KR20100043794A - 감지장치와 그 출력 증폭방법 - Google Patents

감지장치와 그 출력 증폭방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 각종 센서의 감도 및 정확도를 높이도록 한 감지장치에 관한 것으로, 이 감지장치는 다수의 센서들을 포함하는 센서 어레이; 및 상기 센서 어레이로부터 얻은 적어도 일부의 센서 출력들에서 이웃한 센서 출력들에 서로 다른 가중치를 부여하여 상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 증폭회로를 구비한다.

Description

감지장치와 그 출력 증폭방법{SENSING DEVING AND METHOD FOR AMPLIFYING OUTPUT THEREOF}
본 발명은 각종 센서의 감도 및 정확도를 높이도록 한 감지장치와 그 출력 증폭방법에 관한 것이다.
가전기기나 휴대용 정보기기의 경량화, 슬림화 추세에 따라 유저 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치센서로 대체되고 있다.
터치센서는 정전용량 방식, 저항 방식, 압력 방식, 광학 방식, 초음파 방식 등이 알려져 있다. 터치 스크린은 디스플레이 소자 상에 형성된 터치센서들로 구성된다. 터치 스크린을 손가락(finger) 혹은 펜(pen)으로 터치하더라도 그 터치를 임계값과 비교하는 것만으로는 터치여부를 판별하기가 쉽지 않고, 비터치(no-touch)로 인식되는 경우가 대부분이다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출된 발명으로써 터치센서의 감도와 정확도를 높이도록 한 감지장치와 그 출력 증폭방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 감지장치는 다수의 센서들을 포함하는 센서 어레이; 및 상기 센서 어레이로부터 얻은 적어도 일부의 센서 출력들에서 이웃한 센서 출력들에 서로 다른 가중치를 부여하여 상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 증폭회로를 구비한다.
상기 증폭회로는 증폭할 센서 출력에 가장 높은 가중치를 부여하고, 상기 증폭할 센서 출력에 이웃하는 센서 출력에 상대적으로 낮은 가중치를 부여한다.
상기 증폭회로는 이웃하는 홀수 개의 센서 출력들 각각에 상기 가중치를 부여하는 마스크를 쉬프트하면서 상기 센서 출력들 각각을 증폭한다.
상기 증폭회로는 상기 마스크의 중앙에 위치하는 상기 센서 출력에 가장 높은 가중치가 부여되고, 상기 마스크의 일측 끝단과 타측 끝단에 위치하는 상기 센서 출력들에 가장 낮은 가중치를 부여한다.
상기 증폭회로는 상기 마스크의 중앙으로부터 상기 마스크의 끝단으로 갈수록 상기 가중치가 낮게 제어한다.
본 발명의 감지장치의 출력 증폭방법은 다수의 센서들을 포함하는 센서 어레 이로부터 상기 센서 출력들을 얻는 단계; 및 적어도 일부의 센서 출력들에서 상기 센서 출력들에 서로 다른 가중치를 부여하여 상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 감지장치와 그 출력 증폭방법은 이웃한 센서 출력 데이터에 서로 다른 가중치를 부여하여 센서의 감도와 정확도를 높일 수 있다.
상기 목적 외에 본 발명의 다른 목적 및 특징들은 첨부한 도면들을 참조한 실시예의 설명을 통하여 명백하게 드러나게 될 것이다.
이하, 도 1 내지 도 22를 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 터치센서를 중심으로 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 감지장치는 터치센서 어레이(14)와, 터치센서 어레이(14)의 출력신호를 처리하기 위한 터치신호 처리회로(15)를 포함한다. 터치센서 어레이(14)는 리드아웃라인(R1~Ri)에 접속된 다수의 터치센서를 포함한다. 터치센서 어레이(14)는 도 1 내지 도 4와 같이 디스플레이 장치의 표시패널(10) 상에 적층되거나, 표시패널(10)의 내부에 삽입되거나 혹은, 표시패널(10)의 화소 TFT 어레이 내에 형성되어 표시패널(10)과 일체화될 수 있다. 터치신호 처리회로(15)는 도 8과 같이 다수의 터치센서 집적회로들(Touch sensor integrated circuit, 이하 "TSIC"라 함)을 포함한다. 이 터치신호 처리회로(15)는 터치센서 어레이(14)의 터치센서들에 구동전압을 공급하고 리드아웃라인(R1~Ri)을 통해 터치센서들로부터 출력된 터치 데이터 전압과 기준전압의 차전압을 디지털 데이터로 변환한다.
본 발명의 실시예에 따른 감지장치는 터치신호 처리회로(15)로부터의 디지털 데이터에 가중치를 부여하고 이웃하는 디지털 데이터에 상대적으로 작은 가중치를 부여하여 터치신호 처리회로(15)로부터 출력된 디지털 데이터들을 증폭한다.
디스플레이 장치는 표시패널(10)과, 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(13), 및 타이밍 콘트롤러(11)를 구비한다. 이 디스플레이 장치는 액정 표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계 방출 표시장치(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP) 및 전계발광소자(Electroluminescence Device, EL) 등의 평판표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서 액정표시장치를 중심으로 디스플레이 장치를 설명하기로 한다.
액정표시장치는 도 5와 같이 표시패널(10)에 빛을 조사하기 위한 백라이트 유닛(BLU)을 더 구비할 수 있다. 백라이트 유닛(BLU)은 광원이 도광판의 측면과 대향하게 배치되는 에지형 백라이트 유닛으로 구현될 수 있고 또한, 광원들이 확산판 아래에 배치되는 직하형 백라이트 유닛으로 구현될 수도 있다.
표시패널(10)은 두 장의 유리기판(GLS1, GLS2) 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(10)의 하부 유리기판(GLS2)에는 도 1 내지 도 6과 같이 다수의 데이터라인들(D1~Dm), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(G1~Gn), 데이 터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들(Clc)에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극(1), 및 화소전극(1)에 접속되어 액정셀(Clc)의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등이 형성된다. 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차 구조에 의해 액정셀들이 매트릭스 형태로 배치된다. 표시패널(10)의 상부 유리기판(GLS1)에는 블랙매트릭스(BM), 컬러필터(CF), 공통전극(2) 등이 형성된다. 공통전극(2)은 TN(Twisted Nematic) 모드와 VA(Vertical Alignment) 모드와 같은 수직전계 구동방식에서 상부 유리기판(GLS1)에 형성되며, IPS(In Plane Switching) 모드와 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같은 수평전계 구동방식에서 화소전극(1)과 함께 하부 유리기판 (GLS2) 상에 형성된다. 표시패널(10)의 상부 유리기판(GLS1)과 하부 유리기판(GLS2) 각각에는 편광판(POL1, POL2)이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 유리기판(GLS1)과 하부 유리기판(GLS2) 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서(CS)가 형성될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(11)는 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(CLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들을 발생한다. 스캔 구동회로(13)를 제어하기 위한 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE), 쉬프트 방향 제어신호(DIR) 등을 포함한다. 데이터 구동회로(12)를 제어하기 위한 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 이 타이밍 콘트롤러(11)는 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(13)를 제어함과 아울러, 터치신호 처리회로(15)의 입/출력 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호를 발생하여 터치신호 처리회로(15)를 제어할 수도 있다. 예컨대, 타이밍 콘트롤러(11)는 도 7과 같이 TSIC들의 동작 타이밍을 제어하기 위한 리셋신호(RST), 기준전압 샘플링신호(SH0), 터치전압 샘플링신호(SH1) 등을 발생할 수 있다.
데이터 구동회로(12)는 다수의 소스 드라이브 IC(Source Integrated Circuit)을 포함하여 타이밍 콘트롤러(11)의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 래치한다. 그리고 데이터 구동회로(12)는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환함으로써 아날로그 정극성/부극성 화소전압을 발생하여 데이터라인들(D1~Dm)에 공급한다.
스캔 구동회로(13)는 하나 이상의 스캔 드라이브 IC를 포함하여 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 게이트라인들(G1 내지 Gn)에 순차적으로 공급한다.
도 2 내지 도 4는 터치센서 어레이(14)와 표시패널(10)의 다양한 실시예들을 나타낸다.
터치센서 어레이(14)는 도 2와 같이 표시패널(10)의 상부 편광판(POL1) 상에 적층되는 터치센서(TS)를 포함할 수 있다. 또한, 터치센서 어레이(14)는 도 3과 같이 표시패널(10) 내에 내장될 수 있다. 예를 들면, 터치센서 어레이(14)는 상부 편광판(POL1)과 상부 유리기판(GLS1) 사이에 협지되는 터치센서(TS)를 포함할 수 있다. 도 2 및 도 3과 같은 터치센서 어레이(14)는 저항막 방식의 터치센서, 정전용량 방식의 터치센서, 표면 탄성파 방식의 터치센서, 적외선 방식의 터치센서 중 어느 하나로 구현될 수 있다.
터치센서 어레이(14)는 도 4와 같이 표시패널(10)의 화소 TFT 어레이 내에 형성되는 터치센서들(TS)을 포함할 수 있다. 표시패널(10)의 화소 TFT 어레이는 하부 유리기판(GLS2) 상에 형성되며 데이터라인들(D1~Dm), 게이트라인들(G1~Gn), 화소 스위칭용 TFT들, 화소전압 유지용 스토리키 커패시터(Cst), 및 액정셀들(Clc)의 화소전극들(1) 등을 포함한다. 도 4의 터치센서들(TS)은 화소 TFT 어레이의 화소 스위칭용 TFT와 동시에 형성되는 TFT, 화소전압 유지용 스토리지 커패시터와 동시에 형성되는 센서전압 검출용 커패시터 등을 포함할 수 있다.
도 5 내지 도 7은 도 4와 같이 터치센서들이 표시패널(10)의 화소 어레이 내에 내장되는 예를 나타낸다. 화소 어레이 내장 터치센서들은 도 5 내지 도 7에 한정되지 않고 다양한 형태로 변형될 수 있다.
도 5 내지 도 7을 참조하면, 터치센서(TS) 각각은 센서 TFT(Tss), 스토리지 커패시터(CSTO), 및 스위치 TFT(Tsw) 등을 구비할 수 있다.
센서 TFT(Tss)는 상부 유리기판(GLS1)의 투명 윈도우(W)와 대향한다. 투명 윈도우(W)에는 블랙 매트릭스(BM)가 형성되지 않는다. 센서 TFT(Tss)의 게이트전극은 스토리지 기준전압라인(STOL)과 스토리지 커패시터(CSTO)의 일측단자에 접속 된다. 센서 TFT(Tss)의 드레인전극은 바이어스전압(Vbias)이 공급되는 바이어스전압 공급라인(BL)과 접속되고, 센서 TFT(Tss)의 소스전극은 제1 노드(n1)를 경유하여 스토리지 커패시터(CSTO)의 타측단자와 스위치 TFT(Tsw)의 드레인전극에 접속된다. 센서 TFT(Tss)와 대향하는 상부 유리기판(GLS1) 상에 손가락이나 스타일러스 펜 등의 터치 물체가 놓이면, 백라이트 유닛(BLU)으로부터의 빛은 하부 유리기판(GLS2), 액정층 및 상부 유리기판(GLS1)을 투과한 후에 터치 물체에 반사되어 센서 TFT(Tss)의 반도체층에 입사된다. 센서 TFT(Tss)는 자신의 반도체층에 입사되는 입사 광량에 따라 전류를 발생한다.
스토리지 커패시터(CSTO)는 스위치 TFT(Tsw)가 오프 상태를 유지하는 동안 센서 TFT(Tss)로부터의 전류를 충전한 후에, 스위치 TFT(Tsw)가 턴-온될 때 방전한다.
스위치 TFT(Tsw)는 자신에게 빛이 조사되지 않도록 상부 유리기판(GLS1)의 블랙 매트릭스(BM)와 대향한다. 스위치 TFT(Tsw)는 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 스캔펄스에 응답하여 턴-온된다. 이 스위치 TFT(Tsw)는 스토리지 커패시터(CSTO)로부터 방전되는 전압을 리드아웃라인(R1~Ri)으로 공급한다. 스위치 TFT(Tsw)의 게이트전극은 게이트라인(G1~Gn)에 접속된다. 스위치 TFT(Tsw)의 드레인전극은 제1 노드(n1)를 경유하여 센서 TFT(Tss)의 소스전극과 스토리지 커패시터(CSTO)의 타측단자에 접속되고, 스위치 TFT(Tsw)의 소스전극은 리드아웃라인(R1~Ri)에 접속된다.
도 7에 도시된 TSIC는 도 6과 같은 터치센서에 접속된 터치신호 처리회로의 일예로써 이에 한정되는 것이 아니라, TFT와 스토리지 커패시터를 포함하는 다양한 형태로 구현될 수 있다. 도 7과 같은 TSIC는 리드아웃라인들(R1~Ri)에 접속된다. TSIC는 연산 증폭기(OPamp), 제1 및 제2 출력 스위치소자(SH0, SH1), 출력 버퍼, 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Convertor, ADC) 등을 구비한다. 연산 증폭기(OPamp)의 비반전 입력단자와 출력 단자에는 리셋 스위치소자(RST)와 피드백 커패시터(Cfb)가 접속된다. 연산 증폭기(OPamp)의 반전단자에는 2V의 기준전압(VO)이 공급된다. 연산 증폭기(OPamp)는 리드아웃라인(R1 내지 Ri)으로부터의 출력과 기준전압을 차동 증폭하여 제1 및 제2 출력 스위치소자들(SH0, SH1)에 공급한다. 제1 출력 스위치소자(SH0)는 스위치 TFT(Tsw)가 턴-온되기 전에 턴-온되어 기준전압(V0)을 출력한다. 제2 출력 스위치소자(SH1)는 스위치 TFT(Tsw)가 턴-온된 후에 턴-온되어 리드아웃라인(R1~Ri)을 경유하여 입력되는 터치센서 출력전압(V1)을 출력한다. TSIC는 기준전압(V0)과 터치센서 출력전압(V1)의 차를 아날로그-디지털 변환기(ADC)를 통해 디지털 데이터로 변환하여 콘트롤 보드(50)에 전송한다.
도 8은 감지장치에 연결된 터치 데이터의 실험장치를 보여 준다.
도 8을 참조하면, 콘트롤 보드(50)는 타이밍 콘트롤러(11)와 터치 데이터 증폭회로를 구비한다. 타이밍 콘트롤러(11)는 데이터 구동회로(12)에 디지털 비디오 데이터를 공급하고, 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(13)의 동작 타이밍을 제어한다. 또한, 타이밍 콘트롤러(11)는 터치신호 처리회로(15)의 동작 타이밍을 제어한다.
콘트롤 보드(50)의 터치 데이터 증폭회로는 TSIC들로부터의 디지털 데이터에 도 12와 같은 가중치를 부여하여 그 디지털 데이터들을 증폭한다. 터치 데이터 증폭회로는 노이즈 제거 알고리즘을 이용하여 증폭된 디지털 데이터들에 혼입된 노이즈를 제거한다. 또한, 터치 데이터 증폭회로는 증폭 및 노이즈 제거 과정을 거친 디지털 데이터들을 분석하여 터치 영역을 판단하고 그 터치 영역의 좌표를 산출한다.
터치 데이터 증폭회로는 콘트롤 보드(50)와 분리되어 TSIC 각각에 내장될 수도 있다.
터치 데이터의 실험장치는 콘트롤 보드(50)에 접속된 인터페이스보드(51), 컴퓨터(52) 및 모니터(53)를 구비한다. 이 실험장치는 터치센서들의 출력을 이미지로 표시하여 터치센서들의 동작 및 감도를 육안으로 확인하기 위한 장치이다. 따라서, 터치 데이터의 실험장치는 콘트롤 보드(50)와 분리될 수 있다. 인터페이스 보드(51)는 SPI(serial peripheral interface), RS232, I2C 등과 같은 인터페이스를 이용하여 터치 데이터 증폭회로로부터의 터치 데이터들과 좌표값들을 컴퓨터(52)에 전송한다. 인터페이스 보드(51)는 컴퓨터(52)의 PCI(peripheral component interconnect) 슬롯에 삽입된다. 컴퓨터(52)는 PCI 슬롯을 통해 입력되는 터치 데이터들을 모니터(53)에 공급한다. 모니터(53)는 컴퓨터(52)로부터의 터치 데이터들을 표시한다. 도 15 및 도 19는 모니터(53)에 표시되는 TSIC의 출력 데이터들의 일예로써 모니터(53)의 표시화상을 캡쳐한 이미지이다. 도 15 및 도 19에서 원 안의 밝은 계조 부분이 터치센서 어레이(14)의 터치영역이다.
터치 데이터 증폭회로는 도 9 및 도 12와 같은 증폭방법들을 이용하여 TSIC의 출력 데이터들을 증폭할 수 있으나, 후술하는 바와 같이 손가락 터치(Finger touch)와 펜 터치(Pen touch) 각각에서 감도와 정확도를 높이고 손가락 터치와 펜 터치에서 동일한 임계치로 터치 여부를 판단할 수 있는 도 12의 증폭방법이 바람직하다.
도 9의 증폭방법은 TSIC로부터 출력된 디지털 데이터 각각에 대하여 일정 크기의 마스크 사이즈에 포함되는 디지털 데이터들을 합산하여 증폭 데이터(ATS data)를 산출한다. 마스크 사이즈는 연속되는 10 개의 디지털 데이터를 포함한다. 이 증폭방법은 마스크를 1 센서 출력 단위로 쉬프트시키면서 센서 출력의 디지털 데이터 각각을 증폭한다. 예를 들면, (n+1)th ATS data = (n+1)th data + (n+2)th data + (n+3)th data + (n+4)th data + (n+5)th data + (n+6)th data + (n+7)th data + (n+8)th data + (n+9)th data + (n+10)th data. (n+2)th ATS data = (n+2)th data + (n+3)th data + (n+4)th data + (n+5)th data + (n+6)th data + (n+7)th data + (n+8)th data + (n+9)th data + (n+10)th data + (n+11)th data.
도 10 및 도 11은 손가락 터치와 펜 터치에서 도 9의 증폭방법을 적용한 예들이다. 도 10 및 도 11에서, 터치영역의 터치 데이터 값을 '10'으로 비터치영역의 터치 데이터 값을 '1'로 가정한다.
도 10을 참조하면, 손가락 터치는 펜 터치에 비하여 터치 영역에 포함되는 터치센서들의 개수가 많다. 이 때문에 손가락 터치의 터치영역에서 임계치(TH1) 이상의 값으로 발생되는 터치 데이터들은 비교적 넓은 구간에서 발생된다. 도 9의 증폭방법은 터치영역의 터치 데이터 값이 '10'이고 비터치영역의 터치 데이터 값이 '1'인 터치 데이터들을 가중치를 부여하지 않고 단순 합산한다. 그 결과, 증폭 데이터(ATS)는 터치 영역의 데이터들을 증폭할 수 있지만 그 증폭 영역이 넓게 분산된다. 따라서, 도 9의 증폭방법은 손가락 터치시에 터치센서의 감도와 정확도를 만족할만한 수준으로 개선하기가 어렵다.
도 11을 참조하면, 펜 터치의 터치영역에서 임계치(TH2) 이상의 값으로 발생되는 터치 데이터들은 좁은 구간에서 발생된다. 도 9의 증폭방법은 터치영역의 터치 데이터 값이 '10'이고 비터치영역의 터치 데이터 값이 '1'인 터치 데이터들을 가중치를 부여하지 않고 단순 합산한다. 그 결과, 증폭 데이터(ATS data)는 터치 영역의 데이터들을 증폭할 수 있지만 그 증폭 영역이 넓게 분산된다. 따라서, 도 9의 증폭방법은 펜터치 시에 터치센서의 감도와 정확도를 만족할만한 수준으로 개선하기가 어렵다.
또한, 도 9의 증폭방법은 손가락 터치의 터치 여부를 판단하기 위한 제1 임계치(TH1)와, 펜 터치의 터치 여부를 판단하기 위한 제2 임계치(TH2)를 일치시키면 감도와 정확도가 현저히 떨어질 수 밖에 없다. 손가락 터치 시에 발생되는 증폭 데이터(ATS data)는 도 10과 같이 비터치 영역의 데이터와 터치 영역의 데이터의 차가 큰데 비하여, 펜 터치 시에 발생되는 증폭 데이터(ATS data)는 도 11과 같이 비터치 영역의 데이터와 터치 영역의 데이터의 차가 상대적으로 작다. 제1 임계치(TH1)를 제2 임계치(TH2)와 같이 낮추면 손가락 터치 시의 터치 영역이 실제 터 치 영역보다 더 넓게 감지된다. 반대로, 제2 임계치(TH2)를 제1 임계치(TH1)와 같이 높이면 펜 터치 영역이 비 터치 영역으로 인식될 수 있다. 따라서, 도 9의 증폭방법으로 터치 데이터들을 증폭하면 손가락 터치와 펜 터치에서 서로 다른 임계치로 터치 여부를 판단하여야 한다. 이를 개선하기 위하여, 본 발명은 도 12의 증폭방법으로 터치 데이터들을 증폭한다.
도 12의 증폭방법은 TSIC로부터 출력된 디지털 데이터 각각에 대하여 일정 크기의 마스크 사이즈에 포함되는 디지털 데이터들에 터치센서 위치에 따라 상이한 가중치를 곱한 다음, 가중치가 곱해진 디지털 데이터들을 합산하여 증폭 데이터(ATS data)를 산출한다. 마스크 사이즈는 증폭되는 디지털 데이터를 중심으로 좌우 동일한 디지털 데이터들을 포함한다. 따라서, 마스크에는 홀수 개의 터치센서들로부터 얻어진 홀수 개의 디지털 데이터들을 포함하며, 도 12의 예와 같이 9 개의 디지털 데이터들이 포함될 수 있다. 이 증폭방법은 마스크를 1 센서 출력 단위로 쉬프트시키면서 센서 출력의 디지털 데이터 각각을 증폭한다.
마스크 내에서 중심에 위치하는 증폭될 터치센서의 디지털 데이터에 가장 높은 가중치가 부여된다. 마스크의 양측 가장자리에 위치하는 터치센서들의 디지털 데이터들에는 가장 낮은 가중치가 부여된다. 마스크의 중심에 위치로부터 마스크의 가장자리로 갈수록 가중치는 낮아진다. 도 12의 예와 같이, 마스크의 일측에서 타측까지의 가중치는 1, 2, 3, 4, 8, 4, 3, 2, 1이 부여될 수 있다. 이렇게 가중치가 부여된 경우에, 제N(N은 양의 정수) 디지털 데이터의 증폭 데이터(Nth ATS data)는 아래의 수학식 1과 같이 산출된다.
Nth ATS data = (N-4)th data×1 + (N-3)th data×2 + (N-2)th data×3 + (N-1)th data×4 + Nth data×8 + (N+1)th data×4 + (N+2)th data×3 + (N+3)th data×2 + (N+4)th data×1
도 12의 예에서, 제n 디지털 데이터의 증폭 데이터(nth ATS data)는 "nth ATS data = (n-4)th data(=0)×1 + (n-3)th data(=0)×2 + (n-2)th data(=0)×3 + (n-1)th data(=0)×4 + (n)th data×8 + (n+1)th data×4 + (n+2)th data×3 + (n+3)th data×2 + (n+4)th data×1"으로 산출된다. 제n+1 디지털 데이터의 증폭 데이터[(n+1)th ATS data]는 "(n+1)th ATS data = (n-3)th data(=0)×1 + (n-2)th data(=0)×2 + (n-1)th data(=0)×3 + (n)th data×4 + (n+1)th data×8 + (n+2)th data×4 + (n+3)th data×3 + (n+4)th data×2 + (n+5)th data×1"으로 산출된다. 제n+2 디지털 데이터의 증폭 데이터[(n+2)th ATS data]는 "(n+2)th ATS data = (n-2)th data(=0)×1 + (n-1)th data(=0)×2 + nth data×3 + (n+1)th data×4 + (n+2)th data×8 + (n+3)th data×4 + (n+4)th data×3 + (n+5)th data×2 + (n+6)th data×1"으로 산출된다. 제n+3 디지털 데이터의 증폭 데이터[(n+3)th ATS data]는 "(n+3)th ATS data = (n-1)th data(=0)×1 + nth data×2 + (n+1)th data×3 + (n+2)th data×4 + (n+3)th data×8 + (n+4)th data×4 + (n+5)th data×3 + (n+6)th data×2 + (n+7)th data×1"으로 산출된다. 제n+4 디지털 데이터의 증폭 데이터[(n+4)th ATS data]는 "(n+4)th ATS data = nth data×1 + (n+1)th data×2 + (n+2)th data×3 + (n+3)th data×4 + (n+4)th data×8 + (n+5)th data×4 + (n+6)th data×3 + (n+7)th data×2 + (n+8)th data×1"으로 산출된다. 제n+5 디지털 데이터의 증폭 데이터[(n+5)th ATS data]는 "(n+5)th ATS data = (n+1)th data×1 + (n+2)th data×2 + (n+3)th data×3 + (n+4)th data×4 + (n+5)th data×8 + (n+6)th data×4 + (n+7)th data×3 + (n+8)th data×2 + (n+9)th data×1"으로 산출된다. 그리고 제n+6 디지털 데이터의 증폭 데이터[(n+6)th ATS data]는 "(n+6)th ATS data = (n+2)th data×1 + (n+3)th data×2 + (n+4)th data×3 + (n+5)th data×4 + (n+6)th data×8 + (n+7)th data×4 + (n+8)th data×3 + (n+9)th data×2 + (n+10)th data×1"으로 산출된다.
도 13 및 도 14는 손가락 터치와 펜 터치에서 도 12의 증폭방법을 적용한 예들이다. 도 13 및 도 14의 손가락 터치와 펜 터치 각각의 비터치영역과 터치영역을 도 10 및 도 11과 동일한 것으로 가정한다. 그리고 도 13 및 도 14의 손가락 터치와 펜 터치 각각에서 터치영역의 터치 데이터 값을 '10'으로 비터치영역의 터치 데이터 값을 '1'로 가정한다.
도 13을 참조하면, 손가락 터치는 펜 터치에 비하여 터치 영역에 포함되는 터치센서들의 개수가 많다. 이 때문에 손가락 터치의 터치영역에서 임계치(Threshold value) 이상의 값으로 발생되는 터치 데이터들은 비교적 넓은 구간에서 발생된다. 도 12의 증폭방법으로 도 13의 손가락 터치시에 터치센서들로부터 얻은 디지털 데이터들을 증폭하면, 터치 영역의 증폭 데이터(ATS data)는 "260"으로 증폭되는 반면 비터치 영역의 증폭 데이터(ATS data)는 "28"로 증폭된다. 따라서, 도 12의 증폭방법은 손가락 터치시에 터치 영역의 분산도를 줄일 수 있으며, 터치 영역의 증폭도를 비터치 영역의 증폭도보다 더 크게 할 수 있다. 그 결과, 도 12의 증폭방법은 도 9의 증폭방법에 비하여 터치 감도와 정확도를 더 높일 수 있다.
도 14를 참조하면, 펜 터치의 터치영역에서 임계치(TH2) 이상의 값으로 발생되는 터치 데이터들은 좁은 구간에서 발생된다. 도 12의 증폭방법으로 도 14의 펜 터치시에 터치센서들로부터 얻은 디지털 데이터들을 증폭하면, 터치 영역의 증폭 데이터(ATS data)는 "136"으로 증폭되는 반면 비터치 영역의 증폭 데이터(ATS data)는 "28"로 증폭된다. 따라서, 도 12의 증폭방법은 펜 터치시에 터치 영역의 분산도를 줄일 수 있으며, 터치 영역의 증폭도를 비터치 영역의 증폭도보다 더 크게 할 수 있다. 그 결과, 도 12의 증폭방법은 도 9의 증폭방법에 비하여 터치 감도와 정확도를 더 높일 수 있다.
도 12의 증폭방법은 손가락 터치의 터치 여부를 판단하기 위한 임계치와, 펜 터치의 터치 여부를 판단하기 위한 임계치를 동일하게 할 수 있다. 도 13 및 도 14에서, 임계치를 118~136 사이의 값으로 결정하면 손가락 터치와 펜 터치 각각에서 높은 감도로 터치 영역이 감지될 수 있다.
도 15 내지 도 22는 본 발명의 효과를 입증하기 위하여 시행된 실험결과를 보여 주는 도면들이다.
도 15는 두 개의 손가락으로 터치센서 어레이(14) 상의 임의의 두 지점(Point #1, Point #2)을 터치했을 때 발생되는 증폭전 TSIC의 출력 데이터들을 모니터(53)에 표시한 화면이다. 이 증폭전 터치 데이터들을 3 차원 그래프로 표현 하면 도 16과 같다. 도 16의 그래프에서 최소값은 약 "90"이고 최대값은 약 "110"이고 그 값들 사이의 편차는 약 "20"이다. 터치센서 어레이(14)의 노이즈를 고려하였을 때, 약 "100"을 비터치 영역의 상한 레벨로 볼 수 있으며, 손가락 터치 점들을 감지하기 위하여 편차의 중간값 예를 들면 "10"을 임계치로 설정할 수 있다. 이 경우에, 제2 손가락 터치 점(Point #2)은 감지되지 않는다.
도 17은 도 16의 터치센서 출력 데이터들을 도 9의 증폭방법으로 증폭한 예이다. 도 9의 증폭방법으로 도 16의 데이터들을 증폭한 결과, 최소값 "90"은 약 "920"으로 증폭되고, 최대값 "110"은 "1130"으로 증폭된다. 도 17에서 비터치 영역과 터치 영역을 구분하기 위한 기준레벨을 "1020"으로 설정하면, 제1 손가락 터치점(Point#1)은 기준레벨보다 "11" 이상 높은 증폭값으로 감지될 수 있고, 제2 손가락 터치점(Point#2)은 기준레벨보다 "4" 이상 높은 증폭값으로 감지될 수 있다. 이 증폭방법에 의해서는 터치센서들의 출력 데이터값이 증폭되어 도 15에 비하여 감도를 높일 수 있지만 터치점들이 분산되어 각각의 터치점들을 검출하기 위하여 계산량이 증가될 수 밖에 없다.
도 18은 도 16의 터치센서 출력 데이터들을 도 12의 증폭방법으로 증폭한 예이다. 도 12의 증폭방법으로 도 16의 데이터들을 증폭한 결과, 최소값 "90"은 약 "2590"으로 증폭되고, 최대값 "110"은 "3260"으로 증폭된다. 도 18에서 비터치 영역과 터치 영역을 구분하기 위한 기준레벨을 "2810"으로 설정하면, 제1 손가락 터치점(Point#1)은 기준레벨보다 "45" 이상 높은 증폭값으로 감지될 수 있고, 제2 손가락 터치점(Point#2)은 기준레벨보다 "24" 이상 높은 증폭값으로 감지될 수 있다. 이 증폭방법에 의해서는 터치 영역의 증폭도를 비터치 영역의 증폭도보다 크게 하여 비터치 영역의 노이즈를 억제할 수 있다. 또한, 본 발명은 도 17의 예에서 알 수 있는 바 도 16의 예에 비하여 터치점들 각각의 분산도를 낮추어 도 16에 비하여 더 작은 계산량으로 터치점 각각의 감도를 높일 수 있다.
도 19는 펜으로 터치센서 어레이(14) 상의 임의의 한 지점(Touch Point)을 터치했을 때 발생되는 증폭전 TSIC의 출력 데이터들을 모니터(53)에 표시한 화면이다. 이 증폭전 터치 데이터들을 3 차원 그래프로 표현하면 도 20과 같다. 도 20의 그래프에서 최대값은 약 "80"이다. 터치센서 어레이(14)의 노이즈를 고려하였을 때, 약 "50"을 비터치 영역의 상한 레벨로 볼 수 있으며, 펜 터치점을 감지하기 위하여 편차 내에서 "20"을 임계치로 설정할 수 있다. 펜 터치의 압력이 미약하면 펜 터치 점의 임계치 "20"이하로 낮아지기 때문에 미약한 펜 터치를 감지하기 위해서는 TSIC의 출력 데이터들을 증폭하여야 한다.
도 21은 도 20의 터치센서 출력 데이터들을 도 9의 증폭방법으로 증폭한 예이다. 도 9의 증폭방법으로 도 20의 데이터들을 증폭한 결과, 최대값은 "550"으로 증폭된다. 도 21에서 비터치 영역과 터치 영역을 구분하기 위한 기준레벨을 "480"으로 설정하면, 펜 터치점은 기준레벨보다 "7" 이상 높은 증폭값으로 감지될 수 있다. 이 증폭방법에 의해서는 터치센서들의 출력 데이터값이 증폭되어 도 20에 비하여 감도를 높일 수 있지만 증폭율이 낮고 터치점이 분산되어 터치 감도와 정확도가 떨어진다. 또한, 도 9의 증폭방법은 도 10 및 도 11에서 알 수 있는 바 손가락 터치시의 임계치와 펜 터치시의 임계치가 다를 수 밖에 없으므로 손가락 터치 모드 와 펜 터치 모드를 구분하여 계산하여야 한다.
도 22는 도 20의 터치센서 출력 데이터들을 도 12의 증폭방법으로 증폭한 예이다. 도 12의 증폭방법으로 도 20의 데이터들을 증폭한 결과, 최대값은 "1750"으로 증폭된다. 도 22에서 비터치 영역과 터치 영역을 구분하기 위한 기준레벨을 "1350"으로 설정하면, 펜 터치점은 기준레벨보다 "40" 이상 높은 증폭값으로 감지될 수 있다. 이 증폭방법에 의해서는 터치 영역의 증폭도를 비터치 영역의 증폭도보다 크게 하여 비터치 영역의 노이즈를 억제할 수 있다. 또한, 본 발명은 도 22의 예에서 알 수 있는 바 도 21의 예에 비하여 터치점의 분산도를 낮추어 도 22에 비하여 더 작은 계산량으로 터치점 각각의 감도를 높일 수 있다. 또한, 도 12의 증폭방법은 도 13 및 도 14에서 알 수 있는 바 손가락 터치시의 임계치와 펜 터치시의 임계치를 동일하게 할 수 있으므로 손가락 터치 모드와 펜 터치 모드를 구분할 필요가 없다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 감지장치와 그 출력 증폭방법은 이웃한 센서 출력 데이터에 서로 다른 가중치를 부여하여 센서의 감도와 정확도를 높일 수 있음은 물론 나아가, 서로 다른 동작 모드에서 임계치를 동일하게 하여 계산양과 하드웨어 복잡도를 줄일 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 예를 들어, 본 발명은 터치 센서의 출력을 증폭하는 방법을 중심으로 설명되었지만 큰 변경없이 지문인식 센서, 홍채인식 센서 등의 다른 센서의 출력 데이터들을 증폭하여 센서 감도와 정확도를 높일 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명은 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 감지장치와 디스플레이 장치를 나타내는 블록도이다.
도 2 내지 도 4는 터치센서와 표시패널의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.
도 5는 도 4와 같이 표시패널의 화소 어레이에 내장된 터치센서들의 일예를 보여 주는 단면도이다.
도 6은 도 4와 같이 표시패널의 화소 어레이에 내장된 터치센서들의 일예를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 7은 도 4와 같이 표시패널의 화소 어레이에 내장된 터치센서들과 TSIC의 일예를 보여 주는 등가 회로도이다.
도 8은 도 1에 도시된 터치센서 및 터치센서들의 출력을 이미지로 보여 주는 실험장치를 보여 주는 도면이다.
도 9는 터치 센서 출력의 보정방법을 보여 주는 도면이다.
도 10은 도 9의 보정방법으로 증폭되는 손가락 터치 모드의 터치센서 출력 증폭 예를 보여 주는 도면이다.
도 11은 도 9의 보정방법으로 증폭되는 펜 터치 모드의 터치센서 출력 증폭 예를 보여 주는 도면이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 따른 감지장치의 출력 증폭방법을 보여 주는 도면이다.
도 13은 도 12의 보정방법으로 증폭되는 손가락 터치 모드의 터치센서 출력 증폭 예를 보여 주는 도면이다.
도 14는 도 12의 보정방법으로 증폭되는 펜 터치 모드의 터치센서 출력 증폭 예를 보여 주는 도면이다.
도 15는 두 개의 손가락으로 터치센서 어레이 상의 임의의 두 지점을 터치했을 때 발생되는 증폭전 TSIC의 출력 데이터들을 모니터에 표시한 화면의 캡쳐 이미지이다.
도 16은 도 15와 같은 터치 데이터들을 보여 주는 3 차원 그래프이다.
도 17은 도 16의 터치센서 출력 데이터들을 도 9의 증폭방법으로 증폭한 예를 보여 주는 3차원 그래프이다.
도 18은 도 16의 터치센서 출력 데이터들을 도 12의 증폭방법으로 증폭한 예를 보여 주는 3차원 그래프이다.
도 19는 펜으로 터치센서 어레이 상의 임의의 한 지점을 터치했을 때 발생되는 증폭전 TSIC의 출력 데이터들을 모니터에 표시한 화면의 캡쳐 이미지이다.
도 20은 도 19의 터치센서 출력 데이터들을 보여 주는 3차원 그래프이다.
도 21은 도 20의 터치센서 출력 데이터들을 도 9의 증폭방법으로 증폭한 예를 보여 주는 3차원 그래프이다.
도 22는 도 20의 터치센서 출력 데이터들을 도 12의 증폭방법으로 증폭한 예를 보여 주는 3차원 그래프이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로
14 : 터치센서 어레이 15 : 터치신호 처리회로
50 : 콘트롤 보드(터치 데이터 증폭회로)

Claims (10)

  1. 다수의 센서들을 포함하는 센서 어레이; 및
    상기 센서 어레이로부터 얻은 적어도 일부의 센서 출력들에서 이웃한 센서 출력들에 서로 다른 가중치를 부여하여 상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 증폭회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭회로는,
    증폭할 센서 출력에 가장 높은 가중치를 부여하고, 상기 증폭할 센서 출력에 이웃하는 센서 출력에 상대적으로 낮은 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 증폭회로는,
    이웃하는 홀수 개의 센서 출력들 각각에 상기 가중치를 부여하는 마스크를 쉬프트하면서 상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 마스크의 중앙에 위치하는 상기 센서 출력에 가장 높은 가중치가 부여 되고, 상기 마스크의 일측 끝단과 타측 끝단에 위치하는 상기 센서 출력들에 가장 낮은 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 마스크의 중앙으로부터 상기 마스크의 끝단으로 갈수록 상기 가중치가 낮아지는 것을 특징으로 하는 감지장치.
  6. 다수의 센서들을 포함하는 센서 어레이로부터 상기 센서 출력들을 얻는 단계; 및
    적어도 일부의 센서 출력들에서 상기 센서 출력들에 서로 다른 가중치를 부여하여 상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지장치의 출력 증폭방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 단계는,
    증폭할 센서 출력에 가장 높은 가중치를 부여하는 단계;
    상기 증폭할 센서 출력에 이웃하는 센서 출력에 상대적으로 낮은 가중치를 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지장치의 출력 증폭방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 단계는,
    이웃하는 홀수 개의 센서 출력들 각각에 상기 가중치를 부여하는 마스크를 설정하는 단계; 및
    상기 마스크를 쉬프트하면서 상기 센서 출력들 각각을 증폭하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 감지장치의 출력 증폭방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 마스크의 중앙에 위치하는 상기 센서 출력에 가장 높은 가중치가 부여되고, 상기 마스크의 일측 끝단과 타측 끝단에 위치하는 상기 센서 출력들에 가장 낮은 가중치를 부여하는 것을 특징으로 하는 감지장치의 출력 증폭방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 마스크의 중앙으로부터 상기 마스크의 끝단으로 갈수록 상기 가중치가 낮아지는 것을 특징으로 하는 감지장치의 출력 증폭방법.
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