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KR20220067920A - 터치 컨트롤러, 이를 포함하는 터치 스크린 구동 회로 및 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법 - Google Patents

터치 컨트롤러, 이를 포함하는 터치 스크린 구동 회로 및 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법 Download PDF

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KR20220067920A
KR20220067920A KR1020200154702A KR20200154702A KR20220067920A KR 20220067920 A KR20220067920 A KR 20220067920A KR 1020200154702 A KR1020200154702 A KR 1020200154702A KR 20200154702 A KR20200154702 A KR 20200154702A KR 20220067920 A KR20220067920 A KR 20220067920A
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KR
South Korea
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driving
touch
period
signals
display
Prior art date
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Pending
Application number
KR1020200154702A
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English (en)
Inventor
최윤경
조윤래
김진봉
Original Assignee
삼성전자주식회사
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by 삼성전자주식회사 filed Critical 삼성전자주식회사
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Priority to US17/528,722 priority patent/US11842013B2/en
Priority to CN202111360932.3A priority patent/CN114518809A/zh
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Abstract

본 개시의 기술적 사상에 따른 디스플레이 레이어 및 상기 디스플레이 레이어 상에 적층된 터치 센서 레이어를 포함하는 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동 회로는, 구동 기간에 상기 터치 센서 레이어의 복수의 제1 전극들에 복수의 구동 신호를 각각 인가하고, 상기 구동 기간의 제1 서브 기간에 상기 복수의 구동 신호의 위상이 동일한, 터치 컨트롤러, 및 상기 구동 기간의 상기 제1 서브 기간에 상기 디스플레이 레이어의 복수의 소스 라인 중 적어도 일부 소스 라인들에 상기 복수의 구동 신호의 위상과 반대 위상을 갖는 보상 신호를 인가하는 디스플레이 구동 회로를 포함할 수 있다.

Description

터치 컨트롤러, 이를 포함하는 터치 스크린 구동 회로 및 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법{TOUCH CONTROLLER, TOUCH SCREEN DRIVING CIRCUIT COMPRISING THEREOF AND OPERATING METHOF OF TOUCH SCREEN DRIVING CIRCUIT}
본 개시의 기술적 사상은, 터치 스크린 구동 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 터치 스크린을 구동하는 터치 컨트롤러 및 터치 스크린 구동 회로, 그리고 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법에 관한 것이다.
터치 스크린은 이미지 디스플레이를 위한 디스플레이 패널 및 터치 센싱을위한 터치 패널을 포함하며, 디스플레이 패널과 터치 패널은 수직으로 적층되거나 또는 적어도 하나의 레이어를 공유하며 일체로서 형성될 수 있다. 터치 스크린의 초박화 경향에 따라 디스플레이 패널과 터치 패널 간의 거리가 매우 가까워짐에 따라 두 패널의 전극들간 기생 커패시턴스가 증가할 수 있으며, 기생 커패시턴스가 터치 센싱 시 또는 디스플레이 수행 시 노이즈를 유발할 수 있으며, 노이즈는 터치 센싱 감도를 저하시키거나 또는 디스플레이 되는 이미지의 화질을 열화시킬 수 있다. 따라서, 기생 커패시턴스에 의한 노이즈를 감소시킬 수 있는 터치 스크린 구동 방법이 요구된다.
본 개시의 기술적 사상은 터치 센싱 감도를 향상 시키기 위한 터치 컨트롤러, 터치 스크린 구동 회로, 및 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법을 제공하는 데에 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 디스플레이 레이어 및 상기 디스플레이 레이어 상에 적층된 터치 센서 레이어를 포함하는 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동 회로는, 구동 기간에 상기 터치 센서 레이어의 복수의 제1 전극들에 복수의 구동 신호를 각각 인가하고, 상기 구동 기간의 제1 서브 기간에 상기 복수의 구동 신호의 위상이 동일한, 터치 컨트롤러, 및 상기 구동 기간의 상기 제1 서브 기간에 상기 디스플레이 레이어의 복수의 소스 라인 중 적어도 일부 소스 라인들에 상기 복수의 구동 신호의 위상과 반대 위상을 갖는 보상 신호를 인가하는 디스플레이 구동 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 디스플레이 패널 상에 적층되는 터치 센서 어레이를 구동하는 터치 컨트롤러는, 디스플레이 타이밍 신호를 수신하고, 상기 디스플레이 타이밍 신호에 동기하여 터치 센싱 제어 신호를 생성하는 컨트롤러, 및
상기 터치 센싱 제어 신호에 응답하여 상기 터치 센서 어레이의 복수의 구동 전극에 제1 주파수를 갖는 복수의 구동 신호를 각각 인가하고, 상기 디스플레이 패널의 복수의 소스 라인에 상기 제1 주파수를 갖는 제1 극성의 보상 신호가 인가되는 제1 기간 동안 상기 복수의 구동 전극에 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 갖는 상기 복수의 구동 신호를 각각 인가하는 송신 회로를 포함할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 디스플레이 레이어 및 상기 디스플레이 레이어 상에 적층된 터치 센서 레이어를 포함하는 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법은, 구동 기간에 상기 터치 센서 레이어의 복수의 제1 전극들에 복수의 구동 신호를 각각 인가하는 단계, 및 상기 구동 기간의 제1 서브 기간에 상기 디스플레이 레이어의 복수의 소스 라인에 상기 복수의 구동 신호의 위상과 반대 위상을 갖는 보상 신호를 인가하는 단계를 포함하고, 상기 구동 기간의 제1 서브 기간에 상기 복수의 구동 신호는 위상이 동일할 수 있다.
본 개시의 기술적 사상에 따른 터치 컨트롤러, 터치 스크린 구동 회로, 및 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법에 따르면, 복수의 터치 구동 라인들에 동일한 위상의 복수의 구동 신호들이 인가될 때 디스플레이 패널의 소스 라인들에 상기 복수의 구동 신호의 위상과 반대 위상의 보상 신호가 인가되어, 디스플레이 패널의 공통 전극으로부터 유발되는 노이즈가 감소되고 터치 감도가 향상될 수 있다.
도 1은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 시스템을 나타내는 블록도이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 장치에 구비되는 터치 패널, 디스플레이 패널, 터치 컨트롤러 및 디스플레이 구동 회로를 보다 상세하게 나타낸다.
도 3은 도 1의 터치 스크린의 레이어들을 나타낸다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 구동 방식에 따른 타이밍도이다.
도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 구동 방식의 비교예에 따른 타이밍도이다.
도 6a 및 도 6b는 터치 센싱에 영향을 미치는 터치 스크린에 형성되는 기생 성분을 나타낸다.
도 7a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법을 설명하는 도면이고, 도 7b는 스크린 장치에 인가되는 신호들을 나타내는 파형도이다.
도 8a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 소스 드라이버의 일 구현예를 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 8b는 도 8b의 블랭크 기간 및 디스플레이 구동 기간에 소스 드라이버에서 이용되는 신호들의 타이밍도이다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 컨트롤러의 인코딩 동작을 나타낸다. 도 9의 동작은 인코더(도 2의 215)에서 수행될 수 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 컨트롤러의 디코딩 동작을 나타낸다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 아다마르 행렬에 기초하여 인코딩된 구동 신호들의 일부가 오버랩되어 출력되는 것을 도시하는 타이밍도이다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 일 구현예를 나타낸다.
도 14 및 도 15는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 구동 회로의 구현예들을 나타낸다.
이하, 첨부한 도면을 참조하여 본 개시의 실시 예에 대해 상세히 설명한다.
도 1은 본 개시의 예시적인 실시예에 따른 터치 스크린 시스템을 나타내는 블록도이다.
터치 스크린 장치(1000)는 다양한 전자 기기에 탑재될 수 있다. 예를 들어, 터치 스크린 장치(1000)는 태블릿 PC(Personal Computer), e-리더, PDA(Personal Digital Assistant), PMP(portable Multimedia Player), 모바일 단말, 스마트 폰, 웨어러블 기기, 사물 인터넷(Internet of Things(IoT)) 장치, 냉장고, 네비게이션(navigation) 장치 등과 같은 전자 기기에 탑재될 수 있다. 또한 터치 스크린 장치(1000)는 차량, 가구, 제조 설비, 도어, 각종 계측 기기 등에 부품으로서 구비되는 전자 기기에 탑재될 수 있다.
도 1을 참조하면, 터치 스크린 장치(1000)는 터치 스크린(100) 및 터치 스크린(100)을 구동하기 위한 터치 스크린 구동 회로(200)(이하, 구동 회로라고 함)를 포함할 수 있으며, 터치 스크린(100)은 터치 패널(110) 및 디스플레이 패널(120)을 포함할 수 있으며 터치 센싱 및 디스플레이 기능을 제공할 수 있다. 터치 스크린 구동 회로(200)는 터치 컨트롤러(210) 및 디스플레이 구동 회로(DDI)(220)를 포함할 수 있다. 도 1에는 터치 스크린 장치(1000)가 호스트(300)를 포함하는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니며, 호스트(300)는 터치 스크린 장치(1000)와 별개로 구현될 수 있다.
터치 스크린(100)은 이미지를 표시할 수 있으며, 사용자의 터치 입력을 수신할 수 있다. 터치 스크린(100)은 전자 기기의 입/출력 장치로서 동작할 수 있다. 실시예에 있어서, 터치 스크린(100)은 지문 센서를 더 포함할 수 있으며, 터치 스크린 장치(1000)는 지문 인식 기능을 수행할 수 있다.
터치 패널(110)은 터치 스크린(100) 상의 터치(또는 터치 입력)를 센싱하고 센싱 신호들을 출력할 수 있다. 이 때, 터치는 스크린(100) 상에 전도성 물체(예를 들어, 사용자의 손가락, 손바닥, 터치 펜, 스타일러스 펜 등)가 직접 접촉하는 것뿐만이 아니라 상기 도전 물체가 터치 스크린(100)에 근접하는 것을 포함한다. 터치 패널(110)은 디스플레이 패널(120) 상에 적층될 수 있으며, 디스플레이 패널(120)의 전면(예컨대 광 신호들이 방출되는 면)에 부착될 수 있다. 실시예에 있어서, 터치 패널(110)은 디스플레이 패널(120)의 전면을 덮을 수 있다.
터치 패널(110)은 터치-감응 표면(touch-sensitive surface)을 구비한 투명한 패널로 구현될 수 있다. 또는 터치 패널(110)은 투명한 전극들이 패터닝된 터치 센서 어레이로 구현될 수 있다. 본 개시에서 터치 패널(110)은 터치 센서 어레이 또는 터치 센싱 레이어로 지칭될 수 있다.
터치 패널(110)은 행열로 배치된 복수의 전극들을 포함할 수 있다. 복수의전극들을 통해 다양한 터치 센싱 방식 중 하나의 방식에 따른 센싱 신호들이 출력될 수 있다. 일 예로서 복수의 전극들은 정전 용량 센싱 방식(capacitance sensing)에 따른 센싱 신호들을 출력할 수 있다.
예를 들어, 터치 패널(110)은 구동 신호(STX)가 인가되는 복수의 구동 전극 및 센싱 신호(SSEN)가 출력되는 복수의 수신 전극을 포함할 수 있으며, 복수의 구동 전극은 제1 방향(예컨대 X 축 방향 또는 Y 축 방향)으로 연장되고, 복수의 센싱 전극은 제2 방향 (예컨대 Y 축 방향 또는 X 축 방향)으로 연장될 수 있다. 복수의 구동 전극과 복수의 센싱 전극은 서로 교차할 수 있으며, 복수의 구동 전극과 복수의 센싱 전극 간에 뮤추얼 커패시턴스(mutual capacitance)가 형성될 수 있다.
다른 예로서, 터치 패널(110)은 행열로 배치된 복수의 센싱 전극을 포함할 수 있으며, 복수의 센싱 전극 각각에 커패시턴스가 형성될 수 있다. 예컨대, 복수의 센싱 전극 각각과 접지(또는 터치 스크린(1000) 내의 도전성 레이어) 사이에 커패시턴스가 형성될 수 있으며, 상기 커패시턴스는 셀프 커패시턴스(self capacitance)로 지칭될 수 있다. 복수의 센싱 전극 각각에 구동 신호(STX)가 인가되고 또한 복수의 센싱 전극 각각으로부터 센싱 신호(SSEN)가 출력될 수 있다. 다시 말해서 복수의 센싱 전극 각각이 구동 전극 및 수신 전극으로서 동작할 수 있다.
구동 전극을 통해 구동 신호(STX)가인가되고, 구동 신호(STX)에 기초하여 커패시턴스(예컨대 뮤추얼 커패시턴스 또는 셀프 커패시턴스)를 나타내는 센싱 신호(SSEN)가 생성되며, 센싱 신(SSEN)호가 수신 전극을 통해 출력될 수 있다. 사람의 손가락 또는 스타일러스와 같은 전도성 물체가 전극을 터치하거나 또는 전극에 인접하면, 터치된 전극에 대응하는 커패시턴스가 변화되고, 변화된 커패시턴스에 따라 터치 패널(110)로부터 출력되는 센싱 신호(SSEN)가 변화될 수 있다. 예컨대 센싱 신호(SSEN)의 레벨이 터치가 발생하기 전보다 증가하거나 또는 감소할 수 있다.
디스플레이 패널(120)은 복수의 게이트 라인, 복수의 소스 라인, 복수의 게이트 라인과 복수의 소스 라인이 교차하는 지점에 행열로 배치된 복수의 픽셀들을 포함할 수 있다. 복수의 픽셀들은 복수의 소스 라인 및 복수의 게이트 라인을 통해 수신되는 이미지 신호들(Simg)을 기초로 이미지를 표시할 수 있다. 이미지는 설정된 프레임 레이트에 따라서 갱신될 수 있다.
디스플레이 패널(120)의 하부, 예컨대 백플레인(backplane)에는 디스플레이 레이어가 배치되고, 상부에는 공통 전극이 배치될 수 있다. 공통 전극은 디스플레이 레이어와 터치 센서 어레이 사이에 게재될 수 있다. 디스플레이 레이어에는 복수의 게이트 라인 및 복수의 소스 라인, 그리고 복수의 픽셀이 형성될 수 있다. 공통 전극에는 디스플레이 패널(120)의 복수의 픽셀에 공통으로 제공되는 전압, 예컨대 접지 전압이 인가될 수 있다.
디스플레이 패널(120)은 LCD(liquid crystal display), LED(light emitting diode) 디스플레이, OLED(organic LED) 디스플레이, AMOLED(active-matrix OLED) 디스플레이, ECD(Electrochromic Display), DMD(Digital Mirror Device), AMD(Actuated Mirror Device), GLV(Grating Light Valve), PDP(Plasma Display Panel), ELD(Electro Luminescent Display), VFD(Vacuum Fluorescent Display) 중 하나로 구현될 수 있고, 그 밖에 다른 종류의 평판 패널 또는 플렉서블 패널로 구현될 수 있다
도 1에는 터치 패널(110)과 디스플레이 패널(120)이 별개의 구성인 것으로 도시되었으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 예컨대, 터치 스크린(100)은 터치 패널(110)의 전극들과 디스플레이 패널(120)의 픽셀이 결합된 인-셀(In-Cell) 타입 패널 또는 터치패널(110)의 전극들이 디스플레이 패널(120)의 상부에 배치되는 온-셀(On-Cell) 타입 패널로 구현될 수 있다.
터치 컨트롤러(210)는 터치 패널(110)을 스캔(예컨대 구동 및 센싱)할 수 있다. 터치 컨트롤러(210)는 구동 신호(STX)를 터치 패널(110), 다시 말해서 터치 센서 어레이에 제공하고, 구동 신호(STX)에 기초하여 생성되는 센싱 신호(SSEN)들을 터치 패널(110)로부터 수신할 수 있다. 터치 컨트롤러(210)는 센싱 신호들을 기초로 터치 입력의 발생 여부, 터치 입력이 발생한 위치, 즉 터치 좌표(Txy)를 산출하고, 터치 좌표(Txy)를 호스트(300)에 제공할 수 있다. 실시예에 있어서, 터치 컨트롤러(210)는 터치 압력을 산출하고, 터치 좌표(Txy)와 함께 터치 압력을 호스트(300)에 제공할 수 있다.
디스플레이 구동 회로(220)는 호스트(300)로부터 이미지 데이터(IDT)를 수신하고, 디스플레이 패널(120)에 이미지 데이터(IDT)에 따른 이미지가 표시되도록 디스플레이 패널(120)을 구동할 수 있다. 디스플레이 구동 회로(220)는 이미지 데이터(IDT)를 아날로그 신호인 이미지 신호들(Simg)로 변환하고, 이미지 신호들(Simg)을 디스플레이 패널(120)의 대응하는 픽셀에 제공할 수 있다.
본 개시의 실시예에 따른 터치 스크린 장치(1000)에서, 터치 컨트롤러(120)는 멀티-구동 방식으로 터치 패널(110)을 구동할 수 있다. 터치 컨트롤러(210)는 특정 행렬(또는 코드)을 기초로 펄스 신호(예컨대 특정 주기를 가지고 하이 레벨과 로우 레벨 사이에서 토글링되는 신호, 또는 특정 주파수의 정현파 신호)를 인코딩하여 복수의 구동 신호(STX)를 생성하고, 복수의 구동 신호(STX)를 복수의 전극(예컨대 복수의 구동 전극)에 동시에 인가할 수 있다. 터치 컨트롤러(120)는 복수의 전극(예컨대 복수의 수신 전극)으로부터 수신되는 복수의 센싱 신호(SSEN)를 상기 특정 행렬(예컨대 상기 행렬의 역행렬)을 기초로 디코딩하여 복수의 구동 신호에 대응하는 복수의 터치 값을 생성할 수 있다.
복수의 구동 신호가 인가되는 전체 구동 기간 중 일부 기간, 예컨대 제1 서브 기간에 복수의 구동 신호의 위상이 동일하거나, 복수의 구동 신호의 위상의 합이 0보다 클 수 있다. 구동 기간 중 다른 기간, 예컨대 제1 서브 기간에 연속하는 제2 서브 기간에는 복수의 구동 신호 중 일부 구동 신호들의 위상이 동일하고, 다른 일부 구동 신호들의 위상이 일부 구동 신호들의 위상과 반대이며, 복수의 구동 신호의 위상의 합이 0일 수 있다. 이와 같이, 복수의 구동 신호의 위상의 합이 0보다 큰 기간, 예컨대 제1 서브 기간은 언발란스(unbalance) 구동 기간으로 지칭되고 복수의 구동 신호의 위상의 합이 0인 기간, 예컨대 제2 서브 기간은 발란스(balance) 구동 기간으로 지칭할 수 있다.
터치 컨트롤러(210)는 구동 기간의 제1 서브 기간, 다시 말해서 언발란스 구동 기간이 디스플레이 패널(120)에 이미지가 업데이트되지 않는 구간, 예컨대 블랭크 기간에 포함되도록 터치 패널(110)의 구동 타이밍을 결정할 수 있으며, 디스플레이 구동 회로(220)는 언발란스 구동 기간에 디스플레이 패널(120)의 복수의 소스 라인 중 적어도 일부 소스 라인들에 보상 신호를 인가할 수 있다. 보상 신호는 언발란스 구동 기간에 복수의 구동 전극에 인가되는 복수의 구동 신호와 주파수가 동일하고 위상이 반대일 수 있다.
터치 컨트롤러(210)와 디스플레이 구동 회로(220)는 동기화 신호, 상태 정보 등을 송수신할 수 있다. 예를 들어, 디스플레이 구동 회로(220)는 디스플레이 타이밍을 나타내는 신호, 예컨대 수직 동기 신호(Vsync)를 터치 컨트롤러(210)에 제공할 수 있다. 터치 컨트롤러(210)는 터치 센싱 타이밍 정보, 예컨대, 터치 클럭 신호(CLKT)를 디스플레이 구동 회로(220)에 제공할 수 있다. 터치 컨트롤러(210)와 디스플레이 구동 회로(220)는 동기화 신호, 예컨대, 수직 동기 신호(Vsync), 터치 클럭 신호(CLKT)에 기초하여 서로 동기되어 동작할 수 있다. 예컨대 터치 컨트롤러(210)는 수직 동기 신호(Vsync)에 응답하여, 디스플레이 패널(120)에 이미지가 업데이트되지 않는 기간에 언발란스 구동을 수행하고, 디스플레이 구동 회로(220)는 터치 클럭 신호(CLKT)에 응답하여, 복수의 구동 신호와 주파수가 동일하고 위상이 반대인 보상 신호를 생성하고, 보상 신호를 소스 라인들로 출력할 수 있다.
호스트(300)는 터치 스크린 장치(1000)에 대한 전반적인 제어 동작을 수행할 수 있다. 호스트(300)는 디스플레이 동작에 관련된 데이터를 생성하여 디스플레이 구동 회로(220)에 제공할 수 있고, 터치 컨트롤러(210)로부터 터치 발생 여부, 터치 좌표(Txy) 및 터치 압력(강도) 등을 수신하고, 이를 기초로 터치를 해석하고, 터치 위치 및 강도에 따른 제어 동작을 수행할 수 있다.
실시예에 있어서, 호스트(300)는 어플리케이션 프로세서(Application Processor)를 포함할 수 있으며, 어플리케이션 프로세서(AP)는 시스템 온 칩(System on Chip, SoC)으로 구현될 수 있다. 시스템 온 칩(SoC)은 소정의 표준 버스 규격을 갖는 프로토콜이 적용된 시스템 버스(미도시)를 포함할 수 있으며, 상기 시스템 버스에 연결되는 각종 IP(Intellectual Property)들을 포함할 수 있다. 시스템 버스의 표준 규격으로서, ARM(Advanced RISC Machine) 사의 AMBA(Advanced Microcontroller Bus Architecture) 프로토콜 등 다양한 종류의 규격이 적용될 수 있을 것이다.
도 2는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 장치에 구비되는 터치 패널(110), 디스플레이 패널(120), 터치 컨트롤러(210) 및 디스플레이 구동 회로(220)를 보다 상세하게 나타낸다.
도 2를 참조하면, 터치 패널(110)은 복수의 구동 전극(TE) 및 복수의 수신 전극(RE)을 포함할 수 있으며, 이들은 복수의 센싱 전극으로 지칭될 수 있다. 실시예에 있어서, 복수의 수신 전극(RE)은 제1 방향, 예컨대 X 축 방향으로 연장되고, 복수의 구동 전극(TE)은 제2 방향, 예컨대 Y축 방향으로 연장될 수 있다. 제1 방향 및 제2 방향은 서로 직교하는 방향이며, 복수의 수신 전극(RE)과 복수의 구동 전극(TE)이 서로 교차할 수 있다. 구동 전극(TE)과 센싱 전극(RE) 간에 뮤추얼 커패시턴스(CM)가 형성될 수 있다.
터치 센싱 특성(예컨대 터치 센싱 감도) 향상을 위하여 복수의 센싱 전극, 예컨대 복수의 구동 전극(TE) 및/또는 복수의 수신 전극(RE)의 단위 전극은 특정한 모양(예를 들어, 도 2에 도시된 바와 같은 마름모 형태) 또는 패턴을 가질 수 있다.
터치 컨트롤러(210)는 구동 회로(211), 수신 회로(212), 터치 프로세서(213)(또는 컨트롤러라고 함), 인코더(215) 및 디코더(216)를 포함할 수 있다.
구동 회로(211)는 복수의 송신기, 예컨대 제1 내지 제4 송신기(TX1, TX2, TX3, TX4)를 포함할 수 있다. 복수의 송신기(TX1~TX4)는 복수의 구동 전극(TE)에 구동 신호들을 제공할 수 있다. 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이, 복수의 송신기(TX1~TX4)(구동 회로(211)에 구비되는 모든 송신기 또는 일부 송신기)가 대응하는 구동 전극(TE)들로 동시에 구동 신호들을 인가할 수 있다. 다시 말해서, 복수의 구동 전극(TE)에 복수의 구동 신호들이 동시에 인가될 수 있다.
인코더(215)는 기준 신호, 예컨대 소정의 주파수를 갖는 펄스 신호를 행렬(예를 들어 아다마르 행렬(Hadamard matrix)) 또는 코드를 기초로 인코딩하여 복수의 구동 신호를 생성할 수 있다. 복수의 구동 신호들은 일부 기간에 위상이 동일하고, 다른 일부 기간에 위상이 상이할 수 있다.
수신 회로(212)는 복수의 수신기(RX)를 포함할 수 있으며, 복수의 수신기(RX)는 복수의 수신 전극(RE)으로부터 복수의 센싱 신호들을 수신할 수 있다. 복수의 수신기(RX) 각각은 대응하는 하나의 수신 전극(RE)에 연결되어 센싱 신호를 수신하거나, 또는 시분할적으로 적어도 두 개의 수신 전극(RE)에 연결되어, 적어도 두 개의 센싱 신호를 수신할 수 있다.
센싱 신호는 구동 신호가 인가된 구동 전극(TE)과 센싱 신호가 수신된 수신 전극(RE) 간의 뮤추얼 커패시턴스(CM)를 나타낼 수 있으며, 예를 들어, 터치 패널(110) 상의 한 지점에서 터치가 발생할 경우, 상기 지점의 뮤추얼 커패시턴스(CM)가 감소될 수 있으며, 센싱 신호의 레벨이 터치 발생 전보다 감소 또는 증가될 수 있다.
수신기(RX)는 수신되는 센싱 신호를 증폭 및 아날로그-디지털 변환함으로써, 센싱 값을 생성할 수 있다. 복수의 수신기(RX)가 복수의 센싱 값을 생성할 수 있다.
디코더(216)는 복수의 수신기(RX)로부터 복수의 센싱 값을 수신하고, 복수의 센싱 값을 인코딩 시 이용된 행렬(또는 코드)을 기초로 디코딩할 수 있다. 예컨대 디코더(216)는 복수의 터치 센싱 값에 행렬의 역행렬을 곱하여 복수의 터치 값을 생성할 수 있다. 복수의 터치 값은 복수의 구동 신호가 인가된 복수의 구동 전극(TE) 및 복수의 수신 전극(RE) 간의 복수의 뮤추얼 커패시턴스 각각을 나타낼 수 있다.
실시예에 있어서, 터치 패널(110)은 각각이 구동 전극 및 센싱 전극으로서 동작하는 복수의 센싱 전극을 포함할 수도 있다. 복수의 센싱 전극은 행열로 배치될 수 있으며, 복수의 센싱 전극 각각은 닷 센서로 지칭될 수 있다. 복수의 닷 센서 각각에 구동 신호를 제공하고 또한 센싱 신호를 수신하기 위하여, 송신기(TX) 및 수신기(RX)가 일체로 구현될 수도 있다.
터치 프로세서(214)는 터치 컨트롤러(210)의 전반적인 동작을 제어할 수 있으며, 예를 들어, 송신 회로(211), 수신 회로(212)의 동작 타이밍을 제어할 수 있다. 또한 터치 프로세서(214)는 디코더(216)로부터 수신되는 복수의 터치 값을 기초로 터치 발생 여부, 터치 발생 위치 및 터치 강도(압력) 등을 산출할 수 있다. 터치 프로세서(214)는 또한, 터치 센싱 타이밍 정보, 예컨대 터치 클럭 신호(도 1의 CLKT)를 디스플레이 구동 회로(200)에 제공할 수 있다.
디스플레이 패널(120)은 디스플레이 레이어(121) 및 공통 전극(122)을 포함할 수 있으며 디스플레이 레이어(121)는 디스플레이 패널(120)의 기판 상에 형성되고, 공통 전극(122)은 디스플레이 레이어(121)의 상부에 형성될 수 있다. 디스플레이 레이어(121)는 복수의 게이트 라인(GL)(또는 스캔 라인이라고 함) 및 복수의 소스 라인(SL)(또는 데이터 라인이라고 함)을 포함할 수 있으며, 복수의 게이트 라인(GL)은 제1 방향, 예컨대 X축 방향으로 연장되고 복수의 소스 라인(SL)은 제2 방향, 예컨대 Y 축 방향으로 연장될 수 있다. 복수의 소스 라인(SL)과 복수의 게이트 라인(GL)이 교차하는 지점에 복수의 픽셀이 형성될 수 있다.
공통 전극(COM)에는 공통 전압이 인가될 수 있으며, 공통 전압은 일정한 레벨의 전압이며, 예컨대 접지 전압일 수 있다.
디스플레이 구동 회로(220)는 타이밍 컨트롤러(221), 소스 드라이버(222) 및 게이트 드라이버(223)을 포함할 수 있다.
타이밍 컨트롤러(221)는 소스 드라이버(222) 및 게이트 드라이버(223)의 동작을 제어할 수 있으며, 예컨대 동작 타이밍을 나타내는 타이밍 신호 또는 제어 신호를 소스 드라이버(222) 및 게이트 드라이버(223)에 제공할 수 있다. 또한 타이밍 컨트롤러(221)는 호스트(도 1의 300)으로부터 이미지 데이터(IDT)를 수신하고, 이미지 데이터(IDT)를 처리(예컨대 화질 처리, 디스플레이 패널(120)의 픽셀 구조에 따라 데이터 포맷 변경)하고 처리된 이미지 데이터(IDT)를 라인 단위로 소스 드라이버(222)에 제공할 수 있다. 또한, 타이밍 컨트롤러(221)는 디스플레이 타이밍을 나타내는 신호, 예컨대 수직 동기 신호(Vsync)를 터치 컨트롤러(210)에 제공할 수 있다. 수직 동기 신호(Sync)는 디스플레이 패널(120)에 이미지가 업데이트 되는 프레임 기간을 나타내거나 또는 이미지가 업데이트 되지 않는 기간, 예컨대 블랭크 기간(또는 포치(porch) 기간이라고 함)을 나타낼 수 있다.
게이트 드라이버(223)는 복수의 버퍼(BF)를 포함할 수 있으며, 복수의 버퍼(BF) 각각이 디스플레이 패널(120)의 복수의 게이트 라인(GL)에 활성 레벨의 게이트 신호들을 제공할 수 있다. 예컨대 게이트 드라이버(223)는 순차적으로 활성 레벨의 게이트 신호들을 복수의 게이트 라인(GL)에 제공함으로써, 복수의 게이트 라인(GL)을 순차적으로 구동할 수 있다.
소스 드라이버(222)는 복수의 소스 증폭기(SA)(또는 채널 증폭기라고 함)를 포함할 수 있으며, 복수의 소스 증폭기(SA)가 디스플레이 패널(120)의 복수의 소스 라인(SL)에 이미지 신호들, 예컨대 소스 전압(Vsrc)을 제공할 수 있다. 소스 증폭기(SA)는 복수의 소스 라인(SL) 중 대응하는 소스 라인(SL)에 이미지 신호를 제공할 수 있으며, 복수의 소스 증폭기(SA)가 복수의 소스 라인(SL)에 동시에 이미지 신호들을 제공할 수 있다. 실시예에 있어서, 소스 증폭기(SA)는 시분할 적으로 두 개 이상의 소스 라인(SL)에 이미지 신호들을 제공할 수 있다.
복수의 게이트 라인(GL) 및 복수의 소스 라인(SL) 간에 연결되는 복수의 픽셀(미도시) 각각은 대응하는 게이트 라인(GL)에 활성 레벨의 게이트 신호가 인가되면, 대응하는 소스 라인(SL)을 통해 수신되는 이미지 신호(예컨대 계조 전압)를 기초로 광 신호를 출력할 수 있다. 이로써, 디스플레이 패널(120)에 이미지가 표시될 수 있다.
도 3은 도 1의 터치 스크린의 레이어들을 나타낸다.
도 3을 참조하면, 터치 스크린(100)은 기판(SUB), 디스플레이 레이어(121), 공통 전극(122), 터치 패널(110)(또는 터치 센서 어레이라고 함)를 포함할 수 있다. 그러나 이에 제한되는 것은 아니며, 터치 스크린(110)은 상기 구성들 사이에 게재되는 다른 레이어들을 더 포함할 수 있다. 또한 터치 스크린(100)은 터치 패널(110) 상에 배치되는 탑 글라스를 더 포함할 수 있다.
기판(SUB)은 제1 방향, 예컨대 X축 방향 및 제2 방향, 예컨대 Y 축 방향으로 연장된 제1 면(S1)을 포함할 수 있다. 기판(SUB)의 제1 면(S1)에 수직한 방향, 예컨대 Z 축 방향으로 디스플레이 레이어(121), 공통 전극(122), 및 터치 패널(110)이 적층될 수 있다. 도시된 바와 같이, 공통 전극(122)은 디스플레이 레이어(121)와 터치 패널(110)사이에 게재될 수 있다.
터치패널(110)의 복수의 전극, 예컨대 구동 전극(TE) 및 수신 전극(RE)과 공통 전극(122) 간에 기생 커패시턴스들(예컨대 CTX 및 CRX)가 형성되고, 공통 전극(122)과 디스플레이 레이어(121)의 소스 라인(SL) 및 게이트 라인(GL) 간에 기생 커패시턴스들(예컨대 CS 및 CG)이 형성될 수 있다.
공통 전극(122)은 디스플레이 패널(120)의 상부에 배치되는 바, 픽셀로부터 방출되는 광이 투과될 수 있도록 두께가 얇을 수 있으며, 따라서 공통 전극(122)의 저항값이 충분히 낮아지기 어렵다. 공통 전극(122)에 인접한 전극들, 예컨대 구동 전극(TE), 소스 라인(SL) 또는 게이트 라인(GL)의 전위가 토글(toggle)하면 이에 따른 노이즈 성분이 공통 전극(122)에 유입되고, 공통 전극(122)의 RC 딜레이에 의하여 노이즈 성분이 빨리 방출되지 못하고, 공통 전극(122)의 전압 레벨이 변동된다. 다시 말해서 공통 전극(122)의 전압 레벨에 노이즈가 발생하게 된다. 공통 전극(122)의 전압 레벨에 발생한 노이즈의 일부가 터치 패널(110)의 전극, 예컨대 수신 전극(RE) 또는 구동 전극(TE)으로 유입될 수 있다.
최근 스마트폰이나 폴더블 폰과 같은 모바일 기기의 경우, 디스플레이 폼펙터(form factor) 혹은 배터리 공간 확대를 위해서 디스플레이 패널(120)의 두께가 점점 더 얇아지고, 디스플레이 패널(120)을 포함하는 터치 스크린(100)이 대형화되고 있다. 디스플레이 패널(120)과 터치 패널(110) 간의 거리가 매우 가까워짐에 따라 두 패널의 전극들간 기생 커패시턴스들(예컨대 Cs, CTX, CRX, CG)가 증가될 수 있다.
동일한 위상을 갖는 복수의 구동 신호가 복수의 구동 전극에 인가되는 언발란스 구동 시, 복수의 구동 전극과 공통 전극 간의 기생 커패시턴스에 의하여 디스플레이 패널(120)의 공통 전극(122)의 전압 레벨이 일정하게 유지되지 않고 변동(fluctuation)될 수 있다. 예컨대 공통 전극(122)으로 복수의 구동 신호에 기인한 노이즈가 유입될 수 있다. 공통 전극의 전압 레벨이 변동될 때 디스플레이 패널(120)이 구동될 경우(다시 말해서 이미지가 업데이트될 경우) 이미지의 화질이 저하될 수 있다. 또한, 공통 전극(122)의 노이즈가 터치 패널(110)의 전극(예컨대 수신 전극(RE))으로 유입될 수 있어 터치 센싱 감도가 저하될 수 있다.
그러나, 도 1을 참조하여 전술한 바와 같이 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 장치(1000)의 터치 스크린(100) 구동 방식, 다시 말해서 구동 회로(200)의 동작 방법에 따르면, 터치 컨트롤러(210)가 디스플레이 패널(120)에 이미지가 업데이트되지 않는 구간, 예컨대 블랭크 기간에 언발란스 구동을 수행하고, 이때 디스플레이 구동 회로(220)가 디스플레이 패널의 복수의 소스 라인 중 적어도 일부의 소스 라인에 복수의 구동 신호와 주파수가 동일하고 위상이 반대인 보상 신호를 인가함으로써, 공통 전극의 전압 레벨이 변동되는 것, 다시 말해서 공통 전극에 노이즈가 유입되는 것을 방지할 수 있다. 전극의 전압 레벨이 일정하게 유지될 수 있으므로, 터치 센싱 감도가 향상될 수 있다.
도 4a 및 도 4b는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 구동 방식에 따른 타이밍도이다. 도 5는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 구동 방식의 비교예에 따른 타이밍도이다. 설명의 편의를 위하여 도 2를 함께 참조하여 설명하기로 한다.
도 4a 및 도 2를 참조하면, 터치 컨트롤러(210)의 송신 회로(211)는 복수의 구동 전극(TE)에 복수의 구동 신호(STX1~STX4)를 제공할 수 있다. 예를 들어, 송신 회로(211)의 제1 내지 제4 송신기(TX1~TX4) 각각이 아다마르 행렬에 기초하여 인코딩된 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)를 구동 기간(TDRV)동안 터치 패널(110)의 네 개의 구동 전극(TE)에 각각 인가할 수 있다. 구동 기간(TDRV)은 리셋 신호(Фrst)롤 기초로 제1 내지 제4 기간(T1~T2)(또는 제1 내지 제4 서브 기간)으로 구분될 수 있다.
제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)는 '1'로 표현되는 제1 펄스 신호 및 '-1'로 표현되는 제2 펄스 신호를 포함할 수 있다. 제1 펄스 신호의 위상과 제2 펄스 신호의 위상은 반대일 수 있다. 제1 펄스 신호를 양의 극성의 펄스 신호, 제2 펄스 신호를 음의 극성의 펄스 신호로 지칭할 수 있다.
제1 기간(T1)에 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)는 모두 제1 펄스 신호를 포함하고, 제2 기간(T2)에 제1 및 제3 구동 신호(STX1, STX3)는 제1 펄스 신호를 포함하고 제2 및 제4 구동 신호(STX2, STX2)는 제2 펄스 신호를 포함할 수 있다. 제3 기간(T3)에 제1 및 제2 구동 신호(STX1, STX2)는 제1 펄스 신호를 포함하고, 제3 및 제4 구동 신호는(STX3, STX4) 제2 펄스 신호를 포함할 수 있다. 제4 기간(T4)에 제1 및 제4 구동 신호(STX1, STX4) 는 제1 펄스 신호를 포함하고, 제2 및 제3 구동 신호(STX2, STX3) 는 제2 펄스 신호를 포함할 수 있다.
한편, 제1 기간(T1)은 디스플레이가 수행되지 않는 구간에 예컨대 블랭크 기간(또는 포치 기간)에 포함될 수 있다. 여기서 디스플레이가 수행되지 않는다는 것은 디스플레이 패널(120)에 이미지 업데이트가 수행되지 않는 것을 의미한다. 도 4a에 도시된 바와 같이, 수직 동기 신호(Vsync)가 로직 하이인 기간은 블랭크 기간을 나타내고, 수직 동기 신호(Vsunc)가 로직 로우인 기간이 디스플레이 기간(또는 디스플레이 구동 기간 이라고 함)을 나타낼 수 있다. 제1 기간(T1)은 수직 동기 신호(Vsync)가 로직 하이인 기간에 포함될 수 있다.
블랭크 기간에 디스플레이 구동 회로(220)의 소스 드라이버(222) 및 게이트 드라이버(223)는 동작하지 않을 수 있다. 그러나, 도4a 에 도시된 바와 같이, 블랭크 기간에 포함되는 제1 기간(T1)에 소스 드라이버(222)가 디스플레이 패널(120)의 복수의 소스 라인(SL) 중 적어도 하나의 소스 라인(SL)에 소스 전압(Vs)으로서 보상 신호(SCON)를 인가할 수 있다. 보상 신호(SCON)는 제1 펄스 신호와 주파수가 동일하고 위상이 반대인 신호일 수 있다.
블랭크 기간 이후, 예컨대 제2 내지 제4 기간(T2~T4)에 디스플레이 구동이 수행될 수 있다. 소스 드라이버(222)는 디스플레이 구동을 위한 소스 전압(Vs), 예컨대 계조 전압을 복수의 소스 라인(SL)으로 출력할 수 있다.
제2 내지 제4 기간(T2~T4)에 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)로서 출력되는 제1 펄스 신호들의 개수와 제2 펄스 신호들의 개수는 동일하다. 따라서, 제2 내지 제4 기간(T2~T4)에 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)의 위상의 합은 '0'일 수 있다. 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)가 공통 전극(도 2의 122)에 미치는 영향이 서로 상쇄될 수 있으며 공통 전극(122)의 전압(Vcom)은 일정하게 유지될 수 있다.
제1 기간(T1)에는 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)는 모두 제1 펄스 신호를 포함하며, 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)의 위상의 합은 '0'보다 크거나 작을 수 있다.
도 5의 비교예의 터치 스크린 구동 방식에 따르면, 제1 기간(T1)에 디스플레이 구동 회로(220)의 소스 드라이버(222) 및 게이트 드라이버(223)는 동작하지 않으며, 소스 라인(SL)에 보상 신호(SCON)가 인가되지 않는다. 제1 기간(T1)에 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)는 모두 제1 펄스 신호를 포함할 수 있다. 이에 따라 복수의 제1 펄스 신호가 중첩되고, 중첩된 신호가 공통 전극(122)에 영향을 미칠 수 있다. 도시된 바와 같이, 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)가 토글링될 때, 공통 전극(122)의 전압(Vcom)에 노이즈, 예컨대 글리치 노이즈(glitch noise)가 발생할 수 있다.
그러나, 도 4a의 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 구동 방법에 따르면, 제1 기간(T1)에 적어도 하나의 소스 라인(SL)에 제1 펄스 신호와 위상이 반대인 보상 신호(SCON)가 인가되어, 제1 내지 제4 구동 신호(STX1~STX4)가 공통 전극(122)에 미치는 영향과 보상 신호(SCON)가 공통 전극(122)에 미치는 영향이 서로 상쇄될 수 있다. 이에 따라, 제1 기간(T1)에 공통 전극(122)의 전압(Vcom)이 일정하게 유지될 수 있다.
도 4a에서, 제1 기간(T1)은 블랭크 기간에 포함되고, 제2 기간 내지 제4 기간(T2~T4)은 디스플레이 구동 기간에 포함되는 것으로 도시되었으나, 이에 제한되지 않는다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 제2 내지 제4 기간(T2~T4) 또한 블랭크 기간, 다시 말해서 디스플레이 구동이 수행되지 않는 기간에 포함될 수 있다. 다만, 보상 신호(SCON)는 제1 기간(T1)에 적어도 하나의 소스 라인(SL)에 인가되고, 제2 내지 제4 기간(T2~T4)에 소스 라인(SL)에 보상 신호(SCON)가 인가되지 않는다. 제2 내지 제4 기간(T2~T4)에 소스 드라이버(222)는 동작하지 않을 수 있다.
도 6a 및 도 6b는 터치 센싱에 영향을 미치는 터치 스크린에 형성되는 기생 성분을 나타낸다.
도 6a를 참조하면, 터치 패널의(110)의 구동 전극(TE)과 수신 전극(RE) 사이에 뮤추얼 커패시턴스(CM)가 형성될 수 있다. 디스플레이 패널(120)의 공통 전극(122)과 구동 전극(TE) 및 수신 전극(RE) 간에 기생 커패시턴스들 (CTX 및 CRX)가 형성될 수 있다. 공통 전극(122)과 소스 라인(SL) 간에 기생 커패시턴스(CS)가 형성될 수 있다.
픽셀(PX)은 선택 트랜지스터(Ts), 구동 트랜지스터(TD) 데이터 커패시터(CDT) 및 유기 발광 다이오드(OLED)를 포함할 수 있다. 선택 트랜지스터(Ts)의 일 단은 소스 라인(SL)에 연결되고, 타 단은 구동 트랜지스터(TD)의 게이트 단자에 연결될 수 있다. 선택 트랜지스터(Ts)의 게이트 단자는 게이트 라인(GL)에 연결될 수 있다.
구동 트랜지스터(TD)의 일 단에는 제1 전원 전압(ELVDD)이 인가될 수 있고, 타 단은 유기 발광 다이오드(OLED)의 애노드에 연결될 수 있다. 구동 트랜지스터(TD)의 일 단과 게이트 단자에 데이터 커패시터(CDT)가 연결될 수 있다. 유기 발광 다이오드(OLED)의 캐소드는 공통 전극(122)에 연결되고, 공통 전극(122)에는 제2 전원 전압(ELVSS)이 인가될 수 있다. 예컨대 제2 전원 전압(ELVSS)의 전압 레벨은 제1 전원 전압(ELVDD)의 전압 레벨보다 낮으며, 예컨대 제2 전원 전압(ELVSS)은 접지 전압일 수 있다. 공통 전극(122)은 저항 성분, 예컨대 기생 저항 RCOM을 포함할 수 있다.
도 6b는 도 6a의 터치 스크린(100)의 등가 모델이다.
도 6b를 참조하면 구동 전극(TE)과 수신 전극(RE)은 각각 기생 저항 RTX 및 RRX로 모델링될 수 있다. 픽셀(PX)은 가변 저항(Rd) 및 가변 커패시턴스(Cd)의 병렬 연결 구조 및 이에 연결되는 출력 저항(Ro)으로 모델링 될 수 있다. 가변 저항(Rd) 및 가변 커패시턴스(Cd)는 구동 트랜지스터(TD)에 흐르는 전류량에 따라 가변될 수 있다.
송신기(TX)로부터 구동 전극(TE)에 구동 신호(STX)가 인가되면, 구동 신호(STX)에 따른 센싱 신호(SSEN)가 기생 저항 RTX , 뮤추얼 커패시턴스(CM) 및 기생 저항 RRX를 통해 수신기(RX)로 입력될 수 있다. 수신기(TX)는 증폭기(AMP)를 포함하는 적분기 회로로 구현될 수 있다. 증폭기(AMP)의 일 단(-)에 센싱 신호(SSEN)가 입력되고, 타 단(+)에는 공통 노이즈 제거를 위한 공통 전압(VCN)이 인가될 수 있다.
한편, 구동 전극(TE) 공통 전극(122) 간에 형성되는 기생 커패시턴스(CTX)에 의하여, 구동 신호(STX)에 따른 노이즈가 공통 전극(122)으로 유입되고, 노이즈가 수신 전극(RE)과 공통 전극(122) 간에 형성되는 기생 커패시턴스(CRX)를 센싱 신호(SSEN)에 유입되어 수신기(TX)로 입력될 수 있다.
그러나, 소스 라인(SL)에 보상 신호(SCON)가 인가되고 소스 라인(SL)가 공통 전극(122) 간에 형성되는 기생 커패시턴스(CS)에 의하여, 보상 신호(SCON)에 따른 노이즈가 공통 전극(122)으로 유입될 수 있다. 구동 신호(STX)와 보상 신호(SCON)의 위상이 반대이므로, 구동 신호(STX)에 따른 노이즈와 보상 신호(SCON)에 다른 노이즈가 서로 상쇄될 수 있다. 따라서, 센싱 신호(SSEN)는 구동 신호(STX)에 기초하여 센싱되는 커패시턴스(CM)를 나타내는 값을 가지며, 구동 신호(STX)에 따른 노이즈 및 보상 신호(SCON)에 따른 노이즈를 포함하지 않는다.
도 7a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 장치의 구동 방법을 설명하는 도면이고, 도 7b는 스크린 장치에 인가되는 신호들을 나타내는 파형도이다.
구체적으로, 도 7a는 언발란스 구동 기간의 소스 라인 구동 방법을 나타내고, 도 7b는 언발란스 구동 기간의 구동 신호, 공통 전극 전압 및 소스 전압을 나타낸다.
도 7a 및 7b를 참조하면, 터치 패널(110)에서, 복수의 구동 전극(TE)이 제1 방향, 예컨대 X 축 방향으로 배치되고, 제2 방향, 예컨대 Y축 방향으로 연장될 수 있다. 디스플레이 패널(120)에서, 복수의 소스 라인(SL)이 제1 방향으로 배치되고 제2 방향으로 연장될 수 있다. 구동 전극(TE)과 소스 라인(SL)은 동일한 방향으로 연장될 수 있다. 복수의 구동 전극(TE) 간의 피치(pitch) 다시 말해서, 인접한 구동 전극(TE) 간의 거리는 복수의 소스 라인(SL) 간의 피치보다 길 수 있다. 이에 따라, 하나의 구동 전극(TE)이 위치한 터치 패널(110)(터치 센서 레이어) 상의 제1 영역(A1)에 대응하는 디스플레이 레이어(123) 상의 제2 영역(A2)에는 복수의 소스 라인, 예컨대 제1 내지 제n 소스 라인(SL1~SLn)이 배치될 수 있다(n은 2 이상의 정수). 여기서 제1 영역(A1)과 제2 영역(A2)은 제3방향, 예컨대 Z축 방향으로 수직 오버랩되는 영역들일 수 있다.
언발란스 구동 기간, 예컨대 구동 기간의 제1 기간(도 4a의 T1)에 제1 송신기(TX1)가 제1 구동 신호(STX1)를 구동 전극(TE)에 인가할 때, 제1 내지 제n 소스 엠프(SA1~SAn)가 보상 신호(SCON)를 제1 내지 제n 소스 전압(Vs1~Vsn)으로서 제1 내지 제n 소스 라인(SL1~SLn)으로 인가할 수 있다.
공통 전극(122)에서, 제1 구동 신호(STX1) 및 보상 신호(SCON)의 상호 구동에 의한 영향이 상쇄되기 위해서는 수학식 1을 만족하여야 한다.
Figure pat00001
제1 구동 신호(STX1) 및 보상 신호(SCON)는 위상이 반대이다. 수학식 1에 따라, 커패시턴스 CTX 및 CS, 제1 구동 신호(STX1)의 전압 레벨(또는 스윙 폭(Vsw1)), 구동되는 소스 라인들의 개수(n)을 기초로 보상 신호(SCON)의 전압 레벨(또는 스윙 폭(Vsw2))이 결정될 수 있다.
예를 들어, 커패시턴스 CTX는 450 pF(picofarad) 이고, 커패시턴스 CS는 20pF, 영역 A1에는 한 개의 구동 전극이 배치되고, 제1 영역(A1)에 대응하는 제2 영역(A2)에는 200개의 소스 라인(SL)이 배치되며, 구동 신호(STX1)가 12V(volt)로 스윙한다고 가정하면, 보상 신호(SCON)가 1.35V로 스윙하면 제1 구동 신호(STX1) 및 보상 신호(SCON)의 상호 구동이 공통 전극(122)에 미치는 영향이 상쇄될 수 있으며, 공통 전극(122)의 전압(Vcom)이 일정하게 유지될 수 있다.
도 8a는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 소스 드라이버의 일 구현예를 개략적으로 나타내는 블록도이고, 도 8b는 도 8b의 블랭크 기간 및 디스플레이 구동 기간에 소스 드라이버에서 이용되는 신호들의 타이밍도이다.
도 8a를 참조하면, 소스 드라이버(222)는 출력단(21), 디지털-아날로그 변환 블록(22)(이하 DAC 블록이라고 함), 레벨 쉬프터(23), 쉬프트 레지스터(24) 및 계조 전압 생성기(25)를 포함할 수 있다.
쉬프트 레지스터(24)는 디스플레이 패널(도 2의 120)의 픽셀들에 대응하는 픽셀 신호들(픽셀 데이터)를 저장하고, 소스 타이밍 신호(Tsrc)(예컨대 수직 동기 신호(Hsync))에 응답하여, 픽셀 신호들을 출력할 수 있다. 레벨 쉬프터(23)는 픽셀 신호들의 레벨을 DAC 블록(22)에서 이용될 수 있는 레벨로 변경할 수 있다. 계조 전압 생성기(25)는 픽셀 신호가 나타내는 해상도에 따른 복수의 계조 전압들을 생성할 수 있다. 예컨대 픽셀 신호가 8-비트 데이터일 경우, 계조 전압 생성기(25)는 28개, 다시 말해서, 256개의 계조 전압들을 생성할 수 있다. 복수의 계조 전압들은 디코더 블록(22)으로 제공될 수 있다.
DAC 블록(22)은 복수의 디지털-아날로그 변환기(DAC)(26)를 포함하고, 복수의 DAC(26) 각각은 레벨 쉬프터(23)로부터 수신되는 픽셀 신호를 대응하는 계조 전압으로 변환할 수 있다. 복수의 DAC(26)는 복수의 계조 전압들 중 픽셀 신호에 대응하는 계조 전압을 선택하여 출력함으로써, 픽셀 신호를 대응하는 계조 전압으로 변환할 수 있다. 이에 따라 디지털 신호인 픽셀 신호가 아날로그 신호인 계조 전압으로 변환될 수 있다.
출력단(21)은 복수의 센스 엠프(SA)를 포함할 수 있으며, 복수의 센스 엠프(SA) 각각은 대응하는 DAC(26)로부터 계조 전압을 수신하고, 계조 전압을 버퍼링하여(예컨대 전류 증폭) 소스 전압으로서 출력할 수 있다. 복수의 센스 엠프(SA)가 복수의 소스 전압을 복수의 소스 라인으로 출력할 수 있다. 예컨대 N개의 소스 엠프(SA)(N은 2 이상의 정수)가 제1 내지 제N 소스 전압(Vs1~VsN)을 N개의 소스 라인(SL)으로 출력할 수 있다.
도 8b를 참조하면, 디스플레이 구동 기간(DP)에, 수직 동기 신호(Hsync)가 소스 타이밍 신호(Tsrc)로 이용되고, 쉬프트 레지스터(24)는 수직 동기 신호(Hsync)에 응답하여, 저장된 픽셀 신호를 출력할 수 있다. 수직 동기 신호(Hsync)는 디스플레이 패널(도 1의 120)의 하나의 로우를 구동하는 기간을 나타낼 수 있다. 수직 동기 신호(Hsync)에 응답하여, 각 로우에 해당하는 픽셀 신호들이 출력됨으로써, 픽셀 신호들에 대응하는 계조 전압들(Vgs)이 수직 동기 신호(Hsync)에 동기되어 소스 라인들로 출력될 수 있다.
블랭크 기간(BP)에, 터치 컨트롤러(도 1의 210)로부터 수신되는 터치 클럭 신호(CLKT)가 소스 타이밍 신호(Tsrc)로 이용될 수 있다. 실시예에 있어서, 터치 클럭 신호(CLKT)가 하이 레벨일 때(또는 로우 레벨에서 하이 레벨로 천이될 때), 쉬프트 레지스터(24)가 보상 신호(SCON)의 로우 레벨을 나타내는 신호를 출력하고, 터치 클럭 신호(CLKT)가 로우 레벨일 때(또는 하이 레벨에서 로우 레벨로 천이될 때), 쉬프트 레지스터(24)가 보상 신호(SCON)의 하이 레벨을 나타내는 신호를 출력할 수 있다. 이에 따라, 보상 신호(SCON)의 하이 레벨 또는 로우 레벨을 나타내는 신호들에 대응하는 계조 전압들이 복수의 소스 라인, 예컨대 제1 내지 제N 소스 라인(V1~VsN)의 적어도 일부로 출력될 수 있으며, 소스 타이밍 신호(Tsrc)에 응답하여, 하이 레벨을 나타내는 제1 계조 전압과 로우 레벨을 나타내는 제2 계조 전압이 교번적으로 출력됨으로써, 제1 계조 전압 및 제2 계조 전압으로 구성되는 보상 신호(SCON)가 적어도 하나의 소스 라인으로 제공될 수 있다.
도 9는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 컨트롤러의 인코딩 동작을 나타낸다. 도 9의 동작은 인코더(도 2의 215)에서 수행될 수 있다.
도 9를 참조하면, 인코더(215)는 송신 전압(VTX)에 대해 펄스 모듈레이션(Pulse Modulation)을 수행할 수 있다. 송신 전압(VTX)은 직류 전압일 수 있다. 펄스 모듈레이션 결과, 송신 전압(VTX)의 진폭과 소정의 주파수를 가지는 펄스 신호가 생성될 수 있다.
인코더(215)는 행렬에 기초하여 펄스 신호를 인코딩할 수 있다. 인코딩 결과, 인코더(215)는 행렬의 행 또는 열의 크기에 따라 복수 개로 출력될 수 있는 다중 신호인 복수의 구동 신호들(STX)을 생성할 수 있다.
실시예에 있어서, 인코더(215)는 아다마르 행렬(Hadamard matrix)(또는 아다마르 코드)을 기초로 인코딩을 수행할 수 있다. 인코더(215)는 펄스 신호를 행렬
Figure pat00002
에 기초하여 인코딩(또는 모듈레이션)할 수 있다.
아다마르 행렬은 행렬을 구성하는 모든　원소가　'1'　또는　'-1' 의　값을　가지며,　행렬　내　임의의　두　행벡터가　모두　직교하는　정방　행렬이다. 아다마르 행렬은 자신과 자신의 역행렬이 서로 동일하다.
아다마르 행렬
Figure pat00003
는 1행 1열, 1행 2열, 2행 1열에 아다마르 행렬
Figure pat00004
을 성분으로 가지고, 2행 2열에 아다마르 행렬
Figure pat00005
를 가진다. 아다마르 행렬
Figure pat00006
의 원리에 따라,
Figure pat00007
,
Figure pat00008
,
Figure pat00009
, 및
Figure pat00010
은 용이하게 도출될 수 있다. 예를 들어 아다마르 행렬
Figure pat00011
, 및
Figure pat00012
은 수학식 2 및 3으로 나타낼 수 있다.
Figure pat00013
Figure pat00014
아다마르 행렬
Figure pat00015
은 첫 번째 열 또는 첫 번째 행을 제외한 나머지 모든 행, 열에서, 각 행의 성분의 합 또는 각 열의 성분의 합은 모두 '0'인 특징이 있다.
아다마르 행렬
Figure pat00016
을 이용하여 생성된 복수의 구동 신호들(STX)은 어느 하나의 열(예를 들어, 가장 첫 번째 열)에 상응하는 시점에서는 복수의 구동 신호들(STX)의 전압이 서로 보강됨으로써 높은 레벨의 노이즈를 유발할 수 있다. 유사하게, 아다마르 행렬
Figure pat00017
을 이용하여 생성된 복수의 구동 신호들(STX) 중 가장 첫번째 열에 상응하는 시점을 제외한 나머지 시점에서는 복수의 구동 신호들(STX)의 전압이 서로 상쇄됨으로써 노이즈의 레벨이 최소화될 수 있다.
본 개시에서는 아다마르 행렬
Figure pat00018
이 인코딩에 이용될 수 있음을 예시하나, 이에 국한되는 것은 아니다. 아다마르 행렬
Figure pat00019
은 각 행의 성분의 합 또는 각 열의 성분의 합이 '0'인 행렬의 대표적인 예시로 적용되었을 뿐, 각 행(또는 열)의 성분의 합이 0에 가까운 특징이 있는 다양한 행렬이 인코딩을 위해 이용될 수 있다.
도 10은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 컨트롤러의 디코딩 동작을 나타낸다. 도 10의 동작은 디코더(도 2의 216)에서 수행될 수 있다. 설명의 편의를 위하여, 터치 패널(110)을 함께 도시한다.
도 10을 참조하면, 4개의 구동 전극(TE)과 1개의 수신 전극(RE) 사이에 제1 내지 제4 뮤추얼 커패시턴스(CM1, CM2, CM3, CM4)가 형성될 수 있다.
4개의 구동 전극(TE) 통해 동일한 구동 신호들(STX)이 인가될 수 있다. 구동 신호들(STX)은 아다마르 행렬
Figure pat00020
에 기초하여 인코딩될 수 있다. 예를 들어, 제1 기간(도 2의 T1)에, '1'에 상응하는 펄스 신호를 갖는 구동 신호들(STX)이 4개의 구동 전극(TE)에 인가될 수 있고, 제2 기간(도 2의 T2)에, 각각 '1', '-1''1' '-1'인 신호에 상응하는 펄스 신호를 갖는 구동 신호들(STX)이 4개의 구동 전극(TE)에 인가될 수 있고, 제3 기간(도 2의 T3)에, 각각 '1', '-1''1' '-1'인 신호에 상응하는 펄스 신호를 갖는 구동 신호들(STX)이 4개의 구동 전극(TE)에 인가될 수 있고, 제4 기간(도 2의 T4)에, 각각 '1', '-1''-1' '1'인 신호에 상응하는 펄스 신호를 갖는 구동 신호들(STX)이 4개의 구동 전극(TE)에 인가될 수 있다.
수신기(RX)는 시점에 따라서 터치로 인해 유발된 상호 커패시턴스의 변화에 따라 생성된 센싱 신호를 수신할 수 있다. 예를 들어, 제1 기간(T1)에 수신한 센싱 신호의 성분 값은 y1이고, 제2 기간(T2)에 수신한 센싱 신호의 성분 값은 y2이며, 제3 기간(T3)에 수신한 센싱 신호의 성분 값은 y3이고, 제4 기간(T4)에 수신한 센싱 신호의 성분 값은 y4 다.
구동 신호들(STX)을 인코딩하기 위해 사용된 아다마르 행렬
Figure pat00021
의 역행렬
Figure pat00022
가 이용될 수 있다.
예를 들어, 센싱 신호의 성분 [y1, y2, y3, y4]는 아다마르 행렬
Figure pat00023
와 제1 내지 제4 뮤추얼 커패시턴스(CM1, CM2, CM3, CM4)의 행렬 곱과 비례할 수 있다. 센싱 신호를 나타내는 행렬에 아다마르 행렬
Figure pat00024
의 역행렬을 곱한 결과에 기초하여 제1 내지 제4 뮤추얼 커패시턴스(CM1, CM2, CM3, CM4)가 산출될 수 있다.
도 11은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 아다마르 행렬에 기초하여 인코딩된 구동 신호들의 일부가 오버랩되어 출력되는 것을 도시하는 타이밍도이다.
터치 패널(도 1의 110)에 포함된 복수의 구동 전극의 개수가 2의 지수승(power of 2)이 아닌 경우에는 정방행렬이자 행 및 열의 개수가
Figure pat00025
개인 아다마르 행렬
Figure pat00026
을 그대로 이용할 수 없다.
본 개시의 예시적 실시예에 따르면, 복수의 구동 전극의 개수가 2의 K승(K는 자연수)보다 많고 2의 K+1승보다 적은 경우, 송신 회로(도 2의 212)는 2의 K승개의 행 및 열을 가지는 제1 아다마르 서브 행렬에, 제2 아다마르 서브 행렬을 부분 오버랩함으로써 생성된 행렬에 기초하여 구동 신호들(STX)을 인코딩할 수 있다.
예를 들어, 터치 패널(110)에 배선된 구동 전극들이 7개라면, 7보다 작은 가장 큰 2의 지수승은 4이므로 4x4 아다마르 행렬
Figure pat00027
가 이용될 수 있다.
예시적인 실시예에서, 구동 전극들이 7개인 경우, 아다마르 행렬
Figure pat00028
은 구동 신호들(STX1~STX7) 중 일부(STX1~STX4)를 커버할 수 있다. 구동 신호들(STX1~STX7) 중 커버되지 않은 나머지 구동 신호들(STX5~STX7)은 아다마르 행렬
Figure pat00029
의 첫번째 열을 제외한 나머지 열들을 기초로 생성될 수 있다. 동일한 아다마르 행렬
Figure pat00030
을 이용하여, 첫번째 성분 '1' 하나만 겹치도록 두 개의 아다마르 행렬
Figure pat00031
를 오버랩시키고, 이에 따라 생성되는 행렬에 기초하여 구동 신호들(STX4~STX7)이 생성될 수 있다. 제4 구동 신호(STX4)는 두 번 인가되며, 첫번째 인가되는 제4 구동 신호(STX4)에 의하여 센싱되는 커패시턴스 값들이 구동 신호들(STX5~STX7)에 의하여 센싱되는 커패시턴스들 산출 시 이용될 수 있다.
이와 같이, 블랭크 기간에는 언밸런스 구동이 수행되고, 나머지 기간, 예컨대 디스플레이 기간에는 밸런스 구동이 수행될 수 있다.
아다마르 행렬
Figure pat00032
를 이용하여 구동 신호들을 생성하는데 복수의 구동 전극들의 개수가 2K 보다 많을 경우, 전술한 바와 유사하게 2K개의 구동 신호들은 아다마르 행렬
Figure pat00033
아다마르 행렬
Figure pat00034
의 첫번째 열을 제외한 나머지 열들을 기초로 생성될 수 있다. 블랭크 기간에는 언밸런스 구동이 수행되고, 나머지 기간에는 밸런스 구동이 수행될 수 있다.
도 12는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법을 나타내는 흐름도이다. 도 12의 동작 방법은 도 1의 터치 스크린 구동 회로(200)에서 수행될 수 있으며, 따라서, 도 1 내지 도 11을 참조하여 설명한 내용은 본 실시예에 적용될 수 있다.
도 12를 참조하면, 터치 컨트롤러(210)의 인코더(215)가 소정의 주파수를 갖는 펄스 신호를 인코딩하여 복수의 구동 신호를 생성할 수 있다(S110). 예컨대 인코더(215)는 특정 행렬(예컨대 아다마르 행렬)을 이용하여 인코딩을 수행할 수 있다. 복수의 구동 신호는 모두 동일한 위상을 갖는 구간을 포함할 수 있다.
터치 컨트롤러(210)의 구동 회로(211)가 구동 기간에 터치 센서 레이어(또는 터치 패널(110)의 복수의 제1 전극들(예컨대 구동 전극(TE))에 구동 신호를 동시에 각각 인가할 수 있다(S120).
디스플레이 구동 회로(220)의 소스 드라이버(222)가 구동 기간의 제1 서브 기간에 디스플레이 레이어의 복수의 소스 라인에 복수의 구동 신호의 위상과 반대 위상을 갖는 보상 신호를 인가할 수 있다(S130). 제1 서브 기간에 복수의 구동 신호의 위상은 모두 동일하거나 복수의 구동 신호의 위상의 합이 0보다 크거나 또는 작을 수 있다. 보상 신호는 복수의 구동 신호와 주파수가 동일하고, 위상이 반대일 수 있다.
터치 컨트롤러(210)의 수신 회로(212)가 터치 센서 레이어의 복수의 제2 전극(예컨대 복수의 수신 전극(RE))으로부터 수신되는 복수의 센싱 신호를 샘플링할 수 있다.
수신 회로(212)는 샘플링된 복수의 센싱 신호를 복수의 센싱 값으로 아날로그-디지털 변환할 수 있다(S150).
터치 컨트롤러(220)의 디코더(216)이 복수의 센싱 값을 디코딩하여 복수의 터치 값을 생성할 수 있다(S160). 디코더(216)는 단계 S110에서 인코딩에 이용된 행렬에 기초하여(예컨대 상기 행렬의 역행렬) 디코딩을 수행할 수 있다.
이후, 터치 컨트롤러(210)의 터치 프로세서(214)가 복수의 터치 값을 기초로 터치 발생 여부, 터치 좌표 및/또는 터치 강도(압력)을 산출할 수 있다.
도 13은 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 장치(1000a)의 일 구현예를 나타낸다.
도 13을 참조하면, 터치 스크린 장치(1000a)는 터치 스크린(100a), 터치 컨트롤러(210a) 및 디스플레이 구동 회로(220)를 포함할 수 있다. 터치 스크린(100)은 터치 패널(110a) 및 디스플레이 패널(120)을 포함할 수 있으며, 터치 패널(110a)은 행열로 배치된 복수의 센싱 전극(SE)(또는 닷 센서라고 함)을 포함할 수 있다. 터치 패널(110a)은 셀프-커패시턴스 방식으로 센싱될 수 있다.
실시예에 있어서, 터치 컨트롤러(210a)는 수신 회로(212a) 및 선택 회로(214a)를 포함할 수 있으며, 송수신 회로(212a)는 복수의 수신기(RX)를 포함하고, 선택 회로(214a)는 복수의 선택기, 예컨대 멀티플랙서(MUX)를 포함할 수 있다.
복수의 수신기(RX)는 송신기(예컨대 제1 내지 제4 송신기(TX1~TX4)) 및 수신기(RX))로서 동작할 수 있다. 복수의 센싱 전극(SE)들은 칼럼 단위로 동일한 멀티플랙서(MUX)에 연결될 수 있으며, 멀티플랙서(MUX)에서 선택된 센싱 전극(SE)이 수신기(RX)와 전기적으로 연결될 수 있다. 멀티플랙서(MUX)에 의하여 선택된 센싱 전극(SE)에는 수신기(RX)를 통해서 구동 신호가 인가되고, 구동 신호(Sdrv)에 기초하여 생성되는 센싱 신호가 수신기(RX)로 출력될 수 있다.
도시되지 않았으나, 터치 컨트롤러(210a)는 또한 인코더, 디코더 및 터치 프로세서를 더 포함할 수 있다. 인코더, 디코더 및 터치 프로세서의 동작은 도 2의 인코더(215), 디코더(216) 및 터치 프로세서(213)의 동작과 동일할 수 있다. 인코더는 특정 행렬, 예컨대 하다마르 행렬을 기초로 펄스 신호를 인코딩하여 복수의 구동 신호들을 생성하고, 디코더는 상기 행렬을 기초로 복수의 센싱 신호들을 디코딩할 수 있다.
구동 기간의 제1 서브 기간에 터치 패널(110a)의 하나의 로우, 예컨대 제1 로우(R1)에 배치된 센싱 전극들(SE)이 언발란스 구동될 때, 다시 말해서 제1 로우(R1)의 센싱 전극들(SE)에 동일한 위상과 주파수를 갖는 펄스 신호들이 인가될 때, 복수의 소스 라인 중 적어도 일부 소스 라인에 상기 펄스 신호와 주파수는 동일하고 위상이 상이한 보상 신호가 인가될 수 있다. 이에 따라, 디스플레이 패널(120)의 공통 전극의 전압이 일정하게 유지되고, 제1 로우(R1)으로부터 출력되는 센싱 신호들이 구동 신호에 기인한 노이즈를 포함하지 않을 수 있다.
실시예에 있어서, 소스 드라이버(111)에 포함된 제1 내지 제n 소스 엠프(SA1~SAn)가 보상 신호를 제1 내지 제n 소스 라인(SL1~SLn)으로 인가할 수 있다. 이 때, 디스플레이 패널(120) 상에서 제1 내지 제n 소스 라인(SL1~SLn)이 배치된 영역은 터치 패널(110a)의 제1 로우(R1)의 영역과 수직 오버랩될 수 있다. 그러나, 이에 제한되는 것은 아니며, 디스플레이 패널(120)에 배치된 복수의 소스 라인(SL)에 보상 신호가 인가될 수도 있다.
도 14 및 도 15는 본 개시의 예시적 실시예에 따른 터치 스크린 구동 회로의 구현예들을 나타낸다.
도 14를 참조하면, 터치 스크린 구동 회로(200)는 터치 컨트롤러(210) 및 디스플레이 구동 회로(220)를 포함할 수 있다. 실시예에 있어서, 터치 컨트롤러(210) 및 디스플레이 구동 회로(220)는 별개의 반도체 칩으로 구현될 수 있다. 실시예에 있어서, 터치 컨트롤러(210) 및 디스플레이 구동 회로(220) 중 적어도 하나는 복수의 반도체 칩으로 구현될 수 있다.
터치 컨트롤러(210) 및 디스플레이 구동 회로(220)는 호스트(300)의 제어에 따라 동작할 수 있으며, 디스플레이 구동 회로(220)는 호스트(300)로부터 이미지 데이터(IDT)를 수신하고, 디스플레이 패널(도 1의 120)에 이미지 데이터(IDT)에 따른 이미지가 표시되도록 디스플레이 패널(120)을 구동할 수 있다.
터치 컨트롤러(210)는 터치 패널(도 1의 110)을 스캔하고, 터치 패널(110)로부터 수신되는 센싱 신호들을 기초로 터치 좌표(Txy)를 산출하여 터치 좌표(Txy)를 호스트(300)에 제공할 수 있다.
도 14를 참조하면, 터치 컨트롤러(210)는 아날로그-프론트 엔드(AFE), 인코더, 디코더, 터치 프로세서, 클럭 생성기 및 전압 생성기를 포함할 수 있다. 이 외에도 터치 컨트롤러(210)는 호스트(300) 및 디스플레이 구동 회로(220)와의 통신을 위한 인터페이스 회로들을 포함할 수 있다. 비제한적인 예로서, 호스트(300)와의 통신을 위한 인터페이스 회로는 USB(Universal Serial Bus) 인터페이스, USF(Universal Flash Storage) 인터페이스, MMC(Multimedia Controller) 인터페이스, eMMC(embedded MMC) 인터페이스, PCIe(Peripheral Component Interconnect Express) 인터페이스, ATA(Advanced Technology Attachment) 인터페이스, SATA(Serial Advanced Technology Attachment) 인터페이스, PATA(Parallel Advanced Technology Attachment) 인터페이스, SCSI(Small Computer System Interface), SAS(Serial Attached SCSI), ESDI(Enhanced Small Disk Interface), IDE(Integrated Drive Electronics) 인터페이스, 고속 시리얼 인터페이스 등과 같은 다양한 인터페이스들 중 하나로 구현될 수 있으며, 디스플레이 구동 회로(220)와의 통신을 위한 인터페이스 회로는 UART(Universal Asynchronous Receiver Transmitter) 인터페이스, I2C(inter integrated circuit) 인터페이스, SPI(serial peripheral interface), MIPI(Mobile industry processor interface), eDP(embedded display port) 인터페이스 방식 중 하나로 구현될 수 있다.
AFE는 구동 회로(도 2의 211) 및 수신 회로(도 2의 212)를 포함할 수 있다. AFE는 선택 회로(예컨대 도 13의 214a)를 더 포함할 수 있다.
클럭 생성기는 터치 컨트롤러(210) 내부에서 사용되는 클럭 신호, 예컨대 구동 회로 및 수신 회로에 제공되는 터치 클럭 신호(CLKT)를 생성할 수 있으며, 전압 생성기는 AFE에서 사용되는 전압들을 생성할 수 있다.
인코더, 디코더 및 터치 프로세서의 동작들 및 AFE의 구비되는 구성들, 예컨대 구동 회로, 및 수신 회로의 동작들은 도 2를 참조하여 설명한 바 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
디스플레이 구동 회로(220)는 클럭 생성기, 타이밍 컨트롤러, 전압 생성기, 감마 블록, SRAM, 게이트 드라이버, 및 소스 드라이버를 포함할 수 있다. 이 외에도, 디스플레이 구동 회로(DDI)는 호스트(130) 및 터치 구동 회로(TDI)와의 통신을 위한 인터페이스 회로들을 포함할 수 있다.
클럭 생성기는 디스플레이 구동 회로(220) 내부에서 사용되는 클럭 신호들, 예컨대 소스 드라이버 및 게이트 드라이버에 제공되는 클럭 신호들을 생성할 수 있다. 전압 생성기는 게이트 드라이버 및 소스 드라이버에서 사용되는 전압들을 생성할 수 있으며, 감마 블록은 픽셀 값이 가질 수 있는 복수의 계조들에 대응하는 복수의 계조 전압들을 생성하고, 이를 소스 드라이버에 제공할 수 있다. SRAM은 호스트(300)로부터 수신된 이미지 데이터(IDT)를 저장할 수 있으며, 예를 들어, SRAM은 복수의 라인 단위로 이미지 데이터(IDT)를 저장하거나 또는 한 프레임의 이미지 데이터(IDT)를 저장하고, 이미지 데이터(IDT)를 라인 단위로 소스 드라이버로 제공할 수 있다.
게이트 드라이버, 소스 드라이버 및 타이밍 컨트롤러의 동작들은 도 2를 참조하여 설명한 바 중복되는 설명은 생략하기로 한다.
디스플레이 구동 회로(220)는 디스플레이 타이밍을 나타내는 신호, 예컨대 수직 동기 신호(Vsync)를 터치 컨트롤러(210)에 제공할 수 있다. 터치 컨트롤러(210)는 터치 센싱 타이밍 정보, 예컨대, 터치 클럭 신호(CLKT)를 디스플레이 구동 회로(200)에 제공할 수 있다. 터치 컨트롤러(210)와 디스플레이 구동 회로(220)는 동기화 신호, 예컨대, 수직 동기 신호(Vsync), 터치 클럭 신호(CLKT)에 기초하여 서로 동기되어 동작할 수 있다. 예컨대 터치 컨트롤러(210)는 수직 동기 신호(Vsync)에 응답하여, 디스플레이 패널(120)에 이미지가 업데이트되지 않는 기간에 언발란스 구동을 수행하고, 디스플레이 구동 회로(220)에서 소스 드라이버가 터치 클럭 신호(CLKT)에 응답하여, 복수의 구동 신호와 주파수가 동일하고 위상이 반대인 보상 신호를 생성하고, 보상 신호를 소스 라인들로 출력할 수 있다.
도 10을 참조하면, 터치 스크린 구동 회로(200a)는 터치 패널(도 1의 110) 구동을 위한 AFE, 인코더, 디코더, 터치 프로세서를 포함하고, 디스플레이 패널(도 1의 120) 구동을 위한, 게이트 드라이버, 소스 드라이버, SRAM, 감마 블록, 타이밍 컨트롤러를 포함할 수 있다. 또한, 터치 스크린 구동 회로(200a)는 내부에서 사용되는 적어도 하나의 클럭 신호를 생성하는 클럭 신호 생성기 및 복수의 전압들을 생성하는 전압 생성기를 포함할 수 있다. 터치 스크린 구동 회로(200a)는 호스트(300)와의 통신을 위한 인터페이스 회로를 더 포함할 수 있다.
터치 스크린 구동 회로(200a)는 하나의 반도체 칩에 집적될 수 있으며, 터치 스크린 구동 회로(200a)는 터치 디스플레이 구동 회로(TDDI)로 지칭될 수 있다. 터치 스크린 구동 회로(200a)는 하나의 반도체 칩에 집적될 수 있다. 실시예에 있어서, 디지털 회로들, 예컨대 터치 프로세서, 인코더, 디코더, SRAM, 타이밍 컨트롤러, 클럭 신호 생성기는 하나의 반도체칩에 집적되고, 아날로그 회로들, 예컨대 AFE, 게이트 드라이버, 소스 드라이버, 감마 블록 및 전압 생성기는 하나 이상의 별도의 반도체 칩에 집적될 수 있다.
이상에서와 같이 도면과 명세서에서 예시적인 실시예들이 개시되었다. 본 명세서에서 특정한 용어를 사용하여 실시예들을 설명되었으나, 이는 단지 본 개시의 기술적 사상을 설명하기 위한 목적에서 사용된 것이지 의미 한정이나 특허청구범위에 기재된 본 개시의 범위를 제한하기 위하여 사용된 것은 아니다. 그러므로 본 기술분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서, 본 개시의 진정한 기술적 보호범위는 첨부된 특허청구범위의 기술적 사상에 의해 정해져야 할 것이다.
1000, 1000a: 터치 스크린 장치 100, 100a: 터치 스크린
110: 터치 패널 120: 디스플레이 패널
121: 디스플레이 레이어 122: 공통 전극
200, 200a: 터치 스크린 구동 회로 210, 210a: 터치 컨트롤러
220: 디스플레이 컨트롤러 300: 호스트

Claims (20)

  1. 디스플레이 레이어 및 상기 디스플레이 레이어 상에 적층된 터치 센서 레이어를 포함하는 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동 회로에 있어서,
    구동 기간에 상기 터치 센서 레이어의 복수의 제1 전극들에 복수의 구동 신호를 각각 인가하고, 상기 구동 기간의 제1 서브 기간에 상기 복수의 구동 신호의 위상이 동일한, 터치 컨트롤러; 및
    상기 구동 기간의 상기 제1 서브 기간에 상기 디스플레이 레이어의 복수의 소스 라인 중 적어도 일부 소스 라인들에 상기 복수의 구동 신호의 위상과 반대 위상을 갖는 보상 신호를 인가하는 디스플레이 구동 회로를 포함하는, 터치 스크린 구동 회로.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 복수의 구동 신호의 제1 주파수와 상기 보상 신호의 제2 주파수는 동일한 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로.
  3. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기간에 연속하는 제2 기간에 상기 복수의 구동 신호의 일부 신호는 동일한 위상을 갖고, 나머지 일부 신호는 상기 일부 신호의 위상과 반대 위상을 가지며, 상기 복수의 구동 신호의 위상의 합은 '0'인 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로.
  4. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 구동 회로는, 디스플레이 타이밍 신호를 상기 터치 컨트롤러에 제공하고,
    상기 제1 서브 기간은 디스플레이가 수행되지 않는 기간을 나타내는 상기 디스플레이 타이밍 신호의 포치 기간에 포함되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로.
  5. 제1 항에 있어서,
    상기 디스플레이 구동 회로는, 상기 복수의 구동 신호의 주파수 정보를 포함하는 터치 구동 정보를 수신하고, 상기 터치 구동 정보를 기초로 상기 보상 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로.
  6. 제1 항에 있어서,
    상기 제1 기간에 연속하는 제2 기간에 상기 복수의 구동 신호의 일부 신호는 상기 제1 극성을 갖고, 나머지 일부 신호는 상기 제2 극성을 갖는, 터치 스크린 구동 회로.
  7. 제1 항에 있어서, 상기 터치 컨트롤러는,
    제1 주파수의 펄스 신호를 제1 행열을 기초로 인코딩하여 상기 복수의 구동 신호를 생성하는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로.
  8. 제7 항에 있어서, 상기 터치 컨트롤러는,
    상기 터치 센서 레이어의 복수의 제2 전극들로부터 상기 복수의 구동 신호를 기초로 생성되는 복수의 센싱 신호를 수신하고, 상기 복수의 센싱 신호를 복수의 센싱 값으로 아날로그-디지털 변환하고, 상기 복수의 센싱 값을 상기 제1 행렬의 역행렬을 기초로 디코딩하여 복수의 터치 값을 생성하는 것을 특징으로 하는 터치 스크린 구동 회로.
  9. 제1 항에 있어서,
    상기 복수의 제1 전극 및 상기 복수의 소스 라인은 동일한 방향으로 연장되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로.
  10. 제1 항에 있어서, 상기 터치 컨트롤러 및 상기 디스플레이 구동 회로는 동일한 기판 상에 형성되는 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로.
  11. 디스플레이 패널 상에 적층되는 터치 센서 어레이를 구동하는 터치 컨트롤러에 있어서,
    디스플레이 타이밍 신호를 수신하고, 상기 디스플레이 타이밍 신호에 동기하여 터치 센싱 제어 신호를 생성하는 컨트롤러; 및
    상기 터치 센싱 제어 신호에 응답하여 상기 터치 센서 어레이의 복수의 구동 전극에 제1 주파수를 갖는 복수의 구동 신호를 각각 인가하고, 상기 디스플레이 패널의 복수의 소스 라인에 상기 제1 주파수를 갖는 제1 극성의 보상 신호가 인가되는 제1 기간 동안 상기 복수의 구동 전극에 상기 제1 극성과 반대되는 제2 극성을 갖는 상기 복수의 구동 신호를 각각 인가하는 구동 회로를 포함하는, 터치 컨트롤러.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 제1 기간에 상기 복수의 구동 신호의 위상의 합은 '0'보다 큰, 터치 컨트롤러.
  13. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 기간에 연속하는 제2 기간에 상기 복수의 구동 신호의 일부 신호는 상기 제1 극성을 갖고, 나머지 일부 신호는 상기 제2 극성을 갖는, 터치 컨트롤러.
  14. 제11 항에 있어서,
    제1 행렬에 기초하여 상기 제1 주파수의 펄스 신호를 인코딩하여 상기 복수의 구동 신호를 생성하는 인코더를 더 포함하는, 터치 컨트롤러.
  15. 제11 항에 있어서,
    상기 제1 행렬은 아다마르(Hadamard) 행열을 포함하는, 터치 컨트롤러.
  16. 디스플레이 레이어 및 상기 디스플레이 레이어 상에 적층된 터치 센서 레이어를 포함하는 터치 스크린을 구동하는 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법에 있어서,
    구동 기간에 상기 터치 센서 레이어의 복수의 제1 전극들에 복수의 구동 신호를 각각 인가하는 단계;
    상기 구동 기간의 제1 서브 기간에 상기 디스플레이 레이어의 복수의 소스 라인에 상기 복수의 구동 신호의 위상과 반대 위상을 갖는 보상 신호를 인가하는 단계를 포함하고,
    상기 구동 기간의 상기 제1 서브 기간에 상기 복수의 구동 신호는 위상이 동일한 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법.
  17. 제16 항에 있어서,
    상기 제1 서브 기간에 연속하는 상기 구동 기간의 제2 서브 기간에, 상기 디스플레이 레이어에 이미지가 표시되도록 상기 디스플레이 레이어를 구동하는 단계를 더 포함하는, 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법.
  18. 제17 항에 있어서, 상기 제2 서브 기간에 상기 복수의 구동 신호의 위상의 합은 0인 것을 특징으로 하는, 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법.
  19. 제16 항에 있어서,
    펄스 신호를 인코딩하여 상기 복수의 구동 신호를 생성하는 단계를 더 포함하는, 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법.
  20. 제16 항에 있어서,
    상기 터치 센서 레이어의 복수의 제2 전극들로부터 수신되는 복수의 센싱 신호를 샘플링하는 단계;
    상기 샘플링된 상기 복수의 센싱 신호를 복수의 센싱 값으로 아날로그-디지털 변환하는 단계; 및
    상기 복수의 센싱 값을 디코딩함으로써, 복수의 터치 값을 생성하는 단계를 더 포함하는, 터치 스크린 구동 회로의 동작 방법.
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