KR101747803B1 - 인셀-타입 터치패널 제어방법 및 제어장치 - Google Patents

Abstract

인셀-타입 터치패널 제어방법은 인셀-타입 터치패널, 즉 복수개의 전극패드를 포함하되, 디스플레이 프레임(frame time) 별로 전극패드의 제어를 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간으로 시분할(time sharing)하여 영상출력 및 터치센싱을 구현하는 인셀-타입 터치패널과 연관된 것으로서, 각 디스플레이 프레임에서 다수의 샘플 신호를 저장하고 있는 샘플 신호 데이터 중 일부 선택된 다른 조합의 샘플 신호를 이용하여 안정도 평가를 수행하고, 평가된 샘플 신호 중 가장 안정적인 샘플 신호를 실시간으로 검색하여 이후 터치센싱에 적용하는 것을 특징으로 한다.

Description

인셀-타입 터치패널 제어방법 및 제어장치{METHOD AND DEVICE OF CONTROLLING IN CELL TYPE TOUCH PANEL}

본 발명은 인셀-타입 터치패널 제어방법 및 제어장치에 관한 것으로서, 보다 자세하게는 인셀 터치패널과 터치패널이 내장되어 있는 디스플레이에서 주변의 노이즈 영향을 최소로 하면서 손가락 또는 펜의 위치를 정확하게 감지하게 할 수 있는 인셀 터치패널의 제어방법에 관한 것이다.

일반적으로 개인휴대단말기에는 공간활용성이 높고 사용이 편리함 이점으로 인해 터치스크린 또는 터치전극패드와 같은 터치패널의 장착이 보편화되고 있다.

터치패널은 크게 정전용량 방식, 압력식 저항막 방식, 적외선 감지방식, 표면 초음파 방식으로 구분될 수 있으며, 그중에서도 최근에는 정전용량 방식의 터치패널이 각광 받고 있다.

최근에는 소비자의 니즈를 반영하여 터치패널의 슬림화, 경량화, 테두리 최소화(Bezel-Less)에 기여할 수 있도록 터치 센서를 일체화하기 위한 다양한 시도가 이루어지고 있다. 참고로, 터치 센서의 일체화는, 터치 센서가 일체화되는 대상(디스플레이패널 또는 커버글라스)에 따라 크게 인셀(In-Cell) 방식 또는 온셀(On-Cell) 방식으로 구분될 수 있다.

인셀 방식 중 AIT(Advanced In-cell Touch) 또는 HIT(Hybrid In-cell Touch)기술은 터치 센서를 LCD Cell 내에 내장시킨 터치 기술로서, 보다 우수한 터치감도를 제공할 수 있으며, 패널 두께와 베젤 넓이를 줄여 한층 더 슬림한 디자인을 구현 가능한 이점으로 인해 널리 사용되고 있다.

이러한 터치 센서에서는 디스플레이를 구동시키기 위한 공통전극이 복수의 전극패드로 제공됨으로써 터치센서의 전극패드의 역할을 수행하도록 구성될 수 있다. 이를 위해, 디스플레이의 프레임(frame time) 별로 전극패드의 제어구간은, 디스플레이를 구동시키기 위한 디스플레이 제어구간과, 외부 터치 입력을 센싱하기 위한 터치센서 제어구간으로 시분할될 수 있으며, 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간에서는 디스플레이 및 터치센서의 구동을 위한 전기적인 신호가 각각 전극패드에 인가될 수 있다.

하지만, 디스플레이의 반응속도, 해상도(resolution) 및 사이즈(Size)가 증가하면, 1 채널(channel)에 대한 구동시간은 상대적으로 점점 짧아지게 된다. 이 경우, 부족한 충전(Charging) 시간으로 인하여, 영상출력(display) 기능 및 터치감지(Touch) 기능의 성능이 저하될 수 있다.

게다가, 종래의 전자제품을 충전기와 연결하는 경우, 의도치 않은 노이즈로 인해서 터치 기능이 저하되거나 방해를 받을 수가 있다. 이는 충전기마다 전기적 특성이 다르기 때문이며, 저가형 충전기의 경우 전기적 안정성능을 매우 떨어지기 때문이다.

따라서, 터치감지에서 사용되는 주파수도 충전기 사용이나 주변 환경에 따라 영향을 많이 받을 수 있으며, 한가지 주파수만 사용하는 경우 기능이 저하될 때 이를 해결할 방법이 없다는 단점이 발생할 수 있다.

이를 위해, 동 출원인의 특허출원 제10-2015-0095544호는 디스플레이 프레임 중 터치센서 제어구간에서 복수의 샘플 신호로 노이즈 등을 실시간으로 검색하는 내용의 발명을 출원한 바 있다. 하지만, 매 프레임에서 모든 샘플 신호에 대해 안정도를 평가하려면, 샘플 신호의 개수를 늘이는 데에 제약이 있으며, 이 제약으로 샘플 신호의 개수를 많이 늘일 수 없다는 문제점이 발견되었다.

본 발명은 다수의 샘플 신호를 대상으로 센싱 안정도를 평가하고, 터치감지에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있는 인셀-타입 터치패널 제어방법 및 인셀-타입 터치패널을 제공한다.

또한, 본 발명은 다수의 샘플 신호를 이용하더라도 장비의 전력 소모 및 부하 증가 없이 실시간으로 안정적인 터치감지를 할 수 있는 인셀-타입 터치패널 제어방법 및 인셀-타입 터치패널을 제공한다.

상술한 본 발명의 목적들을 달성하기 위한 본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 인셀-타입 터치패널 제어방법은 인셀-타입 터치패널, 즉 복수개의 전극패드를 포함하되, 디스플레이 프레임(frame time) 별로 전극패드의 제어를 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간으로 시분할(time sharing)하여 영상출력 및 터치센싱을 구현하는 인셀-타입 터치패널과 연관된 것으로서, 각 디스플레이 프레임에서 다수의 샘플 신호를 저장하고 있는 샘플 신호 데이터 중 일부 선택된 다른 조합의 샘플 신호를 이용하여 안정도 평가를 수행하고, 평가된 샘플 신호 중 가장 안정적인 샘플 신호를 실시간으로 검색하여 이후 터치센싱에 적용하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따르면, 하나의 디스플레이 프레임에서 샘플 신호 모두에 대해 안정도를 평가하지 않고, 그 중 일부만 선택한 샘플 신호의 조합으로 안정도를 평가하고, 각 디스플레이 프레임에서 평가된 결과를 이용하여 가장 안정적인 샘플 신호를 이후 터치센싱을 위한 감지 신호로 사용한다.

여기서, '이후'라 함은 시간적으로 안정도 평가 이후에 진행되는 시간을 의미하며, 안정도 평가 이후 바로 직후 터치센싱을 하는 경우 뿐만 아니라 다수의 샘플 신호 모두에 대해 안정도 평가를 완료한 후 터치센싱을 하는 경우도 포함할 수 있다.

또한, 안정도 평가는 다수의 샘플 신호에서 각 디스플레이 프레임 별로 샘플 신호의 조합을 선택하고, 각 디스플레이 프레임에서는 선택된 샘플 신호의 조합에 대해서만 안정도를 평가할 수 있다. 여기서 '조합'이라 함은, 저장된 샘플 신호 데이터 중 하나, 둘 또는 셋 이상을 정해서 미리 결정하여 정할 수 있으며, 그 순서는 저장된 순서, 주파수 기준, 특정 패턴 또는 임의로 선택될 수가 있다.

샘플 신호 데이터라 함은, 다수의 샘플 신호에 대한 정보의 데이터베이스를 의미할 수 있으며, 다수의 샘플 신호는 그 주파수, 진폭, 위상, 전압, 패턴 등에 의해서 상호 구별될 수 있다. 일 예로, 샘플 신호 데이터는 다수의 샘플 신호를 주파수 별로 구별한 정보로 유지될 수 있으며, 이들 주파수를 참조하여 샘플 신호 중 일부가 조합으로 선택될 수가 있다.

안정도평가는 전극패드로 구동전압이 차단된 터치센서 제어구간에서 수행될 수도 있지만, 구동전압이 공급되는 디스플레이 제어구간에서도 수행될 수 있다.

구체적으로, 인셀-타입 터치패널 제어방법은, 안정도 평가를 위한 다수의 샘플 신호 데이터를 유지하는 단계, 터치센서 제어구간을 센싱 구간과 안정도평가 구간으로 시분할하는 단계, 각각의 터치센서 제어구간에 대응하여 샘플 신호 데이터 중 일부 샘플 신호를 선택하는 단계, 및 선택된 샘플 신호를 이용하여 안정도 평가를 수행하는 단계를 포함하며, 각 터치센서 제어구간에서 선택된 샘플 신호의 조합은 전후 터치센서 제어구간에서 선택된 다른 샘플 신호의 조합과 상이할 수 있다.

안정도 평가의 결과를 이용하여, 이후 센싱구간에서 터치센싱을 위해 전극패드에 인가되는 감지 신호를 변경할 수 있다. 감지 신호는 감지신호 저장부에 저장되어 있으며, 안정도 평가의 결과에 따라 새로운 샘플 신호도 교체되거나 동일하게 유지될 수 있다.

감지 신호를 단계는, 다수의 샘플 신호 데이터에 속한 모든 샘플 신호에 대한 안정도 평가를 수행하거나 한 사이클의 신호를 평가한 후 감지 신호를 결정할 수도 있지만, 다수의 샘플 신호 중 일부에 대해서만 안정도 평가를 수행한 후 당시 최적의 샘플 신호를 이용하여 감지 신호를 결정할 수도 있다.

안정도 평가는 터치센서 제어구간에서 터치감지를 위한 센싱 구간과 함께 진행될 수 있으며, 센싱 구간 이전에 수행되거나 이후에 수행될 수가 있다. 이 외에도, 안정도 평가는 디스플레이 제어구간에서 수행될 수 있으며, 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간의 경계 영역에서도 수행될 수가 있다.

본 발명에 따른 바람직한 일 실시예에 따르면, 인셀-타입 터치패널은 복수개의 전극패드를 포함하되, 디스플레이 프레임(frame time) 별로 상기 전극패드의 제어를 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간으로 시분할(time sharing)하여 영상출력 및 터치센싱을 구현할 수 있으며, 각 디스플레이 프레임에서 다수의 샘플 신호 중 일부 선택된 다른 조합의 샘플 신호를 이용하여 안정도 평가를 수행할 수 있다. 이 경우, 다수의 샘플 신호 중 가장 안정적인 샘플 신호를 실시간으로 검색하여 이후 터치센싱에 적용하는 것이 가능하다.

상기 인셀-타입 터치패널은 안정도 평가를 위한 상기 다수의 샘플 신호에 관한 정보 및 상기 샘플 신호 별로 안정도평가 결과를 저장하기 위한 샘플신호 저장부, 샘플 신호 중 일부 샘플 신호의 조합을 선택하고 각 디스플레이 프레임 별로 선택된 조합의 샘플 신호에 대해 안정도평가를 수행하는 안정도평가 수행부, 샘플 신호 별로 저장된 안정도평가 결과를 이용하여 샘플 신호 중에서 가장 안정적인 샘플 신호를 감지 신호로 저장하는 감지 신호 저장부, 및 감지 신호 저장부에 저장된 감지 신호에 대응하여 전극패드에 구동 전압을 공급하고, 전극패드의 전기적 신호의 변화를 이용하여 터치 위치를 산출하는 터치 감지부를 포함한다. 여기서, 각 디스플레이 프레임에서 선택된 샘플 신호의 조합은 전후 디스플레이 프레임에서 선택된 샘플 신호의 조합과 상이할 수 있다.

본 발명에서 디스플레이 제어구간이라 함은, 전극패드가 디스플레이를 구동시키기 위해 제어되는 구간으로 이해될 수 있고, 터치센서 제어구간이라 함은 전극패드가 외부 터치 입력을 감지하기 위해 제어되는 구간으로 이해될 수 있다.

상기 전극패드의 제어구간은 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양한 방식으로 시분할될 수 있다. 일 예로, 전극패드의 제어구간에서는 디스플레이 제어구간이 터치센서 제어구간보다 시간적으로 앞에 배치될 수 있다. 경우에 따라서는 터치센서 제어구간이 디스플레이 제어구간보다 시간적으로 뒤에 배치되는 것도 가능하다. 다르게는, 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간의 사이에 시간적인 갭(gap)이 존재하는 것도 가능하다.

아울러, 본 발명에서 센싱구간이라 함은 전극패드에 전기적인 신호를 인가하여 외부 터치 입력을 측정하는 구간으로 이해될 수 있고, 안정도 평가구간이라 함은 전극패드에 미리 저장된 샘플 신호를 인가하여 샘플 신호의 인가에 따른 안정도 평가를 위한 데이터를 측정하는 구간으로 이해될 수 있다.

센싱구간 및 안정도 평가구간의 개수 및 시분할 배치는 요구되는 조건 및 설계 사양에 따라 다양하게 변경될 수 있다. 바람직하게, 각 터치센서 제어구간에서 안정도 평가구간은 하나 또는 2이상의 샘플 신호를 위해 제공될 수 있으며, 일 예로 하나의 주파수 또는 다른 주파수를 갖는 샘플 신호에 대해 노이즈 등을 측정할 수 있다.

참고로, 안정도 평가는 서로 다른 주파수 조건의 샘플 신호에 대해서 전극패드로부터 유입되는 노이즈를 측정함으로써 수행될 수 있다. 안정도 평가 결과에 따라, 상대적으로 노이즈의 영향을 적게 받는 주파수를 찾을 수 있으며, 노이즈 영향이 가장 작은 샘플 신호를 감지 신호로 저장하여 가장 안정적인 터치센싱을 할 수가 있다.

본 발명에 따른 인셀-타입 터치패널 제어방법에 의하면, 다수의 샘플 신호를 대상으로 센싱 안정도를 평가하기 때문에 터치감지에 대한 신뢰성을 향상시킬 수 있으며, 수십 개 또는 백여 개의 샘플 신호를 대상으로 안정도를 평가하는 것이 가능하기 때문에 가장 최적으로 작동하는 주파수를 이용할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 인셀-타입 터치패널 제어방법은 다수의 샘플 신호를 이용하더라도, 동시에 안정도 평가를 수행하지 않기 때문에, 장비에 대한 부하가 거의 없으며, 장비의 전력 소모 및 부하 증가 없이 실시간으로 안정적인 터치감지를 할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인셀-타입 터치패널 제어방법을 설명하기 위한 블록도이다.
도 2는 인셀 터치 디스플레이의 작동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인셀-타입 터치패널의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.
도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인셀-타입 터치패널의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.
도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 제어구간에서 안정도 평가를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 본 발명의 일 실시예에 따라 터치센서 제어구간에서 안정도 평가를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

이하 첨부된 도면들을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세하게 설명하지만, 본 발명이 실시예에 의해 제한되거나 한정되는 것은 아니다. 참고로, 본 설명에서 동일한 번호는 실질적으로 동일한 요소를 지칭하며, 이러한 규칙 하에서 다른 도면에 기재된 내용을 인용하여 설명할 수 있고, 당업자에게 자명하다고 판단되거나 반복되는 내용은 생략될 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 인셀-타입 터치패널 제어방법을 설명하기 위한 블록도이고, 도 2는 인셀 터치 디스플레이의 작동을 설명하기 위한 도면이며, 도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 인셀-타입 터치패널의 제어방법을 설명하기 위한 구성도이다.

도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 인셀-타입 터치패널의 제어방법은, 디스플레이 프레임(frame time) 별로 전극패드의 제어를 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간으로 시분할(time sharing)하는 단계(S10), 다수의 샘플 신호를 유지하는 단계(S20), 및 터치센서 제어구간을 센싱 구간 및 안정도평가 구간으로 시분할하는 단계(S30)를 포함할 수 있다.

우선 샘플 신호에 대한 안정도를 평가하기 전에, 샘플 신호 전부에 대해 안정도평가를 완료했는지 판단할 수 있다(S40). 안정도평가가 처음인 경우, 당연히 샘플신호 중 일부를 선택하여 안정도평가를 수행할 수 있다(S52). 그리고, 안정도 평가 결과는 샘플 신호에 대응하여 저장될 수 있으며(S54), 샘플 신호 전부에 대해 안정도 평가가 완료될 때까지, 디스플레이 프레임 별로 위 과정을 반복할 수 있다.

여기서, 모든 샘플 신호에 대해서 안정도 평가가 동시에 수행되는 것이 아니라, 디스플레이 프레임에 따라 샘플 신호에 대한 안정도 평가를 분할하여 수행하며, 그 결과 센싱 구간에서 충분한 터치 감지를 하거나 보다 많은 샘플 신호를 대상으로 안정도를 평가하는 것이 가능하다.

후술하는 바와 같이, 안정도평가 수행부는 샘플신호 저장부에 저장된 값을 비교하여 가장 안정적인 샘플 신호를 검출할 수 있으며, 이를 감지 신호로 저장할 수 있다.

감지 신호는 다음 안정도 평가가 완료될 때까지, 매 터치센서 제어구간에서 터치위치 감지를 위한 전기적 신호, 즉 해당 주파수로 구동전압을 공급하도록 할 수가 있다.

감지 신호가 갱신된 이후에, 계속적으로 안정도평가를 수행할 수 있으며, 안정도 평가의 결과에 따라 현재 감지 신호가 그대로 유지될 것인지 아니면 다른 샘플 신호와 동일한 주파수로 변경될 것인지 매번 측정 및 검토할 수 있다.

도 2를 참조하면, 인셀-타입 터치패널은 영상출력을 위한 디스플레이 제어구간 <I>과 터치감지를 위한 터치센서 제어구간 <Ⅱ>을 포함하고 있으며, 디스플레이 제어구간 <I>과 터치센서 제어구간<Ⅱ>으로 구성된 하나의 프레임(frame)이 일정한 주기로 계속 반복되면서 영상출력과 터치감지를 하나의 디스플레이에서 실시간으로 수행하고 있다.

인셀-타입 터치패널에서는 터치를 위한 전극이 공통전극이거나 그와 매우 인접하기 때문에(하이브리드 인셀-타입도 포함), 영상출력(display)과 터치감지(Touch)가 동시에 구동될 수 없다. 예를 들어, 인셀-타입 터치패널에서 60Hz로 작동하는 경우, 1초에 60개의 프레임이 반복되며, 매 프레임에 대응하는 약 16ms동안 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간이 시분할을 하여 영상출력과 터치감지를 차례로 수행한다. 또한, 터치센서 제어구간은 다시 센싱 구간과 안정도평가 구간으로 구분될 수 있다.

도 3을 참조하면, 본 실시예에 따른 인셀-타입 터치패널은 일반적인 액정표시장치를 기초로 설명한 것으로서, 전극패드(Tx1~Txk)가 내장되어 있는 액정 패널(100), 액정 패널(100)의 게이트라인에 스캔 신호를 인가하기 위한 게이트 구동부(200), 액정 패널(100)의 데이터라인에 데이터 전압을 인가하기 위한 데이터 구동부(300), 데이터 구동부(300)와 게이트 구동부(200)를 제어하기 위한 타이밍 컨트롤러(400), 및 액정 패널(100) 상의 터치 위치를 감지하기 위한 터치 감지부(500)를 포함한다.

물리적으로, 터치 감지부(500)에는 공통 전압 및 구동 전압을 구동 전극에 인가하기 위한 구동전압 공급부(530)가 제공되며, 그 외에도 전극패드로부터 유입되는 노이즈를 측정하기 위한 안정도평가 수행부(510) 및 다수의 샘플 신호에 관한 정보 및 각 샘플 신호에 대한 안정도 평가 결과를 저장하기 위한 샘플신호 저장부(540) 및 감지 신호를 저장하기 위한 감지신호 저장부(520)를 더 포함할 수 있다.

액정 패널(100)은 데이터라인(DL1~DLm)들과 게이트라인들(GL1~GLn)의 교차영역에 화소(픽셀)들이 형성되어 있는 디스플레이 기판 및 광학 기판이 적층된 형태로 제공되며, 구체적으로 각각 TFT 기판 및 컬러필터를 포함하는 구성으로 제공될 수 있다. 전극패드(Tx1~Txk)는 디스플레이 기판에 형성되며, 본 실시예에서는 영상출력을 위한 공통 전극으로도 기능을 할 수가 있다. 이를 위해, 인셀-타입 터치패널에서 전극패드(Tx1~Txk)는 디스플레이 영역에 대응하여 복수개가 제공될 수 있으며, 복수개의 전극패드(Tx1~Txk)는 전극패드배선(미도시)에 의해 터치감지부(500)에 연결될 수 있다.

참고로, 하이브리드 인셀-타입 터치패널인 경우, 전극패드에 대응하여 구동전극 및 수신전극이 제공될 수 있으며, 전극패드에 구동전압 및 공통전압이 인가될 수 있고, 이에 대응하여 수신전극으로부터 유입되는 전기적 신호를 이용하여 안정도를 평가하는 것이 가능하다.

다시 도 3을 참조하면, 타이밍 컨트롤러(400)는 외부시스템으로부터 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 도트 클럭(CLK) 등의 타이밍신호를 입력 받아 데이터 구동부(300)와 게이트 구동부(200)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들(GCS, DCS)을 발생한다. 또한, 타이밍 컨트롤러(400)는 외부시스템으로부터 입력된 입력영상데이터를 재정렬하여, 재정렬된 영상데이터를 데이터 구동부(300)로 출력하는 기능을 수행할 수 있다.

또한, 타이밍 컨트롤러(400)는 데이터 구동부(300)와 게이트 구동부(200)를 제어함과 아울러, 터치 감지부(500)의 입/출력 동작 타이밍을 제어하기 위한 제어신호들을 발생하여 터치 감지부(500)를 제어할 수도 있다.

데이터 구동부(300)는 타이밍 컨트롤러(400)로부터 입력된 영상데이터를 아날로그 데이터 전압으로 변환하여, 게이트 라인에 스캔신호가 공급되는 1 수평 기간마다 1 수평 라인분의 데이터 전압을 데이터라인들에 공급할 수 있다.

데이터 구동부(300)는 타이밍 컨트롤러(400)로부터의 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse; SSP)를 소스 쉬프트 클럭(Source Shift Clock; SSC)에 따라 쉬프트시켜 샘플링 신호를 발생한다. 그리고, 데이터 구동부(300)는 소스 쉬프트 클럭(SSC)에 따라 입력되는 화소 데이터(RGB)(영상 데이터)를 샘플링 신호에 따라 래치하여, 데이터 전압으로 변경할 수 있다. 그리고, 소스 출력 인에이블(Source Output Enable; SOE) 신호에 응답하여 수평 라인 단위로 데이터 전압을 데이터라인들에 공급한다.

이를 위해 데이터 구동부(300)는 데이터 샘플링부, 래치부, 디지털 아날로그 변환부 및 출력버퍼 등을 포함하여 구성될 수 있다.

게이트 구동부(200)는 타이밍 컨트롤러(400)로부터 전송되어온 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse; GSP)를 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock; GSC)에 따라 쉬프트시켜, 순차적으로 게이트 라인(GL1~GLn)에 게이트 온 전압(Von)을 갖는 스캔신호를 공급한다. 그리고, 게이트 구동부(200)는 게이트 온 전압(Von)의 스캔신호가 공급되지 않는 나머지 기간 동안에는 게이트 라인(GL1~GLn)에 게이트 오프 전압(Voff)을 공급하게 된다.

게이트 구동부(200)는, 패널과 독립되게 형성되어, 다양한 방식으로 패널과 전기적으로 연결될 수 있는 형태로 구성될 수 있으나, 패널 내에 실장되어 있는 게이트 인 패널(Gate In Panel: GIP) 방식으로 구성될 수도 있다. 이 경우, 게이트 구동부(200)를 제어하기 위한 게이트 제어신호로는 스타트신호(VST) 및 게이트클럭(GCLK)이 될 수 있다.

다음, 구동전압 공급부(530)는 영상출력을 위해 전극패드(Tx1~Txk)에 공급될 공통전압을 생성한다. 구동전압 공급부(530)에서 생성된 공통전압은 터치 감지부(500)를 통해 구동전극으로 공급된다. 물론, 경우에 따라서는 공통전압을 생성하기 위한 공통전압 공급부를 별도로 제공할 수 있지만, 본 실시예에서는 공통전압과 구동전압을 하나의 구동전압 공급부(530)에서 공급할 수 있다.

구동전압 공급부(530)는 디스플레이 구역 <I>에서 공통전압을 공급하지만, 터치 구역 <Ⅱ> 중 센싱 구간에 대응하여 감지 신호를 반영한 구동 전압을 생성할 수 있다. 구동전압 공급부(530)를 통해서 공급된 구동전압은 터치 감지부(500)를 통해 전극패드로 공급된다. 공통전압과 구동전압의 크기는 다를 수 있으며, 특히, 터치감지를 위한 구동전압이 영상출력을 위한 공통전압보다 큰 값을 가질 수 있다. 이 경우, 구동전압은 공통전압에 해당되는 전압을 로우 레벨전압으로 갖고, 그 보다 큰 전압을 하이 레벨전압으로 가질 수 있다.

도 4 및 도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 인셀-타입 터치패널의 작동 메커니즘을 설명하기 위한 도면이다.

도 4를 참조하면, 60Hz로 작동하는 디스플레이에서 하나의 프레임은 약 16ms 주기로 정의되며, 각 프레임은 영상출력을 위한 디스플레이 제어구간 <I> 과 터치감지를 위한 터치센서 제어구간 <Ⅱ>으로 분할될 수 있다. 또한, 터치센서 제어구간 <Ⅱ>은 손가락이나 스타일러스의 터치위치 및 기타 기능을 감지하기 위한 센싱 구간(FSS)과 샘플 신호에 대한 안정도 평가를 위한 안정도평가 구간(NMS)으로 다시 시분할될 수 있다.

우선, 터치센서 제어구간 <Ⅱ>에서 안정도평가 수행부(510)는 전극패드(Tx1~Txk)를 통해 유입되는 노이즈를 측정한다. 여기서 안정도평가 수행부(510)는 주파수를 달리하는 약 100개의 샘플 신호에 대한 안정도를 평가할 수 있으며, 100개의 샘플 신호에 대한 정보, 예를 들어 주파수 정보는 샘플신호 저장부(540)에 저장되어 있다.

이들 100개의 샘플 신호는 동시에 평가되기 어렵기 때문에, 종래에는 이들 샘플신호에 대한 안정도를 평가하는 것이 거의 불가능했다. 하지만, 본 실시예에 따르면, 약 16ms 주기로 반복되는 안정도평가 구간에서 100개 중 2개씩 선택하여 순차적으로 안정도를 평가할 수 있다.

본 실시예에서는, 우선 주파수(F1, F2) 조합으로 먼저 안정도를 평가하며, 이들에 대한 안정도 결과는 샘플신호 저장부(540)에 저장된다. 그 다음, 다른 주파수(F3, F4) 조합에 대해 안정도 평가를 수행하며, (F5, F6), (F7, F8) 등과 같이 순차적으로 안정도 평가를 수행하여, 마지막 주파수(F99, F100) 조합까지 안정도 평가를 수행할 수 있다. 60Hz로 작동하는 디스플레이에서 각 안정도평가 구간마다 2개의 주파수에 대해 안정도를 평가하는 경우, 전체 샘플 신호를 평가해도 1초 안에 안정도를 평가하고, 그 결과에 따라 실시간으로 감지 신호를 결정할 수 있다.

도 5를 참조하면, 샘플 신호 전체에 대한 안정도 평가를 수행한 다음, 안정도에 대한 다양한 변화가 측정될 수 있다. 그 결과 특정 주파수(Fn)에서 노이즈가 작은 안정도를 선별할 수 있으며, 그 결과 주파수 Fn에 대응하는 주파수로 이후 터치센싱을 위한 감지 신호를 결정할 수 있다. 본 실시예에서는, 일 예로, 가장 안정적인 결과를 제공한 주파수 F4를 다음 감지 신호로 결정할 수가 있다.

본 실시예에서는 안정도평가 수행부(510)가 센싱 구간 이후에 진행되지만, 이는 일 실시예로서 발명을 전체적으로 한정하지 아니한다. 구체적으로, 하이브리드 인셀-타입 터치패널인 경우, 노이즈 측정을 통한 안정도 평가는 터치센서 제어구간 <Ⅱ>이 아닌 디스플레이 제어구간 <I>에서도 수행 가능하며, 이 경우 터치센서 제어구간 <Ⅱ>을 위한 시간을 최대한 확보할 수 있다는 점에서 장점이 있다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따라 디스플레이 제어구간에서 안정도 평가를 수행하는 과정을 설명하기 위한 도면이다.

도 6을 참조하면, 디스플레이 제어구간 <I>에서 노이즈 측정을 이용한 안정도 평가를 수행할 수 있으며, 각 디스플레이 제어구간에서 3개의 주파수 조합에 대한 안정도 평가를 수행할 수 있다. 즉, 처음부터 {F1, F2, F3}의 조합, {F4, F5, F6}의 조합의 순서로 시작해서, {F97, F98, F99}의 조합까지 선택된 일부 조합의 주파수에 대해서 안정도 평가를 수행할 수 있다.

이 외에도, 안정도 평가는 터치센서 제어구간에서도 수행될 수 있으며, 안정도 평가는 터치감지의 전후에 배치될 수가 있다. 예를 들어, 도 7과 같이, 각 터치센서 제어구간에서 하나의 주파수에 대해서만 안정도를 평가할 수 있다.

안정도를 평가하는 동안, 전극패드에는 구동전압이 공급되거나 공통전압이 공급된 상태에서 수행될 수 있으며, 본 실시예에서와 같이 구동전압이나 공통전압이 공급되지 않는 플로팅된 상태에서 노이즈 측정을 할 수가 있다.

다시 도 5를 참조하면, 안정도평가 수행부(510) 또는 터치 감지부(500)는 노이즈의 편차 등을 계산하여 가장 안정적인 노이즈를 선택할 수 있다. 본 실시예에서는 주파수 F4가 가장 안정적인 결과를 보여주기 때문에, 주파수 F4를 감지 신호로 판단하고 이를 감지신호 저장부(520)에 저장할 수 있다.

안정도평가 수행부(510)가 작동을 하는 동안, 전극패드에는 구동전압의 공급이 차단될 수 있다. 하지만, 안정도평가 수행부(510)가 정해진 주파수(F1~F100)를 대상으로 노이즈를 측정하는 동안 구동전압이나 공통전압의 유무와 상관 없이 정해진 주파수에 대한 노이즈를 측정할 수 있기 때문에, 반드시 플로팅 상태일 필요는 없다.

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 안정도평가 수행부(510)를 제어하고 노이즈를 선택하는 것을 타이밍 컨트롤러(400)가 담당할 수도 있지만, 바람직하게는 터치 감지부(500)에서 독립적으로 수행할 수 있다.

터치센서 제어구간 <Ⅱ>에서 구동전압 공급부(530)는 감지신호 저장부(520)에 저장된 감지신호의 주파수를 참조하며, 참조된 감지신호를 적용하여 전극패드(Tx1~Txk)에 구동 전압을 공급할 수 있다. 여기서 호출되는 감지신호는 샘플 신호 모두에 대한 안정도 평가를 수행한 후 결정될 수 있지만, 다르게는 최근 감지 신호에 대한 안정도 평가 결과와 새로운 조합의 샘플 신호에 대한 안정도 평가 결과를 즉각 비교하여 감지신호 저장부(520)에 어떤 신호를 저장할지를 결정할 수도 있다.

공급되는 구동전압에 대응하여, 전극패드(Tx1~Txk)로부터는 전하량 변화, 정전용량 변화 등과 같은 전기적인 신호가 감지되며, 그 전기적인 신호를 이용하여 터치 감지부(500)는 손가락 같은 신체 또는 펜 등의 접촉 위치를 감지할 수 있다.

전극패드(Tx1~Txk)들로부터 수신되는 전기적인 신호는 노이즈를 최적화하여 배제한 구동 전압을 사용하였기 때문에, 충전기나 주변 환경에 의한 영향을 최소화하여 정확한 위치를 감지하게 할 수 있다.

특히, 실시간으로 노이즈를 측정하되, 다수의 샘플 신호에 대해서 안정도를 평가할 수 있고, 이들을 분할하여 측정할 수 있다. 그 결과 터치센서 제어구간 <Ⅱ>의 시간을 충분히 활용할 수 있으며, 실제 손가락 위치 감지를 위한 슬롯(FSS)만을 위한 최적화된 배치로 터치센서 제어구간 <Ⅱ>을 시분할할 수가 있다.

상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술분야의 숙련된 당업자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

100 : 액정패널 200 : 게이트 구동부
300 : 데이터 구동부 400 : 타이밍 컨트롤러
500 : 터치 감지부 510 : 안정도평가 수행부
520 : 감지신호 저장부 530 : 구동전압 공급부
540 : 샘플신호 저장부

Claims (12)

1. 복수개의 전극패드를 포함하되, 디스플레이 프레임(frame time) 별로 상기 전극패드의 제어를 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간으로 시분할(time sharing)하여 영상출력 및 터치센싱을 구현하는 인셀-타입 터치패널의 제어방법에 있어서,
   각 디스플레이 프레임에서 다수의 샘플 신호를 저장하고 있는 샘플 신호 데이터 중 일부 선택된 다른 조합의 샘플 신호를 이용하여 안정도 평가를 수행하고,
   매 프레임 별로 상기 안정도 평가를 수행하되, 상기 샘플 신호 전부에 대한 상기 안정도 평가는 다수의 디스플레이 프레임에 걸쳐 수행되는 상기 다른 조합의 샘플 신호에 대한 평가를 조합하여 일 세트의 상기 안정도 평가를 완료하며, 상기 일 세트의 상기 안정도 평가는 영상출력 및 터치센싱을 구현하는 동안 반복적으로 수행되며,
   상기 안정도 평가는 영상출력 및 터치센싱을 구현하는 동안 반복적으로 수행되며, 평가된 상기 샘플 신호 중 가장 안정적인 샘플 신호를 실시간으로 검색하여 이후 터치센싱에 적용하는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널 제어방법.
   
2. 제1항에 있어서,
   상기 터치센서 제어구간을 센싱 구간과 안정도평가 구간으로 시분할하는 단계;
   각각의 상기 터치센서 제어구간에 대응하여 상기 샘플 신호 데이터 중 일부를 선택하는 단계; 및
   선택된 상기 샘플 신호의 안정도 평가를 수행하는 단계;를 포함하며,
   각 터치센서 제어구간에서 선택된 샘플 신호의 조합은 전후 터치센서 제어구간에서 선택된 다른 샘플 신호의 조합과 상이한 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널 제어방법.
   
3. 제2항에 있어서,
   안정도 평가의 결과를 이용하여 이후 센싱구간에서 터치센싱을 위해 상기 전극패드에 인가되는 감지 신호를 변경하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널 제어방법.
   
4. 제3항에 있어서,
   상기 감지 신호를 변경하는 단계는, 상기 샘플 신호 데이터 모두에 대한 안정도 평가를 수행한 후 적용하는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널 제어방법.
   
5. 제3항에 있어서,
   상기 감지 신호를 변경하는 단계는, 상기 샘플 신호 데이터 중 일부에 대한 안정도 평가를 완료한 후 적용하는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널 제어방법.
   
6. 제2항에 있어서,
   각각의 상기 터치센서 제어구간에 대응하여 상기 샘플 신호 데이터 중 일부를 선택하는 단계는, 상기 샘플 신호 데이터 중 소정의 개수 단위로 샘플 신호의 조합을 설정하고,
   선택된 상기 샘플 신호 중 선택된 샘플 신호를 이용하여 안정도 평가를 수행하는 단계에서는, 상기 안정도평가 구간에 대응하여 설정된 샘플 신호의 조합에 속하는 샘플 신호만 이용하여 각 상기 터치센서 제어구간에서 안정도를 평가하고 그 결과를 저장하는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널 제어방법.
   
7. 제1항에 있어서,
   상기 안정도 평가는 상기 전극패드로부터 유입되는 노이즈를 산출하여 수행되며, 상기 노이즈의 편차가 작은 샘플 신호가 이후 터치센싱에 적용되는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널 제어방법.
   
8. 제1항에 있어서,
   상기 안정도 평가는 상기 전극패드에 터치센싱을 위한 구동전압 공급된 경우, 상기 전극패드에 구동전압이 차단된 경우, 또는 상기 전극패드가 플로팅된 상태에서 수행되는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널 제어방법.
   
9. 복수개의 전극패드를 포함하되, 디스플레이 프레임(frame time) 별로 상기 전극패드의 제어를 디스플레이 제어구간 및 터치센서 제어구간으로 시분할(time sharing)하여 영상출력 및 터치센싱을 구현하는 인셀-타입 터치패널에 있어서,
   각 디스플레이 프레임에서 다수의 샘플 신호를 저장하고 있는 샘플 신호 데이터 중 일부 선택된 다른 조합의 샘플 신호를 이용하여 안정도 평가를 수행하고,
   매 프레임 별로 상기 안정도 평가를 수행하되, 상기 샘플 신호 전부에 대한 상기 안정도 평가는 다수의 디스플레이 프레임에 걸쳐 수행되는 상기 다른 조합의 샘플 신호에 대한 평가를 조합하여 일 세트의 상기 안정도 평가를 완료하며, 상기 일 세트의 상기 안정도 평가는 영상출력 및 터치센싱을 구현하는 동안 반복적으로 수행되며,
   상기 안정도 평가는 영상출력 및 터치센싱을 구현하는 동안 반복적으로 수행되며, 평가된 상기 샘플 신호 중 가장 안정적인 샘플 신호가 실시간으로 검색되어 이후 터치센싱에 적용되는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널.
   
10. 제9항에 있어서,
    안정도 평가를 위한 상기 샘플 신호 데이터에 관한 정보 및 상기 샘플 신호의 안정도평가 결과를 저장하기 위한 샘플신호 저장부;
    상기 샘플 신호 데이터 중 일부 샘플 신호의 조합을 선택하고 각 상기 디스플레이 프레임 별로 선택된 조합의 상기 샘플 신호에 대해 안정도평가를 수행하는 안정도평가 수행부;
    상기 샘플 신호 별로 저장된 상기 안정도평가 결과를 이용하여 상기 샘플 신호 중에서 가장 안정적인 샘플 신호를 감지 신호로 저장하는 감지 신호 저장부; 및
    상기 감지 신호 저장부에 저장된 상기 감지 신호에 대응하여 상기 전극패드에 구동 전압을 공급하고, 상기 전극패드의 전기적 신호의 변화를 이용하여 터치 위치를 산출하는 터치 감지부;를 포함하며,
    각 디스플레이 프레임에서 선택된 샘플 신호의 조합은 전후 디스플레이 프레임에서 선택된 샘플 신호의 조합과 상이한 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널.
    
11. 제10항에 있어서,
    상기 안정도평가 수행부는 각각의 상기 디스플레이 프레임에 대응하여 상기 샘플 신호 데이터 중 소정의 개수 단위로 샘플 신호의 조합을 설정하는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널.
    
12. 제10항에 있어서,
    상기 안정도평가 수행부는 상기 전극패드로부터 유입되는 노이즈를 이용하여 안정도를 산출하며, 상기 노이즈의 편차가 작은 샘플 신호를 이후 감지 신호로 저장하는 것을 특징으로 하는 인셀-타입 터치패널.

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