KR20130136361A

KR20130136361A - 터치 검출 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20130136361A
Application number: KR1020120120540A
Authority: KR
Inventors: 정익찬; 윤석후; 성승규
Original assignee: 크루셜텍 (주)
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-10-29
Publication date: 2013-12-12
Also published as: KR101390003B1; KR101473186B1; KR20130136358A; KR20130136414A; KR20130136357A; KR101416562B1; KR20130136353A; KR101413087B1; KR101461925B1; KR101382435B1; KR101453347B1; KR101410414B1; KR20130136356A; KR20130136360A; KR20130136350A; KR20130136364A; KR101427782B1; KR101447664B1; KR20130136362A; KR101482988B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따르면, 감지 라인에 전하를 충전시킨 후 플로팅시키는 단계; 상기 플로팅 상태에서 상기 감지 라인에 제1 레벨에서 제2 레벨로 변화하는 전압을 공급하는 제1 교번 전압 공급 단계; 상기 감지 라인에 충전된 전하를 방전하는 단계; 상기 방전 중 상기 감지 라인에 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변화하는 전압을 공급하는 제2 교번 전압 공급 단계; 및 상기 제1 교번 전압 공급 단계 또는 상기 제2 교번 전압 공급 단계 중 적어도 하나에 따른 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 기초로 터치 여부를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법. 이 제공된다.

Description

터치 검출 방법 및 장치{TOUCH DETECTION METHOD AND APPARATUS}

본 발명은 터치 검출 방법 및 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 플로팅 상태의 불안정성을 해결하기 위한 방법 및 장치에 관한 것이다.

터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 화면에 표시된 문자나 도형을 사람의 손가락이나 다른 접촉수단으로 접촉하여 사용자의 명령을 입력하는 장치로서, 영상 표시 장치 위에 부착되어 사용된다. 터치 스크린 패널은 사람의 손가락 등으로 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다. 상기 전기적 신호는 입력 신호로서 이용된다.

도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.

도 1을 참고하면, 터치 스크린 패널(10)은 투명 기판(12)과 투명 기판(12) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴층(13), 제1 절연막층(14), 제2 센서 패턴층(15) 및 제2 절연막층(16)과 금속 배선(17)으로 이루어진다.

제1 센서 패턴층(13)은 투명 기판(12) 위에 횡방향을 따라 연결될 수 있으며, 행 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.

제2 센서 패턴층(15)은 제1 절연막층(14) 위에 열방향을 따라 연결될 수 있으며, 제1 센서 패턴층(13)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴층(13)과 교호로 배치된다. 또한, 제2 센서 패턴층(15)은 열 단위로 금속 배선(17)과 연결된다.

터치 스크린 패널(10)에 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴층(13, 15) 및 금속 배선(17)을 통하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전용량의 변화가 전달된다. 그리고 이렇게 전달된 정전용량의 변화가 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.

그러나 이러한 터치 스크린 패널(10)은 각 센서 패턴층(13, 15)에 인듐-틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어진 패턴을 별도로 구비하여야 하고, 센서 패턴층(13, 15) 사이에 절연막층(14)을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.

또한, 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전용량 변화를 감지하여야 한다. 그리고, 정전용량의 변화를 정해진 시간 내에 충분히 축적하기 위해서는 낮은 저항을 유지하기 위한 금속 배선을 필요로 하는데, 이러한 금속 배선은 터치 스크린의 테두리에 베젤을 두껍게 하고 추가의 마스크 공정을 발생시킨다.

이러한 문제점을 해결하기 위해 도 2에 도시되는 바와 같은 터치 검출 장치가 제안되었다.

도 2에 도시되는 터치 검출 장치는 터치 패널(20)과 구동 장치(30) 및 이 둘을 연결하는 회로 기판(40)을 포함한다.

터치 패널(20)은 기판(21) 위에 형성되며 다각형의 매트릭스 형태로 배열되는 복수의 센서 패드(22) 및 센서 패드(22)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(23)을 포함한다.

각 신호 배선(23)은 한쪽 끝이 센서 패드(22)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(21)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 센서 패드(22)와 신호 배선(23)은 커버 유리(50)에 패터닝 될 수 있다.

구동 장치(30)는 복수의 센서 패드(22)를 순차적으로 하나씩 선택하여 해당 센서 패드(22)의 정전용량을 측정하고, 이를 통해 터치 발생 여부를 검출해낸다.

도 1 및 도 2에 도시되는 터치 검출 장치 모두 센서 노드 또는 센서 패드에 대해 프리챠징 후 플로팅 상태에서 교번 전압을 인가해줌으로써 생기는 출력 전압의 변화량을 통해 해당 지점의 터치 발생 여부를 검출할 수 있다.

그러나, 플로팅 상태는 외부의 노이즈에 취약한 상태이기 때문에, 정확도가 완벽한 터치 검출이 불가능한 문제가 있었다.

본 발명은 상술한 종래 기술의 문제점을 해결하는 것을 그 목적으로 한다.

본 발명의 다른 목적은, 터치 검출을 위한 충전 후 플로팅 상태에서의 불안정성을 해결하기 위한 것이다.

상술한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 감지 라인에 전하를 충전시킨 후 플로팅시키는 단계; 상기 플로팅 상태에서 상기 감지 라인에 제1 레벨에서 제2 레벨로 변화하는 전압을 공급하는 제1 교번 전압 공급 단계; 상기 감지 라인에 충전된 전하를 방전하는 단계; 상기 방전 중 상기 감지 라인에 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변화하는 전압을 공급하는 제2 교번 전압 공급 단계; 및 상기 제1 교번 전압 공급 단계 또는 상기 제2 교번 전압 공급 단계 중 적어도 하나에 따른 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 기초로 터치 여부를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법이 제공된다.

상기 터치 여부 검출 단계는, 상기 제1 교번 전압 공급 후와 상기 제2 교번 전압 공급 후의 상기 감지 라인 출력 노드 전압의 차를 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 터치 검출 방법은, 상기 충전 전 상기 교번 전압 공급 경로인 구동 라인과 상기 감지 라인 사이의 구동 커패시턴스 크기를 조절하는 단계를 더 포함할 수 있다.

상기 구동 커패시턴스 크기 조절 단계는, 일단이 상기 감지 라인에 연결되는 구동 커패시터의 타단을 접지와 상기 구동 라인 사이에서 스위칭하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 터치 검출 방법은, 상기 방전 단계 이전에, 상기 플로팅 상태에서의 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 샘플링 후 축적하는 단계를 더 포함하고, 상기 터치 여부 검출 단계는, 상기 축적된 전압을 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출하는 단계를 포함할 수 있다.

상기 제1 레벨 및 제2 레벨은 각각 하이 레벨과 로우 레벨일 수 있다.

한편, 본 발명의 다른 실시예에 따르면, 감지 라인에 전하를 충전시킨 후 플로팅시키는 충전부; 일정 시간의 상기 플로팅 상태 후 상기 감지 라인에 충전된 전하를 방전시키는 방전부; 상기 플로팅 상태 및 상기 방전 중에 레벨이 변화하는 교번 전압을 상기 감지 라인에 공급하는 구동 라인; 및 상기 플로팅 상태에서의 교번 전압 공급 또는 상기 방전 중의 교번 전압 공급 중 적어도 하나에 따른 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 기초로 터치 여부를 검출하는 검출부를 포함하는, 터치 검출 장치가 제공된다.

상기 검출부는, 상기 플로팅 상태에서의 교번 전압 공급 후와 상기 방전 중 교번 전압 공급 후의 상기 감지 라인 출력 노드 전압의 차를 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출할 수 있다.

상기 터치 검출 장치는, 상기 감지 라인과 상기 구동 라인 사이의 구동 커패시턴스 크기를 조절하는 모드 선택부를 더 포함할 수 있다.

상기 모드 선택부는, 일단이 상기 감지 라인에 연결되며 타단이 접지와 상기 구동 라인 사이에서 스위칭되는 구동 커패시터를 포함할 수 있다.

상기 터치 검출 장치는, 상기 플로팅 상태에서의 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 샘플링 후 축적하는 샘플 앤 홀드부를 더 포함하고, 상기 검출부는, 샘플 앤 홀드부에 축적된 전압을 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출할 수 있다.

상기 교번 전압은 상기 플로팅 상태에서 로우 레벨로 전환되고, 상기 방전 중에 하이 레벨로 전환될 수 있다.

본 발명에 따르면, 터치 검출을 위한 플로팅 상태에서 충전된 전하를 방전 시킴과 동시에 감지 라인에 공급되는 교번 전압의 레벨을 변화시켜, 전하를 커패시턴스가 큰 쪽으로 유도함과 동시에 그라운드로 방전시킴으로써 검출 대상 노드에서의 전하량이 강하게 고정되도록 할 수 있다.

이에 따라, 플로팅 상태에서의 교번 전압 인가만으로 터치 여부 검출을 하였던 상황에서의 취약성을 보완할 수 있다.

도 1은 종래 터치 패널의 분해 평면도이다.
도 2는 통상적인 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 3은 터치 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 터치 검출 장치의 상세 내부 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 5는 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 예시적인 파형도이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출부의 구성을 설명하기 위한 회로도이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치의 동작을 설명하기 위한 예시적인 파형도이다.

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 바람직한 실시예들에 관하여 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하기로 한다.

[본 발명의 바람직한 실시예]

도 3은 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구조를 나타내는 도면이다.

도 3을 참조하면, 터치 검출 장치는 터치 패널(100)과 구동 장치(200)를 포함한다.

터치 패널(100)은 복수의 센서 패드(110) 및 센서 패드(110)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(120)을 포함한다.

예를 들어 복수의 센서 패드(110)는 사각형 또는 마름모꼴일 수 있으나 이와 다른 형태일 수도 있으며, 균일한 형태의 다각형 형태일 수도 있다. 센서 패드(110)는 인접한 다각형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.

구동 장치(200)는 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230) 및 제어부(240) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 직접회로(IC) 칩으로 구현될 수 있다.

터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230), 제어부(240)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.

터치 검출부(210)는 센서 패드(110) 및 신호 배선(120)과 연결된 복수의 스위치와 복수의 커패시터를 포함할 수 있으며, 제어부(240)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 또한 터치 검출부(210)는 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 센서 패드(110)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(230)에 기억시킬 수 있다.

터치 정보 처리부(220)는 메모리(230)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.

메모리(230)는 터치 검출부(210)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초한 디지털 전압과 터치 검출, 면적 산출, 터치 좌표 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 기억한다.

제어부(240)는 터치 검출부(210) 및 터치 정보 처리부(220)를 제어하며, 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit, MCU)을 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.

도 4 및 도 5를 참고하여 도 3에 도시되는 터치 패널 및 터치 검출부의 동작에 대하여 상세하게 설명한다.

도 4는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부를 예시한 회로도이고, 도 5는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출부의 예시적인 파형도이다.

도 4를 참고하면, 터치 검출부(210)는 신호 배선(120)을 통하여 센서 패드(110)에 연결되어 있으며, 스위칭 동작을 하는 트랜지스터(211), 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv), 공통 전압 커패시터(Cvcom) 및 레벨 시프트 검출부(212)를 포함한다.

트랜지스터(211), 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv), 공통 전압 커패시터(Cvcom) 및 레벨 시프트 검출부(212)는 센서 패드(110) 및 신호 배선(120) 당 하나씩 그룹을 이룰 수 있으며, 앞으로 센서 패드(110), 신호 배선(120), 트랜지스터(211), 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv) 및 공통 전압 커패시터(Cvcom)를 합하여 "터치 센싱 유닛(touch sensing unit)"라 한다. 이 터치 센싱 유닛은 각각의 구성요소가 멀티플렉서에 의해 전기적으로 연결된 경우를 포함하는 개념이다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 터치가 발생하지 않았을 경우의 전기적 특성 또는 데이터 값을 "비터치 기준값 (non-touch reference value)"이라고 칭한다.

이하 편의상 커패시터와 그 정전용량의 도면 부호는 동일하게 사용한다.

트랜지스터(211)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)로서, 게이트(gate)에는 제어 신호(Vg)가 인가되고, 소스(source)에는 충전 신호(Vb)가 인가될 수 있으며 드레인(drain)은 신호 배선(120)에 연결될 수 있다. 물론 소스가 신호 배선(120)에 연결되고 드레인에 충전 신호(Vb)가 인가될 수도 있다. 제어 신호(Vg)와 충전 신호(Vb)는 제어부(240)에 의해 제어될 수 있으며, 트랜지스터(211) 대신 스위칭 동작을 할 수 있는 다른 소자가 사용될 수도 있다.

기생 정전용량(Cp)은 센서 패드(110)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서 패드(110), 신호 배선(120) 등에 의해 형성되는 일종의 기생 용량이다. 기생 정전용량(Cp)은 터치 검출부(210), 터치 패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생 용량을 포함할 수 있다.

공통 전압 정전용량(Cvcom)은 터치 패널(100)이 LCD와 같은 표시 장치(도시하지 않음) 위에 장착될 때 표시 장치의 공통 전극(도시하지 않음)과 터치 패널(100) 사이에 형성되는 정전용량이다. 공통 전극에는 구형파 등의 공통 전압(Vcom)이 표시 장치에 의하여 인가된다. 한편 공통 전압 정전용량(Cvcom)도 일종의 기생 용량으로서 기생 정전용량(Cp)에 포함될 수 있으며, 이하 공통 전압 정전용량(CVcom)에 대한 별도로 언급이 없으면 공통 전압 정전용량(Cvcom)은 기생 정전용량(Cp)에 포함되는 것으로 하여 설명한다.

구동 정전용량(Cdrv)은 센서 패드(110)별 소정 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 구동 커패시터(Cdrv)에 인가되는 교번 전압(Vdrv)은 바람직하게는 구형파 신호이다. 교번 전압(Vdrv)은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클럭 신호일 수도 있으나 듀티비가 상이할 수도 있다. 교번 전압(Vdrv)은 별도의 교번 전압 생성 수단에 의하여 제공될 수도 있으나, 공통 전압(Vcom)을 이용할 수도 있다.

한편 도 4에서 터치 정전용량(Ct)은 사용자가 센서 패드(110)를 터치할 경우에 센서 패드(110)와 사용자의 손가락 등의 터치 입력 도구 사이에 형성되는 정전용량을 나타낸 것이다.

도 5를 참고하면, 충전 신호(Vb)와 제어 신호(Vg)가 각각 트랜지스터(211)의 소스와 게이트에 인가되어 있다.

먼저, 센서 패드(110)에 터치 입력 도구가 터치되지 않은 경우(non-touch)에 대하여 살펴본다. 충전 신호(Vb)가 예를 들면 5V로 상승한 후에, 트랜지스터(211)의 게이트에 인가되는 제어 신호(Vg)가 저전압(VL)에서 고전압(VH)으로 올라가면 트랜지스터(211)가 턴온되면서 충전 구간(T1)이 시작된다. 이에 따라 센서 패드(110)는 5V의 충전 신호(Vb)로 충전되며, 출력 전압(Vo)은 충전 전압(Vb)이 된다. 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv) 및 공통 전압 커패시터(Cvcom)에도 충전 전압(Vb)에 의하여 전하가 충전된다. 충전 구간(T1)에서는 트랜지스터(211)가 턴온되므로 교번 전압(Vdrv)은 출력 전압(Vo)에 영향을 미치지 않는다.

다음, 제어 신호(Vg)가 고전압(VH)에서 저전압(VL)으로 내려가면서 센싱 구간(T2)이 시작되면 트랜지스터(211)가 턴 오프되고, 터치 커패시터(Ct), 기생 커패시터(Cp), 구동 커패시터(Cdrv) 및 공통 전압 커패시터(Cvcom)가 충전된 상태로 고립된다. 이 때, 충전된 전하를 안정적으로 고립시키기 위하여 레벨 시프트 검출부(212)의 입력단은 하이 임피던스를 가질 수 있다.

이와 같이 센서 패드(110) 등에 충전된 전하가 고립되어 있는 상태를 플로팅(floating) 상태라 한다. 이때, 구동 커패시터(Cdrv)에 인가된 교번 전압(Vdrv)이, 예를 들면 0V에서 5V로, 상승하면 센서 패드(110)의 출력 전압(Vo)은 전압 레벨이 순간적으로 상승되고, 다시 5V에서 0V로 하강하면 출력 전압(Vo)의 레벨은 순간적으로 강하된다. 이 때의 전압 레벨의 상승과 강하는 연결된 정전 용량에 따라 상이한 값을 갖게 된다. 이렇게 연결된 정전 용량에 따라 전압 레벨의 상승 값 또는 하강 값이 바뀌는 현상은 "kick-back"이라고 불리기도 한다.

센서 패드(110)에 터치가 없는 경우, 즉 센서 패드(110)에 연결된 커패시터가 구동 커패시터(Cdrv)와 기생 커패시터(Cp)밖에 없는 경우에는 이들 커패시터(Cdrv, Cp)에 의한 출력 전압(Vo)의 전압 변동(ΔVo1)은 다음 [수학식 1]과 같다.

여기서 VdrvH와 VdrvL은 각각 교번 전압(Vdrv)의 하이 레벨 전압 및 로우 레벨 전압이다. [수학식 1]의 ΔVo1는 터치가 발생하지 않은 센서 패드(110)의 전기적 특성에 대응하므로, 앞서 설명한 “비터치 기준값”으로 설정될 수 있다.

다음으로 센서 패드(110)에 터치 입력 도구가 터치된 경우에 대하여 살펴본다. 터치 발생 시에는 센서 패드(110)와 터치 입력 도구 사이에 터치 커패시터(Ct)가 형성되며, 이에 따라 센서 패드(110)에 연결된 커패시터는 구동 커패시터(Cdrv)와 기생 커패시터(Cp) 외에도 터치 커패시터(Ct)가 더해진다. 앞서 설명한 방식과 마찬가지로 충전 구간(T3)을 거쳐 센싱 구간(T4)에서 이들 세 커패시터(Cdrv, Cp, Ct)에 의한 센서 패드(110)의 전압 변동(ΔVo2)은 다음 [수학식 2]와 같아진다.

[수학식 1]과 [수학식 2]를 비교하면, [수학식 2]의 분모 항목에 터치 정전용량(Ct)이 추가된 것이므로, 결국, 터치가 있는 경우의 전압 변동(ΔVo2)은 터치가 없는 경우의 전압 변동(ΔVo1)에 비하여 작고, 그 차이는 터치 용량(Ct)에 따라 달라진다. 이와 같이 터치 전후의 전압 변동(ΔVo)의 차이(ΔVo1 - ΔVo2)를 "레벨 시프트"라고 칭한다.

따라서, 터치 미발생 시의 센서 패드(110)에서의 출력 전압(Vo)의 변동분(ΔVo1) 및 터치 발생시 센서 패드(110)에서의 출력 전압(Vo)의 변동분(ΔVo2)을 측정하여 레벨 시프트가 발생하였는지를 파악할 수 있으며, 이를 통해 터치 발생 여부를 검출할 수 있다.

이러한 레벨 시프트 검출을 위해서는 전술한 바와 같이, 플로팅 상태에서의 교번 전압(Vdrv) 인가가 필요한데, 플로팅 상태는 전하가 고립된 상태이기 때문에 매우 불안한 상태라고 할 수 있다. 더군다나 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 방법은 커패시터 간 전하를 공유하는 방식을 활용하기 때문에 플로팅 상태가 깨질 경우 터치 검출 여부가 불가능하게 될 수도 있다.

따라서, 플로팅 상태를 유지하기 위해 도 4에 도시되는 바와 같이 센서 패드(110)의 출력단을 하이 임피던스(High-Z)로 유지하는 방안을 이용할 수 있으나, 이 또한 외부의 노이즈에 의한 영향으로부터 완전히 자유로운 상태는 아니다.

본 발명에서는 이러한 플로팅 상태의 불안정성을 해결하기 위해 터치 검출부(210)를 다른 형태로 구현하였으며, 이하에서는 그 구성 및 동작에 대해 상세히 설명한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치에서의 터치 검출부(210) 구성을 나타내는 회로도이다.

도 6을 참조하면, 터치 검출부(210)는 충전부(213), 모드 선택부(214), 방전부(215), 샘플 앤 홀드부(216)를 포함할 수 있다.

충전부(213)는 제어 신호(PC)에 의해 스위칭되는 스위치(SW_PC)를 포함한다. 스위치(SW_PC)가 온 되었을 시 충전 신호(V_PC)에 의해 터치 검출 대상 지점과 연결된 감지 라인(RX)이 충전될 수 있다. 충전부(213)의 스위치(SW_PC) 및 충전 신호(V_PC)에 의한 충전 동작은 도 4를 참조하여 설명한 트랜지스터(211)와 충전 신호(Vb)에 의한 충전 동작과 동일하다.

모드 선택부(214)는 터치 검출 장치의 종류에 따라 구동 라인(TX)과 감지 라인(RX) 간의 구동 커패시터(Cdrv) 연결을 스위칭하거나, 그 크기를 가변시킬 수 있다. 예를 들면, 구동 커패시터(Cdrv)의 일단은 감지 라인(Rx)과 연결될 수 있고, 타단은 스위치(SW_MS)와 연결될 수 있다. 스위치(SW_MS)는 제어 신호(MS)에 의해 구동 커패시터(Cdrv)의 타단을 접지와 연결시키거나, 구동 라인(TX)과 연결시킬 수 있다. 터치 검출 장치가 도 4에 도시되는 바와 같이 고립된 형태로 배열되는 복수의 센서 패드(110)를 포함하는 형태로 구현되어 센서 패드(110)와 접촉물 간의 커패시턴스 유무 및 그 값 변화를 통해 터치 검출을 하는 방식인 경우에는, 스위치(SW_MS)는 구동 커패시터(Cdrv)의 타단을 구동 라인(TX)과 연결시킬 수 있다. 한편, 터치 검출 장치가 구동 라인(TX)과 감지 라인(RX) 사이의 상호 커패시턴스(Cm)의 변화, 즉, 터치시와 비터치시의 구동 라인(TX)과 감지 라인(RX) 사이의 상호 커패시턴스(Cm) 변화를 통해 터치를 검출하는 방식을 채용하는 경우에는 스위치(SW_CD)가 구동 커패시터(Cdrv)의 타단을 접지와 연결시킬 수 있다. 또한, 구동 커패시터(Cdrv)의 크기를 가변시켜 감지 라인(RX)으로부터 유기되는 신호를 감쇄시키기 위한 수단으로 활용할 수도 있다. 이에 따르면, 감지 라인(RX)으로 수신되는 접촉물과 센서 패드 사이에 형성되는 커패시턴스(Ct) 값이 최소화되어 구동 라인(TX)과 감지 라인(RX) 간의 상호 커패시턴스(Cm)의 순수한 변화 값 취득이 가능해질 수 있다. 한편, 제어 신호(MS)는 제어부(240; 도 4 참조)로부터 공급될 수 있다.

방전부(215)는 충전부(213)에 의해 감지 라인(RX)에 충전되었던 전하를 방전시키는 기능을 한다. 이를 위해 방전부(215)는 감지 라인(RX)과 접지 사이의 연결을 스위칭하는 스위치(SW_CC)를 포함할 수 있다. 스위치(SW_CC)는 트랜지스터로 구현될 수 있다. 게이트에는 그 동작을 제어하는 제어 신호(CC)가 입력될 수 있으며, 소스와 드레인은 각각 접지와 감지 라인(RX)에 연결될 수 있다. 스위치(SW_CC)가 온 상태가 되면, 감지 라인(RX)에 충전되어 있던 전하가 접지로 빠져나가게 된다.

본 발명의 실시예에서는 충전부(213)에 의해 감지 라인(RX)에 충전된 후 플로팅 상태에서 고립되었던 전하가 방전부(215)에 의해 방전됨으로써 플로팅 상태가 도 4 및 도 5를 참조하여 설명한 방식에 비해 짧아지게 되며, 감지 라인(RX)에 충전된 전하량이 변화하는 상태, 즉, 전류가 흐르는 상태에서의 전압 측정이 터치 검출에 활용되므로, 플로팅 상태에서의 특성 변화에 따른 터치 검출 방식에 비해 안정성이 향상될 수 있다.

충전부(213) 및 방전부(215)의 동작과 터치 검출 방식에 대해서는 후에 상세히 설명하기로 한다.

샘플 앤 홀드부(216)는 감지 라인(RX)의 전압을 샘플링하여 이를 축적하는 기능을 한다. 이를 위해 샘플 앤 홀드부(216)는 샘플링을 위한 스위치(SW_SH) 및 샘플링된 전압값을 축적하는 커패시터(C_SH)를 포함할 수 있다. 스위치(SW_SH)는 제어 신호(SH)에 의해 제어되는 트랜지스터 등으로 구현될 수 있다. 스위치(SW_SH)는 충전부(213)에 의한 충전 직후 방전부(214)에 의한 방전 직전까지 온 상태로 지속될 수 있으며, 그 동안의 감지 라인(RX) 전압이 샘플링되어 커패시터(C_SH)에 축적될 수 있다. 감지 라인(RX)과 스위치(SW_SH) 사이에는 신호 증폭을 위한 증폭기(A1)가 더 포함될 수 있다.

이하에서는 도 7을 참조하여 도 6에 도시되는 터치 검출부(210)에 의한 터치 검출 동작을 설명하기로 한다.

이하에서는 각 스위치들이 액티브 하이(Active High)인 경우를 예로 들어 설명하기로 한다.

도 6 및 도 7을 참조하면, 먼저 충전부(213)의 스위치(SW_PC)를 온 시키는 제어 신호(PC)가 하이 상태가 되며 이에 따라 감지 라인(RX)이 충전된다(①). 충전 전압(Vb)을 5V인 것으로 가정하여 이하의 설명을 계속한다. 충전에 의해 감지 라인(RX)의 출력 노드(TP1) 전압은 5V가 된다.

그 후, 제어 신호(PC)가 로우 상태로 전환됨으로써, 충전부(213)의 스위치(SW_PC)가 오프 상태로 전환되고, 감지 라인(RX)에 충전된 전하가 고립되는 플로팅 상태가 된다(②). 이 때, 감지 라인(RX)에 교번 전압(KB_DRV)을 인가하면, 감지 라인(RX)의 출력 노드(TP1) 전압 파형이 변하게 된다.

플로팅 상태에서 교번 전압(KB_DRV)이 하이(5V)에서 로우(0V)로 바뀌면 감지 라인(RX)의 출력 노드(TP1) 전압이 순간적으로 강하된다. 전술한 바와 같이, 전압의 상승 또는 강하 레벨의 변화를 킥백이라 칭한다. 도 7에서는 플로팅 상태에서 감지 라인(RX)에 공급되는 교번 전압(KB_DRV)이 하이에서 로우로 바뀌는 경우를 예시하였지만, 로우에서 하이로 바뀌는 경우도 상정할 수 있다. 이 경우에는 출력 노드(TP1) 전압이 순간적으로 상승하게 된다. 물론 충전 시(①) 감지 라인(RX)이 5V보다 낮은 값으로 충전되어 있어야 이러한 가정이 가능하다.

한편, 감지 라인(RX)의 출력 노드 (TP1) 전압 강하 레벨은 연결된 정전 용량에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 센서 패드와 접촉물 간의 커패시턴스 유무 및 그 값 변화를 통해 터치 검출을 하는 방식인 경우에는 그 커패시턴스 값에 따라 강하 레벨이 변하게 되며, 구동 라인(TX)과 감지 라인(RX) 사이의 상호 커패시턴스(Cm) 변화를 통해 터치 검출을 하는 방식인 경우에는 상호 커패시턴스(Cm)의 크기에 따라 전압 강하 레벨이 가변한다.

감지 라인(RX)에 인가된 교번 전압(KB_DRV)의 레벨이 바뀐 채로 유지되는 시간, 즉, 감지 라인(RX)이 플로팅 상태로 지속되는 시간(② 번 구간이 지속되는 시간)이 짧을수록 안정성이 향상될 수 있다. 그러나, 교번 전압(KB_DRV) 레벨 변화에 따라 감지 라인(RX)의 출력 노드(TP1) 전압이 순간적으로 상승 또는 강하된 후 정상 상태로 돌아오는 시간(τ)보다는 길어야 함은 당연하다. 상기 전압 상승 또는 강하 후 정상 상태로 돌아오는 시간(τ)은 감지 라인(RX)의 출력 노드(TP1) 고유의 특성에 따라 정해질 수 있다.

플로팅 상태가 지속되는 동안(②), 샘플 앤 홀드부(216)의 스위치(SW_SH)가 온 상태가 되어 감지 라인(RX) 출력 노드(TP1)의 전압이 커패시터(C_SH)에 축적될 수 있다. 샘플 앤 홀드부(216)는 감지 라인(RX)의 출력 노드(TP1) 전압을 복수회에 걸쳐 축적하고, 일정 시간 동안 축적된 전압, 즉, 샘플 앤 홀드부(216)의 출력 노드(TP2) 전압을 토대로 터치 검출 여부를 확인하기 위한 부분이다. 즉, 전압 축적을 통해 터치 발생시와 미발생 시의 차이를 더욱 명확하게 구분하기 위해 포함될 수 있다. 한편, 샘플 앤 홀드부(216)는 그 자체의 저항 또는 회로 내에 존재하는 저항과 커패시터(C_SH) 자체로서 저역 통과 필터의 역할을 할 수 있기 때문에, 고주파 노이즈가 걸러진 전압을 축적할 수도 있다. 이러한 샘플 앤 홀드부(216)는 생략될 수도 있다. 샘플 앤 홀드부(216)가 생략될 시에는 감지 라인(RX)의 출력 노드(TP1) 전압을 통해서만 터치 발생 여부가 검출된다.

플로팅 상태가 시작된 후 일정 시간(예를 들면, τ) 후에는, 방전부(215)의 스위치(SW_CC)를 온 시키는 제어 신호(CC)가 하이 상태가 되고, 이에 따라, 감지 라인(RX)에 고립되었던 전하들이 방전된다(③). 이 때, 교번 전압(KB_DRV)의 상태가 다시 한번 전환된다. 플로팅 구간(②)에서 교번 전압(KB_DRV)이 하이에서 로우로 전환되었다면, 방전 구간(③)에서는 교번 전압(KB_DRV)이 로우(0V)에서 하이(5V)로 전환된다. 교번 전압(KB_DRV)의 상태 전환 시 감지 라인(RX)에는 전하가 잔류하고 있는 상태이기 때문에, 감지 라인(RX) 출력 노드(TP1) 전압이 변화하게 된다. 교번 전압(KB_DRV)이 로우(0V)에서 하이(5V)로 전환되기 때문에, 감지 라인(RX) 출력 노드(TP1) 전압 또한 상승하게 된다. 상승하는 전압의 레벨은 감지 라인(RX)에 연결된 정전 용량에 따라 달라질 수 있다. 센서 패드와 접촉물 간의 커패시턴스 유무 및 그 값 변화를 통해 터치 검출을 하는 방식인 경우에는 그 커패시턴스 값에 따라 상승 레벨이 변하게 되며, 구동 라인(TX)과 감지 라인(RX) 사이의 상호 커패시턴스(Cm) 변화를 통해 터치 검출을 하는 방식인 경우에는 상호 커패시턴스(Cm)의 크기에 따라 전압 변화 레벨이 달라지게 된다.

즉, 플로팅 구간(②)을 지난 후 방전 구간(③)에서 교번 전압(KB_DRV) 상태 변화에 따른 감지 라인(RX) 출력 노드(TP1) 전압의 변화량(ΔV_TP1)은 터치시와 비 터치시에 서로 다른 값을 갖게 되기 때문에, 이를 통해 터치 여부의 검출이 가능하다. 또한, 플로팅 구간(②)에서 교번 전압(KB_DRV) 레벨 변화에 따른 감지 라인(RX) 출력 노드(TP1)의 전압값 또는 방전 구간(③)에서 교번 전압(KB_DRV) 레벨 변화에 따른 감지 라인(RX) 출력 노드(TP1)의 전압값 중 적어도 하나의 값을 비터치 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출할 수도 있다.

또한, 플로팅 구간(②)에서의 감지 라인(RX) 출력 노드(TP1)의 전압을 축적하는 샘플 앤 홀드부(216)의 출력 노드(TP2) 전압값을 통해서도 터치 여부 검출을 할 수 있다. 구체적으로, 일정 시간 동안의 샘플 앤 홀드부(216)의 커패시터(C_SH) 양단의 전압값 변화량(ΔV_TP2)은 터치시와 비 터치시에 서로 다른 값을 갖게 되므로, 이를 통해 터치 여부의 검출이 가능하다. 커패시터(C_SH)는 주기적으로 방전되어 리셋 상태가 될 수 있다. 샘플 앤 홀드부(216)가 생략되는 경우에는 감지 라인(RX)의 출력 노드(TP1)가 증폭기(A2)의 입력단과 직접 연결될 수 있다.

샘플 앤 홀드부(216)의 출력 노드(TP2)에는 증폭기(A2) 및 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 연결될 수 있다. 증폭기(A2)는 샘플 앤 홀드부(216) 출력 노드(TP2)의 전압값 변화량(ΔV_TP2)을 증폭하거나, 차동 증폭한다. 차동 증폭시에는 기준값(Ref)이 비터치 기준값 또는 충전 신호에 대응하는 신호일 수 있다. 아날로그-디지털 변환기(ADC)는 증폭기(A2)에 의해 증폭된 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력한다. 증폭기(A2)와 아날로그-디지털 변환기(ADC)가 도 4의 레벨시프트 검출부(212)에 대응될 수 있다.

본 발명에 따른 터치 검출에 있어서는 플로팅 상태의 지속 시간이 최대한 짧아지게 되며, 터치 검출을 위한 교번 전압 인가 시 충전된 전하가 정전 용량이 큰 부분으로 유도됨과 동시에 접지로 방전됨에 따라 전하를 당기는 힘이 양방으로 작용하게 된다. 이에 따라, 전하량이 터치 검출을 위한 노드, 즉, 감지 라인의 출력 노드에서 강하게 고정되는 현상이 얻어지고, 불안정성이 해소될 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 아니되며, 후술하는 특허청구범위뿐만 아니라 이 특허청구범위와 균등하게 또는 등가적으로 변형된 모든 것들은 본 발명의 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

100: 터치 패널
110: 센서 패드
120: 신호 배선
200: 구동 장치
210: 터치 검출부
211: 구동 회로
212: 레벨 시프트 검출부
213: 충전부
214: 모드 선택부
215: 방전부
216: 샘플 앤 홀드부
220: 터치 정보 처리부
230: 메모리
240: 제어부

Claims

감지 라인에 전하를 충전시킨 후 플로팅시키는 단계;
상기 플로팅 상태에서 상기 감지 라인에 제1 레벨에서 제2 레벨로 변화하는 전압을 공급하는 제1 교번 전압 공급 단계;
상기 감지 라인에 충전된 전하를 방전하는 단계;
상기 방전 중 상기 감지 라인에 상기 제2 레벨에서 상기 제1 레벨로 변화하는 전압을 공급하는 제2 교번 전압 공급 단계; 및
상기 제1 교번 전압 공급 단계 또는 상기 제2 교번 전압 공급 단계 중 적어도 하나에 따른 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 기초로 터치 여부를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 터치 여부 검출 단계는,
상기 제1 교번 전압 공급 후와 상기 제2 교번 전압 공급 후의 상기 감지 라인 출력 노드 전압의 차를 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 충전 전 상기 교번 전압 공급 경로인 구동 라인과 상기 감지 라인 사이의 구동 커패시턴스 크기를 조절하는 단계를 더 포함하는, 터치 검출 방법.
제3항에 있어서,
상기 구동 커패시턴스 크기 조절 단계는,
일단이 상기 감지 라인에 연결되는 구동 커패시터의 타단을 접지와 상기 구동 라인 사이에서 스위칭하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 방전 단계 이전에,
상기 플로팅 상태에서의 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 샘플링 후 축적하는 단계를 더 포함하고,
상기 터치 여부 검출 단계는, 상기 축적된 전압을 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출하는 단계를 포함하는, 터치 검출 방법.
제1항에 있어서,
상기 제1 레벨 및 제2 레벨은 각각 하이 레벨과 로우 레벨인, 터치 검출 방법.
감지 라인에 전하를 충전시킨 후 플로팅시키는 충전부;
일정 시간의 상기 플로팅 상태 후 상기 감지 라인에 충전된 전하를 방전시키는 방전부;
상기 플로팅 상태 및 상기 방전 중에 레벨이 변화하는 교번 전압을 상기 감지 라인에 공급하는 구동 라인; 및
상기 플로팅 상태에서의 교번 전압 공급 또는 상기 방전 중의 교번 전압 공급 중 적어도 하나에 따른 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 기초로 터치 여부를 검출하는 검출부를 포함하는, 터치 검출 장치.
제7항에 있어서,
상기 검출부는,
상기 플로팅 상태에서의 교번 전압 공급 후와 상기 방전 중 교번 전압 공급 후의 상기 감지 라인 출력 노드 전압의 차를 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출하는, 터치 검출 장치.
제7항에 있어서,
상기 감지 라인과 상기 구동 라인 사이의 구동 커패시턴스 크기를 조절하는 모드 선택부를 더 포함하는, 터치 검출 장치.
제9항에 있어서,
상기 모드 선택부는,
일단이 상기 감지 라인에 연결되며 타단이 접지와 상기 구동 라인 사이에서 스위칭되는 구동 커패시터를 포함하는, 터치 검출 장치.
제7항에 있어서,
상기 플로팅 상태에서의 상기 감지 라인 출력 노드 전압을 샘플링 후 축적하는 샘플 앤 홀드부를 더 포함하고,
상기 검출부는, 샘플 앤 홀드부에 축적된 전압을 기준값과 비교하여 터치 여부를 검출하는, 터치 검출 장치.
제7항에 있어서,
상기 교번 전압은 상기 플로팅 상태에서 로우 레벨로 전환되고, 상기 방전 중에 하이 레벨로 전환되는, 터치 검출 장치.