KR102480831B1

KR102480831B1 - 터치 센서를 갖는 표시장치와 그 구동방법

Info

Publication number: KR102480831B1
Application number: KR1020170169393A
Authority: KR
Inventors: 강연욱
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2017-12-11
Filing date: 2017-12-11
Publication date: 2022-12-23
Also published as: KR20190069041A

Abstract

본 발명에 의한 터치 센서를 갖는 표시장치는 표시패널 및 터치 구동부를 포함한다. 표시패널은 데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들 및 상기 픽셀들과 커플링되는 터치 센서들을 포함한다. 터치 구동부는 터치 구동 기간 동안, 터치 센서들에 제1 무부하 신호를 인가하고 게이트라인들 또는 상기 데이터라인들에 제2 무부하 신호를 인가한다. 터치 구동부는 제1 기준신호를 생성하는 제1 기준신호 생성부, 제1 기준신호와 동일한 주기를 갖고, 개별적으로 출력 타이밍이 조절되는 제2 기준신호를 생성하는 제2 기준신호 생성부, 및 제1 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제1 무부하 신호를 생성하고, 제2 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제2 무부하 신호를 생성하는 터치 신호 생성부를 포함한다.

Description

터치 센서를 갖는 표시장치와 그 구동방법{DISPLAY DEVICE HAVING TOUCH SENSOR USING THE SAME AND DRIVING METHOD THEREOF}

본 발명은 터치 감도를 높일 수 있는 터치 센서를 갖는 표시장치와 그 구동방법에 관한 것이다.

유저 인터페이스(User Interface, UI)는 사람(사용자)과 각종 전기, 전자 기기 등의 통신을 가능하게 하여 사용자가 기기를 쉽게 자신이 원하는 대로 쉽게 제어할 수 있게 한다. 유저 인터페이스의 대표적인 예로는 키패드, 키보드, 마우스, 온 스크린 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 발전되고 있다.

터치 UI는 표시패널 상에 터치 스크린을 구현하여 터치 입력을 감지하여 사용자 입력을 전자기기에 전송한다. 터치 UI는 스마트 폰과 같은 휴대용 정보기기에 필수적으로 채택되고 있으며, 노트북 컴퓨터, 컴퓨터 모니터, 가전 제품 등에 확대 적용되고 있다.

터치 센서들을 표시패널의 픽셀 어레이에 내장하는 기술을 이용하여 터치 스크린을 구현하는 기술이 다양한 표시장치에 적용되고 있다. 터치 센서들은 터치 전후 정전 용량의 변화를 바탕으로 터치를 센싱하는 정전 용량 타입의 터치 센서로 구현될 수 있다.

터치 센서들은 표시패널의 픽셀 어레이에 내장되기 때문에 터치 센서들은 기생 용량을 통해 픽셀들에 커플링(Coupling)된다. 픽셀들과 터치 센서들의 커플링으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 인셀 터치 센서 기술은 1 프레임 기간을 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간으로 분할하여 픽셀들의 구동 시간과 터치 센서들의 구동 시간을 시분할한다. 이외에도 픽셀들과 터치 센서들의 기생 커패시턴스로 인한 터치 감도가 저하되는 것을 개선하기 위한 기술들이 연구되고 있는 실정이다.

본 발명은 터치 감도를 높일 수 있는 터치 센서를 갖는 표시장치 및 이의 구동방법에 관한 것이다.

본 발명은 터치 구동을 위한 무부하 신호들을 개별적으로 생성하여, 각각의 무부하 신호들의 출력 타이밍을 조절할 수 있다. 본 발명은 각각의 무부하 신호들의 출력 타이밍이 일치하도록 어느 하나의 무부하 신호를 지연시킴으로써, 픽셀들과 터치 센서 간의 기생용량을 최소화할 수 있고, 그 결과 터치 감도를 향상시키는 데에 유리하다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 나타내는 도면이다.
도 2는 표시패널의 블록 단위 구동을 설명하기 위한 도면이다.
도 3은 표시패널과 터치 제어부의 연결관계를 설명하는 도면이다.
도 4 및 도 5는 픽셀들과 터치 센서들의 구동 방법을 보여 주는 파형도들이다.
도 6은 무부하 신호들의 타이밍이 어긋난 현상을 설명하는 도면이다.
도 7은 본 발명에 의한 터치 구동부의 구성을 나타내는 도면이다.
도 8은 터치 신호 생성부를 나타내는 도면이다.
도 9는 본 발명에 의한 표시장치의 구동방법을 나타내는 순서도이다.
도 10은 신호 지연부의 동작을 설명하는 도면이다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

본 발명의 실시예를 설명하기 위한 도면에 개시된 형상, 크기, 비율, 각도, 개수 등은 예시적인 것이므로 본 발명은 도면에 도시된 사항에 한정되는 것은 아니다. 명세서 전체에 걸쳐 동일 참조 부호는 실질적으로 동일 구성 요소를 지칭한다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기술에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명을 생략한다.

본 발명의 표시장치는 액정표시장치(Liquid Crystal Display, LCD), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED Display) 등의 평판 표시장치로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 평판 표시장치의 일 예로서 액정표시장치를 중심으로 설명하지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다. 예컨대, 본 발명은 터치 센서를 포함한 어떠한 표시장치에도 적용될 수 있다.

터치 센서들은 온-셀(On-cell type) 또는 애드 온 타입(Add on type)으로 표시패널의 화면 상에 배치되거나 인-셀(In-cell type) 터치 센서가 표시패널에 내장될 수 있다. 이하의 실시예에서 인-셀 터치 센서를 중심으로 설명되지만, 본 발명의 터치 센서는 이에 한정되지 않는다.

도 1 내지 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 도면들이다. 도 1은 표시장치를 개략적으로 보여 주는 블록도이다. 도 2는 도 1에서 픽셀 어레이가 다수의 블록들로 분할된 예를 보여 주는 도면이다. 도 3은 터치 센서와 터치 센서 구동부를 상세히 보여 주는 도면이다.

도 1 내지 도 3을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(100), SRIC(102), 게이트 구동부(104), 타이밍 콘트롤러(106), 터치 제어부(200), 터치 신호 생성부(300), 및 전원 회로(400) 등을 구비한다.

표시패널(100)은 데이터라인들(12), 데이터라인들(12)과 직교하는 게이트라인들(14), 및 데이터라인들(12)과 게이트라인들(14)에 의해 정의된 매트릭스 형태로 픽셀들이 배치된 픽셀 어레이(10)를 포함한다. 픽셀 어레이(10)는 입력 영상이 표시되는 화면을 구현한다. 픽셀 어레이(10)는 터치 센서들(20)과, 터치 센서들(20)에 연결된 센서 라인들(16)을 포함한다.

픽셀 어레이(10)의 픽셀들은 컬러 구현을 위하여, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 픽셀들 각각은 RGB 서브 픽셀들 이외에 백색(White, W) 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다.

터치 센서들(20) 각각의 전극 패턴들은 다수의 픽셀들(11)에 연결되는 공통 전극의 분할 패턴으로 형성될 수 있다. 하나의 터치 센서(20)는 다수의 픽셀들(11)에 연결되어 디스플레이 구간 동안 다수의 픽셀들(11)에 공통 전압(VCOM)을 공급하고, 터치 센싱 구간 동안 터치 센서 구동부(RIC)에 의해 구동되어 터치 입력을 센싱한다.

표시패널(100)의 1 프레임 기간은 픽셀 어레이에 내장된 터치 센서들(20)과 픽셀들(11)을 구동하기 위하여, 하나 이상의 디스플레이 구간과, 하나 이상의 터치 센싱 구간으로 시분할된다. 표시패널(100)의 픽셀 어레이는 도 2에 도시된 바와 같이 둘 이상의 블록들(B1~BM)로 시분할 구동된다. 표시패널(100)의 픽셀 어레이는 터치 센서들(20)이 구동되는 터치 센싱 구간을 사이에 두고 분리된 디스플레이 구간들로 분할 구동된다.

화면의 블록들(B1~BM)은 물리적으로 분할될 필요가 없다. 블록들(B1~BM)은 터치 센싱 구간을 사이에 두고 시분할 구동된다. 예를 들어, 제1 디스플레이 구간 동안 제1 블록(B1)의 픽셀들이 구동되어 그 픽셀들(11)에 현재 프레임 데이터가 기입된 후, 제1 터치 센싱 구간 동안 화면 전체에서 터치 입력이 센싱된다. 제1 터치 센싱 구간에 이어서, 제2 디스플레이 구간 동안 제2 블록(B2)의 픽셀들(11)이 구동되어 그 픽셀들(11)에 현재 프레임 데이터가 기입된다. 이어서, 제2 터치 센싱 구간 동안 화면 전체에서 터치 입력이 센싱된다. 여기서, 터치 입력은 손가락이나 스타일러스 펜의 직접 터치 입력, 근접 터치 입력, 지문 터치 입력 등을 포함한다.

이러한 터치 센서의 구동 방법은 터치 레포트 레이트(touch report rate)를 화면의 프레임 레이트(frame rate) 보다 빠르게 할 수 있다. 프레임 레이트는 화면에 프레임 데이터를 업데이트하는 주파수이다. NTSC(National Television Standards Committee) 방식에서 프레임 레이트는 60Hz이다. PAL(Phase-Alternating Line) 방식에서 프레임 레이트는 50Hz이다. 터치 레포트 레이트(touch report rate)는 화면 전체에 대한 터치 입력 좌표를 발생하는 주파수이다. 본 발명은 화면을 미리 설정된 블록 단위로 분할 구동하고 디스플레이 구간들 사이에 터치 센서를 구동하여 좌표를 발생함으로써 터치 레포트 레이트를 화면의 프레임 레이트 보다 2 배 이상 빠르게 하여 터치 감도를 높일 수 있다.

표시패널(100)의 픽셀 어레이(10)는 TFT 어레이와 컬러 필터 어레이로 나뉘어질 수 있다. 표시패널(100)의 상판 또는 하판에 TFT 어레이가 형성될 수 있다. TFT 어레이는 데이터라인들(12)과 게이트라인들(14)의 교차부들에 형성된 TFT들(Thin Film Transistor), 데이터전압을 충전하는 픽셀 전극, 픽셀 전극에 접속되어 데이터 전압을 유지하는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor, Cst) 등을 포함하여 입력 영상을 표시한다. TFT 어레이는 센서 라인들(16)과 그 센서 라인들(16)에 연결된 터치 센서들(20)의 전극을 포함한다. 표시패널(100)의 상판 또는 하판에 컬러 필터 어레이가 형성될 수 있다. 컬러 필터 어레이는 블랙매트릭스(black matrix), 컬러 필터(color filter) 등을 포함한다. COT(Color Filter on TFT)　또는 TOC(TFT on Color Filter)　모델의 경우에, TFT 어레이와 함께 컬러 필터와 블랙 매트릭스가 하나의 기판 상에 배치될 수 있다.

터치 센서(20)는 정전 용량 타입의 터치 센서 예를 들면, 상호 용량(mutual capacitance) 센서 또는 자기 용량(Self capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다. 도 3은 자기 정전 용량 타입의 터치 센서를 도시하였으나, 본 발명의 터치 센서들은 이에 한정되지 않는다.

터치 센서들(20)은 픽셀들(11)의 공통 전극으로부터 분할된 전극들로 구현될 수 있다. 터치 센서들(20)은 센서 라인들(16)을 통해 SRIC(102)에 연결된다.

SRIC(102)는 디스플레이 구간 동안 입력 영상의 데이터 전압을 데이터라인들(12)에 공급하는 데이터 구동부(SIC)와, 센서 라인들(16)을 통해 터치 센서들(20)에 연결되어 터치 센싱 구간 동안 터치 센서들을 구동하는 터치 센서 구동부(RIC)를 포함한다.

데이터 구동부(SIC)의 디지털 회로는 디스플레이 구간 동안 타이밍 콘트롤러(106)로부터 입력 영상의 픽셀 데이터(디지털 데이터)를 수신하고, 래치(latch)하여 디지털 아날로그 변환기(Digital-to- Analog Converter, 이하 "DAC"라 함)에 공급한다. DAC는 픽셀 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생한다. 데이터 구동부(SIC)로부터 출력된 데이터전압은 데이터라인들(12)에 공급된다.

SRIC(102)의 터치 센서 구동부(RIC)는 터치 센싱 구간 동안 터치 센서들(20)에 전하를 공급하여 터치 센서들(20)을 구동한다. 터치 센서 구동부(RIC)는 터치 센싱 구간 동안 터치 센서들(20) 각각의 터치 입력 전후 용량 변화를 나타내는 터치 데이터(Touch raw data)를 출력한다.

터치 센서 구동부(RIC)는 도 3에 도시된 바와 같이 센서 라인 분배부(111)와 센싱 회로(112)를 구비한다. 센서 라인 분배부(111)는 터치 제어부(200)의 제어 하에 센싱 회로(112)에 연결되는 센서 라인들(16)을 선택한다. 센서 라인 분배부(111)는 터치 제어부(200)의 제어 하에 디스플레이 구간 동안 공통 전압(VCOM)을 공급할 수 있다. 센서 라인 분배부(111) 각각은 터치 센싱 구간 동안 센서 라인들(16)을 센싱 회로(112)의 채널에 순차적으로 연결함으로써 센싱 회로(112)의 채널 개수를 줄일 수 있다.

센싱 회로(112)는 센서 라인 분배부(111)와 센서 라인들(16)을 통해 터치 신호 생성부(300)으로부터의 제1 무부하 신호(VCOM_m)를 터치 센서들(20)에 공급하여 터치 센서들(20)에 전하를 충전하여 센서 라인 분배부(111)를 통해 연결된 센서 라인(16)으로부터 수신되는 터치 센서들(20)의 전하량을 증폭 및 적분하고 디지털 데이터로 변환하여 터치 입력 전후 용량 변화를 센싱한다. 이를 위하여, 센싱 회로(112)는 터치 센서(20)로부터 수신된 터치 센서 신호를 증폭하는 증폭기, 증폭기의 출력 전압을 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변환기(Analog-to-Digital Converter, 이하 "ADC"라 함) 등을 포함한다. ADC로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 입력 전후 터치 센서(20)의 용량 변화를 지시하는 터치 데이터로서 터치 제어부(200)로 전송된다.

게이트 구동부(104)는 게이트 타이밍 제어 신호에 응답하여 게이트 펄스를 출력하는 시프트 레지스터(shift register)를 포함한다. 게이트 타이밍 제어 신호는 스타트 펄스, 시프트 클럭 등을 포함한다. 시프트 레지스터는 스타트 펄스를 시프트 클럭 타이밍에 맞추어 게이트 펄스를 시프트함으로써 게이트 펄스를 게이트라인들(14)에 순차적으로 공급한다. 시프트 레지스터는 픽셀 어레이의 TFT 어레이와 함께 동일 공정으로 표시패널(100)의 기판 상에 직접 형성될 수 있다. 도 1에서 “GIP(Gate In Panel)”는 표시패널(100)의 기판 상에 직접 실장된 시프트 레지스터를 나타낸다.

터치 구동부는 터치 제어부(200) 및 터치 신호 생성부(300)를 포함한다.

터치 제어부(200)는 터치 센서 구동부(RIC)로부터 수신한 터치 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여, 문턱값 보다 높은 터치 데이터를 검출하여 터치 입력 각각의 좌표를 생성한다. 터치 제어부(200)는 터치 입력 각각의 좌표(XY)를 도시하지 않은 호스트 시스템으로 전송한다. 터치 제어부(200)는 터치 센서 구동부(RIC)의 구동 타이밍을 제어한다. 터치 제어부(200)는 마이크로 콘트롤 유닛(Micro Control Unit, MCU)으로 구현될 수 있으나 이에 한정되지 않는다.

터치 신호 생성부(300)는 터치 센싱 구간 동안 터치 센서들(20)과 픽셀들 사이의 기생 용량(parasitic capacitance)을 최소화하여 터치 센서 신호의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, 이하 “SNR”이라 함)를 개선한다.

터치 신호 생성부(300)는 터치 제어부(200)로부터의 제1 및 제2 기준신호들(PWM1,PWM2)을 입력받고, 이를 바탕으로 무부하 신호(Load free driving signal, LFD)들을 발생한다. 무부하 신호들(VGL_m, Vdata_m, VCOM_m)은 도 4에 도시된 바와 같이, 센서라인들(16)에 인가되는 제1 무부하 신호(VCOM_m) 및 게이트라인(14)에 인가되는 제2 무부하 신호(VGL_m) 및 데이터라인(12)에 인가되는 제3 무부하 신호(Vdata_m)를 포함한다. 제1 무부하 신호(VCOM_m)는 터치 센서들(20)의 전하를 충전하고, 이웃한 센서 라인들(16) 간의 기생 용량을 최소화한다.

전원 회로(400)는 직류-직류 변환기(DC-DC converter)를 이용하여 표시패널(100)의 구동에 필요한 직류 전원을 발생한다. 직류-직류 변환기는 차지 펌프(Charge pump), 레귤레이터(Regulator), 벅 변환기(Buck Converter), 부스트 변환기(Boost Converter) 등을 포함한다. 이 전원 회로(400)는 파워 IC(Power Integrated Circuit, PIC)로 구현될 수 있다. 전원 회로(400))는 표시패널(100)의 픽셀들과 터치 센서들을 구동하기 위하여 필요한 전원 예를 들어, AVDD, VGH, VGL, VCOM 등을 출력한다. AVDD(1.8V)는 데이터 구동부(SIC)의 데이터 수신 회로와 디지털 회로의 전원이고 또한, 터치 센서 구동부(RIC)의 아날로그 전원으로 이용된다. 터치 센서 구동부(RIC)에서, AVDD는 ADC의 바이어스(bias) 및 기준 블록 전원으로 이용된다.

타이밍 콘트롤러(106)는 도시하지 않은 호스트 시스템으로부터 수신되는 입력 영상의 픽셀 데이터를 SRIC(102)의 데이터 구동부(SIC)로 전송한다. 타이밍 콘트롤러(106)는 픽셀 데이터에 동기하여 수신되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력 받아 데이터 구동부(SIC)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호와, 게이트 구동부(104)의 동작 타이밍을 제어시키기 위한 게이트 타이밍 제어신호를 발생한다.

타이밍 콘트롤러(106)는 수직 동기신호(Vsync)를 바탕으로 SRIC(102)와 게이트 구동부(104)를 동기시키기 위한 동기 신호(Tsync)를 발생한다. 동기 신호(Tsync)의 하이 레벨은 디스플레이 구간을 정의하고, 동기 신호(Tsync)의 로우 레벨은 터치 센싱 구간을 정의할 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 동기 신호(Tsync)는 터치 제어부(200)에 공급된다. 전술한 바와 같이, 게이트 타이밍 제어신호는 스타트 펄스, 시프트 클럭, 플리커 신호 등을 포함한다.

호스트 시스템은 텔레비전 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 모바일 시스템, 웨어러블 시스템 중 어느 하나일 수 있다. 호스트 시스템은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(100)에 표시하기에 적합한 포맷으로 변환한다. 호스트 시스템은 입력 영상의 디지털 비디오 데이터와 함께 타이밍 신호들(Vsync, Hsync, DE, MCLK)을 타이밍 콘트롤러(106)으로 전송한다. 호스트 시스템은 터치 센싱부(110)로부터 수신된 터치 입력의 좌표 정보와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.

도 4 및 도 5은 픽셀들과 터치 센서들의 구동 방법을 보여 주는 파형도들이다.

도 4 및 도 5를 참조하면, 1 프레임 기간은 디스플레이 구간(D1, D2)과 터치 센싱 구간(S1, S2)으로 시분할될 수 있다. 디스플레이 프레임 레이트(frame rate)가 60Hz일 때 1 프레임 기간은 대략 16.7ms이다. 디스플레이 구간들(D1, D2) 사이에 하나의 터치 센싱 구간(S1, S2)이 할당된다.

SRIC(102)의 데이터 구동부(SIC)와 게이트 구동부(104)는 제1 디스플레이 구간(D1) 동안 제1 블록(B1)의 픽셀들에 현재 프레임 데이터를 기입하여 제1 블록(B1)에서 재현되는 영상을 현재 프레임 데이터로 업데이트한다. 제1 디스플레이 구간(D1) 동안 제1 블록(B1)을 제외한 나머지 블록(B2)의 픽셀들은 이전 프레임 데이터를 유지한다. 터치 센서 구동부(RIC)는 제1 디스플레이 구간(D1) 동안 터치 센서들(20)에 픽셀들의 기준 전압인 공통 전압(VCOM)을 공급한다.

SRIC(102)의 터치 센서 구동부(RIC)는 제1 터치 센싱 구간(S1) 동안 화면 내의 모든 터치 센서들(20)을 순차 구동하여 터치 입력을 센싱한다. 터치 센서 구동부(RIC)로부터 출력된 터치 데이터는 SPI(Serial Peripheral Interface)를 통해 터치 제어부(200)로 전송될 수 있다. 터치 제어부(200)는 터치 데이터를 분석하여 터치 입력 각각의 좌표 정보와 식별 정보(ID)를 포함한 터치 레포트 데이터(Touch report data)를 발생하여 호스트 시스템으로 전송한다.

SRIC(102)의 데이터 구동부(SIC)와 게이트 구동부(104)는 제2 디스플레이 구간(D2) 동안 제2 블록(B2)의 픽셀들에 현재 프레임 데이터를 기입하여 제2 블록(B2)에서 재현되는 영상을 현재 프레임 데이터로 업데이트한다. 제2 디스플레이 구간(D2) 동안 제2 블록(B2)을 제외한 나머지 블록(B1)의 픽셀들은 이전 프레임 데이터를 유지한다. 터치 센서 구동부(RIC)는 제2 디스플레이 구간(D2) 동안 터치 센서들(20)에 픽셀들의 공통 전압인 공통 전압(VCOM)을 공급한다.

SRIC(102)의 터치 센서 구동부(RIC)는 제2 터치 센싱 구간(S2) 동안 화면 내의 모든 터치 센서들(20)을 순차 구동하여 터치 입력을 센싱한다. 터치 센서 구동부(RIC)로부터 출력된 터치 데이터는 터치 제어부(200)로 전송될 수 있다. 터치 제어부(200)는 터치 데이터를 분석하여 터치 입력 각각의 좌표 정보와 식별 정보(ID)를 포함한 터치 레포트 데이터(Touch report data)를 발생하여 호스트 시스템으로 전송한다.

터치 센서들(20)은 픽셀들(11)과 연결되기 때문에 터치 센서들(20)과 픽셀들 간의 기생 용량이 크다. 이러한 기생 용량은 터치 센서 신호의 신호 대 잡음비(SNR) 저하를 초래한다.

터치 센싱 구간 동안, 도 4와 같은 무부하 신호들(VGL_m, Vdata_m, VCOM_m)이 게이트라인(14), 데이터라인(12), 및 센서 라인(16)에 인가된다. 무부하 신호들(VGL_m, Vdata_m, VCOM_m)은 터치 센서들(20)을 구동하고 픽셀들(10)과 터치 센서들(20) 간의 기생 용량을 최소화한다.

SRIC(102)는 터치 센싱 구간 동안(S1, S2) 터치 신호 생성부(300)로부터의 무부하 신호(LFD)를 데이터라인들(12)과 센서 라인들(16)에 공급한다. 게이트 구동부(104)는 터치 센싱 구간 동안(S1, S2) 터치 신호 생성부(300)으로부터의 무부하 신호(LFD)를 게이트라인들(14)에 공급한다.

센서 라인(16)에 인가되는 무부하 신호들(VGL_m, Vdata_m, VCOM_m)의 전압(ΔVCOM,ΔVg)은 터치 센서(20)의 구동 전압과 같다. 도 5에서 ΔVCOM = ΔVg 이다. ΔVCOM은 터치 센서(20)들에 인가되는 제1 무부하 신호(VCOM_m)의 하이레벨과 로우레벨 간의 전압 차이이고, ΔVg는 게이트라인들(12)에 인가되는 제2 무부하 신호(VGL_m)의 하이레벨과 로우레벨 간의 전압 차이이다. 도 5에는 도시되지 않았지만, 데이터라인(12)에 인가되는 무부하 신호의 하이레벨과 로우레벨 간의 전압 차이는 게이트라인(14)들과 터치 센서(20)들에 인가되는 무부하 신호의 하이레벨과 로우레벨 간의 전압 차이와 동일하다.

따라서, 터치 센싱 구간(S1, S2) 동안 데이터라인(12)과 터치 센서(20) 사이의 기생 용량, 게이트라인(14)과 터치 센서(20) 사이의 기생 용량, 센서 라인들(16) 간의 기생 용량 각각에서, 기생 용량의 양단간 전압차가 없기 때문에 기생 용량이 최소화된다.

표시패널의 각 라인들 간의 기생 용량을 최소화하기 위해서, 터치 센서(20)와 데이터라인(12)들 및 게이트라인(14)들에 인가되는 무부하 신호들은 모두 주기 및 진폭이 동일하여야 한다.

하지만, 무부하 신호들을 출력하는 앰프(amplifier)의 슬루율(slew late) 등의 차이로 인해서 도 6에서와 같이, 무부하 신호들의 출력 타이밍 편차가 발생할 수 있다. 무부하 신호들의 출력 타이밍이 서로 다르면 표시패널의 기생 용량이 완전히 제거되지 않아서 터치 노이즈가 발생할 수 있고, SNR이 저하된다.

본 발명은 무부하 신호들의 출력 타이밍을 조절하여 SNR을 향상시킬 수 있다.

이하, 무부하 신호들을 생성하는 구성 및 무부하 신호들의 출력 타이밍을 조절하는 방법을 살펴보면 다음과 같다.

도 7은 본 발명에 의한 터치 구동부의 구성을 나타내는 도면이다. 특히, 도 6은 터치 구동부에서 무부하 신호들을 생성하는 구성들을 도시하고 있다.

도 7을 참조하면, 터치 제어부(200)는 제1 및 제2 기준신호 생성부(210,220), 신호 지연부(211,221) 및 SNR 판독부(230)를 포함한다.

제1 기준신호 생성부(210)는 제1 기준신호(PWM1)를 생성하고, 제2 기준신호 생성부(220)는 제2 기준신호(PWM2)를 생성한다. 제1 기준신호(PWM1) 및 제2 기준신호(PWM2)는 서로 진폭과 주기가 동일한 신호이다.

신호 지연부는 제1 신호 지연부(211) 및 제2 신호 지연부(221)를 포함한다. 제1 신호 지연부(211)는 SNR 판독부(230)의 결과값에 따라 제1 기준신호(PWM1)의 출력 타이밍을 미리 설정된 소정의 시간 간격만큼 지연시킨다. 제2 신호 지연부(221)는 SNR 판독부(230)의 결과값에 따라 제2 기준신호(PWM2)의 출력 타이밍을 미리 설정된 소정의 시간 간격만큼 지연시킨다. 본 발명의 신호 지연부는 제1 기준신호(PWM1)와 제2 기준신호(PWM2)의 출력 타이밍을 동일하게 맞추기 위한 것이기 때문에, 제1 기준신호(PWM1) 및 제2 기준신호(PWM2)들 중에서 어느 하나의 출력 타이밍만을 조절하는 실시 예로 구현될 수 있다.

터치 신호 생성부(300)는 제1 기준신호(PWM1)를 바탕으로 제1 무부하 신호(VCOM_m)를 생성하는 제1 무부하 신호 생성부(310), 및 제2 기준신호(PWM2)를 바탕으로 제2 무부하 신호(VGL_m)를 생성하는 제2 무부하 신호 생성부(320)를 포함한다.

도 8은 제1 및 제2 무부하 신호 생성부를 나타내는 도면이다.

도 8을 참조하면, 제1 무부하 신호 생성부(310)는 제1 멀티플렉서(311) 및 제1 앰프(312)를 포함하고, 제2 무부하 신호 생성부(320)는 제2 멀티플렉서(321) 및 제2 앰프(322)를 포함한다.

제1 멀티플렉서(311)는 제1 입력전압 및 제2 입력전압을 입력받고, 제1 기준신호(PWM1) 및 터치 동기 신호(Tsync)를 선택신호로 입력받는다. 제1 입력전압은 공통전압 하이(VCOM_H)의 전압이고, 제2 입력전압은 공통전압 로우(VCOM_L)의 전압이다. 공통전압 하이(VCOM_H)는 공통전압(VCOM)에서 소정 레벨 높은 전압이고, 공통전압 로우(VCOM_L)는 공통전압(VCOM)에서 소정 레벨 낮은 전압이다. 따라서, 공통전압 하이(VCOM_H)와 공통전압(VCOM) 간의 전압 차이는 공통전압 로우(VCOM_L)와 공통전압(VCOM) 간의 전압 차이와 동일하다.

제1 멀티플렉서(311)는 터치 동기 신호(Tsync)가 로우레벨인 구간에서, 제1 기준신호(PWM1)와 동일한 주기를 갖고, 공통전압 하이(VCOM_H)와 공통전압 로우(VCOM_L)를 스윙하는 제1 무부하 신호(VCOM_m)를 생성한다.

제1 앰프(312)는 제1 무부하 신호(VCOM_m)를 증폭하여 출력한다.

제2 멀티플렉서(321)는 제3 입력전압 및 제4 입력전압을 입력받고, 제2 기준신호(PWM2) 및 터치 동기 신호(Tsync)를 선택신호로 입력받는다. 제3 입력전압은 저전위전압 하이(VGL_H)이고, 제4 입력전압은 저전위전압(VGL)이다. 제3 입력전압과 제4 입력전압 간의 전압 차이는 제1 입력전압과 제2 입력전압 간의 전압 차이와 동일하다.

제2 멀티플렉서(321)는 터치 동기 신호(Tsync)가 로우레벨인 구간에서, 제2 기준신호(PWM2)와 동일한 주기를 갖고, 저전위전압 하이(VGL_H)와 저전위전압(VGL)을 스윙하는 제2 무부하 신호(VGL_m)를 생성한다.

제2 앰프(322)는 제2 무부하 신호(VGL_m)를 증폭하여 출력한다.

도 9는 본 발명에 의한 터치 제어부의 동작을 나타내는 순서도이다.

도 9를 참조하면, 제1 단계(S801)에서 SNR 판독부(230)는 SNR을 산출한다. 최초 SNR 판독부(230)가 산출하는 SNR은 최초로 생성된 제1 무부하 신호(VCOM_m) 및 최초로 생성된 제2 무부하 신호(VGL_m)를 바탕으로 터치 센서(20)를 구동한 결과를 바탕으로 산출된 것이다.

제2 단계(S802)에서, SNR 판독부(230)는 SNR을 미리 설정된 기준값(TH)과 비교한다. 기준값(TH)은 터치 구동을 신뢰할 수 있는 SNR의 최소값으로 설정될 수 있다.

제3 단계(S803)에서, SNR 판독부(230)는 SNR 이상일 때, 제1 신호 지연부(211)는 제1 기준신호(PWM1)를 지연시키지 않고 제1 무부하 신호 생성부(310)로 전송하고, 제2 신호 지연부(221)는 제2 기준신호(PWM2)를 지연시키지 않고 제2 무부하 신호 생성부(320)로 전송한다. SNR이 기준값(TH) 인 경우는 터치 구동을 신뢰할 수 있는 상태이기 때문에, 현재 제1 무부하 신호(VCOM_m) 및 제2 무부하 신호(VGL_m)들의 딜레이가 크지 않아서 노이즈가 작은 상태라고 간주할 수 있다. 따라서, 신호 지연부는 SNR이 기준값(TH) 이상일 경우에, 제1 및 제2 기준신호들(PWM1,PWM2)의 타이밍을 변경하지 않는다.

제4 단계(S804)에서, SNR이 기준값(TH) 미만일 경우에, 신호 지연부(211,221)는 제1 기준신호(PWM1) 또는 제2 기준신호(PWM2)들 중에서 적어도 어느 하나의 출력 타이밍을 지연시킨다. 예컨대, 제1 신호 지연부(211)는 제1 기준신호(PWM1)의 출력 타이밍을 지연시켜서 제1 기준신호(PWM1)와 제2 기준신호(PWM2)의 출력 타이밍을 동일한 수준으로 맞출 수 있다.

도 10은 제1 신호 지연부(211)가 제1 기준신호(PWM1)의 출력 타이밍을 지연시키는 실시 예를 나타내는 도면이다.

도 10을 참조하면, 제1 신호 지연부(211)는 제2 단계(S802)에서 SNR이 기준값(TH) 미만일 경우에, 제1 기준신호(PWM1)를 기준 딜레이(Δd) 만큼 지연시킨다. 도 10에서, 1차 지연 제1 기준신호(PWM1_d1)는 제1 기준신호(PWM1)가 1회 지연된 것을 의미하고, 1차 지연 제1 무부하 신호(VCOM_m1)는 1차 지연 제1 기준신호(PWM1_d1)를 바탕으로 생성한 무부하 신호를 의미한다.

SNR 판독부(230)는 1차 지연 제1 무부하 신호(VCOM_m1)를 바탕으로 제2 단계(S802) 및 제3 단계(S803)의 과정을 반복한다. 즉, 1차 지연 제1 무부하 신호(VCOM_m1)와 제2 무부하 신호(VGL_m)를 이용하여 터치 센서를 구동한 결과를 바탕으로 SNR 판독부(230)는 SNR을 산출한다. 그리고, 다시 SNR을 기준값(TH)과 비교하고, SNR이 기준값(TH) 이상이면, 제1 기준신호 생성부(210)는 1차 지연 기준신호(PWM1_d1)를 지속적으로 출력한다.

만약, 1차 지연 제1 무부하 신호(VCOM_m1)를 이용하여 터치 센서를 구동하여도, SNR이 기준값(TH) 미만이면, 제1 신호 지연부(211)는 도 10에서와 같이, 1차 지연 기준신호(PWM1_d1)를 기준 딜레이(Δd) 만큼 지연시킨 2차 지연 제1 기준신호(PWM1_d2)를 생성한다. 그리고, 제1 터치 신호 생성부(300)는 2차 지연 제1 기준신호(PWM1_d2)를 이용하여 2차 지연 제1 무부한 신호(VCOM_m2)를 생성하고, 다시 제2 단계(S802) 및 제3 단계(S803)를 반복한다.

마찬가지로, 터치 구동부는 터치 센서를 구동하여 산출된 SNR이 기준값(TH) 이상이 될 때까지 제1 기준신호(PWM1)를 반복하여 기준 딜레이(Δd) 만큼 지연시킨다.

제1 신호 지연부(211)는 공지된 존슨 & 링 카운터를 이용할 수 있고, 이때 플립플롭에 인가되는 클럭의 주기가 기준 딜레이(Δd)에 해당한다.

전술한 실시 예는 제1 기준신호(PWM1)를 지연시켜서 제1 기준신호(PWM1)와 제2 기준신호(PWM2)의 출력 타이밍을 일치시키는 실시 예를 중심으로 설명되었지만, 본 발명의 기술적 사상은 이에 한정되지 않는다. 또한, 본 발명은 제1 무부하 신호(VCOM_m) 및 제2 무부하 신호(VGL_m) 이외에도 제3 무부하 신호(Vdata_m)의 출력 타이밍을 조절할 수도 있다.

살펴본 바와 같이, 본 발명에 의한 터치 구동부는 제1 무부하 신호(VCOM_m)를 생성하기 위한 선택신호로 제1 기준신호(PWM1)를 이용하여, 제2 무부하 신호(VGL_m)를 생성하기 위한 선택신호로 제2 기준신호(PWM2)를 이용한다. 이처럼 본 발명에 의한 터치 구동부는 서로 개별적으로 분리되어 출력되는 제1 기준신호(PWM1) 및 제2 기준신호(PWM2)를 이용하여 무부하 신호들을 생성하기 때문에, 어느 하나의 출력 타이밍을 조절하여 무부하 신호들의 출력 타이밍을 일치시킬 수 있다. 그리고, 본 발명은 무부하 신호의 출력 타이밍을 조절하여 SNR을 향상시킬 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.

100: 표시패널 102: SRIC
104: 데이터 구동부 104: 게이트 구동부
106: 타이밍 콘트롤러 SIC: 데이터 구동부
200: 터치 제어부 210,220: 제1 및 제2 기준신호 생성부
211,221: 제1 및 제2 신호 지연부
230: SNR 판독부 300: 터치 신호 생성부
400: 전원 회로

Claims

데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들 및 상기 픽셀들과 커플링되는 터치 센서들이 배치된 표시패널; 및
터치 구동 기간 동안, 상기 터치 센서들에 제1 무부하 신호를 인가하고 상기 게이트라인들 또는 상기 데이터라인들에 제2 무부하 신호를 인가하는 터치 구동부를 포함하고,
상기 터치 구동부는
제1 기준신호를 생성하는 제1 기준신호 생성부,
상기 제1 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제2 기준신호를 생성하는 제2 기준신호 생성부, 및
상기 제1 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제1 무부하 신호를 생성하고, 상기 제2 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제2 무부하 신호를 생성하는 터치 신호 생성부를 포함하고,
상기 터치 신호 생성부는
제1 입력전압 및 제2 입력전압을 입력받고, 상기 제1 기준신호 및 터치 구간을 정의하는 터치 동기 신호를 선택신호로 입력받는 제1 멀티플렉서, 및
제3 입력전압 및 제4 입력전압을 입력받고, 상기 제2 기준신호 및 터치 구간을 정의하는 터치 동기 신호를 선택신호로 입력받는 제2 멀티플렉서를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
제 1 항에 있어서,
상기 제1 무부하 신호 또는 상기 제2 무부하 신호는
상기 터치 센싱 구동 기간 동안, 상기 데이터라인, 상기 게이트라인 및 상기 터치 센서들 중에서 어느 하나에 인가되는 터치 센서를 갖는 표시장치.
삭제
제 1 항에 있어서,
상기 제1 입력전압과 상기 제2 입력전압 간의 차이는 상기 제3 입력전압과 상기 제4 입력전압 간의 차이와 동일한 터치 센서를 갖는 표시장치.
데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들 및 상기 픽셀들과 커플링되는 터치 센서들이 배치된 표시패널; 및
터치 구동 기간 동안, 상기 터치 센서들에 제1 무부하 신호를 인가하고 상기 게이트라인들 또는 상기 데이터라인들에 제2 무부하 신호를 인가하는 터치 구동부를 포함하고,
상기 터치 구동부는
제1 기준신호를 생성하는 제1 기준신호 생성부,
상기 제1 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제2 기준신호를 생성하는 제2 기준신호 생성부,
상기 제1 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제1 무부하 신호를 생성하고, 상기 제2 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제2 무부하 신호를 생성하는 터치 신호 생성부,
상기 제1 및 제2 무부하 신호를 이용하여 상기 터치 센서들이 구동된 상태에서 신호 대 잡음비를 산출하는 신호 대 잡음비 판독부, 및
상기 신호 대 잡음비가 미리 설정된 기준값 이하일 경우에 상기 제1 및 제2 기준신호들 중에서 적어도 어느 하나의 출력 타이밍을 지연시키는 신호 지연부를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치.
제 5 항에 있어서,
상기 신호 지연부는 상기 제1 기준신호와 상기 제2 기준신호의 출력 타이밍이 일치하도록 상기 제1 기준신호를 기준 딜레이 만큼씩 n(n은 자연수)차 지연시키되, 상기 기준 딜레이는 상기 제1 기준신호의 주기 보다 짧은 터치 센서를 갖는 표시장치.
데이터라인들과 게이트라인들이 교차되고 픽셀들 및 상기 픽셀들과 커플링되는 터치 센서들이 배치된 표시장치의 구동방법에 있어서,
제1 기준신호를 생성하는 단계;
상기 제1 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제2 기준신호를 생성하는 단계;
상기 제1 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제1 무부하 신호를 생성하고, 상기 제2 기준신호와 동일한 주기를 갖는 제2 무부하 신호를 생성하는 단계;
터치 구동 기간 동안, 상기 터치 센서들에 제1 무부하 신호를 인가하고 상기 게이트라인들에 제2 무부하 신호를 인가하는 단계; 상기 제1 및 제2 무부하 신호를 이용하여 상기 터치 센서들이 구동된 상태에서 신호 대 잡음비를 산출하는 단계; 및
상기 신호 대 잡음비가 미리 설정된 기준값 미만일 경우에, 상기 제1 및 제2 기준신호들 중에서 적어도 어느 하나의 출력 타이밍을 지연시키는 단계를 포함하는 터치 센서를 갖는 표시장치의 구동방법.
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