KR20140116691A - 터치 및 호버 센싱 시스템과 그 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치 및 호버 센싱 시스템과 그 구동 방법에 관한 것으로, 서로 교차하는 횡방향 라인들과 종방향 라인들, 및 상기 횡방향 라인들과 종방향 라인들에 의해 형성된 터치 및 호버 센서들을 포함하는 터치 스크린; 및 상기 터치 스크린에 형성된 라인들 중에서 교차하는 라인들을 통해 터치 입력을 센싱하고 상기 터치 스크린에 형성된 평행한 라인들을 통해 공간 입력을 센싱하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다.

Description

터치 및 호버 센싱 시스템과 그 구동 방법{TOUCH AND HOVER SENSING SYSTEM AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 터치 및 호버 센싱 시스템과 그 구동 방법에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 자신이 원하는 대로 기기를 쉽게 제어할 수 있게 한다. 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. 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있고, 사용자의 제스쳐(gesture)를 센싱하는 제스쳐 UI도 소개되고 있다.

터치 UI는 터치 스크린을 직접 접촉하거나 터치 스크린과 근접하는 높이로 접근하는 객체(object)를 센싱하여 사용자가 원하는대로 전기, 전자 기기를 제어한다. 제스쳐 UI는 공간 상에서 사용자의 제스쳐나 개체의 움직임을 센싱하여 사용자가 원하는대로 전기, 전자 기기를 제어한다. 일반적으로 터치 UI는 저항막 방식이나 정전용량 방식의 터치 센서들을 포함한 터치 스크린을 이용하여 사용자나 객체의 터치 입력을 센싱한다. 제스쳐 UI는 사용자나 객체가 공간에서 움직일 때 발생되는 공간 입력을 센싱한다.

정전 용량 방식의 터치 센싱 시스템은 직접 접촉되거나 터치 센서와 근접한 손가락을 센싱할 수 있지만 터치 센서로부터 먼 공간에서 사용자나 객체의 움직임으로 행해지는 공간 입력을 센싱하기가 어렵다. 이 때문에 일반적으로 터치 UI와 제스쳐 UI는 별도의 시스템으로 구현되고 있다. 그런데 터치 UI와 제스쳐 UI를 별도의 시스템으로 구현하면 비용이 대폭 상승하고 하드웨어 복잡도가 증가한다.

본 발명은 터치 스크린을 통해 터치 입력과 공간 입력을 센싱할 수 있는 터치 및 호버 센싱 시스템과 그 구동 방법을 제공한다.

본 발명의 터치 및 호버 센싱 시스템은 서로 교차하는 횡방향 라인들과 종방향 라인들, 및 상기 횡방향 라인들과 종방향 라인들에 의해 형성된 터치 및 호버 센서들을 포함하는 터치 스크린; 및 상기 터치 스크린에 형성된 라인들 중에서 교차하는 라인들을 통해 터치 입력을 센싱하고 상기 터치 스크린에 형성된 평행한 라인들을 통해 공간 입력을 센싱하는 터치 스크린 구동회로를 포함한다.

상기 터치 스크린 구동회로는 터치 센싱 모드에서 구동 신호를 상기 횡방향 라인들에 인가하고 상기 종방향 라인들을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 상기 터치 입력을 센싱한다.

상기 터치 스크린 구동회로는 호버 센싱 모드에서 상기 터치 스크린의 평행한 라인들 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하고 다른 라인을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 상기 공간 입력을 센싱한다.

상기 터치 스크린 구동회로는 상기 호버 센싱 모드에서 상기 터치 입력이 센싱되면 상기 터치 센싱 모드로 전환한다.

상기 터치 스크린 구동회로는 상기 호버 센싱 모드에서 상기 횡방향 라인들 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하고 다른 횡방향 라인을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 공간 입력을 센싱한 후에, 상기 호버 센싱 모드에서 상기 터치 스크린에서 종방향 라인들 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하고 다른 종방향 라인을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 공간 입력을 센싱한다.

상기 호버 센싱 모드에서 상기 구동신호가 인가되는 라인과 상기 구동신호에 동기하여 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하는 라인은 N(N은 2 이상의 양의 정수) 라인 이상의 간격으로 이격된다. 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템.

상기 터치 및 호버 센싱 시스템의 구동 방법은 상기 터치 스크린에 형성된 라인들 중에서 교차하는 라인들을 통해 터치 입력을 센싱하는 단계; 및 상기 터치 스크린에 형성된 평행한 라인들을 통해 공간 입력을 센싱하는 단계를 포함한다.

본 발명은 상기 터치 스크린에서 교차하는 라인들을 통해 터치 입력을 센싱하고 평행한 라인들을 통해 공간 입력 또는 사용자의 제스쳐를 센싱한다. 본 발명은 이렇게 터치 스크린을 공유하여 터치 입력과 공간 입력을 센싱할 수 있다. 본 발명은 터치 센싱 시스템과 호버 센싱 시스템을 분리하여 구성할 필요가 없으므로 하드웨어 복잡도를 줄이고 비용을 줄일 수 있다.

도 1은 터치 및 호버 센싱 시스템의 구동 방법을 보여 주는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 터치 및 호버 센싱 시스템을 보여 주는 도면이다.
도 3 내지 도 5는 표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합을 보여 주는 도면들이다.
도 6은 도 2에 도시된 스위치 어레이를 상세히 보여 주는 회로도이다.
도 7은 터치 센싱 모드에서 터치 스크린의 동작을 보여 주는 도면이다.
도 8은 터치 센싱 모드에서 발생되는 터치 스크린의 구동신호의 일 예를 보여 주는 파형도이다.
도 9는 터치 센싱 모드에서 교차되는 두 라인들 간에 형성되는 전계의 높이를 보여 주는 도면이다.
도 10은 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 형성되는 전계를 보여 주는 도면이다.
도 11은 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 전계를 생성하기 위한 구동신호의 일 예를 보여 주는 파형도이다.
도 12는 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 형성되는 전계의 높이를 보여 주는 도면이다.
도 13은 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 형성되는 전계의 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 14는 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 형성되는 전계를 보여 주는 도면이다.
도 15는 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 전계를 생성하기 위한 구동신호의 일 예를 보여 주는 파형도이다.
도 16은 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 형성되는 전계의 높이를 보여 주는 도면이다.
도 17은 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 형성되는 전계의 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 18은 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 형성되는 전계의 또 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 19는 도 18에 도시된 전계의 높이를 보여 주는 도면이다.
도 20은 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 형성되는 전계의 또 다른 예를 보여 주는 도면이다.
도 21은 도 20에 도시된 전계의 높이를 보여 주는 도면이다.

본 발명의 터치 및 호버 센싱 시스템은 정전 용량 방식의 터치 스크린을 공유하여 터치 입력과 공간 입력을 센싱한다. 공간 입력은 사용자의 제스쳐로 발생될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 이하의 실시예와 같이 상호 정전 용량(Mutual capacitance)으로 구현될 수 있다. 나뉘어질 수 있다.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시장치(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 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시장치의 일 예로서 액정표시소자를 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시장치에 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 1을 참조하면, 본 발명의 터치 및 호버 센싱 시스템은 터치 센싱 모드에서 터치 스크린을 통해 터치 입력이 센싱되면 터치 센싱 모드를 유지한다.(S1 및 S2) 반면에, 터치 센싱 모드에서 소정의 시간 동안 터치 입력이 센싱되지 않으면 호버 센싱(hover sensing) 모드(S3)로 전환하여 터치 스크린을 통해 공간 입력을 센싱한다.

터치 센싱 모드(S2)는 터치 스크린 상에서 사용자의 손가락이나 도전체가 접촉되거나 터치 스크린과 근접하는 높이에서 터치 입력을 센싱한다. 터치 센싱 모드에서 터치 및 호버 센서는 터치 스크린의 서로 교차하는 라인들 간에 낮은 높이로 전계를 생성한다. 이에 비하여, 호버 센싱 모드(S3)는 터치 스크린 위의 공간에서 행해지는 공간 입력을 센싱한다. 호버 센싱 모드에서 터치 및 호버 센서는 터치 스크린 내에서 평행한 라인들 간에 터치 센싱 모드에 비하여 더 높은 높이로 전계를 생성한다.

소정의 대기 시간 이내에서 터치 입력이 센싱 입력되면, 터치 스크린은 터치 센싱 모드(S2)로 동작할 수 있다. 반면에, 터치 입력이 소정의 대기 시간 이상 입력되지 않을 때 터치 스크린은 호버 센싱 모드(S3)로 전환될 수 있다.

터치 스크린이 인셀(In-cell) 타입으로 표시패널에 내장되는 경우에, 터치 스크린 구동 기간과 디스플레이 구동 기간이 시분할될 수 있다. 이 경우에, 터치 스크린은 터치 스크린 구동 기간 동안 터치 센싱 모드(S2)로 동작하고, 디스플레이 구동 기간 동안 호버 센싱 모드(S3)로 동작할 수 있다.

도 2 내지 도 5를 참조하면, 본 발명의 터치 및 호버 센싱 시스템은 터치 및 호버 센서들(Cts)이 배열된 터치 스크린(TSP)과, 터치 스크린 구동회로 등을 포함한다.

터치 스크린(TSP)은 도 3과 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 4와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 및 호버 센서들(Cts)은 도 5와 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부 기판에 내장될 수 있다. 도 3 내지 도 5에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 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, 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 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(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.

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. 데이터 구동회로(12)를 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다. 스캔 구동회로(14)를 제어하기 위한 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.

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. 호스트 시스템(50)은 터치 스크린 구동회로로부터 입력된 터치 입력 위치의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

터치 스크린(TSP)은 횡방향(또는 x축 방향)을 따라 형성된 횡방향 라인들(52)과, 종방향(또는 y축 방향)을 따라 형성된 종방향 라인들(54)을 포함한다. 횡방향 라인들(52)과 종방향 라인들(54)은 서로 직교한다.

터치 및 호버 센서들(Cts)은 터치 센싱 모드에서 서로 교차하는 횡방향 라인들(52)과 종방향 라인들(54)의 교차부에 형성된다. 반면에, 터치 및 호버 센서들(Cts)은 호버 센싱 모드에서 서로 평행한 횡방향 라인들(52) 또는 종방향 라인들(54) 사이에서 형성된다.

터치 센싱 모드에서, 횡방향 라인들(52)에는 구동신호(또는 자극신호)가 인가되는 Tx 라인들로 동작하고, 종방향 라인들(54)은 구동신호에 동기하여 터치 및 호버 센서들(Cts)로부터 전하를 수신하는 Rx 라인들로 동작한다. 구동신호는 구형파, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다. 반면에, 호버 센싱 모드에서, 횡방향 라인들(52) 중 일부에는 구동신호가 인가되는 Tx 라인들로 동작하고, 나머지 횡방향 라인들(52)은 구동신호에 동기하여 터치 및 호버 센서(Cts)로부터 전하를 수신하는 Rx 라인들로 동작다. 또한, 호버 센싱 모드에서, 종방향 라인들(54) 중 일부에는 구동신호가 인가되는 Tx 라인들로 동작하고, 나머지 종방향 라인들(54)은 구동신호에 동기하여 터치 및 호버 센서(Cts)로부터 전하를 수신하는 Rx 라인들로 동작한다.

터치 스크린 구동회로는 Tx 구동부(32), Rx 센싱부(34), 스위치 어레이(38), 타이밍 발생기(timing generater, 36), 알고리즘 실행부(40) 등을 포함한다. 터치 스크린 구동회로는 하나의 ROIC(Read-out Integrated Circuit)로 집적될 수 있다.

터치 스크린 구동회로는 도 7 및 도 8과 같이 터치 센싱 모드에서 횡방향 라인들(52)에 구동신호를 인가하고, 그 구동신호에 동기하여 종방향 라인들(54)을 통해 터치 및 호버 센서들로부터 전하를 수신한다. 터치 스크린 구동회로는 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들(52) 중 일부에 구동신호를 인가하고, 그 구동신호에 동기하여 나머지 횡방향 라인들(52)을 통해 터치 및 호버 센서들로부터 전하를 수신한다. 그리고 터치 스크린 구동회로는 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들(54) 중 일부에 구동신호를 인가하고, 그 구동신호에 동기하여 나머지 종방향 라인들(54)을 통해 터치 및 호버 센서들로부터 전하를 수신한다.

터치 스크린 구동회로는 미리 설정된 좌표 계산 알고리즘으로 터치 및 호버 센서들의 전하 변화를 분석하여 터치 입력 또는 공간 입력의 2차원 좌표를 계산할 수 있고 또한, 터치 스크린(TSP)으로부터의 높이를 계산하여 터치 입력과 공간 입력을 구분할 수 있다. 터치 스크린 구동회로는 도 1과 같이 터치 센싱 모드와 호버 센싱 모드를 스위칭한다.

Tx 구동부(32)는 타이밍 발생부(36)로부터의 Tx 셋업신호에 응답하여 구동신호를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 스위치 어레이(38)를 통해 선택된 Tx 채널과 연결된 라인들(52, 54)에 구동신호를 인가한다. 구동신호가 발생될 때 터치 및 호버 센서들(Cts)에 전하가 충전된다. 구동신호는 Rx 센싱부(34)에 내장된 적분기(Integrator)의 커패시터에 전하가 반복 누적되어 적분 효과를 크게 하기 위하여, 도 8과 같이 Tx 구동부(32)에서 선택된 Tx 채널에 연결된 라인들 각각에 N(N은 2 이상의 양의 정수)회 연속 공급될 수 있다.

Rx 센싱부(34)는 타이밍 발생부(36)로부터의 Rx 셋업신호에 응답하여 Rx 채널을 선택하고 스위치 어레이(38)를 통해 Rx 채널과 연결될 라인들(52, 54)을 통해 구동신호에 동기하여 터치 및 호버 센서(Cts)로부터 전하를 수신한다. 그리고 Rx 센싱부(34)는 수신된 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하를 샘플링 커패시터에 충전시켜 터치 및 호버 센서의 출력 전압을 샘플링한다. 그리고 Rx 센싱부(34)는 샘플링한 전압을 내장된 적분기의 커패시터에 누적하고, 그 적분기의 커패시터 전압을 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)를 통해 디지털 데이터로 변환한다. 디지털 데이터는 터치 및 호버 센싱 전후에 터치 및 호버 센서로부터 수신된 전하의 변화량에 비례하여 그 값이 커진다.

스위치 어레이(38)는 터치 센싱 모드에서 타이밍 발생부(36)로부터의 선택신호(도 6, SEL)에 응답하여 Tx 구동부(32)의 Tx 채널들을 횡방향 라인들(52)에 연결하여 구동신호를 횡방향 라인들(52)에 공급한다. 스위치 어레이(38)는 터치 센싱 모드에서 타이밍 발생부(36)로부터의 선택신호(SEL)에 응답하여 Rx 센싱부(34)의 Rx 채널들을 종방향 라인들(54)에 연결한다. 이에 비하여, 스위치 어레이(38)는 호버 센싱 모드에서 타이밍 발생부(36)로부터의 선택신호(SEL)에 응답하여 Tx 구동부(32)의 Tx 채널들을 횡방향 라인들(52) 중 일부에 연결하고, Rx 센싱부(34)의 Rx 채널들을 나머지 횡방향 라인들(52)에 연결한다. 그리고 스위치 어레이(38)는 호버 센싱 모드에서 타이밍 발생부(36)로부터의 선택신호(SEL)에 응답하여 Tx 구동부(32)의 Tx 채널들을 종방향 라인들(54) 중 일부에 연결하고, Rx 센싱부(34)의 Rx 채널들을 나머지 종방향 라인들(54)에 연결한다.

타이밍 발생부(38)는 Tx 채널과 Rx 채널 설정을 제어하고 Tx 구동부(32), Rx 센싱부(34), 스위치 어레이(38)를 동기시킨다. 타이밍 발생부(38)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 동기신호를 입력 받아 타이밍 콘트롤러(20)와 동기될 수 있다.

알고리즘 실행부(40)는 미리 설정된 좌표 계산 알고리즘을 실행하여 Rx 센싱부(34)로부터 수신된 디지털 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교한다. 좌표 계산 알고리즘으로는 공지된 어떠한 알고리즘도 가능하다. 좌표 계산 알고리즘은 문턱값 이상의 디지털 데이터를 검출한다. 문턱값 이상의 디지털 데이터(또는 터치 및 호버 로 데이터(Touch & hover raw data))는 터치 입력 또는 공간 입력이 발생된 위치의 터치 및 호버 센서들로부터 얻어진 터치 데이터로 판단된다. 알고리즘 실행부(40)는 Rx 센싱부(34)로부터 수신된 디지털 데이터를 분석하여 터치 스크린(TSP)으로부터 손가락 또는 도전체의 높이를 계산할 수 있으므로 터치 입력과 공간 입력을 구분할 수 있다. 알고리즘 실행부(40)는 좌표 계산 알고리즘을 실행하여 터치 입력들과 공간 입력들 각각에 대하여 좌표를 계산하고, 라벨링(Labeling)을 실행하여 터치 입력들과 공간 입력들 각각에 식별 코드를 부가한다. 식별 코드는 터치 입력과 공간 입력을 구분하기 위한 정보, 터치 입력들 각각을 구분하는 정보, 공간 입력들 각각을 구분하는 정보 등을 포함한다. 알고리즘 실행부(40)는 터치 입력들과 공간 입력들의 식별 코드와 좌표 정보(XY)를 호스트 시스템(50)으로 전송한다.

도 6은 도 2에 도시된 스위치 어레이(38)를 상세히 보여 주는 회로도이다.

도 6을 참조하면, 스위치 어레이(38)는 다수의 멀티플렉서들(multiplexer, MUX)를 포함한다.

멀티플렉서들(MUX) 각각은 Tx 구동부(32)의 Tx 채널(Tx1~Txn)과 연결된 제1 입력 채널, Rx 센싱부(34)의 Rx 채널(Rx1~Rxn)과 연결된 제2 입력 채널, 저전위 전원 전압원(Vss)에 연결된 제3 입력 채널, 터치 스크린(TSP)의 횡방향 라인들(52)과 종방향 라인들(54) 중 어느 하나에 연결된 출력 채널, 및 타이밍 발생부(36)로부터 선택신호(SEL)가 입력되는 제어 단자를 포함한다. 저전위 전압원(Vss)은 그라운드 전압원(GND)일 수 있다.

멀티플렉서들(MUX)은 터치 센싱 모드에서 선택신호(SEL)에 응답하여 도 7과 같이 횡방향 라인들(52)에 구동신호가 공급되는 Tx 채널들을 연결하고, 종방향 라인들(54)에 Rx 채널들을 연결한다.

멀티플렉서들(MUX)은 호버 센싱 모드에서 선택신호(SEL)에 응답하여 도 10과 같이 횡방향 라인들(52) 중 일부에 구동신호가 공급되는 Tx 채널들을 연결하고, 나머지 횡방향 라인들(52)에 Rx 채널들을 연결한다. 멀티플렉서들(MUX)은 호버 센싱 모드에서 선택신호(SEL)에 응답하여 도 10과 같이 종방향 라인들(54)에 저전위 전압원(Vss)을 연결하거나 도 13과 같이 종방향 라인들(54)을 플로팅(flating)시킬 수 있다. 도 13에서, 스위치들(S1)은 멀티플렉서(MUX)를 나타낸다. 스위치들(S1)은 호버 센싱 모드에서 턴-오프되어 종방향 라인들(54)에 어떠한 외부 신호도 인가되지 않는 플로팅 상태로 종방향 라인들(54)을 제어한다.

멀티플렉서들(MUX)은 호버 센싱 모드에서 선택신호(SEL)에 응답하여 도 14와 같이 종방향 라인들(54) 중 일부에 구동신호가 공급되는 Tx 채널들을 연결하고, 나머지 종방향 라인들(54)에 Rx 채널들을 연결한다. 멀티플렉서들(MUX)은 호버 센싱 모드에서 선택신호(SEL)에 응답하여 도 14와 같이 횡방향 라인들(52)에 저전위 전압원(Vss)을 연결하거나 도 17과 같이 횡방향 라인들(52)을 플로팅시킬 수 있다. 도 17에서, 스위치들(S2)은 멀티플렉서(MUX)를 나타낸다. 스위치들(S2)은 호버 센싱 모드에서 턴-오프되어 횡방향 라인들(52)에 어떠한 외부 신호도 인가되지 않는 플로팅 상태로 횡방향 라인들(54)을 제어한다.

도 7은 터치 센싱 모드에서 터치 스크린의 동작을 보여 주는 도면이다. 도 8은 터치 센싱 모드에서 발생되는 터치 스크린의 구동신호의 일 예를 보여 주는 파형도이다. 도 9는 터치 센싱 모드에서 교차되는 두 라인들 간에 형성되는 전계의 높이를 보여 주는 도면이다.

도 7 내지 도 9를 참조하면, 터치 센싱 모드에서 구동신호는 터치 스크린(TSP)의 횡방향 라인들(52)에 공급되어 터치 및 호버 센서들(Cts)에 전하를 공급한다. 구동신호에 동기하여 터치 및 호버 센서들(Cts)로부터의 전하가 종방향 라인들(54)을 통해 수신된다.

터치 센서 모드에서 터치 및 호버 센서들(Cts)은 간격이 좁은 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 사이에 형성된다. 따라서, 터치 센서 모드에서 전계(E)는 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 사이에 생성된다.

횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 간의 간격은 작다. 이 때문에 터치 센싱 모드에서 터치 스크린(TSP)의 라인 근방에서만 전계(E)가 생성된다. 예를 들어, 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)의 경우에, 터치 센싱 모드에서 터치 입력 센싱이 가능한 전계(E)의 높이는 터치 스크린의 라인으로부터 대략 5 cm 이하이다.

손가락이나 도전체가 터치 스크린(TSP)에 근접하거나 터치되면, 그 손가락이나 도전체에 의해 전계(E)의 적어도 일부가 차단되어 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하량이 감소된다. 따라서, 터치 센싱 모드에서 터치 입력 전후의 전하 변화량을 바탕으로 터치 입력이 센싱될 수 있다.

터치 센싱 모드에서, 횡방향(x축 방향)으로 구동신호가 인가되고 종방향(y축 방향)을 따라 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하량이 수신되므로 터치 입력 위치는 2차원 좌표값이 얻어질 수 있다. 이에 비하여, 호버 센싱 모드는 구동 신호와 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하 수신 방향이 횡방향(또는 종방향)이다. 이로 인하여, 호버 센싱 모드에서 공간 입력의 2차원 좌표값을 얻기 위하여, 도 10 내지 도 17과 같이 횡방향의 x축 방향 상에서 공간 입력을 센싱한 후에 종방향의 y축 상에서 그 공간 입력을 센싱하거나 그 반대의 순서로 공간 입력을 센싱하여야 한다.

호버 센싱 모드는 공간 입력 유무만을 판단하고 공간 입력이 센싱하는 모드로 이용될 수 있다. 이 경우에, 호버 센싱 모드는 x축 또는 y축의 일축 방향을 따라 공간 입력을 센싱할 수도 있다. 따라서, 호버 센싱 모드는 이축 방향으로 공간 입력을 센싱하는 것에 한정되지 않고, 적어도 일축 방향으로 공간 입력을 센싱할 수 있다.

공간 입력 유무만을 판단하고 공간 입력이 센싱하는 모드로 이용될 수 있다.

도 10은 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 형성되는 전계를 보여 주는 도면이다. 도 11은 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 전계를 생성하기 위한 구동신호의 일 예를 보여 주는 파형도이다. 도 12는 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 형성되는 전계의 높이를 보여 주는 도면이다. 도 13은 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 형성되는 전계의 다른 예를 보여 주는 도면이다.

도 10 내지 도 13을 참조하면, 호버 센싱 모드에서 구동신호는 터치 스크린(TSP)의 기수 번째 횡방향 라인들(52)에 공급되어 터치 및 호버 센서들(Cts)에 전하를 공급한다. 우수 번째 횡방향 라인들(52)을 통해 구동신호에 동기하여 터치 및 호버 센서들(Cts)로부터의 전하가 수신된다. 이와 동시에, 스위치 어레이(38)는 도 10과 같이 종방향 라인들(54)에 저전위 전압원(Vss)을 연결하거나 도 13과 같이 종방향 라인들(54)을 플로팅시킨다.

도 11에서, Tx1 및 Tx3는 구동 신호가 인가되는 Tx 채널들이다. Tx 채널들은 스위치 어레이(38)를 통해 기수 번째 횡방향 라인들에 연결된다. Rx1 및 Rx2는 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하가 수신되는 Rx 채널들이다. Rx 채널들은 스위치 어레이(38)를 통해 우수 번째 횡방향 라인들에 연결된다. 우수 번째 횡방향 라인들은 터치 센싱 모드에서 Tx 채널들(Tx2, Tx4)에 연결된다.

호버 센서 모드에서 터치 및 호버 센서들(Cts)은 기수 번째 횡방향 라인(52)과 우수 번재 횡방향 라인(52) 사이에 형성된다. 따라서, 호버 센서 모드에서 전계(E)는 이웃한 횡방향 라인들(52) 사이에 생성된다.

횡방향 라인들(52)은 교차되지 않고 평행하다. 이웃한 횡방향 라인들(52) 간의 간격은 서로 교차하는 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 간의 간격에 비하여 크다. 이 때문에 호버 센싱 모드에서 전계(E)는 도 12와 같이 터치 스크린(TSP)의 위쪽 공간으로 높게 형성되어 그 높이가 터치 센싱 모드에 비하여 높아진다.

호버 센싱 모드에서, 터치 스크린(TSP)으로부터 높게 전계가 형성되기 때문에 터치 스크린(TSP) 위의 공간에서 손가락이나 도전체가 움직이면, 그 움직임을 따라 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하량이 변화된다. 따라서, 호버 센싱 모드에서 공간 입력 전후의 전하 변화량을 바탕으로 공간 입력이 센싱될 수 있다.

저전위 전압원(Vss)의 전압 레벨에 따라 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 사이의 전계 세기가 이웃한 횡방향 라인들(52) 간의 전계 세기 이상으로 커질 수 있다. 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 사이의 전계 세기가 커지면 전계 높이가 낮아진다. 따라서, 호버 센싱 모드에서 이웃한 횡방향 라인들(52) 간의 전계 세기는 이웃한 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 간의 전계 세기 보다 커져야 한다. 이를 위하여, 우수 번째 횡방향 라인들(52)의 전위는 저전위 전압(Vss)의 전위 보다 낮게 설정되는 것이 바람직하다. 우수 번째 횡방향 라인들(52)에는 저전위 전압(Vss) 보다 낮은 직류 기준 전압이 인가될 수 있다.

도 14는 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 형성되는 전계를 보여 주는 도면이다. 도 15는 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 전계를 생성하기 위한 구동신호의 일 예를 보여 주는 파형도이다. 도 16은 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 형성되는 전계의 높이를 보여 주는 도면이다. 도 17은 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 형성되는 전계의 다른 예를 보여 주는 도면이다.

도 14 내지 도 17을 참조하면, 호버 센싱 모드에서 구동신호는 터치 스크린(TSP)의 기수 번째 종방향 라인들(54)에 공급되어 터치 및 호버 센서들(Cts)에 전하를 공급한다. 우수 번째 종방향 라인들(54)을 통해 구동신호에 동기하여 터치 및 호버 센서들(Cts)로부터의 전하가 수신된다. 이와 동시에, 스위치 어레이(38)는 도 14와 같이 횡방향 라인들(52)에 저전위 전압원(Vss)을 연결하거나 도 17과 같이 횡방향 라인들(52)을 플로팅시킨다.

도 15에서, Tx1 및 Tx2는 구동 신호가 인가되는 Tx 채널들이다. Tx 채널들(Tx1, Tx2)은 스위치 어레이(38)를 통해 기수 번째 종방향 라인들에 연결된다. Rx2 및 Rx4는 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하가 수신되는 Rx 채널들이다. Rx 채널들은 스위치 어레이(38)를 통해 우수 번째 종방향 라인들에 연결된다. 기수 번째 종방향 라인들은 터치 센싱 모드에서 Rx 채널들(Rx1, Rx3)에 연결된다.

호버 센서 모드에서 터치 및 호버 센서들(Cts)은 기수 번째 종방향 라인(54)과 우수 번재 종방향 라인(54) 사이에 형성된다. 따라서, 호버 센서 모드에서 전계(E)는 이웃한 종방향 라인들(54) 사이에서 생성된다.

종방향 라인들(54)은 교차되지 않고 평행하다. 이웃한 종방향 라인들(54) 간의 간격은 서로 교차하는 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 간의 간격에 비하여 크다. 이 때문에 호버 센싱 모드에서 전계(E)는 도 16과 같이 터치 스크린(TSP)의 위쪽 공간으로 높게 형성되어 그 높이가 터치 센싱 모드에 비하여 높아진다.

호버 센싱 모드에서, 터치 스크린(TSP)으로부터 높게 전계가 형성되기 때문에 터치 스크린(TSP) 위의 공간에서 손가락이나 도전체가 움직이면, 그 움직임을 따라 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하량이 변화된다. 따라서, 호버 센싱 모드에서 공간 입력 전후의 전하 변화량을 바탕으로 공간 입력이 센싱될 수 있다.

저전위 전압원(Vss)의 전압 레벨에 따라 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 사이의 전계 세기가 이웃한 종방향 라인들(54) 간의 전계 세기 이상으로 커질 수 있다. 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 사이의 전계 세기가 커지면 전계 높이가 낮아진다. 따라서, 호버 센싱 모드에서 이웃한 종방향 라인들(54) 간의 전계 세기는 이웃한 횡방향 라인(52)과 종방향 라인(54) 간의 전계 세기 보다 커져야 한다. 이를 위하여, 우수 번째 종방향 라인들(54)의 전위는 저전위 전압(Vss)의 전위 보다 낮게 설정되는 것이 바람직하다. 우수 번째 종방향 라인들(54)에는 저전위 전압(Vss) 보다 낮은 직류 기준 전압이 인가될 수 있다.

호버 센싱 모드에서 발생되는 구동신호의 전압을 터치 센싱 모드에 비하여 더 높게 설정할 수 있다. 이렇게 호버 센싱 모드에서 구동 신호 전압을 높게 설정하면, 평행한 라인들 간에 생성되는 전계의 세기와 높이를 충분히 크게 할 수 있다.

호버 센싱 모드에서, 도 18 내지 도 21과 같이 Tx 채널과 Rx 채널 간의 N(N은 2 이상의 양의 정수) 라인 이상의 간격으로 더 넓게 제어하여 전계(E)의 높이를 더 높게 생성할 수 있다. 여기서, N 라인은 횡방향 라인들(52) 또는 종방향 라인들(54)의 N 피치(pitch)를 의미한다. 도 18 내지 도 21은 Tx 채널과 Rx 채널 간의 간격이 3 라인 간격으로 이격된 예이지만, 이에 한정되지 않는다.

도 18은 호버 센싱 모드에서 횡방향 라인들 간에 형성되는 전계의 또 다른 예를 보여 주는 도면이다. 도 19는 도 18에 도시된 전계의 높이를 보여 주는 도면이다.

도 18 및 도 19를 참조하면, 호버 센싱 모드에서 터치 스크린(TSP)의 제n(n은 양의 정수) 횡방향 라인(52)은 구동신호가 인가되는 Tx 채널(Tx1)에 연결되고, 제n+3 횡방향 라인(52)은 Rx 채널(Rx1)에 연결된다. 나머지 횡방향 라인들(52)과 모든 종방향 라인들(54)은 저전위 전압원(Vss)에 연결되거나 플로팅된다. 한편, 제n+3 횡방향 라인(52)은 터치 센싱 모드에서 Tx 채널(Tx4)에 연결된다.

제n 횡방향 라인(52)과 제n+3 횡방향 라인(52) 간의 간격이 크기 때문에 호버 센싱 모드에서 전계(E)는 도 19와 같이 터치 스크린(TSP)의 위쪽 공간으로 높게 형성된다. 따라서, 터치 스크린(TSP) 위의 공간에서 손가락이나 도전체가 움직이면, 그 움직임을 따라 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하량이 변화되므로 공간 입력이 센싱될 수 있다.

도 20은 호버 센싱 모드에서 종방향 라인들 간에 형성되는 전계의 또 다른 예를 보여 주는 도면이다. 도 21은 도 20에 도시된 전계의 높이를 보여 주는 도면이다.

도 20 및 도 21을 참조하면, 호버 센싱 모드에서 터치 스크린(TSP)의 제n 종방향 라인(54)은 구동신호가 인가되는 Tx 채널(Tx1)에 연결되고, 제n+3 종방향 라인(54)은 Rx 채널(Rx4)에 연결된다. 나머지 종방향 라인들(54)과 모든 횡방향 라인들(52)은 저전위 전압원(Vss)에 연결되거나 플로팅된다. 한편, 제n 종방향 라인(54)은 터치 센싱 모드에서 Rx 채널(Rx1)에 연결된다.

제n 종방향 라인(54)과 제n+3 종방향 라인(54) 간의 간격이 크기 때문에 호버 센싱 모드에서 전계(E)는 도 21과 같이 터치 스크린(TSP)의 위쪽 공간으로 높게 형성된다. 따라서, 터치 스크린(TSP) 위의 공간에서 손가락이나 도전체가 움직이면, 그 움직임을 따라 터치 및 호버 센서(Cts)의 전하량이 변화되므로 공간 입력이 센싱될 수 있다.

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 구동회로 14 : 스캔 구동회로
20 : 타이밍 콘트롤러 32 : Tx 구동부
34 : Rx 센싱부 36 : 타이밍 발생부
38 : 스위치 어레이 40 : 알고리즘 실행부

Claims (9)

1. 서로 교차하는 횡방향 라인들과 종방향 라인들, 및 상기 횡방향 라인들과 종방향 라인들에 의해 형성된 터치 및 호버 센서들을 포함하는 터치 스크린; 및
   상기 터치 스크린에 형성된 라인들 중에서 교차하는 라인들을 통해 터치 입력을 센싱하고 상기 터치 스크린에 형성된 평행한 라인들을 통해 공간 입력을 센싱하는 터치 스크린 구동회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 터치 스크린 구동회로는,
   터치 센싱 모드에서 구동 신호를 상기 횡방향 라인들에 인가하고 상기 종방향 라인들을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 상기 터치 입력을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템.
3. 제 2 항에 있어서,
   상기 터치 스크린 구동회로는,
   호버 센싱 모드에서 상기 터치 스크린의 평행한 라인들 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하고 다른 라인을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 상기 공간 입력을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 터치 스크린 구동회로는,
   상기 호버 센싱 모드에서 상기 터치 입력이 센싱되면 상기 터치 센싱 모드로 전환하는 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템.
5. 제 3 항에 있어서,
   상기 터치 스크린 구동회로는,
   상기 호버 센싱 모드에서 상기 횡방향 라인들 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하고 다른 횡방향 라인을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 상기 공간 입력을 센싱한 후에,
   상기 호버 센싱 모드에서 상기 터치 스크린에서 종방향 라인들 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하고 다른 종방향 라인을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 상기 공간 입력을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템.
6. 제 3 항 또는 제 5 항에 있어서,
   상기 호버 센싱 모드에서 상기 구동신호가 인가되는 라인과 상기 구동신호에 동기하여 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하는 라인은 N(N은 2 이상의 양의 정수) 라인 이상의 간격으로 이격된 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템.
7. 서로 교차하는 횡방향 라인들과 종방향 라인들, 및 상기 횡방향 라인들과 종방향 라인들에 의해 형성된 터치 및 호버 센서들을 포함하는 터치 스크린을 포함하는 터치 및 호버 센싱 시스템의 구동 방법에 있어서,
   상기 터치 스크린에 형성된 라인들 중에서 교차하는 라인들을 통해 터치 입력을 센싱하는 단계; 및
   상기 터치 스크린에 형성된 평행한 라인들을 통해 공간 입력을 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템의 구동 방법.
8. 제 7 항에 있어서,
   상기 터치 입력을 센싱하는 단계는,
   터치 센싱 모드에서 구동 신호를 상기 횡방향 라인들에 인가하고 상기 종방향 라인들을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 상기 터치 입력을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템의 구동 방법.
9. 제 8 항에 있어서,
   상기 공간 입력을 센싱하는 단계는,
   호버 센싱 모드에서 상기 터치 스크린의 평행한 라인들 중 적어도 하나에 구동 신호를 인가하고 다른 라인을 통해 상기 터치 및 호버 센서들의 전하를 수신하여 상기 공간 입력을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 및 호버 센싱 시스템의 구동 방법.

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