) 데이터를 호스트 시스템으로 전송한다.

또한, 터치 센싱회로(100)는 불량 터치 센서들의 위치를 지시하는 불량 센서 좌표를 산출하고, 산출한 불량 센서 좌표를 저장한다.

호스트 시스템(1)은 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(1)은 스케일러(scaler)를 이용하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(10)의 해상도에 맞는 포맷으로 변환하고 그 데이터와 함께 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(22)에 전송한다.

또한, 호스트 시스템(1)은 터치 센싱회로(100)로부터 입력되는 터치 레포트 데이터 에 응답하여 터치(또는 근접) 입력과 연계된 응용 프로그램을 실행한다. 호스트 시스템(1)은 터치 입력과 연계된 응용 프로그램을 실행하는 과정에서, 터치 입력 좌표에 불량 센서 좌표일 경우에 해당 터치 입력을 무시한다.

도 3은 본 발명에 의한 터치 스크린 장치의 구동방법을 나타내는 순서도이다. 도 3을 참조하여, 터치 센싱회로(100)가 불량 센서 좌표를 산출하고, 불량 센서 좌표를 바탕으로 호스트 시스템(1)이 터치 입력을 처리하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.

도 3을 참조하면, 본 발명에 의한 터치 센싱장치에서 터치 센싱회로(100)는 불량 터치센서를 검출한다. 터치 센싱회로(100)가 불량 터치센서를 검출하는 과정은 외부 터치 입력이 없는 상태에서 수행된다. 일례로, 터치 불량 센서를 검출하는 과정은 패널 검사 과정에서 수행될 수 있다. 패널 검사 과정은 표시패널(10)에 터치 센싱회로(100) 및 호스트 시스템(1)이 결합되지 않은 모듈 조립 상태에서 수행될 수 있다. 모듈 상태에서 터치 불량 센서를 검출하기 위해서 검사용 지그(미도시)를 이용하여 표시패널(10)에 구동신호를 입력할 수 있다.

또는 불량 터치센서를 검출하는 과정은 터치 센싱장치를 포함하는 전자기기가 완제품으로 출하된 이후에도 수행될 수 있다. 예컨대, 터치 불량 센서를 검출하는 과정은 사용자가 전자기기를 사용하는 과정에서 기기를 온/오프 하는 파워 시퀀스(Power Sequence) 기간에 수행될 수 있다.(S301)

터치 센싱회로(100)는 불량 터치센서를 검출하고, 불량 터치센서의 위치를 지시하는 불량 센서 좌표를 산출한다.(S303)

호스트 시스템(1)은 불량 센서 좌표 정보를 바탕으로, 서로 이웃하는 불량 센서 좌표들의 면적을 산출한다. 호스트 시스템(1)은 라벨링(Labeling) 방법을 이용하여 이웃하는 불량 센서 좌표들의 면적을 산출할 수 있다. 호스트 시스템(1)은 라벨링되어 서로 인접한 불량 센서 좌표들이 차지하는 불량 영역의 크기를 산출하고, 불량 영역의 크기를 임계치와 비교한다. (S305)

호스트 시스템(1)이 불량 영역의 크기를 임계치와 비교하는 것은 표시패널(10)에 표시되는 입력 유저인터페이스의 변경 유무를 결정하기 위한 것이다. 도 3에서 보는 바와 같이, 후술하는 본 발명의 구동방법은 S313단계에서 불량 센서 좌표의 입력이 무시되기 때문에, 그로 인해 터치 입력 오류가 발생할 수 있다. 호스트 시스템(1)은 터치 입력 오류를 방지하기 위해서 S305 단계 내지 S309 단계를 통해서 불량 영역에 따라서 입력 유저인터페이스를 재설정한다.

호스트 시스템(1)은 불량 영역이 임계치 보다 작을 경우에는 표시패널(10)이 정상적인 입력 유저인터페이스(UI: User Interface)를 표시하도록 타이밍 콘트롤러(22)를 제어한다. 불량 영역의 크기를 비교하기 위한 임계치는 입력 유저인터페이스의 크기 및 사용자의 터치 영역을 고려하여 설정될 수 있다. 예컨대, 도 4의 (a)에서 보는 바와 같이, 불량 영역의 크기가 입력 유저인터페이스(51)의 크기에 대비하여 작을 경우에는 불량 영역을 벗어나서도 입력 유저인터페이스(51)를 접촉할 수 있는 가능성이 크다. 또는 사용자가 터치하는 영역에 대비하여 불량 영역의 크기가 작을 경우에는 불량 영역이 무시되고 입력 유저인터페이스를 접촉할 수 있다. 이처럼 입력 유저인터페이스(51) 또는 사용자의 터치 영역을 고려한 임계치를 미리 설정한 상태에서, 호스트 시스템(1)은 불량 영역이 임계치 이하일 경우에는 정상적인 입력 유저인터페이스(51)를 표시하고, 터치 구동을 수행한다.(S307,S309)

이에 반해서, 도 4의 (b)에서 보는 바와 같이, 불량 영역(43)이 크게 형성된 "A1"에 입력 유저인터페이스가 위치할 경우에는 사용자가 입력 유저인터페이스를 터치하려다가 불량 영역만을 터치할 수 있다. 본 발명은 S313 단계에서 불량 센서 좌표를 무시하기 때문에, 입력 유저인터페이스가 표시되는 위치에 불량 영역이 발생하면 해당 입력 유저인터페이스를 동작시키는 데에 불편함이 초래된다. 이를 방지하기 위해서 호스트 시스템(1)은 불량 영역의 크기가 임계치 이상일 경우에는, 도 4의 (b)에서와 같이 입력 유저인터페이스(55)가 불량 영역을 벗어나도록 입력 유저인터페이스(55)의 위치를 변경한다. 예컨대, 호스트 시스템(1)은 입력 유저인터페이스(55)의 위치가 "A1"에서 "B1"위치에 표시되도록 제어한다.(S311)

터치 센싱장치를 구동하는 과정에서, 호스트 시스템(1)은 터치 센싱회로(100)로부터 지속적으로 터치 입력 좌표를 제공받는다. 호스트 시스템(1)은 터치 입력 좌표에 연계되는 응용 프로그램을 실행시키되, 입력 좌표가 불량 센서 좌표에 해당할 경우에는 해당 터치 입력을 무시한다.(S315,S317)

불량 센서는 지속적으로 터치 입력 신호를 발생할 수 있다. 본 발명의 터치 센싱장치는 불량이 발생한 터치 센서의 입력 좌표를 무시하기 때문에, 불량 센서로 인해서 터치가 오인식되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 도 4의 (b)에서와 같이 불량 영역이 클 경우에는 불량 영역에 위치한 입력 유저인터페이스를 다른 곳으로 옮겨서 표시하기 때문에, 입력 유저인터페이스의 동작이 불능 상태로 되는 것도 방지할 수 있다.

터치 센서가 불량이 되는 경우는 주로 터치 센서 내의 각종 배선들이 쇼트(short)되거나 오픈(open) 될 때 발생한다. 이하, 자기 정전 용량 방식과 상호 정전 용량 방식의 터치 센싱장치에서 터치 센서의 불량을 검출하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 5는 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 배선 구조를 보여 주는 평면도이다.

도 5를 참조하면, 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린은 터치센서(COM)를 포함한다. 터치센서(COM) 각각의 크기는 픽셀들 보다 큰 투명 도전 물질로 형성된다. 터치센서(COM) 각각은 다수의 픽셀들과 중첩된다. 터치센서(COM) 각각은 자기 정전 용량에 연결되어 터치 스크린 구동기간 동안 자기 정전 용량의 전극으로 이용된다.

터치 센싱회로(100)는 센싱라인들(L1~L4)을 통해 터치센서들(COM1~COMn)에 1:1로 연결될 수 있다. 도시하지 않은 공통 전압원은 표시패널 구동기간(T1) 동안 센싱라인들(L1~L4)을 통해 터치센서(COM)에 공통전압(Vcom)을 공급한다. 따라서, 터치센서(COM)은 표시패널 구동기간(T1) 동안 공통전극(2)으로 동작한다.

터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동기간 동안 인에이블(enable)되어 터치 구동신호를 센싱라인들(L1~L4)에 동시에 공급한다.

도 6은 자기 정전 용량 방식에서의 터치센서의 등가 회로도이다. 도 6을 참조하여, 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린 장치에서 불량 센서를 검출하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

자기 정전 용량 방식에서의 터치센서의 등가회로는 제1 내지 제4 기생 커패시터(C1, C2, C3,Cp)를 포함한다. 제1 기생 커패시터(C1)는 센싱라인(L1~L4)과 게이트라인(GL) 사이의 커패시터이고, 제2 기생 커패시터 (C2)는 센싱라인(L1~L4)과 데이터라인(DL) 사이의 커패시터이다. 제3 기생 커패시터(C3)는 센싱라인(L1~L4)과 공통전압 간의 커패시터이다. 제4 기생 커패시터(Cp)는 표시패널(10)에서 데이터라인(DL)과 게이트라인(GL) 이외의 다른 구성요소들과 센싱라인(L1~L4) 사이에 형성된 커패시터이다.

불량 터치센서를 검출하기 위해서 터치 스크린 패널에 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)을 인가한다. 제1 전압(V1)은 게이트라인(GL), 데이터라인(DL) 및 공통전압라인(Vcom)에 제공된다. 제2 전압(V2)은 증폭기(11)의 비반전 단자(+)에 제공된다. 제1 전압(V1) 및 제2 전압(V2)을 제공하였을 때에, 반전 단자(-)에 연결되는 총합 커패시터(Ctot)은 다음의 [수학식1]과 같다.

수학식1에서, 정상 상태일 경우에 총합 커패시터(Ctot)는 제1 내지 제4 기생 커패시터(C1,C2,C3,Cp)의 총합과 같아서, Ctot = C1+C2+C3+Cp로 나타낼 수 있다.

하지만, 터치 센서에서 특정 영역이 오픈(open)되면 총합 커패시터(Ctot)는 작아진다. 예컨대, 제2 기생 커패시터(C2)와 제3 기생 커패시터(C3)를 각각 형성하는 라인들 사이에서 오픈 현상이 발생하면, 총합 커패시터(Ctot)는 제3 및 제4 기생 커패시터(C3, Cp)의 합으로 표현된다. 수학식 1에서 증폭기(111)의 출력전압과 총합 커패시터(Ctot)는 비례 관계에 있기 때문에, 터치 센서(COM) 내에서 라인 간에 오픈되는 구간이 발생하면 증폭기(111)의 출력전압(Vout)은 감소한다. 이처럼 증폭기(111)의 출력전압이 정상상태일 때에 대비하여 임계치 이하일 때에는, 터치센서(COM) 내에서 오픈 현상이 발생한 것으로 간주하여, 해당 터치센서(COM)를 불량 터치센서로 간주한다.

이와는 달리, 터치센서(COM)에서 특정 영역이 쇼트(short)되면, 증폭기(111)의 출력전압은 기저전압(GND)나 고전위전압(VDD)으로 포화(Saturation)된다. 마찬가지로 증폭기(111)의 출력전압(Vout)이 기저전압(GND)나 고전위전압(VDD)으로 나타나면, 터치센서(COM) 내에서 쇼트 현상이 발생한 것으로 간주하여, 해당 터치센서(COM)를 불량 터치센서로 간주한다.

도 7은 상호 정전 용량 방식 터치 스크린의 일례를 나타내는 평면도이다.

도 7을 참조하면, 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 복수 개의 터치 센서(COM)들을 포함하고, 수평방향으로 연결되는 터치센서(COM)들은 각각 Tx 라인, Rx 라인 및 TxB 라인을 형성한다. 서로 인접하는 Tx 라인과 Rx 라인 사이, 그리고 서로 인접하는 Rx 라인과 TxB 라인 사이에는 상호 정전 용량이 형성된다.

터치 센싱회로(100)는 Tx 라인들, Rx 라인들 및 TxB 라인들에 연결되고, 터치 센싱회로(100)와 터치 센서들 간의 등가회로는 도 8과 같이 표현된다. 도 8에서, 제1 상호 정전 용량(Cm11)은 Tx 라인과 Rx 라인 간의 정전 용량을 나타내고, 제2 상호 정전 용량(Cm21)은 Tx 라인과 Rx 라인 간의 정전 용량을 나타낸다. Tx 라인들에 제1 구동전압(Vin)을 제공하고, TxB 라인들에 제2 구동전압(-Vin)을 제공하면 정상 상태에서의 출력전압(Vout)은 다음의 [수학식 2]와 같이 표현된다.

만약, 제1 터치센서(Com1)와 제2 터치센서(Com2) 간에 쇼트가 발생하면, 터치센서의 등가회로는 도 9과 같이 표현되고, [수학식 2]에서 Cm11 성분은 커지기 때문에 출력전압(Vout)은 증가한다.

또는, 제21 터치센서(COM21)와 제22 터치센서(COM22) 간에 쇼트가 발생하면, [수학식 2]에서 Cm21 성분은 커지기 때문에 출력전압(Vout)은 감소한다.

터치 센싱회로(100)는 출력전압(Vout)이 변화하는 정도가 임계치 이상일 경우에, 해당 터치센서들 간에 쇼트가 발생하였다고 판단한다.

도 5 내지 도 9를 참조하여 설명한 불량센서 검출방법은 터치 스크린 패널의 어레이 구조에 따라서 다양한 방식으로 실시될 수 있다. 불량센서는 사용자의 터치 입력을 수신하는 않는 과정에서 터치센서를 구동하여 정전 용량의 변화량을 바탕으로 정상 상태의 범위를 벗어난 지 여부를 바탕으로 검출될 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.

1: 호스트 시스템 10: 표시패널
100: 터치 센싱회로

Claims

터치 입력이 없는 상태에서, 터치 스크린의 터치 센서들 중에서 불량 터치 센서들의 위치를 지시하는 불량 센서 좌표를 산출하는 단계;
상기 터치 스크린을 구동하여 터치 센서들로부터 터치 입력 좌표를 산출하는 단계;
이웃하는 상기 불량 센서 좌표들을 라벨링하여 서로 인접하는 상기 불량 센서 좌표들의 크기를 나타내는 불량 영역을 산출하는 단계;
상기 불량 영역의 크기가 임계치 이상인지 판단하는 단계;
상기 불량 영역의 크기가 상기 임계치 이상이 아니면, 상기 터치 입력 좌표들과 상기 불량 센서 좌표를 비교하여 상기 불량 센서 좌표와 매칭되는 상기 터치 입력 좌표들은 무시한 상태에서, 나머지 터치 입력 좌표들에 연계되는 응용 프로그램을 실행하는 단계; 및
상기 불량 영역의 크기가 상기 임계치 이상이면 입력 유저인터페이스가 상기 불량 영역을 벗어나도록 위치를 변경하여 표시하는 단계를 포함하는 터치 센싱장치의 구동방법.
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제 1 항에 있어서,
상기 불량 터치 센서들을 검출하는 단계는 상기 터치 스크린을 가지는 전자 기기의 제품 출하 이전 검사 공정에서 수행되는 터치 센싱장치의 구동방법.
제 1 항에 있어서,
상기 불량 터치 센서들을 검출하는 단계는 상기 터치 스크린을 가지는 전자 기기의 전원을 턴-온하여 상기 전자 기기를 시동(booting)하는 파워 온 시퀀스(power on sequence)과정에서 상기 터치 스크린에 연결된 센싱 회로를 시동하는 단계를 포함하는 터치 센싱장치의 구동방법.
터치 스크린을 가지는 표시패널;
상기 표시패널에 영상 표시를 제어하는 표시패널 구동회로;
상기 터치 스크린의 불량 터치 센서들의 위치를 지시하는 불량 센서 좌표를 저장하고, 상기 터치 스크린의 정상적인 터치 센서들을 통해 센싱된 터치 입력의 위치 정보를 산출하는 터치 센싱 회로; 및
어플리케이션 프로그램과 연계하여 상기 표시패널 상에 표시되는 입력 유저인터페이스의 데이터를 입력 영상 데이터에 부가하여 상기 표시패널 구동회로로 전송하고, 상기 센싱 회로로부터 수신된 터치 입력 좌표에 응답하여 상기 어플리케이션을 실행하는 호스트 시스템을 포함하고,
상기 터치 센싱회로는 이웃하는 상기 불량 센서 좌표들을 라벨링하여 불량 영역을 산출하고,
상기 호스트 시스템은 상기 불량 영역의 크기가 임계치 이상이 아니면, 상기 터치 입력 좌표가 상기 불량 센서 좌표와 동일할 경우에 상기 터치 입력 좌표에 대응하는 터치 입력을 무시하고, 상기 불량 영역의 크기가 상기 임계치 이상이면 상기 입력 유저인터페이스가 상기 불량 영역을 벗어나도록 위치를 변경하여 표시하도록 상기 표시패널 구동회로를 제어하는 터치 센싱장치.
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제 6 항에 있어서,
상기 터치 스크린은
복수 개의 터치 센서가 수평방향으로 배열되는 Tx 라인;
상기 Tx 라인에 인접하며 복수 개의 터치 센서가 수평방향으로 배열되는 Rx 라인; 및
상기 Rx 라인에 인접하며 복수 개의 터치 센서가 수평방향으로 배열되는 TxB 라인을 포함하며,
상기 터치 센싱회로는 상기 Tx 라인(또는 상기 TxB 라인)에 구동신호를 제공하여, 상기 Tx 라인(또는 TxB 라인)과 상기 Rx 라인 간의 상호 정전용량을 산출하고, 상기 상호 정전용량의 크기를 바탕으로 상기 Tx 라인(또는 상기 TxB) 내에서 상기 터치 센서들 간의 단락(short) 여부를 판단하는 터치 센싱장치.