KR20160052499A - 드라이빙 백 현상을 이용한 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치 - Google Patents
드라이빙 백 현상을 이용한 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 드라이빙 커패시터를 통해 인가되는 드라이빙전압에 의해 터치패드에서의 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 검출하여 터치신호를 검출하는 새로운 방식의 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것이다.
본 발명의 터치 검출수단은, 표시장치의 상면에 부가되며 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 터치패드(10); 상기 터치패드(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 드라이빙(Driving) 전압이 인가되는 드라이빙 커패시터(Cdrv); 상기 표시장치에서 발생하는 공통전압을 검출하는 검출부; 상기 공통전압에 동기하여 드라이빙 전압을 생성하는 드라이빙전압 생성부; 및 상기 터치패드(10)에 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따라 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 상기 터치커패시턴스(Ct)가 부가될 때 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 이용하여 터치신호를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 터치 검출수단은, 표시장치의 상면에 부가되며 신체의 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 터치패드(10); 상기 터치패드(10)에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 드라이빙(Driving) 전압이 인가되는 드라이빙 커패시터(Cdrv); 상기 표시장치에서 발생하는 공통전압을 검출하는 검출부; 상기 공통전압에 동기하여 드라이빙 전압을 생성하는 드라이빙전압 생성부; 및 상기 터치패드(10)에 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따라 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 상기 터치커패시턴스(Ct)가 부가될 때 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 이용하여 터치신호를 검출하는 터치검출부(14);를 포함하여 구성된 것을 특징으로 한다.
Description
본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치입력수단의 터치입력을 검출하는 수단, 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 터치검출부에 접속된 드라이빙 커패시터에 구동전압이 인가되고 터치입력이 발생할 때, 터치검출부에서 발생하는 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 이용하여 터치신호를 획득하는 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것이다.
일반적으로, 터치스크린패널(Touch Screen Panel)은 LCD(Liquid Crystal Display), PDP(Plasma Display Panel), OLED(Organic Light Emitting Diode), AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode) 등의 표시장치 위에 부착되는 것으로서, 손가락이나 펜 등의 물체가 터치될 때 해당 위치에 대응하는 신호를 발생시키는 입력장치의 하나이다. 터치스크린패널은 소형 휴대단말기, 산업용 단말기, DID(Digital Information Device) 등 매우 폭넓은 분야에서 이용되고 있다.
종래 터치스크린패널은 다양한 유형이 개시되어 있으나, 제조공정이 간단하고 제조코스트가 저렴한 저항방식의 터치스크린패널이 가장 널리 이용되고 있다. 그러나 저항방식의 터치스크린패널은 투과율이 낮고 압력을 인가해야 하므로 사용이 불편하고 멀티터치 및 제스처 인식이 곤란하고 검출오류가 발생하는 등의 문제점을 안고 있다.
이에 반해, 정전식 터치스크린패널은 투과율이 높고 소프트 터치를 인식할 수 있고 멀티터치 및 제스처 인식이 양호한 장점을 갖고 있어 점차 시장을 넓혀가고 있다.
도 1은 종래 정전식 터치스크린패널의 일예를 보여준다. 도 1을 참조하면, 플라스틱 또는 유리 등으로 제조된 투명기판(2)의 상하면에 투명도전막이 형성되며, 투명기판(2)의 네 모서리 각각에 전압인가용 금속전극(4)이 형성되어 있다. 상기 투명도전막은 ITO(Indium Tin Oxide) 또는 ATO(Antimony Tin Oxide) 등의 투명한 금속으로 형성된다. 그리고 상기 투명도전막의 네 모서리에 형성되는 금속전극(4)들은 은(Ag) 등의 저항률이 낮은 도전성 금속으로 프린팅하여 형성한다. 상기 금속전극(4)들의 주변에는 저항 네트워크가 형성된다. 상기 저항 네트워크는 상기 투명도전막의 표면 전체에 균등하게 컨트롤신호를 송출하기 위하여 선형성 패턴(Linearization Pattern)으로 형성된다. 그리고 금속전극(4)을 포함한 투명도전막의 상부에는 보호막이 코팅된다.
위와 같은 정전식 터치스크린패널은 상기 금속전극(4)에 고주파의 교류 전압을 인가하면 이는 투명기판(2)의 전면에 퍼지게 된다. 이때 손가락(8)이나 도전성 터치입력수단으로 투명기판(2) 상면의 투명도전막을 가볍게 터치하면, 일정량의 전류가 체내로 흡수되면서 컨트롤러(6)에 내장된 전류센서에서 전류의 변화를 감지하고 4개의 금속전극(4) 각각에서의 전류량을 연산하여 터치 지점을 인식하게 된다.
그런데, 도 1과 같은 정전식 터치스크린패널은 미소 전류의 크기를 검출하는 방식으로서, 고가의 검출장치를 필요로 하므로 가격이 상승하며 복수개의 터치를 인식하는 멀티터치가 어려운 문제점이 있다.
이러한 문제점을 극복하기 위하여 근래에는 도 2와 같은 정전식 터치스크린패널이 주로 사용되고 있다. 도 2의 터치스크린패널은 횡방향의 선형터치패드(5a) 및 종방향의 선형터치패드(5b), 터치신호를 분석하는 터치드라이브IC(7)로 이루어져 있다. 이러한 터치스크린패널은 선형터치패드(5)과 손가락(8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡방향의 선형터치패드(5a)과 종방향의 선형터치패드(5b)을 스캔하여 신호를 검출하므로 복수개의 터치지점을 인식할 수 있다.
그런데, 위와 같은 터치스크린패널은 LCD와 같은 표시장치 위에 실장되어 사용될 때, 노이즈에 의해 신호 검출이 어려운 현상이 발생한다. 예컨대, LCD는 공통전극을 사용하며 경우에 따라 이 공통전극에 교류의 공통전압(Vcom)이 인가된다. 그리고 공통전극의 공통전압(Vcom)은 터치지점 검출 시 노이즈로 작용한다.
도 3은 LCD 위에 종래 정전식 터치스크린패널이 설치된 실시태양을 보여준다. 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)가 설치된다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널이 설치된다. 터치스크린패널은 기판(1)의 상면에 상기한 선형터치패드(5)이 올려진 구조를 갖는다. 기판(1)의 위에는 선형터치패드(5)을 보호하기 위한 보호패널(3)이 부착된다. 터치스크린패널은 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(9)를 매개로 표시장치(200)의 에지부에 접착되며, 표시장치(200)와의 사이에서 에어갭(9a)을 형성한다.
이러한 구성에서 도 3에서와 같은 터치가 발생할 경우, 손가락(8)과 선형터치패드(5) 사이에는 Ct와 같은 커패시턴스(또는 커패시턴스)이 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형터치패드(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 Cvcom과 같은 커패시턴스가 형성되며, 선형터치패드(5)에는 패턴 사이의 커패시턴스결합 또는 제조 공정요인 등에 의한 미지의 기생커패시턴스인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.
여기서, 종래 터치스크린패널은 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하며, Cvcom 및 Cp와 같은 성분은 Ct의 검출에 있어 노이즈로 작용한다. 예컨대 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극(220)의 공통전압(Vcom)이 도 5에서와 같이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용하므로, 이러한 교번 전계는 터치 검출시 상당한 노이즈로 작용한다.
통상적으로 위와 같은 노이즈를 제거하기 위하여, 도 3에서와 같이 터치스크린패널과 표시장치(200) 사이에 에어갭(9a)을 둔다. 또한, 도시하지 않았지만, 터치스크린패널(50)(1) 하면에 ITO 등을 도포하여 차폐층을 형성하고 이 차폐층을 그라운드 신호와 접지시킨다.
하지만, 에어갭(9a)에 의해 제품의 두께가 증가하며 품질저하가 발생된다. 또한 차폐층을 구성하기 위한 별도의 차폐층 및 제조공정을 필요로 하므로 제조단가의 상승이 유발된다. 특히 LCD 내에 터치스크린패널을 내장하는 경우 에어갭(9a)이나 차폐층의 형성이 불가능하므로 LCD 등의 표시장치에 터치스크린패널을 내장하여 제조하는 것이 불가능하였다.
본 발명은 상기와 같은 종래 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 터치검출부에 드라이빙 커패시터를 접속하여 이 드라이빙 커패시터의 일측에 구동전압을 인가하고, 손과 같은 터치입력수단과 터치패드 사이에 터치커패시턴스가 형성될 때, 터치커패시턴스의 크기에 따라 터치검출부에서 검출되는 전압의 크기에 차이가 생기는 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 이용하여 터치신호를 획득함으로써, 표시장치의 공통전극의 노이즈에 의한 영향, 기생 커패시턴스에 의한 영향을 최소화하고 터치신호를 안정적으로 획득하는 동시에 LCD 등의 표시장치에 터치스크린기능을 내장하는 것이 용이한 새로운 방식의 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 이용한 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치를 제공함에 그 목적이 있다.
표시장치에 설치되며 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서, 상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 터치패드; 상기 터치패드에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 드라이빙(Driving) 전압이 인가되는 드라이빙 커패시터(Cdrv); 상기 터치패드에 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따라 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 상기 터치커패시턴스(Ct)가 부가될 때 드라이빙 백(Driving back) 현상을 이용하여 터치신호를 검출하는 터치 검출부; 및 상기 터치패드의 터치 신호를 TDI(Touch Drive IC)로 전송하기 위한 센서신호선을 포함하되, 상기 센서신호선은 상기 터치패드와 상기 TDI의 접속경로가 최단거리가 되는 위치에서 발원된다.
일 실시예에 따르면, 상기 터치 검출수단은 상기 표시장치에서 발생하는 공통전압을 검출하는 공통전압검출부; 및 상기 공통전압에 동기하여 드라이빙 전압을 생성하는 드라이빙전압 생성부를 더 포함하여 이루어진다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 TDI가 상기 표시장치의 하측에 위치하는 경우, 상기 센서신호선은 상기 터치패드의 5시 또는 8시방향 중 어느 하나의 모서리부에서 발원된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 TDI가 상기 표시장치의 상측에 위치하는 경우, 상기 센서신호선은 상기 터치패드의 11시 또는 2시방향 중 어느 하나의 모서리부에서 발원된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치패드와 상기 표시장치의 공통전극 사이에서 공통전극커패시턴스(Cvcom)가 형성된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압검출부에는 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)가 미접속된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치패드는 터치검출부 또는 공통전압 검출부 중 어느 하나에 접속된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압검출부에 접속된 터치패드에 프리차지 전압을 인가하기 위한 충전수단이 접속된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 충전수단은 스위칭소자이며, 상기 공통전압 검출 시 상기 공통전압검출부에 접속된 상기 터치패드와 연결된 상기 스위칭소자의 출력부는 하이 임피던스 상태이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 충전수단은 소정의 시간동안 오프상태를 유지하며, 상기 공통전압검출부는 상기 충전수단이 오프상태에서 상기 공통전압을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압 검출부(15)의 충전수단(12)은 공통전압에 동기하여 온/오프를 시행한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 충전수단의 충전시간을 설정하는 수단이 더 구비된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 드라이빙전압은 상기 공통전압 또는 상기 충전시간 중 어느 하나에 동기하여 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 일측에 인가된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치 검출부는 상기 드라이빙전압이 인가된 후 소정시간 이후에 터치 신호를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압 검출부의 입력은 하이 임피던스 상태이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압검출부에서 출력된 신호는 비교기에 입력되어 상기 공통전압이 하이(Hi) 상태인지 로우(Low) 상태인지를 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 비교기에는 상기 공통전압의 하이(Hi) 상태를 검출하기 위한 상위 기준전압 또는 상기 공통전압의 로우(Low) 상태를 검출하기 위한 하위기준전압 중 어느 하나가 입력된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출의 충전수단은 공통전압에 동기하여 온/오프를 시행한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압검출부에 접촉된 상기 터치패드는 적어도 하나 이상의 터치패드가 순차적으로 사용된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압검출부에 접속된 터치패드가 상기 터치검출부에 접속되는 경우, 상기 터치검출부에 접속되지 않은 다른 터치패드가 상기 공통전압검출부에 접속되어 공통전압을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압검출부의 신호를 TDI(Touch Drive IC)의 외부로 출력되게 하는 수단을 갖는다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 공통전압검출부의 신호를 상기 TDI의 외부로 출력 여부를 결정하는 수단이 더 구비된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치 미발생시 터치검출부(14)에서 검출된 전압은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치커패시턴스(Ct)가 부가될 때 터치검출부에서 검출된 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 드라이빙 백(Driving Back)은 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생한다.
<수식1>
<수식2>
(여기서,
는 터치검출부에서 검출된 전압이며,Vh는 드라이빙 커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며, Vl은 드라이빙 커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며, Cdrv는 드라이빙 커패시턴스이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스임.)
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부(14)는 드라이빙 백(Driving Back)의 크기에 대응하여 상기 터치패드(10)에 대한 터치입력수단의 터치면적을 검출한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 센서신호선은 상기 터치패드의 좌우측에 위치한다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부와 연결되어 터치를 검출 중인 터치패드를 제외한 나머지 비검출중인 터치패드는 플로팅상태이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 비검출중인 터치패드는 상기 터치검출부의 충전수단이 턴 온(Turn on)되기 이전에 플로팅 상태를 갖는다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부에 접속된 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 드라이빙 전압이 인가된 후 상기 터치검출부에 접속된 터치패드가 상기 터치검출부에서 분리된다.
또 다른 실시예에 따르면, 터치검출부에 접속된 드라이빙 커패시터에 드라이빙 전압이 인가된 후 1ns 내지 100us 이내에 터치검출부에 접속된 터치패드가 터치검출부(14)에서 분리된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부에서 분리된 터치패드는 상기 터치검출부에서 터치 센싱이 완료된 후 상기 터치검출부에 재 접속되거나 소정의 전압이 인가된다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 소정의 전압은 그라운드(GND) 또는 일정 크기의 DC 전압이다.
또 다른 실시예에 따르면, 상기 터치검출부의 터치센싱 동작이 완료된 후, 플로팅된 터치 비검출 터치패드에는 그라운드 또는 일정 크기의 DC 전압이 인가된다.
본 발명의 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 이용한 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 따르면, 표시장치의 공통전극이 소정 주파수로 교번하는 공통전압 레벨을 갖는 경우이거나, 표시장치의 공통전극이 DC 레벨이거나, 그렇지 않으면 표시장치의 공통전극이 규정되지 않은 불특정 주파수로 교번하는 경우에 있어서, 공통전압의 상태변화를 검출하고, 상태변화 시점을 회피하여 터치검출부에 연결된 드라이빙 커패시터를 통해 구동전압을 인가하고, 터치입력에 의해 부가된 터치커패시턴스에 의해 터치검출부에서 드라이빙 백(Driving Back)이 발생하는 것을 검출하여 터치신호를 획득함으로써, 노이즈, 커플링 현상이나 기타 요인에 의해 생성되는 기생커패시턴스 등에 의한 영향이 최소화되고, 신호의 오인식이 발생하지 않으며, 터치입력을 비교적 높은 전압레벨로 검출함으로써 터치입력수단의 단면이 작아도 신호의 포착이 용이하고 스타일러스 펜 입력이 가능하며, 드라이빙 백(Driving Back)의 크기에 따라 터치입력수단의 터치면적 점유율을 구함으로써 터치 해상도를 높이고 미세한 필기 및 드로잉이 가능하며, 액티브영역을 단일 레이어로 구성할 수 있어 제조공정이 간소화되고 수율이 양호한 효과가 있다.
도 1은 종래 터치스크린패널의 일예를 보인 사시도
도 2는 종래 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도
도 3은 도 2의 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 예를 보인 단면도
도 4는 도 3에서 터치커패시턴스를 검출하는 등가 회로도
도 5는 액정표시장치의 공통전압 파형을 예시한 파형도
도 6은 통상적인 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 도면
도 7은 터치입력을 검출하는 원리를 예시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도
도 9a 및 9b는 TDI의 내압과 프리차지 전압의 상관관계를 설명한 도면
도 10은 터치검출부의 구성에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 11은 터치검출회로부의 구성에 관한 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 도면
도 12는 터치패드 구성의 일예를 보인 단면도
도 13은 터치패드 구성의 다른예를 보인 단면도
도 14a 및 도 14b는 면적을 이용한 제스쳐의 실시예를 도시한 도면
도 15a 내지 15c는 면적을 이용한 제스쳐의 또 다른 실시예를 도시한 도면
도 16은 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도
도 17은 공통전압 검출회로에 관한 본 발명의 실시예
도 18은 공통전압 검출회로에서 검출된 공통전압의 파형도
도 19는 공통전압 검출회로에 관한 본 발명의 상세한 실시예를 도시한 도면
도 20은 공통전압 검출오류 발생 시 복구하는 방법에 관한 실시예를 도시한 도면
도 21은 공통전압 요소 추출을 위한 factory calibration을 위한 흐름도
도 22는 공통전압에 동기하여 터치신호를 검출하는 방법에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 23은 실제 검출된 공통전압의 예를 도시한 도면
도 24는 레지스터 설정에 따라 Vdrv의 크기가 변하는 실시예를 도시한 도면
도 25는 터치스크린패널의 실시예에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 26a 내지 도 26c는 터치패드의 다양한 구성에 관한 실시예를 도시한 도면
도 27은 공개특허중 도면5에 표시된 터치스크린패널이 실시예를 도시한 도면
도 28은 터치패드의 상하로 센서신호선을 배선하는 종래의 실시예를 도시한 도면
도 29는 본 발명에 사용되는 차동증폭기의 일 실시예를 도시한 도면
도 30은 증폭기 출력에 ADC 변환부가 접속된 실시예를 도시한 도면
도 31은 factory calibration 방법을 도시한 흐름도
도 32는 RTC를 시행 영역 설정을 위한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 33은 종래 정전용량방식 터치신호 검출에 관한 일 실시예를 도시한 도면
도 34는 횡전계모드 LCD 기판의 TFT 구성에 관한 도면
도 35는 횡전계모드 LCD 기판의 백그라운드 구성에 관한 종래의 실시예를 도시한 도면
도 36은 횡전계모드 LCD 기판에 적용된 본 발명의 단면도
도 37은 횡전계모드 LCD 기판에 적용된 본 발명의 정면도.
도 38은 터치패드가 백그라운드로 사용되는 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 39는 센서신호선(22)의 레이아웃에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 40a 내지 40c는 터치검출부와 센서신호선 사이의 공간 충전부에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 41은 도전체에 의한 터치 검출오류의 일 실시예를 도시한 도면
도 42는 Non Sensing Pad의 open에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 43은 Sensing Pad의 open에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 44a 및 44b는 터치센서에서 검출되거나 연산한 data에 의해 터치좌표를 추출하는 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 45는 터치패드로 터치신호와 공통전압을 검출하는 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 46은 기능키 사용에 관한 실시예를 도시한 도면
도 47은 기능키 구현에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 48은 기능키에 적용되는 레지스터 설정에 관한 일 실시예를 도시한 도면
도 49는 기능키패드의 구조에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 50은 터치스크린패널의 에지부 구성에 관한 종래의 실시예를 도시한 도면
도 51은 터치스크린패널의 에지부 구성에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 52는 복수의 TDI가 사용된 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 53은 정전기를 방전시키기 위한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 54는 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 단면도
도 55는 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 분해사시도
도 56은 터치그룹 결정에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 2는 종래 터치스크린패널의 다른 예를 보인 평면구성도
도 3은 도 2의 터치스크린패널이 표시장치 위에 설치된 예를 보인 단면도
도 4는 도 3에서 터치커패시턴스를 검출하는 등가 회로도
도 5는 액정표시장치의 공통전압 파형을 예시한 파형도
도 6은 통상적인 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 도면
도 7은 터치입력을 검출하는 원리를 예시한 도면
도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도
도 9a 및 9b는 TDI의 내압과 프리차지 전압의 상관관계를 설명한 도면
도 10은 터치검출부의 구성에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 11은 터치검출회로부의 구성에 관한 본 발명의 또다른 실시예를 도시한 도면
도 12는 터치패드 구성의 일예를 보인 단면도
도 13은 터치패드 구성의 다른예를 보인 단면도
도 14a 및 도 14b는 면적을 이용한 제스쳐의 실시예를 도시한 도면
도 15a 내지 15c는 면적을 이용한 제스쳐의 또 다른 실시예를 도시한 도면
도 16은 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도
도 17은 공통전압 검출회로에 관한 본 발명의 실시예
도 18은 공통전압 검출회로에서 검출된 공통전압의 파형도
도 19는 공통전압 검출회로에 관한 본 발명의 상세한 실시예를 도시한 도면
도 20은 공통전압 검출오류 발생 시 복구하는 방법에 관한 실시예를 도시한 도면
도 21은 공통전압 요소 추출을 위한 factory calibration을 위한 흐름도
도 22는 공통전압에 동기하여 터치신호를 검출하는 방법에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 23은 실제 검출된 공통전압의 예를 도시한 도면
도 24는 레지스터 설정에 따라 Vdrv의 크기가 변하는 실시예를 도시한 도면
도 25는 터치스크린패널의 실시예에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 26a 내지 도 26c는 터치패드의 다양한 구성에 관한 실시예를 도시한 도면
도 27은 공개특허중 도면5에 표시된 터치스크린패널이 실시예를 도시한 도면
도 28은 터치패드의 상하로 센서신호선을 배선하는 종래의 실시예를 도시한 도면
도 29는 본 발명에 사용되는 차동증폭기의 일 실시예를 도시한 도면
도 30은 증폭기 출력에 ADC 변환부가 접속된 실시예를 도시한 도면
도 31은 factory calibration 방법을 도시한 흐름도
도 32는 RTC를 시행 영역 설정을 위한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 33은 종래 정전용량방식 터치신호 검출에 관한 일 실시예를 도시한 도면
도 34는 횡전계모드 LCD 기판의 TFT 구성에 관한 도면
도 35는 횡전계모드 LCD 기판의 백그라운드 구성에 관한 종래의 실시예를 도시한 도면
도 36은 횡전계모드 LCD 기판에 적용된 본 발명의 단면도
도 37은 횡전계모드 LCD 기판에 적용된 본 발명의 정면도.
도 38은 터치패드가 백그라운드로 사용되는 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 39는 센서신호선(22)의 레이아웃에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 40a 내지 40c는 터치검출부와 센서신호선 사이의 공간 충전부에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 41은 도전체에 의한 터치 검출오류의 일 실시예를 도시한 도면
도 42는 Non Sensing Pad의 open에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 43은 Sensing Pad의 open에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 44a 및 44b는 터치센서에서 검출되거나 연산한 data에 의해 터치좌표를 추출하는 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 45는 터치패드로 터치신호와 공통전압을 검출하는 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 46은 기능키 사용에 관한 실시예를 도시한 도면
도 47은 기능키 구현에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 48은 기능키에 적용되는 레지스터 설정에 관한 일 실시예를 도시한 도면
도 49는 기능키패드의 구조에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 50은 터치스크린패널의 에지부 구성에 관한 종래의 실시예를 도시한 도면
도 51은 터치스크린패널의 에지부 구성에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 52는 복수의 TDI가 사용된 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 53은 정전기를 방전시키기 위한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
도 54는 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 단면도
도 55는 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 분해사시도
도 56은 터치그룹 결정에 관한 본 발명의 실시예를 도시한 도면
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.
우선, 본 발명은 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 이용한 터치 검출수단, 검출방법 및 터치스크린패널과, 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 관한 것으로서, 종래의 터치 검출수단이 손가락 등의 접촉에 의한 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식인 것과 달리, 부가된 드라이빙 커패시터(Driving Capacitor)에 교번하는 구동전압을 인가할 때, 터치커패시턴스의 크기 차이에 의해 발생하는 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 검출하는 방식이다. 본 발명에 따른 터치 검출 시스템은 터치 미발생시 드라이빙 커패시터 및 공통전극 커패시턴스 및 기생커패시턴스로 인해 발생하는 드라이빙 백 현상에 의한 전압과, 터치 발생에 의해 터치커패시턴스가 부가될 때 드라이빙 백 현상에 의해 발생하는 전압의 크기를 비교하고, 두 전압의 크기 차이를 추출(Extraction)함으로써, 외부의 노이즈나 기생커패시턴스 등에 의한 영향이 최소화 되며, 보다 안정적으로 터치신호를 획득할 수 있다.
본 발명에서 언급되는 표시장치는 LCD, PDP, OLED 중 어느 하나이거나, 기타 화상을 표시하는 모든 수단을 의미한다.
위에 나열한 표시장치 중 LCD는 액정의 구동을 위해 공통전압(Vcom)을 필요로 한다. 일예로서, 휴대기기용 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 공통전극의 공통전압이 하나 또는 복수의 게이트라인별로 교번하는 Line inversion 방식을 사용한다. 다른 예로서, 대형 LCD는 공통전극의 공통전압이 일정한 DC 레벨을 가지며 도트 인버젼(Dot Inversion) 구동방식을 사용한다. 또 다른 예로서, 횡전계 모드 LCD의 경우, 공통전극은 LCD TFT 기판의 일부영역에 형성되어 라인인버전이나 도트인버전 구동방식에 의해 화상이 표시된다. 이러한 횡전계모드 LCD의 경우, 백 그라운드(Back Ground)가 배면 ITO를 통해 외부로 노출된 칼라필터 전체에 공통으로 형성되며, ESD 차단을 위해 그라운드 신호와 접지시킨다.
본 발명에서는 위와 같이 공통전압(Vcom)이 인가되는 전극 이외에, 표시장치 내에서 공통으로 역할하는 모든 전극들을 “공통전극”이라 칭하기로 하며 표시장치의 공통전극에 인가되는 교번전압이나 DC 전압 또는 불특정 주파수로 교번하는 형태의 전압을 “공통전압”이라 칭하기로 한다.
본 발명은 손가락이나 이와 유사한 전기적 특성을 갖는 터치입력수단의 비접촉 터치입력을 검출한다. 여기서 “비접촉 터치입력”이라 함은 손가락 등의 터치입력수단이 기판에 의해 터치패드과 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력수단이 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력수단과 터치패드은 비접촉 상태를 유지한다. 따라서, 터치패드에 대한 손가락의 터치 행위는 “접근”이라는 용어로 표현될 수 있다. 한편, 기판의 외면에 대하여는 손가락이 접촉된 상태일 수 있으므로, 기판에 대한 손가락의 터치 행위는 “접촉”이라는 용어로 표현될 수 있다. 본 명세서에서 “접근”과 “접촉”은 위와 같은 의미로 통용된다.
또한, 이하에서 설명되는 “~부”와 같은 구성들은, 특정기능을 수행하는 단위 기능 요소(Unit Function Element)들의 집합체로서, 예를 들면 어떤 신호의 증폭기는 단위 기능 요소이며 증폭기나 신호변환기들이 모인 집합체는 신호변환부로 명명할 수 있다. 또한, “~부”는 더 큰 구성요소 또는 “~부”에 포함되거나, 더 작은 구성요소들 및 “~부”들을 포함할 수 있다. 또한, “~부”는 자체적으로 독자적인 CPU를 가질 수도 있다.
이하의 도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께나 영역을 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면부호를 사용하였다. 층, 영역, 기판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 또는 “상면” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우 뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 “바로 위에” 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
또한, 본 명세서에 기재된 “신호”는 특별한 언급이 없는 한, 전압 또는 전류를 총칭한다.
또한, 본 명세서에서 “커패시턴스”는 물리적인 크기를 나타내며, “정전용량”과 동일한 의미로 사용된다. 한편,“커패시터”는 물리적인 크기인 커패시턴스를 갖는 소자(Element)를 지칭한다. 커패시턴스는 설계된 값 및 공정에 의해 만들어 지기도 하며, 임의의 거리로 평행한 두개의 신호선 사이에 자연적으로 생성되는 것처럼 간접적으로 만들어 지기도 한다. 본 명세서에서는 직접 만들어진 커패시터나 간접적으로 형성된 커패시터 모두를 구분하지 않고 “커패시터”로 명명한다.
또한, 본 명세서에서“신호(signal)를 인가(forcing)"한다는 의미는 이미 어떤 상태를 유지하고 있던 신호의 레벨(Level)이 바뀌거나, 플로팅(Floating) 상태에서 어떤 신호에 접속된다는 의미이다. 예를 들어, 스위칭소자의 온/오프 제어단자에 신호를 인가한다는 의미는, 기존의 로우(Low) 레벨 전압이 하이(Hi)레벨로 바뀐다는 의미로 사용되기도 하며, 아무런 신호도 없이 플로팅된 상태의 스위칭소자의 온/오프 제어단자에 스위칭소자를 턴 온 / 턴 오프를 하기 위한 어떤 전압을 인가한다는 의미로도 사용될 수 있다.
또한, 본 발명에서 “드라이빙 백 (Driving back) 현상” 또는 “드라이빙 백 (Driving back)”은 동일한 의미로 사용되며 "D/B"로 축약하여 사용한다.
또한 본 발명에서 터치드라이브IC(Touch Drive IC)는 TDI로 축약하여 사용한다.
또한 본 발명에서, 터치가 발생하지 않은 경우에 D/B에 의한 전압을 검출하고 또한 터치가 발생했을 때 D/B에 의한 전압을 검출하여 두 전압의 상관관계(Relationship)을 이용하여 터치여부 및 터치수단의 접촉면적을 판단하므로, D/B 현상에 의한 전압을 검출한다는 의미와 터치신호를 검출한다는 의미는 동일하게 사용된다.
도 6은 본 발명에서 충전수단의 한 예시로서 사용되는 스위칭 소자 중 3단자형 스위칭소자를 개념적으로 묘사한 것이다. 도 6을 참조하면, 3단자형 스위칭소자는 통상 온/오프 제어단자(Cont), 입력단자(In), 출력단자(Out)의 3개 단자를 구비한다. 온/오프 제어단자는 스위칭소자의 온/오프를 제어하는 단자로서, 이 단자에 소정 크기의 전압이나 전류를 인가하면 입력단자로 인가된 전압 또는 전류는 출력단자에 전압이나 전류형태로 출력된다.
본 발명에서 충전수단으로 언급되는 3단자형 스위칭소자는 예를 들어, 릴레이(Relay), CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor) 스위치 또는 PMOS 또는 NMOS, BJT(Bipolar Junction Transistor), FET(Field Effect Transistor), MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor), IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor), TFT(Thin Film Transistor), OPAMP이며, 이들끼리의 동종간 또는 이종간의 결합에 의해 형성될 수도 있다.
릴레이는 3단자형 소자 외에 4단자형 소자도 사용될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는 충전수단으로는, 입출력 단자의 개수에 상관없이 입출력을 온/오프할 수 있는 제어단자를 갖고 있으며 온/오프 제어단자에 의해 입출력이 온/오프되는 모든 소자가 사용될 수 있다.
한편, 3단자형 스위칭소자의 일예로서 CMOS 스위치는 PMOS와 NMOS의 상호 조합에 의해 형성되며, 입출력 단자는 상호 연결되어 있으나, 온/오프 제어단자는 개별적으로 존재하여 동일한 제어신호에 같이 연결되거나 개별적인 제어신호에 별도로 연결되어 온/오프 상태가 결정된다. 릴레이(Relay)는 제어단자에 전류를 인가하면 입력단자에 인가된 전압이나 전류가 손실 없이 출력되는 소자이며, BJT는 베이스(Base)의 문턱값(Threshold Value)(Threshold voltage)보다 높은 전압을 베이스에 인가한 상태에서 베이스단자에 전류를 흘리면, 일정량 증폭된 전류가 콜렉터(Collector)에서 에미터(Emitter)로 흐르는 소자이다. 또한 TFT는 LCD나 AMOLED등의 표시장치를 구성하는 화소부에 사용되는 스위칭소자로서 제어단자인 게이트(Gate)단자, 입력단자인 소스(Source)단자 및 출력단자인 드레인(Drain)단자로 구성되며, 게이트단자로 드레인단자에 인가된 전압보다 문턱값(Threshold Value) 이상되는 전압을 가하면, 도통되면서 게이트단자에 인가된 전압의 크기에 종속되는 전류가 입력단자에서 출력단자로 흐르는 소자이다.
본 발명의 구체적인 실시예에 대하여 설명하기에 앞서, 도 7을 참조하여 본 발명에서 터치입력을 검출하는 원리에 대하여 간략하게 설명한다. 도 7의 예시에서, 터치패드(10)에 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전성의 터치수단이 접근했을 때 터치패드(10)와 손가락(25)이 "d"의 간격으로 이격되며, "A"라는 대향면적을 갖는다고 가정하자. 그러면, 도 7의 우측 등가회로 및 수식에서 보이듯이, 손가락(25)과 터치패드(10) 사이에는 커패시턴스 "C"가 형성된다. 커패시턴스 "C"를 가지는 터치패드(10)의 신호입력선에 전압이나 전류의 신호를 공급하고 커패시턴스 “C"의 크기를 가지는 커패시터에 전하량 "Q"의 크기를 갖는 전하가 축적될 때 커패시터는 V=Q/C라는 관계식으로 전하를 축적할 수 있다. 본 발명에서는 터치검출부와 접속된 센세패턴(10)에 커패시턴스 "C"의 크기와 상관관계를 가지는 드라이빙 백(Driving Back)이 발생할 때 이것을 이용하여 터치를 검출한다.
도 8은 본 발명에 따른 터치검출수단의 기본적인 구조를 보인 회로도이다. 이를 참조하면, 본 발명에 따라 특화된 터치검출수단은, 충전수단(12), 터치패드(10), 센서신호선(22), 드라이빙 커패시터(Cdrv), 공통전극커패시터(Cvcom) 및 터치검출부(14)로 구성된 기본적인 구조를 갖는다.
충전수단(12)은 터치패드(10)에 프리차지(Precharge) 신호를 공급하고, “Cont"로 명명된 "온/오프 제어단자"에 인가된 턴 오프(Turn Off) 신호에 턴 오프되어 출력단(12-1)을 하이 임피던스로 만든다.
프리차지(Precharge) 신호는 터치신호 검출 이전에 충전수단(12)의 출력단(12-1)에 연결된 모든 커패시터에 DC 전압을 인가하여 이들 커패시터들을 충전하는 전압이다. 따라서 충전수단(12)은 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭동작을 수행하는 스위칭소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OPAMP 등의 선형소자이다.
도 8의 실시예와 같이 충전수단(12)으로 3단자형 스위칭소자가 사용될 경우, 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호와 입력단자에 공급되는 신호를 이용하여, 필요한 시점에 적절한 충전전압을 터치패드(10), 드라이빙 커패시터(Cdrv), 공통전극 커패시터(Cvcom)등 충전수단(12)의 출력부(12-1)에 접속된 모든 커패시터에 공급할 수 있다. 충전 전압은 영 볼트(Zero Volt)를 포함한 DC 전압 및 구형파나 삼각파, 또는 싸인파(Sine Wave)와 같이 교번하는 AC 전압이 사용될 수 있다.
이러한 충전전압은, 본 발명의 터치검출 시스템이 집적된 터치 드라이브 IC(Touch Drive IC, 이하 TDI)에서 사용되는 전압과 연관성을 갖는다. 이러한 연관성을 도 9a 및 도 9b를 예로 들어 설명하면 다음과 같다.
TDI의 내압이 5V로서, 5V이상의 전압이 TDI에 공급될 시 TDI가 파손된다고 가정하면, TDI 내부에서 동작하는 회로의 동작전압은 5V를 초과하면 안 된다. 도 9a 내지 도 9b의 실시예와 같이 후술하게 될 D/B에 의한 전위차가 3V라고 가정하자. 이때 도 9a과 같이 D/B이 발생하기 이전에 충전수단(12)의 출력부(12-1)의 전압이 3V라고 하면 D/B에 의한 충전수단의 출력부(12-1)의 전압은 6V이며 이는 TDI의 내압인 5V를 초과하므로 TDI(30)는 파손영역에 놓이게 된다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 도 9b와 같이 충전수단이 턴 온 된 상태에서 충전수단의 입력부에 1V를 인가하여 충전수단의 출력부에 접속된 모든 커패시터에 1V를 충전하게 되면, 전술한 드라이빙 백에 의한 3V의 전위차가 발생하더라도 출력부(12-1)의 전위는 4V이므로 TDI(30)는 안전영역에서 동작하게 된다.
이와 같이, 본 발명의 일 실시예는 TDI의 내압에 기초하여 드라이빙 백 발생시의 최대 전압의 크기를 조절하는 충전 전압을 제어하는 기능을 구비할 수 있다.
도 10은 본 발명에 따른 터치검출부(14)의 구성에 관한 실시예이다. 도 10을 참조하면, 충전수단(12)의 출력부(12-1) 및 출력부(12-1)와 접속된 모든 커패시터들은 터치검출부(10)와 접속된다. 후술하게 될 D/B 현상은 충전수단(12)의 출력부(12-1)와 연결된 커패시터에서 발생하므로, D/B에 의해 발생한 전압은 터치검출부(14)의 Buffer(14-1)로 전달된다. Buffer(14-1) 입력단은 통상 하이 임피던스(High Impedance, 이하 Hi-z라 칭함)이므로, 충전수단의 출력부(12-1)가 Hi-z 상태가 되면 충전수단의 출력부(12-1)와 Buffer(14-1) 사이에 접속된 모든 커패시터들도 Hi-z 상태가 된다. 본 실시예에서는 충전수단의 출력부(12-1)가 Buffer(14-1)에 직접 접속되는 것을 예시하였으나, Buffer(14-1) 대신에 MOS의 gate나 TFT의 gate등 입력이 Hi-z 상태인 모든 소자의 단자에 접속될 수 있다. 충전수단의 출력부(12-1)와 터치검출부(14)를 Hi-z 상태로 만드는 이유는, 후술하게 될 D/B 현상이 Hi-z인 상태에서 검출해야 검출시간을 길게 할 수 있기 때문이다. 즉, Hi-z 상태에서는 고립된 전하의 방전경로가 없으므로 D/B에 의해 형성된 전압의 레벨이 최소한의 변형으로 오래 유지된다.
Buffer(14-1)에서 출력된 신호는 증폭기(14-2)로 입력된다. 증폭기(4-2)의 입력단이 Hi-z인 경우라면, 도 10의 P점(Point)은 증폭기(14-2)의 입력단에 바로 접속되어도 무방하다.
P점 신호의 크기(Level)가 낮아 증폭되어야 하는 경우, 다양한 증폭기를 사용하여 신호를 증폭할 수 있으나, 차동증폭기(Differential Amplifier)를 사용하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, P점은 후술하게 될 프리차지전압(또는 충전전압)으로 충전되는데, 증폭과정에서 이러한 충전전압은 차동증폭기를 통해 제거되고, P점에서 D/B 현상에 의해 발생한 전압만을 증폭하는 것이 가능하기 때문이다.
차동증폭기를 사용할 때 충전전압 같은 DC offset을 제거하기 위해서는, 차동증폭기의 negative 단자에 DC 전압이 인가되어야 한다. 이러한 DC 전압을 인가하기 위하여 DAC(14-4)가 사용되거나 “Ref 전압”(14-5)이 사용되어야 하는데, Ref 전압은 기준전압(Voltage Reference)로서 일정 전위를 가진 DC 전압이며, 도 25에서 후술하게 될 전원부(47)에서 생성된다.
도 10에서는 하나의 터치패드(10)에 대응하여 하나의 ADC 만을 사용하는 것으로 도시하였으나, 도 10과 같은 터치 검출 회로가 복수개 사용되면 ADC도 복수개 사용할 수 있으며 ADC를 많이 사용할 수록 신호의 연산시간을 줄일 수 있는 장점이 있다.
도 10에 도시하지는 않았으나, 터치검출부(14)안에 표시된 여러 기능부 사이에는 필터(filter)가 사용될 수 있다. 예를 들어, Buffer(14-1)의 전단(Previous stage)에도 필터가 사용될 수 있으며, 증폭기(14-2)의 전단이나 증폭단(14-2)에서도 필터가 사용될 수 있다. 이러한 필터는 대역폭 로우패스 필터(Bandwidth Low Pass Filter)나 하이패스 필터(Bandwidth High Pass Filter) 또는 GCF(Grass Cut Filter), Ranking Filter, 쵸핑(Chopping)에 의한 평균필터(Average Filter)등 다양한 필터들이 사용될 수 있다.
터치패드(10)는 투명도전체나 메탈(Metal)로 형성된다. 터치패드(10)가 표시장치 위에 설치되어 투명도전체로 형성되는 경우, 투명도전체는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 도전성 투명 물질 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 투명 물질로 형성된다. 만약, 터치패드(10)가 표시장치와 같이 사용되지 않는 터치 키보드, 냉장고나 모니터 등의 터치키로 응용될 경우 터치패드(10)는 메탈(metal) 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다.
터치패드(10)는 다양한 형태로 형상화(Patterning) 될 수 있다. 예컨대, 터치스크린패널(50)의 액티브영역에서 고립된 섬(island)들이 매트릭스 형태로 배열되는 도트 매트릭스 형태이거나, 선형의 패턴들이 터치스크린패널(50)을 종횡하도록 배열될 수 있다. 터치패드(10)의 형태에 대하여는 후술되는 실시예에서 상세하게 설명하기로 한다.
센서신호선(22)은 터치패드(10)에 손가락(25) 또는 이와 유사한 도전특성을 갖는 터치수단(예컨대, 터치펜 등과 같은)이 접근할 때 형성된 커패시터의 일극(Polarity)을 터치검출부(14)에 접속하는 신호선(Signal Line)으로서, 터치패드(10)와 마찬가지의 도전성 투명 물질로 형성될 수 있으며, 경우에 따라서는 메탈 등의 비투과 물질로 형성될 수도 있다. 센서신호선(22)의 구체적인 실시예도 후술되는 실시예에서 설명하기로 한다.
드라이빙 커패시터(Cdrv)는 본 발명에서 터치 검출을 위한 드라이빙전압을 인가하기 위한 구성으로서, 일단은 터치검출부(14)에 연결되며 타단으로는 드라이빙전압이 인가되며 드라이빙전압에 의한 D/B 현상이 발생하게 된다.
도 8에 도시한 바와 같이, 충전수단(12)의 출력부(12-1)는 터치검출부(14)에 접속된다. 그리고, 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 일측은 충전수단(12)의 출력부(12-1)에 접속되며 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 타단에는 검출신호가 인가된다. 검출신호는 서로 다른 복수개의 전위를 교번하는 전압으로서, 구형파, 사인파, 삼각파 등의 주기성 또는 비주기성 파형이며, 교번하는 드라이빙전압의 크기에 비례하는 D/B 전압이 터치검출부(14) 또는 터치패드(10)에서 유도되어 검출된다. 검출되는 D/B 전압은 터치검출부(14) 및 터치패드(10) 및 충전수단(12)의 출력부(12-1)의 교점에서 검출되므로, 본 명세서를 통틀어 터치패드(10)나 터치검출부(14) 또는 충전수단(12)의 출력부(12-1)에서 D/B 신호가 검출된다는 의미는 동일한 위치에서 D/B 신호가 검출된다는 의미이다.
도 8의 공통전극 커패시터(Cvcom)는 터치패드(10)가 표시장치의 공통전극과 대향할 때 형성되는 커패시턴스이며, 일측은 터치검출부(14)에 접속되고 타측에는 공통전압이 인가된다. 이때, 공통전압과 직접 접속되어 인가될 수도 있지만, 통상은 유리나 공기등의 매질을 통해 전자기적으로 유도되어 인가된다. 예를 들면, 도 12의 터치패드(10)는 손가락(25)과 같은 터치수단과 터치 정전용량(Ct)을 형성하며 또한 컬러필터(215)를 사이에 두고 공통전극 커패시터(Cvcom)을 형성한다.
도 11은 스위칭소자의 일 실시예로 MOS나 TFT 또는 FET가 사용되고, 터치검출부(14)에 ADC(Analog to Digial Converter)가 사용된 경우이다. ADC는 검출된 아날로그 신호를 디지털로 변환하는 기능을 하며, 본 실시예에서 검출된 터치신호를 디지털로 변환하여 도 25의 신호처리부(35)나 CPU(40)에 전달하는 기능을 수행한다.
도 11에 보이는 바와 같이, 인체의 손가락(25)이 터치패드(10)에 일정 간격으로 접근하면, 손가락(25)과 터치패드(10) 사이에는 "Ct"라고 하는 터치커패시턴스(Ct)가 형성된다. Ct는 도 7의 관계식에 의해 설정되는 값으로서, 터치수단과 터치패드(10)의 간격, 대향면적 등을 조절하는 것에 의해 자유롭게 조정될 수 있다. 예컨대, 터치패드(10)의 면적을 크게 구성하면 도 7의 관계식에 따라 Ct 역시 크게 형성된다. 반대로, 터치패드(10)의 면적을 작게 구성하는 것으로서 Ct는 작게 형성된다. 일실시예로, Ct는 수 fF(femto F) 내지 수십 uF(micro F)으로 설계될 수 있다.
도 11의 Cp는 기생커패시터로서, Ct처럼 수식에 의해 형성되거나 Cdrv와 같이 제조가능한 커패시터 이외의 커패시터 값들의 총 합이며, 터치검출부(14)에 일측이 접속되고 임의의 그라운드에 타측이 접속된 커패시터로 모델링 할 수 있다. 따라서 그라운드가 서로 다른 복수개의 기생커패시터(Cp)가 형성될 수 있으나, 본 명세서에서는 하나의 그라운드만을 가정하여 이에 연결된 하나의 기생커패시터만을 표시하였다. 이러한 기생커패시터(Cp)는 센서신호선(22)과 표시장치 사이에 발생하는 기생커패시터, 또는 터치패드(10)가 도 25와 같이 도트 매트릭스 형태로 복수개 설치되어, 이들과 연결된 센서신호선(22)이 상호 평행하게 배선될 때 센서신호선(22) 사이에 발생하는 기생커패시터, TDI가 터치패드(10)와 연결될 때 연결부에서 발생하는 기생커패시터, 또는 TDI 내부에서 센서신호선과 연결된 회로부가 주변 회로들과의 간섭에 의해 발생하는 기생커패시터 등 다양한 형태의 기생커패시터가 있다. 후술하게 될 <수식1>이나 <수식2>에 따르면, 이러한 기생커패시터들은 수식의 분모에 삽입되어 D/B 신호를 낮추는 역할을 하므로, 가급적 기생커패시터는 없을 수록 터치 검출에 유리하다.
다시 도11을 참조하면, 충전수단(12)의 입력단자에는 프리차지전압(Pre charge Voltage)인 Vpre가 인가되고, 온/오프 제어단자(cont)에 인가되는 제어전압(Vg)에 의해 스위칭소자가 턴 온(Turn on)될 때 프리차지전압(Vpre)은 출력부(12-1)를 통해 출력된다. 따라서 충전수단(12)의 출력부(12-1)에 접속된 모든 커패시터들은 프리차지전압(Vpre)으로 충전된다.
일실시예로 Vpre가 3V이며 Vg가 0V(Zero Volt)에서 10V로 변화될 때 스위칭소자가 턴 온이 된다고 한다면, 스위칭소자의 턴 온 이후 드라이빙 커패시터(Cdrv), 터치커패시터(Ct), 기생커패시터(Cp)가 접속된 터치검출부(14)의 전위는 3V이다. P점을 충전한 이후 스위칭소자의 제어전압(Vg)을 10V에서 0V로 하강시켜 스위칭소자를 턴 오프 시키면 터치검출부인 P점은 Hi-z가 되어 P점의 전하는 고립되며, 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 교번하는 드라이빙전압을 인가하면, P점에서 검출되는 전압의 크기는 드라이빙전압의 크기에 비례하고 P점에 접속된 커패시터들의 크기와 상관관계를 가지는 드라이빙 백(Driving back) 현상이 발생한다.
이때, Cdrv, Cp 및 Cvcom을 고정된 값이라고 가정하고, 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙전압의 크기도 일정하다고 가정하면, P점에서 D/B 현상에 의해 검출되는 전압의 크기는 터치커패시터(Ct)에 종속된다. 따라서, 터치검출부(14)에서 검출되는 전압은 터치커패시터(Ct)의 크기에 따라 변화되므로 이러한 드라이빙 백(Driving Back) 현상에 의한 드라이빙전압의 차이를 검출하면, 터치의 유무 및 터치패드(10)와 터치수단(25)의 대향면적(또는 터치면적)을 연산하는 것이 가능하며, 터치지점을 찾는 것도 가능하게 된다.
도 12는 본 발명에 따른 터치패드 구성의 일예를 보인 단면도이고, 도 13은 본 발명에 따른 터치패드 구성의 다른 예를 보인 단면도이다. 도 12는 터치패드(10)가 표시장치와 별체로 형성된 기판에 실장 되는 경우를 예시하며, 도 13은 터치패드(10)가 표시장치 내에 내장된 경우를 예시한다. 도 12 및 도 13을 참조하여 공통전극커패시터(Cvcom)의 형성관계를 설명하면 다음과 같다.
도 12에 도시된 바와 같이 표시장치(200)는 공통전극(220)을 갖는다. AMOLED나 PDP의 경우에는 화질을 표시하기 위해 기능이 부여된 공통전극을 갖지는 않으나, AMOLED의 TFT기판이나 PDP의 구동기판에 형성된 다양한 전위 및 이와 대향하는 터치패드(10) 사이에 도 11의 Cvcom이 형성되므로, AMOLED의 TFT기판이나 PDP의 구동기판에 형성된 다양한 전위로 이루어진 가상의 전위도 공통전극으로 명명하기로 한다.
표시장치(200)는 앞서 언급한 다양한 형태의 표시장치일 수 있으며, 공통전극(220)은 LCD의 Vcom 전극이거나, 기타 다른 유형의 전극일 수 있다. 도 12의 실시예는 표시장치들 중 LCD를 예시하였다.
도 12에 도시된 표시장치(200)는 하측의 TFT기판(205)과 상측의 칼라필터(215) 사이에 액정이 봉입되어 액정층(210)을 형성하는 구조를 갖는다. 액정의 봉입을 위하여 TFT기판(205)과 칼라필터(215)는 그 외곽부에서 실런트(230)에 의해 접합된다. 도시하지 않았지만, 액정패널의 상하로는 편광판이 부착되며, 그밖에도 BLU(Back Light Unit)와, BEF(Brightness Enhancement Film)를 구성하는 광학시트들이 BLU와 같이 설치될 수 있다.
표시장치(200)의 상부에는 도시한 바와 같이 터치스크린패널(50)이 설치된다. 도 12의 예시에서 터치스크린패널(50)은 그 외곽부에서 DAT(Double Adhesive Tape) 등과 같은 접착부재(57)를 매개로 표시장치(200)의 상부에 부착된다. 그리고 터치스크린패널(50)과 표시장치(200) 사이에는 에어갭(58)이 형성되거나 또는 접촉부재(58)로 충전된다. 접촉부재(58)는 투과성 실리콘이나 OCA(Optically Clear Adhesive)나 접착성 레진(Resin)등 터치스크린패널(50)과 표시장치(200)을 부착시키는 소재이다.
표시장치(200)의 공통전극(220)에는 화상표시를 위한 공통전압 레벨이 인가되며 공통전압은 DC이거나 일정 진폭을 소정의 주파수로 교번하는 전압니다. 예컨대, 라인반전을 하는 소형 LCD는 공통전극(220)의 공통전압이 도 5에서와 같이 교번하며, 도트반전을 하는 노트북이나 모니터/TV등의 LCD는 일정크기의 전압인 DC 레벨의 공통전압이 인가된다.
도시한 바와 같이, 터치패드(10)와 표시장치(200)의 공통전극(220) 사이에는 공통전극커패시터(Cvcom)가 형성된다. 만약 터치패드(10)에 어떤 프리차지신호를 인가하면, 공통전극커패시턴스(Cvcom)에는 프리차지 전압에 의해, 공통전압을 그라운드로 하는 프리차지 전압이 충전된다. 예컨대, 프리차지 시점에 공통전압이 5V이며 프리차지 전압이 3V이면 공통전극커패시터에는 5V를 기준으로 3V의 프리차지 전압이 충전된다. 이처럼 공통전극커패시턴스(Cvcom)의 일단은 공통전극(220)의 전위와 전기적으로 접지되어 있으므로, 공통전극(220)이 교번 전압인 경우 공통전극(220)에 인가되는 교번 전압에 의해 공통전극커패시턴스(Cvcom)의 타단인 터치패드(10)에서의 전위는 교번하며 이러한 교번 전위는 D/B 현상을 이용한 터치신호와 중복되면 터치신호 검출에 장애를 일으킬 수 있으므로, D/B 현상을 이용한 터치신호 검출 시에는 이러한 교번하는 공통전압의 rising edge 및 falling edge를 회피하여 검출하여야 한다.
한편, 도면 중 미설명 부호 24는 터치패드(10)을 보호하기 위한 보호층(24)이며 유리나 플라스틱 또는 비닐이나 천(cloth)등이 사용된다.
도 13은 터치패드 구성의 다른 예로서, 표시장치에 터치패드(10)가 내장된 경우의 실시예이다. 도 13을 참조하면, 터치스크린패널(50)은 표시장치의 일부인 칼라필터(215)의 상면에 형성될 수 있다. 도시한 바와 같이 칼라필터(215)의 하부에는 공통전극(220)이 형성되어 있으며 칼라필터의 상면에는 터치패드(10)가 패터닝(Patterning) 되어 있다. 도 13의 실시예에서 보호층(24)은 편광판(Polarizer)으로 대체된다.
도 13의 실시예에서도 공통전극(220)과 터치패드(10) 사이에는 공통전극커패시턴스(Cvcom)가 형성되며, 공통전극에 교번 전압이 인가되면 센서페턴(10)의 전위는 교번전압에 유도되어 교번하게 되고, 이러한 교번 전위에 의해 유도된 D/B 현상에 의한 전압은 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 교번 드라이빙전압에 의해 유도된 D/B 현상을 이용한 터치신호검출과 중복되면 터치신호에 영향을 미치므로, D/B 현상을 이용한 터치신호 검출시에는 이처럼 교번하는 공통전압의 rising edge 및 falling edge를 회피하여 검출하여야 한다.
다시 도 11을 참조하면, 충전수단(12)의 출력부(12-1)에는 터치패드(10)와 손가락(25)과 같은 도전체 사이에 형성된 터치커패시턴스(Ct) 및 Cdrv, Cvcom, 및 Cp가 연결된다. 따라서 충전수단(12)을 턴 온 시킨 상태에서 입력부(12-2)에 임의의 전압이나 전류 등의 프리차지 신호를 인가하면 Cdrv, Ct, Cvcom, 및 Cp가 프라차지 레벨로 충전되어 터치검출부(14) 입력단의 전위는 프리차지 레벨이 된다. 이후, 만약 충전수단(12)을 턴 오프 시키면 4개의 커패시터에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 프리차지(또는 충전) 신호 레벨을 유지하게 된다.
충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위해서, 충전수단(12)의 출력부(12-1)와 터치검출부(14)의 입력단은 Hi-z 상태이며, 바람직하게는 적어도 100Kohm 이상의 임피던스를 갖는다. 만약 4개의 커패시터에 충전된 신호를 방전시키면서 터치입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전된 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속하게 신호를 관찰한다면, 터치검출부(14)의 입력단이 반드시 Hi-z이어야 하는 것은 아니다.
터치검출부(14)는 터치패드(10)에서의 신호 레벨이 변동되는지 여부를 검출한다. 바람직하게는, 터치검출부(14)는 터치 미발생시(즉, Ct가 형성되지 않을 때의) D/B 현상에 의해 검출된 전압의 크기에 대비하여, 터치 발생시(즉, Ct가 형성될 때의) D/B 현상에 의해 검출된 전압의 크기 차이를 검출하여 터치신호를 획득한다. 터치검출부(14)는 다양한 소자 또는 회로구성을 가질 수 있다. 후술되는 실시예에서는 터치검출부(14)로서 스위칭소자 및 증폭기가 사용되는 예를 설명하겠으나, 터치검출부(14)의 구성은 그러한 실시예에 국한되지 않는다.
터치 미발생시 드라이빙 커패시터(Cdrv) 및 Cdrv의 일측에 인가되는 드라이빙전압에 의한 버퍼(14-1) 출력은 다음의 <수식1>에 의해 결정된다.
<수식1>
터치 발생시 터치검출부(14)에는 터치커패시턴스(Ct)가 병렬로 부가되므로, 터치검출부(14) 입력단에서 드라이빙 백(Driving Back)에 의해 검출된 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정된다.
<수식2>
위 <수식1> 및 <수식2>에서, △Vsensor는 터치검출부(14)의 입력단에서 D/B에 의해 발생한 전압이며, Vpre는 프리차지 전압이며, Vh는 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙전압의 하이 레벨 전압이며, Vl은 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙전압의 로우 레벨 전압이며, Vcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스이다.
터치검출부(14)는 위와 같은 <수식1> 또는 <수식2>에 의해 발생하는 전압을 검출하며, 이에 대하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
먼저 <수식1>과 <수식2>를 인용하여 D/B 현상을 다시 정의하면 다음과 같다. D/B 현상이란, 드라이빙 커패시터와 접속된 적어도 하나 이상의 커패시터가 있으며 드라이빙 커패시터의 타측(도 11의 Vdrv 인가부)에 소정 크기의 전압을 교번하며 인가할 때, 커패시터가 공통으로 접속된 지점의 전위는 드라이빙 커패시터의 일측에 인가된 전압의 크기에 비례하며, 공통으로 접속된 커패시터들과 상관관계를 갖는다. 여기서 언급된 상관관계는, 공통으로 접속된 모든 커패시터의 커패시턴스 합(sum)이 분모에 위치하며 드라이빙 커패시턴스가 분자에 위치한다는 의미이다.
<수식1>과 <수식2>의 차이를 보면, <수식2>는 분모에 Ct가 존재한다. 터치커패시턴스 Ct는 터치패드(10)와 손가락같은 터치수단 사이에 형성되는 커패시터이므로, Ct의 크기인 커패시턴스는 터치의 유무에 따라서 또는, 터치수단과 터치패드(10)의 대향거리나 대향면적에 따라서 달라지게 되며, 이러한 Ct의 차이는 <수식1>과 <수식2>로 유도된 전압의 차이를 유발하므로, 이러한 전압차를 검출하면 터치여부나 터치면적 연산이 가능하다.
위 수식들에서 Vh 및 Vl은 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙전압의 하이 레벨 및 로우 레벨이며, D/B 현상은 드라이빙전압이 하이에서 로우로 변화되거나 로우에서 하이로 변화되는 두가지의 경우 모두 발생한다. 만일 Vh=5V인 시점에서 Vl=2V인 지점까지 드라이빙전압이 변화하면 D/B은 -(Vh-Vl)인 -3V에 비례 할 것이며, Vl=2V에서 Vh=5V까지 변화하게 되면 D/B은 (Vh-Vl)인 3V에 비례하게 된다.
드라이빙전압이 로우에서 하이로 교번하는 순간, 드라이빙 커패시터에는 전하가 공급되며 드라이빙 커패시터에 공급된 전하는 드라이빙 커패시터와 병렬로 접속된 모든 커패시터에 공급되어 전위가 상승하므로 D/B에 의한 드라이빙전압은 다음과 같다.
<수식1-1>
또한 드라이빙전압이 하이에서 로우로 교번하는 순간, 드라이빙 커패시터 및 드라이빙 커패시터와 병렬접속된 커패시터들로 부터 전하를 방전시키므로 커패시터들의 전위는 하강하며 D/B에 의한 드라이빙전압은 다음과 같다.
<수식1-2>
이러한 방법은 <수식2>에도 동일하게 적용된다.
한편, Vh와 Vl은 쉽게 설정될 수 있는 값이며 전술한 TDI의 내압을 초과하지 않는 범위내에서 결정될 것이다. 예를 들어, Vpre=3V이며 커패시터들의 상관관계에 의한 값이 0.1이라고 가정하면, Vh=10V에서 Vl=0V로 변화 할때 D/B에 의한 드라이빙전압은, 2V가 될 것이다.
또한, Cvcom은 다음의 <수식3>으로부터 얻을 수 있다.
<수식3>
<수식3>에서ε1은 터치패드(10)와 공통전극(220) 사이에 존재하는 매질들의 복합유전율이다. 도 12의 경우 터치패드(10)와 공통전극(220) 사이에는 유리, 공기층, 편광판 또한 편광판을 유리에 부착하기 위한 접착제가 존재하므로 이들의 복합유전율이 수식3의 ε1이 된다. S1은 터치패드(10)와 공통전극(220)의 대향면적이므로 쉽게 구할 수 있다. 도 12의 예에서와 같이 공통전극(220)이 칼라필터(215)의 하면 전체에 걸쳐 형성된 경우, 대향면적 S1은 터치패드(10)의 면적에 의해 결정된다. 또한, D1은 터치패드(10)와 공통전극(220)간 거리이므로, 매질의 두께에 해당된다.
살펴 본 바와 같이 Cvcom은 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 설정할 수 있는 값이다.
Ct는 다음의 <수식4>로부터 얻을 수 있다.
<수식4>
<수식4>에서 ε2는 터치패드(10)와 손가락(25) 사이의 매질로부터 얻을 수 있으며 복수의 매질이 사용되면 이들의 복합유전율로 구할 수 있다. 만약, 도 12에서 터치스크린패널(50)의 상면에 강화 글래스를 부착한다면, 강화 글래스의 비유전율에 진공의 유전율을 곱한 값으로부터 유전율 ε2를 얻을 수 있다. S2는 터치패드(10)와 손가락(25)의 대향면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 어떤 터치패드(10)를 모두 덮고 있다면 S2는 터치패드(10)의 면적에 해당한다. 만약 손가락(25)이 터치패드(10)의 일부를 덮고 있다면 S2는 터치패드(10)의 면적에서 손가락(25)과 대향하지 않은 면적만큼 줄어들 것이다. 또한, D2는 터치패드(10)와 손가락(25)간 거리이므로, 터치스크린패널(50) 상면에 올려진 보호층(24)의 두께에 해당할 것이다.
살펴 본 바와 같이 Ct 역시 쉽게 구할 수 있는 값인 동시에, 터치스크린패널(50) 상부에 올려지는 보호층(24) 또는 강화글래스 등의 재질 밑 두께를 이용하여 쉽게 설정할 수 있는 값이다.
<수식4>에 의하면 Ct는 손가락(25)과 터치패드(10)의 대향면적에 비례하므로, 이로부터 터치패드(10)에 대한 손가락(25)의 터치 점유율을 연산할 수 있다. 손가락(25)의 터치 점유율을 연산하는 방법은 다음과 같다. <수식1>과 <수식2>를 참조하면, 차이점은 터치 유무에 따른 터치커패시턴스(Ct)의 크기 차이이다. 만일, Vh, Vl, Vpre, Cdrv가 고정값이라고 가정하면 <수식1>과 <수식2>에서 Ct만을 추출할 수 있다. 즉 Ct=f(△Vsensor,병렬접속된 커패시터들,Vh,Vl,Vpre)의 관계가 성립한다. <수식4>에서 ε2와 D2를 고정값이라고 가정하면, 커패시턴스와 터치면적은 비례하게 된다. 따라서 추출된 Ct에 의해 면적연산을 하는 것이 가능하게 된다.
또한, <수식1>과 <수식2>를 이용하여 면적을 구할 때, <수식1>에 의해 발생한 D/B 전압과 <수식2>에서 발생한 D/B 전압이 모두 사용된다. <수식1>의 D/B 전압은 후술하게 될 factory calibration이나 Real Time Calibration에서 설정된 값이며 <수식2>보다 먼저 발생한 사건(event)이다. <수식2>에 의한 D/B 전압은 터치 검출시점에서 발생한 전압이므로 <수식1>에 의한 D/B 전압의 검출시점보다 이후의 시점이다. 본 발명의 터치 면적을 구하기 위해서는, factory calibration이나 Real Time Calibration 등과 같은 과거의 D/B 전압 및 터치가 발생한 시점의 D/B 전압을 모두 이용한다. 예를들어 면적을 구하는 수식의 어떤 항의 분모나 분자에는 <수식1>에 의해 도출된 전압이 포함되며, 또 다른 어떤 항의 분모나 분자에는 <수식2>에 의해 도출된 전압이 포함되며, 서로 다른 이들 항은 면적을 구하는 수식에 같이 포함된다.
손가락(25)과 터치패드(10)의 대향면적을 달리함에 따른 면적검출이 가능함에 따라서, 터치패드(10)에 대한 손가락의 접촉면적을 달리함에 따라 다양한 제스쳐(Gesture)를 실시 할 수 있다. 도 14a를 참조하면, 터치스크린패널(50)에는 손가락(25)이 접촉하고 있으며, 손가락(25)은 9개의 터치패드(10)과 대향하고 있다. 또한, 도 14b를 참조하면 손가락(25)은 15개의 터치패드와 대향하고 있다. 하나의 손가락을 올리거나 내리면서 접촉면적이 달라지는 것에 의해, 표시장치에 표시된 화면(예컨대, 풍경이나 사람 또는 키보드등..)을 접촉면적과 연동하여 크게하거나 작게하는 것이 가능하게 된다.
도 15a 내지 15c는 면적을 이용한 제스쳐의 또 다른 실시예이다. 미국 Apple사의 아이패드는 도 15a와 같이 4면이 BM(Black Matrix)로 되어 있으며, 이는 인체공학적으로 아이패드를 두손으로 잡고 영화등을 감상할 때 손가락이 위치하는 구간으로서 화면이 표시되지 않는 구간이다. 이러한 패드(Pad) 계열은 화면이 7인치 이상으로서 넓기 때문에 대부분 두손으로 잡고 화면이 표시되는 Active Area(이하 A/A)를 시청해야 하기 때문에 BM이 반드시 필요하게 된다. 그러나 이러한 BM은 BM이 적용된 기기의 화면크기를 넓게 하는 요인이 되므로 휴대성이 저하되는 문제가 있다.
도 15b 내지 도 15c는 면적을 이용한 제스처로 이러한 문제점을 해결하는 방안이다. 도 15b는, 도 15a와 같은 BM이 존재하지 않으며 수mm의 절대적인 화면의 BM 영역(예컨대, LCD의 gate signal line이나 source signal line이 지나가기 위한 통로)을 제외하고는 기기의 대부분은 A/A로 만들어 진다. 만일 기기를 책상에 세워서 보거나 무릎에 올려서 볼 때 처럼 기기를 손으로 잡지 않게 되면, 기기에는 도 15b와 같이 전체 화면이 표시된다.
그러나 손으로 기기를 잡고 화면의 일측에 손가락이 닿은 경우에는 화면에는, 화면과 접촉된 손가락의 면적과 상관관계를 갖는 BM이 표시된다. 이러한 BM은 도 15a와 같이 항상 존재하는 BM이 아니라 영상에 의한 BM이다. 즉, 손가락이 화면에 접촉해서 일정 면적 이상이 되면, 화면과 접촉된 손가락을 경계면으로 하여 테두리(BM)를 검정계열의 영상으로 표시할 수 있다. 이때 BM으로 표시된 영역에서는 touch에 의한 반응이 없어야 하므로, 검정이나 어두운 계열의 색으로 표시된 BM 영역에는 터치 아이콘과 같은 GUI(Graphic User Interface)가 포함되지 않으며, 포함되더라도 터치에 의한 반응이 없어야 한다. 또한 손가락을 화면의 안으로 더 깊숙히 들이밀거나 밖으로 빼는 경우에, BM은 손가락과 화면의 접촉면적에 연동해서 더 넓어지거나 좁아지거나 할 것이다. 만일 손가락(25)이 화면의 좌측이나 우측 또는 좌우측에 닿은 경우에 상하의 BM도 자동으로 생성되는 것이 바람직하며 A/A의 면적이 4:3이나 16:9와 같은 비율을 유지하는 것이 바람직하다.
또한 화면의 일측과 접촉한 손가락(25)의 면적이 사전에 설정된 임계값보다 작으면 이를 grip을 위한 제스처로 인식하지 않을 수 있으며, 사전에 설정된 임계값보다 크면 그때부터 BM을 생성하는 것이 바람직하다.
전술한 기술적 원리를 이용하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 파지 면적과 위치에 기초하여 표시 장치의 이미지(image)가 표시되는 영역 가변시키는 휴대 전자 장치를 제공할 수 있다.
도 16은 도 11의 실시예에서 터치신호를 검출하는 과정을 보인 파형도이다. 이를 참조하여 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 이용하여 터치신호를 검출하는 방법에 대하여 설명하면 다음과 같다.
앞에서 설명한 것처럼, 본 발명의 실시예에서 공통전압은 일정 주파수를 갖는 교번전압일수도 있으며 또는 교번하지 않는 DC 전압이거나 비주기적으로 교번하는 AC 전압일 수 있다. 도 16에 도시된 실시예의 영역1 내지 영역8 구간에서는 공통전압이 주기적으로 교번하며, 영역11내지 영역15 구간에서는 교번하지 않는 DC 전압을 가지는 공통전압을 예시하여, 본 발명이 공통전압의 형태와 무관하게 실시될 수 있음을 설명한다. 한편, 비주기적인 Vcom에 대하여도 rising edge와 falling edge를 센싱하여, 본 실시예의 주기적인 Vcom과 동일한 방법으로 실시예를 구성할 수 있으며 이는 후술하기로 한다.
본 실시예를 진행하기 위해서는 먼저 공통전압을 검출하여야 한다. 공통전압이 일정크기를 가지며 교번하는 경우, 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 검출하는 구간에서 공통전압의 rising edge 및 falling edge 파형이 인가된다면, 공통전압 파형으로 인해 터치검출부(14)에서 검출되는 파형이 왜곡될 수 있다. 따라서 본 발명은, 공통전압의 rising 및 falling edge가 발생하는 시점을 회피하여 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 검출한다. 그러나 또 다른 실시예로, 본 발명의 실시예와 같이 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 일측에 드라이빙전압을 인가할 때 발생하는 드라이빙 백(Driving Back)과 공통전압의 rising edge 및 falling edge에서 발생하는 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 같이 검출하여 터치 입력을 검출할 수도 있다.
만약 공통전압이 교번하지 않는 DC 레벨인 경우 공통전압의 파형에 종속되지 않는 드라이빙 백(Driving Back)의 검출이 가능하게 된다. 후술하게 될 TDI(30)는 공통전압이 교번하는 경우 공통전압의 rising edge와 falling edge를 센싱하고 이를 참조하는 모드와, 공통전압이 교번하지 않는 경우 공통전압을 참조하지 않는 모드를 설정하는 수단을 구비할 수 있다. 이러한 수단의 설정으로 인해, 공통전압이 교번하지 않는 경우, 공통전압을 검출하지 않고 공통전압에 터치검출 프로세스를 동기하지 않으므로 손쉽게 드라이빙 백(Driving Back) 현상을 검출하는 것이 가능하며, 공통전압을 검출하면, 공통전압이 교번하는 경우 교번되는 시점을 회피하여 Cdrv에 인가되는 드라이빙전압에 의한 드라이빙 백(Driving Back) 전압을 검출할 수 있으므로, 이러한 방법의 장점은 공통전압이 교번하는 표시장치이거나 교번하지 않는 표시장치이거나 어떠한 경우에도 터치에 의한 드라이빙 백(Driving Back)검출을 가능하게 하다.
이하, 설명하는 본 발명의 실시예는 공통 전압의 교번 특성에 기초하여 동적으로 공통 전압을 검출 및 동기하여 터치 검출을 수행하는 방법을 개시한다.
*공통전압이
교번하는
영역에서의
실시예
먼저, 공통전압의 파형을 검출하여 공통전압의 rising edge 또는 falling edge를 검출한 후, 일정시간(본 실시예서는 ‘t1’으로 명기) 이후에 충전수단(12)의 온/오프 제어부를 턴 온 하여 커패시터들을 충전(precharge) 시킨다. 도 11을 참조하면, 이때 충전되는 커패시터들은 Cdrv, Ct, Cvom, Cp이다. 충전전압인 Vpre는 항상 충전전압 레벨을 유지해도 되며, 또는 Vg가 턴 온 되기 직전에 충전전압 레벨을 유지하기 전 까지는 어떠한 전위를 유지해도 무방하다.
도 11을 참조하면, 충전전압인 Vpre는 충전수단(12)의 입력부(12-2)에 접속되고, 충전수단의 턴 온 상태에서 출력부(12-1)로 전달되어 커패시터들을 충전하게 된다. 이때 충전수단(12)의 입력부(12-2)와 출력부(12-1) 사이의 저항으로 인한 전압강하는 무시하였다.
충전전압인 Vg를 인가하는 영역은 어디에서도 가능하다. 예를 들어 영역④는 공통전압이 교번하는 구간으로서 교번하는 공통전압에 의한 D/B에 의한 전압의 크기변화가 발생하는 영역이지만, 충전전압이 인가되고 있으므로 공통전압에 의한 전압변화는 발행하지 않는다. 커패시터들이 충전된 후 충전수단(12)의 온/오프 제어부를 턴 오프 하여 충전수단(12)의 출력부(12-1)가 Hi-z 상태가 되고 터치검출부(14)의 입력부도 버퍼등이 사용되어 Hi-z상태라고 한다면 커패시터들은 충전전압을 유지하게 된다. 이처럼 충전 및 충전전압을 유지하는 구간은 도 16에서 영역 ①,④,⑦이다. 영역 ①,④,⑦에서 충전수단(12)의 출력부(12-1) 및 터치검출부(14)의 입력단이 이상적인 Hi-z가 아님으로 인해 소정의 방전이 발생할 수 있으나 본 실시예에서는 이러한 방전을 무시하였다.
본 실시예에서는 드라이빙전압이 로우에서 하이로 변화되는 순간에 D/B에 의한 전압을 검출하는것을 예시하였으며 충전전압은 2V이다. 또한 Vdrv의 크기(Amplitude)는 10V 이며, 
의 값(Calculated Value)은 0.2로 가정하였다. 따라서 D/B 현상이 발생하는 영역 ②,⑤.⑧의 전압은 <수식1-1>에 의해 4V가 된다. <수식1-1>은 터치가 발생하지 않은 경우의 D/B 현상에 의한 검출전압이며, <수식2>는 터치가 발생한 경우의 검출전압이다.
만일 영역⑦에서 터치가 발생하였다면 영역⑧의 전압은 <수식2>에 의해 달라져야 한다. 따라서 <수식2>의 
의 값이 0.1이라고 한다면, 영역⑧의 전압은 3V가 되어야 한다. 전술한바와 같이, 터치검출부(14)는 터치가 안되었을 때의 전압인 4V를 기준으로 하여, 터치가 되었을 때의 전압인 3V를 검출하고 기준값인 4V와의 차이(Difference)를 연산하여 터치유무(Touched or Untouched)를 판단하고 터치면적(Touched Area)를 연산한다.
영역 ②,⑤.⑧과 같은 터치 검출영역에서 터치 검출에 소요되는 시간은 수십us에 불과하여 검출된 전압의 방전량이 미비하므로, 본 실시예에서는 영역 ②,⑤.⑧과 같이 D/B에 의한 전압을 검출하여 터치여부를 판단하는 영역에서의 방전은 무시하였다. 따라서 영역 ③ 및 ⑥과 같이 드라이빙전압이 0V로 복귀되는 구간에서도 D/B에 의한 전압은 <수식1-2>에 의해 2V가 된다.
한편, 영역⑧과 영역⑨의 경계부를 참조하면, 이 구간은 공통전압에 의해 D/B 현상이 발생하는 구간으로서, 공통전압이 하이에서 로우로 변경됨에 따라서 영역⑧에서 영역⑨로 변할때의 전압이 변경되고 있다. <수식1>이나 <수식2>를 참조하면, 공통접속된 커패시터의 일측에 인가되는 전압의 크기가 변경될 때, 커패시터의 공통접속부의 전위가 변경되는 것이 D/B 현상이므로, 도 11을 참조하면, 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 교번하는 드라이빙전압이 인가될 때나, 공통전극커패시터(Cvcom)에 교번하는 공통전압이 인가되는 모든 경우에 P점(Point)에서 D/B에 위한 전위변동이 발생한다.
터치가 발생하고 Ct가 형성된 경우, 교번하는 공통전압에 의한 D/B에 의한 전압은 다음과 같이 표시된다.
<수식5>
위 <수식5>에서, 
는 터치검출부(14)에서 D/B에 의한 드라이빙전압이며, Vpre는 공통전압의 교번에 의한 D/B 전압이 발생하기 직전에 공통으로 접속된 커패시터들의 전위이며, VcomH는 공통전극커패시터(Cvcom)에 인가되는 공통전압의 하이 레벨 전압이며, VcomL 는 공통전극커패시터(Cvcom)에 인가되는 공통전압의 로우 레벨 전압이며, Cdrv는 드라이빙 커패시턴스이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이고 Ct는 터치커패시턴스이다.
<수식5>에서 (VcomH-VcomL)가 10V이고 
가 0.05이라고 가정하면, 영역⑧에서의 전압 즉 Vpre는 3V이므로 3V-10*0.05V=2.5V로서 영역⑨의 전압은 2.5V가 된다. 또한 영역(10)에서 드라이빙전압인 Vdrv에 의한 전압강하는 2V이므로 2.5V는 0.5V로 전위가 낮아지게 된다.
한편, <수식5>는 터치가 발생한 경우에 공통전압의 교번에 의한 전압검출식이며 터치가 발생하지 않은 경우에는 분모의 Ct가 없는 경우이므로 이는 <수식6>과 같이 표시된다.
<수식6>
위 <수식6>에서, 는 터치검출부(14)에서 D/B에 의한 드라이빙전압이며, Vpre는 공통전압의 교번에 의한 D/B 전압이 발생하기 직전에 공통으로 접속된 커패시터들의 전위이며, VcomH는 공통전극커패시터(Cvcom)에 인가되는 공통전압의 하이 레벨 전압이며, VcomL는 공통전극커패시터(Cvcom)에 인가되는 공통전압의 로우 레벨 전압이며, Cdrv는 드라이빙 커패시턴스이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이고 Ct는 터치커패시턴스이다.
한편, <수식5>와 <수식6>을 참조하면, 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 교번하는 드라이빙전압을 인가하여 D/B에 의한 전압을 검출하는 것도 가능하지만, 공통전극 커패시터(Cvcom)에 표시장치의 교번하는 공통전압이 인가될 때, D/B 현상에 의해 발생하는 전압의 변화를 검출하여 터치를 검출하는 것도 가능하다. 이러한 실시예에 있어서, 검출되는 전압을 더 크게 하기 위해서 즉, 검출감도를 높이기 위해서는 <수식5>와 <수식6>의 분모에 있는 Cdrv항을 제거하는 것이 더 좋다. Cdrv는 TDI((30)의 내부에 형성시킬 수 있으므로, 만일, 공통전압의 교번에 의한 D/B 전압을 검출하기 위해서는 Cdrv를 제거하는 것이 가능하게 된다. Cdrv를 제거하기 위해서는 Cdrv의 일측에 CMOS나 TFT등의 스위칭소자를 접속하고 스위칭소자를 온/오프 하면 Cdrv가 터치검출부에 접속할지 안할지 여부를 결정하는 것이 가능하다.
Cdrv가 제거되고 공통전압의 교번에 의해 D/B에 의한 전압을 검출할 때의 연산식은 다음과 같다.
<수식7>
<수식8>
<수식7>은 터치가 안되었을때의 연산식이며 <수식8>은 터치가 되었을 때의 연산식이다.
<수식5>내지 <수식8>은 도 12와 같이 터치스크린패널(50)이 표시장치(200)의 상면에 설치되거나 도 13과 같이 터치스크린패널(50)이 표시장치의 칼라필터(color filter)나 TFT 기판에 직접 패터닝되는 모든 경우에 적용가능하다.
*공통전압이
교번하지
않는 영역에서의
실시예
영역(11)내지 영역(15)를 예로하여 공통전압이 교번하지 않는 경우의 실시예를 설명하면 다음과 같다.
도트반전(Dot Inversion)을 하는 LCD를 이용한 표시장치는 공통전극에 인가되는 공통전압이 DC 레벨이며, AMOLED 또는 PDP등은 공통전극이 없거나 교번하는 공통전압이 없는 표시장치이다. 이러한 경우의 실시예에 있어서, 도 12나 도 13과 같이 터치스크린패널(50)이 표시장치와 결합되면, 터치검출부(14)는 <수식5>나 <수식6>과 같이 공통전압에 의한 드라이빙전압 변동을 고려할 필요가 없으며, 공통전압의 rising edge나 falling edge를 회피하여 터치를 검출하기 위한 수단으로 공통전압을 검출해야 하는 복잡한 과정이 생략될 수 있다.
도 16의 영역 ⑪ 및 영역 ⑭는 충전수단(12)에 의해 충전전압인 Vpre로 충전되고 충전수단(12)이 턴 오프될 때 충전전압이 유지되는 구간이다. 또한 영역 ⑫ 및 영역 ⑮는 드라이빙전압인 Vdrv에 의해 D/B에 의한 전압이 형성되고 전압의 크기를 따져서 터치 여부를 확인하는 구간이다. 본 실시예에서는 터치가 발생하지 않았다고 가정해서 4V가 검출되고 있다. 영역 ⑬은 드라이빙전압이 하이에서 로우로 변경될 때 2V의 전압강하가 발생하여 전위가 2V로 유지 되는 구간이다.
DC 레벨의 공통전압이 공통전극에 인가되는 경우에도 표시장치의 스위칭소자나(예를 들어 LCD TFT기판의 TFT) 액정(Liquid Crystal)의 구동과정에서 발생한 노이즈로 인해 공통전극에는 교번하는 전압이 발생할 수 있다. 통상적으로 공통전극으로는 ITO(Indium Tin Oxide)가 사용되며 ITO의 면저항(Sheet Resistance)이 수백ohm 정도로서, 7인치나 10인치 등의 넓은 면적에 사용될 때에는 DC 레벨의 공통전압이 인가되는 인가부에서 멀리 떨어진 곳에서는 저항이 증가하여 공통전압인가부에서 멀리 떨어진 곳의 공통전압은 노이즈에 의해 크기가 변할 수 있다. 이러한 노이즈는 주기성인 노이즈도 있으며 비 주기성 노이즈도 있다. 이러한 노이즈는 <수식5>나 <수식6>에서 VcomH와 VcomL에 대응 될 수 있다. 즉 노이즈가 -1V에서 2V로 교번하는 경우라고 가정하면, VcomH는 2V이며 VcomL는 -1V가 된다.
이러한 노이즈의 교번전압이 크기가 작은 경우에는 <수식5>나 <수식6>에 의한 전압의 크기 변화가 작게 되어 드라이빙 커패시터(Cdrv) 구동에 의한 D/B 전압에 영향을 미치지 않지만, 노이즈의 교번전압이 크면 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 구동에 의한 D/B 전압에 영향을 미치므로 이러한 노이즈를 회피하여 터치신호를 검출해야 한다. 따라서 이러한 노이즈는 공통전압과 동일하게 rising edge나 falling edge를 검출하여 그러한 edge 구간을 회피하여 터치 신호를 검출해야 한다.
도 16의 실시예에서 교번하는 공통전압이 있는 경우에는 공통전압에 동기하여 터치신호를 검출해야 하며, 터치좌표를 연산해서 이를 사용하는 세트(Set)의 CPU, 예컨대, 휴대폰의 CPU나 아이패드의 A4같은 중앙처리장치로 보고(Report)하는 report time은 공통전압의 교번주기에 동기하여 결정된다. 그러나 교번하는 공통전압이 없는 경우에는 공통전압에 동기하여 터치신호를 검출할 수 없으므로 검출주기를 설정하여 터치를 검출하여야 한다.
도 16에서 t10은 교번하는 공통전압이 없는 경우에 터치신호를 검출하기 위한 주기이다. 이러한 주기는 수 us부터 수 ms까지의 시간구간(Time Duration)을 가질 수 있으며 이러한 주기에 동기하여 set의 CPU로 터치신호를 보고한다.
한편, 터치 신호 검출구간인 영역②,⑤,⑧에서 터치신호 검출 시, 영역⑧과 영역⑨의 경계부에서와 같이 공통전압에 의한 신호의 왜곡이 발생하면, 터치검출부(14)는 이를 반영하여(Considering) 터치연산이 가능할 수 있겠으나, 교번하는 공통전압의 크기가 비연속적이나 크기를 예측할 수 없는 상황에서는 공통전압으로 인한 D/B 전압을 감안한 터치검출이 용이하지 않게 된다. 따라서 공통전압의 rising edge나 falling edge를 회피하여 공통전압이 평탄한 DC 레벨을 갖는 구간에서 터치를 검출하면 이러한 문제를 회피하는 것이 가능하다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 공통 전압의 특성에 기초하여 공통 전압과 동기화를 수행함으로써 동적으로 터치 검출 타이밍을 결정하여 터치 검출을 수행할 수 있다. 이하, 공통 전압을 검출하는 실시예에 대해 상세히 설명한다.
도 17은 공통전압을 검출하는 공통전압검출회로의 실시예이다. 도 17을 참조하여 공통전압의 edge부를 검출하는 방안에 대해 설명하면 다음과 같다.
도 17은 도 12나 도 13에서, 터치패드(10)와 공통전극(220) 사이에 형성되는 공통전극 커패시터(Cvcom)가 공통전압 검출부(15)에 형성된 실시예이다.
앞에서 설명한 바와 같이, 도 12나 도 13의 터치패드(10)가 복수개 사용되어 터치스크린패널(50)을 형성하면, 센서신호선(22) 사이에서 기생커패시터인 Cp가 형성되며, TDI와 터치스크린패널이 조립되는 과정에서 Cp가 형성되기도 하므로 공통전압 검출회로에서 Cp를 고려해야 한다.
공통전압의 edge를 검출하기 위해서는 공통전극 커패시터(Cvcom)을 Hi-z로 만들어주는 것이 필요하며 이를 위하여 턴 오프시 Hi-z 상태를 만들어 줄 수 있는 충전수단(12) 및 입력이 Hi-z인 공통전압 검출부(15)가 필요하다. 공통전압 검출부(15)에는 상위기준전압(Upper Reference Level, 이하 URL) 및 하위기준전압(Lower Reference Level, 이하 LRL)이 공급되며, 이러한 기준전압은 TDI 내부에서 생성되거나 외부에서 TDI에 공급될 수 있다.
이러한 URL이나 LRL의 설정의 편리성을 위해, 또는 검출된 Vcom의 출력파형이 TDI의 동작내압의 범위내에 포함되도록 하기 위하여, Cvcom 및 Cvcom과 접속된 커패시터들도 적정한 DC 레벨로 충전을 해주는 것이 바람직하다.
도 18은 공통전압 검출회로에서 검출된 공통전압의 파형도이다. 도 18을 참조하면, 도 18 상단의 Real Vcom은 도 12나 도 13에서 공통전극(22)에 인가되고 있는 실제 Vcom이다. 본 실시예에서 Vcom이 0V에서 5V를 교번한다고 가정하고 충전전압인 Vpre_com를 2.5V라고 가정하면, 충전수단(12)이 턴 온 되어 있는 상태에서 충전전압인 2.5V는 Cvcom과 Cp에 충전되므로 P점에서의 전위 Vp는 2.5V이다.
공통전압 검출은 두단계로 진행된다. 도 18의 영역1은 아직 공통전압이 검출되지 않은 시점이다. 이는, 전원이 켜진 직후이거나 또는 공통전압을 검출하여 검출된 공통전압에 동기하여 이후의 공통전압을 검출하는 과정을 수행하는 도중 공통전압이 발생하지 않는 순간 등이다.
영역1처럼 아직 공통전압이 검출되지 않은 시점에서는, 우선 충전수단(12)을 턴 온하여 충전전압인 Vpre_com을 Cvcom 및 Cp에 인가하고 충전수단을 턴 오프하여 공통전압의 rising edge나 falling edge가 검출되기를 기다린다. 충전수단이 턴 오프되면 Cvcom이 Hi-z 상태이므로, 도 12나 도 13의 공통전극(220)에 rising edge나 falling edge의 전압이 인가되면 <수식7>에 의한 전압차이가 발생하게 된다.
<수식7>에서 검출된 △Vsensor를 2V라고 가정하면, 공통전압이 rising edge인 경우, 도 17의 P점에서의 전위는 4.5V이며 공통전압이 falling edge인 경우 P점에서의 전위는 0,5V가 된다. 따라서, 영역1에서와 같이 Real Vcom이 rising edge인 경우 검출된 Vcom은 4.5V가 된다.
<수식7>에서 
값은 미리 예측가능한 값이므로 △Vsensor도 어느정도는 예측이 가능하다.
의 계산값이 약 2V정도로 예상된다고 가정하면, 2.5V의 Vpre_com에 의해 △Vsensor는 4.5V와 0.5V를 스윙(Swing 또는 교번)하게 될 것이다. 이 경우, 검출된 공통전압이 충전전압인 2.5V보다 높게 검출되면 현재 공통전압이 rising edge 상태라고 판단 할 수 있으며, 2.5V보다 낮게 검출되면 falling edge상태라고 판단할 수 있다.
도 18을 참조하면 URL은 3V로 설정되었으며 LRL은 2V로 설정되었다. 도 18의 실시예에서 URL은 rising edge를 검출하는 기준전압으로서 URL보다 높은 전압은 rising edge라고 판단할 수 있다. 도 18의 실시예에서의 URL은 단지 일 실시예이며 2.5V보다 크고 4.5V보다 낮은 전압은 모두 URL로 설정될 수 있다. 한편 도 18의 실시예에서 LRL은 2V로 설정되었으며 LRL보다 낮게 검출된 공통전압은 falling edge로 판단하는 것이 가능하다. LRL도 2.5에서 0.5V사이의 전압이 임의로 설정될 수 있다.
<수식7>을 참조하면, 공통전압의 교번에 의해 검출된 D/B 전압은 충전전압의 크기에 좌우 되므로 URL 및 LRL을 설정하기 위해서는 반드시 충전전압의 크기를 참조해야 한다.
공통전압이 검출되고 나면, 이후의 공통전압 검출은 검출된 공통전압에 동기하여 시행되어야한다. 왜냐하면, 표시장치에서 교번하는 공통전압이 발생하는 경우 공통전압은 통상 주기적으로 하이와 로우를 반복하므로, 어떤 상태의 공통전압이 검출되면 반대 극성을 가지는 그 다음번의 공통전압이 언제 검출되는지 예측가능하게 된다. 예를 들어, 공통전압의 교번주기가 30us라고 한다면, rising edge이후 하이 상태를 유지하는 공통전압 검출이후 30us이후에 falling edge가 검출되고 로우 상태를 유지할것이라는 것이 예측가능하게 된다. 따라서, 검출된 공통전압의 상태, 즉, 하이 상태인지 로우 상태인지를 알게 되면 정해진 시간 이내에 다음에 검출된 공통전압의 상태를 예측할 수 있게 된다. 따라서, 정해진 시간 이내에 공통전압이 검출되지 않으면 이는 공통전압 검출계통에 이상이 있거나 공통전압이 발생하지 않는 경우이므로 적절한 예외처리를 진행하는 것이 가능하게 된다.
도 18의 영역2는 검출된 공통전압에 동기하여 다음의 공통전압을 검출하는 과정을 설명한다. 만일 영역2에서 도 17 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 인가되는 Vg_com이 계속 로우(Low) 상태라고 가정하면, 충전수단(12)의 출력부가 Hi-z 상태이므로 검출된 공통전압의 전위는 4.5V를 계속 유지 할 것이다.(단, 방전에 의한 전위변화는 무시하였음). 이러한 상태에서 충전수단(12)이 턴 온 되어(Vgcom_on은 턴 온 시간을 결정함) 충전전압인 Vpre_com이 Cvom 및 Cp에 공급되면, 충전시점부터 충전수단이 턴 오프 된 이후에도 계속 2.5V를 유지하게 된다. 공통전압이 검출된 이후 다음 공통전압을 검출하기 위한 충전전압이 인가되는 시간인 “Wait_vgcom"은 임의로 설정될 수 있는 시간이며, 이를 설정하기 위한 registor를 이용하여 원하는 시간을 설정하는 것이 가능하다. 예를 들어, 공통전압의 주기가 30us라고 한다면, “Wait_vgcom"은 30us이내에서 변경 가능한 시간으로서 1us, 5us, 10us등 자유자재로 설정하는 것이 가능하다.
이처럼 “Wait_vgcom"을 원하는 위치에 설정하여 공통전압에 발생할 수 있는 노이즈를 제거하는 것이 가능하다. 예를 들어, 공통전압의 주기가 30us라고 가정하면, "Wait_vgcom"을 1us로 설정하고 충전수단(12)이 턴 온 되는 시간을 결정하는 ”Vgcom_on“을 25us로 설정하면, 적어도 27us동안에는 도 17의 P점의 전위는 2.5V이고, 충전전압이 인가됨으로 인해 노이즈에 의한 전압의 흔들림이 발생하지 않으므로 노이즈로 인한 오작동의 확률을 많이 떨어뜨릴 수 있다.
도 18의 실시예에서 공통전압의 하이 구간과 로우 구간의 주기는 서로 다르다. 따라서 “Wait_vgcom"은 공통전압이 하이인 구간과 로우인 구간에서 따로 설정될 수 있도록 하는 것이 바람직하다. 만일 레지스터를 이용하여 “Wait_vgcom" 구간을 설정한다고 하면 “Wait_vgcom_hi"는 공통전압이 하이인 구간에서 설정값이고 “Wait_vgcom_lo"는 공통전압이 로우인 구간에서의 설정값이 될 것이다.
이와 같이, 본 발명의 실시예에 따르면, 하이 구간과 로우 구간의 길이가 상이한 공통 전압을 효율적으로 검출할 수 있다.
영역3은 공통전압이 falling edge 이후 로우 상태를 유지하는 구간이다. 영역2에서 공통전압을 검출하고“Wait_vgcom" 이후 Cvcom을 충전하고 다음 공통전압을 검출하기 위해 기다리게 된다. 이때의 전위는 2.5V이며 공통전압의 falling edge에 의한 D/B 현상으로 검출된 공통전압의 전위는 0.5V가된다. 이는 LRL인 2V보다 낮은 전압이므로 공통전압 검출부(15)는 이를 검출하여 falling edge를 검출하였음을 출력하게 된다. 이는 도 18의 ”검출결과“를 통해 출력되며 TDI(30)는 이 신호를 이용하여 후술하게 될 터치검출에 필요한 신호를 생성하거나 다음 공통전압을 검출하기 위한 신호를 생성하게 된다. 이러한 ”검출결과“는 TDI의 외부로 출력될 수도 있다. 검출된 공통전압의 하이 또는 로우 레벨을 정확히 알기 위해서, 또는 하이 구간이나 로우 구간의 시간을 정확히 측정하기 위한 용도로 사용될 수 있다.
도 19는 공통전압 검출회로의 상세한 실시예이다. 도 19를 참고하면, 공통전압은 공통전압 검출회로에서 검출할 수도 있지만 TDI 외부에서 공급해 줄 수 있다. TDI(30)는 공통전압을 TDI내부에서 검출을 할지 외부의 공통전압을 사용할 지를 결정할 수 있는 수단을 갖는다. 이러한 수단의 설정에 의해 절환부(16)는 외부에서 인가되는 공통전압을 사용할 지, 공통전압검출부(15)에 의해 검출된 공통전압을 사용할지 결정한다.
공통전압 검출부(15)에는 비교기(19)가 사용된다. 비교기(19)는 공통전압의 rising edge를 검출하는 비교기(19a) 및 falling edge를 검출하는 비교기(19b)가 있다. 19a에는 URL이 기준전압으로 사용되며 19b에는 LRL이 기준전압으로 사용된다. Rising edge를 검출하는 비교기(19a)에서는 URL보다 크면 비교기의 출력은 하이나 로우를 출력하게 되며, falling edge를 검출하는 비교기(19b)에서는 검출된 공통전압이 LRL보다 낮으면 하이나 로우를 출력하게 된다.
한편, 도 12 내지 도 13, 도 19를 참조하면, 터치 검출터치패드(10)는 공통전압도 검출하면서 터치도 검출하게 되므로, 공통전압을 검출하는 순간에 터치 상태라고 가정하면, <수식7>을 이용한 공통전압 검출이 불가능하게 되고 <수식8>을 이용하여 공통전압을 검출해야 한다. <수식8>을 이용하면 분모에 Ct가 추가됨으로 인해 검출된 공통전압의 하이 및 로우의 크기가 Ct가 없을 때에 대비하여 달라지기는 하나 그 차이가 크지 않을 경우에는 URL이나 LRL의 레벨을 변경하여 공통전압을 검출하는 것이 가능하게 된다. 만일 Ct로 인해, 검출된 공통전압의 하이 구간 전압이나 로우 구간 전압이 변별력이 부족하여 사용이 어렵거나 노이즈가 유발되는 경우에는, 터치가 발생하지 않은 터치패드(10)를 사용하여 공통전압을 검출 할 수있다. 후술하겠지만, 터치스크린패널(50)에는 수십개 또는 수백개의 터치패드(10)가 사용된다. 따라서 멀티플렉서(이하 Mux)를 사용하여 여러개의 터치패드를 공통전압검출회로에 접속함으로 인해 터치가 발생하지 않은 터치패드를 선택하는 것이 가능하게 된다.
도 17이나 도 19의 공통전압 검출부(15)에서 P점과 연결된 입력부는 Hi-z이어야 한다. 이를 위해 P점에는 버퍼(Buffer)나 gate와의 접속 등 Hi-z 입력을 가지는 소자가 접속될 수 있다. 또한 ADC를 사용하여 공통전압레벨을 검출하고 이를 도시하지 않은 TDI 내부의 CPU나 TDI 외부의 CPU로 전송하여 사전에 설정된 URL이나 LRL과 비교하여 공통전압의 edge 및 레벨을 검출할 수도 있다. 또한 도시하지는 않았으나, 공통전압 검출기(15)에는 필터가 사용될 수 있으며 필터에는 LPF나 HPF 또는 ranking filter나 GCF가 사용될 수도 있다.
표시장치가 LCD인 경우 프레임 이미지(frame Image)의 백 포치(Back Poach)나 프런트 포치(Frone Poach) 구간에서는 공통전압이 발생하지 않거나 주기가 길어지거나 짧아지는 등의 변화가 발생할 수 있다. 또는, 공통전압 검출기(15)의 이상동작이나 공통전압에 중첩된 노이즈에 의해 공통전압을 검출하지 못하거나 검출오류가 발생할 수 있다. 이러한 문제점이 발생하더라도 터치 검출을 위한 터치검출 회로부의 작동 및 터치 검출은 계속되어야 하므로 공통전압 검출오류에 대한 대책이 필요하다.
*공통전압 검출오류에 대한 대책
1)Factory
Calibration
Factory Calibration(이하 fac. cal)은 공장에서 출하될 시 안정적인 환경에서 공통전압을 검출하고 검출된 공통전압에 관한 요소(factor)들을 메모리에 저장하여, 공통전압이 검출되지 않을 시 메모리에 저장된 데이터를 이용하여 터치검출을 계속하는 방법이다. 공통전압에 관한 요소로는, 공통전압의 하이 구간의 지속시간(Duration), 로우 구간의 지속시간, 영상 frame의 back poach 및 front poach에서 공통전압의 하이 및 로우 구간의 각 duration 등이다. Factory calibration이 완료되고 공통전압의 여러 요소들이 메모리에 저장된 이후 공통전압을 검출하는 과정에서 공통전압의 불량 형태에 따른 예외처리 방법은 다음과 같다.
(1)공통전압 검출이 안되는 경우
전술한 바와 같이 공통전압이 검출된 이후 그 다음 공통전압이 출현 할 시간은 계산에 의해서 개략적으로 알 수도 있으며, TDI의 외부와 연결된 공통전압의 외부 모니터용 출력을 이용하여 정확한 시간을 측정할 수도 있다. 따라서, 예상되는 시간에 공통전압이 검출되지 않는다면 후술하게될 TDI의 CPU(40)이나 신호처리부(35)는 메모리에 저장된 공통전압 요소들 중 missing된 공통전압의 duration을 추출하고 이에 동기하여 터치신호를 검출한다.
예를 들어, 로우 구간의 공통전압은 검출되었으며 30us이후에 하이 구간의 공통전압이 검출되어야 한다. 이때 30us라고 하는 시간은 factory cal.과정에서 검출되어 메모리에 수납되어 있는 값이다. 따라서 30us동안 기다려도 공통전압의 rising edge가 검출되지 않으면 CPU(40)는 가상의 rising edge 시작점을 생성하고 여기에 동기하여 다음번 공통전압을 검출하기 위한 필요 신호를 생성하며, 또한 터치 검출에 필요한 신호를 생성한다. 터치 검출에 필요한 신호는 도 11의 실시예에서 언급된 충전수단(12)을 이용한 충전시간 및 충전시간 이후에 드라이빙전압을 인가하는 시간의 조정, 터치 검출을 시작하는 시간의 설정 등이며 이에 대해서는 후술하기로 한다.
2)검출된 공통전압의 오류 발생 시
도 20은 공통전압 검출오류 발생 시 이를 복구하는 방법에 관한 실시예이다. 도 20을 참조하면, 메모리에 저장된 값에 대비하여 검출된 공통전압1(Detected Vcom1)은 빨리 발생된 경우이며 검출된 공통전압2(Detected VCom2)는 늦게 발생된 경우이다. 검출오류를 복구하는 하나의 방법은, 메모리에 저장된 값을 기준으로 윈도우를 설정하는 것이다. 예를 들어 메모리에 저장된 공통전압의 하이구간의 duration이 30us인 경우 5us의 window를 설정한다고 하면 검출시간은 30ㅁ5us가 되어 25us부터 35us이내에 검출된 공통전압은 정상으로 간주되며 이를 벗어난 공통전압은 불량처리 된다. 이때의 윈도우는 임의대로 설정할 수 있으며 TDI(30)는 window를 설정할 수 있는 수단을 갖는다. 예컨대 윈도우는 register를 통하여 설정되거나 플레시 메모리등 비휘발성 메모리의 일정영역에 기입이 되어야 하단다.
검출된 공통전압1(detected Vcom1)의 경우와 같이 윈도우보다 일찍 검출된 공통전압은 노이즈로 간주되어 무시되며 윈도우의 마지막 시간인 35us까지도 공통전압이 검출되지 않으면 CPU는 메모리에 기입된 요소중 로우 레벨 공통전압의 duration을 리콜(Recall)하고 여기에 동기하여 다음 공통전압을 검출할 신호를 생성하고 터치를 검출하기 위한 신호도 생성한다. 예컨대, 로우 영역의 duration이 25us라고 가정하면, 5us는 이미 지났으므로 20us에 동기하여 필요한 신호들을 생성하게 된다. 또한 검출된 공통전압2(detected Vcom2)의 실시예와 같이 메모리에 기입된 30us 및 윈도우 영역인 5us를 더하여 35us동안 공통전압이 검출되지 않으면, CPU는 전술한 바와 같이 20us의 가상의 공통전압을 생성하고 여기에 동기하여 필요한 신호를 생성하게 된다.
전술한 구성과 같이 본 발명의 실시예는, Fac. Cal 과정에서 미리 저장된 공통 전압 정보 및 윈도우 정보를 이용하여 공통 전압의 미검출 또는 검출 오류시에 동적으로 대응하여 공통 전압 동기화를 수행한다.
2)실시간
Calibration(Real Time Calibration, 이하
RTC
)
표시장치가 LCD인 경우 공통전압을 생성하는 것은 LCD Drive IC(이하 LDI)이다. LDI는 LCD의 TFT에 화소전압을 인가하며 TFT의 gate timing을 제어하는 역할을 하는 IC이다. LDI에서 공통전압을 생성하기 위해서는 오실레이터(Oscillator,이하 OSC)를 사용하며 이러한 OSC는 온도의 변화에 의해 OSC를 구성하는 저항과 커패시터의 값이 변하므로 OSC의 주기도 바뀌게 된다. 이러한 변화가 큰 경우에 fac. cal.에서 저장된 요소만을 참조하여 공통전압을 검출하게 되면, 이 값이 윈도우 영역 외부에 설정되는 경우 예외처리시 에러가 발생 할 수 있다. 이러한 문제점을 회피하기 위하여 실시간으로 검출된 공통전압의 요소들을 메모리에 저장하여 이를 예외처리시 사용하는 방법이 있으며 이를 RTC라고 한다.
또한 fac. cal.을 시행하지 않고 RTC에서 추출된 요소들을 메모리에 저장하여 이를 예외처리시 사용하는 방안도 있다.
fac. cal.이후 RTC를 위해서는 별도의 메모리 영역이 필요하며 예외처리를 위하여 fac. cal 요소를 사용할 지 RTC에서 검출된 요소를 사용할 지 결정하는 수단이 구비되어야 한다. RTC 요소를 사용하는 것이 합리적이기는 하나 RTC 요소에는 fac. cal. 요소보다 노이즈에 의한 검출에러가 발생할 확률이 높으므로 절대적인 기준으로서의 fac. cal 요소가 필요한 경우도 있기 때문에, RTC와 fac. cal 요소를 선택하는 수단이 필요한 것이다. 이러한 수단은 TDI의 내부에 설정된 레지스터를 변경하거나 비휘발성메모리에 저장하여 이를 참조하여 결정할 수 있다.
도 21은 공통전압 요소 추출을 위해 fac. cal을 하기위한 flow chart이다. 도 21을 참조하면, 공통전압 요소 추출을 위한 fac. cal.의 첫 단계는 공통전압을 검출여부를 결정하는 단계이다. 전술한 바와 같이 Dot inversion인 LCD의 경우 공통전압은 DC 레벨이므로 공통전압을 검출할 필요가 없다. 따라서 TDI 내부에는 공통전압을 검출할지 말지를 결정하는 수단을 구비해야 한다. 이러한 수단은 레지스터(Register)를 이용하거나 비휘발성 메모리를 이용할 수 있다.
만일 공통전압을 검출 하는 경우에는 도 16과 같은 신호를 생성하고 도 17이나 도 19의 실시예와 같은 공통전압 검출회로를 구성하여 공통 전압을 검출하는 단계를 수행한다.
공통 전압 검출이 완료되면, 다시 도 21을 참조하면, 공통전압 검출부(15)에서 검출된 공통전압 요소들은 메모리로 수납하는 단계를 수행한다.
만일 터치신호를 검출하고 검출된 신호를 연산하는데 필요한 절대적인 시간이 40us라고 가정할 때 공통전압의 duration이 40us이내면 터치 검출은 공통전압에 동기시켜 공통전압의 rising edge나 falling edge를 회피하여 터치 신호를 검출하는 것이 불가능하게 된다. 이처럼 공통전압의 duty가 터치 신호 연산에 필요한 시간보다 작은 경우에는, 복수의 공통전압의 duty를 사용하면 된다. 예를 들어 공통전압의 하이 및 로우구간의 duration이 각 30us이고 터치 신호 연산에 필요한 시간이 40us라고 가정하면, 터치 검출부(14)는 공통전압의 rising edge와 falling edge를 검출하여 하나의 신호만 출력을 하고 이에 동기하여 터치 신호를 연산할 수 있다. 또는 TDI(30)는 검출된 두개의 공통전압 신호 중 하나에 동기하여 터치 신호 연산에 필요한 신호들을 생성할 수도 있다.
공통전압의 duration이 너무 길어서 터치 신호 연산에 필요한 시간의 복수배가 되는 경우도 발생할 수 있다. 예컨대 공통전압의 duration은 100us이며 터치 연산에 필요한 시간은 40us인 경우이다. 이러한 경우에는 하나의 공통전압에서 복수회의 터치연산을 시행하여 set로 터치좌표를 보고하는 report time을 더욱 빨리 할 수 있고, 이는 touch의 반응속도를 빨리하는 수단이 된다. 이처럼 복수개의 공통전압에 한번의 터치신호를 연산할지 아니면, 한번의 공통전압 기간내에 복수회의 터치 신호를 연산할지를 결정하는 수단이 TDI(30)에 구비되어야 하며 이는 레지스터나 메모리로 구현될 수 있다.
전술한 구성에 의하여 공통 전압의 duration과 터치 연산 필요 시간에 기초하여 효율적인 터치 검출 연산의 타이밍을 결정할 수 있다.
공통전압의 rising edge나 falling edge시 유도되는 D/B에 의한 전압은 <수식7> 및 <수식8>로 표현되며, 이러한 신호는 <수식1>과 <수식2>로 표시되고 드라이빙 커패시터에 인가되는 드라이빙전압에 의해 검출된 전압에 영향을 미치므로 공통전압의 rising edge나 falling edge가 발생되는 시점을 회피하여 터치신호인 D/B 현상에 의한 전압을 검출해야 한다.
만일 <수식1>이나 <수식2>를 이용한 검출이 완료 된 상태에서 공통전압을 이용한 D/B 현상인 <수식7>이나 <수식8>에 의한 전압의 왜곡은, <수식7>이나 <수식8>에서" Vpre_com" 항(term)이 <수식1>이나 <수식2>에서 검출된 전압인 △Vsensor가 된다. 즉, 드라이빙 커패시터를 이용한 D/B 전압검출방법인 <수식1>이나 <수식2>에 따른 전압이 검출된 후 (아직 P점은 Hi-z 상태임), 공통전압에 의한 교번이 발생하면 <수식7>이나 <수식8>에 따른 전압이 검출되는 바, 이때 <수식7>이나 <수식8>의 “Vpre_com"은 이미 <수식1> 이나 <수식2>에 의한 검출전압이 된다는 의미이다. 이러한 실시예는 도 16의 영역8과 영역9의 실시예에서 설명하였다. 따라서, 공통전압의 rising edge나 falling edge 또는 공통전압에서 발생하는 noise에 의한 터치신호의 왜곡을 방지하기 위해서는 공통전압에서 신호의 크기가 변하는 변곡점을 회피하여 터치신호를 검출하여야 한다.
도 22는 검출된 공통전압에 동기하여 터치신호를 검출하는 방법에 관한 실시예이다. 도 22를 참조하면, “검출된 공통전압”은 도 17의 실시예의 공통전압 검출부(15)에서 검출된 공통전압이며, "Vg"는 도 11의 실시예에서 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 인가되는 전압으로서, 하이상태에서 충전수단(12)으로 사용된 스위칭소자는 턴 온 되며 로우 상태에서 충전수단(12)으로 사용된 스위칭소자는 턴 오프 된다. “sel_pretime"은 Vg의 하이 시간을 결정한다. “Vdrv"는 도 11의 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 인가되는 드라이빙전압이며, Vg의 falling edge에 동기하여 Vdrv가 하이로 되는 시간을 "sel_drvdly"로 정의한다.
도 22에서 검출된 공통전압의 하이구간인 t1과 로우구간인 t2의 시간은 서로 다르게 표시되었으나, 서로 동일할 수도 있으며 t2가 t1보다 더 긴 시간일수 있다.
영역1은 공통전압의 rising edge에서 터치신호를 검출하는 영역이며 영역2는 공통전압의 falling edge에서 터치신호를 검출하는 영역이다. 영역1이나 영역2에서 검출된 공통전압의 edge부를 회피하여 터치를 검출하게 되며, 터치를 검출하기 위해 먼저 충전수단(12)을 턴 온하여 도 11의 P점에 접속된 모든 커패시터에 충전전압을 공급하여 커패시터들을 충전시킨다. 후술하겠지만, 터치스크린패널(50)에는 수십개에서 수백개의 터치패드(10)가 센서신호선(22)을 이용하여 TDI에 접속되므로 센서신호선(22)의 길이가 길어지면 저항이 증가하게 된다. 따라서, 터치스크린패널(50)에 위치하는 터치패드(50)의 위치별로 충전시간을 달리할 필요가 있다. 이로 인해, 충전수단(12)의 충전시간을 결정하는 도 22의 ”sel_pretime"은 가변적이어야 하며 TDI 내부에는 이를 가변하기 위한 수단을 갖는다. 예를 들어 “sel_pretime"은 1ns부터 1000ms이내의 범위의 값을 선택할 수 있어야 하며 이는 TDI 내부의 register로 결정된다.
일 실시예로 01번 register에는 10us가 할당되어 있으며 0A번 register에는 100ms가 할당되어있을 수 있다. 이는 레지스터 할당에 관한 일 실시예이며 더 많은 레지스터에 다양한 충전시간이 일대일로 할당된다.
전술한 실시예에 따라 매트릭스 형태로 형성된 터치패드와 TDI(30)와의 거리에 기초하여 가변적으로 충전 시간을 결정할 수 있어, 정확한 터치 검출이 가능하게 된다.
영역1이나 영역2에서 충전전압을 인가할 때, 공통전압의 전압변환부인 rising edge 또는 falling edge를 회피하여 인가하는 것이 바람직하다. 왜냐하면, 도 22의 실시예에서 검출된 공통전압은 이상적인 경우를 가정하여 아무런 노이즈가 없는 경우이지만, 산업적인 용도로 실제로 공통전압을 검출하는 경우에는 전압변곡부에 노이즈가 인가되어 어느정도 지속되는 경우가 있으므로 이를 회피하기 위한 수단으로 공통전압이 검출된 후 소정의 시간 이후부터 충전전압을 인가하는 것이 바람직하다.
도 23은 실제로 검출된 공통전압의 예로서, rising edge 및 falling edge의 초반부에는 선형적이지 않으므로, 비선형구간에서 터치신호를 검출하게 되면 터치신호에 왜곡이 발생하게 된다. 따라서 이러한 비선형 영역을 회피하기 위하여 ”sen_hi_dly" 또는 “sen_lo_dly"로 설정된 시간이 경과한 후에 충전전압을 인가하고 터치 신호를 검출한다. ”sen_hi_dly"는 URL 보다 높은 공통전압이 검출된 시점에 동기된 delay 시점이고 “sen_lo_dly"는 LRL보다 낮은 공통전압이 검출된 시점에 동기된 delay 시점이다.
이때 충전전압을 턴 온 하는 시간은 공통전압의 비선형영역의 일부영역에서 이루어져도 무방하다. 왜냐하면, 공통전압의 비선형영역에서 충전이 이루어지면 공통전압의 교번에 의한 D/B 현상에 의한 전압의 흔들림이 발생하지 않으며 충전이 완료되는 시점에 공통전압의 선형영역이 출력되고 있으면 공통전압으로 인한 전압의 흔들림이 발생하지 않기 때문이다.
다시 도 23을 참조하면, 공통전압의 하이구간에서의 비선형구간과 로우 구간에서의 비선형구간의 duration이 서로 다르다. 이처럼 공통전압이 하이인 구간과 로우인 구간에서의 서로 다른 비선형 영역을 회피하기 위해서 하이구간을 회피하는 시간인 “sen_hi_dly"와 로우구간을 회피하는 시간인 ”sen_lo_dly"의 설정을 각 각 달리할 필요가 있다. TDI(30)는 이 두 시간을 설정할 수 있는 수단을 가지며, 일 실시예로 이러한 수단은 TDI 내부의 레지스터로 결정될 수 있다.
다시 도 22를 참조하면, 영역2는 공통전압의 falling edge에 동기하여 터치신호를 검출하는 신호를 생성하는 영역이다. 공통전압이 하이에서 로우로 변할 때 이를 기점으로 일정시간 지연되고 있으며 이는 "sen_lo_dly"로 이루어 진다. 한편, 도 22의 “Vdrv"는 충전수단(12)이 턴 온 되어 도 11의 P점의 전위를 충전전압으로 형성한 후 충전수단(12)이 턴 오프 되는 시점에 동기하여 로우에서 하이로 상태가 변하고 있다. 이러한 상태변화에 의해 <수식1>이나 <수식2>를 통해 터치신호를 검출할 수 있음은 전술한 바와 같다.
본 발명의 실시예에서는 Vdrv가 로우에서 하이로 변할 때 발생하는 전압의 변화를 검출하는것을 실시예로 하였으나 이는 일실시예일 뿐이며 하이에서 로우로 변경될 때에도 터치 신호를 검출할 수 있다. 또한 Vdrv의 레벨이 변경되는 동기 시점은 공통전압일수도 있으며 충전수단(12)을 턴 온하는 시점일수도 있다.
도 22에서, 충전이 완료된 후 Vdrv를 인가하는 시간이 길어지면, Vdrv의 입력을 기다리는 시간동안 노이즈가 입력되어 도 11의 P점의 전위를 변화시킬 가능성이 있다. 이를 회피하기 위하, 드라이빙 전압인 Vdrv를 신속히 인가하는 것이 필요하나, 충전수단(12)에 사용된 스위칭소자가 완전히 턴 오프된 이후에 Vdrv가 인가되어야 하므로, Vdrv를 인가하는 시간을 가변적으로(Variable)하여 테스트를 통해 적절한 시간을 찾을 수 있다. 따라서 TDI(30)는 Vdrv를 인가하는 시간을 가변할 수 있는 수단을 갖는다. 일 실시예로, Vdrv 인가 시간은 충전수단(12)의 온/오프 제어단자에 입력되는 제어전압인 Vg의 전압레벨 변화에 의해 충전수단이 턴 오프될 때, Vg 전압레벨이 변화되는 것에 동기하여 1ns 내지 100ms정도에서 선택될 수 있도록 한다. 이러한 수단의 실시예로 레지스터가 사용되며 레지스터의 처음 값은 1 ns의 시간을 가지며 마지막 값은 100ms를 갖게 될 것이다.
또한 전술한 바와 같이 Vdrv를 인가하는 시점은 Vg의 하이나 로우에 동기될 수도 있지만, 공통전압의 변환부일수도 있으며 TDI의 타이머나 인터럽트에 의해서도 Vdrv를 인가할 수 있다.
드라이빙 전압인 Vdrv가 인가되면 D/B에 의한 전압이 형성되고 이는 터치검출부(14)에서 검출된다. 이때, 전술한 바와 같이 터치스크린패널(50)의 위치별로 센서신호선(22)에 의한 저항값이 다르므로 Vdrv가 인가될 때 D/B에 의한 전압이 형성되는 시간은 센서신호선(22)에 의해 형성된 저항값에 따라 다르게 나타난다. 예를 들어, TDI와 가장 멀리 떨어진 터치패드(10)는 수백 Kohm의 저항값을 가지며 TDI와 인접한 터치패드(10)의 저항은 수십 Kohm 정도 될 것이다. 왜나햐면, 후술하겠지만, 터치패드(10)는 투명도전체인 ITO나 IZO, 또는 CNT등이 사용되는데 이들의 면저항(sheet resistance)이 수백 오옴 정도 되므로, 7인치급 표시장치에 사용되는 터치스크린패널(50)의 가장 먼거리인 9Cm 정도의 거리에 약 50um의 선폭으로 센서신호선(22)을 형성하면 계산에 의해 수백 Kohm의 저항값이 도출된다. 이처럼 터치패드(10)의 저항이나 센서신호선(22)에 형성된 커패시터등에 의해 D/B에 의한 전압의 변화가 완성되는 시점이 다르므로 Vdrv가 인가된 후 전압을 검출하는 시점은 가변적이어야 한다. 따라서 TDI에는 Vdrv인가 이후 전압을 검출하는 시간을 가변할 수 있는 수단을 갖는다.
도 22의 “검출시작”은 이러한 전압 검출 시점을 예시한 것이며 공통전압의 변곡부나 Vg에 동기되어 1ns부터 100ms 정도의 가변폭을 갖는다. 가변은 레지스터로 이루어 질 수 있으며 복수개의 레지스터에 복수개의 시간이 일대일로 매핑(Mapping)된다.
한편, <수식1>이나 <수식2>를 참조하면 D/B에 의한 검출전압은 (Vh-Vl)에 비례하는데, 이는 Vdrv의 전압 변동폭이다. 만일 Vdrv가 0V에서 5V로 변경될 때 대비 0V에서 2.5V로 변경될 때의 검출전압은 50% 수준으로 떨어지게 된다. 따라서 Vdrv의 전압진폭을 적절히 조정하면 D/B에 의한 검출전압의 크기를 조정하는 것이 가능하다. 이러한 작용은 TDI(30) 내부에 포함된 전원부나 TDI(30)외부에서 공급되는 전원에 의해 이루어 질 수 있다. 만일 TDI(30) 내부의 전원을 사용하는 경우에 있어서는 TDI에 포함된 레지스터 설정값을 변경함으로 인해 Vdrv의 크기가 변경된다.
도 24는 TDI에 포함된 레지스터의 설정에 따라 Vdrv의 크기가 변하는 실시예이다. 도 24를 참조하면, 레지스터 00h 번지를 선택하면 Vdrv의 전압은 2V가 되며 07h번지의 register address를 선택하면 Vdrv는 16V가 된다.
이와 같이, 전술한 일 실시예에 따른 터치 검출 장치는 드라이빙 전압(Vdrv)를 가변시켜, 터치 감도와 관련된 검출 전압의 크기를 조정하는 것이 가능하다.
도 25는 본 발명의 터치스크린패널의 일 실시예를 보인 구성도이다. 도 25는 도 10이나 도 11과 같은 터치 검출수단을 적용한 실시예로서, 터치패드(10)가 도트 매트릭스 형태로 배열된 예를 보인 것이다.
도 25의 하단에는 TDI(30)의 구성이 도시되어 있다. TDI(30)는 구동부(31)와, 터치검출부(14)와, 타이밍 제어부(33)와, 신호처리부(35)와, 메모리부(28)와, 공통전압 검출부(15)와 전원부(47)와 통신부(46)로 구성되며, 그 밖에 CPU(40)를 더 구비할 수 있다. CPU(40)는 연산기능를 가진 마이크로 프로세서이며 TDI(30)의 외부에 위치할 수도 있다.
터치스크린패널(50)에는 터치패드(10) 및 센서신호선(22)이 패터닝되어 형성된다. 터치패드(10)는 투명도전체인 ITO나 IZO 또는 CNT(Carbon Nano Tube)등으로 만들어 지며 사각형, 원형, 삼각형, Star형 또는 플렉탈 구성 등 형상에 제한이 없다. 터치패드(10)와 센서신호선(22)은 동일한 소자로 형성되며 터치패드(10)가 ITO로 형성되면 센서신호선(22)도 ITO로 형성된다. 이러한 방법은 한장의 마스크로 터치패드(10) 및 센서신호선(22)을 패터닝할 수 있게 하고, 한장의 마스크에 의해 하나의 layer (Single Layer)로 본 발명의 터치스크린패널(50)을 제조할 수 있게 한다.
Single layer를 사용하는 본 발명의 터치스크린패널(50)은, 터치패드(10)나 센서신호선(22)의 상측이나 하측으로 또 다른 터치패드(10)나 센서신호선(22)이 지나가지 않으므로, 터치스크린패널(50)의 두께를 감소시키며 투과율을 향상시키고 수율향상에 의해 원가를 절감하는 효과가 있다.
도 26a 내지 도 26c는 본 발명에 따른 터치패드(10)의 다양한 구성에 관한 실시예이다. 도 26a 내지 도 26c를 참조하면. 26a는 삼각형이 서로 마주보는 형태로 되어 있으며 26b는 화살표가 서로 정합되어 있으며 26c는 반달(Half Moon)이 서로 정합되어 있는 형상이다. 이러한 형상은 도 26a처럼 사선으로 형성된 복수의 터치패드가 대향하고 있을 때 터치패드인 10c와 10d의 면적 관계를 이용하여 터치좌표를 추출하는 것이 가능하다.
예를 들면, 터치수단이 10c와 10d로 이루어진 사각형의 중심부에 위치하면, 10c에서 얻어진 면적정보와 10d에서 얻어진 면적정보는 동일하므로 터치수단이 사각형의 중심부에 위치하고 있다는 것을 알 수 있다. 또한 터치수단이 10c 면적의 20%를 점유하고 10d 면적의 80%를 점유하면 사각형의 상단부에 위치한다는 것을 알 수 있으며 상단부로 부터 20%정도 하측에 위치한다는 것을 계산할 수 있다. 이처럼 26b와 26c과 같이, 인접한 복수개의 터치패드(10)에 터치수단이 접촉되는 경우 상호간의 면적비로 터치수단의 위치를 검출하는 것이 가능하다. 도 26에서 예시한 상호 연관성을 가지는 터치패드(10)의 조합은 일 실시예이며, 별모양에 의한 조합, 나뭇잎 모양에 의한 조합 등 다양한 형태로 구성할 수 있다.
도 27은 본 발명의 실시예와 대비되는 종래 기술로서, 한국 공개특허 10-2010-0021112의 도면 5에 도시된 터치스크린패널(50)의 실시예이다. 도 27의 실시예는 본 발명실시예인 도26a와 대별되는데, 도 27의 기술은 터치패드(도 27의 522,524,526,528, 도 26a의 10)의 좌우로 센서신호선(22)이 지나가지 않고 센서신호선(540)은 터치스크린패널의 상하로만 배선되어 있다. 이러한 기법은 터치패드(도 27의 522,524,526,528, 도 26a의 10) 좌우의 폭을 좁게 하여 정확한 터치좌표 검출을 가능하게 하나 터치패드의 갯수에 제한이 따르게 된다. 한편, 터치 검출 감도가 좋은 경우에는, 도 26a와 같이 터치패드(10)의 좌우로 센서신호선(22)이 배선되어 터치패드의 간격이 넓어져도 터치 신호의 검출이 가능하며 도 27의 실시예에 비해 더 많은 수의 터치패드를 설치할 수 있으므로 터치 좌표를 더욱 정밀하게 검출할 수 있다.
도 28은 종래기술과 대비되는 종래 기술의 실시예로서 터치패드(10)의 상하로 센서신호선(22)을 배선하는 기술이다. 도 28을 참조하면, 도 28의 센서신호선(22)은 터치패드(10)의 상하로 배치되며 좌측의 센서신호선(22)은 터치스크린패널의 좌측에 모두 집결되고 우측의 센서 신호선(22)는 터치스크린패널(50)의 우측에 모두 집결된다. 이러한 연결법은 터치스크린패널(50)의 좌우에 집적된 신호선이 많아지므로 터치스크린패널(50)의 좌우 영역이 넓어져서 제품의 상품성이 저하된다는 단점이 있다. 이에 반해 도 25와 같은 본 발명의 실시예는, 터치스크린패널(50)의 좌우에 센서신호선(22)이 집적되지 않으므로 터치스크린패널(50)의 좌우영역을 좁게 할수 있으므로 터치스크린패널(50)을 narrow bezel type으로 할 수 있으므로 상품성이 높아지는 장점이 있다.
한편, 도 28과 같은 기술은 제일 상단에 위치한 터치패드에서 발원되어 TDI(30)와 접속되는 배선의 길이는 상당히 길어지므로 저항이 증가하게 되어 터치패드(10)와 센서신호선(22)을 모두 ITO와 같은 투명 도전체로 형성하는 것은 불가능하다. 따라서, 터치스크린패널(50)의 좌우로 배치된 센서신호선(22)은 금속계열의 구리나 은(Ag)등으로 형성되며, 이는 터치패드(10)를 패터닝하는 process와는 별도의 추가 공정을 사용해야 한다는 것을 의미하므로 제조원가가 상승하고 수율이 저하된다는 문제가 있다.
다시 도 25를 참조하면, 구동부(31)에는 도 11의 실시예와 같이 충전수단(12) 및 드라이빙 커패시터(Cdrv)가 포함된다. 또한 도 17이나 도 19같은 공통전압검출회로가 존재한다. <수식1>이나 <수식2>를 참조하면 Cdrv의 크기에 의해 검출전압의 크기에 차이가 발생하므로 TDI 내부에는 Cdrv의 크기를 변경할 수 있는 수단을 구비해야 한다. Cdrv가 클수록 검출전압의 크기가 커지며 이는 검출감도가 좋은 것을 의미한다. 그러나 Cdrv가 너무 커지면 TDI의 부피가 증가하게 되고 이는 TDI의 가격상승을 유발하는 요인이 되므로 적절한 크기로 설계되어야 한다. Cdrv의 크기를 조절하기 위해 TDI 내부에는 이를 위한 레지스터가 설치된다. 레지스터는 복수개의 어드레스(Address)를 가지며 각 어드레스에는 서로 다른 Cdrv 값이 mapping 되어 있다. 선택된 레지스터의 값에 해당되는 Cdrv가 터치검출부(14)에 포함된 터치신호 검출회로에 연결된다.
도 25의 실시예에서 터치패드(10)는 5(가로) x 7(세로)인 35개로 구성되어 있으며 표시장치의 A/A의 상명에 위치할 때 A/A를 35개의 터치영역으로 나눈다. 이는 단지 일 실시예이며, 실제 터치스크린패널(50)에는 100개 이상의 터치패드(10)가 설치될 수 있다. TDI(30)의 구동부(31)에 이처럼 많은 터치패드(10)에 일대일로 대응되는 도 11과 같은 검출회로부(14)가 존재하게 되면 TDI의 면적이 넓어져서 가격 상승 요인이 된다. 따라서 구동부에는 소량의 검출회로부(14)를 설치하고, 시분할 방법으로 터치패드(10)를 멀티플렉싱하여 터치신호를 검출할 수 있다.
예를 들어, 구동부(31)에는 도 11에 표시된 검출회로부(14)가 하나 설치된다. 충전수단(12)과 검출회로부(14) 및 이와 접속된 커패시터들로 연결된 터치신호 검출회로에는 순차적으로 터치패드(10)가 하나씩 멀티플렉싱되어 접속된다. 즉, 터치신호 검출회로부는 하나지만 터치패드(10)는 35개이므로, 35개의 입력을 가지면서 35개의 입력 그 중에 하나를 선택하여 검출회로에 연결하는 멀티플렉서가 설계되어야 한다.
또 다른 실시예로, 구동부(31)에는 복수개의 터치신호 검출회로부(14)가 설치된다. 단, 복수개의 터치신호 검출회로부(14)는 터치패드(10)의 개수보다는 적은 수가 설치되며, 도 25가 실시예에서는 5개나 7개가 설치된다. 5개가 설치된 경우에는 가로방향으로 설치된 5개의 터치패드(10)에 일대일로 대응하여 동시에 5개의 터치패드(10)의 터치신호검출이 가능하므로, 7회의 스캔으로 35개의 모든 터치패드(10)의 터치신호 검출이 가능하다. 또한 7개의 검출회로부(14)가 사용되면, 세로방향으로 구획된 7개의 터치패드(10)를 1회의 스캔에 대해 터치신호 검출이 가능하므로 세로방향으로 5회의 스캔으로 35개 터치패드(10)의 신호검출이 가능하게 된다.
터치패드(10)는 터치신호를 검출하기 위해 사용되기도 하나 공통전압을 검출하기 위해 사용되기도 한다. 예를 들어 도 25에서 가로방향으로 6번째 라인의 첫번째 터치패드(사선처리)는, 첫번째 라인부터 5번째 라인까지 포함된 터치패드(10)에서 터치신호가 검출되고 있을 시, 아직 자신은 터치를 검출할 순번이 아니므로 공통전압 검출회로부에 접속되어 공통전압을 검출하게 된다. 만일 5번째 라인까지 터치 검출이 완료되어 자신이 터치를 검출할 순번이 되면, 공통전압 검출을 위한 터치패드(10)는 이미 터치검출이 완료된 터치패드(10)나 아직 터치검출이 시행되지 않고 있는 터치패드(10)가 사용된다. 신호처리부(35)는 구동부의 MUX를 제어하여 터치패드(10)가 도 11로 대별되는 터치검출회로에 접속될 지 아니면 도 17로 대별되는 공통전압 검출회로에 접속될지를 결정하고, 필요한 제어신호를 구동부(31)로 전송한다. 구동부(31)는 신호처리부(35)로 부터 전송받은 신호에 따라 터치패드(10)를 터치검출회로부나 공통전압 검출회로부로 접속한다. 이때, 공통전압 검출회로부는 하나 또는 복수개 사용되며 복수개의 공통전압 검출회로부에는 서로 다른 복수개의 터치패드(10)가 접속되어 공통전압을 검출하기 위해 사용된다.
터치패드(10)로부터 발원하여 TDI(30)에 접속되는 센서신호선(22)은 가급적 저항을 낮추는게 바람직하다. 이를 위해, 도 25에 도시한 바와 같이, 터치패드(10)의 5시방향 모서리에 센서신호선(22)을 연결하여 터치패드(10)와 TDI의 접속경로가 최단거리가 되게 할 수 있다. 터치패드(10)의 5시방향은 터치패드(10)와 TDI의 경로가 최소화 되는 경로이며, 도 25와 동일한 터치패드(10)의 구성에서 TDI(30)가 상측에 위치하면 센서신호선(22)은 터치패드(10)의 11시나 2시방향에 위치한 모서리부 근처에서 발원하여 TDI(30)와 연결될 것이다.
또한, 터치패드(10)가 TDI(30)와 멀리 떨어질수록 센서신호선(22)에 의한 저항이나 센서신호선(22)에서 검출되는 기생 커패시턴스는 커지므로, 거리가 멀수록 센서신호선(22)의 선폭을 넓게 하여 저항의 크기를 줄이고 센서신호선(22)과 센서신호선(22) 사이의 공간은 넓게 하여 Cp를 줄일 수 있다. 즉, 본 발명의 일 실시예에 따르면, 터치패드(10)와 TDI(30)와의 거리에 기초하여 센서 신호선(22)의 폭을 상이하게 설정하여, 터치 패드(10)의 위치에 따른 터치 검출의 열화를 방지할 수 있다.
터치검출부(14)는 전술한 바와 같이 D/B에 의한 전압을 검출하고 이를 증폭하며 ADC변환부(14-5, 또는 ADC로 명명)로 출력한다. 터치검출부(14)에 포함된 ADC(14-5)는 하나가 사용되기도 하며 복수개가 사용되기도 한다. 많은 ADC(14-5)가 사용될수록 검출된 아날로그양의 신호를 디지털로 환산하는 시간이 단축된다는 장점이 있다. 그러나 ADC(14-5)가 많아질수록 소비전류가 증가하고 TDI(30)의 면적이 증가하여 원가가 상승되는 요인이 되므로, set로의 report time을 고려하여 적절한 개수가 선택되어야 한다. 터치검출부(14) 내부에는 DAC(14-3)도 포함되어 있다. DAC(14-3)는 후술하게될 차동증폭기의 구성에서 차동증폭기에 인가되는 기준신호로 사용되며 각 터치패드(10)에서 검출된 전압을 보정(Calibration)하는 역할을 한다.
타이밍제어부(33)는 TDI에서 필요한 서로다른 복수개의 클럭(Clock)을 생성하는 역할을 한다. 예를 들어 CPU(40)을 동작시키기 위해서는 클럭이 필요하며, ADC를 동작시키거나 구동부(31)의 멀티플렉서를 순차적으로 동작시키기 위해서도 클럭이 필요하다. 이처럼 각 기능별로 필요한 클럭은 여러개의 종류가 있으며 타이밍제어부(33)는 이러한 복수개의 다양한 클럭을 생성하여 공급한다.
공통전압검출부(15)는 앞에서 설명하였으므로 상세한 설명을 생략한다.
신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 CPU(40)로 전달하거나, 통신부(46)를 제어하여 ADC 값을 I2C나 SPI 신호선을 통해 TDI(30) 외부로 전송하거나, 터치검출부(35)나 구동부등 TDI(30) 내부의 모든 기능별 요소에서 필요로 하는 신호를 생성하여 공급한다. 기능별요소 또는 기능별 block은 도 25에 표시된 각 기능을 일컫는 말이다. 예컨대, 현재 TDI 내부에는 기능별 블럭이 9개 포함되어 있으며 CPU(40)은 그중의 하나이다. 신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 메모리부(28)에 수납하기도 하며 필요한 연산을 시행하기도 한다. 예를 들어 신호처리부(35)는 터치검출부(14)에서 생성된 ADC 값을 참조하여 터치패드(10)와 접촉수단의 터치로 인한 터치면적을 연산할 수도 있으며, 또한 ADC 값이나 연산된 면적값을 이용하여 터치좌표를 연산할 수도 있다. 도 14b를 참조하면, 손가락(25)에 의해 15개의 터치패드(10)에서 터치가 감지되었고 각 터치패드(10)마다 손가락과의 대향면적이 발생한다. 이때 터치좌표는 15개로 이루어진 면적의 무게중심이므로 면적과 터치좌표는 서로 다른 개념이다.
메모리부(28)에는 Flash memory나 E2PROM 또는 SRAM 또는 DRAM으로 구성되어 있다. Flash memory나 E2PROM에는 factory cal.의 결과값이나 레지스터값 또는 CPU(40)을 동작시키는데 필요한 프로그램이 저장된다. 만일 도 25에서 5x7로 구성된 터치패드(10)들의 집합을 프레임(frame)이라고 정의하면, 하나의 frame에 포함된 터치패드(10)들의 검출전압 값이 포함된 메모리를 frame memory라고 할 수 있다. 프레임을 여러번 센싱해서 이들의 평균이나 필터를 써서 터치 신호를 검출하려고 하면 복수개의 frame memory가 필요하게 된다. 만일 10bit나 12bit 또는 14bit의 ADC를 사용하여 터치신호를 검출할 시, ADC의 분해능이 높아질수록 frame memory의 size가 증가하므로 처음 검출되어 첫번째 frame memory에 저장된 데이터를 기준으로 하여 증분(처음 값과 두번째 값과의 차이)만 저장하면 메모리 size를 줄이는데 도움이 될 것이다.
한편, 메모리부(28)에는 라인(Line) 메모리도 필요할 수 있다. 예컨대, 도 25의 실시예에서 가로방향으로 구획된 5개의 터치패드(10) 또는 세로방향의 7개의 터치패드(10)를 동시에 검출하는 경우 5개나 7개의 터치신호를 저장할 수 있는 line memory가 필요하다. 만일 라인을 복수회 스캔하여 검출된 터치데이터를 이용하여 평균을 취하거나 필터를 사용하려 할 시 복수개의 라인 메모리가 필요하게 된다. 이러한 라인 메모리는 프레임 메모리보다 용량이 작으므로 프레임 메모리를 사용하는 것보다 라인 메모리를 사용하는 것이 메모리 크기를 줄이는데 더 효율 적이다.
CPU(40)는 신호처리부(35)와 기능이 많이 겹친다. 따라서 CPU(40)는 TDI(30)에 포함되지 않거나 TDI(30) 외부에 위치할 수 있다. CPU(40)와 신호처리부(35)가 동시에 사용되면 하나는 사용되지 않을 수 있다.
CPU는 신호처리부(35)가 하는 대부분의 역할을 할 수 있으며, 터치좌표를 추출하거나 줌(zoom), 회전(rotation), 이동(move)등의 제스쳐를 시행하거나 여러가지 기능(Function)을 수행한다. 기능(function)은 “palm rejection”이나 도 15에서 설명한 스마트 그립(Smart grip)등이 있을 수 있다. 또한, 터치입력의 면적을 연산하여 주밍 신호를 생성하거나, 터치입력의 강도를 산출하거나, 키패드 같은 GUI 객체가 동시에 터치된 경우 사용자가 원하는(예를 들어, 면적이 많이 검출된) GUI 객체만을 유효한 입력으로 인식하는 등 다양한 형태로 데이터를 가공하여 TDI(30) 내부에서 사용하거나 통신선을 이용하여 외부로 전송할 수 있다.
CPU(40)를 통제하기 위한 프로그램은 메모리부(28)에 설치되며 수정사항이 발생할 시 새로운 프로그램으로 대체가능하다. 새로운 프로그램은 통신부(46)에 포함된 통신버스, 예를 들어 I2C나 SPI나 USB 등의 serial 통신이나 CPU Interface(이하 I/F)등의 parallel 통신을 이용하여 시행된다. CPU(40)는 라인 메모리나 프레임 메모리에 저장된 복수의 신호검출값들을 호출하여 평균을 구하거나 필터를 사용하여 안정된 값을 추출한다. 메모리에 저장된 값은 ADC 값이나 면적값이다.
통신부(46)는 TDI(30)외부로 필요한 정보를 출력하거나 TDI(30)외부에서 제공하는 정보를 TDI 내부로 입력하는 기능을 수행한다. 통신부에는 I2C나 SPI등의 serial 통신이나 CPU Interface등의 Parallel I/F가 사용된다.
도 10내지 도 11에 도시한 바와 같이, P점의 전압은 터치검출부(14)의 ADC 변환부(14-3)에서 ADC값으로 변환되며, ADC로 변환되기 이전에 증폭기(14-2)에서 증폭되는 것이 바람직하다.
증폭기로는 반전증폭기, 비반전증폭기, 차동증폭기, Instrument 증폭기 등 다양한 형태의 모든 증폭기가 사용될 수 있다. <수식1>과 <수식2>를 참조하면, 터치신호를 검출한다는 의미는 수식의 분모에 Ct가 추가 되었을 때의 <수식2>의 결과와 Ct가 없는 상태에서 계산된 <수식1>의 결과와의 차이를 검출한다는 의미이다. 예를 들어, <수식1>은 항상 일정한 값이며 이 값을 4V라고 가정하자. <수식2>에는 분모에 Ct가 포함되었으므로 4V보다 클 수는 없으며 항상 4V와 같거나 4V보다 낮다. 이러한 Ct의 차이에 의해 <수식1>과 <수식2>에서 발행하는 미소한 차이를 검출하는 데는 차동증폭기가 사용될 수 있으며, 도 29는 본 발명에 사용될 차동증폭기의 일 실시예이다. 도 29의 차동증폭기는 본 발명의 일 실시예이며 전술한 다양한 증폭기가 사용될 수 있음은 물론이다.
도 29를 참조하면, 차동증폭기에는 두개의 입력단자가 있으며 각 입력단자에는 Vp와 Vref가 입력되고 있다. Vp는 도 11의 P점의 전위이며 Vref는 기준전압이다. 차동증폭기는 저항이나 커패시터를 이용하여 증폭 게인(Gain, 이하 게인)을 설정할 수 있으며, 차동증폭기의 출력전압은 도 29의 우측에 보여지는 수식에 따라 결정된다. 도 29의 차동증폭기는 단지 하나의 소자만을 표시한 것은 아니며 기능적으로 차동증폭기임을 표시한다. 따라서 도 29로 표시된 차동증폭기 내부에는 복수개의 증폭기가 사용되어질 수 있으며 이러한 증폭기는 서로 직렬로 연결되거나 병렬로 연결되고, Vp나 Vref는 도 29의 차동증폭기 내부에 포함된 또 다른 증폭기의 입력단에 연결될 수 있다.
또한 도 29에는 도시하지 않았으나 다른 신호나 다른 기준전압(Vref)이 인가될 수도 있다. 또한 Gain은 하나의 증폭기에서 설정될 수도 있으며, 복수의 증폭기에서 설정될 수도 있다. 예를 들어, Gain이 12인 경우, Gain이 12인 증폭기를 한번 통과하면 Gain은 12로 설정이 되고 Gain이 4인 증폭기를 거친 신호가 Gain이 3인 증폭기를 통과해도 12의 Gain을 형성하는 것이 가능하다. 또한 Gain이 2인 증폭기를 두번 통과하고 Gain이 3인 증폭기를 한번 더 통과해도 전체 Gain은 12가 된다.
본 발명의 실시예에 따른 차동증폭기의 Gain은 다양한 배수의 Gain을 갖고 있는 것이 바람직하다. 왜냐하면, <수식1>이나 <수식2>에서 검출된 전압의 크기는 터치패드(10)의 면적이나 터치스크린패널(50)의 구조에 따라 다양하므로, 검출된 전압의 크기가 너무 작으면 이를 많이 증폭해줘야 하고 검출전압의 크기가 너무 크면 증폭량이 작아야 하기 때문이다. 따라서 TDI(30)는 Gain을 설정할 수 있는 수단을 갖는 것이 바람직하다. Gain 설정은 Register나 메모리부(28)에 설정할 수 있으며 설정된 값을 참조하여 회로를 변경하거나 회로 변경에 관한 제어를 실시하여 Gain 설정을 변경할 수 있다.
도 29의 Vp는 Buffer(14-1)를 통하여 차동증폭기에 연결되거나 직접 차동증폭기에 연결 된다.
Vref는 전원부(47)에서 생성된다. 도 29에서 양(Plus)의 극성을 출력하는 Vout의 경우에 차동증폭기의 입력단에 접속된 Vref와 Vp의 극성에 대비하여 차동증폭기의 입력단에 접속되는 Vref와 Vp의 극성을 반대로 접속하면 차동증폭기의 출력은 음(Minus)의 전압이 출력된다. 만일 TDI가 양의 전압만을 사용하는 경우라면, 차동증폭기의 출력이 음의 전압이 출력되어야 하는 경우 Vout에는 음의 출력이 생성되지 않으므로 검출오류가 발생하게 된다. 따라서, 검출오류가 발생하지 않는 조치가 필요하며 이는 후술하기로 한다.
도 29의 수식과 <수식1> 및 <수식2>를 참조하면, Vdrv가 로우에서 하이로 변하며 Cdrv에 인가되는 경우, <수식1>에서 검출된 전압의 크기는 <수식2>에서 검출된 전압보다 같거나 크다. 일 실시예로, <수식1>의 결과값이 4V이며 <수식2>의 결과값이 3.8V라고 가정하면 <수식1>과 <수식2>의 차이는 0.2V이다. 따라서 Vref를 4V로 설정하고 Gain을 10으로 설정하면, 도 29의 Vout은, Vp가 <수식1>을 따를 때,(즉, 터치가 안되었을 때는), Vout= {10*(4-4)}=0이 되어 0V가 출력되고, Vp가 <수식2>를 따를 때,(즉, 터치가 되었을 때는), Vout={10*(4-3.8)}=2V이다. 이처럼 Vref의 크기에 따라서 차동증폭기에서는 <수식1>과 <수식2> 차이만을 추출하는 것이 가능하게 된다. 이때 기준전압(Vref)는 <수식1>의 결과인 4V와 동일하거나 <수식1>의 결과를 기준으로 소정의 양만큼 크거나 작게 설정된다. 예를 들어, Vref는 <수식1>의 결과값보다 1V내외로 크거나 작은것이 바람직하다.
한편, 도 29의 차동증폭기에 사용되는 소자는 대부분 OPAMP이므로, OPAMP에 양(positive)의 극성을 가지는 단일전원(single power)을 사용하는 경우에는 그라운드의 전위는 0V(zero volt)가 제공된다. 이러한 환경에서 Vout이 0V인 경우에는 OPAMP가 rail-to-rail type이 아닌 경우에는 0V가 출력되어야 할때에 0V보다 높은 전압이 출력되어 신호 검출오류가 발생하게 된다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 OPAMP에 사용되는 그라운드 전위는 0V보다 높은 전위가 사용되는 것이 바람직하다.
그라운드 전위는 일 실시예로, OPAMP Bias 전원의 1/2정도 되는 전압이 그라운드 전위로 형성되는 것이 바람직하다. 예를 들어 OPAMP에 5V의 전원이 Bias 전압으로 사용되는 경우 OPAMP의 그라운드 전위는 2.5V가 될 것이다. 이러한 환경에서 Vout이 그라운드 전위가 된다는 의미는 Vout의 출력이 2.5V임을 의미하며 이는 0V보다 높은 전압이므로 그라운드 전위를 출력하는 경우에도 신호가 정상적으로 출력된다.
Vref는 터치가 안되었을 때의 검출전압을 묘사하는 <수식1>에 의한 검출값 보다는 같거나 큰것이 바람직하다. 왜냐하면, 도 29의 우측 수식을 참조하면 Vref가 Vp보나 작으면 Vout은 음의 전압을 출력해야 하며, TDI(30)가 양의 전원만을 사용하는 경우에는 Vout에서는 음의 출력이 발생하지 않으므로 신호의 왜곡이 발생한다. Vref는 터치가 안되었을때 Vp에서 검출되는 전압보다 적어도 같거나 커야 하며, 터치패드(10)의 크기나 터치스크린패널(50)의 구조에 따라 Vref의 크기는 다양하므로 고정된 복수개의 전압을 사용하는 것보다 DAC를 사용하여 프로그램이나 레지스터에 의해 설정하도록 하이 바람직하다. 그러나 DAC를 사용하지 못하는 경우에는 복수개의 기준전압을 생성하여 차동증폭기에 연결하여 준다.
다양한 크기의 전압을 정밀하게 생성할 수 있는 DAC나 복수의 기준 전압을 차동증폭기에 사용하는 또 다른 이유는 다음과 같다. 도 25를 참조하면, 센서신호선(22)의 좌우에는 다른 센서신호선(22)이 있거나 터치패드(10)가 존재한다. 이러한 구조에서 센서신호선(22) 사이나 센서신호선(22)과 터치패드(10) 사이에는 도 7의 수식에 의한 커패시턴스가 형성이 되며, 수식에 의하면, 상호 대향하는 거리가 길수록 커패시턴스는 더 커진다. 또한 센서신호선(22)과 터치패드(10)가 상호 인접한 경우에는 센서신호선(22)에 인접한 터치패드(10)가 많을수록 커패시턴스는 더 커진다. 또한 센서신호선(22)이 TDI(30)와 접속되는 부위에서도 커패시턴스가 발생하며 이는 접속에 사용된 재료 및 공정조건 및 접속 면적 등에 따라 가변적이다. 또한 TDI(30) 내부에서도 센서신호선(22)은, 레이아웃(Layout) 과정에서 상하좌우에 배치되어 있는 신호선들과의 간섭에 의해 커패시턴스가 발생한다. 이러한 모든 커패시턴스들은 터치스크린패널(50) 제조 및 TDI(30) 제조과정에서 불가피,하게 발생하는 기생 커패시터들로서 <수식1>이나 <수식2>에서는 Cp로 묘사되어 있다.
이러한 기생 커패시터(Cp)는 센서신호선(22)이나 공정조건 또는 TDI(30) 내부의 layout 등에 의해 달라지므로, 결과적으로 도 25의 각각의 터치패드(10)에는 서로 다른 크기의 기생 커패시터가 존재한다고 모델링을 할 수 있다. 이러한 모델링에 의하면 <수식1>이나 <수식2> 또는 <수식7>이나 <수식8>로 묘사되는 검출전압은 각 터치패드(10)마다 서로 다르므로, 도 29의 연산식에 의해 출력되는 Vout은 각 터치패드(10)마다 서로 다르다.
전술한 바와 같이 터치신호를 검출한다는 의미는, <수식1>과 <수식2>에서 정의된 전압의 차이를 구하는 것인데, <수식1>과 <수식2>의 전압차이가 존재하는 분포영역이 넓어질수록 증폭기의 게인은 떨어지게 된다. 예를 들면, 이상적인(Ideal) 조건에서 <수식1>과 <수식2>의 전압차이가 0.2V이며 ADC와의 조합에 의해 2V까지 증폭할 수 있다고 가정할 때, 10배의 Gain을 설정할 수 있다. 그러나 <수식1>과 <수식2>의 전압차이가 작게는 0.1V부터 크게는 0.4V에 이르는 분포영역내에 존재한다고 가정하면, Gain은 0.4V를 기준으로 설정될 수 밖에 없으므로 5의 Gain을 가질 수 밖에 없다. 이로 인해 0.1V의 신호차를 갖는 터치패드(10)의 경우에는 증폭된 값이 0.5V 밖에 안되므로 감도(sensitivity)가 좋지 않게 된다. 따라서 증폭율을 높게 하기 위해서는, 도 29의 Vref를 조정하여 Vout의 분포영역을 좁게 설정하는 방법이 사용된다. 이를 달성하기 위한 쉬운 방법 중의 하나는, 터치가 안되었을 때에 도 29의 Vref를 조정하여 Vout의 출력전압이 그라운드 전위가 되도록 한다는 것이다. 만일 터치가 안 된 상태에서 Vout을 조사해보았을 때 Vout이 그라운드전압보다 높은 경우에는 Vref 전압을 낮추면 되고 그라운드전압보다 낮은 경우에는 Vref 전압을 높히면 된다. 이러한 과정을 보정 (또는 Calibration)이라고 한다.
도 30은 증폭기 출력부에 ADC 변환부가 접속된 실시예이다. 도 30을 참조하여 보정과정을 설명하면 다음과 같다.
우선, 터치가 되지 않은 상태에서 보정이 실시되어야 한다. 터치가 되지 않은 확실한 상태를 보장받을 수 있는 조건은, 본 발명의 터치스크린패널(50) 또는 그러한 터치스크린패널(50)이 적용된 제품이 생산자의 통제하에 있는 제조 또는 출하과정이다. 따라서, 아직 사용자에 의한 사용조건에 있지 않은 상태에서 보정하는 것을 “공장에서의 보정” 또는 "factory calibration", 또는 축약하여 fac, cal 이라고 칭하기로 한다. fac. cal은 터치가 되지 않은 상태에서 각 터치패드(10)의 고유한 Cp를 반영하여 도 30의 증폭기에서 출력되는 값이 일정한 값이 되도록 기준전압인 DAC 값을 찾는 과정이라고 정의할 수 있다. Cp는 모든 검출터치패드(10)마다 커패시턴스가 다르므로 DAC도 각 검출터치패드(10)마다 그 값이 달라지게 될것이다. 이처럼 매 검출패드마다 보정이 완료되어 서로 다른 DAC값을 갖게 되고, 터치신호를 검출하는 단계에서 각 터치터치패드(10)에 대응하는 증폭기에 같은 입력신호로 인가되어야 하므로, 메모리부(28)에 있는 비휘발성메모리 즉, Flash memory나 E2PROM등에 저장되어져야 하며 사용될 때마다 호출되어 진다. 보정과정에서“기대값” 또는 “목표값”은 보정이 완료된 후, 도 30의 ADC 변환기의 출력(또는 “ADC 출력”과 동일한 의미로 사용됨) 값이다. 예를 들어 기대값이 그라운드 전위인 0V일때 이상적인 경우의 ADC 출력은 0일 것이다. 또는 10bit의 분해능을 가진 ADC를 사용하는 경우, 증폭기(14-2)의 최대출력 전압이 5V로 사전에 정의된 경우, 만일 증폭기(14-2)의 출력전압이 2.5V라고 한다면, ADC 변환부(14-3)의 출력은 512 code가 될 것이다. 이러한 가정하에서 ADC 변환부의 출력값이 50 code는 훌륭한 목표값이 된다.
ADC변환부에서 출력되는 목표값이 0 code인 것은 바람직하지 않다. 왜냐하면, 최초에 보정을 시작하기 위해서는 도 30의 DAC는 임의의 값이 인가되어야 하는데, 만일 DAC가 Vp보다 낮게 인가되어 증폭기의 출력이 음수가 나와야 되는 조건에서도 ADC의 출력은 0code이기 때문에, 0 code의 출력은 진짜 0code인지 아니면 그 이하의 값인데도 0 code가 출력되는지를 분간하기가 어렵기 때문이다. 따라서 ADC 변환부에서 출력되어야 할 목표값은 0 code 보다는 다소 높게 설정되어야 한다. 예를 들어, 목표값은 ADC code로 0 이상 되는 값이어야 하며 50 또는 100이나 200 code는 좋은 목표값이 된다. 그러나 목표값이 너무 높게 설정되면 터치가 발생했을 때의 ADC code 변동폭이 좁아지므로 목표값은 낮게 잡을수록 좋다.
최초 fac. cal시 증폭기에 인가되는 DAC 값은, 보정이 되었을 때의 DAC 값의 근사치가 사용될 수 밖에 없다. 이러한 DAC의 근사값은 계산에 의해 구해질 수 있다. Vp가 DAC 값보다 큰 경우에 도 29의 수식을 참조하면, 증폭기(14-2)의 출력은 음의 값이 되어야 한다. 이러한 음의 값에 해당하는 ADC code도 음의 값이 출력되어야 하나 ADC가 음의 값을 출력하지 못하는 경우에는 가장 낮은 값인 0(zero)를 출력하게 된다. 이때 0(zero) 값이 실질적인 0(zero) 값인지 아니면 그 이하로도 값이 존재하는지를 확인하는 수단이 필요하다. 이러한 수단의 하나로 “언더 플래그(Under Flag)"라고 하는 수단이 사용된다.
언더 플래그는 ADC 출력값이 0(zero)일때 발생하는 신호이다. 언더 플래그는 터치검출부(14)나 신호처리부(35) 또는 CPU(40)에서 발생된다. 언더 플래그(이하 UDF)가 발생하면 신호처리부(35)나 CPU(40)는 터치검출부(14)에 포함된 DAC의 여러개의 전압 중, 현재 인가된 DAC 전압보다 높은 전압을 추출하여 증폭기(14-2)에 접속시킨다. 그래도 UDF가 계속 발생하면 좀 더 높은 전압의 DAC 값을 인가하면 어느 시점에서는 UDF가 발생하지 않고 목표값이 출력된다.
목표값을 맞추기 위해 fAC. cal을 시행하는 과정을 설명하면 다음과 같다. 만일 목표값이 ADC code로 100이라고 가정하면, 최초에 인가되는 DAC에서 출력되는 전압값은 ADC code가 100이 출력될 수 있는 예상값이며 이는 증폭기 (14-2)에 인가된다. 최초 인가되는 전압값을 가진 DAC 출력을 DAC(init)라고 하면 DAC(init)에 의해 ADC의 출력은 목표값인 100 code보다 높거나 낮게 된다. 또는 UDF가 발생할 수도 있다. 만일 ADC에서 출력되는 code가 100 code보다 높으면 DAC(init)보다 더 낮은 전압의 DAC 출력이 증폭기에 인가되어야 하며, ADC에서 출력되는 code가 100 code보다 낮으면 DAC(init)보다 더 높은 전압의 DAC 출력이 증폭기에 인가되어야 한다. 새로운 DAC를 찾는 과정은 시행착오법을 거쳐 실시될 수도 있지만 이는 많은 시간을 필요로 하므로, 계산에 의하여 도출된 DAC 값을 1회성으로 인가하는 것이 보정시간을 단출할 수 있으므로 바람직하다.
도 29 및 도 30을 참조하면 최초의 DAC(init)에 의해 출력되는 보정 안된 상태의 ADC의 출력값인 ADC(init)는 <수식10>과 같이 정의되며, 보정된 DAC값인 DAC(cal)에 의해 목표값인 ADC(target)은 <수식11>과 같이 정의된다.
<수식10>
<수식11>
<수식10>과 <수식11>의 관계에 의해 DAC(cal)은
도 31은 fac. cal 시행을 위한 flow chart이다. 도 31을 참조하면. fac. cal의 최초단계인 F30a 단계에서는 임의의 DAC(init) 값을 증폭기에 인가하고 F30d 단계에서 DAC(cal)을 연산하기 위해, 목표값을 메모리로 부터 호출하고(F30b) 그리고 ADC(init)값을 확보한다(F30c). 연산을 통하여 확보된 DAC(cal)값은 메모리부(28)에 포함된 비휘발성 메모리에 저장되며(F30e), 이때 저장되는 값은 DAC(cal)의 출력값인 전압 또는 그러한 DAC(cal)을 생성하는 DAC(cal)의 입력code가 저장된다. 이후 도 25와 같은 터치스크린패널(50)의 터치패드(10)를 하나씩 또는 복수개씩 스캔하며 터치를 검출할 때, 임의의 터치패드(10)에 해당되는 고유한 DAC(cal) 값인 전압이 임의의 터치패드(10)에 의해 생성된 Vp와 같이 증폭기(14-2)에 인가된다.
fac. cal을 시행하는 과정도, 도 25의 터치스크린패널(50)에 형성된 터치패드(10)의 터치 검출을 위한 스캔방법을 따르는 것이 바람직하다. 즉, 터치패드(10)의 터치 검출을 위한 스캔방법이 하나의 터치패드(10)를 개별적으로 스캔하면 fac. cal도 한번에 하나의 터치패드(10)에 대해 시행되고 한번에 복수개의 터치패드(10)에 대해 터치검출을 fac. cal도 한번 시행시 동일개수의 터치패드(10)에 대해 시행된다. 왜냐하면, 보정과정에서 터치패드(10)를 스캔하는 방법을 달리하면, 터치검출과정에서 사용한 mux를 사용하지 못하고 다른 크기의 입력과 출력을 가지는 mux를 사용해야 하므로 회로 설계가 복잡해지고 TDI(30)의 부피가 증가하여 원가가 상승되고 신호를 처리하는 cpu(40)나 신호처리부(35)의 동작이 증가하여 복잡해지기 때문이다.
전술한 DAC를 이용한 fac. cal.을 통해 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 패드(10)의 위치 및 기생 커패시턴스의 특성에 의해 발생하는 터치 검출 전압의 변동을 감소시켜 정확한 터치 검출을 제공한다.
fac. cal.이 완료된 후, 본 발명의 터치스크린패널(50)이 적용된 제품은 사용자에게 판매되어 다양한 사용환경에 노출된다. 예컨대, 온도의 변화도 발생하며 시간도 경과하게 된다. 이러한 환경변화에 대해 터치스크린패널(50)에 형성된 터치패드(10)나 TDI(30)도 특성이 변할 수 있다. 예를 들어, 온도의 변화에 대해 센서신호선(22)의 저항이 변화될 수 있으며, Cp 값도 변화될 수 있다. 또한 시간이 경과됨에 따라 터치패드(10)을 보호하기 위한 보호층(24)이 마모된다면, <수식3>의 d에 변화가 발생하므로 감도의 변화도 발생할 수 있다. 이러한 변화를 실시간으로 반영하여 터치면적이나 터치좌표를 추출하는 것을 실시간 보정(Real Time Calibration, 이하 RTC)이라고 한다.
터치 면적이나 터치 좌표를 연산하기 위해서는 많은 값들이 메모리부(28)에 저장된다. 예를 들어, 임의의 터치패드의 터치면적이나 터치좌표를 연산하기 위해 그 터치패드에서 <수식1>에 따라 검출된, 즉, 비터치(non touch)시의 전압은 ADC 변환부(14-3)에서 디지털로 변환되어 메모리에 저장되며, 충전전압인 Vpre도 메모리에 저장되며, Vdrv 및 Cdrv 값도 메모리에 저장된다. 왜냐하면, Vpre나 Vdrv 또는 Cdrv는 각 터치패드마다 서로 다른 크기로 인가될 수 있기 때문이다. 만일 어떤 터치패드(10)에서는 Cp가 너무 커서 터치감도가 떨어지는 경우, <수식1>이나 <수식2>에 의하면, Vdrv를 크게 하거나 Cdrv를 크게 해서 D/B에 의해 검출된 전압을 크게 하여 감도를 향상시킬 수 있다.
이러한 메모리에 기입된 값들을 보정하지 않고 실시간으로 사용하면 터치검출 시 오류가 발생할 수 있다. 예를 들어, 비터치시 검출된 전압은 <수식1>의 이론에 따라 실제로 검출된 값이다. 증폭기(14-2)에서 출력된 아날로그 전압은 ADC 변환부(14-3)에 디지털값으로 변환되고, <수식2>에 따라 터치 시 검출된 ADC 값과의 차(Difference)를 검출하여 터치면적이나 터치좌표가 추출 된다. 이때 <수식1>에 따른 비터치시의 전압이 메모리에 저장되었고, 이 값을 이용하여 실시간으로 검출된 <수식2>에 따른 전압과 차이를 검출한다고 할 때, 실시간으로 검출된 신호는 환경에 따른 변화를 모두 반영하고 있으나 메모리에 저장된 값은 fac. cal에 의해 공장 출하 시 저장된 값으로서 환경요인에 의한 변화된 특성을 반영하지 못하므로 검출오류가 발생할 수 있다. 따라서, 메모리에 저장된 값들도 RTC를 통해 변화된 특성을 반영하여 재 저장되어야 한다.
이를 위해, 보정된 값들을 저장하는 메모리부(28)의 memory 영역은 두개로 분리되는 것이 바람직하다. 만일 fac. cal이나 RTC외에 또 다른 보정이 필요한 경우에는 메모리 영역은 더 많이 분리되어야 한다.
우선, fac. cal과 RTC만을 고려할 시, 두개로 분리된 메모리 영역의 일측에는 fac. cal에서 검출되거나 연산된 값들이 저장되며, 메모리 영역의 또 다른 일측에는 RTC과정에서 검출되거나 연산과정에서 추출된 값들이 저장된다. 터치 검출과정에서 fac. cal data를 사용할 것인지 RTC data를 사용할 것인지를 결정하는 것도 이 필요할 수도 있다. 왜냐하면, 노이즈가 많은 환경에서는 RTC를 통해 메모리에 저장된 data들은 노이즈 영향을 받은 값들일 확률이 많으므로 검출오차를 줄이기 위해 RTC data를 사용하는 것이 fac. cal을 통해 입수된 data를 사용하는 것보다 더 심각한 검출오류를 유발할 수 있기 때문이다. 이러한 노이즈의 크기를 CPU(40)나 신호처리부(35)가 검출할 수 있는 수단을 확보하고 있으면, 노이즈의 크기에 따라 fac. cal data를 사용할 지 RTC data를 사용할 지 결정하는 것이 가능하게 된다.
CPU(40)나 신호처리부(35)는 ADC 변환부(14-3)의 값을 이용하여 노이즈의 크기를 검출하는 것이 가능하다. 단일의 터치패드(10)나 종방향이나 횡방향의 그룹에 포함된 터치패드(10)들을 순차적으로 스캔하여 터치신호를 검출하는 경우, 통상은 한번만 D/B에 의한 전압을 검출하지 않고 복수회 검출하여 필터링(filtering)을 하여 원하는 데이터를 추출하게 된다. 이러한 기법은, 검출된 전압에 포함되어 있을 노이즈를 제거하고 좀 더 안정된 신호를 추출하기 위함이다. 만일, 임의의 터치패드(10)에 대해 100회를 스캔하고, 매 스캔시마다 검출된 값을 메모리에 저장하면, 100회 동안 검출된 신호의 대역폭(signal band)가 형성될 것이다. 예컨대, 대역폭은 2V~4V가 형성될 수도 있고 1V~5V가 형성될 수도 있다. 이 두가지 대역폭의 경우, 중심값은 동일하게 3V이지만 첫번째 대역폭은 2V(4V-2V)이며 두번째 대역폭은 4V(5V-1V)이다. 따라서 4V의 대역폭을 발생하는 터치 신호의 경우, 2V의 대역폭보다 노이즈가 더 크다고 예상할 수 있다. 이러한 기법을 이용하여, TDI(30)는 ADC 변환부(14-3)의 출력을 이용하여 노이즈의 크기를 확인 할 수 있으므로, TDI(30)는 노이즈의 크기에 따라 메모리에 저장된 fac. cal data를 사용할지 RTC data를 사용할 지 결정할 수 있다. 노이즈의 크기에 따라 메모리 data를 달리 취하는 것은 하나의 실시예이며, TDI(30)는 주어진 여러 조건에서 어떤 data를 사용할 지 결정할 수 있다. 이러한 결정수단은 TDI(30) 내부의 프로그램에 의해서 시행되기도 하며 레지스터에 의해 시행될 수도 있다.
RTC는 터치가 안된 상태에서 실시되는 것이 바람직하다. 예를 들어, 사용자가 본 발명의 터치스크린패널(50)이 사용된 휴대폰을 이용하여 통화나 기타 작업을 할 시, 통화나 기타 작업이 완료된 후 터치 입력이 없을 때 RTC가 시행되어야 한다. 보정의 기본 사상은, 터치가 안 되었을 때 ADC 값이 목표값이 되는 DAC를 찾고 찾은 값을 메모리에 저장하고 해당되는 터치패드(10)의 터치 신호 검출 시 DAC 값을 호출하여 사용하는 것이다. 따라서 터치가 되었을 때 보정을 하게 되면, 터치검출오류가 발생하게 된다.
RTC를 시행하기 위해서는 RTC를 진행 시점에서 터치가 되었는지 안 되었는지를 구별하는 것이 중요하므로 터치여부판단을 먼저 시행하는 것이 중요하다.
다음은 터치여부를 판단하는 일 실시예이다. RTC를 최초 시행하는 시점에서는 fac. cal data를 사용해야 한다. fac. cal data를 사용하여 검출된 ADC 값은, 10bit의 분해능인 경우 0~1023 code사이에 존재한다. CPU(40)나 신호처리부(35)는 ADC 값을 이용하여 터치면적을 연산할 수 있으며, 면적도 ADC와 마찬가지로 일정 범위내에 존재하게 된다. 따라서 추출된 ADC 값이나 연산된 면적은 터치패드(10)와 손가락(25)같은 터치수단과의 접촉면적에 따라 반응하여, 선형적 또는 비선형적으로 증가하거나 감소하게 된다.(본 명세서에서는 접촉면적이 넓어짐에 따라서 선형적으로 증가한다고 가정한다.) ADC값이나 면적이 터치면적에 비례하여 0~1023 code사이에서 선형적으로 증가하기 때문에 터치가 안 되었을 때의 ADC 값은 전술한 “목표값”이 되고 터치가 발생하여 접촉면적이 넓어질수록 ADC 값이나 면적값은 증가하게 된다. 이러한 상황에서 문턱값(Threshold Value)을 설정함으로써 터치여부를 판단하는 것이 가능하다. 만일 ADC 값이나 면적이 300이 넘었을 때 터치가 되었다고 판단하기로 하면 문턱값은 300으로 결정된다. 따라서 ADC 값이나 면적이 300 이상으로 검출되면 터치라고 판단할 수 있다. 터치 여부를 판단할 때 하나의 터치패드(10)에 대한 ADC나 면적값을 고려하기 보다도 복수개의 인접한 넓은 면적에 분포된 터치패드(10) 그룹을 참조하는 것이 더 편리하다. 손가락(25)같은 터치수단이 복수의 터치패드(10)에 접촉되면 가우시안 커브(Gaussian Curve)가 형성된다. TDI(30)는 정상적인 가우시안 커브가 검출되면 터치라고 판단하고, 가우시안 커브가 검출되지 않으면 비터치(Not Touch) 상태라고 판단할 수 있다. 만일 문턱값이 300 이하라도 가우시안 커브가 검출되어 미약한 터치가 발생하였다고 판단되면 RTC를 실시하지 않을 수도 있다.
RTC는 fac. cal과 동일한 과정으로 진행된다. 미리 입력된 목표값을 출력하기 위한 DAC(cal) 값을 추출하고 추출된 값을 메모리에 저장하며, 이는 각 터치패드(10)마다 고유의 값을 갖는다. 해당 터치패드(10)의 터치검출 순번이 되면 그 터치패드(10)에 해당하는 DAC 출력값이 증폭기에 연결된다.
TDI(30)는 fac. cal data를 사용하여 터치를 검출할지 RTC data를 사용하여 터치를 검출할지 결정하는 수단을 갖는다. 통상은 레지스터로 설정되며 메모리나 프로그램에 위치할 수도 있다. 레지스터로 설정되는 경우, 해당 bit가 하이 또는 로우로 설정됨에 따라서 RTC 또는 fac. cal data를 취한다. 해당 bit의 변경은 TDI(30) 내부에서 판단하여 자동으로 변경할 수도 있으며 사용자가 변경하는 것도 가능하다.
전술한 바에 따르면, 터치가 되었을 때에는 RTC가 시행되어서 안되지만, RTC 진행여부를 판단하기 위해, 검출된 ADC 값이나 면적값의 영역을 참조할 수 있다.
도 32는 RTC를 시행 영역설정에 관한 본 발명의 실시예이다. 도 32를 참조하면, 도 32 구형파의 고점은 <수식1>에 의해 검출되는 D/B에 의한 전압이다. 이 레벨은 터치가 안되었을 때의(No touch시의) 레벨이며, 터치가 되었을 때 Vdrv가 로우에서 하이로 변하는 순간의 전압을 Cdrv에 인가하면 <수식2>로 정의된 터치에 의한 검출 전압은 <수식1>에 의한 전압보다 낮게 형성되므로 도 32의 고점의 전압보다 하향 형성된다. 전술한 설명에서 문턱값에 의해 터치 여부를 판단한다고 하였으며 그 문턱값은 영역2와 영역3의 경계부에 설정된다.
한편, No touch시 레벨을 중심으로 영역1과 영역2가 설정되어 있다. 환경이나 시간이 경과함에 따라 Cp의 값이 작아지면 “No touch시 레벨”은 상향 조정될 것이다. 이와 같이 <수식1 또는 2>의분모나 분자에 포함된 값들의 크기변화에 따라서 No touch시 레벨은 상향 또는 하향 변경될 것이다.
도 32의 “No touch시 레벨”은 fac. cal의 결과에 의해 설정된 값으로서 시간이 경과함에 따라 변경된 값이라고 할 수 있으므로, 이를 기준으로 상하방으로 변하는 영역1과 영역2는 RTC 전에 fac. cal로 인한 목표값이 변한 값이라고 생각할 수 있다.
이때, 도 32의 영역1은 RTC가 불필요한 영역이다. 통상적으로 본 발명의 터치스크린패널(50)의 제조사양서나 출하성적서에는 터치 감도를 검사하는 항목이 있으며 터치감도는 오차범위와 같이 명기되어 있다. 따라서 영역1은 fac. cal의 결과값이 소정 변경되어 오차가 발생하더라고 터치감도에 영향을 미치지 않는 범위이다.
그러나, 영역2는 터치감도에 영향을 미치는 영역의 범위이며, 영역2에서는 RTC를 시행해야 한다. 앞서 설명한 바와 같이 ADC의 값이나 면적값은 터치의 크기에 따라 선형적 또는 비선형적으로 변하므로, 연산에 의해 영역1과 영역2를 구분하는 것이 가능하다. 영역2는 보정을 시행하지 않으면 터치면적 검출 시 오차가 발생하는 영역이며 오차범위가 출하성적서의 범위를 벗어나는 구간이다.
다음은 본 발명의 D/B 현상을 이용한 터치검출방법의 신호처리에 대해 설명하도록 한다.
도 33은 종래 기술에 따른 터치 검출 회로를 도시한 도면이다.
어느 종래 기술에 따른 정전용량방식 TDI(30)들은 터치 검출부에서 발생하는 검출신호가 미약하므로 이를 여러번 모으고(Integration) 모은 신호를 다시 증폭하여 터치검출에 사용한다. 도 33은 종래 정전용량방식의 터치신호 검출에 관한 일실시예로서 "QUANTUM"사의 QT60xx5B에 관한 Application Note R1.06의 Fig1-5에 도시된 QT60xx5B series의 "Basic Circuit Model“에 관한 도면이다. 도 33 우측 하단의 “Amp out”부의 파형을 보면, "Xn"의 스위칭에 동기하여 “Amp Out”의 전압 레벨이 상승되고 있다. 즉, Xn의 스위칭이 이루어 질 때마다 “Charge Integrator"에 접속된 Cs나 Ca에 전하가 축적되고, 축적되는 양이 많아질수록 라는 고전적인 수식에 의해 Cs나 Ca의 전압은 전하량 Q에 비례하여 점차 상승하게 된다. 이렇게 축적된 전하에 의한 전압은 아직도 전압 레벨이 낮으므로 증폭기인 “Amp"에서 증폭되어 출력되며 이러한 신호가 도 33의 우측하단에 표시되어 있다. 이러한 종래의 터치신호 검출 방식은, 하나의 터치 신호를 검출하기 위하여 드라이빙 신호(Driving Signal)을 생성하는 “X drive”가 고속으로 복수회의 스위칭을 해야 하며, 검출의 정확도를 높이기 위해서는 스위칭 횟수가 많아야 하므로, X축 방향의 터치패드인 “X electrode”와 Y축 방향의 터치패드인 “Y electrode"에 접속된 센서신호선(22)의 저항이 낮아야 한다. 왜냐하면, 센서신호선(22)의 저항이 커지면 센서신호선과 접속된 저항과의 작용에 의해 신호의 지연이 발생하기 때문에 고속 신호 검출이 불가능하기 때문이다.
종래의 방법에서는 이러한 저항의 값을 약 20Kohm 정도로 제한하고 있다. 이처럼 낮은 저항을 센서신호선(22)에 적용하기 위해서는 본 발명의 실시예와 같은 ITO나 CNT등과 같은 투명 도전물질에 의한 센서신호선(22)의 구성이 불가하고 금속계열의 구리나 은(Ag)등을 센서신호선으로 사용해야 한다. 구리나 은(Ag)과 같은 금속계열의 센서신호선(22)은 비투과성으로서 눈에 보이기 때문에 본 발명의 실시예인 도 25와 같이 표시장치의 액티브 에리어(Active Area)에 배선을 할 시 눈에 띄이는 문제로 인해 배선을 하지 못하고, A/A의 좌우 영역인 비가시영역(또는 Black Metrix 라고도 함. 이하 BM)에 설치되어야 한다. 이로 인해 터치스크린패널(50)이 적용된 제품의 베젤이 넓어지는 문제점을 유발하여 제품의 가치가 하락하는 문제가 있다. 또한 종래 제품의 또 다른 문제는, 신호를 확보하기 위해 드라이빙소자(X drive)는 고속의 스위칭을 해야 하므로 EMS 문제를 유발할 확률이 높다는 것이다.
또한, 라고 하는 수식에서 알 수 있듯이, 도 33과 같은 기존의 실시예에서 검출된 전압은 커패시터 C의 커패시턴스값인 Cs나 Ca의 변화량에 민감하다는 점이다. 따라서 이러한 문제를 보완하기 위하여 수시로 보정(Calibration)을 시행해야 한다는 문제점을 갖고 있다.
그러나 본 발명의 실시예인 도 11을 참조하면, 종래 방법이 복수회(Multi times)의 스위칭에 의한 신호검출인 것에 비해 본 발명은 1회(Single time)의 스위칭에 의해 신호가 검출된다. 왜냐하면, 본 발명의 터치스크린패널(50)은 매번 터치여부를 검출할 때마다 충전신호를 인가해야 하며, 이로 인해 도 11의 P점의 초기전압(드라이빙전압이 인가되기 전 충전전압)은 항상 충전전압의 전위레벨이 되어 복수회 검출이 불가하기 때문이다. 또한, <수식1>이나 <수식2>에서와 같이 Vdrv나 Cdrv 또는 Vh나 Vl의 크기를 이용하여 검출전압의 크기를 조정할 수 있으므로, 검출전압의 크기가 낮으면 이들의 크기를 조정하여 인위적으로 검출전압을 크게하는 것이 가능하기 때문이다.
따라서, 본 발명의 터치스크린 패널(50)의 터치 신호를 검출하기 위해서는 Vdrv를 인가하는 스위칭 속도가 느려도 되므로 터치패드(10)와 연결된 센서신호선(22)의 저항값이 높아도 된다.
만일 종래 방식이 100번의 스위칭에 의해 신호를 검출한다면, 본 발명에 따른 센서신호선(22)은, 기존의 실시예와 동일한 터치검출속도를 달성한다는 가정하에, 센서신호선(22)의 저항값이 100배 높아도 된다. 또한 한번의 스위칭만으로 터치를 검출하므로, EMS 문제도 종래의 방식에 비해 현저히 낮아지는 장점이 있다. 또한 <수식1>이나 <수식2>를 참조하면, 커패시터들이 분자와 분모에 존재하며 Cdrv의 값이 다른 커패시터들보다 현저히 큰 경우에는 Cdrv나 기타, Cdrv와 접속된 커패시터들의 값에 변화가 발생해도 P 점의 전위는 큰 변동이 없다는 점이다.
본 발명의 또 다른 장점은 도 11의 P점에 접속된 많은 커패시터들이 메모리 작용을 한다는 것이다. 예를 들어, D/B에 의한 전압검출이 완료된 후 센서신호선(22)를 Open하더라도 검출된 전압은 Cdrv나 Cvcom 또는 Cp에 저장되어 있으므로 터치신호연산에 지장이 없게된다. 후술하겠지만, 이러한 기능을 이용하여 노이즈에 영향을 받지 않는 터치신호 검출이 가능하게 된다.
전술한 본 발명의 일 실시예에 따르면, 실질적으로 싱글 타임에 터치 검출이 가능하므로 높은 주파수의 구동이 불필요하여 노이즈에 강하며, 높은 저항에서도 정확한 터치 검출이 가능하다.
도 34는 횡전계 모드인 LCD의 TFT기판 구성을 예시한 것으로서, 횡전계 모드인 IPS 모드(In Plane Swithing Mode)의 TFT기판 구성을 보여준다. 이러한 횡전계 모드의 LCD는 앞서 언급한 실시예와 달리 공통전극(220)이 LCD의 컬러필터(215)에 형성되지 않고 TFT기판(205)의 일부 면적에만 형성되어 있다. 도 34를 참조하여 횡전계 모드의 LCD에 대하여 간략하게 설명하면 다음과 같다.
도33에 도시된 바와 같이 TFT기판(205)에는 게이트라인(242) 및 데이터라인(244)이 종횡으로 배치되고, 게이트라인(242) 및 데이터라인(244)에 의해 구획된 영역은 화소(Pixel)를 형성한다. 화소 내에는 화상신호를 스위칭하는 TFT(250)가 설치된다. TFT(250)의 게이트전극(251)은 게이트라인(242)에 접속되어 주사신호를 인가받고, 소스전극(253)과 드레인전극(255)은 각각 데이터라인(244)과 화소전극라인(248)에 접속된다. 그리고 TFT(250)의 반도체층(257)이 화상신호를 액정층에 인가하기 위해 소스전극(253)과 드레인전극(255) 사이에 채널을 형성한다. 화소 내에는 도시한 바와 같이 화소전극라인(248)과 평행하게 공통전극라인(246)이 형성된다.
이와 같은 구성을 갖는 LCD는 TFT(250)가 작동하여 화소전극라인(248)에 화상신호를 인가하면, 공통전극라인(246)과 화소전극라인(248) 사이에 실질적으로 평행한 횡전계가 발생하고 액정분자는 평면상에서 움직이게 된다. 그런데, 도시한 바와 같이 공통전극라인(246)이 TFT기판(205)의 부분적인 영역에만 형성되어 있다. 따라서, 도 25와 같은 터치스크린패널(50)이 횡전계모드로 제작된 LCD의 상면에 위치하거나 또는 터치패드(10)가 LCD의 컬러필터(215)의 상면에 패터닝되면, 터치패드(10)와 공통전극라인(246) 사이에 형성되는 Cvcom의 커패시턴스는, 공통전극라인(246)이 TFT기판(205)의 전체 영역에 형성된 경우보다 작게 형성된다.
이러한 횡전계 모드의 LCD는 컬러필터(215) 전체에 형성된 공통전극이 없기 때문에 외부에서 인가되는 ESD에 취약하다. 따라서, 도 35와 같이 컬러필터(215)의 상면에 투명도전물질인 ITO나 ATO 또는 CNT등을 전면도포(Full Area Painting) 한 후 소정의 DC 전위에 접속시키는데, 통상은 0V의 그라운드 전위와 접속한다. 횡전계모드의 LCD에서 컬러필터(215)의 상면에 도포되어 그라운드 전위와 접속된 층(Layer)을 “Back Ground"라고 명명(Naming)하기로 한다.
도 36내지 도 37을 참조하여 본 발명이 횡정계모드에서 사용될 수 있는 방법을 설명하면 다음과 같다.
도 36은 횡전계 모드 LCD 기판에 적용된 본 발명의 단면도이며 도 37은 횡전계 모드 LCD 기판에 적용된 본 발명의 정면도이다. 도 36내지 도 37은 LCD의 컬러필터(215)에 본 발명의 터치패드(10)가 패터닝된 경우(이후부터는 온셀터치(On Cell Touch라고 명명))의 실시예이다. 터치패드(10)는 LCD의 A/A(90)의 내부 또는 외부에도 설치된다. LCD 기판(200)의 에지부에는 화면이 표시되지 않는 비가시영역(92)이 있으며 이곳에도 본 발명의 터치패드(10)가 설치 될 수 있다. 또한 터치패드(10)들은 COF나 FPC와 같은 연성회로기판(96)을 이용하여 TDI(30)와 접속된다.
이러한 구성에서, 터치 신호 검출이 진행 중인 터치패드(10)를 제외한 나머지 터치패드(10)들은 그라운드에 접속되어야 한다. 여기서 그라운드는 0V 또는 소정의 전위를 가진 DC 전압이다.
도 38은 터치패드(10)가 Back ground로 사용되는 본 발명의 실시예이다. 도 38을 참조하면, 터치검출회로에는 터치패드(10)가 절환부(16)에 접속되었으며 이로 인해 터치패드(10)는 세가지의 상태를 갖게 된다. 첫번째 상태는, 터치패드(10)가 절환부에 접속되지 않은 floating 상태이며, 두번째 상태는 터치패드(10)가 절환부에 접속되어 절환부의 일측인 그라운드 전위에 접속되는 경우이며, 세번째 상태는 터치패드(10)가 절환부의 일측과 접속된 터치검출부(14)에 접속되는 경우이다.
이러한 구성에서 터치를 검출하는 터치패드(10a)를 제외한 나머지 터치패드(10b) 즉, 터치를 검출하지 않는 터치패드는 모두 그라운드에 접속된다. 이로 인해, 도 36 내지 도 37에 있는 터치를 검출중인 터치패드(10)를 제외한 모든 터치패드들은 그라운드 전위에 접속되므로 터치패드(10)는 Back ground 역할을 수행하는 것이 가능하다.
또한, 터치를 검출중인 터치패드(10)도 일정시간동안은 Vpre에 의한 충전전압이 인가되고 있으므로 충전수단(12)에 의한 방전경로가 형성되어 ESD등의 noise를 터치스크린패널(50)의 외부로 방전시킬수 있으므로 back ground 역할을 수행하는 것이 가능하다. 따라서, 터치를 검출중인 터치패드(10a)나 터치를 검출하지 않는 터치패드(10b) 모두가 back ground 역할을 수행 할 수 있다.
도37의 실시예에서는 터치를 검출중인 터치패드(10)가 하나인 경우를 예시하였으나 도 37의 가로방향의 모든 터치패드(10)그룹 또는 세로방향의 모든 터치패드(10) 그룹들이 동시에 터치를 검출하거나, 특정 영역에서 복수개의 터치패드(10) 그룹이 터치를 검출하거나 랜덤하게 터치를 검출하는 모든 방법이 가능하다. 이때에도 터치를 검출중인 터치패드(10)를 제외한 나머지 터치패드(10)들은 절환부에 의해 그라운드로 접속되어야 한다.
도 38의 실시예에서, 만일 터치신호를 검출중인 터치패드(10a)의 신호검출 동작이 완료되면 완료된 터치패드(10a)는 절환부의 동작에 의해 그라운드로 접속된다. 이후에는 정해진 순번에 따른 터치패드(10)가 그라운드와의 접속을 해제하고 터치신호검출부(14)에 새로이 접속되어 터치신호를 검출하게 된다. 도 38과 같은 검출회로가 복수개 사용되면, 도 37과 같이 종과 횡으로 터치패드(10)가 형성된 경우에, 종방향의 터치패드(10)나 횡방향의 터치패드(10)들을 순차적으로 스캔하며 터치를 검출하고 완료된 후 그라운드에 접속하면 되므로 개별 터치패드(10)를 스캔하는 것보다 더 빨리 터치신호를 검출하는 것이 가능하다.
다시 도 37을 참고하면, 터치패드(10)의 상하의 영역은 비어 있으므로 LCD로 ESD 등의 노이즈가 인가되어 빈 공간의 아래에 있는 표시장치의 액정에 전계를 형성시킬 수 있으며, 이로 인해 표시장치 화질의 오작동이 발생할 수 있다. 또한, 터치패드(10)의 좌우로 복수개의센서신호선(22)이 설치된 영역에도, 신호선의 좌우에는 공간이 존재하므로 이러한 공간을 통하여서 ESD와 같은 노이즈로 인한 화질이상이 발생할 수 있다.
도 39는 그러한 문제를 해결하기 위한 본 발명의 실시예로서, 센서신호선(22)의 layout에 관한 것이다.
LCD는 3개의 화소인 Red/Green/Blue로 구성된 도트(dot,275)로 구성되며, 본 발명에서는 Red나 Green이나 Blue의 개별 영역을 화소(Pixel, Picture element)라고 정의한다. 다시 도 39를 참조하면, 도 39의 터치패드 10g와 터치패드 10h 처럼그 사이에 센서신호선(22)이 없는 경우에는 터치패드 10g 및 10h 사이가 화소보다 좁아야 한다. 이로 인해 터치패드 10g 및 10h 사이의 좁은 영역에 노이즈가 인가되어도 상하에 있는 터치패드인 10g 및 10h에 접속되어 있는 그라운드 전위에 의해 외부로 방전되어 화소의 동작에 영향을 미치지 않게 된다.
또한, 센서신호선(22) 사이의 공간도 화소보다 좁아야 한다. 센서신호선 22a와 센서신호선 22b를 참조하면, 이 두 신호선 사이의 공간은 화소의 너비보다 좁으므로, 만일 ESD등의 노이즈가 인가되어도 화소의 영역에 배치되고 그라운드에 접속된 센서신호선(22)을 통하여 외부로 방전되므로 화소에서의 화질이상은 발생하지 않는다.
도 25나 도 37을 참조하면, 터치검출패턴(10)과 센서신호선(22) 사이에도 공간이 발생하며 TDI(30)에서 멀수록 이러한 공간의 면적은 넓게된다. 이러한 공간에는 터치패드(10) 형성에 사용한 ITO와 같은 투명도전물질이 도포(printing)되어 있지 않아 눈에 띄일수 있으므로 표시품질 불량을 유발할 수 있으며, ESD와 같은 노이즈에 의한 화질불량이 발생할 수 있다. 따라서 이러한 공간에도 시인성 향상이나 화질불량방지를 위한 대책이 필요하다.
도 40a 내지 40c는 터치패드(10)와 센서신호선(22)사이에 형성된 공간에 충전부(Filled Area or Additional Area)를 설치하여 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 방안이다. 도 40a 내지 40c를 참조하면, 이러한 빈 공간에는 공간충전부(11)로 채워진다. 공간충전부(11)는 터치패드(10)에 사용된 재료와 동일한 재료가 사용되며 fill처리(열린 공간없이 완전히 차있는 상태)가 되거나 또는 그물(mesh)구조로 형성될 수도 있다. 또한 공간충전부(11)는 도 40a와 같이 터치패드(10)에서 확장되기도 하고, 도 40b와 같이 센서신호선(22)과 연결되기도 하며, 도 40c와 같이 센서신호선(22)이나 터치패드(10)에 연결되지 않고 floating 상태를 유지할 수도 있다.
한편, 도 41과 같은 실시예에서, 물방울이나 땀 또는 금속등의 도전체(26)가 터치를 검출중인 터치패드(10a)와 그라운드전위에 연결된 터치패드(10b) 사이에 놓여 있다고 가정해보자. (이러한 도전체(26)는 터치패드(10)를 직접 접촉하고 있는 것은 아니며, 도12나 도 13처럼 보호층(24)의 상면에 놓여있다). 이는 도 41에 도시한 바와 같이, 터치를 검출중인 터치패드(10a)에 전하의 이동경로를 형성하여 Ct를 충전시킨다. 도 12나 도 13을 참조하면, 터치패드(10)와 보호층 사이에는 도 7의 수식에 의한 Ct가 형성되며 터치패드(10)와 도전체와의 접촉 면적에 따라 Ct의 커패시턴스의 크기가 결정된다. 도 41의 도전체(26)는 그라운드와 접속된 터치패드(10b)와도 터치가 된 상태이므로, 터치를 검출중인 터치패드(10a)의 터치커패시터인 Ct1의 일측은 그라운드와 접지된 터치패드(10b) 사이에 전하의 이동경로가 형성된다. 그라운드와 접속된 터치패드(10b)에도 터치커패시터인 Ct2가 형성되어 있으므로 Ct1의 일측은 Ct2를 통하여 그라운드로 접속되는 경로를 갖게 된다. 따라서 충전수단(12)을 통해 터치를 검출하기 위한 터치패드(10a)을 충전할 때 Ct1이 충전되므로 <수식2>에 의해 신체의 손가락(25)에 의한 터치가 아니어도 터치가 발생한 것처럼 인식된다.
이러한 문제점을 방지하기 위하여, 터치를 검출하지 않고 그라운드 전위에 연결된 터치패드(10b, 이하 Non Sensing Pad, NSP로 축약)는, 터치를 검출하고 있는 터치패드(10a,이하 Sensing Pad, SP로 축약)가 터치신호 검출 중 일 때는 접속된 그라운드 전위와의 연결을 해제하여 floating 상태를 유지한다.
전술한 본 발명의 구성에 의하여, 터치 패드는 그라운드 상태, floating 상태, 접속 상태의 3가지 상태를 가짐에 의해 횡전계 모드의 액정 표시 장치를 지원할 수 있으면서도 터치가 발생하지 않은 터치 패드에서 발생하는 오류를 방지할 수 있다. 만약, 표시 장치가 횡전계 모드가 아닌 경우에는 터치 패드는 그라운드 상태를 선택하지 않을 수도 있다.
도 42를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 도 42는 도 22의 실시예에서 공통전압과 동기 되는 부분을 제외한 파형으로서, NSP의 오픈(Open 또는 개방)에 관한 본 발명의 실시예이다.
도 42의 영역1은, 터치검출부(14)와 접속된 커패시터들을 충전하고 D/B 현상에 의한 전압을 유도하는 구간이다. 도 41을 참조하면, 충전수단(12)에 의해 터치검출부(14)에 접속된 커패시터들을 충전할 때, 도전체(26)에 의해 Ct1이나 Ct2도 충전되므로, Ct1의 충전경로를 제거하기 위하여 NSP(10b)는 모두 floating되어 방전경로가 형성되지 않는다. CPU(40)나 신호처리부(35)는 절환부(16)을 제어하여 절환부(16)에 연결된 모든 NSP를 floating 상태로 유지한다. 도 42의 파형도에서 NSP 신호가 하이인 상태는 NSP가 오픈 또는 floating 상태임을 의미하며 로우는 절환부(16)를 통하여 그라운드로 접속되었음을 의미한다.
NSP(10a)는 터치를 검출하려는 터치패드(10a)에 형성된 터치커패시터인 Ct1이 충전되기 전에 open되는 것이 바람직하다. Open 시간은 충전이 시작되기 1ns 이전부터 100ms 이전에 이루어 지는 것이 바람직하다.
따라서, 도 42를 참조하면, NSP(10a)는 Vg에 의해 충전수단(12)이 턴 온 되기 이전에 open 되었다. NSP의 open은 충전중이라도 가능하다. TDI(30)는 NSP가 open 되는 시점을 설정할 수 있는 수단을 갖는다. 이는 레지스터나 메모리에 저장된 값이나 CPU(40)를 구동하는 프로그램에 의해 실행된다. 레지스터를 예로들면, 레지스터의 00h번지를 선택하면 1ns만에 NSP가 open 되고 0Fh를 선택하면 100ms가 선택될 수 있다.
영역1에서는 충전수단(12)에 의한 충전이 완료된 후, D/B 현상에 의한 전압이 형성되고 안정화도 완료된 구간이며, 이후 영역2에서 D/B에 의한 전압이 검출된다. 영역2에서 검출된 전압은 터치검출부(14) 내부의 도시되지 않는 Sample & Holder나 커패시터 같은 저장수단에 저장되는 sampling 과정을 거치게 된다. 영역3은 sampling 과정이 완료된 후, sampling 된 data가 증폭되거나 ADC 변환부(14-3)에서 디지털 값으로 변환되는 영역이다. 따라서, sampling이 완료된 영역3에서는 open되었던 NSP가 그라운드에 접지 되어도 무방한 영역이다. NSP와 그라운드와의 접지는 sampling이 완료된 영역2의 종료를 시점으로 1ns 부터 100ms 이내가 바람직하다.
한편, 공통전압을 검출중인 터치패드(10)도 NSP와 동일한 시점에 open 및 close(또는 절환부에 의해 그라운드와 연결)되어야 공통전압을 검출중인 터치패드(10)로 인한 전하의 이동경로가 차단되어 터치 오작동이 방지될 것이다.
TDI(30)는 오픈된 터치패드(10)의 close되는 시점을 결정할 수 있는 수단을 갖는다. 이는 레지스터나 메모리에 저장되거나, CPU(40)를 구동하는 프로그램에 의해 실행된다. 레지스터를 예로 들면, 레지스터의 00h번지를 선택하면 1ns만에 NSP가 open 되고 0Fh를 선택하면 100ms가 선택될 수 있다.
NSP(10b)가 open 되는 시간이 길어지면, 터치패드가 Back ground로서의 역할을 하는 시간이 짧아지므로, 전술한 바와 같이 이는 ESD 같은 노이즈에 의해 화질 불량을 유발할 가능성이 높아지게 된다. 따라서 NSP(10b)의 open시간을 줄이기 위한 방안이 필요하다.
도 41을 참조하면, 터치커패시턴드(Ct)에는 Cdrv, Cvcom, 및 Cp가 병렬접속되어 있다. 본 발명의 통상적인 실시예에 있어서, Ct에 비해 Cdrv나 Cvcom은 서너배(a couple of times)정도로 용량이 크다. 따라서, D/B에 의해 P점에서 Charge sharing이 완료된 후 터치커패시터(Ct)를 제거해도 P점의 전위는 큰 영향을 받지 않는다. 이러한 이유중의 하나는, 충전중일때를 제외하고는 P점이 Hi-z로 floating되어 있어서 방전경로가 없기 때문이다. Ct가 없어도 나머지 커패시터들이 메모리 역할을 하여 전하를 보존하고 있다는 사실은, Ct가 접속된 상태에서 Ct의 커패시턴스를 반영하여 <수식2>를 이용한 D/B에 의한 전압을 생성하고, 생성된 전압은 메모리 역할을 하는 커패시터에 저장이 되었으므로 Ct를 제거해도 터치신호 검출에 이상이 없다는 이론을 제공해 준다.
다시 도 41을 참조하면, 터치 검출에 사용된 터치패드(10a)인 SP(10a)가 open 되어도 도전체(26)에 의해 형성된 전하의 이동경로가 차단되므로, SP(10a)를 open하는 것도 물방울이나 금속과 같은 도전체(26)에 의한 터치 오작동을 방지하는 방법중의 하나이다.
도 43은 SP(10a)의 open에 관한 본 발명의 실시예이다. 도 43에서 SP(10a)를 제외한 모든 신호의 흐름이나 시간은 도 42와 동일하다.
도 43을 참조하면, 드라이빙 전압인 Vdrv에 의해 D/B에 의한 전압이 형성되고 P 점에 접속된 모든 커패시터들 간에 charge sharing이 완료 된 후, 영역1에서 SP(10a)는 open 된다. (SP가 하이 상태인 것은 SP가 open 된다는 의미이며, SP가 로우상태이면 SP(10a)는 그라운드와 접속상태이다.) SP가 open 되면 NSP(10a)는 그라운드와 다시 접속되며, 이는 SP open 이후 1ns 내지 100ms안에 이루어 진다.
SP(10a)가 open되는 시점은 Vg에 동기하거나 Vdrv나 도시되지 않은 공통전압에 동기될수도 있다. SP(10a)는 open 된 이후 영역2에서 sampling이 완료된 이후 영역3에서에서 그라운드에 접속되는 것이 바람직하다.
영역2에서 sampling이 완료된 후 1ns 내지 100ms이내에 그라운드에 접속된다.
만일 SP(10a)가 다음 센싱 순번에서도 계속 SP(10a)로 동작한다면 충전이 되기전에 P점에 접속되어야 한다. 도 43을 참조하면 NSP의 open 및 close time은 SP(10a)와 연동될 시 더 짧아지는 효과가 있으며 이는 터치패드(10)가 Back ground로서 동작하는데 큰 도움을 준다.
TDI(30)는 SP(10a)의 open 이나 close에 관한 시간을 제어하는 수단을 가지며 레지스터나 메모리나 프로그램에 의해 실시된다. 또한 SP(10a) open은 SP를 통해 유입되는 노이즈의 유입시간을 줄이는 역할을 하므로 P점에 영향을 미치는 노이즈를 약화시키는 역할도 한다.
도 37을 참조하면, Row1에 있는 터치패드(10)들은 Row7에 있는 터치패드(10)보다 TDI(30)에서 원거리에 있으므로 센서패턴(22)으로 형성되는 저항이 더 크며 기생커패시턴스인 Cp도 더 크다. 따라서 도 43에 도시된 SP(10a)를 open할 때 SP(10a)의 저항이나 커패시턴스를 고려하여 open 시간이 결정될수 있다. 왜냐하면, TDI(30)와 원거리에 있을 수록 터치패드(10)에 형성된 Ct와 접속된 센서신호선(22)의 저항이나 기생커패시턴스가 커지므로, Cdrv에 인가된 Vdrv에 의해 Ct에서의 D/B에 의한 전압의 변화 또는 charge sharing은 RC의 곱에 따른 factor에 의해 지연이 발생한다. 따라서 동일한 SP(10a) open time을 터치스크린패널(50)의 모든 터치패드(10)에 적용하면 TDI(30)와 가까운 터치패드(10)는 charge sharing이 완료된 후 신호 sampling을 하게 되어 별 문제가 없으나, TDI(30)에서 원거리에 있는 터치패드(10)는 아직 P점에 접속된 커패시터들간의 charge sharing이 완료되지 않은 상태에서 신호 sampling을 할 수도 있으므로 터치감도가 낮아지거나 터치좌표 검출 오류가 발생할 수도 있다.
이러한 문제점을 해결하기 위하여, 터치패드(10)의 위치별로 SP(10a)의 open time을 달리해주는 방안이 필요하다. 예를 들어, 도 37의 Row1은 TDI(30)에서 가장 멀어서 저항이나 기생커패시터의 크기가 제일 크므로, Row1인 R1의 터치패드(10)가 SP로 동작할 때의 open 시간을 조정할 수 있는 수단을 별도로 구비한다. 또한, R2 또는 R3등 모든 Row의 터치패드(10)를 open하는 시간을 row별로 별도로 설정하는 수단을 구비한다. 이러한 수단은 TDI 내부의 레지스터나 메모리나 프로그램에 의해 수행되며 상세한 수행방법은 전술한 바와 같다.
이와 같은 본 발명의 실시예에 따라, 터치 패드를 오픈하는 시간을 터치 패드의 위치에 따라 가변적으로 운용함으로써 외란이나 노이즈에 강인하며 정확한 터치 검출을 수행할 수 있다.
한편, R1과 R2가 같은 시간에 SP open이 될수 있으며 R1 및 R2 및 R3가 동시에 동일한 SP open time에 SP open이 될 수 있다. 이러럼 동일한 시간에 SP open을 하는 그룹에 포함되는 터치패드(10)의 개수는 설계자가 선택할 수 있으며, 저항이나 기생커패시터의 크기에 따라 동일 그룹에 포함될 터치패드(10)의 개수가 조정되어야 한다.
TDI(30)는 동일한 시간에 SP open을 하는 그룹에 포함될 터치패드(10)의 개수를 선택하는 수단을 갖는다. 레지스터가 이를 위해 사용되는 경우의 실시예를 참고하면, register의 0번지 선택하면 모든 row가 개별적인 SP open 시간을 가지면, 01번지를 선택하면 두개의 row가 동일 그룹에 포함되며, 일 실시예로 R1과 R2 또는 R3과 R4등 두개의 row가 동일 그룹에 포함된다. 또는 레지스터의 03번지를 선택하면 이는 5개의 row를 동일 그룹에 할당하여 동일한 SP open 시간에 R1 내지 R5의 row가 동작하게 된다.
동일한 시간에 SP open을 하는 그룹에 포함될 터치패드(10)의 저항은 가급적 같을수록 유리하다. 동일한 시간에 SP open을 하는 그룹에 포함된 터치패드(10)의 저항은 이내의 오차 범위에 존재하는 것이 바람직하다.
지금 까지의 실시예는 row를 예로 하여 설명하였으나 SP(10a) open 시간을 터치패드(10)별로 달리하는 기술사상은 row에 한정되지 않으며 Column 또는 random하게 터치패드(10)를 선택하는 경우에도 적용될 수 있다.
한편, 도 42나 도 43의 NSP(10b) 또는 SP(10a)에 관한 open time에 관한 실시예는 공통전압에 동기하여 터치 신호를 검출하는 경우의 실시예를 설명하였으나, 표시장치에서 공통전압이 발생하지 않는 경우에는 공통전압에 동기하지 않고 TDI(30) 내부에서 생성되거나 TDI(30) 외부에서 주어지는 신호에 동기하여 NSP(10b) 또는 SP(10a)에 관한 open time을 결정할 수 있다. TDI(30) 내부나 TDI(30) 외부에서 주어지는 open 또는 close에 과한 신호는, 타이머나 카운터(Counter)에 의해 주기별로 발생하는 트리거 신호이거나 인터럽트 등이다.
이러한 신호에 동기하여 충전수단(12)을 제어하는 Vg의 온/오프 시점이 결정되며, 도 42나 도 43에 있는 모든 신호의 동작 시점도 이러한 신호에 동기하여 결정된다.
본 발명의 터치스크린패널(50)의 실시예인 도 37에서, Row에 포함된 터치패드(10)의 그룹이나 Column에 포함된 터치패드(10)의 그룹으로 스캔하며 터치를 검출 하는 것이 가능하다.
예를 들어, Row를 기준으로 스캔하는 경우에는 Row인 R1에 포함된 모든 터치패드(10)는 동일한 시점에 모두 터치 신호가 검출되는 터치 검출회로에 접속되며, R1부터 시작하여 순차적으로 R7까지 스캔을 하고 매 스캔시마다 동일한 그룹내에 포함된 모든 터치패드(10)에 대한 터치 신호를 검출하게 된다.
또는, Column 방향으로 스캔을 하는 경우에는 Column 방향의 C1부터 스캔을 시작하여 C5에서 종료되며 다시 C1부터 시작하여 C5에서 종료되는 과정을 계속반복하며 매 스캔시마다 터치를 검출하게 된다.
예를 들어, Row 방향으로 스캔한다고 가정하면, R1을 스캔할 때에는 row인 R1에 포함된 모든 터치패드(10)는 터치검출동작을 시행하며, R1을 제외한 R2 내지 R7의 Row에 포함된 모든 터치패드(10)들은 그라운드 전위에 접속될 것이다.
Row R1에서는 복수회(Multi times) 터치검출 동작이 이루어지며, 매번 터치가 검출될 때마다 R1에 대응되는 Line memory에 그 값이 저장되며, 저장된 복수개의 line memory data를 이용하여 filtering을 거친 후, 터치 여부를 판단하거나 접촉면적을 연산하게 된다. Row R1이 완료된 후에는 R2에 대해서도 동일한 과정이 반복되며 Row R7까지 완료된 후 각 Row에서 추출된 ADC값이나 면적값같은 터치 data는 frame memory에 저장된다. CPU(40)나 신호처리부(35)는 Frame memory에 저장된 data에 기초하여 면적을 연산하거나 터치좌표를 추출(extract)하게 된다.
터치좌표는 손가락(25)과 같은 터치수단이 하나 또는 복수개의 터치패드(10)와 대향하여 형성되는 하나 또는 복수개의 터치패드(10)의 면적으로 형성되는 면적의 무게중심으로 정의할 수 있다. 따라서 하나의 터치패드(10)에서 추출된 ADC나 면적만을 고려하여 터치좌표를 연산하면 그 터치패드(10)의 중심부가 터치좌표로 추출된다. 실제로 터치패드(10) 내부에는 많은 위치 정보가 존재하므로 하나의 터치패드(10)로는 정밀한 위치를 추출하는 것이 불가능 하게 된다.
터치패드(10) 내부에 존재하는 다양한 위치를 검출하기 위해서는 적어도 두개 이상 되는 복수개의 터치패드(10)의 조합에 의해 터치좌표가 추출되어야 한다. 도 44a 및 44b는 터치패드(10)에서 검출된 ADC 또는 연산된(calculated) 면적의 상호 조합(Combination) 또는 관계(Relationship)에 의해 터치좌표를 추출하는 본 발명의 실시예이다.
도 44a를 참조하면, 손가락(25)은 터치패드(10) "A“와 터치패드(10) “B"에 각 각 50%의 면적 점유율을 갖고 있다. A와 B의 면적은 동일하며 100이라는 면적을 갖고 있다고 가정하면, 손가락(25)에 의한 터치면적의 합은 100이며 그중에서 A나 B의 점율율은 각 50이다. 따라서 무게중심은 A와 B의 중앙에 있다고 판단할 수 있다.
또한 도 44b를 참조하면, 손가락(25)에 의한 터치패드(10) "A"에서의 면적점유율은 60이며 터치패드(10) "B" 에서의 면적점유율은 40인 경우이다. A와 B에서의 면적점유율 합계는 100이며 A에서의 면적점유율은 60이므로 무게중심은 A의 좌측에서 40% 지점에 존재하며 이것이 터치좌표가 된다. 이처럼 상호인접한 터치패드(10)의 상호관계에 의해, 미세한 면적차이에 따른 터치좌표를 선형적으로 연산하는 것이 가능하게 된다.
도 44에서는 가로 방향으로 인접한 터치패드(10)를 실시예로하여 가로방향으로 움직이는 손가락(25)에 대한 터치좌표를 구하는 방법을 예로 들었으나, 터치패드(10)가 가로 및 세로방향으로 위치하고 손가락(25)이 가로 방향 및 세로 방향의 터치패드(10)를 모두 터치하고 있는 경우에는 2차원적으로 터치좌표를 추출하는 것이 가능하다.
본 발명은 면적을 추출하는 것이 가능하므로 터치좌표는 면적으로 추출되며, 바람직하게는 각 터치패드(10)에서 연산된 면적의 상호관계에 의해 터치좌표가 계산된다.
전술한 면적을 이용한 좌표 검출 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 수단은 터치 패드 해상도보다 훨씬 높은 해상도로 터치 검출이 가능하다.
본 발명의 터치스크린패널(50)에 사용되는 TDI(30)는 100개나 500개 또는 천개가 넘는 터치패드(10)의 터치신호를 검출할 수 있도록 구성할 수 있다. 만일, 일천개의 터치패드(10)에서 터치신호를 검출(또는 센싱)하기 위해서는, TDI(30)에는 일천개의 pin이 일천개의 터치패드(10)와 일대일로 mapping 되어야 한다. 또는 TDI 외부에 멀티플렉서를 설치하고 멀티플렉서에 일천개의 터치패드(10)를 접속시킨 후, 멀티플렉서의 출력을 소량으로 하면, TDI의 Pin 수(number of Pins)는 감소하게 되나, 멀티플렉서를 별도로 써야 하므로 공정이 추가되고 원가가 상승되는 문제가 발생할 수 있다.
이러한 일천개의 터치패드(10)의 터치신호를 검출할 수 있는 TDI(30)를 이용하여, 화면의 크기가 작은 표시장치에 사용될 터치스크린패널(50)을 제조하기 위해서는 일천개의 터치패드에 대한 터치 검출 기능 중 일부분만이 사용되어야 한다.
이를 위해 도 37처럼 row외 column으로 구성된 본 발명의 터치스크린패널(50)의 실시예에 있어서, row와 column에 포함된 터치패드(10)의 동작영역을 설정하는 수단이 필요하다.
예를 들어, 도 37은 row x column이 7 x 5로 형성된 터치스크린패널(50)이며 이를 5 x 3으로 터치패드(10)의 개수를 제한하고자 한다면, row 방향의 7개 group의 터치패드(10)는 5개 그룹만이 선택되어야 하며 column 방향의 5개의 그룹 중 3개의 그룹만 선택되어야 한다.
TDI 내부에는 터치검출 동작을 할 수 있는 row 방향의 터치패드 그룹과 column 방향의 터치그룹 패드를 선택할 수 있는 수단이 있으며 그 수단의 일 실시예로 레지스터를 설명하면 다음과 같다.
우선 레지스터는 row 방향 그룹을 선택하는 레지스터과 column 방향 그룹을 선택하는 2종의 레지스터가 필요하다. row 방향 그룹을 선택하는 레지스터에도 다시 2종의 레지스터가 필요하며 각 각에는 터치검출을 시행할 그룹의 시작점 및 종점을 설정할 수 있는 수단이 구비되어야 한다. 예를 들어 Row 방향의 그룹을 설정하는 REG1과 REG2라고 하는 두개의 레지스터가 있다고 가정하자. REG1은 row 방향의 터치검출 시작점을 설정하는 레지스터이며 REG2는 종점을 결정하는 레지스터라고 하면 REG1에 기입되거나 선택된 R3에 의해 도 37의 row R3 부터 터치 검출을 위한 동작이 시행되고 R1부터 R2는 동작하지 않는다. 또한 REG2에 기입되거나 REG2에서 선택된 R7에 의해 R7까지만 터치 검출 동작이 시행되고 그 이후에 더 있을 수도 있는 R8 또는 R9등은 터치검출 동작을 시행하지 않는다. Column에 대해서도 동일한 방법으로 시행되며 시점과 종점을 설정할 수 있는 두개의 레지스터에 의해 C2부터 C4 또는 C1부터 C3등 다양하게 3개의 column 방향의 그룹을 선택하는 것이 가능하다.
TDI(30)가 검출 할 수 있는 전체 터치패드(10)에서 일부분의 터치패드에 대해서만 터치를 검출하는 동작은 두가지로 시행될 수 있다.
첫번째 방법은 터치검출 동작에 필요한 터치패드(10)만이 도 11과 같은 터치검출회로에 접속되며, 터치검출동작에서 제외된 터치패드(10)는 도 11의 터치검출회로에 접속되지 않는 것이다.
두번째는, TDI(30)가 검출할 수 있는 모든 터치패드를 터치검출회로에 접속하여 터치를 검출하되 결과값이 포함된 메모리에서 필요한 영역의 data를 추출하여 터치좌표 연산에 사용하는 것이다.
또는, 이러한 두가지 방법이 상호 조합되어 사용될 수 있다. 도 37을 인용하여 예를 들면, row 방향으로는 R3과 R7만 동작하고 R1과 R2는 터치 검출을 시행하지 않으며 column 방향으로는 C1 내지 C5가 모두 동작하되 메모리에 저장된 C1 내지 C3의 data만 이용하고 C4 내지 C5의 data는 무시한다. 또는 C1 내지 C3의 column에 대해서만 터치검출회로를 이용한 터치를 검출하고 C4 내지 C5는 터치를 검출하지 않으며 R1 내지 R7의 모든 row에 대해 터치를 검출하지만, 검출된 data가 저장된 메모리에서 R3 내지 R7의 영역만 참조하는 것이다.
앞에서 설명한 바와 같이 터치패드(10)는 터치를 검출하는 목적으로도 사용되지만, 공통전압을 검출하기 위한 목적으로도 사용된다.
도 45를 인용하여 설명하면 다음과 같다. 도 45는 터치패드(10)로 터치신호와 공통전압을 검출하는 본 발명의 실시예이다. 도 45를 참조하면, row 방향으로 15개의 터치패드(10)그룹과 column 방향으로 10개의 터치패드 그룹이 존재하여 150개의 터치패드(10)가 터치스크린패널(50)을 구성하고 있다. 표시장치(200)에서 공통전압이 사용되며 라인반전처럼 교번하는 공통전압이거나, 노이즈를 포함한 공통전압의 경우에는 공통전압에 동기하여 터치신호를 검출해야 하는 이유는 앞에서 설명한 바와 같다.
공통전압을 검출하기 위해서는, 공통전압 검출을 위해 도 17이나 도 19에서의 실시예와 같이 Cvcom을 형성하기 위한 수단이 필요한데, 본 발명에서는 이러한 수단을 별도로 설치하지 않고 터치패드(10)를 사용한다.
도 12 내지 도 13을 참조하면, 하나의 터치패드(10)에 터치커패시턴스인 Ct와 공통전극 커패시턴스인 Cvcom이 동시에 형성된다.
즉, 하나의 터치패드(10)의 상면에 손가락(10)이 위치하면, 신체를 그라운드로 하며 일측이 도 11의 P점에 연결된 터치커패시터(Ct)가 형성되고, 일측이 도 11의 P점에 접속되고 타측은 그 하면에 위치한 공통전극의 전위를 가지는 공통전극 커패시터인 Cvcom이 동시에 형성된다. 이는 터치패드(10)에 공통전극 커패시터인 Cvcom이 형성된다는 의미이므로 별도의 공통전압 검출용 수단이 없어도 공통전압을 검출할 수 있다는 의미이다.
터치패드(10)가 터치와 공통전압을 동시에 검출할 수 있으므로, 하나의 터치패드(10)로 도 11과 같은 터치검출회로에서 터치신호와 공통전압을 검출하는 것도 가능하다.
그러나 하나의 회로에서 터치신호와 공통전압을 검출하는 타이밍이 서로 다름에 기인하는 혼선이 발생할 수 있고, 터치신호 검출을 위한 드라이빙 전압(Vdrv)이나 공통전압이 상호 영향을 미쳐 검출된 신호의 왜곡이 발생할 수 있으므로, 가급적 터치검출용 터치패드(10)와 공통전압 검출용 터치패드(10)를 구분하는 것이 바람직하다.
또한 도 17이나 도 19를 참조하면, 공통전압의 검출감도를 좋게 하기 위해 Cdrv를 사용하지 않는 것이 바람직하므로, Cdrv가 포함된 터치검출회로와 Cdrv가 포함되지 않은 공통전압 검출회로도 분리하는 것이 바람직하다.
도 45를 참조하면, 3개의 row 그룹에 공통전압 검출을 위한 용도의 터치패드(10)가 있으며 이는 R9, R12, R15이다. 또한 하나의 그룹에는 5개의 터치패드(10)가 공통전압을 검출하도록 되어 있다.
이들 15개의 공통전압 검출용 터치패드(10)중의 하나만 선택적으로 공통전압 검출에 사용된다. 따라서, 공통전압 검출용으로 설정된 복수의 터치패드(10)중 하나를 공통전압 검출회로의 P점(도 17의 P점)에 접속시킬 멀티플렉서나 스위칭수단이 필요하다. 그러나 이는 도 45에 따른 일 실시예이며 복수개의 터치패드(10) 및 이에 대응하는 복수개의 공통전압 검출회로가 사용될 수도 있다.
도 45에서 터치 검출영역이 row x column으로 10 x 5로 설정되고 이로 인한 터치검출 영역이 R1~R10 및 C1~C5로 설정되면, 터치검출 영역에 포함된 공통전압 검출용 터치패드(10)만이 공통전압 검출에 사용되어 진다. 또한, 터치 검출영역 이외의 공통전압 검출용 터치패드는 공통전압을 검출하기 위한 용도로 사용되지 않는다. 이처럼 복수의 row와 복수의 column에 공통전압 검출용 터치패드(10)를 설정하여, TDI(30)의 터치영역 설정의 변경에 따라 공통전압 검출 패드의 검출위치를 달리 할 수 있다.
만일, 도 45의 전체 영역이 터치검출 영역이라고 가정하면, 하나의 row에 포함된 터치패드(10)에서만 공통전압을 검출하면 안 되고, 적어도 하나는 다른 row에 존재하여야 한다.
왜냐하면, R1부터 터치신호를 스캔하여 R15까지 스캔하는 실시예에 있어서, 처음에는 R9의 5가 기입된 터치패드가 공통전압을 검출한다고 가정할 때, R8을 스캔한 후 R9에서 터치를 검출할 때에는 R9의 5가 기입된 공통전압을 검출중인 터치패드(10)는 공통전압을 검출하지 못하고 터치를 검출해야 하므로 다른 터치패드가 공통전압을 검출해야 한다. 이러한 공통전압 검출용 터치패드는 R9에 존재하면 안되므로 R12나 R15중의 하나에서 선택되어야 한다. 만일 R15에서 13이 기입된 터치패드(10)가 이러한 역할을 한다고 가정하면 R9 스캔시에는 R15의 13이 기입된 터치패드에서 공통전압을 검출하며 R9의 스캔이 완료된 후 R15를 스캔하기 이전에 공통전압 검출패드는 R9나 R12의 다른 공통전압 검출용 터치패드(10)로 스위칭하면 된다.
전술한 바와 같이, 터치 검출을 위한 스캔 순서에 따라 공통전압 검출용 패드를 변경시킴으로써, 터치 패드를 이용한 실시간 공통 전압 검출을이 가능하다.
터치패드(10)가 도 13의 실시예와 같이 표시장치에 포함된 온 셀 touch인 경우, 횡전계모드의 LCD 표시장치의 경우 터치패드(10)는 Back ground로 사용 될 수 있음을 앞에서 설명하였다. 이러한 경우에 하나의 터치패드가 지속적으로 공통전압을 검출하면 표시장치의 화질이상을 유발할 수 있다. 즉, 도 45의 R9의 5로 기입된 터치패드(10)가 공통전압을 지속적으로 검출하고 자신이 터치를 검출할 순번에서만 다른 Row에 위치하는 터치패드에 공통전압 검출의 기능을 맡기는 경우, R9의 5가 기입된 터치패드(10)의 공통전압 검출을 위한 시간점유율은 다른 공통전압 검출용 터치패드(10)에 비해 높게 된다. 공통전압 검출을 위해서는 도 18의 실시예와 같이 공통전압 검출용 터치패드(10)에는 충전전압인 Vpre_com이 상당기간 인가되고 있으므로, 이러한 전압은 공통전압 검출용 터치패드(10) 하면에 LCD의 공통전극이나 드레인전극(255)에 형성된 전압과의 사이에 전계를 발생시켜 공통전압 검출용 터치패드(10) 하면의 액정이 전계에 의한 동작을 할 가능성이 있게된다. 이러한 전계에 액정이 반응하는 경우 그 부분이 전체적으로 검게되거나 그레이로 변하거나 하는 등의 화질문제를 유발할 수 있다.
이러한 문제를 해결하기 위한 방안으로, 공통전압 검출용 터치패드(10)는 순환(rotation)하여 사용된다.
예를 들어, 첫번째 공통전압을 검출할 때에는 도 45 R9의 1이 기입된 터치패드가 사용되었다고 가정하면, 두번째 공통전압을 검출하기 위해 R9의 2가 기입된 터치패드가 사용되고 그 다음 공통전압 검출을 위해서는 R9의 3이 기입된 터치패드(10)가 사용되는 것처럼, 공통전압검출용 터치패드(10)가 rotation 되어야 한다. 공통전압의 시간폭은 길어도 100us 이내이며 액정은 100us 정도의 시간에는 반응을 하지 못하므로 공통전압 검출패드의 rotation에 의해, 화질이상을 해결하는 것이 가능하다. 이러한 rotation은 동일한 row내에 포함된 공통전압 검출용 터치패드(10) 끼리의 조합이나 서로 다른 row 또는 column에 포함된 공통전압 검출용 터치패드(10)사이에서도 가능하다.
이처럼 공통전극 검출용 터치패드(10)가 rotation하는 경우, 공통전압을 검출중인 row가 터치를 검출하기 위한 순서가 되어 터치검출환경으로 변하게 되면 공통전압 검출용 터치패드의 rotation은 다른 row에 포함된 공통전압 검출용 터치패드(10)에서 이루어 진다.
지금까지의 실시예는 Row를 순차적으로 스캔하여 터치를 검출하는 경우의 실시예를 들었으나, 컬럼을 순차적으로 스캔하여 터치를 검출하는 경우에도 동일하게 rotation 기법은 사용될 수 있다.
어떤 휴대폰에는 기능키(Function Key)가 있어서 메뉴(Menu)의 홈(Home)으로 복귀하거나 메뉴의 후진(Backward) 또는 전진(Forward)등의 동작을 한다. 기능키 사용에 관한 종래의 실시예인 도 46을 참조하면, 휴대폰에 적용되는 터치스크린패널(50)에는 터치패드(10)와 기능키(20)가 설치되어 있다. 이러한 기능키(20)는 기계식으로 되어 있는 경우도 있으나 최근에는 터치를 이용한 기능키의 사용이 늘어나고 있다.
도 46에는 두개의 기능키가 있으며 터치패드(10)가 설치되어 있는 표시장치의 A/A 영역을 벗어난 영역에 설치되어 있다. "Home Key" 와 “Back Key"로 명명할 수 있는 두개의 기능키는 터치검출에 사용되는 터치패드(10)와 다른 위치에서 사용되므로 터치패드(10)와는 다른 기능을 필요로 한다.
도 47은 기능키 구현에 관한 본 발명의 실시예이다. 도 47을 참조하면, TDI(30)는 입력부와 출력부로 구분된다. 입력부는 도시되지 않은 COF나 FPC등과 같은 연성회로기판(96)에서 주어지는 신호를 받거나, COF나 FPC로 신호를 줄 수 있다. 또한 TDI의 출력부는 터치스크린패널(50)과 접속되는 부분으로서 터치스크린패널(50)을 제외한 다른 곳에는 신호전달이 불가능한 영역이다.
기능키패드(20)는 TDI(30)의 출력부에 포함되어, 터치패드(10)와 같이 배선되어 표시장치의 A/A 상면을 통과할 수 있다. 터치패드(10) 사이를 통과한 기능키신호선(23a)은 TDI(30) 반대편에 있는 터치스크린패널(50)의 영역에서 기능키(20)와 접속된다. 한편, 또다른 기능키신호선(23b)은 TDI(30)의 출력부에서 발원되어 표시장치의 A/A 영역을 관통하지 않고, (도시되지 않은) 표시장치의 비가시영역(또는 베젤)을 통하여 TDI(30)의 반대편 터치스크린패널(50)으로 배선되고 기능키패드(20)와 연결된다.
또한, 기능키(20)는 TDI(30)의 입력부를 통해서 터치스크린패널(50)이 아닌 보호유리나 보호 플라스틱등에 접속될 수도 있다. 기능키는 on/off 기능만을 하므로 본 발명의 터치패드(10)가 기능키로 사용될 때에는 하나의 패드만 독립적으로 사용되어 on/off만을 검출한다. on/off 검출을 위한 문턱값(Threshold Value)(Threshold Voltage)은 터치패드(10)에 적용되는 문턱값(Threshold Value)과 다르게 사용될 수 있다.
기능키패드(20)도 fac. cal이나 RTC를 동일하게 시행하여 검출오차를 줄이는 것이 바람직하다. 기능키가 표시장치의 상면에 존재하지 않는 경우, 기능키는 공통전압에 동기하여 터치 신호를 검출할 필요는 없다.
기능키(20)는 터치패드(10)로도 사용가능하다. TDI(30) 내부에는,임의의 터치패드(10)를 터치검출용으로 사용할 것인지 기능키로 사용할 것인지를 결정하는 수단이 포함되어 있다. 만일, 도 47과 같이 row x col이 7 x 5 인 경우에, 5개의 기능키가 row의 터치패드로 흡수된다면 row x col은 8 x 5의 터치해상도를 가지는 터치스크린패널(50)이 된다. 이러한 기능은 TDI(30) 내부에 포함된 레지스터나 프로그램에 의해 변경된다. 레지스터에 의한 변경법을 예로 들면, 레지스터의 특정 bit를 하이나 로우로 설정함에 따라, 어떤 터치패드는 터치검출용패드나 기능키패드로 전환된다. 이를 위해 터치패드(10)의 특정영역은 사전에 이러한 두가지 기능을 할 수 있도록 정해져야 한다.
본 발명에서 사용되는 기능키는 터치검출용패드로도 사용할 수 있기 때문에 단순히 온/오프를 검출하는 기능키 외에도, 손가락(25)같은 터치수단의 선형적인 위치변화를 검출하는 기능키로도 사용될 수 있다. 이러한 기능키는 스크롤 기능이 필요한 기능키, 예를 들어 휴대폰의 일측에 부착되며 손가락을 위로 밀어올리면 볼륨이 증가하고 손가락을 내리면 볼륨이 감소하는 스크롤 기능을 하는 부위에 사용된다.
손가락(25)의 선형적인 위치변화에 대한 좌표를 선형적으로 검출하기 위해 하나의 기능키패드로는 이러한 기능을 수행할 수 없으며, 앞에서 설명한 바와 같이 복수개의 기능키패드가 상호 인접해야 하고 이들과의 상호 면적점유에 대한 관계 또는 상호 면적 참조를 통해서 선형적인 좌표검출을 수행할 수 있다. 이러한 기능은 터치패드(10)로 터치좌표를 검출하는 것과 차이가 없으며 단지, 터치검출 위치가 표시장치의 A/A의 상면이 아니라는 것만이 차이점이다.
따라서, 본 발명의 터치패드는 애플 아이팟의 스크롤휠처럼 선형적인 좌표의 변화를 추출하는 모든 용도에 사용하는 것이 가능하다.
터치패드(10)가 기능키패드(20)로 사용될 때에도 기능키패드(20)는 NSP(10b)나 SP(10a)의 open 또는 close에 대한 모든 기능을 수행하는 것이 바람직하다.
앞서 설명한 바와 같이, 기능키패드(20)는 터치패드(10)의 한 영역이라고 가정할 수 있으므로 도 47에서와 같이 5개의 기능키패드는 8번째 row로 정의할 수 있다. 따라서 8 x 5의 분해능을 가지는 터치스크린패널(50)으로 설정할 수 있으므로, NSP 또는 SP의 open이나 close에 대한 기능이나 시간 설정에 제약이 없다. 즉, 도 47의 첫번째 row가 터치패드(10)로 동작할 때에는, 기능키(20)를 포함한 터치스크린패널(50)의 모든 터치패드(10)는 그라운드로 접속되거나, 본 발명의 NSP open에 관한 규칙을 따를 수 있다.
또한, 기능키(20)에서 터치신호를 검출하는 순간에는 기능키(20)를 제외한 나머지 터치패드(10)들은 본 발명의 NSP open에 관한 기술사상을 적용하는 것이 가능하다. 결론적으로, 기능키(20 또는 기능키패드)의 NSP open이나 SP open에 관한 timing은 별도로 설정되는 것이 아니라 터치패드(10)들의 NSP나 SP open에 관한 시간과 동기되어 시행된다.
본 발명의 터치패드(10)가 기능키(20)로 사용될 때에는, 터치여부를 결정하는 문턱값(Threshold Value)이 별도로 설정되어야하며 ADC 또는 면적에 대한 문턱값이 동일하거나 서로다르게 설정될 수 있다.
왜냐하면, 기능키(20)는 그 목적상, 많이 눌려야 반응 하는 등 감도설정이 별도로 필요하기 때문이다.
만일, 기능키의 감도가 일반 터치처럼 민감하다면 순간적인 터치에도 반응이 발생하며 이러한 민감한 감도가 불필요한 경우도 있다. 따라서 기능키(20)에는 터치여부를 판단하는 문턱값(Threshold Value)이 별도로 설정되는 것이 바람직하다.
문턱값(Threshold Value)은 ADC 값을 기준으로 설정될 수도 있고 면적을 기준으로 설정될 수도 있다. 또한 기능키패드의 터치 검출을 위해서는 도 29의 gain도 별도로 설정하는 것이 바람직하다. 이로 인해 터치감도를 조정할 수 있기 때문이다.
도 48은 기능키(Function Key)에 적용되는 본 발명의 레지스터 설정에 관한 일 실시예이다. 도 48을 참조하면, 레지스터는 4bit로 되어 있으므로 16단계로 설정가능하다. 또한 문턱값은 ADC code를 기준으로 설정하였다. 만일, 레지스터의 00h번지를 선택하면 문턱값은 50이 되며 기능키패드(20)에서 검출된 ADC가 50 이상인 경우에 터치로 인식한다. 또한 09h를 선택하면 기능키패드(20)에서 터치로 인해 검출된 ADC code 값이 500 이상인 경우에 한해 touch로 인식한다. 이처럼 문턱값을 적절히 조정하여 기능키패드(20)에서의 터치감도를 조정하는 것이 가능하며, 이러한 방법은 터치패드(10)에서의 터치검출에도 동일하게 적용된다.
한편, 손가락(25)이 기능키를 완전히 덮어야 터치가 검출되면서도 감도가 낮아야 되는 응용예가 있다고 가정해보자. 이러한 경우에는 도 29의 수식에서 보여지듯이 Gain을 낮추거나 또는 터치검출에 관한 문턱값을 조정하여 해결할 수도 있다. 또는 기능키의 형상으로 감도를 조절할 수도 있다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예는 터치 패드와 동일한 구조를 갖되 기능키의 터치 검출 문턱값과 증폭기 게인을 조정하여 터치 패드와 상이한 입력 방식을 사용자에게 제공 가능하다.
도 49는 기능키패드의 형상으로 감도를 조절하는 본 발명의 실시예이다. 도 49를 참조하면 기능키패드(20) 내부에서 터치검출패턴은 그물구조로 되어있으며 패턴의 폭에 따라서 터치검출패턴의 면적점유율이 결정되어진다. 도 49에서는 그물구조를 예로 들었으나 형상에 한정되지 않으며 검출패턴이 기능키패턴의 일부영역을 점유하며 그러한 형상이 기능키패드 전체를 덮고 있으면 된다. 이러한 패턴의 장점은 Gain이나 문턱값이 높게 설정되어 있어도 기능키패드(20)에 터치수단이 많이 접촉되어야 터치검출이 가능하므로, 터치수단이 기능키패드(20)의 일부에 무의식적으로 터치됨에 의해 발생하는 원치 않는 터치에 의한 동작을 방지할 수 있다는 것이다.
전술한 구성에 의하여, 본 발명의 일 실시예는, 터치패드(10)의 구조를 일부 변경시킴으로써, 용이하게 터치 패드와 상이한 기능키로서의 입력 기능을 사용자에게 제공 가능하다.
터치패드(10)에서 터치좌표를 추출하기 위해서는 주변에 있는 터치패드(10)들과의 상호 관계를 규정하는 것이 필요하다. 이러한 관계는 손가락(25)이 복수개의 터치패드(10)를 터치하고 있을 때, 손가락(25)과 접촉된 복수개의 터치패드(10)들로 구성된 손가락(25)의 면적이며, 복수개의 터치패드(10)로 구성된 면적의 무게중심을 구하면 그 점이 터치좌표가 된다. 그러나 터치패드(10)의 마지막부분인 터치스크린패널(50)의 에지부에서는 주변 터치패드(10)가 없으므로 완전한 무게중심을 구하기가 쉽지 않다.
도 50은 터치스크린패널(50)의 에지(edge)부 구성에 관한 종래의 실시예이다. 도 50을 참조하면, 종래에는 표시장치의 A/A 내부에 터치패드(10)가 위치한다. 왜냐하면, 전술한 바와 같이 종래의 터치검출 방식은 터치스크린패널(50)으로 인한 좌우의 베젤폭이 넓기 때문에 표시장치의 A/A를 초과하는 터치패드(10)의 구성은 터치스크린패널(50)의 좌우 베젤폭을 더욱 넓게 하기 때문에 상품성이 더 떨어진다. 이로 인해, 터치패드(10)의 에지부에는 연결된 터치패드(10)가 없으므로 검출의 사각지대가 발생하게 된다.
도 51은 이러한 문제를 해결하는 본 발명의 실시예이다.
본 발명의 터치스크린패널(50)은 센서신호선(22)이 터치패드(10) 사이 즉, 표시장치 화면의 A/A 내에 배치되므로 터치스크린패널(50)의 좌우측 베젤에 설치되는 센서신호선(22)은 최소화된다.
따라서, 터치패드(50)가 화면의 A/A를 초과하여 설치되더라도 그로인한 터치스크린패널(50)의 베젤폭 증가는 유발되지 않는다. 도 51과 같이 표시장치 A/A의 외곽까지도 터치패드(50)를 확장하면 검출사각지대가 표시장치의 A/A 밖으로 밀려나므로 A/A 내부에서는 검출사각지대가 발생하지 않는다.
본 발명은 터치좌표 인식 및 손가락(25)같은 터치수단과 터치패드(10)와의 접촉면적을 인식한다. 도 14의 도면을 참조하면, 본 발명은 손가락(25)에 의한 터치패드(10)와의 대향면적 연산이 가능하므로, 복수개의 터치패드(10)에 대한 접촉면적을 모두 더하면 손가락이 터치스크린패널(50)과 접촉하고 있는 면적이 산출된다. 또한 면적의 무게중심을 구하면 터치좌표를 구하는 것도 가능하다. 따라서, 터치좌표를 2차원의 x축과 y축에 표시하고 면적정보가 터치좌표와 같이 표시된다면 이는 터치를 3차원으로 표시하는 것이 가능하게 된다.
만일 터치스크린패널(50)에 접촉되는 손가락(25)의 시간당 면적 변화율을 계산하면 손가락(25)에 의한 힘(Force)이나 압력(Pressure)를 검출하는 것도 가능하다. 이러한 연산을 수행하기 위하여 본 발명은 터치좌표를 set의 CPU로 전송할 때 시간정보 및 면적정보를 같이 전송하며, set의 CPU는 이러한 정보를 바탕으로 터치수단의 힘이나 압력을 연산한다. 또는 TDI 내부의 CPU(40)나 신호처리부(35)에서 터치수단에 의해 가해지는 힘이나 압력을 연산하여 set의 cpu로 전송한다.
이러한 면적검출은 다양한 용도로 사용될 수 있다. 예를 들어 글씨를 쓰는 경우 터치스크린패널(50)과 접촉된 필기구의 면적에 비례하여 글씨가 두꺼워지거나 좁아지기도 하며, 그림을 그릴때에 도전성 붓을 사용하면 실제와 동일한 그림을 그리는 것이 가능하게 된다. 또한 어떤 어플리케이션에서는 면적을 이용한 다층 layer command(Multi Layer Command)를 시행할 수 있다. MP3 player를 휴대폰에서 동작시키기 위해서는 1)여러개의 어플리케이션중 MP3 player를 선택하는 단계, 2)노래을 듣기 위해 play button을 터치하는 단계인 2 layer의 command가 일반적이다. 이러한 경우 본 발명의 면적을 이용한 다층구조명령은, MP3 player를 살짝 누르면 면적이 작으므로 Player가 선택만 되고 많이 누르면 접촉면적이 넓어지므로 Player 선택 및 play까지 같이 된다. 또는 피아노 어플리케이션의 경우 피아노 건반을 치는 강도에 따라 소리의 크기를 달리 할 수도 있다.
한편, 본 발명의 TDI(30)는 하나의 터치스크린패널(50)에 복수개가 사용될 수 있다. 터치스크린패널(50)이 넓은 경우에 하나의 TDI(30)로 터치스크린패널(50)에 터치패드(10)를 배치하면 터치패드(10)의 면적이 넓어지므로 터치좌표를 검출하기 위한 검출분해능이 저하될 수 있기 때문에 복수의 TDI(30)를 사용하여 터치패드(10)의 면적을 작게 하는 것이 바람직하다.
하나의 터치스크린패널(50)에 복수의 TDI(30)를 사용하기 위해서 터치스크린패널(50)에 형성된 터치패드(10)는 row 방향의 터치패드(10)와 column 방향의 터치패드(10)가 동일한 라인으로 구성되거나 동일한 간격으로 구성되어야 한다.
도 52는 복수의 TDI(30)가 사용된 본 발명의 실시예이다. 도 52를 참조하면, 하나의 터치스크린패널(50)에 복수의 TDI(30)가 사용되며 동일한 간격으로 터치패드(10)가 패터닝된다. 복수의 TDI(30) 사이에는 통신 및 신호선(29)이 있어서 복수의 IC 사이에 통신 및 필요한 신호가 전달된다. 통신 및 신호선(29)에는 복수개의 신호선이 사용되며, 이들은 시리얼통신을 위한 I2C나 SPI 신호선 또는 USB 신호선등이며, 후술하게 될 복수의 동기신호선이다. 복수의 TDI(30)중 하나에는 마스터 기능이 부여되며 나머지에는 슬레이브기능이 부여된다. TDI내부에는 마스터와 슬레이브 기능을 지정할 수 있는 수단이 포함된다.
마스터로 사용되는 TDI(30)는 슬레이브로 사용되는 TDI에 통신선 및 신호선(29)을 통하여 제어신호를 보내며 슬레이브의 기능을 통제한다. 또한, 도시되지는 않았지만, TDI(30)가 아닌 다른 CPU(40)가 TDI(30)와는 별개로 존재하며 통신선 및 신호선(29)을 통하여 복수의 TDI(30)를 제어한다. 이 경우, 각 TDI(30)에는 ID를 부여하여 구분하는 기능이 필요하며 TDI(30)는 ID를 설정하기 위한 Hardware pin이나 software 구성을 갖는다. Hardware 구성을 예로 들면, 복수의 ID pin이 하이나 로우신호를 접속한다.
이와 같은 구성에서, 물방울 같은 도전체의 접촉에 의한 오작동을 방지하기 위하여 터치스크린패널(50)에서 두개의 TDI(30)에 의해 통제되는 터치패드(10)는 하나의 TDI(30)에 통제되는것 처럼 동작되어야 한다. 예를 들어 Row를 스캔한다고 가정하면 R1부터 스캔을 시작하여 R2 및 R3를 거쳐 R7에서 종료되는 경우에, 마스터 TDI(30)나 외부의 CPU는 신호선이나 통신선(24)을 통하여 frame 동기신호를 보낸다. frame 동기신호에 의해 도 52 좌측의 R1과 우측의 R1은 동일시점에 스캔을 시작한다. R1의 스캔이 완료된 후 마스터 TDI나 외부의 CPU는 R2의 스캔을 시작하라는 신호를 주며, 이 신호에 동기하여 R2의 스캔이 동시에 실시된다. 이처럼 마스터 TDI나 외부의 CPU에 의해 인가되는 신호에 의해 프레임의 스캔 시작 시점 및 각 row의 스캔 시작점이 동기화 되므로 마치 하나의 TDI에 의해 동작하는것 처럼 되어, 물방울과 같은 도전체로 인한 오작동이 방지된다. 또한 NSP나 SP의 open에 관한 동작도, 복수의 TDI(30)끼리 동기되어 동작하므로 하나의 TDI(30)와 동일한 구현이 가능하다.
이와 같이, 복수의 TDI를 마스터-슬레이브로 동작시켜, 스캔 및 패드 오픈을 동기화시킴에 의하여 대화면의 터치 스크린 기능의 제공하는 것이 가능하다.
한편, 본 발명의 터치스크린패널(50)을 실제로 사용하는 과정에서 정전기(ESD)가 수시로 유입되며, 정전기가 터치패드(10)에 인가되면 도 11의 P점의 전위가 변경될 수 있으므로 이를 터치로 잘못 인식하는 경우가 발생한다.
도 12내지 도 13을 참조하면, 본 발명의 터치패드(10)는 유리같은 보호충(24)의 하면에 위치한다. 따라서 정전기는 보호층(24)에 인가된 후, 보호층(24)과 터치패드(10)의 접합부로 인입될 것이다. 따라서, 도 12내지 도 13과 같은 구성예에서 정전기는 터치스크린패널(50)의 에지부부터 인입되므로, 터치스크린패널(50)의 에지부에 정전기를 흡수할 수단을 설치하면 정전기는 터치스크린패널(50)의 내부로 침투하지 못할 것이다.
도 53은 정전기(ESD)를 제거하기 위한 본 발명의 실시예이다. 도 53을 참조하면 터치스크린패널(50)의 외곽부로 ESD흡수선(27)이 설치된다. ESD 흡수선(27)은 COF나 FPC같은 연성회로기판(96)에서 그라운드나 일정전위를 가지는 DC에 접속되거나, TDI(30)와 접속되어 TDI내부의 그라운드전위나 소정의 레벨을 가진 DC전위에 접속된다. 또한 ESD 흡수선(27)이 폐루프(Closed loop)를 형성하는 것은 바람직하지 않다. 안테나 효과에 의해 휴대폰등의 통화 수신감도에 영향을 미칠수 있기 때문이다. 이로 인해 ESD흡수선(27)은 적어도 두개의 지점에서 발원되어 상호 접속되지 않는다. 또한 도 53의 원형부에서와 같이 ESD 경로를 최소화하기 위해 최단거리로 교차(Overlap)되는것이 바람직하다.
ESD 흡수선(27)은 GND나 소정 DC 레벨에 접속되어 있기 때문에 터치스크린패널(50)의 에지부에서 인입된 ESD는 ESD흡수선(27)에서 흡수되어 터치스크린패널의 외부로 방전되므로 ESD에 의해 터치패드(10)는 안전하게 보호된다.
도 54 및 도 55는 터치스크린패널을 내장한 표시장치의 단면도 및 분해 사시도이다. 이를 참조하여 본 발명에 따른 터치스크린패널 및 그러한 터치스크린패널을 내장한 표시장치에 대하여 설명하면 다음과 같다.
도 54에 도시한 바와 같이, 표시장치(200)의 칼라필터(215) 상면에는 본 발명에 따른 터치스크린패널이 패터닝될 수 있다. (TFT기판의 하면에도 위치할 수 있으나 본 명세서에서는 이에 관한 설명은 생략하였다). 통상 LCD 칼라필터(215)의 하면에는 공통전극(220)이 형성된다. 다른 예로서, 도 34와 같은 횡전계 모드에서는 TFT기판(205)에 공통전극(220)이 형성된다. 도 34 또는 도 54와 같은 예에서, 칼라필터(215)의 상면에는 도시한 바와 같이 터치패드(10)가 패터닝되어 설치된다.
패터닝공정은 칼라필터(215)의 제조단계에서 시행될수도 있고 TFT기판(205)과 컬러필터기판(215)이 합체된 이후에 시행될 수도 있다. 최근에는 표시장치의 두께를 줄이기 위하여 두개의 기판이 합체된 이후에 두께를 줄일 목적으로 슬리밍(Sliming)공정이 진행되는 경우가 많으므로, 터치기판(10)의 패터닝 공정은 슬리밍 공정이 완료된 후에 진행되어야 터치기판(10)이 망실되지 않는다.
한편, 터치패드(10)를 보호하기 위해 강화글래스 등과 같은 보호패널(52)이 터치패드(10) 상부에 설치될 수 있다. 도 54의 실시예에서 보호패널(52)은 자외선 경화수지(98) 등과 같은 투명 점착수단에 의해 칼라필터(215)의 상면에 부착되기도 하면 보호패널의 에지부에서 DAT(Double Adhesive Tape)에 의해 부착되기도 한다.
LCD와 같은 표시장치에 형성된 본 발명의 터치스크린패널은, 표시장치가 LCD의 라인 인버전 구동방식 같이 공통전압이 교번되는 경우에는, 공통전압을 검출하고 이에 동기하여 터치신호를 검출한다. 또한 횡전계모드의 경우나 도트 인버전의 경우에 액정 구동과정에서 구동 노이즈(Operating Noise)가 발생하고 구동 노이즈가 터치신호에 영향을 미칠 때에는 구동 노이즈도 검출하고 검출된 구동노이즈에 동기하여 터치신호를 검출하는 것이 바람직하다.
도 54나 도 55에는 도시되지 않았으나 본 발명의 터치패드(10)의 상면에는 편광판이 부착된다.
도시된 예에서 TFT기판(205)에는 LCD의 화면표시를 위한 드라이브IC(60)가 COG 형태로 실장된다. 칼라필터(215)에는 터치신호 제어를 위한 TDI(30)가 COG 또는 COF 형태로 실장된다. 각각의 드라이브IC(30, 60)에서는 FPC나 COF같은 연성회로기판(96, 97)이 인출된다. 한편, 도 55와 같은 실시예에서는 TDI(30) 및 LCD 드라이브IC(60)가 단일의 IC로 통합될 수도 있다.
한편, 본 발명은 복수개의 터치를 검출하는 것이 가능하다. 도 25를 참조하면, 본 발명의 터치패드(10)는 각 각 독립된 위치에서 독립적인 좌표를 갖고 있다. 따라서, 각 터치패드(10)는 복수개의 터치입력에 대해 복수개의 터치검출이 가능하다. 만일 도 25에 표시된 35개의 터치패드(10) 상면에 도시되지 않은 손바닥이 35개의 터치패드(10)를 모두 덮는다고 가정하면 35개의 터치패드(10)는 모두 터치가 된 것을 검출하는 것이 가능하다.
본 발명의 터치패드(10)의 면적이 작다면, 터치패드(10)와 대향하는 손가락(25)같은 터치수단은 통상적으로 복수개의 터치패드(10)와 대향하게 될 것이다. 따라서 하나의 터치수단에 복수개의 터치패드(10)가 접촉되므로 복수개의 터치패드(10)로 구성된 그룹(group)에서 단일(single)의 터치좌표를 검출하는 것이 필요하다. 이러한 터치좌표는 터치가 이루어진 그룹의 무게중심이 된다.
도 56은 터치그룹 결정에 관한 본 발명의 실시예이다. 도 56을 참조하면, 도 56의 “손가락 A"는 10개의 터치패드(10)를 터치하고 있으며 각 터치패드(10)에는 손가락과의 터치로 인해 추출된 면적의 상대값들이 표시되어 있다. 10개의 터치패드(10)중 두번째 줄 (2nd row)를 보면, 9와 7의 면적다음에는 0의 면적이다. 따라서, 7까지만 터치가 발생하였고 그 이후부터는 터치가 발생하지 않았다는 것을 알 수 있으며 7과 0이 터치의 경계부가 된다.
이처럼 터치가 발생하면 면적이 추출되며 터치가 발생하지 않으면 면적이 검출되지 않으므로 ,이 둘의 경계부를 식별하는 것이 가능하여 경계부의 조합에 의해, 하나의 손가락에 의한 터치가 발생한 영역을 구분하는 것이 가능하다. 이러한 터치영역안에 포함된 터치패드(10)들의 면적을 하나의 손가락에 의해 터치가 발생한 그룹(group)으로 묶는(grouping) 과정을 통해, 복수개의 터치패드(10)가 마치 하나의 터치패드처럼 인식하는 것이 가능하게 되며 하나의 그룹의 무게중심을 구하면 이것이 그룹의 터치좌표가 된다.
도 56의 “손가락 B" 그룹은 도 56의 "손가락 A" 그룹과 상호 연관성을 가지지 않는 별도의 그룹이므로 ”손가락 B"의 grouping을 통해 “손가락 B" 그룹의 무게중심인 터치좌표를 추출하는 것도 가능하며, "손가락 A" 그룹과 ”손가락 B" 그룹의 터치좌표를 동시에 추출하는 것이 가능하므로 본 발명은 복수의 터치를 동시에 검출하는 멀티터치(Multi Touch) 검출이 가능하다.
이와같이 본 발명의 터치스크린패널을 내장한 표시장치는, 종래의 방식처럼 필름이나 글래스에 터치패드(10)를 형성하고 이러한 필름이나 글래스를 표시장치에 부착하는것에 비해 공정이 단순하므로 수율이 향상되고 필름을 사용하지 않으므로 두께가 얇아지며 투과율이 상승된다는 장점이 있다. 또한 대량생산에 적합한 LCD 공정을 사용하여 LCD 상면에 본 발명의 터치스크린패널을 제조하면 낮은 비용 및 높은 수율로 제품을 생산하는 것이 가능하다.
이와 같이 본 발명은 전술한 실시예 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10 : 터치패드 10a : 센싱패드(Sensing Pad,SP)
10b : 난 센싱패드(Non SP) 11 : 공간충전부
12 : 충전수단 12-1 : 충전수단의 출력부
12-2 : 충전수단의 입력부 14 : 터치검출부
15 : 공통전압 검출부 16 : 절환부
18 : 증폭기 18a : 차동증폭기
19 : 비교기 20 : 기능키(Function Key)
22 : 센서신호선 23 : 기능키신호선
25 : 손가락 26 : 도전체
27 : ESD 흡수선 29 : 통신 및 신호선
30 : Touch Drive IC(TDI) 31 : 구동부
33 : 타이밍 제어부 35 : 신호처리부
40 : CPU 46 : 통신부
47 : 전원부 50 : 터치스크린패널
52 : 보호패널 57 : 접착부재
58 : 에어갭 또는 접촉부재 59 : 접속부
60 : 드라이브IC 90 : 액티브영역
92 : 비가시영역 96 : 연성회로기판
98 : 자외선 경화수지 200 : 표시장치
205 : TFT기판 210 : 액정층
215 : 칼라필터 217 : 백그라운드
220 : 공통전극 230 : 실런트
242 : 게이트라인 244 : 데이터라인
246 : 공통전극라인 248 : 화소전극라인
250 : TFT 251 : 게이트전극
253 : 소스전극 255 : 드레인전극
257 : 반도체층 270 : 도트
Claims (31)
- 표시장치에 설치되며 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 터치커패시턴스(Ct)가 발생하는 것을 감지하는 터치 검출수단에 있어서,
상기 터치입력수단과의 사이에서 터치커패시턴스(Ct)를 형성하는 터치패드;
상기 터치패드에 일측이 연결되고 타측으로는 터치 검출을 위한 드라이빙(Driving) 전압이 인가되는 드라이빙 커패시터(Cdrv);
상기 터치패드에 연결되며, 상기 터치입력수단의 터치 유무에 따라 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 상기 터치커패시턴스(Ct)가 부가될 때 드라이빙 백(Driving back) 현상을 이용하여 터치신호를 검출하는 터치 검출부; 및
상기 터치패드의 터치 신호를 TDI(Touch Drive IC)로 전송하기 위한 센서신호선을 포함하되, 상기 센서신호선은 상기 터치패드와 상기 TDI의 접속경로가 최단거리가 되는 위치에서 발원되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 터치 검출수단은
상기 표시장치에서 발생하는 공통전압을 검출하는 공통전압검출부; 및
상기 공통전압에 동기하여 드라이빙 전압을 생성하는 드라이빙전압 생성부를 더 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 TDI가 상기 표시장치의 하측에 위치하는 경우, 상기 센서신호선은 상기 터치패드의 5시 또는 8시방향 중 어느 하나의 모서리부에서 발원하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 TDI가 상기 표시장치의 상측에 위치하는 경우, 상기 센서신호선은 상기 터치패드의 11시 또는 2시방향 중 어느 하나의 모서리부에서 발원하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 터치패드와 상기 표시장치의 공통전극 사이에서 공통전극커패시턴스(Cvcom)가 형성되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 공통전압검출부에는 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)가 미접속된 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 터치패드는 터치검출부 또는 공통전압 검출부 중 어느 하나에 접속되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 공통전압검출부에 접속된 터치패드에 프리차지 전압을 인가하기 위한 충전수단이 접속되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 8항에 있어서,
상기 충전수단은 스위칭소자이며, 상기 공통전압 검출 시 상기 공통전압검출부에 접속된 상기 터치패드와 연결된 상기 스위칭소자의 출력부는 하이 임피던스 상태인 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 8항에 있어서,
상기 충전수단은 소정의 시간동안 오프상태를 유지하며, 상기 공통전압검출부는 상기 충전수단이 오프상태에서 상기 공통전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 8항에 있어서,
상기 충전수단은 상기 공통전압에 동기하여 온/오프를 시행하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 8항에 있어서,
상기 충전수단의 충전시간을 설정하는 수단이 더 구비되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 12항에 있어서,
상기 드라이빙전압은 상기 공통전압 또는 상기 충전시간 중 어느 하나에 동기하여 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)의 일측에 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 터치 검출부는 상기 드라이빙전압이 인가된 후 소정시간 이후에 터치 신호를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 공통전압 검출부의 입력은 하이 임피던스 상태인 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 공통전압검출부에서 출력된 신호는 비교기에 입력되어 상기 공통전압이 하이(Hi) 상태인지 로우(Low) 상태인지를 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 16항에 있어서,
상기 비교기에는 상기 공통전압의 하이(Hi) 상태를 검출하기 위한 상위 기준전압 또는 상기 공통전압의 로우(Low) 상태를 검출하기 위한 하위기준전압 중 어느 하나가 입력되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 공통전압검출부에 접촉된 상기 터치패드는 적어도 하나 이상의 터치패드가 순차적으로 사용된 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 공통전압검출부에 접속된 터치패드가 상기 터치검출부에 접속되는 경우, 상기 터치검출부에 접속되지 않은 다른 터치패드가 상기 공통전압검출부에 접속되어 공통전압을 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 2항에 있어서,
상기 공통전압검출부의 신호를 TDI(Touch Drive IC)의 외부로 출력되게 하는 수단을 갖는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 20항에 있어서,
상기 공통전압검출부의 신호를 상기 TDI의 외부로 출력 여부를 결정하는 수단이 더 구비된 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 터치 미발생시 터치검출부(14)에서 검출된 전압은 다음의 <수식1>에 의해 결정되고, 상기 터치커패시턴스(Ct)가 부가될 때 터치검출부에서 검출된 전압은 다음의 <수식2>에 의해 결정되며, 상기 드라이빙 백(Driving Back)은 <수식1>과 <수식2>의 차이에 의해 발생하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
<수식1>
<수식2>
(여기서,는 터치검출부에서 검출된 전압이며,Vh는 드라이빙 커패시터에 인가되는 하이 레벨 전압이며, Vl은 드라이빙 커패시터에 인가되는 로우 레벨 전압이며, Cdrv는 드라이빙 커패시턴스이며, Cvcom은 공통전극커패시턴스이며, Cp는 기생커패시턴스이며, Ct는 터치커패시턴스임.)
- 제 22항에 있어서,
상기 터치검출부는 상기 드라이빙 백의 크기에 대응하여 상기 터치패드에 대한 상기 터치입력수단의 터치면적을 검출하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 센서신호선은 상기 터치패드의 좌우측에 위치하는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 터치검출부와 연결되어 터치를 검출 중인 터치패드를 제외한 나머지 비검출중인 터치패드는 플로팅상태인 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 25항에 있어서,
상기 비검출중인 터치패드는 상기 터치검출부의 충전수단이 턴 온(Turn on)되기 이전에 플로팅 상태를 갖는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 터치검출부에 접속된 상기 드라이빙 커패시터(Cdrv)에 드라이빙 전압이 인가된 후 상기 터치검출부에 접속된 터치패드가 상기 터치검출부에서 분리되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 27항에 있어서,
상기 터치검출부에 접속된 상기 터치패드가 분리되는 시간은 상기 터치검출부에 접속된 상기 드라이빙 커패시터에 상기 드라이빙 전압이 인가된 후 1ns 내지 100us 이내인 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 27항에 있어서,
상기 터치검출부에서 분리된 터치패드는 상기 터치검출부에서 터치 센싱이 완료된 후 상기 터치검출부에 재 접속되거나 소정의 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 29항에 있어서,
상기 소정의 전압은 그라운드(GND) 또는 일정 크기의 DC 전압인 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
- 제 1항에 있어서,
상기 터치검출부의 터치센싱 동작이 완료된 후, 플로팅된 터치 비검출 터치패드에는 그라운드 또는 일정 크기의 DC 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 검출수단.
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