KR102006262B1

KR102006262B1 - 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법

Info

Publication number: KR102006262B1
Application number: KR1020120136138A
Authority: KR
Inventors: 김영규
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2012-11-28
Filing date: 2012-11-28
Publication date: 2019-08-01
Anticipated expiration: 2032-11-28
Also published as: KR20140068532A

Abstract

본 발명은 터치 센서들; 터치 센서들에 터치가 발생하면 터치 원시 데이터를 공급받고 터치 원시 데이터에서 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 실제 터치와 축상 노이즈를 검출하고, 축상 노이즈를 제거하는 제1노이즈 제거부; 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 검출하고, 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 증폭하여 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 임펄스성 노이즈를 제거하는 제2노이즈 제거부; 및 축상 노이즈 및 임펄스성 노이즈가 제거된 터치 원시 데이터에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 계산하는 좌표 계산부를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치를 제공한다.

Description

터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법{ELECTRONIC DEVICE HAVING A TOUCH SENSOR AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법에 관한 것이다.

각종 전자장치 예컨대 가전기기나 휴대용 정보기기는 경량화, 슬림화 추세에 따라 사용자의 입력 수단이 버튼형 스위치에서 터치 센서로 대체되고 있다. 이에 따라, 최근 출시되는 표시장치 등과 같은 전자장치는 터치 센서(또는 터치 스크린)를 갖는다.

터치 센서 중 하나인 정전 용량 방식은 사람의 손가락이나 전도성 물질이 접촉 또는 근접하면 상호 용량(mutual capacitance)의 변화를 센싱하여 터치의 유무 및 좌표를 인식할 수 있다. 이때, 상호 용량의 변화를 측정하고 터치에 대한 정보를 판단하기 위해서는 터치 스크린 패널의 각 센서 노드를 설정하고, 구동신호를 출력하고, 터치 스크린 패널의 상호 용량의 변화를 센싱하고 데이터를 이진화하는 등의 과정이 진행된다.

정전 용량 방식은 사람의 손가락이나 전도성 물질에 의해 변환된 상호 용량을 센싱하고 센싱된 신호의 피크 레벨이 임계값 이상일 경우에만 터치로 분류하고 이에 대한 터치 리포트를 제출한다.

그런데, 종래 정전 용량 방식은 사용자가 멀티 터치를 하게 되면 터치 포인트 외의 영역에서 고스트 터치(이하, 고스트 노이즈라고 함)가 발생 된다. 고스트 노이즈는 터치 포인트와 교차하는 영역 또는 터치 포인트와 인접한 영역 등에서 발생한다. 이러한 고스트 노이즈는 터치 인식률을 떨어뜨리므로 종래 터치 센서를 갖는 전자장치는 고스트 노이즈를 제거하기 위한 방안이 요구된다.

상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 멀티 터치 동작시 터치 인식률을 향상시킴과 더불어 터치의 어큐러시, 리니어리티 및 팜리젝션에 대한 기능을 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법을 제공하는 것이다.

상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 터치 센서들; 터치 센서들에 터치가 발생하면 터치 원시 데이터를 공급받고 터치 원시 데이터에서 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 실제 터치와 축상 노이즈를 검출하고, 축상 노이즈를 제거하는 제1노이즈 제거부; 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 검출하고, 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 증폭하여 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 임펄스성 노이즈를 제거하는 제2노이즈 제거부; 및 축상 노이즈 및 임펄스성 노이즈가 제거된 터치 원시 데이터에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 계산하는 좌표 계산부를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치를 제공한다.

제1노이즈 제거부는 일정 노드에 걸쳐 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 축상 노이즈로 판별하고 제거할 수 있다.

제1노이즈 제거부는 보정 임계값 이상의 데이터에 대해 3 노드 이상의 파형 연결 관계를 분석하고, 3 노드 이상의 기울기의 변화가 있는 기울기 데이터를 실제 터치로 판별하는 반면 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 축상 노이즈로 판별할 수 있다.

제2노이즈 제거부는 실제 터치와 임펄스성 노이즈가 검출되면 베이스 라인을 상향 보정하여 실제 터치와 임펄스성 노이즈에서 상향 보정된 베이스 라인 이하에 해당하는 레벨을 클리핑(clipping)할 수 있다.

제2노이즈 제거부는 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 증폭하고, 상향 보정된 베이스 라인과 실제 터치의 피크 레벨 사이의 레벨로 터치 임계값을 설정하고, 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 임펄스성 노이즈를 제거할 수 있다.

좌표 계산부는 하나의 Tx 라인을 통해 얻어진 터치 원시 데이터의 실제 터치가 점차 감소하는 형태로 수신되면, 터치 원시 데이터의 위치별 감소 기울기를 기반으로 보정 계수를 산출하고, 터치 원시 데이터에 보정 계수를 곱하여 평균화할 수 있다.

다른 측면에서 본 발명은 터치 원시 데이터를 공급받는 단계; 터치 원시 데이터에 보정 임계값 이상의 데이터의 존재 유무를 판단하는 단계; 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 실제 터치와 축상 노이즈를 검출하고, 축상 노이즈를 제거하는 단계; 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 검출하고, 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 증폭하여 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 임펄스성 노이즈를 제거하는 단계; 및 축상 노이즈 및 임펄스성 노이즈가 제거된 터치 원시 데이터에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 계산하는 단계를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법을 제공한다.

축상 노이즈를 제거하는 단계는 일정 노드에 걸쳐 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 축상 노이즈로 판별하고 제거할 수 있다.

축상 노이즈를 제거하는 단계는 보정 임계값 이상의 데이터에 대해 3 노드 이상의 파형 연결 관계를 분석하고, 3 노드 이상의 기울기의 변화가 있는 기울기 데이터를 실제 터치로 판별하는 반면 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 축상 노이즈로 판별할 수 있다.

임펄스성 노이즈를 제거하는 단계는 실제 터치와 임펄스성 노이즈가 검출되면 베이스 라인을 상향 보정하여 실제 터치와 임펄스성 노이즈에서 상향 보정된 베이스 라인 이하에 해당하는 레벨을 클리핑(clipping)할 수 있다.

임펄스성 노이즈를 제거하는 단계는 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 증폭하고, 상향 보정된 베이스 라인과 실제 터치의 피크 레벨 사이의 레벨로 터치 임계값을 설정하고, 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 임펄스성 노이즈를 제거할 수 있다.

본 발명은 뮤추얼 고스트 노이즈(Mutual Ghost Noise)를 제거하여 신호대잡음비(SNR)를 높이고 멀티 터치 동작시 터치 인식률을 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 터치 원시 데이터에 대한 균일도를 개선하여 터치의 어큐러시, 리니어리티 및 팜리젝션에 대한 기능을 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법을 제공하는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치를 나타낸 도면.
도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린의 등가 회로도.
도 3 내지 도 5는 액정표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태를 나타낸 도면들.
도 6 및 도 7은 고스트 노이즈를 설명하기 위한 도면들.
도 8은 본 발명에 따른 터치 스크린의 제어방법을 나타낸 흐름도.
도 9 내지 도 15는 도 8에서 설명된 고스트 노이즈의 제거 예시도들.
도 16 내지 18은 터치 원시 데이터의 균일도 개선 방법의 예시도들.
도 19는 제1 내지 제3데이터 보정방법의 변형 예시도.

이하, 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부된 도면을 참조하여 설명한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치를 나타낸 도면이고, 도 2는 도 1에 도시된 터치 스크린의 등가 회로도이며, 도 3 내지 도 5는 액정표시패널과 터치 스크린의 다양한 조합 형태를 나타낸 도면들이고, 도 6 및 도 7은 고스트 노이즈를 설명하기 위한 도면들이다.

본 발명의 터치 센서를 갖는 전자장치는 텔레비젼, 셋톱박스, 네비게이션, 영상 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터 및 모바일폰 등으로 구현된다. 본 발명의 터치 센서를 갖는 전자장치는 표시패널을 기반으로 구현된다. 표시패널은 액정표시패널, 유기발광표시패널, 전기영동표시패널, 플라즈마표시패널 등의 평판표시패널이 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다만, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 액정표시패널을 예로 설명한다.

터치 센서를 갖는 전자장치는 호스트 시스템(50), 타이밍 콘트롤러(20), 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14), 액정표시패널(DIS), 터치 스크린(TSP) 및 터치 스크린 구동회로(30, 40)를 포함한다.

호스트 시스템(50)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하며, 이는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(50)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(20)로 전송한다. 호스트 시스템(50)은 터치 좌표 검출부(40)로부터 입력된 터치 입력 위치의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(50)으로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 공급받고, 이를 기반으로 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)를 제어한다.

타이밍 콘트롤러(20)는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse, GSP), 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock) 및 게이트 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등의 스캔 타이밍 제어신호를 기반으로 스캔 구동회로(14)를 제어한다. 타이밍 콘트롤러(20)는 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock, SSC), 극성제어신호(Polarity, POL) 및 소스 출력 인에이블신호(Source Output Enable, SOE) 등의 데이터 타이밍 제어신호를 기반으로 데이터 구동회로(12)를 제어한다.

데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(20)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 생성한다. 데이터 구동회로(12)는 데이터라인들(D1~Dm)을 통해 데이터전압을 공급한다.

스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 생성한다. 스캔 구동회로(14)는 게이트라인들(G1~Gn)을 통해 게이트펄스를 공급한다.

액정표시패널(DIS)은 스캔 구동회로(14)로부터 공급된 게이트펄스와 데이터 구동회로(12)로부터 공급된 데이터전압을 기반으로 영상을 표시한다. 액정표시패널(DIS)은 두 장의 기판(GLS1, GLS2) 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 액정표시패널(DIS)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다.

액정표시패널(DIS)의 서브 픽셀들은 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된다. 하나의 서브 픽셀은 데이터라인과 게이트라인의 교차부들에 형성된 TFT(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함한다.

액정표시패널(DIS)의 상부 기판(GLS1)에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성된다. 액정표시패널(DIS)의 하부 기판(GLS2)은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터는 액정표시패널(DIS)의 하부 기판(GLS2)에 형성될 수 있다. 공통전압이 공급되는 공통전극은 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(GLS1)이나 하부 기판(GLS2)에 형성될 수 있다. 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(GLS1)과 하부 기판(GLS2)에는 각각 편광판(POL1, POL2)이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다.

액정표시패널(DIS)의 상부 기판(GLS1)과 하부 기판(GLS2) 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다. 액정표시패널(DIS)의 하부 편광판(POL2)의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치된다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type)으로 구현되어 액정표시패널(DIS)에 광을 제공한다.

터치 스크린(TSP)은 Tx 라인들(Tx1~Txj, j는 n 보다 작은 양의 정수), Tx 라인들(Tx1~Txj)과 교차하는 Rx 라인들(Rx1~Rxi, i는 m 보다 작은 양의 정수), 및 Tx 라인들(Tx1~Txj)과 Rx 라인들(Rx1~Rxi)의 교차부들에 형성된 i×j 개의 터치 센서들(Cts)을 포함한다. 터치 센서(Cts)들은 등가회로로 볼 때, 각각 정전 용량(capacitance)을 포함한다.

정전 용량은 자기(Self) 정전 용량이나 상호(Mutual)정전 용량으로 구분될 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다. 실시예에서는 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린을 예시하고 있으나, 본 발명은 이에 한정되지 않는다.

터치 스크린(TSP)은 도 3과 같이 액정표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1) 상에 위치하는 형태로 구현될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 도 4와 같이 액정표시패널(DIS)의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 위치하는 형태로 구현될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 도 5와 같이 액정표시패널(DIS)의 내부에 내장되도록 하부 기판(GLS2)의 화소전극(PIX)과 터치 센서(Cts)가 함께 위치하는 형태로 구현될 수 있다.

터치 스크린 구동회로(30, 40)는 터치 센서들(Cts)에 구동신호를 공급하여 터치 입력 전후의 터치 센서의 전압 변화를 센싱하고, 그 전압 변화를 소정의 터치 임계값과 비교하여 터치 입력 위치를 검출한다. 터치 스크린 구동회로(30, 40)는 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다.

터치 센싱회로(30)는 Tx 구동회로(32), Rx 구동회로(34), Tx/Rx 콘트롤러(38) 등을 포함한다. 터치 센싱회로(30)는 Tx 구동회로(32)를 이용하여 Tx 라인들(Tx1~Txj)을 통해 터치 센서들(Cts)에 구동신호를 인가하고, 구동신호에 동기하여 Rx 라인들(Rx1~Rxi)과 Rx 구동회로(34)를 통해 터치 센서들(Cts)의 전압을 센싱하여 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 출력한다. 구동신호는 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 형성될 수 있다. 터치 센싱회로(30)는 하나의 ROIC(Read-out Integrated Circuit)로 집적될 수 있다.

Tx 구동회로(32)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)로부터의 Tx 셋업신호에 응답하여 구동신호를 출력할 Tx 채널을 선택하고, 선택된 Tx 채널과 연결된 Tx 라인들(Tx1~Txj)에 구동신호를 인가한다. Tx 라인들(Tx1~Txj)은 구동신호의 고전위 구간 동안 충전되어 터치 센서들(Cts)에 전하를 공급한다. 구동신호는 Rx 라인들(Rx1~Rxi)을 통해 터치 센서들(Cts)의 전압이 Rx 구동회로(34)에 내장된 적분기(Integrator)의 커패시터에 누적될 수 있도록 Tx 라인들(Tx1~Txj) 각각에 N(N은 이상의 양의 정수)회 연속 공급될 수 있다.

Rx 구동회로(34)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)로부터의 Rx 셋업신호에 응답하여 터치 센서의 전압을 수신할 Rx 라인들을 선택하고, 구동 신호에 동기하여 선택된 Rx 라인들을 통해 터치 센서(Cts)의 출력 전압을 수신하여 샘플링한다. 그리고 Rx 구동회로(34)는 샘플링한 전압을 적분기의 커패시터에 누적하고, 그 커패시터의 전압을 아날로그-디지털 변환기(Analog to digital converter, 이하 "ADC"라 함)를 이용하여 디지털 데이터로 변환하여 그 디지털 데이터를 터치 원시 데이터(Touch raw data)로서 출력한다.

Tx/Rx 콘트롤러(38)는 터치 좌표 검출부(40)로부터의 Tx 셋업신호와 Rx 셋업신호에 응답하여 Tx 채널과 Rx 채널 설정을 제어하고 Tx 구동부(32)와 Rx 구동부(34)를 동기시킨다.

터치 좌표 검출부(40)는 제1노이즈 제거부(42), 제2노이즈 제거부(44) 및 좌표 계산부(46) 등을 포함한다. 터치 좌표 검출부(40)는 Tx/Rx 콘트롤러(38)에 Tx 셋업신호와 Rx 셋업신호를 공급하고 Rx 구동회로(34)의 ADC를 동작시키기 위한 ADC 클럭신호를 Rx 구동회로(34)에 공급한다.

좌표 계산부(46)는 노이즈 성분이 제거된 터치 데이터에 대한 좌표를 계산한다. 좌표 계산부(46)는 제1노이즈 제거부(42) 및 제2노이즈 제거부(44)를 거쳐 수신된 터치 원시 데이터들을 기 설정된 터치 임계값과 비교한다. 터치 좌표 검출부(40)는 터치 원시 데이터들 중 터치 임계값 이상만 터치 센서들(Cts)로부터 얻어진 터치 데이터로 판단한다.

좌표 계산부(46)는 터치 임계값 이상의 터치 데이터들 각각에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치들 각각에 대한 좌표를 계산하고, 각각의 식별 번호와 좌표 정보(XY)를 호스트 시스템(50)으로 전송한다. 터치 좌표 검출부(40)는 MCU(Micro Controller Unit, MCU)로 구현될 수 있다.

한편, 종래 터치 센서를 갖는 전자장치는 터치 스크린(TSP)에 사용자가 터치를 하게 되면 터치 입력 위치 외의 영역에서 고스트 노이즈가 발생 된다. 고스트 노이즈는 싱글 터치에서도 발생하지만 도 6과 같이 사용자가 멀티 터치(TP1~TP5)를 했을 때 가장 두드러지게 나타난다.

고스트 노이즈(GN1, GN2)는 터치 입력 위치와 교차하는 영역 또는 터치 입력 위치와 인접한 영역(예컨대 인접한 Rx 라인) 등에서 발생한다. 고스트 노이즈(GN1, GN2)는 터치 센서를 갖는 전자장치가 배터리 모드로 동작할 때 두드러지게 나타난다. 배터리 모드로 동작하는 모바일폰 등은 그라운드 레벨이 플로팅 상태이므로, 주변환경에 따라 터치 스크린(TSP)의 충/방전 특성에 변화가 발생함은 물론 고스트 노이즈의 증가를 초래한다.

고스트 노이즈(GN1, GN2)는 신호대잡음비(SNR)를 떨어뜨린다. 즉, 고스트 노이즈(GN1, GN2)는 터치 인식률을 떨어뜨리는 요인이 된다. 고스트 노이즈(GN1, GN2)는 도 7과 같이 터치 임계값(T_th)을 상회하는 성분과 미도시 하였으나 하회하는 성분 등으로 다양하다. 터치 임계값(T_th)을 상회하는 고스트 노이즈(GN1, GN2)는 실제 터치가 아님에도 터치 데이터로 오인식될 수 있다. 터치 좌표 검출부(40)는 터치 원시 데이터들 중 실제 터치가 아닌 고스트 노이즈(GN1, GN2)를 제거하는 제1노이즈 제거부(42) 및 제2노이즈 제거부(44)를 포함한다.

이하, 도 1, 도 8 내지 도 15를 참조하여 본 발명에 따라 고스트 노이즈(GN1, GN2)를 제거하는 제1노이즈 제거부(42) 및 제2노이즈 제거부(44)에 대해 설명한다.

도 8은 본 발명에 따른 터치 스크린의 제어방법을 나타낸 흐름도이고, 도 9 내지 도 15는 도 8에서 설명된 고스트 노이즈의 제거 예시도들이다.

[TSP 센싱 단계(S110) 및 ADC 변환 단계(S120)]

Tx 구동회로(32)는 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cts)에 구동신호를 인가한다. Rx 구동회로(34)는 터치 센서들(Cts)의 전압 변화를 센싱한다.(S110) Rx 구동회로(34)는 터치 센서들(Cts)에서의 전압 변화를 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터를 출력한다.(S120)

사용자가 터치 스크린(TSP)을 터치하면, 도 9와 같이 실제 터치 위치(TP)와 더불어 고스트 터치 위치(GT1, GT2)가 포함된 터치 원시 데이터가 전송될 수 있다. 실제 터치 위치(TP)는 도 10과 같이 터치 임계값(T_th)보다 높은 실제 터치(RT)로 나타난다. 간혹, 고스트 터치 위치(GT1, GT2) 또한 도 10과 같이 터치 임계값(T_th)보다 높은 고스트 노이즈(GN1, GN2)로 나타난다.

고스트 노이즈(GN1, GN2) 중 피크 레벨을 갖는 것은 임펄스성 노이즈(GN1)에 해당하고, 연속하여 평탄한 레벨을 갖는 것은 축상 노이즈(GN2)에 해당한다. 임펄스성 노이즈(GN1)와 축상 노이즈(GN2)의 제거 방법은 상이하므로 이를 제거하는 방법을 구분하여 설명하면 다음과 같다.

[축상 노이즈 제거 단계(S130~S160): 제1데이터 보정방법(Comp1)]

제1노이즈 제거부(42)는 축상 노이즈(GN2)를 제거한다. 제1노이즈 제거부(42)는 터치 원시 데이터가 공급되면 터치가 발생한 Rx 라인들(Rx~Rxi)의 전체 영역을 대상으로 총합 및 평균을 산출하고, 터치가 발생한 Rx 라인들(Rx~Rxi)에서 평균값을 뺀 후, 이를 기반으로 보정 임계값(C_th)을 판별 및 설정한다.(S130) 보정 임계값(C_th)은 베이스 라인(BL)보다 높되 터치 임계값(T_th)보다 낮은 레벨로 설정된다. 보정 임계값(C_th)은 기 설정된 값으로서 저주파 성분을 제거하는 필터로 사용된다.

제1노이즈 제거부(42)는 터치 원시 데이터에 보정 임계값(C_th) 이상의 데이터가 있는지 판단한다.(S140) 터치 원시 데이터에 보정 임계값(C_th) 이상의 데이터가 있다(Y)는 것은 실제 터치(RT)와 더불어 고스트 노이즈(GN1, GN2)가 존재한다는 것을 의미한다. 이와 달리, 터치 원시 데이터에 보정 임계값(C_th) 이상의 데이터가 없다(N)는 것은 노이즈가 없음을 의미하므로 이후의 노이즈 제거 단계(S150 ~ S190)는 생략된다.

제1노이즈 제거부(42)는 터치 원시 데이터에 실제 터치(RT)와 고스트 노이즈(GN1, GN2)가 존재하므로, 터치 원시 데이터에 대한 형상 탐색을 한다.(S150) 터치 원시 데이터에 대한 형상 탐색은 선형적인 탐색법이 이용될 수 있다.

선형적인 탐색법은 보정 임계값(C_th) 이상의 데이터에 대한 기울기 변화를 탐색하는 방법이다. 선형적인 탐색법은 보정 임계값(C_th) 이상의 데이터에 대해 적어도 3 노드(node) 이상의 파형 연결 관계를 분석한다. 이 방법에 따르면, 기울기의 변화가 있는 기울기 데이터와 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 검출할 수 있다.

예컨대, 도 11의 (a)에 도시된 제2 내지 제4노드(N2~N4)는 각기 다른 기울기를 가지므로 기울기 데이터(G)가 존재하는 것으로 판별된다. 따라서, 도 11의 (a)는 기울기 데이터(G)를 갖는 실제 터치 또는 임펄스성 노이즈(GN1)로 검출될 수 있다. 이와 달리, 도 11의 (b)에 도시된 제2 내지 제4노드(N2~N4)는 제2노드(N2)에만 기울기가 존재하고 제3 및 제4노드(N3, N4)가 평탄하므로 평탄한 데이터(F)가 존재하는 것으로 판별된다. 따라서, 도 11의 (b)는 평탄한 데이터(F)를 갖는 축상 노이즈(GN2)로 검출될 수 있다.

제1노이즈 제거부(42)는 선형적인 탐색법으로 기울기의 변화가 없는 데이터를 노이즈로 간주하고 제거한다.(S160) 도 12에 도시된 임펄스성 노이즈(GN1)는 일정 노드에 걸쳐 기울기를 갖는 구간이 존재하므로 제거되지 않는다. 이와 달리, 축상 노이즈(GN2)는 일정 노드에 걸쳐 평탄한 구간이 존재하므로 제거된다. 따라서, 제1노이즈 제거부(42)는 앞서 설명된 방법으로 터치 원시 데이터 내에 존재하는 축상 노이즈(GN2)를 제거할 수 있게 된다.

[임펄스성 노이즈 제거 단계(S170~S190): 제2데이터 보정방법(Comp2)]

제2노이즈 제거부(44)는 임펄스성 노이즈(GN1)를 제거한다. 제2노이즈 제거부(44)는 터치 원시 데이터가 공급되면 베이스 라인(BL)을 상향 보정한다.(S170) 제2노이즈 제거부(44)는 도 12와 같이 베이스 라인(BL)을 보정 임계값(C_th) 또는 터치 임계값(T_th)에 준하는 레벨로 보정한다. 베이스 라인(BL)을 위의 설명과 같이 상향 보정하면, 도 13과 같이 실제 터치(RT)와 임펄스성 노이즈(GN1)에서 베이스 라인(BL) 이하에 해당하는 레벨은 클리핑(clipping) 된다.

제2노이즈 제거부(44)는 터치 원시 데이터를 증폭한다.(S180) 제2노이즈 제거부(44)가 터치 원시 데이터를 증폭하는 이유는 이전 단계에서 실행된 베이스 라인(BL)의 보정에 의해 터치 원시 데이터의 레벨이 낮아졌기 때문이다. 제2노이즈 제거부(44)는 Tx 라인들(Tx~Txj)의 거리에 따른 RC 변화율을 고려하여 역으로 가중치를 부여하는 방식으로 터치 원시 데이터를 증폭할 수 있다. 이와 같이 가중치를 역으로 부여하면 임펄스성 노이즈(GN1)는 실제 터치(RT)보다 낮은 값을 부여받게 된다.

이 방식을 이용하면, 도 14와 같이 실제 터치(RT)와 임펄스성 노이즈(GN1)는 부여된 가중치만큼 증폭(Amp)되어 레벨이 증가된다. 그러나, 실제 터치(RT)의 레벨 대비 임펄스성 노이즈(GN1)의 레벨이 낮기 때문에 증폭 수준이 동일하다 할지라도 임펄스성 노이즈(GN1)는 실제 터치(RT) 대비 낮은 증폭율을 갖게 된다. 또한, 임펄스성 노이즈(GN1)가 실제 터치(RT)의 레벨과 근접한 레벨을 갖더라도 낮은 가중치를 부여받기 때문에 임펄스성 노이즈(GN1)는 실제 터치(RT) 대비 낮은 증폭율을 갖게 된다. 이 경우, 실제 터치(RT)와 임펄스성 노이즈(GN1)에 대한 증폭(Amp)은 1회가 아닌 k회(k는 1 이상 정수)로 이루어질 수 있다.

제2노이즈 제거부(44)는 보정된 베이스 라인(BL)을 기반으로 터치 임계값(T_th)을 설정한다.(S190) 제2노이즈 제거부(44)는 이전과 동일한 수준으로 기 설정된 터치 임계값(T_th)을 적용할 수 있다. 터치 임계값(T_th)은 도 15와 같이 베이스 라인(BL)과 실제 터치(RT)의 피크 레벨 사이에 해당하는 30% ~ 80% 수준으로 설정된다. 그러므로, 실제 터치(RT)는 터치(Touch)로 인식되는 반면 이보다 낮은 레벨을 갖는 임펄스성 노이즈(GN1)는 터치가 아닌 노터치(No Touch)로 인식된다.

한편, 임펄스성 노이즈(GN1)의 레벨이 큰 경우 제2노이즈 제거부(44)는 적응적으로 터치 임계값(T_th)의 레벨을 50% ~ 70% 수준 또는 60% ~ 90% 수준 등으로 높여 임펄스성 노이즈(GN1)를 제거할 수도 있다. 따라서, 제2노이즈 제거부(44)는 앞서 설명된 방법으로 터치 원시 데이터 내에 존재하는 임펄스성 노이즈(GN1)를 제거할 수 있게 된다.

한편, 임펄스성 노이즈(GN1)가 실제 터치(RT)와 근접 위치하여 이들 간에 변곡점이 형성되면, 실제 터치(RT)의 중심 위치를 찾는 센터 포지션 알고리즘에 오류가 발생한다. 센터 포지션 알고리즘의 오류는 좌표 계산시의 오류로 이어진다. 하지만 본 발명은 베이스 라인(BL)을 상향 보정하고 증폭하는 등의 방식으로 임펄스성 노이즈(GN1)는 물론 그 주변의 변곡점까지 제거할 수 있게 되므로 이러한 오류는 미연에 방지된다.

앞서 설명된 방법에 의해 도 6 및 도 7과 같은 고스트 노이즈(GN1, GN2)는 제거되거나 터치(Touch)가 아닌 노터치(No Touch)로 인식되므로 사용자가 싱글 터치 또는 멀티 터치를 하더라도 노이즈에 의한 영향을 최소화할 수 있게 된다. 즉, 본 발명은 신호대잡음비(SNR)를 높여 터치 인식률을 향상시킬 수 있게 된다.

이후, 좌표 계산부(46)는 원시 데이터의 균일도를 개선한다.(S210) 좌표 계산부(46)는 터치 입력 위치를 검출한다.(S230) 좌표 계산부(46)는 터치 임계값(T_th) 이상의 실제 터치(RT)에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 계산하고, 식별 번호와 좌표 정보(XY)를 호스트 시스템(50)으로 전송한다.

이하, 도 1, 도 16 내지 도 18을 참조하여 터치 원시 데이터의 균일도를 개선하는 방법에 대해 설명한다.

도 16 내지 18은 터치 원시 데이터의 균일도 개선 방법의 예시도들이다.

터치 스크린(TSP)의 전 영역에 걸쳐 실제 터치 위치(TP)가 동일하게 분포된 경우, 좌표 계산부(46)는 터치의 어큐러시(Accuracy), 리니어리티(Linearity) 및 팜리젝션(Palm Rejection)에 대한 효과를 향상시키기 위해 터치 원시 데이터의 균일도를 개선한다.

사용자가 도 16과 같이 동일한 크기의 물체 등으로 하나의 Tx 라인을 따라 터치를 하면 구동신호(Tx Pulse)는 "TP1_P~TP5_P"에서 나타나는 바와 같이 점차 감소한다. 이 경우, 구동신호(Tx Pulse)가 점차 감소함에 따라 좌표 계산부(46)는 도 18과 같이 실제 터치가 RT1~RT5의 순으로 점차 감소하는 형태의 터치 원시 데이터를 수신하게 된다. 이와 같은 현상이 나타나는 이유는 Tx 라인이 길어짐에 따라 "τ(RC 시정수)"가 증가하기 때문이다. 참고로, 도 16 및 도 18은 Tx 라인의 길이에 따른 터치 원시 데이터의 감소량이 선형적으로 나타날 것이라고 가정하여 도시한 것이다.

[균일도 개선 단계(S211~S212): 제3데이터 보정방법(Comp3)]

위와 같은 현상을 개선하기 위해, 좌표 계산부(46)는 터치 원시 데이터의 위치별 감소 기울기(G_P)를 기반으로 보정 계수(Ca1~Ca4)를 산출한다.(S211) 감소 기울기(G_P)가 도 18의 (a)와 같이 나타나는 경우, 보정 계수(Ca1~Ca4)는 감소 기울기(G_P)가 작은 Ca1 대비 Ca4가 큰 값을 갖게 된다. 그리고, 도 18의 (a)와 같이 감소 기울기(G_P)가 선형적으로 나타나는 경우, 보정 계수(Ca1~Ca4)는 점차 증가하는 값을 갖게 된다.

좌표 계산부(46)는 터치 원시 데이터에 보정 계수(Ca1~Ca4)를 부여하여 평균화한다.(S212) 좌표 계산부(46)는 터치 스크린(TSP)의 전 영역에서 얻어진 터치 원시 데이터에 보정 계수(Ca1~Ca4)를 곱하는 방식으로 평균화하면, 도 18의 (b)와 같이 터치 원시 데이터에 대한 균일도를 개선할 수 있다.

좌표 계산부(46)는 원시 데이터의 균일도를 개선한 이후, 터치 입력 위치를 검출한다.(S230) 좌표 계산부(46)는 터치 임계값(T_th) 이상의 실제 데이터(RT)에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 계산하고, 식별 번호와 좌표 정보(XY)를 호스트 시스템(50)으로 전송한다.

이하, 제1데이터 보정방법(Comp1) 내지 제3데이터 보정방법(Comp3)의 변형 예에 대해 설명한다.

도 19는 제1 내지 제3데이터 보정방법의 변형 예시도이다.

제1데이터 보정방법(Comp1) 내지 제3데이터 보정방법(Comp3)은 각각 축상 노이즈 제거, 임펄스성 노이즈 제거 및 균일도 개선을 위한 방법이다. 도 8 내지 도 15의 설명에서는 설명의 이해를 돕기 위해 하나의 흐름에 따라 축상 노이즈 및 임펄스성 노이즈를 제거하고 균일도를 개선하는 것을 예로 하였다.

하지만, 본 발명에 따른 보정방법은 도 19의 (a), (b) 및 (c)와 같은 순으로 수행될 수 있다. 그리고 터치 원시 데이터 내의 노이즈의 유무나 터치 원시 데이터의 형상에 따라 제1데이터 보정방법(Comp1) 내지 제3데이터 보정방법(Comp3) 중 하나 이상은 생략될 수 있다. 예컨대, 터치 원시 데이터에 축상 노이즈만 존재하는 경우, 제1데이터 보정방법(Comp1)만 수행되고 제2데이터 보정방법(Comp2)은 생략된다. 이와 달리, 터치 원시 데이터에 임펄스성 노이즈만 존재하는 경우, 제2데이터 보정방법(Comp2)만 수행되고 제1데이터 보정방법(Comp1)은 생략된다. 예컨대, 터치 원시 데이터의 실제 터치가 점차 감소하지 않고 균일한 경우, 제3데이터 보정방법(Comp3)은 생략된다.

한편, 본 발명의 실시예에서는 도 1과 같이 터치 좌표 검출부(40)를 제1노이즈 제거부(42), 제2노이즈 제거부(44) 및 좌표 계산부(46)로 구분하여 도시하였다. 그러나 이는 각 구성에 대한 설명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐 이들은 하나의 MCU 내에 알고리즘화 되어 내장될 수 있다.

이상 본 발명은 뮤추얼 고스트 노이즈(Mutual Ghost Noise)를 제거하여 신호대잡음비(SNR)를 높이고 멀티 터치 동작시 터치 인식률을 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법을 제공하는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 터치 원시 데이터에 대한 균일도를 개선하여 터치의 어큐러시, 리니어리티 및 팜리젝션에 대한 기능을 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법을 제공하는 효과가 있다.

이상 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예를 설명하였지만, 상술한 본 발명의 기술적 구성은 본 발명이 속하는 기술 분야의 당업자가 본 발명의 그 기술적 사상이나 필수적 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시 예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적인 것이 아닌 것으로서 이해되어야 한다. 아울러, 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어진다. 또한, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 등가 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

50: 호스트 시스템 20: 타이밍 콘트롤러
12: 데이터 구동회로 14: 스캔 구동회로
DIS: 액정표시패널 TSP: 터치 스크린
30, 40: 터치 스크린 구동회로 42: 제1노이즈 제거부
44: 제2노이즈 제거부 46: 좌표 계산부
GN1: 임펄스성 노이즈 GN2: 축상 노이즈

Claims

터치 센서들;
상기 터치 센서들에 터치가 발생하면 터치 원시 데이터를 공급받고 상기 터치 원시 데이터에서 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 실제 터치와 축상 노이즈를 검출하고, 상기 축상 노이즈를 제거하는 제1노이즈 제거부;
상기 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 상기 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 검출하고, 상기 실제 터치와 상기 임펄스성 노이즈를 증폭하여 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 상기 임펄스성 노이즈를 제거하는 제2노이즈 제거부; 및
상기 축상 노이즈 및 상기 임펄스성 노이즈가 제거된 터치 원시 데이터에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 계산하는 좌표 계산부를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
제1항에 있어서,
상기 제1노이즈 제거부는
일정 노드에 걸쳐 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 상기 축상 노이즈로 판별하고 제거하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
제1항에 있어서,
상기 제1노이즈 제거부는
상기 보정 임계값 이상의 데이터에 대해 3 노드 이상의 파형 연결 관계를 분석하고, 상기 3 노드 이상의 기울기의 변화가 있는 기울기 데이터를 상기 실제 터치로 판별하는 반면 상기 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 상기 축상 노이즈로 판별하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
제1항에 있어서,
상기 제2노이즈 제거부는
상기 실제 터치와 상기 임펄스성 노이즈가 검출되면 베이스 라인을 상향 보정하여 상기 실제 터치와 상기 임펄스성 노이즈에서 상향 보정된 베이스 라인 이하에 해당하는 레벨을 클리핑(clipping)하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
제4항에 있어서,
상기 제2노이즈 제거부는
상기 실제 터치와 상기 임펄스성 노이즈를 증폭하고, 상기 상향 보정된 베이스 라인과 상기 실제 터치의 피크 레벨 사이의 레벨로 터치 임계값을 설정하고, 상기 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 상기 임펄스성 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
제1항에 있어서,
상기 좌표 계산부는
하나의 Tx 라인을 통해 얻어진 터치 원시 데이터의 실제 터치가 점차 감소하는 형태로 수신되면, 상기 터치 원시 데이터의 위치별 감소 기울기를 기반으로 보정 계수를 산출하고, 상기 터치 원시 데이터에 상기 보정 계수를 곱하여 평균화하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
터치 원시 데이터를 공급받는 단계;
상기 터치 원시 데이터에 보정 임계값 이상의 데이터의 존재 유무를 판단하는 단계;
상기 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 실제 터치와 축상 노이즈를 검출하고, 상기 축상 노이즈를 제거하는 단계;
상기 보정 임계값 이상의 레벨을 갖는 상기 실제 터치와 임펄스성 노이즈를 검출하고, 상기 실제 터치와 상기 임펄스성 노이즈를 증폭하여 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 상기 임펄스성 노이즈를 제거하는 단계; 및
상기 축상 노이즈 및 상기 임펄스성 노이즈가 제거된 터치 원시 데이터에 식별 번호를 부여하고 터치 입력 위치에 대한 좌표를 계산하는 단계를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법.
제7항에 있어서,
상기 축상 노이즈를 제거하는 단계는
일정 노드에 걸쳐 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 상기 축상 노이즈로 판별하고 제거하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법.
제7항에 있어서,
상기 축상 노이즈를 제거하는 단계는
상기 보정 임계값 이상의 데이터에 대해 3 노드 이상의 파형 연결 관계를 분석하고, 상기 3 노드 이상의 기울기의 변화가 있는 기울기 데이터를 상기 실제 터치로 판별하는 반면 상기 기울기의 변화가 없는 평탄한 데이터를 상기 축상 노이즈로 판별하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법.
제7항에 있어서,
상기 임펄스성 노이즈를 제거하는 단계는
상기 실제 터치와 상기 임펄스성 노이즈가 검출되면 베이스 라인을 상향 보정하여 상기 실제 터치와 상기 임펄스성 노이즈에서 상향 보정된 베이스 라인 이하에 해당하는 레벨을 클리핑(clipping)하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법.
제10항에 있어서,
상기 임펄스성 노이즈를 제거하는 단계는
상기 실제 터치와 상기 임펄스성 노이즈를 증폭하고, 상기 상향 보정된 베이스 라인과 상기 실제 터치의 피크 레벨 사이의 레벨로 터치 임계값을 설정하고, 상기 터치 임계값 대비 낮은 레벨을 갖는 상기 임펄스성 노이즈를 제거하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법.
제7항에 있어서,
상기 좌표를 계산하는 단계는
하나의 Tx 라인을 통해 얻어진 터치 원시 데이터의 실제 터치가 점차 감소하는 형태로 수신되면, 상기 터치 원시 데이터의 위치별 감소 기울기를 기반으로 보정 계수를 산출하고, 상기 터치 원시 데이터에 상기 보정 계수를 곱하여 평균화하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법.