KR20160070727A

KR20160070727A - 터치 신호 검출 장치 및 터치 신호 검출 방법

Info

Publication number: KR20160070727A
Application number: KR1020160052195A
Authority: KR
Inventors: 이성호
Original assignee: 주식회사 지2터치
Priority date: 2016-04-28
Filing date: 2016-04-28
Publication date: 2016-06-20

Abstract

본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전 특성을 갖는 터치입력수단의 정전식 터치입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 신호 검출시 터치 검출 신호간 신호 간섭을 최소화 또는 배제하여 터치검출 해상도를 향상시키기 위한 터치 신호 검출 장치 및 터치 신호 검출 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 터치 검출 장치 및 터치 검출 방법에 의하면, 멀티 터치의 경우에라도 터치 신호간 간섭이 없어서 터치 검출 해상도가 개선되는 효과가 있다.
본 발명에 따른 터치 검출 장치 및 터치 검출 방법에 의하면, 터치신호 검출이 용이하고 표시장치에 미치는 영향을 최소화하여 표시장치의 표시 품질을 극대화하는 효과가 있다.

Description

터치 신호 검출 장치 및 터치 신호 검출 방법 {TOUCH SINGLA DETECTION APPARATUS AND TOUCH SIGNAL DETECTION METHOD}

본 발명은 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전 특성을 갖는 터치입력수단의 정전식 터치입력 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 터치 신호 검출시 터치 검출 신호간 신호 간섭을 최소화 또는 배제하여 터치검출 해상도를 향상시키기 위한 터치 신호 검출 장치 및 터치 신호 검출 방법에 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 액정에 공통으로 인가되는 공통전압(Vcom)이 인가되는 공통전극을 사용하며, 액정에 인가되는 화소전압에 따라 공통전압이 영향을 받고 이로 인해 공통전압이 흔들리는 경우가 발생하므로 공통전극의 공통전압(Vcom)은 터치지점 검출 시 노이즈로 작용한다.

또한, 공통전압의 흔들림에 의해 터치신호가 영향을 받는것과는 반대로, 터치신호를 획득하기 위해 횡방향의 선형터치패드(5a)과 종방향의 선형터치패드(5b)을 스캔하는것에 의해 스캔신호가 공통전압에 영향을 끼쳐 화질불량이 발생하는 경우도 발생한다.

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 커패시턴스가 형성된다. 그런데, 도시한 바와 같이 선형터치패드(5)과 표시장치(200)의 칼라필터(215) 하면에 형성된 공통전극(220) 사이에서도 공통전극커패시턴스(Cvcom)와 같은 커패시턴스가 형성되며, 선형터치패드(5)에는 패턴 사이의 커패시턴스결합 또는 제조 공정 요인 등에 의한 미지의 기생커패시턴스인 Cp도 작용하고 있다. 따라서, 도 4의 등가회로와 같은 회로가 구성된다.

여기서, 종래 터치스크린패널은 터치 정전용량인 Ct의 변화량을 검출해서 터치를 인식하며, Cvcom 및 Cp와 같은 성분은 Ct의 검출에 있어 노이즈로 작용한다. 특히 공통전극 커패시턴스 Cvom은 터치 정전용량인 Ct보다 열배 이상 큰 경우도 있기 때문에 Cvcom의 흔들림으로 인한 터치신호의 왜곡 및 터치 정전용량인 Ct보다 10배이상 크다는 문제로 인해 터치 감도가 저하 된다는 문제가 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 Cvom을 줄이는 새로운 구조의 터치 검출방법이 제안된다. 도 5는 Cvcom을 줄이기 위한 방법의 일 실시예로서, 도2의 선형센서를 여러개로 분리하였으므로 Cvcom이 작아지는 효과가 있어서, 전술한 감도 저하나 표시장치에 영향을 주고받는 문제를 해결할 수 있다. 그러나 이러한 구조는 터치패드(10)이 도면2의 선형센서(5)보다 많아지므로 터치신호 보고시간(Report Time)을 충족시키기 위해 복수개의 터치패드(10)에서 터치신호를 검출해야 하는 경우가 발생하며, 이때 동일 column에 인접하는 Row 신호-예컨대, (Col1,Row1)과 (Cool1,Row2)에서 터치신호를 동시에 검출할 때, 각 터치패드(10)와 연결된 센서신호선(22) 사이의 기생정전용량(Cp)에 의해 터치신호의 간섭이 발생한다는 문제가 있다.

도 6은(C1,R1)(22-a)및 (C1,R2)(22-b)에서 동시에 터치신호를 검출할 때 터치신호의 간섭이 발생하는 경우의 실시예이다. 도 5와 도 6을 참조하면, 도6의 센싱패드 신호선(22a)은 도 5에서 상호 인접하여 터치드라이브IC(TDI)에 접속되며 선간에 기생정전용량인 Cp가 형성된다. 만일 드라이빙백 현상(특허 출원번호 : 2012-0109309 참조)을 이용하여 도 6의 (C1,R1) 터치패드에서 터치신호를 검출할 때, 기생정전용량Cp를 통하여 (C1,R1)과 (C1,R2)가 상호 영향을 받으므로 터치신호검출의 오류가 발생한다.

출원번호 : 2012-0109309 발명의 제목 : 드라이빙 백 현상을 이용한 터치 검출수단, 검출 방법 및 터치스크린 패널과 그러한 터치스크린 패널을 내장한 표시 장치.

본 발명은 상기와 같은 종래 터치스크린패널의 문제점을 해결하기 위하여 제안된 것으로서, 복수의 터치패드(10)가 터치신호를 검출할 때 터치패드(10) 상호간 신호 간섭이 발생하지 않도록 하는 터치 검출 장치 및 터치 검출 방법을 제공함에 그 목적이 있다.

본 발명에 따른 터치 신호 검출 장치의 일 측면에 따라,

표시장치의 상면에 부가되며 신체의 손가락 또는 이와 유사한 도전체와 같은 터치입력수단의 접근에 의해 발생하는 터치커패시턴스를 감지하여 터치 여부를 검출하는 터치 신호검출장치에 있어서,

각각의 터치패드에 연결되어 터치신호를 전달하는 복수개의 터치 신호선을 통하여 수신된 상기 터치신호를 검출하여 상기 도전체의 터치 여부를 판단하는 터치 검출부를 포함하되,

상기 터치 검출부는 상기 터치패드의 컬럼 단위로 순차적으로 상기 터치 신호를 검출하며, 상기 터치신호 검출시 상기 터치패드의 각 컬럼은 적어도 하나이상의 센싱 패드(sensing pad) 및 복수개의 난-센싱 패드(non-sensing pad) 로 구분되는 것을 특징으로한다.

바람직하게는,

상기 센싱 패드는 상기 터치 검출부에서 터치 신호를 검출하는 터치 패드이고, 상기 난-센싱 패드는 상기 터치 검출부에서 터치 신호를 검출하지 않는 터치 패드인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 난-센싱 패드(non-sensing pad)는 영전위 또는 그라운드 전위 또는 일정한 DC 전압에 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 터치 신호 검출시 하나 이상의 상기 센싱 패드의 로우(row)의 위치는 컬럼마다 상이한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 터치 신호 검출시 하나 이상의 상기 센싱 패드의 로우(row)의 위치는 컬럼마다 동일한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

하나 이상의 상기 센싱 패드의 로우의 위치가 컬럼마다 동일한 경우, 상기 센싱 패드 사이에 영전위 또는 그라운드 또는 DC전압을 가지는 분리 신호선을 배치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

복수개의 상기 난-센싱 패드는 하나 이상의 상기 센싱 패드 사이에 위치하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 난-센싱 패드는 영전위 또는 그라운드 전위 또는 일정한 DC 전압에 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 센싱 패드는 각 컬럼당 하나이고, 나머지는 난-센싱 패드인 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 난-센싱 패드는 모두 동일 전위를 갖도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 터치 신호 검출 장치는

상기 터치패드내에 존재하는 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv) 및 상기 터치패드와 터치입력도구 사이에서 형성되는 터치정전용량(Ct)을 충전시키는 충전 수단;

상기 터치패드에 교번 전압을 인가하는 교번 전압 인가부; 및

터치 미발생시의 상기 터치 검출센서에서의 전압 변동분과 터치 발생시의 상기 터치 검출센서에서의 전압 변동분을 비교하여 터치 여부를 판단하는 레벨 시프트 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

충전 완료후 상기 충전 수단을 턴 오프하여 상기 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv) 및 터치정전용량(Ct)을 플로팅(floating)상태로 유지한 상태에서 상기 교번 전압이 인가되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 레벨 시프트 검출부의 입력단은 터치 여부 판단시 하이 임피던스(Hi-Z)상태를 유지하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 터치 발생시의 상기 터치패드에서의 전압 레벨 변동은 터치가 발생하지 않은 경우의 전압레벨 변동보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 터치 발생시의 상기 터치패드에서의 전압 변동 및 상기 터치 미발생시의 상기 터치패드에서의 전압 변동은 인가된 상기 교번 전압의 상승 에지 및 하강 에지에 연동되어 발생하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 터치 신호 검출 장치의 일 측면에 따라,

매트릭스 형태로 배열된 복수개의 터치패드(touch pad)에서 터치 여부를 검출하는 터치 신호 검출 장치에 있어서,

각 컬럼의 복수개의 터치패드에 연결되어 상기 터치패드에서 발생된 터치 신호를 전달하는 복수개의 터치 신호선을 통하여 터치 신호를 수신하는 복수개의 멀티플렉서(multiplexer);

상기 멀티플렉서에 수신된 터치 신호 중 하나의 터치 신호를 선택하기 위한 적어도 하나 이상의 선택신호를 발생시키는 선택신호 생성기;

상기 선택신호에 의해 선택된 터치 신호를 검출하여 터치 여부를 판단하는 터치 검출부;를 포함한다.

바람직하게는,

상기 터치 신호 검출 장치에 사용되는 하나 이상의 상기 멀티플렉서는 입력과 출력의 구성이 모두 동일하고, 동일한 출력의 개수 및 동일한 선택신호의 개수 그리고 임의의 선택신호에 대해 선택된 입력신호의 순번이 동일한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

각각의 상기 멀티플렉서에서 수용할 수 있는 터치 신호의 개수는 상기 각 컬럼의 터치패드의 개수와 동일한 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

각각의 멀티플렉서에 입력되는 상기 터치 신호선은 각 컬럼의 상기 터치패드의 위치에 따라 방향성을 가지고 배치되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 방향성은 상기 각 컬럼의 상기 터치패드의 로우(row) 번호가 증가할 수록 상기 각각의 멀티플렉서에 입력되는 상기 터치 신호선의 입력 핀의 번호가 증가하거나 상기 각 컬럼의 상기 터치패드의 로우(row) 번호가 감소할 수록 상기 각각의 멀티플렉서에 입력되는 상기 터치 신호선의 입력 핀의 번호가 감소하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

각각의 상기 멀티플렉서는 동일한 컬럼에 속하는 상기 터치패드와 연결된 터치 신호선을 통하여 상기 터치 신호를 입력받고, 다른 컬럼에 속하는 상기 터치패드와 연결된 터치 신호선으로부터의 입력은 수신하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 선택신호 생성기에서 생성된 선택신호가 상기 멀티플렉서 각각에 공통으로 인가되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 선택신호는 상기 멀티플렉서의 입력 중 하나의 출력만을 내보도록 구성되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 선택신호에 의해 선택된 상기 하나의 출력에 대응하는 터치패드는 센싱 패드(sensing pad)로서 상기 터치 검출부에 의해 터치 여부가 판단되고, 상기 센싱 패드를 제외한 나머지 터치패드는 난센싱 패드(non-sensing pad)로서 영전위 또는 그라운드 전위 또는 DC전위에 연결되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 터치 신호 검출 장치는

상기 터치 패드내에 존재하는 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv) 및 도전체의 출현에 의해 생성되는 터치정전용량(Ct)을 충전시키는 충전 수단; 및

상기 터치패드에 교번 전압을 인가하는 교번 전압 인가부;및

바람직하게는,

본 발명에 따른 터치 신호 검출 방법의 일 측면에 따라,

매트릭스 형태로 배열된 복수개의 터치패드를 포함하는 터치패드(touch pad)에서 터치 여부를 검출하는 터치 신호 검출 방법에 있어서,

터치 검출부에 의해 각각의 터치패드에 연결되어 터치 신호를 전달하는 복수개의 터치 신호선을 통하여 수신된 상기 터치 신호를 검출하여 도전체의 터치 여부를 판단하는 터치 검출 단계;를 포함하되,

상기 터치 검출 단계는 상기 터치패드의 컬럼 단위로 순차적으로 상기 터치 신호를 검출하되, 상기 터치 신호 검출시 상기 터치패드의 각 컬럼은 적어도 하나이상의 센싱 패드(sensing pad) 및 복수개의 난-센싱 패드(non-sensing pad)로 구분되는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

상기 터치 검출 단계는

충전 수단에 의해 상기 터치 패드내에 존재하는 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv) 및 도전체의 출현에 의해 생성되는 터치정전용량(Ct)을 충전시키는 충전 단계; 및

교번 전압 인가부에 의해 상기 터치패드에 교번 전압을 인가하는 교번 전압 인가 단계;및

레벨 시프트 검출부에 의해 터치 미발생시의 상기 터치 검출센서에서의 전압 변동분과 터치 발생시의 상기 터치 검출센서에서의 전압 변동분을 비교하여 터치 여부를 판단하는 레벨 시프트 검출 단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.

바람직하게는,

본 발명에 따른 터치 검출 장치 및 터치 검출 방법에 의하면, 멀티 터치의 경우에라도 터치 신호간 간섭이 없어서 터치 검출 해상도가 개선되는 효과가 있다.

본 발명에 따른 터치 검출 장치 및 터치 검출 방법에 의하면, 터치신호 검출이 용이하고 표시장치에 미치는 영향을 최소화하여 표시장치의 표시 품질을 극대화하는 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 터치스크린패널에서 공통 전압(Vcom)을 줄이기 위한 방법의 일 실시예
도 6은 두 개의 인접한 터치패드에서 동시에 터치신호를 검출할 때 터치신호의 간섭이 발생하는 경우의 실시예
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)의 구성을 설명하기 위한 블록도
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 인접한 센서신호선 사이의 기생정전용량에 의한 간섭을 해결한 실시예
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서신호선의 폭이 넓어지는 문제를 해결하는 실시예
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 멀티플렉서 사용에 관한 실시예

이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면 및 실시예를 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명과 본 발명의 동작상의 이점 및 본 발명의 실시에 의하여 달성되는 목적을 충분히 이해하기 위해서는 본 발명의 바람직한 실시 예를 예시하는 첨부 도면 및 첨부 도면에 기재된 내용을 참조하여야만 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 예를 설명함으로써, 본 발명을 상세히 설명한다. 각 도면에 제시된 동일한 참조부호는 동일한 부재를 나타낸다.

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 라인 인버젼(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 LCD를 구성하는 TFT 기판의 일부영역에 형성되어 라인 인버젼이나 도트 인버젼 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 입력수단과 터치패드 사이에 존재하는 기판에 의해 터치패드와 소정 거리 이격된 상태에서 터치입력을 하는 것을 의미한다. 터치입력수단이 기판의 외면에 대하여는 접촉될 수 있다. 하지만 이 경우에도 터치입력수단과 터치패드는 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 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.

본 명세서에서 커패시터의 기호로 사용된 부호인 C는 커패시터를 지칭하는 부호로 사용되며 또한 커패시터의 크기인 커패시턴스를 나타낸다. 예를들어 C1은 커패시터를 지칭하는 부호이기도 하며 또한 그 커패시터의 크기인 커패시턴스가 C1임을 의미한다.

또한, 본 명세서에서“신호(signal)를 인가(forcing)"한다는 의미는 어떤 상태를 유지하고 있던 신호의 레벨(Level)이 바뀐다는 의미이다. 예를 들어, 스위칭소자의 온/오프 제어단자에 신호를 인가한다는 의미는, 기존의 로우(Low) 레벨 전압이 하이(Hi)레벨로 바뀐다는 의미이다,

또한 본 명세서에서 터치패드(10)는 센싱패드(10a)(도9의 빗금친 터치패드)와 난센싱패드(10b)(도 9의 비어 있는 터치패드)로 구성된다. 센싱패드(10a)는 복수의 터치패드(10) 중, 터치를 검출하기 위해 터치검출부(14)에 접속된 터치패드(10)(즉, 터치 검출부(14)에서 한번에 동시에 터치 여부가 판단되는 터치패드) 이며, 난센싱패드(Non Sensing Pad, 10b)는 터치검출을 수행하지 않고 터치검출부(14)에 접속되지 않은 터치패드(10)(즉, 상기 센싱 패드의 터치 여부 판단시 동시에 터치 여부가 판단되지 않는 터치패드)이다. 센싱패드(10a)는 터치 검출이 완료된 후 난센싱패드(10b)가 되면 사전에 정해진 순서에 따라 임의의 난센싱패드(10b)가 센싱패드(10a)로 절환 된다. 따라서 센싱패드와 난센싱패드는 고정되지 않으며 사전에 정해진 순서에 의해 순차적으로 결정된다. 시분할방법(Time Sharing Technique)은 순서를 정하는 일 실시예이다. 난센싱패드(10b)는 영전위(zero voltage) 또는 그라운드 또는 소정의 크기를 가지는 DC 전원에 연결될 수 있다.

또한 본 명세서에서 터치 또는 터치신호를 검출한다는 의미는 동일한 의미이며, 손가락과 같은 도전체가 터치패드(10)에 접촉 또는 접근하지 않아서 터치정전용량이 형성되지 않았을 때 터치검출부에서 검출한 전압과, 손가락과 같은 도전체가 터치패드와 대향할 때 형성된 터치정전용량(Ct)에 의해 터치검출부에서 검출된 전압의 차이를 검출한다는 의미이다.

또한 본 명세서에서 터치드라이브IC(Touch Drive IC)는 TDI로 축약하여 사용한다.

또한 본 명세서에서 프리차지와 충전 그리고 프리차지전압과 충전전압은 동일한 의미로 사용된다.

또한 본 명세서에서 센싱패드와 센싱패드를 연결하는 센서신호선은 특별한 언급이 없는 한 동일 시 되며, 난센싱패드와 난센싱패드를 연결하는 난센싱패드신호선도 특별한 언급이 없는 한 동일하게 사용된다.

또한 본 명세서에서 컬럼(Column)은 센서신호선이 다발(group)로 무리지어 형성된 후 TDI(30)로 향하는 방향이며 로우(Row)는 컬럼방향과 직각인 방향이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)의 구성을 설명하기 위한 블록도이다. 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)는 터치패드(10), 구동정전용량 조정부(41), 교번 전압 인가부(42), 충전전압인가부 및 레벨 시프트 검출부(14)(도 5에서의 터치 검출부(14)에 해당)를 포함한다.

우선 레벨 시프트 검출부(14)의 터치 검출 동작에 대해 설명한다. 터치패드(10)는 터치 입력을 검출하기 위하여 기판 상에 패터닝 된 전극으로서 손가락이나 도전체와 같은 터치 입력 도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성한다. 터치패드(10)는 투명도전체로 형성될 수 있다.

예를 들어, 터치패드(10)는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube),IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 다른 예에서는 터치패드(10)가 메탈로 형성될 수도 있다.

터치패드(10)는 전하가 충전된 후 플로팅 상태에서 교번전압에 응답하여 터치 상태에 따른 신호를 출력한다.일 예로, 터치패드(10)는 소정 주파수로 교번하는 교번전압(Vdrv)에 응답하여 터치입력도구에 터치된 경우와 터치되지 않은 경우에 상이한 레벨 시프트 값을 출력한다. 터치 검출 장치(200)는 충전수단(12)을 더 포함할 수 있다.

충전수단(12)은 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 3단자 형의 스위칭 소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP-AMP 등의 선형 소자일 수 있다. 충전수단(12)의 출력단에는 터치패드(10)에 작용하는 터치정전용량(Ct), 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv)이 연결되며, 충전수단을 턴 온 시킨 상태에서 입력단에 임의의 충전전압을 인가하면 Ct, Cdrv, Cp 등이 충전전압으로 충전된다. 이 후, 충전수단(12)을 턴 오프 시키면 Ct, Cdrv 등에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 상태로 고립된다. 이 때, 충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위하여 후술할 레벨 시프트 검출부의 입력단은 하이 임피던스를 갖는 것이 바람직하지만, Cdrv등에 충전된 신호를 방전시키면서 터치 입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전 신호를 고립시키거나, 방전개시 시점에서 신속한 관찰이 가능한 경우에는 레벨 시프트 검출부의 입력단의 임피던스가 낮아도 무방하다.

전술한 충전 수단(12)이 턴 온(Turn on) 되어 터치패드(10)에 충전된 전하는 충전 수단(12)이 턴 오프(Turn off) 됨에 따라 고립된다. 이러한 고립 상태를 플로팅(floating) 상태라 칭한다. 충전 수단(12)과 레벨 시프트 검출부 사이에 고립된 충전 신호의 전하는 외부에서 구동정전용량에 인가되는 교번 전압에 의해 전압의 레벨이 변하게 된다. 상기 전압 레벨은 터치가 발생한 경우와 터치가 발생하지 않은 경우에 상이하다. 이러한 터치 전후의 레벨 차이를 레벨시프트라고 칭한다.

구동정전용량 조정부(41)는 터치패드(10)와의 사이에서 형성되는 구동정전용량을 조정한다.

교번 전압 인가부(42)는 교번 전압을 인가한다. 구체적으로, 교번 전압 인가부는 소정 주파수로 교번하는 교번전압을 터치패드(10)에 인가하여 터치패드(10)에서의 전위를 변동시킨다.

레벨 시프트 검출부는 플로팅 상태에서 교번 전압(Vdrv)에 의해 발생하는 레벨 시프트를 검출한다. 구체적으로, 레벨 시프트 검출부는 터치 미발생시의 터치패드(10)에서의 전압 변동분 및 터치 발생시 터치패드(10)에서의 전압 변동분을 측정하여 레벨 시프트가 발생하였는지를 검출할 수 있다. 즉, 터치패드(10)의 전위는 인가된 교번 전압(Vdrv)에 의해 상승 또는 하강 하게 되는데, 터치가 발생한 경우의 전압 레벨 변동은 터치가 발생하지 않은 경우의 전압 레벨 변동 보다 작은 값을 가진다. 따라서, 레벨 시프트 검출부는 터치 전후의 전압 레벨을 비교함으로써 레벨 시프트를 검출한다.

또한, 레벨 시프트 검출부(14)는 터치 발생 전후의 교번 전압에 따른 터치패드(10)에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치 신호를 획득할 수 있다.

레벨 시프트 검출부는 다양한 소자 또는 회로의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 레벨 시프트 검출부는 터치패드(10)의 출력단의 신호를 증폭하는 증폭소자, ADC(Analogue to Digital Converter),VFC(Voltage to Frequency Converter), 플립플롭(Flip-Flop), 래치(Latch), 버퍼(Buffer), TR(Transistor), TFT(Thin Film Transistor), 비교기, DAC 등 중 적어도 하나를 조합하여 구성될 수 있다.

이하 도 7에서 사용되는 용어를 다음과 같이 정의한다.

터치정전용량(Ct)은 터치패드(10)와 손과 같은 터치입력도구 사이에서 형성되는 정전용량을 의미한다. 기생정전용량(Cp)은 터치패드(10)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 터치패드(10), 신호 배선사이, TDI 내부의 레이아웃(layout)등에 의하여 발생하는 임의의 기생용량을 포함할 수 있다.

구동정전용량(Cdrv)은 터치패드(10)별 소정 주파수로 교번하는 교번전압(Vdrv)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량으로서 TDI내부에 존재할 수 있고 TDI 외부에 별채로 존재할 수도 있다.

충전수단(12)는 스위치로서 일 실시예로 CMOS 이며, 게이트에는 제어신호(Vg)가 인가되고 ,소스(또는 드레인)에는 충전전압이 인가될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 CMOS가 아닌 스위칭할 수 있는 다른소자가 사용될 수 있다.

레벨시프트 검출부의 최초 입력부는 전압 폴로워(Voltage Follower)를 포함할 수 있으며 전압 플로워는 입력신호와 똑같은 신호가 출력으로 나오는 것으로, 입력단은 하이 임피던스(Hi-z) 특성을 갖는다. 전압 폴로워는 버퍼의 기능을 수행할 수 있다.

충전수단(12)을 턴 온 하여 충전전압을 공급하여 구동정전용량(Cdrv), 터치정전용량(Ct), 기생정전용량(Cp)을 충전시킨다. 이 후, 충전수단(12)를 턴 오프하면 전압 폴로워의 입력단은 하이 임피던스이므로 충전된 전하는 고립되며, 이에 따라 터치패드(10)의 전위가 유지되기 때문에 터치패드(10)의 전압(Vnt)은 일정하게 유지된다. 이후, 교번전압(Vdrv)의 전압이 상승 또는 하강하게 되면, 터치패드(10)의 출력단에서의 전압(Vo) 레벨이 교번전압에 연동하여 상승 또는 하강되는 현상이 발생한다.

터치 미발생시 Cdrv에 의한 터치패드(10)에서의 전압변동(△Vnt)은 다음의 [수학식 1]에 의해 변동된다.

터치 발생시 Cdrv에 Ct가 병렬로 부가되므로, 터치 발생시 터치패드(10)에서의 전압변동(△Vtc)은 다음의 [수학식 2]에 의해 변동된다.

여기서, △V는 터치패드(10)에서의 전압 변동분, Vh는 교번전압의 하이 레벨 전압, Vl은 교번전압의 로우 레벨 전압, Cdrv는 구동정전용량이고, Cp는 기생정전용량이며, Ct는 터치정전용량, Vpre는 충전전압이며 교번전압이 상승할 때 Vpre이후의 부호는 “+”이고 교번전압이 하강할 때 Vpre 이후의 부호는 “-”이다.

[수학식 1] 및 [수학식 2]를 살펴보면, 터치발생전의 △Vnt대비 △Vtc에는 분모에 터치정전용량(Ct)가 추가됨으로 인해 전압의 차이가 발생하며 이로인한 터치전후의 전압변동분 즉, 레벨시프트를 검출하면 터치신호를 검출하는 것이 가능ㅎ다.

이러한 레벨시프트 검출법에서 도 5의 (C1,R1)과 (C1,R2)에서 터치신호를 동시에 검출하는 경우 도 6과 같이 센서신호선 사이에 형성된 기생정전용량(Cp)로 인해 두 개의 터치패드가 연결되므로 [수학식 1]과 [수학식 2]는 달라지게 되어 결국은 터치검출의 오류가 발생한다.

터치패드(10) 및 센서신호선(22)이 인접하여 센서신호선(22) 사이에 존재하는 기생정전용량에 의해 터치신호 검출 불량이 발생하는 것을 해결하는 방법의 일 실시예로, 도 8을 참조하면, 인접한 센서신호선 및 터치패드 사이에 그라운드 또는 영전위(zero voltage) 또는 소정의 크기의 DC전원을 가지는 별도의 신호선(분리 신호선(300))을 넣는 것이다. 즉, 도 5의 (C1,R1) 및 (C1,R2)의 터치패드(10) 사이에 상기 별도의 신호선(분리 신호선(300))을 넣거나 또는 이들과 접속된 센서신호선(22) 사이에 상기 별도의 신호선(분리 신호선(300))을 넣는 것이다. 이로 인해 인접한 센서신호선(22) 사이에 형성된 도 6의 기생정전용량(Cp)이 별도의 신호선(분리 신호선(300))에 의해 두 개의 기생정전용량(Cp1, Cp2)로 분리되며 상호 간섭이 배제된다.

그러나 이러한 방법은 센서신호선(22) 사이에 별도의 신호선(분리 신호선(300))을 모두 삽입해야 하므로 센서신호선(22)이 배치된 경로의 폭이 넓어진다는 문제가 있다. 즉 도 5를 참조하면, 센서신호선(22)의 다발(100)이 지나는 곳의 폭이 넓어진다는 문제가 있다.

도 9는 이러한 문제점을 해결하기 위한 실시예이다. 도 9를 참조하면, 도 9의 빗금친 터치패드(10)는 터치신호를 검출하고 있는 센싱패드(10a)이고 빗금치지 않은 터치패드(10)는 터치를 검출하고 있지 않는 난센싱패드(10b)이다. 난센싱패드(10b)는 센싱패드(10a)사이에 위치하며 영전위(zero voltage)이거나 그라운드이거나 소정의 크기를 가지는 DC전압이다. 즉, 센싱패드(10a)가 터치신호를 검출하는 시점에 난센싱패드(10b)는 센싱패드(10a) 사이에 위치하며 난센싱패드(10b)의 전위는 영전위나 그라운드나 DC전압이다. TDI(30)는 난센싱패드(10b)가 영전위나 그라운드나 DC전압에 연결되도록 제어한다. 이때 col1과 col2처럼 센싱패드(10a))가 서로 엇갈리게 하는 것이 가능하며 또는 col3와 col4와 같이 동일 row에서 터치신호를 검출하는 것이 가능하다. col3과 col4와 같이 동일 row에서 터치신호를 검출할시 (C3,R1)과 (C4,R1)상호간 간섭이 발생하므로 도시된 바와 같이 이들 사이에 영전위나 그라운드나 DC전압을 가지는 DC line을 배치하는 것이 바람직하다.

도 9에서와 같이 너무 많은 터치패드(10)가 터치신호를 검출 하는 경우 ADC를 이용하여 터치신호를 검출할 때 일정 시간이 소요되므로 터치신호를 유실(lost)할 수 있다. 물론 ADC의 수량을 많이 하여 빠른 시간내에 터치신호를 검출하는 것이 가능하겠으나 ADC가 많아지면 TDI(30)의 부피가 증가하고 소비전류가 증가한다는 단점이 있다.

이러한 문제를 해결하기 위하여 바람직한 실시예는 하나의 컬럼에서 하나의 센싱패드(10a)를 갖는 것이다. 이때에도 물론 난센싱패드(10b)의 전위는 영전위/그라운드/DC전위이다. 또한 난센싱패드의 전위는 동일하다. 즉,동일한 컬럼내에 존재하는 난센싱패드(10b)의 전위는 모두 영전위이거나 모두 그라운드이거나 모두 DC전위이다.

하나의 컬럼에 포함된 복수개의 터치패드에서 하나의 센싱패드(10a)를 추출하는 방법중의 하나는 멀티플렉서(Multiplexer, 이하 먹스, mux)를 사용하는 것이다. 도 10은 멀티플렉서의 사용에 관한 실시예이다. 도 10의 실시예는 5개의 그룹(Group)을 가지며 하나의 그룹에 6개의 터치패드(10)를 포함한 경우의 예를 들었으나 이는 설명을 위한 일실시예일 뿐이고 실제로는 더 많은 그룹과 그룹내에도 더 많은 터치패드(10)가 추가될 수 있다.

도 10의 실시예에서 그룹(Group)은 먹스(31)를 공유하는 터치패드(10)의 집합체이다. 먹스(31)는 6개의 입력에 대하여 하나의 신호를 출력하는 6in x 1out 타입(type)이며 먹스도 실제의 사용예에서는 20in x 1out(20개의 입력중 하나를 선택) 또는 30in x 1out(30개의 입력중 하나를 선택)의 경우와 같이 다양한 실시예가 선택될 수 있다.

먹스(31)에 입력되는 여러개의 신호중 하나를 선택하기 위해서는 선택신호(select control)가 필요하다. 4개의 입력신호중 하나를 선택하기 위해서는 2개의 선택신호가 필요하고 8개의 입력신호중 하나를 선택하기 위해서는 3개의 선택신호가 필요할 것이다. 도 10의 실시예에서는 6개의 입력신호중 하나의 출력신호를 결정해야 하므로 적어도 3개의 선택신호가 필요하며 이는 “A,B,C"로 표시하였다. 이러한 선택신호가 모든 먹스(31)에 공통으로 적용되면 선택신호 생성기(400)는 하나만 있어도 모든 먹스에 공통으로 적용되므로 선택신호 생성기를 위한 회로는 단순해지며 TDI(30)도 단순해 진다. 따라서 본 발명은 하나의 선택신호 생성기에서 생성된 선택신호가 모든 먹스에 공통으로 적용된다.

또한 회로의 단순화를 위하여 먹스(31)는 동일한 타입을 쓰는 것이 바람직하다. 동일한 타입의 먹스라는 것은 1) 동일한 입력의 개수 2)동일한 출력의 개수 3)동일한 선택신호의 개수 4)임의의 선택신호에 대해 선택된 입력신호의 순번이 동일한 경우를 의미한다.(즉, ABC가 HLL인 경우 먹스에 입력된 6개의 신호 중 4번째가 선택되고 이 신호가 출력되는 것을 의미함). 이를 위하여 모든 먹스에는 동일한 선택신호가 사용된다.

본 발명의 먹스는 모두 동일한 타입이므로 먹스(31)와 접속된 그룹에서 터치패드(10)와 먹스의 연결방법도 동일하다. 다시 도 10을 참조하면 먹스(30a)입력 1번에는 모두 Row1번이 할당되고 먹스입력 2번에는 Row2번이 할당된다. 마지막인 Row6번은 먹스입력 6번에 할당되며 이러한 배선방법은 모든 먹스에서 동일하다. 본 발명은 복수의 먹스를 사용하고 동일한 선택신호를 사용하므로 하나의 먹스에서 하나의 입력신호가 선택된다. 따라서 재배치(Re-map) 방법을 쓰지 않는 경우를 제외하고는 동일한 row에 있는 터치패드(10)가 터치신호 검출을 위해 사용된다. 이때 터치검출을 위해 사용되는 동일 row의 터치패드(10)을 제외한 나머지 모든 터치패드(10)는 영전위나 그라운드나 소정의 DC전위에 접속된다. 또한 이러한 난센싱패드(10b)의 전위는 동일한 영전위거나 동일한 그라운드이거나 동일한 DC 전위이다.

다시 도 10을 참조하면, 하나의 그룹에는 하나의 먹스가 사용되므로 TDI(30)의 입력핀은 그룹별로 동일한 개수의 핀이 할당된다. 예를들어, 도 10에 예시된 5개의 그룹에는 각 각 6개의 터치패드(10)가 있으므로, TDI(30)에서 하나의 그룹에는 6개의 접속핀이 할당된다. 이는 도 10에서 1~6번, 7~12번등 동일한 개수의 핀이 할당된다는 의미이다.

또한, TDI(30)에는 동일한 입력 개수의 핀이 할당된 그룹이 있다. 도 10을 참조하면 1~6이 그룹1이고 7~12가 그룹2이고 25~30이 그룹5인바, 5개의 그룹에 6개의 핀이 동일하게 할당되어 있다. 간혹 임의의 그룹에 몇 개의 입력이 추가되어 핀 수가 증가되는 경우가 있을 수 있으나 이 경우에도 동일한 먹스를 사용하는 것이 가능하다.

또한 TDI(30)에는 그룹별로 배치된다. 예를들어 그룹1이 배치된 TDI의 입력핀인 1~6번 사이에 다른 그룹의 핀인 7~30사이의 신호가 끼어드는 것이 불가하다. 이는 동일한 선택신호에 의해 동일한 입력신호를 선택하여 동일한 row의 터치패드(10)를 터치신호 검출에 동원하여 ADC나 증폭기등을 운용함에 있어서 규칙에 의해 쉽게 운용하기 위한 방안이다. 따라서, 각 그룹별로 TDI(30)에서의 핀 번호가 증가할수록(또는 감소할 수록) 선택되는 Row 번호가 증가(또는 감소)하는 경향은 동일하다. 즉, 그룹1에서 TDI의 핀 번호가 증가할 수록 선택되는 row의 번호가 증가하는 경향은 모든 그룹에 동일하게 적용된다는 의미이다.

이러한 상황에서 터치신호 검출을 위해 선택되는 Row와 컬럼이 규칙적이므로 각 터치패드(10)와 일대일로 매핑(mapping)되는 메모리부(28)에 저장된 터치신호를 읽으면 아무런 조작없이 터치신호를 이용하여 필요한 연산을 수행하는 것이 가능하다. (필요한 연산이란, 터치 좌표를 추출하는 것일 수 있다) 예를들어 (C3,R3)과 (C3,R4)에서 터치신호가 검출되면 이는 두 개의 연속된 센서에서 검출된 신호이며 메모리부(28)에서도 해당된 메모리에 연속적으로 신호가 저장되어 있으므로 Re-map(메모리부에 저장된 터치 신호를 터치 센서의 배치에 일치되도록 재배열 하는 과정)등의 연산작용을 하지 않더라고 터치좌표를 구하는 것이 가능하다는 의미이다.

본 발명에 따른 터치 신호 검출 방법은 매트릭스 형태로 배열된 복수개의 터치패드를 포함하는 터치패드(touch pad)에서 터치 여부를 검출하기 위한 것이다.

본 발명에 따른 터치 신호 검출 방법은 각각의 터치패드에 연결되어 터치 신호를 전달하는 복수개의 터치 신호선을 통하여 수신된 상기 터치 신호를 검출하여 도전체의 터치 여부를 판단하는 터치 검출 단계를 포함하되, 터치 검출부 또는 레벨 시프트 검출부(14)에 의해 수행된다.

터치패드는 터치패드의 각 로우(row)사이에 그리고 해당 로우의 터치 검출 센서에 연결된 터치 신호선 사이에 터치패드에 연결되지 않은 소정의 일정한 폭을 갖는 적어도 하나 이상의 분리 신호선(300)을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

분리 신호선은 영전위 또는 그라운드 전위 또는 일정한 DC 전압에 연결된다.

터치 검출 단계는 터치패드의 컬럼 단위로 순차적으로 터치 신호를 검출하되, 터치 신호 검출시 터치패드의 각 컬럼은 적어도 하나이상의 센싱 패드(sensing pad)- 터치 검출부에서 한번에 동시에 터치 여부가 판단되는 터치패드 - 및 복수개의 난-센싱 패드(non-sensing pad) - 센싱 패드의 터치 여부 판단시 동시에 터치 여부가 판단되지 않는 터치패드 - 로 분할되는 것을 특징으로 한다.

난-센싱 패드(non-sensing pad)는 영전위 또는 그라운드 전위 또는 일정한 DC 전압에 연결된다.

터치 신호 검출시 센싱 패드와 난-센싱 패드의 로우(row)의 위치는 컬럼마다 상이하거나 또는 컬럼마다 동일할 수 있다.

각 컬럼에서의 센싱 패드는 복수개이고, 센싱 패드의 사이에는 적어도 하나이상의 난-센싱 패드가 위치되는 것을 특징으로 한다.

난-센싱 패드는 영전위 또는 그라운드 전위 또는 일정한 DC 전압에 연결되는 것을 특징으로 한다.

이는 별도의 분리 신호선을 두어 신호선간의 기생 커패시턴스를 제거하기 위한 방법보다 용이하게 신호선 간의 간섭을 제거할 수 있는 방법이다.

즉, 센싱 패드 사이에 난-센싱 패드를 배치함으로써 난-센싱 패드가 별도의 분리 신호선의 역할을 수행할 수 있도록 하는 것이다.

구체적으로 난-센싱 패드가 센싱 패드간을 분리하는 역할을 수행하고, 난-센싱 패드에 연결된 터치 신호선이 센싱 패드에 연결된 터치 신호선을 분리하는 분리 신호선의 역할을 수행하는 것이다.

이에 신호선의 다발이 커지는 단점이 없이 신호선간의 간섭을 제거하는 바람직한 효과를 얻을 수 있다.

센싱 패드는 각 컬럼당 하나이고, 나머지는 난-센싱 패드이도록 구성될 수 있고, 난-센싱 패드는 영전위 또는 그라운드 전위 또는 일정한 DC 전압에 연결된다.

특별히,난-센싱 패드는 모두 동일 전위를 갖도록 연결되는 것을 특징으로 한다.

또한 터치 검출 단계를 구체적으로 살펴보면

충전 수단에 의해 터치 패드내에 존재하는 기생정전용량(Cp),구동정전용량(Cdrv) 및 도전체의 출현에 의해 생성되는 터치정전용량(Ct)을 충전시키는 충전 단계; 교번 전압 인가부에 의해 터치패드에 교번 전압을 인가하는 교번 전압 인가 단계;및 레벨 시프트 검출부에 의해 터치 미발생시의 터치 검출센서에서의 전압 변동분과 터치 발생시의 터치 검출센서에서의 전압 변동분을 비교하여 터치 여부를 판단하는 레벨 시프트 검출 단계;를 포함한다.

충전 완료후 상기 충전 수단을 턴 오프하여 상기 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv) 및 터치정전용량(Ct)을 플로팅(floating)상태로 유지한 상태에서 상기 교번 전압이 인가되고 레벨 시프트 검출부의 입력단은 터치 여부 판단시 하이 임피던스(Hi-Z)상태를 유지한다.

터치 발생시의 상기 터치 검출센서에서의 전압 변동분은 상기 터치 미발생시의 상기 터치 검출센서에서의 전압 변동분보다 작고, 터치 발생시의 터치 검출센서에서의 전압 변동 및 터치 미발생시의 터치 검출센서에서의 전압 변동은 인가된 교번 전압의 상승 에지 및 하강 에지에 연동되어 발생한다.

본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정 또는 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.

10 : 터치패드 10a : 센싱패드(Sensing Pad)
10b : 난센싱패드(Non Sensing Pad) 12 : 충전수단
14 : 터치검출부 또는 레벨시프트 검출부 22 : 센서신호선
22a : 센싱패드 센서신호선 22b : 난센싱패드 센서신호선
25 : 손가락 28 : 메모리부
30 : Touch Drive IC (TDI) 31 : 멀티플렉서(Mux)
33 : 타이밍 제어부 35 : 신호처리부
40 : CPU 42 : 교번전압생성부
46 : 통신부 47 : 전원부
50 : 터치스크린패널 57 : 접착부재
58 : 에어갭 또는 접촉부재 200 : 표시장치
205 : TFT기판 210 : 액정층
215 : 칼라필터 220 : 공통전극
230 : 실런트

Claims

매트릭스 형태로 배열된 복수개의 터치패드(touch pad)에서 터치 여부를 검출하는 터치 신호 검출 장치에 있어서,
각 컬럼의 복수개의 터치패드에 연결되어 상기 터치패드에서 발생된 터치 신호를 전달하는 복수개의 터치 신호선을 통하여 터치 신호를 수신하는 복수개의 멀티플렉서(multiplexer); 및
상기 터치 신호를 검출하여 터치 여부를 판단하는 터치 검출부;를 포함하되,
상기 멀티플렉서는 상기 터치패드와 상기 터치 검출부 사이에 위치되는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 멀티플렉서에 수신된 터치 신호 중 하나의 터치 신호를 선택하기 위한 적어도 하나 이상의 선택신호를 발생시키는 선택신호 생성기;를 더 포함하되,
상기 터치 검출부는 상기 선택신호에 의해 선택된 터치 신호를 검출하여 터치 여부를 판단하는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 멀티플렉서, 상기 선택신호 생성기 및 상기 터치 검출부는 상기 터치패드가 생성된 영역으로부터 이격되어 형성된 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 멀티플렉서에 입력되는 터치 신호선의 개수는 상기 터치 검출부로 출력되는 터치 신호선의 개수보다 많은 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 4 항에 있어서,
상기 멀티플렉서에서 상기 터치 검출부로 출력되는 터치 신호선의 개수는 하나인 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 선택신호에 의해 선택된 상기 하나의 출력에 대응하는 터치패드는 센싱 패드(sensing pad)로서 상기 터치 검출부에 의해 터치 여부가 판단되고, 상기 터치 신호 검출시 상기 센싱 패드에 교번 전압이 인가되며, 상기 센싱 패드를 제외한 나머지 터치패드는 난센싱 패드(non-sensing pad)로서 영전위 또는 그라운드 전위 또는 DC전위에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 터치 신호 검출 장치에 사용되는 하나 이상의 상기 멀티플렉서는 입력과 출력의 구성이 모두 동일하고, 동일한 출력의 개수 및 동일한 선택신호의 개수 그리고 임의의 선택신호에 대해 선택된 입력신호의 순번이 동일한 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
각각의 상기 멀티플렉서에서 수용할 수 있는 터치 신호의 개수는 상기 각 컬럼의 터치패드의 개수와 동일한 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
각각의 상기 멀티플렉서는 동일한 컬럼에 속하는 상기 터치패드와 연결된 터치 신호선을 통하여 상기 터치 신호를 입력받고, 다른 컬럼에 속하는 상기 터치패드와 연결된 터치 신호선으로부터의 입력은 수신하지 않도록 구성되는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 2 항에 있어서,
상기 선택신호 생성기에서 생성된 선택신호가 상기 멀티플렉서 각각에 공통으로 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 1 항에 있어서,
상기 터치 신호 검출 장치는
상기 터치패드내에 존재하는 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv) 및 상기 터치패드와 터치입력도구 사이에 형성되는 터치정전용량(Ct)을 충전시키는 충전 수단; 및
상기 터치패드에 교번 전압을 인가하는 교번 전압 인가부;및
터치 미발생시의 상기 터치 검출센서에서의 전압 변동분과 터치 발생시의 상기 터치 검출센서에서의 전압 변동분을 비교하여 터치 여부를 판단하는 레벨 시프트 검출부;를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 11 항에 있어서,
충전 완료후 상기 충전 수단을 턴 오프하여 상기 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv) 및 터치정전용량(Ct)을 플로팅(floating)상태로 유지한 상태에서 상기 교번 전압이 인가되는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 레벨 시프트 검출부의 입력단은 터치 여부 판단시 하이 임피던스(Hi-Z)상태를 유지하는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 터치 발생시의 상기 터치패드에서의 전압 레벨 변동은 터치가 발생하지 않은 경우의 전압레벨 변동보다 작은 값을 가지는 것을 특징으로 하는 터치신호 검출 장치.
제 11 항에 있어서,
상기 터치 발생시의 상기 터치패드에서의 전압 변동 및 상기 터치 미발생시의 상기 터치패드에서의 전압 변동은 인가된 상기 교번 전압의 상승 에지 및 하강 에지에 연동되어 발생하는 것을 특징으로 하는 터치 신호 검출 장치.