KR20150026043A - 터치 스크린 구동 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명에 따른 터치 스크린 구동 장치는 서로 인접한 제1 Tx 채널과 제2 Tx 채널, 상기 제1 및 제2 Tx 채널과 교차하는 Rx 채널, 상기 제1 Tx 채널과 상기 Rx 채널의 교차부에 형성된 제1 센서 커패시터, 및 상기 제2 Tx 채널과 상기 Rx 채널의 교차부에 형성된 제2 센서 커패시터를 포함하는 터치 스크린; 상기 제1 Tx 채널에 제1 위상의 Tx 구동신호를 공급하고, 상기 제2 Tx 채널에 상기 제1 위상과 반대되는 제2 위상의 Tx 구동신호를 공급하는 Tx 구동회로; 및 상기 제1 위상의 Tx 구동신호에 의한 상기 제1 센서 커패시터의 제1 전압과, 상기 제2 위상의 Tx 구동신호에 의한 상기 제2 센서 커패시터의 제2 전압 간의 차전압을 상기 Rx 채널을 통해 공급받고, 상기 공급되는 차전압을 다수회 누적하는 적분기를 구비한다.

Description

터치 스크린 구동 장치{APPARATUS FOR DRIVING TOUCH SCREEN}

본 발명은 터치 스크린 구동 장치에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 제어할 수 있게 한다. 이러한 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온스크린 디스플레이(On Screen Display, OSD), 적외선 통신 혹은 고주파(RF) 통신 기능을 갖는 원격 제어기(Remote controller) 등이 있다. 유저 인터페이스 기술은 사용자 감성과 조작 편의성을 높이는 방향으로 발전을 거듭하고 있다. 최근, 유저 인터페이스는 터치 UI, 음성 인식 UI, 3D UI 등으로 진화되고 있다.

최근, 터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있는 추세에 있으며, 나아가 가전 제품에도 확대 적용되고 있다. 터치 UI를 구현하기 위한 터치 스크린의 일예로서, 최근에는 터치 뿐 아니라 근접 여부도 센싱하고 멀티 터치(또는 근접) 각각을 인식할 수 있는 상호 용량(mutual capacitance) 방식의 터치 스크린이 각광받고 있다.

상호 용량 방식의 터치 스크린은 Tx 채널들, Tx 채널들과 교차되는 Rx 채널들, 및 Tx 채널들과 Rx 채널들의 교차부에 형성된 센서 커패시터들을 포함한다. 센서 커패시터들 각각은 상호 용량을 갖는다. 터치 스크린 구동 장치는 터치(또는 근접) 전후의 센서 커패시터들에 충전된 전압의 변화를 감지하여 전도성 물질의 접촉(또는 근접) 여부와 그 위치를 판단한다. 센서 커패시터에 충전된 전압을 센싱하기 위하여, Tx 구동회로는 Tx 채널들에 구동신호를 인가하고, Rx 구동회로는 구동신호와 동기하여 센서 커패시터의 미세한 전압 변화를 샘플링하고 아날로그-디지털 변환(Analog to Digital conversion)한다.

일반적으로 터치 데이터의 SNR(Sigal to Noise Ratio)을 떨어뜨리는 요인으로, 채널 배열 및 터치 스크린의 구조적 특징에 따른 채널 노이즈, 외부 노이즈 등이 있다. 외부 노이즈로는 플로팅 바디(floating body), 3 파장 노이즈, 충전 노이즈 등이 있다. 채널 노이즈에는 입력 신호의 고주파 노이즈/저주파 노이즈와, 채널 DC 옵셋, 및 채널간 간섭 노이즈 등이 있다.

다양한 구조의 터치 스크린에서 각기 다른 고유의 R,C 파라미터에 의한 채널 간 터치 데이터가 편차가 발생되고, 동일한 터치 스크린이라 하더라도 위치에 따라 외부 환경(PCB 라우팅(routing), 외부 노이즈 등)의 영향과 R,C 파라미터 값이 달라지므로 터치 IC에 입력되는 터치 데이터에 편차가 초래된다. 이러한, 편차는 터치 데이터의 SNR을 저하시켜 터치 신뢰성을 떨어뜨린다.

따라서, 본 발명의 목적은 터치 데이터의 SNR을 높여 터치 신뢰성을 높일 수 있도록 한 터치 스크린 구동 장치를 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 스크린 구동 장치는 서로 인접한 제1 Tx 채널과 제2 Tx 채널, 상기 제1 및 제2 Tx 채널과 교차하는 Rx 채널, 상기 제1 Tx 채널과 상기 Rx 채널의 교차부에 형성된 제1 센서 커패시터, 및 상기 제2 Tx 채널과 상기 Rx 채널의 교차부에 형성된 제2 센서 커패시터를 포함하는 터치 스크린; 상기 제1 Tx 채널에 제1 위상의 Tx 구동신호를 공급하고, 상기 제2 Tx 채널에 상기 제1 위상과 반대되는 제2 위상의 Tx 구동신호를 공급하는 Tx 구동회로; 및 상기 제1 위상의 Tx 구동신호에 의한 상기 제1 센서 커패시터의 제1 전압과, 상기 제2 위상의 Tx 구동신호에 의한 상기 제2 센서 커패시터의 제2 전압 간의 차전압을 상기 Rx 채널을 통해 공급받고, 상기 공급되는 차전압을 다수회 누적하는 적분기를 구비한다.

상기 Tx 구동회로는 상기 제1 Tx 채널과 상기 제2 Tx 채널에 서로 반대 위상의 Tx 구동신호를 동시에 공급한다.

상기 적분기는 2개의 입력단자들 중 어느 하나만을 통해 상기 차전압을 입력받는 싱글 타입으로 구현된다.

상기 적분기는, 상기 차전압을 입력받는 반전 입력단자, 기저전압원에 연결된 비반전 입력단자, 누적되는 차전압이 출력되는 출력단자를 갖는 연산 증폭기; 및 상기 반전 입력단자와 상기 출력단자 사이에 접속되어 상기 차전압을 누적하기 위한 샘플링 커패시터를 포함한다.

상기 Rx 채널과 상기 적분기 사이에 접속되고, 상기 Rx 채널을 통해 입력되는 차전압을 필터링하여 상기 적분기에 출력하는 액티브 필터를 더 구비한다.

상기 액티브 필터는, 상기 차전압을 입력받는 반전 입력단자, 기저전압원에 연결된 비반전 입력단자, 필터링된 차전압이 출력되는 출력단자를 갖는 연산 증폭기; 및 상기 반전 입력단자와 상기 출력단자 사이에 서로 병렬로 접속되는 피드백 저항과 피드백 커패시터를 구비한다.

상기 피드백 저항과 상기 피드백 커패시터 각각의 계수 조정에 따라 상기 액티브 필터의 노이즈 주파수는 조정된다.

본 발명의 터치 스크린 구동 장치는 상기 누적되는 차전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 및 상기 디지털 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 위치의 좌표 정보를 포함한 터치 데이터를 출력하는 터치 콘트롤러를 더 구비한다.

본 발명은 이웃한 Tx 채널들에 역위상 구동 신호들을 동시에 인가하고, 상기 이웃한 Tx 채널과 교차되는 Rx 채널에 의해 형성되는 센서 커패시터들 간의 차전압을 수신하여 누적함으로써, 다양한 노이즈의 영향을 줄이고 터치 데이터의 SNR을 높여 터치 신뢰성을 크게 높일 수 있다. 본 발명은 싱글 타입의 적분기를 포함하여 Rx 구동회로의 사이즈를 최소화하면서도 용이하게 적분기의 출력 가능 범위에 관한 세츄레이션 문제를 해결할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 Rx 채널로부터 수신되는 차전압을 적분기에 누적시키기에 앞서 차전압에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 액티브 필터를 포함하고, 액티브 필터의 계수를 조정할 수 있도록 피드백 저항 및 피드백 커패시터를 설계함으로써, 적분기에 입력되는 신호의 진폭을 자유롭게 조절할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도.
도 2는 도 1에 포함된 터치 스크린 구동 장치를 보여 주는 도면.
도 3 내지 도 5는 터치 스크린과 표시패널의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들.
도 6은 터치 스크린에서 Tx 채널들과 Rx 채널들 간의 교차로 형성되는 센서 커패시터와, 서로 이웃한 Tx 채널들에 반대 위상의 Tx 구동신호들이 공급되는 것을 보여주는 도면.
도 7은 Tx 구동신호들의 구동 파형을 상세히 보여주는 도면.
도 8은 터치 데이터의 SNR을 높이기 위한 터치 스크린과 Rx 구동회로의 세부 구성을 보여주는 도면.
도 9는 도 8에 포함된 일 센싱 유닛의 동작을 설명하기 위한 도면.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우, 그 상세한 설명을 생략한다. 이하의 설명에서, Tx 채널은 Tx 채널로, 그리고 Rx 채널을 Rx 채널로 혼용될 수 있다.

도 1는 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도이다. 그리고, 도 2는 도 1에 포함된 터치 스크린 구동 장치를 보여준다. 도 3 내지 도 5는 터치 스크린과 표시패널의 다양한 실시예들을 보여 주는 도면들이다.

도 1 및 도 2를 참조하면, 본 발명의 실시예에 따른 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14), 타이밍 콘트롤러(20), 터치 스크린(TSP), 터치 스크린 구동회로(32,34), 터치 콘트롤러(30) 등을 포함한다.

본 발명의 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(EleCarophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다.

표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 액정층이 형성된다. 표시패널(DIS)의 하부 기판에는 다수의 데이터라인들(D1~Dm, m은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 교차되는 다수의 게이트라인들(또는 스캔라인들)(G1~Gn, n은 자연수), 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 액정셀들에 데이터전압을 충전시키기 위한 다수의 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor) 등을 포함한다.

표시패널(DIS)의 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성되어 매트릭스 형태로 배치된다. 픽셀들 각각의 액정셀은 화소전극에 인가되는 데이터전압과 공통전극에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 인가되는 전계에 의해 구동되어 입사광의 투과양을 조절한다. TFT들은 게이트라인(G1~Gn)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(D1~Dm)으로부터의 전압을 액정셀의 화소전극에 공급한다.

표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(DIS)의 하부 기판은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우에, 블랙매트릭스와 컬러필터는 표시패널(DIS)의 하부 기판에 형성될 수 있다.

표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(DIS)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

표시패널(DIS)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(DireCa type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(VeRaical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12)와, 스캔 구동회로(14)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터전압을 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터전압은 데이터라인들(D1~Dm)에 공급된다. 스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 게이트라인들(G1~Gn)에 순차적으로 공급하여 데이터 전압이 기입되는 표시패널(DIS)의 라인을 선택한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 스캔 타이밍 제어신호와 데이터 타이밍 제어신호를 발생한다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate StaRa Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock), 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. 데이터 타이밍 제어신호는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL), 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등을 포함한다.

터치 스크린(TSP)은 도 3과 같이 표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 4와 같이 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 센서 커패시터들(TSCAP)은 도 5와 같이 표시패널(DIS) 내에서 픽셀 어레이와 함께 인셀(In-cell) 타입으로 하부기판에 형성될 수 있다. 도 3 내지 도 5에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 채널들(T1~Tj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 채널들(T1~Tj)과 교차하는 Rx 채널들(R1~Ri, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 채널들(T1~Tj)과 Rx 채널들(R1~Ri)의 교차부들에 형성된 i×j 개의 센서 커패시터들(TSCAP)을 포함한다.

터치 스크린 구동회로는 Tx 구동회로(32)와, Rx 구동회로(34)를 포함한다. 터치 스크린 구동회로는 Tx 채널들(T1~Tj)에 구동신호를 공급하고 Rx 채널들(R1~Ri)을 통해 센서 커패시터(TSCAP)의 전압을 센싱하여 디지털 데이터로 변환한다. Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)는 하나의 ROIC(Read-out IC) 내에 집적될 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 터치 콘트롤러(30)로부터 입력된 셋업신호(SUTx)에 응답하여 Tx 채널을 설정하고, 설정된 Tx 채널들(T1~Tj)에 구동신호를 공급한다. 하나의 Tx 채널에 센서 커패시터(TSCAP)가 j 개 연결되어 있다면, 구동신호가 j회 연속으로 Tx 채널에 공급된 후에, 다음 Tx 채널에도 같은 방식으로 구동신호들이 공급된다.

Rx 구동회로(34)는 터치 콘트롤러(30)로부터 입력된 셋업신호(SURx)에 응답하여 센서 커패시터(TSCAP)의 전압을 수신할 Rx 채널을 설정하고, 설정된 Rx 채널들(R1~Ri)을 통해 센서 커패시터(TSCAP)의 전압을 수신한다.

특히, 터치 데이터의 SNR을 높이기 위해, Tx 구동회로(32)는 서로 이웃한 2개의 Tx 채널들 단위로 서로 반대 위상의 Tx 구동신호를 동시에 공급하는 특징이 있고, Rx 구동회로(34)는 제1 위상의 Tx 구동신호가 인가되는 제1 센서 커패시터(TSCAP)와 제2 위상의 Tx 구동신호가 인가되는 제2 센서 커패시터(TSCAP) 간의 차전압을 수신하고, 그 차전압을 다수회 누적하는 특징이 있다.

Rx 구동회로(34)는 누적된 차전압을 디지털 데이터인 터치 원시 데이터(touch raw data)로 변환하여 터치 콘트롤러(30)로 전송한다.

터치 콘트롤러(30)는 I²C 버스, SPI(serial peripheral interface), 시스템 버스(System bus) 등의 인터페이스를 통해 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)에 연결된다. 터치 콘트롤러(30)는 셋업 신호(SUTx, SURx)를 Tx 구동회로(32)와 Rx 구동회로(34)에 공급하여 구동신호(STx)가 출력될 Tx 채널을 설정하고 센서 커패시터(TSCAP)의 전압이 읽혀질 Rx 채널을 선택한다. 터치 콘트롤러(30)는 Rx 샘플링 클럭(SRx)을 Rx 구동회로(34)에 내장된 적분기들에 공급하여 적분기들의 동작을 제어함으로써, 센서 커패시터(TSCAP)의 전압 샘플링 타이밍을 제어한다.

또한, 터치 콘트롤러(30)는 ADC 클럭을 Rx 구동회로(34)에 내장된 아날로그-디지털 변환기(Analog to Digital conveRaer, 이하 "ADC"라 함)에 공급하여 ADC의 동작 타이밍을 제어한다.

터치 콘트롤러(30)는 Rx 구동회로(34)로부터 입력되는 터치 원시 데이터들을 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 일정값 이상의 터치 원시 데이터들에 대한 좌표값을 추정하여 좌표 정보를 포함한 터치 데이터를 출력한다. 터치 콘트롤러(30)로부터 출력된 터치 데이터는 외부의 호스트 시스템으로 전송된다. 터치 콘트롤러(30)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

호스트 시스템은 외부 비디오 소스 기기 예를 들면, 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 등에 접속되어 그 외부 비디오 소스 기기로부터 영상 데이터를 입력받을 수 있다. 호스트 시스템은 스케일러(scaler)를 포함한 SoC(System on chip)을 포함하여 외부 비디오 소스 기기로부터의 영상 데이터를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 또한, 호스트 시스템은 터치 콘트롤러(30)로부터 입력되는 터치 데이터의 좌표값과 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

도 6은 터치 스크린에서 Tx 채널들과 Rx 채널들 간의 교차로 형성되는 센서 커패시터와, 서로 이웃한 Tx 채널들에 반대 위상의 Tx 구동신호들이 공급되는 것을 보여준다. 그리고, 도 7은 Tx 구동신호들의 구동 파형을 상세히 보여준다.

도 6에 도시된 터치 스크린에는 Tx 채널들(Tx1~Txj)과 Rx 채널들(Rx1~Rxi)의 교차부마다 상호 용량을 갖는 센서 커패시터들이 형성되어 있다. 센서 커패시터에 저장되는 전압은 Tx 구동신호의 진폭에 비례하여 증가한다. Tx 구동신호의 진폭을 늘려 센서 커패시터의 전압 크기를 높이면 적분기에 누적되는 전하량이 증가하므로 터치 데이터의 SNR을 높이는 데 유리하다. 하지만, 적분기의 출력 가능 범위는 한계가 있으므로, Tx 구동신호의 진폭을 너무 넓히는 경우 누적 전압이 적분기의 출력 가능 범위를 초과하여 세츄레이션 되는 문제가 발생한다. 이러한 단점을 극복하기 위해, 본 발명은 적분기가 각 센서 커패시터로부터 개별적으로 전압을 수신하지 않고, 이웃한 센서 커패시터들 간의 차전압을 수신하도록 역위상 Tx 구동신호(STx,STx_B)를 채용한다. 즉, 본 발명은 상기 이웃한 센서 커패시터들에 각각 연결된 2개의 Tx 채널들에 크기가 같고 위상이 반대되는 Tx 구동신호들(STx,STx_B)을 동시에 공급한다. 그리고, 본 발명은 상기 역위상의 Tx 구동신호들(STx,STx_B)이 인가되는 2개의 Tx 채널들과 교차하는 Rx 채널을 통해 이웃한 센서 커패시터들 간의 차전압을 수신한다.

역위상의 Tx 구동신호들(STx,STx_B)은 도 7과 같이 이웃한 2개의 Tx 채널들 단위로 동시에 공급될 수 있다. 역위상의 Tx 구동신호들(STx,STx_B)은 도시된 구형파 이외에 정현파, 삼각파 등으로도 구현 가능하다. 센서 커패시터들 간의 차전압이 적분기에 누적되도록, 역위상의 Tx 구동신호들(STx,STx_B)은 이웃한 2개의 Tx 채널들 각각에 다수회 반복해서 공급될 수 있다.

도 8은 터치 데이터의 SNR을 높이기 위한 터치 스크린과 Rx 구동회로의 세부 구성을 보여준다. 그리고, 도 9는 도 8에 포함된 일 센싱 유닛의 동작을 설명하기 도면이다.

도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 터치 스크린 구동 장치는 다수의 센싱 유닛들을 포함한다. 센싱 유닛들로부터 출력되는 출력전압들(V(N),V(N'))은 멀티 플렉서(MUX)를 통해 선택적으로 아날로그-디지털 변환부(ADC)에 입력되어 아날로그-디지털 변환부(ADC)에서 디지털 데이터로 변환된다.

센싱 유닛들 중 어느 하나의 구체적 구성을 설명하면 다음과 같다.

터치 스크린(TSP)에는 서로 인접한 제1 Tx 채널(Tx(a))과 제2 Tx 채널(Tx(a+1)), 제1 및 제2 Tx 채널(Tx(a),Tx(a+1))과 교차하는 Rx 채널(Rx(N)), 제1 Tx 채널(Tx(a))과 Rx 채널(Rx(N))의 교차부에 형성된 제1 센서 커패시터(CM(a)), 및 제2 Tx 채널(Tx(a+1))과 Rx 채널(Rx(N))의 교차부에 형성된 제2 센서 커패시터(CM(a+1))가 형성된다. 터치 스크린(TSP)에서, "Ctx(a)"는 제1 Tx 채널(Tx(a))의 기생 용량, "Ctx(a+1)"는 제2 Tx 채널(Tx(a+1))의 기생 용량, "Rtx(a)"는 제1 Tx 채널(Tx(a))의 로드 저항, "Rtx(a+1)"는 제2 Tx 채널(Tx(a+1))의 로드 저항, "Crx(N)"는 Rx 채널(Rx(N))의 기생 용량, "Rrx(N)"는 Rx 채널(Rx(N))의 로드 저항, "VCOM"은 공통전압이 인가되는 공통전극을 각각 의미한다.

Rx 구동회로(34)는 제1 센서 커패시터(CM(a))와 제2 센서 커패시터(CM(a+1)) 간의 차전압을 누적하기 위한 적분기(342(N))를 포함한다. 적분기(342(N))는 제1 위상의 Tx 구동신호(STx)에 의한 제1 센서 커패시터(CM(a))의 제1 전압과, 제2 위상의 Tx 구동신호(STx_B)에 의한 제2 센서 커패시터(CM(a+1))의 제2 전압 간의 차전압을 Rx 채널(Rx(N))을 통해 공급받고, 상기 공급되는 차전압을 다수회 누적한다.

이를 위해, 적분기(342(N))는 상기 차전압을 입력받는 반전 입력단자(-), 기저전압원(GND)에 연결된 비반전 입력단자(+), 누적되는 차전압이 출력되는 출력단자를 갖는 연산 증폭기(AP(N))를 포함한다. 연산 증폭기(AP(N))의 반전 입력단자(-)의 출력단자 사이에는 샘플링 커패시터(Cs)가 접속되어 다수회 반복해서 입력되는 차전압들을 누적한다. 연산 증폭기(AP(N))의 반전 입력단자(-)의 출력단자 사이에는 샘플링 커패시터(Cs)를 초기화하기 위한 리셋 스위치가 더 접속된다.

적분기(342(N))는 연산 증폭기(AP(N))의 입력단 및 출력단 각각에 초퍼 변조기(X자 박스로 표기)를 더 포함하여, 연산 증폭기(AP(N))의 양단 입력을 비중첩 클럭 위상에 따라 크로스 커플링시켜 상기 차전압에 실린 커먼 노이즈(common noise) 및 고주파 노이즈를 상쇄시킬 수 있다.

이러한 본 발명의 적분기(342(N))는 2개의 입력단자들(+,-) 중 어느 하나만을 통해 상기 차전압을 입력받는 싱글 타입으로 구현되기 때문에, Rx 구동회로(34)의 사이즈를 최소화하면서도 용이하게 적분기의 출력 가능 범위에 관한 세츄레이션 문제를 해결할 수 있다.

한편, 터치 스크린(TSP)의 센서 커패시터들이 도 5와 같은 인 셀 타입으로 형성되는 경우에는, 터치전극 라인들(Tx 채널들, Rx 채널들)이 픽셀 어레이의 내부에 형성되기 때문에, 도 3 및 도 4에 비해 노이즈에 더 취약하다. 인 셀 타입의 터치 스크린(TSP)에서 터치전극 라인들(Tx 채널들, Rx 채널들)은 원하지 않는 기생 용량을 통해 픽셀 어레이의 신호라인들(데이터라인들,게이트라인들)에 커플링되기 때문에, 종래 기술에서는 기생 용량을 통해 Rx 채널에 그대로 반영되는 Tx 구동신호로 인해 커먼 노이즈 및 적분기의 출력 가능 범위에 관한 세츄레이션 문제가 심각하였다. 하여, 기존에는 적분기 앞단에 별도의 차지 제거회로를 더 구비하여 이러한 문제를 해결했지만, 차지 제거회로를 부가하는 방식은 터치 스크린 구동을 위한 회로 설계 비용 및 사이즈를 증가시키는 사이드 이펙트를 초래한다. 본 발명은 역위상의 Tx 구동신호에 의한 차전압을 Rx 채널을 통해 적분기에 전달하기 때문에 기존과 같은 차지 제거회로를 구비하지 않고도 효과적으로 커먼 노이즈 및 세츄레이션을 보상할 수 있다.

한편, 본 발명은 Rx 구동회로(34)는 Rx 채널(Rx(N))로부터 입력되는 차전압을 필터링하기 위해 액티브 필터(341(N))를 더 구비하는 기술적 특징이 있다. 액티브 필터(341(N))는 Rx 채널(Rx(N))과 적분기(342(N)) 사이에 접속되고, Rx 채널(Rx(N))을 통해 입력되는 차전압을 필터링하여 상기 차전압에 실린 노이즈를 제거한 후 적분기(342(N))에 공급하는 역할을 한다. 액티브 필터(341(N))는 노이즈에 취약한 도 5와 같은 인 셀 타입에서 더욱 효과적이다. 왜냐하면, 도 5와 같은 인 셀 타입에서는 기생 용량이 매우 크고 센서 커패시터의 전압 변화량이 매우 작으며 디스플레이 노이즈에 취약하기 때문이다.

액티브 필터(341(N))는 상기 차전압을 입력받는 반전 입력단자(-), 기저전압원(GND)에 연결된 비반전 입력단자(+), 필터링된 차전압이 출력되는 출력단자를 갖는 연산 증폭기(AP(N))를 포함한다. 연산 증폭기(AP(N))의 반전 입력단자(-)와 출력단자 사이에는 피드백 저항(Rf)과 피드백 커패시터(Cf)가 서로 병렬로 접속된다. 여기서, 피드백 저항(Rf)과 피드백 커패시터(Cf)는 Rx 채널(Rx(N))의 로드 저항(Rrx(N))과 함께 액티브 필터(341(N))의 게인(gain)을 결정하는 인자로 작용한다. 액티브 필터(341(N))의 게인(Vn/Vi)은 -(Rrx(N)/Rf) × (1/(1+sRfCf))로 정해진다. 상기 게인 결정 인자들(Cf,Rf,Rrx(N))에 따라 액티브 필터(341(N))의 출력 대역폭이 결정되며 그에 따라 적분기에 입력되는 신호의 진폭이 정해진다. 특히, 게인 결정 인자들(Cf,Rf)의 계수는 액티브 필터(341(N))의 출력 대역폭 및 노이즈 주파수가 조정될 수 있도록 가변되도록 설계될 수 있다. 이를 위해, 피드백 저항(Rf)과 피드백 커패시터(Cf)는 가변 소자로 선택될 수 있다. 액티브 필터(341(N))는 노이즈 주파수의 조정에 의해 저주파 노이즈 제거에 용이하다.

상술한 바와 같이, 본 발명은 이웃한 Tx 채널들에 역위상 구동 신호들을 동시에 인가하고, 상기 이웃한 Tx 채널과 교차되는 Rx 채널에 의해 형성되는 센서 커패시터들 간의 차전압을 수신하여 누적함으로써, 다양한 노이즈의 영향을 줄이고 터치 데이터의 SNR을 높여 터치 신뢰성을 크게 높일 수 있다. 본 발명은 싱글 타입의 적분기를 포함하여 Rx 구동회로의 사이즈를 최소화하면서도 용이하게 적분기의 출력 가능 범위에 관한 세츄레이션 문제를 해결할 수 있다.

더욱이, 본 발명은 Rx 채널로부터 수신되는 차전압을 적분기에 누적시키기에 앞서 차전압에 포함된 노이즈를 제거하기 위한 액티브 필터를 포함하고, 액티브 필터의 계수를 조정할 수 있도록 피드백 저항 및 피드백 커패시터를 설계함으로써, 적분기에 입력되는 신호의 진폭을 자유롭게 조절할 수 있는 효과가 있다.

이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아 니하는 범위에서 다양한 변경 및 수정이 가능함을 알 수 있을 것이다. 따라서, 본 발명의 기술적 범위는 명세서의 상세한 설명에 기재된 내용으로 한정되는 것이 아니라 특허 청구의 범위에 의해 정하여져야만 할 것이다.

DIS : 표시패널 TSP : 터치 스크린
12 : 데이터 구동회로 14 : 스캔 구동회로
20 : 타이밍 콘트롤러 30 : 터치 콘트롤러
32 : Tx 구동회로 34 : Rx 구동회로

Claims (8)

1. 서로 인접한 제1 Tx 채널과 제2 Tx 채널, 상기 제1 및 제2 Tx 채널과 교차하는 Rx 채널, 상기 제1 Tx 채널과 상기 Rx 채널의 교차부에 형성된 제1 센서 커패시터, 및 상기 제2 Tx 채널과 상기 Rx 채널의 교차부에 형성된 제2 센서 커패시터를 포함하는 터치 스크린;
   상기 제1 Tx 채널에 제1 위상의 Tx 구동신호를 공급하고, 상기 제2 Tx 채널에 상기 제1 위상과 반대되는 제2 위상의 Tx 구동신호를 공급하는 Tx 구동회로; 및
   상기 제1 위상의 Tx 구동신호에 의한 상기 제1 센서 커패시터의 제1 전압과, 상기 제2 위상의 Tx 구동신호에 의한 상기 제2 센서 커패시터의 제2 전압 간의 차전압을 상기 Rx 채널을 통해 공급받고, 상기 공급되는 차전압을 다수회 누적하는 적분기를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 Tx 구동회로는 상기 제1 Tx 채널과 상기 제2 Tx 채널에 서로 반대 위상의 Tx 구동신호를 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
3. 제 1 항에 있어서,
   상기 적분기는 2개의 입력단자들 중 어느 하나만을 통해 상기 차전압을 입력받는 싱글 타입으로 구현되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
4. 제 3 항에 있어서,
   상기 적분기는,
   상기 차전압을 입력받는 반전 입력단자, 기저전압원에 연결된 비반전 입력단자, 누적되는 차전압이 출력되는 출력단자를 갖는 연산 증폭기; 및
   상기 반전 입력단자와 상기 출력단자 사이에 접속되어 상기 차전압을 누적하기 위한 샘플링 커패시터를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 Rx 채널과 상기 적분기 사이에 접속되고, 상기 Rx 채널을 통해 입력되는 차전압을 필터링하여 상기 적분기에 출력하는 액티브 필터를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
6. 제 5 항에 있어서,
   상기 액티브 필터는,
   상기 차전압을 입력받는 반전 입력단자, 기저전압원에 연결된 비반전 입력단자, 필터링된 차전압이 출력되는 출력단자를 갖는 연산 증폭기; 및
   상기 반전 입력단자와 상기 출력단자 사이에 서로 병렬로 접속되는 피드백 저항과 피드백 커패시터를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.
7. 제 6 항에 있어서,
   상기 피드백 저항과 상기 피드백 커패시터 각각의 계수 조정에 따라 상기 액티브 필터의 노이즈 주파수는 조정되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동장치.
8. 제 1 항에 있어서,
   상기 누적되는 차전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그-디지털 변환부; 및
   상기 디지털 데이터를 미리 설정된 터치 인식 알고리즘으로 분석하여 터치 위치의 좌표 정보를 포함한 터치 데이터를 출력하는 터치 콘트롤러를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 장치.

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