KR102555827B1

KR102555827B1 - 터치형 표시장치

Info

Publication number: KR102555827B1
Application number: KR1020160112095A
Authority: KR
Inventors: 정진수; 김태훈; 서정길; 이동훈; 유준욱
Original assignee: 엘지디스플레이 주식회사
Priority date: 2016-08-31
Filing date: 2016-08-31
Publication date: 2023-07-17
Also published as: EP3291220A1; CN107797711A; KR20180025507A; US20180059838A1; CN107797711B; US10282008B2

Abstract

본 발명은 터치형 표시장치에 관한 것으로서, 각 데이터 라인으로의 소스신호 인가를 스위칭하기 위한 S-MUX를 구비하는 터치형 표시패널의 경우, 저전력을 위하여 디스플레이를 OFF 한 상태에서 터치 입력만을 감지하는 표시패널의 LPWG(Low Power Wake-up Gesture) 모드에서 터치 구동 신호가 인가되는 터치 센싱 구간과 동기화하여 S-MUX를 ON시키는 S-MUX 제어신호를 인가함으로써, 표시패널 내부에서 발생되는 전하를 외부로 방출시켜 전하에 의한 표시불량을 방지할 수 있다.

Description

터치형 표시장치{Touch-Type Display Device}

본 발명은 터치형 표시장치에 관한 것으로서, 특히 저전력 디스플레이 중지 동작 과정에서의 표시불량을 방지할 수 있는 터치형 표시패널에 관한 것이다.

정보화 사회가 발전함에 따라 화상을 표시하기 위한 표시장치에 대한 요구가 다양한 형태로 증가하고 있으며, 근래에는 액정표시장치(LCD: Liquid Crystal Display), 플라즈마표시장치(PDP: Plasma Display Panel), 유기전계발광표시장치(OLED: Organic Light Emitting Diode Display Device)와 같은 여러 가지 표시장치가 활용되고 있다.

이러한 표시장치 중 액정 표시장치(LCD)는 박막 트랜지스터를 포함하는 어레이 기판과, 컬러필터 및/또는 블랙매트릭스 등을 구비한 상부기판과, 그 사이에 형성되는 액정물질층을 포함하여 구성되며, 화소 영역의 양 전극 사이에 인가되는 전계에 따라 액정층의 배열 상태가 조절되고 그에 따라 광의 투과도가 조절되어 화상이 표시되는 장치이다.

이러한 액정 표시장치의 표시패널은 사용자에게 이미지를 제공하는 표시 영역(active area, AA)과 상기 표시영역(AA)의 주변 영역인 비표시 영역(non-active area, NA)으로 정의되며, 표시 패널은 통상 박막 트랜지스터 등이 형성되어 화소영역이 정의되는 어레이기판인 제1기판과, 블랙매트릭스 및/또는 칼라필터층 등이 형성된 상부 기판으로서의 제2기판이 합착되어 제조된다.

박막 트랜지스터가 형성되는 어레이기판 또는 제1기판은 다시, 제1방향으로 연장되는 다수의 게이트 라인(GL)과, 제1방향과 수직인 제2방향으로 연장되는 다수의 데이터 라인(DL)을 포함하며, 각각의 게이트 라인과 데이터 라인에 의하여 하나의 화소영역(Pixel; P)이 정의된다. 하나의 화소영역(P) 내에는 1 이상의 박막 트랜지스터가 형성되며, 각 박막 트랜지스터의 게이트 또는 소스 전극은 각각 게이트 라인 및 데이터 라인과 연결될 수 있다.

또한, 각 게이트 라인과 데이터 라인에 각 화소의 구동에 필요한 게이트 신호 및 데이터 신호를 제공하기 위하여 비표시영역 또는 패널 외부에 구비되는 게이트 구동부(구동회로) 또는 데이터 구동회로 등이 포함된다.

특히, 표시패널의 비표시영역에는 전압신호, 클럭신호 등의 제공을 위한 각종 신호라인과, 경우에 따라서는 패널 내부에 포함되는 게이트-인-패널(Gate-In-Panel; 이하 "GIP"라고도 함) 형태의 게이트 구동회로가 형성될 수 있다.

한편, 최근의 표시패널은 스타일러스 펜이나 사용자의 손가락 등의 터치 입력을 감지하는 터치 기능을 구비하는 것이 일반적이며, 터치 스크린을 별도로 제작하여 표시패널 상에 설치하는 타입과, 터치 인식에 필요한 터치 전극 등을 표시패널 제조시 표시패널 내부에 포함시키는 터치 일체형 표시패널 등이 개발되고 있다.

한편, 이러한 터치 일체형 표시패널의 경우 특정한 조건에서 표시패널에 불필요하게 발생되는 전하 등에 의하여 표시패널에 얼룩 또는 잔상과 같은 표시 불량을 일으키는 문제가 있었다

이러한 배경에서, 본 실시예의 목적은, 표시패널의 디스플레이 OFF 상태에서 표시불량을 방지할 수 있는 터치형 표시패널 등을 제공하는 것이다.

본 실시예의 다른 목적은 저전력을 위하여 디스플레이를 OFF 한 상태에서 터치 입력만을 감지하는 저전력 웨이크업 제스처(Low Power Wake-up Gesture; 이하 'LPWG'라 약칭함)모드에서, 표시패널 내부에서 발생되는 전하에 의한 표시불량을 방지할 수 있는 터치형 표시패널을 제공하는 것이다.

본 실시예의 다른 목적은, 표시패널의 LPWG 모드 동작시 각 데이터 라인에 소스 신호 인가를 스위칭하기 위한 소스 멀티플렉서(S-MUX)에 특정한 S-MUX 제어신호를 인가함으로써, 표시패널 내부에서 발생되는 전하가 외부로 방출되는 채널을 형성할 수 있는 터치형 표시패널을 제공하는 것이다.

본 실시예의 다른 목적은, 표시패널의 LPWG 모드 동작 중 터치 구동 신호가 인가되는 터치 센싱 구간과 동기화하여 S-MUX를 ON시키는 S-MUX 제어신호를 인가함으로써, 표시패널 내부에서 발생되는 전하를 외부로 방출시켜 전하에 의한 표시불량을 방지할 수 있는 터치형 표시패널을 제공하는 것이다.

전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일실시예는, 터치형 표시패널과, 터치형 표시패널의 데이터라인에 소스 신호를 인가하는 데이터 구동부와, 데이터 구동부와 각각의 데이터라인 사이에 배치되어 각 데이터라인으로의 소스 신호 인가를 스위칭하는 소스 멀티플렉서(S-MUX)를 포함하는 터치형 표시장치에서, 디스플레이를 OFF한 상태에서 터치 센싱만을 수행하는 저전력 웨이크업 제스처(LPWG) 모드에서, LPWG 제어부가 터치 구동신호와 동기화하여 S-MUX를 ON시키도록 제어하도록 구성한다.

이 때, S-MUX의 ON 구간은 터치 인에이블 신호(터치 구동신호)의 ON 구간과 완전히 일치할 수도 있고, S-MUX의 ON 구간이 터치 구동신호의 ON 구간보다 더 클 수 있다.

또한, S-MUX 제어신호를 구성하기 위하여, 데이터 구동부에 사용되는 각종 전원을 사용할 수 있으며, 구체적으로 데이터 구동부의 아날로그 전원을 사용하거나, 데이터 구동부가 아날로그 전압보다 높은 직접 공급 전압(Direct Supply Voltage; DSV)를 사용하는 경우 그 직접 공급 전압을 사용하여 S-MUX 제어신호의 펄스를 생성할 수 있다.

LPWG 모드에서는 터치 ON 구간(Pt)과 터치 OFF 구간(Poff)이 반복되되, 터치 OFF 구간이 상기 터치 ON 구간보다 더 길 수 있으며, 1회의 터치 ON 구간에서 터치형 표시패널에 포함된 모든 터치전극으로 터치 구동신호를 인가하여 터치를 센싱할 수 있다.

또한, LPWG 모드에서는 노멀 모드에서의 터치 센싱 주파수인 120Hz보다 작은 약20~30Hz의 터치 센싱 주파수를 가지도록 구성함으로써, LPWG 모드에서의 소비전력을 최소화할 수 있다.

터치 전극을 배치함에 있어서, 표시패널의 제1측면에 배치되는 k개의 제1터치블록과, 상기 표시패널의 제2측면에 배치되는 k개의 제2터치블록을 포함하는 대칭 구조로 배치할 수 있고, 제1터치블록 및 제2터치블록 각각에 포함되는 다수의 터치 전극에 동시에 터치 구동신호를 인가하기 위한 터치 멀티플렉서(T-MUX)를 더 포함할 수 있다.

이 경우, 터치 멀티블렉서는 LPWG 모드에서는 1회의 터치 ON 구간 동안 k개의 제1터치블록 및 k개의 제2터치블록에 순차적으로 터치 구동신호를 인가하도록 제어한다.

이하에 설명할 바와 같이, 본 발명의 실시예에 의하면, 저전력을 위하여 디스플레이를 OFF 한 상태에서 터치 입력만을 감지하는 표시패널의 LPWG 모드에서, 표시패널 내부에서 발생되는 불필요한 전하를 외부로 방출시켜 전하 누적에 의한 표시불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

각 데이터 라인에 소스신호 인가를 스위칭하기 위한 S-MUX를 구비하는 터치형 표시패널에 있어서, 해당 표시패널의 LPWG 모드 동작 중 터치 구동 신호가 인가되는 터치 센싱 구간과 동기화하여 S-MUX를 ON시키는 S-MUX 제어신호를 인가함으로써, 표시패널 내부에서 발생되는 전하를 외부로 방출시켜 전하에 의한 표시불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 일시예가 적용될 수 있는 터치 일체형 표시패널의 평면도를 도시하는 것으로, 좌측은 터치 동작에 필요한 요소들 위주로, 우측은 영상 표시에 필요한 요소들 위주로 도시한다.
도 2는 각 데이터 라인에 인가되는 소스 신호를 스위칭하기 위한 소스 멀티플렉서(S-MUX)를 포함하는 표시패널의 일부 구조를 도시한다.
도 3은 도 1과 같은 표시패널의 노멀 상태에서의 동작을 나타내는 타이밍도로서, 도 3a는 디스플레이 구동모드와 터치 구동 모드가 반복되는 상태를 타내고, 도 3b는 디스플레이 구동모드 동안의 S-MUX의 ON/OFF 제어상태를 나타낸다.
도 4a는 도 1과 같은 표시패널의 LPWG 모드 동작에서의 신호 타이밍도이고, 도 4b는 LPWG 모드에서의 발생한 전하의 이동 경로를 도시한다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 표시장치의 구성도이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 LPWG 모드에서의 신호 타이밍도이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 표시장치에서의 LPWG 모드에서의 전하 방출 상태를 도시한다.
도 8은 본 발명의 실시예에 의한 표시장치의 공급 전원의 구성의 일 예를 도시한다.
도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 LPWG 모드에서의 신호 타이밍도이다.
도 10은 본 실시예가 적용될 수 있는 터치형 표시장치의 2가지 예로서, 도 10a는 인셀터치(In-Cell Touch) 구조를, 도 10a는 C1T 구조를 도시한다.
도 11은 본 실시예가 적용된 표시패널의 세부구조 중 일예를 도시한다.
도 12는 도 11과 같은 표시패널의 노멀 모드에서의 신호 타이밍도를 도시한다.
도 13은 도 11과 같은 표시패널의 LPWG 모드에서의 신호 타이밍도를 도시한다.

이하, 본 발명의 일부 실시예들을 예시적인 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 각 도면의 구성요소들에 참조부호를 부가함에 있어서, 동일한 구성요소들에 대해서는 비록 다른 도면상에 표시되더라도 가능한 한 동일한 부호를 가질 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어, 관련된 공지 구성 또는 기능에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명은 생략할 수 있다.

또한, 본 발명의 구성 요소를 설명하는 데 있어서, 제 1, 제 2, A, B, (a), (b) 등의 용어를 사용할 수 있다. 이러한 용어는 그 구성 요소를 다른 구성 요소와 구별하기 위한 것일 뿐, 그 용어에 의해 해당 구성 요소의 본질, 차례, 순서 또는 개수 등이 한정되지 않는다. 어떤 구성 요소가 다른 구성요소에 "연결", "결합" 또는 "접속"된다고 기재된 경우, 그 구성 요소는 그 다른 구성요소에 직접적으로 연결되거나 또는 접속될 수 있지만, 각 구성 요소 사이에 다른 구성 요소가 "개재"되거나, 각 구성 요소가 다른 구성 요소를 통해 "연결", "결합" 또는 "접속"될 수도 있다고 이해되어야 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일시예가 적용될 수 있는 터치 일체형 표시패널의 평면도를 도시하는 것으로, 좌측은 터치 동작에 필요한 요소들 위주로, 우측은 영상 표시에 필요한 요소들 위주로 도시한다.

본 발명이 적용될 수 있는 표시패널은 터치형 표시패널로서, 더 구체적으로는 터치 전극이 표시패널 내부에 포함되는 터치 일체형(In-Cell) 표시패널일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며 도 10과 같이 다른 구조의 터치형 표시패널일 수도 있다.

이러한 터치형 표시패널은 게이트 라인과 데이터 라인의 교차 영역으로 정의되되 1 이상의 박막 트랜지스터(TFT)를 포함하는 화소영역이 있는 어레이기판으로서의 제1기판과, 블랙매트릭스 및/또는 칼라필터층 등이 형성된 상부 기판으로서의 제2기판이 합착되어 제조된다.

이 때, 제1기판은 하부기판, TFT 기판 등으로 표현될 수 있으며, 제2기판은 상부기판 또는 컬러필터(CF) 기판 등으로 표현될 수도 있다.

한편, 표시패널은 표시영역내에 다수의 공통전극(Vcom)을 포함하되 이러한 공통전극은 각 화소에 공통전압을 인가하여 화소전극과의 전위차에 의하여 액정재료에 전계를 인가하는데 사용된다.

일반적인 표시패널에서는 이러한 공통전극(Vcom)은 큰 평면상으로 형성될 수 있으나, 터치 일체형 표시패널에서는 이러한 공통전극이 터치 감지를 위한 터치 전극으로도 이용되기 때문에, 터치 위치별로 터치 전극이 분리되어 있어야 하므로 도 1과 같이 공통전극이 표시영역에 다수의 터치 전극으로 분리되어 형성된다.

이 때, 터치 전극이 분리 형성되는 단위를 "터치 단위 센서"로 표현할 수 있으며, 본 명세서에서는 편의상 각각의 터치 단위 센서를 터치 전극으로 표현한다.

도 1과 같이, 터치 일체형 표시패널은 중앙의 표시영역(AA)와 그 외곽의 비표시 영역(NA)으로 구분되어 있으며, 표시영역에는 다수의 터치 전극(110)이 배치되어 있다.

이러한 다수의 터치 전극 각각은 터치 구동배선(112)을 통해서 패널일측(도 1의 상부)에 있는 데이터 구동부 또는 터치 구동부(D-IC 또는 T-IC)에 연결되어 있다.

데이터 구동회로(120)는 다수의 터치 전극(110)에 특정한 신호 또는 전압을 인가한 후 터치 조작에 의한 정전용량을 감지함으로써 터치 위치를 감지하는 제어부로서의 기능을 한다.

본 명세서에서는 터치 구동부가 데이터 구동부(D-IC)에 통합된 형태로 설명하지만 그에 한정되는 것은 아니며, 경우에 따라서 데이터 구동부와 터치 구동부는 별개로 구별될 수 있다.

또한, 이러한 터치 구동부를 이루는 D-IC 또는 T-IC는 FPCB(Flexible PCB) 형태인 COF(Chip-on-Film) 내에 실장되어, 본딩부에 의하여 표시패널에 연결될 수 있다.

편의상, 본 명세서에서는 터치 구동 기능과 데이터 구동 기능을 동시에 수행하는 제어부를 데이터 구동회로 또는 D-IC(120)로 표현한다.

한편, 표시패널은 패널 일측(도 1에서는 좌측)의 비표시 영역(NA)에 게이트 구동회로로서 표시패널에 직접 형성되는 GIP 방식의 GIP 구동부를 포함할 수 있으나, 본 발명의 실시예가 그에 한정되는 것은 아니다.

한편, 터치 일체형 표시패널에서의 터치 방식으로는, 터치 전극이 터치 전극(Tx)과 센싱 터치 전극(Rx)로 구분되어 그 사이의 정전용량 차이를 측정하는 상호 정전용량 방식(Mutual Cap.)과, 터치 전극들이 동일 평면상에 송수신 구분없이 격자 형태로 배치되어 자기 정전용량을 측정하는 셀프 정전용량 방식(Self Cap.) 등이 가능하다.

이러한 상호 정전용량 방식 또는 셀프 정전용량 방식 중 특히 셀프 정전용량 방식에서는 전체 터치 전극이 다수의 터치 전극(110)으로 분할 형성된다.

또한, 다수의 터치 전극(110)은 터치 구동 배선(112)에 의하여 데이터 구동회로(D-IC; 120)에 연결되어 있으며, 이러한 터치 구동 배선(112)는 M3층이라 표현되는 금속층으로 형성될 수 있다.

이러한 터치 일체형 표시패널의 구동 방식에 대하여 대략적으로 설명하면 다음과 같다.

이러한 패널이 영상을 표시하도록 동작하는 구동모드를 "디스플레이 구동모드"라고 하고, 패널이 터치스크린 패널 역할을 하는 경우를 "터치 구동모드"라고 한다.

이러한, 디스플레이 구동모드와 터치 구동 모드는 시간에 따라 구분될 수 있다.

우선, 데이터 구동회로(120)는 디스플레이 구동모드에서 복수의 데이터라인(DL)으로 디스플레이 용도의 데이터전압(Vdata) 또는 소스데이터를 공급한다.

한편, 게이트 구동부(미도시)는, 패널의 구동모드가 디스플레이 구동모드인 경우, 복수의 게이트라인(GL)으로 디스플레이 용도의 스캔신호(Scan Signal)를 순차적으로 공급하여, 트랜지스터를 스위칭함으로써 영상을 표현한다.

물론, 디스플레이 구동모드에서는 터치 구동 배선(112)를 통해 터치 전극임과 동시에 공통전극으로도 기능하는 터치 전극(110)으로 공통전압(Vcom)을 인가한다.

한편, 터치 구동모드인 경우, 데이터 구동회로(120)는 터치 구동 배선(112)을 통해 연결된 복수의 터치 전극(110)의 전체 또는 일부로 터치구동신호(Touch Driving Signal, Vtouch_vcom) 또는 터치 인에이블 신호(Touch Enable)를 인가한다.

여기서, 터치구동신호(Vtouch_vcom) 또는 터치 인에이블 신호(Touch Enable)는, "터치 센싱 신호" 또는 "터치 센싱 전압" 또는 "터치 구동 전압(Touch Driving Voltage)"이라고 달리 표현될 수도 있다.

한편, 데이터 구동회로(120)는 터치전극(110) 각각을 통해서 수신되는 신호를 분석하여, 각 터치 전극에 의하여 측정된 센싱 데이터(예: 캐패시턴스, 캐패시턴스의 변화량, 전압 등)를 감지함으로써, 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출할 수 있다.

이러한 터치신호 수신 및 감지부를 별도의 터치 컨트롤러(미도시)로 표현할 수도 있다.

이와 같이 터치 일체형 표시장치의 패널은 디스플레이 구동모드 및 터치 구동모드를 반복하면서 구동되는데, 이러한 디스플레이 구동모드 및 터치 구동모드의 타이밍은, 타이밍 컨트롤러 또는 터치 컨트롤러 등에서 출력된 제어 신호에 의해 제어될 수 있고, 경우에 따라서는, 타이밍 컨트롤러와 터치 컨트롤러의 연동에 의해 제어될 수 있다.

한편, 일 실시예에 따른 터치스크린 패널 일체형 표시장치(100)는, 터치 감지 방식으로서, 터치스크린 패널에 형성된 다수의 터치전극(예: 가로 방향 전극, 세로 방향 전극)을 통해 캐패시턴스(정전용량)의 변화를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 캐패시턴스 터치 방식을 사용할 수 있다.

이러한 캐패시턴스 터치 방식은, 일 예로, 상호 캐패시턴스(Mutual Capacitance) 터치 방식과 자체 캐패시턴스(Self Capacitance) 터치 방식 등으로 나눌 수 있으며, 그에 대한 예시는 도 10을 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.

한편, 본 명세서에서 언급되는 복수의 터치 전극(110)은, 전술한 바와 같이, 구동모드가 터치 구동모드인 경우, 터치구동신호가 전체 또는 일부에 인가되는 "터치전극" 역할을 하고, 구동모드가 디스플레이 구동모드인 경우, 패널에 형성된 화소 전극(Pixel Electrode)과 액정 캐패시터를 형성하기 위한 공통 전압(Vcom)이 인가되는 "공통전극" 역할을 동시에 수행한다.

한편, 도 1의 우측에 도시된 바와 같이, 표시패널(100)에는 다수의 게이트 라인(GL)과 다수의 데이터 라인(DL)이 형성되어 있으며, 이러한 게이트 라인 및 데이터 라인의 교차영역이 하나의 픽셀 또는 서브 픽셀(SP)을 구성한다.

또한, 데이터 구동부(D-IC; 120)과 각 데이터 라인 사이에는 각 데이터라인으로의 소스 신호 또는 데이터구동전압을 인가를 스위칭하기 위한 소스 멀티플렉서(Source Multiplexer; 130)가 형성될 수 있다.

이러한 소스 멀티플렉서는 각 데이터라인과 연결되는 다수의 스위칭 소자인 S-MUX로 구성되어 있으며, S-MUX에는 해당 S-MUX의 ON/OFF 를 제어할 수 있는 S-MUX 제어신호가 인가될 수 있으며, 이러한 S-MUX 제어신호의 인가는 데이터 구동부(D-IC)에 의하여 제어될 수 있다.

도 2는 각 데이터 라인에 인가되는 소스 신호를 스위칭하기 위한 소스 멀티플렉서(S-MUX)를 포함하는 표시패널의 일부 구조를 도시한다.

도 2와 같이, 데이터 구동부(D-IC; 120)와 각각의 데이터 라인 사이에는 스위칭소자인 S-MUX가 배치되며, 이러한 S-MUX는 박막 트랜지스터(TFT)로 형성될 수 있다.

더 구체적으로, 하나의 화소(PIXEL)는 3개의 서브픽셀인 R 서브픽셀(SP1), G 서브픽셀(SP2), B 서브픽셀(SP3)로 구성될 수 있고, 각각의 서브픽셀은 해당되는 데이터라인 DL1~DL3 및 제1게이트라인(GL1)과 연결된다.

디스플레이 구동모드에서는 1회의 수평주기(H) 동안 제1게이트라인에 제1스캔신호가 인가됨과 동시에, 순차적으로 제1데이터라인(DL1)에 제1소스신호가, 제2데이터라인(DL2)에 제2소스신호가, 제3데이터라인(DL3)에 제3소스신호가 인가된다.

즉, 1회의 수평주기를 3개의 서브 수평구간으로 구분하여, 제1서브 수평구간 동안에는 제n+1데이터라인(n=0,1,2…)에 동시에 해당되는 소스 신호가 인가됨으로써 표시패널의 모든 R 서브픽셀에 영상을 출력하고, 제2서브 수평구간 동안에는 제n+2데이터라인(n=0,1,2…)에 동시에 해당되는 소스 신호가 인가됨으로써 표시패널의 모든 G 서브픽셀에 영상을 출력하고, 제3서브 수평구간 동안에는 제n+3데이터라인(n=0,1,2…)에 동시에 해당되는 소스 신호가 인가됨으로써 표시패널의 모든 B 서브픽셀에 영상을 출력한다.

이를 위하여, 각각의 서브 수평구간 동안 해당되는 데이터라인에만 소스 신호를 인가하기 위하여 각 S-MUX의 ON/OFF를 제어할 필요가 있다.

즉, 제1서브 수평구간동안에는 제n+1번째(n=0,1,2…) S-MUX를 ON 시키고 나머지 제n+2번째 및 제n+3번째(n=0,1,2…) S-MUX는 OFF 함으로써, 제n+1번째(n=0,1,2…) 데이터라인에만 해당되는 소스 신호를 인가할 수 있는 것이다.

이를 위하여, 각 S-MUX에는 제어라인(CL)을 통하여 S-MUX 제어신호(S-MUXi 제어신호; i=1,2,3)가 인가되며, 이러한 S-MUX 제어신호는 데이터 구동부(120) 또는 별도의 타이밍 컨트롤러(Timing Controller; T-con)에 의하여 생성되어 인가될 수 있다.

도 3은 도 1과 같은 표시패널의 노멀 상태에서의 동작을 나타내는 타이밍도로서, 도 3a는 디스플레이 구동모드와 터치 구동 모드가 반복되는 상태를 타내고, 도 3b는 디스플레이 구동모드 동안의 S-MUX의 ON/OFF 제어상태를 나타낸다.

전술한 바와 같이, 도 1과 같은 터치형 표시패널의 일반적인 노멀 동작상태에서는, 디스플레이 구동모드 및 터치 구동모드를 반복하면서 구동된다.

도 3a는 터치 구동신호를 기준으로 노멀 동작모드의 타이밍 상태를 도시한 것으로서, 터치 센싱 구간(t1) 동안에는 터치전극에 터치 구동신호가 인가되어 터치 입력을 감지하고, 이어지는 디스플레이 구동 구간(t2) 동안에는 공통전극에 공통전압이 인가됨과 동시에 도 2에서 도시한 S-MUX가 순차적으로 ON 됨으로써 해당되는 서프픽셀에 영상을 표시한다.

즉, 디스플레이 구동 구간(t2) 동안에는, 도 3b에 도시한 바와 같이, 1회의 수평주기를 3개로 분할한 서브 수평구간 동안 S-MUX1 내지 S-MUX3을 순차적으로 ON 시키도록 S-MUX1 제어신호 내지 S-MUX3 제어신호가 순차적으로 해당되는 S-MUX로 인가된다.

도 4a는 도 1과 같은 표시패널의 LPWG 모드 동작에서의 신호 타이밍도이고, 도 4b는 LPWG 모드에서의 발생한 전하의 이동 경로를 도시한다.

한편, 도 1과 같은 표시패널을 포함하는 이동통신 단말, TV 등의 완제품인 세트장치 중 일부 세트장치에서는, 전력 소비를 줄이기 위하여 세트장치의 동작이 일정시간 이상 중단되는 경우 디스플레이를 OFF 상태로 하는 소위 절전기능 또는 화면꺼짐 기능을 구비하고 있다.

이와 같이, 저전력을 위하여 디스플레이를 OFF 상태로 전환한 상태에서도, 더블탭(Double Tap) 등과 같이 사용자가 세트장치를 웨이크업(Wake-up)하는 터치입력을 인식한 후 디스플레이를 다시 재개하는 동작을 수행하여야 한다.

특히, 최근 스마트폰의 경우 대기모드에서는 디스플레이는 OFF 되지만, 표시패널을 더블탭 터치함으로써 디스플레이를 다시 ON 시키는 기능이 채택된 경우가 있다.

이와 같이, 세트장치의 일시적인 디스플레이 OFF 전환 상태에서도 터치 센싱이 지속적으로 수행되는 동작 모드를 저전력 웨이크업 제스처 모드(Low Power Wake-up Gesture; LPWG)로 표현할 수 있다.

도 4a는 도 1과 같은 표시패널의 LPWG 모드 동작에서의 신호 타이밍도로서, 터치 전극에 터치 구동 신호 입력을 제어하기 위한 터치 인에이블 신호와, 그 때 데이터 구동부에 전원을 공급하기 위한 D-IC 전원 공급 신호(DSV),각 데이터 라인에 공급되는 소스 신호, S-MUX를 제어하기 위한 S-MUX 제어신호를 도시한다.

전술한 바와 같이, LPWG 모드에서는 터치 구동신호를 인가하여 터치 입력을 센싱하는 터치 ON 구간(Pt)과, 디스플레이 및 터치 동작 모두를 수행하지 않는 터치 OFF 구간(Poff)을 시분할로 반복적으로 수행한다.

이 때, 전력 소비를 최소화하여야 하기 때문에, 터치 ON 구간(Pt) 동안에는 터치 구동신호를 인가하여 터치 입력을 센싱하지만, 터치 OFF 구간(Poff) 동안에는 터치 구동신호를 미입력함은 물론이고 데이터 구동부(D-IC)에도 전원을 공급하지 않도록 동작한다.

즉, 도 4a와 같이 LPWG 모드 동작 중 터치 ON 구간(Pt)에는 터치 인에이블 신호가 ON되고, 데이터 구동부 전원 공급 신호가 ON되며, 터치 OFF 구간(Poff)에는 터치 인에이블 신호 및 데이터 구동부(D-IC) 전원 역시 OFF가 된다.

한편, LPWG 모드에서는 디스플레이 동작은 이루어지지 않기 때문에, 각 데이터 라인으로 공급되는 소스 신호는 그라운드(GND)로 입력되고, 또한 각 S-MUX 제어신호는 그라운드(GND)가 입력되거나 또는 플로팅 상태(또는 고임피던스 상태; Hi-Z)가 된다.

도 4b는 이러한 LPWG 모드에서 표시패널 내부의 화소 등에서 발생되는 불필요한 전하가 표시패널 내부에 갇히게 되는 상태를 도시한다.

일반적으로, 표시패널에 형성되는 다수의 박막 트랜지스터는 소스 전극과 드레인 전극 사이를 스위칭하는 반도체층인 활성화층 또는 액티브층을 포함한다.

이러한 액티브층의 재료로는 비정질실리콘(amorphous silicon, a-Si) 및 결정질실리콘(poly silicon, p-Si)과 같은 실리콘반도체나, 산화물 반도체 등이 사용될 수 있다.

결정질실리콘의 액티브층을 포함하는 박막트랜지스터는 비교적 높은 이동도(mobility) 및 안정적인 정전류 특성을 갖는 장점을 갖는 반면, 고온의 제조공정을 필요로 하여, 지지기판의 재료가 한정되는 단점뿐만 아니라, 균일한 소자 특성을 확보하기 어려운 이유로 대형 평판 표시장치의 박막트랜지스터 어레이에 용이하게 적용될 수 없는 단점을 갖는다

반면, 비정질실리콘의 액티브층은 비교적 균일한 소자 특성을 확보할 수 있도록, 결정질실리콘의 액티브층보다 저온의 제조공정에서도 제조될 수 있지만, 결정질실리콘의 액티브층에 비해 낮은 이동도 및 불안정한 정전류 특성을 가진다.

최근 박막 트랜지스터 액티브층 재료로서, 높은 이동도 및 낮은 누설전류 특성의 장점을 갖는 산화물반도체가 제안되고 있으며, 이 때 사용되는 산화물반도체는 Zn, Cd, Ga, In,Sn, Hf 및 Zr 중 적어도 하나와 O(산소)를 포함하는 결정질 또는 비정질의 물질이다. 즉, 산화물반도체의 조성식은 AxByCzO(x, y, z ≥ 0)이고, 이때, A, B 및 C 각각은 Zn, Cd, Ga, In, Sn, Hf 및 Zr 중에서 선택된다. 특히, ZnO, InGaZnO4, ZnInO, ZnSnO, InZnHfO, SnInO 및 SnO 중에서 선택될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.

또한, 박박 트랜지스터 액티브 층의 재료로서 저온에서 공정이 진행될 수 있는 결정질실리콘(p-Si)인 저온 폴리실리콘(Low Temperature Pol-Silicon; LTPS) 재료가 개발되어 사용될 수도 있다.

이러한 산화물 반도체는 비정질 형태이면서 안정적인 재료로서 평가되고 있으며, 이러한 산화물 반도체를 트랜지스터의 반도체층으로 이용하면 별도의 공정 장비를 추가적으로 구입하지 않고도 기존의 공정 장비를 이용하여 저온에서 트랜지스터를 제조할 수 있으며, 이온 주입 공정이 생략되는 등 여러 가지 장점이 있다.

그러나 산화물 반도체 또는 LTPS 재료는 우수한 특성에도 불구하고, 장시간 미사용에 따라 트랜지스터의 문턱전압이 시프트되는 소위 네거티브 바이어스 일루미네이션 스트레스(Negative Bias Temperature Illumination Stress; NBTiS) 또는 NBIS 현상이 발생될 수 있다.

즉, 산화물 반도체 또는 LTPS 재료의 박막 트랜지스터에서가 사용되는 경우, 각 화소의 박막 트랜지스터는 게이트 온 전압의 스캔 신호에 의해 한 프레임의 짧은 시간 동안에만 턴-온되어 액정 커패시터(Clc)에 화소 전압을 공급한 이후에 한 프레임의 나머지 시간 동안 게이트 오프 전압의 스캔 신호에 의해 턴-오프 상태를 유지하게 된다.

이에 따라, 각 화소의 박막 트랜지스터에는 장시간 동안 게이트 오프 전압에 따른 네거티브 바이어스(negative bias)가 인가되고, 이로 인하여 박막 트랜지스터의 문턱 전압이 음(negative)의 전압 쪽으로 쉬프트되게 된다. 이러한 현상을 네거티브 NBTiS(Negative Bias Temperature Illumination Stress) 또는 NBIS라고 표현할 수 있다.

이와 같은, 산화물 반도체를 이용한 액정 표시 장치는 산화물 박막 트랜지스터의 장시간 구동시 문턱 전압이 음(negative)의 전압 쪽으로 쉬프트되는 산화물 박막 트랜지스터의 구동 특성에 따른 오프 전류(off current)의 증가와 같은 신뢰성 저하로 인하여 수직 크로스 토크 및 휘점 등의 화질 불량이 발생된다는 문제점이 있다.

이러한, NBIS 현상은 노멀 동작뿐 아니라 LPWG 모드에서도 영향을 미치며, 문턱전압의 시프트 현상에 의하여 화소 등에 불필요한 전하를 발생시킬 수 있다.

아래에서는 LPWG 모드에서 표시패널의 표시영역 등에서 불필요한 전하가 발생되는 이유들을 예시로 설명한다.

LPWG 모드에서는 산화물 반도체 또는 LTPS 재료의 박막 트랜지스터가 장시간 Off 되기 때문에 문턱 전압이 음의 값으로 많이 시프트 된다. 이 상태에서 표시패널이 장시간 햇빛 등의 광에 노출되는 경우 노출광에 의하여 문턱 전압이 더 음으로 시프트되어 박막 트랜지스터가 불필요하게 턴-온되는 경우가 발생될 수 있다.

이 상태에서 LPWG 모드의 터치 ON 구간(Pt)에서 터치전극(공통전극)으로 터치 구동신호가 입력되면, 낮아진 화소 박막 트랜지스터 문턱전압으로 인하여 화소에 불필요한 전하가 발생될 가능성이 있다.

또한, NBiS 현상 이외에도, LPWG 모드에서 장시간 강한 빛에 화소가 노출되는 경우 박막 트랜지스터 등에 존재하는 불순물이 광에 반응하여 이온을 방출할 수 있고, 이러한 이온에 의하여 표시패널 내부에 DC(직류) 성분이 발생될 가능성이 있다.

이와 같이, LPWG 모드에서는 표시패널 내부에서 발생되는 불필요한 전하는 외부로 방출되지 않는 경우 표시패널 화소에 직류(DC) 성분을 발생시켜 표시불량을 야기할 수 있다.

그러나, 도 4a에 도시한 바와 같이, LPWG 모드에서는 소스신호 인가를 위한 S-MUX 제어신호는 그라운드(GND) 또는 고임피언스(Hi-Z) 상태가 되어, S-MUX는 OFF 되거나 불안정적인 스위칭 상태가 된다.

즉, 도 4b와 같이, LPWG 모드 동안 S-MUX는 OFF 되거나 불안정적인 스위칭 상태로 있기 때문에, LPWG 모드에서 불필요하게 발생된 표시패널 내부의 전하가 S-MUX에 의하여 차단되어 D-IC 등의 외부로 방출되지 못하고 표시패널 내부에 쌓이게 된다.

이와 같이 표시패널 내부에 누적된 전하들은 표시패널의 화소 등에 직류(DC) 성분에 의한 얼룩 또는 잔상 불량을 일으키게 된다.

즉, LPWG 모드에서 위와 같은 발생 전하의 미방출로 인하여 표시패널에 불필요한 얼룩 또는 잔상과 같은 표시 불량을 일으키는 문제를 야기할 수 있었다.

이에 본 발명의 일실시예에서는 LPWG 모드에서 터치 구동신호와 동기화하여 S-MUX를 ON 시키는 S-MUX 제어신호를 입력함으로써, LPWG 모드에서 표시패널 내부에서 발생되는 전하를 외부로 방출할 수 있는 채널을 형성하여 전술한 바와 같은 표시불량을 억제하도록 한다.

이하에서는 도 5 내지 도 13을 참고로 본 발명의 일실시예에 대하여 상세하게 설명한다.

도 5는 본 발명의 일실시예에 의한 표시장치의 구성도이다.

도 5에 도시된 바와 같이, 본 발명의 일시예에 의한 터치형 표시장치는 게이트라인(GL) 및 데이터라인(DL)의 교차영역에 배치되는 화소(SP)와, 터치 센싱을 위한 터치 전극(505)을 터치형 표시패널(500)과, 터치형 표시패널의 데이터라인에 소스 신호를 인가하는 데이터 구동부(D-IC; 520)와, 데이터 구동부와 각각의 데이터라인 사이에 배치되어 각 데이터라인으로의 소스 신호 인가를 스위칭하는 소스 멀티플렉서(S-MUX; 540)과, 디스플레이를 OFF한 상태에서 터치 센싱만을 수행하는 저전력 웨이크업 제스처(LPWG) 모드에서 상기 S-MUX를 ON/OFF 하기 위한 S-MUX 제어신호를 제공하는 LPWG 제어부(530)을 포함하여 구성될 수 있다.

한편, LPWG 제어부(530)는 LPWG 모드에서 터치 센싱을 위하여 터치 전극(505)으로 입력되는 터치 구동신호(Touch Enable)와 동기화하여 S-MUX를 ON시키는 S-MUX 제어신호를 입력하도록 제어한다.

이 때, LPWG 모드에서 데이터 구동부(D-IC)는 소스 신호로서 항상 그라운드(GND)를 입력함으로써, LPWG 모드에서 표시패널 내부에서 발생한 전하가 S-MUX가 ON되어 데이터 구동부쪽으로 흐를 수 있도록 한다.

터치형 표시패널(500)는 액정 표시패널일 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 데이터 라인과 게이트 라인의 교차영역에 형성된 화소를 포함하고, 각 데이터 라인에 소스 신호 인가를 스위칭할 수 있는 소스 멀티플렉서를 포함하는 모든 형태의 터치형 표시패널을 포함할 수 있으며, 예를 들면, 유기발광 표시패널(OLED), 전기영동 표시패널 등 모든 종류의 터치형 표시패널을 포함하는 개념이다.

단, 본 실시예에 의한 터치형 표시장치는 표시장치의 디스플레이를 일정시간 중단하고 더블탭 등의 표시패널의 재작동을 위한 웨이크업 터치입력을 감지할 수 있는 모드인 저전력 웨이크업 제스처(LPWG) 모드를 구현할 수 있는 표시장치이다.

물론, 이와 같이, 세트장치의 일시적인 디스플레이 OFF 전환 상태에서도 터치 센싱이 지속적으로 수행되는 동작 모드를 저전력 웨이크업 제스처 모드(Low Power Wake-up Gesture; LPWG)로 표현할 수 있으나 그러한 표현에 한정되는 것은 아니다.

다만, 편의상 본 명세서에서는 표시패널의 저전력을 위하여 디스플레이는 OFF되어 있으면서 표시패널의 재동작을 위한 터치입력을 인식하기 위한 터치 센싱 동작은 수행하는 모드를 통칭하여 저전력 웨이크업 제스처(Low Power Wake-up Gesture; 이하 'LPWG'라 약칭함) 모드로 표현하기로 한다.

이러한 터치형 표시장치는 노멀 모드에서는 디스플레이 동작 모드와 터치 동작 모드가 모두 수행되며, 디스플레이 동작모드와 터치 동작 모드는 시분할되어 반복 수행될 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니다.

데이터 구동부(D-IC; 520)는 데이터 드라이버, 데이터 제어회로 등으로 달리 표현될 수 있으며, 외부의 전원부(510) 및 타이밍 컨트롤러(T-con; 미도시)와 연동되어, 표시패널 내부의 데이터 라인에 영상 표시를 위한 소스 신호 또는 데이터 구동전압을 인가할 수 있는 모든 종류의 제어부를 포함하는 개념이다.

이러한 데이터 구동부(520)는 소스 신호를 인가하는 기능 이외에, 터치 전극으로 터치 구동신호를 인가하고 터치 전극으로부터 수신되는 수신값(정전용량)을 측정하여 터치 입력을 감지하는 터치 구동부를 포함할 수 있다. 물론, 터치 구동부는 데이터 구동부와 구별되어 구현될 수도 있다.

또한, 본 실시예에 의한 터치형 표시장치는 전원부(510) 또는 전원관리부를 더 포함할 수 있으며, 전원부에서는 표시장치에 필요한 각종 전원 또는 구동전압을 생성하여 데이터 구동부 등으로 제공하는 기능을 수행한다.

데이터 구동부(520)에서 사용될 수 있는 구동 전압의 종류로는 약1.8V의 저전압인 로직 전압(IoVcc)과, 약2.8~3.3V의 아날로그 전압이 있을 수 있으며, 부가적으로 약±5.5~6.5V의 직접 공급 전압(Direct Supply Voltage) 등을 더 사용될 수 있다.

직접 공급 전압이 사용되지 않는 경우에는, 전원부(510)가 아날로그 전압을 제1승압시켜 약±5.5~6.5V 크기의 소스 기준전압을 생성한 후 데이터 구동부의 메인 전원으로 사용할 수 있으며, 직접 공급 전압이 적용되는 경우에는 직접 공급 전압을 바로 데이터 구동부의 메인 전원으로 사용할 수 있다.

또한, 전원부(510)는 아날로그 전압 또는 직접 구동 전압을 승압시켜 약±9V 크기의 전압을 생성하고, 그를 게이트 구동 전압으로 사용할 수 있다.

이 때, LPWG 제어부(530)는 아날로그 전압 또는 직접 공급 전압을 기초로 S-MUX 제어신호를 생성할 수 있다.

이러한 본 실시예에서의 구동 전원의 종류와, 전술한 LPWG 제어부(530)가 S-MUX 제어신호 생성을 위하여 사용하는 전원의 종류 등에 대해서는 아래에서 도 8을 기초로 더 상세하게 설명한다.

소스 멀티플렉서(S-MUX; 540)는 각 데이터 라인과 데이터 구동부 사이에 배치되어, 데이터 구동부로부터의 소스 신호를 해당되는 데이터 라인에 인가되는 것을 스위칭하는 모든 종류의 소자 또는 회로부를 포함하는 개념이다.

이러한 S-MUX는 노멀 모드 중 터치 동작 모드에서는 항상 OFF 되며, 디스플레이 동작 모드에서는 데이터 구동부의 제어에 의하여 해당되는 데이터 라인으로 소스 신호를 공급할 시점에만 ON 되도록 제어된다.

도 6은 본 발명의 일실시예에 의한 LPWG 모드에서의 신호 타이밍도이다.

도 6과 같이, LPWG 모드에서는 다시 터치센싱을 수행하는 터치 ON 구간(Pt) 터치 센싱을 수행하지 않는 터치 OFF 구간(Poff)이 반복되어 수행될 수 있으며, 물론 LPWG 모드의 전 구간에서 디스플레이 동작은 수행되지 않는다.

터치 ON 구간(Pt)에서는 터치 인에이블 신호(Touch Enable)가 ON이 되며, 결과적으로 터치 전극으로 터치 구동 전압이 인가되어 터치 입력 감지가 이루어진다.

전술한 바와 같이, 데이터구동부가 터치 구동 제어까지 수행하기 때문에, LPWG 모드의 터치 ON 구간에서는 데이터 구동부 전원 역시 ON되어야 하며, 터치 OFF 구간에서는 터치 인에이블 신호 및 데이터 구동부 전원 모두 OFF가 되어 소비전력을 최소화한다.

한편, LPWG 모드에서 S-MUX를 그라운드 또는 고임피던스 상태로 유지하던 도 4에서 설명한 바와 달리, 본 실시예에서는 LPWG 모드에서 터치 ON 구간에서 S-MUX 모두를 ON 시킬 수 있도록 S-MUX 제어신호가 S-MUX로 공급된다.

즉, 본 실시예에 의하면, LPWG 제어부(530)가 LPWG 모드에서 터치 센싱을 위하여 터치 전극(505)으로 입력되는 터치 구동신호(Touch Enable)와 동기화하여 S-MUX를 ON시키는 S-MUX 제어신호를 입력하도록 제어하는 것이다.

이 때, 도 6과 같이 S-MUX 제어신호의 ON 펄스폭은 터치 인에이블 신호의 펄스폭과 동일할 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, S-MUX 제어신호의 ON 펄스폭이 터치 인에이블 신호의 펄스폭보다 더 클 수 있으며 이에 대해서는 도 9를 참고로 더 상세하게 설명한다.

한편, 도 6과 같이 본 실시예에서는 LPWG 모드에서 소스 신호는 항상 그라운드가 입력되고 있다.

도 7은 본 발명의 일실시예에 의한 표시장치에서의 LPWG 모드에서의 전하 방출 상태를 도시한다.

전술한 바와 같이, 본 실시예에 의하면 LPWG 모드에서 터치 ON 구간에서 S-MUX 모두를 ON시킬 수 있도록 S-MUX 제어신호가 S-MUX로 공급된다.

따라서, LPWG 모드에서 터치 ON 구간에서 모든 S-MUX가 ON 됨으로써 데이터 라인과 데이터 구동부가 전기적으로 연결된 상태가 되며, 결과적으로 도 7에 도시한 바와 같이, LPWG 모드에서 표시패널에 발생된 전하가 데이터 구동부를 통하여 방출될 수 있다.

즉, LPWG 모드에서 표시패널이 강한 빛에 노출되어 표시패널 내부에 전하가 발생될 수 있는데, LPWG 모드에서 터치 ON 구간에서 S-MUX가 ON 되고, 데이터 구동부는 그라운드 상태(Source=GND)에 있게 되므로, 발생된 전하가 데이터 라인을 따라서 데이터 구동부쪽으로 이동하여 그라운드로 방출되게 된다.

결과적으로, 도 4에서 설명한 바와 같은, LPWG 모드에서 표시패널 내부에 발생된 전하 또는 그로 인한 DC 성분에 의한 표시불량이 억제될 수 있다.

도 8은 본 발명의 실시예에 의한 표시장치의 공급 전원의 구성의 일 예를 도시한다.

도 8a에 도시한 바와 같이, 본 실시예에 의한 터치형 표시장치에서 사용될 수 있는 구동 전압의 제1예시에서는, 약1.8V의 저전압인 로직 전압(IoVcc)과, 약2.8~3.3V의 아날로그 전압의 2가지가 사용된다.

한편, 데이터 구동부의 메인 전원, 즉, 소스 신호를 위한 소스 기준전압은 안정적인 구동을 위하여 ±5V 이상이 되어야 하고, 게이트 구동 전압을 그보다 더 커야 한다.

따라서, 도 8a의 실시예에서는 아날로그 전압을 제1승압시켜 약±5.5~6.5V 크기의 소스 기준전압을 생성한 후 데이터 구동부의 메인 전원으로 사용하고, 아날로그 전압을 제2승압하여 생성되는 약±9V의 게이트 구동전압을 생성하여 사용할 수 있다.

한편, 도 8a와 같은 전원 구성에서는, 본 실시예에 의한 LPWG 제어부는 아날로그 전원을 기초로 S-MUX 제어신호의 On/Off 펄스를 생성할 수 있다. 즉, S-MUX 제어신호로서 아날로그 전원으로 On/Off 신호를 인가할 수 있다.

이와 같이, 약2.8~3.3V의 아날로그 전압을 S-MUX 구동 전압으로 사용하는 경우, 전력 소비량을 최소화 할 수 있는 장점이 있다.

물론, 비교적 저전압인 약2.8~3.3V의 아날로그 전압을 S-MUX 구동 전압으로 사용하는 경우 S-MUX의 스위칭 안정성이 다소 떨어질 수 있으나, LPWG 모드에서 S-MUX를 ON 제어하는 것은 표시패널 내부에 발생될 수 있는 전하를 방출하기 위한 것이고 모든 S-MUX에 모두 ON 신호가 인가되기 때문에, S-MUX 구동 일부 S-MUX가 ON되지 않는 경우에도 표시패널 내부의 전하를 충분히 방출할 수 있을 것으로 예상된다.

결과적으로, 약2.8~3.3V의 아날로그 전압을 S-MUX 구동 전원으로 사용함으로써, 전하 방출 기능을 유지하면서도 그를 위한 소비전력을 최소화할 수 있는 장점이 있다.

물론, 도 8b에서 설명할 바와 같이, 약±5.5~6.5V 크기의 직접 공급 전압이 채택되는 경우에는, 아날로그 전압보다 높은 직접 공급 전압(DSV)을 S-MUX 구동 전압으로 사용할 수 있으며, 이 경우에는 전하 방출 특성을 더 향상시킬 수 있을 것이다.

도 8b는 본 실시예에 의한 터치형 표시장치에서 사용될 수 있는 구동 전압의 제2예를 도시하는 것으로, 약1.8V의 저전압인 로직 전압(IoVcc)과, 약2.8~3.3V의 아날로그 전압 이외에, 약±5.5~6.5V 크기의 직접 공급 전압(DSV)이 사용될 수 있다. 직접 공급 전압(DSV)는 +5.5V의 VSP 신호와 -5.5V의 VSN 신호로 구성될 수 있다.

이러한 도 8b와 같은 전원 구성에서는, 본 실시예에 의한 LPWG 제어부는 직접 공급 전압을 기초로 S-MUX 제어신호의 On/Off 펄스를 생성할 수 있다.

이와 같이, 약2.8~3.3V의 아날로그 전압 대신 약±5.5~6.5V 크기의 직접 공급 전압을 S-MUX 구동 전압으로 사용할 수 있으며, 이 경우에는 전하 방출 특성을 더 향상시킬 수 있을 것이다.

즉, 약±5.5~6.5V 크기의 직접 공급 전압이 채택되는 경우에는 전압 변환 없이 그를 바로 S-MUX 구동 전압으로 사용할 수 있으며, 그로 인하여 LPWG 모드에서 S-MUX가 안정적으로 ON 됨으로써, 전하 방출이 더 원활하게 이루어지는 효과가 있다는 것이다.

물론, 직접 공급 전압이 사용되는 도8b의 경우에도, 표시패널 내부에 발생되는 전하가 작은 경우에는 저전위의 아날로그 전압을 S-MUX 구동전압으로 사용할 수도 있을 것이며, LPWG 모드의 지속시간, 빛 노출 정도 및 전하 발생량 등에 따라서 S-MUX 구동 전압을 가변적으로 설정할 수도 있을 것이다.

예를 들면, LPWS 모드의 지속시간이 길거나, 측정된 외부 밝기(광세기)가 큰 경우에는 표시패널 내부에 발생된 전하가 많을 수 있으므로, 약±5.5~6.5V의 직접 공급 전압을 S-MUX 구동 전압으로 사용하고, 측정된 외부 밝기(광세기)가 작은 경우에는 약2.8~3.3V의 아날로그 전압을 S-MUX 구동 전압으로 사용할 수 있을 것이다.

도 9는 본 발명의 다른 실시예에 의한 LPWG 모드에서의 신호 타이밍도이다.

도 6의 실시예에서는 S-MUX 제어신호의 ON/OFF 타이밍이 LPWG 모드에서의 터치 인에이블 신호의 ON/OFF 타이밍과 정확히 동기화되는 구성을 설명하였다.

한편, 도 9의 실시예에서는 상기 S-MUX 제어신호의 ON 구간은 상기 터치 구동신호의 ON 구간보다 크도록 구성할 수 있다.

더 구체적으로 도 9에서와 같이, S-MUX 제어신호의 ON 타이밍(t0')이 LPWG 모드에서의 터치 인에이블 신호의 OFF 타이밍(to)보다 일정 간격(Δt)만큼 빠르거나, S-MUX 제어신호의 OFF 타이밍(t1')이 LPWG 모드에서의 터치 인에이블 신호의 OFF 타이밍(t1)보다 일정 간격(Δt)만큼 늦도록 구성할 수 있다.

전술한 바와 같이, LPWG 모드에서 표시패널에 누적된 전하는 DC 성분을 발생시키기 때문에 디스플레이 이외에도 터치 구동에도 영향을 미칠 수 있다.

따라서, 도 9에서와 같이 구성하면, LPWG 모드에서 터치 센싱을 개시하기 일정 시간 전에 전하를 외부로 방출할 수 있으므로, LPWG 모드에서의 터치 성능 저하를 방지할 수 있는 효과가 있다.

도 10은 본 실시예가 적용될 수 있는 터치형 표시패널의 2가지 예로서, 도 10a는 인셀터치(In-Cell Touch) 구조를, 도 10b는 C1T 구조를 도시한다.

도 10a의 표시패널은 인셀터치(In-Cell Touch)형 표시패널로서 박막 트랜지스터 기판 상에 형성된 공통전극 겸 터치전극의 셀프 캐패시턴스를 측정하여 터치 입력을 센싱하는 방식이다.

캐패시턴스 터치 센싱 방식은 셀프 캐패시턴스 터치 센싱 방식 및 상호 캐패시턴스 터치 센싱 방식으로 구분될 수 있다.

도 10a의 표시패널은 이 중에서 셀프 캐패시턴스 터치 센싱 방식에 의한 것으로서, TFT 기판(1100) 상에 형성된 터치전극(1110)만을 이용하며, 각 터치전극이 손가락, 펜 등의 포인터와 캐패시턴스(자체 캐패시턴스)를 형성하고, 손가락, 펜 등의 포인터의 유무에 따른 각 터치전극과 포인트 간의 캐패시턴스 값을 측정하여 이를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 방식이다.

이러한 자체 캐패시턴스 터치 방식은, 상호 캐패시턴스 터치 방식과는 다르게, 각 터치전극을 통해 구동 전압(터치구동신호(Vtouch_vcom))이 인가되고 동시에 센싱된다. 따라서, 자체 캐패시턴스 터치 방식에서는, Tx 전극과 Rx 전극의 구분이 없다.

도 10b는 상호 캐패시턴스 터치 센싱 방식에 의한 것으로 C1T 터치방식으로 표현될 수 있다.

도 10b의 터치 센싱 방식에서는 TFT 기판(1100) 상에 형성된 공통전극 겸 터치전극(1110) 이외에, 컬러필터 기판(1200) 상에 별도로 추가 터치전극(1210)을 더 형성한 후, 터치 입력에 따른 두 전극 사이의 상호 캐패시턴스를 측정하는 방식이다.

즉, 터치전극(1110) 및 추가 터치 전극(1210)을 가로 방향 전극 및 세로 방향 전극으로 배치하되, 한 방향의 터치 전극이 구동 전압이 인가되는 Tx 전극(구동 전극이라고도 함)이 되고, 다른 한 방향의 터치 전극이 구동 전압을 센싱하고 Tx 전극과 캐패시턴스를 형성하는 Rx 전극(센싱 전극이라고도 함)이 되어, 손가락, 펜 등의 포인터의 유무에 따른 Tx 전극과 Rx 전극 간의 캐패시턴스(상호 캐패시턴스)의 변화를 토대로 터치 유무 및 터치 좌표 등을 검출하는 터치 방식이다.

본 발명이 적용될 수 있는 실시예에 따른 터치형 표시장치는, 전술한 2가지의 캐패시턴스 터치 방식(상호 캐패시턴스 터치 방식, 자체 캐패시턴스 터치 방식) 중 하나를 채용할 수 있으나 그에 한정되는 것은 아니며, 다른 종류의 터치 센싱 방식에 의한 표시장치에도 적용될 수 있을 것이다.

도 11은 본 실시예가 적용된 표시장치의 세부구조 중 일예를 도시한다.

참고로, 도 11에서는 데이터 라인 및 S-MUX 등을 제외하고 터치 기능을 구현하기 위한 터치 전극 등만을 도시한다.

일 실시예에 의한 터치형 표시장치에서는 터치전극이 표시패널에 배치되는 복수개의 터치블록 그룹을 포함하며, 터치블록그룹은 복수의 터치블록으로 구성될 수 있다.

그 예로서, 도 11에 도시한 바와 같이, 전체 터치전극이 표시패널의 좌측(제1측면)에 배치되는 k개의 제1터치블록을 포함하는 제1터치블록그룹과, 표시패널의 우측(제2측면)에 배치되는 k개의 제2터치블록을 포함하는 제2터치블록그룹이 대칭적으로 배치되는 구조이며, 제1터치블록 및 제2터치블록은 다시 m개의 터치 전극의 열로 구성될 수 있다.

즉, 도 11과 같이, 표시패널의 좌측에는 총 9개의 제1터치블록이 배치되고, 우측에는 대칭으로 총 9개의 제2터치 블록이 배치되며, 각 터치블록은 상하로 배치되는 총 32개의 터치 전극으로 구성된다.

결과적으로 표시패널에는 총 18*32개의 터치 전극이 배치된다. 물론, 각 터치전극 및 터치블록은 반드시 동일한 크기 및 개수일 필요는 없으며, 예컨데 표시패널의 가장자리에 배치되는 터치전극블록이 나머지보다 작은 수의 블록 또는 터치전극으로 구성됨으로써, 터치감도를 균일하게 유지할 수도 있다.

또한, 제1터치블록 및 제2터치블록 각각에 포함되는 다수의 터치 전극으로의 터치 구동신호 인가를 스위칭하기 위한 터치 멀티플렉서(T-MUX; 1330, 1330')를 더 포함하며, 터치 멀티블렉서(T-MUX)는 다시 좌측의 제1터치블록 각각을 담당하는 제1 T-MUX(1330)과 우측의 제2터치블록을 담당하는 제2 T-MUX(1330')으로 구성된다.

아래에서 설명할 바와 같이, 제1 T-MUX(1330)는 총9개의 제1터치블록으로 터치 구동신호를 순차적으로 공급하여 터치 센싱을 수행하며, 제2 T-MUX(1330')는 총9개의 제2터치블록으로 터치 구동신호를 순차적으로 공급하여 터치 센싱을 수행한다.

한편, 제1 T-MUX(1330) 및 제2 T-MUX(1330')는 동작 역시 대칭적으로 수행될 수 있다.

즉, 제1 T-MUX가 i번째 제1터치블록에 터치 구동신호를 인가할 때 제2 T-MUX도 i번째 제2 터치블록에 터치 구동신호를 인가하는 것이다.

또한, 각각의 T-MUX는 LPWG 모드에서는 1회의 터치 ON 구간 동안 상기 k개의 제1터치블록 및 k개의 제2터치블록에 순차적으로 터치 구동신호를 인가하도록 제어하며, 이에 대해서는 도 13을 참고로 아래에서 더 상세하게 설명한다.

도 12는 도 11과 같은 표시패널의 노멀 모드에서의 신호 타이밍도를 도시하며, 도 13은 도 11과 같은 표시패널의 LPWG 모드에서의 신호 타이밍도를 도시한다.

도 12와 같이, 노멀모드에서는 디스플레이 동작 모드와 터치 동작 모드가 시분할되어 반복 수행된다.

디스플레이 동작 모드(D1, D2..)에서는 데이터 라인에 연결된 S-MUX(미도시)는 순차적으로 ON될 수 있도록 S-MUX 제어신호가 인가되며, 이 때에는 터치 인에이블 신호 및 T-MUX는 OFF가 된다.

반대로 터치 동작 모드(T1, T2…, T9)에서는 S-MUX는 OFF가 되고, 터치 인에이블 신호 및 T-MUX는 ON 된다.

이러한 노멀 모드에서는 데이트 구동전원(D-IC)은 항상 ON 상태로 유지된다.

한편, 도 11와 같은 표시장치에서는, 첫번째 터치 동작 모드 구간(T1)에는 T-MUX의 제어에 의하여 첫번째 제1터치블록 및 첫번째 제2터치블록에만 터치 구동신호가 인가되고, 두번째 터치 동작 모드 구간(T2)에는 T-MUX의 제어에 의하여 두번째 제1터치블록 및 두번째 제2터치블록에만 터치 구동신호가 인가되는 등의 동작이 반복된다.

따라서, 9번째 터치 동작 모드 구간(T9)까지 완료되면 표시패널 전체에 대한 터치 센싱이 모드 완료되며, 이 때까지 소요되는 시간은 약1/120s가 될 수 있다.

즉, 1초당 전체 표시패널에 대한 터치 센싱이 수행되는 횟수인 노멀 모드에서의 터치 센싱 주파수는 120Hz가 된다.

한편, 도 13과 같이 LPWG 모드에서는 터치 ON 구간(Pt)과 터치 OFF 구간(Poff)이 반복 수행된다.

또한, 터치 ON 구간(Pt) 동안에는 T-MUX가 9개의 제1터치블록 및 9개의 제2터치블록에 순차적으로 터치 구동신호를 인가하여 터치 센싱을 수행하며, 결과적으로 1회의 터치 ON 구간 동안 표시패널 전체에 대한 터치 센싱이 완료될 수 있다.

도 11의 구조에서는, LPWG 모드의 터치 ON 구간을 다시 9(k=9)개의 서브 구간으로 나누고, T-MUX가 각 서브 구간동안 9개의 제1터치블록 및 9개의 제2터치블록에 순차적으로 터치 구동신호를 인가하도록 제어할 수 있다.

즉, 첫번째 서브 구간에서는 첫번째 제1터치블록 및 첫번째 제2터치블록에만 터치 구동 신호를 인가하고, 두번째 서브 구간에서는 두번째 제1터치블록 및 두번째 제2터치블록에만 터치 구동 신호를 인가하는 동작을 반복할 수 있다.

물론, LPWG 모드에서는 터치 인에이블 신호가 ON되는 터치 ON 구간(Pt) 동안에는 데이터 구동전원이 ON 되며, 이 때 S-MUX도 ON될 수 있도록 S-MUX 제어신호가 인가됨으로써, 표시패널에서 발생된 전하를 외부로 방출시킨다.

터치 OFF 구간(Poff) 동안에는 터치 인에이블 신호, 데이터 구동부 전원, S-MUX가 모두 OFF가 되며, LDWG 모드 전구간에 걸쳐 소스 신호는 그라운드로 유지된다.

한편, 1회의 터치 ON 구간(Pt)과 터치 OFF 구간(Poff)의 총 길이, 특 LPWG 모드에서의 터치 센싱 주기는 약1/30~1/20s가 될 수 있다.

이 때, 터치 OFF 구간(Poff)이 터치 ON 구간(Pt)보다 더 길도록 구성할 수 있으며, 그 일예로서 터치 ON 구간은 약4ms, 터치 OFF 구간은 약26~30ms가 될 수 있다.

또한, 1회의 터치 ON 구간동안 표시패널에 포함된 모든 터치 전극에 터치구동신호를 인가하여 터치 센싱이 이루어지기 때문에, 결과적으로 LDWG 모드에서 터치 센싱 주파수는 약20~30Hz가 된다.

노멀 모드에서는 디스플레이 조작을 위하여 사용자의 터치 입력을 감지해야하는 주기가 짧아야 하지만, 디스플레이를 OFF하는 LPWG 모드에서는 표시패널을 웨이크업하는 터치 입력 신호(예를 들면, 더블탭)만 감지하면 되기 때문에, 노멀 모드와 같이 짧은 주기로 터치 센싱을 수행할 필요가 없다.

따라서, 위와 같이 LPWG 모드에서는 노멀 모드에서의 터치 센싱 주파수인 120Hz보다 작은 약20~30Hz의 터치 센싱 주파수를 가지도록 구성함으로써, LPWG 모드에서의 소비전력을 최소화할 수 있다.

또한, 1회의 터치 센싱 주기동안에도 터치 OFF 구간(Poff)이 터치 ON 구간(Pt)보다 더 길도록 구성함으로써, LPWG 모드에서의 소비전력을 더 감소시킬 수 있다.

또한, 도 11과 같이, 표시패널의 터치전극을 대칭구조로 배치하고, LDWG 모드에서 1회의 터치 ON 구간동안 표시패널에 포함된 모든 터치 전극에 순차적으로 터치구동신호를 인가하여 터치 센싱을 수행함으로써, LPWG 모드에서의 터치 구동을 최적화할 수 있다.

또한, 도 11과 같이, 다수의 터치전극을 블록별로 그룹핑하여 대칭적으로 배치하고, T-MUX를 통하여 각 터치블록을 순차적으로 제어함으로써, 노멀 모드 및 LPWG 모드에서의 터치 센싱 구동 효율을 향상시킬 수 있다.

이상과 같이, 본 실시예에 의한 터치형 표시장치를 이용하면, 저전력을 위하여 디스플레이를 OFF 한 상태에서 터치 입력만을 감지하는 표시패널의 LPWG 모드에서, 표시패널 내부에서 발생되는 불필요한 전하를 외부로 방출시켜 전하 누적에 의한 표시불량을 방지할 수 있는 효과가 있다.

특히, 각 데이터 라인으로의 소스신호 인가를 스위칭하기 위한 S-MUX를 구비하는 터치형 표시패널에 있어서, 해당 표시패널의 LPWG 모드 동작 중 터치 구동 신호가 인가되는 터치 센싱 구간과 동기화하여 S-MUX를 ON시키는 S-MUX 제어신호를 인가함으로써, 표시패널 내부에서 발생되는 전하를 외부로 방출시켜 전하에 의한 표시불량을 방지할 수 있다.

이상에서의 설명 및 첨부된 도면은 본 발명의 기술 사상을 예시적으로 나타낸 것에 불과한 것으로서, 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 구성의 결합, 분리, 치환 및 변경 등의 다양한 수정 및 변형이 가능할 것이다. 따라서, 본 발명에 개시된 실시예들은 본 발명의 기술 사상을 한정하기 위한 것이 아니라 설명하기 위한 것이고, 이러한 실시예에 의하여 본 발명의 기술 사상의 범위가 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 보호 범위는 아래의 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

510 : 전원부 520 : 데이터 구동부(D-IC)
530 : LPWG 제어부 540 : 소스 멀티플렉서(S-MUX)
1310, 505 : 터치 전극 1330, 1330' : 터치 멀티플렉서 (T-MUX)

Claims

게이트라인 및 데이터라인의 교차에 의하여 정의되는 화소와, 터치 센싱을 위한 터치 전극을 포함하는 터치형 표시패널;
상기 터치형 표시패널의 데이터라인에 소스 신호를 인가하는 데이터 구동부;
상기 데이터 구동부와 각각의 데이터라인 사이에 배치되어 각 데이터라인으로의 소스 신호 인가를 스위칭하는 소스 멀티플렉서(S-MUX);
디스플레이를 OFF한 상태에서 터치 센싱만을 수행하는 저전력 웨이크업 제스처(LPWG) 모드에서, 상기 터치 센싱을 위하여 상기 터치 전극으로 입력되는 터치 구동신호와 동기화하여 상기 S-MUX를 ON시키는 S-MUX 제어신호를 입력하는 LPWG 제어부;를 포함하며,
상기 S-MUX 제어신호가 상기 S-MUX에 공급되는 제1 시점은 상기 터치 구동신호가 상기 터치 전극으로 입력되는 제2 시점보다 빠르며, 상기 제2 시점에서 상기 S-MUX 제어신호는 상기 터치 구동신호와 동기화 되는 터치형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 S-MUX 제어신호의 ON 구간은 상기 터치 구동신호의 ON 구간보다 크거나 같은 터치형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 데이터 구동부는 아날로그 전압과, 상기 아날로그 전압보다 높은 전위차를 가지는 직접 입력 전압(Direct Supply Voltage)과, 상기 직접 입력 전압을 승압하여 생성되는 게이트 전압을 사용하여 동작되며, 상기 S-MUX 제어신호는 상기 직접 입력 전압(Direct Supply Voltage)의 On/Off 신호로 인가되는 터치형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 데이터 구동부는 아날로그 전압과, 상기 아날로그 전압을 제1승압하여 생성되는 소스 기준전압과, 상기 아날로그 전압을 제2승압하여 생성되는 게이트 전압을 사용하여 동작되며, 상기 S-MUX 제어신호는 상기 아날로그 전압으로 인가되는 터치형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 LPWG 모드는 터치 ON 구간(Pt)과 터치 OFF 구간(Poff)이 반복되며, 상기 터치 OFF 구간이 상기 터치 ON 구간보다 더 긴 터치형 표시장치.
제5항에 있어서,
상기 터치 ON 구간에서 상기 터치형 표시패널에 포함된 모든 터치전극으로 터치 구동신호를 인가하여 터치를 센싱하는 터치형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 LPWG 모드에서의 터치 센싱 주파수는 상기 터치형 표시패널의 노멀 모드에서의 터치 센싱 주파수보다 작은 터치형 표시장치.
제7항에 있어서,
상기 LPWG 모드에서의 터치 센싱 주파수는 20~30Hz이고, 상기 노멀 모드에서의 터치 센싱 주파수는 120Hz인 터치형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 터치전극은 표시패널에 배치되는 복수개의 터치블록 그룹을 포함하며, 상기 터치블록그룹은 복수의 터치블록으로 구성되는 터치형 표시장치.
제9항에 있어서,
상기 터치전극은 상기 표시패널의 제1측면에 배치되는 k개의 제1터치블록을 포함하는 제1터치블록그룹과, 표시패널의 제2측면에 배치되는 k개의 제2터치블록을 포함하는 제2터치블록그룹이 대칭적으로 배치되는 구조이며,
상기 제1터치블록 및 제2터치블록 각각에 포함되는 다수의 터치 전극에 동시에 터치 구동신호를 인가하기 위한 터치 멀티플렉서를 더 포함하며,
상기 터치 멀티플렉서는 상기 LPWG 모드에서는 1회의 터치 ON 구간 동안 상기 k개의 제1터치블록 및 k개의 제2터치블록에 순차적으로 터치 구동신호를 인가하도록 제어하는 터치형 표시장치.
제1항에 있어서,
상기 LPWG 모드에서 상기 데이터라인으로 인가되는 소스 신호는 항상 그라운드(GND)인 터치형 표시장치.