KR20150080245A

KR20150080245A - 터치 센싱 시스템

Info

Publication number: KR20150080245A
Application number: KR1020130168579A
Authority: KR
Inventors: 한성수; 강성규
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2013-12-31
Filing date: 2013-12-31
Publication date: 2015-07-09
Also published as: KR102112092B1; CN104750330A; US9665221B2; US20150185914A1; CN104750330B

Abstract

본 발명은 터치 센싱 시스템에 관한 것으로, 터치 센서들과 상기 터치 센서들에 연결된 센싱 배선들을 포함하고, 상기 터치 센서들과 상기 터치 센서들이 제1 센싱 영역과 제2 센싱 영역으로 나뉘어지는 터치 스크린; 다수의 수신 채널들을 통해 수신된 신호를 이용하여 상기 제1 센싱 영역의 터치 입력을 센싱하는 제1 터치 센싱 IC; 다수의 수신 채널들을 통해 수신된 신호를 이용하여 상기 제2 센싱 영역의 터치 입력을 센싱하는 제2 터치 센싱 IC; 상기 센싱 배선들과 상기 제1 및 제2 터치 센싱 IC들의 수신 채널들 사이에 형성된 차동 증폭기들; 및 상기 제2 센싱 영역의 센싱 배선들 중에서 상기 제1 센싱 영역과 가장 가까운 센싱 배선을 상기 제1 터치 센싱 IC의 마지막 수신 채널에 연결된 제N 차동 증폭기에 연결하는 스위치를 포함한다.

Description

터치 센싱 시스템{TOUCH SENSING SYSTEM}

본 발명은 다수의 터치 센싱 IC들을 이용하여 터치 스크린을 분할 구동하는 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 방식(Mutual Capacitance)의 터치 스크린(TSP)은 도 1 내지 도 3과 같이 Tx 라인들(Tx1~Tx4), Tx 라인들(Tx1~Tx4)과 직교되는 Rx 라인들(Rx1~Rx8), 및 Tx 라인들(Tx1~Tx4)과 Rx 라인들(Rx1~Rx8) 간에 형성된 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 상호 용량(Cm)을 포함한다. 터치 센싱 회로는 Tx 라인(Tx1~Tx4)에 구동 신호를 공급하고 그와 동기되어 Rx 라인(Rx1~Rx8)을 통해 터치 센서 신호를 수신하여 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하고, 그 전하 변화량을 분석하여 터치 입력 여부와 그 위치를 판단한다.

대화면 터치 스크린(TSP)의 경우, 터치 스크린(TSP)의 배선들(Tx1~Tx4)이 많다. 이러한 대면적 터치 스크린(TSP)은 다수의 터치 센싱 IC(Integrated Circuit)(IC#1, IC#2)에 연결되어 분할 구동될 수 있다. 터치 센싱 IC 각각(IC#1, IC#2)에는 터치 센싱 회로가 집적된다. 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 수신 채널들(이하 "Rx 채널들"이라 함)은 터치 스크린(TSP)의 좌반부에 형성된 제1 내지 제4 Rx 라인들(Rx1~Rx4)과 연결된다. 제2 터치 센싱 IC(IC#2)의 Rx 채널들은 터치 스크린(TSP)의 우반부에 형성된 제5 내지 제8 Rx 라인들(Rx1~Rx8)에 연결된다.

터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2)의 Rx 채널들에는 도 2 및 도 3과 같이 차동 증폭기들(Differential Amplifier)(11~14)이 연결될 수 있다. 차동 증폭기들(11~14) 각각의 출력 단자는 커패시터(C)를 경유하여 반전 입력 단자(-)에 연결된다. 차동 증폭기들(11~14) 각각은 반전 입력 단자(-)에 입력되는 제i(i는 양의 정수) 터치 센서 신호와 비반전 입력 단자(+)에 입력되는 제i+1 터치 센서 신호의 차를 증폭하여 제i 센서 신호( S1~S4)를 출력한다. 이웃한 터치 센서들에는 유사한 크기의 노이즈가 인가될 수 있다. 따라서, 차동 증폭기들(11~14)은 도 3과 같이 이웃한 Rx 라인들을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 노이즈를 제거하고 신호 성분을 더 크게 함으로써 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio : SNR)를 개선할 수 있다.

그런데 종래 기술은 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2) 간의 경계에서 신호 대 잡음비(SNR)가 낮은 문제점이 있다. 차동 증폭기를 이용하여 신호 대 잡음비(SNR)를높이기 위해서는 차동 증폭기의 양 입력단에 같은 크기의 노이즈를 포함한 신호들이 입력되어야 한다. 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2)의 마지막 Rx 채널에 연결된 차동 증폭기(14)는 도3과 같이 하나의 Rx 라인에 연결된다. 이 차동 증폭기(14)의 반전 입력 단자(-)에는 제4 Rx 라인(Rx4)이 연결되고, 그 비반전 입력 단자(+)는 미리 설정된 더미 신호(D0)가 인가된다. 따라서, 차동 증폭기(14)의 출력 신호는 증폭된 신호 성분과 노이즈 성분을 포함한다. 이 때문에 터치 스크린(TSP)의 좌반부와 우반부 사이의 경계에 존재하는 터치 센서들에 대한 신호 대 잡음비(SNR)가 다른 터치 센서들에 비하여 낮다. 그 결과, 도 1과 같이 다수의 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2)로 터치 스크린(TSP)을 구동하는 경우에 터치 스크린(TSP)의 중간 부분에서 터치 입력을 판정하기가 어렵다.

미국 특허 US 8,350,824 B2는 대화면 터치 스크린(TSP)에 2 개의 IC들을 연결하고, IC들 간의 경계에서 터치 센서 데이터(이하, "경계 데이터"라 함)를 얻을 수 있는 방법을 개시하고 있다. 미국 특허 US 8,350,824 B2에 개시된 센싱 방법은 경계 데이터를 얻기 위하여, IC들 간의 경계 데이터와 이웃한 데이터들을 로우 패스 필터링(Low pass filtering)하고 그 결과를 평균한 값으로 경계 데이터를 생성하는 방법을 제안하였다. 그런데, 이러한 센싱 방법은 경계 데이터를 얻기 위하여 경계 데이터의 주변 데이터들을 비교하고 평균을 계산하여야 하기 때문에 데이터 연산량이 많아 데이터 처리 시간이 길어지고, IC들 간에 출력 편차가 큰 경우에 데이터의 정확도가 낮다.

본 발명은 다수의 터치 센싱 IC들을 터치 스크린에 연결할 때 터치 센싱 IC들 간의 경계에서 신호 대 잡음비를 향상시키도록 한 터치 센싱 시스템을 제공한다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 센서들과 상기 터치 센서들에 연결된 센싱 배선들을 포함하고, 상기 터치 센서들과 상기 터치 센서들이 제1 센싱 영역과 제2 센싱 영역으로 나뉘어지는 터치 스크린; 다수의 수신 채널들을 통해 수신된 신호를 이용하여 상기 제1 센싱 영역의 터치 입력을 센싱하는 제1 터치 센싱 IC; 다수의 수신 채널들을 통해 수신된 신호를 이용하여 상기 제2 센싱 영역의 터치 입력을 센싱하는 제2 터치 센싱 IC; 상기 센싱 배선들과 상기 제1 및 제2 터치 센싱 IC들의 수신 채널들 사이에 형성된 차동 증폭기들; 및 상기 제2 센싱 영역의 센싱 배선들 중에서 상기 제1 센싱 영역과 가장 가까운 센싱 배선을 상기 제1 터치 센싱 IC의 마지막 수신 채널에 연결된 제N 차동 증폭기에 연결하는 스위치를 포함한다.

본 발명은 다수의 터치 센싱 IC들을 터치 스크린에 연결할 때 터치 센싱 IC들 간의 경계 부분에 존재하는 센싱 배선들을 연결하기 위한 스위치를 이용하여 그 경계 부분의 터치 센서들로부터 수신된 신호의 신호 대 잡음비를 향상시킬 수 있다.

도 1은 터치 스크린에 다수의 터치 센싱 IC들을 연결한 예를 보여 주는 도면이다.
도 2는 터치 센싱 IC의 Rx 채널들에 연결된 차동 증폭기를 보여 주는 도면이다.
도 3은 도 1에 도시된 제1 터치 센싱 IC의 Rx 채널들에 연결된 차동 증폭기들을 보여 주는 호로도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템을 보여 주는 블록도이다.
도 5는 도 4에서 제2 센싱 영역에 형성된 Rx 라인을 제1 터치 센싱 IC에 연결하기 위한 스위치를 보여 주는 도면이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시예에 따른 터치 스크린과 차동 증폭기들의 연결 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린과 차동 증폭기들의 연결 구조를 보여 주는 평면도이다.
도 8은 도 7에 도시된 차동 증폭기들의 구동 방법을 보여 주는 도면이다.
도 9는 도 8과 같은 차동 증폭기들을 구동하기 위한 방법을 보여 주는 파형도이다.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(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 정전 용량(capacitance)을 포함한다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 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.

이하에서, 터치 스크린에서 터치 센서에 구동 신호를 공급하는 구동 신호 배선을 Tx 라인으로, 터치 센서 신호를 터치 센싱 IC에 전송하는 센싱 배선을 Rx 라인으로 각각 설명한다. 터치 센싱 IC의 수신 채널들을 Rx 채널들로 설명한다. 터치 센싱 IC의 수신 채널들에는 차동 증폭기가 연결된다. 터치 센싱 IC들 각각의 마지막 Rx 채널을 제N(N은 2 이상의 양의 정수) Rx 채널이라 하고, 제N Rx 채널과 연결되는 마지막 차동 증폭기를 제N 차동 증폭기라 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 4 및 도 5를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 시스템은 터치 스크린(TSP)과, 다수의 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2)을 포함한다. 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2)의 개수는 한정되지 않는다. 터치 스크린(TSP)의 크기나 해상도에 따라 N 개의 터치 센싱 IC들이 터치 스크린(TSP)에 연결될 수 있다.

터치 스크린(TSP)은 도면에서 생략된 Tx 라인들, Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들(Rx1~Rx8), 및 Tx 라인들과 Rx 라인들(Rx1~Rx8)의 교차점들 마다 형성된 터치 센서들(Cm)을 포함한다. Tx 라인들은 터치 센서들 각각에 구동 신호를 인가하여 터치 센서들에 전하를 공급하는 구동 신호 배선들이다. Rx 라인들(Rx1~Rx8)은 터치 센서들에 연결되어 터치 센서들의 전하를 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2)로 공급하는 센싱 배선들이다. Tx 라인들과 Rx 라인들(Rx1~Rx8)은 절연층(또는 유전층)을 사이에 두고 교차한다. Tx 라인들과 Rx 라인들(Rx1~Rx8)의 교차부에서 Tx 라인과 Rx 라인이 단락(short circuit)되지 않도록 Rx 라인은 Tx 라인과 교차되는 위치에서 분리될 수 있다. 분리된 Rx 라인의 부분들은 절연층을 관통하여 브릿지 패턴(Bridge pattern)을 통해 연결될 수 있다. 브릿지 패턴은 절연층을 사이에 두고 Tx 라인과 교차되어 Rx 라인이 Tx 라인과 단락되지 않도록 한다. Tx 라인들(Tx1~Tx5)과 Rx 라인들(Rx1~Rx8)의 교차부에서 Tx 라인의 일부분이 제거되고 브릿지 패턴을 통해 Tx 라인에서 분리된 부분들이 서로 연결될 수도 있다.

터치 스크린(TSP)은 표시패널(DIS)의 상부 편광판 상에 접합되거나, 표시패널(DIS)의 상부 편광판과 상부 기판 사이에 형성될 수 있다. 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cm)은 픽셀 어레이와 함께 표시패널(DIS)의 하부 기판 상에 형성되어 표시패널(DIS) 내에 인셀(In-cell) 타입으로 내장될 수 있다.

터치 스크린(TSP)은 제1 터치 센싱 IC(IC#1)에 의해 터치 입력이 센싱되는 제1 센싱 영역(21)과, 제2 터치 센싱 IC(IC#2)에 의해 터치 입력이 센싱되는 제2 센싱 영역(22)으로 나뉘어진다. 제1 센싱 영역(21)은 터치 스크린(TSP)의 좌반부이고, 제2 센싱 영역(22)은 터치 스크린(TSP)의 우반부일 수 있다. 터치 스크린(TSP)에서 터치 센서들(Cm)과 Rx 라인들(Rx1~Rx8)이 제1 센싱 영역(21)과 제2 센싱 영역(22)으로 나뉘어진다. 센싱 영역들 각각에 형성되는 Tx 라인들과 Rx 라인들의 개수, 구조는 한정되지 않는다. 이하에서, 제1 내지 제4 Rx 라인들(Rx1~Rx4)은 제1 센싱 영역에 형성되고, 제5 내지 제8 Rx 라인들(Rx1~Rx4)은 제2 센싱 영역에 형성된 예를 들어 실시예를 설명하기로 한다. Tx 라인들은 도 6 및 도 7과 같이 제1 및 제2 센싱 영역들(21, 22)에 공유되는 구조로 형성되거나 터치 센싱 IC 별로 분리될 수 있다. 터치 센싱 IC 별로 Tx 라인들을 분할하는 방법은 본원 출원인에 의해 출원된 대한민국 특허 출원 10-2012-0042655(2012. 04. 24), 미국 특허 출원 13/869,738(2013. 04. 24.) 등에서 제안된 방법으로 적용될 수 있다.

제1 터치 센싱 IC(IC#1)는 제1 센싱 영역(21)의 터치 센서들에 대하여 터치 전후 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. 제1 터치 센싱 IC(IC#1)는 자신의 Tx 채널들에 연결된 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호와 동기하여 Rx 라인들(Rx1~Rx4)과 차동 증폭기들을 통해 터치 센서 신호를 수신한다.

제2 터치 센싱 IC(IC#2)는 제2 센싱 영역(22)의 터치 센서들에 대하여 터치 전후 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. 제2 터치 센싱 IC(IC#2)는 자신의 Tx 채널들에 연결된 Tx 라인들에 구동신호를 공급하고, 그 구동신호와 동기하여 Rx 라인들(Rx5~Rx6)과 차동 증폭기들을 통해 터치 센서 신호를 수신한다.

터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2) 각각은 구동 신호 발생부, 차동 증폭기들에 연결된 적분기, 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital Convertor, 이하 "ADC"라 함), 메모리, 알고리즘 실행부 등을 포함한다. 구동 신호 발생부는 Tx 라인들을 통해 터치 센서들(Cm)에 구동신호를 공급한다.

터치 센서들(Cm)에 인가되는 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있다. 구동신호는 Tx 라인 각각에 2 회 이상 공급될 수 있다. 이 경우, 터치 센서 신호들 각각이 적분기에 2회 이상 누적될 수 있다. 터치 센서의 전하가 적분기(21)에 여러 차례 누적되면 누적 횟수가 높아질수록 터치 센서의 전하 변화량이 커지므로 신호 대 잡음비(SNR)가 높아진다. 차동 증폭기들과 적분기 사이에는 차동 증폭기들로부터 출력된 터치 센서 신호를 샘플링하여 적분기에 공급하는 샘플 & 홀드 회로(sample & hold circuit)가 배치된다.

터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2) 각각은 적분기에 누적된 전하 변화량을 ADC를 이용하여 디지털 데이터(touch raw data)으로 변환한다. 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2) 각각의 알고리즘 실행부는 디지털 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값 보다 큰 데이터를 터치 입력 위치의 터치 센서 데이터로 판단하고 그 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다.

Rx 라인들(Rx1~Rx8)에는 도 5 내지 도 7과 같은 방법으로 차동 증폭기들이 연결될 수 있다. 차동 증폭기들 각각은 양 입력 단자들을 통해 수신되는 터치 센서 신호들의 차를 증폭한다. 차동 증폭기들의 반전 입력 단자와 출력 단자 사이에 커패시터(C)가 연결된다. 따라서, 차동 증폭기들(41~48)의 출력 신호는 반전 입력 단자를 통해 입력된 터치 센서의 증폭 신호이다. 터치 센싱 감도에 악영향을 주는 노이즈는 터치 스크린(TSP)의 기생용량을 통해 터치 센서들(Cm)에 인가된다. 터치 스크린(TSP)의 기생용량은 도 8과 같이 터치 센서들(Cm)이 표시패널의 픽셀 어레이에 인셀 타입으로 내장될 때 커진다. 이웃한 터치 센서들에 인가된 노이즈는 거의 동일한 크기를 갖는다. 차동 증폭기들은 이웃한 Rx 라인들을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 노이즈에 비하여 신호 성분을 더 크게 함으로써 신호 대 잡음비(SNR)를 개선한다. 차동 증폭기는 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어(Fully differential amplifier)로 구현될 수 있다. 풀리 디퍼런셜 앰플리파이어는 차 신호를 증폭하여 정극성 출력 단자와 부극성 출력 단자를 통해 상보적인(Complementary) 정극성 신호와 부극성 신호 전압을 출력한다.

차동 증폭기들의 개수를 줄이기 위하여, Rx 라인들(Rx1~Rx8)과 차동 증폭기들 사이에 멀티플렉서(Multiplexer : MUX)를 연결할 수 있다.

본 발명의 터치 센싱 시스템은 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제N Rx 채널에 연결된 제N 차동 증폭기와 제2 센싱 영역의 Rx 라인(Rx5) 사이에 연결된 스위치(SW)를 더 포함한다. 스위치(SW)는 제1 터치 센싱 IC(IC#1)에 내장될 수 있다.

스위치(SW)는 도 5 내지 도 7과 같이 제1 터치 센싱 IC(IC#)의 제N Rx 채널에 터치 센서 신호가 수신될 때 제N 차동 증폭기의 비반전 입력 단자에 제5 Rx 라인(Rx5)을 연결한다. 제N 차동 증폭기는 스위치(SW)가 턴-온(turn-on)될 때 제4 및 제5 Rx 라인들(Rx4, Rx5)의 차를 증폭한다. 스위치(SW)는 제1 터치 센싱 IC(IC#5)의 제N Rx 채널에 터치 센서 신호가 수신될 때에만 턴-온되고 그 이외의 시간에 오프 상태를 유지한다. 본 발명의 터치 센싱 시스템은 스위치(SW)를 이용하여 제N 차동 증폭기의 양 입력 단자들에 이웃한 Rx 라인들(Rx4, Rx5)을 연결하므로 터치 스크린(TSP)의 제1 센싱 영역(21)과 제2 센싱 영역(22) 사이의 경계 부분에 존재하는 터치 센서들의 신호 대 잡음비(SNR)를 높일 수 있다.

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, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다. 공통전압(Vcom)이 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(16)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)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(16)는 호스트 시스템(18)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(18)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(18)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(18)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(18)은 터치 스크린 구동회로로부터 입력되는 터치 레포트의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

도 6 내지 도 8은 터치 스크린에 형성된 Rx 라인들이 8 개인 예를 가정하여 터치 스크린과 차동 증폭기들의 연결 구조를 보여 주는 도면들이다.

도 6을 참조하면, 제1 차동 증폭기(41)는 제1 Rx 라인(Rx1)과 제2 Rx 라인(Rx2)을 통해 수신된 터치 센서 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제1 터치 센서 신호(S1)를 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제1 Rx 채널에 공급한다. 제2 차동 증폭기(42)는 제2 Rx 라인(Rx2)과 제3 Rx 라인(Rx3)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제2 터치 센서 신호(S2)를 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제2 Rx 채널에 공급한다. 제3 차동 증폭기(43)는 제3 Rx 라인(Rx3)과 제4 Rx 라인(Rx4)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제3 터치 센서 신호(S3)를 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제3 Rx 채널에 공급한다. 제4 차동 증폭기(44)는 제4 Rx 라인(Rx4)과 제5 Rx 라인(Rx5)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제4 터치 센서 신호(S4)를 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제4 Rx 채널에 공급한다. 제5 차동 증폭기(45)는 제5 Rx 라인(Rx5)과 제6 Rx 라인(Rx6)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제5 터치 센서 신호(S5)를 제2 터치 센싱 IC(IC#2)의 제1 Rx 채널에 공급한다. 제2 터치 센싱 IC(IC#1)의 제N Rx 채널에 연결된 제8 차동 증폭기(48)는 제8 Rx 라인(Rx8)과 소정의 더미 신호(D0)의 차를 증폭한다. 제8 차동 증폭기(48)를 제외한 제i 차동 증폭기는 제i Rx 라인(Rxi)과 제i+1 Rx 라인(Rxi+1)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭한다.

스위치(SW)는 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제N Rx 채널에 터치 센서가 수신될 때 턴-온되어 제5 Rx 라인(Rx5)을 제4 차동 증폭기(Rx4)의 비반전 입력단자(+)에 연결한다.

도 7 및 도 8은 본 발명의 제2 실시예에 따른 터치 스크린과 차동 증폭기들의 연결 구조를 보여 주는 도면들이다.

도 7 및 도 8을 참조하면, 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2) 각각은 멀티플렉서(MUX)를 포함한다.

멀티플렉서(MUX)는 차동 증폭기(51~54)의 양 입력 단자들에 제i 및 제i+1 Rx 라인들을 연결한 후에(ODD), 차동 증폭기(51~54)의 입력 신호를 시프트(shift)하여 그 차동 증폭기(51~54)의 양 입력 단자들에 제i+1 및 제i+2 Rx 라인들을 연결한다(EVEN). 따라서, 차동 증폭기(51~54)는 제i 및 제i+1 터치 센서 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제i 터치 센서 신호를 출력한 후에(ODD), 제i+1 및 제i+2 터치 센서 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제i+1 터치 센서 신호를 출력한다)(EVEN).

터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2) 각각은 멀티플렉서(MUX)를 제어하기 위한 선택신호를 발생하여 멀티플렉서(MUX)를 제어한다.

제1 센싱 시간(ODD) 동안, 제1 차동 증폭기(51)의 반전 입력 단자(-)에는 제1 Rx 라인(Rx1)이 연결되고, 제1 차동 증폭기(51)의 비반전 입력 단자(+)에는 제2 Rx 라인(Rx2)이 연결된다. 제2 차동 증폭기(52)의 반전 입력 단자(-)에는 제3 Rx 라인(Rx3)이 연결되고, 제2 차동 증폭기(52)의 비반전 입력 단자(+)에는 제4 Rx 라인(Rx4)이 연결된다. 제3 차동 증폭기(53)의 반전 입력 단자(-)에는 제5 Rx 라인(Rx5)이 연결되고, 제3 차동 증폭기(53)의 비반전 입력 단자(+)에는 제6 Rx 라인(Rx6)이 연결된다. 제4 차동 증폭기(54)의 반전 입력 단자(-)에는 제7 Rx 라인(Rx7)이 연결되고, 제4 차동 증폭기(54)의 비반전 입력 단자(+)에는 제8 Rx 라인(Rx8)이 연결된다. 따라서, 제1 차동 증폭기(51)는 제1 센싱 시간(ODD) 동안, 제1 Rx 라인(Rx1)과 제2 Rx 라인(Rx2)을 통해 수신된 터치 센서 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제1 터치 센서 신호(S1)를 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제1 Rx 채널에 공급한다. 제2 차동 증폭기(52)는 제1 센싱 시간(ODD) 동안, 제3 Rx 라인(Rx3)과 제4 Rx 라인(Rx4)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제3 터치 센서 신호(S3)를 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제3 Rx 채널에 공급한다. 제3 차동 증폭기(53)는 제5 Rx 라인(Rx5)과 제6 Rx 라인(Rx6)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제5 터치 센서 신호(S5)를 제2 터치 센싱 IC(IC#2)의 제1 Rx 채널에 공급한다. 제4 차동 증폭기(54)는 제7 Rx 라인(Rx7)과 제8 Rx 라인(Rx8)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제7 터치 센서 신호(S7)를 제2 터치 센싱 IC(IC#1)의 제3 Rx 채널에 공급한다.

제2 센싱 시간(EVEN)에, 멀티플렉서(MUX)는 차동 증폭기들 각각의 입력 신호들을 시프트시키고 스위치(SW)는 턴-온된다. 제2 센싱 시간(EVEN) 동안, 제1 차동 증폭기(51)의 반전 입력 단자(-)에는 제2 Rx 라인(Rx2)이 연결되고, 제1 차동 증폭기(51)의 비반전 입력 단자(+)에는 제3 Rx 라인(Rx3)이 연결된다. 제2 차동 증폭기(52)의 반전 입력 단자(-)에는 제4 Rx 라인(Rx4)이 연결되고, 제2 차동 증폭기(52)의 비반전 입력 단자(+)에는 제5 Rx 라인(Rx5)이 연결된다. 제3 차동 증폭기(53)의 반전 입력 단자(-)에는 제6 Rx 라인(Rx6)이 연결되고, 제3 차동 증폭기(53)의 비반전 입력 단자(+)에는 제7 Rx 라인(Rx7)이 연결된다. 제4 차동 증폭기(54)의 반전 입력 단자(-)에는 제8 Rx 라인(Rx8)이 연결되고, 제4 차동 증폭기(54)의 비반전 입력 단자(+)에는 소정의 더미 신호(D0)가 공급된다. 따라서, 제1 차동 증폭기(51)는 제2 센싱 시간(EVEN) 동안, 제2 Rx 라인(Rx2)과 제3 Rx 라인(Rx3)을 통해 수신된 터치 센서 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제2 터치 센서 신호(S2)를 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제2 Rx 채널에 공급한다. 제2 차동 증폭기(52)는 제2 센싱 시간(EVEN) 동안, 제4 Rx 라인(Rx4)과 제5Rx 라인(Rx5)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제4 터치 센서 신호(S4)를 제1 터치 센싱 IC(IC#1)의 제4 Rx 채널에 공급한다. 제3 차동 증폭기(53)는 제6 Rx 라인(Rx6)과 제7 Rx 라인(Rx7)을 통해 수신된 신호들의 차를 증폭하여 증폭된 제6 터치 센서 신호(S6)를 제2 터치 센싱 IC(IC#2)의 제2 Rx 채널에 공급한다. 제4 차동 증폭기(54)는 제8 Rx 라인(Rx8)의 신호와 더미 신호(D0)의 차를 증폭하여 증폭된 제8 터치 센서 신호(S8)를 제2 터치 센싱 IC(IC#1)의 제4 Rx 채널에 공급한다.

터치 센서들이 표시패널에 인셀 타입으로 내장되면, 터치 센서가 픽셀의 구동 신호에 영향을 많이 받는다. 이 경우에, 터치 센싱 기간과 픽셀 구동 기간을 시분할하여 터치 센서와 픽셀의 상호 영향을 최소화하는 것이 바람직하다.

도 9는 도 8과 같은 차동 증폭기들을 구동하기 위한 방법을 보여 주는 파형도이다.

도 9를 참조하면, 1 프레임 기간은 다수의 픽셀 구동 기간(DP1, DP2)과 다수의 터치 센싱 기간(TP1, TP2)으로 시분할된다. 픽셀들에는 픽셀 구동 기간(DP1, DP2) 동안, 입력 영상의 데이터가 기입된다. 픽셀들에 기입된 데이터는 터치 센싱 기간(TP1, TP2) 동안 유지된다. 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2) 각각은 터치 센싱 기간(TP1, TP2) 동안 구동되어 터치 입력을 센싱하는 반면, 픽셀 구동 기간(DP1, DP2) 동안 대기한다. 픽셀 구동 기간(DP1, DP2)과 터치 센싱 기간(TP1, TP2)은 하나씩 교대로 배치될 수 있다.

타이밍 콘트롤러(16)는 수직 동기신호(Vsync)를 바탕으로 픽셀 구동 기간(DP1, DP2)과 터치 센싱 기간(TP1, TP2)을 정의한 동기신호(Sync)를 발생할 수 있다. 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2) 각각은 동기신호(Sync)에 응답하여 표시패널 구동회로(12, 14)와 동기될 수 있다. 동기신호(Sync)의 하이 로직 구간은 픽셀 구동 기간(DP1, DP2)을 정의하고, 로우 로직 구간은 터치 센싱 기간(TP1, TP2)을 정의할 수 있다. 물론, 그 반대의 경우도 가능하다.

스위치(SW)는 제2 센싱 기간(EVEN) 동안 턴-온되어 제4 차동 증폭기(54)의 비반전 입력 단자(+)에 제5 Rx 라인(Rx5)을 연결한다. 제4 차동 증폭기(54)의 반전 입력 단자(-)에 연결되는 제4 Rx 라인(Rx4)은 제1 센싱 영역(21)의 우측 끝단에 위치하고, 제4 차동 증폭기(54)의 비반전 입력 단자(+)에 연결되는 제5 Rx 라인(Rx5)은 제2 센싱 영역(22)의 좌측 끝단에 위치한다. 따라서, 제4 차동 증폭기(54)의 양 입력 단자들에는 이웃한 Rx 라인들(Rx4, Rx5)이 연결된다. 그 결과, 본 발명은 둘 이상의 터치 센싱 IC들을 터치 스크린에 연결할 때 IC들 간의 경계부에서 신호 대 잡음비(SNR)를 향상시킬 수 있다.

터치 센싱 기간(TP1, TP2) 동안 차동 증폭기들의 출력으로부터 얻어진 터치 센서들의 전하 변화량을 픽셀 구동 기간(DP1, DP2)에 ADC를 통해 디지털 값으로 변환할 수 있다. 이 실시예는 픽셀 구동 기간(DP1, DP2)에 픽셀에 비디오 데이터를 기입하는 동작과 터치 센싱 IC들(IC#1, IC#2)의 ADC 구동을 병렬 처리하여 터치 센싱 기간을 더 길게 확보할 수 있고 ADC 구동 시간을 충분히 확보할 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 구동 회로 14 : 스캔 구동 회로
16 : 타이밍 콘트롤러 18 : 호스트 시스템
IC#1, IC#2 : 터치 센싱 IC SW : 스위치

Claims

터치 센서들과 상기 터치 센서들에 연결된 센싱 배선들을 포함하고, 상기 터치 센서들과 상기 터치 센서들이 제1 센싱 영역과 제2 센싱 영역으로 나뉘어지는 터치 스크린;
다수의 수신 채널들을 통해 수신된 신호를 이용하여 상기 제1 센싱 영역의 터치 입력을 센싱하는 제1 터치 센싱 IC;
다수의 수신 채널들을 통해 수신된 신호를 이용하여 상기 제2 센싱 영역의 터치 입력을 센싱하는 제2 터치 센싱 IC;
상기 센싱 배선들과 상기 제1 및 제2 터치 센싱 IC들의 수신 채널들 사이에 형성된 차동 증폭기들; 및
상기 제2 센싱 영역의 센싱 배선들 중에서 상기 제1 센싱 영역과 가장 가까운 센싱 배선을 상기 제1 터치 센싱 IC의 마지막 수신 채널에 연결된 제N 차동 증폭기에 연결하는 스위치를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 스위치는,
상기 제1 터치 센싱 IC의 마지막 수신 채널에 터치 센서 신호가 인가될 때 턴-온되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 1 항에 있어서,
상기 차동 증폭기들의 입력 단자에 연결되는 센싱 배선들을 시프트시키기 위한 멀티플렉서를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.
제 3 항에 있어서,
제1 센싱 시간 동안 상기 차동 증폭기들 각각은 기수 번째 터치 센서 신호를 출력하고,
제2 센싱 시간 동안 상기 차동 증폭기들 각각은 우수 번째 터치 센서 신호를 출력하고,
상기 스위치는 상기 제2 센싱 시간 동안 턴-온되어 상기 제N 차동 증폭기의 비반전 입력 단자에 상기 제2 센싱 영역의 좌측 끝단에 형성된 센싱 배선을 연결하고,
상기 제N 차동 증폭기의 반전 입력 단자에는 상기 제2 센싱 기간 동안 상기 제1 센싱 영역의 우측 끝단에 연결된 센싱 배선이 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 시스템.