KR101679986B1 - 터치 센서 구동 장치 및 방법과 이를 포함한 표시장치 - Google Patents

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Abstract

본 발명에 따른 터치 센서 구동 장치는, 다수의 수신 채널들을 통해 터치 센서들로부터 터치 센서 센싱신호를 수신하는 다수의 센싱 유닛들과, 상기 센싱 유닛들의 출력 전압을 제어하기 위한 전하 소거용 제어신호들을 생성하는 신호 생성부와, 상기 수신 채널들과 상기 센싱 유닛들 사이마다 접속되어 상기 센싱 유닛들에 입력되는 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 줄이는 전하 소거부를 포함한다.

Description

터치 센서 구동 장치 및 방법과 이를 포함한 표시장치{TOUCH SENSOR DRIVING DEVICE AND METHOD AND DISPLAY DIVICE INCLUDING THE SAME}
본 발명은 터치 센서 구동 장치 및 방법과 이를 포함한 표시장치에 관한 것이다.
유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)이 쉽게 자신이 원하는 대로 각종 전자 기기를 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.
터치 UI는 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있다. 터치 UI는 표시장치의 화면 상에 터치 스크린을 형성하는 방법으로 구현되고 있다. 이러한 터치 스크린은 정전 용량 방식으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 센서를 갖는 터치 스크린은 손가락 또는 전도성 물질이 터치 센서에 접촉될 때 정전 용량(capacitance) 변화 즉, 터치 센서의 전하 변하량을 센싱하여 터치 입력을 감지한다.
정전 용량 방식의 터치 센서는 자기 용량(Self Capacitance) 센서 또는 상호 용량(Mutual Capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 자기 용량 센서의 전극들 각각은 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들과 1:1로 연결될 수 있다. 상호 용량 센서는 유전층을 사이에 두고 직교하는 센서 배선들(Tx, Rx)의 교차부에 형성될 수 있다.
정전 용량 센서를 갖는 터치 스크린은 다수의 센싱 유닛들에 연결된다. 각 센싱 유닛은 수신 채널을 통해 터치 스크린으로부터 터치 센서 센싱신호를 수신하여 터치 센서의 전하 변화량을 센싱한다. 이러한 센싱 유닛은 터치 센서 구동 장치(Integrated Circuit)에 집적되어 터치 스크린의 센서 배선들에 연결될 수 있다.
센싱 유닛의 일 예가 도 1 및 도 2에 나타나 있다. 도 1은 터치 스크린(TSP)이 상호 용량 센서(Cm)로 구현될 때의 센싱 유닛을 보여주고, 도 2는 터치 스크린(TSP)이 자기 용량 센서(Cs)로 구현될 때의 센싱 유닛을 보여준다.
도 1 의 센싱 유닛은 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 오피 앰프(OP)의 반전 입력 단자(-)는 수신 채널을 통해 터치 센서(Cm)에 연결되고, 오피 앰프(OP)의 비반전 입력 단자(+)는 기준전압(Vref)의 입력 단자에 연결되며, 오피 앰프(OP)의 출력 단자는 센싱 커패시터(Cf)를 경유하여 반전 입력 단자(-)에 연결될 수 있다.
도 1의 센싱 유닛에서 오피 앰프(OP)는 반전 증폭기로 동작한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)은 수학식 1과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015105645922-pat00001
수학식 1에서, 기준전압(Vref)은 직류 레벨이고, Vtx는 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 터치 구동전압을 나타내고, CM은 상호 용량 센서(Cm)의 상호 용량을 나타내며, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타낸다. 상호 용량 센서(Cm)의 전하 변화량을 지시하는 도 1의 출력 전압(Vout)은 터치 구동전압(Vtx)과 반대되는 위상을 갖는다.
한편, 도 2 의 센싱 유닛도 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 오피 앰프(OP)의 반전 입력 단자(-)는 수신 채널을 통해 터치 센서(Cs)에 연결되고, 오피 앰프(OP)의 비반전 입력 단자(+)는 터치 구동전압(Vm)의 입력단자에 연결되며, 오피 앰프(OP)의 출력 단자는 센싱 커패시터(Cf)를 경유하여 반전 입력 단자(-)에 연결될 수 있다.
도 2의 센싱 유닛에서 오피 앰프(OP)는 비반전 증폭기로 동작한다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)은 수학식 2와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015105645922-pat00002
수학식 2에서, Vm은 자기 용량 센서(Cs)에 인가되는 터치 구동전압을 나타내고, ΔVm은 터치 구동전압의 진폭을 나타내고, CS는 자기 용량 센서(Cs)의 자기 용량을 나타내며, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타낸다. 자기 용량 센서(Cs)의 전하 변화량을 지시하는 도 2의 출력 전압(Vout)은 터치 구동전압(Vm)과 동일한 위상을 갖는다.
이러한 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)에 대한 허용 범위는 터치 센서 구동 장치 사이즈 등을 고려하여 설계시에 미리 정해진다. 그런데, 표시장치가 대면적화 됨에 따라 터치 스크린(TSP)의 사이즈가 증가하면서 터치 센서의 상호 용량값 또는 자기 용량값이 증가되고 있다. 터치 센서의 용량값(CM 또는 CS)이 증가되면 상기 수학식 1 및 2에서와 같이 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)에 대한 절대값이 증가하게 된다. 이 경우 센싱 유닛의 출력 전압(Vout)이 정해진 허용 범위를 벗어나 세츄레이션(saturation)되는 문제가 발생될 수 있다. 센싱 유닛의 출력 전압(Vout) 크기에 따라 터치 여부가 결정되므로, 출력 전압(Vout)이 허용 범위를 벗어나 세츄레이션 되는 경우 터치 여부 구분이 불가능해진다.
따라서, 본 발명의 목적은 센싱 유닛의 출력 전압이 정해진 허용 범위를 벗어나 세츄레이션되는 것을 방지할 수 있도록 한 터치 센서 구동 장치 및 방법과 이을 포함한 표시장치를 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치는, 다수의 수신 채널들(S1~Sm)을 통해 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들로부터 터치 센서 센싱신호를 수신하는 다수의 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)과, 상기 수신 채널들(S1~Sm)과 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 사이마다 접속되어 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에 입력되는 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 줄이는 전하 소거부(CR)를 구비한다. 여기서, 상기 전하 소거부(CR)는 제1 노드(N1)에 병렬 접속된 다수의 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)을 포함하고, 상기 제1 노드(N1)는 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 각각에 포함된 오피 앰프의 반전 입력 단자와 비 반전 입력 단자에 선택적으로 연결된다.
상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들은 상기 제1 노드(N1)에 공통으로 접속되고, 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들은 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)의 입력 단자들에 개별적으로 접속된다.
상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 위상 및 진폭이 서로 동일하다.
상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 서로 동일한 위상을 갖되, 적어도 일부가 다른 진폭을 갖는다.
상기 전하 소거부(CR)는, 상기 제1 노드(N1)와 상기 오피 엠프의 반전 입력 단자(-) 사이에 접속된 제1 스위치(SW1)와, 상기 제1 노드(N1)와 상기 오피 엠프의 비 반전 입력 단자(+) 사이에 접속된 제2 스위치(SW2)를 더 구비하고, 상기 제1 및 제2 스위치는 서로 반대로 스위칭된다.
상기 터치 센서들에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx 또는 Vm)의 1 펄스폭 내에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 고전위 레벨(3.3V)에서 저전위 레벨(0V)로 다수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간(Td) 앞선 타이밍에서 상기 제1 스위치(SW1)는 턴 온 되고 상기 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 된다.
상기 터치 센서들은 상호 용량 센서(Cm)로 구현되고, 상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은, 상기 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx)의 1 펄스폭 내에서 상기 터치 센서 구동신호(Vtx)와 반대 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가된다.
상기 터치 센서들은 자기 용량 센서(Cs)로 구현되고, 상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은, 상기 자기 용량 센서(Cs)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vm)의 1 펄스폭 내에서 상기 터치 센서 구동신호(Vm)와 동일 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가된다.
또한, 본 발명에 따른 표시장치는 표시패널(DIS)과, 상기 표시패널에 연결된 터치 스크린(TSP)을 구동하는 터치 센서 구동부(20)를 구비한다. 상기 터치 센서 구동부(20)는, 다수의 수신 채널들(S1~Sm)을 통해 상기 터치 스크린의 터치 센서들로부터 터치 센서 센싱신호를 수신하는 다수의 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)과, 상기 수신 채널들(S1~Sm)과 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 사이마다 접속되어 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)을 입력받고, 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에 입력되는 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 줄이는 전하 소거부(CR)를 포함하고, 상기 전하 소거부(CR)는 제1 노드(N1)에 병렬 접속된 다수의 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)을 포함하고, 상기 제1 노드(N1)는 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 각각에 포함된 오피 앰프의 반전 입력 단자와 비 반전 입력 단자에 선택적으로 연결된다.
또한, 본 발명에 따른 터치 센서 구동 방법은 다수의 수신 채널들(S1~Sm)을 통해 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들로부터 입력되는 터치 센서 센싱신호를 다수의 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에서 수신하는 단계와, 상기 수신 채널들(S1~Sm)과 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 사이마다 접속된 전하 소거부(CR)에 전하 소거용 펄스 신호들을 인가하여 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에 입력되는 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 줄이는 단계를 포함하고, 상기 전하 소거부(CR)는 제1 노드(N1)에 병렬 접속된 다수의 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)을 포함하고, 상기 제1 노드(N1)는 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 각각에 포함된 오피 앰프의 반전 입력 단자와 비 반전 입력 단자에 선택적으로 연결된다.
본 발명은 수신 채널과 센싱 유닛 사이마다 접속된 전하 소거부를 통해 터치 센서 센싱신호의 변화폭을 줄임으로써, 센싱 유닛의 출력 전압이 정해진 허용 범위를 벗어나 세츄레이션되는 것을 효과적으로 방지할 수 있다.
본 발명은 전하 소거부에 2개의 스위치들과 다수의 전하 소거용 커패시터들을 포함시켜 전하 소거용 펄스 신호의 전압 스윙폭과 전하 소거용 커패시터들의 용량을 줄임으로써, 터치 센서 구동부의 사이즈 및 제조 비용을 줄일 수 있다.
더욱이, 본 발명은 전하 소거부에 2개 이상의 전하 소거용 커패시터들을 포함시켜 전하 소거용 펄스 신호의 전압 스윙폭과 전하 소거용 커패시터들의 용량을 다양하게 설정함으로써, 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 세밀하게 조절할 수 있다.
도 1은 터치 스크린이 상호 용량 센서로 구현될 때의 종래 센싱 유닛을 보여주는 도면.
도 2는 터치 스크린이 자기 용량 센서로 구현될 때의 종래 센싱 유닛을 보여주는 도면.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 구동 장치가 일체화된 표시장치를 보여주는 블록도.
도 4는 상호 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 5는 자기 용량 센서로 구현되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면.
도 6a 내지 도 6c는 표시소자에 탑재되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면들.
도 7은 전하 소거부들과 신호 생성부를 포함한 본 발명의 터치 센서 구동 장치를 보여주는 도면.
도 8은 본 발명의 일 실시예에 따른 전하 소거부가 적용된 센싱 유닛의 구성을 보여주는 도면.
도 9는 도 8의 동작 타이밍과 그에 따른 출력 전압의 파형을 보여주는 도면.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 소거부가 적용된 센싱 유닛의 구성을 보여주는 도면.
도 11은 도 10의 동작 타이밍과 그에 따른 출력 전압의 파형을 보여주는 도면.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 터치 센서 구동부의 다양한 구현 예들을 보여주는 도면들.
본 발명의 터치 센서 구동 장치가 일체화된 표시장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시소자(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시소자의 일 예로서 표시장치를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 표시장치는 액정표시소자에 한정되지 않는다.
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.
도 3 내지 도 7을 참조하면, 본 발명의 터치 센서 구동 장치는 터치 스크린(TSP)과, 터치 센서 구동부(20)를 포함한다.
터치 스크린(TSP)은 정전 용량 방식으로 구현된다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 다수의 터치 센서들을 포함한다. 터치 센서들 각각은 정전 용량(capacitance)을 포함한다. 정전 용량은 자기 정전 용량(Self Capacitance)과 상호 정전 용량(Mutual Capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있고, 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성될 수 있다.
상호 용량 센서(Cm)로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 도 4와 같이 Tx 라인들, Tx 라인들과 교차하는 Rx 라인들, 및 Tx 라인들과 Rx 라인들의 교차점들 마다 형성된 터치 센서들(Cm)을 포함할 수 있다. Tx 라인들은 터치 센서들(Cm) 각각에 센서 구동용 펄스 신호(이하, 터치 센서 구동신호)를 인가하여 터치 센서들에 전하를 공급하는 구동 신호 배선들이다. Rx 라인들은 터치 센서들(Cm)에 연결되어 터치 센서들의 전하를 터치 센서 구동부(20)로 공급하는 센서 배선들이다. 상호 용량 센싱 방법은 Tx 라인을 통해 Tx 전극에 터치 센서 구동신호를 인가하여 상호 용량 센서(Cm)에 전하를 공급하고, 터치 센서 구동신호와 동기하여 Rx 전극과 Rx 라인을 통해 용량 변화를 센싱하면 터치 입력을 센싱할 수 있다.
자기 용량 센서(Cs)로 구현되는 터치 스크린(TSP)은, 도 5와 같이 터치 전극(31)들 각각이 한 방향을 따라 형성된 센서 배선들(32)과 1:1로 연결될 수 있다. 자기 용량 센서(Cs)는 전극들(31) 각각에 형성된 정전 용량을 포함한다. 자기 용량 센싱 방법은 구동 신호가 센서 배선(32)을 통해 전극(31)에 인가되면 전하(Q)가 터치 센서(Cs)에 축적된다. 이때 손가락이나 전도성 물체가 전극(31)에 접촉되면 자기 용량 센서(Cs)에 추가로 기생 용량(Cf)이 연결되어 커패시턴스 값이 변한다. 따라서, 손가락이 터치된 센서와 그렇지 않은 센서 간에 커패시턴스(Capaciance) 값이 달라져 터치 여부를 판단할 수 있다.
터치 스크린(TSP)은 도 6a와 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 6b와 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들(Cm 또는 Cs)은 도 6c와 같이 표시패널의 픽셀 어레이에 내장될 수 있다. 터치 센서들(Cm 또는 Cs)을 픽셀 어레이에 내장하기 위해, 픽셀들의 공통전극은 다수의 세그먼트들(segment)로 분할될 수 있다. 이 경우, 터치 센서들(Cm 또는 Cs)은 분할된 공통전극으로 구현될 수 있다. 하나의 공통전극 세그먼트(segment)는 다수의 픽셀들에 공통으로 연결되고 하나의 터치 센서를 형성할 수 있다. 픽셀들의 공통전극에는 디스플레이 구간 동안 공통전압이 인가되고, 터치 구간 동안 터치센서 구동신호가 인가된다.
도 6a 내지 도 6c에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.
터치 센서 구동부(20)는 터치 전후 터치 센서의 전하 변화량을 센싱하여 손가락과 같은 전도성 물질의 터치 여부와 그 위치를 판단한다. 터치 센서 구동부(20)는 수신 채널들에 연결된 다수의 센싱 유닛들과, 센싱 유닛들로부터의 출력 전압을 아날로그-디지털 변환하기 위한 아날로그 디지털 변환부(이하, ADC)를 포함할 수 있다.
각 센싱 유닛은 다수의 수신 채널들을 통해 터치 센서들로부터 터치 센서 센싱신호를 수신하고, 수신된 터치 센서 센싱신호를 이용하여 터치 입력을 센싱한다. 수신 채널들은 Rx 라인들, 또는 센서 배선들(32)에 1:1로 연결될 수 있다. 센싱 유닛은 터치 센서 센싱신호를 수신하기 위해 도 8 내지 도 11과 같이 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 포함한 전하 증폭기로 구현될 수 있다.
터치 센서들(Cs 또는 Cm)은 터치 센서 구동부(20)로부터 터치 센서 구동신호를 공급받는다. 터치 센서구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있으나, 본 발명의 경우 구형파로 구현됨이 바람직하다. 터치 센서 구동신호는 센싱 유닛의 전하 증폭기에 전하가 N(N은 2 이상의 양의 정수) 회 이상 누적될 수 있도록 터치 센서들(Cs,또는 Cm) 각각에 N회 인가될 수 있다. 센싱 유닛은 터치 센서들(Cs,또는 Cm)로부터의 전하를 전하 증폭기에 누적하고 ADC에 공급한다. ADC는 센싱 유닛으로부터의 출력 전압을 디지털 값으로 변환한다.
터치 센서 구동부(20)는 터치 센서 알고리즘을 실행하여 ADC 변환값을 미리 설정된 문턱값과 비교하여, 문턱값보다 큰 ADC 변환값을 터치 입력 위치의 터치 센서 센싱신호로 판정할 수 있다. 터치 센서 구동부(20)로부터 출력된 터치 레포트(Touch Report)는 터치 입력들 각각의 좌표 정보(TDATA(XY))를 포함하여 호스트 시스템(18)으로 전송될 수 있다.
대화면 터치 스크린(TSP)에서 센싱 유닛(SU)의 출력 전압이 센싱 유닛의 정해진 출력 범위를 벗어나 세츄레이션(saturation)되는 문제를 해결하기 위해, 본 발명의 터치 센서 구동부(20)는 도 7과 같이 다수의 전하 소거부들(CR)과 신호 생성부(PGR)를 구비할 수 있다.
신호 생성부(PGR)는 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)의 출력 전압(Vout[1]~Vout[m])을 제어하기 위한 전하 소거용 제어신호들을 생성한다. 전하 소거용 제어신호들에는 후술할 전하 소거용 펄스 신호(도 8 내지 도 11의 Vcr), 후술할 제1 및 제2 스위칭 제어신호(도 8 내지 도 11의 SW1 및 SW2를 스위칭시키는 신호)를 포함한다.
전하 소거부들(CR)은 수신 채널들(S1~Sm)과 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 사이마다 접속되며, 전하 소거용 제어신호들에 응답하여 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에 입력되는 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 줄이는 역할을 한다. 본 발명은 전하 소거부들(CR) 각각에 2개의 스위치들과 다수의 전하 소거용 커패시터들을 포함시켜 전하 소거용 펄스 신호의 전압 스윙폭과 전하 소거용 커패시터들의 용량을 줄임으로써, 터치 센서 구동부(20)의 사이즈 및 제조 비용을 줄일 수 있다. 본 발명은 전하 소거부들(CR) 각각에 2개 이상의 전하 소거용 커패시터들을 포함시켜 전하 소거용 펄스 신호의 전압 스윙폭과 전하 소거용 커패시터들의 용량을 다양하게 설정함으로써, 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 세밀하게 조절할 수 있다.
전하 소거부들(CR)과 함께 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)의 구체적 구성 및 동작에 대해서는 도 8 내지 도 11을 참조로 자세히 설명하기로 한다.
한편, 본 발명의 터치 센서 구동 장치가 적용되는 표시장치는 표시패널(DIS), 디스플레이 구동회로(12,14,16), 호스트 시스템(18)을 포함할 수 있다.
표시패널(DIS)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 표시패널(DIS)의 픽셀 어레이는 데이터라인들(D1~Dm, m은 양의 정수)과 게이트라인들(G1~Gn, n은 양의 정수)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 픽셀들을 포함한다. 픽셀들 각각은 데이터라인들(D1~Dm)과 게이트라인들(G1~Gn)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 화소전극, 화소전극에 접속되어 액정셀의 전압을 유지시키기 위한 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함할 수 있다.
표시패널(DIS)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등이 형성될 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. 공통전압이 공급되는 공통전극은 표시패널(DIS)의 상부 기판이나 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 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(DIS)에 빛을 조사한다. 표시패널(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.
디스플레이 구동회로는 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14) 및 타이밍 콘트롤러(16)를 포함하여 입력 영상의 비디오 데이터를 표시패널(DIS)의 픽셀들에 기입한다. 데이터 구동회로(12)는 타이밍 콘트롤러(16)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동회로(12)로부터 출력된 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 픽셀라인을 선택한다.
타이밍 콘트롤러(16)는 호스트 시스템(18)으로부터 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 동기시킨다. 스캔 타이밍 제어신호는 게이트 스타트 펄스(Gate Start 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.
호스트 시스템(18)은 텔레비젼 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템(18)은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터(RGB)를 표시패널(DIS)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템(18)은 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(16)로 전송한다. 또한, 호스트 시스템(18)은 터치 스크린 구동회로로부터 입력되는 터치 레포트의 좌표 정보(XY)와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
도 8은 발명의 일 실시예에 따른 전하 소거부(CR)가 적용된 센싱 유닛(SU)의 구성을 보여주고, 도 9는 도 8의 동작 타이밍과 그에 따른 출력 전압(Vout)의 파형을 보여준다.
터치 스크린(TSP)이 상호 용량 센서(Cm)로 구현될 때, 센싱 유닛(SU)은 도 8과 같이 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 오피 앰프(OP)의 반전 입력 단자(-)는 수신 채널을 통해 상호 용량 센서(Cm)에 연결되고, 오피 앰프(OP)의 비반전 입력 단자(+)는 기준전압(Vref)의 입력 단자에 연결되며, 오피 앰프(OP)의 출력 단자는 센싱 커패시터(Cf)를 경유하여 반전 입력 단자(-)에 연결될 수 있다. 센싱 커패시터(Cf)는 반전 입력 단자(-)를 통해 입력되는 터치 센서 센싱신호를 적분하는 기능을 갖는다. 센싱 유닛(SU)의 리셋 스위치(RST)는 일정 주기로 센싱 커패시터(Cf)를 리셋시키는 기능을 수행한다.
전하 소거부(CR)는 제1 노드(N1)에 병렬 접속된 다수의 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)을 포함한다. 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들은 제1 노드(N1)에 공통으로 접속되고, 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들은 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)의 입력 단자들에 개별적으로 접속된다. 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 위상 및 진폭이 서로 동일할 수 있다. 다만, 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭이 좀 더 세밀하게 조절되도록, 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 서로 동일한 위상을 갖되, 적어도 일부가 다른 진폭을 가질 수 있다.
전하 소거부(CR)는 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들과 오피 엠프(OP)의 반전 입력 단자(-) 사이에 접속된 제1 스위치(SW1), 및 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들과 오피 엠프(OP)의 비반전 입력 단자(+) 사이에 접속된 제2 스위치(SW2)를 더 포함한다. 이러한 제1 및 제2 스위치(SW1,SW2)는 스위칭 제어신호에 따라 서로 반대로 스위칭된다.
여기서, 스위칭 제어신호는 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)을 참조로 하여 생성될 수 있다. 스위칭 제어신호의 온 듀티는 표시장치의 모델 및 스펙에 따라 적절한 값으로 가변될 수 있다. 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭이 줄어들도록, 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은 도 9와 같이 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx)의 1 펄스폭 내에서 터치 센서 구동신호(Vtx)와 반대 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가될 수 있다. 이러한 인가 횟수 증가에 의해, 터치 센서 구동부(20)의 사이즈 및 제조 비용이 줄어드는 효과가 있다.
도 9와 같이 터치 센서 구동신호(Vtx)의 1 펄스폭 내에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 고전위 레벨(3.3V)에서 저전위 레벨(0V)로 다수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간(Td) 앞선 타이밍에 제1 스위치(SW1)는 턴 온 됨과 동시에, 제2 스위치(SW2)는 턴 오프될 수 있다. 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)의 폴링 시점에 앞서 제1 스위치(SW1)를 턴 온 시키는 이유는 동작의 안정성을 확보하기 위함이다. 그리고, 제1 스위치(SW1)가 턴 오프 되는 동안 제2 스위치(SW2)를 턴 온 시키는 이유는 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 일측 전극 전위를 샘플링에 앞서 일정값(Vref)으로 안정시키기 위함이다. 제1 스위치(SW1)가 턴 온 된 상태에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 폴링되고, 이러한 폴링 횟수가 증가할수록 출력 전압(Vout) 조정치의 누적횟수는 증가하게 된다. 따라서, 본 발명은 전압 스윙폭이 작은 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)와 작은 용량의 전하 소거용 커패시터(Ccr)만으로도 출력전압(Vout)의 세츄레이션을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 8 및 도 9의 센싱 유닛(SU)에서 오피 앰프(OP)는 반전 증폭기로 기능한다. 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)로 인해 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015105645922-pat00003
수학식 3에서, 기준전압(Vref)은 직류 레벨이고, Vtx는 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 터치 센서 구동신호를 나타내고, CM은 상호 용량 센서(Cm)의 상호 용량을 나타내고, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타내고, CCR1~CCRj은 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj) 각각의 용량을 나타내며, Vcr1~Vcrj은 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)에 인가되는 전하 소거용 펄스 신호들을 나타내고, n은 인가횟수를 나타낸다.
수학식 3에서, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)의 적용으로 인해 미리 정해진 출력전압(Vout) 허용범위 내로 존재하게 된다. 이를 통해 센싱 유닛(SU)의 출력이 세츄레이션 되는 문제가 효과적으로 해소되며, 특히 n회 반복적인 전하 소거 동작을 통해 터치 센서 구동 장치의 사이즈까지 줄어드는 효과가 있다. 나아가, 전하 소거용 펄스 신호의 전압 스윙폭과 전하 소거용 커패시터들의 용량이 다양하게 설정됨으로써, 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭이 세밀하게 조절될 수 있다. 본 발명은 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 세밀하게 조절함으로써, 센싱 채널들 간 센싱 편차까지 효과적으로 보정할 수 있다.
도 10은 본 발명의 다른 실시예에 따른 전하 소거부가 적용된 센싱 유닛의 구성을 보여주고, 도 11은 도 10의 동작 타이밍과 그에 따른 출력 전압의 파형을 보여준다.
터치 스크린(TSP)이 자기 용량 센서(Cs)로 구현될 때, 센싱 유닛(SU)은 도 10과 같이 오피 앰프(OP)와 센싱 커패시터(Cf)를 포함할 수 있다. 오피 앰프(OP)의 반전 입력 단자(-)는 수신 채널을 통해 자기 용량 센서(Cs)에 연결되고, 오피 앰프(OP)의 비반전 입력 단자(+)는 터치 센서 구동신호(Vm)의 입력 단자에 연결되며, 오피 앰프(OP)의 출력 단자는 센싱 커패시터(Cf)를 경유하여 반전 입력 단자(-)에 연결될 수 있다. 센싱 커패시터(Cf)는 반전 입력 단자(-)를 통해 입력되는 터치 센서 센싱신호를 적분하는 기능을 갖는다. 센싱 유닛(SU)의 리셋 스위치(RST)는 일정 주기로 센싱 커패시터(Cf)를 리셋시키는 기능을 수행한다.
전하 소거부(CR)는 제1 노드(N1)에 병렬 접속된 다수의 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)을 포함한다. 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들은 제1 노드(N1)에 공통으로 접속되고, 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들은 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)의 입력 단자들에 개별적으로 접속된다. 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 위상 및 진폭이 서로 동일할 수 있다. 다만, 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭이 좀 더 세밀하게 조절되도록, 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 서로 동일한 위상을 갖되, 적어도 일부가 다른 진폭을 가질 수 있다.
전하 소거부(CR)는 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들과 오피 엠프(OP)의 반전 입력 단자(-) 사이에 접속된 제1 스위치(SW1), 및 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들과 오피 엠프(OP)의 비반전 입력 단자(+) 사이에 접속된 제2 스위치(SW2)를 더 포함한다. 이러한 제1 및 제2 스위치(SW1,SW2)는 스위칭 제어신호에 따라 서로 반대로 스위칭된다.
여기서, 스위칭 제어신호는 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)을 참조로 하여 생성될 수 있다. 스위칭 제어신호의 온 듀티는 표시장치의 모델 및 스펙에 따라 적절한 값으로 가변될 수 있다. 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭이 줄어들도록, 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은 도 11과 같이 자기 용량 센서(Cs)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vm)의 1 펄스폭 내에서 터치 센서 구동신호(Vm)와 동일 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가될 수 있다. 이러한 인가 횟수 증가에 의해, 터치 센서 구동부(20)의 사이즈 및 제조 비용이 줄어드는 효과가 있다.
도 11과 같이 터치 센서 구동신호(Vm)의 1 펄스폭 내에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 고전위 레벨(3.3V)에서 저전위 레벨(0V)로 다수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간(Td) 앞선 타이밍에 제1 스위치(SW1)는 턴 온 됨과 동시에, 제2 스위치(SW2)는 턴 오프될 수 있다. 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)의 폴링 시점에 앞서 제1 스위치(SW1)를 턴 온 시키는 이유는 동작의 안정성을 확보하기 위함이다. 그리고, 제1 스위치(SW1)가 턴 오프 되는 동안 제2 스위치(SW2)를 턴 온 시키는 이유는 전하 소거용 커패시터(Ccr)의 일측 전극 전위를 샘플링에 앞서 일정값(1.57V)으로 안정시키기 위함이다. 제1 스위치(SW1)가 턴 온 된 상태에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 폴링되고, 이러한 폴링 횟수가 증가할수록 출력 전압(Vout) 조정치의 누적횟수는 증가하게 된다. 따라서, 본 발명은 전압 스윙폭이 작은 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)와 작은 용량의 전하 소거용 커패시터(Ccr)만으로도 출력전압(Vout)의 세츄레이션을 효과적으로 방지할 수 있다.
도 10 및 도 11의 센싱 유닛(SU)에서 오피 앰프(OP)는 비 반전 증폭기로 기능한다. 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)로 인해 수학식 4와 같이 나타낼 수 있다.
Figure 112015105645922-pat00004
수학식 4에서, Vm은 자기 용량 센서(Cs)에 인가되는 터치 센서 구동신호를 나타내고, ΔVm은 터치 센서 구동신호의 스윙폭을 나타내며, CS는 자기 용량 센서(Cs)의 자기 용량을 나타내고, CF는 센싱 커패시터(Cf)의 용량을 나타내고, CCR1~CCRj은 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj) 각각의 용량을 나타내며, Vcr1~Vcrj은 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)에 인가되는 전하 소거용 펄스 신호들을 나타내고, n은 인가횟수를 나타낸다.
수학식 4에서, 센싱 유닛(SU)의 출력 전압(Vout)은 전하 소거부(CR)의 적용으로 인해 미리 정해진 출력전압(Vout) 허용범위 내로 존재하게 된다. 이를 통해 센싱 유닛(SU)의 출력이 세츄레이션 되는 문제가 효과적으로 해소되며, 특히 n회 반복적인 전하 소거 동작을 통해 터치 센서 구동 장치의 사이즈까지 줄어드는 효과가 있다. 나아가, 전하 소거용 펄스 신호의 전압 스윙폭과 전하 소거용 커패시터들의 용량이 다양하게 설정됨으로써, 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭이 세밀하게 조절될 수 있다. 본 발명은 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 세밀하게 조절함으로써, 센싱 채널들 간 센싱 편차까지 효과적으로 보정할 수 있다.
도 12 내지 도 14는 본 발명에 따른 터치 센서 구동부(20)의 다양한 구현 예들을 보여준다.
본 발명의 터치 센서 구동부(20)는 도 12 내지 도 14와 같은 형태의 IC(Integrate Circuit) 패키지로 구현될 수 있다.
도 12를 참조하면, 터치 센서 구동부(20)는 드라이버 IC(DIC)와 터치 센싱 IC(TIC)를 포함한다.
드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(Multiplexer, MUX)(140), 및 DTX 보상부(150)를 포함한다.
터치 센서 채널부(100)는 센서 라인들을 통해 터치 센서들의 전극에 연결되고, 스위치 어레이(120)를 통해 Vcom 버퍼(110)와 멀티플렉서(140)에 연결된다. 멀티플렉서(140)는 센서 라인들을 터치 센싱 IC(TIC)에 연결한다. 1:3 멀티플렉서의 경우에, 멀티플렉서(140)는 터치 센싱 IC(TIC)의 한 개 채널을 세 개의 센서 라인들에 시분할 방식에 따라 순차 연결함으로써 터치 센싱 IC(TIC)의 채널 개수를 줄인다. 멀티플렉서(140)는 MUX 제어신호(MUX C1~C3)에 응답하여 터치 센싱 IC(TIC)의 채널과 연결될 센서 라인들을 순차적으로 선택한다. 멀티플렉서(140)는 터치 라인들(Touch line)을 통해 터치 센싱 IC(TIC)의 채널들에 연결된다.
Vcom 버퍼(110)는 픽셀의 공통 전압(Vcom)을 출력한다. 스위치 어레이(120)는 타이밍 제어신호 생성부(130)의 제어 하에 디스플레이 구간 동안 Vcom 버퍼(110)로부터의 공통 전압(Vcom)을 터치 센서 채널부(100)로 공급한다. 스위치 어레이(120)는 타이밍 제어신호 생성부(130)의 제어 하에 터치 구간 동안 센서 라인들을 터치 센싱 IC(TIC)에 연결한다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 디스플레이 구동부와 터치 센싱 IC(TIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 디스플레이 구동부는 픽셀에 입력 영상의 데이터를 기입하기 위한 데이터 구동부(12)와 게이트 구동부(14)를 포함한다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 도 3에 도시된 타이밍 콘트롤러(16) 내의 타이밍 제어신호 생성부와 실질적으로 동일하다. 타이밍 제어신호 생성부(130)는 디스플레이 구간 동안 디스플레이 구동부를 구동 시키고 터치 구간 동안 터치 센싱 IC(TIC)를 구동 시킨다.
타이밍 제어신호 생성부(130)는 디스플레이 구간과 터치 구간을 정의하는 터치 인에이블 신호(TEN)를 생성하여 디스플레이 구동부와 터치 센싱 IC(TIC)를 동기시킨다. 디스플레이 구동부는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제1 레벨 기간 동안 픽셀들에 데이터를 기입한다. 터치 센싱 IC(TIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제2 레벨에 응답하여 터치 센서들을 구동하여 터치 입력을 센싱한다.
터치 센싱 IC(TIC)는 구동 전원부(미도시)에 연결되어 구동전원을 공급받는다. 터치 센싱 IC(TIC)는 터치 인에이블 신호(TEN)의 제2 레벨에 응답하여 터치센서 구동신호를 생성하여 터치 센서들에 인가한다. 터치센서 구동신호는 구형파 형태의 펄스, 정현파, 삼각파 등 다양한 형태로 발생될 수 있으나, 구형파로 구현됨이 바람직하다. 터치센서 구동신호는 터치 센싱 IC(TIC)의 적분기에 전하가 N(N은 2 이상의 자연수)회 이상 누적될 수 있도록 터치 센서들 각각에 N회 인가될 수 있다.
입력 영상 데이터의 변화에 따라 터치 센서 신호에 노이즈가 커질 수 있다. DTX 보상부(150)는 입력 영상 데이터를 분석하여 입력 영상의 계조 변화에 따라 터치 로 데이터(Touch raw data)에서 노이즈 성분을 제거하여 터치 센싱 IC(TIC)로 전송한다. DTX는 Display and Touch crosstalk를 의미한다. DTX 보상부(150)와 관련된 내용은 본원 출원인에 의해 기출원된 특허 출원 제10-2012-0149028호(2012.12.19 출원)에 상세히 기재되어 있다. 터치 센서의 노이즈가 입력 영상의 데이터 변화에 따라 민감하게 변하지 않는 시스템의 경우에 DTX 보상부(150)는 필요 없으므로 생략될 수 있다. 도 12에서 DTX DATA는 DTX 보상부(150)의 출력 데이터이다.
터치 센싱 IC(TIC)는 타이밍 제어신호 생성부(130)로부터의 터치 인에이블 신호(TEN)에 응답하여 터치 구간 동안 멀티플렉서(140)를 구동시켜 멀티플렉서(140)와 센서 라인들을 통해 터치 센서의 전하를 수신한다.
터치 센싱 IC(TIC)는 터치 센서 신호로부터 터치 입력 전후의 전하 변화량을 검출하고 그 전하 변화량을 소정의 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 전하 변화량을 갖는 터치 센서들의 위치를 터치 입력 영역으로 판정한다. 터치 센싱 IC(TIC)는 터치 입력 각각에 대하여 좌표를 계산하여 터치 입력 좌표 정보를 포함한 터치 데이터(TDATA(XY))를 외부의 호스트 시스템으로 전송한다. 터치 센싱 IC(TIC)는 터치 센서의 전하를 증폭하는 증폭기, 터치 센서로부터 수신된 전하를 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 ADC(Analog to Digital Converter), 및 연산 로직부를 포함한다. 연산 로직부는 ADC로부터 출력된 터치 로 데이터(Touch raw data)를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
드라이버 IC(DIC)와 터치 센싱 IC(TIC)는 SPI(Serial Peripheral Interface) 인터페이스 또는, BLVDS (Bus - Low-Voltage Differential Signaling)　인터페이스를 통해 신호들을 호스트 시스템에 송수신할 수 있다.
도 13을 참조하면, 터치 센서 구동부(20)는 리드 아웃 IC(RIC)와 MCU(Micro Controller Unit)를 포함한다.
리드 아웃 IC(RIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 제1 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(140), DTX 보상부(150), 센싱부(160), 제2 타이밍 제어신호 생성부(170) 및 메모리(180)를 포함한다. 이 실시예는 전술한 도 12의 실시예와 비교할 때, 센싱부(160)와 제2 타이밍 제어 생성부(170)가 리드 아웃 IC(RIC) 내에 집적된 것에서 차이가 있다. 제1 타이밍 제어 생성부(130)는 도 12의 그것과 실질적으로 동일하다. 따라서, 제1 타이밍 제어 생성부(130)는 디스플레이 구동부와 리드 아웃 IC(RIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다.
멀티플렉서(140)는 MCU의 제어 하에 센싱부(160)에 의해 억세스되는 터치 센서 전극들을 플로팅한다. 센싱부(160)에 의해 억세스되는 터치 센서 전극들은 데이터 전압을 충전하는 픽셀들과 연결되는 터치 센서 전극들을 제외한 다른 터치 센서 전극들 중에서 센싱부(160)에 의해 선택된다. 멀티플렉서(140)는 MCU의 제어 하에 공통 전압(Vcom)을 공급할 수 있다. 센싱부(160)는 멀티플렉서(140)를 통해 센서 라인들에 연결되어 터치 센서들로부터 수신되는 전압 파형의 변화를 측정하여 디지털 데이터로 변환한다. 센싱부(160)는 수신된 터치 센서전극들(12)의 전압을 증폭하는 증폭기, 증폭기의 전압을 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변한기(Analog-to-Digital Converter, 이하 "ADC"라 함)를 포함한다. ADC로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 로 데이터(Touch raw data)로서 MCU로 전송된다.
제2 타이밍 제어 생성부(170)는 멀티플렉서(140), 센싱부(160)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호, 클럭 등을 생성한다. 리드 아웃 IC(RIC) 내에서 DTX 보상부(150)는 생략될 수 있다. 메모리(180)는 제2 타이밍 제어 생성부(170)의 제어 하에 터치 로 데이터를 일시 저장한다.
리드 아웃 IC(RIC)와 MCU는 SPI(Serial Peripheral Interface) 인터페이스 또는, BLVDS (Bus - Low-Voltage Differential Signaling)　인터페이스를 통해 신호들을 송수신할 수 있다. MCU는 터치 로 데이터를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
도 14를 참조하면, 터치 센서 구동부(20)는 드라이버 IC(DIC)와 메모리(Memory, MEM)를 포함한다.
드라이버 IC(DIC)는 터치 센서 채널부(100), Vcom 버퍼(110), 스위치 어레이(120), 제1 타이밍 제어신호 생성부(130), 멀티플렉서(140), DTX 보상부(150), 센싱부(160), 제2 타이밍 제어신호 생성부(170), 메모리(180), 및 MCU(190)를 포함한다. 이 실시예는 전술한 도 13의 실시예와 비교할 때, MCU(190)가 드라이버 IC(DIC) 내에 집적된 것에서 차이가 있다. MCU(18)는 터치 로 데이터를 문턱값과 비교하여 그 비교 결과에 따라 터치 입력을 판정하고 좌표를 계산하는 터치 인식 알고리즘을 실행한다.
메모리(MEM)는 디스플레이 구동부와 센싱부(160)의 동작에 필요한 타이밍 정보에 관한 레지스터(register) 설정값을 저장한다. 레지스터 설정값은 표시장치의 전원이 켜지면 메모리(MEM)로부터 제1 타이밍 제어신호 생성부(16)와 제2 타이밍 제어신호 생성부(170)로 로딩(Loading)된다. 제1 타이밍 제어신호 생성부(16)와 제2 타이밍 제어신호 생성부(170)는 메모리로부터 읽어 들인 레지스터 설정값을 바탕으로 디스플레이 구동부와 센싱부(160)를 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 구동 장치의 구조적 변경 없이 메모리(MEM)의 레지스터 설정값을 변경하여 모델 변경에 대응할 수 있다.
이상 설명한 내용을 통해 당업자라면 본 발명의 기술사상을 일탈하지 아니하는 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 구동 회로 14 : 스캔 구동 회로
16 : 타이밍 콘트롤러 18 : 호스트 시스템
20 : 터치 센서 구동부

Claims (24)

  1. 다수의 수신 채널들(S1~Sm)을 통해 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들로부터 터치 센서 센싱신호를 수신하는 다수의 센싱 유닛들(SU#1~SU#m); 및
    상기 수신 채널들(S1~Sm)과 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 사이마다 접속되어 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)을 입력받고, 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에 입력되는 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 줄이는 전하 소거부(CR)를 구비하고,
    상기 전하 소거부(CR)는 제1 노드(N1)에 병렬 접속된 다수의 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)을 포함하고, 상기 제1 노드(N1)는 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 각각에 포함된 오피 앰프의 반전 입력 단자와 비 반전 입력 단자에 선택적으로 연결되고,
    상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들은 상기 제1 노드(N1)에 공통으로 접속되고, 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들은 상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)의 입력 단자들에 개별적으로 접속되는 터치 센서 구동 장치.
  2. 삭제
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 위상 및 진폭이 서로 동일한 터치 센서 구동 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 서로 동일한 위상을 갖되, 적어도 일부가 다른 진폭을 갖는 터치 센서 구동 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 전하 소거부(CR)는,
    상기 제1 노드(N1)와 상기 오피 앰프의 반전 입력 단자(-) 사이에 접속된 제1 스위치(SW1); 및
    상기 제1 노드(N1)와 상기 오피 앰프의 비 반전 입력 단자(+) 사이에 접속된 제2 스위치(SW2)를 더 구비하고;
    상기 제1 및 제2 스위치는 서로 반대로 스위칭되는 터치 센서 구동 장치.
  6. 제 5 항에 있어서,
    상기 터치 센서들에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx 또는 Vm)의 1 펄스폭 내에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 고전위 레벨(3.3V)에서 저전위 레벨(0V)로 다수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간(Td) 앞선 타이밍에서 상기 제1 스위치(SW1)는 턴 온 되고 상기 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 되는 터치 센서 구동 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 센서들은 상호 용량 센서(Cm)로 구현되고,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은, 상기 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx)의 1 펄스폭 내에서 상기 터치 센서 구동신호(Vtx)와 반대 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가되는 터치 센서 구동 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 터치 센서들은 자기 용량 센서(Cs)로 구현되고,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은, 상기 자기 용량 센서(Cs)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vm)의 1 펄스폭 내에서 상기 터치 센서 구동신호(Vm)와 동일 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가되는 터치 센서 구동 장치.
  9. 표시패널(DIS)과,
    상기 표시패널에 연결된 터치 스크린(TSP)을 구동하는 터치 센서 구동부(20)를 구비하고,
    상기 터치 센서 구동부(20)는,
    다수의 수신 채널들(S1~Sm)을 통해 상기 터치 스크린의 터치 센서들로부터 터치 센서 센싱신호를 수신하는 다수의 센싱 유닛들(SU#1~SU#m); 및
    상기 수신 채널들(S1~Sm)과 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 사이마다 접속되어 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)을 입력받고, 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에 입력되는 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 줄이는 전하 소거부(CR)를 포함하고,
    상기 전하 소거부(CR)는 제1 노드(N1)에 병렬 접속된 다수의 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)을 포함하고, 상기 제1 노드(N1)는 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 각각에 포함된 오피 앰프의 반전 입력 단자와 비 반전 입력 단자에 선택적으로 연결되고,
    상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들은 상기 제1 노드(N1)에 공통으로 접속되고, 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들은 상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)의 입력 단자들에 개별적으로 접속되는 표시장치.
  10. 삭제
  11. 제 9 항에 있어서,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 위상 및 진폭이 서로 동일한 표시장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 서로 동일한 위상을 갖되, 적어도 일부가 다른 진폭을 갖는 표시장치.
  13. 제 9 항에 있어서,
    상기 전하 소거부(CR)는,
    상기 제1 노드(N1)와 상기 오피 엠프의 반전 입력 단자(-) 사이에 접속된 제1 스위치(SW1); 및
    상기 제1 노드(N1)와 상기 오피 엠프의 비 반전 입력 단자(+) 사이에 접속된 제2 스위치(SW2)를 더 구비하고;
    상기 제1 및 제2 스위치는 서로 반대로 스위칭되는 표시장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 터치 센서들에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx 또는 Vm)의 1 펄스폭 내에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 고전위 레벨(3.3V)에서 저전위 레벨(0V)로 다수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간(Td) 앞선 타이밍에서 상기 제1 스위치(SW1)는 턴 온 되고 상기 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 되는 표시장치.
  15. 제 9 항에 있어서,
    상기 터치 센서들은 상호 용량 센서(Cm)로 구현되고,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은, 상기 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx)의 1 펄스폭 내에서 상기 터치 센서 구동신호(Vtx)와 반대 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가되는 표시장치.
  16. 제 9 항에 있어서,
    상기 터치 센서들은 자기 용량 센서(Cs)로 구현되고,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은, 상기 자기 용량 센서(Cs)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vm)의 1 펄스폭 내에서 상기 터치 센서 구동신호(Vm)와 동일 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가되는 표시장치.
  17. 다수의 수신 채널들(S1~Sm)을 통해 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들로부터 입력되는 터치 센서 센싱신호를 다수의 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에서 수신하는 단계; 및
    상기 수신 채널들(S1~Sm)과 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 사이마다 접속된 전하 소거부(CR)에 전하 소거용 펄스 신호들을 인가하여 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m)에 입력되는 터치 센서 센싱신호들의 스윙폭을 줄이는 단계를 포함하고,
    상기 전하 소거부(CR)는 제1 노드(N1)에 병렬 접속된 다수의 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)을 포함하고, 상기 제1 노드(N1)는 상기 센싱 유닛들(SU#1~SU#m) 각각에 포함된 오피 앰프의 반전 입력 단자와 비 반전 입력 단자에 선택적으로 연결되고,
    상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 일측 전극들은 상기 제1 노드(N1)에 공통으로 접속되고, 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들은 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)의 입력 단자들에 개별적으로 접속되는 터치 센서 구동 방법.
  18. 삭제
  19. 제 17 항에 있어서,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 위상 및 진폭이 서로 동일한 터치 센서 구동 방법.
  20. 제 17 항에 있어서,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj)은 서로 동일한 위상을 갖되, 적어도 일부가 다른 진폭을 갖는 터치 센서 구동 방법.
  21. 제 17 항에 있어서,
    상기 전하 소거부(CR)는,
    상기 제1 노드(N1)와 상기 오피 엠프의 반전 입력 단자(-) 사이에 접속된 제1 스위치(SW1); 및
    상기 제1 노드(N1)와 상기 오피 엠프의 비 반전 입력 단자(+) 사이에 접속된 제2 스위치(SW2)를 더 구비하고;
    상기 제1 및 제2 스위치는 서로 반대로 스위칭되는 터치 센서 구동 방법.
  22. 제 21 항에 있어서,
    상기 터치 센서들에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx 또는 Vm)의 1 펄스폭 내에서 전하 소거용 펄스 신호(Vcr)가 고전위 레벨(3.3V)에서 저전위 레벨(0V)로 다수회 폴링될 때마다, 이 폴링 시점보다 소정시간(Td) 앞선 타이밍에서 상기 제1 스위치(SW1)는 턴 온 되고 상기 제2 스위치(SW2)는 턴 오프 되는 터치 센서 구동 방법.
  23. 제 17 항에 있어서,
    상기 터치 센서들은 상호 용량 센서(Cm)로 구현되고,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은, 상기 상호 용량 센서(Cm)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vtx)의 1 펄스폭 내에서 상기 터치 센서 구동신호(Vtx)와 반대 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가되는 터치 센서 구동 방법.
  24. 제 17 항에 있어서,
    상기 터치 센서들은 자기 용량 센서(Cs)로 구현되고,
    상기 전하 소거용 펄스 신호들(Vcr1~Vcrj) 각각은, 상기 자기 용량 센서(Cs)에 인가되는 터치 센서 구동신호(Vm)의 1 펄스폭 내에서 상기 터치 센서 구동신호(Vm)와 동일 위상을 갖는 멀티플 펄스로 생성되어 상기 전하 소거용 커패시터들(Ccr1~Ccrj)의 타측 전극들 각각에 다수회 인가되는 터치 센서 구동 방법.
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