KR20160018179A - 터치스크린 제어장치 및 터치스크린 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 터치스크린 제어장치 및 터치스크린 장치에 관한 것이다.
본 발명에 따른 터치스크린 제어장치는, 커패시터의 정전용량을 감지하는 정전용량 감지부; 및 외부로부터 입력되는 제1전원을 조정하여 제2전원을 출력하는 전원 조정부;를 포함하며, 상기 정전용량 감지부의 동작전원은 상기 제2전원을 이용하되, 상기 정전용량 감지부에 제공되는 클럭의 동작전원은 상기 제1전원을 이용한다.

Description

터치스크린 제어장치 및 터치스크린 장치{DEVICE FOR CONTROLLING TOUCHSCREEN AND TOUCHSCREEN DEVICE}

본 발명은 터치스크린 제어장치 및 터치스크린 장치에 관한 것이다.

액정 표시 장치(liquid crystal display), 유기 발광 표시 장치(organic light emitting display) 등의 표시장치, 휴대용 전송 장치, 그 밖의 정보 처리 장치 등은 다양한 입력 장치를 이용하여 기능을 수행한다. 최근, 이러한 입력 장치로서 터치스크린(touch screen) 장치가 휴대폰, 스마트폰, 팜 사이즈 PC(Palm-Size PC), ATM(Automated Teller Machine) 기기 등에 많이 사용되고 있다.

터치스크린은 화면 위에 손가락 또는 터치 펜(touch pen, stylus) 등을 접촉해 문자를 쓰거나 그림을 그리고, 아이콘을 실행시켜 원하는 명령을 수행시킨다. 터치스크린 장치는 손가락 또는 터치 펜 등이 화면에 접촉하였는지 여부 및 접촉 위치 정보를 알아낼 수 있다.

이와 같은 터치스크린은 터치를 감지하는 방법에 따라 크게 저항막 방식(resistive type) 및 정전용량 방식(capacitive type)으로 분류할 수 있다. 이 중 정전용량 방식은 상대적으로 수명이 길고 다양한 입력 방법과 제스처를 손쉽게 구현할 수 있는 장점으로 인하여 그 적용 비율이 갈수록 높아지고 있다. 특히 정전용량 방식은 저항막 방식에 비해 멀티 터치 인터페이스를 구현하기가 용이하며 스마트폰 등의 기기에 폭넓게 적용된다.

정전용량 방식의 터치스크린은 유리나 투명 플라스틱의 양면 또는 일면에 전극을 형성하고 두 전극 사이에 전압을 인가한 후, 손가락 등의 물체가 스크린에 접촉하는 경우 변하는 두 전극 사이의 정전용량 변화량을 분석하여 터치 지점을 감지한다.

정전용량 방식의 터치스크린에서 터치 지점을 감지하기 위해서는 한 개 또는 두 개의 전극 사이에 형성되는 정전용량을 감지하기 위한 회로가 필요하다. 이러한 정전용량 감지회로는 각종 회로, 또는 소자의 정전용량을 감지하기 위하여 주로 사용되었는데, 최근에는 각종 휴대용 장치가 터치 입력 인터페이스를 제공함에 따라 사용자의 접촉 및 접근을 감지할 수 있는 회로로서 그 적용 범위가 점차 확대되고 있다.

정확한 터치 지점을 감지하기 위해서는 터치 입력에 의해 생성되는 정전용량 변화를 정확하게 감지할 수 있는 기술이 필요하나, 정전용량 감지회로가 포함된 터치스크린 제어 IC 등에 전기적 노이즈가 발생하는 경우, 정전용량 변화를 정확하게 감지하는 데에 방해가 될 수 있다.

대한민국공개특허공보 제2009-0105716호

본 발명의 일 목적은, 감지하고자 하는 정전용량 변화에 있어 노이즈에 의한 영향을 최소화할 수 있는 터치스크린 제어장치 및 터치스크린 장치를 제공하는 데 있다.

본 발명의 상기와 같은 목적은, 정전용량 감지회로의 동작전원과 상기 정전용량 감지회로에 제공되는 클럭의 동작전원을 서로 분리하는 터치스크린 제어장치 및 터치스크린 장치가 제공됨에 의해 달성된다.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 내부 환경 변화에 따라 야기되는 다양한 노이즈, 특히 정전용량 감지회로에서의 스위칭 동작을 위해 터치스크린 제어장치 내부로 유입되는 클럭 노이즈에 의한 영향을 최소화할 수 있다.

또한 상기와 같은 노이즈에 따른 출력의 왜곡 현상을 최소화함에 따라, 정전용량의 변화를 보다 정확하게 감지할 수 있다.

다만 본 발명의 범위가 상술한 효과에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자기기의 외관을 나타낸 사시도.
도 2는 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 터치스크린 장치를 나타낸 도면.
도 3은 도 2의 터치스크린 장치의 개념을 구현한 일 예를 나타낸 도면.
도 4a 내지 도 4c는 도 3의 터치스크린 장치의 개념적 구조도를 평면도로서 표시한 도면.
도 5는 도 4의 절취선에 따른 수직 구조를 나타낸 도면.
도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 제어장치를 설명하기 위한 개략도.
도 6b는 일반적인 터치스크린 제어장치를 설명하기 위한 개략도.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 감지부를 설명하기 위한 개략도.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 감지부의 예시 회로도.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 스위칭부의 온/오프 타이밍을 나타낸 도면.
도 10a는 본 발명의 일 실시예에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.
도 10b는 일반적인 터치스크린 제어장치에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면.

본 발명에 따른 터치스크린 제어장치 및 터치스크린 장치의 상기 목적에 대한 기술적 구성을 비롯한 작용효과에 관한 사항은 본 발명의 바람직한 실시예가 도시된 도면을 참조한 아래의 상세한 설명에 의해서 명확하게 이해될 것이다.

또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위해 사용되는 것으로 구성요소가 상기 용어들에 의해 제한되는 것은 아니다.

도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 구비한 전자기기(100)의 외관을 나타낸 사시도이다.

도 1을 참조하면, 본 실시예에 따른 전자기기(100)는 화면을 출력하기 위한 디스플레이 장치(110), 입력부(120), 음성출력을 위한 오디오부(130) 등을 포함할 수 있으며, 디스플레이 장치(110)와 일체화되어 터치스크린 장치를 구비할 수 있다.

도 1에 도시된 바와 같이, 모바일 기기 같은 경우 터치스크린 장치가 디스플레이 장치에 일체화되어 구비되는 것이 일반적이며, 터치스크린 장치는 디스플레이 장치가 표시하는 화면이 투과할 수 있을 정도로 높은 빛 투과율을 가져야 한다.

따라서 터치스크린 장치는, PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide) 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 감지전극을 형성함으로써 구현될 수 있다. 디스플레이 장치의 베젤 영역에는 투명 전도성 물질로 형성된 감지전극과 연결되는 배선 패턴이 배치되며, 배선 패턴은 베젤 영역에 의해 시각적으로 차폐되므로 은(Ag), 구리(Cu) 등과 같은 금속 물질로도 형성이 가능하다.

물론, 본 발명에 따른 터치스크린 장치는 정전용량 방식에 따라 동작하는 것을 가정하므로, 소정의 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함할 수 있다. 또한 복수의 전극에서 생성되는 정전용량 변화를 검출하기 위한 정전용량 감지장치를 구비하는 터치스크린 제어장치를 포함한다.

도 2는 본 발명의 일 실시예가 적용될 수 있는 터치스크린 장치(200)를 나타낸 도면이다.

도 2에 도시한 바와 같이, 터치 스크린 장치(200)는 패널부(210)와 터치스크린 제어부(220)를 포함할 수 있다.

패널부(210)은 서로 절연되어 형성되는 복수의 구동전극(X1, X2, X3, ..., Xn)과 복수의 감지전극(Y1, Y2, Y3, ...,Yn)을 포함할 수 있다.

도 2에서는 편의상 구동전극과 감지전극을 각각 선으로 표시하였으나, 실제로는 전극패턴으로 구현될 수 있다. 본 명세서에서, 감지전극은, 감지 신호선, 감지 라인, 감지선 등의 용어와 혼용될 수 있고, 구동전극은 구동 신호선, 구동 라인, 구동선 등의 용어와 혼용될 수 있다.

또한, 도 2에서는 복수의 구동전극과 복수의 감지전극이 서로 절연되어 교차하는 것으로 표시하였으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며 구동전극과 감지 전극이 교차하지 않을 수도 있다.

터치 지점을 나타내는 센싱 노드(211)는 하나의 감지전극과 하나의 구동전극에 의해 정의되며, 각 센싱 노드(211)는 노드 커패시터(212)를 포함할 수 있다.

노드 커패시터(112)는 서로 절연되어 분리되는 구동전극과 감지전극에 의해 형성될 수 있다. 이하에서는 i번째 구동전극과 j번째 감지전극에 의해 형성되는 노드 커패시터(212)의 정전용량(커패시턴스)을 Cij로 표시하기로 한다.

또한 터치스크린 제어부(220)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(X1, X2, X3, ...,Xn)과 복수의 감지전극(Y1, Y2, Y3,...,Yn)에 전기적으로 연결된 정전용량 감지부(221)를 포함할 수 있다.

상기와 같은 구성의 정전용량 감지부(221)는, 복수의 구동전극(X1, X2, X3, ...,Xn)과 복수의 감지전극(Y1, Y2, Y3,...,Yn)의 교차점에서 발생하는 정전용량, 즉 각 노드 커패시터(212)의 정전용량(Cij)을 감지하도록 되어 있다.

이때 정전용량 감지부(221)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 구동회로(221-1)와 감지회로(221-2)를 포함할 수 있다.

구동회로(221-1)는, 패널부(210)의 구동전극(X1, X2, X3, ...,Xn) 각각에 소정의 구동신호를 인가할 수 있다. 구동신호는 소정 주기와 진폭을 갖는 구형파(Square Wave), 사인파(Sine Wave), 삼각파(Triangle Wave) 등일 수 있으며, 복수의 구동전극(X1, X2, X3, ...,Xn) 각각에 순차적으로 인가될 수 있다.

도 2에는 구동신호를 생성 및 인가하기 위한 구동회로(221-1)가 복수의 구동전극(X1, X2, X3, ...,Xn) 각각에 개별적으로 연결되는 것으로 도시하였으나, 하나의 구동신호 생성회로를 구비하고 스위칭 회로를 이용하여 복수의 구동전극 각각에 구동신호를 인가하는 구성 또한 가능함은 물론이다.

또한 감지회로(221-2)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 복수의 구동전극(X1, X2, X3, ...,Xn)과 복수의 감지전극(Y1, Y2, Y3,...,Yn)의 교차점에서 발생하는 정전용량, 즉 각 노드 커패시터(212)의 정전용량을 감지하기 위한 적분회로를 포함할 수 있다.

적분회로는 적어도 하나의 연산증폭기와 소정용량을 갖는 커패시터(C1)을 포함할 수 있으며, 연산 증폭기의 입력단이 감지전극(Y1, Y2, Y3,...,Yn)과 연결되어 각 노드 커패시터(212)의 정전용량 변화를 전압 신호 등과 같은 아날로그 신호로 변환, 출력한다. 이때 복수의 구동전극(X1, X2, X3, ...,Xn) 각각에 순차적으로 구동신호를 인가하는 경우, 복수의 감지전극(Y1, Y2, Y3,...,Yn)으로부터 정전용량 변화를 동시에 감지할 수 있으므로, 적분회로는 감지전극(Y1, Y2, Y3,...,Yn)의 갯수 n개 만큼 구비될 수 있다.

한편 본 실시예에 따른 터치스크린 제어부(220)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 터치 판단부(222)를 포함할 수 있다.

터치 판단부(222)는, 정전용량 감지부(221)에 감지된 각 노드 캐패시터(212)의 정전용량을 토대로 정전용량의 변화량을 분석하여, 사용자가 패널부(210)에 입력한 터치 입력(지점)을 판단하도록 되어 있다.

이러한 본 실시예의 터치 판단부(222)는, 도 2에 도시된 바와 같이, 신호 변환부(222-1)와 연산부(222-2)를 포함할 수 있다.

이때 신호 변환부(222-1)는 적분회로가 생성하는 아날로그 신호로부터 디지털 신호(SD)를 생성한다. 일례로, 신호 변환부(222-1)는 전압 형태로 감지회로(221-2)가 출력하는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하여 이를 디지털 신호(SD)로 변환하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지회로(221-2)가 출력하는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하여 이를 디지털 신호(SD)로 변환하는 ADC(Analogto-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다.

또한 연산부(222-2)는 디지털 신호(SD)를 이용하여 패널부(210)에 인가된 터치 입력을 판단한다. 일예로, 연산부(222-2)는 패널부(210)에 인가된 터치 입력의 갯수, 좌표, 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.

한편 본 실시예의 터치스크린 제어부(220)는, 외부로부터 입력되는 전원을 조정하여 그 전체 동작에 필요한 동작전원을 출력하는 LDO(Low-Drop-Out) 레귤레이터 등의 전원 조정부(미도시)를 더 포함할 수 있는데, 이에 대한 구체적인 내용은 후술하기로 한다.

한편 도 3은 도 2의 터치스크린 장치의 개념을 구현한 일 예를 나타낸 것이다.

도 3은 물체의 터치 유무를 판단하기 위한 전체 터치스크린 장치에 있어서, 동작회로와 부가적인 장치들 이외에 직접 터치가 이루어지는 터치스크린 패널의 동작을 설명하기 위한 개념적 구조도이다.

감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11)은 도전성 물질로 이루어질 수 있으며, 감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11)은 터치스크린 동작회로와 부가적 장치들에 직접 전극으로 연결되어 터치의 유무를 판단할 때 사용될 수 있다.

따라서 감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11)의 모양에 따라 다양한 터치스크린 패널을 만들 수 있게 된다. 또한 감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11) 사이에는 유전체(12)가 존재할 수 있다. 따라서 도전성 물질로 이루어진 감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11)은 그 사이에 유전체(102)를 가지고 있는 커패시터를 형성하게 된다.

감지전극 패턴(10), 구동전극 패턴(11) 및 유전체(12)를 포함하는 터치스크린 패널을 보호하기 위해, 감지전극 패턴(10) 위에 보호 윈도우(13)가 존재할 수 있다.

보호 윈도우(13) 위에 터치하는 물체가 존재하게 되면 터치스크린 패널의 감지전극 패턴(10)과 동작전극 패턴(11) 사이의 정전용량에 변화가 일어날 수 있다.

도 4a 내지 도 4c는 도 3의 터치스크린 장치의 개념적 구조도를 평면도로서 표시한 것이다.

도 4a는 감지전극 패턴(10)과 동작전극 패턴(11)을 동시에 나타낸 것이고, 도 4b는 감지전극 패턴(10)을, 그리고 도 4c는 구동전극 패턴(11)을 나타낸 것이다.

터치스크린 장치에는 넓은 직사각형 형태로 되어있는 복수개의 구동전극 패턴(11)이 형성되어 있다. 구동전극 패턴(11)에 전압이 가해지게 되면 감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11) 사이에는 전기장이 생기게 된다.

감지전극 패턴(10)은 구동전극 패턴(11)에 비해 상대적으로 가는 모양으로 되어 있을 수 있다. 따라서 구동전극 패턴(11)에 전압이 걸릴 때에, 감지전극 패턴(10)이 구동전극 패턴(11)에 비해 작은 면적을 가지고 있기 때문에 감지전극 패턴(10)이 구동전극 패턴(11)을 다 가리지 못하게 된다. 상술한 전기장이 구동전극 패턴(11)에서 감지전극 패턴(10) 방향으로 나오게 되는데 이 전기장은 터치가 일어나지 않았을 때는 감지전극 패턴(10)으로 흘러 들어가지만 터치가 이루어질 때에는 터치된 물체로 흘러 들어가게 되어 감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11) 사이에 형성되는 전기장이 변화하게 된다. 이러한 변화는 감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11) 사이에 형성되는 정전용량의 변화로 귀결되며, 이러한 정전용량의 값을 정전용량 감지장치에서 감지함으로써 터치 유무를 판단할 수 있다.

도 4a 내지 도 4c에 의한 전극 패턴은 본 발명의 이해를 돕기 위하여, 다양한 터치스크린의 전극 패턴 중 하나를 예시한 것이며, 이 예시에 의해 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것을 이해할 수 있다.

도 5는 도 4a의 절취선(14)에 따른 수직 구조를 나타낸 것이다.

도 5를 참조하면, 구동전극 패턴(11)에 전압이 가해졌을 때 터치의 유무를 판단하게 되는 것은 점선으로 나타낸 전기장이 보호 윈도우(13) 위로 나오게 되는 부분, 즉 감지전극 패턴(10)이 구동전극 패턴(11)에서 나오는 전기장을 덮지 못하는 영역에서 터치 입력이 이루어진 경우, 이 영역을 통과하여 감지전극 패턴(10)으로 들어가도록 되어 있던 전기장의 경로가 달라짐으로 인해 감지전극 패턴(10)과 구동전극 패턴(11)으로 이루어진 커패시터에 축적되는 전하량이 줄어들게 되어 물체가 터치된 것으로 판단하게 된다.

지금까지, 터치스크린에서 터치 입력이 이루어졌는지 여부를 검출하기 위한 원리 중 하나를 설명하였다. 이하, 상술한 정전용량의 변화를 감지하는 데에 사용될 수 있는 본 발명의 실시예에 대하여 설명한다.

도 6a는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 제어장치(300)를 설명하기 위한 개략도로서, 이때 도 6a의 터치스크린 제어장치(300)는 상술한 도 2의 터치스크린 제어부(220)에 대응될 수 있다.

도 6a에 도시된 바와 같이, 터치스크린 제어장치(300)는 정전용량 감지부(310) 및 전원 조정부(320)를 포함할 수 있으며, 정전용량 감지부(310)는 그 동작을 위한 동작전원으로서 제2전원(V2)을 이용한다. 이때 제2전원(V2)은 도 6a에 도시된 바와 같이, 외부전원인 제1전원(V1)을 전원 조정부(320)를 통해 조정하여 출력된 전원이다.

정전용량 감지부(310)는 앞서에서도 언급한 바와 같이, 터치 스크린 패널의 구동전극과 감지전극에 의해 형성되는 커패시터, 즉 앞서 설명한 노드 커패시터의 정전용량을 감지한다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 감지부(310)를 설명하기 위한 개략도이고, 도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량 감지부(310)의 예시 회로도를 나타낸다.

본 실시예의 정전용량 감지부(310)는, 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 구동회로(311)와 적분회로(312)를 포함할 수 있다.

구동회로(311)는 도 7 및 도 8에 도시된 바와 같이, 커패시터(Cij)에 연결되며, 제1스위칭부(SW1)와 제2스위칭부(SW2)를 포함할 수 있다.

이때의 커패시터(Cij)는 앞서 도 2에서도 설명한 바와 같이, 본 실시예에 따른 정전용량 감지부(310)가 측정하고자 하는 정전용량을 충전한 커패시터(Cij)에 해당한다. 일례로, 커패시터(Cij)는 정전용량 방식의 터치스크린 패널에 형성된 복수의 구동전극과 감지전극 사이에서 형성되는 결합 정전용량(mutual-capacitance)에 대응할 수 있다. 따라서 커패시터(Cij)의 제1단자(좌측단자)는 상기 구동전극에 대응되며, 커패시터(Cij)의 제2단자(우측단자)는 상기 감지전극에 대응된다.

이하, 설명의 편의를 위해, 본 실시예에 따른 정전용량 감지부(310)가 정전용량 방식의 터치스크린에서 생성되는 정전용량을 감지하는 것으로 가정한다. 이 경우, 커패시터(Cij)는 복수의 전극의 교차점에서 생성되는 결합 정전용량 변화에 의해 전하가 충전 또는 방전되는 도 2에서의 노드 커패시터로 가정할 수 있다.

또한 구동회로(311)의 제1스위칭부(SW1)는, 도 8에 도시된 바와 같이, 커패시터(Cij)의 제1단자를 제1전위(VDD)와 연결할 수 있는데, 이때 제1전위(VDD)는 앞서 설명한 제2전원(V2)의 전압레벨을 의미한다.

이때 제1스위칭부(SW1)는, FET(Field Effect Transistor) 등으로 구현될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 온/오프 스위칭 동작이 가능한 스위칭 소자라면 범용의 트랜지스터 등 그 어떠한 것도 사용 가능하다.

아울러 구동회로(311)의 제2스위칭부(SW2)는, 커패시터(Cij)의 제1단자를 제2전위(GND)와 연결할 수 있다. 이때 제2스위칭부(SW2)는 설명의 편의를 위해 접지전압의 제2전위(GND)에 연결되는 것으로 가정하나, 이와 달리 접지전압과 상이한 전압레벨(일예로 VDD/2)의 전위에도 연결될 수 있음은 물론이다.

또한 제2스위칭부(SW2)는, 제1스위칭부(SW1)와 마찬가지로 FET 등으로 구현될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 온/오프 스위칭 동작이 가능한 스위칭 소자라면 범용의 트랜지스터 등 그 어떠한 것도 사용 가능하다.

본 실시예의 구동회로(311)는, 상술한 제1 및 제2스위칭부(SW1, SW2)의 스위칭 동작을 통해, 커패시터(Cij)를 제1전위(VDD)로 충전시키고, 제2전위(GND)로 방전시킬 수 있다.

한편 적분회로(312)는, 커패시터(Cij)에 충전된 전하를 적분하여 이를 출력하는 것으로, 도 8에 도시된 바와 같이, 연산 증폭기(OPA)를 포함할 수 있다.

이때 연산 증폭기(OPA)의 제1입력단자는 제3 및 제4스위칭부(SW3, SW4)를 통해 커패시터(Cij)의 제2단자에 연결될 수 있으며, 연산 증폭기(OPA)의 제2입력단자는 접지전압의 전위와 연결될 수 있다.

이 경우 상기 제2입력단자는, 구동회로(311)의 제2전위(GND)에서와 같이, 설명의 편의를 위해 접지전압의 전위에 연결되는 것으로 가정하나, 이와 달리 접지전압과 상이한 전압레벨(일예로 VDD/2)의 전위에도 연결될 수 있음은 물론이다.

또한 본 실시예의 경우, 연산 증폭기(OPA)의 제2입력단자는, 제2스위칭부(SW2)를 통해 연결되는 구동회로(311)의 제2전위(GND)와 동일한 전위에 연결될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되지 않으며 연산 증폭기(OPA)의 제2입력단자가 구동회로(311)의 제2전위와 상이한 전압레벨의 전위에도 연결될 수 있음은 물론이다.

또한 연산 증폭기(OPA)의 제1입력단자는 반전 입력단자일 수 있고, 제2입력단자는 비반전 입력단자일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1입력단자가 비반전 입력단자일 수도 있고, 제2입력단자가 반전 입력단자일 수도 있다.

아울러 제3 및 제4스위칭부(SW3, SW4)는, 제1 및 제2스위칭부(SW1, SW2)와 마찬가지로 FET 등으로 구현될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 온/오프 스위칭 동작이 가능한 스위칭 소자라면 범용의 트랜지스터 등 그 어떠한 것도 사용 가능하다.

한편 연산 증폭기(OPA)의 제1입력단자와 출력단자(Vo)는, 피드백 커패시터(C1)를 통해 서로 연결될 수 있으며, 이 경우 적분회로(312)는 상기 피드백 커패시터(C1)와 병렬로 연결되는 제5스위칭부(SW5)를 더 포함할 수 있다.

따라서 제5스위칭부(SW5)가 온(on) 되면, 피드백 커패시터(C1)에 충전된 전하가 모두 방전되어 그 양단의 전압이 0이 될 수 있다. 이때의 제5스위칭부(SW5)는 제1 내지 제4스위칭부(SW1 내지 SW4)와 마찬가지로 FET 등으로 구현될 수 있으나, 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 온/오프 스위칭 동작이 가능한 스위칭 소자라면 범용의 트랜지스터 등 그 어떠한 것도 사용 가능하다.

도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 제1 내지 제4 스위칭부(SW1 내지 SW4)의 온/오프 타이밍을 나타낸 도면이다.

스위칭 동작을 위해 정전용량 감지부(310)에 제공되는 클럭은, 제1 및 제3스위칭부(SW1, SW3)를 구동하기 위한 제1클럭(CLK1)과 제2 내지 제4 스위칭부(SW2, SW4)를 구동하기 위한 제2클럭(CLK2)을 포함할 수 있다. 아울러 제5스위칭부(SW5)를 구동하기 위한 클럭(미도시)도 포함할 수 있다.

이때 제1 및 제2 클럭(CLK1, CLK2)은 시간 축 상에 서로 교차하여 나타날 수 있는 것으로, 도 9에 도시된 바와 같이 제1 및 제2 클럭(CLK1, CLK2)은 서로 다른 주기 동안 온(on)될 수 있다.

또한 도 9에 도시된 바와 같이, 제1 클럭(CLK1)의 온 되는 시간 간격은 제2 클럭(CLK2)의 온 되는 시간 간격과 같을 수 있으며, 제1 클럭(CLK1)의 오프(off)되는 시간 간격은 제2 클럭(CLK2)의 오프 되는 시간 간격과 같을 수 있다.

결국 도 9를 참조하면, 제1 클럭(CLK1)에 의해 구동되는 제1 및 제3스위칭부(SW1, SW3)와 제2 클럭(CLK2)에 의해 구동되는 제2 및 제4스위칭부(SW2, SW4)는 중복되는 시간 없이 번갈아 가며 반복하여 온 상태로 될 수 있다.

즉, 제1 및 제3 스위칭부(SW1, SW3)는 시 구간 [t1, t2], [t1', t2']에서 온 상태로 되고, 시 구간 [t2, t1']에서 오프 상태로 될 수 있다. 이와 비교하여, 제2 및 제4스위칭부(SW2, SW4)는 시 구간 [t3, t4], [t3', t4']에서 온 상태로 되고, 시 구간 [t4, t3']에서 오프 상태로 될 수 있다. 이에 따라 시 구간 [t1, t1']에서의 제1 및 제3스위칭부(S1, S1')와 제2 및 제4스위칭부(S2, S2')의 동작 상태가 계속 반복될 수 있다.

한편 상술한 도 2의 터치스크린 장치와 도 7 및 도 8의 정전용량 감지부를 비교하면, 도 2의 구동전극과 감지전극의 교차점에서 생성되는 노드 커패시터(212, C11 ~ Cnn)는 도 7 및 도 8의 커패시터(Cij)에 대응한다.

또한 도 2의 구동회로(221-1)와 감지회로(221-2)는, 도 7 및 도 8의 구동회로(311)와 적분회로(312)를 포함하는 구성요소로 볼 수 있다.

다시 도 6a로 돌아와, 전원 조정부(320)는, 외부로부터 입력되는 제1전원(V1)을 조정하여 제2전원(V2)을 출력한다.

이때 전원 조정부(320)는, 상기 제1전원(V1)의 전압을 강하하여 제1전원(V1)보다 낮은 전압 레벨의 제2전원(V2)을 출력하는 LDO 레귤레이터일 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 제1전원(V1)을 제1전원(V1)과 상이한 전압레벨의 제2전원(V2)으로 조정할 수 있는 전원 조정 구성이라면 본 실시예의 전원 조정부(310)로 채택할 수 있음은 물론이다.

전원 조정부(320)는, 예를 들어 3V 내지 3.6V의 제1전원(V1)을 2.5V 내지 2.8V로 강하하고 이를 제2전원(V2)으로 출력하여, 상기 제2전원(V2)이 정전용량 감지부(310)를 포함한 터치스크린 제어장치(300)의 전체적인 동작전원으로서 인가되도록 함으로써, 본 실시예의 터치스크린 제어장치(300)가 미리 설계된 대로 동작할 수 있도록 한다. 여기서 3V 내지 3.6V, 2.5V 내지 2.8V 등은 본 발명을 설명하기 위한 일 예에 지나지 않음은 너무나 자명하며 이에 따라 본 발명에서는 다른 전압으로도 대체될 수 있음은 물론이다.

한편 제1전원(V1)은, 터치스크린 제어장치(300)의 외부로부터 입력되는 전원으로서, 예를 들어 휴대폰 등에 있어서의 배터리로부터 공급될 수 있다. 그러나 본 발명은 이에 한정되는 것은 아니며, 다양한 형태의 전원 공급 구성으로도 구현될 수 있음은 물론이다.

또한 제2전원(V2)은, 앞서 설명한 바와 같이, 정전용량 감지부(310)를 포함한 터치스크린 제어장치(300)의 전체적인 동작전원으로서 이용되며, 이에 따라 본 실시예의 터치스크린 제어장치(300)가 미리 설계된 대로 동작할 수 있도록 한다.

한편 본 실시예의 터치스크린 제어장치(300)는, 도 6a에 도시된 바와 같이, 상술한 제1 및 제2 전원(V1, V2)을 서로 분리하여 이용한다.

즉, 정전용량 감지부(310)를 포함한 터치스크린 제어장치(300)의 전체적인 동작전원으로는 앞서 설명한 바와 같이 제2전원(V2)을 이용하나, 제1 내지 제5스위칭부(SW1 내지 SW5) 등의 스위칭 동작을 위해 정전용량 감지부(310)에 제공되는 클럭(330)의 동작전원으로는 외부전원인 제1전원(V1)을 이용한다.

만약 도 6b에서와 같이, 정전용량 감지부(310')에서의 동작전원과 상기 클럭(330')의 동작전원을 동일한 전원(제2전원(V2'))으로 할 경우, 정전용량 감지부(310')에서의 스위칭 동작을 위한 클럭 노이즈가 터치스크린 제어장치(300') 내부로 유입되게 되며, 이에 따라 정전용량 감지부(310')에서의 출력이 흔들리게 된다.

그러나 본 실시예의 경우, 도 6a에 도시된 바와 같이, 정전용량 감지부(310)의 동작전원(제2전원(V2))과 상기 정전용량 감지부(310)에 제공되는 클럭(330)의 동작전원(제1전원(V1))을 서로 분리함으로써, 정전용량 감지부(310)에서의 스위칭 동작을 위한 클럭 노이즈가 터치스크린 제어장치(300) 내부로 유입되는 현상을 방지할 수 있게 된다.

따라서 본 실시예에 따르면, 내부 환경 변화에 따라 야기되는 다양한 노이즈, 특히 정전용량 감지회로에서의 스위칭 동작을 위해 터치스크린 제어장치 내부로 유입되는 클럭 노이즈에 의한 영향을 최소화할 수 있으며, 이에 따라 정전용량의 변화를 보다 정확하게 감지할 수 있게 된다.

이는 이하 설명하는 시뮬레이션 결과를 통해서도 확인할 수 있는데, 도 10a는 본 발명의 일 실시예(도 6a의 구성)에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이며, 도 10b는 일반적인 터치스크린 제어장치(도 6b의 구성)에 따른 시뮬레이션 결과를 나타낸 도면이다.

도 10a 및 도 10b에 도시된 바와 같이, 도 10a에서의 피크 대 피크(peak to peak)의 폭(0.8mV)이, 도 10b에서의 피크 대 피크의 폭(76mV)보다 현저히 작음을 알 수 있으며, 이를 통해 본 실시예에서의 출력의 왜곡이 일반적인 터치스크린 제어장치보다 현저히 작음을 확인할 수 있다.

결국 본 실시예에 따르면, 상술한 노이즈에 따른 출력의 왜곡 현상을 최소화할 수 있게 되며, 이를 통해 정전용량의 변화를 보다 정확하게 감지할 수 있게 되는 것이다.

본 발명의 도면들에 도시된 다양한 요소들의 기능들은 적절한 소프트웨어와 관련되어 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어뿐만 아니라 전용 하드웨어의 이용을 통해 제공될 수 있다. 프로세서에 의해 제공될 때, 이런 기능은 단일 전용 프로세서, 단일 공유 프로세서, 또는 일부가 공유될 수 있는 복수의 개별 프로세서에 의해 제공될 수 있다.

또한, 용어 "제어부"의 명시적 이용은 소프트웨어를 실행할 수 있는 하드웨어를 배타적으로 지칭하는 것으로 해석되지 말아야 하며, 제한 없이, 마이크로 프로세서(MCU), 디지털 신호 프로세서(DSP) 하드웨어, 소프트웨어를 저장하기 위한 판독 전용 메모리(ROM), 랜덤 액세스 메모리(RAM), 및 비휘발성 저장장치를 묵시적으로 포함할 수 있다.

본 명세서의 청구항들에서, 특정 기능을 수행하기 위한 수단으로서 표현된 요소는 특정 기능을 수행하는 임의의 방식을 포괄하고, 이러한 요소는 특정 기능을 수행하는 회로 요소들의 조합, 또는 특정 기능을 수행하기 위한 소프트웨어를 수행하기 위해 적합한 회로와 결합된, 펌웨어, 마이크로코드 등을 포함하는 임의의 형태의 소프트 웨어를 포함할 수 있다.

본 명세서에서 본 발명의 원리들의 '일 실시예' 등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 이 실시예와 관련되어 특정 특징, 구조, 특성 등이 본 발명의 원리의 적어도 하나의 실시예에 포함된다는 것을 의미한다. 따라서, 표현 '일 실시예에서'와, 본 명세서 전체를 통해 개시된 임의의 다른 변형례들은 반드시 모두 동일한 실시예를 지칭하는 것은 아니다.

본 명세서에서 ‘연결된다’ 또는 ‘연결하는’등과 이런 표현의 다양한 변형들의 지칭은 다른 구성요소와 직접적으로 연결되거나 다른 구성요소를 통해 간접적으로 연결되는 것을 포함하는 의미로 사용된다. 또한 본 명세서에서 단수형은 문구에서 특별히 언급하지 않는 한 복수형도 포함한다. 아울러 본 명세서에서 사용되는 ‘포함한다’ 또는 ‘포함하는’으로 언급된 구성요소, 단계, 동작 및 소자는 하나 이상의 다른 구성요소, 단계, 동작, 소자 및 장치의 존재 또는 추가를 의미한다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 명세서를 통해 개시된 모든 실시예들과 조건부 예시들은, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 독자가 본 발명의 원리와 개념을 이해하도록 돕기 위한 의도로 기술된 것으로, 당업자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

200 : 터치스크린 장치 210 : 패널부
220 : 터치스크린 제어부 221, 310 : 정전용량 감지부
221-1, 311 : 구동회로 221-2 : 감지회로
222 : 터치 판단부 222-1 : 신호 변환부
222-2 : 연산부 300 : 터치스크린 제어장치
312 : 적분회로 320 : 전원 조정부
330 : 클럭 Cij: 커패시터
V1 : 제1전원 V2 : 제2전원
SW1 : 제1스위칭부 SW2 : 제2스위칭부
SW3 : 제3스위칭부 SW4 : 제4스위칭부
SW5 : 제5스위칭부 C1 : 피드백 커패시터
CLK1 : 제1클럭 CLK2 : 제2클럭

Claims (17)

1. 커패시터의 정전용량을 감지하는 정전용량 감지부; 및
   외부로부터 입력되는 제1전원을 조정하여 제2전원을 출력하는 전원 조정부;를 포함하며,
   상기 정전용량 감지부의 동작전원은 상기 제2전원을 이용하되, 상기 정전용량 감지부에 제공되는 클럭의 동작전원은 상기 제1전원을 이용하는 터치스크린 제어장치.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 전원 조정부는, LDO 레귤레이터인 터치스크린 제어장치.
   
3. 제1항에 있어서,
   상기 정전용량 감지부는,
   상기 커패시터를 충전 및 방전시키는 구동회로; 및
   상기 커패시터에 충전된 전압을 적분하는 적분회로;
   를 포함하는 터치스크린 제어장치.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 구동회로는,
   상기 커패시터의 제1단자를 제1전위와 연결하는 제1스위칭부; 및
   상기 커패시터의 제1단자를 제2전위와 연결하는 제2스위칭부;
   를 포함하는 터치스크린 제어장치.
   
5. 제4항에 있어서,
   상기 적분회로는, 연산 증폭기를 포함하며,
   상기 연산 증폭기의 제1입력단자는, 제3 및 제4스위칭부를 통해 상기 커패시터의 제2단자와 연결되고,
   상기 연산 증폭기의 제2입력단자는, 상기 제2전위와 연결되는 터치스크린 제어장치.
   
6. 제5항에 있어서
   상기 클럭은 제1클럭과 제2클럭을 포함하고,
   상기 제1 및 제3스위칭부는 상기 제1클럭에 의해 구동되며, 상기 제2 및 제4스위칭부는 상기 제2클럭에 의해 구동되는 터치스크린 제어장치.
   
7. 제6항에 있어서,
   상기 제1클럭과 상기 제2클럭은 시간 축 상에서 서로 교차하여 나타나는 터치스크린 제어장치.
   
8. 제5항에 있어서,
   상기 연산 증폭기의 상기 제1입력단자와 출력단자는 피드백 커패시터를 통해 서로 연결되는 터치스크린 제어장치.
   
9. 제5항에 있어서,
   상기 제1입력단자는 반전 입력단자이고, 상기 제2입력단자는 비반전 입력단자인 터치스크린 제어장치.
   
10. 제8항에 있어서,
    상기 적분회로는,
    상기 피드백 커패시터와 병렬로 연결되는 제5스위칭부를 더 포함하는 터치스크린 제어장치.
    
11. 제1항에 있어서,
    상기 커패시터는, 정전용량 방식의 터치스크린 패널에 형성된 구동전극과 감지전극에 의해 형성되는 터치스크린 제어장치.
    
12. 제11항에 있어서,
    상기 커패시터의 제1단자는 상기 구동전극에 대응되는 터치스크린 제어장치.
    
13. 제11항에 있어서,
    상기 커패시터의 제2단자는 상기 감지전극에 대응되는 터치스크린 제어장치.
    
14. 복수의 구동전극과 복수의 감지전극을 포함하는 패널부; 및
    상기 복수의 구동전극과 상기 복수의 감지전극에 전기적으로 연결되는 터치스크린 제어부;를 포함하는 터치스크린 장치에 있어서,
    상기 터치스크린 제어부는,
    상기 복수의 구동전극과 상기 복수의 감지전극의 교차점에서 발생하는 정전용량을 감지하는 정전용량 감지부; 및
    외부로부터 입력되는 제1전원을 조정하여 제2전원을 출력하는 전원 조정부;를 포함하며,
    상기 정전용량 감지부의 동작전원은 상기 제2전원을 이용하되, 상기 정전용량 감지부에 제공되는 클럭의 동작전원은 상기 제1전원을 이용하는 터치스크린 장치.
    
15. 제14항에 있어서,
    상기 전원 조정부는, LDO 레귤레이터인 터치스크린 장치.
    
16. 제14항에 있어서,
    상기 정전용량 감지부는,
    상기 복수의 구동전극 각각에 구동신호를 인가하는 구동회로; 및
    상기 구동신호가 인가된 구동전극과 상기 복수의 감지전극의 교차점에서 발생하는 정전용량을 감지하는 감지회로;
    를 포함하는 터치스크린 장치.
    
17. 제14항에 있어서,
    상기 터치스크린 제어부는,
    상기 정전용량 감지부에서 감지된 정전용량을 토대로 정전용량 변화량을 분석하여, 상기 패널부에 인가되는 터치 입력을 판단하는 터치 판단부;를 더 포함하는 터치스크린 장치.

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