KR20140067379A - 접촉 감지 장치 및 터치스크린 장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 접촉 감지 장치 및 터치 스크린 장치에 관한 것이다. 본 발명의 접촉 감지 장치는 복수의 구동전극 각각에 순차적으로 상기 구동신호를 인가하는 구동회로부, 복수의 감지전극에 연결되어, 상기 복수의 구동전극 및 상기 복수의 감지전극에 의해 형성되는 노드 커패시터의 정전용량 변화를 측정하는 감지회로부, 상기 복수의 구동전극 중 구동신호가 인가되지 않는 구동전극에 사전에 설정된 기준전압을 제공하는 잡음 제거부를 포함할 수 있다.

Description

접촉 감지 장치 및 터치스크린 장치{TOUCH SENSING APPARATUS AND TOUCHSCREEN APPARATUS}
본 발명은 구동신호에 유입되는 노이즈를 제거할 수 있는 접촉 감지 장치 및 터치스크린 장치에 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 터치 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.
정전용량 방식의 터치스크린은 일정한 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함하며, 터치 입력에 의해 정전용량 변화가 생성되는 복수의 노드가 상기 복수의 전극에 의해 정의된다. 2차원 평면에 분포하는 복수의 노드는, 터치 입력에 의해 자체 정전용량(Self-Capacitance) 또는 결합 정전용량(Mutual-Capacitance) 변화를 생성하며, 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화에 가중 평균 계산법 등을 적용하여 터치 입력의 좌표를 계산할 수 있다. 정확한 터치 입력의 좌표 계산을 위해서는 터치 입력에 의해 생성되는 정전용량 변화를 정확하게 감지할 수 있는 기술이 필요하나, 무선 통신 모듈, 디스플레이 장치 등에서 전기적 잡음이 발생하는 경우, 정전용량 변화를 정확하게 감지하는 데에 방해가 될 수 있다.
선행기술문헌 중 특허문헌 1은 터치스크린 장치, 터치패널의 구동장치 및 구동방법에 관한 것으로서, 노드 커패시터를 양의 전압 및 음의 전압으로 충천함으로써 외부 노이즈를 제거하고자 하나, 구동 신호가 인가되지 않는 구동 전극과 구동회로부를 분리하는 내용을 개시하고 있지 못하다.
한국 공개특허공보 10-2011-0137482(2011.12.23)
본 발명의 과제는 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로써, 본 발명은 구동신호를 인가되지 않는 구동전극을 구동회로부와 분리함으로써, 패널상에 존재하는 노이즈 성분이 구동신호에 유입되는 것을 차단할 수 있는 접촉 감지 장치 및 터치 스크린 장치를 제공한다.
본 발명의 제1 기술적인 측면에 따르면, 복수의 구동전극 각각에 순차적으로 상기 구동신호를 인가하는 구동회로부; 복수의 감지전극에 연결되어, 상기 복수의 구동전극 및 상기 복수의 감지전극에 의해 형성되는 노드 커패시터의 정전용량 변화를 측정하는 감지회로부; 및 상기 복수의 구동전극 중 구동신호가 인가되지 않는 구동전극에 사전에 설정된 기준전압을 제공하는 잡음 제거부; 를 포함하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 잡음 제거부는, 상기 기준전압을 출력하는 적어도 하나의 연산증폭기; 및 상기 연산증폭기 및 상기 복수의 구동전극을 각각 연결하는 복수의 스위치를 구비하는 스위치부; 를 포함하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 연산증폭기는, 상기 기준전압이 인가되는 비반전단, 상기 기준전압을 상기 비반전단으로부터 가상단락에 의해 전달받는 반전단 및 상기 반전단과 연결되는 출력단을 포함하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 스위치 중 상기 구동신호가 인가되는 구동전극에 연결되는 스위치는 스위칭 오프 동작하고, 상기 복수의 스위치 중 상기 구동신호가 인가되는 구동전극에 연결되는 스위치는 스위칭 온 동작하는 접촉 감지 장치를 제안한다.
또한, 상기 구동회로부는 구동전압 및 공통전압을 서로 다른 타이밍에 인가하여 상기 구동신호를 생성하며, 상기 기준전압은 상기 공통전압 및 접지전압 중 하나와 동일한 접촉 감지 장치.
본 발명의 제2 기술적인 측면에 따르면, 복수의 구동전극 및 상기 구동전극과 절연되어 형성되는 복수의 감지전극을 포함하는 패널부; 상기 복수의 구동전극 각각에 순차적으로 상기 구동신호를 인가하는 구동회로부; 상기 복수의 감지전극에 연결되어, 상기 복수의 구동전극 및 상기 복수의 감지전극에 의해 형성되는 노드 커패시터의 정전용량 변화를 측정하는 감지회로부; 상기 복수의 구동전극 중 구동신호가 인가되지 않는 구동전극에 사전에 설정된 기준전압을 제공하는 잡음 제거부; 및 상기 구동회로부, 상기 감지회로부 및 상기 잡음 제거부의 동작을 조절하는 제어부; 를 포함하는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 제어부는, 상기 감지회로부의 출력 신호로부터 상기 패널부에 인가되는 터치 입력의 좌표, 상기 터치 입력에 의한 제스처 동작 및 상기 터치 입력의 개수 중 적어도 어느 하나를 판단하는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 잡음 제거부는, 상기 기준전압을 출력하는 적어도 하나의 연산증폭기; 및 상기 연산증폭기 및 상기 복수의 구동전극을 각각 연결하는 복수의 스위치를 구비하는 스위치부; 를 포함하는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 연산증폭기는, 상기 기준전압이 인가되는 비반전단, 상기 기준전압을 상기 비반전단으로부터 가상단락에 의해 전달받는 반전단 및 상기 반전단과 연결되는 출력단을 포함하는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 복수의 스위치 중 상기 구동신호가 인가되는 구동전극에 연결되는 스위치는 스위칭 오프 동작하고, 상기 복수의 스위치 중 상기 구동신호가 인가되는 구동전극에 연결되는 스위치는 스위칭 온 동작하는 터치스크린 장치를 제안한다.
또한, 상기 구동회로부는 구동전압 및 공통전압을 서로 다른 타이밍에 인가하여 상기 구동신호를 생성하며, 상기 기준전압은 상기 공통전압 및 접지전압 중 하나와 동일한 터치스크린 장치를 제안한다.
본 발명에 의하면, 구동신호가 인가되지 않는 구동전극을 구동회로부와 분리함으로써 패널상에 존재하는 노이즈 성분이 구동신호에 유입되는 것을 차단할 수 있으며, 이로써 입력되는 터치를 정확히 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 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도이다.
도 3은 도 2에 도시한 패널부의 단면을 도시한 단면도이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 도 4의 터치스크린 장치를 상세히 나타낸 회로도이다.
도 6은 복수의 스위치 소자를 구동하는 클럭신호를 나타낸 도이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예인 터치스크린 장치의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예인 접촉 감지 장치를 나타낸 블록도이다.
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 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
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 터치 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 장치는 정전용량 방식에 따라 동작하는 것을 가정하므로, 소정의 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 또한 복수의 전극에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하기 위한 정전용량 감지 회로와, 정전용량 감지 회로의 출력 신호를 디지털 값으로 변환하는 아날로그-디지털 변환 회로, 디지털 값으로 변환된 데이터를 이용하여 터치 입력을 판단하는 연산 회로 등을 포함할 수 있다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 접촉 감지 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도이다.
도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 패널부(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 전극(220, 230)을 포함한다. 도 2에는 도시되지 않았으나, 복수의 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 전극(220, 230)에서 생성되는 감지 신호를 검출하고, 그로부터 터치 입력을 판단할 수 있다.
터치스크린 장치의 경우, 기판(210)은 복수의 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, 복수의 전극(220, 230)이 형성되는 영역 이외에, 복수의 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 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 복수의 전극(220, 230)이 도시되었으나, 이 외에 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있음은 물론이다.
복수의 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 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되어 터치 입력을 감지하는 장치는, 터치 입력에 의해 복수의 전극(220, 230)에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하고 그로부터 터치 입력을 감지한다. 제1 전극(220)은 컨트롤러 집적 회로로부터 소정의 구동 신호를 인가받을 수 있으며, 제2 전극(230)은 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. 즉, M 개의 제1 전극(220)과 N 개의 제2 전극(230)이 구비되는 경우, 컨트롤러 집적 회로는 터치 입력 판단을 위해 총 M x N 개의 정전용량 변화 데이터를 검출할 수 있다.
도 3은 도 2에 도시한 패널부의 단면을 도시한 단면도이다.
도 3은 도 2에 도시한 터치스크린 패널부(200)를 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 터치 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 4은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 패널부(410), 구동회로부(420), 감지회로부(430), 잡음제거부(440), 신호변환부(450), 및 연산부(460)를 포함한다. 구동회로부(420), 감지 회로부(430), 잡음 제거부(440), 신호변환부(450), 및 연산부(460)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.
패널부(410)는 제1 축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 m 개의 제1 전극과, 제1 축에 교차하는 제2 축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 n 개의 제2 전극을 포함하며, 제1 전극과 제2 전극이 교차하는 복수의 노드에서 정전용량 변화 C11~Cmn가 생성된다. 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화 C11~Cmn은 구동회로부(420)에 의해 제1 전극에 인가되는 구동 신호에 의해 생성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance) 변화일 수 있다. 이 때, 구동 신호가 인가되는 제1 전극을 구동전극이라 지칭할 수 있다.
구동회로부(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 하나의 구동회로가 복수의 제1 전극 각각에 연결되는 것으로 도시하였으나, 복수의 제1 전극 각각에 개별적으로 연결되는 복수의 구동회로를 구비하는 것 또한 가능함은 물론이다. 또한, 모든 제1 전극에 동시에 구동 신호를 인가하거나 일부의 제1 전극에만 선택적으로 구동 신호를 인가하여 단순히 터치 입력의 유/무만을 감지하는 방식으로 동작할 수도 있다.
감지회로부(430)는 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화 C11~Cmn을 감지하기 위한 적분 회로를 포함할 수 있으며, 적분 회로는 복수의 제2 전극에 연결될 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. 이 때, 감지회로부와 연결되는 제2 전극을 감지전극이라 지칭할 수 있다. 복수의 제1 전극 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가하는 경우, 복수의 제2 전극으로부터 정전용량 변화를 동시에 검출할 수 있으므로, 적분 회로는 제2 전극의 갯수 n개 만큼 구비될 수 있다.
잡음제거부(440)는 구동회로부(420)의 생성되는 구동신호에 존재하는 노이즈 성분을 제거할 수 있다. 예를 들어 구동회로부(420)가 Y1 전극에 구동신호를 인가하는 경우 패널부(410) 상에 존재하는 노이즈 성분이 Y2 - Ym 전극에 연결되어 있는 채널을 통해 구동회로부(420)에 유입될 수 있다. 구동회로부(420)에 유입되는 노이즈 성분은 구동신호에 영향을 주게 되는데, 잡음제거부(440)는 사전에 설정되는 기준전압을 제공함으로써, 구동신호가 인가되지 않는 전극과 구동회로부를 분리할 수 있다.
신호변환부(450)는 적분 회로가 생성하는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 SD를 생성한다. 일례로, 신호변환부(450)는 전압 형태로 감지회로부(430)가 출력하는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지회로부(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(460)는 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(410)에 인가된 터치 입력을 판단한다. 일 실시예로, 연산부(460)는 패널부(410)에 인가된 터치 입력의 갯수, 좌표, 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.
연산부(460)가 터치 입력을 판단하는 데에 기초가 되는 디지털 신호 SD는 정전용량 변화 C11~Cmn을 수치화한 데이터일 수 있으며, 특히 터치 입력이 발생하지 않은 경우와 터치 입력이 발생한 경우의 정전용량 차이를 나타내는 데이터일 수 있다. 통상적으로 정전용량 방식의 접촉 감지 장치에서, 전도성 물체가 접촉된 영역은 접촉이 발생하지 않은 영역에 비해 정전용량이 감소하는 것으로 나타난다.
도 5는 도 4의 터치스크린 장치를 상세히 나타낸 회로도이다. 도 5의 패널부(510)는 도 4의 패널부(410)와 달리 제1 전극 중 Y1 및 Y2 만 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의상 개략적으로 도시한 것에 불과하고 도 5의 패널부(510)는 도 4의 패널부(410)와 동일함은 자명하다.
구동회로부(520)는 제1 연산증폭기(OPA1) 및 복수의 스위치(SW1-SW4)를 포함하여 복수의 제1 전극과 각각 연결될 수 있다. 구체적으로 제1 연산증폭기는 공통전압(VCM)을 인가받는 비반전단, 비반전단과 동일한 전위를 유지하는 반전단 및 반전단과 연결되는 출력단을 포함하고, 제1 연산증폭기는 출력단과 연결되는 각 스위치를 통하여 복수의 제1 전극 각각에 공통전압(VCM)을 제공할 수 있다. 공통전압(VCM)은 구동전압(VDD)의 중간 레벨의 전위를 가지도록 설정될 수 있다.
복수의 제1 전극 각각은 두 개의 스위치를 통하여 각각 구동전압(VDD) 및 공통전압(VCM)을 인가받는다. 예를 들어, Y1 전극은 제1 및 제2 스위치(SW1, SW2)를 통하여 각각 구동전압(VDD) 및 공통전압(VCM)을 인가받고, Y2 전극은 제3 및 제 4 스위치(SW3, SW4)를 통하여 각각 구동전압(VDD) 및 공통전압(VCM)를 인가받게 된다.
Y1 전극에 구동신호가 인가되는 경우, 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 서로 다른 타이밍으로 온/오프 동작함으로써 구동신호를 생성하게 된다. 다만, 구동신호가 Y1 전극에 인가되는 경우라도 구동신호가 인가되지 않는 Y2 전극은 감지회로부(530)의 피드백 커패시터(C1)의 용량을 줄이기 위하여 공통전압(VCM)이 인가되게 된다. 다만, 전술한 바와 같이, Y1 전극에 구동신호가 인가되는 경우에, Y2 전극에 공통전압(VCM)을 제공하기 위하여 제4 스위치(SW4)가 온 동작하는 경우, 패널부에 존재하는 노이즈 성분이 Y2 전극과 연결되는 채널을 통해 제1 연산증폭기(OPA1)에 유입되게 되어, 구동신호에 노이즈가 섞이는 문제점이 발생하게 된다.
이러한 경우, 잡음 제거부(540)는 구동신호가 인가되지 않는 제1 전극에 사전에 설정된 기준전압을 제공하여 제1 연산증폭기(OPA1)으로 유입되는 노이즈를 제거하는 역할을 한다. 잡음 제거부(540)는 기준전압(Vref)을 인가받는 비반전단, 비반전단과 동일한 전위를 유지하는 반전단 및 반전단과 연결되는 출력단을 포함하는 제2 연산증폭기(OPA2) 및 복수의 제1 전극과 제2 연산증폭기를 각각 연결하는 복수의 스위치(SW5, SW6)를 포함할 수 있다. 도 5에서 잡음 제거부(540)는 복수의 제1 전극 중 일부인 Y1 및 Y2와 연결되어 있는 것으로 도시되어 있으나, 이는 설명의 편의상 개략적으로 도시한 것으로서, 잡음 제거부(540)는 복수의 제1 전극 각각과 개별적으로 연결될 수 있다.
잡음 제거부(540)에 포함되는 복수의 스위치 중 구동신호가 인가되는 제1 전극과 연결되는 스위치는 오프 동작하며, 구동신호가 인가되지 않는 제1 전극과 연결되는 스위치는 온 동작할 수 있다. 이 때, 사전에 설정된 기준전압은 공통전압 또는 접지전압과 동일한 전위 레벨을 가지도록 설정될 수 있다.
도 6은 복수의 스위치 소자를 구동하는 클럭신호를 나타낸 도이다. 도 6에서 볼 수 있는 바와 같이 t0 내지 t1 구간에서 제1 스위치(SW1) 및 제2 스위치(SW2)가 동일한 주기를 가지나 서로 하이/로우 레벨을 달리하는 클럭신호에 의해 동작하는 경우, Y1 전극에 구동신호가 인가되게 된다. 이 때, 구동신호가 인가되는 Y1 전극과 연결되는 제5 스위치(SW5)는 오프 동작하며, 구동신호가 인가되지 않는 Y2 전극과 연결되는 제6 스위치(SW6)는 온 동작하게 된다.
t1 내지 t2 구간에서는 복수의 제1 전극 중 어느 전극에도 구동신호가 인가되지 않으므로, 제5 및 제 6 스위치(SW5, SW6)는 모두 온 동작하게 된다.
t2 시점 이후에, t0 내지 t1 구간과 마찬가지로, 제3 및 제4 스위치(SW3, SW4)가 클럭신호에 의해 동작하는 경우, Y2 전극에 구동신호가 인가되게 되고, 이 때, 구동신호가 인가되는 Y2 전극과 연결되는 제6 스위치(SW6)는 오프 동작하며, 구동신호가 인가되지 않는 Y1 전극과 연결되는 제5 스위치(SW5)는 온 동작하게 된다.
도 7은 본 발명의 일 실시예인 터치스크린 장치의 시뮬레이션 결과를 나타낸 도이다. 도 7은 도 4 및 도 5의 감지회로부(430, 530)의 출력전압을 나타낸 그래프이다. 도 7a은 노이즈가 없는 경우, 도 7b 및 도 7c는 노이즈가 있는 경우 중 도 7b는 구동신호가 인가되지 않는 제1 전극에 도 5의 제1 연산증폭기가 공통전압을 제공하는 경우, 도 7c는 구동신호가 인가되지 않는 제1 전극에 도 5의 제2 연산증폭기가 공통전압을 제공하는 경우의 그래프이다.
도 7a에서 최종 출력 전압은 약 2.4V이고, 도 7b에서 최종 출력 전압은 약 2.15V이고, 도 7c에서 최종 출력 전압은 약 2.43V로서, 도 7b와 달리 도 7c는 도 7a와 유사한 그래프 형태를 띠고 있는 것을 확인할 수 있으며, 이로써 본 발명에서 노이즈 성분을 제거하였음을 알 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예인 접촉 감지 장치를 나타낸 블록도이다. 본 발명의 접촉 감지 장치(800)는 구동회로부(810) 및 감지회로부(820), 잡음제거부(830)를 포함할 수 있다. 도 8에서 커패시터 Cm은 도 4의 C11 - Cmn에 대응하는 것으로서 복수의 전극의 교차 지점에서 생성되는 결합 정전용량 변화에 의해 전하가 충전 또는 방전되는 노드 커패시터로 가정할 수 있다.
본 발명의 접촉 감지 장치(800)의 구동회로부(810), 감지회로부(820) 및 잡음제거부(830)의 구체적인 설명은 도 4 및 도 5의 설명과 유사하므로 생략하도록 한다.
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.
410, 510: 패널부
420, 520, 810: 구동회로부
430, 530, 820: 감지회로부
440, 540, 830: 잡음제거부
450, 550: 신호변환부
460, 560: 연산부

Claims (11)

  1. 복수의 구동전극 각각에 순차적으로 구동신호를 인가하는 구동회로부;
    복수의 감지전극에 연결되어, 상기 복수의 구동전극 및 상기 복수의 감지전극에 의해 형성되는 노드 커패시터의 정전용량 변화를 측정하는 감지회로부; 및
    상기 복수의 구동전극 중 구동신호가 인가되지 않는 구동전극에 사전에 설정된 기준전압을 제공하는 잡음 제거부; 를 포함하는 접촉 감지 장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 잡음 제거부는,
    상기 기준전압을 출력하는 적어도 하나의 연산증폭기; 및
    상기 연산증폭기 및 상기 복수의 구동전극을 각각 연결하는 복수의 스위치를 구비하는 스위치부; 를 포함하는 접촉 감지 장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 연산증폭기는,
    상기 기준전압이 인가되는 비반전단, 상기 기준전압을 상기 비반전단으로부터 가상단락에 의해 전달받는 반전단 및 상기 반전단과 연결되는 출력단을 포함하는 접촉 감지 장치.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 복수의 스위치 중 상기 구동신호가 인가되는 구동전극에 연결되는 스위치는 스위칭 오프 동작하고,
    상기 복수의 스위치 중 상기 구동신호가 인가되는 구동전극에 연결되는 스위치는 스위칭 온 동작하는 접촉 감지 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 구동회로부는 구동전압 및 공통전압을 서로 다른 타이밍에 인가하여 상기 구동신호를 생성하며,
    상기 기준전압은 상기 공통전압 및 접지전압 중 하나와 동일한 접촉 감지 장치.
  6. 복수의 구동전극 및 상기 구동전극과 절연되어 형성되는 복수의 감지전극을 포함하는 패널부;
    상기 복수의 구동전극 각각에 순차적으로 상기 구동신호를 인가하는 구동회로부;
    상기 복수의 감지전극에 연결되어, 상기 복수의 구동전극 및 상기 복수의 감지전극에 의해 형성되는 노드 커패시터의 정전용량 변화를 측정하는 감지회로부;
    상기 복수의 구동전극 중 구동신호가 인가되지 않는 구동전극에 사전에 설정된 기준전압을 제공하는 잡음 제거부; 및
    상기 구동회로부, 상기 감지회로부 및 상기 잡음 제거부의 동작을 조절하는 제어부; 를 포함하는 터치스크린 장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 제어부는,
    상기 감지회로부의 출력 신호로부터 상기 패널부에 인가되는 터치 입력의 좌표, 상기 터치 입력에 의한 제스처 동작 및 상기 터치 입력의 개수 중 적어도 어느 하나를 판단하는 터치스크린 장치.
  8. 제6항에 있어서, 상기 잡음 제거부는,
    상기 기준전압을 출력하는 적어도 하나의 연산증폭기; 및
    상기 연산증폭기 및 상기 복수의 구동전극을 각각 연결하는 복수의 스위치를 구비하는 스위치부; 를 포함하는 터치스크린 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연산증폭기는,
    상기 기준전압이 인가되는 비반전단, 상기 기준전압을 상기 비반전단으로부터 가상단락에 의해 전달받는 반전단 및 상기 반전단과 연결되는 출력단을 포함하는 터치스크린 장치.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 복수의 스위치 중 상기 구동신호가 인가되는 구동전극에 연결되는 스위치는 스위칭 오프 동작하고,
    상기 복수의 스위치 중 상기 구동신호가 인가되는 구동전극에 연결되는 스위치는 스위칭 온 동작하는 터치스크린 장치.
  11. 제6항에 있어서,
    상기 구동회로부는 구동전압 및 공통전압을 서로 다른 타이밍에 인가하여 상기 구동신호를 생성하며,
    상기 기준전압은 상기 공통전압 및 접지전압 중 하나와 동일한 터치스크린 장치.
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