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WO2013111998A1 - 기생정전용량을 저감시키는 터치 검출 장치 및 그 방법 - Google Patents

기생정전용량을 저감시키는 터치 검출 장치 및 그 방법 Download PDF

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WO2013111998A1
WO2013111998A1 PCT/KR2013/000624 KR2013000624W WO2013111998A1 WO 2013111998 A1 WO2013111998 A1 WO 2013111998A1 KR 2013000624 W KR2013000624 W KR 2013000624W WO 2013111998 A1 WO2013111998 A1 WO 2013111998A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
voltage
touch
sensor pad
capacitance
output terminal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Ceased
Application number
PCT/KR2013/000624
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English (en)
French (fr)
Inventor
김동운
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Crucialtec Co Ltd
Original Assignee
Crucialtec Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Crucialtec Co Ltd filed Critical Crucialtec Co Ltd
Priority to US14/374,530 priority Critical patent/US20140375609A1/en
Publication of WO2013111998A1 publication Critical patent/WO2013111998A1/ko
Anticipated expiration legal-status Critical
Ceased legal-status Critical Current

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    • 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
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING OR CALCULATING; COUNTING
    • G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
    • G06F2203/00—Indexing scheme relating to G06F3/00 - G06F3/048
    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04112—Electrode mesh in capacitive digitiser: electrode for touch sensing is formed of a mesh of very fine, normally metallic, interconnected lines that are almost invisible to see. This provides a quite large but transparent electrode surface, without need for ITO or similar transparent conductive material

Definitions

  • the present invention relates to a method and apparatus for detecting touch, and more particularly, to a touch detection method and apparatus for reducing the influence of parasitic capacitance by adding an additional capacitance that cancels parasitic 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.
  • touch screen panels can replace input devices such as a keyboard and a mouse, their use range is gradually expanding.
  • 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 into contact with the touch panel.
  • 1A is a plan view illustrating an example of a capacitive touch screen panel according to the related art.
  • the capacitive touch screen panel according to the related art shown in FIG. 1A includes a linear sensor pattern 5a in the lateral direction, a linear sensor pattern 5b in the longitudinal direction, and a touch drive IC for analyzing a touch signal.
  • the touch screen panel of this type is a method of detecting the magnitude of the capacitance formed between the linear sensor pattern 5 and the finger 8, and the linear sensor pattern 5a in the horizontal direction and the linear sensor pattern 5b in the longitudinal direction.
  • the touch screen may detect a signal to detect a plurality of touch points.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating the capacitive touch screen panel of FIG. 1A installed on the display device 20.
  • the touch screen panel described with reference to FIG. 1A is disposed on the display device 20. Accordingly, the linear sensor pattern 5 is disposed on the upper surface of the substrate 10, and a protective panel 3 for protecting the linear sensor pattern 5 is attached to the substrate 1.
  • the touch screen panel is adhered to the display device 20 through the adhesive member 9 and forms an air gap 9a between the display device 20.
  • a capacitance such as Ct is formed between the finger 8 and the linear sensor pattern 5, and between the linear sensor pattern 5 and the common electrode of the display device 20, such as Cvcom.
  • the capacitance is formed, and Cp, which is a parasitic capacitance generated from various causes, is formed in the linear sensor pattern 5.
  • FIG. 1C illustrates an equivalent circuit for touch detection when a touch occurs in FIG. 1B.
  • Cvcom it is determined by the structure of the display device 20 on which the touch screen panel is mounted, and may be used as one signal for touch detection using the common electrode voltage Vcom in Korean Patent Application No. 10-2010-85360. .
  • An object of the present invention for solving the above problems is to provide a touch detection method and apparatus, and in particular, to provide a method and apparatus for detecting touch by adding an additional capacitance that cancels parasitic capacitance.
  • a touch detection device includes: a sensor pad configured to output a signal corresponding to a touch state in response to an alternating voltage in a floating state after charge is charged; An additional capacitance portion electrically connected to an output terminal of the sensor pad and having a capacitance corresponding to the parasitic capacitance of the sensor pad; A charge charging / discharging unit for charging or discharging the additional capacitance unit to have the same magnitude as that of the charge variation in the parasitic capacitance according to the alternating of the alternating voltage and to be reversed in polarity; And a level shift detector configured to obtain a touch signal based on a difference between a voltage change in the sensor pad according to the alternating voltage when a touch is not generated and a voltage change in the sensor pad according to the alternating voltage when a touch occurs.
  • the additional capacitance unit may include a plurality of additional capacitances; And a switching unit connecting at least one of the additional capacitances and an output terminal of the charge / discharge unit in response to a voltage variation in the sensor pad when no touch occurs.
  • the touch detection apparatus may control the switching unit to sequentially connect at least one of the plurality of additional capacitances to an output terminal of the voltage control unit, and to control the switching unit in the sensor pad when no touch occurs for each combination.
  • the controller may further include a controller configured to determine a combination of additional capacitances connected to an output terminal of the voltage controller according to whether the voltage variation of the voltage satisfies a predetermined condition.
  • the predetermined condition is a case where the voltage variation in the sensor pad at the time of no touch occurs is a threshold value or less and a maximum value.
  • the touch detection apparatus may further include a storage unit in which the information about the determined combination of the additional capacitances and the voltage variation corresponding to the combination are stored.
  • the controller compares the voltage variation in the sensor pad when no touch occurs with the voltage variation recorded in the storage unit to update the combination of the additional capacitance connected to.
  • the storage unit may store the information on the determined combination of the additional capacitance and the information on the voltage variation corresponding to the combination for each sensor pad or for each group of sensor pads.
  • the touch detection apparatus may further include a buffer unit configured to buffer and output an output voltage of the sensor pad.
  • the charge / discharge unit may include a voltage controller configured to output a voltage for charging the additional capacitance unit in response to an output voltage and an external input voltage of the sensor pad.
  • the switching unit may connect at least one additional capacitance not connected to the output terminal of the charge / discharge unit to the output terminal of the buffering unit in response to the switching control signal.
  • the voltage control unit an amplifier for amplifying and outputting the input signal at a predetermined ratio; A first resistor connected to a first input terminal of the amplifying device and the external input voltage; A second resistor connected to a second input terminal of the amplifier and an output terminal of the buffer unit; And a third resistor connected to the first input terminal and the output terminal of the amplifier.
  • At least one of the first resistor element, the second resistor element, and the third resistor element may include a variable resistor.
  • the capacitive touch detection apparatus further includes charging means for supplying a charging signal to charge the sensor pad forming a touch capacitance between the touch input tool.
  • a touch detection method comprising the steps of: a) charging and floating a sensor pad forming a touch capacitance between a touch input tool; b) applying an alternating voltage alternately at a predetermined frequency to the sensor pad; c) charging or discharging the electric charges such that the polarity is opposite to the electric charges charged in the parasitic capacitance in the additional capacitance part connected to the sensor pad; d) acquiring a touch signal based on a difference in voltage variation in the sensor pad by the alternating voltage before and after the touch occurs.
  • step c) measuring the voltage variation of the sensor pad when no touch occurs; And c-2) determining a combination of additional capacitances such that the voltage variation is maximized below a threshold.
  • the analog-to-digital converter (ADC) in the level shift detection unit can improve performance.
  • the effect of the parasitic capacitance can be eliminated by adjusting the change value of the potential difference applied to both ends of the additional capacitance.
  • 1A is a plan view illustrating an example of a capacitive touch screen panel according to the related art.
  • FIG. 1B is a diagram illustrating the capacitive touch screen panel of FIG. 1A installed on the display device 20.
  • FIG. 1C illustrates an equivalent circuit for touch detection when a touch occurs in FIG. 1B.
  • FIG. 2 is a block diagram of the touch detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • 3 is an equivalent circuit of the touch detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 4 is a waveform of a signal in the touch detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 5 shows an example of the charge / discharge unit 230 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 6 illustrates an example of an additional capacitance part 220 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 7 is a detailed block diagram of the touch detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG 8 is a block diagram of the touch detection apparatus 200 in the case where the level shift detection unit 240 includes the amplifier 18 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 9 is a block diagram of the touch detection apparatus 200 in the case where the level shift detection unit 240 includes the differential amplifier 18a according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 10 illustrates a structure of a memory unit in which information about a sensor pad 210 is stored according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 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. . And when a part is “connected” to another part, this includes not only the direct connection, but also the connection of another system in the middle.
  • FIG. 2 is a block diagram of the touch detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the touch detection apparatus 200 may include a sensor pad 210, an additional capacitance unit 220, a charge / discharge unit 230, and a level shift detection unit 240.
  • the sensor pad 210 forms a touch capacitance Ct between a touch tool such as a finger or a conductor as an electrode patterned on a substrate to detect a touch input.
  • the sensor pad 210 may be formed of a transparent conductor.
  • the sensor pad 210 may be formed of a transparent material, such as indium tin oxide (ITO), antimony tin oxide (ATO), carbon nano tube (CNT), or indium zinc oxide (IZO).
  • ITO indium tin oxide
  • ATO antimony tin oxide
  • CNT carbon nano tube
  • IZO indium zinc oxide
  • the sensor pad 210 may be formed of metal.
  • the sensor pad 210 outputs a signal corresponding to a touch state of the touch input tool in response to an alternating voltage Vdrv alternated at a predetermined frequency. As an example, the sensor pad 210 outputs a different level shift value when it is touched or not touched in response to the alternating voltage Vdrv.
  • the touch detection apparatus 200 may further include an alternating voltage generating means (not shown) and a charging means SW.
  • the charging means SW is connected to an output terminal of the sensor pad 210 to supply a charging signal Vb.
  • the charging means SW 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.
  • the touch capacitance Ct, the parasitic capacitance Cp, and the driving capacitance Cdrv which are applied to the sensor pad 210 are connected to the output terminal of the charging means SW, and the charging means SW is turned on.
  • the charging signal Vb is applied to the input terminal to charge Ct, Cdrv, Cp, and the like.
  • the input terminal of the level shift detector 240 to be described later may have a high impedance.
  • the above-mentioned charging means SW is turned on and the electric charges charged in the sensor pad are isolated by turning off the charging means SW.
  • This isolated state is called a floating state.
  • the charge of the charging signal isolated between the charging means SW and the level shift detection unit 240 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 alternating voltage generating means applies an alternating voltage Vdrv alternately at a predetermined frequency to the output terminal of the sensor pad 210 via the driving capacitance Cdrv to vary the potential at the sensor pad 210.
  • the alternate voltage generating means may generate a clock signal having the same duty ratio, but may generate an alternate voltage having a different duty ratio.
  • the common electrode refers to an electrode to which a common voltage is applied in the display device 20 or an electrode that commonly plays a role in the display device.
  • the LCD requires a common voltage for driving the liquid crystal.
  • alternating voltages alternated with a predetermined frequency are used as common voltages to reduce current consumption, and large LCDs use DC voltages as common voltages.
  • the common voltage capacitance Cvcom serves as the driving capacitance Cdrv.
  • the driving capacitance Cdrv can be temporarily removed.
  • the level shift detector 240 detects a level shift generated by the alternating voltage Vdrv in the floating state. That is, the potential of the sensor pad is raised or lowered by the applied alternating voltage Vdrv. The voltage level variation in the case of touch is smaller than the voltage level variation in the case of no touch. Accordingly, the level shift detector 240 detects the level shift by comparing the voltage levels before and after the touch.
  • the level shift detector 240 may be configured by a combination of various devices or circuits.
  • the level shift detector 240 may include an amplifier for amplifying a signal at the output terminal of the sensor pad 210, 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.
  • ADC analog to digital converter
  • VFC voltage to frequency converter
  • 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 additional capacitance unit 220 is electrically connected to the output terminal of the sensor pad 210 and has a capacitance corresponding to the parasitic capacitance Cp of the sensor pad 210.
  • the additional capacitance unit 220 preferably has the same capacitance as the parasitic capacitance, but since the parasitic capacitance may be different for each sensor pad or may vary depending on an external environment, the capacitance of the additional capacitance unit 220 may be equal to the parasitic capacitance. Difficult to match Therefore, it is desirable to implement the variable capacitance of the additional capacitance unit 220.
  • the additional capacitance unit 220 may include a plurality of additional capacitances, and by selecting or using at least one of these additional capacitances, the additional capacitance unit 220 may efficiently respond to the parasitic capacitance Cp that varies according to the external environment. have.
  • the charge / discharge unit 230 has an output terminal connected to the additional capacitance unit 220 and charges or discharges the amount of charge in the additional capacitance unit 220. At this time, the charge / discharge unit 230 is such that the amount of charge charged or discharged to the additional capacitance unit 220 has the same magnitude as that of the charge or discharged from the parasitic capacitance and the polarity is reversed. That is, the charge charge / discharge unit 230 discharges the same amount of charge from the additional capacitance unit 220 when the charge is charged to the parasitic capacitance, and if the charge is discharged from the parasitic capacitance, the same amount of charge is added to the electrostatic discharge. The capacitor 220 is charged.
  • the charge / discharge unit 230 increases the potential difference applied to the additional capacitance unit 220 by the same amount to increase the parasitic capacitance. Charge having the same size as the charge discharged from may be to be charged in the additional capacitance unit 220. However, even if the capacitance of the additional capacitance unit 220 and the capacitance of the parasitic capacitance are different, the charge / discharge unit 230 is larger (or smaller) than the change in the potential difference in the parasitic capacitance. The same effect can be achieved by adjusting the potential difference applied to 220.
  • FIG. 3 is an equivalent circuit of the touch detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 4 is a waveform of a signal in the touch detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • the touch detection apparatus 200 includes a sensor pad 210, a touch capacitance Ct, a parasitic capacitance Cp, an additional capacitance Cest, a driving capacitance Cdrv, and a transistor Q. It may include.
  • FIGS. 3 and 4 terms used in FIGS. 3 and 4 are defined as follows.
  • the touch capacitance Ct refers to a capacitance formed between the sensor pad 210 and a touch input tool such as a user's finger when the user touches the sensor pad 210.
  • the parasitic capacitance Cp refers to capacitance accompanying the sensor pad 210 and is a kind of parasitic capacitance formed by the sensor pad 210, the signal wiring, the display device, and the like.
  • the parasitic capacitance Cp may include any parasitic capacitance generated by the level shift detector 240, the touch panel, and the image display device.
  • the additional capacitance Cest is a capacitance attached to the sensor pad 210 to eliminate the effect of the parasitic capacitance Cp, and is the same magnitude and opposite polarity as the charge charged or discharged to the parasitic capacitance Cp. Is preferably charged or discharged.
  • 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 the display device 20 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 the alternating voltage Vdrv alternately at a predetermined frequency to the sensor pad 210.
  • the alternating voltage Vdrv applied to the driving capacitance Cdrv is preferably a square wave signal.
  • the alternating 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, but may also 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.
  • the control signal Vg and the charging signal Vb may be applied by the control of a controller (not shown).
  • other switchable elements other than transistor Q may be used.
  • the transistor Q is turned on to supply the charging signal Vb to supply the driving capacitance Cdrv, the touch capacitance Ct, the additional capacitance Cest, and the parasitic capacitance Cp. Charge it. Thereafter, when the transistor Q is turned off, the charged charge is isolated, and thus the potential at the output terminal of the sensor pad 210 is maintained.
  • the ON voltage of the transistor Q is less than 15V and the OFF voltage is greater than -8V.
  • the voltage of the charging signal Vb is 5V, and the alternating voltage Vdrv is given as 4V at the high level and ⁇ 1V at the low level.
  • the input terminal of the level shift detector 240 may have a high impedance to stably isolate the charged charge.
  • the state in which the charges charged in the sensor pad 210 and the like are isolated is referred to as a floating state. Therefore, the voltage Vo at the output terminal of the sensor pad 210 is maintained at 5V.
  • the output voltage Vo of the sensor pad 210 may immediately increase in voltage level, and then again 5V. At 0V, the level of the output voltage Vo drops instantaneously. The rise and fall of the voltage level at this time will have different values depending on the connected capacitance. The rising or falling value of the voltage level according to the connected capacitance is also called "kick-back".
  • VdrvH is the high level voltage of the alternating voltage
  • VdrvL is the low level voltage of the alternating voltage
  • Cdrv is the excitation capacitance
  • Cp is the parasitic capacitance
  • Cest is Additional capacitance
  • the touch capacitance Ct formed between the finger and the sensor pad 210 acts, so that the capacitance connected to the sensor pad 210 is driven by the driving capacitance Cdrv.
  • the touch capacitance Ct is added to change the voltage Vo according to Equation 2 below.
  • the voltage level Vo at the output terminal of the sensor pad 210 is changed from 5V to 10V according to [Equation 1], but as the touch input occurs, the output terminal of the sensor pad 210 is generated.
  • the voltage level Vo at is 6.67V. That is, it can be seen that the voltage level Vo at the output terminal of the sensor pad 210 when the touch is generated is shifted from 10V to 6.67V as compared to when no touch is generated. Thus, such a level shift can be detected to obtain a touch signal.
  • the voltage Vo at the output terminal of the sensor pad 210 becomes 5V again, and in the detection 3 process, since a touch input occurs, when the voltage of the alternating voltage Vdrv drops, the sensor pad 210
  • the voltage (Vo) level at the output terminal of the) decreases to 3.33V according to [Equation 2]. That is, when the touch input occurs, the voltage Vo is shifted downward in the rising section of the alternating voltage Vdrv and the voltage Vo is shifted upward in the falling section of the alternating voltage Vdrv.
  • the level shift value corresponds to the touch detection value, and as the value of the level shift increases, the touch detection performance increases.
  • the touch detection performance is improved by reducing the parasitic capacitance Cp by using the additional capacitance Cest.
  • the charge / discharge unit 230 of the present invention has an additional capacitance having a negative value of the parasitic capacitance Cp through charge and discharge of charge. It will perform the same function as adding (Cest).
  • FIG 5 shows an example of the charge / discharge unit 230 according to an embodiment of the present invention.
  • the charge / discharge unit 230 includes an amplifier and resistors R1, R2, and R3.
  • One end of the resistor R1 is connected to the first input terminal of the amplifier, and an external input voltage Vb is applied to the other end of the resistor R1.
  • the external input voltage Vb may be the charging signal of FIGS. 3 and 4.
  • One end of the resistor R2 is connected to the second input terminal of the amplifying device, and a voltage Vo at the output terminal of the sensor pad 210 is applied to the other end of the resistor R2.
  • the output terminal of the buffer unit (not shown) for buffering the voltage at the output terminal of the sensor pad 210 may be connected to the other end of the resistor (R2).
  • One end of the resistor R3 is connected to the output terminal of the amplifying device, and the first input terminal of the amplifying device and one end of the resistor R1 are connected to the other end of the resistor R3.
  • Vc 2Vo-Vb.
  • Vdrv an alternating voltage Vdrv is applied in the floating state to cause a change in the voltage level.
  • Vc 2Vo-Vb is established according to [Equation 3].
  • Vb-DELTA Vo the voltage at the output terminal of the sensor pad 210 becomes Vo
  • the potential difference Vest applied to both ends of the additional capacitance unit 220 corresponds to a difference between the voltage at the output terminal of the amplifying device and the voltage at the output terminal of the sensor pad 210.
  • the capacitances of the parasitic capacitance Cp and the additional capacitance portion Cest 220 are similar, the charge due to the parasitic capacitance Cp affects the driving capacitance Cdrv. This will minimize the variation between products and make the best use of the ADC's performance.
  • FIG. 5 it is assumed that the capacitances of the parasitic capacitance Cp and the additional capacitance part Cest 220 are similar, but when the capacitances of the parasitic capacitance Cp and the additional capacitance part Cest 220 are different. The same effect can be obtained by changing the value of the feedback resistor R3 to adjust the voltage level at the output terminal of the amplifier.
  • FIG 6 illustrates an example of an additional capacitance part 220 according to an embodiment of the present invention.
  • the additional capacitance unit 220 may include a plurality of additional capacitances Cest1, Cest2,..., Cestn and a plurality of switches SW1, SW2,..., SWn.
  • the plurality of switches SW1, SW2,..., SWn receive a switching control signal from a controller (not shown) to perform a switching operation.
  • the capacitance of the additional capacitance portion Cest 220 is equal to the capacitance of the parasitic capacitance Cp.
  • the controller selects a combination of at least one of the plurality of additional capacitances and transmits a control signal to a corresponding switch such that the selected additional capacitances are connected to the output terminal of the charge / discharge unit 230.
  • the controller may control the switch such that the unselected additional capacitances are in a floating state, but may control the switch such that the unselected additional capacitances are connected to a line having a voltage level of Vo. .
  • a voltage of Vo is applied across both of the unselected additional capacitances, which has the same effect as the corresponding additional capacitances do not exist in the circuit.
  • the controller measures the voltage variation (or ADC output value) at the output terminal of the sensor pad 210 when no touch occurs while the selected additional capacitances are connected to the output terminal of the charge / discharge unit 230. For example, the controller checks whether the voltage variation is less than or equal to a threshold (for example, driving voltage level), and if it is less than or equal to the threshold, records the voltage variation in a predetermined storage space, and deletes it if not.
  • a threshold for example, driving voltage level
  • the controller selects another combination of additional capacitances and transmits a control signal to the corresponding switch such that the selected additional capacitances are connected to the output terminal of the charge / discharge unit 230.
  • the controller measures the voltage variation at the output terminal of the sensor pad 210 when the touch is not generated while the selected additional capacitances are connected to the output terminal of the charge / discharge unit 230 and deletes the voltage variation above the threshold value. If the voltage variation (or ADC output value) is less than or equal to the threshold, compare the previously recorded voltage variation with the newly measured voltage variation.If the newly measured value is larger, correct the existing value with the newly measured value. Write to a predetermined storage space. It also stores information about the newly selected additional capacitance.
  • control unit controls the switching unit to sequentially combine at least one of the plurality of additional capacitances to be connected to the output terminal of the voltage control unit, and measures the voltage variation in the sensor pad 210 when no touch occurs for each combination. To determine the combination of additional capacitances when the value is below the threshold and maximum.
  • the adjustment of the parasitic capacitance Cp exceeds the maximum capacitance of the combination of additional capacitances, so that adjustment may not proceed smoothly. In this case, the value of the resistor R3 of FIG. 5 is changed. As described above, the adjustment can be completed.
  • the controller controls the switches such that at least one combination of the additional capacitances determined in the adjusting step is connected to the output terminal of the charge / discharge unit 230, and then starts touch sensing.
  • the controller performs the adjustment step again.
  • the parasitic capacitance may be divided into a case where the touch input occurs.
  • the touch input may be recognized as a touch input, and the measured value may be used as the touch detection value. However, if the measured value remains unchanged for a certain period of time, it may be determined that the parasitic capacitance is changed and the adjustment step may be performed again.
  • FIG. 7 is a detailed block diagram of the touch detection apparatus 200 according to an embodiment of the present invention.
  • one end of the switches SW1 and SW2 connected to the additional capacitances Cest1 and Cest2 may be connected to the buffered Vo level line as described above.
  • FIG 8 is a block diagram of the touch detection apparatus 200 in the case where the level shift detection unit 240 includes the amplifier 18 according to an embodiment of the present invention.
  • the signal at the output terminal of the sensor pad 210 can be stably isolated. Since the amplifier 18 amplifies the signal at the output terminal of the sensor pad 210, when the magnitude of the level shift due to the touch generation passes through the amplifier 18, it is amplified and output. Therefore, the touch signal can be detected more stably.
  • the amplified signal may be input to an analog to digital converter (ADC).
  • FIG. 9 is a block diagram of the touch detection apparatus 200 in the case where the level shift detection unit 240 includes the differential amplifier 18a according to an embodiment of the present invention.
  • the differential amplifier 18a differentially amplifies the signal at the output terminal of the sensor pad 210 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 210 when no touch occurs.
  • the ADC may acquire the touch signal only with the output value of the differential amplifier 18a.
  • FIG. 10 illustrates a structure of a memory unit in which information about a sensor pad 210 is stored according to an embodiment of the present invention.
  • the memory unit stores information about a signal at the output terminal of the corresponding sensor pad 210 when no touch occurs for each sensor pad 210 or for each group of sensor pads (for example, the same row or the same column). Can be. The information can be used to determine additional capacitance that minimizes parasitic capacitance. In addition, the memory unit may store information regarding the additional capacitance connected to the output terminal of the charge / discharge unit 230 among the plurality of additional capacitances for each sensor pad 210.
  • the parasitic capacitance Cp and the driving capacitance Cdrv may be different for each sensor pad 210. This is because it is impossible to design the position of the sensor pad 210, the length of wiring, and other external factors in the same manner for all the sensor pads 210.
  • a signal eg, voltage
  • the charge / discharge unit 230 among the plurality of additional capacitances
  • FIG. 11 is a flowchart illustrating a touch detection method according to an embodiment of the present invention.
  • step S1210 the touch pad 210 is driven. Specifically, the charging signal Vb is applied to the output terminal of the touch pad 210 to charge the capacitance connected to the touch pad 210 such as Cdrv, and the alternating voltage Vdrv is applied to the output terminal of the sensor pad 210. do.
  • At least one of the plurality of additional capacitances is combined to be sequentially connected to an output terminal of a voltage controller that generates a specific voltage and detects a voltage variation in the sensor pad 210 when no touch occurs.
  • step S1230 the combination of the additional capacitances to be connected to the output terminal of the voltage controller is determined based on the voltage variation detected in step S1220. For example, an additional capacitance combination may be selected when the detected voltage variation is maximum or the difference between the voltage variation and the reference voltage value is minimum. Steps S1220 and S1230 may be performed repeatedly or periodically to minimize parasitic capacitance.
  • the combination of the determined additional capacitance is connected to the output terminal of the voltage controller to sense a touch.

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Description

기생정전용량을 저감시키는 터치 검출 장치 및 그 방법
본 발명은 터치를 검출하는 방법 및 장치에 관한 것으로, 특히 기생정전용량을 상쇄하는 부가 정전용량을 부가하여 기생정전용량의 영향을 저감시키는 터치 검출 방법 및 장치에 관한 것이다.
터치 스크린 패널은 영상 표시 장치에 의해 표시된 내용에 기초하여 사람의 손 또는 다른 접촉 수단으로 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 받아 들여 진다.
이와 같은 터치 스크린 패널은 키보드 및 마우스와 같은 입력 장치를 대체할 수 있기 때문에 그 이용 범위가 점차 확장되고 있는 추세이다.
터치 스크린 패널을 구현하는 방식으로는 저항막 방식, 광감지 방식 및 정전용량 방식 등이 알려져 있다. 이 중 정전용량 방식의 터치 패널은 사람의 손 또는 물체가 접촉될 때 도전성 감지 패턴이 주변의 다른 감지 패턴 또는 접지 전극 등과 형성하는 정전용량의 변화를 감지함으로써 접촉 위치를 전기적 신호로 변환한다.
도 1a는 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널의 일 예에 관한 평면 구성도이다.
도 1a에 도시된 종래 기술에 따른 정전식 터치 스크린 패널은 횡방향의 선형 센서 패턴(5a), 종방향의 선형 센서 패턴(5b), 터치신호를 분석하는 터치 드라이브IC 를 포함한다. 이러한 방식의 터치 스크린 패널은 선형 센서 패턴(5)과 손가락(8) 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기를 검출하는 방식으로서, 횡 방향의 선형 센서패턴(5a)와 종 방향의 선형 센서패턴(5b)을 스캔하여 신호를 검출함으로써 복수개의 터치 지점을 인식할 수 있다.
도 1b는 표시장치(20)위에 설치된 도 1a의 정전식 터치스크린패널을 나타내는 도면이다.
도 1b를 참고하면, 표시장치(20)의 위에 도 1a에서 설명한 터치스크린패널이 배치된다. 따라서, 기판(10)의 상면에 선형 센서패턴(5)이 배치되며, 기판(1)위에는 선형 센서패턴(5)을 보호하기 위한 보호패널(3)이 부착된다. 터치스크린패널은 접착부재(9)를 매개로 표시장치(20)에 접착되며, 표시장치(20)와의 사이에서 에어갭(9a)을 형성한다.
도 1b에서, 터치가 발생할 경우 손가락(8)과 선형 센서패턴(5) 사이에는 Ct와 같은 정전용량이 형성되고, 선형 센서 패턴(5)과 표시 장치(20)의 공통 전극 사이에서도 Cvcom과 같은 정전용량이 형성되며, 선형 센서 패턴(5)에는 다양한 원인으로부터 발생되는 기생정전용량인 Cp가 형성된다.
도 1c는 도 1b에서 터치가 발생한 경우 터치 검출을 위한 등가회로를 나타낸다.
도 1c를 참고하면, 손가락이 선형 센서패턴(5)에 접촉되면 Cvcom, Cp, Ct등이 생성된다. 종래의 터치 스크린 패널은 Ct의 변화량을 검출하여 터치를 인식하므로 Cp, Cvcom등은 노이즈로 작용하게 된다.
Cvcom의 경우에는 터치 스크린 패널이 장착되는 표시 장치(20)의 구조에 의해 결정되며, 한국 특허 출원 제10-2010-85360에서 공통 전극 전압(Vcom)을 이용한 터치 검출에 하나의 신호로서 사용될 수 있다.
그러나, 기생정전용량인 Cp의 경우에는 그 크기가 클수록 터치 검출 감도를 떨어뜨리는 역할을 하기 때문에 Cp가 제거된다면 터치 스크린의 전체 성능이 향상된다.
하지만 Cp의 경우에는 다양한 외부적 환경에 의해 결정되는 것이기 때문에 이를 물리적으로 완전히 0으로 만드는 것이 불가능하다.
상기의 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 터치 검출 방법 및 장치를 제공하는 것이며, 특히 기생정전용량을 상쇄하는 부가 정전용량을 부가하여 터치를 검출하는 방법 및 장치를 제공하는 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 일 측면에 따른 터치 검출 장치는, 전하가 충전된 후 플로팅 상태에서 교번 전압에 응답하여 터치 상태에 따른 신호를 출력하는 센서 패드; 상기 센서 패드의 출력단에 전기적으로 연결되고 상기 센서 패드의 기생 커패시턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖는 부가 정전용량부; 상기 교번 전압의 교번에 따른 상기 기생 커패시턴스에서의 전하변동량과 동일한 크기를 가지고 극성이 반대가 되도록 상기 부가 정전용량부를 충전 또는 방전하는 전하 충/방전부; 및 터치 미발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서 패드에서의 전압 변동분과 터치 발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서 패드에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부를 포함한다.
여기서, 상기 부가 정전용량부는, 복수의 부가 정전용량들; 및 터치 미발생시의 상기 센서 패드에서의 전압 변동분에 응답하여 상기 부가 정전용량들 중 적어도 하나와 상기 전하 충/방전부의 출력단을 연결하는 스위칭부를 포함한다.
또한, 상기 터치 검출 장치는, 상기 복수개의 부가 정전용량들 중 적어도 하나를 조합하여 순차적으로 상기 전압 제어부의 출력단에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하고, 각각의 조합에 대하여 터치 미발생시의 상기 센서 패드에서의 전압 변동분이 소정의 조건을 만족하는지에 따라 상기 전압 제어부의 출력단에 연결되는 부가 정전용량의 조합을 결정하는 제어부를 더 포함한다.
여기서, 상기 소정의 조건은, 터치 미발생시의 상기 센서 패드에서의 전압 변동분이 임계치 이하이면서 최대 값인 경우이다.
또한, 상기 터치 검출 장치는, 상기 결정된 부가 정전용량의 조합에 관한 정보 및 상기 조합에 대응하는 전압 변동분이 저장되는 저장부를 더 포함한다.
여기서, 상기 제어부는, 터치 미발생시의 상기 센서 패드에서의 전압 변동분과 상기 저장부에 기록된 전압 변동분을 비교하여 에 연결되는 부가 정전용량의 조합을 업데이트 한다.
여기서, 상기 저장부는, 상기 결정된 부가 정전용량의 조합에 관한 정보 및 상기 조합에 대응하는 전압 변동분에 관한 정보를 센서 패드별 또는 센서 패드의 그룹별로 저장할 수 있다.
또한, 상기 터치 검출 장치는, 상기 센서 패드의 출력 전압을 버퍼링하여 출력하는 버퍼부를 더 포함한다.
또한, 상기 전하 충/방전부는, 상기 센서 패드의 출력 전압 및 외부 입력 전압에 응답하여 상기 부가 정전용량부를 충전하기 위한 전압을 출력하는 전압 제어부를 포함한다.
또한, 상기 스위칭부는, 상기 스위칭 제어 신호에 응답하여, 상기 전하 충/방전부의 출력단과 연결되지 않은 적어도 하나의 부가 정전용량을 상기 버퍼링부의 출력단과 연결할 수 있다.
여기서, 상기 전압 제어부는, 입력 신호를 소정 비율로 증폭하여 출력하는 증폭소자; 상기 증폭소자의 제 1 입력단과 상기 외부 입력 전압에 연결된 제 1 저항소자; 상기 증폭소자의 제 2 입력단과 상기 버퍼부의 출력단에 연결된 제 2 저항소자; 및 상기 제 1 입력단 및 상기 증폭소자의 출력단에 연결된 제 3 저항 소자를 포함한다.
여기서, 상기 제 1 저항소자, 상기 제 2 저항소자 및 상기 제 3 저항소자 중 적어도 하나는 가변저항을 포함할 수 있다.
또한, 상기 정전식 터치 검출 장치는 충전 신호를 공급하여 터치입력도구와의 사이에서 터치정전용량을 형성하는 상기 센서 패드를 충전시키는 충전 수단을 더 포함한다.
본 발명의 제2측면에 따른 터치 검출 방법은, a) 터치입력도구와의 사이에서 터치 정전용량을 형성하는 센서 패드를 충전 시킨후 플로팅 시키는 단계; b) 상기 센서 패드에 소정의 주파수로 교번하는 교번 전압을 인가하는 단계; c) 상기 센서 패드와 연결된 부가 정전용량부에 기생 커패시턴스에 충전된 전하와 극성이 반대가 되도록 전하를 충전 또는 방전하는 단계; d) 터치 발생 전후에 상기 교번 전압에 의한 상기 센서 패드에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치신호를 획득하는 단계를 포함한다.
여기서, 상기 단계 c)는, c-1) 터치 미발생시의 상기 센서 패드의 전압 변동분을 측정하는 단계; 및 c-2)상기 전압 변동분이 임계치 이하에서 최대가 되는 부가 정전용량의 조합을 결정하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는, 기생정전용량을 상쇄하는 부가 정전용량을 센서 패드의 출력단에 부가함으로써 기생정전용량의 영향을 최소화하고, 제품간의 성능 편차를 줄이며, 레벨시프트 검출부내의 아날로그 디지털 변환기(ADC)의 성능을 높일 수 있다.
또한, 본 발명의 일 실시예에서는, 부가 정전용량의 양단에 인가되는 전위차의 변화값을 조절함으로써 기생정전용량과 부가 정전용량의 커패시턴스가 상이한 경우에도 기생정전용량의 효과를 제거할 수 있다.
도 1a는 종래 기술에 따른 정전식 터치스크린패널의 일 예에 관한 평면 구성도이다.
도 1b는 표시장치(20)위에 설치된 도 1a의 정전식 터치스크린패널을 나타내는 도면이다.
도 1c는 도 1b에서 터치가 발생한 경우 터치 검출을 위한 등가회로를 나타낸다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)에 관한 블록도를 나타낸다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)의 등가회로이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)내의 신호에 대한 파형이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 충/방전부(230)에 관한 일 예를 나타낸다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부가 정전용량부(220)의 일 예를 나타낸다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)에 관한 구체적인 블록도를 나타낸다.
도 8는 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨시프트 검출부(240)가 증폭기(18)를 포함하는 경우에 관한 터치 검출 장치(200)의 블록도이다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨시프트 검출부(240)가 차동증폭기(18a)를 포함하는 경우에 관한 터치 검출 장치(200)의 블록도이다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 패드(210)에 관한 정보가 저장된 메모리부의 구조를 나타낸다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 방법에 관한 흐름도를 나타낸다.
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. 그리고 어떤 부분이 다른 부분과 "연결"되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라, 그 중간에 다른 시스템을 두고 연결되어 있는 경우도 포함한다.
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.
이하, 본 발명의 바람직한 실시예를 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)에 관한 블록도를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)는 센서 패드(210), 부가 정전용량부(220), 전하 충/방전부(230) 및 레벨시프트 검출부(240)를 포함할 수 있다.
우선 터치 검출 장치(200)의 터치 검출 동작에 대해 설명한다.
센서 패드(210)는 터치 입력을 검출하기 위하여 기판 상에 패터닝된 전극으로서 손가락이나 도전체와 같은 터치도구와의 사이에서 터치 정전용량(Ct)을 형성한다. 센서 패드(210)는 투명도전체로 형성될 수 있다. 예를 들어, 센서 패드(210)는 ITO(Indium Tin Oxide), ATO(Antimony Tin Oxide), CNT(Carbon Nano Tube), IZO(Indium Zinc Oxide) 등의 투명 물질로 형성될 수 있다. 그러나, 다른 예에서는 센서 패드(210)가 메탈로 형성될 수도 있다.
센서 패드(210)는 소정 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)에 응답하여 터치입력도구의 터치 상태에 따른 신호를 출력한다. 일 예로, 센서 패드(210)는 교번 전압(Vdrv)에 응답하여 터치된 경우와 터치되지 않은 경우에 상이한 레벨 시프트 값을 출력한다.
터치 검출 장치(200)는 교번 전압 생성 수단(미도시) 및 충전수단(SW)을 더 포함할 수 있다.
충전수단(SW)은 센서 패드(210)의 출력단에 연결되어 충전 신호(Vb)를 공급한다. 충전수단(SW)은 온/오프 제어단자에 공급되는 제어 신호에 따라 스위칭 동작을 수행하는 3단자형의 스위칭 소자이거나, 제어 신호에 따라 신호를 공급하는 OP-AMP등의 선형소자일 수 있다. 충전수단(SW)의 출력단에는 센서 패드(210)에 작용하는 터치 정전용량(Ct), 기생정전용량(Cp), 구동 정전용량(Cdrv)이 연결되며, 충전수단(SW)을 턴온 시킨 상태에서 입력단에 충전 신호(Vb)을 인가하여 Ct, Cdrv, Cp등을 충전시킨다. 이 후, 충전수단(SW)을 턴 오프 시키면 Ct, Cdrv등에 충전된 신호는 별도로 방전시키지 않는 한 충전된 상태로 고립된다. 이 때, 충전된 신호를 안정적으로 고립시키기 위하여 후술할 레벨시프트 검출부(240)의 입력단은 하이 임피던스를 가질 수 있다.
전술한 충전 수단(SW)이 턴 온되어 센서 패드에 충전된 전하는 충전 수단(SW)이 턴 오프됨에 의해 고립된다. 이러한 고립 상태를 플로팅(floating) 상태라 칭한다. 충전 수단(SW)과 레벨 시프트 검출부(240) 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.
교번 전압 생성 수단(미도시)은 소정 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)을 구동 정전용량(Cdrv)을 거쳐 센서 패드(210)의 출력단에 인가하여 센서 패드(210)에서의 전위를 변동시킨다. 교번 전압 생성 수단은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클락 신호를 생성할 수도 있으나, 듀티비가 상이한 교번 전압을 생성할 수도 있다.
공통 전극(미도시)은 표시장치(20) 내에서 공통 전압이 인가되는 전극 또는 표시장치 내에서 공통으로 역할하는 전극을 지칭한다. 예를 들어, 표시장치 중 하나인 LCD는 액정의 구동을 위하여 공통 전압을 필요로 한다. 중소형 LCD에서는 소비전류를 감소시키기 위하여 소정 주파수로 교번하는 교번 전압을 공통 전압으로 사용하며 대형 LCD에서는 DC 전압을 공통 전압으로 사용한다.
만약 표시 장치(20)에서 발생하는 공통 전압(Vcom)을 교번 전압으로 이용하는 경우에는 공통 전압 정전용량(Cvcom)이 구동 정전용량(Cdrv)의 역할을 수행할 것이다. 이 경우에는 구동 정전용량(Cdrv)은 일시적으로 제거될 수 있다.
앞으로 본 명세서에서는 공통 전압을 교번 전압으로 이용하는 경우를 별도로 설명하지 않으나 공통 전압을 교번 전압으로 이용하는 실시예 역시 동일한 원리가 적용되며 본 발명이 청구하는 범위에 포함됨이 이해될 것이다.
레벨 시프트 검출부(240)는 플로팅 상태에서 교번 전압(Vdrv)에 의해 발생하는 레벨 시프트를 검출한다. 즉, 센서 패드의 전위는 인가된 교번 전압(Vdrv)에 의해 상승 또는 하강 하게 되는데, 터치가 발생한 경우의 전압 레벨 변동은 터치가 발생하지 않은 경우의 전압 레벨 변동 보다 작은 값을 가진다. 따라서, 레벨 시프트 검출부(240)는 터치 전후의 전압 레벨을 비교함으로써 레벨 시프트를 검출한다. 레벨시프트 검출부(240)는 다양한 소자 또는 회로의 조합으로 구성될 수 있다. 예를 들어, 레벨시프트 검출부(240)는 센서 패드(210)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.
이하, 기생 커패시턴스(Cp)의 영향을 줄일 수 있는 본 발명의 일 실시예에 대해 설명한다.
부가 정전용량부(220)는 센서 패드(210)의 출력단에 전기적으로 연결되며, 센서 패드(210)의 기생 커패시턴스(Cp)에 대응하는 커패시턴스를 갖는다. 부가 정전용량부(220)는 기생 커패시턴스와 동일한 커패시턴스를 갖는 것이 바람직하지만 기생 커패시턴스는 센서 패드 마다 다르거나, 외부 환경에 따라 변할 수 있기 때문에 부가 정전용량부(220)의 커패시턴스를 기생 커패시턴스와 동일하게 맞추기가 어렵다. 따라서, 부가 정전용량부(220)의 커패시턴스를 가변할 수 있도록 구현하는 것이 바람직하다. 일 예로, 부가 정전용량부(220)는 복수개의 부가 정전용량들을 포함하며, 이들 부가 정전용량들 중 적어도 하나를 선택하거나 조합하여 사용함으로써 외부 환경에 따라 변하는 기생 커패시턴스(Cp)에 효율적으로 대응할 수 있다.
부가 정전용량부(220)에 관한 자세한 설명은 도 6에서 후술한다.
전하 충/방전부(230)는 출력단이 부가 정전용량부(220)와 연결되며 부가 정전용량부(220)에 전하량을 충전 또는 방전한다. 이 때, 전하 충/방전부(230)는 부가 정전용량부(220)에 충전 또는 방전되는 전하량이 기생정전용량에서 충전 또는 방전되는 전하량과 동일한 크기를 가지고 극성이 반대가 되도록 한다. 즉, 전하 충/방전부(230)는 기생정전용량에 전하가 충전되면 동일한 양의 전하를 부가 정전용량부(220)에서 방전시키고, 기생정전용량에서 전하가 방전되면 동일한 양의 전하가 부가 정전용량부(220)를 충전시킨다.
일 예로, 기생정전용량에 인가되는 전위차가 감소한다면 기생정전용량에서 전하가 방전될 것이다. 만일, 부가 정전용량부(220)의 커패시턴스와 기생정전용량의 커패시턴스가 동일하다면, 전하 충/방전부(230)는 부가 정전용량부(220)에 인가되는 전위차를 동일한 크기만큼 증가시킴으로써 기생정전용량에서 방전된 전하와 동일한 크기의 전하가 부가 정전용량부(220)에 충전되도록 할 수 있다. 그러나, 부가 정전용량부(220)의 커패시턴스와 기생정전용량의 커패시턴스가 다르다고 하더라도, 전하 충/방전부(230)는 기생정전용량에서의 전위차의 변화보다 더 크게(또는 더 작게) 부가 정전용량부(220)에 인가되는 전위차를 조절함으로써 동일한 효과를 달성할 수 있다.
전하 충/방전부(230)에 관한 자세한 설명은 도 6에서 후술한다.
이하에서는 도 3 및 도 4를 참조하여 터치 검출 장치(200)의 구체적인 동작을 설명하도록 한다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)의 등가회로이며, 도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200) 내의 신호에 대한 파형이다.
도 3을 참고하면 터치 검출 장치(200)은 센서 패드(210), 터치 정전용량(Ct), 기생정전용량(Cp), 부가 정전용량(Cest), 구동 정전용량(Cdrv), 트랜지스터(Q)를 포함할 수 있다.
먼저, 도 3 및 도 4에서 사용되는 용어를 다음과 같이 정의한다.
터치 정전용량(Ct)은 사용자가 센서 패드(210)를 터치할 경우에 센서 패드(210)와 사용자의 손가락 등의 터치 입력 도구 사이에 형성되는 정전용량을 의미하는 것이다.
기생정전용량(Cp)은 센서 패드(210)에 부수되는 정전용량을 의미하는 것으로 센서 패드(210), 신호배선, 표시장치 등에 의해 형성되는 일종의 기생용량이다. 기생정전용량(Cp)은 레벨시프트 검출부(240), 터치 패널, 영상 표시 장치에 의해 발생하는 임의의 기생 용량을 포함할 수 있다.
부가 정전용량(Cest)은 기생정전용량(Cp)의 효과를 없애기 위하여 센서 패드(210)에 부착된 정전용량으로서 기생정전용량(Cp)에 충전 또는 방전되는 전하와 동일한 크기이며 극성이 반대인 전하가 충전 또는 방전되는 것이 바람직하다.
공통 전압 정전용량(Cvcom)은 터치 패널이 LCD와 같은 표시 장치(20) 위에 장착될 때 표시 장치의 공통 전극(미도시)과 터치 패널 사이에 형성되는 정전용량이다. 공통 전극에는 구형파 등의 공통 전압(Vcom)이 표시 장치에 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.
구동 정전용량(Cdrv)은 센서 패드(210)에 소정 주파수로 교번하는 교번 전압(Vdrv)을 공급하는 경로에 형성되는 정전용량이다. 구동 정전용량(Cdrv)에 인가되는 교번 전압(Vdrv)은 바람직하게는 구형파 신호이다. 교번 전압(Vdrv)은 듀티비(duty ratio)가 동일한 클럭 신호일 수도 있으나 듀티비가 상이할 수도 있다. 교번 전압(Vdrv)은 별도의 교번 전압 생성 수단에 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 제어 신호(Vg)가 인가되고, 소스(source)에는 충전 신호(Vb)가 인가될 수 있으며 드레인(drain)은 신호 배선(미도시)에 연결될 수 있다. 물론 소스가 신호 배선에 연결되고 드레인에 충전 신호(Vb)가 인가될 수도 있다. 제어 신호(Vg) 및 충전 신호(Vb)는 제어부(미도시)의 제어에 의해 인가될 수 있다. 본 발명의 다른 실시예에서는 트랜지스터(Q)가 아닌 스위칭할 수 있는 다른 소자가 사용될 수 있다.
도 4를 참고하면, 트랜지스터(Q)를 턴-온 하여 충전 신호(Vb)를 공급하여 구동 정전용량(Cdrv), 터치 정전용량(Ct), 부가 정전용량(Cest), 기생정전용량(Cp)을 충전시킨다. 이 후, 트랜지스터(Q)를 턴-오프하면 충전된 전하는 고립되며, 이에 따라 센서 패드(210)의 출력단에서의 전위가 유지된다.
본 실시예에서는 트랜지스터(Q)의 ON 전압이 15V보다 작고 OFF 전압은 -8V보다 큰 것으로 가정하였다. 또한, 충전 신호(Vb)의 전압은 5V이며, 교번 전압(Vdrv)은 하이 레벨에서 4V, 로우 레벨에서 -1V로 주어지는 것으로 가정한다.
먼저, 센서 패드(210)에 터치입력도구가 터치되지 않은 경우에 대하여 살펴본다.
충전 1 과정에서 트랜지스터(Q)의 게이트에 제어 신호(Vg=15V)가 인가되면 트랜지스터(Q)가 턴-온 되고, 충전 신호(Vb)가 센서 패드(210)의 출력단에 인가된다. 이에 따라, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압(Vo)은 점차 완만히 상승하다가 5V가 된다. 구동 정전용량(Cdrv), 터치 정전용량(Ct), 부가 정전용량(Cest), 기생정전용량(Cp)에도 충전 전압(Vb)에 의하여 전하가 충전된다. 충전 1에서는 트랜지스터(Q)가 턴온되므로 교번 전압(Vdrv)은 출력 전압(Vo)에 영향을 미치지 않는다.
이 후, 트랜지스터(Q)의 게이트에 제어 신호(Vg=-8V)가 인가되면 트랜지스터(Q)가 턴-오프 되면서, 구동 정전용량(Cdrv), 터치 정전용량(Ct), 부가 정전용량(Cest), 기생정전용량(Cp)이 충전된 상태로 고립된다. 이 때, 충전된 전하를 안정적으로 고립시키기 위하여 레벨 시프트 검출부(240)의 입력단은 하이 임피던스를 가질 수 있다.
이와 같이 센서 패드(210) 등에 충전된 전하가 고립되어 있는 상태를 플로팅(floating) 상태라 한다. 따라서, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압(Vo)은 5V로 유지된다.
이때, 구동 정전용량(Cdrv)에 인가된 교번 전압(Vdrv)이, 예를 들면 0V에서 5V로, 상승하면 센서 패드(210)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.
전술한 바와 같이, 검출 1 과정에서, 교번 전압(Vdrv)의 전압이 하강하게 되면, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압(Vo) 레벨이 순간적으로 강하되는 현상이 발생한다.
검출 1 과정에서는 센서 패드(210)에 터치 입력이 발생하지 않은 경우, 즉 센서 패드(210)에 연결된 정전용량이 구동 정전용량(Cdrv), 부가 정전용량(Cest)과 기생정전용량(Cp) 밖에 없는 경우이며, 다음의 [수학식 1]에 따라 출력 전압(Vo)이 변동된다.
[수학식 1]
Figure PCTKR2013000624-appb-I000001
(단, △Vo는 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 변동분, VdrvH는 교번 전압의 하이 레벨 전압, VdrvL은 교번 전압의 로우 레벨 전압, Cdrv는 여기정전용량, Cp는 기생정전용량, Cest는 부가 정전용량임)
Cp=-Cest가 성립하도록 Cest를 설정한 경우, [수학식 1]에 따라 △Vo는 -(-4-(-1))*1=-5V가 되며, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 레벨(Vo)은 5V에서 0V로 변동한다. 한편, 상술한 예와는 반대로 터치가 발생하지 않은 상태에서 교번 전압의 상승구간에서 검출 동작이 수행되었다면, △Vo=5V가 되며 출력단에서의 전압 레벨(Vo)은 5V에서 10V로 변동하였을 것이다.
다음으로 센서 패드(210)에 터치입력도구가 터치된 경우에 대하여 살펴본다.
충전 2 과정에서, 트랜지스터(Q)의 게이트에 제어 신호(Vg=15V)가 다시 인가되면 트랜지스터(Q)가 턴-온 되고, 충전 신호(Vb)가 센서 패드(210)의 출력단에 다시 인가된다. 이에 따라, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압(Vo)은 다시 5V가 된다.
검출 2 과정에서, 교번 전압(Vdrv)의 전압이 상승하게 되면, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압(Vo) 레벨이 순간적으로 상승하게 된다.
검출 2 과정에서는 터치 입력이 발생한 상태이므로 손가락과 센서 패드(210) 사이에서 형성되는 터치 정전용량(Ct)이 작용하게 되므로, 이에 따라 센서 패드(210)에 연결된 정전용량은 구동 정전용량(Cdrv), 부가 정전용량(Cest), 기생정전용량(Cp) 외에도 터치 정전용량(Ct)이 더해져, 다음의 [수학식 2]에 따라 전압(Vo)이 변동된다.
[수학식 2]
Figure PCTKR2013000624-appb-I000002
(단, Ct는 터치 정전용량임)
[수학식 1]과 [수학식 2]를 비교하면, [수학식 2]의 분모 항목에 터치 정전용량(Ct)이 추가된 것이므로, 결국, 터치가 있는 경우의 전압 변동은 터치가 없는 경우의 전압 변동에 비하여 작고, 그 차이는 터치 정전용량(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.
Ct=2Cdrv이며 Cp=-Cest가 성립하도록 Cest를 설정한 경우, [수학식 2]에 따라 △Vo는 (-4-(-1))*1/3=1.67V가 되며, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 레벨(Vo)은 5V에서 6.67V로 변동한다.
만일, 터치 입력이 발생하지 않았다면 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 레벨(Vo)은 [수학식 1]에 따라 5V에서 10V로 변하게 되나, 터치 입력이 발생함에 따라 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 레벨(Vo)은 6.67V가 된다. 즉, 터치 미발생시에 비하여 터치 발생시의 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 레벨(Vo)이 10V에서 6.67V로 시프트 된 것을 알 수 있다. 따라서, 이와 같은 레벨 시프트를 검출하여 터치 신호를 획득할 수 있다.
충전 3 과정에서, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압(Vo)은 다시 5V가 되며, 검출 3 과정에서, 터치 입력이 발생한 상태이므로 교번 전압(Vdrv)의 전압이 하강하게 되면 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압(Vo) 레벨이 [수학식 2]에 따라 3.33V로 하강한다. 즉, 터치 입력 발생시 교번 전압(Vdrv)의 상승 구간에서는 전압(Vo)이 아래쪽으로 레벨 시프트되며 교번 전압(Vdrv)의 하강 구간에서는 전압(Vo)이 위쪽으로 레벨 시프트 된다.
결국 상기 레벨 시프트 값이 터치 검출값과 대응되며, 레벨 시프트의 값이 클수록 터치 검출 성능이 증가하게 된다. 하지만 [수학식 1] 및 [수학식 2]의 분모에 기생정전용량(Cp) 값이 커지게 되면 레벨 시프트 값이 작아지게 될 것이다. 따라서, 본 발명의 일 실시예에서는 부가 정전용량(Cest)을 이용하여 기생정전용량(Cp)를 저감시킴으로써 터치 검출 성능을 향상시킨다. 물리적으로 음(-)의 값을 갖는 커패시턴스는 존재하지 않지만, 본 발명의 전하 충/방전부(230)는 전하의 충전 및 방전을 통해 기생정전용량(Cp)의 음의 값을 갖는 부가 정전용량(Cest)을 부가한 것과 동일한 기능을 수행하게 된다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 충/방전부(230)에 관한 일 예를 나타낸다.
본 발명의 일 실시예에 따른 전하 충/방전부(230)는 증폭소자, 저항(R1, R2, R3)을 포함한다.
증폭소자의 제 1 입력단에는 저항(R1)의 일단이 연결되며, 저항(R1)의 타단에는 외부 입력 전압(Vb)이 인가된다. 외부 입력 전압(Vb)은 도 3 및 도 4의 충전 신호일 수 있다.
증폭소자의 제 2 입력단에는 저항(R2)의 일단이 연결되며, 저항(R2)의 타단에는 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압(Vo)이 인가된다. 일 실시예에서는, 저항(R2)의 타단에 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압을 버퍼링하는 버퍼부(미도시)의 출력단이 연결될 수 있다.
증폭소자의 출력단에는 저항(R3)의 일단이 연결되며, 저항(R3)의 타단에는 증폭소자의 제 1 입력단 및 저항(R1)의 일단이 연결된다.
도 5에서, 증폭소자의 제 1 입력단 및 제 2 입력단에서의 전압 레벨이 동일하므로 출력단에서의 전압(Vc)은는 다음의 [수학식 3]에 따라 결정된다.
[수학식 3]
Figure PCTKR2013000624-appb-I000003
이하에서는, 설명의 편의를 위하여 R1=R2=R3이고, Vb가 도 3의 충전 신호(Vb)라고 가정하면, Vc = 2Vo-Vb가 될 것이다.
먼저, 충전 수단이 턴 온되어 충전 상태인 경우를 가정해보자. 이 경우, 증폭소자의 Vo=Vb이므로 제 1 입력단과 제 2 입력단의 전압 레벨이 모두 Vb가 되어 수학식 3에 따라 Vc=Vb가 된다. 따라서, 부가 정전용량(Cest)의 양단에 인가되는 전위차는 0이다. 또한, 기생정전용량(Cp)의 양단에 인가되는 전위차는 Vb이다.
다음으로, 충전이 완료된 후 플로팅 상태에서 교번 전압(Vdrv)이 인가되어 전압 레벨의 변동이 발생한 경우를 가정해보자. 이 경우, [수학식 3]에 따라, Vc=2Vo-Vb가 성립한다. 또한, 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 Vo=Vb-△Vo가 되므로, Vc=2(Vb-△Vo)-Vb=Vb-2△Vo가 된다.
부가 정전용량부(220)의 양단에 인가되는 전위차(Vest)는 증폭소자의 출력단에서의 전압과 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압간의 차이에 해당하므로,
Vcest=Vc-Vo=(Vb-2△Vo)-(Vb-△Vo)=-△Vo가 된다.
따라서, 부가 정전용량부(220)의 양단에 인가되는 전위차의 변화량(△Vcest)=0-(-△Vo)=△Vo가 된다.
한편, 기생정전용량(Cp)의 양단에 인가되는 전위차인 Vcp=Vb-△Vo가 된다. 따라서, 기생정전용량(Cp)의 양단에 인가되는 전위차의 변화량(△Vcp)=(Vb-△Vo)-Vb=-△Vo가 된다.
한편 Q(전하량) = C(커패시턴스)*V(전압)의 관계를 가지므로, 실질적으로 Cp와 Cest가 동일한 값을 갖는다면 Cp를 형성하는 전하량은 Cest에 이동하기 때문에 Cp의 영향을 제거할 수 있다. 즉, 교번 전압(Vdrv)의 전압 레벨이 상승(또는 하강)할 때 기생정전용량(Cp)이 가져가는 전하(또는 내놓는 전하)는 모두 부가 정전용량부(220)로부터 이동(또는, 부가 정전용량부(220)로 이동)하게 된다. 결과적으로, 본 발명의 일 실시예에서는 기생정전용량(Cp)과 부가 정전용량부(Cest)(220)의 커패시턴스가 유사하다면 기생정전용량(Cp)에 의한 전하는 구동 정전용량(Cdrv)에 영향을 미치지 않게 되며, 제품간의 편차를 최소화하고 ADC의 성능을 최대로 활용할 수 있게 된다. 도 5에서는 기생정전용량(Cp)과 부가 정전용량부(Cest)(220)의 커패시턴스가 유사한 것을 가정하였으나 기생정전용량(Cp)과 부가 정전용량부(Cest)(220)의 커패시턴스가 상이한 경우에는 피드백 저항인 R3의 값을 변경하여 증폭소자의 출력단에서의 전압 레벨을 조정함으로써 동일한 효과를 얻을 수 있다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 부가 정전용량부(220)의 일 예를 나타낸다.
부가 정전용량부(220)는 복수개의 부가 정전용량들(Cest1, Cest2, .... , Cestn)과 복수개의 스위치들(SW1, SW2, ...., SWn)을 포함할 수 있다. 또한, 복수개의 스위치들(SW1, SW2, ...., SWn)은 제어부(미도시)로부터 스위칭 제어 신호를 수신하여, 스위칭 동작을 수행한다.
도 5에서 상술한 바와 같이 R1=R2=R3인 경우 기생정전용량(Cp)의 효과를 최소화하기 위해서는, 부가 정전용량부(Cest)(220)의 커패시턴스를 기생정전용량(Cp)의 커패시턴스를 동일하게 조정하는 조정 단계를 거친 후 터치 감지를 수행하는 센싱 단계를 진행한다.
1. 조정 단계
제어부(미도시)는 복수개의 부가 정전용량들 중 적어도 하나의 조합을 선택하고 선택된 부가 정전용량들이 전하 충/방전부(230)의 출력단에 연결되도록 대응하는 스위치에 제어 신호를 전송한다. 이 때, 제어부(미도시)는 선택되지 않은 부가 정전용량들이 플로팅 상태가 되도록 스위치를 제어할 수도 있으나, 선택되지 않은 부가 정전용량들이 Vo의 전압 레벨을 갖는 선로에 연결되도록 스위치를 제어할 수도 있다. 후자의 경우, 선택되지 않은 부가 정전용량들의 양단에는 모두 Vo의 전압이 인가되어 해당 부가 정전용량들이 회로에서 존재하지 않는 것과 동일한 효과가 나타난다.
이 후, 제어부는 선택된 부가 정전용량들이 전하 충/방전부(230)의 출력단에 연결된 상태에서 터치 미발생시의 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 변동분(또는 ADC 출력 값)을 측정한다. 예를 들면, 제어부는 전압 변동분이 임계치(예를 들어, 구동 전압 레벨) 이하인지를 확인하고 임계치 이하인 경우에는 소정의 저장 공간에 전압 변동분을 기록하고, 그렇지 않은 경우에는 삭제한다.
다음으로, 제어부는 다른 조합의 부가 정전용량들을 선택하고 선택된 부가 정전용량들이 전하 충/방전부(230)의 출력단에 연결되도록 대응하는 스위치에 제어 신호를 전송한다.
이 후, 제어부는 선택된 부가 정전용량들이 전하 충/방전부(230)의 출력단에 연결된 상태에서 터치 미발생시의 센서 패드(210)의 출력단에서의 전압 변동분을 측정하여 임계치 이상인 경우에는 삭제한다. 만일, 전압 변동분(또는 ADC 출력 값)이 임계치 이하인 경우에는 이전에 기록된 전압 변동분과 새롭게 측정한 전압 변동분을 비교하고, 새롭게 측정한 값이 더 큰 경우에는 기존 값을 새롭게 측정한 값으로 수정하여 소정의 저장 공간에 기록한다. 또한, 새롭게 선택된 부가 정전용량에 관한 정보를 저장한다.
이와 같이 제어부는 복수개의 부가 정전용량들 중 적어도 하나를 조합하여 순차적으로 전압 제어부의 출력단에 연결하도록 스위칭부를 제어하고, 각각의 조합에 대한 터치 미발생시의 센서 패드(210)에서의 전압 변동분을 측정하여, 그 값이 임계치 이하이면서 최대일 때의 부가 정전용량들의 조합을 결정한다.
경우에 따라서는 기생정전용량(Cp)의 커패시턴스의 크기가 부가 정전용량들의 조합의 최대 커패시턴스를 초과하여 조정이 원활하게 진행되지 않을 수 있으며, 이 경우에는 도 5의 저항(R3)의 값을 변화시킴으로써 조정이 완결되도록 할 수 있음은 상술한 바이다.
2. 센싱 단계
제어부는 조정 단계에서 결정된 부가 정전용량들 중 적어도 하나의 조합이 전하 충/방전부(230)의 출력단에 연결되도록 스위치들을 제어한 후, 터치 감지를 시작한다.
만일, 측정된 전압 변동분(또는 ADC 출력 값)이 미리 기록된 값보다 크다면, 제어부는 조정 단계를 다시 수행한다.
한편, 측정된 전압 변동분이 미리 기록된 값보다 작은 경우는 기생정전용량이 변경된 경우와 터치 입력이 발생한 경우로 나누어 질 수 있다.
측정된 값이 기록된 값보다 작은 경우에는 우선 터치 입력이 발생된 것으로 인식하여 측정된 값을 터치 검출값으로 이용할 수 있다. 다만, 측정된 값이 일정기간이상 변화없이 유지되는 경우에는 기생정전용량이 변경된 경우라고 판단하고 조정 단계를 다시 수행할 수 있다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 장치(200)에 관한 구체적인 블록도를 나타낸다.
도 7에 도시되지 않았지만, 앞서 설명한 바와 같이 부가 정전용량(Cest1, Cest2)과 연결된 스위치(SW1, SW2)의 일단은 버퍼링 된 Vo 레벨의 선로와 연결될 수 있다.
각각의 구성 요소에 대한 설명은 도 2 내지 도 6에서 상술한 바와 동일하므로 이하 설명을 생략한다.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨시프트 검출부(240)가 증폭기(18)를 포함하는 경우에 관한 터치 검출 장치(200)의 블록도이다.
증폭기(18)의 입력단은 하이 임피던스이므로 센서 패드(210)의 출력단에서의 신호를 안정적으로 고립시킬 수 있다. 증폭기(18)는 센서 패드(210)의 출력단에서의 신호를 증폭시키므로 터치 발생에 의한 레벨시프트의 크기가 증폭기(18)를 거치게 되면 증폭되어 출력된다. 따라서, 보다 안정적으로 터치 신호를 검출 할 수 있다. 증폭된 신호는 아날로그 디지털 변환기(ADC)로 입력될 수 있다.
도 9는 본 발명의 일 실시예에 따른 레벨시프트 검출부(240)가 차동 증폭기(18a)를 포함하는 경우에 관한 터치 검출 장치(200)의 블록도이다.
차동 증폭기(18a)는 반전 또는 비반전 차동 입력 전압 Vdif에 따라 센서 패드(210)의 출력단에서의 신호를 차동 증폭한다. Vdif는 충전 신호(Vb)에 대응하는 신호이거나, 터치 미 발생시의 센서 패드(210)의 출력단에서의 신호일 수 있다. 이와 같이 Vdif가 터치 미발생시의 센서 패드(210)의 출력단에서의 신호인 경우 ADC는 차동 증폭기(18a)의 출력 값만 가지고도 터치 신호를 획득할 수 있다.
도 10은 본 발명의 일 실시예에 따른 센서 패드(210)에 관한 정보가 저장된 메모리부의 구조를 나타낸다.
메모리부에는 센서 패드(210) 별로 또는 센서 패드의 그룹별(예를 들면, 동일한 행 또는 동일한 열)로 터치가 발생하지 않았을 때의 해당 센서 패드(210)의 출력단에서의 신호에 관한 정보가 저장될 수 있다. 상기 정보는 기생정전용량을 최소화하는 부가 정전용량 결정에 이용될 수 있다. 또한, 메모리부에는 센서 패드(210)별로 복수의 부가 정전용량들 중 전하 충/방전부(230)의 출력단에 연결된 부가 정전용량에 관한 정보가 저장될 수 있다.
기생정전용량(Cp) 및 구동 정전용량(Cdrv)은 센서 패드(210)별로 상이할 수 있다. 센서 패드(210)의 위치, 배선길이, 기타 외부 요인 등을 모든 센서 패드(210)에 대하여 동일하게 설계하는 것이 불가능하기 때문이다.
그러나, 본 발명의 일 실시예에서와 같이 메모리부에 터치가 발생하지 않았을 때의 출력단에서의 신호(예를 들면, 전압)에 관한 정보 및 복수의 부가 정전용량들 중 전하 충/방전부(230)의 출력단에 연결된 부가 정전용량에 관한 정보를 센서 패드(210)별로 저장하여 관리함으로써 센서 패드(210)의 특성이 상이한 경우에도 터치를 효과적으로 검출할 수 있다.
도 11은 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 검출 방법에 관한 흐름도를 나타낸다.
단계 S1210에서는, 터치 패드(210)를 구동한다. 구체적으로, 터치 패드(210)의 출력단에 충전신호(Vb)를 인가하여 Cdrv등과 같이 터치 패드(210)에 연결된 정전용량을 충전시키고, 센서 패드(210)의 출력단에 교번전압(Vdrv)을 인가한다.
단계 S1220에서는, 복수개의 부가정전용량들 중 적어도 하나를 조합하여 순차적으로 특정 전압을 발생시키는 전압 제어부의 출력단에 연결시키고, 터치 미발생시의 센서 패드(210)에서의 전압 변동분을 검출한다.
단계 S1230에서는, 단계 S1220에서 검출된 전압 변동분에 기초하여 전압 제어부의 출력단에 연결될 부가정전용량의 조합을 결정한다. 예를 들어, 상기 검출된 전압 변동분이 최대일 때 또는 상기 전압 변동분과 기준 전압 값의 차분이 최소인 부가 정전 용량 조합이 선택될 수 있다. 기생 정전 용량을 최소화하기 위하여 단계 S1220 및 단계 S1230은 반복적으로 또는 주기적으로 수행될 수 있다.
단계 S1240에서는, 결정된 부가정전용량의 조합을 전압 제어부의 출력단에 연결하여 터치를 감지한다.
전술한 본 개시의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 개시가 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 개시의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 개시의 보호 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (15)

  1. 전하가 충전된 후 플로팅 상태에서 교번 전압에 응답하여 터치 상태에 따른 신호를 출력하는 센서 패드;
    상기 센서 패드의 출력단에 전기적으로 연결되고 상기 센서 패드의 기생 커패시턴스에 대응하는 커패시턴스를 갖는 부가 정전용량부;
    상기 교번 전압의 교번에 따른 상기 기생 커패시턴스에서의 전하변동량과 동일한 크기를 가지고 극성이 반대가 되도록 상기 부가 정전용량부를 충전 또는 방전하는 전하 충/방전부; 및
    터치 미발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서 패드에서의 전압 변동분과 터치 발생시에 상기 교번 전압에 따른 상기 센서 패드에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치신호를 획득하는 레벨시프트 검출부
    를 포함하는 정전식 터치 검출 장치.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 부가 정전용량부는,
    복수의 부가 정전용량들; 및
    터치 미발생시의 상기 센서 패드에서의 전압 변동분에 응답하여 상기 부가 정전용량들 중 적어도 하나와 상기 전하 충/방전부의 출력단을 연결하는 스위칭부를 포함하는 정전식 터치 검출 장치.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 복수개의 부가 정전용량들 중 적어도 하나를 조합하여 순차적으로 상기 전압 제어부의 출력단에 연결하도록 상기 스위칭부를 제어하고, 각각의 조합에 대하여 터치 미발생시의 상기 센서 패드에서의 전압 변동분이 소정의 조건을 만족하는지에 따라 상기 전압 제어부의 출력단에 연결되는 부가 정전용량의 조합을 결정하는 제어부를 더 포함하는 정전식 터치 검출 장치.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 소정의 조건은, 터치 미발생시의 상기 센서 패드에서의 전압 변동분이 임계치 이하이면서 최대 값인 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출 장치.
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 결정된 부가 정전용량의 조합에 관한 정보 및 상기 조합에 대응하는 전압 변동분이 저장되는 저장부를 더 포함하는 정전식 터치 검출 장치.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 제어부는, 터치 미발생시의 상기 센서 패드에서의 전압 변동분과 상기 저장부에 기록된 전압 변동분을 비교하여 상기 전압 제어부의 출력단에 연결되는 부가 정전용량의 조합을 업데이트 하는 정전식 터치 검출 장치.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 저장부는, 상기 결정된 부가 정전용량의 조합에 관한 정보 및 상기 조합에 대응하는 전압 변동분에 관한 정보를 센서 패드별 또는 센서 패드의 그룹별로 저장하는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  8. 제 2항에 있어서,
    상기 센서 패드의 출력 전압을 버퍼링하여 출력하는 버퍼부를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치 검출 장치.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 전하 충/방전부는,
    상기 센서 패드의 출력 전압 및 외부 입력 전압에 응답하여 상기 부가 정전용량부를 충전하기 위한 전압을 출력하는 전압 제어부를 포함하는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 스위칭부는,
    상기 스위칭 제어 신호에 응답하여, 상기 전하 충/방전부의 출력단과 연결되지 않은 적어도 하나의 부가 정전용량을 상기 버퍼부의 출력단과 연결하는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  11. 제 9항에 있어서, 상기 전압 제어부는,
    입력 신호를 소정 비율로 증폭하여 출력하는 증폭소자;
    상기 증폭소자의 제 1 입력단과 상기 외부 입력 전압에 연결된 제 1 저항소자;
    상기 증폭소자의 제 2 입력단과 상기 버퍼부의 출력단에 연결된 제 2 저항소자; 및
    상기 제 1 입력단 및 상기 증폭소자의 출력단에 연결된 제 3 저항 소자를 포함하는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 제 1 저항소자, 상기 제 2 저항소자 및 상기 제 3 저항소자 중 적어도 하나는 가변저항을 포함하는 것인 정전식 터치 검출 장치.
  13. 제 1항에 있어서,
    충전 신호를 공급하여 터치입력도구와의 사이에서 터치 정전용량을 형성하는 상기 센서 패드를 충전시키는 충전 수단을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 정전식 터치검출 장치.
  14. a) 터치입력도구와의 사이에서 터치 정전용량을 형성하는 센서 패드를 충전 시킨후 플로팅 시키는 단계;
    b) 상기 센서 패드에 소정의 주파수로 교번하는 교번 전압을 인가하는 단계;
    c) 상기 센서 패드와 연결된 부가 정전용량부에 기생 커패시턴스에 충전된 전하와 극성이 반대가 되도록 전하를 충전 또는 방전하는 단계;
    d) 터치 발생 전후에 상기 교번 전압에 의한 상기 센서 패드에서의 전압 변동분의 차이에 기초하여 터치신호를 획득하는 단계를 포함하는 터치 검출 방법.
  15. 제 14항에 있어서,
    상기 단계 c)는
    c-1) 터치 미발생시의 상기 센서 패드의 전압 변동분을 측정하는 단계; 및
    c-2)상기 전압 변동분이 임계치 이하에서 최대가 되는 부가 정전용량의 조합을 결정하는 단계를 포함하는 것인 터치 검출 방법.
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