KR101991467B1 - 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하여 전체 두께를 줄이고 잡음 특성을 개선할 수 있도록 한 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법에 관한 것으로, 서로 이격되어 제 1 방향으로 복수 개가 형성되는 게이트 라인들을 갖는 디스플레이 패널;상기 디스플레이 패널의 게이트 라인들과 유전체층을 사이에 두고 제 1 방향과 수직한 제2 방향으로 형성되는 TSP 센싱 라인들;을 포함하고, 상기 게이트 라인에 신호가 인가되면 게이트 라인과 TSP 센싱 라인 사이에 형성된 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm)을 통해 전하가 TSP 센싱 라인으로 유입되어 터치를 감지하는 것이다.

Description

터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법{Touch Screen Sensor and Method for Controlling Drive The Same}

본 발명은 터치 스크린 장치에 관한 것으로, 구체적으로 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하여 전체 두께를 줄이고 잡음 특성을 개선할 수 있도록 한 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법에 관한 것이다.

최근에는 입력의 편의성 및 슬림화 추세로 인하여 입력 및 출력 기능을 함께 제공할 수 있는 터치 스크린 장치를 사용하는 기기들이 증가하고 있다.

이를 위하여, 터치 스크린 장치는 디스플레이 패널 및 터치 스크린 패널을 포함하고, 터치 스크린 장치는 디스플레이 패널을 통해 출력 기능을 제공하고, 터치 스크린 패널을 통해 입력 기능을 제공한다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술의 터치 스크린 장치의 구조 및 터치 스크린 패널의 상세 구성 및 동작 파형도이다.

그리고 도 2a와 도 2b는 종래 기술의 터치 스크린 장치의 구동에 따른 잡음 특성을 나타낸 회로도 및 동작 파형도이다.

일반적으로 디스플레이 패널과 터치 스크린 패널이 결합되는 터치 스크린 장치는 디스플레이 패널을 구성하는 TFT(Thin Film Transistor) 어레이 기판의 바로 위에 터치 스크린 패널을 구성하는 TSP 구동 라인들(touch scanning lines) 및 터치 센싱 라인들(touch sensing lines)을 추가적으로 형성하는 것에 의해 제조될 수 있다.

즉, 도 1b에서와 같이, TFT 어레이 기판의 표면상에, 상이한 레벨에 있으며 서로 교차하는 2층의 스트라이프 형상의 ITO(Indium Tin Oxide) 전극들을 제조하고, 이 2층의 ITO 전극들을 각각 터치 스크린 패널의 터치 센싱 라인들 및 TSP 구동 라인들로 사용하고, 이 두 ITO 전극들 간의 비공면 교차점(non-coplanar intersection)에는 유도성 커패시터(inductive capacitor)를 형성한다.

도 1a는 종래 기술의 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치를 나타낸 것으로, 터치 스크린 패널(Touch screen panel;TSP)을 디스플레이 패널 위에 온 셀 타입으로 형성하는 구조이다.

이와 같은 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치에서 터치 스크린 패널은 터치 면적을 최대한 활용하기 위해 다이아몬드 패턴의 구동라인과 센싱 라인을 사용한다.

도 1c에서와 같이, 한 개의 구동 라인을 여러 번 구동시켜 센싱 라인으로 유입되는 전하를 적분해 최종 출력되는 전압으로 터치 유무를 판별한다.

이와 같은 종래 기술의 터치 스크린 장치의 터치 스크린 패널은 터치 센서를 통해 입력되는 센서 신호를 기설정된 샘플링 주기(Sampling Period) 마다 샘플링하고, 샘플링된 센서 신호를 분석하여 터치 입력을 인식한다.

그러나 이와 같은 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치는 디스플레이 구동을 위한 신호와 TSP 구동을 위한 신호가 각각 필요하고, 도 2a에서와 같이, 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치의 구조상 디스플레이 패널과 TSP 사이의 거리가 가깝기 때문에 디스플레이 구동 신호가 TSP에서 잡음 신호로 유입되는 문제가 있다.

이와 같이 디스플레이 패널에서 유입되는 잡음 신호는 터치 스크린 패널의 센싱 라인의 SNR을 감소시키고, 잡음 신호를 최소화하기 위해서는 디스플레이 구동 신호와 TSP 구동신호의 동기화가 필요하다.

이와 같은 종래 기술의 터치 스크린 장치는 터치 스크린 패널(Touch screen panel;TSP)을 디스플레이 패널 위에 온 셀 타입으로 형성하는 구조에 따른 두께 증가 문제 및 디스플레이 구동을 위한 신호와 TSP 구동을 위한 신호가 각각 필요하여 발생하는 전력 소모 증가의 문제가 있다.

또한, 한 개의 구동 라인을 여러 번 구동시켜 센싱 라인으로 유입되는 전하를 적분해 최종 출력되는 전압으로 터치 유무를 판별하는 출력 과정의 복잡성 및 디스플레이 패널에서 유입되는 잡음 신호에 의한 터치 감도 저하의 문제가 있다.

따라서, 이와 같은 종래 기술의 터치 스크린 장치의 문제를 해결하기 위한 새로운 구조의 터치 스크린 장치의 개발이 요구되고 있다.

대한민국 공개특허 제10-2014-0032344호 대한민국 공개특허 제10-2014-0032359호 대한민국 공개특허 제10-2014-0045076호

본 발명은 이와 같은 종래 기술의 터치 스크린 장치의 문제를 해결하기 위한 것으로, 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하여 잡음 특성을 개선할 수 있도록 한 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하는 인 셀 타입(In cell type)으로 터치 스크린 패널을 구현하여 터치 스크린 장치의 전체 두께를 줄일 수 있도록 한 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 터치 스크린 패널의 구동 라인을 별도로 형성하지 않고, 디스플레이 패널의 게이트 라인 신호를 통해 디스플레이 패널의 구동과 터치 스크린 패널의 구동을 하여 전력 소모를 줄이고, 디스플레이 패널에서 터치 스크린 패널로 유입되는 잡음 신호를 최소화할 수 있도록 한 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 하나의 TSP 구동 라인을 여러 번 구동시켜 센싱 라인으로 유입되는 전하를 적분하는 방식이 아닌 디스플레이 패널의 게이트 라인이 순차적으로 켜짐에 따라 TSP 센싱 라인으로 차례로 유입되는 전하를 적분하는 방식으로 터치 유무를 판별하는 출력 과정의 복잡성을 줄이고, 정확도를 높일 수 있도록 한 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 리셋 구간 설정을 통해 적분 신호의 크기를 조절할 수 있고, 필요에 따라 터치 해상도를 조정할 수 있도록 한 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 블랙 프레임을 터치 프레임으로 사용하는 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion) 방식으로 HSYNC의 듀티비를 조정하여 상승 에지(Rising edge) 및 하강 에지(Falling edge)에서 TSP 센싱 라인에 유입되는 전하를 모두 적분할 수 있도록 하여 잡음 제거와 SNR을 향상시킬 수 있도록 한 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

이와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 서로 이격되어 제 1 방향으로 복수 개가 형성되는 게이트 라인들을 갖는 디스플레이 패널;상기 디스플레이 패널의 게이트 라인들과 유전체층을 사이에 두고 제 1 방향과 수직한 제2 방향으로 형성되는 TSP 센싱 라인들;을 포함하고, 상기 게이트 라인에 신호가 인가되면 게이트 라인과 TSP 센싱 라인 사이에 형성된 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm)를 통해 전하가 TSP 센싱 라인으로 유입되어 터치를 감지하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 터치를 감지하기 위한 하나의 터치 노드는 하나의 TSP 센싱 라인에 복수 개의 게이트 라인이 대응되어 구성되는 것을 특징으로 한다.

그리고 TSP 센싱 라인의 리드 아웃단에 인가되는 리셋(RST) 구간을 변경하는 것에 의해 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 달라지는 것을 특징으로 한다.

그리고 리셋(RST) 구간을 늘리면 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 증가하여 터치 유무에 따른 출력 전압의 차이가 커지고, 리셋(RST) 구간을 줄이면 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 감소하여 터치 노드의 크기가 줄어 터치 해상도가 높아지는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 디스플레이 패널의 게이트 라인이 순차적으로 켜짐에 따라 TSP 센싱 라인으로 차례로 유입되는 전하를 적분하는 방식으로 출력 전압을 센싱하여 터치 유무를 판별하는 것을 특징으로 한다.

그리고 블랙 프레임을 터치 프레임으로 사용하는 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion) 방식으로 HSYNC의 듀티비를 조정하여 상승 에지(Rising edge) 및 하강 에지(Falling edge)에서 TSP 센싱 라인에 유입되는 전하를 모두 적분하는 것을 특징으로 한다.

그리고 HSYNC의 듀티비를 블랙 프레임 구간에서 증가시키는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 디스플레이 패널은, 하부 글래스상에 형성되는 칼라 필터층 및 블랙 매트릭스층과, 칼라 필터층 및 블랙 매트릭스층상에 형성되는 공통 전극과, 상기 하부 글래스의 상부에서 이격되어 액정층을 사이에 두고, 디스플레이 패널을 구성하는 화소 전극과 데이터 라인과, 절연층을 사이에 두고 제 1 방향으로 형성되는 게이트 라인들을 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고 상기 TSP 센싱 라인들 상에 형성되는 글래스 커버층을 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 구동 제어 방법은 서로 이격되어 제 1 방향으로 복수 개가 형성되는 게이트 라인들을 갖는 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널의 게이트 라인들과 유전체층을 사이에 두고 제 1 방향과 수직한 제2 방향으로 형성되는 TSP 센싱 라인들;을 포함하는 터치 스크린 장치의 구동 제어에 있어서, 상기 게이트 라인에 신호가 인가되면 게이트 라인과 TSP 센싱 라인 사이에 형성된 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm)를 통해 TSP 센싱 라인으로 유입되는 전하를 이용하여 터치를 감지하는 것을 특징으로 한다.

여기서, 터치를 감지하기 위하여 하나의 TSP 센싱 라인에 대응하는 복수 개의 게이트 라인을 하나의 터치 노드로 하여, 복수 개의 게이트 라인이 순차적으로 켜짐에 따라 TSP 센싱 라인으로 차례로 유입되는 전하를 적분하는 방식으로 출력 전압을 센싱하여 터치 유무를 판별하는 것을 특징으로 한다.

그리고 TSP 센싱 라인의 리드 아웃단에 인가되는 리셋(RST) 구간을 변경하는 것에 의해 하나의 터치 노드에서 리드하는 게이트 라인의 개수를 변경하는 것을 특징으로 한다.

그리고 리셋(RST) 구간을 늘리면 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 증가하여 터치 유무에 따른 출력 전압의 차이가 커지고, 리셋(RST) 구간을 줄이면 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 감소하여 터치 노드의 크기가 줄어 터치 해상도가 높아지는 것을 특징으로 한다.

그리고 블랙 프레임을 터치 프레임으로 사용하는 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion) 방식으로 HSYNC의 듀티비를 조정하여 상승 에지(Rising edge) 및 하강 에지(Falling edge)에서 TSP 센싱 라인에 유입되는 전하를 모두 적분하여 터치를 감지하는 것을 특징으로 한다.

그리고 HSYNC의 듀티비를 블랙 프레임 구간에서 증가시키는 것을 특징으로 한다.

이와 같은 본 발명에 따른 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법은 다음과 같은 효과를 갖는다.

첫째, 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하여 잡음 특성을 개선할 수 있다.

둘째, 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하는 인 셀 타입(In cell type)으로 터치 스크린 패널을 구현하여 터치 스크린 장치의 전체 두께를 줄일 수 있다.

셋째, 터치 스크린 패널의 구동 라인을 별도로 형성하지 않고, 디스플레이 패널의 게이트 라인 신호를 통해 디스플레이 패널의 구동과 터치 스크린 패널의 구동을 하여 전력 소모를 줄이고, 디스플레이 패널에서 터치 스크린 패널로 유입되는 잡음 신호를 최소화할 수 있다.

넷째, 하나의 TSP 구동 라인을 여러 번 구동시켜 센싱 라인으로 유입되는 전하를 적분하는 방식이 아닌 디스플레이 패널의 게이트 라인이 순차적으로 켜짐에 따라 TSP 센싱 라인으로 차례로 유입되는 전하를 적분하는 방식으로 터치 유무를 판별하는 출력 과정의 복잡성을 줄이고, 정확도를 높일 수 있다.

다섯째, 리셋 구간 설정을 통해 적분 신호의 크기를 조절할 수 있고, 필요에 따라 터치 해상도를 조정할 수 있다.

여섯째, 블랙 프레임을 터치 프레임으로 사용하는 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion) 방식으로 HSYNC의 듀티비를 조정하여 상승 에지(Rising edge) 및 하강 에지(Falling edge)에서 TSP 센싱 라인에 유입되는 전하를 모두 적분할 수 있도록 하여 잡음 제거와 SNR을 향상시킬 수 있다.

도 1a 내지 도 1d는 종래 기술의 터치 스크린 장치의 구조 및 터치 스크린 패널의 상세 구성 및 동작 파형도
도 2a와 도 2b는 종래 기술의 터치 스크린 장치의 구동에 따른 잡음 특성을 나타낸 회로도 및 동작 파형도
도 3은 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 구성도
도 4는 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 상세 구성 및 동작 특성을 나타낸 회로도
도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 터치 스크린 패널의 출력 특성을 나타낸 회로 및 동작 파형도
도 6a와 도 6b는 RST 구간 설정에 따른 터치 해상도와 출력 전압의 변화를 나타낸 동작 파형도
도 7a와 도 7b는 블랙 프레임 삽입을 통한 잡음 신호 제거 및 SNR 향상 특성을 나타낸 동작 파형도
도 8과 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린 패널의 전체 구성 및 출력 회로 구성도
도 10a와 도 10b 및 도 11a와 도 11b는 종래 기술의 터치 스크린 패널의 출력 특성 및 본 발명에 따른 터치 스크린 패널의 출력 특성을 비교한 구성도

이하, 본 발명에 따른 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법의 바람직한 실시 예에 관하여 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에 따른 터치 스크린 장치 및 이의 구동 제어 방법의 특징 및 이점들은 이하에서의 각 실시 예에 대한 상세한 설명을 통해 명백해질 것이다.

도 3은 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 구성도이고, 도 4는 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 상세 구성 및 동작 특성을 나타낸 회로도이다.

그리고 도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 터치 스크린 패널의 출력 특성을 나타낸 회로 및 동작 파형도이다.

이하의 설명에서 '터치 스크린 장치'는 '디스플레이 패널'과 '터치 스크린 패널'이 결합된 구조를 의미한다.

본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하여 전체 두께를 줄이고 잡음 특성을 개선할 수 있도록 한 것으로, 인 셀 타입(In cell type) 방식을 기본 구조로 한다.

본 발명은 터치 스크린 패널의 구동 라인을 별도로 형성하지 않고, 디스플레이 패널의 게이트 라인 신호를 통해 디스플레이 패널의 구동과 터치 스크린 패널의 구동을 하여 전력 소모를 줄이고, 디스플레이 패널에서 터치 스크린 패널로 유입되는 잡음 신호를 최소화할 수 있도록 한 것이다.

이를 위하여, 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하는 구조를 갖는다.

또한, 본 발명은 하나의 TSP 구동 라인을 여러 번 구동시켜 센싱 라인으로 유입되는 전하를 적분하는 방식이 아닌, 디스플레이 패널의 게이트 라인이 순차적으로 켜짐에 따라 TSP 센싱 라인으로 차례로 유입되는 전하를 적분하는 방식으로 터치 유무를 판별하는 구성을 포함할 수 있다.

그리고 본 발명은 리셋 구간 설정을 통해 적분 신호의 크기를 조절할 수 있고, 필요에 따라 터치 해상도를 조정하는 구성을 포함할 수 있다.

특히, 블랙 프레임을 터치 프레임으로 사용하는 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion) 방식으로 HSYNC의 듀티비를 조정하여 상승 에지(Rising edge) 및 하강 에지(Falling edge)에서 TSP 센싱 라인에 유입되는 전하를 모두 적분할 수 있도록 하는 구성을 포함할 수 있다.

본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 도 3에서와 같이, 하부 글래스(31)상에 칼라 필터층 및 블랙 매트릭스(32)가 형성되고, 공통 전극(33a)이 위치한다.

이와 같은 하부 글래스(31)와 상부 방향으로 이격되어 액정층(34)을 사이에 두고, 디스플레이 패널을 구성하는 화소 전극(33b)과 데이터 라인(35)이 구성되고, 절연층을 사이에 두고 제 1 방향으로 게이트 라인들(36)이 복수개 형성되고, 게이트 라인들(36)과 유전체층(37)을 사이에 두고 제 1 방향에 수직한 제 2 방향으로 TSP 센싱 라인(38)들이 형성된다.

TSP 센싱 라인(38)들 상에는 글래스 커버층(39)이 형성된다.

이와 같은 본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 디스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하는 구조이다.

이와 같이 스플레이 패널의 게이트 라인을 터치 스크린 패널의 구동 라인으로 공유하는 구조에 의해, TSP로 유입되는 잡음 신호 감소, TSP 구동 라인을 제거하여 전력 소모 감소, 터치 스크린 장치의 두께 감소의 특성을 갖는다.

본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 디스플레이 패널과 TSP의 구동 라인을 하나로 만들기 위하여, 터치 스크린 패널(Touch screen panel;TSP)을 디스플레이 패널 위에 온 셀 타입으로 형성하는 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치와는 다르게 디스플레이 패널의 반대 방향에 TSP 센싱 라인이 형성되는 구조이다.

즉, 디스플레이 패널을 구성하는 화소 전극(33b)과 데이터 라인(35)이 구성되고, 절연층을 사이에 두고 제 1 방향으로 게이트 라인들(36)이 복수개 형성되는 방향에 유전체층(37)을 사이에 두고 제 1 방향과 수직한 제2 방향으로 TSP 센싱 라인이 위치한다.

디스플레이 패널의 게이트 라인이 TSP 구동 라인을 대체하는 것으로, 게이트 라인에 신호가 인가되면 게이트 라인과 TSP 센싱 라인 사이에 형성된 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm)을 통해 전하가 TSP 센싱 라인으로 유입되고 적분된 출력 전압을 통해 터치를 감지한다.

여기서, 게이트 라인의 면적(배선폭) 차이로 인해 감소된 Cm과 그에 따라 감소된 전하는 다수의 게이트 라인이 구동되는 시간을 적분해 복구할 수 있으며, RST 구간에 따라 TSP의 터치 해상도를 조정할 수 있다.

도 4는 본 발명에 따른 터치 스크린 장치의 상세 구성 및 동작 특성을 나타낸 것으로, 게이트 라인에 신호가 인가되면 게이트 라인과 TSP 센싱 라인 사이에 형성된 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm)을 통해 전하가 TSP 센싱 라인으로 유입되고 적분된 출력 전압을 통해 터치를 감지한다.

도 4에서 C_pP는 TSP 센싱 라인과 화소 전극 사이의 커패시턴스를 나타낸 것이고, C_pD는 TSP 센싱 라인과 데이터 라인 사이의 커패시턴스를 나타낸 것이다.

그리고 도 5a와 도 5b는 본 발명에 따른 터치 스크린 패널의 출력 특성을 나타낸 회로 및 동작 파형을 나타낸 것으로, 터치를 감지하기 위한 하나의 터치 노드(Touch Node)는 하나의 TSP 센싱 라인에 복수 개의 게이트 라인(Gate Line₁)(Gate Line₂)이 대응되어 구성되어 게이트 라인(Gate Line₁)(Gate Line₂)에 신호가 인가되면 차례로 TSP 센싱 라인으로 유입된 전하(C_m1)(C_m2)가 적분되어 터치를 감지하게 된다.

구체적으로, 게이트 라인에 전압이 인가되면 게이트 라인과 TSP 센싱 라인 사이에 형성되는 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm)을 통해 전하가 TSP 센싱 라인으로 유입되고, 게이트 라인이 순차적으로 구동됨에 따라 TSP 센싱 라인으로 전하가 차례로 유입된다.

그리고 차례로 유입되는 전하를 적분기(Integrator)에서 적분하여 출력 전압을 측정한다.

터치 유무에 따라 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm) 값이 달라지고 유입되는 전하량이 달라져 최종 출력 전압의 차이를 통해 터치 유무를 판별한다.

여기서, RST 구간을 늘리거나 줄여 SNR과 터치 해상도를 조절할 수 있다.

또한, 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion) 방식을 사용하여 추가적인 잡음 신호 제거 및 SNR 특성을 향상시킬 수 있다.

이와 같은 동작 특성을 갖는 본 발명에 따른 터치 스크린 패널은 별도의 TSP 구동 라인을 필요로 하지 않아 전력소모를 감소시킬 수 있고, 디스플레이 패널로부터 TSP로 유입되는 잡음 신호를 줄일 수 있고, RST 구간을 조절하여 터치 해상도를 조절할 수 있다.

RST 구간 설정에 따른 터치 해상도와 출력 전압의 변화 특성을 설명하면 다음과 같다.

도 6a와 도 6b는 RST 구간 설정에 따른 터치 해상도와 출력 전압의 변화를 나타낸 동작 파형도이다.

도 6a는 RST 구간 설정을 다르게 한 경우의 터치 노드의 구성을 나타낸 것으로, RST 구간을 늘리면(RST) 더 많은 신호를 적분할 수 있어 높은 SNR을 얻을 수 있고, 또한 터치 유무에 따른 출력 전압의 차이가 커지므로 높은 터치 민감도를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

RST 구간을 줄이면(RST/2) 터치 민감도는 감소하지만 터치 노드의 크기를 줄여 높은 터치 해상도를 얻을 수 있는 것을 알 수 있다.

그리고 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion)을 통한 잡음 신호 제거 및 SNR 향상에 관하여 설명하면 다음과 같다.

도 7a와 도 7b는 블랙 프레임 삽입을 통한 잡음 신호 제거 및 SNR 향상 특성을 나타낸 동작 파형도이다.

본 발명에 따른 터치 스크린 패널은 도 7a에서와 같이, 블랙 프레임을 터치 프레임으로 사용하여 데이터 라인 및 화소 전극으로부터 유입되는 잡음 신호의 제거가 가능하다.

기존 HSYNC의 듀티비(Duty ratio)가 작기 때문에 상승 에지(Rising edge)에서 유입되는 전하를 적분하는 것이 어렵다.

본 발명에서는 도 7b에서와 같이, 블랙 프레임 구간을 추가하여 HSYNC의 듀티비(Duty ratio)를 0.5로 변경하면 상승 에지(Rising edge) 및 하강 에지(Falling edge)에서 유입되는 전하를 모두 적분할 수 있으므로 SNR을 향상시킬 수 있다.

도 8과 도 9는 본 발명의 일 실시 예에 따른 터치 스크린 패널의 전체 구성 및 출력 회로 구성도이다.

본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 도 8에서와 같이, 디스플레이 패널과 TSP의 구동 라인을 하나로 만들기 위하여, 터치 스크린 패널(Touch screen panel;TSP)을 디스플레이 패널 위에 온 셀 타입으로 형성하는 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치와는 다르게 디스플레이 패널의 반대 방향(액정 스위칭 소자가 형성되는 방향)에 TSP 센싱 라인이 형성되는 구조이다.

즉, 디스플레이 패널을 구성하는 화소 전극과 데이터 라인이 구성되고, 절연층을 사이에 두고 제 1 방향으로 게이트 라인들이 복수개 형성되는 방향에 유전체층을 사이에 두고 제 1 방향과 수직한 제2 방향으로 TSP 센싱 라인이 위치한다.

본 발명은 도 9에서와 같이, 하나의 TSP 구동 라인을 여러 번 구동시켜 센싱 라인으로 유입되는 전하를 적분하는 방식이 아닌, 디스플레이 패널의 게이트 라인이 순차적으로 켜짐에 따라 TSP 센싱 라인으로 차례로 유입되는 전하를 적분하는 방식으로 터치 유무를 판별한다.

그리고 도 10a와 도 10b 및 도 11a와 도 11b는 종래 기술의 터치 스크린 패널의 출력 특성 및 본 발명에 따른 터치 스크린 패널의 출력 특성을 비교한 구성도이다.

도 10a와 도 10b에서와 같이, 종래 기술의 터치 스크린 패널은 터치 스크린 패널(Touch screen panel;TSP)을 디스플레이 패널 위에 온 셀 타입으로 형성하는 구조이다.

이와 같은 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치에서 터치 스크린 패널은 도 10a에와 같이, 터치 면적을 최대한 활용하기 위해 다이아몬드 패턴의 구동라인과 센싱 라인을 사용한다.

그리고 도 10b에서와 같이, 한 개의 구동 라인을 여러 번 구동시켜 센싱 라인으로 유입되는 전하를 적분해 최종 출력되는 전압으로 터치 유무를 판별한다.

이와 같은 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치는 디스플레이 구동을 위한 신호와 TSP 구동을 위한 신호가 각각 필요하고, 온 셀 타입(On cell type)의 터치 스크린 장치의 구조상 디스플레이 패널과 TSP 사이의 거리가 가깝기 때문에 디스플레이 구동 신호가 TSP에서 잡음 신호로 유입되는 문제가 있다.

이에 비하여, 본 발명에 따른 터치 스크린 장치는 도 11a에서와 같이, 터치를 감지하기 위한 하나의 터치 노드는 하나의 TSP 센싱 라인에 복수 개의 게이트 라인이 대응되어 구성되는 인 셀 타입(In cell type)의 구조를 갖는다.

따라서, 도 11b에서와 같이, 터치 스크린 패널의 구동 라인을 별도로 형성하지 않고, 디스플레이 패널의 게이트 라인 신호를 통해 디스플레이 패널의 구동과 터치 스크린 패널의 구동을 하기 때문에 전력 소모를 줄이고, 디스플레이 패널에서 터치 스크린 패널로 유입되는 잡음 신호를 최소화할 수 있다.

이상에서의 설명에서와 같이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 본 발명이 구현되어 있음을 이해할 수 있을 것이다.

그러므로 명시된 실시 예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점에서 고려되어야 하고, 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구 범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

31. 하부 글래스 32. 블랙 매트릭스
33a. 공통 전극 33b. 공통 전극
34. 액정층 35. 데이터 라인
36. 게이트 라인 37. 유전체층
38. TSP 센싱 라인 39. 글래스 커버층

Claims (15)

1. 서로 이격되어 제 1 방향으로 복수 개가 형성되는 게이트 라인들을 갖는 디스플레이 패널;
   상기 디스플레이 패널의 게이트 라인들과 유전체층을 사이에 두고 제 1 방향과 수직한 제2 방향으로 형성되는 TSP 센싱 라인들;을 포함하고,
   상기 게이트 라인에 신호가 인가되면 게이트 라인과 TSP 센싱 라인 사이에 형성된 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm)를 통해 전하가 TSP 센싱 라인으로 유입되어 터치를 감지하고, 블랙 프레임을 터치 프레임으로 사용하는 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion) 방식으로 HSYNC의 듀티비를 조정하여 상승 에지(Rising edge) 및 하강 에지(Falling edge)에서 TSP 센싱 라인에 유입되는 전하를 모두 적분하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
2. 제 1 항에 있어서, 터치를 감지하기 위한 하나의 터치 노드는 하나의 TSP 센싱 라인에 복수 개의 게이트 라인이 대응되어 구성되는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
3. 제 2 항에 있어서, TSP 센싱 라인의 리드 아웃단에 인가되는 리셋(RST) 구간을 변경하는 것에 의해 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 달라지는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
4. 제 3 항에 있어서, 리셋(RST) 구간을 늘리면 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 증가하여 터치 유무에 따른 출력 전압의 차이가 커지고,
   리셋(RST) 구간을 줄이면 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 감소하여 터치 노드의 크기가 줄어 터치 해상도가 높아지는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널의 게이트 라인이 순차적으로 켜짐에 따라 TSP 센싱 라인으로 차례로 유입되는 전하를 적분하는 방식으로 출력 전압을 센싱하여 터치 유무를 판별하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
6. 삭제
7. 제 1 항에 있어서, HSYNC의 듀티비를 블랙 프레임 구간에서 증가시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
8. 제 1 항에 있어서, 상기 디스플레이 패널은,
   하부 글래스상에 형성되는 칼라 필터층 및 블랙 매트릭스층과,
   칼라 필터층 및 블랙 매트릭스층상에 형성되는 공통 전극과,
   상기 하부 글래스의 상부에서 이격되어 액정층을 사이에 두고, 디스플레이 패널을 구성하는 화소 전극과 데이터 라인과,
   절연층을 사이에 두고 제 1 방향으로 형성되는 게이트 라인들을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
9. 제 1 항에 있어서, 상기 TSP 센싱 라인들 상에 형성되는 글래스 커버층을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치.
10. 서로 이격되어 제 1 방향으로 복수 개가 형성되는 게이트 라인들을 갖는 디스플레이 패널; 및 상기 디스플레이 패널의 게이트 라인들과 유전체층을 사이에 두고 제 1 방향과 수직한 제2 방향으로 형성되는 TSP 센싱 라인들;을 포함하는 터치 스크린 장치의 구동 제어에 있어서,
    상기 게이트 라인에 신호가 인가되면 게이트 라인과 TSP 센싱 라인 사이에 형성된 뮤추얼 커패시터(Mutual capacitor)(Cm)를 통해 TSP 센싱 라인으로 유입되는 전하를 이용하여 터치를 감지하고,
    블랙 프레임을 터치 프레임으로 사용하는 블랙 프레임 삽입(Black Frame Insertion) 방식으로 HSYNC의 듀티비를 조정하여 상승 에지(Rising edge) 및 하강 에지(Falling edge)에서 TSP 센싱 라인에 유입되는 전하를 모두 적분하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동 제어 방법.
11. 제 10 항에 있어서, 터치를 감지하기 위하여 하나의 TSP 센싱 라인에 대응하는 복수 개의 게이트 라인을 하나의 터치 노드로 하여,
    복수 개의 게이트 라인이 순차적으로 켜짐에 따라 TSP 센싱 라인으로 차례로 유입되는 전하를 적분하는 방식으로 출력 전압을 센싱하여 터치 유무를 판별하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동 제어 방법.
12. 제 11 항에 있어서, TSP 센싱 라인의 리드 아웃단에 인가되는 리셋(RST) 구간을 변경하는 것에 의해 하나의 터치 노드에서 리드하는 게이트 라인의 개수를 변경하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동 제어 방법.
13. 제 12 항에 있어서, 리셋(RST) 구간을 늘리면 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 증가하여 터치 유무에 따른 출력 전압의 차이가 커지고,
    리셋(RST) 구간을 줄이면 하나의 터치 노드를 구성하는 게이트 라인의 개수가 감소하여 터치 노드의 크기가 줄어 터치 해상도가 높아지는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동 제어 방법.
14. 삭제
15. 제 10 항에 있어서, HSYNC의 듀티비를 블랙 프레임 구간에서 증가시키는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 장치의 구동 제어 방법.

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