KR20180049461A - 터치 패널 컨트롤러 - Google Patents
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Abstract
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 컨트롤러는 일 방향으로 연장되는 복수의 센서 라인들에 구동 신호를 동시에 인가하여, 상기 센서 라인들에 동일한 전하를 충전하는 구동부 및 상기 센서 라인들 각각으로부터 정전용량의 변화를 감지하는 감지부를 포함할 수 있다.
Description
본 발명은 터치 패널 컨트롤러에 관한 것이다.
정전용량 방식의 터치스크린 장치는 일정한 패턴을 갖는 복수의 전극을 포함한다. 터치스크린 장치는 복수의 전극을 이용하여, 터치 입력에 의해 자체 정전용량(Self-Capacitance) 또는 결합 정전용량(Mutual-Capacitance)의 변화를 생성함으로써, 터치 입력의 좌표를 계산할 수 있다. 자체 정전용량 방식은 미세한 정전용량의 변화를 효과적으로 검출할 수 있으나, 결합 정전용량 방식에 비하여, 복수의 전극 자체의 정전용량이 크므로, 전극 자체에 의한 정전용량을 제거할 필요가 있다. 또한, 터치 입력의 정밀한 판단을 위하여, 복수의 전극 간의 정전용량의 오프셋을 보상할 필요가 있다.
본 발명의 과제는 터치 패널의 전극들 자체에 의한 정전용량을 제거하고, 전극들 간의 정전용량의 오프셋을 보상할 수 있는 터치 패널 컨트롤러를 제공하는 것이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 컨트롤러는 일 방향으로 연장되는 복수의 센서 라인들에 구동 신호를 동시에 인가하여, 상기 센서 라인들에 동일한 전하를 충전하는 구동부 및 상기 센서 라인들 각각으로부터 정전용량의 변화를 감지하는 감지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 컨트롤러는 복수의 센서 라인들에 구동 신호를 인가하는 구동부 및 상기 복수의 센서 라인들 각각의 전압과 상기 구동 신호에 의한 전압을 차분하여 정전용량의 변화를 감지하는 감지부를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 터치 패널의 전극들에 정전용량의 변화를 검출하기 위하여 제공되는 신호와 전극들의 정전용량을 차분하여, 전극 자체에 의한 정전용량을 효과적으로 제거할 수 있다. 또한, 용량이 작은 커패시터를 이용하여, 전극들 간의 정전용량을 오프셋을 보상함으로써, 터치 패널 컨트롤러의 면적 및 부피를 줄일 수 있다. 나아가, 정전용량의 변화를 검출하기 위하여 제공되는 신호를 전극들에 동시에 인가하고, 전극들 중 하나의 전극으로부터 획득되는 신호를 나머지 전극으로부터 획득되는 신호와 차분하여 터치 패널로 유입되는 공통 노이즈를 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 일 예를 나타낸 도이다.
도 3은 터치 패널에서의 정전용량을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터의 회로도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 리시버를 도시한 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 리시버의 주요부를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량의 변화를 도시한 도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터와 리시버를 도시한 회로도이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터와 리시버에 제공되는 신호를 도시한 파형도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 채용하는 컴퓨터 시스템의 일 예를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 일 예를 나타낸 도이다.
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도 4은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터의 회로도이다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 리시버를 도시한 블록도이다.
도 7은 도 6에 도시된 리시버의 주요부를 나타내는 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량의 변화를 도시한 도이다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터와 리시버를 도시한 회로도이다.
도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터와 리시버에 제공되는 신호를 도시한 파형도이다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 채용하는 컴퓨터 시스템의 일 예를 나타낸 도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시 형태들을 다음과 같이 설명한다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치(1)는 터치 패널(10) 및 터치 패널(10)을 구동하는 터치 패널 컨트롤러(20)를 포함할 수 있다.
터치 패널(10)은 제1 방향으로 연장되는 복수의 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 방향으로 연장되는 복수의 제2 센서 라인들(Y1-Yn)을 포함할 수 있다.
터치 패널 컨트롤러(20)는 터치 패널(10)의 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)에 구동 신호를 제공하고, 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)로부터 정전용량을 감지할 수 있다. 정전용량 방식은 자체 정전용량(self-capacitance) 방식과 상호 정전용량(mutual-capacitance) 방식을 포함할 수 있다. 자체 정전용량은 터치 패널(10)의 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn) 각각을 센서 라인(line sensor)로 이용하여 구동 신호가 인가된 센서 라인으로부터 정전용량을 감지하는 방식에 해당한다. 또한, 상호 정전용량 방식은 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn) 중 하나에 구동 신호를 인가하고, 다른 하나에서 서로 다른 방향으로 연장되는 센서 라인들 간에 형성되는 정전용량을 감지하는 방식에 해당한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 컨트롤러(20)는 자체 정전용량 방식을 이용할 수 있다. 터치 패널 컨트롤러(20)는 터치 패널(10)의 특정 위치에 사용자의 터치가 입력되는 경우, 제1 센서 라인들(X1-Xm)으로부터 감지된 정전용량의 변화와 제2 센서 라인들(Y1-Yn)으로부터 감지된 정전용량의 변화를 각각 감지하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널의 일 예를 나타낸 도이다.
도 2를 참조하면, 터치 패널(10)은 기판(11), 기판(11) 상에 마련되는 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)을 포함할 수 있다. 또한, 터치 패널(10)은 추가적으로 VCOM 플레이트를 포함할 수 있다. VCOM 플레이트는 터치 패널 컨트롤러(20)에 소정의 기준 전압을 제공할 수 있다. VCOM 플레이트는 VSS 전압과 연결될 수 있고, 일 예로, VSS 전압은 그라운드 전압을 포함할 수 있다. 또한, VCOM 플레이트는 터치스크린 장치를 채용하는 모바일 기기의 배터리의 음극에 연결될 수 있다.
제1 센서 라인들(X1-Xm)은 제1 방향 - X축 방향 - 으로 연장되어 배치될 수 있고, 제2 센서 라인들(Y1-Yn)은 제1 방향과 교차하는 제2 방향 - Y축 방향 - 으로 연장되어 배치될 수 있다.
제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn) 각각은 다이아몬드 형상의 패턴을 가질 수 있다. 또한, 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn) 각각은 직사각형, 삼각형 등의 다양한 다각형 형상의 패턴을 가질 수 있다.
제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn) 각각은 전기 전도성을 갖는 ITO(Indium-Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 탄소 나노 튜브(CNT, Carbon Nano Tube), 또는 그라핀(Graphene)과 같은 물질로 제조될 수 있으며, 또한, 은(Ag), 알루미늄(Al), 크롬(Cr), 니켈(Ni), 몰리브덴(Mo), 구리(Cu) 중 어느 하나 또는 이들의 합금으로 제조되는 메쉬 형상의 도체선으로 구성될 수 있다.
제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)은 터치스크린 장치(1) 내에서 픽셀 어레이를 포함하는 하부 기판과, 글라스 기판과 같은 상부 기판 사이에 배치되는 기판(11)에 마련될 수 있다. 기판(11)은 PET(Polyethylene terephthalate), PC(polycarbonate), PES(polyethersulfone), PI(polyimide), PMMA(PolymethlymethAcrylate), COP(Cyclo-Olefin Polymers) 등의 필름, 소다 글라스(Soda glass), 또는 강화 글라스(tempered glass)와 같은 재질로 형성되어 높은 빛 투과율을 가질 수 있다. 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)은 기판(11)의 일면 또는 양면에 마련될 수 있다. 또한, 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)은 서로 다른 기판(11)에 마련되어 교차될 수 있으며, 기판(11)의 일면에 모두 마련되는 경우에는 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)의 교차 지점에 부분적으로 소정의 절연층이 형성될 수 있다.
실시예에 따라, 커버 윈도우 일체형 터치 패널의 경우, 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)은 커버 윈도우에 증착한 투명 전극을 패터닝하여 형성될 수 있고, 디스플레이 일체형 터치 패널의 경우, 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)은 디스플레이 자체에 투명 전극을 패터닝하는 방식으로 형성될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 컨트롤러(20)는 자체 정전용량 방식을 이용하여 정전용량을 감지하므로, 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn) 자체가 센서 라인으로 이용되어, 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn) 각각에 구동 신호가 인가되고, 구동 신호가 인가된 센서 라인으로부터 독립적으로 정전용량이 감지될 수 있다.
도 3은 터치 패널에서의 정전용량을 개념적으로 나타낸 도면이다.
도 3을 참조하면, 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)이 마련되는 기판(11)과 VCOM 플레이트(12)가 서로 소정의 간격을 두고 이격되어 배치될 수 있다. 제1 센서 라인들(X1-Xm) 및 제2 센서 라인들(Y1-Yn)과 VCOM 플레이트(12) 사이에는 터치 패널(10)의 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)에 의한 센서 라인 성분의 정전용량(CL)이 형성될 수 있다. 또한, 터치 패널(10)에 손가락 등과 같은 접촉 물체가 접촉되는 경우, 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)과 접촉 물체 사이에는 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)로 인가되는 신호 성분의 정전용량(Csig)이 추가적으로 발생할 수 있다.
터치 패널 컨트롤러(20)는 센서 라인 성분의 정전용량(CL)과 신호 성분의 정전용량(Csig)의 정전용량의 변화를 감지하여 터치 여부 및 터치 위치를 판단한다. 다만, 상술한 센서 라인 성분의 정전용량(CL)은 터치 패널(10) 전반에서 균등한 정전용량을 가지는 것이 아니라, 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)의 제조 시의 공정 오차에 의해 면적 및 길이 등에서 편차가 발생하여, 특정 센서 라인의 정전용량과 다른 센서 라인의 정전용량이 차이가 나는 오프셋이 발생할 수 있다. 상기 오프셋은 호버(hover) 터치 같이 미세한 정전용량의 변화 감지하는데 방해가 되므로, 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn) 간의 정전용량 차이에 해당하는 정전용량 오프셋을 제거할 필요가 있다.
도 4은 본 발명의 실시예에 따른 터치스크린 장치를 도시한 블록도이다.
도 4를 참조하면, 터치 패널 컨트롤러(20)는 구동부(210), 감지부(220), 신호 변환부(230), 및 신호 처리부(240)를 포함할 수 있다.
구동부(210)는 복수의 트랜스미터들(XTX, YTX)를 포함할 수 있고, 트랜스미터들(XTX, YTX)은 구동 신호를 생성하여, 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)로 제공할 수 있다. 트랜스미터들(XTX, YTX)은 제1 트랜스미터(XTX) 및 제2 트랜스미터(YTX)를 포함할 수 있다. 제1 트랜스미터(XTX)는 제1 센서 라인들(X1-Xm)에 구동 신호를 제공할 수 있고, 제2 트랜스미터(YTX)는 제2 센서 라인들(Y1-Yn)에 구동 신호를 제공할 수 있다.
제1 트랜스미터(XTX)에 의해 제1 센서 라인들(X1-Xm)은 동시에 충전될 수 있고, 제2 트랜스미터(YTX)에 의해 제2 센서 라인들(Y1-Yn)은 동시에 충전될 수 있다. 제1 트랜스미터(XTX)와 제2 트랜스미터(YTX)는 동일한 타이밍에 동작할 수 있고, 이와 달리 서로 다른 타이밍에 동작할 수 있다. 제1 트랜스미터(XTX)와 제2 트랜스미터(YTX)가 서로 다른 타이밍으로 동작하는 경우, 하나의 트랜스미터를 구비하고, 스위칭 회로를 이용하여 서로 다른 타이밍에 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)에 구동 신호를 제공할 수 있다.
감지부(220)는 복수의 리시버들(XRX1-XRXm, YRX1-YRXn)을 포함할 수 있고, 복수의 리시버들(XRX1-XRXm, YRX1-YRXn)은 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)로부터 정전용량을 검출하고, 검출된 정전용량을 적분하여 아날로그 신호를 출력할 수 있다. 제1 리시버들(XRX1-XRXm)은 제1 센서 라인들(X1-Xm) 각각과 연결될 수 있고, 제2 리시버들(YRX1-YRXn)은 제2 센서 라인들(Y1-Yn) 각각과 연결될 수 있다.
신호 변환부(230)는 감지부(220)로부터 출력되는 아날로그 신호를 디지털 변환하여 디지털 신호를 생성할 수 있다. 감지부(220)와 신호 변환부(230) 사이에는 감지부(220)의 복수의 리시버들(XRX1-XRXm, YRX1-YRXn)로부터 출력되는 아날로그 신호를 신호 변환부(230)로 순차적으로 전달하기 위한 멀티플렉서(multiplexer, MUX)가 추가적으로 마련될 수 있다. 신호 변환부(230)는 감지부(220)로부터 전압 형태로 출력되는 아날로그 신호가 소정의 기준 전압 레벨까지 도달하는 시간을 측정하는 TDC(Time-to-Digital Converter) 회로 또는 감지부(220)로부터 출력되는 아날로그 신호의 레벨이 소정 시간 동안 변화하는 양을 측정하는 ADC(Analog-to-Digital Converter) 회로를 포함할 수 있다. 신호 처리부(240)는 디지털 신호를 이용하여 터치 패널(10)에 인가된 터치 입력의 개수, 좌표 및 제스처 동작 등을 판단할 수 있다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터의 회로도이다.
본 발명의 실시예에 따른 트랜스미터(TX)는 제1 트랜스미터(XTX) 및 제2 트랜스미터(YTX) 중 하나일 수 있다. 라인 커패시터(CL1-CLq, q: m 또는 n)는 상술한 센서 라인 성분의 정전용량을 가지는 커패시터에 해당한다.
도 4 및 도 5를 참조하면, 트랜스미터(Tx)가 제1 트랜스미터(XTX)에 해당하는 경우, 라인 커패시터(CL1-CLq)는 제1 센서 라인들(X1-Xm)에 의한 센서 라인 성분의 정전용량을 가지는 커패시터로 이해될 수 있고, 트랜스미터(Tx)가 제2 트랜스미터(YTX)에 해당하는 경우, 라인 커패시터(CL1-CLq)는 제2 센서 라인들(Y1-Ym)에 의한 센서 라인 성분의 정전용량을 가지는 커패시터로 이해될 수 있다.
트랜스미터(TX)는 라인 커패시터들(CL1-CLq)에 구동 신호(S_Tx)를 동시에 인가할 수 있다. 보다 상세히, 트랜스미터(TX)는 라인 커패시터들(CL1-CLq) 중 하나의 라인 커패시터(CLp)에 구동 신호(S_Tx)를 인가하고, 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)에 구동 신호(S_Tx)를 미러링한 구동 신호(S_Tx)를 인가할 수 있다. 미러링에 의해, 하나의 라인 커패시터(CLp)에 인가되는 구동 신호(S_Tx)와 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)에 인가되는 구동 신호(S_Tx)는 서로 동일할 수 있다. 즉, 소정의 신호를 미러링한다는 것은, 소정의 신호를 동일하게 복사하는 것으로 이해될 수 있다.
상기 동작을 위해, 트랜스미터(TX)는 제1 입력단에 구동 신호(S_Tx)가 입력되고, 제2 입력단이 출력단에 연결되는 제1 연산 증폭기(OPA1)를 포함할 수 있다. 제1 연산 증폭기(OPA1)의 제1 입력단은 비반전단에 해당하고, 제2 입력단은 반전단에 해당할 수 있다. 제1 연산 증폭기(OPA1)의 출력단은 라인 커패시터들(CL1-CLq) 각각에 연결될 수 있다. 제1 연산 증폭기(OPA1)는 기준 이득을 가질 수 있으며, 일 예로, 기준 이득은 1일 수 있다. 따라서, 제1 연산 증폭기(OPA1)의 제1 입력단으로 입력되는 구동 신호(S_Tx)가 라인 커패시터들(CL1-CLq) 모두에 그대로 제공될 수 있다. 미러링되어 라인 커패시터들(CL1-CLq)로 입력되는 구동 신호(S_Tx)에 의해 라인 커패시터들(CL1-CLq)에는 동일한 전하가 충전될 수 있다.
상술한 바와 같이, 라인 커패시터들(CL1-CLq)은 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)의 제조 공정 오차에 따른 면적 및 길이 등의 차이에 의해 특정 라인 커패시터들의 정전용량과 다른 라인 커패시터들의 정전용량이 차이가 나는 오프셋이 발생할 수 있다. 따라서, 트랜스미터(TX)에 의해 동일한 구동 신호(S_Tx)가 라인 커패시터들(CL1-CLq) 모두에 제공되어 동일한 전하가 충전되는 경우에도, 제1, 2 센서 라인들(X1-Xm, Y1-Yn)의 정전용량 차이에 기인하여, 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압은 서로 다를 수 있다.
도 6는 본 발명의 일 실시예에 따른 리시버를 도시한 블록도이다.
도 4 및 도 6을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 리시버(RX)는 제1 리시버들(XRX1-XRXm) 및 제2 리시버들(YRX1-YRXn) 중 하나일 수 있다. 리시버(RX)는 복수 개 구비되어, 라인 커패시터들(C11-CLq) 각각에 연결될 수 있다. 리시버(RX)는 오프셋 제거부(221), 및 전압 변환부(222)를 포함할 수 있고, 추가적으로, 샘플링부(223) 및 적분부(224)를 포함할 수 있다.
오프셋 제거부(221)는 라인 커패시터들(CL1-CLq) 간의 전압 차에 해당하는 전압 오프셋을 제거하기 위한 오프셋 신호를 라인 커패시터들(CL1-CLq)에 제공할 수 있다. 오프셋 제거부(221)는 기준 전압과 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압을 비교하여 전압 오프셋을 제거할 수 있다.
기준 전압은 라인 커패시터들(C11-CLq) 중 하나의 커패시터에서 측정되는 전압일 수 있다. 이 때, 도 5의 기준 라인 커패시터(CLp)가 기준 전압이 측정되는 하나의 커패시터에 해당할 수 있고, 기준 라인 커패시터(CLp)는 설계시의 이상적인 정전용량을 가지고 있는 기준 센서 라인으로부터 구현되는 것으로 이해될 수 있다. 일 예로, 구동 신호(S_Tx)의 전하에 의해 충전된 기준 라인 커패시터(CLp)의 전압은 구동 신호(S_Tx)의 전압과 동일할 수 있다.
전압 변환부(222)는 C-V 컨버터를 포함하여, 라인 커패시터들(C11-CLq)로부터 획득되는 정전용량을 전압 신호로 변경하여 출력할 수 있다. 전압 변환부(222)의 제1 입력단에는 구동 신호(S_Tx)가 입력되고, 제2 입력단에는 터치 패널(10)의 라인 커패시터들(CL1-CLq)이 연결될 수 있다. 전압 변환부(222)의 제1 입력단에 입력되는 구동 신호(S_Tx)는 제2 입력단에 연결되는 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압을 차분하여, 전압 신호를 출력하는 C-V 컨버터의 피드백 커패시터의 정전용량을 줄일 수 있다.
샘플링부(223)는 전압 변환부(222)로부터 제공되는 전압 신호의 노이즈를 제거할 수 있다. 일 예로, 샘플링부(223)는 샘플 앤드 홀드 증폭기(SHA: sample and hold amplifier)를 포함할 수 있다. 구체적으로, 샘플링부(223)는 전압 신호로부터 포지티브 신호를 샘플링하기 위한 제1 SHA 필터와 전압 신호로부터 네거티브 신호를 샘플링하기 위한 제2 SHA 필터를 포함할 수 있다. 적분부(224)는 샘플링부(223)로부터 출력되는 샘플링된 신호를 적분하여 출력할 수 있다. 샘플링부(223)가 제1 SHA 필터와 제2 SHA 필터로 구현되는 경우, 샘플링된 포지티브 신호와 샘플링된 네거티브 신호의 차를 누적할 수 있다.
도 7은 도 6에 도시된 리시버의 주요부를 나타내는 회로도이다. 복수의 리시버들(RX1-RXq)은 복수 개 구비되어, 라인 커패시터들(C11-CLq) 각각에 연결될 수 있다.
오프셋 제거부(221)는 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압 오프셋을 제거하기 위한 오프셋 커패시터(Coff)를 포함할 수 있다. 트랜스미터(TX)에 의해 라인 커패시터들(CL1-CLq)에 동일한 전하가 충전되는 경우, 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압 오프셋은 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 정전용량 차이에 따라 발생되므로, 오프셋 커패시터(Coff)의 정전용량은 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 정전용량 차이에 의해 결정될 수 있다. 구체적으로, 전압 오프셋은 기준 라인 커패시터(CLp)와 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)의 정전용량의 차이에 의해 발생하므로, 오프셋 커패시터(Coff)의 정전용량은 기준 라인 커패시터(CLp)와 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)의 정전용량의 차이에 의해 결정될 수 있다. 일 예로, 오프셋 커패시터(Coff)의 정전용량은 기준 라인 커패시터(CLp)와 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)의 정전용량의 차이의 최대값으로 결정될 수 있다.
오프셋 제거부(221)는 오프셋 커패시터(Coff)에 오프셋 신호(S_off)를 제공하여, 기준 라인 커패시터(CLp)와 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압 오프셋을 제거할 수 있다. 오프셋 신호(S_off)에 의해 라인 커패시터들(CL1-CLq)을 형성하는 센서 라인들의 정전용량의 제조 공정 상의 오차가 제거될 수 있다. 라인 커패시터들(CL1-CLq)간의 정전용량의 편차는 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 자체의 정전용량에 비하여 매우 작으므로, 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압 차를 제거하는 오프셋 신호(S_off)는 매우 작은 레벨의 전압 신호일 수 있다.
따라서, 오프셋 신호(S_off)가 제공되는 오프셋 커패시터(Coff)의 정전용량은 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 정전용량에 비하여 매우 작을 수 있으므로, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 패널 컨트롤러는 전압 오프셋을 제거하면서도, 기기의 면적 및 부피를 줄일 수 있다.
전압 변환부(222)는 제2 연산 증폭기(OPA2), 피드백 커패시터(Cf) 및 제1 스위치(SW1), 및 제2 스위치(SW2)를 포함할 수 있다. 제2 연산 증폭기(OPA2)의 제 1 입력단에는 구동 신호(S_Tx)가 입력되고, 제2 입력단은 병렬로 연결되는 피드백 커패시터(Cf)와 제1 스위치(SW1)를 통하여 출력단과 연결될 수 있다. 제2 연산 증폭기(OPA2)의 제1 입력단은 비반전단에 해당하고, 제2 입력단은 반전단에 해당할 수 있다. 제2 연산 증폭기(OPA2)의 반전단과 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 노드 B 사이에는 제2 스위치(SW2)가 배치될 수 있고, 제2 스위치(SW2)와 제2 연산 증폭기(OPA2)의 반전단의 연결 노드에는 오프셋 제거부(221)의 오프셋 커패시터(Coff)가 연결될 수 있다.
라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압에 따른 전하가 제2 스위치(SW2)를 통하여 제2 연산 증폭기(OPA2)의 반전단으로 입력되어 피드백 커패시터(Cf)로 전달될 수 있다. 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 정전용량은 전술한 신호 성분의 정전용량에 상응하거나, 메쉬 형상의 도체선을 센서 라인으로 이용하는 방식에서는 신호 성분의 정전용량 보다 훨씬 크므로, 라인 커패시터들(CL1-CLq)의 전압에 따른 전하가 피드백 커패시터(Cf)로 그대로 전달되는 경우, 피드백 커패시터(Cf)가 포화될 우려가 있다. 본 발명의 일 실시예에 따른 전압 변환부(222)는 제2 연산 증폭기(OPA2)의 비반전단으로, 트랜스미터(TX)에서 라인 커패시터들(CL1-CLq)을 충전하는 신호와 동일한 신호인, 구동 신호(S_Tx)를 인가하여, 피드백 커패시터(Cf)가 포화되는 것을 방지하고, 신호 성분에 의한 정전용량만을 전압 신호(Vo)로 출력할 수 있다. 전압 변환부(222)로부터 출력되는 전압 신호(Vo)는 도 6의 샘플링부(223)를 통하여, 적분부(224)로 전달될 수 있고, 적분부(224)는 리시버들(RX1-RXq) 각각으로부터 전달되는 전압 신호(Vo)를 누적하여 정전용량의 변화를 산출할 수 있다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량의 변화를 도시한 도이다. 이하, 도 6 내지 도 8을 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 정전용량의 변화의 산출 방법에 대하여 설명하도록 한다.
적분부(224)는 기준 라인 커패시터(CLp)로부터 출력되는 전압 신호(Vo)를 기준으로 정전용량의 변화를 산출할 수 있다. 일 예로, 적분부(224)는 기준 라인 커패시터(CLp)로부터 출력되는 전압 신호(Vo)와 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)로부터 출력되는 전압 신호(Vo)를 차분한 후 적분하거나, 적분부(224)는 기준 라인 커패시터(CLp)로부터 출력되는 전압 신호(Vo)와 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)로부터 출력되는 전압 신호(Vo)를 적분한 후 차분하여, 정전용량의 변화를 산출할 수 있다. 따라서, 기준 라인 커패시터(CLp)를 중심으로 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)의 정전용량의 분포가 결정될 수 있다. 이에, 도 8을 참조하면, 접촉 물체의 위치가 우측 방향으로 이동함에 따라 최대 정전용량의 변화 값이 우측으로 이동한다. 다만, 접촉 물체의 위치가 기준 센서 라인(Lp)에 근접함에 따라 최대 정전용량의 변화 값이 점차 낮아진다. 또한, 기준 센서 라인(Lp)에 접촉 물체가 위치하는 경우, 기준 센서 라인(Lp)에서 정전용량의 변화 값이 0으로 나타나고, 접촉 물체가 멀리 떨어진 센서 라인에서는 정전용량의 변화 값이 음의 값을 가지게 된다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 라인 커패시터들(CL1-CLq)에 동시에 구동 신호를 인가하고, 기준 라인 커패시터(CLp)로부터 출력되는 전압 신호(Vo)와 나머지 라인 커패시터들(CL1-CLp-1, CLp+1-CLq)로부터 출력되는 전압 신호(Vo)를 차분하여 정전용량의 변화를 산출함으로써, 터치 패널로 유입되는 공통 노이즈를 제거할 수 있다.
도 9은 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터와 리시버를 도시한 회로도이고, 도 10는 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터와 리시버에 제공되는 신호를 도시한 파형도이다. 이하, 도 9 및 도 10를 참조하여, 본 발명의 일 실시예에 따른 트랜스미터와 리시버의 동작을 상세히 설명하도록 한다.
시점 t1에서, 구동 신호(S_Tx)가 활성화되어 라인 커패시터(CLk)의 제1 노드(A)로 입력되고, 제2 연산 증폭기(OPA2)의 비반전단으로 입력된다. 또한, 제1 스위치 신호(S_SW1)가 활성화되어, 제1 스위치(SW1)가 턴 온 동작한다. 턴 온 동작하는 제1 스위치(SW1)에 의해 제2 연산 증폭기(OPA2)는 리셋되어, 제2 연산 증폭기(OPA2)의 출력단과 비반전단은 동일한 전압 레벨을 가지게 된다. 따라서, 제2 연산 증폭기(OPA2)의 출력단은 구동 신호(S_Tx)의 전압과 동일한 레벨을 가지게 된다.
시점 t2에서, 구동 신호(S_Tx)가 활성화된 상태를 유지하여, 라인 커패시터(CLk)의 제1 노드(A)로 입력되고, 제2 연산 증폭기(OPA2)의 비반전단으로 입력된다. 또한, 제2 스위치 신호(S_SW2)가 활성화되어, 제2 스위치(SW2)가 턴 온 동작하고, 오프셋 신호(S_off)가 활성화되어, 오프셋 커패시터(Coff)로 오프셋 신호(S_off)가 입력된다.
오프셋 신호(S_off)에 의해 라인 커패시터(CLk)의 전압 오프셋이 제거된다. 또한, 제2 연산 증폭기(OPA2)는 반전단으로 입력되는 전압 오프셋이 제거된 라인 커패시터(CLk)의 전압을, 비반전단으로 입력되는 구동 신호(S_Tx)의 전압과 차분 연산한다. 따라서, 제1 스위치(SW1)의 턴 오프 동작에 의해 로우 레벨로 떨어진 제2 연산 증폭기(OPA2)의 출력단의 전압은 신호 성분에 의한 정전용량에 의해 점차 상승할 수 있다.
시점 t3에서, 제1 스위치 신호(S_SW1)가 활성화되어, 제1 스위치(SW1)가 턴 온 동작하고, 따라서, 제2 연산 증폭기(OPA2)의 출력단은 로우 레벨인 구동 신호(S_Tx)의 전압과 동일한 레벨을 가지게 된다. 또한, 오프셋 신호(S_off)가 활성화되어, 오프셋 커패시터(Coff)로 오프셋 신호(S_off)가 입력된다.
시점 t4에서, 제2 스위치 신호(S_SW2)가 활성화되어, 제2 스위치(SW2)가 턴 온 동작한다. 제2 스위치(SW2)의 턴 온 동작에 의해 제2 연산 증폭기(OPA2)의 출력단의 전압은 신호 성분에 의한 정전용량에 의해 점차 상승할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치스크린 장치를 채용하는 컴퓨터 시스템의 일 예를 나타낸 도이다.
도 11를 참조하면, 컴퓨터 시스템(310)은 메모리 장치(311), 메모리 장치(311)를 제어하는 메모리 컨트롤러를 포함하는 어플리케이션 프로세서(312), 무선 송수신기(313), 안테나(314), 디스플레이 장치(315), 및 터치스크린 장치(316)를 포함한다.
무선 송수신기(313)는 안테나(314)를 통하여 무선 신호를 주거나 받을 수 있다. 예컨대, 무선 송수신기(313)는 안테나(314)를 통하여 수신된 무선 신호를 애플리케이션 프로세서(312)에서 처리될 수 있는 신호로 변경할 수 있다.따라서, 어플리케이션 프로세서(312)는 무선 송수신기(313)로부터 출력된 신호를 처리하고 처리된 신호를 디스플레이 장치(315)로 전송할 수 있다. 또한, 무선 송수신기(313)는 애플리케이션 프로세서(312)으로부터 출력된 신호를 무선 신호로 변경하고 변경된 무선 신호를 안테나(314)를 통하여 외부 장치로 출력할 수 있다. 터치스크린 장치(316)는 사용자(user)로부터의 터치 입력을 정전용량 변화량으로 변환하고, 정전용량 변화량에 관한 정보를 좌표 정보로 변환한다. 터치스크린 장치(316)는 좌표 정보를 애플리케이션 프로세서(312)로 전송한다.
본 발명은 상술한 실시형태 및 첨부된 도면에 의해 한정되는 것이 아니며 첨부된 청구범위에 의해 한정하고자 한다. 따라서, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 형태의 치환, 변형 및 변경이 가능할 것이며, 이 또한 본 발명의 범위에 속한다고 할 것이다.
1: 터치스크린 장치
10: 터치 패널
20: 터치 패널 컨트롤러
210: 구동부
211: 구동 회로
220: 감지부
221: 오프셋 제거부
222: 전압 변환부
223: 샘플링부
224: 적분부
230: 신호 변환부
240: 신호 처리부
10: 터치 패널
20: 터치 패널 컨트롤러
210: 구동부
211: 구동 회로
220: 감지부
221: 오프셋 제거부
222: 전압 변환부
223: 샘플링부
224: 적분부
230: 신호 변환부
240: 신호 처리부
Claims (10)
- 일 방향으로 연장되는 복수의 센서 라인들에 구동 신호를 동시에 인가하여, 상기 센서 라인들에 동일한 전하를 충전하는 구동부; 및
상기 센서 라인들 각각으로부터 정전용량의 변화를 감지하는 감지부; 를 포함하는 터치 패널 컨트롤러.
- 제1항에 있어서,
상기 구동부는 센서 라인들 중 하나의 센서 라인에 상기 구동 신호를 인가하고, 나머지 센서 라인들에 상기 구동 신호를 미러링한 구동 신호를 인가하는 터치 패널 컨트롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 구동부는,
상기 구동 신호가 제1 입력단에 입력되고, 제2 입력단은 출력단에 연결되고, 상기 출력단은 상기 센서 라인들 각각과 연결되는 제1 연산 증폭기를 포함하는 터치 패널 컨트롤러.
- 제1항에 있어서, 상기 감지부는,
상기 센서 라인들 중 하나의 센서 라인의 전압을 기준으로, 나머지 센서 라인들의 전압 오프셋을 제거하는 터치 패널 컨트롤러.
- 제4항에 있어서,
상기 전압 오프셋은 상기 하나의 센서 라인의 정전용량과 상기 나머지 센서 라인들의 정전용량 차이에 따라 결정되는 터치 패널 컨트롤러.
- 제4항에 있어서, 상기 감지부는,
상기 전압 오프셋을 제거하는 오프셋 커패시터를 포함하는 터치 패널 컨트롤러.
- 제6항에 있어서,
상기 오프셋 커패시터의 정전용량은 상기 하나의 센서 라인의 정전용량과 상기 나머지 센서 라인들의 정전용량 차이에 따라 결정되는 터치 패널 컨트롤러.
- 일 방향으로 연장되는 복수의 센서 라인들에 구동 신호를 인가하는 구동부; 및
상기 센서 라인들 각각의 전압과 상기 구동 신호의 전압을 차이를 연산하여 정전용량의 변화를 감지하는 감지부; 를 포함하는 터치 패널 컨트롤러.
- 제8항에 있어서, 상기 감지부는,
상기 센서 라인들 각각의 전압과 상기 구동 신호에 의한 전압을 차분하여 상기 센서 라인들 자체에 의한 정전용량을 제거하는 터치 패널 컨트롤러.
- 제8항에 있어서, 상기 감지부는,
상기 센서 라인들 각각에 연결되는 복수의 전압 변환부들을 포함하고,
상기 전압 변환부들 각각은, 상기 구동 신호가 제1 입력단에 입력되고, 상기 센서 라인들 중 하나와 연결되는 제2 입력단을 구비하는 연산 증폭기; 를 포함하는 터치 패널 컨트롤러.
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