KR20140071056A - 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Tx 라인들과 Rx 라인들에 의해 정의되는 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린; Tx 라인들에 구동신호를 공급하고 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압 변화를 센싱하는 터치 센싱회로; 및 터치 센싱회로로부터 센싱된 전압의 변화를 터치 임계값과 비교하여 터치 입력 위치를 검출하는 터치 좌표 검출부를 포함하며, 터치 센싱회로는 구동신호의 충전 구간에 충전 전압 대비 높은 오버드라이빙 전압을 형성하고, 구동신호의 방전 구간에 기준 전압 대비 낮은 언더드라이빙 전압을 형성하는 충방전 회로부를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치를 제공한다.

Description

터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법{ELECTRONIC DEVICE HAVING A TOUCH SENSOR AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법에 관한 것이다.

각종 전자장치 예컨대 가전기기나 휴대용 정보기기는 경량화, 슬림화 추세에 따라 사용자의 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 센서로 대체되고 있다. 이에 따라, 최근 출시되는 표시장치 등과 같은 전자장치는 터치 센서(또는 터치 스크린)를 갖는다.

터치 센서 중 하나인 정전 용량 방식은 사람의 손가락이나 전도성 물질이 접촉 또는 근접하면 상호 용량(mutual capacitance)의 변화를 센싱하여 터치의 유무 및 좌표를 인식할 수 있다. 이때, 상호 용량의 변화를 측정하고 터치에 대한 정보를 판단하기 위해서는 터치 스크린 패널의 각 센서 노드를 설정하고, 구동신호를 출력하고, 터치 스크린 패널의 상호 용량의 변화를 센싱하고 데이터를 이진화하는 등의 과정이 진행된다.

한편, 종래 터치 센서를 갖는 전자장치는 방전된 상태의 RC(R: 저항, C: 커패시터) 회로에 스위치를 차단하고 구동신호를 충전하는 경우, 회로에 걸리는 전압은 RC 시정수를 따라 올라가게 된다. 반대로 구동신호를 충전하고 RC 회로를 차단하여 방전하는 경우, RC 시정수에 따라 방전이 이뤄진다.

이러한 현상은 Tx 라인에 형성된 센싱 전극의 RC 지연에 따른 고유 특성으로 Tx 라인의 구동신호 입력단에서 멀어질수록 신호의 슬로프(Slope)가 눕는 것과 같이 나타난다. 이를 개선하기 위해, Tx 라인을 통해 공급되는 구동신호의 주파수를 낮추는 방법을 이용할 수 있지만, RC 값이 커지면 주파수를 낮추는 방법도 무용지물이 된다. 그러므로, 종래 터치 센서를 갖는 전자장치는 RC 지연에 의해 구동신호가 안정화되는 시간이 길어지고 센싱 속도가 저하되는 문제를 개선해야 한다.

상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 터치 스크린의 터치 센서들의 충방전 시간을 빠르고 균일하게 형성하고, 터치 감도 및 터치 속도를 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 Tx 라인들과 Rx 라인들에 의해 정의되는 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린; Tx 라인들에 구동신호를 공급하고 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압 변화를 센싱하는 터치 센싱회로; 및 터치 센싱회로로부터 센싱된 전압의 변화를 터치 임계값과 비교하여 터치 입력 위치를 검출하는 터치 좌표 검출부를 포함하며, 터치 센싱회로는 구동신호의 충전 구간에 충전 전압 대비 높은 오버드라이빙 전압을 형성하고, 구동신호의 방전 구간에 기준 전압 대비 낮은 언더드라이빙 전압을 형성하는 충방전 회로부를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치를 제공한다.

충방전 회로부는 Tx 라인들의 배선 길이에 따라 오버드라이빙 전압과 언더드라이빙 전압이 형성되는 시간을 달리할 수 있다.

충방전 회로부는 Tx 라인들의 배선 길이에 따라 오버드라이빙 전압과 언더드라이빙 전압이 형성되는 레벨을 달리할 수 있다.

충방전 회로부는 Tx 라인들의 배선 길이가 길어질수록 오버드라이빙 전압과 언더드라이빙 전압이 형성되는 시간 또는 레벨의 가중치를 높일 수 있다.

충방전 회로부는 Tx 라인들을 M개(M은 2 이상 정수)의 그룹으로 구성하고, M개의 그룹별로 오버드라이빙 전압과 언더드라이빙 전압이 형성되는 시간 또는 레벨을 달리할 수 있다.

충방전 회로부는 구동신호의 엣지가 라이징 상태이면 구동신호에 오버드라이빙 전압을 형성하고, 구동신호의 엣지가 폴링 상태이면 구동신호에 언더드라이빙 전압을 형성할 수 있다.

충방전 회로부는 Tx 라인들을 통해 출력할 구동신호를 생성하는 구동신호 발생부와, 외부로부터 공급된 고전위 전압을 둘 이상의 양의 전압과 하나 이상의 음의 전압으로 변환하여 출력하는 전원 공급부와, 구동신호를 검출하고 검출된 결과에 대응하여 선택신호를 출력하는 선택신호 출력부와, 선택신호에 대응하여 전원 공급부로부터 출력되는 전압 중 하나를 선택적으로 출력하는 전압 선택부를 포함할 수 있다.

선택신호 출력부는 구동신호의 엣지를 검출하고 Tx 라인들의 배선 길이에 따라 오버드라이빙 전압과 언더드라이빙 전압이 구분되어 형성되도록 선택신호를 가변할 수 있다.

전압 선택부는 선택신호가 01이면 구동신호에 오버드라이빙 전압을 형성하고, 선택신호가 11이면 구동신호에 언더드라이빙 전압을 형성하고, 선택신호가 00이면 구동신호에 충전 전압을 형성할 수 있다.

다른 측면에서 본 발명은 Tx 라인들과 Rx 라인들에 의해 정의되는 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린과, Tx 라인들에 구동신호를 공급하고 Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압 변화를 센싱하는 터치 센싱회로를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 방법에 있어서, Tx 라인들을 통해 공급되는 구동신호의 엣지를 검출하는 단계; 구동신호의 엣지가 라이징 상태인지 도는 폴링 상태인지를 판단하는 단계; 및 구동신호의 엣지가 라이징 상태이면 구동신호에 오버드라이빙 전압을 형성하고, 구동신호의 엣지가 폴링 상태이면 구동신호에 언더드라이빙 전압을 형성하는 단계를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 방법을 제공한다.

본 발명은 RC 지연 특성에 따른 충전 또는 방전 시간 차를 개선하여 터치 스크린의 터치 센서들의 충방전 시간을 빠르고 균일하게 형성하고, 터치 감도 및 터치 속도를 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린의 등가 회로도.
도 3 내지 도 5는 액정표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태를 나타낸 도면들.
도 6은 터치 스크린에서 발생하는 RC 지연에 대해 설명하기 위한 도면.
도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 Tx 구동회로의 구성 예시도.
도 8은 도 7에 도시된 Tx 구동회로의 동작을 설명하기 위한 도면.
도 9는 Tx 구동회로로부터 출력되는 구동신호의 파형 예시도.
도 10은 선택신호에 따른 구동신호의 출력 파형 예시도.
도 11은 RC 지연 특성에 따른 구동신호의 출력 파형 예시도.
도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 Tx 구동회로의 구성 예시도.
도 13은 Tx 구동회로로부터 출력되는 구동신호의 파형 예시도.
도 14는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법을 설명하기 위한 도면.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린의 등가 회로도이며, 도 3 내지 도 5는 액정표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태를 나타낸 도면들이고, 도 6은 터치 스크린에서 발생하는 RC 지연에 대해 설명하기 위한 도면이다.

본 발명의 터치 센서를 갖는 전자장치는 텔레비젼, 셋톱박스, 네비게이션, 영상 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터 및 모바일폰 등으로 구현된다. 본 발명의 터치 센서를 갖는 전자장치는 표시패널을 기반으로 구현된다. 표시패널은 액정표시패널, 유기발광표시패널, 전기영동표시패널, 플라즈마표시패널 등의 평판표시패널이 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다만, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 액정표시패널을 예로 설명한다.

터치 센서를 갖는 전자장치는 호스트 시스템(50), 타이밍 콘트롤러(20), 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14), 액정표시패널(DIS), 터치 스크린(TSP) 및 터치 스크린 구동회로(30, 40)를 포함한다.

호스트 시스템(50)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하며, 이는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(50)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 호스트 시스템(50)은 터치 좌표 검출부(40)로부터 입력된 터치 입력 위치의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(50)으로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 공급받고, 이를 기반으로 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)를 제어한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock) 및 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등의 스캔 타이밍 제어신호를 기반으로 스캔 구동회로(14)를 제어한다. 타이밍 콘트롤러(20)는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL) 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등의 데이터 타이밍 제어신호를 기반으로 데이터 구동회로(12)를 제어한다.

데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 생성한다. 데이터 구동회로(12)는 데이터라인들(D1~Dm)을 통해 데이터전압을 공급한다.

스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 생성한다. 스캔 구동회로(14)는 게이트라인들(G1~Gn)을 통해 게이트펄스를 공급한다.

액정표시패널(DIS)은 스캔 구동회로(14)로부터 공급된 게이트펄스와 데이터 구동회로(12)로부터 공급된 데이터전압을 기반으로 영상을 표시한다. 액정표시패널(DIS)은 두 장의 기판(GLS1, GLS2) 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 액정표시패널(DIS)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.

액정표시패널(DIS)의 서브 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된다. 하나의 서브 픽셀은 데이터라인과 게이트라인의 교차부들에 형성된 TFT(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.

액정표시패널(DIS)의 상부 기판(GLS1)에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 액정표시패널(DIS)의 하부 기판(GLS2)은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터는 액정표시패널(DIS)의 하부 기판(GLS2)에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(GLS1)이나 하부 기판(GLS2)에 형성될 수 있다. 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(GLS1)과 하부 기판(GLS2)에는 각각 편광판(POL1, POL2)이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.

액정표시패널(DIS)의 상부 기판(GLS1)과 하부 기판(GLS2) 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다. 액정표시패널(DIS)의 하부 편광판(POL2)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치된다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type)으로 구현되어 액정표시패널(DIS)에 광을 제공한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(Tx1~Txj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(Tx1~Txj)과 교차하는 Rx 라인들(Rx1~Rxi, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)의 교차부들에 형성된 i×j 개의 터치 센서들(Cts)을 포함한다. 터치 센서(Cts)들은 등가회로로 볼 때, 각각 정전 용량(capacitance)을 포함한다.

정전 용량은 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual)정전 용량으로 구분될 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다. 실시예에서는 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린을 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

터치 스크린(TSP)은 도 3과 같이 액정표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 위치하는 형태로 구현될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 도 4와 같이 액정표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 위치하는 형태로 구현될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 도 5와 같이 액정표시패널(DIS)의 내부에 내장되도록 하부 기판(GLS2)의 화소전극(PIX)과 터치 센서(Cts)가 함께 위치하는 형태로 구현될 수 있다.

터치 스크린 구동회로(30, 40)는 터치 센서들(Cts)에 구동신호를 공급하여 터치 입력 전후의 터치 센서의 전압 변화를 센싱하고, 그 전압 변화를 소정의 터치 임계값과 비교하여 터치 입력 위치를 검출한다. 터치 스크린 구동회로(30, 40)는 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다.

터치 센싱회로(30)는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), Tx/Rx 콘트롤러(38) 등을 포함한다. 터치 센싱회로(30)는 Tx 구동회로(32)를 이용하여 Tx 라인들(Tx1~Txj)을 통해 터치 센서들(Cts)에 구동신호를 인가하고, 구동신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx1~Rxi)과 Rx 구동회로(34)를 통해 터치 센서들(Cts)의 전압을 센싱하여 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 출력한다. 구동신호는 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 터치 센싱회로(30)는 하나의 ROIC(Read-out Integrated Circuit)로 집적될 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)로부터의 Tx 셋업신호에 응답하여 구동신호를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 구동신호를 인가한다. Tx 라인들(Tx1~Txj)은 구동신호의 고전위 구간 동안 충전되어 터치 센서들(Cts)에 전하를 공급한다. 구동신호는 Rx 라인들(Rx1~Rxi)을 통해 터치 센서들(Cts)의 전압이 Rx 구동회로(34)에 내장된 적분기(Integrator)의 커패시터에 누적될 수 있도록 Tx 라인들(Tx1~Txj) 각각에 N(N은 이상의 양의 정수)회 연속 공급될 수 있다.

Rx 구동회로(34)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)로부터의 Rx 셋업신호에 응답하여 터치 센서의 전압을 수신할 Rx 라인들을 선택하고, 구동 신호에 동기하여 선택된 Rx 라인들을 통해 터치 센서(Cts)의 출력 전압을 수신하여 샘플링한다. 그리고 Rx 구동회로(34)는 샘플링한 전압을 적분기의 커패시터에 누적하고, 그 커패시터의 전압을 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)를 이용하여 디지털 데이터로 변환하여 그 디지털 데이터를 터치 원시 데이터(Touch raw data)로서 출력한다.

Tx/Rx 콘트롤러(38)는 터치 좌표 검출부(40)로부터의 Tx 셋업신호와 Rx 셋업신호에 응답하여 Tx 채널과 Rx 채널 설정을 제어하고 Tx 구동부(32)와 Rx 구동부(34)를 동기시킨다.

터치 좌표 검출부(40)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)에 Tx 셋업신호와 Rx 셋업신호를 공급하고 Rx 구동회로(34)의 ADC를 동작시키기 위한 ADC 클럭신호를 Rx 구동회로(34)에 공급한다. 터치 좌표 검출부(40)는 터치 원시 데이터들을 기 설정된 터치 임계값과 비교한다. 터치 좌표 검출부(40)는 터치 원시 데이터들 중 터치 임계값 이상만 터치 센서들(Cts)로부터 얻어진 터치 데이터로 판단한다.

터치 좌표 검출부(40)는 터치 임계값 이상의 터치 데이터들 각각에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치들 각각에 대한 좌표를 계산하고, 각각의 식별 번호와 좌표 정보(XY)를 호스트 시스템(50)으로 전송한다. 터치 좌표 검출부(40)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

한편, 터치 센서를 갖는 전자장치는 도 6과 같이 제1Tx 라인(Tx1)과 인접한 영역의 RC(R: 저항, C: 커패시터) 지연값과 제jTx 라인(Txj)과 인접한 영역의 RC 지연값이 다르다. 구체적으로 설명하면, 제1Tx 라인(Tx1)은 터치 센싱회로(30)와 인접하므로 배선의 길이가 제jTx 라인(Txj)보다 짧다. 따라서, 제1Tx 라인(Tx1)의 RC 시정수는 제jTx 라인(Txj)보다 작다. 반면, 제jTx 라인(Txj)은 터치 센싱회로(30)와 비인접하므로 배선의 길이가 제1Tx 라인(Tx1)보다 길다. 따라서, 제jTx 라인(Txj)의 RC 시정수는 제1Tx 라인(Tx1)보다 크다.

위의 설명에서는 터치 센싱회로(30)와 가장 가깝게 배선된 제1Tx 라인(Tx1)과 가장 멀리 배선된 제jTx 라인(Txj)을 이용하여 극단적으로 설명한 것이다. 이 설명에 따르면, Tx 라인들(Tx1~Txj)의 RC 시정수는 제1Tx 라인(Tx1)에 인접할수록 점차 작아질 것이고 제jTx 라인(Txj)에 인접할수록 점차 커질 것이다. 이와 같이 Tx 라인들(Tx1~Txj) 간에 존재하는 RC 지연 특성은 충전 또는 방전 시간 차를 유발하여 구동신호가 안정화되는 시간이 길어지고 센싱 속도가 저하되는 문제를 야기한다.

본 발명은 Tx 라인들(Tx1~Txj) 간에 존재하는 RC 지연 특성을 개선하기 위해 다음과 같이 구성된다.

<제1실시예>

도 7은 본 발명의 제1실시예에 따른 Tx 구동회로의 구성 예시도이고, 도 8은 도 7에 도시된 Tx 구동회로의 동작을 설명하기 위한 도면이며, 도 9는 Tx 구동회로로부터 출력되는 구동신호의 파형 예시도이고, 도 10은 선택신호에 따른 구동신호의 출력 파형 예시도이며, 도 11은 RC 지연 특성에 따른 구동신호의 출력 파형 예시도이다.

본 발명의 제1실시예에 따른 Tx 구동회로(32)에는 RC 지연 특성을 개선하기 위한 충방전 회로부(131, 132, 133, 135, 137, 139)가 포함된다. 충방전 회로부(131, 132, 133, 135, 137, 139)에는 구동신호 발생부(131), 선택신호 출력부(132), 레벨 시프터부(133), 전원 공급부(135), 전원 안정화부(137) 및 전압 선택부(139)가 포함된다.

구동신호 발생부(131)는 Tx 라인들(Tx1~Txj)을 통해 출력할 구동신호(Tx Pulse)를 생성한다. 구동신호 발생부(131)는 펄스형태로 구동신호(Tx Pulse)를 생성하고 출력한다.

전원 공급부(135)는 외부로부터 공급된 외부 전압(VCC)을 제1양의 전압(Vo'), 제2양의 전압(2Vo') 및 제1음의 전압(-Vo') 등으로 변환하여 출력한다. 제2양의 전압(2Vo')은 제1양의 전압(Vo')보다 높은 양의 전압이고 제1음의 전압(-Vo')은 제1양의 전압(Vo')보다 낮은 음의 전압으로 선택된다. 전원 공급부(135)는 차지 펌프로 구성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

전원 안정화부(137)는 전원 공급부(135)로부터 출력된 제1양의 전압(Vo'), 제2양의 전압(2Vo') 및 제1음의 전압(-Vo')을 제1양의 전압(Vo), 제2양의 전압(2Vo) 및 제1음의 전압(-Vo)으로 안정화시킨 후 출력한다. 전원 안정화부(137)는 LDO 레귤레이터(low-dropout regulator)나 수동소자 등으로 구성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 한편, 전원 공급부(135)로부터 출력된 제1양의 전압(Vo'), 제2양의 전압(2Vo') 및 제1음의 전압(-Vo')이 안정적으로 출력되는 경우 전원 안정화부(137)는 생략될 수 있다.

전압 선택부(139)는 선택신호 출력부(132)로부터 출력된 선택신호(Sel)에 대응하여 전원 공급부(135) 또는 전원 안정화부(137)로부터 출력된 전압을 선택적으로 출력한다. 전압 선택부(139)는 다수의 전압 또는 신호를 하나의 전압 또는 신호로 출력하는 멀티플렉서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

선택신호 출력부(132)는 구동신호 발생부(131)로부터 출력된 구동신호(Tx Pulse)를 검출하고 검출된 결과에 대응하여 선택신호(Sel)를 출력한다. 선택신호 출력부(132)는 구동신호(Tx Pulse)의 엣지에 따라 전압 선택부(139)가 제1양의 전압(Vo), 제2양의 전압(2Vo) 및 제1음의 전압(-Vo) 중 하나를 출력하도록 선택신호(Sel)를 출력한다. 그리고 선택신호 출력부(132)는 전압 선택부(139)로부터 출력되는 전압이 일정시간 동안 유지되도록 설정된 시간을 카운터한다.

예컨대, 선택신호 출력부(132)는 도 8과 같이 구동신호(Tx Pulse)의 엣지가 라이징 상태이면 01을 출력하고, 구동신호(Tx Pulse)의 엣지가 폴링 상태이면 11을 출력한다. 이때, 선택신호 출력부(132)는 전압 선택부(139)로부터 출력되는 전압이 일정시간 동안 유지되도록 기설정된 시간을 카운팅하여 일정시간 동안 01 또는 11을 유지하고 이후 00을 유지한다. 예컨대, 선택신호 출력부(132)는 기설정된 시간을 카운팅하여 카운터(Counter)의 값이 0이 되면 01에서 00으로 선택신호(Sel)의 상태를 전환하거나 11에서 00으로 선택신호(Sel)의 상태를 전환한다.

위의 설명에서 알 수 있듯이, 선택신호 출력부(132)는 구동신호(Tx Pulse)의 엣지를 검출하고 선택신호를 출력하는 신호 검출부와 선택신호를 일정시간 유지하는 신호 카운터부가 포함된다.

앞서 설명된 충방전 회로부(131, 132, 133, 135, 137, 139)에 의해 구동신호(Tx Pulse)에는 도 9와 같이 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)이 포함된다. 구동신호(Tx Pulse)는 기준 전압(0V)을 기준으로 충전과 방전을 교번하는 형태로 출력된다. 구동신호(Tx Pulse)에 도 9와 같은 조건으로 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)을 형성할 경우, 선택신호(Sel)는 도 10과 같은 형태로 출력된다.

오버드라이빙 전압(ODP)은 구동신호(Tx Pulse)의 충전 구간에 충전 전압(Vo) 대비 높은 전압을 형성하여 충전 시간을 가속한다. 반면, 언더드라이빙 전압(UDP)은 구동신호(Tx Pulse)의 방전 구간에 기준 전압(0V) 대비 낮은 전압을 형성하여 방전 시간을 가속한다. 그러므로, 선택신호 출력부(132)는 구동신호(Tx Pulse)의 엣지를 검출하고 Tx 라인들(Tx1~Txj)의 배선 길이에 따라 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)이 구분되어 형성되도록 선택신호(Sel)를 가변한다.

기 설명한 바와 같이, Tx 라인들(Tx1~Txj) 간에 존재하는 RC 지연 특성은 충전 또는 방전 시간 차를 유발하여 구동신호가 안정화되는 시간이 길어지고 센싱 속도가 저하된다. 그러나, 본 발명과 같이 구동신호(Tx Pulse)의 충전 구간에 오버드라이빙 전압(ODP)을 형성하고 구동신호(Tx Pulse)의 방전 구간에 언더드라이빙 전압(UDP)을 형성하면 이와 같은 문제를 해결할 수 있게 된다. 그 이유는 오버드라이빙 전압(ODP)에 의해 터치 센서들의 전하는 짧은 시간 내에 충전되고 언더드라이빙 전압(UDP)에 의해 터치 센서들의 전하는 짧은 시간 내에 방전되기 때문이다.

그러므로, 본 발명과 같은 형태로 구동신호(Tx Pulse)를 출력하면 RC 지연이 큰 대면적 터치 스크린의 터치 센서들의 충방전 시간을 빠르고 균일하게 형성할 수 있게 된다. 그 결과, 본 발명은 터치 감도 및 터치 속도를 향상시킬 수 있게 된다.

한편, RC 지연 특성은 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 따라 다르게 존재한다. 따라서, 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 시간(또는 폭)은 Tx 라인들(Tx1~Txj)의 위치에 따라 조절될 수 있다.

예컨대 도 11의 (a)는 RC 지연 특성이 상대적으로 낮은 Tx 라인에 적용된다. 반면, 도 11의 (b)는 RC 지연 특성이 상대적으로 높은 Tx 라인에 적용된다. 도 11의 (a) 및 (b)에서는 RC 지연 특성의 높고 낮음에 따라 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 폭(W1, W2)을 달리한 것이다. 달리 설명하면, 터치 센싱회로와 가까운 Tx 라인은 RC 시정수가 작다. 따라서, 도 11의 (a)의 구동신호(Tx Pulse)가 적용된다. 이와 달리, 터치 센싱회로와 멀리 떨어진 Tx 라인은 RC 시정수가 크다. 따라서, 도 11의 (b)의 구동신호(Tx Pulse)가 적용된다.

본 발명의 제1실시예에서는 단편적인 예로 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 시간을 제1폭(W1)과 제2폭(W2) 이상 두 가지의 경우를 예로 하였다. 그러나, 이들이 형성되는 폭(또는 시간)은 RC 지연 특성에 대응하여 K(K는 2 이상 정수)개로 세분화될 수 있다. 이때, Tx 라인들의 배선 길이가 길어질수록 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 폭(또는 시간)의 가중치는 높아질 수 있다.

한편, 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 시간(또는 폭)은 선택신호 출력부(132)에 의해 조절될 수 있다. 이 경우, 선택신호 출력부(132)는 Tx 라인별 RC 값에 따른 전압을 조절하기 위해 카운터값을 Tx 라인별로 달리할 수 있다. 그러나 이 경우, 카운터값을 설정하기 위한 변수가 많아지므로 Tx 라인들을 M개(M은 2 이상 정수)의 그룹으로 구성하고 M개의 그룹에 대응하여 카운터값을 달리할 수 있다.

<제2실시예>

도 12는 본 발명의 제2실시예에 따른 Tx 구동회로의 구성 예시도이고, 도 13은 Tx 구동회로로부터 출력되는 구동신호의 파형 예시도이다.

본 발명의 제2실시예에 따른 Tx 구동회로(32)에는 RC 지연 특성을 개선하기 위한 충방전 회로부(131, 132, 133, 135, 137, 139)가 포함된다. 충방전 회로부(131, 132, 133, 135, 137, 139)에는 구동신호 발생부(131), 선택신호 출력부(132), 레벨 시프터부(133), 전원 공급부(135), 전원 안정화부(137) 및 전압 선택부(139)가 포함된다.

구동신호 발생부(131)는 Tx 라인들(Tx1~Txj)을 통해 출력할 구동신호(Tx Pulse)를 생성한다. 구동신호 발생부(131)는 펄스형태로 구동신호(Tx Pulse)를 생성하고 출력한다.

전원 공급부(135)는 외부로부터 공급된 외부 전압(VCC)을 제1양의 전압(Vo'), 제2양의 전압(2Vo'), 제3양의 전압(3Vo'), 제1음의 전압(-Vo') 및 제2음의 전압(-2Vo') 등으로 변환하여 출력한다. 제3양의 전압(3Vo')은 제2양의 전압(2Vo')보다 높은 양의 전압으로 선택되고, 제2양의 전압(2Vo')은 제1양의 전압(Vo')보다 높은 양의 전압으로 선택된다. 제1음의 전압(-Vo')은 제1양의 전압(Vo')보다 낮은 음의 전압으로 선택되고, 제2음의 전압(-2Vo')은 제1음의 전압(-Vo')보다 낮은 음의 전압으로 선택된다. 전원 공급부(135)는 차지 펌프로 구성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

전원 안정화부(137)는 전원 공급부(135)로부터 출력된 제1양의 전압(Vo'), 제2양의 전압(2Vo'), 제3양의 전압(3Vo'), 제1음의 전압(-Vo') 및 제2음의 전압(-2Vo')을 제1양의 전압(Vo), 제2양의 전압(2Vo), 제3양의 전압(3Vo), 제1음의 전압(-Vo) 및 제2음의 전압(-2Vo)으로 안정화시킨 후 출력한다. 전원 안정화부(137)는 LDO 레귤레이터(low-dropout regulator)나 수동소자 등으로 구성될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 한편, 전원 공급부(135)로부터 출력된 제1양의 전압(Vo'), 제2양의 전압(2Vo'), 제3양의 전압(3Vo'), 제1음의 전압(-Vo') 및 제2음의 전압(-2Vo')이 안정적으로 출력되는 경우 전원 안정화부(137)는 생략될 수 있다.

전압 선택부(139)는 선택신호 출력부(132)로부터 출력된 선택신호(Sel)에 대응하여 전원 공급부(135) 또는 전원 안정화부(137)로부터 출력된 전압을 선택적으로 출력한다. 전압 선택부(139)는 다수의 전압 또는 신호를 하나의 전압 또는 신호로 출력하는 멀티플렉서로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

선택신호 출력부(132)는 구동신호 발생부(131)로부터 출력된 구동신호(Tx Pulse)를 검출하고 검출된 결과에 대응하여 선택신호(Sel)를 출력한다. 선택신호 출력부(132)는 구동신호(Tx Pulse)의 엣지에 따라 전압 선택부(139)가 제1양의 전압(Vo), 제2양의 전압(2Vo), 제3양의 전압(3Vo), 제1음의 전압(-Vo) 및 제2음의 전압(-2Vo) 중 하나를 출력하도록 선택신호(Sel)를 출력한다. 그리고 선택신호 출력부(132)는 전압 선택부(139)로부터 출력되는 전압이 일정시간 동안 유지되도록 설정된 시간을 카운터한다.

앞서 설명된 충방전 회로부(131, 132, 133, 135, 137, 139)에 의해 구동신호(Tx Pulse)에는 도 13과 같이 제1 및 제2오버드라이빙 전압(ODP)과 제1 및 제2언더드라이빙 전압(UDP)이 포함된다. 구동신호(Tx Pulse)는 기준 전압(0V)을 기준으로 충전과 방전을 교번하는 형태로 출력된다.

제1 및 제2오버드라이빙 전압(ODP)은 구동신호(Tx Pulse)의 충전 구간에 충전 전압(Vo) 대비 높은 전압을 형성하여 충전 시간을 가속한다. 반면, 제1 및 제2언더드라이빙 전압(UDP)은 구동신호(Tx Pulse)의 방전 구간에 기준 전압(0V) 대비 낮은 전압을 형성하여 방전 시간을 가속한다.

기 설명한 바와 같이, Tx 라인들(Tx1~Txj) 간에 존재하는 RC 지연 특성은 충전 또는 방전 시간 차를 유발하여 구동신호가 안정화되는 시간이 길어지고 센싱 속도가 저하된다. 그러나, 본 발명과 같이 구동신호(Tx Pulse)의 충전 구간에 제1 및 제2오버드라이빙 전압(ODP)을 형성하고 구동신호(Tx Pulse)의 방전 구간에 제1 및 제2언더드라이빙 전압(UDP)을 형성하면 이와 같은 문제를 해결할 수 있게 된다. 그 이유는 제1 및 제2오버드라이빙 전압(ODP)에 의해 터치 센서들의 전하는 짧은 시간 내에 충전되고 제1 및 제2언더드라이빙 전압(UDP)에 의해 터치 센서들의 전하는 짧은 시간 내에 방전되기 때문이다.

그러므로, 본 발명과 같은 형태로 구동신호(Tx Pulse)를 출력하면 RC 지연이 큰 대면적 터치 스크린의 터치 센서들의 충방전 시간을 빠르고 균일하게 형성할 수 있게 된다. 그 결과, 본 발명은 터치 감도 및 터치 속도를 향상시킬 수 있게 된다.

한편, RC 지연 특성은 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 따라 다르게 존재한다. 따라서, 제1 및 제2오버드라이빙 전압(ODP)과 제1 및 제2언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 구간은 Tx 라인들(Tx1~Txj)의 위치에 따라 조절될 수 있다.

예컨대, 터치 센싱회로와 가까운 Tx 라인은 RC 시정수가 작다. 따라서, 터치 센싱회로와 가까운 Tx 라인에는 제1오버드라이빙 전압(ODP1)과 제1언더드라이빙 전압(UDP1)만 적용된다. 이와 달리, 터치 센싱회로와 멀리 떨어진 Tx 라인은 RC 시정수가 크다. 따라서, 터치 센싱회로와 멀리 떨어진 Tx 라인에는 제1 및 제2오버드라이빙 전압(ODP)과 제1 및 제2언더드라이빙 전압(UDP)이 적용된다.

본 발명의 제2실시예에서는 단편적인 예로 제1오버드라이빙 전압(ODP)과 제1언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 Tx 라인과 제1 및 제2오버드라이빙 전압(ODP)과 제1 및 제2언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 Tx 라인 이상 두 가지의 경우를 예로 하였다. 그러나, 이들은 RC 지연 특성에 대응하여 L(L은 2 이상 정수) 개의 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)으로 세분화될 수 있다. 이때, Tx 라인들의 배선 길이가 길어질수록 오버드라이빙 전압(ODP)과 언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 레벨의 가중치는 높아질 수 있다.

한편, 제1오버드라이빙 전압(ODP)과 제1언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 Tx 라인과 제1 및 제2오버드라이빙 전압(ODP)과 제1 및 제2언더드라이빙 전압(UDP)이 형성되는 Tx 라인은 선택신호 출력부(132)에 의해 조절될 수 있다. 이 경우, 선택신호 출력부(132)는 Tx 라인별 RC 값에 따른 전압을 조절하기 위해 많은 선택신호를 출력해야 한다. 그리고 전원 공급부(135) 또한 이에 대응하여 많은 스텝 전압을 출력해야 한다. 그러나 이 경우, 선택신호 및 스텝 전압을 설정하기 위한 변수가 많아지므로 Tx 라인들을 M개(M은 2 이상 정수)의 그룹으로 구성하고 M개의 그룹에 대응하여 선택신호 및 스텝 전압의 개수를 달리할 수 있다.

이상 본 발명에서는 Tx 라인들에 대한 RC 지연 특성에 대응하여 오버 또는 언더드라이빙 전압이 형성되는 시간을 조절하는 제1실시예와 Tx 라인들에 대한 RC 지연 특성에 대응하여 오버 또는 언더드라이빙 전압이 형성되는 레벨을 조절하는 제2실시예를 구분하여 설명하였다. 그러나, 제1실시예와 제2실시예는 결합 조합될 수도 있다.

이하, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법에 대해 설명하되, 터치 센서를 갖는 전자장치에 사용되는 구동신호와 관련된 부분에 한하여 설명한다.

도 14는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법을 설명하기 위한 도면이다.

먼저, 구동신호의 엣지를 검출한다.(S110) 다음, 구동신호의 엣지가 라이징 상태인지 또는 폴링 상태인지를 판단한다.(S120) 다음, 구동신호의 엣지가 라이징 상태이면(Y), 구동신호에 오버드라이빙 전압을 형성한다.(S130) 다음, 구동신호의 엣지가 폴링 상태이면(N), 구동신호에 언더드라이빙 전압을 형성한다.(S140) 이후, 구동신호의 기준전압으로 복귀시킨다.(S150)

이상 위의 구동방법은 구동신호에 오버드라이빙 전압과 언더드라이빙 전압을 형성하는 과정의 일부를 설명한 것이다. 그러나, 본 발명에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법은 구동신호를 공급한 이후 센싱하는 방법 등은 본 발명의 요지와 무관하므로 이의 구체적인 설명은 생략한다.

이상 본 발명은 RC 지연 특성에 따른 충전 또는 방전 시간 차를 개선하여 터치 스크린의 터치 센서들의 충방전 시간을 빠르고 균일하게 형성하고, 터치 감도 및 터치 속도를 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법을 제공하는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

50: 호스트 시스템 20: 타이밍 콘트롤러
12: 데이터 구동회로 14: 스캔 구동회로
30: 터치 센싱회로 40: 터치 좌표 검출부
DIS: 액정표시패널 TSP: 터치 스크린
131: 구동신호 발생부 132: 선택신호 출력부
133: 레벨 시프터부 135: 전원 공급부
137: 전원 안정화부 139: 전압 선택부

Claims (10)

1. Tx 라인들과 Rx 라인들에 의해 정의되는 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린;
   상기 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고 상기 Rx 라인들을 통해 상기 터치 센서들의 전압 변화를 센싱하는 터치 센싱회로; 및
   상기 터치 센싱회로로부터 센싱된 상기 전압의 변화를 터치 임계값과 비교하여 터치 입력 위치를 검출하는 터치 좌표 검출부를 포함하며,
   상기 터치 센싱회로는 상기 구동신호의 충전 구간에 충전 전압 대비 높은 오버드라이빙 전압을 형성하고, 상기 구동신호의 방전 구간에 기준 전압 대비 낮은 언더드라이빙 전압을 형성하는 충방전 회로부를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 충방전 회로부는
   상기 Tx 라인들의 배선 길이에 따라 상기 오버드라이빙 전압과 상기 언더드라이빙 전압이 형성되는 시간을 달리하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 충방전 회로부는
   상기 Tx 라인들의 배선 길이에 따라 상기 오버드라이빙 전압과 상기 언더드라이빙 전압이 형성되는 레벨을 달리하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 충방전 회로부는
   상기 Tx 라인들의 배선 길이가 길어질수록 상기 오버드라이빙 전압과 상기 언더드라이빙 전압이 형성되는 시간 또는 레벨의 가중치를 높이는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 충방전 회로부는
   상기 Tx 라인들을 M개(M은 2 이상 정수)의 그룹으로 구성하고,
   상기 M개의 그룹별로 상기 오버드라이빙 전압과 상기 언더드라이빙 전압이 형성되는 시간 또는 레벨을 달리하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 충방전 회로부는
   상기 구동신호의 엣지가 라이징 상태이면 상기 구동신호에 상기 오버드라이빙 전압을 형성하고,
   상기 구동신호의 엣지가 폴링 상태이면 상기 구동신호에 상기 언더드라이빙 전압을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 충방전 회로부는
   상기 Tx 라인들을 통해 출력할 구동신호를 생성하는 구동신호 발생부와,
   외부로부터 공급된 고전위 전압을 둘 이상의 양의 전압과 하나 이상의 음의 전압으로 변환하여 출력하는 전원 공급부와,
   상기 구동신호를 검출하고 검출된 결과에 대응하여 선택신호를 출력하는 선택신호 출력부와,
   상기 선택신호에 대응하여 상기 전원 공급부로부터 출력되는 전압 중 하나를 선택적으로 출력하는 전압 선택부를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
8. 제7항에 있어서,
   상기 선택신호 출력부는
   상기 구동신호의 엣지를 검출하고 상기 Tx 라인들의 배선 길이에 따라 상기 오버드라이빙 전압과 상기 언더드라이빙 전압이 구분되어 형성되도록 상기 선택신호를 가변하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
9. 제7항에 있어서,
   상기 전압 선택부는
   상기 선택신호가 01이면 상기 구동신호에 상기 오버드라이빙 전압을 형성하고,
   상기 선택신호가 11이면 상기 구동신호에 상기 언더드라이빙 전압을 형성하고,
   상기 선택신호가 00이면 상기 구동신호에 상기 충전 전압을 형성하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
10. Tx 라인들과 Rx 라인들에 의해 정의되는 터치 센서들을 포함하는 터치 스크린과, 상기 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고 상기 Rx 라인들을 통해 상기 터치 센서들의 전압 변화를 센싱하는 터치 센싱회로를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 Tx 라인들을 통해 공급되는 구동신호의 엣지를 검출하는 단계;
    상기 구동신호의 엣지가 라이징 상태인지 도는 폴링 상태인지를 판단하는 단계; 및
    상기 구동신호의 엣지가 라이징 상태이면 상기 구동신호에 상기 오버드라이빙 전압을 형성하고, 상기 구동신호의 엣지가 폴링 상태이면 상기 구동신호에 상기 언더드라이빙 전압을 형성하는 단계를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 방법.

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