KR20180066366A - 터치 센싱 시스템 - Google Patents

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김정규
안길초
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삼성디스플레이 주식회사
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Abstract

본 발명은 송신 전극, 센싱 전극, 송신 전극과 센싱 전극이 교차하는 지점에 형성된 터치센서 커패시터 및 차동 증폭부를 포함하고, 차동 증폭기의 제1 입력단에 서로 인접하지 않은 복수의 센싱 전극이 연결되고, 제2 입력단에 상기 제1 입력단과 연결된 센싱 전극과 각각 인접하는 복수의 센싱 전극이 연결되어 적어도 4개의 센싱 전극의 터치 상태를 동시에 검출하는 터치 센싱 시스템을 제공한다.

Description

터치 센싱 시스템{Touch Sensing System}
본 발명은 대면적용 터치 센싱 시스템에 있어서 복수의 센싱 라인의 터치 여부를 동시에 검출할 수 있는 터치 센싱 시스템에 대한 것이다.
근래 들어 휴대용 장치의 발달로 스마트폰, 태블릿 컴퓨터, 게임기, 학습보조장치 및 카메라 등이 널리 사용되고 있으며, 이러한 장치들의 입력방식이 기존의 마우스나 키보드에서 터치방식으로 진화하고 있다. 터치를 이용한 입력 방식은 화면을 보면서 직접 화면 위의 아이콘이나 프로그램을 선택하여 제어하는 것이 가능하기 때문에 장치를 소형 경량화 할 수 있는 것과 동시에 사용자로 하여금 직관적인 사용법을 제공하는 장점이 있다.
터치 인식 방식으로는 저항막 방식과 정전용량 방식이 가장 널리 사용되고 있다. 그 중에서도 간단한 구성과 높은 동작 신뢰성을 가지는 정전용량식의 터치패널이 최근 들어 가장 급속하게 사용 범위를 넓혀가고 있다.
이에 본 발명은 차동 증폭부를 이용하여 터치센서의 신호를 검출하는 터치 센싱 시스템을 제공한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 센서 및 제1 입력단, 제2 입력단 및 출력단을 포함하고 제1 입력단과 제2 입력단의 차를 증폭하는 제1 비교기를 포함하고, 제1 입력단은 복수의 센싱 전극 중 서로 인접하지 않은 복수의 센싱 전극과 전기적으로 연결되고, 제2 입력단은 제1 입력단과 연결된 복수의 센싱 전극과 각각 인접한 복수의 센싱 전극들과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 제1 입력단 및 상기 제2 입력단은 복수의 센싱 전극과 각각 직렬의 커패시터로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 제1 비교기의 출력단은 복수의 출력단자를 포함하고, 출력단자 중 하나는 제1 입력단과 직렬의 커패시터로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 제1 비교기의 출력단자 중 다른 하나는 제2 입력단과 직렬의 커패시터로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 제1 입력단에 연결된 커패시터 중 적어도 어느 하나와 기준 전압원을 연결하는 스위치를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 제2 입력단에 연결된 커패시터 중 적어도 어느 하나와 기준 전압원을 연결하는 스위치를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 기준 전압원은 가변 전압원이다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 제1 입력단 및 제2 입력단을 복수의 센싱 전극과 선택적으로 연결하는 멀티플렉서를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 제1 비교기의 출력단자와 입력단자가 연결된 제2 비교기를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 제1 비교기의 출력단자와 제2 비교기의 입력단자 사이에 위치하는 커패시터를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 복수의 송신 전극 및 복수의 송신 전극과 절연되어 교차하는 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 센서, 복수의 송신 전극에 터치 검출 신호를 전송하는 터치 구동 드라이버, 제1 입력단, 제2 입력단 및 출력단을 포함하고 제1 입력단과 제2 입력단의 차를 증폭하는 제1 비교기를 포함하고, 터치 구동 드라이버는 복수의 송신 전극에 서로 다른 위상을 갖는 터치 검출 신호를 동시에 전송하고, 제1 입력단은 복수의 센싱 전극 중 서로 인접하지 않은 복수의 센싱 전극과 전기적으로 연결되고, 제2 입력단은 제1 입력단과 연결된 복수의 센싱 전극과 각각 인접한 복수의 센싱 전극들과 전기적으로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 제1 입력단 및 제2 입력단은 센싱 전극과 직렬의 커패시터에 의해 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템의 제1 비교기의 출력단은 복수의 출력단자를 포함하고, 출력단자 중 하나는 제1 입력단과 직렬의 커패시터로 연결된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 제1 입력단에 연결된 커패시터 중 적어도 어느 하나의 일단과 기준 전압원을 연결하는 스위치를 더 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 제1 입력단 및 제2 입력단을 복수의 센싱 전극과 선택적으로 연결하는 멀티플렉서를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센싱 시스템은 제1 비교기의 출력단자와 입력단자가 연결된 제2 비교기를 더 포함한다.
본 발명은 인접한 라인간의 입력 신호들 차동 증폭기들의 차동 증폭기를 이용하여 검출함으로써 터치 센싱 시스템의 수신 채널에서의 신호 대 잡음비를 개선할 수 있다.
도 1은 터치센서를 포함하는 표시 장치의 배치도이다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센싱 시스템의 개념도이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치센서의 개략적인 등가회로도이다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 차동 증폭부의 회로도이다.
도 5는 도 4의 회로도의 대기 상태에서의 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 7은 도 6의 회로도에서 터치를 검출하는 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 9는 도 8의 회로도에서 터치를 검출하는 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 11은 도 10의 회로도에서 터치를 검출하는 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 13은 도 12의 회로도에서 터치를 검출하는 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서의 등가 회로도이다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 차동 증폭부의 회로도이다.
도 16은 도 15에 도시된 차동 증폭부의 대기 상태 파형도이다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 18은 도 17의 회로도에서 터치를 검출하는 센싱 전극의 파형도이다.
도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 20은 도 19의 회로도에서 터치를 검출하는 센싱 전극의 파형도이다.
도 21은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 22는 도 21의 회로도에서 터치를 검출하는 센싱 전극의 파형도이다.
도 23은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 24는 도 23의 회로도에서 터치를 검출하는 센싱 전극의 파형도이다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다. 따라서, 몇몇 실시예에서, 잘 알려진 공정 단계들, 잘 알려진 소자 구조 및 잘 알려진 기술들은 본 발명이 모호하게 해석되는 것을 피하기 위하여 구체적으로 설명되지 않는다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 동일 구성 요소를 지칭한다.
도면에서 여러 층 및 영역을 명확하게 표현하기 위하여 두께를 확대하여 나타내었다. 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다. 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “위에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 위에” 있는 경우뿐 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, 층, 막, 영역, 판 등의 부분이 다른 부분 “아래에” 있다고 할 때, 이는 다른 부분 “바로 아래에” 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 또 다른 부분이 있는 경우도 포함한다. 반대로 어떤 부분이 다른 부분 “바로 아래에” 있다고 할 때에는 중간에 다른 부분이 없는 것을 뜻한다.
공간적으로 상대적인 용어인 “아래(below)”, “아래(beneath)”, “하부(lower)”, “위(above)”, “상부(upper)” 등은 도면에 도시되어 있는 바와 같이 하나의 소자 또는 구성 요소들과 다른 소자 또는 구성 요소들과의 상관관계를 용이하게 기술하기 위해 사용될 수 있다. 공간적으로 상대적인 용어는 도면에 도시되어 있는 방향에 더하여 사용시 또는 동작시 소자의 서로 다른 방향을 포함하는 용어로 이해되어야 한다. 예를 들면, 도면에 도시되어 있는 소자를 뒤집을 경우, 다른 소자의 “아래(below)”또는 “아래(beneath)”로 기술된 소자는 다른 소자의 “위(above)”에 놓여질 수 있다. 따라서, 예시적인 용어인 “아래”는 아래와 위의 방향을 모두 포함할 수 있다. 소자는 다른 방향으로도 배향될 수 있고, 이에 따라 공간적으로 상대적인 용어들은 배향에 따라 해석될 수 있다.
본 명세서에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 어떤 부분이 어떤 구성 요소를 포함한다고 할 때, 이는 특별히 그에 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 명세서에서 제1, 제2, 제3 등의 용어는 다양한 구성 요소들을 설명하는데 사용될 수 있지만, 이러한 구성 요소들은 상기 용어들에 의해 한정되는 것은 아니다. 상기 용어들은 하나의 구성 요소를 다른 구성 요소들로부터 구별하는 목적으로 사용된다. 예를 들어, 본 발명의 권리 범위로부터 벗어나지 않고, 제1 구성 요소가 제2 또는 제3 구성 요소 등으로 명명될 수 있으며, 유사하게 제2 또는 제3 구성 요소도 교호적으로 명명될 수 있다.
다른 정의가 없다면, 본 명세서에서 사용되는 모든 용어(기술 및 과학적 용어를 포함)는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 공통적으로 이해될 수 있는 의미로 사용될 수 있을 것이다. 또 일반적으로 사용되는 사전에 정의되어 있는 용어들은 명백하게 특별히 정의되어 있지 않은 한 이상적으로 또는 과도하게 해석되지 않는다.
도 1은 터치센서를 포함하는 표시 장치의 배치도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치센서를 포함하는 표시 장치는 표시 패널(300), 이에 연결된 주사 구동부(400)와 데이터 구동부(500)와 터치센서 제어부(700), 그리고 표시 주사 구동부(400)와 데이터 구동부(500)를 제어하는 신호 제어부(600)를 포함한다.
표시 패널(300)은 복수의 주사 신호선(G1-Gn) 및 복수의 데이터선(D1-Dm), 그리고 이에 연결되어 있으며 대략 행렬의 형태로 배열된 복수의 화소(PX)를 포함한다. 표시 패널(300)은 복수의 센서 전극(SL1-SLp) 및 이에 연결되어 있으며 대략 행렬 형태로 배열된 복수의 터치센서(Ts)를 포함한 터치 센싱 유닛을 내장할 수 있다.
또는, 복수의 터치센서(Ts)를 포함하는 별도의 터치 센싱 유닛이 표시 패널(300)의 전면부에 부착되는 것도 가능하다.
주사 신호선(G1-Gn)은 대략 행 방향으로 연장되어 있으며, 각 화소(PX)에 연결되어 있는 박막 트랜지스터 같은 스위칭 소자를 턴-온 시킬 수 있는 게이트 온 전압과 턴-오프 시킬 수 있는 게이트 오프 전압의 조합으로 이루어진 게이트 신호를 전달할 수 있다.
데이터선(D1-Dm)은 대략 열 방향으로 연장되어 있으며, 각 화소(PX)에 연결되어 있는 스위치 소자의 턴-온 시 데이터 전압을 전달한다.
화소(PX)는 영상을 표시하는 단위로서, 하나의 화소가 기본색(primary color) 중 하나를 고유하게 표시하거나, 복수 개의 화소가 시간에 따라 번갈아 기본색을 표시함으로써, 이들 기본색의 공간적 또는 시간적 합으로 원하는 색상을 표시할 수 있다. 각각의 화소(PX)에는 공통 전압과 데이터 전압이 인가될 수 있다.
신호 제어부(600)는 외부의 그래픽 처리부(도시되지 않음)로부터 입력 영상 신호(R, G, B) 및 이의 제어 신호(CONT) 즉, 수평 동기 신호, 수직 동기 신호, 클록 신호, 데이터 인에이블 신호 등을 수신한다. 신호 제어부(600)는 영상 신호(R, G, B)와 제어 신호(CONT)를 기초로 영상 신호(R, G, B)를 표시 패널(300)의 동작 조건에 적합하게 처리한 후, 영상 데이터(DAT), 게이트 제어 신호(CONT1), 데이터 제어 신호(CONT2) 및 클록신호를 생성하여 출력한다. 신호 제어부(600)는 또한 터치센서 제어부(700)에 동기 신호(Sync)를 출력한다.
게이트 제어 신호(CONT1)는 주사 시작을 지시하는 주사 시작 신호(start pulse vertical signal, STV)와 게이트 온 전압의 생성의 기준이 되는 클록 신호(clock pulse vertical signal, CPV)를 포함한다. 주사 시작 신호(STV)의 출력 주기는 1 프레임(또는 리프레시 레이트(refresh rate))과 일치한다. 게이트 제어 신호(CONT1)는 또한 게이트 온 전압의 지속 시간을 한정하는 출력 인에이블 신호(output enable signal)(OE)를 더 포함할 수 있다.
데이터 제어 신호(CONT2)는 한 행의 화소에 대한 영상 데이터(DAT)의 전송 시작을 지시하는 수평 시작 신호와 데이터선(D1-Dm)에 해당 데이터 전압을 인가하라는 로드 신호 등을 포함한다.
주사 구동부(400)는 게이트 제어 신호(CONT1)에 따라서 게이트 온 전압과 게이트 오프 전압을 주사 신호선(G1-Gn)에 인가한다.
데이터 구동부(500)는 신호 제어부(600)로부터 데이터 제어 신호(CONT2) 및 영상 데이터(DAT)를 수신하고, 계조 전압 생성부(도시되지 않음)에서 생성된 계조 전압을 이용하여 영상 데이터(DAT)를 데이터 전압으로 변환하고 이를 데이터선(D1-Dm)에 인가한다. 데이터 전압은 양의 극성의 데이터 전압과 음의 극성의 데이터 전압을 포함할 수 있고, 양의 극성의 데이터 전압과 음의 극성의 데이터 전압은 프레임, 그리고 행 및/또는 열을 기준으로 교대로 인가될 수 있다.
터치 패널(Ts)는 송신 전극(TX) 및 센싱 전극(Y)을 포함한다.
송신 전극(TX)은 터치 구동 드라이버(710)와 연결되어 터치 검출 신호를 전달한다.
센싱 전극(Y)은 터치 센서칩(720)과 연결되고, 송신 전극(TX)을 통해 전달된 터치 검출 신호를 검출하여 터치 위치를 판별한다.
도 2는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센싱 시스템의 개념도이다.
도 2를 참조하면, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센싱 방식은 상호 정전용량 터치 방식을 적용한다.
정전용량 터치 방식은 송신과 수신을 담당하는 두 터치 센서 간에 전계가 형성되고, 유전성 도체가 센서에 근접함에 따라 두 터치 센서 사이의 전계를 방해함으로써 발생하는 정전용량의 변화를 감지하는 방식이다.
상호 정전용량 방식을 사용할 경우, 터치 패널(Ts)는 송신 전극(TX) 및 센싱 전극(Y)을 포함한다. 송신 전극(Tx)은 터치 검출 신호를 송신하고, 센싱 전극(Y)은 터치 검출 신호를 수신한다. 절연되어 마주보는 송신 전극(TX) 및 센싱 전극(Y) 및 전극 패턴의 구조로 인하여 송신 전극(TX)과 센싱 전극(Y)의 사이에 상호 커패시터(Cm)가 형성된다.
도 2를 참조하면 터치 구동 드라이버(710)는 송신 전극(TX1~TXk)과 연결되고, 터치 센서칩(720)은 센싱 전극(Y)와 연결된다. 터치 센서칩(720)은 차동 증폭부(721) 및 터치 판별부(722)를 포함한다.
차동 증폭부(721)는 복수의 센싱 전극(Y)으로부터 입력된 터치 검출 신호를 비교하고, 터치 판별부(722)는 차동 증폭부(721)의 결과를 분석하여 터치 위치를 판별한다. 차동 증폭부(721)의 구체적인 동작에 대해서는 후술하도록 한다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치센서의 개략적인 등가회로도이다.
도 3을 참조하면, 터치센서(Ts)는 송신 전극(TX)과 센싱 전극(Y)이 서로 절연되어 교차한다.
도시하지는 않았으나, 송신 전극(TX) 및 센싱 전극(Y)이 교차하는 지점에 송신 전극(TX) 및 센싱 전극(Y) 각각 센서 패턴을 구비할 수 있다. 센서 패턴은 일반적으로 사각형 또는 마름모형의 패턴 구조를 가질 수 있다. 센서 패턴에 의해 두 전극이 대향하는 면이 넓을수록 전극 간에 큰 상호 커패시터(Cm)의 형성이 가능하다.
송신 전극(TX)은 터치 구동 드라이버(도시되지 않음)로부터 터치 검출 신호를 수신한다.
송신 전극(TX)으로 전송되는 터치 검출 신호는 일정한 주파수를 갖는 펄스 파이다. 송신 전극(TX)으로 입력된 터치 검출 신호는 상호 커패시터(Cm)에 의해 센싱 전극(Y)으로 전달된다.
송신 전극(TX)은 연장 방향을 따라 형성된 기생 저항(RPV)을 포함한다. 기생 저항(RPV)은 송신 전극(TX)의 구조 및 재료 특성에 의해 결정되는 고유의 저항 성분이다. 기생 저항(RPV)은 송신 전극(TX)의 인가 신호에 전압 강하를 유발한다.
또한 송신 전극(TX)의 연장 방향을 따라 형성된 기생 커패시터(CPV)를 포함한다. 기생 커패시터(CPV)는 송신 전극(TX)과 인접한 송신 전극(TX) 또는 인접하는 다른 전위를 갖는 도전층과의 사이에 형성될 수 있다.
송신 전극(TX)의 기생 저항(RPV) 및 기생 커패시터(Cp)는 터치 검출 신호에 전압 강하 및 신호 지연을 발생시킬 수 있다.
센싱 전극(Y)은 송신 전극(TX)과 교차하며 터치센서(Ts)의 단자부를 통해 외부의 터치 센서칩(720)과 연결된다.
센싱 전극(Y)으로 전송되는 터치 검출 신호는 기생 저항(RPV), 기생 커패시터(CPV) 및 상호 커패시터(Cm)에 의해 열화되어 전달된다. 신호의 열화는 저항 성분에 의한 전압 강하 및 커패시터 성분에 의한 신호 지연으로 발생한다. 따라서, 센싱 전극(Y)의 위치가 송신 전극(TX)의 입력단으로부터 멀수록 신호 열화는 크게 나타날 수 있다.
송신 전극(TX)뿐 아니라, 센싱 전극(Y)도 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(CPH)를 포함할 수 있다.
도 3은 터치 검출 신호의 전압이 3.3V인 것을 예시하고 있으나, 터치 검출 신호는 터치센서(Ts)의 크기 및 센싱 방식에 따라 다양한 전압 및 파형이 가능하다. 또한, 도시된 터치 구동 드라이버(710)와 터치 센서칩(720)은 단일 터치 구동칩으로 구성될 수도 있다.
도 4는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 차동 증폭부의 회로도이다.
도 5는 도 4의 회로의 대기 상태에서의 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 4를 참조하면, 터치센서(Ts)는 송신 전극(TX), 송신 전극(TX)과 교차하는 센싱 전극(Y) 및 송신 전극(TX)과 센싱 전극(Y)의 교차점에 위치하는 상호 커패시터(Cm)를 포함한다.
터치 센서칩(720)의 차동 증폭부(721)는 적어도 4개의 입력단을 포함한다. 차동 증폭부(721)의 4개의 입력단은 터치센서(Ts)의 4개의 센싱 전극(Ym, Ym+1, Yn, Yn+1)과 각각 연결된다. 차동 증폭부(721)의 입력단은 각각 노드 A, B, D, E로 표시된다.
차동 증폭부(721)는 비교기(Com)를 더 포함한다. 비교기(Com)는 2 개의 입력단(C, F)과 2 개의 출력단을 포함하며, 입력단(C, F)은 각각은 병렬 연결된 2 라인의 센싱 전극과 직렬 커패시터(Cs1,Cs2,Cs3,CS4)를 통해 연결된다. 비교기(Com)의 입력단 중 노드 C의 입력단은 터치센서(Ts) 내에서 배치 위치가 이격된 2 개의 센싱 전극 Ym 및 Yn과 연결된다. 입력 노드 C는 센싱 전극 Ym(A) 및 Yn(B)과 각각 직렬 커패시터(Cs1, Cs2)를 통해 연결된다.
비교기(Com)의 입력단 중 노드 F의 입력단은 2 개의 센싱 전극 Ym 및 Yn과 각각 인접한 센싱 전극 Ym+1 및 Yn+1과 연결된다. 노드 F는 입력단은 센싱 전극 Ym+1 및 Yn+1과 직렬 커패시터(Cs3, Cs4)를 통해 연결된다.
비교기(Com)의 출력값(Vout)은 비교기(Com)의 2개의 출력단자의 양단 전압차이다. 각 출력단자는 피드백 커패시터(Ci)로 입력단(C, F)과 각각 연결된다. 출력단의 2개의 출력단자들은 스위치(sw7)로 서로 연결될 수 있다.
차동 증폭부(721)의 입력단은 기준 전압(Vref)을 갖는 기준 전압원과 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)로 연결된다. 기준 전압(Vref)은 초기화 단계에서 직렬 커패시터(Cs)를 초기화할 수 있다. 또한, 비교기(Com)의 입력단은 또한 스위치(sw5, sw6)를 통해 공통 전압(Vcm)과 연결될 수 있다.
차동 증폭부(721)의 스위치(sw1 ~ sw7)은 터치센서(Ts)의 터치 여부를 검출하는 기간동안 모두 단선(open)된 상태를 유지하고, 초기화 하는 경우 단락(short)된 상태로 전환된다.
도 4에서 예시한 비교기(Com)의 회로도는 입력단 신호의 차이값을 이득(Cs/Ci)으로 증폭하는 차동 증폭부의 회로 구성이다. 그러나 이는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명은 차동 증폭이 가능한 회로라면 어떠한 것이라도 적용이 가능하다.
도 5를 참조하면, 도 4에 도시된 4개의 센싱 전극(Ym, Ym+1,Yn, Yn+1)의 출력 파형(A,B,D,E), 비교기(Com)의 입출력 노드(C,F,Vout)의 구동 파형을 알 수 있다.
터치 구동 드라이버(710)로부터 출력된 터치 검출 신호가 송신 전극(TX)으로 인가된다.
송신 전극(TX)으로 전달된 터치 검출 신호는 상호 커패시터(Cm)를 통해 센싱 전극(Y)으로 전달된다. 송신 전극(TX)의 입력단과의 이격 거리가 가까운 순으로 센싱 전극 Yn+1, Yn, Ym+1, Ym이 배열되어 있다.
센싱 전극(Ym)은 터치 구동 드라이버(710)와 가장 멀리 이격된 신호 배선이다. 센싱 전극(Ym)을 통해 출력되는 터치 검출 신호는 송신 전극(TX)의 기생 성분에 의한 신호 열화를 가장 크게 받은 신호이다. 센싱 전극(Ym)과 연결된 A 노드의 신호 파형은 완만한 상승 기울기를 갖는 펄스파로 나타난다.
센싱 전극(Yn)에 연결된 터치 구동 드라이버(710)와 근접한 위치에 배치된 신호 배선이다. 센싱 전극(Yn)을 통해 출력되는 터치 검출 신호는 송신 전극(TX)의 기생 성분에 의한 열화가 적은 신호이다. 센싱 전극(Yn)과 연결된 B 노드의 신호 파형은 입력된 TX 터치 검출 신호와 유사한 가파른 기울기를 갖는 신호 파형으로 나타난다.
센싱 전극(Yn+1)는 센싱 전극(Yn)과 인접한 위치로서 터치 구동 드라이버(710)와에 근접한 위치에 배치된 신호 배선이다. 센싱 전극(Yn+1)과 연결된 노드 D의 신호 파형은 입력된 TX 터치 검출 신호와 유사하게 가파른 기울기를 갖는 신호 파형이다.
센싱 전극(Ym+1)은 센싱 전극(Ym)과 인접한 위치로서 터치 구동 드라이버(710)와 멀리 이격된 신호 배선이다. 센싱 전극(Ym+1)과 연결된 E 노드의 신호 파형은 완만한 상승 기울기를 갖는 펄스파로 나타난다.
직렬 커패시터(Cs1)의 일단은 노드 A와 연결되고 타단은 비교기(Com)의 입력단인 노드 C와 연결된다. 직렬 커패시터(Cs2)의 일단은 노드 B와 연결되고 타단은 비교기(Com)의 입력단인 노드 C와 연결된다. 비교기(Com)의 입력단 노드 C의 파형은 노드 A와 노드 B로부터 직렬 커패시터(Cs1, Cs2)를 통과하여 전달된 파형이 결합된 파형이다. 비교기(Com)의 입력단 노드 F의 파형은 노드 D와 노드 E로부터 직렬 커패시터(Cs3, Cs4)를 통과하여 전달된 파형이 결합된 파형이다.
비교기(Com)의 출력값(Vout)은 노드 F로부터 노드 C를 감산하여 증폭한 결과이다. 도 5의 파형에서 노드 F와 노드 C의 파형은 거의 동일한 파형으로 비교기 출력값(Vout)은 0 전위의 파형으로 출력된다.
도 4에 도시된 회로도의 스위치(SW1~SW7)는 하나의 제어 신호(SW)에 의해 일괄적으로 제어될 수도 있다. 송신 전극(TX)으로 터치 검출 신호가 인가되어 사용자의 터치 위치를 검출하는 구간에서 스위치(SW1~SW7)는 모두 단선(open)되며, 초기화 구간에서 단락(short)될 수 있다.
도 6은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 7은 도 6의 회로도에서 터치를 검출하는 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 6을 참조하면, 사용자는 송신 전극(TXk)와 센싱 전극(Yn+1)의 교점을 터치한 상태이다.
터치 대기 상태에서, 터치 검출 신호는 송신 전극(TXk)으로부터 센싱 전극(Yn+1)으로 상호 커패시터(Cm_n+1)를 통과하여 전달된다. 펄스 신호가 직렬로 연결된 커패시터를 통해 신호를 전달하는 것은 커패시터의 교류 전달 특성에 의한 것이다. 커패시터는 양단 전극에 대전된 전하의 대전 량의 변화를 통해 교류 신호의 전달이 가능하다.
도 6과 같이 사용자가 송신 전극(TXk)과 센싱 전극(Yn+1)의 교점을 터치하면, 송신 전극(TXk)과 사용자의 손가락과 같은 터치물 사이에 터치 커패시터(Ct)가 형성된다. 터치 검출 신호는 상호 커패시터(Cm_n+1)를 통해 센싱 전극(Yn+1)으로 전달되는 동시에, 또한 터치 커패시터(Ct)로 분산된다.
따라서, 센싱 전극(Yn+1)에서 출력되는 터치 검출 신호는 터치가 발생되지 않은 경우보다 낮은 전압의 신호 파형이다.
도 7을 참조하면, 센싱 전극(Yn+1)과 연결된 노드 D의 입력 파형은 대기 상태의 입력 파형보다 낮은 전압의 펄스파이다. 노드 D의 신호 파형의 전압이 감소됨에 따라, 노드 F의 신호 파형도 대기 시보다 낮은 전압의 신호 파형으로 검출된다.
비교기(Com)의 출력값(Vout)은 노드 F의 신호 파형으로부터 노드 C의 신호 파형을 감산하여 증폭한 값이다. 노드 F의 전압이 감소함에 따라 출력값(Vout)은 음의 전압을 갖는 신호 파형으로 출력된다.
도 8은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 9는 도 8의 회로도에서 터치를 검출하는 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 8을 참조하면, 사용자는 송신 전극(TXk)와 센싱 전극(Yn)의 교점을 터치한 상태이다. 사용자의 터치가 송신 전극(TXk)과 센싱 전극(Yn)의 교점을 터치하면, 송신 전극(TXk)과 사용자의 손가락과 같은 터치물 사이에 터치 커패시터(Ct)가 형성된다. 센싱 전극(Yn)에서 출력되는 터치 검출 신호는 터치 커패시터(Ct)의 영향으로 낮은 전압의 파형으로 출력된다.
도 9를 참조하면, 센싱 전극(Yn)에 터치가 발생하면, 센싱 전극(Yn)과 연결된 노드 B의 입력 파형은 대기 상태보다 낮은 전압의 파형이 된다.
노드 B의 파형의 전압이 감소됨에 따라, 노드 C의 신호 파형도 대기 상태보다 전압이 낮은 신호 파형으로 형성된다.
비교기(Com)의 출력값(Vout)은 노드 F의 신호 파형으로부터 노드 C의 신호 파형을 감산한 결과이다. 노드 C의 전압이 감소됨에 따라 출력값(Vout)은 양의 전압을 갖는 신호 파형으로 출력된다.
도 10은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 11은 도 10의 회로도에서 터치를 검출하는 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 10을 참조하면, 사용자는 송신 전극(TXk)와 센싱 전극(Ym+1)의 교점을 터치한 상태이다. 사용자의 터치가 송신 전극(TXk)과 센싱 전극(Ym+1)의 교점을 터치하면, 송신 전극(TXk)과 사용자의 손가락과 같은 터치물 사이에 터치 커패시터(Ct)가 형성된다. 센싱 전극(Yn)에서 출력되는 터치 검출 신호는 터치 커패시터(Ct)의 영향으로 낮은 전압의 파형으로 출력된다.
도 11을 참조하면, 센싱 전극(Yn+1)에 터치가 발생하면, 센싱 전극(Yn+1)과 연결된 노드 E의 입력 파형은 대기 상태보다 낮은 전압의 파형이 된다.
노드 E의 파형의 전압이 감소됨에 따라, 노드 F의 신호 파형도 대기 상태보다 전압이 낮은 신호 파형으로 형성된다.
비교기(Com)의 출력값(Vout)은 노드 F의 신호 파형으로부터 노드 C의 신호 파형을 감산한 결과이다. 노드 F의 전압이 줄어듦에 따라 출력값(Vout)은 음의 전압을 갖는 신호 파형으로 출력된다. 노드 F의 전압이 초기 상태에서 빠른 기울기로 상승하여 출력값(Vout)의 파형은 파형 시작 점에서 양의 글리치(glitch)를 갖는 신호 파형으로 출력된다.
도 12는 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 13은 도 12의 회로도에서 터치를 검출하는 차동 증폭부의 파형 예시도이다.
도 12를 참조하면, 사용자는 송신 전극(TXk)와 센싱 전극(Ym)의 교점을 터치한 상태이다. 사용자의 터치가 송신 전극(TXk)과 센싱 전극(Ym)의 교점을 터치하면, 송신 전극(TXk)과 사용자의 손가락과 같은 터치물 사이에 터치 커패시터(Ct)가 형성된다. 센싱 전극(Ym)에서 출력되는 터치 검출 신호는 터치 커패시터(Ct)의 영향으로 낮은 전압의 파형으로 출력된다.
도 13을 참조하면, 센싱 전극(Ym)에 터치가 발생하면, 센싱 전극(Ym)과 연결된 노드 A의 입력 파형은 대기 상태보다 낮은 전압의 파형이 된다.
노드 A의 파형의 전압이 낮아짐에 따라, 노드 C의 신호 파형도 대기 상태보다 전압이 낮은 신호 파형으로 형성된다.
비교기(Com)의 출력값(Vout)은 노드 F의 신호 파형으로부터 노드 C의 신호 파형을 감산한 결과이다. 노드 C의 전압이 줄어듦에 따라 출력값(Vout)은 파형 시작 점에서 음의 글리치(glitch)를 갖는 양의 펄스파로 형성될 수 있다.
도 2 내지 도 12를 참조하면, 터치 판별부(722)에서 비교기(Com)의 출력값(Vout)에 나타나는 신호 파형의 형상을 분석하여 4 개의 센싱 전극(Ym, Ym+1, Yn, Yn+1)의 터치 상태를 판별할 수 있다.
도 14는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서의 등가 회로도이다.
도 14를 참조하면, 터치 센서(Ts)는 복수의 송신 전극(TXj, TXk) 및 송신 전극(TXj, TXk)과 직교하는 센싱 전극(Y)들을 포함한다. 도시하지는 않았으나, 송신 전극(TXj, TXk) 및 센싱 전극(Y)이 교차하는 지점에서 각 전극은 대향면에 센서 전극 패턴을 구비할 수 있다.
기생 저항(RPV1, RPV2)은 송신 전극(TXj, TXk)의 연장 방향을 따라 형성된다. 송신 전극(TXj, TXk)은 터치 구동 드라이버(도시되지 않음)로부터 터치 검출 신호를 수신한다. 서로 이격된 송신 전극(TXj, TXk)에는 서로 다른 위상차를 갖는 터치 검출 신호들(Driving Signal 1, Driving signal 2)이 동시에 인가된다. 보다 정확하게는 180도의 위상차를 가지는 터치 검출 신호들(Driving Signal 1, Driving signal 2)이 동시에 인가된다.
복수의 송신 전극(TXj, TXk)들에 인가된 터치 검출 신호(Driving Signal 1, Driving signal 2)는 상호 커패시터(Cm)를 통과하여 센싱 전극(Y)으로 전달된다. 센싱 전극(Y)에는 연장 방향을 따라 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(CPH)가 형성된다. 터치 검출 신호는 센싱 전극(Y)을 통과하면서 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(CPH)에 의해 전압 강하 및 신호 지연이 발생될 수 있다.
도 15는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 차동 증폭부의 회로도이다.
도 15를 참조하면, 터치 센서칩(720)의 차동 증폭부(721)는 4개의 입력단을 포함한다. 차동 증폭부(721)의 4개의 입력단은 터치센서(Ts)의 센싱 전극(Ym, Ym+1, Yn, Yn+1)과 각각 연결된다.
차동 증폭부(721)는 비교기(Com)를 더 포함한다. 비교기(Com)는 2 개의 입력단과 2 개의 출력단을 포함하며, 입력단은 각각은 병렬 연결된 2 라인의 센싱 전극과 직렬 커패시터(Cs1,Cs2,Cs3,CS4)를 통해 연결된다. 비교기(Com)의 입력단 중 한 입력단은 터치센서(Ts) 내에서 배치 위치가 이격된 2 개의 센싱 전극 Ym 및 Yn과 연결된다. 입력단은 센싱 전극 Ym 및 Yn과 각각 직렬 커패시터(Cs1, Cs2)를 통해 연결된다.
비교기(Com)의 입력단 중 다른 하나의 입력단은 2 개의 센싱 전극 Ym 및 Yn과 각각 인접한 센싱 전극 Ym+1 및 Yn+1과 연결된다. 입력단은 센싱 전극 Ym+1 및 Yn+1과 직렬 커패시터(Cs3, Cs4)를 통해 연결된다.
비교기(Com)의 출력값(Vout)은 비교기(Com)의 2개의 출력단자의 양단 전압차이다. 각 출력단자는 피드백 커패시터(Ci)로 입력단들과 각각 연결된다. 출력단의 2개의 출력단자들은 스위치(sw7)로 서로 연결될 수 있다.
차동 증폭부(721)의 입력단은 기준 전압(Vref)을 갖는 기준 전압원과 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)로 연결된다. 기준 전압(Vref)은 초기화 단계에서 직렬 커패시터(Cs)를 초기화할 수 있다. 또한, 비교기(Com)의 입력단은 또한 스위치(sw5, sw6)를 통해 공통 전압(Vcm)과 연결될 수 있다.
차동 증폭부(721)의 스위치(SW1~SW7)은 터치센서(Ts)의 터치 여부를 검출하는 기간 동안 모두 단선(open)된 상태를 유지하고, 초기화 하는 경우 단락(short)된 상태로 전환된다.
도 15에서 예시한 비교기(Com)의 구성은 입력단 신호의 차이값을 이득(Cs/Ci)으로 증폭하는 차동 증폭부의 회로 구성이다. 그러나 이는 하나의 예시에 불과하며, 본 발명은 차동 증폭이 가능한 구성은 어떠한 것이라도 적용이 가능하다.
도 16은 도 15에 도시된 차동 증폭부의 대기 상태 파형도이다.
도 14 내지 도 16을 참조하면, 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1) 및 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 50KHz의 주파수를 가지며, 서로 다른 위상으로 각각 서로 이격된 송신 전극(TXj, TXk)으로 인가된다.
송신 전극(TXj, TXk)으로 각각 인가된 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1) 및 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 각각 상호 커패시터(Cm)에 의해 전달되어 센싱 전극(Y)으로 출력된다.
센싱 전극(Ym)은 송신 전극(TXj) 및 송신 전극(TXk)의 입력단으로부터 멀리 이격되어 있다. 센싱 전극(Ym)과 송신 전극(TXj)의 교차 지점에 상호 커패시터(Cm_jm)이 형성된다. 또한, 센싱 전극(Ym)과 송신 전극(TXk)의 교차 지점에 상호 커패시터(Cm_km)이 형성된다. 센싱 전극(Ym)을 따라 상호 커패시터(Cm_jm)와 상호 커패시터(Cm_km)의 사이에는 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)가 형성된다.
제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 송신 전극(TXj)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_jm)를 통과하여 센싱 전극(Ym)의 출력단자로 출력된다. 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)의 전달 경로는 센싱 전극(Ym)의 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)를 포함한다.
제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 송신 전극(TXk)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_km)를 통과하여 센싱 전극(Ym)의 출력단자로 출력된다. 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 전달 경로는 센싱 전극(Ym)의 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)를 포함하지 않는다.
센싱 전극(Ym)의 출력단자는 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1) 및 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 출력값을 결합하여 출력한다. 센싱 전극 Ym의 출력 신호는 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)의 영향을 받지 않은 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)가 먼저 출력되고, 이어 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)가 출력된다. 도 16의 센싱 전극(Ym)의 출력 파형은 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 영향으로 음의 완만한 상승 및 하강 기울기를 가지는 신호 파형으로 나타난다.
센싱 전극(Ym+1)은 센싱 전극(Ym)과 가장 인접하여 위치한 배선이다. 센싱 전극(Ym+1)의 출력 값은 센싱 전극(Ym)과 거의 동일하다. 따라서, 센싱 전극(Ym)의 출력값으로부터 센싱 전극(Ym+1)의 출력값을 감산하는 경우 차이 값은 0.2nV로 매우 작은 값을 나타낸다.
센싱 전극(Yn)은 송신 전극(TXj) 및 송신 전극(TXk)의 입력단으로부터 가까운 곳에 배치되어 있다. 센싱 전극(Yn과 송신 전극(TXj)의 교차 지점에 상호 커패시터(Cm_jn)이 형성된다. 또한, 센싱 전극(Yn)과 송신 전극(TXk)의 교차 지점에 상호 커패시터(Cm_kn)이 형성된다. 센싱 전극(Yn)을 따라 상호 커패시터(Cm_jn)와 상호 커패시터(Cm_kn)의 사이에는 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)가 형성된다.
제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 송신 전극(TXj)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_jn)를 통과하여 센싱 전극(Yn)의 출력단자로 출력된다. 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)의 전달 경로는 센싱 전극(Yn)의 기생 저항(RPH)을 포함한다.
제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 송신 전극(TXk)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_kn)를 통과하여 센싱 전극(Yn)의 출력단자로 출력된다. 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 전달 경로는 센싱 전극(Yn)의 기생 저항(RPH)을 포함하지 않는다.
센싱 전극 Yn의 출력단자는 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1) 및 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 출력값을 결합하여 출력한다. 센싱 전극(Yn)의 출력 신호는 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)의 영향을 받지 않은 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)가 먼저 출력되고, 이어 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)가 출력된다. 또한, 센싱 전극(Yn)은 송신 전극(TXj, TXk)의 기생 성분의 영향을 적게 받아 상승 기울기 및 하강 기울기가 가파른 신호 파형을 출력한다.
도 16의 센싱 전극(Yn)의 출력 파형은 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 영향으로 음의 가파른 첨두값을 가지는 피크 형상의 신호 파형으로 나타난다.
센싱 전극(Yn+1)은 센싱 전극(Yn)과 가장 인접하여 위치한 배선이다. 센싱 전극(Yn+1)의 출력 값은 센싱 전극(Yn)과 거의 동일하다. 따라서, 센싱 전극(Yn)의 출력값으로부터 센싱 전극(Yn+1)의 출력값을 감산하는 경우 차이 값은 2nV로 매우 작은 값을 나타낸다.
도 17은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 18은 도 17의 회로도에서 터치를 검출하는 센싱 전극의 파형도이다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 사용자는 송신 전극(TXj)와 센싱 전극(Ym+1)의 교점을 터치한 상태이다.
사용자가 송신 전극(TXj)과 센싱 전극(Ym+1)의 교점을 터치하면, 송신 전극(TXj)과 터치물 사이에 터치 커패시터가 형성된다. 터치 검출 신호는 터치 커패시터를 통해 사용자의 터치물로 전달되어, 센싱 전극(Ym+1)으로 전달되는 신호 전력이 감소한다. 따라서, 센싱 전극(Ym+1)에서 출력되는 터치 검출 신호는 터치가 발생되지 않은 경우보다 낮은 전압의 신호 파형이다.
도 18을 참조하면, 터치가 발생하지 않은 센싱 전극 Ym, Yn, Yn+1은 도 16에서 설명한 것과 동일한 터치 검출 신호를 출력한다.
반면, 터치된 센싱 전극(Ym+1)은 송신 전극(TXj)을 통해 전달된 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1) 및 송신 전극(TXk)를 통해 전달된 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 결합 신호를 출력한다.
제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 송신 전극(TXj)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_jm+1)를 통과하여 센싱 전극(Ym+1)의 출력단자로 출력된다. 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 터치 커패시터(도시되지 않음)로 일부 신호 전력이 분산되어 센싱 전극(Ym+1)의 출력단자로 출력된다. 또한, 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)의 전달 경로는 센싱 전극(Ym+1)의 기생 저항(RPH) 및 및 기생 커패시터(도시되지 않음)를 포함한다.
제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 송신 전극(TXk)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_km+1)를 통과하여 센싱 전극(Ym+1)의 출력단자로 출력된다. 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 전달 경로는 센싱 전극 Ym+1의 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)을 포함하지 않는다.
센싱 전극 Ym의 출력 파형은 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)의 영향을 적게 받은 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 영향을 더 받게 되어 음의 완만한 상승 및 하강 기울기를 가지고 평활부의 전압이 326uV인 신호 파형으로 출력된다.
도 19는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 20은 도 19의 회로도에서 터치를 검출하는 센싱 전극의 파형도이다.
도 19 및 도 20을 참조하면, 사용자는 송신 전극(TXj)와 센싱 전극(Yn+1)의 교점을 터치한 상태이다.
사용자가 송신 전극(TXj)과 센싱 전극(Yn+1)의 교점을 터치하면, 송신 전극(TXj)과 터치물 사이에 터치 커패시터가 형성된다. 터치 검출 신호는 터치 커패시터를 통해 사용자의 터치물로 전달되어, 센싱 전극(Yn+1)으로 전달되는 신호 전력이 감소한다. 따라서, 센싱 전극(Yn+1)에서 출력되는 터치 검출 신호는 터치가 발생되지 않은 경우보다 낮은 전압의 신호 파형이다.
도 20을 참조하면, 터치가 발생하지 않은 센싱 전극 Ym, Ym+1, Yn은 도 16에서 설명한 것과 동일한 터치 검출 신호를 출력한다.
반면, 터치된 센싱 전극 Yn+1은 송신 전극(TXj)을 통해 전달된 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1) 및 송신 전극(TXk)를 통해 전달된 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 결합 신호를 출력한다.
제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 송신 전극(TXj)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_jm+1)를 통과하여 센싱 전극 Ym+1의 출력단자로 출력된다. 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 터치 커패시터(도시되지 않음)로 일부 신호 전력이 분산되어 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다. 또한 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)의 전달 경로는 센싱 전극(Yn+1)의 기생 저항(RPH) 및 및 기생 커패시터(도시되지 않음)를 포함한다.
제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 송신 전극(TXk)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_km+1)를 통과하여 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다. 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 전달 경로는 센싱 전극(Yn+1)의 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)을 포함하지 않는다.
센싱 전극 Yn+1의 출력 파형은 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)의 영향을 적게 받은 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 영향으로 음의 가파른 상승 피크를 가지고 평활부 전압이 326uV인 신호 파형으로 나타난다.
도 21은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 22는 도 21의 회로도에서 터치를 검출하는 센싱 전극의 파형도이다.
도 21 및 도 22를 참조하면, 사용자는 송신 전극(TXk)와 센싱 전극(Yn+1)의 교점을 터치한 상태이다.
사용자가 송신 전극(TXk)과 센싱 전극(Yn+1)의 교점을 터치하면, 송신 전극(TXk)과 터치물 사이에 터치 커패시터(도시되지 않음)가 형성된다. 터치 검출 신호는 터치 커패시터를 통해 사용자의 터치물로 전달되어, 센싱 전극(Yn+1)으로 전달되는 신호 전력이 감소한다. 따라서, 센싱 전극(Yn+1)에서 출력되는 터치 검출 신호는 터치가 발생되지 않은 경우보다 낮은 전압의 신호 파형이다.
제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 송신 전극(TXj)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_jn+1)를 통과하여 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다. 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)의 전달 경로는 센싱 전극(Yn+1)의 기생 저항(RPH) 및 및 기생 커패시터(도시되지 않음)를 포함한다.
제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 송신 전극(TXk)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_kn+1)를 통과하여 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다. 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 터치 커패시터(도시되지 않음)로 일부 신호 전력이 분산되어 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다. 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 전달 경로는 센싱 전극(Yn+1)의 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)을 포함하지 않는다.
제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)가 터치에 의해 감쇄되어 전달되므로, 센싱 전극(Yn+1)의 출력 파형은 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)의 영향을 더 받게 된다. 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 전달과정에서 기생 저항(RPH) 및 기생 커패시터(도시되지 않음)의 영향을 받으므로, 센싱 전극(Yn+1)의 출력 파형은 상승 기울기가 대기 상태보다 완만해지고, 음극성의 신호 파형으로 출력된다.
도 23은 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 24는 도 23의 회로도에서 터치를 검출하는 센싱 전극의 파형도이다.
도 23 및 도 24를 참조하면, 사용자는 송신 전극(TXj)와 센싱 전극(Yn+1)의 교점 및 송신 전극(TXk)와 센싱 전극(Yn+1)의 교점을 동시에 터치한 상태이다.
제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1)는 송신 전극(TXj)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_jn+1)를 통과하여 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다. 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 터치 커패시터(도시되지 않음)로 일부 신호 전력이 분산되어 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다.
제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 송신 전극(TXk)로 인가되어 상호 커패시터(Cm_kn+1)를 통과하여 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다. 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)는 터치 커패시터(도시되지 않음)로 일부 신호 전력이 분산되어 센싱 전극(Yn+1)의 출력단자로 출력된다.
제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1) 및 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)가 터치에 의해 모두 감쇄되어 전달되므로, 센싱 전극(Yn+1)의 출력 파형은 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)의 피크 전압의 영향을 일부 받을 뿐, 제1 터치 검출 신호(Driving Signal 1) 및 제2 터치 검출 신호(Driving Signal 2)를 수신하여 출력하지 못한다.
도 15 내지 도 24에서 설명한 바와 같이, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센싱 시스템은 복수의 센싱 전극(Y)을 동시에 검출하면서, 서로 위상이 다른 터치 검출 신호를 이용하여 복수의 송신 전극(TX)의 터치 여부를 동시에 판별할 수 있다. 이를 통해 터치센서(Ts)의 멀티 터치 상태를 동시에 검출하는 터치 센싱 시스템을 구현할 수 있다.
도 25는 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 25를 참조하면, 터치 센서칩(720)의 차동 증폭부(721)는 4개의 입력단을 포함한다. 차동 증폭부(721)의 4개의 입력단은 터치센서(Ts)의 4개의 센싱 전극(Ym, Ym+1, Yn, Yn+1)과 각각 연결된다.
차동 증폭부(721)는 직렬 연결된 복수의 비교기(Com1, Com2, Com3)들을 포함한다. 비교기(Com1, Com2, Com3)는 2개의 입력단과 2개의 출력단을 포함하며, 제1 비교기(Com1)의 입력단 중 하나는 센싱 전극(Ym, Yn)과 각각 직렬 커패시터(Cs1, Cs2)로 연결된다. 제1 비교기(Com1)의 입력단 중 다른 하나는 센싱 전극(Ym+1, Yn+1)과 각각 직렬 커패시터(Cs3, Cs4)로 연결된다.
제1 비교기(Com)의 출력단은 2개의 출력단자를 가지며 각 출력단자는 직렬 커패시터(Cs5, Cs6)을 통해 제2 비교기(Com2)의 입력단과 연결된다.
제2 비교기(Com2)의 출력단은 2개의 출력단자를 가지며 각 출력단자는 직렬 커패시터(Cs7, Cs8)을 통해 제3 비교기(Com3)의 입력단과 연결된다.
제3 비교기(Com3)의 출력단은 2개의 출력단자를 가지며, 출력단자 간의 전압차인 출력값(Vout)을 출력한다. 또한 출력단자는 제3 비교기(Com3)의 입력단과 피드백 배선으로 연결된다.
비교기의 입력단과 연결된 직렬 커패시터(Cs5, Cs6, Cs7, Cs8)은 스위치(SW7, SW8, SW9, SW10, SW11, SW12)를 통해 공통 전압(Vcm)과 연결될 수 있다.
도 25와 같이 직렬로 연결된 복수의 비교기 회로 구성을 통해 터치센서(Ts)로부터 입력되는 작은 신호의 차이를 증폭하여 터치 위치를 검출할 수 있다.
도 26은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 26을 참조하면, 터치센서(Ts)의 센싱 전극(Y)의 출력단은 멀티플렉서(730)를 통해 차동 증폭부(721)의 입력단과 연결된다.
멀티플렉서(730)의 입력단은 4개 이상의 센싱 전극(Y)의 출력단과 연결되고, 출력단은 차동 증폭부(721)의 4개의 입력단 연결된다. 멀티플렉서(730)는 복수의 터치센서(Ts)의 센싱 전극(Y)의 출력단 중 타이밍 신호에 따라 선택적으로 4개의 출력단을 선택하여 차동 증폭부(721)의 입력단과 연결되도록 한다.
센싱 전극(Y)의 출력단 중 서로 인접한 센싱 전극(Ym, Ym+1)이 하나의 쌍으로 선택되고, 선택된 센싱 전극(Ym, Ym+1)과 이격되어 위치하는 다른 한 쌍의 센싱 전극(Yn, Yn+1)이 선택된다.
선택된 한 쌍의 인접한 센싱 전극(Ym, Ym+1)은 차동 증폭부(721)의 제1 비교기(Com1)의 입력 단자에 각각 연결된다. 다른 한 쌍의 인접한 센싱 전극(Yn, Yn+1)도 차동 증폭부(721)의 제1 비교기(Com1)의 입력 단자에 각각 연결된다.
제1 비교기(Com1)의 출력 단자는 후단에 위치하는 제2 비교기(Com2)의 입력단과 직렬 커패시터(Cs5, Cs6)를 통해 연결될 수 있다.
멀티플렉서(730)는 4 개를 초과하는 복수의 센싱 전극(Y)의 터치 상태를 4개의 입력단을 갖는 차동 증폭부(721)를 이용하여 검출하도록 하여 터치 센싱 시스템을 효율적으로 구성할 수 있도록 한다.
도 27은 본 발명의 또 다른 실시 예에 따른 터치 센서칩의 터치 신호 검출부의 회로도이다.
도 27을 참조하면, 터치 센서칩(720)의 차동 증폭부(721)는 직렬 커패시터(Cs)들을 초기화하는 기준 전압(Vref) 및 공통전압(Vcm)을 가변할 수 있다.
터치 센싱 시스템은 터치센서(Ts)의 크기가 대형화되어 높은 전압의 터치 검출 신호을 사용할 필요가 있다. 터치 검출 신호 전압의 변경 시에 이에 연동하여 기준 전압(Vref) 및 공통전압(Vcm)을 가변하는 것이 가능하다. 따라서, 터치 센서칩(720) 및 차동 증폭부(721)의 내부 설계를 변경하지 않고도 다양한 크기에 적용이 가능한 터치 센싱 시스템을 구현할 수 있다.
표시 패널 300
주사 구동부 400
데이터 구동부 500
신호 제어부 600
터치 구동 드라이버 710
터치 센서칩 720
차동증폭부 721
터치 판별부 722
MUX 스위치 730
터치센서 Ts
송신 라인 TX
센싱 라인 Y
상호 캐패시터 Cm

Claims (16)

  1. 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 센서; 및
    제1 입력단, 제2 입력단 및 출력단을 포함하고 제1 입력단과 제2 입력단의 차를 증폭하는 제1 비교기;를 포함하고,
    상기 제1 입력단은 상기 복수의 센싱 전극 중 서로 인접하지 않은 복수의 센싱 전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 입력단은 상기 제1 입력단과 연결된 상기 복수의 센싱 전극과 각각 인접한 복수의 센싱 전극들과 전기적으로 연결된 터치 센싱 시스템.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 입력단 및 상기 제2 입력단은 상기 복수의 센싱 전극과 각각 직렬의 커패시터로 연결되는 터치 센싱 시스템.
  3. 제2 항에 있어서,
    상기 제1 비교기의 출력단은 복수의 출력단자를 포함하고, 상기 출력단자 중 하나는 상기 제1 입력단과 직렬의 커패시터로 연결되는 터치 센싱 시스템.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 제1 비교기의 출력단자 중 다른 하나는 상기 제2 입력단과 직렬의 커패시터로 연결되는 터치 센싱 시스템.
  5. 제4 항에 있어서,
    상기 제1 입력단에 연결된 상기 커패시터 중 적어도 어느 하나와 기준 전압원을 연결하는 스위치를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 제2 입력단에 연결된 상기 커패시터 중 적어도 어느 하나와 기준 전압원을 연결하는 스위치를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.
  7. 제6 항에 있어서,
    상기 기준 전압원은 가변 전압원인 터치 센싱 시스템.
  8. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 입력단 및 상기 제2 입력단을 상기 복수의 센싱 전극과 선택적으로 연결하는 멀티플렉서를 포함하는 터치 센싱 시스템.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 비교기의 출력단자와 입력단자가 연결된 제2 비교기를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.
  10. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 비교기의 출력단자와 상기 제2 비교기의 입력단자 사이에 위치하는 커패시터를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.
  11. 복수의 송신 전극 및 상기 복수의 송신 전극과 절연되어 교차하는 복수의 센싱 전극을 포함하는 터치 센서;
    상기 복수의 송신 전극에 터치 검출 신호를 전송하는 터치 구동 드라이버;
    제1 입력단, 제2 입력단 및 출력단을 포함하고 상기 제1 입력단과 상기 제2 입력단의 차를 증폭하는 제1 비교기;를 포함하고,
    상기 터치 구동 드라이버는 상기 복수의 송신 전극에 서로 다른 위상을 갖는 터치 검출 신호를 동시에 전송하고,
    상기 제1 입력단은 상기 복수의 센싱 전극 중 서로 인접하지 않은 복수의 센싱 전극과 전기적으로 연결되고,
    상기 제2 입력단은 상기 제1 입력단과 연결된 복수의 센싱 전극과 각각 인접한 복수의 센싱 전극들과 전기적으로 연결된 터치 센싱 시스템.
  12. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 입력단 및 상기 제2 입력단은 상기 센싱 전극과 직렬의 커패시터로 연결되는 터치 센싱 시스템.
  13. 제12 항에 있어서,
    상기 제1 비교기의 출력단은 복수의 출력단자를 포함하고, 상기 출력단자 중 하나는 상기 제1 입력단과 커패시터로 직렬 연결되는 터치 센싱 시스템.
  14. 제13 항에 있어서,
    상기 제1 입력단에 연결된 상기 커패시터 중 적어도 어느 하나의 일단과 기준 전압원을 연결하는 스위치를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.
  15. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 입력단 및 상기 제2 입력단을 상기 복수의 센싱 전극과 선택적으로 연결하는 멀티플렉서를 포함하는 터치 센싱 시스템.
  16. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 비교기의 출력단자와 입력단자가 연결된 제2 비교기를 더 포함하는 터치 센싱 시스템.
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