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KR101424331B1 - 터치 센싱 장치와 그 구동 방법 - Google Patents

터치 센싱 장치와 그 구동 방법 Download PDF

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KR101424331B1
KR101424331B1 KR1020120066963A KR20120066963A KR101424331B1 KR 101424331 B1 KR101424331 B1 KR 101424331B1 KR 1020120066963 A KR1020120066963 A KR 1020120066963A KR 20120066963 A KR20120066963 A KR 20120066963A KR 101424331 B1 KR101424331 B1 KR 101424331B1
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KR1020120066963A
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배상혁
김성철
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엘지디스플레이 주식회사
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Priority to CN201210558749.9A priority patent/CN103513844B/zh
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Abstract

본 발명에 따른 터치 센싱 장치는, 다수의 화소들을 포함하여 화상을 표시하는 표시소자; 다수의 터치 센서들을 포함하여 상기 표시소자에 내장되는 터치 스크린; 상기 표시소자를 구동하는 표시패널 구동회로; 상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하여 상기 터치 센서들의 전압이나 용량값 변화를 센싱하는 터치 센싱회로; 1 프레임 기간을 상기 표시소자에 화상을 표시하기 위한 제1 구동기간과 상기 터치 센서들을 센싱하기 위한 제2 구동기간으로 시분할하는 콘트롤러; 및 상기 제1 구동기간과 상기 제2 구동기간 사이에서, 미리 설정된 일정 주기마다 상기 표시소자의 화소들이 등전위의 리셋 전압으로 초기화되도록, 리셋 인에이블신호로 상기 표시패널 구동회로의 동작을 제어하는 리셋 제어회로를 구비한다.

Description

터치 센싱 장치와 그 구동 방법{TOUCH SENSING APPARATUS AND DRIVING METHOD THEREOF}
본 발명은 터치 센싱 장치와 그 구동 방법에 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 제어할 수 있게 한다. 이러한 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 진화되고 있으며, 터치 UI는 휴대용 정보기기에 기본적으로 설치되고 있는 추세에 있다. 터치 UI를 구현하기 위하여, 가전기기나 휴대용 정보기기의 표시소자에는 터치 스크린이 설치된다.
터치 스크린을 구성하는 터치 센서들은 정전 용량 방식, 저항막 방식 등으로 구현될 수 있다. 정전 용량 방식의 터치 스크린은 저항막 방식에 비하여 내구성과 선명도가 높고, 멀티 터치 인식과 근접 터치 인식이 가능하여 다양한 어플리케이션에 적용되고 있다.
표시소자와 터치 스크린을 포함한 터치 센싱 장치는, 터치(또는 근접) 전후에 있어 터치 센서의 정전 용량값 변화를 센싱하여 전도성 물질의 접촉(또는 근접) 여부와 그 위치를 판단한다. 일반적으로 터치 스크린은 표시소자의 표시패널 내에 위치하거나 또는, 표시소자의 표시패널 상에 위치하므로, 표시패널의 구동신호에 따른 영향으로 인하여 터치 센서들의 전압에 노이즈가 혼입된다. 이는 터치 센서들에 연결된 신호 배선들과, 표시패널의 화소들에 연결된 신호 배선들은 커플링(coupling)으로 인하여 그들 간에 전기적으로 영향을 주기 때문이다.
이러한 노이즈는 액정셀에 인가되는 데이터전압의 시간적 변화량에 크게 영향받는다. 표시패널에는 도 1과 같은 화소들이 다수개 형성되어 있다. 화소들 각각에는 액정 커패시터(Clc)와 스토리지 커패시터(Cst)를 포함한 화소 용량이 형성된다. 손가락 터치시, 화소 용량은 핑커(finger) 커패시터(Cf)를 더 포함할 수 있다. 시간에 따라 데이터전압이 변화되면, 화소 용량의 충전전압이 변하게 되어 터치 센서들의 전압에 노이즈를 유입시키게 된다. 또한, 데이터전압의 변화는, 게이트라인과 데이터라인 사이의 제1 기생용량(Cgd), 게이트라인과 화소전극 사이의 제2 기생용량(Cgp), 데이터라인과 화소전극 사이의 제3 기생용량(Cdp), 게이트라인과 공통전극 사이의 제4 기생용량(Cgc) 등의 충전량에도 영향을 미치고 그 결과, 터치 센서들의 전압에 노이즈를 유입시킨다.
데이터전압의 변화에 따른 노이즈 유입은, 도 2와 같이 한 프레임을 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)으로 시분할하는 방식에서 특히 문제된다. 블랙 계조 구현을 위한 데이터전압과 화이트 계조 구현을 위한 데이터전압간에 차이가 클 경우, 블랙-화이트 계조 변화시 화소 충전량(화소 용량과 기생용량의 충전량) 변화가 커진다. 예컨대, 화이트 계조에 대응되는 데이터전압이 5V, 블랙 계조에 대응되는 데이터전압이 0V라고 가정하면, 블랙-화이트 계조 변화시 5V(0V~5V) 만큼의 화소 충전량 변화가 일어나며, 또한 인버젼 구동을 고려할 경우 화이트-화이트 계조 변화시 10V(-5V~5V) 만큼의 화소 충전량 변화가 일어난다. 이러한 화소 충전량 변화는 터치 센서들의 전압에 노이즈로 유입되어 터치 원시 데이터(touch raw data)의 변화량(ㅿX)을 크게 할 수 있으며, 그 결과 터치 센서가 터치 되지 않았음에도 불구하고 터치로 오인되게 한다.
도 3은 화면 전체가 블랙 계조를 나타낼 때의 터치 원시 데이터를 보여주고, 도 4는 화면이 4 분할되어 블랙 계조와 화이트 계조를 나타낼 때의 터치 원시 데이터를 보여준다. 도 3 및 도 4와 같이 화면상에 화이트 계조가 표시되면, 터치 스크린 구동기간(도 2의 T2)에서 측정되는 터치 원시 데이터가 터치의 유무에 관계없이 60~125가 된다. 이는 블랙 계조가 표시될 때의 터치 원시 데이터에 비해 아주 높은 값으로, 터치 여부를 결정하기 위한 기준값을 초과할 수 있다. 미 터치된 부분에서 터치 원시 데이터가 기준값을 초과하면, 터치 인식 오류가 발생하고 터치 센서들의 감도가 떨어진다.
따라서, 본 발명의 목적은 데이터전압의 변화에 따른 노이즈 유입량을 최소화하여 표시소자에 탑재된 터치 센서들의 감도와 터치 인식 오류를 줄일 수 있도록 한 터치 센싱 장치와 그 구동 방법을 제공하는 데 있다.
상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치는, 다수의 화소들을 포함하여 화상을 표시하는 표시소자; 다수의 터치 센서들을 포함하여 상기 표시소자에 내장되는 터치 스크린; 상기 표시소자를 구동하는 표시패널 구동회로; 상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하여 상기 터치 센서들의 전압이나 용량값 변화를 센싱하는 터치 센싱회로; 1 프레임 기간을 상기 표시소자에 화상을 표시하기 위한 제1 구동기간과 상기 터치 센서들을 센싱하기 위한 제2 구동기간으로 시분할하는 콘트롤러; 및 상기 제1 구동기간과 상기 제2 구동기간 사이에서, 미리 설정된 일정 주기마다 상기 표시소자의 화소들이 등전위의 리셋 전압으로 초기화되도록, 리셋 인에이블신호로 상기 표시패널 구동회로의 동작을 제어하는 리셋 제어회로를 구비한다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치의 구동방법은, 다수의 화소들을 포함하여 화상을 표시하는 표시소자와, 다수의 터치 센서들을 포함하여 상기 표시소자에 탑재되는 터치 스크린과, 상기 표시소자를 구동하는 표시패널 구동회로와, 상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하여 상기 터치 센서들의 전압이나 용량값 변화를 센싱하는 터치 센싱회로를 갖는 터치 센싱 장치의 구동방법에 있어서, 1 프레임 기간의 일부를 상기 표시소자에 화상을 표시하기 위한 제1 구동기간으로 설정하는 단계; 상기 1 프레임 기간의 나머지 일부를 상기 터치 센서들을 센싱하기 위한 제2 구동기간으로 설정하는 단계; 및 상기 제1 구동기간과 상기 제2 구동기간 사이에서, 미리 설정된 일정 주기마다 상기 표시소자의 화소들을 등전위의 리셋 전압으로 초기화하는 단계를 포함한다.
본 발명에 따른 터치 센싱 장치와 그 구동 방법은 미리 설정된 소정 주기로 터치 스크린의 구동에 앞서 표시패널의 화소들을 등전위의 리셋 전압으로 모두 초기화함으로써, 화상에 따른 데이터전압의 변화가 터치 노이즈로 혼입되는 것을 미연에 방지한다. 화소들의 커패시턴스를 초기화하기 위한 리셋 전압은 일정한 옵셋 값이므로, 터치 좌표 산출을 터치 알고리즘 적용시 얼마든지 제거가 용이하다.
본 발명은 데이터전압의 변화에 따른 노이즈 유입량을 최소화하여 표시소자에 탑재된 터치 센서들의 감도를 증진시킴과 아울러 터치 인식 오류를 획기적으로 줄임으로써, 터치 신뢰성 제고에 크게 기여할 수 있다.
도 1은 표시패널에 형성된 화소의 등가회로도.
도 2는 데이터전압의 변화에 따른 노이즈 유입과 그로 인한 터치 원시 데이터의 변화를 보여주는 도면.
도 3은 화면 전체가 블랙 계조를 나타낼 때의 터치 원시 데이터를 보여주는 도면.
도 4는 화면이 4 분할되어 블랙 계조와 화이트 계조를 나타낼 때의 터치 원시 데이터를 보여주는 도면.
도 5 내지 도 7은 터치 센싱 장치에서 표시소자에 탑재되는 터치 스크린의 일 예를 보여주는 도면들.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 보여 주는 블록도.
도 9는 도 8의 표시패널에 형성된 액정셀의 등가 회로도.
도 10a 내지 도 10c는 표시패널과 터치 스크린의 시분할 구동과 함께, 리셋 전압의 인가 타이밍에 대한 다양한 실시예를 보여주는 도면들.
도 11 내지 도 13은 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 배선 구조와 그 터치 입력의 센싱 원리를 설명하기 위한 도면들.
도 14 및 도 15는 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 서로 다른 리셋 동작을 포함한 1 프레임 구동 방법을 보여주는 도면.
도 16은 리셋 전압으로 인해 화소 충전량이 초기화되는 효과를 보여주는 도면.
도 17 및 도 18은 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 배선 구조와 그 터치 인식 방법을 설명하기 위한 도면들.
도 19 및 도 20은 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 터치 입력의 센싱 원리를 보여 주는 파형도.
도 21 및 도 22는 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린에서 서로 다른 리셋 동작을 포함한 1 프레임 구동 방법을 보여주는 도면.
도 23은 리셋 기간에서 리셋 전압의 일 예인 블랙 계조전압을 생성하기 위한 데이터 구동회로의 동작을 보여주는 도면.
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.
도 5 내지 도 7은 터치 센싱 장치에서 표시소자에 탑재되는 터치 스크린의 일 예들을 보여준다.
본 발명의 터치 센싱 장치는 액정표시소자(Liquid Crystal Display, LCD), 전계방출 표시소자(Field Emission Display : FED), 플라즈마 디스플레이 패널(Plasma Display Panel, PDP), 유기발광 다이오드 표시장치(Organic Light Emitting Display, OLED), 전기영동 표시소자(Electrophoresis, EPD) 등의 평판 표시소자 기반으로 구현될 수 있다. 이하의 실시예에서, 표시소자를 액정표시소자 중심으로 설명하지만, 본 발명의 터치 센싱 장치는 액정표시소자에 한정되어 적용되지 않음에 주의하여야 한다.
본 발명의 터치 센싱 장치에는 도 5 내지 도 7과 같은 방법으로 터치 스크린(TSP)이 설치될 수 있다. 터치 스크린(TSP)은 도 5와 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1) 상에 접합되거나, 도 6과 같이 표시패널의 상부 편광판(POL1)과 상부 기판(GLS1) 사이에 형성될 수 있다. 또한, 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들은 도 7과 같이 표시패널의 화소 어레이에 내장될 수 있다. 도 5 내지 도 7에서 "PIX"는 액정셀의 화소전극, "GLS2"는 하부 기판, "POL2"는 하부 편광판을 각각 의미한다.
본 발명의 터치 스크린(TSP)은 다수의 터치 센서들을 통해 터치(또는 근접) 입력을 감지하는 정전 용량 방식의 터치 스크린으로 구현될 수 있다. 터치 센서들은 자기(Self) 정전 용량, 또는 상호(Mutual) 정전 용량을 가질 수 있다. 자기 정전 용량은 한 방향으로 형성된 단층의 도체 배선을 따라 형성될 수 있다. 상호 정전 용량은 직교하는 두 도체 배선들 사이에 형성될 수 있다.
도 8은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센싱 장치를 보여 주는 블록도이다. 그리고, 도 9는 도 8의 표시패널에 형성된 액정셀의 등가 회로도이다.
도 8 및 도 9를 참조하면, 본 발명의 터치 센싱 장치는 표시패널(10), 표시패널 구동회로(24,26,30), 타이밍 콘트롤러(22), 리셋 제어회로(23), 터치 센싱회로(100) 등을 포함한다. 타이밍 콘트롤러(22), 리셋 제어회로(23), 데이터 구동회로(24) 및 터치 센싱회로(100)는 하나의 ROIC 패키지 내에 집적될 수 있다.
표시패널(10)은 두 장의 기판들 사이에 형성된 액정층을 포함한다. 기판들은 유리 기판, 플라스틱 기판, 필름 기판 등으로 제작될 수 있다. 표시패널(10)의 하부 기판에 형성된 화소 어레이는 데이터라인들(11), 데이터라인들(11)과 직교되는 게이트라인들(12), 매트릭스 형태로 배치된 화소들을 포함한다. 화소 어레이는 데이터라인들(11)과 게이트라인들(12)의 교차부들에 형성되는 다수의 TFT들(Thin Film Transistor), 화소들에 데이터전압을 충전시키기 위한 화소전극들(1), 화소전극들에 접속되어 화소 전압을 유지시키는 스토리지 커패시터(Storage Capacitor,Cst) 등을 더 포함한다.
화소들 각각의 액정셀(Clc)은 액정층을 사이에 두고 서로 대향하는 화소전극(1) 및 공통전극(2)을 갖는 액정 커패시터로 구현되어, 화소전극(1)에 인가되는 데이터전압과, 공통전극(2)에 인가되는 공통전압의 전압차에 따라 구동되어 입사광의 투과량을 조절한다. TFT들은 게이트라인(12)으로부터의 게이트펄스에 응답하여 턴-온되어 데이터라인(11)으로부터 입력되는 데이터전압을 화소전극(1)에 공급한다. 공통전극(2)은 하부 기판에 형성될 수도 있고, 또한 상부 기판에 형성될 수도 있다.
표시패널(10)의 상부 기판에는 블랙매트릭스, 컬러필터 등을 포함할 수 있다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 각각에는 편광판이 부착되고 액정과 접하는 내면에 액정의 프리틸트각을 설정하기 위한 배향막이 형성된다. 표시패널(10)의 상부 기판과 하부 기판 사이에는 액정셀의 셀갭(Cell gap)을 유지하기 위한 스페이서가 형성된다.
이러한 표시패널(10)은 TN(Twisted Nematic) 모드, VA(Vertical Alignment) 모드, IPS(In Plane Switching) 모드, FFS(Fringe Field Switching) 모드 등 공지된 어떠한 액정 모드로도 구현될 수 있다. 표시패널(10)의 배면에는 백라이트 유닛이 배치될 수 있다. 백라이트 유닛은 에지형(edge type) 또는 직하형(Direct type) 백라이트 유닛으로 구현되어 표시패널(10)에 빛을 조사한다.
표시패널 구동회로는 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)를 이용하여 입력 영상의 데이터전압과 리셋 전압을 표시패널(10)의 화소들에 기입한다.
데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터(RGB)를 아날로그 정극성/부극성 감마보상전압으로 변환하여 데이터전압을 발생한다. 데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 데이터전압의 극성을 소정 주기로 반전시키면서 이 데이터전압을 데이터라인들(11)에 공급한다.
데이터 구동회로(24)는 리셋 제어회로(23)의 제어 하에 리셋 전압을 생성하고, 이 리셋 전압을 데이터라인들(11)에 공급한다. 리셋 전압은 데이터전압의 변화에 따른 노이즈 유입량을 최소화하기 위한 것이다. 터치 스크린(TSP)의 구동에 앞서 표시패널(10)의 화소들은 리셋 전압에 의해 모두 등전위로 초기화된다. 리셋 전압은 미리 설정된 초기화 레벨로 생성될 수 있으며, 특히 초기화 레벨은 그 생성이 용이하고 플리커로 시인되지 않도록, 블랙 계조전압, 블랙 계조전압에 가까운 전압(즉, 블랙 계조범위에 속하는 전압), 그라운드 전압 중 어느 하나일 수 있다. 여기서, 블랙 계조전압은 공통전압과 실질적으로 동일한 레벨을 갖는다. 그리고, 그라운드 전압은 0V이다.
타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에, 게이트 구동회로(26, 30)는 데이터전압에 동기되는 제1 게이트펄스(또는 스캔펄스)를 라인 순차 방식으로 게이트라인들에 공급하여 데이터전압이 기입되는 표시패널(10)의 화소 라인을 선택한다. 리셋 제어회로(23)의 제어 하에, 게이트 구동회로(26, 30)는 리셋 전압에 동기되는 제2 게이트펄스를 게이트라인들에 공급하여, 데이터라인들에 인가된 리셋 전압이 표시패널(10)의 화소들에 기입되게 한다.
게이트 구동회로는 레벨 시프터(Level shifter, 26)와, 시프트 레지스터(Shift register, 30)를 포함한다. GIP(Gate in panel) 공정 기술의 발전에 힘입어, 시프트 레지스터(30)는 표시패널(10)의 기판에 직접 형성될 수 있다.
레벨 시프터(26)는 표시패널(10)의 하부 기판에 전기적으로 연결된 인쇄회로보드(Printed Circuit Board, 이하 "PCB"라 함)(20)에 형성될 수 있다. 레벨 시프터(26)는 타이밍 콘트롤러(22)와 리셋 제어회로(23)의 제어 하에 게이트 하이 전압(VGH)과 게이트 로우 전압(VGL) 사이에서 스윙하는 제1 스타트펄스(VST1) 및 제2 스타트펄스(VST2)와 클럭신호들(CLK)을 출력한다. 게이트 하이 전압(VGH)은 표시패널(10)의 화소 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압 이상의 전압으로 설정된다. 게이트 로우 전압(VGL)은 표시패널(10)의 화소 어레이에 형성된 TFT의 문턱 전압보다 낮은 전압으로 설정된다. 레벨 시프터(26)로부터 출력된 클럭신호들(CLK)은 순차적으로 위상이 시프트되어 표시패널(10)에 형성된 시프트 레지스터(30)로 전송된다.
시프트 레지스터(30)는 화소 어레이의 게이트 라인들(12)과 연결되도록 화소 어레이가 형성되는 표시패널(10)의 하부 기판 가장자리에 형성된다. 시프트 레지스터(30)는 종속적으로 접속된 다수의 스테이지들을 포함한다. 시프트 레지스터(30)는 레벨 시프터(26)로부터 입력되는 제1 스타트펄스(VST1)에 응답하여 동작하기 시작하고 클럭신호들(CLK)에 응답하여 출력을 시프트하여 표시패널(10)의 게이트라인들에 제1 게이트펄스를 순차적으로 공급한다. 시프트 레지스터(30)는 레벨 시프터(26)로부터 입력되는 제2 스타트펄스(VST2)에 응답하여 출력을 발생하여 표시패널(10)의 게이트라인들에 제2 게이트펄스를 동시에 공급할 수 있다.
타이밍 콘트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 디지털 비디오 데이터를 데이터 구동회로(24)의 IC(Integrated Circuit)들에 공급한다. 타이밍 콘트롤러(22)는 외부의 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync), 수평 동기신호(Hsync), 데이터 인에이블 신호(Data Enable, DE), 클럭 등의 타이밍신호를 입력받아 데이터 구동회로(24)와 게이트 구동회로(26, 30)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 타이밍 제어신호들을 발생한다. 타이밍 콘트롤러(22)는 표시패널 구동회로와 터치 센싱회로(100)의 동작 타이밍을 제어하기 위한 터치 인에이블신호(TEN)를 발생한다.
리셋 제어회로(23)는 리셋 전압이 표시패널(10)의 화소들에 기입되는 타이밍을 제어하기 위한 리셋 인에이블신호(REN)를 발생하여, 표시패널 구동회로의 동작을 제어한다.
터치 센싱회로(100)는 터치 스크린의 터치 센서들에 연결된 배선들에 구동 신호를 인가하여 터치 센서들의 전압이나 용량값 변화를 센싱한다. 터치 센싱회로(100)는 터치 센서들의 전압이나 용량값 변화를 디지털 데이터로 변환하여 터치 원시 데이터(Touch raw data)를 발생한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 미리 설정된 터치 인식 알고리즘을 실행하여 터치 센서들의 전압이나 용량값 변화를 분석하여 터치(또는 근접) 입력 여부와 그 위치를 검출한다. 터치 센싱회로(100)는 터치(또는 근접) 입력 위치의 좌표를 포함한 터치 레포트(Touch report) 데이터를 호스트 시스템으로 전송한다.
호스트 시스템은 네비게이션 시스템, 셋톱박스, DVD 플레이어, 블루레이 플레이어, 개인용 컴퓨터(PC), 홈 시어터 시스템, 방송 수신기, 폰 시스템(Phone system) 중 어느 하나로 구현될 수 있다. 호스트 시스템은 스케일러(scaler)를 이용하여 입력 영상의 디지털 비디오 데이터를 표시패널(10)의 해상도에 맞는 포맷으로 변환하고 그 데이터와 함께 타이밍 신호를 타이밍 콘트롤러(22)에 전송한다. 또한, 호스트 시스템은 터치 센싱 회로(100)로부터 입력되는 터치 레포트 데이터 에 응답하여 터치(또는 근접) 입력과 연계된 응용 프로그램을 실행한다.
표시패널(10)과 터치 스크린(TSP)은 시분할 구동될 수 있다.
도 10a 내지 도 10c는 표시패널(10)과 터치 스크린(TSP)의 시분할 구동과 함께, 리셋 전압의 인가 타이밍에 대한 다양한 실시예들을 보여준다.
도 10a 내지 도 10c를 참조하면, 1 프레임 기간은 표시패널 구동기간(T1)과, 터치 스크린 구동기간(T2)으로 시분할 될 수 있으며, 소정 프레임 기간을 주기로 표시패널 구동기간(T1)과 스크린 구동기간(T2) 사이에 리셋 기간(T3)이 배치될 수 있다.
1 프레임 기간에서 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)을 정의하기 위하여, 타이밍 콘트롤러(22)는 호스트 시스템으로부터 입력되는 수직 동기신호(Vsync)를 변조하여 터치 인에이블신호(TEN)를 발생할 수 있다. 다른 예로서, 타이밍 콘트롤러(22)는 호스트 시스템에서 발생된 터치 인에이블신호(TEN)에 응답하여 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)을 제어할 수 있다. 따라서, 본 발명에서, 1 프레임 기간을 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2)으로 시분할하여 표시패널 구동회로와 터치 센싱회로(100)의 동작 타이밍을 제어하는 콘트롤러는 타이밍 콘트롤러와 호스트 시스템 중 어느 하나일 수 있다.
터치 인에이블신호(TEN)의 로우 로직 레벨(low logic level) 구간은 표시패널 구동기간(T1)으로 정의되고, 터치 인에이블신호(TEN)의 하이 로직 레벨(high logic level) 구간은 터치 스크린 구동기간(T2)으로 정의될 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
표시패널 구동기간(T1) 동안, 표시패널 구동회로(24,26,30)는 구동되고 터치 센싱회로(100)는 구동되지 않는다. 표시패널 구동기간(T1) 동안, 데이터 구동회로(24)는 타이밍 콘트롤러(22)의 제어 하에 데이터전압을 데이터라인들(11)에 공급하고, 게이트 구동회로(26, 30)는 데이터전압에 동기되는 게이트 펄스를 게이트라인들(12)에 순차적으로 공급한다. 터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안, 터치 스크린의 배선들에 구동신호를 공급하지 않는다.
터치 스크린 구동기간(T2) 동안, 표시패널 구동회로는 구동되지 않고 터치 센싱회로(100)가 구동된다. 터치 센싱회로(100)는 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 터치 스크린(TSP)의 터치 센서들에 연결된 배선들에 구동신호를 인가하여 터치 센서들의 전압 변화나 용량 변화(RC 지연)를 센싱한다. 터치 스크린(TSP)의 배선들은 도 11 및 도 12와 같이 상호 터치 센서들에 연결된 Tx 라인들 또는, 도 18 내지 도 20과 같은 자기 터치 센서들에 연결된 센싱 라인들일 수 있다.
리셋 전압을 인가하기 위한 리셋 기간(T3)은 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2) 사이에 배치될 수 있다. 리셋 기간(T3)을 정의하기 위하여, 리셋 제어회로(23)는 터치 인에이블신호(TEN)를 기반으로 리셋 인에이블신호(REN)를 발생할 수 있다. 리셋 제어회로(23)는 리셋 기간(T3)에 대응하여 리셋 인에이블신호(REN)를 하이 로직 레벨로 발생할 수 있으나, 이에 한정되지 않고 로우 로직 레벨로 발생할 수도 있다.
리셋 인에이블신호(REN)에 따라, 리셋 기간(T3)은 N(N는 1이상의 자연수) 프레임을 주기로 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2) 사이에 배치될 수 있다.
예를 들어, 리셋 기간(T3)은 도 10a와 같이 매 프레임마다 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2) 사이에 배치되어, 1 프레임을 주기로 반복될 수 있다. 리셋 기간(T3) 동안 표시패널에 인가되는 리셋 전압이 블랙 계조전압 또는 그에 가까운 경우, 리셋 기간(T3)으로 인한 휘도 저감이 예상되므로, 본 발명은 백라이트 유닛의 디밍비(dimming rate)와 광원 구동전류 중 적어도 어느 하나를 조절하여 리셋 기간(T3)이 차지하는 기간만큼 낮아진 휘도를 보상하기 위한 백라이트 제어회로(미도시)를 더 구비할 수도 있다.
한편, 리셋 인에이블신호(REN)에 따라, 리셋 기간(T3)은 도 10b와 같이 2 프레임을 주기로 반복될 수도 있고 나아가, 도 10c와 같이 3프레임을 주기로 반복될 수도 있다. 사용자의 화면 터치 시간은 통상 1 프레임기간을 훨씬 상회하므로, 리셋 기간(T3)의 반복 주기를 2 프레임 또는 3 프레임으로 설정하더라도 터치 품질에는 큰 영향이 없다.
도 11 내지 도 13은 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 배선 구조와 그 터치 인식 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 14 및 도 15는 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 서로 다른 리셋 동작을 포함한 1 프레임 구동 방법을 보여준다. 그리고, 도 16은 리셋 전압으로 인해 화소 충전량(화소 용량과 기생용량의 충전량)이 초기화되는 효과를 보여준다.
도 11 및 도 12를 참조하면, 상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 서로 직교하는 Tx 라인들 및 Rx 라인들(R1, R2)을 포함한다. Tx 라인들과 Rx 라인들(R1, R2)의 교차부 마다 상호 정전 용량(Cm)이 형성된다. 도 12에서, "Ct"는 Tx 라인에 접속된 기생 용량, "Cr"은 Rx 라인에 접속된 기생 용량을, "Rt"는 Tx 라인의 배선저항을, "Rr"는 Rx 라인의 배선저항을 각각 나타낸다.
Tx 라인들 각각은 링크 패턴들(L11~L22)을 통해 표시패널(10)의 횡 방향(또는 수평 방향)을 따라 연결된 터치 전극 패턴들(T11~T23)을 포함한다. 제1 Tx 라인은 링크 패턴들(L11, L12)을 경유하여 횡 방향을 따라 연결된 터치 전극 패턴(T11~T13)을 포함한다. 제2 Tx 라인은 링크 패턴들(L21, L22)을 경유하여 횡 방향을 따라 연결된 터치 전극 패턴(T21~T23)을 포함한다. 터치 전극 패턴(T11~T23) 각각의 크기는 화소들의 크기보다 크고, 다수의 화소들과 중첩된다. 터치 전극 패턴(T11~T23) 각각은 절연층을 사이에 두고 화소전극들(1)과 중첩된다. 터치 전극 패턴(T11~T23) 각각은 ITO(Indium Tin Oxide)와 같은 투명 도전 물질로 형성될 수 있다. 링크 패턴(L11~L22)은 Rx 라인(R1, R2)을 가로 질러 횡 방향(또는 수평 방향)으로 이웃하는 터치 전극 패턴(T11~T23)을 전기적으로 연결한다. 링크 패턴(L11~L22)은 절연층을 사이에 두고 Rx 라인(R1, R2)과 중첩될 수 있다. 링크 패턴(L11~L22)은 전기 전도율이 높은 금속 알루미늄(Al), 알루미늄 네오듐(AlNd), 몰리브덴(Mo), 크롬(Cr), 구리(Cu), 은(Ag) 등의 금속으로 형성되거나, 투명 도전 물질로 형성될 수 있다.
Rx 라인들(R1, R2)은 Tx 라인들과 직교되도록 표시패널(10)의 종 방향(또는 수직 방향)을 따라 길게 형성된다. Rx 라인들(R1, R2)은 ITO와 같은 투명 도전 물질로 형성될 수 있다. Rx 라인들(R1, R2) 각각은 도시하지 않은 다수의 화소들과 중첩될 수 있다. 이러한 Rx 라인들(R1, R2)은 표시패널(10)의 상부 기판이나 하부 기판에 형성될 수 있다.
상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서, 터치 전극 패턴들(T11~T23)은 공통전극(2)을 패터닝함으로써 형성될 수 있다. Rx 라인들(R1, R2)은 표시패널(10)의 상부 기판이나 하부 기판의 전면이나 배면에 형성될 수 있다. 또한, 표시패널(10)의 데이터라인들(11)이 Rx 라인들(R1, R2)로 이용될 수 있고, 데이터 라인들(11)과 분리된 별도의 배선들로 Rx 라인들(R1, R2)이 구현될 수 있다.
상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 터치 센서에 충전되는 전압은 도 13과 같이, 터치 되었을 때가 미터치 되었을 때에 비해 낮아진다. 터치 센싱회로(100)는 터치 전후에 있어 터치 센서의 전압값 변화(△V)를 센싱하고, 그 변화량이 미리 설정된 기준값을 상회하는 경우 현재 센싱된 터치 센서를 터치(또는 근접) 입력 위치의 센서로 판단한다.
상호 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 리셋 동작을 포함한 1 프레임 구동 방법을 살펴보면 도 14 및 도 15와 같다.
표시패널 구동기간(T1) 동안, Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)에는 공통전압(Vcom)이 공급된다. 따라서, Tx 라인들은 표시패널 구동기간(T1) 동안 공통전극으로 동작하고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 상호 용량을 갖는 터치 센서들에 구동 신호를 공급하기 위한 구동 신호 배선들로 이용된다.
터치 센싱회로(100)는 Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)과 Rx 라인들(R1, R2)에 연결된다. 터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 인에이블(enable)되어 터치 스크린 구동기간(T2)에만 Tx 라인들(T11~T23, L11~L22)에 구동신호를 순차적으로 공급하고, Rx 라인들을 통해 터치 센서들의 전압을 수신한다. 구동 신호는 구동 전압(Vdrv)과 기준전압(Vref) 사이에서 스윙한다. 도 14 및 도 15에서, "D1~D3 ..."는 표시패널(10)의 데이터라인들이고, "G1~G3..."는 표시패널(10)의 게이트라인들을 나타낸다. 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 데이터라인들(D1~D3)은 플로팅(Hi-Z)되거나 또는, 그라운드(GND)에 연결될 수 있으며, 나아가 임의의 직류 전압 또는 임의의 계조전압에 연결될 수도 있다.
터치 센싱회로(100)는 Rx 라인들(R1, R2)을 통해 수신된 터치 센서들의 전압을 샘플링하고, 샘플링한 전압을 적분기의 커패시터에 누적한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 적분기의 커패시터에 충전된 전압을 디지털 데이터로 변환하고 그 데이터를 미리 설정된 문턱값과 비교하여 문턱값 이상의 데이터를 터치(또는 근접) 입력 위치의 터치 데이터로 판단한다.
리셋 기간(T3) 동안 터치 센싱회로(100)의 동작은 디스에이블되고, 표시패널 구동회로의 동작은 인에이블된다. 리셋 기간(T3)은 해당 프레임 내에서 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2) 사이에 위치한다. 리셋 기간(T3) 동안 표시패널 구동회로는 리셋 전압(Vreset)을 표시패널(10)의 화소들에 동시에 공급할 수 있다. 물론, 리셋 전압(Vreset)은 리셋 기간(T3)에서 라인 순차 방식에 따라 화소들에 공급될 수도 있으나, 제한된 시간 내에서 충분한 리셋 효과를 얻기 위해서는 동시 공급이 보다 유리하다. 또한, 라인 순차 방식으로 리셋 전압(Vreset)을 인가하면 리셋 기간(T3)이 길어지고 그 만큼 터치 스크린 구동기간(T2)이 줄어든다. 따라서, 이러한 관점에서도 리셋 전압(Vreset)을 동시에 공급하는 것이 라인 순차적으로 공급하는 것에 비해 보다 바람직하다.
리셋 전압(Vreset)의 동시 공급을 위해, 데이터 구동회로(24)는 도 14와 같이 공통전압(Vcom) 레벨의 블랙 계조전압(또는, 그에 가까운 전압)을 생성하여 데이터라인들(D1~D4)에 공급할 수 있고, 또는 도 15와 같이 그라운드전압(GND) 레벨을 생성하여 데이터라인들(D1~D4)에 공급할 수도 있다. 이때, 게이트 구동회로는 리셋 전압(Vreset)에 동기되는 제2 게이트펄스를 생성하여 게이트라인들(G1~G3)에 동시에 공급할 수 있다. 제2 게이트펄스에 응답하여 표시패널(10)에 형성된 모든 TFT들을 동시에 턴 온 되고, 그 결과 리셋 전압(Vreset)이 동시에 표시패널의 모든 화소들에 인가될 수 있다. 제2 게이트펄스는 동시에 인가되기 때문에, 표시패널 구동기간(T1) 동안 라인 순차 방식으로 인가되는 제1 게이트펄스에 비해 더 큰 펄스폭(W2>W1)으로 생성될 수 있다. 제2 게이트펄스의 펄스폭(W1)이 넓으면 위에서 설명했듯이 리셋 효과를 높이는 데 유리하다.
리셋 전압(Vreset)은, 터치 스크린(TSP)의 구동에 앞서 화소들에 인가되는 초기화 전압이다. 이러한 리셋 전압(Vreset)에 따라 화소 용량과 기생 용량 포함한 화소들의 커패시턴스는 도 16과 같이 모두 등전위로 초기화된다. 그 결과, 데이터전압의 변화에 의해 화소 충전량이 변화되더라도, 리셋 동작에 의해 화소 충전량이 일정한 값으로 초기화되기 때문에, 화소 충전량의 변화가 터치 센서들의 전압에 노이즈로 유입되는 일은 없어진다. 본 발명에 의하면, 터치 센서가 터치 되지 않았음에도 불구하고 터치로 오인되는 터치 인식 오류가 획기적으로 줄어들며, 그만큼 터치 센서들의 감도가 좋아져 터치 신뢰성이 크게 향상된다.
도 17 및 도 18은 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 배선 구조와 그 터치 인식 방법을 설명하기 위한 도면들이다. 도 19는 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)을 보여 주는 등가 회로도이다. 그리고, 도 20은 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 터치 입력의 센싱 원리를 보여 주는 파형도이다. 도 21 및 도 22는 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 서로 다른 리셋 동작을 포함한 1 프레임 구동 방법을 보여준다.
도 17 및 도 18을 참조하면, 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 터치 전극 패턴들(CH1~CHn)을 포함한다. 터치 전극 패턴(CH1~CHn) 각각은 화소들보다 크고, 다수의 화소들과 중첩되는 투명 전극 패턴들로 화소 어레이 내에 형성된다. 자기 터치 센서는 터치 전극 패턴들(CH1~CHn) 각각을 포함하여 구성된다. 터치 전극 패턴들(CH1~CHn) 각각은 공통전극(2)과 자기 터치 센서의 전극 역할을 겸한다.
터치 센싱회로(100)는 센싱 라인들(S1~Sn)을 통해 터치 전극 패턴들(CH1~CHn)에 1:1로 연결될 수 있다. 터치 전극 패턴(CH1~CHn)에는 표시패널 구동기간(T1) 동안 센싱 라인들(S1~Sn)을 통해 공통전압(Vcom)이 공급되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 센싱 라인들(S1~Sn)을 통해 도 21 및 도 22와 같은 구동 신호가 공급된다. 따라서, 터치 전극 패턴(CH1~CHn)은 표시패널 구동기간(T1) 동안 공통전극(2)으로 동작하고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 자기 터치 센서들을 센싱하기 위한 전극들로 이용된다.
터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 인에이블되어 터치 스크린 구동기간(T2)에만 도 21 및 도 22와 같은 구동신호를 센싱 라인들(S1~Sn)에 동시에 공급한다.
자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서, 터치 센싱회로(100)의 입/출력 채널 핀(pin) 수를 줄이기 위하여 터치 센싱회로(100)와 센싱 라인들(S1~Sn) 사이에는 도 18과 같은 멀티플렉서(multiplexer, 102)가 설치될 수 있다. 멀티플렉서(102)가 1:N(N은 2 이상 n 보다 작은 양의 정수) 멀티플렉서인 경우에, 터치 센싱회로(100)에서 구동신호가 출력되는 n/N 개의 입/출력 핀들이 멀티플렉서(102)의 입력 단자들에 연결된다. 멀티플렉서(102)에서 n 개의 출력 단자들은 센싱 라인들(S1~Sn)에 1:1로 연결된다. 따라서, 본 발명은 멀티플렉서(102)를 이용하여 터치 센싱회로(100)의 핀 수를 1/N 만큼 줄일 수 있다.
센싱 라인들(S1~Sn)이 3 개의 그룹들로 나뉜다면, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 제1 그룹의 센싱 라인들에 연결하여 제1 그룹의 센싱 라인들에 연결된 터치 센서들에 구동 신호를 동시에 공급한다. 이어서, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 제2 그룹의 센싱 라인들에 연결하여 제2 그룹의 센싱 라인들에 연결된 터치 센서들에 구동 신호를 동시에 공급한다. 이어서, 멀티플렉서(102)는 n/3 개의 입/출력 핀들(P1~Pn/3)을 제3 그룹의 센싱 라인들에 연결하여 제3 그룹의 센싱 라인들에 연결된 터치 센서들에 구동 신호를 동시에 공급한다. 따라서, 터치 센싱회로(100)는 멀티플렉서(102)를 이용하여 n/3 개의 핀들을 통해 n 개의 터치 전극 패턴(CH1~CHn)에 구동신호를 공급할 수 있다.
도 19 및 도 20을 참조하여 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 터치 입력의 센싱 원리를 살펴보면 다음과 같다. 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)은 저항(R)과 기생용량(Cg, Cd, Co)을 포함한다. 저항(R)은 터치 스크린(TSP)과 표시패널(10)의 배선 저항 및 기생 저항을 포함한다. Cg는 터치 스크린(TSP)의 배선과 게이트라인(12) 사이의 기생용량이고, Cd는 터치 스크린(TSP)의 배선과 데이터라인(11) 사이의 기생용량이다. Co는 표시패널(10)에서 데이터라인(11)과 게이트라인(12) 이외의 다른 구성요소들과, 터치 스크린(TSP)의 배선 사이에 형성된 기생용량이다.
터치 스크린(TSP)의 배선에 구동 신호(Vo)를 인가하면 그 구동 신호(Vo)의 라이징 에지(rising edge) 및 폴링 에지(falling edge)는 도 19의 저항(R)과 기생용랴(Cg, Cd, Co)에 따라 결정되는 RC 지연값 만큼 지연된다. 터치 스크린(TSP)에 도체나 손가락이 접촉하면 도 19에서 Cf 만큼 커패시턴스(Capacitance)가 증가하여 RC 지연이 더 커진다. 일 예로, 도 20에서 실선은 터치 입력이 없을 때 구동 신호의 폴링 에지이고, 점선은 터치 입력이 있을 때 구동 신호의 폴링 에지를 나타낸다. 터치 센싱회로(100)는 구동 신호의 라이징 에지와 폴링 에지 중 적어도 어느 하나를 미리 설정된 기준 전압값(Vx)과 비교한다. 그리고 터치 센싱회로(100)는 구동 신호의 라이징 에지와 폴링 에지 중 적어도 어느 하나에서 자기 터치 센서의 전압이 기준 전압값(Vx)에 도달할 때까지의 지연 시간을 카운트하여 터치 센서의 용량값 변화를 센싱한다. 터치 입력이 없을 때 기준 전압값(Vx)에 도달하는 기준 시간 정보는 터치 센싱회로(100)에 미리 저장되어 있다. 터치 센싱회로(100)는 카운터로 실시간 측정된 구동 신호의 지연 시간과 미리 알고 있는 기준 시간 정보 간의 시간차(Δt)가 미리 설정됨 임계값 이상이면 현재 센싱된 자기 터치 센서를 터치(또는 근접) 입력 위치의 센서로 판단한다.
도 21 및 도 22을 참조하여, 자기 정전 용량 방식의 터치 스크린(TSP)에서 리셋 동작을 포함한 1 프레임 구동 방법을 살펴보면 다음과 같다.
표시패널 구동기간(T1) 동안, 터치 전극 패턴들(CH1~CH3)에는 공통전압(Vcom)이 공급된다. 따라서, 터치 전극 패턴들(CH1~CH3)은 표시패널 구동기간(T1) 동안 공통전극으로 동작하고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 자기 용량을 갖는 터치 센서들로 이용된다.
터치 센싱회로(100)는 터치 전극 패턴들(CH1~CH3)에 연결된다. 터치 센싱회로(100)는 표시패널 구동기간(T1) 동안 디스에이블(disable)되고, 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 인에이블(enable)되어 터치 스크린 구동기간(T2)에만 터치 전극 패턴들(CH1~CH3)에 구동신호를 동시에 공급하고, 터치 센서들의 용량값 변화를 수신한다. 구동 신호는 구동 전압(Vdrv)과 공통전압(Vcom) 사이에서 스윙한다. 도 21 및 도 22에서, "D1~D3 ..."는 표시패널(10)의 데이터라인들이고, "G1~G3..."는 표시패널(10)의 게이트라인들을 나타낸다. 터치 스크린 구동기간(T2) 동안 데이터라인들(D1~D3)은 플로팅(Hi-Z)되거나 또는, 그라운드전압(GND)을 인가받을 수 있다. 또한, 데이터라인들(D1~D3)은 이 기간(T2) 동안 임의의 직류 전압 또는 임의의 계조전압을 인가받을 수도 있다.
터치 센싱회로(100)는 터치 센서의 용량값 변화를 센싱하기 위하여, 카운터로 실시간 측정된 구동 신호의 지연 시간과 미리 알고 있는 기준 시간 정보 간의 시간차(Δt)가 미리 설정됨 임계값 이상인지를 판단하고, 임계값 이상의 데이터를 터치(또는 근접) 입력 위치의 터치 데이터로 인식한다.
리셋 기간(T3) 동안 터치 센싱회로(100)의 동작은 디스에이블되고, 표시패널 구동회로의 동작은 인에이블된다. 리셋 기간(T3)은 해당 프레임 내에서 표시패널 구동기간(T1)과 터치 스크린 구동기간(T2) 사이에 위치한다. 리셋 기간(T3) 동안 표시패널 구동회로는 리셋 전압(Vreset)을 표시패널(10)의 화소들에 동시에 공급할 수 있다.
리셋 전압(Vreset)의 동시 공급을 위해, 데이터 구동회로(24)는 도 21과 같이 공통전압(Vcom) 레벨의 블랙 계조전압(또는, 그에 가까운 전압)을 생성하여 데이터라인들(D1~D4)에 공급할 수 있고, 또는 도 22와 같이 그라운드전압(GND) 레벨을 생성하여 데이터라인들(D1~D4)에 공급할 수도 있다. 이때, 게이트 구동회로는 리셋 전압(Vreset)에 동기되는 제2 게이트펄스를 생성하여 게이트라인들(G1~G3)에 동시에 공급할 수 있다. 제2 게이트펄스에 응답하여 표시패널(10)에 형성된 모든 TFT들을 동시에 턴 온 되고, 그 결과 리셋 전압(Vreset)이 동시에 표시패널의 모든 화소들에 인가될 수 있다. 제2 게이트펄스는 동시에 인가되기 때문에, 표시패널 구동기간(T1) 동안 라인 순차 방식으로 인가되는 제1 게이트펄스에 비해 더 큰 펄스폭(W2>W1)으로 생성될 수 있다. 제2 게이트펄스의 펄스폭(W1)이 넓으면 리셋 효과를 높이는 데 유리하다.
리셋 전압(Vreset)은, 터치 스크린(TSP)의 구동에 앞서 화소들에 인가되는 초기화 전압이다. 이러한 리셋 전압(Vreset)에 따라 화소 용량과 기생 용량 포함한 화소들의 커패시턴스는 도 16과 같이 모두 등전위로 초기화된다. 그 결과, 데이터전압의 변화에 의해 화소 충전량이 변화되더라도, 리셋 동작에 의해 화소 충전량이 일정한 값으로 초기화되기 때문에, 화소 충전량의 변화가 터치 센서들의 전압에 노이즈로 유입되는 일은 없어진다.
도 23은 리셋 기간에서 리셋 전압의 일 예인 블랙 계조전압을 생성하기 위한 데이터 구동회로(24)의 동작을 보여준다.
데이터 구동회로(24)는 리셋 기간(T3) 동안 블랙 계조전압 또는 블랙 계조전압에 가까운 전압을 생성하기 위하여, 차지 쉐어링 동작을 수행할 수 있다. 차지 쉐어링이란, 데이터 구동회로(24) 내에서 정극성(+) 데이터전압이 출력되는 제1 출력 채널들과 부극성(-) 데이터전압이 출력되는 제2 출력 채널들을 서로 쇼트시켜 모든 데이터라인들에 동시에 인가되는 리셋 전압을 블랙 계조 또는 블랙 계조에 가깝게 만드는 것을 의미한다.
차지 쉐어링을 위해, 데이터 구동회로(24)는 데이터전압 발생부(241), 출력회로(242) 외에, 차지쉐어회로(243)를 더 구비한다. 데이터전압 발생부(241)는 쉬프트 레지스터, 래치 어레이, 감마보상전압 발생부, 디지털/아날로그 변환부 등을 포함한다.
출력회로(242)는 데이터 출력 채널들에 일대일로 접속되는 다수의 버퍼(BUF)들을 포함하여 데이터전압 발생부(241)로부터 공급되는 아날로그 데이터전압의 신호감쇠를 최소화한다.
차지쉐어회로(243)는 인접하는 출력 채널들 사이마다 접속된 다수의 제1 스위치들(SW1), 버퍼(BUF)의 출력단과 출력 채널 사이마다 접속된 다수의 제2 스위치들(SW2), 및 리셋 인에이블신호(REN)를 반전시키는 다수의 인버터들(INV)을 구비한다.
표시패널 구동기간(T1) 및 터치 스크린 구동기간(T2) 동안, 제1 스위치들(SW1)은 턴 오프 레벨의 리셋 인에이블신호(REN)에 응답하여 턴 오프되고, 제2 스위치들(SW2)은 인버터들(INV)에 의해 반전된 리셋 인에이블신호(REN)의 턴 온 레벨에 응답하여 턴 온 된다. 반면, 리셋 기간(T3) 내에서 리셋 인에이블신호(REN)는 턴 온 레벨로 입력되므로, 제1 스위치들(SW1)은 턴 온 되고 제2 스위치들(SW2)은 턴 오프 된다. 제1 스위치들(SW1)의 턴 온에 의해 차지 쉐어링이 수행되며, 그에 따라 블랙 계조를 띠는 공통전압 레벨의 리셋 전압이 모든 데이터라인들(D1~Dn)에 출력된다.
한편, 도면으로 표시하지는 않았지만, 리셋 전압의 일 예인 블랙 계조전압을 차지 쉐어링에 의하지 않고 다른 방법으로 생성할 수도 있다. 즉, 데이터 구동회로(24)는 리셋 인에이블신호(REN)에 응답하여 자신에게 미리 설정되어 있는 "00000000" 형식의 블랙 계조 코드를 데이터전압 발생부(241)에 인가하고, 데이터전압 발생부(241)를 통해 블랙 계조 전압을 생성한 후 모든 데이터라인들에 공급할 수 있다.
한편, 데이터 구동회로(24)는 리셋 전압의 다른 예인 그라운드 전압을 생성할 수도 있다. 데이터 구동회로(24)는 리셋 인에이블신호(REN)에 응답하여, 출력회로(242)를 구성하는 버퍼(BUF)들의 바이어스 전원을 제어함으로써 그라운드 전압을 생성한 후 모든 데이터라인들에 공급할 수 있다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 터치 센싱 장치와 그 구동 방법은 미리 설정된 소정 주기로 표시패널 구동기간과 터치 스크린의 구동기간 사이에서 표시패널의 화소들을 등전위의 리셋 전압으로 모두 초기화함으로써, 화상에 따른 데이터전압의 변화가 터치 노이즈로 혼입되는 것을 미연에 방지한다. 화소들의 커패시턴스를 초기화하기 위한 리셋 전압은 일정한 옵셋 값이므로, 터치 좌표 산출을 터치 알고리즘 적용시 얼마든지 제거가 용이하다.
본 발명은 데이터전압의 변화에 따른 노이즈 유입량을 최소화하여 표시소자에 탑재된 터치 센서들의 감도를 증진시킴과 아울러 터치 인식 오류를 획기적으로 줄임으로써, 터치 신뢰성 제고에 크게 기여할 수 있다.
10 : 표시패널 TSP : 터치 스크린
20 : 인쇄회로보드 22 : 타이밍 콘트롤러
23 : 리셋 제어회로 24 : 데이터 구동회로
26 : 레벨 쉬프터 30 : 쉬프트 레지스터
100 : 터치 센싱회로

Claims (20)

  1. 다수의 화소들을 포함하여 화상을 표시하는 표시소자;
    다수의 터치 센서들을 포함하여 상기 표시소자에 내장되는 터치 스크린;
    상기 표시소자를 구동하는 표시패널 구동회로;
    상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하여 상기 터치 센서들의 전압이나 용량값 변화를 센싱하는 터치 센싱회로;
    1 프레임 기간을 상기 표시소자에 화상을 표시하기 위한 제1 구동기간과 상기 터치 센서들을 센싱하기 위한 제2 구동기간으로 시분할하는 콘트롤러; 및
    상기 제1 구동기간과 상기 제2 구동기간 사이에서, 미리 설정된 일정 주기마다 상기 표시소자의 화소들이 등전위의 리셋 전압으로 초기화되도록, 리셋 인에이블신호로 상기 표시패널 구동회로의 동작을 제어하는 리셋 제어회로를 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리셋 전압은 특정 계조전압 또는, 그라운드 전압으로 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  3. 제 2 항에 있어서,
    상기 특정 계조전압은 일정 범위의 블랙 계조전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리셋 제어회로는 상기 리셋 인에이블 신호를 생성하고, 이 리셋 인에이블 신호를 기반으로 상기 리셋 전압을 상기 화소들에 인가하기 위한 리셋 기간을 설정하며,
    상기 리셋 기간은 N(N는 1이상의 자연수) 프레임마다 상기 제1 구동기간과 제2 구동기간 사이에 배치되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  5. 제 4 항에 있어서,
    상기 표시소자에 포함된 백라이트 유닛의 디밍비 및 광원 구동전류 중 적어도 어느 하나를 조절하여 상기 리셋 기간이 차지하는 기간만큼 낮아진 휘도를 보상하기 위한 백라이트 제어회로를 더 구비하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  6. 제 3 항에 있어서,
    상기 표시패널 구동회로는 데이터 구동회로와 게이트 구동회로를 포함하고;
    상기 데이터 구동회로는 상기 제1 구동기간에서 상기 화상 표시를 위한 데이터전압을 생성하여 상기 표시소자의 데이터라인들에 공급하고, 상기 리셋 전압 인가를 위한 리셋 기간에서 상기 리셋 인에이블신호에 따라 상기 리셋 전압을 생성하여 상기 데이터라인들에 공급하며;
    상기 게이트 구동회로는 상기 제1 구동기간에서 상기 데이터전압에 동기되는 제1 게이트펄스를 순차적으로 상기 표시소자의 게이트라인들에 공급하고, 상기 리셋 기간에서 상기 리셋 인에이블신호를 기초로 상기 리셋 전압에 동기되는 제2 게이트펄스를 상기 게이트라인들에 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 게이트 구동회로는 상기 제2 게이트펄스를 상기 게이트라인들에 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 제2 게이트펄스는 상기 제1 게이트펄스에 비해 그 펄스폭이 더 넓은 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  9. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 구동회로는, 블랙 계조 레벨의 상기 리셋 전압을 생성하기 위하여 상기 리셋 기간에서 정극성 데이터전압이 출력되는 제1 출력 채널들과 부극성 데이터전압이 출력되는 제2 출력 채널들을 서로 쇼트시키는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  10. 제 6 항에 있어서,
    상기 데이터 구동회로는, 그라운드 전압 레벨의 상기 리셋 전압을 생성하기 위하여 상기 리셋 기간에서 출력 버퍼들의 바이어스 전원을 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치.
  11. 다수의 화소들을 포함하여 화상을 표시하는 표시소자와, 다수의 터치 센서들을 포함하여 상기 표시소자에 탑재되는 터치 스크린과, 상기 표시소자를 구동하는 표시패널 구동회로와, 상기 터치 센서들에 구동신호를 인가하여 상기 터치 센서들의 전압이나 용량값 변화를 센싱하는 터치 센싱회로를 갖는 터치 센싱 장치의 구동방법에 있어서,
    1 프레임 기간의 일부를 상기 표시소자에 화상을 표시하기 위한 제1 구동기간으로 설정하는 단계;
    상기 1 프레임 기간의 나머지 일부를 상기 터치 센서들을 센싱하기 위한 제2 구동기간으로 설정하는 단계; 및
    상기 제1 구동기간과 상기 제2 구동기간 사이에서, 미리 설정된 일정 주기마다 상기 표시소자의 화소들을 등전위의 리셋 전압으로 초기화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  12. 제 11 항에 있어서,
    상기 리셋 전압은 특정 계조전압 또는, 그라운드 전압으로 선택되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  13. 제 12 항에 있어서,
    상기 특정 계조전압은 일정 범위의 블랙 계조전압을 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  14. 제 11 항에 있어서,
    상기 표시소자의 화소들을 등전위의 리셋 전압으로 초기화하는 단계는,
    리셋 인에이블신호를 생성하는 단계; 및
    상기 리셋 인에이블신호를 기반으로 상기 리셋 전압을 상기 화소들에 인가하기 위한 리셋 기간을 설정하는 단계를 포함하고;
    상기 리셋 기간은 N(N는 1이상의 자연수) 프레임마다 상기 제1 구동기간과 제2 구동기간 사이에 배치되어, 상기 N 프레임을 주기로 반복되는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    상기 표시소자에 포함된 백라이트 유닛의 디밍비 및 광원 구동전류 중 적어도 어느 하나를 조절하여 상기 리셋 기간이 차지하는 기간만큼 낮아진 휘도를 보상하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    상기 표시소자의 화소들을 등전위의 리셋 전압으로 초기화하는 단계는,
    상기 표시패널 구동회로에 포함되는 데이터 구동회로를 이용하여, 상기 제1 구동기간에서 상기 화상 표시를 위한 데이터전압을 생성하여 상기 표시소자의 데이터라인들에 공급하고, 상기 리셋 전압 인가를 위한 리셋 기간에서 상기 리셋 인에이블신호에 따라 상기 리셋 전압을 생성하여 상기 데이터라인들에 공급하는 단계; 및
    상기 표시패널 구동회로에 포함되는 게이트 구동회로를 이용하여, 상기 제1 구동기간에서 상기 데이터전압에 동기되는 제1 게이트펄스를 순차적으로 상기 표시소자의 게이트라인들에 공급하고, 상기 리셋 기간에서 상기 리셋 인에이블신호를 기초로 상기 리셋 전압에 동기되는 제2 게이트펄스를 상기 게이트라인들에 공급하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  17. 제 16 항에 있어서,
    상기 게이트 구동회로는 상기 제2 게이트펄스를 상기 게이트라인들에 동시에 공급하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  18. 제 17 항에 있어서,
    상기 제2 게이트펄스는 상기 제1 게이트펄스에 비해 그 펄스폭이 더 넓은 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  19. 제 16 항에 있어서,
    상기 데이터 구동회로는, 블랙 계조 레벨의 상기 리셋 전압을 생성하기 위하여 상기 리셋 기간에서 정극성 데이터전압이 출력되는 제1 출력 채널들과 부극성 데이터전압이 출력되는 제2 출력 채널들을 서로 쇼트시키는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
  20. 제 16 항에 있어서,
    상기 데이터 구동회로는, 그라운드 전압 레벨의 상기 리셋 전압을 생성하기 위하여 상기 리셋 기간에서 출력 버퍼들의 바이어스 전원을 동시에 제어하는 것을 특징으로 하는 터치 센싱 장치의 구동방법.
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