KR102539856B1 - 표시장치와 그 게이트 구동 회로 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 터치 센서들이 표시패널에 내장된 표시장치와 그 게이트 구동 회로에 관한 것이다. 이 표시장치는 동기 신호에 응답하여 터치 센싱 구간에 터치 센서들을 구동하여 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱부를 포함한다. 상기 터치 센싱 구간과 그 이후 다음 디스플레이 구간이 소정 시간 단위로 변경된다.

Description

표시장치와 그 게이트 구동 회로{DISPLAY AND GATE DRIVING CIRCUIT THEREOF}
본 발명은 터치 센서들이 픽셀들과 함께 표시패널에 내장된 표시장치와 그 게이트 구동 회로에 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, 온스크린 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, 컴퓨터 모니터, 가전 제품 등에 확대 적용되고 있다.
최근, 터치 센서들을 표시패널의 픽셀 어레이에 내장하는 기술(이하, "인셀 터치 센서(In-cell touch sensor)"라 함)을 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.
인셀 터치 센서 기술은 표시패널의 두께 증가 없이 표시패널에 터치 센서들을 설치할 수 있다. 인셀 터치 센서 기술은 도 1과 같이 액정표시장치의 픽셀들에 공통 전압(Vcom)을 공급하기 위한 공통 전극을 분할하여 터치 센서 전극(C1~C4)으로 활용할 수 있다. 터치 센서 전극들(C1~C4)에는 센서 배선들(SL)이 연결된다. 터치 센서들(Cs)이 표시패널(100)의 픽셀 어레이에 내장되기 때문에 터치 센서들(Cs)은 기생 용량을 통해 픽셀들에 커플링(coupling)된다. 픽셀들과 터치 센서들(Cs)의 커플링으로 인한 상호 영향을 줄이기 위하여, 인셀 터치 센서 기술은 1 프레임 기간을 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간으로 시분할한다. 인셀 터치 센서 기술은 디스플레이 구간 동안 터치 센서 전극들(C1~C4)에 픽셀의 기준 전압인 공통 전압(Vcom)을 공급하고, 터치 센싱 구간 동안 터치 센서를 구동하여 터치 입력을 센싱한다.
표시장치는 표시패널의 데이터 라인들에 데이터 전압을 공급하는 데이터 구동부, 표시패널의 게이트 라인들에 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 공급하는 게이트 구동부(또는 스캔 구동부), 터치 센서들을 구동하는 터치 센싱부를 포함한다.
게이트 구동부는 시프트 레지스터(shift register)를 이용하여 게이트 라인들에 인가되는 게이트 펄스를 순차적으로 시프트(shift)한다. 게이트 펄스는 입력 영상의 데이터 전압 즉, 픽셀 전압에 동기되어 데이터 전압이 충전될 픽셀들을 1 라인씩 순차적으로 선택한다. 시프트 레지스터는 종속적으로 접속된 스테이지들을 포함한다. 시프트 레지스터의 스테이지는 스타트 펄스(start signal) 또는 이전 스테이지로부터 수신된 캐리 신호를 스타트 펄스로서 입력 받아 클럭이 입력될 때 출력을 발생한다.
표시장치의 화면을 2 개 이상의 블록들로 분할하여 그 사이에 터치 센싱 구간이 할당될 수 있다. 예를 들어, 제1 디스플레이 구간 동안 제1 블록의 픽셀들을 구동하여 제1 블록의 데이터를 현재 프레임 데이터로 업데이트한 후 터치 센싱 구간으로 이행하여 터치 입력을 센싱한 다음, 제2 디스플레이 구간 동안 제2 블록의 픽셀들을 구동하여 제2 블록의 데이터를 현재 프레임 데이터로 업데이트(update)할 수 있다. 그런데, 이 방법은 게이트 라인들에 공급되는 게이트 펄스의 출력 특성 저하를 초래하여 화질 불량을 초래할 수 있다. 예컨대, 터치 센싱 구간 직후 구동되는 제2 블록에서 첫 번째 게이트 펄스를 출력하는 시프트 레지스터의 스테이지에서 Q 노드의 전압이 터치 센싱 구간 동안 누설 전류로 인하여 방전될 수 있다. Q 노드는 풀업 트랜지스터(Pull-up transistor)의 게이트에 연결되기 때문에 Q 노드의 전압이 낮아지면 풀업 트랜지스터를 턴-온시키는 부트스트래핑(bootstrapping) 동작이 불완전하게 되어 풀업 트랜지스터에 의해 전압이 상승하는 게이트 펄스의 전압이 정상 전압 레벨까지 상승하지 못한다. 이로 인하여 제2 블록의 픽셀들이 구동되기 시작할 때 발생되는 첫 번째 게이트 펄스의 전압이 낮아져 제2 블록의 제1 라인에 배열된 픽셀들의 휘도가 저하되고 그 결과 라인 딤(line dim)과 같은 화질 저하가 보일 수 있다. 또한, 다음 스테이지의 스타트 신호 입력 단자에 이전 스테이지의 출력을 캐리신호가 입력되는 시프트 레지스터의 경우에 터치 센싱 구간 이후 첫 번째 게이트 펄스가 발생되는 스테이지의 출력 특성 저하로 인하여 첫 번째 게이트 펄스 이후에 발생되는 모든 게이트 펄스들의 전압이 낮아지거나 게이트 펄스가 출력되지 않는다.
인셀 터치 기술에서 터치 센싱 구간과 그 이후 디스플레이 구간이 매 프레임 기간마다 동일하다. 이 때문에 게이트 구동부의 시프트 레지스터에서 터치 센싱 구간 동안 Q 노드가 충전되는 스테이지의 위치가 항상 동일하다. 시프트 레지스터의 스테이지들 각각에서, Q 노드에 풀업 트랜지스터(Pull-up transistor)의 게이트가 연결된다. 그 결과, 터치 센싱 구간 때문에 일지적으로 동작을 멈추는 시프트 레지스터의 스테이지들에서 Q 노드에 연결된 풀업 트랜지스터는 다른 스테이지의 풀업 트랜지스터에 비하여 직류 게이트 바이어스 스트레스(DC gate bias stress)를 더 많이 받는다. MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 구조의 트랜지스터에서, 직류 게이트 바이어스 스트레스는 트랜지스터를 열화시켜 그 트랜지스터의 문턱 전압이나 출력 특성 변화를 초래한다.
인셀 터치 센서를 포함한 표시장치의 1 프레임 기간을 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간으로 시분할할 때, 화면의 특정 위치에서 라인이 보이는 라인 딤 현상이 보일 수 있다. 인셀 터치 센서를 포함한 표시장치에서 게이트 펄스를 출력하는 시프트 레지스터는 터치 센싱 구간 동안 Q 노드가 충전된 상태를 유지하여 풀업 트랜지스터의 직류 게이트 바이어스 스트레스가 커진다. 이러한 직류 게이트 바이어스 스트레스로 인하여, 시프트 레지스터의 신뢰성이 나빠지고 수명이 짧아진다.
따라서, 본 발명은 인셀 터치 기술이 적용된 표시장치에서 화질을 개선하며, 시프트 레지스터의 신뢰성을 높이고 수명을 연장할 수 있는 표시장치와 그 게이트 구동 회로를 제공한다.
본 발명의 표시장치는 데이터 라인들과 게이트 라인들에 연결되고 다수의 블록들로 분할 구동되는 픽셀들, 및 상기 픽셀들에 연결되는 다수의 터치 센서들을 갖는 표시패널; 1 프레임 기간 내에서 터치 센싱 구간을 사이에 두고 분할된 다수의 디스플레이 구간에 상기 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하는 디스플레이 구동 회로; 및 동기 신호에 응답하여 상기 터치 센싱 구간에 상기 터치 센서들을 구동하여 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱부를 포함한다. 상기 터치 센싱 구간과, 상기 터치 센싱 구간 이후의 다음 디스플레이 구간이 소정 시간 단위로 변경된다.
본 발명의 게이트 구동 회로는 시프트 레지스터를 포함한다. 상기 시프트 레지스터의 스테이지들 각각은 상기 게이트 펄스의 전압을 상승시키는 풀업 트랜지스터를 제어하는 Q 노드를 포함한다. 상기 디스플레이 구간의 마지막 게이트 펄스를 출력하는 제N-1(N은 양의 정수) 스테이지의 Q 노드가 상기 터치 센싱 구간 동안 충전된 상태를 유지한다. 상기 다음 디스플레이 구간의 제1 게이트 펄스를 출력하는 제N 스테이지의 Q 노드가 상기 터치 센싱 구간 동안 충전된 상태를 유지한다. 상기 제N-1 스테이지와 상기 제N 스테이지가 소정 시간 단위로 다른 스테이지로 변경된다.
본 발명은 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간을 소정 시간 단위로 변경하여 게이트 펄스를 출력하는 게이트 구동 회로의 시프트 레지스터에서 풀업 트랜지스터의 스트레스를 다수의 스테이지들로 분산한다. 그 결과, 본 발명은 게이트 구동부의 신뢰성을 개선하고 수명을 연장할 수 있으므로 라인 딤과 같이 화질 저하 요인을 방지하여 인셀 터치 기술이 적용된 표시장치에서 화질을 개선할 수 있다.
도 1은 터치 센서들의 터치 전극 패턴과 터치 센싱부를 보여 주는 평면도이다.
도 2 및 도 3은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치를 보여 주는 블록도들이다.
도 4는 인셀 타입 터치 센서들의 평면 배치와 터치 센싱부의 회로 구성을 보여 주는 도면이다.
도 5는 표시패널의 양측에 GIP 회로가 배치된 예를 보여 주는 도면이다.
도 6은 이웃한 블록들 간의 경계에 배치된 GIP 회로의 일부를 간략히 보여 주는 도면이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구동 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 게이트 구동 회로를 보여 주는 회로도이다.
도 9는 도 8에 도시된 게이트 구동 회로의 동작을 보여 주는 파형도이다.
도 10a 및 도 10b는 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간이 소정 시간 단위로 시프트되는 예를 보여 주는 도면들이다.
도 11은 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간의 시프트로 인하여, 터치 센싱 구간을 사이에 두고 분할 구동되는 블록들 간의 경계가 시프트되는 예를 보여 주는 도면이다.
도 12a 및 도 12b는 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간의 시프트될 때, 시프트 레지스터의 Q 노드 전압을 보여 주는 파형도이다.
도 13은 터치 센싱 구간으로 인하여 게이트 펄스의 지연 시간 편차를 보여 주는 도면이다.
도 14는 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간을 정의하는 동기 신호와, 이 동기 신호가 가변될 때 시프트 레지스터의 Q 노드 전압 변화를 보여 주는 파형도이다.
도 15는 동작 모드에 따라 동기 신호가 변경되는 예를 보여 주는 파형도이다.
도 16은 핑거 터치 모드에서 발생되는 동기 신호를 보여 주는 파형도이다.
도 17은 1 프레임 기간을 상세히 보여 주는 도면이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 명세서 전체에 걸쳐서 동일한 참조번호들은 실질적으로 동일한 구성요소들을 의미한다. 이하의 설명에서, 본 발명과 관련된 공지 기능 혹은 구성에 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 발명의 표시장치는 인셀 터치 센서 기술이 적용 가능하고 게이트 구동 회로가 필요한 어떠한 표시장치도 가능하다.
본 발명의 게이트 구동 회로에서 스위치 소자들은 n 타입 또는 p 타입 MOSFET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor) 구조의 트랜지스터로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서 n 타입 트랜지스터를 예시하였지만, 본 발명은 이에 한정되지 않는다는 것에 주의하여야 한다. 트랜지스터는 게이트(gate), 소스(source) 및 드레인(drain)을 포함한 3 전극 소자이다. 소스는 캐리어(carrier)를 트랜지스터에 공급하는 전극이다. 트랜지스터 내에서 캐리어는 소스로부터 흐르기 시작한다. 드레인은 트랜지스터에서 캐리어가 외부로 나가는 전극이다. 즉, MOSFET에서의 캐리어의 흐름은 소스로부터 드레인으로 흐른다. n 타입 MOSFET(NMOS)의 경우, 캐리어가 전자(electron)이기 때문에 소스에서 드레인으로 전자가 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 낮은 전압을 가진다. n 타입 MOSFET에서 전자가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류의 방향은 드레인으로부터 소스 쪽으로 흐른다. p 타입 MOSFET(PMOS)의 경우, 캐리어가 정공(hole)이기 때문에 소스로부터 드레인으로 정공이 흐를 수 있도록 소스 전압이 드레인 전압보다 높다. p 타입 MOSFET에서 정공이 소스로부터 드레인 쪽으로 흐르기 때문에 전류가 소스로부터 드레인 쪽으로 흐른다. MOSFET의 소스와 드레인은 고정된 것이 아니라는 것에 주의하여야 한다. 예컨대, MOSFET의 소스와 드레인은 인가 전압에 따라 변경될 수 있다. 이하의 실시예에서 트랜지스터의 소스와 드레인으로 인하여 발명이 제한되어서는 안된다.
본 발명의 터치 센서는 픽셀 어레이에 내장 가능한 정전 용량 타입의 터치 센서 예를 들면, 상호 용량(mutual capacitance) 센서 또는 자기 용량(Self capacitance) 센서로 구현될 수 있다. 이하에서 터치 센서를 자기 용량 센서 중심으로 설명하지만 본 발명은 이에 한정되지 않는다.
도 2 및 도 3을 참조하면, 본 발명의 표시장치는 표시패널(100), 디스플레이 구동 회로, 터치 센싱부(110) 등을 포함한다.
표시패널(100)의 1 프레임 기간은 픽셀 어레이에 함께 내장된 인셀 터치 센서들과 픽셀들을 구동하기 위하여, 하나 이상의 디스플레이 구간과, 하나 이상의 터치 센싱 구간으로 시분할될 수 있다. 표시패널(100)의 화면(픽셀 어레이)은 둘 이상의 블록들(B1~BM)로 시분할 구동된다. 블록들 각각은 표시패널에서 둘 이상의 라인들을 포함한다. 표시패널의 라인들 각각은 수평 해상도 만큼 수평으로 배열된 픽셀들을 포함한다. 표시패널(100)에서 이웃한 블록들은 터치 센서들이 구동되는 터치 센싱 구간을 사이에 두고 분리된 디스플레이 구간에 분할 구동한다.
블록들(B1, B2)은 물리적으로 분할될 필요가 없다. 도 2는 표시패널(100)의 화면이 두 개의 블록들(B1, B2)로 분할된 예이고, 도 3은 표시패널(100)의 화면이 M(M은 3이상의 양의 정수) 개의 블록들(B1~BM)로 분할된 예이다. 표시패널(100)의 블록들은 터치 센싱 구간을 사이에 두고 시분할 된다. 예를 들어, 제1 디스플레이 구간 동안 제1 블록(B)의 픽셀들이 구동되어 그 픽셀들에 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(B)의 픽셀들이 구동되어 그 픽셀들에 현재 프레임 데이터가 기입된다.
본 발명은 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간을 소정 시간 단위로 시프트한다. 소정 시간은 표시장치의 1 프레임 기간일 수 있으나 이에 한정되지 않는다. 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간 사이에서 게이트 펄스를 출력하는 게이트 구동부(104)의 채널 위치가 소정 시간 단위로 변경된다. 따라서, 본 발명의 표시장치는 게이트 구동부(104)의 풀업 트랜지스터에 가해지는 스트레스를 다수의 스테이지들로 분산하여 풀업 트랜지스터의 스트레스를 경감하여 게이트 구동부(104)의 신뢰성 문제와 수명 저하 문제를 해결하고, 블록들 간의 경계가 보이는 라인 딤 현상을 방지할 수 있다.
표시패널(100)의 화면은 입력 영상이 재현되는 픽셀 어레이(pixel array)를 포함한다. 픽셀 어레이는 m(m은 양의 정수) 개의 데이터라인들(S1~Sm)과 n(n은 양의 정수) 개의 게이트라인들(G1~Gn)에 의해 정의된 픽셀 영역에 형성된 m×n 개의 픽셀들을 포함한다. 픽셀들은 컬러 구현을 위하여, 적색(R), 녹색(G), 및 청색(B) 서브 픽셀들을 포함할 수 있다. 픽셀들은 RGB 서브 픽셀들 이외에 백색(White, W) 서브 픽셀을 더 포함할 수 있다. 픽셀들은 청자색(Cyan, C), 적자색(Magenta, M), 황색(Yellow, Y) 서브 픽셀들 중 하나 이상을 더 포함할 수 있다.
표시패널(100)의 픽셀 어레이는 TFT 어레이와 컬러 필터 어레이를 포함한다. 표시패널(100)의 하판에 TFT 어레이가 형성될 수 있다. TFT 어레이는 데이터라인들(S1~Sm)과 게이트라인들(G1~Gn)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. 서브 픽셀들 각각에 TFT, 픽셀전극, 스토리지 커패시터가 독립적으로 배치될 수 있다. 평판 표시장치의 구동 특성에 따라 픽셀들의 구조는 변경될 수 있다.
표시패널(100)의 TFT 어레이는 터치 센서 전극들(C1~C4)과, 터치 센서 전극들(C1~C4)과 연결된 센서 배선들(L1~Li, i는 m, n 보다 작은 양의 정수)을 더 포함한다. 터치 센서 전극들(C1~C4)은 다수의 픽셀들에 연결되는 공통 전극을 분할하는 방법으로 구현될 수 있다. 하나의 터치 센서 전극은 다수의 픽셀들에 공통으로 연결되고 하나의 터치 센서를 형성한다. 따라서, 터치 센서들은 터치 센서 전극을 통해 디스플레이 구간 동안 픽셀들에 동일 전위의 공통전압(Vcom)을 공급한다. 터치 센싱부(110)는 터치 센싱 구간마다 모든 터치 센서들을 구동하여 표시패널(100)의 화면 전체에서 터치 입력을 센싱한다.
픽셀 어레이에 내장된 터치 센서들은 정전 용량(capacitance) 타입의 터치 센서들로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식은 자기 정전 용량(Self capacitance)이나 상호 정전 용량(Mutual capacitance)으로 나뉘어질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성된다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성된다. 도 4는 자기 정전 용량 타입의 터치 센서를 도시하였으나, 터치 센서들은 이에 한정되지 않는다.
표시패널(PNL)의 상판은 상부 기판에 형성된 컬러 필터 어레이를 포함할 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 어레이에 컬러 필터와 블랙 매트릭스가 배치될 수 있다.
디스플레이 구동 회로는 데이터 구동부(102), 게이트 구동부(104) 및 타이밍 콘트롤러(106)를 포함하여 터치 센싱 구간을 사이에 두고 시분할 구동되는 디스플레이 구간 동안 입력 영상의 데이터를 표시패널(100)의 픽셀들에 기입한다.
데이터 구동부(102)는 디스플레이 구간 동안 타이밍 콘트롤러(106)로부터 입력되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 감마보상전압으로 변환하여 출력 채널들을 통해 데이터전압을 출력한다. 데이터 구동부(102)로부터 출력된 데이터전압은 디스플레이 구간 동안 데이터라인들(S1~Sm)에 공급된다.
데이터 구동부(102)의 출력 채널들은 터치 센싱 구간 동안 데이터 라인들(S1~Sm)과 분리되어 하이 임피던스(high impedance) 상태를 유지할 수 있다. 픽셀들의 커패시터에 저장된 데이터 전압은 터치 센싱 구간 동안 TFT들이 턴-온되지 않으므로 방전되지 않고 유지된다.
데이터 구동부(102)와 데이터 라인들(S1~Sm) 사이에 도시하지 않은 멀티플렉서(Multiplexer)가 배치될 수 있다. 이 멀티플렉서는 표시패널(100)의 기판 상에 형성되거나 데이터 구동부(102)와 함께 드라이브 IC 내에 집적될 수 있다. 멀티플렉서는 타이밍 콘트롤러(106)의 제어 하에 데이터 구동부(102)로부터 입력되는 데이터 전압을 데이터 라인들(S1~Sm)에 분배한다. 1:2 멀티플렉서의 경우에, 멀티플렉서는 데이터 구동부(102)의 한 개 출력 채널을 통해 입력되는 데이터 전압을 시분할하여 두 개의 데이터 라인들(S1, S2)로 시분할 공급한다. 따라서, 1:2 멀티플렉서를 사용하면, 드라이브 IC의 채널 수를 1/2로 줄일 수 있다.
게이트 구동부(104)는 시프트 레지스터를 이용하여 게이트 라인들(G1~Gn)에 게이트 펄스(또는 스캔 펄스)를 순차적으로 공급한다. 시프트 레지스터는 시프트 클럭 타이밍에 맞추어 게이트 펄스를 시프트하여 게이트 라인들(G1~Gn)에 게이트 펄스를 순차적으로 공급한다. 게이트 펄스는 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙한다. 게이트 하이 전압(VGH)은 픽셀 어레이에 배치된 TFT들의 문턱 전압 보다 높은 전압이다. 게이트 로우 전압(VGL)은 픽셀 어레이에 배치된 TFT들의 문턱 전압 보다 낮은 전압이다.
픽셀 어레이의 TFT들은 게이트 펄스의 게이트 하이 전압(VGH)에 응답하여 턴-온되어 데이터 라인들(S1~Sm)로부터의 데이터 전압을 픽셀 전극에 공급한다. 시프트 레지스터는 종속적으로 접속된 스테이지들을 포함한다.
시프트 레지스터는 종속적으로 접속(cascade connection)되어 클럭 타이밍에 출력을 시프트하는 스테이지들을 포함한다. 스테이지들 각각은 Q 노드의 전압에 응답하여 표시패널(100)의 게이트 라인들(G1~Gn)에 게이트 펄스를 출력하고, 캐리 신호(Carry signal)를 다음 스테이지로 전달한다. 캐리 신호는 게이트 펄스이거나 별도의 신호로 출력될 수 있다. Q 노드는 스타트 펄스 또는 이전 스테이지로부터의 캐리 신호에 따라 충전되어 풀업 트랜지스터의 게이트를 프리 차징(pre-charging)한다. Q 노드는 프리 차징된 상태에서 시프트 클럭이 입력될 때 풀업 트랜지스터의 게이트와 드레인 사이의 기생 용량을 통해 Q 노드가 부트 스트래핑(bootstrap)된다. Q 노드의 전압이 부트스트래핑으로 상승될 때, 풀업 트랜지스터가 턴-온(turn-on)되어 출력 단자의 전압이 게이트 하이 전압(VGH)으로 상승되어 게이트 펄스가 출력되기 시작한다. 게이트 펄스는 게이트 라인들(G1~Gn)에 공급되어 데이터 전압이 기입되는 라인의 TFT들을 동시에 턴-온시킨다.
터치 센싱 구간 동안, 게이트 구동부(104)의 시프트 레지스터로부터 게이트 펄스가 출력되지 않도록 시프트 클럭이 입력되지 않는다. 그 결과, 게이트 구동부(104)는 터치 센싱 구간 동안 게이트 펄스를 출력하지 않는다.
게이트 구동부(104)의 시프트 레지스터는 TFT 어레이와 함께 표시패널(100)의 기판 상에 함께 실장될 수 있다. 이하에서 표시패널(100)의 기판 상에 실장된 시프트 레지스터를 “GIP(Gate in Panel) 회로”라 한다.
타이밍 콘트롤러(106)는 도시하지 않은 호스트 시스템으로부터 수신되는 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동부(102)로 전송한다. 그리고 타이밍 콘트롤러(106)는 입력 영상 데이터에 동기하여 수신되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 메인 클럭(MCLK) 등의 타이밍신호를 입력 받아 데이터 구동부(102)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 데이터 타이밍 제어신호와, 게이트 구동부(104)의 동작 타이밍을 동작 타이밍을 제어시키기 위한 게이트 타이밍 제어신호를 출력한다.
게이트 타이밍 제어신호는 스타트 펄스(VST), 시프트 클럭(Gate Shift Clock, CLK), 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE) 등을 포함한다. GIP 회로의 경우에, 출력 인에이블신호(Gate Output Enable, GOE)는 생략될 수 있다. 스타트 펄스(VST)는 시프트 레지스터에서 제1 스테이지의 VST 단자에 입력되어 1 프레임 기간에서 가장 먼저 발생하는 제1 게이트 펄스의 출력 타이밍을 제어한다. 시프트 클럭(CLK)은 디스플레이 구간 동안 순차적으로 발생되어 스테이지들 각각에서 게이트 펄스의 출력 타이밍을 제어하여 게이트 펄스의 시프트 타이밍을 제어한다. 시프트 클럭(CLK)은 터치 센싱 구간 동안 발생되지 않는다. 시프트 클럭(CLK)이 터치 센싱 구간에 발생되면 픽셀들에 기입된 데이터 전압이 방전되거나 원치 않는 노이즈가 화면 상에서 보일 수 있다. 출력 인에이블 신호(GOE)는 게이트 구동부(104)의 출력 타이밍을 제어한다.
게이트 구동부(104)가 GIP 회로로 구현되면, 타이밍 콘트롤러(106)로부터 발생된 게이트 타이밍 제어신호는 도시하지 않은 레벨 시프터(Level shifter)에 의해 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 전압으로 변환되어 GIP 회로에 입력된다. 따라서, GIP 회로에 입력되는 스타트 펄스(VST)와 시프트 클럭(CLK)은 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙(swing)한다.
호스트 시스템은 텔레비전 시스템, 셋톱박스, 네비게이션 시스템, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템은 스케일러(scaler)를 내장한 SoC(System on chip)을 포함하여 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)로 전송한다. 호스트 시스템은 터치 센싱부(110)로부터 수신된 터치 입력의 좌표 정보와 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
타이밍 콘트롤러(106) 또는 호스트 시스템은 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간을 정의하여 디스플레이 구동 회로들(102, 104, 106)과 터치 센싱부(110)를 동기시키는 동기 신호(Tsync)를 발생한다. 본 발명은 동기 신호(Tsync)를 소정 시간 단위로 변경하여 터치 센싱 구간과 그 이후 디스플레이 구간을 변경함으로써 터치 센싱 구간에 Q 노드가 충전된 스테이지의 스트레스를 다른 스테이지들로 분산하여 시프트레지스터의 신뢰성을 향상한다. 또한, 본 발명은 시프트 레지스터의 신뢰성을 높여 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간 간에 게이트 펄스의 지연 시간 차를 줄인다. 그 결과, 본 발명은 게이트 구동부(104)의 신뢰성을 개선하고 수명을 연장할 수 있음은 물론, 화면의 블록들 간의 경계에서 라인 딤이 시인되지 않도록 하여 화질을 개선할 수 있다.
터치 센싱부(110)는 타이밍 콘트롤러(106) 또는 호스트 시스템으로부터 입력되는 동기 신호(Tsync)에 응답하여 터치 센싱 구간 동안 터치 센서들을 구동한다. 터치 센싱부(110)는 터치 센싱 구간 동안 터치 구동 신호를 센서 배선들(L1~Li)에 공급하여 터치 입력을 센싱한다. 터치 센싱부(110)는 터치 입력 유무에 따라 달라지는 터치 센서의 용량 변화량을 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값 이상으로 변화된 터치 센서를 터치 입력으로 판단하고, 터치 입력 위치의 좌표를 계산한다. 터치 입력 위치의 좌표 정보(XY)는 호스트 시스템으로 전송된다.
도 4는 인셀 타입 터치 센서들의 평면 배치와 터치 센싱부의 회로 구성을 보여 주는 도면이다.
도 4를 참조하면, 터치 센서 전극들(C1~C4) 각각은 다수의 픽셀들(11)에 연결되는 공통 전극의 분할 패턴으로 형성될 수 있다.
터치 센싱부(110)는 멀티플렉서(111), 센싱 회로(112), 및 마이크로 콘트롤 유닛(Micro Control Unit, 이하 "MCU"라 함)(113)를 포함한다.
멀티플렉서(111)는 MCU(113)의 제어 하에 센싱 회로(112)에 연결되는 센서 배선들(L1~L3)을 선택한다. 멀티플렉서(111)는 MCU(113)의 제어 하에 공통 전압(Vcom)을 공급할 수 있다. 멀티플렉서(111) 각각은 N(N은 2 이상의 양의 정수) 개의 센서 배선들(L1~L3)을 센싱 회로(112)의 채널에 순차적으로 연결함으로써 센싱 회로(112)의 채널 개수를 줄인다.
센싱 회로(112)는 멀티플렉서(111)를 통해 수신되는 센서 신호의 전하량을 증폭하여 적분하고 디지털 데이터로 변환하여 터치 센서(Cs)의 용량 변화량을 검출한다. 센싱 회로(112)는 수신된 터치 센서 신호를 증폭하는 증폭기, 증폭기의 출력 전압을 누적하는 적분기, 적분기의 전압을 디지털 데이터로 변환하는 아날로그 디지털 변한기(Analog-to-Digital Converter, 이하 "ADC"라 함) 등을 포함한다. ADC로부터 출력된 디지털 데이터는 터치 로 데이터(Touch raw data)로서 MCU(113)로 전송된다.
MCU(113)는 멀티플렉서(111)를 제어하여 센서 배선들(115)을 센싱 회로(112)에 연결한다. MCU(113)는 센싱 회로(112)로부터 수신된 터치 로 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 터치 입력을 판정한다. MCU(113)는 미리 설정된 터치 센싱 알고리즘을 실행하여 터치 입력 위치 각각에 대하여 좌표를 계산하여 터치 좌표 데이터(XY)를 생성하고 그 데이터(XY)를 호스트 시스템(108)으로 전송한다.
도 5는 표시패널의 양측에 GIP 회로가 배치된 예를 보여 주는 도면이다. 도 6은 이웃한 블록들 간의 경계에 배치된 GIP 회로의 일부를 간략히 보여 주는 도면이다.
도 5 및 도 6을 참조하면, 게이트 구동부(104)는 표시패널(100)의 하부 기판 상에서 픽셀 어레이와 함께 형성되는 GIP 회로로 구현될 수 있고, 별도의 IC에 집적되어 표시패널(100)의 하부 기판 상에 접착될 수도 있다.
GIP 회로는 표시패널(100)의 일측 가장자리에 배치되거나 도 5와 같이 표시패널(100)의 양측 가장자리에 배치될 수 있다. GIP 회로(GIP_L, GIP_R)는 타이밍 콘트롤러(106)의 제어 하에 게이트 펄스를 순차적으로 시프트하는 시프트 레지스터를 포함한다.
GIP 회로(GIP_L, GIP_R)의 트랜지스터들은 비정질 실리콘(a-Si)을 포함한 TFT, 산화물 반도체를 포함한 트랜지스터(Oxide TFT), 저온 폴리 실리콘(Low Temperature Poly Silicon, LTPS)을 포함한 트랜지스터(LTPS TFT) 중 하나 이상을 포함할 수 있다.
제1 GIP 회로(GIP_L)는 픽셀 어레이의 좌측 밖에 배치된다. 제1 GIP 회로(GIP_L)는 픽셀 어레이의 기수 번째 게이트 라인들(G1, G3,...Gn-1)에 연결되어 그 게이트 라인들(G1, G3,...Gn-1)에 게이트 펄스를 순차적으로 출력할 수 있다. 제2 GIP 회로(GIP_R)는 픽셀 어레이의 우측 밖에 배치된다. 제2 GIP 회로(GIP_R)의 시프트 레지스터는 픽셀 어레이의 우수 번째 게이트 라인들(G2, G4,...Gn)에 연결되어 그 게이트 라인들(G2, G4,...Gn)에 게이트 펄스를 순차적으로 출력할 수 있다.
GIP 회로들(GIP_L, GIP_R) 각각은 스타트 펄스(VST)와, 시프트 클럭(CLK)을 입력 받아 게이트 펄스를 순차적으로 출력하는 시프트 레지스터를 포함한다.
시프트 레지스터의 스테이지들((S(N-1)~S(N+1)) 각각은 풀업 트랜지스터(Pull-up transistor), 풀다운 트랜지스터(Pull-down transistor), 풀업 트랜지스터를 제어하는 Q 노드, 풀다운 트랜지스터를 제어하는 QB 노드, Q 노드와 QB 노드의 충방전을 제어하는 제어부를 포함한다. 스테이지들((S(N-1)~S(N+1)) 각각은 스타트 펄스 입력 단자로 수신되는 스타트 펄스 또는 이전 스테이지로부터 수신되는 캐리 신호(CAR(N-1), CAR(N))에 응답하여 Q 노드를 프리 차징(pre-charging)하고 시프트 클럭(CLK1~CLK4)이 입력될 때 출력 단자의 전압을 게이트 하이 전압(VGH)으로 상승시켜 게이트 펄스를 출력하기 시작한다.
제어부는 QB 노드의 충방전 타이밍을 제어한다. 제어부(80)는 온도 센서의 출력 신호에 응답하여 저온 환경에서 게이트 하이 전압(VGH)을 높여 저온에서 트랜지스터들의 온 전류 저하를 보상할 수 있다. 제어부(80)는 공지된 어떠한 회로로도 구현될 수 있으므로 제어부의 상세한 회로와 동작 설명을 생략한다.
도 6을 참조하면, 스테이지들(S(N-1), S(N), S(N+1))은 종속적으로 접속되어 시프트 클럭(CLK1~CLK4)의 타이밍에 게이트 펄스를 순차적으로 시프트한다. 스테이지들(S(N-1) ~ S(N+2)) 각각은 스타트 펄스(VST) 또는 이전 스테이지로부터 캐리 신호(CAR(N-1) ~ CAR(N+1))가 입력되는 VST 단자, 게이트 펄스(Vout(N-1) ~ Vout(N+2))와 캐리 신호(CAR(N-1) ~ CAR(N+1))가 출력되는 출력 단자, 다음 스테이지의 캐리 신호(CAR(N-1) ~ CAR(N+1))가 입력되는 VNEXT 단자, 시프트 클럭(CLK1~CLK4)이 입력되는 CLK 단자 등을 포함한다. 도 6의 예는 스테이지마다 게이트 펄스와 캐리 신호가 분리된 예이지만 스테이지로부터 출력되는 게이트 펄스(Vout(N-1), Vout(N), Vout(N+1))가 다음 스테이지의 캐리 신호로 전송될 수 있으므로 스테이지들의 출력 방법은 도 6에 한정되지 않는다. 이전 스테이지와 다음 스테이지는 게이트 펄스의 펄스 폭, 중첩 구간 등에 따라 달라지므로 도 6에 한정되지 않는다.
본 발명의 표시장치는 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간을 소정 시간 단위로 시프트한다. GIP 회로에서 터치 센싱 구간 동안 Q 노드가 충전 상태인 스테이지들의 스트레스 즉, 풀업 트랜지스터의 직류 게이트 바이어스 스트레스가 다른 스테이지들에 비하여 상대적으로 크다. 본 발명의 표시장치는 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간을 소정 시간 단위로 풀업 트랜지스터의 스트레스를 다수의 스테이지들로 분산한다. 예컨대, 본 발명의 표시장치는 동기 신호(Tsync)를 이용하여 제1 프레임 기간에 터치 센싱 구간을 제N-1 스테이지(S(N-1))의 출력 타이밍과 제N 스테이지(S(N))의 출력 타이밍 사이에 할당한 후에, 제2 프레임 기간에 터치 센싱 구간을 제N+1 스테이지(S(N+1))의 출력 타이밍과 제N+2 스테이지(S(N+2))의 출력 타이밍 사이에 할당할 수 있다.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 표시장치의 구동 신호를 보여 주는 파형도이다. 도 7에 있어서, Gate는 게이트 라인들(G1~Gn)의 전압이고, Data는 데이터 라인들(S1~Sm)의 전압이다. Vcom은 터치 센서 전극의 전압이다.
도 7을 참조하면, 1 프레임 기간은 디스플레이 구간(Td1, Td2)과 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)으로 시분할될 수 있다. 디스플레이 구간들(Td1, Td2) 사이에 하나의 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)이 할당된다. 디스플레이 구동 회로(102, 104, 106)는 제1 디스플레이 구간(Td1) 동안 제1 블록(B1)의 픽셀들에 현재 프레임 데이터를 기입하여 제1 블록(B1)에서 재현되는 영상을 현재 프레임 데이터로 업데이트한다.
제1 디스플레이 구간(Td1) 동안 제1 블록(B1)을 제외한 나머지 블록(B2)은 이전 프레임 데이터를 유지하고, 터치 센싱부(110)는 터치 센서들을 구동하지 않는다. 이어서, 터치 센싱부(110)는 제1 터치 센싱 구간(Tt1) 동안 모든 터치 센서들을 순차적으로 구동하여 터치 입력을 센싱하고, 그 센싱 결과 터치 입력 각각에 대한 좌표 정보와 식별 정보(ID)를 포함한 터치 레포트(Touch report)를 발생하여 호스트 시스템으로 전송한다.
디스플레이 구동 회로(102, 104, 106)는 제2 디스플레이 구간(Td2) 동안 제2 블록(B2)의 픽셀들에 현재 프레임 데이터를 기입하여 제2 블록(B2)에서 재현되는 영상을 현재 프레임 데이터로 업데이트한다. 제2 디스플레이 구간(Td2) 동안 제1 블록(B1)은 현재 프레임 데이터를 유지하고, 터치 센싱부(110)는 터치 센서들을 구동하지 않는다. 이어서, 터치 센싱부(110)는 제2 터치 센싱 구간(Tt2) 동안 모든 터치 센서들을 순차적으로 구동하여 터치 입력을 센싱하여 터치 입력 각각에 대한 좌표 정보와 식별 정보(ID)를 포함한 터치 레포트를 발생하여 호스트 시스템으로 전송한다.
터치 센싱부(110)는 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2) 동안 센서 배선들(L1~Li)을 통해 터치 센서에 센서 구동신호를 공급하여 터치 입력 전후 터치 센서의 용량 변화량을 검출하고 그 용량 변화량을 문턱전압과 비교하여 터치 입력을 판정한다.
터치 센싱부(110)는 매 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2) 마다 터치 입력의 좌표 정보를 호스트 시스템으로 전송한다. 따라서, 프레임 레이트(Frame rate) 보다 터치 레포트 레이트(Touch report rate)가 더 빠르다. 프레임 레이트는 1 프레임 이미지가 픽셀 어레이에 기입되는 프레임 주파수이다. 터치 레포트 레이트는 터치 입력의 좌표 정보가 발생되는 속도이다. 터치 레포트 레이트가 높을 수록 터치 입력의 좌표 인식 속도가 빨라지므로 터치 감도가 좋아진다.
인셀 터치 센서 기술은 표시패널(100)의 픽셀들에 연결된 공통 전극을 터치 센서 단위로 분할하여 터치 센서들(Cs)의 전극으로 활용한다. 예를 들어, 전술한 바와 같이 인셀 터치 센서 기술은 액정표시장치의 경우에, 공통 전극을 분할하고, 분할된 공통 전극 패턴들을 도 2 및 도 3과 같은 자기 용량 타입 터치 센서들(Cs)의 전극으로 활용한다. 이러한 터치 센서들은 픽셀들과 결합되기 때문에 터치 센서들과 픽셀들 간의 기생 용량(parasitic capacitance)이 커진다. 터치 센서들과 픽셀들은 기생 용량을 통해 커플링(Coupling)되기 때문에 상호 간에 전기적으로 악영향을 줄 수 있으므로 픽셀들과 터치 센서들이 시분할 구동된다. 시분할 구동 방법에 의해서도, 표시패널(100)의 기생 용량으로 인하여 터치 센서들의 터치 감도와 터치 인식 정확도가 떨어질 수 있다.
데이터 구동부(102)는 픽셀들(11)과 터치 센서들 사이의 기생 용량을 줄이기 위하여 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2) 동안 센서 구동 신호와 같은 위상과 같은 전압의 교류 신호(LFD)를 데이터 라인들(S1~Sm)에 공급할 수 있다. 데이터 라인과 터치 센서 사이의 기생 용량은 그 기생 용량의 양단간 전압차가 없으면 최소화된다. 따라서, 센서 구동 신호가 터치 센서에 공급될 때 데이터 라인들(S1~Sm)에 센서 구동 신호와 같은 위상과 같은 전압의 교류 신호(LFD)를 인가하면 데이터 라인들(S1~Sm)과 터치 센서 사이의 기생 용량을 최소화할 수 있다.
게이트 구동부(102)는 픽셀들(11)과 터치 센서들 사이의 기생 용량을 줄이기 위하여 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2) 동안 센서 구동신호와 같은 위상과 같은 전압의 교류 신호(LFD)를 공급할 수 있다. 게이트 라인(G1~Gn)과 터치 센서 사이의 기생 용량은 그 기생 용량의 양단간 전압차가 없으면 최소화된다. 따라서, 센서 구동 신호가 터치 센서에 공급될 때 게이트 라인들(G1~Gn)에 센서 구동 신호와 같은 위상과 같은 전압의 교류 신호(LFD)를 인가하면 게이트 라인들(G1~Gn)과 터치 센서 사이의 기생 용량을 최소화할 수 있다.
터치 센싱부(110)는 현재 터치 입력을 센싱하는 터치 센서들과 연결되는 센서 배선 이외의 다른 센서 배선들(111)에 교류 신호(LFD)를 공급하여 이웃한 센서 배선들(111) 간의 기생 용량을 최소화할 수 있다.
터치 센싱 구간(Tt1, Tt2) 동안 표시패널(100)의 데이터 라인들(S1~Sm)과 게이트 라인들(G1~Gn) 그리고 현재 연결되지 않는 터치 센서들에 센서 구동신호와 같은 위상의 교류 신호(LFD)를 공급하면, 표시패널(100)의 기생 용량의 전하양을 줄일 수 있다. 이는 기생 용량 양단의 전압 차를 최소화하여 기생 용량의 충전양을 최소화할 수 있기 때문이다. 터치 센서의 기생 용량을 줄이면 터치 센서 신호의 신호 대 잡음비(Signal to Noise Ratio, 이하 “SNR”이라 함)를 향상시켜 터치 센싱부의 동작 마진(margin)을 넓히고 터치 입력과 터치 감도를 개선할 수 있다.
도 7에서, (N-1)th line은 제N-1 블록의 마지막 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인을 의미한다. Nth line은 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)에 이어서 픽셀 구동을 재개하는 제N 블록에서 첫 번째 게이트 펄스가 공급되는 게이트 라인을 의미한다. 본 발명은 스테이지들의 스트레스를 분산하기 위하여 소정 시간 단위로 터치 센싱 구간을 시프트하여 (N-1)th line과 Nth line의 위치를 소정 시간 단위로 변경한다.
GIP 회로(GIP_L, GIP_R)의 트랜지스터들이 비정질 실리콘(s-Si)을 포함하는 TFT로 제작될 수 있다. 비정질 실리콘 TFT은 오프 상태에서 흐르는 누설 전류 즉, 오프 커런트(Off current)가 높기 때문에 터치 센싱 구간 동안 Q 노드의 방전양을 크게 하여 블록들(B1~BM) 간의 경계에서 라인 딤(Line dim)이 더 두드러지게 보이게 할 수 있다.
본 발명의 게이트 구동부(104)는 터치 센싱 구간 이후 구동될 블록의 첫 번째 게이트 펄스를 출력하는 스테이지의 Q 노드 전압의 감쇠(decay)를 억제하는 방전 차단 회로를 포함할 수 있다. 방전 차단 회로로 인하여, 터치 센싱 구간 동안 Q 노드 전압이 방전되지 않기 때문에 터치 센싱 구간 이후 첫 번째 발생되는 게이트 펄스의 전압이 픽셀들의 정상 동작에 필요한 전압으로 발생된다. 본 발명은 시프트 레지스터의 스테이지들에 방전 차단 회로를 추가함으로써 1 프레임 기간을 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간으로 시분할할 때 터치 센싱 구간 이후 화면에 라인이 보이거나 터치 센싱 구간 이후 데이터 전압이 픽셀들에 정상적으로 충전되지 않는 문제를 해결할 수 있다. 또한, 본 발명의 표시장치는 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간을 소정 시간 단위로 시프트하여 시프트 레지스터의 풀업 트랜지스터들의 스트레스를 분산하여 시프트 레지스터로부터 출력되는 게이트 펄스의 지연 시간 편차를 줄일 수 있다. 따라서, 본 발명의 표시장치는 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간에 게이트 펄스의 편차를 최소화하여 화면 전체에서 픽셀들의 충전 특성을 균일하게 함으로써 화질을 개선할 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 시프트 레지스터의 제N 스테이지를 보여 주는 회로도이다. 시프트 레지스터를 구성하는 스테이지들의 회로는 도 8에 도시된 회로와 실질적으로 동일하므로 그에 대한 상세한 설명을 생략한다. 도 9는 도 8에 도시된 게이트 구동 회로의 동작을 보여 주는 파형도이다. 시프트 레지스터는 인셀 터치 센서 기술로 적용 가능한 게이트 구동 회로의 시프트 레지스터라면 공지된 어떠한 회로로도 구현될 수 있다. 시프트 레지스터의 스테이지 회로는 도 8에 한정되지 않지만, 도 8과 같이 터치 센싱 구간 동안 Q 노드의 방전을 억제하는 기능이 포함된 스테이지 회로가 더 바람직하다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 게이트 구동 회로는 종속적으로 접적된 스테이지들을 통해 게이트 펄스를 순차적으로 출력하는 시프트 레지스터를 포함한다. 시프트 레지스터의 제N 스테이지(S(N))는 제1 출력 단자를 통해 게이트 펄스(Vgout)를 출력함과 동시에, 제2 출력 단자를 통해 캐리 신호(Cout(N))를 출력한다. 제1 출력 단자는 표시패널(100)의 게이트 라인에 연결된다. 제2 출력 단자는 게이트 라인에 연결되지 않고, 다음 스테이지의 VST 단자에 연결된다.
제N 스테이지는 Q 노드, QB 노드, Q 노드와 QB 노드에 연결된 스위치 회로 등을 포함한다. Q 노드는 풀업 트랜지스터(T3a, T3b)의 게이트에 연결된 제1 제어 노드이다. QB 노드는 풀다운 트랜지스터(T4a, T4b)의 게이트에 연결된 제2 제어 노드이다.
스위치 회로는 제1 내지 제4b 트랜지스터들(T1~T4d)과, 방전 차단 회로(DBC)를 포함한다.
제1 트랜지스터(T1)는 VST 단자를 통해 입력되는 스타트 펄스 또는 이전 스테이지로부터의 캐리 신호에 응답하여 고전위 전원 전압(VDD)을 Q 노드에 공급하여 Q 노드를 프리 차징한다. 고전위 전원 전압(VDD)은 게이트 하이 전압(VGH)으로 발생될 수 있다. 제1 트랜지스터(T1)는 VST 단자에 연결된 게이트, VDD 단자를 통해 고전위 전압(VDD)이 공급되는 드레인, 및 Q 노드에 연결된 소스를 포함한다.
제2 트랜지스터와 방전 차단 회로(DBS)는 Q 노드와 VSS1 단자 사이의 방전 패스를 스위칭한다. 제2 트랜지스터는 제2a 및 제2b 트랜지스터(T2a, T2b)를 포함할 수 있다. 제2a 트랜지스터(T2a)는 VNEXT 단자를 통해 다음 스테이지로부터 수신된 캐리 신호에 응답하여 Q 노드를 방전시킨다. 제2a 트랜지스터(T2a)는 VNEXT 단자에 연결된 게이트, Q 노드에 연결된 드레인, 및 DB 노드에 연결된 소스를 포함한다. 다음 스테이지는 제N 스테이지(S(N))의 경우에, 제N+1 스테이지(S(N+1)) 또는 제N+1 내지 제N+4 스테이지 중 어느 하나일 수 있다.
제2b 트랜지스터(T2b)는 QB 노드의 전압에 응답하여 Q 노드를 DB 노드에 연결한다. 제2b 트랜지스터(T2b)는 QB 노드에 연결된 게이트, Q 노드에 연결된 드레인, 및 DB 노드에 연결된 소스를 포함한다. DB 노드는 방전 차단 회로(DBC)와, 제2a 및 제2b 트랜지스터(T2a, T2b) 사이의 방전 패스 상에 존재한다. DB 노드는 방전 차단 회로(DBC)에 의해 Q 노드가 충전될 때 동시에 충전되고 Q 노드가 방전될 때 동시에 방전된다. DB 노드는 터치 센싱 구간 동안 Q 노드의 방전 패스를 스위칭하는 제2a 및 제2b 트랜지스터(T2a, T2b)의 드레인-소스 간 전압을 줄임으로써 Q 노드의 방전을 억제한다.
제3a 트랜지스터(T3a)는 시프트 클럭(CLK)이 입력될 때 상승하는 Q 노드의 전압(Vq)에 따라 턴-온되어 시프트 클럭(CLK)의 전압을 제2 출력 단자에 공급하여 캐리 신호(Vcout)를 라이징시키는 제1 풀업 트랜지스터이다. 시프트 클럭(CLK)의 전압은 게이트 하이 전압(VGH)일 수 있다. 제3a 트랜지스터(T3a)는 Q 노드에 연결된 게이트, CLK 단자를 통해 시프트 클럭(CLK)이 입력되는 드레인, 및 제2 출력 단자에 연결된 소스를 포함한다.
제3b 트랜지스터(T3b)는 클럭(CLK)이 입력될 때 상승하는 Q 노드의 전압(Vq)에 따라 턴-온되어 시프트 클럭(CLK)의 전압을 제1 출력 단자(OUT2)에 공급하여 게이트 펄스(Vgout)를 라이징시키는 제2 풀업 트랜지스터이다. 제3b 트랜지스터(T3b)는 Q 노드에 연결된 게이트, CLK 단자를 통해 시프트 클럭(CLK)이 입력되는 드레인, 및 제1 출력 단자에 연결된 소스를 포함한다. 제1 출력 단자는 표시패널(100)의 게이트 라인에 연결된다.
Q 노드는 제1 트랜지스터(T1)를 통해 공급되는 고전위 전원 전압(VDD)에 의해 VGH 만큼 프리차징된다. 이어서, Q 노드의 전압(Vq)은 시프트 클럭(CLK)이 입력될 때 부트스트래핑에 의해 2VGH 만큼 상승하여 풀업 트랜지스터들(T3a, T3b)을 턴-온시킨다. Q 노드는 제어부(80)에 의해 QB 노드의 충전 시간 동안 방전되어 오프 상태를 유지한다. 터치 센싱 구간 동안, Q 노드는 충전된 DB 노드의 전압(Vdb)으로 인하여 방전되지 않고 충전 상태를 유지한다.
제4a 트랜지스터(T4a)는 QB 노드의 전압(Vqb)에 응답하여 제2 출력 단자의 전압을 제1 저전위 전원 전압(VSS1)까지 방전시키는 제1 풀다운 트랜지스터이다. 제4a 트랜지스터(T4a)는 QB 노드에 연결된 게이트, 제1 출력 단자에 연결된 드레인, 및 제1 저전위 전압(VSS1)이 공급되는 VSS1 단자에 연결된 소스를 포함한다.
제4b 트랜지스터(T4b)는 QB 노드에 응답하여 제1 출력 단자의 전압을 제2 저전위 전원 전압(VSS2)까지 방전시키는 제2 풀다운 트랜지스터이다. 제4b 트랜지스터(T4b)는 QB 노드에 연결된 게이트, 제1 출력 단자에 연결된 드레인, 및 제2 저전위 전압(VSS2)이 공급되는 VSS2 단자에 연결된 소스를 포함한다.
제2 저전위 전원 전압(VSS2)은 게이트 로우 전압(VGL)과 같은 전압일 수 있다. 제1 저전위 전원 전압(VSS1)은 게2 저전위 전압(VSS2) 보다 낮은 전압일 수 있으나 이에 한정되지 않는다.
QB 노드는 제어부(80)에 의해 Q 노드의 충전 시간 동안 방전된다. QB 노드는 스캔 기간 동안 방전되어 풀다운 트랜지스터들(T4a, T4b)을 오프 상태로 제어하고, 스캔 기간을 제외한 1 프레임 기간의 나머지 기간 동안 충전되어 출력 단자들의 전압을 제2 저전위 전원 전압(VSS2)까지 방전시킨다.
제어부(80)는 인버터(inverter) 회로를 이용하여 Q 노드의 충전 전압에 따라 QB 노드를 방전시키고, QB 노드의 충전 전압에 따라 Q 노드를 방전시킬 수 있다.
방전 차단 회로(DBC)는 Q 노드 충전 시간 동안 DB 노드를 충전시켜 Q 노드의 방전 패스를 차단하고, Q 노드 방전 시간 동안 DB 노드를 방전시켜 Q 노드의 방전 패스를 형성한다. Q 노드 충전 기간은 Q 노드의 프리 차지 기간과, 시프트 클럭의 입력에 따른 부트 스트래핑 기간을 포함한다. 반면, Q 노드 방전 시간은 Q 노드가 방전되어 Q 노드 전압(Vq)이 제1 저전위 전원 전압(VSS1)을 유지하는 기간이다. QB 노드 충전 시간은 QB 노드가 충전되어 QB 노드의 전압(Vqb)이 게이트 하이 전압(VGH)을 유지하는 시간이다. QB 노드 방전 시간은 QB 노드가 방전되어 QB 노드의 전압(Vqb)이 제1 저전위 전원 전압(VSS1)을 유지하는 시간이다.
DB 노드가 고전위 전원 전압(VDD)으로 충전되면, 제2a 및 제2b TFT들(T2a, T2b)의 소스 전압이 게이트 하이 전압(VGH)이다. Q 노드가 게이트 하이 전압(VGH)으로 프리 차징됨과 동시에 DB 노드가 게이트 하이 전압(VGH)으로 충전되면, 제2a 및 제2b TFT들(T2a, T2b)의 오프 상태에서 드레인-소스 간 전압(Vds)이 최소로 되어 제2a 및 제2b TFT들(T2a, T2b)에서 누설 전류가 흐르지 않기 때문에 Q 노드의 방전 패스가 차단된다. 반면, 제2a 및 제2b TFT들(T2a, T2b)가 게이트-소스 간 전압이 문턱 전압 보다 높을 때, 제2a 및 제2b TFT들(T2a, T2b)이 턴-온되어 Q 노드와 VSS1 단자 사이에 방전 패스가 형성되어 Q 노드가 방전된다.
방전 차단 회로(DBC)는 제1 방전 제어 스위치(TS1), 제2 방전 제어 스위치(TSN) 및 제3 방전 제어 스위치(TS)를 포함한다. 방전 제어 스위치들(TS1, TSN, TS)은 TFT로 구현된다.
제1 방전 제어 스위치(TS1)는 제1 트랜지스터(T1)가 턴-온될 때 동시에 턴-온되어 DB 노드를 충전한다. 제1 방전 제어 스위치(TS1)로 인하여, DB 노드는 Q 노드가 충전될 때 Q 노드와 동시에 충전된다. 제1 방전 제어 스위치(TS1)는 제1 입력 단자를 통해 입력되는 스타트 펄스 또는 이전 스테이지로부터의 캐리 신호에 응답하여 고전위 전압(VDD)을 DB 노드에 공급함으로써 DB 노드를 게이트 하이 전압(VGH)까지 충전한다. 제1 방전 제어 스위치(TS1)는 제1 입력 단자에 연결된 게이트, VDD 단자에 연결된 드레인, 및 DB 노드에 연결된 소스를 포함한다.
제2 방전 제어 스위치(TSN)는 제2a 트랜지스터(T2a)가 턴-온될 때 동시에 턴-온되어 DB 노드를 방전시킨다. 제2 방전 제어 스위치(TSN)로 인하여 DB 노드는 Q 노드가 방전될 때 Q 노드와 동시에 방전된다. 제2 방전 제어 스위치(TSN)는 제2 입력 단자를 통해 입력되는 다음 스테이지의 출력 신호(VNEXT)에 응답하여 DB 노드를 방전시킨다. 제2 방전 제어 스위치(TSN)는 VNEXT 단자에 연결된 게이트, DB 노드에 연결된 드레인, 및 VSS1 단자에 연결된 소스를 포함한다.
제3 방전 제어 스위치(TS)는 제2b 트랜지스터(T2b)와 동시에 턴-온되어 DB 노드를 방전시킨다. 제3 방전 제어 스위치(TS)로 인하여, DB 노드는 QB 노드의 충전 시간 동안 방전된다. 제3 스위치(TS)는 QB 노드에 연결된 게이트, DB 노드에 연결된 드레인, 및 VSS1 단자에 연결된 소스를 포함한다.
도 10a 및 도 10b는 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간이 소정 시간 단위로 시프트되는 예를 보여 주는 도면들이다. 도 11은 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간의 시프트로 인하여, 터치 센싱 구간을 사이에 두고 분할 구동되는 블록들 간의 경계가 시프트되는 예를 보여 주는 도면이다.
도 10a 및 도 10b를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)과 그 이후 디스플레이 구간(Td2, Td3)을 소정 시간 단위로 시프트할 수 있다. 도 11 내지 도 12의 예에서 소정 시간은 1 프레임 기간으로 예시되었으나 이에 한정되지 않는다. 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)과 그 이후 디스플레이 구간(Td2, Td3)은 풀업 트랜지스터의 스트레스 분산 효, 표시장치의 구동 방법, 표시장치의 적용 모델에 따라 다양하게 변형될 수 있다.
도 10a의 예에서, 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)은 제1 프레임 기간(FR1)에 비해 제2 프레임 기간(FR2)에 화면에서 더 아래로 시프트되고, 제3 프레임 기간(FR3)에 원 위치로 복원된다. 도 10b의 예에서, 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)은 제1 프레임 기간(FR1)에 비해 제2 프레임 기간(FR2)에 화면에서 더 아래로 시프트되고, 제2 프레임 기간(FR2)에 비해 제3 프레임 기간(FR3)에서 더 아래로 시프트된다. 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)과 디스플레이 구간(Td2, Td3)의 시프트 방법은 도 10a 및 도 10b에 한정되지 않고 다양한 방법이 가능하다는 것에 주의하여야 한다.
터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)과 디스플레이 구간(Td2, Td3)이 시프트되면, 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)을 사이에 두고 분할 구동되는 화면의 블록들(B1, B2) 간의 경계가 시프트된다. 블록들 간의 경계가 1 프레임 기간 단위로 시프트되면 블록들 간의 라인 딤 현상이 사용자가 인지하기 어렵다. 도 11에서 FR1~FR9는 프레임 기간 번호이다.
게이트 구동부(104)의 시프트 레지스터는 디스플레이 구간 동안 게이트 펄스를 순차적으로 출력하고 터치 센싱 구간(Tt1)에 출력을 일시적으로 정지한 후, 그 다음 디스플레이 구간이 재개될 때 게이트 펄스를 다시 출력한다. 터치 센싱 구간(Tt1) 전후에 게이트 펄스를 출력하는 두 개의 스테이지들에서 Q 노드가 충전 상태로 플로팅되어 Q 노드 전압이 게이트 하이 전압(VGH)으로 충전된 상태를 유지한다. 그 결과, 터치 센싱 구간(Tt1) 전후에 게이트 펄스를 출력하는 스테이지들에서 Q 노드에 연결된 풀업 트랜지스터의 직류 게이트 바이어스 스트레스가 증가한다.
본 발명의 표시장치는 도 12a 및 도 12b와 같이 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)과 디스플레이 구간(Td2, Td3)을 소정 시간 단위로 시프트함으로써 풀업 트랜지스터의 직류 게이트 바이어스 스트레스를 다수의 스테이지들로 분산한다.
도 12a 및 도 12b는 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간의 시프트될 때, 시프트 레지스터의 Q 노드 전압을 보여 주는 파형도이다. 도 12a 및 도 12b에서, S(1) ~ S(10)은 시프트 레지스터의 스테이지 번호이다. Vgout1 ~ Vgout10은 스테이지들로부터 순차적으로 출력되는 게이트 펄스이다. CAR은 캐리 신호이다.
디스플레이 구간의 마지막 게이트 펄스를 출력하는 제N-1(N은 양의 정수) 스테이지의 Q 노드가 상기 터치 센싱 구간 동안 충전된 상태를 유지한다. 또한, 터치 센싱 구간 이후 재개되는 다음 디스플레이 구간의 제1 게이트 펄스를 출력하는 제N 스테이지의 Q 노드도 상기 터치 센싱 구간 동안 충전된 상태를 유지한다. 제N-1 스테이지와 제N 스테이지가 도 12a 및 도 12b와 같이 소정 시간 단위 예컨대, 1 프레임 기간 단위로 다른 스테이지로 변경된다.
도 12a를 참조하면, 터치 센싱 구간(Tt1)은 제1 프레임 기간(FR1) 동안 제6 스테이지(S(6))의 출력 타이밍과 제7 스테이지(S(7))의 출력 타이밍 사이에 존재한다. 이 경우, 터치 센싱 구간(Tt1) 동안 제6 스테이지(S(6))에 VNEXT 단자를 통해 다음 스테이지로부터 캐리신호가 입력되지 않기 때문에 제6 스테이지(S(6))의 Q 노드는 플로팅(floating)되어 방전되지 않고 게이트 하이 전압(VGH)으로 충전된 상태를 유지한다. 터치 센싱 구간(Tt1)이 시작되기 전에 제7 스테이지(S(6))의 Q 노드는 이전 스테이지(S(6))의 캐리 신호에 의해 프리차징되고 터치 센싱 구간(Tt1) 동안 플로팅되어 게이트 하이 전압(VGH)으로 충전된 상태를 유지한다. 따라서, 제1 프레임 기간(FR1)에, 터치 센싱 구간(Tt1)으로 인하여 제6 및 제7 스테이지(S(6), S(7))의 풀업 트랜지스터에 직류 게이트 바이어스 스트레스가 증가한다. 반면에, 다른 스테이지들(S(1)~S(5), S(8)~S(10))의 풀업 트랜지스터는 Q 노드 충전 기간이 상대적으로 짧기 때문에 스트레스를 덜 받는다.
시프트 레지스터의 특정 채널에 위치하는 스테이지들(S(6), S(7))의 스트레스를 분산하기 위하여, 제2 프레임 기간(FR2)에 터치 센싱 구간(Tt1)과 그 이후 디스플레이 구간이 시프트된다.
도 12b를 참조하면, 터치 센싱 구간(Tt1)은 제2 프레임 기간(FR2) 동안 제8 스테이지(S(8))의 출력 타이밍과 제9 스테이지(S(9))의 출력 타이밍 사이에 존재한다. 이 경우, 터치 센싱 구간(Tt1) 동안 제8 및 제9 스테이지들(S(8), S(9))의 Q 노드가 게이트 하이 전압(VGH)으로 충전된 상태를 유지한다. 따라서, 제2 프레임 기간(FR2)에 터치 센싱 구간(Tt1)으로 인하여 제8 및 제9 스테이지(S(8), S(9))의 풀업 트랜지스터에 직류 게이트 바이어스 스트레스가 증가한다. 반면에, 다른 스테이지들(S(1)~S(7), S(10))의 풀업 트랜지스터는 Q 노드 충전 기간이 상대적으로 짧기 때문에 스트레스를 덜 받는다. 따라서, 본 발명의 표시장치는 터치 센싱 구간(Tt1)과 그 이후 디스플레이 구간을 시프트함으로써 게이트 구동부(104)의 시프트 레지스터에서 풀업 트랜지스터들의 스트레스를 다수의 스테이지들로 분산하여 시프트 레지스터의 신뢰성을 향상할 수 있다. 듀티비(duty ratio) 관점에서 볼 때 터치 센싱 구간(Tt1)을 시프트하면, 터치 센싱 구간 동안 충전된 Q 노드에 연결된 풀업 트랜지스터의 듀티비가 감소되므로 직류 게이트 바이어스 스트레스가 경감된다.
풀업 트랜지스터들의 스트레스 편차가 크면, 도 13과 같이 디스플레이 구간에 발생되는 게이트 펄스와 터치 센싱 구간에 발생되는 게이트 펄스 간에 지연 시간(delay time)의 차가 커진다. 본 발명은 풀업 트랜지스터들의 스트레스를 경감하여 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간 사이에서 게이트 펄스들 간의 지연 시간 차를 줄임으로써 화면 전체에서 픽셀들의 충전양을 균일하게 한다. 그 결과, 본 발명은 터치 센싱 구간을 사이에 두고 분할 구동되는 블록들 간의 경계에서 라인 딤이 보이는 현상을 방지할 수 있다.
도 14는 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간을 정의하는 동기 신호와, 이 동기 신호가 가변될 때 시프트 레지스터의 Q 노드 전압 변화를 보여 주는 파형도이다. 도 14에서, Vq6 ~ Vq9는 시프트 레지스터에서 제6 내지 제9 스테이지(S(6)~S(9))의 Q 노드 전압이다.
도 14를 참조하면, 본 발명의 표시장치는 동기 신호(Tsync)의 펄스 타이밍을 1 프레임 기간 단위로 변경할 수 있다. 동기 신호(Tsync)의 하이 레벨 전압 구간은 디스플레이 구간을 정의하고, 로우 레벨 전압 구간은 터치 센싱 구간을 정의할 수 있으나 그 반대일 수도 있다. 동기 신호(Tsync)에서, 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간 사이의 경계를 지시하는 펄스의 에지 타이밍이 소정 시간 단위 예컨대, 1 프레임 기간 단위로 변경된다. 그 결과, 터치 센싱 구간(Tt1, Tt2)과 그 이후 디스플레이 구간이 동기 신호(Tsync)에 의해 1 프레임 기간 단위로 시프트되어 터치 센싱 구간 동안 Q 노드가 충전된 스테이지의 위치가 변경된다.
본 발명의 표시장치는 대기모드와 동작모드로 나누어 동작할 수 있다. 본 발명의 표시 장치는 입력 영상이 소정 시간 동안 입력되거나 터치 입력이 소정 기준 시간 이내에서 검출되면, 동작 모드(Active state)로 동작하여 정상적인 동작 프레임 레이트로 데이터를 표시하고, 1 프레임 기간 내에서 터치 입력 센싱 횟수를 높여 높은 터치 레포트 레이트로 터치 입력 좌표를 호스트 시스템으로 전송한다.
반면에, 본 발명의 표시 장치는 입력 영상이 소정 시간 동안 입력되지 않고, 터치 입력이 기준 시간 동안 검출되지 않으면, 대기 모드(Idle state)로 동작하여 프레임 레이트가 낮아지고 1 프레임 기간 내에서 터치 입력 센싱 횟수를 낮추어 낮은 터치 레포트 레이트로 터치 입력 좌표를 호스트 시스템으로 전송한다.
본 발명의 표시장치는 동작 모드와 대기 모드에서 도 15와 같이 동기 신호(Tsync)의 주기를 변경하여 시프트 레지스터의 풀업 트랜지스터에 가해지는 스트레스를 다수의 스테이지들로 분산한다. 동작 모드에서 동기 신호(Tsync(ACTIVE))의 주기가 작아지는 반면, 대기 모드에서 동기 신호(Tsync(IDLE))의 주기가 커진다. 동기 신호(Tsync)의 주기가 작아지면, 1 프레임 기간 내에서 터치 센싱 구간의 개수가 많아지게 되므로 터치 입력 센싱 횟수가 많아지고, 터치 레포트 레이트가 빨라진다. 동작 모드 내에서도 전술한 바와 같이 다양하게 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간의 타이밍이 변경될 수 있다.
동기 신호(Tsync)의 주기가 달라질 때, 디스플레이 구간과 터치 센싱 구간의 경계가 달라진다. 이 때문에 표시장치의 동작 모드에 따라 동기 신호(Tsync)의 주기가 달라지면 풀업 트랜지스터의 스트레스가 특정 채널의 스테이지에 집중하지 않고 다수의 스테이지들로 분산된다.
터치 센싱부(110)는 터치 센서의 용량 변화를 바탕으로 펜 터치 모드(Pen touch mode)와 핑거 터치 모드(Finger touch mode)로 나누어 터치 입력을 센싱할 수 있다. 손가락이 터치 센서 상에 터치되면 터치 면적이 크기 때문에 펜 터치에 비하여 터치 센서의 용량 변화가 크다. 터치 센싱부(110)는 버티컬 블랭크 기간(Vertical blank period, VB) 동안 핑거 터치 모드로 동작할 수 있다. 이 경우, 핑거 터치 모드에서 동기 신호(Tsync)는 도 16과 같이 터치 센싱 구간을 정의하는 구간이 버티컬 블랭크 기간(VB) 내에 존재한다.
버티컬 블랭크 기간(VB)은 입력 영상 데이터가 없기 때문에 버티컬 블랭크 기간은 디스플레이 구간 없이 터치 센싱 구간으로 활용될 수 있다. 따라서, 핑거 터치 모드에서 시프트 레지스터의 출력이 없기 때문에 시프트 레지스터의 스트레스가 없다.
터치 센싱부(110)는 입력 영상 데이터가 표시장치에 입력되는 버티컬 액티브 기간(AT) 동안 펜 터치 모드로 동작하여 터치 입력을 센싱할 수 있다. 펜 터치 모드에서, 동기 신호(Tsync)는 전술한 실시예들과 같이 다양한 방법으로 가변하여 터치 센싱 구간과 디스플레이 구간을 시간축 상에서 시프트할 수 있다. 버티컬 액티브 기간(AT) 내에서 터치 센싱 구간과, 그 이후 다음 디스플레이 구간이 소정 시간 단위로 변경된다.
버티컬 블랭크 기간(VB)에 대하여 VESA(Video Electronics Standards Association) 표준의 디스플레이 타이밍을 보여 주는 도 17을 결부하여 설명하기로 한다.
도 17을 참조하면, 수직 동기신호(Vsync)는 1 프레임 기간을 정의한다. 수평 동기신호(Hsync)는 1 수평 기간(Horizontal time)을 정의한다. 데이터 인에이블 신호(DE)는 유효 데이터 구간을 정의한다. 데이터 인에이블 신호(DE)는 표시패널(100)의 픽셀 어레이에 표시될 유효 데이터와 동기된다. 데이터 인에이블 신호(DE)의 1 펄스 주기는 1 수평 기간이고, 데이터 인에이블 신호(DE)의 하이 로직 (high logic) 구간은 1 라인 데이터 입력 타이밍을 나타낸다. 1 수평 기간은 표시패널(100)에서 1 라인의 픽셀들에 데이터를 기입하는데 필요한 시간이다.
1 프레임 기간은 1 버티컬 액티브 기간(AT)과 1 버티컬 블랭크 기간(VB)으로 나뉘어진다. 데이터 인에이블 신호(DE)와 입력 영상의 유효 데이터는 버티컬 액티브 기간(AT) 동안 입력되고, 버티컬 블랭크 기간(VB)에 입력되지 않는다. 버티컬 액티브 기간(AT)은 표시패널(100)에서 영상이 표시되는 픽셀 어레이의 모든 픽셀들에 1 프레임 분량의 데이터를 기입하는 시간이다.
데이터 인에이블 신호(DE)에서 알 수 있는 바와 같이, 버티컬 블랭크 기간 동안 표시장치에 입력 데이터가 수신되지 않는다. 버티컬 블랭크 기간(VB)은 수직 싱크 시간(Vertical sync time, VS), 버티컬 프론트 포치(Vertical Front Porch, FP), 및 버티컬 백 포치(Vertical Back Porch, BP)을 포함한다. 수직 싱크 시간(VS)은 Vsync의 폴링 에지(falling edge)부터 라이징 에지(rising edge)까지의 시간으로서, 한 화면의 시작(또는 끝) 타이밍을 나타낸다. 버티컬 프론트 포치(FP)는 1 프레임 데이터의 마지막 라인 데이터 타이밍을 나타내는 마지막 DE 펄스의 폴링 에지부터 버티컬 블랭크 기간(VB)의 시작까지의 시간이다. 버티컬 백 포치(BP)는 버티컬 블랭크 기간(VB)의 끝부터 1 프레임 데이터의 제1 라인 데이터 타이밍을 나타내는 제1 DE 펄스의 라이징 에지까지의 시간이다.
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 : 데이터 구동부
104 : 게이트 구동부 106 : 타이밍 콘트롤러
110 : 터치 센싱부 Tsync : 동기 신호

Claims (8)

  1. 데이터 라인들과 게이트 라인들에 연결되고 다수의 블록들로 분할 구동되는 픽셀들, 및 상기 픽셀들에 연결되는 다수의 터치 센서들을 갖는 표시패널;
    1 프레임 기간 내에서 터치 센싱 구간을 사이에 두고 분할된 다수의 디스플레이 구간에 상기 픽셀들에 입력 영상의 데이터를 기입하는 디스플레이 구동 회로; 및
    동기 신호에 응답하여 상기 터치 센싱 구간에 상기 터치 센서들을 구동하여 터치 입력을 센싱하는 터치 센싱부를 포함하고,
    상기 터치 센싱 구간과, 상기 터치 센싱 구간 이후의 다음 디스플레이 구간이 소정 시간 단위로 변경되며,
    상기 디스플레이 구동 회로는 시프트 클럭 타이밍에 맞추어 게이트 펄스를 시프트하여 상기 게이트 라인들에 상기 게이트 펄스를 순차적으로 공급하는 시프트 레지스터를 포함하고,
    상기 시프트 레지스터의 스테이지들 각각은 상기 게이트 펄스의 전압을 상승시키는 풀업 트랜지스터를 제어하는 Q 노드를 포함하고,
    상기 디스플레이 구간의 마지막 게이트 펄스를 출력하는 제N-1(N은 양의 정수) 스테이지의 Q 노드가 상기 터치 센싱 구간 동안 충전된 상태를 유지하고,
    상기 다음 디스플레이 구간의 제1 게이트 펄스를 출력하는 제N 스테이지의 Q 노드가 상기 터치 센싱 구간 동안 충전된 상태를 유지하고,
    상기 제N-1 스테이지와 상기 제N 스테이지가 상기 소정 시간 단위로 다른 스테이지로 변경되는 표시장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 동기 신호는 상기 디스플레이 구간과 상기 터치 센싱 구간을 정의하고 상기 디스플레이 구간과 상기 터치 센싱 구간 사이의 경계를 지시하는 펄스의 에지 타이밍이 소정 시간 단위로 변경되는 표시장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 소정 시간이 1 프레임 기간인 표시장치.
  4. 삭제
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 시프트 레지스터의 스테이지들 각각은,
    스타트 펄스 또는 이전 스테이지의 출력 신호에 응답하여 상기 Q 노드를 충전하는 제1 트랜지스터; 다음 스테이지의 출력 신호에 응답하여 상기 Q 노드의 방전 패스를 스위칭하는 제2 트랜지스터를 더 포함하고,
    상기 스테이지들 중 적어도 일부는,
    저전위 전원 전압이 인가되는 저전위 전압 단자와 상기 제2 트랜지스터 사이에 연결된 방전 차단 노드; 및
    상기 Q 노드가 충전될 때 상기 방전 차단 노드를 충전시키고 상기 Q 노드가 방전될 때 상기 방전 차단 노드를 방전시키는 방전 차단 회로를 포함하는 표시장치.
  6. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 표시장치의 동작 모드에 비하여 상기 표시장치의 대기 모드에서, 상기 동기 신호의 주기가 커지는 표시장치.
  7. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 터치 센싱부는 펜 터치 모드와 핑거 터치 모드로 나누어 동작하며,
    버티컬 블랭크 기간에 상기 핑거 터치 모드로 동작하는
    버티컬 액티브 기간 내에서 상기 터치 센싱 구간과, 상기 터치 센싱 구간 이후의 다음 디스플레이 구간이 소정 시간 단위로 변경되는 표시장치.
  8. 데이터 라인들과 게이트 라인들에 연결되고 다수의 블록들로 분할 구동되는 픽셀들, 및 상기 픽셀들에 연결되는 다수의 터치 센서들을 갖는 표시패널을 포함한 표시장치의 게이트 구동 회로에 있어서,
    상기 게이트 구동 회로는 시프트 클럭 타이밍에 맞추어 게이트 펄스를 시프트하여 상기 게이트 라인들에 게이트 펄스를 순차적으로 공급하는 시프트 레지스터를 포함하고,
    상기 시프트 레지스터의 스테이지들 각각은 상기 게이트 펄스의 전압을 상승시키는 풀업 트랜지스터를 제어하는 Q 노드를 포함하고,
    디스플레이 구간의 마지막 게이트 펄스를 출력하는 제N-1(N은 양의 정수) 스테이지의 Q 노드가 터치 센싱 구간 동안 충전된 상태를 유지하고,
    다음 디스플레이 구간의 제1 게이트 펄스를 출력하는 제N 스테이지의 Q 노드가 상기 터치 센싱 구간 동안 충전된 상태를 유지하고,
    상기 제N-1 스테이지와 상기 제N 스테이지가 소정 시간 단위로 다른 스테이지로 변경되는 게이트 구동 회로.
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