KR20140072312A

KR20140072312A - 터치 센싱 시스템

Info

Publication number: KR20140072312A
Application number: KR1020120137992A
Authority: KR
Inventors: 이병관
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-11-30
Filing date: 2012-11-30
Publication date: 2014-06-13
Also published as: KR101992853B1

Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것으로, 터치 스크린을 구동하는 ROIC; 및 상기 ROIC부터 수신된 터치 원시 데이터를 분석하여 터치 입력 위치들 각각의 좌표를 계산하는 MCU를 포함한다. 상기 ROIC는 다이렉트 메모리 억세스(DMA)를 이용하여 상기 터치 스크린을 센싱하여 얻어진 터치 원시 데이터를 버퍼 메모리에 저장함과 동시에 상기 버퍼 메모리로부터 이전 터치 원시 데이터를 읽어 들어 상기 MCU로 전송한다.

Description

터치 센싱 시스템{TOUCH SENSING SYSTEM}

본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 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 있다.

터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있다. 터치 UI는 표시장치의 화면 상에 터치 스크린을 형성하는 방법으로 구현되고 있다.

상호 용량 방식의 터치 스크린은 Tx 라인들, Tx 라인들과 직교되는 Rx 라인들, 및 Tx 라인들과 Rx 라인들 간에 형성된 터치 센서들을 포함한다. 센싱 회로는 Tx 라인에 구동 신호를 공급하고 그와 동시에 Rx 라인을 통해 터치 센서의 전압 변화를 감지한다. 센싱 회로는 터치 전후의 터치 센서 전압의 변화를 감지하여 터치 스크린에 대한 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. 이러한 센싱 회로는 ROIC(Readout Integrated Circuit)로 불리는 집적회로에 집적되어 터치 스크린에 연결된다.

일반적으로, 하나의 터치 스크린에는 하나의 ROIC가 연결된다. 터치 스크린의 크기와 해상도가 증가하면, 터치 스크린의 Tx 채널 수와 Rx 채널 수도 함께 증가한다. 따라서, 종래 기술에 의하면 터치 스크린의 크기와 해상도가 증가할 때 그 터치 스크린에 맞게 ROIC가 새로 개발되어야 한다.

터치 센싱 시스템에서 사용자가 느끼는 터치 감도를 높이기 위해서는 터치 레포트 레이트(touch report rate)를 높여야 한다. 터치 레포트 레이트란 터치 스크린 내의 터치 센서들을 센싱하여 얻어지는 터치 데이터의 좌표 정보를 외부의 호스트 시스템으로 전송하는 속도 또는 주파수(Hz)를 의미한다. 터치 레포트 레이트를 높이면 터치 입력과 시스템의 반응 속도 사이의 시간 지연이 작아지기 때문에 사용자가 느끼는 감도를 높일 수 있다.

터치 센싱 시스템은 일반적으로 도 1과 같이 센싱 기간, 터치 원시 데이터 전송 기간, 및 좌표 계산 기간을 거쳐 얻어진 터치 입력 위치의 좌표 데이터를 전송한다. 센싱 기간 동안, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들에 구동신호가 인가되고 그 구동신호에 동기되어 터치 센서의 전압이 센싱된다. 그리고 센싱 기간 동안, 터치 센서의 전압이 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)를 통해 디지털 데이터로 변환된다. 이러한 과정을 거처 터치 원시 데이터(Touch raw data, TData)가 얻어지면, 그 터치 원시 데이터는 터치 원시 데이터 전송 기간 동안 MCU(Micro Controller Unit)로 전송된다. MCU는 좌표 계산 기간 동안 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 수신된 터치 원시 데이터를 분석하여 터치 입력 위치를 검출하고 그 터치 입력 위치의 좌표를 계산한 후에 좌표 데이터를 호스트 시스템(Host system)으로 전송한다. 이렇게 터치 입력 위치의 좌표 데이터는 센싱 기간, 터치 원시 데이터 전송 기간 및 좌표 계산 기간을 합한 1 터치 스크린 프레임 기간(이하 "프레임 기간"이라 함) 동안, 1회 호스트 시스템으로 전송된다. 따라서, 터치 레포트 레이트는 터치 스크린(TSP)의 1 프레임 레이트와 같다. 도 1에서 FN은 제N 프레임 기간이고, F(N+1)은 제N+1 프레임 기간이다.

본 발명은 터치 레포트 레이트를 높일 수 있는 터치 센싱 시스템을 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린을 구동하는 ROIC; 및 상기 ROIC부터 수신된 터치 원시 데이터를 분석하여 터치 입력 위치들 각각의 좌표를 계산하는 MCU를 포함한다.

상기 ROIC는 다이렉트 메모리 억세스(DMA)를 이용하여 상기 터치 스크린을 센싱하여 얻어진 터치 원시 데이터를 버퍼 메모리에 저장함과 동시에 상기 버퍼 메모리로부터 이전 터치 원시 데이터를 읽어 들어 상기 MCU로 전송한다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린을 분할 구동하는 제1 및 제2 ROIC들; 및 상기 ROIC로부터 수신된 터치 원시 데이터를 분석하여 터치 입력 위치들 각각의 좌표를 계산하는 MCU를 포함한다.

상기 ROIC들은 하나의 핀을 통해 동기 신호를 주고 받으면서 교대로 자신이 담당하는 상기 터치 스크린의 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호에 동기하여 자신이 담당하는 상기 터치 스크린의 Rx 채널들을 통해 터치 센서 전압을 수신한다. 또한, 상기 ROIC들은 다이렉트 메모리 억세스(DMA)를 이용하여 상기 터치 스크린을 센싱하여 얻어진 터치 원시 데이터를 버퍼 메모리에 저장함과 동시에 상기 버퍼 메모리로부터 이전 터치 원시 데이터를 읽어 들어 상기 MCU로 전송한다.

본 발명은 터치 스크린 센싱과 좌표 계산을 병렬 처리하여 터치 레포트 레이트를 높일 수 있다. 나아가, 본 발명은 다수의 ROIC들을 동기시켜 큰 터치 스크린을 분할 구동한다. 그 결과, 본 발명은 다수의 ROIC로 구성된 멀티 칩으로 큰 터치 스크린을 구동할 때, 터치 스크린 센싱과 좌표 계산을 병렬 처리하여 터치 레포트 레이트를 향상시킬 수 있다.

도 1은 터치 센싱 시스템의 동작을 보여 주는 도면이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 블록도이다.
도 3은 도 1에 도시된 터치 스크린의 일부를 확대한 평면도이다.
도 4 내지 도 6은 터치 스크린과 표시패널의 다양한 조합을 보여 주는 도면들이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템에서, 터치 스크린의 센싱, 터치 원시 데이터의 전송, 터치 원시 데이터의 수신, 및 터치 인식 알고리즘 실행의 병렬 처리 예를 보여 주는 도면이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템에서 멀티 칩(multi-chip)을 이용한 터치 스크린의 분할 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 ROIC들의 동작 시퀀스를 보여 주는 도면들이다.
도 11은 도 8에 도시된 ROIC들 중 하나를 소형 터치 스크린에 적용한 예를 보여 주는 도면이다.
도 12는 ROIC들을 상세히 보여 주는 블록도이다.

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 않는다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 다수의 정전 용량 센서들을 통해 터치 입력을 감지하는 정전 용량 방식의 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 다수의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 등가회로로 볼 때 정전 용량(capacitance)을 포함한다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)이나 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다. 이하의 실시예에서, 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린이 예시되었으나, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

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.

도 2 내지 도 6을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP), ROIC(30), MCU(40) 등을 포함한다. 터치 스크린(TSP)은 도 4와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 5와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cts)은 도 6과 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부 기판에 내장될 수 있다. 도 4 내지 도 6에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter on TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(DIS)의 액정 모드는 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(DIS)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(20)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(50)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

호스트 시스템(50)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(50)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 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. 또한, 호스트 시스템(50)은 MCU(40)로부터 입력되는 터치 데이터의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(Tx1~TxN, N은 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(Tx1~TxN)과 교차하는 Rx 라인들(Rx1~RxM, M은 m 보작 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(Tx1~TxN)과 Rx 라인들(Rx1~RxM)의 교차부들에 형성된 M×N 개의 터치 센서들(Cts)을 포함한다. 터치 센서들(Cts) 각각은 상호 용량을 포함한다.

ROIC(30)는 구동부(32), 센싱부(34), 터치 타이밍 발생부(36) 등을 포함한다. ROIC(30)는 Tx 라인들(Tx1~TxN)을 통해 터치 센서들(Cts)에 구동신호를 인가하고, 그 구동신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx1~RxM)을 통해 터치 센서들의 전압을 수신한다. 그리고 ROIC(30)는 수신된 터치 센서 전압을 ADC를 이용하여 디지털 데이터인 터치 원시 데이터(Touch raw data)로 변환하여 MCU(40)로 전송한다. 구동신호는 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 크기가 커지면, 하나의 ROIC(30)로 터치 스크린(TSP)을 구동할 수 없다. 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP)의 크기가 커지면 도 8 내지 도 10과 같이 동기신호를 주고 받으면서 동기되는 둘 이상의 ROIC들(30A, 30B)로 터치 스크린(TSP)을 구동한다.

ROIC(30)는 DMA를 이용하여 터치 스크린(TSP)을 센싱하여 얻어진 터치 원시 데이터(TData)를 버퍼 메모리에 저장함과 동시에 그 버퍼 메모리로부터 이전 터치 원시 데이터를 읽어 들어 MCU(40)로 전송한다. 따라서, ROIC(30)는 도 7과 같이 터치 스크린 센싱과 좌표 계산을 병렬 처리한다. 그 결과, ROIC(30)는 터치 스크린 센싱과 좌표 계산을 동시에 수행함으로써 터치 스크린의 센싱 부터 좌표 계산까지 필요한 1 프레임 기간을 대폭 줄임으로써 터치 레포트 레이트를 향상시킨다. 터치 스크린 센싱과 좌표 계산이 병렬 처리되는 동안 터치 원시 데이터의 전송 및 수신도 병렬 처리된다.

구동부(32)는 터치 타이밍 발생부(36)의 제어 하에 구동신호를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(Tx1~TxN)에 구동신호를 인가한다. Tx 라인들(Tx1~TxN)은 구동신호의 고전위 구간 동안 충전되어 터치 센서들(Cts)에 전하를 공급하고, 구동신호의 저전위 구간에 방전된다. 구동신호는 Rx 라인들(Rx1~RxM)을 통해 터치 센서들(Cts)의 전압이 센싱부(34)에 내장된 적분기(Integrator)의 커패시터에 누적될 수 있도록 Tx 라인들(Tx1~TxN) 각각에 연속 공급될 수 있다.

센싱부(34)는 터치 타이밍 발생부(36)의 제어 하에 Rx 채널을 설정하고, 그 Rx 채널과 연결된 Rx 라인들(Rx(i), Rx(i+1))을 통해 터치 센서의 전압을 수신한다. 센싱부(34)는 수신된 터치 센서의 전압을 ADC를 통해 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 출력한다.

터치 타이밍 발생부(36)는 Tx 채널과 Rx 채널 설정을 제어하고 구동부(32)와 구동부(34)를 동기시킨다.

MCU(40)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행한다. 터치 인식 알고리즘으로는 공지된 어떠한 알고리즘도 가능하다. 터치 인식 알고리즘은 센싱부(34)로부터 입력된 터치 원시 데이터를 소정의 문턱값과 비교하고, 그 문턱값 이상의 터치 원시 데이터를 터치 입력 위치의 터치 센서들로부터 얻어진 터치 입력 데이터로 판단된다. 터치 인식 알고리즘은 문턱값 이상의 터치 입력 데이터들 각각에 식별 코드를 부여하고 터치 입력 위치들 각각의 좌표를 계산한다. MCU(40)는 터치 입력 데이터들 각각의 식별 코드와 좌표 정보(XY)를 호스트 시스템(50)으로 전송한다.

도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템에서, 터치 스크린의 센싱, 터치 원시 데이터의 전송, 터치 원시 데이터의 수신, 및 터치 인식 알고리즘 실행의 병렬 처리 예를 보여 주는 도면이다.

도 7을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린의 센싱, 터치 원시 데이터의 전송, 터치 원시 데이터의 수신, 및 터치 인식 알고리즘 실행을 병렬 처리한다. 본 발명의 터치 센싱 시스템은 이러한 병렬 처리를 수행함으로써 터치 레포트 레이트를 향상시킬 수 있다.

제N 프레임 기간(FN) 동안, ROIC(30)는 터치 스크린(TSP)의 Tx 라인들(Tx1~TxN)에 구동신호를 인가하여 터치 센서 전압을 수신하여 터치 스크린(TSP)을 센싱함과 동시에, 제N-1 프레임 기간(F(N-1))의 센싱 결과로 얻어진 터치 원시 데이터(TData)를 MCU(40)로 전송한다. MCU(40)는 제N 프레임 기간(FN) 동안, ROIC(30)로부터 수신한 제N-1 프레임 기간(F(N-1))의 터치 원시 데이터(TData)를 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 입력 데이터를 판단하고 그 터치 입력 데이터들 각각의 좌표를 계산한다.

이어서, 제N+1 프레임 기간(F(N+1)) 동안, ROIC(30)는 터치 스크린(TSP)의 Tx 라인들(Tx1~TxN)에 구동신호를 인가하여 터치 센서 전압을 수신하여 터치 스크린(TSP)을 센싱함과 동시에, 제N 프레임 기간(FN)의 센싱 결과로 얻어진 터치 원시 데이터(TData)를 MCU(40)로 전송한다. MCU(40)는 제N+1 프레임 기간(F(N+1)) 동안, ROIC(30)로부터 수신한 제N 프레임 기간(FN)의 터치 원시 데이터(TData)를 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 입력 데이터를 판단하고 그 터치 입력 데이터들 각각의 좌표를 계산한다.

이러한 병렬 처리는 ROIC(30)의 다이렉트 메모리 억세스(Direct memory access, 이하 "DMA")를 이용하여 구현할 수 있다. ROIC(30)의 DMA는 터치 원시 데이터를 버퍼 메모리에 저장함과 동시에 그 버퍼 메모리로부터 이전 터치 원시 데이터를 읽어 들여 MCU(40)로 전송함으로써 도 7과 같은 병렬 처리를 가능하게 한다. 이를 위하여, ROIC(30)는 DMA 콘트롤러, 버퍼 메모리 등을 더 포함한다.

도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템에서 멀티 칩(multi-chip)을 이용한 터치 스크린의 분할 구동 방법을 보여 주는 도면이다.

도 8을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP)을 분할 구동하는 2 개 이상의 ROIC들(30A, 30B)을 포함한다. 도 8 내지 도 10에서, "IC#1"은 제1 ROIC(30A)를 의미하며, "IC#2"는 제2 ROIC(30B)를 의미하나다. 이하의 실시예에서 센싱 회로는 2 개의 ROIC들(30A, 30B)로 예시되었으나 터치 스크린(TSP)의 크기가 더 커지면 ROIC의 개수는 더 증가될 수 있다.

ROIC들(30A, 30B)은 하나의 핀을 통해 동기 신호를 주고 받으면서 교대로 자신이 담당하는 터치 스크린(TSP)의 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호에 동기하여 자신이 담당하는 터치 스크린(TSP)의 Rx 라인들을 통해 터치 센서 전압을 수신한다. ROIC들(30A, 30B)은 터치 스크린(TSP)을 도 8과 같이 4 분할 구동할 수 있다. 이 경우에, 제1 ROIC(30A)는 터치 스크린(TSP)의 상반부 블록들(A, C)에 형성된 Tx 라인들(Tx1~Tx15)에 구동 신호를 공급하고, 터치 스크린(TSP)의 좌반부 블록들(A, B)에 형성된 Rx 라인들(Rx1~Rx27)을 통해 터치 센서들(Cts)의 전압을 수신한다. 제2 ROIC(30B)는 터치 스크린(TSP)의 하반부 블록들(B, D)에 형성된 Tx 라인들(Tx16~Tx31)에 구동 신호를 공급하고, 터치 스크린(TSP)의 우반부 블록들(C, D)에 형성된 Rx 라인들(Rx28~Rx54)을 통해 터치 센서들(Cts)의 전압을 수신한다.

도 8에서, "SENSE_READY_OUT"은 ROIC의 출력 핀들 중 하나로서, ROIC(30A, 30B) 내에에 센싱 동작에 필요한 설정이 완료되었다는 것을 알려주는 신호가 출력된다. "SENSE_READY_IN"은 SENSE_READY_OUT 신호가 수신되는 ROIC(30A, 30B)의 입력 핀(input pin)이다. SENSE_READY_OUT 신호를 수신한 ROIC(30A, 30B)는 동기신호(SYNC)를 발생하여 다른 ROIC와 센싱 동작 타이밍을 동기시킨다. SPI_1은 제1 ROIC(30A)와 MCU(40) 간에 터치 원시 데이터가 전송되는 SPI(Serial peripheral interface) 인터페이스이다. SPI_2는 제2 ROIC(30B)와 MCU(40) 간에 터치 원시 데이터가 전송되는 SPI 인터페이스이다. SPI 인터페이스는 I²C 인터페이스, USB(Universal Serial Bus) 등 다른 직렬 인터페이스로 대체될 수 있다. RDR_1은 제1 ROIC(30A)의 터치 원시 데이터 전송 시작 타이밍을 MCU(40)에 알려주는 신호이다. RDR_2는 제2 ROIC(30B)의 터치 원시 데이터 전송 시작 타이밍을 MCU(40)에 알려주는 신호이다. ROIC들(30A, 30B)은 RDR_1과 RDR_2에 이어서 소팅(Sorting)된 터치 원시 데이터를 동시에 MCU(40)로 전송한다. NMI_1 및 NM2는 MCU(40)에서 ROIC들(30A, 30B)로 피드백되는 다음 센싱 스타트 타이밍 신호이다. MCU(40)는 제1 ROIC(30A)의 터치 원시 데이터를 수신하면 NMI_1을 제1 ROIC(30A)로 전송하여 제1 ROIC(30A)의 다음 센싱 스타트 타이밍을 제어한다. MCU(40)는 제2 ROIC(30B)의 터치 원시 데이터를 수신하면 NMI_2를 제2 ROIC(30B)로 전송하여 제2 ROIC(30B)의 다음 스타트 타이밍을 제어한다.

도 9 및 도 10은 도 8에 도시된 ROIC들(30A, 30B)의 동작 시퀀스를 보여 주는 도면들이다.

도 9 및 도 10을 참조하면, ROIC들(30A, 30B)은 하나의 핀을 통해 동기 신호(SYNC)를 주고 받으면서 교대로 자신이 담당하는 Tx 채널들에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호에 동기하여 자신이 담당하는 Rx 채널들을 통해 터치 센서 전압을 수신한다.

제1 센싱 시간(Ts1) 동안, 제1 ROIC(30A)가 마스터 디바이스로 동작하여 동기신호(SYNC)를 제2 ROIC(30B)로 전송하고 구동 신호를 출력하여 제2 ROIC(30B)와 동기하여 터치 센서 전압을 센싱한다. 제2 ROIC(30B)는 제1 센싱 기간(Ts1) 동안 제1 ROIC(30A)로부터 수신되는 동기신호(SYNC)에 응답하여 터치 센서 전압을 수신하는 슬레이브 디바이스로 동작한다. 제1 센싱 시간(Ts1)의 초기에, 제1 및 제2 ROIC들(30A, 30B)은 소프트 웨어 설정 방법으로 동기 신호 모드를 설정한다. 제1 ROIC(30A)의 터치 타이밍 발생부(36a)는 동기신호 설정을 출력 속성(#1 SYNC MODE OUT)으로 변경하여 동기신호(SYNC)의 송신 대기 상태로 설정된다. 이와 동시에, 제2 ROIC(30B)의 터치 타이밍 발생부(36b)는 동기신호 설정을 입력 속성(#2 SYNC MODE IN)으로 변경하여 동기신호(SYNC)의 수신 대기 상태로 설정된다.

이어서, 제1 ROIC(30A)는 도시하지 않은 레지스터(Register)에 저장된 Tx 및 Rx 셋업 정보에 기초하여 Tx 채널들과 Rx 채널들을 설정(#1 Touch Start Setting)한다. 이와 동시에, 제2 ROIC(30B)는 레지스터에 저장된 Rx 셋업 정보에 기초하여 Rx 채널들을 설정(#2 Touch Start Setting)한다. 제1 ROIC(30A)는 #1 Touch Start Setting 이후에 제2 ROIC(30B)로부터 #2 SENSE READY OUT SET이 수신되면 동기신호(SYNC)를 발생(#1 SYNC OUT)하기 시작하여 센싱 동작을 개시(#1 Sensing start)할 수 있고, 제2 ROIC(30B)는 동기신호(SYNC)가 수신되면 센싱 동작을 개시(#1 Sensing start)할 수 있다.

제2 ROIC(30B)는 #2 Touch Start Setting 과정 직후에 센싱 준비가 완료되었다는 신호를 제1 ROIC(30A)에 전송한다(#2 SENSE READY OUT SET). 제1 ROIC(30A)는 #2 SENSE READY OUT SET 신호를 수신하면 동기신호(SYNC)를 제2 ROIC(30B)로 전송하고(#1 SYNC OUT), 그 동기신호(SYNC)를 터치 타이밍 발생부(36a)에 피드백 입력하여 내부 회로와 제2 ROIC(30B)의 센싱 동작을 동기시킨다. 제1 ROIC(30A)는 동기신호(SYNC)를 출력한 직후에 구동신호를 자신이 담당하는 모든 Tx 라인들(Tx1~Tx15)에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호에 동기하여 #1 Sensing Start 과정에서 Rx 라인들(Rx1~Rx27)을 통해 터치 스크린(TSP)의 좌반부에 존재하는 터치 센서들의 전압을 수신하여 터치 원시 데이터로 변환한다. Tx 라인들(Tx1~Tx15)은 터치 스크린(TSP)의 상반부(A, C)에 형성되어 있다. Rx 라인들(Rx1~Rx27)은 터치 스크린(TSP)의 좌반부(A, B)에 형성되어 있다. 제2 ROIC(30B)는 제1 ROIC(30A)로부터 구동신호가 출력되는 동안 구동신호를 출력하지 않기 때문에 소비전력을 줄일 수 있다. 제2 ROIC(30B)는 제1 ROIC(30A)로부터 출력되는 구동신호에 동기하여 #2 Sensing Start 과정에서 Rx 라인들(Rx28~Rx54)을 통해 터치 스크린(TSP)의 우반부에 존재하는 터치 센서들의 전압을 수신하여 터치 원시 데이터로 변환한 후에, 자신이 담당하는 터치 스크린 분할 영역이 모두 센싱된 후에 센싱이 완료되었다는 것을 제1 ROIC(30A)로 전송하고 리셋(#2 SENSE READY OUT RESET)된다. Rx 라인들(Rx28~Rx54)은 터치 스크린(TSP)의 우반부(C, D)에 형성되어 있다.

제2 센싱 시간(Ts2) 동안, 제2 ROIC(30B)가 마스터 디바이스로 동작하여 동기신호(SYNC)를 제1 ROIC(30A)로 전송하고 구동 신호를 출력하여 제1 ROIC(30A)와 동기하여 터치 센서 전압을 센싱한다. 제1 ROIC(30A)는 제2 센싱 기간(Ts2) 동안 제2 ROIC(30B)로부터 수신되는 동기신호(SYNC)에 응답하여 터치 센서 전압을 수신하는 슬레이브 디바이스로 동작한다. 제2 센싱 시간(Ts2)의 초기에, 제1 및 제2 ROIC들(30A, 30B)은 소프트 웨어 설정 방법으로 동기 신호 모드를 설정한다. 제2 ROIC(30B)의 터치 타이밍 발생부(36b)는 동기신호 설정을 출력 속성(#2 SYNC MODE OUT)으로 변경하여 동기신호(SYNC)의 송신 대기 상태로 설정된다. 이와 동시에, 제1 ROIC(30A)의 터치 타이밍 발생부(36a)는 동기신호 설정을 입력 속성(#1 SYNC MODE IN)으로 변경하여 동기신호(SYNC)의 수신 대기 상태로 설정된다.

이어서, 제2 ROIC(30B)는 레지스터에 저장된 Tx 및 Rx 셋업 정보에 기초하여 Tx 채널들과 Rx 채널들을 설정(#2 Touch Start Setting)한다. 이와 동시에, 제1 ROIC(30A)는 레지스터에 저장된 Rx 셋업 정보에 기초하여 Rx 채널들을 설정(#1 Touch Start Setting)한다. 제2 ROIC(30B)는 #2 Touch Start Setting 이후에 제1 ROIC(30A)로부터 #1 SENSE READY OUT SET이 수신되면 동기신호(SYNC)를 발생하여(#2 SYNC OUT) 센싱 동작을 개시할 수 있고, 제1 ROIC(30A)는 #1 Touch Start Setting 과정 이후에 동기신호(SYNC)가 수신되면 센싱 동작을 개시할 수 있다.

제1 ROIC(32)는 #1 Touch Start Setting 과정 직후에 센싱 준비가 완료되었다는 신호를 제2 ROIC(30B)에 전송한다(#1 SENSE READY OUT SET). 제2 ROIC(30B)는 #1 SENSE READY OUT SET 신호를 수신하면 동기신호(SYNC)를 제1 ROIC(30A)로 전송하고, 그 동기신호(SYNC)를 터치 타이밍 발생부(36b)에 피드백 입력하여 내부 회로와 제1 ROIC(30A)의 센싱 동작을 동기시킨다(#2 SYNC OUT). 제2 ROIC(30B)는 동기신호(SYNC)를 출력한 직후에 구동신호를 자신이 담당하는 모든 Tx 라인들(Tx16~Tx31)에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx28~Rx54)을 통해 터치 스크린(TSP)의 우반부에 존재하는 터치 센서들의 전압을 수신하여 터치 원시 데이터로 변환한다(#2 Sensing Start). Tx 라인들(Tx16~Tx31)은 터치 스크린(TSP)의 하반부(B, D)에 형성되어 있다. Rx 라인들(Rx28~Rx54)은 터치 스크린(TSP)의 우반부(C, D)에 형성되어 있다. 제1 ROIC(30A)는 제2 ROIC(30B)로부터 구동신호가 출력되는 동안 구동신호를 출력하지 않기 때문에 소비전력을 줄일 수 있다. 제1 ROIC(30A)는 제2 ROIC(30B)로부터 출력되는 구동신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx1~Rx27)을 통해 터치 스크린(TSP)의 좌반부(A, C)에 존재하는 터치 센서들의 전압을 수신하여 터치 원시 데이터로 변환한(#1 Sensing Start) 후에 자신이 담당하는 터치 스크린 분할 영역이 모두 센싱된 후에 센싱이 완료되었다는 것을 제2 ROIC(30B)로 전송하고 리셋(#1 SENSE READY OUT RESET)된다.

제1 및 제2 센싱 시간(Ts1, Ts2)에 걸쳐, 터치 스크린(TSP)의 모든 터치 센서들의 스캐닝되어 터치 스크린(TSP)의 전체 센싱 면적에 대하여 센싱이 완료되면 제1 및 2 ROIC들(30A, 30B)은 터치 원시 데이터를 일정한 정렬 방법으로 소팅하여 MCU(40)로 전송한다.

ROIC들(30A, 30B)은 단독으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 도 11과 같이 소형 터치 스크린(TSP)의 경우에 그 터치 스크린(TSP)의 Tx 라인들과 Rx 라인들의 개수가 제1 또는 제2 ROIC의 Tx 및 Rx 채널 수 이하이면, 그 터치 스크린(TSP)은 제1 또는 제2 ROIC(30A, 30B) 중 어느 하나만으로 구동될 수 있다. 이 경우에 ROIC의 동기신호 핀은 플로팅(floating) 상태로 되어 어떠한 외부 입력 신호가 인가되지 않거나 표시패널(DIS)과의 동기를 위하여 타이밍 콘트롤러(20)의 출력 신호가 인가될 수 있다. 따라서, 본 발명은 같은 ROIC를 이용하여 다양한 크기와 해상도를 갖는 터치 스크린들(TSP)을 구동할 수 있으므로 다양한 크기의 터치 스크린에서 ROIC를 화환성있게 적용하여 ROIC의 공용화를 구현할 수 있다.

도 8 내지 도 10과 같은 터치 스크린의 멀티 칩 구동 방법은 ROIC들(30A, 30B)에서 터치 스크린의 센싱 동작이 교대로 처리되므로 하나의 ROIC로 터치 스크린(TSP)을 센싱할 때 보다 센싱 시간이 길어질 수 있다. 따라서, 도 8 내지 도 10과 같은 멀티 칩 구동 방법은 ROIC들(30A, 30B)를 도 7과 같은 병렬 처리 방법으로 제어함으로써 터치 레포트 레이트를 줄인다. ROIC들(30A, 30B)의 DMA는 터치 원시 데이터를 버퍼 메모리에 저장함과 동시에 그 버퍼 메모리로부터 이전 터치 원시 데이터를 읽어 들여 MCU(40)로 전송함으로써 도 7과 같은 병렬 처리를 가능하게 한다.

도 12는 ROIC들(30A, 30B)을 상세히 보여 주는 블록도이다.

도 12를 참조하면, ROIC들(30A, 30B) 각각은 구동부(32a, 32b), 센싱부(34a, 34b), 터치 타이밍 발생부(36a, 36b), DMA 콘트롤러(72a, 72b), 버퍼 메모리(74a, 74b), 데이터 송신부(76a, 76b) 등을 포함한다.

구동부(32a, 32b)는 터치 타이밍 발생부(36a, 36b)의 제어 하에 구동신호가 공급될 Tx 채널을 설정하고, 설정된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들에 구동신호를 공급한다. 센싱부(34a, 34b)는 터치 타이밍 발생부(36a, 36b)의 제어 하에 터치 센서 전압을 수신할 Rx 채널을 설정하고, 설정된 Rx 채널과 연결된 Rx 라인들을 통해 터치 센서의 전압을 수신한다. 센싱부(34a, 34b)는 수신된 터치 센서의 전압을 디지털 데이터인 터치 원시 데이터(TData1, TData2)로 변환한다.

터치 타이밍 발생부(36a, 36b)는 MCU(40)로부터 NMI(NMI_1, NMI_2)이 수신되면, Tx 셋업 및 Rx 셋업 신호(SUTx, SURx)를 발생하여 구동신호가 출력될 Tx 채널과 터치 센서 전압을 수신할 Rx 채널을 설정한다. Tx 스위치 어레이(St)는 Tx 셋업 신호(SUTx)에 응답하여 구동부(32a, 32b)의 Tx 채널들과 Tx 라인들을 연결한다. Rx 스위치 어레이(Sr)는 Tx 셋업 신호(SUTx)에 응답하여 구동부(32a, 32b)의 Tx 채널들과 Tx 라인들을 연결한다. 터치 타이밍 발생부(36a, 36b)는 센싱부(34a, 34b)로부터 출력된 터치 원시 데이터(TData1, TData2)를 DMA 콘트롤러(72a, 72b)로 전송한다.

DMA 콘트롤러(72a, 72b)는 센싱부(34a, 34b)로부터 입력되는 터치 원시 데이터(TData1, TData2)를 버퍼 메모리(74a, 74a)에 저장(write)하여 데이터(TData1, TData2)를 소팅한다. 이와 동시에 DMA 콘트롤러(72a, 72b)는 버퍼 메모리(74a, 74b)로부터 이전 터치 원시 데이터(TData1, TData2)를 읽어 들여(read) 데이터 송신부(76a, 76b)로 전송함으로써 도 7과 같은 병렬 처리를 구현한다. 데이터 송신부(76a, 76b)는 SPI, I2C, USB 등의 표준 직렬 인터페이스를 통해 터치 원시 데이터(TData1, TData2)를 MCU(40)로 전송한다.

MCU(40)는 제1 및 제2 데이터 수신부(82a, 82b), 제1 및 제2 DMA 콘트롤러(84a, 84b), 버퍼 메모리(86), 마이크로 프로세서(88) 등을 포함한다.

제1 데이터 수신부(82a)는 제1 ROIC(30A)로부터 수신된 터치 원시 데이터(TData1)를 제1 DMA 콘트롤러(84a)로 전송한다. 제2 데이터 수신부(82b)는 제2 ROIC(30B)로부터 수신된 터치 원시 데이터(TData2)를 제2 DMA 콘트롤러(84b)로 전송한다. 제1 DMA 콘트롤러(84a)는 버퍼 메모리(86)에 터치 원시 데이터(TData1)를 저장하고 그 버퍼 메모리(86)로부터 터치 원시 데이터(TData1)를 읽어 들여 마이크로 프로세서(88)로 전송한다. 제2 DMA 콘트롤러(84b)는 버퍼 메모리(86)에 터치 원시 데이터(TData2)를 저장하고 그 버퍼 메모리(86)로부터 터치 원시 데이터(TData2)를 읽어 들여 마이크로 프로세서(88)로 전송한다. 제1 및 제2 DMA 콘트롤러(84a, 84b)는 터치 입력 데이터의 좌표 정보(XY)를 버퍼 메모리(86)로부터 읽어 들여 도시하지 않은 데이터 송신부를 통해 호스트 시스템(50)으로 전송한다. 마이크로 프로세서(88)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행한다.

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.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동 회로 14 : 스캔 구동 회로
30, 30A, 30B : ROIC 40 : MCU

Claims

터치 스크린을 구동하는 ROIC; 및
상기 ROIC부터 수신된 터치 원시 데이터를 분석하여 터치 입력 위치들 각각의 좌표를 계산하는 MCU를 포함하고,
상기 ROIC는 다이렉트 메모리 억세스(DMA)를 이용하여 상기 터치 스크린을 센싱하여 얻어진 터치 원시 데이터를 버퍼 메모리에 저장함과 동시에 상기 버퍼 메모리로부터 이전 터치 원시 데이터를 읽어 들어 상기 MCU로 전송하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 ROIC는 제N 프레임 기간 동안, 상기 터치 스크린에 구동신호를 터치 센서 전압을 수신함과 동시에, 제N-1 프레임 기간의 센싱 결과로 얻어진 상기 터치 원시 데이터를 상기 MCU로 전송하고,
상기 MCU는 상기 제N 프레임 기간 동안, 상기 ROIC로부터 수신한 터치 원시 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 입력 데이터를 판단하고 그 터치 입력 데이터들 각각의 좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
터치 스크린을 분할 구동하는 제1 및 제2 ROIC들; 및
상기 ROIC로부터 수신된 터치 원시 데이터를 분석하여 터치 입력 위치들 각각의 좌표를 계산하는 MCU를 포함하고,
상기 ROIC들은 하나의 핀을 통해 동기 신호를 주고 받으면서 교대로 자신이 담당하는 상기 터치 스크린의 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호에 동기하여 자신이 담당하는 상기 터치 스크린의 Rx 채널들을 통해 터치 센서 전압을 수신하고,
상기 ROIC들은 다이렉트 메모리 억세스(DMA)를 이용하여 상기 터치 스크린을 센싱하여 얻어진 터치 원시 데이터를 버퍼 메모리에 저장함과 동시에 상기 버퍼 메모리로부터 이전 터치 원시 데이터를 읽어 들어 상기 MCU로 전송하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 ROIC들은 제N 프레임 기간 동안, 상기 터치 스크린에 구동신호를 터치 센서 전압을 수신함과 동시에, 제N-1 프레임 기간의 센싱 결과로 얻어진 상기 터치 원시 데이터를 상기 MCU로 전송하고,
상기 MCU는 상기 제N 프레임 기간 동안, 상기 ROIC들로부터 수신한 터치 원시 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 입력 데이터를 판단하고 그 터치 입력 데이터들 각각의 좌표를 계산하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.