KR20150056365A - 터치 스크린 구동 장치 및 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 Tx 라인들 및 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들을 포함하는 터치 스크린, 상기 Tx 라인들로 구동펄스를 공급하고 상기 Rx 라인들에 대한 센싱 전압을 디지털 데이터로 변환하며 미리 설정된 터치 알고리즘에 따라 상기 디지털 데이터로부터 터치 좌표를 생성하는 터치콘트롤러를 포함하고, 상기 터치콘트롤러는 이전 프레임에서 생성된 터치 좌표로부터 일정 범위 밖에 있는 Tx 라인들에 대하여 저전력 모드로 구동펄스를 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치를 제공한다.

Description

터치 스크린 구동 장치 및 방법{TOUCH SCREEN DRIVING APPARATUS AND METHOD}

본 발명은 터치 스크린 구동에 관한 기술이다.

표시장치의 경량화, 슬림화에 따라 부가적인 무게와 공간을 차지하는 키보드, 마우스를 대신하는 터치 스크린 기술이 점차 도입되고 있다. 이러한 터치 스크린 기술은 화면에 표시되는 이미지와 같은 위치에서 사용자 조작을 인식할 수 있어 직관성이 높은 사용자 인터페이스를 제공하게 된다.

도 1은 터치 스크린의 일 구동 방법을 나타내는 도면이다. 도 1의 (a), (b), (c) 및 (d)는 각각 연속되는 4개의 프레임에서의 터치 스크린 구동을 나타낸다.

도 1의 (a)를 참조하면, 표시장치는 첫번째 프레임에서 Tx 라인 각각에 대하여 순차적으로 구동펄스를 공급하고 Rx 라인 각각에 대하여 순차적으로 전압을 센싱한다. 첫번째 프레임에서는 사용자의 터치가 없다.

도 1의 (b)를 참조하면, 두번째 프레임에서 Tx2 라인과 Rx2 라인이 교차하는 노드에서 사용자의 터치가 발생하고 있다. 표시장치는 첫번째 프레임과 마찬가지로 두번째 프레임에서 Tx 라인 각각에 대하여 순차적으로 구동펄스를 공급하고 Rx 라인 각각에 대하여 순차적으로 전압을 센싱하여 사용자의 터치를 인식하게 된다. 정전용량방식으로 터치를 인식하는 경우 표시장치는 사용자의 터치가 발생한 노드에서의 전압이 다른 노드에서의 전압보다 작아지는 효과를 이용하여 터치를 인식하게 된다.

도 1의 (c)를 참조하면, 세번째 프레임에서 사용자의 터치 위치가 이동하여 Tx2 라인과 Rx3 라인이 교차하는 노드에서 사용자의 터치가 발생하고 있다. 이때, 표시장치는 이전 프레임과 마찬가지로 Tx 라인 각각에 대하여 순차적으로 구동펄스를 공급하고 Rx 라인 각각에 대하여 순차적으로 전압을 센싱하여 사용자의 터치를 인식하게 된다.

도 1의 (d)를 참조하면, 네번째 프레임에서 사용자의 터치 위치가 계속해서 이동하여 Tx2 라인과 Rx4 라인이 교차하는 노드에서 사용자의 터치가 발생하고 있다. 이때, 표시장치는 이전 프레임과 마찬가지로 Tx 라인 각각에 대하여 순차적으로 구동펄스를 공급하고 Rx 라인 각각에 대하여 순차적으로 전압을 센싱하여 사용자의 터치를 인식하게 된다.

도 1과 같이 사용자의 터치 위치는 계속해서 변경될 수 있다. 그런데, 사용자의 움직임 속도는 물리적으로 한계를 가지고 있어 프레임 사이에서의 터치 위치 변동도 제한적일 수 밖에 없다. 도 1을 참조할 때, 터치 위치는 두번째 프레임과 세번째 프레임 사이에서 Rx2에서 Rx3으로 이동하여 하나의 Rx 라인 간격만큼만 이동되었다. 또한, 세번째 프레임과 네번째 프레임 사이에서도 터치 위치도 하나의 Rx 라인 간격만큼만 이동(Rx3에서 Rx4로 이동)되었다. 도 1에서의 터치 위치 변동이 하나의 예시이기는 하나 실제로 연속되는 프레임에서 터치 위치가 급격히 변동될 수는 없다. 이는 전술한 바와 같이 사용자의 움직임 속도의 물리적 한계에서부터 비롯된다.

이와 같이 터치 위치의 변동량이 제한적이기 때문에 터치를 센싱하는데 사용되는 Tx 라인과 Rx 라인들도 제한적일 수 밖에 없다. 도 1의 예시를 참조하면, 연속되는 세 개의 프레임에서 터치 위치는 Rx 라인 기준으로 Rx2, Rx3, Rx4 라인에서만 이동하고 있고, 표시장치가 이 세 개의 Rx 라인만 센싱하면 터치 위치를 판별할 수 있게 된다.

그런데, 이렇게 터치가 발생하는 위치가 제한적임에도 불구하고 도 1에 예시된 표시장치는 매 프레임마다 Tx 라인 전체에 대하여 구동펄스를 공급하고 Rx 라인 전체에 대하여 전압을 센싱하고 있다. 도 1의 표시장치는 터치 센싱에 사용될 가능성이 낮은 Tx 라인 및 Rx 라인들에 대하여 구동펄스를 공급하고 전압을 센싱함으로써 전력을 과도하게 사용하는 문제가 있다.

이러한 배경에서, 본 발명의 목적은, 일 측면에서, 터치 스크린을 저전력으로 구동하는 장치에 대한 기술을 제공하는 것이다.

다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 터치될 가능성이 낮은 영역에 대하여 선택적으로 저전력 모드 구동하는 기술을 제공하는 것이다.

또 다른 측면에서, 본 발명의 목적은, 센싱 시간을 줄여 센싱 속도를 증가시키는 기술을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 일 측면에서, 본 발명은, Tx 라인들 및 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들을 포함하는 터치 스크린; 상기 Tx 라인들로 구동펄스를 공급하고 상기 Rx 라인들에 대한 센싱 전압을 디지털 데이터로 변환하며 미리 설정된 터치 알고리즘에 따라 상기 디지털 데이터로부터 터치 좌표를 생성하는 터치콘트롤러를 포함하고, 상기 터치콘트롤러는 이전 프레임에서 생성된 터치 좌표로부터 일정 범위 밖에 있는 Tx 라인들에 대하여 저전력 모드로 구동펄스를 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치를 제공한다.

다른 측면에서, 본 발명은, Tx 라인들 및 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들을 포함하는 터치 스크린을 구동하는 방법에 있어서, 상기 Tx 라인들로 구동펄스를 공급하는 단계; 상기 Rx 라인들의 센싱 전압을 디지털 데이터로 변환하는 단계; 및 미리 설정된 터치 알고리즘에 따라 상기 디지털 데이터로부터 터치 좌표를 생성하는 단계를 포함하고, 상기 구동펄스를 공급하는 단계에서, 이전 프레임에서 생성된 터치 좌표로부터 일정 범위 밖에 있는 Tx 라인들에 대하여 저전력 모드로 구동펄스를 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 방법을 제공한다.

이상에서 설명한 바와 같이 본 발명에 의하면, 터치 스크린을 저전력으로 구동하는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 터치될 가능성이 낮은 영역에 대하여 선택적으로 저전력 모드 구동하여 센싱의 정확도를 떨어뜨리지 않으면서 소비 전력을 줄일 수 있는 효과가 있다. 또한, 본 발명에 의하면, 전체적인 센싱 시간이 줄어들어 한 프레임의 시간을 짧게 할 수 있고, 이에 따라 센싱 속도가 빨라질 수 있다.

도 1은 터치 스크린의 일 구동 방법을 나타내는 도면이다.
도 2는 일 실시예에 따른 표시장치의 블록도이다.
도 3은 도 2의 터치 스크린의 전극 배치도이다.
도 4는 도 3의 일 Tx 라인에 대하여 N번의 스캔을 진행하는 터치센싱방법의 제어 흐름도이다.
도 5는 도 3의 각 Tx 라인에 대하여 스캔횟수(N)를 다르게 제어하는 것을 나타내는 도면이다.
도 6은 도 3의 각 Tx 라인에 대하여 스캔횟수(N)를 다르게 제어하는 방법에 대한 제어 흐름도이다.
도 7은 저전력 모드 영역을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.
도 8은 Tx 라인 및 Rx 라인에 대하여 저전력 모드로 구동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 9는 그룹단위 센싱을 진행하는 경우 Tx 라인 및 Rx 라인에 대하여 저전력 모드로 구동하는 것을 나타내는 도면이다.
도 10은 터치 유무에 따라 노멀 센싱과 저전력 센싱을 선택적으로 실시하는 제어의 흐름도이다.
도 11은 Tx 라인에 대한 저전력 모드 스캔의 실시예들을 설명하기 위한 구동신호의 파형도이다.
도 12는 프레임 단위로 저전력 모드가 적용되는 실시예에서의 파형도이다.

사용자의 신체(예를 들어, 손가락) 혹은 사용자에 의해 제어되는 물건(예를 들어, 터치펜)이 스크린에 접촉하는 것을 인식하기 위한 터치 스크린 구동의 실시예들에 대해 설명한다. 특히, 사용자의 신체가 움직일 수 있는 물리적인 한계를 고려하여 터치가 발생할 가능성이 낮은 영역을 설정하고 이러한 영역에 대한 터치 센싱 감도를 낮추는 터치 스크린 구동 실시예들에 대해 설명한다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 통해 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가지도록 하고 있음에 유의해야 한다. 또한, 본 발명의 실시예들을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략한다.

또한, 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질이나 차례 또는 순서 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 또 다른 구성 요소가 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 같은 맥락에서, 어떤 구성 요소가 다른 구성 요소의 "상"에 또는 "아래"에 형성된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접 또는 또 다른 구성 요소를 개재하여 간접적으로 형성되는 것을 모두 포함하는 것으로 이해되어야 할 것이다.

도 2는 일 실시예에 따른 표시장치의 블록도이고, 도 3은 도 2의 터치 스크린의 전극 배치도이다.

도 2를 참조하면, 표시장치(200)는 표시패널(290) 및 표시패널(290)에 이미지를 표시하기 위한 드라이버회로(292, 드라이버 IC) 및 타이밍콘트롤러(294, T-con)를 포함할 수 있다.

표시장치(200)는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 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 표시장치(200)는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

표시패널(290)은 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성될 수 있다. 표시패널(290)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들, 데이터라인들과 교차되는 다수의 게이트라인들, 데이터라인들과 게이트라인들의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함할 수 있다.

표시패널(290)의 픽셀들은 데이터라인들과 게이트라인들에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치될 수 있다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극에 인가되는 데이터전압과 공통전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절할 수 있다. TFT들은 게이트라인으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급할 수 있다.

표시패널(290)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(290)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(290)의 하부 기판에 형성될 수 있다.

표시패널(290)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성될 수 있다. 표시패널(290)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cellgap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성될 수 있다.

드라이버회로(292)는 타이밍콘트롤러(294)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력할 수 있다. 데이터전압은 데이터라인들에 공급된다. 드라이버회로(292)는 또한, 데이터전압에 동기되는 게이트펄스를 게이트라인들에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(290)의 라인을 선택한다.

타이밍콘트롤러(294)는 호스트(240)으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 드라이버회로(292)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 발생할 수 있다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함할 수 있다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함할 수 있다.

전술한 부분은 표시장치(200)에서 화면에 영상을 표시하는 것과 관련된 구성들이다. 도 2를 계속해서 참조하면서, 표시장치(200)에서 터치를 센싱하는 것과 관련된 구성에 대해 살펴본다.

표시장치는(200)는 터치 스크린(210) 및 터치 스크린(210)에서의 터치를 센싱하기 위한 터치회로(220, 터치 IC) 및 마이크로콘트롤유니트(230, MCU)를 포함할 수 있다. 터치IC(220)와 MCU(230, Micro Control Unit)를 합쳐서 터치콘트롤러로 명명할 수도 있으나 이러한 명칭에 의해 본 발명이 제한되는 것은 아니다.

도 2에서는 터치IC(220)와 MCU(230, Micro Control Unit)가 분리되어 있는 것으로 도시하였으나 터치IC(220)와 MCU(230)는 하나의 제어기로 구성될 수도 있다. 아래에서는 설명의 편의를 위해 터치IC(220)와 MCU(230)가 분리된 실시예에 대하여 설명한다. 그런데, 전술한 바와 같이 터치IC(220)와 MCU(230)는 하나의 제어기로 구현할 수도 있는 것으로서 터치IC(220)가 수행하는 기능 중 일부는 MCU(230)에서 수행될 수 있고 MCU(230)가 수행하는 기능 중 일부는 터치IC(220)에서 수행될 수 있다.

터치 스크린(210)은 표시패널(290)의 상부 편광판 상에 접합되거나, 상부 편광판과 상부 기판 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(210)의 전극들(도 3에서 Tx 라인들(Tx1~Tx6) 및 Rx 라인들(Rx1~Rx8))은 표시패널(290) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부기판에 형성될 수 있다.

터치 스크린(210)은 Tx 라인들(Tx1~Tx6), Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들(Rx1~Rx8) 및 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차부들에 형성되는 센서 노드들을 포함할 수 있다. 도 3에서의 Tx 라인들 및 Rx 라인들의 개수는 예시적인 것이며 터치 스크린(210)은 J(J는 1이상의 자연수)개의 Tx 라인들과 K(K는 1이상의 자연수)개의 Rx 라인들을 포함할 수 있다.

터치IC(220)는 Tx 라인들(Tx1~Tx6)에 구동펄스를 공급하고 Rx 라인들(Rx1~Rx8)을 통해 센서 노드의 전압을 센싱하여 디지털 데이터로 변환할 수 있다. Tx 라인들(Tx1~Tx6)로 구동펄스를 공급하는 회로와 Rx 라인들(Rx1~Rx8)의 전압을 센싱하는 회로는 분리되어 별도의 IC로 구성될 수 있으나 도 2의 예시와 같이 하나의 ROIC(Read-out IC) 내에 집적될 수 있다.

터치IC(220)는 MCU(230)로부터 입력된 셋업신호에 응답하여 Tx 채널을 설정하고, 설정된 Tx 채널에 연결된 Tx 라인들(Tx1~Tx6)에 구동펄스를 공급한다. 도 3에 도시된 것과 같이 하나의 Tx 라인에 센서 노드가 8개 연결되어 있다면, 구동펄스가 8회 연속으로 Tx 라인에 공급된 후에, 다음 Tx 라인에도 같은 방식으로 구동펄스들이 공급될 수 있다.

하나의 Tx 라인에 연결된 센서 노드로 한번씩 구동펄스를 공급하는 것을 하나의 스캔이라고 할 때, 터치IC(220)는 하나의 Tx 라인에 대하여 둘 이상의 스캔(예를 들어, 10회의 스캔)을 수행할 수 있다. 터치IC(220)는 이렇게 하나의 Tx 라인에 대하여 다수의 스캔을 수행하고 다음 Tx 라인에도 같은 방식으로 다수의 스캔을 수행할 수 있다.

터치IC(220)는 MCU(230)로부터 입력된 셋업신호에 응답하여 센서 노드의 전압을 수신할 Rx 채널을 설정하고, 설정된 Rx 채널과 연결된 Rx 라인을 통해 센서 노드의 전압을 센싱한다. 터치IC(220)는 센싱된 센서 노드의 전압을 디지털 데이터인 터치 로 데이터(touch raw data)로 변환하여 MCU(230)로 전송할 수 있다.

MCU(230)는 I2C 버스, SPI(serial peripheral interface), 시스템 버스(System bus) 등의 인터페이스를 통해 터치IC(220)에 연결될 수 있다. MCU(230)는 셋업신호를 터치IC(220)에 공급하여 구동펄스가 출력될 Tx 채널을 설정하고 센서 노드의 전압이 읽혀질 Rx 채널을 선택한다. MCU(230)는 터치IC(220)에 내장된 샘플링 회로의 스위치들을 제어하기 위한 Rx 샘플링 클럭을 터치IC(220)에 공급하여 센서 노드의 전압 샘플링 타이밍을 제어할 수 있다. 또한, MCU(230)는 ADC 클럭을 터치IC(220)에 내장된 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital converter)에 공급하여 ADC의 동작 타이밍을 제어할 수 있다.

MCU(230)는 터치IC(220)로부터 입력되는 터치 로 데이터들을 미리 설정된 터치 알고리즘으로 분석하여 소정의 기준값 이상의 터치 데이터들에 대한 좌표값을 추정하여 좌표 정보를 포함한 터치 데이터를 생성하고 호스트(240)로 출력할 수 있다.

호스트(240)는 외부 비디오 소스 기기 예를 들면, 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 등에 접속되어 그 외부 비디오 소스 기기로부터 영상 데이터를 입력받을 수 있다. 호스트(240)는 스케일러(scaler)를 포함한 SoC(System on chip)을 포함하여 외부 비디오 소스 기기로부터의 영상 데이터를 표시패널(290)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 또한, 호스트(240)는 MCU(230)로부터 입력되는 터치 데이터의 좌표값과 연계된 응용 프로그램을 실행할 수 있다.

도 4는 도 3의 일 Tx 라인에 대하여 N번의 스캔을 진행하는 터치센싱방법의 제어 흐름도이다.

도 4를 참조하면, 터치IC(220)는 하나의 Tx 라인에 대하여 구동펄스를 공급한다(S402). 이때, 터치IC(220)는 Rx 라인의 숫자만큼 구동펄스를 공급할 수 있다. 예를 들어, 도 3을 참조할 때, 터치 스크린(210)에 Rx 라인이 모두 8개 있으므로, 터치IC(220)는 하나의 Tx 라인에 대하여 8번의 구동펄스를 공급할 수 있다.

터치IC(220)는 Tx 라인에 공급되는 구동펄스에 응답하여 각 Rx 라인의 전압을 순차적으로 센싱한다(S404). 정전용량방식으로 터치를 센싱하는 경우, 터치가 발생한 센서 노드에서는 정전용량이 감소하여 해당 센서노드에 연결된 Rx 라인의 전압은 다른 Rx 라인의 전압보다 작게 센싱된다. 표시장치(200)는 이렇게 Rx 라인의 센싱 전압이 다르게 센싱되는 원리를 이용하여 터치의 위치를 판별하게 된다.

하나의 Tx 라인에 대해 구동펄스를 공급하고 각 Rx 라인별로 전압을 센싱하는 것을 스캔이라고 할 때, 터치IC(220)는 하나의 Tx 라인에 대해 N번의 스캔을 진행할 수 있다. 이에 따라, 터치IC(220)는 카운터를 증가시키면서 카운터 값이 N보다 크면(S406에서 YES), 하나의 Tx 라인에 대한 스캔을 종료하고, 카운터 값이 N보다 작아지면(S406에서 NO), S402와 S404 단계의 스캔을 다시 수행할 수 있다.

도 5는 도 3의 각 Tx 라인에 대하여 스캔횟수(N)를 다르게 제어하는 것을 나타내는 도면이다. 도 5에서 (b)는 (a)에 연속되는 다음 프레임의 터치 스크린 구동을 나타낸다. 설명의 편의를 위하여 도 5의 (a)를 제1 프레임으로 도 5의 (b)를 제2 프레임으로 명명한다.

도 5를 참조하면, 터치IC(220)는 제1 프레임에서 전체 Tx 라인에 대하여 L번의 스캔을 진행하고, 제2 프레임에서는 Tx2, Tx3 및 Tx4 라인에 대하여만 L번의 스캔을 진행하고 나머지 Tx 라인(Tx1, Tx5 및 Tx6 라인)에 대해서는 S번의 스캔을 진행한다. 여기서, L과 S는 자연수로서 L이 S보다 큰 값을 가진다.

MCU(230)는 터치IC(220)를 제어하여 터치IC(220)의 스캔 횟수를 제어할 수 있는데, 도 5에 도시된 실시예에서 MCU(230)는 제1 프레임에서 전체 영역에 대해 L번의 스캔을 진행하여 터치를 인식하고 제2 프레임에서는 터치 스크린(210)의 영역을 구분하여 한 영역(Tx2, Tx3 및 Tx4 라인 영역)에서는 L번의 스캔을 진행하지만 다른 영역(Tx1, Tx5 및 Tx6 라인 영역)에서는 S번의 스캔을 진행하여 각 Tx 라인에 대하여 스캔횟수를 다르게 제어하고 있다.

제1 프레임에서의 스캔 모드를 노멀 모드(Normal mode)의 일 예시로 보고, 제2 프레임에서의 스캔 모드를 저전력 모드의 일 예시라고 할 때, MCU(230)는 터치가 최초 발생될 때까지 제1 프레임에서와 같이 노멀 모드 스캔을 진행하다가, 터치가 발생된 이후에는 제2 프레임에서와 같이 저전력 모드 스캔을 진행할 수 있다.

도 6은 도 3의 각 Tx 라인에 대하여 스캔횟수(N)를 다르게 제어하는 방법에 대한 제어 흐름도이다. 도 6은 도 5의 (b)에 대응되는 제2 프레임에서의 제어 방법에 대한 흐름도이다.

MCU(230)는 이전 프레임에서의 터치 좌표를 확인한다(S602). 그리고, 스캔을 진행할 Tx 라인을 선택하고(S604), 확인된 터치 좌표를 바탕으로 Tx 라인에 따른 스캔횟수를 결정한다(S606). 앞에서 도 5를 참조하여 설명한 예시를 따를 때, MCU(230)는 S606 단계에서 Tx1, Tx5 및 Tx6 라인에 대하여는 스캔횟수를 S번으로 결정하고, Tx2, Tx3 및 Tx4 라인에 대하여는 스캔횟수를 L번으로 결정할 수 있다.

스캔횟수를 결정한 후에, MCU(230)는 터치IC(220)를 제어하여 터치IC(220)가 도 4를 참조하여 설명한 것과 같이 결정된 스캔횟수만큼 각 Tx 라인에 대하여 스캔을 진행하도록 한다.

각 Tx 라인에 대하여 스캔을 진행하고(S614에서 NO), 마지막 Tx 라인까지 스캔을 진행하면(S614에서 YES), MCU(230)는 좌표 정보를 포함하는 터치 데이터를 생성한다(S616). 이때(S616) 생성된 터치 데이터는 호스트(240)로 전송될 수 있고(S618), 또한 다음 프레임에서 도 6과 같은 제어를 반복할 때, 이전 프레임 터치 좌표 정보로서 활용된다(S602 단계에서 활용됨).

도 5 및 도 6을 참조하여 각 Tx 라인에 대하여 스캔횟수를 다르게 제어하는 방법의 실시예에 대해 설명하였다. 다음으로는, 이러한 제어 방법에서 스캔횟수를 작게 제어하는 영역을 설정하는 방법에 대해 살펴본다.

도 7은 저전력 모드 영역을 설정하는 방법을 설명하기 위한 도면이다.

MCU(230)는 이전 프레임에서의 터치 위치(520)로부터 일정 거리(710) 이내의 영역(720, 이하 "노멀 모드 영역"이라 함)과 그 밖의 영역(이하 "저전력 모드 영역"이라 함)으로 구분하여 노멀 모드 영역과 겹쳐지는 Tx 라인에 대하여는 노멀 모드로 스캔(예를 들어, 전술한 예에서 L번 스캔)하고, 저전력 모드 영역과 겹쳐지고 노멀 모드 스캔이 수행되지 않는 Tx 라인에 대하여는 저전력 모드로 스캔(예를 들어, 전술한 예에서 S번 스캔)할 수 있다.

이렇게 이전 프레임에서의 터치 위치(520)로부터 일정 거리(710)로서 영역을 구분하는 것은 사용자의 움직임이 물리적으로 제한된다는 원리에 따른 것이다. 사용자의 움직임이 물리적으로 제한되기 때문에 현 프레임에서의 터치 위치(530)가 이전 프레임에서의 터치 위치(520)로부터 소정 거리 이상 떨어지지 않는다는 원리에 따라 MCU(230)는 일정 거리(710) 이내의 영역(노멀 모드 영역)에 대하여는 그외의 영역(저전력 모드 영역)보다 많은 스캔을 진행한다.

일정 거리는 측정 데이터를 통해 통계적으로 계산해 낼 수 있다. 도 7의 (b)는 10개의 프레임에 대하여 랜덤하게 이동하는 사용자의 손에 의해 발생하는 터치 좌표의 값을 나타내고 있다. 도 7의 (b)를 참조할 때, 9번 프레임과 10번 프레임 사이에서 터치 좌표가 최대로 이동하여 Tx 방향으로 3만큼 이동하였으며, Rx 방향으로 1만큼 이동하였다. 이에 따라 일정 거리를 Tx 방향으로는 3만큼 설정하고 Rx 방향으로 1만큼 설정할 수 있다. 마진을 고려하여 이보다 큰 값(예를 들어, Tx 방향으로 4, Rx 방향으로 2)을 사용할 수도 있다.

사용자가 여러 번의 테스트를 통해 일정 거리 값을 계산하고 MCU(230)에 설정값으로서 입력할 수도 있으나, MCU(230)가 터치 좌표의 히스토리를 관리하여 자동적으로 일정 거리 값을 계산할 수도 있다. 예를 들어, MCU(230)는 최근 1000 프레임 내에서 최대로 이동한 터치 좌표 값에 따라 전술한 일정 거리 값을 계산할 수도 있다. 이때, MCU(230)는 이전 프레임의 터치 좌표를 모두 저장할 필요는 없고 직전 프레임에 대한 터치 좌표만 저장하고 있으면서 직전 프레임의 터치 좌표와 현 프레임의 터치 좌표의 차이에 따른 터치 좌표 이동 값을 계산한다. 그리고 MCU(230)는 터치 좌표 이동 값을 저장하고 매 프레임마다 계산되는 터치 좌표 이동 값이 이전에 저장한 값보다 크면 터치 좌표 이동 값을 갱신하는 방식으로 터치 좌표 이동 값의 최대 값을 도출해 낼 수 있다.

일정 거리는 한 방향에 대하여만 설정될 수도 있다. 예를 들어, Tx 방향에 대하여만 설정하고 Rx 방향에 대하여는 영역을 구분하지 않을 수 있다.

한편, 일정 거리가 확정되어 노멀 모드 영역과 저전력 모드 영역가 구분되면, MCU(230)는 Rx 라인에 대하여도 저전력 모드로 전압을 센싱할 수 있다.

도 8은 Tx 라인 및 Rx 라인에 대하여 저전력 모드로 구동하는 것을 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 이전 프레임의 터치 위치(520)로부터 일정 거리 내에 있는 Tx 라인들 및 Rx 라인들이 교차하는 영역이 노멀 모드 영역(810)으로 설정되고 그외의 영역은 저전력 모드 영역(820a, 820b, 830a 및 830b)으로 설정되고 있다.

터치IC(220)는 Tx 라인들로 공급되는 구동펄스에 대응하여 센서노드(Tx 라인과 Rx 라인이 교차하는 지점) 전압을 센싱하는데, 이러한 센서노드의 전압은 Rx 라인을 통해 센싱되기 때문에 명세서의 일부에서는 Rx 라인의 전압을 센싱하는 것으로 설명하였다. 도 8의 실시예에서는 센서노드별로 터치 스크린(210)의 영역이 구별될 수 있음으로 이에 대한 설명에서는 터치IC(220)가 센서노드 전압을 센싱하는 것으로 표현한다.

터치IC(220)는 노멀 모드 영역(810)과 겹쳐지는 Tx 라인들에 대하여 노멀 모드로 구동펄스를 공급할 수 있다. 이때, 터치IC(220)는 노멀 모드 영역(810)의 센서노드와 그외 영역(820a, 820b)의 센서노드 전압을 다르게 센싱할 수 있다.

노멀 모드 영역(810)은 이전 프레임의 터치 좌표로 판단할 때, 터치가 발생할 가능성이 높으므로 터치IC(220)는 노멀 모드 영역(810) 내 센서노드에 대하여 노멀 모드로 센싱한다. 이에 반해, 그외 영역(820a, 820b)은 터치가 발생할 가능성이 낮으므로 터치IC(220)는 저전력 모드로 센서노드 전압을 센싱할 수 있다. 일 예로서, 터치IC(220)는 해당 센서노드에 대하여 센싱시간을 줄여서 전압을 센싱할 수 있다. 센싱시간이 짧아질수록 터치IC(220)는 소모 전력을 줄일 수 있다.

노멀 모드로 구동펄스가 공급되지 않는 영역(830a, 830b)에서 터치IC(220)는 Tx 라인들에 대하여 저전력 모드로 구동펄스를 공급하고, Rx 라인들에 대하여도 저전력 모드로 센서노드 전압을 센싱할 수 있다.

도 9는 그룹단위 센싱을 진행하는 경우 Tx 라인 및 Rx 라인에 대하여 저전력 모드로 구동하는 것을 나타내는 도면이다.

터치IC(220)는 두 개 이상의 라인을 묶어 그룹화하고 그룹단위로 터치를 센싱할 수 있다. 예를 들어, Tx1과 Tx2를 제1 Tx그룹, Tx3과 Tx4를 제2 Tx그룹, Tx5와 Tx6을 제3 Tx그룹으로 그룹화하고, Rx1과 Rx2를 제1 Rx그룹, Rx3과 Rx4를 제2 Rx그룹, Rx5와 Rx6을 제3 Rx그룹, Rx7과 Rx8을 제4 Rx그룹으로 그룹화할 수 있다. 이때, 터치IC(220)가 그룹단위로 터치를 센싱하면 센싱에 소모되는 전력을 줄일 수 있게 된다.

도 9를 참조하면, 터치IC(220)는 노멀 모드 영역(910)과 교차하는 그룹들(제1 Tx그룹, 제2 Tx그룹, 제1 Rx그룹, 제2 Rx그룹, 제3 Rx그룹)에 대하여는 그룹단위 센싱을 진행하지 않고 개별 라인들에 대하여 노멀 모드로 센싱을 진행한다. 그리고, 터치IC(220)는 그외의 그룹들(제3 Tx그룹 및 제4 Rx그룹)에 대하여는 그룹단위 센싱(Tx 라인에 대하여는 그룹단위로 구동펄스를 공급하고 Rx 라인에 대하여는 그룹단위로 전압을 센싱)을 진행하여 소모 전력을 저감시키게 된다.

한편, 이전 프레임에서 터치가 발생하여야 MCU(230)는 터치 좌표를 생성하고 해당 터치 좌표로부터 일정 거리에 따라 노멀 모드와 저전력 모드를 구분하여 터치IC(220)를 제어할 수 있다. MCU(230)는 이전 프레임에서 터치가 발생하지 않을 때는 전체 영역에 대하여 노멀 모드로 제어할 수 있다. 설명의 편의를 위하여 아래에서는 전체 영역에 대하여 노멀 모드로 제어하는 것을 노멀 센싱, 영역을 구분하여 노멀 모드와 저전력 모드로 제어하는 것을 저전력 센싱이라고 표현한다.

도 10은 터치 유무에 따라 노멀 센싱과 저전력 센싱을 선택적으로 실시하는 제어의 흐름도이다.

도 10을 참조하면, MCU(230)는 플래그(Area Flag)를 메모리를 통해 관리할 수 있다. 플래그는 블리언(boolean) 타입의 변수일 수 있으나 이로 제한되는 것은 아니며 두 가지 이상의 값을 나타낼 수 있다 다른 타입의 변수일 수 있다.

MCU(230)는 플래그가 ON 상태로 되어 있지 않으면(S902에서 NO), 노멀 센싱을 진행한다(S904). 이러한 노멀 센싱에서 터치가 센싱되지 않으면(S906에서 NO), MCU(230)는 노멀 센싱을 다시 진행한다(S904).

터치가 센싱되면(S906에서 YES), MCU(230)는 플래그를 ON 상태로 변경한다. 그리고 MCU(230)는 플래그가 ON 상태인 것을 확인하고(S902에서 YES), 저전력 센싱을 진행하게 된다(S910). 저전력 센싱에서 다시 터치가 센싱되지 않으면(S906에서 NO), MCU(230)는 다시 노멀 센싱 단계(S904)로 이동한다.

위에서는 Tx 라인의 저전력 모드 스캔에 대하여 스캔횟수를 작게 제어하는 실시예에 대해 설명하였다. 저전력 모드 스캔은 터치IC(220)가 구동펄스를 공급할 때 발생하는 소모 전력을 줄이는 것을 나타내는 것으로 스캔횟수를 작게 하는 방식으로 제한되는 것은 아니다.

도 11은 Tx 라인에 대한 저전력 모드 스캔의 실시예들을 설명하기 위한 구동신호의 파형도이다.

도 11의 (a)는 한 프레임 내에서 한 Tx 라인에 대하여 진행되는 노멀 모드 스캔의 구동신호 파형도이다. 도 11의 (a)를 참조하면, 한 프레임 내에서 MCU(230)는 6번의 스캔을 진행한다. 도 11의 (a)에는 도시되지 않았으나 한 스캔시간 내에는 다수의 구동펄스가 Tx 라인으로 공급될 수 있다.

도 11의 (b)는 저전력 모드 스캔의 제1 예시로서 구동신호 내의 구동펄스 전압 크기를 작게 제어하는 것을 나타내고 있다. 구동에서의 전력소모는 전압 혹은 전압의 제곱에 비례할 수 있는데, 터치IC(220)는 구동펄스의 전압을 작게 하여 소모 전력을 줄일 수 있게 된다.

도 11의 (c)는 저전력 모드 스캔의 제2 예시로서 스캔횟수를 적게 제어하는 것을 나타내고 있다. 구동에서의 전력소모는 스캔횟수에 비례할 수 있는데, 터치IC(220)는 스캔횟수를 적게 하여 소모 전력을 줄일 수 있게 된다.

도 11의 (d)는 저전력 모드 스캔의 제3 예시로서 구동펄스의 펄스폭을 좁게 제어하는 것을 나타내고 있다. 도 11의 (d)에서는 이해를 돕기 위해 구동펄스의 펄스폭이 좁아져서 스캔시간도 짧아진 것으로 도시하였으나 구동펄스의 펄스폭만 좁아지고 구동펄스의 간격은 유지되는 경우 스캔시간은 노멀 모드와 동일할 수 있다.

도 11의 (e)는 저전력 모드 스캔의 제4 예시로서 각 스캔에 대하여 제3 예시와 제1 예시가 교대로 진행되도록 제어하는 것을 나타내고 있다. 도 11의 (e)에서는 이해를 돕기 위해 제3 예시와 제1 예시가 교대로 진행되는 것으로 도시하였으나 제3 예시와 제1 예시가 동시에 적용되어 전압이 작고 펄스폭이 좁은 구동펄스를 이용하여 저전력 모드 스캔을 진행할 수도 있다.

도 12는 프레임 단위로 저전력 모드가 적용되는 실시예에서의 파형도이다. MCU(230)는 저전력 모드에서 일부 프레임의 구동펄스가 스킵되도록 제어할 수 있는데, 도 12가 이러한 실시예를 설명하기 위한 도면이다.

앞선 실시예들에서 MCU(230)는 각 프레임에 대하여 직전 프레임에서의 터치 좌표를 이용하여 영역을 구분하고 저전력 센싱을 진행하였다. 하지만 본 발명이 이로 제한되는 것은 아니다. 예를 들어, MCU(230)는 두 프레임 이전의 프레임에서의 터치 좌표를 이용하여 저전력 센싱을 진행할 수도 있다.

도 12의 예시에서 MCU(230)는 두 개의 프레임(제1 프레임 및 제2 프레임)을 묶어서 터치 유무를 판단하고 터치가 있는 경우 다음 두 프레임(제3 프레임 및 제4 프레임)에서 저전력 센싱을 진행할 수 있다.

도 12를 참조하면, MCU(230)는 제1 프레임 혹은 제2 프레임에서 터치가 발생하여 그 다음 프레임들에서 Tx2, Tx3 및 Tx4 라인은 노멀 모드 스캔을 진행하고 Tx1, Tx5 및 Tx6 라인은 저전력 모드 스캔을 진행한다. 저전력 모드 스캔(230)에서 MCU(230)는 두 개의 프레임 중 하나의 프레임에서는 구동펄스가 스킵(skip)되도록 제어할 수 있다. 이에 따라, Tx1, Tx5 및 Tx6 라인에 대하여 제4 프레임과 제6 프레임에서는 구동신호가 공급되지 않고 있다.

한편, 실시예들은 싱글 모드 터치 센싱뿐만 아니라 멀티 모드 터치 센싱에도 적용될 수 있다. 멀티 모드 터치 센싱에서 이전 프레임의 터치 좌표는 둘 이상일 수 있고, 이에 따라 MCU(230)는 둘 이상의 터치 좌표를 중심으로 노멀 모드 영역과 저전력 모드 영역을 둘 이상씩 설정하여 전술한 실시예들을 적용할 수 있다.

상기에서 저전력 모드로 구동하여 전력 소모를 줄이는 터치 스크린 구동 장치 및 방법의 실시예들에 대해 설명하였다. 이러한 실시예들을 적용하여 터치 스크린 구동에서의 전력 소모를 줄일 수 있다. 특히, 터치 가능성이 낮은 영역만 선택적으로 저전력 모드 구동하는 실시예를 적용하면 터치 센싱의 정확도를 떨어뜨리지 않으면서 전력 소모를 줄일 수 있게 된다.

뿐만 아니라, 스캔횟수를 줄이는 것과 같은 방식으로 저전력 모드 구동하는 경우, 터치IC(220) 혹은 MCU(230)의 신호처리부하 혹은 데이터처리부하를 경감시켜 저비용 터치IC(220) 혹은 MCU(230)를 제작하거나 경감된 부하만큼 다른 기능을 더 수행할 수 있게 된다. 또한, 스캔횟수를 줄이게 되면 전체적인 센싱 시간이 줄어들어 한 프레임의 시간을 짧게 할 수 있다. 이렇게 한 프레임의 시간이 짧아지면 센싱 속도가 빨라지게 되어 센싱감도를 더 높일 수 있게 된다.

이상에서 기재된 "포함하다", "구성하다" 또는 "가지다" 등의 용어는, 특별히 반대되는 기재가 없는 한, 해당 구성 요소가 내재될 수 있음을 의미하는 것이므로, 다른 구성 요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것으로 해석되어야 한다. 기술적이거나 과학적인 용어를 포함한 모든 용어들은, 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 사전에 정의된 용어와 같이 일반적으로 사용되는 용어들은 관련 기술의 문맥 상의 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 발명에서 명백하게 정의하지 않는 한, 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미로 해석되지 않는다.

이상의 설명은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 설명한 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

210 : TSP
220 : 터치IC
230 : MCU
240 : 호스트
290 : 표시패널
292 : 드라이버IC
294 : T-con

Claims (8)

1. Tx 라인들 및 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들을 포함하는 터치 스크린;
   상기 Tx 라인들로 구동펄스를 공급하고 상기 Rx 라인들에 대한 센싱 전압을 디지털 데이터로 변환하며 미리 설정된 터치 알고리즘에 따라 상기 디지털 데이터로부터 터치 좌표를 생성하는 터치콘트롤러를 포함하고,
   상기 터치콘트롤러는 이전 프레임에서 생성된 터치 좌표로부터 일정 범위 밖에 있는 Tx 라인들에 대하여 저전력 모드로 구동펄스를 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치콘트롤러는,
   상기 저전력 모드에서 상기 구동펄스의 전압 크기가 작아지거나 펄스폭이 좁아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 터치콘트롤러는,
   상기 저전력 모드에서 일부 프레임의 구동펄스가 스킵되도록 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
4. 제1항에 있어서,
   상기 터치콘트롤러는,
   상기 저전력 모드에서 상기 구동펄스 공급횟수가 적어지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 터치콘트롤러는,
   상기 일정 범위 밖에 있는 Rx 라인들에 대하여 저전력 모드로 전압을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
6. 제5항에 있어서,
   상기 터치콘트롤러는,
   상기 저전력 모드에서 센싱시간이 작아지도록 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 터치콘트롤러는,
   적어도 둘 이상의 Tx 라인들로 그룹화하고 상기 일정 범위 밖에 있는 Tx 라인들에 대하여 그룹단위로 구동펄스를 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
8. Tx 라인들 및 상기 Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들을 포함하는 터치 스크린을 구동하는 방법에 있어서,
   상기 Tx 라인들로 구동펄스를 공급하는 단계;
   상기 Rx 라인들의 센싱 전압을 디지털 데이터로 변환하는 단계; 및
   미리 설정된 터치 알고리즘에 따라 상기 디지털 데이터로부터 터치 좌표를 생성하는 단계를 포함하고,
   상기 구동펄스를 공급하는 단계에서,
   이전 프레임에서 생성된 터치 좌표로부터 일정 범위 밖에 있는 Tx 라인들에 대하여 저전력 모드로 구동펄스를 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 방법.

Images