KR20120078073A - 터치 센서 구동 장치 및 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 여부에 따라 영역별 그룹 센싱 방법 및 선택 영역에서의 국부적인 채널별 센싱 방법을 이용함으로써 터치 연산 시간 및 소비 전력을 감소시킬 수 있는 터치 센서 구동 장치 및 방법에 관한 것으로, 본 발명의 터치 센서 구동 장치는 다수의 제1 도전 라인과, 다수의 제2 도전 라인을 포함하는 터치 센서의 구동 장치에 있어서, 상기 터치 센서를 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 그룹 센싱 모드를 이용하여 영역별 터치 여부를 주기적으로 센싱하고, 터치 영역이 발생되면 그 터치 영역을 선택하고, 그 선택 영역에서만 채널 센싱 모드를 이용하여 채널별 터치 여부를 센싱하는 터치 컨트롤러를 구비한다.

Description

터치 센서 구동 장치 및 방법{APPARATUS AND METHOD FOR DRIVING TOUCH SENSOR}
본원 발명은 터치 센서 구동 시스템에 관한 것으로, 특히 터치 연산 시간 및 소비 전력을 감소시킬 수 있는 터치 센서의 구동 장치 및 방법에 관한 것이다.
오늘날 각종 표시 장치의 화면상에서 터치로 정보 입력이 가능한 터치 센서(터치 스크린, 터치 패널)이 컴퓨터 시스템의 정보 입력 장치로 널리 적용되고 있다. 터치 센서는 사용자가 손가락 또는 스타일러스를 통해 화면을 단순히 터치하여 표시 정보를 이동시키거나 선택하므로, 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있다.
터치 센서는 표시 장치 화면상에서 발생된 터치 및 터치 위치를 감지하여 터치 정보를 출력하고, 컴퓨터 시스템은 터치 정보를 분석하여 명령을 수행한다. 표시 장치로는 액정 표시 장치, 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 장치 등과 같은 평판 표시 장치가 주로 이용된다.
터치 센서 기술로는 센싱 원리에 따라 저항막 방식, 커패시티브(Capacitive) 방식, 광학 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 전자기 방식 등이 존재한다. 터치 센서는 패널 형태로 제작되어서 표시 장치의 상부에 부착되는 온-셀 터치 센서(On-cell Touch Sensor)로 구성되거나, 표시 장치의 화소 매트릭스 내에 내장되는 인-셀 터치 센서(In-cell Touch Sensor)로 구성된다. 터치 센서로는 포토 트랜지스터를 이용하여 광세기에 따라 터치를 인식하는 포토 터치 센서와, 커패시티브 가변에 따라 터치를 인식하는 커패시티브 터치 센서가 주로 이용된다.
일반적으로, 터치 센서는 터치 컨트롤러로부터의 구동 신호를 공급하는 다수의 제1 도전 라인과, 터치 여부를 나타내는 리드아웃(Readout) 신호를 출력하는 다수의 제2 도전 라인을 구비한다. 터치 컨트롤러는 다수의 제1 도전 라인을 순차 구동하면서 다수의 제2 도전 라인으로부터 출력되는 리드아웃 신호를 순차적으로 센싱하여 터치 여부를 판단한다.
그러나, 종래의 터치 컨트롤러는 터치점의 수와 관계없이 주기적으로 터치 센서의 전체 제1 도전 라인을 채널별로 스캔하면서 제2 도전 라인으로부터 채널별로 출력되는 리드아웃 신호를 터치 알고리즘으로 연산하여 터치 여부를 판단하고 있다. 이에 따라, 종래의 터치 컨트롤러는 터치점이 발생하지 않거나, 터치점이 1개인 경우에도 터치 센서의 전체 영역을 채널별로 스캐닝하면서 채널별로 터치 알고리즘 연산을 수행하여 터치를 센싱해야 하므로 불필요한 터치 연산 시간으로 인하여 터치 연산 시간 및 소비 전력을 감소시키는데 한계가 있다. 이러한 터치 연산 시간 및 소비 전력은 터치 센서가 크기가 클수록 더 증가하고 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위하여 안출된 것으로, 본원 발명이 해결하려는 과제는 터치 여부에 따라 영역별 그룹 센싱 방법 및 선택 영역에서의 국부적인 채널별 센싱 방법을 이용함으로써 터치 연산 시간 및 소비 전력을 감소시킬 수 있는 터치 센서 구동 장치 및 방법을 제공하는 것이다.
상기 과제를 해결하기 위하여, 본원 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치는 다수의 제1 도전 라인과, 다수의 제2 도전 라인을 포함하는 터치 센서의 구동 장치에 있어서, 상기 터치 센서를 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 그룹 센싱 모드를 이용하여 영역별 터치 여부를 주기적으로 센싱하고, 터치 영역이 발생되면 그 터치 영역을 선택하고, 그 선택 영역에서만 채널 센싱 모드를 이용하여 채널별 터치 여부를 센싱하는 터치 컨트롤러를 구비한다.
상기 터치 컨트롤러는 상기 그룹 센싱 모드로 상기 분할 영역별로 상기 제1 도전 라인들 및 제2 도전 라인들 각각을 그룹핑하여 영역별 셀프-커패시턴스 가변을 센싱하는 그룹 셀프 센싱 모드와, 영역별 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 그룹 상호 센싱 모드 중 어느 하나를 이용하고; 상기 선택 영역에서의 채널 센싱 모드로 상기 선택 영역에서 채널별 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 채널 상호 센싱 모드를 이용한다.
상기 터치 컨트롤러는 상기 제1 도전 라인들을 상기 그룹 셀프 센싱 모드로 구동하는 제1 셀프 모드 블록과; 상기 제1 도전 라인들을 상기 그룹 상호 센싱 모드 및 상기 선택 영역에서 상기 채널 상호 센싱 모드로 구동하는 제1 상호 모드 블록과; 센싱 모드에 따라 상기 제1 셀프 모드 블록 또는 상기 제1 상호 모드 블록을 상기 제1 도전 라인들과 접속시키는 제1 모드 스위칭 블록과; 상기 제2 도전 라인들을 상기 그룹 셀프 센싱 모드로 구동하는 제2 셀프 모드 블록과; 상기 제2 도전 라인들을 상기 그룹 상호 센싱 모드 및 상기 선택 영역에서 상기 채널 상호 센싱 모드로 구동하는 제2 상호 모드 블록과; 센싱 모드에 따라 상기 제2 셀프 모드 블록 또는 상기 제2 상호 모드 블록을 상기 제2 도전 라인들과 접속시키는 제2 모드 스위칭 블록과; 상기 제1 및 제2 셀프 모드 블록과, 상기 제1 및 제2 상호 모드 블록과, 상기 제1 및 제2 모드 스위칭 블록을 각각 제어하는 마이크로컨트롤러 유닛을 구비한다.
상기 제1 셀프 모드 블록은 상기 제1 도전 라인의 구동 신호 생성하여 출력하는 제1 구동 신호 생성부와; 상기 제1 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제1 도전 라인들을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 그룹 셀프 센싱 모드 제어에 따라 상기 분할 영역별로 그룹핑하는 제1 그룹핑 스위치 블록과; 상기 제1 구동 신호 생성부의 출력 라인과 피드백 라인을 통해 접속되어 상기 영역별로 그룹핑된 상기 제1 도전 라인의 셀프-커패시턴스 가변을 센싱하는 제1 셀프 센싱부를 구비한다.
상기 제2 셀프 모드 블록은 상기 제2 도전 라인의 구동 신호 생성하여 출력하는 제2 구동 신호 생성부와; 상기 제2 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제2 도전 라인들을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 셀프 센싱 모드 제어에 따라 상기 분할 영역별로 그룹핑하는 제2 그룹핑 스위치 블록과; 상기 제2 구동 신호 생성부의 출력 라인과 피드백 라인을 통해 접속되어 상기 영역별로 그룹핑된 상기 제2 도전 라인의 셀프-커패시턴스 가변을 센싱하는 제2 셀프 센싱부를 구비한다.
상기 제1 상호 모드 블록은 상기 제1 도전 라인의 구동 신호 생성하여 출력하는 제3 구동 신호 생성부와; 상기 제3 구동 신호 생성부와 공통 접속되고, 상기 제1 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제1 도전 라인들과 채널별로 접속되어, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 상호 모드 또는 상기 채널 상호 모드 제어에 따라 채널별로 상기 구동 신호를 선택적으로 스위칭하는 제1 채널 스위칭 블록과; 상기 제1 채널 스위칭 블록과 상기 제1 모드 스위칭 블록 사이에 접속되고, 상기 제1 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제1 도전 라인들을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 상호 모드 제어에 따라 상기 분할 영역별로 그룹핑하는 제3 그룹핑 스위치 블록과; 상기 영역별로 그룹핑된 상기 제1 도전 라인의 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 제1 상호 센싱부와; 상기 제3 구동 신호 생성부 및 상기 제1 상호 센싱부와 상기 제1 채널 스위칭 블록 사이에 접속되어, 상기 제1 채널 스위칭 블록의 일측단을, 상기 마이크로 컨트롤러의 송수신 모드 제어에 따라 상기 제3 구동 신호 생성부의 출력단과 접속시키거나, 상기 제1 상호 센싱부의 입력단과 접속시키는 제1 송수신 스위칭 블록을 구비한다.
상기 제2 상호 모드 블록은 상기 제2 도전 라인의 구동 신호 생성하여 출력하는 제4 구동 신호 생성부와; 상기 제4 구동 신호 생성부와 공통 접속되고, 상기 제2 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제2 도전 라인들과 채널별로 접속되어, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 상호 모드 또는 상기 채널 상호 모드 제어에 따라 채널별로 상기 구동 신호를 스위칭하는 제2 채널 스위칭 블록과; 상기 제2 채널 스위칭 블록과 상기 제2 모드 스위칭 블록 사이에 접속되고, 상기 제2 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제2 도전 라인들을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 상호 모드 제어에 따라 상기 분할 영역별로 그룹핑하는 제4 그룹핑 스위치 블록과; 상기 영역별로 그룹핑된 상기 제2 도전 라인의 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 제2 상호 센싱부와; 상기 제4 구동 신호 생성부 및 상기 제2 상호 센싱부와 상기 제2 채널 스위칭 블록 사이에 접속되어, 상기 제2 채널 스위칭 블록의 일측단을, 상기 마이크로 컨트롤러의 송수신 모드 제어에 따라 상기 제2 구동 신호 생성부의 출력단과 접속시키거나, 상기 제2 상호 센싱부의 입력단과 접속시키는 제2 송수신 스위칭 블록을 구비한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 방법은 다수의 제1 도전 라인과, 다수의 제2 도전 라인을 포함하는 터치 센서의 구동 방법에 있어서, 상기 터치 센서를 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 그룹 센싱 모드를 이용하여 영역별 터치 여부를 주기적으로 센싱하는 단계와; 상기 단계에서 터치 영역이 발생되면 그 터치 영역을 선택하는 단계와; 상기 선택 영역에서만 채널 센싱 모드를 이용하여 채널별 터치 여부를 센싱하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 터치 센서의 구동 장치 및 방법은 터치점이 발생하기 이전에는 터치 센서를 다수의 영역으로 분할하고, 영역별 그룹 센싱 방법으로 셀프-커패시턴스(Self-Capacitance) 또는 상호-커패시턴스(Mutual-Capacitance) 센싱 방법을 이용하여 영역별 터치 여부를 주기적으로 판단한다. 그리고, 본 발명에 따른 터치 센서의 구동 장치 및 방법은 터치가 발생하면 터치가 발생된 영역을 선택하고 선택 영역에서만 채널별 상호-커패시턴스(Mutual-Capacitance) 센싱 방법을 이용하여 채널별 터치 여부를 판단한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 터치 센서의 구동 장치 및 방법은 터치 여부에 따라 전체 영역에 대한 그룹 센싱 방법과, 터치 영역에 대한 국부적인 채널 센싱 방법을 이용함으로써, 터치 여부에 관계없이 종래의 전체 영역을 채널별로 스캐닝 및 센싱하는 경우보다 터치 센서 구동 시간 및 터치 알고리즘 연산 시간을 단축시킬 수 있으므로, 소비 전력을 더욱 감소시킬 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치를 포함하는 표시 장치의 구성을 개략적으로 나타낸 회로 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 커패시티브 터치 센서의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 3은 도 1에 나타낸 터치 컨트롤러의 구동 방법을 단계적으로 나타낸 흐름도이다.
도 4는 도 1에 나타낸 터치 컨트롤러의 구성을 개략적으로 나타낸 회로 블록도이다.
도 5A 및 도 5B는 도 4에 나타낸 제1 및 제2 셀프 모드 블록 각각의 상세 구성을 예를 들어 나타낸 회로 블록도이다.
도 6A 및 도 6B는 도 4에 나타낸 제1 및 제2 상호 모드 블록 각각의 상세 구성을 예를 들어 나타낸 회로 블록도이다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치를 포함하는 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 1에 나타낸 터치 센서 구동 장치를 갖는 표시 장치는 표시 패널(10)과, 표시 패널(10)을 구동하는 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)를 포함하는 패널 구동부(16)와, 패널 구동부(16)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(18)와, 표시 패널(10) 상의 터치 센서(20)와, 터치 센서(20)를 구동하는 터치 컨트롤러(30)를 구비한다. 타이밍 컨트롤러(18) 및 터치 컨트롤러(30)는 호스트 컴퓨터(50)와 접속된다.
타이밍 컨트롤러(18) 및 데이터 드라이버(12)는 각각의 IC(Integrated Circuit)로 집적화되거나, 타이밍 컨트롤러(18)가 데이터 드라이버(12) 내에 내장되어 하나의 IC로 집적화될 수 있다. 터치 컨트롤러(30) 및 타이밍 컨트롤러(18)도 각각의 IC로 집적화되거나, 터치 컨트롤러(30)가 타이밍 컨트롤러(18)에 내장되어 하나의 IC로 집적화될 수 있다.
표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 어레이를 포함한다. 화소 어레이는 포인터 또는 커서를 포함하는 그래픽 사용자 인터페이스(Grapic User Interface; GUI) 및 기타 영상을 표시한다. 표시 패널(10)로는 액정 표시 패널(이하, 액정 패널), 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 패널과 같은 평판 표시 패널이 주로 이용될 수 있다. 이하에서는 액정 패널을 예로 들어 설명하기로 한다.
표시 패널(10)로 액정 패널이 이용되는 경우, 표시 패널(10)은 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판과, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판 사이의 액정층과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 외측면에 각각 부착된 편광판을 구비한다. 표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 매트릭스를 통해 영상을 표시한다. 각 화소는 데이터 신호에 따른 액정 배열의 가변으로 광투과율을 조절하는 적, 녹, 청 서브화소의 조합으로 원하는 색을 구현한다. 각 서브화소는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)와 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다. 액정층은 TN(Twisted Nematic) 모드 또는 VA(Vertical Alignment) 모드와 같이 수직 전계에 의해 구동되거나, IPS(In-Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같이 수평 전계에 의해 구동된다.
데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 데이터 제어 신호 에 응답하여 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 영상 데이터를 표시 패널(10)의 다수의 데이터 라인(DL)에 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터 입력되는 디지털 데이터를 감마 전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터 신호로 변환하여 각 게이트 라인(GL)이 구동될 때마다 데이터 신호를 데이터 라인(DL)으로 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 적어도 하나의 데이터 IC로 구성되어 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다.
게이트 드라이버(14)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 게이트 제어 신호에 응답하여 표시 패널(10)의 박막 트랜지스터 어레이에 형성된 다수의 게이트 라인(GL)을 순차 구동한다. 게이트 드라이버(14)는 각 게이트 라인(GL)의 해당 스캔 기간마다 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 다른 게이트 라인(GL)이 구동되는 나머지 기간에는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 드라이버(14)는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다. 또한, 게이트 드라이버(14)는 GIP(Gate In Panel) 방식으로 표시 패널(10)에 내에 내장되어 화소 어레이와 함께 박막 트랜지스터 기판 상에 형성될 수 있다.
타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)로부터 입력된 영상 데이터를 신호 처리하여 데이터 드라이버(12)로 공급한다. 예를 들면, 타이밍 컨트롤러(18)는 액정의 응답 속도를 향상시키기 위하여 인접 프레임간의 데이터 차에 따라 오버슈트(Overshoot) 값 또는 언더슈트(Undershoot) 값을 부가하는 오버 드라이빙 구동으로 데이터를 보정하여 출력할 수 있다. 또한, 타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)으로부터 입력된 다수의 동기 신호, 즉 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 이네이블 신호, 도트 클럭을 이용하여 데이터 드라이버(12)의 구동 타이밍을 제어하는 데이터 제어 신호와, 게이트 드라이버(14)의 구동 타이밍을 제어하는 게이트 제어 신호를 생성한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 생성된 데이터 제어 신호 및 게이트 제어 신호를 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)로 각각 출력한다. 데이터 제어 신호는 데이터 신호의 래치를 제어하는 소스 스타트 펄스 및 소스 샘플링 클럭과, 데이터 신호의 극성을 제어하는 극성 제어 신호와, 데이터 신호의 출력 기간을 제어하는 소스 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 게이트 제어 신호는 게이트 신호의 스캐닝을 제어하는 게이트 스타트 펄스 및 게이트 쉬프트 클럭과, 게이트 신호의 출력 기간을 제어하는 게이트 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 동기 신호(수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync) 등)을 터치 컨트롤러(30)로 공급하여 액정 패널(10)의 구동 타이밍과 터치 센서(20)의 구동 타이밍이 연동하도록 터치 컨트롤러(30)의 구동 타이밍을 제어할 수 있다.
터치 센서(20)는 사용자 터치를 감지하여 사용자가 표시 패널(10)에 표시된 GUI와 대화할 수 있게 한다. 터치 센서(20)는 인체나 스타일러스와 같은 도전체가 터치할 때 소량의 전하가 터치점으로 이동하여 발생되는 커패시턴스의 변화를 감지하여 터치를 인식하는 커패시티브 타입의 터치 센서를 주로 이용한다. 터치 센서(20)는 표시 패널(10) 상에 부착되거나, 표시 패널(10)의 화소 어레이 내에 내장될 수 있다.
예를 들면, 표시 패널(10) 상에 부착되는 커패시티브 타입의 터치 센서(20)는 도 2와 같이 가로 방향으로 배치된 다수의 제1 센싱 전극들(22)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 제1 도전 라인(Y1~Yn)과, 세로 방향으로 배치된 다수의 제2 센싱 전극들(24)이 전기적으로 접속되어 구성된 다수의 제2 도전 라인(X1~Xm)을 구비할 수 있다. 제1 및 제2 센싱 전극(22, 24) 각각은 주로 마름모형으로 형성되며, 다른 여러가지 모양으로 형성될 수 있다. 제1 및 제2 센싱 전극(22, 24)은 터치 컨트롤러(30)에 의해 구동되어 프린지 전계(Fringe Field)에 의해 커패시턴스를 형성하고, 터치 센서(20)를 터치하는 전도성 터치 물체와의 커패시터를 형성하여 커패시턴스를 변화시킴으로써 터치 여부를 나타내는 신호를 제1 도전 라인 또는 제2 도전 라인을 통해 출력한다.
터치 센서(20)의 제1 도전 라인(Y1~Yn)은 터치 컨트롤러(30)의 그룹 셀프 센싱 모드에서는 다수의 영역으로 분할되어 영역별로 그룹핑되어 구동되면서 센싱되고, 터치 컨트롤러(30)에 의해 선택된 영역내에서 채널별 상호 센싱 모드에 의해 채널별로 구동 또는 센싱될 수 있다. 터치 센서(20)의 제2 도전 라인(X1~Xm)도 터치 컨트롤러(30)의 그룹 셀프 센싱 모드에서는 영역별로 그룹핑되어 구동되면서 센싱되고, 터치 컨트롤러(30)에 의해 선택된 영역내에서 채널별 상호 센싱 모드에 의해 채널별로 구동 또는 센싱될 수 있다.
이와 달리, 터치 센서(20)의 제1 도전 라인(Y1~Yn)은 터치 컨트롤러(30)의 그룹 상호 센싱 모드에서는 영역별로 그룹핑되어 구동 또는 센싱되고, 터치 컨트롤러(30)에 의해 선택된 영역내에서 채널별 상호 센싱 모드에 의해 채널별로 구동 또는 센싱될 수 있다. 터치 센서(20)의 제2 도전 라인(X1~Xm)도 터치 컨트롤러(30)의 그룹 상호 센싱 모드에서는 다수의 영역으로 분할되어 영역별로 그룹핑되어 구동 또는 센싱되고, 터치 컨트롤러(30)에 의해 선택된 영역내에서 채널별 상호 센싱 모드에 의해 채널별로 구동 또는 센싱될 수 있다.
터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)에 구동 신호를 공급함과 아울러 터치 센서(20)로부터 출력되는 신호를 이용하여 터치를 센싱하고, 센싱 결과로부터 터치 정보를 산출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다. 터치 컨트롤러(30)로부터 산출되는 터치 정보는 센싱 결과로부터 산출된 터치점 좌표, 터치점 갯수, 단위 시간내 터치 횟수, 터치 지속 시간 등을 포함할 수 있다.
터치 컨트롤러(30)는 터치 센서(20)를 터치 여부에 따라 영역별 그룹 센싱 모드, 즉 영역별 그룹 셀프 센싱 모드 또는 영역별 그룹 상호 센싱 모드로 구동하여 영역별로 터치를 센싱하고, 선택된 영역에서의 채널별 상호 센싱 모드로 구동하여 선택 영역내에서만 채널별로 터치를 파인(Fine) 센싱한다.
다시 말하여, 터치 컨트롤러(30)는 도 3에 나타낸 바와 같이 터치점이 검출될 때까지 터치 센서(20)를 다수의 영역으로 분할하고 영역별로 그룹 셀프 센싱 모드 또는 그룹 상호 센싱 모드와 같은 그룹 센싱 모드로 구동하여 영역별 터치 센싱을 주기적으로 반복한다(S2, S4). 그리고, 터치 컨트롤러(30)는 영역별 그룹 센싱 모드에서 적어도 1개의 터치 영역이 검출되면(S4), 터치가 발생된 영역을 선택한다(S6). 이어서, 선택된 터치 영역만 채널별로 상호-커패시턴스 센싱 모드로 구동하여 채널별로 터치를 파인 센싱하여서(S8), 그 파인 센싱 신호로부터 터치점 좌표 및 터치점 개수 등을 포함하는 터치 정보를 산출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다.(S10)
그룹 셀프 센싱 모드는 터치 센서(20)를 다수의 영역으로 분할하고 각 영역에서 제1 도전 라인들을 그룹핑하여(쇼트시켜서) 그룹핑된 제1 도전 라인들을 동시에 스캐닝하면서 그룹핑된 제1 도전 라인들을 통해 피드백되는 신호를 이용하여 셀프-커패시턴스(Self-Capacitance)의 변화를 센싱함으로써 영역별 터치 여부를 센싱한다. 이어서, 각 영역에서 제2 도전 라인들을 그룹핑하여(쇼트시켜서) 그룹핑된 제2 도전 라인들을 동시에 스캐닝하면서 그룹핑된 제2 도전 라인들을 통해 피드백되는 신호를 이용하여 셀프-커패시턴스의 변화를 센싱함으로써 영역별 터치 여부를 센싱한다.
그룹 상호 센싱 모드는 터치 센서(20)를 다수의 영역으로 분할하고 각 영역에서 제1 도전 라인들을 그룹핑하여(쇼트시켜서) 그룹핑된 제1 도전 라인들을 동시에 스캐닝하고, 각 영역에서 제2 도전 라인들을 그룹핑하여(쇼트시켜서) 그룹핑된 제2 도전 라인들의 출력을 이용하여 상호-커패시턴스(Mutual-Capacitance) 변화를 센싱함으로써 영역별 터치 여부를 센싱한다. 이와 반대로, 그룹 상호 센싱 모드는 각 영역의 제2 도전 라인들을 그룹핑하여 스캐닝하고 각 영역의 제1 도전 라인들을 그룹핑하여 센싱할 수 있다.
채널별 상호 센싱 모드는 선택된 터치 영역에 포함된 다수의 제1 도전 라인을 채널별로 순차적으로 스캐닝하고, 그 선택 영역에 포함된 다수의 제2 도전 라인을 통해 채널별로 상호-커패시턴스 변화를 센싱함으로써 선택 영역에서만 채널별 터치 여부를 센싱한다.
호스트 컴퓨터(50)는 영상 데이터 및 다수의 동기 신호를 타이밍 컨트롤러(18)로 공급하고, 터치 컨트롤러(30)로부터 입력된 터치 정보를 분석하여 사용자의 터치 동작에 대응하는 명령을 수행한다.
도 4는 도 1에 나타낸 터치 컨트롤러의 구성을 개략적으로 나타낸 블록도이다.
도 4에 나타낸 터치 컨트롤러(30)는 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과 선택적으로 접속되는 제1 셀프 모드 블록(32) 및 제1 상호 모드 블록(34)과, 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)과 선택적으로 접속되는 제2 셀프 모드 블록(36) 및 제2 상호 모드 블록(38)과, 셀프 모드 블록(32, 36) 및 상호 모드 블록(34, 38)과 모드 스위칭 블록(33, 37)을 제어하는 마이크로 컨트롤러 유닛(Microcontroller Unit; 이하 MCU)(36)를 구비한다.
터치 센서(20)는 n개(n은 양의 정수)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과, 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과 절연되게 교차하는 m개(m은 양의 정수)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)을 구비한다. 터치 센서(20)는 제1 도전 라인들(Y1~Yn) 및 제2 도전 라인들(X1~Xm)을 일정 갯수씩 포함하도록 i×j=k개(i는 세로 방향 분할수로 n보다 작은 양은 정수, j는 가로 방향 분할수로 m보다 작은 양의 정수, k는 양의 정수)의 영역(#1~#k)으로 분할 구동된다.
제1 모드 스위칭 블록(33)은 MCU(40)의 센싱 모드에 응답하여 제1 셀프 모드 블록(32) 또는 제1 상호 모드 블록(34)을 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과 접속시킨다. 구체적으로, 제1 모드 스위칭 블록(33)은 MCU(40)의 그룹 셀프 센싱 모드에 응답하여 제1 셀프 모드 블록(32)을 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과 접속시키고, MCU(40)의 채널 상호 센싱 모드에 응답하여 제1 상호 모드 블록(34)을 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과 접속시킨다. 이와 달리, 제1 모드 스위칭 블록(33)은 MCU(40)의 그룹 상호 센싱 모드 및 채널 상호 센싱 모드에 응답하여 제1 상호 모드 블록(34)을 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과 접속시킬 수 있다.
제2 모드 스위칭 블록(37)은 MCU(40)의 센싱 모드에 응답하여 제2 셀프 모드 블록(36) 또는 제2 상호 모드 블록(38)을 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(Y1~Yn)과 접속시킨다. 구체적으로, 제2 모드 스위칭 블록(37)은 MCU(40)의 그룹 셀프 센싱 모드에 응답하여 제2 셀프 모드 블록(36)을 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(Y1~Yn)과 접속시키고, MCU(40)의 채널 상호 센싱 모드에 응답하여 제2 상호 모드 블록(38)을 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)과 접속시킨다. 이와 달리, 제2 모드 스위칭 블록(37)은 MCU(40)의 그룹 상호 센싱 모드 및 채널 상호 센싱 모드에 응답하여 제2 상호 모드 블록(38)을 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)과 접속시킬 수 있다.
제1 셀프 모드 블록(32)은 그룹 셀프 센싱 모드에서 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과 접속된다. 제1 셀프 모드 블록(32)은 MCU(40)의 제어에 응답하여 제1 도전 라인들(Y1~Yn)을 i개의 영역으로 분할하고 각 영역에서 제1 도전 라인들을 서로 그룹핑하여(쇼트시켜서), 영역별로 그룹핑된 제1 도전 라인에 구동 신호를 공급함과 아울러 그룹핑된 제1 도전 라인을 통해 피드백되는 신호를 이용하여 셀프-커패시턴스 변화를 센싱함으로써 영역별 터치 여부를 센싱한다.
제2 셀프 모드 블록(36)은 그룹 셀프 센싱 모드에서 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)과 접속된다. 제2 셀프 모드 블록(36)은 MCU(40)의 제어에 응답하여 제2 도전 라인들(X1~Xm)을 j개의 영역으로 분할하고 각 영역에서 제2 도전 라인들을 서로 그룹핑하여(쇼트시켜서), 영역별로 그룹핑된 제2 도전 라인에 구동 신호를 공급함과 아울러 그룹핑된 제2 도전 라인을 통해 피드백되는 신호를 이용하여 셀프-커패시턴스 변화를 센싱함으로써 영역별 터치 여부를 센싱한다.
예를 들면, 제1 및 제2 셀프 모드 블록(32, 36) 각각은 그룹핑된 도전 라인을 통해 피드백되는 신호의 지연 시간을 미리 설정된 기준치와 비교하고 그 비교 결과에 따라 영역별 터치 여부를 판단한다. 각 영역에서 터치가 발생되면 그 영역의 커패시턴스가 가변(증가)하여 각 영역에서 그룹핑된 제1 또는 제2 도전 라인들로부터의 피드백 신호의 지연 시간이 기준치와 다르게 가변(증가)하게 되므로, 피드백 신호의 지연 시간과 기준치와의 차이에 따라 영역별 터치 여부를 센싱할 수 있다.
제1 상호 모드 블록(34)은 그룹 상호 센싱 모드 및 채널 상호 센싱 모드에서 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)과 접속된다. 제1 상호 모드 블록(34)은 MCU(40)의 그룹 상호 센싱 모드에 응답하여 제1 도전 라인들(Y1~Yn)을 i개의 영역으로 분할하고 각 영역에서 제1 도전 라인들을 서로 그룹핑하여(쇼트시켜서), 영역별로 그룹핑된 제1 도전 라인에 구동 신호를 공급한다. 또한, 제1 상호 모드 블록(34)은 MCU(40)의 채널 상호 센싱 모드에 응답하여 선택된 영역의 제1 도전 라인들에 채널별로 구동 신호를 순차 공급한다.
제2 상호 모드 블록(38)은 그룹 상호 센싱 모드 및 채널 상호 센싱 모드에서 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)과 접속된다. 제2 상호 모드 블록(38)은 MCU(40)의 그룹 상호 센싱 모드에 응답하여 제2 도전 라인들(X1~Xm)을 j개의 영역으로 분할하고 각 영역에서 제2 도전 라인들을 서로 그룹핑하여(쇼트시켜서), 영역별로 그룹핑된 제2 도전 라인의 출력 신호를 이용하여 상호-커패시턴스 변화를 센싱함으로써 영역별 터치 여부를 센싱한다. 또한, 제2 상호 모드 블록(38)은 MCU(40)의 채널 상호 센싱 모드에 응답하여 선택된 영역의 제2 도전 라인들의 출력 신호를 이용하여 채널별로 상호-커패시턴스 변화를 순차 센싱함으로써 선택 영역에서 채널별 터치 여부를 센싱한다. 예를 들면, 제2 상호 모드 블록(38)은 영역별로 그룹핑된 제2 도전 라인의 출력 신호(전류 또는 전압)를 미리 설정된 기준치(전류 또는 전압)와 비교하여 그 비교 결과에 따라 영역별 터치 여부를 판단하고, 선택 영역에서의 채널별 제2 도전 라인의 출력 신호를 미리 설정된 다른 기준치와 비교하여 그 비교 결과에 따라 채널별 터치 여부를 판단한다.
한편, 설계자 또는 사용자의 옵션 설정에 따른 MCU(40)의 송수신 모드 제어에 따라 상기 그룹 상호 센싱 모드 및 채널 상호 센싱 모드에서, 제2 상호 모드 블록(38)이 제2 도전 라인들(X1~Xm)을 구동하고, 제1 상호 모드 블록(34)이 제1 도전 라인들(Y1~Yn)의 출력 신호를 이용하여 영역별 및 채널별로 터치 여부를 센싱할 수 있다.
MCU(36)는 터치 여부에 따라 제1 및 제2 셀프 모드 블록(32, 36)이 터치 센서(20)와 접속하도록 제1 및 제2 모드 스위칭 블록(33, 37)을 제어하거나, 제1 및 제2 상호 모드 블록(34, 38)이 터치 센서(20)와 접속하도록 제1 및 제2 모드 스위칭 블록(33, 37)을 제어한다.
다시 말하여, MCU(36)는 터치 영역이 발생될 때까지의 그룹 센싱 모드에서는 제1 및 제2 셀프 모드 블록(32, 36)이 터치 센서(20)와 접속하도록 제1 및 제2 모드 스위칭 블록(33, 37)을 제어한다. 그리고, 그룹 센싱 모드에서 터치 영역이 발생하면 채널 센싱 모드로 전환하여 제1 및 제2 상호 모드 블록(34, 38)이 터치 센서(20)와 접속하도록 제1 및 제2 모드 스위칭 블록(33, 37)을 제어한다. 이때, MCU(36)는 터치가 발생된 영역을 선택하여 선택된 영역의 제1 및 제2 도전 라인들만 구동하도록 제1 및 제2 상호 모드 블록(34, 38)을 제어한다
이와 달리, 설계자 또는 사용자의 옵션 설정에 따라 MCU(36)는 터치 영역이 발생될 때까지의 그룹 센싱 모드에서도 제1 및 제2 상호 모드 블록(34, 38)이 터치 센서(20)와 접속하도록 제1 및 제2 모드 스위칭 블록(33, 37)을 제어할 수 있다. 즉, 설계자(사용자)는 옵션 설정을 통해 MCU(40)를 제어하여 그룹 센싱 모드에서 제1 및 제2 셀프 모드 블록(32, 36)을 이용한 그룹 셀프 센싱 모드를 선택하거나, 제1 및 제2 상호 모드 블록(34, 38)을 이용한 그룹 상호 센싱 모드를 선택할 수 있다.
한편, 설계자(사용자)의 옵션 설정없이, 터치 컨트롤러(30)는 제1 및 제2 상호 모드 블록(34, 38)만을 이용하여 그룹 상호 센싱 모드 및 채널 상호 센싱 모드를 모두 구동할 수 있다. 이 경우, 도 3에 나타낸 터치 컨트롤러(30)에서 제1 및 제2 셀프 모드 블록(32, 36)과 함께 제1 및 제2 모드 스위칭 블록(33, 37)을 생략하여 회로를 간소화할 수 있다.
또한, MCU(40)는 채널 센싱 모드에서 제1 상호 모드 블록(34) 또는 제2 상호 모드 블록(38)으로부터 선택 영역내에서 채널별로 입력되는 센싱 데이터를 이용하여 터치 좌표를 산출하고 산출된 터치 좌표를 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다. 이외에도 MCU(40)는 산출된 터치 좌표값으로부터 터치점 갯수를 산출하거나, 단위 시간내 터치점 산출 개수를 카운트하여 터치 횟수를 산출거나, 단위 시간내 터치 지속 시간을 산출할 수 있다.
도 5A 및 도 5B는 도 4에 나타낸 제1 및 제2 셀프 모드 블록(32, 36) 각각의 상세 구성을 예를 들어 나타낸 회로 블록도이다.
도 5A에 나타낸 제1 셀프 모드 블록(32)은 제1 펄스 폭 변조(Pulse Width Modulation; 이하 PWM) 신호를 생성하는 제1 PWM 생성부(60)와, 제1 PWM 생성부(60)의 출력 라인과 피드백 라인을 통해 병렬 접속된 제1 셀프 센싱부(62)와, 제1 PWM 생성부(60)의 출력 라인 및 제1 셀프 센싱부(62)의 피드백 라인과 공통 접속되고 제1 모드 스위칭 블록(33)의 n개의 입력 라인(I1~In)을 i개의 영역으로 분할하여 분할 영역별로 순차적으로 그룹핑하기 위한 제1 그룹핑 스위치 블록(64)을 구비한다.
제1 모드 스위칭 블록(33)은 MCU(40)의 제어에 따라 터치 센서(20)의 n개의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)을, 제1 셀프 모드 블록(32)의 n개의 채널에 채널별로 접속시키거나, 도 4에 나타낸 제1 상호 모드 블록(34)의 n개의 채널에 채널별로 접속시키는 n개의 제1 모드 스위치(SY1~SYn)를 구비한다. 도 5A에서는 제1 모드 스위칭 블록(33)이 MCU(40)의 제어에 응답하여 터치 센서(20)의 n개의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)을, 제1 셀프 모드 블록(32)의 n개의 채널에 채널별로 접속시킨 경우를 나타낸다.
제1 PWM 생성부(60)는 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)를 구동하기 위한 제1 PWM 신호를 생성하여 출력한다.
제1 셀프 센싱부(62)는 제1 PWM 생성부(60)의 출력 라인과 병렬 접속된 피드백 라인을 경유하여, 그룹핑된 제1 도전 라인들(Y1~Yn)로부터 피드백되는 신호의 지연 시간을 셀프-커패시턴스 가변에 따라 센싱함으로써 영역별 터치 여부를 판단한다.
제1 그룹핑 스위치 블록(64)은 MCU(40)의 제어에 따라 제1 모드 스위칭 블록(33)의 입력 라인들(I1~In)들을 i개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑함으로써, 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 n개의 입력 라인들(I1~In)들과 채널별로 접속되는 n개의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)을 i개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑하게 된다. 이를 위하여, 제1 그룹핑 스위치 블록(64)은 영역별로 제1 모드 스위칭 블록(33)의 입력 라인(I1~In)들 사이마다 각각 접속된 다수의 제1 그룹핑 스위치(SA1~SAi)를 포함한다. 각 영역에서 p개(p는 n보다 작은 양의 정수)의 입력 라인(제1 도전 라인)을 포함하는 경우 그 p개의 입력 라인들(제1 도전 라인들)을 그룹핑하기 위한 p-1개의 제1 그룹핑 스위치(SA1, SA2, ..., 또는 SAi)가 p개의 입력 라인들 사이마다 각각 접속된다. 각 영역의 마지막번째 입력 라인과, 다음 영역의 첫번째 입력 사이에는 제1 그룹핑 스위치(SA)가 형성되지 않는다. 제1 그룹핑 스위치 블록(64)은 각 영역에서 제1 그룹핑 스위치들(SA1, SA2, ..., 또는 SAi)이 MCU(40)의 제어에 따라 해당 영역내의 제1 모드 스위칭 블록(33)의 입력 라인들을 서로 쇼트시킴으로써, 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 접속되는 해당 영역내의 제1 도전 라인들을 그룹핑한다. 이에 따라, 제1 PWM 생성부(60)로부터의 제1 PWM 신호가 제1 그룹 스위치 블록(64) 및 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 그룹핑된 해당 영역의 제1 도전 라인들에 동시에 공급되고, 제1 셀프 센싱부(62)는 그룹핑된 해당 영역의 제1 도전 라인들로부터 제1 모드 스위칭 블록(33) 및 제1 그룹 스위치 블록(64)을 통해 피드백되는 신호의 지연 시간을 센싱하여 해당 영역의 터치 여부를 판단한다.
도 5B에 나타낸 제2 셀프 모드 블록(36)은 제2 PWM 신호를 생성하는 제2 PWM 생성부(70)와, 제2 PWM 생성부(70)의 출력 라인과 피드백 라인을 통해 병렬 접속된 제2 셀프 센싱부(72)와, 제2 PWM 생성부(70)의 출력 라인 및 제2 셀프 센싱부(72)의 피드백 라인과 공통 접속되고 제2 모드 스위칭 블록(37)의 m개의 입력 라인(I1~Im)을 j개의 영역으로 분할하여 분할 영역별로 순차적으로 그룹핑하기 위한 제2 그룹핑 스위치 블록(74)을 구비한다.
제2 모드 스위칭 블록(37)은 MCU(40)의 제어에 따라 터치 센서(20)의 n개의 제2 도전 라인들(X1~Xm)을, 제2 셀프 모드 블록(36)의 m개의 채널에 채널별로 접속시키거나, 도 4에 나타낸 제2 상호 모드 블록(38)의 m개의 채널에 채널별로 접속시키는 m개의 제2 모드 스위치(SX1~SXm)를 구비한다. 도 5B에서는 제2 모드 스위칭 블록(37)이 MCU(40)의 제어에 응답하여 터치 센서(20)의 m개의 제2 도전 라인들(X1~Xm)을, 제2 셀프 모드 블록(36)의 m개의 채널에 채널별로 접속시킨 경우를 나타낸다.
제2 PWM 생성부(70)는 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)를 구동하기 위한 제2 PWM 신호를 생성하여 출력한다.
제2 셀프 센싱부(72)는 제2 PWM 생성부(70)의 출력 라인과 병렬 접속된 피드백 라인을 경유하여, 그룹핑된 제2 도전 라인들(X1~Xm)로부터 피드백되는 신호의 지연 시간을 셀프-커패시턴스 가변에 따라 센싱함으로써 영역별 터치 여부를 판단한다.
제2 그룹핑 스위치 블록(74)은 MCU(40)의 제어에 따라 제2 모드 스위칭 블록(37)의 입력 라인들(I1~Im)들을 j개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑함으로써, 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 m개의 입력 라인들(I1~Im)들과 채널별로 접속되는 m개의 제2 도전 라인들(X1~Xm)을 j개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑하게 된다. 이를 위하여, 제2 그룹핑 스위치 블록(74)은 영역별로 제2 모드 스위칭 블록(37)의 입력 라인(I1~Im)들 사이마다 각각 접속된 다수의 제2 그룹핑 스위치(SB1~SBj)를 포함한다. 각 영역에서 s개(s는 m보다 작은 양의 정수)의 입력 라인(제2 도전 라인)을 포함하는 경우 그 s개의 입력 라인들(제2 도전 라인들)을 그룹핑하기 위한 s-1개의 제2 그룹핑 스위치(SB1, SB2, ..., 또는 SBj)가 s개의 입력 라인들 사이마다 각각 접속된다. 각 영역의 마지막번째 입력 라인과, 다음 영역의 첫번째 입력 사이에는 제2 그룹핑 스위치(SB)가 형성되지 않는다. 제2 그룹핑 스위치 블록(74)은 각 영역에서 제2 그룹핑 스위치들(SB1, SB2, ..., 또는 SBj)이 MCU(40)의 제어에 따라 해당 영역내의 제2 모드 스위칭 블록(37)의 입력 라인들을 서로 쇼트시킴으로써, 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 접속되는 해당 영역내의 제2 도전 라인들을 그룹핑한다. 이에 따라, 제2 PWM 생성부(70)로부터의 제2 PWM 신호가 제2 그룹 스위치 블록(74) 및 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 그룹핑된 해당 영역의 제2 도전 라인들에 동시에 공급되고, 제2 셀프 센싱부(72)는 그룹핑된 제2 도전 라인들로부터 제2 모드 스위칭 블록(37) 및 제2 그룹 스위치 블록(74)을 통해 피드백되는 신호의 지연 시간을 센싱하여 해당 영역의 터치 여부를 센싱한다.
도 6A 및 도 6B는 도 4에 나타낸 제1 및 제2 상호 모드 블록(34, 38) 각각의 상세 구성을 예를 들어 나타낸 회로 블록도이다.
도 6A에 나타낸 제1 상호 모드 블록(34)은 제3 PWM 신호를 생성하는 제3 PWM 생성부(80)와, 제1 상호 센싱부(82)와, 제3 PWM 생성부(80) 및 제1 상호 센싱부(82)와 선택적으로 접속되는 제1 송수신 스위칭 블록(84)과, 제1 송수신 스위칭 블록(84)과 제1 모드 스위칭 블록(33) 사이의 각 채널을 선택적으로 스위칭하는 제1 채널 스위칭 블록(86)과, 제1 모드 스위칭 블록(33)의 입력 라인들을 i개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑하는 제3 그룹핑 스위치 블록(88)을 구비한다.
도 6A에서 제1 모드 스위칭 블록(33)은 MCU(40)의 제어에 응답하여 터치 센서(20)의 n개의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)을, 제1 상호 모드 블록(34)의 n개의 채널에 채널별로 접속시킨다.
제3 PWM 생성부(80)는 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)를 구동하기 위한 제3 PWM 신호를 생성하여 출력한다.
제1 상호 센싱부(82)는 터치 센서(20)의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)로부터 제1 모드 스위칭 블록(33), 제3 그룹핑 스위치 블록(88), 제1 채널 스위칭 블록(86) 및 제1 송수신 스위칭 블록(84)을 경유하여 입력되는 출력 신호를 영역별 또는 선택 영역의 채널별로 상호-커패시턴스 가변에 따라 센싱함으로써 영역별 또는 선택 영역에서의 채널별 터치 여부를 판단한다.
제1 송수신 스위칭 블록(84)는 설계자 또는 사용자의 옵션 설정에 따른 MCU(40)의 제어에 따라 제3 PWM 생성부(80)의 출력단 또는 제1 상호 센싱부(82)의 입력단을 제1 채널 스위칭 블록(86)과 접속시킨다. 이를 위하여, 제1 송수신 스위칭 블록(84)은 MCU(40)에 제어에 응답하여 제1 채널 스위칭 블록(86)의 n개의 입력 라인을, 제3 PWM 생성부(80)의 1개의 출력단으로부터 분기된 n개의 출력라인과 채널별로 접속시키거나, 제1 상호 센싱부(82)의 n개의 입력 라인과 채널별로 접속시키는 n개의 송수신 스위치(SC1~SCn)를 구비한다. 설계자(사용자)가 제1 상호 모드 블록(34)을 송신 모드로 설정하면 MCU(40)의 제어에 따라 제1 송수신 스위칭 블록(84)는 제3 PWM 생성부(80)의 출력단을 제1 채널 스위칭 블록(86)과 접속시킨다. 반면에, 설계자(사용자)가 제1 상호 모드 블록(34)을 수신 모드로 설정하면 MCU(40)의 제어에 따라 제1 송수신 스위칭 블록(84)는 제1 상호 센싱부(82)의 입력단을 제1 채널 스위칭 블록(86)과 접속시킨다.
제1 채널 스위칭 블록(86)은 MCU(40)의 제어에 따라 채널별로 스위칭되어서, 제1 송수신 스위칭 블록(84)의 n개의 출력 라인과, 제1 모드 스위칭 블록(33)의 n개의 입력 라인을 채널별로 접속시킨다. 이를 위하여, 제1 채널 스위칭 블록(86)은 제1 송수신 스위칭 블록(84)의 n개의 출력 라인과, 제3 그룹핑 스위치 블록(88)의 n개의 입력 라인 사이에 개별적으로 접속된 n개의 채널 스위치(SE1~SEn)을 구비한다. 제1 채널 스위칭 블록(86)은 MCU(40)의 제어에 따라 그룹 상호 센싱 모드에서 분할 영역별로 적어도 1개의 제1 채널 스위치가 턴-온되거나, 채널 상호 센싱 모드에서는 MCU(40)의 제어에 따라 선택 영역에서의 다수의 제1 채널 스위치가 순차적으로 턴-온된다.
제3 그룹핑 스위치 블록(88)은 MCU(40)의 제어에 따라 그룹 상호 센싱 모드에서 제1 모드 스위칭 블록(33)의 입력 라인들을 i개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑함으로써, 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 n개의 입력 라인들과 채널별로 접속되는 n개의 제1 도전 라인들(Y1~Yn)을 i개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑하게 된다. 이를 위하여, 제3 그룹핑 스위치 블록(88)은 도 5A에 나타낸 제1 그룹핑 스위치 블록(64)과 동일 구성을 갖는다. 제3 그룹핑 스위치 블록(88)은 각 영역에서 제3 그룹핑 스위치들(SG1, SG2, ..., 또는 SGi)이 MCU(40)의 제어에 따라 해당 영역내의 제1 모드 스위칭 블록(33)의 입력 라인들을 서로 쇼트시킴으로써, 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 접속되는 해당 영역내의 제1 도전 라인들을 그룹핑한다. 이에 따라, 송신 모드 및 그룹 상호 센싱 모드에서 제3 PWM 생성부(80)로부터 제1 송수신 스위칭 블록(84) 및 제1 채널 스위치 블록(86)을 경유하여 공급된 제3 PWM 신호가, 제3 그룹핑 스위치 블록(88) 및 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 그룹핑된 해당 영역의 제1 도전 라인들에 동시에 공급된다. 반면에, 수신 모드 및 그룹 상호 센싱 모드에서 제3 그룹핑 스위치 블록(88) 및 제1 모드 스위칭 블록(33)을 통해 그룹핑된 해당 영역의 제1 도전 라인들로부터의 출력 신호가, 제1 채널 스위칭 블록(86) 및 제1 송수신 스위칭 블록(84)를 경유하여 제1 상호 센싱부(82)로 공급된다. 한편, 제3 그룹핑 스위치 블록(88)은 MCU(40)의 제어에 따라 채널 상호 센싱 모드에서는 모두 턴-오프된다.
도 6B에 나타낸 제2 상호 모드 블록(38)은 제4 PWM 신호를 생성하는 제4 PWM 생성부(90)와, 제2 상호 센싱부(92)와, 제4 PWM 생성부(90) 및 제2 상호 센싱부(92)와 선택적으로 접속되는 제2 송수신 스위칭 블록(94)과, 제2 송수신 스위칭 블록(94)과 제2 모드 스위칭 블록(37) 사이의 각 채널을 선택적으로 스위칭하는 제2 채널 스위칭 블록(96)과, 제2 모드 스위칭 블록(37)의 입력 라인들을 i개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑하는 제4 그룹핑 스위치 블록(98)을 구비한다.
도 6B에서 제2 모드 스위칭 블록(37)은 MCU(40)의 제어에 응답하여 터치 센서(20)의 m개의 제2 도전 라인들(X1~Xm)을, 제2 상호 모드 블록(38)의 m개의 채널에 채널별로 접속시킨다.
제4 PWM 생성부(90)는 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)를 구동하기 위한 제4 PWM 신호를 생성하여 출력한다.
제2 상호 센싱부(92)는 터치 센서(20)의 제2 도전 라인들(X1~Xm)로부터 제2 모드 스위칭 블록(37), 제4 그룹핑 스위치 블록(98), 제2 채널 스위칭 블록(96) 및 제1 송수신 스위칭 블록(94)을 경유하여 입력되는 출력 신호를 영역별 또는 선택 영역의 채널별로 상호-커패시턴스 가변에 따라 센싱함으로써 영역별 또는 선택 영역에서의 채널별 터치 여부를 판단한다.
제2 송수신 스위칭 블록(94)는 설계자 또는 사용자의 옵션 설정에 따른 MCU(40)의 제어에 따라 제4 PWM 생성부(90)의 출력단 또는 제2 상호 센싱부(92)의 입력단을 제2 채널 스위칭 블록(96)과 접속시킨다. 이를 위하여, 제2 송수신 스위칭 블록(94)은 MCU(40)에 제어에 응답하여 제2 채널 스위칭 블록(96)의 m개의 입력 라인을, 제4 PWM 생성부(90)의 1개의 출력단으로부터 분기된 m개의 출력라인과 채널별로 접속시키거나, 제2 상호 센싱부(92)의 m개의 입력 라인과 채널별로 접속시키는 m개의 송수신 스위치(SD1~SDm)를 구비한다. 설계자(사용자)가 제2 상호 모드 블록(38)을 송신 모드로 설정하면 MCU(40)의 제어에 따라 제2 송수신 스위칭 블록(94)는 제4 PWM 생성부(90)의 출력단을 제2 채널 스위칭 블록(96)과 접속시킨다. 반면에, 설계자(사용자)가 제2 상호 모드 블록(38)을 수신 모드로 설정하면 MCU(40)의 제어에 따라 제2 송수신 스위칭 블록(94)는 제2 상호 센싱부(92)의 입력단을 제2 채널 스위칭 블록(96)과 접속시킨다.
제2 채널 스위칭 블록(96)은 MCU(40)의 제어에 따라 채널별로 스위칭되어서, 제2 송수신 스위칭 블록(94)의 m개의 출력 라인과, 제2 모드 스위칭 블록(37)의 m개의 입력 라인을 채널별로 접속시킨다. 이를 위하여, 제2 채널 스위칭 블록(96)은 제2 송수신 스위칭 블록(94)의 m개의 출력 라인과, 제4 그룹핑 스위치 블록(98)의 m개의 입력 라인 사이에 개별적으로 접속된 m개의 채널 스위치(SF1~SFm)을 구비한다. 제2 채널 스위칭 블록(96)은 MCU(40)의 제어에 따라 그룹 상호 센싱 모드에서 분할 영역별로 적어도 1개의 제2 채널 스위치가 턴-온되거나, 채널 상호 센싱 모드에서는 MCU(40)의 제어에 따라 선택 영역에서의 다수의 제2 채널 스위치가 순차적으로 턴-온된다.
제4 그룹핑 스위치 블록(98)은 MCU(40)의 제어에 따라 그룹 상호 센싱 모드에서 제2 모드 스위칭 블록(37)의 입력 라인들을 j개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑함으로써, 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 m개의 입력 라인들과 채널별로 접속되는 m개의 제2 도전 라인들(X1~Xm)을 j개의 영역으로 분할하고 분할 영역별로 그룹핑하게 된다. 이를 위하여, 제4 그룹핑 스위치 블록(98)은 도 5B에 나타낸 제2 그룹핑 스위치 블록(74)과 동일 구성을 갖는다. 제4 그룹핑 스위치 블록(98)은 각 영역에서 제4 그룹핑 스위치들(SH1, SH2, ..., 또는 SHj)이 MCU(40)의 제어에 따라 해당 영역내의 제2 모드 스위칭 블록(37)의 입력 라인들을 서로 쇼트시킴으로써, 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 접속되는 해당 영역내의 제2 도전 라인들을 그룹핑한다. 이에 따라, 송신 모드 및 그룹 상호 센싱 모드에서 제4 PWM 생성부(90)로부터 제2 송수신 스위칭 블록(94) 및 제2 채널 스위치 블록(96)을 경유하여 공급된 제4 PWM 신호가, 제4 그룹핑 스위치 블록(98) 및 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 그룹핑된 해당 영역의 제2 도전 라인들에 동시에 공급된다. 반면에, 수신 모드 및 그룹 상호 센싱 모드에서 제4 그룹핑 스위치 블록(98) 및 제2 모드 스위칭 블록(37)을 통해 그룹핑된 해당 영역의 제2 도전 라인들로부터의 출력 신호가, 제2 채널 스위칭 블록(96) 및 제2 송수신 스위칭 블록(94)를 경유하여 제2 상호 센싱부(92)로 공급된다. 한편, 제4 그룹핑 스위치 블록(98)은 MCU(40)의 제어에 따라 채널 상호 센싱 모드에서는 모두 턴-오프된다.
이와 같이, 본 발명에 따른 터치 센서의 구동 장치 및 방법은 터치점이 발생하기 이전에는 터치 센서를 다수의 영역으로 분할하고, 영역별 그룹 센싱 방법으로 셀프-커패시턴스 또는 상호-커패시턴스 센싱 방법을 이용하여 영역별 터치 여부를 주기적으로 판단한다. 그리고, 본 발명에 따른 터치 센서의 구동 장치 및 방법은 터치가 발생하면 터치가 발생된 영역을 선택하고 선택 영역에서만 채널별 상호-커패시턴스 센싱 방법을 이용하여 채널별 터치 여부를 판단한다.
이에 따라, 본 발명에 따른 터치 센서의 구동 장치 및 방법은 터치 여부에 따라 전체 영역에 대한 그룹 센싱 방법과, 터치 영역에 대한 국부적인 채널 센싱 방법을 이용함으로써, 터치 여부에 관계없이 종래의 전체 영역을 채널별로 스캐닝 및 센싱하는 경우보다 터치 센서 구동 시간 및 터치 알고리즘 연산 시간을 단축시킬 수 있으므로, 소비 전력을 더욱 감소시킬 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 정하여 져야만 할 것이다.
10: 표시 패널 12: 데이터 드라이버
14: 게이트 드라이버 16: 패널 구동부
18: 타이밍 컨트롤러 20: 터치 센서
30: 터치 컨트롤러 32, 36: 셀프 모드 블록
33, 37: 모드 스위칭 블록 34, 38: 상호 모드 블록
40: MCU 50: 호스트 컴퓨터
60, 70, 80, 90: PWM 생성부 62, 72: 셀프 센싱부
64, 74, 88, 98: 그룹핑 스위치 블록 82, 92: 상호 센싱부
84, 94: 송수신 스위칭 블록 86, 96: 채널 스위치 블록
Y1~Yn: 제1 도전 라인 X1~Xm: 제2 도전 라인
SA1~SAi, SB1~SBj, SG1~SGi, SH1~SHj: 그룹핑 스위치
SC1~SCn, SD1~SDm: 송수신 스위치
SE1~SEn, SF1~SFm: 채널 스위치
SY1~SYn, SX1~SXm: 모드 스위치

Claims (9)

  1. 다수의 제1 도전 라인과, 다수의 제2 도전 라인을 포함하는 터치 센서의 구동 장치에 있어서,
    상기 터치 센서를 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 그룹 센싱 모드를 이용하여 영역별 터치 여부를 주기적으로 센싱하고, 터치 영역이 발생되면 그 터치 영역을 선택하고, 그 선택 영역에서만 채널 센싱 모드를 이용하여 채널별 터치 여부를 센싱하는 터치 컨트롤러를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 구동 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는
    상기 그룹 센싱 모드로 상기 분할 영역별로 상기 제1 도전 라인들 및 제2 도전 라인들 각각을 그룹핑하여 영역별 셀프-커패시턴스 가변을 센싱하는 그룹 셀프 센싱 모드와, 영역별 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 그룹 상호 센싱 모드 중 어느 하나를 이용하고;
    상기 선택 영역에서의 채널 센싱 모드로 상기 선택 영역에서 채널별 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 채널 상호 센싱 모드를 이용하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 구동 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 터치 컨트롤러는
    상기 제1 도전 라인들을 상기 그룹 셀프 센싱 모드로 구동하는 제1 셀프 모드 블록과;
    상기 제1 도전 라인들을 상기 그룹 상호 센싱 모드 및 상기 선택 영역에서 상기 채널 상호 센싱 모드로 구동하는 제1 상호 모드 블록과;
    센싱 모드에 따라 상기 제1 셀프 모드 블록 또는 상기 제1 상호 모드 블록을 상기 제1 도전 라인들과 접속시키는 제1 모드 스위칭 블록과;
    상기 제2 도전 라인들을 상기 그룹 셀프 센싱 모드로 구동하는 제2 셀프 모드 블록과;
    상기 제2 도전 라인들을 상기 그룹 상호 센싱 모드 및 상기 선택 영역에서 상기 채널 상호 센싱 모드로 구동하는 제2 상호 모드 블록과;
    센싱 모드에 따라 상기 제2 셀프 모드 블록 또는 상기 제2 상호 모드 블록을 상기 제2 도전 라인들과 접속시키는 제2 모드 스위칭 블록과;
    상기 제1 및 제2 셀프 모드 블록과, 상기 제1 및 제2 상호 모드 블록과, 상기 제1 및 제2 모드 스위칭 블록을 각각 제어하는 마이크로컨트롤러 유닛을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 구동 장치.
  4. 청구항 3에 있어서,
    상기 제1 셀프 모드 블록은
    상기 제1 도전 라인의 구동 신호 생성하여 출력하는 제1 구동 신호 생성부와;
    상기 제1 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제1 도전 라인들을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 그룹 셀프 센싱 모드 제어에 따라 상기 분할 영역별로 그룹핑하는 제1 그룹핑 스위치 블록과;
    상기 제1 구동 신호 생성부의 출력 라인과 피드백 라인을 통해 접속되어 상기 영역별로 그룹핑된 상기 제1 도전 라인의 셀프-커패시턴스 가변을 센싱하는 제1 셀프 센싱부를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 구동 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 제2 셀프 모드 블록은
    상기 제2 도전 라인의 구동 신호 생성하여 출력하는 제2 구동 신호 생성부와;
    상기 제2 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제2 도전 라인들을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 셀프 센싱 모드 제어에 따라 상기 분할 영역별로 그룹핑하는 제2 그룹핑 스위치 블록과;
    상기 제2 구동 신호 생성부의 출력 라인과 피드백 라인을 통해 접속되어 상기 영역별로 그룹핑된 상기 제2 도전 라인의 셀프-커패시턴스 가변을 센싱하는 제2 셀프 센싱부를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 구동 장치.
  6. 청구항 5에 있어서,
    상기 제1 상호 모드 블록은
    상기 제1 도전 라인의 구동 신호 생성하여 출력하는 제3 구동 신호 생성부와;
    상기 제3 구동 신호 생성부와 공통 접속되고, 상기 제1 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제1 도전 라인들과 채널별로 접속되어, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 상호 모드 또는 상기 채널 상호 모드 제어에 따라 채널별로 상기 구동 신호를 선택적으로 스위칭하는 제1 채널 스위칭 블록과;
    상기 제1 채널 스위칭 블록과 상기 제1 모드 스위칭 블록 사이에 접속되고, 상기 제1 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제1 도전 라인들을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 상호 모드 제어에 따라 상기 분할 영역별로 그룹핑하는 제3 그룹핑 스위치 블록과;
    상기 영역별로 그룹핑된 상기 제1 도전 라인의 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 제1 상호 센싱부와;
    상기 제3 구동 신호 생성부 및 상기 제1 상호 센싱부와 상기 제1 채널 스위칭 블록 사이에 접속되어, 상기 제1 채널 스위칭 블록의 일측단을, 상기 마이크로 컨트롤러의 송수신 모드 제어에 따라 상기 제3 구동 신호 생성부의 출력단과 접속시키거나, 상기 제1 상호 센싱부의 입력단과 접속시키는 제1 송수신 스위칭 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 구동 장치.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 제2 상호 모드 블록은
    상기 제2 도전 라인의 구동 신호 생성하여 출력하는 제4 구동 신호 생성부와;
    상기 제4 구동 신호 생성부와 공통 접속되고, 상기 제2 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제2 도전 라인들과 채널별로 접속되어, 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 상호 모드 또는 상기 채널 상호 모드 제어에 따라 채널별로 상기 구동 신호를 스위칭하는 제2 채널 스위칭 블록과;
    상기 제2 채널 스위칭 블록과 상기 제2 모드 스위칭 블록 사이에 접속되고, 상기 제2 모드 스위칭 블록을 통해 접속된 상기 제2 도전 라인들을 상기 마이크로 컨트롤러 유닛의 상기 그룹 상호 모드 제어에 따라 상기 분할 영역별로 그룹핑하는 제4 그룹핑 스위치 블록과;
    상기 영역별로 그룹핑된 상기 제2 도전 라인의 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 제2 상호 센싱부와;
    상기 제4 구동 신호 생성부 및 상기 제2 상호 센싱부와 상기 제2 채널 스위칭 블록 사이에 접속되어, 상기 제2 채널 스위칭 블록의 일측단을, 상기 마이크로 컨트롤러의 송수신 모드 제어에 따라 상기 제2 구동 신호 생성부의 출력단과 접속시키거나, 상기 제2 상호 센싱부의 입력단과 접속시키는 제2 송수신 스위칭 블록을 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 구동 장치.
  8. 다수의 제1 도전 라인과, 다수의 제2 도전 라인을 포함하는 터치 센서의 구동 방법에 있어서,
    상기 터치 센서를 다수의 영역으로 분할하고, 분할된 영역별로 그룹 센싱 모드를 이용하여 영역별 터치 여부를 주기적으로 센싱하는 단계와;
    상기 단계에서 터치 영역이 발생되면 그 터치 영역을 선택하는 단계와;
    상기 선택 영역에서만 채널 센싱 모드를 이용하여 채널별 터치 여부를 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서 구동 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 그룹 센싱 모드로 상기 분할 영역별로 상기 제1 도전 라인들 및 제2 도전 라인들 각각을 그룹핑하여 영역별 셀프-커패시턴스 가변을 센싱하는 그룹 셀프 센싱 모드와, 영역별 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 그룹 상호 센싱 모드 중 어느 하나를 이용하고;
    상기 선택 영역에서의 채널 센싱 모드로 상기 선택 영역에서 채널별 상호-커패시턴스 가변을 센싱하는 채널 상호 센싱 모드를 이용하는 것을 특징으로 하는 특징으로 하는 터치 센서 구동 방법.
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