KR20150091731A - 저주파 노이즈를 제거하는 터치입력장치 - Google Patents

Abstract

사용자 입력도구와의 사이에서 터치입력 커패시턴스를 발생시키도록 배치된 터치전극패드; 제1 스위치 및 제1 연산증폭기; 제2 스위치 및 제2 연산증폭기를 포함하는 터치입력장치를 공개한다. 상기 제1 스위치의 제1 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제1 타단부는 상기 제1 연산증폭기의 비반전 입력단자에 연결되고, 상기 제2 스위치의 제2 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제2 타단부는 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자에 연결되고, 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에는 제1전위(VH)가 인가되고, 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에는 제2전위(VL)가 인가되고(단, 제2전위<제1전위), 상기 제1 연산증폭기의 상기 비반전 입력단자와 상기 제1 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제1 적분 커패시터가 연결되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 상기 비반전 입력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제2 적분 커패시터가 연결되어 있다.

Description

저주파 노이즈를 제거하는 터치입력장치{Touch input device for diminishing low frequency noise}

본 발명은 정전용량방식의 터치입력장치에 관한 것으로서, 특히 서로 다른 시간 페이즈에서 동작하는 두 개의 터치입력 감지부를 결합하여 터치입력여부를 판단하는 장치에 관한 것이다.

이하 설명하는 내용은 발명의 배경이 되는 기술을 설명한 것이며, 타인에 의해 공개된 선행기술을 인식하여 서술하는 것은 아니다.

도 1a 및 도 1b는 자기정전용량(self capacitance) 방식의 터치입력의 원리를 설명하기 위하여 제시한 터치입력회로의 일 예이다.

노드(n1)에는, ① 터치 커패시턴스(Cx,xx), 기생 커패시턴스(Cp,yy), 및 기타 커패시턴스(Ce)(123)에 의해 형성되는 등가 커패시턴스, ② 저항(Rref)(112), ③ 연산증폭기(115)의 비반전 입력단자, ④ 스위치(114), 및 ⑤ 전극패드(VCOM,xx)가 연결될 수 있다.

이때, 상기 등가 커패시턴스 중 터치 커패시턴스(Cx,xx)는 전극패드(VCOM,xx) 가까이에 손가락과 같은 유전체가 근접하게 되어 그 둘 사이에 전기장이 형성됨으로써 발생하게 된다. 즉, 터치입력 여부에 따라 터치 커패시턴스(Cx,xx)의 값이 변화하게 되고, 이 값을 측정함으로써 터치입력 여부를 알 수 있다.

한편, 기생 커패시턴스(Cp,yy)는 전극패드(VCOM,xx)와 기타 다른 회로들 사이에 형성되는 원하지 않는 커패시턴스일 수 있다. 이때, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 값이 충분히 작거나 존재하지 않아야 터치 커패시턴스(Cx,xx)의 변화량을 쉽게 측정할 수 있다.

또한, 어떤 경우에는 기생 커패시턴스(Cp,yy)는 시간에 따라 변할 수도 있다.

또한, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 일단부인 노드(n2)는 회로의 다른 부분으로부터 유입되는 노이즈를 노드(n1)에 전달하는 부작용을 가지고 있다. 노드(n2)에는 회로의 다른 부분에 형성되어 있는 기타 커패시턴스(Ce)(123)에 더 연결되어 있을 수 있다.

스위치(114)의 온/오프 상태는 연산증폭기(115)의 반전 입력단자에 인가된 기준전압(Vref)과 비반전 입력단자에 인가되는 노드(n1)의 전압(Vx,xx)의 차이값에 따라 결정될 수 있다.

도 1b에 나타낸 바와 같이 노드(n1)의 전압(Vx,xx)은 스위치(114)의 온/오프 상태의 변화에 따라 달라질 수 있다. 스위치(114)가 온 상태인 경우 전압(Vx,xx)의 상승 변화율은 상기 등가 커패시턴스와 상기 저항(Rref)(112)에 의해 결정되는 시정수(τ)에 의해 결정될 수 있다. 스위치(114)가 오프 상태가 되면 전압(Vx,xx)는 기준전위로 다시 떨어지게 된다.

손가락(17)이 전극패드(VCOM,xx)에 얼마나 가까이 위치해 있느냐에 따라 터치 커패시턴스(Cx,xx)의 크기가 달라지게 되며, 그 달라진 값에 의해 시정수(τ)의 값이 변화될 수 있다. 이러한 시정수(τ)의 변화는 도 1b에 나타낸 전압(Vx,xx)의 변화율에 영향을 준다. 따라서 전압(Vx,xx) 그래프로부터 시정수(τ)의 크기, 터치 커패시턴스(Cx,xx)의 크기, 그리고 손가락(17)이 전극패드(VCOM,xx)에 얼마나 영향을 주고 있는지에 대한 정보를 역으로 계산해 낼 수 있다. 이로써 터치입력이 이루어졌는지 여부를 알 수 있다.

도 1c 및 도 1d는 각각 도 1a 및 도 1b에 대응하는 회로로써, 도 1a의 저항(Rref)(112)이 정전류원(Iref)(112_1)으로 대체된 회로와, 이 때의 전압(Vx,xx)의 시간에 따른 변화를 나타낸다.

도 1a와 도 1c의 회로에는 노드(n1)와 노드(n2) 사이에 증폭기(24)가 더 배치되어 있다. 증폭기(24)는 노드(n1), 즉 전극패드(VCOM,xx)의 전압(Vx,xx)를 노드(n2)에 그대로 전달함으로써, 전압(Vx,xx)과 전압(Vy,yy)가 강제로 동일하게 되도록 하는 기능을 하거나, 또는 실질적으로 동일하게 되도록 하는 기능을 하거나, 또는 전압(Vx,xx)과 전압(Vy,yy)의 차이를 크게 줄여주는 기능을 한다. 그 결과 기생 커패시턴스(Cp)의 양 단부 사이의 전압이 0이 되거나, 0에 가까운 값으로 되어 기생 커패시턴스(Cp)에 의한 영향이 배제되고, 터치 커패시턴스(Cx,xx)의 변화량만을 성공적으로 측정할 수 있다.

본 발명에서는 정전식 터치센서층의 전극패드에 기생하는 기생 커패시턴스의 영향을 제거하는 구조를 갖는 터치입력장치를 제공하고자 한다. 또한, 특히, 상기 기생 커패시턴스가 터치입력장치에 인접하여 있는 화면표시장치의 데이터 제어라인(DL) 및/또는 게이트 제어라인(GL)에 의해 형성되는 경우에 적용될 수 있는 구조를 제공하고자 한다.

본 발명의 일 관점에 따라 제공되는 터치입력 감지장치는, 사용자 입력도구와의 사이에서 터치입력 커패시턴스를 발생시키도록 배치된 터치전극패드; 제1 스위치 및 제1 연산증폭기; 및 제2 스위치 및 제2 연산증폭기를 포함하며, 상기 제1 스위치의 제1 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제1 타단부는 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고, 상기 제2 스위치의 제2 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제2 타단부는 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고, 상기 제1 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제1전위(VH)가 인가되고, 상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제2전위(VL)가 인가되며, 상기 제1 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제1 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제1 적분 커패시터가 연결되어 있고, 상기 제2 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제2 적분 커패시터가 연결되어 있다.

이때, 상기 터치입력 감지장치의 출력신호는 상기 제1 연산증폭기의 제1출력신호(Vo1)의 값으로부터 상기 제2 연산증폭기의 제2출력신호(Vo2)의 값을 차감한 값일 수 있다.

이때, 상기 제1 적분 커패시터와 상기 제2 적분 커패시터를 통해 전류가 흐르는 동안 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 교대로 온 상태와 오프 상태를 전환하도록 되어 있으며, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온 상태 구간은 서로 겹치지 않도록 되어 있을 수 있다.

이때, 상기 터치전극패드를 통해 터치입력이 이루어졌는지 여부는 상기 제1 연산증폭기의 출력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이의 전압의 차이를 이용하여 판단하도록 되어 있을 수 있다.

본 발명의 다른 관점에 따라 제공되는 화면출력장치은, 화상제어신호가 인가되도록 되어 있는 화상제어라인; 상기 화상제어라인에 연결되어 상기 화상제어신호에 의해 제어되는 한 개 이상의 화상픽셀; 및 상기 화상제어신호가 활성화되는 제1시구간 동안 상기 한 개 이상의 화상픽셀에 기준전위를 제공하는 한 개 이상의 전극패드;를 포함한다. 이때, 상기 제1시구간 이외의 시간 중 적어도 일부의 제2시구간에서는, 상기 화상제어라인에 상기 한 개 이상의 전극패드 중 일부 또는 전부의 전위에 대응하는 제어전위가 인가되도록 되어 있다.

이때, 상기 제1시구간은 표시부 구동신호(53) 발생구간일 수 있다.

이때, 상기 화상제어라인은 상기 한 개 이상의 화상픽셀에 상기 화상제어신호를 인가하도록 되어 있는 데이터 제어라인 및 게이트 제어라인 중 하나 이상일 수 있다.

이때, 상기 제어전위는 상기 한 개 이상의 전극패드 중 어느 하나의 전극패드의 전위에 대응하는 전위일 수 있다.

이때, 상기 제어전위는 상기 한 개 이상의 전극패드 중 복수 개의 전극패드의 전위들의 대푯값에 대응하는 전위일 수 있다.

이때, 상기 제2시구간에서는, 정전식 터치입력 감지를 위한 적분회로에 연결되도록 되어 있으며, 상기 제어전위는, 상기 적분회로의 리셋주기와 동일한 주기에 따라 변화하는 전위값을 갖는 신호인 것을 특징으로 할 수 있다.

이때, 상기 제2시구간에서는, 정전식 터치입력 감지를 위한 센사회로에 연결되도록 되어 있으며, 상기 제2시구간은 정전 구동신호(51)가 발생하는 시구간을 포함할 수 있다.

본 발명에 따르면 정전식 터치센서층의 전극패드에 기생하는 기생 커패시턴스의 영향을 제거하는 구조를 갖는 터치입력장치를 제공할 수 있다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 배경이 되는 기술을 설명하기 위한 도면이다.
도 4 내지 도 9는 본 발명의 일 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 10 내지 도 13은 본 발명의 다른 실시예를 설명하기 위한 도면이다.
도 14a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 터치입력여부를 감지하는 기능을 수행하는 회로의 구성을 나타낸 것이다. 도 14b는 도 14a에서 터치입력도구(17)와 전극패드(VCOM,xx) 사이에 형성되는 용량성분을 커패시터(Cp)로 모델링하여 표시한 것이다.
도 15a 내지 도 15e는 도 14b에 나타낸 저주파 노이즈 제거 감지회로의 동작방법의 일 예를 설명한 것이다.
도 16의 (a)는 도 15a의 초기화 단계 이후에 도 15b 내지 도 15e의 순환주기를 반복하는 동안 얻을 수 있는 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)의 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 16의 (b)는 특정 감지주기에 있어서 도 15b 내지 도 15e의 순환주기를 반복한 결과 얻을 수 있는 제1 전압출력(Vo1)과 제2 전압출력(Vo2)의 파형의 예를 나타낸 것이다.
도 17은 도 15a 내지 도 15e에서 설명한 시각 t0, t1, t2, t3, t4에서의 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)의 온/오프 상태 및 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)의 변화를 나타내는 타이밍도이다.
도 18a 내지 도 18e, 도 19, 및 도 20은 각각 도 15a 내지 도 15e, 도 16, 및 도 17로부터 변형된 실시예를 나타낸다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 배경이 되는 기술로서 본 출원발명의 발명자 및/또는 출원인이 알고 있는 내용을 설명하기 위한 도면이지만, 본 출원발명의 출원일 이전에 공개되어 있던 종래기술로서 당연히 인정하는 것은 아니다.

도 2는 정전식 터치센서층과 화면출력장치가 한 종류의 이상의 부품을 공유하면서 일체형으로 형성된 일체형 입출력장치(1)를 도식화한 것이다. 일체형 입출력장치(1)에는 터치IC(T-IC)(3)와 화면출력제어칩(DDI, Display Driver IC)(2)가 포함될 수 있다.

화면출력제어칩(2)에는 화면에 구비된 복수 개의 데이터 제어라인에 연결된 단자들(DL), 화면에 구비된 복수 개의 게이트 제어라인에 연결된 단자들(CL), 그리고 화면을 구성하는 부품 중 행렬형태로 분할되어 배치되어 있는 복수 개의 VCOM 전극에 연결된 단자들(VCOM[M*N])이 구비되어 있다. 도 2의 실시예에서 M=12이고 N=8이다.

터치IC(3)에는 상기 복수 개의 VCOM 전극에 연결된 단자들(VCOM[M*N])이 마찬가지로 구비되어 있다.

일실시예에서, VCOM 전극들에 제어권은 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)가 시간에 따라 나누어 가질 수 있도록 되어 있을 수 있다.

즉, 도 2의 일체형 입출력장치(1)에서는 정전식 터치센서층과 화면출력장치가 적어도 VCOM이라는 복수 개의 전극을 공유한다. 여기서 상기 복수 개의 VCOM 전극 각각은 도 1a에 도시한 VCOM,xx 전극(즉, 상술한 전극패드)에 대응한다.

도 3은 도 2의 왼쪽 위에 있는 4개의 VCOM 전극 부근의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.

복수 개의 데이터 제어라인들(DL1, DL2, DL3, ...)은 도면에서 상하방향으로 연장되어 있고, 복수 개의 게이트 제어라인들(CL1, CL2, CL3, ...)은 도면에서 좌우방향으로 연장되어 있다. 데이터 제어라인들(DL1, DL2, DL3, ...)과 게이트 제어라인들(CL1, CL2, CL3, ...)을 제어함으로써, 이들 제어라인들의 교차점에 존재하는 화상픽셀에서 출력되는 화상을 제어할 수 있다. 여기서 상기 교차점에 존재하는 화상픽셀들을 부호 Nyy로 표기하였다. 예컨대, 데이터 제어라인(DL1)과 제이트 제어라인(GL1)이 교차하는 노드에서의 화상픽셀은 N11으로 표기하였다.

도 3에서, 한 개의 VCOM 전극에는 두 개의 데이터 제어라인과 두 개의 게이트 제어라인이 지나가는 것으로 예시하였으나, 더 많거나 적을 수도 있다.

<실시예 1>

도 4a 내지 도 4c는 각각 도 3에 도시한 3개의 화상픽셀(N11, N31, N33)에서의 구조를 더 자세히 나타낸 것이다.

도 4a를 살펴보면, 데이터 제어라인(DL1)을 통해 인가되는 전기적 신호는 트랜지스터(T11)에 영향을 주게 되는데, 이때 게이트 제어라인(GL1)이 트랜지스터(T11)의 게이트 전압을 조절하게 된다. 도 2 및 도 3에 도시한 화면출력장치는 VCOM,xx라는 전극을 포함하도록 되어 있다. 이때, 데이터 제어라인(DL1), 게이트 제어라인(GL1), 트랜지스터(Tyy)(예컨대 T11), 및 VCOM,xx 전극(예컨대 VCOM,11 전극) 사이에는 각종 커패시터(11~16)가 존재한다. 이러한 커패시터(11~16)들 중 일부는 의도적으로 형성한 것이며, 다른 것들은 의도하지 않게 발생한 기생 커패시터일 수 있다. 도 4a에서는 커패시터(11~16)를 총 6개로 모델링 하였으나, 이와 다른 개수로 모델링 될 수 있음은 물론이다. 이하 이렇게 6개로 모델링 된 예를 전제로 설명한다.

VCOM,11 전극은, 도 1a에서 상술한 바와 같이, 자기정전용량 방식의 터치입력을 위해 센서로서 이용되는 전극이다. 즉, VCOM,11은 도 2의 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)이 공통으로 이용하는 부품인데, 이를 위하여 일 실시예에서는 VCOM,11을 터치IC(3)와 화면출력제어칩(2)가 시분할하여 이용할 수 있다. 다른 VCOM,xx에 대해서도 마찬가지이다.

커패시터(11~16)에 의한 등가 커패시터를 구하는 것은 쉽지 않다. 그럼에도 불구하고, VCOM,11 전극에 직접 연결된 커패시터(14, 15, 16)를 통해 흐르는 전하의 양, 그리고 VCOM,11 전극과 터치입력도구(17) 사이에 형성되는 커패시턴스(ΔCx,11)에 의해 터치입력 센싱특성이 결정된다는 점을 이해할 수 있다. 터치IC(3) 입장에서는 커패시터(11~16) 등은 총괄적으로 기생 커패시터(C11)인 것으로 간주할 수 있다.

기생 커패시터(C11)은 노드(n11~n12)를 제1극으로 하고, 노드(n21~n24)를 제2극으로 하는 커패시터인 것으로 간주할 수도 있다.

도 4a에 제시한 회로모델에서, 기생 커패시터(C11)은 VCOM,11 전극, 데이터 제어라인(DL1), 및 게이트 제어라인(GL1)의 총 3개의 지점에 연결되어 있지만, 이중 게이트 제어라인(GL1)을 통해 이동하는 전하의 양이 작은 것으로 보이기 때문에, 기생 커패시터(C11)의 양단자는 VCOM,11 전극과 데이터 제어라인(DL1)인 것으로 근사화할 수도 있다.

여기서 커패시턴스(ΔCx,11)는 터치입력도구(17)의 유무 또는 근접도에 따라 가변하는 것이기 때문에 기호 Δ를 이용하여 표시하였다. 또한, VCOM,11 전극과 커패시터(14, 15, 16)들 사이에서 흐르는 전하의 양도 데이터 제어라인(DL1)과 게이트 제어라인(GL1)의 가변하는 전기적 성질에 따라 함께 가변하는 것이기 때문에, 기생 커패시터(ΔCp,11)도 기호 Δ를 이용하여 표시하였다.

도 1a에 나타낸 회로와 마찬가지로, 기생 커패시터 양측의 전압을 동일하게 해주거나 또는 거의 비슷하게 해주면 기생 커패시터에 의한 영향을 최소화할 수 있기 때문에, 기생 커패시터(C11)의 양단자인 VCOM,11 전극과 데이터 제어라인(DL1)의 전압을 거의 동일하게 하도록, VCOM,11 전극의 전압을 증폭기(24)를 이용하여 1:1로 데이터 제어라인(DL1)에 인가할 수 있다.

상술한 바와 같이 정전식 터치센서층과 화면출력장치의 일부 부품은 서로 공유된다고 하였는데, 상술한 바와 같이 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)도 공유된다고 볼 수 있다. 본 발명의 일 실시예에서 있어서, 화면을 출력하는 시간과 정전식 터치입력을 감지하는 시간은 서로 배타적으로 구분되어 있는데, 화면을 출력하는 시간에는 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)에는 화상출력 데이터에 대응하는 전기적 신호가 흐르지만, 정전식 터치입력을 감지하는 시간에는 기생 커패시터(ΔCp,11, ΔCp,12, ΔCp,13, ...)에 의한 정전식 터치입력의 오류를 최소화하기 위하여 데이터 제어라인(DL1, DL2, DL3, ...)에는 증폭기(24)의 출력이 인가될 수 있다.

도 4a와 도 4b를 함께 살펴보면, 도 4a에서 트랜지스터(T11)에 연결된 VCOM 전극은 VCOM,11 전극임에 비하여, 도 4b에서 트랜지스터(T31)에 연결된 VCOM 전극은 VCOM,21 전극이다. 이때, 도 4a에 설명한 바와 같이, 기생 커패시터(C31)의 양단자인 VCOM,21 전극과 데이터 제어라인(DL1)의 전압을 거의 동일하게 하도록, VCOM,21 전극의 전압을 증폭기(24)를 이용하여 1:1로 데이터 제어라인(DL1)에 인가하고자 할 수 있다. 그러나 단순히 이와 같이 구성할 수는 없다. 왜냐하면 화상픽셀(N11)과 화상픽셀(N31)은 데이터 제어라인(DL1)을 공유하는데, 화상픽셀(N11)과 화상픽셀(N31)에 연결되는 VCOM 전극은 VCOM,11 전극과 VCOM,21 전극으로 서로 다르며, VCOM,11 전극과 VCOM,21 전극의 전압은 서로 다르기 때문이다. 따라서 서로 다른 전압을 갖는 두 단자의 전압을 한 개의 데이터 제어라인에 동시에 인가할 수는 없다. 이를 해결하는 방법은 도 6a 내지 도 6c에서 설명한다.

다시 화상픽셀(N33)을 살펴보기 위해 도 4c를 살펴보면, VCOM 전극이 VCOM,22 전극으로 되어 있다는 점을 확인할 수 있다. 이때, 화상픽셀(N33)에는 데이터 제어라인(DL3)이 연결되어 있기 때문에, 적어도 도 4a 및 도 4b의 데이터 제어라인(DL1) 때문에 VCOM,22 전극과 데이터 제어라인(DL3) 사이에 증폭기(24)를 연결하지 못하지는 않는다.

도 4a 내지 도 4c에서는 증폭기(24)의 출력단이 데이터 제어라인(DL)에 연결되는 구성을 예시하였으나, 다른 예에서는 증폭기(24)의 출력단이 게이트 제어라인(GL)에 연결될 수도 있다.

도 4a 내지 도 4c의 구조에서 VCOM,xx 전극에는 스위치(SW1)이 연결될 수 있다. 이 스위치(SW1)는, 후술하는 도 9의 표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간에서는 Vref2에 연결되고, 정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간에서는 노드 n1에 연결될 수 있다. 여기서 Vref2는 GND일 수 있으며, 데이터 제어라인(DL)과 게이트 제어라인(GL)에 화상제어신호가 인가되는 동안 모든 VCOM,xx 전극이 공통적으로 연결되는 기준전위일 수 있다. 그리고 상기 노드 n1은 도 1a에 나타낸 노드 n1에 대응하는 노드일 수 있다. 즉, 노드 n1은 VCOM,xx 전극을 터치감지용 센서로 사용하는 터치감지센서에 연결되는 노드일 수 있다.

그리고 데이터 제어라인(DL)과 증폭기(24) 사이에는 스위치(SW2)가 연결될 수 있다. 스위치(SW2)는 표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간에서는 오프상태가 되고, 정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간에서는 온상태가 될 수 있다.

	SW1	SW2
표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간	Vref2에 연결	OFF
정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간	n1에 연결	ON

도 5a는 도 4a 내지 도 4c에서 설명한 문제점을 개념화하여 도시한 것이다.

도 5a를 살펴보면, 한 개의 데이터 제어라인(DL1)에 서로 다른 전압을 갖는 두 개 이상의 VCOM,xx 전극들 (VCOM,11 전극, VCOM,21 전극)이 연결될 수 있다. 이때, 당연한 이야기이지만, 데이터 제어라인(DL1)에게 VCOM,11 전극의 제1전압과 VCOM,21 전극의 제2전압을 동시에 인가할 수는 없다. 어찌되었든, 한 개의 데이터 제어라인(DL1)에 어떤 전위를 임의로 인가하기 위해서는, 한 개의 데이터 제어라인(DL1)에 한 개의 증폭기(24)의 출력만이 연결되어야 한다.

이는 도 5a에 제시된 다른 데이터 제어라인(DL3)에 대하여도 마찬가지로 적용된다.

도 5a는 기생 커패시턴스인 ΔCp,yy를 형성하는데 있어서 게이트 제어라인보다 데이터 제어라인이 훨씬 더 많은 영향을 주는 경우에 적용될 수 있는 구조이다. 이에 비하여, 기생 커패시턴스인 ΔCp,yy를 형성하는데 있어서 데이터 제어라인보다 게이트 제어라인이 훨씬 더 많은 영향을 주는 경우에는 도 5b와 같은 구조를 적용할 수 있다. 또는, 도 5c와 같이 데이터 제어라인과 게이트 제어라인의 전위를 동시에 제어하는 구조를 적용할 수도 있다.

도 6a 내지 도 6c는 본 발명의 서로 다른 세 개의 실시예에 따른 기생 커패시터의 영향을 제거하기 위한 회로의 구조를 도시한 것이다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른, 데이터 제어라인에 VCOM의 전압에 대응하는 전압을 인가하는 회로구조를 나타낸 것이다.

도 6a에서, 데이터 제어라인(DL1)에는, 데이터 제어라인(DL1)에 연결될 수 있는 복수 개의 모든 VCOM,x1 전극 (VCOM,11 전극, VCOM,21 전극, ...) 중 어느 한 개를 임의로 또는 미리 결정된 규칙에 의해 선택하여, 상기 선택된 VCOM,x1의 전압을 데이터 제어라인(DL1)에 인가하는 구조를 이용한다. 도 6a에서는 멀티플렉서에 의해 선택하는 것으로 되어 있지만, 이와 달리 증폭기(24)의 입력단은 선택된 특정 VCOM 전극에 직접 연결되어 있을 수도 있다.

도 6a에 나타낸 것과 같이, VCOM,11 전극과 VCOM,21 전극의 시간에 따른 전위는, 본질적으로 동일할 수가 없기 때문에 서로 다를 수밖에 없다.

도 6b는 본 발명의 다른 실시예에 따른, 데이터 제어라인에 VCOM의 전압에 대응하는 전압을 인가하는 회로구조를 나타낸 것이다.

도 6b에서, 데이터 제어라인(DL1)에는, 데이터 제어라인(DL1)에 연결될 수 있는 복수 개의 모든 VCOM,x1 전극 (VCOM,11 전극, VCOM,21 전극, ...)에서 나타나는 전위를 평균하여 데이터 제어라인(DL1)에 인가하는 구조를 이용한다. 이를 위하여 서로 다른 전압의 평균을 만들어내는 Average Calculator 회로를 이용할 수 있다. Average Calculator 회로는 예컨대 한 상(phase)의 다수 개의 입력을 차동입력단으로 받아들이는 차동 증폭기의 원리를 이용하여 구현할 수 있다.

도 6b에, 엄밀하게 도시한 것은 아니지만, VCOM,11 전극과 VCOM,21 전극의 시간에 따른 전압을 평균한 파형의 예를 도시하였다.

도 6c는 본 발명의 또 다른 실시예에 따른, 데이터 제어라인에 VCOM의 전압에 대응하는 전압을 인가하는 회로구조를 나타낸 것이다.

도 6c에서, 데이터 제어라인(DL1)에는, Reference Wave Generator에서 미리 결정된 방식에 의해 제공되는 전압을 출력하여 데이터 제어라인(DL1)에게 인가하는 구성을 취한다. 도 6c에 Reference Wave Generator의 출력의 예를 나타내었다. 이때, Reference Wave Generator의 출력은 주기적인 신호일 수 있다. 그리고 그 주기는, 예컨대 도 1a에서 스위치(114)가 열리고 닫히는 주기과 동일할 수 있다.

상술한 도 1 내지 도 6에 도시한 본 발명의 아이디어는 이하 도 7 내지 도 9에서 설명하는 장치에 대하여 적용될 수 있다. 본 명세서에서 도 1 내지 도 6에 도시한 참조번호와 도 7 내지 도 9에 도시한 참조번호는 서로 독립적으로 부여된 것이다.

일 실시예에서, 도 1 내지 도 5에서 설명한 데이터 제어라인(DL), 게이트 제어라인(GL), 및 VCOM,xx은, 도 9에 도시한 표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간에서는 화면출력제어칩(2)의 기능을 위해 사용될 수 있고, 도 9에 도시한 정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간에서는 터치IC(T-IC)(3)의 기능을 위해 사용될 수 있다. 이를 위하여 일 실시예에서는, 도 4a의 커패시터(14, 15, 16) 중 인위적으로 만든 커패시터와 VCOM,xx 사이의 경로에는 스위치가 제공될 수도 있고, 데이터제어라인(DL1)와 증폭기(24)을 출력단 사이의 경로에도 스위치가 제공될 수도 있다.

도 7의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 일체형 입출력장치(1)의 평면도를 나타낸다. 도 7의 (b)는 도 7의 (a)에 나타낸 일체형 입출력장치(1)의 분해 단면도를 개념화하여 나타낸 것이다. 이하, 도 7의 (a) 및 (b)를 함께 참조하여 설명한다.

일체형 입출력장치(1)는 화면출력장치(12), 정전식 터치센서층(11), 및 터치펜 센서층(13)이 결합된 장치일 수 있다.

화면출력장치(12)에는 표시를 위한 소재와 함께 표시신호를 처리하는 화면출력제어칩(D-IC)(121), 포함되거나 연결되어 있을 수 있다. 이때 화면출력제어칩(121)에는 DDI(Display Driver IC; 디스플레이 구동 IC)를 포함하는 장치일 수 있다. 일 실시예에서, DDI는 표시화면에 구비된 각 화소 중 삼원색인 RGB를 표시하는 부화소에 붙어있는 트랜지스터를 조정하는 기능을 할 수 있으며, 게이트 IC 및 소스 IC로 구분될 수 있다.

일 실시예에서 DDI는 T-CON(Timing Controller)과 연결되어 함께 사용됨으로써 표시장치를 제어할 수 있다.

정전식 터치센서층(11)에는 정전식 터치입력 검출을 위한 소재와 함께 정전식 터치입력 검출을 위한 신호를 처리하는 터치IC(T-IC)(111)이 포함되거나 연결되어 있을 수 있고, 터치펜 센서층(13)에는 펜 터치입력 검출을 위한 소재와 함께 펜 터치입력 검출을 위한 신호를 처리하는 펜 센서칩(131)이 포함되거나 연결되어 있을 수 있다.

이때 이 세 가지 장치가 쌓인 순서가 특정 순서로 결정되어야 하는 것은 아니지만, 일 실시예에서는 터치펜 센서층(13)이 가장 아래층에 배치되고, 화면출력장치(12)가 중간층에 배치되고, 그리고 정전식 터치센서층(11)이 가장 위층에 배치될 수 있다.

또한, 예컨대 소위 인-셀(In-Cell) 방식의 디스플레이 터치센서라고 불리는 다른 실시예에서는 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층이 일체형(11)으로 형성되어 일부 부품을 공유할 수도 있다. 산업계에서는 디스플레이와 터치센서의 부품을 공유하는 방식을 인-셀 방식이라고 부르기도 한다. 인-셀 방식(in-cell)은 퓨어(pure) 인-셀, 및 하이브리드 인-셀이라는 방식으로 다시 구분되기도 한다

또한 다른 실시예에서는 정전식 터치센서층(11), 화면출력장치(12), 및 터치펜 센서층(13) 중 임의의 2개 이상의 장치가 서로 부품을 공유할 수도 있다. 이와 같이 부품이 공유되는 경우 ‘일체형’ 또는 ‘하이브리드’라는 이름으로 불릴 수 있다.

화면출력장치(12)는 예컨대 LCD, PDP, AMOLED, 및 OLED와 같은 장치를 이용하여 제공될 수 있다. 정전식 터치센서층(11) 또는 터치펜 센서층(13)이 화면출력장치(12)를 덮고 있는 경우에는 화면출력장치(12)의 출력을 육안으로 확인할 수 있도록 화면출력장치(12)를 덮고 있는 터치패널(11, 13)이 사람의 눈에 대하여 실질적으로 투명하도록 구성될 수 있다.

정전식 터치센서층(11) 및 터치펜 센서층(13)은 화면출력장치(12)가 차지하는 평면에 걸쳐 제공될 수 있다. 사람이 화면출력장치(12) 상의 특정 좌표를 목표로 입력 제스처를 취하는 경우, 터치패널(11, 13)들은 이 입력 제스처가 이루어진 좌표를 정확하게 검출할 수 있어야 한다.

일 실시예에서 화면출력장치(12)의 표시해상도를 R1이라하고, 터치펜 센서층(13)의 사용자 입력 해상도를 R2라 하고, 그리고 정전식 터치센서층(11)의 사용자 입력 해상도를 R3라고 하면, 예컨대 R1 > R2 > R3의 관계가 성립할 수 있다. R2와 R3가 R1에 근접하는 경우 더 향상된 사용자 입력경험을 제공할 수 있다.

<실시예 2>

도 8의 (a)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호(즉, 정전용량 터치센서의 센싱을 위한 구동신호)와 펜 구동신호(즉, 스타일러스 펜의 센싱을 위한 구동신호)의 타이밍도이다. 본 발명의 일 실시예에서 정전 구동신호(52)는 시간 축 상에서 단속적(즉, 중간 중간 끊긴다는 의미임)으로 일정 주기(T)로 발생할 수 있다. 이때 정전 구동신호(52)는 미리 결정된 제2지속구간(T2)만큼 지속될 수 있다. 각각의 제2지속구간(T21, T22)에서의 정전 구동신호(52)의 패턴은 서로 동일할 수도 있고 서로 다를 수도 있다. 이때, 펜 구동신호(51)는 정전 구동신호(52)와 그 발생 시구간이 겹치지 않도록 발생할 수 있다. 도 8에서는 정전 구동신호(52)가 발생하는 제2지속구간(T2)을 제외한 나머지 모든 시간인 제1지속구간(T1, T11, T12)에서 펜 구동신호(51)가 발생하는 것으로 예시하였다.

도 8의 (b)는 도 8의 (a)로부터 변형된 타이밍도를 나타낸다. 도 8의 (b)에서는 정전 구동신호(52)의 발생구간인 제2지속구간(52)들 사이에 펜 구동신호(51)가 발생할 수도 있고 그렇지 않을 수도 있다.

도 8의 (c)는 도 8의 (a)로부터 변형된 또 다른 타이밍도를 나타낸다. 펜 구동신호(51)의 제1지속구간(T3)들과 정전 구동신호(52)의 제2지속구간(T2) 사이에는 시간적 갭(gap)이 존재할 수 있다.

도 8에서는 3가지 예를 들었지만, 펜 구동신호(51)와 정전 구동신호(52)의 발생구간이 시간축 상에서 서로 겹치지만 않게 할 수 있다면 어떠한 형태의 변형예도 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.

<실시예 3>

도 9의 (a) 및 (b)는 본 발명의 일 실시예에 따른 정전 구동신호, 펜 구동신호, 및 표시부 구동신호의 타이밍도이다. 도 9의 (a) 및 (b)의 정전 구동신호와 펜 구동신호는 도 8의 (c)에 나타낸 것과 동일한 예를 들었다. 그리고 여기서 표시부 구동신호는 예컨대 상술한 DDI의 구동신호, 즉 DDI 구동신호일 수 있다.

도 9의 (a)의 타이밍도는 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층(11)이 서로 다른 층에 별개로 제공되는 경우에 적용될 수 있다.

특히, 도 9의 (a)의 타이밍도는 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층(11)이 일체화되어 제공되는 경우에 유용하게 적용될 수 있다. 화면출력장치(12)와 정전식 터치센서층(11)이 일체화된 경우에는 이 두 장치가 서로 공유하는 부품이 존재할 수 있으며, 이때 이 부품의 입출력 특성이나 전기적 상태에 대한 제어권을 이 두 장치가 미리 약속된 서로 다른 시간에 시분할하여 가지고 있을 수 있다. 그 결과, 도 9의 (a)와 같이 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제4지속구간(T4)는 정전 구동신호(52)의 발생구간인 제2지속구간(T2)과 겹치지 않을 수 있다.

도 9의 (b)는 도 9의 (a)의 변형예이다. 도 9의 (a)에서는 펜 구동신호(51)의 발생구간인 제3지속구간(T3)이 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제4지속구간(T4)에 포함된 것으로 나타내었으나, 도 9의 (b)에서는 펜 구동신호(51)의 발생구간인 제3지속구간(T3)과 표시부 구동신호(53)의 발생구간인 제5지속구간(T5)의 일부만 서로 겹치는 것으로 예시하였다.

도시하지는 않았으나, 펜 구동신호(51)의 발생구간과 표시부 구동신호(53)의 발생구간은 서로 겹치지 않을 수도 있다.

도 9에 예시된 타이밍도들은, 정전 구동신호(52)의 지속구간이 펜 구동신호(51)의 지속구간과 겹치지 않는다는 제1조건과, 정진 구동신호(52)의 지속구간이 표시부 구동신호(53)의 지속구간과 겹치지 않는다는 제2조건을 동시에 만족한다면, 얼마든지 변형될 수 있다.

<실시예 4>

도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따라 터치입력제스쳐를 인식하는 기술을 나타낸 것이다.

도 10에 제시한 터치입력감지회로(10)는 연산증폭기(215), 그리고 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 출력단자 사이에 연결된 적분 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 이때 연산증폭기(210)의 비반전 입력단자에는 전압신호(Vdp)가 입력될 수 있다. 그리고 편의상 터치입력감지회로(10)의 입력단자(11)를 정의할 수 있는데 입력단자(11)는 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 동일한 단자일 수 있다.

상기 전압신호(Vdp)는 주기성을 갖는 신호일 수 있다. 나아가 DC 성분이 0인 주시 신호, 즉 교류 주기 신호일 수도 있다. 또는 전압신호(Vdp)는 주기신호가 아닐 수도 있으며, 이때 주파수 fc의 성분을 갖는 신호일 수도 있다.

도 10에서 노드(Vx,xx)를 통해 흐르는 전류의 크기는 전극패드(VCOM,xx)와 손가락(17) 사이에 형성되는 커패시턴스(Cx,xx)와 기생 커패시턴스(Cp,yy)가 결합된 등가 커패시턴스의 크기에 의해 영향을 받을 수 있다. 이 등가 커패시턴스를 Cxe라고 이름 붙일 수 있다.

터치입력감지회로(10)의 입력단자(11)는 도 3에 도시한 VCOM,xx에 연결될 수 있다.

도 11은 상기 주기적 전압신호(Vdp)의 파형이 DC 성분이 없는 주기적 교류파형의 형태로 제공되는 경우의 예를 나타낸 것이다

도 11의 (a)는 교류 정현파, (b)는 교류 삼각파, (c)는 교류 구형파를 나타낸 것이다. 각 경우에 있어서 연산증폭기(215)의 출력전압(Vo)은 교류 정현파, 교류 삼각파, 및 교류 구형파와 동일하거나 유사한 형태의 파형을 출력하게 된다. 출력전압(Vo)에는 상기 중심 주파수 fc와 다른 주파수 성분을 가지고 있을 수 있으며, 이러한 다른 주파수 성분은 (1) 전압신호(Vdp)에 내재되어 있던 주파수 성분이었거나, (2) 비선형 전달함수에 따라 전압신호(Vdp)로부터 왜곡되어 발생한 주파수 성분일 수도 있고, 또는 (3) 외부로 부터 유입된 노이즈에 의해 제공되는 주파수 성분일 수도 있다.

이때, 출력전압(Vo)의 진폭은 상술한 등가 커패시턴스 Cxe의 크기에 비례하고, 적분 커패시터(Cf)의 크기에 반비례하는 경향을 나타낼 수 있다. 따라서, 이때 적분 커패시터(Cf)의 크기를 미리 알고 있기 때문에, 출력전압(Vo)의 진폭을 측정함으로써 등가 커패시턴스 Cxe의 크기를 산출해낼 수 있다. 그리고 이때, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 값을 미리 알 수 있다면, 전극패드(VCOM,xx)와 손가락(17) 사이에 형성되는 커패시턴스(Cx,xx)의 값도 알아낼 수가 있다.

상기 주기적 전압신호(Vdp)의 파형이 DC 성분이 없는 주기적 교류파형의 형태로 제공되는 경우에 있어서, 상기 출력전압(Vo)의 진폭을 직접 측정할 수도 있지만, 상기 출력전압(Vo)에 특정 정현파를 믹싱하여 출력된 전압을 측정할 수도 있다. 이렇게 되면, 출력전압(Vo)의 성분 중 상기 정현파와 동일한 주파수 성분만이 추출될 수 있다. 상기 정현파로서 상기 전압신호(Vdp)의 중심주파수(fc)와 동일한 신호(sin(2πfc))를 이용할 수 있다. 그 결과 상기 중심주파수(fc) 이외의 주파수 성분의 노이즈들은 제거될 수 있다.

도 12는 도 11의 회로에 있어서, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 영향을 제거하는 본 발명의 일 실시예에 따른 회로 구조를 나타낸다.

연산증폭기(215)의 반전 입력단자(-)의 전압은 비반전 입력단자(+)의 전압와 동일한 것으로 간주된다. 따라서 반전 입력단자(-)와 동일 노드(n1)에 연결되어 있는 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 일측 노드(n1)의 전압은 전압신호(Vdp)와 동일하다.

이때, 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 타측 노드(n2)에 전압신호(Vdp)를 인가하게 되면, 기생 커패시턴스(Cp,yy) 양단의 전위차가 0으로 되기 때문에, 기생 커패시턴스(Cp,yy)를 통해 전류가 흐르지 않게 되며, 따라서 기생 커패시턴스(Cp,yy)가 존재하지 않는 것처럼 작동할 수 있다.

이때, 실시예에 따라서는 기생 커패시턴스(Cp,yy)의 상기 타측 노드(n2)가 전자장치의 특정 노드에 연결되어 있을 수 있는데, 적어도 터치입력을 감지하는 시구간에서는 상기 타측 노드(n2)에 전압신호(Vdp)가 제공될 수 있도록 스위치(SW1)를 설치할 수 있다.

도 13은 본 발명의 일 실시예에 따라 터치입력장치와 디스플레이 장치에 동일한 전압의 신호를 인가하는 구성을 나타낸다.

도 13a는 도 5c로부터 변형된 회로를 나타낸다.

복수 개의 서로 다른 전극패드( VCOM,11 / VCOM,12 / VCOM,21 / VCOM,22 )에는 모두 VCOM 제어부(20)가 연결될 수 있다.

VCOM 제어부(20)의 자세한 구성은 도 13b에 제시되어 있다. VCOM 제어부(20)의 인터페이스 단자(21)에는, 스위치(SW1)에 의해 터치입력감지회로(10)와 동일한 회로 또는 이와 동일하거나 유사한 기능을 수행하는 회로가 연결될 수 있다. 또는 VCOM 제어부(20)의 인터페이스 단자(21)에는, 스위치(SW1)에 의해 상술한 Vref2에 연결될 수도 있다. 여기서 Vref2는 GND일 수 있으며, 또는 데이터 제어라인(DL)과 게이트 제어라인(GL)에 화상제어신호가 인가되는 동안 모든 VCOM,xx 전극이 공통적으로 연결되는 기준전위일 수 있다.

이때, 각각의 터치입력감지회로(10)는 각 전극패드( VCOM,11 / VCOM,12 / VCOM,21 / VCOM,22 )에서의 터치입력 여부를 검출할 수 있다.

이때, 각 전극패드와, 상기 각 전극패드에 인접한 게이트 제어라인(GL1, GL2, ...)과 데이터 제어라인(DL1, DL2, ...)과의 사이에 기생 커패시턴스(Cp,yy)가 형성될 수 있다. 따라서 도 12에서 설명한 원리에 따라, 게이트 제어라인(GL1, GL2, ...)과 데이터 제어라인(DL1, DL2, ...)에 '전압신호(Vdp)'를 인가할 수 있다. 전압신호(Vdp)는 터치입력감지회로(10)의 연산증폭기(215)의 비반전 입력단자(+)에 제공되는 신호와 동일한 신호일 수 있다.

이때, 게이트 제어라인(GL1, GL2, ...)과 데이터 제어라인(DL1, DL2, ...)에는 각 화상픽셀(N11, N12, ...., N21, N22, ... )을 제어하기 위한 '화상제어신호'가 제공되어야 한다.

따라서 상기 '전압신호(Vdp)'는 제1 시구간에서 인가되고 '화상제어신호'는 상기 제1 시구간과 겹치지 않는 제2 시구간에서 인가될 수 있다. 이를 위하여 스위치(SW1)을 이용할 수 있다.

예컨대, 스위치(SW1)는, 도 9에 나타낸 표시부 구동신호(53)가 활성화되는 구간(T4, T5)에서는 게이트 제어라인(GL1, GL2, ...)과 데이터 제어라인(DL1, DL2, ...)에 연결될 수 있고, 정전 구동신호(52)가 활성화되는 구간(T2)에서는 전압신호(Vdp) 출력단자에 연결될 수 있다.

이하 본 발명의 일 실시예에 따른 전자장치를 도 10 내지 도 13을 참조하여 설명한다.

이 전자장치는, 사용자 입력도구(17)와의 사이에서 터치입력 커패시턴스(Cx,xx)를 발생시키도록 배치된 터치전극패드(VCOM,xx)에 터치구동전압(Vdp)을 인가하도록 되어있는 터치구동신호 발생부에 의해 상기 터치구동전압을 상기 터치전극패드에 인가하도록 되어있는 전자장치이다. 여기서 상기 '터치구동신호 발생부'는 예컨대 도 12에 도시한 연산증폭기(215), 적분 커패시터(Cf), 전압신호(Vdp) 발생부가 서로 연결되어 있는 장치일 수 있지만, 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 다른 구성의 터치입력 회로에 대응할 수 있다.

이때, 이 전자장치는, 상기 전자장치 내에 형성되며, 상기 터치입력 커패시턴스와는 구별되는 제2 커패시터(Cp,yy)의 제1극(n2, GL, DL)에 상기 터치구동전압(Vdp)에 대응하는 전압(Vdp)을 인가하도록 되어 있다. 이때, 상기 제2 커패시터(Cp,yy)의 제2극(n1)은 상기 터치전극패드(VCOM,xx)에 직접 연결되어 있을 수 있다.

<실시예 5>

도 14a는 본 발명의 또 다른 실시예에 따라, 터치입력여부를 감지하는 기능을 수행하는 회로의 구성을 나타낸 것이다.

도 14a의 전극패드(VCOM,xx)는 도 3에 나타낸 복수 개의 전극패드 VCOM[M,N] 중 임의의 전극패드일 수 있다. 전극패드(VCOM,xx)에 손가락과 같은 터치입력도구(17)가 접촉되거나 근접하게 되면 전극패드(VCOM,xx)와 터치입력도구(17) 사이에는 가변적인 정전용량(Cx,xx)이 형성될 수 있다.

전극패드(VCOM,xx)는 제1 연산증폭기(315)의 반전입력단자와 제2 연산증폭기(316)의 반전입력단자에 각각 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)에 의해 연결될 수 있다.

제1 연산증폭기(315)의 반전입력단자와 출력단자 사이에는 제3 스위치(SW3)와 제1 적분 커패시터(Cf1)가 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 제1 연산증폭기(315)의 비반전입력단자에는 VH라는 크기를 갖는 전압이 인가될 수 있다.

제2 연산증폭기(316)의 반전입력단자와 출력단자 사이에는 제4 스위치(SW4)와 제2 적분 커패시터(Cf2)가 병렬로 연결될 수 있다. 그리고 제2 연산증폭기(316)의 비반전입력단자에는 VL라는 크기를 갖는 전압이 인가될 수 있다. 이때, VH > VL 의 관계가 성립하는 것으로 가정한다.

도 14b는 도 14a에서 터치입력도구(17)와 전극패드(VCOM,xx) 사이에 형성되는 용량성분을 커패시터(Cp)로 모델링하여 표시한 것이다. 커패시터(Cp)의 값은 터치입력 유무에 따라 달라질 수 있다.

본 발명의 일 실시예에서 도 14a 및 도 14b에 나타낸 회로의 출력신호는 제1 연산증폭기(315)의 제1 출력전압(Vo1)과 제2 연산증폭기(316)의 제2 출력전압(Vo2)의 차이값으로 정의될 수 있다. 이하 본 명세서에서 도 14a 또는 도 14b에 나타낸 회로를 '저주파 노이즈 제거 감지회로'라고 지칭할 수 있다.

<실시예 6>

도 15a 내지 도 15e는 도 14b에 나타낸 저주파 노이즈 제거 감지회로의 동작방법의 일 예를 설명한 것이다.

도 15a는 시각 t0에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다.

시각 t0에서 제2 스위치(SW2)를 열린 상태로 두고, 제1 스위치(SW1), 제3 스위치(SW3) 및 제4 스위치(SW4)를 닫힌 상태로 둔다. 이렇게 하면 제1 적분커패시터(Cf1)와 제2 적분커패시터(Cf2) 각각의 양단의 전압이 0이 되도록, 저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화할 수 있다. 그리고 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)을 VH로 만들 수 있다. 그리고 제1 연산증폭기(315)의 출력노드의 전압인 제1 출력전압(Vo1)의 값을 VH로 만들고, 제2 연산증폭기(316)의 출력노드의 전압인 제2 출력전압(Vo2)의 값을 VL로 만들 수 있다.

도 15b는 시각 t1에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다.

시각 t1에서 제1 스위치(SW1). 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 모두 열린 상태로 둔다. 이때, 노드(N,x,xx)의 전압(Vx,xx)은 VH로 유지될 수 있다. 그리고 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)은 각각 VH와 VL로 유지될 수 있다.

도 15c는 시각 t2에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다.

시각 t2에서 제1 스위치(SW1). 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 모두 열린 상태로 두고, 제2 스위치(SW2)를 닫힌 상태로 둔다. 이때, 노드(N,x,xx)의 접압(Vx,xx)은 VH에서 VL로 변하게 되며, 이 과정에서 제2 적분커패시터(Cf2)를 통해 전류가 흐르게 되어 제2 연산증폭기(316)의 제2 출력전압(Vo2)이 ΔV2만큼 감소하게 된다. 이때, ΔV2는 (VH-VL)에 비례하고, 상기 정전용량(Cx,xx=Cp)에 비례하고, 제2 적분커패시터(Cf2)의 용량에 반비례 할 수 있다. 단, ΔV2는 0보다 큰 값이다.

도 15d는 시각 t3에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다.

시각 t3에서 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2). 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 모두 열린 상태로 둔다.

도 15e는 시각 t4에서의 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상태를 나타낸 것이다.

시각 t4에서 제1 스위치(SW1)를 닫힌 상태로 두고, 제2 스위치(SW2). 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)를 모두 열린 상태로 둔다. 이때, 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)은 VL에서 VH로 변하게 되며, 이 과정에서 제1 적분커패시터(Cf1)를 통해 전류가 흐르게 되어 제1 연산증폭기(315)의 제1 출력전압(Vo1)이 ΔV1만큼 증가하게 된다. 이때, ΔV1는 (VH-VL)에 비례하고, 상기 정전용량(Cx,xx=Cp)에 비례하고, 제1 적분커패시터(Cf1)의 용량에 반비례 할 수 있다. 단, ΔV1는 0보다 큰 값이다.

그 다음, 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2). 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)는 도 15b와 같이 모두 열린 상태로 돌아가게 된다. 다만, 도 15b에서는 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)이 각각 VH, VL 이었던 것에 비하여, 이제는 VH+ΔV1, VL-ΔV2로 바뀌었다는 점이 다르다.

본 명세서에서는 도 15b, 도 15c, 도 15d 및 도 15e로 이어지는 일련의 과정을 한 개의 '순환주기'라고 지칭할 수 있다. 본 발명의 일 실시에에서는, 도 15a와 같은 방식으로 저주파 노이즈 제거 감지회로가 초기화된 이후에, 상기 순환주기가 미리 결정된 회수 N 만큼 반복하게 된다. 순환주기가 N번 반복된 이후의 상태에서, 저주파 노이즈 제거 감지회로의 상기 출력신호(즉, Vo1-Vo2)를 획득할 수 있다. 일 실시예에서, 상기 출력신호의 획득은 연산증폭기(315, 316)의 출력신호들의 차이값을 입력으로 받아들이는 AD 컨버터를 이용하여 이루어질 수 있다. 저주파 노이즈 제거 감지회로의 출력신호를 획득한 이후, 다시 도 15a와 같은 방식으로 저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화할 수 있다. 본 명세서에서 저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화한 이후 저주파 노이즈 제거 감지회로의 출력신호를 획득할 때까지의 시간을 '감지주기'라고 지칭할 수 있다. 따라서 상기 감지주기는 상기 순환주기 보다 크다.

상술한 바와 같이, 상기 순환주기를 반복할 때 마다. 제1 출력전압(Vo1)의 크기는 ΔV1 씩 증가하고, 제2 출력전압(Vo2)의 크기는 ΔV2 씩 감소하게 된다. 그런데 이때, 순환주기마다 ΔV1과 ΔV2의 값은 변화할 수 있는 값이라는 점에 주목할 필요가 있다. 왜냐하면 상술한 바와 같이 ΔV1과 ΔV2의 값은 정전용량(Cx,xx=Cp)에 의해 결정되게 되는데, 정전용량(Cx,xx=Cp)의 값은 터치입력의 유무에 따라 시간에 따라 변할 수 있는 값이기 때문이다.

저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화한 이후의 총 N번의 순환주기에 대하여, 각각의 순환주기를 인덱스 k로 표현하면 k는 1 ~ N의 값을 갖게 된다. 이때, 각 순환주기에 대하여, 상술한 ΔV1과 ΔV2는 각각 ΔV1,k과 ΔV2,k (단, k-1, 2, 3, ... N)으로 표기될 수 있다. 따라서 저주파 노이즈 제거 감지회로를 초기화 한 이후 상기 순환주기를 N번 반복하여 수행하게 되면, 제1 출력전압(Vo1)의 크기는 VH +

가 되고, 제2 출력전압(Vo2)의 크기는 VL -

가 된다. 이때, 저주파 노이즈 제거 감지회로의 출력신호는 VH - VL +

+

가 된다. 터치입력의 발생 상태에 따라 특정 감지주기 내에서 상기 모든 k 값에 대하여 ΔV1,k=ΔV1 그리고 ΔV2,k=ΔV2가 성립할 수도 있다.

도 16의 (a)는 도 15a의 초기화 단계 이후에 도 15b 내지 도 15e의 순환주기를 반복하는 동안 얻을 수 있는 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)의 파형의 예를 나타낸 것이다.

도 16의 (b)는 특정 감지주기에 있어서 도 15b 내지 도 15e의 순환주기를 반복한 결과 얻을 수 있는 제1 전압출력(Vo1)과 제2 전압출력(Vo2)의 파형의 예를 나타낸 것이다. 도 16의 (b)에서는 Cp의 값이 계속 일정한 값을 갖는 경우의 예를 나타내었다. 도 16의 (a) 및 (b)의 예에서 상술한 순환주기는 총 11(=N)번 반복되며, 저주파 노이즈 제거 감지회로의 초기화는 t0 및 도 t48에서 이루어진다.

본 실시예에서 터치입력이 이루어졌는지를 판단하기 위하여 수집하는 값은 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)의 차이값이다. 도 16에서 저주파 노이즈 제거 감지회로의 출력신호의 획득은 예컨대, t44~t48의 구간 내에서 이루어질 수 있다. 상술한 N의 값이 커질수록 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)의 차이값은 점점 더 커지게 된다.

도 17은 도 15a 내지 도 15e에서 설명한 시각 t0, t1, t2, t3, t4에서의 제1 스위치(SW1), 제2 스위치(SW2), 제3 스위치(SW3), 및 제4 스위치(SW4)의 온/오프 상태 및 노드(Nx,xx)의 전압(Vx,xx)의 변화를 나타내는 타이밍도이다.

제1 연산증폭기(315)와 제2 연산증폭기(316)의 출력전압의 차이값은 AD 컨버터의 입력단자에 입력될 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력장치는 상술한 AD 컨버터를 포함할 수 있다.

도 14 내지 도 17을 통해 설명한 본 발명의 일 실시예에서, 터치입력여부를 판단하는 회로는 크게 두 개의 부분으로 이루어진다. 첫 번째 부분은 제1 스위치(SW1), 제1 연산증폭기(315), 및 제1 적분 커패시터(Cf1)를 포함하여 이루어지며, 두 번째 부분은 제2 스위치(SW2), 제2 연산증폭기(316), 및 제2 적분 커패시터(Cf2)를 포함하여 이루어질 수 있다.

상기 첫 번째 부분의 제1 출력값은 제1 연산증폭기(315)의 출력단자의 전압이고, 상기 두 번째 부분의 제2 출력값은 제2 연산증폭기(316)의 출력단자의 전압이다.

위의 제1 출력값의 변화는 제1 시간 페이즈(phase)에서 발생하고, 위의 제2 출력값의 변화는 제2 시간 페이즈에서 발생한다. 여기서 제1 시간 페이즈 및 제2 시간 페이즈는 각각, 도 16 및 도 17에 나타낸 시각 {t2, t6, t10, ...,}와 시각 {t4, t8, t12, ...}을 의미할 수 있다.

<실시예 7>

도 18a 내지 도 18e, 도 19, 및 도 20은 실시예 7을 설명하기 위한 도면이다. 실시예 7은 상술한 실시예 6으로부터 변형된 실시예이다.

도 20을 살펴보면, 실시예 7과 실시예 6에서의 스위치(SW1)와 스위치(SW2)의 온-오프 시퀀스가 서로 바뀌어 있다. 또한, 도 19를 살펴보면, 제1 연산증폭기(315)의 제1 출력전압(Vo1)이 상승하기 시작하는 시점(t2)이 제2 연산증폭기(316)의 제2 출력전압(Vo2)이 하강하기 시작하는 시점(t4)보다 빠르다는 점을 알 수 있다.

Claims (4)

1. 사용자 입력도구와의 사이에서 터치입력 커패시턴스를 발생시키도록 배치된 터치전극패드;
   제1 스위치 및 제1 연산증폭기; 및
   제2 스위치 및 제2 연산증폭기;
   를 포함하며,
   상기 제1 스위치의 제1 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제1 타단부는 상기 제1 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고,
   상기 제2 스위치의 제2 일단부는 상기 터치전극패드에 연결되고 제2 타단부는 상기 제2 연산증폭기의 반전 입력단자에 연결되고,
   상기 제1 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제1전위(VH)가 인가되고,
   상기 제2 연산증폭기의 비반전 입력단자에는 제2전위(VL)가 인가되며,
   상기 제1 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제1 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제1 적분 커패시터가 연결되어 있고,
   상기 제2 연산증폭기의 상기 반전 입력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이에는 제2 적분 커패시터가 연결되어 있는,
   터치입력 감지장치.
2. 제1항에 있어서, 상기 터치입력 감지장치의 출력신호는 상기 제1 연산증폭기의 제1출력신호(Vo1)의 값으로부터 상기 제2 연산증폭기의 제2출력신호(Vo2)의 값을 차감한 값인, 터치입력 감지장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 제1 적분 커패시터와 상기 제2 적분 커패시터를 통해 전류가 흐르는 동안 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는 교대로 온 상태와 오프 상태를 전환하도록 되어 있으며, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온 상태 구간은 서로 겹치지 않도록 되어 있는,
   터치입력 감지장치.
4. 제1항에 있어서, 상기 터치전극패드를 통해 터치입력이 이루어졌는지 여부는 상기 제1 연산증폭기의 출력단자와 상기 제2 연산증폭기의 출력단자 사이의 전압의 차이를 이용하여 판단하도록 되어 있는, 터치입력장치.

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