KR20190101854A - 표시 장치, 상호 정전 용량 감지 시스템 및 방법 - Google Patents

표시 장치, 상호 정전 용량 감지 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

표시 장치는 활성 영역에 영상을 표시하도록 구성된 표시 패널, 상기 활성 영역에서 상기 표시 패널과 중첩하고, 입력 라인 및 출력 라인을 포함하는 터치 스크린 패널, 및 상기 입력 라인에 연결된 입력 전극 및 상기 출력 라인에 연결된 출력 전극을 포함하는 연산 증폭기를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서의 전압을 측정하여 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 교차점에서 터치 이벤트를 검출하도록 구성된다.

Description

표시 장치, 상호 정전 용량 감지 시스템 및 방법{DISPLAY DEVICE, SYSTEM AND METHOD FOR MUTUAL CAPACITANCE SENSING}
본 발명의 예시적인 실시 예의 하나 이상의 양태는 터치 스크린 패널 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은 표시 장치 등에 표시되는 지시 내용을 사람의 손이나 물건으로 선택함으로써 사용자의 지시를 입력할 수 있는 입력 장치이다. 이를 위해, 터치 스크린 패널은 표시 장치의 전면에 위치하여 사람의 손이나 물건의 터치 포인트(예를 들어, 접촉 위치)의 정보를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 그러면 터치 포인트에서 선택된 지시 내용이 입력 신호로 인식될 수 있습니다. 터치 스크린 패널은 키보드 또는 마우스와 같은 디스플레이 장치에 연결된 별도의 입력 장치를 대체할 수 있기 때문에 그 활용 영역이 점차 확대되고 있다.
터치 스크린 패널의 터치 센서의 구현 유형은 저항성 오버레이 터치 센서, 감광성 터치 센서, 용량성 터치 센서 등을 포함한다. 이 터치 센서들 중에서, 용량성 터치 센서는 사용자의 손 또는 물체가 터치 스크린 패널에 접촉할 때 전도성 감지 전극과 인접한 (또는 중첩된) 감지 전극 또는 접지 전극 사이에 형성된 정전 용량의 변화를 감지함으로써 터치 포인트의 정보를 전기 신호로 변환한다.
배경 기술 분야에서 개시된 정보는 본 발명의 배경 지식의 이해를 높이기 위한 것이므로, 종래 기술을 구성하지 않는 정보를 포함할 수 있다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 상호 정전 용량 감지 시스템 및 방법을 제공함에 있다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시 예의 양태는 상호 정전 용량 감지를 위한 시스템 및 방법을 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치는 활성 영역에 영상을 표시하도록 구성된 표시 패널, 상기 활성 영역에서 상기 표시 패널과 중첩하고, 입력 라인 및 출력 라인을 포함하는 터치 스크린 패널, 및 상기 입력 라인에 연결된 입력 전극 및 상기 출력 라인에 연결된 출력 전극을 포함하는 연산 증폭기를 포함하고, 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서의 전압을 측정하여 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 교차점에서 터치 이벤트를 검출하도록 구성된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 터치 이벤트는 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 간의 상호 정전 용량의 변화에 기초하여 검출된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 표시 장치는 상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 연결된 전류 소스를 더 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 전류 소스는 상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 미리 정해진 전하를 인가하도록 구성된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연산 증폭기의 출력 전극에서의 상기 전압은 미리 정해진 입력 전하를 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 간의 상호 정전 용량으로 나눈 비율에 비례한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 표시 장치는 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서 상기 전압의 변화에 응답하여 상기 터치 이벤트를 검출하도록 구성된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 상호 정전 용량은 밀러 증폭을 이용하여 직접 증폭된다.
본 발명의 일 실시 예에 따른 시스템은 입력 라인 및 출력 라인을 포함하는 터치 스크린 패널, 상기 입력 라인에 연결된 입력 전극 및 상기 출력 라인에 연결된 출력 전극을 포함하는 연산 증폭기, 및 상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 연결되어 상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 미리 정해진 전하를 인가하는 전류 소스를 포함하고, 상기 터치 스크린 패널은 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 교차점에서 터치 이벤트를 검출하기 위하여 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서의 전압을 측정하도록 구성된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시스템은 활성 영역에 영상을 표시하도록 구성된 표시 패널을 더 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 터치 스크린 패널은 상기 활성 영역에서 상기 표시 패널과 중첩된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 터치 이벤트는 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 상호 정전 용량의 변화에 기초하여 검출된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서의 전압은 미리 정해진 입력 전하를 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 상호 정전 용량으로 나눈 비율에 비례한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 시스템은 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서 상기 전압의 변화에 응답하여 상기 터치 이벤트를 검출하도록 구성된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 상호 정전 용량은 밀러 증폭을 이용하여 직접 증폭된다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 스크린 패널의 구동 방법은 입력 전하를 입력 라인 및 연산 증폭기의 입력 전극에 인가하는 단계, 상기 연산 증폭기의 출력 전극으로부터의 출력 전압을 측정하는 단계, 및 상기 연산 증폭기의 출력 전극으로부터의 출력 전압의 변화에 기초하여 터치 이벤트를 검출하는 단계를 포함하고, 상기 입력 라인은 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 연결되고, 출력 라인은 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에 연결된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 출력 전압의 변화는 상기 입력 라인과 출력 라인 사이의 상호 정전 용량 변화에 기초한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 방법은 상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 연결된 전류 소스에 의해 상기 입력 전하가 인가되는 단계를 더 포함한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 입력 라인과 출력 라인 사이의 상호 정전 용량은 밀러 증폭을 이용하여 직접 증폭된다.
일 실시 예에 따르면, 상기 터치 스크린 패널은 상기 입력 라인 및 상기 출력 라인을 포함하고, 영상을 표시하도록 구성된 활성 영역에서 표시 패널과 중첩한다.
일 실시 예에 따르면, 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서의 상기 전압은 상기 입력 전하를 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 상호 정전 용량으로 나눈 비율에 비례한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 시스템 및 방법은 터치 이벤트를 감지하고 처리하기 위한 구성 요소가 적고 비교적 덜 복잡하며, 또한 단위 전력 당 비교적 높은 신호대 잡음비를 가질 수 있다.
본 개시의 상기 및 다른 양태 및 특징은 첨부된 도면을 참조하여 예시적인 실시 예에 대한 다음의 상세한 설명으로부터 당업자에게 더욱 명백해질 것이다.
도 1은 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른 터치 스크린 패널을 포함하는 표시 장치를 도시한 도면이다.
도 2는 본 발명의 하나 이상의 실시 예에 따른 송수신 시스템을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 하나 이상의 실시예에 따른 도 1 및 도 2에 도시된 터치 스크린 패널의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 셀을 도시한 도면이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 셀을 도시한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린 패널의 구동 방법을 나타내는 흐름도이다.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시 예를 상세히 설명하기로 한다. 도면에서 동일한 참조 번호는 동일한 요소를 지칭한다. 다만, 본 개시는 다양한 다른 형태로 구현될 수 있으며, 본원의 도시된 실시 예에만 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 오히려, 이들 실시 예는 본 개시가 더욱 철저하고 더 완전하도록 제공될 것이며, 본 개시의 양상 및 특징을 당업자에게 충분히 전달할 수 있는 예로서 제공된다. 따라서, 본 개시의 양상들 및 특징들의 완전한 이해를 위해 당업자에게 불필요한 프로세스들, 요소들 및 기술들은 설명되지 않을 수 있다. 다른 언급이 없는 한, 첨부된 도면 및 상세한 설명 전반에 걸쳐 동일한 참조 부호는 동일한 요소를 나타내며, 따라서 그 설명은 반복되지 않을 수 있다.
일반적으로, 용량성 터치 스크린 패널에 대해, 알고 있는 (예를 들어, 설정 또는 미리 결정된) 신호는 터치 스크린 패널(TSP)의 터치 센서에 입력되고, 터치 센서의 출력이 모니터링된다. 전형적으로, 입력 신호는 1과 0의 교번 순서를 갖는 클록 패턴(예를 들어, 클록 신호)의 형태일 수 있거나, 또는 정현파 형태일 수 있다. 흔하지는 않지만, 램프 파형 또는 톱니 파형이 입력 신호로 사용될 수 있다. 터치 이벤트(예를 들어, 손가락 또는 TSP와 접촉하는 스타일러스와 같은 물체)에 응답하여 출력 신호가 변한다(대체적으로 크기가 작아짐).
소정의 터치 센서에서, 터치 센서가 터치와 노-터치 간의 차이를 나타내는 좁은 주파수 대역이 있다. 이 주파수 대역은 입력 신호를 전송하는데 이상적이지만 동일한 주파수 대역을 차지하는 잡음 소스도 있을 수 있다. 이러한 잡음 소스는 시간 변화 및/또는 주파수 변화가 있을 수 있고, TSP에서 터치 이벤트가 잘못 표시되도록 할 수 있다.
본 개시의 하나 이상의 예시적인 실시 예에 따르면, 입력 신호는 주파수의 광대역 (또는 광대역 내의 서브 대역)에 걸쳐 확산될 수 있고, 터치 이벤트는 입력 신호의 동일한 주파수 (또는 순시 주파수)의 출력 신호에서 검출될 수 있다. 본 개시의 하나 이상의 실시 예에 따르면, 하나 이상의 상태 머신(state machine)은 광대역 (또는 광대역 내의 서브 대역)을 통해 확산된 설정 또는 미리 결정된 주파수로 입력 신호를 TSP로 송신하도록 하나 이상의 송신기를 제어할 수 있고, 하나 이상의 상태 머신은 다른 주파수의 잡음을 필터링하면서 입력 신호와 동일한 설정 또는 미리 결정된 주파수 상의 터치 이벤트에 대한 출력 신호를 수신하도록 하나 이상의 수신기를 조정할 수 있다. 예를 들어, 수신기들은 TSP의 출력 라인들에 연결될 수 있고, 수신기들 각각은 터치 이벤트들을 검출하기 위해 출력 라인들의 각각에서 출력 신호를 필터링하기 위해 하나 이상의 필터들 (예를 들어, 대역 통과 필터들)을 포함할 수 있다. 상태 머신은 임의의 주어진 시간에 입력 신호의 동일하거나 순시 주파수에 따라 각각의 필터를 구성할 수 있다. 따라서 다른 주파수의 노이즈는 걸러지고, 터치 이벤트는 입력 신호의 동일 주파수 또는 순시 주파수에서 출력 신호가 감지될 수 있다.
따라서, 바람직하지 않은 잡음이 감소되거나 제거될 수 있어, 더욱 신뢰성 있는 TSP가 된다. 또한, 입력 신호가 광대역의 주파수에 걸쳐 확산되기 때문에, 전자기 방출도 감소될 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린 패널을 포함하는 표시 장치를 나타낸 도면이다. 도 2는 본 발명의 일부 실시 예에 따른 송수신 시스템을 도시하는 도면이고, 도 3은 본 발명의 일부 실시예에 따라 도 1 및 도 2에 도시된 터치 스크린 패널의 일례를 나타내는 도면이다.
도 1 내지 도 3을 참조하면, 터치 센서 시스템(100)은 타이밍 제어부(110), 스캔 구동부(120), 데이터 구동부(130) 및 활성 영역 (예를 들어, 표시 영역 또는 터치 영역)(AA)에 배열된 복수의 화소(Px)를 포함한다. 복수의 화소(Px) 각각은 스캔선들(SL1 내지 SLn)과 데이터선들(DL1 내지 DLj)이 교차하는 영역에서 스캔선들(SL1 내지 SLn)과 데이터선들(DL1 내지 DLj)과 각각 연결된다(여기서, n과 j는 양의 정수). 각 화소(Px)는 스캔 구동부(120)로부터 스캔선(SL1 내지 SLn) 각각을 통해 스캔 신호가 인가되면, 데이터 구동부(130)로부터 데이터선 (DL1 내지 DLj)을 통해 데이터 신호를 공급 받는다.
타이밍 제어부(110)는 외부 소스(예컨데, 타이밍 컨트롤러 외부)로부터 영상 신호(Image), 동기 신호(Sync) 및 클록 신호(CLK)를 수신한다. 타이밍 제어부(110)는 영상 데이터(DATA), 데이터 구동부 제어 신호(DCS) 및 스캔 구동부 제어 신호(SCS)를 생성한다. 동기 신호(Sync)는 수직 동기 신호(Vsync) 및 수평 동기 신호(Hsync)를 포함할 수 있다. 타이밍 제어부(110)는 영상 데이터(DATA) 및 데이터 구동부 제어 신호(DCS)를 데이터 구동부(130)로 전송하고, 스캔 구동부 제어 신호(SCS)를 스캔 구동부(120)에 전송한다.
터치 스크린 패널(TSP)은 활성 영역(AA)의 복수의 화소(Px)와 중첩되도록 배치될 수 있다. 터치 스크린 패널(TSP)은 활성 영역(AA)에서 사용자의 손이나 물체의 터치 포인트 (예를 들어, 터치 위치 또는 터치 이벤트)를 검출하고, 터치 포인트(TP)의 정보를 전기적 신호로 변환할 수 있다. 전기적 신호는 터치 스크린 패널(TSP)의 출력 신호로서 터치 스크린 패널(TSP)의 해당 출력 라인에 연결된 대응하는 수신기로 전송될 수 있다.
이와 관련하여, 터치 송수신기 (또는 터치 드라이버)(140)는 터치 스크린 패널(TSP)에 연결될 수 있다. 터치 송수신기(140)는 하나 이상의 송신기들(210), 하나 이상의 수신기들(220), 및 송신기들(210)과 수신기들(220)을 제어 및 구성하기 위한 하나 이상의 상태 머신들(280)을 포함할 수 있다. 본 개시의 하나 이상의 실시예에 따르면, 상태 머신들(280)은 터치 스크린 패널(TSP)에 광대역 주파수들 (또는 광대역 내의 서브 대역들)을 통해 입력 신호를 송신하도록 송신기(210)를 제어할 수 있으며, 수신기(220)를 조정하여 다른 주파수에서의 노이즈를 필터링하고 입력 신호의 동일 주파수에서 출력 신호를 수신할 수 있다. 따라서, 상태 머신들(280)은 하나 이상의 수신기(220)와 동기화된 하나 이상의 송신기(210)를 유지함으로써, 터치 이벤트가 광대역 주파수 (또는 서브 대역)에 걸쳐 대응하는 주파수에서 임의의 주어진 시간에 검출될 수 있다.
터치 스크린 패널(TSP)은 복수의 터치 센서를 포함 할 수 있다. 일부 실시 예에서, 예를 들어, 복수의 터치 센서는 복수의 제1 라인 (예를 들어, 제1 전극 또는 입력 라인) (X1 내지 Xm) 및 복수의 제1 라인(X1 내지 Xm)을 가로지르는 복수의 제2 라인(예를 들어, 제2 전극 또는 출력 라인)(Y1 내지 Yi)을 포함할 수 있다. 예를 들어, 복수의 제1 라인(X1 내지 Xm)은 행 방향으로 연장되고, 복수의 제2 라인(Y1 내지 Yi)은 열 방향으로 연장될 수 있다.
제1 라인 (X1 내지 Xm) 및 제2 라인 (Y1 내지 Yi)의 교차 영역 각각에는 상호 기생 커패시터(Cp)가 형성될 수 있다. 상호 기생 캐패시터(Cp)가 형성되는 교차 영역은 터치 이벤트를 인지할 수 있는 터치 센서(또는 센싱 셀)로 동작할 수 있다.
터치 송수신기(140)는 타이밍 제어부(110)의 제어에 의해 제1 라인 (X1 내지 Xm)에 입력 신호(SEN)를 공급할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 송신기(210)는 제1 라인(X1 내지 Xm)에 연결되어 입력 신호(SEN)를 제1 라인들(X1 내지 Xm)에 순차적으로 또는 동시에 (예를 들어, 일제히 또는 동일 시간에) 전송한다. 제1 라인(X1 내지 Xm)에 입력 신호(SEN)가 공급되는 실시 예에서, 각 터치 센서에서 생성된 상호 정전 용량은 대응하는 제2 라인(Y1 내지 Yi)에 출력 신호 (예를 들어, 감지 신호)를 생성한다. 따라서, 사용자의 손가락 또는 물체가 터치 스크린 패널(TSP)과 접촉하는 경우, 터치 포인트(TP)에서, 예를 들어 도 3의 터치 포인트(TP)에서, 상호 정전 용량 변화가 발생한다. 따라서, 제2 라인(Y1 내지 Yi) 중 대응하는 라인 (예를 들어, 도 3에 도시된 제2 출력 라인(Y2)) 상의 출력 신호(DET)도 변경되어 터치를 등록 (또는 인식)한다. 이와 관련하여, 하나 이상의 수신기(220)는 제2 라인(Y1 내지 Yi)에 연결되어 제 2 라인(Y1 내지 Yi)으로부터의 출력 신호(DET)를 수신 및 필터링할 수 있다.
본 발명의 실시 예는 다른 시스템에 비해 터치 이벤트를 감지하고 처리하기 위한 구성 요소가 더 적고 비교적 덜 복잡한 터치 센싱 시스템 및 방법을 제공할 수 있으며, 또한 단위 전력 당 비교적 높은 신호대 잡음비를 가질 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 셀을 도시한 도면이다. 도 4에서, 터치 셀 또는 센서(400)는 (예를 들어, 입력 라인 X1-Xm 중에서) 송신 노드 또는 입력 라인(TX) 및 (예를 들어, 출력 라인 Y1-Yi 중에서) 수신 노드 또는 출력 라인(RX)을 포함한다. 본 개시 및 청구항 전체에 걸쳐, "송신 노드" 및 "입력 라인"이라는 용어는 동의어로 사용될 수 있다. 유사하게, 본 명세서 및 청구 범위에서 "수신 노드" 및 "출력 라인"이라는 용어는 동의어로 사용될 수 있다.
터치 이벤트는 송신 노드(TX)와 수신 노드(RX) 사이의 상호 정전 용량(Cm)의 변화에 기초하여 검출될 수 있다. 도 4에 도시된 바와 같이, 입력 라인(TX) 및 출력 라인(RX)은 각각 고유의 저항(R_tx, R_rx)을 포함할 수 있다. 유사하게, 기생 정전 용량(C_tx, C_rx)은 송신 노드(TX)와 기준 노드(402) 사이 및 수신 노드(RX)와 기준 노드(402) 사이에 존재할 수 있다.
수신 노드(RX)에서의 전압은 제어 스위치(Φ1, Φ2)를 통해 연산 증폭기(406)의 제1 입력 단자 (예를 들어, 음의 입력 단자)(404)에 인가될 수 있다. 연산 증폭기(406)의 제2 입력 단자(408)는 저전압 (예를 들어, 접지)에 접속될 수 있다. 피드백 캐패시터(Cf)는 연산 증폭기(406)에 병렬로 연결될 수 있으며, 이는 C_tx 및 C_rx와는 대조적으로 전하가 피드백 커패티서(Cf) 상에 축적되도록 할 수 있다. 일부 예에서, 스위치(412)는 피드백 캐패시터(Cf)의 전극들 사이에 결합되어 피드백 캐패시터(Cf)의 전하의 저장 여부를 제어할 수 있다. 연산 증폭기(406)의 출력 단자(410)에서의 출력 전압(Vout)은 출력 전압(Vout) (및 상호 정전 용량(Cm))의 변화에 기초하여 터치 입력이 발생했는지 여부를 검출하기 위해 터치 드라이버(140)에 인가될 수 있다.
터치 입력을 검출하기 위해, 송신 노드(TX)와 수신 노드(RX) 사이의 미지의 상호 정전 용량(Cm)은 (예컨대, 송수신기 또는 터치 드라이버(140)에 의해) 알고 있는 전압으로 충전될 수 있다. 그 후, 상호 정전 용량(Cm)으로서 저장된 전하는 샘플링 커패시터(Cs)로 전달 및 축적되어 출력 신호의 값을 (예를 들어, 출력 단자(410)에서) 유지하거나 터치 드라이버(140)로 전달될 수 있다.
미지의 상호 정전 용량(Cm)을 알고 있는 전압으로 충전하고, 상호 정전 용량(Cm)에 저장된 전하를 샘플링 커패시터(Cs)로 전달 및 축적하는 동작은 여러 번 반복되거나 순환될 수 있다. 일부의 경우에, 샘플링 커패시터(Cs) 상의 전압이 기준 전압에 도달하면, 터치 센서 시스템(100)은 터치 이벤트가 발생했는지의 여부를 결정하기 위해 기준 전압에 도달하는 시간 및/또는 사이클 수를 정지시키고 측정할 수 있다. 다른 예들에서, 샘플링 커패시터(Cs) 상의 전압은 터치 이벤트가 발생했는지의 여부를 결정하기 위해 설정된 또는 미리 결정된 수의 사이클 후에 디지털화될 수 있다.
도 4에 따른 실시 예에서 송신 노드(TX)를 구동하기 위해 사용되는 전력은 아래의 수학식 1에 따라 계산될 수 있다.
Figure pat00001
여기서, Vdd는 송신 노드(TX)에 인가된 전압이고, Ctx는 송신 노드(TX)와 기준 노드(402) 사이의 정전 용량이며, Vpp는 구동 전압의 최대 변화 (예를 들어, 전송 전압이 -1V에서 1V 사이에서 변동하면 Vpp 는 2V임)이고, f는 송신 입력 신호의 주파수이고, Vout은 송수신기 또는 터치 드라이버(140)에 인가되는 출력 전압 (예를 들어, 입력으로서 수신 노드(RX)로부터의 전압을 수신하는 연산 증폭기(406)로부터의 출력)이고, Cf는 피드백 트랜지스터(Cf)의 정전 용량이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시 예에 따른 터치 셀을 도시한 도면이다. 도 5를 참조하면, 본 발명의 일부 예시적인 실시 예에 따르면, 터치 셀 또는 센서(500)는 (예를 들어, 입력 라인(X1-Xm) 중으로부터) 송신 노드 또는 입력 라인(TX) 및 (예를 들어, 출력 라인(Y1-Yi) 중으로부터) 수신 노드 또는 출력 라인(RX)을 포함한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 터치 이벤트는 송신 노드(TX)와 수신 노드(RX) 사이의 상호 정전 용량(Cm)의 변화에 기초하여 검출될 수 있다. 도 4에 도시된 실시 예와 같이, 입력 라인 및 출력 라인은 각각 고유의 저항(R_tx, R_rx)을 포함할 수 있다. 유사하게, 기생 정전 용량(C_tx, C_rx)은 송신 노드(TX)와 기준 노드(502) 사이 및 수신 노드(RX)와 기준 노드(502) 사이에 존재할 수 있다.
도 4에 도시된 실시 예와는 대조적으로, 연산 증폭기의 입력 단자에 전압을 인가하여 수신 노드(RX)에서 출력 전압을 증폭하는 대신에, 본 발명의 일부 실시 예들은 연산 증폭기(506)의 입력 단자(504)를 송신 노드(TX)에 연결하고 연산 증폭기(506)의 출력 단자(508)를 수신 노드(RX)에 연결한다.
알고 있는 전하량(Qin)은 (예를 들어, 터치 드라이버(140)에 의해 제어되는 전류 또는 전압원(510)에 의해) 송신 노드(TX)에 인가된다. 연산 증폭기(506) 및/또는 수신 노드(RX)의 출력 단자(508)에서의 전압(Vout)이 측정되고, 전압(Vout)의 변화에 기초하여 터치 이벤트가 검출될 수 있다. 전압(Vout)은 알고 있는 전하(Qin)를 상호 정전 용량(Cm)으로 나눈 비에 비례할 수 있다. 즉, 전압(Vout) (및/또는 수신 노드(RX)에서의 전압(VRX))은 Qin/Cm에 비례 (또는 동일)하다.
본 발명의 일부 실시 예에 따르면, 상호 정전 용량(Cm)을 직접 증폭시킴으로써, 도 5에 도시된 바와 같이, Vout 및/또는 VRX에서 큰 전압이 획득될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 예들은 수신 노드(RX) 및 정전 용량(CRX)에서 노이즈에 대한 상대적으로 낮은 감도를 제공할 수 있다. 일부 실시 예들에 따르면, 동일한 연산 증폭기(506)가 다수의 입력 라인들 및 출력 라인들에 접속되어 이용될 수 있지만, 일부 실시 예들에 따르면, 동시에 판독되는 각각의 송신 노드(TX) 및 수신 노드(RX) 조합은 서로 다른 연산 증폭기(506)를 이용할 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 실시 예와 대조적으로, 도 5에 도시된 실시 예에 따른 송신 노드(TX)를 구동하기 위한 전력은 아래의 수학식 2에 따라 계산될 수 있다.
Figure pat00002
동일한 출력 전압 및 주파수에 대한 송신 전력의 비는 아래의 수학식 3에 나타낸다.
Figure pat00003
일부 실시 예에서, 수학식 3의 상기 비율은 103 정도일 수 있다.
또한, 도 5에 도시된 실시 예는 다른 시스템, 예를 들어 도 4에 도시된 실시 예와 비교하여 잡음 (예를 들어, 송신 노드(TX), 수신 노드(RX), 증폭기 잡음, 열 잡음 등에 결합된 잡음)에 상대적으로 덜 민감할 수 있다. 예를 들어, 도 4 및 도 5에 도시된 실시 예에서, 디스플레이 노이즈 (예를 들어, 전압 Vn)와 같은 잡음 소스는 기생 정전 용량(Cn)를 통해 송신 노드(TX) 및 수신 노드(RX)에 연결될 수 있다.
도 4에 도시된 바와 같이, 출력 단자(410)에서의 잡음은 아래의 수학식 4에 따라 계산될 수 있다.
Figure pat00004
대조적으로, 도 5에 도시된 실시 예에서, 출력 단자(508)에서의 잡음은 아래의 수학식 5에 따라 계산될 수 있다.
Figure pat00005
연산 증폭기에 대한 입력-기준 전압 잡음 및 입력-기준 전류 잡음의 경우에, 도 4 및 도 5에 도시된 실시 예에서 연산 증폭기의 출력에 대한 각각의 잡음 소스에 대한 전달 함수는 아래의 표 1에 나타낸다.
Figure pat00006
또한, 센서 저항들 (예를 들어, RTX 및 RRX)은 시스템 출력에 잡음을 제공할 수 있다. 도 4 및 도 5의 실시 예에서 연산 증폭기의 출력에 대한 각각의 잡음 소스에 대한 전달 함수는 아래의 표 2에 나타낸다.
Figure pat00007
아래의 표 3은 (각각의 시스템에 대해 송신 노드(TX)에서 동일한 양의 전력이 소비된다고 가정할 때) 신호에 대한 각 잡음 소스의 신호 대 잡음비(SNR)를 나타낸다.
Figure pat00008
도 5의 실시 예는 송신 노드(TX) 결합, RTX 열 잡음 및 RRX 열 잡음에 대해 더 높은 신호대 잡음비(SNR)를 가질 수 있다. 대조적으로, 도 4의 실시 예는 연산 증폭기 잡음 소스에 대해 더 높은 신호대 잡음비(SNR)를 가질 수 있다. 많은 경우에, 디스플레이 잡음으로부터 오는 송신 노드(TX) 및 수신 노드(RX) 결합이 지배적인 잡음 소스이기 때문에, 도 5의 실시 예는 더 큰 전체 신호대 잡음비(SNR)를 가질 수 있다.
아래의 표 4는 도 4 및 도 5에 도시된 실시 예의 신호대 잡음비(SNR)를 비교한 시뮬레이션 결과를 나타낸다. 송신 노드(TX)는 동일한 양의 전력을 수신한다. 표 4에 나타낸 바와 같이, 도 5에 도시된 실시 예는 도 4에 도시된 실시 예와 비교하여 상대적으로 더 높은 SNR (예를 들어, 25dB 높음)을 가질 수 있다.
Figure pat00009
도 6은 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린 패널의 구동 방법의 흐름도이다. 그러나, 본 발명은 도 6에 도시된 방법의 순서 또는 동작 횟수에 제한되지 않는다. 본 발명의 다양한 실시 예들은 추가적인 또는 더 적은 동작들을 포함할 수 있으며, 동작들의 순서는 다양할 수 있다.
도 6을 참조하면, 방법이 시작되고, 600에서, 터치 스크린 패널의 입력 라인 또는 송신 노드는 연산 증폭기의 입력 전극에 연결된다. 602에서, 터치 스크린 패널의 출력 라인 또는 수신 노드는 연산 증폭기의 출력 전극에 연결된다. 그 후, 604에서, 알고 있는 입력 전하가 입력 라인 또는 송신 노드 및 연산 증폭기의 입력 전극에 인가된다. 606에서, 터치 이벤트는 (예를 들어, 송신 노드와 수신 노드 사이의 상호 정전 용량 및/또는 출력 전압의 변화에 기초하여) 연산 증폭기의 출력 전극으로부터의 출력 전압을 측정함으로써 검출될 수 있다.
따라서, 본 발명의 하나 이상의 실시 예들은 밀러 증폭(miller amplification)을 이용하여 입력 라인과 출력 라인 사이의 상호 정전 용량을 직접 증폭시킴으로써 터치 스크린 패널을 구동하도록 구성될 수 있다. 터치 셀의 송신 노드 또는 입력 라인은 연산 증폭기의 입력 전극에 연결되고, 터치 셀의 수신 노드 또는 출력 라인은 연산 증폭기의 출력 전극에 연결된다. 알고 있는 전하량이 터치 셀의 송신 노드 또는 입력 라인에 인가되고, 수신 노드 또는 출력 라인에서의 전압 VRX는 터치 셀의 송신 노드 또는 입력 라인에 인가되는 전하 Qin를 송신 노드 또는 입력 라인과 수신 노드 또는 출력 라인 사이의 상호 정전 용량 Cm으로 나눈 값에 비례한다. 즉, VRX는 Qin/Cm에 비례 (또는 동일)하다.
도면에서, 구성요소들, 층들 및 영역들의 상대적 크기는 명확화를 위해 과장되거나 및/또는 간략화될 수 있다. "밑에", "아래에", "낮게", "하에", "위에" "상에" 등과 같은 공간적으로 상대적인 용어는 설명의 용이함을 위해 하나의 요소 또는 특징 도면에 도시된 바와 같이 다른 요소(들) 또는 특징(들)과의 관계를 나타낼 수 있다. 이러한 공간적으로 관련된 용어는 도면에 도시된 방위에 추가하여, 사용 또는 작동시 장치의 상이한 방위를 포함하도록 의도된 것으로 이해 될 것이다. 예를 들어, 도면의 장치가 뒤집힌다면, 다른 요소 또는 특징의 "밑에" 또는 "아래에" 또는 "하에"로 기술된 요소는 다른 요소 또는 특징의 "위에"로 지향될 것이다. 따라서, "밑에" 및 "아래에"의 예시적인 용어는 위와 아래의 방향 모두를 포함할 수 있다. 장치는 다른 방향으로 지향될 수 있고 (예를 들어, 90도 또는 다른 방향으로 회전될 수 있음), 본 명세서에서 사용된 공간적으로 상대적인 기술 용어는 그에 따라 해석되어야 한다.
제 1", "제 2", "제 3"등의 용어는 본 명세서에서 다양한 요소, 구성 요소, 영역, 층 및/또는 섹션을 설명하기 위해 사용될 수 있지만, 이들 요소, 구성 요소, 영역, 층 및/또는 섹션은 이러한 용어로 제한되지 않아야 한다. 이들 용어는 하나의 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션을 다른 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션과 구별하기 위해서만 사용된다. 따라서, 이하에서 논의되는 제1 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션은 본 발명의 개념의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 제2 요소, 구성 요소, 영역, 층 또는 섹션으로 지칭될 수 있다.
요소 또는 층이 다른 요소 또는 층의 "위에", "연결된", "결합된" 또는 "인접한"으로 언급될 때, 하나 이상의 개재 요소 또는 층이 존재할 수 있다. 대조적으로, 요소 또는 층이 다른 요소 또는 층에 "직접적으로", "직접 연결된다", 또는 "바로 인접한"으로 언급 될 때, 개재하는 요소 또는 층은 존재하지 않는다.
본 명세서에서 사용되는 용어는 특정 실시 예만을 설명하기 위한 것이며, 본 개시 내용을 제한하고자 하는 것은 아니다. 본원에서 사용된 단수 형태 "하나" 및 "한"은 문맥에 달리 명시되지 않는 한 복수 형태를 포함하고자 한다. 본 명세서에서 사용되는 경우, "포함한다", "포함하는", "갖다", "갖는" 이라는 용어는 명시된 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성 요소를 포함하지만, 하나 이상의 다른 특징, 정수, 단계, 동작, 요소 및/또는 구성 요소의 존재 또는 추가를 배제하지 않는다. 본 명세서에 사용된 바와 같이, "및/또는"이라는 용어는 하나 이상의 관련 열거된 항목의 임의 및 모든 조합을 포함한다. "적어도 하나"와 같은 표현은 선행하는 요소의 목록에서 요소의 전체 목록을 수정하고 목록의 개별 요소를 수정하지 않는다.
본원에서 사용된 용어 "실질적으로", "약", "대략" 및 유사한 용어는 근사 용어로서 사용되며 정도의 용어로서 사용되지 않으며, 측정되거나 계산된 고유의 편차를 설명하기 위한 것으로 당업자에 의해 인식될 수 있는 값이다. 또한, 본 개시의 실시 형태를 설명할 때의 "할 수 있다"의 사용은 "본 개시의 하나 이상의 실시 형태"를 언급한다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "사용하는", "사용하다" 및 "사용되는"의 용어는 "활용하다", "활용하는"및 "활용되는"과 동의한 용어로 고려될 수 있다. 또한, "예시적인"이라는 용어는 예 또는 설명을 의미한다.
달리 정의되지 않는 한, 본 명세서에서 사용된 모든 용어 (기술 및 과학 용어 포함)는 본 명세서가 속하는 기술 분야의 당업자에 의해 일반적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 갖는다. 또한, 일반적으로 사용되는 사전에 정의된 용어와 같은 용어는 관련 기술 및/또는 본 명세서와 관련하여 그 의미와 일치하는 의미를 갖는 것으로 해석되어야 하며, 이상적이거나 지나치게 형식적인 의미로 해석되어서는 안 된다.
본원에 기술된 실시 예에 따른 전자 장치 또는 전기 장치 및/또는 임의의 다른 관련 장치 또는 구성 요소는 임의의 적합한 하드웨어, 펌웨어 (예를 들어, 주문형 집적 회로), 소프트웨어, 또는 소프트웨어, 펌웨어 및 하드웨어의 조합을 이용하여 구현될 수 있다. 예를 들어, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나의 집적 회로(IC) 칩 상에 또는 개별 IC 칩 상에 형성될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 가요성 인쇄 회로 필름, 테이프 캐리어 패키지(TCP), 인쇄 회로 기판 (PCB) 또는 하나의 기판 상에 구현될 수 있다. 또한, 이들 장치의 다양한 구성 요소는 하나 이상의 프로세서에서 실행되고, 하나 이상의 컴퓨팅 장치에서 실행되고, 컴퓨터 프로그램 명령을 실행하고, 여기에 설명된 다양한 기능을 수행하는 다른 시스템 구성 요소와 상호 작용하는 프로세스 또는 스레드(thread)일 수 있다. 컴퓨터 프로그램 명령은 예를 들어 랜덤 액세스 메모리(RAM)와 같은 표준 메모리 장치를 사용하는 컴퓨팅 장치에 구현될 수 있는 메모리에 저장된다. 컴퓨터 프로그램 명령은 또한 예를 들어 CD-ROM, 플래시 드라이브 등과 같은 일시적이지 않은 컴퓨터 판독 가능 매체에 저장될 수 있다. 또한, 당업자는 다양한 컴퓨팅 장치의 기능이 단일 컴퓨팅 장치에 결합되거나 통합될 수 있거나, 또는 특정 컴퓨팅 장치의 기능이 하나 이상의 다른 컴퓨팅 장치에 걸쳐 분산될 수 있음이 본 개시의 예시적인 실시 예의 정신 및 범위에 포함됨을 알 수 있을 것이다.
본 발명은 예시적인 실시 예를 참조하여 설명되었지만, 당업자는 모두 본 개시물의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 기술된 실시 예에 대한 다양한 변경 및 수정이 수행될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 또한, 다양한 기술 분야의 당업자는 여기에 설명된 본 개시가 다른 출원에 대한 다른 태스크 및 적응에 대한 해결책을 제안함을 인식할 것이다. 본 명세서의 청구 범위, 본 개시 내용의 모든 그러한 용도, 및 본원의 개시 내용을 위해 선택된 본 개시의 실시 예에 대해 행해질 수 있는 변경 및 수정이 모두 본 출원인의 의도이며, 이들 모두는 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않는다. 따라서, 본 개시의 예시적인 실시 예들은 모든 점에서 예시적인 것으로 제한적이지는 않으며, 본 개시의 사상 및 범위는 첨부된 청구 범위 및 그 등가물에 의해 정의된다.
100: 터치 센서 시스템
110: 타이밍 제어부
120：스캔 구동부
130：데이터 구동부
140：터치 송수신기
210: 송신기
220: 수신기
280: 상태 머신

Claims (10)

  1. 활성 영역에 영상을 표시하도록 구성된 표시 패널;
    상기 활성 영역에서 상기 표시 패널과 중첩하고, 입력 라인 및 출력 라인을 포함하는 터치 스크린 패널; 및
    상기 입력 라인에 연결된 입력 전극 및 상기 출력 라인에 연결된 출력 전극을 포함하는 연산 증폭기를 포함하고,
    상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서의 전압을 측정하여 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 교차점에서 터치 이벤트를 검출하도록 구성된 표시 장치.
  2. 제1 항에 있어서,
    상기 터치 이벤트는 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 간의 상호 정전 용량의 변화에 기초하여 검출되는 표시 장치.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 연결된 전류 소스를 더 포함하는 표시 장치.
  4. 제3 항에 있어서,
    상기 전류 소스는 상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 미리 정해진 전하를 인가하도록 구성된 표시 장치.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 연산 증폭기의 출력 전극에서의 상기 전압은 미리 정해진 입력 전하를 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 간의 상호 정전 용량으로 나눈 비율에 비례하는 표시 장치.
  6. 제5 항에 있어서,
    상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서 상기 전압의 변화에 응답하여 상기 터치 이벤트를 검출하도록 구성된 표시 장치.
  7. 제1 항에 있어서,
    상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 상호 정전 용량은 밀러 증폭을 이용하여 직접 증폭되는 표시 장치.
  8. 입력 라인 및 출력 라인을 포함하는 터치 스크린 패널;
    상기 입력 라인에 연결된 입력 전극 및 상기 출력 라인에 연결된 출력 전극을 포함하는 연산 증폭기; 및
    상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 연결되어 상기 입력 라인 및 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 미리 정해진 전하를 인가하는 전류 소스를 포함하고,
    상기 터치 스크린 패널은 상기 입력 라인과 상기 출력 라인 사이의 교차점에서 터치 이벤트를 검출하기 위하여 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에서의 전압을 측정하도록 구성된 시스템.
  9. 제8 항에 있어서,
    활성 영역에 영상을 표시하도록 구성된 표시 패널을 더 포함하는 시스템.
  10. 입력 전하를 입력 라인 및 연산 증폭기의 입력 전극에 인가하는 단계;
    상기 연산 증폭기의 출력 전극으로부터의 출력 전압을 측정하는 단계; 및
    상기 연산 증폭기의 출력 전극으로부터의 출력 전압의 변화에 기초하여 터치 이벤트를 검출하는 단계를 포함하고,
    상기 입력 라인은 상기 연산 증폭기의 상기 입력 전극에 연결되고, 출력 라인은 상기 연산 증폭기의 상기 출력 전극에 연결되는 터치 스크린 패널의 구동 방법.
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