KR20150077203A

KR20150077203A - 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법

Info

Publication number: KR20150077203A
Application number: KR1020130166154A
Authority: KR
Inventors: 이수원
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-12-27
Filing date: 2013-12-27
Publication date: 2015-07-07
Also published as: KR102175932B1

Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법에 관한 것으로, 전극들 각각에 형성된 자기 용량 센서들, 이웃한 전극들 사이에 형성된 상호 용량 센서들, 및 상기 전극들에 연결된 배선들을 포함하는 터치 스크린; 및 상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하고, 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱 회로를 포함한다.

Description

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

본 발명은 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법에 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. 이러한 터치 스크린은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 손가락 또는 전도성 물질이 터치 센서에 접촉될 때 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변하량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.

정전 용량 센서는 자기 용량 용량(Self Capacitance) 센서 또는 상호 용량 용량(Mutual Capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 자기 용량 용량 센서(Cs)의 전극(10)들 각각은 도 1과 같이 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들(12)과 1:1로 연결된다. 상호 용량 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 두 배선들(Tx, Rx)의 교차부에 형성된다.

도 1을 참조하면, 센서의 전극들(10) 각각에는 배선(14)이 연결된다. 자기 용량 센서(Cs)는 전극들(10) 각각에 형성된 정전 용량을 포함한다. 구동 신호가 배선(14)을 통해 전극에 인가되면 전하(Q)가 센서에 축적된다. 이 때 손가락이나 전도성 물체가 전극(14)에 접촉되면 자기 용량 센서(Cs)에 추가로 기생 용량(Cf)이 연결되어 커패시턴스 값이 변한다. 따라서, 손가락이 터치된 센서와 그렇지 않은 센서 간에 커패시턴스(Capaciance) 값이 달라져 터치 여부를 판단할 수 있다.

그런데, 도 1과 같은 자기 용량 센서들은 배선들(14)의 개수가 많기 때문에 배선들(14)이 라우팅(routing)되는 데드존(Dead zone)이 크다. 데드존은 터치 입력이 센싱될 수 없는 영역이다. 도 2에서 (A)는 전극(12)에 손가락이 터치되어 터치 입력이 센싱되는 것을 도식화한 것이고, (B)는 데드존에 손가락이 터치될 때 터치 입력이 센싱되지 않는 예이다.

종래의 자기 용량 센서를 이용한 터치 센싱 시스템은 도 1과 같이 배선들(14)이 많기 때문에 데드존이 커져 센서들의 전극을 조밀하게 형성될 수 없으므로 해상도가 낮다. 해상도를 높이기 위하여 센서들의 개수를 증가시키면, 센서들의 개수 만큼 배선들(14)이 많아지므로 데드존이 더 커진다. 그 결과, 종래의 터치 센싱 시스템은 자기 용량 센서의 구조적 문제로 인하여 해상도를 개선하기가 어려울 뿐 아니라 센싱 감도(Sensitivity)와 정확도(Accuracy)를 개선하기가 어렵다. 또한, 종래의 터치 센싱 시스템은 센서들을 개수를 증가시키면 터치 센싱 집적회로(Integrated Circuit, 이하 "IC"라 함)의 채널 수가 증가하여 IC 칩의 크기가 커진다.

본 발명은 해상도, 센싱 감도 및 정확도 등을 높일 수 있는 터치 센싱 시스템과 그 구동 방법을 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 전극들 각각에 형성된 자기 용량 센서들, 이웃한 전극들 사이에 형성된 상호 용량 센서들, 및 상기 전극들에 연결된 배선들을 포함하는 터치 스크린; 및 상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하고, 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱 회로를 포함한다.

상기 전극들에 상기 배선들이 1:1로 연결된다.

상기 터치 센싱 회로는 하나 이상의 상기 전극들에 구동 신호를 인가하여 상기 자기 용량 센서들과 상기 상호 용량 센서들에 전하를 충전시키고 상기 구동 신호에 동기하여 다른 전극을 통해 전하를 수신하여 상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한다. 상기 터치 센싱 회로는 상기 자기 용량 센서들에 충전된 전하를 수신하여 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 센싱 회로를 포함한다.

상기 터치 센싱 회로는 상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱함과 동시에, 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한다.

상기 터치 센싱 회로는 상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한 후에 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한다.

상기 터치 센싱 시스템의 구동 방법은 상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계; 및 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계를 포함한다.

본 발명은 터치 스크린의 전극들 각각에 자기 용량 센서들을 형성하고 전극들 사이의 배선 라우팅 경로에 상호 용량 센서들을 형성한다. 그 결과, 본 발명이 터치 센싱 시스템은 터치 스크린의 해상도, 센싱 감도 및 정확도 등을 향상시킬 수 있다.

도 1은 자기 용량 센서들을 포함한 터치 스크린의 전극과 배선 구조를을 보여 주는 평면도이다.
도 2는 도 1과 같은 터치 스크린에서 터치 센싱 가능 영역과 데드존을 ㅂ여 주는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린에서 데드존을 제거하는 원리를 보여 주는 도면이다.
도 4는 자기 용량 센서를 이용한 상호 용량 센싱 방법을 보여 주는 도면이다.
도 5는 자기 용량 센싱 방법으로 센싱될 수 있는 위치들과 상호 용량 센싱 방법으로 센싱될 수 있는 위치를 보여 주는 도면이다.
도 6 내지 도 8은 사각형 전극 구조에 비하여 센싱 데이터의 개수를 증가시킬 수 있는 전극 구조를 보여 주는 도면들이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 회로를 보여 주는 도면이다.
도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 터치 센싱 회로의 스위치 온/오프(on/off) 타이밍을 보여 주는 파형도들이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 블로도이다.
도 14 내지 도 16은 표시패널과 터치 센서들의 다양한 조합을 보여 주는 도면들이다.

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 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린은 다수의 전극들(12)과, 전극들(12) 각각에 연결된 배선들(14)을 포함한다.

이 터치 스크린의 터치 센서들은 자기 용량 센서들(Cs)과, 상호 용량 센서들(Cm)로 나뉘어진다. 전극들(12) 각각에는 자기 용량 센서(Cs)가 형성되고, 이웃한 전극들(12)에는 상호 용량 센서(Cm)가 형성된다.

자기 용량 센싱 방법은 배선(14)을 통해 전극들(12) 각각에 구동 신호를 인가하여 자기 용량 센서(Cs)에 전하(Q)를 공급한다. 이어서, 구동 신호가 인가된 전극(12)과 배선(14)을 통해 자기 용량 센서(Cs)의 용량 변화를 센싱하면 전극(12) 상에서의 터치 입력을 센싱할 수 있다.

상호 용량 센싱 방법은 배선(14)을 통해 이웃한 전극들(12) 중 어느 하나의 전극(Tx)에 구동 신호를 인가하여 상호 용량 센서(Cm)에 전하(Q)를 공급하고, 구동 신호와 동기하여 다른 하나의 전극(Rx)과 배선(14)을 통해 용량 변화를 센싱하면 이웃한 전극들 사이에 위치하는 터치 입력을 센싱할 수 있다. 상호 용량 센싱 방법은 배선들(14) 위에서의 터치 입력을 센싱할 수 있다.

자기 용량 센서(Cs)와 상호 용량 센서(Cm)을 통해 수신된 전하(Q)는 적분기(30)에 누적되고, 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Convertor, ADC)를 통해 디지털 값으로 센싱 데이터(또는 touch raw data)로 변환된다. 터치 센싱 시스템은 미리 설정된 터치 센싱 알고리즘을 실행하여 디지털 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 터치 전후의 센서들(Cs, Cm)의 용량 변화를 판단하여 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다.

도 4와 같은 3×3 전극들의 경우에, 상호 용량 센싱 방법은 전극들 사이의 위치마다 터치 입력을 센싱할 수 있으므로 12개의 센싱 데이터를 얻을 수 있다. n×m(n, m 각각은 2 이상의 양의 정수)의 센서들이 있을 때 상호 용량 센싱 방법으로 얻을 수 있는 센싱 데이터는 (n-1)×m + n×(m-1)개이다. 자기 용량 센싱 방법으로 얻을 수 있는 센싱 데이터는 n×m 개이다. 따라서, n×m 개의 센서들의 경우에 상호 용량 센싱 방법과 자기 용량 센싱 방법으로 얻을 수 있는 센싱 데이터는 (n-1)×m + n×(m-1) + n×m 개이다.

따라서, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 자기 용량 센서들과 상호 용량 센서들을 이용하여 전극들 각각에서 터치 입력을 센싱할 수 있을 뿐 아니라 상호 용량 센싱 방법을 이용하여 종래 기술의 데드존에서 터치 입력을 센싱하여 터치 스크린의 해상도, 센싱 감도 및 정확도를 향상시킬 수 있다. 도 5에서, '⑥'은 자기 용량 센싱 방법으로 센싱될 수 있는 터치 입력 위치이다. ①~⑤는 상호 용량 센싱 방법으로 센싱될 수 있는 터치 입력 위치들이다.

도 6 내지 도 8과 같이 전극 형성을 변경하여 같은 전극들을 더 조밀하게 배치하면 종래 기술에 비하여 같은 크기에서 얻을 수 있는 센싱 데이터들의 개수가 더 많아져 해상도, 센싱 감도 및 정확도를 더 향상시킬 수 있다.

도 6의 예에서, 전극(12)은 삼각형으로 패터닝된다. 삼각형 전극들(12) 사이에 배선(14)이 지나는 라우팅 경로가 형성된다. 삼각형 전극들(12)은 라우팅 경로가 별 형태가 되도록 엇갈리게 배치될 수 있다.

도 7의 예에서, 전극(12)은 다이아몬드(또는 마름모꼴) 형태로 패터닝된다. 다이아몬드 형태의 전극들(12) 사이에 배선(14)이 지나는 라우팅 경로가 형성된다. 다이아몬트 형태의 전극들(12)은 라우팅 경로가 지그 재그 형태로 구부러지도록 엇갈리게 배치될 수 있다.

도 8의 예에서, 전극(12)은 육각형으로 패터닝된다. 육각형 전극들(12) 사이에 배선(14)이 지나는 라우팅 경로가 형성된다. 육각형 전극들(12)은 라우팅 경로가 지그 재그 형태로 구부러지도록 엇갈리게 배치될 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 회로를 보여 주는 도면이다.

도 9를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 회로는 센싱 유닛(Sensing Unit)(SU), 멀티플렉서(Multiplexer, MUX) 등을 포함한다.

터치 센싱 회로는 하나 이상의 전극들(10)에 구동 신호를 인가하여 터치 센서들(Cs, Cm)에 전하를 충전시키고 구동 신호에 동기하여 다른 전극을 통해 전하를 수신하여 상호 용량 센서들(Cm)의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한다. 그리고 터치 센싱 회로는 자기 용량 센서들에 충전된 전하를 수신하여 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한다.

센싱 유닛(SU)은 터치 센서들(Cs, Cm)에 구동 신호를 인가하고, 자기 용량 센서들(Cs)과 상호 용량 센서들(Cm)의 전하를 수신한다. 센싱 유닛(SU)은 구동신호 발생기(91)와 센싱부(92)를 포함한다. 구동 신호 발생기(91)는 터치 센서들(Cs, Cm)에 전하를 공급할 구동 신호를 발생한다. 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다. 구동신호는 센싱부(92)의 적분기에 전하가 N(N은 2 이상의 양의 정수) 회 이상 누적될 수 있도록 터치 센서들(Cs, Cm) 각각에 N회 인가될 수 있다. 센싱부(92)는 터치 센서들(Cs, Cm)로부터의 전하(Q)를 적분기(30)에 누적하고 ADC(32)를 통해 디지털 값의 센싱 데이터로 변환하고 터치 센싱 알고리즘을 실행한다.

멀티플렉서(MUX)는 구동 신호 발생기(91)와 배선들(14)을 연결하는 구동 스위치들(T1~T4)과, 센싱부(92)와 배선들(14)을 연결하는 센싱 스위치들(S1~S4)을 포함한다. 구동 스위치들(T1~T4)이 턴-온(turn-on)되면, 구동 신호 발생기(91)로부터의 구동신호는 배선들(14)을 통해 터치 센서들(Cs, Cm)의 전극들(12)에 인가된다. 센싱 스위치들(S1~S4)이 턴-온되면, 터치 센서들(Cs, Cm)의 전하(Q)가 센싱부(92)에 수신된다.

도 10 내지 도 12는 도 9에 도시된 터치 센싱 회로의 스위치 온/오프(on/off) 타이밍을 보여 주는 파형도들이다.

상호 용량 센싱 방법은 하나 이상의 구동 스위치(T1~T4)를 턴-온시킴과 동시에 하나 이상의 센싱 스위치들(S1~S4)을 턴-온시킨다. 구동 신호에 의해 터치 센서들(Cs, Cm)에 전하(Q)가 충전되고, 그와 동시에 센싱부(92)에 터치 센서들(Cs, Cm)로부터 전하가 수신된다. 상호 용량 센싱 방법은 상호 용량 센서들(Cm)로부터 수신된 전하를 분석하여 전극들 사이의 터치 입력 위치를 센싱한다. 여기서, 상호 용량 용량 센서들(Cs)은 하나의 전극을 통해 병렬로 연결된 상호 용량 용량과 자기 용량 용량을 합한 정전 용량값을 갖는다.

자기 용량 센싱 방법은 구동 스위치들(T1~T4)이 오프된 상태에서 센싱 스위치들(S1~S4)을 턴-온시킨다. 그러면, 앞선 구동신호에 의해 충전된 자기 용량 센서(Cs)의 전하가 센싱부(92)에 수신된다. 자기 용량 센싱 방법은 자기 용량 센서(Cs)로부터 수신된 전하를 분석하여 전극들 상에서 터치 입력 위치를 센싱한다.

도 10을 참조하면, 상호 용량 센싱 방법과 자기 용량 센싱 방법이 실질적으로 동시에 실시된다. 예를 들어, 제1 상호 용량 센싱 시간과 제1 자기 용량 센싱 시간은 그 시간차가 거의 없기 때문에 상호 용량 센싱 방법과 자기 용량 센싱 방법이 동시에 실시된다. 센싱은 제1 상호 용량 센싱 시간, 제1 자기 용량 센싱 시간, 제2 상호 용량 센싱 시간, 제2 자기 용량 센싱 시간, 제2 상호 용량 센싱 시간, 제2 자기 용량 센싱 시간, 제4 상호 용량 센싱 시간, 및 제4 자기 용량 센싱 시간 순서로 진행될 수 있다.

제1 상호 용량 센싱 시간에 제1 구동 스위치(T1)과 제2 내지 제4 센싱 스위치들(S2~S4)이 턴온되고 다른 스위치들(S1, T2~T4)가 턴오프된다. 이 때 제2 내지 제4 전극들(P2~P4)과 연결된 상호 용량 센서들(Cm)로부터 전하(Q)가 수신되어 상호 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제1 자기 용량 센싱 시간에 제1 센싱 스위치(S1)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(S2~S4, T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제1 전극(P1)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다.

제2 상호 용량 센싱 시간에 제2 구동 스위치(T2), 제1 센싱 스위치(S1), 제3 센싱 스위치(S3) 및 제4 센싱 스위치(S4)가 턴온되고 다른 스위치들(S2, T1, T3, T4)가 턴오프된다. 이 때 제1, 제3 및 제4 전극들(P1, P3, P4)과 연결된 상호 용량 센서들(Cm)로부터 전하(Q)가 수신되어 상호 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제2 자기 용량 센싱 시간에 제2 센싱 스위치(S2)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(S1, S3, S4, T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제2 전극(P2)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다.

제3 상호 용량 센싱 시간에 제3 구동 스위치(T3), 제1 센싱 스위치(S1), 제2 센싱 스위치(S2) 및 제4 센싱 스위치(S4)가 턴온되고 다른 스위치들(S3, T1, T2, T4)가 턴오프된다. 이 때 제1, 제2 및 제4 전극들(P1, P2, P4)과 연결된 상호 용량 센서들(Cm)로부터 전하(Q)가 수신되어 상호 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제3 자기 용량 센싱 시간에 제3 센싱 스위치(S3)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(S1, S2, S4, T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제3 전극(P3)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다.

제4 상호 용량 센싱 시간에 제4 구동 스위치(T4), 제1 내지 제3 센싱 스위치(S1~S3)가 턴온되고 다른 스위치들(S4, T1, T2, T3)가 턴오프된다. 이 때 제1, 제2 및 제3 전극들(P1, P2, P3)과 연결된 상호 용량 센서들(Cm)로부터 전하(Q)가 수신되어 상호 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제4 자기 용량 센싱 시간에 제4 센싱 스위치(S4)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(S1~S3, T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제4 전극(P4)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다.

도 11을 참조하면, 상호 용량 센싱 방법에 이어서 자기 용량 센싱 방법이 실시된다. 센싱은 제1 내지 제4 상호 용량 센싱 시간 이후에 제1 내지 제4 자기 용량 센싱 시간 순서로 진행될 수 있다.

제1 상호 용량 센싱 시간에 제1 구동 스위치(T1)과 제2 내지 제4 센싱 스위치들(S2~S4)이 턴온되고 다른 스위치들(S1, T2~T4)가 턴오프된다. 이 때 제2 내지 제4 전극들(P2~P4)과 연결된 상호 용량 센서들(Cm)로부터 전하(Q)가 수신되어 상호 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제2 상호 용량 센싱 시간에 제2 구동 스위치(T2), 제1 센싱 스위치(S1), 제3 센싱 스위치(S3) 및 제4 센싱 스위치(S4)가 턴온되고 다른 스위치들(S2, T1, T3, T4)가 턴오프된다. 이 때 제1, 제3 및 제4 전극들(P1, P3, P4)과 연결된 상호 용량 센서들(Cm)로부터 전하(Q)가 수신되어 상호 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제3 상호 용량 센싱 시간에 제3 구동 스위치(T3), 제1 센싱 스위치(S1), 제2 센싱 스위치(S2) 및 제4 센싱 스위치(S4)가 턴온되고 다른 스위치들(S3, T1, T2, T4)가 턴오프된다. 이 때 제1, 제2 및 제4 전극들(P1, P2, P4)과 연결된 상호 용량 센서들(Cm)로부터 전하(Q)가 수신되어 상호 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다.

제1 자기 용량 센싱 시간에 제1 센싱 스위치(S1)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(S2~S4, T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제1 전극(P1)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제2 자기 용량 센싱 시간에 제2 센싱 스위치(S2)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(S1, S3, S4, T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제2 전극(P2)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제3 자기 용량 센싱 시간에 제3 센싱 스위치(S3)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(S1, S2, S4, T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제3 전극(P3)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제4 상호 용량 센싱 시간에 제4 구동 스위치(T4), 제1 내지 제3 센싱 스위치(S1~S3)가 턴온되고 다른 스위치들(S4, T1, T2, T3)가 턴오프된다. 이 때 제1, 제2 및 제3 전극들(P1, P2, P3)과 연결된 상호 용량 센서들(Cm)로부터 전하(Q)가 수신되어 상호 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다. 이어서, 제4 자기 용량 센싱 시간에 제4 센싱 스위치(S4)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(S1~S3, T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제4 전극(P4)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다.

도 12를 참조하면, 상호 용량 센싱 방법에 이어서 자기 용량 센싱 방법이 실시된다. 센싱은 제1 내지 제4 상호 용량 센싱 시간 이후에 자기 용량 센싱 시간 순서로 진행될 수 있다.

자기 용량 센싱 시간에 제1 내지 제4 센싱 스위치(S1~S4)가 턴온되는 반면에서 나머지 스위치들(T1~T4)이 턴오프된다. 이 때 제1 내지 제4 전극(P1~P4)과 연결된 자기 용량 센서(Cs)로부터 전하(Q)가 수신되어 자기 용량 용량 센싱 방법으로 터치 입력이 센싱된다.

도 13은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 블로도이다. 도 14 내지 도 16은 표시패널과 터치 센서들의 다양한 조합을 보여 주는 도면들이다.

도 13 내지 도 16을 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP), 및 터치 센싱 회로(100) 등을 포함한다.

터치 스크린(TSP)은 터치 센서들(Cs, Cm)의 전극들(12)과 그 전극들(12)에 1:1로 연결된 배선들(14)을 포함한다. 터치 스크린(TSP)은 도 14와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 15와 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cs, Cm)은 도 16과 같이 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 인셀(In-cell) 타입으로 내장될 수 있다. 도 14 내지 도 16에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

터치 센싱 회로(100)는 도 9와 같은 회로 구성으로 구현될 수 있다. 터치 센싱 회로는 터치 센서들(Cs, Cm)에 구동 신호를 인가하고, 터치 전후 터치 센서들(Cs, Cm)의 용량 변화를 센싱하여 손가락과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다.

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.

표시패널(DIS)의 액티브 영역(A/A)은 입력 영상이 표시되는 픽셀 어레이를 포함한다. 픽셀 어레이는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 i 보다 큰 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 스캔라인들(G1~Gn, n은 j 보다 큰 양의 정수), 데이터라인들(D1~Dm)과 스캔라인들(G1~Gn)의 교차 구조에 의해 정의된 매트릭스 형태로 배치된 픽셀들을 포함한다. 스캔라인은 게이트라인(gate line)으로도 불리운다. 표시패널(DIS)에는 컬러 구현을 위하여 컬러필터가 형성될 수 있다.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(102), 스캔 구동회로(104), 및 타이밍 콘트롤러(106)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 픽셀들에 기입한다.

데이터 구동회로(102)는 타이밍 콘트롤러(106)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생하고 그 데이터전압을 데이터라인들(D1~Dm)에 공급한다. 스캔 구동회로(104)는 데이터전압에 동기되는 스캔펄스(또는 게이트펄스)를 스캔라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터가 기입될 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(106)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받는다. 타이밍 콘트롤러(106)는 데이터 구동회로(102)와 스캔 구동회로(104)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 발생한다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 시프트 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.

호스트 시스템은 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 시스템은 외부 비디오 소스 기기로부터의 영상 데이터를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 또한, 호스트 시스템은 터치 센싱 회로(100)로부터 수신된 터치 입력 위치의 좌표(XY)와 연계된 응용 프로그램을 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.

TSP : 터치 스크린 Cm : 터치 센서
SU : 센싱 유닛 MUX : 멀티플렉서
91 : 구동신호 발생기 92 : 센싱부
100 : 터치 센싱 회로

Claims

전극들 각각에 형성된 자기 용량 센서들, 이웃한 전극들 사이에 형성된 상호 용량 센서들, 및 상기 전극들에 연결된 배선들을 포함하는 터치 스크린; 및
상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하고, 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 전극들에 상기 배선들이 1:1로 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 센싱 회로는,
하나 이상의 상기 전극들에 구동 신호를 인가하여 상기 자기 용량 센서들과 상기 상호 용량 센서들에 전하를 충전시키고 상기 구동 신호에 동기하여 다른 전극을 통해 전하를 수신하여 상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하고,
상기 자기 용량 센서들에 충전된 전하를 수신하여 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 센싱 회로를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 터치 센싱 회로는,
상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱함과 동시에, 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 3 항에 있어서,
상기 터치 센싱 회로는
상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱한 후에 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 전극들은 사각형, 삼각형, 다이아몬드형, 육각형 중 어느 하나로 패턴닝되고,
상기 배선들의 라우팅 경로는 별 형태 또는 지그재그 형태인 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
전극들 각각에 형성된 자기 용량 센서들, 이웃한 전극들 사이에 형성된 상호 용량 센서들, 및 상기 전극들에 연결된 배선들을 포함하는 터치 스크린의 구동 방법에 있어서,
상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계; 및
상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법.
제 7 항에 있어서,
상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계는,
하나 이상의 상기 전극들에 구동 신호를 인가하여 상기 자기 용량 센서들과 상기 상호 용량 센서들에 전하를 충전시키고 상기 구동 신호에 동기하여 다른 전극을 통해 전하를 수신하여 상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하고,
상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계는,
상기 자기 용량 센서들에 충전된 전하를 수신하여 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계와, 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계는 동시에 실시되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법.
제 8 항에 있어서,
상기 상호 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계 이후에 상기 자기 용량 센서들의 용량 변화를 바탕으로 터치 입력을 센싱하는 단계가 실시되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템의 구동 방법.