KR20150136982A

KR20150136982A - 접촉 감지 장치 및 이를 포함하는 터치스크린 장치

Info

Publication number: KR20150136982A
Application number: KR1020140170726A
Authority: KR
Inventors: 정문숙; 권용일; 박타준; 조병학
Original assignee: 삼성전기주식회사
Priority date: 2014-05-28
Filing date: 2014-12-02
Publication date: 2015-12-08
Also published as: KR102337407B1

Abstract

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 의해 생성되는 구동 신호를 노드 커패시터의 제1 노드로 제공하는 구동 신호 생성 회로; 및 제1 피드백 커패시터 및 상기 노드 커패시터의 제2 노드와 상기 제1 피드백 커패시터 사이에 배치되는 제3 스위치를 구비하고, 상기 제3 스위치의 스위칭 동작에 의해 상기 노드 커패시터의 충전 전압을 상기 제1 피드백 커패시터로 전달하여 출력 전압을 생성하는 버퍼 회로를 포함하는 C-V 변환 회로; 를 포함하고,
상기 버퍼 회로는 상기 노드 커패시터의 제2 노드와 전류원 사이에 배치되는 제4 스위치를 더 포함하고, 상기 제4 스위치는 상기 제3 스위치의 오프 동작 구간에서 온 동작할 수 있다.

Description

접촉 감지 장치 및 이를 포함하는 터치스크린 장치{TOUCH INPUT SENSING APPARATUS AND TOUCHSCREEN APPARATUS INCLUDING THE SAME}

본 발명은 접촉 감지 장치 및 이를 포함하는 터치스크린 장치에 관한 것이다.

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.

정확한 터치 입력을 감지하기 위해서는 터치 패널의 정전용량을 포화 없이 획득하는 것이 바람직하나, 대용량의 터치 패널에서 출력되는 정전용량은 그 값이 커서 이를 손실없이 감지하기 위한 커패시터가 터치스크린 장치에 채용되는 경우 장치의 면적 및 부피가 증가하고 제조원가가 상승하는 문제점이 있다. 또한, 대용량의 터치 패널은 각 노드의 정전용량의 편차가 커서 터치 입력을 정밀하게 검출하는 데에 방해가 된다.

한국 공개특허공보 10-2014-0007554

본 발명의 과제는 정전용량에 따른 감지 신호의 포화를 방지하고, 복수의 노드 간의 정전용량 편차를 최소화할 수 있는 접촉 감지 장치 및 터치스크린 장치를 제공하는 것이다.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지 장치는 제1 스위치 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 의해 생성되는 구동 신호를 노드 커패시터의 제1 노드로 제공하는 구동 신호 생성 회로; 및 제1 피드백 커패시터 및 상기 노드 커패시터의 제2 노드와 상기 제1 피드백 커패시터 사이에 배치되는 제3 스위치를 구비하고, 상기 제3 스위치의 스위칭 동작에 의해 상기 노드 커패시터의 충전 전압을 상기 제1 피드백 커패시터로 전달하여 출력 전압을 생성하는 버퍼 회로를 포함하는 C-V 변환 회로; 를 포함하고,

상기 버퍼 회로는 상기 노드 커패시터의 제2 노드와 전류원 사이에 배치되는 제4 스위치를 더 포함하고, 상기 제4 스위치는 상기 제3 스위치의 오프 동작 구간에서 온 동작할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지 장치 및 터치스크린 장치는 정전용량에 따른 감지 신호의 포화를 방지하고, 복수의 노드 간의 정전용량 편차를 최소화할 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 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부의 단면도이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드 커패시터를 보다 상세히 나타낸 회로도이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지 장치의 구동 신호 생성 회로 및 C-V 변환 회로를 나타낸 회로도이다.
도 7은 복수의 스위치에 인가되는 클럭 신호 및 클럭 신호에 따른 스위칭 동작에 의해 생성되는 출력 전압을 나타낸 그래프이다.

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) 및 도 1에 도시되지 않았으나, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 형성되는 터치스크린 장치(미도시)를 구비할 수 있다.

본 발명에 따른 터치스크린 장치는 기판 및 기판 상에 마련되는 복수의 전극을 구비하는 패널부를 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 포함하는 컨트롤러 집적 회로(접촉 감지 장치)를 포함할 수 있다. 이에 대하여 도 2 내지 도 8을 참조하여 상세히 설명하도록 한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부를 나타낸 도면이다.

도 2를 참조하면, 본 실시예에 따른 패널부(200)는 기판(210), 기판(210) 상에 마련되는 복수의 전극(220, 230)을 포함할 수 있다. 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)으로부터 감지 신호를 검출하고, 그로부터 터치 입력을 판단할 수 있다.

기판(210)은 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PMMA(PolymethlymethAcrylate), COP (Cyclo-Olefin Polymers) 등의 필름, 소다 글라스(Soda glass), 또는 강화 글라스(tempered glass)와 같은 재질로 형성되어 높은 빛 투과율을 가질 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 있다. 복수의 전극(220, 230)은 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 제조될 수 있으며, 또한, 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 제조되는 도체선으로 구성될 수 있다. 이 때, 도체선은 메쉬 형상으로 형성될 수 있다.

복수의 전극(220, 230)은 X 축 방향으로 연장되는 제1 전극(220)과, Y 축 방향으로 연장되는 제2 전극(230)을 포함할 수 있다. 제1 전극(220)과 제2 전극(230)은 기판(210)의 양면에 마련되거나, 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 영역(미도시)이 기판(210)에 형성될 수 있다.

복수의 전극(220, 230)과 전기적으로 연결되는 접촉 감지 장치(미도시)는 D1~D8로 정의되는 채널을 통하여 제1 전극(220)에 구동 신호를 제공하고, S1~S8로 정의되는 채널에 연결되어 정전용량을 검출할 수 있는데, 이 때 접촉 감지 장치는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차점에서 발생하는 정전용량의 변화에 따라 터치 입력을 판단할 수 있다.

도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치에 포함될 수 있는 패널부의 단면도이다. 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 정전용량의 검출에 이용되는 제2 전극(230) 상에 마련될 수 있다.

채널 D1~D8을 통해 제1 전극(320)에 구동 신호가 인가되면, 구동 신호가 인가된 제1 전극(220)과, 제2 전극(230) 사이에서 정전용량이 생성될 수 있다.

커버 렌즈(240)에 접촉 물제(250)가 접촉 되면 접촉 영역에 대응하는 제1 전극(220)과 제2 전극(230)의 교차 노드에서 정전용량의 변화가 발생한다. 상기 정전용량의 변화는 접촉 물체(250)의 면적에 비례할 수 있으며, 도 3에서는 채널 D2 및 D3에 각각 연결된 제1 전극(220)과 제2 전극(230) 사이에서 생성된 정전용량이 접촉 물체(250)에 의해 영향을 받을 수 있다.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 나타낸 도면이다. 도 4를 참조하면, 본 실시예에 따른 터치스크린 장치는 패널부(200) 및 접촉 감지 장치(300)를 포함할 수 있다.

전술한 바와 같이, 패널부(200)는 기판(미도시) 및 제1 축 - 도 4의 가로 방향 - 방향으로 연장되는 복수 행의 제1 전극(220)과, 제1 축에 교차하는 제2 축 - 도 4의 세로 방향 - 방향으로 연장되는 복수 열의 제2 전극(230)을 포함할 수 있다. 복수의 제1 전극(220)과 복수의 제2 전극(230)의 교차점에서는 정전용량이 생성될 수 있는데, 도 4에 도시된 노드 커패시터 C11~Cmn는 복수의 제1 전극(220) 및 제2 전극(230)의 교차점에서 생성되는 정전용량을 커패시터 성분으로 도시한 것이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 노드 커패시터를 보다 상세히 나타낸 회로도이다.

상호 커패시터 Cx 및 기생 성분 Rt, Rr, Ct, Cr은 도 5의 노드 커패시터 Cm에 대응하는 것으로서, 기생 성분 Rt, Ct는 도 4의 복수의 제1 전극에 의해 생성되는 기생 저항 및 기생 커패시터를 나타낸 것이고, 기생 성분 Rr, Cr은 도 4의 복수의 제2 전극에 의해 생성되는 기생 저항 및 기생 커패시터를 나타낸 것이다.

복수의 전극의 교차점에서 생성되는 복수의 노드 커패시터 C11 ~ Cmn는 상호 커패시터 Cx의 동일한 정전용량 값을 가지는 것이 바람직하나, 패널부(310)의 제조시 발생하는 불가피한 공정 오차로 인하여 현실적으로 커패시터 Cx 이 외에도 기생 성분 Rt, Rr, Ct, Cr이 패널부(310)에 형성된다. 이러한 공정 오차로 인하여, 노드 커패시터 C11 ~ Cmn 각각은 10~40%의 커패시턴스 편차를 가질 수 있다. 노드 커패시터 C11 ~ Cmn의 커패시턴스 편차는 상호 커패시터 Cx에 직병렬로 형성되는 기생 성분 Rt, Rr, Ct, Cr으로부터 기인하는데, 기생 성분 Rt, Rr, Ct, Cr은 구동 신호의 지연을 발생시키고, 구동 신호의 레벨을 낮추게 되는 요인으로 작용한다.

접촉 감지 장치(300)는 구동 회로부(310), 감지 회로부(320), 신호 변환부(330), 및 연산부(340)를 포함할 수 있다. 이 때, 구동 회로부(310), 감지 회로부(320), 신호 변환부(330) 및 연산부(340)는 하나의 집적 회로(IC)로 구현될 수 있다.

구동 회로부(310)는 적어도 하나의 구동 신호 생성 회로(315)를 포함하여, 패널부(310)의 복수의 제1 전극(210)에 소정의 구동 신호를 인가한다. 구동 신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있다. 도 4에는 구동 신호 생성 회로(315)가 복수의 제1 전극(210) 각각에 개별적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 구동 신호 생성 회로(315)를 구비하고 스위칭 회로를 이용하여 복수의 제1 전극(210) 각각에 구동 신호를 인가하는 구성 또한 가능함은 물론이다.

구동 회로부(310)는 복수의 제1 전극(210) 각각에 순차적으로 구동 신호를 인가할 수 있다. 또한, 복수의 제1 전극(220)에 동시에 구동 신호를 인가하거나 복수의 제1 전극(220) 중 일부에만 선택적으로 구동 신호를 인가하여 단순히 터치 입력의 유/무만을 감지하는 방식으로 동작할 수 있다.

감지 회로부(320)는 복수의 제2 전극(230)으로부터 노드 커패시터 C11-Cmn의 정전용량을 검출한다. 감지 회로부(320)는 적어도 하나의 연산 증폭기와 적어도 하나의 커패시터를 각각 구비하는 복수의 C-V 변환 회로(325)를 포함할 수 있으며, 복수의 C-V 변환 회로(325) 각각은 복수의 제2 전극(220)과 연결될 수 있다.

복수의 C-V 변환 회로(325)는 노드 커패시터 C11~Cmn의 정전용량을 전압 신호로 변경하여 아날로그 신호를 출력할 수 있는데, 일 예로 복수의 C-V 변환 회로(325)는 정전용량을 적분하여 소정의 전압으로 변경하여 출력할 수 있다.

복수의 제1 전극(220)에 구동 신호를 순차적으로 인가하는 경우, 복수의 제2 전극(230)으로부터 정전용량을 동시에 검출할 수 있으므로, C-V 변환 회로(325)는 복수의 제2 전극(230)의 개수만큼 구비될 수 있다.

신호 변환부(330)는 감지 회로부(320)로부터 출력되는 아날로그 신호로부터 디지털 신호 S_D를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(330)는 감지 회로부(320)로부터 전압 형태로 출력되는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호 S_D로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지 회로부(320)로부터 출력되는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호 S_D로 변환하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다.

연산부(340)는 디지털 신호 S_D를 이용하여 패널부(200)에 인가된 접촉 입력을 판단한다. 디지털 신호 S_D를 이용하여 패널부(200)에 인가된 터치 입력의 개수, 좌표 및 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.

연산부(340)가 터치 입력을 판단하는 데에 기초가 되는 디지털 신호 S_D는 노드 커패시터 C11~Cmn의 정전용량의 변화를 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 감소하므로, 전도성 물체가 접촉된 영역의 정전용량의 변화는 접촉되지 않은 영역에 비하여 크게 나타난다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 접촉 감지 장치(300)의 구동 신호 생성 회로(315) 및 C-V 변환 회로(325)를 나타낸 회로도이다.

구동 신호 생성 회로(315)는 스위치 SW1 및 스위치 SW2를 포함하며, 스위치 SW1은 노드 커패시터 Cm의 제1 노드 및 구동 전압(VDD)단 사이에 배치된다. 스위치 SW2는 노드 커패시터 Cm의 제1 노드 및 공통 전압(VCM)단 사이에 배치된다. 이 때, 스위치 SW1, SW2는 서로 다른 타이밍으로 스위칭 동작하여 노드 커패시터 Cm에 구동신호를 전달할 수 있다. 공통 전압(VCM)은 구동 전압(VDD)의 절반의 레벨에 해당할 수 있으나, 이외에도 접지(GND) 전압의 레벨에 해당할 수 있다.

도 4 및 도 6를 참조하면, 감지 회로부(320)에 채용되는 복수의 C-V 변환 회로(325) 각각은 버퍼 회로(325a), 버퍼 커패시터(Cn), 및 적분 회로(325b)를 포함할 수 있다.

버퍼 회로(325a)는 연산 증폭기 OPA1, 피드백 커패시터 CF1, 스위치 SW3, 스위치 SW4_1, 스위치 SW4_2 및 스위치 SW5를 포함할 수 있다. 스위치 SW3는 노드 커패시터 Cm의 제2 노드 및 연산 증폭기 OPA1의 반전단 사이에 배치되고, 스위치 SW4_1은 노드 커패시터 Cm의 제2 노드 및 방전 전류원 Is1 사이에 배치되고, 방전 전류원 Is1은 스위치 Sw4_1과 접지 사이에 배치된다. 스위치 SW4_2는 노드 커패시터 Cm의 제2 노드 및 충전 전류원 Is2 사이에 배치되고, 충전 전류원 Is2는 스위치 SW4_2와 구동 전압(VDD)단 사이에 배치된다.

스위치 SW5는 연산 증폭기 OPA1의 반전단 및 출력단 사이에 배치되고, 피드백 커패시터 CF1은 제5 스위치 SW5와 병렬로 연결된다. 연산 증폭기 OPA1의 비반전단은 공통 전압(VCM)단과 연결된다.

스위치 SW1 - SW5의 스위칭 동작에 의해 노드 커패시터 Cm에 저장된 전하는 연산 증폭기 OPA1의 출력단에서 출력 전압 Vb으로 출력된다. 출력 전압 Vb은 노드 커패시터 Cm과 피드백 커패시터 CF1의 용량에 따라 결정되는데, 측정하고자 하는 전하가 충전되는 노드 커패시터 Cm의 용량보다 큰 용량을 갖도록 피드백 커패시터 CF1을 구성함으로써, 버퍼 회로(325a)의 출력 전압 Vb이 포화(saturation)되는 것을 방지할 수 있다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 방전 전류원 Is1 및 Is2를 스위치 SW4_1 및 SW4_2를 통하여 노드 커패시터 Cm의 제2 노드와 연결하여, 노드 커패시터 Cm에 충전되는 전압의 레벨을 조절함으로써, 피드백 커패시터 CF1의 용량을 줄이는 경우에도, 버퍼 회로(325a)의 출력 전압 Vb이 포화되는 것을 방지할 수 있다.

또한, 도 4에 도시된 복수의 노드 커패시터 C11~Cmn 간의 정전용량의 편차에 따라 스위치 SW4_1 및 SW4_2가 온 동작하는 시간을 조절하여, 각 노드 커패시터 C11~Cmn의 정전용량 편차를 줄일 수 있다.

버퍼 커패시터 Cn의 제1 노드는 연산 증폭기 OPA1의 출력단에 연결되어, 출력 전압 Vb의 크기와 극성에 따라 버퍼 커패시터 Cn는 충전 또는 방전된다.

적분 회로(325b)는 연산 증폭기 OPA2, 피드백 커패시터 CF2, 스위치 SW6, 스위치 SW7, 스위치 SW8를 포함할 수 있다. 스위치 SW6은 버퍼 커패시터 Cn의 제2 노드 및 연산 증폭기 OPA2의 반전단 사이에 배치되고, 스위치 SW7은 버퍼 커패시터 Cn의 제2 노드 및 공통 전압(VCM)단 사이에 배치된다. 스위치 SW8은 연산 증폭기 OPA2의 반전단 및 출력단 사이에 배치되고, 피드백 커패시터 CF2는 스위치 SW8과 병렬로 연결된다. 연산 증폭기 OPA2의 비반전단은 공통 전압(VCM)단과 연결된다.

스위치 SW6, SW7의 스위칭 동작에 의해 버퍼 커패시터 Cn에 저장된 전하는 피드백 커패시터 CF2 및 연산 증폭기 OPA2에 의해 적분되어 연산 증폭기 OPA2의 출력단에서 출력 전압 Vout로 출력될 수 있다. 출력 전압 Vout은 버퍼 커패시터 Cn과 피드백 커패시터 CF2의 용량에 따라 결정될 수 있다.

도 6는 복수의 스위치 SW1 ~ SW8에 인가되는 클럭 신호 및 클럭 신호에 따른 스위칭 동작에 의해 생성되는 출력 전압을 나타낸 그래프이다. 클럭 신호 CLK1 ~ CLK8 는 각각 스위치 SW1 ~ SW8에 인가될 수 있는데, 클럭 신호가 하이 레벨인 경우 스위치는 온 동작 할 수 있고, 클럭 신호가 로우 레벨인 경우 스위치는 오프 동작 할 수 있다.

이하, 도 6 및 도 7을 참조하여, 일 실시예에 따른 구동 신호 생성 회로(315) 및 C-V 변환 회로(325)의 동작을 상세히 설명하도록 한다.

(1) 구간은 리셋 구간에 해당하는데, 스위치 SW2, SW5 및 SW8는 온 동작할 수 있고, 스위치 SW1, SW3, SW4_1, SW4_2 SW6 및 SW7는 오프 동작할 수 있다.

스위치 SW2가 온 동작하여 노드 커패시터의 제1 노드는 공통 전압(VCM)으로 유지되고, 스위치 SW5가 온 동작하여 연산 증폭기 OPA1의 출력 전압 Vb은 공통 전압(VCM)과 동일할 수 있다. 또한, 스위치 SW8가 온 동작하여 연산 증폭기 OPA2의 출력 전압 Vout은 공통 전압(VCM)과 동일할 수 있다.

(2) 구간에서 스위치 SW1, SW4_1, SW5, 및 SW6는 온 동작하고, 스위치 SW2, SW3, SW4_2, SW7, SW8는 오프 동작 할 수 있다.

스위치 SW1이 온 동작하여 노드 커패시터 Cm의 제1 노드는 구동 전압(VDD)으로 유지되고, 스위치 SW4_1이 온 동작하여 노드 커패시터 Cm의 제2 노드로부터 방전 전류원 Is1에 따른 전하가 방전될 수 있다.

스위치 SW4_1의 스위칭 동작에 의해 노드 커패시터 Cm의 충전 전압이 일부 방전됨에 따라 이 후 단계에서, 피드백 커패시터 CF1로 전달되는 전하의 양이 조절되어, 피드백 커패시터 CF1의 용량을 줄이는 경우에도, 버퍼 회로(325a)의 출력 전압 Vb이 포화되는 것을 방지할 수 있다.

도 7에서, 클럭 신호 CLK4_1이 (2) 구간 전체에서 하이 레벨인 것으로 도시되어 있으나, 버퍼 회로(325a)의 출력 전압 Vb이 포화되는 것을 방지하기 위하여, 클럭 신호 CLK4_1의 하이 레벨 구간은 노드 커패시터 Cm 및 제1 피드백 커패시터 CF1의 정전용량에 따라 변동될 수 있다. 또한, 클럭 신호 CLK4_1의 하이 레벨 구간은 도 4의 복수의 노드 커패시터 C11~Cmn 간의 정전용량 편차에 따라 각 채널마다 달라질 수 있다.

클럭 신호 CLK4_1의 하이 레벨 구간은 (2) 구간 내에서 변동될 수 있는데, 클럭 신호 CLK4_1은 최대로 (2) 구간 전체에서 하이 레벨을 유지할 수 있고, 경우에 따라서, 하이 레벨인 구간이 없을 수 있다.

예를 들어, 도 4의 노드 커패시터 C11의 정전용량 값이 크고, 노드 커패시터 C21의 정전용량 값이 작은 경우, 노드 커패시터 C11와 연결될 때의 스위치 SW4_1에 제공되는 클럭 신호 CLK4_1은 하이 레벨 구간은 노드 커패시터 C21와 연결될 때의 스위치 SW4_1에 제공되는 클럭 신호 CLK4_1의 하이 레벨 구간 보다 길 수 있다.

상술한 설명에서 도 4의 제1 전극(220)의 채널 별로 클럭 신호 CLK4_1의 하이 레벨 구간이 변동되는 것으로 설명하였으나, 이 외에도 제2 전극(230)의 채널 별로 클럭 신호 CLK4_1의 하이 레벨 구간이 변동될 수 있다.

이어서 설명하면, 스위치 SW5가 온 동작하여 제1 연산 증폭기 OPA1의 출력 전압 Vb의 전압 레벨은 공통 전압(VCM)으로 유지된다. 스위치 SW6이 온 동작하나 이전 단계에서 버퍼 커패시터 Cn에 충전된 전하가 존재하지 않으므로, 연산 증폭기 OPA2의 출력 전압 Vout은 공통 전압(VCM)의 레벨로 유지될 수 있다.

(3) 구간에서 스위치 SW1, SW3, SW6은 온 동작 할 수 있고, 스위치 SW2, SW4_1, SW4_2, SW5, SW7 및 SW8는 오프 동작 할 수 있다.

스위치 SW3가 온 동작하여, 노드 커패시터 Cm의 제2 노드가 연산 증폭기 OPA1의 피드백(feedback)에 의해 공통 전압(VCM)으로 잡히게 되는데, 노드 커패시터 Cm에 충전된 전하가 비반전 적분되어 연산 증폭기 OPA1의 출력 전압 Vb가 노드 커패시터 Cm과 피드백 커패시터 CF1의 비율에 따라 하강하게 된다. 이 때, (3) 구간에서 연산 증폭기 OPA1의 출력 전압 Vb는 노드 커패시터 Cm에 의해 충전된 전하에 의해 생성된다.

스위치 SW6가 온 동작하여 버퍼 커패시터 Cn에 충전되어 있는 (Vb-VCM) 만큼의 전하는 연산 증폭기 OPA2를 통해 적분되어, 출력 전압 Vout의 레벨이 상승한다.

(4) 구간에서 스위치 SW2, SW4_2, SW5 및 SW7는 온 동작 할 수 있고, 스위치 SW1, SW3, SW4_1, SW6 및 SW8은 오프 동작 할 수 있다.

스위치 SW2가 온 동작하여 노드 커패시터 Cm의 제1 노드가 공통 전압(VCM)으로 유지되고, 스위치 SW4_2가 온 동작하여 노드 커패시터 Cm의 제2 노드에 충전 전류원 Is2에 따른 전하가 공급될 수 있다.

스위치 SW4_2의 스위칭 동작에 의해 노드 커패시터 Cm의 제2 노드에 전하가 공급됨에 따라 이 후 단계에서, 피드백 커패시터 CF1로 전달되는 전하의 양이 조절되어, 피드백 커패시터 CF1의 용량을 줄이는 경우에도, 버퍼 회로(325a)의 출력 전압 Vb이 포화되는 것을 방지할 수 있다.

도 7에서, 클럭 신호 CLK4_1이 (4) 구간 전체에서 하이 레벨인 것으로 도시되어 있으나, 버퍼 회로(325a)의 출력 전압 Vb이 포화되는 것을 방지하기 위하여, 클럭 신호 CLK4_2의 하이 레벨 구간은 노드 커패시터 Cm 및 제1 피드백 커패시터 CF1의 정전용량에 따라 변동될 수 있다. 또한, 클럭 신호 CLK4_2의 하이 레벨 구간은 도 4의 복수의 노드 커패시터 C11~Cmn 간의 정전용량 편차에 따라 각 채널마다 달라질 수 있다.

클럭 신호 CLK4_2의 하이 레벨 구간은 (4) 구간 내에서 변동될 수 있는데, 클럭 신호 CLK4_2은 최대로 (4) 구간 전체에서 하이 레벨을 유지할 수 있고, 경우에 따라서, 하이 레벨인 구간이 없을 수 있다.

예를 들어, 도 4의 노드 커패시터 C11의 정전용량 값이 크고, 노드 커패시터 C21의 정전용량 값이 작은 경우, 노드 커패시터 C11와 연결될 때의 스위치 SW4_2에 제공되는 클럭 신호 CLK4_2은 하이 레벨 구간은 노드 커패시터 C21와 연결될 때의 스위치 SW4_2에 제공되는 클럭 신호 CLK4_2의 하이 레벨 구간 보다 길 수 있다.

상술한 설명에서 도 4의 제1 전극(220)의 채널 별로 클럭 신호 CLK4_2의 하이 레벨 구간이 변동되는 것으로 설명하였으나, 이 외에도 제2 전극(230)의 채널 별로 클럭 신호 CLK4_2의 하이 레벨 구간이 변동될 수 있다.

또한, (4) 구간에서 스위치 SW5가 온 동작하여, 연산 증폭기 OPA1은 리셋되며, 연산 증폭기 OPA1는 공통 전압(VCM)을 출력한다. 스위치 SW6는 오프 동작하여 제2 연산 증폭기(OPA2)의 출력 전압 Vout는 유지된다.

(5) 구간에서 스위치 SW2, SW3 및 SW7은 온 동작 할 수 있고, 스위치 SW1, SW4_1, SW4_2, SW5, SW6 및 S8은 오프 동작 할 수 있다.

스위치 SW3가 온 동작하여, 노드 커패시터 Cm에 충전된 전하가 피드백 커패시터 CF1로 전달되어, 출력 전압 Vb의 레벨이 상승할 수 있다.

또한, 스위치 SW6는 오프 동작하고, 스위치 SW7은 온 동작하므로 제2 연산 증폭기의 출력 전압 Vout는 유지되고, 버퍼 커패시터 Cn에는 (Vb-VCM) 만큼 전하가 충전된다.

(6) 구간에서 스위치 SW1, SW4_1, SW5, 및 SW6는 온 동작하고, 스위치 SW2, SW3, SW4_2 및 SW7는 오프 동작할 수 있다.

스위치 SW5가 온 동작하여, 연산 증폭기 OPA1는 리셋되며, 연산 증폭기 OPA1는 공통 전압(VCM)을 출력한다. 이 때, 스위치 SW6이 오프 동작하고, 스위치 SW7가 오프 동작하여, 버퍼 커패시터 Cn에 충전된 전하가 피드백 커패시터 CF2로 전달되어 제2 연산 증폭기의 출력 전압 Vout는 상승하게 된다.

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.

200: 패널부
300: 접촉 감지 장치
310: 구동 회로부
315: 구동 신호 생성 회로
320: 감지 회로부
325: C-V 변환 회로
325a: 버퍼 회로
325b: 적분 회로
330: 신호 변환부
340: 연산부

Claims

제1 스위치 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 의해 생성되는 구동 신호를 노드 커패시터의 제1 노드로 제공하는 구동 신호 생성 회로; 및
제1 피드백 커패시터 및 상기 노드 커패시터의 제2 노드와 상기 제1 피드백 커패시터 사이에 배치되는 제3 스위치를 구비하고, 상기 제3 스위치의 스위칭 동작에 의해 상기 노드 커패시터의 충전 전압을 상기 제1 피드백 커패시터로 전달하여 출력 전압을 생성하는 버퍼 회로를 포함하는 C-V 변환 회로; 를 포함하고,
상기 버퍼 회로는 상기 노드 커패시터의 제2 노드와 전류원 사이에 배치되는 제4 스위치를 더 포함하고, 상기 제4 스위치는 상기 제3 스위치의 오프 동작 구간에서 온 동작 하는 접촉 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 제4 스위치의 온 동작 구간은 상기 노드 커패시터 및 상기 제1 피드백 커패시터의 정전용량에 따라 결정되는 접촉 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 제1 스위치는 상기 노드 커패시터의 제1 노드 및 구동 전압단 사이에 배치되고, 상기 제2 스위치는 상기 노드 커패시터의 제1 노드 및 공통 전압단 사이에 배치되는 접촉 감지 장치.
제3항에 있어서,
상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 주기는 서로 180도 위상 차이가 나는 접촉 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 제4 스위치는 제4_1 스위치 및 제4_2 스위치를 포함하고, 상기 전류원은 방전 전류원 및 충전 전류원을 포함하고,
상기 제4_1 스위치는 상기 노드 커패시터의 제2 노드 및 방전 전류원 사이에 배치되고, 상기 제4_2 스위치는 상기 노드 커패시터의 제2 노드 및 충전 전류원 사이에 배치되는 접촉 감지 장치.
제5항에 있어서,
상기 제3 스위치의 스위칭 주기는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 주기의 절반에 해당하고, 상기 제3 스위치는 상기 제1 스위치의 턴 온 시점 및 턴 오프 시점에서 턴 오프 되는 접촉 감지 장치.
제6항에 있어서,
상기 제4_1 스위치는 상기 제1 스위치의 온 동작 구간에서 온 동작하되, 상기 제3 스위치의 온 동작 구간과 중복되지 않고,
상기 제4_2 스위치는 상기 제2 스위치의 온 동작 구간에서 온 동작하되, 상기 제3 스위치의 온 동작 구간과 중복되지 않는 접촉 감지 장치.
제5항에 있어서, 상기 버퍼 회로는,
상기 제1 피드백 커패시터의 일단과 연결되는 입력단 및 상기 제1 피드백 커패시터의 타단과 연결되는 출력단을 구비하는 제1 연산 증폭기; 및
상기 제1 피드백 커패시터와 병렬로 연결되는 제5 스위치; 를 더 포함하는 접촉 감지 장치.
제8항에 있어서,
상기 제3 스위치 및 상기 제5 스위치의 스위칭 주기는 서로 180도 위상 차이가 나는 접촉 감지 장치.
제1항에 있어서,
상기 버퍼 회로의 출력 전압은 감소, 홀드, 증가 홀드, 증가, 홀드, 감소 및 홀드를 규칙적으로 반복하는 접촉 감지 장치.
제1항에 있어서, 상기 C-V 변환 회로는,
상기 버퍼 회로의 출력 전압에 의해 충방전 되는 버퍼 커패시터; 및
상기 버퍼 커패시터에 충전된 전압을 적분하는 적분 회로; 를 더 포함하는 접촉 감지 장치.
제11항에 있어서, 상기 적분 회로는,
상기 버퍼 커패시터에 충전된 전압을 적분하여 상기 구동 신호의 한 주기 동안 적어도 두 번 변화하는 출력 전압을 생성하는 접촉 감지 장치.
제12항에 있어서,
상기 적분 회로의 출력 전압은 상기 버퍼 회로의 출력 전압이 감소하는 시점에 증가하는 접촉 감지 장치.
제11항에 있어서, 상기 적분 회로는,
상기 버퍼 커패시터와 연결되는 일단을 구비하는 제6 스위치;
상기 버퍼 커패시터 및 공통 전압단 사이에 배치되는 제7 스위치;
상기 제6 스위치의 타단과 연결되는 반전단 및 공통 전압단과 연결되는 비반전단을 구비하는 제2 연산 증폭기;
상기 제2 연산 증폭기의 반전단 및 상기 제2 연산 증폭기의 출력단 사이에 배치되는 제8 스위치; 및
상기 제8 스위치와 병렬로 연결되는 제2 피드백 커패시터; 를 포함하는 접촉 감지 장치.
복수의 제1 전극과 복수의 제2 전극을 구비하는 패널부;
제1 스위치 및 제2 스위치를 구비하고, 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 동작에 의해 생성되는 구동 신호를 상기 복수의 제1 전극에 제공하는 구동 신호 생성 회로를 포함하는 구동 회로부; 및
상기 복수의 제2 전극 각각과 연결되는 복수의 버퍼 회로를 각각 구비하는 복수의 C-V 변환 회로를 포함하는 감지 회로부; 를 포함하고,
상기 버퍼 회로 각각은 제1 피드백 커패시터, 상기 복수의 제2 전극 중 하나의 제2 전극과 상기 제1 피드백 커패시터 사이에 배치되는 제3 스위치, 및 상기 하나의 제2 전극과 상기 제1 피드백 커패시터의 연결 노드와 전류원 사이에 배치되는 제4 스위치를 포함하고,
상기 제4 스위치는 상기 제3 스위치의 오프 동작 구간에서 온 동작하는 터치스크린 장치.
제15항에 있어서,
상기 복수의 제1 전극과 상기 복수의 제2 전극의 교차 노드에서 형성되는 복수의 노드 커패시터 간의 정전용량 편차에 따라 결정되는 터치스크린 장치.
제15항에 있어서,
상기 제4 스위치는 제4_1 스위치 및 제4_2 스위치를 포함하고, 상기 전류원은 방전 전류원 및 충전 전류원을 포함하고,
상기 제4_1 스위치는 상기 하나의 제2 전극과 상기 제1 피드백 커패시터의 연결 노드 및 상기 방전 전류원 사이에 배치되고, 상기 제4_2 스위치는 상기 하나의 제2 전극과 상기 제1 피드백 커패시터의 연결 노드 및 상기 충전 전류원 사이에 배치되는 터치스크린 장치.
제17항에 있어서,
상기 제3 스위치의 스위칭 주기는 상기 제1 스위치 및 상기 제2 스위치의 스위칭 주기의 절반에 해당하고, 상기 제3 스위치는 상기 제1 스위치의 턴 온 시점 및 턴 오프 시점에서 턴 오프 되는 터치스크린 장치.
제18항에 있어서,
상기 제4_1 스위치는 상기 제1 스위치의 온 동작 구간에서 온 동작하되, 상기 제3 스위치의 온 동작 구간과 중복되지 않고,
상기 제4_2 스위치는 상기 제2 스위치의 온 동작 구간에서 온 동작하되, 상기 제3 스위치의 온 동작 구간과 중복되지 않는 터치스크린 장치.
제15항에 있어서, 상기 복수의 버퍼 회로 각각은,
상기 제1 피드백 커패시터의 일단과 연결되는 입력단 및 상기 제1 피드백 커패시터의 타단과 연결되는 출력단을 구비하는 제1 연산 증폭기; 및
상기 제1 피드백 커패시터와 병렬로 연결되는 제5 스위치; 를 더 포함하는 터치스크린 장치.