KR101891763B1 - 터치 센서를 구비한 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 감지 전극들을 포함하는 터치 센싱부; 상기 감지 전극들과 연결되어 상기 감지 전극들의 캐패시턴스 변화를 반영한 감지 전극별 센싱 신호들을 생성하고, 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행하여 터치 데이터를 생성하는 터치 데이터 발생부; 데이터선들 및 주사선들과 연결된 화소들을 포함하는 표시 패널; 상기 주사선들을 통해 상기 화소들로 주사 신호들을 공급하는 주사 구동부; 상기 데이터선들을 통해 상기 화소들로 데이터 신호들을 공급하는 데이터 구동부; 및 상기 주사 구동부와 상기 데이터 구동부를 제어하며, 상기 감지 전극별 노이즈를 제공하는 타이밍 제어부; 를 포함하고, 상기 터치 데이터 발생부는, 상기 감지 전극별 노이즈를 이용하여 상기 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 구비한 표시 장치에 관한 것이다.

Description

터치 센서를 구비한 표시 장치{DISPLAY DEVICE INCLUDING TOUCH SENSOR}

본 발명은 터치 센서를 구비한 표시 장치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 디스플레이 노이즈에 의한 영향을 제거함으로써 터치 감도를 향상시킬 수 있는 터치 센서를 구비한 표시 장치에 관한 것이다.

정보 디스플레이에 관한 관심이 고조되고 휴대가 가능한 정보매체를 이용하려는 요구가 높아지면서, 표시 장치에 대한 연구 및 상업화가 중점적으로 이루어지고 있다.

이러한 표시 장치로는 액정 표시 장치(Liquid Crystal Display Device), 전계 방출 표시 장치(Field Emission Display Device), 플라즈마 표시 장치(Plasma Display Device) 및 유기 전계 발광 표시 장치(Organic Light Emitting Display Device) 등이 있다.

이 중 유기 전계 발광 표시 장치는 전자와 정공의 재결합에 의하여 빛을 발생하는 유기 발광 다이오드를 이용하여 영상을 표시하는 것으로, 이는 빠른 응답속도를 가짐과 동시에 낮은 소비전력으로 구동되는 장점이 있다.

최근의 표시 장치는 영상 표시 기능과 더불어 사용자의 터치를 입력받기 위한 터치 센서를 구비하고 있다. 이에 따라, 사용자는 터치 센서를 통해 보다 편리하게 표시 장치를 이용할 수 있게 되었다.

다양한 방식의 터치 센서가 사용되고 있으나, 이 중 정전용량 방식의 터치 센서(capacitive touch sensor)는 사람의 손 또는 물체의 접촉에 따라 정전용량이 변화되는 지점을 검출하여 터치 위치를 파악할 수 있는 것으로서, 멀티 터치의 검출이 용이하고 정확도가 뛰어나 최근 널리 사용되고 있다.

다만, 플렉서블 유기 전계 발광 표시 장치 및 소형 경박화 추세에 따라 표시 패널과 터치 센서의 공간적인 간격이 줄어들게 되었고, 이에 따라 터치 센서로 유기되는 디스플레이 구동 노이즈의 크기가 커지게 되어 원하는 터치 센싱 감도를 얻을 수 없게 되는 수준에 이르고 있다.

본 발명은 디스플레이 노이즈에 의한 영향을 제거함으로써 터치 감도를 향상시킬 수 있는 터치 센서를 구비한 표시 장치를 제공하기 위한 것이다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치는, 감지 전극들을 포함하는 터치 센싱부, 상기 감지 전극들과 연결되어 상기 감지 전극들의 캐패시턴스 변화를 반영한 감지 전극별 센싱 신호들을 생성하고, 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행하여 터치 데이터를 생성하는 터치 데이터 발생부, 데이터선들 및 주사선들과 연결된 화소들을 포함하는 표시 패널, 상기 주사선들을 통해 상기 화소들로 주사 신호들을 공급하는 주사 구동부, 상기 데이터선들을 통해 상기 화소들로 데이터 신호들을 공급하는 데이터 구동부 및 상기 주사 구동부와 상기 데이터 구동부를 제어하며, 상기 감지 전극별 노이즈를 제공하는 타이밍 제어부를 포함하고, 상기 터치 데이터 발생부는, 상기 감지 전극별 노이즈를 이용하여 상기 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행할 수 있다.

또한, 상기 감지 전극별 노이즈는, 각각 고정 노이즈 성분과 상기 데이터 신호들의 변화량에 대응하는 가변 노이즈 성분을 포함할 수 있다.

또한, 상기 터치 데이터 발생부에서 생성된 터치 데이터를 이용하여 터치 여부를 검출하고, 상기 감지 전극별 노이즈를 상기 타이밍 제어부로부터 공급받아 상기 터치 데이터 발생부로 전달하는 신호 처리부를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 터치 데이터 발생부는, 상기 감지 전극들과 각각 연결되는 다수의 데이터 출력 회로들을 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 데이터 출력 회로들 중 제k(k는 자연수) 감지 전극과 연결된 제k 데이터 출력 회로는, 상기 제k 감지 전극에 연결되며, 상기 제k 감지 전극의 캐패시턴스 변화를 반영한 센싱 신호를 생성하는 제k 증폭기 및 상기 제k 증폭기의 센싱 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 제k 아날로그-디지털 컨버터를 포함할 수 있다.

또한, 상기 제k 증폭기의 제1 입력단은, 상기 제k 감지 전극과 연결되며, 상기 제k 증폭기의 제2 입력단은, 입력 신호에 연결될 수 있다.

또한, 상기 제k 데이터 출력 회로는, 상기 제k 증폭기의 제1 입력단에 연결되며, 상기 감지 전극별 노이즈 중 상기 제k 감지 전극의 노이즈를 입력받아 그에 대응하는 아날로그 신호를 출력 가능한 제k 디지털-아날로그 컨버터를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제k 데이터 출력 회로는, 상기 제k 아날로그-디지털 컨버터에 연결되며, 상기 제k 감지 전극의 노이즈를 상기 제k 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 신호에서 차감 가능한 제k 감산기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 제k 데이터 출력 회로는, 상기 제k 감지 전극의 노이즈의 크기에 따라 상기 제k 디지털-아날로그 컨버터 및 상기 제k 감산기 중 어느 하나만을 동작시켜 노이즈 제거 처리를 수행할 수 있다.

또한, 상기 제k 데이터 출력 회로는, 상기 제k 증폭기의 제1 입력단과 상기 제k 감지 전극 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자 및 상기 제k 증폭기의 제1 입력단과 상기 제k 디지털-아날로그 컨버터 사이에 연결되는 제2 스위칭 소자를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 터치 데이터 발생부는, 상기 제k 아날로그-디지털 컨버터에 연결되며, 상기 제k 감지 전극의 노이즈를 상기 제k 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 신호에서 차감 가능한 제k 감산기를 더 포함할 수 있다.

또한, 상기 타이밍 제어부는, 상기 제k 감지 전극에 연관된 데이터선들에 공급되는 데이터 신호의 변화량을 기반으로, 상기 감지 전극별 노이즈 중 상기 제k 감지 전극의 노이즈를 산출할 수 있다.

또한, 상기 터치 센싱부는, 상기 감지 전극들과 교차하는 구동 전극들을 더 포함할 수 있다.

이상 살펴본 바와 같은 본 발명에 따르면, 디스플레이 노이즈에 의한 영향을 제거함으로써 터치 감도를 향상시킬 수 있는 터치 센서를 구비한 표시 장치를 제공할 수 있다.

도 1 및 도 2는 종래의 디스플레이 노이즈 제거 방식을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치를 나타낸 도면이다.
도 4는 도 3에 도시된 터치 제어부 및 디스플레이 구동 회로를 보다 자세히 나타낸 도면이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 의한 표시 패널 및 디스플레이 구동 회로를 보다 자세히 나타낸 도면이다.
도 6은 도 5에 도시된 화소의 일 실시예를 나타낸 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 의한 터치 센싱부 및 터치 제어부를 보다 자세히 나타낸 도면이다.
도 8a는 본 발명의 일 실시예에 의한 데이터 출력 회로를 나타낸 도면이고, 도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 데이터 출력 회로를 나타낸 도면이며, 도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 데이터 출력 회로를 나타낸 도면이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 의한 감지 전극별 노이즈를 산출하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

기타 실시예들의 구체적인 사항들은 상세한 설명 및 도면들에 포함되어 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 수 있으며, 이하의 설명에서 어떤 부분이 다른 부분과 연결되어 있다고 할 때, 이는 직접적으로 연결되어 있는 경우뿐 아니라 그 중간에 다른 소자를 사이에 두고 전기적으로 연결되어 있는 경우도 포함한다. 또한, 도면에서 본 발명과 관계없는 부분은 본 발명의 설명을 명확하게 하기 위하여 생략하였으며, 명세서 전체를 통하여 유사한 부분에 대해서는 동일한 도면 부호를 붙였다.

이하, 본 발명의 실시예들과 관련된 도면들을 참고하여, 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치에 대해 설명하도록 한다.

도 1 및 도 2는 종래의 디스플레이 노이즈 제거 방식을 설명하기 위한 도면이다. 이를 참조하면, 표시 패널(20)과 터치 센서는 실제 제품 구현시 밀착된 형태이므로, 터치 센서 내 감지 전극(10)과 표시 패널(20)의 신호선들(DL)간의 기생 캐패시턴스 성분(Cp)이 존재한다. 또한, 윈도우(30) 상에 위치한 사용자의 손가락(40)과 감지 전극(10) 간의 터치 캐패시턴스 성분(Cs)이 존재한다.

디스플레이 구동은 타이밍 제어부에 의해 이루어지며, 수직 동기 신호(Vsync) 및 수평 동기 신호(Hsync)의 동작에 따라 통상적인 디스플레이 구동이 이루어진다. 이때, 기생 캐패시턴스 성분(Cp)에 의해 원치 않는 노이즈 신호(Ns)가 터치 센서 내의 전극들(10)에 유기되며, 이는 신호 대 잡음비(SNR)를 열화시켜 터치 센싱 감도를 떨어뜨릴 수 있다. 이러한, 디스플레이 노이즈는 수평 동기 신호(Hsync) 마다 구동되는 특성상 그 크기는 수평 동기 신호(Hsync) 마다 다를 수 있지만, 노이즈 발생 초기 위치는 동일하다. 다만, 노이즈의 크기와 터치 센서를 구비한 표시 장치의 구조에 따라 노이즈가 영향을 미치는 시간이 달리 설정될 수 있다.

이를 막기 위해, 도 1에서와 같이 감지 전극(10)과 연결된 전하 증폭기(charge amplifier, 50)의 피드백 경로에 제2 스위치(SW2)를 연결해, 디스플레이 노이즈가 과도한 구간에는 전하 증폭기(50)의 동작을 리셋 모드(reset mode) 상태로 유지함으로써, 터치 센싱 동작을 피하도록 하여 감도 열화를 최대한 억제하도록 하였다. 또한, 전하 증폭기(50)의 입력단 측에 제1 스위치(SW1)를 연결하여, 노이즈 과도 구간(예를 들어, 수평 동기 신호(Hsync)를 포함하는 각 초기 구간)에서는 해당 제1 스위치(SW1)를 오프시킴으로써 전하 증폭기(50) 측으로 인가되는 노이즈 일부를 제거하였다.

타이밍 제어부로부터 전달되는 이미지에 해당하는 디지털 데이터는 데이터 구동부내의 디지털-아날로그 변환기 및 버퍼 앰프에 의해 아날로그 신호로 변환되어 데이터 라인(DL)을 구동하게 된다. 이러한 데이터 라인(DL)을 통해 전달된 신호는 주사 구동부의 주사 신호에 의해 각 화소 내에 씌여지게 되어, 화소의 발광량을 결정하게 된다. 데이터 라인(DL)의 충방전량이 큰 경우는 터치 센서로 유기되는 디스플레이 노이즈가 커지게 되며, 이는 이전 라인 데이터와 새로운 라인 데이터간의 전압차에 비례하는 특성을 지니게 된다. 이와 별개로, 이전 라인 데이터와 이번 라인 데이터 전압이 같은 경우에도, 주사 라인 및 발광을 제어하는 여러 제어부의 동작에 의해 고정된 양의 디스플레이 노이즈가 터치 센서로 유기 될 수 있다.

하나의 터치 센서의 동작을 위해서는 송신 전극으로 터치 구동 신호(Td)를 공급하고 이를 수신단 센서가 받아 처리를 하게 되는데, 이러한 능동 매트릭스(active matrix) 방식의 터치 센싱 구조에서 하나의 송신 전극(Tx, transmitter)에 대한 수신 전극(Rx, receiver)의 수신 기간은 원하는 터치 감도, 입력 신호 대 잡음비 및 터치 반응 속도 등에 의해 결정된다.

통상 1 수평 동기 신호(Hsync)의 기간은 디스플레이의 수직 해상도에 따르며, 수us에 불과하다. 터치 센서의 경우, 송신 전극(Tx)의 개수가 통상 수십개 이내에 터치 반응 속도(scan rate)는 100Hz부근이므로, 하나의 송신 전극(Tx)에 대한 터치 구간내에는 다수의 디스플레이 구동 라인 정보를 포함한다. 도 2를 보면, 터치 구동부는 수평 동기 신호(Hsync)와 동기되며, 노이즈가 없는 경우 감지 전극(10)의 캐패시턴스 변화를 반영한 터치 센싱 신호(Ts)는 매 터치 구동 신호(Td)에 맞추어 원하는 신호 성분이 누적되어 터치 좌표 추출에 사용된다. 이에 비해, 디스플레이 노이즈가 터치 센싱 동작에 영향을 미치는 경우에는 도 1의 방식을 통해 노이즈 제거를 하더라도, 일부의 노이즈(Nc)는 전하 증폭기(50)의 출력에 나타난다. 이러한 노이즈 성분(Nc)이 터치 센싱 신호(Ts)와 중첩되어 원하는 출력 신호의 값을 왜곡시키는 경우, 결과적으로 터치 좌표의 추출을 방해함으로서 터치 센싱 정밀도를 떨어뜨리게 된다.

도 3은 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치를 나타낸 도면이고, 도 4는 도 3에 도시된 터치 제어부 및 디스플레이 구동 회로를 보다 자세히 나타낸 도면이다.

도 3 및 도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 터치 센서를 구비한 표시 장치는 터치 센서(100), 표시 패널(210), 디스플레이 구동 회로(220), 호스트(250)를 포함할 수 있다.

터치 센서(100)는 터치 센싱부(110) 및 터치 제어부(120)를 포함할 수 있다.

터치 센싱부(110)는 표시 패널(210) 상에 위치하여, 사용자에 의한 터치를 입력받는 역할을 수행할 수 있다. 또한, 상기 터치에 의한 캐패시턴스(capacitance) 변화를 센싱하기 위하여 다수의 전극들을 구비할 수 있다.

터치 제어부(120)는 터치 센싱부(110)를 제어하며, 터치 센싱부(110)의 캐패시턴스 변화를 센싱함으로써 터치 이벤트의 발생 여부 및 위치를 검출할 수 있다.

즉, 상술한 터치 센싱부(110)와 터치 제어부(120)로 구성된 터치 센서(100)는 정전용량 방식의 터치 센서로 동작할 수 있다.

이러한 터치 센싱부(110)는 제1 FPCB(Flexible Printed Circuit Board, 201)을 통해 메인 FPCB(202)와 연결될 수 있으며, 터치 제어부(120)는 집적 회로(Integrated Circuit) 형태로 형성되어 제1 FPCB(201) 상에 위치할 수 있다.

따라서, 터치 센싱부(110)는 메인 FPCB(202)에 위치한 호스트(250)와 신호를 송수신할 수 있다.

다만, 터치 제어부(120)의 위치는 이에 제한되지 않으며, 메인 FPCB(202) 등과 같은 다른 장소에 위치할 수 있다.

표시 패널(210)은 다수의 화소들을 포함하고, 상기 화소들을 통하여 소정의 영상을 표시할 수 있다.

예를 들어, 표시 패널(210)은 디스플레이 구동 회로(220)의 제어에 따라, 영상을 표시할 수 있다.

일례로, 표시 패널(210)은 유기 발광 표시 패널(Organic Light Emitting Display Panel)로 구현될 수 있다.

디스플레이 구동 회로(220)는 디스플레이 구동 신호를 표시 패널(210)로 공급함으로써, 상기 표시 패널(210)의 영상 표시 동작을 제어할 수 있다.

디스플레이 구동 회로(220)는 외부로부터 공급되는 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호(TS)를 이용하여, 디스플레이 구동 신호를 생성할 수 있다.

예를 들어, 디스플레이 구동 회로(220)는 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호(TS)를 호스트(250)로부터 공급받을 수 있고, 타이밍 신호(TS)는 수직 동기 신호(Vertical Synchronization Signal), 수평 동기 신호(Horizontal Synchronization Signal), 메인 클럭 신호(Main Clock Signal), 데이터 인에이블 신호(Data Enable Signal) 등을 포함할 수 있다.

또한, 디스플레이 구동 신호는 주사 신호, 데이터 신호 등을 포함할 수 있다.

예를 들어, 디스플레이 구동 회로(220)는 집적 회로(Integrated Circuit) 형태로 형성되어, 표시 패널(210)에 실장될 수 있다. 또한, 제2 FPCB(203)을 통해 메인 FPCB(202)와 연결될 수 있으며, 이에 따라 디스플레이 구동 회로(220)는 메인 FPCB(202)에 위치한 호스트(250)와 신호를 송수신할 수 있다.

다만, 디스플레이 구동 회로(220)의 위치는 이에 제한되지 않으며, 예를 들어 별도의 구성 요소(예를 들어, FPCB)를 통해 표시 패널(210)과 연결될 수 있다.

터치 제어부(120)와 디스플레이 구동 회로(220)는 도시된 바와 같이 별도로 분리되어 위치할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 즉, 터치 제어부(120)와 디스플레이 구동 회로(220)는 동일한 칩으로 통합될 수 있다.

호스트(250)의 경우, 터치 제어부(120) 및 디스플레이 구동 회로(220)와 인터페이스(interface)를 통해 데이터를 주고 받을 수 있다. 예를 들어, 호스트(250)와 터치 제어부(120)는 터치 좌표 정보 전달을 위한 I2C와 같은 저주파수 콘트롤 인터페이스를 통해 데이터를 송수신하고, 호스트(250)와 디스플레이 구동 회로(220)는 영상 데이터의 전송을 위해 MIPI와 같은 고속의 데이터 인터페이스를 사용할 수 있다.

앞서 설명한 바와 같이, 표시 장치의 소형 경박화 추세 및 플렉서블(Flexible) 특성 구현 등을 위하여 터치 센서(100)와 표시 패널(210)의 공간적인 간격이 줄어들게 되었고, 이에 따라 터치 센서(100)와 표시 패널(210) 사이에 존재하는 기생 캐패시턴스(Cp)의 영향 역시 커지게 되었다.

이러한 기생 캐패시턴스(Cp)는 주로 터치 센서(100)에 포함된 터치 전극과 표시 패널(210)에 포함된 데이터선 사이에 존재하며, 이에 따라 데이터선에 공급되는 데이터 신호의 변화가 터치 센서(100)에 노이즈로 유기되어, 원하는 터치 센싱 감도를 얻을 수 없는 문제가 발생하였다.

또한, 만약 표시 패널(210)과 터치 센서(100) 사이에 패널 전원면이 위치하는 경우는 데이터선과 패널 전원면 사이의 기생 캐패시턴스 성분에 의해 패널 전원에 노이즈가 발생하며, 다시 패널 전원면과 터치 센서(100) 사이의 기생 캐패시턴스에 의해 터치 센서(100)로 노이즈가 유기되는 문제가 있었다.

도 4를 참조하면, 본 발명의 실시예에 의한 터치 제어부(120)는 터치 구동부(121), 터치 데이터 발생부(122), 및 신호 처리부(123)를 포함할 수 있다.

터치 구동부(121)는 터치 센서(100)의 구동을 위하여 터치 센싱부(110)로 터치 구동 신호(Td)를 공급할 수 있다.

터치 데이터 발생부(122)는 터치 센싱부(110)와 연결되어, 터치 센싱부(110)에 포함된 감지 전극들의 캐패시턴스 변화를 반영한 감지 전극별 센싱 신호들을 생성하고, 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행하여 터치 데이터(Dt)를 생성할 수 있다.

이때, 터치 데이터 발생부(122)는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 이용하여 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행할 수 있다.

신호 처리부(123)는 터치 동작과 관련하여 터치 센서(100)의 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다.

이러한 신호 처리부(123)는 터치 데이터 발생부(122)로부터 수신된 터치 데이터(Dt)에 기반하여 소정의 논리 연산을 수행함으로써, 터치 스크린 상에 터치 동작이 수행되었는지 여부와 터치 동작이 수행된 위치를 판별한다.

신호 처리부(123)는 디스플레이 구동 회로(220)의 타이밍 제어부(223)로부터 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync) 및 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 공급받을 수 있다.

또한, 신호 처리부(123)는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 터치 데이터 발생부(122)로 전달할 수 있다.

한편, 본 발명의 실시예에 의한 디스플레이 구동 회로(220)는 주사 구동부(221), 데이터 구동부(222), 및 타이밍 제어부(223)를 포함할 수 있다.

주사 구동부(221)는 표시 패널(210)로 주사 신호를 공급할 수 있다. 데이터 구동부(222)는 표시 패널(210)로 데이터 신호를 공급할 수 있다.

타이밍 제어부(223)는 주사 구동부(221)와 데이터 구동부(222)의 동작을 제어할 수 있으며, 이를 위해 호스트(250)로부터 영상 데이터(RGB)와 타이밍 신호(TS)를 공급받을 수 있다.

또한, 타이밍 제어부(223)는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 터치 제어부(120)로 제공할 수 있다.

예를 들어, 각각의 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)는 표시 패널(210)의 구동을 위한 신호 생성과 관련되어 항상 일정한 양만큼 발생하는 고정 노이즈 성분과, 표시 패널(210)의 영상 표시 동작과 관련하여 데이터 신호들의 변화량에 대응하는 가변 노이즈 성분을 포함할 수 있다.

또한, 타이밍 제어부(223)는 영상 데이터(RGB)를 이용하여 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 산출할 수 있으며, 산출된 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 터치 제어부(120)로 제공할 수 있다.

예를 들어, 타이밍 제어부(223)는 터치 센싱부(110)의 각 감지 전극에 연관된 데이터선들에 공급되는 데이터 신호의 변화량을 통해, 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 산출할 수 있다.

이때, 타이밍 제어부(223)는 신호 처리부(123)를 통해 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 터치 데이터 발생부(122)로 공급하거나, 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 터치 데이터 발생부(122)로 직접 공급할 수 있다.

또한, 타이밍 제어부(223)는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)와 함께 수직 동기 신호(Vsync)와 수평 동기 신호(Hsync)를 터치 제어부(120)로 공급할 수 있다.

예를 들어, 타이밍 제어부(223)는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 수평 동기 신호(Hsync)에 동기화하여 터치 제어부(120)로 공급할 수 있다.

즉, 종래기술과 달리, 본 발명에서의 타이밍 제어부(223)와 터치 제어부(120) 사이에는 노이즈 정보를 전송하기 위한 별도의 신호선들이 추가 설치될 수 있다.

실제, 하드웨어 구현시 이러한 정보들은 I2C혹은 SPI와 같은 데이터 전송용 버스를 통해서 구현될 수 있으며, 고속 직렬 회로를 사용해 구현될 수 있다.

또한, 터치 제어부(120)는 제공되는 타이밍 정보(Vsync, Hsync)와 디지털화된 노이즈 정보를 이용하며, 매 동작 사이클별로 노이즈의 양을 예상하여, 터치 센싱 동작시 노이즈 캔슬 작업을 수행할 수 있다. 즉, 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)의 경우, 수평 동기 신호(Hsync)에 의해 동기되며, 노이즈량은 디지털화되어 전송될 수 있다. 이때 이 값은 디스플레이 구동 상황에 따라, 고정된 값일수도 있으며, 디스플레이 이미지에 따라 변화하는 가변 값일수 있다.

또한, 디지털 노이즈 데이터 전송 시 각 전극별로 노이즈의 값은 상이할 수 있으므로, 터치 센서(100)의 수신단 개수만큼 디지털 노이즈 데이터를 전송할 수도 있다. 도 4에서 보듯이, k개의 감지 전극들 각각에 대해, 노이즈 신호(N1~Nk)를 보내되, 감지 전극별 노이즈 신호(N1~Nk)는 고정된 노이즈 신호와 이미지 신호에 따라 가변하는 노이즈 신호 성분을 포함할 수 있다.

예를 들어, 감지 전극들의 개수가 20개이고 디지털화된 노이즈 데이터가 각 수신단 별로 10비트(bit)로 설정된 경우, 총 200비트의 데이터 전송이 필요하게 된다.

도 5는 본 발명의 실시예에 의한 표시 패널 및 디스플레이 구동 회로를 보다 자세히 나타낸 도면이다.

도 5를 참조하면, 표시 패널(210)은 데이터선들(D1~Dm) 및 주사선들(S1~Sn)과 접속되도록 위치되는 복수의 화소들(PXL)을 포함할 수 있다. 이때, 화소들(PXL)은 각각 데이터 신호에 대응하여 소정 휘도의 빛을 외부로 출력할 수 있다.

예를 들어, 제i 주사선(Si) 및 제h 데이터선(Dh)과 연결된 일 화소(PXL)의 경우, 상기 화소(PXL)는 제i 주사선(Si)으로 주사 신호가 공급될 때 선택되어 제h 데이터선(Dh)으로부터 데이터 신호를 공급받을 수 있다. 이후, 상기 화소(PXL)에 포함된 구동 트랜지스터는 데이터 신호에 대응하는 전류를 유기 발광 다이오드로 공급하고, 이에 따라 유기 발광 다이오드에서는 소정 휘도의 빛이 생성될 수 있다.

추가적으로, 도 5에서는 화소(PXL)가 하나의 데이터선(Dh) 및 하나의 주사선(Si)과 접속되는 것으로 도시되었지만, 본 발명이 이에 한정되지는 않는다. 일례로, 화소(PXL)의 회로구조에 대응하여 다양한 신호선들이 추가로 접속될 수 있다. 또한, 본 발명의 실시예에서 각 화소(PXL)는 현재 공지된 다양한 형태로 구현될 수 있다.

데이터 구동부(222)는 타이밍 제어부(223)로부터 입력되는 영상 데이터들(RGB)을 이용하여 데이터 신호들을 생성할 수 있다. 데이터 구동부(222)에서 생성된 데이터 신호들은 각각의 채널에 위치된 버퍼 회로(미도시)를 경유하여 데이터선들(D1~Dm)로 공급될 수 있다.

주사 구동부(221)는 주사선들(S1~Sn)로 주사 신호들을 공급할 수 있다. 일례로, 주사 구동부(221)는 주사선들(S1~Sn)로 주사 신호를 순차적으로 공급할 수 있다. 주사선들(S1~Sn)로 주사 신호가 순차적으로 공급되면 화소들(PXL)이 수평 라인 단위로 선택될 수 있다. 데이터선들(D1~Dm)로 공급되는 데이터 신호는 주사 신호에 의하여 선택된 화소들(PXL)로 공급될 수 있다.

타이밍 제어부(223)는 호스트(250)으로부터 출력된 영상 데이터(RGB), 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(DE) 및 클럭신호(CLK) 등의 타이밍 신호(TS)에 기초하여, 게이트 제어 신호를 주사 구동부(221)로 공급하고, 또한 데이터 제어신호를 데이터 구동부(222)로 공급할 수 있다.

게이트 제어 신호에는 게이트 스타트 펄스(Gate Start Pulse: GSP) 및 하나 이상의 게이트 쉬프트 클럭(Gate Shift Clock: GSC)이 포함될 수 있다. 게이트 스타트 펄스(GSP)는 첫 번째 주사 신호의 타이밍을 제어할 수 있고, 게이트 쉬프트 클럭(GSC)은 게이트 스타트 펄스(GSP)를 쉬프트시키기 위한 하나 이상의 클럭 신호를 의미할 수 있다.

데이터 제어 신호에는 소스 스타트 펄스(Source Start Pulse: SSP), 소스 샘플링 클럭(Source Sampling Clock: SSC) 및 소스 출력 인에이블 신호(Source Output Enable: SOE) 등이 포함될 수 있다. 소스 스타트 펄스(SSP)는 데이터 구동부(222)의 데이터 샘플링 시작 시점을 제어할 있고, 소스 샘플링 클럭(SSC)은 라이징 또는 폴링 에지에 기준하여 데이터 구동부(222)의 샘플링 동작을 제어할 수 있다. 또한, 소스 출력 인에이블 신호(SOE)는 데이터 구동부(222)의 출력 타이밍을 제어할 수 있다.

호스트(250)는 소정의 인터페이스를 통해 영상 데이터(RGB)를 타이밍 제어부(223)로 공급할 수 있다. 또한, 호스트(250)는 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, CLK)을 타이밍 제어부(223)로 공급할 수 있다.

도 6은 도 5에 도시된 화소의 일 실시예를 나타낸 도면이다.

특히, 도 6에서는 설명의 편의성을 위하여 제i 주사선(Si) 및 제h 데이터선(Dh)과 접속된 화소(PXL)를 도시하기로 한다.

먼저, 도 6을 참조하면, 화소(PXL)는 유기 발광 다이오드(OLED)와, 제h 데이터선(Dh) 및 제i 주사선(Si)에 접속되어 유기 발광 다이오드(OLED)를 제어하기 위한 화소 회로(PC)를 포함한다.

유기 발광 다이오드(OLED)의 애노드 전극은 화소 회로(PC)에 접속되고, 캐소드 전극은 제2 전원(ELVSS)에 접속될 수 있다.

이와 같은 유기 발광 다이오드(OLED)는 화소 회로(PC)로부터 공급되는 전류에 대응하여 소정 휘도의 빛을 생성할 수 있다.

화소 회로(PC)는 제i 주사선(Si)으로 주사 신호가 공급될 때 제h 데이터선(Dh)으로 공급되는 데이터 신호를 저장할 수 있으며, 상기 저장된 데이터 신호에 대응하여 유기 발광 다이오드(OLED)로 공급되는 전류량을 제어할 수 있다.

예를 들어, 화소 회로(PC)는 제1 트랜지스터(M1), 제2 트랜지스터(M2), 및 스토리지 커패시터(Cst)를 포함할 수 있다.

제1 트랜지스터(M1)는 제h 데이터선(Dh)과 제2 트랜지스터(M2) 사이에 연결될 수 있다.

예를 들어, 제1 트랜지스터(M1)는 게이트 전극이 제i 주사선(Si)에 접속되고, 제1 전극은 제h 데이터선(Dh)에 접속되며, 제2 전극은 제2 트랜지스터(M2)의 게이트 전극에 접속될 수 있다.

제1 트랜지스터(M1)는 제i 주사선(Si)으로부터 주사 신호가 공급될 때 턴-온되어, 제h 데이터선(Dh)으로부터의 데이터 신호를 스토리지 커패시터(Cst)로 공급할 수 있다.

이 때, 스토리지 커패시터(Cst)는 데이터 신호에 대응되는 전압을 충전할 수 있다.

제2 트랜지스터(M2)는 제1 전원(ELVDD)과 유기 발광 다이오드(OLED) 사이에 연결될 수 있다.

예를 들어, 제2 트랜지스터(M2)는 게이트 전극이 스토리지 커패시터(Cst)의 제1 전극 및 제1 트랜지스터(M1)의 제2 전극에 연결되고, 제1 전극은 스토리지 커패시터(Cst)의 제2 전극 및 제1 전원(ELVDD)에 연결되며, 제2 전극은 유기 발광 다이오드(OLED)의 애노드 전극에 연결될 수 있다.

이와 같은 제2 트랜지스터(M2)는 구동 트랜지스터로서, 스토리지 커패시터(Cst)에 저장된 전압값에 대응하여 제1 전원(ELVDD)으로부터 유기 발광 다이오드(OLED)를 경유하여 제2 전원(ELVSS)으로 흐르는 전류량을 제어할 수 있다.

이때, 유기 발광 다이오드(OLED)는 제2 트랜지스터(M2)로부터 공급되는 전류량에 대응되는 빛을 생성할 수 있다.

여기서, 트랜지스터들(M1, M2)의 제1 전극은 소스 전극 및 드레인 전극 중 어느 하나로 설정되고, 트랜지스터들(M1, M2)의 제2 전극은 제1 전극과 다른 전극으로 설정될 수 있다. 예를 들어, 제1 전극이 소스 전극으로 설정되면 제2 전극은 드레인 전극으로 설정될 수 있다.

또한, 도 6에서는 예시적으로 트랜지스터들(M1, M2)이 PMOS 트랜지스터인 것으로 도시하였으나, 다른 실시예에서는 트랜지스터들(M1, M2)이 NMOS 트랜지스터로 구현될 수 있다.

도 7은 본 발명의 실시예에 의한 터치 센싱부 및 터치 제어부를 보다 자세히 나타낸 도면이다.

도 7을 참조하면, 터치 센싱부(110)는 다수의 터치 전극들(Tx, Rx)을 포함할 수 있다.

예를 들어, 터치 전극들(Tx, Rx)는 다수의 구동 전극들(또는 송신 전극들이라고 함, Tx1~Txj)과 다수의 감지 전극들(또는 수신 전극들이라고 함, Rx1~Rxk)를 포함할 수 있다.

구동 전극들(Tx1~Txj)은 제1 방향(예를 들어, X축 방향)으로 길게 형성되어 제1 방향과 교차하는 제2 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 복수개가 배열될 수 있다.

감지 전극들(Rx1~Rxk)은 제2 방향(예를 들어, Y축 방향)으로 길게 형성되어 제1 방향(예를 들어, X축 방향)을 따라 복수개가 배열될 수 있다.

구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 상호 교차하여 위치함으로써, 정전용량 방식의 터치 센서로 동작할 수 있다.

즉, 구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk) 사이에는 상호 정전용량(Mutual Capacitance)이 존재하게 되며, 표시 장치에 터치가 발생하는 경우, 상기 터치와 연관된 장소의 상호 정전용량이 변화하게 된다. 이러한 정전용량의 변화를 검출하여 터치 위치를 검출할 수 있다.

각각의 구동 전극들(Tx1~Txj)은 제1 방향(예를 들어, X축 방향)을 따라 소정 간격을 가지고 배열되는 복수개의 제1 터치 감지셀들(311)과, 상기 제1 터치 감지셀들(311)을 상호 전기적으로 연결하는 복수개의 제1 연결 패턴들(312)을 포함할 수 있다.

또한, 각각의 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 제2 방향(예를 들어, Y축 방향)을 따라 소정 간격을 가지고 배열되는 복수개의 제2 터치 감지셀들(321)과, 상기 제2 터치 감지셀들(321)을 상호 전기적으로 연결하는 복수개의 제2 연결 패턴들(322)을 포함할 수 있다.

이때, 제2 터치 감지셀들(321)은 제1 터치 감지셀들(311)과 중첩되지 않도록 제1 터치 감지셀들(311) 사이에 분산 배치될 수 있다.

도 7에서는 제1 터치 감지셀들(311)과 제2 터치 감지셀들(321)이 다각형의 형상을 갖는 경우를 도시하였으나, 제1 터치 감지셀들(311)과 제2 터치 감지셀들(321)의 형상은 다양하게 변화될 수 있다.

구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 도전성 물질을 포함할 수 있다. 예를 들어, 금속이나 이들의 합금을 포함할 수 있다. 상기 금속으로는 금(Au), 은(Ag), 알루미늄(Al), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 타이타늄(Ti), 니켈(Ni), 네오디뮴(Nd), 구리(Cu), 백금(Pt) 등을 들 수 있다.

또한, 구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 투명 도전성 물질로 이루어질 수 있다. 상기 투명 도전성 물질로는 은나노와이어(AgNW), ITO(Indium Tin Oxide), IZO(Indium Zinc Oxide), AZO(Antimony Zinc Oxide), ITZO(Indium Tin Zinc Oxide), ZnO(Zinc Oxide), 및 SnO2(Tin Oxide), 카본나노튜브(Carbon Nano Tube), 그래핀 (graphene) 등을 들 수 있다. 구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 각각 단일층 또는 다중층으로 이루어질 수 있다. 구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 동일한 물질로 이루어지거나, 또는 상이한 물질로 이루어질 수 있다.

구동 전극들(Tx1~Txj)과 감지 전극들(Rx1~Rxk)은 기판(미도시) 상에 배치될 수 있다. 이러한 기판은 별도의 기판으로 구현되거나, 표시 장치에 포함된 다양한 구성요소로 구현될 수 있다. 예를 들어, 기판은 앞서 표시 패널(210)의 봉지층일 수 있다.

즉, 터치 센서(100)는 온-셀(On-Cell) 방식으로 설계될 수 있다. 예를 들어, 터치 센싱부(110)는 표시 패널(210)의 상측에 배치될 수 있다.

또한, 도 7에서는 상호 정전 용량 방식의 터치 센서(mutual-capacitive touch sensor)를 일례로 도시하였으나, 본 발명에서의 터치 센서(100)는 자기 정전 용량 방식의 터치 센서(self-capacitive touch sensor)로 구현될 수도 있다.

터치 구동부(121)는 터치 센서(100)의 구동을 위하여 터치 센싱부(110)로 터치 구동 신호(Td)를 공급할 수 있다.

예를 들어, 터치 구동부(121)는 제1 구동 전극(Tx1)부터 제j 구동 전극(Txj)까지 순차적으로 터치 구동 신호(Td)를 공급할 수 있다. 다만, 이에 제한되는 것은 아니고, 터치 구동부(121)는 다른 순서에 따라 시분할적으로 터치 구동 신호(Td)를 공급할 수 있으며, 또한 터치 구동 신호(Td)의 특성에 따라 복수개의 구동 전극들에 대하여 동시 공급하는 방식을 사용할 수도 있다.

터치 데이터 발생부(122)는 감지 전극들(Rx1~Rxk)과 각각 연결되는 다수의 데이터 출력 회로들(G1~Gk)을 포함할 수 있다.

데이터 출력 회로들(G1~Gk)은 각 감지 전극(Rx1~Rxk)의 캐패시턴스 변화를 반영한 감지 전극별 센싱 신호들을 생성하고, 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행하여 감지 전극별 터치 데이터(Dt1~Dtk)를 생성할 수 있다.

또한, 각각의 데이터 출력 회로들(G1~Gk)은 대응되는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 공급받을 수 있으며, 이를 이용하여 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행할 수 있다.

이때, 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)는 타이밍 제어부(223)에 의해 산출될 수 있으며, 타이밍 제어부(223)로부터 직접 공급받거나 신호 처리부(123)를 거쳐 공급받을 수 있다.

또한, 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)는 각 구동 전극(Tx1~Txj)의 구동 타이밍에 따라 변화될 수 있으며, 이에 따라 타이밍 제어부(223)는 각 구동 전극(Tx1~Txj)의 구동 타이밍에 대응하는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 산출할 수 있다. 이에 대해서는 추후 상세히 설명하도록 한다.

신호 처리부(123)는 터치 데이터 발생부(122)로부터 수신된 터치 데이터(Dt1~Dtk)에 기반하여 소정의 논리 연산을 수행함으로써, 터치 스크린 상에 터치 동작이 수행되었는지 여부와 터치 동작이 수행된 위치를 판별한다.

또한, 신호 처리부(123)는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 터치 데이터 발생부(122)로 전달할 수 있고, 터치 데이터 발생부(122)에 포함된 데이터 출력 회로들(G1~Gk)의 동작을 제어할 수 있다.

도 8a는 본 발명의 일 실시예에 의한 데이터 출력 회로를 나타낸 도면이다. 특히, 도 8a에서는 제k 감지 전극(Rxk)과 연결된 제k 데이터 출력 회로(Gk)를 도시하였다.

도 8a를 참조하면, 제k 데이터 출력 회로(Gk)는 제k 증폭기(Ak), 제k 아날로그-디지털 컨버터(ADCk), 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk) 및 스위칭 소자들(SW1, SW2)을 포함할 수 있다.

제k 증폭기(Ak)는 제k 감지 전극(Rxk)과 전기적으로 연결되며, 제k 감지 전극(Rxk)의 캐패시턴스 변화를 반영한 센싱 신호(Tc)를 생성할 수 있다. 즉, 제k 증폭기(Ak)는 소정의 전압 이득(voltage gain)을 갖는 증폭 회로로서, 제k 감지 전극(Rxk)의 캐패시턴스 변화를 감지하는데 이용될 수 있다.

예를 들어, 제k 증폭기(Ak)의 제1 입력단은 제k 감지 전극(Rxk)과 연결되며, 제k 증폭기(Ak)의 제2 입력단은 소정의 주파수를 갖는 입력 신호(Vin)를 공급받을 수 있다.

상기 입력 신호(Vin)는 일정한 주기를 갖는 신호(일예로서, 구형파 또는 사인파)일 수 있으며, 입력 신호(Vin)의 레벨 및 주파수는 적절하게 조절될 수 있다.

또한, 제k 증폭기(Ak)의 제1 입력단과 출력단 사이에는 캐패시터(Cf)가 연결될 수 있으며, 또한 저항(Rf)이 상기 캐패시터(Cf)와 병렬하게 더 연결될 수 있다.

이때, 제k 증폭기(Ak)의 제1 입력단은 반전 입력단(-)이고, 제k 증폭기(Ak)의 제2 입력단은 비반전 입력단(+)으로 설정될 수 있다.

상기와 같은 제k 증폭기(Ak)는 제k 감지 전극(Rxk)의 캐패시턴스 변화를 감지할 수 있다. 도시된 바와 같이, 제k 감지 전극(Rxk)의 캐패시턴스는 제k 감지 전극(Rxk)과 표시 패널(210) 내 데이터선들(DL) 간의 기생 캐패시턴스 성분(Cp)과 사용자의 손가락(40)과 제k 감지 전극(Rxk) 간의 터치 캐패시턴스 성분(Cs)을 포함할 수 있다.

이때, 터치 캐패시턴스 성분(Cs)은 손가락(40)의 터치 여부 등에 따라 변화될 수 있으며, 상기와 같이 구성되는 제k 증폭기(Ak)는 제k 감지 전극(Rxk)의 캐패시턴스 변화에 응답하여 서로 다른 전압 레벨을 갖는 센싱 신호(Tc)를 출력할 수 있다.

본 실시예에서는 표시 패널(210) 내 데이터선들(DL)에 의한 디스플레이 노이즈를 제거하기 위하여, 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)에 대응하여 출력 전압이 제어되는 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)를 이용할 수 있다.

이를 위하여, 제k 증폭기(Ak)의 제1 입력단과 제k 감지 전극(Rxk) 사이에는 제1 스위칭 소자(SW1)가 연결되고, 제k 증폭기(Ak)의 제1 입력단과 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk) 사이에는 제2 스위칭 소자(SW2)가 추가 연결될 수 있다.

예를 들어, 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)는 양전압과 음전압의 출력이 가능한 2-Level DAC(Digital-Analog Converter)일 수 있으며, 또한 Capacitive DAC, Resistive DAC, Current DAC 등으로 구현될 수 있다.

제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)에는 타이밍 제어부(223)가 산출한 감지 전극별 노이즈(N1~Nk) 중 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)가 입력될 수 있고, 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)은 이에 대응한 아날로그 전압(노이즈 제거 전압)을 출력할 수 있다. 이때, 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)에서 출력되는 아날로그 전압은 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)와 극성이 반대로 설정될 수 있다.

예를 들어, 제1 기간 동안 제1 스위칭 소자(SW1)가 온(on) 되어 제k 감지 전극(Rxk)으로부터 소정의 전압이 제k 증폭기(Ak)의 제1 입력단으로 입력될 수 있다. 다만, 제1 기간 동안 제k 증폭기(Ak)로 입력된 전압에는 데이터선들(DL)에 공급되는 데이터 신호의 전압 변화량에 의한 노이즈가 존재할 수 있다.

따라서, 제2 기간 동안 제2 스위칭 소자(SW2)가 온되어, 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)로부터 출력된 노이즈 제거 전압을 제k 증폭기(Ak)의 제1 입력단으로 공급함으로써, 제k 증폭기(Ak)로부터 출력되는 센싱 신호(Tc)에 대한 노이즈를 제거할 수 있다.

또한, 제1 스위칭 소자(SW1)와 제2 스위칭 소자(SW2)는 교번적으로 턴-온될 수 있다. 예를 들어, 앞서 설명한 제1 기간에서는 제1 스위칭 소자(SW1)가 온되고 제2 스위칭 소자(SW2)가 오프(off)될 수 있으며, 제2 기간에서는 제1 스위칭 소자(SW1)가 오프되고 제2 스위칭 소자(SW2)가 온될 수 있다.

제k 아날로그-디지털 컨버터(ADCk)는 제k 증폭기(Ak)에서 출력되는 센싱 신호(Tc)를 디지털 신호로 변환하여 출력될 수 있다.

본 실시예에서는 제k 아날로그-디지털 컨버터(ADCk)에서 출력되는 신호가 최종 터치 데이터(Dtk)가 되어, 신호 처리부(123)에 의해 수신될 수 있다.

본 노이즈 제거 방식의 경우, 데이터선들(DL)에 의한 디스플레이 노이즈가 제k 증폭기(Ak)를 포화시킬 정도로 큰 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 즉, 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)를 통해 제k 증폭기(Ak)의 입력단 측에서 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있기 때문이다.

즉, 타이밍 제어부(223)의 경우 수평 동기 신호(HSYNC) 신호에 맞추어 디스플레이 노이즈 신호 성분을 상쇄하기 위한 디지털 노이즈 정보를 제공할 수 있다. 이는 제k 데이터 출력 회로(Gk)의 입력단인 제k 증폭기(Ak)에 인가되어, 제k 증폭기(Ak)의 출력단에서 디스플레이 노이즈를 상쇄하는 추가적인 입력 신호로 작용할 수 있다. 결과적으로 본 발명에 의한 제k 데이터 출력 회로(Gk)에서는 터치 구동부의 신호(Td), 디스플레이 노이즈로 인한 원하지 않는 신호, 그리고 디스플레이 노이즈 성분을 보상하기 위한 신호(Nk) 세가지가 합쳐져서 신호 처리부(123)로 전송될 수 있다. 실제 디스플레이 패널 구동시 발생하는 고정된 노이즈 혹은 이미지 구동에 따른 노이즈가 터치 센서(100)의 동작 시에 미치는 영향은 사전 프로그래밍될 수도 있으며, 동작상 변화를 정확히 추적하기 위해 디스플레이 동작과 병행하여 보상(calibration)과정을 수행할 수 있다. 디스플레이 노이즈와 이를 보상하기 위한 신호의 크기가 맞는 경우, 디스플레이 노이즈에 의한 터치 감도 열화를 완벽하게 제거 할 수 있다. 이러한 노이즈 캔슬레이션을 수행하기 위해 초기화때 혹은 디스플레이 이미지 업데이트가 없는 수직 동기 신호(Vsync)구간에 각 디스플레이 노이즈 패턴만을 인가하고, 보상 계수들을 바꾸어 가며 완벽한 상쇄 동작이 일어날때까지 일련의 보정 작업을 지속할 수 있다.

한편, 여기서는 제k 데이터 출력 회로(Gk)를 예시적으로 설명하였으나, 다른 데이터 출력 회로(G1~Gk-1)도 동일한 구성 및 기능을 수행할 수 있다.

도 8b는 본 발명의 다른 실시예에 의한 데이터 출력 회로를 나타낸 도면이다. 특히, 도 8a에서는 제k 감지 전극(Rxk)과 연결된 제k 데이터 출력 회로(Gk')를 도시하였으며, 상술한 실시예와 중복되는 부분에 대해서는 설명을 생략하도록 한다.

도 8b를 참조하면, 제k 데이터 출력 회로(Gk')는 제k 증폭기(Ak), 제k 아날로그-디지털 컨버터(ADCk), 및 제k 감산기(SUBk)를 포함할 수 있다.

특히, 본 실시예의 경우 상술한 실시예와 달리 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk) 대신 제k 감산기(SUBk)를 통해 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있다.

제k 감산기(SUBk)는 제k 아날로그-디지털 컨버터(ADCk)에 의해 디지털화된 센싱 신호(Tc)를 입력받을 수 있고, 타이밍 제어부(223)가 산출한 감지 전극별 노이즈(N1~Nk) 중 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)를 입력받을 수 있다.

또한, 제k 감산기(SUBk)는 입력받은 센싱 신호(Tc)에서 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)를 차감함으로써, 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있다.

본 실시예에서는 제k 감산기(SUBk)에서 출력되는 신호가 최종 터치 데이터(Dtk)가 되어, 신호 처리부(123)에 의해 수신될 수 있다.

본 노이즈 제거 방식의 경우, 데이터선들(DL)에 의한 디스플레이 노이즈가 제k 증폭기(Ak)를 포화시키지 않도록 상대적으로 작은 경우에 유용하게 사용될 수 있다. 즉, 상술한 실시예와 같이 별도의 아날로그 변환 동작을 수행할 필요없이, 디지털 신호 처리를 통해 센싱 신호(Tc)에서 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있다.

도 8c는 본 발명의 또 다른 실시예에 의한 데이터 출력 회로를 나타낸 도면이다.

도 8c를 참조하면, 제k 데이터 출력 회로(Gk'')는 제k 증폭기(Ak), 제k 아날로그-디지털 컨버터(ADCk), 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk), 스위칭 소자들(SW1, SW2), 및 제k 감산기(SUBk)를 포함할 수 있다.

본 실시예에서는 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)와 제k 감산기(SUBk)를 모두 포함하며, 산출된 노이즈의 크기에 따라 그 중 어느 하나만을 동작시켜 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있다.

신호 처리부(123)는 타이밍 제어부(223)으로 전달받은 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)의 크기를 고려하여, 각 데이터 출력 회로(G1''~Gk'')의 동작 방식을 제어할 수 있다.

도 8c에 도시된 제k 데이터 출력 회로(Gk'')를 예로 들면, 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)가 제k 증폭기(Ak)의 포화 전압 범위에 속하는 경우 제k 데이터 출력 회로(Gk'')는 제k 디지털-아날로그 컨버터(DACk)를 구동시켜 디스플레이 노이즈를 제거하고, 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)가 제k 증폭기(Ak)의 포화 전압 범위에 속하지 않는 경우 제k 데이터 출력 회로(Gk'')는 제k 감산기(SUBk)를 구동시켜 디스플레이 노이즈를 제거할 수 있다.

본 노이즈 제거 방식의 경우, 앞서 설명한 도 8a 및 도 8b에 의한 두 가지 방식의 장점을 취합한 것으로, 디스플레이 노이즈의 크기에 따라 유리한 노이즈 제거 방식을 선택하여 구동할 수 있다.

도 9는 본 발명의 실시예에 의한 감지 전극별 노이즈를 산출하는 방식을 설명하기 위한 도면이다.

특히, 도 9에서는 감지 전극별 노이즈(N1~Nk) 중 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)를 산출하는 방식을 설명하였으나, 이는 다른 감지 전극의 노이즈(N1~Nk-1)를 산출하는 것에도 동일하게 적용될 수 있다.

타이밍 제어부(223)는 제k 감지 전극(Rxk)에 연관된 데이터선들(DL)에 공급되는 데이터 신호(Ds1~Ds4)의 변화량을 일정 기간 합산함으로써, 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)를 산출할 수 있다.

예를 들어, 감지 전극들(Rx1~Rxk)마다 연관된 데이터선들(DL)이 기설정될 수 있으며, 일례로 제k 감지 전극(Rxk)에는 4개의 데이터선들(Dm-3~Dm)이 배정될 수 있다.

이때, 감지 전극들(Rx1~Rxk)과 데이터선들(DL)의 연관성 여부는 위치상 중첩 여부에 따라 결정될 수 있으며, 따라서, 제k 감지 전극(Rxk)은 4개의 데이터선들(Dm-3~Dm)과 상하 중첩될 수 있다.

예를 들어, 제j 구동 전극(Txj)으로 터치 구동 신호(Td)가 공급되는 제j 구동 전극(Txj)의 구동 기간 동안 데이터선들(DL)은 3차례의 디스플레이 구동 기간(P1~P3)을 갖는 것으로 가정할 수 있다.

이 경우, 타이밍 제어부(223)는 해당 디스플레이 구동 기간(P1~P3) 동안 데이터선들(Dm-3~Dm)에 공급되는 데이터 신호(Ds1~Ds4)의 전압 변화량(상하 화살표 참조)을 합산함으로써, 제j 구동 전극(Txj)의 구동 시 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)를 산출할 수 있다.

즉, 타이밍 제어부(223)는 각 구동 전극(Tx1~Txj)의 구동 타이밍에 맞는 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)를 산출할 수 있다. 또한, 타이밍 제어부(223)는 이와 같이 산출된 감지 전극별 노이즈(N1~Nk)를 각 구동 전극(Tx1~Txj)의 구동 타이밍에 맞도록 수평 동기 신호(Hsync)에 동기화하여 전송할 수 있다.

따라서, 제j 구동 전극(Txj)의 구동 시 제k 감지 전극의 노이즈(Nk)를 "Nk_j"로 표시하는 경우, 타이밍 제어부(223)는 각 구동 전극(Tx1~Txj)의 구동 시점에 대응하는 제k 감지 전극의 노이즈(Nk_1~Nk_j)를 순차적으로 터치 제어부(120)로 전송할 수 있다.

상술한 각 구동 전극(Tx1~Txj)의 구동 시점에 대응하는 제k 감지 전극의 노이즈(Nk_1~Nk_j)은 하기와 같이 수식화될 수 있다.

즉, 통상의 디스플레이 시스템에서 터치 전극의 수에 비해, 디스플레이 구동 화소수가 비교할 수 없을 정도로 많다. 즉, 하나의 터치 전극의 센싱 과정에는 P개의 디스플레이 화소가 영향을 준다고 가정할 수 있다. 또한, 하나의 로우(row)에 해당하는 터치 센싱을 감지하는 시간 내에 무수히 많은 디스플레이 화소 구동 동작이 이루어지게 되는 것이다. 이는, 하나의 터치 센싱 과정 내에 총 Q번의 디스플레이 구동이 일어나게 됨을 의미한다.

행렬형 터치 스크린 센싱 구조에서 제j 구동 전극(Txj)에 해당하는 터치 센싱 과정에서 제k 감지 전극(Rxk)에 유기되는 총 디스플레이 노이즈 전압은 Nk_j로 하기와 같이 정의될 수 있다.

P는 제k 감지 전극(Rxk)에 영향을 주는 데이터선(DL)의 수를 의미하며, Q는 제j 구동 전극(Txj)의 구동 구간 내에 상기 데이터선(DL)의 구동 기간을 의미한다. Vn(q,p)는 p번째 데이터선의 q번째 프레임 데이터 전압으로, 디스플레이 노이즈는 시간적으로 현재 기간과 이전 기간의 데이터 전압 차와 공간적으로 영향을 미치는 다수 데이터선의 노이즈의 합이라 할 수 있다. 수식에서 a(p)는 표시 패널(210)과 터치 센서(100) 사이의 공간에 따른 캐패시턴스의 변화량이고, b(q)는 표시 패널(210) 내부의 RC 시정수에 의해 정해지는 계수를 의미한다.

한편, 통상 표시 패널(210)과 터치 센서(100) 사이에는 표시 패널(210)에 전원을 공급하는 전원 공급면이 존재하므로, 다수의 데이터선 구동으로 인한 터치 센서(100)로의 노이즈는 상기 전원 공급면을 통과해서 유기되며, 이에 따라 터치 센서(100)로의 노이즈 유입량은 상기 전원 공급면의 임피던스에 따라 달라질 수 있을 것이다.

본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 그 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 실시될 수 있다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이지 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상기 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

100: 터치 센서 110: 터치 센싱부
120: 터치 제어부 121: 터치 구동부
122: 터치 데이터 발생부 123: 신호 처리부
210: 표시 패널 220: 디스플레이 구동 회로
221: 주사 구동부 222: 데이터 구동부
223: 타이밍 제어부 250: 호스트

Claims (13)

1. 감지 전극들을 포함하는 터치 센싱부;
   상기 감지 전극들과 연결되어 상기 감지 전극들의 캐패시턴스 변화를 반영한 감지 전극별 센싱 신호들을 생성하고, 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행하여 터치 데이터를 생성하는 터치 데이터 발생부;
   데이터선들 및 주사선들과 연결된 화소들을 포함하는 표시 패널;
   상기 주사선들을 통해 상기 화소들로 주사 신호들을 공급하는 주사 구동부;
   상기 데이터선들을 통해 상기 화소들로 데이터 신호들을 공급하는 데이터 구동부; 및
   상기 주사 구동부와 상기 데이터 구동부를 제어하며, 상기 감지 전극별 노이즈를 제공하는 타이밍 제어부; 를 포함하고,
   상기 터치 데이터 발생부는,
   상기 감지 전극들과 각각 연결되어, 상기 감지 전극별 노이즈를 이용하여 상기 감지 전극별 센싱 신호들에 대한 노이즈 제거 처리를 수행하는 다수의 데이터 출력 회로들을 포함하며,
   상기 데이터 출력 회로들 중 제k(k는 자연수) 감지 전극과 연결된 제k 데이터 출력 회로는,
   상기 제k 감지 전극에 연결되며, 상기 제k 감지 전극의 캐패시턴스 변화를 반영한 센싱 신호를 생성하는 제k 증폭기;
   상기 제k 증폭기의 센싱 신호를 디지털 신호로 변환하여 출력하는 제k 아날로그-디지털 컨버터;
   상기 제k 증폭기의 제1 입력단에 연결되며, 상기 감지 전극별 노이즈 중 상기 제k 감지 전극의 노이즈를 입력받아 그에 대응하는 아날로그 신호를 출력 가능한 제k 디지털-아날로그 컨버터;
   상기 제k 증폭기의 상기 제1 입력단과 상기 제k 감지 전극 사이에 연결되는 제1 스위칭 소자; 및
   상기 제k 증폭기의 상기 제1 입력단과 상기 제k 디지털-아날로그 컨버터 사이에 연결되는 제2 스위칭 소자; 를 포함하고,
   상기 제k 증폭기의 제2 입력단은, 입력 신호에 연결되는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 구비한 표시 장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 감지 전극별 노이즈는, 각각 고정 노이즈 성분과 상기 데이터 신호들의 변화량에 대응하는 가변 노이즈 성분을 포함하는 터치 센서를 구비한 표시 장치.
3. 제1항에 있어서,
   상기 터치 데이터 발생부에서 생성된 터치 데이터를 이용하여 터치 여부를 검출하고, 상기 감지 전극별 노이즈를 상기 타이밍 제어부로부터 공급받아 상기 터치 데이터 발생부로 전달하는 신호 처리부; 를 더 포함하는 터치 센서를 구비한 표시 장치.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제1항에 있어서,
   상기 제k 데이터 출력 회로는,
   상기 제k 아날로그-디지털 컨버터에 연결되며, 상기 제k 감지 전극의 노이즈를 상기 제k 아날로그-디지털 컨버터에서 출력된 신호에서 차감 가능한 제k 감산기; 를 더 포함하는 터치 센서를 구비한 표시 장치.
9. 제8항에 있어서,
   상기 제k 데이터 출력 회로는,
   상기 제k 감지 전극의 노이즈의 크기에 따라 상기 제k 디지털-아날로그 컨버터 및 상기 제k 감산기 중 어느 하나만을 동작시켜 노이즈 제거 처리를 수행하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 구비한 표시 장치.
10. 삭제
11. 삭제
12. 제1항에 있어서,
    상기 타이밍 제어부는,
    상기 제k 감지 전극에 연관된 데이터선들에 공급되는 데이터 신호의 변화량을 통해, 상기 감지 전극별 노이즈 중 상기 제k 감지 전극의 노이즈를 산출하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 구비한 표시 장치.
13. 제1항에 있어서,
    상기 터치 센싱부는,
    상기 감지 전극들과 교차하는 구동 전극들을 더 포함하는 터치 센서를 구비한 표시 장치.
    

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