KR20130056083A - 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법 - Google Patents

접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 접촉 감지 장치는, 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부, 상기 구동 신호가 인가된 적어도 일부의 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 아날로그 신호를 생성하는 감지 회로부, 및 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부를 포함하고, 상기 구동 회로부는 전기적 노이즈에 따라 상기 구동 신호의 주파수를 조절하고, 상기 신호 변환부의 동작 범위에 따라 상기 구동 신호의 신호 레벨을 결정한다.

Description

접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법{APPARATUS AND METHOD FOR SENSING TOUCH INPUT}
본 발명은 전극에 인가되는 구동 신호의 주파수와 신호 레벨에 따라 신호 변환부의 동작 범위를 제어함으로써 노이즈의 영향을 최소화함과 동시에 안정적인 동작을 확보할 수 있는 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법에 관한 것이다.
터치스크린, 터치패드 등과 같은 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치에 부착되어 사용자에게 직관적인 입력 방법을 제공할 수 있는 입력 장치로서, 최근 휴대폰, PDA(Personal Digital Assistant), 네비게이션 등과 같은 다양한 전자 기기에 널리 적용되고 있다. 특히 최근 스마트폰에 대한 수요가 증가하면서, 제한된 폼팩터에서 다양한 입력 방법을 제공할 수 있는 접촉 감지 장치로 터치스크린의 채용 비율이 날로 증가하고 있다.
휴대용 기기에 적용되는 터치스크린은 접촉 입력을 감지하는 방법에 따라 크게 저항막 방식과 정전용량 방식으로 구분할 수 있으며, 이 중 정전용량 방식은 상대적으로 수명이 길고 다양한 입력 방법과 제스처를 손쉽게 구현할 수 있는 장점으로 인해 그 적용 비율이 갈수록 높아지고 있다. 특히 정전용량 방식은 저항막 방식에 비해 멀티 터치 인터페이스를 구현하기가 용이하여 스마트폰 등의 기기에 폭넓게 적용된다.
터치스크린은 통상 디스플레이 장치의 전면에 부착되며, 터치스크린이 아닌 다른 접촉 감지 장치 역시 전자 기기 내에 마련되는 것이 일반적이다. 따라서, 전자 기기 내에 함께 마련되는 다양한 전자 부품 - 무선 통신부, 디스플레이, 전원 장치 등 - 에서 발생하는 노이즈로 인해 접촉 입력 감지의 정확도가 저하될 수 있다. 이를 해결하기 위해 외부에서 발생하는 노이즈에 따라 터치스크린의 전극에 인가되는 구동 전극의 주파수를 바꾸는 주파수 호핑(Frequency Hopping) 방식을 적용할 수 있다. 그러나 이 경우, 주파수 변환에 따라 디지털 신호를 생성하는 회로의 동작 범위(Dynamic Range)에 따른 접촉 감지의 오차가 발생할 수 있다.
본 발명의 과제는 상기한 종래 기술의 문제점을 보완하기 위한 것으로서, 외부에서 발생하는 전기적 노이즈에 따라 구동 신호의 주파수를 조절하되, 구동 신호의 신호 레벨을 함께 조절하여 디지털 신호를 생성하는 회로의 동적 범위 내에서 정확하게 접촉 입력을 검출할 수 있는 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법을 제공하는 데에 있다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부, 상기 구동 신호가 인가된 적어도 일부의 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 아날로그 신호를 생성하는 감지 회로부, 및 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부를 포함하고, 상기 구동 회로부는 전기적 노이즈에 따라 상기 구동 신호의 주파수를 조절하고, 상기 신호 변환부의 동작 범위는 상기 구동 신호의 주파수 및 신호 레벨에 따라 결정되는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 구동 회로부는, 상기 복수의 제1 전극에 전류 신호로 상기 구동 신호를 인가하고, 상기 전기적 노이즈에 따라 상기 전류 신호의 레벨을 조절하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 구동 회로부는, 상기 전류 신호의 레벨을 조절하기 위한 전류 미러 회로를 포함하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 신호 변환부로 입력되는 상기 아날로그 신호 레벨을 소정의 기준 신호 레벨과 비교하는 비교 회로부를 더 포함하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 기준 신호 레벨은 상기 신호 변환부의 동작 범위를 결정하는 최대 신호 레벨 및 최소 신호 레벨을 포함하는 접촉 감지 장치.
또한, 상기 구동 회로부는, 상기 비교 회로부의 출력에 따라 상기 구동 신호의 주파수 및 신호 레벨을 조절하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 감지 회로부는, 상기 구동 신호가 인가된 적어도 일부의 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 검출하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 구동 회로부, 상기 감지 회로부, 및 상기 신호 변환부는 하나의 집적 회로(Integrated Circuit)로 구현되는 접촉 감지 장치를 제안한다.
한편, 본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 구동 신호를 인가하는 단계, 상기 구동 신호가 인가된 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 아날로그 신호를 생성하는 단계, 및 상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계를 포함하고, 상기 아날로그 신호의 레벨을 소정의 기준 신호 레벨과 비교하여 상기 구동 신호의 주파수 및 신호 레벨을 결정하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 신호 변환 단계는, 상기 구동 신호의 주파수 및 신호 레벨에 따라 상기 아날로그 신호를 상기 디지털 신호로 변환하기 위한 파라미터를 설정하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 디지털 신호를 이용하여 접촉 입력을 판단하는 단계를 더 포함하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
또한, 상기 아날로그 신호 생성 단계는, 상기 구동 신호가 인가된 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 검출하는 접촉 감지 방법을 제안한다.
본 발명에 따르면, 전극에 인가되는 구동 신호의 주파수를 외부에서 발생하는 노이즈에 따라 서로 다르게 설정하는 한편, 디지털 신호를 생성하는 회로로 입력되는 아날로그 신호의 레벨에 따라 구동 신호의 레벨을 조절하여 디지털 신호를 생성하는 회로의 동적 범위 내에서 접촉 입력을 정확하게 검출할 수 있도록 제어한다. 따라서, 별도의 차폐층 없이 디스플레이에서 발생하는 잡음의 영향을 최소화하여 접촉 입력을 정확하게 판단할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치와 전기적으로 연결되는 접촉 감지 패널을 도시한 평면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 나타낸 도이다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 회로 구성을 더욱 자세히 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
후술하는 본 발명에 대한 상세한 설명은, 본 발명이 실시될 수 있는 특정 실시예를 예시로서 도시하는 첨부 도면을 참조한다. 이들 실시예는 당업자가 본 발명을 실시할 수 있기에 충분하도록 상세히 설명된다. 본 발명의 다양한 실시예는 서로 다르지만 상호 배타적일 필요는 없음이 이해되어야 한다. 예를 들어, 여기에 기재되어 있는 특정 형상, 구조 및 특성은 일 실시예에 관련하여 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 다른 실시예로 구현될 수 있다. 또한, 각각의 개시된 실시예 내의 개별 구성요소의 위치 또는 배치는 본 발명의 정신 및 범위를 벗어나지 않으면서 변경될 수 있음이 이해되어야 한다. 따라서, 후술하는 상세한 설명은 한정적인 의미로서 취하려는 것이 아니며, 본 발명의 범위는, 적절하게 설명된다면, 그 청구항들이 주장하는 것과 균등한 모든 범위와 더불어 첨부된 청구항에 의해서만 한정된다. 도면에서 유사한 참조부호는 여러 측면에 걸쳐서 동일하거나 유사한 기능을 지칭한다.
이하에서는, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명을 용이하게 실시할 수 있도록 하기 위하여, 본 발명의 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치가 적용될 수 있는 전자 기기를 나타낸 도이다. 도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자 기기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력부(120), 음성 출력을 위한 오디오부(130) 등을 포함하며, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 접촉 감지 장치를 구비할 수 있다.
도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 기기 같은 경우 접촉 감지 장치가 디스플레이 장치에 일체화되어 구비되는 것이 일반적이며, 접촉 감지 장치는 디스플레이 장치가 표시하는 화면이 투과할 수 있을 정도로 높은 빛 투과율을 가져야 한다. 따라서 접촉 감지 장치는 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide) 등과 같이 투명한 필름 재질의 베이스 기판에 투명하고 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 감지 전극을 형성함으로써 구현될 수 있다. 디스플레이 장치의 베젤 영역에는 투명 전도성 물질로 형성된 감지 전극과 연결되는 배선 패턴이 배치되며, 배선 패턴은 베젤 영역에 의해 시각적으로 차폐되므로 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속 물질로도 형성이 가능하다.
물론, 본 발명에 따른 접촉 감지 장치가 노트북의 터치 패드 등과 같이 디스플레이 장치와 일체로 구비되지 않아도 되는 경우에는, 단순하게 회로기판에 금속으로 감지 전극을 패터닝하여 제조하는 것도 가능하다. 다만 설명의 편의를 위하여, 이하 터치스크린의 경우를 전제로 본 발명에 따른 접촉 감지 장치 및 접촉 감지 방법을 설명한다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 실시예에 따른 접촉 감지 장치와 전기적으로 연결되는 접촉 감지 패널을 도시한 평면도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 패널(200)은 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 감지 전극(220, 230)을 포함한다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 복수의 감지 전극(220, 230) 각각은 배선 및 본딩 패드를 통해 기판(210)의 일단에 부착되는 회로 기판의 배선 패턴과 전기적으로 연결될 수 있다. 회로 기판에는 컨트롤러 집적회로가 실장되어 복수의 감지 전극(220, 230)에서 생성되는 감지 신호를 검출하고, 그로부터 접촉 입력을 판단할 수 있다.
터치스크린 장치의 경우, 기판(210)은 감지 전극(220, 230)이 형성되기 위한 투명한 기판일 수 있으며, PI(Polyimide), PMMA(Polymethylmethacrylate), PET(Polyethyleneterephthalate), PC(Polycarbonate)과 같은 플라스틱 재료, 또는 강화 글라스(tempered glass)로 마련될 수 있다. 또한, 감지 전극(220, 230)이 형성되는 영역 이외에, 감지 전극(220, 230)과 연결되는 배선이 마련되는 영역에 대해서는 통상 불투명한 금속 물질로 형성되는 배선을 시각적으로 차폐하기 위한 소정의 인쇄 영역이 기판(210)에 형성될 수 있다.
복수의 감지 전극(220, 230)은 기판(210)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있으며, 터치스크린 장치의 경우 투명하고 전도성을 갖는 ITO(Indium Tin-Oxide), IZO(Indium Zinc-Oxide), ZnO(Zinc Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), 그라핀 계열 물질 등으로 형성될 수 있다. 도 2에는 마름모, 또는 다이아몬드 형상의 패턴을 갖는 감지 전극(220, 230)이 도시되었으나, 이 외에 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
복수의 감지 전극(220, 230)은 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극(220)과, Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극(230)을 포함한다. 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 기판(210)의 양면에 마련되거나, 또는 서로 다른 기판(210)에 마련되어 교차될 수 있으며, 기판(210)의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층을 형성할 수 있다.
복수의 감지 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되어 접촉 입력을 감지하는 장치는, 접촉 입력에 의해 복수의 감지 전극(220, 230)에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하고 그로부터 접촉 입력을 감지한다. 제1 전극(220)은 컨트롤러 집적 회로에서 D1~D8로 정의되는 채널에 연결되어 소정의 구동 신호를 인가받을 수 있으며, 제2 전극(230)은 S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 접촉 감지 장치가 감지 신호를 검출하는 데에 이용될 수 있다. 이때, 컨트롤러 집적 회로는 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에서 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 감지 신호로 검출할 수 있으며, 제1 전극(220) 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하고, 제2 전극(230)에서 동시에 정전용량 변화를 검출하는 방식으로 동작할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 접촉 감지 패널(200)을 Y-Z 평면으로 잘라서 나타낸 단면도이며, 도 2에서 설명한 기판(310), 복수의 감지 전극(320, 330) 이외에 접촉을 인가받은 커버 렌즈(340, Cover Lens)를 더 포함할 수 있다. 커버 렌즈(340)는 감지 신호 검출에 이용되는 제2 전극(330) 상에 마련되어 손가락 등의 접촉 물체(350)로부터 접촉 입력을 인가받는다.
채널 D1~D8을 통해 순차적으로 제1 전극(320)에 구동 신호가 인가되면, 구동 신호가 인가된 제1 전극(320)과, 제2 전극(330) 사이에서 결합 정전용량이 생성된다. 제1 전극(320)에 순차적으로 구동 신호가 인가되면, 접촉 물체(350)가 접촉된 영역과 인접한 제1 전극(320)과 제2 전극(330) 사이에서 생성되는 결합 정전용량에서 정전용량 변화가 발생한다. 상기 정전용량 변화는 접촉 물체(350)와 구동 신호가 인가된 제1 전극(320) 및 제2 전극(330) 사이의 중첩된 영역의 면적에 비례할 수 있으며, 도 3에서는 채널 D2 및 D3에 각각 연결된 제1 전극(320)과 제2 전극(330) 사이에서 생성된 결합 정전용량이 접촉 물체(350)에 의해 영향을 받는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치를 나타낸 도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 패널부(410), 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)를 포함한다. 패널부(410)는 제1축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제1 전극과, 제1축에 교차하는 제2축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수의 제2 전극을 포함하며, 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 정전용량 변화 C11~Cmn가 발생한다. 제1 전극과 제2 전극의 교차점에서 발생하는 정전용량 변화 C11~Cmn은 구동 회로부(420)에 의해 제1 전극에 인가되는 구동 신호에 의해 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화일 수 있다. 한편, 구동 회로부(420), 감지 회로부(430), 신호 변환부(440), 및 연산부(450)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.
구동 회로부(420)는 패널부(410)의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있으며, 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 인가될 수 있다. 도 4에는 구동 신호를 생성 및 인가하기 위한 회로가 복수의 제1 전극 각각에 개별적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 구동 신호 생성 회로를 구비하고 스위칭 회로를 이용하여 복수의 제1 전극 각각에 구동 신호를 인가하는 구성 또한 가능함은 물론이다.
감지 회로부(430)는 제2 전극으로부터 정전용량 변화 C11~Cmn을 감지하기 위한 적분 회로를 포함할 수 있다. 적분 회로는 적어도 하나의 연산 증폭기와 소정 용량을 갖는 커패시터 C1을 포함할 수 있으며, 연산 증폭기의 반전 입력단이 제2 전극과 연결되어 정전용량 변화 C11~Cmn을 전압 신호 등와 같은 아날로그 신호로 변환, 출력한다. 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하는 경우, 복수의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 동시에 검출할 수 있으므로, 적분 회로는 제2 전극의 갯수 m개 만큼 구비될 수 있다.
신호 변환부(440)는 적분 회로가 생성하는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 SD를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(440)는 전압 형태로 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다. 연산부(450)는 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(410)에 인가된 접촉 입력을 판단한다. 일실시예로, 연산부(450)는 패널부(410)에 인가된 접촉 입력의 갯수, 좌표, 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.
패널부(410)는 디스플레이 장치의 상측에 일체로 마련되는 것이 일반적이며, 따라서 디스플레이 장치에서 발생하는 전기적 잡음(noise)에 의한 영향을 받는다. 도 4의 접촉 감지 장치가 모바일 전자 기기에 적용되는 것을 가정하면, 디스플레이 장치는 일반적으로 LCD, 또는 OLED로 가정할 수 있다. LCD나 OLED 등과 같은 평판 디스플레이 장치는 가로 세로 방향으로 교차하는 격자 구조를 가지며, 그 교차점마다 존재하는 화소에 영상을 구현하기 위한 신호를 인가하기 위한 게이트 드라이버 회로 및 데이터 드라이버 회로를 포함할 수 있다. 이때, 디스플레이 장치의 구동 신호는 접촉 감지 장치의 디스플레이 장치와 유사하게 소정 주기와 진폭을 갖는 신호이며, 디스플레이 장치의 구동 신호가 디스플레이 장치의 각 화소에 인가되는 동작에서 생성되는 전기적 잡음이 접촉 감지 장치의 성능에 악영향을 미칠 수 있다.
일반적으로, 접촉 감지 장치에 노이즈가 미치는 영향을 최소화하기 위해, 디스플레이 장치와 접촉 감지 장치 사이에 전기적으로 접지되는 차폐층을 추가할 수 있다. 그러나, 이는 접촉 감지 장치 및 모바일 기기의 두께를 증가시키고 전체적인 빛 투과율을 저하시킬 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 디스플레이 장치는 물론 RF 통신 모듈, 전원 인가 장치 등에서 발생하는 노이즈의 영향을 최소화하기 위해, 구동 회로부(420)에서 제1 전극에 인가하는 구동 신호의 주파수를 조절할 수 있다. 구동 신호의 주파수 변화는 감지 회로부(430)의 적분 회로에서 정전용량 변화를 적분하여 아날로그 신호 - 전압 신호 등 - 를 생성하는 데에 영향을 미친다. 일례로, 구동 신호의 주파수가 증가하면, 적분 회로에서 정전용량 변화를 적분하여 전압 신호를 생성할 때 전압 신호가 증가하는 기울기가 증가하며, 구동 신호의 주파수가 감소하면 전압 신호가 증가하는 기울기가 감소한다.
신호 변환부(440)가 일정 시간 동안의 전압 변화량을 측정하여 디지털 신호 SD를 생성하는 ADC인 경우, 구동 신호의 주파수에 따른 아날로그 신호 변화량의 차이로 인해 정확한 디지털 신호 생성이 어려울 수 있다. 즉, 구동 신호의 주파수가 증가하여 아날로그 신호가 급격하게 빨리 변화하면, 기준 시간 경과 후의 아날로그 신호 값이 지나치게 크게 측정될 수 있다. 반면, 구동 신호의 주파수가 감소하여 아날로그 신호가 지나치게 느리게 변화하면, 기준 시간 경과 후의 아날로그 신호 값이 너무 작게 측정되어 접촉이 발생하지 않은 것으로도 판단될 수 있다. 따라서, 이를 보상하기 위해 구동 신호의 주파수와 동시에 구동 신호의 레벨을 조절하여 신호 변환부(440)의 동작 범위(Dynamic Range) 내에 전압 변화량이 위치하도록 제어할 수 있다.
도 5 및 도 6은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 회로 구성을 더욱 자세히 설명하기 위해 제공되는 도이다.
도 5를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치(500)는, 구동 회로부(510), 센서부(520), 감지 회로부(530), 신호 변환부(540), 연산부(550), 및 비교 회로부(560)를 포함할 수 있다. 센서부(520)는 접촉 감지 장치(500)의 패널부에 마련되는 전극에서 발생하는 결합 정전용량 변화를 모식적으로 나타낸 것이며, 센서부에서 생성되는 정전용량 변화 Cm의 크기는 접촉 입력에 의해 생성되는 면적에 비례할 수 있다. 센서부(520)의 앞 뒤 양단에 배치된 스위치 소자는, 패널부의 전극에 선택적으로 구동 신호가 인가되고 감지 회로부(530)와 연결되어 정전용량 변화가 검출될 수 있음을 회로적으로 나타내기 위한 것이다.
구동 회로부(510)는 전류원을 포함하며, 전류원에서 센서부(520)로 출력하는 전류의 레벨은 전원 전압 Vdd에 의해 제어될 수 있다. 구동 회로부(510)는 비교 회로부(560)에서 출력하는 신호에 따라 전류의 신호 레벨을 조절하기 위해 전류 미러 회로와, 트랜지스터 등의 스위칭 소자를 포함할 수 있다. 구동 회로부(510)의 구성에 대해서는 도 6을 참조하여 설명한다.
도 6은 도 5에 도시된 구동 회로부(510)를 더욱 자세히 나타낸 회로도이다. 도 6을 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치(500)에 포함되는 구동 회로부(510)는 다수의 전류원(511-1~511-n)과 스위치(SW1~SWn)를 포함하는 전류 공급부(511), 스위칭 소자(513), 및 구동부(515)를 포함한다. 전류 공급부(511)에서 출력하는 전류의 신호 레벨은, 접촉 감지 장치(500)의 비교 회로부(560)에서 출력하는 비교 결과 신호에 의해 결정될 수 있다. 즉, 비교 회로부(560)에서 출력하는 비교 결과 신호에 따라 스위치(SW1~SWn)의 온/오프가 결정될 수 있다.
전류 공급부(511)의 출력 신호는 구동부(515)에 입력되어 센서부(520)로 인가되는 구동 신호의 레벨을 제어한다. 앞서 설명한 바와 같이, 신호 변환부(540)는 디지털 신호를 생성할 때 일정한 기준 시간 동안 증가하는 전압 변화량으로부터 디지털 신호를 생성할 수 있으며, 구동 신호의 주파수가 증가하는 경우 전압 변화량 그래프의 기울기가 증가한다. 신호 변환부(540)의 디지털 신호 생성에 적용되는 전압 변화량을 시간에 관한 식으로 나타내면 아래와 같다.
Figure pat00001
즉, 시간에 따른 전압 변화량의 기울기는, 구동부(515)를 동작시키기 위한 전압, 또는 구동 신호의 레벨에 해당하는 VDD와, 1/T, 즉 구동 신호의 주파수에 따라 결정된다. 따라서, 주파수가 증가할수록 기울기가 증가하게 되므로, 전압 변화량을 측정하고자 하는 기준 시간에서 전압이 지나치게 높게 측정될 수 있다. 반대로 주파수가 감소할수록 기울기도 감소하기 때문에, 전압 변화량을 측정하고자 하는 기준 시간에서 전압이 지나치게 낮게 측정될 수 있다.
본 실시예에서는 노이즈 영향을 최소화하기 위한 구동 신호의 주파수 호핑에 의해 발생하는 상기와 같은 악영향을 최소화하기 위해, 구동부(515)를 동작시키기 위한 전압, 또는 구동 신호의 레벨에 해당하는 VDD를 제어하여 주파수 호핑에도 불구하고 기준 시간에 측정하는 전압 변화량이 항상 신호 변환부(540)의 동작 범위 내에 위치하도록 제어한다. 이하, 다시 도 5를 참조하여 설명한다.
구동 회로부(510)에서 생성된 구동 신호가 센서부(520)로 인가되고, 접촉 입력이 발생하여 정전용량 변화 Cm이 생성되면, 감지 회로부(530)의 적분 회로에서 이를 검출한다. 적분 회로는 정전용량 변화 Cm을 적분하여 소정의 아날로그 신호, 즉 전압 신호 형태로 출력할 수 있다. 적분 회로가 출력하는 전압 신호는 신호 변환부(540)로 입력된다. 신호 변환부(540)는 전압 신호의 노이즈를 제거하기 위한 필터와, 디지털 신호를 생성하기 위한 ADC를 포함할 수 있다.
한편, 비교 회로부(560)는 감지 회로부(530)와 신호 변환부(540) 사이의 노드에 연결될 수 있다. 비교 회로부(560)는 감지 회로부(530)가 출력하는 전압 신호의 레벨을, 소정의 기준 신호 레벨과 비교하여 그 결과 신호를 구동 회로부(510)에 전달한다. 일례로, 비교 회로부(560)가 입력받는 기준 전압은 신호 변환부(540)의 ADC의 동작 범위를 결정짓는 상한, 또는 하한 신호 레벨일 수 있다.
감지 회로부(530)가 출력하는 전압 신호의 레벨이 ADC의 동작 범위의 상한 레벨보다 크다고 판단된 경우, 구동부(515)를 동작시키기 위한 전압, 또는 구동 신호의 레벨에 해당하는 VDD가 감소하도록 비교 결과 신호가 생성된다. 반면, 감지 회로부(530)가 출력하는 전압 신호의 레벨이 ADC의 동작 범위의 하한 레벨보다 작다고 판단된 경우, 구동부(515)를 동작시키기 위한 전압, 또는 구동 신호의 레벨에 해당하는 VDD가 증가하도록 비교 결과 신호가 생성된다. 이로써 주파수 호핑을 적용하면서도 ADC의 안정적인 신호 변환을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 방법을 설명하는 데에 제공되는 흐름도이다.
도 7을 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 방법은 패널부(410)의 제1 전극에 구동 신호를 인가하는 것으로 시작된다(S700). 도 2 내지 도 4에 도시한 바와 같이, 제1 전극은 제1축 방향으로 연장되고 서로 전기적으로 분리될 수 있으며, 구동 회로부(420)로부터 순차적으로 구동 신호를 인가받을 수 있다. 구동 회로부(420)는 외부에서 발생하는 노이즈에 따라 제1 전극에 인가하는 구동 신호의 주파수를 바꿀 수 있다.
감지 회로부(430)는 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하고(S710), 이로부터 아날로그 신호를 생성한다(S720). 도 4 및 도 5에 도시한 바와 같이, 감지 회로부(430)는 적분 회로를 포함할 수 있으며, 적분 회로는 제2 전극에서 생성되는 정전용량 변화, 일실시예로 결합 정전용량 변화를 적분하여 전압 신호를 생성, 출력할 수 있다. 감지 회로부(430)가 출력하는 전압 신호는 신호 변환부(440)로 입력된다.
신호 변환부(440)는 전압 신호를 디지털 신호로 변환한다(S730). 신호 변환부(440)는 ADC 또는 TDC 등과 같은 디지털 신호 생성 회로를 포함할 수 있으며, 신호 변환부(440)가 생성하는 디지털 신호는 연산부(450)로 입력되어 접촉 입력을 판단하는데 이용된다. 앞서 설명한 바와 같이, 연산부(450)는 디지털 신호를 이용하여 접촉 입력의 위치, 갯수, 제스처 입력 등을 판단할 수 있다.
한편, 신호 변환부(440)로 입력되는 아날로그 신호는 비교 회로부로 입력되고, 비교 회로부는 아날로그 신호의 레벨을 소정의 기준 신호 레벨과 비교한다(S740). 비교 결과는 구동 회로부(420)로 전달되어 구동 회로부(420)가 제1 전극에 인가하는 구동 신호의 레벨을 조절하는 데에 이용될 수 있다(S750).
구동 신호의 주파수 증가, 감소에 따라서 신호 변환부(440)에서 기준 시간에 측정하는 전압 변화량이 신호 변환부(440)의 동작 범위를 벗어날 수 있기 때문에, 구동 회로부(420)는 신호 변환부(440)의 동작 범위 내에 전압 변화량이 포함되도록 비교 회로부의 비교 결과에 따라 구동 신호의 레벨을 조절한다. 이와 같은 구성으로부터, 외부의 노이즈에 따른 주파수 호핑을 접촉 감지 장치에 적용하여 외부의 노이즈에 따른 영향이 최소화되도록 구동 신호의 주파수를 조절함은 물론, 주파수 호핑에 의해 신호 변환부(440)의 동적 범위에서 전압 변화량이 이탈하는 현상도 방지할 수 있다.
이상에서 본 발명이 구체적인 구성요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나, 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것일 뿐, 본 발명이 상기 실시예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형을 꾀할 수 있다.
따라서, 본 발명의 사상은 상기 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.
420, 510 : 구동 회로부
430, 530 : 감지 회로부
440, 540 : 신호 변환부
450, 550 : 연산부
560 : 비교 회로부

Claims (12)

  1. 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 구동 신호를 인가하는 구동 회로부;
    상기 구동 신호가 인가된 적어도 일부의 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 아날로그 신호를 생성하는 감지 회로부; 및
    상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 신호 변환부; 를 포함하고,
    상기 구동 회로부는 전기적 노이즈에 따라 상기 구동 신호의 주파수를 조절하고, 상기 신호 변환부의 동작 범위에 따라 상기 구동 신호의 신호 레벨을 결정하는 접촉 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 복수의 제1 전극에 전류 신호로 상기 구동 신호를 인가하고, 상기 전기적 노이즈에 따라 상기 전류 신호의 레벨을 조절하는 접촉 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 전류 신호의 레벨을 조절하기 위한 전류 미러 회로를 포함하는 접촉 감지 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 신호 변환부로 입력되는 상기 아날로그 신호의 레벨을 소정의 기준 신호 레벨과 비교하는 비교 회로부; 를 더 포함하는 접촉 감지 장치.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 기준 신호 레벨은 상기 신호 변환부의 동작 범위를 결정하는 최대 신호 레벨 및 최소 신호 레벨을 포함하는 접촉 감지 장치.
  6. 제4항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 비교 회로부의 출력에 따라 상기 구동 신호의 주파수 및 신호 레벨 중 적어도 하나를 조절하는 접촉 감지 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 감지 회로부는,
    상기 구동 신호가 인가된 적어도 일부의 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 검출하는 접촉 감지 장치.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 구동 회로부, 상기 감지 회로부, 및 상기 신호 변환부는 하나의 집적 회로(Integrated Circuit)로 구현되는 접촉 감지 장치.
  9. 복수의 제1 전극 중 적어도 일부에 구동 신호를 인가하는 단계;
    상기 구동 신호가 인가된 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 검출하여 아날로그 신호를 생성하는 단계; 및
    상기 아날로그 신호를 디지털 신호로 변환하는 단계; 를 포함하고,
    상기 아날로그 신호의 레벨을 소정의 기준 신호 레벨과 비교하여 상기 구동 신호의 주파수 및 신호 레벨을 결정하는 접촉 감지 방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 신호 변환 단계는,
    상기 구동 신호의 주파수 및 신호 레벨에 따라 상기 아날로그 신호를 상기 디지털 신호로 변환하기 위한 파라미터를 설정하는 접촉 감지 방법.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 디지털 신호를 이용하여 접촉 입력을 판단하는 단계; 를 더 포함하는 접촉 감지 방법.
  12. 제9항에 있어서, 상기 아날로그 신호 생성 단계는,
    상기 구동 신호가 인가된 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화를 검출하는 접촉 감지 방법.
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