KR20140010714A

KR20140010714A - 터치 스크린 패널의 노이즈 저감을 위한 방법 및 장치

Info

Publication number: KR20140010714A
Application number: KR1020120077351A
Authority: KR
Inventors: 강문석; 김성천
Original assignee: 엘지전자 주식회사
Priority date: 2012-07-16
Filing date: 2012-07-16
Publication date: 2014-01-27
Also published as: KR101996084B1

Abstract

본 발명은 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)의 노이즈(Noise) 저감을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 본 발명은 사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)의 구동 방법에서, 상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하는 단계; 상기 ADC 데이터가, 터치로 인식될 수 있는 데이터 영역인 터치 검색 영역에 해당되는지 판단하는 단계; 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 터치 히스토리(History)를 증가시키는 단계; 상기 터치 히스토리가 기설정된 터치 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 정상적인 터치에 해당하는 데이터인 터치 데이터로 판단하는 단계를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법을 제공한다.

Description

터치 스크린 패널의 노이즈 저감을 위한 방법 및 장치{METHOD AND APPARATUS FOR LOWING NOISE ON TOUCH SCREEN PANEL}

본 발명은 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)의 노이즈(Noise) 저감을 위한 방법 및 장치에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 터치 스크린 패널에 유입되는 노이즈로 인하여 발생하는 동작 오류를 최소화시키기 위한 터치 스크린 패널 구동 방법 및 장치에 관한 발명에 관한 것이다.

도 1은 종래의 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel, 10)의 전기적 모델링(Modeling, 10)을 도시한 도면이다. 터치 스크린 패널(10)이 Capacitive 터치 방식의 경우, 신호 입력 전극 (이하, Tx 전극) 및 신호 수신 전극 (이하, Rx 전극) 사이에 전기적인 Capacitance (Csig)가 존재하고, 사용자 손가락 또는 입력 펜 등이 터치 스크린 패널(10)의 표면이 닿았을 때 생기는 Capacitance 변화량을 측정하여, 터치의 유무를 판단한다.

도 2는 종래의 터치 스크린 패널(10)에서 터치를 인식하는 방법을 도시한 도면이다. 도면과 같이, 사용자의 손가락이 터치 스크린 패널(10)의 표면에 닿았을 때, Csig에 충전된 전하(Charge)가 사용자 손가락을 통해 변화되는 Capacitance (Csig - △Csig)를 표현한 것이며, Rx 전극에 수신되는 전하량의 변화를 판단하여, 터치 유무를 결정한다. 반대로, 입력 펜의 경우에는 Capacitance가 증가하게 된다. (Csig + △Csig)

터치 유무 및 터치 변화량을 판단하기 위한 일반적인 방법으로, Rx 전극에 전하 증폭기(Amplifier) 및 아날로그-디지털 변환기(Analog-Digital Converter, 이하 ADC)를 포함한다. 전하 증폭기는 Rx 전극에 투사된 미세한 Capacitance 변화를 극대화시키기 위해서 적용되는 것으로, ADC는 이러한 전하량을 디지털로 변환시켜, CPU 또는 Hard-wire된 기능으로 터치 유무 및 변화량을 판단한다.

또한, Tx 전극에 인가되는 신호는 Rectangular 펄스(Pulse) 또는 특정 주파수를 포함하는 웨이브(Wave) 신호가 적용될 수 있으며, 시간적인 순서에 따라 해당 Tx 전극을 순차적으로 스캔(Scan)하며 구동시킨다.

Tx 전극에 인가된 신호의 감지능력은, 각 Tx 전극에서 Rx 전극까지의 전극 특성, 전선의 길이, 선폭, 및 전극 성분 등에 따라 전극의 전기적인 특성이 달라진다. 터치 스크린 패널(10)의 전기적 특성에 따라 Tx 전극에 인가 가능한 주파수, 펄스 Width 및 펄스 Amplitude 가 결정된다.

이러한 파형 특성은 터치 스크린 패널(10)의 전기적 특성과 함께 Rx 전극에 포함된 전하 증폭기(Amplifier) 및 ADC의 Dynamic Range와 함께 고려되어야 하며, 전체적으로 미세한 Capacitance 변화가 시스템의 다른 요인 (노이즈 영향, 신호 지연)에 의해 방해받지 않고, Rx 전극에서 효율적으로 수신될 수 있어야 한다.

터치 스크린 패널(10)이 포함되는 시스템(100)은 Mobile Handset 또는 기타의 컴퓨터 장치가 될 수 있다. 이러한 시스템(100)은 다양한 종류의 노이즈를 포함하고 있는데, 본 발명이 주지하는 노이즈는 Tx 전극에서 발생된 신호가 Rx 전극을 통해, 디지털로 변환되는 과정(ADC되는 과정)에서 발생되는 노이즈를 포함한다.

이러한 노이즈는, Switching Mode Power Supply와 같은 전원 노이즈, 무선 송수신 장치에 포함되는 RF 노이즈, 터치 스크린 패널(10)과 함께 Package되는 Display 노이즈 등이 있다.

특히, Display 노이즈는 위치적으로 터치 스크린 패널(10)에 가장 크게 영향을 미치는 요인으로, Display Driver IC에서 스위칭(Switching)할 때 발생되는 스파이크 노이즈(Spike Noise)가 터치 스크린 패널(10)의 Rx 신호에 영향을 미치게 되어, 신호 레벨에 따라 터치 오류를 발생시킬 수 있다.

이를 극복하기 위한 방법으로, Tx 신호 발생 시점과 Rx 전극의 ADC 동작 시점을, Display의 Refresh Time (HSYNC, VSYNC)과 동기화를 이루어, Display 노이즈가 발생하는 시점을 예측하고, 이를 회피하여 동작하도록 한 예가 있다.

도 3은 종래의 터치 스크린 패널(10)을 포함하는 터치 스크린 시스템(100)의 구조도이다.

터치 스크린 시스템(100)은 TX 전극과 RX 전극으로 구성된 터치 스크린 패널(10), 디스플레이(Display, 20), 터치 스크린 패널(10)에서 발생된 신호를 제어하는 터치 제어부(30), 후술하는 터치 스크린 시스템(100)의 전반적인 구동을 제어하는 제어부(40)를 포함한다.

터치 스크린 시스템(100)은 구동하지 않는 Tx 전극 신호를 노이즈 디텍터(Noise Detector, ND)를 통해 수신된 Rx 신호와 차등 증폭시키고, 노이즈 유무를 판단하거나, Display Sync 신호 입력을 통해 노이즈 유입 여부를 판단하는 것이다. 이를 통해 Sample & Hold 및 전하 Integrator를 동작시키고, ADC의 동작 시점을 결정하는 구조에 대한 것이다.

이 경우, 노이즈 디텍터(ND)의 회로 구성 시, Tx 채널을 순차적으로 MUX 시켜 줘야 하는 추가적인 회로 구성이 필요하고, Display 노이즈를 검출함에 있어 노이즈 유무 판단을 위한, 기준 레벨(Reference Level)을 정하기가 어려우며, 실제 Display 노이즈는 Display Image에 따라서 달라져, 노이즈 검출에 어려움이 있다.

궁극적으로는, 앞서 언급한 노이즈의 영향은 Display 노이즈에만 국한된 것이 아니며, Low Frequency에서 기준 레벨이 주기적으로 변화되거나, Display 노이즈와 같은 버스트 노이즈(Burst Noise)의 예측이 효율적으로 이루어지지 않는다면 터치 스크린 패널(10)의 오류 가능성을 줄이기 어렵다.

또 다른 예로, Tx 전극에 인가되는 파형에 관해 설명한다. 일반적인 Tx 전극 1개에 인가되는 Tx 펄스의 개수는 노이즈의 유입을 고려하여 몇 개의 펄스를 반복적으로 인가할 수 있다. M개의 Tx 전극에 인가되는 펄스는 첫 번째부터 m-1 까지 순차적으로 구동시키되, 하나의 전극에 인가되는 펄스의 개수를 조정하여 반복적으로 인가한다.

도 4는 종래의 터치 스크린 패널(10)에서 멀티-펄스(Multi-Pulse)를 인가하는 Tx 파형의 예를 표현한 것이다. 도면과 같이, 한 개의 Tx 전극에 4개의 파형을 반복적으로 인가하고 있으며, Tx 펄스가 발생과 동시에 Rx 전극의 ADC가 Sample & Hold 된 전하를 디지털로 변환 시킨다.

반복적으로 펄스를 인가하고, ADC 결과를 축적해서, Median Filter를 적용하거나, Ranking Filter를 적용하여, 이상 저점 및 이상 고점을 제거함으로써, 노이즈 영향을 최소화할 수 있다.

그러나, 종래의 멀티-펄스 발생 방법은, 다음과 같은 단점을 포함하고 있다.

먼저, 주파수 특성에 제한이 있다. Tx 전극의 수가 많은 터치 스크린 패널(10)의 경우, 하나의 Tx 전극에 인가되는 시간적인 제한 내에 멀티-펄스를 발생시켜야 한다는 것이다. 즉, 짧은 시간 안에 멀티-펄스를 발생시키게 되면, 펄스 개수 및 주파수 특성에 따라서 터치 스크린 패널(10)의 전극의 전기적 특성 (RC Delay)에 영향을 받게 된다. 이러한 시간적 제한을 벗어나, Tx 전극이 충분히 스위칭(Switching) 할 수 있는 시간을 보장하면, 터치를 처리하는 제어부(Controller)에 전달하는 터치 데이터의 Refresh Time이 길어지게 되어, 터치 응답 속도에 제한을 받게 된다.

또한, 멀티-펄스를 발생시킬 경우, 해당 펄스 발생기간 내에 유입되는 짧은 시간의 노이즈는 ADC 결과에 그대로 유입되어, 노이즈 영향을 최소화시킬 수 없게 된다. 즉, 멀티-펄스를 발생시키는 시간 내에 발생하는 노이즈 영향은 터치 유무 및 터치 데이터 결과에 나쁜 영향을 미치게 된다.

따라서, Display 노이즈 영향을 최소화하기 위하여, 종래의 노이즈 디텍터(ND) 및 주변 회로 구성은, 구동하지 않는 Tx 펄스를 MUX하는 과정의 복잡도 증가하고, 노이즈 디텍터(ND)의 노이즈 레벨 결정 시 기준 레벨이 Display Image에 따라, 다르게 되어 정확한 노이즈 검출이 어렵게 된다.

또한, Display 노이즈가 터치 데이터에 미치는 영향이 크지만, 다른 노이즈 요인을 배제할 수 없으며, 전하 증폭기(Amplifier), Integerator 및 ADC 이외에 추가적은 회로 구성이 필요하여 비용 증가하게 된다.

또한, Display 노이즈 영향을 최소화하기 위하여, 멀티-펄스 발생을 통한 ADC 결과의 필터링(Filtering) 방법은, 주파수 특성 및 터치 스크린 패널(10)의 전기적 특성에 의해 제한된 시간 내에 멀티-펄스 발생 시 터치 스크린 패널(10)의 RC 특성에 제한되며, 충분한 펄스 스위칭(Switching) 시간 부여 시 제어부에 전달되는 터치 데이터의 Refresh Time (Response Time)이 길어지며, 노이즈가 멀티 펄스가 발생하는 시점 안에 유입되면, ADC 전체적인 결과에 영향을 미치는 단점이 존재한다.

본 발명은 상기의 종래 문제점을 해결하기 위한 방안으로, 노이즈 영향력 최소화를 위한 Tx 인가 파형 형성 방법과, 노이즈 영향력 최소화를 위해 Rx 전극에 인가되는 입력 신호의 Baseline, Touch Data 조정 방법을 제공하여, 터치 스크린 패널에 유입되는 노이즈에 의한 영향을 최소화하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)의 구동 방법에서, 상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하는 단계; 상기 ADC 데이터가, 터치로 인식될 수 있는 데이터 영역인 터치 검색 영역에 해당되는지 판단하는 단계; 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 터치 히스토리(History)를 증가시키는 단계; 상기 터치 히스토리가 기설정된 터치 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 정상적인 터치에 해당하는 데이터인 터치 데이터로 판단하는 단계를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 터치 히스토리에 가중치를 부여하는 단계를 더 포함하는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 터치 데이터는, 상기 ADC 데이터와 이전에 판단된 터치 데이터를 보간(Interpolation)하여 생성되는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 Tx 전극에서 생성되는 전기 신호의 펄스와 펄스 사이에는 시간 간격이 존재하는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 시간 간격은, 상기 터치 스크린 패널에 포함된 Tx 전극의 개수에 의해 설정되는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)의 구동 방법에서, 상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하는 단계; 상기 ADC 데이터가, 상기 전기 신호의 기준인 베이스라인으로 인식될 수 있는 데이터 영역인 베이스라인 검색 영역에 해당되는지 판단하는 단계; 상기 ADC 데이터가 상기 베이스라인 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 베이스라인 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 베이스라인 히스토리(History)를 증가시키는 단계; 상기 베이스라인 히스토리가 기설정된 베이스라인 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 상기 전기 신호의 기준 데이터인 베이스라인 데이터로 판단하는 단계를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 베이스라인 히스토리에 가중치를 부여하는 단계를 더 포함하는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 베이스라인 데이터는, 상기 ADC 데이터와 이전에 판단된 베이스라인 데이터를 보간(Interpolation)하여 생성되는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel); 및 상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하고, 상기 ADC 데이터가, 터치로 인식될 수 있는 데이터 영역인 터치 검색 영역에 해당되는지 판단하고, 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 터치 히스토리를 증가시키고, 상기 터치 히스토리가 기설정된 터치 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 정상적인 터치에 해당하는 데이터인 터치 데이터로 판단하는 제어부를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제어부는, 상기 터치 히스토리에 가중치를 부여하는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 제어부는, 상기 터치 데이터를, 상기 ADC 데이터와 이전에 판단된 터치 데이터를 보간(Interpolation)하여 생성하는 실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 Tx 전극에서 생성되는 전기 신호의 펄스와 펄스 사이에는 시간 간격이 존재하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.

또한, 본 발명은 사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel); 및 상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하고, 상기 ADC 데이터가, 상기 전기 신호의 기준인 베이스라인으로 인식될 수 있는 데이터 영역인 베이스라인 검색 영역에 해당되는지 판단하고, 상기 ADC 데이터가 상기 베이스라인 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 베이스라인 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 베이스라인 히스토리(History)를 증가시키고, 상기 베이스라인 히스토리가 기설정된 베이스라인 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 상기 전기 신호의 기준 데이터인 베이스라인 데이터로 판단하는 제어부를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치를 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제어부는, 상기 베이스라인 히스토리에 가중치를 부여하는실시예를 포함한다.

또한, 본 발명은 상기 제어부는, 상기 베이스라인 데이터를, 상기 ADC 데이터와 이전에 판단된 베이스라인 데이터를 보간(Interpolation)하여 생성하는 실시예를 포함한다.

본 발명은 상술한 실시예에 한정되지 않으며, 첨부된 청구범위에서 알 수 있는 바와 같이 본 발명이 속한 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 변형이 가능하고 이러한 변형은 본 발명의 범위에 속함을 밝혀둔다.

상기와 같은 구성을 통하여, 본 발명에 따른 터치 스크린 패널에 유입되는 노이즈 영향력 최소화할 수 있다.

즉, 본 발명에서 제시하는 Tx 전극에 멀티-펄스를 인가하는 방식을 통해, 노이즈의 영향을 최소화시킬 수 있도록 노이즈 영향을 분산시킴으로써, 노이즈에 의한 센싱(Sensing) 오류를 최소화시킬 수 있다.

특히, 펄스와 펄스 간격이 기존 방식대비 상대적으로 길어 충분한 Rising/Falling Time을 보장할 수 있으며, 터치 스크린 패널의 패널 해상도 증가에 따른 파형 왜곡을 최소화시킬 수 있다.

그리고, 본 발명에서 제시하는 Rx 전극은 수신되는 신호 레벨에 따라, ADC Dynamic Range를 설정하고, Touch 가능 영역과 노이즈 영역을 구분하고, 이에 대한 설정을 가능하게 함으로써 설계의 유연성에 대응할 수 있다.

또한, 본 발명에서 제시하는 Baseline 및 터치 데이터의 검출(Detection) 및 갱신(Update) 방법은 노이즈 영향을 최소화시키기 위하여, 설정된 파라미터 내에서 Baseline 및 터치 데이터의 검출이 이루어지도록 하고, 변환된 ADC 데이터가 노이즈에 의해 갑작스럽게 변화되지 않도록 시간적인 Filter 개념을 도입하여, 노이즈 영향을 최소화시킬 수 있다.

또한, 터치 스크린 패널의 구현 용이성 및 저가격화를 실현할 수 있다. Tx 전극은 라인 스캐닝(Line Scanning)을 위한 Shift Register와 Combinational Logic으로 구현 가능하다.

또한, 종래 기술에 설명된 기존의 멀티 펄스 생성 방식에 비해 기존 방식 대비 펄스 형성이 용이하다. 다만, Rx 전극부는 설정 값에 따른 비교기와 History를 저장할 수 있는 Register등이 필요하다.본 발명에서 제시하는 방법을 구현하기 위한 회로 구성은 종래 기술 대비 별도로 추가되거나 복잡한 DSP 연산이 필요하지않는 방식으로, 일반적인 하드웨어 구성으로도 충분히 구현할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 종래의 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)의 전기적 모델링(Modeling)을 도시한 도면이다.
도 2는 종래의 터치 스크린 패널에서 터치를 인식하는 방법을 도시한 도면이다.
도 3은 종래의 터치 스크린 패널을 포함하는 터치 스크린 시스템의 구조도이다.
도 4는 종래의 터치 스크린 패널에서 멀티-펄스(Multi-Pulse)를 인가하는 Tx 파형의 예를 표현한 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 Tx 전극의 파형 인가 방법을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-펄스 인가 방식을 도시한 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 ADC의 Dynamic Range와 터치 데이터의 파라미터(Parameter)를 도시하고 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 Negative 터치의 전하 레벨의 일례를 도시한 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 Baseline의 검출 및 갱신 방법의 흐름도이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 데이터의 검출 및 갱신 방법의 흐름도이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세하게 설명한다. 이하 설명에서 동일한 구성 요소에는 설명의 편의상 동일 명칭 및 동일 부호를 부여한다.

본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우는 해당되는 발명의 설명부분에서 상세히 그 의미를 기재하였으므로, 단순한 용어의 명칭이 아닌 용어가 가지는 의미로서 본 발명을 파악하여야 한다.

이하의 설명에서 사용되는 구성요소에 대한 접미사 "모듈" 및 "부"는 명세서 작성의 용이함만이 고려되어 부여되거나 혼용되는 것으로서, 그 자체로 서로 구별되는 의미 또는 역할을 갖는 것은 아니다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 Tx 전극의 파형 인가 방법을 도시한 도면이다.

도면과 같이, m 개의 Tx 전극이 구성되어 있고, Tx 전극의 라인에 인가되는 펄스는 Line by Line으로 스캔(Scan)을 하되, Frame Repeat 수에 따라서 반복적으로 스캔하도록 구성되었다.

즉, Tx 전극의 입력 펄스에 따른 Rx 전극의 ADC 동작은 각 Tx 펄스 개수에 따라서 이루어지며, 1 Frame의 터치 데이터는 복수 개의 Tx 전극 입력 및 복수 번의 ADC 결과로 이루어진다.

본 발명에서 제시하는 Tx 펄스의 특징은 복수 개의 펄스를 하나의 Tx 전극에 인가함에 있어서, 펄스와 펄스 사이의 시간적인 차이를 둠으로써, 노이즈 영향력을 분산시켜 영향을 최소화시키는 것에 있다.

즉, 입력되는 Frame Repeat 개수 (도면에서는 n Frame Repeat)에 따라서, Tx 전극에 입력되는 펄스의 개수가 조정되며, Rx 전극에 투사된 전하의 증폭 및 Setup/Hold 및 ADC 동작은, Tx 전극 펄스의 개수에 따라 동작한다.

도 6은 본 발명의 실시예에 따른 멀티-펄스 인가 방식을 도시한 도면으로, 도 6은 기존의 Tx 전극의 멀티-펄스 인가 방식(as-is)과 본 발명에서 제시하는 Tx 전극의 멀티-펄스 인가 방식(to-be)을 함께 도시하고 있다.

도면의 Tx 전극의 멀티-펄스는, 한 전극에 5개의 멀티-펄스가 입력되고 있으며, Frame Refresh 간격에 따라 터치 데이터를 제어부(40)에 전달할 수 있다. 두 가지 방식은 한 프레임 내에 인가되는 펄스의 레벨 및 폭(Width)은 동일하지만, 본 발명에 의한 Tx 펄스는, 펄스와 펄스 사이의 시간의 충분한 시간적 여유를 줄 수 있다.

기존 방식의 경우, ADC의 정확도를 높이기 위해서, 펄스 개수를 증가시키기 어렵다. 이 경우 펄스와 펄스 사이의 간격이 좁게 되고, 터치 스크린 패널(10)의 전기적 특성을 고려할 경우 즉, 패널 전극의 RC Time Constant에 의한 신호 왜곡(Signal Distortion)을 고려하면 파형 형성에 문제가 발생한다.

한편, 도 6의 노이즈 파형(12)이 터치 스크린 패널(10)에 유입될 경우, 기존 방식의 경우 1 ~ 5의 다섯 개 파형에 대한 ADC 결과에는 모두 노이즈가 유입되어 레벨이 증가하는 왜곡이 발생한다. 즉, 상대적으로 짧은 시간에 복수 개의 펄스 발생시에, 노이즈에 유입 가능성은 상대적으로 증가하게 된다.

ADC 결과를 처리하기 위한 Median Filter 및 Ranking Filter 동작을 감안할 경우에도, 본 발명에 의한 Tx 파형은 기존 방식에 비해 노이즈 혼입 가능성을 시간적으로 분산 시키는 효과를 가져오게 되므로, Median Filter 및 Ranking Filter를 처리하게 되면, 노이즈 유입에 따른 터치 데이터 오류를 최소화시킬 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 ADC의 Dynamic Range와 터치 데이터의 파라미터(Parameter)를 도시하고 있다.

전술한 바와 같이, 노이즈의 유입은 ADC의 출력 결과에 영향을 미치게 되어 터치 데이터 검출의 오류를 발생시킨다. 노이즈의 영향으로 인해 ADC의 Baseline이 시간적 경과에 따라 변화되며, 이는 궁극적인 터치 데이터에 영향을 미친다. 즉, 터치가 되었으나, Non-Touch로 인식될 수 있으며, 반대의 상황 또한 발생할 수 있다.

본 발명에 의한 ADC의 Dynamic Range와 터치 데이터는 도 7과 같이 각 영역별 터치 파라미터(Touch Parameter)를 통해 설명할 수 있다. 도면에서 보는 바와 같이, ADC의 Dynamic Range, 즉 ADC 변환 가능한 입력 레벨은 6개의 파라미터로 구분 될 수 있다.

- BASE_UL : Non-Touch 상태의 최대 Limit

- BASE_LL : Non-Touch 상태의 최소 Limit

- TOUCH_UL : Positive 터치 데이터로 인식되는 최소 Limit

- TOUCH_LL : Negative 터치 데이터로 인식되는 최대 Limit

- ABNORMAL_UL : Positive 터치 데이터로 인식되는 최대 Limit

- ABNORMAL_LL : Negative 터치 데이터로 인식되는 최소 Limit

참고로, ADC의 출력 결과는, 터치 입력 도구에 따라서 Positive 또는 Negative로 구분될 수 있다. 일례로, 입력 펜으로 터치가 입력되면 Positive 터치 데이터로 인식되고, 손가락으로 터치가 입력되면 Negative 터치 데이터로 인식될 수 있다.

Non-Touch 상태의 Baseline의 범위는 BASE_LL ~ BASE_UL사이에서 존재할 수 있으며, 이 이외의 값에 해당되는 ADC 출력 결과는 노이즈로 인식된다.

따라서, Positive 및 Negative 터치의 인식 범위는 다음과 같이 정리될 수 있다.

- Positive 터치 : TOUCH_UL ~ ABNORMAL_UL

- Negative 터치 : ABNORMAL_LL ~ TOUCH_LL

상기 언급된 6가지의 파라미터는 ADC의 Dynamic Range와 Conversion Bit 수, Input Range 등에 의해 결정될 수 있으며, 사용자에 의해 각 파라미터를 설정 가능하도록 하는 특징이 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 Negative 터치의 전하 레벨(13)의 일례를 도시한 도면이다. 도 7에 표시된 ADC의 출력 범위에 근거하여, Negative 터치의 예를 도 8과 같이 표현하였다.

Baseine 갱신 구간은, 노이즈에 의해 Baseline이 흔들리는 구간에 대해 이전 값과 비교를 통해 Baseline을 다시 부여하는 구간이며, 이때의 Baseline은 상기의 6가지 파라미터 중 BASE_UL 및 BASE_LL 사이에 존재해야 한다.

터치 데이터 갱신 구간은, ADC 결과가 터치 데이터로 인식되는 범위 안에 존재하고, 해당 구간의 ADC 결과를 제어부(40)에 전송하여, 터치 좌표값을 추출해 낸다.

Baseline을 벗어나거나 이상 하한값 이외의 값에 대해서는 노이즈에 의한 영향으로 판단하여 ADC 출력 결과물에 대한 연산을 수행하지 않는다.

Non-Touch 상태에서의 Baseline이 흔들리거나 터치 상태에서 터치 데이터가 한계치를 벗어날 경우에, 이에 대한 ADC 출력 결과물은 노이즈에 의한 영향으로 판단하여 무효 데이터 처리한다.

ADC의 Dynamic Range를 통해서, 검출 가능한 터치 데이터의 범위를 지정함으로써 노이즈 레벨을 규정할 수 있다. ADC의 Dynamic Range는 입력되는 전하의 레벨 및 주파수 특성에 따라서 정해질 수 있는데, Tx 전극에 입력되는 파형의 주파수 및 전압 레벨과, 패널의 전기적 특성을 고려하여 Dynamic Range를 결정할 수 있다.

한편, 노이즈 성분의 주파수 특성과 입력 레벨은 예측 불가능하다. 이하에서는, 이런 노이즈 특성을 감안하여, Baseline 및 터치 데이터를 갱신하는 방법에 대해 설명하고자 한다.

우선, ADC Calibration 및 Baseline을 초기화하는 방법을 설명한다.

일반적인 ITO Pattern을 적용하는 터치 스크린 패널(10)의 경우, Tx 전극 및 Rx 전극의 전기적 특성(저항 및 Parasitic Capacitance)에 의해 신호 지연이 발생한다. 이는, 전극 신호의 배선거리에 따라서, 크게 증가하며, RC Time Constant 모델을 통해 신호 지연을 예상할 수 있다.

배선 거리에 따라 신호 지연 양상은, ADC 출력레벨이 영향을 미친다. 실제 터치는 이루어졌으나, 신호 지연에 의해 Non-Touch 상태로 인식될 수 있으며, 이를 해결 위해 ADC의 Calibration이 필요하다.

전극별로 상이한 신호 지연에 동일한 ADC 출력레벨을 발생시키기 위한 방법으로, 1) ADC의 각 채널별로 Non-Touch 상태에서 Baseline을 강제 설정하거나, 2) 신호 지연을 감안하여 Tx 파형의 펄스 폭 또는 펄스 수를 상이하게 전송하는 것이 가능하다. 1)의 방법은 ADC의 Dynamic Range가 감소 되는 단점이 있으며, 2)의 방법은 라인 별 신호 지연에 따른 펄스 폭 설정 및 보상 타이밍 설정에 신중을 기해야 한다.

ADC의 Calibration 방법은 Tx의 펄스 특성 및 ADC 구조 등에 따라서 달라질 수 있으며, 본 발명의 각 Baseline 및 터치 영역의 설정은 이러한 일반적인 Calibration 이후 수행되어야 하는 것을 특징으로 한다.

즉, 초기 ADC Calibration이 완료되고, 이에 따른 전달 신호에 의해 본 발명의 터치 파라미터(Touch Parameter)의 설정이 이루어 지게 된다. BASE_UL 및 BASE_LL이 TOUCH_UL 및 TOUCH_LL 영역을 벗어나지 않도록 하며, Calibration 완료에 따른 각 파라미터의 설정은 ADC 특성에 따라서 각 초기 파라미터에 특정 오프셋(Offset) 값을 부여하여 설정할 수 있다.

이하에서는, 본 발명에서 제시하는 노이즈 영향을 최소화시키기 위한 ADC 출력 결과의 Baseline 및 터치 데이터의 검출 및 갱신 방법에 대하여 설명하도록 한다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 Baseline의 검출 및 갱신 방법의 흐름도이다.

우선, Baseline History 파라미터를 초기화한다.(S100)

그리고, ADC 동작을 수행하여, ADC 데이터를 출력한다.(S110)

ADC 데이터가 정해진 Baseline 범위 (BASE_UL ~ BASE_LL) 사이에 존재하는지 판단하고(S120), 범위 내에 존재하는 경우 Baseline History를 증가시킨다.(S130)

Baseline History에 가중치를 두고 계산 결과(Baseline History*BH가중치)가 Baseline_Threshold 보다 큰지 판단한다.(S140) Baseline History에 가중치를 두고 계산 결과가 Baseline_Threshold 보다 큰 경우, ADC 데이터를 Baseline Pixel로 인식되도록 한다.(S150)

Baseline_Threshold는 ADC 동작에 있어 최소 마진(Margin)이 되며, ADC 동작 특성에 따라서 변경이 가능하다. Baseline History는 Baseline이 해당 범위에 있을 경우 증가하는 값으로, Baseline 검출을 위해서 수행된 동작 회수에 대한 정보이며, Baseline_Threshold와 비교 시 가중치를 둘 수 있다.

따라서, 큰 가중치의 경우 적은 Baseline History 수에 의해서 Baseline Pixel 데이터가 출력되며, 작은 가중치의 경우 Baseline Pixel 데이터 출력에 많은 Baseline History가 필요하다. 즉, Baseline 검출에 소요되는 시간을 조정할 수 있도록 구성한 것이다.

추가로, 상기 방법으로 검출된 Baseline Pixel 데이터가 노이즈로 인하여 영향을 받을 경우, Baseline의 갱신이 필요하다. 본 발명에서 제시하는 Baseline의 갱신 방법은, 프레임 간 보간을 통한 Linear Interpolation 방법을 적용하였다. 현재의 Baseline과 ADC 출력 데이터에 대해 각기 다른 가중치를 적용하여 현재의 Baseline을 출력하도록 하였다.

즉, Curr_Baseline = ADC_Data * (α) + Curr_Baseline*(1-α)

변수 α 값의 가중치가 ADC_Data와 현재 설정된 Baseline에 차등으로 분배되어 각각의 연산 계수로 설정된다. ADC_Data가 Baseline Range에는 포함되나, 현재 설정된 Baseline 값과 차이가 클 경우 갑작스럽게 변화되지 않고, 정해진 α 에 의해서 천천히 변화될 수 있는 타임 필터(Timing Filter) 개념을 적용하였다.

전술한 설명된 방법을 통해서 Baseline을 검출하고, 노이즈 영향에 의해 Baseline이 급격히 변화되어 최종 출력 결과가 갑작스럽게 변화되는 것을 방지할 수 있다.

도 10은 본 발명의 실시예에 따른 터치 데이터의 검출 및 갱신 방법의 흐름도이다.

터치 데이터의 검출 또한 Baseline 검출 방법과 유사하다. 우선, Touch History 파라미터를 초기화한다.(S200) 그리고, ADC 동작을 수행하여, ADC 데이터를 출력한다.(S210)

ADC 데이터가 정해진 터치 데이터 범위 (Positive Touch는 TOUCH_UL ~ ABNORMAL_UL, Negative 터치는 ABNORMAL_LL ~ TOUCH_LL의) 사이에 존재하는지 판단하고(S220), 범위 내에 존재하는 경우 Touch History를 증가시킨다.(S230)

Touch History에 가중치를 두고 계산 결과(Touch History*TH가중치)가 Touch_Threshold 보다 큰지 판단한다.(S240) Touch History에 가중치를 두고 계산 결과가 Touch_Threshold 보다 큰 경우, ADC 데이터를 Touch Pixel로 인식되도록 한다.(S250)

Touch_Threshold는 ADC 동작에 있어 최소 마진(Margin)이 되며, ADC 동작 특성에 따라서 변경이 가능하다. Touch History는 터치 데이터가 해당 범위에 있을 경우 증가하는 값으로, 터치 데이터 검출을 위해서 수행된 동작 회수에 대한 정보이며, Touch_Threshold와 비교 시 가중치를 둘 수 있다.

따라서, 큰 가중치의 경우 적은 Touch History 수에 의해서 Touch Pixel 데이터가 출력되며, 작은 가중치의 경우 Touch Pixel 데이터 출력에 많은 Touch History가 필요하다. 즉, 터치 데이터 검출에 소요되는 시간을 조정할 수 있도록 구성한 것이다.

Touch History에 가중치를 두고 계산 결과가 Touch_Threshold와 동일한지 판단한다.(S260) Touch History에 가중치를 두고 계산 결과가 Touch_Threshold와 동일한 경우, ADC 데이터는 First Touch로 인식되도록 한다.(S270)

추가로, 상기 방법으로 인식된 터치 데이터가 노이즈 영향에 의해서 터치 데이터에 영향을 받을 경우, 터치 데이터의 갱신이 필요하다. 본 발명에서 제시하는 터치 데이터의 갱신 방법은, 프레임 간 보간을 통한 Linear Interpolation 방법을 적용하였다. 현재의 터치 데이터와 ADC 출력 데이터에 대해 각기 다른 가중치를 적용하여 현재의 터치 데이터를 출력하도록 하였다.

즉, Curr_Touch_Data = ADC_Data * (α) + Curr_Touch_Data*(1-α)

변수 α 값의 가중치가 ADC_Data와 현재 설정된 터치 데이터에 차등으로 분배되어 각각의 연산 계수로 설정된다. ADC_Data가 터치 데이터 Range에는 포함되나, 현재 설정된 터치 데이터 값과 차이가 클 경우 갑작스럽게 변화되지 않고, 정해진 α 에 의해서 천천히 변화될 수 있는 타임 필터(Timing Filter) 개념을 적용하였다.

전술한 설명된 방법을 통해서 터치 데이터를 검출하고, 노이즈 영향에 의해 터치 데이터가 급격히 변화되어 최종 출력 결과가 갑작스럽게 변화되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명은, 전술한 방법을 통해서 Baseline 및 터치 데이터를 검출하고 노이즈 영향에 의한 시간적 필터(Filter) 개념을 도입하여, 노이즈의 영향을 줄이고, 터치 센싱(Touch Sensing) 오류를 최소화할 수 있다.

이를 통해 출력된 터치 데이터는, 제어부(40)에 전달되어 좌표 연산이 수행된다.

상기에서 본 발명의 바람직한 실시예에 대하여 설명하였지만, 본 발명은 이에 한정되는 것이 아니고 특허청구범위와 발명의 상세한 설명 및 첨부한 도면의 범위 안에서 여러 가지로 변형하여 실시하는 것이 가능하고 이 또한 본 발명의 범위에 속하는 것은 당연하다.

Claims

사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)의 구동 방법에서,
상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하는 단계;
상기 ADC 데이터가, 터치로 인식될 수 있는 데이터 영역인 터치 검색 영역에 해당되는지 판단하는 단계;
상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 터치 히스토리(History)를 증가시키는 단계;
상기 터치 히스토리가 기설정된 터치 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 정상적인 터치에 해당하는 데이터인 터치 데이터로 판단하는 단계를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 히스토리에 가중치를 부여하는 단계를 더 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 데이터는,
상기 ADC 데이터와 이전에 판단된 터치 데이터를 보간(Interpolation)하여 생성되는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
제 1 항에 있어서,
상기 Tx 전극에서 생성되는 전기 신호의 펄스와 펄스 사이에는 시간 간격이 존재하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
제 4 항에 있어서,
상기 시간 간격은,
상기 터치 스크린 패널에 포함된 Tx 전극의 개수에 의해 설정되는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel)의 구동 방법에서,
상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하는 단계;
상기 ADC 데이터가, 상기 전기 신호의 기준인 베이스라인(Baseline)으로 인식될 수 있는 데이터 영역인 베이스라인 검색 영역에 해당되는지 판단하는 단계;
상기 ADC 데이터가 상기 베이스라인 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 베이스라인 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 베이스라인 히스토리(History)를 증가시키는 단계;
상기 베이스라인 히스토리가 기설정된 베이스라인 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 상기 전기 신호의 기준 데이터인 베이스라인 데이터로 판단하는 단계를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 베이스라인 히스토리에 가중치를 부여하는 단계를 더 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 베이스라인 데이터는,
상기 ADC 데이터와 이전에 판단된 베이스라인 데이터를 보간(Interpolation)하여 생성되는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
제 6 항에 있어서,
상기 Tx 전극에서 생성되는 전기 신호의 펄스와 펄스 사이에는 시간 간격이 존재하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
제 9 항에 있어서,
상기 시간 간격은,
상기 터치 스크린 패널에 포함된 Tx 전극의 개수에 의해 설정되는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 방법.
사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel); 및
상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하고, 상기 ADC 데이터가, 터치로 인식될 수 있는 데이터 영역인 터치 검색 영역에 해당되는지 판단하고, 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 터치 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 터치 히스토리를 증가시키고, 상기 터치 히스토리가 기설정된 터치 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 정상적인 터치에 해당하는 데이터인 터치 데이터로 판단하는 제어부를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 터치 히스토리에 가중치를 부여하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 터치 데이터를, 상기 ADC 데이터와 이전에 판단된 터치 데이터를 보간(Interpolation)하여 생성하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 Tx 전극에서 생성되는 전기 신호의 펄스와 펄스 사이에는 시간 간격이 존재하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
제 14 항에 있어서,
상기 시간 간격은,
상기 터치 스크린 패널에 포함된 Tx 전극의 개수에 의해 설정되는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
사용자 터치에 해당하는 전기 신호를 생성하는 Tx 전극과 상기 전기 신호를 입력받는 Rx 전극을 포함하는 터치 스크린 패널(Touch Screen Panel); 및
상기 전기 신호를 전극 디지털 신호로 변환하여, ADC 데이터를 출력하고, 상기 ADC 데이터가, 상기 전기 신호의 기준인 베이스라인(Baseline)으로 인식될 수 있는 데이터 영역인 베이스라인 검색 영역에 해당되는지 판단하고, 상기 ADC 데이터가 상기 베이스라인 검색 영역에 해당되면, 상기 ADC 데이터가 상기 베이스라인 검색 영역에 해당된 횟수 정보를 포함하는 베이스라인 히스토리(History)를 증가시키고, 상기 베이스라인 히스토리가 기설정된 베이스라인 히스토리 마진(Margin) 값보다 크면, 상기 ADC 데이터를 상기 전기 신호의 기준 데이터인 베이스라인 데이터로 판단하는 제어부를 포함하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 베이스라인 히스토리에 가중치를 부여하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 제어부는,
상기 베이스라인 데이터를, 상기 ADC 데이터와 이전에 판단된 베이스라인 데이터를 보간(Interpolation)하여 생성하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
제 16 항에 있어서,
상기 Tx 전극에서 생성되는 전기 신호의 펄스와 펄스 사이에는 시간 간격이 존재하는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.
제 19 항에 있어서,
상기 시간 간격은,
상기 터치 스크린 패널에 포함된 Tx 전극의 개수에 의해 설정되는 터치 스크린 패널의 노이즈 저감 장치.