KR20180024701A - 터치 검출 방법 및 이를 이용하는 터치 검출 장치 - Google Patents

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Abstract

본 실시예에 의한 터치 검출 장치는: 오브젝트와 셀프 커패시터를 형성하는 전극을 포함하는 터치 패널과, 셀프 커패시터와 차지 셰어링되는 차지 셰어링 커패시터를 포함하는 차지 셰어링 부와, 차지 셰어링 부의 출력 신호를 제공받고 의사 차동 터치 신호쌍을 형성하여 오브젝트의 터치를 검출하는 차동 신호 형성부 및 차지 셰어링과 및 신호 출력을 수행하도록 차지 셰어링 부를 제어하는 제어부를 포함한다.

Description

터치 검출 방법 및 이를 이용하는 터치 검출 장치{Touch Detection Method and Touch Detection Apparatus}
본 발명은 터치 검출 방법 및 이를 이용하는 터치 검출 장치에 관한 것이다.
현재 터치 스크린에 사용되는 감지 방식들은 저항막 방식, 표면 초음파 방식 및 정전 용량 방식이 주류를 이루고 있으며, 정전 용량 방식의 경우 다중 터치 감지가 가능하고 내구성, 시인성 등이 우수하기 때문에 휴대용 모바일 기기의 주 입력 수단으로 채택되는 추세이다.
정전 용량 방식 터치 스크린은 사용자 간섭에 의해 터치 스크린 패널 상의 축전 센서 (capacitive sensor)들에 대전된 전하량이 변하는 것을 감지하여 사용자 입력을 인식하며, 전하 축전 방식에 따라 자기 정전 용량 방식 (self-capacitive)과 상호 정전 용량 방식 (mutual-capacitive)으로 나뉜다. 자기 정전 용량 방식이 하나의 축전 센서 (capacitive sensor) 당 하나의 도전체를 구성하여 터치 스크린 패널 외부의 기준 접지면 (reference ground)과 대전면을 형성하는 반면, 상호 정전 용량 방식은 터치 스크린 패널 상의 두 개의 도전체가 서로 대전면을 형성하여 하나의 축전 센서로 기능하도록 구성된다.
일반적인 자기 정전 용량 방식은 X/Y 직교 형태의 도전체 배치를 사용하며, 이 경우 각 축전 센서가 선센서 (line sensor)로 기능하기 때문에 매 터치 스크린 감지 시 X 센서군 (X-line sensor group)과 Y 센서군 (Y-line sensor group) 각각으로부터 하나씩의 X-감지 정보와 Y-감지 정보밖에 제공받지 못한다. 따라서 일반적인 자기 정전 용량(self capacitance) 방식 터치 스크린에서는 단일 터치의 감지 및 추적은 가능하나 다중 터치는 지원할 수 없다. 상호 정전 용량 방식도 X/Y 직교 형태의 도전체 배치를 사용하나, 각 축전 센서가 도전체 직교 위치 마다 격자센서 (grid sensor) 형태로 구성되며 터치 스크린 상의 사용자 입력 탐지 시 모든 격자센서의 반응이 독립적으로 감지되는 점이 자기 정전 용량 방식과 다르다. 각 격자센서는 서로 다른 하나의 X/Y 좌표에 대응되고 서로 독립적인 반응 결과를 제공하기 때문에, 상호 축전 방식 터치 스크린에서는 X/Y 격자센서 집합으로부터 제공받은 X/Y-감지 정보 집합으로부터 사용자 입력 정보를 추출하여 사용자의 다중 터치를 감지하고 추적할 수 있다.
터치 패널에서 출력되는 신호는 단일단 신호 방식(single ended signal scheme)으로 기준 전압에 대한 레벨 변동으로 정보를 전달하는 방식이다. 단일단 신호 방식은 간단한 신호 전송 방식이나, 유입된 노이즈 제거, 노이즈 유입 방지의 측면에서 취약하다.
전자 장치의 소형화, 박형화 추세에 따라 터치 패널에 유입되는 노이즈는 점차 증가하고 있으며 충전기 노이즈(charger noise)와 같이 필터로 제거할 수 없는 저역의 노이즈도 증가하는 추세이다. 충전기 노이즈는 오브젝트에 의한 터치를 검출하는 센서에 영향을 준다. 따라서, 기존의 단일단 신호 방식으로 터치 패널에서 출력되는 신호를 처리하면 신호대 잡음비 성능이 낮아져 터치 신호를 이용하여 터치 여부, 터치 좌표 등의 검출이 곤란해질 수 있다.
본 실시예는 상기한 종래 기술의 난점을 해결하기 위한 것으로, 터치 패널에 유입된 신호에서 용이하게 노이즈를 제거하고, 터치 여부, 터치 좌표 등의 정보를 용이하게 검출할 수 있도록 하는 것이 주된 목표 중 하나이다.
본 실시예에 의한 의사 차동 터치 신호 형성 방법은: (a) 터치 입력에 상응하는 제1 터치 신호를 형성하는 단계와, (b) 형성된 제1 터치 신호를 유지하는 단계와, (c) 터치 입력에 상응하는 제2 터치 신호를 형성하는 단계를 포함하며, 제1 터치 신호와 제2 터치 신호는 의사 차동(pseudo differential) 관계에 있다.
본 실시예에 의한 터치 검출 방법은: (a) 터치 입력에 상응하는 제1 터치 신호를 형성하는 단계와, (b) 형성된 제1 터치 신호를 유지하는 단계와, (c) 터치 입력에 상응하는 제2 터치 신호를 형성하는 단계를 포함하며, 제1 터치 신호와 제2 터치 신호는 의사 차동(pseudo differential) 관계에 있다.
본 실시예에 의한 터치 검출 장치는: 오브젝트와 셀프 커패시터를 형성하는 전극을 포함하는 터치 패널과, 셀프 커패시터와 차지 셰어링되는 차지 셰어링 커패시터를 포함하는 차지 셰어링 부와, 차지 셰어링 부의 출력 신호를 제공받고 의사 차동 터치 신호쌍을 형성하여 오브젝트의 터치를 검출하는 차동 신호 형성부 및 차지 셰어링과 및 신호 출력을 수행하도록 차지 셰어링 부를 제어하는 제어부를 포함한다.
본 실시예에 의하면 저역 노이즈에 의한 영향을 감소시킬 수 있다는 장점이 제공된다.
도 1은 본 실시예에 의한 터치 검출 장치의 개요를 도시한 개요도이다.
도 2는 본 실시예에 의한 터치 검출 방법의 개요를 도시한 순서도이다.
도 3은 차동 신호 형성부의 개요를 도시한 블록도이다.
도 4는 본 실시예에 의한 터치 검출 장치에 제공되는 신호의 개요를 도시한 타이밍 도이다.
도 5는 제1 차지 셰어링 페이즈 프리 차지 과정에서의 등가 회로도이다.
도 6은 제1 차지 셰어링 페이즈 차지 셰어링 과정에서의 등가 회로도이다.
도 7은 제2 차지 셰어링 페이즈의 프리 차지 과정에서의 등가 회로도이다.
도 8은 제2 차지 셰어링 페이즈 차지 셰어링 과정에서의 등가회로도이다.
도 9(a)는 종래 기술에 의한 터치 검출 장치로 검출한 값의 개요를 도시한 도면이고, 도 9(b)는 종래 기술에 의한 터치 검출 장치로 검출한 값의 개요를 도시한 도면이다.
본 발명에 관한 설명은 구조적 내지 기능적 설명을 위한 실시예에 불과하므로, 본 발명의 권리범위는 본문에 설명된 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되어서는 아니 된다. 즉, 실시예는 다양한 변경이 가능하고 여러 가지 형태를 가질 수 있으므로 본 발명의 권리범위는 기술적 사상을 실현할 수 있는 균등물들을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
한편, 본 출원에서 서술되는 용어의 의미는 다음과 같이 이해되어야 할 것이다.
“제1”, “제2” 등의 용어는 하나의 구성요소를 다른 구성요소로부터 구별하기 위한 것으로 이들 용어들에 의해 권리범위가 한정되어서는 아니 된다. 예를 들어, 제1 구성요소는 제2 구성요소로 명명될 수 있고, 유사하게 제2 구성요소도 제1 구성요소로 명명될 수 있다.
어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "상부에" 또는 “위에”있다고 언급된 때에는, 그 다른 구성요소의 바로 위에 있을 수도 있지만, 중간에 다른 구성요소가 존재할 수도 있다고 이해되어야 할 것이다. 반면에, 어떤 구성요소가 다른 구성요소에 "접촉하여" 있다고 언급된 때에는, 중간에 다른 구성요소가 존재하지 않는 것으로 이해되어야 할 것이다. 한편, 구성요소들 간의 관계를 설명하는 다른 표현들, 즉 "개재하여"와 "바로 ~개재하여", "~사이에"와 "바로 ~ 사이에" 또는 "~에 이웃하는"과 "~에 직접 이웃하는" 등도 마찬가지로 해석되어야 한다.
단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한 복수의 표현을 포함하는 것으로 이해되어야 하고, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 설시된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부분품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
각 단계들은 문맥상 명백하게 특정 순서를 기재하지 않은 이상 명기된 순서와 다르게 일어날 수 있다. 즉, 각 단계들은 명기된 순서와 동일하게 일어날 수도 있고 실질적으로 동시에 수행될 수도 있으며 반대의 순서대로 수행될 수도 있다.
본 개시의 실시예들을 설명하기 위하여 참조되는 도면은 설명의 편의 및 이해의 용이를 위하여 의도적으로 크기, 높이, 두께 등이 과장되어 표현되어 있으며, 비율에 따라 확대 또는 축소된 것이 아니다. 또한, 도면에 도시된 어느 구성요소는 의도적으로 축소되어 표현하고, 다른 구성요소는 의도적으로 확대되어 표현될 수 있다.
여기서 사용되는 모든 용어들은 다르게 정의되지 않는 한, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다. 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 것과 같은 용어들은 관련 기술의 문맥상 가지는 의미와 일치하는 것으로 해석되어야 하며, 본 출원에서 명백하게 정의하지 않는 한 이상적이거나 과도하게 형식적인 의미를 지니는 것으로 해석될 수 없다.
본 명세서에서는 사용자가 터치 패널에 입력을 인가할 수 있는 개체를 “오브젝트(object)”라 정의한다. 이러한 오브젝트는 손, 손바닥 또는 스타일러스(stylus) 등과 같이 터치 패널(100)을 터치 또는 호버링하여 터치 입력을 인가할 수 있는 개체를 의미한다. 다만, 이것은 오브젝트의 범위를 한정하기 위한 것이 아니라 오브젝트를 설명하기 위한 것으로 터치 패널을 호버링하여 전극과 셀프 커패시턴스를 형성할 수 있는 뺨, 발가락등도 역시 오브젝트가 될 수 있다.
이하에서는 첨부된 도면들을 참조하여 본 실시예를 설명하도록 한다. 도 1은 본 실시예에 의한 터치 검출 장치(1)의 개요를 도시한 개요도이다. 도 2는 본 실시예에 의한 터치 검출 방법의 개요를 도시한 순서도이다. 도 1 및 도 2를 참조하면, 본 실시예에 의한 터치 검출 장치(1)는: 오브젝트(O)와 셀프 커패시터(Cs)를 형성하는 전극(E)을 포함하는 터치 패널(100)과, 셀프 커패시터(Cs)와 차지 셰어링되는 차지 셰어링 커패시터(Cc)를 포함하는 차지 셰어링 부(200)와, 차지 셰어링 부(200)의 출력 신호를 제공받고 의사 차동 터치 신호쌍을 형성하는 차동 신호 형성부(300) 및 차지 셰어링과 및 신호 출력을 수행하도록 차지 셰어링 부를 제어하는 제어부(400)를 포함한다.
본 실시예에 의한 터치 검출 방법은: (a) 터치 입력에 상응하는 제1 터치 신호를 형성하는 단계(S100)와, (b) 형성된 제1 터치 신호를 유지하는 단계(S200)와, (c) 터치 입력에 상응하는 제2 터치 신호를 형성하는 단계(S300)를 포함하며, 제1 터치 신호와 제2 터치 신호는 의사 차동(pseudo differential) 관계에 있다.
도 1을 참조하면, 터치 패널(100)은 적어도 하나의 전극(E)를 포함한다. 전극(E)은 셀프 커패시터(Cs)의 일 전극으로 기능하며, 오브젝트(O)는 셀프 커패시터(Cs)의 타 전극으로 기능한다.
실제적인 터치 패널(100)에서는 전극들과 접지 전위 사이에 형성되는 기생 커패시턴스(parasitic capacitance), 인접하는 전극들 사이에 형성되는 기생 커패시턴스 등과 같이 여러 기생 커패시턴스들이 있다. 이하에서 기생 커패시턴스(Cp)는 오브젝트(O)와 셀프 커패시턴스(Cs)를 형성하는 전극(E)에서 형성되는 모든 기생 커패시턴스들을 포함하는 등가 기생 커패시턴스를 의미하는 것으로 지칭하고 사용한다.
셀프 커패시터(Cs)는 터치 패널(100)의 전극(E)이 셀프 커패시터(Cs)의 한 전극을 형성하고, 오브젝트(O)가 셀프 커패시터(Cs)의 다른 전극을 형성한다. 오브젝트(O)는 접지 전위와 전기적으로 연결되므로 셀프 커패시터(Cs)는 기생 커패시터(Cp)와 서로 병렬로 연결된다. 차지 셰어링 부(200)에서 보이는 등가 커패시턴스는 셀프 커패시턴스(Cs)와 기생 커패시턴스(Cp)가 병렬로 연결되어 형성되는 Cp+Cs의 커패시턴스이다.
Figure pat00001
(C: 커패시턴스, A: 전극의 면적, d: 전극들 사이의 거리)
커패시터의 커패시턴스를 연산하는 수학식 1을 참조하면, 오브젝트(O)와 전극(E) 사이의 이격 거리(d)에 따라 셀프 커패시터의 커패시턴스 값은 변화하며, 셀프 커패시터의 커패시턴스 값이 일정 값 이상이면 오브젝트(O)가 터치 패널(100)을 터치 하여 터치 입력을 제공하는 것으로 파악할 수 있다.
차지 셰어링 부(charge sharing unit, 200)는 차지 셰어링 커패시터(Cc), 셀프 커패시터(Cs)와 기생 커패시터(Cp)를 미리 정해진 전압으로 프리 차지(precharge)하고, 차지 셰어링을 수행하도록 제어되는 스위치들(S1a, S1b, S2a, S2b)과, 셀프 커패시터(Cs)와 차지 셰어링을 수행하는 차지 셰어링 커패시터(Cc)를 포함한다. 복수의 스위치들(S1a, S1b, S2a, S2b)은 제어부가 제공하는 제어 신호 S1, S2에 의하여 턴 온/ 턴 오프가 제어된다.
셀프 커패시터(Cs) 및 기생 커패시터(Cp)를 프리 차지하는 제1 전압(V1)과 차지 셰어링 커패시터(Cc)를 프리 차지하는 제2 전압(V2)은 제어부(400)에 제어되어 전압값이 제어된다. 일 예로, 제1 프리 차지 페이즈(P1, 도 4 참조)에서, 제어부(400)는 제1 전압(V1)으로 구동 전압(Vdd)을 제공하고, 제2 전압으로 접지 전압(Vgnd)을 제공한다. 제2 프리 차지 페이즈(P2, 도 4 참조)에서, 제어부(400)는 제1 전압(V1)으로 접지 전압(Vgnd)을 제공하고, 제2 전압으로 구동 전압(Vdd)을 제공한다.
도 3은 차동 신호 형성부(300)의 개요를 도시한 블록도이다. 도 3을 참조하면, 일 실시예로, 차동 신호 형성부(300)는 차지 셰어링 부(200)가 제공한 신호를 적분하여 출력 하는 전하 증폭기(310)와, 전하 증폭기(310)의 출력 신호를 지연하여 출력하는 지연부(320)를 포함한다. 차지 셰어링 부(200)는 제1 차지 셰어링을 수행하여 형성된 신호를 전하 증폭기(310)에 제공하며, 전하 증폭기(310)는 제공된 신호를 누적하여 출력한다.
지연부(320)는 전하 증폭기(310)가 제2 차지 셰어링에 의하여 형성된 제2 터치 신호(VoutB)를 출력할 때까지 전하 증폭기(310)가 제공한 신호를 유지하여 출력한다. 차지 셰어링 부(200)가 유지하여 출력한 값인 Vout과 차지 셰어링 부(200)가 제2 차지 셰어링을 수행하고, 적분된 결과값인 VoutB는 서로 상보적 전압으로 차지 셰어링된 값이다. 다만, Vout을 형성하는 제1 차지 셰어링 과정과, VoutB를 형성하는 제2 차지 셰어링 과정은 시간차를 두고 이루어지므로 차동 신호 형성부(300)가 출력하는 Vout과 VoutB 신호는 의사 차동 신호(pseudo differential signal)이다.
일 실시예에서, 차동 신호 형성부(300)는 증폭기(미도시)를 더 포함할 수 있으며, 본 실시예에 의한 터치 검출 장치(1)는 차동 신호 형성부(300)의 출력 신호쌍인 Vout, VoutB를 제공받아 디지털 신호로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(ADC, Analog-to-Digital Converter, 미도시)를 더 포함할 수 있다.
제어부(400)는 차지 셰어링 부(200)와 차동 신호 형성부(300)에 포함된 스위치들을 제어한다. 일 실시예로, 차지 셰어링 부(200)에 포함된 스위치 S1a, S1b 및 차동 신호 형성부(300)에 포함된 스위치 S1c는 제어부(400)가 제공하는 제어 신호 S1에 의하여 턴 온/ 턴 오프가 제어된다. 또한, 차지 셰어링 부(200)에 포함된 스위치 S2a, S2b 는 제어부(400)가 제공하는 제어 신호 S2에 의하여 턴 온/ 턴 오프가 제어된다. 일 예로, 제어 신호 S1과 S2는 서로 상보적 관계에 있을 수 있다. 또한, 제어부(400)는 제1 차지 셰어링 페이즈(P1), 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 제1 전압(V1, 도 1 참조)과 제2 전압(V2, 도 1 참조)으로 제공되는 전압을 제어한다.
도 4는 본 실시예에 의한 터치 검출 장치에 제공되는 신호의 개요를 도시한 타이밍 도이다. 도 4를 참조하면, 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)와 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)는 모두 프리 차지 단계(pc)와 차지 셰어링 단계(cs)를 포함한다. 도시된 바와 같이 프리 차지 단계(pc)와 차지 셰어링 단계(cs)에서 제공되는 제어 신호 S1 과 S2는 스위치들이 턴 온 되는 구간이 중첩되는 것을 방지하기 위하여 턴 온 구간이 서로 중첩되지 않는다.
도 4는 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)와 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)가 연속적으로 이루어지는 것으로 도시되어 있다. 그러나, 이는 하나의 실시예일 따름이며, 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)와 제2 차지 셰어링 페이즈(P2) 사이에 다른 과정이 개입되어 있을 수 있다. 또한, 본 실시예에서 스위치들은 모두 논리 하이 상태의 신호가 제공되면 턴 온되는 NMOS 스위치로 구현한 것을 예시한다. 그러나, 이는 구현예일 따름이며, 통상의 기술자는 자명하게 논리 로우로 턴 온되는 PMOS 스위치뿐 만 아니라, 다른 종류의 반도체 스위치로 구현할 수 있을 것이다.
도 5는 제1 차지 셰어링 페이즈(P1) 프리 차지 과정(pc)에서의 등가 회로도이다. 도 1 내지 도 5를 참조하면, 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)에서 오브젝트(O)의 터치 입력에 상응하는 제1 터치 신호를 형성한다(S100). 제어부(400)는 제1 전압(V1)으로 구동 전압(Vdd)을 제공하고, 제2 전압(V2)으로 접지 전압(Vgnd)를 제공한다. 제어부(400)는 논리 하이 상태의 S1 신호를 제공하여 스위치 S1a, S1b를 턴 온시켜 셀프 커패시터(Cs) 및 기생 커패시터(Cp)와 차지 셰어링 커패시터(Cc)를 각각 구동 전압(Vdd)과 접지 전압(Vgnd)으로 프리 차지한다.
차동 신호 형성부(300)의 스위치 S1c는 논리 하이 상태의 S1 신호를 제공받아 턴 온 되고, 피드백 커패시터 Cf에 충전된 전하를 플러시(flush)하여 리셋한다.
도 6은 제1 차지 셰어링 페이즈(P1) 차지 셰어링 과정(pc)에서의 등가 회로도이다. 도 6을 참조하면, 제어부(400)는 스위치 S2a를 턴 온 시켜 구동 전압 Vdd로 프리 차지된 셀프 커패시터(Cs) 및 기생 커패시터(Cp)와 접지 전압 Vgnd로 프리차지된 차지 셰어링 패시터(Cc)를 전기적으로 연결한다. 차지 셰어링 커패시터(Cc)와 셀프 커패시터(Cs) 및 기생 커패시터(Cp)가 전기적으로 연결됨에 따라 차지 셰어링이 수행되며, 그 때 형성되는 노드 a의 전압 Va1은 아래의 수학식과 같이 연산된다.
Figure pat00002
전하 증폭기(310)는 차지 셰어링 부(200)의 출력 전압 Va1을 제공받고, 미리 설정된 시간 동안 적분하여 터치 신호를 형성한다. 전하 증폭기(310)는 기준 전압 Vref를 기준으로 적분을 수행한다. 제어부(400)는 전하 증폭기에 기준 전압 Vref를 제공하며, 기준 전압으로 정해진 어느 하나의 전압값을 제공할 수 있다. 일 예로, 제어부(400)는 구동 전압 Vdd와 접지 전압 Vgnd의 중간 전압을 Vref로 전하 증폭기에 제공할 수 있다. 다른 예로, 제어부(400)는 제1 차지 셰어링 과정과 제2 차지 셰어링 과정에 서로 다른 기준 전압을 제공할 수 있다. 일 예로, 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)에는 접지 전압 Vgnd를 기준 전압으로 제공하고, 제2 차지 셰어링 페이즈(P2) 에는 구동 전압 Vdd를 기준 전압 Vref로 전하 증폭기(310)에 제공할 수 있다.
전하 증폭기(310)가 적분하여 형성한 신호 Vout는 지연부(320)에 제공된다(S200). 지연부(320)는 제공된 신호 Vout를 유지하고, 전하 증폭기(310)가 제2 터치 신호 VoutB를 출력할 때 함께 출력한다.
도 7은 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)의 프리 차지 과정(pc)에서의 등가 회로도이다. 도 7을 참조하면, 제어부(400)는 제1 전압(도 1 V1 참조)으로 접지 전압 Vgnd를 제공하고, 제2 전압(도 1 V2 참조)으로 구동 전압 Vdd를 제공한다. 제어부(400)는 제1 차지 셰어링 페이즈와 마찬가지로 스위치 S1a, S1b를 턴 온시켜 셀프 커패시터(Cs) 및 기생 커패시터(Cp)와 차지 셰어링 커패시터(Cc)를 각각 접지 전압(Vgnd)와 구동 전압(Vdd)로 프리 차지하고, 스위치 S1c를 턴 온시켜 커패시터 Cf를 리셋한다.
도 8은 제2 차지 셰어링 페이즈(P2) 차지 셰어링 과정(cs)에서의 등가회로도이다. 제어부(400)는 논리 하이 상태의 제어 신호 S2를 제공하여 스위치 S2a를 턴 온 시킨다. 셀프 커패시터(Cs) 및 기생 커패시터(Cp)와 차지 셰어링 커패시터(Cc)는 전기적으로 연결되어 차지 셰어링된다. 스위치 S2b는 턴 온 되어 차지 셰어링에 의하여 형성된 전압 Va2를 출력한다. 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 차지 셰어링 부(200)이 출력하는 Va2 전압은 아래의 수학식과 같다.
Figure pat00003
수학식 2와 수학식 3을 비교하면, 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)에서 형성된 전압 Va1는 셀프 커패시터(Cs) 및 기생 커패시터(Cp)의 커패시턴스와 구동 전압값 Vdd과의 곱이 분자이며, 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 형성된 전압 Va2는 구동 전압값 Vdd와 차지 셰어링 커패시터의 커패시턴스와의 곱이 분자이다. 따라서, 셀프 커패시터(Cs)의 커패시턴스 값과 차지 셰어링 커패시터(Cc)의 커패시턴스 값 차이를 크게 형성할수록 Va1과 Va2값의 차이를 크게 형성할 수 있다.
일 예로, 패널의 기생 커패시터(Cp)의 커패시턴스가 차지 셰어링 커패시터(Cc)의 커패시턴스에 비하여 10배 이상 크게 형성된 경우를 가정한다. 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)에서 차지 셰어링 부(200)가 출력하는 신호(Va1)의 전압값은 아래의 수학식과 같이 구동 전압 Vdd의 값에 근사된다.
Figure pat00004
또한, 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 차지 셰어링 부(200)가 출력하는 신호(Va2)는 아래의 수학식 5와 같다.
Figure pat00005
즉, 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)에서 형성된 출력 신호 Va1과 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 형성된 출력 신호 Va2는 서로 상보성을 가지는 것을 확인할 수 있다.
제1 차지 셰어링 페이즈(P1)에서의 셀프 커패시터(Cs)에 충전된 전하 변화량(△Q1)은 커패시턴스(Cs)와 전압변화량(△V1)의 곱으로 표시된다. 전압 변화량 △V1은 셀프 커패시터가 프리 차지 과정(pc)에서 구동 전압인 Vdd로 프리 차지된 후 제1 차지 셰어링 페이즈(P1)의 출력 신호 Va1으로 변한다. 따라서 전압 변화량은 아래 수학식 6과 같다.
[수학식 6]
Figure pat00006
상기한 수학식6을 이용하여 셀프 커패시터(Cs)에 충전된 전하 변화량 △Q1을 연산하는 과정은 수학식 7 과 같다.
[수학식 7]
Figure pat00007
제2 차지 셰어링 페이즈(P2)에서 셀프 커패시터(Cs)에 충전된 전하 변화량 △Q2는 셀프 커패시턴스(Cs)와 전압 변화량(△V2)의 곱으로 표시된다. 전압 변화량 △V2는 셀프 커패시터(Cs)가 프리 차지 과정(pc)에서 접지 전압(Vgnd)로 프리 차지되고 이후 제2 차지 셰어링 페이즈(P2)의 출력 신호 Va2으로 변한다. 따라서 전압 변화량은 아래 수학식 8과 같다.
[수학식 8]
Figure pat00008
상기한 수학식8을 이용하여 셀프 커패시터(Cs)에 충전된 전하 변화량 차지 변화량(△Q2)을 연산하는 과정은 수학식 9 과 같다.
[수학식 9]
Figure pat00009
수학식 7과 9를 보면 셀프 커패시턴스에 의한 차지 변화량 Q1과 Q2가 부호가 반대이고 크기가 같은, 서로 상보성을 가지는 신호인 것을 확인 할 수 있다. 전하 증폭기(310)는 제2 차지 셰어링에 의하여 형성되는 전압인 Va2을 제공받고, 증폭하여 제2 터치 신호 VoutB를 출력한다.
전하 증폭기(310)가 제공받고 증폭한 신호들인 Vout, VoutB는 상보성을 가지는 제1 및 제2 차지 셰어링 페이즈에서 출력된 신호들인 Va1, Va2 를 증폭한 것이므로 마찬가지로 상보성을 가진다. 따라서, 출력된 신호쌍인 Vout, VoutB 의사 차동 신호쌍이다.
도시되지 않은 실시예에 의하면, 본 실시예에 의한 터치 검출 장치는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 더 포함한다. 아날로그 디지털 변환기는 차동 신호 형성부(300)이 출력한 의사 차동 신호쌍 Vout, VoutB을 제공받아 디지털 신호로 변환한다.
도 9(a)는 종래 기술에 의한 터치 검출 장치로 검출한 값의 개요를 도시한 도면이고, 도 9(b)는 종래 기술에 의한 터치 검출 장치로 검출한 값의 개요를 도시한 도면이다. 도 9(a)를 참조하면, 종래 기술에서는 단일한 센싱 라인을 일정한 주기로 센싱하여 터치 값을 검출하였다. 그러나, 저주파 잡음(검정 실선)이 유입되는 경우에는 터치는 일정하게 이루어짐에도 불구하고 점선으로 도시된 노이즈 오프셋이 검출된 터치 값에 개입되므로 검출된 터치 값의 변동(fluctuation)이 발생한다. 이러한 변동에 의하여 터치 유무, 터치 강도, 터치 좌표를 판별하는데 오차가 발생한다.
그러나, 본 실시예에 의하면 두 번의 차지 셰어링 페이즈를 통하여 의사 차동 터치 신호쌍을 형성하므로, 종래 기술과는 달리 인접한 차지 셰어링 페이즈 사이의 차이 값(VNOISE)만이 터치 값에 개입된다. 따라서, 본 실시예에 의하면 동일한 크기의 노이즈가 유입된다고 하더라도 인접한 차지 셰어링 페이즈 사이의 차이 값(VNOISE)만이 터치 값에 개입되므로 종래 기술에 비하여 노이즈가 개입되는 정도를 감소시킬 수 다는 장점이 제공되며, 차지 셰어링 페이즈 사이의 간격을 감소하면 할수록 노이즈 개입량을 감소시킬 수 있다.
본 발명에 대한 이해를 돕기 위하여 도면에 도시된 실시 예를 참고로 설명되었으나, 이는 실시를 위한 실시예로, 예시적인 것에 불과하며, 당해 분야에서 통상적 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위에 의해 정해져야 할 것이다.
100: 터치 패널 200: 차지 셰어링 부
300: 차동 신호 형성부 400: 제어부
S100 ~ S300: 본 실시예에 의한 터치 검출 방법의 각 단계

Claims (15)

  1. (a) 터치 입력에 상응하는 제1 터치 신호를 형성하는 단계와,
    (b) 형성된 상기 제1 터치 신호를 유지하는 단계 및,
    (c) 터치 입력에 상응하는 제2 터치 신호를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 터치 신호와 상기 제2 터치 신호는 의사 차동(pseudo differential) 관계에 있는 의사 차동 터치 신호(pseudo differential touch signal) 형성 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계와 상기 (c) 단계는 시간 차이를 두고 수행되는 의사 차동 터치 신호 형성 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 터치 패널에 입력을 제공하는 오브젝트와 상기 터치 패널 전극 사이에 형성된 셀프 커패시터를 제1 전압으로 프리차지하고, 차지 셰어링 커패시터를 제2 전압으로 프리 차지 하는 단계 및,
    (a2) 상기 병렬 커패시터와 상기 차지 셰어링 커패시터를 연결하여 전하를 공유하는 차지 셰어링 단계를 포함하며,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 병렬 커패시터를 제2 전압으로 프리 차지하고, 상기 차지 셰어링 커패시터를 제1 전압으로 프리 차지 하는 단계 및,
    (b2) 상기 병렬 커패시터와 상기 차지 셰어링 커패시터를 연결하여 전하를 공유하는 차지 셰어링 단계를 포함하되,
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 상보적 레벨을 가지는 의사 차동 터치 신호 형성 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 (c) 단계와 동시에 수행되는 의사 차동 터치 신호 형성 방법.
  5. (a) 터치 입력에 상응하는 제1 터치 신호를 형성하는 단계와,
    (b) 형성된 상기 제1 터치 신호를 유지하는 단계 및
    (c) 터치 입력에 상응하는 제2 터치 신호를 형성하는 단계를 포함하며, 상기 제1 터치 신호와 상기 제2 터치 신호는 의사 차동(pseudo differential) 관계에 있는 터치 검출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 (a) 단계와 상기 (c) 단계는 시간 차이를 두고 수행되는 터치 검출 방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a1) 터치 패널에 입력을 제공하는 오브젝트와 상기 터치 패널 전극 사이에 형성된 셀프 커패시터와 터치 패널의 커패시터가 병렬로 연결된 병렬 커패시터를 제1 전압으로 프리차지하고, 차지 셰어링 커패시터를 제2 전압으로 프리 차지 하는 단계 및,
    (a2) 상기 병렬 커패시터와 상기 차지 셰어링 커패시터를 연결하여 전하를 공유하는 차지 셰어링 단계를 포함하되,
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 상보적 레벨을 가지는 터치 검출 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b1) 상기 병렬 커패시터를 제2 전압으로 프리 차지하고, 상기 차지 셰어링 커패시터를 제1 전압으로 프리 차지 하는 단계 및,
    (b2) 상기 병렬 커패시터와 상기 차지 셰어링 커패시터를 연결하여 전하를 공유하는 차지 셰어링 단계를 포함하되,
    상기 제1 전압과 상기 제2 전압은 상보적 레벨을 가지는 터치 검출 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 (a) 단계는,
    (a3) 상기 차지 셰어링 후 상기 차지 셰어링 커패시터가 제공하는 신호를 적분하여 출력하는 단계를 더 포함하는 터치 검출 방법.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 (b) 단계는,
    (b3) 상기 차지 셰어링 후 상기 차지 셰어링 커패시터가 제공하는 신호를 적분하여 출력하는 단계를 더 포함하는 터치 검출 방법.
  11. 제5항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 상기 (c) 단계와 동시에 수행되는 의사 차동 터치 신호 형성 방법.
  12. 오브젝트와 셀프 커패시터를 형성하는 전극을 포함하는 터치 패널;
    상기 셀프 커패시터와 차지 셰어링되는 차지 셰어링 커패시터를 포함하는 차지 셰어링 부;
    상기 차지 셰어링 부의 출력 신호를 제공받고 의사 차동 터치 신호쌍을 형성하는 차동 신호 형성부 및
    상기 차지 셰어링과 및 상기 신호 출력을 수행하도록 상기 차지 셰어링 부를 제어하는 제어부를 포함하는 터치 검출 장치.
  13. 제12항에 있어서,
    상기 차지 셰어링부는, 상기 제어부에 의하여 제어되어
    상기 셀프 커패시터와 상기 차지 셰어링 커패시터가 각각 서로 상보적인 제1 전압 및 제2 전압으로 프리 차지 된 후, 전기적으로 연결되어 제1 차지 셰어링 되고,
    상기 셀프 커패시터와 상기 차지 셰어링 커패시터가 각각 서로 상보적인 제2 전압 및 제1 전압으로 프리 차지 된 후, 전기적으로 연결되어 제2 차지 셰어링 되는 터치 검출 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 의사 차동 터치 신호쌍은
    상기 제1 차지 셰어링에 의하여 상기 차지 셰어링 커패시터가 제공하는 전압을 샘플하고 유지되어 형성된 신호와,
    상기 제2 차지 셰어링에 의하여 상기 차지 셰어링 커패시터가 제공하는 전압이 형성하는 신호를 포함하는 터치 검출 장치.
  15. 제12항에 있어서,
    상기 차동 신호 형성부는,
    상기 차지 셰어링부가 제공한 신호를 적분하는 전하 증폭기와, 상기 전하 증폭기의 출력 신호를 샘플 및 홀드하는 지연부를 포함하는 터치 검출 장치.
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