WO2015133773A1 - 용량방식의 터치입력 감지회로 - Google Patents

용량방식의 터치입력 감지회로 Download PDF

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WO2015133773A1
WO2015133773A1 PCT/KR2015/001963 KR2015001963W WO2015133773A1 WO 2015133773 A1 WO2015133773 A1 WO 2015133773A1 KR 2015001963 W KR2015001963 W KR 2015001963W WO 2015133773 A1 WO2015133773 A1 WO 2015133773A1
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sensing
current
voltage
scaled
circuit
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PCT/KR2015/001963
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장홍재
신형철
윤일현
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주식회사 센트론
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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/0416—Control or interface arrangements specially adapted for digitisers
    • G06F3/04166—Details of scanning methods, e.g. sampling time, grouping of sub areas or time sharing with display driving
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F3/00—Input arrangements for transferring data to be processed into a form capable of being handled by the computer; Output arrangements for transferring data from processing unit to output unit, e.g. interface arrangements
    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
    • G06F3/03—Arrangements for converting the position or the displacement of a member into a coded form
    • G06F3/041—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means
    • G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
    • G06F3/0446—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a grid-like structure of electrodes in at least two directions, e.g. using row and column electrodes

Definitions

  • the present invention relates to a sensing circuit used for a capacitive touch input sensing device, and more particularly to a technology for providing a structure that can reduce the size of the sensing circuit.
  • a user input device for receiving a user's command may include a touch input sensing device disposed near the display screen of the user device and covering the entire area of the display screen.
  • Examples of such a touch input sensing device include a so-called pressure sensitive touch input sensing device, a capacitive touch input sensing device, and a stylus pen sensing device (hereinafter, simply a pen sensing device).
  • touch input technologies are products based on different technologies (hereinafter, touch input technologies). Since the above technologies have their own advantages and disadvantages, attempts have been made to provide a more convenient user input experience by combining the advantages of each other. The basic principle of operation of each of these techniques has been disclosed in several documents.
  • the touch input sensing device includes a touch panel including a front-end sensing device (that is, a sensing electrode unit or an end sensing unit or a touch electrode unit) for sensing a touch input and receiving a signal from the touch panel. It may include a touch IC.
  • the distal end sensor device may be a transparent / opaque electrode or a thin electrode.
  • the touch panel and the touch IC may be connected by an FPCB or the like.
  • the terminal sensor device corresponds to a touch sensing area allocated for touch input, but the area occupied by the FPCB is not a touch sensing area allocated for touch input. As such, an area other than the touch sensing area may be referred to as a “non-sensing area” in the present specification.
  • the electrode may be provided in a state overlapping with a display unit (that is, a display unit, a screen display unit, or a display unit) that is separately provided.
  • the electrode may be provided in a form of sharing the components of the display unit together.
  • a touch IC must be provided for the touch input sensing device, and a so-called DDI (Display Driver IC) must be provided to drive the display unit.
  • DDI Display Driver IC
  • some components of the above touch IC may be integrated in the DDI, or some components of the DDI may be integrated in the touch IC, or may be touched with the DDI.
  • the ICs may be integrated together and provided as a single IC.
  • the number of one or more electrodes constituting the distal end sensor device may be large or small depending on the specific design method or application.
  • a touch sensing circuit for detecting a change in electrical properties of each electrode is required.
  • N electrodes when there are N electrodes, it may be implemented by providing N touch sensing circuits, but may be implemented by providing only M touch sensing circuits using M multiplexers.
  • an integrated circuit including an integrated capacitor for integrating current may be used as the touch sensing circuit.
  • a touch IC, a DDI, or an integrated IC including such an integrated circuit may be used. Will not be designed to be small. This problem causes greater design constraints when the IC is applied to miniaturized mobile user equipment.
  • a method of increasing the number of input nodes of the multiplexer may be used.
  • the total number of integrated circuits required may be reduced, but the time for detecting the electrical characteristics of the electrodes connected to the respective input nodes is reduced, resulting in a problem of degrading device performance.
  • the problem remains that even if the number of inputs of the multiplexer is increased, the number of integrating circuits to be finally provided must be large. have.
  • the present invention is to provide a structure for reducing the size of the integrated capacitor included in each integrated circuit in order to provide as many integrated circuits as possible in a small size IC.
  • the size of the integrating capacitor included in the integrating circuit may be determined according to the desired output voltage range of the integrating circuit and the magnitude of the expected current flowing through the integrating capacitor. If simply reducing the size of the integral capacitors included in the integrating circuit properly designed for a particular application, while keeping other conditions the same, the magnitude of the output voltage can increase proportionally. As a result, there is a problem that the integrating circuit can be saturated early even in undesired conditions. Therefore, if the size of the integrating capacitor is to be reduced, it is necessary to further provide a circuit for reducing the amount of current expected to flow through the integrating capacitor accordingly.
  • the magnitude of the input current of the integrated circuit may depend on the size of the touch electrode.
  • the size of the electrode is predetermined and cannot be changed, a range of the magnitude of the current flowing through the touch electrode may be expected. Therefore, by providing a scaling circuit capable of scaling the magnitude of the current flowing through the touch electrode, the size of the integrating capacitor included in the integrating circuit can be reduced.
  • the scaling includes both cases of amplification or reduction, but the embodiment described herein mainly describes a case in which the magnitude of the current needs to be reduced.
  • the scaling circuit may have a configuration that senses a value related to a current flowing through the touch electrode and amplifies it by a desired gain.
  • the current value may be the current value or a voltage value proportional to the current.
  • the device for sensing the value relating to the current may be a resistor.
  • a differential circuit unit including a pair of output terminals for outputting a sense voltage in proportion to the current flowing in and out of the capacitive sensing electrode; And an integrated circuit unit configured to generate a scaled-first current proportional to the sensed voltage and provide an output voltage corresponding to a value obtained by integrating the scaled-current.
  • the differential circuit unit an input terminal connected to the capacitive sensing electrode; A sensing resistor through which the current flows in and out; And a switch connecting one end of the sensing resistor to the input terminal.
  • the sensing voltage may correspond to voltages formed at both ends of the sensing resistor.
  • the integrated circuit unit an operational amplifier; A feedback circuit connecting the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier to each other; And a scaling resistor coupled between the inverting input terminal and one of the pair of output terminals, wherein the scaled-first current may be configured to flow through the scaling resistor and the feedback circuit.
  • the integrated circuit unit an operational amplifier; A feedback circuit connecting the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier to each other; And a transconductance unit configured to output a scaled-current proportional to the sensed voltage and provide it to the feedback circuit.
  • the transconductance unit 301 may be a transconductance unit having a single output terminal, and the operational amplifier may be a single ended integrator.
  • the transconductance unit 401 may be a transconductance unit having a differential output
  • the operational amplifier may be a differential integrator
  • a pair of first output terminals for outputting a first sensing voltage proportional to the current flowing into the capacitive sensing electrode and a second sensing voltage proportional to the current flowing out of the capacitive sensing electrode
  • a differential circuit unit including a pair of second output terminals configured to output a signal; And generating a scaled-first current proportional to the first sensed voltage to output a first output voltage corresponding to a value obtained by integrating the scaled-first current, and scaled in proportion to the second sensed voltage.
  • a touch input sensing circuit including a circuit unit may be provided.
  • a pair of first output terminal for outputting a first sensing voltage proportional to the current flowing into the capacitive sensing electrode and a second sensing proportional to the current flowing out of the capacitive sensing electrode
  • a differential circuit unit including a pair of second output terminals for outputting a voltage; And a scaled-first current generated to have a value proportional to the first sensed voltage and a scaled-second current generated to have a value proportional to the second sensed voltage.
  • Integrating circuit unit for outputting a corresponding output voltage may provide a touch input sensing circuit.
  • the integrating circuit unit includes a first transconductance unit having a single output terminal, a second transconductance unit following a single output terminal, and a single ended integrator having a negative feedback circuit.
  • the first transconductance unit is configured to receive the first sensing voltage and generate the scaled-first current to provide the scaled-first current to the negative feedback circuit
  • the second transconductance unit is configured to provide the first feedback voltage.
  • the sensing voltage may be input to generate the scaled-second current to provide the scaled-second current to the negative feedback circuit.
  • the integrating circuit unit includes a third transconductance unit having a differential output terminal, a fourth transconductance unit having a differential output terminal, and a differential integrator having a negative feedback circuit.
  • the third transconductance unit is configured to receive the first sensing voltage and generate the scaled-first current to provide the scaled-first current to the negative feedback circuit
  • the fourth transconductance unit is configured to provide the second feedback circuit.
  • the sensing voltage may be input to generate the scaled-second current to provide the scaled-second current to the negative feedback circuit.
  • the differential circuit unit for outputting a sensing voltage in proportion to the current flowing in and out of the capacitive sensing electrode; And an integrated circuit unit generating a scaled-current proportional to the sensed voltage and integrating the generated scaled-current.
  • the differential circuit unit may include a sensing resistor connected to the capacitive sensing electrode, and the sensing voltage may be a voltage of one end of the sensing resistor or a potential difference between both ends of the sensing resistor.
  • the integrating circuit unit may include a voltage-current converter for receiving the sensed voltage and outputting the scaled-current proportional to the sensed voltage, and an operational amplifier configured to integrate the scaled-current.
  • a sensing device comprising: a differential circuit unit for outputting a voltage value relating to a time derivative of a charge amount accumulated in a capacitive sensing electrode; And an integrating circuit for integrating a current proportional to the voltage value outputted by the differential circuit unit.
  • the differential circuit unit includes a capacitive sensing electrode and a sensing resistor connected to the capacitive sensing electrode, and the voltage value with respect to the time differential value is a voltage difference between one end of the sensing resistor or a potential difference between both ends of the sensing resistor. Can be.
  • the integrating circuit may include a voltage-to-current converter that receives the voltage value and outputs a current proportional to the voltage value, and an operational amplifier configured to integrate the output current.
  • a sensing device includes: a first sensing resistor connected to the sensing electrode such that some or all of the current flowing through the sensing electrode flows; A voltage-to-current converter which receives a potential value of one end of the sensing electrode or a potential difference of both ends and outputs a current proportional thereto; And an integration circuit unit for integrating the output current output from the voltage-current converter.
  • a sensing device includes: a first sensing resistor connected in series to a sensing electrode; A first scale resistor connected to one end of the first sense resistor opposite to the sense electrode; And a first integrating circuit unit for integrating a current flowing in the first scale resistor, wherein one end of the first sense resistor is connected to one end of the first scale resistor, and the other of the first sense resistor is integrated. An end is connected to a first virtual terminal having a virtually same potential as the other end of the first scale resistor.
  • the first integrated circuit unit includes a first operational amplifier and a first integrating capacitor connected between the inverting input terminal and the output terminal of the first operational amplifier, wherein the first virtual terminal is a non-inverting of the first operational amplifier.
  • An input terminal, and the other end of the first scale resistor is connected to an inverting input terminal of the first operational amplifier.
  • the other end of the first sensing resistor is connected to the first virtual terminal through a thirteenth resistor.
  • the first sensing resistor is connected to the sensing electrode through a first switch
  • the sensing device comprises: a second sensing resistor connected in series to the sensing electrode through a second switch; A second scale resistor connected to one end of the second sense resistor opposite to the sense electrode; And a second integrating circuit unit for integrating a current flowing in the second scale resistor, wherein one end of the second sense resistor is connected to one end of the second scale resistor, The other end is connected to a second virtual terminal having a substantially same potential as the other end of the second scale resistor, wherein the first switch and the second switch are on- of the first switch and the second switch.
  • the state time period is controlled to operate so as not to overlap each other, and the output voltages of the first and second branches are increased in opposite polarity directions, and the output value of the sensing device is the same as that of the first and second branches. It may be a difference value of the output voltage.
  • a sensing device includes: a sensing resistor connected to the touch input sensing electrode such that a current proportional to a current flowing in the touch input sensing electrode flows; A scale resistor connected to one end of the sensing resistor opposite to the sensing electrode; And an integrated circuit unit for integrating a current flowing through the scale resistor, wherein one end of the sense resistor is connected to one end of the scale resistor, and the other end of the sense resistor is virtual with the other end of the scale resistor. Connected to terminals having the same potential.
  • a sensing device includes: a sensing resistor connected to the touch input sensing electrode such that a current proportional to a current flowing in the touch input sensing electrode flows; And a first integration circuit unit configured to integrate a current flowing through the first scale resistor that senses a potential difference between both terminals of the sense resistor and outputs a current proportional thereto, wherein the one end of the first sense resistor includes the first integrated circuit. It is connected to one end of the scale resistor, and the other end of the first sense resistor is connected to a first virtual terminal having a potential substantially the same as the other end of the first scale resistor.
  • a structure for reducing the size of an integrated capacitor included in each integrated circuit included in a touch input device can be provided.
  • as many integrated circuits as possible can be provided in a limited size IC.
  • FIG. 1 illustrates a cross-sectional structure of an input / output panel constituting an integrated input / output device in which a touch input sensing device and a display device are combined according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 illustrates a structure of an integrated input / output device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 3 shows a specific configuration of the touch input sensing device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A illustrates the operation principle of the touch input sensing device according to the embodiment of FIG. 3 and illustrates the configuration of the touch sensing signal output unit 20 in more detail.
  • FIG. 4B shows an example of the structure of the MUX shown in FIG. 4A in more detail.
  • FIG. 5 illustrates a configuration in which the touch IC 3 and the host computer 1120 are further connected to the touch input sensing device 1 shown in FIG. 3.
  • 6A and 6C illustrate a differential circuit unit 110 provided according to an embodiment of the present invention for driving a sensing electrode.
  • FIG. 6B is an example of on-off timings of the first switch SW1 and the second switch SW2 shown in FIG. 6A.
  • FIG. 7 illustrates the structure of the touch input sensing circuit 10 provided by connecting the integrating circuit unit 120 to the output terminal of the differential circuit unit 110 shown in FIGS. 6A and 6C according to one embodiment of the present invention. .
  • FIG. 8A illustrates an example of a circuit for measuring the magnitude of capacitance Cx using the circuit shown in FIG. 6A according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 8B illustrates an example of on-off timings of the first switch SW1, the second switch SW2, and the reset switches SW3 and SW4 shown in FIG. 8A.
  • FIG 9 shows a circuit configuration of the touch input sensing circuit 10 provided according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 shows a circuit configuration of the touch input sensing circuit 10 provided according to another embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 illustrates a cross-sectional structure of an input / output panel constituting an integrated input / output device in which a touch input device and a display device are combined according to an embodiment of the present invention.
  • the input / output panel 1050 includes a liquid crystal display panel having a thin film transistor array substrate 1020, a color filter array substrate 1030, a liquid crystal layer 1040 filled between the two substrates 1020 and 1030, and a thin film transistor array substrate ( It may include a backlight unit (BLU) 1060 formed under the 1020.
  • BLU backlight unit
  • the thin film transistor array substrate 1020 may include gate lines and data lines formed to cross each other on the first substrate 1021, thin film transistors formed at intersections of the gate lines and the data lines, and formed in a liquid crystal cell unit. And a TFT array 1023 including pixel electrodes connected to thin film transistors, and an alignment film 1025 coated thereon.
  • the gate lines and the data lines receive a signal from the driving circuits through the respective pad parts, and the thin film transistor may supply a pixel voltage signal supplied to the data line to the pixel electrode in response to a scan signal supplied to the gate line.
  • the color filter array substrate 1030 includes color filters 1033 formed in units of liquid crystal cells on the second substrate 1031, a black matrix 1035 for distinguishing between color filters and reflecting external light, and liquid crystal cells. It may include a common electrode (Vcom) 1037 for supplying a reference voltage to the common, and an alignment film 1039 coated on them.
  • the common electrode (Vcom) 1037 may be divided into a number provided. That is, a plurality of common electrodes may exist.
  • the plurality of common electrodes may be used as a device for detecting a touch input.
  • FIG. 2 illustrates a structure of an integrated input / output device according to an embodiment of the present invention.
  • the integrated input / output device may include an input / output panel 1050, a timing controller 1101, a data driver 1102, a gate driver 1103, a host computer 1120, and a touch IC.
  • a timing controller 1101 for convenience, only the first substrate 1021 and the plurality of common electrodes Vcom 1037 in which the gate lines and the data lines are formed in the input / output panel 1050 are illustrated.
  • the input / output panel 1050 may include a color filter array, a thin film transistor array, a liquid crystal layer disposed therebetween, and a spacer for maintaining a cell gap of the liquid crystal layer.
  • the color filter array may include an upper substrate, a color filter formed on one surface of the upper substrate, a black matrix, and a common electrode Vcom formed on the color filter and the black matrix.
  • the thin film transistor array includes a lower substrate and a plurality of data lines (DL) 1104, a plurality of gate lines (GL) 1105, gate lines 1105, and a plurality of data lines (DL) 1104 formed to cross each other on one surface of the lower substrate.
  • the thin film transistor may be formed in an area where the data line 1104 intersects, and pixels defined by the intersection of the gate line 1105 and the data line 1104.
  • the lower polarizer may be disposed on the other surface of the lower substrate.
  • the backlight unit may be disposed under the input / output panel 1050.
  • the backlight unit may uniformly irradiate light to the input / output panel 1050 including a plurality of light sources.
  • the backlight unit may be implemented as a direct type backlight unit or an edge type backlight unit.
  • the light source of the backlight unit may include any one or two or more light sources of a hot cathode fluorescent lamp (HCFL), a cold cathode fluorescent lamp (CCFL), an external electrode fluorescent lamp (EEFL), and a light emitting diode (LED).
  • HCFL hot cathode fluorescent lamp
  • CCFL cold cathode fluorescent lamp
  • EEFL external electrode fluorescent lamp
  • LED light emitting diode
  • the data driver 1102 may sample and latch the digital video data RGB under the control of the timing controller 1101.
  • the data driver 1102 may convert the digital video data RGB into a positive / negative gamma compensation voltage to reverse the polarity of the data voltage.
  • the positive / negative data voltage output from the data driver 1102 may be synchronized with the gate pulse output from the gate driver 1103.
  • Each of the source drive ICs of the data driver 1102 may be connected to the data lines 1104 of the input / output panel 1050 by a chip on glass (COG) process or a tape automated bonding (TAB) process.
  • the source drive IC may be integrated in the timing controller 1101 and implemented as a one-chip IC together with the timing controller 1101.
  • the gate driver 1103 sequentially outputs a gate pulse (or scan pulse) in the display mode under the control of the timing controller 1101, and shifts the swing voltage of the output to a gate high voltage and a gate low voltage.
  • the gate pulses output from the gate driver 1103 may be sequentially supplied to the gate lines 1105 in synchronization with the data voltages output from the data driver 1102.
  • the gate high voltage may be a voltage higher than or equal to the threshold voltage of the thin film transistor T, and the gate low voltage may be lower than the threshold voltage of the thin film transistor T.
  • the gate drive ICs of the gate driver 1103 may be connected to the gate lines 1105 of the lower substrate of the input / output panel 1050 through a TAP process, or may be connected to the gate lines 1105 of the input / output panel 1050 together with pixels through a GIP (Gate In Panel) process. It may be formed directly on the lower substrate.
  • GIP Gate In Panel
  • the timing controller 1101 uses a timing signal from the host computer 1120 to adjust the data timing control signal for controlling the operation timing of the data driver 1102 and the polarity of the data voltage, and the operation timing of the gate driver 1103.
  • a gate timing control signal for controlling may be generated.
  • the gate timing control signal may include a gate start pulse (GSP), a gate shift clock (GSC), a gate output enable signal (Gate Output Enable, GOE), and the like.
  • the gate start pulse GSP is applied from the gate driver 1103 to the first gate drive IC that outputs the gate pulse first in every frame period to control the shift start timing of the gate drive IC.
  • the gate shift clock GSC is commonly input to gate drive ICs of the gate driver 1103 to shift the gate start pulse GSP.
  • the gate output enable signal GOE may control the output timing of the gate drive ICs of the gate driver 1103.
  • the data timing control signal includes a source start pulse (SSP), a source sampling clock (SSC), a polarity control signal (POL), and a source output enable signal (SOE). It may include.
  • the source start pulse SSP may be applied to the first source drive IC sampling data first in the data driver 1102 to control the data sampling start timing.
  • the source sampling clock SSC is a clock signal that controls sampling timing of data in the source drive ICs based on a rising or falling edge.
  • the polarity control signal POL may control the polarity of the data voltages output from the source drive ICs.
  • the source output enable signal SOE can control the output timing of the source drive ICs. If the digital video data RGB is input to the data driver 1102 through a low voltage differential signaling (LVDS) interface, the source start pulse SSP and the source sampling clock SSC may be omitted.
  • LVDS low voltage differential signaling
  • the host computer 1120 transmits the digital video data RGB of the input image and the timing signals Vsync, Hsync, DE, and MCLK required for driving the display through an interface such as an LVDS interface and a transition minimized differential signaling (TMDS) interface. It may transmit to the timing controller 1101.
  • an interface such as an LVDS interface and a transition minimized differential signaling (TMDS) interface. It may transmit to the timing controller 1101.
  • TMDS transition minimized differential signaling
  • the timing controller 1101, the data driver 1102, and the gate driver 1103 may be included in one DDI chip.
  • the DDI chip may include a timing controller 1101, a data driver 1102, and a gate driver 1103.
  • the common electrode 1037 may be referred to as a 'VCOM electrode 1037'.
  • the common electrode 1037 intersecting in the p-th row and the q-th column may be referred to as VCOM, pq.
  • the common electrodes 1037 may be used as a component for outputting the screen in the first time period, and may be used as a component for checking the touch input in the second time period.
  • FIG. 2 illustrates a configuration according to an embodiment of the present invention, in which a common electrode included in a display output device is used as a terminal sensing device of a touch input sensing device.
  • the end sensing device may be provided on a different layer from the display output device.
  • One embodiment according to the present invention does not depend on whether the end sensing device is integrally formed with the display output device.
  • FIG 3 shows a specific configuration of the touch input sensing device 1 according to an embodiment of the present invention.
  • the touch input sensing device 1 uses a plurality of touch nodes 100 arranged in a predetermined manner, and touches at each touch node 100 using electrical characteristics detected from the plurality of touch nodes 100.
  • One or more touch sensing signal output units 20, 20_1, 20_2, 20_3,..., 20_9 that measure information on whether or not the touch input is performed and the touch input level, the touch nodes 100 and the touch sensing signal output unit 20. ) May include a plurality of wires 2037 that connect between them. In FIG. 3, one wire 2037 is connected to only one touch node 100.
  • the touch nodes 100 are arranged in a 6 * 6 matrix, and include six columns C1 to C6 and six rows R1 to R6.
  • an area formed of the touch nodes 100 may be referred to as a touch sensing area A2.
  • the touch sensing signal output units 20 may be included in the IC 2 provided independently from the touch nodes 100 forming the touch sensing region.
  • the independent IC may be a touch IC that processes only a touch input signal or a display driving IC (DDI) that processes a display control signal and a touch input signal together.
  • the IC 2 of FIG. 3 may further include other functional units not shown, for example, functional units corresponding to reference numerals 1101, 1102, 1103, and 1104 of FIG. 2.
  • a certain area between the touch sensing area A2 and the IC 2 may be referred to as a non-sensing area A1.
  • a portion of the wiring 2037 may be disposed in an area between the touch sensing area A2 and the IC 2, and a portion of the wiring 2037 may be formed and provided on the FPCB.
  • each touch node 100 Six wires 2037 are arranged on each touch node 100, but only one wire 2037 is electrically connected to each touch node 100.
  • the positions where the coupling portion of each touch node 100 and the wiring 2027 exist are indicated by triangles, squares, pentagons, and circles.
  • the 36 touch nodes 100 may be divided into four groups.
  • Groups A, B, C, and D include touch nodes having coupling portions represented by triangles, squares, pentagons, and circles, respectively.
  • group A may include a touch node (TN, 11, TN, 13, TN, 15, TN, 31, TN, 33, TN, 35, TN, 51, TN, 53, TN, 55).
  • a total of nine touch sensing signal output units 20 are provided, and four wires 2037 are connected to each touch sensing signal output unit 20.
  • the wiring 2037 through each touch detection signal output unit 20, the wiring 2037, one touch node belonging to group A, one touch node belonging to group B, one touch node belonging to group C, and group D It can be connected to one touch node to which it belongs.
  • FIG. 4A illustrates the operation principle of the touch input sensing device according to the embodiment of FIG. 3 and illustrates the configuration of the touch sensing signal output unit 20 in more detail.
  • FIG. 4B illustrates the function of the MUX shown in FIG. 4A in more detail.
  • the touch sensing signal output unit 20 may include a touch input sensing circuit 10 and a MUX M1.
  • Four signals input to the touch sensing signal output unit 20 may be provided from four wires 2037 connected to four touch nodes 100, TN, 11, TN, 12, TN, 21, TN, and 22. Can be.
  • the four signals may be provided to the input of the MUX M1.
  • each MUX may have a function of selecting one or more of four inputs IN1 to IN4 and connecting them to the output terminal OUT.
  • two or more inputs can be connected to the output at the same time.
  • a 4-bit input selector (Sel-4bit) may be provided.
  • the four signals are the flow of current flowing through the four wires 2037, the flow of the current can be superimposed through the switches (SW1, SW2, SW3, SW4) included in the MUX.
  • the combined value may be output through the output terminal OUT.
  • the touch input sensing circuit 10 may include an operational amplifier 215 and an integrating capacitor Cf connected between the inverting input terminal and the output terminal of the operational amplifier 215.
  • a predetermined voltage signal Vdp may be input to the non-inverting input terminal of the operational amplifier 210.
  • the input terminal 11 of the touch input sensing circuit 10 may be defined, and the input terminal 11 may be the same terminal as the inverting input terminal of the operational amplifier 215.
  • the input terminal 11 may be connected to the output terminal OUT of the MUX M1.
  • the voltage signal Vdp may be a signal having periodicity. Furthermore, it may be a periodic signal in which the DC component is zero, that is, an AC periodic signal. Alternatively, the voltage signal Vdp may not be a periodic signal, but may be a signal having a component of frequency fc. Or it may be a DC signal having a predetermined voltage.
  • the value of the output signal 1 of the touch input sensing circuit 10 may be determined by the value of the current flowing through the input terminal 11.
  • the magnitude of the current flowing through the input terminal 11 may be influenced by the magnitude of the capacitance formed between the touch nodes TN, 11, TN12, TN, 21, TN, 22 and the finger 17. . Therefore, it is possible to find out whether a touch input is made to the touch nodes TN, 11, TN12, TN, 21, TN, and 22 by using the value of the output signal 1.
  • a parasitic capacitance (not shown) is connected to the output terminal OUT of the MUX M1
  • the magnitude of the current flowing through the input terminal 11 may be affected by the parasitic capacitance.
  • a process of checking whether a touch input is made at the touch nodes TN, 11, TN12, TN, 21, TN, and 22 may be periodically updated.
  • the switch SWr is It may be reset to on state for a while.
  • a part of the wiring 2037_1 connected to the touch node TN 11 may pass through the non-sensing area A1 in FIG. 4A.
  • a capacitance Cn may be formed between the finger and the portion of the wiring 2037_1 when a touch is made on the non-sensing area A1.
  • the current i11 may be formed and flow by the capacitance Cn. Due to this current i11, the touch input sensing circuit 10 may output a specific value, and as a result, it may be determined that the touch input is made to the touch node TN11d.
  • the touch input sensing circuit 10 does not know whether the touch is made in the touch node TN or 11 or in the non-sensing area A1. There is this.
  • the above phenomenon may occur even when noise caused by external electromagnetic waves flows into the non-sensing area A1. That is, even at this time, the current i11 may be formed.
  • FIG. 5 illustrates a configuration in which the touch IC 3 and the host computer 1120 are further connected to the touch input sensing device 1 shown in FIG. 3.
  • Each touch node 100 is electrically separated from each other, and each touch node 100 may be connected to the IC 2 through a wire 2037.
  • the IC 2 may include a timing controller 1101, a data driver 1102, and a gate driver 1103 shown in FIG. 2.
  • the size of the gap between each touch node 100 shown in FIG. 5 may be exaggerated for convenience of description.
  • the IC 2 may include one or more touch sensing signal output units 20 shown in FIG. 4A.
  • a total of 36 touch nodes may be divided into four groups.
  • the four groups are group A, group B, group C, and group D, and each group includes nine touch nodes.
  • the group A includes touch nodes A1 to A9
  • the group B includes touch nodes B1 to B9
  • the group C includes touch nodes C1 to C9
  • the group D Touch nodes D1 to D9 are included.
  • the touch detection signal output unit 20_k is configured to output whether a touch input is made at any one or more than one of the touch nodes connected to the touch detection signal output unit 20_k. In addition, the touch detection signal output unit 20_k outputs a value related to the input intensity when a touch input is made.
  • the output values 1 of the plurality of touch sensing signal output units 20_k may be provided to the touch IC 3.
  • the touch IC 3 may determine a touch coordinate by calculating which part of a plurality of touch nodes a touch input is made based on the output values 1.
  • the host computer 1120 may receive the touch coordinates from the touch IC 3 and execute an application corresponding to the touch coordinates.
  • the touch IC 3 may be provided integrally with the IC 2.
  • 6A and 6C illustrate a differential circuit unit 110 provided according to an embodiment of the present invention for driving a sensing electrode.
  • the sensing electrode 100 may be connected to two switches SW1 and SW2.
  • the first switch SW1 may be connected to the first potential Vp through the first sensing resistor R1.
  • the second switch SW2 may be connected to the second potential Vn through the second sensing resistor R2.
  • the first potential Vp may have a value greater than the second potential Vn.
  • the sensing electrode 100 may interact with other electrodes not shown in the vicinity thereof to form the capacitance Cx.
  • the sensing electrode 100 may form a capacitance Cx by interacting with an input tool such as a hand of a person present therein.
  • the value of the capacitance Cx may change according to the distance between the sensing electrode 100 and an input tool such as a human hand.
  • the other resistors R14, R15, R24, R25, and R3 shown in FIG. 6A may be omitted according to a specific design scheme.
  • FIG. 6B is an example of on-off timings of the first switch SW1 and the second switch SW2 shown in FIG. 6A.
  • the on state sections of the two switches SW1 and SW2 may not overlap each other.
  • the voltage Vx of the sensing electrode 100 can exhibit a pattern as shown in the graph of FIG. 6B (a).
  • a current flows toward the sensing electrode 100 through the first sensing resistor R1, and the falling edge falls. It may be easily understood that current flows from the sensing electrode 100 through the second sensing resistor R2 near the time at which the edge exists.
  • the magnitude of the total sum of the currents over time that is, the amount of charge accumulated in the sensing electrode 100 may be controlled by the magnitude of the capacitance Cx. Therefore, if the amount of accumulated charge can be measured, the magnitude of the capacitance Cx can be measured, and as a result, it can be known whether the touch input is made near the capacitance Cx. It is also easily understood that the value of the current flowing out or flowing from the sensing electrode 100 may be zero in the time period except for the rising edge and the falling edge.
  • the first sensing resistor R1 and the second sensing resistor R2 are connected to the sensing electrode 100 in series at different time intervals. I can understand that.
  • FIG. 6C illustrates a modified example of the differential circuit unit 110 of FIG. 6A, in which the resistors R14, R15, R24, R25, and R3 are removed. Since the first switch SW1 and the second switch SW2 are not closed at the same time, the current I1 flowing through the first switch SW1 and the current I2 flowing through the second switch SW2 are not simultaneously zero. It cannot have a value.
  • the amount of charge flowing into and out of the sensing electrode 100 may be determined by the current I1 and the current I2. In this case, the time derivative of the amount of charge flowing into the sensing electrode 100 may be interpreted as the current I1, and the time derivative of the amount of charge flowing out of the sensing electrode 100 may be interpreted as the current I2. Can be.
  • the differential circuit unit 110 has output terminals T1, T2, T3 and T4 and an input terminal T0.
  • the output terminals T1 and T2 output a voltage value Va and the output terminals T3 and T4
  • the voltage value Vb is output, and the input terminal T0 is connected to the sensing electrode 100.
  • the voltage value Va is a value obtained by multiplying the time differential value I1 of the amount of charge flowing into the sensing electrode 100 by the value of the first sensing resistor R1
  • the voltage value Vb is the sensing electrode 100.
  • Is a value obtained by multiplying the value of the second sensing resistor R2 by the time differential value I2 of the amount of charge flowing out from the? That is, the differential circuit unit 110 shown in FIG.
  • the 6C is configured to output voltage values Va and Vb related to the time differential values I1 and I2 of the amount of charge flowing in and out of the sensing electrode 100.
  • the reason why the circuit 110 shown in FIGS. 6A and 6C is referred to as the 'differential circuit portion' is that the concept of 'differential' is included in the physical quantity output from the circuit 110.
  • the voltage value Va and the voltage value Vb may be referred to as 'detection voltages'.
  • FIG. 7 illustrates the structure of the touch input sensing circuit 10 provided by connecting the integrating circuit unit 120 to the output terminal of the differential circuit unit 110 shown in FIGS. 6A and 6C according to one embodiment of the present invention.
  • the input terminal of the integrating circuit unit 120 is configured to input a voltage value relating to the time derivative of the amount of charge flowing in and out of the sensing electrode described above from the differential circuit unit 110.
  • the integrating circuit unit 120 outputs an output voltage Vo proportional to the input voltage value.
  • the integrating circuit unit 120 internally has a scaled-first current ex proportional to the input sensing voltage Va and a scaled-second current ex proportional to the sensing voltage Vb. May include a circuit for generating I52) of FIG.
  • the integrating circuit unit 120 may be referred to as a low pass filter (LPF).
  • the integrating circuit unit 120 may be a device that receives a voltage and outputs a voltage.
  • FIG. 8A illustrates the configuration of an embodiment of the integrating circuit unit 120 of the touch input sensing circuit 10 shown in FIG. 7 in more detail.
  • one end and the other end of the first sensing resistor R1 are respectively one end of the scale resistor R11 and the non-inverting input terminal of the first operational amplifier OA1. Is connected to.
  • the other end of the scale resistor R11 is connected to the inverting input terminal of the first operational amplifier OA1.
  • the resistor R12 and the capacitor C1 may be connected between the inverting input terminal and the output terminal of the first operational amplifier OA1 to form a negative feedback circuit.
  • the switch SW11 may be used for initializing the touch input sensing circuit 10.
  • One end and the other end of the second sensing resistor R2 are connected to one end of the resistor R21 and the non-inverting input terminal of the second operational amplifier OA2, respectively.
  • the other end of the resistor R21 is connected to the inverting input terminal of the second operational amplifier OA2.
  • the resistor R22 and the capacitor C2 may be connected between the inverting input terminal and the output terminal of the second operational amplifier OA2 to form a negative feedback circuit.
  • the switch SW21 may be used to initialize the touch input sensing circuit 10.
  • the second switch SW2 is kept open, and the initial potential value of the sensing electrode 100 is greater than the first potential Vp. It is assumed to have a low value.
  • the first switch SW1 may be switched from the open state to the closed state.
  • a current may flow from the potential portion having the first potential Vp to enter the sensing electrode 100.
  • the current I1 entering the sensing electrode 100 is at a value of zero for a period of time from the moment when the first switch SW1 is closed to the potential of the sensing electrode 100 reaching the first potential Vp. Can be increased to a constant value and then decreased to a value of zero.
  • the current I0 flowing out of the potential portion having the first potential Vp may branch and flow into the current I1 and the scaled-first current I51.
  • Current I51 may flow through scale resistor R11. Since the voltages of the non-inverting input terminal and the inverting input terminal of the first operational amplifier OA1 can be regarded as virtually the same, the ratio of the magnitude of the current I1 and the scaled-first current I51 is The ratio of the resistor R1 and the scale resistor R11 may be substantially the same. In this case, the size of the scaled-first current I51 may be proportional to the size of the capacitance Cx. Therefore, the magnitude of the capacitance Cx may be estimated by integrating the scaled-first current I51 flowing through the scale resistor R11.
  • the scaled-first current I51 is input to the feedback loop of the first operational amplifier OA1 regarding the difference in voltage across the first sense resistor R1.
  • the magnitude of scaled-first current I51 is inversely proportional to the magnitude of scale resistor R11. Therefore, as the value of the scale resistor R11 is increased, the amount of current flowing through the first integration capacitor C1 may be further reduced.
  • the absolute value of the first output voltage Vo1 becomes smaller.
  • the value of the scale resistor R11 is increased and the value of the first integration capacitor C1 is decreased, the value of the first output voltage Vo1 may be maintained as it is.
  • the value of the first output voltage Vo1 is maintained as it is, it is not necessary to change a parameter of a component included in a circuit existing outside the touch input sensing circuit 10. In this case, since the area that can be secured by reducing the first integration capacitor C1 is larger than the area occupied by the additional resistors R1 and R11, the overall size of the touch input sensing circuit 10 is conventionally increased. Compared to the decrease.
  • the first operational amplifier OA1 and its peripheral circuit have a symmetrical structure with the second operational amplifier OA2 and its peripheral circuit.
  • the first output voltage Vo1 and the second output voltage Vo2 have opposite polarities.
  • the final output voltage Vo of the touch input sensing circuit 10 may be provided as an absolute value of a difference between the first output voltage Vo1 and the second output voltage Vo2.
  • the scaled-second current I52 may flow through the scale resistor R21. In the case of taking a differential configuration as shown in FIG. 8A, the influence of noise flowing through the input terminal of the touch input sensing circuit 10 may be attenuated.
  • FIG. 8B is an example of on-off timings of the first switch SW1, the second switch SW2, and the reset switches SW11 and SW21 shown in FIG. 8A.
  • the on state sections of the two switches SW1 and SW2 do not overlap each other.
  • An output voltage Vo defined as a difference value between the first output voltage Vo1 and the second output voltage Vo2 may be input to an AD converter (not shown).
  • FIG. 9 shows the configuration of another embodiment of the integrating circuit unit 120 of the touch input sensing circuit 10 shown in FIG. 7 in more detail.
  • the integrating circuit unit 120 shown in FIG. 9 includes transconductance units 301 and 302 and an operational amplifier OA22.
  • the transconductance units 301 and 302 each have a pair of input terminals for receiving voltages Va and Vb and a single output for outputting currents I31 and I32 proportional to the input voltages Va and Vb. single output).
  • the integrating device 122 provided by the operational amplifier OA22 and the negative feedback circuit connected thereto may be considered as a single ended integrator.
  • the integrating circuit unit 120 generates the scaled-first current I31 and the scaled-second current I32 in proportion to the input voltage value by using the transconductance units 301 and 302, and integrates them.
  • the device 122 may be used to integrate a current provided by the generated scaled-first current I31 and the scaled-second current I32 overlapping each other.
  • FIG. 10 shows the configuration of another embodiment of the integrating circuit unit 120 of the touch input sensing circuit 10 shown in FIG. 7 in more detail.
  • the integrating circuit unit 120 shown in FIG. 10 includes transconductance units 401 and 402 and an operational amplifier OA11.
  • the transconductance units 401 and 402 may each include a pair of input terminals receiving voltages Va and Vb, and scaled-first currents I411 and I412 proportional to the input voltages Va and Vb. It has a differential output terminal for outputting scaled-second currents I421 and I422.
  • the integrator 142 provided by the operational amplifier OA11 and the negative feedback circuit connected thereto may be regarded as a differential integrator.
  • the integrating circuit unit 120 generates the scaled-first currents I411 and I412 and the scaled-second currents I421 and I422 in proportion to the input voltage value using the transconductance units 401 and 402.
  • the integrator 142 may integrate the current in which the generated scaled-first current and scaled-second current overlap each other.
  • the touch input sensing circuit 10 includes a pair of outputting sensing voltages ex: Va or Vb of FIG. 7 that are proportional to current flowing in and out of the capacitive sensing electrode 100 (eg, I1 or I2 of FIG. 7).
  • a differential circuit unit 110 including an output terminal ex: T1, T2 or T3, T4 of FIG.
  • an integrated circuit unit 120 generating a scaled-first current (eg, I51 or I52 of FIG. 8A) proportional to the sensed voltage to provide an output voltage Vo corresponding to the integrated value of the scaled-current. ).
  • the differential circuit unit 110 an input terminal (T0) connected to the capacitive sensing electrode (100); A sensing resistor R1 through which the current flowing in and out flows; And a switch SW1 connecting one end of the sensing resistor R1 to the input terminal T0, wherein the sensing voltage Va corresponds to voltages formed at both ends of the sensing resistor R1.
  • the integrating circuit unit 120 an operational amplifier (ex: OA1 or OA2 of FIG. 8A); A feedback circuit (ex: C1, R12, SW11 or C2, R22, SW21 of FIG. 8A) connecting the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier to each other; And a scaling resistor (ex: R1 or R2 of FIG. 8A) coupled between the inverting input terminal and one of the pair of output terminals (ex: T1 or T2 of FIG. 8A), and the scaled-first current. May be configured to flow through the scaling resistor and the feedback circuit.
  • the integrating circuit unit 120 an operational amplifier (ex: OA22 of Fig. 9 or OA11 of Fig. 10); A feedback circuit connecting the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier to each other; And a transconductance unit (eg, 301, 302 of FIG. 9, or 401, 402 of FIG. 10) for outputting a scaled-current proportional to the sensed voltage and providing the feedback circuit to the feedback circuit.
  • an operational amplifier ex: OA22 of Fig. 9 or OA11 of Fig. 10
  • a feedback circuit connecting the output terminal and the inverting input terminal of the operational amplifier to each other
  • a transconductance unit eg, 301, 302 of FIG. 9, or 401, 402 of FIG. 10.
  • the transconductance unit (301, 302) is a transconductance unit having a single output (single output), the operational amplifier (OA22) is a single ended integrator (single ended integrator) May be).
  • the transconductance unit (401, 402) is a transconductance unit having a differential output (differential output), the operational amplifier (OA11) is a differential integrator (differential integrator). , Touch input sensing circuit.
  • the touch input sensing circuit 10 may include a pair of first output terminals ex: outputting a first sensing voltage ex: Va proportional to a current ex1 I1 flowing into the capacitive sensing electrode 100. T1 and T2 and a pair of second output terminals ex: T3 and T4 for outputting a second sensing voltage ex: Vb proportional to the current ex flowing from the capacitive sensing electrode ex: I2.
  • a differential circuit unit 110 Generating a scaled-first current (ex: I51) proportional to the first sensed voltage to output a first output voltage (ex: Vo1) corresponding to a value obtained by integrating the scaled-first current; Generating a scaled-second current (ex: I52) proportional to the second sensed voltage and outputting a second output voltage (ex: Vo 2) corresponding to a value obtained by integrating the scaled-second current;
  • An integrated circuit unit 120 may provide a difference value between the first output voltage and the second output voltage as an output voltage (ex: Vo).
  • the touch input sensing circuit 10 may include a pair of first output terminals ex: outputting a first sensing voltage ex: Va proportional to a current ex1 I1 flowing into the capacitive sensing electrode 100. T1 and T2 and a pair of second output terminals ex: T3 and T4 for outputting a second sensing voltage ex: Vb proportional to the current ex flowing from the capacitive sensing electrode ex: I2.
  • a differential circuit unit 110 And a scaled-first current generated to have a value proportional to the first sensed voltage (eg, I31 or I411 / I412) and a scaled-second current generated to have a value proportional to the second sensed voltage ( ex:
  • the integrated circuit unit 120 may output an output voltage Vo corresponding to a value obtained by integrating currents overlapping I32 or I421 / I422.
  • the integrating circuit unit the first transconductance unit 301 having a single output terminal (single output), the second transconductance unit 302 that follows the single output terminal, and the negative feedback And a single ended integrator (OA22) having a circuit formed thereon, wherein the first transconductance unit receives the first sensing voltage to generate the scaled first current I31 to generate the scaled-integrator.
  • the second transconductance unit receives the second sensing voltage to generate the scaled-second current I32 to generate the scaled-second current. It may be arranged to provide a negative feedback circuit.
  • the integrating circuit unit may include a third transconductance unit 401 having a differential output terminal, a fourth transconductance unit 402 having a differential output terminal, and a negative feedback circuit. And a differential integrator (OA11) in which a circuit is formed, wherein the third transconductance unit receives the first sense voltage to generate the scaled-first current to generate the scaled-first current. And the fourth transconductance unit receives the second sensing voltage to generate the scaled-second current to provide the scaled-second current to the negative feedback circuit. It may be.
  • OA11 differential integrator
  • the touch input sensing circuit 10 may include a differential circuit unit 110 for outputting a sensing voltage proportional to a current flowing in and out of the capacitive sensing electrode 100; And an integrated circuit unit 120 generating a scaled-current proportional to the sensed voltage and integrating the generated scaled-current.
  • the differential circuit unit includes a sensing resistor R1 connected to the capacitive sensing electrode 100, and the sensing voltage may be a voltage of one end of the sensing resistor or a potential difference Va of both ends of the sensing resistor.
  • the integrating circuit unit receives the sensing voltage and outputs the scaled-current proportional to the sensing voltage, and the scale. And an operational amplifier configured to integrate the current.

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Abstract

용량성 감지전극에 유출입되는 전류에 비례하는 감지전압을 출력하는 미분회로부 및 상기 감지전압에 비례하는 스케일된-전류를 생성하여 상기 생성된 스케일된-전류를 적분하는 적분회로부를 포함하는 터치입력 감지회로를 공개한다.

Description

용량방식의 터치입력 감지회로
본 발명은 용량식 터치입력 감지장치를 위해 사용되는 감지회로에 관한 것으로서, 특히 상기 감지회로의 크기를 줄일 수 있는 구조를 제공하는 기술에 관한 것이다.
사용자의 명령을 입력받아 이 명령에 대응하는 결과를 표시장치에 출력하는 사용자 기기로서, 스마트폰, 스마트 패드, 및 랩 탑 컴퓨터라는 이름으로 지칭되는 사용자 기기들이 최근 공개되고 있다. 특히, 이들 사용자 기기에서는, 사용자의 명령을 입력받는 사용자 입력장치로서, 상기 사용자 기기의 표시화면의 근처에 배치되어 있으며 상기 표시화면의 전체영역을 덮는 터치입력 감지장치가 포함될 수 있다. 이러한 터치입력 감지장치의 예로는 소위 감압식 터치입력 감지장치, 정전식 터치입력 감지장치, 및 스타일러스 펜 감지장치(이하, 간단히 펜 감지장치) 등을 들 수 있다. 위의 감지장치들은 서로 다른 기술(이하, 터치입력기술)에 기반을 둔 제품들이다. 상기 각 기술들은 자신만의 장단점을 가지고 있기 때문에 서로의 장점을 결합하여 제공함으로써 더 편리한 사용자 입력경험을 제공하고자 하는 시도가 이루어지고 있다. 상기 각 기술들의 기초적인 동작원리는 여러 문헌에 공개되어 있다.
터치입력 감지장치는 터치입력을 감지하기 위한 말단부 센서장치(front-end sensing device)(즉, 감지전극부 또는 말단 감지부 또는 터치전극부)를 포함하는 터치패널 및 상기 터치패널로부터 신호를 제공받는 터치 IC를 포함할 수 있다. 상기 말단부 센서장치는 투명/불투명 전극이거나 또는 얇은 전극일 수도 있다. 상기 터치패널과 터치 IC는 FPCB등에 의해 연결되어 있을 수 있다. 그런데 상기 말단부 센서장치는 터치입력을 위해 할당된 터치감지영역에 해당하지만, 상기 FPCB가 차지하는 영역은 터치입력을 위해 할당된 터치감지영역이 아니다. 이와 같이 터치감지영역 이외의 영역을 본 명세서에서는 '비감지영역'으로 지칭할 수 있다.
상기 전극(=터치전극)은 별도로 제공되는 디스플레이부(즉, 표시부, 또는 화면표시부, 화면부)와 겹쳐진 상태로 제공될 수 있다. 또는 상기 전극은 디스플레이부의 부품을 함께 공유하는 형태로 제공될 수도 있다.
터치입력 감지장치를 위해서는 소위 터치 IC가 제공되어야 하며, 디스플레이부의 구동을 위해서는 소위 DDI(Display Driver IC)가 제공되어야 한다. 이때 디스플레이부와 터치입력 감지장치가 매우 가까운 거리에 배치될 수 있기 때문에, 위의 터치 IC의 일부 구성요소가 DDI 내에 통합되거나, 또는 DDI의 일부 구성요소가 터치 IC 내에 통합되거나, 또는 DDI와 터치 IC가 서로 통합되어 한 개의 단일 IC로 제공될 수도 있다.
한편, 상기 말단부 센서장치를 구성하는 한 개 이상의 전극의 개수는, 구체적인 설계방식 또는 응용분야에 따라 많을 수도 있고 적을 수도 있다. 상기 전극들에 관한 터치입력 여부를 알기 위해서는 각 전극의 전기적 성질의 변화를 감지하기 위한 터치감지회로가 필요하다. 이때, N개의 전극이 존재하는 경우 N개의 터치감지회로를 제공하여 구현할 수도 있지만, 멀티플렉서를 사용하여 M개(M<N)의 터치감지회로만을 제공하여 구현할 수도 있다.
이때, 상기 터치감지회로로서 전류를 적분하는 적분 커패시터를 포함하는 적분회로를 사용할 수 있는데, 이 적분 커패시터의 부피가 크게 설계되는 경우에는, 이러한 적분회로를 포함하는 터치 IC, 또는 DDI, 또는 통합형 IC를 작은 크기로 설계하지 못하게 된다. 이러한 문제점은, 상기 IC가 소형화된 이동형 사용자 기기에 적용되는 경우에 있어서 더 큰 설계상의 제약을 유발하게 된다.
이를 해결하기 위하여 멀티플렉서의 입력 노드 개수를 증가시키는 방법을 이용할 수 있다. 이 경우 요구되는 전체 적분회로의 개수는 줄어들 수 있지만, 위의 각 입력 노드에 연결되는 전극의 전기적 특성을 감지할 수 있는 시간이 줄어들게 되어, 장치 성능이 저하되는 문제가 있다. 뿐만 아니라, 상기 말단부 센서장치를 구성하는 한 개 이상의 전극의 개수가 매우 많은 응용예에서는, 멀티플렉서의 입력의 개수를 증가시키더라도, 최종적으로 제공되어야 하는 적분회로의 개수가 많을 수밖에 없다는 문제가 여전히 남아 있다.
따라서 상기 적분회로를 포함하는 IC의 크기를 줄이기 위해서는, 근본적으로는, 적분회로에 포함되는 적분 커패시터의 크기를 줄일 수 있는 기술을 제공할 필요가 있다.
본 발명에서는 작은 크기의 IC 내에 최대한 많은 개수의 적분회로를 제공하기 위하여, 각 적분회로에 포함되는 적분 커패시터의 크기를 줄이기 위한 구조를 제공하고자 한다.
적분회로에 포함되는 적분 커패시터의 크기는, 상기 적분회로의 바람직한 출력전압의 범위 및 상기 적분 커패시터를 통해 흐르는 예상 전류의 크기에 따라 결정될 수 있다. 특정 어플리케이션을 위하여 적절하게 설계된 적분회로에 포함된 적분 커패시터의 크기를 단순히 줄이면서 다른 조건은 동일하게 유지하는 경우, 출력전압의 크기가 이에 비례하여 증가할 수 있다. 그 결과 상기 적분회로가 원하지 않는 조건에서조차 일찍 포화될 수 있다는 문제가 있다. 따라서 적분 커패시터의 크기를 줄이고자 하는 경우에는 이 적분 커패시터를 통해 흘러들어 올 것으로 예상되는 전류의 크기를 이에 맞추어 감소시키는 회로를 추가적으로 제공할 필요가 있다.
이러한 적분회로가 미리 결정된 규격을 갖는 터치입력 감지장치에 포함되어 있는 터치전극에 연결되는 경우, 이 적분회로의 입력전류의 크기는 상기 터치전극의 크기에 의해 좌우될 수 있다. 이때, 이 전극의 크기가 미리 결정되어 바꿀 수 없는 경우에는 이 터치전극을 통해 흐르는 전류의 크기의 범위도 예상될 수 있다. 따라서 이 터치전극을 통해 흐르는 전류의 크기를 스케일링(scaling)할 수 있는 스케일링 회로를 제공함으로써, 상기 적분회로에 포함된 적분 커패시터의 크기를 줄일 수 있다. 이때 상기 스케일링은 증폭 또는 감소시키는 두 가지 경우를 모두 포함하지만, 본 명세서에서 설명하는 실시예에서는 주로 전류의 크기를 감소시켜야 하는 경우를 설명한다.
상기 스케일링 회로는 상기 터치전극에 흐르는 전류에 관한 값을 감지하여 원하는 이득(gain)만큼 증폭시키는 역할을 하는 구성을 가질 수 있다. 이때, 상기 전류에 관한 값은 상기 전류값일 수도 있고 또는 상기 전류에 비례하는 전압 값일 수도 있다. 예컨대, 상기 전류에 관한 값을 감지하는 소자는 저항일 수도 있다.
본 발명의 일 관점에 따라, 용량성 감지전극에 유출입되는 전류에 비례하는 감지전압을 출력하는 한 쌍의 출력단자를 포함하는 미분회로부; 및 상기 감지전압에 비례하는 스케일된-제1전류를 생성하여 상기 스케일된-전류를 적분한 값에 대응하는 출력전압을 제공하는 적분회로부를 포함하는, 터치입력 감지회로를 제공할 수 있다.
이때, 상기 미분회로부는, 상기 용량성 감지전극에 연결되는 입력단자; 상기 유출입되는 전류가 흐르는 감지저항; 및 상기 감지저항의 일 단부를 상기 입력단자에 연결하는 스위치; 를 포함하며, 상기 감지전압은 상기 감지저항의 양 단부에 형성되는 전압에 대응할 수 있다.
이때, 상기 적분회로부는, 연산증폭기; 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자를 서로 연결하는 피드백 회로; 상기 반전입력단자와 상기 한 쌍의 출력단자 중 일 단자 사이에 연결된 스케일링 저항;을 포함하며, 상기 스케일된-제1전류는 상기 스케일링 저항 및 상기 피드백 회로를 통해 흐르도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 적분회로부는, 연산증폭기; 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자를 서로 연결하는 피드백 회로; 및 상기 감지전압에 비례하는 스케일된-전류를 출력하여 상기 피드백 회로에 제공하는 트랜스 컨덕턴스부를 포함할 수 있다.
이때, 상기 트랜스 컨덕턴스부(301)는 싱글 출력단(single output)을 갖는 트랜스 컨덕턴스부이며, 상기 연산증폭기는 싱글 엔디드 인티크레이터(single ended integrator)일 수 있다.
이때, 상기 트랜스 컨덕턴스부(401)는 차동 출력단(differential output)을 갖는 트랜스 컨덕턴스부이며, 상기 연산증폭기는 차동 인티크레이터(differential integrator)일 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따라, 용량성 감지전극에 유입되는 전류에 비례하는 제1감지전압을 출력하는 한 쌍의 제1출력단자 및 상기 용량성 감지전극으로부터 유출되는 전류에 비례하는 제2감지전압을 출력하는 한 쌍의 제2출력단자를 포함하는 미분회로부; 및 상기 제1감지전압에 비례하는 스케일된-제1전류를 생성하여 상기 스케일된-제1전류를 적분한 값에 대응하는 제1출력전압을 출력하고, 상기 제2감지전압에 비례하는 스케일된-제2전류를 생성하여 상기 스케일된-제2전류를 적분한 값에 대응하는 제2출력전압을 출력하고, 상기 제1출력전압과 상기 제2출력전압의 차이값을 출력전압으로서 제공하는 적분회로부를 포함하는, 터치입력 감지회로를 제공할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 용량성 감지전극에 유입되는 전류에 비례하는 제1감지전압을 출력하는 한 쌍의 제1출력단자 및 상기 용량성 감지전극으로부터 유출되는 전류에 비례하는 제2감지전압을 출력하는 한 쌍의 제2출력단자를 포함하는 미분회로부; 및 상기 제1감지전압에 비례하는 값을 갖도록 생성된 스케일된-제1전류와 상기 제2감지전압에 비례하는 값을 갖도록 생성된 스케일된-제2전류를 서로 중첩한 전류를 적분한 값에 대응하는 출력전압을 출력하는 적분회로부;를 포함하는, 터치입력 감지회로를 제공할 수 있다.
이때, 상기 적분회로부는, 싱글 출력단(single output)을 갖는 제1 트랜스 컨덕턴스부, 싱글 출력단을 닺는 제2 트랜스 컨덕턴스부, 및 부궤환 회로가 형성된 싱글 엔디드 인티크레이터(single ended integrator)를 포함하며, 상기 제1 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제1감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제1전류를 생성하여 상기 스케일된-제1전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있고, 상기 제2 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제2감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제2전류를 생성하여 상기 스케일된-제2전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 적분회로부는, 차동 출력단(differential output)을 갖는 제3 트랜스 컨덕턴스부, 차동 출력단을 갖는 제4 트랜스 컨덕턴스부, 및 부궤환 회로가 형성된 차동 인티크레이터(differential integrator)를 포함하며, 상기 제3 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제1감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제1전류를 생성하여, 상기 스케일된-제1전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있고, 상기 제4 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제2감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제2전류를 생성하여, 상기 스케일된-제2전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라, 용량성 감지전극에 유출입되는 전류에 비례하는 감지전압을 출력하는 미분회로부; 및 상기 감지전압에 비례하는 스케일된-전류를 생성하여, 상기 생성된 스케일된-전류를 적분하는 적분회로부를 포함하는, 터치입력 감지회로를 제공할 수 있다.
이때, 상기 미분회로부는 상기 용량성 감지전극에 연결된 감지저항을 포함하며, 상기 감지전압은 상기 감지저항의 일단의 전압 또는 상기 감지저항의 양단부의 전위차일 수 있다.
이때, 상기 적분회로부는 상기 감지전압을 입력받아 상기 감지전압에 비례하는 상기 스케일된-전류를 출력하는 전압-전류 변환부, 및 상기 스케일된-전류를 적분하도록 되어 있는 연산증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라 제공되는 감지장치는, 용량성 감지전극에 축적되는 전하량의 시간 미분값에 관한 전압값을 출력하는 미분회로부; 및 상기 미분회로부가 출력한 상기 전압값에 비례하는 전류를 적분하는 적분회로를 포함한다.
이때, 상기 미분회로부는 상기 용량성 감지전극 및 상기 용량성 감지전극에 연결된 감지저항을 포함하며, 상기 시간 미분값에 관한 전압값은 상기 감지저항의 일단의 전압 또는 상기 감지저항의 양단부의 전위차일 수 있다.
이때, 상기 적분회로는 상기 전압값을 입력받아 상기 전압값에 비례하는 전류를 출력하는 전압-전류 변환기, 및 상기 출력된 전류를 적분하도록 되어 있는 연산증폭기를 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라 제공되는 감지장치는, 감지전극을 통해 흐르는 전류의 일부 또는 전부가 흐르도록 상기 감지전극에 연결된 제1 감지저항; 상기 감지전극의 일단부의 전위값 또는 양단부의 전위차를 입력받아 이에 비례하는 전류를 출력하는 전압-전류 변환기; 및 상기 전압-전류 변환기로부터 출력되는 출력전류를 적분하는 적분회로부를 포함한다.
본 발명의 또 다른 관전에 따라 제공되는 감지장치는, 감지전극에 직렬연결된 제1 감지저항; 상기 제1 감지저항의 양 단부 중 상기 감지전극의 반대편에 존재하는 일 단부에 연결된 제1 스케일 저항; 및 상기 제1 스케일 저항에 흐르는 전류를 적분하는 제1 적분회로부를 포함하며, 상기 제1 감지저항의 상기 일 단부는 상기 제1 스케일 저항의 일 단부에 연결되어 있고, 상기 제1 감지저항의 타 단부는 상기 제1 스케일 저항의 타 단부와 버추얼하게 동일한 전위를 갖는 제1 버추얼 단자에 연결되어 있다.
이때, 상기 제1 적분회로부는 제1 연산증폭기 및 상기 제1 연산증폭기의 반전입력단자와 출력단자 사이에 연결된 제1 적분 커패시터를 포함하며, 상기 제1 버추얼 단자는 상기 제1 연산증폭기의 비반전입력단자이며, 상기 제1 스케일 저항의 상기 타 단부는 상기 제1 연산증폭기의 반전입력단자에 연결되어 있다.
이때, 상기 제1 감지저항의 상기 타 단부는 제13 저항을 통해 상기 제1 버추얼 단자에 연결되어 있다.
이때, 상기 제1 감지저항은 상기 감지전극에 제1 스위치를 통해 연결되어 있으며, 상기 감지장치는, 상기 감지전극에 제2 스위치를 통해 직렬연결된 제2 감지저항; 상기 제2 감지저항의 양 단부 중 상기 감지전극의 반대편에 존재하는 일 단부에 연결된 제2 스케일 저항; 및 상기 제2 스케일 저항에 흐르는 전류를 적분하는 제2 적분회로부를 더 포함하며, 상기 제2 감지저항의 상기 일 단부는 상기 제2 스케일 저항의 일 단부에 연결되어 있고, 상기 제2 감지저항의 타 단부는 상기 제2 스케일 저항의 타 단부와 버추얼하게 동일한 전위를 갖는 제2 버추얼 단자에 연결되어 있으며, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치는, 상기 제1 스위치와 상기 제2 스위치의 온-상태 시구간이 서로 겹치지 않도록 동작하도록 제어되며, 상기 제1 전분기와 상기 제2 전분기의 출력전압은 서로 반대 극성 방향으로 증가하도록 되어 있고, 상기 감지장치의 출력값은 상기 제1 전분기와 상기 제2 전분기의 출력전압의 차분값일 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라 제공되는 감지장치는, 터치입력 감지전극에 흐르는 전류에 비례하는 전류가 흐르도록 상기 터치입력 감지전극에 연결된 감지저항; 상기 감지저항의 양 단부 중 상기 감지전극의 반대편에 존재하는 일 단부에 연결된 스케일 저항; 및 상기 스케일 저항에 흐르는 전류를 적분하는 적분회로부를 포함하며, 상기 감지저항의 상기 일 단부는 상기 스케일 저항의 일 단부에 연결되어 있고, 상기 감지저항의 타 단부는 상기 스케일 저항의 타 단부와 버추얼하게 동일한 전위를 갖는 단자에 연결되어 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따라 제공되는 감지장치는, 터치입력 감지전극에 흐르는 전류에 비례하는 전류가 흐르도록 상기 터치입력 감지전극에 연결된 감지저항; 상기 감지저항의 양 단자의 전위차를 감지하여 이에 비례하는 전류를 출력하는 상기 제1 스케일 저항에 흐르는 전류를 적분하는 제1 적분회로부를 포함하며, 상기 제1 감지저항의 상기 일 단부는 상기 제1 스케일 저항의 일 단부에 연결되어 있고, 상기 제1 감지저항의 타 단부는 상기 제1 스케일 저항의 타 단부와 버추얼하게 동일한 전위를 갖는 제1 버추얼 단자에 연결되어 있다.
본 발명에 따르면 터치입력장치에 포함된 각 적분회로에 포함되는 적분 커패시터의 크기를 줄이기 위한 구조를 제공할 수 있다. 그 결과 제한된 크기의 IC 내에 최대한 많은 개수의 적분회로를 제공할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 터치입력 감지장치와 디스플레이 장치가 결합된 일체형 입출력장치를 구성하는 입출력패널의 단면구조를 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 입출력장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력 감지장치(1)의 구체적인 구성을 나타낸 것이다.
도 4a는 도 3의 실시예에 따른 터치입력 감지장치의 동작원리를 설명하기 위한 것으로서, 터치감지신호 출력부(20)의 구성을 더 자세히 도시한 것이다.
도 4b는 도 4a에 도시한 MUX의 구조의 예를 더 자세히 나타낸 것이다.
도 5는 도 3에 나타낸 터치입력 감지장치(1)에 터치 IC(3)와 호스트 컴퓨터(1120)가 더 연결된 구성을 나타낸다.
도 6a 및 도 6c는 감지전극 구동을 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 미분회로부(110)를 나타낸 것이다.
도 6b는 도 6a에 도시된 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 온-오프 타이밍의 예이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6a 및 도 6c에 도시한 미분회로부(110)의 출력단자에 적분회로부(120)를 연결하여 제공한 터치입력 감지회로(10)의 구조를 나타낸 것이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6a에 도시된 회로를 이용하여 커패시턴스(Cx)의 크기를 측정하는 회로의 일 예를 나타낸 것이다.
도 8b는 도 8a에 도시된 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2), 그리고 리셋 스위치(SW3, SW4)의 온-오프 타이밍의 예를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지회로(10)의 회로구성을 나타낸 것이다.
도 10는 본 발명의 다른 실시예에 따라 제공되는 터치입력 감지회로(10)의 회로구성을 나타낸 것이다.
이하, 첨부한 도면을 참고로 하여 본 발명의 실시예에 대하여 본 발명이 속하는 기술분야에서 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. 이하에서 사용되는 용어는 단지 특정 실시예를 언급하기 위한 것이며, 본 발명을 한정하는 것을 의도하지 않는다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따라 터치입력장치와 디스플레이 장치가 결합된 일체형 입출력장치를 구성하는 입출력패널의 단면구조를 나타낸 것이다.
입출력패널(1050)은 박막 트랜지스터 어레이 기판(1020), 컬러필터 어레이 기판(1030)과, 두 기판(1020, 1030) 사이에 채워진 액정층(1040)을 갖는 액정표시패널과, 박막 트랜지스터 어레이 기판(1020)의 하측에 형성된 백라이트 유닛(BLU)(1060)을 포함할 수 있다.
박막 트랜지스터 어레이 기판(1020)은, 제1 기판(1021) 상에서 서로 교차하도록 형성된 게이트 라인들 및 데이터 라인들과, 그 게이트 라인들과 데이터 라인들의 교차부마다 형성된 박막 트랜지스터와, 액정셀 단위로 형성되어 박막 트랜지스터에 접속된 화소 전극을 포함하는 TFT어레이(1023)와, 그들 위에 도포된 배향막(1025)을 포함할 수 있다. 게이트 라인들과 데이터 라인들은 각각의 패드부를 통해 구동회로들로부터 신호를 공급받으며, 박막 트랜지스터는 게이트 라인에 공급되는 스캔신호에 응답하여 데이터 라인에 공급되는 화소 전압신호를 화소 전극에 공급할 수 있다.
컬러필터 어레이 기판(1030)은 제2 기판(1031) 상에 액정셀 단위로 형성된 컬러필터들(1033)과, 컬러필터들 간의 구분 및 외부광 반사를 위한 블랙 매트릭스(1035)와, 액정셀들에 공통적으로 기준전압을 공급하는 공통전극(Vcom)(1037)과, 그들 위에 도포되는 배향막(1039)을 포함할 수 있다. 이때, 공통전극(Vcom)(1037)은 여러 개로 분할되어 제공될 수 있다. 즉 복수 개의 공통전극이 존재할 수 있다. 그리고 본 발명의 일 실시예에서 상기 복수 개의 공통전극들은 터치입력감지를 위한 소자로서 활용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 일체형 입출력장치의 구조를 나타낸 것이다.
일체형 입출력장치는 입출력패널(1050), 타이밍 콘트롤러(1101), 데이터 구동부(1102), 게이트 구동부(1103), 호스트 컴퓨터(1120), 터치 IC를 포함할 수 있다. 도 2에서는, 편의를 위하여, 입출력패널(1050) 중 게이트 라인들 및 데이터 라인이 형성된 제1 기판(1021)과 복수 개의 공통전극(Vcom)(1037) 만을 도시하였다.
입출력패널(1050)은 컬러필터 어레이, 박막트랜지스터 어레이, 이들 사이에 배치된 액정층, 및 상기 액정층의 셀갭을 유지하기 위한 스페이서를 포함할 수 있다. 상기 컬러필터 어레이는, 상부기판, 상기 상부기판의 일면에 형성되는 컬러필터, 블랙 매트릭스, 그리고 상기 컬러필터와 블랙 매트릭스의 상부에 형성되는 공통전극(Vcom)을 포함할 수 있다. 박막트랜지스터 어레이는, 하부기판, 및 상기 하부기판의 일면에 서로 교차하도록 형성되는 복수 개의 데이터라인(DL)(1104)들과 복수 개의 게이트라인(GL)(1105)들, 게이트라인(1105)과 데이터라인(1104)이 교차하는 영역에 형성되는 박막 트랜지스터, 및 게이트라인(1105)과 데이터라인(1104)의 교차에 의해 정의되는 픽셀들을 포함할 수 있다. 상기 하부기판의 타면에는 하부 편광판이 배치될 수 있다.
백라이트 유닛은 입출력패널(1050)의 아래 쪽에 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 다수의 광원들을 포함하여 입출력패널(1050)에 균일하게 빛을 조사할 수 있다. 백라이트 유닛은 직하형(direct type) 백라이트 유닛 또는 에지형(edge type) 백라이트 유닛으로 구현될 수 있다. 백라이트 유닛의 광원은 HCFL(Hot Cathode Fluorescent Lamp), CCFL(Cold Cathode Fluorescent Lamp), EEFL(External Electrode Fluorescent Lamp), LED(Light Emitting Diode) 중 어느 하나 또는 두 종류 이상의 광원을 포함할 수 있다.
데이터 구동부(1102)는 타이밍 콘트롤러(1101)의 제어 하에 디지털 비디오 데이터(RGB)를 샘플링하고 래치할 수 있다. 그리고 데이터 구동부(1102)는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압의 극성을 반전시킬 수 있다. 데이터 구동부(1102) 로부터 출력되는 정극성/부극성 데이터전압은 게이트 구동부(1103)로부터 출력되는 게이트펄스에 동기화될 수 있다. 데이터 구동부 (1102)의 소스 드라이브 IC들 각각은 COG(Chip On Glass) 공정이나 TAB(Tape Automated Bonding) 공정으로 입출력패널(1050)의 데이터라인들(1104)에 접속될 수 있다. 소스 드라이브 IC는 타이밍 콘트롤러(1101) 내에 집적되어 타이밍 콘트롤러(1101)와 함께 원칩 IC 로 구현될 수도 있다.
게이트 구동부(1103)는 타이밍 콘트롤러(1101)의 제어 하에 디스플레이 모드에서 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 출력하고 그 출력의 스윙전압을 게이트 하이 전압과 게이트 로우 전압으로 쉬프트 시킬 수 있다. 게이트 구동부(1103)로부터 출력되는 게이트펄스는 데이터 구동부(1102)로부터 출력되는 데이터전압에 동기되어 게이트라인들(1105)에 순차적으록 공급될 수 있다. 게이트 하이 전압은 박막트랜지스터(T)의 문턱전압 이상의 전압이고, 게이트 로우 전압은 박막트랜지스터(T)의 문턱전압보다 낮은 전압일 수 있다. 게이트 구동부(1103)의 게이트 드라이브 IC 들은 TAP 공정을 통해 입출력패널(1050)의 상기 하부기판의 게이트라인들(1105)에 연결되거나 GIP(Gate In Panel) 공정으로 픽셀과 함께 입출력패널(1050)의 상기 하부기판 상에 직접 형성될 수 있다.
타이밍 콘트롤러(1101)는 호스트 컴퓨터(1120)로부터의 타이밍신호를 이용하여 데이터 구동부(1102)의 동작 타이밍과 데이터전압의 극성을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호와, 게이트 구동부 (1103)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 게이트 타이밍 제어신호를 발생할 수 있다.
게이트 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock, GSC), 게이트 출력 이네이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함할 수 있다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 게이트 구동부(1103)로부터 매 프레임 기간마다 가장 먼저 게이트펄스를 출력하는 첫 번째 게이트 드라이브 IC에 인가되어 그 게이트 드라이브 IC의 쉬프트 시작 타이밍을 제어할 수 있다. 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 구동부(1103)의 게이트 드라이브 IC 들에 공통으로 입력되어 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트 시키기 위한 클럭신호이다. 게이트 출력 이네이블신호(GOE)는 게이트 구동부(1103) 의 게이트 드라이브 IC 들의 출력 타이밍을 제어할 수 있다.
데이터 타이밍 제어신호는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse, SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호 (Polarity : POL), 및 소스 출력 이네이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함할 수 있다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(1102)에서 가장 먼저 데이터를 샘플링하는 첫 번째 소스 드라이브 IC에 인가되어 데이터 샘플링 시작 타이밍을 제어할 수 있다. 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 소스 드라이브 IC들 내에서 데이터의 샘플링 타이밍을 제어하는 클럭신호이다. 극성제어신호(POL)는 소스 드라이브 IC 들로부터 출력되는 데이터전압의 극성을 제어할 수 있다. 소스 출력 이네이블신호 (SOE)는 소스 드라이브 IC 들의 출력 타이밍을 제어할 수 있다. LVDS(Low Voltage Differential Signaling) 인터페이스를 통해 데이터 구동부(1102)에 디지털 비디오 데이터(RGB)가 입력된다면, 소스 스타트 펄스(SSP)와 소스 샘플링 클럭(SSC)은 생략될 수 있다.
호스트 컴퓨터(1120)는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)와, 디스플레이 구동에 필요한 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 LVDS 인터페이스, TMDS(Transition Minimized Differential Signaling) 인터페이스 등의 인터페이스를 통해 타이밍 콘트롤러(1101)에 전송할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서 상술한 타이밍 콘트롤러(1101), 데이터 구동부(1102), 및 게이트 구동부(1103)는 한 개의 DDI 칩에 포함되어 제공될 수 있다. DDI 칩은 타이밍 콘트롤러(1101), 데이터 구동부(1102), 및 게이트 구동부(1103)를 포함할 수 있다.
이하 본 명세서에서 상기 공통전극(1037)은 'VCOM 전극(1037)'으로 지칭될 수 있다. 이때 공통전극들이 M*N 행렬형태로 배치될 수 있으며, 도 2의 예에서는 M=6, N=6이다. 이하 p번째 행(row)과 q번째 열(column)에서 교차하는 공통전극(1037)을 VCOM,pq라고 표기할 수 있다. 예컨대 2번째 행(row)과 3번째 열(column)에서 교차하는 공통전극(1037)은 VCOM,23이라고 표기할 수 있다.
일실시예에서, 공통전극(1037)들은 제1 시구간에서는 화면출력을 위한 부품으로 사용되고, 제2 시구간에서는 터치입력여부를 확인하는 부품으로 사용될 수 있다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 구성을 나타낸 것으로서 디스플레이 출력장치가 갖고 있는 공통전극을 터치입력 감지장치의 말단부 센싱장치로서 사용하는 경우를 나타낸 것이지만, 본 발명의 다른 실시예에서는 도 2와 달리 말단부 센싱장치가 디스플레이 출력장치와 다른 층에 배치되어 별도로 제공될 수 있다. 본 발명에 따른 일 실시예는 말단부 센싱장치가 디스플레이 출력장치와 일체로 형성되어 있는지 여부에 종속되지 않는다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력 감지장치(1)의 구체적인 구성을 나타낸 것이다.
터치입력 감지장치(1)는 미리 결정된 방식에 의해 배열된 복수 개의 터치노드(100)들, 상기 복수 개의 터치노드(100)들로부터 검출된 전기적 특성을 이용하여 각 터치노드(100)에서의 터치입력 여부 및 터치입력 수준에 관한 정보를 측정하는 한 개 이상의 터치감지신호 출력부(20, 20_1, 20_2, 20_3, ... , 20_9), 터치노드(100)들과 터치감지신호 출력부(20) 사이를 연결하는 복수 개의 배선(2037)들을 포함할 수 있다. 도 3에서, 한 개의 배선(2037)은 한 개의 터치노드(100)에만 연결된다. 도 3의 예에서 터치노드(100)들은, 6*6 행렬형태로 배치되어 있으며, 6개의 열(column)(C1~C6)과 6개의 행(row)(R1~R6)으로 이루어진다.
이때, 터치노드(100)들로 이루어지는 영역을 터치감지영역(A2)이라고 지칭할 수 있다.
그리고 터치감지신호 출력부(20)들은 상기 터치감지영역을 이루는 터치노드들(100)로부터 독립적으로 제공되는 IC(2)에 포함되어 제공될 수 있다. 이때, 상기 독립된 IC는 터치입력신호만을 처리하는 터치 IC이거나, 또는 디스플레이 제어신호와 터치입력신호를 함께 처리하는 DDI(Display Driving IC)일 수도 있다. 후자의 경우 도 3의 IC(2)에는, 도시되지 않은 다른 기능부들, 예컨대 도 2의 참조번호 1101, 1102, 1103, 1104에 대응하는 기능부들이 더 포함되어 있을 수 있다.
터치감지영역(A2)과 IC(2) 사이에는 물리적인 공간이 존재할 수 있는데, 이 공간은 상기 터치감지영역으로 사용하도록 계획된 것이 아니다. 따라서 터치감지영역(A2)과 IC(2) 사이의 일정 영역을 비감지영역(A1)이라고 지칭할 수 있다. 이때, 터치감지영역(A2)과 IC(2) 사이에 존재하는 영역에는 배선(2037)의 일부분이 배치될 수 있는데, 이러한 배선(2037)의 일부분은 FPCB 상에 형성되어 제공될 수 있다.
각각의 터치노드(100) 상(above)에는 6개의 배선(2037)이 배치되도록 되어 있지만, 각각의 터치노드(100)에는(at) 한 개의 배선(2037)만이 전기적으로 연결되도록 되어 있다. 각 터치노드(100)와 배선(2027)의 결합부가 존재하는 위치를 삼각형, 사각형, 오각형, 및 원으로 표시하였다.
도 3의 실시예에서 36개의 터치노드(100)들은 4개의 그룹으로 구분될 수 있다. 그룹 A, B, C, D는 각각 삼각형, 사각형, 오각형, 및 원으로 표시된 결합부를 갖는 터치노드들을 포함한다. 예컨대, 그룹 A는 터치노드(TN,11, TN,13, TN,15, TN,31, TN,33, TN,35, TN,51, TN,53, TN,55)를 포함할 수 있다.
그리고 도 3의 실시예에서는 총 9개의 터치감지신호 출력부(20)가 제공되는데, 각각의 터치감지신호 출력부(20)는 4개의 배선(2037)이 연결된다. 이때 각각의 터치감지신호 출력부(20), 배선(2037)을 통해, 그룹 A에 속한 한 개의 터치노드, 그룹 B에 속한 한 개의 터치노드, 그룹 C에 속한 한 개의 터치노드, 및 그룹 D에 속한 한 개의 터치노드에 연결될 수 있다.
도 4a는 도 3의 실시예에 따른 터치입력 감지장치의 동작원리를 설명하기 위한 것으로서, 터치감지신호 출력부(20)의 구성을 더 자세히 도시한 것이다. 도 4b는 도 4a에 도시한 MUX의 기능을 더 자세히 나타낸 것이다.
터치감지신호 출력부(20)는 터치입력 감지회로(10) 및 MUX(M1)를 포함할 수 있다. 터치감지신호 출력부(20)에 입력되는 4개의 신호는 4개의 터치노드(100, TN,11, TN,12, TN,21, TN,22)에 연결된 4개의 배선(2037)들로부터 제공받을 수 있다. 상기 4개의 신호는 MUX(M1)의 입력부에 제공될 수 있다.
도 4b에 나타낸 MUX의 구조를 살펴보면, 각 MUX가 4개의 입력(IN1~IN4) 중 하나 이상을 선택하여 출력단자(OUT)에 연결하는 기능을 할 수 있다. 따라서 동시에 2개 이상의 입력이 출력에 연결될 수 있다. 이를 위하여 4비트의 입력 선택부(Sel-4bit)가 제공될 수 있다. 이때, 상기 4개의 신호는 4개의 배선(2037)을 통해 흐르는 전류의 흐름이며, 이 전류의 흐름은 MUX에 포함된 스위치(SW1, SW2, SW3, SW4)를 통해 합쳐(superimpose)질 수 있다. 상기 합쳐진 값은 상기 출력단자(OUT)를 통해 출력될 수 있다.
터치입력 감지회로(10)는 연산증폭기(215), 그리고 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 출력단자 사이에 연결된 적분 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 이때 연산증폭기(210)의 비반전 입력단자에는 미리 결정된 전압신호(Vdp)가 입력될 수 있다. 그리고 편의상 터치입력 감지회로(10)의 입력단자(11)를 정의할 수 있는데 입력단자(11)는 연산증폭기(215)의 반전 입력단자와 동일한 단자일 수 있다. 입력단자(11)는 MUX(M1)의 출력단자(OUT)에 연결될 수 있다.
상기 전압신호(Vdp)는 주기성을 갖는 신호일 수 있다. 나아가 DC 성분이 0(zero)인 주기 신호, 즉 교류 주기 신호일 수도 있다. 또는 전압신호(Vdp)는 주기신호가 아닐 수도 있으며, 이때 주파수 fc의 성분을 갖는 신호일 수도 있다. 또는 미리 결정된 전압을 갖는 DC 신호일 수도 있다.
터치입력 감지회로(10)의 출력신호(①)의 값은 입력단자(11)를 통해 흐르는 전류의 값에 의해 결정될 수 있다. 그리고 입력단자(11)를 통해 흐르는 상기 전류의 크기는 터치노드(TN,11, TN12, TN,21, TN,22)와 손가락(17) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기에 의해 영향을 받을 수 있다. 따라서 출력신호(①)의 값을 이용하여 터치노드(TN,11, TN12, TN,21, TN,22)에 터치입력이 이루어졌는지 여부를 알아 낼 수 있다. 일 실시예에서, 상기 MUX(M1)의 출력단자(OUT)에 기생 커패시턴스(미도시)가 연결된 경우, 입력단자(11)를 통해 흐르는 전류의 크기는 이 기생 커패시턴스에 의한 영향을 받을 수도 있다.
도 4a에서 터치노드(TN,11, TN12, TN,21, TN,22)에서 터치입력이 이루어졌는지 여부를 확인하는 프로세스는 주기적으로 갱신될 수 있으며, 상기 갱신이 필요한 경우에 스위치(SWr)이 잠시 동안 온(on) 상태로 리셋될 수 있다.
한편, 도 4a에서 터치노드(TN,11)에 연결된 배선(2037_1)의 일부는 상술한 비감지영역(A1)을 지나날 수 있다. 이때, 터치노드(TN,11)에는 터치입력이 이루어지지 않았지만, 비감지영역(A1)에는 터치가 이루어진 경우, 상기 배선(2037_1)의 상기 일부와 손가락 사이에 커패시턴스(Cn)이 형성될 수 있다. 그리고 이때, 상기 커패시턴스(Cn)에 의하여 전류(i11)가 형성되어 흐를 수 있다. 이 전류(i11) 때문에 터치입력 감지회로(10)는 특정 값을 출력할 수 있고, 그 결과 터치노드(TN,11)d에 터치입력이 이루어졌다는 판단을 할 수 있다. 그러나 이 경우 실제로 터치는 비감지영역(A1)에서 이루어진 것이기 때문에 터치입력이 이루어진 것으로 판단하면 안 된다. 그럼에도 불구하고, 도 4a에 제시한 회로에 의하면, 터치입력 감지회로(10)는 상기 터치가 터치노드(TN,11)에서 이루어진 것인지, 아니면 비감지영역(A1)에서 이루어진 것인지를 알 수 없다는 문제점이 있다.
상술한 현상은 비감지영역(A1)에 외부 전자기파에 의한 노이즈가 유입된 경우에도 발생할 수 있다. 즉, 이때에도 상기 전류(i11)가 형성될 수 있다.
도 5는 도 3에 나타낸 터치입력 감지장치(1)에 터치 IC(3)와 호스트 컴퓨터(1120)가 더 연결된 구성을 나타낸다.
각 터치노드(100)는 서로 전기적으로 분리되어 있으며, 각각 배선(2037)을 통해 IC(2)에 연결될 수 있다. 실시예에 따라, IC(2)는 도 2에 도시한 타이밍 콘트롤러(1101), 데이터 구동부(1102), 및 게이트 구동부(1103)를 포함할 수도 있다. 도 5에 나타낸 각 터치노드(100) 사이의 갭의 크기는 설명의 편의를 위하여 과장되어 있을 수 있다.
IC(2)에는 도 4a에 도시한 터치감지신호 출력부(20)가 한 개 이상 포함될 수 있다. 도 5에서 각각의 터치감지신호 출력부의 인덱스는 20_k (단, k=1, 2, 3, ... 9)로 표기하였고, 36개의 터치노드들의 인덱스는 Ak, Bk, Ck, Dk (단, k=1, 2, 3, ... 9)로 표기하였다. 그리고 이때, 터치감지신호 출력부(20_k)는 터치노드(Ak, Bk, Ck, Dk) (단, k=1, 2, 3, ... 또는 9) 중 어느 하나 또는 복수 개를 선택하여 입력받도록 되어 있다.
각 터치감지신호 출력부(20_k)에 연결되는 터치노드(100)는 총 4개이기 때문에, 총 36개의 터치노드들은 총 4개의 그룹으로 구분될 수 있다. 도 5에서 상기 4개의 그룹은 그룹 A, 그룹 B, 그룹 C, 및 그룹 D이며, 각 그룹에는 각각 9개의 터치노드가 포함된다. 상기 그룹 A는 터치노드(A1~A9)를 포함하고, 상기 그룹 B는 터치노드(B1~B9)를 포함하고, 상기 그룹 C는 터치노드(C1~C9)를 포함하고, 그리고 상기 그룹 D는 터치노드(D1~D9)를 포함한다.
터치감지신호 출력부(20_k)는 자신에게 연결되어 있는 터치노드 중 어느 하나 또는 하나 이상에서 터치입력이 이루어졌는지 여부를 출력하도록 되어 있다. 또한 터치감지신호 출력부(20_k)는 터치입력이 이루어진 경우 그 입력강도에 관한 값을 출력하도록 되어 있다. 상기 복수 개의 터치감지신호 출력부(20_k)들의 출력값들(①)은 모두 터치 IC(3)에게 제공될 수 있다. 터치 IC(3)는 상기 출력값들(①)을 기초로 복수 개의 터치노드들 중 어느 부분에 터치입력이 이루어졌는지를 계산하여 터치좌표를 결정할 수 있다. 호스트 컴퓨터(1120)는 터치 IC(3)로부터 상기 터치좌표를 전송받고, 이 터치좌표에 대응되는 어플리케이션을 실행할 수 있다.
여기서 실시예에 따라서는 터치 IC(3)는 IC(2)와 일체로 형성되어 제공될 수도 있다.
도 6a 및 도 6c는 감지전극 구동을 위하여 본 발명의 일 실시예에 따라 제공되는 미분회로부(110)를 나타낸 것이다.
도 6a의 미분회로부(110)에서, 감지전극(100)은 두 개의 스위치(SW1, SW2)에 연결되어 있을 수 있다. 제1 스위치(SW1)는 제1 감지저항(R1)을 통해 제1 전위(Vp)에 연결되어 있을 수 있다. 제2 스위치(SW2)는 제2 감지저항(R2)을 통해 제2 전위(Vn)에 연결되어 있을 수 있다. 이때, 제1 전위(Vp)는 제2 전위(Vn)보다 큰 값을 가질 수 있다. 감지전극(100)은 그 근처에 존재하는 도시되지 않은 다른 전극과 상호작용하여 커패시턴스(Cx)를 형성할 수 있다. 또는 감지전극(100)은 그 근처에 존재하는 사람의 손과 같은 입력도구와 상호작용하여 커패시턴스(Cx)를 형성할 수 있다. 이때, 감지전극(100)과 사람의 손과 같은 입력도구 사이의 거리에 따라 커패시턴스(Cx)의 값이 변화할 수 있다. 도 6a에 도시된 다른 저항들(R14, R15, R24, R25, R3)은 구체적인 설계 방식에 따라 생략될 수 있다.
도 6b는 도 6a에 도시된 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)의 온-오프 타이밍의 예이다. 두 스위치(SW1, SW2)의 온 상태 구간은 서로 겹치지 않을 수 있다. 이때, 감지전극(100)의 전압(Vx)은 도 6b의 (a)에 도시한 그래프와 같은 패턴을 나타낼 수 있다는 점을 쉽게 이해할 수 있다. 그리고 도 6b의 (a)가 타나내는 그래프의 상승 에지(rising edge)가 존재하는 시각 근처에서는 제1 감지저항(R1)을 통해 감지전극(100)을 향해 전류가 흘러 들어가게 되고, 하강 에지(falling edge)가 존재하는 시각 근처에서는 제2 감지저항(R2)을 통해 감지전극(100)으로부터 전류가 흘러나오게 된다는 점을 쉽게 이해할 수 있다. 따라서 시간에 따른 상기 전류의 총 합의 크기, 즉 감지전극(100)에 축적되는 전하량은 상기 커패시턴스(Cx)의 크기에 의해 제어될 수 있다. 따라서 상기 축적되는 전하량을 측정할 수 있다면 커패시턴스(Cx)의 크기를 측정할 수 있고, 그 결과 커패시턴스(Cx) 근처에서 터치입력이 이루어졌는지 여부를 알 수 있다. 상기 상승 에지와 하강 에지 부분을 제외한 시구간에서는 감지전극(100)으로부터 흘러나오거나 흘러들어가는 전류의 값이 0일 수 있다는 점도 쉽게 이해할 수 있다.
도 6a의 미분회로부(110)와 도 6b의 타이밍도를 함께 살펴보면, 제1 감지저항(R1)과 제2 감지저항(R2)는 각각 서로 다른 시구간에서 감지전극(100)에 직렬로 연결된다는 점을 이해할 수 있다.
도 6c는 도 6a에 따른 미분회로부(110)의 변형예로서, 저항들(R14, R15, R24, R25, R3)이 제거된어 설계된 상태를 나타낸다. 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2)는 동시에 닫히지 않으므로, 제1 스위치(SW1)를 통해 흐르는 전류(I1)와 제2 스위치(SW2)를 통해 흐르는 전류(I2)가 동시에 0이 아닌 값을 가질 수는 없다. 감지전극(100)에 유출입되는 전하량은 상기 전류(I1) 및 전류(I2)에 의해 결정될 수 있다. 그리고 이때, 감지전극(100)에 유입되는 전하량의 시간 미분값은 전류(I1)인 것으로 해석할 수 있고, 감지전극(100)으로부터 유출되는 전하량의 시간 미분값은 전류(I2)인 것으로 해석할 수 있다. 미분회로부(110)는 출력단자(T1, T2, T3, T4)와 입력단자(T0)를 갖는데, 출력단자(T1, T2)는 전압값(Va)을 출력하고 출력단자(T3, T4)는 전압값(Vb)을 출력하고, 입력단자(T0)는 감지전극(100)에 연결된다. 그리고 상기 전압값(Va)은 감지전극(100)에 유입되는 전하량의 시간 미분값(I1)에 제1 감지저항(R1)의 값을 곱한 값이고, 상기 전압값(Vb)은 감지전극(100)으로부터 유출되는 전하량의 시간 미분값(I2)에 제2 감지저항(R2)의 값을 곱한 값이다. 즉, 도 6c에 도시한 미분회로부(110)는 감지전극(100)에 유출입되는 전하량의 시간 미분값(I1, I2)에 관한 전압값(Va, Vb)을 출력하도록 되어 있다. 이는 도 6a에 도시한 미분회로부(110)에 대하여도 마찬가지이다. 본 명세서에서, 도 6a 및 도 6c에 도시한 회로(110)를 '미분회로부'라고 지칭한 이유는, 회로(110)가 출력하는 물리량에 '미분'의 개념이 포함되어 있기 때문이다. 이하, 본 명세서에서 상기 전압값(Va) 및 전압값(Vb)는 '감지전압'이라고 지칭할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 도 6a 및 도 6c에 도시한 미분회로부(110)의 출력단자에 적분회로부(120)를 연결하여 제공한 터치입력 감지회로(10)의 구조를 나타낸 것이다. 적분회로부(120)의 입력단자에는 미분회로부(110)에서 출력한, 상술한 감지전극에 유출입되는 전하량의 시간 미분값에 관한 전압값이 입력되도록 되어 있다. 그리고 적분회로부(120)는 상기 입력된 전압값에 비례하는 출력전압(Vo)을 출력하도록 되어 있다. 적분회로부(120)는 내부적으로 상기 입력된 감지전압(Va)에 비례하는 스케일된-제1전류(ex: 도 8a의 I51)와 감지전압(Vb)에 비례하는 스케일된-제2전류(ex:도 8a의 I52)를 생성하고, 이 생성된 스케일된-제1전류 및 스케일된-제2전류를 적분하는 회로를 포함하고 있을 수 있다. 적분회로부(120)는 LPF(Low Pass Filter)로 지칭될 수도 있다. 적분회로부(120)는 전압을 입력받아 전압을 출력하는 장치일 수 있다.
도 8a는 도 7에 나타낸 터치입력 감지회로(10)의 적분회로부(120)의 일 실시예의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 8a에 나타낸 터치입력 감지회로(10)에서, 제1 감지저항(R1)의 일 단부와 타 단부는 각각, 스케일 저항(R11)의 일 단부와 제1 연산증폭기(OA1)의 비반전입력단자에 연결되어 있다. 스케일 저항(R11)의 타 단부는 제1 연산증폭기(OA1)의 반전입력단자에 연결되어 있다. 저항(R12)과 커패시터(C1)는 제1 연산증폭기(OA1)의 반전입력단자와 출력단자 사이에 연결되어 부궤환회로를 형성할 수 있다. 스위치(SW11)는 터치입력 감지회로(10)를 초기화하는 용도로 사용될 수 있다.
제2 감지저항(R2)의 일 단부와 타 단부는 각각, 저항(R21)의 일 단부와 제2 연산증폭기(OA2)의 비반전입력단자에 연결되어 있다. 저항(R21)의 타 단부는 제2 연산증폭기(OA2)의 반전입력단자에 연결되어 있다. 저항(R22)과 커패시터(C2)는 제2 연산증폭기(OA2)의 반전입력단자와 출력단자 사이에 연결되어 부궤환회로를 형성할 수 있다. 스위치(SW21)는 터치입력 감지회로(10)를 초기화하는 용도로 사용될 수 있다.
이하, 터치입력 감지회로(10)의 동작 방식을 설명하기 위하여, 제2 스위치(SW2)가 열린 상태를 유지하는 것으로 가정하고, 감지전극(100)의 초기 전위값이 제1 전위(Vp)보다 낮은 값을 갖는 것으로 가정한다. 이제, 제1 스위치(SW1)이 열린 상태에서 닫힌 상태로 전환될 수 있다. 상기 전환되는 시점에 제1 전위(Vp)를 갖는 전위부로부터 전류가 흘러나와 감지전극(100)으로 들어갈 수 있다. 감지전극(100)으로 들어가는 전류(I1)는, 제1 스위치(SW1)이 닫히는 순간부터 감지전극(100)의 전위가 제1 전위(Vp)에 도달하는 순간의 시구간 동안, 0의 값에서 부터 일정한 값으로 증가하였다가 다시 0의 값으로 감소할 수 있다. 이때, 제1 전위(Vp)를 갖는 상기 전위부로부터 흘러 나오는 전류(I0)는 상기 전류(I1)와 스케일된-제1전류(I51)로 분기되어 흐를 수 있다. 전류(I51)는 스케일 저항(R11)을 통해 흐를 수 있다. 제1 연산증폭기(OA1)의 비반전입력단자와 반전입력단자의 전압은 버추얼하게(virtually) 동일한 것으로 간주할 수 있으므로, 전류(I1)와 스케일된-제1전류(I51)의 크기의 비율은 저항(R1)과 스케일 저항(R11)의 비율과 실질적으로 동일할 수 있다. 그리고 이때, 스케일된-제1전류(I51)의 크기는 커패시턴스(Cx)의 크기에 비례할 수 있다. 따라서 스케일 저항(R11)을 통해 흐르는 스케일된-제1전류(I51)를 적분함으로써 커패시턴스(Cx)의 크기를 추정할 수 있다.
다른 방식으로 설명하면, 제1 연산증폭기(OA1)의 피드백 루프에는 제1 감지저항(R1)의 양단의 전압의 차이에 관한 스케일된-제1전류(I51)가 입력된다. 스케일된-제1전류(I51)의 크기는 스케일 저항(R11)의 크기에 반비례하게 된다. 따라서 스케일 저항(R11)의 값을 크게 할수록 제1 적분 커패시터(C1)을 통해 흐르는 전류의 양을 더 감소시킬 수 있다.
이때, 제1 적분 커패시터(C1)의 값을 그대로 유지한 상태에서 스케일 저항(R11)의 값을 더 크게 하면 제1 출력전압(Vo1)의 절대값은 더 작아지게 된다. 그러나 스케일 저항(R11)의 값을 크게 하고 제1 적분 커패시터(C1)의 값을 작게 만드는 경우, 제1 출력전압(Vo1)의 값은 그대로 유지할 수 있다. 제1 출력전압(Vo1)의 값이 그대로 유지되는 경우, 터치입력 감지회로(10)의 외부에 존재하는 회로에 포함된 부품의 파라미터를 변경하지 않아도 된다. 이때, 추가된 저항(R1, R11)등이 추가적으로 차지하는 면적에 비하여, 제1 적분 커패시터(C1)가 줄어들게 됨으로써 확보할 수 있는 면적이 더 크기 때문에 터치입력 감지회로(10)의 전체 크기는 종래에 비하여 감소하게 된다.
도 8a에서 제1 연산증폭기(OA1) 및 그 주변부 회로는, 제2 연산증폭기(OA2) 및 그 주변부 회로와 대칭인 구조를 갖는다. 그리고 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)은 서로 반대 극성을 갖는다. 그리고 이때 터치입력 감지회로(10)의 최종 출력전압(Vo)은 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)의 차이값의 절대값으로 제공될 수 있다. 그리고 스케일 저항(R21)을 통해서는 스케일된-제2전류(I52)가 흐를 수 있다. 도 8a와 같은 차동구성(differential configuration)을 취하는 경우 터치입력 감지회로(10)의 입력단자를 통해 흘러들어오는 노이즈의 영향을 감쇄시킬 수 있다.
도 8b는 도 8a에 도시된 제1 스위치(SW1)와 제2 스위치(SW2), 그리고 리셋 스위치(SW11, SW21)의 온-오프 타이밍의 예이다. 두 스위치(SW1, SW2)의 온 상태 구간은 서로 겹치지 않는다.
제1 스위치(SW1)의 온-오프가 반복될수록 제1 출력전압(Vo1)은 계속 상승하고, 제2 스위치(SW2)의 온-오프가 반복될수록 제2 출력전압(Vo2)은 계속 하강할 수 있다. 제1 출력전압(Vo1)과 제2 출력전압(Vo2)와의 차이값으로 정의되는 출력전압(Vo)은, 도시되지 않은 AD 컨버터에 입력될 수 있다. 출력전압(Vo)이 상기 AD 컨버터의 입력허용 범위를 초과하지 않도록 미리 결정된 시간마다 리셋 스위치(SW11, SW21)를 온 상태로 둠으로써, 출력전압(Vo)의 값을 0으로 초기화할 수 있다.
도 9는 도 7에 나타낸 터치입력 감지회로(10)의 적분회로부(120)의 다른 실시예의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 9에 나타낸 적분회로부(120)는 트랜스 컨덕턴스부(301, 302) 및 연산증폭기(OA22)를 포함한다. 트랜스 컨덕턴스부(301, 302)는 각각, 전압(Va, Vb)을 입력받는 한 쌍의 입력단자와 상기 입력된 전압(Va, Vb)에 비례하는 전류(I31, I32)를 출력하는 싱글 아웃풋(single output) 단자를 갖는다. 연산증폭기(OA22) 및 여기에 연결된 부궤환 회로에 의해 제공되는 적분장치(122)는 싱글 엔디드 인티그레이터(single ended integrator)로 간주될 수 있다.
적분회로부(120)는, 트랜스 컨덕턴스부(301, 302)를 이용하여 상기 입력된 전압값에 비례하는 스케일된-제1전류(I31) 및 스케일된-제2전류(I32)를 생성하고, 적분장치(122)를 이용하여 상기 생성된 스케일된-제1전류(I31) 및 스케일된-제2전류(I32)가 서로 중첩되어 제공되는 전류를 적분할 수 있다.
도 10은 도 7에 나타낸 터치입력 감지회로(10)의 적분회로부(120)의 또 다른 실시예의 구성을 더 자세히 나타낸 것이다.
도 10에 나타낸 적분회로부(120)는 트랜스 컨덕턴스부(401, 402) 및 연산증폭기(OA11)를 포함한다. 트랜스 컨덕턴스부(401, 402)는 각각, 전압(Va, Vb)을 입력받는 한 쌍의 입력단자와 상기 입력된 전압(Va, Vb)에 비례하는 스케일된-제1전류(I411, I412) 및 스케일된-제2전류(I421, I422)를 출력하는 차동 아웃풋(differential output) 단자를 갖는다. 연산증폭기(OA11) 및 여기에 연결된 부궤환 회로에 의해 제공되는 적분장치(142)는 차동 인티그레이터(differential integrator)로 간주될 수 있다.
적분회로부(120)는 트랜스 컨덕턴스부(401, 402)를 이용하여 상기 입력된 전압값에 비례하는 스케일된-제1전류(I411, I412) 및 스케일된-제2전류(I421, I422)를 생성하고, 적분장치(142)를 이용하여 상기 생성된 스케일된-제1전류와 스케일된-제2전류가 서로 중첩된 전류를 적분할 수 있다.
이하, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력 감지회로를 도 7, 도 8a, 도 9, 및/또는 도 10을 참조하여 설명한다. 터치입력 감지회로(10)는 용량성 감지전극(100)에 유출입되는 전류(ex: 도 7의 I1 또는 I2)에 비례하는 감지전압(ex: 도 7의 Va 또는 Vb)을 출력하는 한 쌍의 출력단자(ex: 도 7의 T1, T2 또는 T3, T4)를 포함하는 미분회로부(110); 및 상기 감지전압에 비례하는 스케일된-제1전류(ex: 도 8a의 I51 또는 I52)를 생성하여 상기 스케일된-전류를 적분한 값에 대응하는 출력전압(Vo)을 제공하는 적분회로부(120)를 포함한다.
이때, 상기 미분회로부(110)는, 상기 용량성 감지전극(100)에 연결되는 입력단자(T0); 상기 유출입되는 전류가 흐르는 감지저항(R1); 및 상기 감지저항(R1)의 일 단부를 상기 입력단자(T0)에 연결하는 스위치(SW1)를 포함하며, 상기 감지전압(Va)은 상기 감지저항(R1)의 양 단부에 형성되는 전압에 대응할 수 있다.
이때, 상기 적분회로부(120)는, 연산증폭기(ex: 도 8a의 OA1 또는 OA2); 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자를 서로 연결하는 피드백 회로(ex: 도 8a의 C1, R12, SW11 또는 C2, R22, SW21); 상기 반전입력단자와 상기 한 쌍의 출력단자 중 일 단자(ex: 도 8a의 T1 또는 T2) 사이에 연결된 스케일링 저항(ex: 도 8a의 R1 또는 R2)을 포함하며, 상기 스케일된-제1전류는 상기 스케일링 저항 및 상기 피드백 회로를 통해 흐르도록 되어 있을 수 있다.
이때, 상기 적분회로부(120)는, 연산증폭기(ex: 도 9의 OA22 또는 도 10의 OA11); 상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자를 서로 연결하는 피드백 회로; 및 상기 감지전압에 비례하는 스케일된-전류를 출력하여 상기 피드백 회로에 제공하는 트랜스 컨덕턴스부(ex: 도 9의 301, 302, 또는 도 10의 401, 402)를 포함할 수 있다.
이때, 도 9에 제시한 실시예와 같이, 상기 트랜스 컨덕턴스부(301, 302)는 싱글 출력단(single output)을 갖는 트랜스 컨덕턴스부이며, 상기 연산증폭기(OA22)는 싱글 엔디드 인티크레이터(single ended integrator)일 수 있다.
이때, 도 10에 제시한 실시예와 같이, 상기 트랜스 컨덕턴스부(401, 402)는 차동 출력단(differential output)을 갖는 트랜스 컨덕턴스부이며, 상기 연산증폭기(OA11)는 차동 인티크레이터(differential integrator)인, 터치입력 감지회로.
이하, 본 발명의 다른 실시예에 따른 터치입력 감지회로를 도 8a를 참조하여 설명한다.
터치입력 감지회로(10)는, 용량성 감지전극(100)에 유입되는 전류(ex: I1)에 비례하는 제1감지전압(ex: Va)을 출력하는 한 쌍의 제1출력단자(ex: T1, T2) 및 상기 용량성 감지전극으로부터 유출되는 전류(ex: I2)에 비례하는 제2감지전압(ex: Vb)을 출력하는 한 쌍의 제2출력단자(ex: T3, T4)를 포함하는 미분회로부(110); 및 상기 제1감지전압에 비례하는 스케일된-제1전류(ex: I51)를 생성하여 상기 스케일된-제1전류를 적분한 값에 대응하는 제1출력전압(ex: Vo1)을 출력하고, 상기 제2감지전압에 비례하는 스케일된-제2전류(ex:I52)를 생성하여 상기 스케일된-제2전류를 적분한 값에 대응하는 제2출력전압(ex: Vo2)을 출력하고, 상기 제1출력전압과 상기 제2출력전압의 차이값을 출력전압(ex: Vo)으로서 제공하는 적분회로부(120)를 포함할 수 있다.
이하, 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치입력 감지회로를 도 9 또는 도 10을 참조하여 설명한다.
터치입력 감지회로(10)는, 용량성 감지전극(100)에 유입되는 전류(ex: I1)에 비례하는 제1감지전압(ex: Va)을 출력하는 한 쌍의 제1출력단자(ex: T1, T2) 및 상기 용량성 감지전극으로부터 유출되는 전류(ex: I2)에 비례하는 제2감지전압(ex: Vb)을 출력하는 한 쌍의 제2출력단자(ex: T3, T4)를 포함하는 미분회로부(110); 및 상기 제1감지전압에 비례하는 값을 갖도록 생성된 스케일된-제1전류(ex: I31 또는 I411/I412)와 상기 제2감지전압에 비례하는 값을 갖도록 생성된 스케일된-제2전류(ex: I32 또는 I421/I422)를 서로 중첩한 전류를 적분한 값에 대응하는 출력전압(Vo)을 출력하는 적분회로부(120)를 포함할 수 있다.
이때, 도 9에 제시한 실시예와 같이, 상기 적분회로부는, 싱글 출력단(single output)을 갖는 제1 트랜스 컨덕턴스부(301), 싱글 출력단을 닺는 제2 트랜스 컨덕턴스부(302), 및 부궤환 회로가 형성된 싱글 엔디드 인티크레이터(single ended integrator)(OA22)를 포함하며, 상기 제1 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제1감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제1전류(I31)를 생성하여 상기 스케일된-제1전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있고, 상기 제2 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제2감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제2전류(I32)를 생성하여 상기 스케일된-제2전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있을 수 있다.
또는, 도 10에 제시한 실시예와 같이, 상기 적분회로부는, 차동 출력단(differential output)을 갖는 제3 트랜스 컨덕턴스부(401), 차동 출력단을 갖는 제4 트랜스 컨덕턴스부(402), 및 부궤환 회로가 형성된 차동 인티크레이터(differential integrator)(OA11)를 포함하며, 상기 제3 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제1감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제1전류를 생성하여, 상기 스케일된-제1전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있고, 상기 제4 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제2감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제2전류를 생성하여, 상기 스케일된-제2전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있을 수 있다.
이하 본 발명의 또 다른 실시예에 따른 터치입력 감지회로를 도 7을 참조하여 설명한다.
터치입력 감지회로(10)는, 용량성 감지전극(100)에 유출입되는 전류에 비례하는 감지전압을 출력하는 미분회로부(110); 및 상기 감지전압에 비례하는 스케일된-전류를 생성하여, 상기 생성된 스케일된-전류를 적분하는 적분회로부(120)를 포함할 수 있다.
이때, 상기 미분회로부는 용량성 감지전극(100)에 연결된 감지저항(R1)을 포함하며, 상기 감지전압은 상기 감지저항의 일단의 전압 또는 상기 감지저항의 양단부의 전위차(Va)일 수 있다.
이때, 도 8a, 도 9, 및 도 10 등에 도시한 바와 같이, 상기 적분회로부는 상기 감지전압을 입력받아 상기 감지전압에 비례하는 상기 스케일된-전류를 출력하는 전압-전류 변환부, 및 상기 스케일된-전류를 적분하도록 되어 있는 연산증폭기를 포함할 수 있다.
본 명세서에서 예시한 실시예들은 본 발명의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 청구항에서 제시하고 있는 발명의 관점이 적용될 수 있는 어떠한 다른 종류의 실시예도 본 발명에 적용될 수 있다. 본 명세서의 청구항에 기재된 발명이 여기에 공개된 실시예에 의하여 제한 해석되어서는 안된다.

Claims (13)

  1. 용량성 감지전극에 유출입되는 전류에 비례하는 감지전압을 출력하는 한 쌍의 출력단자를 포함하는 미분회로부; 및
    상기 감지전압에 비례하는 스케일된-제1전류를 생성하여 상기 스케일된-전류를 적분한 값에 대응하는 출력전압을 제공하는 적분회로부
    를 포함하는,
    터치입력 감지회로.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 미분회로부는,
    상기 용량성 감지전극에 연결되는 입력단자;
    상기 유출입되는 전류가 흐르는 감지저항; 및
    상기 감지저항의 일 단부를 상기 입력단자에 연결하는 스위치;
    를 포함하며,
    상기 감지전압은 상기 감지저항의 양 단부에 형성되는 전압에 대응하는,
    터치입력 감지회로.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 적분회로부는,
    연산증폭기;
    상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자를 서로 연결하는 피드백 회로;
    상기 반전입력단자와 상기 한 쌍의 출력단자 중 일 단자 사이에 연결된 스케일링 저항;
    을 포함하며,
    상기 스케일된-제1전류는 상기 스케일링 저항 및 상기 피드백 회로를 통해 흐르도록 되어 있는,
    터치입력 감지회로.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 적분회로부는,
    연산증폭기;
    상기 연산증폭기의 출력단자와 반전입력단자를 서로 연결하는 피드백 회로; 및
    상기 감지전압에 비례하는 스케일된-전류를 출력하여 상기 피드백 회로에 제공하는 트랜스 컨덕턴스부;
    를 포함하는,
    터치입력 감지회로.
  5. 제4항에 있어서, 상기 트랜스 컨덕턴스부(301)는 싱글 출력단(single output)을 갖는 트랜스 컨덕턴스부이며, 상기 연산증폭기는 싱글 엔디드 인티크레이터(single ended integrator)인, 터치입력 감지회로.
  6. 제4항에 있어서, 상기 트랜스 컨덕턴스부(401)는 차동 출력단(differential output)을 갖는 트랜스 컨덕턴스부이며, 상기 연산증폭기는 차동 인티크레이터(differential integrator)인, 터치입력 감지회로.
  7. 용량성 감지전극에 유입되는 전류에 비례하는 제1감지전압을 출력하는 한 쌍의 제1출력단자 및 상기 용량성 감지전극으로부터 유출되는 전류에 비례하는 제2감지전압을 출력하는 한 쌍의 제2출력단자를 포함하는 미분회로부; 및
    상기 제1감지전압에 비례하는 스케일된-제1전류를 생성하여 상기 스케일된-제1전류를 적분한 값에 대응하는 제1출력전압을 출력하고, 상기 제2감지전압에 비례하는 스케일된-제2전류를 생성하여 상기 스케일된-제2전류를 적분한 값에 대응하는 제2출력전압을 출력하고, 상기 제1출력전압과 상기 제2출력전압의 차이값을 출력전압으로서 제공하는 적분회로부;
    를 포함하는,
    터치입력 감지회로.
  8. 용량성 감지전극에 유입되는 전류에 비례하는 제1감지전압을 출력하는 한 쌍의 제1출력단자 및 상기 용량성 감지전극으로부터 유출되는 전류에 비례하는 제2감지전압을 출력하는 한 쌍의 제2출력단자를 포함하는 미분회로부; 및
    상기 제1감지전압에 비례하는 값을 갖도록 생성된 스케일된-제1전류와 상기 제2감지전압에 비례하는 값을 갖도록 생성된 스케일된-제2전류를 서로 중첩한 전류를 적분한 값에 대응하는 출력전압을 출력하는 적분회로부;
    를 포함하는,
    터치입력 감지회로.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 적분회로부는, 싱글 출력단(single output)을 갖는 제1 트랜스 컨덕턴스부, 싱글 출력단을 닺는 제2 트랜스 컨덕턴스부, 및 부궤환 회로가 형성된 싱글 엔디드 인티크레이터(single ended integrator)를 포함하며,
    상기 제1 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제1감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제1전류를 생성하여 상기 스케일된-제1전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있고,
    상기 제2 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제2감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제2전류를 생성하여 상기 스케일된-제2전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있는,
    터치입력 감지회로.
  10. 제8항에 있어서,
    상기 적분회로부는, 차동 출력단(differential output)을 갖는 제3 트랜스 컨덕턴스부, 차동 출력단을 갖는 제4 트랜스 컨덕턴스부, 및 부궤환 회로가 형성된 차동 인티크레이터(differential integrator)를 포함하며,
    상기 제3 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제1감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제1전류를 생성하여, 상기 스케일된-제1전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있고,
    상기 제4 트랜스 컨덕턴스부는 상기 제2감지전압을 입력받아 상기 스케일된-제2전류를 생성하여, 상기 스케일된-제2전류를 상기 부궤환 회로에 제공하도록 되어 있는,
    터치입력 감지회로.
  11. 용량성 감지전극에 유출입되는 전류에 비례하는 감지전압을 출력하는 미분회로부; 및
    상기 감지전압에 비례하는 스케일된-전류를 생성하여, 상기 생성된 스케일된-전류를 적분하는 적분회로부를 포함하는,
    터치입력 감지회로.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 미분회로부는 상기 용량성 감지전극에 연결된 감지저항을 포함하며,
    상기 감지전압은 상기 감지저항의 일단의 전압 또는 상기 감지저항의 양단부의 전위차인 것을 특징으로 하는,
    터치입력 감지회로.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 적분회로부는 상기 감지전압을 입력받아 상기 감지전압에 비례하는 상기 스케일된-전류를 출력하는 전압-전류 변환부, 및
    상기 스케일된-전류를 적분하도록 되어 있는 연산증폭기를 포함하는,
    터치입력 감지회로.
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