KR102478670B1 - 터치 센서를 갖는 전자장치와 이의 구동 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 어쿠스틱 노이즈(Acoustic Noise)가 유발되는 문제를 제거 또는 분산하여 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 안정성과 신뢰성을 향상시키는 것이다. 이를 위해, 본 발명은 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점이 비 등간격으로 이루어지도록 한다.

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 센서는 스마트폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있으며, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 가전제품 등에 확대 적용되고 있다. 최근에는 터치 센서를 표시패널의 픽셀 어레이에 내장하는 기술(이하, "인셀 터치 센서(In-cell touch sensor)"라 함)이 제안되고 있다.

인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 두께 증가 없이 표시패널에 터치 센서들을 설치할 수 있다. 인셀 터치 센서를 갖는 전자장치는 픽셀들과 터치 센서들의 커플링(Coupling)으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 픽셀들을 구동하는 기간("디스플레이 구동기간"이라고도 함)과 터치 센서들을 구동하는 기간("터치 스크린 구동기간"이라고도 함)을 시분할 한다.

인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 픽셀들에 연결된 전극을 터치 센서들의 전극으로 활용한다. 예를 들어, 인셀 터치 센서 기술은 액정표시장치의 픽셀들에 공통전압을 공급하기 위한 공통 전극을 분할하여 터치 센서들의 전극으로 활용하는 예가 제안되고 있다.

그런데 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술은 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점에서 어쿠스틱 노이즈(Acoustic Noise)가 유발되고 있는바 이의 개선이 요구된다.

상술한 배경기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은 어쿠스틱 노이즈(Acoustic Noise)가 유발되는 문제를 제거 또는 분산하여 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 안정성과 신뢰성을 향상시키는 것이다.

상술한 과제 해결 수단으로 본 발명은 표시패널, 터치 센서들, 터치 스크린 구동회로 및 디스플레이 구동회로를 포함하는 터치 센서를 갖는 전자장치를 제공한다. 표시패널은 데이터 라인들과 게이트 라인들에 의해 정의된 픽셀들을 갖는다. 터치 스크린은 터치 센서들을 갖는다. 터치 스크린 구동회로는 터치 스크린 구동기간 동안 터치 스크린을 구동한다. 디스플레이 구동회로는 디스플레이 구동기간 동안 데이터 라인들에 데이터 전압을 공급하고 게이트 라인들에 게이트 신호를 공급한다. 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점이 비 등간격으로 이루어진다.

디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점은 디스플레이 구동기간을 정의하는 주파수의 변경에 의해 이루어질 수 있다.

터치 스크린 구동회로는 1 프레임 동안 동일한 주파수로 터치 센서들을 시분할 구동할 수 있고, 디스플레이 구동회로는 1 프레임 동안 상호 비중첩하는 다른 주파수로 표시패널을 시분할 구동할 수 있다.

디스플레이 구동회로는 1 프레임 동안 가장 높은 주파수부터 가장 낮은 주파수로 점차 가변되되, 상호 비중첩하는 다른 주파수로 표시패널을 시분할 구동할 수 있다.

디스플레이 구동회로는 1 프레임 동안 가장 낮은 주파수부터 가장 높은 주파수로 점차 가변되되, 상호 비중첩하는 다른 주파수로 표시패널을 시분할 구동할 수 있다.

디스플레이 구동회로는 1 프레임 동안 상호 비중첩하는 주파수들을 랜덤하게 구성하여 표시패널을 시분할 구동할 수 있다.

디스플레이 구동회로는 디스플레이 구동기간을 정의하는 주파수 또는 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점을 정의하는 간격이 소수의 배수를 따르도록 구성하여 표시패널을 시분할 구동할 수 있다.

다른 측면에서 본 발명은 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법을 제공한다. 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법은 디스플레이 구동기간 동안 Tx 라인들과 Rx 라인들에 픽셀들의 공통전압을 공급하고, 데이터 라인들에 입력 영상의 데이터 전압을 공급하고 게이트 라인들에 게이트 신호를 공급하여 입력 영상의 데이터를 기입하는 단계; 터치 스크린 구동기간 동안 Tx 라인들에 터치 구동신호를 공급하고 Rx 라인들을 통해 전하를 수신하며, 데이터 라인들과 게이트 라인들에 터치 구동신호와 같은 위상의 교류 신호를 공급하는 단계; 및 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점이 비 등간격으로 이루어지도록 디스플레이 구동기간을 변경하는 단계를 포함할 수 있다.

터치 스크린 구동회로는 1 프레임 동안 동일한 주파수로 터치 센서들을 시분할 구동하고, 디스플레이 구동회로는 1 프레임 동안 상호 비중첩하는 다른 주파수로 표시패널을 시분할 구동할 수 있다.

디스플레이 구동기간을 정의하는 주파수를 변경하는 단계는 디스플레이 구동기간을 정의하는 주파수 또는 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점을 정의하는 간격이 소수의 배수를 따르도록 구성하여 표시패널을 시분할 구동할 수 있다.

본 발명은 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점에서 어쿠스틱 노이즈(Acoustic Noise)가 유발되는 문제를 제거 또는 분산하여 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 안정성과 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 어쿠스틱 노이즈뿐만 아니라 EMI (Electro Magnetic Interference)를 감소시켜 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 안정성과 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도.
도 2는 터치 스크린을 갖는 액정표시패널의 단면 예시도.
도 3은 터치 스크린의 터치 센서를 개략적으로 보여주는 예시도.
도 4는 공통전극으로 이루어진 터치 스크린을 보여주는 예시도.
도 5는 애드온 터치 방식과 인셀 터치 방식의 차이점을 간략히 설명하기 위한 예시도.
도 6은 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형 예시도.
도 7은 도 6의 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간을 더욱 상세히 나타낸 파형 예시도.
도 8은 터치 센서를 갖는 전자장치로 구현된 스마트폰의 예시도.
도 9는 도 8의 스마트폰에서 측정된 어쿠스틱 노이즈를 보여주는 파형도.
도 10은 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술의 문제점을 설명하기 위한 파형도.
도 11은 어쿠스틱 노이즈의 발생 원인을 설명하기 위한 도면.
도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형도.
도 13은 종래 제안된 인셀 터치 방식과 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식을 비교 설명하기 위한 파형도.
도 14는 종래 제안된 인셀 터치 방식의 시간 간격과 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시간 간격을 비교 설명하기 위한 파형도.
도 15는 종래 제안된 인셀 터치 방식의 터치 주파수 성분과 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식의 터치 주파수 성분을 비교 설명하기 위한 파형도.
도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형도.
도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형도.
도 18은 본 발명의 제4실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형도.

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

본 발명에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치는 텔레비젼, 셋톱박스, 네비게이션, 영상 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈시어터 및 스마트폰 등으로 구현된다.

본 발명에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치는 정전 용량(capacitance) 타입의 터치 센서들로 구현된 터치 스크린을 포함한다. 터치 스크린은 셀프 정전 용량(Self capacitance) 방식이나 뮤추얼(상호) 정전 용량(Mutual capacitance) 방식 등으로 형성될 수 있다. 다만, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 자기 정전 용량 방식으로 구현된 것을 일례로 한다.

본 발명에 따른 터치 센서를 갖는 전자장치는 일례로 표시패널을 기반으로 구현된다. 표시패널은 액정표시패널, 유기발광표시패널, 전기영동표시패널, 플라즈마표시패널 등의 평판표시패널이 선택될 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 다만, 이하의 설명에서는 설명의 편의를 위해 액정표시패널을 기반으로 구현된 스마트폰을 일례로 설명한다.

<제1실시예>

도 1은 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치의 구성을 개략적으로 보여 주는 블록도이고, 도 2는 터치 스크린을 갖는 액정표시패널의 단면 예시도이며, 도 3은 터치 스크린의 터치 센서를 개략적으로 보여주는 예시도이며, 도 4는 공통전극으로 이루어진 터치 스크린을 보여주는 예시도이고, 도 5는 애드온 터치 방식과 인셀 터치 방식의 차이점을 간략히 설명하기 위한 예시도이며, 도 6은 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형 예시도이고, 도 7은 도 6의 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간을 더욱 상세히 나타낸 파형 예시도이다.

도 1 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 표시장치에는 타이밍 콘트롤러(20), 데이터 구동회로(12), 스캔 구동회로(14), 액정표시패널(DIS), 터치 스크린(TSP) 및 터치 스크린 구동회로(30)가 포함된다.

타이밍 콘트롤러(20)는 호스트 시스템(미도시)으로부터 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호와 더불어 디지털 비디오 데이터(RGB)를 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 데이터 라인들(D1~Dm)을 통해 데이터전압을 공급한다.

스캔 구동회로(14)는 데이터전압에 동기되는 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 순차적으로 생성한다. 스캔 구동회로(14)는 게이트 라인들(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 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 데이터 라인들(D1~Dm, m은 2 이상의 정수)과 게이트 라인들(G1~Gn, n은 2 이상의 정수)에 의해 정의된다. 하나의 서브 픽셀은 데이터 라인과 게이트 라인의 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(SUB2)의 내면에는 블랙매트릭스, 컬러필터(CF) 등이 형성된다. 액정표시패널(DIS)의 하부 기판(SUB1)의 내면에는 박막 트랜지스터(TFT), 화소전극 및 공통전극(COM) 등이 형성된다. 공통전압이 공급되는 공통전극(COM)은 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)이나 하부 기판(SUB1)에 형성될 수 있다.

액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)의 외면에는 커버기판(COV)이 부착된다. 커버기판(COV)은 접착부재(ADH)에 의해 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)의 외면에 부착될 수 있다. 액정표시패널(DIS)은 COT(Color filter On TFT) 구조로 구현될 수 있다. 이 경우, 블랙매트릭스와 컬러필터(CF)는 도면과 달리 액정표시패널(DIS)의 하부 기판(SUB1)에 형성된다.

도시되어 있진 않지만 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)과 하부 기판(SUB1)의 외면에는 각각 편광판이 부착되고 액정셀(LC)과 접하는 내면에는 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 또한, 도시되어 있진 않지만 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)과 하부 기판(SUB1) 사이에는 액정셀(LC)의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 컬럼 스페이서가 형성된다.

또한, 도시되어 있진 않지만 액정표시패널(DIS)의 상부 기판(SUB2)과 하부 기판(SUB1)에는 상부 편광판과 하부 편광판이 부착된다. 또한, 도시되어 있진 않지만 액정표시패널(DIS)의 하부 편광판의 배면 아래에는 백라이트 유닛이 배치된다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 등으로 구현되어 액정표시패널(DIS)에 광을 제공한다.

터치 스크린 구동회로(30)는 터치 스크린(TSP)을 이용하여 터치의 유무 및 위치를 센싱한다. 터치 스크린 구동회로(30)에는 터치 센서를 구동하기 위한 구동전압을 생성하는 구동회로와 터치 센서를 센싱하고 터치의 유무 및 좌표 정보 등을 검출하기 위한 데이터를 생성하는 센싱회로가 포함된다. 터치 스크린 구동회로(30)의 구동회로와 센싱회로는 하나의 집적회로(IC) 형태로 형성되거나 기능별로 구분되어 분리될 수 있다.

터치 스크린 구동회로(30)는 액정표시패널(DIS)과 접속되는 외부 기판 상에 형성된다. 터치 스크린 구동회로(30)는 센싱라인들(L1~Li, i는 양의 정수)을 통해 터치 스크린(TSP)에 연결된다. 터치 스크린 구동회로(30)는 터치 스크린(TSP)에 형성된 터치 센서들 간의 정전용량 편차를 기반으로 터치의 유무 및 위치를 센싱한다.

사용자의 손가락이 접촉된 위치와 비접촉된 위치 간에는 정전용량의 편차가 발생하는데, 터치 스크린 구동회로(30)는 이 정전용량을 감지하는 방식으로 터치의 유무 및 위치를 센싱한다. 터치 스크린 구동회로(30)는 터치의 유무 및 위치에 대한 터치 데이터(HIDxy)를 생성하고 이를 호스트 시스템(미도시)으로 전달한다.

한편, 데이터 구동회로(12)와 스캔 구동회로(14)는 액정표시패널(DIS)을 구동하는 구동회로로서 이들 중 적어도 하나는 터치 스크린 구동회로(30)와 함께 통합형 집적회로(IC) 형태로 구현될 수 있다.

도 3에 도시된 바와 같이, 터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 표시영역(AA)에 인셀 셀프 터치(in-cell self touch)(이하 셀프 터치로 약기함) 방식으로 내장되도록 구현된다. 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 내부면 또는 외부면 등에 존재하는 블록(또는 포인트) 형태의 전극을 터치 센서로 이용한다.

액정표시패널(DIS)의 표시영역(AA)에 형성된 "C1, C2, C3, C4"는 터치 센서(또는 터치 센서블록)를 의미하고, "L1, L2, L3, L4"는 터치 센서에 연결된 센싱라인을 의미한다. 이하에서는 액정표시패널(DIS)의 내부에 위치하는 공통전극으로 터치 센서를 구성하는 예를 기준으로 설명한다.

도 3 및 도 4에 도시된 바와 같이, 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)은 액정표시패널(DIS)의 내부에 형성된 제M개(M은 4 이상 정수)의 서브 픽셀(예컨대, 가로 32개의 서브 픽셀 * 세로 32개의 서브 픽셀)에 포함된 공통전극들(COM)이 하나의 터치 센서를 이루게 된다. 즉, 터치 센서들(C1, C2, C3, C4)은 액정표시패널(DIS) 상에서 분리 형성된 공통전극들(COM)에 의해 정의된다.

도 1 내지 도 4에 도시된 바와 같이, 터치 스크린 구동회로(30)는 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린(TSP)에 연결된 센싱라인(L1 ~ L4)을 통해 터치 구동신호(Tdrv)를 공급한다.

터치 스크린 구동회로(30)가 셀프 터치 센싱 방식으로 터치 스크린(TSP)을 센싱할 경우, 이는 센싱라인(L1 ~ L4)을 통해 터치 상태와 노터치 상태의 RC 딜레이(dealy) 차이(Δt)를 센싱하고, 인접한 터치 센서들(C1 ~ C4) 간의 RC 딜레이 차이가 기준값 이상이 되는 경우 터치가 이루어진 것으로 인식한다.

도 5의 (a)에 도시된 바와 같이, 터치 센서를 액정표시패널(DIS)에 올리는 기술(이하, "애드온 터치 센서(Add-on touch sensor)"라 함)은 액정표시패널(DIS)의 구동과 관계없이 비동기식 센싱(Display asynchronous sensing)을 한다.

반면, 도 5의 (b)에 도시된 바와 같이, 터치 센서를 액정표시패널(DIS)의 픽셀 어레이에 내장하는 기술(인셀 터치 센서(In-cell touch sensor))은 액정표시패널(DIS)의 구동을 고려하여 시간공유(또는 시분할) 센싱(Display time sharing sensing)을 한다.

도 5의 (b)를 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 제1실시계와 같이 셀프 터치 센싱 방식의 터치 스크린을 갖는 표시장치는 액정표시패널(DIS)에 영상을 표시하는 디스플레이 구동기간(Display)과 터치 스크린(TSP)을 센싱하는 터치 스크린 구동기간(Touch)이 시간상으로 분할된다. 즉, 디스플레이 구동기간(Display))과 터치 스크린 구동기간(Touch)으로 시분할 구동된다.

도 1 내지 도 5에 도시된 바와 같이, 센싱라인(L1 ~ L4)에는 디스플레이 구동기간(Display, 이하 Td로 기재함) 동안 공통전압(Vcom)이 공급되는 반면, 터치 스크린 구동기간(Touch, 이하 Ts로 기재함) 동안 터치 구동신호(Tdrv)가 공급된다. 터치 구동신호(Tdrv)는 교류 신호 형태로 생성된다.

도 1 내지 도 6에 도시된 바와 같이, 액정표시패널(DIS)에 영상을 표시하기 위한 디스플레이 구동기간(Td1 ~ Td11)과 터치 스크린(TSP)을 센싱하기 위한 터치 스크린 구동기간(Ts1 ~ Ts11)은 터치 동기신호(Tsync)에 의한 시분할로 이루어진다. 터치 동기신호(Tsync)는 타이밍 콘트롤러나 호스트 시스템 등으로부터 생성될 수 있다.

디스플레이 구동기간(Td1 ~ Td11) 동안 데이터 라인들(D1 ~ D2) 및 게이트 라인들(G1 ~ G8)에는 데이터신호(+, -) 및 게이트신호(GP)가 공급된다. 하지만, 터치 스크린 구동기간(Ts1 ~ Ts11) 동안 데이터 라인들(D1 ~ D2) 및 게이트 라인들(G1 ~ G8)에는 신호가 공급되지 않을 수 있다.

도면에서는 디스플레이 구동기간(Td1 ~ Td11)과 터치 스크린 구동기간(Ts1 ~ Ts11)이 1 프레임 동안 11회 교번적으로 이루어진 것을 일례로 하였다. 그러나 본 발명의 제1실시예는 이에 한정되지 않고 1 프레임 동안 M(M은 4 이상 정수)회 교번적으로 이루어질 수 있다.

도 1 내지 도 7에 도시된 바와 같이, 터치 스크린 구동기간(Ts) 동안 데이터 라인(D1)과 게이트 라인(G1)에는 터치 구동신호(Tdvr)와 같은 위상의 교류 신호가 공급될 수 있다.

픽셀들의 박막 트랜지스터들(TFT)은 터치 스크린 구동기간(Ts) 동안 오프 상태를 유지하기 때문에 디스플레이 구동기간(Td)에 충전하였던 데이터전압을 유지(hold)한다. 그러나 터치 스크린 구동기간(Ts) 동안 데이터 라인(D1)과 게이트 라인(G1)에는 터치 구동신호(Tdvr)와 같은 위상의 교류 신호를 공급하면 터치 센서들과 픽셀의 신호라인들(D1, G1) 사이의 기생 용량을 최소화할 수 있다.

터치 스크린 구동기간(Ts) 동안, 터치 센서들에 연결된 기생 용량을 최소화하기 위하여, 픽셀의 신호라인들(D1, G1)에 터치 구동신호(Tdrv)에 대하여 동위상의 교류 신호가 공급된다. Rx 라인(Rx)에도 교류 신호가 공급될 수 있다. 상호 용량에 전하가 충전되기 위해서는 Tx 라인(Tx)과 Rx 라인(Tx) 사이에 전위차가 있어야 한다. 따라서, 터치 구동신호(Tdrv)의 전압(Vtx)은 픽셀의 신호라인들(D1, G1)과 Rx 라인(Rx)에 인가되는 교류 신호의 전압(Vac1, Vac2) 보다 높을수록 좋다.

터치 센서를 갖는 전자장치는 터치 성능을 극대화하기 위해, 위와 같은 방식은 물론 다양한 형태로 공통전극, 데이터 라인, 게이트 라인에 인가되는 신호를 모듈레이션(Modulation)하여 동기화하는 구동 방식(Load Free Driving; LFD)을 사용한다.

한편, 앞서 설명된 터치 센서를 갖는 전자장치는 스마트폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있다. 인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 두께 증가 없이 표시패널에 터치 센서들을 설치할 수 있다.

그런데 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술은 다음과 같은 문제가 있어 이의 개선이 요구된다.

도 8은 터치 센서를 갖는 전자장치로 구현된 스마트폰의 예시도이고, 도 9는 도 8의 스마트폰에서 측정된 어쿠스틱 노이즈를 보여주는 파형도이며, 도 10은 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술의 문제점을 설명하기 위한 파형도이고, 도 11은 어쿠스틱 노이즈의 발생 원인을 설명하기 위한 도면이다.

도 8에 도시된 바와 같이, 터치 센서를 갖는 전자장치는 스마트폰으로 구현될 수 있다. 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술 기반으로 마련된 스마트폰을 귀에 가깝게 한 후 청취한 결과 "찡~~"하는 소리가 미세하게 들리는 어쿠스틱 노이즈(Acoustic Noise)가 발견되어 이를 측정 장치로 측정한 결과 도 9와 같이 나타났다.

도 10에 도시된 바와 같이, 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술은 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts)을 각각 일정한 시간으로 배치한 등간격 구동 방식을 취한다.

도 9의 측정 결과에 따르면, 어쿠스틱 노이즈는 암소음 대비 4.7dB 정도 차이가 있을 수 있지만, 대략 디스플레이 구동기간(Td)에 대응하는 1.2KHz의 주기로 상승하는 것으로 나타났다. 즉, 어쿠스틱 노이즈는 디스플레이 구동기간(Td)과 관계하여 나타나는 것으로 사료된다.

도 11에 도시된 바와 같이, 스마트폰의 내부에는 적층 세라믹 커패시터(Multilayer Ceramic Capacitor, MLCC)가 존재한다. 적층 세라믹 커패시터(MLCC)는 전원 공급부(예: Charge Pump 회로) 등 스마트폰을 구성하는 다양한 장치에서 사용되며, 이는 연성인쇄회로기판(Flexible Printed Circuit, FPC) 등에 솔더링(Soldering) 방식으로 실장된다.

어쿠스틱 노이즈가 발생하는 이유를 검토한 결과, 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts) 간의 전환시점에서 급격히 증가하는 전류로 인한 게이트신호의 펄스 리플(ripple)에 의한 것(LFD 구동시 Data Transition에 의한 Vcom ripple 발생이 Gate ripple로 이어지므로 이 구동 방식도 문제를 일으키는 요인에 포함됨)으로 밝혀졌다. 이에 대해 설명을 보충하면 다음과 같다.

적층 세라믹 커패시터(MLCC)는 게이트신호의 펄스 리플에 의해 팽창과 수축을 반복(도 11의 a와 b 참조)하면서 솔더링되어 있는 연성인쇄회로기판(FPC)과 함께 진동을 하게 된다. 그리고 이때 발생된 진동이 공기를 통해 장치의 내부 및 외부로 퍼져 나가면서 어쿠스틱 노이즈로 들리게 된다.

종래 제안된 인셀 터치 센서 기반의 구동 방식의 문제점을 고찰하고 이를 해결하기 위한 방안을 모색하기 위하여 다양한 실험을 실시하였다. 그 결과 다음에서 설명되는 본 발명의 제1실시예는 종래 구동 방식의 문제점을 해소할 수 있는 것으로 나타났다.

도 12는 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형도이고, 도 13은 종래 제안된 인셀 터치 방식과 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식을 비교 설명하기 위한 파형도이며, 도 14는 종래 제안된 인셀 터치 방식의 시간 간격과 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시간 간격을 비교 설명하기 위한 파형도이고, 도 15는 종래 제안된 인셀 터치 방식의 터치 주파수 성분과 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식의 터치 주파수 성분을 비교 설명하기 위한 파형도이다.

도 12에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 방식은 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts) 간의 전환시점(또는 전환주기)을 비 등간격으로 변경하여 구동한다.

이를 위해, 디스플레이 구동기간(Td)을 제어하는 디스플레이 구동회로와 터치 스크린 구동기간(Ts)을 제어하는 터치 스크린 구동회로의 동작 조건은 다음과 같다. 터치 스크린 구동기간(Ts)은 1 프레임 동안 동일한 주파수(Fs)로 설정된다. 이와 달리, 디스플레이 구동기간(Td)은 1 프레임 동안 가장 높은 제29주파수(F29)에서 시작하여 가장 낮은 제1주파수(F1)로 점차 변경된다. 다만, 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수들(F29 ~ F1)은 1 프레임 동안 상호 중첩(중복)되지 않는 주파수를 기반으로 한다.

도 12에서는 1 프레임 동안 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts)이 총 29회 교번적으로 이루어진 것을 일례로 하였다. 그러나 본 발명의 제1실시예는 이에 한정되지 않고 1 프레임 동안 M(M은 4 이상 정수)회 교번적으로 이루어질 수 있다.

도 13의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술은 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts)을 정의하는 주파수(FD)가 각각 일정한 시간 간격으로 배치된 등간격 구동 방식을 취한다. 터치 스크린 구동기간(Ts)은 1 프레임 동안 동일한 주파수(Fs)로 설정된다.

도 13의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 센서 기술은 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수(F29 -> F1)가 점진적으로 증가하는 시간 간격으로 배치된 비 등간격 구동 방식을 취한다. 터치 스크린 구동기간(Ts)은 1 프레임 동안 동일한 주파수(Fs)로 설정된다.

이처럼, 디스플레이 구동기간(Td)의 주파수를 높은 주파수에서 점차 낮은 주파수로 변경하게 되면 터치 스크린 구동기간(Ts)에서 터치 스크린 구동기간(Ts)으로 전환되는 시점은 등간격이 아닌 비 등간격 형태로 바뀌게 된다.

도 13의 (a), 도 14의 (a) 및 도 15의 (a)에 도시된 바와 같이, 종래에 제안된 인셀 터치 센서 기술은 디스플레이 구동기간(Td)이 일정한 시간 간격으로 배치됨(등간격 구동 방식)에 따라 어쿠스틱 노이즈가 유발된다. 종래에 제안된 방식은 디스플레이 구동기간(Td)의 주파수가 일정하므로 이에 대응하는 1.2Khz 마다 피크(peak)를 치는 성분에 의해 어쿠스틱 노이즈가 지속적(반복적)으로 나타났다.

도 13의 (b), 도 14의 (b) 및 도 15의 (b)에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제1실시예에 따른 인셀 터치 센서 기술은 디스플레이 구동기간(Td)이 점진적으로 증가하는 시간 간격으로 배치됨(비 등간격 구동 방식)에 따라 어쿠스틱 노이즈가 제거(어쿠스틱 노이즈를 유발하는 피크 성분이 제거 또는 분산)되었다.

본 발명의 제1실시예에 따른 방식은 디스플레이 구동기간(Td)의 주파수가 등간격 형태로 배치되므로 이에 대응하여 1.2Khz 마다 피크(peak)를 치는 성분이 모든 주파수 내에 고르고 넓게 퍼지게 됨에 따라 제거(noise power를 주파수 domain에서 넓게 분산시키는 방식으로 제거)되었다.

그 결과, 본 발명의 제1실시예에 따른 방식은 어쿠스틱 노이즈가 지속적으로 나타나는 문제를 제거(장치마다 차이점이 있을 수 있는바 특정 장치에서는 제거가 아닌 완화 또는 감소의 형태로 개선될 수 있음)할 수 있는 것으로 나타났다. 또한, 본 발명의 제1실시예에 따른 방식은 디스플레이 구동기간(Td)의 비 등간격 배치(구동 주파수의 피크 성분 제거)로 어쿠스틱 노이즈뿐만 아니라 EMI (Electro Magnetic Interference)도 감소할 수 있을 것으로 기대된다.

<제2실시예>

도 16은 본 발명의 제2실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형도이다.

도 16에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제2실시예에 따른 인셀 터치 방식은 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts) 간의 전환시점을 비 등간격으로 변경하여 구동한다.

이를 위해, 디스플레이 구동기간(Td)을 제어하는 디스플레이 구동회로와 터치 스크린 구동기간(Ts)을 제어하는 터치 스크린 구동회로의 동작 조건은 다음과 같다. 터치 스크린 구동기간(Ts)은 1 프레임 동안 동일한 주파수(Fs)로 설정된다. 이와 달리, 디스플레이 구동기간(Td)은 1 프레임 동안 가장 낮은 제1주파수(F1)부터 시작하여 가장 높은 제29주파수(F29)로 점차 변경된다. 다만, 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수들(F1 ~ F29)은 1 프레임 동안 상호 중첩(중복)되지 않는 주파수를 기반으로 한다.

도 16에서는 1 프레임 동안 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts)이 총 29회 교번적으로 이루어진 것을 일례로 하였다. 그러나 본 발명의 제2실시예는 이에 한정되지 않고 1 프레임 동안 M(M은 4 이상 정수)회 교번적으로 이루어질 수 있다.

도 16과 같이, 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수가 점진적으로 감소하는 시간 간격으로 배치하면 제1실시예와 같이 터치 스크린 구동기간(Ts)에서 터치 스크린 구동기간(Ts)으로 전환되는 시점이 등간격이 아닌 비 등간격 형태로 바뀌게 된다.

그 결과, 본 발명의 제2실시예에 따른 방식 또한 어쿠스틱 노이즈가 지속적으로 나타나는 문제를 제거(장치마다 차이점이 있을 수 있는바 특정 장치에서는 제거가 아닌 완화 또는 감소의 형태로 개선될 수 있음)할 수 있는 것으로 나타났다. 그리고, 본 발명의 제2실시예에 따른 방식 또한 디스플레이 구동기간(Td)의 비 등간격 배치(구동 주파수의 피크 성분 제거)로 어쿠스틱 노이즈뿐만 아니라 EMI (Electro Magnetic Interference)도 감소할 수 있을 것으로 기대된다.

<제3실시예>

도 17은 본 발명의 제3실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형도이다.

도 17에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제3실시예에 따른 인셀 터치 방식은 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts) 간의 전환시점을 비 등간격으로 변경하여 구동한다.

이를 위해, 디스플레이 구동기간(Td)을 제어하는 디스플레이 구동회로와 터치 스크린 구동기간(Ts)을 제어하는 터치 스크린 구동회로의 동작 조건은 다음과 같다. 터치 스크린 구동기간(Ts)은 1 프레임 동안 동일한 주파수(Fs)로 설정된다. 이와 달리, 디스플레이 구동기간(Td)은 1 프레임 동안 가장 높은 제29주파수(F29)부터 시작하여 낮은 제2주파수(F2)로 점차 변경된다.

다만, 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수들(F29 ~ F2)은 1 프레임 동안 상호 중첩(중복)되지 않는 주파수를 기반으로 한다. 그리고 상호 중첩(중복)되지 않는 주파수를 기반으로 하기 위해, 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수 또는 구동기간의 전환시점을 정의하는 간격을 소수(Prime Number)의 배수(예: 2, 3, 5, 7, 11, 13..., 29)로 한다.

도 17에서는 1 프레임 동안 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts)이 총 29회 교번적으로 이루어진 것을 일례로 하였다. 그러나 본 발명의 제3실시예는 이에 한정되지 않고 1 프레임 동안 M(M은 4 이상 정수)회 교번적으로 이루어질 수 있다.

도 17과 같이, 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수 또는 구동기간의 전환시점을 정의하는 간격이 소수의 배수를 따르도록 배치하면 제1실시예와 같이 터치 스크린 구동기간(Ts)에서 터치 스크린 구동기간(Ts)으로 전환되는 시점이 등간격이 아닌 비 등간격 형태로 바뀌게 된다.

그 결과, 본 발명의 제3실시예에 따른 방식 또한 어쿠스틱 노이즈가 지속적으로 나타나는 문제를 제거(장치마다 차이점이 있을 수 있는바 특정 장치에서는 제거가 아닌 완화 또는 감소의 형태로 개선될 수 있음)할 수 있는 것으로 나타났다. 그리고, 본 발명의 제3실시예에 따른 방식 또한 디스플레이 구동기간(Td)의 비 등간격 배치(구동 주파수의 피크 성분 제거)로 어쿠스틱 노이즈뿐만 아니라 EMI (Electro Magnetic Interference)도 감소할 수 있을 것으로 기대된다.

<제4실시예>

도 18은 본 발명의 제4실시예에 따른 인셀 터치 방식의 시분할 구동 기술을 설명하기 위한 파형도이다.

도 18에 도시된 바와 같이, 본 발명의 제4실시예에 따른 인셀 터치 방식은 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts) 간의 전환시점을 비 등간격으로 변경하여 구동한다.

이를 위해, 디스플레이 구동기간(Td)을 제어하는 디스플레이 구동회로와 터치 스크린 구동기간(Ts)을 제어하는 터치 스크린 구동회로의 동작 조건은 다음과 같다. 터치 스크린 구동기간(Ts)은 1 프레임 동안 동일한 주파수(Fs)로 설정된다. 이와 달리, 디스플레이 구동기간(Td)은 1 프레임 동안 상호 비중첩하는 주파수들이 랜덤하게 배치(구성)된다. 예컨대, 가장 높은 제29주파수(F29)부터 가장 낮은 제1주파수(F1)가 랜덤하게 배치되도록 구성된 주파수 그룹을 이용할 수 있다.

다만, 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수들(F27, F29, F2 ~ F28, F1)은 1 프레임 동안 상호 중첩(중복)되지 않는 주파수를 기반으로 한다. 예컨대, 소수(Prime Number)의 배수 관계에 있는 주파수를 활용할 수 있다.

도 18에서는 1 프레임 동안 디스플레이 구동기간(Td)과 터치 스크린 구동기간(Ts)이 총 29회 교번적으로 이루어진 것을 일례로 하였다. 그러나 본 발명의 제4실시예는 이에 한정되지 않고 1 프레임 동안 M(M은 4 이상 정수)회 교번적으로 이루어질 수 있다.

도 18과 같이, 디스플레이 구동기간(Td)을 정의하는 주파수가 소수의 배수 관계에 있는 주파수를 랜덤 시간 간격으로 배치하면 제1실시예와 같이 터치 스크린 구동기간(Ts)에서 터치 스크린 구동기간(Ts)으로 전환되는 시점이 등간격이 아닌 비 등간격 형태로 바뀌게 된다.

그 결과, 본 발명의 제4실시예에 따른 방식 또한 어쿠스틱 노이즈가 지속적으로 나타나는 문제를 제거(장치마다 차이점이 있을 수 있는바 특정 장치에서는 제거가 아닌 완화 또는 감소의 형태로 개선될 수 있음)할 수 있는 것으로 나타났다. 그리고, 본 발명의 제4실시예에 따른 방식 또한 디스플레이 구동기간(Td)의 비 등간격 배치(구동 주파수의 피크 성분 제거)로 어쿠스틱 노이즈뿐만 아니라 EMI (Electro Magnetic Interference)도 감소시킬 수 있을 것으로 기대된다.

이상의 실시예들을 통해 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예들은 디스플레이 구동기간에서 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점의 간격을 비 등간격으로 구동한다. 이때, 비 등간격에 대한 조건은 구동기간 각각의 전환시점들끼리 소수의 배수 관계에 있는 주파수를 갖게 하여 1 프레임 동안 상호 중첩(중복)되지 않도록 한다. 한편, 본 발명의 실시예들에서는 1 프레임 동안 산호 중첩(중복)되지 않는 것을 전제로 설명하였으나, 이는 N 프레임(N은 1 이상 정수)을 기준으로 할 수 있다.

이상 본 발명은 디스플레이 구동기간과 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점에서 어쿠스틱 노이즈(Acoustic Noise)가 유발되는 문제를 제거 또는 분산하여 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 안정성과 신뢰성을 향상시키는 효과가 있다. 또한, 본 발명은 어쿠스틱 노이즈뿐만 아니라 EMI (Electro Magnetic Interference)를 감소시켜 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동 안정성과 신뢰성을 향상시키는 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.

20: 타이밍 콘트롤러 12: 데이터 구동회로
14: 스캔 구동회로 DIS: 액정표시패널
TSP: 터치 스크린 30: 터치 스크린 구동회로
Td: 디스플레이 구동기간 Ts: 터치 스크린 구동기간

Claims (10)

1. 데이터 라인들과 게이트 라인들에 의해 정의된 픽셀들을 갖는 표시패널;
   터치 센서들을 갖는 터치 스크린;
   상기 터치 센서들을 구동하는 터치 스크린 구동기간 동안 상기 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동회로; 및
   디스플레이 구동기간 동안 상기 데이터 라인들에 데이터 전압을 공급하고 상기 게이트 라인들에 게이트 신호를 공급하는 디스플레이 구동회로를 포함하고,
   상기 디스플레이 구동기간과 상기 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점이 비 등간격으로 이루어지고,
   상기 터치 스크린 구동회로는 1 프레임 동안 동일한 주파수로 상기 터치 센서들을 시분할 구동하고,
   상기 디스플레이 구동회로는 1 프레임 동안 상호 비중첩하는 다른 주파수로 상기 표시패널을 시분할 구동하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
2. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 구동기간과 상기 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점은
   상기 디스플레이 구동기간을 정의하는 주파수의 변경에 의해 이루어지는 터치 센서를 갖는 전자장치.
3. 삭제
4. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 구동회로는
   1 프레임 동안 가장 높은 주파수부터 가장 낮은 주파수로 점차 가변되되, 상호 비중첩하는 다른 주파수로 상기 표시패널을 시분할 구동하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
5. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 구동회로는
   1 프레임 동안 가장 낮은 주파수부터 가장 높은 주파수로 점차 가변되되, 상호 비중첩하는 다른 주파수로 상기 표시패널을 시분할 구동하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
6. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 구동회로는
   1 프레임 동안 상호 비중첩하는 주파수들을 랜덤하게 구성하여 상기 표시패널을 시분할 구동하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
7. 제1항에 있어서,
   상기 디스플레이 구동회로는
   상기 디스플레이 구동기간을 정의하는 주파수 또는 상기 디스플레이 구동기간과 상기 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점을 정의하는 간격이 소수의 배수를 따르도록 구성하여 상기 표시패널을 시분할 구동하는 터치 센서를 갖는 전자장치.
8. 디스플레이 구동기간 동안 Tx 라인들과 Rx 라인들에 픽셀들의 공통전압을 공급하고, 데이터 라인들에 입력 영상의 데이터 전압을 공급하고 게이트 라인들에 게이트 신호를 공급하여 입력 영상의 데이터를 기입하는 단계;
   터치 스크린 구동기간 동안 상기 Tx 라인들에 터치 구동신호를 공급하고 상기 Rx 라인들을 통해 전하를 수신하며, 상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 상기 터치 구동신호와 같은 위상의 교류 신호를 공급하는 단계; 및
   상기 디스플레이 구동기간과 상기 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점이 비 등간격으로 이루어지도록 상기 디스플레이 구동기간을 변경하는 단계를 포함하고,
   상기 Tx 라인들과 상기 Rx 라인들에 의해 정의된 터치 센서들에 연결된 터치 스크린 구동회로는 1 프레임 동안 동일한 주파수로 상기 터치 센서들을 시분할 구동하고,
   상기 데이터 라인들과 상기 게이트 라인들에 구분되어 연결된 디스플레이 구동회로는 1 프레임 동안 상호 비중첩하는 다른 주파수로 표시패널을 시분할 구동하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법.
9. 삭제
10. 제8항에 있어서,
    상기 디스플레이 구동기간을 정의하는 주파수를 변경하는 단계는
    상기 디스플레이 구동기간을 정의하는 주파수 또는 상기 디스플레이 구동기간과 상기 터치 스크린 구동기간 간의 전환시점을 정의하는 간격이 소수의 배수를 따르도록 구성하여 상기 표시패널을 시분할 구동하는 터치 센서를 갖는 전자장치의 구동방법.

Images