KR20130134007A - 터치 센싱 장치와 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 센싱 장치와 그 구동 방법에 관한 것으로, 그 터치 센싱 장치는 수의 정전 용량 센서들을 포함한 터치 스크린; 구동 신호를 발생하고 그룹 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 여부를 검출하고, 파인 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 위치를 검출하는 로직부; 및 상기 터치 스크린과 상기 로직부 사이에 설치되어 상기 그룹 센싱 과정에서 미리 설정된 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시켜 상기 정전 용량 센서들을 다수의 그룹들로 분할하여 그룹 단위로 상기 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 공급한 후에, 상기 파인 센싱 과정에서 정전 용량 센서들을 분리하여 상기 정전 용량 센서들 각각에 상기 구동 신호를 공급하는 센싱 스위칭부를 포함하는 센싱 스위칭부를 포함한다.

Description

터치 센싱 장치와 그 구동 방법{TOUCH SENSING APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 터치 센싱 장치와 그 구동 방법에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있으며, 터치 UI는 휴대용 정보기기에 기본적으로 설치되고 있는 추세에 있다. 터치 UI를 구현하기 위하여, 가전기기나 휴대용 정보기기의 표시소자 상에 터치 스크린이 설치된다.

정전 용량 방식의 터치 스크린은 기존의 저항막 방식에 비하여 내구성과 선명도가 높고, 멀티 터치 인식과 근접 터치 인식이 가능하여 다양한 어플리케이션에 적용될 수 있는 장점이 있다. 이러한 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 터치 입력을 감지하기 위한 전극들의 개수가 많으면 그 전극들에 연결되는 구동 회로의 출력 채널 수가 부족하기 때문에 터치 스크린의 모든 전극들에 구동 신호를 동시에 인가하기가 어렵다. 터치 크린의 전극들에 구동 신호를 시분할하여 터치 스크린을 시분할하여 센싱하는 방법이 있으나, 터치 스크린에 형성된 전극들의 개수가 많아지면 터치 스크린의 모든 전극들을 센싱하는데 필요한 시간이 길어지고 전력 소모도 커진다.

본 발명은 터치 인식 속도를 빠르게 하고 전력 소모를 줄일 수 있는 터치 센싱 장치와 그 구동 방법을 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 장치는 다수의 정전 용량 센서들을 포함한 터치 스크린; 구동 신호를 발생하고 그룹 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 여부를 검출하고, 파인 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 위치를 검출하는 로직부; 및 상기 터치 스크린과 상기 로직부 사이에 설치되어 상기 그룹 센싱 과정에서 미리 설정된 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시켜 상기 정전 용량 센서들을 다수의 그룹들로 분할하여 그룹 단위로 상기 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 공급한 후에, 상기 파인 센싱 과정에서 정전 용량 센서들을 분리하여 상기 정전 용량 센서들 각각에 상기 구동 신호를 공급하는 센싱 스위칭부를 포함하는 센싱 스위칭부를 포함한다.

상기 터치 센싱 장치의 구동 방법은 그룹 센싱 과정에서 미리 설정된 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시켜 상기 정전 용량 센서들을 다수의 그룹들로 분할하여 그룹 단위로 상기 정전 용량 센서들에 구동 신호를 공급하는 단계; 상기 그룹 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 여부를 검출하는 단계; 상기 그룹 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 여부를 검출하고, 상기 터치 입력이 검출될 때에만 파인 센싱 과정으로 이행하는 단계; 상기 파인 센싱 과정에서 정전 용량 센서들을 분리하여 상기 구동 신호를 상기 정전 용량 센서들 각각에 공급하는 단계; 및 상기 파인 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 위치를 검출하는 단계를 포함한다.

본 발명은 그룹 센싱 과정에서 미리 설정된 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시켜 정전 용량 센서들을 다수의 그룹들로 분할하여 그룹 단위로 정전 용량 센서들에 구동 신호를 공급하고, 그 그룹 센싱 결과를 바탕으로 터치(또는 근접) 입력 여부를 검출한다. 이어서, 본 발명은 그룹 센싱 과정을 통해 터치 입력 여부가 검출되면 파인 센싱 과정에서 정전 용량 센서들을 분리하여 구동 신호를 정전 용량 센서들 각각에 공급하고 그 파인 센싱 결과를 바탕으로 터치(또는 근접) 입력 위치를 검출한다. 본 발명은 그룹 센싱 과정에서 터치 입력이 검출되지 않으면 소정의 시간 지연 동안 터치 센싱회로의 구동을 정지하는 파워 세이브 모드로 동작하여 소모 전력을 최소화하고, 소정의 시간 지연 이후에 다시 그룹 센싱 과정을 재개한다. 그 결과, 본 발명은 터치 인식 속도를 빠르게 하고 전력 소모를 줄일 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 다양한 형태의 터치 스크린과 표시패널의 조합을 나타내는 도면들이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다.
도 5는 액정셀의 등가 회로도이다.
도 6은 표시패널과 터치 스크린의 시분할 구동 방법을 보여 주는 수직 동기 신호의 파형도이다.
도 7은 인셀 타입으로 표시패널에 내장된 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 배선 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 8은 도 7과 같은 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린이 내장된 표시장치의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 9는 인셀 타입으로 표시패널에 내장된 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 배선 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 10은 도 9와 같은 터치 스크린을 센싱하기 위한 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 11은 터치 센싱회로와 센싱 라인들 사이에 설치되는 멀티플렉서를 보여 주는 도면이다.
도 12는 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린을 보여 주는 등가 회로도이다.
도 13은 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 터치 입력의 센싱 원리를 보여 주는 파형도이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법의 제어 수순을 보여 주는 흐름도이다.
도 15는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 보여 주는 회로도이다.
도 16 내지 도 21은 터치 스크린의 정전 용량 센서들을 그룹화하는 다양한 방법들을 보여 주는 도면들이다.
도 22는 터치 센싱회로의 센싱 스위칭부를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 23 내지 도 29는 다양한 그룹 센싱 방법들을 보여 주는 도면들이다.
도 30 내지 도 32는 파인 센싱 방법의 일 예를 보여 주는 도면들이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

본 발명의 표시장치에는 도 1 내지 도 3과 같은 방법으로 터치 스크린(TSP)이 설치될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 도 1과 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 2와 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들은 도 3과 같이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 도 1 내지 도 3에서 "PIX"는 픽셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

본 발명의 터치 스크린(TSP)은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치(또는 근접) 입력을 감지하는 정전 용량 방식의 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual) 정전 용량으로 나뉘어진다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(10), 표시패널 구동회로, 타이밍 콘트롤러(22), 터치 센싱회로(100) 등을 포함한다.

표시패널(10)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 기판들은 유리 기판, 플라스틱 기판, 필름 기판 등으로 제작될 수 있다. 표시패널(10)의 하부 기판에 형성된 픽셀 어레이는 데이터라인들(11), 데이터라인들(11)과 직교되는 게이트라인들(12), 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 픽셀 어레이는 데이터라인들(11)과 게이트라인들(12)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 픽셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 화소전극들(1), 화소전극들에 접속되어 픽셀 전압을 유지시키는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 더 포함한다.

픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극(1)에 인가되는 데이터전압과, 공통전극(2)에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(11)으로부터의 전압을 화소전극(1)에 공급한다. 공통전극(2)은 하부 기판이나 상부 기판에 형성될 수 있다.

표시패널(10)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.

이러한 표시패널(10)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 표시패널(10)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(10)에 빛을 조사한다.

표시패널 구동회로는 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)를 이용하여 입력 영상의 데이터를 표시패널(10)의 픽셀들에 기입한다.

데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생한다. 데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(11)에 공급하고, 데이터전압의 극성을 반전시킨다.

타이밍 콘트롤러(22), 데이터 구동회로(24) 및 터치 센싱회로(100)는 하나의 IC 패키지 내에 집적될 수 있다.

게이트 구동회로(26, 30)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(10)의 라인을 선택한다. 게이트 구동회로는 레벨 시프터(Level shifter, 26)와, 시프트 레지스터(Shift register, 30)를 포함한다. GIP(Gate in panel) 공정 기술의 발전에 힘입어, 시프트 레지스터(30)는 표시패널(10)의 기판에 직접 형성될 수 있다.

레벨 시프터(26)는 표시패널(10)의 하부 기판에 전기적으로 연결된 인쇄회로보드(Printed Circuit Board, 이하 "PCB"라 함)(20)에 형성될 수 있다. 레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 스타트펄스(VST)와 클럭신호들(CLK)을 출력한다. 게이트 하이 전압(VGH)은 표시패널(10)의 픽셀 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 이상의 전압으로 설정된다. 게이트 로우 전압(VGL)은 표시패널(10)의 픽셀 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 보다 낮은 전압으로 설정된다. 이러한 레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 입력되는 스타트 펄스(ST), 제1 클럭(GCLK), 제2 클럭(MCLK)에 응답하여 각각 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 스타트 펄스(VST)와 클럭신호(CLK)를 출력한다. 레벨 시프터(26)로부터 출력된 클럭신호들(CLK)은 순차적으로 위상이 시프트되어 표시패널(10)에 형성된 시프트 레지스터(30)로 전송된다.

시프트 레지스터(30)는 픽셀 어레이의 게이트 라인들(12)과 연결되도록 픽셀 어레이가 형성되는 표시패널(10)의 하부 기판 가장자리에 형성된다. 시프트 레지스터(30)는 종속적으로 접속된 다수의 스테이지들을 포함한다. 시프트 레지스터(30)는 레벨 시프터(26)로부터 입력되는 스타트펄스(VST)에 응답하여 동작하기 시작하고 클럭신호들(CLK)에 응답하여 출력을 시프트하여 표시패널(10)의 게이트라인들에 게이트펄스를 순차적으로 공급한다.

타이밍 콘트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로(24)의 IC(Integrated Circuit)들에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 타이밍 콘트롤러(22) 또는 호스트 시스템은 표시패널 구동회로와 터치 센싱회로(100)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 동기신호(SYNC)를 발생한다.

터치 센싱회로(100)는 터치 스크린의 정전 용량 센서들에 연결된 배선들에 구동 신호를 인가하여 정전 용량 센서들의 전압이나 용량값 변화를 센신한다. 터치 센싱회로(100)는 정전 용량 센서들의 전압이나 용량값 변화를 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 발생한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 정전 용량 센서들의 전압이나 용량값 변화를 분석하여 터치(또는 근접) 입력 여부와 그 위치를 검출한다. 터치 센싱회로(100)는 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표를 포함한 터치 레포트(Touch report) 데이터를 호스트 시스템으로 전송한다.

호스트 시스템은 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템은 스케일러(scaler)를 이용하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(10)의 해상도에 맞는 포맷으로 변환하고 그 데이터와 함께 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(22)에 전송한다. 또한, 호스트 시스템은 터치 센싱 회로(100)로부터 입력되는 터치 레포트 데이터 에 응답하여 터치(또는 근접) 입력과 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

표시패널(10)과 터치 스크린(TSP)은 도 6과 같은 방법으로 시분할 구동될 수 있다. 1 프레임 기간은 도 6과 같이, 표시패널 구동기간(T1)과, 터치 스크린 구동기간(T2)으로 시분할될 수 있다. 도 6에서 "Vsync"는 타이밍 콘트롤러(22)에 입력되는 제1 수직 동기신호이고, "SYNC"는 터치 센싱회로(100)에 입력되는 제2 수직 동기신호이다. 타이밍 콘트롤러(22)는 1 프레임 기간에서 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)을 정의하기 위하여, 호스트 시스템으로부터 입력되는 제1 수직 동기신호(Vsync)를 변조하여 제2 수직 동기신호(SYNC)를 발생할 수 있다. 다른 실시예로서, 호스트 시스템은 도 6과 같은 제2 수직 동기신호(SYNC)를 발생하고, 타이밍 콘트롤러(22)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 제2 수직 동기신호(SYNC)에 응답하여 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)을 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 1 프레임 기간을 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)으로 시분할하여 표시패널 구동회로와 터치 센싱회로(100)의 동작 타이밍을 제어하는 콘트롤러는 타이밍 콘트롤러와 호스트 시스템 중 어느 하나일 수 있다.

제2 수직 동기신호(SYNC)의 로우 로직 레벨(low logic level) 구간은 표시패널 구동기간(T1)으로 정의되고, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 하이 로직 레벨(high logic level) 구간은 터치 스크린 구동기간(T2)으로 정의될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 하이 로직 레벨 구간이 표시패널 구동기간(T1)으로 정의되고, 제2 수직 동기신호(SYNC)의 로우 로직 레벨 구간이 터치 스크린 구동기간(T2)으로 정의될 수도 있다.

표시패널 구동기간(T1) 동안, 표시패널 구동회로는 구동되고 터치 센싱회로(100)는 구동되지 않는다. 표시패널 구동기간(T1) 동안, 데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(11)에 공급하고, 게이트 구동회로(26, 30)는 데이터 전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트라인들(12)에 순차적으로 공급한다. 터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안, 터치 스크린의 배선들에 구동신호를 공급하지 않는다.

터치 스크린 구동기간(T2) 동안, 표시패널 구동회로는 구동되지 않고 터치 센싱회로(100)가 구동된다. 터치 센싱회로(100)는 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들에 연결된 배선들에 구동신호를 인가하여 정전 용량 센서들의 전압 변화나 용량 변화(RC 지연)를 센싱한다. 터치 스크린(TSP)의 배선들은 도 1 내지 도 3과 같은 상호 정전 용량 센서들에 연결된 Tx 라인들(도 7) 또는, 자기 정전 용량 센서들에 연결된 센싱 라인들(도 9의 S1~Sn)일 수 있다.

도 7 및 도 8은 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 배선 구조와 그 구동 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 7은 인셀 타입으로 표시패널에 내장된 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)과 픽셀 어레이의 일부를 확대하여 터치 스크린(TSP)의 배선 구조를 보여 주는 평면도이다. 도 8은 도 7과 같은 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린이 내장된 표시장치의 동작을 보여 주는 파형도이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 서로 직교하는 Tx 라인들 및 Rx 라인들(R1, R2)을 포함한다. Tx 라인들과 Rx 라인들(R1, R2)의 교차부 마다 상호 정전 용량이 형성된다.

Tx 라인들 각각은 링크 패턴들(L11~L22)을 통해 표시패널(10)의 횡 방향(또는 수평 방향)을 따라 연결된 투명 도전 블록 패턴들을 포함한다. 제1 Tx 라인은 링크 패턴들(L11, L12)을 경유하여 횡 방향을 따라 연결된 투명 도전 블록 패턴(T11~T13)을 포함한다. 제2 Tx 라인은 링크 패턴들(L21, L22)을 경유하여 횡 방향을 따라 연결된 투명 도전 블록 패턴(T21~T23)을 포함한다. 투명 도전 블록 패턴(T11~T23) 각각의 크기는 픽셀들의 크기 보다 크고, 다수의 픽셀들과 중첩된다. 투명 도전 블록 패턴(T11~T23) 각각은 절연층을 사이에 두고 화소전극들(1)과 중첩된다. 투명 도전 블록 패턴(T11~T23) 각각은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전 물질로 형성될 수 있다. 링크 패턴(L11~L22)은 Rx 라인(R1, R2)을 가로 질러 횡 방향(또는 수평 방향)으로 이웃하는 투명 도전 블록 패턴(T11~T23)을 전기적으로 연결한다. 링크 패턴(L11~L22)은 절연층을 사이에 두고 Rx 라인(R1, R2)과 중첩될 수 있다. 링크 패턴(L11~L22)은 전기 전도율이 높은 금속 알루미늄(Al), 알루미늄 네오듐(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속으로 형성되거나, 투명 도전 물질로 형성될 수 있다.

Rx 라인들(R1, R2)은 Tx 라인들과 직교되도록 표시패널(10)의 종 방향(또는 수직 방향)을 따라 길게 형성된다. Rx 라인들(R1, R2)은 ITO와 같은 투명 도전 물질로 형성될 수 있다. Rx 라인들(R1, R2) 각각은 도시하지 않은 다수의 픽셀들과 중첩될 수 있다. 이러한 Rx 라인들(R1, R2)은 표시패널(10)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다.

인셀 타입으로 픽셀 어레이 내에 내장되는 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린에서, 공통전극(2)으로부터 분할된 투명 도전 블록 패턴들(T11~T23)이 구동 신호가 인가되는 Tx 전극들로 이용될 수 있다. Rx 라인들(R1, R2)은 표시패널(10)의 상부 기판이나 하부 기판의 전면이나 배면에 형성될 수 있다. 또한, 표시패널(10)의 데이터라인들(11)이 Rx 라인들(R1, R2)로 이용될 수 있고, 데이터 라인들(11)과 분리된 별도의 배선들로 Rx 라인들(R1, R2)이 구현될 수 있다.

표시패널 구동기간(T1) 동안, Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)에는 공통전압(Vcom)이 공급된다. 따라서, Tx 라인들은 표시패널 구동기간(T1) 동안 공통전극으로 동작하고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 상호 정전 용량 센서들에 구동 신신호를 공급하기 위한 구동 신호 배선들로 이용된다.

터치 센싱회로(100)는 Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)과 Rx 라인들(R1, R2)에 연결된다. 터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 인에이블(enable)되어 터치 스크린 구동기간(T2)에만 Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)에 구동신호를 순차적으로 공급하고, Rx 라인들을 통해 상호 정전 용량들의 전압을 수신한다. 구동 신호는 구동 전압(Vdrv)과 기준전압(Vref) 사이에서 스윙한다. 도 7 및 도 8에서, "D1~D3 ..."는 표시패널(10)의 데이터라인들이고, "G1~G3..."는 표시패널(10)의 게이트라인들을 나타낸다.

터치 센싱회로(100)는 Rx 라인들(R1, R2)을 통해 수신된 상호 정전 용량의 전압을 샘플링하고, 샘플링한 전압을 적분기의 커패시터에 누적한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 적분기의 커패시터에 충전된 전압을 디지털 데이터로 변환하고 그 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 데이터를 터치(또는 근접) 입력 위치의 상호 정전 용량 데이터로 판단한다.

이러한 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 도 4와 같이 그룹 센싱(group sensing)과 파인 센싱(fine sensing)을 제어하기 위하여, 터치 센싱회로(100)는 도 22에 도시된 센싱 스위칭부(110)를 제어하여 그룹 센싱 과정에서 Tx 라인들과 Rx 라인들을 그룹화하여 그룹 단위로 Tx 라인들에 동시에 구동 신호를 공급하고 Rx 라인들을 통해 다수의 상호 정전 용량 센서들을 센싱할 있다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 그룹 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출되면 파인 센싱 과정에서 센싱 스위칭부(110)를 제어하여 Tx 라인들에 순차적으로 구동 신호를 공급학호 Rx 라인들을 통해 상호 정전 용량 센서들을 순차적으로 세싱할 수 있다. 이러한 제어 방법은 본원 출원인에 의해 기출원된 대한민국 특허 출원 10-2011-0085790(2011. 08. 26), 10-2011-0117130(2011. 11. 10), 10-2011-0128197(2011. 12. 02), 10-2011-0129559(2011. 12. 06) 등에서 제안된 바 있다.

도 9는 인셀 타입으로 표시패널(10)에 내장된 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 배선 구조를 보여 주는 평면도이다. 도 10은 도 9와 같은 터치 스크린(TSP)을 센싱하기 위한 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 투명 도전 블록 패턴들(COM1~COMn)을 포함한다. 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn) 각각은 픽셀들 보다 크고, 다수의 픽셀들과 중첩되는 투명 전극 패턴들로 픽셀 어레이 내에 형성된다. 투명 도전 블록 패턴들(COM1~COMn) 각각은 자기 정전 용량 센서에 연결된다. 투명 도전 블록 패턴들(COM1~COMn) 각각은 공통전극(2)과 자기 용량 센서의 전극 역할을 겸한다.

터치 센싱회로(100)는 센싱 라인들(S1~Sn)을 통해 투명 도전 블록 패턴들(COM1~COMn)에 1:1로 연결될 수 있다. 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)에는 표시패널 구동기간(T1) 동안 센싱 라인들(S1~Sn)을 공통전압(Vcom)이 공급되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안, 도 10과 같은 구동 신호가 공급된다. 따라서, 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)은 표시패널 구동기간(T1) 동안 공통전극(2)으로 동작하고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 자기 정전 용량 센서들을 센싱하기 위한 전극들로 이용된다.

터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 인에이블되어 터치 스크린 구동기간(T2)에만 도 10과 같은 구동신호를 센싱 라인들(S1~Sn)에 동시에 공급한다. 도 10에서 표시패널 구동기간(T1)은 생략되었지만, 그 표시패널 구동기간(T1)의 동작은 도 8과 실질적으로 동일하다.

자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서, 터치 센싱회로(100)의 입/출력 채널 핀(pin) 수를 줄이기 위하여 터치 센싱회로(100)와 센싱 라인들(S1~Sn) 사이에는 도 11과 같은 멀티플렉서(multiplexer, 102)가 설치될 수 있다. 멀티플렉서(102)가 1:N(N은 2 이상 n 보다 작은 양의 정수) 멀티플렉서인 경우에, 터치 센싱회로(100)에서 구동신호가 출력되는 n/N 개의 입/출력 핀들이 멀티플렉서(102)의 입력 단자들에 연결된다. 멀티플렉서(102)에서 n 개의 출력 단자들은 센싱 라인들(S1~Sn)에 1:1로 연결된다. 따라서, 본 발명은 멀티플렉서(102)를 이용하여 터치 센싱회로(100)의 핀 수를 1/N 만큼 줄일 수 있다.

센싱 라인들(S1~Sn)이 3 개의 그룹들로 나뉜다면, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 제1 그룹의 센싱 라인들에 연결하여 제1 그룹의 센싱 라인들에 연결된 정전 용량 센서들에 구동 신호를 동시에 공급한다. 이어서, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 제2 그룹의 센싱 라인들에 연결하여 제2 그룹의 센싱 라인들에 연결된 정전 용량 센서들에 구동 신호를 동시에 공급한다. 이어서, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 제3 그룹의 센싱 라인들에 연결하여 제3 그룹의 센싱 라인들에 연결된 정전 용량 센서들에 구동 신호를 동시에 공급한다. 따라서, 터치 센싱회로(100)는 멀티플렉서(102)를 이용하여 n/3 개의 핀들을 통해 n 개의 투명 도전 블록 패턴(COM1~COMn)에 구동신호를 공급할 수 있다.

도 12는 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)을 보여 주는 등가 회로도이다. 도 13은 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 터치 입력의 센싱 원리를 보여 주는 파형도이다.

도 12 및 도 13을 참조하면, 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린은 저항(R)과 커패시터(Cg, Cd, Co)를 포함한다. 저항(R)은 터치 스크린(TSP)과 표시패널(10)의 배선 저항 및 기생 저항을 포함한다. Cg는 터치 스크린(TSP)의 배선과 게이트라인(12) 사이의 커패시터이고, Cd는 터치 스크린(TSP)의 배선과 데이터라인(11) 사이의 커패시터이다. Co는 표시패널(10)에서 데이터라인(11)과 게이트라인(12) 이외의 다른 구성요소들과, 터치 스크린(TSP)의 배선 사이에 형성된 커패시터이다.

터치 스크린(TSP)의 배선에 구동 신호(Vo)를 인가하면 그 구동 신호(Vo)의 라이징 에지(rising edge) 및 폴링 에지(falling edge)는 도 12의 저항(R)과 커패시터(Cg, Cd, Co)에 따라 결정되는 RC 지연값 만큼 지연된다. 터치 스크린(TSP)에 도체나 손가락이 접촉하면 도 13에서 Cf 만큼 커패시턴스(Capacitance)가 증가하여 RC 지연이 더 커진다. 일 예로, 도 13에서 실선은 터치 입력이 없을 때 구동 신호의 폴링 에지이고, 점선은 터치 입력이 있을 때 구동 신호의 폴링 에지를 나타낸다. 터치 센싱회로(100)는 구동 신호의 라이징 에지와 폴링 에지 중 적어도 어느 하나를 미리 설정된 기준 전압값(Vx)과 비교한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 구동 신호의 라이징 에지와 폴링 에지 중 적어도 어느 하나에서 자기 용량 센서의 전압이 기준 전압값(Vx)에 도달할 때까지의 지연 시간을 카운트하여 정전 용량 센서의 용량값 변화를 센싱한다. 터치 입력이 없을 때 기준 전압값(Vx)에 도달하는 기준 시간 정보는 터치 센싱회로(100)에 미리 저장되어 있다. 터치 센싱회로(100)는 카운터로 실시간 측정된 구동 신호의 지연 시간과 미리 알고 있는 기준 시간 정보 간의 시간차(Δt)가 미리 설정됨 임계값 이상이면 현재 센싱된 자기 정전 용량을 터치(또는 근접) 입력 위치의 센서로 판단한다.

도 14는 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동 방법의 제어 수순을 보여 주는 흐름도이다.

도 14를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 장치의 구동 방법은 그룹 센싱 방법으로 터치 스크린(TSP)의 정전 용량들을 센싱하여 터치(또는 근접) 입력 여부를 판단한다.(S1~S3) 그룹 센싱 과정(Group sensing phase)이란 도 23 내지 도 28과 같이 터치 스크린의 정전 용량 센서들을 2 개 이상의 그룹들로 그룹화하여 동일 그룹 내에 속한 정전 용량 센서들에 동시에 구동 신호를 인가하여 그 정전 용량 센서들을 동시에 센싱하는 방법이다. 터치 스크린(TSP)에 포함된 모든 정전 용량 센서들의 개수가 도 9 및 도 15와 같이 n(n은 4 이상의 양의 정수)라 할 때 그룹들 각각은 2 개 이상의 정전 용량 센서들을 포함한다. 그룹 센싱 과정은 동일 그룹에 속한 그룹의 정전 용량 센서들을 동시에 센싱한다. 따라서, 그룹 센싱 과정에서 하나의 그룹이 센싱되는데 필요한 시간은 기존의 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 하나의 정전 용량 센서를 센싱하는 시간에 불과하다.

그룹 센싱을 실시한 결과, 어떠한 그룹들에서도 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않으면, 터치 센싱회로(100)는 소정의 시간 지연(time delay) 후에 다시 그룹 센싱을 반복한다. 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않을 때 반복되는 그룹 센싱 과정들 사이의 시간 지연은 터치 센싱회로(100)의 모든 동작이 일시적으로 정지되므로 소모 전력이 최소화된다. 소정의 시간 지연은 2 프레임 기간 이상 수십 프레임 기간 이하로 설정될 수 있다. 1 프레임 주파수는 NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 60Hz이며, PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 50Hz이다. 따라서, 1 프레임 기간은 NTSC 방식에서 대략 17 msec이고 PAL 방식에서 20msec이다.

그룹 센싱 과정은 다수의 정전 용량 센서들을 동시에 센싱하므로 터치(또는 근접) 입력 여부만을 알 수 있고 터치(또는 근접) 입력의 정확한 위치를 인식하기가 어렵다. 따라서, 본 발명의 터치 센싱 장치의 구동 방법은 그룹 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출되면 파인 센싱 과정(fine sensing phase)을 통해 터치(또는 근접) 입력 위치를 세밀하게 센싱한다.(S3~S4)

파인 센싱 과정은 도 30 내지 도 32의 예와 같이 그룹 센싱 과정에서 터치(또는 근접) 입력이 검출된 그룹에 한하여 그 그룹 내에서 정전 용량 센서들 각각을 독립적으로 센싱한다. 그룹 센싱 결과, 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않은 그룹에 대하여는 파인 센싱 과정이 실시되지 않는다. 따라서, 파인 센싱 과정은 모든 정전 용량 센서들을 독립적으로 센싱하는 기존 기술에 비하여 센싱 감도에서 큰 차이가 없고 센싱할 정전 용량 센서들의 개수를 줄일 수 있으므로 센싱에 필요한 시간과 소모 전력을 줄일 수 있다.

도 15는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 보여 주는 회로도이다.

도 15를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 장치는 n 개의 정전 용량 센서들을 포함한 터치 스크린(TSP), 및 터치 센싱회로(100)를 포함한다.

터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들은 투명 도전 블록 패턴으로 이루어진 전극들(COM1~COMn)과 1:1로 연결된다. 터치 스크린(TSP)의 전극들(COM1~COMn)은 도 7과 같은 상호 정전 용량 센서들에 연결된 Tx 라인의 투명 도전 블록 패턴들로 이거나, 도 9와 같은 자기 정전 용량 센서들에 연결된 투명 도전 블록 패턴들일 수 있다. 따라서, 터치 스크린(TSP)은 도 1 내지 도 3과 같이 다양한 형태로 표시표시표널에 형성될 수 있고, 상호 정전 용량 센서나 자기 용량 센서와 같은 정전 용량 센서들을 이용하여 터치(또는 근접) 입력을 감지(sensing)할 수 있다.

터치 센싱회로(100)는 센싱 스위칭부(110)와, 로직부(120)를 포함한다.

센싱 스위칭부(110)는 로직부(120)의 입/출력 채널들과 터치 스크린(TSP)의 배선 사이에 설치된다. 센싱 스위칭부(110)는 로직부(120)와 터치 스크린(TSP) 사이에 설치되어 그들 사이의 구동 신호 전송 경로를 스위칭한다.

센싱 스위칭부(110)는 그룹 센싱 과정에서 미리 설정된 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시킨 후에 파인 센싱 과정에서 정전 용량 센서들을 분리시킨다. 이를 상세히 하면, 센싱 스위칭부(110)는 그룹 센싱 과정에서 로직부(120)의 제어 하에 동일 그룹에 속한 전극들 간의 스위치(switch)를 단락(short)시키고 그 단락 상태에서 같은 그룹에 속한 전극들에 로직부(120)로부터의 구동 신호를 동시에 전송한다. 센싱 스위칭부(110)는 파인 센싱 과정에서 로직부(120)의 제어 하에 전극들 간의 스위치를 개방(open)시켜 전극들(COM1~COMn) 각각에 로직부(120)로부터의 구동 신호를 전송한다.

센싱 스위칭부(110)는 로직부(120)의 입/출력 단자들에 연결된 멀티플렉서(114), 멀티플렉서(114)와 터치 스크린(TSP) 사이에 배치된 스위치 어레이(112)를 포함한다.

멀티플렉서(114)의 입력 단자들은 로직부(120)의 입/출력 단자들에 연결되고, 멀티플렉서(114)의 출력 단자들은 터치 스크린(TSP)의 전극들(COM1~COMn)에 연결된다. 멀티플렉서(114)는 로직부(120)로부터 입력되는 제1 스위치 제어신호(MC)에 응답하여 구동 신호 전송 패스를 스위칭한다. 이 멀티플렉서(114)는 도 11에 도시된 멀티플렉서(102)와 실질적으로 동일하다.

스위치 어레이(112)는 그룹 센싱 과정에서 터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들을 2 이상의 그룹들로 그룹화하기 위하여, 터치 스크린(TSP)의 전극들을 미리 설정된 그룹 단위로 단락한다. 그리고 스위치 어레이(112)는 파인 센싱 과정에서 터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들 각각을 개별 센싱하기 위하여, 전극들 간의 단락 상태를 해제하여 전극들을 분리한다. 스위치 어레이(112)는 도 22, 도 23 등과 같이 다수의 스위치들을 포함한다. 스위치 어레이(112)의 스위치들은 로직부(120)로부터 입력되는 제2 스위치 제어신호(GC)에 응답하여 턴-온/오프(turn-on/off)된다.

로직부(120)는 터치 스크린의 정전 용량 센서들을 센싱하기 위하여 구동 신호를 발생하여 센싱 스위칭부(110)에 공급한다. 로직부(120)는 센싱 스위칭부(110)를 통해 수신된 터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들의 전압 변화나 용량 변화를 분석하여 터치(또는 근접) 입력 여부를 판단한다. 로직부(120)는 파인 센싱 과정에서 얻어진 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 위치를 검출한다. 로직부(120)는 센싱 스위칭부(110)를 그룹 센싱 과정과 파인 센싱 과정으로 제어하며, 그룹 센싱 과정에서 터치 입력이 검출될 때에만 파인 센싱 과정으로 이행한다.

로직부(120)는 그룹 센싱 과정에서 터치 입력이 검출되지 않을 때 소정의 시간 지연 동안 모든 센싱 동작을 멈추고 대기 모드로 동작하고 지연 시간이 경과되면 다시 그룹 센싱 과정을 반복한다. 로직부(120)는 내부 카운터를 이용하여 지연 시간을 체크할 수 있다. 이러한 로직부(120)는 스위치 제어신호들(MC, GC)를 발생하여 센싱 스위칭부(110)의 동작을 제어한다.

도 15에서. 터치 스크린(TSP)의 전극들(COM1~COMn) 중 일부와 센싱 스위칭부(110) 사이의 연결 배선이 생략되었으나, 그들 사이의 연결 관계는 도 11과 같다는 것에 주의하여야 한다. 즉, 도 15에 도시된 모든 전극들(COM1~COMn)은 멀티플렉서(114)의 출력 단자들에 연결된다.

그룹 센싱 과정을 가능하게 하기 위하여, 터치 스크린의 정전 용량 센서들을 그룹화하여야 한다. 그룹화 방법은 도 16 내지 도 21과 같이 다양한 방법이 가능하다.

도 16 및 도 17을 참조하면, 터치 스크린(TSP)에서 수평 방향(또는 라인 방향)을 따라 배치된 정전 용량 센서들이 같은 그룹으로 지정될 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들을 3 개의 그룹들로 분할하는 경우에, 터치 스크린(TSP)의 제1 라인에 배열된 정전 용량 센서들(G1)은 제1 그룹으로 지정될 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 제2 라인에 배열된 정전 용량 센서들(G2)은 제2 그룹으로, 터치 스크린(TSP)의 제3 라인에 배열된 정전 용량 센서들(G3)은 제3 그룹으로 각각 지정될 수 있다. 손가락이나 도체가 도 16 및 도 17에 도시된 점선원과 같이 터치 스크린(TSP)에 터치되면, 일반적으로 다수의 정전 용량 센서들이 터치된다. 이러한 터치(또는 근접) 입력은 다수의 정전 용량 센서들의 전압이나 용량 변화를 초래한다. 따라서, 그룹 센싱 과정에서 터치 스크린(TSP) 상에서 터치(또는 근접) 입력이 발생되면 적어도 하나 이상의 그룹에서 터치(또는 근접) 입력 여부가 인식될 수 있다.

도 18을 참조하면, 터치 스크린(TSP)에서 수직 방향(또는 컬럼 방향)을 따라 배치된 정전 용량 센서들이 같은 그룹으로 지정될 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 정전 용량 센서들을 3 개의 그룹들로 분할하는 경우에, 터치 스크린(TSP)의 제1 컬럼에 배열된 정전 용량 센서들(G1)은 제1 그룹으로 지정될 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 제2 컬럼에 배열된 정전 용량 센서들(G2)은 제2 그룹으로, 터치 스크린(TSP)의 제3 컬럼에 배열된 정전 용량 센서들(G3)은 제3 그룹으로 각각 지정될 수 있다. 이러한 그룹 배치 방법에서도, 그룹 센싱 과정에서 터치 스크린(TSP) 상에서 터치(또는 근접) 입력이 발생되면 적어도 하나 이상의 그룹에서 터치(또는 근접) 입력 여부가 인식될 수 있다.

도 19 내지 도 21을 참조하면, 터치 스크린(TSP)에서 대각 방향을 따라 배열된 정전 용량 센서들 또는 지그 재그 형태로 배열된 정전 용량 센서들이 그룹으로 지정될 수 있다. 도 19 내지 도 21에서 "G1"은 대각 방향을 따라 배열된 제1 그룹의 정전 용량 센서들이다. "G2"은 제1 그룹과 이웃하도록 대각 방향을 따라 배열된 제2 그룹의 정전 용량 센서들이고, "G3"은 제1 그룹과 제2 그룹과 이웃하고 그 사이에 배치되도록 대각 방향을 따라 배열된 제2 그룹의 정전 용량 센서들이다. 이러한 그룹 배치 방법은 그룹 센싱 과정에서 터치 스크린(TSP) 상에서 터치(또는 근접) 입력이 발생되면, 대부분의 경우에 모든 그룹들에서 터치(또는 근접) 입력 여부가 인식될 수 있다.

도 22는 터치 센싱회로(100)의 센싱 스위칭부(110)를 상세히 보여 주는 회로도이다.

도 22를 참조하면, 스위치 어레이(112)는 다수의 스위치 그룹들을 포함한다. 하나의 스위치 그룹은 로직부(120)의 제어 하에 그룹 센싱 과정에서 같은 그룹에 속한 정전 용량 센서들을 단락(short) 시키는 반면, 파인 센싱 과정에서 그 정전 용량 센서들을 분리한다. 제1 스위치 그룹은 제1 그룹(GR1)에 속한 정전 용량 센서들(G1)을 선택적으로 연결하는 제1 스위치들(S1)을 이용하여 그룹 센싱 과정에서 제1 그룹(GR1)의 정전 용량 센서들(G1)을 연결하는 반면, 파인 센싱 과정에서 그 정전 용량 센서들(G1)을 분리한다. 제2 스위치 그룹은 제2 그룹(GR2)에 속한 정전 용량 센서들(G2)을 선택적으로 연결하는 제2 스위치들(S2)을 이용하여 그룹 센싱 과정에서 제2 그룹(GR2)의 정전 용량 센서들(G2)을 연결하는 반면, 파인 센싱 과정에서 그 정전 용량 센서들(G2)을 분리한다. 제3 스위치 그룹은 제3 그룹(GR3)에 속한 정전 용량 센서들(G3)을 선택적으로 연결하는 제3 스위치들(S3)을 이용하여 그룹 센싱 과정에서 제3 그룹(GR3)의 정전 용량 센서들(G3)을 연결하는 반면, 파인 센싱 과정에서 그 정전 용량 센서들(G3)을 분리한다.

스위치 어레이(112)의 스위치 배열은 도 22에 한정되는 것이 아니라, 도 16 내지 도 21과 같은 다양한 형태의 그룹 배치 방법에 따라 적절히 조절될 수 있다는 것에 주의하여야 한다.

도 23 내지 도 29는 다양한 그룹 센싱 방법들을 보여 주는 도면들이다.

도 23 및 도 24를 참조하면, 그룹 센싱 과정은 각 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시키고 구동 신호를 모든 그룹들(GR1~GR3)에 동시에 공급할 수 있다. 이 경우, 정전 용량 센서들은 스위치들(S1~S3)을 통해 그룹별로 나뉘어 단락되어 있다. 따라서, 멀티플렉서(114)는 각 그룹별로 일부 정전 용량 센서들을 로직부(120)에 연결한다. 로직부(120)로부터 출력된 구동 신호는 멀티플렉서(114)를 통해 같은 그룹에 속한 정전 용량 센서들에 동시에 공급된다. 예를 들어, 로직부(120)의 제1 입/출력 단자를 통해 출력되는 구동신호는 멀티플렉서(114)와 제1 스위치들(S1)을 통해 제1 그룹(GR1)의 정전 용량 센서들(G1)에 동시에 전송된다. 로직부(120)의 제2 입/출력 단자를 통해 출력되는 구동신호는 멀티플렉서(114)와 제2 스위치들(S2)을 통해 제2 그룹(GR2)의 정전 용량 센서들(G2)에 동시에 전송된다. 로직부(120)의 제3 입/출력 단자를 통해 출력되는 구동신호는 멀티플렉서(114)와 제3 스위치들(S3)을 통해 제3 그룹(GR3)의 정전 용량 센서들(G3)에 동시에 전송된다.

도 25a 내지 도 26을 참조하면, 그룹 센싱 과정은 각 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시키고 구동 신호를 같은 그룹의 정전 용량 센서들에 동시에 전송하되, 그룹들을 시분할 구동한다. 예를 들어, 그룹 센싱 과정은 제1 및 제2 그룹 센싱 기간(Tg1, Tg2)으로 시분할될 수 있다. 제1 그룹 센싱 기간(Tg1) 동안 도 25a 및 도 26과 같이 일부 그룹들(GR1, GR3)에 속한 정전 용량 센서들(G1, G3)에 구동 신호가 동시에 전송된 후에, 제2 그룹 센싱 기간(Tg2) 동안 도 25b 및 도 26과 같이 나머지 그룹(GR2)의 정전 용량 센서들(G2)에 구동 신호가 동시에 전송된다. 그룹 센싱 기간(Tg1, Tg2) 각각에서 하나 이상의 그룹이 동시에 센싱될 수 있다.

도 27a 내지 도 28을 참조하면, 그룹 센싱 과정은 각 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시키고 구동 신호를 같은 그룹의 정전 용량 센서들에 동시에 전송하되, 그룹들을 시분할 구동한다. 예를 들어, 그룹 센싱 과정은 제1 내지 제3 그룹 센싱 기간(Tg1~Tg3)으로 시분할될 수 있다. 제1 그룹 센싱 기간(Tg1) 동안 도 27a 및 도 28과 같이 제1 그룹(GR1)의 정전 용량 센서들(G1)에 구동 신호가 동시에 전송된 후에, 제2 그룹 센싱 기간(Tg2) 동안 도 27b 및 도 28과 같이 제2 그룹(GR2)의 정전 용량 센서들(G2)에 구동 신호가 동시에 전송될 수 있다. 이어서, 제3 그룹 센싱 기간(Tg3) 동안 도 27c 및 도 28과 같이 제3 그룹(GR3)의 정전 용량 센서들(G3)에 구동 신호가 동시에 전송될 수 있다. 그룹 센싱 기간(Tg1~Tg3) 각각에서 하나 이상의 그룹이 동시에 센싱될 수 있다.

도 24, 도 26 및 도 28과 같은 그룹 센싱 방법들은 터치(또는 근접) 인식 정확도와 소모 전력 등을 고려하여 적절히 선택할 수 있다. 도 24와 같은 그룹 센싱 방법은 그룹 센싱 과정에서 대부분의 그룹들을 통해 터치 입력 여부가 인식되므로 터치(또는 근접) 입력 여부를 빠르고 정확하게 인식하여 사용자의 터치감을 빠르게 할 수 있다. 이에 비하여, 도 26 및 도 28은 동일한 터치 면적에서 볼 때 도 24와 같은 방법에 비하여 터치(또는 근접) 입력 부분에서 터치(또는 근접) 인식 정확도에서 성능이 다소 떨어질 수 있지만 소모 전력을 더 줄일 수 있다.

본 발명은 그룹 센싱 과정에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되지 않으면 소모 전력을 최소화하기 위하여 소정의 시간 지연 후에 파인 센싱 과정으로 이행하지 않고 그룹 센싱이 반복된다. 소정의 지간 지연은 전술한 바와 같이 2 프레임 기간 이상 수십 프레임 기간 이하로 설정될 수 있다.

터치 스크린(TSP)은 위 실시예들에서 편의상 3 개의 그룹들로 나뉘어진 예를 예시하였지만 이에 한정되지 않는다는 것에 주의하여여 한다. 터치 스크린(TSP)은 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 그룹들로 나뉘어질 수 있다.

본 발명은 그룹 센싱 결과, 터치(또는 근접) 입력이 검출되면 파인 센싱 과정으로 이행하여 도 30과 같이 모든 스위치들(S1~S3)을 개방한다. 파인 센싱 과정은 그룹 센싱 결과 터치(또는 근접) 입력이 검출된 그룹만을 대상으로 실시된다. 예를 들어, 그룹 센싱 결과 제1 및 제2 그룹(GR1, GR2)의 정전 용량 센서들에서 터치(또는 근접) 입력이 검출되면, 파인 센싱 과정은 제1 및 제2 그룹(GR1, GR2)의 정전 용량 센서들(G1, G2) 각각에 구동 신호를 공급하여 그 정전 용량 센서들(G1, G2)을 개별 센싱하는 반면, 제3 그룹(GR3)의 정전 용량 센서들(G3)에 구동 신호를 인가하지 않는다. 이 경우, 파인 센싱 과정은 먼저 도 31a 및 도 32와 같이 멀티플렉서(114)를 통해 제1 그룹(GR1)에 속한 정전 용량 센서들(G1)을 로직부(120)의 입/출력 단자들에 개별 연결하여 그 정전 용량 센서들(G1)에 구동 신호를 공급한다. 이어서, 파인 센싱 과정은 도 31b 및 도 32와 같이 멀티플렉서(114)를 통해 제2 그룹(GR2)에 속한 정전 용량 센서들(G2)을 로직부(120)의 입/출력 단자들에 개별 연결하여 그 정전 용량 센서들(G2)에 구동 신호를 공급한다.

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 정하여져야만 할 것이다.

10 : 표시패널 TSP : 터치 스크린
100 : 터치 센싱회로 102, 114 : 멀티플렉서
110 : 센싱 스위칭부 112 : 스위치 어레이
120 : 로직부 GR1 : 제1 그룹
G1 : 제1 그룹의 정전 용량 센서들 GR2 : 제2 그룹
G2 : 제2 그룹의 정전 용량 센서들 GR3 : 제3 그룹
G3 : 제1 그룹의 정전 용량 센서들 S1~S3 : 스위치

Claims (8)

1. 다수의 정전 용량 센서들을 포함한 터치 스크린;
   구동 신호를 발생하고 그룹 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 여부를 검출하고, 파인 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 위치를 검출하는 로직부; 및
   상기 터치 스크린과 상기 로직부 사이에 설치되어 상기 그룹 센싱 과정에서 미리 설정된 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시켜 상기 정전 용량 센서들을 다수의 그룹들로 분할하여 그룹 단위로 상기 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 공급한 후에, 상기 파인 센싱 과정에서 정전 용량 센서들을 분리하여 상기 정전 용량 센서들 각각에 상기 구동 신호를 공급하는 센싱 스위칭부를 포함하는 센싱 스위칭부를 포함하고,
   상기 로직부의 제어 하에 상기 그룹 센싱 과정에서 터치 입력이 검출될 때에만 상기 파인 센싱 과정으로 이행하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 터치 스크린에 형성된 2 이상의 그룹들로 분할되고, 상기 그룹들 각각은 2 이상의 정전 용량 센서들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 로직부는 상기 그룹 센싱 과정에서 상기 터치 입력이 검출되지 않으면 소정 시간 이후에 상기 그룹 센싱 과정을 반복하고,
   상기 소정 시간은 2 프레임 기간 이상 수십 프레임 기간 이하의 시간이고,
   상기 소정 시간 동안 상기 로직부의 동작이 정지되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
4. 제 1 항에 있어서,
   상기 그룹 센싱 과정은 제1 및 제2 그룹 센싱 기간들로 시분할되고,
   상기 센싱 스위칭부는,
   상기 제1 그룹 센싱 기간 동안 제1 그룹에 속한 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 동시에 전송한 후,
   상기 제2 그룹 센싱 기간 동안 제2 그룹에 속한 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 동시에 전송하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 그룹 센싱 과정은 제1 및 제2 그룹 센싱 기간들로 시분할되고,
   상기 센싱 스위칭부는,
   상기 제1 그룹 센싱 기간 동안 하나 이상의 그룹들에 속한 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 동시에 전송한 후,
   상기 제2 그룹 센싱 기간 동안 하나 이상의 그룹들에 속한 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 동시에 전송하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
6. 제 1 항에 있어서,
   상기 센싱 스위칭부는,
   상기 그룹 센싱 과정에서 터치 입력이 검출된 그룹의 정전 용량 센서들에만 상기 구동 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
7. 제 1 항에 있어서,
   상기 그룹 센싱 결과 제1 및 제2 그룹에서 상기 터치 입력이 검출되면,
   상기 센싱 스위칭부는,
   상기 제1 그룹의 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 전송한 후에, 상기 제1 그룹의 정전 용량 센서들에 상기 구동 신호를 전송하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
8. 다수의 정전 용량 센서들을 포함한 터치 스크린을 포함한 터치 센싱 장치의 구동 방법에 있어서,
   그룹 센싱 과정에서 미리 설정된 그룹 별로 정전 용량 센서들을 단락시켜 상기 정전 용량 센서들을 다수의 그룹들로 분할하여 그룹 단위로 상기 정전 용량 센서들에 구동 신호를 공급하는 단계;
   상기 그룹 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 여부를 검출하는 단계;
   상기 그룹 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 여부를 검출하고, 상기 터치 입력이 검출될 때에만 파인 센싱 과정으로 이행하는 단계;
   상기 파인 센싱 과정에서 정전 용량 센서들을 분리하여 상기 구동 신호를 상기 정전 용량 센서들 각각에 공급하는 단계; 및
   상기 파인 센싱 과정에서 얻어진 상기 정전 용량 센서들의 전압을 분석하여 터치 입력 위치를 검출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동 방법.

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