WO2013168971A1 - 터치 검출 방법 및 터치 검출 장치 - Google Patents

터치 검출 방법 및 터치 검출 장치 Download PDF

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sensor pad
capacitance
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alternating voltage
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김동운
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크루셜텍 주식회사
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    • G06F2203/04104—Multi-touch detection in digitiser, i.e. details about the simultaneous detection of a plurality of touching locations, e.g. multiple fingers or pen and finger

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for detecting a touch, and more particularly, to a touch detection method and apparatus for reducing the use of an additional circuit by adjusting a driving capacitance.
  • the touch screen panel is an input device for inputting a user's command by touching with a human hand or other contact means based on the content displayed by the image display device.
  • the touch screen panel is provided on the front face of the image display device to convert a contact position directly contacted by a human hand or other contact means into an electrical signal. Accordingly, the instruction selected at the contact position is received as an input signal.
  • the capacitive touch panel converts a contact position into an electrical signal by detecting a change in capacitance that a conductive sensing pattern forms with other surrounding sensing patterns or ground electrodes when a human hand or an object comes in contact.
  • FIG. 1 is an exploded plan view of an example of a capacitive touch screen panel according to the related art.
  • the touch screen panel 1 may include a first sensor pattern layer 3, a first insulating layer layer 4, and a second sensor pattern layer sequentially formed on the transparent substrate 2 and the transparent substrate 2. 5) and the second insulating film layer 6 and the metal wiring 7.
  • the first sensor pattern layer 3 may be connected in the transverse direction on the transparent substrate 2, for example, may be formed in a regular pattern in which a plurality of diamond shapes are connected in a line.
  • the first sensor pattern layer 3 may be formed of a plurality of Y patterns formed such that the first sensor pattern layers 3 positioned in one row having the same Y coordinate are connected to each other. ).
  • the second sensor pattern layer 5 may be connected along the column direction on the first insulating layer 4, and may be formed in the same diamond shape as the first sensor pattern layer 3, for example.
  • the second sensor pattern layer 5 is connected to each other, and the second sensor pattern layer 5 located in one column having the same X coordinate is connected to each other, and the first sensor pattern layer 3 is not overlapped with the first sensor pattern layer 3. ) And alternately.
  • the second sensor pattern layer 5 is connected to the metal wires 7 in units of columns.
  • the first and second sensor pattern layers 3 and 5 may be made of a transparent conductive material such as indium tin oxide (ITO), and the first insulating layer 4 may be made of a transparent insulating material.
  • ITO indium tin oxide
  • One sensor pattern layer 3, 5 is electrically connected to the driving circuit through the metal wire 7, respectively.
  • the touch screen panel 1 since the touch screen panel 1 has to have an ITO pattern separately on each sensor pattern layer 3 and 5, and an insulating layer 4 between the sensor pattern layers 3 and 5, the thickness increases. .
  • the prior art requires metal wiring to maintain low resistance because the change in capacitance must be accumulated sufficiently within a predetermined time. This metal wiring thickens the bezel at the edges of the touch screen and creates an additional mask process.
  • An object of the present invention is to provide a touch detection method and apparatus that can reduce the use of additional circuits by adjusting the size of the driving capacitance, and can adjust the operating range of the analog-to-digital converter.
  • One embodiment of the present invention for achieving the above object is a sensor pad for outputting a signal according to the touch state in response to the alternating voltage in the floating state after the charge is charged;
  • a driving capacitance adjusting unit adjusting a driving capacitance formed between the alternating voltage applying unit applying the alternating voltage and the sensor pad;
  • a level shift detector for obtaining a touch signal based on a difference between a voltage variation in the sensor pad according to the alternating voltage when a touch is not generated and a voltage variation in the sensor pad according to the alternating voltage when a touch occurs.
  • the driving capacitance adjusting unit provides at least one of a plurality of driving capacitances to connect the sensor pad and the alternating voltage applying unit.
  • the driving capacitance adjusting unit includes a plurality of driving capacitances having a first end connected in parallel to the sensor pads, and a second of the driving capacitances not connected to the alternating voltage applying unit.
  • the stage may be connected to a node having the same voltage level as the sensor pad.
  • the driving capacitance adjusting unit may include a plurality of switches, and may switch the second stage of each driving capacitance to one of the alternating voltage applying unit and the node.
  • the controller may further include a controller configured to determine the driving capacitance based on whether the plurality of switches are on or off.
  • an input further includes a buffer connected to the sensor pad, and the node to which the driving capacitance is connected may be an output of the buffer.
  • the driving capacitance adjusting unit may adjust the driving capacitance for each sensor pad.
  • the charging device may further include charging means for supplying a charging signal to the sensor pad to accumulate charge in the touch capacitance.
  • another embodiment of the present invention includes the steps of: a) charging and floating a sensor pad forming a touch capacitance between the touch input tool; b) determining a driving capacitance located between the sensor pad and the alternating voltage applying unit; c) applying an alternating voltage alternately at a predetermined frequency to the sensor pad; And d) acquiring a touch signal based on a difference in voltage variation in the sensor pad due to the alternating voltage before and after a touch occurs.
  • step b) at least one first end of the plurality of drive capacitances is connected to the sensor pad by using a plurality of drive capacitances and a plurality of switches, and the second stage. May be connected to the alternating voltage applying unit.
  • the step b) further includes the step of connecting the driving capacitance whose second stage is not connected to the alternating voltage applying unit to a node having the same voltage level as the sensor pad. can do.
  • the operating range of the optimized analog-to-digital converter can be adjusted according to the value of the parasitic capacitance by adjusting the magnitude of the driving capacitance, and because it does not require a separate digital-analog converter, It can be reduced and there is no need for additional circuitry.
  • FIG. 1 is an exploded plan view of an example of a capacitive touch screen panel according to the related art.
  • FIG. 2 is an exploded plan view of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a touch detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a result of variation of an input voltage of an analog-to-digital converter (ADC) according to values of parasitic capacitance, touch capacitance, and driving capacitance.
  • ADC analog-to-digital converter
  • FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a touch detection apparatus in which a level shift detector includes an amplifier, according to an exemplary embodiment.
  • FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a touch detection device in which a level shift detector includes a differential amplifier, according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 9 illustrates a structure of a memory unit in which information about a sensor pad is stored according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a touch detection method according to an embodiment of the present invention.
  • any part of the specification is to “include” any component, this means that it may further include other components, except to exclude other components unless otherwise stated.
  • the terms “... unit”, “module”, etc. described in the specification mean a unit for processing at least one function or operation, which may be implemented in hardware or software or a combination of hardware and software. .
  • FIG. 2 is an exploded plan view of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 3 is a block diagram illustrating a configuration of a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • Vo is the voltage variation in the sensor pad 110
  • VdrvH is the high level voltage of the alternating voltage (Vdrv)
  • VdrvL is the low level voltage of the alternating voltage
  • Cdrv is the driving capacitance
  • Cp is the parasitic capacitance
  • Ct Is the touch capacitance.
  • the value varies depending on the size of Cdrv.
  • the effect of changing the upper limit of the ADC input range also depends on the size of Cdrv.
  • the size of Cdrv affects the range of the input range of the ADC, which means that the range of the optimized ADC's input range changes according to the value of Cp.
  • the technique of optimizing the reference voltage of the ADC for each of the multi-channels can act as a factor to limit the operation speed of the ADC according to the response speed of the circuit providing the reference voltage.
  • Digital to Analog Converter is a costly method.
  • the present invention is to solve the problems described above, hereinafter with reference to Figures 2 and 3 will be described in detail with respect to the touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the touch detection apparatus includes a touch panel 100, a driving device 200, and a circuit board 20 connecting the two.
  • the touch panel 100 includes a plurality of sensor pads 110 formed on the substrate 15 and a plurality of signal wires 120 connected to the sensor pads 110.
  • the substrate 15 may be made of glass or plastic film made of a transparent material.
  • the plurality of sensor pads 110 may be rectangular or rhombic, but may be different from each other, or may be polygonal in a uniform shape.
  • the sensor pads 110 may be arranged in a matrix form of adjacent polygons.
  • Each signal wire 120 has one end connected to the sensor pad 110 and the other end extending to the bottom edge of the substrate 15.
  • the line width of the signal wire 120 may be formed to be very narrow, ranging from several micrometers to several tens of micrometers.
  • the sensor pad 110 and the signal wire 120 may be formed of indium-tin-oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), indium-zinc-oxide (IZO), carbon nanotube (CNT), and graphene. It may be made of a transparent conductive material. However, in another example, the sensor pad 110 may be formed of metal.
  • the sensor pad 110 and the signal wiring 120 are simultaneously formed by, for example, laminating an ITO film on a substrate 15 by sputtering or the like and then patterning the same using an etching method such as photolithography. can do.
  • the substrate 15 may be a transparent film.
  • the sensor pad 110 and the signal wire 120 may be directly patterned on the cover glass 10.
  • the substrate 15 may be omitted.
  • the sensor pad 110 forms a touch capacitance Ct between a touch input tool such as a finger or a conductor as an electrode patterned on a substrate to detect a touch input.
  • the sensor pad 110 outputs a signal corresponding to the touch state in response to the alternating voltage in the floating state after the charge is charged.
  • the sensor pad 210 outputs a different level shift value when the touch input tool is touched or not touched in response to an alternating voltage Vdrv that alternates at a predetermined frequency.
  • the driving device 200 for driving the touch panel 100 may be formed on a circuit board 20 such as a printed circuit board or a flexible circuit film, but is not limited thereto. It can also be directly mounted on some.
  • the driving device 200 may include a touch detector 210, a touch information processor 220, a memory 230, a controller 240, and the like, and may be implemented as one or more integrated circuit (IC) chips.
  • the detector 210, the touch information processor 220, the memory 230, and the controller 240 may be separated from each other, or two or more components may be integrated and implemented.
  • the touch detector 210 may include a plurality of switches and a plurality of capacitors connected to the sensor pad 110 and the signal wire 120, and drive circuits for touch detection by receiving a signal from the controller 240. The voltage corresponding to the detection result is output.
  • the touch detector 210 may include an amplifier and an analog-to-digital converter, and may convert, amplify, or digitize the difference in the voltage change of the sensor pad 110 into the memory 230.
  • the touch information processor 220 processes the digital voltage stored in the memory 230 to generate necessary information such as whether or not it is touched, a touch area, and touch coordinates.
  • the controller 240 may control the touch detector 210 and the touch information processor 220, may include a micro control unit (MCU), and perform predetermined signal processing through firmware.
  • MCU micro control unit
  • the memory 240 stores the digital voltage based on the difference in the voltage change detected by the touch detector 210 and predetermined data used for touch detection, area calculation, and touch coordinate calculation or data received in real time.
  • the touch detection apparatus may further include charging means (not shown).
  • the charging means is connected to the output terminal of the sensor pad 110 to supply a charging signal Vb.
  • the charging means may be a three-terminal switching element that performs a switching operation according to a control signal supplied to the on / off control terminal, or may be a linear element such as an OP-AMP that supplies a signal according to the control signal.
  • a touch capacitance Ct, a parasitic capacitance Cp, and a driving capacitance Cdrv are connected to the output terminal of the charging means, and a predetermined voltage is applied to the input terminal while the charging means is turned on. When applied, Ct, Cdrv, Cp and the like are charged. After that, when the charging means is turned off, the signals charged in the Ct, Cdrv, etc.
  • the input terminal of the level shift detection unit 216 which will be described later has a high impedance, but the touch input is observed while discharging the signal charged in Cdrv or the like, or the charging signal is used by other means. Is isolated or the impedance of the input terminal of the level shift detection unit 216 may be low when rapid observation is possible at the start of discharge.
  • the above-mentioned charging means is turned on and the charges charged in the sensor pad 110 are isolated by turning off the charging means.
  • This isolated state is called a floating state.
  • the charge of the isolated charge signal between the charging means and the level shift detector 216 is changed by the alternating signal applied to the outside.
  • the voltage level is different when a touch occurs and when a touch does not occur. This level difference before and after the touch is called a level shift.
  • the touch detector 210 further includes a driving capacitance adjusting unit 212, an alternating voltage applying unit 214, and a level shift detector 216.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 adjusts the driving capacitance Cdrv formed between the sensor pads 110.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 may select at least one of the plurality of driving capacitances to connect the sensor pad 110 and the alternate voltage applying unit 214 to be described later.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 may include a plurality of driving capacitances in which the first stage is connected to the sensor pad 110 in parallel, and the second stage of the driving capacitance not connected to the alternating voltage applying unit 214. May be connected to a node having the same voltage level as the sensor pad 110.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 may include a plurality of switches, and may switch the second stage of each driving capacitance to one of the alternate voltage applying unit 214 and the node.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 may further include a controller (not shown) that determines the driving capacitance Cdrv based on whether the plurality of switches are on or off.
  • the control unit may control on or off of the switches included in the driving capacitance adjusting unit 212, respectively, through which the driving capacitance adjusting unit 212 may adjust the driving capacitance Cdrv. In this regard will be described later with reference to FIG.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 may further include a buffer whose input is connected to the sensor pad 110. At this time, the output of the buffer is a node to which the driving capacitance is connected.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 may adjust the driving capacitance for each sensor pad 110.
  • the alternating voltage applying unit 214 applies an alternating voltage. Specifically, the alternating voltage applying unit 214 applies an alternating voltage alternated at a predetermined frequency to the output terminal of the sensor pad 110 to change the potential at the sensor pad 110.
  • the alternating voltage applying unit 214 may generate a clock signal having the same duty ratio, but may generate an alternating voltage having a different duty ratio.
  • the alternate voltage applying unit 214 may include a common electrode (not shown).
  • the common electrode refers to an electrode to which a common voltage is applied in the display device or an electrode commonly serving in the display device.
  • a common voltage is required to drive the liquid crystal.
  • an alternating voltage alternated with a predetermined frequency is used as a common voltage to reduce current consumption, and a large LCD uses a DC voltage as a common voltage.
  • the level shift detector 216 detects a level shift generated by the alternating voltage Vdrv in the floating state.
  • the level shift detector 216 may detect whether a level shift has occurred by measuring a voltage variation in the sensor pad 110 when no touch occurs and a voltage variation in the sensor pad 110 when a touch occurs. That is, the potential of the sensor pad 110 is raised or lowered by the applied alternating voltage Vdrv.
  • the voltage level variation when the touch occurs has a value smaller than the voltage level variation when the touch does not occur. Therefore, the level shift detector 216 detects the level shift by comparing the voltage levels before and after the touch.
  • the level shift detector 216 may obtain a touch signal based on a difference in voltage variation in the sensor pad 110 according to the alternating voltage Vdrv before and after the touch occurs.
  • the level shift detector 216 may be configured by a combination of various elements or circuits.
  • the level shift detector 216 may include an amplifier for amplifying a signal at the output terminal of the sensor pad 110, an analog to digital converter (ADC), a voltage to frequency converter (VFC), a flip-flop, It may be configured by combining at least one of a latch, a buffer, a transistor (TR), a thin film transistor (TFT), a comparator, and the like.
  • the level shift detector 216 includes an analog-to-digital converter ADC, and the input potential of the analog-to-digital converter ADC may be determined as the driving capacitance Cdrv is adjusted by the driving capacitance adjusting unit 212.
  • FIG. 4 is a circuit diagram illustrating a touch detection apparatus according to an embodiment of the present invention.
  • the touch detection apparatus includes a sensor pad 110, a touch capacitance Ct, a parasitic capacitance Cp, a driving capacitance adjusting unit 212, a transistor Q, and a voltage follower. And ADC.
  • the sensor pads 110 are polygonal in independent states, respectively, and a plurality of sensor pads 110 are disposed over the entire touch screen. Therefore, when the touch area of each sensor pad is calculated, the touch coordinates may be calculated on the touch screen.
  • the touch capacitance Ct refers to a capacitance formed between the sensor pad 110 and a touch input tool such as a user's finger when the user touches the sensor pad 110.
  • the parasitic capacitance Cp refers to capacitance accompanying the sensor pad 110 and is a kind of parasitic capacitance formed by the sensor pad 110, signal wiring, and a display device.
  • the parasitic capacitance Cp may include any parasitic capacitance generated by the level shift detector 216, the touch panel, and the image display device.
  • the common voltage capacitance Cvcom is a capacitance formed between the common electrode (not shown) of the display device and the touch panel when the touch panel is mounted on a display device such as an LCD.
  • a common voltage Vcom such as a square wave is applied to the common electrode by the display device.
  • the common voltage capacitance (Cvcom) may also be included in the parasitic capacitance (Cp) as a kind of parasitic capacitance, and the common voltage capacitance (Cvcom) is a parasitic capacitance ( It demonstrates as included in Cp).
  • the driving capacitance Cdrv is a capacitance formed in a path for supplying an alternating voltage Vdrv alternately at a predetermined frequency for each sensor pad 110.
  • the alternating voltage Vdrv applied to the driving capacitance Cdrv is preferably a square wave signal.
  • the alternate voltage Vdrv may be a clock signal having the same duty ratio, but different duty ratios.
  • the alternating voltage Vdrv may be provided by a separate alternating voltage generating means, or may use the common voltage Vcom.
  • the transistor Q is a field effect transistor, for example, a control signal Vg may be applied to a gate, a charging signal Vb may be applied to a source, and a drain may be applied. ) May be connected to a signal wire (not shown). Of course, the source may be connected to the signal line and the charging signal Vb may be applied to the drain. In another embodiment of the present invention, other switchable elements other than transistor Q may be used.
  • Voltage follower outputs the same signal as the output signal, the input terminal has a high impedance (Hi-z) characteristics.
  • the voltage follower can function as a buffer.
  • the charging signal Vb and the control signal Vg are applied to the source and the gate of the transistor Q, respectively.
  • the touch input tool is not touched on the sensor pad 110.
  • the charge signal Vb rises to 5V
  • the control signal Vg applied to the gate of the transistor Q rises from a low voltage to a high voltage
  • the sensor pad 110 is turned to 5V as the transistor Q is turned on.
  • the charging signal Vb is charged, and the output voltage Vo becomes the charging voltage Vb.
  • the charge is also charged by the charging voltage Vb to the driving capacitance Cdrv, the touch capacitance Ct, and the parasitic capacitance Cp.
  • the alternating voltage Vdrv does not affect the output voltage Vo.
  • Equation 2 The voltage variation ⁇ Vo at the sensor pad 110 due to the driving capacitance Cdrv and the parasitic capacitance Cp when the touch is not generated in the sensor pad 110 is represented by Equation 2 below.
  • Vo is the voltage variation in the sensor pad 110
  • VdrvH is the high level voltage of the alternating voltage
  • VdrvL is the low level voltage of the alternating voltage
  • Cdrv is the driving capacitance
  • Cp is the parasitic capacitance
  • Ct is the touch Capacitance.
  • the operating range of the input voltage can be optimized by adjusting the reference voltage of the ADC.
  • the reference voltage of the ADC is a reference voltage for setting the range of the voltage to be converted by the ADC. For example, if the reference voltage is 10V and the ADC has 4 bits of resolution, the input voltage may be converted in 1.25V units corresponding to 1.25V per 1 bit.
  • the ADC includes a REFP terminal corresponding to a high reference and a REFN terminal corresponding to a low reference, and changes an input dynamic range, which is a range in which an input voltage can be operated by changing a signal supplied to REFP and REFN. You can. If the input signal of the ADC is out of the range between REFN and REFP, the result of the ADC will saturate and appear as noise, so be careful not to allow the range of possible variation of the input signal to exceed the range of REFP and REFN. You should pay attention.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 includes four driving capacitances Cdrv1, Cdrv2, Cdrv3, and Cdrv4 and four switches S1, S2, S3, and S4. Let's do it.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 may include a plurality of driving capacitances Cdrv having a first end connected in parallel to the sensor pad 110, and a plurality of switches may be connected in series with each driving capacitance.
  • the second end of the driving capacitance not connected to the alternating voltage applying unit 214 may be connected to a node having the same voltage level as the sensor pad 110.
  • the driving capacitance adjusting unit 212 may switch the second stage of each driving capacitance to one of the alternating voltage applying unit 214 and the node by using a plurality of switches.
  • the driving capacitance Cdrv When driving the alternating voltage Vdrv applied by the alternating voltage applying unit 214 by controlling the first switch S1 to the fourth switch S4 on or off in the circuit of the driving capacitance adjusting unit 212.
  • the value of the driving capacitance Cdrv can be selected.
  • the value of the driving capacitance Cdrv can be adjusted by the combination of each switch.
  • the floating capacitance may be among the plurality of floating capacitances.
  • the possible charge causes a charge sharing effect on the circuit through the switch, which may cause unwanted voltage fluctuations to act as noise.
  • FIG. 5 is a circuit diagram illustrating a touch detection apparatus according to another embodiment of the present invention.
  • the drive capacitance adjusting unit 212 of FIG. 5 is another embodiment of another type of circuit for varying the drive capacitance.
  • the circuit in Fig. 5 is never floated because a plurality of drive capacitances are always connected to one of the input terminals of Vdrv or ADC.
  • the circuit of FIG. 5 has the same effect as participating in kick-back from the beginning when the switch is changed, even if the drive capacitance does not participate in kick-back at the falling edge of Vdrv. This is because the input potential of the ADC is fed back to the driving capacitance connected to the switch, so that the initial charge of the driving capacitance can be maintained at zero. Therefore, there is an advantage of not having to perform a precharge every time the switch is changed.
  • the following steps may be performed to adjust the driving capacitance through the driving capacitance adjusting unit 212 including the circuit as shown in FIGS. 4 to 5.
  • the output value of ADC is obtained by changing the size of Cdrv in order from the smallest value to the largest value.
  • the REFN and REFP terminals are placed at the GND and VCC potentials, respectively.
  • FIG. 6 is a graph illustrating a result of variation of an input voltage of an analog-to-digital converter (ADC) according to values of parasitic capacitance, touch capacitance, and driving capacitance.
  • ADC analog-to-digital converter
  • 6A is a graph illustrating a case where the value of the parasitic capacitance Cp is relatively small.
  • the graph shows a result of simulating how the input voltage of the ADC fluctuates according to the value of Ct while changing the size of Cdrv by twice. Since the value of Cp is small, it can be seen that the swing width of the input signal of the ADC is large when the value of Ct changes.
  • 6B is a graph illustrating a case where the value of the parasitic capacitance Cp is relatively large.
  • the graph shows a result of simulating how the input voltage of the ADC fluctuates according to the value of Ct while changing the size of Cdrv by twice. Because the value of Cp is large, it can be seen that even if the value of Ct changes, no significant change occurs in the input value of the ADC.
  • the bottommost curve is the largest Cdrv, and the variation range for the input of the ADC is largest according to the variation of Ct.
  • most of the input range of the ADC corresponds to the non-operating region of the kick-back, it is difficult to properly exhibit the performance of the ADC. In this case, it is necessary to adjust the REFP and REFN to optimize the ADC's operation.
  • FIG. 7 is a circuit diagram illustrating a touch detection apparatus in which a level shift detector includes an amplifier, according to an exemplary embodiment.
  • the level shift detector 216 includes an amplifier having an input terminal connected to the sensor pad 110. Since the input terminal of the amplifier 18 is high impedance, the signal at the output terminal of the sensor pad 110 can be stably isolated. In FIG. 7, the voltage Vo is changed by the driving capacitance Cdrv and the touch capacitance Ct as in FIG. 5, but the amplifier 18 is used as a means for detecting the level shift. Since the amplifier 18 amplifies the signal at the output terminal of the sensor pad 110, when the magnitude of the level shift due to the touch generation passes through the amplifier 18, the amplifier 18 is amplified and output so that the touch signal can be more stably obtained.
  • FIG. 8 is a circuit diagram illustrating a touch detection device in which a level shift detector includes a differential amplifier, according to an embodiment of the present invention.
  • the differential amplifier 18a differentially amplifies the signal at the output terminal of the sensor pad 110 in accordance with the inverted or non-inverted differential input voltage Vdif.
  • Vdif may be a signal corresponding to the charging signal Vb or a signal at the output terminal of the sensor pad 110 when no touch occurs.
  • the differential amplifier 18a amplifies and outputs only the level shift value at the time of touch generation, thereby obtaining a cleaner and more stable touch signal. .
  • FIG 9 illustrates a structure of a memory unit in which information about a sensor pad 110 is stored according to an embodiment of the present invention.
  • the memory unit may be configured as a table having m rows and n columns.
  • the memory unit stores information about a signal at the output terminal of the sensor pad 110 when a touch does not occur for each sensor pad 110 or for each group of sensor pads (for example, the same row or the same column). do.
  • the M1-1 address may store an output value of the sensor pad 110 at the upper left when no touch occurs, for example, a voltage variation (or an output value of the ADC after digitizing the voltage variation). Can be.
  • the memory unit may store a voltage variation when no touch occurs or a touch occurs for each sensor pad 110.
  • the parasitic capacitance Cp and the driving capacitance Cdrv may be different for each sensor pad 110. This is because it is impossible to design the position of the sensor pad 110, the wiring length, and other external factors in the same manner for all the sensor pads 110.
  • the sensor pad 110 may be stored and managed for each sensor pad 110 by storing information on a signal (for example, voltage) at an output terminal when no touch occurs in the memory unit. The touch can be detected effectively even when the characteristics of the?
  • a signal for example, voltage
  • FIG. 10 is a flowchart illustrating a touch detection method according to an embodiment of the present invention.
  • the touch detection apparatus drives the touch pad 110.
  • the charging signal Vb is applied to the output terminal of the touch pad 110 to charge the capacitance connected to the touch pad 110 such as Cdrv and then float.
  • the touch detection apparatus determines a driving capacitance located between the sensor pad 110 and the alternating voltage applying unit.
  • the touch detection apparatus may connect at least one first end of the plurality of drive capacitances with the sensor pad 110 using a plurality of drive capacitances and a plurality of switches, and connect the second end with an alternating voltage applying unit. have.
  • the touch detection apparatus may connect a driving capacitance whose second terminal is not connected to the alternating voltage applying unit to a node having the same voltage level as that of the sensor pad 110. Thereafter, the touch detection apparatus applies an alternating voltage Vdrv alternately at a predetermined frequency to the sensor pad 110.
  • the touch detection apparatus measures the voltage variation.
  • the touch detection apparatus may measure the difference in voltage variation before and after the touch by measuring the voltage variation in the sensor pad 110 when no touch occurs and the voltage variation in the sensor pad 110 when the touch occurs.
  • step S940 the touch detection apparatus obtains the touch capacitance Ct based on the difference in voltage variation.
  • the touch detection apparatus calculates a touch area using the acquired touch capacitance Ct. Also, the touch detection apparatus calculates touch coordinates using the touch area calculated by each sensor pad.
  • the image display method as described above can also be embodied as computer readable codes on a computer readable recording medium.
  • Computer-readable recording media include all kinds of recording media on which data that can be read by a computer system is stored. Examples of computer-readable recording media include ROM, RAM, CD-ROM, magnetic tape, floppy disks, optical data storage devices, and the like.
  • the computer readable recording medium can also be distributed over network coupled computer systems so that the computer readable code is stored and executed in a distributed fashion.
  • functional programs, codes, and code segments for implementing the disk management method can be easily inferred by programmers in the art to which the present invention belongs.

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Abstract

본 발명은 터치 검출 방법 및 터치 검출 장치에 관한 것이다. 본 발명의 일실시예와 관련하여 터치 검출 장치는 전하가 충전된 후 플로팅 상태에서 교번 전압에 응답하여 터치 상태에 따른 신호를 출력하는 센서패드; 상기 교번 전압을 인가하는 교번 전압 인가부와 상기 센서패드와의 사이에서 형성되는 구동정전용량을 조정하는 구동정전용량 조정부; 및 터치 미발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서패드에서의 전압변동분 및 터치 발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서패드에서의 전압변동분의 차이에 기초하여 터치 신호를 획득하는 레벨 시프트 검출부를 포함하며, 상기 구동정전 용량 조정부는 복수개의 구동정전용량 중 적어도 하나를 선택하여 상기 센서패드와 상기 교번 전압 인가부를 연결시킬 수 있다.

Description

터치 검출 방법 및 터치 검출 장치
본 발명은 터치를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 구동정전용량을 조정하여 부가 회로의 사용을 줄이는 터치 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은 영상 표시 장치에 의해 표시된 내용에 기초하여 사람의 손 또는 다른 접촉수단으로 터치하여 사용자의 명령을 입력할 수 있도록 한 입력 장치이다.
이를 위하여 터치 스크린 패널은 영상 표시 장치의 전면(front face)에 구비되어 사람의 손 또는 다른 접촉 수단으로 직접 접촉된 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다. 이에 따라 접촉 위치에서 선택된 지시 내용이 입력 신호로 받아들여진다.
터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전 용량 방식 등이 알려져 있다. 이 중 정전 용량 방식의 터치 패널은 사람의 손 또는 물체가 접촉될 때 도전성 감지 패턴이 주변의 다른 감지 패턴 또는 접지 전극 등과 형성하는 정전 용량의 변화를 감지함으로써 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 1을 참고하면, 터치 스크린 패널(1)은 투명 기판(2)과 투명 기판(2) 위에 차례로 형성된 제1 센서 패턴층(3), 제1 절연막층(4), 제2 센서 패턴층(5) 및 제2 절연막층(6)과 금속 배선(7)으로 이루어진다.
제1 센서 패턴층(3)은 투명 기판(2) 위에 횡방향을 따라 연결될 수 있으며, 예를 들어 복수의 다이아몬드 모양이 일렬로 연결된 규칙적인 패턴으로 형성될 수 있다. 이와 같은 제1 센서 패턴층(3)은 Y 좌표가 동일한 하나의 행에 위치하는 제1 센서 패턴층(3)끼리 서로 연결되도록 형성된 복수의 Y 패턴으로 이루어질 수 있으며, 행 단위로 금속 배선(7)과 연결된다.
제2 센서 패턴층(5)은 제1 절연막층(4) 위에 열방향을 따라 연결될 수 있으며, 예를 들어 제1 센서 패턴층(3)과 동일한 다이아몬드 모양으로 형성될 수 있다. 제2 센서 패턴층(5)은 X 좌표가 동일한 하나의 열에 위치하는 제2 센서 패턴층(5)끼리 서로 연결되며, 제1 센서 패턴층(3)과 중첩되지 않도록 제1 센서 패턴층(3)과 교호로 배치된다. 또한 제2 센서 패턴층(5)은 열 단위로 금속 배선(7)과 연결된다.
제1 및 제2 센서 패턴층(3, 5)은 인듐-틴 옥사이드(ITO)와 같은 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있고, 제1 절연막층(4)은 투명한 절연 물질로 이루어질 수 있다.
하나의 센서 패턴층(3, 5)은 각각 금속 배선(7)을 통해 구동회로와 전기적으로 연결된다.
터치 스크린 패널(1)에 사람의 손가락이나 접촉 수단이 접촉되면 제1 및 제2 센서 패턴층(3, 5) 및 금속 배선(7)을 통하여 구동 회로 측으로 접촉 위치에 따른 정전 용량의 변화가 전달된다. 그리고 이렇게 전달된 정전 용량의 변화가 X 및 Y 입력 처리 회로 등에 의하여 전기적 신호로 변환됨에 따라 접촉 위치가 파악된다.
그러나 이러한 터치 스크린 패널(1)은 각 센서 패턴층(3, 5)에 ITO 패턴을 별도로 구비하여야 하고, 센서 패턴층(3, 5) 사이에 절연막층(4)을 구비하여야 하므로 두께가 증가한다.
또한 종래 기술은 터치에 의해 미세하게 발생하는 정전 용량의 변화를 수차례 축적하여야 터치 검출이 가능하기 때문에 높은 주파수로 정전 용량 변화를 감지하여야 하므로 이를 위해서 복잡한 연산 및 통계 처리 과정이 요구된다.
그리고 종래 기술은 정전 용량의 변화를 정해진 시간 내에 충분히 축적해야 하기 때문에 낮은 저항을 유지하기 위하여 금속 배선을 필요로 한다. 이러한 금속 배선은 터치 스크린의 테두리에 베젤을 두껍게 하고 추가의 마스크 공정을 발생시킨다.
본 발명의 목적은 구동정전용량의 크기를 조정하여 부가 회로의 사용을 줄이고, 아날로그 디지털 변환기의 동작 범위를 조절할 수 있는 터치 검출 방법 및 장치를 제공하는데 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 일실시예는 전하가 충전된 후 플로팅 상태에서 교번 전압에 응답하여 터치 상태에 따른 신호를 출력하는 센서패드; 상기 교번 전압을 인가하는 교번 전압 인가부와 상기 센서패드와의 사이에서 형성되는 구동정전용량을 조정하는 구동정전용량 조정부; 및 터치 미발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서패드에서의 전압변동분 및 터치 발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서패드에서의 전압변동분의 차이에 기초하여 터치 신호를 획득하는 레벨 시프트 검출부를 포함하며, 상기 구동정전 용량 조정부는 복수개의 구동정전용량 중 적어도 하나를 선택하여 상기 센서 패드와 상기 교번 전압 인가부를 연결시키는 정전식 터치 검출 장치를 제공한다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 구동정전용량 조정부는 제1단이 상기 센서패드에 병렬로 연결된 복수 개의 구동정전용량을 포함하며, 상기 교번 전압 인가부와 연결되지 않은 구동정전용량의 제2단은 상기 센서패드와 동일 전압 레벨을 갖는 노드에 연결될 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 구동정전용량 조정부는 복수 개의 스위치를 포함하며, 각 구동정전용량의 제2 단을 상기 교번 전압 인가부와 상기 노드 중 하나에 스위칭 시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 복수 개의 스위치의 온 또는 오프인지 여부에 기초하여 상기 구동정전용량을 결정하는 제어부를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 입력이 상기 센서 패드와 연결된 버퍼를 더 포함하고, 상기 구동정전용량이 연결되는 상기 노드는 상기 버퍼의 출력일 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 구동정전용량 조정부는, 센서패드 별로 상기 구동정전용량을 각각 조정할 수 있다.
본 발명의 일실시예에 따르면, 상기 센서패드에 충전신호를 공급하여 터치정전용량에 전하를 축적하기 위한 충전 수단을 더 포함할 수 있다.
상기 목적을 달성하기 위해 본 발명의 다른 실시예는 a) 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량을 형성하는 센서패드를 충전시킨 후 플로팅 시키는 단계; b) 상기 센서 패드와 교번 전압 인가부 사이에 위치한 구동정전용량을 결정하는 단계; c) 상기 센서패드에 소정의 주파수로 교번하는 교번 전압을 인가하는 단계; 및 d) 터치 발생 전후에 상기 교번 전압에 의한 상기 센서패드에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치 신호를 획득하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법을 제공한다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 b) 단계는, 복수 개의 구동정전용량 및 복수 개의 스위치를 이용하여 복수개의 구동정전용량 중 적어도 하나의 제1단을 상기 센서패드와 연결시키고, 제2단을 상기 교번 전압 인가부와 연결시키는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 다른 실시예에 따르면, 상기 b) 단계는, 상기 제2단이 상기 교번 전압 인가부와 연결되지 않은 구동정전용량을 상기 센서패드와 동일 전압 레벨을 갖는 노드에 연결시키는 단계를 더 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 의하면, 구동정전용량의 크기를 조정하여 기생정전용량의 값에 따라 최적화된 아날로그 디지털 변환기의 동작 범위를 조절할 수 있으며, 별도의 디지털 아날로그 변환기를 필요로 하지 않기 때문에 비용을 감소시킬 수 있고, 회로를 부가적으로 사용하지 않아도 된다.
도 1은 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 분해 평면도이다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 6은 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 입력 전압이 기생정전용량, 터치정전용량 및 구동정전용량의 값에 따른 변동 결과를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부가 증폭기를 포함하는 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부가 차동 증폭기를 포함하는 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서패드에 관한 정보가 저장된 메모리부의 구조를 나타낸다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
본 명세서에서 사용되는 용어에 대해 간략히 설명하고, 본 발명에 대해 구체적으로 설명하기로 한다.
본 발명에서 사용되는 용어는 본 발명에서의 기능을 고려하면서 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어들을 선택하였으나, 이는 당 분야에 종사하는 기술자의 의도 또는 판례, 새로운 기술의 출현 등에 따라 달라질 수 있다. 또한, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있으며, 이 경우 해당되는 발명의 설명 부분에서 상세히 그 의미를 기재할 것이다. 따라서 본 발명에서 사용되는 용어는 단순한 용어의 명칭이 아닌, 그 용어가 가지는 의미와 본 발명의 전반에 걸친 내용을 토대로 정의되어야 한다.
명세서 전체에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다. 또한, 명세서에 기재된 "...부", "모듈" 등의 용어는 적어도 하나의 기능이나 동작을 처리하는 단위를 의미하며, 이는 하드웨어 또는 소프트웨어로 구현되거나 하드웨어와 소프트웨어의 결합으로 구현될 수 있다.
아래에서는 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예에 한정되지 않는다. 그리고 도면에서 본 발명을 명확하게 설명하기 위해서 설명과 관계없는 부분은 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 유사한 도면 부호를 붙였다.
이하에서는 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
도 2는 본 발명의 한 실시예에 따른 터치 검출 장치의 분해 평면도이고, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치의 구성을 설명하기 위한 블록도이다.
먼저, 도 2에 도시된 바와 같은 구조의 종래 터치 패널에서는 센서 패드에 교번 전압(Vdrv) 같은 클락 신호를 인가한 후 센서 패드에서 검출되는 출력값인 변동량을 그대로 ADC(Analog to Digital Converter)의 입력으로 인가하여 ADC의 출력값을 구하였다. 따라서, 터치 패널에 터치 발생시 센서 패드의 출력단에서의 전압변동은 다음 [수학식 1]에 의해 결정된다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2013003968-appb-I000001
여기서, △Vo는 센서 패드(110)에서의 전압 변동분, VdrvH는 교번전압(Vdrv)의 하이 레벨 전압, VdrvL은 교번전압의 로우 레벨 전압, Cdrv는 구동정전용량, Cp는 기생정전용량이며, Ct는 터치정전용량이다.
기생정전용량(Cp) 값이 0인 이상적인 경우, Ct가 0인 조건에서는 구동정전용량(Cdrv)을 구동하게 되면 ADC의 입력은 교번전압(Vdrv)이 하강하게 되는 하강 에지(edge)에서 0V로 수렴하게 되며, 이는 Cdrv의 크기와 무관하다. Cdrv는 Ct가 0이 아닌 터치 상태에서 △Vo의 변화 정도를 조정하는 요소로만 작용하게 된다. 따라서, Cdrv의 크기를 정하는 문제는 ADC의 input range의 상한선만으로 고려할 수 있다.
반면에, 기생정전용량(Cp) 값이 0이 아닌 경우, 터치정전용량(Ct)가 0이라 하더라도 ADC의 입력이 0으로 수렴하지 않게 되며, Cdrv의 크기 변화는 Ct=0 인 경우 ADC의 입력값이 Cdrv의 크기에 따라 각각 달라지는 효과로 나타나게 된다. 한편 Cdrv의 크기에 따라 ADC의 input range의 상한선이 변화하는 효과 역시 작용한다. 결과적으로, Cdrv의 크기는 ADC의 input range의 범위에 영향을 주게 되며 이는 Cp의 값에 따라서 최적화된 ADC의 input range의 범위가 변화함을 의미한다.
일반적으로 Cp의 값은 센서패드의 내부와 외부의 조건에 따라서 일관적이지 않으므로, 이러한 특성은 ADC가 아날로그 멀티플렉서(Analog mutiplexer)를 통하여 multi-channel ADC로 기능하게 되는 경우에 ADC의 동작 범위를 정하기 어렵게 한다. 따라서 ADC의 input range를 최적화하기 위한 방법들이 개발되고 있다.
ADC의 reference voltage를 multi-channel 각각에 대해서 최적화하는 기술은 reference voltage를 제공하는 회로의 반응 속도에 따라서 ADC의 동작 속도를 제한하는 요소로 작용할 수 있으며, reference voltage를 세부 조절하기 위해서는 별도의 DAC(Digital to Analog Converter)가 필요하기 때문에 고비용을 필요로 하는 방법이다.
다음으로, Cdrv의 크기를 channel의 특성에 따라 조정하는 기술은, 상기 방법에 비해 별도의 DAC가 요구되지 않기 때문에 비용에 있어서 효율적인 면이 있으나, Cp가 큰 경우에 ADC의 input dynamic range를 확보하기 어려워 결과적으로 ADC 출력의 선형성이 악화되는 문제를 야기시킬 수 있다.
본 발명은 전술한 바와 같은 문제를 해결하기 위한 것으로서, 이하에서는 도 2 및 도 3을 참고하여 본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치에 대하여 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명의 실시예에 따른 터치 검출 장치는 터치 패널(100)과 구동 장치(200) 및 이 둘을 연결하는 회로 기판(20)을 포함한다.
터치 패널(100)은 기판(15) 위에 형성되어 있는 복수의 센서 패드(110) 및 센서 패드(110)에 연결되어 있는 복수의 신호 배선(120)을 포함한다. 기판(15)은 투명한 소재의 유리 또는 플라스틱 필름 등으로 만들어질 수 있다.
예를 들어 복수의 센서 패드(110)는 사각형 또는 마름모꼴일 수 있으나 이와 다른 형태일 수도 있으며, 균일한 형태의 다각형 형태일 수도 있다. 센서 패드(110)는 인접한 다각형의 매트릭스 형태로 배열될 수 있다.
각 신호 배선(120)은 한 쪽 끝이 센서 패드(110)에 연결되어 있으며 다른 쪽 끝은 기판(15)의 아래 가장자리까지 뻗어 있다. 신호 배선(120)의 선폭은 수 마이크로미터 내지 수십 마이크로미터 수준으로 상당히 좁게 형성될 수 있다.
센서 패드(110)와 신호 배선(120)은 ITO(indium-tin-oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), IZO(indium-zinc-oxide), CNT(carbon nanotube), 그래핀(graphene) 등의 투명한 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 그러나, 다른 예에서는 센서 패드(110)가 메탈로 형성될 수도 있다.
센서 패드(110)와 신호 배선(120)은, 예를 들어 ITO 막을 기판(15) 위에 스퍼터링(sputtering) 등의 방법으로 적층한 다음 포토리소그래피 (photolithography) 등의 에칭 방법을 사용하여 패터닝함으로써 동시에 형성할 수 있다. 기판(15)은 투명 필름이 이용될 수 있다.
한편, 커버 유리(10)에 센서 패드(110)와 신호 배선(120)이 직접 패터닝 될 수 있다. 이 경우 커버 유리(10), 센서 패드(110), 신호 배선(120)이 일체형으로 구현되기 때문에 기판(15)은 생략될 수 있다.
센서패드(110)는 터치 입력을 검출하기 위하여 기판 상에 패터닝 된 전극으로서 손가락이나 도전체와 같은 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량(Ct)을 형성한다. 또한, 센서패드(110)는 전하가 충전된 후 플로팅 상태에서 교번전압에 응답하여 터치 상태에 따른 신호를 출력한다. 일 예로, 센서패드(210)는 소정 주파수로 교번하는 교번전압(Vdrv)에 응답하여 터치입력도구에 터치된 경우와 터치되지 않은 경우에 상이한 레벨 시프트 값을 출력한다.
터치 패널(100)을 구동하기 위한 구동 장치(200)는 인쇄 회로 기판이나 가요성 회로 필름과 같은 회로 기판(20) 위에 형성될 수 있으나 이에 한정되지 않으며 기판(15) 또는 커버 유리(10)의 일부에 직접 실장될 수도 있다. 구동 장치(200)는 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230) 및 제어부(240) 등을 포함할 수 있으며, 하나 이상의 직접회로(IC) 칩으로 구현될 수 있으며, 터치 검출부(210), 터치 정보 처리부(220), 메모리(230), 제어부(240)는 각각 분리되거나, 둘 이상의 구성 요소들이 통합되어 구현될 수 있다.
터치 검출부(210)는 센서 패드(110) 및 신호 배선(120)과 연결된 복수의 스위치와 복수의 커패시터를 포함할 수 있으며, 제어부(240)로부터 신호를 받아 터치 검출을 위한 회로들을 구동하고, 터치 검출 결과에 대응하는 전압을 출력한다. 또한 터치 검출부(210)는 증폭기 및 아날로그-디지털 변환기를 포함할 수 있으며, 센서 패드(110)의 전압 변화의 차이를 변환, 증폭 또는 디지털화하여 메모리(230)에 기억시킬 수 있다.
터치 정보 처리부(220)는 메모리(230)에 기억된 디지털 전압을 처리하여 터치 여부, 터치 면적 및 터치 좌표 등의 필요한 정보를 생성한다.
제어부(240)는 터치 검출부(210) 및 터치 정보 처리부(220)를 제어하며, 마이크로 컨트롤 유닛(micro control unit, MCU)을 포함할 수 있으며, 펌 웨어를 통해 정해진 신호 처리를 수행할 수 있다.
메모리(240)는 터치 검출부(210)로부터 검출된 전압 변화의 차이에 기초한 디지털 전압과 터치 검출, 면적 산출, 터치 좌표 산출에 이용되는 미리 정해진 데이터 또는 실시간 수신되는 데이터를 기억한다.
터치 검출 장치는 충전수단(도시 생략)을 더 포함할 수 있다.
충전수단은 센서패드(110)의 출력단에 연결되어 충전 신호(Vb)를 공급한다. 충전수단은 온/오프 제어단자에 공급되는 제어신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 3단자 형의 스위칭 소자이거나, 제어신호에 따라 신호를 공급하는 OP-AMP 등의 선형 소자일 수 있다. 충전수단의 출력단에는 센서패드(110)에 작용하는 터치정전용량(Ct), 기생정전용량(Cp), 구동정전용량(Cdrv)이 연결되며, 충전수단을 턴 온 시킨 상태에서 입력단에 임의의 전압을 인가하면 Ct, Cdrv, Cp 등이 충전된다. 이 후, 충전수단을 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 검출부(216)의 입력단은 하이 임피던스를 갖는 것이 바람직하지만, Cdrv 등에 충전된 신호를 방전시키면서 터치 입력을 관찰하거나, 다른 수단으로 충전 신호를 고립시키거나, 방전 개시 시점에서 신속한 관찰이 가능한 경우에는 레벨 시프트 검출부(216)의 입력단의 임피던스가 낮아도 무방하다.
전술한 충전수단이 턴 온 되어 센서패드(110)에 충전된 전하는 충전수단이 턴 오프 됨에 의해 고립된다. 이러한 고립 상태를 플로팅(floating) 상태라 칭한다. 충전수단과 레벨 시프트 검출부(216) 사이에 고립된 충전 신호의 전하는 외부에 인가되는 교번 신호에 의해 전압의 레벨이 변하게 된다. 상기 전압 레벨은 터치가 발생한 경우와 터치가 발생하지 않은 경우에 상이하다. 이러한 터치 전후의 레벨 차이를 레벨 시프트라고 칭한다.
한편, 터치 검출부(210)는 구동정전용량 조정부(212), 교번 전압 인가부(214) 및 레벨 시프트 검출부(216)를 더 포함한다.
구동정전용량 조정부(212)는 센서패드(110)와의 사이에서 형성되는 구동정전용량(Cdrv)을 조정한다. 또한, 구동정전용량 조정부(212)는 복수 개의 구동정전용량 중 적어도 하나를 선택하여 센서패드(110)와 후술할 교번 전압 인가부(214)를 연결시킬 수 있다.
구동정전용량 조정부(212)는 제1단이 센서패드(110)에 병렬로 연결된 복수 개의 구동정전용량을 포함할 수 있으며, 교번 전압 인가부(214)와 연결되지 않은 구동정전용량의 제2단은 센서 패드(110)와 동일 전압 레벨을 갖는 노드에 연결될 수 있다. 또한, 구동정전용량 조정부(212)는 복수 개의 스위치를 포함하며, 각 구동정전용량의 제2단을 교번 전압 인가부(214)와 노드 중 하나에 스위칭시킬 수 있다.
구동정전용량 조정부(212)는 복수 개의 스위치의 온 또는 오프인지 여부에 기초하여 구동정전용량(Cdrv)을 결정하는 제어부(도시 생략)를 더 포함할 수 있다.
제어부는 구동정전용량 조정부(212)에 포함된 스위치들의 온 또는 오프를 각각 제어할 수 있으며, 이를 통해 구동정전용량 조정부(212)는 구동정전용량(Cdrv)을 조정할 수 있다. 이와 관련하여 도 4를 참조하여 후술하기로 한다.
또한, 구동정전용량 조정부(212)는 입력이 센서패드(110)와 연결된 버퍼를 더 포함할 수 있다. 이때, 버퍼의 출력은 구동정전용량이 연결되는 노드이다.
한편, 구동정전용량 조정부(212)는 센서패드(110) 별로 구동정전용량을 각각 조정할 수도 있다.
교번 전압 인가부(214)는 교번 전압을 인가한다. 구체적으로, 교번 전압 인가부(214)는 소정 주파수로 교번하는 교번전압을 센서패드(110)의 출력단에 인가하여 센서패드(110)에서의 전위를 변동시킨다. 교번 전압 인가부(214)는 듀티비(duty ratio)가 동일한 클락 신호를 생성할 수도 있으나, 듀티비가 상이한 교번전압을 생성할 수도 있다. 또한, 교번 전압 인가부(214)는 공통전극(도시 생략)을 포함할 수 있다.
공통전극은 표시 장치 내에서 공통 전압이 인가되는 전극 또는 표시 장치 내에서 공통으로 역할하는 전극을 지칭하는 것으로 표시장치 중 하나인 LCD에서는 액정의 구동을 위하여 공통 전압을 필요로 한다. 중소형 LCD에서는 소비 전류를 감소시키기 위하여 소정 주파수로 교번하는 교번 전압을 공통 전압으로 하며 대형 LCD에서는 DC 전압을 공통 전압으로 사용한다.
레벨 시프트 검출부(216)는 플로팅 상태에서 교번 전압(Vdrv)에 의해 발생하는 레벨 시프트를 검출한다. 구체적으로, 레벨 시프트 검출부(216)는 터치 미발생시 센서패드(110)에서의 전압 변동분 및 터치 발생시 센서패드(110)에서의 전압 변동분을 측정하여 레벨 시프트가 발생하였는지를 검출할 수 있다. 즉, 센서패드(110)의 전위는 인가된 교번 전압(Vdrv)에 의해 상승 또는 하강하게 되는데, 터치가 발생한 경우의 전압 레벨 변동은 터치가 발생하지 않은 경우의 전압 레벨 변동 보다 작은 값을 가진다. 따라서, 레벨 시프트 검출부(216)는 터치 전후의 전압 레벨을 비교함으로써 레벨 시프트를 검출한다.
또한, 레벨 시프트 검출부(216)는 터치 발생 전후의 교번 전압(Vdrv)에 따른 센서패드(110)에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치 신호를 획득할 수 있다.
레벨 시프트 검출부(216)는 다양한 소자 또는 회로의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 레벨 시프트 검출부(216)는 센서패드(110)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 등 중 적어도 하나를 조합하여 구성될 수 있다.
레벨 시프트 검출부(216)는 아날로그 디지털 변환기(ADC)를 포함하며, 구동정전용량 조정부(212)에 의해 구동정전용량(Cdrv)이 조정됨에 따라 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 입력 전위가 결정될 수 있다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 4를 참조하면, 터치 검출 장치는 센서패드(110), 터치정전용량(Ct), 기생정전용량(Cp), 구동정전용량 조정부(212), 트랜지스터(Q), 전압 폴로워(Voltage Follower) 및 ADC를 포함할 수 있다.
센서패드(110)는 각각 독립 상태의 다각형으로 터치 스크린 전면에 걸쳐 복수 개가 배치된다. 따라서, 각각의 센서패드에서의 터치 면적이 산출되면 터치 스크린 상에서 터치 좌표를 산출할 수 있다.
먼저, 도 4에서 사용되는 용어를 다음과 같이 정의한다.
터치정전용량(Ct)은 사용자가 센서패드(110)를 터치할 경우에 센서패드(110)와 사용자의 손가락 등의 터치입력도구 사이에서 형성되는 정전용량을 의미하는 것이다.
기생정전용량(Cp)은 센서패드(110)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서패드(110), 신호배선, 표시장치 등에 의해 형성되는 일종의 기생용량이다. 기생정전용량(Cp)은 레벨 시프트 검출부(216), 터치 패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생용량을 포함할 수 있다.
공통 전압 정전용량(Cvcom)은 터치 패널이 LCD와 같은 표시장치 위에 장착될 때 표시장치의 공통전극(도시 생략)과 터치 패널 사이에 형성되는 정전용량이다. 공통전극에는 구형파 등의 공통 전압(Vcom)이 표시장치에 의하여 인가된다. 한편 공통 전압 정전용량(Cvcom)도 일종의 기생 용량으로서 기생정전용량(Cp)에 포함될 수 있으며, 이하 공통 전압 정전용량(Cvcom)에 대한 별도로 언급이 없으면 공통 전압 정전용량(Cvcom)은 기생정전용량(Cp)에 포함되는 것으로 하여 설명한다.
구동정전용량(Cdrv)은 센서패드(110)별 소정 주파수로 교번하는 교번전압(Vdrv)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 구동정전용량(Cdrv)에 인가되는 교번전압(Vdrv)은 바람직하게는 구형파 신호이다. 교번전압(Vdrv)은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클럭 신호일 수도 있으나 듀티비가 상이할 수도 있다. 교번전압(Vdrv)은 별도의 교번전압 생성수단에 의하여 제공될 수도 있으나, 공통 전압(Vcom)을 이용할 수도 있다.
트랜지스터(Q)는 예를 들어 전계 효과 트랜지스터(field effect transistor)로서, 게이트(gate)에는 제어신호(Vg)가 인가되고, 소스(source)에는 충전신호(Vb)가 인가될 수 있으며 드레인(drain)은 신호 배선(도시 생략)에 연결될 수 있다. 물론 소스가 신호 배선에 연결되고 드레인에 충전신호(Vb)가 인가될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 트랜지스터(Q)가 아닌 스위칭할 수 있는 다른 소자가 사용될 수 있다.
전압 폴로워(Voltage Follower)는 입력신호와 똑같은 신호가 출력으로 나오는 것으로, 입력단은 하이 임피던스(Hi-z) 특성을 갖는다. 전압 폴로워는 버퍼의 기능을 수행할 수 있다.
도 4를 참조하면, 충전신호(Vb)와 제어신호(Vg)가 각각 트랜지스터(Q)의 소스와 게이트에 인가되어 있다.
먼저, 센서패드(110)에 터치입력도구가 터치되지 않은 경우에 대하여 살펴본다. 충전신호(Vb)가 예를 들면 5V로 상승한 후에, 트랜지스터(Q)의 게이트에 인가되는 제어신호(Vg)가 저전압에서 고전압으로 올라가면 트랜지스터(Q)가 턴 온 됨에 따라 센서패드(110)는 5V의 충전신호(Vb)로 충전되며, 출력 전압(Vo)은 충전 전압(Vb)이 된다. 구동정전용량(Cdrv), 터치정전용량(Ct), 기생정전용량(Cp)에도 충전 전압(Vb)에 의하여 전하가 충전된다. 이 때, 트랜지스터(Q)가 턴 온 되므로 교번 전압(Vdrv)은 출력 전압(Vo)에 영향을 미치지 않는다.
이 후, 제어신호(Vg)가 고전압에서 저전압으로 내려가면서 트랜지스터(Q)를 턴 오프하면 전압 폴로워의 입력단은 하이 임피던스이므로 충전된 전하는 고립되며, 이에 따라 센서패드(110)의 출력단에서의 전위가 유지되기 때문에 센서패드(110)의 출력단에서의 전압(Vo)은 일정하게 유지된다. 이와 같이, 전하가 충전되어 고립된 상태를 플로팅(Floating) 상태라고 부른다. 이때, 구동정전용량(Cdrv)에 인가된 교번 전압(Vdrv)이, 예를 들면 0V에서 5V로, 상승하면 센서패드(110)의 출력 전압(Vo)은 전압 레벨이 순간적으로 상승되고, 다시 5V에서 0V로 하강하면 출력 전압(Vo)의 레벨은 순간적으로 강하된다. 이 때의 전압 레벨의 상승과 강하는 연결된 정전용량에 따라 상이한 값을 갖게 된다. 이렇게 연결된 정전용량에 따라 전압 레벨의 상승 값 또는 하강 값이 바뀌는 현상을 "kick-back"이라고 불리기도 한다.
센서패드(110)에 터치 미발생시 구동정전용량(Cdrv)과 기생정전용량(Cp)에 의한 센서패드(110)에서의 전압변동(△Vo)은 다음 [수학식 2]와 같다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2013003968-appb-I000002
다음으로 센서패드(110)에 터치입력도구가 터치된 경우에 대하여 살펴본다. 터치 발생시에는 센서패드(110)와 터치입력도구 사이에 터치정전용량(Ct)이 형성되며, 이에 따라 센서패드(110)에 연결된 정전용량은 구동정전용량(Cdrv), 기생정전용량(Cp) 외에도 터치정전용량(Ct)이 더해지므로, 센서패드(110)에서의 전압변동(△Vo)은 다음 [수학식 3]과 같아진다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2013003968-appb-I000003
여기서, △Vo는 센서패드(110)에서의 전압 변동분, VdrvH는 교번전압의 하이 레벨 전압, VdrvL은 교번전압의 로우 레벨 전압, Cdrv는 구동정전용량이고, Cp는 기생정전용량이며, Ct는 터치정전용량이다.
[수학식 2]와 [수학식 3]을 비교하면, [수학식 3]의 분모 항목에 터치정전용량(Ct)이 추가된 것이므로, 결국, 터치가 있는 경우의 전압 변동(△Vo)은 터치가 없는 경우의 전압 변동(△Vo)에 비하여 작고, 그 차이는 터치정전용량(Ct)에 따라 달라진다. 이와 같이 터치 전후의 전압 변동(ΔVo)의 차이를 "레벨 시프트"라고 칭한다. 본 명세서에서는 “레벨 시프트”는 전압 변동(ΔVo) 차이의 디지털 값을 의미하는 경우도 있다.
[수학식 2] 및 [수학식 3]을 살펴보면, Cdrv가 커짐에 따라 터치 미발생시 센서패드(110)에서의 전압 변동(ΔVo)의 크기가 커짐을 알 수 있다. 즉, Vdrv의 하강 에지(edge)를 사용하는 경우에 있어서, Cdrv가 클수록 ADC의 입력이 되는 전압은 역으로 작아지게 된다. ADC의 사용에 있어서, 입력 전압의 동작 범위는 ADC의 참조 전압(Reference Voltage)을 조절하여 최적화가 가능하다. 여기서, ADC의 참조 전압(Reference Voltage)은 ADC가 변환하고자 하는 전압의 범위를 설정하는데 기준이 되는 전압이다. 예를 들어, 참조 전압이 10V이고 4 비트의 분해능을 가진 ADC인 경우, 1 비트 당 1.25V에 해당하여 1.25V 단위로 입력 전압을 변환할 수 있다.
ADC는 high reference에 해당하는 REFP 단자와 low reference에 해당하는 REFN 단자가 포함되어 있으며, REFP와 REFN에 공급하는 신호를 변경하여 입력 전압의 동작이 가능한 범위인 입력 변동 범위(input dynamic range)를 변화시킬 수 있다. ADC의 입력 신호가 REFN과 REFP 사이의 범위를 벗어나는 경우에는 ADC의 결과값은 포화(saturation) 되어 노이즈(noise)로 보이게 되므로, 입력 신호의 가능한 변동 범위가 REFP, REFN의 범위를 넘지 않도록 주의를 기울여야 한다.
이하에서, ADC에는 REFP, REFN 신호를 받을 수 있는 단자가 묵시적으로 존재한다고 가정한다.
도 4에 도시한 바와 같이, 구동정전용량 조정부(212)는 네 개의 구동정전용량(Cdrv1, Cdrv2, Cdrv3, Cdrv4) 및 네 개의 스위치(S1, S2, S3, S4)를 포함하는 경우를 들어 설명하기로 한다.
구동정전용량 조정부(212)는 제1단이 센서패드(110)에 병렬로 연결된 복수 개의 구동정전용량(Cdrv)을 포함할 수 있으며, 복수 개의 스위치가 각 구동정전용량과 직렬로 연결될 수 있다. 또한, 교번 전압 인가부(214)와 연결되지 않은 구동정전용량의 제2단은 센서패드(110)와 동일 전압 레벨을 갖는 노드에 연결될 수 있다. 이 때, 구동정전용량 조정부(212)는 복수 개의 스위치를 이용하여 각 구동정전용량의 제2단을 교번 전압 인가부(214)와 노드 중 하나에 스위칭시킬 수 있다.
구동정전용량 조정부(212)의 회로에서 제 1 스위치(S1) 내지 제 4 스위치(S4)의 온 또는 오프로 제어함에 따라 교번 전압 인가부(214)에서 인가되는 교번 전압(Vdrv)의 구동 시에 구동정전용량(Cdrv)의 값을 선택할 수 있다. 펄스(Pulse)를 인가하여 구동정전용량(Cdrv)을 통한 킥백을 유도하는 경우에 각 스위치의 조합에 의해서 구동정전용량(Cdrv)의 값을 조정할 수 있다.
다만, 도 4의 회로에서는 Vdrv의 하강 에지(edge)의 킥백을 ADC로 검출하고자 하는 경우에, 하강 에지를 야기시킨 이후에 스위치를 바꾸게 되면 플로팅(floating) 되어 있던 복수 개의 구동정전용량들 중에 있을 수 있는 전하(charge)가 스위치를 통하여 회로에 전하 공유(charge sharing) 효과를 일으키게 되므로 원하지 않은 전압 변동이 발생하여 노이즈로 작용하게 될 수 있다.
도 5는 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 5에 도시한 바와 같이, 도 5의 구동정전용량 조정부(212)는 구동정전용량을 가변하기 위한 다른 형태의 회로에 대한 다른 실시예이다.
도 4에 도시한 회로와 다르게, 도 5에서의 회로는 복수 개의 구동정전용량이 Vdrv 또는 ADC의 입력단 중의 하나에 항상 연결되기 때문에 플로팅(floating)되는 경우가 없다.
도 5의 회로는 Vdrv의 하강 에지(edge) 시점에서 킥백(kick-back)에 참여하지 않은 구동정전용량이라고 할지라도 스위치를 변화하게 되면, 처음부터 킥백(kick-back)에 참여한 것과 동일한 효과를 낼 수 있는 회로이며, 이는 ADC의 입력 전위가 스위치로 연결된 구동정전용량에 피드백(feed-back)되므로, 상기 구동정전용량의 초기 전하(charge)를 0으로 유지할 수 있기 때문이다. 따라서 스위치를 바꾸는 경우마다 precharge를 수행하지 않아도 되는 이점이 있다.
한편, 도 4 내지 도 5와 같은 회로가 포함된 구동정전용량 조정부(212)를 통해 구동정전용량을 조정하기 위해 아래와 같은 단계를 진행할 수 있다.
(1) 먼저, 터치가 없는 상태에서 ADC의 출력을 구한다. 즉, Cdrv의 크기를 제일 작은 값에서부터 제일 큰 값에 이르기까지 순서에 따라 차례로 변화시켜 가면서 ADC의 출력값을 구한다. 여기서, REFN 및 REFP 단자를 각각 GND, VCC 전위로 놓는다.
(2) (1)에서 구한 ADC의 출력값을 조사하여 ADC의 입력 전위가 어느 범위에 존재하는지 확인한다.
(3) ADC의 입력 전위가 Cdrv의 변동에도 불구하고 어느 좁은 영역에 몰려 있다면 이는 Cp의 크기가 터치 발생시의 Ct보다 상대적으로 큰 경우에 해당할 개연성이 높은 것으로 판단할 수 있다. 즉, [수학식 3]에서 Ct에 따른 변동폭이 작은 경우에 해당하게 되므로 이 경우에는 ADC의 reference voltage를 조정하는 것이 요구되는 것으로 판단한다.
(4) ADC의 입력 전위가 Cdrv의 변동에도 불구하고 어느 좁은 영역에 몰려 있는 경우에는 ADC의 reference voltage를 조정한다. 클리핑(Clipping) 현상을 방지하지 않기 위해서 ADC의 출력이 0이 아니면서 가장 작게 되는 reference voltage를 선택한다. Reference의 선택 가능한 전압이 제한되어 있으므로, Cdrv를 변화시키면서 reference voltage와 Cdrv의 조합상 가장 ADC의 출력이 작은 조합을 선택한다.
(5) (1)부터 (4) 까지를 구분되는 터치 영역의 전 부분에 대해서 수행하여, 각 조합을 각각의 터치 영역 센싱시에 참조하여 ADC를 구성할 수 있도록 독출할 수 있는 메모리에 저장하고, 각 터치 영역에 대한 센싱시에 사용한다.
도 6은 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 입력 전압이 기생정전용량, 터치정전용량 및 구동정전용량의 값에 따른 변동 결과를 나타낸 그래프이다. 도 6에서 Cdrv가 클수록 아래쪽에 위치한 곡선에 해당한다.
도 6a는 기생정전용량(Cp)의 값이 상대적으로 작은 경우에 대한 그래프이다.
도 6a에 도시한 바와 같이, Cp의 값이 상대적으로 작은 경우에 Cdrv의 크기를 2배수로 변경시키면서 ADC의 입력 전압이 Ct의 값에 따라서 어떻게 변동하는지를 시뮬레이션 한 결과 그래프이다. Cp의 값이 작기 때문에, Ct의 값이 변화하는 경우에 ADC의 입력 신호의 스윙(swing) 폭이 큰 것을 알 수 있다.
도 6b는 기생정전용량(Cp)의 값이 상대적으로 큰 경우에 대한 그래프이다.
도 6b에 도시한 바와 같이, Cp의 값이 상대적으로 큰 경우에 Cdrv의 크기를 2배수로 변경시키면서 ADC의 입력 전압이 Ct 값에 따라서 어떻게 변동하는지를 시뮬레이션 한 결과 그래프이다. Cp의 값이 크기 때문에 Ct 의 값이 변화하더라도 ADC 의 입력 값에 큰 변동이 발생하지 않는 것을 알 수 있다. 도 6b에서 제일 아래쪽의 curve가 Cdrv가 가장 큰 경우이며 Ct의 변동에 따라서 ADC의 입력에 대한 변동폭이 가장 크게 된다. 하지만, ADC의 입력 가능 범위의 대부분은 킥백(kick-back)의 비 동작 영역에 해당하기 때문에, ADC의 성능을 제대로 발휘하기 어려운 문제가 있다. 이러한 경우, REFP와 REFN를 조정하여 ADC의 동작을 최적화하는 것이 필요하다.
한편, REFN과 REFP에 세밀한 전압 조절이 가능한 DAC를 사용하지 않는 경우, GND와 VCC 사이를 2분할 혹은 4분할 하기 위한 간단한 전압 분할 회로를 사용하는 것이 가능하며, REFP와 REFN이 세밀하게 조절되지 않더라도 Cdrv의 크기를 조절하는 것에 의해서 ADC의 입력으로 충분한 신호의 스윙(swing) 폭을 확보할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부가 증폭기를 포함하는 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
도 7을 참조하면, 레벨 시프트 검출부(216)는 센서패드(110)에 입력단이 접속된 증폭기를 포함한다. 증폭기(18)의 입력단이 하이 임피던스이므로 센서패드(110)의 출력단에서의 신호를 안정적으로 고립시킬 수 있다. 도 7에서는 전압(Vo)이 구동정전용량(Cdrv) 및 터치정전용량(Ct)에 의하여 변동되는 것은 도 5와 동일하지만, 레벨 시프트를 검출하는 수단으로 증폭기(18)가 사용되었다. 증폭기(18)는 센서패드(110)의 출력단에서의 신호를 증폭시키므로 터치 발생에 의한 레벨 시프트의 크기가 증폭기(18)를 거치게 되면 증폭되어 출력되어 보다 안정적으로 터치 신호를 획득할 수 있도록 한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨 시프트 검출부가 차동 증폭기를 포함하는 터치 검출 장치를 예시한 회로도이다.
차동 증폭기(18a)는 반전 또는 비반전 차동입력전압 Vdif에 따라 센서패드(110)의 출력단에서의 신호를 차동 증폭한다. Vdif는 충전신호(Vb)에 대응하는 신호이거나, 터치 미 발생시의 센서패드(110)의 출력단에서의 신호일 수 있다. 이와 같이 Vdif가 터치 미 발생시의 센서패드(110)의 출력단에서의 신호인 경우 차동 증폭기(18a)는 터치 발생시의 레벨 시프트 값만을 증폭하여 출력할 것이므로 보다 깨끗하고 안정적인 터치 신호를 획득할 수 있도록 한다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 센서패드(110)에 관한 정보가 저장된 메모리부의 구조를 나타낸다.
도 9를 참조하면, 센서패드(110)가 도트 매트릭스 형태로 배열되고, m*n의 분해능을 가질 때, 메모리부는 m개의 행과 n개의 열을 갖는 테이블로 구성될 수 있다. 메모리부에는 센서패드(110) 별로 또는 센서패드의 그룹별(예를 들면, 동일한 행 또는 동일한 열)로 터치가 발생하지 않았을 때의 해당 센서패드(110)의 출력단에서의 신호에 관한 정보가 저장된다. 예를 들어, M1-1 주소에는 터치 미 발생시 좌상단의 센서패드(110)에서의 출력값, 예를 들어 센서패드(110)에서의 전압 변동분(또는 전압 변동분을 디지털화한 후 ADC의 출력값)이 저장될 수 있다. 또한, 메모리부에는 센서패드(110) 별로 터치 미 발생시 또는 터치 발생시의 전압 변동분을 저장할 수 있다.
기생정전용량(Cp) 및 구동정전용량(Cdrv)은 센서패드(110) 별로 상이할 수 있다. 센서패드(110)의 위치, 배선길이, 기타 외부 요인 등을 모든 센서패드(110)에 대하여 동일하게 설계하는 것이 불가능하기 때문이다.
하지만, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 메모리부에 터치가 발생하지 않았을 때의 출력단에서의 신호(예를 들면, 전압)에 관한 정보를 센서패드(110) 별로 저장하여 관리함으로써 센서패드(110)의 특성이 상이한 경우에도 터치를 효과적으로 검출할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 10을 참조하면, 단계 S910에서, 터치 검출 장치는 터치 패드(110)를 구동한다. 구체적으로, 터치 패드(110)의 출력단에 충전 신호(Vb)를 인가하여 Cdrv 등과 같이 터치 패드(110)에 연결된 정전용량을 충전시킨 후 플로팅 시킨다.
단계 S920에서, 터치 검출 장치는 센서패드(110)와 교번 전압 인가부 사이에 위치한 구동정전용량을 결정한다. 터치 검출 장치는 복수 개의 구동정전용량 및 복수 개의 스위치를 이용하여 복수 개의 구동정전용량 중 적어도 하나의 제1단을 센서패드(110)와 연결시키고, 제2단을 교번 전압 인가부와 연결시킬 수 있다. 또한, 터치 검출 장치는 제2단이 교번 전압 인가부와 연결되지 않은 구동정전용량을 센서패드(110)와 동일 전압 레벨을 갖는 노드에 연결시킬 수 있다. 이후, 터치 검출 장치는 센서패드(110)에 소정의 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)을 인가한다.
단계 S930에서, 터치 검출 장치는 전압 변동분을 측정한다. 터치 검출 장치는 터치 미 발생시에 센서패드(110)에서의 전압 변동분를 측정하고, 터치 발생시에 센서패드(110)에서의 전압 변동분을 측정함으로써, 터치 발생 전후의 전압 변동분의 차이를 측정할 수 있다.
단계 S940에서, 터치 검출 장치는 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치정전용량(Ct)을 획득한다.
단계 S950에서는 터치 검출 장치는 획득한 터치정전용량(Ct)을 이용하여 터치 면적을 산출한다. 또한, 터치 검출 장치는 각각의 센서패드에서 산출된 터치 면적을 이용하여 터치 좌표를 산출한다.
위의 실시예는 단순히 본 발명의 일예일 뿐, 본 발명이 여기에 제한되는 것은 아니다.
이상 설명한 바와 같은 영상 표시 방법은 또한 컴퓨터로 읽을 수 있는 기록매체에 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드로서 구현하는 것이 가능하다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 컴퓨터 시스템에 의하여 읽혀질 수 있는 데이터가 저장되는 모든 종류의 기록 매체를 포함한다. 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체의 예로는 ROM, RAM, CD-ROM, 자기 테이프, 플로피디스크, 광 데이터 저장장치 등이 있다. 또한 컴퓨터가 읽을 수 있는 기록매체는 네트워크로 연결된 컴퓨터 시스템에 분산되어, 분산방식으로 컴퓨터가 읽을 수 있는 코드가 저장되고 실행될 수 있다. 그리고, 상기 디스크 관리 방법을 구현하기 위한 기능적인(function) 프로그램, 코드 및 코드 세그먼트들은 본 발명이 속하는 기술분야의 프로그래머들에 의해 용이하게 추론될 수 있다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (10)

  1. 전하가 충전된 후 플로팅 상태에서 교번 전압에 응답하여 터치 상태에 따른 신호를 출력하는 센서패드;
    상기 교번 전압을 인가하는 교번 전압 인가부와 상기 센서패드와의 사이에서 형성되는 구동정전용량을 조정하는 구동정전용량 조정부; 및
    터치 미 발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서패드에서의 전압 변동분 및 터치 발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서패드에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치 신호를 획득하는 레벨 시프트 검출부를 포함하며,
    상기 구동정전 용량 조정부는 복수개의 구동정전용량 중 적어도 하나를 선택하여 상기 센서 패드와 상기 교번 전압 인가부를 연결시키는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 구동정전용량 조정부는 제1단이 상기 센서패드에 병렬로 연결된 복수 개의 구동정전용량을 포함하며,
    상기 교번 전압 인가부와 연결되지 않은 구동정전용량의 제2단은 상기 센서패드와 동일 전압 레벨을 갖는 노드에 연결되는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 구동정전용량 조정부는 복수 개의 스위치를 포함하며, 각 구동정전용량의 제2 단을 상기 교번 전압 인가부와 상기 노드 중 하나에 스위칭 시키는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  4. 제 3 항에 있어서,
    상기 복수 개의 스위치의 온 또는 오프인지 여부에 기초하여 상기 구동정전용량을 결정하는 제어부를 더 포함하는 정전식 터치 검출 장치.
  5. 제3 항에 있어서,
    입력이 상기 센서 패드와 연결된 버퍼를 더 포함하고,
    상기 구동정전용량이 연결되는 상기 노드는 상기 버퍼의 출력인 것인 정전식 터치 검출 장치.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 구동정전용량 조정부는, 센서패드 별로 상기 구동정전용량을 각각 조정하는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 센서패드에 충전신호를 공급하여 터치정전용량에 전하를 축적하기 위한 충전 수단을 더 포함하는 정전식 터치 검출 장치.
  8. a) 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량을 형성하는 센서패드를 충전시킨 후 플로팅 시키는 단계;
    b) 상기 센서 패드와 교번 전압 인가부 사이에 위치한 구동정전용량을 결정하는 단계;
    c) 상기 센서패드에 소정의 주파수로 교번하는 교번 전압을 인가하는 단계; 및
    d) 터치 발생 전후에 상기 교번 전압에 의한 상기 센서패드에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치 신호를 획득하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법.
  9. 제 8 항에 있어서,
    상기 b) 단계는,
    복수 개의 구동정전용량 및 복수 개의 스위치를 이용하여 복수개의 구동정전용량 중 적어도 하나의 제1단을 상기 센서패드와 연결시키고, 제2단을 상기 교번 전압 인가부와 연결시키는 단계를 포함하는 것인 터치 검출 방법.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 b) 단계는, 상기 제2단이 상기 교번 전압 인가부와 연결되지 않은 구동정전용량을 상기 센서패드와 동일 전압 레벨을 갖는 노드에 연결시키는 단계를 더 포함하는 것인 터치 검출 방법.
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