KR20150077186A - 터치스크린 장치 및 터치 감지 방법 - Google Patents

터치스크린 장치 및 터치 감지 방법 Download PDF

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KR20150077186A
KR20150077186A KR1020130166121A KR20130166121A KR20150077186A KR 20150077186 A KR20150077186 A KR 20150077186A KR 1020130166121 A KR1020130166121 A KR 1020130166121A KR 20130166121 A KR20130166121 A KR 20130166121A KR 20150077186 A KR20150077186 A KR 20150077186A
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이현석
권태현
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박타준
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Abstract

본 발명은 터치스크린 장치 및 터치 감지 방법에 관한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치는 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부; 상기 복수의 제1 전극 중 M(2 이상의 자연수)개의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 동시에 인가하는 구동 회로부; 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극의 교차점에서 생성되는 정전용량을 검출하여 감지신호를 출력하는 감지 회로부; 및 상기 감지 신호에 따라 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함하고, 상기 구동 회로부는 소정의 M행 및 N(2 이상의 자연수)열의 행렬에 따라 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 행렬의 제1열의 제1행 내지 제fix(M/2)+1행의 요소는 1이고, 제fix(M/2)+2행 내지 제M행의 요소는 -1이고, 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드 및 왈쉬 코드 중 적어도 하나에 따라 생성되고, 상기 fix(M/2)는 M/2의 소수점 이하의 수를 버리는 함수일 수 있다.

Description

터치스크린 장치 및 터치 감지 방법{TOUCHSCREEN APPARATUS AND METHOD FOR SENSING TOUCH INPUT}
본 발명은 터치스크린 장치 및 터치 감지 방법에 관한 것이다.
터치스크린, 터치패드 등과 같은 터치스크린 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 터치스크린 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)의 변화를 생성하며, 복수의 노드에서 생성되는 정전용량 변화에 가중 평균 계산법 등을 적용하여 터치 입력의 좌표를 계산할 수 있다.
최근 터치스크린 장치는 소형 모바일 기기뿐만 아니라 대형 화면을 구비한 노트북 컴퓨터, TV 등에도 채용되고 있는데, 터치스크린 장치의 크기가 증가함에 따라 전극의 수 및 크기가 증가하게 된다. 이에 따라, 복수의 전극에 구동 신호를 순차적으로 인가하는 경우에 증가한 전극의 수만큼 구동 시간이 증가하게 되고, 또한, 증가한 전극의 크기만큼 정전용량이 커지게 되어 전압을 충전하는 시간, 즉 구동 시간이 증가하는 문제점이 있다.
일본 공개특허공보 2013-149223
본 발명의 과제는 전술한 종래 기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 제1열의 제1행 내지 제fix(M/2)+1행의 요소는 1이고, 제fix(M/2)+2행 내지 제M행의 요소는 -1이고, 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드에 따라 생성되는 행렬에 따라 생성되는 구동 신호를 복수의 구동 전극 중 M개의 구동 전극에 동시에 인가할 수 있는 터치스크린 장치 및 터치 감지 방법을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부; 상기 복수의 제1 전극 중 M개의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 동시에 인가하는 구동 회로부; 상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극의 교차점에서 생성되는 정전용량을 검출하여 감지신호를 출력하는 감지 회로부; 및 상기 감지 신호에 따라 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함하고, 상기 구동 회로부는 소정의 M행 및 N열의 행렬에 따라 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 행렬의 제1열의 제1행 내지 제fix(M/2)+1행의 요소는 1이고, 제fix(M/2)+2행 내지 제M행의 요소는 -1이고, 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드 및 왈쉬 코드 중 적어도 하나에 따라 생성되는 터치스크린 장치를 제안한다.
상기 M과 N은 N=M+1을 만족할 수 있다.
상기 행렬의 제1행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드에 따라 생성되고, 제2행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 상기 제1행의 제2열 내지 제N열의 요소를 각 행마다 하나의 비트씩 쉬프트하여 생성될 수 있다.
상기 행렬의 제1행 내지 제M열의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 왈쉬 코드에 따라 생성되는 하다마르 행렬의 요소와 동일한 터치스크린 장치.
상기 구동 회로부는, 상기 행렬의 M개의 행에 따라 생성되는 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극 중 M개의 제1 전극에 동시에 인가할 수 있다.
상기 구동 회로부는, 상기 행렬의 N개의 열에 따라 생성되는 구동 신호를 N개의 타이밍 각각에 인가할 수 있다.
상기 감지 회로부는, 하기의 수식 1에 의해서 상기 감지 신호를 출력할 수 있다.
[수식 1]
Figure pat00001
(Sk: 감지 신호, Ct,k: 제1 전극 Xt와 제2 전극 Yk의 교차점에서 생성되는 정전용량, Dt: 제1 전극 Xt에 인가되는 구동 신호)
상기 연산부는, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 행렬을 상관 관계 연산하여 산출되는 상관 관계 값에 따라 상기 터치 입력을 판단할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 소정의 열 벡터를 곱셈 연산하여 상기 상관 관계 값 내에 존재하는 상호 상관 관계 값을 보정할 수 있다.
상기 소정의 열 벡터는 M+1개의 행으로 이루어진 제1 열 벡터 및 제2 열 벡터를 포함하고, 상기 제1 열 벡터는 모든 행의 요소가 1 이며, 상기 제2 열 벡터는 첫 행의 요소가 -1이고, 나머지 행의 요소가 1일 수 있다.
상기 연산부는, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 제1 열 벡터의 곱셈 연산하여 제1 보정값을 산출하고, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 제2 열 벡터의 곱셈 연산하여 제2 보정값을 산출할 수 있다.
상기 연산부는, 상기 제1, 2 보정값에 따라 상기 상관 관계 값 내에 존재하는 상기 상호 상관 관계 값을 보정할 수 있다.
상기 구동 회로부는, 상기 행렬의 요소가 1인 경우 양의 구동 전압을 인가하고, -1인 경우 음의 구동 전압을 생성할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 복수의 제1 전극 중 M개의 제1 전극에 동시에 소정의 구동 신호를 인가하는 단계; 상기 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하여 감지 신호를 획득하는 단계; 및 상기 감지 신호와 상기 구동 신호의 상관 관계 값을 산출하여 터치 입력을 판단하는 단계; 를 포함하고, 상기 구동 신호를 인가하는 단계는, 소정의 M행 및 N열의 행렬에 따라 생성되는 상기 구동 신호를 상기 N개의 제1 전극에 인가하고, 상기 행렬의 제1열의 제1행 내지 제fix(M/2)+1행의 요소는 1이고, 제fix(M/2)+2행 내지 제M행의 요소는 -1이고, 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드 및 왈쉬 코드 중 적어도 하나에 따라 생성되는 터치 감지 방법을 제안한다.
상기 M과 N은 N=M+1을 만족할 수 있다.
상기 행렬의 제1행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드에 따라 생성되고, 제2행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 상기 제1행의 제2열 내지 제N열의 요소를 각 행마다 하나의 비트씩 쉬프트하여 생성될 수 있다.
상기 행렬의 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 왈쉬 코드에 따라 생성되는 하다마르 행렬의 요소와 동일할 수 있다.
상기 구동 신호를 인가하는 단계는, 상기 행렬의 M개의 행에 따라 생성되는 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극 중 M개의 제1 전극에 동시에 인가할 수 있다.
상기 구동 신호를 인가하는 단계는, 상기 행렬의 N개의 열에 따라 생성되는 구동 신호를 N개의 타이밍 각각에 인가할 수 있다.
상기 감지 신호를 획득하는 단계는, 하기의 수식 2에 의해서 상기 감지 신호를 획득할 수 있다.
[수식 2]
Figure pat00002
(Sk: 감지 신호, Ct,k: 제1 전극 Xt와 제2 전극 Yk의 교차점에서 생성되는 정전용량, Dt: 제1 전극 Xt에 인가되는 구동 신호)
상기 터치 입력을 판단하는 단계는, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 행렬을 상관 관계 연산하여 산출되는 상관 관계 값에 따라 상기 터치 입력을 판단할 수 있다.
상기 터치 입력을 판단하는 단계는, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 소정의 열 벡터를 곱셈 연산하여 상기 상관 관계 값 내에 존재하는 상호 상관 관계 값을 보정할 수 있다.
상기 소정의 열 벡터는 M+1개의 행으로 이루어진 제1 열 벡터 및 제2 열 벡터를 포함하고, 상기 제1 열 벡터는 모든 행의 요소가 1 이며, 상기 제2 열 벡터는 첫 행의 요소가 -1이고, 나머지 행의 요소가 1일 수 있다.
상기 터치 입력을 판단하는 단계는, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 제1 열 벡터의 곱셈 연산하여 제1 보정값을 산출하고, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 제2 열 벡터의 곱셈 연산하여 제2 보정값을 산출할 수 있다.
상기 터치 입력을 판단하는 단계는, 상기 제1, 2 보정값에 따라 상기 상관 관계 값 내에 존재하는 상기 상호 상관 관계 값을 보정할 수 있다.
상기 구동 신호를 인가하는 단계는, 상기 행렬의 요소가 1인 경우 양의 구동 전압을 인가하고, -1인 경우 음의 구동 전압을 생성할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 구동 전극에 동시에 구동 신호를 인가하여 터치 응답 속도를 개선할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자 기기의 외관을 나타낸 사시도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부의 단면을 나타낸 도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도이다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 6 내지 도 9는 본 발명의 터치 감지 방법을 설명하기 위하여 제공되는 도이다.
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 일 실시예에 따른 터치스크린 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 접촉 감지 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), PI(Polyimide), PMMA (Polymethylmethacrylate) 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. 또한, 감지 전극을 Ag, Al, Cr, Ni, Mo, Cu 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 제조되는 도전체 세선(細線)으로 형성할 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.
본 발명에 따른 접촉 감지 장치는 정전용량 방식에 따라 동작하는 것을 가정하므로, 소정의 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 또한 복수의 전극에서 생성되는 정전용량의 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 일 실시예에 따른 터치스크린 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.
복수의 전극(220, 230)은 기판(210)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있으며, 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.
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)과 전기적으로 연결되어 터치 입력을 감지하는 장치는, 터치 입력에 의해 복수의 전극(220, 230)에서 생성되는 정전용량의 변화를 검출하고 그로부터 터치 입력을 감지한다. 제1 전극(220)은 컨트롤러 집적 회로에서 D1~D8로 정의되는 채널에 연결되어 소정의 구동 신호를 인가받을 수 있으며, 제2 전극(230)은 S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 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)의 변화를 감지 신호로 검출할 수 있다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부의 단면을 나타낸 도이다. 도 3은 도 2에 도시한 패널부(200)를 Y-Z 평면으로 잘라서 나타낸 단면도로서, 도 2에서 설명한 기판(210), 복수의 감지 전극(220, 230) 이외에 접촉을 인가받는 커버 렌즈(240, Cover Lens)를 더 포함할 수 있다. 커버 렌즈(240)는 감지 신호 검출에 이용되는 제2 전극(230) 상에 마련되어 손가락 등의 접촉 물체(250)로부터 터치 입력을 인가받는다.
채널 D1~D8을 통해 제1 전극(320)에 구동 신호가 인가되면, 구동 신호가 인가된 제1 전극(220)과, 제2 전극(230) 사이에서 결합 정전용량이 생성된다. 제1 전극(220)에 구동 신호가 인가되면, 접촉 물체(250)가 접촉된 영역과 인접한 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에서 생성되는 결합 정전용량에서 정전용량의 변화가 발생한다. 상기 정전용량의 변화는 접촉 물체(250)와 구동 신호가 인가된 제1 전극(220) 및 제2 전극(230) 사이의 중첩된 영역의 면적에 비례할 수 있으며, 도 3에서는 채널 D2 및 D3에 각각 연결된 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에서 생성된 결합 정전용량이 접촉 물체(250)에 의해 영향을 받는다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도이다.
도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 패널부(310), 구동 회로부(320), 감지 회로부(330), 신호 변환부(340), 및 연산부(350)를 포함한다. 이 때, 구동 회로부(320), 감지 회로부(330), 신호 변환부(340) 및 연산부(350)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.
패널부(310)는 제1축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수 행의 제1 전극(구동 전극) X1-Xm과, 제1축에 교차하는 제2축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수 열의 제2 전극(감지 전극) Y1-Yn을 포함한다. 이 때, 노드 커패시터 C11~Cmn는 복수의 제1 전극 X1-Xm 및 제2 전극 Y1-Yn의 교차점에서 생성되는 결합 정전용량을 등가적으로 표현한 것이다.
구동 회로부(320)는 패널부(310)의 복수의 제1 전극 X1-Xm에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있다. 구동 회로부(320)는 복수의 구동 신호 생성 회로를 구비하여, 복수의 제1 전극 X1-Xm에 동시에 구동 신호를 인가할 수 있다. 또한, 복수의 제1 전극 X1-Xm을 그룹화하여 순차적으로 구동 신호를 인가하는 것 또한 가능하다.
감지 회로부(330)는 복수의 제2 전극 Y1-Yn으로부터 노드 커패시터 C11-Cmn의 정전용량을 검출하여 감지 신호를 출력한다. 감지 회로부(330)는 적어도 하나의 연산 증폭기와 적어도 하나의 커패시터를 각각 구비하는 복수의 C-V 컨버터(335)를 포함할 수 있으며, 복수의 C-V 컨버터(335) 각각은 복수의 제2 전극 Y1-Yn과 연결될 수 있다.
복수의 C-V 컨버터(335)는 노드 커패시터 C11-Cmn의 정전용량을 전압 신호로 변경하여 아날로그 형태인 감지 신호를 출력할 수 있는데, 일 예로 복수의 C-V 컨버터(335) 각각은 정전용량을 적분하는 적분 회로를 포함할 수 있다. 적분 회로는 정전용량을 적분하여 소정의 전압으로 변경하여 출력할 수 있다.
도 4에서는 C-V 컨버터(335)의 구성이 연산 증폭기의 반전단과 출력단에 사이에 커패시터 CF가 배치되는 것으로 도시되었으나, 회로 구성의 배치가 변경될 수 있음은 물론이다. 나아가, 도 4에서는 하나의 연산증폭기와 하나의 커패시터를 구비하는 것으로 도시되었으나, 이와 달리, 복수의 연산증폭기와 복수의 커패시터를 구비할 수 있다
복수의 제1 전극 X1-Xm 에 구동 신호를 인가하는 경우, 복수의 제2 전극으로부터 정전용량을 동시에 검출할 수 있으므로, C-V 컨버터(335)는 복수의 제2 전극 Y1-Yn의 개수인 n개 만큼 구비될 수 있다.
신호 변환부(340)는 감지 회로부(340)로부터 출력되는 감지 신호로부터 디지털 신호 SD를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(340)는 전압 형태로 감지 회로부(330)가 출력하는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(330)로부터 출력되는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호 SD로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다.
연산부(350)는 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(310)에 인가된 접촉 입력을 판단한다. 디지털 신호 SD를 이용하여 패널부(310)에 인가된 터치 입력의 개수, 좌표, 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.
연산부(350)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 정전용량의 차이를 나타내는 데이터일 수 있다. 통상적으로 정전용량 방식의 터치스크린 장치에서, 전도성 물체가 접촉된 영역은 접촉이 발생하지 않은 영역에 비해 정전용량이 감소하는 것으로 나타난다.
도 5는 도 4의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 개략적으로 나타낸 도이며, 도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 구동 신호를 설명하기 위하여 제공되는 행렬이다. 이하, 도 4 내지 도 6를 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 상세히 설명하도록 한다.
구동 회로부(320)는 도 6에 도시된 제15행*제16열의 행렬의 요소가 1인 경우에 전압 VDD를 인가할 수 있으며, 요소가 -1인 경우에 전압 -VDD를 인가할 수 있다.
도 6에 도시된 바와 같은 제15행 및 제16열의 행렬에 포함되는 요소에 따른 구동 신호를 시간 T1-T16의 타이밍에 따라 동시에 인가한다. 여기서, 구동 회로부(320)는 T1-T16을 한 주기로 하여 반복적으로 구동 신호를 인가할 수 있다.
제1행 내지 제15행의 요소에 따라 생성되는 구동 신호들은 각각 제1 전극 X1-X15에 인가될 수 있으며, 제1열 내지 제16열의 요소에 따라 생성되는 구동 신호들은 시간 T1-T16의 타이밍에 제1 전극 X1-X16에 동시에 인가될 수 있다.
상술한 설명에서, 패널부(310)의 제1 전극 Xt이 15개 있다고 가정하여(t=1~15), 구동 회로부(320)가 제1 전극 X1-X15 전부에 동시에 구동 신호를 인가하는 것으로 설명하였으나, 이와 달리 제1 전극이 복수 개 구비 되는 경우, 예를 들어 150개 구비될 시에는 150개의 제1 전극을 10개로 그룹화하여 15개씩 순차적으로 구동 신호를 인가하는 것 또한 가능하다.
도 6에 도시된 구동 신호에 관하여 설명하면, 제1 열 중 제1행 내지 제8행의 요소는 1이고, 제8행 내지 제15행의 요소는 -1임을 알 수 있다. 이 때, 제1 전극이 m개가 구비되는 경우에는 제1행 내지 제fix(m/2)+1행의 요소는 1이고, 제 fix(m/2)+2행 내지 제m행의 요소는 -1일 수 있다. 여기서, fix(x)는 x의 소수점 이하의 수를 버리는 함수를 의미한다.
제1행의 제2열 내지 제16열의 요소들은 널리 알려진 PN 코드(pseudo noise code)의 일 예를 나타낸 것이며, 제2행 내지 제15행의 제2열 내지 제16열의 요소들은 제1행의 제2열 내지 제16열의 요소들을 하나의 비트씩 쉬프트하여 생성되는 요소들을 포함하고 있음을 알 수 있다. 제2열 내지 제16열 각각에 포함되는 요소들은 다양한 PN 코드의 일 예를 나타낸 것으로서, 제2열 내지 제16열 각각에 포함되는 요소들이 PN 코드의 다양한 예들에 의해 변경될 수 있음은 물론이다.
나아가, 제2열 내지 제16열의 요소들은 행의 차수가 증가함에 따라 하나의 비트씩 열의 차수를 감소시켜 가면서 쉬프트되는 것을 확인할 수 있으나, 위와 반대로 열의 차수를 증가시켜 가면서 쉬프트되는 것 역시 가능하다. 또한, 도 6에서는 제1 전극 Xt이 15개 있다고 가정하여(t=1~15) 설명하였으나, 제1 전극이 m개가 구비되는 경우 도 6의 행렬은 제m행 및 제m+1열의 행렬로 확장될 수 있다.
상술한 설명에서는 PN 코드에 따라 생성되는 행렬에 새로운 제1열을 추가하여 도 6과 같은 행렬을 생성하는 것으로 설명하고 있으나, 본 실시예가 이에 한정되는 것은 아니며, 도 6의 행렬은 왈쉬 코드에 따라 생성되는 행렬에 새로운 제1열을 추가하는 행렬로 변형될 수 있다.
예를 들어, 왈쉬 코드에 따라 제m행 및 제m열의 하다마르 행렬을 생성하고, 이 후, 제1행 내지 제fix(m/2)+1행에 요소는 1이고, 제 fix(m/2)+2행 내지 제m행의 요소는 -1인 새로운 제1열을 추가하여 도 6의 행렬을 변형할 수 있다.
구동 회로부(320)가 행렬에 따라 구동 신호를 복수의 제1 전극 인가하는 경우, 감지 회로부(330)는 제1 전극 X1-X15와 제2 전극 Yk의 교차점에서 생성되는 정전용량을 제2 전극 Yk로부터 검출하여, 감지 신호 Sk를 출력하는데, 감지 신호 Sk는 하기의 수학식 1과 같이 표현될 수 있다. 여기서, Ct,k는 제1 전극 Xt와 제2 전극 Yk의 교차점에서 생성되는 결합 정전용량을 나타내며, Dt는 제1 전극 Xt에 인가되는 구동 신호를 나타낸다.
Figure pat00003
복수의 제1 전극이 m개 있다고 가정하는 경우, 수학식 1은 하기의 수학식 2와 같이 일반화될 수 있다.
Figure pat00004
이 후, 연산부(350)는 감지 신호 Sk를 이용하여 터치 입력을 판단할 수 있는데, 연산부(350)는 감지 신호 Sk와 구동 신호의 상관 관계(correlation) 연산에 의해 상관 관계 값 Corrt ,k을 산출할 수 있다. 보다 구체적으로, 연산부(350)는 한 주기 동안 획득되는 감지 신호 Sk와 한 주기 동안의 구동 신호를 상관 관계 연산하여 상관 관계 값을 산출한다.
다만, 도 6에 도시된 구동 신호는 PN 코드에 따라 생성되는 것으로서, 각 행의 요소가 서로 온전히 직교하지 않으므로, 산출되는 상관 관계 값 내에 상호 상관 관계 값이 존재하여 터치 입력을 정확하게 판단할 수 없다.
도 7은 도 6에 도시된 행렬 2개를 상관 관계 연산할 시에 생성되는 상관 관계 값에 대한 상관 관계 데이터이다. 도 7을 참조하면, 요소가 16 인 성분 - 자기 상관 관계 값 - 이외에도 요소가 -2 인 성분 - 상호 상관 관계 값 - 이 생성되는 것을 확인할 수 있는데, 각 행의 요소가 완전히 직교하지 않으므로 이와 같이 상호 상관 관계 값이 생성되는 것을 확인할 수 있다.
본 실시예에 따르면, 연산부(350)는 상기 상호 상관 값을 산출하여 보정할 수 있다. 도 8 및 도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 상호 상관 값의 보정 방법을 설명하는 데에 제공되는 도이다.
도 8을 참조하면, 도 6에 도시된 구동 신호와 [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]와 같은 열 벡터의 곱에 따라 생성되는 연산값 [2 2 2 2 2 2 2 2 0 0 0 0 0 0 0]에 의해 도 7에 도시된 상관 관계 데이터의 제1행 내지 제8행의 제9열 내지 제15열에 존재하는 상호 상관 값인 -2 성분을 보정한다. 이 때, 제1 전극 Xt가 m개 있는 경우, 상기 [1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]와 같은 열 벡터의 m개의 요소는 모두 1일 수 있다.
또한, 도 9를 참조하면, 연산부(350) 는 도 6에 도시된 구동 신호와 [-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]와 같은 열 벡터의 곱에 따라 생성되는 연산값 [0 0 0 0 0 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2]에 의해 도 7에 도시된 상관 관계 데이터의 제9행 내지 제15항의 제1열 내지 제8열에 존재하는 상호 상관 값인 -2 성분을 보정한다. 이 때, 제1 전극 Xt가 m개 있는 경우, 상기 [-1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1]와 같은 열 벡터는 처음 1개 행의 요소는 -1 이고, 나머지 m-1개 행의 요소는 모두 1일 수 있다.
이를 일반화하여 설명하면, 제1 전극 Xt가 m개 구비되는 경우, 연산부(350)는 한 주기 동안의 감지 신호 Sk와 1을 요소로 하는 m 열의 벡터의 곱에 따라 제1 보정값을 산출하여, 상관 관계 값의 행렬의 제1행 내지 제fix(m/2)+1행의 제fix(m/2)+2열 내지 제m열에 존재하는 상호 상관 관계 값을 보정한다. 또한, 한 주기 동안의 감지 신호 Sk와 -1을 첫 번째 열의 요소로 하고, 1을 두 번째부터 m 번째 열의 요소로 하는 벡터의 곱에 따라, 제fix(m/2)+2행 내지 제m행의 제1열 내지 제fix(m/2)+1열에 존재하는 상관 관계값을 보정한다.
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.
310: 패널부
320: 구동 회로부
330: 감지 회로부
340: 신호 변환부
350: 연산부

Claims (26)

  1. 복수의 제1 전극 및 복수의 제2 전극을 포함하는 패널부;
    상기 복수의 제1 전극 중 M(2 이상의 자연수)개의 제1 전극에 소정의 구동 신호를 동시에 인가하는 구동 회로부;
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 제2 전극의 교차점에서 생성되는 정전용량을 검출하여 감지신호를 출력하는 감지 회로부; 및
    상기 감지 신호에 따라 터치 입력을 판단하는 연산부; 를 포함하고,
    상기 구동 회로부는 소정의 M행 및 N(2 이상의 자연수)열의 행렬에 따라 상기 구동 신호를 생성하고, 상기 행렬의 제1열의 제1행 내지 제fix(M/2)+1행의 요소는 1이고, 제fix(M/2)+2행 내지 제M행의 요소는 -1이고, 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드 및 왈쉬 코드 중 적어도 하나에 따라 생성되고, 상기 fix(M/2)는 M/2의 소수점 이하의 수를 버리는 함수인 터치스크린 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 M과 N은 N=M+1을 만족하는 터치스크린 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 행렬의 제1행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드에 따라 생성되고, 제2행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 상기 제1행의 제2열 내지 제N열의 요소를 각 행마다 하나의 비트씩 쉬프트하여 생성되는 터치스크린 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 행렬의 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 왈쉬 코드에 따라 생성되는 하다마르 행렬의 요소와 동일한 터치스크린 장치.
  5. 제1항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 행렬의 M개의 행에 따라 생성되는 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극 중 M개의 제1 전극에 동시에 인가하는 터치스크린 장치.
  6. 제1항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 행렬의 N개의 열에 따라 생성되는 구동 신호를 N개의 타이밍 각각에 인가하는 터치스크린 장치.
  7. 제1항에 있어서, 상기 감지 회로부는,
    하기의 수식 1에 의해서 상기 감지 신호를 출력하는 터치스크린 장치.
    [수식 1]
    Figure pat00005

    (Sk: 감지 신호, Ct,k: 제1 전극 Xt와 제2 전극 Yk의 교차점에서 생성되는 정전용량, Dt: 제1 전극 Xt에 인가되는 구동 신호)
  8. 제1항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 행렬을 상관 관계 연산하여 산출되는 상관 관계 값에 따라 상기 터치 입력을 판단하는 터치스크린 장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 소정의 열 벡터를 곱셈 연산하여 상기 상관 관계 값 내에 존재하는 상호 상관 관계 값을 보정하는 터치스크린 장치.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 소정의 열 벡터는 M+1개의 행으로 이루어진 제1 열 벡터 및 제2 열 벡터를 포함하고, 상기 제1 열 벡터는 모든 행의 요소가 1 이며, 상기 제2 열 벡터는 첫 행의 요소가 -1이고, 나머지 행의 요소가 1인 터치스크린 장치.
  11. 제10항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 제1 열 벡터의 곱셈 연산하여 제1 보정값을 산출하고, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 제2 열 벡터의 곱셈 연산하여 제2 보정값을 산출하는 터치스크린 장치.
  12. 제11항에 있어서, 상기 연산부는,
    상기 제1, 2 보정값에 따라 상기 상관 관계 값 내에 존재하는 상기 상호 상관 관계 값을 보정하는 터치스크린 장치.
  13. 제1항에 있어서, 상기 구동 회로부는,
    상기 행렬의 요소가 1인 경우 양의 구동 전압을 인가하고, -1인 경우 음의 구동 전압을 생성하는 터치스크린 장치.
  14. 복수의 제1 전극 중 M(2 이상의 자연수)개의 제1 전극에 동시에 소정의 구동 신호를 인가하는 단계;
    상기 제1 전극과 교차하는 제2 전극으로부터 정전용량을 검출하여 감지 신호를 획득하는 단계; 및
    상기 감지 신호와 상기 구동 신호의 상관 관계 값을 산출하여 터치 입력을 판단하는 단계; 를 포함하고,
    상기 구동 신호를 인가하는 단계는, 소정의 M행 및 N(2 이상의 자연수)열의 행렬에 따라 생성되는 상기 구동 신호를 상기 N개의 제1 전극에 인가하고, 상기 행렬의 제1열의 제1행 내지 제fix(M/2)+1행의 요소는 1이고, 제fix(M/2)+2행 내지 제M행의 요소는 -1이고, 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드 및 왈쉬 코드 중 적어도 하나에 따라 생성되고, 상기 fix(M/2)는 M/2의 소수점 이하의 수를 버리는 함수인 터치 감지 방법.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 M과 N은 N=M+1을 만족하는 터치 감지 방법.
  16. 제14항에 있어서,
    상기 행렬의 제1행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 PN 코드에 따라 생성되고, 제2행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 상기 제1행의 제2열 내지 제N열의 요소를 각 행마다 하나의 비트씩 쉬프트하여 생성되는 터치 감지 방법.
  17. 제14항에 있어서,
    상기 행렬의 제1행 내지 제M행의 제2열 내지 제N열의 요소는 소정의 왈쉬 코드에 따라 생성되는 하다마르 행렬의 요소와 동일한 터치 감지 방법.
  18. 제14항에 있어서, 상기 구동 신호를 인가하는 단계는,
    상기 행렬의 M개의 행에 따라 생성되는 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극 중 M개의 제1 전극에 동시에 인가하는 터치 감지 방법.
  19. 제14항에 있어서, 상기 구동 신호를 인가하는 단계는,
    상기 행렬의 N개의 열에 따라 생성되는 구동 신호를 N개의 타이밍 각각에 인가하는 터치 감지 방법.
  20. 제14항에 있어서, 상기 감지 신호를 획득하는 단계는,
    하기의 수식 2에 의해서 상기 감지 신호를 획득하는 터치 감지 방법.
    [수식 2]
    Figure pat00006

    (Sk: 감지 신호, Ct,k: 제1 전극 Xt와 제2 전극 Yk의 교차점에서 생성되는 정전용량, Dt: 제1 전극 Xt에 인가되는 구동 신호)
  21. 제14항에 있어서, 상기 터치 입력을 판단하는 단계는,
    상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 행렬을 상관 관계 연산하여 산출되는 상관 관계 값에 따라 상기 터치 입력을 판단하는 터치 감지 방법.
  22. 제21항에 있어서, 상기 터치 입력을 판단하는 단계는,
    상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 소정의 열 벡터를 곱셈 연산하여 상기 상관 관계 값 내에 존재하는 상호 상관 관계 값을 보정하는 터치 감지 방법.
  23. 제22항에 있어서,
    상기 소정의 열 벡터는 M+1개의 행으로 이루어진 제1 열 벡터 및 제2 열 벡터를 포함하고, 상기 제1 열 벡터는 모든 행의 요소가 1 이며, 상기 제2 열 벡터는 첫 행의 요소가 -1이고, 나머지 행의 요소가 1인 터치 감지 방법.
  24. 제23항에 있어서, 상기 터치 입력을 판단하는 단계는,
    상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 제1 열 벡터의 곱셈 연산하여 제1 보정값을 산출하고, 상기 구동 신호의 한 주기 동안 획득되는 감지 신호와 상기 제2 열 벡터의 곱셈 연산하여 제2 보정값을 산출하는 터치 감지 방법.
  25. 제24항에 있어서, 상기 터치 입력을 판단하는 단계는,
    상기 제1, 2 보정값에 따라 상기 상관 관계 값 내에 존재하는 상기 상호 상관 관계 값을 보정하는 터치 감지 방법.
  26. 제14항에 있어서, 상기 구동 신호를 인가하는 단계는,
    상기 행렬의 요소가 1인 경우 양의 구동 전압을 인가하고, -1인 경우 음의 구동 전압을 생성하는 터치 감지 방법.
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