KR20100044063A - 터치 감지장치와 그 출력 보정방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 감지장치에 관한 것으로, 다수의 터치센서들을 포함하는 터치센서 어레이; 상기 터치센서 어레이의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 로우 데이터들을 발생하는 다수의 집적회로들; 및 상기 집적회로들로터 입력되는 상기 로우 데이터들에서 이웃하는 로우 데이터들 간의 차값으로 보정값들을 발생하고, 상기 보정값들 중에서 기준값 미만으로 연속되는 임계치 이상의 보정값들을 제거하며, 상기 보정값들 각각에 옵셋값을 가산하는 데이터 보정부를 구비한다.

Description

터치 감지장치와 그 출력 보정방법{TOUCH SENSING DEVING AND METHOD FOR CORRECTING OUTPUT THEREOF}
본 발명은 터치센서의 감도 및 정확도를 높이도록 한 터치 감지장치와 그 출력 보정방법에 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.
디스플레이 소자에 형성되는 터치센서들은 전원배선과 연결되고 디스플레이 소자의 신호배선들과의 전기적으로 커플링되어 있다. 이로 인하여 터치센서들의 출력들에는 많은 노이즈가 혼입된다. 또한, 터치 입력이 없을 때에도 이웃한 터치센서들의 출력들 사이에 편차가 크게 존재한다. 이러한 편차를 터치 데이터의 스 윙 레벨이라 하며, 터치신호 처리회로는 터치 데이터의 스윙 레벨과 노이즈의 합에 소정의 문턱치 이상의 터치 데이터가 입력될 때 터치를 인식한다. 터치 데이터의 노이즈와 스윙 레벨이 클수록 터치센서의 감도는 낮아진다. 특히, 노이즈보다 스윙 레벨이 터치 데이터의 감도에 더 큰 영향을 끼친다. 따라서, 터치센서의 감도를 높이기 위해서는 터치 데이터의 스윙 레벨을 줄여야 한다.
또한, 터치신호 처리회로는 다수의 집적회로들을 포함할 수 있는데, 이러한 집적회로들 간의 편차가 집적회로들 간의 출력에 악영향을 주게 된다. 그 결과, 터치 인식 오류가 발생된다.
터치신호 처리회로는 터치 데이터를 보정하기 위하여, 이전 프레임 데이터와 현재 프레임 데이터를 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 데이터를 보정할 수 있다. 그런데 이 경우에, 프레임 메모리들이 필요하므로 터치신호 처리회로의 코스트가 증가된다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기 종래 기술의 문제점들을 해결하고자 안출된 발명으로써 터치센서의 감도와 정확도를 높이도록 한 터치 감지장치와 그 출력 보정방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 감지장치는 다수의 터치센서들을 포함하는 터치센서 어레이; 상기 터치센서 어레이의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 로우 데이터들을 발생하는 다수의 집적회로들; 및 상기 집적회로들로터 입력되는 상기 로우 데이터들에서 이웃하는 로우 데이터들 간의 차값으로 보정값들을 발생하고, 상기 보정값들 중에서 기준값 미만으로 연속되는 임계치 이상의 보정값들을 제거하며, 상기 보정값들 각각에 옵셋값을 가산하는 데이터 보정부를 구비한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 감지장치의 출력 보정방법은 다수의 터치센서들과 접속된 집적회로들에서 상기 터치센서들의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 로우 데이터들을 발생하는 단계; 상기 집적회로들로터 입력되는 상기 로우 데이터들에서 이웃하는 로우 데이터들 간의 차값으로 보정값들을 발생하는 단계; 상기 보정값들 중에서 기준값 미만으로 연속되는 임계치 이상의 보정값들을 제거하는 단계; 및 상기 보정값들 각각에 옵셋값을 가산하는 단계를 포함한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 감지장치와 그 출력 보정방법은 이웃하는 터치 데이터와 미러 데이터를 이용하여 터치 데이터들의 보정값들을 발생하고 그 보정값에서 결함 터치센서의 출력을 제거하여 터치 데이터의 노이즈, 스윙 레벨, 및 터치센서 집적회로들 간의 편차를 보정함으로써 터치센서의 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 31을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치센서 및 디스플레이 장치는 터치 감지장치와 디스플레이 장치를 구비한다.
터치 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 터치 감지장치는 터치 데이터들의 스윙 레벨을 평준화하고 TSIC들 간의 편차를 보정하는 터치 데이터 보정회로를 더 구비한다. 터 치 데이터 보정회로에 대한 상세한 설명은 후술하기로 한다.
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), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들(Clc)에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극, 및 화소전극에 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 등 이 형성된다. 공통전극은 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 화소전극과 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 리셋신 호(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 내지 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. 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. 센서 TFT(Tss)의 게이트전극은 스토리지 기준전압라인(STOL)과 스토리지 커패시터(CSTO)의 일측단자에 접속된다. 그리고 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(GLSU)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 공급 한다. 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 8 및 도 9는 터치 데이터 보정회로를 포함한 터치 감지장치와 터치 감지장치에 연결된 터치 데이터의 실험장치를 보여 준다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 콘트롤 보드(50)는 타이밍 콘트롤러(11)와 터치 데이터 보정회로를 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.
터치 데이터 보정회로는 데이터 보정부(61), 노이즈 제거부(62) 및 좌표 검출부(63)를 구비한다. 터치 데이터 보정회로는 콘트롤 보드(50)와 분리되어 TSIC 각각에 내장될 수 있다.
데이터 보정부(61)는 TSIC들 각각으로부터 출력되는 디지털 데이터들 중에서 TSIC 각각의 미러 데이터(mirror data)를 발생한다. 데이터 보정부(61)는 미러 데이터와 이웃하는 디지털 데이터들을 이용하여 TSIC들 각각의 보정값들을 산출하여 스윙 레벨과 TSIC들 간의 출력 편차를 보정한다. 또한, 데이터 보정부(61)는 도 22과 같이 소정의 임계치 이상으로 큰 값을 가지는 보정값들의 연속된 개수를 산출하여 그 개수가 소정의 기준값 미만이면, 그 보정값들을 비정상적인 터치센서 즉, 결함 있는 터치센서(defective touch sensor)의 출력으로 판단하여 그 보정값을 제거한다. TSIC간 편차와 터치센서들의 출력에서 스윙 레벨이 보정된 보정값들에는 소정의 옵셋값(Offset)이 가산될 수 있다. 옵셋값은 보정된 디지털 데이터들이 양의 정수로 표현될 수 있도록 보정값에 가산된다. 옵셋값은 양의 정수로써 실험적으로 결정될 수 있고 터치 감도설정에 따라 조정될 수 있다.
노이즈 제거부(62)는 공지의 노이즈 제거 알고리즘을 이용하여 터치센서들의 출력에 혼입된 노이즈를 제거한다. 좌표값 산출부(63)는 TSIC들 간의 편차, 스윙 레벨 보정 및 노이즈 제거를 거친 디지털 데이터들 중에서 소정의 문턱치 이상의 디지털 데이터들을 유효 터치위치로써 검출하여 그 터치위치의 xy 좌표값을 산출한다.
터치 데이터의 실험장치는 콘트롤 보드(50)에 접속된 인터페이스보드(51), 컴퓨터(52) 및 모니터(53)를 구비한다. 이 터치 데이터의 실험장치는 터치센서들의 동작 및 감도를 육안으로 확인할 수 있도록 TSIC들을 통해 출력된 터치센서들의 출력신호를 이미지 신호로 변환하여 모니터(53)에 표시한다. 따라서, 터치 데이터의 실험장치는 터치센서 및 디스플레이 장치가 완성된 후에 콘트롤 보드(50)와 분리될 수 있다. 인터페이스 보드(51)는 SPI(serial peripheral interface), RS232, I2C 등과 같은 인터페이스를 이용하여 터치 데이터 보정회로로부터의 터치 데이터들 과 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 10a는 표시패널(10)에 표시되는 테스트 데이터의 일예이다. 도 10b는 도 10a와 같은 테스트 데이터가 표시패널(10)에 표시될 때 TSIC들의 출력을 모니터(53)에 표시하여 그 표시 이미지를 보여 주는 사진이다. 이 테스트 데이터에서 각각 일정한 크기를 갖는 화이트 패턴과 블랙 패턴이 상하좌우로 교번된다. 이러한 테스트 패턴이 표시패널(10)에 표시될 때 TSIC들의 출력에는 도 10b와 표시패널(10)과의 전기적인 커플링에 의해 테스트 데이터의 패턴들의 잔상처럼 보이는 노이즈를 포함한다. 또한, 이웃한 TSIC들의 출력 사이에는 도 10b와 같이 TSIC들 간의 편차로 인하여 그 출력 레벨의 차이가 나타난다. 도 10b에서 "Defected line"은 TSIC의 출력 중에서 출력이 비정상적인 결함 열의 터치센서 출력이다. 도 11은 도 10b와 같은 터치센서들의 출력 레벨을 3차원 그래프로 보여 주는 컬러 이미지이다. 도 10b 및 도 11과 같이 터치센서들의 출력에는 원치 않는 많은 노이즈가 혼입되어 있고 TSIC들 간에 터치센서들의 출력에 편차가 비교적 크다. 다시 말하여, 도 12와 같이 터치센서들의 출력(Data output)에는 노이즈 성분, 표시패널(10)에 표시되는 영상으로 인한 커플링 성분, TSIC들 간의 편차, 스윙 레벨이 포함되어 있다. 이러한 성분들로 인하여, 터치센서들의 감도와 정확도가 떨어진다.
도 13 및 도 14는 터치센서 어레이(14) 상에서 터치 입력이 없는 비터치기 간(NTP)과 터치 입력이 발생하는 터치기간(TP)에서의 터치 데이터 변화를 보여 주는 도면들이다.
도 13 및 도 14를 참조하면, 터치신호 처리회로(15)는 소정의 기준전압(VO)과 터치센서 출력전압(V1)의 차전압(V0-V1)을 디지털 데이터로 변환하여(Analog to Digital conversion) 터치 데이터를 발생한다. 비터치기간(NTP) 동안, 기준전압(V0)이 2.0V로 발생되고 터치 센서 출력전압(V1)이 2. 5V로 발생된다면, 터치신호 처리회로(15)는 -0.5V의 차전압(V0-V1)을 디지털 값 '256'으로 변환하여 터치센서 출력을 발생한다. 비터치기간(NTP) 동안, 터치신호 처리회로(15)는 터치 센서 출력전압(V1)이 터치 압력에 따라 변하므로 -0.5V~0.0V 사이의 차전압(V0-V1)을 디지털 값 '256~512' 사이의 값으로 발생한다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 데이터 보정부(61)의 미러 데이터 발생방법을 도식적으로 보여 주는 도면들이다. 미러 데이터는 터치센서 어레이(14)에서 동시에 출력되는 1 라인의 터치 데이터들 중에서 선택된다. 여기서, 1 라인의 터치 데이터들은 보정 전의 로우 데이터들(Raw data)로써 TSIC에 의해 변환된 디지털 데이터들이다. 미러 데이터는 터치센서 어레이(14)의 일측 끝단 또는 타측 끝단에 위치한 끝단 터치 센서로부터 출력되는 터치 데이터와 차 연산될 의사 데이터(Pseudo data)이다. 터치센서 어레이(14)에서 동시에 출력되는 1 라인의 터치 데이터들은 일측 끝단에 위치하는 터치센서의 출력으로부터 타측 끝단에 위치하는 터치센서의 출력까지 일정한 방향성을 따라 보정된다. 터치 데이터들의 보정이 시작되는 일측 끝단 또는 타측 끝단에 위치하는 터치센서의 출력은 미러 데이터와 의 차 연산 결과(Δ1)로 보정된다.
터치신호 처리회로(15)의 TSIC들 각각은 터치센서들로부터 입력된 터치 데이터들의 전압(V1)과 소정의 기준전압(V0)의 차전압을 발생하고 그 차전압을 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 통해 디지털 데이터로 변환한다. 데이터 보정부(61)의 제1 실시예는 도 15 내지 도 18과 같이 디지털 데이터로 변환된 로우 데이터들(1st RD, 2nd RD... Nth RD) 중에서 아래의 4 가지 경우를 고려하여 미러 데이터를 선택한다.
CASE 1(도 15)
2nd RD - 1st RD = Δ2, 3rd RD - 2nd RD = Δ3 ... N(N은 양의 정수)th RD - (N-1)th RD = ΔN 일 때, Δ2, Δ3... ΔN 모두가 소정의 임계치를 넘지 않는 경우에, 데이터 보정부(61)는 미러 데이터를 제1 로우 데이터(1st RD)와 가장 외부조건이 유사한 제2 로우 데이터(2nd RD)로 선택한다. 소정의 임계치는 실험적으로 구해지는 양의 정수값이다. 제1 로우 데이터(1st RD)는 터치센서 어레이(14)에서 임의의 라인으로부터 동시에 출력되는 로우 데이터들 중에서 최좌측에 존재하는 제1 터치센서 출력이다. 제2 터치 데이터(2nd RD)는 상기 임의의 라인으로부터 동시에 출력되는 로우 데이터들 중에서 제1 터치센서의 우측에 이웃하는 제2 터치센서의 출력이다. 제N 로우 데이터(Nth RD)는 임의의 라인으로부터 동시에 출력되는 로우 데이터들 중에서 제N 터치센서로부터 출력된다.
CASE 2(도 16)
2nd RD - 1st RD = Δ2, 3rd RD - 2nd RD = Δ3, ...M(M은 N보다 작은 양의 정수)th RD - (M-1)th RD = ΔM ... Nth RD - (N-1)th RD = ΔN 일 때, ΔM과 같이 소정의 임계치를 넘는 차값이 존재하면 데이터 보정부(61)는 임계치를 넘는 차값의 개수를 허용 기준개수와 비교한다. 그 비교 결과, 임계치를 넘는 차값의 개수가 허용 기준개수 보다 작으면 데이터 보정부(61)는 임계치를 넘는 차값을 무시하고 임계치 미만의 터치 데이터들 중에서 제1 로우 데이터(1st RD)와 가장 외부조건이 유사한 제2 로우 데이터(2nd RD)를 미러 데이터로 선택한다. 임계치와 허용 기준개수는 각각 실험적으로 결정되며 로우 데이터 추출라인에 존재하는 터치센서들이나 터치센서 감도 설정에 따라 가변될 수 있는 양의 정수이다.
CASE 3(도 17)
2nd RD - 1st RD = Δ2, 3rd RD - 2nd RD = Δ3, ...Mth RD - (M-1)th RD = ΔM, (M+1)th RD - (M-1)th RD = ΔM+1, (M+2)th RD - (M-1)th RD = ΔM+2,... Nth RD - (N-1)th RD = ΔN 일 때, ΔM, ΔM+1, ΔM+2 등과 같이 소정의 임계치를 넘는 차값들이 다수 연속적으로 존재하면 데이터 보정부(61)는 임계치를 넘는 차값의 개수를 허용 기준개수와 비교한다. 그 비교 결과, 임계치를 넘는 차값들의 개수가 허용 기준개수보다 작으면 데이터 보정부(61)는 임계치를 넘는 차값을 무시하고 임계치 미만의 터치 데이터들 중에서 제1 로우 데이터(1st RD)와 가장 외부조건이 유사한 제2 로우 데이터(2nd RD)를 미러 데이터로 선택한다. 이 경우는 임계치 이상인 연속된 터치 데이터들의 개수가 작기 때문에 터치 영역으로 보지 않는 경우이다.
CASE 4(도 18)
2nd RD - 1st RD = Δ2, 3rd RD - 2nd RD = Δ3, ...Mth RD - (M-1)th RD = ΔM, (M+1)th RD - Mth RD = ΔM+1, (M+2)th RD - Mth RD = ΔM+2,... Nth RD - (N-1)th RD = ΔN 일 때, ΔM, ΔM+1, ΔM+2 등과 같이 소정의 임계치를 넘는 음의 편차를 갖는 차값들이 연속적으로 존재하면 데이터 보정부(61)는 임계치를 넘는 차값의 개수를 허용 기준개수와 비교한다. 그 비교 결과, 임계치를 넘는 차값들의 개수가 허용 기준개수 이상이면 데이터 보정부(61)는 도 18에서 제1 터치센서 근방을 실제 터치 입력이 발생한 터치 영역으로 판단하고 임계치를 넘지만 음의 편차를 가지는 연속된 차값들 중에서 제1 로우 데이터(1st RD)와 가장 외부조건이 유사한 제M 로우 데이터(Mth RD)를 미러 데이터로 선택한다.
도 19는 터치센서 어레이(14)의 출력단자들에 접속된 제1 내지 제3 TSIC들을 나타내는 도면이다.
도 19를 참조하면, 제1 TSIC(TSIC#1)의 사용 채널수는 N1개이고 1 라인의 터치센서들로부터 출력되는 로우 데이터들 중에서 1st RD~N1th RD를 입력받아 디지털 데이터로 변환한다. 제2 TSIC(TSIC#2)의 사용 채널수는 N2개이고 1 라인의 터치센서들로부터 출력되는 로우 데이터들 중에서 (N1+1)th RD~(N1+N2)th RD를 입력받아 디지털 데이터로 변환한다. 제3 TSIC(TSIC#3)의 사용 채널수는 N3개이고 1 라인의 터치센서들로부터 출력되는 로우 데이터들 중에서 (N1+N2+1)th RD~(N1+N2+N3)th RD를 입력받아 디지털 데이터로 변환한다. TSIC들(TSIC#1, TSIC#2, TSIC#3)의 사용 채 널수는 터치센서들의 개수 및 해상도에 따라 달라질 수 있다.
도 20은 도 10b 및 도 11과 같은 터치 데이터들을 도 15 내지 도 18과 같은 차 연산을 통해 보정된 보정값들이다. 도 20에서, "TSIC#1 mirror data"는 도 15와 같은 방법으로 선택된 제1 TSIC의 미러 데이터이고 "TSIC#2 mirror data"는 도 15와 같은 방법으로 선택된 제2 TSIC의 미러 데이터이다. 데이터 보정부(61)는 제1 TSIC로부터 입력되는 제1 터치 데이터의 보정값(Δ1)을 Δ1 = 1st RD - TSIC#1 mirror data로 산출하고, 제1 TSIC로부터 입력되는 제2 내지 제N1 터치 데이터들 각각의 보정값(ΔN1)을 ΔN1 = N1th RD - (N1-1)th RD로 산출한다. 그리고 데이터 보정부(61)는 제2 TSIC로부터 입력되는 제1 터치 데이터의 보정값(Δ1)을 Δ1 = 1st RD - TSIC#2 mirror data로 산출하고, 제2 TSIC로부터 입력되는 제2 내지 제N2 터치 데이터들 각각의 보정값(ΔN2)을 ΔN2 = N2th RD - (N2-1)th RD로 산출한다. 그 결과, 도 21과 같이 제1 및 제2 TSIC로부터 발생된 터치 데이터들은 기준 레벨(점선)에 근접한 보정값으로 보정된다. 도 21의 보정값에서 알 수 있는 바 터치 데이터들의 스윙 레벨 성분과 TSIC들 간의 편차 성분이 제거된다.
데이터 보정부(61)는 도 22와 같이 소정의 임계치 이상으로 큰 값을 가지는 터치 데이터들의 보정값들의 연속된 개수를 판단한다. 데이터 보정부(61)는 임계치 이상의 보정값들의 연속된 개수가 소정의 기준값 미만이면, 그 보정값들을 결함 있는 터치센서(defective touch sensor)의 출력으로 판단하고, 터치 데이터들에서 결함 있는 터치센서의 출력을 제거하기 위하여 상기 임계치 이상의 보정값들에 가 중치 "0"을 곱한다. 그 결과, 터치 데이터들의 보정값에서 결함 터치센서로부터 발생된 이상 출력이 도 23의 원과 같이 제거된다. 반면에, 데이터 보정부(61)는 임계치 미만의 보정값들에 가중치 "1"을 곱하고, 연속된 개수가 기준값 이상인 임계치 이상의 보정값들에 가중치 "1"을 곱한다. 연속된 개수가 기준값 이상인 임계치 이상의 보정값들은 터치 영역의 데이터이다.
도 24는 도 15 내지 도 23와 같은 보정방법으로 보정된 보정값 도 11의 터치 데이터들의 보정값 각각에 옵셋값 '512'를 가산한 결과를 3차원 그래프로 보여 주는 컬러 이미지이다. 도 24의 보정 후 터치 데이터에서 임계치 이상의 터치 데이터는 실제 터치 영역의 터치센서 출력이다. 도 24에서 확인할 수 있는 바와 같이 도 11의 터치 데이터에 포함되었던 노이즈, 스윙 레벨 및 TSIC들 간의 편차가 제거된다.
본 발명의 제2 실시예에 따른 데이터 보정부(61)의 미러 데이터 발생방법은 TSIC들로부터 출력된 임의의 1 라인 로우 데이터의 평균값으로 미러 데이터를 산출하고 그 미러 데이터를 이용하여 이웃한 로우 데이터들의 차값으로 로우 데이터들을 보정한다. 미러 데이터는 TSIC 각각에서 산출된다. 즉, 미러 데이터의 개수는 TSIC의 개수와 같다.
도 19에서 제1 TSIC(TSIC#1)의 미러 데이터를 "MD1", 제2 TSIC(TSIC#2)의 미러 데이터를 "MD2", 제3 TSIC(TSIC#3)의 미러 데이터를 "MD3"라 하면, 미러 데이터들(MD1, MD2, MD3) 각각은 MD1=[SUM(1st RD ~ N1th RD)]/N1, MD2={SUM[(N1+1)th RD ~ (N1+N2)th RD)]}/N2, MD3={SUM[(N1+N2+1)th RD ~ (N1+N2+N3)th RD)]}/N3 등과 같이 평균값으로 산출된다.
제1 TSIC의 미러 데이터를 "MD1"라 하고, 제2 TSIC의 미러 데이터를 "MD2"라 하면, MD1과 MD2 각각은 아래와 같이 평균값으로 산출된다. 제1 TSIC의 제1 로우 데이터(1st RD)는 제1 미러 데이터(MD1)와의 차값 + 옵셋값으로 보정되고, 제2 TSIC의 제1 로우 데이터(1st RD)는 제2 미러 데이터(MD1)와의 차값 + 옵셋값으로 보정된다. 1 라인에서 추출된 로우 데이터의 보정방법은 도 25 및 도 26와 같은 조건을 고려하여 보정된다.
도 25를 참조하면, 미러 데이터와 제1 로우 데이터의 차값을 포함하여 이웃한 로우 데이터들의 차값들이 소정의 임계치를 넘지 않는 경우에 보정값(Δ1, Δ2, ... ΔN)은 Δ1=MD1(또는 MD2)-1st RD, Δ2=2nd RD -1st RD, ... ΔN=Nth RD-(N-1)th RD 등과 같이 이웃한 로우 데이터들의 차값으로 산출된다.
도 26를 참조하면, 이웃한 로우 데이터들 사이의 차값들 중에서 하나 이상의 차값들이 소정의 임계치를 초과하는 경우에 이들 중에서 임계값 이하의 차값들은 전술한 바와 같이 Δ1=MD1(또는 MD2)-1st RD, Δ2=2nd RD -1st RD, ... Δ6=6th RD-5th RD 등과 같이 이웃한 로우 데이터들의 차값으로 산출되는 반면, 임계값을 초과하는 차값이 존재하는 구간에서는 다음과 같이 계산된다.
Δ7=7th RD -6th RD(임계치 초과), Δ8=8th RD-6th RD(업데이트를 하지 않음), Δ9=9th RD-6th RD(없데이터를 하지 않음), ... Δ12=12th RD-6th RD(임계치 이하), Δ13=13th RD-12th RD.
위와 같이 이웃한 로우 데이터들 간의 차값이 소정의 임계치를 초과하는 것이 나타나면 차값이 임계치 이하가 될 때까지 평준화 기준 데이터를 업데이트하지 않는다. 여기서 평준화 기준 데이터란 소정의 임계치를 초과하기 직전의 로우 데이터로써 위 예에서 6th RD를 의미한다.
도 27과 같은 로우 데이터들(1st RD ~ 8th RD)의 평균값으로 미러 데이터(MD)를 산출한 예이다. 도 28은 도 27과 같은 미러 데이터(MD)와의 차값으로 산출된 제1 로우 데이터의 보정값(Δ1)과, 도 26와 같이 이웃한 로우 데이터들의 차값으로 보정된 보정값들(Δ2~Δ8)이다. 도 29은 도 27과 같은 보정값(Δ1~Δ8) 각각에 옵셋값 '512'를 가산하여 얻은 최종 보정값들이다. 도 29에서 해치된 부분은 실제 터치 입력이 발생한부분의 데이터들이고, 그 이외의 부분은 터치 입력이 없는 데이터들이다.
도 30는 보정전 TSIC로부터 출력되는 제1 내지 제5 라인들(Y1~Y6)이며, 도 31은 도 30와 같은 로우 데이터들을 도 26 내지 도 29과 같은 보정방법으로 보정한 실험 결과이다.
도 30에서 알 수 있는 바, 도 29의 로우 데이터에 포함되었던 노이즈, 스윙 레벨이 평준화되고 TSIC들 간의 편차도 제거된다. 도 25 내지 도 29과 같은 보정 과정에 더하여 전술한 바와 같이 임계치 이상의 보정값들의 연속된 개수가 소정의 기준값 미만이면, 터치 데이터들에서 결함 있는 터치센서의 출력을 제거하기 위하여 상기 임계치 이상의 보정값들에 가중치 "0"을 곱한다. 반면에, 임계치 미만의 보정값들에 가중치 "1"을 곱하고, 연속된 개수가 기준값 이상인 임계치 이상의 보정값들에 가중치 "1"을 곱한다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 실시예에 따른 터치 감지장치와 그 출력 보정방법은 이웃하는 터치 데이터와 미러 데이터를 이용하여 터치 데이터들의 보정값들을 발생하고 그 보정값에서 결함 터치센서의 출력을 제거하여 터치 데이터의 노이즈, 쉬프트 레벨, 및 터치센서 집적회로들 간의 편차를 보정한다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 범위 내에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 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 터치센서 및 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 데이터 보정회로의 회로 구성을 보여 주는 블록도이다.
도 10a는 도 1에 도시된 표시패널에 표시되는 테스트 데이터의 일예를 보여 주는 도면이다.
도 10b는 도 8과 같은 터치 데이터의 실험장치를 통해 모니터53)에 표시된 터치센서 출력 이미지를 캡쳐한 사진이다.
도 11은 도 10b와 같은 터치센서들의 출력 레벨을 3차원 그래프로 보여 주는 컬러 이미지이다.
도 12는 터치센서들의 출력에 포함되는 노이즈 및 TSIC들 간의 편차를 보여 주는 파형도이다.
도 13은 터치 데이터의 전압과 디지털 값을 나타내는 도면이다.
도 14는 터치영역의 터치 데이터 전압 및 디지털 값과, 비터치영역의 터치 데이터 전압 및 디지털 값을 보여 주는 도면이다.
도 15 내지 도 18은 본 발명의 제1 실시예에 따른 미러 데이터를 보여 주는 도면들이다.
도 19는 터치센서 집적회로들(TSICs)의 사용 채널 수를 예시하는 도면이다.
도 20 및 도 21은 터치 데이터들의 보정값들과 미러 데이터를 보여 주는 도면들이다.
도 22 및 도 23는 결함 있는 터치센서의 출력 보정방법을 설명하기 위한 도면들이다.
도 24은 도 15 내지 도 23와 같은 보정방법으로 보정된 도 11의 터치 데이터들 각각에 옵셋값 '512'를 가산한 결과를 3차원 그래프로 보여 주는 컬러 이미지이다.
도 25 및 도 26는 본 발명의 제2 실시예에 따른 미러 데이터를 보여 주는 도면들이다.
도 27 내지 도 29은 로우 데이터들의 평균값으로 산출된 미러 데이터와 이를 이용한 보정값, 및 보정값에 옵셋값을 더한 최종 보정값의 일예를 보여 주는 도면들이다.
도 30 및 도 31은 도 25 내지 도 29과 같은 보정 방법 전의 로우 데이터들과 보정 데이터들을 보여 주는 실험 결과 그래프들이다.
< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >
10 : 표시패널 11 : 타이밍 콘트롤러
12 : 데이터 구동회로 13 : 게이트 구동회로
14 : 터치센서 어레이 15 : 터치신호 처리회로

Claims (10)

  1. 다수의 터치센서들을 포함하는 터치센서 어레이;
    상기 터치센서 어레이의 출력을 디지털 데이터로 변환하여 로우 데이터들을 발생하는 다수의 집적회로들; 및
    상기 집적회로들로터 입력되는 상기 로우 데이터들에서 이웃하는 로우 데이터들 간의 차값으로 보정값들을 발생하고, 상기 보정값들 중에서 기준값 미만으로 연속되는 임계치 이상의 보정값들을 제거하며, 상기 보정값들 각각에 옵셋값을 가산하는 데이터 보정부를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 보정부는,
    상기 집적회로들 각각에서 제1 로우 데이터와 차 연산될 미러 데이터들을 발생하고,
    상기 미러 데이터들 각각은 상기 집적회로에서 출력되는 로우 데이터들 중에서 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 보정부는,
    상기 집적회로들 각각에서 제1 로우 데이터와 차 연산될 미러 데이터들을 발 생하고,
    상기 미러 데이터들 각각은 상기 집적회로에서 출력되는 로우 데이터들의 평균값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치.
  4. 제 2 항 또는 제 3 항에 있어서,
    상기 데이터 보정부는,
    상기 터치센서로부터 출력되는 상기 제1 로우 데이터에 상기 미러 데이터를 빼 상기 제1 로우 데이터의 보정값을 산출하고 이웃한 로우 데이터들의 차값으로 상기 제1 로우 데이터를 제외한 나머지 로우 데이터들의 보정값을 산출하고,
    상기 보정값 각각에 미리 설정된 옵센값을 가산하는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 데이터 보정부는,
    상기 기준값 미만으로 연속되는 상기 임계치 이상의 보정값들 각각에 '0'을 곱하고,
    상기 임계치 미만의 보정값들과 상기 기준값 이상으로 연속되는 상기 임계치 이상의 보정값들 각각에 '1'을 곱하는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치.
  6. 다수의 터치센서들과 접속된 집적회로들에서 상기 터치센서들의 출력을 디지 털 데이터로 변환하여 로우 데이터들을 발생하는 단계;
    상기 집적회로들로터 입력되는 상기 로우 데이터들에서 이웃하는 로우 데이터들 간의 차값으로 보정값들을 발생하는 단계;
    상기 보정값들 중에서 기준값 미만으로 연속되는 임계치 이상의 보정값들을 제거하는 단계; 및
    상기 보정값들 각각에 옵셋값을 가산하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치의 출력 보정방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 보정값들을 발생하는 단계는,
    상기 집적회로들 각각에서 제1 로우 데이터와 차 연산될 미러 데이터들을 발생하는 단계를 포함하고,
    상기 미러 데이터들 각각은 상기 집적회로에서 출력되는 로우 데이터들 중에서 어느 하나로 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치의 출력 보정방법.
  8. 제 6 항에 있어서,
    상기 보정값들을 발생하는 단계는,
    상기 집적회로들 각각에서 제1 로우 데이터를 보정하기 위한 미러 데이터들을 발생하고,
    상기 미러 데이터들 각각은 상기 집적회로에서 출력되는 로우 데이터들의 평 균값으로 산출되는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치의 출력 보정방법.
  9. 제 7 항 또는 제 8 항에 있어서,
    상기 보정값들을 발생하는 단계는,
    상기 터치센서로부터 출력되는 미러 데이터들 중에서 상기 제1 로우 데이터에 상기 미러 데이터를 빼 상기 제1 로우 데이터의 보정값을 산출하고 이웃한 로우 데이터들의 차값으로 상기 제1 로우 데이터를 제외한 나머지 로우 데이터들의 보정값을 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치의 출력 보정방법.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 임계치 이상의 보정값들을 제거하는 단계는,
    상기 기준값 미만으로 연속되는 상기 임계치 이상의 보정값들 각각에 '0'을 곱하는 단계; 및
    상기 임계치 미만의 보정값들과 상기 기준값 이상으로 연속되는 상기 임계치 이상의 보정값들 각각에 '1'을 곱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 감지장치의 출력 보정방법.
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