KR20140023520A - 터치 센서를 갖는 표시 장치 및 그 구동 방법 - Google Patents

터치 센서를 갖는 표시 장치 및 그 구동 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 터치 센싱력을 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것으로, 표시 패널과; 상기 표시 패널을 구동하는 패널 구동부와; 상기 패널 구동부의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러와; 각각이 전기적으로 독립된 다수의 셀프 커패시터를 구비한 터치 센서와; 상기 각 셀프 커패시터와 연결된 다수의 리드아웃 라인을 통해 터치 및 터치 좌표를 인식하는 터치 센싱 회로를 구비하고; 상기 터치 센싱 회로는 상기 각 리드아웃 라인과 접속되며, 상기 각 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 상기 각 셀프 커패시터에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압과 비교함으로써 센싱 데이터를 생성하는 다수의 리드아웃 회로와; 상기 다수의 리드아웃 회로로부터 제공된 상기 센싱 데이터를 이용하여 터치 정보를 산출하는 마이크로 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 한다.

Description

터치 센서를 갖는 표시 장치 및 그 구동 방법{DISPLAY DEVICE HAVING TOUCH SENSOR AND METHOD FOR DRIVING THE SAME}
본 발명은 터치 센싱력을 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 표시 장치 및 그 구동 방법에 관한 것이다.
오늘날 각종 표시 장치의 화면상에서 터치로 정보 입력이 가능한 터치 센서(터치 스크린, 터치 패널)가 컴퓨터 시스템의 정보 입력 장치로 널리 적용되고 있다. 터치 센서는 사용자가 손가락 또는 스타일러스를 통해 화면을 단순히 터치하여 표시 정보를 이동시키거나 선택하므로 남녀노소 누구나 쉽게 사용할 수 있다.
터치 센서 기술로는 센싱 원리에 따라 저항막 방식, 정전용량 방식, 광학 방식, 적외선 방식, 초음파 방식, 전자기 방식 등이 존재한다. 이들 중 정전용량 방식의 터치 센서는 인체나 스타일러스와 같은 도전체가 터치할 때 소량의 전하가 터치점으로 이동하여 발생되는 정전용량의 변화를 감지하여 터치를 인식한다. 정전용량 방식의 터치 센서는 강화 유리를 사용할 수 있어 내구성이 강하고, 투과율이 높고, 터치 센싱 능력이 우수하며 멀티 터치가 가능하여 주목받고 있다.
정전용량 방식의 터치 센서는 상호 정전용량(mutual capacitance) 방식과, 자기 정전용량(self capacitance) 방식이 존재한다. 상호 정전용량 방식은 서로 수직으로 교차하는 다수의 수평 전극 및 다수의 수직 전극을 구비하고, 수평 전극 및 수직 전극의 교차로 형성된 터치 커패시터의 정전용량 변화를 센싱하여 터치 및 터치 좌표를 인식한다. 자기 정전용량 방식은 터치 인식을 위한 영역별로 셀프 커패시터를 구비하고, 각 셀프 커패시터의 정전용량 변화를 센싱하여 터치 및 터치 좌표를 인식한다.
상호 정전용량 방식의 센싱 회로는 수평 전극들을 구동하기 위한 구동 회로와 수직 전극들을 구동하기 위한 구동 회로가 개별적으로 구비되어 구조가 복잡한 반면, 자기 정전용량 방식의 센싱 회로는 셀프 커패시터들을 구동하기 위한 구동 회로만 구비되므로 구조가 간단하다. 그러나, 자기 정전용량 방식의 터치 센서는 셀프 커패시터들 간의 공정 편차, 이웃한 셀프 커패시터 간의 기생 커패시턴스, 각 셀프 커패시터와 구동 회로를 연결하는 리드아웃 라인 간의 기생 커패시턴스로 인해 터치 및 터치 좌표를 정확하게 인식하지 못하는 터치 에러가 발생하는 문제점이 있다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로, 터치 센싱력을 향상시킬 수 있는 터치 센서를 갖는 표시 장치 및 그 구동 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서를 갖는 표시 장치는 표시 패널과; 상기 표시 패널을 구동하는 패널 구동부와; 상기 패널 구동부의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러와; 각각이 전기적으로 독립된 다수의 셀프 커패시터를 구비한 터치 센서와; 상기 각 셀프 커패시터와 연결된 다수의 리드아웃 라인을 통해 터치 및 터치 좌표를 인식하는 터치 센싱 회로를 구비하고; 상기 터치 센싱 회로는 상기 각 리드아웃 라인과 접속되며, 상기 각 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 상기 각 셀프 커패시터에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압과 비교함으로써 센싱 데이터를 생성하는 다수의 리드아웃 회로와; 상기 다수의 리드아웃 회로로부터 제공된 상기 센싱 데이터를 이용하여 터치 정보를 산출하는 마이크로 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 리드아웃 회로는 상기 리드아웃 라인을 통해 상기 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화 및 충전시키는 차지 펌프 회로와; 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 샘플&홀드 회로와; 상기 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 비교기 회로와; 상기 비교기 회로로부터 제공된 상기 센싱 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 상기 마이크로 프로세서에 공급하는 카운터 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 리드아웃 회로는 상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제1 기간과, 상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 충전 전류를 일정 시간 동안 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제2 기간과, 상기 샘플&홀드 회로가 상기 일정 시간 동안 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제3 기간과, 상기 비교기 회로가 상기 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제4 기간을 순차 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 리드아웃 회로는 상기 리드아웃 라인을 통해 상기 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화 및 충전시키는 차지 펌프 회로와; 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제1 및 제2 샘플&홀드 회로와; 상기 제1 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제1 비교기 회로와; 상기 제2 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제2 비교기 회로와; 상기 제1 및 제2 비교기 회로로부터 제공된 상기 센싱 데이터를 스위칭한 뒤, 디지털 데이터로 변환하여 상기 마이크로 프로세서에 공급하는 카운터 회로를 구비하는 것을 특징으로 한다.
상기 각 리드아웃 회로는 상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제1 기간과, 상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 충전 전류를 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제2 기간과, 상기 제1 샘플&홀드 회로가 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한 뒤에, 상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 상기 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제3 기간과, 상기 제1 비교기 회로가 상기 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성함과 동시에 상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 상기 충전 전류를 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제4 기간과, 상기 제2 샘플&홀드 회로가 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제5 기간과, 상기 제2 비교기 회로가 상기 제2 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제6 기간을 순차 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 마이크로 프로세서는 상기 각 셀프 커패시터의 좌표 정보 및 상기 각 셀프 커패시터에서의 터치 이벤트 미발생에 따른 기준 시간이 저장된 메모리를 참조하여, 상기 센싱 데이터에 포함된 상기 각 셀프 커패시터의 충전 시간과 상기 기준 시간과 상이할 경우 해당 셀프 커패시터 영역에서 터치 이벤트가 발생된 것으로 인식하는 것을 특징으로 한다.
상기 터치 센서는 상기 표시 패널에 부착되거나 내장되어 일체화된 것을 특징으로 한다.
또한, 상기와 같은 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법은 표시 패널과; 상기 표시 패널을 구동하는 패널 구동부와; 상기 패널 구동부의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러와; 각각이 전기적으로 독립된 다수의 셀프 커패시터를 구비한 터치 센서와; 상기 각 셀프 커패시터와 연결된 다수의 리드아웃 라인을 통해 터치 및 터치 좌표를 인식하는 터치 센싱 회로를 구비한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법에 있어서, 상기 각 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 상기 각 셀프 커패시터에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압과 비교함으로써 센싱 데이터를 생성하는 단계와; 상기 센싱 데이터를 이용하여 터치 정보를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 센싱 데이터를 생성하는 단계는 상기 리드아웃 라인에 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제1 단계와, 상기 리드아웃 라인에 충전 전류를 일정 시간 동안 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제2 단계와, 상기 일정 시간 동안 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제3 단계와, 상기 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제4 단계를 순차 반복적으로 수행하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 센싱 데이터를 생성하는 단계는 상기 리드아웃 라인에 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제1 단계와, 상기 리드아웃 라인에 충전 전류를 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제2 단계와, 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한 뒤에, 상기 리드아웃 라인에 상기 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화 하는 제3 단계와, 상기 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성함과 동시에 상기 리드아웃 라인에 상기 충전 전류를 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제4 단계와, 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제5 단계와, 상기 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제6 단계를 순차 반복적으로 수행하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 센싱 데이터를 이용하여 터치 정보를 산출하는 단계는 상기 각 셀프 커패시터의 좌표 정보 및 상기 각 셀프 커패시터에서의 터치 이벤트 미발생에 따른 기준 시간이 저장된 메모리를 참조하여, 상기 센싱 데이터에 포함된 상기 각 셀프 커패시터의 충전 시간과 상기 기준 시간과 상이할 경우 해당 셀프 커패시터 영역에서 터치 이벤트가 발생된 것으로 인식하는 단계인 것을 특징으로 한다.
상기 기준 전압의 기울기를 조절하여 터치 감도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 각 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 각 셀프 커패시터에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압과 비교함으로써 터치를 센싱한다. 이러한 본 발명은 터치 센싱 동작의 전후에 셀프 커패시터를 초기화하므로 각 셀프 커패시터들 간의 커패시턴스 편차나 기생 커패시턴스로 인한 터치 센싱 오류를 방지할 수 있다. 그리고 셀프 커패시터에 일정 시간 충전된 전압을 홀딩하여 터치를 센싱하므로 외부 노이즈 영향을 줄여 터치 센싱력을 향상시킬 수 있다. 그리고 홀딩된 전압은 기울기를 갖는 기준 전압과 비교함으로써 기준 전압의 기울기를 가변함에 따라 터치 감도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 리드아웃 회로가 2개의 샘플&홀드 회로와 2개의 비교기 회로를 구비하고, 그들이 파이프 라인(Pipe Line) 방식으로 병렬 동작하도록 함으로써, 터치 센싱 주기를 단축하여 빠른 터치 센싱이 가능하다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도이다.
도 2는 도 1에 나타낸 터치 센서(20)의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)를 나타낸 블록도이다.
도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)를 나타낸 블록도이다.
도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)의 구동 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)의 구동 파형도이다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)를 나타낸 블록도이다.
도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)의 구동 방법을 나타낸 흐름도이다.
도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)의 구동 파형도이다.
이하, 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서를 갖는 표시 장치 및 그 구동 방법을 첨부된 도면을 참조하여 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 1은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구성을 나타낸 블록도이고, 도 2는 도 1에 나타낸 터치 센서(20)의 구조를 예를 들어 나타낸 도면이다.
도 1에 나타낸 터치 센서를 갖는 표시 장치는 표시 패널(10)과, 표시 패널(10)을 구동하는 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)를 포함하는 패널 구동부(16)와, 패널 구동부(16)를 제어하는 타이밍 컨트롤러(18)와, 표시 패널(10) 상에 부착되거나 내장되어 일체화된 터치 센서(20)와, 터치 센서(20)를 구동하는 터치 센싱 회로(30)를 구비한다. 타이밍 컨트롤러(18) 및 터치 센싱 회로(30)는 호스트 컴퓨터(50)와 접속된다.
본 발명은 자기 정전용량 방식의 터치 센서(20)를 이용하는데, 터치 센싱 회로(30)가 각 셀프 커패시터(Cp)를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 각 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압(Vslope)과 비교함으로써 터치를 센싱한다. 이러한 본 발명은 터치 센싱 동작의 전후에 셀프 커패시터(Cp)를 초기화하므로 각 셀프 커패시터(Cp)들 간의 커패시턴스 편차나 기생 커패시턴스로 인한 터치 센싱 오류를 방지할 수 있다. 그리고 셀프 커패시터(Cp)에 일정 시간 충전된 전압을 홀딩하여 터치를 센싱하므로 외부 노이즈 영향을 줄여 터치 센싱력을 향상시킬 수 있다. 그리고 홀딩된 전압은 기울기를 갖는 기준 전압(Vslope)과 비교함으로써 기준 전압(Vslope)의 기울기를 가변함에 따라 터치 감도를 조절할 수 있다. 이와 같은 본 발명의 터치 센싱 회로(30)는 도 3 내지 도 9를 결부하여 구체적으로 후술하기로 한다.
호스트 컴퓨터(50)는 영상 데이터 및 다수의 동기 신호를 타이밍 컨트롤러(18)로 공급하고, 터치 센싱 회로(30)로부터 입력된 터치 정보를 분석하여 명령을 수행한다.
표시 패널(10)로는 액정 표시 패널(이하, 액정 패널), 플라즈마 디스플레이 패널, 유기 발광 다이오드 표시 패널과 같은 평판 표시 패널이 이용될 수 있다. 이하에서는 액정 패널을 예로 들어 설명하기로 한다. 표시 패널(10)로 액정 패널이 이용되는 경우, 표시 패널(10)은 컬러 필터 어레이가 형성된 컬러 필터 기판과, 박막 트랜지스터 어레이가 형성된 박막 트랜지스터 기판과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판 사이의 액정층과, 컬러 필터 기판 및 박막 트랜지스터 기판의 외측면에 각각 부착된 편광판을 구비한다. 표시 패널(10)은 다수의 화소들이 배열된 화소 매트릭스를 통해 영상을 표시한다. 각 화소는 데이터 신호에 따른 액정 배열의 가변으로 광투과율을 조절하는 적, 녹, 청 서브화소의 조합으로 원하는 색을 구현한다. 각 서브화소는 게이트 라인(GL) 및 데이터 라인(DL)과 접속된 박막 트랜지스터(TFT), 박막 트랜지스터(TFT)와 병렬 접속된 액정 커패시터(Clc) 및 스토리지 커패시터(Cst)를 구비한다. 액정 커패시터(Clc)는 박막 트랜지스터(TFT)를 통해 화소 전극에 공급된 데이터 신호와, 공통 전극에 공급된 공통 전압(Vcom)과의 차전압을 충전하고 충전된 전압에 따라 액정을 구동하여 광투과율을 조절한다. 스토리지 커패시터(Cst)는 액정 커패시터(Clc)에 충전된 전압을 안정적으로 유지시킨다. 액정층은 TN(Twisted Nematic) 모드 또는 VA(Vertical Alignment) 모드와 같이 수직 전계에 의해 구동되거나, IPS(In-Plane Switching) 모드 또는 FFS(Fringe Field Switching) 모드와 같이 수평 전계에 의해 구동된다.
타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(50)로부터 입력된 영상 데이터를 신호 처리하여 데이터 드라이버(12)로 공급한다. 예를 들면, 타이밍 컨트롤러(18)는 액정의 응답 속도를 향상시키기 위하여 인접 프레임간의 데이터 차에 따라 오버슈트(Overshoot) 값 또는 언더슈트(Undershoot) 값을 부가하는 오버 드라이빙 구동으로 데이터를 보정하여 출력할 수 있다. 또한, 타이밍 컨트롤러(18)는 호스트 컴퓨터(18)으로부터 입력된 다수의 동기 신호, 즉 수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync), 데이터 이네이블 신호, 도트 클럭을 이용하여 데이터 드라이버(12)의 구동 타이밍을 제어하는 데이터 제어 신호와, 게이트 드라이버(14)의 구동 타이밍을 제어하는 게이트 제어 신호를 생성하여 데이터 드라이버(12) 및 게이트 드라이버(14)로 데이터 제어 신호 및 게이트 제어 신호를 각각 출력한다. 데이터 제어 신호는 데이터 신호의 래치를 제어하는 소스 스타트 펄스 및 소스 샘플링 클럭과, 데이터 신호의 극성을 제어하는 극성 제어 신호와, 데이터 신호의 출력 기간을 제어하는 소스 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 게이트 제어 신호는 게이트 신호의 스캐닝을 제어하는 게이트 스타트 펄스 및 게이트 쉬프트 클럭과, 게이트 신호의 출력 기간을 제어하는 게이트 출력 이네이블 신호 등을 포함한다. 타이밍 컨트롤러(18)는 동기 신호(수직 동기 신호(Vsync), 수평 동기 신호(Hsync) 등)을 터치 센싱 회로(30)로 공급하여 액정 패널(10)의 구동 타이밍과 터치 센서(20)의 구동 타이밍을 연동하도록 터치 센싱 회로(30)의 구동 타이밍을 제어할 수 있다.
게이트 드라이버(14)는 타이밍 컨트롤러(11)로부터의 게이트 제어 신호에 응답하여 액정 패널(10)의 박막 트랜지스터 어레이에 형성된 다수의 게이트 라인(GL)을 순차 구동한다. 게이트 드라이버(14)는 각 게이트 라인(GL)의 해당 스캔 기간마다 게이트 온 전압의 스캔 펄스를 공급하고, 다른 게이트 라인(GL)이 구동되는 나머지 기간에는 게이트 오프 전압을 공급한다. 게이트 드라이버(14)는 적어도 하나의 게이트 IC로 구성되고 TCP(Tape Carrier Package), COF(Chip On Film), FPC(Flexible Print Circuit) 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다. 또한, 게이트 드라이버(14)는 GIP(Gate In Panel) 방식으로 표시 패널(10)에 내에 내장되어 화소 어레이와 함께 박막 트랜지스터 기판 상에 형성될 수 있다.
데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 데이터 제어 신호 에 응답하여 타이밍 컨트롤러(18)로부터의 영상 데이터를 표시 패널(10)의 다수의 데이터 라인(DL)에 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 타이밍 컨트롤러(18)로부터 입력되는 디지털 데이터를 감마 전압을 이용하여 정극성/부극성 아날로그 데이터 신호로 변환하여 각 게이트 라인(GL)이 구동될 때마다 데이터 신호를 데이터 라인(DL)으로 공급한다. 데이터 드라이버(12)는 적어도 하나의 데이터 IC로 구성되어 TCP, COF, FPC 등과 같은 회로 필름에 실장되어 표시 패널(10)에 TAB(Tape Automatic Bonding) 방식으로 부착되거나, COG(Chip On Glass) 방식으로 표시 패널(10) 상에 실장될 수 있다.
터치 센서(20)는 인체나 스타일러스와 같은 도전체가 터치할 때 소량의 전하가 터치점으로 이동하여 발생되는 정전용량의 변화를 감지하여 터치를 인식하는 정전용량 방식을 이용한다. 특히, 터치 센서(20)는 정전용량 방식 중에서도 자기 정전용량 방식을 이용한다. 이를 위해 터치 센서(20)는 터치 인식을 위한 영역별로 다수의 셀프 커패시터(Cp)를 구비하는데, 다수의 셀프 커패시터(Cp) 각각은 전기적으로 독립된다. 각 셀프 커패시터(Cp)는 리드아웃 라인(ROL)을 통해 터치 센싱 회로(30)와 접속된다. 다수의 셀프 커패시터(Cp)는 인체나 스타일러스와 같은 도전체가 접촉하는 터치 이벤트의 발생시 커패시턴스가 변동(증가)되며, 터치 센싱 회로(30)는 리드아웃 라인(ROL)을 통해 셀프 커패시터(Cp)의 커패시턴스 변동(증가)을 읽어들여 터치를 인식한다.
본 발명은 자기 정전용량 방식의 터치 센서(20)를 이용함으로써 멀티 터치 감도가 우수하고, 상호 정전용량 방식과 같이 서로 교차하는 다수의 수평 및 수직 전극들을 구비할 필요가 없어 터치 센서(20)의 구조가 간단하다. 또한, 본 발명은 수평 전극들을 구동하기 위한 구동 회로와 수직 전극들을 구동하기 위한 터치 센싱 회로가 개별적으로 구비되어야 하는 상호 정전용량 방식에 비해 터치 센싱 회로(30)의 구조가 간단하다.
한편, 터치 센서(20)는 표시 패널(10) 상에 부착되거나, 표시 패널(10)의 화소 어레이 내에 내장될 수 있다. 예를 들어, 도 2에 나타낸 바와 같이, 터치 센서(20)가 표시 패널(10)에 내장될 경우 각 셀프 커패시터(Cp)는 컬러 필터 기판(2) 상에 형성된 제1 센싱 전극(4)과, 박막 트랜지스터 기판(6) 상에 형성된 제2 센싱 전극(7)과, 제1 및 제2 센싱 전극(4, 7) 사이의 액정층(8)으로 구성된다. 이때, 제1 센싱 전극(4)은 컬러 필터 기판(2) 상에 형성된 공통 전극일 수 있다. 그리고 제2 센싱 전극(7)은 리드아웃 라인(ROL)을 통해 터치 센싱 회로(30)와 접속된다. 참고로, 도 2에서 제1 센싱 전극(4)은 센서 컬럼 스페이서(3)를 덮으며 형성되는데, 센서 컬럼 스페이서(3)는 셀갭 유지용 컬럼 스페이서(5)보다 낮게 형성되어 제1 및 제2 센싱 전극(4, 7) 간의 센서 갭을 유지시킨다. 한편, 터치 센서(20)는 도 2에 나타낸 것과는 달리 터치 패널 형태로 제작되어 표시 패널(10) 상에 부착될 수 있다. 이 경우, 다수의 셀프 커패시터(Cp)는 일정 전압(예를 들어, 접지 전압 또는 공통 전압)이 인가되는 제1 센싱 전극과, 제1 센싱 전극과 대향하고 리드아웃 라인(ROL)을 통해 터치 센싱 회로(30)와 접속된 제2 센싱 전극과, 제1 및 제2 센싱 전극 사이의 절연층으로 구성된다.
터치 센싱 회로(30)는 터치 센서(20)에 구동 신호를 공급함과 아울러 터치 센서(20)로부터 제공된 출력 신호를 통해 터치를 감지하여 센싱 데이터를 발생하고, 센싱 데이터를 이용해 터치 좌표를 산출하여 호스트 컴퓨터(50)로 공급한다. 이러한 터치 센싱 회로(30)에 대해 보다 상세히 설명하면 다음과 같다.
도 3은 본 발명의 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)를 나타낸 블록도이고, 도 4는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)를 나타낸 블록도이고, 도 5는 본 발명의 제1 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)의 구동 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 6은 본 발명의 제1 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)의 구동 파형도이다.
도 3에 나타낸 터치 센싱 회로(30)는 각 리드아웃 라인(ROL)과 접속되어 각 셀프 커패시터(Cp)를 충전시킨 뒤에, 각 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 홀딩하고, 홀딩된 전압과 기울기를 갖는 기준 전압(Vslope)을 비교하여 센싱 데이터를 생성하는 다수의 리드아웃 회로(32)와, 다수의 리드아웃 회로(32)로부터 제공된 센싱 데이터를 이용하여 터치 정보를 산출하는 마이크로 프로세서(34)를 구비한다.
마이크로 프로세서(34)는 각 리드아웃 회로(32)로부터 제공된 센싱 데이터를 가공하여 얻은 터치 정보, 좌표 정보, 터치 값(깊이 값)을 저장하여 누적한다. 그리고 터치 정보, 좌표 정보, 터치 값의 오차를 보정하는 단계를 거쳐 호스트 컴퓨터(50)에 공급한다.
제1 실시 예
제1 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)는 도 4에 나타낸 바와 같이, 차지 펌프 회로(42)와, 샘플&홀드 회로(36)와, 기준 전압 생성 회로(41)와, 비교기 회로(38)와, 카운터 회로(40)를 구비한다.
차지 펌프 회로(42)는 리드아웃 라인(ROL)과 접속된다. 차지 펌프 회로(42)는 리드아웃 라인(ROL)을 통해 셀프 커패시터(Cp)를 반복적으로 초기화 및 충전시킨다. 구체적으로, 제1 기간(T1; 도 6 참조)에 차지 펌프 회로(42)는 리드아웃 라인(ROL)에 초기화 전압을 인가하여 셀프 커패시터(Cp)를 초기화하고, 제2 기간(T2; 도 6 참조)에 차지 펌프 회로(42)는 충전 전류를 리드아웃 라인(ROL)에 공급하여 셀프 커패시터(Cp)를 충전한다.
샘플&홀드 회로(36)는 리드아웃 라인(ROL)과 접속된다. 샘플&홀드 회로(36)는 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한다. 구체적으로, 제3 기간(T3; 도 6 참조)에 샘플&홀드 회로(36)는 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 리드아웃 라인(ROL)을 통해 샘플링하여 홀드하고, 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)을 비교기 회로(38)에 공급한다.
기준 전압 생성 회로(41)는 기준 전압(Vslope)을 생성하여 비교기 회로(38)에 공급한다. 기준 전압(Vslope)은 기울기를 갖는 전압이다. 본 발명은 기준 전압(Vslope)의 기울기를 가변함으로써 터치 감도를 조절할 수 있으며, 이에 관해서는 후술한다.
비교기 회로(38)는 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)과 기준 전압 생성 회로(41)로부터 제공된 기준 전압(Vslope)을 비교하여 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 센싱 데이터를 카운터 회로(40)에 공급한다. 비교기 회로(38)는 도 6에 나타낸 바와 같이, 기준 전압(Vslope)이 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)보다 클 경우 하이 레벨을 갖는 센싱 데이터(Out1, Out2)를 출력하고, 기준 전압(Vslope)이 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)보다 작을 경우 로우 레벨을 갖는 센싱 데이터(Out1, Out2)를 출력한다.
카운터 회로(40)는 비교기 회로(38)로부터 제공된 센싱 데이터(Out1, Out2)를 디지털 데이터로 변환하여 마이크로 프로세서(34)에 공급한다.
이하, 도 4 내지 도 6을 결부하여 제1 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)와 그의 구동 방법을 설명한다.
단계 10(S10) 및 제1 기간(T1)에 차지 펌프 회로(42)는 리드아웃 라인(ROL)에 초기화 전압을 인가하여 셀프 커패시터(Cp)를 초기화한다.
단계 20(S20) 및 제2 기간(T2)에 차지 펌프 회로(42)는 리드아웃 라인(ROL)에 충전 전류를 공급하여 셀프 커패시터(Cp)를 충전한다. 차지 펌프 회로(42)가 리드아웃 라인(ROL)에 충전 전류를 공급하면, 리드아웃 라인(ROL)의 전압 레벨(VROL1, VROL2)은 셀프 커패시터(Cp)의 정전용량에 따라 일정 기울기를 갖고 선형적으로 증가한다. 이때, 셀프 커패시터(Cp)가 충전되는 기울기는 모든 리드아웃 라인(ROL)에서 동일한 것이 이상적이나, 각 셀프 커패시터(Cp)들 간의 공정 편차나 기생 커패시턴스 등으로 인해 상이할 수 있다. 그리고 셀프 커패시터(Cp)에서 터치 이벤트의 발생시 셀프 커패시터(Cp)의 커패시턴스는 변동(증가)되어 셀프 커패시터(Cp)가 충전되는 기울기는 감소한다.
단계 30(S30) 및 제3 기간(T3)에 샘플&홀드 회로(36)는 일정 시간(제2 기간(T2)) 동안 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한다. 이때, 각 리드아웃 회로(32)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)은 각 셀프 커패시터(Cp)들 간의 공정 편차나 기생 커패시턴스에 따라 서로 다른 전압 레벨을 갖는다. 그리고 셀프 커패시터(Cp)에서 터치 이벤트의 발생시 셀프 커패시터(Cp)가 충전되는 기울기는 감소하므로 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩되는 전압(Vhold1, Vhold2)은 작아진다.
단계 40(S40) 및 제4 기간(T4)에 비교기 회로(40)는 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)과 기준 전압(Vslope)을 비교하여 센싱 데이터(Out1, Out2)를 생성하고, 생성된 센싱 데이터(Out1, Out2)를 카운터 회로(40)에 공급한다. 비교기 회로(38)는 기준 전압(Vslope)이 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)보다 클 경우 하이 레벨을 갖는 센싱 데이터(Out1, Out2)를 출력하고, 기준 전압(Vslope)이 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)보다 작을 경우 로우 레벨을 갖는 센싱 데이터(Out1, Out2)를 출력한다. 만약, 도 6에 나타낸 바와 같이, 기준 전압(Vslope)이 기울기가 감소하는 전압으로 설정된다면, 센싱 데이터(Out1, Out2)가 하이 레벨로 출력되는 기간은 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)이 작을수록 길어진다.
제1 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)는 상기 제1 내지 제4 기간(T1~T4)을 반복적으로 수행함으로써 센싱 데이터를 생성한다. 이때, 각 리드아웃 회로(32)는 센싱 데이터의 생성 전후에 셀프 커패시터(Cp)를 초기화함으로써 각 리드아웃 회로(32) 간의 커패시턴스 편차 및 기생 커패시턴스로 인한 터치 센싱 오류를 방지할 수 있다.
한편, 각 리드아웃 회로(32)의 비교기 회로(38)에서 센싱 데이터(Out1, Out2)가 하이 레벨로 출력되는 기간을 충전 시간이라 정의하기로 한다. 충전 시간은 셀프 커패시터(Cp)에서의 터치 이벤트 미발생을 전제로 할 때 셀프 커패시터(Cp)의 정전용량에 따라 고유한 값을 갖게 되며, 셀프 커패시터(Cp)에서의 터치 이벤트 미발생시 충전 시간을 기준 시간으로 정의하기로 한다.
마이크로 프로세서(34)는 각 셀프 커패시터(Cp)의 좌표 정보 및 각 셀프 커패시터(Cp)에서의 터치 이벤트 미발생에 따른 기준 시간(R1a, R2a)이 저장된 메모리를 참조하여, 센싱 데이터(Out1, Out2)에 포함된 각 셀프 커패시터(Cp)의 충전 시간(R1b, R2b)과 기준 시간(R1a, R2a)을 비교한다. 마이크로 프로세서(34)는 센싱 데이터(Out1, Out2)에 포함된 각 셀프 커패시터(Cp)의 충전 시간(R1b, R2b)과 기준 시간(R1a, R2a)이 상이할 경우 해당 셀프 커패시터(Cp) 영역에서 터치 이벤트가 발생된 것으로 인식한다. 구체적으로, 특정 셀프 커패시터(Cp)에서 터치 이벤트가 발생되면, 셀프 커패시터(Cp)의 커패시턴스는 변동(증가)되어 제2 기간(T2)에 셀프 커패시터(Cp)가 충전되는 기울기는 감소한다. 그러면, 제3 기간(T3)에 샘플&홀드 회로(36)에서 홀딩되는 전압(Vhold1, Vhold2)은 작아지고, 제4 기간(T4)에 비교기 회로(40)가 출력하는 센싱 데이터(Out1, Out2)의 충전 시간(R1b, R2b)은 기준 시간(R1a, R2a)보다 길어진다. 이에 따라, 마이크로 프로세서(34)는 해당 셀프 커패시터(Cp)에서의 터치 이벤트가 발생함을 인식하게 된다.
한편, 본 발명은 기준 전압(Vslope)의 기울기를 가변함으로써 터치 감도를 조절할 수 있다. 예를 들어, 기준 전압(Vslope)의 기울기를 작게 설정하면 셀프 커패시터(Cp)의 커패시턴스 변화에 민감하게 동작하여, 기준 시간과 터치 이벤트 발생에 따른 충전 시간 간의 편차가 커지며, 터치 인식이 용이해진다. 따라서, 기준 전압(Vslope)의 기울기를 작게 조절하면 터치 감도를 향상시킬 수 있다.
상기와 같이, 본 발명은 각 셀프 커패시터(Cp)를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 각 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압(Vslope)과 비교함으로써 터치를 센싱한다. 이러한 본 발명은 터치 센싱 동작의 전후에 셀프 커패시터(Cp)를 초기화하므로 각 셀프 커패시터(Cp)들 간의 커패시턴스 편차나 기생 커패시턴스로 인한 터치 센싱 오류를 방지할 수 있다. 그리고 셀프 커패시터(Cp)에 일정 시간 충전된 전압을 홀딩하여 터치를 센싱하므로 외부 노이즈 영향을 줄여 터치 센싱력을 향상시킬 수 있다. 그리고 홀딩된 전압은 기울기를 갖는 기준 전압(Vslope)과 비교함으로써 기준 전압(Vslope)의 기울기를 가변함에 따라 터치 감도를 조절할 수 있다.
제2 실시 예
제2 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)는 2개의 샘플&홀드 회로와 2개의 비교기 회로를 구비하여, 그들이 파이프 라인(Pipe Line) 방식으로 병렬 동작하도록 함으로써, 터치 센싱 주기를 단축하여 빠른 터치 센싱이 가능하다. 이러한 제2 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)를 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
도 7은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)를 나타낸 블록도이고, 도 8은 본 발명의 제2 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)의 구동 방법을 나타낸 흐름도이고, 도 9는 본 발명의 제2 실시 예에 따른 터치 센싱 회로(30)의 구동 파형도이다.
제2 실시 예에서 리드아웃 회로(32)를 제외한 나머지 구성은 제1 실시 예와 동일하며, 리드아웃 회로(32)를 제외한 나머지 구성에 대한 설명은 제1 실시 예에서의 설명으로 대신한다.
제2 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)는 도 7에 나타낸 바와 같이, 차지 펌프 회로(56)와, 제1 및 제2 샘플&홀드 회로(52, 54)와, 기준 전압 생성 회로(61)와, 제1 및 제2 비교기 회로(58, 60)와, 카운터 회로(62)를 구비한다.
차지 펌프 회로(56)는 리드아웃 라인(ROL)과 접속된다. 차지 펌프 회로(56)는 리드아웃 라인(ROL)을 통해 셀프 커패시터(Cp)를 반복적으로 초기화 및 충전시킨다. 구체적으로, 제1 및 제3 기간(T1, T3; 도 9 참조)에 차지 펌프 회로(56)는 리드아웃 라인(ROL)에 초기화 전압을 인가하여 셀프 커패시터(Cp)를 초기화하고, 제2 및 제4 기간(T2, T4; 도 9 참조)에 차지 펌프 회로(56)는 충전 전류를 리드아웃 라인(ROL)에 공급하여 셀프 커패시터(Cp)를 충전한다.
제1 샘플&홀드 회로(52)는 리드아웃 라인(ROL)과 접속된다. 제1 샘플&홀드 회로(52)는 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한다. 구체적으로, 제3 기간(T3; 도 9 참조)에 제1 샘플&홀드 회로(52)는 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 리드아웃 라인(ROL)을 통해 샘플링하여 홀드하고, 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)을 제1 비교기 회로(58)에 공급한다.
제2 샘플&홀드 회로(54)는 리드아웃 라인(ROL)과 접속된다. 제2 샘플&홀드 회로(54)는 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한다. 구체적으로, 제5 기간(T5; 도 9 참조)에 제2 샘플&홀드 회로(54)는 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 리드아웃 라인(ROL)을 통해 샘플링하여 홀드하고, 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)을 제2 비교기 회로(60)에 공급한다.
기준 전압 생성 회로(61)는 기준 전압(Vslope)을 생성하여 제1 및 제2 비교기 회로(58, 60)에 공급한다. 기준 전압(Vslope)은 기울기를 갖는 전압이다. 본 발명은 기준 전압(Vslope)의 기울기를 가변함으로써 터치 감도를 조절할 수 있다.
제1 비교기 회로(58)는 제1 샘플&홀드 회로(52)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)과 기준 전압 생성 회로(61)로부터 제공된 기준 전압(Vslope)을 비교하여 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 센싱 데이터를 카운터 회로(62)에 공급한다. 기준 전압(Vslope)은 제1 실시 예와 마찬가지로 기울기를 갖는 전압이다. 제1 비교기 회로(58)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 기준 전압(Vslope)이 제1 샘플&홀드 회로(52)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)보다 클 경우 하이 레벨을 갖는 센싱 데이터(Out1, Out2)를 출력하고, 기준 전압(Vslope)이 제1 샘플&홀드 회로(52)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)보다 작을 경우 로우 레벨을 갖는 센싱 데이터(Out1, Out2)를 출력한다.
제2 비교기 회로(60)는 제2 샘플&홀드 회로(54)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)과 기준 전압 생성 회로(61)로부터 제공된 기준 전압(Vslope)을 비교하여 센싱 데이터를 생성하고, 생성된 센싱 데이터를 카운터 회로(62)에 공급한다. 제2 비교기 회로(60)는 도 9에 나타낸 바와 같이, 기준 전압(Vslope)이 제2 샘플&홀드 회로(54)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)보다 클 경우 하이 레벨을 갖는 센싱 데이터(Out1, Out2)를 출력하고, 기준 전압(Vslope)이 제2 샘플&홀드 회로(54)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)보다 작을 경우 로우 레벨을 갖는 센싱 데이터(Out1, Out2)를 출력한다.
카운터 회로(62)는 제1 및 제2 비교기 회로(58, 60)로부터 제공된 센싱 데이터를 스위칭한 뒤, 디지털 데이터로 변환하여 마이크로 프로세서(34)에 공급한다. 이러한 카운터 회로(62)는 멀티플렉서로 구성될 수 있다.
이하, 도 7 내지 도 9를 결부하여 제2 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)와 그의 구동 방법을 설명한다.
제1 기간(T1)에 차지 펌프 회로(56)는 리드아웃 라인(ROL)에 초기화 전압을 인가하여 셀프 커패시터(Cp)를 초기화한다.(단계 10(S10))
제2 기간(T2)에 차지 펌프 회로(56)는 리드아웃 라인(ROL)에 충전 전류를 공급하여 셀프 커패시터(Cp)를 충전한다.(단계 20(S20)) 차지 펌프 회로(56)가 리드아웃 라인(ROL)에 충전 전류를 공급하면, 리드아웃 라인(ROL)의 전압 레벨(VROL1, VROL2)은 셀프 커패시터(Cp)의 정전용량에 따라 일정 기울기를 갖고 선형적으로 증가한다. 이때, 셀프 커패시터(Cp)가 충전되는 기울기는 모든 리드아웃 라인(ROL)에서 동일한 것이 이상적이나, 각 셀프 커패시터(Cp)들 간의 공정 편차나 기생 커패시턴스 등으로 인해 상이할 수 있다. 그리고 셀프 커패시터(Cp)에서 터치 이벤트의 발생시 셀프 커패시터(Cp)의 커패시턴스는 변동(증가)되어 셀프 커패시터(Cp)가 충전되는 기울기는 감소한다.
제3 기간(T3)에 제1 샘플&홀드 회로(52)는 일정 시간(제2 기간(T2)) 동안 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한다.(단계 30(S30)) 이때, 각 리드아웃 회로(32)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)은 각 셀프 커패시터(Cp)들 간의 공정 편차나 기생 커패시턴스에 따라 서로 다른 전압 레벨을 갖는다. 그리고 셀프 커패시터(Cp)에서 터치 이벤트의 발생시 셀프 커패시터(Cp)가 충전되는 기울기는 감소하므로 제1 샘플&홀드 회로(52)에서 홀딩되는 전압(Vhold1, Vhold2)은 작아진다. 또한, 제3 기간(T3)에 차지 펌프 회로(56)는 제1 샘플&홀드 회로(52)가 전압을 홀드한 뒤에, 리드아웃 라인(ROL)에 초기화 전압을 인가하여 셀프 커패시터(Cp)를 초기화한다.(단계 50(S50))
제4 기간(T4)에 제1 비교기 회로(58)는 제1 샘플&홀드 회로(52)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)과 기준 전압(Vslope)을 비교하여 센싱 데이터(Out1, Out2)를 생성하고, 생성된 센싱 데이터(Out1, Out2)를 카운터 회로(62)에 공급한다.(단계 40(S40)) 또한, 제4 기간(T4)에 차지 펌프 회로(56)는 리드아웃 라인(ROL)에 충전 전류를 공급하여 셀프 커패시터(Cp)를 충전한다.(단계 60(S60))
제5 기간(T5)에 제2 샘플&홀드 회로(54)는 일정 시간(제5 기간(T5)) 동안 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한다.(단계 70(S70))
제6 기간(T6)에 제2 비교기 회로(60)는 제2 샘플&홀드 회로(54)에서 홀딩된 전압(Vhold1, Vhold2)과 기준 전압(Vslope)을 비교하여 센싱 데이터(Out1, Out2)를 생성하고, 생성된 센싱 데이터(Out1, Out2)를 카운터 회로(62)에 공급한다.(단계 80(S80))
제2 실시 예에 따른 리드아웃 회로(32)는 상기 제1 내지 제6 기간(T1~T6)을 반복적으로 수행함으로써 센싱 데이터를 생성한다. 이때, 각 리드아웃 회로(32)는 센싱 데이터의 생성 전후에 셀프 커패시터(Cp)를 초기화함으로써 각 리드아웃 회로(32) 간의 커패시턴스 편차 및 기생 커패시턴스로 인한 터치 센싱 오류를 방지할 수 있다. 그리고 각 리드아웃 회로(32)는 제1 및 제2 샘플&홀드 회로(52, 54)와, 제1 및 제2 비교기 회로(58, 60)를 구비하고, 그들이 파이프 라인(Pipe Line) 방식으로 병렬 동작하도록 하여 빠른 터치 센싱이 가능하다.
상기와 같이, 본 발명은 각 셀프 커패시터(Cp)를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 각 셀프 커패시터(Cp)에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압(Vslope)과 비교함으로써 터치를 센싱한다. 이러한 본 발명은 터치 센싱 동작의 전후에 셀프 커패시터(Cp)를 초기화하므로 각 셀프 커패시터(Cp)들 간의 커패시턴스 편차나 기생 커패시턴스로 인한 터치 센싱 오류를 방지할 수 있다. 그리고 셀프 커패시터(Cp)에 일정 시간 충전된 전압을 홀딩하여 터치를 센싱하므로 외부 노이즈 영향을 줄여 터치 센싱력을 향상시킬 수 있다. 그리고 홀딩된 전압은 기울기를 갖는 기준 전압(Vslope)과 비교함으로써 기준 전압(Vslope)의 기울기를 가변함에 따라 터치 감도를 조절할 수 있다.
또한, 본 발명은 리드아웃 회로가 2개의 샘플&홀드 회로와 2개의 비교기 회로를 구비하고, 그들이 파이프 라인(Pipe Line) 방식으로 병렬 동작하도록 함으로써, 터치 센싱 주기를 단축하여 빠른 터치 센싱이 가능하다.
이상에서 설명한 본 발명은 상술한 실시 예 및 첨부된 도면에 한정되는 것이 아니고, 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 여러 가지 치환, 변형 및 변경이 가능하다는 것이 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어 명백할 것이다.
10: 표시 패널 20: 터치 센서
Cp: 셀프 커패시터 ROL: 리드아웃 라인
4: 제1 센싱 전극 7: 제2 센싱 전극
8: 액정층

Claims (13)

  1. 표시 패널과;
    상기 표시 패널을 구동하는 패널 구동부와;
    상기 패널 구동부의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러와;
    각각이 전기적으로 독립된 다수의 셀프 커패시터를 구비한 터치 센서와;
    상기 각 셀프 커패시터와 연결된 다수의 리드아웃 라인을 통해 터치 및 터치 좌표를 인식하는 터치 센싱 회로를 구비하고;
    상기 터치 센싱 회로는
    상기 각 리드아웃 라인과 접속되며, 상기 각 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 상기 각 셀프 커패시터에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압과 비교함으로써 센싱 데이터를 생성하는 다수의 리드아웃 회로와;
    상기 다수의 리드아웃 회로로부터 제공된 상기 센싱 데이터를 이용하여 터치 정보를 산출하는 마이크로 프로세서를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 리드아웃 회로는
    상기 리드아웃 라인을 통해 상기 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화 및 충전시키는 차지 펌프 회로와;
    상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 샘플&홀드 회로와;
    상기 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 회로와;
    상기 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압 생성 회로로부터 제공된 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 비교기 회로와;
    상기 비교기 회로로부터 제공된 상기 센싱 데이터를 디지털 데이터로 변환하여 상기 마이크로 프로세서에 공급하는 카운터 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 각 리드아웃 회로는
    상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제1 기간과,
    상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 충전 전류를 일정 시간 동안 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제2 기간과,
    상기 샘플&홀드 회로가 상기 일정 시간 동안 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제3 기간과,
    상기 비교기 회로가 상기 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제4 기간을
    순차 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 각 리드아웃 회로는
    상기 리드아웃 라인을 통해 상기 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화 및 충전시키는 차지 펌프 회로와;
    상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제1 및 제2 샘플&홀드 회로와;
    상기 기준 전압을 생성하는 기준 전압 생성 회로와;
    상기 제1 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압 생성 회로로부터 제공된 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제1 비교기 회로와;
    상기 제2 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압 생성 회로로부터 제공된 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제2 비교기 회로와;
    상기 제1 및 제2 비교기 회로로부터 제공된 상기 센싱 데이터를 스위칭한 뒤, 디지털 데이터로 변환하여 상기 마이크로 프로세서에 공급하는 카운터 회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  5. 청구항 4에 있어서,
    상기 각 리드아웃 회로는
    상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제1 기간과,
    상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 충전 전류를 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제2 기간과,
    상기 제1 샘플&홀드 회로가 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한 뒤에, 상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 상기 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제3 기간과,
    상기 제1 비교기 회로가 상기 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성함과 동시에 상기 차지 펌프 회로가 상기 리드아웃 라인에 상기 충전 전류를 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제4 기간과,
    상기 제2 샘플&홀드 회로가 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제5 기간과,
    상기 제2 비교기 회로가 상기 제2 샘플&홀드 회로에서 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제6 기간을
    순차 반복적으로 수행하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 마이크로 프로세서는
    상기 각 셀프 커패시터의 좌표 정보 및 상기 각 셀프 커패시터에서의 터치 이벤트 미발생에 따른 기준 시간이 저장된 메모리를 참조하여, 상기 센싱 데이터에 포함된 상기 각 셀프 커패시터의 충전 시간과 상기 기준 시간과 상이할 경우 해당 셀프 커패시터 영역에서 터치 이벤트가 발생된 것으로 인식하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  7. 청구항 1에 있어서,
    상기 터치 센서는
    상기 표시 패널에 부착되거나 내장되어 일체화된 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  8. 표시 패널과; 상기 표시 패널을 구동하는 패널 구동부와; 상기 패널 구동부의 구동 타이밍을 제어하는 타이밍 컨트롤러와; 각각이 전기적으로 독립된 다수의 셀프 커패시터를 구비한 터치 센서와; 상기 각 셀프 커패시터와 연결된 다수의 리드아웃 라인을 통해 터치 및 터치 좌표를 인식하는 터치 센싱 회로를 구비한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법에 있어서,
    상기 각 셀프 커패시터를 반복적으로 초기화하여 충전시키고, 상기 각 셀프 커패시터에 충전된 전압을 홀딩하여 기울기를 갖는 기준 전압과 비교함으로써 센싱 데이터를 생성하는 단계와;
    상기 센싱 데이터를 이용하여 터치 정보를 산출하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법.
  9. 청구항 8에 있어서,
    상기 센싱 데이터를 생성하는 단계는
    상기 리드아웃 라인에 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제1 단계와,
    상기 리드아웃 라인에 충전 전류를 일정 시간 동안 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제2 단계와,
    상기 일정 시간 동안 상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제3 단계와,
    상기 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제4 단계를
    순차 반복적으로 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법.
  10. 청구항 8에 있어서,
    상기 센싱 데이터를 생성하는 단계는
    상기 리드아웃 라인에 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화하는 제1 단계와,
    상기 리드아웃 라인에 충전 전류를 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제2 단계와,
    상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드한 뒤에, 상기 리드아웃 라인에 상기 초기화 전압을 인가하여 상기 셀프 커패시터를 초기화 하는 제3 단계와,
    상기 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성함과 동시에 상기 리드아웃 라인에 상기 충전 전류를 공급하여 상기 셀프 커패시터를 충전하는 제4 단계와,
    상기 셀프 커패시터에 충전된 전압을 샘플링하여 홀드하는 제5 단계와,
    상기 홀딩된 전압과 상기 기준 전압을 비교하여 상기 센싱 데이터를 생성하는 제6 단계를
    순차 반복적으로 수행하는 단계인 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법.
  11. 청구항 8에 있어서,
    상기 센싱 데이터를 이용하여 터치 정보를 산출하는 단계는
    상기 각 셀프 커패시터의 좌표 정보 및 상기 각 셀프 커패시터에서의 터치 이벤트 미발생에 따른 기준 시간이 저장된 메모리를 참조하여, 상기 센싱 데이터에 포함된 상기 각 셀프 커패시터의 충전 시간과 상기 기준 시간과 상이할 경우 해당 셀프 커패시터 영역에서 터치 이벤트가 발생된 것으로 인식하는 단계인 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법.
  12. 청구항 8에 있어서,
    상기 터치 센서는
    상기 표시 패널에 부착되거나 내장되어 일체화된 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법.
  13. 청구항 8에 있어서,
    상기 기준 전압의 기울기를 조절하여 터치 감도를 조절하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구동 방법.
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