KR20110125347A

KR20110125347A - 터치스크린의 터치라인신호 처리회로

Info

Publication number: KR20110125347A
Application number: KR1020100044817A
Authority: KR
Inventors: 김지훈; 김영복; 나준호; 장영신; 이상국
Original assignee: 주식회사 실리콘웍스
Priority date: 2010-05-13
Filing date: 2010-05-13
Publication date: 2011-11-21
Also published as: KR101178731B1; US20110279407A1

Abstract

본 발명은 터치스크린 패널의 터치라인신호를 처리할 때 전하공유 방식을 적용하여 하나의 적분기로 하여금 복수개의 터치라인의 신호를 처리하도록 함으로써, 설치공간과 전력소모량이 저하되고 기생 캐패시터에 의해 적분기의 센서 출력전압이 변화되는 것을 해소할 수 있도록 한 것이다.
이를 위해 본 발명은 터치스크린 패널상에서 설치된 한 쌍의 제1,2센서캐패시터를 그라운드 전압과 전원단자전압으로 각기 프리차지시키고 차지쉐어링한 후 리드아웃하는 센싱리드아웃부; 상기 센싱리드아웃부의 출력 전압을 적분하는 적분기를 각기 구비한 다수의 센싱리드 회로부를 구비한다.

Description

터치스크린의 터치라인신호 처리회로{CIRCUIT FOR PROCESSING TOUCH LINE SIGNAL OF TOUCH SCREEN }

본 발명은 터치스크린의 터치라인신호를 처리하는 기술에 관한 것으로, 특히 터치라인신호를 처리할 때 전하공유방식으로 센싱 리드회로의 구성 소자의 수를 줄일 수 있도록 한 터치스크린의 터치라인신호 처리회로에 관한 것이다.

근래 들어, 사용자 인터페이스 장치로서 터치 스크린이 많이 사용되고 있는데, 이는 패널방식에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 적외선 방식 및 초음파 방식으로 분류된다. 상기 정전용량 방식의 터치스크린은 높은 투과율과 내구성, 가격 등에서 장점을 가지고 있어 휴대폰, 휴대정보단말기(PDA) 등의 휴대형단말기, 모니터 및 각종 가전제품에 널리 사용되고 있다. 이하, 정전용량 방식의 터치스크린에 대하여 설명한다.

사용자는 터치스크린 표시 장치상의 임의 지점을 스타일러스펜이나 손가락으로 터치하는 것으로 원하는 명령을 하달할 수 있다. 이를 위해, 터치 스크린 표시 장치는 영상을 표시하기 위한 다수의 화소 외에, 사용자가 터치한 지점을 감지하기 위한 다수의 터치 감지 소자를 구비한다.

각 화소에는 게이트 신호와 데이터 신호가 인가되고, 각 터치 감지 소자는 사용자에 의해 터치되는 것을 감지하여 그에 따른 감지신호를 출력한다. 이를 위해 터치 스크린 표시 장치는 게이트 신호와 데이터 신호를 인가하기 위한 게이트 구동부와 데이터 구동부, 및 터치라인으로 출력되는 각 터치 감지 소자의 출력 신호를 처리하기 위한 터치라인신호 처리회로를 구비한다.

도 1은 종래 기술에 의한 터치스크린의 터치라인신호 처리회로를 나타낸 것으로 이에 도시한 바와 같이, 센서캐패시터(C_S,1), 프리차지스위치(PC) 및 리드아웃스위치(RO), 적분기(11)를 각기 구비한 센싱리드 회로부(10A-10N); 스위치부(20) 및, A/D 변환기(30)를 구비한다.

센서캐패시터(C_S,1)는 터치스크린 패널 상에서 일측 방향 예를 들어, 수직방향으로 배열된 다수의 터치라인에 연결된 것 중 하나이다. 상기 센서캐패시터(C_S,1)의 주변의 패드와 접지단자 사이에 존재하는 'C_P,1'는 본의 아니게 발생되는 기생캐패시터이다.

프리차지 모드에서 프리차지스위치(PC)가 소정 시간동안 턴온되어 전원단자전압(VDD)이 그 프리차지스위치(PC)를 통해 센서캐패시터(C_S,1)에 프리차지된다.

이후, 리드아웃 모드에서 리드아웃스위치(RO)가 일정시간동안 턴온되어 상기 센서캐패시터(C_S,1)에 충전된 전압이 그 리드아웃스위치(RO)를 통해 적분기(11)에 전달된다.

그런데, 사용자에 의해 터치스크린 패널 상에서 상기 센서캐패시터(C_S,1)가 터치된 경우 이의 전극판 사이가 좁아져 캐패시턴스가 변화된다. 따라서, 상기 센서캐패시터(C_S,1)로부터 적분기(11)에 전달되는 전압이 변화(예: 하강)된다.

상기 적분기(11)는 입력전압을 적분하여 그에 따른 터치감지 출력전압(V_out1)을 발생한다. 여기서, 적분기(11)의 터치감지 출력전압(V_out1)은 입력전하량을 출력캐패시터(C_i,1)의 캐패시턴스값으로 나눈 값에 해당된다. 즉, 터치라인 전류의 적분값이 출력 전하량이 된다.

상기 설명에서와 같이 종래의 경우 하나의 터치라인에 연결된 센서캐패시터(C_S,1)의 전압을 적분기(11)의 연산증폭기(OP)에서 기준전압(V_ref)과 비교하여 그에 따른 터치감지 출력전압(V_out1)을 결정하는 절대값 비교방식이 적용된다.

상기와 같은 과정을 통해 하나의 센싱리드 회로부 예를 들어, 센싱리드 회로부(10A)에서 하나의 터치라인에 대한 터치감지 출력전압(V_out1)을 발생하고, 나머지의 다른 터치라인에 대해서도 센싱리드 회로부(10B-10N)를 통해 동일한 방식으로 터치감지 출력전압(V_out2-V_outn)을 발생한다.

스위치부(20)는 상기 센싱리드 회로부(10A-10N)의 개수에 상응되는 개수의 스위치(SW1-SWn)를 구비하고, 이들을 순차적으로 턴온시켜 그 센싱리드 회로부(10A-10N)에서 출력되는 터치감지 출력전압(V_out2-V_outn)을 A/D 변환기(30)에 순차적으로 전달한다.

A/D 변환기(30)는 상기와 같은 과정을 통해 입력되는 아날로그의 터치감지 출력전압(V_out2-V_outn)을 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

시스템 제어부(도면에 미표시)는 상기 A/D 변환기(30)에서 출력되는 디지털신호를 근거로 터치스크린 패널 상에서 터치된 수직좌표를 인식하고, 게이트라인이나 별도로 설치된 수평라인을 통해 검출된 신호를 근거로 수평좌표를 인식하여 수직, 수평의 터치좌표를 판단하게 된다.

예를 들어, 터치스크린 패널상에 100개의 게이트라인과 100개의 터치라인이 구비된 경우, 30번째 터치라인에 접속된 센싱리드 회로부에서 변화된 수직좌표신호가 출력되고, 이때 50번째 게이트라인신호가 인가되었다면 X축 좌표는 50이고, Y축 좌표는 30이 된다. 즉, 50번째 게이트라인과 30번째 터치라인이 교차하는 지점을 터치영역으로 판단하게 된다.

이와 같이 종래 터치스크린의 터치라인신호 처리회로에 있어서는 센서캐패시터와 적분기가 1대1로 연결된 구조로 되어 있어 많은 개수의 적분기가 필요하였다. 이로 인하여 설치 공간이 많이 필요하고 비용이 많이 소요되는 문제점이 있었다. 또한, 많은 개수의 적분기를 사용하므로 그만큼 전력 소모량이 많게 되는 문제점이 있었다. 또한, 기생 캐패시터에 의해 적분기의 센서 출력전압이 변화되는 문제점이 있었다.

따라서, 본 발명이 해결하고자 하는 과제는 터치스크린 패널의 터치라인신호를 처리함에 있어서, 전하공유 방식을 적용하여 하나의 적분기로 하여금 복수개의 터치라인의 신호를 처리하도록 하는데 있다.

본 발명이 해결하고자 하는 과제들은 앞에서 언급한 과제들로 제한되지 않는다. 본 발명의 다른 과제 및 장점들은 아래 설명에 의해 더욱 분명하게 이해될 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은,

터치스크린 패널상에서 설치된 한 쌍의 제1,2센서캐패시터를 그라운드 전압과 전원단자전압으로 각기 프리차지시키고 차지쉐어링한 후 리드아웃하는 센싱리드아웃부;

상기 센싱리드아웃부의 출력 전압을 적분하는 적분기를 각기 구비한 다수의 센싱리드 회로부 및,

상기 다수의 센싱리드 회로부의 출력단을 A/D 변환기의 입력단에 순차적으로 연결하는 스위치부로 구성함을 특징으로 한다.

바람직하게, 상기 센싱리드아웃부는

터치스크린 패널상에서 설치된 한 쌍의 제1,2센서캐패시터를 그라운드 전압과 전원단자전압으로 각기 프리차지시키는 제1,2프리차지스위치;

상기 제1,2센서캐패시터에 대한 프리차지 후 이들을 차지쉐어링하는 차지쉐어링 스위치;

상기 제1,2센서캐패시터에 대한 차지쉐어링 결과를 리드아웃하기 위한 리드아웃스위치를 구비한다.

본 발명은 터치스크린 패널상에서 인접된 위치에 설치된 한 쌍의 제1,2센서캐패시터를 그라운드 전압과 전원단자전압으로 각기 프리차지시키고 차지쉐어링한 후 적분기 측으로 리드아웃하는 전하공유방식을 적용함으로써, 설치공간과 전력소모량이 줄어드는 효과가 있다. 또한, 기생 캐패시터에 의해 적분기의 센서 출력전압이 변화되는 것을 해소할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 종래 기술에 의한 터치스크린의 터치라인신호 처리회로도.
도 2는 본 발명에 의한 터치스크린의 터치라인신호 처리회로도.
도 3의 (a)-(f)는 도 2 각부의 파형도.

이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 2는 본 발명에 의한 터치스크린의 터치라인신호 처리회로를 나타낸 것으로 이에 도시한 바와 같이, 한 쌍의 센서캐패시터(C_S,1),(C_S,K), 제1,2프리차지스위치(PC1),(PC2), 차지쉐어링 스위치(CS), 리드아웃스위치(RO) 및, 적분기(112)를 각기 구비한 센싱리드 회로부(110A-110M); 스위치부(120) 및, A/D 변환기(130)를 구비한다.

먼저, 시스템 제어부(도면에 미표시)로부터 프리차지제어신호(PC)가 도 3의 (a)에서와 같이 '하이'로 출력되어 한 쌍의 제1,2프리차지스위치(PC1),(PC2)가 턴온된다.

이에 따라, 제1센서캐패시터(C_S,1)의 일측 단자가 그라운드단자(GND)와 연결되어 그라운드전압으로 프리차지된다. 이때, 상기 제1센서캐패시터(C_S,1)의 연결패드와 그라운드 사이에 존재하는 제1기생캐패시터(C_p,1)도 상기 그라운드전압으로 프리차지된다.

이와 동시에 제2센서캐패시터(C_S,K)가 전원단자(VDD)에 연결되어 전원단자전압으로 프리차지된다. 이때, 상기 제2센서캐패시터(C_S,K)의 연결패드와 그라운드 사이에 존재하는 제2기생캐패시터(C_p,k)도 상기 전원단자전압으로 프리차지된다.

상기 제1센서캐패시터(C_S,1)와 제2센서캐패시터(C_S,K)는 서로 인접된 터치라인에 각기 접속되는 것이 바람직하다.

이후, 상기 시스템 제어부로부터 차지쉐어링제어신호(CS)가 도 3의 (b)에서와 같이 '하이'로 출력되어 차지쉐어링스위치(CS1)가 턴온된다. 이에 따라, 상기 제1센서캐패시터(C_S,1) 및 제1기생캐패시터(C_p,1)에 프리차지된 전하과 제2센서캐패시터(C_S,K) 및 제2기생캐패시터(C_p,k)에 프리차지된 전하가 차지쉐어링되는데, 이에 의한 총 전하량(Q_T1)은 다음의 [수학식1]과 같이 표현된다.

이어서, 상기 시스템 제어부로부터 리드아웃제어신호(RO)가 도 3의 (C)에서와 같이 '하이'로 출력되어 리드아웃스위치(RO1)가 턴온된다. 이에 따라, 상기 차지쉐어링된 전하가 적분기(112)의 캐패시터(C_i,1)에 차지되는데, 이의 전하량은 다음의 [수학식2]와 같이 표현된다.

상기 [수학식2]에서와 같이 상기 제1,2기생캐패시터(C_p,1),(C_p,k)의 충전전하가 상쇄되므로 그들이 유사한 충전전하 값을 가진다면 이들의 영향을 무시할 수 있게 된다.

그리고, 상기 적분기(112)는 상기 캐패시터(C_i,1)에 충전된 전압을 적분하여 출력하게 되는데, 이의 출력전압(V_out _, _P1)은 다음의 [수학식3]과 같이 표현된다. 상기 적분기(112)에서 리세트 스위치(RE)는 적분에 앞서 상기 캐패시터(C_i,1)에 충전된 이전의 전압을 리세트시키기 위한 스위치이다.

상기 설명에서와 같이 본 발명에서는 서로 인접된 터치라인에 연결된 한 쌍의 센서캐패시터(C_S,1),(C_S,K)의 센싱전압을 적분기(112)의 연산증폭기(OP)에서 기준전압(V_ref)과 비교하여 그에 따른 터치감지 출력전압(V_out1)을 결정하는 상대적인 비교방식이 적용된다. 따라서, 센싱리드 회로부(110A-110M)의 개수가 종래에 비하여 절반으로 줄어든다.

예를 들어, 사용자에 의해 상기 제1센서캐패시터(C_S,1)가 터치되면 이의 전극판 사이가 좁아져 캐패시턴스가 변화된다. 이에 따라, 센싱리드아웃부(111)에서 상기와 같은 프리차지, 차지쉐어링 및 리드아웃 과정을 통해 출력되는 전압이 터치되지 않은 경우에 비하여 상대적으로 낮게 출력된다. 이때, 상기 적분기(112)의 연산증폭기(OP)는 반전입력단자를 통해 상기와 같이 낮게 입력되는 전압을 기준전압(V_ref)과 비교하여 그에 따른 터치감지 출력전압(V_out1)을 '하이'로 출력한다.

다른 예로써, 사용자에 의해 상기 제2센서캐패시터(C_S,k)가 터치되면 이의 전극판 사이가 좁아져 캐패시턴스가 변화된다. 이에 따라, 센싱리드아웃부(111)에서 상기와 같은 프리차지, 차지쉐어링 및 리드아웃 과정을 통해 출력되는 전압이 터치되지 않은 경우에 비하여 상대적으로 높게 출력된다. 이때, 상기 적분기(112)의 연산증폭기(OP)는 반전입력단자를 통해 상기와 같이 높게 입력되는 전압을 기준전압(V_ref)과 비교하여 그에 따른 터치감지 출력전압(V_out1)을 '로우'로 출력한다.

그러나, 사용자에 의해 상기 제1,2센서캐패시터(C_S,1),(C_S,k) 중 아무것도 터치되지 않은 경우, 상기 센싱리드아웃부(111)에서 상기와 같은 프리차지, 차지쉐어링 및 리드아웃 과정을 통해 출력되는 전압은 상기와 같이 낮거나 높게 출력되지 않는다. 이때, 상기 적분기(112)의 연산증폭기(OP)는 반전입력단자를 통해 상기와 같이 입력되는 전압을 기준전압(V_ref)과 비교하여 그에 따른 터치감지 출력전압(V_out1)을 기 설정된 전압 예를 들어 그 기준전압(V_ref) 레벨의 전압으로 출력한다.

스위치부(120)는 상기 센싱리드 회로부(110A-110M)의 개수에 상응되는 개수의 스위치(SW1-SWm)를 구비하고, 이들을 도 (d)-(f)에서와 같이 순차적으로 턴온시켜 그 센싱리드 회로부(110A-110M)에서 상기와 같은 과정을 통해 출력되는 터치감지 출력전압(V_out2-V_outm)을 A/D 변환기(130)에 순차적으로 전달한다.

A/D 변환기(130)는 상기와 같은 과정을 통해 입력되는 아날로그의 터치감지 출력전압(V_out2-V_outm)을 디지털 신호로 변환하여 출력한다.

시스템 제어부(도면에 미표시)는 상기 A/D 변환기(130)에서 출력되는 디지털신호를 근거로 터치스크린 패널 상에서 터치된 수직좌표를 인식하고, 게이트라인이나 별도로 설치된 수평라인을 통해 검출된 신호를 근거로 수평좌표를 인식하여 수직, 수평의 터치좌표를 판단하게 된다.

그런데, 상기 설명에서와 같이 상기 제1센서캐패시터(C_S,1)와 제2센서캐패시터(C_S,K)는 서로 인접된 터치라인에 각기 접속되어 있는데, 그들 사이의 거리를 결정짓는 K 값을 적절히 설정하여야 보다 정확한 터치센싱 결과를 얻을 수 있다.

왜냐하면, 상기 K 값을 너무 작게 설정하면 인접된 터치라인들이 한번의 터치동작에 의해 동시에 터치되는 경우가 발생할 수 있기 때문이다. 이와 반대로 상기 K 값을 너무 크게 설정하면 터치동작을 센싱하지 못하는 경우가 발생될 수 있기 때문이다.

따라서, 터치스크린 패널을 설계과정에서 충분한 실험과정을 통해 상기 K 값을 적절한 값으로 설정하는 것이 바람직하다.

이상에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 상세히 설명하였지만, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것이 아니라 다음의 청구범위에서 정의하는 본 발명의 기본 개념을 바탕으로 보다 다양한 실시예로 구현될 수 있으며, 이러한 실시예들 또한 본 발명의 권리범위에 속하는 것이다.

110A-110M : 센싱리드 회로부
111 : 센싱리드아웃부
112 : 적분기
120 : 스위치부
130 : A/D 변환기

Claims

터치스크린 패널상에서 설치된 한 쌍의 제1,2센서캐패시터를 그라운드 전압과 전원단자전압으로 각기 프리차지시키고 차지쉐어링한 후 리드아웃하는 센싱리드아웃부;
상기 센싱리드아웃부의 출력 전압을 적분하는 적분기를 각기 구비한 다수의 센싱리드 회로부 및,
상기 다수의 센싱리드 회로부의 출력단을 A/D 변환기의 입력단에 순차적으로 연결하는 스위치부를 포함하여 구성한 것을 특징으로 하는 터치스크린의 터치라인신호 처리회로.
제1항에 있어서, 제1,2센서캐패시터는 터치스크린 패널상에서 서로 인접된 위치에 배열된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 터치라인신호 처리회로.
제1항에 있어서, 센싱리드아웃부는
터치스크린 패널상에서 설치된 한 쌍의 제1,2센서캐패시터를 그라운드 전압과 전원단자전압으로 각기 프리차지시키는 제1,2프리차지스위치;
상기 제1,2센서캐패시터에 대한 프리차지 후 이들을 차지쉐어링하는 차지쉐어링 스위치;
상기 제1,2센서캐패시터에 대한 차지쉐어링 결과를 리드아웃하기 위한 리드아웃스위치를 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 터치라인신호 처리회로.
제3항에 있어서, 제1프리차지스위치는 그라운드단자와 상기 제1센서캐패시터의 일측 단자의 사이에 접속되고, 제2프리차지스위치는 전원단자와 상기 제2센서캐패시터의 일측 단자의 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 터치라인신호 처리회로.
제3항에 있어서, 차지쉐어링 스위치는 상기 제1,2센서캐패시터의 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 터치라인신호 처리회로.
제3항에 있어서, 리드아웃스위치는 상기 제1,2센서캐패시터의 공통접속점과 상기 적분기의 입력단자 사이에 접속된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 터치라인신호 처리회로.
제1항에 있어서, 적분기는 상기 제1,2센서캐패시터의 터치여부에 따라, '로우', '하이', 기 설정된 전압 중 하나를 출력하도록 구성된 것을 특징으로 하는 터치스크린의 터치라인신호 처리회로.
제7항에 있어서, 기 설정된 전압은 기준전압인 것을 특징으로 하는 터치스크린의 터치라인신호 처리회로.